JP2014062578A

JP2014062578A - 油圧式ダンパ

Info

Publication number: JP2014062578A
Application number: JP2012207187A
Authority: JP
Inventors: Yuji Kotake; 祐治小竹; Takayuki Suzuki; 隆之鈴木; Takumi Niida; 匠新飯田
Original assignee: Hitachi Metals Techno Ltd
Current assignee: Senqcia Corp
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2014-04-10

Abstract

【課題】調整が容易であり、アキュムレータによる減衰特性の低下を抑制した油圧式ダンパを提供する。
【解決手段】ピストン７が第２圧力室側に移動する際には、調圧弁１３通過後の作動油の圧力よりも第２圧力室１１の方が高圧なので、第３チェック弁１９が開くことはない。また、絞り弁３１が設けられるため、アキュムレータ２３への作動油の流入またはアキュムレータ２３からの作動油の流出には、抵抗が付与される。したがって、流路３５を流れる作動油は、第４チェック弁２１から直ちに第１圧力室９に流出し、アキュムレータ２３へ作動油が流入することを抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、建築物等に用いられる油圧式ダンパに関するものである。

従来、地震や風等による建築物の揺れを低減させるために油圧式ダンパが用いられている。油圧式ダンパは、油の流体抵抗を利用して、建築物の揺れに対する抵抗力（減衰力）を発生させ、建築物の揺れを吸収して耐震性、居住性を向上させる。即ち、油圧式ダンパのシリンダ内に充填された作動油が、油圧弁を通過する際の流体抵抗により減衰力を発生させて建築物の揺れを吸収するものである。

このような油圧式ダンパとしては、例えば、シリンダ内のピストンがいずれの方向に移動しても減衰力が発生するように、２つの調圧弁を装備する油圧式ダンパがある（例えば特許文献１）。

特開平１１−２５７４０５号公報

しかしながら、特許文献１のように調圧弁を２つ使用する方法では、２つの調圧弁それぞれを所定の減衰性能を発揮させるように調整する必要があり、調整に時間がかかっていた。また、調圧弁を２つ使用することで、コストがかかっていた。

一方、このような油圧式ダンパには、アキュムレータが設けられる。これは、外気温の変化や動作時に生じる熱の影響で、油温が変動した際、これによる体積膨張を吸収するとともに、体積収縮時に作動油を補給することで、油圧式ダンパの性能を安定化させるものである。すなわち、アキュムレータは、過剰な作動油を一時的に油圧回路（油圧室）から貯留し、作動油が不足した際には、回路へ油を放出する役割を持つ。

しかしながら、特許文献１のように、減衰力を発揮する調圧弁が設けられる回路上に、アキュムレータが直接接続されていると、油圧式ダンパが動作した際に、回路からアキュムレータへの作動油の過度の流れ込みが生じる恐れがある。これは、本来一方の圧力室から他方の圧力室に流れる作動油が、アキュムレータに流れ込んでしまうために、他方の圧力室の油が不足するというものである。

本発明は、このような問題を鑑みてなされたもので、調整が容易であり、アキュムレータによる減衰特性の低下を抑制した油圧式ダンパを提供することを目的とする。

前述した目的を達成するための第１の発明は、シリンダと、前記シリンダを第１圧力室と第２圧力室とに区分し、前記シリンダ内に移動可能に設けられたピストンと、前記ピストンに設けられるロッドと、流入側が前記第２圧力室、流出側が第１流路に接続される第１チェック弁と、流入側が前記第１圧力室、流出側が前記第１流路に接続される第２チェック弁と流入側が前記第１流路、流出側が第２流路に接続され、前記第１流路から前記第２流路へ通過する作動油に流体抵抗を発生させる調圧弁と、流入側が前記第２流路、流出側が前記第２圧力室に接続される第３チェック弁と、流入側が前記第２流路、流出側が前記第１圧力室に接続される第４チェック弁と、前記第２流路に接続されるアキュムレータと、前記第２流路と前記アキュムレータとの間に設けられる絞り弁と、を具備することを特徴とする油圧式ダンパである。

流入側が前記アキュムレータ側、流出側が前記第２流路側に接続される第５チェック弁が、前記絞り弁に並列に接続されることが望ましい。

前記第２流路は、前記ピストンが動作する際、前記第１流路に対して常に低圧領域となる。

本発明によれば、調整が容易であり、アキュムレータによる減衰特性の低下を抑制した油圧式ダンパを提供することができる。

油圧式ダンパ１の構成図。油圧式ダンパ１の油圧回路図。油圧式ダンパ１の油圧回路図。油圧式ダンパ１の油圧回路図。油圧式ダンパ１の変位と減衰力の特性を示す図。油圧式ダンパ１ａの油圧回路図。

以下、本発明の実施の形態にかかる油圧式ダンパについて説明する。図１に示すように、油圧式ダンパ１は、主に、シリンダ３、ピストンロッド５ａ、５ｂ、ピストン７等と、調圧弁１３、アキュムレータ２３等からなる油圧回路から構成される。

円筒状のシリンダ３内には、ピストン７が移動可能に設けられる。ピストン７の両側には、円柱状のピストンロッド５ａ、５ｂが設けられる。シリンダ３にはジョイント２５ａが連結される。また、ピストンロッド５ｂにはジョイント２５ｂが連結される。ジョイント２５ａ、２５ｂは、建築物のブレースや基台に固定される。

シリンダ３内は、第１圧力室９と第２圧力室１１とに区分される。第１圧力室９と、第２圧力室１１には作動油が充填される。シリンダ３、ピストン７、ピストンロッド５ａ、５ｂ等は金属で構成される。

ピストン７内には、流路３３、３５、３７、３９、４１、４３が設けられる。流路３３には第１チェック弁１５および第２チェック弁１７が設けられる。また、流路３５には、第３チェック弁１９および第４チェック弁２１が設けられる。流路３３と流路３５とは、調圧弁１３を介して接続される。また、流路３７と流路３９との間には第１リリーフ弁２７が設けられる。また、流路４１と流路４３との間には第２リリーフ弁２９が設けられる。尚、上記流路や弁等は、ピストンロッド５ａ、５ｂ内や、外部ブロック内に設けてもよい。

第１チェック弁１５の流入側は、第２圧力室１１に接続され、第２チェック弁１７の流入側は、第１圧力室９に接続される。また、第１チェック弁１５および第２チェック弁１７の流出側は流路３３に接続される。流路３３は、調圧弁１３の流入側に接続される。

また、第３チェック弁１９の流出側は第２圧力室１１に接続され、第４チェック弁２１の流出側は第１圧力室９に接続される。調圧弁１３の流出側は、流路３５に接続され、流路３５は第３チェック弁１９および第４チェック弁２１の流入側に接続される。さらに、第３チェック弁１９の流入側と第４チェック弁２１の流入側との間には、絞り弁３１を介してアキュムレータ２３が接続される。

また、流路３７は、第１圧力室９と、第１リリーフ弁２７の流入側とを接続する。流路３９は、第１リリーフ弁２７の流出側と、第２圧力室１１とを接続する。流路４１は、第１圧力室９と、第２リリーフ弁２９の流出側とを接続する。流路４３は、第２リリーフ弁２９の流入側と、第２圧力室１１とを接続する。

第１圧力室９の方が第２圧力室１１よりも高圧の場合、第２チェック弁１７が開き、第１圧力室９からの作動油流入を許容する。更に作動油は調圧弁１３を通り、第３チェック弁１９が開いて第２圧力室１１側へ流出する。このとき、第４チェック弁２１は、第１圧力室９からピストン７内流路への作動油の流入を阻止し、第１チェック弁１５は、ピストン７内流路から第２圧力室１１への作動油の流出を阻止する。

第２圧力室１１の方が第１圧力室９よりも高圧の場合、第１チェック弁１５が開き、第２圧力室１１からの作動油流入を許容する。更に作動油は調圧弁１３を通り、第４チェック弁２１が開いて作動油は第１圧力室９側へ流出する。このとき、第３チェック弁１９は、第２圧力室１１からピストン７内流路への作動油の流入を阻止し、第２チェック弁１７は、ピストン７内流路から第１圧力室９への作動油の流出を阻止する。

尚、第１リリーフ弁２７は、第１圧力室９内の作動油の圧力が一定値を超えると開き、作動油が第１圧力室９側から第２圧力室１１側に流れることを許容する。また、第２リリーフ弁２９は、第２圧力室１１内の作動油の圧力が一定値を超えると開き、作動油が第２圧力室１１側から第１圧力室９側に流れることを許容する。

アキュムレータ２３は、ピストン７内の調圧弁１３からの流出側流路に設けられ、例えば、ピストンロッド５ａの内部に収装される。アキュムレータ２３は、作動油の熱膨張を吸収する機能を有する。また、低圧側圧力室に作動油を補給し作動油が負圧になることを防止して油圧式ダンパの性能を安定化させる機能を有している。尚、アキュムレータ２３はピストンロッド５ｂ又はピストン７の内部に収装してもよい。

次に、図２〜図４を用いて、油圧式ダンパ１の動作について詳細に説明する。図２〜図４は、図１に示した油圧式ダンパ１を油圧回路図として示したものである。

図２は、建築物に地震・風などの力が働き、ピストン７にＡ方向の外力が働く場合を示す。ピストン７がＡ方向に移動すると、第２圧力室１１に充填された作動油が圧縮される。第２圧力室１１で圧縮された作動油は、第１チェック弁１５から流路３３に流入する（図中矢印Ｂ方向）。この際、第２チェック弁１７および第３チェック弁１９は閉じている。

第１チェック弁１５から流路３３に流入した作動油は、調圧弁１３に流入する。所定圧力以上の作動油が調圧弁１３に流入すると、作動油は調圧弁１３を介して流路３５に流出する。調圧弁１３から流出した作動油は、第４チェック弁２１を介して第１圧力室９へ流入する（図中矢印Ｃ方向）。

なお、調圧弁１３通過後の作動油の圧力よりも第２圧力室１１の方が高圧なので、第３チェック弁１９が開くことはない。また、絞り弁３１が設けられるため、アキュムレータ２３への作動油の流入には、抵抗が付与される。したがって、流路３５を流れる作動油は、第４チェック弁２１から直ちに第１圧力室９に流出し、アキュムレータ２３へ作動油が流入することを抑制することができる。

このように、ピストン７が、Ａ方向に移動する速度に対し、調圧弁１３に収装するばね等を調整することで、ピストン７にはＡ方向の力を打ち消す方向に、減衰力が発生する。すなわち、調圧弁１３を調整することで、油圧式ダンパ１の減衰力特性を調整することができる。

また、ピストン７のＡ方向への移動速度が一定値を超え、第２圧力室１１の圧力が所定圧力以上となると、第２リリーフ弁２９が開き、作動油が第２圧力室１１から第１圧力室９へ流れる（図中矢印Ｄ）。すなわち、ピストン７に生じる減衰力が一定値を超えると、第２リリーフ弁２９が開いて、速度上昇に対する減衰力の上昇を抑制する。

次に、建築物に働く地震や風などの力の方向が、反転した場合について説明する。図３は、建築物に地震・風などの力が働き、ピストン７にＥ方向の外力が働く場合を示す。

ピストン７がＥ方向に移動すると、第１圧力室９に充填された作動油が圧縮される。第１圧力室９で圧縮された作動油は、第２チェック弁１７から流路３３に流入する（図中矢印Ｆ方向）。この際、第１チェック弁１５および第４チェック弁２１は閉じている。

第２チェック弁１７から流路３３に流入した作動油は、調圧弁１３に流入する。所定圧力以上の作動油が調圧弁１３に流入すると、作動油は調圧弁１３を介して流路３５に流出する。調圧弁１３から流出した作動油は、第３チェック弁１９を介して第２圧力室１１へ流入する（図中矢印Ｇ方向）。この際、調圧弁１３通過後の作動油の圧力よりも第１圧力室９の方が高圧なので、第４チェック弁２１が開くことはない。

また、前述したように、絞り弁３１が設けられるため、流路３５からアキュムレータ２３への作動油の流入には、抵抗が付与される。したがって、流路３５を流れる作動油は、第３チェック弁１９から直ちに第２圧力室１１に流出し、アキュムレータ２３へ作動油が流入することを抑制することができる。

このように、ピストン７が、Ｅ方向に移動する際に、ピストン７にはＡ方向に移動する時と同じ特性の減衰力が発生する。すなわち、１つの調圧弁１３を調整することで、油圧式ダンパ１は、左右方向の揺れに対して同じ減衰力特性を発生するように調整することができる。

なお、ピストン７のＥ方向への移動速度が一定値を超え、第１圧力室９の圧力が所定圧力以上となると、第１リリーフ弁２７が開き、作動油が第１圧力室９から第２圧力室１１へ流れる（図中矢印Ｈ方向）。すなわち、ピストン７に生じる減衰力が一定値を超えると、第１リリーフ弁２７が開いて、速度上昇に対する減衰力の上昇を抑制する。

図４は、油圧式ダンパ１における低圧部４５を示す図である。前述のように、油圧式ダンパ１は、ピストン７が往復動作する（図中矢印Ｉ方向）。この際、第１圧力室９および第２圧力室１１は、交互に、高圧側と低圧側とが繰り返される。したがって、第１圧力室９および第２圧力室１１と接続される各流路においても、これに応じて、高圧側と低圧側とが交互に繰り返される。

しかし、油圧式ダンパ１では、いずれの方向にピストン７が移動しても、低圧部４５は必ず低圧側となる。すなわち、調圧弁１３、第３チェック弁１９、第４チェック弁２１およびアキュムレータ２３で挟まれる流路３５は、いずれの方向にピストン７が移動しても、常に流路３３に対して低圧側となる。

ここで、図５は、地震等の揺れが生じた場合において、油圧式ダンパ１に生じる減衰力と、ピストン７の変位との関係示す図である。図中の円に対し、時計周りに変位と減衰力とが変化する。例えば、図５（ａ）に示すように、理想的には、変位の変化が最も大きな部位（すなわちピストン７の移動速度が最も大きい状態）で減衰力が最も大きくなり、変位の方向が変わる部位（すなわち、揺れの方向が変わる瞬間）では、減衰力が最も小さくなる。この際、理想的には、変位の方向が反転する際においても、減衰力の変化は連続する。

一方、油圧式ダンパ１の作動中に、アキュムレータに過度に作動油が流入すると、低圧側の圧力室における作動油が不足する。このように、油圧回路内の作動油量が不足すると、図５（ｂ）に示すように、変位の方向が反転する瞬間に、減衰力が発生せずにピストン７がわずかに滑る現象が生じる場合がある。このような滑りが生じると、油圧式ダンパの減衰性能が不安定となる。

これに対し、本発明では、絞り弁３１によって、アキュムレータ２３と流路３５の間の作動油の流れを抑制することで、上記のようなピストン７の滑りを抑制することができる。

以上、第１の実施形態によれば、油圧式ダンパ１の減衰特性を決定する調圧弁１３を、１つ使用することにより、従来のように２つの調圧弁を利用する場合に比べてコストのかからない油圧式ダンパを提供することができる。

また、本実施の形態では、調圧弁１３が１つであるので、調圧弁１３を収装するピストン７を小型化することができる。即ち、油圧式ダンパ１自体を小型化することができる。

また、調圧弁１３の調整時間を短縮することができる。また、ピストン７の左右方向の移動に対して、同じ調圧弁１３の特性を利用するので、油圧式ダンパ１は左右方向の揺れに対して同じ減衰力特性を得ることができる。

また、アキュムレータ２３が、ピストン７の動作時に作動油が流れる流路３５に対し絞り弁３１を介して接続されるため、アキュムレータ２３に対する作動油の流入や流出を抑制することができる。さらに、アキュムレータ２３の接続位置が、常に低圧側となるため、ピストン７の移動方向の変化に対しても、低圧部４５の圧力変動が小さい。したがって、アキュムレータ２３に対する作動油の流入や流出を抑制することができる。

また、第１リリーフ弁２７および第２リリーフ弁２９が設けられるため、ピストン７が一定速度以上で移動した際、第１リリーフ弁２７または第２リリーフ弁２９が開いて、速度上昇に対する減衰力の上昇を抑制することができる。

次に、第２の実施の形態の油圧式ダンパ１ａについて説明する。なお、以下の説明において、油圧式ダンパ１と同様の機能を奏する構成については、図１等と同一の符号を付して、重複した説明を省略する。油圧式ダンパ１ａは、油圧式ダンパ１と略同様の構成であるが、アキュムレータ２３と流路３５との間において、絞り弁３１と並列に第５チェック弁４７が設けられる。

前述したように、絞り弁３１を設けることで、流路３５からアキュムレータ２３への作動油の流入を抑制可能である。この際、絞り弁３１のオリフィス径が大きすぎると、十分に作動油の流れを絞ることができず、その効果が小さい。一方、絞り弁３１のオリフィス径が小さすぎると、低圧側の圧力室の作動油が不足した際、アキュムレータ２３からの作動油の補充が間に合わず、油圧式ダンパの性能が不安定となる。

そこで、本発明では、絞り弁３１による絞りを確保した上で、アキュムレータ２３から油圧回路内への作動油の補給が瞬時に（すなわち、必要な量の作動油が十分に短い時間で）行われるように、アキュムレータ２３側を流入側とし、流路３５側を流出側とする第５チェック弁４７を配置する。これにより、アキュムレータ２３への流入を抑制するとともに、油圧回路内への作動油の補給を瞬時に行うことができる。

以上、第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、絞り弁３１によって、アキュムレータ２３への作動油の流入を抑制するとともに、油圧回路内の作動油が不足した場合には、必要な量の作動油を十分に短い時間で、アキュムレータ２３から補給することができる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１、１ａ……油圧式ダンパ
３………シリンダ
５ａ、５ｂ………ピストンロッド
７………ピストン
９………第１圧力室
１１………第２圧力室
１３………調圧弁
１５………第１チェック弁
１７………第２チェック弁
１９………第３チェック弁
２１………第４チェック弁
２３………アキュムレータ
２５ａ、２５ｂ………ジョイント
２７………第１リリーフ弁
２９………第２リリーフ弁
３１………絞り弁
３３、３５、３７、３９、４１、４３………流路
４５………低圧部
４７………第５チェック弁

Claims

シリンダと、
前記シリンダを第１圧力室と第２圧力室とに区分し、前記シリンダ内に移動可能に設けられたピストンと、
前記ピストンに設けられるロッドと、
流入側が前記第２圧力室、流出側が第１流路に接続される第１チェック弁と、
流入側が前記第１圧力室、流出側が前記第１流路に接続される第２チェック弁と
流入側が前記第１流路、流出側が第２流路に接続され、前記第１流路から前記第２流路へ通過する作動油に流体抵抗を発生させる調圧弁と、
流入側が前記第２流路、流出側が前記第２圧力室に接続される第３チェック弁と、
流入側が前記第２流路、流出側が前記第１圧力室に接続される第４チェック弁と、
前記第２流路に接続されるアキュムレータと、
前記第２流路と前記アキュムレータとの間に設けられる絞り弁と、
を具備することを特徴とする油圧式ダンパ。
流入側が前記アキュムレータ側、流出側が前記第２流路側に接続される第５チェック弁が、前記絞り弁に並列に接続されることを特徴とする請求項１記載の油圧式ダンパ。
前記第２流路は、前記ピストンが動作する際、前記第１流路に対して常に低圧領域となることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の油圧式ダンパ。