JP3889723B2 - 制振用オイルダンパー - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてビルや橋梁等の構造物（構築物）に使用する制振用オイルダンパーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
オイルダンパーは、地震や風などの外乱に対して受動的（パッシブ）に制御力を発揮するので、パッシブダンパーとも呼ばれており、温度・速度に影響され難くて減衰特性が安定しており、強い制振力の割に小型であり、経年変化による性能低下が少ないなどの理由により広く使用されている。
【０００３】
従来、この様な利点を有する制振用オイルダンパーは、ピストンにより区画したシリンダ内の第１シリンダ室と第２シリンダ室とにオイルを封入し、第１シリンダ室から第２シリンダ室にオイルを逃す流路の途中に減衰弁やオリフィス等の絞りを設けるとともに逆止弁を設け、同様に、第２シリンダ室から第１シリンダ室にオイルを逃す流路の途中にも減衰弁やオリフィス等の絞りを設けるとともに逆止弁を設け、ピストンロッドを通じて外力が入力した際に一方のシリンダ室から他方のシリンダ室にオイルが逃げるときに発生する絞り抵抗により反力を得て、震動を減衰している。この様な制振用オイルダンパーとしては、特許第３３０６３９９号（特許文献１）にあるように、ピストン内に減衰弁等を内蔵するとともに弁の数を減少して構造の簡素化を図り、信頼性の高いコンパクトなものも提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３３０６３９９号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の制振用オイルダンパーの機能はピストンロッドが動いている方向に対して抵抗力を発生するので、構造物が初期状態に戻ろうとしているときにも抵抗力（減衰力）が働くことになる。したがって、最初の振れでピストンが原点（初期位置）から一方に移動してしまうと、反対側に戻る際にも抵抗力が作用してしまい、結果的にはピストン原点位置に復帰し難く、変形の片流れや残留変形が生じやすい。
この様な不都合は、構造物が初期状態に戻ろうとしているときの抵抗力（減衰力）を無くすことにより防止することができるものと考えられる。
【０００６】
これを実現するために、セミアクティブダンパーを採用することも考えられる。すなわち、前記逃がし流路に電磁弁を設け、これによりオリフィス断面を制御すれば、絞り抵抗を可変とすることも考えられる。
【０００７】
しかしながら、セミアクティブダンパーはダンパーに電磁弁を取り付けて、これをコンピュータ制御するので、製造コストやメンテナンスコストが増大し、ダンパーの他にコンピュータの設置場所を要するという問題があった。
【０００８】
そこで本発明は、上記した事情に鑑み提案されたもので、その目的は、小型かつ簡単な構造で、構造物が初期状態に戻ろうとしているときの抵抗力（減衰力）を解放し、ピストンを原点位置（初期位置）に復帰させることができる原点復帰型の制振用オイルダンパーを提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載のものは、オイルを封入したシリンダと、
該シリンダ内に移動可能に嵌装され、シリンダ内を第１のシリンダ室と第２のシリンダ室とに区画するピストンと、
該ピストンに接続され、上記シリンダから外部へと延出されたピストンロッドと、
上記ピストンの位置にかかわらず第１のシリンダ室と第２のシリンダ室とを連通する減衰流路と、
該減衰流路に設けられ、通過するオイルの抵抗となる絞り機構と、
前記ピストンを貫通した状態でシリンダの軸方向に沿って掛け渡された一対のシャフトと、
前記シャフトに形成され、ピストン原点位置におけるピストンで閉塞可能な範囲内であって第２シリンダ室寄りに一端が開口して他端が第１のシリンダ室に連通した第１の逃し流路と、
前記シャフトに形成され、ピストン原点位置におけるピストンで閉塞可能な範囲内であって第１シリンダ室寄りに一端が開口して他端が第２のシリンダ室に連通した第２の逃し流路と、
各逃し流路に設けられ、ピストン原点位置側の開口部から流入したオイルの通過を許容するがその逆方向の通過を阻止する逆止弁と、
を備え、
ピストンロッドに外力が作用してピストンがピストン原点位置から遠のく方向に移動する場合に、シリンダ室内のオイルを減衰流路に通して絞り機構により減衰力を付与し、ピストンがピストン原点位置に近づく方向に移動する場合には、オイルをピストン原点位置側の開口部から逃がし流路に通して減衰力を解放するようにしたことを特徴とする制振用オイルダンパーである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る制振用オイルダンパーの構造の第１実施形態を示す概略図である。
【００１１】
本実施形態の制振用オイルダンパー１は、内部に減衰流体としてのオイル２を封入するシリンダ３と、該シリンダ３内に移動可能に設けられてシリンダ３内を第１のシリンダ室５ａと第２のシリンダ室５ｂとに区画するピストン４と、該ピストン４に接続されてシリンダ３の両端のリング状プレート３ａ，３ｂから外部へと延出されたピストンロッド７などから概略構成されており、ピストン４の外周部には、シリンダ３の内周面との間に液密性をもたせるためにシール部材６が設けられている。なお、ピストンロッド７が貫通する上記リング状プレート３ａ，３ｂの中孔３ｃ，３ｄにもシール部材（図示せず）を設けて、シリンダ３内のオイルが漏出しないように液密状にシールしてある。そして、シリンダ３内から外部へと延出したピストンロッド７の一方の端部に、適宜中継ぎ部材を介して構造物（構築物）に接続され、また、シリンダ３にトラニオンやクレビス等の取付部材を介して構造物に接続されることになる。
【００１２】
なお、本実施形態では、ピストン４の両側にピストンロッド７が接続されているが、これに限るものではなく、ピストン４の片側にのみピストンロッド７を接続し、シリンダ３内から一方の外部へと延出させ、他方のシリンダ端部を閉塞して係合具（取付部材や接続具）を設けてもよい。
【００１３】
また、ピストン４には、これを貫通して第１のシリンダ室５ａと第２のシリンダ室５ｂとを連通する減衰流路８ａ，８ｂが穿設されており、各減衰流路８ａ，８ｂには、それぞれ相反する方向に（第１のシリンダ室５ａから第２のシリンダ室５ｂへ、第２のシリンダ室５ｂから第１のシリンダ室５ａへ、）オイル２を通過させて抵抗力（減衰力）を付与する絞り機構９ａ，９ｂが設けられている。本実施形態では、絞り機構９ａ，９ｂとして減衰弁が採用されているが、これに限るものではなく、減衰機能を有する機構であれば適宜採用することができ、例えば、オリフィスを採用してもよい。また、減衰流路８ａ，８ｂは複数設けてもよい。
【００１４】
さらに、上記シリンダ３内には、その軸方向に沿って丸棒状の第１シャフト１０ａと第２シャフト１０ｂがプレート３ａ，３ｂ間に掛け渡されており、各シャフト１０ａ，１０ｂは上記ピストン４を貫通している。すなわち、各シャフト１０ａ，１０ｂはピストン４に穿設された貫通孔４ａ，４ｂに挿通されており、各シャフト１０ａ，１０ｂの外周面とピストン４に穿設された貫通孔４ａ，４ｂとの間隙は非常に小さく、その間隙を通過し得るオイル２は極微少となっている。なお、この間隙を液密状にしてオイルの通過を阻止するシール部材（図示せず）を設けてもよい。
【００１５】
第１シャフト１０ａ内には、ストロークの中央であるピストン原点位置（初期位置）に一端が開口して他端が第１のシリンダ室５ａに連通した第１の逃し流路１１ａが形成され、第２シャフト１０ｂ内には上記ピストン原点位置（初期位置）に一端が開口して他端が第２のシリンダ室５ｂに連通した第２の逃し流路１１ｂが形成されている。そして、各逃し流路１１ａ，１１ｂには、ピストン原点位置側の開口部から流入したオイルはその通過を許容するがその逆方向の通過を阻止する逆止弁１２ａ，１２ｂが設けられている。すなわち、第１の逃し流路１１ａには、ピストン原点側の開口部が第２のシリンダ室５ｂに連通したときに、第２のシリンダ室５ｂから第１のシリンダ室５ａへ向けてオイル２を通過させる逆止弁１２ａが設けられており、又、第２の逃し流路１１ｂには、この逃し流路１１ｂのピストン原点側の開口部が第１のシリンダ室５ａに連通したときに、第１のシリンダ室５ａから第２のシリンダ室５ｂへ向けてオイル２を通過させる逆止弁１２ｂが設けられている。
【００１６】
なお、本願におけるピストン原点位置（初期位置）は、建造物が震動せずに静止した状態（常態）におけるピストンの位置であり、通常はストロークの中央である。そして、第１逃し流路１１ａのピストン原点位置側の開口部は、ピストンが原点位置にある時には当該ピストンによって塞がれていてもよいが、ピストンが原点位置から第１シリンダ室５ａ側に移動したならば開放されて第２シリンダ室５ｂ内のオイルが流入し得る状態になることが望ましいので、ピストン原点位置におけるピストンで閉塞可能な範囲（図１ではピストンの軸方向の長さ）内で第２シリンダ室５ｂ寄りに開設する。同じ理由により、第２逃し流路１１ｂのピストン原点位置側の開口部は、ピストンが原点位置にある時には当該ピストンによって塞がれていてもよいが、ピストンが第２シリンダ室５ｂ側に移動したならば開放されて第１シリンダ室５ａ内のオイルが流入し得る状態になることが望ましいので、ピストン原点位置におけるピストンで閉塞可能な範囲内で第１シリンダ室５ａ寄りに開設する。
【００１７】
次に、図１から図４を用いて、以上のような構造を有する制振用オイルダンパー１の作用について説明する。図２は本実施形態の制振用オイルダンパーの作動状態（ピストン原点位置から右方向へピストンが移動した状態）を示す概略図であり、図３は本実施形態の制振用オイルダンパーの作動状態（ピストン原点位置よりも左側へピストンが移動した状態）を示す概略図である。また図４は、本実施形態の制振用オイルダンパーの荷重特性を示す説明図である。
【００１８】
図１では、ピストン４がシリンダ３内の中央部、すなわち原点位置（初期位置）にあり、この状態で本実施形態の制振用オイルダンパー１が構造物（構築物）に取り付けられる。
【００１９】
本実施形態の制振用オイルダンパー１において、例えば地震の最初の揺れでピストンロッド７にＸ方向の外力が加わったとすると、該ピストンロッド７に接続されたピストン４を原点位置（初期位置）からＸ方向に移動させようとする力が加わり、第１のシリンダ室５ａ内に収容されたオイル２は圧縮される。これにより第１のシリンダ室５ａ内の圧力が上昇すると、第１シリンダ室５ａ内のオイル２はピストン４に穿設された減衰流路８ａ、およびシャフト１０ａに形成された逃し流路１１ａを通り第２のシリンダ室５ｂへと移動しようとするが、逃し流路１１ａの原点側開口部はピストン４によって閉塞されており、また、逃し流路１１ａには逆止弁１２ａが設けられているので、第１のシリンダ室５ａ内のオイル２は減衰流路８ａを通過し、その通過の際に該減衰流路８ａに設けられた減衰弁９ａにより流量が絞られて抵抗力、すなわち減衰力を発生する。そして、ピストン４が移動してピストン原点位置から外れて第１シリンダ室側に位置すると、図２に示すように、第１逃し流路１１ａの開口部が開かれる。なお、ピストン４がＸ方向に移動している間、減衰力が発生し続ける（図４の荷重特性(1)参照）。
【００２０】
そして、Ｘ方向の外力がなくなり、ピストン４がある位置で移動を停止すると、第１シリンダ室５ａ内のオイルの圧力が元の圧力に戻る。
【００２１】
次に、最初の揺れが戻ろうとすると、図２に示すように、Ｙ方向の外力が作用してピストンロッド７にＹ方向の外力が加わり、ピストン４が第２シリンダ室５ｂを圧縮するので、第２シリンダ室５ｂ内のオイルの圧力が上昇する。第２のシリンダ室５ｂ内の圧力が上昇すると、第２シリンダ室５ｂ内のオイル２はピストン４に穿設された減衰流路８ｂ、およびシャフト１０ａに形成された逃し流路１１ａを通り第１のシリンダ室５ａへと移動しようとする。この状態では逃し流路１１ａの原点側開口部から外れて開いているので、第２のシリンダ室５ｂ内のオイル２は逃し流路１１ａを通って途中で逆止弁１２ａを開いて容易に第１のシリンダ室５ａに移動する。したがって、ピストン４は殆ど減衰力（抵抗力）を受けることなく原点位置（初期位置）まで戻ることができる（図４の荷重特性(2)参照）。
【００２２】
図１のようにピストン４が原点位置（初期位置）まで戻り、引き続きＹ方向に移動しようとする場合、この状態では逃がし流路１１ａの原点位置の開口部が塞がれているので、逃がし流路１１ａを通って第１シリンダ室５ａに移動することができない。したがって、第２のシリンダ室５ｂのオイル２の圧力が急激に上昇し、これにより第２のシリンダ室５ｂのオイル２は、ピストン４に穿設された減衰流路８ｂに流入し、その途中の減衰弁９ｂを開いて第１シリンダ室５ａに移動する。この様にして第２シリンダ室５ｂ内のオイルが第１シリンダ室５ａに移動すると、その通過の際に減衰弁９ｂにより流量が絞られて抵抗力、すなわち減衰力を発生する。したがって、ピストン４がＹ方向に移動して原点位置を通過すると、通過した直後から減衰力が発生する。そして、ピストン４が移動してピストン原点位置から外れて第２シリンダ室側に位置すると、図３に示すように、第２逃し流路１１ｂの開口部が開かれる。なお、ピストン４がＹ方向に移動している間、減衰力が発生し続ける（図４の荷重特性(3)参照）。
【００２３】
そして、Ｙ方向の外力がなくなり、ピストン４がある位置で移動を停止すると、第２シリンダ室５ｂ内のオイルの圧力が元の圧力に戻る。
【００２４】
次に、再度Ｘ方向の外力が加えられると、図３に示すように、Ｘ方向の外力が作用してピストン４が第１シリンダ室５ａを圧縮するので、第１シリンダ室５ａ内のオイルの圧力が上昇する。第１のシリンダ室５ａ内の圧力が上昇すると、第１シリンダ室５ａ内のオイル２はピストン４に穿設された減衰流路８ａ、および逃し流路１１ｂを通り第２のシリンダ室５ｂへと移動しようとする。この状態では逃し流路１１ｂの原点側開口部から外れて開いているので、第１のシリンダ室５ａ内のオイル２は逃し流路１１ｂを通って途中で逆止弁１２ｂを開いて容易に第２のシリンダ室５ｂに移動する。したがって、ピストン４は殆ど減衰力（抵抗力）を受けることなく原点位置（初期位置）まで戻ることができる（図４の荷重特性(4)参照）。
【００２５】
図１のようにピストン４が原点位置（初期位置）まで戻り、引き続きＸ方向に移動しようとすると、前記したように、原点位置を通過した時点から減衰力が発生する（図４の荷重特性(1)参照）。
【００２６】
このように、本実施形態の制振用オイルダンパー１はピストン４の原点位置（初期位置）を中心に変位量を減少させながら上記行程を繰り返すことになり、やがてピストン４は原点位置（初期位置）で停止する。すなわち、ピストン４が原点位置から遠ざかる動きをする震動の場合には減衰力を発生し、原点位置に近づく動きをする震動の場合には減衰力を発生しない。したがって、建造物は地震等の震動を受けて揺れた場合に、常態における静止位置を中心にして揺れることになり、しかもオイルダンパー１の制振作用を受けるので、揺れが小さいだけでなく、変形の片流れや残留変形の発生を抑制することができる。
【００２７】
なお、図５は、通常の（従来の）油圧ダンパーと本実施形態における原点復帰型の制振用オイルダンパー１との荷重特性を比較して示す説明図である。
図５（ａ）に示すように、通常の油圧ダンパーは、原点を通過しない単一のループ軌道を描き、構造物（構築物）が初期状態に戻ろうとしているときにも抵抗力（減衰力）が働くことになり、ピストンが原点（初期位置）に復帰し難く、変形の偏流れや残留変形が生じやすい。
【００２８】
一方、図５（ｂ）に示すように、本実施形態における原点復帰型の制振用オイルダンパー１は、原点を通過し、原点に対して斜めに対称な２つの矩形ループ軌道を描き、小型かつ簡単な構造で、構造物（構築物）が初期状態に戻ろうとしているときの抵抗力（減衰力）を解放することができるので、ピストンを常に原点（初期位置）に復帰させ易く、これにより変形の偏流れや残留変形が生じないという効果を期待できる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第１のシリンダ室と第２のシリンダ室とを連通するピストンの各減衰流路に、それぞれ相反する方向にオイルを通過させて減衰する絞り機構が介設されているだけでなく、ピストン原点位置と第１のシリンダ室とを連通する第１の逃し流路と、ピストン原点位置と第２のシリンダ室とを連通する第２の逃し流路と、を備えており、各逃し流路にはピストン原点位置側の開口部から流入したオイルの通過を許容するがその逆方向の通過を阻止する逆止弁を設けたので、ピストンロッドに外力が加わったときには、ピストンがピストン原点位置から遠のく方向に移動する場合に、シリンダ室内のオイルを減衰流路に通して絞り機構により減衰力を付与し、ピストンがピストン原点位置に近づく方向に移動する場合には、オイルをピストン原点位置側の開口部から逃がし流路に通して減衰力を解放することができる。したがって、簡単な構造で構造物（構築物）が初期状態に戻ろうとしているときの抵抗力（減衰力）を解放して、ピストンを原点（初期位置）に復帰させることができ、これにより建造物に変形の片流れや残留変形が生じない。
【００３０】
そして、シリンダの軸方向に沿って掛け渡されたシャフトにそれぞれ逃し流路を形成し、シャフトをピストンに貫通させる構成を採ったので、オイルダンパーの小型化を図ることができる。
また、第１逃し流路が前記シャフトに、ピストン原点位置におけるピストンで閉塞可能な範囲内であって第２シリンダ室寄りに一端が開口して他端が第１のシリンダ室に連通した状態で形成され、第２逃し流路が前記シャフトに、ピストン原点位置におけるピストンで閉塞可能な範囲内であって第１シリンダ室寄りに一端が開口して他端が第２のシリンダ室に連通した状態で形成されるので、ピストンが原点位置を通過した直後から減衰力を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る制振用オイルダンパーの構造の第１の実施形態を示す概略図である。
【図２】 第１実施形態の制振用オイルダンパーの作動状態（ピストン原点位置の右側にピストンが移動した状態）を示す概略図である。
【図３】 本実施形態の制振用オイルダンパーの作動状態（ピストン原点位置の左側にピストンが移動した状態）を示す概略図である。
【図４】 本実施形態の制振用オイルダンパーの荷重特性を示す説明図である。
【図５】 通常の油圧ダンパーと本実施形態における原点復帰型の制振用オイルダンパー１との荷重特性を比較して示す説明図である。
【符号の説明】
１ 制振用オイルダンパー
２ 作動流体
３ シリンダ
３ａ，３ｂ リング状プレート
３ｃ，３ｄ 中孔
４ ピストン
４ａ，４ｂ 貫通孔
５ａ 第１のシリンダ室
５ｂ 第２のシリンダ室
６ シール部材
７ ピストンロッド
８ａ，８ｂ 減衰流路
９ａ，９ｂ 絞り機構（減衰弁）
１０ａ，１０ｂ シャフト
１１ａ，１１ｂ 逃し流路
１２ａ，１２ｂ 逆止弁

Claims (1)

1. オイルを封入したシリンダと、
   該シリンダ内に移動可能に嵌装され、シリンダ内を第１のシリンダ室と第２のシリンダ室とに区画するピストンと、
   該ピストンに接続され、上記シリンダから外部へと延出されたピストンロッドと、
   上記ピストンの位置にかかわらず第１のシリンダ室と第２のシリンダ室とを連通する減衰流路と、
   該減衰流路に設けられ、通過するオイルの抵抗となる絞り機構と、
   前記ピストンを貫通した状態でシリンダの軸方向に沿って掛け渡された一対のシャフトと、
   前記シャフトに形成され、ピストン原点位置におけるピストンで閉塞可能な範囲内であって第２シリンダ室寄りに一端が開口して他端が第１のシリンダ室に連通した第１の逃し流路と、
   前記シャフトに形成され、ピストン原点位置におけるピストンで閉塞可能な範囲内であって第１シリンダ室寄りに一端が開口して他端が第２のシリンダ室に連通した第２の逃し流路と、
   各逃し流路に設けられ、ピストン原点位置側の開口部から流入したオイルの通過を許容するがその逆方向の通過を阻止する逆止弁と、
   を備え、
   ピストンロッドに外力が作用してピストンがピストン原点位置から遠のく方向に移動する場合に、シリンダ室内のオイルを減衰流路に通して絞り機構により減衰力を付与し、ピストンがピストン原点位置に近づく方向に移動する場合には、オイルをピストン原点位置側の開口部から逃がし流路に通して減衰力を解放するようにしたことを特徴とする制振用オイルダンパー。

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