JP6657688B2 - 調圧弁及びオイルダンパー - Google Patents

Description

本発明は、調圧弁及びオイルダンパーに関する。

従来、高圧側の圧力に応じて、高圧側から低圧側に流体を流通させることにより、高圧側の圧力の大きさを調整する調圧弁がある。このような調圧弁を、免震建物の免震層を構成するオイルダンパー等の減衰材として使用し、地震発生時に免震層に生じる相対変形速度に比例する減衰力を生じさせて免震機能を発揮させる技術が知られている。例えば、特許文献１には、ばね力の異なる２種類のばねを用いてピストン（弁体）の移動速度に応じた圧力を作動油（流体）に加えることにより、地震発生時の振動に対して圧力の大きさを効率的に調整可能な調圧弁、及び、そのような調圧弁を用いることで地震動に応じた適切な大きさの減衰力を生じさせることが可能な油圧制振装置が開示されている。

特開２０００−２９１７１６号公報

特許文献１の調圧弁や油圧制振装置を用いれば、地震が発生した際に当該地震の大きさに応じた減衰力を発揮させ、建物の振動を減衰させることができる。しかし、特許文献１の油圧制振装置に用いられている調圧弁には２種類のばねが用いられることから構造が複雑となりコストが高くなったり、ばねの条件等を調整することが難しくなったりするといった問題がある。また、このような構造の調圧弁では、設計地震動を上回るような力が作用した場合、例えば調圧弁の高圧側に所定の大きさ以上の圧力が作用した場合には、十分な減衰力を発揮することができないおそれがある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであって、その主な目的は、オイルダンパーに使用した際に、高圧側に所定の値よりも大きな圧力が作用した場合に減衰力を増大させることが可能な調圧弁を提供することである。

上記目的を達成するための主たる発明は、
高圧側圧力に応じて、高圧側から低圧側に流体を流通させる調圧弁であって、
前記調圧弁の外装をなす本体と、
前記流体を前記本体の内部に流入させる流入口と、
前記本体の内部に流入した流体を流出させる単一の流出口と、
前記流入口を閉じる方向に付勢する付勢手段を備えた弁体と、
を有し、
前記流体が第１の圧力以上で前記弁体が前記流入口を開放し、
前記流体の速度の上昇に応じて前記流体の圧力が上昇し、
前記流体が第２の圧力を超えると前記弁体が前記流出口を閉塞する、又は、前記流出口を狭隘にする、ことを特徴とする調圧弁である。
本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。

本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。

本発明によれば、オイルダンパーに使用した際に、高圧側に所定の値よりも大きな圧力が作用した場合に減衰力を増大させることが可能な調圧弁を提供することができる。

調圧弁１０の概略構造図である。 図２Ａ〜図２Ｃは、調圧弁１０の基本的な動作について具体的に説明する図である。 免震建物においてオイルダンパー１００が設置された状態について表す概念図である。 オイルダンパー１００の概略構造図である。 従来型の調圧弁５０の概略構造図である。 オイルダンパー１００の作動特性について説明する図である。 比較例のオイルダンパー３００の概略構造図である。 比較例のオイルダンパー３００の作動特性について説明する図である。

本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。

高圧側圧力に応じて、高圧側から低圧側に流体を流通させる調圧弁であって、前記流体の流入口と、前記流体の流出口と、前記流入口を閉じる方向に付勢する付勢手段を備えた弁体と、を有し、前記流体が第１の圧力以上で前記弁体が前記流入口を開放し、前記流体の速度の上昇に応じて前記流体の圧力が上昇し、前記流体が第２の圧力を超えると前記弁体が前記流出口を閉塞する、又は、前記流出口を狭隘にする、ことを特徴とする調圧弁。

このような調圧弁によれば、比較的圧力が低い領域では従来の調圧弁と同等に作用して流入口側の圧力をほぼ一定に保つことができるが、圧力が所定値よりも高くなると、流出口の面積を小さくすることによって圧力を増大させることができる。したがって、当該調圧弁をオイルダンパーに適用することにより、高い圧力が作用した場合に減衰力を増大させ、地震等の振動の大きさに応じて適切な減衰力を発揮させることが可能となる。

かかる調圧弁であって、前記弁体は、前記低圧側に向かって前記流出口に挿入する閉塞手段を備える、ことが望ましい。

このような調圧弁によれば、弁体自体が流出口を閉塞する手段を有することにより、所定の大きさよりも大きな圧力が作用した場合に、弁体の動作に伴って自動的に流出口が閉塞される、又は流出口の面積が狭隘にされる。これにより、複雑な制御を行うことなく、流出口を閉塞させる動作を安定的に実現することができる。

かかる調圧弁であって、前記閉塞手段は、前記弁体が前記流入口側から前記流出口側へ移動するのに連動して、前記流入口側から前記前記流出口側へ移動可能な軸部材であり、前記軸部材の前記流出口側の端部が前記流出口に挿入される、ことが望ましい。

このような調圧弁によれば、所定の大きさよりも大きな圧力が作用した場合に、当該圧力の作用によって弁体が移動するのに応じた単純な動作で調圧弁の流出口を閉塞させることができる。また、弁体に軸部材が設けられるだけであるため、構造がシンプルであり、製造コストも低く抑えることができる。

かかる調圧弁であって、前記弁体は、前記高圧側に向かって前記流入口に挿入される先細りのテーパーを備える、先細りのテーパーを備える、ことが望ましい。

このような調圧弁によれば、テーパーを備えた弁体が流入口側に付勢され、流入口に挿入されることにより、流入口と弁体との間に隙間が生じにくくなる。したがって、流入口に作用する圧力が所定の大きさに達するまでは、該流入口をしっかりと閉塞させ流体を漏れにくくすることができる。

また、上記のいずれかに記載の調圧弁を有する、ことを特徴とするオイルダンパーが明らかとなる。

このようなオイルダンパーによれば、地震の揺れの大きさに応じて適切な減衰力を発生させ、また、設計地震動を上回るような地震が発生した場合には、より大きな減衰力を発生させることができる。また、このような機能は、上述のような調圧弁を設けるだけで実現することができるため、複雑な機構や制御が不要であり、低コストなオイルダンパーを提供することができる。

かかるオイルダンパーであって、前記流体が満たされた容器と、前記調圧弁が設けられたピストンと、を備え、前記容器は、前記ピストンによって第１圧力室と第２圧力室とに区分されており、前記流体は前記調圧弁を介して前記第１圧力室と前記第２圧力室との間を移動可能であり、前記ピストンが前記第１圧力室と前記第２圧力室との間を移動する際の速度が、前記第１の圧力に対応する速度以上となったときに、前記弁体が前記流入口を開放し、前記ピストンが前記第１圧力室と前記第２圧力室との間を移動する際の速度が、前記第２の圧力に対応する速度を超えたときに、前記弁体が前記流出口を閉塞する、又は、前記流出口を狭隘にする、ことが望ましい。

このようなオイルダンパーによれば、ピストンの移動速度が所定の速度よりも早くなった場合に、調圧弁の流出口を閉塞させる等によって減衰係数を増大させ、大きな減衰力を発生させることができる。例えば、当該オイルダンパーを免震構造物に配置した状態で、設計地震動を上回るような大きな地震が発生した場合、一時的に大きな減衰力を発生させることにより、構造物が擁壁と衝突する等を抑制することができる。したがって、シンプルな構造であり、かつ、より安全性の高いオイルダンパーを提供することができる。

＝＝＝実施形態＝＝＝
＜調圧弁１０について＞
はじめに、本実施形態に係る調圧弁１０の構成について説明する。図１は、調圧弁１０の概略構造図である。

調圧弁１０は、低圧時には従来の調圧弁と同様に作動するが、高圧時には流体の流出口を狭隘にすることで流体の流れを制限する高圧時遮断型の調圧弁である。詳細は、後述するが、このような調圧弁１０をオイルダンパー等の減衰装置に適用すれば、例えば所定の大きさ以上の震度の地震が発生した場合等、所定の条件で減衰係数を上昇させ、大きな減衰力を発揮することが可能となる。本実施形態の調圧弁１０は、本体１１と、流入口１２と、流出口１３と、弁体１５と、弾性体１６と、支持部材１７と、閉塞部材１９とを有する。また、説明の便宜のため、図１に示されるように軸方向を定義する。

本体１１は、調圧弁１０の外装をなす部材であり、例えば筒状に形成され、内部に油等の流体（作動流体）が流通する流路を有する。本体１１の軸方向の一端側には、外部の流体を本体１１の内部に流入させる流入口１２が設けられている。この流入口１２は、調圧弁１０の弁座としての機能を有し、無負荷状態においては弁体１５によって閉塞されている。本体１１の軸方向の他端側には、本体１１の内部に流入した流体を流出させる流出口１３が設けられている。調圧弁１０を使用する際には、流入口１２が高圧側に配置され、流出口１３が低圧側に配置される。そして、流入口１２及び流出口１３が開いているときには、流入口１２側（高圧側）から本体１１の内部に流体が流入し、流出口１３側（低圧側）へ当該液体を流通させる。

弁体１５は、本体１１の内部において軸方向に移動可能に支持されている。図１の例では、弁体１５の流入口１２と当接する部分が先細りのテーパー状に形成されている。このような先細りのテーパーを備えた弁体１５が流入口１２側（高圧側）に付勢され流入口１２に挿入されることにより、流入口１２と弁体１５との間に隙間が生じにくくなり、流入口１２に作用する圧力Ｐが所定の大きさ（後述する第１の圧力Ｐ１）に達するまでは、該流入口１２をしっかりと閉塞させ流体を漏れにくくすることができる。但し、弁体１５の流入口１２は必ずしもテーパー状でなくても良い。

弾性体１６は、流入口１２を閉じる方向に弁体１５を付勢する付勢手段であり、例えば、図１のようなコイルばねを使用することができる。支持部材１７は、弾性体１６を支持する部材であり、図１では弾性体１６の軸方向端部（流出口１３側の端部）を支持しつつ、本体１１内部の流体の流路を塞がないように配置されている。弾性体１６の弾性係数や支持部材１７の軸方向の配置を調整することにより、流入口１２が開く際の圧力の大きさや、流入口１２が開いた後の流体の流量を調整することができる。

閉塞部材１９は、本体１１の内部において弁体１５によって軸方向に移動可能に支持され、所定の条件で流出口１３を閉塞させる閉塞手段である。閉塞部材１９は、流出口１３の形状とほぼ同一の外形を有する軸状に形成されており、弁体１５の軸方向の移動に連動して軸方向に移動する。すなわち、圧力の上昇に応じて弁体１５が流入口１２側から流出口１３側に移動すると、閉塞部材１９も流入口１２側から流出口１３側に移動する。そして、圧力が所定の大きさまで上昇すると、閉塞部材１９の軸方向の流出口１３側端部が流出口１３に挿入される。これにより、閉塞部材１９の軸方向の流出口１３側端部によって流出口１３が閉塞される、若しくは、流出口１３の面積が狭隘になる。本実施形態では、閉塞部材１９が弁体１５と一体的に形成されているので、部品数が少なくなり、メンテナンス等の負担も小さい。但し、閉塞部材１９と弁体１５とがそれぞれ異なる部材として構成されていても良い。

図２Ａ〜図２Ｃは、調圧弁１０の基本的な動作について具体的に説明する図である。図２Ａは、調圧弁１０が作動する前の状態を表している。流入口１２（高圧側）において弁体１５に作用する流体の圧力Ｐが弾性体１６の付勢力（ばねの反発力）よりも小さい場合、弾性体１６によって弁体１５が流入口１２に付勢され、流入口１２が閉じているため、調圧弁１０は流体を流通させない。すなわち、調圧弁１０は作動していない。

図２Ｂは、流入口１２が開放され、流体が流入口１２から流出口１３へ流通したときの状態を表している。調圧弁１０の流入口１２における圧力Ｐが徐々に増加して所定の圧力Ｐ１（第１の圧力とする）に達すると、第１の圧力Ｐ１と弾性体１６のばね反発力とが釣りあうようになる。そして、圧力Ｐがさらに増加し、第１の圧力Ｐ１よりも大きくなると弁体１５に作用する圧力Ｐが弾性体１６による付勢力を上回り、流入口１２が開放される。その結果、図２Ｂのように、流体が流入口１２から本体１１の内部に流入し、流出口１３まで流れて外部に流出するようになる。流体の圧力Ｐが第１の圧力Ｐ１からさらに増加していくと、弾性体１６の撓みが徐々に大きくなり、それに伴い弁体１５及び閉塞部材１９が軸方向の流出口１３側へ移動していく。この動作は、流体の圧力Ｐがさらに上昇し、所定の圧力Ｐ２（後述する第２の圧力）に到達するまで継続する（Ｐ１＜Ｐ≦Ｐ２）。

図２Ｃは、流出口１３が閉鎖されたときの状態を表している。調圧弁１０の流入口１２における圧力Ｐがさらに増加して所定の圧力Ｐ２（第２の圧力とする）に達すると、閉塞部材１９の軸方向の流出口１３側端部が流出口１３に挿入され、流出口１３を閉塞、若しくは面積が狭隘になる。この状態では、本体１１の内部に流入した液体が流出口１３から外部に流出しにくくなるため、圧力Ｐが第２の圧力Ｐ２よりも大きくなると（Ｐ２＜Ｐ）流体の流れは停止若しくは制限される。

＜調圧弁１０を用いたオイルダンパー＞
本実施形態に係る調圧弁１０の適用例として、調圧弁１０を用いたオイルダンパー１００について説明する。図３は、免震建物においてオイルダンパー１００が設置された状態を表す概念図である。

図３に示される免震建物は、上部構造体１及び下部構造体３（免震建物の基礎に相当）を有し、上部構造体１と下部構造体３との縦方向（垂直方向）の間には、アイソレーター２００が設置され、上部構造体１と下部構造体３（免震建物の擁壁に相当）との横方向（水平方向）の間には、オイルダンパー１００が設置されている。アイソレーター２００は上部構造体１を支持しつつ、地震発生時には上部構造体１を水平方向に移動させることで、地震による揺れの影響が上部構造体１に作用しにくいようにする。図３の例では、アイソレーター２００として、ゴムと鋼板を交互に積み重ねた積層ゴムタイプのアイソレーターが示されているが、この他にも、転がり支承や滑り支承等を利用したアイソレーターであっても良い。オイルダンパー１００は、図３において水平方向の減衰力を発生させることにより、地震発生時にアイソレーター２００によって水平方向に移動する上部構造体１の揺れを減衰させる。なお、図３ではオイルダンパー１００が上部構造体１と下部構造体３との横方向の間に配置される例について示しているが、オイルダンパー１００の配置はこの限りではない。例えば、上部構造体１の下方（２つのアイソレーター２００の間）にオイルダンパー１００が配置され、免震建物に対して水平方向の減衰力を作用させるようにしても良い。

図４は、オイルダンパー１００の概略構造図である。オイルダンパー１００は、シリンダー１１０と、ピストン１２０と、ロッド１３０と、ジョイント１５０とを有する。

シリンダー１１０は、略中空円筒状の容器であり、内部には所定の作動流体が封入されている。本実施形態においてシリンダー１１０の内部には作動油等の粘性流体（作動流体）が満たされている。シリンダー１１０の内部はピストン１２０によって２つの領域に仕切られている。図４においては、ピストン１２０を挟んで左側の領域を第１圧力室１１１とし、右側の領域を第２圧力室１１２とする。

ピストン１２０はシリンダー１１０の内部においてロッド１３０に固定された状態でシリンダー１１０の軸方向（図４において横方向）に移動可能に配置されている。ピストン１２０には所定の条件で作動する複数の調圧弁が設けられており、シリンダー１１０内に満たされた作動流体は、これらの調圧弁を通過することで第１圧力室１１１と第２圧力室１１２との間を移動することができる。本実施形態のピストン１２０は、第１調圧弁１２１と第２調圧弁１２２と第３調圧弁１２３とを各々複数ずつ備えている。オイルダンパー１００の作動時における各調圧弁１２１〜１２３の動作については後で説明する。
図４の例では、調圧弁１２１〜１２３が各々２個ずつ配置されており、同種の調圧弁は流入口と流出口とがそれぞれ逆向きになるように配置されている。例えば、２つの第１調圧弁１２１のうち一方は流入口が第１圧力室１１１側になるように配置されており、他方は流入口が第２圧力室１１２側になるように配置されている。これにより、ピストン１２０が左右に移動するのに伴って、作動流体は、２つの調圧弁のうちいずれか一方を通過して第１圧力室１１１と第２圧力室１１２との間を行き来することができるようになる。なお、調圧弁１２１〜１２３の数量は図４のように２個に限られるものではなく、オイルダンパー１００の使用条件に応じて適宜変更可能である。

ロッド１３０は、シリンダー１１０を軸方向（図４において横方向）に貫通しつつ、ピストン１２０と一体的に横方向に移動可能に配置されている。ロッド１３０の一端側（図４では左側端）はジョイント１５０を介して上部構造体１に接続され、ロッド１３０の他端側（図４では右側端）は自由端となっている。ジョイント１５０は所謂ユニバーサルジョイントであり、オイルダンパー１００を上部構造体１及び下部構造体３とそれぞれ角度変更可能に接続する。

地震が発生時に作用する横方向の振動によって上部構造体１と下部構造体３との横方向（水平方向）の間隔が広がったり狭くなったりするのに応じて、ジョイント１５０及びロッド１３０を介してピストン１２０がシリンダー１１０の内部を横方向（左右）に移動する。このとき、ピストン１２０に設けられた調圧弁１２１〜１２３を通過する作動油によって生じる圧力損失等により減衰力が発生し、当該横方向の揺れを減衰させることができる。

続いて、第１調圧弁１２１〜第３調圧弁１２３についてそれぞれ説明する。オイルダンパー１００では、第２調圧弁１２２として図１で説明した調圧弁１０が用いられる。したがって、第２調圧弁１２２の構造や動作は上述の調圧弁１０と同様である。一方、第１調圧弁１２１及び第３調圧弁１２３としては、従来型の調圧弁５０が用いられる。

図５は、従来型の調圧弁５０の概略構造図である。調圧弁５０は、本体５１と、流入口５２と、流出口５３と、弁体５５と、弾性体５６と、支持部材５７と、を有する。各部の機能及び構成は、それぞれ調圧弁１０の本体１１〜支持部材１７と略同様である。一方、調圧弁５０には、調圧弁１０の閉塞部材１９に相当する部材が設けられていない。したがって、調圧弁５０の動作は、図２Ａ〜図２Ｃで説明した調圧弁１０の動作とは異なる。具体的には、ある圧力において流入口５２が開いて流体が流通した後、圧力が上昇しても流出口５３は閉塞されず、一旦、流入口５２が開かれるとそれ以降は、図５のように流体が流れ続ける。すなわち、従来型の調圧弁５０では、圧力が上昇した場合であっても図２Ｃのような状態は生じない。

本実施形態で、第１調圧弁１２１として使用される従来型の調圧弁５０と、第３調圧弁１２３として使用される従来型の調圧弁５０とでは、弾性体５６のばね定数や支持部材５７の配置が変更されており、作動条件が異なる。詳細は後述するが、第１調圧弁１２１は、第２調圧弁１２２が作動を開始する第１の圧力Ｐ１よりも低い圧力で作動する。一方、第３調圧弁１２３は、第２調圧弁１２２の流出口（流出口１３）が閉塞する第２の圧力Ｐ２よりも高い圧力で作動し、リリーフ弁として機能する。

図６は、オイルダンパー１００の作動特性について説明する図である。図６の横軸は、ピストン１２０の移動速度（速度Ｖ）を表している。免震建物において、オイルダンパー１００が図３及び図４のように設置されている場合、ピストン１２０の移動速度は上部構造体１が横方向に振動する際の速度に比例する値である。図６の縦軸は、ピストン１２０が作動流体（作動油）に与える圧力の大きさを表している。この圧力はオイルダンパー１００によって発生する減衰力に比例する値である。

平常時において、オイルダンパー１００に外部からの力が作用していないときには、ピストン１２０がシリンダー１１０内の所定の位置で停止しており、該ピストン１２０に設けられた第１調圧弁１２１〜第３調圧弁１２３の流入口１２，５２はいずれも閉塞されている。したがって、シリンダー１１０内の作動流体は第１圧力室１１１と第２圧力室１１２と間を移動していない。

この状態で地震等が発生し、オイルダンパー１００に外部からの力（振動）が作用すると、ピストン１２０が横方向に移動しようとする。例えば、図４でピストン１２０に対して横方向左側へ向かう力が作用した場合、ピストン１２０は左側へ移動しようとするため第１圧力室１１１内の作動流体が圧縮され、圧力が高くなる。そして、第１圧力室１１１内の作動流体が所定の圧力Ｐ０に達すると、第１調圧弁１２１の流入口５２が開放され、作動流体が第１調圧弁１２１を通過して第２圧力室１１２へ移動可能となる。これにより、ピストン１２０は横方向の左側へ移動を開始する。

図６のＣ１で示される領域は、第１調圧弁１２１〜第３調圧弁１２３のうち第１調圧弁１２１のみが作動している状態について表している。第１調圧弁１２１は、圧力Ｐ０において流入口５２が開いた後は、流入口５２から流出口５３へ作動流体を流し続け、作動流体の流量に応じた圧力損失を発生させる。したがって、ピストン１２０の移動速度（速度Ｖ）が上昇すると、圧力Ｐも増加する。すなわち、地震等による振動が大きくなると、オイルダンパー１００の変形速度（免震建物の免震層に生じる相対変形速度）が上昇するのに応じて、オイルダンパー１００によって生じる減衰力も大きくなる。なお、当該Ｃ１の領域では、速度Ｖの増加に応じて圧力Ｐ（減衰力）がほぼ一次関数的に増加するように設定されている。これにより、ピストン１２０の移動速度が比較的遅い領域（すなわち地震による振動が比較的小さい領域）でも大きな減衰力を発生することが可能となり、かつ、減衰力の増加率が大きくなりすぎたり小さくなりすぎたりすることが抑制される。つまり、地震による揺れが小さな場合であっても、オイルダンパー１００の減衰機能を安定して発揮することができる。

第１調圧弁１２１が作動した状態でさらにピストン１２０の移動速度（速度Ｖ）が上昇し、所定の速度Ｖ１に達すると、第２調圧弁１２２（調圧弁１０）の流入口１２が開いて、当該流入口１２から流出口１３へ作動流体が流れるようになる。すなわち、第２調圧弁１２２の流入口１２（高圧側）に速度Ｖ１に対応した圧力Ｐ１（上述した第１の圧力Ｐ１に相当）以上の力が作用することにより、図２Ｂで説明したように第２調圧弁１２２が作動流体を流通させるようになる。

図６のＣ２で示される領域は、第１調圧弁１２１に加えて、第２調圧弁１２２が作動している状態について表している。第１調圧弁１２１のみが作動している場合と比較して作動流体の流路面積が大きくなり、該作動流体が第１圧力室と第２圧力室との間を流れやすくなるため、速度Ｖの増加に応じた圧力Ｐの増加率はＣ１の領域における増加率よりも低くなる。言い換えると、圧力Ｐが上昇しにくくなる。仮に、Ｃ２の領域における圧力Ｐの増加率がＣ１の領域における圧力Ｐの増加率と同等であるとすると、ピストン１２０の移動速度が速度Ｖ１よりもさらに上昇した場合、圧力Ｐが必要以上に大きくなりすぎて実際にダンパーとしての機能を発揮することができなくなったり、オイルダンパー１００自体が破壊されてしまったりするおそれがある。これに対して、Ｃ２の領域における圧力Ｐの増加率を低くすることにより、速度Ｖが高くなった場合であっても、圧力Ｐが過大になることを抑制することができる。つまり、地震による揺れが大きな場合であっても、オイルダンパー１００は適切な大きさの減衰力を発生し続けることができる。

さらにピストン１２０の移動速度が上昇し、所定の速度Ｖ２に達すると、第２調圧弁１２２の流出口１３が閉塞する若しくは狭隘になり、作動流体が流出しにくくなる。すなわち、第２調圧弁１２１の流入口１２に速度Ｖ２に対応した圧力Ｐ２（上述した第２の圧力Ｐ２に相当）以上の力が作用することにより、図２Ｃで説明したように作動流体が第２調圧弁１２２を流れにくくなる。

図６のＣ３で示される領域では、第２調圧弁１２２において作動流体の流れがほぼ遮断されることにより、第１調圧弁１２１のみが作動している状態について表している。この状態は、Ｃ１の状態と同様であり、ピストン１２０の移動速度Ｖが上昇するのに応じて、圧力Ｐも大きく増加する。すなわち、オイルダンパー１００の変形速度が所定の大きさ以上になると、より大きな減衰力を発生することができるようになる。

オイルダンパー１００では、調圧弁１０を用いてこのような動作範囲（図６のＣ３で示される領域）を設けることにより、設計地震動を上回るような地震が発生した場合であっても、免震建物の安全を保ちやすくなる。例えば、設計地震動を上回るような大きな地震が発生した場合、免震層の相対移動量（図３において水平向きの変形量）が急激に増大し、上部構造体１が下部構造体３（擁壁）に衝突してしまうおそれがある。これに対して、ピストン１２０の移動速度（速度Ｖ）が当該衝突を引き起こすほど大きくなった場合には、一時的に大きな減衰力を発生させるようにすることで、上部構造体１と下部構造体３とが衝突することを抑制することができる。

但し、上部構造体１と下部構造体３とが衝突する直前に急激に減衰力を増大させると、上部構造体１の応答加速度が過大となり、かえって危険を生じる場合がある。そこで、本実施形態のオイルダンパー１００では、上部構造体１と下部構造体３とが衝突する速度の最低値よりも低い速度Ｖ２において流出口１３が閉塞する若しくは狭隘になるように第２調圧弁１２２を調整している。これにより、ピストン１２０の移動速度がＶ２以上になった時点で（すなわち、第２調圧弁１２２に作用する圧力がＰ２以上になると）減衰力が増大し、下部構造体３と衝突する前に上部構造体１の振動を減衰させることができる。つまり、地震による揺れがより大きくなり、オイルダンパー１００の変形速度が高くなった場合であっても、適切な減衰力を発生して免震建物の破損を防ぎつつ、免震建物の応答加速度が過大になることを抑制することができる。

そして、ピストン１２０の移動速度（速度Ｖ）がさらに上昇して所定の速度Ｖ３に達すると、第３調圧弁１２３の流入口５２が開いて、作動流体が流れるようになる。上述したように、第３調圧弁１２３はリリーフ弁としての機能を有し、速度Ｖ３に対応する圧力Ｐ３が作用すると作動するように設定されている。したがって、図６のＣ４の領域で示されるように、ピストン１２０の移動速度がＶ３よりも大きくなる領域では圧力Ｐの上昇が抑えられ、設定圧力以上の過度な大きさの圧力が作用しにくくなるようにしている。これにより、オイルダンパー１００を安全に使用することができる。

＜比較例＞
ここで、比較例として、従来のオイルダンパー３００について簡単に説明する。図７は、比較例のオイルダンパー３００の概略構造図である。図８は、比較例のオイルダンパー３００の作動特性について説明する図である。

オイルダンパー３００は、シリンダー３１０と、ピストン３２０と、ロッド３３０と、ジョイント３５０とを有する。ピストン３２０以外の各部の構成は、オイルダンパー１００と略同様であるため説明を省略する。ピストン３２０は、第１調圧弁３２１と第２調圧弁３２２とを各々複数ずつ備えている。比較例のオイルダンパー３００では、第１調圧弁３２１及び第２調圧弁３２２として、図５で説明した従来型の調圧弁５０が用いられており、図１で説明した本実施形態の調圧弁１０は用いられていない。すなわち、比較例のオイルダンパー３００の第１調圧弁３２１及び第２調圧弁３２２は、本実施形態のオイルダンパー１００の第１調圧弁１２１及び第３調圧弁１２３にそれぞれ相当する。そして、比較例のオイルダンパー３００には本実施形態のオイルダンパー１００における第２調圧弁１２２（調圧弁１０）に相当する調圧弁が備えられていない。

比較例のオイルダンパー３００を図３に示されるような免震建物に設置した場合、所定の圧力Ｐ０において流入口５２が開き、第１調圧弁３２１が作動してピストン３２０が移動を開始する。そして、図８のＣ１ｃの領域では、ピストン３２０の移動速度（速度Ｖ）の上昇に応じて圧力Ｐが上昇する。当該Ｃ１ｃの領域におけるオイルダンパー３００の動作は、図６のＣ１で示される本実施形態のオイルダンパー１００の動作と同様である。

この状態から、ピストン３２０の移動速度が上昇して所定の速度Ｖ１ｃに達すると、第２調圧弁１２２の流入口５２が開いて、作動流体が流れるようになる。第２調圧弁１２２はリリーフ弁として機能するため、図８のＣ２ｃの領域では、速度Ｖが上昇しても圧力Ｐは一定に保たれやすくなる。したがって、大きな揺れの地震が発生して、ピストン３２０の移動速度が速くなった場合であっても、図８のＰ１ｃ以上の大きさの圧力が確保されるため、オイルダンパー３００はある程度の大きさの減衰力を発生することができる。

一方、オイルダンパー３００では、本実施形態の調圧弁１０に相当する調圧弁が設けられていないので、図６のＣ３のような動作を行うことができない。すなわち、設計地震動を上回るような地震が発生した場合に減衰力を上昇させることができない。その結果、免震層の相対移動量の増大を十分に抑えることができず、上部構造体１が下部構造体３（擁壁）に衝突してしまう可能性が高くなる。つまり、大きな地震が発生したときに、当該地震の揺れの大きさに対して適切な大きさの減衰力を発揮することができない場合がある。

これに対して、本実施形態のオイルダンパー１００であれば、高圧時に流体の流出口が閉塞する若しくは狭隘になる調圧弁１０を用いることにより、地震の揺れの大きさに応じて適切な減衰力を発生させ、また、設計地震動を上回るような地震が発生した場合には、より大きな減衰力を発生させることができる。また、調圧弁１０を備える以外は従来のオイルダンパー３００とほぼ同様の構成であり、複雑な制御機構等も不要であるため、構造がシンプルで製造コストも低く抑えることができる。

＝＝＝その他の実施形態について＝＝＝
上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。

１ 上部構造体、
３ 下部構造体、
１０ 調圧弁、
１１ 本体、１２ 流入口、１３ 流出口、１５ 弁体、１６ 弾性体、１７ 支持部材、
１９ 閉塞部材（付勢手段）、
５０ 調圧弁、
５１ 本体、５２ 流入口、５３ 流出口、５５ 弁体、５６ 弾性体、５７ 支持部材、
１００ オイルダンパー、
１１０ シリンダー、１１１ 第１圧力室、１１２ 第２圧力室、
１２０ ピストン、１２１ 第１調圧弁、１２２ 第２調圧弁、１２３ 第３調圧弁、
１３０ ロッド、１５０ ジョイント、
２００ アイソレーター、
３００ オイルダンパー（比較例）、
３１０ シリンダー、３１１ 第１圧力室、３１２ 第２圧力室、
３２０ ピストン、３２１ 第１調圧弁、３２２ 第２調圧弁、
３３０ ロッド、３５０ ジョイント

Claims (6)

1. 高圧側圧力に応じて、高圧側から低圧側に流体を流通させる調圧弁であって、
   前記調圧弁の外装をなす本体と、
   前記流体を前記本体の内部に流入させる流入口と、
   前記本体の内部に流入した流体を流出させる単一の流出口と、
   前記流入口を閉じる方向に付勢する付勢手段を備えた弁体と、
   を有し、
   前記流体が第１の圧力以上で前記弁体が前記流入口を開放し、
   前記流体の速度の上昇に応じて前記流体の圧力が上昇し、
   前記流体が第２の圧力を超えると前記弁体が前記流出口を閉塞する、又は、前記流出口を狭隘にする、ことを特徴とする調圧弁。
2. 請求項１に記載の調圧弁であって、
   前記弁体は、前記低圧側に向かって前記流出口に挿入する閉塞手段を備える、ことを特徴とする調圧弁。
3. 請求項１又は２に記載の調圧弁であって、
   前記弁体は、前記高圧側に向かって前記流入口に挿入される先細りのテーパーを備える、ことを特徴とする調圧弁。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の調圧弁を有する、ことを特徴とするオイルダンパー。
5. 請求項４に記載のオイルダンパーであって、
   前記流体が満たされた容器と、
   前記調圧弁が設けられたピストンと、を備え、
   前記容器は、前記ピストンによって第１圧力室と第２圧力室とに区分されており、前記流体は前記調圧弁を介して前記第１圧力室と前記第２圧力室との間を移動可能であり、
   前記ピストンが前記第１圧力室と前記第２圧力室との間を移動する際の速度が、前記第１の圧力に対応する速度以上となったときに、前記弁体が前記流入口を開放し、
   前記ピストンが前記第１圧力室と前記第２圧力室との間を移動する際の速度が、前記第２の圧力に対応する速度を超えたときに、前記弁体が前記流出口を閉塞する、又は、前記流出口を狭隘にする、ことを特徴とするオイルダンパー。
6. 請求項４又は５に記載のオイルダンパーであって、
   他の調圧弁を備え、
   前記他の調圧弁は、高圧側圧力に応じて、高圧側から低圧側に流体を流通させる調圧弁であり、前記流体の流入口と、前記流体の流出口と、前記流入口を閉じる方向に付勢する付勢手段を備えた弁体と、を有し、
   前記他の調圧弁は、ある圧力において前記流入口が開いて流体が流通した後は、圧力が上昇しても前記流入口は閉塞されないように構成されている、
   ことを特徴とするオイルダンパー。

Images