JP2014066347A - 解放弁および油圧式ダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】 温度上昇により作動油が大きく膨張する場合でも、装置の破損を防ぐことが可能であり、通常時には作動油の漏れ出しを防止することができる解放弁およびこれを用いた油圧式ダンパを提供する。
【解決手段】 弁体４９はスプール弁の形状を有し、流出孔４７の先端は流出孔４７に嵌められる。弁体４９と流出孔４７との摺動面には、シール部材であるＯリング５１が設けられる。弁体４９の後端側にはフランジ部６３が設けられる。フランジ部６３には、孔６１が設けられる。フランジ部６３は、解放室５５の内周面に対して摺動する。通常時においては、弁体４９は、ばね５７によって流出孔４７方向に押し付けられて、流出孔４７を塞ぐ。この際、Ｏリング５１によって、弁体４９と流出孔４７との隙間をシールすることができる。すなわち、弁体４９と流出孔４７との隙間から、流路４５からの作動油が外部（解放室５５）に漏れることがない。
【選択図】図３

Description

本発明は解放弁およびこれを用いた油圧式ダンパに関する。

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、制震用油圧式ダンパが用いられていた。制震用油圧式ダンパは、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、調圧部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。ピストンは、作動油が充填されたシリンダを２つの圧力室に区分する。油圧式ダンパは、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、調圧部を装備している。

作動油が流通する流路には、アキュムレータが設けられる。アキュムレータは、作動油を流路に対して給排する。これにより、ピストンの往復運動により作動油の温度が上昇したことに伴う作動油の体積増加分を吸収したり、油圧式ダンパの性能を安定させたりする。

近年、装置を小型化する必要があることや、外観上の問題から、調圧部やアキュムレータをピストン等の内部に設けた油圧式ダンパがあり、特許文献１に示すようなものが知られている。

特開２００６−３４９０２１号公報

しかしながら、例えば長周期地震など起こった場合に超高層ビル等が長時間揺れる等、様々な理由により油圧式ダンパの作動油が大きく温度上昇して体積増加が大きくなる場合が考えられる。このとき、作動油の体積増加分がアキュムレータの容量を超え、装置に過度の油圧が生じ油圧式ダンパを破損させる問題がある。

したがって、アキュムレータの容量を超えて、油圧式ダンパ内部の圧力が所定以上となった場合には、作動油を外部に放出する必要がある。しかし、通常の弁は、弁座と線接触しており、わずかに弁体が動作した場合にも、作動油の漏れ出しがある。特に、弁体と弁座とは金属であるため、長期の使用において、接触部から作動油が漏れだす恐れがある。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、温度上昇により作動油が大きく膨張する場合でも、装置の破損を防ぐことが可能であり、通常時には作動油の漏れ出しを防止することができる解放弁およびこれを用いた油圧式ダンパを提供することを目的とする。

前述した目的を達するために第１の発明は、解放室に設けられるばねと、前記ばねの先端に設けられる弁体と、前記弁体が挿抜可能な流出孔と、前記流出孔の内面と前記弁体の外周面との摺動面に設けられるシール部材と、を具備し、前記弁体の先端縁部または前記流出孔の内面縁部が面取り加工されることを特徴とする解放弁である。

前記弁体の後端には、フランジ部が設けられ、前記フランジ部は、前記解放室の内面に対して摺動し、前記弁体のガイド機構として機能し、前記フランジ部には、孔が形成されることが望ましい。

前記弁体の先端の端面には、前記弁体の側面と連通する孔が形成されてもよい。

前記弁体はスプール弁であることが望ましい。

第１の発明によれば、弁体が孔に挿入され、孔内においてシール部材で摺動される。したがって、通常時において、作動油が解放室に流出することがない。

また、弁体の後端にフランジ部を設け、フランジ部を解放室内の内周面に対して摺動させることで、弁体が傾くことを防止することができる。この際、フランジ部に孔が形成されるため、解放弁が開いた際に、作動油をフランジ部の後方に流出させることができる。したがって、油圧式ダンパ内の作動油の圧力が過剰に上昇した際には、作動油を外部に流出させ、油圧式ダンパの破損を防止することができる。

このような、解放弁としては、弁体がスプール弁であることが望ましい。スプール弁であれば、弁体は、孔内を摺動可能であるため、弁体の僅かな移動によっても、シール部材によって、確実に作動油をシールすることができる。したがって、通常時に、作動油が漏れだすことがない。

第２の発明は、第１の発明に係る解放弁を用い、シリンダと、前記シリンダ内で往復移動可能に設けられたピストンと、前記シリンダ内で前記ピストンの両側に形成され、作動油が充填された２つの圧力室と、２つの前記圧力室を結び、前記作動油を流通させる流路と、前記流路における前記作動油の圧力又は流量を制御するための調圧部と、前記作動油の流通経路または前記圧力室に対し前記作動油の給排を行うアキュムレータと、を具備する油圧回路において、前記油圧回路には前記解放弁が設けられ、前記解放弁が、前記作動油の圧力が設定値を超えた場合に前記弁体が前記流出孔から抜ける方向に移動し、前記作動油が前記流出孔から流出することを特徴とする油圧式ダンパである。２つの前記圧力室を結び、前記作動油を流通させる他の流路において、一対の固定絞りが設けられ、前記アキュムレータおよび前記解放弁は、一対の前記固定絞りの間で前記他の流路に対して接続されてもよい。

第２の発明によれば、通常使用時において、作動油の漏れ出しがなく、油圧式ダンパ内の圧力が過剰に上昇した場合に、作動油を外部に放出し、油圧式ダンパの破損を防止することができる。

本発明によれば、温度上昇により作動油が大きく膨張する場合でも、装置の破損を防ぐことが可能であり、通常時には作動油の漏れ出しを防止することができる解放弁およびこれを用い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の構造を示す図。 油圧式ダンパの油圧回路を示す図。 解放弁３７を示す図。 油圧式ダンパ１ａの構造を示す図。 解放弁３７ａを示す図。

以下、図面を参照しながら、本発明の油圧式ダンパについて詳細に説明する。図１は、油圧式ダンパ１の構造を示す図であり、図２は、油圧式ダンパ１の回路図である。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、調圧弁１３ａ、１３ｂ、アキュムレータ２３、解放弁３７等から構成される。

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。

シリンダ３の外部には、弁ブロック３３およびアキュムレータブロック３５が設けられる。弁ブロック３３の内部には、流路３９ａ、３９ｂ、４１ａ、４１ｂ、４３ａ、４３ｂが設けられる。流路３９ａは、第１圧力室９に接続される。流路３９ｂは第２圧力室１１に接続される。流路３９ｂから分岐する流路４１ａには、調圧弁１３ｂが設けられ、さらに流路４１ｂを介して流路３９ａに接続される。また、流路３９ａから分岐する流路４３ａには、調圧弁１３ａが設けられ、さらに流路４３ｂを介して流路３９ｂに接続される。

なお、流路４１ａは調圧弁１３ｂの流入側であり、流路４１ｂは調圧弁１３ｂの流出側である。また、流路４３ａは調圧弁１３ａの流入側であり、流路４３ｂは調圧弁１３ａの流出側である。

流路３９ａ、３９ｂは、それぞれ固定絞り３１ａ、３１ｂを介してアキュムレータブロック３５の流路４５と接続される。アキュムレータブロック３５は、弁ブロック３３に接合される。作動油が流れる流通経路である流路４５にはアキュムレータ２３が接続される。また、流路４５には、解放弁３７が接続される。解放弁３７は外部に連通する。すなわち、解放弁３７は、シリンダ３、ピストンロッド５ａ、５ｂ、ピストン７、調圧弁１３ａ、１３ｂ、アキュムレータ２３および各流路等で構成される油圧回路に設けられる。ここで、外部とは通常作動時に作動油が流通している部分以外の部分を指す。尚、上記流路や弁等は、ピストン７やピストンロッド５ａ、５ｂ内に設けてもよい。

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。

次に、図２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は、建築物に地震・風などの力が働き、ピストン７に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、流路３９ｂから流路４１ａに流入する。

所定圧力以上の作動油が調圧弁１３ｂに流入すると、作動油は調圧弁１３ｂを介して流路４１ｂに流出する。調圧弁１３ｂから流出した作動油は、流路３９ａを介して第１圧力室９へ流入する。

なお、流路４３ａの作動油の圧力よりも流路４３ｂの方が高圧なので、調圧弁１３ａが開くことはない。また、固定絞り３１ｂ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３９ｂを流れる作動油は、調圧弁１３ｂから直ちに第１圧力室９に流出する。

このように、ピストン７が、Ｅ方向に移動する速度に対し、調圧弁１３ｂに収装するばね等を調整することで、ピストン７にはＥ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１３ｂ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。

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。ピストン７がＦ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、流路３９ａから流路４３ａに流入する。

所定圧力以上の作動油が調圧弁１３ａに流入すると、作動油は調圧弁１３ａを介して流路４３ｂに流出する。調圧弁１３ａから流出した作動油は、流路３９ｂを介して第２圧力室１１へ流入する。

なお、流路４１ａの作動油の圧力よりも流路４１ｂの方が高圧なので、調圧弁１３ｂが開くことはない。また、固定絞り３１ａ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３９ａを流れる作動油は、調圧弁１３ａから直ちに第２圧力室１１に流出する。

このように、ピストン７が、Ｆ方向に移動する速度に対し、調圧弁１３ａに収装するばね等を調整することで、ピストン７にはＦ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１３ａ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。

油圧式ダンパ１の通常作動時には、流路４５における油圧はアキュムレータ２３内のばねによりほぼ一定の圧力に保持される。その圧力はアキュムレータ２３内の油圧とほぼ同等である。

アキュムレータ２３は、例えばアキュムレータ２３内を移動するピストンと、ピストンを支持するばねとを有するばね式のものを用いることができる。アキュムレータ２３内の作動油の油圧と、ピストンを支持するばねの弾性力の釣り合いに応じて、ピストンが移動して作動油が流路４５に給排される。

ピストン７の往復運動に伴って作動油が温度上昇した場合、温度上昇に伴って増加した体積分の作動油が流路４５を介してアキュムレータ２３に給油される。一方、作動油の温度が低下して作動油の体積が減少すると、作動油がアキュムレータ２３から流路４５に排出される。このように、アキュムレータ２３により作動油の体積変動が吸収される。

また、アキュムレータ２３は、油圧式ダンパ１の作動時に低圧側の圧力室に作動油を供給し、作動油が負圧になることを防止して油圧式ダンパ１の性能を安定させる機能等を有する。

次に、解放弁３７の動作について説明する。図３（ａ）は、解放弁３７の構造を示す拡大断面図であり、図３（ｂ）は、弁体４９の正面図である。解放弁３７は、流路４５と連通する流出孔４７と、弁体４９と、弁体４９の後端に設けられるフランジ部６３と、弁体４９を流出孔４７に対して押し付けるばね５７等から構成される。

弁体４９はスプール弁の形状を有し、弁体４９の先端は流出孔４７に嵌められる。弁体４９と流出孔４７との摺動面には、シール部材であるＯリング５１が設けられる。Ｏリング５１は、流出孔４７の内面に設けられた溝に嵌められ、弁体４９と流出孔４７との隙間をシールする。

弁体４９の後端側にはフランジ部６３が設けられる。フランジ部６３には、孔６１が設けられる。フランジ部６３は、解放室５５の内周面に対して摺動する。すなわち、弁体４９の移動に対して、フランジ部６３と解放室５５の内面は、ガイド機構として機能する。したがって、弁体４９が解放室５５内で傾くことを防止することができる。

通常時においては、弁体４９は、ばね５７によって流出孔４７方向に押し付けられて、流出孔４７を塞ぐ。この際、Ｏリング５１によって、弁体４９と流出孔４７との隙間をシールすることができる。すなわち、弁体４９と流出孔４７との隙間から、流路４５（図１、図２）からの作動油が外部（解放室５５）に漏れることがない。

前述のように、アキュムレータ２３（図１、図２）は、作動油の体積が増加することで流路内の油圧が上昇すると、作動油がアキュムレータ２３内に流れ込み、流路内のそれ以上の圧力上昇を抑制する。しかし、作動油の体積増加に対してアキュムレータ２３の容量を超えると、装置に過度の油圧が生じ油圧式ダンパ１を破損させる恐れがある。

本発明では、アキュムレータ２３の容量を超えて、油圧式ダンパ１の内部の圧力が所定以上となった場合には、解放弁３７を動作させ、作動油を外部に放出する。

図３（ｃ）は、弁体４９が、作動油の圧力によってばね５７による力に対抗して後方（解放室５５側であって図中矢印Ａ方向）に移動した状態を示す図である。弁体４９が流出孔４７から抜けると、流路４５（図１、図２）の作動油の一部が流出孔４７から解放室５５へ流れ込む（図中矢印Ｂ方向）。すなわち、作動油は、フランジ部６３の孔６１を介して、解放室５５の後方に流出し、外部に作動油を流出させることができる。このように、解放弁３７は、油圧式ダンパ１の内部の圧力が所定以上となった場合に、油圧式ダンパ１の油圧回路から作動油を外部に放出するものである。したがって、解放室５５は、油圧回路の外部となるため、完全に密閉された空間である必要はない。

作動油の一部を外部に流出させることで、油圧式ダンパ１内の圧力を下げ、油圧式ダンパ１の破損を防止することができる。なお、油圧式ダンパ１内の圧力が下がると、ばね５７によって、弁体４９は再び流出孔４７に嵌り込み、流出孔４７から作動油が漏れだすことを防止する。この際、前述したように、フランジ部６３は弁体４９の動作のガイド機構として機能するため、弁体４９はまっすぐに流出孔４７に嵌り込む。

また、弁体４９の先端には、面取り部５９が設けられる。したがって、弁体４９が再び流出孔４７に嵌り込む際に、Ｏリング５１の損傷を抑制することができる。なお、Ｏリング５１を弁体４９側に配置することもできる。この場合には、流出孔４７の縁部に面取り部５９を形成することで、弁体４９の動作に伴うＯリング５１の破損を抑制することができる。

このような効果を得るためには、弁体４９が移動する圧力を、アキュムレータ２３の圧力よりも大きく設定し、油圧式ダンパ１の耐圧強度よりも小さくするように設定すればよい。

以上のように、本実施形態では、油圧式ダンパ１の作動油が温度上昇によって体積膨張した場合でも、油圧回路内の作動油の圧力が予め定めた設定値に達すると、解放弁３７が外部と連通し、体積膨張分の作動油を逃がすことができる。したがって、油圧式ダンパ１の破損を防止することができる。

また、フランジ部６３に孔６１が設けられるため、作動油を解放室５５に流出させることができる。なお、解放室５５は外部に連通するため、作動油を外部に流出させることができる。

ここで、通常の弁は、弁体と弁座との間にＯリング等を設けることは困難である。このような接触部では、Ｏリングが破損する恐れがあるためである。したがって、通常の弁では、弁体と弁座とを線接触させることで、面圧を高め、接触部からの作動油の漏れを防止する。しかし、このような従来型の弁では、わずかに弁体が動作した場合にも、作動油の漏れ出しがある。特に、弁体と弁座とは金属であるため、長期の使用において、接触部から作動油が漏れだす恐れがある。

これに対し、本発明では、弁体４９をスプール弁とし、流出孔４７との摺動面にＯリング５１を配置することで、弁体４９と流出孔４７との隙間を確実にシールすることができるとともに、弁体４９のわずかな動作によって、作動油が外部に漏れだすことがない。

なお、本発明での解放弁３７は、常に弁体４９が動作を繰り返すものではなく、異常時にのみ解放弁３７が解放するものである。したがって、弁体４９が動作する頻度は低く、これに伴うＯリング５１の破損の可能性は低い。さらに、弁体４９の先端部に面取り部５９を設けることで、弁体４９が動作した後に、Ｏリング５１が破損することを防止することができる。

このように、従来Ｏリング等を用いることが困難であった弁に対して、本発明の解放弁３７は、弁体４９が異常時にのみ動作するものであるため、Ｏリング５１を設けても、その劣化の可能性が低く、停止時における作動油の漏れ出しを確実に防止することができる。

次に、第２の実施の形態について説明する。図４は、第２の実施の形態にかかる油圧式ダンパ１ａを示す図である。なお、以下の説明において、油圧式ダンパ１と同様の機能を有する構成については、図１等と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。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、各流路や調圧弁等がピストンロッド５ａまたはピストン７内に収装される点で異なる。

図に示す例では、アキュムレータ２３は、ピストンロッド５ａ内に設けられる。アキュムレータ２３のピストン内には、解放弁３７が設けられる。すなわち、本実施形態では、解放弁３７は、アキュムレータブロックではなく油圧回路の一部を構成するピストンロッド５ａに設けられる。

油圧式ダンパ１ａでは、解放弁３７は、アキュムレータ２３の弾性部材が配置される室内に連通する。したがって、アキュムレータ２３の容量以上の作動油がアキュムレータ２３内に流入すると、作動油の一部が、アキュムレータ２３のばね側に流出して、圧力を低下させる。

以上のように、第２の実施形態にかかる油圧式ダンパ１ａによっても、油圧式ダンパ１と同様の効果を得ることができる。

次に、解放弁の他の実施形態について説明する。図５（ａ）は、解放弁３７ａを示す図であり、図５（ｂ）は弁体４９ａを示す正面図である。解放弁３７ａは、解放弁３７と略同様であるが、形状が異なる弁体４９ａが用いられる点で異なる。弁体４９ａには、先端側に孔６５が設けられる。孔６５は、弁体４９ａの端面と、端面から所定長さ後方の側面（外周面）とに連通する。すなわち、孔６５は、弁体４９ａの端面から弁体４９ａの移動方向（図５（ａ）の左右方向）に所定深さ設けられ、さらに、弁体４９ａの移動方向に垂直な方向（図５（ａ）の上下方向）に向けて形成される。

アキュムレータ２３内が所定圧力以上となると、図５（ｃ）に示すように、弁体４９ａが移動する（図中矢印Ｃ方向）。この際、弁体４９ａの外周面に形成された孔６５が解放室５５側に露出すると、作動油は、孔６５を介して解放室５５に流出する。すなわち、解放弁３７ａでは、弁体４９ａは、流出孔４７から完全に抜けることがない。

また、流出孔４７の縁部からＯリング５１の位置までの長さは、弁体４９ａの端面から弁体４９ａの外周面の孔６５までの長さ（弁体４９ａの軸方向長さ）よりも短いことが望ましい。このようにすれば、Ｏリング５１は、常に弁体４９ａの外周面と接触し、Ｏリング５１よりも後方（図中左側）に弁体４９ａが移動することがない。この場合には、面取り部は不要であり、弁体４９ａの先端縁部によって、Ｏリング５１を傷つけることがない。

また、弁体４９ａは流出孔４７から完全に抜けることがないため、流出孔４７が弁体４９ａのガイド機構として機能する。したがって、フランジ部６３は必ずしも必要ではない。

以上、解放弁３７ａによっても解放弁３７と同様の効果を得ることができる。したがって、上述した油圧式ダンパ１、１ａに解放弁３７ａを適用することもできる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る油圧式ダンパ等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又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。

例えば、本発明の油圧式ダンパの例として図２の油圧回路を示したが、本発明の油圧式ダンパは上記示された油圧回路で表わされるものに限らない。

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
１３ａ、１３ｂ………調圧弁
２３………アキュムレータ
２５ａ、２５ｂ………ジョイント
３１ａ、３１ｂ………固定絞り
３３………弁ブロック
３５………アキュムレータブロック
３７、３７ａ………解放弁
３９ａ、３９ｂ、４１ａ、４１ｂ、４３ａ、４３ｂ、４５………流路
４７………流出孔
４９、４９ａ………弁体
５１………Ｏリング
５５………解放室
５７………ばね
５９………面取り部
６１、６５………孔
６３………フランジ部

Claims (5)

1. 解放室に設けられるばねと、
   前記ばねの先端に設けられる弁体と、
   前記弁体が挿抜可能な流出孔と、
   前記流出孔の内面と前記弁体の外周面との摺動面に設けられるシール部材と、
   を具備し、
   前記弁体の先端縁部または前記流出孔の内面縁部が面取り加工されることを特徴とする解放弁。
2. 前記弁体の後端には、フランジ部が設けられ、
   前記フランジ部は、前記解放室の内面に対して摺動し、前記弁体のガイド機構として機能し、
   前記フランジ部には、孔が形成されることを特徴とする請求項１記載の解放弁。
3. 前記弁体の先端の端面には、前記弁体の側面と連通する孔が形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の解放弁。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の解放弁を用い、
   シリンダと、
   前記シリンダ内で往復移動可能に設けられたピストンと、
   前記シリンダ内で前記ピストンの両側に形成され、作動油が充填された２つの圧力室と、
   ２つの前記圧力室を結び、前記作動油を流通させる流路と、
   前記流路における前記作動油の圧力又は流量を制御するための調圧部と、
   前記作動油の流通経路または前記圧力室に対し前記作動油の給排を行うアキュムレータと、
   を具備する油圧回路において、
   前記油圧回路には前記解放弁が設けられ、
   前記解放弁が、前記作動油の圧力が設定値を超えた場合に前記弁体が前記流出孔から抜ける方向に移動し、前記作動油が前記流出孔から流出することを特徴とする油圧式ダンパ。
5. 前記解放弁は、前記流路において、前記アキュムレータの機能によって油圧ダンパの通常作動時に前記アキュムレータ内の油圧とほぼ同等の圧力に保たれる範囲に設けられることを特徴とする請求項４記載の油圧式ダンパ。

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