JP2023139990A - Rotational inertia mass damper - Google Patents

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英範 木田
Hidenori Kida
滋樹 中南
Shigeki Nakaminami
久也 田中
Hisaya Tanaka
直樹 尾家
Naoki Oie
千秋 籠宮
Chiaki Kagomiya
靖 高橋
Yasushi Takahashi
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Abstract

To provide a rotational inertia mass damper which has a pressure motor, and can be compactly used as a seismic isolator by shortening a length in an axial line direction.SOLUTION: A mass damper 1 comprises: an inner cylinder 2 which is filled with a working fluid HF; an outer cylinder 9 for defining a tank chamber 12 between the inner cylinder 2 and itself; a piston 3 slidably arranged in the inner cylinder 2, and partitioning a first oil chamber 2e at a first end wall 2b side and a second oil chamber 2f at a second end wall 2c side; a piston rod 10 extending to the first oil chamber 2e side from the piston 3; a communication path 4 communicating with the first and second oil chambers 2e, 2f, and penetrating the outer cylinder 9; first and second check valves 27, 25 for allowing only a flow of the working fluid HF from the tank chamber 12 to the second oil chamber 2f, and a flow in a reverse direction; a gear motor 5 for converting the circulation of the working fluid HF in the communication path 4 to a rotational motion; and a flywheel 6 driven by the gear motor 5, and exerting a rotational inertia mass effect.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、圧力モータで駆動される回転マスの回転慣性質量効果によって、構造物の振動を抑制する回転慣性質量ダンパに関する。 The present invention relates to a rotary inertial mass damper that suppresses vibrations of a structure by the rotary inertial mass effect of a rotating mass driven by a pressure motor.

出願人は、この種の回転慣性質量ダンパを、例えば特許文献1において開示している。この回転慣性質量ダンパは、例えば構造物内の上梁と下梁の間に制振装置として設置されるものであり、作動流体が充填され、上梁に連結されるシリンダと、シリンダ内に摺動自在に設けられ、シリンダ内を第1流体室と第2流体室に区画するピストンと、ピストンから軸線方向の両側に延び、シリンダの両端壁を貫通するとともに、一方の端部が下梁に連結されるピストンロッドと、ピストンをバイパスし、第1及び第2流体室に連通する連通路を備える。連通路には歯車モータが設けられ、歯車モータには回転マスが連結されている。 The applicant has disclosed a rotary inertial mass damper of this type, for example in US Pat. This rotary inertial mass damper is installed as a vibration damping device, for example, between an upper beam and a lower beam in a structure, and includes a cylinder filled with working fluid and connected to the upper beam, and a cylinder inside the cylinder. a piston that is movable and divides the inside of the cylinder into a first fluid chamber and a second fluid chamber; It includes a piston rod that is connected to the fluid chamber, and a communication passage that bypasses the piston and communicates with the first and second fluid chambers. A gear motor is provided in the communication path, and a rotating mass is connected to the gear motor.

この回転慣性質量ダンパでは、地震時などに構造物の上梁と下梁が相対的に変位すると、その相対変位がシリンダ及びピストンに伝達されることによって、ピストンがシリンダに対して往復動する。それに伴い、第1及び第2流体室の一方の作動流体が、ピストンで押し出されることで、連通路を流動し、歯車モータに流入する。これに伴い、作動流体の流動が歯車モータにより回転運動に変換され、回転マスに伝達されることによって、回転マスによる回転慣性質量効果が発揮される。また、作動流体が連通路を流動する際の粘性抵抗により、粘性減衰効果が併せて発揮されることによって、制振効果が得られる。 In this rotary inertial mass damper, when the upper and lower beams of the structure are displaced relative to each other during an earthquake or the like, the relative displacement is transmitted to the cylinder and the piston, causing the piston to reciprocate with respect to the cylinder. Accordingly, the working fluid in one of the first and second fluid chambers is pushed out by the piston, flows through the communication path, and flows into the gear motor. Accordingly, the flow of the working fluid is converted into rotational motion by the gear motor and transmitted to the rotating mass, thereby exerting a rotational inertial mass effect by the rotating mass. Further, due to viscous resistance when the working fluid flows through the communication path, a viscous damping effect is also exhibited, thereby providing a vibration damping effect.

特開2020-94680号公報JP2020-94680A

上述したような歯車モータ式の回転慣性質量ダンパを、構造物と地盤の間に設置し、免震装置として用いた場合には一般に、構造物内で制振装置として用いる場合と比較して、ダンパのストローク(相対変位)は非常に大きくなる。これに対し、上述した従来の回転慣性質量ダンパでは、ピストンロッドがピストンの両側に延びており、ダンパの軸線方向の設置長さとして、ピストンロッドの長さとダンパのストロークとの合計の長さが少なくとも必要であるため、ダンパを軸線方向にコンパクトに構成できないという問題がある。 When a gear motor-type rotary inertial mass damper such as the one described above is installed between a structure and the ground and used as a seismic isolation device, generally speaking, compared to when it is used as a vibration damping device within a structure, The stroke (relative displacement) of the damper becomes very large. In contrast, in the conventional rotary inertial mass damper described above, the piston rod extends on both sides of the piston, and the installation length of the damper in the axial direction is the sum of the length of the piston rod and the stroke of the damper. There is a problem in that the damper cannot be configured compactly in the axial direction, at least because it is necessary.

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、圧力モータを備える場合において、軸線方向の長さを短縮することによって、免震装置としてもコンパクトに用いることができる回転慣性質量ダンパを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and when equipped with a pressure motor, the rotational inertia can be compactly used as a seismic isolation device by shortening the length in the axial direction. The purpose is to provide a mass damper.

この目的を達成するために、請求項1に係る発明は、構造物を含む系内の相対変位する第1部位と第2部位の間に設けられ、構造物の振動を抑制する回転慣性質量ダンパであって、周壁と軸線方向に互いに対向する第1及び第2端壁を有し、作動流体が充填されたインナーシリンダと、少なくともインナーシリンダの周壁と第2端壁を取り囲むように設けられ、周壁及び第2端壁との間に作動流体を貯留するタンク室を画成するとともに、第1部位に連結されるアウターシリンダと、インナーシリンダ内に摺動自在に設けられ、インナーシリンダ内を第1端壁側の第1流体室と第2端壁側の第2流体室に区画するピストンと、ピストンに一体に設けられ、ピストンから第1流体室側に軸線方向に延び、第1端壁を貫通して外部に延び、第2部位に連結されるピストンロッドと、ピストンをバイパスし、第1及び第2流体室に連通するとともに、アウターシリンダを貫通して外部に延び、作動流体が充填された連通路と、インナーシリンダの第2端壁に設けられ、タンク室から第2流体室への作動流体の流れのみを許容する第1逆止弁、及び第2流体室からタンク室への作動流体の流れのみを許容する第2逆止弁と、連通路に設けられ、連通路内の作動流体の流動を回転運動に変換する圧力モータと、圧力モータに連結され、圧力モータで駆動されることによって、回転慣性質量効果を発揮する回転マスと、を備えることを特徴とする。 In order to achieve this object, the invention according to claim 1 provides a rotary inertial mass damper that is provided between a first portion and a second portion that are relatively displaced in a system including a structure, and suppresses vibrations of the structure. an inner cylinder having a circumferential wall and first and second end walls facing each other in the axial direction and filled with a working fluid; provided so as to surround at least the circumferential wall and the second end wall of the inner cylinder; A tank chamber for storing a working fluid is defined between the peripheral wall and the second end wall, and an outer cylinder is connected to the first part, and an outer cylinder is slidably provided in the inner cylinder and extends inside the inner cylinder. a piston partitioned into a first fluid chamber on the first end wall side and a second fluid chamber on the second end wall side; a piston that is integrally provided with the piston and extends in the axial direction from the piston toward the first fluid chamber side; a piston rod that bypasses the piston, communicates with the first and second fluid chambers, extends externally through the outer cylinder, and is filled with working fluid; a first check valve that is provided on the second end wall of the inner cylinder and that allows the working fluid to flow only from the tank chamber to the second fluid chamber; a second check valve that allows only the flow of the working fluid; a pressure motor that is provided in the communication passage and converts the flow of the working fluid in the communication passage into rotational motion; and a second check valve that is connected to the pressure motor and driven by the pressure motor. A rotating mass that exhibits a rotational inertial mass effect by rotating the mass.

本発明の回転慣性質量ダンパは、上述した構成のインナーシリンダ、アウターシリンダ、ピストン、ピストンロッド、連通路、圧力モータ及び回転マスを有する圧力モータ型のものであり、振動の抑制対象である構造物を含む系内の相対変位する第1部位と第2部位の間に設けられる。この回転慣性質量ダンパでは特に、ピストンロッドはピストンから第1流体室側にのみ延び、インナーシリンダとアウターシリンダの間のタンク室に作動流体が貯留されるとともに、ピストンロッドが設けられていない第2流体室側の第2端壁に、タンク室から第2流体室への作動流体の流れのみ、及びその逆方向の流れのみをそれぞれ許容する第1及び第2逆止弁が設けられている。 The rotary inertial mass damper of the present invention is of a pressure motor type having an inner cylinder, an outer cylinder, a piston, a piston rod, a communication passage, a pressure motor, and a rotating mass configured as described above, and is a structure whose vibration is to be suppressed. is provided between a first portion and a second portion that are relatively displaced within a system including a first portion and a second portion that are relatively displaced. Particularly in this rotary inertial mass damper, the piston rod extends only from the piston toward the first fluid chamber side, and the working fluid is stored in the tank chamber between the inner cylinder and the outer cylinder, and the second fluid chamber is not provided with the piston rod. First and second check valves are provided on the second end wall on the side of the fluid chamber to allow the working fluid to flow only from the tank chamber to the second fluid chamber and only in the opposite direction, respectively.

この構成では、地震時などに構造物に振動が入力され、第1及び第2部位の間に相対変位が発生すると、その相対変位がアウターシリンダ及びピストンロッドに伝達されることによって、ピストンがインナーシリンダ内を摺動(往復動)する。このピストンの往復動に伴い、その両側の第1又は第2流体室内の作動流体がピストンで押し出され、圧力モータが設けられた連通路に流入する。これに伴い、作動流体の流動が圧力モータにより回転運動に変換され、回転マスに伝達されることによって、回転マスによる回転慣性質量効果が発揮され、それにより、構造物の振動が抑制される。 With this configuration, when vibration is input to the structure during an earthquake and a relative displacement occurs between the first and second parts, the relative displacement is transmitted to the outer cylinder and the piston rod, and the piston is moved to the inner cylinder. Slides (reciprocates) inside the cylinder. As the piston reciprocates, the working fluid in the first or second fluid chambers on both sides of the piston is pushed out by the piston and flows into the communication path provided with the pressure motor. Accordingly, the flow of the working fluid is converted into rotational motion by the pressure motor and transmitted to the rotating mass, whereby a rotational inertial mass effect by the rotating mass is exerted, thereby suppressing vibration of the structure.

また、本発明の回転慣性質量ダンパによれば、ピストンが第1流体室側に移動するとき(ピストンロッドの伸長時)には、第2流体室内の圧力が低下するのに応じて第1逆止弁が開弁することによって、作動流体がタンク室から第2流体室に流入する。これにより、ピストンロッドの有無に応じた第1及び第2流体室間の断面積の差異による不足分の作動流体が、第2流体室に補充される。 Further, according to the rotary inertial mass damper of the present invention, when the piston moves toward the first fluid chamber (when the piston rod is extended), the pressure in the second fluid chamber decreases. When the stop valve opens, the working fluid flows from the tank chamber into the second fluid chamber. As a result, the second fluid chamber is replenished with the working fluid that is insufficient due to the difference in cross-sectional area between the first and second fluid chambers depending on the presence or absence of the piston rod.

これとは逆に、ピストンが第2流体室側に移動するとき(ピストンロッドの収縮時)には、第2流体室内の圧力が上昇するのに応じて第2逆止弁が開弁することによって、作動流体が第2流体室からタンク室に流出する。これにより、ピストンロッドの有無に応じた第1及び第2流体室間の断面積の差異による余剰分の作動流体が、第2流体室から排出される。 Conversely, when the piston moves toward the second fluid chamber (when the piston rod contracts), the second check valve opens as the pressure in the second fluid chamber increases. As a result, the working fluid flows out from the second fluid chamber to the tank chamber. As a result, excess working fluid due to the difference in cross-sectional area between the first and second fluid chambers depending on the presence or absence of the piston rod is discharged from the second fluid chamber.

以上のように、構造物の振動時、ピストンが往復動するのに伴い、第1及び第2逆止弁の作用により、ピストンロッドの有無に応じた、第2流体室に対する作動流体の補充又は排出が、過不足なく自動的に行われる。これにより、ピストンの往復動や連通路における作動流体の流動が円滑に行われ、圧力モータの良好な動作が確保されることによって、回転マスによる回転慣性質量効果を良好に発揮させることができる。 As described above, when the structure vibrates, as the piston reciprocates, the action of the first and second check valves allows the second fluid chamber to be replenished or refilled depending on the presence or absence of the piston rod. Exhaust is automatically carried out without excess or deficiency. As a result, the reciprocating movement of the piston and the flow of the working fluid in the communication path are performed smoothly, and good operation of the pressure motor is ensured, so that the rotational inertial mass effect by the rotating mass can be satisfactorily exhibited.

また、本発明の回転慣性質量ダンパによれば、ピストンロッドは、ピストンの片側にのみ設けられていて、ピストンの両側に設けられる従来の場合よりも短いので、その分、回転慣性質量ダンパの軸線方向の長さを短縮でき、免震装置としてもコンパクトに用いることができる。 Furthermore, according to the rotary inertial mass damper of the present invention, the piston rod is provided only on one side of the piston and is shorter than the conventional case in which the piston rod is provided on both sides of the piston. The length in the direction can be shortened, and it can also be used compactly as a seismic isolation device.

請求項2に係る発明は、請求項1に記載の回転慣性質量ダンパにおいて、ピストンに設けられ、第1流体室内の作動流体の圧力が第1所定圧に達したときに開弁し、第1流体室内の作動流体を前記第2流体室に流出させることによって、第1流体室内の圧力を調整する第1調圧弁と、第2流体室内の作動流体の圧力が第1所定圧に達したときに開弁し、第2流体室内の作動流体を第1流体室に流出させることによって、第2流体室内の圧力を調整する第2調圧弁とを、さらに備えることを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the rotary inertial mass damper according to claim 1, which is provided in the piston, opens when the pressure of the working fluid in the first fluid chamber reaches a first predetermined pressure, and a first pressure regulating valve that adjusts the pressure in the first fluid chamber by causing the working fluid in the fluid chamber to flow out into the second fluid chamber; and when the pressure of the working fluid in the second fluid chamber reaches a first predetermined pressure. The present invention is characterized in that it further includes a second pressure regulating valve that adjusts the pressure in the second fluid chamber by opening the valve and causing the working fluid in the second fluid chamber to flow out into the first fluid chamber.

この構成によれば、第1調圧弁及び第2調圧弁がピストンに設けられている、第1調圧弁は、第1流体室内の作動流体の圧力が第1所定圧に達したときに開弁し、第1流体室内の作動流体を第2流体室に流出させることによって、第1流体室内の圧力を調整する。これにより、第1流体室内の圧力の上昇が抑制されるとともに、作動流体が第1調圧弁を通って流動する際の粘性抵抗による減衰力が得られる。同様に、第2流体室内の作動流体の圧力が第1所定圧に達したときに開弁し、第2流体室内の作動流体を第1流体室に流出させることによって、第2流体室内の圧力を調整する。これにより、第2流体室内の圧力の上昇が抑制されるとともに、作動流体が第2調圧弁を通って流動する際の粘性抵抗による減衰力が得られる。 According to this configuration, the first pressure regulating valve and the second pressure regulating valve are provided on the piston, and the first pressure regulating valve opens when the pressure of the working fluid in the first fluid chamber reaches the first predetermined pressure. The pressure in the first fluid chamber is adjusted by causing the working fluid in the first fluid chamber to flow out into the second fluid chamber. This suppresses an increase in the pressure within the first fluid chamber, and provides a damping force due to viscous resistance when the working fluid flows through the first pressure regulating valve. Similarly, when the pressure of the working fluid in the second fluid chamber reaches the first predetermined pressure, the valve opens and the working fluid in the second fluid chamber flows out into the first fluid chamber, thereby reducing the pressure in the second fluid chamber. Adjust. This suppresses an increase in the pressure within the second fluid chamber, and provides a damping force due to viscous resistance when the working fluid flows through the second pressure regulating valve.

以上のような第1及び第2調圧弁の作用により、振動の初期において、第1及び第2流体室がクッションとして機能することによって、圧力モータへの衝撃を緩和し、衝撃による悪影響を回避することができる。 Due to the actions of the first and second pressure regulating valves as described above, the first and second fluid chambers function as cushions at the initial stage of vibration, thereby alleviating the impact on the pressure motor and avoiding the adverse effects of the impact. be able to.

請求項3に係る発明は、請求項2に記載の回転慣性質量ダンパにおいて、ピストンに設けられ、第1流体室内の作動流体の圧力が、第1所定圧よりも大きな第2所定圧に達したときに開弁し、第1流体室内の圧力を第2流体室に逃がす第1リリーフ弁と、第2流体室内の作動流体の圧力が第2所定圧に達したときに開弁し、第2流体室内の圧力を第1流体室に逃がす第2リリーフ弁とを、さらに備えることを特徴とする。 The invention according to claim 3 is the rotary inertial mass damper according to claim 2, wherein the damper is provided in the piston, and the pressure of the working fluid in the first fluid chamber reaches a second predetermined pressure that is higher than the first predetermined pressure. a first relief valve that opens when the pressure in the first fluid chamber is released to the second fluid chamber; and a second relief valve that opens when the pressure of the working fluid in the second fluid chamber reaches a second predetermined pressure. The fluid chamber is characterized in that it further includes a second relief valve that releases the pressure inside the fluid chamber to the first fluid chamber.

この構成によれば、第1リリーフ弁及び第2リリーフ弁がピストンに設けられている、第1リリーフ弁は、第1流体室内の作動流体の圧力が第1所定圧よりも大きな第2所定圧に達したときに開弁し、それにより、作動流体が第2流体室に逃がされることによって、リリーフ後の減衰係数が0の場合は、第1流体室内の圧力が第2所定圧以下に制限される。同様に、第2リリーフ弁は、第2流体室内の作動流体の圧力が第2所定圧に達したときに開弁し、それにより、作動流体が第1流体室に逃がされることによって、リリーフ後の減衰係数が0の場合は、第2流体室内の圧力が第2所定圧以下に制限される。以上により、第1及び第2流体室内の圧力の過大化を防止し、インナーシリンダ及びピストンに作用する軸力や、圧力モータに作用する作動流体の圧力を適切に制限することができる。 According to this configuration, the first relief valve and the second relief valve are provided in the piston. When the damping coefficient after relief is 0, the pressure in the first fluid chamber is limited to below the second predetermined pressure. be done. Similarly, the second relief valve opens when the pressure of the working fluid in the second fluid chamber reaches a second predetermined pressure, thereby allowing the working fluid to escape to the first fluid chamber. When the damping coefficient is 0, the pressure within the second fluid chamber is limited to a second predetermined pressure or less. As described above, it is possible to prevent the pressure in the first and second fluid chambers from becoming excessively high, and to appropriately limit the axial force acting on the inner cylinder and the piston and the pressure of the working fluid acting on the pressure motor.

請求項4に係る発明は、請求項1から3のいずれかに記載の回転慣性質量ダンパにおいて、連通路は、アウターシリンダをシールを介して液密に貫通し、外部に延びていることを特徴とする。 The invention according to claim 4 is the rotary inertial mass damper according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the communication passage liquid-tightly penetrates the outer cylinder via a seal and extends to the outside. shall be.

この構成によれば、連通路と連通路が貫通するアウターシリンダとの隙間が、シールによって液密状態に保たれるので、回転慣性質量ダンパの設置時や作動時、輸送時などにおける、この隙間からのタンク室内の作動流体の漏れを確実に防止することができる。 According to this configuration, the gap between the communication passage and the outer cylinder through which the communication passage passes is kept liquid-tight by the seal, so that the gap between the communication passage and the outer cylinder through which the communication passage passes is maintained in a liquid-tight state. It is possible to reliably prevent leakage of the working fluid in the tank chamber from the tank chamber.

本発明の実施形態によるマスダンパを示す断面図である。1 is a sectional view showing a mass damper according to an embodiment of the present invention. マスダンパを含む免震装置を構造物に設置した例を概略的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing an example in which a seismic isolation device including a mass damper is installed in a structure. マスダンパ及び支持部材で構成される付加振動系をモデル化して示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a model of an additional vibration system composed of a mass damper and a support member. ピストン内を流れる作動油の速度と減衰力との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the speed of hydraulic oil flowing inside the piston and damping force.

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。図1に示すように、実施形態による回転慣性質量ダンパ(以下「マスダンパ」という)1は、水平に配置されるインナーシリンダ2と、インナーシリンダ2の外側に設けられたアウターシリンダ9と、インナーシリンダ2内に設けられたピストン3と、ピストン3をバイパスし、インナーシリンダ2内に連通する連通路4と、連通路4に配置された、圧力モータとしての歯車モータ5と、歯車モータ5に連結されたフライホイール6などを備える。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the rotational inertial mass damper (hereinafter referred to as "mass damper") 1 according to the embodiment includes an inner cylinder 2 disposed horizontally, an outer cylinder 9 provided outside the inner cylinder 2, and an inner cylinder 9 disposed outside the inner cylinder 2. A piston 3 provided in the inner cylinder 2, a communication passage 4 that bypasses the piston 3 and communicates with the inner cylinder 2, a gear motor 5 as a pressure motor arranged in the communication passage 4, and a gear motor 5 connected to the gear motor 5. It is equipped with a flywheel 6 and the like.

インナーシリンダ2は、円筒状の周壁2aと、周壁2aの両端部に設けられた、薄い板状の第1端壁2bと、より厚いブロック状の第2端壁2cを一体に有する。これらの3つの壁2a~2cによって、インナーシリンダ2の内部空間が画成されている。 The inner cylinder 2 integrally includes a cylindrical peripheral wall 2a, a thin plate-shaped first end wall 2b provided at both ends of the peripheral wall 2a, and a thicker block-shaped second end wall 2c. An internal space of the inner cylinder 2 is defined by these three walls 2a to 2c.

ピストン3は、インナーシリンダ2内に軸線方向に摺動自在に設けられており、インナーシリンダ2の内部空間を、第1端壁2b側の第1油室2eと第2端壁2c側の第2油室2fに区画している。第1及び第2油室2e、2fと連通路4には、作動油HFが充填されている。作動油HFは、適度な粘性を有する通常のものである。 The piston 3 is slidably provided in the inner cylinder 2 in the axial direction, and divides the internal space of the inner cylinder 2 into a first oil chamber 2e on the first end wall 2b side and a first oil chamber 2e on the second end wall 2c side. It is divided into 2 oil chambers 2f. The first and second oil chambers 2e, 2f and the communication passage 4 are filled with hydraulic oil HF. The hydraulic fluid HF is a normal one having a suitable viscosity.

ピストン3には、ピストンロッド10が同心状に一体に設けられている。ピストンロッド10は、第1油室2e側にのみ設けられており、インナーシリンダ2の第1端壁2b及びアウターシリンダ9の後述する第1端壁9bを、シール11を介して液密に貫通し、外部に延びている。ピストンロッド10の外端部には、自在継手(図示せず)を介して第1取付具FL1が設けられている。 A piston rod 10 is integrally and concentrically provided with the piston 3. The piston rod 10 is provided only on the first oil chamber 2e side, and penetrates a first end wall 2b of the inner cylinder 2 and a first end wall 9b of the outer cylinder 9, which will be described later, via a seal 11 in a fluid-tight manner. and extends outward. A first fixture FL1 is provided at the outer end of the piston rod 10 via a universal joint (not shown).

アウターシリンダ9は、インナーシリンダ2の全体を取り囲んでおり、円筒状の周壁9aと、その両端部に設けられた板状の第1及び第2端壁9b、9cを一体に有し、第1端壁9bは、インナーシリンダ2の第1端壁2bに接した状態で固定されている。一方、インナーシリンダ2及びアウターシリンダ9の周壁2a、9aの間と第2端壁2c、9cの間には、空間が画成され、この空間がタンク室12になっている。タンク室12には、最上部に空気層Aを残した状態で、作動油HFが貯留されている。アウターシリンダ9の第2端壁9cには、自在継手(図示せず)を介して第2取付具FL2が設けられている。 The outer cylinder 9 surrounds the entire inner cylinder 2, and integrally includes a cylindrical peripheral wall 9a and plate-shaped first and second end walls 9b and 9c provided at both ends thereof. The end wall 9b is fixed in contact with the first end wall 2b of the inner cylinder 2. On the other hand, a space is defined between the peripheral walls 2a and 9a of the inner cylinder 2 and the outer cylinder 9 and between the second end walls 2c and 9c, and this space serves as a tank chamber 12. Hydraulic oil HF is stored in the tank chamber 12 with an air layer A remaining at the top. A second fixture FL2 is provided on the second end wall 9c of the outer cylinder 9 via a universal joint (not shown).

連通路4は、門型のものであり、上下方向に延びる一対の鉛直通路部4a、4aと、それらの上端部間に連結された水平通路部4bで構成されている。鉛直通路部4a、4aは、下端部において、インナーシリンダ2の第1及び第2油室2e、2fにそれぞれ連通するとともに、シール13を介してインナーシリンダ2の周壁2aを液密に貫通し、シール14を介してアウターシリンダ9の周壁9aを液密に貫通している。 The communication passage 4 is gate-shaped and includes a pair of vertical passage parts 4a, 4a extending in the vertical direction, and a horizontal passage part 4b connected between the upper ends thereof. The vertical passages 4a, 4a communicate with the first and second oil chambers 2e, 2f of the inner cylinder 2 at their lower ends, and penetrate the peripheral wall 2a of the inner cylinder 2 through the seal 13 in a fluid-tight manner, It penetrates the peripheral wall 9a of the outer cylinder 9 through the seal 14 in a fluid-tight manner.

歯車モータ5は、連通路4の水平通路部4bに設けられている。歯車モータ5は、例えば内接式のものであり、2つの出入口(図示せず)を介して水平通路部4bに連通するハウジング7と、ハウジング7に収容され、互いに噛み合う回転自在の入力ギヤ及び出力ギヤ(いずれも図示せず)と、出力ギヤに一体に設けられた出力軸8を有する。なお、歯車モータ5として、内接式に代えて外接式のものを用いてもよい。 The gear motor 5 is provided in the horizontal passage section 4b of the communication passage 4. The gear motor 5 is, for example, an internal type, and includes a housing 7 that communicates with the horizontal passage 4b through two entrances and exits (not shown), a rotatable input gear that is housed in the housing 7, and that mesh with each other. It has an output gear (none of which is shown) and an output shaft 8 that is integrally provided with the output gear. Note that as the gear motor 5, an external type may be used instead of an internal type.

また、ハウジング7内には、作動油HFを排出するためのドレン通路(図示せず)が設けられている。このドレン通路には、ドレン配管31の一端部が接続され、ドレン配管31の他端部はタンク室12に挿入されている。 Furthermore, a drain passage (not shown) is provided in the housing 7 for discharging the hydraulic oil HF. One end of the drain pipe 31 is connected to this drain passage, and the other end of the drain pipe 31 is inserted into the tank chamber 12.

フライホイール6は、歯車モータ5の出力軸8に取り付けられている。フライホイール6は、比重が比較的大きな材料、例えば鋼材などで円板状に形成されており、出力軸8に同軸状に一体に設けられている。 The flywheel 6 is attached to the output shaft 8 of the gear motor 5. The flywheel 6 is formed into a disk shape from a material having a relatively large specific gravity, such as steel, and is coaxially and integrally provided with the output shaft 8 .

一方、ピストン3には、軸線方向に貫通し、第1及び第2油室2e、2fに連通する4つの連通路が形成されている。これらの連通路にはそれぞれ、第1調圧弁21、第1リリーフ弁22、第2調圧弁23及び第2リリーフ弁24が設けられている。これらの弁21~24はいずれも、常閉弁として構成されており、連通路を開閉する弁体と、弁体を閉弁側に付勢するばねを有する。 On the other hand, four communication passages are formed in the piston 3, passing through the piston 3 in the axial direction and communicating with the first and second oil chambers 2e and 2f. A first pressure regulating valve 21, a first relief valve 22, a second pressure regulating valve 23, and a second relief valve 24 are provided in each of these communication passages. Each of these valves 21 to 24 is configured as a normally closed valve, and has a valve body that opens and closes a communication passage, and a spring that biases the valve body toward the valve closing side.

第1調圧弁21は、第1油室2e内の圧力が値0に近い第1所定圧に達したときに開弁し、作動油HFを第2油室2f側に流出させることで、第1油室2e内の圧力を調整する。第1リリーフ弁22は、第1油室2e内の圧力が第1所定圧よりも高い第2所定圧(リリーフ荷重相当)に達したときに開弁し、作動油HFを第2油室2f側に逃がすことで、リリーフ後の減衰係数が0の場合は、第1油室2e内の圧力を第2所定圧以下に制限する。上記とは逆に、第2調圧弁23は、第2油室2f内の圧力が第1所定圧に達したときに開弁することで、第2油室2f内の圧力を調整し、第2リリーフ弁24は、第2油室2f内の圧力が第2所定圧に達したときに開弁することで、リリーフ後の減衰係数が0の場合は、第2油室2f内の圧力を第2所定圧以下に制限する。 The first pressure regulating valve 21 opens when the pressure in the first oil chamber 2e reaches a first predetermined pressure close to the value 0, and causes the hydraulic oil HF to flow out to the second oil chamber 2f. 1. Adjust the pressure inside the oil chamber 2e. The first relief valve 22 opens when the pressure in the first oil chamber 2e reaches a second predetermined pressure (equivalent to relief load) higher than the first predetermined pressure, and supplies hydraulic oil HF to the second oil chamber 2f. When the damping coefficient after relief is 0, the pressure in the first oil chamber 2e is limited to a second predetermined pressure or less. Contrary to the above, the second pressure regulating valve 23 adjusts the pressure in the second oil chamber 2f by opening when the pressure in the second oil chamber 2f reaches the first predetermined pressure. The second relief valve 24 opens when the pressure in the second oil chamber 2f reaches a second predetermined pressure, and when the damping coefficient after relief is 0, the pressure in the second oil chamber 2f is reduced. The pressure is limited to a second predetermined pressure or less.

また、インナーシリンダ2の第2端壁2cには、軸線方向に貫通し、第2油室2f及びタンク室12に連通する2つの連通路が形成されている。これらの連通路にはそれぞれ、上記の弁21~24と同様に構成された第3調圧弁25及び第3リリーフ弁26が設けられている。 Furthermore, two communication passages are formed in the second end wall 2c of the inner cylinder 2, penetrating in the axial direction and communicating with the second oil chamber 2f and the tank chamber 12. A third pressure regulating valve 25 and a third relief valve 26 configured similarly to the valves 21 to 24 described above are provided in each of these communication passages.

第3調圧弁25は、第2油室2f側からタンク室12側への作動油HFの流出のみを許容する第2逆止弁の機能を有するものであり、第2油室2f内の圧力が第1所定圧に達したときに開弁し、作動油HFをタンク室12側に流出させることで、第2油室2f内の圧力を調整する。第3リリーフ弁26は、第2油室2f内の圧力が第2所定圧に達したときに開弁し、作動油HFをタンク室12側に逃がすことで、リリーフ後の減衰係数が0の場合は、第2油室2f内の圧力を第2所定圧以下に制限する。 The third pressure regulating valve 25 has the function of a second check valve that only allows the hydraulic oil HF to flow out from the second oil chamber 2f side to the tank chamber 12 side, and reduces the pressure in the second oil chamber 2f. When the pressure reaches the first predetermined pressure, the valve opens and the hydraulic oil HF flows out to the tank chamber 12 side, thereby adjusting the pressure in the second oil chamber 2f. The third relief valve 26 opens when the pressure in the second oil chamber 2f reaches a second predetermined pressure, and releases the hydraulic oil HF to the tank chamber 12 side, so that the damping coefficient after relief is 0. In this case, the pressure in the second oil chamber 2f is limited to a second predetermined pressure or less.

さらに、インナーシリンダ2の第2端壁2cには、軸線方向に貫通する2つの連通孔が形成されており、これらの連通孔は逆止弁27によって開閉される。逆止弁27は、連通孔を開閉する弁体27a、27aと、弁体27aを閉弁側に付勢するばね27bで構成されており、それにより、タンク室12側から第2油室2f側への作動油HFの流入のみを許容する。 Furthermore, the second end wall 2c of the inner cylinder 2 is formed with two communication holes that penetrate in the axial direction, and these communication holes are opened and closed by a check valve 27. The check valve 27 is made up of valve bodies 27a, 27a that open and close the communication hole, and a spring 27b that biases the valve body 27a toward the valve closing side, thereby allowing the flow from the tank chamber 12 side to the second oil chamber 2f. Only the inflow of hydraulic oil HF to the side is allowed.

以上の構成のマスダンパ1は、例えば図2に示すように、構造物(建物)Bとその基礎Fの間に、積層ゴムタイプなどの複数の免震支承52とともに、免震装置51として設けられる。具体的には、マスダンパ1は、構造物Bから垂下する第1支持部材EN1と、基礎Fから立設する第2支持部材EN2に、それぞれ第1及び第2取付具FL1、FL2を介して取り付けられている。以下、このように構成・設置されたマスダンパ1の動作について説明する。 The mass damper 1 having the above configuration is provided as a seismic isolation device 51 between a structure (building) B and its foundation F together with a plurality of seismic isolation bearings 52 such as laminated rubber type, as shown in FIG. 2, for example. . Specifically, the mass damper 1 is attached to a first support member EN1 hanging from the structure B and a second support member EN2 erected from the foundation F via first and second fixtures FL1 and FL2, respectively. It is being The operation of the mass damper 1 configured and installed in this manner will be described below.

まず、構造物Bが振動していないとき、マスダンパ1は、図1に示す初期状態にある。この初期状態から、地震時に基礎Fが振動すると、第1及び第2支持部材EN1、EN2の間に相対変位が発生し、その相対変位がインナーシリンダ2及びピストン3に伝達されることによって、ピストン3がインナーシリンダ2内を往復動する。 First, when the structure B is not vibrating, the mass damper 1 is in the initial state shown in FIG. From this initial state, when the foundation F vibrates during an earthquake, a relative displacement occurs between the first and second support members EN1 and EN2, and this relative displacement is transmitted to the inner cylinder 2 and the piston 3, so that the piston 3 reciprocates within the inner cylinder 2.

例えば、ピストン3が第1油室2e側に移動するとき(ピストンロッド10の伸長時)には、ピストン3で押圧されることにより、第1油室2e内の圧力が上昇し、第1所定圧に達することで、第1調圧弁21が開弁し、ピストン3で押圧された作動油HFの一部が、第1調圧弁21を通って第2油室2f側に流出する。また、作動油HFの残りは、第1油室2eから連通路4の一方の鉛直通路部4aを介して水平通路部4bに流入し、歯車モータ5のハウジング7内を流動した後、他方の鉛直通路部4aを経て、第2油室2fに戻る。この場合、ピストンロッド10の有無に応じた第1及び第2油室2e、2fの間の断面積の差異による、第2油室2fの不足分の作動油HFは、逆止弁27が開弁することによって、タンク室12から第2油室2fに補充される。 For example, when the piston 3 moves toward the first oil chamber 2e (when the piston rod 10 is extended), the pressure inside the first oil chamber 2e increases due to the pressure exerted by the piston 3, and When the pressure is reached, the first pressure regulating valve 21 opens, and a part of the hydraulic fluid HF pressed by the piston 3 flows out to the second oil chamber 2f side through the first pressure regulating valve 21. Further, the remaining hydraulic oil HF flows from the first oil chamber 2e into the horizontal passage part 4b via one vertical passage part 4a of the communication passage 4, flows inside the housing 7 of the gear motor 5, and then flows through the other vertical passage part 4a. It returns to the second oil chamber 2f via the vertical passage section 4a. In this case, due to the difference in cross-sectional area between the first and second oil chambers 2e and 2f depending on the presence or absence of the piston rod 10, the insufficient amount of hydraulic oil HF in the second oil chamber 2f is removed when the check valve 27 is opened. By opening the valve, the second oil chamber 2f is replenished from the tank chamber 12.

一方、上記とは逆に、ピストン3が第2油室2f側に移動するとき(ピストンロッド10の収縮時)には、ピストン3で押圧されることにより、第2油室2f内の圧力が上昇し、第1所定圧に達することで、第2調圧弁23が開弁し、ピストン3で押圧された作動油HFの一部が、第1油室2e側に流出する。また、押圧された作動油HFの一部は、第2油室2fから連通路4の一方の鉛直通路部4aを介して水平通路部4bに流入し、歯車モータ5のハウジング7内を流動した後、他方の鉛直通路部4aを経て、第1油室2eに戻る。この場合、第1及び第2油室2e、2fの間の断面積の差異による、第2油室2fの余剰分の作動油HFは、第3調圧弁25が開弁することによって、第2油室2fからタンク室12に排出される。 On the other hand, contrary to the above, when the piston 3 moves toward the second oil chamber 2f (when the piston rod 10 contracts), the pressure inside the second oil chamber 2f is reduced by being pressed by the piston 3. When the pressure rises and reaches the first predetermined pressure, the second pressure regulating valve 23 opens, and a part of the hydraulic fluid HF pressed by the piston 3 flows out to the first oil chamber 2e side. Further, a part of the pressed hydraulic oil HF flowed from the second oil chamber 2f into the horizontal passage part 4b via one vertical passage part 4a of the communication passage 4, and flowed inside the housing 7 of the gear motor 5. Thereafter, it returns to the first oil chamber 2e via the other vertical passage section 4a. In this case, the excess hydraulic oil HF in the second oil chamber 2f due to the difference in cross-sectional area between the first and second oil chambers 2e and 2f is transferred to the second oil chamber by opening the third pressure regulating valve 25. The oil is discharged from the oil chamber 2f to the tank chamber 12.

上記のように作動油HFが歯車モータ5のハウジング7内を流動する際、作動油HFの圧力が歯車モータ5の回転運動に変換され、出力軸8と一体のフライホイール6が回転駆動されることによって、回転慣性質量効果(慣性力)が発揮される。また、作動油HFが連通路4を流動する際の粘性抵抗による粘性減衰効果(粘性力)が発揮されることで、回転慣性質量効果と併せて構造物の振動抑制効果を得ることができる。 When the hydraulic oil HF flows in the housing 7 of the gear motor 5 as described above, the pressure of the hydraulic oil HF is converted into rotational motion of the gear motor 5, and the flywheel 6 integrated with the output shaft 8 is rotationally driven. This brings about the rotational inertial mass effect (inertial force). In addition, by exhibiting a viscous damping effect (viscous force) due to viscous resistance when the hydraulic oil HF flows through the communication path 4, it is possible to obtain a vibration suppressing effect of the structure in addition to the rotational inertial mass effect.

また、マスダンパ1の作動中、第1油室2e内の作動油HFの圧力が第1所定圧に達したときに、第1調圧弁21が開弁し、作動油HFを第2油室2fに流出させることによって、第1油室2e内の圧力が逃がされ、その上昇が抑制されるとともに、作動油HFが第1調圧弁21を通って流動する際、粘性抵抗による減衰力が得られる。同様に、第2油室2f内の作動油HFの圧力が第1所定圧に達したときに、第2調圧弁23が開弁し、作動油HFを第1油室2eに流出させることによって、第2油室2f内の圧力が逃がされ、その上昇が抑制されるとともに、作動油HFが第2調圧弁23を通って流動する際、粘性抵抗による減衰力が得られる。以上のような第1及び第2調圧弁21、23の作用により、振動の初期において、第1及び第2油室2e、2fがクッションとして機能することによって、歯車モータ5への衝撃が緩和され、衝撃による悪影響が回避される。 Further, during operation of the mass damper 1, when the pressure of the hydraulic oil HF in the first oil chamber 2e reaches the first predetermined pressure, the first pressure regulating valve 21 opens and the hydraulic oil HF is transferred to the second oil chamber 2f. By causing the pressure in the first oil chamber 2e to flow out, the pressure in the first oil chamber 2e is released and its rise is suppressed, and when the hydraulic oil HF flows through the first pressure regulating valve 21, a damping force due to viscous resistance is obtained. It will be done. Similarly, when the pressure of the hydraulic oil HF in the second oil chamber 2f reaches the first predetermined pressure, the second pressure regulating valve 23 opens and causes the hydraulic oil HF to flow out into the first oil chamber 2e. The pressure in the second oil chamber 2f is released and its rise is suppressed, and when the hydraulic oil HF flows through the second pressure regulating valve 23, a damping force due to viscous resistance is obtained. Due to the actions of the first and second pressure regulating valves 21 and 23 as described above, the first and second oil chambers 2e and 2f function as cushions at the initial stage of vibration, so that the impact on the gear motor 5 is alleviated. , the negative effects of impact are avoided.

さらに、第1油室2e内の作動油HFの圧力が第2所定圧に達したときに、第1リリーフ弁22が開弁し、作動油HFが第2油室2fに逃がされることによって、リリーフ後の減衰係数が0の場合は、第1油室2e内の圧力が第2所定圧以下に制限される。同様に、第2油室2f内の作動油HFの圧力が第2所定圧に達したときに、第2リリーフ弁24が開弁し、作動油HFが第1油室2eに逃がされることによって、リリーフ後の減衰係数が0の場合は、第2油室2f内の圧力が第2所定圧以下に制限される。以上により、第1及び第2油室2e、2f内の圧力の過大化が防止され、インナーシリンダ2及びピストン3に作用する軸力や歯車モータ5に作用する作動油HFの圧力が適切に制限される。 Furthermore, when the pressure of the hydraulic oil HF in the first oil chamber 2e reaches the second predetermined pressure, the first relief valve 22 opens and the hydraulic oil HF is released to the second oil chamber 2f. When the damping coefficient after relief is 0, the pressure in the first oil chamber 2e is limited to a second predetermined pressure or less. Similarly, when the pressure of the hydraulic oil HF in the second oil chamber 2f reaches the second predetermined pressure, the second relief valve 24 opens and the hydraulic oil HF is released to the first oil chamber 2e. If the damping coefficient after relief is 0, the pressure in the second oil chamber 2f is limited to a second predetermined pressure or less. As described above, the pressure in the first and second oil chambers 2e and 2f is prevented from increasing excessively, and the axial force acting on the inner cylinder 2 and piston 3 and the pressure of the hydraulic oil HF acting on the gear motor 5 are appropriately restricted. be done.

また、例えば長周期地震動の入力に対する構造物の応答などに伴い、歯車モータ5が長時間、作動することによって、ハウジング7内の作動油HFの圧力が増加し、歯車モータ5のドレンから作動油HFが漏れ出る状態になった場合には、作動油HFは、ドレン配管31を介して、大気状態にあるタンク室12に逃がされる。これにより、ハウジング7内の過度の高圧化が確実に防止される。 In addition, when the gear motor 5 operates for a long time due to the response of the structure to the input of long-period earthquake motion, for example, the pressure of the hydraulic oil HF in the housing 7 increases, and the hydraulic oil flows from the drain of the gear motor 5. When HF leaks out, the hydraulic oil HF is released through the drain pipe 31 into the tank chamber 12 which is in an atmospheric state. This reliably prevents the pressure inside the housing 7 from becoming excessively high.

上述したマスダンパ1と支持部材(第1及び第2支持部材EN1、EN2)で構成される付加振動系は、図3のようにモデル化される。すなわち、互いに並列関係にある(a)フライホイール6及び作動油HFから成る、等価質量λmdの慣性質量要素、及び(b)連通路4や歯車モータ5を流動する作動油HFから成る減衰係数cdの粘性要素に、(c)リリーフ弁(第1及び第2リリーフ弁22、24)のリリーフ前の調圧弁(第1及び第2調圧弁21、23)を流動する作動油HFから成る、減衰係数c1の粘性要素、リリーフ弁によるリリーフ荷重Frの制限要素、及びリリーフ後の調圧弁及びリリーフ弁を流動する作動油HFから成る減衰係数c2の粘性要素と、(d)作動油HFの圧縮剛性を含む支持部材から成る剛性kbのばね要素が、直列に接続されたモデルになる。 The additional vibration system composed of the mass damper 1 and the support members (first and second support members EN1 and EN2) described above is modeled as shown in FIG. 3. That is, (a) an inertial mass element with an equivalent mass λmd consisting of the flywheel 6 and the hydraulic oil HF, which are in a parallel relationship with each other, and (b) a damping coefficient cd consisting of the hydraulic oil HF flowing through the communication path 4 and the gear motor 5. (c) Damping consisting of hydraulic oil HF flowing through the pressure regulating valves (first and second pressure regulating valves 21, 23) before relief of the relief valves (first and second relief valves 22, 24). A viscous element with a coefficient c1, a limiting element for the relief load Fr due to the relief valve, a viscous element with a damping coefficient c2 consisting of the pressure regulating valve after relief and the hydraulic oil HF flowing through the relief valve, and (d) compression rigidity of the hydraulic oil HF. Spring elements of stiffness kb consisting of support members including , are connected in series.

図3のモデルにおいて、Fdは、マスダンパ1に作用するダンパ外力、Frは、第1及び第2リリーフ弁22、24のリリーフ荷重である。xbは、作動油HFの圧縮量を含む支持部材の変位である。xiHGDは、ダンパ外力Fdが作用したときのピストン移動量であり、ピストン3の移動に伴う押し出し流量をV、ピストン断面積をApとすると、次式(1)で表される。
xiHGD = V/Ap ・・・(1)
また、xrは、調圧弁やリリーフ弁を通ってピストン3内を流れる作動油HFの流量Vrをピストン断面積Apで除した見かけの移動量であり、次式(2)で表される。xdは、連通路4を通って歯車モータ5に流れる作動油HFの流量Vdをピストン断面積Apで除した見かけの移動量であり、次式(3)で表される。
xr = Vr/Ap ・・・(2)
xd = Vd/Ap ・・・(3)
In the model of FIG. 3, Fd is a damper external force acting on the mass damper 1, and Fr is a relief load of the first and second relief valves 22 and 24. xb is the displacement of the support member including the amount of compression of the hydraulic oil HF. xiHGD is the amount of piston movement when the damper external force Fd is applied, and is expressed by the following equation (1), where V is the extrusion flow rate accompanying the movement of the piston 3, and Ap is the cross-sectional area of the piston.
xiHGD = V/Ap...(1)
Moreover, xr is an apparent movement amount obtained by dividing the flow rate Vr of the hydraulic oil HF flowing in the piston 3 through the pressure regulating valve and the relief valve by the piston cross-sectional area Ap, and is expressed by the following equation (2). xd is an apparent movement amount obtained by dividing the flow rate Vd of the hydraulic oil HF flowing into the gear motor 5 through the communication path 4 by the piston cross-sectional area Ap, and is expressed by the following equation (3).
xr = Vr/Ap...(2)
xd = Vd/Ap...(3)

そして、V、VrとVdの間に次式(4)の関係が成立するので、式(4)と式(1)~(3)から、次式(5)の関係が成立する。
V = Vr+Vd ・・・(4)
xiHGD = xr+xd ・・・(5)
また、ピストン3に設置した調圧弁やリリーフ弁に作用する圧力と歯車モータ5に作用する圧力は、互いに等しい。 ・・・(6)
Since the following equation (4) holds true between V, Vr, and Vd, the following equation (5) holds from equation (4) and equations (1) to (3).
V=Vr+Vd...(4)
xiHGD=xr+xd...(5)
Further, the pressure acting on the pressure regulating valve and the relief valve installed on the piston 3 and the pressure acting on the gear motor 5 are equal to each other. ...(6)

これらの(5)及び(6)の関係などから、次式(7)~(9)が成立する。
x = xb+xiHGD = xb+xr+xd ・・・(7)
|vr|≦Fr/c1のとき(リリーフ前の条件)
Fd = kb・xb
= c1・vr
= λmd・αd+cd・vd ・・・(8)
|vr|>Fr/c1のとき(リリーフ後の条件)
Fd = kb・xb
= sgn(vr)・Fr+c2・(vr-sgn(vr)・Fr/c1)
= λmd・αd+cd・vd ・・・(9)
ここで、 x:付加振動系全体の変位
c1:リリーフ前の減衰係数
c2:リリーフ後の減衰係数
vr:xrの速度
vd:xdの速度
αd:xdの加速度
λmd:マスダンパの等価質量
cd:マスダンパの減衰係数
From these relationships (5) and (6), the following equations (7) to (9) hold true.
x = xb+xiHGD = xb+xr+xd...(7)
When |vr|≦Fr/c1 (conditions before relief)
Fd = kb xb
= c1・vr
= λmd・αd+cd・vd...(8)
When |vr|>Fr/c1 (conditions after relief)
Fd = kb xb
= sgn(vr)・Fr+c2・(vr−sgn(vr)・Fr/c1)
= λmd・αd+cd・vd...(9)
Here, x: Displacement of the entire added vibration system
c1: Attenuation coefficient before relief
c2: Attenuation coefficient after relief
vr: speed of xr
vd: speed of xd
αd: acceleration of xd
λmd: equivalent mass of mass damper
cd: damping coefficient of mass damper

上記の式(8)及び(9)から、調圧弁やリリーフ弁を通ってピストン3内を流れる作動油HFから算出した見かけの速度vrと、その粘性抵抗による減衰力F(=ダンパ反力)との関係は、vr≧0の範囲に対して、図4のように表される。すなわち、減衰力Fは速度vrに対してバイリニア特性を示し、減衰係数は、リリーフ荷重Frに達するまでは、作動油HFが調圧弁だけを流れることによって、より大きな減衰係数c1になり、リリーフ荷重Frに達した後には、作動油HFが調圧弁及びリリーフ弁の両方を流れることによって、より小さな減衰係数c2になる。 From the above equations (8) and (9), the apparent velocity vr calculated from the hydraulic oil HF flowing inside the piston 3 through the pressure regulating valve and relief valve, and the damping force F due to its viscous resistance (=damper reaction force) The relationship between vr and vr is expressed as shown in FIG. 4 for the range of vr≧0. That is, the damping force F exhibits bilinear characteristics with respect to the speed vr, and the damping coefficient becomes a larger damping coefficient c1 until the relief load Fr is reached due to the hydraulic fluid HF flowing only through the pressure regulating valve, and the relief load After reaching Fr, the hydraulic fluid HF flows through both the pressure regulating valve and the relief valve, resulting in a smaller damping coefficient c2.

以上のように、本実施形態のマスダンパ1によれば、ピストンロッド10は、ピストン3の片側にのみ設けられていて、ピストンの両側に設けられる従来の場合よりも短いので、その分、マスダンパ1の軸線方向の長さを短縮でき、免震装置としてコンパクトに用いることができる。 As described above, according to the mass damper 1 of this embodiment, the piston rod 10 is provided only on one side of the piston 3, and is shorter than the conventional case in which it is provided on both sides of the piston. The length in the axial direction can be shortened, and it can be used compactly as a seismic isolation device.

また、構造物Bの振動時、ピストン3が往復動するのに伴い、逆止弁27及び第3調圧弁25の作用により、ピストンロッド10の有無に応じた、第2油室2fに対する作動油HFの補充又は排出が、過不足なく自動的に行われる。これにより、ピストン3の往復動や連通路4における作動油HFの流動が円滑に行われ、歯車モータ5の良好な動作が確保されることによって、回転マスによる回転慣性質量効果を良好に発揮させることができる。 In addition, when the structure B vibrates, as the piston 3 reciprocates, the operation of the check valve 27 and the third pressure regulating valve 25 causes the hydraulic fluid to flow into the second oil chamber 2f depending on the presence or absence of the piston rod 10. HF is automatically replenished or discharged without excess or deficiency. As a result, the reciprocating movement of the piston 3 and the flow of the hydraulic oil HF in the communication path 4 are performed smoothly, and good operation of the gear motor 5 is ensured, so that the rotational inertia mass effect by the rotating mass is exerted well. be able to.

さらに、第1油室2e内又は第2油室2f内の作動油HFの圧力が第1所定圧に達したときに、ピストン3に設けられた第1又は第2調圧弁21、23が開弁し、作動油HFを反対側の第2油室2f又は第1油室2eに流出させる。これにより、第1油室2e内又は第2油室2f内の圧力の上昇が抑制されるとともに、作動油HFが第1又は第2調圧弁21、23を通って流動する際の粘性抵抗による減衰力が得られる。以上の作用により、振動の初期において、第1及び第2油室2e、2fがクッションとして機能することによって、歯車モータ5への衝撃を緩和し、衝撃による悪影響を回避することができる。 Further, when the pressure of the hydraulic oil HF in the first oil chamber 2e or the second oil chamber 2f reaches a first predetermined pressure, the first or second pressure regulating valve 21 or 23 provided on the piston 3 is opened. valve, and the hydraulic oil HF is caused to flow out to the second oil chamber 2f or the first oil chamber 2e on the opposite side. This suppresses the rise in pressure in the first oil chamber 2e or the second oil chamber 2f, and also suppresses the increase in pressure due to viscous resistance when the hydraulic oil HF flows through the first or second pressure regulating valves 21 and 23. Damping force can be obtained. As a result of the above action, the first and second oil chambers 2e and 2f function as a cushion at the initial stage of vibration, thereby alleviating the impact on the gear motor 5 and avoiding the adverse effects of the impact.

また、第1油室2e内又は第2油室2f内の作動油HFの圧力が第1所定圧よりも大きな第2所定圧に達したときに、ピストン3に設けられた第1又は第2リリーフ弁22、24が開弁し、作動油HFを反対側の第2油室2f又は第1油室2eに逃がす。これにより、リリーフ荷重Frに達した後の減衰係数c2が0の場合は、第1油室2e内又は第2油室2f内の作動油HFの圧力が第2所定圧以下に制限されることによって、その過大化を防止し、インナーシリンダ2及びピストン3に作用する軸力や、歯車モータ5に作用する作動油HFの圧力を適切に制限することができる。 Further, when the pressure of the hydraulic oil HF in the first oil chamber 2e or the second oil chamber 2f reaches a second predetermined pressure that is higher than the first predetermined pressure, The relief valves 22 and 24 open to release the hydraulic oil HF to the second oil chamber 2f or the first oil chamber 2e on the opposite side. As a result, if the damping coefficient c2 is 0 after reaching the relief load Fr, the pressure of the hydraulic oil HF in the first oil chamber 2e or the second oil chamber 2f is limited to a second predetermined pressure or less. Therefore, it is possible to prevent the pressure from becoming excessive and to appropriately limit the axial force acting on the inner cylinder 2 and the piston 3 and the pressure of the hydraulic oil HF acting on the gear motor 5.

さらに、連通路4の鉛直通路部4a、4aとそれらが貫通するアウターシリンダ9との隙間にシール14が設けられ、液密状態に保たれるので、マスダンパ1の設置時や作動時、輸送時などにおける、この隙間からのタンク室12内の作動油HFの漏れを確実に防止することができる。 Furthermore, seals 14 are provided in the gaps between the vertical passages 4a, 4a of the communication passage 4 and the outer cylinder 9 through which they pass, and a liquid-tight state is maintained, so that when the mass damper 1 is installed, operated, and transported. It is possible to reliably prevent leakage of the hydraulic oil HF in the tank chamber 12 from this gap.

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、インナーシリンダ2の第2端壁2cに、第2逆止弁として兼用される第3調圧弁25と第3リリーフ弁26が設けられているが、これらの弁25、26を省略し、第2油室2f側からタンク室12側への作動油HFの流出のみを許容する第2逆止弁のみを設けてもよい。 Note that the present invention is not limited to the described embodiments, and can be implemented in various ways. For example, in the embodiment, the second end wall 2c of the inner cylinder 2 is provided with the third pressure regulating valve 25 and the third relief valve 26, which also serve as the second check valve. may be omitted, and only the second check valve that only allows the hydraulic oil HF to flow from the second oil chamber 2f side to the tank chamber 12 side may be provided.

さらに、実施形態では、ピストン3に、第1及び第2調圧弁21、23と第1及び第2リリーフ弁22、24が設けられているが、これらの調圧弁及びリリーフ弁の一方又は両方を省略してもよく、そのように構成されたマスダンパもまた、本発明の範囲内のものである。 Furthermore, in the embodiment, the piston 3 is provided with first and second pressure regulating valves 21 and 23 and first and second relief valves 22 and 24, but one or both of these pressure regulating valves and relief valves may be Mass dampers that may be omitted and are so configured are also within the scope of the invention.

また、マスダンパ1の圧力モータとして、歯車モータを用いているが、作動流体の流動を回転運動に変換するものである限り、他の形式の圧力モータを用いてもよく、例えばピストンモータやベーンモータ、ねじモータを用いてもよい。また、実施形態では、ダンパの作動流体として、通常の作動油を用いると説明したが、他の適当な作動流体を用いてもよいことはもちろんである。 Further, although a gear motor is used as the pressure motor of the mass damper 1, other types of pressure motors may be used as long as they convert the flow of working fluid into rotational motion, such as a piston motor, a vane motor, A screw motor may also be used. Further, in the embodiment, it has been explained that normal hydraulic oil is used as the working fluid of the damper, but it goes without saying that other suitable working fluids may be used.

また、実施形態では、マスダンパ1を、免震装置として用いるものとして説明したが、これに限らず、制振装置として用いてもよいことはもちろんである。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。 Further, in the embodiment, the mass damper 1 has been described as being used as a seismic isolation device, but the mass damper 1 is not limited to this, and of course may be used as a vibration damping device. In addition, it is possible to change the detailed structure as appropriate within the scope of the spirit of the present invention.

1 マスダンパ(回転慣性質量ダンパ)
2 インナーシリンダ
2a インナーシリンダの周壁
2b インナーシリンダの第1端壁
2c インナーシリンダの第2端壁
2e 第1油室(第1流体室)
2f 第2油室(第2流体室)
3 ピストン
4 連通路
5 歯車モータ(圧力モータ)
6 フライホイール(回転体)
9 アウターシリンダ
10 ピストンロッド
12 タンク室
14 シール
21 第1調圧弁
22 第1リリーフ弁
23 第2調圧弁
24 第2リリーフ弁
25 第3調圧弁(第2逆止弁)
27 逆止弁(第1逆止弁)
HF 作動油(作動流体)
B 構造物
F 基礎
1 Mass damper (rotational inertia mass damper)
2 Inner cylinder 2a Peripheral wall of the inner cylinder 2b First end wall of the inner cylinder 2c Second end wall of the inner cylinder 2e First oil chamber (first fluid chamber)
2f 2nd oil chamber (2nd fluid chamber)
3 Piston 4 Communication path 5 Gear motor (pressure motor)
6 Flywheel (rotating body)
9 Outer cylinder 10 Piston rod 12 Tank chamber 14 Seal 21 First pressure regulating valve 22 First relief valve 23 Second pressure regulating valve 24 Second relief valve 25 Third pressure regulating valve (second check valve)
27 Check valve (first check valve)
HF hydraulic oil (working fluid)
B Structure F Foundation

Claims (4)

構造物を含む系内の相対変位する第1部位と第2部位の間に設けられ、前記構造物の振動を抑制する回転慣性質量ダンパであって、
周壁と軸線方向に互いに対向する第1及び第2端壁を有し、作動流体が充填されたインナーシリンダと、
少なくとも前記インナーシリンダの前記周壁と前記第2端壁を取り囲むように設けられ、前記周壁及び前記第2端壁との間に作動流体を貯留するタンク室を画成するとともに、前記第1部位に連結されるアウターシリンダと、
前記インナーシリンダ内に摺動自在に設けられ、当該インナーシリンダ内を前記第1端壁側の第1流体室と前記第2端壁側の第2流体室に区画するピストンと、
当該ピストンに一体に設けられ、当該ピストンから前記第1流体室側に軸線方向に延び、前記第1端壁を貫通して外部に延び、前記第2部位に連結されるピストンロッドと、
前記ピストンをバイパスし、前記第1及び第2流体室に連通するとともに、前記アウターシリンダを貫通して外部に延び、作動流体が充填された連通路と、
前記インナーシリンダの前記第2端壁に設けられ、前記タンク室から前記第2流体室への作動流体の流れのみを許容する第1逆止弁、及び前記第2流体室から前記タンク室への作動流体の流れのみを許容する第2逆止弁と、
前記連通路に設けられ、当該連通路内の作動流体の流動を回転運動に変換する圧力モータと、
当該圧力モータに連結され、当該圧力モータで駆動されることによって、回転慣性質量効果を発揮する回転マスと、を備えることを特徴とする回転慣性質量ダンパ。
A rotary inertial mass damper that is provided between a first portion and a second portion that are relatively displaced in a system including a structure, and suppresses vibrations of the structure,
an inner cylinder having a peripheral wall and first and second end walls facing each other in the axial direction and filled with a working fluid;
A tank chamber is provided to surround at least the peripheral wall and the second end wall of the inner cylinder, and defines a tank chamber for storing a working fluid between the peripheral wall and the second end wall, and A connected outer cylinder,
a piston that is slidably provided in the inner cylinder and partitions the inner cylinder into a first fluid chamber on the first end wall side and a second fluid chamber on the second end wall side;
a piston rod that is integrally provided with the piston, extends in the axial direction from the piston toward the first fluid chamber, extends outside through the first end wall, and is connected to the second portion;
a communication passage that bypasses the piston, communicates with the first and second fluid chambers, extends outside through the outer cylinder, and is filled with working fluid;
a first check valve provided on the second end wall of the inner cylinder and allowing only the flow of working fluid from the tank chamber to the second fluid chamber; a second check valve that allows only the flow of working fluid;
a pressure motor that is provided in the communication path and converts the flow of working fluid in the communication path into rotational motion;
A rotary inertial mass damper comprising: a rotating mass that is connected to the pressure motor and driven by the pressure motor to exhibit a rotary inertial mass effect.
前記ピストンに設けられ、前記第1流体室内の作動流体の圧力が第1所定圧に達したときに開弁し、前記第1流体室内の作動流体を前記第2流体室に流出させることによって、前記第1流体室内の圧力を調整する第1調圧弁と、前記第2流体室内の作動流体の圧力が前記第1所定圧に達したときに開弁し、前記第2流体室内の作動流体を前記第1流体室に流出させることによって、前記第2流体室内の圧力を調整する第2調圧弁とを、さらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の回転慣性質量ダンパ。 A valve is provided in the piston and opens when the pressure of the working fluid in the first fluid chamber reaches a first predetermined pressure, and causes the working fluid in the first fluid chamber to flow out to the second fluid chamber. a first pressure regulating valve that adjusts the pressure in the first fluid chamber; and a first pressure regulating valve that opens when the pressure of the working fluid in the second fluid chamber reaches the first predetermined pressure, and controls the working fluid in the second fluid chamber. The rotary inertial mass damper according to claim 1, further comprising a second pressure regulating valve that adjusts the pressure in the second fluid chamber by causing the fluid to flow into the first fluid chamber. 前記ピストンに設けられ、前記第1流体室内の作動流体の圧力が、前記第1所定圧よりも大きな第2所定圧に達したときに開弁し、前記第1流体室内の圧力を前記第2流体室に逃がす第1リリーフ弁と、前記第2流体室内の作動流体の圧力が第2所定圧に達したときに開弁し、前記第2流体室内の圧力を前記第1流体室に逃がす第2リリーフ弁とを、さらに備えることを特徴とする、請求項2に記載の回転慣性質量ダンパ。 The valve is provided in the piston and opens when the pressure of the working fluid in the first fluid chamber reaches a second predetermined pressure greater than the first predetermined pressure, and the pressure in the first fluid chamber is reduced to the second predetermined pressure. a first relief valve that releases the pressure in the second fluid chamber to the first fluid chamber; and a first relief valve that opens when the pressure of the working fluid in the second fluid chamber reaches a second predetermined pressure and releases the pressure in the second fluid chamber to the first fluid chamber. 3. The rotary inertial mass damper of claim 2, further comprising: 2 relief valves. 前記連通路は、前記アウターシリンダをシールを介して液密に貫通し、外部に延びていることを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載の回転慣性質量ダンパ。 The rotary inertial mass damper according to any one of claims 1 to 3, wherein the communication passage liquid-tightly penetrates the outer cylinder via a seal and extends to the outside.
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