JP2015152166A - 構造物の制振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧ダンパの減衰力特性を地震の強さに応じて変化し、かつ環境温度の変化に拘らず、その特性を長期に亘って維持する。【解決手段】油圧ダンパ１は、油圧室２７に直列に高圧ガスを封入された予圧室２９を有する。予圧室２９は、オイルの温度変化による油圧室２７の容積変化及びピストンロッド６による油圧室内の容積変化を吸収すると共に、油室２７ａ内のスプリング４０と予圧室２９の付勢力をバランスする。ピストンバルブ３７１，３７２は、弱い地震に対しては大きな減衰力特性を有し、強い地震に対して低い減衰力特性を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、柱及び梁等の２個の構造部材の間に斜めに取付けて、地震に際して構造物の揺れを抑える制振装置に関する。

従来、構造物の制振装置として、油圧ダンパを用いたものはある（特許文献１，２，３参照）。上記油圧ダンパは、シリンダに形成された油圧室がピストンにより区画され、かつピストンロッドが油圧室の両端に設けられた壁面に挿通されている。上記油圧ダンパは、ピストンロッド側が一方の構造部材に、シリンダ側が他方の構造部材に対角線状に連結されてブレースダンパを構成し、地震による構造物の揺れは、ピストンで区画された両油室の粘性流体（オイル）が絞り油路を通って流通することにより減衰される。

ピストンロッドは、油圧室を貫通しているので、ピストンロッドの移動により油圧室の容積変化が生じない。

特開平６−３４６６２５号公報 特開平１０−２２７１４５号公報 特開平２０００−５４６７７号公報

建物の壁面内及び屋根裏等に設置される上記油圧ダンパは、気温や日射の影響を受けて、周囲温度が氷点下から５０℃を越す状況になり、また春夏秋冬の年変化や昼間、夜間の日変化に曝される。上記周囲の温度変化は、油圧ダンパの油圧室に充填されているオイル（粘性流体）に影響し、該オイルが膨張、収縮を繰返す。

上記油圧ダンパは、ピストンロッドの移動が油圧室の容積変化を生じないように構成され、シリンダ及び両端壁面で形成される油圧室の容積は、一定になっている。そのため、上記温度変化によりオイルが膨張、収縮すると、油圧室のオイルの圧力が大きく変化して、ピストンロッドを摺動自在に嵌挿する壁面に装着されているシールに大きな油圧変化を作用して、オイルが油圧室外部に漏れたり、外部の空気が油圧室内に浸入したりして、油圧ダンパの機能を早期に劣化する虞がある。

そこで、本発明は、油圧ダンパの油圧室の容積を変化可能に構成すると共にその減衰力特性を地震の強さに対応して変化し、もって長期に亘ってその機能を維持することができる構造物の制振装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、シリンダ（５）内にオイルを充填した油圧室（２７）を有し、該油圧室をピストン（１０）により２個の油室（２７ａ）（２７ｂ）に区画して、前記２個の油室の間でオイルを絞り状態で連通する油圧ダンパを（１）備え、前記ピストン（１０）に連結するピストンロッド（６）の端部を一方の構造部材（２）に連結すると共に、前記シリンダの端部（９）を他方の構造部材（３）に連結して、前記油圧ダンパ（１）を前記一方及び他方の構造部材の間に斜めに設置してなる構造物の制振装置（Ａ）において、
前記シリンダ（５）に少なくとも軸方向に一体のエンド部材（１９）と、前記シリンダに軸方向に移動自在なフロート部材（２３）との間で前記油圧室（２７）を形成し、
前記シリンダの端部の閉塞部（９）と前記フロート部材（２３）との間に、前記油圧室（２７）から前記フロート部材（２３）に作用する油圧に対向する付勢力を有する予圧室（２９）を形成し、
前記ピストン（１０）部分に、前記２個の油室の一方（２７ａ）から他方の油室（２７ｂ）へのオイルの流れを規制する第１のピストンバルブ（３７_１）と、前記他方の油室（２７ｂ）から一方の油室（２７ａ）へのオイルの流れを規制する第２のピストンバルブ（３７_２）とを設け、
前記第１及び第２のピストンバルブ（３７_１，３７_２）は、それぞれ前記規制される流れと反対方向のオイルの流れに対して、前記シリンダ（５）に対する前記ピストン（１０）の移動速度が低い状態では前記オイルの流れに対する抵抗力が大きく、前記ピストン（１０）の移動速度が速い状態では前記オイルの流れに対する抵抗力が小さい減衰力特性を有する、
ことを特徴とする構造物の制振装置にある。

例えば図５を参照して、前記第１及び第２のピストンバルブ（３７_１，３７_２）は、それぞれ前記規制される流れと反対方向のオイルの流れに対して、所定値（Ｐ）以下の前記ピストン（１０）の移動速度（Ｖ）の場合、該移動速度変化に対して前記ピストンを移動する荷重（Ｆ）変化が大きく、前記所定値（Ｐ）より前記ピストン（１０）の移動速度（Ｖ）が大きい場合、該移動速度変化に対して前記ピストンを移動する荷重（Ｆ）変化が小さい減衰力特性を有する。

例えば図３を参照して、前記油圧ダンパ（１）は、前記ピストンロッド（６）が前記ピストン（１０）から前記２個の油室の内の一方の油室（２７ａ）のみを貫通して延びてなる。

前記油圧ダンパ（１）は、前記エンド部材（１９）と前記ピストン（１０）との間に縮設されて前記一方の油室（２７ａ）にスプリング（４０）が配置されてなる。

前記予圧室は、所定圧の不活性ガスが封入されているガス室（２９）からなる。

前記シリンダ（５）の一端部をキャップ部材（７）で閉塞し、該キャップ部材に前記ピストンロッド（６）の付着物を掻落とすスクレーパ（３０）を設け、
前記キャップ部材（７）と前記エンド部材（１９）との間隔を、前記油圧ダンパ（１）のストローク以上の長さを有する余裕空隙（３１）とした。

例えば図４を参照して、前記第１及び第２のピストンバルブ（３７_１，３７_２）は、前記ピストン（１０）の両側面（１０ａ，１０ｂ）に形成された環状の突起（４５）と、該突起に外周部が当接し得る可撓性のバルブ座板（５０）と、該バルブ座板が前記突起（４５）に当接するように付勢する皿バネ（５１）と、前記ピストンの両側面を前記突起の外径側と内径側とでそれぞれ連通する油路と、を有してなる。

例えば図７を参照して、前記環状の突起（４５）と前記ピストン（１０’）の前記ピストンロッド（６ａ）を嵌挿するボス部（４４）との間における前記ピストン（１０’）の両側面（１０’ａ，１０’ｂ）にそれぞれ油圧空間（４６，４６）を有し、
前記両油圧空間に、それぞれ他端が前記突起（４５）の外径側に連通する前記油路（４７）（４９）の一端を連通し、
前記ピストンの両側面（１０’ａ，１０’ｂ）における前記突起（４５）の突出高さ（Ｈ）を前記ボス部（４４）の突出高さ（ｈ）に比して高く構成して（Ｈ＞ｈ）、前記バルブ座板（５０）が、前記突起（４５）に所定予荷重にて当接してなる。

前記ボス部（４４）と前記バルブ座板（５０）との間に、所定枚数の間座（５５）を介在して前記バルブ座板（５０）が前記ピストンの両側面（１０’ａ，１０’ｂ）に取付けられてなる。

なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これにより特許請求の範囲に記載の構成に何等影響を及ぼすものではない。

請求項１に係る本発明によると、油圧ダンパが油圧室に直列して予圧室を備え、油圧室のオイルが温度変化により膨張又は収縮しても、フロート部材が予圧室の付勢力に抗して又は順じて移動するので、オイルの膨張又は収縮に応じて油圧室の容積を変化して、油圧室からのオイルの漏れ又は油圧室への空気の吸込みを防止して、油圧ダンパの性能を長期に亘って維持することができる。

また、ピストン部分に第１及び第２のピストンバルブを設け、地震が弱く、ピストンの移動速度が低い場合、油圧ダンパは、オイルの流れに対する抵抗力が大きく減衰力特性の大きい剛体に近い状態となり、構造部材の間に斜めに取付けられた上記油圧ダンパが構造物の揺れを有効に抑えることができ、また、地震が強く、ピストンの移動速度が速い場合、油圧ダンパは両油室の間のオイルの流れに対する抵抗力が小さく、減衰力特性の小さい制振状態となり、構造物の揺れを制振し、油圧ダンパの取付け部分の破損を防止すると共に構造物の揺れを有効に吸収することができる。

これらが相俟って、油圧ダンパを用いた制振装置は、地震の規模に対応して構造物の揺れを抑え又は制振し、かつ油圧ダンパは、環境温度の変化に拘りなくその性能を維持して、構造物の地震による被害を長期に亘って低減することができる。

請求項２に係る本発明によると、油圧ダンパの減衰力特性は、ピストンの移動速度が所定値以下の場合、移動速度に対する抵抗荷重変化の大きい急勾配となり、上記移動速度が所定値以上の場合、移動速度に対する抵抗荷重変化の小さい緩勾配となるので、弱い地震、道路等からの小さいエネルギに対して構造物の揺れを抑えて、建物の居住性等の構造物の品質を維持すると共に、強い地震等による大きなエネルギに対して該エネルギを吸収して、建物等の構造物の破壊を有効に防止して耐震性を向上することができる。

請求項３に係る本発明によると、油圧ダンパは、ピストンロッドが一方の油圧のみに貫通して延びているので、油圧ダンパの構造が簡単となり、かつ自動車用として確立された油圧ダンパと基本構成を共通して、信頼性の高い油圧ダンパを用いた構造物の制振装置を提供することができる。また、ピストンロッドが一方の油室のみにあるので、ピストンのストロークにより油圧室の容積が変化するが、該容積変化は、上記予圧室により吸収される。

請求項４に係る本発明によると、油圧ダンパは、一方の油室にスプリングを配置したので、両油室からピストンに作用するピストンロッドの断面積に基づく圧力差を上記スプリングでバランスすると共に、予圧室からの付勢力と上記スプリングの付勢力がバランスして、油圧室のストローク中心付近に保持される。これにより、油圧ダンパの自然状態における長さが一定となって、油圧ダンパの構造物への取付けが容易となり、かつ構造物の制振装置としての性能が安定し、さらに例え地震等により構造物が塑性領域まで変形したとしても、上記油圧ダンパの中立位置への復元力により構造物を元の状態に戻すことができる。

請求項５に係る本発明によると、予圧室が不活性ガスを封入したガス室からなるので、油圧室に対向する付勢力を、ガス室のガス圧を調整することにより容易に得ることができる。

請求項６に係る本発明によると、油圧ダンパのストローク以上の長さを有する余裕空隙を設けたので、エンド部材に摺接されるピストンロッド部分は、スクレーパで塵埃、錆、水等の付着物が除去された状態になり、油圧ダンパのスロークによりエンド部材のシールが傷付けられたり、油圧室の内部に付着物が浸入することを防止することができる。

請求項７に係る本発明によると、第１及び第２のピストンバルブは、突起、バルブ座板、皿バネ及び油路からなる簡単な構成で足りる。また、周長の長い環状の突起の全周からバルブ座板の外周部が離れることにより、オイルの流路面積を確保して、上記急勾配と緩勾配とに一気に切換えることができ、上記所望の減衰力特性を容易かつ確実に得ることができる。

請求項８に係る本発明によると、バルブ座板に予荷重を作用して、第１及び第２のピストンバルブの減衰力特性の切換えを前記所定値にて適正に行う事ができる。

請求項９に係る本発明によると、間座の枚数又は板厚を調節することにより、上記バルブ座板の予荷重を容易に調整することができ、建物等の構造物の強度、構造、振動特性等に応じて油圧ダンパを適正に調整することができる。

本発明に係る制振装置を建物に適用した実施の形態を示す正面図。 その油圧ダンパを示す正面図。 その断面図。 ピストンバルブを示すピストン部分の拡大図で、（ａ）は、（ｂ）のａ−ａ断面図、（ｂ）は側面図。 油圧ダンパの減衰力特性を示す図。 ピストンバルブのバルブ座板が撓んだ状態を示す断面図。 一部変更したピストンバルブを示す断面図。

以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。油圧ダンパ１を有する制振装置Ａは、図１に示すように、建築物の柱２と梁３との間に斜めに設置して用いられる。本制振装置Ａは、軸組工法、２×４工法等の木造住宅に用いて好適であるが、これに限らず、軽量鉄骨構造、重量鉄骨構造等の建築物、その他タワー、橋梁等のあらゆる構造物に適用可能であり、また新築に限らず、既存構造物の耐震補強にも適用可能である。また、制振装置Ａは、油圧ダンパ１を直接構造部材間に連結したものに限らず、ブレース構造の一部に本油圧ダンパを介在してもよい。

上記油圧ダンパ１は、図２及び図３に示すように、シリンダ５及びピストンロッド６を有する。シリンダ５の一端はキャップ部材７により閉塞されており、かつ他端は連結部材９により閉塞されている。ピストンロッド６は、一端が小径部６ａとなっており、該小径部６ａにピストン１０が嵌合している。ピストンロッド６の他端にはボス部１１が一体に固定されている。該ボス部１１にはボルト１２を介して取付け金具１３が回動自在に連結している。前記シリンダ５の他端連結部材９にはボス部１５が一体に固定されており、該ボス部１５にはボルト１６を介して他方の取付け金具１７が回動自在に連結されている。

前記シリンダ５内の一方側には環状のエンド部材１９が嵌合されており、該エンド部材１９は、スナップリング２０によりシリンダ５に対して軸方向位置が一体となるように規定されている。該エンド部材１９の外周面にはＯリング２１が装着されており、またピストンロッド６が貫通する内周面にもＯリング２２が装着されており、該エンド部材１９は、その軸方向の前後の空間を油密状に区画している。前記シリンダ５内の他方側にはフロート部材２３が軸方向に移動自在に嵌合しており、該フロート部材２３の外周面にはスライドリング２５及びシールリング２６が軸方向に並んで装着されている。該フロート部材２３は、その軸方向前後の空間を油密状かつ気密状に区画している。

前記シリンダ５内におけるエンド部材１９とフロート部材２３との間の空間には所定粘度のオイルが充填されて、油圧室２７を構成している。なお、オイルとは、所定粘度を有する液体を意味し、一般的にはオイルとなるが、狭義のオイルに限定するものではない。前記シリンダ５内におけるフロート部材２３と連結部材９との間の空間には所定圧力の窒素ガス等の不活性ガスが封入されて、ガス室（予圧室）２９を構成している。シリンダ一端の前記キャップ部材７は、ピストンロッド６を摺動自在に挿通して該ピストンロッドを支持するガイド孔７ａを有し、該ガイド孔７ａにはピストンロッド６と摺接して該ピストンロッド６に付着した塵埃等を掻取るスクレーパ３０が装着されている。シリンダ５内におけるエンド部材１９とキャップ部材７との間の空間は空気が出入自在に入る空気室（余裕空隙）３１となっている。該空気室３１の軸方向間隔は、油圧ダンパ１のストロークより長い。

上記エンド部材１９の油圧室２７側に隣接してバネ受け金具３２が配置されており、前記ピストンロッド６の小径部６ａに嵌合してバネ受けリング部材３３が配置されている。ピストンロッド６の小径部６ａの先端にはワッシャ３５を介してナット３６が螺合されており、バネ受けリング部材３３を小径部段差部６ｂに当接し、かつピストン１０の両側に第１及び第２のピストンバルブ３７_１，３７_２を介在して該ピストン１０を挟むようにして、上記ナット３６により、バネ受けリング部材３３、ピストン１０及び両ピストンバルブ３７_１，３７_２がピストンロッド６に対して位置決めされている。該ピストン１０により、前記油圧室２７は、ロッド側油室２７ａと非ロッド側油室２７ｂに区画されている。ロッド側油室２７ａ内において、上記バネ受け金具３２とバネ受けリング部材３３との間にコイルスプリング４０が縮設されている。

上記ピストン１０は、図４に詳示するように、両側面１０ａ，１０ｂにピストンロッド６を中心とした環状で凸状の突起４５，４５が形成されており、該突起４５と上記ピストンロッド小径部６ａを嵌挿したボス部４４との間に、環状の油圧空間４６，４６が形成されている。なお、上記突起４５とボス部４４とはピストン両側面１０ａ，１０ｂに対して同じ突出高さ、即ち面一となっている。ピストン１０には、一方の側面１０ａの油圧空間４６と他方の側面１０ｂにおける上記突起４５の外径側とを連通する複数（３個）の押し側油路４７…と、他方の側面１０ｂの油圧空間４６と一方の側面１０ａにおける上記突起４５の外径側とを連通する複数（３個）の引き側油路４９とが形成されており、これら両油路４７，４９は、同形状及び同数からなり、円周方向に長い矩形状断面からなる。

上記第１及び第２のピストンバルブ３７_１，３７_２は、環状の板バネからなり、その外周部分が上記環状の突起４５に当接するバルブ座板５０と、該バルブ座板５０を上記環状の突起４５に所定付勢力で圧接する皿バネ５１とを有する。上記ピストン１０の左右の第１及び第２のピストンバルブ３７_１，３７_２は、ピストン１０のそれぞれ一方の動きに対して、両油室２７ａ，２７ｂの油路４７又は４９を通るオイルの移動を規制するチェック弁として機能し、またピストンのそれぞれ他方の動きに対して、両油室２７ａ，２７ｂの油路４７又は４９を通るオイルの流れを所定特性に制御する。即ち、前記第１及び第２のピストンバルブ３７_１，３７_２は、図５に示すように、それぞれ前記規制される流れと反対方向のオイルの流れに対して、所定値Ｐ以下の前記ピストン１０の移動速度Ｖの場合、該移動速度変化に対して前記ピストンを移動する荷重Ｆ変化が大きく（Ｓ部分）、前記所定値Ｐより前記ピストン１０の移動速度Ｖが大きい場合、該移動速度変化に対して前記ピストンを移動する荷重Ｆ変化が小さい（Ｔ部分）減衰力特性を有する。なお、上記所定値Ｐは、図５にあっては実質的に点で表示されているが、該点のように狭い領域で上記急勾配（Ｓ部分）と緩勾配（Ｔ部分）に切換えられることが好ましいが、図５に鎖線で示すように、ある程度の範囲で滑らかに切換わるものでもよく、上記所定値は、このものも含む概念である。本実施の形態にあっては、第１及び第２のピストンバルブ３７_１，３７_２の各バルブ座板５０が２板、皿バネ５１が３枚からなるが、これは、上記特性に応じて、その数及びその径方向寸法、板厚は適宜設定される。また、ピストン１０の外周面には、所定の油密特性を有すると共にシリンダ５内周面に対して摺接する圧力リング５３が装着されている。

本実施の形態は以上のような構成からなるので、油圧ダンパ１は、住宅の柱２と梁３にそれぞれに取付け金具１３及び１７をビス等により取付けることにより、柱２と梁３との間に斜めに設置される。周囲温度の変化が、油圧室２７内のオイルの温度に影響して、該オイルが膨張又は収縮する。すると、シリンダ５に摺動自在に支持されてフリーピストンを構成するフロート部材２３は、上記オイルの膨張又は収縮による油圧室２７の容積変化に応じて、ガス室２９内の高圧ガスの付勢力に抗して又は順じて移動する。これにより、周囲温度により油圧室のオイルが体積変化しても、高圧ガスの弾性圧縮により上記フロート部材２３が移動して吸収され、エンド部材１９のＯリング２１，２２及びフロート部材２３のスライドリング２５及びシールリング２６に過度の圧力を作用することなく、上記各リングからオイルの漏れ及び空気等の吸込みを生じることを防止できる。

油圧室２７のロッド側油室２７ａにピストンロッド６がシリンダ５の外部に突出するように延び、非ロッド側油室２７ｂには上記ピストンロッド６が延びていないので、ピストン１０の両側には、上記ピストンロッド６の断面積分の油圧差を生じる。従って、ピストン１０に対する両油室２７ａ，２７ｂの面積差によりピストン１０は、ピストンロッド６側に移動する方向に偏倚する力が作用するが、本実施の形態にあっては、ロッド側油室２７ａに配置されたスプリング４０の付勢力がピストン１０に作用し、該ピストン１０は、該スプリング付勢力と上記面積差による偏倚力がバランスした位置であるスプリング４０の全圧縮位置とフロート部材２３との中間位置に保持される。

上記スプリング４０の付勢力に基づく油圧室２７内の油圧がフロート部材２３に作用するが、ガス室２９内には高圧ガスが封入されており、上記フロート部材２３は、油圧室２７側の油圧とガス室２９側のガス圧とがバランスして所定位置に保持されている。

これにより、油圧ダンパ１は、外力を加えていない自然状態にあっては、予め設定された所定長さにあり、該所定長さの油圧ダンパ１が、前述したように柱２と梁３との間に取付けられる。この状態では、ピストン１０が油圧室２７のストローク可能範囲の略々中央に位置している。

地震により建物に揺れを生じる場合、油圧ダンパ１は、伸縮してストローク範囲の略々中央に位置するピストン１０が図２の左右方向に移動する力を受ける。ピストン１０が油圧室２７を右方向（押し方向）に移動しようとする場合、非ロッド側油室２７ｂのオイルが押し側油路４７を通って左油圧空間４６に流れて、第１のピストンバルブ３７_１のバルブ座板５０を撓ましてロッド側油室２７ａに流れる方向の力が作用し、反対に、ピストン１０が油圧室２７を左方向（引き方向）に移動しようとする場合、ロッド側油室２７ａのオイルが引き側油路４９を通って右油圧空間４６に流れて、第２のピストンバルブ３７_２のバルブ座板５０を撓まして非ロッド側油室２７ｂに流れる方向の力が作用する。この際、ピストン１０の押し側移動では、第２のピストンバルブ３７_２のバルブ座板５０が環状の突起４５に当接して、非ロッド側油室２７ｂから右油圧空間４６及び引き側油路４９を通ってロッド側油室２７ａに流れるオイルの流れが阻止され、ピストン１０の引き側移動では、第１のピストンバルブ３７_１のバルブ座板５０が環状の突起４５に当接して、ロッド側油室２７ａから左油圧空間４６及び押し側油路４７を通って非ロッド側油室２７ａに流れるオイルの流れが阻止される。

地震が弱く建物の揺れが小さい場合、油圧ダンパ１に作用する伸縮方向の力も小さくかつ弱い。この場合、ピストン１０が油圧室２７内で移動しようとする力も弱く、その速度も遅い。油圧ダンパ１が収縮する方向、即ちピストン１０が非ロッド側油室２７ｂに向って移動する場合、非ロッド側油室２７ｂ内のオイルが押し側油路４７を通って左油圧空間４６に流れようとするが、ピストン１０を移動する力も弱くかつ遅いので、左油圧空間４６に作用する油圧上昇も小さい。従って、第１のピストンバルブ３７_１は、皿バネ５１の付勢力によりバルブ座板５０が環状の突起４５に略々当接した状態に保持される。同様に、油圧ダンパ１が伸長する方向、即ちピストン１０がロッド側油室２７ａに向って移動する場合、ロッド側油室２７ａのオイルが引き側油路４９を通って右油圧空間４６に流れようとするが、該右油圧空間４６の油圧も小さく、第２のピストンバルブ３７_２は、バルブ座板５０が環状の突起４５に略々当接した状態に保持される。

従って、地震の規模が比較的小さく、建物に作用するエネルギが小さい場合、油圧ダンパ１は、その収縮及び伸長の両方向において非ロッド側油室２７ｂ及びロッド側油室２７ａに流れようとするオイルの流れが制限された減衰力特性の大きい状態にあり、油圧ダンパ１の伸縮移動は、大きな抵抗力を受ける。即ち、ピストン１０の移動速度が遅い場合、図５のＳ部分に示すように、両油室２７ａ，２７ｂのオイルの流通量は、バルブ座板５０と環状の突起４５の隙間等から僅かな量であり、大きな荷重（抵抗力）が作用し、油圧ダンパ１は、ピストン速度Ｖに対する荷重Ｆの勾配が大きな剛体に近い状態となる。これにより、地震規模が小さい場合又は道路を車両が通過する振動の場合等、振動エネルギが小さく、建物の揺れが比較的小さい場合、油圧ダンパ１からなる制振装置Ａは、建物に対して剛体に近い頬杖、ブレースとして機能し、建物の揺れを抑えると共に、建物の強度を向上する。この際、油圧ダンパ１の柱２及び梁３の取付け部分１３，１７に集中荷重が作用するとしても、振動エネルギは比較的小さいので、該取付け部分が破損することはない。また、両油室２７ａ，２７ｂの間を流れるオイルは、バルブ座板５０と環状の突起４５との隙間等の狭い通路を大きな抵抗を受けながら流れるので、熱に変換され、ヒステリシスとなって建物の揺れエネルギを有効に吸収する。このように、比較的高い頻度で発生する小さな振動エネルギに対しては、建物は、上記減衰力特性の高い油圧ダンパにより建物の揺れは抑えられ、建物の居住性等の構造物の品質を向上することができる。

地震規模が大きく、建物の揺れが大きい場合、油圧ダンパ１に作用する伸縮方向の力も大きくなると共に、そのストロークも大きくなりかつ速度も速くなる。この状態では、ピストン１０は大きなストロークでかつ速く移動し、ピストン１０が右方向に移動する場合、非ロッド側油室２７ｂから、押し側油路４７を通って左油圧空間４６に流れ込むオイル油圧が高くなり、第１のピストンバルブ３７_１のバルブ座板５０は、図６に示すように、該座板自体のバネ力及びバックアップとしての皿バネ５１の付勢力に抗してその外周部分が環状の突起４５から離れる方向に撓む。同様に、ピストン１０が左方向に移動する場合、ロッド側油室２７ａから、引き側油路４９を通って右油圧空間４６に流れ込むオイルの油圧が高くなり、第２のピストンバルブ３７_２のバルブ座板５０は、環状の突起４５から離れる方向に撓む。

これにより、第１及び第２のピストンバルブ３７_１，３７_２は、図６に示すように、バルブ座板５０と環状の突起４５との間に流路Ｃ，Ｄが形成され、該流路Ｃ，Ｄを通って両油室２７ａ，２７ｂにオイルが流れることにより、図５のＴ部分に示すように、速度Ｖに対する荷重Ｆの勾配が低い減衰力特性の低い状態となり、油圧ダンパ１は、低い抵抗力により伸縮する。従って、大きな地震に際しては、油圧ダンパ１が、比較的低い減衰力特性により建物の揺れを制振し、地震エネルギを吸収する。この際、図６に示すように、バルブ座板５０の外径部は、環状の突起４５とその全周において離れ、該周長の長い環状の突起４５との間に比較的広い面積からなる上記流路Ｃ，Ｄが一気に形成される。これにより、図５に示すように、油圧ダンパの減衰力特性は、所定値Ｐにおいて急勾配（Ｓ）から緩勾配（Ｔ）に瞬時に切換えられる。

この状態では、油圧ダンパ１は、伸縮しつつ制振するので、取付け金具１３，１７付近に過度に大きな集中荷重が作用することがなく、該取付け部分又は該取付け部分の柱２及び梁３が破壊されることを減少する。また、地震エネルギは、上部流路Ｃ，Ｄを絞られつつ流れる比較的大量のオイルの流れにより熱に変換されて吸収される。また、上記地震により建物が塑性変形領域まで変形したとしても、地震が終わった状態で、油圧ダンパ１は、スプリング４０及びガス室２９のガス圧がバランスすると共にピストンロッド６の面積差による両油室２７ａ，２７ｂの初期位置に戻るように付勢されており、上記塑性変形まで変形した建物も、上記油圧ダンパ１のストローク中央位置への付勢により元の状態（初期姿勢）に戻される。これにより、頻度は少ないが、大きな地震が発生した場合、建物は、本制振装置Ａにより有効に制振され、建物の破壊を防止して耐震性を向上することができる。

上記油圧ダンパ１は、シリンダ５からピストンロッド６が突出する側に空気室（余裕空隙）３１が設けられており、該空気室３１部分のピストンロッド６は、キャップ部材７のスクレーパ３０により塵埃、錆、水等が除去されたクリーンな状態にある。従って、上記地震により油圧ダンパ１が伸縮して、ピストンロッド６がエンド部材１９の貫通孔を摺接しても、該摺接部分は、上記クリーンな状態にある部分であり、上記摺接に際してピストンロッドに付着した塵埃等がエンド部材１９のシール２２を傷付けたり、また該塵埃、水等が油圧室２７内に浸入することを防止できる。

図７に沿って、ピストンバルブ３７’_１，３７’_２を一部変更した実施の形態について説明する。なお、先の実施の形態と同様な部分は、同一符号を付して説明を省略する。ピストン１０’は、ピストンロッド小径部６ａを嵌挿するボス部４４と環状の突起４５を有する。ピストンの両側面１０’ａ，１０’ｂにおける上記突起４５の突出高さＨが、ボス部４４の突出高さｈに比して高く構成される。第１及び第２のピストンバルブ３７’_１，３７’_２は、ピストン１０’の両側面において、ワッシャ３５、バネ受けリング部材３３等を介して、ピストンロッド段差部６ｂとの間でナット３６を締付けることにより取付けられる。

バルブ座板５０及び皿バネ５１は、上記ナット３６の締付けにより、その中心部分がボス部４４に接触するように、かつバルブ座板５０の外周部が上記突起４５に当接するように押さえられる。上記突起４５とボス部４４の突出高さ（Ｈ＞ｈ）の差により、板バネからなるバルブ座板５０は、撓んでその外周部が突起４５に接触する方向の所定予荷重が付与される

これにより、ピストン１０’の移動速度が所定値以下で、油圧空間４６に所定油圧が作用しないと、上記バルブ座板５０は、上記所定予荷重により閉塞位置に保持される。従って、油圧ダンパ１の減衰力特性は、図５において、急勾配部分（Ｓ）の勾配が急になり、所定値Ｐが高くなる。これにより、弱い地震等に対しては、油圧ダンパ１は剛体に近くなり、建物の揺れを抑えることができ、かつピストン移動速度Ｖが所定値Ｐ以上となる所定規模以上の強い地震に対しては、一気に緩勾配Ｔに切換わって、建物を制振してその破壊を抑えることができる。

図７に示すように、ボス部４４とバルブ座板５０との間に、所定枚数（本実施の形態では１枚）の間座５５を介在して、第１及び第２のピストンバルブ３７’_１，３７’_２が取付けられる。該間座５５の枚数又は板厚を調節することにより、上記バルブ座板５０に作用する所定予荷重を調整することができる。これにより、構造部材の材質（木造か軽量鉄骨か）、建物の強度、規模、振動特性等に対応して上記予荷重が調整され、適正な油圧ダンパ１を選択することにより、容易に建物に対応した油圧ダンパを適用することが可能となる。

なお、前記ピストンバルブ３７_１，３７_２の構造は、環状の突起４５及びバルブ座板５０からなるものに限らず、付勢された弁構造からなるもの等、図５に示す減衰力特性を備えるものであれば、他の構造でもよい。更に、油圧ダンパの減衰力特性は、図５に示した急勾配、緩勾配の実質的に２本の直線からなるものに限らず、２次曲線等の他の特性からなるものでもよく、要は、シリンダに対するピストンの移動速度が低い状態では、オイルの流れに対する抵抗力が大きく、上記ピストンの移動速度が速い状態では、前記オイルの流れに対する抵抗力が小さい減衰力特性を有するものであればよい。また、ガス室（予圧室）２９は、窒素ガス等を封入したものに限らず、バネ定数の高いバネを収納したものでもよく、油圧室２７の油圧に対向してフロート部材２３の動きを吸収し得る付勢力を有するものであればよい、また、上記実施の形態は、ピストンロッド６は、ロッド側油室２７ａのみに貫通しているが、非ロッド側油室２７ｂにも貫通してフロート部材２３に支持されるものでもよい。この場合、スプリング４０は、必ずしも必要としない。

１ 油圧ダンパ
２ 構造部材（柱）
３ 構造部材（梁）
５ シリンダ
６ ピストンロッド
７ キャップ部材
９ シリンダの端部（連結部材）
１０，１０’ ピストン
１９ エンド部材
２３ フロート部材
２７ 油圧室
２７ａ 一方の油室（ロッド側油室）
２７ｂ 他方の油室（非ロッド側油室）
２９ 予圧室（ガス室）
３０ スクレーパ
３１ 余裕空隙（空気室）
３７_１，３７’_１ 第１のピストンバルブ
３７_２，３７’_２ 第２のピストンバルブ
４０ スプリング
４５ 突起
４６ 油圧空間
４７，４９ （押し側）油路、（引き側）油路
５０ バルブ座板
５１ 皿バネ

本発明は、シリンダ（５）内にオイルを充填した油圧室（２７）を有し、該油圧室を１個のピストン（１０）により２個の油室（２７ａ）（２７ｂ）に区画して、前記２個の油室の間でオイルを所定の減衰特性で連通する油圧ダンパ（１）を備え、前記ピストン（１０）に連結するピストンロッド（６）の端部を一方の構造部材（２）に連結すると共に、前記シリンダの端部（９）を他方の構造部材（３）に連結して、前記油圧ダンパ（１）を前記一方及び他方の構造部材の間に斜めに設置してなる構造物の制振装置（Ａ）において、
前記シリンダ（５）に少なくとも軸方向に一体のエンド部材（１９）と、前記シリンダに軸方向に移動自在なフロート部材（２３）との間で前記油圧室（２７）を形成し、
前記シリンダの端部の閉塞部（９）と前記フロート部材（２３）との間に、前記油圧室（２７）から前記フロート部材（２３）に作用する油圧に対向する付勢力を有する予圧室（２９）を形成し、
前記ピストン（１０）部分に、前記２個の油室の一方（２７ａ）から他方の油室（２７ｂ）へのオイルの流れを規制する第１のピストンバルブ（３７_１）と、前記他方の油室（２７ｂ）から一方の油室（２７ａ）へのオイルの流れを規制する第２のピストンバルブ（３７_２）とを設け、
前記第１及び第２のピストンバルブ（３７_１，３７_２）は、それぞれ前記規制される流れと反対方向のオイルの流れに対して、前記シリンダ（５）に対する前記ピストン（１０）の移動速度が低い状態では前記オイルの流れに対する抵抗力が大きく、前記ピストン（１０）の移動速度が速い状態では前記オイルの流れに対する抵抗力が小さい減衰力特性を有する、
ことを特徴とする構造物の制振装置にある。

例えば図５を参照して、前記第１及び第２のピストンバルブ（３７_１，３７_２）は、それぞれ前記規制される流れと反対方向のオイルの流れに対して、前記シリンダ（５）に対する前記ピストン（１０）の移動速度（Ｖ）が所定値（Ｐ）以下の状態では閉じ位置にあって前記オイルの流れを制限し、前記油圧ダンパ（１）は、移動速度に対する荷重変化の大きな急勾配で立上がる減衰特性の大きい剛体に近い状態（Ｓ）になり、前記ピストンの移動速度（Ｖ）が前記所定値（Ｐ）より速い状態では開かれて前記オイルの流れを許容し、前記油圧ダンパ（１）は、移動速度に対する荷重変化の小さい緩勾配からなる減衰特性の小さい制振状態（Ｔ）となる。

例えば図４を参照して、前記第１及び第２のピストンバルブ（３７_１，３７_２）は、前記ピストン（１０）の両側面（１０ａ，１０ｂ）に形成され、前記油圧ダンパ（１）の中心軸線を中心とした円周からなる環状の突起（４５）と、該突起に外周部が当接するように付勢された可撓性のバルブ座板（５０）と、前記ピストン（１０）の両側面を前記突起の外径側と内径側とでそれぞれ連通する油路（４７）（４９）と、を有し、
前記ピストン（１０）の移動速度が前記所定値（Ｐ）以下の場合、前記バルブ座板（５０）が前記環状の突起とその全周において実質的に当接し、前記油路のオイルの流れを制限し、
前記ピストンの移動速度が前記所定値（Ｐ）を越えると、前記バルブ座板（５０）が付勢力に抗して撓んで前記環状の突起（４５）からその全周において離れ、前記油路のオイルの流れを一気に許容してなる。

油圧ダンパの減衰力特性は、ピストンの移動速度が所定値以下の場合、移動速度に対する抵抗荷重変化の大きい急勾配となり、上記移動速度が所定値以上の場合、移動速度に対する抵抗荷重変化の小さい緩勾配となるので、弱い地震、道路等からの小さいエネルギに対して構造物の揺れを抑えて、建物の居住性等の構造物の品質を維持すると共に、強い地震等による大きなエネルギに対して該エネルギを吸収して、建物等の構造物の破壊を有効に防止して耐震性を向上することができる。

請求項２に係る本発明によると、油圧ダンパは、ピストンロッドが一方の油圧のみに貫通して延びているので、油圧ダンパの構造が簡単となり、かつ自動車用として確立された油圧ダンパと基本構成を共通して、信頼性の高い油圧ダンパを用いた構造物の制振装置を提供することができる。また、ピストンロッドが一方の油室のみにあるので、ピストンのストロークにより油圧室の容積が変化するが、該容積変化は、上記予圧室により吸収される。

請求項３に係る本発明によると、油圧ダンパは、一方の油室にスプリングを配置したので、両油室からピストンに作用するピストンロッドの断面積に基づく圧力差を上記スプリングでバランスすると共に、予圧室からの付勢力と上記スプリングの付勢力がバランスして、油圧室のストローク中心付近に保持される。これにより、油圧ダンパの自然状態における長さが一定となって、油圧ダンパの構造物への取付けが容易となり、かつ構造物の制振装置としての性能が安定し、さらに例え地震等により構造物が塑性領域まで変形したとしても、上記油圧ダンパの中立位置への復元力により構造物を元の状態に戻すことができる。

請求項４に係る本発明によると、予圧室が不活性ガスを封入したガス室からなるので、油圧室に対向する付勢力を、ガス室のガス圧を調整することにより容易に得ることができる。

請求項５に係る本発明によると、油圧ダンパのストローク以上の長さを有する余裕空隙を設けたので、エンド部材に摺接されるピストンロッド部分は、スクレーパで塵埃、錆、水等の付着物が除去された状態になり、油圧ダンパのストロークによりエンド部材のシールが傷付けられたり、油圧室の内部に付着物が浸入することを防止することができる。

請求項６に係る本発明によると、第１及び第２のピストンバルブは、突起、バルブ座板、皿バネ及び油路からなる簡単な構成で足りる。また、周長の長い環状の突起の全周からバルブ座板の外周部が離れることにより、オイルの流路面積を確保して、上記急勾配と緩勾配とに一気に切換えることができ、上記所望の減衰力特性を容易かつ確実に得ることができる。

請求項７に係る本発明によると、バルブ座板に予荷重を作用して、第１及び第２のピストンバルブの減衰力特性の切換えを前記所定値にて適正に行う事ができる。

請求項８に係る本発明によると、間座の枚数又は板厚を調節することにより、上記バルブ座板の予荷重を容易に調整することができ、建物等の構造物の強度、構造、振動特性等に応じて油圧ダンパを適正に調整することができる。

地震が弱く建物の揺れが小さい場合、油圧ダンパ１に作用する伸縮方向の力も小さくかつ弱い。この場合、ピストン１０が油圧室２７内で移動しようとする力も弱く、その速度も遅い。油圧ダンパ１が収縮する方向、即ちピストン１０が非ロッド側油室２７ｂに向って移動する場合、非ロッド側油室２７ｂ内のオイルが押し側油路４７を通って左油圧空間４６に流れようとするが、ピストン１０を移動する力も弱くかつ遅いので、左油圧空間４６に作用する油圧上昇も小さい。従って、第１のピストンバルブ３７_１は、皿バネ５１の付勢力によりバルブ座板５０が環状の突起４５に略々当接した閉じ位置に保持される。同様に、油圧ダンパ１が伸長する方向、即ちピストン１０がロッド側油室２７ａに向って移動する場合、ロッド側油室２７ａのオイルが引き側油路４９を通って右油圧空間４６に流れようとするが、該右油圧空間４６の油圧も小さく、第２のピストンバルブ３７_２は、バルブ座板５０が環状の突起４５に略々当接した閉じ位置に保持される。

なお、前記ピストンバルブ３７_１，３７_２の構造は、環状の突起４５及びバルブ座板５０からなるものに限らず、付勢された弁構造からなるもの等、図５に示す減衰力特性を備えるものであれば、他の構造でもよい。また、ガス室（予圧室）２９は、窒素ガス等を封入したものに限らず、バネ定数の高いバネを収納したものでもよく、油圧室２７の油圧に対向してフロート部材２３の動きを吸収し得る付勢力を有するものであればよい、また、上記実施の形態は、ピストンロッド６は、ロッド側油室２７ａのみに貫通しているが、非ロッド側油室２７ｂにも貫通してフロート部材２３に支持されるものでもよい。この場合、スプリング４０は、必ずしも必要としない。

Claims (9)

1. シリンダ内にオイルを充填した油圧室を有し、該油圧室をピストンにより２個の油室に区画して、前記２個の油室の間でオイルを絞り状態で連通する油圧ダンパを備え、前記ピストンに連結するピストンロッドの端部を一方の構造部材に連結すると共に、前記シリンダの端部を他方の構造部材に連結して、前記油圧ダンパを前記一方及び他方の構造部材の間に斜めに設置してなる構造物の制振装置において、
   前記シリンダに少なくとも軸方向に一体のエンド部材と、前記シリンダに軸方向に移動自在なフロート部材との間で前記油圧室を形成し、
   前記シリンダの端部の閉塞部と前記フロート部材との間に、前記油圧室から前記フロート部材に作用する油圧に対向する付勢力を有する予圧室を形成し、
   前記ピストン部分に、前記２個の油室の一方から他方の油室へのオイルの流れを規制する第１のピストンバルブと、前記他方の油室から一方の油室へのオイルの流れを規制する第２のピストンバルブとを設け、
   前記第１及び第２のピストンバルブは、それぞれ前記規制される流れと反対方向のオイルの流れに対して、前記シリンダに対する前記ピストンの移動速度が低い状態では前記オイルの流れに対する抵抗力が大きく、前記ピストンの移動速度が速い状態では前記オイルの流れに対する抵抗力が小さい減衰力特性を有する、
   ことを特徴とする構造物の制振装置。
2. 前記第１及び第２のピストンバルブは、所定値以下の前記ピストンの移動速度の場合、該移動速度変化に対して前記ピストンを移動する荷重変化が大きく、前記所定値より前記ピストンの移動速度が大きい場合、該移動速度変化に対して前記ピストンを移動する荷重変化が小さい減衰力特性を有する、
   請求項１記載の構造物の制振装置。
3. 前記油圧ダンパは、前記ピストンロッドが前記ピストンから前記２個の油室の内の一方の油室のみを貫通して延びてなる、
   請求項１記載の構造物の制振装置。
4. 前記油圧ダンパは、前記エンド部材と前記ピストンとの間に縮設されて前記一方の油室にスプリングが配置されてなる、
   請求項３記載の構造物の制振装置。
5. 前記予圧室は、所定圧の不活性ガスが封入されているガス室からなる、
   請求項１ないし４のいずれか１項記載の構造物の制振装置。
6. 前記シリンダの一端部をキャップ部材で閉塞し、該キャップ部材に前記ピストンロッドの付着物を掻落とすスクレーパを設け、
   前記キャップ部材と前記エンド部材との間隔を、前記油圧ダンパのストローク以上の長さを有する余裕空隙とした、
   請求項１ないし５のいずれか１項記載の構造物の制振装置。
7. 前記第１及び第２のピストンバルブは、前記ピストンの両側面に形成された環状の突起と、該突起に外周部が当接し得る可撓性のバルブ座板と、該バルブ座板が前記突起に当接するように付勢する皿バネと、前記ピストンの両側面を前記突起の外径側と内径側とでそれぞれ連通する油路と、を有してなる、
   請求項１ないし６のいずれか１項記載の構造物の制振装置。
8. 前記環状の突起と前記ピストンの前記ピストンロッドを嵌挿するボス部との間における前記ピストンの両側面にそれぞれ油圧空間を有し、
   前記両油圧空間に、それぞれ他端が前記突起の外径側に連通する前記油路の一端を連通し、
   前記ピストンの両側面における前記突起の突出高さを前記ボス部の突出高さに比して高く構成して、前記バルブ座板が、前記突起に所定予荷重にて当接してなる、
   請求項７記載の構造物の制振装置。
9. 前記ボス部と前記バルブ座板との間に、所定枚数の間座を介在して前記バルブ座板が前記ピストンの両側面に取付けられてなる、
   請求項８記載の構造物の制振装置。
   
   

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