KYB技報

第57号

2018―10

製品紹介

トリリニア型オイルダンパの開発
石１

原幸子

・中学

250km離れた苫小牧で石油タンクの火災被害が発生はじめにした．この頃から長周期地震動という言葉が一般社

地震による被害から人と建物を守るため，建築物はただ損傷・倒壊しないだけでなく，安心・安全な居住空間の確保や居住者の恐怖心を和らげることが非常に重要である．
地震に対する建築物の構造は，「耐震」，「制振」，「免震」に分けることができる．
「耐震」とは，建築物自体の粘りや強さで地震に耐える構造である．
「制振」とは，建築物の任意の階に制振装置（ダンパ等）を設置し，層間変位（各階のずれ）を抑え，建築物の変形を低減させる構造である．両者は建築物に伝わった地震力をいかに抑えることができるかが重要となる．
これに対して「免震」とは，地盤と建築物を絶縁させ，地盤から建築物に伝わる揺れを低減させる構造である．そのため，免震建築物は居住空間や居住者の安全性を高めることができる．

会に広がり，免震・制振構造の採用が広がった．
2011年に発生した東北地方太平洋沖地震（東日本大震災）により，長周期地震動への対策が強化されるようになった．今後起こりえる南海トラフ沿い巨大地震や内陸直下型地震等の大振幅地震動への対応が急務となっている中，免震用オイルダンパの需要も増え，要求性能も変化している．

表１
1923
1924
1948
1950
1964

２原

日本の地震と建築基準の歴史と免震の普及

日本は多くの巨大地震を経験し，そのたびに建築基準を改正している（表 １ ）．1948年に発生した福井地震を教訓に，1950年に初めて建築基準法が制定された．1964年の新潟地震では液状化が問題となり，1968年の十勝沖地震ではコンクリ－トのせん断破壊が起きた．この ２ つの地震を教訓に，1971年に建築基準法が改正された．1981年には震度 ７ でも倒壊・損傷しない新耐震基準が導入された．現在の耐震基準もこのときの改正を基にしており，これ以降に建てられた建物を新耐震基準と呼ぶ．1995年に発生した 兵庫県南部地震（阪神・淡路大震災）では，旧基準の建物に被害が集中し，新基準の建物は被害を免れたと言われている．また，当時 ２ 棟あった免震建築物が無傷であったことから免震建物が注目されるようになった．
2003年に発生した十勝沖地震では，震央から約― 45 ―

1968
1971

1978
1981
1995

2000
2003

2011
2016

日本の地震と建築基準法の変遷

関東大震災 M7.9
市街地建築物法改正
世界で初めての耐震基準の制定
福井地震 M7.1
壁の少ない建物に被害が集中
建築基準法制定（旧耐震）
必要な壁量を追加
新潟地震 M7.5
地盤の液状化
十勝沖地震 M7.9
鉄筋コンクリ－ト短柱化とせん断破壊
建築基準法改正
柱の補強規定の追加
コンピュ－タ解析による知見の反映
宮城県沖地震 M7.4
建築基準法改正
新耐震設計法の導入
兵庫県南部地震 M7.3
旧基準の建物に被害が集中
免震・制振構造が注目される
建築基準法改正
免震・制振構造の普及
十勝沖地震 M8.0
震源から200km以上離れた苫小牧で石油タンク火災被害
東北地方太平洋沖地震
M9.0
熊本地震 M6.5（前震）M7.3（本震）トリリニア型オイルダンパの開発

３

イルダンパと同様である．
オイルダンパは両端に取付けられる物体の相対変開発の背景

本報で紹介するトリリニア型オイルダンパは免震用オイルダンパであり，株式会社熊谷組様と共同開位に応じて伸縮する．ダンパが伸びてピストンが動くとA室の圧力が上昇し，伸び側の減衰バルブ（調発した速度依存型減衰係数可変オイルダンパである． 圧弁・リリーフバルブ）が開き，作動油がB室に流通常の免震用オイルダンパは速度によって減衰係数出する．この時の，減衰バルブを作動油が通過するの切り替わらないリニア特性か，切り替わりが １ 回際の油圧抵抗により発生したA室とB室の圧力差にのバイリニア特性のみであった．バイリニア特性は１ 次減衰係数と ２ 次減衰係数で構成されており， １次減衰係数領域では傾きを大きくして，低速で高減衰力を発生させることができる． ２ 次減衰係数領域
では，傾きを小さくして，オイルダンパの破損を防いでいる．
それに対し，本品は １ 次減衰係数を低速域と中速域に分け，減衰係数の切替わりが ２ 回のトリリニア特性になるようにした．今後想定される巨大地震に向けて，低速域では免震効果をより発揮できるように傾きを現行品よりも小さくし，中速域では建築物が擁壁に衝突することを回避できるように傾きが急激に大きくなる．
カヤバシステムマシナリー㈱（以下KSM）は，建設会社と共同で様々なオイルダンパを開発してきた．変位によって減衰係数を切り替えるオイルダンパとして，大成建設株式会社様との共同開発であるパッシブ変位切換型オイルダンパ（KYB技報第52号で紹介），清水建設株式会社様との共同開発品である可変減衰型オイルダンパ（KYB技報第55号で紹介）がある．変位依存型と速度依存型は建物構造設計者の判断によるものであり，どちらが良いと言えるものではない．
本開発品である速度依存型は，標準の免震ダンパよりピストン速度に応じた減衰力として作用する．
また，A室はB室よりピストンロッド分の作動油が少ないため，チェックバルブが開くことによりタンク室からB室へ作動油が補充される．
ダンパが縮む時，チェックバルブが閉じ，B室の圧力が上昇する．そして縮み側の減衰バルブ（調圧弁・リリーフバルブ）が開き，作動油がA室へ流出する．伸びる時同様，減衰バルブを作動油が通過する際の油圧抵抗により発生したA室とB室の圧力差によりピストン速度に応じた減衰力として作用する．
また，ピストンロッド体積分の余剰作動油はボトム側のシリンダに組み込まれている．減衰バルブ（調圧弁・リリーフバルブ）が開くことでタンク室へ流出する．

（BDS：Building Damper hi－Speed type）のバルブの構成部品を １ つ追加するだけで実現可能であったため，製作が容易で短期間での評価を行うことができた．

4

図１

5

免震用オイルダンパ概略図

減衰性能の確認試験

5. 1 設計仕様
本オイルダンパの設計仕様を表 ２ ，減衰力特性を開発ダンパの構造と作動原理

図 ２ に示す．標準品であるBDS120－B－ １ （最大力1000kN）は速度32cm/sで減衰係数を切り替える．

図 １ にトリリニア型オイルダンパの構造を示す．
免震用オイルダンパはインナーチュ－ブ，アウター
それに対し，本開発品は，速度60cm/s以下では傾チュ－ブ，ピストンロッド，ピストン，減衰バルブ， きを小さくし，速度60cm/sを超えて中速域に切り作動油から構成される．
替わると，減衰係数が大きくなる．100cm/sを超え
ピストンロッドとピストンは連結されており，イると，オイルダンパの破損を防ぐために傾きを極小
ンナーチュ－ブ内部の黄色部（A室・B室）に作動にし，力の増大を抑える．また，本特性値は，要求油が密閉されている．ピストンとボトム側のシリンダには減衰バルブ（調圧弁・リリーフバルブ）が組み込まれており，速度に応じて減衰力が発生する．
オイルダンパの構造はKSM標準品であるBDS型オ性能に応じて切替え速度を変更する計画である．

― 46 ―

KYB技報表２

低速減衰係数中速減衰係数高速減衰係数
切替力
切替速度リリーフ力
リリーフ速度
最大減衰力
最大速度第57号②切り替り位置確認試験

標準品と開発品の設計仕様比較

C11C12C2Fc
Vc
FrVr
Fmax
Vmax

kN/［cm/s］
2kN/［cm/s］
kN/［cm/s］
kN
cm/s
kNcm/skNcm/s標準品
BDS120-B-1
25.0―
1.695―
―
800
32
1000
150

2018―10切り替り速度とその前後での変化を確認する．
③周波数依存性確認試験
同速度の実験を複数の周波数で行い，依存性の有無を確認する．

開発品
6.67
0.11
2.0
400
60
1100
100
1200
150

5.3. 2 試験体
試験体はKSM保有の評価用ダンパを使用し，減衰バルブのみ製作して組み込む．ダンパ外観を図 ４に示す．
型式：BDS120

図４5.3. 3

図２

減衰力特性

5. 2 開発品のバルブ構成
本開発において，減衰係数が任意の速度地点で高くなるように切り替えることは技術的に難しいため，専用のバルブを開発した．調圧弁概略図を図 ３ に示す．本バルブはKYB保有特許（特第5466539号）を利用している．
具体的な構造は，ハウジング内部に規制部材を追加し，調圧弁が規定のストロ－ク量に達すると，規制部材とぶつかり，調圧弁の移動量を規制できることである．特許内容については，特許紹介を参照いただきたい．

試験体概略図加振条件

加振条件を表 ３ ～表 ５ に示し，計画特性プロットを図 ５ に示す．また，本試験は図 ６ に示すように正弦波加振とし，オイルダンパ取付長近傍を加振開始位置（中立位置）とする．各速度での減衰力を測定し，その値を評価する．なお，減衰力の計算値は式⑴～⑶より算出した値を用い，測定した力値との比較を行う．
（V<Vc）
⑴
F=C11・V（Vc≦V<Vr）
⑵
F=C12・V ２
F=Fr+C２ ・（V-Vr） （V≧Vr）
⑶
ここで，
C11	：低速時減衰係数［kN/［cm/s］］
C12	：中速時減衰係数［kN/［cm/s］２ ］
Fr ：リリーフ力［kN］
C２ ：高速時減衰係数［kN/［cm/s］］
V ：正弦波加振時速度［cm/s］
Vr ：リリーフ速度［cm/s］
Vc ：切替速度［cm/s］
F ：減衰力［kN］
表３

図３

低速域の加振条件
加振変位［mm］
速度［cm/s］

調圧弁の概略図

5. 3 試験概要
5.3. 1 試験内容
本試験では，下記項目について確認を行った．
①減衰力確認試験

周波数

周期［Hz］［s］

0.25

 弦波加振により，計画通りの減衰力－変位履歴
正図が得られるかを確認する．
（正弦波加振の説明は次頁図 ６ に記載）
― 47 ―

204055604127.3254.6350.1

382.00.5263.7127.3

175.1

191.0

0.75

1.33

42.4

84.9

116.7

127.3

1.0

1×63.787.5

95.5

トリリニア型オイルダンパの開発
表４

中速域の加振条件
加振変位［mm］
速度［cm/s］

周波数
［Hz］

周期［s］

65

80

9095

1000.25

4413.8

××××

0.5

2

206.9

254.6

286.5

302.4

318.3

0.75

1.33

137.9

169.8

191.0

201.6

212.2

1.0

1

103.5

127.3

143.2

151.2

159.2

表５

高速域の加振条件
加振変位［mm］

中央近傍に入っていることを確認した．
②切り替わり位置確認試験の結果
低 速から中速への切り替え速度である60cm/sと，中速から高速への切り替え速度（リリーフ速度）である100cm/sとその前後（±5cm/s）の検査ポ
イントにおいて，計画特性と一致した減衰力が発生しており，計画通りに特性が切り替わっていることを確認した．
③周波数依存性確認試験の結果
低 速と高速域での周波数依存性はほぼ見られなかった．中速域では周波数の影響が多少見られる

速度［cm/s］
周波数［Hz］

周期［s］

1051201401500.25

4××××0.52334.2

382.0

445.6

477.5

0.75

1.33

222.8

254.6

297.1

318.3

1.0

1167.1

191.0

222.8

238.7

図５

加振条件

図６

ものの，実運用時には免震建物の固有振動数が0.16から0.3Hz（周期 ３ ～ ６ 秒）であるため，実建物への影響は少ないと考える．

図７

低速域の減衰力－変位履歴曲線（0.5Hz）

図８

中速域の減衰力－変位履歴曲線（0.5Hz）

図９

高速域の減衰力－変位履歴曲線（0.5Hz）

計画特性プロット

正弦波波形の説明

5.3. 4 試験結果
周波数0.5Hzで加振した時の減衰力－変位履歴図を図 ７ ～図 ９ に示す．建築の場合，変位履歴図でダンパ特性を評価する．また，計画特性との比較をするため，速度と最大減衰力の関係をプロットしたグ
ラフを図10，図11に示す．
①減衰力確認試験
低 速域である20cm/s，40cm/s時では，低めにふれているが，その他の領域については，特性公差― 48 ―

KYB技報第57号

2018―106

まとめ

トリリニア型オイルダンパの原理試作品を製作し，減衰特性を確認し，実現可能であることを確認した．
本年度は製品化に向けて，量産型のオイルダンパの設計・試験を行い免震用部材としての大臣認定を申請し，来年度に認定取得予定である．本オイルダンパは，新築の免震建築物の大振幅地震動のみならず，既存の免震建築物の免震性能の向上にも寄与できることが期待される．

著

図10

伸び側の加振結果

図11

縮み側の加振結果

本製品の開発にあたって協力いただいた株式会社
熊谷組のご担当の皆様，社内各部門，関連協力業者の皆様に，深く感謝申し上げます．

者 石原

中原幸子

学

2015年入社．カヤバシステムマシ

1991年入社．カヤバシステムマシ

ナリー㈱三重工場技術部．KYB

ナリー㈱三重工場技術部専任部長．

事業開発推進部よりKSMへ転籍．

KYB岐阜南油機技術部設計室よオイルダンパ開発業務に従事．

りKSMへ転籍．オイルダンパ開発業務に従事．

― 49 ―