JP2014185671A - 油圧ダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】急激な地震動により左右方向に移動・伸縮されることにより、作動油に油面変動が発生した場合であっても、ガスの吸い込みを防止し、免震用のダンパとして、所望の減衰効果を発揮することができる新規な油圧ダンパを提供する。
【解決手段】吸引ポート１３ｂ，１３ｃは内シリンダ３の軸芯位置よりも下方に配置され、内シリンダ３の外側には、吸引ポート１３ｂ，１３ｃの上方位置から該内シリンダ３の他端側中途部に亘って規制プレート３１が取り付けられ、作動油Ｏはこの規制プレート３１の下側を通過して上記吸引ポート１３ｂ，１３ｃに吸引されるように構成されてなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、油圧ダンパに関し、特に、ビルや戸建て住宅等の構造物を地震から保護するために使用される免震用のダンパとして好適な油圧ダンパに関するものである。

地震の発生による地盤の振動、特に横揺れを構造物に伝播することを防止するために、これまで種々の免震装置が開発され使用されている。こうした免震装置の種類としては、例えば、ゴム板を重ね合わせた（又は間に鉄板を介在させた）積層ゴムにより上部構造物を下方から支持するものや、地震による震動をダンパにより吸収するもの、地盤と上部構造物との間を絶縁するもの等が提案され、また、これらを複合的に配置したもの等が提案されている。そして、上記ダンパは、シリンダ内に配置されたピストンの移動に伴う油圧抵抗により、所定以上の地震動を吸収するものである。しかしながら、こうしたシリンダ内には作動油以外にガス（気体）も充填されており、地震動により急激に振動することにより、上記ガスが吸引ポート内に流入・混入する場合が多く、地震動による所望の減衰効果を得ることができない。そこで、こうした課題を解決するために、ガスを含むリザーバ室に油面の変動を抑制する第１及び第２のオリフィスプレートを配置したもの（特許文献１参照）や、リザーバ室に、吸引ポートと吐出パイプとを囲む筒状の油面変動抑制パイプを配置したもの（特許文献２参照）が提案されている。

特開平９−４２３４７号公報 特許第４４５６７７９号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された油圧ダンパでは水平に配置されるタイプの油圧ダンパには適用できない。また、上記特許文献２に開示された油圧ダンパでは、急激な地震動により左右方向に移動・伸縮されると、作動油の油面が大きく変動し、内部に充填されたガスが吸引ポートから吸い込まれてしまい、この結果、油圧抵抗力が著しく減殺されてしまう。

そこで、本発明は、上述した従来の油圧ダンパが有する課題を解決するために提案されたものであって、急激な地震動により左右方向に移動・伸縮されることにより、作動油に油面変動が発生した場合であっても、上記ガスの吸い込みを防止し、免震用のダンパとして、所望の減衰効果を発揮することができる新規な油圧ダンパを提供することを目的とするものである。

本発明は、上記課題を解決するために提案されたものであって、第１の発明（請求項１記載の発明）は、ピストンが摺動自在に配置された内シリンダと、この内シリンダの外側に配置され作動油がガスとともに封入されてなり、該内シリンダとの間がリザーバ室とされてなる外シリンダと、上記リザーバ室内の作動油を内シリンダ内に導くとともに該内シリンダの一端側に配置された吸引ポートと、上記内シリンダ内の作動油をリザーバ室内に排出するとともに該内シリンダの他端側に配置された排出ポートと、を備え、水平方向に長さを有する状態で設置される油圧ダンパであって、上記吸引ポートは上記内シリンダの軸芯位置よりも下方に配置されてなるとともに、上記内シリンダの外側には、吸引ポートの上方位置から該内シリンダの他端側中途部に亘って規制プレートが取り付けられ、上記作動油はこの規制プレートの下側を通過して上記吸引ポートに吸引されるように構成されてなることを特徴とするものである。

この第１の発明に係る油圧ダンパでは、急激な地震動が発生すると、上記ピストンが内シリンダ内で摺動し、この油圧ダンパ全長が伸縮する。こうした油圧ダンパの伸縮動作に伴い、上記リザーバ室内の作動油は、上記吸引ポートから内シリンダ内に吸引されるとともに、該内シリンダ内の作動油は上記排出ポートからリザーバ室内に排出される。そして、上記地震動による上記伸縮動作と同時に油圧ダンパ全体が急激に左右に繰り返して移動することによって、上記リザーバ室内に充填された作動油の油面が変動した場合であっても、該作動油は、上記規制プレートにより吸引ポートの上方から吸引されることはなく、上記規制プレートの下側を通過して上記吸引ポートに吸引される。したがって、この第１の発明に係る油圧ダンパによれば、吸引ポート内にガスが流入することがなく、ひいては所期の減衰効果を有効に発揮することができる。

また、第２の発明（請求項２記載の発明）は、上記第１の発明において、前記規制プレートは、前記内シリンダの長さ方向に長さを有してなる円弧状の湾曲部と、この湾曲部の一側から折曲され先端は前記外シリンダの内周面に近接してなる一方の規制板部と、上記湾曲部の他側から折曲され先端は前記外シリンダの内周面に近接してなる他方の規制板部と、を備え、上記一方及び他方の規制板部は、前記作動油の油面よりも下方に位置してなることを特徴とするものである。

この第２の発明に係る油圧ダンパでは、一方及び他方の規制板部は、作動油の油面よりも下方に位置してなり、それぞれの規制板部の先端は外シリンダの内周面に近接してなることから、一層上記ガスが上記吸引ポートから内シリンダ内に吸引される危険性を回避することができる。

また、第３の発明（請求項３記載の発明）は、上記第１又は第２の何れかの発明において、前記一方及び他方の規制板部の前記排出ポート側には、単数又は複数の開口が形成されてなることを特徴とするものである。

この第３の発明に油圧ダンパでは、地震の発生により、上記一方及び他方の規制板部の先端側（内シリンダの他端方向）の下面にガスが侵入した場合であっても、上記開口を通過して上方に逃がすことができる。したがって、この第３の発明に係る油圧ダンパによれば、一方及び他方の規制板部の下面に滞留したガスが上記吸引ポートに流入する危険性を回避することが可能となる。

上記第１の発明（請求項１記載の発明）に係る油圧ダンパでは、地震動による伸縮動作と同時に油圧ダンパ全体が急激に左右に繰り返して移動する際に作動油の油面が変動した場合であっても、上記規制プレートにより、リザーバ室内のガスが吸引ポートから吸引されることはなく、ひいては所期の減衰効果を有効に発揮することができる。

また、上記第２の発明（請求項２記載の発明）に係る油圧ダンパでは、一方及び他方の規制板部は、作動油の油面よりも下方に位置してなり、それぞれの規制板部の先端は外シリンダの内周面に近接してなることから、一層上記ガスが上記吸引ポートに吸引される危険性を回避することができる。

また、上記第３の発明（請求項３記載の発明）に係る油圧ダンパでは、地震の発生により、上記一方及び他方の規制板部の先端側（内シリンダの他端方向）の下面にガスが侵入した場合であっても、上記開口を通過して上方に逃がすことができることから、一方及び他方の規制板部の下面に滞留したガスが上記吸引ポートに流入する危険性を回避することが可能となる。

実施の形態に係る油圧ダンパを示す側断面図である。 図１に示す油圧ダンパの一端側を示す拡大して示す側断面図である。 閉塞部材の正面図である。 油圧ダンパの正面図である。 図１に示す油圧ダンパの油圧回路図である。 規制プレートを示す斜視図である。 規制プレートが配置されていない油圧ダンパの抵抗力とストロークの変化を示すグラフである。 規制プレートが配置されている油圧ダンパの抵抗力とストロークの変化を示すグラフである。

以下、本発明に係る油圧ダンパを実施するための最良の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

この実施の形態に係る油圧ダンパ１は、図１に示すように、外シリンダ２と、この外シリンダ２の内側に配置された内シリンダ３と、基端側がこの内シリンダ３内に摺動自在に収容されたピストンロッド４とを備えている。上記外シリンダ２は、円筒状に成形されてなるものであり、この外シリンダ２の一端（図１中、右端）には蓋体６が固定され、上記外シリンダ２の他端にはシリンダヘッド７が固定されている。上記蓋体６及びシリンダヘッド７は、何れも正面形状は、直方体状に成形されてなるものであり、該蓋体６とシリンダヘッド７との対向面の角部には、それぞれ図示しない貫通穴が形成され、これらの貫通穴には両端の外周面にネジが螺刻されたタイロッド１０が挿通され、それぞれのタイロッド１０にはナット１１が螺着されている。したがって、これら両端のナット１１が互いに接近するように螺進させることにより、上記蓋体６及びシリンダヘッド７は強固に上記外シリンダ２に密着している。なお、上記蓋体６の外側面には、図２に示すように、この油圧ダンパ１を構造物側又は地盤側の何れか一方に固定する際に使用され中央に開口が形成された一方の固定片６ａが形成され、上記開口には球面軸受１４が配置されている。また、上記蓋体６の内側面には、上記外シリンダ２内に嵌合する外径を備えた円盤状の嵌合リング部（符号は省略する。）が形成され、この嵌合リング部が外シリンダ２内に嵌合されることで該外シリンダ２の一端が閉塞されている。

また、上記内シリンダ３は、上記外シリンダ２よりも細い外径を有する円筒状に成形されてなるものであり、該内シリンダ３の一端は閉塞部材１３により閉塞されている。そして、この閉塞部材１３の内側面には、上記内シリンダ３内に嵌合する外径を備えた円盤状の嵌合部（符号は省略する。）が形成され、この嵌合部が内シリンダ２内に嵌合されることで該内シリンダ２の一端が閉塞されている。そして、上記閉塞部材１３内には、複数のポート１３ａが形成されている。これらのポート１３ａは、水平方向に長さを有してなるものであり、左右の吸引ポート１３ｂ，１３ｃを介して後述するリザーバ室内に連通している。これら左右の吸引ポート１３ｂ，１３ｃは、図３又は図４に示すように、上記閉塞部材１３（ないし内シリンダ３）の軸芯よりも下方に形成されてなるとともに、この油圧ダンパ１が水平に設置された際において、該閉塞部材１３の最下端の左右両側に形成されている。また、これらのポート１３ａには、上記内シリンダ３内と連通する排出ポート（符号は省略する。）が形成され、この排出ポートには、第１のチェック弁１５が配置されている。この第１のチェック弁１５は、上記排出ポートを閉塞する弁本体（符号は省略する。）と、この弁本体を、常時排出ポートを閉塞する方向に付勢するバネ（符号は省略する。）と、を備えている。

また、上記閉塞部材１３の外周には、図３に示すように、一方の規制プレート取付溝１３ｄと他方の規制プレート取付溝１３ｅが形成されている。上記一方及び他方の規制プレート取付溝１３ｄ，１３ｅは、この閉塞部材１３（ないし内シリンダ３）の軸芯よりも下方に形成されている。

したがって、後述するように、シリンダロッド４が上記外シリンダ２から伸長された場合には、リザーバ室内に充填された作動油は、上記左右の吸引ポート１３ｂ，１３ｃから上記ポート１３ａ内に流入するとともに、上記第１のチェック弁１５が上記バネの弾性力に抗して開き、これによって上記内シリンダ３内に流入する。

また、上記内シリンダ３内には、図１に示すように、ピストンロッド４の一端側が挿入されている。このピストンロッド４は、上記内シリンダ３の内径よりも細い外径に成形されてなるものであって、先端側（図１中右端）には、外径の短い縮径部４ａが形成され、この縮径部４ａの先端側とは反対方向には、段差部４ｂが形成されている。そして、この縮径部４ａの先端側の外周にはネジ（符号は省略する。）が螺刻され、このネジにはナット１７が螺着されている。そして、上記縮径部４ａには、上記ナット１７から上記段差部４ｂまでの間に、ピストン１８、第２のチェック弁１９、バネ（符号は省略する。）の順序で装着されている。上記ピストン１８は、中心に上記縮径部４ａが挿通された挿通穴（符号は省略する。）が形成され、外径は上記内シリンダ３の内径とほぼ同じ内径寸法に成形されてなるものであり、ピストンロッド４が移動する際には、このピストン１８の外周面は内シリンダ３の内周面に摺接する。なお、このピストン１８の外周にはリング状の凹部（符号は省略する。）が形成され、この凹部内には図示しないＯリングが収容されている。そして、このピストン１８には、該ピストン１８の移動方向に複数の流路（符号は省略する。）が形成されている。これらの流路は、上記内シリンダ３内であってこのピストン１８を境に該内シリンダ３の一端側（先端側）の空間（以下、Ａ室と言う。）内に収容された作動油が該内シリンダ３の他端側の空間（以下、Ｂ室と言う。）に移動する流路である。

また、上記第２のチェック弁１９は、上記流路を閉塞する方向及びその方向とは逆方向に移動自在とされてなるものであり、中央には上記縮径部４ａの中途部が挿通された挿通穴（符号は省略する。）が形成されている。また、上記バネは、上記縮径部４ａが内側に挿通されてなるコイルスプリングであり、一端は上記第２のチェック弁１９に当接し他端は上記段差部４ｂに当接し、常時上記第２のチェック弁１９をピストンロッド４の一端側に押圧・付勢してなるものである。したがって、後述するように、上記ピストンロッド４が内シリンダ３の一端側に移動すると、上記該Ａ室内に収容されている作動油の圧力により上記バネの弾性力に抗して上記第２のチェック弁１９は、上記内シリンダ３の他端側に移動し、こうした第２のチェック弁１９の移動により、上記Ａ室内の作動油は上記流路を通過して上記Ｂ室に移動する。

また、上記シリンダヘッド７には、図１に示すように、上記外シリンダ２内径内に嵌合されてなる円柱状の外側嵌合部７ａと、この外側嵌合部７ａの内側に形成され上記内シリンダ３内に嵌合してなる円筒状の内側嵌合部７ｂとを備え、この内側嵌合部７ｂの内側には、上記ピストンロッド４の外周面が内周面と摺動する摺動穴７ｃが形成されている。

また、上記シリンダヘッド７内には、減衰弁２１とニードルバルブ２２が内蔵されている。以下、これらの部材を、図５を参照しながら説明する。なお、この図５において、Ａ室及びＢ室は、先に説明した通りであり、上記ピストンロッド４が図５中右方向に移動した際に圧縮される空間Ａと、該ピストンロッド４が図５中左方向に移動した際に圧縮される空間Ｂとは、内シリンダ３内において上記ピストン１８を境にそれぞれ左右に形成されている。また、Ｃ室は、内シリンダ３と外シリンダ２との間に形成された空間であるとともに、内部には、作動油Ｏとガス（符号は省略する。）とが充填されてなるものであり、この油圧シリンダ１が水平に設置された場合には、上記作動油Ｏの液面は、図１にも示す通り、この油圧シリンダ１の軸芯よりも上方に位置している。そして、上記シリンダヘッド７内には、上記Ｂ室とＣ室とを接続する第１の排出通路７ｄと第２の排出通路７ｅとがそれぞれ形成され、上記第１の排出通路７ｄの中途には、上記減衰弁２１が配置され、上記第２の排出通路７ｅの中途部には、上記ニードルバルブ２２が配置されている。そして、上記第１の排出通路７ｄには、該第１の排出通路７ｄから排出された作動油が流入し先端から上記Ｃ室内に作動油を排出する第１の排出パイプ２３が該Ｃ室に連結され、上記第２の排出通路７ｅには、該第２の排出通路７ｅから排出された作動油が流入し先端から上記Ｃ室内に作動油を排出する第２の排出パイプ２４が該Ｃ室に連結されている。なお、上記Ｂ室内の空間は、Ａ室内の空間よりも狭い空間とされている。

したがって、上記ピストンロッド４が内シリンダ３の一端側（図５中右側）に移動させられ上記Ａ室内に充填された作動油が加圧されると、上記第２のチェック弁１９が開放され、Ａ室内の作動油はＢ室内に流入するとともに、上記減衰弁２１とニードルバルブ２２も開放され、Ｂ室内に流入した作動油は、上記第１の排出通路７ｄと第２の排出通路７ｅを通過し上記第１の排出パイプ２３や第２の排出パイプ２４の先端から上記Ｃ室内に排出される。

そして、この実施の形態に係る油圧ダンパ１では、図１又は図２に示すように、上記内シリンダ３の外側に規制プレート３１が配置されている。この規制プレート３１は、図６に示すように、端面が円弧状に湾曲されてなる湾曲部３１ａと、この湾曲部３１ａの一側から折曲されてなる一方の規制板部３１ｂと、上記湾曲部３１ａの他側から折曲されてなる他方の規制板部３１ｃとを備えている。上記湾曲部３１ａの曲率は、上記内シリンダ３の外周の曲率と同じものとされてなり、この湾曲部３１ａの上面は該内シリンダ３の外周に接触・又は近接されている。また、この規制プレート３１は、上記吸引ポート１３ｂ，１３ｃ側から上記シリンダヘッド７側に長さを有してなるものであり、本実施の形態に係る油圧ダンパ１では、内シリンダ３の全長に対して約１／３から１／４の長さとされている。なお、この湾曲部３１ａの基端側には、切欠き部３１ｄが形成されている。また、上記一方の規制板部３１ｂと他方の規制板部３１ｃの幅は、上記内シリンダ３の外周面から外シリンダ２の内周面までの距離に等しいものとされている。さらにまた、この実施の形態に係る規制プレート３１では、上記一方及び他方の規制板部３１ｂ，３１ｃの先端側（排出ポート側であり、上記内シリンダ３の他端側）には、それぞれ円形状の開口３１ｅ，３１ｆが複数（３つ）穿設されている。また、この規制プレート３１は、上記一方の規制板部３１ｂの（切欠き部３１ｄが形成された側の）端部が、図３に示す一方の規制プレート取付溝１３ｄ内に圧入されるとともに、他方の規制板部３１ｃの（切欠き部３１ｄが形成された側の）端部が、上記他方の規制プレート取付溝１３ｅ内に圧入されることで、上記吸引ポート１３ｂ，１３ｃの上方に取り付けられている。なお、このように構成された上記規制プレート３１が上記一方及び他方の規制プレート取付溝１３ｄ，１３ｅに圧入されることにより上記Ｃ室（リザーバ室）内に配置された場合、上記一方及び他方の規制板部３１ｂ，３１ｃは、図１又は図４に示すように、上記Ｃ室（リザーバ室）内に充填された作動油Ｏの液面より下方であるばかりか、この油圧ダンパ１の軸芯よりも下方に位置している。

したがって、この実施の形態に係る油圧ダンパ１が、ビルや戸建て住宅等の構造物を地震から保護するために使用される免震用のダンパとして設置され使用された場合において、地震が発生することにより、この油圧ダンパ１が急激に左右に繰り返して移動し、上記Ｃ室（リザーバ室）内の作動油Ｏの液面が下方に下がった場合であっても、該作動油Ｏは、上記規制プレート３１を構成する一方及び他方の規制板部３１ｂ，３１ｃにより、上記吸引ポート１３ｂ，１３ｃの上方から吸引されることはなく、図４中矢印で示すように、必ず一方及び他方の規制板部３１ｂ，３１ｃの下側を通過した後に吸引されることから、上記ガスが吸引ポート１３ｂ，１３ｃから吸引される危険性を有効に回避することができる。特に、本実施の形態に係る油圧ダンパ１では、上記規制プレート３１は、上記内シリンダ３の全長に対して約１／３から１／４の長さとされていることから、上記ガスが吸引ポート１３ｂ，１３ｃ内に流入する危険性を大きく回避することができる。

また、この実施の形態に係る油圧ダンパ１では、上記規制プレート３１は、上記一方及び他方の規制板部３１ｂ，３１ｃには、複数の開口３１ｅ，３１ｆが形成されていることから、上記地震の発生により、ガスの一部が該一方及び他方の規制板部３１ｂ，３１ｃの先端側の下面に移動し、その比重から該一方及び他方の規制板部３１ｂ，３１ｃの底面に移動した場合であっても、上記開口３１ｅ，３１ｆを通過して上方に移動させる（逃がす）ことができ、こうして底面に滞留したガスが該一方及び他方の規制板部３１ｂ、３１ｃの底面を移動して上記吸引ポート１３ｂ，１３ｃに流入してしまうことを防止することができる。また、上記規制プレート３１は、上記一方の規制板部３１ｂの端部が一方の規制プレート取付溝１３ｄ内に圧入され、他方の規制板部３１ｃの端部が上記他方の規制プレート取付溝１３ｅ内に圧入されることで、上記吸引ポート１３ｂ，１３ｃの上方に取り付けられていることから、地震により外れたりＣ室内で回転したりしてしまう事態も防止することができる。

なお、図７と図８とは、それぞれ上記構成に係る油圧ダンパの抵抗力とストロークとの関係を示すグラフであり、図７は、上記規制プレート３１が配置されていない油圧ダンパに係る試験結果を示すものであって、図８は、規制プレート３１が配置されている油圧ダンパ１に係る試験結果を示すものである。図７に示すグラフからも明らかなように、ピストンロッド４が＋方向（Ａ室内を加圧する方向）に移動した場合には、ガスがＡ室内に流入したために抵抗力が大きく低下した。これに比べて、規制プレート３１が配置されている油圧ダンパ１に係る試験結果を示す図８では、ピストンロッド４のストロークの変化に応じて抵抗力は全く低下していない。このことは、上記規制プレート３１の配置により、ガスが上記吸引ポート１３ｂ，１３ｃから吸引され上記Ａ室内に流入していないからである。こうしたそれぞれのグラフからも明らかなように、この実施の形態に係る油圧ダンパ１によれば、地震によりリザーバ室（Ｃ室）内の作動油Ｏの液面が下がった場合であっても、それによってガスが上記吸引ポート１３ｂ，１３ｃに流入することがなく、本来予定した所期の減衰効果を発揮することが分る。

なお、上記実施の形態に係る油圧ダンパ１では、上記規制プレート３１を構成する一方及び他方の規制板部３１ｂ、３１ｃに関して水平に配置した例を説明したが、これら一方及び他方の規制板部３１ｂ、３１ｃは、このように水平に配置されたものばかりではなく、例えば、吸引ポート１３ｂ，１３ｃ側から水平とされてなるとともに、その中途部から先端に回って徐々に下方となるように傾斜してなるものであっても良く、また、こうした傾斜した部位と水平とされた部位との間に、上記ガスを上方に逃がす図示しない開口が形成されてなるものであっても良い。

１ 油圧ダンパ
２ 外シリンダ
３ 内シリンダ
１３ｂ，１３ｃ 吸引ポート
３１ 規制プレート
３１ｂ 一方の規制板部
３１ｃ 他方の規制板部
３１ｅ，３１ｆ 開口
Ｏ 作動油

Claims (3)

1. ピストンが摺動自在に配置された内シリンダと、
   この内シリンダの外側に配置され作動油がガスとともに封入されてなり、該内シリンダとの間がリザーバ室とされてなる外シリンダと、
   上記リザーバ室内の作動油を内シリンダ内に導くとともに該内シリンダの一端側に配置された吸引ポートと、
   上記内シリンダ内の作動油をリザーバ室内に排出するとともに該内シリンダの他端側に配置された排出ポートと、
   を備え、水平方向に長さを有する状態で設置される油圧ダンパであって、
   上記吸引ポートは上記内シリンダの軸芯位置よりも下方に配置されてなるとともに、
   上記内シリンダの外側には、吸引ポートの上方位置から該内シリンダの他端側中途部に亘って規制プレートが取り付けられ、上記作動油はこの規制プレートの下側を通過して上記吸引ポートに吸引されるように構成されてなることを特徴とする油圧ダンパ。
2. 前記規制プレートは、前記内シリンダの長さ方向に長さを有してなる円弧状の湾曲部と、この湾曲部の一側から折曲され先端は前記外シリンダの内周面に近接してなる一方の規制板部と、上記湾曲部の他側から折曲され先端は前記外シリンダの内周面に近接してなる他方の規制板部と、を備え、上記一方及び他方の規制板部は、前記作動油の油面よりも下方に位置してなることを特徴とする請求項１記載の油圧ダンパ。
3. 前記一方及び他方の規制板部の前記排出ポート側には、単数又は複数の開口が形成されてなることを特徴とする請求項１又は２記載の何れかの油圧ダンパ。