JP6357084B2 - 可変剛性装置 - Google Patents

Description

この発明は、可変剛性装置に関する。

建築物の振動を低減する制震装置としては、建築物の層間に設けられる制震ダンパがある。制震ダンパは、建築物の柱と梁からなるラーメン内に配置されて、上下階の梁のずれに対して減衰力を発揮して建築物の振動を抑制するようになっている。

ところで、多階層の建築物では、振動が入力された場合、複数の固有振動数で振動することが知られており、建築物の揺れの主成分である一次の周波数成分のほかに、建築物の質点数により二次、三次というように高次の周波数成分が前記揺れに重畳される。

三次以上の固有振動数は、一次の固有振動数に比較して非常に高く、建築物の振動を抑制するには、二次の固有振動数の振動を考慮すれば足りることがほとんどであり、このことから、減衰係数を可変にすることで、一次の固有振動数の振動のみならず、二次の固有振動数の振動についても低減することができる制震ダンパ（たとえば、特許文献１参照）が開発されるに至っている。

特開２００２−５４６７５号公報

しかしながら、前記した制震ダンパでは、減衰係数を最適化することで、二次の固有振動数の振動成分についても低減することができるのであるが、減衰係数を可変にしても揺れの主成分である一次の固有振動数の振動については、パッシブな制震ダンパと同等の低減効果しか得られない。

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、建築物の振動を効果的に抑制することができる可変剛性装置を提供することである。

上記した目的を達成するために、本発明の課題解決手段における可変剛性装置は、シリンダ内に圧側室を形成する圧側フリーピストンと、シリンダ内に伸側室を形成する伸側フリーピストンと、シリンダの内周に設けたストッパ部と、圧側フリーピストンと伸側フリーピストンとの間に配置されるピストンと、圧側室と伸側室とを連通する通路と、通路に設けられる開閉弁とを備えているので、開閉弁の通路の開閉に応じて伸縮時に発揮する剛性を変化させることができる。したがって、この可変剛性装置を建築物の柱と梁との間や、上下階の梁間に介装して、開閉弁を開いた状態と閉じた状態とで、建築物のラーメンの横方向の見かけ上の剛性を変化させることができる。

さらに、請求項２に対応した課題解決手段における可変剛性装置では、圧側フリーピストンの圧側室の圧力を受ける受圧面積の二乗の値と伸側フリーピストンがストッパ部に当接した状態における伸側室の容積の二乗の値とを乗じた値と、伸側フリーピストンの伸側室の圧力を受ける受圧面積の二乗の値と圧側フリーピストンがストッパ部に当接した状態における圧側室の容積の二乗の値とを乗じた値とが等しいので、通路の閉鎖時に、可変剛性装置が伸長作動しても収縮作動しても可変剛性装置の剛性を等しくすることができる。このように、剛性に偏りがなくなるので、伸縮が継続する場合に、可変剛性装置が建築物を一方側へ偏心させてしまうこともない。

また、請求項３に対応した課題解決手段における可変剛性装置では、圧側フリーピストンと伸側フリーピストンの受圧面積を等しくして、ピストンロッドが伸側フリーピストンに形成される孔に摺動するようにし、さらに、圧側室の容積と伸側室の容積を等しくしてあるため、通路の閉鎖時と開放時の両方で、可変剛性装置が伸長作動しても収縮作動しても可変剛性装置の剛性を等しくすることができる。このように、剛性に偏りがなくなるので、伸縮が継続する場合に、可変剛性装置が建築物を一方側へ偏心させてしまうこともない。

さらに、請求項４に対応した課題解決手段における可変剛性装置では、圧側フリーピストンに圧側室側へ向く凹部を有する圧側Ｕパッキンを設け、伸側フリーピストンに伸側室側へ向く凹部を有する伸側Ｕパッキンを設けているので、圧縮されることで高圧となる圧側室および伸側室の圧力を受けて、シリンダと伸側フリーピストンおよび圧側フリーピストンとの間を密にシールすることができ、圧側フリーピストンと伸側フリーピストンの間の空間へ作動油の漏洩を防止することができる。このように前記空間への作動油の漏洩を防止できるから、圧側フリーピストンと伸側フリーピストンからピストンが離間して遊びができ、可変剛性装置の伸縮初期における剛性の低下を阻止することができる。

よって、本発明の可変剛性装置によれば、建築物の振動を効果的に抑制することができる可変剛性装置を提供することである。

一実施の形態における可変剛性装置の概略断面図である。

図示した実施の形態に基づいて、この発明を説明する。一実施の形態における可変剛性装置１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てシリンダ２内の一端側である図１中左方側に圧側室Ｒ１を形成する圧側フリーピストン３と、シリンダ２内に摺動自在に挿入されてシリンダ２内の他端側である図１中右方側に伸側室Ｒ２を形成する伸側フリーピストン４と、シリンダ２内であって圧側フリーピストン３と伸側フリーピストン４との間に配置されるピストン５と、ピストン５に連結されるピストンロッド６と、圧側室Ｒ１と伸側室Ｒ２とを連通する通路７と、通路７に設けられる剛性調整弁としての開閉弁８とを備えて構成されている。

以下、可変剛性装置１の各部について詳細に説明する。シリンダ２は、筒状であって両端が閉塞されており、また、中央に内周側へ突出する環状のストッパ部２ａが設けられている。このシリンダ２にあっては、ストッパ部２ａの図１中左方側の内径を当該ストッパ部２ａの図１中右方側の内径よりも小さくしてある。つまり、シリンダ２の内径は、ストッパ部２ａが最小で、ストッパ部２ａの図１中左方側の内径がその次に小さく、ストッパ部２ａの図１中右方側の内径が一番大きい。なお、ストッパ部２ａは、圧側フリーピストン３および伸側フリーピストン４の移動を規制するために設けられていて、この規制機能を発揮できる形状であればよい。よって、ストッパ部２ａは、横断面Ｃ型であってもよいし、シリンダ２の内周の同一円周上に設けた単数或いは複数の突起で形成されてもよい。

そして、シリンダ２内であってストッパ部２ａより図１中左方側には、圧側フリーピストン３が摺動自在に挿入されている。この圧側フリーピストン３は、シリンダ２内であって当該圧側フリーピストン３よりも図１中左方側に圧側室Ｒ１を形成している。また、圧側フリーピストン３は、周方向に沿って形成された環状溝３ａを備えている。この環状溝３ａ内には、図１中左方側となる圧側室Ｒ１側へ向く凹部９ａを有してシリンダ２の内周に摺接する圧側Ｕパッキン９が装着されている。

シリンダ２内であってストッパ部２ａより図１中右方側には、伸側フリーピストン４が摺動自在に挿入されている。この伸側フリーピストン４は、シリンダ２内であって当該伸側フリーピストン４よりも図１中右方側に伸側室Ｒ２を形成している。また、伸側フリーピストン４は、周方向に沿って形成された環状溝４ｂを備えている。この環状溝４ｂ内には、図１中右方側となる伸側室Ｒ２側へ向く凹部１０ａを有してシリンダ２の内周に摺接する伸側Ｕパッキン１０が装着されている。伸側フリーピストン４は、中央に軸方向に貫通する孔４ａが設けられている。

圧側フリーピストン３は、ストッパ部２ａに当接すると、伸側室Ｒ２側への移動が規制される。他方の伸側フリーピストン４は、ストッパ部２ａに当接すると、圧側室Ｒ１側への移動が規制される。

シリンダ２内であって、圧側フリーピストン３と伸側フリーピストン４との間には、ストッパ部２ａの内径より小径であって孔４ａよりも大径なピストン５が配置されている。ピストン５の軸方向の幅は、ストッパ部２ａの軸方向の幅に一致させてあって、圧側フリーピストン３と伸側フリーピストン４とがストッパ部２ａに当接するとピストン５もこの圧側フリーピストン３と伸側フリーピストン４に当接して両者によって挟まれるようになっている。

ピストンロッド６は、一端がピストン５に連結されており、伸側フリーピストン４に設けた孔４ａ内に摺動自在に挿通されるとともに、他端がシリンダ２の図１中右端を貫通して外方へと突出している。つまり、ピストンロッド６は、伸側フリーピストン４を摺動自在に貫通している。

したがって、ピストンロッド６が外部入力によってシリンダ２に対して内方へ侵入する方向である図１中左方へ移動する場合、ピストン５が圧側フリーピストン３に接触している状態では、ピストン５が圧側室Ｒ１を圧縮する方向へ圧側フリーピストン３を押圧するため、ピストンロッド６と圧側フリーピストン３が共に移動することになる。

なお、この実施の形態の場合、圧側フリーピストン３を軸方向に見た面積と伸側フリーピストン４を軸方向に見た面積とが等しい。したがって、圧側フリーピストン３の圧側室Ｒ１内の圧力受ける受圧面積と伸側フリーピストン４の伸側室Ｒ２内の圧力受ける受圧面積とが等しくされている。

また、圧側フリーピストン３がストッパ部２ａに当接した状態における圧側室Ｒ１の容積と、伸側フリーピストン４がストッパ部２ａに当接した状態における伸側室Ｒ２の容積を等しくしてある。

そして、シリンダ２内には、作動油が充填される。具体的には、シリンダ２内であって、圧側室Ｒ１、伸側室Ｒ２および圧側フリーピストン３と伸側フリーピストン４との間の空間Ｓに、作動油が充填される。

通路７は、シリンダ２の両端に設けたポート２ｂ，２ｃを接続して、圧側室Ｒ１と伸側室Ｒ２とを連通している。また、通路７には、この通路７を開閉する開閉弁８が設けられている。

可変剛性装置１は、以上のように構成されており、以下のように作動する。通路７が開閉弁８によって閉鎖されている場合、圧側室Ｒ１と伸側室Ｒ２とが連通されておらず、圧側室Ｒ１と伸側室Ｒ２の作動油は互いに行き来することができない。

そして、ピストン５が図１に示す位置にある状態から外力を与えてピストンロッド６を図１中左方へ移動させようとする場合、圧側室Ｒ１と伸側室Ｒ２とが連通されていないので、ピストン５が圧側フリーピストン３を押圧して圧側室Ｒ１のみを圧縮しようとする。作動油には、気体が溶け込んでいて圧力を加えることで、見かけ上、弾性を示すことから、ピストンロッド６を押圧する外力の大きさに応じて圧側室Ｒ１内の作動油が圧縮せしめられて、圧側フリーピストン３が作動油の弾性変形に見合うだけ圧側室Ｒ１側へ変位する。ピストンロッド６への外力負荷を停止すれば、作動油の見かけ上の弾発力で圧側フリーピストン３はストッパ部２ａに当接する位置へ復帰し、ピストン５も中央に戻されることになる。

対して、通路７が開閉弁８によって開放されている場合、圧側室Ｒ１と伸側室Ｒ２とが連通される。この状態で、ピストン５が図１に示す位置にある状態から外力を与えてピストンロッド６を図１中左方へ移動させようとする場合、圧側室Ｒ１と伸側室Ｒ２とが連通されているので、ピストン５が圧側フリーピストン３を押圧して圧側室Ｒ１および伸側室Ｒ２を圧縮しようとする。このピストンロッド６の動きによって、伸側室Ｒ２内も圧縮されて圧力が上昇するが、伸側フリーピストン４がストッパ部２ａに当接していて、伸側室Ｒ２内の容積はそれ以上拡大の余地はない。しかしながら、開閉弁８が閉じていた場合に比べ、今度は、圧側室Ｒ１のみならず伸側室Ｒ２の作動油もともに圧縮されるため、圧縮される作動油のボリュームは多くなることから、作動油が圧側フリーピストン３による圧縮に対抗して押し返そうとする反発力は小さくなる。なお、ピストンロッド６への外力負荷を停止すれば、作動油の見かけ上の弾発力で圧側フリーピストン３はストッパ部２ａに当接する位置へ復帰し、ピストン５も中央に戻されることになる。よって、通路７の閉鎖時と開放時とでピストンロッド６に加える外力を同じにしても、圧側フリーピストン３の変位量は閉鎖時に比べて開放時のほうが大きくなる。つまり、可変剛性装置１の剛性は、通路７の閉鎖時よりも開放時のほうが小さくなり、開閉弁８の開閉によって高剛性と低剛性とを選択することができる。

つづいて、通路７を開閉弁８により閉鎖して、ピストン５が図１に示す位置にある状態から外力を与えてピストンロッド６を図１中右方へ移動させようとする場合を考える。この場合、圧側室Ｒ１と伸側室Ｒ２とが連通されていないので、ピストン５が伸側フリーピストン４を押圧して伸側室Ｒ２のみを圧縮しようとする。したがって、この場合には、ピストンロッド６を押圧する外力の大きさに応じて伸側室Ｒ２内の作動油が圧縮せしめられて、伸側フリーピストン４が作動油の弾性変形に見合うだけ伸側室Ｒ２側へ変位する。ピストンロッド６への外力負荷を停止すれば、作動油の見かけ上の弾発力で伸側フリーピストン４はストッパ部２ａに当接する位置へ復帰し、ピストン５も中央に戻されることになる。

対して、通路７が開閉弁８によって開放されている場合、圧側室Ｒ１と伸側室Ｒ２とが連通される。この状態で、ピストン５が図１に示す位置にある状態から外力を与えてピストンロッド６を図１中右方へ移動させようとする場合、圧側室Ｒ１と伸側室Ｒ２とが連通されているので、ピストン５が伸側フリーピストン４を押圧して伸側室Ｒ２および圧側室Ｒ１を圧縮しようとする。このピストンロッド６の動きによって、圧側室Ｒ１内も圧縮されて圧力が上昇するが、圧側フリーピストン３がストッパ部２ａに当接していて、圧側室Ｒ１内の容積はそれ以上拡大の余地はない。しかしながら、開閉弁８が閉じていた場合に比べ、今度は、伸側室Ｒ２のみならず圧側室Ｒ１の作動油もともに圧縮されるため、圧縮される作動油のボリュームは多くなることから、作動油が伸側フリーピストン４による圧縮に対抗して押し返そうとする反発力は小さくなる。なお、ピストンロッド６への外力負荷を停止すれば、作動油の見かけ上の弾発力で伸側フリーピストン４はストッパ部２ａに当接する位置へ復帰し、ピストン５も中央に戻されることになる。よって、通路７の閉鎖時と開放時とでピストンロッド６に加える外力を同じにしても、伸側フリーピストン４の変位量は閉鎖時に比べて開放時のほうが大きくなる。つまり、可変剛性装置１の剛性は、通路７の閉鎖時よりも開放時のほうが小さくなり、開閉弁８の開閉によって高剛性と低剛性とを選択することができる。

つまりこの可変剛性装置１の剛性は、伸縮の両側で通路７の閉鎖時よりも開放時のほうが小さくなり、開閉弁８の開閉によって高剛性と低剛性とを選択することができる。また、可変剛性装置１は、ストッパ部２ａで圧側フリーピストン３の伸側室Ｒ２側への移動を規制するとともに、伸側フリーピストン４の圧側室Ｒ１側への移動を規制している。これにより、通路７を開放する際に圧側室Ｒ１および伸側室Ｒ２を圧縮することができ、伸長作動時に圧側室Ｒ１および伸側室Ｒ２が減圧されてシリンダ２外から気体を吸い込んでしまうようなバキュームを起こすこともなく、安定した作動を呈することができる。

前記したように、本発明の可変剛性装置１では、開閉弁８の通路７の開閉に応じて伸縮時に発揮する剛性を変化させることができる。したがって、この可変剛性装置１を建築物の柱と梁との間や、上下階の梁間に介装して、開閉弁８を開いた状態と閉じた状態とで、建築物のラーメンの横方向の見かけ上の剛性を変化させることができる。

このように、可変剛性装置１によれば、建築物に振動が入力された際に、建築物のラーメンの横方向の剛性を変化させることで、建築物の固有振動数を可変にすることができる。具体的には、建築物に振動が入力された際に、可変剛性装置１で建築物のラーメンの横方向の剛性を低くすることで、建築物をしなりやすくして、建築物の一次の固有振動数の振動を効果的に抑制することができる。

さらに、圧側フリーピストン３と伸側フリーピストン４の受圧面積を等しくして、ピストンロッド６が伸側フリーピストン４を摺動自在に貫通しており、圧側フリーピストン３がストッパ部２ａに当接した状態における圧側室Ｒ１の容積と、伸側フリーピストン４がストッパ部２ａに当接した状態における伸側室Ｒ２の容積を等しくしてある。可変剛性装置１が通路７の閉鎖時に伸縮した場合に、圧縮される圧側室Ｒ１と伸側室Ｒ２内の作動油量は伸縮両側で等しく、その圧力を受ける圧側フリーピストン３と伸側フリーピストン４の受圧面積が等しいので、通路７の閉鎖時の伸縮両側で可変剛性装置１の剛性は伸縮両側で等しくなる。また、可変剛性装置１が通路７の開放時に伸縮した場合に、圧縮されるのは圧側室Ｒ１と伸側室Ｒ２の両方であるから圧縮される作動油量は伸縮両側で等しく、かつ、その圧力を受ける圧側フリーピストン３と伸側フリーピストン４の受圧面積が等しいので、通路７の開放時も伸縮両側で可変剛性装置１の剛性は伸縮両側で等しくなる。よって、前記のように設定することで、通路７の閉鎖時と開放時の両方で、可変剛性装置１が伸長作動しても収縮作動しても可変剛性装置１の剛性を等しくすることができる。このように、剛性に偏りがなくなるので、伸縮が継続する場合に、可変剛性装置１が建築物を一方側へ偏心させてしまうこともない。

なお、開閉弁８が閉弁している状態で、可変剛性装置１が伸長作動しても収縮作動しても可変剛性装置１の剛性を等しくするには、以下のように設定してもよい。圧側フリーピストン３の受圧面積をＡ_１とし、圧側フリーピストン３がストッパ部２ａとピストン５の少なくとも一方に当接した状態における圧側室Ｒ１の容積をＶ_１とし、伸側フリーピストン４の受圧面積をＡ_２とし、伸側フリーピストン４がストッパ部２ａとピストン５の少なくとも一方に当接した状態における伸側室Ｒ２の容積をＶ_２とすると、Ａ_１ ^２×Ｖ_２＝Ａ_２ ^２×Ｖ_１（条件式）の条件を満たせば、開閉弁８が閉弁している状態で、可変剛性装置１が伸長作動しても収縮作動しても可変剛性装置１の剛性が等しくなる。可変剛性装置１の剛性をＫとする。剛性が伸縮両方で等しいので、収縮時に距離ｘだけ縮んだ際の可変剛性装置１が発揮する力Ｆ_１＝Ｋ・ｘ（式１）と、伸長時に距離ｘだけ伸びた際の可変剛性装置１が発揮する力Ｆ_２＝Ｋ・ｘ（式２）とが等しくなる。また、圧側室Ｒ１内の圧力をＰ_１とし、伸側室Ｒ２の圧力をＰ_２とし、前記力を圧力で表現すると、縮側の可変剛性装置１が発揮する力Ｆ_１＝Ａ_１・Ｐ_１（式３）と、伸側の可変剛性装置１が発揮する力Ｆ_２＝Ａ_２・Ｐ_２（式４）とが等しくなる。さらに、収縮時に距離ｘだけ縮んだ際の圧側室Ｒ１の体積変化をΔＶ_１とすると、距離ｘとの関係で、ΔＶ_１＝Ａ_１・ｘ（式５）となり、伸長時に距離ｘだけ伸びた際の伸側室Ｒ２の体積変化をΔＶ_２とすると、距離ｘとの関係で、ΔＶ_２＝Ａ_２・ｘ（式６）となる。以上、式１から式６の６つの関係式を、可変剛性装置１が伸縮両側で発揮する剛性が等しくなることに着目して整理すると、Ａ_１ ^２×Ｖ_２＝Ａ_２ ^２×Ｖ_１の条件式を導き出すことができる。この条件式が要求する条件を満たせば、開閉弁８の閉弁時に可変剛性装置１が伸縮両側で発揮する剛性を等しくできるのである。

なお、前述したところでは、ピストンロッド６がピストン５の一方側へ伸びており、可変剛性装置１は、片ロッド型とされているが、ピストンロッド６をピストン５の両側へ伸ばして、伸側フリーピストン４だけでなく、圧側フリーピストン３にもピストンロッド６を挿通を許容するとともにピストン５より小径の孔を設けて、ピストンロッド６が圧側フリーピストン３および伸側フリーピストン４を摺動自在に貫通するようにしてもよい。この場合、ピストンロッド６の両端は、シリンダ２の左右両端から外方へ突出させておくようにすればよい。このように可変剛性装置１を両ロッド型とするようにしても、ピストンロッド６に外力を与えてシリンダ２に対して軸方向に移動させることで、開閉弁８の閉鎖時には、圧側室Ｒ１或いは伸側室Ｒ２のみを圧縮することができ、開閉弁８の開放時には、圧側室Ｒ１および伸側室Ｒ２の双方を圧縮することができ、開閉弁８の開閉によって、可変剛性装置１の剛性を変化させることができる。

さらに、ピストンロッド６を孔４ａ内に摺動自在に挿入することで、ピストンロッド６がシリンダ２と伸側フリーピストン４の双方に軸支されるから、ピストンロッド６は、シリンダ２に対して傾ぐことなく安定して伸縮作動を呈することができる。

また、孔４ａの内径よりもピストン５が大径であって孔４ａをピストン５によって閉塞できるから、ピストンロッド６を図１中右方へ移動させる場合にあっても、伸側室Ｒ２内の圧力で伸側フリーピストン４がピストン５に押し付けられて密着して、伸側室Ｒ２から空間Ｓへの作動油の漏洩を防止することができる。このように空間Ｓへの作動油の漏洩を防止できるから、圧側フリーピストン３と伸側フリーピストン４の一方または両方がストッパ部２ａへ当接する位置まで戻ることができなくなってしまい、ピストン５と圧側フリーピストン３および伸側フリーピストン４とが離間して遊びができてしまうことも防止することができる。前述のように遊びが生じると、ピストン５が圧側フリーピストン３或いは伸側フリーピストン４に接触するまで可変剛性装置１の剛性が設定どおりとはならずに低くなる可能性が生じることになるが、前述の手立てで伸縮初期の剛性の低下を阻止することができる。また、ピストンロッド６を孔４ａ内に摺動自在に挿入しているので、伸側フリーピストン４とピストンロッド６との間の隙間が小さい。そのため、伸側フリーピストン４が伸側室Ｒ２を圧縮している状態からピストン５が外力で中央に急に戻されてピストン５から伸側フリーピストン４が離間することがあっても、伸側室Ｒ２の作動油がピストンロッド６と伸側フリーピストン４との間を通過して空間Ｓへ漏洩してしまうことを抑制することができる。なお、空間Ｓへの作動油の漏洩をより確実に阻止したい場合には、伸側フリーピストン４の内周にピストンロッド６の外周に摺接するシールリングを設けるとよい。また、ピストン５と伸側フリーピストン４の一方にピストン５と伸側フリーピストン４の他方に当接するシールリングを設けて、空間Ｓへの作動油の漏洩を防止してもよい。

また、圧側フリーピストン３には、圧側室Ｒ１側へ向く凹部９ａを有してシリンダ２の内周に摺接する圧側Ｕパッキン９が設けられ、伸側フリーピストン４には、伸側室Ｒ２側へ向く凹部１０ａを有してシリンダ２の内周に摺接する伸側Ｕパッキン１０が設けられている。Ｕパッキン９，１０以外のシールリングを利用することも当然に可能であるが、圧縮されることで高圧となる圧側室Ｒ１および伸側室Ｒ２に凹部９ａ，１０ａを向けた圧側Ｕパッキン９および伸側Ｕパッキン１０を用いることで、圧側フリーピストン３および伸側フリーピストン４の外周を介して前記空間Ｓへ作動油が漏洩することを確実に阻止できる。このように空間Ｓへの作動油の漏洩を防止できるから、圧側フリーピストン３と伸側フリーピストン４の一方または両方がストッパ部２ａへ当接する位置まで戻ることができなくなってしまい、ピストン５と圧側フリーピストン３および伸側フリーピストン４とが離間して遊びができてしまうことも防止することができる。

なお、可変剛性装置１の伸縮時に、圧側フリーピストン３および伸側フリーピストン４の変位量が大きく、空間Ｓが大きく拡大されて作動油の体積変化では吸収しきれない場合には、図１中破線で示すように、アキュムレータＡを設けて、このアキュムレータＡを空間Ｓに接続しておくとよい。アキュムレータＡ内の圧力は、常に、圧側室Ｒ１および伸側室Ｒ２の圧力よりも低くしておくことで、圧側フリーピストン３と伸側フリーピストン４の一方または両方がストッパ部２ａへ当接することができなくなる事態も生じず、ピストン５の動きに遊びも生じることはない。アキュムレータＡは、たとえば、ピストン５やピストンロッド６に設けるほか、シリンダ２外へ設けることも可能である。

また、ストッパ部２ａの軸方向幅とピストン５の軸方向幅を等しくしておくことで、圧側フリーピストン３と伸側フリーピストン４とがストッパ部２ａへ当接する位置まで戻ることができ、かつ、その状態で圧側フリーピストン３と伸側フリーピストン４とがピストン５に当接する。そのため、ピストン５と圧側フリーピストン３および伸側フリーピストン４とが離間して遊びができることがなく、開閉弁８が通路７を閉塞しているか開放しているかかかわらず、可変剛性装置１は、伸縮初期から設定どおりに剛性を発揮することができる。

なお、ピストン５の軸方向幅がストッパ部２ａの軸方向幅よりも長い場合、圧側フリーピストン３と伸側フリーピストン４とが圧側室Ｒ１および伸側室Ｒ２の圧力でシリンダ２の中央へ戻された場合、ピストン５に当接する状態となるので、開閉弁８が通路７を閉塞する際には、可変剛性装置１は、伸縮初期から設定どおりの剛性を発揮することができる。ピストン５の軸方向幅がストッパ部２ａの軸方向幅よりも長く、たとえば、伸側フリーピストン４がストッパ部２ａから離間しており、ピストン５が圧側フリーピストン３を押圧して圧側室Ｒ１を圧縮する場合、開閉弁８が通路７を開放している状態では、伸側フリーピストン４がピストン５の移動によって、ストッパ部２ａに当接するまで移動するため、伸側フリーピストン４がストッパ部２ａに当接するまでは可変剛性装置１の剛性が設定よりも低くなるが、その後は、設定どおりに剛性を発揮することになる。逆に、ピストン５の軸方向幅がストッパ部２ａの軸方向幅よりも短い場合、圧側フリーピストン３と伸側フリーピストン４とがストッパ部２ａに当接した状態で、ピストン５が圧側フリーピストン３と伸側フリーピストン４との間で遊ぶために、開閉弁８の開閉によらず、可変剛性装置１の伸縮初期で剛性が設定よりも低くなる。このように、ピストン５の軸方向幅とストッパ部２ａの軸方向幅が異なる場合、剛性を可変にすることができる効果を失うことはないが、伸縮初期で可変剛性装置１の剛性が低くなる場合がある。

また、前述したところでは、通路７に剛性調整弁として開閉弁８を設け、開閉弁８の開閉で可変剛性装置１の剛性を変化させているが、開閉弁８の代わりに通路７を通過する液体の流れに与える抵抗を変更できる減衰弁或いは圧力制御弁を剛性調整弁としてもよい。このように、剛性調整弁に流路面積の可能な減衰弁或いは圧力制御が可能な圧力制御弁を利用すると、通路７の抵抗を無段階に調整でき、可変剛性装置１の剛性を無段階に調整できる。また、剛性調整弁には、開弁圧の設定のあるリリーフ弁の利用も可能である。過大な入力が可変剛性装置１に入力された場合に、リリーフ弁を開弁させて可変剛性装置１内が過剰圧力となるのを防止できる。

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 可変剛性装置
２ シリンダ
２ａ ストッパ部
３ 圧側フリーピストン
３ａ 孔
４ 伸側フリーピストン
５ ピストン
６ ピストンロッド
７ 通路
８ 剛性調整弁としての開閉弁
９ 圧側Ｕパッキン
９ａ 圧側Ｕパッキンにおける凹部
１０ 伸側Ｕパッキン
１０ａ 伸側Ｕパッキンにおける凹部
Ｒ１ 圧側室
Ｒ２ 伸側室

Claims (4)

1. シリンダと、
   前記シリンダ内に摺動自在に挿入されて前記シリンダ内の一端側に圧側室を形成する圧側フリーピストンと、
   前記シリンダ内に摺動自在に挿入されて前記シリンダ内の他端側に伸側室を形成する伸側フリーピストンと、
   前記シリンダ内であって前記圧側フリーピストンと前記伸側フリーピストンとの間に配置されるピストンと、
   前記圧側フリーピストンと前記伸側フリーピストンの一方または両方を貫通して前記ピストンに連結されるピストンロッドと、
   前記シリンダの内周側へ突出して、前記圧側フリーピストンに当接すると前記圧側フリーピストンの前記伸側室側への移動を規制するとともに、前記伸側フリーピストンに当接されると前記伸側フリーピストンの前記圧側室側への移動を規制するストッパ部と、
   前記圧側室と前記伸側室とを連通する通路と、
   前記通路に設けられる剛性調整弁と
   を備えたことを特徴する可変剛性装置。
2. 前記圧側フリーピストンの前記圧側室の圧力を受ける受圧面積の二乗の値と、前記伸側フリーピストンが前記ストッパ部に当接した状態における前記伸側室の容積の二乗の値とを乗じた値と、
   前記伸側フリーピストンの前記伸側室の圧力を受ける受圧面積の二乗の値と、前記圧側フリーピストンが前記ストッパ部に当接した状態における前記圧側室の容積の二乗の値とを乗じた値とが
   等しいことを特徴とする請求項１に記載の可変剛性装置。
3. 前記ピストンロッドは、前記圧側フリーピストンと前記伸側フリーピストンの一方または両方を摺動自在に貫通し、
   前記圧側フリーピストンの前記圧側室の圧力を受ける受圧面積と前記伸側フリーピストンの前記伸側室の圧力を受ける受圧面積とが等しく、
   前記圧側フリーピストンが前記ストッパ部に当接した状態における前記圧側室の容積と、前記伸側フリーピストンが前記ストッパ部に当接した状態における前記伸側室の容積を等しくした
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の可変剛性装置。
4. 前記圧側フリーピストンは、
   外周に装着されて、前記圧側室へ向く凹部を有して前記シリンダの内周に摺接する圧側Ｕパッキンを備え、
   前記伸側フリーピストンは、
   外周に装着されて、前記伸側室へ向く凹部を有して前記シリンダの内周に摺接する伸側Ｕパッキンを備えた
   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可変剛性装置。

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