特許第6129780号(P6129780)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6129780
(24)【登録日】2017年4月21日
(45)【発行日】2017年5月17日
(54)【発明の名称】油圧式ダンパ
(51)【国際特許分類】
   F16F 9/48 20060101AFI20170508BHJP
【FI】
   F16F9/48
【請求項の数】8
【全頁数】11
(21)【出願番号】特願2014-93946(P2014-93946)
(22)【出願日】2014年4月30日
(65)【公開番号】特開2015-209961(P2015-209961A)
(43)【公開日】2015年11月24日
【審査請求日】2015年4月9日
(73)【特許権者】
【識別番号】316001674
【氏名又は名称】センクシア株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】000001373
【氏名又は名称】鹿島建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100096091
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 誠一
(72)【発明者】
【氏名】小竹 祐治
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 隆之
(72)【発明者】
【氏名】栗野 治彦
【審査官】 鎌田 哲生
(56)【参考文献】
【文献】 実開昭48−055165(JP,U)
【文献】 特開2000−283210(JP,A)
【文献】 特開2003−042216(JP,A)
【文献】 特開昭57−134032(JP,A)
【文献】 実開昭52−146695(JP,U)
【文献】 実開昭48−041944(JP,U)
【文献】 実開平02−107844(JP,U)
【文献】 実開昭57−153804(JP,U)
【文献】 米国特許第04405119(US,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F16F 9/00−9/58
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
シリンダと、
前記シリンダ内を前記シリンダの軸方向に移動可能なピストンと、
前記ピストンに対し前記シリンダの軸方向の側方に設けられる、クッション用部材、および前記クッション用部材の外周形状と対応する内周形状を有するクッション室からなるクッション機構と、
を有し、
前記ピストンの前記シリンダの軸方向の移動に伴って、前記クッション用部材が前記クッション室の外にある状態から前記クッション室に挿入可能であり、
前記クッション用部材が前記クッション室に挿入された状態において、前記ピストンに対し前記シリンダの軸方向の前記クッション室側にある所定部分が、
前記ピストンの速度の上昇に伴う作動油の圧力の上昇幅が、前記圧力が所定値未満の場合よりも、所定値以上の場合で小さくなる圧力変化特性を有することを特徴とする油圧式ダンパ。
【請求項2】
前記クッション用部材は、前記ピストンから前記シリンダの軸方向の側方に突出するように設けられ、
前記クッション室は、前記シリンダ内の前記シリンダの軸方向の端面に設けられる凹部であることを特徴とする請求項1記載の油圧式ダンパ。
【請求項3】
前記クッション用部材および前記クッション室は、前記ピストンに対し前記シリンダの軸方向の両側で設けられることを特徴とする請求項1または請求項2記載の油圧式ダンパ。
【請求項4】
前記所定部分に流路が接続され、
前記流路に、前記所定部分の作動油による圧力が前記所定値に達することにより開放されるリリーフ弁が設けられることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の油圧式ダンパ。
【請求項5】
前記所定部分に、オリフィスを設けた流路が接続されることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の油圧式ダンパ。
【請求項6】
前記所定部分が、前記ピストンと前記シリンダ内の前記シリンダの軸方向の端面との間の部分であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の油圧式ダンパ。
【請求項7】
前記所定部分が、前記クッション室であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の油圧式ダンパ。
【請求項8】
前記ピストンには、前記ピストンを前記シリンダの軸方向に貫通する流路が設けられ、当該流路にオリフィスが設けられることを特徴とする請求項7記載の油圧式ダンパ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、建築物等に用いられる油圧式ダンパに関する。
【背景技術】
【0002】
油圧式ダンパは、例えば、地震や風等による建築物の揺れを低減させるために用いられる。油圧式ダンパは、油の流体抵抗を利用して、建築物の揺れに対する抵抗力(減衰力)を発生させ、建築物の揺れを吸収して耐震性、居住性を向上させる。
【0003】
即ち、油圧式ダンパでは、揺れによるシリンダ内のピストンの移動に伴いシリンダ内の作動油が油圧弁等の油圧回路を通過し、その際の流体抵抗により減衰力を発生させて建築物の揺れを吸収する。
【0004】
このような油圧式ダンパとしては、例えば、シリンダ内のピストンがいずれの方向に移動しても減衰力が発生するように、2つの調圧弁を装備する油圧式ダンパがある(例えば特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平11−257405号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、油圧式ダンパでは、大きな揺れが発生しピストンの変位が想定以上に大きくなると、ピストンがシリンダに衝突して油圧式ダンパや建築物に大きな衝撃力が発生し、これらが破損する恐れがあった。
【0007】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、大きな揺れが発生した際にも油圧式ダンパ等の破損を防止できる油圧式ダンパを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前述した課題を解決するための本発明は、シリンダと、前記シリンダ内を前記シリンダの軸方向に移動可能なピストンと、前記ピストンに対し前記シリンダの軸方向の側方に設けられる、クッション用部材、および前記クッション用部材の外周形状と対応する内周形状を有するクッション室からなるクッション機構と、を有し、前記ピストンの前記シリンダの軸方向の移動に伴って、前記クッション用部材が前記クッション室の外にある状態から前記クッション室に挿入可能であり、前記クッション用部材が前記クッション室に挿入された状態において、前記ピストンに対し前記シリンダの軸方向の前記クッション室側にある所定部分が、前記ピストンの速度の上昇に伴う作動油の圧力の上昇幅が、前記圧力が所定値未満の場合よりも、所定値以上の場合で小さくなる圧力変化特性を有することを特徴とする油圧式ダンパである。
【0009】
本発明の油圧式ダンパでは、ピストンのシリンダ軸方向の移動に伴ってクッション用部材がクッション室に挿入されることにより、ピストンの側方の空間が、クッション室とそれ以外の部分とに区画される。こうしてピストンの側方の空間を小断面積の部分に区切り、両部分の間で作動油の流れを遮断することにより、いずれかの部分でピストンの移動に対し急激な圧力上昇を生じさせることができる。これによりピストンの速度は急激に低下する。このクッション効果により、大きな揺れが発生した際にピストンとシリンダとの衝突を防いだり、衝突時の衝撃を緩和でき、油圧式ダンパ等の破損防止につながる。
【0010】
前記クッション用部材は、前記ピストンから前記シリンダの軸方向の側方に突出するように設けられ、前記クッション室は、前記シリンダ内の前記シリンダの軸方向の端面に設けられる凹部であることが望ましい。
これにより、クッション室として十分なスペースを容易に確保できる。
【0011】
前記クッション用部材および前記クッション室は、前記ピストンに対し前記シリンダの軸方向の両側で設けられることが望ましい。
これにより、ピストンのシリンダ内での往復移動のどちらに対しても、上記のクッション効果を発揮させることができる。
【0012】
本発明の油圧式ダンパは、前記クッション用部材が前記クッション室に挿入された状態において、前記ピストンに対し前記シリンダの軸方向の前記クッション室側にある所定部分が、前記ピストンの速度の上昇に伴う作動油の圧力の上昇幅が、前記圧力が所定値未満の場合よりも、所定値以上の場合で小さくなる圧力変化特性を有するこのように、クッション機構により圧力が上昇し所定値に達するとそれ以上の圧力上昇が抑制される特性を付与することで、作動油の圧力によるシリンダの損傷等を防止できる。
【0013】
前記所定部分に流路が接続され、前記流路に、前記所定部分の作動油による圧力が前記所定値に達することにより開放されるリリーフ弁が設けられることが望ましい。また、前記所定部分に、オリフィスを設けた流路が接続されることも望ましい。
これにより、上記した圧力変化特性を油圧式ダンパに好適に付与でき、リリーフ弁やオリフィスの調整により圧力変化特性を適切に設計できる。
【0014】
前記所定部分は、例えば前記ピストンと前記シリンダ内の前記シリンダの軸方向の端面との間の部分とする。あるいは前記クッション室としてもよい。この時、前記ピストンには、例えば前記ピストンを前記シリンダの軸方向に貫通する流路が設けられ、当該流路にオリフィスが設けられる。
前記した急激な圧力上昇によるクッション効果を発揮させる部分は、ピストンとシリンダ内の端面の間の圧力室としたり、あるいはクッション室としたりできる。これらは油圧式ダンパの形状その他に応じて定めればよい。ピストンを貫通する流路を設ける場合には、圧力室が高圧とならないので、クッション室でクッション効果を発揮させるのが特に有効である。
【発明の効果】
【0015】
本発明により、大きな揺れが発生した際にも油圧式ダンパ等の破損を防止できる油圧式ダンパを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1】油圧式ダンパ1を示す図
図2】油圧式ダンパ1を示す図
図3】圧力室21の圧力変化を示す図
図4】油圧式ダンパ1aを示す図
図5】油圧式ダンパ1aを示す図
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【0018】
[第1の実施形態]
(1.油圧式ダンパ1)
図1は本発明の第1の実施形態に係る油圧式ダンパ1を示す図である。油圧式ダンパ1は、シリンダ11、ピストン12、ピストンロッド13、クッション用部材15、17等と、作動油の流体抵抗により揺れの減衰効果を発揮させる図示しない油圧回路から構成される。
【0019】
シリンダ11は円筒状の部材であり、内部が作動油で満たされる。
【0020】
ピストン12は、シリンダ11の内周形状に対応する外周形状を有する部材である。ピストン12は、シリンダ11内をシリンダ11の軸方向(図の左右方向に対応する。以下シリンダ軸方向という)に往復移動可能である。
【0021】
シリンダ11の内部は、ピストン12によってシリンダ軸方向に2つの圧力室21、23に区画される。圧力室21側のシリンダ11内の端面には凹部が形成され、これをクッション室22とする。圧力室23側のシリンダ11内の端面にも、凹部であるクッション室24が同じく設けられる。
【0022】
ピストン12のシリンダ軸方向の両側にはクッション用部材15、17が設けられる。クッション用部材15はクッション室22側に突出し、クッション用部材17はクッション室24側に突出する。
【0023】
クッション用部材15、17は、クッション室22、24に挿入することにより後述するクッション効果を発揮させるための部材であり、それぞれクッション室22、24の内周形状に対応する外周形状を有する。クッション用部材15とクッション室22、クッション用部材17とクッション室24は、本発明におけるクッション機構を構成している。
【0024】
クッション用部材17にはピストンロッド13が取付けられる。クッション用部材17はピストンロッド13に対し拡幅している。ピストンロッド13はクッション室24を通ってシリンダ11のクッション室24側の端部を貫通し、外部に延びる。
【0025】
シリンダ11のクッション室22側の端部にはジョイント31が取付けられる。また、シリンダ11の外部に延びたピストンロッド13の先端にはジョイント33が取付けられる。ジョイント31、33は、建築物のブレース等に連結される。
【0026】
シリンダ11のクッション室22側の端部には、流路41、43、45が設けられる。流路41、43は圧力室21に接続され、流路45に至る。流路41の途中にはリリーフ弁25が設けられ、流路43の途中にはオリフィス27が設けられる。流路45はクッション室22から外部へと延びる。
【0027】
シリンダ11のクッション室24側の端部にも、同様の流路51、53、55が設けられる。流路51、53は圧力室23に接続され、流路55に至る。流路51の途中にはリリーフ弁26が設けられ、流路53の途中にはオリフィス28が設けられる。流路55はクッション室24から外部へと延びる。
【0028】
(2.油圧式ダンパ1の挙動)
本実施形態の油圧式ダンパ1は、大きな揺れが生じた際にピストン12がシリンダ11内の端面に衝突し油圧式ダンパ1や建築物が損傷するのを防ぐ効果を有する。以下、これについて説明する。
【0029】
すなわち、油圧式ダンパ1では、揺れによりピストン12がシリンダ軸方向に移動し、例えば図2(a)に示すようにシリンダ11内の圧力室21側の端面に近づいた場合、作動油が油圧回路(不図示)を介して圧力室21、23間を流通し揺れの減衰効果を発揮する一方、作動油の一部は矢印に示すように圧力室21からクッション室22へ移動し、流路45から放出される。
【0030】
通常の揺れでは上記の減衰効果で十分でありピストン12が圧力室21側の端面に衝突することはないが、大きな揺れが発生した場合には、上記の減衰効果では十分でない恐れがある。
【0031】
しかし、本実施形態では、大きな揺れが発生してピストン12の変位が大きくなった際には、クッション用部材15が、図2(a)に示すようにクッション室22の外にある状態から、図2(b)に示すようにクッション室22に挿入された状態となる。
【0032】
これにより、圧力室21とクッション室22の間の作動油の流通がストップし、ピストン12のシリンダ軸方向の側方にある空間が、小断面積の空間に区切られることとなる。すなわち、シリンダ11内のピストン12よりクッション室22側の空間が、ピストン12からシリンダ11内の端面までの圧力室21の部分(クッション用部材15の部分を除く)と、クッション室22の部分とに区切られる。
【0033】
また、クッション室22では流路45を介して作動油が放出できるが、圧力室21ではオリフィス27を設けた流路43から作動油が放出されるだけとなり、ピストン12の移動に対し作動油の急激な圧力上昇が生じる。これにより大きな抵抗力が発生してピストン12の速度が急激に低下する。
【0034】
なお、各流路から放出された作動油は、ピストン12の往復移動に伴いシリンダ11内に返すようにしておく。その構成は特に限定されないが、例えばタンク内に一旦貯めておき、チェック弁等を設けた流路を介してシリンダ11内に返すことが可能である。
【0035】
図2(b)のケースにおける圧力室21内の作動油の圧力変化特性を図3に示す。図3のグラフは、作動油の圧力を縦軸、ピストン12の速度を横軸として圧力変化特性を示したものである。
【0036】
すなわち、図2(b)のケースでは、圧力室21内の作動油の圧力が所定値Bとなるまでは、オリフィス27を設けた流路43を通じて作動油が放出され、ピストン12の速度と圧力室21内の圧力の関係は、オリフィス27や流路43の特性により定まる略放物線状の関係Aとなる。
【0037】
一方、圧力が所定値Bに達するとリリーフ弁25が開き、流路41を介して作動油が放出される。この時のピストン12の速度と圧力室21内の圧力の関係は、リリーフ弁25や流路41の特性により定まる略直線状の関係Cとなる。
【0038】
また、ピストン12の速度が単位量上昇した際の作動油の圧力の上昇幅は、圧力が所定値B未満の場合(図のA参照)よりも、所定値B以上の場合(図のC参照)で小さくなる。
【0039】
この圧力変化特性は、油圧式ダンパ1の強度などを考慮して、上記のリリーフ弁25、オリフィス27などの調整により適切に設計することが可能である。例えばオリフィス27による絞りを大きく(流路面積を小さく)することでA’に示すように圧力の立ち上がりを急にしたり、リリーフ弁25の調整により、リリーフ弁25が開放する際の圧力値をB’に示すように下げたりすることができる。
【0040】
以上はピストン12が逆方向に移動する場合でも同様である。すなわち、大きな揺れなどにより、ピストン12がシリンダ11内の圧力室23側の端面に向かって移動し、クッション用部材17がクッション室24の外にある状態から図2(c)に示すようにクッション室24に挿入されると、前記と同じく圧力室23とクッション室24の間の作動油の流通がストップする。
【0041】
このケースでも、前記と同様の理由により、圧力室23ではピストン12の移動に対し作動油の急激な圧力上昇が生じ、大きな抵抗力が発生してピストン12の速度が急激に低下する。圧力室23内の作動油の圧力変化特性も図3に示したものと同様であり、リリーフ弁26やオリフィス28などの調整により適切に設計することが可能である。
【0042】
以上説明したように、本実施形態では、ピストン12のシリンダ軸方向の移動に伴ってクッション用部材15、17がクッション室22、24に挿入されることにより、ピストン12の側方の空間が、クッション室22、24と圧力室21、23に区画される。こうしてピストン12の側方の空間を小断面積の部分に区切り、両部分の間で作動油の流れを遮断することにより、圧力室21、23でピストン12の移動に対し急激な圧力上昇を生じさせることができる。これによりピストン12の速度は急激に低下する。このクッション効果により、ピストン12とシリンダ11との衝突を防いだり、衝突時の衝撃を緩和でき、油圧式ダンパ1等の破損防止につながる。
【0043】
なお、本実施形態ではピストン12にクッション用部材15、17を設け、シリンダ11内の端面にクッション室22、24を設けているが、これに限ることはない。例えばピストン12にクッション室22、24や前記の流路を設け、シリンダ11内の端面にクッション用部材15、17を設けてもよい。ただし、本実施形態ではクッション室22、24をシリンダ11内の端面に設けることで十分なスペースを確保することが容易である。
【0044】
さらに、クッション用部材15、17およびクッション室22、24の形状や数、配置についても、クッション用部材15、17とクッション室22、24の間で対応がとれていればよく、図1等で示したものに限ることはない。
【0045】
また、本実施形態ではピストン12の両側でクッション用部材15、17やクッション室22、24を設けることで、ピストン12の往復移動のどちらに対しても、上記のクッション効果を発揮させることができる。ただし、必要に応じて片側のみにクッション用部材やクッション室を設けてもよい。
【0046】
さらに、本実施形態ではピストン12の片側のみにピストンロッド13を設けた片ロッドの例を説明したが、ピストン12の両側にピストンロッド13を設けた両ロッドの構成としてもよい。この場合はピストン12の両側でクッション用部材17、クッション室24と同様のクッション用部材、クッション室を設ければよい。
【0047】
また、圧力室21、23に前記したようにリリーフ弁25、26やオリフィス27、28を設けた流路を接続することで、クッション用部材15、17がクッション室22、24に挿入された際の圧力室21、23の圧力変化特性に、圧力が上昇し所定値に達するとそれ以上の圧力上昇が抑制される特性を好適に付与でき、作動油の圧力による損傷等を防止できる。またリリーフ弁25、26やオリフィス27、28などの調整により、圧力変化特性を適切に設計することが可能である。
【0048】
また、本実施形態の油圧式ダンパ1は、建築物のブレース等に取り付ける他、TMD(Tuned Mass Damper)用のダンパとして用いてもよい。TMDは、建築物の上部などに錘を設け、建築物の揺れの周期と錘の揺れの周期を同調させることで建築物の揺れを錘に伝達し、建築物の揺れを低減するもので、この錘にダンパを取付けることで錘の揺れを吸収することができる。
【0049】
[第2の実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態として、クッション室22、24内の作動油の圧力により前記したクッション効果を発揮させる例について説明する。第2の実施形態は第1の実施形態と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
【0050】
(1.油圧式ダンパ1a)
図4は本発明の第2の実施形態に係る油圧式ダンパ1aを示す図である。
【0051】
この油圧式ダンパ1aでは、シリンダ11のクッション室22側の端部に流路61、63、65が設けられる。流路61、63はクッション室22に接続され、流路65で合流し外部に達する。流路61の途中にはリリーフ弁25が設けられ、流路63の途中にはオリフィス27が設けられる。
【0052】
シリンダ11のクッション室24側の端部にも、上記と同様の流路71、73、75が設けられる。流路71、73はクッション室24に接続され、流路75で合流し外部に達する。流路71の途中にはリリーフ弁26が設けられ、流路73の途中にはオリフィス28が設けられる。
【0053】
ピストン12の内部には、前記した油圧回路の一部として、ピストン12をシリンダ軸方向に貫通し、圧力室21、23をつなぐ流路121が設けられる。流路121の途中にはオリフィス122が設けられる。なお、オリフィス122による流路121の抵抗は、オリフィス27、28による流路63、73の抵抗よりも小さいものとする。
【0054】
(2.油圧式ダンパ1aの挙動)
本実施形態の油圧式ダンパ1aでは、揺れによりピストン12がシリンダ軸方向に移動し、例えば図5(a)に示すようにシリンダ11内の圧力室21側の端面に近づいた場合、第1の実施形態と同様、作動油が油圧回路(不図示)を介して圧力室21、23間を流通し揺れの減衰効果を発揮する。
【0055】
大きな揺れが発生し、ピストン12がシリンダ11内の圧力室21側の端面に向かって大きく変位した際には、第1の実施形態と同様、クッション用部材15が、図5(a)に示すようにクッション室22の外にある状態から、図5(b)に示すようにクッション室22に挿入された状態となる。
【0056】
これにより、圧力室21とクッション室22の間の作動油の流通がストップし、シリンダ11内のピストン12よりクッション室22側の空間が、ピストン12からシリンダ11内の端面までの圧力室21の部分(クッション用部材15の部分を除く)と、クッション室22の部分とに区切られる。
【0057】
また、圧力室21の作動油は流路121を通って圧力室23に移動するが、クッション室22ではオリフィス27を設けた流路63から作動油が放出されるだけになり、ピストン12の移動に対し作動油の急激な圧力上昇が生じる。これにより大きな抵抗力が発生してピストン12の速度が急激に低下する。
【0058】
これはピストン12が逆方向に移動する場合も同様である。すなわち、ピストン12がシリンダ11内の圧力室23側の端面に向かって大きく変位した際には、クッション用部材17がクッション室24の外にある状態から図5(c)に示すようにクッション室24に挿入され、前記と同じく圧力室23とクッション室24の間の作動油の流通がストップする。
【0059】
このケースでも、前記と同様の理由により、クッション室24ではピストン12の移動に対し作動油の急激な圧力上昇が生じ、大きな抵抗力が発生してピストン12の速度が急激に低下する。
【0060】
なお、図5(b)や図5(c)のケースにおけるクッション室22、24内の作動油の圧力変化特性は図3と同様であり、リリーフ弁25、26やオリフィス27、28などの調整により適切に設計することが可能である。
【0061】
第2の実施形態でも、第1の実施形態と同様の効果が得られる。どの部分でクッション効果を発揮させるかは、油圧式ダンパの形状その他に応じて定めればよい。第2の実施形態は、ピストン12内に作動油の流路121があり圧力室21、23が高圧とならないので、クッション室22、24でクッション効果を発揮させるのが特に有効である。
【0062】
なお、例えばピストン12内の流路121にチェック弁が設けられ一方向のみに作動油の流通が許容される場合などでは、シリンダ11の一端側を第1の実施形態のように圧力室の圧力上昇によりピストン12の速度を低下させる構成とし、シリンダ11の他端側を第2の実施形態のようにクッション室の圧力上昇によりピストン12の速度を低下させる構成とすることなども可能である。
【0063】
以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【0064】
1、1a;油圧式ダンパ
11;シリンダ
12;ピストン
13;ピストンロッド
15、17;クッション用部材
21、23;圧力室
22、24;クッション室
25、26;リリーフ弁
27、28、122;オリフィス
31、33;ジョイント
41、43、45、51、53、55、61、63、65、71、73、75、121;流路

図1
図2
図3
図4
図5