(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の充填されたシリンダと、該シリンダ内を貫通する可動ロッドと、該ロッドに取り付けられ前記シリンダ内を２つの部屋に仕切る隔壁と２つの部屋を絞り弁を介して連通させるバイパス路を備えたダンパーにおいて、前記絞り弁は電気的に制御可能な直動式可変絞り弁であり、前記ロッドにかかる外力を検出する力検出器と、この力検出器の出力を前記可変絞り弁にフィードバックするサーボ回路と、所定の荷重値を前記サーボ回路に設定する荷重値設定回路を備えるとともに、前記サーボ回路には前記力検出器の出力と荷重値設定信号との加算信号の逆数をとる除算器を含み、前記外力の大きさが変わっても前記ロッドで受ける荷重値が前記所定の荷重値となるよう前記除算器の出力に基づいて前記可変絞り弁を制御することを特徴とするダンパー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地震による揺れを小さくする耐震構造物に利用できるダンパー、あるいは、乗り物振動を抑制するためのダンパーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の一般的ダンパーは、図５に示すように、流体２２の充填された円筒形のシリンダ２１の中を貫通するようにロッド２３が通されている。ロッド２３はシリンダ２１の軸方向に動くことが可能であり、両端はシリンダ２１の外部まで出ているがシリンダ壁との間はシールされていて流体２２が漏れ出すことはない。このロッド２３にはシリンダ内を２つの部屋に分離する隔壁２４が固定されている。この隔壁２４はシリンダ２１の内壁に添う形をしており、シリンダ内壁と隔壁２４との隙間は十分狭く流体２２がこの隙間を流れることはない。シリンダ２１の左右の端同士をバイパス路２５がつないでおり、その途中に手動式の絞り弁２６が配置されている。この絞り弁２６は半固定的に使用されるものであり、適当な開度となるようにあらかじめ設定されている。
【０００３】
ロッド２３の端には外力を受ける板２７が設けられており、シリンダ２１が固定された状態で板２７に図の矢印の方向に外力Ｆがかかると、ロッド２３は隔壁２４とともにシリンダ内を図の右方向に移動するが、このときシリンダ内の右側の室内にあった流体２２はバイパス路２５を通ってシリンダ内の左側の室内に移動する。このときバイパス路２５は絞り弁２６によって小さな流量しか流れないようになっているから、流体２２の移動を妨げる抵抗となり、これが外力Ｆを緩和するダンピング力となる。外力Ｆが図と反対の左方向にかかった場合には、シリンダ内の左側室内にあった流体２２がバイパス路２５を通って右側室内に流れ、そのとき受ける抵抗が外力Ｆに対するダンピング力となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のダンパーにおいてはバイパス路に設けた弁は半固定的に設定するため、外力の大きさによってロッドおよび隔壁の動く速度が変わり、ダンパーの受ける力が変化する。外力が大きくロッドの動く速度が大きいときにはダンパーの受ける力は大きくなり、反対に、外力が小さくロッドの動く速度が小さいときにはダンパーの受ける力は小さくなる。したがって、外力が異常に大きいときにはダンパーの受ける力が非常に大きくなって、ダンパーそのものが破損する。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ダンパーで受ける力を外力の大きさに関わらず一定値以下としてダンパー自身の破損を防ぐことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、流体の充填されたシリンダと、該シリンダ内を貫通する可動ロッドと、該ロッドに取り付けられ前記シリンダ内を２つの部屋に仕切る隔壁と２つの部屋を絞り弁を介して連通させるバイパス路を備えたダンパーにおいて、前記絞り弁は電気的に制御可能な直動式可変絞り弁であり、前記ロッドにかかる外力を検出する力検出器と、この力検出器の出力を前記可変絞り弁にフィードバックするサーボ回路と、所定の荷重値を前記サーボ回路に設定する荷重値設定回路を備えるとともに、前記サーボ回路には前記力検出器の出力と荷重値設定信号との加算信号の逆数をとる除算器を含み、前記外力の大きさが変わっても前記ロッドで受ける荷重値が前記所定の荷重値となるよう前記除算器の出力に基づいて前記可変絞り弁を制御することを特徴とする。
【０００７】
本発明のダンパーでは、外力の大きさを力検出器によって検出し、検出された外力の大きさに応じてバイパス路に設けられた可動絞り弁を制御するようにしたので、外力の大きさに応じて流体がバイパス路を通過する際の抵抗が変化しダンピング力が適当に設定される。したがって、大きな外力がかかったとしてもダンパーそのものが破壊されることがない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は本発明のダンパーを示す図である。
【０００９】
円筒形のシリンダ１の中にオイルなどの流体２が充填され、その中を貫通するようにロッド３が通されている。ロッド３はシリンダ１の軸方向（図の左右方向）に動くことが可能であり、両端はシリンダ１の外部まで出ているがシリンダ壁との間はシールされていて流体２が漏れ出すことはない。このロッド３にはシリンダ内を２つの部屋に分離する隔壁４が固定されている。この隔壁４はシリンダ１の内壁に添う円盤形をしており、シリンダ内壁と隔壁４との隙間は十分狭く流体２がこの隙間を流れることはない。シリンダ１の左右の端同士をバイパス路５がつないでおり、その途中に電気的に制御可能な直動式絞り弁６が配置されている。この直動式絞り弁６はサーボアンプ１４からの信号によりその開度が可変であり、後述するように外力Ｆの大きさに応じて開度が自動的に制御される。
【００１０】
ロッド３の端には外力を受けその大きさを検出するロードセル（力検出器）７が設けられている。シリンダ１が固定された状態でロードセル７に図の矢印の方向に外力Ｆがかかると、ロッド３は隔壁４とともにシリンダ内を図の右方向に移動するが、このときシリンダ内の右側の室内にあった流体２はバイパス路５を通ってシリンダ内の左側の室内に移動する。このときバイパス路５は直動式絞り弁６によって小さな流量しか流れないようになっているから、流体２の移動を妨げる抵抗となり、これが外力Ｆを緩和するダンピング力となる。外力Ｆが図と反対の左方向にかかった場合には、シリンダ内の左側室内にあった流体２がバイパス路５を通って右側室内に流れ、そのとき受ける抵抗が外力Ｆに対するダンピング力となる。
【００１１】
ロードセル７の出力は、外力Ｆを電気的信号に変換し増幅するための荷重アンプ８および押す力と引く力を同等に扱うための絶対値回路９を通った後、設定信号１０と加算器１１によって加算（信号を反転すれば減算）される。この信号はアンプ１２によって適当に増幅され、除算器１３によって逆数がとられ、サーボアンプ１４を介して直動式絞り弁６に与えられる。ここで、設定信号１０の値をＳ、ロードセル７で検出された外力Ｆの絶対値をＬ、アンプ１２の増幅率（係数）をＫとすると、図１のＡ点における信号の大きさは
Ｋ（Ｓ−Ｌ）            …（１）
であり、Ｂ点における信号は
１／Ｋ（Ｓ−Ｌ）        …（２）
である。
【００１２】
図１のように構成すると、時間的に変動する外力に対してダンパーは所定の設定された荷重を発生して外力に対抗するようになる。外力Ｆが働いていない状態、すなわち、ダンパーが停止しているとき（ロッド３が停止しているとき）には、サーボアンプ１４への信号（Ｂ点）は１／ＫＳとなり、直動式絞り弁６は閉じている状態となる。次に外力Ｆが働きロードセル７によって荷重が検出されるとサーボアンプ１４への信号は１／Ｋ（Ｓ−Ｌ）となり、直動式絞り弁６は開く方向に動作し、外力が大きくなると直動式絞り弁６は全開状態となり、ダンパーはロードセル７で検出される荷重が出ない方向に動作する。
【００１３】
所定の荷重は設置信号１０の値として設定しておく。絶対値回路９は外力の働く方向が正と負と逆になっても正しく働くように、また、除算器１３は直動式絞り弁６の入力−荷重の反比例特性をキャンセルするために用いている。
【００１４】
図２に直動式絞り弁の特性図を示す。横軸は直動式絞り弁６への入力信号であり、直動式絞り弁６の開度はこの入力値に比例している。縦軸はロードセル７で検出される荷重（力）である。入力信号が大きいと直動式絞り弁６の開度が大きくなり、その結果荷重が小さくなる。すなわち、横軸の入力信号と縦軸の荷重とは反比例の関係となっている。
【００１５】
図３に示すグラフは、図１における設定信号１０の値とダンピング力との関係を示す一例である。ここで言うダンピング力とは、本発明のダンパーが外力に対抗して発生するほぼ一定の荷重のことである。上述した式（２）からも明らかなように、設定信号電圧を大きくするとダンピング力も大きくなる。
【００１６】
図４に示すグラフは、１Hzで振動する外力を与えたときの本発明ダンパーが外力に対抗して発生する荷重を測定した一例を示す図である。横軸はロッド３の移動量、縦軸はダンパーが発生する荷重であり、ａ〜ｆは６種類の設定信号１０の設定値を示すものである。それぞれの設定値に対して縦軸の荷重値がほぼ一定の値となっていること、および、設定値の設定変えに応じて一定となる荷重値が変化していることが明瞭に示されている。
【００１７】
【発明の効果】
本発明のダンパーは、外力の大きさあるいは負荷速度が変わっても、ダンパーで受ける荷重が一定の荷重になるよう制御することによって、外力のエネルギー吸収を任意の力で行うことができ、ダンパー自身の破損を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す図である。
【図２】本発明で使用する直動式絞り弁の特性を示す図である。
【図３】図１における設定信号の値とダンピング力との関係を示す一例である。
【図４】振動する外力を与えたときに本発明ダンパーが外力に対抗して発生する荷重を測定した一例を示す図である。
【図５】従来のダンパーの一例を示す図である。
【符号の説明】
１…シリンダ        ２…流体
３…ロッド          ４…隔壁
５…バイパス路      ６…直動式絞り弁
７…ロードセル      ８…荷重アンプ
９…絶対値回路      １０…設定信号
１１…加算器        １２…アンプ
１３…除算器        １４…サーボアンプ
【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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