(57)【要約】【課題】建物の制振構造に使用する制振ダンパにおいて、構造材の間に連結するのに適した構造及び制振に適した減衰力特性を得る。【解決手段】油液及びガスを封入したシリンダ２内にピストンロッド３が連結されたピストン４を摺動可能に挿入する。シリンダ２とピストンロッド３との間をシールするオイルシール７にグリス溜め２８を設ける。ピストンロッド３の伸び側のストロークに対して、ディスクバルブ１４が逆止弁として機能して減衰力を発生せず、縮み側のストロークに対して、ディスクバルブ１４がその開度に応じて大きな減衰力を発生する。これにより、オイルシール７の負担を軽減し、また、構造材への取付部に作用する引張り荷重を軽減する。グリス溜め２８によってオイルシール７にグリスを供給することにより、作動頻度が低い場合でも、ピストンロッド３を円滑にストロークさせて安定した減衰力特性を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
油液及びガスが互いに接触する状態で封入されたシリンダと、該シリンダ内に挿入されたピストンと、該ピストンに連結されて前記シリンダの上端側から外部に突出するピストンロッドと、前記シリンダの上端部に設けられて前記ピストンロッドとの間をシールするシール手段と、該シール手段にグリスを供給するグリス溜めと、前記ピストンに設けられ、前記ピストンロッドの伸び側よりも縮み側のストロークに対して大きな減衰力を発生させる減衰力発生機構とを備え、
建物の構造材の間に前記シリンダの上端側を上側に向けて直立又は傾斜させて取付けられることを特徴とする制振ダンパ。
【請求項２】
油液及びガスが互いに接触する状態で封入されたシリンダと、該シリンダ内に挿入されたピストンと、該ピストンに連結されて前記シリンダの上端側から外部に突出するピストンロッドと、前記シリンダの上端部に設けられて前記ピストンロッドとの間をシールするシール手段と、該シール手段にグリスを供給するグリス溜めと、前記ピストンに設けられ、前記ピストンロッドの縮み側のストロークに対してピストン速度０.０５ｍ／ｓで５０００Ｎ以上の減衰力を発生し、伸び側のストロークに対してピストン速度０．１ｍ／ｓで５００Ｎ以下の減衰力を発生する減衰力発生機構とを備え、
建物の構造材の間に前記シリンダの上端を上側に向けて鉛直又は傾斜させて取付けられることを特徴とする制振ダンパ。
【請求項３】
減衰力発生機構は、縮み側のストロークに対してピストン速度０．１５ｍ／ｓで３００００Ｎ以下の減衰力を発生することを特徴とする請求項２に記載の制振ダンパ。
【請求項４】
減衰力発生機構は、前記ピストンの下側の室側に設けられ縮み側のストロークに対して内周側がピストン側に撓み減衰力を発生すると共に、伸び側のストロークに対してピストンから離間して逆支弁として機能するディスクバルブからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の制振ダンパ。
【請求項５】
摺動部であって、シリンダ上室２Ａとシリンダ下室２Ｂとの間をシールする部分にはすべてシールリングを設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の制振ダンパ。
【請求項６】
前記ガスは、空気であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の制振ダンパ。
【請求項７】
油液及びガスが互いに接触する状態で封入されたシリンダと、該シリンダ内に挿入されたピストンと、該ピストンに連結されて前記シリンダの上端側から外部に突出するピストンロッドと、前記シリンダの上端部に設けられて前記ピストンロッドとの間をシールするシール手段と、該シール手段にグリスを供給するグリス溜めと、前記ピストンに設けられ、前記ピストンロッドの縮み側のストロークに対してピストン速度０．０５ｍ／ｓで５０００Ｎ以上の減衰力を発生し、伸び側のストロークに対してピストン速度０．１ｍ／ｓで５００Ｎ以下の減衰力を発生する減衰力発生機構とを備えた制振ダンパを建物の柱と梁の角部に設けたことを特徴とする構造物。
【請求項８】
減衰力発生機構は、縮み側のストロークに対してピストン速度０．１５ｍ／ｓで３００００Ｎ以下の減衰力を発生することを特徴とする請求項７に記載の構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の構造材に装着して振動を抑制する制振ダンパ及びこれを装着した構造物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に記載されているように、木造住宅等の耐震補強を行なう場合、建物の構造材である枠体を構成する縦材と横材との間をダンパで結合し、地震等による枠体の変形に対して、ダンパの減衰力を作用させて振動エネルギーを吸収するようにした制振構造が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１４４３６２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の制振構造に使用されるダンパは、地震等による建物の揺れに対して作動するものであるため、一般的に車両のサスペンション装置に装着される油圧ダンパに比して、作動頻度が非常に低く、また、作動時には、小ストローク、あるいは、低速ストロークに対して、大きな減衰力を迅速に立ち上げる減衰力特性が要求される。
【０００５】
本発明は、このような要求から、建物の制振構造に使用するのに適した特性及び構造を有する制振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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明に係る制振ダンパは、油液及びガスが互いに接触する状態で封入されたシリンダと、該シリンダ内に挿入されたピストンと、該ピストンに連結されて前記シリンダの上端側から外部に突出するピストンロッドと、前記シリンダの上端部に設けられて前記ピストンロッドとの間をシールするシール手段と、該シール手段にグリスを供給するグリス溜めと、前記ピストンに設けられ、前記ピストンロッドの伸び側よりも縮み側のストロークに対して大きな減衰力を発生させる減衰力発生機構とを備え、
建物の構造材の間に前記シリンダの上端側を上側に向けて直立又は傾斜させて取付けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る制振ダンパによれば、建物の制振構造に適した特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る制振ダンパの縦断面図である。
【図２】図１のピストン部を拡大して示す縦断面図である。
【図３】図１に示す制振ダンパの変形例のオイルシール部を拡大して示す縦断面図である。
【図４】図１の制振ダンパが装着された建物の枠体を示す正面図である。
【図５】図１の制振ダンパが建物の枠体に装着された状態を示す縦断面図である。
【図６】図１の制振ダンパの減衰力特性を示す図表である。
【図７】図１の制振ダンパの減衰力特性を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る制振ダンパ１は、シリンダ２の上部からピストンロッド３が突出した正立型の単筒式液圧緩衝器である。この単筒式液圧緩衝器は、取付長がおおよそ３５０ｍｍ（ロッドを最大に延ばした状態で５００ｍｍ）、太さは直径４０ｍｍ程度の寸法である。有底円筒状のシリンダ２内には、ピストン４が摺動可能に挿入され、ピストン４によってシリンダ２内がシリンダ上室２Ａとシリンダ下室２Ｂとの２室に仕切られている。ピストン４には、ピストンロッド３の一端部がナット５によって連結され、ピストンロッド３の他端側は、シリンダ上室２Ａを通り、シリンダ２の開口部に取付けられたロッドガイド６及びオイルシール７を貫通して外部に突出している。シリンダ２内には、一定量の油液及びガスが互いに接触した状態で封入され、シリンダ上室２Ａの上部がガス室２Ｃとなっている。なお、ガスとしては、不活性の窒素等を使用してもよいが、利便性の観点から空気（大気）が望ましい。また、ガスの圧力は、長期間使用されるものであるので、組立時に大気圧で封入する（組立時のピストン位置により組立後の圧力は異なるが、大気圧前後となる）ことが望ましい。また、油液は、本実施形態にあっては、鉱油系のオイルで粘性が１０から１５ｍｍ2/ｓを用いている。
【００１０】
図２に示すように、ピストン４は、円筒状のリテーナガイド８と共に、ピストンロッド３の一端の小径部３Ａが挿入され、小径部３Ａの先端部にナット５がネジ込まれてピストンロッド３に結合している。ピストン４には、円周方向に沿って配置された複数のピストン油路９が軸方向に沿って貫通され、これらのピストン油路９によってシリンダ上下室２Ａ、２Ｂ間が連通されている。ピストン４のシリンダ下室２Ｂ側の端面の外周部には、複数のピストン油路９の開口を取囲むように環状のシート部１０が突出している。
【００１１】
リテーナガイド８の外周部には、環状のリテーナ１１が軸方向に沿って摺動可能に案内されている。リテーナ１１には、円周方向に沿って配置された複数の油路１２が軸方向に沿って貫通されている。リテーナ１１のピストン４側の端面の油路１２の開口の内周側には、環状のシート部１３が突出している。そして、ピストン４のシート部１０とリテーナ１１のシート部１３との間に、減衰力発生機構である複数積層されたディスクバルブ１４が介装されている。
【００１２】
リテーナ１１及びディスクバルブ１４は、内周部がリテーナガイド８によって案内され、外周部がガイド部材１５に案内されて、軸方向に移動可能となっており、リテーナガイド８のナット５側の端部に形成されたフランジ部８Ａに当接するガイド部材１５と、リテーナ１１との間に介装されたバネ１６（コイルバネ）によって、リテーナ１１及びディスクバルブ１４がピストン４側に押圧されている。これにより、ディスクバルブ１４の外周部がピストン４のシート部１０に着座し、内周部がリテーナ１１のシート部１３に着座して、ピストン油路９を閉じている。
【００１３】
ディスクバルブ１４は、ピストン油路９のシリンダ上室２Ａ側からシリンダ下室２Ｂ側への油液の流れに対しては、バネ１６が撓むことによりリテーナ１１と共に移動し、ピストン４のシート部１０からリフトして開弁し、また、シリンダ下室２Ｂ側からシリンダ上室２Ａ側への油液の流れに対しては、その圧力によって外周部がピストン４のシート部１０に押付けられ、内周側が撓んでリテーナ１１のシート部１３からリフトして開弁し、リリーフ弁としての機能を果たす。
【００１４】
これにより、ディスクバルブ１４は、シリンダ上室２Ａ側からシリンダ下室２Ｂ側への油液の流通のみを許容する逆止弁として機能すると共に、シリンダ下室２Ｂ側からシリンダ上室２Ａ側への油液の流れに対しては、その開度、すなわち、シート部１３からのリフト量に応じて流通抵抗を付与する減衰弁として機能する。また、ディスクバルブ１４の内最もピストン側のディスクには、外周側に切欠が設けられ、ピストン油路９の油液の流れを常時許容するオリフィス通路１４Ａが形成されている。これにより、減衰力発生機構であるディスクバルブ１４は、ピストンロッド３の伸び側よりも縮み側のストロークに対して大きな減衰力を発生させることになる。
【００１５】
ピストン４には、シリンダ２の内壁との摺動部をシールする４フッ化エチレン樹脂のピストンリング１７、１８が設けられ、また、リテーナ１１には、リテーナガイド８との摺動部をシールするＯリング１９が設けられており、ディスクバルブ１４の閉弁時に、これらの摺動部からの油液の漏れを最小限に抑えている。
また、ピストンリング１８の内周にも極力漏れを防ぐため、Ｏリング１８Ａが設けられている。なお、リテーナ１１とリテーナガイド８との間隔を小さくできれば、Ｏリング１９を省略することも可能である。しかし、望ましくは、摺動部であって、シリンダ上室２Ａとシリンダ下室２Ｂとの間をシールする部分には、クリアランスでシールするのではなく、すべてシールリングを設けたほうがよい。
【００１６】
ロッドガイド６及びオイルシール７は、シリンダ２の開口部に挿入され、シリンダ２の側壁をかしめてカシメ部２０、２１を形成することによって固定されている。オイルシール７は、リング状のリテーナ２２の表面にゴム等の弾性体からなるシール部材を固着したシール手段であり、ピストンロッド３との摺動部には、シリンダ２の内側及び外側に、それぞれ内側リップ２４及び外側リップ２５が突出されてる。内側リップ２４及び外側リップ２５の背部（外周部）には、それぞれバネ部材２６、２７が装着されている。そして、ピストンロッド３、内側リップ２４及び外側リップ２５の間にグリス溜め２８となる空間が形成され、このグリス溜め２８にグリスが封入されている。
【００１７】
シリンダ２の底部及びピストンロッド３の先端部には、それぞれピン穴を有する取付部２９、３０が取付けられている。
【００１８】
次に、制振ダンパ１の使用態様について、図４及び図５を参照して説明する。
図４及び図５に示すように、制振ダンパ１は、木造住宅等の建物の構造材である縦材３１（木造軸組みでは柱）と横材３２（木造軸組みでは上梁、下梁）とで構成された枠体３３に装着される。制振ダンパ１は、略直交する縦材３１と横材３２との結合部の付近に、縦材３１及び横材３２に対して、略４５°の角度で傾斜させ、ピストンロッド３が上側となり、シリンダ２が下側となるように取付けられる。制振ダンパ１の縦材３１及び横材３２との結合は、縦材３１及び横材３２にネジ止め等の公知の取付手段によって取付けられたブラケット３４に取付部２９、３０をピン３５によって回動可能に軸着することによって行なう。
なお、ツーバイフォーの場合は、縦材３１は、間柱（スタッド）であってもよい。
なお、本発明が提供されて好適な構造物は、木造や軽量鉄骨を用いた３階建て以下の低層住宅である。
【００１９】
なお、制振ダンパ１の構造材への取付角度は、上述の略４５°が望ましいが、取付条件に応じて、直立又は傾斜していればよく、水平でなければよい。傾斜させる場合の最大の傾斜角は、取付け状態でピストンロッド３が最大に伸びた場合であっても、ピストン４が油中にあればよい。
【００２０】
また、図５に示すように、制振ダンパ１は、枠体３３に取付けられた状態において、ピストンロッド３の伸び側及び縮み側のストロークがそれぞれ３０ｍｍ程度である場合、ピストンロッド３の最大伸長時において、シリンダ上室２Ａ内の油液の液面のピストン４の上端面からの高さＨが、Ｈ＝５０ｍｍ以上とすると、ピストン速度０．１ｍ/ｓ程度ではエアレーション（シリンダ中のガスと油液が混ざり合い、ある程度以上混ざり合うと減衰力が著しく低下する現象）による減衰力の低下の影響が少なく理想的である。
【００２１】
次に制振ダンパ１の作動について説明する。
地震等による建物の揺れによって枠体３３が歪むと、縦材３１と横材３２との間に結合された制振ダンパ１のピストンロッド３がストロークする。このとき、ピストンロッド３の伸び側のストローク（伸び行程）に対しては、ディスクバルブ１４が逆止弁として、ピストン油路９のシリンダ上室２Ａ側からシリンダ下室２Ｂ側への油液の流れを許容する。したがって、制振ダンパ１は、ピストンロッド３の伸び側のストロークに対しては、殆ど減衰力を発生しない。
【００２２】
一方、ピストンロッド３の縮み側のストローク（縮み行程）に対しては、ディスクバルブ１４が減衰弁として機能し、低速領域（図７においては、０．０６ｍ／ｓ以下のピストン速度）では、オリフィス通路１４Ａの流路面積に基づきオリフィス特性の減衰力を発生し、高速領域（図７においては、０．０６ｍ／ｓ以上のピストン速度）は、ディスクバルブ１４のリテーナ１１のシート部１３からのリフト量に応じてバルブ特性（ピストン速度に対して１次で変化する）の減衰力を発生する。ここで、本実施形態のバルブ特性は、横軸に略平行に近い特性で、リリーフ弁として機能している。これにより、縦材３１と横材３２との変位に対して必要かつ大きすぎない減衰力を付与し、枠体３３の振動を制振する。
【００２３】
このとき、ピストンロッド３の伸び側のストロークに対して減衰力を発生しないので、縦材３１及び横材３２との結合部のブラケット３４に、引張り荷重が殆ど作用しないので、一般的に引張り荷重に対する耐性が低い結合部の破損を抑制することができる。また、シリンダ上室２Ａ側の圧力の上昇が小さく、上部には、ガスがあるので、オイルシール７から油液が漏れにくく、オイルシール７の負担を軽減することができる。
【００２４】
また、ピストンロッド３の縮み側のストロークによって加圧されるシリンダ下室２Ｂには、油液に満たされており、フリーピストン等の圧力を吸収する手段を有していない。さらに、シリンダ上室２Ａのみにしか接続されておらず、ベースバルブ介してリザーバとも接続さていない。これにより、縮み側のストロークに対しては、全ての油液がオリフィス通路１４Ａ及びディスクバルブ１４を流通するので、オリフィス通路１４Ａの流路面積及びディスクバルブ１４の剛性により減衰力を決めることができ、減衰力を大きくしても安定した減衰力特性を得ることができる。
【００２５】
更に、ピストン４に設けたピストンリング１７、１８及びリテーナ１１に設けたＯリング１９により、摺動部の油液の漏れを最小限にしているので、ピストンロッド３の縮み側のストロークに対して、減衰力を迅速に立ち上げることができ、低速ストローク及び小ストロークに対して充分な減衰力を発生させることができる。
【００２６】
制振ダンパ１の伸び側及び縮み側の減衰力特性（ピストン速度に対する減衰力）を図６及び図７に示す。
【００２７】
制振ダンパ１は、枠体３３に取付けられた状態において、ピストンロッド３の伸び側及び縮み側のストロークがそれぞれ３０ｍｍ程度である場合、ピストンロッド３の最大伸長時において、シリンダ上室２Ａ内の油液の液面のピストン４の上端面からの高さＨが、Ｈ＝５０ｍｍ以上になるようにすることにより、ピストンロッド３のストロークによって、シリンダ上室２Ａ内のガスが油液中に混入するのを効果的に抑制することができ、エアレーションによって減衰力特性が不安定になるのを抑制することができる。
【００２８】
ここで、縦材３１及び横材３２に対して、略４５°の角度で傾斜させて制御ダンパ１を取り付ける構造にあっては、ストロークが小さいのでピストン速度も遅い。そこで、このような取付け方法に用いられるダンパとしては、理想的には、低速域（例えば０．０５ｍ／ｓ前後）から大きな減衰力を発生することが望ましいが、そのまま、ピストン速度に応じて減衰力が増加すると、高速域（例えば０．１ｍ／ｓ）での減衰力があまりに高くなりすぎ取付部分の柱が損傷する畏れがある。
【００２９】
よって、０．０５ｍ／ｓという低速の領域で、５０００Ｎ以上でないと、十分な減衰効果が得られず、０．１ｍ／ｓ以上の高速域では、３００００Ｎ以下であることが木造建築にあっては望ましい。なお、取付け部の剛性を鉄板等で強化すれば、高速域の減衰力をさらに高くしてもよい。
本実施形態にあっては、０．０２５ｍ／ｓで５０００Ｎ以上、０．０５ｍ／ｓで１００００Ｎ以上であり、０．１５ｍ／ｓという高速領域では、２００００Ｎ以下という理想的な減衰力特性を得ている。
これに対し、伸び側の減衰力は、全てのピストン速度領域（０．１５ｍ／ｓ以下）で、略１００Ｎ以下である。これは、０．１ｍ／ｓで５０倍以上の減衰力の差があり、実質的に伸び側では減衰力は出ていない。
【００３０】
なお、通常の自動車用のダンパ（ショックアブソーバ）は、０．１ｍ／ｓが低速領域であり、この領域での減衰力は３００Ｎ前後であり、０．９ｍ／ｓという高速領域でも、減衰力は１０００Ｎ程度である。
このように、自動車等のダンパと、大きさ等は差が無いが、使用ピストン速度が０．２ｍ／ｓ以下であり、発生減衰力が１００００前後と、自動車用ダンパ極めて似ている外見であるものの特性は全く異なり、また、殆どストロークしない環境に長時間放置されるものであり、自動車用等のダンパとは、使用環境も全く異なる。
よって、まず、微低速でも減衰力を発生させるために、シリンダ下室２Ｂは、ガスやアキュムレータと接続されない油液のみの部屋とすることで、縮み側のストロークにおいては、ピストンの移動によりシリンダ下室２Ｂの容積が小さくなる分の油液全てがピストン部に流れる構造とすることで、微低速から減衰力を高くすることが可能となる。
【００３１】
また、伸び側のストロークに対する減衰力を１００Ｎ以下の小さい減衰力とすることで、伸びストロークにおいてシリンダ内の圧力が高くならず、さらに、シリンダ上部には常にガスがあり、殆どの状態でシールにオイルが接触しないので、長期間殆どストロークしない環境に放置された際であっても、オイル漏れの心配は無くなる。  なお、伸び側のストロークに対する減衰力は、オイル漏れや取付け部の剛性にとっては１５０Ｎ以下が望ましいが、５００Ｎ程度まで高めてもよい。
【００３２】
オイルシール７のグリス溜め２８にグリスを封入したことにより、内側リップ２４及び外側リップ２５とピストンロッド３との固着を抑制することができ、作動頻度の低い条件においても、ピストンロッド３を円滑にストロークさせることができ、安定した減衰力特性を維持することができる。さらに、長期間放置されても、シールの劣化が抑えられ、突然の作動に対しても、摺動性が確保できる。仮に、シールとピストンロッドの間に長時間放置により、その両間に隙間が発生しても単に内部のガスと空気が置き換わるのみで、減衰性能への影響は大きくない。
【００３３】
次に、上記実施形態の変形例について図３を参照して説明する。なお、上記実施形態に対して、同様の部分には同一の符号を付して、異なる部分についてのみ詳細に説明する。
【００３４】
図３に示す変形例では、ロッドガイド６とオイルシール７との間に、略円筒状のグリス保持部材３６が設けられている。グリス保持部材３６は、外周部がシリンダ２に嵌合され、内周部にピストンロッド３が摺動可能に挿入され、また、内周部には、オイルシール７の内側リップ２４を収容する凹部であるグリス室３７が形成されている。グリス室３７には、グリスが充填されている。また、グリス保持部材３６のピストンロッド３との摺動部には、Ｏリング３８が設けられ、Ｏリング３８によってシリンダ上室２Ａとグリス室３７と間をシールして、グリスの油液への混入を防止している。これにより、グリス室３７からグリス溜め２８にグリスを補充することができ、長期にわたってピストンロッド３の円滑なストロークを維持することができる。
【００３５】
なお、上記実施形態では、ピストン４に設けられたバルブの構造は、縮み側でディスクバルブ１４の内周が撓み、また、伸び側でリテーナ１１が移動するものであるが、バルブ構造はこれに限らず、例えば、ピストンに伸び側通路と縮み側通路を設け、ピストンの上室側に縮み側通路を塞ぎ、内側をクランプされて外周側が撓む剛性の高いディスクバルブを設け、ピストンの下室側に伸び側通路を塞ぎ内側をクランプされて外周側が撓む剛性の低いディスクバルブを設ける構成としてもよい。
また、ピストンの下室側に設けるバルブは、ピストンから平行に移動可能なディスクバルブとし、コイルバネで押圧する構造とすることで、より減衰力を低くすることができる。
【００３６】
但し、伸縮で異なるディスクバルブを設けた場合は、伸縮で減衰力の差が極めて大きいので、縮み行程で伸び側のディスクバルブが背圧を受けて割れる可能性があるので、剛性を上げるか、バックアップ構造等、何らかの対策が必要となるが、上記実施形態の構造では、剛性の低いディスクバルブが存在しないで、簡単な構造で、耐久性の高いダンパを提供することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  制振ダンパ、２  シリンダ、３  ピストンロッド、４  ピストン、７  オイルシール（シール手段）、１４  ディスクバルブ（減衰力発生機構）、２８  グリス溜め
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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