(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定枠体の内部に被緩衝体を摺動自在に配置し、この被緩衝体の周辺に直交する方向から配置した４つの油圧緩衝器を固定枠体に固定し、かつ油圧緩衝器のピストンロッド先端を被緩衝体に当接する一方、各油圧緩衝器のうち少なくとも互いに直交する一対の油圧緩衝器の変位量を検出するセンサを設け、各油圧緩衝器にはピストンロッドを伸び出し方向に付勢する手段を設けると共に、各油圧緩衝器の圧縮作動時に排出される作動油の流量を制御する手段を設け、前記変位センサの出力から被緩衝体の移動方向を演算しかつこの移動により圧縮される油圧緩衝器に移動方向の分力に応じて所定の減衰力を発生させるように前記流量制御手段の開度を演算制御する減衰力制御手段を設けたことを特徴とする振動緩衝機構。
【請求項２】
各油圧緩衝器の２つの油室を互いに連通する通路を設け、対向的に配置した一対の油圧緩衝器のうち一方の通路にそれぞれ流量制御弁を介装し、かつ、油圧緩衝器が圧縮作動するときに排出される作動油が各流量制御弁を通過するように前記各一対の油圧緩衝器の通路を互いに切換接続する電磁切換弁を設けた請求項１に記載の振動緩衝機構。
【請求項３】
固定枠体の内部に被緩衝体を摺動自在に配置し、この被緩衝体の周辺に直交する方向に配置した４つの油圧緩衝器を被緩衝体の内部に固定し、かつ油圧緩衝器のピストンロッド先端を固定枠体の四辺の内側に当接する一方、各油圧緩衝器のうち少なくとも互いに直交する一対の油圧緩衝器の変位量を検出するセンサを設け、各油圧緩衝器にはピストンロッドを伸び出し方向に付勢する手段を設けると共に、各油圧緩衝器の圧縮作動時に排出される作動油の流量を制御する手段を設け、前記変位センサの出力から被緩衝体の移動方向を演算しかつこの移動により圧縮される油圧緩衝器に移動方向の分力に応じて所定の減衰力を発生させるように前記流量制御手段の開度を演算制御する減衰力制御手段を設けたことを特徴とする振動緩衝機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は免震、制振などのための振動緩衝機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
主として水平な方向からの振動を受けやすい部位に載置された物体、あるいはこのような物体を収めた構造体などについて、あらゆる方向からの振動による衝撃を緩衝するために、従来、図７、図８に示すような振動緩衝機構（免震、制振機構）がある。
【０００３】
これは、被緩衝体５を固定枠体６の基台６ａにスライドブッシュ７を介して水平方向に摺動自在に配置し、被緩衝体５の周囲の互いに直交する方向から、４つの油圧緩衝器１，２，３，４を配置し、各油圧緩衝器１，２，３，４のピストンロッド先端部を被緩衝体５の４辺に対して回動可能にピン結合し、同じくシリンダ基端部を固定枠体６の各辺について回動可能にピン結合する。なお、固定枠体６は建物などに固定されている。
【０００４】
油圧緩衝器１と３は対向的に配置され、同じく油圧緩衝器２と４が対向的に配置される。
【０００５】
このようにして被緩衝体５は固定枠体６に対して相対的に変位自在に構成されるのであり、この場合、例えば地震などによる主として水平方向の振動により、固定枠体６に対して被緩衝体５が相対変位を生じるときに、伸長しようとするいずれかの油圧緩衝器１〜４により、被緩衝体５の移動に制動をかけ、被緩衝体５に働く衝撃を緩和している。
【０００６】
この場合、油圧緩衝器１〜４には、図示しない油圧制御弁により、例えば伸側の油圧緩衝器１〜４の油室から排出される作動油の流量を絞り、抵抗を付与し、被緩衝体５が受ける移動力に対抗する抗力を発生させる。
【０００７】
振動により被緩衝体５がＯ１位置からＯ２位置を経由してＯ３へと変位したとすると、この間、油圧緩衝器３と４は圧縮力を受け、油圧緩衝器１と２は引張力を受ける。これに伴い各油圧緩衝器１〜４は、互いに直交していた状態から、直交線に対して傾きつつ、収縮と伸長動作する。
【０００８】
このとき、被緩衝体５が受ける移動力をＷとすると、図９にも示すように、伸側に作動する２つの油圧緩衝器１と２かかる引張力は、Ｏ１位置のときはａ１とｂ１になり、Ｏ３位置のときは、油圧緩衝器１，２の傾斜に伴い、ａ３とｂ３になる。
【０００９】
したがって、伸側に作動する油圧緩衝器１，２からの排出流量が、これらの変化していく抗力を発生するように瞬時に制御されていく。このため、実際には油圧緩衝器１〜４の少なくとも２つには、その伸びだし量ｘとｙなどを検出する変位センサが設けられ、これに基づいて被緩衝体５の移動方向βと、油圧緩衝器１〜４の傾きがコントローラにより演算され、傾斜角度に応じて変化する抗力が次々に演算され、演算結果にしたがって油圧制御弁の開度が制御され、時々刻々と変化する減衰力（抗力）を発生させるようになっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この緩衝機構では、油圧緩衝器１〜４の両端がピン結合され、被緩衝体５の移動に伴い、油圧緩衝器１〜４が初期の直交状態から傾いていくため、油圧緩衝器に要求される減衰力が傾きの変化に応じて異なっていき、その演算が非常に複雑になる。
【００１１】
このため、コントローラには高い演算速度、演算能力が要求され、コスト高になるという問題があった。
【００１２】
また、油圧緩衝器１〜４が傾斜するため、被緩衝体５と固定枠体６との間に油圧緩衝器１〜４を配置するのに必要なスペースが大きくなり、固定枠体６が大型化するという問題もあった。
【００１３】
本発明はこのような問題を解決するために提案されたもので、油圧緩衝器の発生減衰力の演算が簡略化でき、制御精度、応答性を向上させられる振動緩衝機構を提供する。
【００１４】
また、本発明は油圧緩衝器を支持する固定枠体の小型化が図れる振動緩衝機構を提供する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、固定枠体の内部に被緩衝体を摺動自在に配置し、この被緩衝体の周辺に直交する方向から配置した４つの油圧緩衝器を固定枠体に固定し、かつ油圧緩衝器のピストンロッド先端を被緩衝体に当接する一方、各油圧緩衝器のうち少なくとも互いに直交する一対の油圧緩衝器の変位量を検出するセンサを設け、各油圧緩衝器にはピストンロッドを伸び出し方向に付勢する手段を設けると共に、各油圧緩衝器の圧縮作動時に排出される作動油の流量を制御する手段を設け、前記変位センサの出力から被緩衝体の移動方向を演算しかつこの移動により圧縮される油圧緩衝器に移動方向の分力に応じて所定の減衰力を発生させるように前記流量制御手段の開度を演算制御する減衰力制御手段を設ける。
【００１６】
第２の発明は、第１の発明において、各油圧緩衝器の２つの油室を互いに連通する通路を設け、対向的に配置した一対の油圧緩衝器のうち一方の通路にそれぞれ流量制御弁を介装し、かつ、油圧緩衝器が圧縮作動するときに排出される作動油が各流量制御弁を通過するように前記各一対の油圧緩衝器の通路を互いに切換接続する電磁切換弁を設ける。
【００１７】
第３の発明は、固定枠体の内部に被緩衝体を摺動自在に配置し、この被緩衝体の周辺に直交する方向に配置した４つの油圧緩衝器を被緩衝体の内部に固定し、かつ油圧緩衝器のピストンロッド先端を固定枠体の四辺の内側に当接する一方、各油圧緩衝器のうち少なくとも互いに直交する一対の油圧緩衝器の変位量を検出するセンサを設け、各油圧緩衝器にはピストンロッドを伸び出し方向に付勢する手段を設けると共に、各油圧緩衝器の圧縮作動時に排出される作動油の流量を制御する手段を設け、前記変位センサの出力から被緩衝体の移動方向を演算しかつこの移動により圧縮される油圧緩衝器に移動方向の分力に応じて所定の減衰力を発生させるように前記流量制御手段の開度を演算制御する減衰力制御手段を設ける。
【００１８】
【作用・効果】
第１の発明において、水平方向の振動により固定枠体の４つの油圧緩衝器により、互いに直交する方向から支持された被緩衝体は、振動方向に対応した方向に水平に移動（固定枠体に対する相対移動）しようとする。このため、移動方向の分力を受ける２つの油圧緩衝器（ただし、油圧緩衝器を配置してある直交方向に移動するときは１つの油圧緩衝器）が圧縮作用を受ける。
【００１９】
コントローラは、変位センサの出力に基づいて、圧縮作用を受けて収縮する油圧緩衝器の変位量から、被緩衝体の移動方向を算定する。移動方向（油圧緩衝器の軸線に対する角度）が算出されると、これに基づいて油圧緩衝器に作用する移動方向の分力を演算し、そして、この分力に対抗するように圧縮作用を受ける２つの油圧緩衝器に必要な減衰力を算出する。各油圧緩衝器について、それぞれ必要な減衰力が発生するように、コントローラから信号を受けて流量制御手段が油圧緩衝器から排出される作動油の流量を絞り込む。このようにして、被緩衝体の移動に対抗する油圧緩衝器により、その移動に制動がかけられ、被緩衝体に振動による衝撃が作用しないように制振する。
【００２０】
この場合、被緩衝体の移動している間、油圧緩衝器自体の被緩衝体に対する取付角度は不変であり、移動の開始から停止まで、圧縮作用を受ける２つの油圧緩衝器に要求される抗力の比率は一定のまま変わらないため、移動初期に移動方向の分力から求めた発生減衰力の比率は変える必要がない。この結果、被緩衝体の制振に必要な油圧緩衝器の減衰力の演算が簡略化でき、制振の応答性が改善されるし、またそれだけコントローラに要求される演算速度、演算能力が低下し、コストの低減も図れる。また、油圧緩衝器は固定枠体に対する取付角度が変化することなく、固定的に支持されるので、固定枠体と被緩衝体との間には、油圧緩衝器の最大ストローク量に相当する間隔を設けるだけでよく、このため従来に比較して、固定枠体を小型化することができる。
【００２１】
第２の発明では、２つの流量制御弁を備えるだけで、４つの油圧緩衝器についてそれぞれ発生減衰力を制御することができるので、電磁切換弁を必要とするにもかかわらず、回路構成の簡略化が図れ、コストの低減が可能となる。
【００２２】
第３の発明では、油圧緩衝器が被緩衝体の内部に固定され、このため固定枠体の外側に油圧緩衝器の一部が出っ張ることがなく、固定枠体をさらに小型化することが可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１、図２に示すように、被緩衝体５を固定枠体６の基台６ａにスライドブッシュ７を介して水平方向に摺動自在に配置し、被緩衝体５の周囲の四辺について、互いに直交する方向から、４つの油圧緩衝器１，２，３，４を配置する。
【００２４】
各油圧緩衝器１〜４は、固定枠体６に固定的に支持されると共に、そのピストンロッド９の先端が球面１０に形成され、球面１０を受け入れるライナー１１を介して被緩衝体５の側面に当接している。なお、ライナー１１は被緩衝体５の側面に沿って摺動可能になっている。
【００２５】
したがって、被緩衝体５が移動したときに、移動方向にある油圧緩衝器は圧縮され、反対側にある油圧緩衝器は伸長するが、被緩衝体５の移動方向に対して各油圧緩衝器のなす角度は移動の開始から停止（あるいは反転）まで一定のまま変わらない。
【００２６】
図３には各油圧緩衝器１〜４に対して作動油を給排する機構を示し、各油圧緩衝器１〜４の内部には、ピストンロッド９を伸びだし方向に付勢するスプリング１２がそれぞれ介装されると共に、各油圧緩衝器１〜４の内部がピストン１７により２つの室１５と１６に仕切られ、各室１５と１６はそれぞれ通路２１、２２、２３、２４により相互に連通している。したがって、例えば一方の室１５が圧縮されると、反対側の室１６に作動油が流れる。
【００２７】
対向的な位置にあるそれぞれ一対の油圧緩衝器１と３、及び２と４を結ぶ通路２１と２３、及び２２と２４は、その途中に電磁切換弁２５と２６が介装され、かつ一方の通路２２と２４の途中には流量制御弁２７と２８が介装される。ただし、流量制御弁２７と２８は、電磁切換弁２５と２６に対して、油圧緩衝器１〜４が圧縮作用を受けるときに流出する作動油の下流側に位置する。また、この同じくこの流量制御弁２７と２８よりも下流側において、通路２１と２３、通路２２と２４が互いに連通され、かつ、ここにアキュムレータ３１と３２が配置される。したがって、例えば通路２１または２３に排出された作動油は、電磁切換弁２５の切換に応じて、選択的に流量制御弁２７に流れる。同じように、通路２２または２４に排出された作動油も、電磁切換弁２６の切換に応じて、選択的に流量制御弁２８に流れる。
【００２８】
また、被緩衝体５の移動方向を算出するために、互いに隣り合う油圧緩衝器３と４の変位量を検出するストロークセンサ３３と３４が設けられる。ただし、ストロークセンサは油圧緩衝器１と２の変位量を検出するように設けることもでき、またすべての油圧緩衝器１〜４に設けてもよい。
【００２９】
図４に油圧緩衝器１〜４の発生減衰力を制御するための制御回路を示す。
【００３０】
減衰力制御回路４１には各ストロークセンサ３３、３４から信号が入力し、これに基づいて減衰力制御回路４１は、被緩衝体５が移動するときに、圧縮される油圧緩衝器、例えば３と４を判断し、かつ、被緩衝体５の移動方向を算出し、これに応じて油圧緩衝器３と４に作用させる被緩衝体５の移動力に対抗する分力を演算する。この減衰力制御回路４１の判断に基づいてシーケンサ４２が、電磁切換弁２５と２６の切換を制御する。これは被緩衝体５の移動開始に同期して、圧縮される油圧緩衝器、例えば３と４から排出される作動油が、必ず流量制御弁２７と２８を通過するように、電磁切換弁２５，２６の流路を切換える。また、前記減衰力制御回路４１により演算された各油圧緩衝器、例えば３と４の抗力を発生させるのに必要な減衰力とするように、流量制御コントローラ４３と４４が、流量制御弁２７と２８の開度を制御する。流量制御弁２７、２８の開度に応じて減衰力が変化し、開度が減少するほど減衰力は高くなる。
【００３１】
なお、４５は制御操作盤であって、基本的な減衰力の大きさの調整信号を減衰力制御回路４１に入力したりするものである。
【００３２】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【００３３】
いま、図１に示すように、振動を受けて初期の中立点から被緩衝体５が、Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３へと移動するものとする。このときのそれぞれストロークセンサ３３、３４で検出される変位量はΔｙとΔｘで、最終的な変位量はｙとｘであったとする。
【００３４】
減衰力制御回路４１は、この入力ΔｙとΔｘから、被緩衝体５の移動方向である角度βを演算し、また、圧縮される油圧緩衝器３と４を判断する。
【００３５】
これにより、油圧緩衝器３と４が被緩衝体５の移動に対抗する抗力ａとｂが、それぞれ、ａ＝Ｗ・ｓｉｎβ、ｂ＝Ｗ・ｃｏｓβとして算出される。ただし、このＷの大きさによって、ａとｂの大きさが変化するので、予めどの程度の減衰力を発生させるか、その基本値を設定しておくことにより、Ｗの想定荷重が決定される（図５参照）。
【００３６】
このようにして油圧緩衝器３と４に発生させる抗力ａとｂを算出すると、これらの比率は被緩衝体５がＯ１からＯ３へと移動する間中、変化しない。
【００３７】
次に、シーケンサ４２は油圧緩衝器３の室１６から排出される作動油を流量制御弁２７を通過させるように、電磁切換弁２５をａポジションに切換え、また、油圧緩衝器４の室１６から排出される作動油を流量制御弁２８を通過させるように、電磁切換弁２６を同じくａポジションに切換える。
【００３８】
また、流量制御コントローラ４３は、流量制御弁２７によって油圧緩衝器３から排出される作動油に抵抗を付与し、抗力ａを発生させるように、その開度が求められ、かつこの開度となるように制御すると共に、流量制御コントローラ４４は、同じようにして、油圧緩衝器４から排出される作動油に、流量制御弁２８により抗力ｂが発生するように、その開度を制御する。
【００３９】
これらの結果、被緩衝体５の移動に対するエネルギを油圧緩衝器３と４により吸収し、被緩衝体５の動きを制振する。なお、このとき、他の油圧緩衝器１と２は、被緩衝体５の移動に追従するように、ピストンロッド９が伸び出し、油圧緩衝器１と２の室１５から排出される作動油は、電磁切換弁２５、２６のａポジションを経由して、それぞれそのまま他方の室１６に抵抗なく吸入される。
【００４０】
このようにして被緩衝体５の動きを制振するのであるが、このとき、動き始めから最大変位するまでの間、油圧緩衝器１〜４の角度が変わらず、油圧緩衝器３と４に発生させる減衰力の比率は変化しないので、減衰力の制御が非常に容易かつ正確で、しかも応答性よく行えるのである。
【００４１】
また、このように油圧緩衝器１〜４の固定枠体６に対する取付角度が変化しないため、固定枠体６の各辺と被緩衝体５との間のスペースは、少なくとも油圧緩衝器１〜４の最大有効ストローク分だけあればよく、したがって従来の油圧緩衝器が被緩衝体の移動と共に傾いていくものに比較して、コンパクトにすることができる。
【００４２】
他方、Ｏ１からＯ３に移動した被緩衝体５が、反対方向に移動するときは、こんどは油圧緩衝器１と２が圧縮を受け、これによりエネルギを吸収することになるが、この場合には、油圧緩衝器３と４のストロークセンサ３３、３４の出力から、反対方向への移動が判断され、これにより、油圧緩衝器１と２から排出される作動油に、流量制御弁２７と２８により抵抗を付与するように制御されるのであり、このため電磁切換弁２５と２６は、前記とは逆のｂポジションに切換られ、それぞれ排出作動油を流量制御弁２７、２８を通過させる。
【００４３】
この場合には、油圧緩衝器１が抗力ａ、油圧緩衝器２が抗力ｂを発生するように減衰力が制御される。
【００４４】
なお、この例では、Ｏ１からＯ３に向けて被緩衝体５が移動した場合について説明したが、仮にこれと直交する方向、例えば油圧緩衝器１と４を圧縮する方向に被緩衝体５が移動する場合には、ストロークセンサ３３は油圧緩衝器３のピストンロッド９が中立点よりも伸長方向に作動していくのを検出し、ストロークセンサ３４は油圧緩衝器４が中立点よりも圧縮方向に作動することを検出するので、これらから、減衰力制御回路４１は、油圧緩衝器１と４に圧縮が作用していると判断することができ、かつ、その検出した変位量から角度を演算し、抗力ａとｂを演算することができるのである。そして。このように方向を判断したら、上記と同じように、流量制御弁２７、２８に圧縮される油圧緩衝器１と４からの作動油を通過させるべく、電磁切換弁２５と２６を切換え、かつ流量制御弁２７、２８の開度を制御するのである。
【００４５】
したがってこのようにして、すべての方向についての被緩衝体５の移動を把握し、所定の抗力を発生させるべく、対抗する油圧緩衝器１〜４の減衰力を選択的に制御することが可能となるのである。
【００４６】
なお、この実施の形態によれば、２つの流量制御弁２７、２８を備えるだけで、４つの油圧緩衝器１〜４についてそれぞれ発生減衰力を制御することができるので、電磁切換弁２５と２６を必要とするにもかかわらず、回路構成の簡略化が図れ、コストの低減が可能となる。
【００４７】
また、流量制御弁２７、２８として、自己の弁開度と、弁前後圧力差を検出し、制御流量をフィードバック制御するタイプの弁を用いれば、より一層精度の高い減衰力制御が可能となる。
【００４８】
次に、図６に本発明の他の実施の形態を示す。
【００４９】
これは、油圧緩衝器１〜４を固定枠体６ではなく、被緩衝体５の内部に配置し、そのピストンロッド９の先端を固定枠体６の各辺の内側に、ライナー１１を介して摺動自在に当接させたものである。
【００５０】
この場合についても、前記した実施の形態と同じようにして、油圧緩衝器１〜４の発生減衰力を制御することにより、被緩衝体５の振動に対する制振作用を行うことができる。
【００５１】
この場合には、固定枠体６の外側に油圧緩衝器１〜４の一部が出っ張ることがなく、固定枠体６をさらに小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す概略平面図である。
【図２】同じくその概略側面図である。
【図３】油圧緩衝器の油圧回路図である。
【図４】制御回路のブロック図である。
【図５】被緩衝体の移動力に対する油圧緩衝器の抗力の関係を示す説明図である。
【図６】本発明の他の実施の形態を示す概略平面図である。
【図７】従来例を示す概略平面図である。
【図８】同じくその概略側面図である。
【図９】被緩衝体の移動力に対する油圧緩衝器の抗力の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１  油圧緩衝器
２  油圧緩衝器
３  油圧緩衝器
４  油圧緩衝器
５  被緩衝体
６  固定枠体
２７  流量制御弁
２８  流量制御弁
３３  変位センサ
３４  変位センサ
【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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【図８】
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【図９】
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