JP4129936B2 - 調圧弁及び油圧制振装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作動油などの流体による圧力回路に含まれる調圧弁と、これを用いて制振対象に対する風などによる低速の振動を減衰させる一方、地震などの高速の振動に対して過大な減衰力の発生を防止し、高層ビル、橋梁やプラントなどの大型化傾向にある柱梁架構や、高速化する鉄道車両や自動車など、多様な振動を伴う輸送機器に適用される油圧式の制振装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の油圧制振装置は、支持体又は被支持体の一方にシリンダが連結され、他方にはシリンダに出入り自在に挿入したピストンロッドが連結され、このピストンロッドに、シリンダ内を第１及び第２の圧力室に区画するピストンを固定し、シリンダの内部に作動油を充填している。シリンダの第１、第２の圧力室には作動油を供給するオイルリザーバが連通し、この連通路上には弁機構が介設される。この弁機構はピストンの移動に伴う作動油の流れを制御して制振効果を得るものである。オイルリザーバ及び弁機構はシリンダの外側に一体または別体に設けられている。弁機構に用いられる調圧弁は、弁体を単一の圧縮ばねでこれを閉じる方向に付勢する型式のもので、弁座に対する弁体の位置により開放部の広さが変化して吐出される作動油の圧力を調整する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の油圧制振装置においては、調圧弁による作動油の圧力調整が単一のばねに依存しているので、制振装置の速度−減衰力特性を調圧弁の弁体のテーパの傾斜した輪郭線を直線状にして比例関係にしようとすると、弁ばねに若干の遊びを設ける必要が生じ、低速域では十分な圧力調整ができず、減衰力が低下して制振効果が減少してしまう。調圧弁の弁体のテーパの傾斜した輪郭線を湾曲線状にして弁ばねの遊びをなくすことができるが、加工精度などに難がある。また、シリンダの外側に弁機構やオイルリザーバが固定されるので、装置の小型化を妨げるし、製作も容易でなくコスト高になってしまうという問題がある。さらに、オイルリザーバをシリンダ内に設けることも考えられるが、ピストンロッドの移動に伴うオイルリザーバの油量の変化を吸収するために、オイルリザーバ内に空間を確保しなければならないが、圧力室への空気の混入を防止しなければ制振効果を得ることができない。
そこで、本発明は、低速域から高速域までの流体速度に比例した圧力調整を行う調圧弁と、これを用いてコンパクトな構造で、装置全体の小型化を図れ、しかも種々の制振特性を発揮し、設置状態に拘わらず確実に制振効果を得る油圧制振装置を提供することを課題としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明においては、弁座１５ａに開閉自在に先細りのテーパを備えた弁体１５ｂを臨ませ、この弁体１５ｂを閉じる方向に付勢する第１の弁ばね１５ｃを係止し、同じく弁体１５ｂに遊びを持って弁体１５ｂの僅かな開放位置で弁体１５ｂに係止され、第１の弁ばね１５ｃと共にさらに閉じる方向へ付勢する第２の弁ばね１５ｆを設けて調圧弁１５を構成し、低速の流体に対して第１の弁ばね１５ｃのばね力で流体の圧力を調整し、高速の流体に対して第２の弁ばね１５ｆのばね力を加えて流体の圧力を調整することにより、低速域から高速域までの流体の速度−圧力特性を比例関係に近づけるように調圧弁１５を構成した。
また、支持体又は被支持体の一方に連結され、内部に作動油を収容したシリンダ１と、他方に連結され、シリンダ１に出入り自在に挿入されたピストンロッド２と、このピストンロッド２に固定され、シリンダ１内を第１及び第２の圧力室７，８に区画すると共に、軸線方向に間隔を置いて相対向し、両者の空間に油通室を形成する一対のピストン３と、油通室９に作動油を供給するオイルリザーバ１２と、第１、第２の圧力室７，８と油通室９との間に介在するようにピストン３に夫々設けられ、作動油の流通路２ａを開閉する調圧弁１５を含む弁機構とを具備させて油圧制振装置を構成した。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態を図面を参照して説明する。図１は本発明に係る油圧制振装置の縦断面図、図２は図１のII−II線断面図、図３は図１のIII−III線断面図、図４は図２のIV−IV線断面図、図５は図２のV−V線断面図、図６は給油弁の縦断面図、図７（Ａ）は吸油弁の縦断面図、図７（Ｂ）は吸油弁の正面図、図８は調圧弁の縦断面図、図９は定圧弁の縦断面図である。
図１において、この油圧制振装置は、図示しない構築物のような支持体又は被支持体に引手４を介して連結されるシリンダ１と、被支持体又は支持体に引手５を介して連結され、シリンダ１に軸線方向へ出入り自在に挿入されたピストンロッド２とを備えている。ピストンロッド２にカラー６で固定されたピストン３は、シリンダ１内を第１及び第２の圧力室７，８に区画する。このピストン３は、軸線方向に間隔を置いて相対向して一対設けられ、互いにボルトで結合している。ピストン３，３とシリンダ１との間には、油通室９が形成される。
【０００６】
ピストンロッド２の自由端側には、軸線方向に内部を連通路２ａが貫通している。ピストンロッド２の先端には連通路２ａを開閉する給油弁１０が設けられている。一方、シリンダ１の閉鎖端側内部には、ピストンロッド２の端部を気密にかつ軸線方向へ出入り自在に受け入れる円筒状のロッドカバー１１が固定されている。このロッドカバー１１の一端はシリンダ１の閉鎖端壁に固定され、他端がシリンダ１の側壁に気密に嵌合し固定されている。従って、ロッドカバー１１の端部がシリンダ１の閉鎖端側を圧力室７と仕切ってオイルリザーバ１２を形成する。オイルリザーバ１２は、ロッドカバー１１に開口する連通孔１１ａによってロッドカバー１１と連通している。第１及び第２の圧力室７，８及び油通室９に充填される作動油はオイルリザーバ１２から供給される。給油弁１０はシリンダ１の傾きに拘わらずオイルリザーバ１２に収容される作動油の中に常時没するように配置されている。
【０００７】
給油弁１０は、図６に示すように、弁室１０ａ内に弁体１０ｂが圧縮された弁ばね１０ｃを介して弁座１０ｄに押し付けられるように構成されている。弁体１０ｂは弁室１０ａに軸線方向へ摺動自在に嵌合しているが、一端側の小径部と弁室１０ａとの間に空隙を形成してそこに開口する連通孔１０ｅにより弁体１０ｂの前後の油通路が連通する。従って、給油弁１０は、一方の圧力室７（８）が収縮するときに、作動油自体の弾性によって他方の圧力室８（７）への作動油の供給が不足するのを防止するため、連通路２ａを介してオイルリザーバ１２から作動油を補給する。即ち、弁体１０ｂが弁ばね１０ｃに抗して図中右方へ移動して弁を開き、オイルリザーバ１２から作動油を供給し、連通路２ａ側の圧力が回復すると、弁ばね１０ｃを圧縮しながら元位置に復帰して弁を閉じる。また、弁体１０ｂの先端中央には、過給を防止するための小孔１０ｆを有する。
【０００８】
図２乃至図４に示すように、両ピストン３，３には、第１及び第２圧力室７，８と油通室９との間を開閉する吸油弁１３が夫々設けられている。この吸油弁１３は、図７に示すように、ピストン３に形成された弁室１３ａ内に弁体１３ｂが弁ばね１３ｃを介して設けられている。弁体１３ｂは弁ばね１３ｃで弁室１３ａを油通室９から閉じる方向に付勢される。吸油弁１３は、容積が拡張して負圧になった一方の圧力室７（８）へ、収縮して作動油を吐出する他方の圧力室８（７）から油通室９を介して作動油を供給するように開く。吸油弁１３と圧力室７，８との仕切り板１４には複数の油通孔１４ａを有し、弁室１３ａと圧力室７，８と連通させる。
【０００９】
図２、図３及び図５に示すように、ピストン３，３には、第１及び第２圧力室７，８と油通室９との間を開閉する調圧弁１５が設けられている。調圧弁１５は、図８に示すように、逆向き一対の弁体１５ｂ，１５ｂが軸線方向へ伸縮自在に連結されてピストン３，３間をわたっており、同方向に向かって内外二重に配置された弁ばね１５ｃ，１５ｆで延長方向へ夫々付勢されて弁座１５ａを閉じている。弁体１５ｂは傾斜した輪郭線が直線を成す先細りのテーパを有し、その端部が開口内に挿入されてテーパ面が弁座１５ａに当接して弁を閉じるようになっている。外側の弁ばね１５ｃは両弁体１５ｂ，１５ｂ間に係止されているが、内側の弁ばね１５ｆは弁体１５ｂに対して遊びを持ち、両弁体間が僅かに収縮してから係止して、外側の弁ばね１５ｃと共に圧縮されるようになっている。なお、調圧弁１５は後記する定圧弁１６のそれより弁座１５ｄの開口径が小さく、しかも両弁ばね１５ｃ，１５ｆのばね力が小さいので、定圧弁１６に設定された作動開始圧力以下の範囲でのピストン３の移動時に作動油の流れに対してピストン３の移動速度に比例した圧力を与える。また、この速度範囲内において、一定の速度以下の低速のピストン３の移動に対し外側の弁ばね１５ｃの弱いばね力で作動油の圧力を調整し、一定の速度以上のピストン３の移動に対し外側の弁ばね１５ｃと共に内側の弁ばね１５ｆの強いばね力を合算した力で作動油の圧力を調整することにより移動速度に比例した圧力を与える。弁座１５ａは、固定ねじ１５ｄを調整ナット１５ｅに螺合させてピストン３に固定される。固定ねじ１５ｄのねじ穴は調整ナット１５ｅに円弧状に複数設けられており、固定ねじ１５ｄに結合させるねじ穴を適宜変更することにより弁座１５ａの位置が前後に変わって弁ばね１５ｃの圧縮長を調整することができる。
【００１０】
図２乃至図５に示すように、ピストン３，３には、第１及び第２圧力室７，８と油通室９との間を開閉する四つの定圧弁１６が設けられている。各定圧弁１６は、図９に示すように、逆向き一対の弁体１６ｂ，１６ｂが軸線方向へ伸縮自在に連結され、ピストン３，３間をわたっており、圧縮された弁ばね１６ｃで延長方向へ夫々付勢されて弁座１６ａを閉じている。弁座１６ａは、固定ねじ１６ｄを調整ナット１６ｅに螺合させてピストン３に固定される。固定ねじ１６ｄのねじ穴は調整ナット１６ｅに複数設けられており、固定ねじ１６ｄに結合させるねじ穴を適宜変更することにより弁座１６ａの位置が前後に位置調整でき弁ばね１６ｃの圧縮長を調整することができる。この定圧弁１６は、ピストン３の速度の増加と共に調圧弁１５の調整する圧力が上昇し、一定の圧力に達したときに開いて圧力上昇を防止して、ピストン３の移動を許容する。
【００１１】
この油圧制振装置は例えば高層建築物の構造材間に介設する。両者間に振動による相対的変位が生じると、ピストンロッド２がシリンダ１内に押し込まれ、あるいはそれから引き出される。いま、風などにより高層建築物に加わる一定の速度以下の遅い振動により、ピストン３が左行すると、圧力室７側の調圧弁１５が開いて作動油の流れに対してピストン３の移動速度に比例した抵抗を与えて、振動を減衰させる。このとき、低速域の振動の場合には、ピストン３の移動に伴う調圧弁１５の外側の弁ばね１５ｃの弱いばね力で作動油の圧力を調整する。高速域の振動の場合には、ピストン３の移動に伴う調圧弁１５の外側の弁ばね１５ｃの弱いばね力に内側の弁ばね１５ｆの強いばね力を加えて作動油の圧力を調整する。従って、移低速域から高速域まで速度に比例した圧力が発生するので、振動に対する適切な減衰力が得られる。
【００１２】
一方、地震などにより高層建築物に加わる一定の速度以上の振動により、ピストン３が急激に左行すると、調圧弁１５の発生する圧力が定圧弁１６の作動開始圧力に達し、定圧弁１６が開いて作動油を油通室９に吐出して過大な抵抗力を抑制して建屋などの破損を防止する。
【００１３】
なお、油圧制振装置の設置に当たり、オイルリザーバ１２内の作動油にはシリンダ１の傾きに拘わらず常時給油弁１０が没しているので、給油弁１０を通じて圧力室７，８に空気が混入することがないので、上記制振動作を確実に行う。
【００１４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の調圧弁は、第１及び第２の弁ばねが段階的に作用するため、低速域から高速域までの流体の速度に比例した圧力を付与することができる。
この調圧弁を用いて油圧制振装置を構成すれば、低速域からピストンの速度に比例した振動減衰力を発生するため、風などの微振動にも有効に作用する
また、シリンダ及びピストンに一体に組み込む構成であるから、装置がコンパクトになり、全体を小型化することができ、製作も容易で、安価に提供することができる。
オイルリザーバをシリンダ内に設けて、ピストンロッドの出入りのための空間を確保しても、圧力室への空気の混入を防止することができ、確実に制振効果を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る油圧制振装置の縦断面図である。
【図２】図１のII−II線断面図である。
【図３】図１のIII−III線断面図である。
【図４】図２のIV−IV線断面図である。
【図５】図２のV−V線断面図である。
【図６】給油弁の縦断面図である。
【図７】（Ａ）は吸油弁の縦断面図、（Ｂ）は吸油弁の正面図である。
【図８】調圧弁の縦断面図である。
【図９】定圧弁の縦断面図である。
【符号の説明】
１ シリンダ
２ ピストンロッド
２ａ 連通路
３ ピストン
７ 圧力室
８ 圧力室
９ 油通室
１０ 給油弁
１２ オイルリザーバ
１３ 吸油弁
１５ 調圧弁
１５ａ 弁座
１５ｂ 弁体
１５ｃ 第１の弁ばね
１５ｆ 第２の弁ばね
１６ 定圧弁

Claims (3)

1. 支持体又は被支持体の一方に連結され、内部に作動油を収容したシリンダと、
   前記支持体又は被支持体の他方に連結され、前記シリンダに出入り自在に挿入されたピストンロッドと、
   このピストンロッドに固定され、前記シリンダ内を第１及び第２の圧力室に区画すると共に、第１の圧力室側の複数の油通路及び第２の圧力室油側の複数の油通路を介して第１及び第２の圧力室に連通する油通室を内部に有するピストンと、
   前記油通室に作動油を供給するオイルリザーバと、
   前記油通室と前記第１の圧力室とを連通する前記油通路上に設けられ、油通室から第１の圧力室への作動油の流れを許容し、逆の流れを阻止するように設定された第１の吸油弁と、
   前記油通室と前記第２の圧力室とを連通する前記油通路上に設けられ、油通室から第２の圧力室への作動油の流れを許容し、逆の流れを阻止するように設定された第２の吸油弁と、
   前記第１の圧力室と油通室とを連通する他の前記油通路上に設けられ、第１の圧力室から油通室への作動油の流れを許容し、逆の流れを阻止するように設定された第１の調圧弁と、
   前記第２の圧力室と油通室とを連通する他の前記油通路上に設けられ、第２の圧力室から油通室への作動油の流れを許容し、逆の流れを阻止するように設定された第２の調圧弁とを具備し、
   前記支持体と被支持体との間の相対変位に応じた前記ピストンの軸線方向の移動に伴い、前記第１又は第２の調圧弁、前記第１又は第２の吸油弁を介して前記第１の圧力室と第２の圧力室との間で所望の抵抗を付加しつつ作動油を移動させることにより、支持体と被支持体との間の相対変位を抑制する油圧制振装置において、
   前記第１の圧力室と油通室とを連通する他の前記油通路と、前記第２の圧力室と油通室とを連通する他の前記油通路とが、前記ピストンロッドの軸線方向に相対向して設けられ、
   前記第１の調圧弁と第２の調圧弁は、それぞれ第１の圧力室に連通する他の前記油通路又は第２の圧力室に連通する他の前記油通路を閉じるように、互いに同一軸線上に逆向きに配置されかつ収縮自在に入れ子式に嵌合された一対の弁体と、これら一対の弁体の間に介設され当該弁体をそれぞれ油通路を一定圧力で閉じるように付勢する弁ばねとを具備することを特徴とする油圧制振装置。
2. 前記一対の弁体の間には、ばね力の相対的に小さな第１の弁ばねと、ばね力の相対的に大きな第２の弁ばねとが介設され、第１の弁ばねが所定長さに圧縮された後、第２の弁ばねが圧縮されるように設定されることを特徴とする請求項１に記載の油圧制振装置。
3. 前記シリンダ内には、一方の前記圧力室の一端側を閉じる中間壁が設けられ、この中間壁とシリンダの端壁との間にオイルリザーバとしての油室が形成され、
   前記ピストンは、前記ピストンロッドの中間部に配置され、
   当該ピストンロッドは、前記シリンダの中間壁を気密に摺動自在に貫通して内側端が前記オイルリザーバ内に配置され、
   前記ピストンロッドには、前記オイルリザーバ内の内側端から軸方向に延びて前記ピストン付近に至る連通路と、この連通路と前記ピストン内の油通室との間を連通する油通路とが設けられ、
   前記連通路における前記ピストンロッドの先端部に位置して、温度変化による作動油の体積変化に伴う作動油の緩慢な移動を許容すると共に、前記ピストンが移動するとき拡張する側の一方の前記圧力室への作動油の供給不足を補填するために連通路を開いて前記オイルリザーバから一方の前記圧力室への作動油の移動を許容する給油弁が設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の油圧制振装置。

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