JP6000872B2 - 油圧ダンパ開閉制御弁の制御方法及びその方法に使用される油圧ダンパ - Google Patents

Description

本発明は地震や風等の振動外力による建物の揺れを低減するために使用される制震用の油圧ダンパに備えられる開閉制御弁を制御する油圧ダンパ開閉制御弁の制御方法、及びその方法に使用される油圧ダンパに関するものである。

建物の揺れを低減するための油圧ダンパ形式の制震装置として、開閉制御弁の開度を全開と全閉の２段階に制御可能とした可変減衰装置がある（特許文献１、２参照）。

この種の油圧ダンパは図１５に示すようにシリンダとシリンダ内を往復動する両ロッド型のピストンと、ピストンの両側に設けられた油圧室と、この両油圧室をつなぐ流路に設けられた開閉制御弁等を基本構造とし、開閉制御弁の開度を切り替えることで、油圧ダンパの減衰係数を最大値Ｃｍａｘと最小値Ｃｍｉｎの２段階に切り替えられることに特徴がある。開閉制御弁の開閉を行う方法としては、電磁弁を用いてコントローラから電流制御を行う方法（例えば特許文献１参照）や、油圧変動（圧力差の発生）を用いて自動的に開閉制御する油圧回路を用いる方法（例えば特許文献２参照）等がある。

このような油圧ダンパは図１６−（ａ）に示すように建物層間にブレース等を介して取り付けられるため、ブレースとダンパを合わせた装置部の力学特性は図１６−（ｂ）に示すような、剛性Ｋのバネと減衰係数Ｃのダッシュポットが直列結合したマックスウェルモデルで表される。

図１７−（ａ）〜（ｃ）に従来の切替則で制御された油圧ダンパの動きを模式的に示す。建物が最大振幅（図１７−（ａ））から反対側の最大振幅（図１７−（ｂ））まで振動している最中は、開閉制御弁を閉じ、Ｃ＝Ｃｍａｘとしてブレースをダンパに剛結し、変形振幅の最大点（図１７−（ｂ））で一度、弁を開いてＣ＝Ｃｍｉｎとしてブレースに蓄えられた歪エネルギを除荷吸収したのち、再度、弁を閉じてＣ＝Ｃｍａｘとする（図１７−（ｃ））。このように開閉制御弁の弁開度の切り替えを振動の振幅最大点で行うことによるダンパ荷重と層間変形の関係は図１８に示すような形になる。

図１８中、荷重変形関係のループ面積がダンパによる振動エネルギの吸収量を表しており、Ｃが一定の一般的な油圧ダンパと比べて大きなエネルギ吸収を行い、構造物の振動をより大きく低減することができることが分かる。

図１９はダンパ荷重とダッシュポットのみの変形（層間変形からブレース変形を除いたダンパ変形）の関係を示す。Ｃが一定の一般的な油圧ダンパではダッシュポットの変形は層間変形の振幅δより小さな値に限定されるのに対し、振動の最大振幅点で一度弁を開いてＣ＝Ｃｍｉｎとする切替制御を行うことで、ダッシュポットには層間変形と同じδの変形が生じる。切替制御はダッシュポット（油圧ダンパ）の変形を拡大する効果があり、これがエネルギ吸収効率が向上する理由である。

特許第２９５９５５４号公報（段落００２４〜００３９、図１〜図４） 特許第４０４２３６６号公報（請求項１、請求項２、段落００２５〜００６９、図１〜図４）

図１８に示された荷重変形関係は、図１６−（ｂ）のマックスウェルモデルの減衰係数Ｃを切り替えることで実現できる理論上最大のループである。従ってこれを上回るにはモータを電力で駆動する等、外部からのエネルギ供給により制御力を加えるアクティブ（能動的）な方法しかないと考えられてきた。

本発明は上記背景より、受動的な抵抗要素しか有しない油圧ダンパを用いながらも、図１８に示したループ面積を上回るエネルギ吸収能力を発揮する開閉制御弁の制御方法を提案するものである。

請求項１に記載の発明の油圧ダンパ開閉制御弁の制御方法は、シリンダと、このシリンダ内を往復動するピストンと、このピストンの両側に設けられた油圧室と、この両油圧室をつなぐ流路に接続され、開放状態と閉鎖状態が切り替えられる開閉制御弁を備えた油圧ダンパにおいて、 前記油圧ダンパが、前記シリンダに接続され、圧油を蓄え可能な補助油圧タンクと、前記補助油圧タンクと前記各油圧室との間に接続され、開放状態と閉鎖状態が切り替えられる開閉制御弁を備え、
前記ピストンがいずれかの向きに移動している最中は、全開閉制御弁を閉鎖させて一方側の油圧室に圧力を発生させ、前記ピストンの移動する向きが反転したときに高圧側となった前記一方側の油圧室と前記補助油圧タンクを連結するいずれかの前記開閉制御弁を開放させて前記一方側の油圧室内の圧油を前記補助油圧タンクに移動させ、
その後、開放している前記開閉制御弁を閉鎖させると共に、前記両油圧室を連結する前記開閉制御弁を開放させて高圧側の油圧室内の圧力を解放させ、両油圧室Ａ、Ｂ間の圧力差を解消した後、開放している前記開閉制御弁を閉鎖させると共に、前記一方側の反対側である他方の油圧室と前記補助油圧タンクを連結するいずれかの前記開閉制御弁を開放させて前記補助油圧タンク内の圧油を前記他方の油圧室に移動させ、開放している前記開閉制御弁を閉鎖させる一連の操作をすることをを構成要件とする。

油圧ダンパは図１−（ａ）に示すように前記した特許文献２の油圧ダンパと共通する構造を持ち、ピストン３の両側に区画された油圧室Ａ、Ｂ間に並列に接続された流路４の一部に両油圧室Ａ、Ｂを連結する開閉制御弁Ｃが接続される。開閉制御弁Ｃは閉鎖状態に制御（保持）されているときに、ピストンロッド３Ａに連結される、例えばフレーム２０内のブレース２１等、耐震要素等のつなぎ材（以下、ブレース２１）を油圧ダンパ１に固定した状態にする。各油圧室Ａ、Ｂを結ぶ流路４は分岐し、その分岐した流路５、６に補助油圧タンク７が接続され、補助油圧タンク７と各油圧室Ａ、Ｂ間を結ぶ流路５、６の一部に開閉制御弁Ｄ、Ｅが接続される。

補助油圧タンク７と各油圧室Ａ、Ｂを連結する開閉制御弁Ｄ、Ｅの内、いずれか一方の開閉制御弁Ｄ（Ｅ）は両油圧室Ａ、Ｂの内、ピストン３のいずれかの油圧室Ａ（Ｂ）側への移動に起因していずれかの油圧室Ａ（Ｂ）が相対的に高圧になった後、ピストン３の移動の向きが反転したときに開放して高圧側の油圧室Ａ（Ｂ）からの圧油を補助油圧タンク７に移動させる。他方の開閉制御弁Ｅ（Ｄ）は高圧側の油圧室Ａ（Ｂ）からの圧油の補助油圧タンク７への移動後、両油圧室Ａ、Ｂを連結する開閉制御弁Ｃが一旦、開放し、両油圧室Ａ、Ｂの圧力が平衡した後、開閉制御弁Ｃが閉鎖したときに開放して補助油圧タンク７からの圧油を他方側の油圧室Ｂ（Ａ）に移動させる。

油圧室Ａと油圧室Ｂに区別はなく、開閉制御弁Ｄ、Ｅにも区別はない。図１−（ａ）で言えば、油圧室Ａが最初に高圧側になったときに、油圧室Ａからの圧油が油圧室Ａと補助油圧タンク７を連結する開閉制御弁Ｄを経て補助油圧タンク７に流れる。開閉制御弁Ｃの開放による両油圧室Ａ、Ｂの圧力の平衡後、補助油圧タンク７からの圧油が油圧室Ｂと補助油圧タンク７を連結する開閉制御弁Ｅを経て油圧室Ｂに流れるが、油圧室Ｂが最初に高圧側になったときには油圧室Ｂからの圧油が開閉制御弁Ｅを経て補助油圧タンク７に流れる。その後、補助油圧タンク７からの圧油が開閉制御弁Ｄを経て油圧室Ａに流れることになる。

建物が振動している最中の本発明の方法を採用した油圧ダンパ１とブレース２１の動きを模式的に示す図２−（ａ）〜（ｅ）により油圧ダンパ１の動作を説明する。フレーム２０が振動により一方向に変形している最中（図２−（ａ）から（ｂ）の間）は全ての開閉制御弁Ｃ、Ｄ、Ｅを閉鎖状態に保持（制御）することにより油圧ダンパ１がブレース２１に剛結された状態にある。請求項１における「ピストンがいずれかの向きに移動している最中」とは、フレーム２０が振動により一方向に変形している間はずっと（継続的に）の意味である。

層間変形に応じた荷重がブレース２１に発生したときに、ピストン３を挟んだいずれか一方側の油圧室Ａ（Ｂ）に圧力が発生する。フレーム２０の振動の最大振幅点でまず、圧力が発生した油圧室Ａ（Ｂ）と補助油圧タンク７を連結する開閉制御弁Ｄ（Ｅ）を開放させ、油圧室Ａ（Ｂ）の圧油を補助油圧タンク７に移動させる。フレーム２０が振動の最大振幅点を迎えたときは請求項１における「ピストンの移動する向きが反転したとき」に相当する。油圧室Ａ（Ｂ）からの圧油の補助油圧タンク７への移動の際、油圧室Ａ（Ｂ）の圧力は少し下がり、固定状態にあったピストン３の油圧室Ａ（Ｂ）側への移動が可能になり、それに応じてブレース２１も少し除荷される（図２−（ｃ））。

油圧室Ａと補助油圧タンク７の圧力が等しくなった時点で、開閉制御弁Ｄを閉鎖させて開閉制御弁Ｃを開放させると、ブレース２１の荷重が完全に除荷されてブレース２１は中立位置に戻る（図２−（ｄ））。このとき、高圧側の油圧室Ａ（Ｂ）内の圧力が解放（除荷）され、両油圧室Ａ、Ｂ間の圧力差が解消される。ブレースの除荷完了後、開閉制御弁Ｃを閉鎖させると共に、開閉制御弁Ｅを開放させると、補助油圧タンク７の圧油が他方側の油圧室Ｂに流入する。このとき、油圧室Ｂの圧力が油圧室Ａの圧力より高くなるため、シリンダ２内ではピストン３が油圧室Ａ側に押された状態となり、ブレース２１に力が加わり、図２−（ｂ）と逆向きにブレース２１が変形する（図２−（ｅ））。補助油圧タンク７の圧力と油圧室Ｂの圧力が等しくなった時点で開閉制御弁Ｅを閉鎖させる。

図２−（ｂ）から図２−（ｅ）までの一連の開閉動作に要する時間は建物振動周期と比較して十分短いため、ブレース２１にオフセットの変形（荷重）が加わった状態で、外力の向きの変化に伴い、逆向きの振動が始まる。

図３は本発明の方法によるダンパ荷重と層間変形の関係を、従来の切替制御および一般の油圧ダンパと比較して示した図であり、図中のａ〜ｅの点は図２−（ａ）〜（ｅ）に対応している。図４はダンパ荷重と油圧ダンパのみの変形（層間変形からブレース変形を除いた変形）の関係を示す。補助油圧タンクに圧力を一旦移動させ、それをブレースにオフセット変形を加えることに利用することで、ダンパ部の変形を層間変形δ以上に拡大できることが分かる。

ところで、図２−（ｅ）の完了後、開閉制御弁Ｅを閉鎖させると、補助油圧タンク７には圧油（圧力）が残る可能性があるが、この圧油は補助油圧タンク７に残留させられることで振動の繰り返しに伴い、エネルギ吸収効率の向上に寄与し得る。図５は静止状態から振動を開始した時の荷重−変形の軌跡を示す。振動の繰り返しに伴い、補助油圧タンク７の圧力が累積されていくため、エネルギ吸収効率が上昇し、数回で定常状態に達する。図５中の符号（数字）はフレーム２０が変形する前の状態からの層間変形の繰り返しに伴う荷重変形の経路を示す。このように補助油圧タンク７の残圧は良い方向に作用するが、く、建物の振動周期は図２−（ａ）〜（ｅ）の一連の開閉動作に比べてゆっくりであるため、振動中に補助油圧タンク７の圧力が抜けてしまう可能性もある。

図６は図２−（ｅ）の後に補助油圧タンク７の残圧が完全に抜けてしまうと仮定した場合の荷重変形関係を示す。図５と比較すると、ややループ面積は小さいものの、従来の切替制御よりも大きなエネルギ吸収が実現されることに変わりはない。

図７は図１６−（ｂ）に示すマックスウェルモデルの剛性Ｋに対する補助油圧タンクの等価剛性ｋが定常１サイクルのエネルギ吸収量に与える影響を示す。振動中に補助油圧タンクの圧力が維持されるか（図５の場合）、抜けてしまうか（図６の場合）により、最適な剛性設定値と効率が変化するが、概ねｋ／Ｋが０．５〜３．０程度に設定できれば、従来の切替制御の約１．５倍以上の効率が実現される。ｋの値が上記範囲を大幅に外れると効率は低下するものの、従来の切替制御よりも効率が低下することはない。補助油圧タンクに圧力を蓄える方法として、作動流体の圧縮剛性を利用する場合、補助油圧タンクの容量をＶ、作動流体の体積弾性係数をＧ、ダンパのピストン面積をＡとすると、ダンパからみた補助油圧タンクの等価剛性ｋはｋ＝ＧＡ^２／Ｖと表される。

一方、ばね等を用いた方式の補助油圧タンクを使用すれば、剛性調整は更に容易になる。作動流体（油）の圧縮剛性は高いことから、補助油圧タンクの容量が小さければ、ｋ／Ｋが３．０程度より大きくなるため、それを避けるには十分に大きなタンク容量を与える（ｋ＝ＧＡ^２／ＶのＶを大きくする）必要があるが、ピストン式アキュムレータのような方式であれば、直接、ばね剛性の調節が可能になることに基づく。

請求項１に記載の方法に使用される油圧ダンパは外部からの電流の供給により開閉制御弁Ｃ、Ｄ、Ｅの開閉を操作する電気的駆動手段を備える場合（請求項２）と、両油圧室Ａ、Ｂ間の圧力差の変動に基づいて開閉制御弁Ｃ、Ｄ、Ｅの開閉を操作する油圧式駆動手段を備える場合（請求項３）があり、電気的駆動手段と油圧式駆動手段を併せ持つ場合（請求項４）もある。電気的駆動手段は主に電磁弁を用いる方法であり、油圧式駆動手段は主に油圧で駆動する切替弁を用いる方法である。

フレーム２０がいずれかの向きに最も変形したときに、両油圧室Ａ、Ｂを連結する間開閉制御弁Ｃを直ちに開放状態にさせて油圧室Ａ、Ｂ間の圧油の移動を自由にさせることなく、一旦、高圧側になった油圧室Ａ（Ｂ）内の圧油を補助油圧タンク内へ流入させて油圧エネルギを保持してから間開閉制御弁Ｃを開放状態にさせ、油圧室Ａ、Ｂ間の圧力を平衡状態にした後に、補助油圧タンク内の油圧エネルギを反対側の油圧室Ｂ（Ａ）に注入するため、フレーム２０の層間変形よりブレース２１の変形を拡大することができる。

この結果、１サイクルのフレーム２０の変形の間の荷重（油圧ダンパ荷重）と変形（層間変形）の関係を表す履歴ループが従来の履歴ループより大きい面積のループを描くことが可能になるため、エネルギ吸収効率が向上する。

（ａ）は本発明の油圧ダンパの構造を模式化して示した断面図、（ｂ）は（ａ）の一例としての図８に示す油圧回路図を模式化して示した断面図である。 （ａ）は図１に示す油圧ダンパを組み込んだフレームがいずれかの向きに変形している途中の様子を示した立面図、（ｂ）は（ａ）の状態から最大の層間変形を生じたときの様子を示した立面図、（ｃ）は（ｂ）の状態の直後に開閉制御弁Ｄを開放状態にしたときの様子を示した立面図、（ｄ）は（ｃ）の状態の直後に開閉制御弁Ｄを閉じて開閉制御弁Ｃを開放状態にした（ピストンの移動を自由にした）ときの様子を示した立面図、（ｅ）は（ｄ）の状態の直後に開閉制御弁Ｃを閉じて開閉制御弁Ｅを開放状態にしたときの様子を示した立面図である。 図２−（ａ）〜（ｅ）に示す制御がなされたときの１サイクルの振動時の油圧ダンパの荷重−変形（層間変形）関係を示した履歴特性図である。 図３中の層間変形からフレームの変形量を差し引いたときの油圧ダンパの荷重−変形（層間変形）関係を示した履歴特性図である。 半サイクルの振動の間、補助油圧タンクの圧力が維持されると想定した場合の荷重−変形（層間変形）関係を示した履歴特性図である。 半サイクルの振動の間、補助油圧タンクの圧力が維持されないと想定した場合の荷重−変形（層間変形）関係を示した履歴特性図である。 図２−（ｂ）に示す力学モデルの剛性Ｋに対する補助油圧タンクの等価剛性ｋの比ｋ／Ｋと、１サイクルのエネルギ吸収量の、従来型の切替制御がなされた油圧ダンパのエネルギ吸収量に対する比率との関係を示したグラフである。 各開閉制御弁に付属したソレノイドへのコントローラからの指令に基づいて各開閉制御弁の開閉を制御する場合の、油圧ダンパと各開閉制御弁との接続例を示した油圧回路図である。 油圧ダンパの両油圧室間の圧力差に起因して各開閉制御弁の開閉を制御する場合の、油圧ダンパと各開閉制御弁との接続例を示した油圧回路図である。 図９に示す例に図８に示す例におけるコントローラとその指令に基づいて動作するソレノイドを付加した場合の、油圧ダンパと各開閉制御弁との接続例を示した油圧回路図である。 （ａ）は図１−（ａ）に示す油圧ダンパの両油圧室間を連結する位置にリリーフ弁１２を組み込んだ状態を表す模式図、（ｂ）は（ａ）に示す油圧室間に接続されるリリーフ弁が作動したときの油圧ダンパの荷重−変形（層間変形）関係を示した履歴特性図である。 図８に示す例における油圧ダンパの油圧室間の流路にリリーフ弁を接続した場合の、油圧ダンパと各開閉制御弁との接続例を示した油圧回路図である。 図９に示す例における油圧ダンパの油圧室間の流路と、バッファとアキュムレータ間の２箇所にリリーフ弁を接続した場合の、油圧ダンパと各開閉制御弁との接続例を示した油圧回路図である。 図１０に示す例における油圧ダンパの油圧室間の流路と、バッファとアキュムレータ間の２箇所にリリーフ弁を接続した場合の、油圧ダンパと各開閉制御弁との接続例を示した油圧回路図である。 開閉制御弁を有する従来の減衰係数切替型油圧ダンパの構造を模式化して示した断面図である。 （ａ）は図１５に示す油圧ダンパを柱・梁のフレーム内に配置されるブレース等の耐震要素とフレーム間に跨って設置した様子を示した立面図、（ｂ）は（ａ）に示すブレースと油圧ダンパを合わせた装置部の力学モデルを示した模式図である。 （ａ）は図１６−（ａ）に示すフレームがいずれかの向きに最大の層間変形を生じたときの様子を示した立面図、（ｂ）は逆向きに最大の層間変形を生じたときの様子を示した立面図、（ｃ）は（ｂ）の状態の直後に開閉制御弁を開いてシリンダ内のピストンの移動を自由にしたときの様子を示した立面図である。 図１７−（ａ）〜（ｃ）に示す１サイクルの振動時の油圧ダンパの荷重−変形（層間変形）関係を示した履歴特性図である。 図１８中の層間変形からブレースの変形量を差し引いたときの油圧ダンパの荷重−変形（ダンパ変形）関係を示した履歴特性図である。

以下、図８〜図１３を用いて本発明を実施するための最良の形態を説明する。

油圧ダンパ１はシリンダ２と、シリンダ２内を往復動するピストン３と、ピストン３の両側に設けられた油圧室Ａ、Ｂと、両油圧室Ａ、Ｂをつなぐ流路４に接続され、開放状態と閉鎖状態が切り替えられる開閉制御弁Ｃと、シリンダ２に接続され、圧油を蓄え可能な補助油圧タンク７と、補助油圧タンク７と各油圧室Ａ、Ｂとの間に接続され、開放状態と閉鎖状態が切り替えられる開閉制御弁Ｄ、Ｅを備える。

図８は外部からの電流の供給により全開閉制御弁Ｃ、Ｄ、Ｅの開閉を操作する電気的駆動手段としてのコントローラ８からの指令に基づいて図１−（ｂ）に示す油圧ダンパ１の全開閉制御弁Ｃ〜Ｅの制御を行う場合の油圧ダンパ１と各開閉制御弁Ｃ〜Ｅとの接続例を示す。

図１−（ａ）に示す例では全ての開閉制御弁Ｃ〜Ｅが方向性を持たないため、油圧室Ａが高圧側になったときに、油圧室Ａ内の圧油が開閉制御弁Ｄを通じて補助油圧タンク７に移動し、補助油圧タンク７内の圧油が開閉制御弁Ｅを通じて反対側の油圧室Ｂに移動する。油圧室Ｂが高圧側になったときには、油圧室Ｂ内の圧油が開閉制御弁Ｅを通じて補助油圧タンク７に移動し、補助油圧タンク７内の圧油が開閉制御弁Ｄを通じて反対側の油圧室Ａに移動する。

図１−（ｂ）は図１−（ａ）における開閉制御弁Ｃ〜Ｅが方向性を有する場合の図１−（ａ）の別の例としての油圧ダンパの構造を模式化して示す。図８は図１−（ｂ）に示す油圧回路図の具体例に相当する。図１−（ａ）では圧油が開閉制御弁Ｄを通じて油圧室Ａと補助油圧タンク７間を高圧側から低圧側へ移動でき、開閉制御弁Ｅを通じて油圧室Ｂと補助油圧タンク７間を高圧側から低圧側へ移動できる。これに対し、（ｂ）では切替弁２Ａにより、高圧側のいずれかの油圧室Ａ（Ｂ）からの圧油が開閉制御弁Ｄを通じて補助油圧タンク７へ移動でき、補助油圧タンク７からの圧油が開閉制御弁Ｅを通じて同じく高圧側のいずれかの油圧室Ｂ（Ａ）へ移動できる。

図１−（ｂ）においてピストン３の移動により油圧室Ａが高圧側であるとき、切替弁２Ａにより、高圧側油圧室Ａと開閉制御弁Ｄの流路が連結される。ピストン３の移動の向きが反転したときに、開閉制御弁Ｄを開くと、油圧室Ａからの圧油は開閉制御弁Ｄを通じて補助油圧タンク７に移動する。補助油圧タンク７と油圧室Ａの圧力が平衡になった後、一旦、開閉制御弁Ｄを閉鎖し、続いて開閉制御弁Ｃを開くと、油圧室Ａの圧力が油圧室Ｂへ流れて解放される。油圧室Ａ、Ｂ間の圧力差が解消されたときに開閉制御弁Ｃを閉じると、既にピストン３は僅かながら反対方向への移動を開始しているため、先ほどは低圧側であった反対側の油圧室Ｂが僅かながら高圧側となるため、切替弁２Ａが切り替わり、油圧室Ｂと開閉制御弁Ｅの流路が連結される。その後、開閉制御弁Ｅを開くと、補助油圧タンク７の圧油が油圧室Ｂに移動する。図１−（ｂ）中、切替弁２Ａは高圧側の油圧室Ａ（Ｂ）を開閉制御弁Ｄ及び開閉制御弁Ｅに連結する役目を果たすが、開閉制御弁Ｄ、Ｅに（ａ）に示すような両方向弁を使用する場合は必要ではない。

図８に示す例では開閉制御弁Ｄと開閉制御弁Ｅのそれぞれには、開閉制御弁Ｄと開閉制御弁Ｅの開閉を操作するソレノイドバルブＤ１、Ｅ１が接続され、開閉制御弁Ｃには開閉制御弁Ｃの開閉を操作するソレノイドバルブＣ１が接続される。この例では両油圧室Ａ、Ｂに、両油圧室Ａ、Ｂの内、いずれかの油圧室Ａ（Ｂ）が高圧側になったときに、高圧側の油圧室Ａ（Ｂ）からの圧油を開閉制御弁Ｄと開閉制御弁Ｃ側へ流す切替弁２Ａを接続している。

切替弁２Ａは両油圧室Ａ、Ｂを結ぶ流路４に接続される。切替弁２Ａはいずれか一方の油圧室Ａ（Ｂ）内の圧力が他方の油圧室Ｂ（Ａ）内の圧力を上回ったときに、高圧側の油圧室Ａ（Ｂ）内の圧油が流路４と流路５に流れる状態にするように設定されている。

切替弁２Ａには開閉制御弁（ポペット弁）Ｃと開閉制御弁（ポペット弁）Ｄに油圧室Ａ、Ｂからの圧油が移動し得る流路４、５が接続され、流路５に接続される補助油圧タンク７の先に、開閉制御弁Ｄを通過した圧油が開閉制御弁（ポペット弁）Ｅに移動し得る流路６が接続される。開閉制御弁Ｄに接続されたソレノイドバルブＤ１のソレノイドＤ２は励磁されたときにのみ、高圧側の油圧室Ａ（Ｂ）内の圧油の開閉制御弁Ｄの通過を自由にする状態にあり、切替弁２Ａを経て開閉制御弁Ｄに移動する圧油はソレノイドバルブＤ１がコントローラ８からの指令を受け（通電し）、ソレノイドＤ２が励磁されたときに開閉制御弁Ｄを通過して開閉制御弁Ｅ側へ向かうが、開閉制御弁Ｅは平常時にソレノイドバルブＥ１によって閉鎖した状態にあるため、開閉制御弁Ｄを通過した圧油は補助油圧タンク７へ移動する。

開閉制御弁Ｃに接続されたソレノイドバルブＣ１のソレノイドＣ２は励磁されたときにのみ、流路４に進入した圧油の開閉制御弁Ｃの通過を自由にする状態にあり、流路４に進入した圧油はソレノイドバルブＣ１がコントローラ８からの指令を受け（通電し）、ソレノイドＣ２が励磁されたときに開閉制御弁Ｃを通過して低圧側の油圧室Ｂ（Ａ）に流れ得る状態にする。

開閉制御弁Ｅに接続されたソレノイドバルブＥ１のソレノイドＥ２は励磁されたときにのみ、補助油圧タンク７から流路６に進入した圧油の開閉制御弁Ｅの通過を自由にする状態にあり、補助油圧タンク７から流路６に進入した圧油はソレノイドバルブＥ１がコントローラ８からの指令を受け（通電し）、ソレノイドＥ２が励磁されたときに開閉制御弁Ｅを通過して高圧側の油圧室Ｂ（Ａ）に流れ得る状態にする。

コントローラ８には例えば両油圧室Ａ、Ｂに設置された圧力計１１、１１の計測値が送信され、コントローラ８はいずれか一方の油圧室Ａ（Ｂ）の圧力が上昇から下降へと変化したことを検出したときに（図２−（ｂ））、ソレノイドバルブＤ１に通電の指令を送信し、ソレノイドＤ２を励磁させ、開閉制御弁Ｄを開放状態にする（図２−（ｃ））。コントローラ８はフレーム２０の層間変形量を計測する変位計等から送られる計測値等や、両油圧室Ａ、Ｂ間の圧力差の変化により判明する計測値に基づいて、層間変形の向きが反転したことを判断することもある。

開閉制御弁Ｄが開放すると（図２−（ｃ））、いずれか高圧側になった油圧室Ａ（Ｂ）内から流路５に進入した圧油が開閉制御弁Ｄを通過して補助油圧タンク７に移動し、一時的に蓄えられる。高圧側の油圧室Ａ（Ｂ）内の圧油の補助油圧タンク７への移動により高圧側の油圧室Ａ（Ｂ）内の圧力が降下し、高圧側の油圧室Ａ（Ｂ）内の圧力と補助油圧タンク７の圧力が平衡する状態に至る。

コントローラ８は油圧室Ａ（Ｂ）と補助油圧タンク７の圧力が平衡したことを検出したときに、ソレノイドバルブＤ１への通電を遮断すると同時に、ソレノイドバルブＣ１に通電の指令を送信し、ソレノイドＣ２を励磁させ、開閉制御弁Ｄを閉鎖させながら、開閉制御弁Ｃを開放状態にする（図２−（ｄ））。開閉制御弁Ｃが開放することで、両油圧室Ａ、Ｂ間の圧油の移動が自由になり、両油圧室Ａ、Ｂ間の圧力差が解消され、平衡状態に至る。

コントローラ８は両油圧室Ａ、Ｂ内の圧力が平衡した時点で、ソレノイドバルブＣ１への通電を遮断した後、ソレノイドバルブＥ１に通電の指令を送信し、ソレノイドＥ２を励磁させ、開閉制御弁Ｃを閉鎖させた後、開閉制御弁Ｅを開放状態にする（図２−（ｅ））。開閉制御弁Ｃを閉じる時点で、層間変形は僅かながら反対方向への移動を開始しているため、開閉制御弁Ｃを閉じると、開閉制御弁Ｄを開く時には高圧側であった油圧室Ａ（Ｂ）の圧力よりも、低圧側であった油圧室Ｂ（Ａ）の圧力が僅かながら上昇する。このため、切替弁２Ａが切り替わり、補助油圧タンク７から開閉制御弁Ｅを通過した圧油が流れる流路６は油圧室Ｂ（Ａ）と連結される。従って、開閉制御弁Ｅを開放すると、油圧室Ｂ（Ａ）内より相対的に高圧である補助油圧タンク７内の圧油が流路６を通じて流れ込み、補助油圧タンク７の圧力と平衡になるまで油圧室Ｂ（Ａ）の圧力が高められることになる。

図９は両油圧室Ａ、Ｂ間の圧力差の発生（油圧変動）に起因して図１に示す油圧ダンパ１の全ての開閉制御弁Ｃ〜Ｅの制御を行う場合の油圧ダンパ１と各開閉制御弁Ｃ〜Ｅとの接続例を示す。この例においても両油圧室Ａ、Ｂに、両油圧室Ａ、Ｂの内、いずれかの油圧室Ａ（Ｂ）が高圧側になったときに、高圧側の油圧室Ａ（Ｂ）からの圧油を開閉制御弁Ｄと開閉制御弁Ｃに流す切替弁２Ａを接続している。

この場合は、コントローラ８による開閉制御弁Ｃ、Ｄ、Ｅの制御がないため、図８におけるソレノイドバルブＣ１〜Ｅ１に代わり、開閉制御弁Ｃ、Ｄ、Ｅには切替弁Ｃ３、Ｄ３、Ｄ４が接続される。切替弁Ｃ３と切替弁Ｄ３は平常時の状態では開閉制御弁Ｃ、Ｄの開閉を操作する圧油の流れをスプリングの力によって阻止することで、開閉制御弁Ｃ、Ｄを閉じた状態に維持している。開閉制御弁Ｅは、切替弁Ｃ３、Ｄ３が平常時の状態にあり、且つ補助油圧タンク７内の圧力が高圧側の油圧室Ａ（Ｂ）内の圧力を上回るときに開いて、補助油圧タンク７内の圧油が高圧側の油圧室Ａ（Ｂ）に流れ込むようになっている。

流路５に開閉制御弁Ｄと並列に接続されたバッファ９内の圧力が高圧側の油圧室Ａ（Ｂ）の圧力を上回ったときに、切替弁Ｄ３は開閉制御弁Ｄの開閉を可能にする圧油の流れを自由にする状態にスプリングの力に抗して切り替わり、開閉制御弁Ｄを開放状態にする（図２−（ｃ））。図９の例では切替弁Ｄ３とその切り替えを操作するバッファ９とこれに圧油を流す逆止弁９Ａの組み合わせが図８の例におけるソレノイドバルブＤ１に相当し、開閉制御弁Ｄの開閉を操作する働きをする。

ピストン３の一方向への移動により、いずれか一方の油圧室Ａ（Ｂ）の圧力が上昇中は高圧側の油圧室Ａ（Ｂ）内の圧油が流路５から逆止弁９Ａを通ってバッファ９内に入り込む。ピストン３の移動方向が反転すると、高圧側の油圧室Ａ（Ｂ）内の圧力はそれに応じて低下するが、バッファ９と高圧側の油圧室Ａ（Ｂ）を連結する流路に逆止弁９Ａが備えられていることで、バッファ９の圧力の低下が阻止されるため、バッファ９内の圧力が高圧側の油圧室Ａ（Ｂ）の圧力を上回ることになる。この結果、切替弁Ｄ３が切り替わって開閉制御弁Ｄが開放し（図２−（ｃ））、高圧側の油圧室Ａ（Ｂ）内の圧油が流路５から開閉制御弁Ｄを経由して補助油圧タンク７へ移動する。

高圧側の油圧室Ａ（Ｂ）内の圧油の補助油圧タンク７への移動に伴い、高圧側の油圧室Ａ（Ｂ）内の圧力と補助油圧タンク７内の圧力が平衡したときに、切替弁Ｄ３に接続され、平常時に切替弁Ｄ３を通じたバッファ９からの流れを阻止している切替弁Ｄ４がバッファ９からの流れを自由にする状態に切り替わり、バッファ９からの圧油が切替弁Ｄ４に接続されたアキュムレータ１０に流れ込む。バッファ９からの圧油のアキュムレータ１０への移動によりバッファ９内の圧力が降下し、高圧側の油圧室Ａ（Ｂ）内の圧力と平衡すると、切替弁Ｄ３がスプリングの力で平常時の状態に復帰し、開閉制御弁Ｄが閉鎖する。

バッファ９内の圧油がアキュムレータ１０に更に流れ込むことで圧力が降下し、高圧側の油圧室Ａ（Ｂ）内の圧力を下回ると、切替弁Ｄ３は通常の位置に復帰し、切替弁Ｃ３が切り替わり、開閉制御弁Ｃを開放状態にする（図２−（ｄ））。開閉制御弁Ｃの開放により開閉制御弁Ｃを通じた油圧室Ａ、Ｂ間の圧油の移動が自由になり、油圧室Ａ、Ｂ間の圧力が平衡する。油圧室Ａ、Ｂ間の圧力が平衡することで、切替弁Ｃ３がスプリングの力で平常時の状態に復帰しようと動き始める。切替弁Ｃ３は僅かな移動量で開閉制御弁Ｃの背圧の流路を閉鎖し、完全に平常時の状態に復帰したときに開閉制御弁Ｅの背圧の流路が連結されるように設定されているため、切替弁Ｃ３が平常時の状態に復帰する途中で、まず開閉制御弁Ｃが閉鎖する。

このとき、ピストン３は僅かながらも反対方向へ移動を開始しているため、開閉制御弁Ｃが閉鎖状態に戻ると、直前まで低圧側であった油圧室Ｂ（Ａ）の圧力が直前まで高圧側であった油圧室Ａ（Ｂ）より高くなって切替弁２Ａが切り替わり、開閉制御弁Ｅからの流路６は直前まで低圧側であった油圧室Ｂ（Ａ）と連結される。その後、切替弁Ｃ３が完全に平常時の位置に復帰すると、開閉制御弁Ｅを閉鎖状態に保っていた背圧の流路が、直前まで低圧側であった油圧室Ｂ（Ａ）に連結される。補助油圧タンク７の圧力は油圧室Ｂ（Ａ）内の圧力よりも上回っているため、開閉制御弁Ｅが開放し、補助油圧タンク７内の圧油が流路６を通じて油圧室Ｂ（Ａ）内に流れ込む。このとき、開閉制御弁Ｃは閉鎖状態にあるから、補助油圧タンク７内の圧力と平衡になるまで、油圧室Ｂ（Ａ）の圧力が高められることになる。

図１０は図８に示す油圧回路における開閉制御弁Ｃにバッファ９及び逆止弁９Ａを並列に接続すると共に、バッファ９にバッファ９と連通し得るアキュムレータ１０を直列に接続し、開閉制御弁Ｃに付属するソレノイドバルブＣ１とアキュムレータ１０との間に図９に示す油圧回路の切替弁Ｄ３を接続し、図８に示す油圧回路と図９に示す油圧回路を合成した油圧回路を形成した場合の例を示す。

図１０の例では開閉制御弁Ｄに付属するソレノイドバルブＤ１のソレノイドＤ２と、開閉制御弁Ｅに付属するソレノイドバルブＥ１のソレノイドＥ２を平常時（無通電時）に閉じた状態に保ち、ソレノイドバルブＣ１のソレノイドＣ２を無通電時に図示するように開いた状態、すなわちバッファ９からの圧油が切替弁Ｄ３側へ流れ得る状態に保つ。ソレノイドＣ２は平常時には通電した状態に置かれることで、バッファ９から切替弁Ｄ３へ向かう圧油の流れを阻止しており、コントローラ８からの指令を受けて無通電状態になったときに図示するようにバッファ９から切替弁Ｄ３へ向かう圧油の流れが生じ得る状態にする。

この場合、油圧室Ａ、Ｂのいずれか一方の圧力が上昇から下降へ変化したとき、コントローラ８からの指令によりソレノイドバルブＤ１に通電し、ソレノイドＤ２が励磁されると、開閉制御弁Ｄが開放し、高圧側の油圧室Ａ（Ｂ）内の圧油が補助油圧タンク７に移動する。その後、補助油圧タンク７内の圧力と高圧側の油圧室Ａ（Ｂ）内の圧力が平衡したときに、コントローラ８からの指令によりソレノイドＤ２への通電が遮断されると同時に、ソレノイドＣ２への通電も遮断されると、バッファ９内に蓄えられていた圧力が高圧側の油圧室Ａ（Ｂ）内の圧力を上回り、切替弁Ｄ３がスプリングに抗して切り替わり、開閉制御弁Ｃが開放する。開閉制御弁Ｃの開放により油圧室Ａ、Ｂ間の圧力差が解消される。

油圧室Ａ、Ｂ間の圧力差の解消に伴い、ソレノイドＣ２へ通電してバッファ９を通じた圧油の流れを遮断すると、制御弁Ｃが閉鎖し、ピストンの移動に伴い、それまで低圧側であった反対側の油圧室Ｂ（Ａ）が相対的に高圧になり、切替弁２Ａが切り替わる。続いてソレノイドＥ２へ通電すると、開閉制御弁Ｅが開放し、補助油圧タンク７内の圧油が油圧室Ｂ（Ａ）内へ流入し、油圧室Ｂ（Ａ）内の圧力が補助油圧タンク７の圧力と平衡するまで高められることになる。

図１０の例は、完全に自動で各開閉制御弁Ｃ〜Ｅの開閉が制御され、コントローラ８に依存しない図９に示す油圧回路より単純な構成でありながら、停電時等、電源からの電流供給が遮断された断電時にソレノイドＣ２が開くことで、特許文献２と同様の自動油圧開閉回路に切り替わるため、特許文献２と同様の切替制御が保証される利点がある。図１０の例においても、ソレノイドＣ２、Ｄ２、Ｅ２への通電のタイミングを油圧室Ａ、Ｂに設置された圧力計１１、１１からの計測値に基づいているが、フレーム２０の層間変形の計測値に基づいて通電がされることもある。

油圧ダンパ１が実際のフレーム２０内に組み込まれるときには、油圧ダンパ１が発生する荷重（抵抗力）が過大にならず、ダンパ本体やフレーム２０が損傷しないよう、すなわち油圧室Ａ、Ｂ間の圧力差が一定値を超えないよう、図１１−（ａ）に示すように油圧室Ａ，Ｂ間を直接連結する流路にリリーフ弁１２が接続されることがある。図１１−（ｂ）はリリーフ弁１２が作動した場合の荷重−変形関係の模式図を示すが、リリーフ弁１２が作動すると、荷重が最大となるタイミング（図１１−（ｂ）のＰ点）が層間変形が最大値を迎えるタイミングと一致しなくなることが分かる。そのため、ダンパの油圧室の圧力に基づいて開閉制御弁を制御すると、エネルギー吸収効率が損失する可能性がある。エネルギー吸収効率の損失を回避するためには、油圧ダンパ１の発生荷重がリリーフ弁１２の作動荷重Ｆｒより大きい状態では、開閉制御弁の制御を行わないようにすればよい。

図１２は図８に示す油圧回路における切替弁２Ａ（流路４）に並列に、両油圧室Ａ、Ｂ間の各向きの過剰な圧力差を逃がすリリーフ弁１２を接続した場合である。層間変形の計測値に基づいて開閉制御弁の制御を行う場合は問題ないが、油圧室Ａ，Ｂの圧力に基づいて制御する場合は、油圧室Ａ，Ｂ間の圧力差がリリーフ弁１２の作動荷重Ｆｒより大きい場合には開閉制御弁の制御を行わないアルゴリズム（プログラム）に変更すればよい。

図１３は図９に示す油圧回路における切替弁２Ａ（流路４）に並列にリリーフ弁１２を接続し、バッファ９とアキュムレータ１０との間にリリーフ弁１３を接続した場合の例である。リリーフ弁１３によりバッファ９の圧力がリリーフ弁１２の作動荷重Ｆｒを超えないように制御されるため、バッファ９内の圧力が高圧側の油圧室Ａ（Ｂ）内の圧力を上回ることによる開閉制御弁Ｄ、Ｃ、Ｅの開放の動作が回避される。

図１４は図１０に示す油圧回路における切替弁２Ａ（流路４）に並列にリリーフ弁１２を接続し、バッファ９とアキュムレータ１０間にリリーフ弁１３を接続した場合の例を示す。この場合も、断電時にソレノイドＣ２が開くことがあっても、リリーフ弁１３によりバッファ９の圧力がリリーフ弁１２の作動荷重Ｆｒを超えないように制御されるため、バッファ９内の圧力が高圧側の油圧室Ａ（Ｂ）内の圧力を上回ることによる開閉制御弁Ｃの開放の動作が回避される。

１……油圧ダンパ、
２……シリンダ、
Ａ……油圧室、Ｂ……油圧室、
２Ａ……切替弁、
Ｃ……開閉制御弁、Ｃ１……ソレノイドバルブ、Ｃ２……ソレノイド、Ｃ３……切替弁、
Ｄ……開閉制御弁、Ｄ１……ソレノイドバルブ、Ｄ２……ソレノイド、Ｄ３……切替弁、Ｄ４……切替弁、
Ｅ……開閉制御弁、Ｅ１……ソレノイドバルブ、Ｅ２……ソレノイド、
３……ピストン、３Ａ……ピストンロッド、
４……流路（油圧室Ａ、Ｂ間）、
５……流路（一方の油圧室と補助油圧タンク間）、６……流路（補助油圧タンクと他方の油圧室間）、
７……補助油圧タンク、８……コントローラ、
９……バッファ、９Ａ……逆止弁、１０……アキュムレータ、１１……圧力計、
１２……リリーフ弁（流路）、１３……リリーフ弁（バッファとアキュムレータ間）、
２０……フレーム、２１……ブレース。

Claims (4)

1. シリンダと、このシリンダ内を往復動するピストンと、このピストンの両側に設けられた油圧室と、この両油圧室をつなぐ流路に接続され、開放状態と閉鎖状態が切り替えられる開閉制御弁を備えた油圧ダンパにおいて、
   前記油圧ダンパは、前記シリンダに接続され、圧油を蓄え可能な補助油圧タンクと、前記補助油圧タンクと前記各油圧室との間に接続され、開放状態と閉鎖状態が切り替えられる開閉制御弁を備え、
   前記ピストンがいずれかの向きに移動している最中は、全開閉制御弁を閉鎖させて一方側の油圧室に圧力を発生させ、前記ピストンの移動する向きが反転したときに高圧側となった前記一方側の油圧室と前記補助油圧タンクを連結するいずれかの前記開閉制御弁を開放させて前記一方側の油圧室内の圧油を前記補助油圧タンクに移動させ、
   その後、開放している前記開閉制御弁を閉鎖させると共に、前記両油圧室を連結する前記開閉制御弁を開放させて高圧側の油圧室内の圧力を解放させ、両油圧室間の圧力差を解消した後、開放している前記開閉制御弁を閉鎖させると共に、前記一方側の反対側である他方の油圧室と前記補助油圧タンクを連結するいずれかの前記開閉制御弁を開放させて前記補助油圧タンク内の圧油を前記他方の油圧室に移動させ、開放している前記開閉制御弁を閉鎖させる一連の操作をすることを特徴とする油圧ダンパ開閉制御弁の制御方法。
2. 請求項１に記載の開閉制御弁の制御方法に使用される油圧ダンパであり、外部からの電流の供給により前記開閉制御弁の開閉を操作する電気的駆動手段を備えていることを特徴とする油圧ダンパ。
3. 請求項１に記載の開閉制御弁の制御方法に使用される油圧ダンパであり、前記両油圧室間の圧力差の発生に基づいて前記開閉制御弁の開閉を操作する油圧式駆動手段を備えていることを特徴とする油圧ダンパ。
4. 請求項１に記載の開閉制御弁の制御方法に使用される油圧ダンパであり、外部からの電流の供給により前記開閉制御弁の開閉を操作する電気的駆動手段と、前記両油圧室間の圧力差の発生に基づいて前記開閉制御弁の開閉を操作する油圧式駆動手段を備えていることを特徴とする油圧ダンパ。
   

Images