(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の架構本体と耐震要素との間にダンパーを介装し、構造物の振動を減衰するようにした制振用減衰装置において、前記ダンパーとしての作動流体を封入した両ロッド型のシリンダと、シリンダのピストンで画成された両シリンダ室を連通する連通回路と、連通回路に介装され前記シリンダとは別体に構成された制御弁と、この制御弁の前後の圧力をそれぞれ検出する手段と、制御弁の開度を検出する手段と、構造物の揺れの周期に対応した減衰力特性を設定する手段と、検出した前後差圧に基づいて設定減衰力特性を付与するための制御弁の開口面積を演算する手段と、この開口面積となるように制御弁の開度をフィードバック制御する手段とを備え、前記減衰力特性の設定手段は、ピストン速度と減衰力との関係が、所定の減衰係数をもった複数の直線的減衰特性を合成した減衰力特性に設定してあることを特徴とする構造物の制振用減衰装置。
【請求項２】
前記減衰力特性の設定手段が、複数の直線的減衰特性を合成するのに、そのときのピストン速度に対していずれか小さい方の減衰力を選択する請求項１に記載の構造物の制振用減衰装置。
【請求項３】
前記制御弁開口面積の演算手段が、制御弁の前後差圧と開口面積とから求められる流量と、流量から求められるピストン速度と、ピストン速度と減衰係数から求められる減衰力とに基づき、この減衰力が設定減衰力となるように制御弁開口面積を算出する請求項１または２に記載の構造物の制振用減衰装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は構造物の制振用の高減衰装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高層建築物などが風による揺れや、地震による揺れを減衰するために、構造物の柱梁架構内にブレースや壁などの耐震要素を組み込み、この耐震要素と架構本体との間をダンパーで連結し、構造物の振動を減衰する方式が種々提案されている（例えば特開平５−５９８４１号、特開平６−２４５０号公報等参照）。
【０００３】
ところで、風による構造物の揺れと、地震による揺れでは、その振動周期が相違し、したがって、これらの振動を減衰するのに最適なダンパーの減衰特性も異なる。
【０００４】
そこで、特開平６−２４５０号では、ダンパーのピストン内部に設けた調整弁とリリーフ弁により、図７にも示すように、減衰力特性を、減衰係数Ｃが大きい傾きが急な部分（減衰係数Ｃａ）、傾きが中程度の部分（減衰係数Ｃｂ＝中）、傾きの緩やかな部分（減衰係数Ｃｃ＝小）からなる折れ線特性に設定し、減衰係数Ｃａの部分では風に対する制振、Ｃｂの部分は地震に対する制振作用を発揮させ、また、Ｃｃの部分では過大な外力に対して構造物を保護しつつ制振するようにしている。
【０００５】
そして、このように減衰力を変化させるのに、前記調整弁にスリットを設けたりしてダンパーの発生減衰力を制御している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、調整弁に設けたスリットにより減衰力特性を付与する場合、その減衰力特性を変更することができず、構造物のモデルを用いた振動解析により求められた減衰力特性と実際の構造物との振動特性に差異がある場合には、最良の制振効果が得られない。
【０００７】
また、減衰力特性を付与する調整弁はピストンの内部にあり、もし実際の構造物の振動特性に合わせて減衰力を調整する場合、ダンパを分解して調整弁のスリットを再加工するなどの必要があり、調整に手間がかかり、また設置後にあっても調整弁等に作動不良があったときは、いちいち分解しなければならず、保守が面倒であった。
【０００８】
さらには、要求される減衰力特性によっては、スリットの形状が非常に複雑となり、加工が面倒で、コストも高くつき、しかも、スリットの形状等を変更しただけでは対応しきれずに最適な減衰力特性を付与できないこともある。
【０００９】
本発明はこのような問題を解決することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで第１の発明は、図６に示すように、構造物の架構本体と耐震要素との間にダンパーを介装し、構造物の振動を減衰するようにした制振用減衰装置において、前記ダンパーとしての作動流体を封入した両ロッド型のシリンダ（１０）と、シリンダのピストンで画成された両シリンダ室を連通する連通回路（１５）と、連通回路に介装され前記シリンダとは別体に構成された制御弁（３０）と、この制御弁の前後の圧力をそれぞれ検出する手段（３２ａ，３２ｂ）と、制御弁の開度を検出する手段（３１）と、構造物の揺れの周期に対応した減衰力特性を設定する手段５１と、検出した前後差圧に基づいて設定減衰力特性を付与するための制御弁の開口面積を演算する手段５２と、この開口面積となるように制御弁の開度をフィードバック制御する手段５３とを備え、前記減衰力特性の設定手段は、ピストン速度と減衰力との関係が、所定の減衰係数をもった複数の直線的減衰特性を合成した減衰力特性に設定してある。（ただし、括弧内の符号は実施例に対応する）
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、前記減衰力特性の設定手段が、複数の直線的減衰特性を合成するのに、そのときのピストン速度に対していずれか小さい方の減衰力を選択するようになっている。
【００１２】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記制御弁開口面積の演算手段が、制御弁の前後差圧と開口面積とから求められる流量と、流量から求められるピストン速度と、ピストン速度と減衰係数から求められる減衰力とに基づき、この減衰力が設定減衰力となるように制御弁開口面積を算出する。
【００１３】
【作用】
第１の発明では、構造物に揺れが起きると、架構本体と耐震要素との間に相対的な変位差が生じ、これに応じてシリンダのピストンが変位する。ピストンの変位により作動流体が連通回路を経由して左右のシリンダ室間を移動し、このとき制御弁の開度に応じて流体抵抗が発生し、これが前記変位差を吸収、減衰する減衰力となり、構造物の揺れを減少させる。
【００１４】
このときの減衰力が、構造物の揺れの周期に対応しての所定の減衰力特性となるように、予めピストン速度と減衰力との関係が設定されており、この設定減衰力特性が得られるように、制御弁の開度がフィードバック制御される。このためピストン速度に対して精度よく目標とする減衰力が発生する。また、必要に応じて発生減衰力を異なった特性に設定することもできるので、実際の構造物の振動特性に対応して、最適な制振作用を発揮させられる。なお、減衰力を制御するための制御弁がシリンダとは別体に構成されているので、保守、点検にあたり、シリンダを分解する必要などもなく、容易に行える。
また、構造物の実際の振動特性により精度よく対応した減衰力特性を設定することができ、最適な制振作用が得られる。
【００１６】
第２の発明では、構造物の振動を適切に減衰すると共に、大きな揺れなどに対しては、構造物に過大な減衰反力が作用するのを防ぎ、その保護が図れる。
【００１７】
第３の発明では、ピストン速度や流量は、検出した制御弁の前後差圧から算出され、圧力検出手段のみによって所定の減衰力を発生させるのに必要な制御弁開口面積が演算でき、それだけ装置の簡略化、コストダウンが図れる。
【００１８】
【実施例】
図１は制振用のダンパー、図２、図３はこのダンパーを組み込んだ構造物を現すもので、まず、図２，図３において、１は構造物、２は構造物１の各階を構成する柱、３は梁であり、さらに、これら柱２、梁３からなる架構本体の各階には、局所的に耐震要素としてのブレース４が設けられ、例えば、ブレース４と梁３とをダンパー５で連結し、水平方向の相対振動を減衰する。
【００１９】
構造物１に風などにより揺れ（水平方向の揺れ）が発生したときに、耐震要素としてのブレース４に対して梁３の移動量が大きく、相対的な振動差を生じるが、この振動差をダンパー５の抵抗力で減衰することにより、梁３の移動を抑制して構造物１の全体の揺れを小さくすることができる。このとき、構造物１の揺れの振動周期は、風などによるものと地震によるものとでは相違し、これら振動特性に対応してダンパー５に要求される減衰力特性も異なってくる。
【００２０】
このような減衰力特性の要求に対応するため、ダンパー５は、図１のように構成されている。
【００２１】
図中１０は両ロッド型のシリンダ、１１はピストン、１２ａ，１２ｂはシリンダ１０の両端から突出させた同一径のピストンロッド、１３ａ，１３ｂはピストン１１の両側に形成されたシリンダ室、１４ａ，１４ｂは一方がピストンロッド１２ａ、他方がシリンダ１０に取付けた連結ブラケットである。
【００２２】
これら左右のシリンダ室１３ａ，１３ｂは、連通回路１５により相互に連通され、ピストン１１の変位に伴い、内部に封入した作動流体が両方のシリンダ室１３ａ，１３ｂ間を移動する。なお、図示しないが、連通回路１５の一部にアキュムレータを接続し、作動流体の膨張収縮あるいは漏れ分を補償する。
【００２３】
連通回路１５には電磁比例制御弁３０が介装され、この比例制御弁３０の開度に応じて作動流体の流れに抵抗を付与し、減衰力を発生させる。
【００２４】
電磁比例制御弁３０はコントローラ４０からの制御信号により作動し、コントローラ４０は、図５（Ａ）（Ｂ）に示すような、予め設定した目標の減衰力特性にしたがって電磁比例制御弁３０の開度（開口面積）を演算する回路４２と、実際の減衰力が目標値と一致するようにその開度をフィードパック制御する回路４１とから構成されるもので、そのため電磁比例制御弁３０の変位（開度）を検出する変位センサ３１、シリンダ室１３ａ，１３ｂの圧力を検出する圧力センサ３２ａ，３２ｂからの信号が入力する。
【００２５】
ダンパー５の目標とする減衰力特性は、ピストン速度とそのときに発生する減衰力との関係から規定され、実際のピストン速度はシリンダ排出流量から、また減衰力はシリンダ室圧力から算出する。
【００２６】
コントローラ４０において実行される制御動作について、まずその原理から説明する。
【００２７】
いま、例えば、目標とする減衰力特性を図５（Ａ）として、その減衰力特性を発生させるための電磁比例制御弁３０の開度特性は図５（Ｂ）のようになるとする。
【００２８】
実線で示す減衰力特性は２つの直線的な特性▲１▼と▲２▼の合成特性となり、それぞれの減衰係数をＣ1，Ｃ2として、この場合、減衰力の制御特性としては、ピストン速度に対して、直線特性▲１▼、▲２▼のいずれか小さい方を選択すればよいことになる。
【００２９】
いま、直線▲１▼の減衰力特性は、発生減衰力Ｆ、ピストン速度Ｖとして、
Ｆ＝Ｃ1・Ｖ…(1)
で与えられる。ここで、作動流体の圧縮性を無視すると、減衰力Ｆとピストン速度Ｖは、
Ｆ＝Ａ・Ｐ…(2)
Ｖ＝Ｑ／Ａ…(3)
ただし、Ｐはシリンダ室１３ａ，１３ｂの差圧（│Ｐａ−Ｐｂ│）、Ｑはピストン排出量（弁通過流量）、Ａはピストン受圧面積
となる。
【００３０】
また、ピストン排出量（弁通過流量）Ｑは、弁開口面積ａ1、と、その前後差圧Ｐとから、
Ｑ＝α・ａ1√（Ｐ）…(4)
ただし、αは定数
として求まる。したがって、これら(1)〜(4)式により、直線▲１▼の特性を発生するための電磁比例制御弁の弁開口面積ａ1（図５（Ｂ）参照）は次のようにして求められる。
【００３１】
ａ1＝（Ａ2／Ｃ1・α）・√（Ｐ）…(5)
次に、直線▲２▼の減衰力特性は、
Ｆ＝Ｃ2・Ｖ＋Ｆ2…(6)
ただし、Ｆ2はピストン速度Ｖ＝０のときの減衰力
として与えられる。また、直線▲１▼と同様にして、
Ｆ＝Ａ・Ｐ…(7)
Ｖ＝Ｑ／Ａ…(8)
Ｑ＝α・ａ2√（Ｐ）…(9)
ただし、ａ2は弁開口面積
が求められる。これら(6)〜(9)式から、弁開口面積ａ2を求めると、次のようになる。
【００３２】
ａ2＝（Ａ2／Ｃ2・α）［√（Ｐ）−Ｐ2／√（Ｐ）］…(10)
ただし、Ｐ2はピストン速度＝０のときの圧力（＝Ｆ2／Ａ）
この式(10)において、Ｐ≦Ｐ2（Ｆ≦Ｆ2）の範囲は制御しなくてもよいから、
ａ2＝０  （ただし、Ｐ≦Ｐ2）
ａ2＝（Ａ2／Ｃ2・α）［√（Ｐ）−Ｐ2／√（Ｐ）］  （ただし、Ｐ＞Ｐ2）…(11)
となり、したがって、これに基づいて弁開口面積がａ2となるように制御すれば、直線▲２▼の特性が得られる。
【００３３】
全体の減衰力特性は、前にも述べたように、直線▲１▼と▲２▼のうち小さい方を選択すればよいから、弁開口面積ａ1とａ2については、弁開口面積が大きい方が発生減衰力が小さくなるので、ａ1、ａ2の計算値のうち大きい値ａｒを選択すればよいことになる。したがって、
ａｒ＝ｍａｘ（ａ1，ａ2）…(12)
ただし、ｍａｘ（ａ1，ａ2）はａ1とａ2のうちいずれか大きい方を選択するという意味。
【００３４】
なお、以上の説明では、２つの直線▲１▼、▲２▼を合成した減衰力特性の制御について述べたが、Ｎ個の直線の合成からなる減衰力特性は、前記(11)式に基づいて、次のようにして算出することができる。
【００３５】
ａｉ＝０  （ただし、Ｐ≦Ｐｉ）
ａｉ＝（Ａ2／Ｃｉ・α）［√（Ｐ）−Ｐｉ／√（Ｐ）］  （ただし、Ｐ＞Ｐｉ）…(13)
ただし、ｉ＝２，３，…Ｎ
これらのことを実現するために、コントローラ４０で実行される制御内容は次のようになる。
【００３６】
図４に示すように、まず直線▲１▼の特性に関して、ステップ１では、検出した圧力Ｐａ，Ｐｂより、差圧Ｐを、Ｐ＝│Ｐａ−Ｐｂ│として算出する。ステップ２で、この差圧Ｐと減衰係数Ｃ1とから、弁開口面積ａ1を、ａ1＝（Ａ2／Ｃ1・α）・√（Ｐ）として算出する。
【００３７】
次に、直線▲２▼に関して、ステップ３で差圧Ｐと、減衰係数Ｃ2、切片圧力Ｐ2とにより、弁開口面積ａ2を、ａ2＝０（ただし、Ｐ≦Ｐ2）、またａ2＝（Ａ2／Ｃ2・α）［√（Ｐ）−Ｐ2／√（Ｐ）］（ただし、Ｐ＞Ｐ2）として算出する。
【００３８】
そして、ステップ４でこれらａ1とａ2のうち大きい方の値を、ａｒとして選択し、ステップ５でこの弁開口面積ａｒを、弁変位ｘｒに、面積−変位変換テーブルをルックアップして変換する。ステップ６において、このｘｒを電磁比例制御弁への出力信号とする。
【００３９】
ただし、ステップ７で出力信号ｘｒと実際の弁変位量ｘと比較され、このｘがｘｒと一致するように、電磁比例制御弁３０への制御信号が修正され、これが出力される。
【００４０】
以上の制御により、電磁比例制御弁３０の開度（変位）が、ダンパー５のピストン速度に応じて変化し、この開度に対応して、ダンパー５は図５に示すような減衰力を発生する。
【００４１】
構造物１に風などにより揺れが発生したときに、耐震要素としてのブレース４と梁３との間に相対的な変位を生じるが、この相対変位をダンパー５の抵抗力で減衰する。構造物１の揺れの周期は、風による場合と地震による場合とで異なり、これに応じてダンパー５のピストン速度が変化する。したがって、このピストン速度に対応して、減衰力が可変的に制御されることにより、構造物１の振動を効果的に吸収、減衰できる。
【００４２】
ところで、電磁比例制御弁３０により発生するダンパー５の減衰力特性は、コントローラ４０からの信号により、自由に調整することができ、図５のように、２つの直線▲１▼、▲２▼の合成特性に限らず、前記した式(13)に示すようにして、さらに複数の直線を合成した減衰力特性に設定することも自由に行えるので、実際の構造物１の振動特性に対応して、最適な制振効果をもたらすことが可能となる。
【００４３】
また、減衰力特性の修正は、ダンパー５や電磁比例制御弁３０等を分解したりすることなく、コントローラ４０で設定する減衰係数Ｃを調整することにより、簡単に行うことができ、減衰力を調整するための電磁比例制御弁３０がダンパー５とは別体に構成されているので、保守、点検も容易になる。
【００４４】
【発明の効果】
第１の発明は、構造物の架構本体と耐震要素との間にダンパーに介装し、構造物の振動を減衰するようにした制振用減衰装置において、前記ダンパーとしての作動流体を封入した両ロッド型のシリンダと、シリンダのピストンで画成された両シリンダ室を連通する連通回路と、連通回路に介装した制御弁と、この制御弁の前後の圧力をそれぞれ検出する手段と、制御弁の開度を検出する手段と、構造物の揺れの周期に対応した減衰力特性を設定する手段と、検出した前後差圧に基づいて設定減衰力特性を付与するための制御弁の開口面積を演算する手段と、この開口面積となるように制御弁の開度をフィードバック制御する手段とを備えたため、構造物に揺れが起きると、これに応じてシリンダのピストンが変位し、これに伴う作動流体の移動に対して制御弁の開度に応じて流体抵抗が発生し、これが構造物の変位を吸収、減衰する減衰力となり、構造物の揺れを減少させるが、このとき発生する減衰力は、構造物の揺れの周期に対応しての所定の減衰力特性となるように予め設定されており、かつこの設定減衰力特性が得られるように、制御弁の開度がフィードバック制御されるため、ピストン速度に対して精度よく目標とする減衰力を発生させることができ、また、必要に応じて発生減衰力を異なった特性に設定することもできるので、実際の構造物の振動特性に対応して、最適な制振作用を発揮させられる一方、減衰力を制御するための制御弁がシリンダとは別体に構成されているので、保守、点検にあたり、シリンダを分解する必要などもなく、作業性の向上が図れる。
また、前記減衰力特性の設定手段が、ピストン速度と減衰力との関係が、所定の減衰係数をもった複数の直線的減衰特性を合成した減衰力特性に設定してあるため、構造物の実際の振動特性により精度よく対応した減衰力特性を設定することができ、最適な制振作用が得られる。
【００４６】
第２の発明は、前記減衰力特性の設定手段が、複数の直線的減衰特性を合成するのに、そのときのピストン速度に対していずれか小さい方の減衰力を選択するので、構造物の振動を適切に減衰すると共に、大きな揺れなどに対しては、構造物に過大な減衰反力が作用するのを防ぎ、その保護が図れる。
【００４７】
第３の発明は、前記制御弁開口面積の演算手段が、制御弁の前後差圧と開口面積とから求められる流量と、流量から求められるピストン速度と、ピストン速度と減衰係数から求められる減衰力とに基づき、この減衰力が設定減衰力となるように制御弁開口面積を算出するので、ピストン速度や流量は、検出した制御弁の前後差圧から算出され、圧力検出手段のみによって所定の減衰力を発生させるのに必要な制御弁開口面積が演算でき、それだけ装置の簡略化、コストダウンが図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す油圧回路図である。
【図２】構造物の概略構成図である。
【図３】ダンパーの取付状態を示す概略構成図である。
【図４】コントローラの制御動作を示すフローチャートである。
【図５】ダンパーの減衰力特性を示すもので、（Ａ）はピストン速度と減衰力の関係を示す説明図、（Ｂ）はピストン速度と制御弁の開口面積の関係を示す説明図である。
【図６】本発明の構成を示す構成図である。
【図７】従来の減衰力特性を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  シリンダ
１２ａ，１２ｂ  ピストンロッド
１３ａ，１３ｂ  シリンダ室
１５  連通回路
３０  電磁比例制御弁
３１  変位センサ
３２ａ，３２ｂ  圧力センサ
４０  コントローラ
４１  フィードバック制御回路
４２  開口面積演算回路
【図１】
0003672604.tif 000002
【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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