JP5731453B2 - ダンパ - Google Patents

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    • F16F9/364—Combination of sealing and guide arrangements for piston rods of multi-tube dampers

Description

本発明は、ダンパに関する。
従来、一般的なダンパにあっては、たとえば、シリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、シリンダ内に挿入されてピストンに連結されるロッドと、シリンダ内にピストンで区画したロッド側室とピストン側室と、ロッド側室とピストン側室とを連通する減衰通路とを備えて構成され、シリンダに対してピストンが軸方向に変位する伸縮作動に伴って減衰力を発揮し、制振対象の振動を抑制するようになっている。
このようなダンパは、伸長しても収縮しても、ストローク中は伸縮を抑制する方向に減衰力を発揮するようになっているが、たとえば、建築物の制振用途等に使用されるダンパでは、ストローク位置によっては減衰力を発揮すると却って建築物の振動を低減することができない場合があるため、ストロークエンドでは減衰バルブを迂回するバイパス路を開いてロッド側室とピストン側室とを連通するようにしている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００７−３２１９０９号公報
上記従来のダンパでは、ストローク位置だけでなく、ストロークする方向によって、減衰力を変化させることができるが、バルブの構造が複雑且つ大型であるため、ダンパ全体が大型となってコストも高く不経済であるという問題がある。
そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、小型でかつ低コストなダンパを提供することである。
上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段としてのダンパは、シリンダと、当該シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、上記シリンダ内に挿入されて上記ピストンに連結されるロッドと、上記シリンダ内に上記ピストンで区画したロッド側室とピストン側室と、タンクと、上記ロッド側室と上記タンクとを連通する伸側通路と、上記ピストン側室と上記タンクとを連通する圧側通路と、上記伸側通路の途中に設けられて上記ロッド側室から上記タンクへ向かう液体の流れに抵抗を与える伸側減衰弁と、上記伸側通路の途中であって上記伸側減衰弁と並列に設けられて上記タンクから上記ロッド側室へ向かう液体の通過のみを許容する第一逆止弁と、上記圧側通路の途中に設けられて上記ピストン側室から上記タンクへ向かう液体の流れに抵抗を与える圧側減衰弁と、上記圧側通路の途中であって上記圧側減衰弁と並列に設けられて上記タンクから上記ピストン側室へ向かう液体の通過のみを許容する第二逆止弁と、上記タンクをシリンダ内に連通するセンター通路とを備え、上記センター通路は上記シリンダ内に開口する透孔を有し、上記透孔は上記ピストンのストローク中心に対向する位置に開口し、上記ピストンが上記シリンダに対して中立位置にあるときに上記透孔を塞ぐことを特徴とする。
上記ダンパでは、ストロークに連動してバイパスを開閉するような、構造が複雑で大型なバルブを採用することなく、センター通路を設けることで、ピストンが中立位置から離間する際には減衰力を発揮し、中立位置へ戻る際には減衰力を発揮させないようにすることができる。
本発明によれば、ピストンが中立位置から離間する際には減衰力を発揮し、中立位置へ戻る際には減衰力を発揮させないようにすることで、ストローク中は双方向に減衰力を発揮し続けるダンパと比較して、ピストンを中立位置へ戻しやすくすることができる。さらに、本発明によれば、構造が複雑で大型なバルブを採用することなく、ダンパを小型化することができ、ダンパのコストも低減される。
一実施の形態におけるダンパの概略図である。 一実施の形態におけるダンパを被制振対象と振動入力側部との間に介装した状態を示す図である。 一実施の形態におけるダンパが減衰力を発揮する状況と発揮しない状況を説明する図である。 一実施の形態におけるダンパを適用した被制振対象と振動入力側部の相対変位と相対速度の軌跡を示す図である。 他の実施の形態におけるダンパの概略図である。
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。一実施の形態におけるダンパ１は、基本的には、図１に示すように、シリンダ２と、シリンダ２内に摺動自在に挿入されるピストン３と、シリンダ２内に挿入されてピストン３に連結されるロッド４と、シリンダ２内にピストン３で区画したロッド側室５とピストン側室６と、タンク７と、ロッド側室５とタンク７とを連通する伸側通路８と、ピストン側室６とタンク７とを連通する圧側通路９と、伸側通路８の途中に設けられてロッド側室５からタンク７へ向かう液体の流れに抵抗を与える伸側減衰弁１０と、伸側通路８の途中であって伸側減衰弁１０と並列に設けられてタンク７からロッド側室５へ向かう液体の通過のみを許容する第一逆止弁１１と、圧側通路９の途中に設けられてピストン側室６からタンク７へ向かう液体の流れに抵抗を与える圧側減衰弁１２と、圧側通路９の途中であって圧側減衰弁１２と並列に設けられてタンク７からピストン側室へ向かう液体の通過のみを許容する第二逆止弁１３と、タンク７をシリンダ２内に連通するセンター通路１４とを備えて構成されており、上記ロッド側室５とピストン側室６には作動油等の液体が充填されるとともに、タンク７には、液体のほかに気体が充填されている。なお、タンク７内は、特に、気体を圧縮して充填することによって加圧状態とする必要は無いが加圧するようにしてもよい。
以下、各部について詳細に説明する。シリンダ２は筒状であって、その図１中右端は蓋１５によって閉塞され、図１中左端には環状のロッドガイド１６が取り付けられている。また、上記ロッドガイド１６内には、シリンダ２内に移動自在に挿入されるロッド４が摺動自在に挿入されている。このロッド４は、一端をシリンダ２外へ突出させており、シリンダ２内の他端を同じくシリンダ２内に摺動自在に挿入されているピストン３に連結してある。
なお、ロッド４の外周とシリンダ２との間は図示を省略したシール部材によってシールされており、これによりシリンダ２内は密閉状態に維持されている。そして、シリンダ２内にピストン３によって区画されるロッド側室５とピストン側室６には、上述のように液体として作動油が充填されている。さらに、このシリンダ２の外周には、シリンダ２との間の環状隙間でセンター通路１４を形成する中間筒１７が設けられ、この中間筒１７の外周には、中間筒１７との間の環状隙間でタンク７を形成する外筒１８が設けられており、中間筒１７と外筒１８の右端と左端は、上記した蓋１５とロッドガイド１６によって閉塞されている。
戻って、ロッド４の図１中左端とシリンダ２、中間筒１７および外筒１８の右端を閉塞する蓋１５には、図示しない取付部を備えており、このダンパ１を制振対象、たとえば、建築物と地盤に固定される基礎との間や建築物の上層階の梁と下層階の梁との間等に介装することができるようになっている。
そして、ロッド側室５とピストン側室６とは、ピストン３に設けた伸側リリーフ通路１９と圧側リリーフ通路２０によって連通されている。伸側リリーフ通路１９の途中には、ロッド側室５の圧力がピストン側室６の圧力を所定量上回ると開弁して伸側リリーフ通路１９を開放し、ロッド側室５内の圧力をピストン側室６へ逃がす伸側リリーフ弁２１が設けられている。また、圧側リリーフ通路２０の途中には、ピストン側室６の圧力がロッド側室５の圧力を所定量上回ると開弁して圧側リリーフ通路２０を開放し、ピストン側室６内の圧力をロッド側室５へ逃がす圧側リリーフ弁２２が設けられている。これら伸側リリーフ弁２１および圧側リリーフ弁２２の設置は任意であるが、これらを設ける場合、シリンダ２内の圧力が過剰となることを阻止して、ダンパ１を保護することができる。
そして、ロッドガイド１６には、ロッド側室５とタンク７とを連通する伸側通路８と、伸側減衰弁１０と、第一逆止弁１１とが設けられている。伸側減衰弁１０は、パッシブな減衰弁であって、ロッド側室５からタンク７へ向かう液体の流れのみを許容しつつ、通過する液体の流れに抵抗を与えるようになっている。第一逆止弁１１は、タンク７からロッド側室５へ向かう液体の通過のみを許容する。
蓋１５には、ピストン側室６とタンク７とを連通する圧側通路９と、圧側減衰弁１２と、第二逆止弁１３とが設けられている。圧側減衰弁１２は、パッシブな減衰弁であって、ピストン側室６からタンク７へ向かう液体の流れのみを許容しつつ、通過する液体の流れに抵抗を与えるようになっている。第二逆止弁１３は、タンク７からピストン側室６へ向かう液体の通過のみを許容する。
また、上記ピストン３がシリンダ２に対して中立位置にあるときに、シリンダ２の当該ピストン３に対向する位置に、この場合、シリンダ２の中央に、シリンダ２の内外を連通する透孔２ａが設けられていて、シリンダ２内がシリンダ２と中間筒１７との間の形成される環状隙間に連通されている。上記ピストン３の中立位置は、必ずしもシリンダ２の中央に限られず、任意に設定することができる。なお、この実施の形態では、シリンダ２に対して透孔２ａを穿った位置は、ピストン３のストローク中心に一致させてある。
蓋１５には、シリンダ２と中間筒１７との間の形成される環状隙間をタンク７に連通する連絡路１５ａが設けられている。そして、シリンダ２と中間筒１７との間の環状隙間、透孔２ａおよび連絡路１５ａとで、センター通路１４が形成されており、透孔２ａにピストン３が対向して閉塞される場合を除き、シリンダ２内はセンター通路１４を通じてタンク７に連通される。
また、センター通路１４の途中、具体的には、連絡路１５ａの途中には、センター通路１４を開放および遮断する開閉弁２３が設けられている。この場合、開閉弁２３は、センター通路１４を開放する連通ポジション２４ａとセンター通路１４を遮断する遮断ポジション２４ｂとを備えた弁本体２４と、弁本体２４を附勢して遮断ポジション２４ｂに位置決めるばね２５と、通電時にばね２５の附勢力に抗して弁本体２４を連通ポジション２４ａに切り換えるソレノイド２６とを備えた電磁式開閉弁とされている。なお、開閉弁２３は、電磁式開閉弁の代わりに手動操作で開閉する開閉弁とされてもよい。
ダンパ１は以上のように構成されており、以下、ダンパ１の作動について説明する。まず、開閉弁２３がセンター通路１４を遮断する場合について説明する。この場合、シリンダ２に対してピストン３が図１中左方向へ移動する、つまり、ダンパ１が伸長作動を呈すると、ロッド側室５が圧縮され、ロッド側室５から伸側通路８を通じてタンク７へ排出される液体の流れに伸側減衰弁１０で抵抗を与え、ロッド側室５内の圧力は伸側減衰弁１０の圧力損失に見合って上昇する。他方、拡大されるピストン側室６には、第二逆止弁１３が開弁してタンク７から液体が供給され、ピストン側室６内の圧力はタンク圧となる。これによって、ロッド側室５の圧力がピストン側室６の圧力よりも高くなり、ダンパ１は、ロッド側室５の圧力とピストン側室６の圧力の差に見合った大きさで伸長を抑制する方向の減衰力を発揮する。これに対して、シリンダ２に対してピストン３が図１中右方向へ移動する、つまり、ダンパ１が収縮作動を呈すると、ピストン側室６が圧縮され、ピストン側室６から圧側通路９を通じてタンク７へ排出される液体の流れに圧側減衰弁１２で抵抗を与え、ピストン側室６内の圧力は圧側減衰弁１２の圧力損失に見合って上昇する。他方、拡大されるロッド側室５には、第一逆止弁１１が開弁してタンク７から液体が供給され、ロッド側室５内の圧力はタンク圧となる。これによって、ピストン側室６の圧力がロッド側室５の圧力よりも高くなり、ダンパ１は、ピストン側室６の圧力とロッド側室５の圧力の差に見合った大きさで収縮を抑制する方向の減衰力を発揮する。したがって、開閉弁２３がセンター通路１４を遮断する場合、ダンパ１は、一般的なダンパと同様に、伸長作動および収縮作動の両行程において、ストローク中は減衰力を発揮することになる。
次に、開閉弁２３がセンター通路１４を連通する場合について説明する。この場合、ピストン３がセンター通路１４の透孔２ａよりも図１中左方にあって、ピストン３がロッド側室５を圧縮する方向、つまり、図１中左方向へストロークする際には、ロッド側室５が圧縮されてロッド側室５から伸側通路８を介してタンク７へ排出される液体の流れに伸側減衰弁１０で抵抗を与えることができ、拡大するピストン側室６にはタンク７からセンター通路１４および圧側通路９を介して液体が供給されるので、ダンパ１は伸長に対抗する減衰力を発揮する。これに対して、ピストン３がセンター通路１４の透孔２ａよりも図１中左方にあって、ピストン３がピストン側室６を圧縮する方向、つまり、図１中右方向へストロークする際には、ピストン側室６がセンター通路１４を介してタンク７に連通されているため、圧縮されるピストン側室６から液体がセンター通路１４を介してタンク７へ排出することが可能となって、ピストン側室６内の圧力がタンク圧となり、拡大されるロッド側室５にも伸側通路８を介してタンク７から液体が供給されるためロッド側室５内もタンク圧となり、ロッド側室５の圧力とピストン側室６の圧力に差ができず、ダンパ１は減衰力を殆ど発揮しないことになる。この状態は、ピストン３が透孔２ａに対向してセンター通路１４を塞ぐまで維持されるから、ピストン３がセンター通路１４の透孔２ａよりも図１中左方にある状態からピストン３がピストン側室６を圧縮する方向へストロークして、ピストン３がセンター通路１４を塞ぐまでは、ダンパ１は減衰力を発揮しない。
開閉弁２３がセンター通路１４を連通し、ピストン３がセンター通路１４の透孔２ａよりも図１中右方にあって、ピストン３がピストン側室６を圧縮する方向、つまり、図１中右方向へストロークする際には、ピストン側室６が圧縮されてピストン側室６から圧側通路９を介してタンク７へ排出される液体の流れに圧側減衰弁１２で抵抗を与えることができ、拡大するロッド側室５にはタンク７からセンター通路１４および伸側通路８を介して液体が供給されるので、ダンパ１は収縮に対抗する減衰力を発揮する。これに対して、ピストン３がセンター通路１４の透孔２ａよりも図１中右方にあって、ピストン３がロッド側室５を圧縮する方向、つまり、図１中左方向へストロークする際には、ロッド側室５がセンター通路１４を介してタンク７に連通されているため、圧縮されるロッド側室５から液体がセンター通路１４を介してタンク７へ排出することが可能となって、ロッド側室５内の圧力がタンク圧となり、拡大されるピストン側室６にも圧側通路９を介してタンク７から液体が供給されるためピストン側室６内もタンク圧となり、ピストン側室６の圧力とロッド側室５の圧力に差ができず、ダンパ１は減衰力を殆ど発揮しないことになる。この状態は、ピストン３が透孔２ａに対向してセンター通路１４を塞ぐまで維持されるから、ピストン３がセンター通路１４の透孔２ａよりも図１中右方にある状態からピストン３がロッド側室５を圧縮する方向へストロークして、ピストン３がセンター通路１４を塞ぐまでは、ダンパ１は減衰力を発揮しない。
つまり、開閉弁２３がセンター通路１４を連通する場合、ダンパ１は、ピストン３をシリンダ２の中央へ戻す方向へのストロークに対しては、減衰力を発揮せず、ピストン３がシリンダ２の中央から離間する方向へのストロークに対してのみ減衰力を発揮する。
このように、本発明のダンパ１によれば、ダンパ１のストロークに連動してバイパスを開閉するような構造が複雑で大型なバルブを採用することなく、センター通路１４を設けることで、ピストン３が中立位置から離間する際には減衰力を発揮し、中立位置へ戻る際には減衰力を発揮させないようにすることができるので、ダンパ１を小型化することができ、ダンパ１のコストも低減される。
そして、このように、ピストン３を中立位置へ戻す際の減衰力を発揮させず、ピストン３が中立位置から離間する際に減衰力を発揮するようにすると、ストローク中は双方向に減衰力を発揮し続けるダンパに比較して、ピストン３を中立位置へ戻しやすく、図２に示すように、被制振対象Ｏと振動入力側部Ｉとの間にダンパ１をばねＳと並列して使用することで高い振動絶縁性能を発揮することができる。ここで、図２中、被制振対象Ｏの左右方向の変位をＸ１とし、振動入力側部Ｉの左右方向の変位をＸ２とし、被制振対象Ｏと振動入力側部Ｉの相対速度をｄ（Ｘ１−Ｘ２）／ｄｔとし、図２中右方向の変位を正として、縦軸に変位Ｘ１をとり、横軸に相対速度ｄ（Ｘ１−Ｘ２）／ｄｔをとると、ダンパ１が減衰力を発揮するのは、図３に示すように、図中網掛けした第一象現と第三象現となる。そして、ダンパ１が減衰力を発揮する場合、ばねＳの見掛け上の剛性が高くなり、ダンパ１が減衰力を発揮しない場合、ばねＳの見掛け上の剛性が低くなったことと等価である。したがって、振動入力側部Ｉに対して被制振対象Ｏを変位させると、振動入力側部Ｉと被制振対象Ｏの相対変位をＸとし、相対速度をｄＸ／ｄｔとすると、振動は、図４に示すように、相対変位Ｘと相対速度ｄＸ／ｄｔの位相平面上、軌跡は原点に収束して、漸近安定であって発散しない。よって、ダンパ１をばねＳと併用することで、振動絶縁性の高いシステムを構築することができるのである。
また、このダンパ１にあっては、センター通路１４の開口位置がシリンダ２の中央であって、且つ、ピストン３のストローク中心に対向する位置であるので、ピストン３のストローク中心に戻す際に減衰力を発揮しないストローク範囲が双方向に偏りが無く、ダンパ１の全ストローク長を有効に利用することができる。
さらに、この実施の形態の場合、ダンパ１にセンター通路１４に開閉弁２３を設けてあるので、ストローク中は必ず減衰力を発揮する一般的なダンパと同様な機能を発揮することもでき、必要に応じて、一般的なダンパとして機能させたり、ピストン３を中立位置へ戻す際には減衰力を発揮させない振動絶縁性を高める機能を発揮させたりすることができる。なお、開閉弁２３は、電力供給が不能である際に、連通ポジション２４ａを採用するように設定することも可能である。
また、開閉弁２３が連通ポジション２４ａを取る際に、通過する液体の流れに抵抗を与えるようにして、ピストン３を中立位置へ戻す方向へストロークする際に、少々減衰力を発揮するようにすることも可能である。この場合、ダンパ１によるエネルギ吸収量が増えるので、被制振対象Ｗの振動を短時間で収束しやすくなる利点がある。
さらに、このダンパ１にあっては、シリンダ２、中間筒１７および外筒１８の三重管構造としたので、センター通路１４の設置が容易となり、タンク７もシリンダ２の外周に配置することができ、ダンパ１の全体をよりコンパクトにすることができる。
また、上記したところでは、ダンパ１はセンター通路１４を形成するに当たって中間筒１７を備えた三重管構造を採用しているが、図５に示す他の実施の形態のダンパ３０のように、中間筒１７を設ける代わりに、タンク７内に透孔２ａを連絡路１５ａに接続するパイプ３１を設け、センター通路３２をこのパイプ３１内、透孔２ａおよび連絡路１５ａとで形成するようにしてもよい。なお、他の実施の形態のダンパ３０にあっては、中間筒１７を廃してパイプ３１を設ける点で上記した一実施の形態におけるダンパ１と異なっているが、その他のダンパ３０における構成はダンパ１の構成と同じ構成を採用しており、同じ構成の部材については説明が重複するので同じ符号を付すのみとして詳しい説明を省略する。
このように、パイプ３１を使用してセンター通路３２を形成すると、ダンパ３０の重量を軽減することができる利点がある。
なお、ダンパ１，３０の構造は、上記説明で開示した構造に限られず、適宜、設計変更することができることは当然である。よって、上記したダンパ１，３０では、伸側減衰弁１０、第一逆止弁１１、圧側減衰弁１２および第二逆止弁１３が蓋１５およびロッドガイド１６に設けられているので、ダンパ１をより一層コンパクトにすることができるが、これら伸側減衰弁１０、第一逆止弁１１、圧側減衰弁１２および第二逆止弁１３の設置箇所は、蓋１５およびロッドガイド１６に限られるものではなく、他所に設けてもよく、センター通路１４，３２の構造も上記した構造に限られるものではない。
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。
１，３０ ダンパ
２ シリンダ
３ ピストン
４ ロッド
５ ロッド側室
６ ピストン側室
７ タンク
８ 伸側通路
９ 圧側通路
１０ 伸側減衰弁
１１ 第一逆止弁
１２ 圧側減衰弁
１３ 第二逆止弁
１４，３２ センター通路
１７ 中間筒
１８ 外筒
２３ 開閉弁
２４ａ 開閉弁における連通ポジション
３１ パイプ

Claims (5)

  1. シリンダと、当該シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、上記シリンダ内に挿入されて上記ピストンに連結されるロッドと、上記シリンダ内に上記ピストンで区画したロッド側室とピストン側室と、タンクと、上記ロッド側室と上記タンクとを連通する伸側通路と、上記ピストン側室と上記タンクとを連通する圧側通路と、上記伸側通路の途中に設けられて上記ロッド側室から上記タンクへ向かう液体の流れに抵抗を与える伸側減衰弁と、上記伸側通路の途中であって上記伸側減衰弁と並列に設けられて上記タンクから上記ロッド側室へ向かう液体の通過のみを許容する第一逆止弁と、上記圧側通路の途中に設けられて上記ピストン側室から上記タンクへ向かう液体の流れに抵抗を与える圧側減衰弁と、上記圧側通路の途中であって上記圧側減衰弁と並列に設けられて上記タンクから上記ピストン側室へ向かう液体の通過のみを許容する第二逆止弁と、上記タンクをシリンダ内に連通するセンター通路とを備え、上記センター通路は上記シリンダ内に開口する透孔を有し、上記透孔は上記ピストンのストローク中心に対向する位置に開口し、上記ピストンが上記シリンダに対して中立位置にあるときに上記透孔を塞ぐことを特徴とするダンパ。
  2. 上記センター通路の途中に、当該センター通路を開閉する開閉弁を設けたことを特徴とする請求項１に記載のダンパ。
  3. 上記開閉弁は、上記センター通路を連通する連通ポジションにおいて、通過する液体の流れに抵抗を与えることを特徴とする請求項２に記載のダンパ。
  4. 上記シリンダの外周に中間筒を設け、当該中間筒の外周に外筒を設け、上記シリンダと上記中間筒の間の環状隙間で上記センター通路を形成し、上記中間筒と上記外筒の間の環状隙間で上記タンクを形成したことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のダンパ。
  5. 上記シリンダの外周に外筒を設け、上記シリンダと上記外筒の間の環状隙間で上記タンクを形成し、上記タンク内に上記センター通路を形成するパイプを設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のダンパ。
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