JP2011080535A

JP2011080535A - 免震装置

Info

Publication number: JP2011080535A
Application number: JP2009233336A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Saikai; 健一西海
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2009-10-07
Filing date: 2009-10-07
Publication date: 2011-04-21

Abstract

【課題】電磁弁を用いないでロック弁を切り換えることができる免震装置を提供することである。
【解決手段】揺れに応じて伸縮動作するシリンダ１の伸縮エネルギーを減衰させる減衰弁１１とシリンダ１との間の通路９を開閉するロック弁１０備え、通常時にはロック弁１０のパイロット室とタンクＴとの連通を遮断してロック弁１０のロック機能を発揮させ、上記パイロット室をタンクＴに連通させてロック弁１０のロック機能を開放する切換弁１６とを備え、ロック弁１０のロック機能が開放されたとき、シリンダ１の伸縮エネルギーを減衰弁１１が減衰させる免震装置において、切換弁１６が、地震発生時の信号に基づいて供給されるパイロット圧を導入するパイロット室１６ｃを備え、上記パイロット室１６ｃの圧力作用でロック弁１０のロック機能を開放する開放位置１６ａに切り換わったとき、パイロット室１６ｃをタンクＴに連通させる構成にした。
【選択図】図１

Description

この発明は、地震による建造物の振動を減衰させる免震装置に関する。

従来から、免震装置として例えば、特許文献１に示す構造が知られている。
この免震装置は、図３、図４に示すもので、ボールアイソレータＢを介して地盤に建造物Ａを設置し、上記ボールアイソレータＢに並列にシリンダ１を設けたものである。
このシリンダ１は、そのシリンダ本体２とロッド３とをそれぞれ、地面と建造物Ａ側に固定している。また、上記シリンダ１は、図３に示す流体圧回路Ｃ１を接続し、振動によってシリンダ１が伸縮する際に、ロッド側室Ｒ２から流出する流体を絞ってタンクＴへ流し、シリンダ１の伸縮動作を緩やかにするものである。
上記ボールアイソレータＢ、シリンダ１及び流体圧回路Ｃ１によって、免震装置が構成される。

以下に、この免震装置を詳しく説明する。
上記シリンダ１は、ピストン４によって区画されるボトム側室Ｒ１とロッド側室Ｒ２とに流体を充填し、これらボトム側室Ｒ１，ロッド側室Ｒ２はチェック弁６を介して通路５で連通している。このチェック弁６は、ボトム側室Ｒ１からロッド側室Ｒ２への流通を許容し、ロッド側室Ｒ２からボトム側室Ｒ１への流通を阻止する弁である。
また、上記ボトム側室Ｒ１とタンクＴとを、途中にチェック弁７を設けた通路８で接続し、上記シリンダ１が伸張してボトム側室Ｒ１の容積が拡大するときに、タンクＴから流体を供給するようにしている。

一方、上記ロッド側室Ｒ２には一対の通路９，９を接続し、これら通路９，９は、それぞれ減衰回路Ｆ１，Ｆ２を介してタンクＴへ接続している。
そして、上記シリンダ１の伸張時には、ロッド側室Ｒ２の容積が縮小するので、その分の流体が上記通路９，９から、減衰回路Ｆ１，Ｆ２を介してタンクＴへ流れ、ボトム側室Ｒ１はタンクＴから流体を吸い込みながら拡大する。但し、このような流れは、後で説明するロック弁１０のロック機能が開放され、上記通路９、９の少なくともいずれかがタンクＴと連通している場合のみ起こるものである。

なお、上記減衰回路Ｆ１，Ｆ２は、同じ構成なので、ここでは一方の減衰回路Ｆ１について説明する。
この減衰回路Ｆ１には、上記シリンダ１のロッド側室Ｒ２とタンクＴとを接続する通路９中に設け、この通路９を開閉するロック弁１０と、このロック弁１０とタンクＴとの間に設けた減衰弁１１と、シリンダ１のロッド側室Ｒ２とタンクＴとを接続するリリーフ通路１２中に設けたリリーフ弁１３と、上記ロック弁１０を切り換えるための切換弁１４とで構成されている。

上記ロック弁１０は、ポペット１０ａを備え、このポペット１０ａはポペットの背面側に設けたスプリング１０ｄによって上記通路９中に形成したシート部９ａ方向へ押圧されている。
また、上記ポペット１０ａには、上記シート部９ａよりも上流側の流体をポペット１０ａの背面側に導く通路１０ｂを設け、この通路１０ｂには絞り１０ｃが設けられている。さらに、上記通路１０ｂを通過する流体は、ポペット１０ａの背面から切換弁１４を介して通路１５からタンクＴに排出されるようにしている。

上記切換弁１４は、電磁式２位置弁で、非通電時に流体の通過を許容する連通位置１４ａと、通電時に流体のタンクＴへの通過を阻止する遮断位置１４ｂとを備えている。
そして、この切換弁１４が遮断位置１４ｂにあるとき、流体はロック弁１０の通路１０ｂを介してタンクＴへ排出されないので、ポペット１０ａは上記シート部９ａから離れず、ロック弁１０は閉じたままとなる。このように、ロック弁１０が閉じているとき、シリンダ１のロッド側室Ｒ２に接続した通路９とタンクＴとの連通が遮断され、シリンダ１からの流体の排出が阻止されるため、シリンダ１の伸縮がロックされる。

一方、切換弁１４が連通位置１４ａにあるとき、地震などでシリンダ１に力が作用すると、シリンダ１が伸縮し、ロッド側室Ｒ２から流体が排出される。
シリンダ１が伸張する方向の力が発生した場合には、ロッド側室Ｒ２の圧力が高くなり、この圧力流体がポペット１０ａの通路１０ｂを流れる。この流れによって生じる圧力差で、ポペット１０ａが移動し、ロック弁１０がロックを解除して、通路９が減衰弁１１を介してタンクＴに連通する。

また、シリンダ１が収縮する方向の力が作用し、ピストン４が移動した場合には、ボトム側室Ｒ１の圧力が上昇し、その圧力が通路５を介してロッド側室Ｒ２に伝わるとともに、ボトム側室Ｒ２の容積変化分の流量がロッド側室Ｒ２へ供給される。このピストン４の移動による各室Ｒ１，Ｒ２の容積変化は、ロッド３の分だけロッド側室Ｒ２の方が小さいので、ボトム側室Ｒ１から供給された流量はロッド側室Ｒ２には収まりきらずに、通路９を介してタンクＴへ流れることになる。
上記のように、切換弁１４が図示の連通位置１４ａにあり、シリンダ１が振動した場合には、シリンダ１の伸張、収縮いずれであっても、シリンダ１からの流体がロック弁１０を介して減衰弁１１を通過し、タンクＴへ流れることになる。

なお、上記減衰弁１１は、上記通路９の上流側の圧力をパイロット圧として流路面積を変化し、減衰力を可変にする弁である。そして、上流側の圧力が高くなるにつれて流路面積を増加するようにしている。
この流体圧回路Ｃ１は、通常、切換弁１４のソレノイドを非通電にして連通位置１４ａを保つとともに、強風が作用する場合や、免震が不要な場合には、通電して遮断位置１４ｂを保つなどの制御を行なうようにしている。

特開２００５−３５１３２０号公報特開平１１−２０１２２１号公報

上記従来の免震装置では、ロック弁の開閉を制御する切換弁１４として電磁弁を用いている。電磁弁は高価なうえ、その制御に電力を必要とし、コストがかかるという問題がある。
また、地震などの非常時には電源供給が停止する可能性があるため、非常時、免震機能が必要なときには非通電とし、通常時には通電する制御をした方が、信頼性が高くなると考えられるが、このような制御では、特に通電時間が長くなり、ランニングコストがかさむことになる。
この発明の目的は、電磁弁を用いないでロック弁を切り換えることができる免震装置を提供することである。

第１の発明は、建造物の揺れに応じて伸縮動作するシリンダと、このシリンダの伸縮エネルギーを減衰させる減衰弁と、この減衰弁と上記シリンダとの間に設け、シリンダと減衰弁との間の通路を開閉するロック弁と、通常時にはロック弁のパイロット室とタンクとの連通を遮断してロック弁のロック機能を発揮させるとともに、上記パイロット室をタンクに連通させてロック弁のロック機能を開放する切換弁とを備え、上記減衰弁はロック弁のロック機能が開放されたとき、シリンダの伸縮エネルギーを減衰させる免震装置を前提とする。

そして、第１の発明は、上記切換弁が、地震発生時の信号に基づいて供給されるパイロット圧を導入するパイロット室を備え、上記切換弁が、上記パイロット室の圧力作用でロック弁のロック機能を開放する開放位置に切り換わったとき、上記切換弁のパイロット室をタンクに連通させる構成にした点に特徴を有する。

第２の発明は、上記切換弁には、ロック弁のロック機能を開放する開放位置を保持するデテント機構を設けた点に特徴を有する。
第３の発明は、上記切換弁には、上記開放位置から、上記ロック弁をロックさせるロック位置に復帰させる手動復帰機構を設けた点に特徴を有する。

第１〜第３の発明によれば、シリンダとタンクとを減衰弁を介して接続する通路の開閉を行なうロック弁を制御する切換弁を、パイロット圧で制御するようにしたので、従来のような電磁弁が不要になった。
そのため、切換弁の制御に電力を必要とせず、ランニングコストを低く抑えることができるとともに、電力停止時にも、確実な制御ができるようになる。

さらに、切換弁を開放位置に切り換える際に、パイロット圧を導いたパイロット室をタンクに連通させるようにしたので、開放位置になったときにパイロット室にパイロット圧がこもってしまうことがない。
パイロット室に圧力がこもってしまうと、切換弁を開放位置からロック位置に切り換えるときに、上記圧力に打ち勝つ力が必要であるが、この発明のようにパイロット室がタンクに連通して圧力が抜けていれば、手動で簡単にロック位置に切り換えることもできる。すなわち、ロック位置に切り換える機構を安価に実現できる。

第２の発明によれば、デテント機構によって、開放位置を保持する構成にしたので、開放位置を保持するために電流などのエネルギーを必要とせず、ランニングコストを抑えることができる。

この発明の実施形態の免震装置を構成する流体圧回路図である。実施形態の切換弁の断面図である。従来例の免震装置を構成する流体圧回路図である。従来例の免震装置が建造物に装備された状態を示す概略図である。

図１，図２に示すこの発明の実施形態の免震装置は、図３に示す従来の流体圧回路Ｃ１の代わりに、図１に示す流体圧回路Ｃ２を備えたものであり、この流体圧回路Ｃ２は従来の流体圧回路Ｃ１における切換弁１４に替えて切換弁１６を備えたものである。その他の構成は、図１に示す従来の免震装置と同じである。そこで、上記従来の装置と同じ構成要素には同じ符号を用いるとともに、その詳細な説明は省略し、以下には上記従来例と異なる点を中心に説明する。

上記切換弁１６は、上記ロック弁１０のこの発明のパイロット室に当たるポペットの背面側に接続した通路１５とタンクＴとの連通を遮断する図示の遮断位置１６ｂと、上記通路１５を連通させる連通位置１６ａとを備え、パイロット室１６ｃにパイロット圧を導くことによって、上記遮断位置１６ｂから連通位置１６ａに切り換える弁である。
なお、ここでは、上記通路１５のうち、切換弁１６より上流側を１５ａ、下流側を１５ｂとしている。つまり、上記切換弁１６を切り換えることによって、上記通路１５ａと１５ｂとが接続されたり、遮断されたりする。

また、上記切換弁１６のパイロット室１６ｃにはパイロット通路１７を接続するともに、この切換弁１６が連通位置１６ａにあるとき、上記パイロット室１６ｃが連通路１８を介してタンクＴに連通する構成にしている。
このような、切換弁１６を備えた流体圧回路Ｃ２を有するこの実施形態の免震装置では、免震機能を発揮させる必要がない通常時に、切換弁１６を図示の遮断位置に保ち、地震発生時にはパイロット通路１７にパイロット圧を導いて連通位置１６ａに切り換えるようにしている。そのため、免震機能を必要とする地震発生時に、地震を検知してパイロット圧を供給する図示しないパイロット圧供給機構を備えている。
上記パイロット圧供給機構はどのようなものでもかまわないが、パイロット圧源として、例えば、上記シリンダ１の流体室Ｒ１，Ｒ２の圧力を利用するようにしてもよいし、アキュームレータなどを用いてもよい。

この免震装置の作用を以下に説明する。
この免震装置では、通常時、図１に示す流体圧回路Ｃ２の切換弁１６は遮断位置１６ｂに位置している。すなわち、シリンダ１に接続した通路９からはタンクＴへ流体が流れない。そのため、シリンダ１を伸縮させる方向の力が作用したとしても、各室Ｒ１，Ｒ２から流体が排出されないので、実際にはシリンダ１が伸縮することはない、ロック弁１０のロック機能が発揮された状態である。
これに対し、地震発生時には、上記したように、減衰回路Ｆ１，Ｆ２の少なくも一方のパイロット通路１７にパイロット圧が供給される。これにより、切換弁１６のパイロット室１６ｃにパイロット圧が作用し、切換弁１６が連通位置１６ａに切り換わる。

切換弁１６が連通位置１６ａに切り換わると、ロック弁１０の背面側に接続した通路１５が連通し、ロック弁１０内の通路１０ｂとタンクＴとが連通するので、シリンダ１から排出される流体がロック弁１０内の通路１０ｂを介してタンクＴへ流れる。この絞り１０ｃ前後の差圧によってポペット１０ａが移動し、通路９と減衰弁１１とを接続して、流体を、減衰弁１１を介してタンクＴへ排出する。つまり、切換弁１６が連通位置１６ａに切り換わることによって、ロック弁１０のロック機能が開放される。上記連通位置１６ａがこの発明のトック機能を開放する開放位置である。
この状態で、シリンダ１から排出される流体は、減衰弁１１を介してタンクＴへ排出され、シリンダ１の振動は減衰する。

また、上記切換弁１６が連通位置１６ａに切り換わるとパイロット室１６ｃが上記通路１８を介して通路１５ｂに接続し、タンクＴに連通する。これにより、パイロット室１６ｃに作用したパイロット圧もタンクＴに解放され、パイロット室１６ｃに高圧がこもることがない。そのため、地震が収まった後に、通常の遮断位置１６ｂに戻す際に大きな力を必要としない。もしも、パイロット室１６ｃに高圧がこもったままならば、切換弁１６を遮断位置１６ｂに戻すためには、パイロット室１６ｃにこもっている圧力に打ち勝つだけの力が必要である。
しかし、この実施形態の切換弁１６は、連通位置１６ａに切り換わるとすぐにパイロット室１６ｃがタンクＴと連通するので、パイロット室１６ｃに高圧がこもることがなく、小さな力で容易に上記遮断位置１６ｂに切り換えることができる。そのため、ソレノイドなどを利用せず、手動で遮断位置１６ｂに復帰させることも可能になる。

次に、上記切換弁１６の具体的な構成を説明する。切換弁１６は、例えば、図２に示すものである。なお、図２は、図１に示す遮断位置１６ｂを示している。つまり、パイロット通路１７にパイロット圧が供給されていない状態である。
この切換弁１６は、本体１９内にスプール２０を摺動自在に組み込んでいる。このスプール２０は、挿入方向先端側から、ランド部２０ａ、環状凹部２０ｂ、ランド部２０ｃ、軸部２０ｄ、ポペット部２０ｅ、軸部２０ｆ、ランド部２０ｇを備えている。

一方、上記本体１９には、上記スプール２０を組み込む組み込み穴を形成している。この組み込み穴は、上記ランド部２０ａを摺動自在に組み込む小径穴１９ａと、上記ロック弁１０に接続した通路１５ａを連通させた大径穴１９ｂとからなり、大径穴１９ｂの軸方向端部にはキャップ部材２１を挿入して固定している。このキャップ部材２１には、上記小径穴１９ａとほぼ同径の挿入穴２１ａを貫通させ、スプール２０のランド部２０ｇを摺動自在に支持するとともに、ランド部２０ｇの後端を外部に突出せている。

そして、上記小径穴１９ａの端部に、パイロット通路１７を接続したパイロット室１６ｃを形成している。このパイロット室１６ｃにパイロット圧が供給されないとき、図示の遮断位置を保っている。
また、上記スプール２０先端側のランド部２０ａには、パイロット室１６ｃに連通する連通路１８を形成し、環状凹部２０ｂにはタンクＴに接続した通路１５ｂを臨ませているが、図示の遮断位置では上記連通路１８の一端が本体１９でふさがれていて、上記連通路１８と上記通路１５ｂとは連通していない。

さらに、上記通路１５ａを接続した大径穴１９ｂと小径穴１９ａとの境界をシート部１９ｃとし、このシート部１９ｃにポペット部２０ｅがシートすることによって大径穴１９ｂ側と小径穴１９ａ側とを遮断している。このとき、通路１５ａと１５ｂとは遮断されている。
なお、上記ポペット部２０ｅがシートしているシート部１９ｃの直径Ｄ１を、上記シート部１９ｃより上流側のランド部２０ｇの直径Ｄ２よりも大きくして、通常時にポペット部２０ｅが閉まり勝手になるようにしている。

また、上記ランド部２０ｇは、軸方向中央に環状の止め凹部２０ｈを備えている。この止め凹部２０ｈはこの切換弁１６が連通位置１６ａ（図１参照）に切り換わったとき、後で説明するデテント２２が嵌って、連通位置１６ａを保持するための凹部である。
上記デテント２２は、キャップ部材２１に、上記スプール２０の軸線に向かって形成した組み付け穴２１ａに組み込んだ機構であって、スプール２０側からボール２２ａと、このボール２２ａを支持する支持部材２２ｂと、支持部材２２ｂを介してボール２２ａに押圧力を作用させるスプリング２２ｃと、キャップ２２ｄとからなる。
そして、上記スプール２０が図２の左方向へ移動して連通位置になったとき、上記ボール２２ａが上記止め凹部２０ｈに押し込まれてスプール２０の位置を保持するようにしている。

さらに、キャップ部材２１の挿入穴２１ａから突出したスプール２０の後端にはこの発明の手動復帰機構であるレバー２３を連結するための取り付け部２０ｉを備えている。そして、この取り付け部２０ｉには連結穴２０ｊを形成し、この連結穴２０ｊにはレバー２３の連結部２３ａを、上記取り付け部２０ｉに対して上下方向に移動可能に連結している。
また、キャップ部材２１には支持部材２４を固定し、この支持部材２４の連結穴２４ａに、上記レバー２３の端部側連結部２３ｂを回動自在に連結している。
これにより、上記レバー２３は連結部２３ｂを中心に回動可能であり、レバー２３の回動とスプール２０の軸方向の移動とが連係することになる。従って、このレバー２３によって、スプール２０を切り換えることが可能である。
なお、図２中符号２５は、シール部材である。

上記した構造の切換弁１６は、通常時にはパイロット室１６ｃにパイロット圧を導かず、図２の遮断状態を保ち、上記ロック弁１０がロック機能を発揮している。
地震発生時は、図示しない地震検出機構に連携したパイロット圧供給機構から、パイロット通路１７にパイロット圧が導かれ、パイロット室１６ｃにパイロット圧が作用する。このパイロット圧によってスプール２０が図中、左方向へ移動する。

スプール２０が左方向へ移動すると、まず、ポペット部２０ｅがシート部１９ｃを開き、次に、ランド部２０ｃが上記大径穴１９ｂ内まで移動し、環状凹部２０ｂが大径穴１９ｂに連通する。上記環状凹部２０ｂが大径穴１９ｂと連通すると、この環状凹部２０ｂを介して通路１５ａと通路１５ｂとが接続する。
なお、上記ポペット部２０ｅと環状凹部２０ｂとの間にランド部２０ｃを設けたので、上記ポペット部２０ｅがシート部１９ｃを開口してから直ちに通路１５ａと１５ｂとが接続されるのではなく、その間に不感帯が設けられる。このような不感帯を設けたのは、スプール２０が僅かに振動したときにその振動に伴ってロック機能がすぐに開放されないようにするためである。

上記ように、通路１５ａと１５ｂとが接続され、スプール２０の止め凹部２０ｈが、上記デテント２２と対向する位置まで移動すると、スプリング２２ｃによって押圧されたボール２２ａが止め凹部２０ｈに嵌ってスプール２０の位置を保持する。
この連通位置に達した時点では、スプール先端側の連通路１８がパイロット室１６ｃと通路１５ｂとを連通する位置にある。
従って、切換弁１６が連通位置にあるとき、すなわち、ロック機構が開放されたとき、切換弁１６のパイロット室１６ｃはタンクＴと連通する。この状態で、シリンダ１の振動が減衰されるのは上記したとおりである。

上記連通位置から、この発明の手動復帰機構であるレバー２３を操作することによって、図示の遮断位置に切り換えることができる。上記連通位置から遮断位置に切り換えるということは、スプール２０をパイロット室１６ｃ側へ移動させるということである。
このとき、パイロット室１６ｃに高圧がこもっていると、この高圧に抗してスプール２０を移動させなければならないので、手動操作で切り換えることが難しい場合があるが、この実施形態の切換弁１６なら、ロック機構を開放する開放位置、すなわち連通位置において上記したようにパイロット室１６ｃがタンクＴに連通しているので、手動でも容易に遮断位置に復帰させることができる。

１シリンダ
２シリンダ本体
３ロッド
４ピストン
１０ロック弁
１１減衰弁
１６切換弁
１６ａ連通位置
１６ｂ遮断位置
１６ｃパイロット室
１７パイロット通路
１８連通路
２０スプール
２０ｈ止め凹部
２２デテント
２３レバー
Ｒ１，Ｒ２（流体）室

Claims

建造物の揺れに応じて伸縮動作するシリンダと、このシリンダの伸縮エネルギーを減衰させる減衰弁と、この減衰弁と上記シリンダとの間に設け、シリンダと減衰弁との間の通路を開閉するロック弁と、通常時にはロック弁のパイロット室とタンクとの連通を遮断してロック弁のロック機能を発揮させるとともに、上記パイロット室をタンクに連通させてロック弁のロック機能を開放する切換弁とを備え、上記減衰弁はロック弁のロック機能が開放されたとき、シリンダの伸縮エネルギーを減衰させる免震装置において、上記切換弁は、地震発生時の信号に基づいて供給されるパイロット圧を導入するパイロット室を備え、上記切換弁が、上記パイロット室の圧力作用でロック弁のロック機能を開放する開放位置に切り換わったとき、上記切換弁のパイロット室をタンクに連通させる構成にした免震装置。
上記切換弁には、ロック弁のロック機能を開放する開放位置を保持するデテント機構を設けた請求項１に記載の免震装置。
上記切換弁には、上記開放位置から、上記ロック弁をロックさせるロック位置に復帰させる手動復帰機構を設けた請求項1または２に記載の免震装置。