JP2016161081A - ダンパ、建築物の制振構造 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、外界の温度変化に応じて膨張、収縮するオイルの体積変化に伴って油室の容積を変化させることができ、しかも、油室の容積が変化する際にピストンが移動する距離を小さくすることができる新規なダンパ、及びこのダンパが備えられてなる建築物の制振構造を提供することを目的とする。
【解決手段】 ダンパ１の油室３を、シリンダ２の内壁と、前記シリンダ２の内壁に沿って摺動可能となされた第一端壁３１と、第二端壁３２と、によって形成し、前記第一端壁３１を前記油室３内に向かって付勢する第一付勢装置６と、前記第二端壁３２を前記油室３内に向かって付勢する第二付勢装置７と、によって、前記第一端壁３１と、前記第二端壁３２とを弾性的に支持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、機械構造や建築物の振動を減衰するためのダンパ、及び、このダンパが備えられてなる建築物の制振構造に関する。

「ショックアブソーバ」とも称されるダンパは、主として、機械構造や建築物の振動を減衰するために用いられる機械要素である。

図７に示すように、従来の一般的なダンパ１１は、シリンダ２と、前記シリンダ２内に形成された油室３と、前記油室３を、第一油室３１０と第二油室３２０との二室に仕切るようにして配されたピストン４と、前記ピストン４に連結されたロッド５と、を具備する。このダンパ１１は、前記ピストン４の進退に応じて、前記ピストン４に設けられた一ないし複数のオリフィス路（４１、４２）を通じて、前記第一油室３１０と前記第二油室３２０との間でオイルが移動し、もって、前記ロッド５に加えられた負荷を減衰する仕組みとなされている。

しかしながら、係る構造のダンパ１１は、前記油室３を構成する両端壁（３１１、３１２）が前記シリンダ２の内壁に固定されて、前記油室３の容積が不変となされているため、外界の温度変化に応じて膨張、収縮するオイルの体積変化に追随することができない。そのため、外界の温度変化に起因するオイル漏れや、減衰特性の変化を生じる場合があった。

この点につき、最近では、油室を構成する端壁の一方を、シリンダの軸方向に沿って移動自在とすることによって、油室の容積が変化し得るようになされたダンパが開発されている（例えば、下記特許文献１参照。）。

特許第５６２０５９６号公報

図８に、前記特許文献１に開示されたダンパ１２の構造を示す。このダンパ１２は、一対の端壁（３１１、３１２）のうちの一方の端壁３１２をシリンダ２の軸方向に沿って移動自在となし、前記端壁３１２を油室３内に向かって付勢する予圧室８を前記端壁３１２に隣接させた構造を有する。即ち、前記ダンパ１２は、前記端壁３１２を前記予圧室８によって弾性的に支持することによって、オイルの膨張、収縮に応じて前記油室３の容積が変化し得るようになされたものである。

しかしながら、前記ダンパ１２には、ピストン４に設けられたオリフィス路（４１、４２）に、ピストンバルブが（４１１、４２１）備えられており、前記ピストンバルブ（４１１、４２１）は、前記ピストン４の移動速度が所定値以下の場合に閉じられた状態を維持するように設計されている。

そのため、外界の温度変化に応じて比較的ゆっくりと膨張、収縮するオイルの体積変化では、前記ピストンバルブ（４１１、４２１）を開くことができず、その結果、オイルの体積変化に伴い、前記ピストン４が進退することになる。

前記ピストン４の進退に応じて前記ロッド５が伸縮すると、例えば、このダンパ１２を建築物に対して取り付けた場合、季節変化に起因する温度変化に応じて生じる前記ロッド５の伸縮が、前記建築物に対し継続的な負荷を与えることになる。

本発明は前記技術的課題に鑑みて開発されたものであり、外界の温度変化に応じて膨張、収縮するオイルの体積変化に伴って油室の容積を変化させることができ、しかも、油室の容積が変化する際にピストンが移動する距離を小さくすることができる新規なダンパ、及びこのダンパが備えられてなる建築物の制振構造を提供することを目的とする。

前記技術的課題を解決するために、本発明のダンパは、シリンダと、前記シリンダ内に形成された油室と、前記油室を、第一油室と第二油室との二室に仕切るようにして配されたピストンと、前記ピストンに連結されたロッドと、を具備してなり、前記ピストンの進退に応じて、前記ピストンに設けられた一ないし複数のオリフィス路を通じて、前記第一油室と前記第二油室との間でオイルが移動し、もって、所定の減衰力が発現するようになされたダンパであって、前記油室が、前記シリンダの内壁と、前記第一油室側の端壁となる第一端壁と、前記第二油室側の端壁となる第二端壁と、によって囲まれて形成されてなり、前記第一端壁及び前記第二端壁が、いずれも前記シリンダの内壁に沿って摺動可能な状態となされ、前記第一端壁を前記油室に向かって付勢する第一付勢装置と、前記第二端壁を前記油室に向かって付勢する第二付勢装置と、によって、前記第一端壁と、前記第二端壁とが、弾性的に支持されてなることを特徴とする（以下、「本発明ダンパ」と称する。）。

本発明ダンパにおいては、前記第一付勢装置が、前記第一端壁に隣接して設けられた第一空間に配された弾性体、又は、前記第一空間に充填された圧縮ガスによって、付勢力を発現するようになされ、前記第二付勢装置が、前記第二端壁に隣接して設けられた第二空間に配された弾性体、又は、前記第二空間に充填された圧縮ガスによって、付勢力を発現するようになされたものが好ましい態様となる。

本発明ダンパにおいては、前記弾性体が、ばね、又は、ゴム弾性体であるものが好ましい多様となる。

本発明ダンパにおいては、前記オリフィス路に、オイルの移動方向を規制するピストンバルブが設けられてなるものが好ましい態様となる。

前記本発明ダンパを用いた本発明の建築物の制振構造は、建築物の一の構成要素に対し、前記シリンダが取り付けられると共に、前記建築物の他の構成要素に対し、前記ロッドが取り付けられてなることを特徴とする（以下、「本発明構造」と称する。）。

本発明によれば、外界の温度変化に応じて膨張、収縮するオイルの体積変化に伴って油室の容積を変化させることができ、しかも、油室の容積が変化する際にピストンが移動する距離を小さくすることができる。

図１は、実施形態１に係る本発明ダンパを断面状態で示す側面図である。 図２（ａ）は、オイル膨張時における前記本発明ダンパの動作を断面状態で示す側面図であり、図２（ｂ）は、オイル収縮時における前記本発明ダンパの動作を断面状態で示す側面図である。 図３は、前記本発明ダンパを備えた本発明構造を示す斜視図である。 図４は、実施形態２に係る本発明ダンパを断面状態で示す側面図である。 図５は、実施形態３に係る本発明ダンパを断面状態で示す側面図である。 図６は、実施形態４に係る本発明ダンパを断面状態で示す側面図である。 図７は、従来の一般的なダンパを断面状態で示す側面図である。 図８は、特許文献１に開示されたダンパを断面状態で示す側面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

［実施形態１］
＜本発明ダンパ１＞
図１に、実施形態１に係る本発明ダンパ１を示す。この本発明ダンパ１は、シリンダ２と、油室３と、ピストン４と、ロッド５と、を具備してなり、更に、第一付勢装置６と、第二付勢装置７と、を具備する。

‐シリンダ２‐
前記シリンダ２は、アウターチューブ２１と、シリンダチューブ２２と、アウターチューブカバー２３と、を具備する。

前記アウターチューブ２１は、有底円筒状の全体形状を有する。前記アウターチューブ２１内は、開口端側の内径が、底部側の内径より大きくなるように、中程に段差２１１が設けられている。

前記シリンダチューブ２２は、内壁面が円滑となされた円筒体である。前記シリンダチューブ２２は、前記アウターチューブ２１の開口端から前記アウターチューブ２１内に挿入され、端部が前記段差２１１に当接する位置に配置されている。即ち、前記シリンダチューブ２２の内面は、前記シリンダ２の内壁を構成する。

前記アウターチューブカバー２３は、前記アウターチューブ２１の開口端を封止すると共に、前記シリンダチューブ２２を支持するための蓋部材である。なお、前記アウターチューブカバー２３の内側面の中央部には、凹部２３１が設けられている。

‐油室３‐
前記油室３は、前記シリンダ２の内壁と、第一端壁３１と、第二端壁３２と、によって囲まれて形成されている。又、前記油室３内は、オイルによって満たされている。

前記第一端壁３１及び前記第二端壁３２は、いずれも、前記シリンダ２の内径と同一の外径を有してなり、互いに一定の間隔を空けた状態で、前記シリンダ２内に嵌合されている。又、前記第一端壁３１及び前記第二端壁３２には、外周面に沿って溝部（３１１、３２１）が設けられ、前記溝部（３１１、３２１）にＯリング（３１２、３２２）が嵌められている。即ち、前記第一端壁３１及び前記第二端壁３２は、前記Ｏリング（３１２、３２２）によって、前記油室３の密封性を維持しつつ、前記シリンダ２の内壁に沿って、摺動可能となる仕組みとなされている。

‐ピストン４‐
前記ピストン４は、前記油室３を、第一油室３１０と第二油室３２０との二室に仕切るようにして配されている。前記ピストン４には、厚み方向に沿って貫通する二つのオリフィス路（４１、４２）が設けられている。又、各オリフィス路（４１、４２）には、それぞれピストンバルブ（４１１、４２１）が設けられており、一のオリフィス路４１に許容されるオイルの流れる方向と、他のオリフィス路４２に許容されるオイルの流れる方向とが、互いに反対になるようになされている。

又、前記ピストンバルブ（４１１、４２１）は、前記ピストン４の移動速度が所定値以下の場合には閉じられた状態を維持し、前記ピストン４の移動速度が所定値以下の場合には開かれるように設計されている。

‐ロッド５‐
前記ロッド５は、棒状の全体形状を有する。前記ロッド５は、前記アウターチューブカバー２３、前記第一端壁３１、前記ピストン４、及び、前記第二端壁３２を順に貫通して、前記シリンダ２内に挿入されている。

前記アウターチューブカバー２３、前記第一端壁３１、前記ピストン４、及び、前記第二端壁３２を貫通する前記ロッド５は、前記ピストン４のみに対して固定状態で連結されており、前記アウターチューブカバー２３、前記第一端壁３１、及び、前記第二端壁３２に対しては、それぞれオイルシール（２３２、３１３、３２３）を介して密封状態を維持した状態で摺動可能となされている。

‐第一付勢装置６‐
前記第一付勢装置６は、前記第一端壁３１を前記油室３の内方向に向かって付勢するための要素である。前記第一付勢装置６によって、前記第一端壁３１は、弾性的に支持されている。

本実施形態において、前記第一付勢装置６は、前記アウターチューブカバー２３に設けられた凹部２３１と、前記第一端壁３１の端面とによって囲まれた第一空間６１に配された弾性体（ゴムや高反発ウレタン等のゴム弾性体）６２によって形成されている。

‐第二付勢装置７‐
前記第二付勢装置７は、前記第二端壁３２を前記油室３の内方向に向かって付勢するための要素である。前記第二付勢装置７によって、前記第二端壁３２は、弾性的に支持されている。

本実施形態において、前記第二付勢装置７は、前記アウターチューブ２１の底部側に形成された第二空間７１に配された弾性体（ばね）７２によって形成されている。

＜本発明ダンパ１の動作＞
前記構成を有する本発明ダンパ１は、前記ピストン４の進退に応じて、前記ピストン４に設けられたオリフィス路（４１、４２）を通じて、前記第一油室３１０と前記第二油室３２０との間でオイルが移動し、もって、所定の減衰力が発現するようになされたものである。

‐オイル膨張時の動作‐
図２（ａ）に、オイル膨張時における本発明ダンパ１の動作を示す。外界の温度が上昇すると、前記油室３内に存するオイルが膨張する。外界の温度変化に応じて比較的ゆっくりと膨張するオイルの体積変化では、前記ピストンバルブ（４１１、４２１）を開くことができないため、前記第一油室３１０内に存するオイルは、膨張しながら、前記第一付勢装置６によって弾性的に支持されている前記第一端壁３１に対し、前記アウターチューブ２１の開口端側に向かって押し込む圧力を与える。この際、前記第一付勢装置６を構成する弾性体６２が弾性変形するため、弾性変形によって生じる反発力と、前記オイルの膨張によって生じる圧力とが等しくなるまで前記第一端壁３１の移動が許容される。

一方、前記第二油室３２０内に存するオイルは、膨張しながら、前記第二付勢装置７によって弾性的に支持されている前記第二端壁３２に対し、前記アウターチューブ２１の底部側に向かって押し込む圧力を与える。この際、前記第二付勢装置７を構成する弾性体７２が弾性変形するため、弾性変形によって生じる反発力と、前記オイルの膨張によって生じる圧力とが等しくなるまで前記第二端壁３２の移動が許容される。

‐オイル収縮時の動作‐
図２（ｂ）にオイル収縮時における本発明ダンパ１の動作を示す。外界の温度が下がると、前記油室３内に存するオイルは収縮する。前記第一油室３１０内に存するオイルが収縮すると、前記第一付勢装置６によって弾性的に支持されている前記第一端壁３１が、前記油室３の内方向に向かって移動し、前記オイルの体積変化に応じて、前記第一油室３１０の容積が減じられる。

一方、前記第二油室３２０内に存するオイルが収縮すると、前記第二付勢装置７によって弾性的に支持されている前記第二端壁３２が、前記油室３の内方向に向かって移動し、前記オイルの体積変化に応じて、前記第二端壁３２の容積が減じられる。

これにより、外界の温度変化に応じて膨張、収縮するオイルの体積変化に伴って前記油室３の容積を変化させることができる。しかも、前記第一端壁３１及び前記第二端壁３２の双方の移動によって、前記油室３の容積が変化するため、前記油室３の容積が変化する際に前記ピストン４が移動する距離を小さくすることができる。

＜本発明構造１０＞
図３に、前記本発明ダンパ１を備えた本発明構造１０を示す。この本発明構造１０は、前記建築物Ｂの一の構成要素（例えば、柱）Ｂ１に対し、第一取付金具Ｆ１を介して、前記ロッド５が取り付けられると共に、前記建築物Ｂの他の構成要素（例えば、梁）Ｂ２に対し、第二取付金具Ｆ２を介して、前記シリンダ２が取り付けられてなる構造物である。

前記本発明ダンパ１を備えた本発明構造１０は、地震発生時に前記建築物Ｂに与えられる振動が前記本発明ダンパ１によって減衰され、前記建築物Ｂに与えられる負荷が軽減される。

又、外界の温度変化によって前記油室３内のオイルが膨張、収縮しても、前記ピストン４の移動が制限されているため、前記ピストン４に連結されている前記ロッド５の伸縮幅が小さくなり、もって、前記建築物Ｂに与えられる負荷が小さくなる。

［実施形態２］
図４に、実施形態２に係る本発明ダンパ１を示す。この本発明ダンパ１は、シリンダ２と、油室３と、ピストン４と、ロッド５と、を具備してなり、更に、第一付勢装置６と、第二付勢装置７と、を具備する。

本実施形態に係る本発明ダンパ１は、前記第一付勢装置６につき、前記第一端壁に隣接する前記第一空間６１に配された弾性体（ゴム弾性体）６２によって形成する一方で、前記第二付勢装置７についても、前記第二端壁３２に隣接する前記第二空間７１に配された弾性体（ゴム弾性体）７２によって形成している点において、前記実施形態１に係る本発明ダンパ１と異なる。

本実施形態に係る本発明ダンパ１のように、前記第一付勢装置６及び前記第二付勢装置７に付勢力を発現させる要素を共に「ゴム弾性体」としても、外界の温度変化に応じて膨張、収縮するオイルの体積変化に伴って前記油室３の容積を変化させることができる。又、前記第一端壁３１及び前記第二端壁３２の双方の移動によって、前記油室３の容積が変化するため、前記油室３の容積が変化する際に前記ピストン４が移動する距離を小さくすることができる。

その余は、前記実施形態１において説明した事項と同様のため、繰り返しの説明を避けるべく、ここでは説明を省略する。

［実施形態３］
図５に、実施形態３に係る本発明ダンパ１を示す。この本発明ダンパ１は、シリンダ２と、油室３と、ピストン４と、ロッド５と、を具備してなり、更に、第一付勢装置６と、第二付勢装置７と、を具備する。

本実施形態に係る本発明ダンパ１は、前記第一付勢装置６につき、前記第一端壁に隣接する前記第一空間６１に配された弾性体（ばね）６２によって形成する一方で、前記第二付勢装置７についても、前記第二端壁３２に隣接する前記第二空間７１に配された弾性体（ばね）７２によって形成している点において、前記実施形態１に係る本発明ダンパ１と異なる。

本実施形態に係る本発明ダンパ１のように、前記第一付勢装置６及び前記第二付勢装置７に付勢力を発現させる要素を共に「ばね」としても、外界の温度変化に応じて膨張、収縮するオイルの体積変化に伴って前記油室３の容積を変化させることができる。又、前記第一端壁３１及び前記第二端壁３２の双方の移動によって、前記油室３の容積が変化するため、前記油室３の容積が変化する際に前記ピストン４が移動する距離を小さくすることができる。

その余は、前記実施形態１において説明した事項と同様のため、繰り返しの説明を避けるべく、ここでは説明を省略する。

［実施形態４］
図６に、実施形態３に係る本発明ダンパ１を示す。この本発明ダンパ１は、シリンダ２と、油室３と、ピストン４と、ロッド５と、を具備してなり、更に、第一付勢装置６と、第二付勢装置７と、を具備する。

本実施形態に係る本発明ダンパ１は、前記第一付勢装置６につき、前記第一端壁に隣接する前記第一空間６１に充填された圧縮ガス（Ｐ１）によって形成する一方で、前記第二付勢装置７についても、前記第二端壁３２に隣接する前記第二空間７１に充填された圧縮ガス（Ｐ２）によって形成している点において、前記実施形態１に係る本発明ダンパ１と異なる。

本実施形態に係る本発明ダンパ１のように、前記第一付勢装置６及び前記第二付勢装置７に付勢力を発現させる要素を「圧縮ガス」としても、外界の温度変化に応じて膨張、収縮するオイルの体積変化に伴って前記油室３の容積を変化させることができる。又、前記第一端壁３１及び前記第二端壁３２の双方の移動によって、前記油室３の容積が変化するため、前記油室３の容積が変化する際に前記ピストン４が移動する距離を小さくすることができる。

その余は、前記実施形態１において説明した事項と同様のため、繰り返しの説明を避けるべく、ここでは説明を省略する。

なお、本発明は、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施することができる。そのため、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。更に、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、すべて本発明の範囲内のものである。

本発明は、機械構造や建築物の振動を減衰するためのダンパとして、好適に用いられる。

１ 本発明ダンパ（ダンパ）
２ シリンダ
３ 油室
３１ 第一端壁
３１０ 第一油室
３２ 第二端壁
３２０ 第二油室
４ ピストン
５ ロッド
６ 第一付勢装置
６１ 第一空間
６２ 弾性体
７ 第二付勢装置
７１ 第二空間
７２ 弾性体
１０ 本発明構造
Ｂ 建築物

Claims (5)

1. シリンダと、前記シリンダ内に形成された油室と、前記油室を、第一油室と第二油室との二室に仕切るようにして配されたピストンと、前記ピストンに連結されたロッドと、を具備してなり、前記ピストンの進退に応じて、前記ピストンに設けられた一ないし複数のオリフィス路を通じて、前記第一油室と前記第二油室との間でオイルが移動し、もって、所定の減衰力が発現するようになされたダンパであって、
   前記油室が、前記シリンダの内壁と、前記第一油室側の端壁となる第一端壁と、前記第二油室側の端壁となる第二端壁と、によって囲まれて形成されてなり、
   前記第一端壁及び前記第二端壁が、いずれも前記シリンダの内壁に沿って摺動可能な状態となされ、
   前記第一端壁を前記油室内方向に向かって付勢する第一付勢装置と、前記第二端壁を前記油室内に向かって付勢する第二付勢装置と、によって、前記第一端壁と、前記第二端壁とが、弾性的に支持されてなることを特徴とするダンパ。
2. 請求項１に記載のダンパにおいて、
   前記第一付勢装置が、
   前記第一端壁に隣接して設けられた第一空間に配された弾性体、又は、前記第一空間に充填された圧縮ガスによって、付勢力を発現するようになされ、
   前記第二付勢装置が、
   前記第二端壁に隣接して設けられた第二空間に配された弾性体、又は、前記第二空間に充填された圧縮ガスによって、付勢力を発現するようになされたダンパ。
3. 請求項２に記載のダンパにおいて、
   前記弾性体が、ばね、又は、ゴム弾性体であるダンパ。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載のダンパにおいて、
   前記オリフィス路に、オイルの移動方向を規制するピストンバルブが設けられてなるダンパ。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載のダンパを用いた建築物の制振構造であって、
   前記建築物の一の構成要素に対し、前記シリンダが取り付けられると共に、
   前記建築物の他の構成要素に対し、前記ロッドが取り付けられてなることを特徴とする建築物の制振構造。
   

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