JP5617425B2 - ダンパ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、地震等の振動に対応するダンパ装置に関するものである。
従来、ダンパ装置は、底面の下方基礎体と建物の上部基礎体との間に積層ゴムを設置したものであり、水平方向の振動や揺れに対応するようになっている。
また他の例は、底面の下方基礎体と建物の上部基礎体との間に、積層ゴムと空気ばね等を組み合わせて設置したものであり、水平方向の振動や揺れに積層ゴム等で対応し、鉛直方向の振動や揺れに空気ばね等で対応するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００８−２９１９１８号公報
しかしながら、このようなダンパ装置は、水平方向の振動等に常に積層ゴムで対応するため、積層ゴムが必須の構成となり、装置を構成する自由度が著しく制限されるという問題があった。また鉛直方向の振動等に対応するように、積層ゴムと空気ばねを組み合わせるダンパ装置の場合には、空気ばねの耐面圧が積層ゴムに比べて低いため、空気ばねが大型化して設置スペースが大きくなるという問題があった。
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなしたもので、水平方向の振動等に積層ゴムを用いることなく対応するダンパ装置を提供しようとするものである。
本発明は、下方基礎体と上方基礎体の間に設置されるように、前記下方基礎体に配置される下側構成部と、前記上方基礎体に設置され且つ下側構成部に支持される上側構成部とを備え、
下側構成部は、下方基礎体の上部に配置されて上面に凹状の曲面を形成する台座部を備え、
上側構成部は、上方基礎体の下部から下方に突出するシリンダロッド部と、該シリンダロッド部の外側に位置してシリンダロッド部との間に油溜めを形成するシリンダケース部と、該シリンダケース部に球面軸受を介して配置され且つ前記台座部の曲面に油膜室を介して配置される摺動部とを備え、
上側構成部の油溜めと油膜室は連通して構成され、
上下の荷重の増加によって前記油膜室の油圧が高い場合には、前記摺動部の位置を上げ、前記台座部に対する前記摺動部の摩擦力を減らし、
上下の荷重の低下によって前記油膜室の油圧が低い場合には、前記摺動部の位置を下げ、前記台座部に対する前記摺動部の摩擦力を増やすように構成したことを特徴とするダンパ装置、に係るものである。
本発明において、油溜めに接続されるアキュムレータを備えることが好ましい。
本発明において、上側構成部は、油溜めと油膜室を連通するように、シリンダケース部及び摺動部を貫通する連通孔を備えることが好ましい。
本発明において、上側構成部は、油溜めと油膜室を連通する流路部材を備えることが好ましい。
本発明のダンパ装置によれば、水平方向の振動等を生じる場合には、シリンダケース部に対して摺動部が球面軸受で回動すると共に、台座部の曲面に対して摺動部が摺動する。そして摺動部が移動した際には、台座部の曲面により摺動部が元の位置へ戻ろうとして復元力を生じ、水平方向の振動等を減衰する。よってダンパ装置は、水平方向の振動等に積層ゴムを用いることなく対応でき、積層ゴムを不要にして装置構成の自由度を高めることができる。また油溜めに接続されるアキュムレータを備える際には、鉛直方向の振動等を生じる場合であっても、油溜めとアキュムレータとの間で油を送出入し、アキュムレータ内のガスの圧縮及び膨張の弾性で復元力を生じ、鉛直方向の振動等を減衰する。よって空気ばねを不要にするので、空気ばねの設置に伴う大型化を防ぎ、設置スペースを抑制することができるという優れた効果を奏し得る。
（Ａ）は本発明のダンパ装置の第一例を示す概念断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ方向の矢視図である。 （Ａ）は摺動部を示す概念断面図であり、（Ｂ）はシリンダケース部と摺動部の間のシール部材及び摺動部材を拡大して示す概念断面図であり、（Ｃ）は摺動部と台座部の間のシール部材及び摺動部材を拡大して示す概念断面図である。 （Ａ）は水平方向の地震動が作用した場合の動作を示す概念断面図であり、（Ｂ）は鉛直方向の地震動が作用した場合の動作を示す概念断面図である。 摺動部の変位と水平力の関係を示すグラフである。 （Ａ）は第一例において台座部の構成を変更した他例を示す概念断面図であり、（Ｂ）は第一例において油溜めと油膜室の接続構成を変更した別例を示す概念断面図である。 （Ａ）は本発明のダンパ装置の第二例を示す概念断面図であり、（Ｂ）は第二例において油溜めと油膜室の接続構成を変更した別例を示す概念断面図である。
以下、本発明の実施の形態の第一例を図１〜図５を参照して説明する。
第一例のダンパ装置は、下方基礎体１と上方基礎体２の間に設置されるように、下方基礎体１の上面に配置される下側構成部３と、上方基礎体２の下面に設置され且つ下側構成部３に支持される上側構成部４とを備えている。ここで下方基礎体１は床面や地面でも良く、上方基礎体２は、建物や機器等でも良く、特に制限されるものではない。また振動は、地震動による振動を主に想定しているが、駆動器等の他の要因による振動でも良い。更にダンパ装置は、下方基礎体１と上方基礎体２の間に複数設置されることが好ましい。
下側構成部３は、下方基礎体１に配置されて上面に凹状の曲面５を形成する台座部６を備え、台座部６は、図１（Ｂ）に示す如く平面から見て四角の形状を有し、曲面５の中心位置が最も深くなるように形成されている。また台座部６は、金属等の部材を加工研磨して凹状の曲面５を形成しても良いし、図５（Ａ）に示す如くコンクリート７の基礎を形成してコンクリート上面に金属板８を貼り付け、更にバフ研磨等を介して凹状の曲面５を形成しても良い。
上側構成部４は、図１（Ａ）に示す如く上方基礎体２の下面に形成されるシリンダロッド部９と、シリンダロッド部９の外側に位置するシリンダケース部１０と、シリンダケース部１０と下側構成部３の台座部６の間に配置される摺動部１１とを備えている。
シリンダロッド部９は、上方基礎体２の下面から下方に突出するように構成されており、シリンダケース部１０は、シリンダロッド部９の周囲位置から下端までを囲むように構成されている。更に摺動部１１は、台座部６の曲面５に対して油膜室１２（図２参照）を形成する板状の移動体１３と、移動体１３から突出してシリンダケース部１０の下面と接するロッド状の支持部１４とを備えて回動可能に構成されている。
シリンダロッド部９とシリンダケース部１０の間には油溜め１５が構成されており、油溜め１５には、シリンダケース部１０の側部を貫通する貫通孔１６及び配管１７を介してアキュムレータ１８が接続されている。またシリンダケース部１０の下部には、摺動部１１の支持部１４へ向かって貫通する第一の連通孔１９を設けると共に、摺動部１１の支持部１４及び移動体１３には、支持部１４の軸心方向に貫通する第二の連通孔２０を設け、第一の連通孔１９及び第二の連通孔２０により油溜め１５と油膜室１２が連通するようにしている。更にシリンダケース部１０と摺動部１１の構成は、摺動部１１が回動する場合であっても、第一の連通孔１９と第二の連通孔２０により油が流通し得る状態を維持している。ここでシリンダケース部１０及び摺動部１１は、第一の連通孔１９及び第二の連通孔２０を設ける代わりに、図５（Ｂ）に示す如くシリンダケース部１０の側部に、油溜め１５と通じる第二の貫通孔２１を設けると共に、摺動部１１の移動体１３に、油膜室１２と通じる第三の貫通孔２２を設け、更に第二の貫通孔２１と第三の貫通孔２２を配管やホース等の流路部材２３により接続し、油溜め１５と油膜室１２が連通するようにしても良い。
図２（Ａ）に示す如くシリンダケース部１０と摺動部１１の間には球面軸受２４が構成されており、球面軸受２４は、シリンダケース部１０の下面に半球状の凹部２５を備えると共に、摺動部１１の支持部１４の先端に半球状の凸部２６を備えて構成されている。また図２（Ｂ）に示す如くシリンダケース部１０の凹部２５と支持部１４の凸部２６の間には、環状のシール部材２７及び摺動部材２８を配置し、凹部２５と凸部２６の間に油膜が形成されるようにしている。ここで球面軸受２４は、シリンダケース部１０の下面に半球状の凸部を備えると共に、摺動部１１の支持部１４の先端に半球状の凹部を備えても良い。またシール部材２７及び摺動部材２８は、油の漏れを防止すると同時に摺動部１１を回動可能にするならば、材質や形状は特に制限されるものではない。なお図５（Ｂ）の構成の場合には、球面軸受２４を摺動部材２８ａで構成するようにしている。
図２（Ｃ）に示す如く摺動部１１と台座部６の間には、油膜室１２を形成するようにシール部材２９及び摺動部材３０が配置されている。シール部材２９はＯリングで構成されている共に、摺動部材３０は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の環状体で構成されており、摺動部１１の裏面に形成された環状溝には、奥から順にシール部材２９、摺動部材３０が配置されている。ここで摺動部材３０は、断面形状で台座部６に向かって先端側が細くなる形状を備えている。また摺動部１１の裏面は、台座部６の曲面５に対応するように下方へ張り出す曲面で構成されることが好ましく、更に摺動部１１の裏面の全体には、油膜室１２内に均一に油膜が形成されるように、支持部１４の軸心と同芯になるような環状や渦巻き状の油溝３１を形成することが好ましい。更にシール部材２９及び摺動部材３０は、摺動部１１の摺動を可能にするならば、他の材質や形状でも良い。
次に上記実施の形態の第一例の作動を説明する。
水平方向で地震動等の振動や揺れを生じる場合には、図３（Ａ）に示す如くシリンダケース部１０に対して摺動部１１が球面軸受２４で回動すると共に、台座部６の曲面５に対して摺動部１１が摺動する。そして台座部６に対して摺動部１１が移動した際には、台座部６の曲面５により、摺動部１１が台座部６の凹部の底（元の位置）へ戻ろうとして復元力を生じ、水平方向の振動等を減衰する。
ここで摺動部１１の水平方向の変位と水平力の関係を示すと、図４に示す如く振動等に伴い、最初、摺動部１１の摩擦力が作用して水平力のみが上昇し、ある値からは摺動部１１が移動し始め、変位と水平力の関係においてループする。そして収束時に摺動部１１の摩擦力が作用して初めの位置へ戻るようになっている。
一方、鉛直方向で地震動等の振動や揺れを生じる場合には、図３（Ｂ）に示す如く油溜め１５とアキュムレータ１８の間で油を送出入し、アキュムレータ１８内のガスの圧縮及び膨張の弾性で復元力を生じ、鉛直方向の振動等を減衰する。
ここで油膜室１２の油圧は、鉛直方向の振動等による上下の荷重を支える一方で、摺動部１１の摩擦力を制御している。具体的には、上下の荷重の増加によって油膜室１２の油圧が高い場合には、摺動部１１の位置を上げて台座部６への摺動部材３０の接触面積を小さくし、摺動部１１の摩擦力を減らして摺動部１１の移動を容易にする。一方、上下の荷重の低下によって油膜室１２の油圧が低い場合には、摺動部１１の位置を下げて台座部６への摺動部材３０の接触面積を大きくし、摺動部１１の摩擦力を増やして摺動部１１の揺れを止める。また摺動部１１は、上下の荷重の対して５〜２０％の摩擦力、好ましくは１０％程度の摩擦力があることが好ましい。
而して、このような実施の形態の第一例によれば、摺動部１１の摺動等により水平方向の振動等を減衰するので、水平方向の振動等に積層ゴムを用いることなく対応でき、よって積層ゴムを不要にして装置構成の自由度を高めることができる。また油溜め１５及びアキュムレータ１８等を介して鉛直方向の振動等を減衰するので、空気ばねを不要にして装置の大型化を防ぎ、設置スペースを抑制することができる。更に油溜め１５と油膜室１２を連通して鉛直方向の荷重を摺動部１１の摺動（摩擦力）に対応させるので、水平方向の振動の減衰に対して鉛直方向の振動を利用することができる。
実施の形態の第一例において、上側構成部４は、油溜め１５と油膜室１２を連通するように、シリンダケース部１０及び摺動部１１を貫通する第一の連通孔１９及び第二の連通孔２０を備えると、第一の連通孔１９及び第二の連通孔２０により油溜め１５と油膜室１２を安定的に連通するので、摺動部１１の摺動を介して水平方向の振動等を好適に減衰することができる。
実施の形態の第一例において、上側構成部４は、油溜め１５と油膜室１２を連通する流路部材２３を備えると、流路部材２３により油溜め１５と油膜室１２を簡単に連通するので、摺動部１１の摺動を介して水平方向の振動等を適切に減衰することができると共に、製造コストを低減することができる。
実施の形態の第一例において、台座部６をコンクリート７と金属板８で構成すると、台座部６の曲面５の形成を容易にすることができると共に、製造コストを低減することができる。
以下、本発明の実施の形態の第二例を図６を参照して説明する。
第二例のダンパ装置は、第一例のダンパ装置のアキュムレータ１８を無くしたものであり、他の構成部分は、第一例と同じ構成を備えている。また図６（Ｂ）に示す如くシリンダケース部１０の側部には、油溜め１５と通じる第二の貫通孔２１を設けると共に、摺動部１１の移動体１３には、油膜室１２と通じる第三の貫通孔２２を設け、更に第二の貫通孔２１と第三の貫通孔２２を配管やホース等の流路部材２３により接続し、油溜め１５と油膜室１２が連通するようにしても良い。また台座部６は、コンクリート７の基礎を形成してコンクリート上面に金属板８を貼り付け、更にバフ研磨等を介して凹状の曲面５を形成しても良い（図５（Ａ）参照）。ここで第二例のダンパ装置は、アキュムレータ１８を着脱可能にしても良いし、シリンダロッド部９の長さを図６（Ａ）（Ｂ）に示す如く短くしても良い。
次に上記実施の形態の第二例の作動を説明する。
水平方向の振動や揺れを生じる場合には、第一例と同様にシリンダケース部１０に対して摺動部１１が球面軸受２４で回動すると共に、台座部６の曲面５に対して摺動部１１が摺動する。そして摺動部１１の底面が移動した際には、台座部６の曲面５により、摺動部１１が台座部６の凹部の底（元の位置）へ戻ろうとして復元力を生じ、水平方向の振動等を減衰する。
ここで第二例のダンパ装置は、鉛直方向の振動や揺れに対応できないが、鉛直方向の振動等を無視できる場合や、鉛直方向の振動等がない場合には極めて有効である。
而して、このような実施の形態の第二例によれば、摺動部１１の摺動等により水平方向の振動等を減衰するので、水平方向の振動に積層ゴムを用いることなく対応でき、よって積層ゴムを不要にして装置構成の自由度を高めることができる。またアキュムレータ１８を無くすので、製造コストを低減することができる。
尚、本発明のダンパ装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
１ 下方基礎体
２ 上方基礎体
３ 下側構成部
４ 上側構成部
５ 曲面
６ 台座部
９ シリンダロッド部
１０ シリンダケース部
１１ 摺動部
１２ 油膜室
１５ 油溜め
１８ アキュムレータ
１９ 第一の連通孔
２０ 第二の連通孔
２３ 流路部材
２４ 球面軸受

Claims (4)

  1. 下方基礎体と上方基礎体の間に設置されるように、前記下方基礎体に配置される下側構成部と、前記上方基礎体に設置され且つ下側構成部に支持される上側構成部とを備え、
    下側構成部は、下方基礎体の上部に配置されて上面に凹状の曲面を形成する台座部を備え、
    上側構成部は、上方基礎体の下部から下方に突出するシリンダロッド部と、該シリンダロッド部の外側に位置してシリンダロッド部との間に油溜めを形成するシリンダケース部と、該シリンダケース部に球面軸受を介して配置され且つ前記台座部の曲面に油膜室を介して配置される摺動部とを備え、
    上側構成部の油溜めと油膜室は連通して構成され、
    上下の荷重の増加によって前記油膜室の油圧が高い場合には、前記摺動部の位置を上げ、前記台座部に対する前記摺動部の摩擦力を減らし、
    上下の荷重の低下によって前記油膜室の油圧が低い場合には、前記摺動部の位置を下げ、前記台座部に対する前記摺動部の摩擦力を増やすように構成したことを特徴とするダンパ装置。
  2. 油溜めに接続されるアキュムレータを備えたことを特徴とする請求項１に記載のダンパ装置。
  3. 上側構成部は、油溜めと油膜室を連通するように、シリンダケース部及び摺動部を貫通する連通孔を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のダンパ装置。
  4. 上側構成部は、油溜めと油膜室を連通する流路部材を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のダンパ装置。
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