JP4182200B2

JP4182200B2 - 油圧式ダンパ

Info

Publication number: JP4182200B2
Application number: JP2002212119A
Authority: JP
Inventors: 功西村; 祐治小竹
Original assignee: Senqcia Corp
Current assignee: Senqcia Corp
Priority date: 2002-07-22
Filing date: 2002-07-22
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2022-07-22
Also published as: JP2004052920A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築物等に用いられる油圧式ダンパに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地震や風等による建築物の揺れを低減させるために油圧式ダンパが用いられていた。
油圧式ダンパはシリンダ内にピストンを設けて、このシリンダ及びピストンロッドを構造物に固定する。シリンダ内には作動油が充填されており、構造物が揺れるとピストンの移動によりシリンダ内の作動油が圧縮され、外力に対する抵抗力が生じ、振動を減衰させる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような油圧式ダンパを構造物に取り付ける場合、建築物の層間又は建物間に設けられたブレース等にボルト等を介して取り付けられる。
また、地震変形に追従できるように複雑な球面軸受けを設ける必要があった。このように、従来の油圧式ダンパは構造が複雑であり、また構造物への取り付け等が面倒であった。
【０００４】
本発明は、このような問題を鑑みてなされたもので、その目的とするところは、構造が簡単で、構造物への取り付けが容易な油圧式ダンパを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するための本発明は、作動油が充填されたシリンダと、前記シリンダ内を移動し、前記シリンダ内をヘッド側油室とロッド側油室に区分するピストンと、一端が前記ピストンの前記ロッド側油室と接する側に設けられ、他端が前記シリンダを介して外部に突出するように設けられたピストンロッドと、を有する油圧式ダンパにおいて、前記ヘッド側油室と前記ロッド側油室とを連結する流路に、前記ピストンが移動する時に、前記ヘッド側油室から、前記ロッド側油室にのみ前記作動油の流れを許容するリリーフ弁と、前記ロッド側油室から、前記ヘッド側油室にのみ前記作動油の流れを許容するチェック弁と、前記ピストン及び前記ピストンロッドを付勢するばね部材と、を有し、前記ピストンロッドの前記シリンダ外部に突出した端部は、前記ばね部材に付勢されることにより、構造物に接触していることを特徴とする油圧式ダンパである。
【０００６】
本発明では、ピストンがロッド側に移動する時は作動油が圧縮されず、作動油からピストンに反力が加わることはない。ピストンがこの逆方向に移動する場合には、ヘッド側油室内の作動油が圧縮され、作動油によりピストンに対して反力が加わる。この反力は地震等の反力を打ち消す方向に働くので、地震等による揺れが減衰する。
また、前記ピストン及び前記ピストンロッドを付勢するばね部材を設け、前記ピストンロッドの前記シリンダ外部に突出した端部を構造物に接触させるようにする。
【０００７】
前記流路に、オリフィス又は調圧弁を設けてもよい。前記リリーフ弁、前記チェック弁、前記オリフィス、前記調圧弁のうち、全部又はいずれかを、前記ピストンに設けてもよい。前記ピストンが移動しても作動油が圧縮されない油室にアキュムレータを連結してもよい。
【０００８】
前記ばね部材は、構造物に応答に対して前記ピストンロッドが追従できるばね定数を有する。バネ定数は例えば前記構造物の固有振動数の２〜３倍の振動数に追従できるバネ定数である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る油圧式ダンパ１の概略構成図である。
【００１０】
円筒状のシリンダ３内にピストン５が移動可能に設けられる。ピストン５の片面には、円柱状のピストンロッド７が設けられ、このピストンロッド７はシリンダ３を介して外部に突出している。このピストンロッド７の先端が構造物に接する。たとえば、図５、図６に示すように、ピストンロッド７の先端がブレース３７に接する。なお、シリンダ３は構造物に固定される。
【００１１】
ピストン５によって、シリンダ３内は第１油室（ヘッド側油室）９と第２油室(ロッド側油室)１１に区分される。ここで、ロッド側とはピストン５に対してピストンロッド７が取り付けられた側であり、ヘッド側とはピストン５に対してピストンロッド７が取り付けられてない側である。シリンダ３、ピストン５、ピストンロッド７等は金属で構成される。
【００１２】
第１油室９や第２油室１１には作動油が充填される。
ピストン５内には、いくつかの流路が設けられ、その流路にリリーフ弁１５、チェック弁１７、オリフィス１９が設けられる。
【００１３】
チェック弁１７は、作動油が第２油室１１から第１油室９側に流れようとすると開き、作動油が第２油室１１から第１油室９側に流れることを許容するが、作動油が逆方向に流れようとすると閉じて、作動油の逆方向の流れを阻止する。すなわち、作動油はチェック弁１７を介して、図中Ｂ方向にのみ流れる。
【００１４】
リリーフ弁１５は、第１油室９内の作動油の圧力がリリーフ荷重を超えると開き、作動油が第１油室９側から第２油室１１側に流れることを許容する。そして、作動油が第１油室９側から第２油室１１側に流れることにより、第１油室９内の圧力が前述したリリーフ荷重より低くなるとリリーフ弁１５は閉じて、作動油が第１油室９側から第２油室１１側には流れなくなる。また、作動油が第２油室１１側から第１油室９側に流れようとする場合、リリーフ弁１５は閉じて、このような流れを阻止する。
【００１５】
従って、第１油室９の作動油の圧力がリリーフ荷重を超えている場合のみリリーフ弁１５は開き、作動油が図中Ｃ方向に流れる。
第１油室９内にはばね１３が設けられる。このばね１３の一端はシリンダ３に固定され、他端がピストン５に固定される。このばね１３により、ピストン５はＡ方向の力を受け、ピストンロッド７はブレース１３７に接触している。
【００１６】
ばね１３は、第1油室９内に設けずに、シリンダ３の外部等に設けてもよい。この場合でも、ピストンロッド７にＡ方向の力を与えるようにばねを設置すればよい。
シリンダ３の第２油室１１側にアキュムレータ２１が設けられる。このアキュムレータ２１は、第２油室１１につながっている。
【００１７】
アキュムレータ２１は、第１油室９と第２油室１１の体積差を吸収する他、作動油の温度による体積変化を吸収する。すなわち、第２油室１１にはピストンロッド７が存在するので、そのピストンロッド７の分、第１油室９と第２油室１１には体積差がある。
【００１８】
次に、図１から図４を用いて、この油圧式ダンパ１の動作を説明する。後述するが、この油圧式ダンパ１のシリンダ３は、図６に示すように、構造物に固定され、ピストンロッド７の端部がブレースに接触する。構造物に対して地震力等が加わり、構造物が揺れた場合を想定する。
【００１９】
図１に示す状態で地震等により外力が加わり、ピストン５及びピストンロッド７が図中Ａ方向に移動しようとすると、第２油室１１内の作動油はチェック弁１７を介して第１油室９側に流れる。このとき、リリーフ弁１５は閉じており、リリーフ弁１５を介して作動油が第２油室１１から第１油室９に流れることはない。ピストン５は、ばね１３によってＡ方向に向かう力を受ける。
【００２０】
従って、図２に示すように、ピストン５及びピストンロッド７がロッド側に移動する。このとき、第２油室１１内の作動油はチェック弁１７を介して、第１油室９側に流れるので、第２油室１１内の作動油が圧縮されることはない。
【００２１】
図２の状態から、揺れの方向が逆転し、図３に示すように、ピストン５及びピストンロッド７がＤ方向に移動しようとする。このとき、チェック弁１７は閉じている。リリーフ弁１５は当初は閉じているので、ピストン５がＤ方向に移動すると、第１油室９内の作動油が圧縮される。
【００２２】
第１油室９内の作動油が圧縮されるので、ピストン５には、この作動油の圧縮力による反力が加わり、この力が外力を打ち消す方向に働くので振動が減衰する。
【００２３】
ピストン５がＤ方向に更に移動する速度が増すと、第１油室９内の作動油が更に圧力が上がり、第１油室９内の作動油の圧力がリリーフ荷重を超えるので、リリーフ弁１５が開き、第１油室９側から第２油室１１側に作動油が流れる。
【００２４】
このように、ピストン５がＤ方向に移動すると、第１油室９内の作動油が圧縮されるので作動油からピストン５に反力が加わり、この反力が外力を打ち消す方向に働く。
【００２５】
即ち、ピストン５及びピストンロッド７がＤ方向に移動する場合には、第１油室９内の作動油の圧力はリリーフ弁１５で定められた一定値（リリーフ荷重）をほぼ保ち、第１油室９内の作動油が圧縮され、作動油からピストン５に対して反力が加わる。
【００２６】
ピストン５が図４に示す位置まで移動すると、ピストン５の移動方向が変わり、ピストン５及びピストンロッド７はＡ方向に移動する。第１油室９の作動油の圧縮分が開放されると、チェック弁１７は開き、第２油室１１から第１油室９側に作動油が流れる。以下、同様の動作を繰り返す。
【００２７】
このように、油圧式ダンパ１が構造物に取り付けられ、地震等により外力が加わると、図１から図４に示すように、ピストン５がＡ方向に移動する場合には、外力に対する対抗力は発生しないが、図３に示すように、ピストン５及びピストンロッド７がＤ方向に移動するときには、第１油室９内の作動油が圧縮されるので、ピストン５に反力が加わり、この反力は地震等の外力を打ち消す方向に働くので振動が減衰する。
【００２８】
なお、図３に示すように、ピストン５がＤ方向に移動する場合には、第1油室９内の作動油は圧縮されるが、オリフィス１９又は調圧弁を設けて第1油室９から第２油室１１側に作動油を流すことにより、第1油室９内の作動油の圧力が急上昇することを防止できる。ここで、調圧弁とは、建物の応答低減を最適に行うための減衰係数Ｃを一定に保つ弁を指す。
【００２９】
次に、この油圧式ダンパ１が高層ビルに取り付けられる例を示す。
図５は、この油圧式ダンパ１が取り付けられた高層ビル３１を示し、図６は、高層ビル３１への油圧式ダンパ１の取り付け部分の拡大図である。
【００３０】
高層ビル３１は、多数の梁３３と柱３５等を有する。図６に示すように、梁３３ａから下側斜め方向にブレース３７ａ、３７ｂが設けられる。梁３３ｂには、基台３９ａ、３９ｂが設けられ、基台３９ａには油圧式ダンパ１ａのシリンダ部分が固定され、油圧式ダンパ１ａのピストンロッド７ａは、ブレース３７ａの端部４１ａに接触する。同様に、基台３９ｂには油圧式ダンパ１ｂのシリンダ部分が固定され、油圧式ダンパ１ｂのピストンロッド７ｂは、ブレース３７ｂの端部４１ｂに接触する。
【００３１】
油圧式ダンパ１ａは、そのシリンダ部分を基台３９ａに固定し、ピストンロッド７ａは、ブレース３７ａの端部４１ａに接触している。すなわち、ばね１３ａによりピストンロッド７ａは、ブレース３７ａの端部４１ａ側に押されているので、ピストンロッド７ａが端部４１ａと接触している。
【００３２】
高層ビル３１に地震力等が加わった場合、梁３３、柱３５、ブレース３７ａ、３７ｂも振動するが、ばね１３ａの働きによりピストンロッド７ａは、ブレース３７ａの端部４７ａとの接触を保持している。同様にばね１３ｂの働きによりピストンロッド７ｂは、ブレース３７ｂの端部４７ｂとの接触を保持している。
【００３３】
そして、高層ビル３１がＡ方向に移動する場合、油圧式ダンパ１ｂによる抵抗力がブレース３７ｂに加わり、高層ビル３１がＤ方向に移動する場合、油圧式ダンパ１ａによる抵抗力がブレース３７ａに加わり、高層ビル３１の振動が低減する。
【００３４】
このように、油圧式ダンパ１ａ、１ｂを高層ビル３１に取り付ける場合、シリンダ部分を基台３９ａ、３９ｂに取り付ければよく、ピストンロッド７ａ、７ｂはブレース３７ａ、３７ｂに固定する必要がないので、油圧式シリンダ１ａ、１ｂの取り付け作業は容易なものとなる。
【００３５】
また、ピストンロッド７ａ、７ｂは地震変形に追従することが望ましい。この為、ばね１３のばね定数を高層ビル３１等の構造物の応答にピストンロッド７ａ、７ｂが追従する程度のものとする。具体的には、ばね１３のばね定数を高層ビル３１の固有振動数の例えば２〜３倍程度の振動数に追従できるものとする。
ばねが弱いと建物応答に追従できず、ピストンロッド７ａ、７ｂとブレース３７ａ、３７ｂが離間し、再度接触する時に衝撃を発生するからである。
【００３６】
図６に示すように油圧式ダンパ１ａ、１ｂをペアで設置したが、一方だけ(例えば油圧式ダンパ１ａだけ)を設置するようにしてもよい。
【００３７】
次に、他の実施の形態に係る油圧式ダンパ５１について説明する。図７は、油圧式ダンパ５１を示すもので、図１に示す油圧式ダンパ１と同一の構成要素には同一の番号を付し、説明を省略する。この油圧式ダンパ５１では、シリンダ３外に管等で流路５３及び５５を構成し、流路５３にリリーフ弁１５ａを設け、流路５５にチェック弁１７ａを設けたものである。流路５３、５５は第１油室９と第２油室１１とを連結する。
【００３８】
このように、リリーフ弁１５ａ、チェック弁１７ａをピストン5内に設けない構成とすることもできる。さらに、オリフィス１９もピストン5内に設けずに、シリンダ３外に流路を設け、その流路をオリフィスとすることもできる。
尚、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に限られるものではない。
【００３９】
例えば、前述した油圧式ダンパ１、５１は高層ビル３１に取り付けたが、油圧式ダンパ１、５１は高層ビルだけでなく、建築物の層間又は建築物間に取り付けてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明によれば、構造が簡単で、構造物への取り付けが容易な油圧式ダンパを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】油圧式ダンパ１の概略構成図
【図２】油圧式ダンパ１の動作を示す図
【図３】油圧式ダンパ１の動作を示す図
【図４】油圧式ダンパ１の動作を示す図
【図５】高層ビル３１の概略構成図
【図６】油圧式ダンパの取り付け部分の拡大図
【図７】別の実施の形態に係る油圧式ダンパ５１の概略構成図
【符号の説明】
１、５１……油圧式ダンパ
３………シリンダ
５………ピストン
７………ピストンロッド
９………第１油室
１１………第２油室
１３………ばね
１５………リリーフ弁
１７………チェック弁
１９………オリフィス
２１………アキュムレータ
３１………高層ビル
３３………梁
３５………柱
３７………ブレース

Claims

作動油が充填されたシリンダと、
前記シリンダ内を移動し、前記シリンダ内をヘッド側油室とロッド側油室に区分するピストンと、
一端が前記ピストンの前記ロッド側油室と接する側に設けられ、他端が前記シリンダを介して外部に突出するように設けられたピストンロッドと、
を有する油圧式ダンパにおいて、
前記ヘッド側油室と前記ロッド側油室とを連結する流路に、
前記ピストンが移動する時に、前記ヘッド側油室から、前記ロッド側油室にのみ前記作動油の流れを許容するリリーフ弁と、
前記ロッド側油室から、前記ヘッド側油室にのみ前記作動油の流れを許容するチェック弁と、
前記ピストン及び前記ピストンロッドを付勢するばね部材と、
を有し、
前記ピストンロッドの前記シリンダ外部に突出した端部は、前記ばね部材に付勢されることにより、構造物に接触していることを特徴とする油圧式ダンパ。
前記流路に、オリフィス又は調圧弁を設けることを特徴とする請求項１記載の油圧式ダンパ。
前記流路の全部又は一部が、前記ピストン又は前記ピストンロッドに収装されることを特徴とする請求項１又は２記載の油圧式ダンパ。
前記ロッド側油室に、アキュムレータを連結することを特徴とする請求項１記載の油圧式ダンパ。
前記ばね部材は、前記構造物の応答に対して前記ピストンロッドが追従できるバネ定数を有することを特徴とする請求項１記載の油圧式ダンパ。
前記ばね部材のバネ定数は、前記構造物の固有振動数の２〜３倍の振動数に追従できるバネ定数であることを特徴とする請求項５記載の油圧式ダンパ。