JP2603391B2 - 制震構造物用可変減衰装置 - Google Patents
制震構造物用可変減衰装置Info
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- E04—BUILDING
- E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
- E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
- E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
- E04H9/021—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings
- E04H9/0235—Anti-seismic devices with hydraulic or pneumatic damping
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
- F16F9/32—Details
- F16F9/44—Means on or in the damper for manual or non-automatic adjustment; such means combined with temperature correction
- F16F9/46—Means on or in the damper for manual or non-automatic adjustment; such means combined with temperature correction allowing control from a distance, i.e. location of means for control input being remote from site of valves, e.g. on damper external wall
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- E04H9/0237—Structural braces with damping devices
-
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- E04H9/028—Earthquake withstanding shelters
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は構造物の架構本体と可変
剛性要素、または架構内に設けた可変剛性要素どうしを
連結し、その連結状態及び減衰係数を変化させることに
より、構造物を振動外乱から守るための可変減衰装置に
関するものである。
剛性要素、または架構内に設けた可変剛性要素どうしを
連結し、その連結状態及び減衰係数を変化させることに
より、構造物を振動外乱から守るための可変減衰装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】出願人は能動制御型の制震システムの一
つとして、架構本体と可変剛性要素、または可変剛性要
素どうしの間に介在させた場合において、装置の減衰係
数を変化させることにより、構造物の減衰性を評価した
制御、及び減衰力（減衰抵抗力）を制御力として使用す
る制御を可能とする可変減衰装置を提案している（特開
平２−２８９７６９号）。
つとして、架構本体と可変剛性要素、または可変剛性要
素どうしの間に介在させた場合において、装置の減衰係
数を変化させることにより、構造物の減衰性を評価した
制御、及び減衰力（減衰抵抗力）を制御力として使用す
る制御を可能とする可変減衰装置を提案している（特開
平２−２８９７６９号）。
【０００３】図７〜図１０は上記従来例における可変減
衰装置１を設置した可変減衰・可変剛性構造物の一態様
を示したもので、可変減衰装置１は例えば図７に示すよ
うに、柱３３と梁３４からなる架構本体３１と、各層の
架構本体３１内に組み込んだ可変剛性要素としての逆Ｖ
型ブレース３５との間に設置される。地震時等による構
造物の応答（振幅、速度、加速度等）を構造物に設置し
た応答センサー３６で検出し、応答状態やその振動レベ
ルに応じた可変減衰装置１の最適な減衰係数あるいは減
衰力をコンピューター１４で求め、制御指令を出す。
衰装置１を設置した可変減衰・可変剛性構造物の一態様
を示したもので、可変減衰装置１は例えば図７に示すよ
うに、柱３３と梁３４からなる架構本体３１と、各層の
架構本体３１内に組み込んだ可変剛性要素としての逆Ｖ
型ブレース３５との間に設置される。地震時等による構
造物の応答（振幅、速度、加速度等）を構造物に設置し
た応答センサー３６で検出し、応答状態やその振動レベ
ルに応じた可変減衰装置１の最適な減衰係数あるいは減
衰力をコンピューター１４で求め、制御指令を出す。
【０００４】この可変減衰装置１は、例えば図８に示す
ような外観を呈する。この例では、シリンダー本体２よ
り左右にピストンロッド４が突出し、油路の一部をシリ
ンダー本体２の上部に形成し、この部分に流量調整弁１
２を設けるとともに、これに近接させて所要容量のアキ
ュムレーター１９を設置している。図中、２０は支軸で
あり、例えばピストンロッド４の両端部を架構本体を構
成する梁に設けたブラケットに連結し、支軸２０を利用
して可変剛性要素としてのブレースや耐震壁にピン接合
することができる。図９は可変減衰装置１の架構内への
設置方法の一例を示したものであるが、種々の設置方
法、形式が可能である。
ような外観を呈する。この例では、シリンダー本体２よ
り左右にピストンロッド４が突出し、油路の一部をシリ
ンダー本体２の上部に形成し、この部分に流量調整弁１
２を設けるとともに、これに近接させて所要容量のアキ
ュムレーター１９を設置している。図中、２０は支軸で
あり、例えばピストンロッド４の両端部を架構本体を構
成する梁に設けたブラケットに連結し、支軸２０を利用
して可変剛性要素としてのブレースや耐震壁にピン接合
することができる。図９は可変減衰装置１の架構内への
設置方法の一例を示したものであるが、種々の設置方
法、形式が可能である。
【０００５】図１０は従来の可変減衰装置１の油圧回路
の一例を示したもので、シリンダー２内で往復動する両
ロッド形式のピストン３の左右に油圧室６を設け、この
左右の油圧室６内の圧油を弁により閉止し、または流動
させることにより、ピストン３を固定し、または左右移
動自在とする構成になっている。
の一例を示したもので、シリンダー２内で往復動する両
ロッド形式のピストン３の左右に油圧室６を設け、この
左右の油圧室６内の圧油を弁により閉止し、または流動
させることにより、ピストン３を固定し、または左右移
動自在とする構成になっている。
【０００６】シリンダー２及びロッド４の一方は、上述
のように構造物の架構本体及び可変剛性要素、または可
変剛性要素どうしの一方に連結され、他方は架構本体及
び可変剛性要素または可変剛性要素どうしの他方に連結
される。
のように構造物の架構本体及び可変剛性要素、または可
変剛性要素どうしの一方に連結され、他方は架構本体及
び可変剛性要素または可変剛性要素どうしの他方に連結
される。
【０００７】可変減衰装置１の基本構成は、両油圧室６
を結ぶ流路に開度が調整可能な流量調整弁１２を設けた
ものに相当し、例えば流量調整弁１２を完全に閉じたロ
ック状態と、流量調整弁１２を完全に開いたフリー状態
だけを制御すれば、架構本体の剛性を変化させる可変剛
性装置となるものであるが、流量調整弁１２の開度を調
整し、完全なロック状態と完全なフリー状態の間で連結
状態を微妙に調整することにより、種々の減衰係数ｃを
与え、減衰係数ｃと架構本体の振動状態に応じ、そのと
きの架構本体の固有周期及び架構本体の減衰定数ｈが与
えられる。
を結ぶ流路に開度が調整可能な流量調整弁１２を設けた
ものに相当し、例えば流量調整弁１２を完全に閉じたロ
ック状態と、流量調整弁１２を完全に開いたフリー状態
だけを制御すれば、架構本体の剛性を変化させる可変剛
性装置となるものであるが、流量調整弁１２の開度を調
整し、完全なロック状態と完全なフリー状態の間で連結
状態を微妙に調整することにより、種々の減衰係数ｃを
与え、減衰係数ｃと架構本体の振動状態に応じ、そのと
きの架構本体の固有周期及び架構本体の減衰定数ｈが与
えられる。
【０００８】図１０において、左右の油圧室６には、そ
れぞれ油圧室６の圧油の流出を阻止する流出阻止用チェ
ック弁８及び油圧室６への圧油の流入を阻止する流入阻
止用チェック弁９が設けられ、左右の流出阻止用チェッ
ク弁８どうしを連結する流入用流路１０と、左右の流入
阻止用チェック弁９どうしを連結する流出用流路１１と
が、シリンダー２本体に沿って設けられている。
れぞれ油圧室６の圧油の流出を阻止する流出阻止用チェ
ック弁８及び油圧室６への圧油の流入を阻止する流入阻
止用チェック弁９が設けられ、左右の流出阻止用チェッ
ク弁８どうしを連結する流入用流路１０と、左右の流入
阻止用チェック弁９どうしを連結する流出用流路１１と
が、シリンダー２本体に沿って設けられている。
【０００９】これら流入用流路１０及び流出用流路１１
の連結位置には流量調整弁１２が設けられており、この
流量調整弁１２の開度を変化させることにより、可変減
衰装置１の減衰係数ｃを調整することができる。
の連結位置には流量調整弁１２が設けられており、この
流量調整弁１２の開度を変化させることにより、可変減
衰装置１の減衰係数ｃを調整することができる。
【００１０】また、この例で流量調整弁１２は、弁体の
一端側に入口ポート１５と出口ポート１６を有し、他端
側に背圧ポート１７を有する大流量切換弁１２ａと、背
圧ポート１７への圧油の流出を制御し得るシャットオフ
弁１２ｂとからなる。コンピューター１４からの指令を
受けて、シャットオフ弁１２ｂが開閉し、これに伴って
大流量切換弁１２ａが作動する。シャットオフ弁１２ｂ
が電磁比例弁の場合には、コンピューター１４の制御信
号により、電磁比例弁の開度すなわち、大流量切換弁１
２ａの背圧がアナログ的に制御され、その時の背圧に応
じて大流量切換弁１２ａの開度が調整され、その状態に
おける減衰係数ｃが与えられる。
一端側に入口ポート１５と出口ポート１６を有し、他端
側に背圧ポート１７を有する大流量切換弁１２ａと、背
圧ポート１７への圧油の流出を制御し得るシャットオフ
弁１２ｂとからなる。コンピューター１４からの指令を
受けて、シャットオフ弁１２ｂが開閉し、これに伴って
大流量切換弁１２ａが作動する。シャットオフ弁１２ｂ
が電磁比例弁の場合には、コンピューター１４の制御信
号により、電磁比例弁の開度すなわち、大流量切換弁１
２ａの背圧がアナログ的に制御され、その時の背圧に応
じて大流量切換弁１２ａの開度が調整され、その状態に
おける減衰係数ｃが与えられる。
【００１１】さらに、この例では大流量切換弁１２ａの
弁体の位置及びその入口ポート１５側の油圧（前圧）を
検出するセンサーを設け、センサーによって得られた大
流量切換弁１２ａの位置及び前圧をコントローラー１３
ａへフィードバック（Ｓ１１，Ｓ１２）し、大流量切換
弁１２ａの開度を制御している。
弁体の位置及びその入口ポート１５側の油圧（前圧）を
検出するセンサーを設け、センサーによって得られた大
流量切換弁１２ａの位置及び前圧をコントローラー１３
ａへフィードバック（Ｓ１１，Ｓ１２）し、大流量切換
弁１２ａの開度を制御している。
【００１２】この場合、流入用流路１０または流出用流
路１１に、作動油の圧縮及び温度変化による容積変化を
補う等の目的で、アキュムレーター１９を設ける必要が
ある。
路１１に、作動油の圧縮及び温度変化による容積変化を
補う等の目的で、アキュムレーター１９を設ける必要が
ある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】油圧式の可変減衰装置
の場合、油温や流路抵抗、その他種々の要因により、制
御コンピューターの指示通りに作動しなかったり、作動
しても期待した通りの減衰力が得られ難いという問題が
ある。また、可変減衰装置の対象とする地震動等は非定
常振動で、時々刻々変化する性質のものであり、構造物
の応答も複雑となる。
の場合、油温や流路抵抗、その他種々の要因により、制
御コンピューターの指示通りに作動しなかったり、作動
しても期待した通りの減衰力が得られ難いという問題が
ある。また、可変減衰装置の対象とする地震動等は非定
常振動で、時々刻々変化する性質のものであり、構造物
の応答も複雑となる。
【００１４】このようなことから、制御あるいは設計に
おけるわずかの誤差が、制震効果に大きな影響を与える
ことになる。従って、逆に油温度や油漏れ、流路抵抗等
の影響を受け難い構成とすることで、制震効果の飛躍的
な向上が期待できる。例えば、上述した特開平２−２８
９７６９号公報記載の可変減衰装置（図１０）では、そ
のフィードバック制御において、以下のような問題点お
よび限界がある。 減衰力は可変減衰装置の差圧×受圧面積で算出して
いるが、精度の高い制御を行うためには差圧（入口ポー
ト１５側の前圧と出口ポート１６側の後圧の差）を正確
に検出する必要がある。しかし、図１０に示されるよう
な入口ポート１５側の検出位置、すなわち弁入口である
高圧側のみの検出では吸入側の圧力変動が大きい場合に
正確な減衰力を算出できない。 可変減衰装置が急激に作動する場合には、吸入側に
は必ず圧力変動が発生するため、これが外乱となり、減
衰力に誤差を生じる。 圧力による弁の位置制御回路では、圧力と位置との
関係が一義的に決まるため、圧力に関する何らかの外乱
（例えば、上記や温度変化）が発生した場合の影響が
そのまま出力され、制御に悪影響を与える。 入口ポート１５側における検出位置では、装置の発
生する減衰力の方向性を示す符号を判別することができ
ず、制御時に逆方向の減衰力を発生する（制御を装置の
動いている方向を考えずに圧力の絶対値のみに着目して
行ってしまう）可能性がある。
おけるわずかの誤差が、制震効果に大きな影響を与える
ことになる。従って、逆に油温度や油漏れ、流路抵抗等
の影響を受け難い構成とすることで、制震効果の飛躍的
な向上が期待できる。例えば、上述した特開平２−２８
９７６９号公報記載の可変減衰装置（図１０）では、そ
のフィードバック制御において、以下のような問題点お
よび限界がある。 減衰力は可変減衰装置の差圧×受圧面積で算出して
いるが、精度の高い制御を行うためには差圧（入口ポー
ト１５側の前圧と出口ポート１６側の後圧の差）を正確
に検出する必要がある。しかし、図１０に示されるよう
な入口ポート１５側の検出位置、すなわち弁入口である
高圧側のみの検出では吸入側の圧力変動が大きい場合に
正確な減衰力を算出できない。 可変減衰装置が急激に作動する場合には、吸入側に
は必ず圧力変動が発生するため、これが外乱となり、減
衰力に誤差を生じる。 圧力による弁の位置制御回路では、圧力と位置との
関係が一義的に決まるため、圧力に関する何らかの外乱
（例えば、上記や温度変化）が発生した場合の影響が
そのまま出力され、制御に悪影響を与える。 入口ポート１５側における検出位置では、装置の発
生する減衰力の方向性を示す符号を判別することができ
ず、制御時に逆方向の減衰力を発生する（制御を装置の
動いている方向を考えずに圧力の絶対値のみに着目して
行ってしまう）可能性がある。
【００１５】本発明は上述のような背景の下に発明され
たもので、地震等の外乱や構造物の応答特性に応じて、
種々の要因に対し安定的に作動し、構造物の応答を効率
良く抑制することができる可変減衰装置を提供するもの
であり、それにより、構造物の応答量を低減し、構造物
の安全性を確保するとともに、快適な居住空間を実現す
ることを目的としている。
たもので、地震等の外乱や構造物の応答特性に応じて、
種々の要因に対し安定的に作動し、構造物の応答を効率
良く抑制することができる可変減衰装置を提供するもの
であり、それにより、構造物の応答量を低減し、構造物
の安全性を確保するとともに、快適な居住空間を実現す
ることを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の可変減衰装置の
装置本体は、シリンダー内で往復動する両ロッド形式の
ピストンの両側に油圧室を設け、両油圧室内の圧油を弁
により閉止し、または流動させることにより、ピストン
を固定し、または左右移動自在とする構成となってい
る。
装置本体は、シリンダー内で往復動する両ロッド形式の
ピストンの両側に油圧室を設け、両油圧室内の圧油を弁
により閉止し、または流動させることにより、ピストン
を固定し、または左右移動自在とする構成となってい
る。
【００１７】そして、シリンダー及びピストンの一方
が、構造物の架構本体及び可変剛性要素、または可変剛
性要素どうしの一方に連結され、他方が架構本体及び可
変剛性要素、または可変剛性要素どうしの他方に連結さ
れる。
が、構造物の架構本体及び可変剛性要素、または可変剛
性要素どうしの一方に連結され、他方が架構本体及び可
変剛性要素、または可変剛性要素どうしの他方に連結さ
れる。
【００１８】また、両油圧室を連結する流路には流量調
整弁が設けられており、流量調整弁の開度を、コンピュ
ーターや回路からなる制御手段を用いて制御する。すな
わち、地震等の外乱による構造物の応答に応じて流量調
整弁の開度を変化させることにより、可変減衰装置の減
衰係数ｃ、及びそれに伴って発生する減衰力を調整する
ことができ、この減衰力の大きさを構造物の応答が小さ
くなるように制御することで、構造物の安全性、快適性
を確保することができる。
整弁が設けられており、流量調整弁の開度を、コンピュ
ーターや回路からなる制御手段を用いて制御する。すな
わち、地震等の外乱による構造物の応答に応じて流量調
整弁の開度を変化させることにより、可変減衰装置の減
衰係数ｃ、及びそれに伴って発生する減衰力を調整する
ことができ、この減衰力の大きさを構造物の応答が小さ
くなるように制御することで、構造物の安全性、快適性
を確保することができる。
【００１９】前記制御手段の主要な構成は、構造物の応
答に基づいて装置の発生すべき減衰力を判断し、これに
対応する値を発生減衰力指令値Ｓ１として出力するコン
ピューター等からなる減衰力判断手段と、装置の状況に
応じて発生減衰力指令値Ｓ１の補正を行い、流量調整弁
の作動手段に対し弁開度制御指令値Ｓ４を制御電流等の
形で出力する減衰力コントローラーからなる。
答に基づいて装置の発生すべき減衰力を判断し、これに
対応する値を発生減衰力指令値Ｓ１として出力するコン
ピューター等からなる減衰力判断手段と、装置の状況に
応じて発生減衰力指令値Ｓ１の補正を行い、流量調整弁
の作動手段に対し弁開度制御指令値Ｓ４を制御電流等の
形で出力する減衰力コントローラーからなる。
【００２０】減衰力コントローラーは、指令値判断回
路、圧力コントローラー及び弁開度コントローラーとい
った回路からなり、さらにこのように構成される減衰力
コントローラーに対して、流量調整弁の実際の開度を検
出する弁開度検出手段としてのセンサー（変位計等）、
及び装置本体の両油圧室の油圧を検出する圧力検出手段
としてのセンサー（圧力変換器等）といった計測手段が
設けられる。
路、圧力コントローラー及び弁開度コントローラーとい
った回路からなり、さらにこのように構成される減衰力
コントローラーに対して、流量調整弁の実際の開度を検
出する弁開度検出手段としてのセンサー（変位計等）、
及び装置本体の両油圧室の油圧を検出する圧力検出手段
としてのセンサー（圧力変換器等）といった計測手段が
設けられる。
【００２１】両油圧室の圧力検出手段からは、それぞれ
の油圧室の油圧に対応する油圧検出値Ｓ６、Ｓ７が出力
され、減算回路で差圧値Ｓ８が得られる。
の油圧室の油圧に対応する油圧検出値Ｓ６、Ｓ７が出力
され、減算回路で差圧値Ｓ８が得られる。
【００２２】減衰力コントローラーの指令値判断回路で
は、コンピューター等の減衰力判断手段から送られてく
る発生減衰力指令値Ｓ１とこの差圧値Ｓ８の符号を判断
し、これらが同符号の場合には発生減衰力指令値Ｓ１に
対応する値を圧力指令値Ｓ２として、異符号の場合には
流量調整弁の開度が全開となる値に相当する値を弁開度
指令値Ｓ３として、それぞれ圧力コントローラー、弁開
度コントローラーへ出力する。
は、コンピューター等の減衰力判断手段から送られてく
る発生減衰力指令値Ｓ１とこの差圧値Ｓ８の符号を判断
し、これらが同符号の場合には発生減衰力指令値Ｓ１に
対応する値を圧力指令値Ｓ２として、異符号の場合には
流量調整弁の開度が全開となる値に相当する値を弁開度
指令値Ｓ３として、それぞれ圧力コントローラー、弁開
度コントローラーへ出力する。
【００２３】次に、圧力コントローラーでは、指令値判
断回路から送られてくる圧力指令値Ｓ２に対し、前記差
圧値Ｓ８をフィードバックし、その補正値に相当する弁
開度指令値Ｓ３を出力する。
断回路から送られてくる圧力指令値Ｓ２に対し、前記差
圧値Ｓ８をフィードバックし、その補正値に相当する弁
開度指令値Ｓ３を出力する。
【００２４】さらに、弁開度指令値Ｓ３に対し、弁開度
コントローラーにおいて、前記弁開度検出手段から送ら
れてくる流量調整弁の実際の開度に対応する弁開度検出
値Ｓ５をフィードバックし、その補正値に相当する弁開
度制御指令値Ｓ４を、流量調整弁の作動手段に出力す
る。
コントローラーにおいて、前記弁開度検出手段から送ら
れてくる流量調整弁の実際の開度に対応する弁開度検出
値Ｓ５をフィードバックし、その補正値に相当する弁開
度制御指令値Ｓ４を、流量調整弁の作動手段に出力す
る。
【００２５】
【作用】可変減衰装置の減衰力は左右のシリンダー室の
差圧の発生している方向にしか発生させることができ
ず、逆の方向の減衰力を発生させることはできない。従
って、指令値判断回路で指令値Ｓ１と差圧値Ｓ８の符号
を判断し、装置が指令値の減衰力を発生できる時のみ、
圧力コントローラーに対して減衰力に相当する圧力を指
令し、それ以外は装置が最も減衰力を発生しない状態
（弁開度全開あるいは圧力最低等）を指令する。
差圧の発生している方向にしか発生させることができ
ず、逆の方向の減衰力を発生させることはできない。従
って、指令値判断回路で指令値Ｓ１と差圧値Ｓ８の符号
を判断し、装置が指令値の減衰力を発生できる時のみ、
圧力コントローラーに対して減衰力に相当する圧力を指
令し、それ以外は装置が最も減衰力を発生しない状態
（弁開度全開あるいは圧力最低等）を指令する。
【００２６】差圧値Ｓ８を両油圧室における油圧検出値
Ｓ６、Ｓ７を演算して求めることで圧力変動の影響がな
くなり、弁開度コントローラーと圧力コントローラーを
組み合わせることで、装置の安定度が増し、また装置全
体としては圧力コントローラーによる圧力制御を採用す
ることで、温度の影響による特性変化が生じないように
なっている。
Ｓ６、Ｓ７を演算して求めることで圧力変動の影響がな
くなり、弁開度コントローラーと圧力コントローラーを
組み合わせることで、装置の安定度が増し、また装置全
体としては圧力コントローラーによる圧力制御を採用す
ることで、温度の影響による特性変化が生じないように
なっている。
【００２７】このような、指令値判断回路、圧力コント
ローラー及び弁開度コントローラーからなる減衰力コン
トローラーを使用することで、装置はあたかもアクチュ
エーターのように装置の動作状況を考慮せずに希望する
発生減衰力を電圧等で入力するだけで、減衰力を発生す
る装置として使用することができる。何故なら、図４に
示すように振動する構造物内にこの装置を取り付けた時
に、入力の振動が正弦波の場合、構造物の振動を抑える
のに装置が発生すべき最適な力はほぼ装置に発生する速
度に比例し、この力を装置の減衰力で、ほとんどの時間
表現することができるからである。
ローラー及び弁開度コントローラーからなる減衰力コン
トローラーを使用することで、装置はあたかもアクチュ
エーターのように装置の動作状況を考慮せずに希望する
発生減衰力を電圧等で入力するだけで、減衰力を発生す
る装置として使用することができる。何故なら、図４に
示すように振動する構造物内にこの装置を取り付けた時
に、入力の振動が正弦波の場合、構造物の振動を抑える
のに装置が発生すべき最適な力はほぼ装置に発生する速
度に比例し、この力を装置の減衰力で、ほとんどの時間
表現することができるからである。
【００２８】以上のようにコントローラーと装置の組み
合わせで、油圧アクチュエーターを使用した場合と同様
の使用方法で、同様の効果を得ることができ、かつ必要
なエネルギーはコントーローラーの電源だけと、非常に
小さなもので済むことになる。
合わせで、油圧アクチュエーターを使用した場合と同様
の使用方法で、同様の効果を得ることができ、かつ必要
なエネルギーはコントーローラーの電源だけと、非常に
小さなもので済むことになる。
【００２９】
【実施例】次に、図示した実施例について説明する。
【００３０】図１は本発明の可変減衰装置の一実施例に
おける基本構造を示す油圧回路図である。
おける基本構造を示す油圧回路図である。
【００３１】可変減衰装置１の装置本体は、シリンダー
２内に両ロッド形のピストン３を、そのピストンロッド
４が両端より突出するように、摺動自在に挿入したもの
である。ピストン３の左右に形成された油圧室６には、
それぞれ油圧室６内の圧油の流出を阻止する流出阻止用
チェック弁８と、油圧室６内への圧油の流入を阻止する
流入阻止用チェック弁９が設けられている。
２内に両ロッド形のピストン３を、そのピストンロッド
４が両端より突出するように、摺動自在に挿入したもの
である。ピストン３の左右に形成された油圧室６には、
それぞれ油圧室６内の圧油の流出を阻止する流出阻止用
チェック弁８と、油圧室６内への圧油の流入を阻止する
流入阻止用チェック弁９が設けられている。
【００３２】チェック弁８，９は例えばリング状の弁を
ばねで付勢し、圧油を一方向のみ流す構造であり、シリ
ンダー２に沿って、左右の流出阻止用チェック弁８を連
結する流入用流路１０および左右の流入阻止用チェック
弁９を連結する流出用流路１１を設け、これらを流量調
整弁１２を介して連結することにより、左右の油圧室６
を連通させることができる。
ばねで付勢し、圧油を一方向のみ流す構造であり、シリ
ンダー２に沿って、左右の流出阻止用チェック弁８を連
結する流入用流路１０および左右の流入阻止用チェック
弁９を連結する流出用流路１１を設け、これらを流量調
整弁１２を介して連結することにより、左右の油圧室６
を連通させることができる。
【００３３】本実施例において、流量調整弁１２は大流
量切換弁１２ａと、比例電磁弁等からなるシャットオフ
弁１２ｂで構成されている。大流量切換弁１２ａの一端
側には入口ポート１５、出口ポート１６、他端側には、
背圧ポート１７が設けられており、背圧ポート１７より
入口ポート１５に向かうバイパス流路１８にシャットオ
フ弁１２ｂが設けられている。
量切換弁１２ａと、比例電磁弁等からなるシャットオフ
弁１２ｂで構成されている。大流量切換弁１２ａの一端
側には入口ポート１５、出口ポート１６、他端側には、
背圧ポート１７が設けられており、背圧ポート１７より
入口ポート１５に向かうバイパス流路１８にシャットオ
フ弁１２ｂが設けられている。
【００３４】また、図に示すようにシリンダー２には、
流入用流路１０に連通するアキュムレータ１９を取り付
けている。これは、シリンダー２内の圧油を（大気圧＋
α）で加圧する油溜であり、漏れによる油の供給、気泡
の混入防止、ロック時の油の圧縮および温度変化による
容積変化の補充を行う。
流入用流路１０に連通するアキュムレータ１９を取り付
けている。これは、シリンダー２内の圧油を（大気圧＋
α）で加圧する油溜であり、漏れによる油の供給、気泡
の混入防止、ロック時の油の圧縮および温度変化による
容積変化の補充を行う。
【００３５】流量調整弁１２を構成する大流量切換弁１
２ａにはその弁体の位置を検出する弁開度センサー２２
が設けられており、得られた弁体の実際の位置を弁開度
検出値Ｓ５として、減衰力コントローラー１３へ送る。
２ａにはその弁体の位置を検出する弁開度センサー２２
が設けられており、得られた弁体の実際の位置を弁開度
検出値Ｓ５として、減衰力コントローラー１３へ送る。
【００３６】また、シリンダー２の両油圧室６には油圧
計２３が設けられ、油圧検出値Ｓ６，Ｓ７として、減衰
力コントローラー１３へ送る。油圧検出値Ｓ６，Ｓ７の
差圧値Ｓ８は可変減衰装置１が実際に発生している減衰
力に対応する。
計２３が設けられ、油圧検出値Ｓ６，Ｓ７として、減衰
力コントローラー１３へ送る。油圧検出値Ｓ６，Ｓ７の
差圧値Ｓ８は可変減衰装置１が実際に発生している減衰
力に対応する。
【００３７】図２は減衰力コントローラー１３部分の構
成をブロック図として示したもので、減衰力コントロー
ラー１３は、指令値判断回路２４、圧力コントローラー
２５及び弁開度コントローラー２６等の回路で構成され
ている。
成をブロック図として示したもので、減衰力コントロー
ラー１３は、指令値判断回路２４、圧力コントローラー
２５及び弁開度コントローラー２６等の回路で構成され
ている。
【００３８】指令値判断回路２４では、コンピューター
１４（図７参照）等の減衰力判断手段から送られてくる
発生減衰力指令値Ｓ１と、油圧検出値Ｓ６，Ｓ７から得
られる差圧値Ｓ８の符号を判断し、これらが同符号の場
合には発生減衰力指令値Ｓ１に対応する値を圧力指令値
Ｓ２として、異符号の場合には流量調整弁１２（大流量
切換弁１２ａ）の開度が全開となる値に相当する値を弁
開度指令値Ｓ３として、それぞれ圧力コントローラー２
５、弁開度コントローラー２６へ出力する。
１４（図７参照）等の減衰力判断手段から送られてくる
発生減衰力指令値Ｓ１と、油圧検出値Ｓ６，Ｓ７から得
られる差圧値Ｓ８の符号を判断し、これらが同符号の場
合には発生減衰力指令値Ｓ１に対応する値を圧力指令値
Ｓ２として、異符号の場合には流量調整弁１２（大流量
切換弁１２ａ）の開度が全開となる値に相当する値を弁
開度指令値Ｓ３として、それぞれ圧力コントローラー２
５、弁開度コントローラー２６へ出力する。
【００３９】次に、圧力コントローラー２５では、指令
値判断回路２４から送られてくる圧力指令値Ｓ２に対
し、差圧値Ｓ８をフィードバックし、弁開度指令値Ｓ３
を出力する。
値判断回路２４から送られてくる圧力指令値Ｓ２に対
し、差圧値Ｓ８をフィードバックし、弁開度指令値Ｓ３
を出力する。
【００４０】さらに、弁開度指令値Ｓ３に対し、弁開度
コントローラー２６において、弁開度センサー２２から
送られてくる流量調整弁１２の実際の開度に対応する弁
開度検出値Ｓ５をフィードバックし、弁開度制御指令値
Ｓ４を出力し、流量調整弁１２の開度を調整する。流量
調整弁１２の開度の調整により、装置本体には構造物の
振動を抑制するのに最適な減衰力が発生する。
コントローラー２６において、弁開度センサー２２から
送られてくる流量調整弁１２の実際の開度に対応する弁
開度検出値Ｓ５をフィードバックし、弁開度制御指令値
Ｓ４を出力し、流量調整弁１２の開度を調整する。流量
調整弁１２の開度の調整により、装置本体には構造物の
振動を抑制するのに最適な減衰力が発生する。
【００４１】図３は以上述べた本発明の可変減衰装置に
よる構造物の振動制御のフローチャートである。最適発
生減衰力の決定に関しては、例えば構造物の応答特性等
と減衰係数あるいは減衰力との関係を振動レベル毎把握
しておき、それを基に、最適発生減衰力をコンピュータ
ーで求める方法等が採られる。
よる構造物の振動制御のフローチャートである。最適発
生減衰力の決定に関しては、例えば構造物の応答特性等
と減衰係数あるいは減衰力との関係を振動レベル毎把握
しておき、それを基に、最適発生減衰力をコンピュータ
ーで求める方法等が採られる。
【００４２】図５(a) は本発明の可変減衰装置で用いる
流量調整弁１２の大流量切換弁１２ａの一例を示したも
ので、図中２７が弁体としてのスプール、２８はスプー
ル２７を支持するばねである。スプール２７の位置はス
プール２７の背圧Ｐ2 と、ばね２８のばね力及び前圧Ｐ
1 のバランスによって決まる。
流量調整弁１２の大流量切換弁１２ａの一例を示したも
ので、図中２７が弁体としてのスプール、２８はスプー
ル２７を支持するばねである。スプール２７の位置はス
プール２７の背圧Ｐ2 と、ばね２８のばね力及び前圧Ｐ
1 のバランスによって決まる。
【００４３】ばね２８の初期たわみ量及びばね定数は、
スプール２７を上方へ押し上げる力、すなわち流量０の
状態から、初めてスプール２７が開くのに必要な力（ク
ラック圧）に関係する。この力があまりにも大きいと、
スプール２７が初めて開くのに非常に大きな前圧Ｐ1 が
必要となり、可変減衰装置が動き出すまでに大きな荷重
が必要となる。すなわち、この荷重より小さな荷重は可
変減衰装置として制御を行うことができない範囲となっ
てしまう。従って、ばね２８の初期たわみ量とばね定数
を最適に調整することで、装置全体の応答性を向上さ
せ、かつ制御可能な範囲を拡げることができる。
スプール２７を上方へ押し上げる力、すなわち流量０の
状態から、初めてスプール２７が開くのに必要な力（ク
ラック圧）に関係する。この力があまりにも大きいと、
スプール２７が初めて開くのに非常に大きな前圧Ｐ1 が
必要となり、可変減衰装置が動き出すまでに大きな荷重
が必要となる。すなわち、この荷重より小さな荷重は可
変減衰装置として制御を行うことができない範囲となっ
てしまう。従って、ばね２８の初期たわみ量とばね定数
を最適に調整することで、装置全体の応答性を向上さ
せ、かつ制御可能な範囲を拡げることができる。
【００４４】また、ロック状態での出口ポート１６とス
プール２７のラップ量δも応答性を向上させる要因の一
つである（図５(b) 参照）。ラップ量δを大きくする
と、応答性は低下するが、入口ポート１５と出口ポート
１６間をロック状態にできる。逆に、ラップ量δをなく
すと、応答性は向上するが、入口ポート１５と出口ポー
ト１６間を完全なロック状態にすることができなくな
る。従って、ラップ量δを極力０に近づけて、本装置に
必要な応答性と十分なロック状態を確保している。
プール２７のラップ量δも応答性を向上させる要因の一
つである（図５(b) 参照）。ラップ量δを大きくする
と、応答性は低下するが、入口ポート１５と出口ポート
１６間をロック状態にできる。逆に、ラップ量δをなく
すと、応答性は向上するが、入口ポート１５と出口ポー
ト１６間を完全なロック状態にすることができなくな
る。従って、ラップ量δを極力０に近づけて、本装置に
必要な応答性と十分なロック状態を確保している。
【００４５】本装置においては、完全なロック状態と完
全なフリー状態の間で連結状態を微妙に調整する必要が
あるが、これに寄与するのが図５(a) のスリット２９の
開口面積の形状である。スリットが移動して流量が０か
ら急激に増大するのを防ぐための面積形状として、三角
形、円形、あるいは楕円が考えられるが、本装置では三
角形を採用した。参考までに、スリット形状が矩形の場
合と三角形の場合のリフト量Ｈと開口面積ａの関係を図
６に示す。
全なフリー状態の間で連結状態を微妙に調整する必要が
あるが、これに寄与するのが図５(a) のスリット２９の
開口面積の形状である。スリットが移動して流量が０か
ら急激に増大するのを防ぐための面積形状として、三角
形、円形、あるいは楕円が考えられるが、本装置では三
角形を採用した。参考までに、スリット形状が矩形の場
合と三角形の場合のリフト量Ｈと開口面積ａの関係を図
６に示す。
【００４６】
【発明の効果】 制御用コンピューターは構造物の応
答に基づいて可変減衰装置の発生すべき最適減衰力を判
断すれば良く、可変減衰装置の動作状態を判断手段に組
み込む必要がなく、効率の良い制御が可能となる。
答に基づいて可変減衰装置の発生すべき最適減衰力を判
断すれば良く、可変減衰装置の動作状態を判断手段に組
み込む必要がなく、効率の良い制御が可能となる。
【００４７】 可変減衰装置の制御手段に減衰力コン
トローラーを加えたことで、コンピューターは発生すべ
き減衰力を判断し、アクチュエーター等の駆動手段を用
いる場合と同様の制御を行うことができる。
トローラーを加えたことで、コンピューターは発生すべ
き減衰力を判断し、アクチュエーター等の駆動手段を用
いる場合と同様の制御を行うことができる。
【００４８】 アクチュエーター等の駆動手段を用い
る場合に比べ、極わずかのエネルギー供給により、減衰
力の形でアクチュエーターと同等の振動制御力を発生さ
せることができる。
る場合に比べ、極わずかのエネルギー供給により、減衰
力の形でアクチュエーターと同等の振動制御力を発生さ
せることができる。
【００４９】 両油圧室における油圧検出値Ｓ６、Ｓ
７を演算して差圧値Ｓ８求め、指令値判断回路で指令値
Ｓ１と差圧値Ｓ８の符号を判断し、可変減衰装置が減衰
力を発生できるときのみ圧力コントローラーに対して指
令値Ｓ２を与える構成であり、何らかの原因で正しい制
御が不能な場合でも不必要な減衰力を発生させることな
く、悪影響が防止できる。さらに、両油圧室における圧
力を検出、演算して差圧を求めることで圧力変動の影響
がなくなり、弁開度コントローラーと圧力コントローラ
ーを組み合わせにより装置の安定度が増し、また可変減
衰装置の作動油の油温変化による装置特性の変化が生じ
ない。
７を演算して差圧値Ｓ８求め、指令値判断回路で指令値
Ｓ１と差圧値Ｓ８の符号を判断し、可変減衰装置が減衰
力を発生できるときのみ圧力コントローラーに対して指
令値Ｓ２を与える構成であり、何らかの原因で正しい制
御が不能な場合でも不必要な減衰力を発生させることな
く、悪影響が防止できる。さらに、両油圧室における圧
力を検出、演算して差圧を求めることで圧力変動の影響
がなくなり、弁開度コントローラーと圧力コントローラ
ーを組み合わせにより装置の安定度が増し、また可変減
衰装置の作動油の油温変化による装置特性の変化が生じ
ない。
【００５０】 本発明の可変減衰装置を可変減衰・可
変剛性構造物に適用することにより、構造物に入力され
る地震動等の外乱に対し、可変減衰装置の発生減衰力を
変化させ、構造物の特性に応じた最適な減衰性を与え、
構造物の応答量を低減して、安全性を確保するととも
に、快適な居住空間を実現することができる。
変剛性構造物に適用することにより、構造物に入力され
る地震動等の外乱に対し、可変減衰装置の発生減衰力を
変化させ、構造物の特性に応じた最適な減衰性を与え、
構造物の応答量を低減して、安全性を確保するととも
に、快適な居住空間を実現することができる。
【図１】本発明の可変減衰装置の一実施例における基本
構造を示す油圧回路図である。
構造を示す油圧回路図である。
【図２】本発明の可変減衰装置に用いる減衰力コントロ
ーラー部分のブロック図である。
ーラー部分のブロック図である。
【図３】本発明の可変減衰装置を用いた構造物の振動制
御のフローチャートである。
御のフローチャートである。
【図４】本発明の可変減衰装置の作用を説明するための
説明図である。
説明図である。
【図５】本発明の可変減衰装置で用いる流量調整弁の一
例を概略的に示した断面図である。
例を概略的に示した断面図である。
【図６】流量調整弁としてのスプール弁の形状による効
果を示した説明図である。
果を示した説明図である。
【図７】可変減衰装置を用いた制震構造物の全体システ
ムの一例を示す概要図である。
ムの一例を示す概要図である。
【図８】可変減衰装置の形態の一例を示す正面図であ
る。
る。
【図９】可変減衰装置の架構内への設置位置の一例を示
す正面図である。
す正面図である。
【図１０】可変減衰装置の従来例を示す油圧回路図であ
る。
る。
Ｓ１…発生減衰力指令値、Ｓ２…圧力指令値、Ｓ３…弁
開度指令値、Ｓ４…弁開度制御指令値、Ｓ５…弁開度検
出値、Ｓ６，Ｓ７…油圧検出値、Ｓ８…差圧値、１…可
変減衰装置、２…シリンダー本体、３…ピストン、４…
ピストンロッド、６…油圧室、８…流出阻止用チェック
弁、９…流入阻止用チェック弁、１０…流入用流路、１
１…流出用流路、１２…流量調整弁、１２ａ…大流量切
換弁、１２ｂ…シャットオフ弁、１３…減衰力コントロ
ーラー、１４…コンピューター、１５…入口ポート、１
６…出口ポート、１７…背圧ポート、１８…バイパス流
路、１９…アキュムレーター、２０…支軸、２１…絞
り、２２…弁開度センサー、２３…圧力変換器、２４…
指令値判断回路、２５…圧力コントローラー、２６…弁
開度コントローラー、２７…スプール、２８…ばね、２
９…スリット
開度指令値、Ｓ４…弁開度制御指令値、Ｓ５…弁開度検
出値、Ｓ６，Ｓ７…油圧検出値、Ｓ８…差圧値、１…可
変減衰装置、２…シリンダー本体、３…ピストン、４…
ピストンロッド、６…油圧室、８…流出阻止用チェック
弁、９…流入阻止用チェック弁、１０…流入用流路、１
１…流出用流路、１２…流量調整弁、１２ａ…大流量切
換弁、１２ｂ…シャットオフ弁、１３…減衰力コントロ
ーラー、１４…コンピューター、１５…入口ポート、１
６…出口ポート、１７…背圧ポート、１８…バイパス流
路、１９…アキュムレーター、２０…支軸、２１…絞
り、２２…弁開度センサー、２３…圧力変換器、２４…
指令値判断回路、２５…圧力コントローラー、２６…弁
開度コントローラー、２７…スプール、２８…ばね、２
９…スリット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丹羽 直幹 東京都港区元赤坂１丁目２番７号 鹿島 建設株式会社内 (72)発明者 水野 孝之 東京都調布市飛田給２丁目19番１号 鹿 島建設株式会社技術研究所内 (72)発明者 笹木 寛訓 兵庫県神戸市西区櫨谷町松本234番地 川崎重工業株式会社 西神戸工場内 (72)発明者 有本 一郎 兵庫県神戸市西区櫨谷町松本234番地 川崎重工業株式会社 西神戸工場内 (72)発明者 篠原 直志 兵庫県神戸市西区櫨谷町松本234番地 川崎重工業株式会社 西神戸工場内 (56)参考文献 特開 平２−289769（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−84161（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】 構造物の架構本体及び可変剛性要素また
は可変剛性要素どうしの一方に連結されるシリンダー
と、前記架構本体及び可変剛性要素または可変剛性要素
どうしの他方に連結され、前記シリンダー内で往復動す
る両ロッド形式のピストンと、前記ピストンの両側に設
けられた油圧室と、前記両油圧室を連結する流路と、前
記流路に設けられた流量調整弁と、前記流量調整弁の開
度を制御する制御手段とからなる制震構造物用可変減衰
装置において、 前記制御手段は、 振動外力による前記構造物の応答に基づいて装置の発生
すべき減衰力を判断し、該減衰力に対応する値を発生減
衰力指令値Ｓ１として出力する減衰力判断手段と、 前記流量調整弁の開度を検出し、該開度に対応する値を
弁開度検出値Ｓ５として出力する弁開度検出手段と、 前記両油圧室の油圧を検出し、該油圧に対応する値をそ
れぞれ油圧検出値Ｓ６、Ｓ７として出力する圧力検出手
段と、 前記両油圧検出値Ｓ６、Ｓ７の差に対応する値を差圧値
Ｓ８として出力する減算回路と、 前記発生減衰力指令値Ｓ１と前記差圧値Ｓ８の符号を判
断し、同符号の場合には前記発生減衰力指令値Ｓ１に対
応する値を圧力指令値Ｓ２として、異符号の場合には前
記流量調整弁の開度が全開となる値に相当する値を弁開
度指令値Ｓ３として出力する指令値判断回路と、 前記圧力指令値Ｓ２に対し、前記差圧値Ｓ８をフィード
バックして補正を行い、その補正値に相当する弁開度指
令値Ｓ３を出力する圧力コントローラー回路と、 前記弁開度指令値Ｓ３に対し、前記弁開度検出値Ｓ５を
フィードバックして補正を行い、その補正値に相当する
弁開度制御指令値Ｓ４を出力する弁開度コントローラー
回路と、 前記弁開度制御指令値Ｓ４に基づいて、前記流量調整弁
を作動させる作動手段と からなることを特徴とする制震構造物用可変減衰装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3343499A JP2603391B2 (ja) | 1991-12-25 | 1991-12-25 | 制震構造物用可変減衰装置 |
| US07/992,491 US5311709A (en) | 1991-12-25 | 1992-12-17 | Variable damping device for seismic response controlled structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3343499A JP2603391B2 (ja) | 1991-12-25 | 1991-12-25 | 制震構造物用可変減衰装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05171836A JPH05171836A (ja) | 1993-07-09 |
| JP2603391B2 true JP2603391B2 (ja) | 1997-04-23 |
Family
ID=18361990
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3343499A Expired - Fee Related JP2603391B2 (ja) | 1991-12-25 | 1991-12-25 | 制震構造物用可変減衰装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5311709A (ja) |
| JP (1) | JP2603391B2 (ja) |
Families Citing this family (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5526609A (en) * | 1994-01-28 | 1996-06-18 | Research Foundation Of State University Of New York | Method and apparatus for real-time structure parameter modification |
| US5984062A (en) * | 1995-02-24 | 1999-11-16 | Bobrow; James E. | Method for controlling an active truss element for vibration suppression |
| US5657597A (en) | 1995-04-11 | 1997-08-19 | Environmental Building Technology, Ltd. | Building construction method |
| US5592791A (en) * | 1995-05-24 | 1997-01-14 | Radix Sytems, Inc. | Active controller for the attenuation of mechanical vibrations |
| JPH0932341A (ja) * | 1995-07-21 | 1997-02-04 | Kenji Okayasu | ロケット制震装置 |
| US6115972A (en) * | 1996-04-09 | 2000-09-12 | Tamez; Federico Garza | Structure stabilization system |
| US6053269A (en) * | 1998-08-13 | 2000-04-25 | The Board Of Regents Of The University Of Oklahoma | Vehicle/bridge vibration mitigation assembly |
| EP1031680B1 (fr) | 1999-02-26 | 2005-08-31 | Vinci Construction Grands Projets | Dispositif parasismique élastoplastique articulé pour ouvrage de génie civil, et ouvrage d'art tel qu'un pont comportant ledit dispositif |
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| JP2005155278A (ja) * | 2003-11-28 | 2005-06-16 | Kayaba Ind Co Ltd | 制震装置における除荷制御弁 |
| US10047817B2 (en) | 2009-01-07 | 2018-08-14 | Fox Factory, Inc. | Method and apparatus for an adjustable damper |
| US8627932B2 (en) * | 2009-01-07 | 2014-01-14 | Fox Factory, Inc. | Bypass for a suspension damper |
| US9452654B2 (en) | 2009-01-07 | 2016-09-27 | Fox Factory, Inc. | Method and apparatus for an adjustable damper |
| US11306798B2 (en) | 2008-05-09 | 2022-04-19 | Fox Factory, Inc. | Position sensitive suspension damping with an active valve |
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| US11299233B2 (en) | 2009-01-07 | 2022-04-12 | Fox Factory, Inc. | Method and apparatus for an adjustable damper |
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