JP4165933B2 - 油圧緩衝器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシリンダ内を摺動するピストンの動作によって生じる振動及び振動音の発生を抑制するよう構成された油圧緩衝器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、建物等の構造物の振動を減衰させる油圧緩衝器においては、比較的大きな荷重が作用するため、その分減衰力発生機構を通過する作動油の流量も多く、圧力も大きい。
この種の油圧緩衝器としては、大略、作動油が充填されたシリンダと、シリンダ内に挿入されたピストンと、ピストンを貫通する液通路に設けられピストンの移動に伴って液通路を通過する作動油の流量を絞る弁機構とを有する構成である。そして、油圧緩衝器は、地震等により構造物が振動すると、ピストンがシリンダ内を摺動して減衰力を発生させることにより、構造物と地面との相対変位を緩衝する。
【０００３】
その際、ピストンの摺動動作に伴って、シリンダ内に充填された作動油がピストンを貫通する液通路を通過し、液通路を絞る弁機構により作動油の流量が絞られて減衰力が発生する。この弁機構の構成としては、液通路の弁座に離着座する弁体と、弁体を弁座に押圧するコイルバネと、コイルバネの他端が当接するバネ受けとからなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の油圧緩衝器では、ピストンが摺動動作する際、ピストンのストロークに対する減衰比が大きいため、ピストン内部に設けられた弁機構に高圧の作動油が通過することになる。そのため、従来は、ピストンが摺動動作開始すると、弁機構の弁体がコイルバネのバネ力に抗して開弁方向に動作してピストンの液流路を通過する作動油の流量が急激に増大する。
【０００５】
これにより、液通路及び弁機構を通過す作動油において、キャビテーションが発生し、その結果振動が発生することがあった。さらに、従来の油圧緩衝器では、このようなキャビテーションによる振動音が発生するといった問題もあった。そこで、本発明は上記課題を解決した油圧緩衝器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有する。
請求項１の本発明は、作動油が充填されたシリンダと、該シリンダ内に挿入されたピストンと、該ピストンを貫通する液通路に設けられ前記ピストンの移動に伴って開閉する弁体の弁開動作により前記液通路に連通された弁通路を通過する作動油の流量を調整する弁機構とを備えてなる油圧緩衝器において、
前記弁体の動作を緩衝する弁体緩衝機構を設け、
前記弁体緩衝機構は、
前記弁通路と別に設けられ、前記弁体に設けられ軸方向に延在する凹部と、
前記弁体を閉弁方向に附勢するバネのバネ受けに設けられ前記凹部に挿入される軸と、
前記凹部内と前記弁通路とを連通するオリフィス通路と、を含み、
前記軸が前記凹部を摺動することにより前記凹部に充填された作動油を前記オリフィス通路のみから吸排させることで作動油の粘性抵抗によって生じる抵抗力を発生させることを特徴とするものである。
請求項２の本発明は、作動油が充填されたシリンダと、該シリンダ内に挿入されたピストンと、該ピストンを貫通する液通路に設けられ前記ピストンの移動に伴って開閉する弁体の弁開動作により前記液通路に連通された弁通路を通過する作動油の流量を調整する弁機構とを備えてなる油圧緩衝器において、
前記弁機構に弁体の動作を緩衝する弁体緩衝機構を設け、
前記弁体緩衝機構は、
前記弁通路と別に設けられ、前記弁体を閉弁方向に附勢するバネのバネ受けに設けられ軸方向に延在する凹部と、
前記弁体に設けられ前記凹部に挿入される軸と、
前記凹部内と前記液通路とを連通するオリフィス通路と、を含み、
前記軸が前記凹部を摺動することにより前記凹部に充填された作動油を前記オリフィス通路のみから吸排させることで作動油の粘性抵抗によって生じる抵抗力を発生させることを特徴とするものである。
【０００７】
従って、本発明によれば、弁体緩衝機構の軸が弁通路と別に設けられた凹部を摺動することにより凹部に充填された作動油をオリフィス通路のみから弁通路または液通路に吸排させることで作動油の粘性抵抗によって生じる抵抗力を発生させるため、ピストンが摺動する際に弁体緩衝機構の弁体がピストンの液通路を移動する作動油の圧力上昇に応じて徐々に開弁動作してキャビテーションの発生を抑制することができる。
さらに、弁体緩衝機構が弁体又は記弁体を閉弁方向に附勢するバネのバネ受けのいずれか一方に設けられた凹部に弁体の軸を摺動させて凹部に充填された作動油を吸排させるため、比較的簡単な構成で弁体緩衝機構を構成することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明になる油圧緩衝器の一実施例の構成を示す縦断面図である。また、図２は油圧緩衝器の平面図である。
図１及び図２に示されるように、油圧緩衝器１１は、大略、シリンダ１２と、ピストン１３と、ピストンロッド１４と、温度補償機構としてのリザーバタンク１５と、ピストンロッド１４の一端が連結される可動側連結機構１６と、シリンダ１２の端部が連結される固定側連結機構１７と、からなる。
【０００９】
油圧緩衝器１１は、建物等の構造物（図示せず）の振動を減衰させる減衰手段として用いられる油圧ダンパであり、固定側連結機構１７が構造物を支える固定側（図示せず）に連結され、可動側連結機構１６が構造物の可動側に連結される。そして、油圧緩衝器１１は、地震等により構造物が振動すると、ピストン１３がシリンダ１２内をＡ，Ｂ方向に摺動して減衰力を発生させることにより、構造物の固定側と可動側との相対変位を緩衝する。
【００１０】
図３はシリンダ１２の内部構成を拡大して示す縦断面図である。
図３に示されるように、シリンダ１２は、円筒状に形成されたシリンダ本体１８と、シリンダ本体１８の両端開口を閉塞する円盤状の蓋体１９，２０とから構成されている。蓋体１９，２０は、ボルト２１によりシリンダ本体１８の両端に締結される。また、蓋体１９，２０は、夫々ピストンロッド１４が挿通される孔１９ａ，２０ａが中央に貫通しており、孔１９ａ，２０ａの内周にはピストンロッド１４の外周をシールするためのシール部材１９ｂ，２０ｂが装着されている。
【００１１】
尚、ピストンロッド１４が蓋体１９，２０の孔１９ａ，２０ａに挿通されているので、ピストン１３がシリンダ１２内を摺動してもピストンロッド１４の挿入容積が変化しないようになっている。また、蓋体１９，２０の上部には、吊り下げ用のアイボルト２２が螺着されている。
ピストン１３は、挿通孔１３ａに挿通されたピストンロッド１４に固定された状態でシリンダ１２の内部に形成されたシリンダ室２３に摺動可能に取り付けられている。また、ピストン１３は、ピストンロッド１４の係止溝１４ａに嵌合された係止リング２４を円盤状の固定板２５との間で挟持することにより固定される。すなわち、ピストン１３は、端部に固定板２５が嵌合する環状溝１３ｂが形成されており、固定板２５が取付ボルト２６でピストン１３の端部に締結されることにより係止リング２４に固定される。
【００１２】
シリンダ室２３は、内部に所定の粘性抵抗を有する作動油が充填されており、ピストン１３により左室２３ａと右室２３ｂとに画成される。そして、ピストン１３の外周に形成されたシール溝１３ｃ，１３ｄには、断面形状がＵ字状又はＶ字状とされたリップシール部材２７が装着されており、左室２３ａと右室２３ｂとの間が液密にシールされる。
【００１３】
ピストン１３は、内部に左室２３ａと右室２３ｂとを連通する液通路２８，２９が軸方向に貫通している。この液通路２８，２９には、一方向の流れのみを許容し逆流を防止する減衰力発生機構としての弁機構３０，３１が設けられている。一方の弁機構３０はＡ方向に流れを許容し、他方の弁機構３０はＢ方向に流れを許容するように配置されている。
【００１４】
図４は弁機構３０，３１を拡大して示す縦断面図である。
図４に示されるように、弁機構３０，３１は、夫々同一構成であり、液通路２８，２９に固定された弁座部材３２，３３と、弁座部材３２，３３を貫通する弁通路３２ａ，３３ａを開閉して流量を調整する球状の弁部を有する弁体３４，３５と、弁体３４，３５を弁座部材３２，３３に押圧する方向（閉弁方向）に附勢するコイルバネ３６，３７と、コイルバネ３６，３７が当接するバネ受け３８，３９と、弁体３４，３５とバネ受け３８，３９との間に設けられた弁体緩衝機構４０，４１とからなる。
【００１５】
弁体緩衝機構４０，４１は、弁機構３０，３１の弁体３４，３５の動作を緩衝するためのものであり、ピストン１３の往復動に伴う弁体３４，３５の弁開動作を減速させて液通路２８，２９におけるキャビテーションの発生を抑制するように機能する。
弁体緩衝機構４０，４１は、弁体３４，３５に設けられ軸方向に延在するガイド孔（凹部）４２と、バネ受け３８，３９に設けられ前記ガイド孔４２に挿入される軸４３と、ガイド孔４２の奥部に設けられ軸４３がガイド孔４２を摺動することによりガイド孔４２に充填された作動油を吸排させるオリフィス（通路）４４と、からなる。また、軸４３の先端外周には、ガイド孔４２の内壁との間を液密にシールするＯリング４３ａが装着されている。また、弁体３４，３５及びバネ受け３８，３９の外周には、作動油が流通するための溝（図示せず）が軸方向に形成されている。
【００１６】
このように、弁体緩衝機構４０，４１は、従来からある弁機構３０，３１の弁体３４，３５及びバネ受け３８，３９の形状を変更してなるため、比較的簡単な構成で安価に実現することができる。上記のように構成された弁機構３０，３１及び弁体緩衝機構４０，４１は、筒状のホルダ８０に挿入された状態で液通路２８，２９に装着される。すなわち、弁機構３０，３１及び弁体緩衝機構４０，４１は、ホルダ８０に挿入された減衰力発生機構カートリッジとして液通路２８，２９に挿入されるため、組み付け作業が簡単であるばかりか、メンテナンス時の交換作業や点検作業も容易に行える。
【００１７】
尚、ホルダ８０は、液通路２８，２９内の凹部２８ａ，２９ａに嵌合するストッパ８１を介して係止された係止部材８２に当接する。そして、係止部材８２は、固定板８３がボルト８４により固定されると、ストッパ８１を固定板８３との間で挟持することにより液通路２８，２９内に固定される。
油圧緩衝器１１にＡ，Ｂ方向の振動が伝播されると、ピストン１３がシリンダ室２３内を摺動することにより左室２３ａと右室２３ｂとの圧力差が生じる。その際、弁機構３０，３１においては、左室２３ａと右室２３ｂとの圧力差に応じて弁体３４，３５がコイルバネ３６，３７のバネ力に抗して弁座部材３２，３３から離座して弁開動作する。これにより、左室２３ａ又は右室２３ｂの作動油が液通路２８，２９を通過して右室２３ｂ又は左室２３ａへ移動する。
【００１８】
このようにして粘性流体である作動油が流路面積の小さい液通路２８，２９を通過する過程で粘性抵抗が発生し、ピストン１３の相対変位が緩衝される。そのため、油圧緩衝器１１に伝播されたＡ，Ｂ方向の振動エネルギは、作動油の移動に伴って発生する粘性抵抗力に変換されて減衰される。
さらに、上記のように動作する弁機構３０，３１では、弁体３４，３５の動作を緩衝する弁体緩衝機構４０，４１が設けられているので、弁体３４，３５が弁開方向に動作すると共に軸４３がガイド孔４２を摺動する。これにより、ガイド孔４２内に充填されていた作動油がガイド孔４２の奥部に設けられたオリフィス４４から排出される。
【００１９】
そのため、弁体３４，３５の弁開動作は、オリフィス４４を通過する作動油の粘性抵抗によって生じる抵抗力によって緩衝される。よって、ピストン１３の速度に対し、弁体３４，３５は弁体緩衝機構４０，４１の抵抗力によって減速された状態で弁開動作することになる。
その結果、地震による振動の加速度が大きい場合、ピストン１３が急激に移動するが、弁体３４，３５の弁開動作速度が弁体緩衝機構４０，４１の抵抗力によって減速されるため、液通路２８，２９におけるキャビテーションの発生が抑制される。従って、弁機構３０，３１では、液通路２８，２９に設けられた弁体緩衝機構４０，４１の緩衝動作によってキャビテーションによる振動が抑制されると共に、振動音の発生も防止される。
【００２０】
図５はリザーバタンク１５の支持機構について説明する。
図５及び図３に示されるように、リザーバタンク１５は、支柱５０を介してシリンダ１２の上部の所定高さ位置に固定されている。そして、リザーバタンク１５とシリンダ１２との間には、温度補償機構を構成するチェック弁５１，５２が設けられている。
【００２１】
このチェック弁５１，５２は、温度変化によるシリンダ室２３内の油圧変化を防止するものである。
図６はチェック弁５１，５２の構成を拡大して示す縦断面図である。
図６に示されるように、チェック弁５１，５２は、夫々同一構成であり、リザーバタンク１５の底部５３に設けられた孔５４と、シリンダ本体１８を貫通する吸排用口５５との間に介在する取付部５６に取り付けられている。そして、取付部５６には、内部を貫通する通路５６ａに螺入された筒状のシート部５７と、シート部５７の開口５７ａに下方から開閉するプラグ５８と、プラグ５８の中央孔５８ａに嵌合するガイド部材５９とからなる。
【００２２】
プラグ５８は、先端が円錐形状のテーパ部５８ｂを有し、このテーパ部５８ｂが温度上昇によりシリンダ室２３側の圧力が増大したとき、シート部５７の開口５７ａに嵌合して作動油の流量を絞る。また、プラグ５８の先端には、軸方向に貫通する小孔５８ｃが設けられている。この小孔５８ｃは、シリンダ室２３側の圧力増大により、プラグ５８がシート部５７の開口５７ａを閉塞したときの作動油排出用流路となる。
【００２３】
また、プラグ５８の外周には、軸方向に延在する溝５８ｄが形成されている。この溝５８ｄは、温度低下によりシリンダ室２３側の圧力低下し、シリンダ室２３側が負圧となったときプラグ５８がシート部５７から離間して開口５７ａを開放したときの作動油供給用通路となる。
尚、ガイド部材５９は、プラグ５８の中央孔５８ａに嵌合するロッド５９ａの外周に小孔５８ｂに連通する螺旋溝５９ｂが形成され、且つシート部５７に嵌合する鍔部５９ｃには溝５８ｄに連通する孔５９ｄが設けられている。
【００２４】
従って、チェック弁５１，５２は、左室２３ａ，右室２３ｂの温度変化に伴う圧力変動によりプラグ５８がシート部５７の開口５７ａを開閉動作する。
図７は可動側連結機構１６の構成を拡大して示す横断面図である。
図７に示されるように、可動側連結機構１６は、ピストン１３が結合される結合部材６０と、結合部材６０の結合板６０ａに連結されるブラケット６１とからなる。ブラケット６１は、構造物（図示せず）に固定される固定部６１ａと、結合部材６０の結合板６０ａを両側から支持する支持板６１ｂ，６１ｃとを有する。
【００２５】
支持板６１ｂ，６１ｃ間には、連結軸６２が横架されており、連結軸６２には外周が半球状に形成されたリング部材６３が嵌合している。尚、連結軸６２は、係止部材６６により軸方向への抜けが防止されている。また、リング部材６３の両側には、リング状に形成された弾性体６４が介在している。
リング部材６３は、連結軸６２に回転可能に嵌合されると共に、両側の弾性体６４により挟持されているので、ガタツキのない状態に保持される。そして、結合部材６０の結合板６０ａには、リング部材６３の外周に嵌合する摺動体６５が取り付けられている。この摺動体６５の内周は、リング部材６３の外周形状に対応する球面状に形成されている。
【００２６】
そのため、結合部材６０は、ブラケット６１に対して回動自在に連結されると共に、横方向の位置ずれが調整できるように取り付けられている。
また、前述した固定側連結機構１７は、上記可動側連結機構１６と同様に結合部材７０と、ブラケット７１とから構成されており、その連結構造の同一部分の説明は省略する。尚、結合部材７０は、ピストンロッド１４の端部が蓋体２０の孔２０ａを貫通して突出し、ピストン１３の摺動動作により突出長さが変化するため、ピストンストロークに応じたピストンロッド１４の動作スペースを確保するカバー部７２を有する。
【００２７】
従って、油圧緩衝器１１は、シリンダ１２及びピストンロッド１４が固定側連結機構１７及び可動側連結機構１６を介して揺動可能に取り付けられており、取付作業時の自由度が高められ、構造物の取付位置と基礎側の取付位置との相対的な位置ずれを吸収できる構成となっている。
図８は本発明の変形例１の構成を説明するための縦断面図である。
【００２８】
図８に示されるように、変形例１の弁体緩衝機構７５は、バネ受け３８，３９に設けられ軸方向に延在するガイド孔（凹部）７６と、弁体３４，３５に設けられ前記ガイド孔７６に挿入される軸７７と、ガイド孔７６の奥部に設けられ軸７７がガイド孔７６を摺動することによりガイド孔７６に充填された作動油を吸排させるオリフィス（通路）７８と、からなる。
【００２９】
ピストン１３がＡ，Ｂ方向に摺動して弁体３４，３５が弁開動作する際、作動油が流路面積の小さい液通路２８，２９を通過する過程で粘性抵抗が発生し、ピストン１３の相対変位が緩衝される。これと同時に、軸７７がガイド孔７６を摺動する。これにより、ガイド孔７６内に充填されていた作動油がガイド孔７６の奥部に設けられたオリフィス７８から排出されるため、弁体３４，３５の弁開動作は、オリフィス４４を通過する作動油の粘性抵抗によって生じる抵抗力によって緩衝される。
【００３０】
よって、地震による振動の加速度が大きい場合、ピストン１３が急激に移動するが、弁体３４，３５の弁開動作速度が弁体緩衝機構４０，４１の抵抗力によって減速されるため、液通路２８，２９におけるキャビテーションの発生が抑制される。従って、弁体緩衝機構７５の緩衝動作によってキャビテーションによる振動が抑制されると共に、振動音の発生も防止される。
【００３１】
図９は本発明の変形例２の構成を説明するための縦断面図である。
図９に示されるように、変形例２の弁体緩衝機構８０は、弁体３４，３５に設けられ軸方向に延在するガイド孔（凹部）４２と、バネ受け３８，３９に設けられ前記ガイド孔４２に挿入される軸４３と、ガイド孔４２の奥部に設けられ軸４３がガイド孔４２を摺動することによりガイド孔４２に充填された作動油を吸排させる複数のオリフィス（通路）４４ａ〜４４ｄと、からなる。
【００３２】
弁体緩衝機構８０では、複数のオリフィス４４ａ〜４４ｄが軸方向に所定間隔毎に設けられているので、軸４３がガイド孔４２に挿入されるにつれてオリフィス４４ａ〜４４ｄが順に閉塞される。従って、軸４３のストロークによってガイド孔４２から排出される作動油の流量が段階的に変化することになる。そのため、軸４３のストロークが大きくなるほど、ガイド孔４２から排出される作動油の流量が絞られて、弁体３４，３５に対する抵抗力が徐々に大きくなり、ストロークの最終段階でオリフィス４４ｄが開放された状態となって弁体３４，３５に対する抵抗力が最大となる。
【００３３】
従って、地震による振動の加速度が大きい場合、弁体３４，３５が急激に弁開動作するが、弁体３４，３５の弁開動作速度が大きいほどオリフィス４４ａ〜４４ｄを閉塞する数が増えてより大きな抵抗力が弁体３４，３５に付与される。
そのため、上記のような弁体緩衝機構８０の緩衝動作により液通路２８，２９におけるキャビテーションの発生が抑制され、キャビテーションによる振動及び振動音の発生も防止される。
【００３４】
尚、上記実施の形態では、油圧緩衝器１１が構造物の振動を緩衝する場合を一例として挙げたが、これに限らず、他の用途に使用される油圧緩衝器にも適用できるのは勿論である。
【００３５】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、弁体緩衝機構の軸が弁通路と別に設けられた凹部を摺動することにより凹部に充填された作動油をオリフィス通路のみから弁通路または液通路に吸排させることで作動油の粘性抵抗によって生じる抵抗力を発生させるため、ピストンが摺動する際に弁体緩衝機構の弁体がピストンの液通路を移動する作動油の圧力上昇に応じて徐々に開弁動作してキャビテーションの発生を抑制することができる。これにより、キャビテーションによる振動音の発生を防止できる。
【００３６】
さらに、弁体緩衝機構が弁体又は記弁体を閉弁方向に附勢するバネのバネ受けのいずれか一方に設けられた凹部に弁体の軸を摺動させて凹部に充填された作動油を吸排させるため、比較的簡単な構成で弁体緩衝機構を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる油圧緩衝器の一実施例の構成を示す縦断面図である。
【図２】油圧緩衝器の平面図である。
【図３】シリンダ１２の内部構成を拡大して示す縦断面図である。
【図４】弁機構３０，３１を拡大して示す縦断面図である。
【図５】リザーバタンク１５の支持機構について説明する。
【図６】チェック弁５１，５２の構成を拡大して示す縦断面図である。
【図７】可動側連結機構１６の構成を拡大して示す横断面図である。
【図８】本発明の変形例１の構成を説明するための縦断面図である。
【図９】本発明の変形例２の構成を説明するための縦断面図である。
【符号の説明】
１１ 油圧緩衝器
１２ シリンダ
１３ ピストン
１４ ピストンロッド
１５ リザーバタンク
１６ 可動側連結機構
１７ 固定側連結機構
１８ シリンダ本体
１９，２０ 蓋体
２３ シリンダ室
２８，２９ 液通路
３０，３１ 弁機構
３２，３３ 弁座部材
３４，３５ 弁体
３６，３７ コイルバネ
３８，３９ バネ受け
４０，４１，７５，８０ 弁体緩衝機構
４２，７６ ガイド孔（凹部）
４３，７７ 軸
４４，７８，４４ａ〜４４ｄ オリフィス（通路）
５１，５２ チェック弁
６０，７０ 結合部材
６１，７１ ブラケット

Claims (3)

1. 作動油が充填されたシリンダと、該シリンダ内に挿入されたピストンと、該ピストンを貫通する液通路に設けられ前記ピストンの移動に伴って開閉する弁体の弁開動作により前記液通路に連通された弁通路を通過する作動油の流量を調整する弁機構とを備えてなる油圧緩衝器において、
   前記弁体の動作を緩衝する弁体緩衝機構を設け、
   前記弁体緩衝機構は、
   前記弁通路と別に設けられ、前記弁体に設けられ軸方向に延在する凹部と、
   前記弁体を閉弁方向に附勢するバネのバネ受けに設けられ前記凹部に挿入される軸と、
   前記凹部内と前記弁通路とを連通するオリフィス通路と、を含み、
   前記軸が前記凹部を摺動することにより前記凹部に充填された作動油を前記オリフィス通路のみから吸排させることで作動油の粘性抵抗によって生じる抵抗力を発生させることを特徴とする油圧緩衝器。
2. 作動油が充填されたシリンダと、該シリンダ内に挿入されたピストンと、該ピストンを貫通する液通路に設けられ前記ピストンの移動に伴って開閉する弁体の弁開動作により前記液通路に連通された弁通路を通過する作動油の流量を調整する弁機構とを備えてなる油圧緩衝器において、
   前記弁機構に弁体の動作を緩衝する弁体緩衝機構を設け、
   前記弁体緩衝機構は、
   前記弁通路と別に設けられ、前記弁体を閉弁方向に附勢するバネのバネ受けに設けられ軸方向に延在する凹部と、
   前記弁体に設けられ前記凹部に挿入される軸と、
   前記凹部内と前記液通路とを連通するオリフィス通路と、を含み、
   前記軸が前記凹部を摺動することにより前記凹部に充填された作動油を前記オリフィス通路のみから吸排させることで作動油の粘性抵抗によって生じる抵抗力を発生させることを特徴とする油圧緩衝器。
3. 請求項１または２に記載の油圧緩衝器であって、前記凹部に挿入される前記軸の先端部には、シール部材を設けたことを特徴する油圧緩衝器。

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