JP2015113588A - 制振用オイルダンパー、および、建築物 - Google Patents

Abstract

【課題】制振動作によって架構が損傷する不都合を避けることができる制振用オイルダンパー、および、この制振用オイルダンパーを備えた建築物を提供する。
【解決手段】ピストン４がピストン原点位置に近づく方向に移動する場合、シリンダー室５内のオイル２を減衰流路８に通して絞り機構９により減衰力を付与し、ピストンがピストン原点位置から遠のく方向に移動する場合、減衰力変換位置に到達するまでは、逃し流路１１のピストン原点位置側の開口部をピストンで閉塞し続け、シリンダー室内のオイルを減衰流路に通して絞り機構により減衰力を付与し、減衰力変換位置を越えると、ピストンによる逃し流路のピストン原点位置側の開口部の閉塞を解除して、オイルを逃し流路のピストン原点位置側の開口部から流出して減衰力を弱め、ピストンが外力の作用により移動し得る最大振幅位置に到達する前には減衰力をゼロにするようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、主としてビル等の建築物に使用する制振用オイルダンパー、および、この制振用オイルダンパーを備えた建築物に関するものである。

オイルダンパーは、地震や風などの外乱に対して受動的（パッシブ）に制御力を発揮するので、パッシブダンパーとも呼ばれており、温度・速度に影響され難くて減衰特性が安定しており、強い制振力の割に小型であり、経年変化による性能低下が少ないなどの理由により広く使用されている。

従来、この様な利点を有する制振用オイルダンパーは、ピストンにより区画したシリンダー内の第１シリンダー室と第２シリンダー室とにオイルを封入し、第１シリンダー室から第２シリンダー室にオイルを逃す流路の途中に減衰弁やオリフィス等の絞りを設けるとともに逆止弁を設け、同様に、第２シリンダー室から第１シリンダー室にオイルを逃す流路の途中にも減衰弁やオリフィス等の絞りを設けるとともに逆止弁を設け、ピストンロッドを通じて外力が入力した際に一方のシリンダー室から他方のシリンダー室にオイルが逃げるときに発生する絞り抵抗により反力を得て、振動を減衰している。このような制振用オイルダンパーとしては、ピストン内に減衰弁等を内蔵するとともに弁の数を減少して構造の簡素化を図り、信頼性の高いコンパクトなものも提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３３０６３９９号公報

ところで、既存の建築物においては、制振用オイルダンパーにより制振補強を行うことを前提とせずに設計されたものがある。このような建築物に対して、柱と梁で構成された架構の強度不足を補わずに制振用オイルダンパーを取り付けた場合、大地震等により振幅が比較的大きな振動が作用すると、架構が制振用オイルダンパーの制振動作に耐えられず、却って損傷してしまう虞がある。
また、上記の不具合の対策として架構の強度を増す工事をした場合、建築物全体の重量が増加するため、これに応じて制振用オイルダンパーの減衰力を大きくする必要が生じる。このため、状況に応じて、減衰力を調整可能な機構を制振用オイルダンパーに付加することも考えられる。しかしながら、このような調整機構を付加することは、構造の複雑化とコストの上昇を招くため好ましくない。

そこで、本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、制振動作によって架構が損傷する不都合を避けることができる制振用オイルダンパー、および、この制振用オイルダンパーを備えた建築物を提供しようとするものである。

本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１に記載のものは、オイルを封入したシリンダーと、
該シリンダー内に移動可能に嵌装され、シリンダー内を第１のシリンダー室と第２シリンダー室とに区画するピストンと、
該ピストンに接続され、上記シリンダーから外部へと延出されたピストンロッドと、
上記ピストンの位置にかかわらず第１のシリンダー室と第２シリンダー室とを連通する減衰流路と、
該減衰流路に設けられ、通過するオイルの抵抗となる絞り機構と、
前記ピストンを貫通した状態でシリンダーの軸方向に沿って掛け渡された一対のシャフトと、
前記シャフトに形成され、ピストン原点位置におけるピストンで閉塞可能な範囲内であって第２シリンダー室寄りに一端が開口して他端が第１のシリンダー室に連通した第１逃し流路と、
前記シャフトに形成され、ピストン原点位置におけるピストンで閉塞可能な範囲内であって第１シリンダー室寄りに一端が開口して他端が第２シリンダー室に連通した第２逃し流路と、
各逃し流路に設けられ、ピストン原点位置側の開口部から流入したオイルの通過を阻止するがその逆方向の通過を許容する逆止弁と、
を備え、
ピストンロッドに外力が作用してピストンがピストン原点位置に近づく方向に移動する場合に、シリンダー室内のオイルを減衰流路に通して絞り機構により減衰力を付与し、
ピストンがピストン原点位置から遠のく方向に移動する場合においては、
予め設定された減衰力変換位置に到達するまでは、逃し流路のピストン原点位置側の開口部をピストンで閉塞し続け、シリンダー室内のオイルを減衰流路に通して絞り機構により減衰力を付与し、
前記減衰力変換位置を越えると、ピストンによる逃し流路のピストン原点位置側の開口部の閉塞を解除して、オイルを逃し流路のピストン原点位置側の開口部から流出して減衰力を弱め、ピストンが前記外力の作用により移動し得る最大振幅位置に到達する前には減衰力をゼロにするようにしたことを特徴とする制振用オイルダンパーである。

請求項２に記載のものは、オイルを封入したシリンダーと、
該シリンダー内に移動可能に嵌装され、シリンダー内を第１のシリンダー室と第２シリンダー室とに区画するピストンと、
該ピストンに接続され、上記シリンダーから外部へと延出されたピストンロッドと、
上記ピストンの位置にかかわらず第１のシリンダー室と第２シリンダー室とを連通する減衰流路と、
該減衰流路に設けられ、通過するオイルの抵抗となる絞り機構と、
前記ピストンを貫通した状態でシリンダーの軸方向に沿って掛け渡された一対のシャフトと、
前記シャフトに形成され、ピストン原点位置におけるピストンで閉塞可能な範囲内であって第２シリンダー室寄りに一端が開口して他端が第１のシリンダー室に連通した第１逃し流路と、
前記シャフトに形成され、ピストン原点位置におけるピストンで閉塞可能な範囲内であって第１シリンダー室寄りに一端が開口して他端が第２シリンダー室に連通した第２逃し流路と、
各逃し流路に設けられ、ピストン原点位置側の開口部から流入したオイルの通過を阻止するがその逆方向の通過を許容する逆止弁と、
を備え、
ピストンロッドに外力が作用してピストンがピストン原点位置に近づく方向に移動する場合に、シリンダー室内のオイルを減衰流路に通して絞り機構により減衰力を付与し、
ピストンがピストン原点位置から遠のく方向に移動する場合においては、
予め設定された減衰力変換位置に到達するまでは、逃し流路のピストン原点位置側の開口部をピストンで閉塞し続け、シリンダー室内のオイルを減衰流路に通して絞り機構により減衰力を付与し、
前記減衰力変換位置を越えると、ピストンによる逃し流路のピストン原点位置側の開口部の閉塞を解除して、オイルを逃し流路のピストン原点位置側の開口部から流出して減衰力を弱め、ピストンが前記外力の作用により移動し得る最大振幅位置に到達したときには、減衰力変換位置における減衰力よりも弱い振幅位置減衰力を付与するようにしたことを特徴とする制振用オイルダンパーである。

請求項３に記載のものは、前記第１逃し流路および第２逃し流路には、オイルの通過量を絞る逃し側絞り手段をそれぞれ備えたことを特徴とする請求項２に記載の制振用オイルダンパーである。

請求項４に記載のものは、前記ピストンロッドには、当該ピストンロッドを接続対象物へ接続する接続部材とピストンとの離間距離を調整可能なロッド調整機構を備え、該ロッド調整機構を調整することにより、ピストンの位置を調整可能としたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の制振用オイルダンパーである。

請求項５に記載のものは、前記請求項１から請求項４のいずれかに記載の制振用オイルダンパーを架構に備え、該架構の振動を減衰可能な建築物であって、
前記制振用オイルダンパーのシリンダーとピストンロッドとを前記架構へ接続するダンパー接続部材を備え、
前記制振用オイルダンパーは、
前記架構が地震等の外力による振動を受けて常態から歪むと、架構からダンパー接続部材を介してピストンロッドに負荷が掛かり、該負荷によりピストンをピストン原点位置から遠ざけ、
前記架構が振動による歪み状態から常態へ戻ると、架構からダンパー接続部材を介してピストンロッドに架構の復元力が掛かり、該復元力によりピストンをピストン原点位置に近づけることを特徴とする建築物である。

本発明によれば、以下のような優れた効果を奏する。
すなわち、請求項１の発明によれば、ピストンロッドに外力が作用してピストンがピストン原点位置に近づく方向に移動する場合に、シリンダー室内のオイルを減衰流路に通して絞り機構により減衰力を付与し、ピストンがピストン原点位置から遠のく方向に移動する場合においては、予め設定された減衰力変換位置に到達するまでは、逃し流路のピストン原点位置側の開口部をピストンで閉塞し続け、シリンダー室内のオイルを減衰流路に通して絞り機構により減衰力を付与し、減衰力変換位置を越えると、ピストンによる逃し流路のピストン原点位置側の開口部の閉塞を解除して、オイルを逃し流路のピストン原点位置側の開口部から流出して減衰力を弱め、ピストンが外力の作用により移動し得る最大振幅位置に到達する前には減衰力をゼロにするようにしたので、架構が制振補強に耐える強度を備えていない建築物に制振用オイルダンパーを取り付けたとしても、架構が制振用オイルダンパーの制振動作に耐えられずに損傷してしまう不都合を抑制することができる。その一方で、ピストンが原点位置に近づく（戻る）際、或いは、原点位置と減衰力変換位置との間で移動する際には、減衰力が発生するので、架構に対する負担を軽減しつつも振動を抑制することが可能となる。したがって、請求項１の発明によれば、建築物の耐力によらず補強対策を必要とすることなく、また、制振用オイルダンパーに減衰力の調整機構を別途付加することなく、建築物に設置することができるので、汎用性の向上およびコストの削減に寄与することが可能となる。

また、請求項２の発明によれば、ピストンロッドに外力が作用してピストンがピストン原点位置に近づく方向に移動する場合に、シリンダー室内のオイルを減衰流路に通して絞り機構により減衰力を付与し、ピストンがピストン原点位置から遠のく方向に移動する場合においては、予め設定された減衰力変換位置に到達するまでは、逃し流路のピストン原点位置側の開口部をピストンで閉塞し続け、シリンダー室内のオイルを減衰流路に通して絞り機構により減衰力を付与し、減衰力変換位置を越えると、ピストンによる逃し流路のピストン原点位置側の開口部の閉塞を解除して、オイルを逃し流路のピストン原点位置側の開口部から流出して減衰力を弱め、ピストンが外力の作用により移動し得る最大振幅位置に到達したときには、減衰力変換位置における減衰力よりも弱い振幅位置減衰力を付与するようにしたので、原点位置から遠ざかるピストンが減衰力変換位置を越えた後において、減衰力を緩やかに弱めることで建造物の架構に対する負荷を抑制しつつも、より高い制振効果を得ることが可能となる。

さらに、請求項３の発明によれば、第１逃し流路および第２逃し流路には、オイルの通過量を絞る逃し側絞り手段をそれぞれ備えたので、ピストンが減衰力変換位置を越えた後の減衰力の弱まり方を所望の態様に設定することができる。

また、請求項４の発明によれば、ピストンロッドには、当該ピストンロッドを接続対象物へ接続する接続部材とピストンとの離間距離を調整可能なロッド調整機構を備え、該ロッド調整機構を調整することにより、ピストンの位置を調整可能としたので、接続対象物に対する取付状況によらずピストンの位置（建築物が振動せずに静止した状態（常態）におけるピストンの初期位置）を原点位置に調整することができる。これにより、制振用オイルダンパーを安定して動作させることができる。

そして、請求項５の発明によれば、補強対策を必要とすることなく、架構に対する負担を軽減しつつ振動を抑制することが可能な制振用オイルダンパーを設置することができるので、コストを抑えつつも安全性を確保することが可能となる。

制振用オイルダンパーの構成を説明する断面図である。 制振用オイルダンパーの構成を説明する模式図である。 制振用オイルダンパーを建築物の架構に接続した状態を例示する図である。 制振用オイルダンパーの作動状態（ピストン原点位置から右側（＋側）へピストンが移動した状態）を示す概略図である。 制振用オイルダンパー１の作動状態（ピストン原点位置よりも左側（−側）へピストンが移動した状態）を示す概略図である。 制振用オイルダンパーの荷重特性（変位−減衰力特性）を示す図である。 第２の実施形態における制振用オイルダンパーの部分断面図である。 第２の実施形態における制振用オイルダンパーの荷重特性を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の制振用オイルダンパー１の構成を説明する断面図である。また、図２は、制振用オイルダンパー１の模式的な概略断面図であり、制振用オイルダンパー１の構造・動作原理をより分かりやすくするため簡略化して図示したものである。このため、図１の詳細な断面図とは部分的に異なっている（特に、減衰流路８および絞り機構９と、シャフト１０との位置関係。）。また、この図２においては、後述する固定ロッド１６および接続部材７ｂの図示は省略している。本実施形態の制振用オイルダンパー１は、内部に減衰流体としてのオイル２を封入するシリンダー３と、該シリンダー３内に移動可能に設けられてシリンダー３内を第１シリンダー室５ａと第２シリンダー室５ｂとに区画するピストン４と、該ピストン４に接続されてシリンダー３の両端の蓋部材３ａ，３ｂから外部へと延出されたピストンロッド７などから概略構成されており、ピストン４の外周部には、シリンダー３の内周面との間に液密性をもたせるためにシール部材６ａが設けられている。なお、ピストンロッド７が貫通する上記蓋部材３ａ，３ｂの中孔３ｃ，３ｄにもシール部材６ｂを設けて、シリンダー３内のオイルが漏出しないように液密状にシールしてある。そして、シリンダー３内から外部へと延出したピストンロッド７の一方の端部（図１および図２における右端部）には、当該ピストンロッド７を構造物（建築物）の接続対象部（後述する架構）へ接続する接続部材７ａを備え、図２に示すように、該接続部材７ａとピストン４との離間距離をロッド調整機構１５（おねじ部１５ａ，めねじ部１５ｂ，ロックナット１５ｃ）により調整可能としている。具体的には、接続部材７ａに形成されたおねじ部１５ａをピストンロッド７の端部に形成されためねじ部１５ｂへ螺合して接続部材７ａとピストン４との離間距離を所望の距離に設定し、おねじ部１５ａに予め螺合されたロックナット１５ｃを締め付けて前記離間距離の設定を維持可能としている。

図１に示すように、シリンダー３の接続部材７ａ側とは反対側の端部（図１中、左端部）には、固定ロッド１６が接続されている。この固定ロッド１６は、シリンダー３との接続側が開口した円筒状の部材である。この固定ロッド１６の内部には、ピストンロッド７が挿通可能な空間であって、当該ピストンロッド７の変位を阻害しない程度の内径および全長（軸方向の長さ）に設定されたロッド空部１６ａが形成されている。また、固定ロッド１６のシリンダー３との接続側とは反対側の面には、接続部材７ａと対となる接続部材７ｂが設けられている。

また、ピストン４には、これを貫通して第１シリンダー室５ａと第２シリンダー室５ｂとを連通する減衰流路８ａ，８ｂが穿設されており、各減衰流路８ａ，８ｂには、それぞれ相反する方向に（第１シリンダー室５ａから第２シリンダー室５ｂへ、第２シリンダー室５ｂから第１シリンダー室５ａへ、）オイル２を通過させて抵抗力（減衰力）を付与する絞り機構９ａ，９ｂが設けられている。本実施形態では、絞り機構９ａ，９ｂとして減衰弁が採用されているが、これに限るものではなく、減衰機能を有する機構であれば適宜採用することができ、例えば、オリフィスを採用してもよい。また、減衰流路８ａ，８ｂは複数設けてもよい。

さらに、上記シリンダー３内には、その軸方向に沿って丸棒状の第１シャフト１０ａと第２シャフト１０ｂが蓋部材３ａ，３ｂ間に掛け渡されており、各シャフト１０ａ，１０ｂは上記ピストン４を貫通している。すなわち、各シャフト１０ａ，１０ｂはピストン４に穿設された貫通孔４ａ，４ｂに挿通されており、各シャフト１０ａ，１０ｂの外周面とピストン４に穿設された貫通孔４ａ，４ｂとの間隙は非常に小さく、その間隙を通過し得るオイル２は極微少となっている。なお、シャフト１０ａ，１０ｂの外周面もしくは貫通孔４ａ，４ｂの内周面の何れか一方に、オイル２の通過を阻止するシール部材（図示せず）を設け、上記の間隙を液密状にしてもよい。

第１シャフト１０ａ内には、ストロークの中央であるピストン原点位置に一端が開口して他端が第１シリンダー室５ａに連通した第１逃し流路１１ａが形成され、第２シャフト１０ｂ内には上記ピストン原点位置に一端が開口して他端が第２シリンダー室５ｂに連通した第２逃し流路１１ｂが形成されている。そして、各逃し流路１１ａ，１１ｂには、ピストン原点位置側の開口部（以下、適宜、原点側開口部１７と称する。）から流入したオイルはその通過を阻止するがその逆方向の通過を許容する逆止弁１２ａ，１２ｂが設けられている。すなわち、第１逃し流路１１ａには、原点側開口部１７が第２シリンダー室５ｂに連通したときに、第１シリンダー室５ａから第２シリンダー室５ｂへ向けてオイル２を通過させる逆止弁１２ａが設けられており、又、第２逃し流路１１ｂには、この逃し流路１１ｂの原点側開口部１７が第１シリンダー室５ａに連通したときに、第２シリンダー室５ｂから第１シリンダー室５ａへ向けてオイル２を通過させる逆止弁１２ｂが設けられている。

なお、本願におけるピストンの初期位置は、建築物が振動せずに静止した状態（常態）におけるピストン４の位置であり、理想的にはストロークの中央の原点位置である。但し、建築物の接続対象に対する取付状況によっては、ピストン４の初期位置が原点位置からずれる場合もある。この点に関し、本実施形態における制振用オイルダンパー１においては、建築物に対する取付状況に応じてロッド調整機構１５によりピストン４の初期位置を原点位置に調整することができる。これにより、制振用オイルダンパー１を安定して動作させることができる。

図２に示すように、シリンダー３内においてピストン原点位置からストローク方向へずれた位置を減衰力変換位置として設定している。詳しくは、原点位置から第１シリンダー室５ａ側へ距離Δｘだけずれた位置を第１減衰力変換位置とし、原点位置から第２シリンダー室５ｂへ距離Δｘだけずれた位置を第２減衰力変換位置としている。さらに、第１逃し流路１１ａの原点側開口部１７は、ピストン原点位置におけるピストン４により閉塞可能な範囲（図１および図２ではピストン４の軸方向の長さ）内で第２シリンダー室５ｂ寄りに開設されている。より具体的には、シリンダー３内におけるストローク方向の中心よりも第２シリンダー室５ｂ寄りであって、原点位置におけるピストン４の第２シリンダー室５ｂ側の端から距離Δｘだけ第１シリンダー室５ａ側へずれた位置に、第１逃し流路１１ａの原点側開口部１７が開設されている。この原点側開口部１７のストローク方向の位置が、第１減衰力変換位置を規定する。そして、ピストン４がシリンダー３内のうち第２シリンダー室５ｂ側の端部からピストン原点位置までの間、およびピストン原点位置から第１減衰力変換位置までの間にある時には当該ピストン４によって原点側開口部１７が塞がれ、第１逃し流路１１ａ内のオイルが第２シリンダー室５ｂへ流出不能となる。さらに、ピストン４が原点位置から第１シリンダー室５ａ側に移動して、第１減衰力変換位置を越えたならば原点側開口部１７が開放されて、第１逃し流路１１ａ内のオイルが第２シリンダー室５ｂへ流出し得る状態になる。

また、第２逃し流路１１ｂの原点側開口部１７は、ピストン原点位置におけるピストンにより閉塞可能な範囲内で第１シリンダー室５ａ寄りに開設されている。より具体的には、シリンダー３内におけるストローク方向の中心よりも第１シリンダー室５ａ寄りであって、原点位置におけるピストン４の第１シリンダー室５ａ側の端から距離Δｘだけ第２シリンダー室５ｂ側へずれた位置に、第２逃し流路１１ｂの原点側開口部１７が開設されている。この原点側開口部１７のストローク方向の位置が、第２減衰力変換位置を規定する。そして、ピストン４がシリンダー３内のうち第１シリンダー室５ａ側の端部からピストン原点位置までの間、およびピストン原点位置から第２減衰力変換位置までの間にある時には当該ピストン４によって塞がれ、第２逃し流路１１ｂ内のオイルが第１シリンダー室５ａへ流出不能となる。さらに、ピストン４が原点位置から第２シリンダー室５ｂ側に移動して、第２減衰力変換位置を越えたならば開放されて第２逃し流路１１ｂ内のオイルが第１シリンダー室５ａへ流出し得る状態になる。

ここで、ピストン４のストローク方向の寸法Ｌは、第１シリンダー室５ａおよび第２シリンダー室５ｂの同方向の寸法ＳＴよりも大きく設定されている。これにより、ピストン４が、シリンダー３内のうち一方のシリンダー室側の端部にある最大ストロークの状態（ピストン４がシリンダー３における何れか一の蓋部材３ａ，３ｂに当接した状態）で、他方のシリンダー室から一方のシリンダー室へ向かう逃し流路１１の原点側開口部１７がピストン４により閉塞される。つまり、ピストン４が一方のシリンダー室側に最大ストロークとなったときに他方のシリンダー室から一方のシリンダー室へ向かう逃し流路１１の原点側開口部１７が他方のシリンダー室側に開放されることが防止される。このため、ピストン４が最大振幅位置から原点位置に向けて移動（原点復帰動作）を開始した直後から減衰弁９による減衰力が生じるようになっている。

図３は、このような構成の制振用オイルダンパー１を建築物の架構１９に接続した状態を例示する図である。図３（ａ）の例において、架構１９は、柱１９ａと梁１９ｂより枠状に組み合わされてなる構造物である。この例では、上側の梁１９ｂとその両側の柱１９ａとで画成される隅角部にそれぞれ１つずつ、下側の梁１９ｂの長手方向中央部に１つ、合計３つのガセットプレート２０が、ダンパー接続部材として設けられている。そして、上記構成の制振用オイルダンパー１においては、シリンダー３およびピストンロッド７（接続部材７，７ｂ）が、ガセットプレート２０を介して建築物の架構１９へ接続される。図３（ａ）においては、架構１９の開口面内に２本の制振用オイルダンパー１が、略Ｖ字型を呈する状態で取り付けられている。より具体的には、上側の梁１９ｂの一側（図３中右側）のガセットプレート２０に、接続部材７ｂが回動可能に接続され、下側の梁１９ｂのガセットプレート２０に、接続部材７ａが回動可能に接続されて、一方の制振用オイルダンパー１が取り付けられている。同様にして、上側の梁１９ｂの他側（図３中左側）のガセットプレート２０と下側の梁１９ｂのガセットプレート２０との間に他方の制振用オイルダンパー１が取り付けられている。このような構成においては、地震等により架構１９が歪むことで制振用オイルダンパー１の両側のガセットプレート２０間の距離が変化し、これにより制振用オイルダンパー１がストローク方向に沿って外力を受けることになる。

ここで、ダンパー接続部材は、図３（ａ）で例示したガセットプレート２０に限られず、制振用オイルダンパー１を架構１９へ接続可能であり、架構１９が歪むことにより制振用オイルダンパー１がストローク方向に沿って外力を受けることになれば、どのような構造でもよい。例えば、図３（ｂ）に示す他の例においては、ガセットプレート２０およびアーム２１をダンパー接続部材として介在させて架構１９に制振オイルダンパー１を接続している。具体的には、架構１９の四隅にそれぞれ１つずつ、下側の梁１９ｂの長手方向中央部に１つ、合計５つのガセットプレート２０を設け、上側の梁１９ｂの両側のガセットプレート２０と下側の梁１９ｂの中央のガセットプレート２０との間に、互いに連結された２本のアーム２１を所定の角度を有する状態でそれぞれ接続している。そして、下側の梁１９ｂの両側のガセットプレート２０に、それぞれ制振用オイルダンパー１の一方の接続部材７ａを接続し、他方の接続部材７ｂを２本のアーム２１の連結部分に回動可能に接続している。この構成においては、地震等により架構１９が歪むことでガセットプレート２０およびアーム２１を介して制振用オイルダンパー１がストローク方向に沿って外力を受ける。

また、図３（ｃ）に示す例では、ガセットプレート２０およびブレース２２をダンパー接続部材として制振オイルダンパー１を接続している。具体的には、架構１９の上側の梁１９ｂの両隅角部に１つずつ合計２つのガセットプレート２０を設け、架構１９の開口内には、合計４本のブレース２２を、Ｍ字状を呈するように連結した状態で当該架構１９に直接溶接する等して設けている。Ｍ字型に連結されたブレース２２の上側２つの頂部は、上側の梁部１９ｂから少し離間している。そして、これらの頂部にそれぞれ制振用オイルダンパー１の一方の接続部材７ａを接続し、他方の接続部材７ｂをガセットプレート２０に接続している。この構成においては、地震等により架構１９が歪むことでガセットプレート２０およびブレース２２を介して制振用オイルダンパー１がストローク方向に沿って外力を受ける。

また、架構１９の柱１９ａおよび梁１９ｂに沿って延在する矩形状のダンパー接続部材を備え、該ダンパー接続部材の筋交いとして制振用オイルダンパー１を接続することもできる。

次に、図１および図４から図６を用いて、以上のような構造を有する制振用オイルダンパー１の作用について説明する。図４は本実施形態の制振用オイルダンパー１の作動状態（ピストン原点位置から右側（＋側）へピストンが移動した状態）を示す概略図であり、図５は本実施形態の制振用オイルダンパー１の作動状態（ピストン原点位置よりも左側（−側）へピストンが移動した状態）を示す概略図である。また図６は、本実施形態の制振用オイルダンパーの荷重特性（変位−減衰力特性）を示す説明図である。ここで、図６において、横軸は、原点位置からのピストン４の変位を示しており、＋側が図１等において右側へ向かう変位に対応し、−側が左側へ向かう変位に対応している。また、縦軸は、ピストン４の変位に伴って生じる減衰力を示しており、＋側はピストン４が−側から＋側に移動するときの減衰力（減衰弁９ｂにより生じる減衰力）であり、−側はピストン４が＋側から−側に移動するときの減衰力（減衰弁９ａにより生じる減衰力）である。

本実施形態の制振用オイルダンパー１は、ピストン４の初期位置がシリンダー３内の中央部、すなわち原点位置となるようにロッド調整機構１５により調整された状態（図１に示す状態）で、建築物の架構に取り付けられる。

まず、本実施形態の制振用オイルダンパー１において、例えば地震の最初の揺れで架構が振動を受けて常態から歪み、架構からダンパー接続部材を介してピストンロッド７に＋方向の外力（入力）が加わって、ピストン４が原点位置から＋側に移動して遠のく場合について説明する。図４（ａ）に示すように、当該外力によりピストン４が原点位置（初期位置）から＋方向に移動する。これにより、第１シリンダー室５ａ内に収容されたオイル２は圧縮される。第１シリンダー室５ａ内の圧力が上昇すると、第１シリンダー室５ａ内のオイル２はピストン４に穿設された減衰流路８ｂ、およびシャフト１０ａに形成された第１逃し流路１１ａを通り第２シリンダー室５ｂへと移動しようとするが、第１逃し流路１１ａの原点側開口部１７は、ピストン４が第１減衰力変換位置（図４中のＣ１で示す位置に第２シリンダー室５ｂ側のピストン４の端面が位置するときの当該ピストン４の位置）を越えるまではピストン４によって閉塞されているので、第１シリンダー室５ａ内のオイル２は減衰流路８ｂをのみを通過し（図４（ａ）中の破線矢印参照。）、その通過の際に該減衰流路８ｂに設けられた減衰弁９ｂにより流量が絞られて抵抗力、すなわちピストン４の速度に応じた大きさの減衰力を発生する。

そして、ピストン４が＋側に移動し続けて第１減衰力変換位置を越えると、図４（ｂ）に示すように、第１逃し流路１１ａの原点側開口部１７が開かれる。これにより、第１シリンダー室５ａ内のオイルが迅速に第１逃し流路１１ａを通過して第２シリンダー室５ｂへ流出する（図４（ｂ）中の実線矢印参照。）。このため、ピストン４が第１減衰力変換位置Ｃ１を越えた直後に減衰力が急激に弱まり、第１シリンダー室５ａ内のオイル２の圧力が元の圧力に戻って、減衰力がゼロになる。そして、前記した＋方向の外力（揺れ）の作用によりピストンが移動し得る最大振幅位置に到達するまで、減衰力がゼロの状態が維持される。この行程における減衰力は、図６のＡのように遷移する。

次に、ピストン４が＋側の最大振幅位置から原点位置に向けて−側に変位する場合、ピストン４が第２シリンダー室５ｂを圧縮するので、第２シリンダー室５ｂ内のオイル２の圧力が上昇する。これにより、第２シリンダー室５ｂ内のオイル２は減衰流路８ａ、および第２逃し流路１１ｂを通り第１シリンダー室５ａへと移動しようとする。しかし、第２逃し流路１１ｂの原点側開口部１７はピストン４によって閉塞されているので、第２シリンダー室５ｂ内のオイル２は、減衰流路８ａのみを通過する。したがって、ピストン４が最大振幅位置から原点位置に向けて移動を開始した直後から減衰弁９ａによってピストン４の速度に応じた減衰力が生じる。そして、ピストン４が原点位置に戻るまで、減衰力が発生し続ける。この行程における減衰力は、図６のＢのようになる。

続いて、図５（ａ）に示すように、−方向の外力によりピストン４が原点位置から−側に遠のく場合、ピストン４が第２減衰力変換位置（図５中のＣ２で示す位置に第１シリンダー室５ａ側のピストン４の端面が位置するときの当該ピストン４の位置）を越えるまでは、第２逃し流路１１ｂの原点側開口部１７がピストン４によって閉塞されているので、第２シリンダー室５ｂ内のオイル２は第２逃がし流路１１ｂを通って第１シリンダー室５ａ側に移動することができない。したがって、第２シリンダー室５ｂのオイル２の圧力が急激に上昇し、これにより、第２シリンダー室５ｂのオイル２は、減衰流路８ａに流入し、その途中の減衰弁９ａを開いて第１シリンダー室５ａに移動する（図５（ａ）中の破線矢印参照。）。その際に減衰弁９ａによりピストン４の速度に応じた減衰力が発生される。そして、ピストン４が−側に移動し続けて第２減衰力変換位置Ｃ２を越えると、図５（ｂ）に示すように、第２逃し流路１１ｂの原点側開口部１７が開かれる。これにより、第２シリンダー室５ｂ内のオイル２が迅速に第２逃し流路１１ｂを通過して第１シリンダー室５ａへ流出する（図５（ｂ）中の実線矢印参照。）。このため、ピストン４が第２減衰力変換位置Ｃ２を越えた直後に減衰力が急激に弱まり、第２シリンダー室５ｂ内のオイル２の圧力が元の圧力に戻って減衰力がゼロになる。そして、ピストン４が−側の最大振幅位置に到達するまで、減衰力がゼロの状態が維持される。この行程における減衰力は、図６のＣのように遷移する。

次に、ピストン４が−側の最大振幅位置から原点位置に向けて＋側に変位する場合、ピストン４が第１シリンダー室５ａを圧縮するので、第１シリンダー室５ａ内のオイル２の圧力が上昇する。これにより、第１シリンダー室５ａ内のオイル２は減衰流路８ｂ、および第１逃し流路１１ａを通り第２シリンダー室５ｂへと移動しようとするが、第１逃し流路１１ａの原点側開口部１７はピストン４によって閉塞されているので、第１シリンダー室５ａ内のオイル２は、減衰流路８ｂのみを通過する。したがって、ピストン４が最大振幅位置から原点位置に向けて移動を開始した直後から減衰弁９ｂによってピストン４の速度に応じた減衰力が生じる。そして、ピストン４が原点位置に戻るまで、減衰力が発生し続ける。この行程における減衰力は、図６のＤのようになる。

なお、揺れ（外力）が小さくピストン４が減衰力変換位置を越えることがない場合には、ピストン４が移動している間に亘って減衰力が発生し続ける。そして、ピストンが減衰力変換位置よりもピストン原点位置に近い位置で停止すると、第１シリンダー室５ａ内のオイル２の圧力が元の圧力に戻って、減衰力がゼロになる。この場合における減衰力は、図６のＥのように遷移する。

このように、本実施形態の制振用オイルダンパー１においては、上記行程を繰り返すことにより原点位置を中心に変位量を減少させながら、やがてピストン４が原点位置（初期位置）で停止する。これにより、建築物の揺れは抑制される。

本発明に係る制振用オイルダンパー１では、ピストン４が原点位置から遠ざかる動きをする振動の場合、原点位置から減衰力変換位置までは減衰力を発生するが当該減衰力変換位置を越えると減衰力が０となり、原点位置に近づく（戻る）動きをする振動の場合には減衰力を継続して発生させる。このように構成することで、地震等により振幅が比較的大きな振動による外力（ピストン４が減衰力変換位置を越える程度の大きさの力）が制振用オイルダンパー１に作用してピストン４が原点位置から遠ざかる場合に、入力直後は減衰力を発生して外力を弱めつつも、その後直ちに減衰力を開放することで当該外力を逃して架構の変形を許容するので、架構が制振用オイルダンパー１の制振動作に耐えられずに損傷してしまうことを抑制することができる。その一方で、ピストン４が原点位置に戻る際、或いは、原点位置と減衰力変換位置との間で変位する際には、減衰力が発生するので、架構に対する負担を軽減しつつも制振することが可能となる。したがって、本発明に係る制振用オイルダンパー１は、建築物の耐力によらず補強対策を必要とすることなく、また、制振用オイルダンパー１に減衰力の調整機構を別途付加することなく、建築物に設置することができるので、汎用性の向上およびコストの削減に寄与することが可能となる。
また、このような制振用オイルダンパー１を備えた建築物では、補強対策を必要とすることなく、架構に対する負担を軽減しつつ振動を抑制することができるので、コストを抑えつつも安全性を確保することが可能となる。

さらに、原点位置に対して前後（＋側と−側）に減衰力変換位置をそれぞれ設けてあるので、ピストン４の初期位置が原点位置に対してばらついたとしても、この前後の減衰力変換位置の範囲内（原点位置に対して±Δｘの範囲内であり、図６におけるラップ代。）でのばらつきを許容することができる。つまり、原点位置に対して上記ラップ代の範囲内で初期位置がばらついた場合においても、初期位置付近で減衰力を発生させることができる。そして、初期位置付近で減衰力を発生させることで、外力がピストンロッド７に最初に入力したときの当該外力を入力直後に僅かに弱めた後に逃すことができ、建築物（架構）に対する負担をより軽減することができる。上記ラップ代については、原点位置におけるピストン４のストローク方向の端面と逃し流路の原点側開口部１７との距離Δｘで定まり、制振用オイルダンパー１の設計段階において、ピストン４のストローク方向の寸法等により任意に設定することができる。

なお、上記の第１の実施形態では、ピストン４が減衰力変換位置を越えた直後に減衰力が急激に低下してゼロとなる構成を例示したが、これには限られるものではなく、ピストン４が減衰力変換位置を越えた後に減衰力が緩やかに減少する構成とすることも可能である。

図７は、第２の実施形態における制振用オイルダンパー１の部分断面図であり、主に、第１逃し流路１１ａ側の構成を示している。図７に示す第２の実施形態では、逃し流路１１ａ，１１ｂにそれぞれオリフィス１３（本発明における逃し側絞り手段に相当。）を設け、当該オリフィス１３により逃し流路の流量を絞るように構成している。このとき、逃し流路１１の流路径やオイル２の粘度に基づいてオリフィス１３の流路抵抗が定められる。当該構成によれば、ピストン４が減衰力変換位置を越えた際に、第１の実施形態の場合と比較して減衰力が緩やかに減少していき、最大振幅位置に到達する前に減衰力がゼロになる。すなわち、この第２の実施形態における変位−減衰力特性は、図８に示すような遷移を示す。なお、最大振幅位置に到達した時点での減衰力（振幅位置減衰力）はゼロには限られず、減衰力変換位置における減衰力よりも弱い値であればよい。

この第２の実施形態における構成によれば、原点位置から遠ざかるピストン４が減衰力変換位置を越えた後において、減衰力を緩やかに弱めることで建造物の架構に対する負荷を抑制しつつも、より高い制振効果を得ることが可能となる。

なお、図３で例示した各構成では、架構１９に補強材等による補強を施すことなく制振用オイルダンパー１を架構１９に設置した構成を例示したが、架構１９を補強した上で制振用オイルダンパー１を設定することも可能である。

１ 制振用オイルダンパー
２ オイル
３ シリンダー
３ａ，３ｂ 蓋部材
３ｃ，３ｄ 中孔
４ ピストン
４ａ，４ｂ 貫通孔
５ａ 第１シリンダー室
５ｂ 第２シリンダー室
６ａ，６ｂ シール部材
７ ピストンロッド
８ａ，８ｂ 減衰流路
９ａ，９ｂ 絞り機構（減衰弁）
１０ａ，１０ｂ シャフト
１１ａ，１１ｂ 逃がし流路
１２ａ，１２ｂ 逆止弁
１３ オリフィス
１５ ロッド調整機構
１５ａ おねじ部
１５ｂ めねじ部
１５ｃ ロックナット
１６ 固定ロッド
１９ 架構
２０ ガセットプレート
２１ アーム
２２ ブレース

Claims (5)

1. オイルを封入したシリンダーと、
   該シリンダー内に移動可能に嵌装され、シリンダー内を第１のシリンダー室と第２シリンダー室とに区画するピストンと、
   該ピストンに接続され、上記シリンダーから外部へと延出されたピストンロッドと、
   上記ピストンの位置にかかわらず第１のシリンダー室と第２シリンダー室とを連通する減衰流路と、
   該減衰流路に設けられ、通過するオイルの抵抗となる絞り機構と、
   前記ピストンを貫通した状態でシリンダーの軸方向に沿って掛け渡された一対のシャフトと、
   前記シャフトに形成され、ピストン原点位置におけるピストンで閉塞可能な範囲内であって第２シリンダー室寄りに一端が開口して他端が第１のシリンダー室に連通した第１逃し流路と、
   前記シャフトに形成され、ピストン原点位置におけるピストンで閉塞可能な範囲内であって第１シリンダー室寄りに一端が開口して他端が第２シリンダー室に連通した第２逃し流路と、
   各逃し流路に設けられ、ピストン原点位置側の開口部から流入したオイルの通過を阻止するがその逆方向の通過を許容する逆止弁と、
   を備え、
   ピストンロッドに外力が作用してピストンがピストン原点位置に近づく方向に移動する場合に、シリンダー室内のオイルを減衰流路に通して絞り機構により減衰力を付与し、
   ピストンがピストン原点位置から遠のく方向に移動する場合においては、
   予め設定された減衰力変換位置に到達するまでは、逃し流路のピストン原点位置側の開口部をピストンで閉塞し続け、シリンダー室内のオイルを減衰流路に通して絞り機構により減衰力を付与し、
   前記減衰力変換位置を越えると、ピストンによる逃し流路のピストン原点位置側の開口部の閉塞を解除して、オイルを逃し流路のピストン原点位置側の開口部から流出して減衰力を弱め、ピストンが前記外力の作用により移動し得る最大振幅位置に到達する前には減衰力をゼロにするようにしたことを特徴とする制振用オイルダンパー。
2. オイルを封入したシリンダーと、
   該シリンダー内に移動可能に嵌装され、シリンダー内を第１のシリンダー室と第２シリンダー室とに区画するピストンと、
   該ピストンに接続され、上記シリンダーから外部へと延出されたピストンロッドと、
   上記ピストンの位置にかかわらず第１のシリンダー室と第２シリンダー室とを連通する減衰流路と、
   該減衰流路に設けられ、通過するオイルの抵抗となる絞り機構と、
   前記ピストンを貫通した状態でシリンダーの軸方向に沿って掛け渡された一対のシャフトと、
   前記シャフトに形成され、ピストン原点位置におけるピストンで閉塞可能な範囲内であって第２シリンダー室寄りに一端が開口して他端が第１のシリンダー室に連通した第１逃し流路と、
   前記シャフトに形成され、ピストン原点位置におけるピストンで閉塞可能な範囲内であって第１シリンダー室寄りに一端が開口して他端が第２シリンダー室に連通した第２逃し流路と、
   各逃し流路に設けられ、ピストン原点位置側の開口部から流入したオイルの通過を阻止するがその逆方向の通過を許容する逆止弁と、
   を備え、
   ピストンロッドに外力が作用してピストンがピストン原点位置に近づく方向に移動する場合に、シリンダー室内のオイルを減衰流路に通して絞り機構により減衰力を付与し、
   ピストンがピストン原点位置から遠のく方向に移動する場合においては、
   予め設定された減衰力変換位置に到達するまでは、逃し流路のピストン原点位置側の開口部をピストンで閉塞し続け、シリンダー室内のオイルを減衰流路に通して絞り機構により減衰力を付与し、
   前記減衰力変換位置を越えると、ピストンによる逃し流路のピストン原点位置側の開口部の閉塞を解除して、オイルを逃し流路のピストン原点位置側の開口部から流出して減衰力を弱め、ピストンが前記外力の作用により移動し得る最大振幅位置に到達したときには、減衰力変換位置における減衰力よりも弱い振幅位置減衰力を付与するようにしたことを特徴とする制振用オイルダンパー。
3. 前記第１逃し流路および第２逃し流路には、オイルの通過量を絞る逃し側絞り手段をそれぞれ備えたことを特徴とする請求項２に記載の制振用オイルダンパー。
4. 前記ピストンロッドには、当該ピストンロッドを接続対象物へ接続する接続部材とピストンとの離間距離を調整可能なロッド調整機構を備え、該ロッド調整機構を調整することにより、ピストンの位置を調整可能としたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の制振用オイルダンパー。
5. 前記請求項１から請求項４のいずれかに記載の制振用オイルダンパーを架構に備え、該架構の振動を減衰可能な建築物であって、
   前記制振用オイルダンパーのシリンダーとピストンロッドとを前記架構へ接続するダンパー接続部材を備え、
   前記制振用オイルダンパーは、
   前記架構が地震等の外力による振動を受けて常態から歪むと、架構からダンパー接続部材を介してピストンロッドに負荷が掛かり、該負荷によりピストンをピストン原点位置から遠ざけ、
   前記架構が振動による歪み状態から常態へ戻ると、架構からダンパー接続部材を介してピストンロッドに架構の復元力が掛かり、該復元力によりピストンをピストン原点位置に近づけることを特徴とする建築物。

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