JP5946143B2 - 油圧式ダンパ - Google Patents

Description

本発明は、例えば、建築物等の構造物に取り付けられ、地震等の外力による構造物の揺れを低減させる油圧式ダンパに関するものである。

地震等の外力による構造物の揺れを低減させるために、油圧式ダンパは用いられる。油圧式ダンパは、油の流体抵抗を利用して、建築物等の構造物の揺れに対する抵抗力（減衰力）を発生させ、建築物等の構造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等の構造物の揺れを吸収する。

油圧式ダンパには、減衰性能を発揮する調圧弁が設けられる。一般には、油圧式ダンパの一方の油室から他方の油室への流路と、他方の油室から一方の油室への流路に二つ調圧弁が設けられることが多いが、単一の調圧弁で油圧式ダンパのシリンダ内ピストンがいずれの方向に移動しても減衰力を発揮する試みとして、特許４０５０１０３の発明がある。

当該発明により、油室の一方から他方の油室への流路に設けられる調圧弁と、油室の他方から一方の油室への流路に設けられる調圧弁との二つの調圧弁を用いることなく、単一の調圧弁で、減衰力を発揮する油圧式ダンパを提供することが可能となった。

特許4050103号公報

しかしながら、特許４０５０１０３号の発明に係る油圧式ダンパにおいて、通常のチェック弁を用いた場合、低速領域において荷重が立ちにくい、という問題がある。

油圧式ダンパにおいては、図４に示すような線形の減衰性能を得ることが理想であるところ、低速領域においては速度に比して荷重が出ず、図５に示す荷重−速度関係のグラフのように、油圧式ダンパが低速で作動する低速領域において荷重が立ちにくいという問題があった。

本願発明は、単一の調圧弁で減衰力を発揮する油圧式ダンパが低速で作動する低速領域における性能を向上させることを課題とするものである。

上記課題を解決するために、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、前記シリンダ内を第１圧力室と第２圧力室に区分するピストンと、
流入側が前記第２圧力室、流出側が第１流路に接続される第１チェック弁と、
流入側が前記第１圧力室、流出側が前記第１流路に接続される第２チェック弁と、
流入側が前記第１流路、流出側が第２流路に接続され、前記第１流路から前記第２流路側へ通過する前記作動油に流体抵抗を発生させる単一の調圧弁と、
流入側が前記第２流路、流出側が前記第２圧力室に接続される第３チェック弁と、
流入側が前記第２流路、流出側が前記第１圧力室に接続される第４チェック弁と、
を有する油圧式ダンパにおいて、
前記第１チェック弁と前記第２チェック弁に初期圧力を付したことを特徴とするものである。

また、本発明は、
流入側が前記第２圧力室、流出側が前記第１流路に接続される第１オリフィスを前記第１チェック弁と並列に設け、
流入側が前記第１圧力室、流出側が前記第１流路に接続される第２オリフィスを前記第２チェック弁と並列に設けたことを特徴とするものである。

また、本発明は、
流入側が前記第２圧力室、流出側が前記第１流路に接続される第５チェック弁を前記第１チェック弁と並列に設け、
流入側が前記第１圧力室、流出側が前記第１流路に接続される第６チェック弁を前記第２チェック弁と並列に設けたことを特徴とするものである。

このような本発明によれば、
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、
流入側が前記第２圧力室、流出側が第１流路に接続される第１チェック弁と、
流入側が前記第１圧力室、流出側が前記第１流路に接続される第２チェック弁と、
流入側が前記第１流路、流出側が第２流路に接続され、前記第１流路から前記第２流路側へ通過する前記作動油に流体抵抗を発生させる単一の調圧弁と、
流入側が前記第２流路、流出側が前記第２圧力室に接続される第３チェック弁と、
流入側が前記第２流路、流出側が前記第１圧力室に接続される第４チェック弁と、
を有する油圧式ダンパにおいて、
前記第１チェック弁と前記第２チェック弁に初期圧力を付したことにより、単一の調圧弁で減衰力を発揮する油圧式ダンパの低速領域における性能を向上させることができる。

また、本発明は、
流入側が前記第２圧力室、流出側が前記第１流路に接続される第１オリフィスを前記第１チェック弁と並列に設け、
流入側が前記第１圧力室、流出側が前記第１流路に接続される第２オリフィスを前記第２チェック弁と並列に設けたことにより、
単一の調圧弁で減衰力を発揮する油圧式ダンパの低速領域における性能を向上させることができ、また、低速領域における性能の調整を容易に行うことが可能となる。

また、本発明は、
流入側が前記第２圧力室、流出側が前記第１流路に接続される第５チェック弁を前記第１チェック弁と並列に設け、
流入側が前記第１圧力室、流出側が前記第１流路に接続される第６チェック弁を前記第２チェック弁と並列に設けたことにより、
単一の調圧弁で減衰力を発揮する油圧式ダンパの低速領域における性能を向上させることができ、また、低速領域における性能の調整を容易に行うことが可能となる。

本発明の第一の実施の形態に係る油圧式ダンパの全体図である。 本発明の第一の実施の形態に係る油圧式ダンパの回路図である。 本発明の第一の実施の形態に係る油圧式ダンパの回路図である。 荷重−速度関係を示すグラフである。 荷重−速度関係を示すグラフである。 荷重−速度関係を示すグラフである。 本発明の第二の実施の形態に係る油圧式ダンパの回路図である。 本発明の第三の実施の形態に係る油圧式ダンパの回路図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第一の実施の形態に係る油圧式ダンパの全体図である。

図１に示すように、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。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。

シリンダ３内は、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。

ピストン７内には、流路８１、８３、８５、８７、８９、９１が設けられ、その流路に第１チェック弁１５、第２チェック弁１７、第３チェック弁１９、第４チェック弁２１、調圧弁１３、第１リリーフ弁２７、第２リリーフ弁２９が設けられる。なお、上記流路や弁等は、ピストンロッド５内に設けてもよい。

第１チェック弁１５の流入側は、第２圧力室１１に接続され、第１チェック弁１５の流出側は流路８１に接続される。更に流路８１は、第２チェック弁１７の流出側と、調圧弁１３の流入側に接続される。第２チェック弁１７の流入側は、第１圧力室９に接続される。

調圧弁１３の流出側は、流路８３に接続され、流路８３は第３チェック弁１９の流入側、第４チェック弁２１の流入側、及びアキュムレータ２３に接続される。第３チェック弁１９の流出側は第２圧力室１１に接続され、第４チェック弁２１の流出側は第１圧力室９に接続される。

流路８５は、第１圧力室９と、第１リリーフ弁２７の流入側とを接続する。流路８７は、第１リリーフ弁２７の流出側と、第２圧力室１１とを接続する。

流路８９は、第１圧力室９と、第２リリーフ弁２９の流出側とを接続する。流路９１は、第２リリーフ弁２９の流入側と、第２圧力室１１とを接続する。

第１圧力室９の方が第２圧力室１１よりも高圧の場合、第２チェック弁１７が開き第１圧力室９からの作動油流入を許容する。更に作動油は調圧弁１３を通り、第３チェック弁１９が開いて第２圧力室１１側へ流出する。 このとき、第４チェック弁２１は、第１圧力室９からピストン７内流路への作動油の流入を阻止し、第１チェック弁１５は、ピストン７内流路から第２圧力室１１への作動油の流出を阻止している。

第２圧力室１１の方が第１圧力室９よりも高圧の場合、第１チェック弁１５が開き第２圧力室１１からの作動油流入を許容する。更に作動油は調圧弁１３を通り、第４チェック弁２１が開いて作動油は第１圧力室９側へ流出する。このとき、第３チェック弁１９は、第２圧力室１１からピストン７内流路への作動油の流入を阻止し、第２チェック弁１７は、ピストン７内流路から第１圧力室９への作動油の流出を阻止している。

なお、第１リリーフ弁２７は、第１圧力室９内の作動油の圧力が一定値（リリーフ荷重）を超えると開き、作動油が第１圧力室９から第２圧力室１１に流れることを許容する。また、第２リリーフ弁２９は、第２圧力室１１内の作動油の圧力が一定値（リリーフ荷重）を超えると開き、作動油が第２圧力室１１から第１圧力室９側に流れることを許容する。

アキュムレータ２３は、ピストン７内の調圧弁１３からの流出側流路に設けられ、ピストンロッド５−１の内部に収装される。アキュムレータ２３は、作動油の熱膨張を吸収するとともに、圧力室に作動油を供給し作動油が負圧になることを防止し油圧式ダンパの性能を安定化させる機能を有している。なお、アキュムレータ２３は、ピストンロッド５−２又は、ピストン７の内部に収装してもよい。

次に、油圧式ダンパの動作について説明する。図２、図３は、図１に示した油圧式ダンパを油圧回路図として示したものである。

図２は、建築物等の構造体に地震・風等の力が働き、ピストン７にＡ方向の外力が働く場合を示す。ピストン７がＡ方向に移動し、第２圧力室１１に充填された作動油が圧縮され、第１チェック弁１５をＢ方向に流れる。

このとき、第３チェック弁１９は閉じている。また、第１チェック弁１５をＢ方向に流れた作動油は、調圧弁１３を通り、第４チェック弁２１をＣ方向に移動して第１圧力室９に流入する。このとき第２チェック弁１７は閉じている。なお、調圧弁１３通過後の作動油の圧力よりも第２圧力室１１の方が高圧なので、第３チェック弁１９が開くことはない。

ピストン７がＡ方向へ移動する速度に対し、調圧弁１３に収装するばね等を調整することで、ピストンに生じる減衰力が一定値（リリーフ荷重）を超える前の油圧式ダンパの減衰力特性を調整することができる。

また、ピストン７が、Ａ方向への移動速度が一定値を超えると、第２リリーフ弁２９が開き、Ｄ方向へ作動油が流れる。即ち、ピストンに生じる減衰力が一定値（リリーフ荷重）を超えると、第２リリーフ弁２９が開いて、速度上昇に対する減衰力の上昇を抑制する。なお、第１リリーフ弁２７は閉じている。

次に、建築物等の構造物に働く地震や風などの力の方向が、Ａ方向からＥ方向に逆転した場合を、図３を用いて説明する。

ピストン７がＥ方向に移動すると、第１圧力室９に充填された作動油が圧縮されて、作動油は第２チェック弁１７をＦ方向に流れる。

このとき、第４チェック弁２１は閉じている。また、第２チェック弁１７をＦ方向に流れた作動油は、調圧弁１３を通り、第３チェック弁１９をＧ方向に移動して第２圧力室１１に流入する。このとき第１チェック弁１５は閉じている。なお、調圧弁１３通過後の作動油の圧力よりも第１圧力室９の方が高圧なので、第４チェック弁２１が開くことはない。

ピストン７がＥ方向に移動するとき、ピストン７にはＡ方向に移動するときと同じ特性の減衰力特性が発生する。即ち、１つの調圧弁１３を調整することで、油圧式ダンパ１は、左右方向の揺れに対して同じ減衰力特性を発生するように調整することができる。

また、ピストン７のＥ方向への移動速度が一定値を超えると、第１リリーフ弁２７が開き、Ｈ方向へ作動油が流れる。即ち、ピストンに生じる減衰力が一定値（リリーフ荷重）を超えると、第１リリーフ弁２７が開いて、速度上昇に対する減衰力の上昇を抑制する。なお、第２リリーフ弁２９は閉じている。

以上のように構成されることにより、単一の調圧弁で減衰力を発生させる油圧式ダンパであるが、通常のチェック弁を用いると、図５に示す、荷重−速度関係のグラフのように、油圧式ダンパが低速で作動する低速領域において荷重が立ちにくいという問題があった。

そこで、このような構成の油圧式ダンパにおいて、第１のチェック弁と第２のチェック弁とに初期圧力を付すと低速領域における荷重が上がるようになる。低速領域においてしばらく第１，第２チェック弁が開かないことにより、圧が立つからである。

すなわち、第１のチェック弁と第２のチェック弁とに初期圧力を付すことにより、図３に示す、荷重−速度関係のグラフのような線形の性能を有する油圧式ダンパを提供することができるようになる。

しかしながら、第１，第２チェック弁のバネを強めにして初期圧力を付すことにより、逆に図６のように低速領域での荷重が立ちすぎるようになる場合もある。

第１，第２チェック弁のバネの調整により低速領域での荷重−速度関係の調整をするのはバネ定数が決まっていることなどから難しいことから、図７のように、第１，第２チェック弁と並列に第１オリフィス４１と第２オリフィス４３を設けることにより、減衰性能をより線形に近づけるよう調整することが可能となる。オリフィスを設けることにより、低速領域で微量の作動油が流れることで荷重が下がるからである。

第１，第２オリフィスは、第１，第２チェック弁と並列に設けられればよいので、第１，第２チェック弁の弁体自体にオリフィスを設けてもよい。

また、図８のように、第１，第２チェック弁と並列に初期圧力の小さい第５チェック弁５１，第６チェック弁５３を並列に設けることによっても、オリフィスを設けるのと同様に、減衰性能をより線形に近づけるよう調整することが可能である。初期圧力の小さい第５，第６チェック弁を並列に設けることで、低速領域で微量の作動油が流れることとなり、荷重が下がるからである。

第５，第６チェック弁を並列に設けるには、それぞれ別個の流路に別個のチェック弁を設けてもいいが、チェック弁の中にチェック弁を内蔵させるような弁を用いて単一の流路で行ってもよい。

以上のように、第１，第２チェック弁のバネを強めにして初期圧力を付すことによって、油圧式ダンパの低速領域での荷重−速度関係を線形に近づけることができる。また、第１，第２チェック弁のバネを強めにして初期圧力を付すとともに、第１，第２チェック弁と並列に第１，第２オリフィスを設けることによって、油圧式ダンパの低速領域での荷重−速度関係をより容易に線形に近づけるよう調整することが可能となる。また、第１，第２チェック弁のバネを強めにして初期圧力を付すとともに、第１，第２チェック弁と並列に初期圧力の小さい第５，第６チェック弁を並列に設けることによって、油圧式ダンパの低速領域での荷重−速度関係をより容易に線形に近づけるよう調整することが可能となる。

１ 油圧式ダンパ
３ シリンダ
５ 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 調圧弁
１５ 第１チェック弁
１７ 第２チェック弁
１９ 第３チェック弁
２１ 第４チェック弁
２３ アキュムレータ
２５ ジョイント
２７ 第１リリーフ弁
２９ 第２リリーフ弁
４１ 第１オリフィス
４３ 第２オリフィス
５１ 第５チェック弁
５３ 第６チェック弁
８１、８３、８５、８７、８９、９１ 流路

Claims (2)

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、
   流入側が前記第２圧力室、流出側が第１流路に接続される第１チェック弁と、
   流入側が前記第１圧力室、流出側が前記第１流路に接続される第２チェック弁と、
   流入側が前記第１流路、流出側が第２流路に接続され、前記第１流路から前記第２流路側へ通過する前記作動油に流体抵抗を発生させる単一の調圧弁と、
   流入側が前記第２流路、流出側が前記第２圧力室に接続される第３チェック弁と、
   流入側が前記第２流路、流出側が前記第１圧力室に接続される第４チェック弁と、
   を有する油圧式ダンパにおいて、
   流入側が前記第２圧力室、流出側が前記第１流路に接続される第５チェック弁を前記第１チェック弁と並列に設け、
   流入側が前記第１圧力室、流出側が前記第１流路に接続される第６チェック弁を前記第２チェック弁と並列に設け、
   前記第１チェック弁と前記第２チェック弁に初期圧力を付したことを特徴とする油圧式ダンパ。
2. 流入側が前記第２圧力室、流出側が前記第１流路に接続される第１オリフィスを前記第１チェック弁と並列に設け、
   流入側が前記第１圧力室、流出側が前記第１流路に接続される第２オリフィスを前記第２チェック弁と並列に設けたことを特徴とする、請求項１に記載の油圧式ダンパ。