JP2017155893A - 調圧弁および油圧ダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】 温度変化に対して減衰特性の変化が小さい調圧弁およびこれを用いた油圧ダンパを提供する。【解決手段】 先端部２５には、溝２７が設けられる。溝２７は、作動油の流路となる。すなわち、溝２７と孔１９ａとの間（先端部２５ａの基部側）が、流量調整部３１となる。弁体押さえ部１９とガイド部２１の間には、中間油室３３が設けられる。また、ガイド部２１には、先端部２５ａが挿通される挿入部３５とは別に、挿入部３５よりも十分に流路面積が大きな孔２９が設けられる。ここで、作動油は、中間油室３３から流量調整部３１へ流入する。すなわち、高圧側油圧室から中間油室３３へ作動油が流入する際には、十分な流路面積を有するため、粘性の変化の影響が小さい。また、流量調整部３１の流路長を、弁体押さえ部１９の厚み分のみとすることができる。【選択図】図２

Description

本発明は調圧弁およびこれを用いた油圧ダンパに関する。

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、油圧ダンパが用いられていた。油圧ダンパは、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。

油圧ダンパは、作動油が充填されたシリンダと、シリンダを２つの油圧室に区分するピストンからなる。油圧ダンパは、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、両油圧室をつなぐ流路に調圧弁を装備している。（例えば特許文献１）

特開２００６−３４９０２１号公報

図７（ａ）は、従来の調圧弁１００を示す断面図である。調圧弁１００はスプール弁であり、スリーブ１１５、弁体１１７、弁体押さえ部１１９、ばね１２３等からなる。

スリーブ１１５の内部には弁体１１７とばね１２３が配置される。弁体１１７は、ばね１２３によって弁体押さえ部１１９に押圧される。弁体１１７はスプール弁の形状を有し、弁体１１７の先端部１２５は、弁体押さえ部１１９の孔１１９ａに嵌められる。

図７（ｂ）は、図７（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。先端部１２５には、溝１２７が設けられる。溝１２７は、作動油の流路となる。すなわち、溝１２７と孔１１９ａとの間が、流量調整部１３１となる。なお、溝１２７は、先端側から基部側に向かって徐々に深さが浅くなる。

通常時には、弁体１１７が弁体押さえ部１１９に押し付けられるため、孔１１９ａがふさがれる。このため、作動油の移動が制限される。すなわち、弁体１１７と孔１１９ａとの隙間から、作動油がスリーブ１１５内に漏れることがない。

図８は、この状態から弁体１１７が、作動油の圧力によってばね１２３による力に対抗して後方（図中矢印Ｙ方向）に移動した状態を示す図である。弁体１１７が孔１１９ａに沿って移動すると、作動油が溝１２７と孔１１９ａの隙間を通って、スリーブ１１５内へ流れ込む（図中矢印Ｚ方向）。すなわち、弁体１１７の移動量によって、流量調整部１３１において流れる作動油の流量が調整される。

ここで、弁体１１７の先端部１２５が、孔１１９ａに挿入され、先端部１２５は孔１１９ａに沿って移動する。このため、先端部１２５と孔１１９ａとが、弁体１１７の軸方向への移動のガイドとして機能する。すなわち、先端部１２５と孔１１９ａとは、弁体１１７のガイドとしての機能と、流量調整部１３１としての機能を有する。

このような調圧弁１００における流量調整部１３１は、チョーク形絞りに近い特性を示すものであり、流量調整部１３１を円断面形状とした場合において、流量長が助走距離（０．０６５×Ｒｅｄ（レイノルズ数））よりも十分に長い場合には、以下のＰｏｉｓｅｕｉｌｌｅ式が適用される。
Ｑ＝（πｄ^４／１２８μｌ）・Δｐ
（Ｑ：流量、ｄ：流路径、μ：動粘度係数、ｌ：流路長、Δｐ：圧力差）

一方、油圧ダンパに使用される作動油は、温度によって粘性が変化する。この場合、上式のように、流量調整部１３１においては、動粘度係数によって圧力差が同じの場合の流量が変化する。すなわち、調圧弁を通過する際の流体抵抗が、温度によって変化し、環境温度によって減衰特性が一定にならない。

これに対し、オリフィス形の絞りは、チョーク形の絞りに対して流路長を０に近づけたものであり、流量に対して動粘度係数の影響がない。したがって、作動油の粘性によらず、一定の減衰特性を得ることができる。

しかし、前述したように、スプール弁においては、弁体１１７の先端部１２５と孔１１９ａとは弁体１１７のガイドとして機能させるためには、ある程度以上の長さの先端部１２５の挿入代が必要である。このため、粘性変動の影響が大きくなるという問題がある。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、温度変化に対して減衰特性の変化が小さい調圧弁およびこれを用いた油圧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、筒状のスリーブと、前記スリーブ内に設けられる弁体と、前記弁体の先端部が貫通する弁体押さえ部と、前記弁体押さえ部から突出する前記弁体の先端部が挿入される挿入部を有するガイド部と、前記弁体を前記弁体押さえ部に押し付けるばねと、を具備し、前記弁体の先端部には、切欠き状の溝が形成され、前記弁体押さえ部の孔と前記溝との間が油の流量調整部となり、前記ガイド部と前記弁体押さえ部との間に、前記溝と前記ガイド部のとの間の流路とは別の流路から油が流入する中間油室が形成され、前記流量調整部は、前記中間油室から前記スリーブ内部への油の流路となることを特徴とする調圧弁である。

前記別の流路は、前記ガイド部に形成され、前記弁体の先端部が挿通される孔とは別の孔であってもよい。

また、第１の発明は、筒状のスリーブと、前記スリーブ内に設けられる弁体と前記弁体の先端部が貫通する弁体押さえ部と、前記弁体の後端部が挿入され、前記スリーブ内部に配置されるガイド部と、前記弁体を前記弁体押さえ部に押し付けるばねと、を具備し、前記弁体の先端部は、前記弁体押さえ部から突出し、前記弁体の先端部には、切欠き状の溝が形成され、前記弁体押さえ部の孔と前記溝との間が油の流量調整部となり、前記流量調整部は、前記弁体押さえ部の高圧側油室から前記スリーブ内部への油の流路となることを特徴とする調圧弁である。

また、前記弁体押さえ部の孔は、前記弁体の先端部の貫通長さが短くなるように、開口側に拡径するテーパ部を具備してもよい。

第１の発明によれば、ガイド部と弁体押さえ部とが別々の位置に形成される。このため、作動油が、ガイド部以外の部位から流量調整部へ流入する。この結果、流量調整部の流路長を、ガイド部の全長よりも短くすることができるため、前述したように、作動油の粘性変化の影響を抑制することができる。また、この際、弁体の先端部がガイド部に挿入されるため、弁体の傾きなどを防止することができる。

この場合、ガイド部に、弁体の先端部が挿入される孔とは別の孔を形成することで、簡易な構造で中間油室への流路を形成することができる。

また、弁体の後端部が挿入されるガイド部を設けることで、先端部の溝と孔との流路長を短くしても、ガイド機能を得ることができる。このため、前述したように、作動油の粘性変化の影響を抑制することができる。

また、弁体押さえ部の孔に、開口側に拡径するテーパ部を形成することで、前述した流路長をさらに短くしたのと同様の効果を得ることができる。このため、作動油の粘性変化の影響を抑制することができる。

第２の発明は、第１の発明に係る調圧弁と、シリンダと、前記シリンダを各油圧室に区分し、前記シリンダ内に移動可能に設けられたピストンと、を具備し、前記調圧弁は、前記各油圧室をつなぐ流路に設けられ、開度が変化することを特徴とする油圧ダンパである。

第２の発明によれば、環境温度の変化による減衰特性の変化の少ない油圧ダンパを得ることができる。

本発明によれば、温度変化に対して減衰特性の変化が小さい調圧弁およびこれを用いた油圧ダンパを提供することができる。

油圧ダンパ１の構造を示す図。 （ａ）は、調圧弁１１を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ線断面。 調圧弁１１が動作した状態を示す図。 調圧弁１１ａを示す断面図。 調圧弁１１ａが動作した状態を示す図。 流量調整部３１の他の実施形態を示す図。 （ａ）は、調圧弁１００を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面。 調圧弁１００が動作した状態を示す図。

以下、図面を参照しながら、本発明の油圧ダンパについて詳細に説明する。図１は、油圧ダンパ１の構造を示す図である。油圧ダンパ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１１ａ、１１ｂ等から構成される。なお、油圧ダンパの構造は、図示した例には限られない。また、アキュムレータ等の構造は図示を省略する。

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１３ａが連結される。また、ピストンロッド５ｂにはジョイント１３ｂが連結される。ジョイント１３ａ、１３ｂ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、油圧室９ａと油圧室９ｂとに区分される。油圧室９ａと、油圧室９ｂには作動油が充填される。ピストン７には、油圧室９ａと油圧室９ｂとをつなぐ流路に設けられる調圧弁１１（１１ａ、１１ｂ）が配置される。各油圧室の圧力差に応じて、調圧弁の１１の開度が変化する。なお、調圧弁１１の構造については、詳細を後述する。

次に、図１を用いて、油圧ダンパ１の動作について詳細に説明する。図１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Ａ方向に移動すると、油圧室９ａに充填された作動油が圧縮される。油圧室９ａで圧縮された作動油は、調圧弁１１ａに流入する（図中矢印Ｃ）。

所定圧力以上の作動油が調圧弁１１ａに流入すると、調圧弁１１ａが開き、作動油は調圧弁１１ａを介して油圧室９ｂへ流入する（図中矢印Ｄ）。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１１ａに設けられ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。

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Ｂ方向に移動すると、油圧室９ｂに充填された作動油が圧縮される。油圧室９ｂで圧縮された作動油は、調圧弁１１ｂに流入する（図中矢印Ｅ）。

所定圧力以上の作動油が調圧弁１１ｂに流入すると、調圧弁１１ｂが開き、作動油は調圧弁１１ｂを介して油圧室９ａへ流入する（図中矢印Ｆ）。このように、ピストン７が、Ｂ方向に移動する速度に対し、調圧弁１１ｂに設けられるばね等を調整することで、ピストン７にはＢ方向の力を打ち消す方向に、減衰力が発生する。

次に、調圧弁１１について詳細に説明する。図２（ａ）は、調圧弁１１の構造を示す断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＧ−Ｇ線断面図である。調圧弁１１は、スリーブ１５と、弁体１７と、ガイド部２１と、中間油室３３等から構成される。

弁体１７はスプール弁の形状を有し、弁体１７の先端部２５ａは弁体押さえ部１９の孔１９ａに挿通される。また、弁体押さえ部１９から突出する先端部２５ａの先端側が、ガイド部２１の挿入部３５に挿通される。なお、弁体１７の後端部２５ｂは、ばね２３の中心部に配置される。

なお、弁体１７の先端部２５ａと後端部２５ｂとの間には、スリーブ１５の内面と接触するようなフランジ部は形成されない。すなわち、先端部２５ａの先端側が挿通されるガイド部２１によって、弁体１７の傾きが防止される。

先端部２５ａには、切欠き状の溝２７が設けられる。溝２７は、作動油の流路となる。すなわち、溝２７と孔１９ａとの間（先端部２５ａの基部側）が、流量調整部３１となる。なお、溝２７は、先端側から基部側に向かって徐々に深さが浅くなる。

通常時においては、弁体１７は、ばね２３によって弁体押さえ部１９方向に押し付けられて、孔１９ａを塞ぐ。すなわち、溝２７と孔１９ａとの隙間から、作動油がスリーブ１５内へ流入することがない。

弁体押さえ部１９とガイド部２１の間には、中間油室３３が設けられる。また、ガイド部２１には、先端部２５ａが挿通される挿入部３５とは別に、挿入部３５よりも十分に流路面積が大きな孔２９が設けられる。すなわち、中間油室３３は、高圧側油室と同一の圧力の作動油が充填される。

図３は、弁体１７が、作動油の圧力によってばね２３による力に対抗して後方（図中矢印Ｈ方向）に移動した状態を示す図である。弁体１７が孔１９ａに沿って移動すると、作動油が溝２７と孔１９ａの隙間（流量調整部３１）を通って、スリーブ１５内へ流れ込む（図中矢印Ｉ方向）。すなわち、弁体１７の移動量によって、流量調整部３１において流れる作動油の流量が調整される

ここで、作動油は、中間油室３３から流量調整部３１へ流入する。すなわち、高圧側油室から中間油室３３へ作動油が流入する際には、十分な流路面積を有するため、粘性の変化の影響が小さい。また、流量調整部３１の流路長を、弁体押さえ部１９の厚み分のみとすることができる。

ここで、弁体押さえ部１９の厚みは、強度的に必要な最低限の厚みでよいため、従来と比較して、流量調整部３１における流路長をきわめて短くすることができる。このため、従来と比較して、粘性の影響を小さくすることができる。この際、先端部２５ａがガイド部２１の挿入部３５に挿入されているため、弁体１７の傾きが防止される。すなわち、ガイド機能と流量調整部３１とが異なる位置に形成される。

以上のように、本実施形態によれば、流量調整部３１の流路長を短くすることができる。また、中間油室３３への流路面積は十分に大きい。このため、環境温度による作動油の粘性の変化の影響を抑制することができる。また、先端部２５ａの先端側がガイド部２１の挿入部３５に挿入されているため、弁体１７のガイド機能を有する。

なお、高圧側油室から中間油室３３への流路としては、ガイド部２１の孔２９としたが、ガイド部２１とは別の流路を形成してもよい。この際には、中間油室３３への流路の流路面積が、挿入部３５と溝２７とで形成される流路の流路面積よりも十分に大きくすることで、中間油室３３への作動油の流入時の粘性の影響を小さくすることができる。

次に、第２の実施形態について説明する。図４は、調圧弁１１ａの断面図である。なお、以下の説明において、調圧弁１１と同一の機能を奏する構成については、図２と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

調圧弁１１ａは調圧弁１１とほぼ同様の構成であるが、弁体１７のガイド機構が異なる。先端部２５ａは、弁体押さえ部１９の孔１９ａにのみ挿入されて、ガイド部２１には挿入されない。この際、流量調整部３１（弁体押さえ部１９）の前方は、高圧側油室３３ａ（高圧側油室３３ａと接続される流路を含む）となる。

また、スリーブ１５の内部には、ガイド部２１ａが設けられる。ガイド部２１ａの挿入部３５ａには後端部２５ｂが挿入される。

図５は、この状態から弁体１７が、作動油の圧力によってばね２３による力に対抗して後方（図中矢印Ｊ方向）に移動した状態を示す図である。弁体１７が孔１９ａに沿って移動すると、作動油が溝２７と孔１９ａの隙間（流量調整部３１）を通って、スリーブ１５内へ流れ込む（図中矢印Ｋ方向）。すなわち、弁体１７の移動量によって、流量調整部３１において流れる作動油の流量が調整される

ここで、作動油は、高圧側油室３３ａから流量調整部３１へ流入する。また、流量調整部３１の流路長を、弁体押さえ部１９の厚み分のみとすることができる。このため、粘性の変化の影響が小さい。また、後端部２５ｂは挿入部３５ａに沿って移動する。このため、弁体１７のガイド機能として機能する。

第２の実施形態の調圧弁１１ａによれば、調圧弁１１と同一の効果を得ることができる。このように、流量調整部３１の流路長を弁体押さえ部１９の最低限の厚みとし、流量調整部３１とは別の部位に、弁体１７のガイド機能を設けることで、減衰特性の安定性と弁体１７のガイドとを両立することができる。

次に、第３の実施形態について説明する。図６は、調圧弁１１、１１ａの軸方向における流量調整部３１の拡大断面図である。本実施形態では、弁体押さえ部１９の孔１９ａの断面形状が異なる。弁体押さえ部１９の孔１９ａは、開口側（中間油室３３または高圧側油室３３ａ側）に拡径するテーパ部３７を具備する。

このようにすることで、弁体１７の先端部２５ａの貫通長さ（流路長）が短くなる。この結果、前述したように、粘性の変化の影響をさらに抑制することができる。

なお、テーパ部３７の方向は、逆向きであってもよく、弁体押さえ部１９の両面側に向けて拡径するテーパ部３７を設けてもよい。

第３の実施の形態によれば、流量調整部３１の流路長をさらに短くすることができる。このため、前述したオリフィス形絞りに近い形とすることができる。この結果、粘性の変化の影響を抑制することができる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る油圧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。

１……油圧ダンパ
３………シリンダ
５ａ、５ｂ………ピストンロッド
７………ピストン
９ａ、９ｂ………油圧室
１１、１１ａ、１１ｂ………調圧弁
１３ａ、１３ｂ………ジョイント
１５………スリーブ
１７………弁体
１９………弁体押さえ部
１９ａ………孔
２１、２１ａ………ガイド部
２３………ばね
２５ａ………先端部
２５ｂ………後端部
２７………溝
２９………孔
３１………流量調整部
３３………中間油室
３３ａ………高圧側油室
３５、３５ａ………挿入部
３７………テーパ部
１００………調圧弁
１１５………スリーブ
１１７………弁体
１１９………弁体押さえ部
１１９ａ………孔
１２３………ばね
１２５………先端部
１２７………溝
１３１………流量調整部

Claims (5)

1. 筒状のスリーブと、
   前記スリーブ内に設けられる弁体と、
   前記弁体の先端部が貫通する弁体押さえ部と、
   前記弁体押さえ部から突出する前記弁体の先端部が挿入される挿入部を有するガイド部と、
   前記弁体を前記弁体押さえ部に押し付けるばねと、
   を具備し、
   前記弁体の先端部には、切欠き状の溝が形成され、前記弁体押さえ部の孔と前記溝との間が油の流量調整部となり、
   前記ガイド部と前記弁体押さえ部との間に、前記溝と前記ガイド部との間の流路とは別の流路から油が流入する中間油室が形成され、前記流量調整部は、前記中間油室から前記スリーブ内への油の流路となることを特徴とする調圧弁。
2. 前記別の流路は、前記ガイド部に形成され、前記弁体の先端部が挿通される孔とは別の孔であることを特徴とする請求項１記載の調圧弁。
3. 筒状のスリーブと、
   前記スリーブ内に設けられる弁体と
   前記弁体の先端部が貫通する弁体押さえ部と、
   前記弁体の後端部が挿入され、前記スリーブ内に配置されるガイド部と、
   前記弁体を前記弁体押さえ部に押し付けるばねと、
   を具備し、
   前記弁体の先端部は、前記弁体押さえ部から突出し、
   前記弁体の先端部には、切欠き状の溝が形成され、前記弁体押さえ部の孔と前記溝との間が油の流量調整部となり、
   前記流量調整部は、前記弁体押さえ部の高圧側油室から前記スリーブ内への油の流路となることを特徴とする調圧弁。
4. 前記弁体押さえ部の孔は、前記弁体の先端部の貫通長さが短くなるように、開口側に拡径するテーパ部を具備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調圧弁。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の調圧弁と、
   シリンダと、
   前記シリンダを各油圧室に区分し、前記シリンダ内に移動可能に設けられたピストンと、
   を具備し、
   前記調圧弁は、前記各油圧室をつなぐ流路に設けられ、開度が変化することを特徴とする油圧ダンパ。
   

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