(57)【要約】【課題】組付け後でも減衰力の調整が容易で、さらに外力に応じて摩擦減衰力を自動的に調整することを可能にして、常に適切な減衰制御を行うことを可能にした油圧式ダンパーを提供することを目的とする。【解決手段】軸方向に摺動自在に嵌合された軸部材２と筒部材３とが所定の流体抵抗（ストップ弁１１等）により衝撃が減衰して吸収されるように構成された油圧式ダンパー１において、前記軸部材２と筒部材３との間に加圧路Ｌ４からの加圧流体の供給を受けて、ロックスリーブ等の制限部材６を締め付け、筒部材３Ｂに対する軸部材２Ｃの締結嵌合度合いを増大させるように構成したことを特徴とするもので、油圧を利用したダンパー効果を発揮させつつ、加圧流体の供給を受けて軸部材と筒部材との間の摩擦力を調整して、摩擦による減衰力制御が可能となった。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に摺動自在に嵌合された軸部材と筒部材とが所定の流体抵抗により衝撃が減衰して吸収されるように構成された油圧式ダンパーにおいて、前記軸部材と筒部材との間に加圧流体の供給を受けて筒部材に対する軸部材の締結嵌合度合いを増大させるように構成したことを特徴とする油圧式摩擦力可変ダンパー。
【請求項２】
前記軸部材と筒部材との間に加圧流体の供給を受けて軸部材を締め付ける制限部材を配設したことを特徴とする請求項１に記載の油圧式摩擦力可変ダンパー。
【請求項３】
前記制限部材として、分割された複数個を軸方向に配列して構成したことを特徴とする請求項２に記載の油圧式摩擦力可変ダンパー。
【請求項４】
前記加圧流体の供給が、軸部材と筒部材との間の相対的な軸移動により生じた圧力上昇を導入してなされるように構成したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の油圧式摩擦力可変ダンパー。
【請求項５】
前記加圧流体の供給が、軸部材と筒部材との間の相対的な軸移動により生じた圧力上昇によって開弁するカウンタバランス弁の設定圧力を導入してなされるように構成したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の油圧式摩擦力可変ダンパー。
【請求項６】
軸部材を構成するピストン部により区画され筒部材を構成するシリンダ室間を連通する管路内にストップ弁あるいは絞り弁を設置したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の油圧式摩擦力可変ダンパー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸方向に摺動自在に嵌合された軸部材と筒部材とが所定の流体抵抗により衝撃が減衰して吸収されるように構成された油圧式ダンパーに関し、好適には地震等の急激な振動をすばやく減衰させる制振ダンパーに適用される。
【０００２】
【従来の技術】
地震等の急激な振動が発生した場合に、基礎に対する建物構造物や橋脚に対する橋梁等の振動を有効に減衰させるものとして制振ダンパーが使用されている。制振ダンパーとしては、従来から種々のものが提案されて使用されている。図３に示した第１従来例のものは、軸部材を構成するピストン部により区画されたシリンダ内の両側の油圧室間に連通するオリフィスを前記ピストン部に穿設した油圧式ダンパーで、ピストン部の軸方向移動により油がオリフィスを流れる際のピストン部前後に生じる圧力差が減衰力としてピストン部に作用する。ピストン・シリンダ型の油圧ダンパーは力の伝達が効率的で、車両用として多用される。
【０００３】
また、図４に示した第２従来例のものは、作動油が密封されたシリンダユニットと減衰力を発生させるバルブユニットと構造体への取付けのためのボールジョイントとで構成されたもので、作動原理は、建物等の構造体に振動が加わるとピストンロッドとシリンダとに軸方向の相対移動が生じ、作動油が外付け構成としたバルブユニットを通過して左右の圧力室間を移動する。その際にバルブユニット内に設置された調圧弁を押し出す流体抵抗を利用して減衰力を得るもので、建物や土木用ダンパーとして高剛性、高減衰力および高耐久性が得られる。
【０００４】
さらに、図５に示した第３従来例のものは、改良された摩擦型ダンパーに関するもので、外筒とロッドとの間の相対的軸移動の際のすべり摩擦抵抗を減衰力として用いるものである。摩擦力の調整に皿ばねと楔機構が採用される。皿ばねによりスラスト方向の予圧が付与され、楔機構を介して摺動子に外筒内周面への所定の摩擦力が得られる。かくして、油等の媒体を使用することなく、地盤側基礎に接続された外筒と上部構造物側基礎に接続されたロッドとの間に振動による軸方向の相対移動が生じると、軸方向の力は楔機構を介して径方向に変換されて外筒の内周面と摺動子との間に予圧によるものに加えて摩擦力が付与されて、振動が有効に減衰される。他に、制振ダンパーとしては、鋼棒のような弾塑性履歴エネルギー型、磁気粘性体を利用した速度比例型等がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の制振ダンパーにあって、前記第１従来例のピストン部にオリフィスを穿設した油圧式ダンパーでは、減衰力がオリフィスの径に依存して流量制御されるもので、安価ではあるものの、性能が固定されていた。また、前記第２従来例の調圧弁を用いた外付けバルブユニットを有する油圧式ダンパーでは、調圧弁による減衰力の調整を可能にして高剛性、高減衰力および高耐久性が得られることとなったものの、地震等による急激な振動（変位、力）が作用した場合でも、調圧弁にて設定された所定の減衰力による減衰制御がなされるのみで、効果的な減衰制御が充分になされなかった。さらに、前記第３従来例の改良された摩擦型ダンパーでは、油を用いることなく簡便な構成で、予圧付与等の機能により摩擦による減衰力の調整が可能であるものの、組付け後の減衰力の調整はダンパーを分解する必要があって面倒であった。また、前記鋼棒のような弾塑性履歴エネルギー型は復元性に不利であり、磁気粘性体を利用した油圧式ダンパーは高価であり実用性に乏しいものであった。
【０００６】
そこで、本発明では前述したような従来の制振ダンパーにおける諸課題を解決して、組付け後でも減衰力の調整が容易で、さらに外力に応じて摩擦減衰力を自動的に調整することを可能にして、常に適切な減衰制御を行うことを可能にした油圧式ダンパーを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため本発明は、軸方向に摺動自在に嵌合された軸部材と筒部材とが所定の流体抵抗により衝撃が減衰して吸収されるように構成された油圧式ダンパーにおいて、前記軸部材と筒部材との間に加圧流体の供給を受けて筒部材に対する軸部材の締結嵌合度合いを増大させるように構成したことを特徴とする。また本発明は、前記軸部材と筒部材との間に加圧流体の供給を受けて軸部材を締め付ける制限部材を配設したことを特徴とする。また本発明は、前記制限部材として、分割された複数個を軸方向に配列して構成したことを特徴とする。また本発明は、前記加圧流体の供給が、軸部材と筒部材との間の相対的な軸移動により生じた圧力上昇を導入してなされるように構成したことを特徴とする。また本発明は、前記加圧流体の供給が、軸部材と筒部材との間の相対的な軸移動により生じた圧力上昇によって開弁するカウンタバランス弁の設定圧力を導入してなされるように構成したことを特徴とする。また本発明は、軸部材を構成するピストン部により区画され筒部材を構成するシリンダ室間を連通する管路内にストップ弁あるいは絞り弁を設置したことを特徴とするもので、これらを課題解決のための手段とする。
【０００８】
【実施の形態】
以下、本発明の油圧式摩擦力可変ダンパーの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の油圧式摩擦力可変ダンパーの第１実施の形態を示す全体概念図および要部拡大図である。本発明の基本的な構成は、図１（Ａ）に示すように、軸方向に摺動自在に嵌合された軸部材２と筒部材３とが所定の流体抵抗により衝撃が減衰して吸収されるように構成された油圧式ダンパー１において、前記軸部材２と筒部材３との間に加圧流体の供給を受けて筒部材３（３Ｂ）に対する軸部材２（２Ｃ）の締結嵌合度合いを増大させるように構成したことを特徴とする。
【０００９】
以下に詳述する。油圧式ダンパー１は、それぞれが建物構造体等にヒンジ接続される軸部材２と筒部材３が互いに嵌合されて構成される。軸部材２は、軸方向の略中央部に形成された径大部からなるピストン部２Ｂとその両側の基部２Ａと先端部２Ｃとから構成され、筒部３は、前記ピストン２Ｂを収容するシリンダ部３Ｃと軸の先端部２Ｃに制限力を付与する加圧ロック部４である加圧部３Ｂと先端を収容する基部３Ａとから構成される。筒部材３における各部３Ａ、３Ｂおよび３Ｃは同径でもよいが、図示の例では、最も径の大きいシリンダ部３Ｃ、やや径の小さな基部３Ａおよび最も径の小さな加圧部３Ｂとから構成されている。
【００１０】
前記ピストン部２Ｂにより区画され筒部材を構成するシリンダ部３Ｃ内のシリンダ室７、８にそれぞれ第１開口部９および第２開口部１０が穿設され、これらの開口部９、１０に管路が接続される。これらの開口部９、１０からの流れのみを可能にする第１逆止弁１３および第２逆止弁１４を経て合流地点にカウンタバランス弁１２が配設される。前記合流地点から加圧路Ｌ４が前記筒部材３における加圧ロック部４に延びる。前記第１開口部９と第２開口部１０とはストップ弁１１を介して接続される。前記カウンタバランス弁１２の下流（図面上方）には第５逆止弁１８および絞り１９を介してアキュムレータ１７が配設され、カウンタバランス弁１２とアキュムレータ１７との合流地点の近傍には、前記第１開口部９および第２開口部１０への流れのみを可能とする第３および第４逆止弁１５および１６が配設される。
【００１１】
図１（Ｂ）に示すように、加圧路Ｌ４からの加圧流体の供給を受ける加圧ロック部４は、一体あるいは別部材から構成される径の最も小さな筒部材である加圧部３Ｂ内周の加圧室５と、さらに内周側に配置され軸部材の先端部２Ｃの外周に密接嵌合する鋼鉄製等の制限部材（ロックスリーブ）６とから構成される。好適にはロックスリーブ６は、分割された複数個を軸方向に配列して構成される。
【００１２】
以下に、本実施の形態のものの動作を説明する。前記ストップ弁１１を閉じた場合において、図１（Ａ）の白矢印のように外力が加わると、軸部材２に対して筒部材３が図面右方への軸移動により第１シリンダ室７内に圧力上昇を生じ、第１逆止弁１３を押し開けてカウンタバランス弁１２の前面を加圧すると同時に加圧路Ｌ４を介して加圧ロック部４における圧力室５を加圧して制限部材であるロックスリーブ６を縮径して軸部材２の先端部２Ｃを締め付けて所定の摩擦力が得られる。このとき、第２逆止弁１４は閉じている。外力が所定値を超えると、第１シリンダ室７内の圧力が設定された所定値に達してカウンタバランス弁１２を開く。すると、第３および第４逆止弁１５、１６を介して第１シリンダ室７と第２シリンダ室８とが連通して圧油の循環がなされる。これにより、圧力室５を加圧して得られた摩擦力は減少し、軸部材２に対して筒部材３が移動する。
【００１３】
過大な外力により急激な流量変化があった場合には、カウンタバランス弁１２を通過した流体は絞り１９により衝撃が吸収されつつアキュムレータ１７内に吸収される。外力の開放に伴って、蓄圧された流体はアキュムレータ１７から第５逆止弁１８を経て第１および第２シリンダ室７、８に戻る。また、前記アキュムレータ１７の配設は、該アキュムレータ１７からの所定の初期圧力の付与によって、第５逆止弁１８から、第３逆止弁１５、第１逆止弁１３および第４逆止弁１６、第２逆止弁１４を経て加圧路Ｌ４に伝達されて、イニシャルロックを付与することができる。かくして、ダンパー１は、シリンダ室７、８を検出部としてカウンタバランス弁１２の設定値に達するまで適正にコントロールされて、圧力にほぼ比例してロック圧（制限圧）を制御して摩擦による減衰力を自動的に制御することができる。カウンタバランス弁１２の設定値を変更すれば、加圧ロック部４の最大ロック制限圧を変更することができる。
【００１４】
前記ストップ弁１１を開放した場合は、カウンタバランス弁１２の開放の設定値以下で、第１開口部９と第２開口部１０を通じて所定の減衰値のダンパー動作がなされる。
＜実施例＞
カウンタバランス弁の設定圧力：　５００Ｋｇ／ｃｍ２　
シリンダ室７、８の受圧面積：　それぞれ　２０ｃｍ２　
加圧ロック機構　　　　　　　：　圧力５００Ｋｇ／ｃｍ２　にて、５ｔｏｎの保持力発生
ストローク　　　　　　　　　：　±２０ｃｍ
としたとき、
外力１０ｔが作用した場合、シリンダ室７の圧力　Ｐ１＝１０ｔｏｎ／２０ｃｍ２　＝５００Ｋｇ／ｃｍ２　となる。よって、Ｐ１＝５００Ｋｇ／ｃｍ２　により加圧ロック部４に５ｔｏｎの保持力が発生する。同時にカウンタバランス弁１２が開となり、シリンダ室７、８に圧油が連通し、与えられた保持力は減少する。外力の変位がストロークの７５％（１５ｃｍ＝２０×０．７５）とすると、消費エネルギーは、５ｔｏｎｆ×１５ｃｍ＝７５ｔｏｎｆ・ｃｍとなる。
【００１５】
図２は本発明の油圧式摩擦力可変ダンパーの第２実施の形態を示す全体概念図である。本実施の形態のものは、筒部材を構成するシリンダ部３Ｃにおけるシリンダ室７、８間を連通する管路内に絞り弁２０を設置したことを特徴とする。したがって、本実施の形態のものでは、絞り弁２０の開度を調整することで、外力の速度が絞り弁２０の設定流量以内では、絞り弁２０により減衰されつつシリンダ室７、８間を流体が流れて軸部材２と筒部材３とが相対軸移動する。外力の速度が絞り弁２０の設定流量を超えると、絞り弁２０の両側にてＰ１＞Ｐ２の圧力差が生じる。カウンタバランス弁１２の設定圧がＰ１のとき、カウンタバランス弁１２が開き、同時に加圧ロック部４に圧力Ｐ１に相当するロック制限圧が生じる。したがって、本実施の形態のものは、カウンタバランス弁１２と関連付けて絞り弁２０の流量に相当する外力の速度に感応させてロック制限圧を得ることができる。
【００１６】
以上、本発明の各実施の形態について説明してきたが、本発明の趣旨の範囲内で、軸部材および筒部材の形状、形式、それらの間の油圧式ダンパーとしての嵌合形態、加圧流体の供給を受けて筒部材に対する軸部材の締結嵌合度合いの増大形態（軸部材を締め付ける加圧ロックの他、軸部材を締付け勝手の制限部材をばね圧等による加圧流体の供給で拡開して軸動可能に構成した無圧ロックタイプのものを、外力の速度に応じて発生させた加圧流体の供給で無圧ロックを解除して軸部材を締め付けるように構成することもできる）、加圧流体の供給形態（外力の大きさあるいは速度をセンサー等により検出してそれらの大きさに応じて流体を加圧するように構成することもできる）、制限部材としてのロックスリーブの形状（分割された鋼鉄製の複数個を軸方向に配列して構成する他、１つの筒状の耐磨耗性樹脂部材あるいは分割されない１つの筒状の金属製部材等から構成されてもよい）、カウンタバランス弁の形状、形式およびその設定圧力の設定形態、主たる減衰部を構成してシリンダ室を区画するピストン部とシリンダ部との間の関連構成、ピストンにより区画されたシリンダ室間を連通する管路の形状、配設部位（外部配管の他、シリンダ部内に設置することもできる）、ストップ弁および絞り弁の形状、形式等については適宜採用が可能である。
【００１７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明してきたように本発明によれば、軸方向に摺動自在に嵌合された軸部材と筒部材とが所定の流体抵抗により衝撃が減衰して吸収されるように構成された油圧式ダンパーにおいて、前記軸部材と筒部材との間に加圧流体の供給を受けて筒部材に対する軸部材の締結嵌合度合いを増大させるように構成したことにより、油圧を利用したダンパー効果を発揮させつつ、加圧流体の供給を受けて軸部材と筒部材との間の摩擦力を調整して、摩擦による減衰力制御が可能となった。
【００１８】
また、前記軸部材と筒部材との間に加圧流体の供給を受けて軸部材を締め付ける制限部材を配設した場合は、加圧流体を導入して制限部材を締め付けるだけの簡便な方法で摩擦力の調整が可能となる。
さらに、前記制限部材として、分割された複数個を軸方向に配列して構成した場合は、分割された複数個の制限部材における各内周側端面のエッジ部が制限部材による軸部材の制動効果をより高めることができる。
さらにまた、前記加圧流体の供給が、軸部材と筒部材との間の相対的な軸移動により生じた圧力上昇を導入してなされるように構成した場合は、シリンダ部におけるシリンダ室等を検出部として、外力の速度あるいは大きさに応じて軸部材と筒部材との間の摩擦によるロック制限力を得ることができて、適正な減衰力制御がなされる。
【００１９】
また、前記加圧流体の供給が、軸部材と筒部材との間の相対的な軸移動により生じた圧力上昇によって開弁するカウンタバランス弁の設定圧力を導入してなされるように構成した場合は、カウンタバランス弁の設定値に達するまで適正にコントロールされて、圧力にほぼ比例してロック圧（制限圧）を制御して摩擦による減衰力を自動的に制御することができ、ダンパー自体の組付け後にても、カウンタバランス弁の設定値を変更して加圧ロック部の最大ロック制限圧を変更することが可能となる。
【００２０】
さらに、軸部材を構成するピストン部により区画され筒部材を構成するシリンダ室間を連通する管路内にストップ弁を設置した場合は、ストップ弁の開弁により軸部材と筒部材とが通常のダンパー動作を行い、ストップ弁の閉弁によりカウンタバランス弁の設定値に達するまで適正にコントロールされて、圧力にほぼ比例してロック圧（制限圧）を制御して摩擦による減衰力を自動的に制御することができる。
さらにまた、軸部材を構成するピストン部により区画され筒部材を構成するシリンダ室間を連通する管路内に絞り弁を設置した場合は、カウンタバランス弁と関連付けて絞り弁の流量に相当する外力の速度に感応させてロック制限圧を得ることができる。
かくして、本発明によれば、組付け後でも減衰力の調整が容易で、さらに外力に応じて摩擦減衰力を自動的に調整することを可能にして、常に適切な減衰制御を行うことを可能にした油圧式ダンパーが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の油圧式摩擦力可変ダンパーの第１実施の形態を示す全体概念図および要部拡大図である。
【図２】本発明の油圧式摩擦力可変ダンパーの第２実施の形態を示す全体概念図である。
【図３】従来のオリフィス型油圧式ダンパーの要部断面図である。
【図４】従来の改良された油圧式ダンパーの全体断面図である。
【図５】従来の摩擦型ダンパーの全体断面図である。
【符号の説明】
１・・・・ダンパー
２・・・・軸部材
２Ａ・・・・基部
２Ｂ・・・・ピストン部
２Ｃ・・・・先端部
３・・・・筒部材
３Ａ・・・・基部
３Ｂ・・・・加圧部
３Ｃ・・・・シリンダ部
４・・・・加圧ロック部
５・・・・加圧室
６・・・・制限部材（ロックスリーブ）
７・・・・第１シリンダ室
８・・・・第２シリンダ室
９・・・・第１開口部
１０・・・・第２開口部
１１・・・・ストップ弁
１２・・・・カウンタバランス弁
１３・・・・第１逆止弁
１４・・・・第２逆止弁
１５・・・・第３逆止弁
１６・・・・第４逆止弁
１７・・・・アキュムレーター
１８・・・・第５逆止弁
１９・・・・絞り
２０・・・・絞り弁
Ｌ４・・・・加圧路
【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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