JP4386826B2 - 油圧式ダンパ - Google Patents

Description

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。

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、油の流体抵抗を利用して、建築物の揺れに対する抵抗力（減衰力）を発生させ、建築物の揺れを吸収して耐震性、居住性を向上させる。

即ち、油圧式ダンパのシリンダ内に充填された作動油が、油圧弁を通過する際の流体抵抗により減衰力を発生させて建築物の揺れを吸収する。従来の油圧式ダンパは、シリンダ内のピストンがいずれの方向に移動しても減衰力が発生するように、２つの調圧弁を装備していた。

ピストンは、作動油が充填されたシリンダを２つの圧力室に区分する。油圧式ダンパは２つの調圧弁を備える。ピストンが第１の圧力室を圧縮する方向に移動したとき、作動油が第１の調圧弁を通過し、これにより減衰力が発生し振動を吸収する。逆にピストンが、第２の圧力室を圧縮（即ち第１の圧力室を伸長）する方向に移動したとき、作動油が第２の調圧弁を通過し、これにより減衰力が発生し振動を吸収する。例えば、耐震構造物用高減衰装置の特許文献１がある。また、同じく２つの調圧弁を装備し、ピストンの移動速度が低速域にあっても所要の減衰力を発生させるオイルダンパ（特許文献２）がある。

また、１つの調圧弁と、４つのチェック弁とを組み合わせることで、いずれの方向にピストンロッドが移動しても減衰性能を発揮する装置がある。
特許 第２５２８５６３号公報 特開平１１−２５７４０５号公報

従来のように調圧弁を２つ使用する方法では、２つの調圧弁それぞれを所定の減衰性能を発揮させるように調整する必要があり、調整に時間がかかっていた。

また、調圧弁を２つ使用することで製造コストが高くなっていた。また、ピストンに２つの調圧弁を収装する場合、他の弁等をピストンに収装するための十分な容量が不足する場合がある。即ち、ピストンの大型化と、それに伴う装置全体の大型化につながる場合があった。

この問題点を解決する方法として、１つの調圧弁と複数のチェック弁を組み合わせることで調圧弁を１つにする装置があるが、さらに小型化とコストダウンを図る余地があった。

本発明で、解決しようとする問題点は、油圧式ダンパの大型化と、製造コストや調整等のコストがかかる点である。

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、小型で低コストの油圧式ダンパを提供することである。

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、前記シリンダ内を第１圧力室と第２圧力室に区分するピストンと、前記ピストンの両側又は片側に設けられたピストンロッドと、前記第１圧力室と前記第２圧力室を連通する流路とを有する油圧式ダンパにおいて、前記流路には、前記作動油が双方向に流れ、前記流路に、前部に縮径するテーパ部と後部に円筒部を有する１個の油圧弁と、前記油圧弁を支持する弾性体とからなる調圧部を少なくとも１箇所設け、前記ピストンが作動軸上を双方向にそれぞれ同じ速度で移動した場合に、前記油圧弁は一方の側からの受圧面積が受ける力と、他方の側からの受圧面積を受ける力が等しくし、双方向それぞれに生じる減衰力を略同一にすることを特徴とする油圧式ダンパである。

前記テーパ部の先端部に逆テーパ形状を有する突起および／又は前記テーパ部の根本部に段付部を設けてもよく、また、前部に縮径するテーパ部と後部に円筒部を有する前記油圧弁に代えて、一対の円筒部が接続されて段差を有する油圧弁が設けられてもよい。

油圧式ダンパの油圧弁の背後に室を設け、室内の流体を排出する流路を設ける。
油圧弁の背後の室内の流体は、油圧弁が移動して圧力がかかると、別の流路に排出される。逆に、油圧弁の背後の室内の流体の圧力が低下すると、外部から流路を介して流体が流入する。

また、油圧弁内の、油圧弁の背後の室と第１圧力室に連通する流路間、及び油圧弁の背後の室と第２圧力室を連通する流路間に、それぞれ小径穴を設けても良い。
油圧弁に小径穴を設けることにより、作動油の体積膨張を吸収するアキュムレータに連通するための外部の固定絞りが不要となる。体積膨張した作動油は、油圧弁の小径穴を通過して油圧弁背後の室に流入し、アキュムレータに流れることによって吸収される。

また、油圧弁内の、油圧弁の背後の室と第１圧力室に連通する流路間、及び油圧弁の背後の室と第２圧力室を連通する流路間に、それぞれ小径穴及びチェック弁を並列にして設けても良い。
油圧弁に小径穴及びチェック弁を設けることにより、油圧弁の背後の室の流体を排出或いは流体を流入させるための、流路が不要となる。油圧弁の背後の室への流体の流入と排出は、この油圧弁の小径穴及びチェック弁で行われる。

油圧式ダンパの流路、及び調圧部を、ピストンに収装しても良い。流路及び調圧部を、ピストンに収装することにより、より一層の小型化を図ることができる。
調圧部は、１個の油圧弁と、油圧弁を支持する弾性体とを有する。調圧部には、調圧弁、リリーフ弁、調圧作用を有するその他の弁を用いる。

本発明による油圧式ダンパは、第１圧力室と第２圧力室を連通する流路に、油圧弁と、油圧弁を支持する弾性体とからなる調圧部を設ける。調圧部は、ピストンが作動軸上を双方向にそれぞれ同じ速度で移動した場合に、双方向それぞれに生じる減衰力を略同一にする。

本発明によれば、小型で低コストの油圧式ダンパを提供することができる。

以下に、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、本実施の形態の係る油圧式ダンパ１の構成を示す図である。

（１．構成）
（１−１．油圧式ダンパ１の構成）
図１の油圧式ダンパ１は、円筒状のシリンダ３内に、ピストン７が移動可能に設けられる（方向Ａ又は方向Ｂに移動可能である）。ピストン７の両側には、円柱状のピストンロッド５−１及びピストンロッド５−２が設けられる。

ピストンロッド５−２はジョイント３３−２と連結される。ジョイント３３−１は、建築物の支持構造部に固定される。また、ジョイント３３−２は建築物のブレース（筋かい）等に固定される。尚、ジョイント３３−１を建築物のブレース（筋かい）等に固定し、ジョイント３３−２を建築物の支持構造部に固定してもよい。建築物が風や地震等で振動したとき、油圧式ダンパ１は建築物の振動を吸収する。

シリンダ３内は、ピストン７で、第１圧力室９と第２圧力室１１とに区分される。第１圧力室９と第２圧力室１１には、作動油が充填される。シリンダ３、ピストン７、ピストンロッド５−１、５−２等は、金属で構成される。

第１圧力室９は流路１３−１、流路１３−２を介して第２圧力室１１と接続される。流路１３−１と流路１３−２との間に油圧弁１５を挿入し、油圧弁１５が開いた時に流路１３−１と流路１３−２の圧力差で作動油が双方向に移動し得る構成とする。油圧弁１５の詳細については後述する。

流路１３−１は、流路２３−１に分岐し、流路２３−１にはチェック弁２５−１と固定絞り２７−１とが設けられる。チェック弁２５−１と固定絞り２７−１は並列に接続され、流路２３−１は、流路３１に分岐してアキュムレータ２９に接続される。また流路２３−１は、流路２１に分岐して、油圧弁１５の背後に配置する油圧弁背後の室１９に接続される。また、流路２３−１は、流路２３−２に分岐して、チェック弁２５−２と固定絞り２７−２を介して流路１３−２に接続される。チェック弁２５−２と固定絞り２７−２は並列に接続される。また流路１３−２は第２圧力室１１に接続されている。

チェック弁２５−１は、第１圧力室９よりもアキュムレータ２９側のほうが高圧の場合、アキュムレータ２９側から第１圧力室９への作動油流入を許容する。また、チェック弁２５−１は、第１圧力室９からアキュムレータ２９への作動油流入を阻止する。チェック弁２５−１と並列に設ける固定絞り２７−１は、作動油の温度上昇によって膨張した体積をアキュムレータに逃がす目的で設けられる。

チェック弁２５−２は、第２圧力室１１よりもアキュムレータ２９側のほうが高圧の場合、アキュムレータ２９側から第２圧力室１１への作動油流入を許容する。また、チェック弁２５−２は、第２圧力室１１からアキュムレータ２９への作動油流入を阻止する。チェック弁２５−２と並列に設ける固定絞り２７−２は、作動油の温度上昇によって膨張した体積をアキュムレータに逃がす目的で設けられる。

アキュムレータ２９は、作動油の熱膨張を吸収する。また、作動時にアキュムレータ２９から低圧側圧力室に作動油を供給することで、作動油が負圧になることを防止して油圧式ダンパ１の性能を安定化させる機能を有する。

（１−２．油圧弁１５の構成）
油圧弁１５は、流路１３−１と流路１３−２との間に配置される。油圧弁１５は通常状態（ピストン７が動作していない）では、弾性体１７に支持され、流路１３−１と流路１３−２とを遮断している。また、弾性体１７の弾性力により油圧弁１５を開く作動油の圧力と、流路１３−１と流路１３−２間を移動する流量が制御される。また、油圧弁背後の室１９内の作動油は、油圧弁１５が弾性体１７を押し縮める方向に移動すると、流路２１方向に流れる。なお、油圧弁１５と弾性体17で調圧部が形成される。

図２は、油圧弁１５の構造を詳細に示した図である。図２にはポペット弁と称される油圧弁１５を示し、油圧弁１５を正面から見た図を正面図３５に示す。

流路１３−１側（方向Ｃ側）から作動油が流れてくる場合、油圧弁１５は、流路１３−１の直径ｄ２と同じ受圧面積Ｓ２の部分が力を受ける。一方、流路１３−２側（方向Ｄ側）から作動油が流れてくる場合、油圧弁１５は、テーパ部３７のドーナツ型の受圧面積Ｓ１の部分が力を受ける。

そして、方向Ｃ側からの作動油の力がある設定値に達すると、弾性体１７が押し縮められて油圧弁１５が開き、作動油が流路１３−１から流路１３−２へと流れる。また、逆に方向Ｄ側からの作動油の力が、方向Ｃ側からの力と同じ設定値に達すると、弾性体１７が押し縮められて油圧弁１５が開き、作動油が流路１３−２から流路１３−１へと流れる。油圧弁１５は、受圧面積Ｓ１が受ける力＝受圧面積Ｓ２が受ける力となるよう構成される。

（２．油圧式ダンパ１の動作）
次に、図１及び図２を用いて、油圧式ダンパ１の動作について説明する。

建築物に地震や風等の外力が働き、図１のピストン７に方向Ａの力が働くとする。第１圧力室９に充填された作動油が圧縮され、流路１３−１へ流れる。即ち図２の方向Ｃに作動油が流れる。尚、建築物に外力が働いていない状態では、油圧弁１５は、弾性体１７の弾性力を受け、流路１３−１と流路１３−２を遮断する状態にある。ピストン７が方向Ａに移動し、油圧弁１５にかかる方向Ｃの作動油圧力が所定の圧力以上になると、油圧弁１５及び弾性体１７が押し縮められて移動し、流路１３−１から流路１３−２の方向に作動油が移動する。

尚、図２の油圧弁１５の受圧面積Ｓ２（流路１３−１の口径ｄ２に等しい）部分に、作動油圧力がかかる。

ピストン７が移動する速度に対し、油圧弁１５の形状や弾性体１７のバネ等を調整することで、ピストン７が作動油を圧縮する力と逆方向に減衰力が発生する。即ち、油圧弁１５と弾性体１７を調整することで、油圧式ダンパ１の減衰特性を調整することができる。

油圧弁１５と弾性体１７が移動すると、油圧弁背後の室１９に充填されている作動油が流路２１に流れる。流路２１は流路２３−２よりも高圧なので、チェック弁２５−２が開き、作動油の流路２３−２への流入を許容する。また作動油はアキュムレータ２９へも流入する。

油圧弁１５にかかる方向Ｃの圧力が解消されると、油圧弁１５と弾性体１７は元の位置に戻り、再び流路１３−１と流路１３−２は遮断される。

次に、ピストン７が方向Ｂに移動すると、第２圧力室１１に充填された作動油が圧縮され、流路１３−２へ流れる。即ち図２の方向Ｄに作動油が流れる。ピストン７が方向Ｂに移動し、油圧弁１５にかかる方向Ｄの作動油の圧力が所定の圧力以上になると、油圧弁１５及び弾性体１７が押し縮められて移動し、流路１３−２から流路１３−１の方向に作動油が移動する。

即ち、図２の油圧弁１５の受圧面積Ｓ１（油圧弁１５の円筒部の直径ｄ１を外径とし、流路１３−１の口径ｄ２を内径とするドーナツ型形状）部分に、作動油の圧力がかかる。

油圧弁１５と弾性体１７が移動すると、油圧弁背後の室１９に充填されている作動油が流路２１に流れる。流路２１は流路２３−１よりも高圧なので、チェック弁２５−１が開き、作動油の流路２３−１への流入を許容する。また作動油はアキュムレータ２９へも流入する。

油圧弁１５にかかる方向Ｄの圧力が解消されると、油圧弁１５と弾性体１７は元の位置に戻り、再び流路１３−１と流路１３−２は遮断される。

尚、建築物の振動に伴い、ピストン７は方向Ａと方向Ｂへの移動を繰り返す。このとき、アキュムレータ２９は、低圧力側に作動油を補給したり、作動油の熱膨張を吸収する機能を有する。

以上のように、ピストン７が方向Ａあるいは方向Ｂ、いずれの方向に移動した場合でも、１つの調圧部、即ち１つの油圧弁１５と弾性体１７とが、油圧式ダンパ１の減衰特性を決定する。

尚、油圧弁１５の、方向Ｃからの受圧面積Ｓ２が受ける力と、方向Ｄからの受圧面積Ｓ１が受ける力を等しくし、ピストン７の双方向の動きに対して同じ減衰特性を得るようにする。尚、油圧弁１５のテーパ３７部の形状や、方向Ｃから垂直方向にみた油圧弁１５の面積等を調整しても良い。即ちピストン７が方向Ａに移動したときの方向Ｃからの作動油の圧力と、ピストン７が方向Ｂに移動したときの方向Ｄからの作動油の圧力が、それぞれ同じ臨界値になった時点で、油圧弁１５が移動し、流路１３−１と流路１３−２を開通させる。

（３．他の実施の形態）
次に、他の実施の形態の油圧弁について説明する。図３には、油圧弁に作用する流体力を調整する構造を設けた油圧弁３９を示す。

図３に示す油圧弁３９は、円筒部４１と円錐部４５との接続部に段付構造４３を設ける。また、円錐状形状４５の先端部に、突起状構造４７を設け、この突起状構造４７にテーパ形状４９を施す。

これら段付構造４３、突起状構造４７を設けることで、油圧弁に作用する流体力を調整することができる。

図３（ａ）は、ピストン７が方向Ａに移動したとき、流路１３−１から作動油が方向Ｃに流れ、油圧弁３９に圧力がかかる。圧力が所定値を超えると、弾性体１７が圧縮され油圧弁３９が移動して、流路１３−１から流路１３−２の方向に作動油が流れる。このとき、段付構造４３の部分に流体力が作用することで、弾性体を圧縮させる力をより大きくすることができる。

図３（ｂ）は、ピストン７が方向Ｂに移動したとき、流路１３−２から作動油が方向Ｄに流れ、油圧弁３９に圧力がかかる。圧力が所定値を超えると、弾性体１７が圧縮され油圧弁３９が移動して、流路１３−２から流路１３−１の方向に作動油が流れる。このとき、突起状構造４７のテーパ形状４９の部分に流体力が作用することで、圧力のみによる場合と比べ弾性体を圧縮する力を小さくすることができる。

尚、上述の油圧弁と同様に、油圧弁３９は、ピストン７の双方向の動きに対して同じ減衰特性を得る構造を有する。即ち方向Ｃからの作動油と、方向Ｄからの作動油は、同じ臨界点圧力で油圧弁３９を開く。尚、油圧弁３９は、段付構造４３と突起状構造４７の両方を備えた構造であっても良いし、いずれか一方のみを備える構造であってもよい。

次に、図４に別の実施の形態の油圧弁５１を示す。図４の油圧弁５１は、円筒部５３と円筒部５５とが接続された構造である。油圧弁５１の形状は、スプール弁と称される。流路１３−１からの作動油圧力は、円筒部５５で受け、流路１３−２からの作動油圧力は、円筒部５３と円筒部５５の段差部分が受ける。

他の油圧弁と同様に、油圧弁５１は、ピストン７の双方向の動きに対して同じ減衰特性を得る構造を有する。

次に、図５及び図６は、内部に小径穴５９−１、５９−２を設けた油圧弁５１を示す。図６に示すように、油圧弁背後の室１９と流路１３−１間に小径穴５９−１を設け、油圧弁背後の室１９と流路１３−２間に小径穴５９−２を設ける。

油圧弁５１に小径穴５９−１、５９−２を設けることで、図５のように流路２３−１、２３−２に挿入していた固定絞り（図１における固定絞り２７−１、２７−２）を省略することができる。小径穴５９−１、５９−２は、固定絞りと同様に、作動油の温度上昇によって膨張した体積をアキュムレータに逃がす目的で設けられる。

従って、小径穴５９−１、５９−２を設けた油圧弁５１を使用することで、回路部品の削減を行い、さらに油圧式ダンパ１を小型化する効果がある。

次に、図７及び図８は、内部に小径穴６５−１、６５−２、及びチェック弁６３−１、６３−２を設けた油圧弁６１を示す。図８に示すように、油圧弁背後の室１９と流路１３−１間に小径穴６５−１とチェック弁６３−１とを並列に設け、油圧弁背後の室１９と流路１３−２間に小径穴６５−２とチェック弁６３−２とを並列に設ける。

油圧弁６１に小径穴６５−１、６５−２、及びチェック弁６３−１、６３−２を設けることで、図７のように油圧弁背後の室１９から作動油を逃がす流路（図１における流路２１）を省略することができる。チェック弁６３−１、６３−２は、油圧弁背後の室１９で圧縮された作動油を逃がす機能を有する。また、小径穴６５−１、６５−２は、油圧弁が元の位置に戻ろうとするときに、油圧弁背後の室に作動油を供給するために設けられている。

従って、小径穴６５−１、６５−２、及びチェック弁６３−１、６３−２を設けた油圧弁６１を使用することで、流路の削減と、油圧式ダンパ１を更に小型化する効果がある。

次に、図９は、調圧部（油圧弁１５、弾性体１７、油圧弁背後の室１９等）と、その他の流路や回路等をピストン７及びピストンロッド６７−１に内装した油圧式ダンパ１を示す。尚、アキュムレータ６９は、ピストンロッド６７−１に内装されている。

図９に示す油圧式ダンパ１の動作や機能は、図１に示すものと同じなので、説明を省略するが、調圧部や流路、回路等を、ピストン７に内装することにより、油圧式ダンパ１を更に小型化できる効果がある。

（３．効果等）
このように、本実施の形態では、油圧式ダンパの減衰機能を決定する調圧機能を、ピストンの双方向移動別々に設けず、兼用して１つの油圧弁で行っているので、製造コストを抑えた油圧式ダンパを提供することができる。

また、１つの油圧弁を使用することで、減衰機能の調整時間を短縮することができる。従って、油圧式ダンパの調整等に要するコスト等を低減する効果がある。

また、１つの油圧弁を使用することで、油圧式ダンパ自体を小型化することができる。

また、油圧弁内部に小径穴及びチェック弁を設けることで、更に油圧式ダンパの小型化を図ることができる。

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。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、前述した各実施の形態では、調圧部に油圧弁（調圧弁）を用いたが、リリーフ弁や、調圧作用を有するその他の弁を用いてもよい。

本実施の形態における油圧式ダンパ１の構成図 油圧弁１５の構造を示す図 別の実施の形態の油圧弁３９の構造を示す図 別の実施の形態の油圧弁５１の構造を示す図 別の実施の形態における油圧式ダンパ１の構成図 油圧弁５７の構造を示す図 別の実施の形態における油圧式ダンパ１の構成図 油圧弁６１の構造を示す図 別の実施の形態における油圧式ダンパ１の構成図

符号の説明

１………油圧式ダンパ
３………シリンダ
５−１、５−２、６７−１、６７−２………ピストンロッド
７………ピストン
９………第１圧力室
１１………第２圧力室
１３−１、１３−２、２１、２３−１、２３−２、３１、７５−１、７５−２、７７−１、７７−２、７７−３、７７−４………流路
１５、３９、５１、５７、６１………油圧弁
１７………弾性体
１９………油圧弁背後の室
２５−１、２５−２、６３−１、６３−２、７１−１、７１−２………チェック弁
２７−１、２７−２、７３−１、７３−２………固定絞り
２９、６９………アキュムレータ
３３−１、３３−２………ジョイント
３５………油圧弁１５の正面図
３７………テーパ構造
４１、５３、５５……円筒部
４３………段付構造
４５………円錐部
４７………突起状構造
４９………突起部テーパ構造
５９−１、５９−２、６５−１、６５−２………小径穴

Claims (7)

1. 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、前記シリンダ内を第１圧力室と第２圧力室に区分するピストンと、
   前記ピストンの両側又は片側に設けられたピストンロッドと、
   前記第１圧力室と前記第２圧力室を連通する流路とを有する油圧式ダンパにおいて、
   前記流路には、前記作動油が双方向に流れ、
   前記流路に、前部に縮径するテーパ部と後部に円筒部を有する１個の油圧弁と、前記油圧弁を支持する弾性体とからなる調圧部を少なくとも１箇所設け、
   前記ピストンが作動軸上を双方向にそれぞれ同じ速度で移動した場合に、前記油圧弁は一方の側からの受圧面積が受ける力と、他方の側からの受圧面積が受ける力を等しくし、双方向それぞれに生じる減衰力を略同一にすることを特徴とする油圧式ダンパ。
2. 前記テーパ部の先端部に逆テーパ形状を有する突起および／又は前記テーパ部の根本部に段付部を設けたことを特徴とする請求項１記載の油圧式ダンパ。
3. 前部に縮径するテーパ部と後部に円筒部を有する前記油圧弁に代えて、一対の円筒部が接続されて段差を有する油圧弁が設けられることを特徴とする請求項１記載の油圧式ダンパ。
4. 前記油圧弁の背後に室を設け、前記室内の流体を排出する流路を設けた請求項１記載の油圧式ダンパ。
5. 前記油圧弁内の、前記油圧弁の背後の室と前記第１圧力室に連通する前記流路間、及び前記油圧弁の背後の室と前記第２圧力室を連通する前記流路間に、それぞれ小径穴を設けることを特徴とする請求項４記載の油圧式ダンパ。
6. 前記油圧弁内の、前記油圧弁の背後の室と前記第１圧力室に連通する前記流路間、及び前記油圧弁の背後の室と前記第２圧力室を連通する前記流路間に、それぞれ小径穴及びチェック弁を並列にして設けることを特徴とする請求項１記載の油圧式ダンパ。
7. 前記流路、及び前記調圧部が、前記ピストンに収装されることを特徴とする請求項１記載の油圧式ダンパ。

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