(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧油が充填された油圧室を有するシリンダと、前記シリンダに配置されて前記油圧室を第１の油圧室部と第２の油圧室部とに分割し、前記シリンダ内を往復移動するピストンと、を備えた油圧ダンパに適用される油圧装置であって、
前記第１の油圧室部と接続された第１の圧力ポートと、前記第２の油圧室部と接続され、前記第１の圧力ポートに対して所定の方向に離間するように設けられた第２の圧力ポートと、前記所定の方向に延在し、前記第１の圧力ポートと前記第２の圧力ポートとを連通させる流路部と、を有する本体部と、
前記流路部に配置され、前記所定の方向に沿って往復移動するスプール弁であって、前記第１の圧力ポートにおいて前記圧油が流動可能な第１の開口の面積を制御する第１の弁部と、前記第２の圧力ポートにおいて前記圧油が流動可能な第２の開口の面積を制御する第２の弁部と、前記第１の弁部を前記第２の弁部に連結する軸部と、を有する前記スプール弁と、を備え、
前記本体部は、前記第１の弁部から前記第２の弁部へ向かう方向に、前記シリンダと前記ピストンとの間の相対速度に応じて生じる第１の圧力を第１の弁部に付与する第１の圧力付与部と、前記第２の弁部から前記第１の弁部へ向かう方向に、前記相対速度に応じて生じる圧力成分を含む第２の圧力を第２の弁部に付与する第２の圧力付与部と、を有し、
前記スプール弁は、前記第１の圧力と前記第２の圧力との圧力差に起因して往復移動し、
前記第１の弁部は、前記スプール弁の移動に起因して、前記第１の圧力が大きくなるに従って前記第１の開口の面積が小さくなるように前記第１の開口の面積を制御し、
前記第２の弁部は、前記スプール弁の移動に起因して、前記第１の圧力が大きくなるに従って前記第２の開口の面積が大きくなるように前記第２の開口の面積を制御し、
前記スプール弁は、前記第２の開口の面積が前記第１の開口の面積よりも小さい第１の状態から、前記第１の開口の面積が前記第２の開口の面積よりも小さい第２の状態に切り替える、油圧装置。
【請求項２】
前記第１の圧力は、前記第１の圧力ポートにおける前記圧油が有する圧力であり、
前記第２の圧力は、前記第２の圧力ポートにおける前記圧油が有する圧力と、前記第２の弁部に当接された付勢部が発揮する付勢圧力とを合計した圧力であり、
前記第１の圧力付与部は、前記第１の圧力ポートから前記第１の弁部へ前記第１の圧力を伝達する第１の圧力伝達部を有し、
前記第２の圧力付与部は、前記第２の圧力ポートから前記第２の弁部へ前記第２の圧力ポートにおける前記圧油が有する圧力を伝達する第２の圧力伝達部と、前記付勢圧力を発揮する前記付勢部と、を有する、請求項１に記載の油圧装置。
【請求項３】
前記流路部は、前記第１の弁部及び前記第２の弁部によって、前記所定の方向に配置された第１の圧力室と流路本体部と第２の圧力室とに分割され、
前記第１の圧力伝達部は、一端が前記第１の圧力ポートに接続され、他端が前記第１の圧力室に接続された管状体であり、
前記第２の圧力伝達部は、一端が前記第２の圧力ポートに接続され、他端が前記第２の圧力室に接続された管状体であり、
前記付勢部は、一端が前記第２の弁部に当接し、他端が前記第２の圧力室の端壁に当接する、請求項２に記載の油圧装置。
【請求項４】
圧油が充填された油圧室を有するシリンダと、
前記シリンダに配置されて前記油圧室と第１の油圧室部と第２の油圧室部とに分割し、前記シリンダ内を往復移動するピストンと、
前記第１の油圧室部と前記第２の油圧室部との間に接続された油圧回路と、を備え、
前記油圧回路は、請求項１〜３の何れか一項に記載された前記油圧装置を有する、油圧ダンパ。
【請求項５】
構造物の揺れを低減する制震構造において、
前記構造物上に配置された質量体と、
前記質量体と前記構造物とのそれぞれに接続された弾性部と、
前記質量体と前記構造物とのそれぞれに接続された請求項４に記載された油圧ダンパと、を備える制震構造。
【請求項６】
基礎上に設けられた構造物の揺れを低減する免震構造において、
前記基礎と前記構造物とのそれぞれに接続された弾性部と、
前記基礎と前記構造物とのそれぞれに接続された請求項４に記載された油圧ダンパと、を備える免震構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧装置、当該油圧装置を備える油圧ダンパ、当該油圧ダンパを利用した制震構造及び免震構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
地震や風に対する構造物の揺れを低減する技術として、同調質量ダンパ（ＴＭＤ）を備えた制震構造が知られている。この制震構造は、構造物の上部に配置されるものであり、構造物に印加される振動に応じて水平方向に移動可能な質量体と、質量体を構造物に連結するバネと、ダンパと、を備えている。また、別の技術として、免震構造も知られている。この免震構造は、基礎と構造物との間に配置された免震層を備え、免震層は、バネとダンパとを備えている。
【０００３】
このような制震構造や免震構造には、想定された揺れに対して制震性能や免震性能を発揮しつつ、想定外の揺れに対して損傷を抑制できることが望まれている。このような制震構造や免震構造には、振動体の速度が閾値を超えたときに急激に抵抗力が大きくなる、いわゆるハードニング型の減衰特性が設定されたダンパを備えることが有効である。
【０００４】
特許文献１には、振動体の低速度域においては所定の相対的に小さな減衰係数を発揮し、振動体の高速度域において急激に減衰抵抗力を増大させ得る油圧ダンパが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１６９２９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された油圧ダンパは、互いに異なるハードニング型の減衰特性を有する２個の油圧回路と、当該油圧回路を切り替えるための別の回路とを有するので、油圧ダンパ全体の油圧回路構成が複雑化する。
【０００７】
そこで、本発明は、振動体の低速度域においては所定の相対的に小さな減衰係数を発揮し、振動体の高速度域において急激に減衰抵抗力を増大させ得る油圧装置、当該油圧装置を備える油圧ダンパ、当該油圧ダンパを利用した制震構造及び免震構造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】
【０００８】
本発明の一形態は、圧油が充填された油圧室を有するシリンダと、シリンダに配置されて油圧室を第１の油圧室部と第２の油圧室部とに分割し、シリンダ内を往復移動するピストンと、を備えた油圧ダンパに適用される油圧装置であって、第１の油圧室部と接続された第１の圧力ポートと、第２の油圧室部と接続され、第１の圧力ポートに対して所定の方向に離間するように設けられた第２の圧力ポートと、所定の方向に延在し、第１の圧力ポートと第２の圧力ポートとを連通させる流路部と、を有する本体部と、流路部に配置され、所定の方向に沿って往復移動するスプール弁であって、第１の圧力ポートにおいて圧油が流動可能な第１の開口の面積を制御する第１の弁部と、第２の圧力ポートにおいて圧油が流動可能な第２の開口の面積を制御する第２の弁部と、第１の弁部を第２の弁部に連結する軸部と、を有するスプール弁と、を備え、本体部は、第１の弁部から第２の弁部へ向かう方向に、第１の圧力を第１の弁部に付与する第１の圧力付与部と、第２の弁部から第１の弁部へ向かう方向に、第２の圧力を第２の弁部に付与する第２の圧力付与部と、を有し、スプール弁は、第１圧力と第２の圧力との圧力差に起因して往復移動し、第１の弁部は、スプール弁の移動に起因して、第１の圧力が大きくなるに従って第１の開口の面積が小さくなるように第１の開口の面積を制御し、第２の弁部は、スプール弁の移動に起因して、第１の圧力が大きくなるに従って第２の開口の面積が大きくなるように第２の開口の面積を制御し、スプール弁は、第２の開口の面積が第１の開口の面積よりも小さい第１の状態から、第１の開口の面積が第２の開口の面積よりも小さい第２の状態に切り替える。
【０００９】
この油圧装置は、ピストンが所定の速度で移動することにより第１の圧力が大きくなると、第１の圧力と第２の圧力とが釣り合う位置までスプール弁が第２の弁部側に移動する。スプール弁が第２の弁部側に移動すると、第２の開口の面積が大きくなり、第１の開口の面積が小さくなる。第２の開口の面積が第１の開口の面積より小さい間は、油圧装置が発生させる抵抗力は第２の開口の面積により規定される。油圧装置が発生させる抵抗力が第２の開口の面積によって規定されているときには、第２の開口の面積が徐々に大きくなるので、ピストンが移動する速度に比例する抵抗力が得られる。従って、振動体の低速度域において揺れを好適に減衰可能な所定の減衰係数を発揮することが可能となる。そして、さらに第１の圧力が大きくなると、スプール弁はさらに第２の弁部側に移動する。そうすると、第２の開口の面積が第１の開口の面積より大きくなるので、油圧装置の抵抗力は第１の開口の面積によって規定される。油圧装置の抵抗力が第１の開口の面積によって規定されているときには、第１の開口の面積は第１の圧力の増加に伴って小さくなるので、抵抗力は急激に増加する。従って、振動体の高速度域において高い減衰係数を発揮することが可能になる。よって、この油圧装置は、振動体の低速度域においては所定の相対的に小さな減衰係数を発揮し、振動体の高速度域において高い減衰係数を発揮するために、所定のハードニング特性を有する複数の油圧装置を準備する必要がなく、さらに当該油圧装置を切り替えるための別の回路も必要ない。従って、異なる減衰特性を有する油圧装置の構成を簡易にすることができる。
【００１０】
第１の圧力は、第１の圧力ポートにおける圧油が有する圧力であり、第２の圧力は、第２の圧力ポートにおける圧油が有する圧力と、第２の弁部に当接された付勢部が発揮する付勢圧力とを合計した圧力であり、第１の圧力付与部は、第１の圧力ポートから第１の弁部へ第１の圧力を伝達する第１の圧力伝達部を有し、第２の圧力付与部は、第２の圧力ポートから第２の弁部へ第２の圧力ポートにおける圧油が有する圧力を伝達する第２の圧力伝達部と、付勢圧力を発揮する付勢部と、を有していてもよい。この構成によれば、第１の圧力と第２の圧力との圧力差に対応してスプール弁を移動させる構成を簡易にすることができる。
【００１１】
流路部は、第１の弁部及び第２の弁部によって、所定の方向に配置された第１の圧力室と流路本体部と第２の圧力室とに分割され、第１の圧力伝達部は、一端が第１の圧力ポートに接続され、他端が第１の圧力室に接続された管状体であり、第２の圧力伝達部は、一端が第２の圧力ポートに接続され、他端が第２の圧力室に接続された管状体であり、付勢部は、一端が第２の弁部に当接し、他端が第２の圧力室の端壁に当接してもよい。この構成によれば、第１の圧力と第２の圧力との圧力差に対応したスプール弁の移動量を構成を簡易な構成で制御することができる。
【００１２】
本発明の別の形態は、油圧ダンパである。油圧ダンパは、圧油が充填された油圧室を有するシリンダと、シリンダに配置されて油圧室と第１の油圧室部と第２の油圧室部とに分割し、シリンダ内を往復移動するピストンと、第１の油圧室部と第２の油圧室部との間に接続された油圧回路と、を備え、油圧回路は、上記の油圧装置を有する。この油圧装置によれば、上記の油圧装置を備えているので、振動体の低速度域においては所定の相対的に小さな減衰係数を発揮し、且つ振動体の高速度域において十分な減衰性能を簡易な構成によって発揮し得る。
【００１３】
本発明のさらに別の形態は、構造物の揺れを低減する制震構造であって、構造物上に配置された質量体と、質量体と構造物とのそれぞれに接続された弾性部と、質量体と構造物とのそれぞれに接続された上記の油圧ダンパと、を備える。この制震構造によれば、上記の油圧ダンパを備えているので、簡易な構成によって、振動体の低速度域においては所定の相対的に小さな減衰係数を発揮し、高速度域において十分な減衰性能を発揮することにより、揺れを好適に減衰することができる。
【００１４】
本発明のさらに別の形態は、基礎上に設けられた構造物の揺れを低減する免震構造であって、基礎と構造物とのそれぞれに接続された弾性部と、基礎と構造物とのそれぞれに接続された上記の油圧ダンパと、を備える。この免震構造によれば、上記の油圧ダンパを備えているので、振動体の低速度域においては所定の相対的に小さな減衰係数を発揮し、且つ振動体の高速度域において十分な減衰性能を簡易な構成によって発揮し得る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、振動体の低速度域においては所定の相対的に小さな減衰係数を発揮し、且つ振動体の高速度域において十分な減衰性能を簡易な構成によって発揮し得る油圧装置、当該油圧装置を備える油圧ダンパ、当該油圧ダンパを利用した制震構造及び免震構造が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係る油圧ダンパを有する制震構造を建物に適用した様子を示す図である。
【図２】第１実施形態に係る油圧ダンパの油圧回路を示す図である。
【図３】第１実施形態に係る油圧装置の構成を示す図である。
【図４】第１実施形態に係る油圧ダンパの特性を示すグラフである。
【図５】第１実施形態に係る油圧装置の動作を示す図である。
【図６】第１実施形態に係る油圧ダンパの特性を説明するためのグラフである。
【図７】第２実施形態に係る油圧ダンパの油圧回路を示す図である。
【図８】油圧ダンパを免震構造に適用した様子を示す図である。
【図９】変形例に係る油圧ダンパの油圧回路を示す図である。
【図１０】変形例に係る油圧ダンパの特性を示すグラフである。
【図１１】別の変形例に係る油圧ダンパの油圧回路を示す図である。
【図１２】比較例に係る制震構造を説明するための図である。
【図１３】比較例に係る制震構造が備える油圧ダンパとその特性を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
＜第１実施形態＞
図１に示されるように、建物１００に適用された制震構造１は、質量体２と、バネ３（弾性体）と、油圧ダンパ４とを有する。制震構造１は、一自由度の振動系であり、建物１００の固有周期に同調する固有周期を有する。このような制震構造は、同調質量ダンパ（Ｔｕｎｅｄ  Ｍａｓｓ  Ｄａｍｐｅｒ：ＴＭＤ）とも呼ばれる。制震構造１の固有周期は、質量体２の質量とバネ３の弾性係数とにより設定される。油圧ダンパ４は、水平方向に沿った質量体２の揺れを低減させる。質量体２は、建物１００の上にバネ３と油圧ダンパ４を介して配置される。バネ３は、一端が質量体２に連結され、他端が建物１００に連結されている。油圧ダンパ４も同様に、一端が質量体２に連結され、他端が建物１００に連結されている。
【００１９】
この制震構造１によれば、地震時に質量体２が建物１００よりも大きく動く。この質量体２の動きによって振動エネルギが吸収されるので、建物１００の揺れを低減することができる。
【００２０】
次に、油圧ダンパ４について詳細に説明する。図２に示されるように、油圧ダンパ４は、シリンダ６と、ピストン７と、油圧回路８とを有する。シリンダ６は、建物１００に連結されている。また、ピストン７の一端は、質量体２に連結されている。
【００２１】
シリンダ６は、筒状を呈する。シリンダ６の内部は油圧室５を形成し、油圧室５には圧油が充填されている。また、シリンダ６の内部には、ピストン７が往復移動可能に配置されている。シリンダ６の油圧室５は、ピストン７によって分割された第１の油圧室部６ａと第２の油圧室部６ｂとを有する。第１の油圧室部６ａには、ポート９を介して油圧回路８の一端が接続されている。第２の油圧室部６ｂには、ポート１１を介して油圧回路８の他端が接続されている。油圧回路８を介して第１の油圧室部６ａと第２の油圧室部６ｂの間を圧油が行き来することにより、シリンダ６とピストン７との間に減衰力を発生させる。
【００２２】
油圧回路８は、４個の逆止弁１２，１３，１４，１６と、２個のオリフィス１７，１８と、アキュームレータ１９と、ハードニング油圧装置２０と、を有する。
【００２３】
逆止弁１２，１３，１４，１６は、一方向への圧油の移動を許容し、逆方向への圧油の移動を規制する。逆止弁１２は、入力口１２ａがシリンダ６のポート９に接続され、出力口１２ｂがハードニング油圧装置２０の高圧側に接続されている。逆止弁１３は、入力口１３ａがシリンダ６のポート１１に接続され、出力口１３ｂがハードニング油圧装置２０の高圧側に接続されている。逆止弁１４は、入力口１４ａがハードニング油圧装置２０の低圧側に接続され、出力口１４ｂがシリンダ６のポート９に接続されている。逆止弁１６は、入力口１６ａがハードニング油圧装置２０の低圧側に接続され、出力口１６ｂがシリンダ６のポート１１に接続されている。
【００２４】
オリフィス１７は、逆止弁１４に対して並列に接続されている。また、オリフィス１８は、逆止弁１６に対して並列に接続されている。アキュームレータ１９は、逆止弁１４の入力口１４ａ、逆止弁１６の入力口１６ａ及びハードニング油圧装置２０の低圧側に接続されている。
【００２５】
ハードニング油圧装置２０とシリンダ６との接続関係からみると、ハードニング油圧装置２０の高圧側は、逆止弁１２及びポート９を介してシリンダ６の第１の油圧室部６ａに接続されると共に逆止弁１３及びポート１１を介してシリンダ６の第２の油圧室部６ｂに接続されている。また、ハードニング油圧装置２０の低圧側は、逆止弁１４及びポート９を介してシリンダ６の第１の油圧室部６ａに接続されると共に逆止弁１６及びポート１１を介してシリンダ６の第２の油圧室部６ｂに接続されている。
【００２６】
この構成によれば、例えば、ピストン７が左方向に移動するとき、ピストン７の第１の油圧室部６ａにおける圧油はポート９及び逆止弁１２を介してハードニング油圧装置２０の高圧側に供給される。ハードニング油圧装置２０の低圧側から排出された圧油は、逆止弁１６及びポート１１を介してピストン７の第２の油圧室部６ｂに供給される。この構成によれば、第１の油圧室部６ａから第２の油圧室部６ｂへ圧油が流動するときに、ハードニング油圧装置２０においてピストン７が移動する速度に対応した抵抗力が生じる。従って、建物１００に連結されたシリンダ６と、質量体２に連結されたピストン７との間の相対速度に応じた減衰力を生じさせることができる。
【００２７】
次に、ハードニング油圧装置２０について詳細に説明する。ハードニング油圧装置２０は、入力される圧油が有する圧力に対応した抵抗力を生じさせる。図３に示されるように、ハードニング油圧装置２０は、本体部２１とスプール弁２２とを有する。
【００２８】
本体部２１は、筒状を呈する。本体部２１は、高圧側ポート２３（第１の圧力ポート）と低圧側ポート２４（第２の圧力ポート）とを有する。高圧側ポート２３は、逆止弁１２を介してシリンダ６の第１の油圧室部６ａに接続されている。また、高圧側ポート２３は、逆止弁１３を介してシリンダ６の第２の油圧室部６ｂに接続されている。低圧側ポート２４は、高圧側ポート２３に対して所定の方向に離間するように配置され、逆止弁１４を介してシリンダ６の第１の油圧室部６ａに接続されている。また、低圧側ポート２４は、逆止弁１６を介してシリンダ６の第２の油圧室部６ｂに接続されている。本体部２１は、高圧側ポート２３と低圧側ポート２４とを連通させる流路部２６を有する。圧油は、流路部２６を介して高圧側ポート２３から低圧側ポート２４へ導かれる。
【００２９】
スプール弁２２は、流路部２６に配置されている。スプール弁２２は、高圧側ポート２３における第１の開口２３ａの面積を制御すると共に、低圧側ポート２４における第２の開口２４ａの面積を制御する。スプール弁２２は、第１の弁部２７と第２の弁部２８と軸部２９とを有する。円柱状を呈する第１の弁部２７及び第２の弁部２８は、本体部２１の内径と略同じ外径を有し、本体部２１の内周面に対して摺動可能である。第１の弁部２７及び第２の弁部２８は、本体部２１と共に圧油が流動可能な隙間を形成する。第１の弁部２７は、軸部２９が連結されると共に第２の弁部２８と対面する第１の連結端面２７ａと、第１の連結端面２７ａと逆側の第１の圧力付与面２７ｂとを有する。第２の弁部２８は、軸部２９が連結されると共に第１の弁部２７と対面する第２の連結端面２８ａと、第２の連結端面２８ａと逆側の第２の圧力付与面２８ｂとを有する。
【００３０】
スプール弁２２が第１の弁部２７側に位置したとき、第１の弁部２７は、第１の開口２３ａを塞がない。第２の弁部２８は、第２の開口２４ａの大部分を塞ぎ、設定される最も狭い隙間を形成する。一方、スプール弁２２が第２の弁部２８側に位置したとき、第１の弁部２７は、第１の開口２３ａの大部分を塞ぎ、設定される最も狭い隙間を形成する。第２の弁部２８は、第２の開口２４ａをほとんど塞がない。これらの状態を満たすように、高圧側ポート２３、低圧側ポート２４、第１の弁部２７、第２の弁部２８及び軸部２９の各寸法が適宜設定される。
【００３１】
スプール弁２２は、高圧側ポート２３における圧油の第１の圧力と低圧側ポート２４における圧油の第２の圧力との差分（圧力差）によって動作する。本体部２１は、この圧力差を利用してスプール弁２２を動作させるための第１の圧力付与部３１と第２の圧力付与部３２とをさらに有する。第１の圧力付与部３１は、第１の圧力を第１の弁部２７に付与する。第２の圧力付与部３２は、第２の圧力を第２の弁部２８に付与する。
【００３２】
第１の圧力付与部３１は、第１の圧力伝達部３１ａを有する。第１の圧力伝達部３１ａは、一端が高圧側ポート２３に接続されると共に他端が本体部２１の第１の圧力室２６ｂに接続されている。第１の圧力伝達部３１ａは、例えば、管状体であるパイプである。第１の圧力室２６ｂは、第１の弁部２７によって隔てられた流路部２６の一部であり、第１の弁部２７における第１の圧力付与面２７ｂが面している。換言すると、流路部２６は、第１の圧力室２６ｂと、流路本体部２６ａと、後述する第２の圧力室２６ｃとを含む。高圧側ポート２３、第１の圧力伝達部３１ａ及び第１の圧力室２６ｂには圧油が満たされているので、高圧側ポート２３における圧力が第１の圧力室まで静圧として伝達される。
【００３３】
第２の圧力付与部３２は、第２の圧力伝達部３２ａを有する。第２の圧力伝達部３２ａは、一端が低圧側ポート２４に接続されると共に他端が本体部２１の第２の圧力室２６ｃに接続されている。第２の圧力室２６ｃは、第２の弁部２８によって隔てられた流路部２６の一部であり、第２の弁部２８における第２の圧力付与面２８ｂが面している。第２の圧力伝達部３２ａは、例えば、パイプである。低圧側ポート２４、第２の圧力伝達部３２ａ及び第２の圧力室２６ｃには圧油が満たされているので、低圧側ポート２４における圧力が第２の圧力室まで静圧として伝達される。
【００３４】
第２の圧力付与部３２は、バネ３３（付勢部）をさらに有する。バネ３は、圧縮ばねであり、第２の圧力付与面２８ｂと第２の圧力室２６ｃの端壁との間に配置され、第２の圧力付与面２８ｂに当接されている。バネ３３は、スプール弁２２が移動すると圧縮されて第２の弁部２８における第２の圧力付与面２８ｂに付勢圧力を付与する。従って、第２の圧力付与面２８ｂには、バネ３３による付勢圧力と、第２の圧力伝達部３２ａにより伝達される低圧側ポート２４における圧力とが加わる。換言すると、第２の圧力付与面２８ｂに作用する第２の圧力は、バネ３３による付勢圧力と、低圧側ポート２４における圧力と、の合計である。
【００３５】
次に、圧力差に基づくスプール弁２２の動作について説明する。ピストン７が静止しているとき、高圧側ポート２３と低圧側ポート２４との間には圧力差が生じない。そうすると、スプール弁２２に作用する圧力は、バネ３の付勢圧力の分だけ第２の圧力が第１の圧力よりも大きくなる。従って、スプール弁２２は、第１の弁部２７における第１の圧力付与面２７ｂが本体部２１の段差面２６ｄに押し当てられる。ピストン７が所定の速度で移動しているとき、高圧側ポート２３と低圧側ポート２４との間には圧力差が生じる。この圧力差に対応して、バネ３が圧縮させられる。従って、スプール弁２２は、圧力差に対応する付勢圧力をバネ３が発生させる圧縮長さまでバネ３を縮めるように移動する。従って、圧力差が大きくなるとスプール弁２２は高圧側ポート２３から低圧側ポート２４に向かう方向に移動する。
【００３６】
以下、比較例に係る油圧装置、当該油圧装置を備える油圧ダンパ、及び当該油圧装置を備える制震構造の作用と比較しつつ、本実施形態に係るハードニング油圧装置２０、油圧ダンパ４及び制震構造１の作用効果について説明する。
【００３７】
地震や風に対する構造物の揺れを低減する技術として、同調質量ダンパを備えた制震構造が知られている。この制震構造は、構造物の上部に配置されるものであり、構造物に印加される振動に応じて水平方向に移動可能な質量体と、質量体を構造物に連結するバネと、ダンパと、を備えている。また、別の技術として、免震構造も知られている。この免震構造は、基礎と構造物との間に配置された免震層を備え、免震層は、バネとダンパとを備えている。
【００３８】
制震構造や免震構造において、低減可能な揺れの大きさには限界がある。そこで、低減可能な揺れよりも大きい揺れが生じた場合に対応するための方策が講じられている。例えば、図１２には、建物１００に設けられた制震構造１１０が示されている。この制震構造１１０は、バネ１０２と、ダンパ１０３と、質量体１０４とを有している。さらに、制震構造１１０は、質量体１０４の揺れの最大値を規制するバッファ１０６を有する。また、免震構造における地下擁壁５２（図８参照）のように、揺れの振幅を物理的に規制する方策がある。しかし、移動中の質量体１０４は大きい運動エネルギを有するのでバッファ１０６や地下擁壁５２には大きな荷重が作用する。従って、揺れの振幅を物理的に規制する方策には上限がある。
【００３９】
また、別の方策として、ダンパの減衰係数を大きく設定することにより、制震構造における質量体や免震構造における構造物の単位入力あたりの揺れを小さくすることもある。しかし、単位入力あたりの揺れに注目して設定されたダンパの減衰係数では、制震構造における同調の効果や免震構造における免震効果が損なわれることもあり得る。
【００４０】
従って、想定された揺れに対して制震性能や免震性能を発揮しつつ、想定外の揺れに対して損傷を抑制できる制震構造や免震構造が望まれている。このような制震構造や免震構造には、振動体の速度が閾値を超えたときに急激に抵抗力が大きくなる、いわゆるハードニング型の減衰特性を設定することが有効である。
【００４１】
ハードニング型のダンパ特性を設定可能な構成として、例えば、図１３の（ａ）部に示された油圧ダンパ２００がある。油圧ダンパ２００は、シリンダ２０１とピストン２０２とオリフィス２０３とを有している。油圧装置としてのオリフィス２０３を備えた油圧ダンパ２００は、図１３の（ｂ）部に示されるような速度の２乗に比例した荷重を発生させる。図１３の（ｂ）部のグラフは、横軸がピストン２０２の速度であり、縦軸がシリンダ２０１とピストン２０２との間に発生する荷重である。実線のグラフＧ５は、オリフィス２０３によって得られる特性である。破線のグラフＧ６は、２つの折れ線で近似した特性である。グラフＧ６を参照すると、オリフィス２０３によれば低速度域の傾き（すなわち減衰係数）よりも高速度域の傾きを大きくすることができることがわかる。しかし、実際の速度−荷重特性Ｇ５は、低速度域において非線形を有するので質量体や免震層の振動に同調させにくくなる。さらに、高速度域における荷重も過大な揺れを十分に低減させるためには十分でないこともあり得る。
【００４２】
続いて、本実施形態に係るハードニング油圧装置２０、油圧ダンパ４及び制震構造１の作用効果について説明する。既に述べたように、ハードニング油圧装置２０は、第１の弁部２７、第２の弁部２８、高圧側ポート２３及び低圧側ポート２４によって、第１の開口２３ａにおける流路面積と第２の開口２４ａにおける流路面積とが変化することを説明した。また、ハードニング油圧装置２０は、高圧側ポート２３と低圧側ポート２４との圧力差によって、スプール弁２２が移動することも説明した。これらの２個の動作によれば、油圧ダンパ４は、図４に示すような減衰特性を奏する。
【００４３】
図４は、油圧ダンパ４において、シリンダ６とピストン７との間の相対速度と、その相対速度において油圧ダンパ４が発生する荷重との関係を示す。このグラフにおける傾き（荷重／速度）が、減衰係数を示す。相対速度がゼロの状態（すなわち、建物１００に対する質量体２の揺れが生じていない状態）から徐々に増加すると、ハードニング油圧装置２０の高圧側ポート２３と低圧側ポート２４との間に圧力差が発生する。この圧力差に起因してスプール弁２２が移動し始める。このとき、低圧側ポート２４における第２の開口２４ａの流路面積が極めて小さい。従って、抵抗力（荷重）は、開口面積の小さい方に支配されるので、低圧側ポート２４側の隙間に対応した抵抗力が発生し、所定の初期減衰係数Ｃ１が実現される。従って、想定される揺れを好適に減衰させ得る減衰性能が得られる。低圧側ポート２４における第２の開口２４ａが減衰特性を支配する第１の状態は、グラフＧ１ａにより示される。例えば、速度と荷重との関係がグラフＧ１ａ上の点Ｐ１で示されるとき、ハードニング油圧装置２０におけるスプール弁２２、高圧側ポート２３及び低圧側ポート２４の概略の位置関係は、図５の（ａ）部に示される。
【００４４】
圧力差が大きくなるとスプール弁２２はさらに移動し、ある時点において高圧側ポート２３の流路面積と低圧側ポート２４における流路面積とが等しくなり（図４の点Ｐ２及び図５の（ｂ）部参照）、その後、流路面積の大小関係が逆転する（図５の（ｃ）部参照）。従って、抵抗力は、高圧側ポート２３における第１の開口２３ａの流路面積が支配的になる。ここで、高圧側ポート２３における第１の開口２３ａの流路面積は、圧力差が大きくなるに従って、小さくなる。そうすると、ハードニングに関する圧力の閾値（図４の符号Ｆ０）を超えると、抵抗力は急激に増加する（図４のグラフＧ１ｂ及び点Ｐ３参照）。換言すると、速度に対する荷重の傾き（減衰係数Ｃ２）は、第１の開口２３ａが抵抗力を支配している状態（第２の状態）の方が、第２の開口２４ａが抵抗を支配している状態（第１の状態）の傾き（初期減衰係数Ｃ１）よりも大きい。従って、大きい揺れを大きく減衰させることが可能な減衰性能が得られる。
【００４７】
すなわち、本実施形態に係る油圧ダンパ４では、ハードニング油圧装置２０において抵抗力を支配する構成が低圧側ポート２４における流路面積から、高圧側ポート２３における流路面積に切り替わる。そして、低圧側ポート２４における流路面積は圧力差が大きくなると大きくなり、高圧側ポート２３における流路面積は圧力差が大きくなると小さくなるというように、圧力差に対する振る舞いが異なる。従って、本実施形態に係る油圧ダンパ４は、互いに異なる減衰特性を奏することができる。
【００４８】
要するに、このハードニング油圧装置２０は、第２の圧力に対して第１の圧力がそれほど大きくないとき（即ち、第１の圧力が十分大きくないとき）、スプール弁２２は第１の弁部２７側に配置されて、第１の状態になる。第１の状態では、第２の開口２４ａの面積が第１の開口２３ａの面積よりも小さいので、第２の開口２４ａの面積に起因してハードニング油圧装置２０の減衰係数が規定される。次に、第１の圧力が大きくなると、第１の圧力と第２の圧力とが釣り合う位置までスプール弁２２が第２の弁部２８側に移動する。スプール弁２２が第２の弁部２８側に移動すると、第２の開口２４ａの面積が大きくなり、第１の開口２３ａの面積が小さくなる。第２の開口２４ａの面積が第１の開口２３ａの面積と略等しくなるまでは、ハードニング油圧装置２０の減衰係数は第２の開口２４ａの面積により規定される。ハードニング油圧装置２０の減衰係数が第２の開口２４ａの面積によって規定されているときには、第２の開口２４ａの面積は徐々に大きくなるので、減衰力は徐々に増加する。従って、低速度域において揺れを好適に減衰可能な所定の減衰係数を発揮することが可能となる。そして、さらに第１の圧力が大きくなると、スプール弁２２はさらに第２の弁部２８側に移動する。そうすると、第２の開口２４ａの面積が第１の開口２３ａの面積より大きくなるので、ハードニング油圧装置２０の減衰係数は第１の開口２３ａの面積によって規定される。ハードニング油圧装置２０の減衰係数が第１の開口２３ａの面積によって規定されているときには、第１の開口２３ａの面積は徐々に小さくなるので、減衰係数は急激に増加する。従って、高速度域において高い減衰係数を発揮することが可能になる。よって、ハードニング油圧装置２０は、低速度域においては揺れを好適に減衰可能な所定の減衰係数を発揮し、振動体の高速度域において高い減衰係数を発揮するために、所定のハードニング特性を有する油圧回路を準備する必要なく、さらに当該油圧回路を切り替えるための別の回路も必要ない。従って、ハードニング油圧装置２０の構成を簡易にすることができる。
【００４９】
＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る油圧ダンパについて説明する。図７に示されるように、油圧ダンパ４Ａは、油圧回路８Ａが２個のハードニング油圧装置２０Ａ，２０Ｂを備える点で第１実施形態に係る油圧ダンパ４と相違する。なお、ハードニング油圧装置２０Ａ，２０Ｂは、接続構成がハードニング油圧装置２０と相違するのみであり、単体の構成は同様である。油圧回路８Ａは、２個の逆止弁３７，３８と、２個のハードニング油圧装置２０Ａ，２０Ｂと、オリフィス１７，１８と、アキュームレータ１９とを有する。
【００５０】
逆止弁３７は、入力口３７ａが逆止弁３８の入力口３８ａ及びアキュームレータ１９に接続されている。また、逆止弁３７は、出力口３７ｂがハードニング油圧装置２０Ａの低圧側と、ハードニング油圧装置２０Ｂの高圧側と、シリンダ６のポート９と、に接続されている。逆止弁３８は、入力口３８ａが逆止弁３７の入力口３７ａ及びアキュームレータ１９に接続されている。また、逆止弁３８は、出力口３８ｂがハードニング油圧装置２０Ａの低圧側と、ハードニング油圧装置２０Ｂの高圧側と、シリンダ６のポート１１に接続されている。オリフィス１７は、逆止弁３７に対して並列に接続されている。オリフィス１８は、逆止弁３８に対して並列に接続されている。なお、高圧側に接続されているとは、ハードニング油圧装置２０Ａ，２０Ｂの高圧側ポート２３及び第１の圧力付与部３１に接続されていることをいう。また、低圧側に接続されているとは、ハードニング油圧装置２０Ａ，２０Ｂの低圧側ポート２４及び第２の圧力付与部３２に接続されていることをいう。
【００５１】
ハードニング油圧装置２０Ａは、高圧側ポート２３がハードニング油圧装置２０Ｂの低圧側ポート２４と、シリンダ６のポート１１と、逆止弁３８の出力口３８ｂとに接続されている。また、ハードニング油圧装置２０Ａは、低圧側ポート２４がハードニング油圧装置２０Ｂの高圧側ポート２３と、シリンダ６のポート９と、逆止弁３７の出力口３７ｂと、に接続されている。ハードニング油圧装置２０Ｂは、高圧側ポート２３がハードニング油圧装置２０Ａの低圧側ポート２４と、シリンダ６のポート９と、逆止弁３７の出力口３７ｂとに接続されている。また、ハードニング油圧装置２０Ｂは、低圧側ポート２４がハードニング油圧装置２０Ａの高圧側ポート２３と、シリンダ６のポート１１と、逆止弁３８の出力口３８ｂと、に接続されている。
【００５２】
すなわち、ハードニング油圧装置２０Ａ，２０Ｂは、高圧側と低圧側とが互いに逆になるようにシリンダ６に対して並列に接続されている。
【００５３】
この構成によれば、ピストン７が第１の油圧室部６ａから第２の油圧室部６ｂの方向へ移動するとき、ハードニング油圧装置２０Ｂによってピストン７が移動する速度に比例する抵抗力が発生される。逆に、ピストン７が第２の油圧室部６ｂから第１の油圧室部６ａの方向へ移動するとき、ハードニング油圧装置２０Ａによってピストン７が移動する速度に比例する抵抗力が発生される。従って、油圧ダンパ４Ａによれば、ピストン７の往復移動に対応した抵抗力を簡易な構成により生じさせることができる。
【００５４】
なお、上述した実施形態は本発明に係る油圧装置、油圧ダンパ、制震構造及び免震構造の一例を示すものである。本発明に係る油圧装置、油圧ダンパ、制震構造及び免震構造は、実施形態に係る油圧装置、油圧ダンパ、制震構造及び免震構造に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、変形し又は他のものに適用したものであってもよい。
【００５５】
例えば、油圧ダンパ４は、図８に示されるような免震構造５０に適用してもよい。免震構造５０は、地下擁壁５２を有する基礎５１と建物１００との間に配置されている。免震構造５０は、バネ３（弾性部）と油圧ダンパ４とを有する。バネ３及び油圧ダンパ４は、それぞれ一端が基礎５１に連結され、他端が建物１００に連結されている。油圧ダンパ４を備える免震構造５０によれば、簡易な構成によって、低速度域においては揺れを好適に減衰可能な所定の減衰係数を発揮し、高速度域において十分な減衰性能を発揮することができる。
【００５６】
また、図９に示されるように、油圧ダンパ４Ｂの油圧回路８Ｂは、２個のリリーフ弁３９，４１を有していてもよい。油圧回路８Ｂは、第１実施形態に係る油圧回路８に２個のリリーフ弁３９，４１を追加したものである。
【００５７】
リリーフ弁３９は、入力口３９ａがシリンダ６のポート１１、リリーフ弁４１の出力口４１ｂ、逆止弁１３の入力口１３ａ及び逆止弁１６の出力口１６ｂに接続されている。また、リリーフ弁３９は、出力口３９ｂがシリンダ６のポート９、リリーフ弁４１の入力口４１ａ、逆止弁１４の入力口１２ａ及び逆止弁１４の出力口１４ｂに接続されている。リリーフ弁４１は、入力口４１ａがシリンダ６のポート９、リリーフ弁３９の出力口３９ｂ、逆止弁１２の入力口１２ａ及び逆止弁１４の出力口１４ｂに接続されている。また、リリーフ弁４１は、出力口４１ｂがシリンダ６のポート１１、リリーフ弁３９の入力口３９ａ、逆止弁１３の入力口１３ａ及び逆止弁１６の出力口１６ｂに接続されている。
【００５８】
この変形例に係る油圧ダンパ４Ｂによれば、図１０のグラフに示されるような減衰特性を簡易な構成をもって得ることができる。図１０は、油圧ダンパ４Ｂにおいて、シリンダ６とピストン７との間の相対速度と、その相対速度において油圧ダンパ４Ｂが発生する荷重との関係を示す。油圧ダンパ４Ｂの油圧回路８Ｂは、第１実施形態に係る油圧回路８を含んでいるので、グラフＧ１ａ，Ｇ１ｂは、第１実施形態に係る油圧ダンパ４Ｂと同様の特性を示す。一方、油圧ダンパ４Ｂの油圧回路８Ｂは、さらにリリーフ弁３９，４１を含んでいる。これらリリーフ弁３９，４１を利用して第１の圧力に対して、閾値（図１０に示された符号Ｆｒ）を設定する。この第１の圧力がこの閾値を超えると、リリーフ弁３９，４１によってハードニング油圧装置２０に付加される第１の圧力が抑制される。そうすると、グラフＧ１ｃに示されるように、減衰特性（傾きＣ３）が小さくなる。従って、発生する荷重を設計許容値（図１０に示された符号Ｆｍａｘ）以内に制限し、油圧ダンパ４Ｂを保護することができる。
【００５９】
また、図１１に示されるように、油圧ダンパ４Ｃの油圧回路８Ｃは、２個のリリーフ弁４２，４３を有していてもよい。油圧回路８Ｃは、第２実施形態に係る油圧回路８Ａに２個のリリーフ弁４２，４３を追加したものである。
【００６０】
リリーフ弁４２は、入力口４２ａがシリンダ６のポート１１、リリーフ弁４３の出力口４３ｂ、ハードニング油圧装置２０Ｂの低圧側、及びハードニング油圧装置２０Ａの高圧側に接続されている。また、リリーフ弁４２は、出力口４２ｂがシリンダ６のポート９、リリーフ弁４３の入力口４３ａ、ハードニング油圧装置２０Ｂの高圧側、及びハードニング油圧装置２０Ａの低圧側に接続されている。リリーフ弁４３は、入力口４３ａがシリンダ６のポート９、リリーフ弁４２の出力口４２ｂ、ハードニング油圧装置２０Ｂの高圧側、及びハードニング油圧装置２０Ａの低圧側に接続されている。また、リリーフ弁４３は、出力口４３ｂがシリンダ６のポート１１、リリーフ弁４２の入力口４２ａ、ハードニング油圧装置２０Ｂの低圧側、及びハードニング油圧装置２０Ａの高圧側に接続されている。
【００６１】
この変形例に係る油圧ダンパ４Ｃによっても、図１０のグラフに示されるような減衰特性を簡易な構成をもって得ることができる。
【００６２】
また、上記実施形態では、いわゆる両ロッド型と呼ばれるシリンダ６及びピストン７の構成を例示した。油圧装置は、片ロッド型と呼ばれるシリンダ及びピストンを備える構成に適用してもよい。
【００６３】
また、上記実施形態では、ハードニング油圧装置２０は、２個の圧力ポート２３，２４と、２個の弁部２７，２８とを有していたがこの構成に限定されることはない。ハードニング油圧装置は、２個以上である複数の圧力ポートと、圧力ポートの数に対応する２個以上である複数の弁部を有する構成であってもよい。この場合には、２個の圧力ポートとそれらに対応する弁部とを利用することにより、上記実施形態に係るハードニング油圧装置２０と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６４】
１…制震構造、２…質量体、３，３３…バネ（弾性部）、４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ…油圧ダンパ、５…油圧室、６…シリンダ、７…ピストン、８，８Ａ，８Ｂ，８Ｃ…油圧回路、６ａ…第１の油圧室部、６ｂ…第２の油圧室部、９…ポート、１１…ポート、１２，１３，１４，１６…逆止弁、１７，１８…オリフィス、１９…アキュームレータ、２０，２０Ａ，２０Ｂ…ハードニング油圧装置、２１…本体部、２２…スプール弁、２３…高圧側ポート（第１の圧力ポート）、２４…低圧側ポート（第２の圧力ポート）、２６…流路部、２３ａ…第１の開口、２４ａ…第２の開口、２７…第１の弁部、２８…第２の弁部、２９…軸部、２７ａ…第１の連結端面、２７ｂ…第１の圧力付与面、２８ａ…第２の連結端面、２８ｂ…第２の圧力付与面、３１…第１の圧力付与部、３２…第２の圧力付与部、３１ａ…第１の圧力伝達部、２６ｂ…第１の圧力室、２６ａ…流路本体部、２６ｃ…第２の圧力室、３２ａ…第２の圧力伝達部、３３…バネ（付勢部）、１００…建物。
【図１】
0006613182.tif 000002
【図２】
0006613182.tif 000003
【図３】
0006613182.tif 000004
【図４】
0006613182.tif 000005
【図５】
0006613182.tif 000006
【図７】
0006613182.tif 000007
【図８】
0006613182.tif 000008
【図９】
0006613182.tif 000009
【図１０】
0006613182.tif 000010
【図１１】
0006613182.tif 000011
【図１２】
0006613182.tif 000012
【図１３】
0006613182.tif 000013