JP2015209961A - 油圧式ダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】大きな揺れが発生した際にも油圧式ダンパ等の破損を防止できる油圧式ダンパを提供する。【解決手段】油圧式ダンパ１は、シリンダ１１、ピストン１２、ピストンロッド１３、クッション用部材１５、１７等から構成される。ピストン１２は、シリンダ１１内を圧力室２１、２３に区画し、シリンダ軸方向に移動可能である。ピストン１２にはクッション用部材１５、１７が設けられる。シリンダ１１内のシリンダ軸方向の圧力室２１、２３側の端面にはクッション室２２、２４が設けられ、クッション用部材１５、１７の外周形状とクッション室２２、２４の内周形状が対応する。ピストン１２の移動に伴って、クッション用部材１５、１７がクッション室２２、２４の外にある状態からクッション室２２、２４に挿入される。【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。

油圧式ダンパは、例えば、地震や風等による建築物の揺れを低減させるために用いられる。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、油圧式ダンパでは、揺れによるシリンダ内のピストンの移動に伴いシリンダ内の作動油が油圧弁等の油圧回路を通過し、その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。

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、油圧式ダンパでは、大きな揺れが発生しピストンの変位が想定以上に大きくなると、ピストンがシリンダに衝突して油圧式ダンパや建築物に大きな衝撃力が発生し、これらが破損する恐れがあった。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、大きな揺れが発生した際にも油圧式ダンパ等の破損を防止できる油圧式ダンパを提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための本発明は、シリンダと、前記シリンダ内を前記シリンダの軸方向に移動可能なピストンと、前記ピストンに対し前記シリンダの軸方向の側方に設けられる、クッション用部材、および前記クッション用部材の外周形状と対応する内周形状を有するクッション室からなるクッション機構と、を有し、前記ピストンの前記シリンダの軸方向の移動に伴って、前記クッション用部材が前記クッション室の外にある状態から前記クッション室に挿入可能であることを特徴とする油圧式ダンパである。

本発明の油圧式ダンパでは、ピストンのシリンダ軸方向の移動に伴ってクッション用部材がクッション室に挿入されることにより、ピストンの側方の空間が、クッション室とそれ以外の部分とに区画される。こうしてピストンの側方の空間を小断面積の部分に区切り、両部分の間で作動油の流れを遮断することにより、いずれかの部分でピストンの移動に対し急激な圧力上昇を生じさせることができる。これによりピストンの速度は急激に低下する。このクッション効果により、大きな揺れが発生した際にピストンとシリンダとの衝突を防いだり、衝突時の衝撃を緩和でき、油圧式ダンパ等の破損防止につながる。

前記クッション用部材は、前記ピストンから前記シリンダの軸方向の側方に突出するように設けられ、前記クッション室は、前記シリンダ内の前記シリンダの軸方向の端面に設けられる凹部であることが望ましい。
これにより、クッション室として十分なスペースを容易に確保できる。

前記クッション用部材および前記クッション室は、前記ピストンに対し前記シリンダの軸方向の両側で設けられることが望ましい。
これにより、ピストンのシリンダ内での往復移動のどちらに対しても、上記のクッション効果を発揮させることができる。

前記クッション用部材が前記クッション室に挿入された状態において、前記ピストンに対し前記シリンダの軸方向の前記クッション室側にある所定部分が、前記ピストンの速度の上昇に伴う作動油の圧力の上昇幅が、前記圧力が所定値未満の場合よりも、所定値以上の場合で小さくなる圧力変化特性を有することが望ましい。
このように、クッション機構により圧力が上昇し所定値に達するとそれ以上の圧力上昇が抑制される特性を付与することで、作動油の圧力によるシリンダの損傷等を防止できる。

前記所定部分に流路が接続され、前記流路に、前記所定部分の作動油による圧力が前記所定値に達することにより開放されるリリーフ弁が設けられることが望ましい。また、前記所定部分に、オリフィスを設けた流路が接続されることも望ましい。
これにより、上記した圧力変化特性を油圧式ダンパに好適に付与でき、リリーフ弁やオリフィスの調整により圧力変化特性を適切に設計できる。

前記所定部分は、例えば前記ピストンと前記シリンダ内の前記シリンダの軸方向の端面との間の部分とする。あるいは前記クッション室としてもよい。この時、前記ピストンには、例えば前記ピストンを前記シリンダの軸方向に貫通する流路が設けられる。
前記した急激な圧力上昇によるクッション効果を発揮させる部分は、ピストンとシリンダ内の端面の間の圧力室としたり、あるいはクッション室としたりできる。これらは油圧式ダンパの形状その他に応じて定めればよい。ピストンを貫通する流路を設ける場合には、圧力室が高圧とならないので、クッション室でクッション効果を発揮させるのが特に有効である。

本発明により、大きな揺れが発生した際にも油圧式ダンパ等の破損を防止できる油圧式ダンパを提供することができる。

油圧式ダンパ１を示す図 油圧式ダンパ１を示す図 圧力室２１の圧力変化を示す図 油圧式ダンパ１ａを示す図 油圧式ダンパ１ａを示す図

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

[第１の実施形態]
（１．油圧式ダンパ１）
図１は本発明の第１の実施形態に係る油圧式ダンパ１を示す図である。油圧式ダンパ１は、シリンダ１１、ピストン１２、ピストンロッド１３、クッション用部材１５、１７等と、作動油の流体抵抗により揺れの減衰効果を発揮させる図示しない油圧回路から構成される。

シリンダ１１は円筒状の部材であり、内部が作動油で満たされる。

ピストン１２は、シリンダ１１の内周形状に対応する外周形状を有する部材である。ピストン１２は、シリンダ１１内をシリンダ１１の軸方向（図の左右方向に対応する。以下シリンダ軸方向という）に往復移動可能である。

シリンダ１１の内部は、ピストン１２によってシリンダ軸方向に２つの圧力室２１、２３に区画される。圧力室２１側のシリンダ１１内の端面には凹部が形成され、これをクッション室２２とする。圧力室２３側のシリンダ１１内の端面にも、凹部であるクッション室２４が同じく設けられる。

ピストン１２のシリンダ軸方向の両側にはクッション用部材１５、１７が設けられる。クッション用部材１５はクッション室２２側に突出し、クッション用部材１７はクッション室２４側に突出する。

クッション用部材１５、１７は、クッション室２２、２４に挿入することにより後述するクッション効果を発揮させるための部材であり、それぞれクッション室２２、２４の内周形状に対応する外周形状を有する。クッション用部材１５とクッション室２２、クッション用部材１７とクッション室２４は、本発明におけるクッション機構を構成している。

クッション用部材１７にはピストンロッド１３が取付けられる。クッション用部材１７はピストンロッド１３に対し拡幅している。ピストンロッド１３はクッション室２４を通ってシリンダ１１のクッション室２４側の端部を貫通し、外部に延びる。

シリンダ１１のクッション室２２側の端部にはジョイント３１が取付けられる。また、シリンダ１１の外部に延びたピストンロッド１３の先端にはジョイント３３が取付けられる。ジョイント３１、３３は、建築物のブレース等に連結される。

シリンダ１１のクッション室２２側の端部には、流路４１、４３、４５が設けられる。流路４１、４３は圧力室２１に接続され、流路４５に至る。流路４１の途中にはリリーフ弁２５が設けられ、流路４３の途中にはオリフィス２７が設けられる。流路４５はクッション室２２から外部へと延びる。

シリンダ１１のクッション室２４側の端部にも、同様の流路５１、５３、５５が設けられる。流路５１、５３は圧力室２３に接続され、流路５５に至る。流路５１の途中にはリリーフ弁２６が設けられ、流路５３の途中にはオリフィス２８が設けられる。流路５５はクッション室２４から外部へと延びる。

（２．油圧式ダンパ１の挙動）
本実施形態の油圧式ダンパ１は、大きな揺れが生じた際にピストン１２がシリンダ１１内の端面に衝突し油圧式ダンパ１や建築物が損傷するのを防ぐ効果を有する。以下、これについて説明する。

すなわち、油圧式ダンパ１では、揺れによりピストン１２がシリンダ軸方向に移動し、例えば図２（ａ）に示すようにシリンダ１１内の圧力室２１側の端面に近づいた場合、作動油が油圧回路（不図示）を介して圧力室２１、２３間を流通し揺れの減衰効果を発揮する一方、作動油の一部は矢印に示すように圧力室２１からクッション室２２へ移動し、流路４５から放出される。

通常の揺れでは上記の減衰効果で十分でありピストン１２が圧力室２１側の端面に衝突することはないが、大きな揺れが発生した場合には、上記の減衰効果では十分でない恐れがある。

しかし、本実施形態では、大きな揺れが発生してピストン１２の変位が大きくなった際には、クッション用部材１５が、図２（ａ）に示すようにクッション室２２の外にある状態から、図２（ｂ）に示すようにクッション室２２に挿入された状態となる。

これにより、圧力室２１とクッション室２２の間の作動油の流通がストップし、ピストン１２のシリンダ軸方向の側方にある空間が、小断面積の空間に区切られることとなる。すなわち、シリンダ１１内のピストン１２よりクッション室２２側の空間が、ピストン１２からシリンダ１１内の端面までの圧力室２１の部分（クッション用部材１５の部分を除く）と、クッション室２２の部分とに区切られる。

また、クッション室２２では流路４５を介して作動油が放出できるが、圧力室２１ではオリフィス２７を設けた流路４３から作動油が放出されるだけとなり、ピストン１２の移動に対し作動油の急激な圧力上昇が生じる。これにより大きな抵抗力が発生してピストン１２の速度が急激に低下する。

なお、各流路から放出された作動油は、ピストン１２の往復移動に伴いシリンダ１１内に返すようにしておく。その構成は特に限定されないが、例えばタンク内に一旦貯めておき、チェック弁等を設けた流路を介してシリンダ１１内に返すことが可能である。

図２（ｂ）のケースにおける圧力室２１内の作動油の圧力変化特性を図３に示す。図３のグラフは、作動油の圧力を縦軸、ピストン１２の速度を横軸として圧力変化特性を示したものである。

すなわち、図２（ｂ）のケースでは、圧力室２１内の作動油の圧力が所定値Ｂとなるまでは、オリフィス２７を設けた流路４３を通じて作動油が放出され、ピストン１２の速度と圧力室２１内の圧力の関係は、オリフィス２７や流路４３の特性により定まる略放物線状の関係Ａとなる。

一方、圧力が所定値Ｂに達するとリリーフ弁２５が開き、流路４１を介して作動油が放出される。この時のピストン１２の速度と圧力室２１内の圧力の関係は、リリーフ弁２５や流路４１の特性により定まる略直線状の関係Ｃとなる。

また、ピストン１２の速度が単位量上昇した際の作動油の圧力の上昇幅は、圧力が所定値Ｂ未満の場合（図のＡ参照）よりも、所定値Ｂ以上の場合（図のＣ参照）で小さくなる。

この圧力変化特性は、油圧式ダンパ１の強度などを考慮して、上記のリリーフ弁２５、オリフィス２７などの調整により適切に設計することが可能である。例えばオリフィス２７による絞りを大きく（流路面積を小さく）することでＡ’に示すように圧力の立ち上がりを急にしたり、リリーフ弁２５の調整により、リリーフ弁２５が開放する際の圧力値をＢ’に示すように下げたりすることができる。

以上はピストン１２が逆方向に移動する場合でも同様である。すなわち、大きな揺れなどにより、ピストン１２がシリンダ１１内の圧力室２３側の端面に向かって移動し、クッション用部材１７がクッション室２４の外にある状態から図２（ｃ）に示すようにクッション室２４に挿入されると、前記と同じく圧力室２３とクッション室２４の間の作動油の流通がストップする。

このケースでも、前記と同様の理由により、圧力室２３ではピストン１２の移動に対し作動油の急激な圧力上昇が生じ、大きな抵抗力が発生してピストン１２の速度が急激に低下する。圧力室２３内の作動油の圧力変化特性も図３に示したものと同様であり、リリーフ弁２６やオリフィス２８などの調整により適切に設計することが可能である。

以上説明したように、本実施形態では、ピストン１２のシリンダ軸方向の移動に伴ってクッション用部材１５、１７がクッション室２２、２４に挿入されることにより、ピストン１２の側方の空間が、クッション室２２、２４と圧力室２１、２３に区画される。こうしてピストン１２の側方の空間を小断面積の部分に区切り、両部分の間で作動油の流れを遮断することにより、圧力室２１、２３でピストン１２の移動に対し急激な圧力上昇を生じさせることができる。これによりピストン１２の速度は急激に低下する。このクッション効果により、ピストン１２とシリンダ１１との衝突を防いだり、衝突時の衝撃を緩和でき、油圧式ダンパ１等の破損防止につながる。

なお、本実施形態ではピストン１２にクッション用部材１５、１７を設け、シリンダ１１内の端面にクッション室２２、２４を設けているが、これに限ることはない。例えばピストン１２にクッション室２２、２４や前記の流路を設け、シリンダ１１内の端面にクッション用部材１５、１７を設けてもよい。ただし、本実施形態ではクッション室２２、２４をシリンダ１１内の端面に設けることで十分なスペースを確保することが容易である。

さらに、クッション用部材１５、１７およびクッション室２２、２４の形状や数、配置についても、クッション用部材１５、１７とクッション室２２、２４の間で対応がとれていればよく、図１等で示したものに限ることはない。

また、本実施形態ではピストン１２の両側でクッション用部材１５、１７やクッション室２２、２４を設けることで、ピストン１２の往復移動のどちらに対しても、上記のクッション効果を発揮させることができる。ただし、必要に応じて片側のみにクッション用部材やクッション室を設けてもよい。

さらに、本実施形態ではピストン１２の片側のみにピストンロッド１３を設けた片ロッドの例を説明したが、ピストン１２の両側にピストンロッド１３を設けた両ロッドの構成としてもよい。この場合はピストン１２の両側でクッション用部材１７、クッション室２４と同様のクッション用部材、クッション室を設ければよい。

また、圧力室２１、２３に前記したようにリリーフ弁２５、２６やオリフィス２７、２８を設けた流路を接続することで、クッション用部材１５、１７がクッション室２２、２４に挿入された際の圧力室２１、２３の圧力変化特性に、圧力が上昇し所定値に達するとそれ以上の圧力上昇が抑制される特性を好適に付与でき、作動油の圧力による損傷等を防止できる。またリリーフ弁２５、２６やオリフィス２７、２８などの調整により、圧力変化特性を適切に設計することが可能である。

また、本実施形態の油圧式ダンパ１は、建築物のブレース等に取り付ける他、ＴＭＤ（Tuned Mass Damper）用のダンパとして用いてもよい。ＴＭＤは、建築物の上部などに錘を設け、建築物の揺れの周期と錘の揺れの周期を同調させることで建築物の揺れを錘に伝達し、建築物の揺れを低減するもので、この錘にダンパを取付けることで錘の揺れを吸収することができる。

[第２の実施形態]
次に、本発明の第２の実施形態として、クッション室２２、２４内の作動油の圧力により前記したクッション効果を発揮させる例について説明する。第２の実施形態は第１の実施形態と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。

（１．油圧式ダンパ１ａ）
図４は本発明の第２の実施形態に係る油圧式ダンパ１ａを示す図である。

この油圧式ダンパ１ａでは、シリンダ１１のクッション室２２側の端部に流路６１、６３、６５が設けられる。流路６１、６３はクッション室２２に接続され、流路６５で合流し外部に達する。流路６１の途中にはリリーフ弁２５が設けられ、流路６３の途中にはオリフィス２７が設けられる。

シリンダ１１のクッション室２４側の端部にも、上記と同様の流路７１、７３、７５が設けられる。流路７１、７３はクッション室２４に接続され、流路７５で合流し外部に達する。流路７１の途中にはリリーフ弁２６が設けられ、流路７３の途中にはオリフィス２８が設けられる。

ピストン１２の内部には、前記した油圧回路の一部として、ピストン１２をシリンダ軸方向に貫通し、圧力室２１、２３をつなぐ流路１２１が設けられる。流路１２１の途中にはオリフィス１２２が設けられる。なお、オリフィス１２２による流路１２１の抵抗は、オリフィス２７、２８による流路６３、７３の抵抗よりも小さいものとする。

（２．油圧式ダンパ１ａの挙動）
本実施形態の油圧式ダンパ１ａでは、揺れによりピストン１２がシリンダ軸方向に移動し、例えば図５（ａ）に示すようにシリンダ１１内の圧力室２１側の端面に近づいた場合、第１の実施形態と同様、作動油が油圧回路（不図示）を介して圧力室２１、２３間を流通し揺れの減衰効果を発揮する。

大きな揺れが発生し、ピストン１２がシリンダ１１内の圧力室２１側の端面に向かって大きく変位した際には、第１の実施形態と同様、クッション用部材１５が、図５（ａ）に示すようにクッション室２２の外にある状態から、図５（ｂ）に示すようにクッション室２２に挿入された状態となる。

これにより、圧力室２１とクッション室２２の間の作動油の流通がストップし、シリンダ１１内のピストン１２よりクッション室２２側の空間が、ピストン１２からシリンダ１１内の端面までの圧力室２１の部分（クッション用部材１５の部分を除く）と、クッション室２２の部分とに区切られる。

また、圧力室２１の作動油は流路１２１を通って圧力室２３に移動するが、クッション室２２ではオリフィス２７を設けた流路６３から作動油が放出されるだけになり、ピストン１２の移動に対し作動油の急激な圧力上昇が生じる。これにより大きな抵抗力が発生してピストン１２の速度が急激に低下する。

これはピストン１２が逆方向に移動する場合も同様である。すなわち、ピストン１２がシリンダ１１内の圧力室２３側の端面に向かって大きく変位した際には、クッション用部材１７がクッション室２４の外にある状態から図５（ｃ）に示すようにクッション室２４に挿入され、前記と同じく圧力室２３とクッション室２４の間の作動油の流通がストップする。

このケースでも、前記と同様の理由により、クッション室２４ではピストン１２の移動に対し作動油の急激な圧力上昇が生じ、大きな抵抗力が発生してピストン１２の速度が急激に低下する。

なお、図５（ｂ）や図５（ｃ）のケースにおけるクッション室２２、２４内の作動油の圧力変化特性は図３と同様であり、リリーフ弁２５、２６やオリフィス２７、２８などの調整により適切に設計することが可能である。

第２の実施形態でも、第１の実施形態と同様の効果が得られる。どの部分でクッション効果を発揮させるかは、油圧式ダンパの形状その他に応じて定めればよい。第２の実施形態は、ピストン１２内に作動油の流路１２１があり圧力室２１、２３が高圧とならないので、クッション室２２、２４でクッション効果を発揮させるのが特に有効である。

なお、例えばピストン１２内の流路１２１にチェック弁が設けられ一方向のみに作動油の流通が許容される場合などでは、シリンダ１１の一端側を第１の実施形態のように圧力室の圧力上昇によりピストン１２の速度を低下させる構成とし、シリンダ１１の他端側を第２の実施形態のようにクッション室の圧力上昇によりピストン１２の速度を低下させる構成とすることなども可能である。

以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係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
１１；シリンダ
１２；ピストン
１３；ピストンロッド
１５、１７；クッション用部材
２１、２３；圧力室
２２、２４；クッション室
２５、２６；リリーフ弁
２７、２８、１２２；オリフィス
３１、３３；ジョイント
４１、４３、４５、５１、５３、５５、６１、６３、６５、７１、７３、７５、１２１；流路

Claims (9)

1. シリンダと、
   前記シリンダ内を前記シリンダの軸方向に移動可能なピストンと、
   前記ピストンに対し前記シリンダの軸方向の側方に設けられる、クッション用部材、および前記クッション用部材の外周形状と対応する内周形状を有するクッション室からなるクッション機構と、
   を有し、
   前記ピストンの前記シリンダの軸方向の移動に伴って、前記クッション用部材が前記クッション室の外にある状態から前記クッション室に挿入可能であることを特徴とする油圧式ダンパ。
2. 前記クッション用部材は、前記ピストンから前記シリンダの軸方向の側方に突出するように設けられ、
   前記クッション室は、前記シリンダ内の前記シリンダの軸方向の端面に設けられる凹部であることを特徴とする請求項１記載の油圧式ダンパ。
3. 前記クッション用部材および前記クッション室は、前記ピストンに対し前記シリンダの軸方向の両側で設けられることを特徴とする請求項１または請求項２記載の油圧式ダンパ。
4. 前記クッション用部材が前記クッション室に挿入された状態において、前記ピストンに対し前記シリンダの軸方向の前記クッション室側にある所定部分が、
   前記ピストンの速度の上昇に伴う作動油の圧力の上昇幅が、前記圧力が所定値未満の場合よりも、所定値以上の場合で小さくなる圧力変化特性を有する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油圧式ダンパ。
5. 前記所定部分に流路が接続され、
   前記流路に、前記所定部分の作動油による圧力が前記所定値に達することにより開放されるリリーフ弁が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。
6. 前記所定部分に、オリフィスを設けた流路が接続されることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の油圧式ダンパ。
7. 前記所定部分が、前記ピストンと前記シリンダ内の前記シリンダの軸方向の端面との間の部分であることを特徴とする請求項４から請求項６のいずれかに記載の油圧式ダンパ。
8. 前記所定部分が、前記クッション室であることを特徴とする請求項４から請求項６のいずれかに記載の油圧式ダンパ。
9. 前記ピストンには、前記ピストンを前記シリンダの軸方向に貫通する流路が設けられることを特徴とする請求項８記載の油圧式ダンパ。

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