(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、このシリンダ内を往復動するピストンと、このピストンの両側に設けられ、圧油が充填された油圧室とを備えた油圧ダンパにおいて、
前記両油圧室間に、前記油圧ダンパ自体に生じた速度の増加に伴い、減衰係数が増大する減衰特性を発揮するハードニング油圧回路が２組、互いに逆向きに並列に接続され、
前記各ハードニング油圧回路は、前記両油圧室間に接続され、いずれか高圧側の油圧室の圧力に応じて作動状態が切り替えられ、作動時には固有の減衰係数を発揮する調圧弁と、前記両油圧室間に前記調圧弁と並列に接続され、常に作動状態を維持し、固有の減衰係数を発揮する付加油圧弁と、
前記調圧弁のばね室といずれか低圧側の油圧室との間に接続され、プレストレスが与えられたばねの復元力を受け、平常時に開放状態を維持して前記調圧弁を作動状態に保持し、前記ばねの復元力を超える圧力がいずれか高圧側の油圧室から作用したときに閉鎖状態に切り替わり、前記調圧弁を閉鎖状態にする一方の切替弁と、
前記調圧弁のばね室といずれか低圧側の油圧室との間に接続され、平常時にばねの復元力により閉鎖状態を維持し、前記高圧側の油圧室の圧力が上昇から降下に切り替わったときに開放状態に切り替わることで前記調圧弁を作動状態にする他方の切替弁と、
前記高圧側の油圧室と前記他方の切替弁との間に接続され、前記高圧側の油圧室からの圧油を蓄積し、前記高圧側の油圧室の圧力が上昇して最大圧力に達した後、降下に切り替わった際、前記最大圧力を維持することで、閉鎖状態にある前記他方の切替弁を開放状態に切り替えるバッファと、
前記バッファと前記低圧側の油圧室との間に接続され、前記バッファ内の前記最大圧力を規定するリリーフ弁とを備えていることを特徴とするハードニング油圧回路を搭載した速度制限機能付き油圧ダンパ。
【請求項２】
シリンダと、このシリンダ内を往復動するピストンと、このピストンの両側に設けられ、圧油が充填された油圧室とを備えた油圧ダンパにおいて、
前記両油圧室間に、前記油圧ダンパ自体に生じた速度の増加に伴い、減衰係数が増大する減衰特性を発揮する１組のハードニング油圧回路が接続され、
前記ハードニング油圧回路は、前記両油圧室間に接続され、いずれか高圧側の油圧室の圧力に応じて作動状態が切り替えられ、作動時には固有の減衰係数を発揮する調圧弁と、前記両油圧室間に前記調圧弁と並列に接続され、常に作動状態を維持し、固有の減衰係数を発揮する付加油圧弁と、
前記調圧弁のばね室といずれか低圧側の油圧室との間に接続され、プレストレスが与えられたばねの復元力を受け、平常時に開放状態を維持して前記調圧弁を作動状態に保持し、前記ばねの復元力を超える圧力がいずれか高圧側の油圧室から作用したときに閉鎖状態に切り替わり、前記調圧弁を閉鎖状態にする一方の切替弁と、
前記調圧弁のばね室といずれか低圧側の油圧室との間に接続され、平常時にばねの復元力により閉鎖状態を維持し、前記高圧側の油圧室の圧力が上昇から降下に切り替わったときに開放状態に切り替わることで前記調圧弁を作動状態にする他方の切替弁と、
前記高圧側の油圧室と前記他方の切替弁との間に接続され、前記高圧側の油圧室からの圧油を蓄積し、前記高圧側の油圧室の圧力が上昇して最大圧力に達した後、降下に切り替わった際、前記最大圧力を維持することで、閉鎖状態にある前記他方の切替弁を開放状態に切り替えるバッファと、
前記バッファと前記低圧側の油圧室との間に接続され、前記バッファ内の前記最大圧力を規定するリリーフ弁とを備え、
前記ハードニング油圧回路の前記調圧弁及び付加油圧弁の上流側と各油圧室との間に、高圧側になったときの油圧室からの圧油の前記調圧弁及び付加油圧弁への移動を許容する、互いに逆向きの、一対の逆止弁が接続され、前記調圧弁及び付加油圧弁の下流側と各油圧室との間に、前記調圧弁及び付加油圧弁からの圧油の、低圧側になったときの油圧室への移動を許容する、互いに逆向きの、一対の逆止弁が接続されていることを特徴とするハードニング油圧回路を搭載した速度制限機能付き油圧ダンパ。
【請求項３】
前記付加油圧弁は付加調圧弁であり、前記調圧弁と前記付加調圧弁は共に、作動しているときに前記油圧ダンパ自体に生じた速度に比例した減衰係数を発揮する状態にばねの復元力により弁体の圧力が調整されていることを特徴とする請求項１、もしくは請求項２に記載のハードニング油圧回路を搭載した速度制限機能付き油圧ダンパ。
【請求項４】
前記付加油圧弁はオリフィスであることを特徴とする請求項１、もしくは請求項２に記載のハードニング油圧回路を搭載した速度制限機能付き油圧ダンパ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は地震や風等による構造物の振動を低減するために使用される同調質量ダンパ（ＴＭＤ）や免震構造物用のダンパ等として使用され、自らに生じる速度が一定値を超えたときに発生する荷重を増大させる機能を持つ、ハードニング油圧回路を搭載した速度制限機能付き油圧ダンパに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地震や風に対する建物等、構造物の揺れを低減する制震装置に一つに、同調質量ダンパ（ＴＭＤ）がある。ＴＭＤは図７に示すように振動に応じて移動可能な質量（錘）とこれを支持するばねとダンパとで構成され、ばねと質量から定まるＴＭＤの周期を対象建物の振動周期に同調させることで、地震時に建物より大きく動いて振動エネルギーを吸収し、建物の振動を低減する機能を有する。
【０００３】
ＴＭＤにはばねの可動範囲で定まるストロークの限界があるため、想定外の大きな地震入力が加わったときには、質量が許容ストロークを超えて損傷する可能性があり、実際に過去の地震でこの種の事故が発生している。こうした事態に備える技術として、図８に示すように衝突時の衝撃を緩和するバッファを設置する方法があるが、勢いの付いている質量の振動エネルギーを抑える際にはバッファに非常に大きな荷重が発生するため、対応できる地震動のレベルは制限される。別の手段として、ダンパの減衰係数を予め大きく設定しておく方法があり、その場合、質量のストロークは小さく抑えられるが、同調の条件（最適範囲）から外れてしまうため、対象としているレベルの地震に対する効果が損なわれる。
【０００４】
免震構造も同様な課題を抱えており、想定外の大きな地震に対して免震層の変形が許容ストロークを超えることは最も避けるべき事象である。図９に示すような基礎免震の場合には免震層が許容ストロークに達して上部構造が地下擁壁（下部構造）等に衝突することになる。この場合は、地下擁壁が図８のバッファと同じ役割を果たすが、地下擁壁との接触時に上部建物には設計荷重以上の大きな力が加わることになる。建物中間階に免震層がある場合には、擁壁に代わる、バッファの機能をする部材が存在しないため、想定外の地震外乱に対して変形を抑制する機構が求められる。この場合も、免震層に設置されるダンパの減衰係数を予め大きく設定しておけば、免震層の変形は制限されるが、対象としているレベルの地震に対する免震効果（加速度低減効果）は損なわれる。
【０００５】
上記の例に共通した課題である、想定した地震レベルに対して同調条件を満足しながら、想定外の大地震に対して効率的に変形を抑制するには、振動体（構造物）の速度がある想定値以上になったときに急激に抵抗力が大きくなるような（ハードニング型の）ダンパ特性を設定することが有効である。地震のエネルギーはまず振動体に速度（運動エネルギー）として入力され、その結果として変形（歪エネルギー）が生じるため、理論上は速度を制限することにより、効率的に変形を抑えることが可能になる。
【０００６】
但し、理想的なハードニング型減衰特性を実現することは容易ではない。ハードニングする減衰特性を発揮する最も簡単な油圧ダンパの例は図１０に示すようにシリンダ内のピストンの両側の油圧室を連結する流路にオリフィス（固定開口）を設けた構造である（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平３−３７４４８号公報（第６欄第５行〜第８行、第４図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図１０に示す例では図１１に示すようにオリフィス式油圧ダンパの発生荷重Ｆは速度Ｖの２乗に比例した曲線になる。図中の破線はオリフィスの２次曲線を２折線に近似した直線である。この近似直線から、概ね速度Ｖ０（あるいは荷重Ｆ０）近傍を境に、減衰係数Ｃ１からＣ２にハードニングしていると見なすことは可能である。
【０００９】
しかしながら、速度Ｖ０（荷重Ｆ０）以下の領域での非線形性が強いことで、前記した質量や免震層の振動に油圧ダンパを同調させにくくなるため、所定の制震・免震効果を得にくい。また速度Ｖ０（荷重Ｆ０）以上の領域での減衰係数Ｃ２が質量の許容ストロークを制限するには十分に高くはないため、大入力に対する変形制限（制動）の効果も高くはならない。
【００１０】
本発明は上記背景より、上記したある速度Ｖ０（荷重Ｆ０）以下の領域においては高い線形特性を維持しつつ、速度Ｖ０（荷重Ｆ０）以上の領域で急激に抵抗力が上昇する特性を持つハードニング油圧回路を搭載した速度制限機能付き油圧ダンパを提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明のハードニング油圧回路を搭載した速度制限機能付き油圧ダンパは、シリンダと、このシリンダ内を往復動するピストンと、このピストンの両側に設けられ、圧油が充填された油圧室とを備えた油圧ダンパにおいて、
前記両油圧室間に、前記油圧ダンパ自体に生じた速度の増加に伴い、減衰係数が増大する減衰特性を発揮するハードニング油圧回路が２組、互いに逆向きに並列に接続され、
前記各ハードニング油圧回路が、前記両油圧室間に接続され、いずれか高圧側の油圧室の圧力に応じて作動状態が切り替えられ、作動時に固有の減衰係数を発揮する調圧弁と、前記両油圧室間に前記調圧弁と並列に接続され、常に作動状態を維持し、固有の減衰係数を発揮する付加油圧弁と、
前記調圧弁のばね室といずれか低圧側の油圧室との間に接続され、プレストレスが与えられたばねの復元力を受け、平常時に開放状態を維持して前記調圧弁を作動状態に保持し、前記ばねの復元力を超える圧力がいずれか高圧側の油圧室から作用したときに閉鎖状態に切り替わり、前記調圧弁を閉鎖状態にする一方の切替弁と、
前記調圧弁のばね室といずれか低圧側の油圧室との間に接続され、平常時にばねの復元力により閉鎖状態を維持し、前記高圧側の油圧室の圧力が上昇から降下に切り替わったときに開放状態に切り替わることで前記調圧弁を作動状態にする他方の切替弁と、
前記高圧側の油圧室と前記他方の切替弁との間に接続され、前記高圧側の油圧室からの圧油を蓄積し、前記高圧側の油圧室の圧力が上昇して最大圧力に達した後、降下に切り替わった際、前記最大圧力を維持することで、閉鎖状態にある前記他方の切替弁を開放状態に切り替えるバッファと、
前記バッファと前記低圧側の油圧室との間に接続され、前記バッファ内の前記最大圧力を規定するリリーフ弁とを備えていることを構成要件とする。
【００１２】
油圧室４１、４２間にハードニング油圧回路５１、５２が２組、並列して接続される理由は各油圧室４１（４２）がピストン３の移動の向きに応じて高圧側と低圧側とに交互に入れ替わりながらも、各油圧室４１（４２）が高圧側になったときにそれぞれの油圧室４１（４２）からの圧油がハードニング油圧回路５１（５２）に流入するようにするためである。各油圧室４１、４２とハードニング油圧回路５１（５２）の上流側と下流側との間に互いに逆向きの一対の逆止弁が接続される場合には（請求項２）、図５に示すようにハードニング油圧回路５１は油圧室４１、４２間に１組、接続されれば足りる。
【００１３】
その場合、図５に示すようにハードニング油圧回路５１の調圧弁６１及び付加油圧弁の上流側と各油圧室４１、４２との間に、高圧側になったときの油圧室４１（４２）からの圧油の調圧弁６１及び付加油圧弁への移動を許容する、互いに逆向きの、一対の逆止弁２１、２１が接続され、調圧弁６１及び付加油圧弁の下流側と各油圧室４１、４２との間に、調圧弁６１及び付加油圧弁からの圧油の、低圧側になったときの油圧室４２（４１）への移動を許容する互いに逆向きの、一対の逆止弁２２、２２が接続される（請求項２）。図５では付加油圧弁が付加調圧弁６２の場合を示しているが、付加油圧弁は図３に示す例のオリフィス１９である場合もある。
【００１４】
請求項２では高圧側となるいずれの油圧室４１、４２からの圧油も同一のハードニング油圧回路５１の調圧弁６１及び付加油圧弁に流れ、調圧弁６１及び付加油圧弁からいずれかの低圧側の油圧室４２、４１に流れる油圧回路が形成されることで、両油圧室４１、４２間に接続されるハードニング油圧回路５１が一つで済むため、両油圧室４１、４２間に接続される油圧回路の構成が単純化される利点がある。
【００１５】
請求項１における「２組のハードニング油圧回路５１、５２が互いに逆向きに両油圧室４１、４２間に並列に接続されること」は、一方のハードニング油圧回路５１の調圧弁６１及び付加油圧弁の上流側に一方の油圧室４１が接続され、他方のハードニング油圧回路５２の調圧弁６１及び付加油圧弁の上流側に他方の油圧室４２が接続されることであり、各ハードニング油圧回路５１、５２の調圧弁６１及び付加油圧弁の下流側にはそれぞれ反対側の油圧室４２、４１が接続される。
【００１６】
この場合、２組のハードニング油圧回路５１、５２が互いに逆向きに配置されることで、一方の油圧室４１（４２）が高圧側となったときにその油圧室４１（４２）からの圧油が一方のハードニング油圧回路５１の調圧弁６１及び付加油圧弁と切替弁７１、７２に流れる油圧回路と、他方の油圧室４２（４１）が高圧側となったときにその油圧室４２（４１）からの圧油が他方のハードニング油圧回路５２の調圧弁６１及び付加油圧弁と切替弁７１、７２に流れる油圧回路が独立して形成される。
【００１７】
油圧ダンパの速度Ｖがある一定の速度Ｖ０（荷重Ｆ０）以下のとき（Ｖ≦Ｖ０）の減衰係数Ｃ１と、速度Ｖ０（荷重Ｆ０）を超えたとき（Ｖ＞Ｖ０）の減衰係数Ｃ２は各ハードニング油圧回路５１（５２）を構成し、両油圧室４１、４２間に並列に接続される調圧弁６１と付加油圧弁の各減衰係数Ｋ１、Ｋ２（Ｋ１１）で決まる。
【００１８】
油圧ダンパの速度ＶがＶ０（荷重Ｆ０）以下（Ｖ≦Ｖ０）、すなわち高圧側の油圧室４１（４２）の圧力ＰがＰ０以下のとき（Ｐ≦Ｐ０）には、調圧弁６１と低圧側の油圧室４２（４１）との間に接続された一方の切替弁７１の一方側に配置され、プレストレス（元圧縮力）が与えられたばね７ａの復元力が切替弁７１の他方側（上流側）に作用する高圧側の油圧室４１（４２）からの圧力Ｐを上回ることで、切替弁７１が開放状態を維持する。このとき、調圧弁６１のばね室６１ａは切替弁７１を通して低圧側の油圧室４２（４１）と連結され、調圧弁６１は高圧側の油圧室４１（４２）の圧力に応じて開閉し、調圧弁６１を通過した圧油は流路１０、１１に接続された流路１００、１１０を通して低圧側の油圧室４２（４１）に流れる状態にあり、切替弁７１は調圧弁６１を作動状態に保持している。一方の切替弁７１のばね７ａの復元力は弁体の上流側に作用する高圧側の油圧室４１（４２）の圧力ＰがＰ０を超えたときに弁体を閉じるように調整される。
【００１９】
調圧弁６１は弁体の圧力がばね６ａの復元力により調整されて線形の減衰係数Ｋ１を発揮する状態に設定され、作動状態にあるときに高圧側となるいずれか一方の油圧室４１（４２）からの圧油が低圧側となる他方の油圧室４２（４１）側へ移動可能な状態に保つ。図１に示すように調圧弁６１と並列に接続される付加油圧弁が付加調圧弁６２である場合（請求項３）には、調圧弁６１と付加調圧弁６２が共に、作動しているときに油圧ダンパ１自体に生じた速度Ｖに比例した減衰係数Ｃ１を発揮する状態にばね６ａ、６ｂの復元力により弁体の圧力（減衰係数Ｋ１、Ｋ２）が調整される。
【００２０】
「線形の減衰係数Ｋ１を発揮する」とは、油圧ダンパ１に生じる速度Ｖに対応した高圧側の圧油の圧力Ｐ（油圧ダンパが発生する荷重Ｆ）の大きさに応じて弁体の開放面積が拡大し、調圧弁６１、６２を通過する圧油の流量を多くすることにより減衰係数Ｋ１、Ｋ２が線形関係（油圧ダンパの速度Ｖと油圧ダンパの荷重Ｆとが比例する関係）を維持することを言う。
【００２１】
調圧弁６１、６２の弁体の開放の程度（開放面積）は高圧側の油圧室４１（４２）の圧力Ｐの程度に応じて変化し、圧力Ｐの上昇に伴い、調圧弁６１、６２を通過する圧油の圧力が増す程、開放の程度が大きくなり、圧油が流れる流量が増大することにより高圧側の油圧室４１（４２）の圧力Ｐと油圧ダンパ１が発生する荷重Ｆとの関係（減衰係数Ｃ１）を線形に保つ。調圧弁６１、６２を通過する圧油の流量は油圧ダンパ１に生じる速度Ｖに対応する。高圧側の油圧室４１（４２）の圧力Ｐは油圧ダンパ１の速度Ｖ０に対応し、調圧弁６１、６２の弁体の開放の程度は油圧ダンパ１が発生する荷重Ｆ０に対応するため、図２に示すように油圧ダンパの速度Ｖ０と油圧ダンパが発生する荷重Ｆ０の関係が線形になる。
【００２２】
図１に示すように付加油圧弁が付加調圧弁６２である場合（請求項３）、付加調圧弁６２は常に作動状態を維持するため、油圧ダンパ１（ピストン）の荷重Ｆが、調圧弁６１が作動状態を維持する荷重Ｆ０（速度がＶ０）以下での油圧ダンパ１の減衰係数Ｃ１は図２に示すように調圧弁６１の減衰係数Ｋ１と付加油圧弁の減衰係数Ｋ２の直列和になる（Ｃ１＝Ｋ１・Ｋ２／（Ｋ１＋Ｋ２））。
【００２３】
調圧弁６１と付加調圧弁６２の減衰係数Ｋ１、Ｋ２はばね６ａ、６ｂの復元力により線形関係を維持するように設定可能であるため、調圧弁６１と付加調圧弁６２を合わせた油圧ダンパの初期の減衰係数Ｃ１（＝Ｋ１・Ｋ２／（Ｋ１＋Ｋ２））も線形になり、後述のように調圧弁６１が閉鎖（非作動）状態になった後の油圧ダンパの減衰係数Ｃ２（＝付加調圧弁６２の単独の減衰係数Ｋ２）も線形を維持する。油圧ダンパ１の荷重ＦがＦ０を超えたときには調圧弁６１が閉鎖するため、油圧ダンパ１の減衰係数Ｃ２は付加調圧弁６２の減衰係数Ｋ２のみになるが、付加調圧弁６２はピストン３の荷重ＦがＦ０（速度がＶ０）以下のときから作動しているため、減衰係数Ｃ２は原点を通る直線になる。
【００２４】
図３に示すように付加油圧弁がオリフィス１９である場合（請求項４）、オリフィス１９も付加調圧弁６２と同様にピストン３の荷重ＦがＦ０（速度がＶ０）以下のときから開放していることで、油圧ダンパ１の初期の減衰係数Ｃ１は図４に示すように調圧弁６１の減衰係数Ｋ１と常に開放状態を維持するオリフィス１９の減衰係数Ｋ１１の直列和になる（Ｃ１＝Ｋ１・Ｋ１１／（Ｋ１＋Ｋ１１））。調圧弁６１が閉鎖状態になった後（荷重がＦ０を超えたとき）の油圧ダンパ１の減衰係数Ｃ２はオリフィス１９単体の減衰係数Ｋ１１になるが、オリフィス１９はピストン３の荷重ＦがＦ０（速度がＶ０）以下のときから開放しているため、減衰係数Ｃ２は原点を通る曲線になる。
【００２５】
図３の場合、油圧ダンパ１の減衰係数Ｃ１、Ｃ２には若干、オリフィス特有の非線形性が含まれるものの、減衰係数Ｃ１には調圧弁６１の線形性の特性が反映されることで、図４に示すように図１１に示す場合との対比では非線形性は抑えられながら、速度ＶがＶ０の時点でピストン３の荷重Ｆが急激に上昇する特性が実現される。また図１に示す例との対比では付加油圧弁の構成が単純化される利点がある。
【００２６】
付加油圧弁が付加調圧弁６２である場合（請求項３）とオリフィス１９である場合（請求項４）のいずれも、油圧ダンパ１の初期の減衰係数Ｃ１は線形、もしくは線形に近い曲線を描く。調圧弁６１が閉鎖し、付加油圧弁のみが開放状態になったとき（減衰係数Ｃ１から減衰係数Ｃ２に移行するとき）には、図２、図４に示すように油圧ダンパが発生する抵抗力ＦがＦ０からＦ２へ急激に上昇し、油圧ダンパ１の剛性が一時的にほぼ無限大近くになる。
【００２７】
この結果、ある速度Ｖ０（荷重Ｆ０）以下の領域においては高い線形特性を維持しつつ、速度Ｖ０（荷重Ｆ０）以上の領域で急激に抵抗力が上昇するハードニング特性が油圧ダンパ１に付与されることになる。油圧ダンパ１にハードニング特性が付与されることで、油圧ダンパ１が同調質量ダンパ（ＴＭＤ）や免震構造物等として使用された場合に想定外の大きな地震入力があったときにも、質量や上部構造が許容ストロークを超えて損傷する事態を回避することが可能になる。
【００２８】
油圧ダンパ１が線形の、もしくは線形に近い減衰係数Ｃ１を発揮することは、油圧ダンパ１が同調質量ダンパに適用された場合に建物の振動に同調させる制御をし易く、同調質量ダンパによる制震効果を得易くする意味がある。免震構造物に適用された場合には免震の対象とするレベルの地震に対する免震効果（加速度低減効果）を阻害しない意味がある。油圧ダンパ１が設置される対象は主に同調質量ダンパが設置される構造物の他、免震構造物であるが、構造物には橋梁等の土木構造物も含まれる。
【００２９】
調圧弁６１と低圧側の油圧室４２（４１）との間に接続された他方の切替弁７２の一方側には、高圧側の油圧室４１（４２）の圧油が流入しているバッファ８から高圧側の油圧室４１（４２）の圧力Ｐ０が作用する。この圧力Ｐ０は、高圧側の油圧室４１（４２）に接続された流路１０から分岐し、バッファ８に接続される流路１０ａから分岐した流路１０ｂを通じて他方の切替弁７２の他方側に作用している圧力Ｐ０と等しいため、他方の切替弁７２は弁体の他方側に配置されたばね７ｂの復元力により平常時には閉鎖状態を維持している。
【００３０】
油圧ダンパ１の速度Ｖが速度Ｖ０（荷重Ｆ０）を超え（Ｖ＞Ｖ０）、高圧側の油圧室４１（４２）の圧力ＰがＰ０を上回ったときには（Ｐ＞Ｐ０）、圧力Ｐが一方の切替弁７１のばね７ａの復元力に勝ることで、切替弁７１が閉鎖状態に切り替わり、調圧弁６１のばね室６１ａと低圧側の油圧室４２（４１）との連結状態が遮断されるため、高圧側の油圧室４１（４２）からオリフィス１５を通って流れ込んできた圧油の圧力により調圧弁６１が閉鎖（非作動）状態に切り替わる。調圧弁６１の閉鎖と同時に図２に示すように油圧ダンパの減衰係数Ｃ２は付加油圧弁の減衰係数Ｋ２（Ｋ１１）のみになり（Ｃ２＝Ｋ２（Ｋ１１））、油圧ダンパ１が発生する抵抗力Ｆが急激に上昇する。高圧側の油圧室４１（４２）の圧力がＰ０以上であれば、一方の切替弁７１は閉鎖状態を維持する。
【００３１】
ここで、調圧弁６１が非作動状態に切り替わって付加油圧弁のみが開放（作動）状態になり、油圧ダンパ１の抵抗力Ｆが上昇したときの油圧ダンパ１の抵抗力（高圧側の油圧室４１（４２）の圧力）をＦ２（Ｐ２）とする。ここで、高圧側の油圧室４１（４２）の圧力がＰ２以上に一旦、上昇した後に降下に転じ、高圧側の油圧室４１（４２）の圧力ＰがＰ２より降下した（Ｐ≦Ｐ２）ときにも、高圧側の油圧室４１（４２）と他方の切替弁７２との間に接続されたバッファ８は圧力がＰ２であるときの高圧側の油圧室４１（４２）の圧油を蓄積し、その圧力Ｐ２を維持するため、他方の切替弁７２の一方側（バッファ側）の圧力（Ｐ２）は他方側（高圧側の油圧室４１（４２）側）の圧力Ｐより高い状態に保たれる。バッファ８の最大圧力の大きさはバッファ８と低圧側の油圧室４２（４１）との間に接続されるリリーフ弁９の調整により設定される。
【００３２】
この結果、油圧ダンパ１の速度Ｖが速度Ｖ０を下回り（Ｖ＜Ｖ０）、高圧側の油圧室４１（４２）の圧力Ｐが一定の圧力Ｐ２以下にまで降下したとき（Ｐ≦Ｐ２）には、バッファ８内の圧力Ｐ２が他方の切替弁７２の他方側の圧力Ｐより高い状態にあり、切替弁７２の一方側の圧力（Ｐ２）が弁体の他方側に配置されたばね７ｂの復元力に勝るため、他方の切替弁７２は開放状態に切り替えられる。高圧側の油圧室４１（４２）の圧力Ｐが一方の切替弁７１が閉鎖状態を維持する圧力Ｐ２より降下しながらも、バッファ８が圧力Ｐ２を維持する状態は、バッファ８の上流側（高圧側の油圧室４１（４２）側）にバッファ８内の圧油の、油圧室４１（４２）への逆流を阻止する逆止弁１２が接続されることで得られる。
【００３３】
他方の切替弁７２が開放状態に切り替わることで、調圧弁６１のばね室（ばね６ａ側）と低圧側の油圧室４２（４１）が他方の切替弁７２を通じて連結された状態になるため、調圧弁６１が作動状態に復帰し、油圧ダンパ１の減衰係数ＣはＣ１に戻り、荷重Ｆ（圧力Ｐ）がＦ０（Ｐ０）以下に戻る。
【００３４】
このとき、バッファ８から他方の切替弁７２を通過して調圧弁６１側へ流れる圧油は流路１０ｃを通じて切替弁７２を通過し、高圧側の油圧室４１（４２）側へ向かうことで、次第に切替弁７２の一方側（バッファ８側）の圧力と他方側（調圧弁６１側）の圧力が等しくなる。切替弁７２の一方側と他方側の圧力が等しくなったときには、切替弁７２はばね７ｂの復元力により閉鎖状態に復帰する。
【００３５】
切替弁７２が閉鎖状態に復帰すると同時に、前記のように高圧側の油圧室４１（４２）の圧力ＰがＰ０以下になっている（Ｐ≦Ｐ０）ことで、一方の切替弁７１のばね７ａの復元力が油圧室４１（４２）の圧力Ｐに勝り、一方の切替弁７１が開放状態に復帰するため、調圧弁６１のばね室６１ａは一方の切替弁７１により低圧側の油圧室４２（４１）と連結された状態に復帰する。
【００３６】
バッファ８の上流側（高圧側の油圧室４１（４２）側）には、高圧側の油圧室４１（４２）の圧力Ｐが上昇するときに、すなわちバッファ８に圧油が蓄積されるときに、その蓄積に要する時間を調整する役目を果たすオリフィス１３が接続される。
【発明の効果】
【００３７】
油圧ダンパの油圧室間に調圧弁と付加油圧弁を並列に接続し、調圧弁をピストンの荷重が一定荷重Ｆ０（速度がＶ０）以下のときに開放状態に保ち、荷重Ｆ０を超えたときに閉鎖状態にする一方、付加油圧弁を常に開放状態に保つことで、ピストンの荷重がＦ０を超え、油圧ダンパの減衰係数Ｃ２が付加油圧弁の減衰係数Ｋ２のみになるときに、油圧ダンパが発生する抵抗力ＦをＦ０からＦ２へ急激に上昇させ、油圧ダンパの剛性を一時的にほぼ無限大近くにする状態を得ることができるため、油圧ダンパにハードニング特性を付与することができる。
【００３８】
この結果、油圧ダンパが同調質量ダンパ（ＴＭＤ）や免震構造物等として使用された場合に想定外の大きな地震入力があったときにも、質量や上部構造が許容ストロークを超えて損傷する事態を回避することができる。
【００３９】
また切替弁のばねに与えられるプレストレスの設定により任意の速度でハードニングする減衰特性を発揮するダンパを実現することができるため、バッファ等を使用する方法との対比では遙かに小さな発生荷重で、ＴＭＤや免震層のストロークを安定して小さく抑えることが可能であり、大地震時の損傷防止だけでなく、装置の小型化、低コスト化も実現可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】高圧側の油圧室の圧力に応じて開閉状態が切り替えられる調圧弁と、常に開放状態を維持する付加油圧弁としての付加調圧弁を油圧室間に並列に接続したハードニング油圧回路を搭載した油圧ダンパの構成例を示した油圧回路図である。
【図２】図１に示す油圧ダンパの荷重−速度関係を示したグラフである。
【図３】図１に示すハードニング油圧回路の付加油圧弁としてオリフィスを接続したハードニング油圧回路を搭載した油圧ダンパの構成例を示した油圧回路図である。
【図４】図３に示す油圧ダンパの荷重−速度関係を示したグラフである。
【図５】逆止弁を用いた整流型の油圧ダンパにハードニング油圧回路を設置した油圧ダンパの構成例を示した油圧回路図である。
【図６】大気開放型のリザーバタンクを有する片ロッド式油圧ダンパにハードニング油圧回路を設置した油圧ダンパの構成例を示した油圧回路図である。
【図７】建物に設置されたＴＭＤを示した概念図である。
【図８】図７に示すＴＭＤにバッファを付加した様子を示した図７の拡大図である。
【図９】免震構造の構成例を示した概念図である。
【図１０】オリフィスを使用した従来の油圧ダンパの構成例を示した油圧回路図である。
【図１１】図１０に示すオリフィス式油圧ダンパの荷重−速度関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図１はシリンダ２と、シリンダ２内を往復動するピストン３と、ピストン３の両側に設けられ、圧油が充填された油圧室４１、４２とを備えた油圧ダンパ１において、両油圧室４１、４２間に、油圧ダンパ１自体に生じた速度の増加に伴い、減衰係数が増大する減衰特性を発揮する２組のハードニング油圧回路５１、５２を互いに逆向きに、並列に接続した油圧ダンパ１の基本的な構成例を示す。ハードニング油圧回路５１、５２は両油圧室４１、４２を結ぶ流路１０、１１に接続される。
【００４２】
各ハードニング油圧回路５１、５２は、両油圧室４１、４２間に接続され、いずれか高圧側の油圧室４１（４２）の圧力に応じて作動状態が切り替えられ、作動時に固有の減衰係数Ｋ１を発揮する調圧弁６１と、両油圧室４１、４２間に調圧弁６１と並列に接続され、常に作動状態を維持し、固有の減衰係数Ｋ２（Ｋ１１）を発揮する付加油圧弁（付加調圧弁６２、またはオリフィス１９）と、調圧弁６１のばね室６１ａといずれか低圧側の油圧室４２（４１）との間に接続される一方の切替弁７１と、調圧弁６１のばね室６１ａといずれか低圧側の油圧室４２（４１）との間に接続される他方の切替弁７２と、高圧側の油圧室４１（４２）と他方の切替弁７２との間に接続されるバッファ８と、バッファ８と低圧側の油圧室４２（４１）との間に接続され、バッファ８内の最大圧力を規定するリリーフ弁９を基本的な構成要素として備える。
【００４３】
図１は両油圧室４１、４２間に調圧弁６１と並列に接続される付加油圧弁が調圧弁６１と同じ構造の付加調圧弁６２である場合の油圧ダンパ１の構成例を示す。調圧弁６１と付加調圧弁６２は予めばね６ａ、６ｂの復元力で弁体の圧力が調整されることにより図２に示すように油圧ダンパ１に生じた速度Ｖ（ピストン３の速度）が一定の速度Ｖ０に達するまでは速度Ｖに比例して増大する抵抗力（減衰係数Ｋ１、Ｋ２）を発揮する状態にある。調圧弁６１はその下流側に接続された一方の切替弁７１と他方の切替弁７２の開閉に応じて作動状態が切り替えられる。
【００４４】
油圧ダンパ１の速度ＶがＶ０になるまでの油圧ダンパ１の減衰係数Ｃ１は調圧弁６１と付加調圧弁６２の各減衰係数Ｋ１、Ｋ２の直列和として表され（Ｃ１＝Ｋ１・Ｋ２／（Ｋ１＋Ｋ２））、この減衰係数Ｃ１は速度Ｖが０のときの荷重Ｆを０にし、速度ＶがＶ０のときの荷重ＦをＦ０にする関係を満たす。
【００４５】
高圧側の油圧室４１（４２）に接続された流路１０、１１に各ハードニング油圧回路５１、５２の調圧弁６１と付加油圧弁が６２が接続され、流路１０、１１から分岐した流路１０ａ、１１ａにバッファ８とリリーフ弁９が接続される。一方の切替弁７１は調圧弁６１の下流側（低圧側の油圧室４２（４１）側）と低圧側の油圧室４２（４１）との間に接続され、他方の切替弁７２はバッファ８の下流側と低圧側の油圧室４２（４１）との間に接続される。付加調圧弁６２は流路１０、１１から分岐した流路１０ｄ、１１ｄに接続される。
【００４６】
一方の切替弁７１の片側にはプレストレスが与えられたばね７ａが接続され、ばね７ａの反対側には流路１０ａから分岐した流路１０ｂが接続され、ばね７ａの復元力に抵抗する、高圧側の油圧室４１（４２）内の圧力Ｐが切替弁７１に作用する状態にある。平常時、すなわち高圧側の油圧室４１（４２）内の圧力ＰがＰ０以下のとき（Ｐ≦Ｐ０）にはばね７ａの復元力が高圧側の油圧室４１（４２）内の圧力Ｐを上回ることで、切替弁７１が開放した状態を維持し、調圧弁６１のばね室６１ａを低圧側の油圧室４２（４１）に連結した状態に保ち、調圧弁６１を作動させた状態に保持している。
【００４７】
油圧ダンパ１の速度Ｖが一定の速度Ｖ０に達し、油圧ダンパ１が発生する荷重Ｆ０（高圧側の油圧室４１（４２）から作用する圧力Ｐ０）がばね７ａの復元力を上回ったときに、切替弁７１が閉鎖状態に切り替わり、調圧弁６１を閉鎖（非作動）状態に切り替える。油圧室４１（４２）の圧力ＰがＰ０を超えたとき（Ｐ＞Ｐ０）には、調圧弁６１が閉鎖することで、図２に示すように油圧ダンパ１の減衰係数Ｃ２が付加調圧弁６２の減衰係数Ｋ２になるため、油圧室４１（４２）の圧力ＰはＰ０からＰ２まで急激に上昇する。
【００４８】
油圧ダンパ１の速度Ｖが速度Ｖ０になったときに油圧室４１（４２）の圧力ＰがＰ０からＰ２まで上昇することで、油圧ダンパ１は減衰係数が増大するハードニング特性を示す。切替弁７１は油圧室４１（４２）の圧力ＰがＰ０を超えたときに閉鎖するため、圧力Ｐが一旦、Ｐ２以上になった後にＰ２以下にまで降下したときには、Ｐ０より大きい限り、切替弁７１は閉鎖状態を維持する。
【００４９】
他方の切替弁７２の一方側にはバッファ８が接続された流路１０ａ、１１ａが接続され、他方側には流路１０ａ、１１ａから分岐した流路１０ｂ、１１ｂとばね７ｂが接続され、切替弁７２の一方側にはバッファ８内の圧力が作用し、他方側には高圧側の油圧室４１（４２）内の圧力Ｐとばね７ｂの復元力が作用している。バッファ８内の圧力と高圧側の油圧室４１（４２）内の圧力Ｐが等しいときには、切替弁７２はばね７ｂの復元力により閉鎖状態を維持する。高圧側の油圧室４１（４２）の圧力Ｐが一旦、Ｐ２を超えた後に降下し、一方の切替弁７１が閉鎖状態を維持し続ける圧力Ｐ２を下回ったときに、切替弁７２の上流側の圧力（Ｐ２）が下流側の圧力（Ｐ）を上回ること（Ｐ２＞Ｐ）で切替弁７２は開放状態になり、調圧弁６１を作動状態にさせる。
【００５０】
高圧側の油圧室４１（４２）の圧力Ｐが一旦、Ｐ２を超えた後にＰ２以下にまで降下したとき（Ｐ≦Ｐ２）、Ｐ０より大きい状況下（Ｐ＞Ｐ０）では圧力Ｐがばね７ａの復元力を上回っているため、切替弁７１は閉鎖状態を維持している。一方、切替弁７２の下流側の流路１０ｂ（１１ｂ）から作用する圧力ＰはＰ２より小さいのに対し、切替弁７２の上流側の流路１０ａ（１１ａ）からは、バッファ８の上流側に接続された逆止弁１２と下流側のリリーフ弁９の働きによりＰ２の圧力を維持しているバッファ８の圧力が作用し、ばね７ｂの復元力に勝るため、切替弁７２が開放状態に移行し、調圧弁６１のばね室６１ａが切替弁７２を通じて低圧側の油圧室４２（４１）と連結された状態、すなわちに調圧弁６１が作動する状態に移行する。
【００５１】
バッファ８の上流側の逆止弁１２はバッファ８内の圧油の油圧室４１（４２）側への逆流を阻止することで、バッファ８内の圧力を油圧室４１（４２）内の圧力より高い状態に保つ。バッファ８の下流側に接続されたリリーフ弁９は後述のように油圧室４１（４２）内の圧力ＰがＰ２を超えた後にＰ２以下にまで降下したとき（Ｐ≦Ｐ２）、閉鎖状態にある他方の切替弁７２を開放状態に切り替えるために、バッファ８内の圧力がＰ２を超えないよう制御する。
【００５２】
切替弁７２が開放しているときは、バッファ８内のＰ２の圧力を持つ圧油が切替弁７２を通過して流路１０ｂ（１１ｂ）へ向かって流れる。流路１０ｂ（１１ｂ）と流路１０ａ（１１ａ）は連結されているため、バッファ８の上流側の圧力（油圧室４１（４２）内の圧力Ｐ）と下流側の圧力（バッファ８内の圧力）は次第に等しくなり、等しくなったときに切替弁７２はばね７ｂの復元力により閉鎖状態に復帰する。
【００５３】
なお、図１以下の例ではハードニング油圧回路５１、５２に並列し、両油圧室４１、４２間に互いに逆向きの一対の逆止弁１６、１６を接続し、各逆止弁１６にオリフィス１７を並列に接続し、一対の逆止弁１６、１６間にアキュムレータ１８を接続している。アキュムレータ１８は油圧ダンパ１の使用中の温度変化による圧油の膨張と収縮（体積変化）を吸収し、油圧ダンパ１内の圧力が変化することを防止する役目を持つ。オリフィス１７は高圧側の油圧室４１（４２）の圧力を低減し、アキュムレータ１８側を低圧に保つ役目を持つ。逆止弁１６は低圧側の油圧室４２（４１）の圧力が負圧にならないよう、アキュムレータ１８から素早く油を低圧側の油圧室４２（４１）に供給できるようにするためにアキュムレータ１８と流路１０、１１との間に設けられている。
【００５４】
図３は図１に示す例における各ハードニング油圧回路５１、５２の調圧弁６１に、付加油圧弁としてのオリフィス１９と、低圧側の油圧室４２（４１）からの圧油の逆流防止のための逆止弁２０を並列に接続した場合の例を示す。オリフィス１９と逆止弁２０は流路１０、１１から分岐した流路１０ｄ、１１ｄに接続され、高圧側油圧室４２（４１）からの圧油は調圧弁６１とオリフィス１９を通過して低圧側油圧室４１（４２）へ流れる。
【００５５】
この例においてもオリフィス１９は図１に示す例の付加調圧弁６２と同様にピストン３の荷重がＦ０（速度がＶ０）以下のときから作動することで、荷重Ｆ０以下の油圧ダンパ１の減衰係数Ｃ１は図４に示すようにハードニング油圧回路５１（５２）の調圧弁６１単体の減衰係数Ｃ１と付加油圧弁としてのオリフィス１９の減衰係数Ｋ１１の和になり、荷重がＦ０を超えたときの油圧ダンパの減衰係数Ｃ２はオリフィス１９単体の減衰係数Ｋ１１になる。
【００５６】
図５はいずれの油圧室４１（４２）からも圧油が調圧弁６１及び付加油圧弁としての付加調圧弁６２と切替弁７１、７２を通過して他方の油圧室４２（４１）に流れるようにするためのハードニング油圧回路５１を両油圧室４１、４２間に１組、配置した形態の油圧ダンパ１の構成例を示す。
【００５７】
図５の場合、ハードニング油圧回路５１の調圧弁６１及び付加調圧弁６２の上流側と各油圧室４１、４２とを結ぶ各流路１０、１１に、高圧側となった油圧室４２（４１）からの圧油が調圧弁６１及び付加調圧弁６２側へ移動することを許容する逆止弁２１、２１が接続される。各流路１０、１１に接続される逆止弁２１、２１は互いに逆向きであり、高圧側の油圧室４１（４２）からの圧油が直接、低圧側の油圧室４２（４１）に流れることを阻止する。
【００５８】
調圧弁６１及び付加調圧弁６２の下流側と各油圧室４１、４２とを結ぶ各流路１０、１１には調圧弁６１及び付加調圧弁６２を通過した圧油が低圧側の油圧室４２（４１）へ移動することを許容する逆止弁２２、２２が接続される。各流路１０、１１に接続される逆止弁２２、２２は互いに逆向きであり、高圧側の油圧室４１（４２）からの圧油が調圧弁６１及び付加調圧弁６２の下流側に流れることを阻止する。図５における逆止弁２２、２２は図１等における逆止弁１６を兼ねている。
【００５９】
図６は免震用油圧ダンパで多く使用される、片ロッド式で、大気開放型のリザーバタンク２３を使用した油圧ダンパ１にハードニング油圧回路５１、５２を組み込んだ油圧ダンパ１の構成例を示す。片ロッド式の油圧ダンパ１ではピストン３を挟んだ両側の油圧室４１、４２の容積が相違することから、ピストン３の移動に伴う圧油の体積変化を吸収するために、リザーバタンク２３からの各油圧室４１、４２への圧油の供給が行われるよう、流路１０、１１に逆止弁２４、２４が設けられている。
【００６０】
図６に示す例は油圧室４１、４２毎にハードニング油圧回路５１、５２が接続されているが、各ハードニング油圧回路５１、５２の調圧弁６１及び付加調圧弁６２の上流側から下流側へかけて高圧側油圧室４１（４２）から低圧側油圧室４２（４１）へ流れる状態に流路１０、１１が両油圧室４１、４２間に接続されている点では図１、図３等に示す例と同様である。
【００６１】
なお、図５、図６に示す例における付加調圧弁６２は図３に示すオリフィス１９に置換可能である。
【００６２】
１……油圧ダンパ、
２……シリンダ、３……ピストン、
４１、４２……油圧室、
５１、５２……ハードニング油圧回路、
６１……調圧弁、６１ａ……ばね室、６ａ……ばね、６２……付加調圧弁、６ｂ……ばね、
７１……一方の切替弁、７ａ……ばね、７２……他方の切替弁、７ｂ……ばね、
８……バッファ、９……リリーフ弁、
１０、１０ａ〜１０ｄ、１００……流路、１１、１１ａ〜１１ｄ、１１０……流路、
１２……逆止弁（バッファ８用（流路１０ａ上））、１３……オリフィス（流路１０ａ上）、
１４……逆止弁（切替弁７２用（流路１０ｃ上））、１５……オリフィス（流路１０ｃ上）、
１６……逆止弁（アキュムレータ１８用）、１７……オリフィス（アキュムレータ１８用）、１８……アキュムレータ、
１９……オリフィス（付加油圧弁（流路１０ｄ上））、２０……逆止弁（流路１０ｄ上）、
２１……逆止弁、２２……逆止弁、
２３……リザーバタンク、２４……逆止弁。
【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】
0005870138.tif 000008
【図８】
0005870138.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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