JP3916840B2

JP3916840B2 - 制振装置

Info

Publication number: JP3916840B2
Application number: JP2000096521A
Authority: JP
Inventors: 国雄寺西; 信良羽生田; 浩介佐藤
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2020-03-31
Also published as: JP2001279953A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地震や強風によってビル等の構造物が揺れるのを抑える制振装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の制振装置として、特公平２−１４５１３号公報に開示されたものは、構造物に対して変位可能に設けられる可動マスと、可動マス側のナットに螺合するボールネジと、ボールネジを回転駆動する電動機とを備え、可動マスの動きを制御して構造物の揺れを抑えるようになっている。
【０００３】
しかしながら、重量の大きい可動マスの慣性力をボールを介して点接触で受ける構造のため、ボールネジの耐久性や耐衝撃性を十分に確保することが難しい。
【０００４】
また、実用新案登録第２５１９１１２号に開示されたものは、図５に示すように、可動マス２を移動する油圧シリンダ３を備え、制御ユニット５４はサーボ弁５３を介して油圧シリンダ３に加圧作動油を供給することで油圧シリンダ３を伸縮作動させて可動マス２を往復動させる。このとき、可動マス２に働く反力によって構造物の揺れが打ち消される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の制振装置にあっては、油圧シリンダ３を伸縮作動させるのに、サーボ弁５３のスプールによって作動油の流れを制御するため、エネルギ効率が低いという問題点があった。さらに、サーボ弁５３を油圧源５１に接続する配管等が必要であり、装置の大型化やコストアップを招くという問題点があった。
【０００６】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、油圧シリンダを用いた制振装置において、装置のコンパクト化をはかり、構造物の揺れを有効に抑えることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、構造物に対して変位可能に設けられる可動マスと、可動マスを移動する油圧シリンダと、電動機に駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプと油圧シリンダを結ぶ閉回路を構成する第一、第二通路とを備え、構造物の揺れに応じて油圧ポンプの吐出方向を切換える構成とし、可動マスを所定位置に付勢するスプリングと、油圧ポンプを迂回して第一、第二通路を結ぶ連通路と、連通路を流れる作動油に抵抗を付与する絞り手段と、連通路を開閉する連通路開閉手段とを備え、第一、第二通路の一方から他方へと流体圧を逃がすリリーフ弁と、第一通路からリリーフ弁の入口へと向かう作動油の流れに対して開弁する第一チェック弁と、リリーフ弁の出口から第一通路へと向かう作動油の流れに対して開弁する第二チェック弁と、第二通路からリリーフ弁の入口へと向かう作動油の流れに対して開弁する第三チェック弁と、リリーフ弁の出口から第二通路へと向かう作動油に対して開弁する第四チェック弁と、第一、第二通路をリリーフ弁と油圧ポンプの間で開閉するポンプ開閉手段とを備えたことを特徴とするものとした。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、油圧ポンプを油圧シリンダに連結し、電動機と油圧ポンプと油圧シリンダおよび第一、第二通路をユニット化したことを特徴とするものとした。
【００１３】
【発明の作用および効果】
第１の発明によると、構造物の揺れに応じて油圧ポンプの吐出方向が切換えられることにより、油圧シリンダの伸縮方向が切換えられ、可動マスが往復動する。これにより、制振装置は可動マスの反力によって構造物の揺れを抑えるアクティブマスダンパとして機能する。
【００１４】
油圧ポンプの吐出方向を切換えて油圧シリンダを伸縮作動させるため、作動油の流れを切換えるサーボ弁やその作動油圧源等が不要となり、高いエネルギ効率が得られるとともに、構造の簡素化がはかれる。
【００１５】
第２の発明によると、電動機と油圧ポンプと油圧シリンダおよび第一、第二通路をユニット化して設けることにより、油圧配管等を不要にし、装置のコンパクト化がはかれる。
【００１６】
第１の発明によると、油圧シリンダをパッシブマスダンパとして機能させる場合に、連通路開閉手段を介して連通路を開通させ、構造物の揺れに伴って可動マスがスプリングに抗して油圧シリンダを伸縮させるようにする。油圧シリンダの伸縮に伴って連通路を流れる作動油に対して絞り手段が減衰抵抗を付与することにより、振動エネルギを吸収して構造物の揺れが抑えられる。
【００１７】
第１の発明によると、停電時に常開型電磁シャットオフ弁の通電が止められることにより連通路が開通し、油圧シリンダはその動きがロックされることなく、パッシブマスダンパとして機能し、構造物の揺れが抑えられる。
【００１８】
第１の発明によると、油圧シリンダをパッシブマスダンパとして機能させる場合に、ポンプ開閉手段が第一、第二通路の油圧ポンプに対する連通を遮断し、作動油が油圧ポンプ側に流れないようにし、油圧シリンダの伸縮に伴って流れる作動油の全量が連通路を通って絞り手段に導かれる。これにより、絞り手段を介して所期の減衰抵抗が付与され、構造物の揺れが抑えられる。
【００１９】
ポンプ開閉手段は第一、第二通路をリリーフ弁と油圧ポンプの間で開閉することにより、ポンプ開閉手段が開閉するいずれの場合にもリリーフ弁が働き、第一、第二通路の圧力が過度に上昇することが回避される。
【００２０】
第１の発明によると、停電時に常閉型電磁シャットオフ弁の通電が止められることにより、油圧ポンプに対する第一、第二通路の連通が遮断され、油圧シリンダがパッシブマスダンパとして機能し、構造物の揺れが抑えられる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１に示すように、高層ビル等の構造物９には地震や強風による揺れを抑える制振装置１が設けられる。この制振装置１は、構造物９の上層階に設置した可動マス（錘）２と、可動マス２の変位に伴って伸縮作動する油圧シリンダ３とを備える。可動マス２は複数のローラ５を介して変位可能に支持される一方、油圧シリンダ３の本体は構造物９に固定され、油圧シリンダ３から延びるピストンロッド３５が可動マス２に連結されている。
【００２３】
図２に示すように、制振装置は油圧シリンダ３と電動油圧ポンプ４と作動油の流れを制御する各種弁およびこれらを結ぶ油圧回路等をユニット化したパワーパッケージ１０を備え、パワーパッケージ１０に対する油圧配管を不要にしている。
【００２４】
油圧シリンダ３のシリンダ３３の側部には、ダンパブロック６０と電磁弁ブロック５０およびポンプブロック４０が並んで設けられ、これらは複数のボルト４５を介してシリンダ３３に締結される。ポンプブロック４０に油圧ポンプ４が収装される。ポンプブロック４０の一端に電動機８が複数のボルト４６を介して締結され、ポンプブロック４０の他端にタンク２０が複数のボルト４７を介して締結される。ポンプブロック４０は電動機８およびタンク２０と共にシリンダ３３と平行に延び、パワーパッケージ１０の小型化がはかられている。
【００２５】
図３はパワーパッケージ１０の油圧回路を示している。第一、第二通路２１，２２は油圧ポンプ４と油圧シリンダ３を結ぶ閉回路を構成しており、電動機８で駆動される油圧ポンプ４の回転方向（吐出方向）を切換えることにより、油圧シリンダ３の伸縮作動方向が切換わる。
【００２６】
油圧シリンダ３と可動マス２をアクティブマスダンパとして機能させる場合、図示しないセンサを介して構造物９の揺れを検出し、制御ユニットによって構造物９の揺れに応じて電動機８の回転方向および回転速度を制御し、構造物９の揺れを抑えるように可動マス２を動かす構成とする。
【００２７】
固定容量油圧ポンプ４は第一、第二通路２１，２２が接続される一対のポートを備え、一方のポートから吸い込んだ作動油を他方のポートから吐出する。油圧ポンプ４は電動機８によって駆動されるその回転方向に応じて作動油の吐出方向が切換わる。
【００２８】
油圧シリンダ３はシリンダ３３の両端からピスンロッド３５，３６が突出する両ロッド式の油圧シリンダによって構成される。シリンダ３３の内部にはピストン３４によって第一、第二油室３１，３２が画成され、第一、第二油室３１，３２に第一、第二通路２１，２２がそれぞれ接続される。
【００２９】
ピストン３４の第一、第二油室３１，３２に対する受圧面積は等しく、油圧シリンダ３が伸縮作動しても第一、第二油室３１，３２を合わせた容積は変化せず、タンク２０に対する作動油の出入りをなくし、タンク２０に対する作動油の吸込み不良を防止できる。また、タンク２０の容量を小さくしてパワーパッケージ１０の小型化がはかれる。
【００３０】
第一、第二通路２１，２２はチェック弁４１，４２を介してタンク２０に連通する。チェック弁４１はタンク２０から第二通路２２へと向かう作動油の流れに対して開弁し、チェック弁４２はタンク２０から第一通路２１へと向かう作動油の流れに対して開弁し、漏れ分に相当する作動油が補充される。なお、チェック弁４１，４２を含む油圧回路は油圧ポンプ４と共にポンプブロック４０に収装されている。
【００３１】
第一、第二通路２１，２２の一方から他方へと流体圧を逃がす単一のリリーフ弁１５を備え、第一、第二通路２１，２２の圧力上昇がリリーフ弁１５の設定圧によって規制される。リリーフ弁１５は４つのチェック弁１１〜１４を介して第一、第二通路２１，２２の間に介装される。すなわち、第一通路２１からリリーフ弁１５の入口へと向かう作動油の流れに対して開弁する第一チェック弁１１と、リリーフ弁１５の出口から第一通路２１へと向かう作動油の流れに対して開弁する第二チェック弁１２と、第二通路２２からリリーフ弁１５の入口へと向かう作動油の流れに対して開弁する第三チェック弁１３と、リリーフ弁１５の出口から第二通路２２へと向かう作動流体に対して開弁する第四チェック弁１４とを備える。
【００３２】
油圧シリンダ３と可動マス２をパッシブマスダンパとして機能させるため、可動マス２を油圧シリンダ３に対する所定位置に付勢するスプリング７と、第一、第二通路２１，２２の一方から他方へと流れる作動油を導く連通路２３と、連通路２３を流れる作動油に減衰抵抗を付与する絞り弁（本発明の絞り手段）２４と、連通路２３を開閉する常開型の電磁シャットオフ弁（本発明の連通路開閉手段）２５とを備える。
【００３３】
連通路２３は第一、第二通路２１，２２に対して油圧シリンダ３とリリーフ弁１５の間に位置して接続される。なお、絞り弁２４と電磁シャットオフ弁２５はダンパブロック６０内に収装される。
【００３４】
常開型の電磁シャットオフ弁２５は、その非通電時に連通路２３を開通するポジションに保たれ、その通電時にスプリングに抗して連通路２３を遮断するポジションに切換えられる。
【００３５】
第一、第二通路２１，２２の油圧ポンプ４およびタンク２０に対する連通を遮断する一対の電磁シャットオフ弁（本発明のポンプ開閉手段）２６，２７が設けられる。各電磁シャットオフ弁２６，２７は第一、第二通路２１，２２に対してリリーフ弁１５と油圧ポンプ４の間に位置して介装される。なお、電磁シャットオフ弁２６，２７は電磁弁ブロック５０内に収装される。
【００３６】
常閉型の電磁シャットオフ弁２６，２７は、その非通電時に第一、第二通路２１，２２の油圧ポンプ４に対する連通をチェック弁２８，２９を介して遮断するポジションに切換えられ、その通電時にスプリングに抗して第一、第二通路２１，２２を開通するポジションに切換えられる。
【００３７】
コイル状のスプリング７はその内側にピストンロッド３５を挿通させるようにしてシリンダ３３と可動マス２の間に介装される。
【００３８】
次に作用について説明する。
【００３９】
制振装置１をアクティブマスダンパとして機能させる場合、制御ユニットは各電磁シャットオフ弁２５，２６，２７を通電し、連通路２３を遮断するとともに、第一、第二通路２１，２２を開通させ、油圧ポンプ４と油圧シリンダ３を結ぶ閉回路を構成する。この状態で、電動機８を介して油圧ポンプ４の回転方向を切換えることにより、油圧ポンプ４の吐出方向が切換えられ、油圧シリンダ３が伸縮作動して可動マス２を往復動させる。制御ユニットはセンサで検出される構造物９の揺れに応じて可動マス２の移動方向および移動速度を制御することにより、可動マス２に働く反力によって構造物９の揺れが打ち消される。
【００４０】
この動作について詳述すると、油圧ポンプ４が一方向に回転するとき、第一油室３１の作動油が第二通路２２を通って油圧ポンプ４に吸い込まれるとともに、油圧ポンプ４から吐出する作動油が第一通路２１を通って第二油室３２に圧送され、ピストン３４が図３において左方向に移動する。逆に、油圧ポンプ４が他方向に回転するとき、第二油室３２の作動油が第一通路２１を通って油圧ポンプ４に吸い込まれるとともに、油圧ポンプ４から吐出する作動油が第二通路２２を通って第一油室３１に圧送され、ピストン３４が図３において右左方向に移動する。
【００４１】
このようにして油圧ポンプ４の回転方向を切換えて油圧シリンダ３を伸縮作動させるため、作動油の流れを切換えるサーボ弁やその作動油圧源等が不要となり、高いエネルギ効率が得られるとともに、構造を簡素化して制振装置１のコンパクト化がはかれる。
【００４２】
制振装置１をパッシブマスダンパとして機能させる場合、制御ユニットは各電磁シャットオフ弁２５，２６，２７の通電を止め、連通路２３を開通するとともに、第一、第二通路２１，２２に対する油圧ポンプ４およびタンク２０との連通を遮断し、絞り弁２４と油圧シリンダ３を結ぶ閉回路を構成する。
【００４３】
この状態で構造物９の揺れに伴って可動マス２はスプリング７に抗して油圧シリンダ３を伸縮させる。ピストン３４が図３において右方向に移動すると、第二油室３２の作動油が第一通路２１と連通路２３および第二通路２２を通って第一油室３１に送られる。逆に、ピストン３４が図３において左方向に移動すると、第一油室３１の作動油が第二通路２２と連通路２３および第一通路２１を通って第二油室３２に送られる。
【００４４】
このようにして油圧シリンダ３を伸縮作動するのに伴って作動油が連通路２３を流れ、この作動油の流れに対して絞り弁２４が減衰抵抗を付与し、振動エネルギを吸収して構造物９の揺れを抑える。
【００４５】
停電時には各電磁シャットオフ弁２５，２６，２７の通電が止められることにより、制振装置１を絞り弁２４と油圧シリンダ３を結ぶ閉回路へと自動的に切換えられるため、油圧シリンダ３の動きがロックされることなく、油圧シリンダ３がパッシブマスダンパとして機能する。
【００４６】
各電磁シャットオフ弁２６，２７が第一、第二通路２１，２２をリリーフ弁１５と油圧ポンプ４の間で開閉することにより、各電磁シャットオフ弁２６，２７の開閉にかかわらずにリリーフ弁１５が働き、第一、第二通路２１，２２の圧力上昇が所定値以下に規制される。
【００４７】
他の実施の形態として、センサによって検出される揺れの大きさ等に応じて絞り弁２４が連通路２３を流れる作動油に付与する減衰抵抗を変える構成としてもよい。
【００４８】
さらに他の実施の形態として、図４に示すように、スプリング７を可動マス２と構造物９の間に介装して、可動マス２を油圧シリンダ３に対する所定位置に付勢してもよい。
【００４９】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す制振装置の構成図。
【図２】同じくパワーパッケージの側面図。
【図３】同じくパワーパッケージの油圧回路図。
【図４】他の実施の形態を示す制振装置の構成図。
【図５】従来例を示す制振装置の構成図。
【符号の説明】
１制振装置
２可動マス
３油圧シリンダ
４油圧ポンプ
７スプリング
８電動機
９構造物
１０パワーパッケージ
２１第一通路
２２第二通路
２３連通路
２４絞り弁
２５〜２７電磁シャットオフ弁

Claims

構造物に対して変位可能に設けられる可動マスと、前記可動マスを移動する油圧シリンダと、電動機に駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプと前記油圧シリンダを結ぶ閉回路を構成する第一、第二通路とを備え、前記構造物の揺れに応じて前記油圧ポンプの吐出方向を切換える構成とし、前記可動マスを所定位置に付勢するスプリングと、前記油圧ポンプを迂回して前記第一、第二通路を結ぶ連通路と、前記連通路を流れる作動油に抵抗を付与する絞り手段と、前記連通路を開閉する連通路開閉手段とを備え、前記第一、第二通路の一方から他方へと流体圧を逃がすリリーフ弁と、前記第一通路から前記リリーフ弁の入口へと向かう作動油の流れに対して開弁する第一チェック弁と、前記リリーフ弁の出口から前記第一通路へと向かう作動油の流れに対して開弁する第二チェック弁と、前記第二通路から前記リリーフ弁の入口へと向かう作動油の流れに対して開弁する第三チェック弁と、前記リリーフ弁の出口から前記第二通路へと向かう作動油に対して開弁する第四チェック弁と、前記第一、第二通路を前記リリーフ弁と前記油圧ポンプの間で開閉するポンプ開閉手段とを備えたことを特徴とする制振装置。
前記油圧ポンプを前記油圧シリンダに連結し、前記電動機と前記油圧ポンプと前記油圧シリンダおよび前記第一、第二通路をユニット化したことを特徴とする請求項１に記載の制振装置。