JP3793498B2 - 建築物用油圧式制震装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築物用油圧式制震装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地震や風等による建築物の揺れを低減させるために油圧式ダンパが用いられていた。
油圧式ダンパはシリンダ内にピストンを設けて、このシリンダ及びピストンロッドを建築物に固定する。シリンダ内には作動油が充填されており、建築物が揺れるとピストンの移動によりシリンダ内の作動油が圧縮され、外力に対する抵抗力が生じ、振動を減衰させる。（例えば特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−５４６７７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近は、シリンダの片側にピストンロッドが突出しており、そのピストンロッドをばね部材で付勢し、建築物に接触させ、建築物の振動を減衰させる片ロッド型の油圧式ダンパが用いられることもある。
このとき、振動の減衰力を最大限に働かせるためには、ピストンロッドの先端を確実に建築物に接触させる必要がある。
【０００５】
本発明は、このような問題を鑑みてなされたもので、その目的とするところは、油圧式ダンパのピストンロッドが建築物に確実に接触する建築物用油圧式制震装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するための本発明は、作動油が充填されたシリンダと、前記シリンダ内を移動するピストンと、一端が前記ピストンの片側に設けられ、他端が前記シリンダを介して外部に突出するように設けられたピストンロッドと、前記ピストンロッドの外部側の端部に設けられ、押し付け面と接触し、前記押し付け面に追従するように移動できる接触部材と、前記ピストンと前記ピストンロッドの間、もしくは前記ピストンと前記シリンダの間に設けられ、前記ピストンロッドを前記押し付け面に押圧するバネと、を具備することを特徴とする建築物用油圧式制震装置である。
【０００７】
本発明では、ピストンロッドのシリンダ外部に突出した端部、及び端部に設けられた接触部材が押し付け面、即ち建築物の表面に接触し、その押し付け面の動きに追従するように動く。
ここで、接触部材は球形等の凹面を有し、ピストンロッドの先端に設けられた凸面と接触しながら動き、押し付け面に接触を保ちつつ、押し付け面の動きに追従することができる。また、逆に、接触部材が凸面を有し、ピストンロッドの先端に設けられた凹面と接触しながら動いてもよい。
また、接触部材がある程度の範囲で自由に動くようにあそびを持たせてピストンロッドに取り付けられてもよい。
【０００８】
また、第２の発明は、作動油が充填されたシリンダと、前記シリンダ内を移動するピストンと、一端が前記ピストンの片側に設けられ、他端が前記シリンダを介して外部に突出するように設けられたピストンロッドと、前記ピストンロッドの外部側の端部に設けられ、押し付け面と接触し、前記押し付け面に対して滑動可能なヘッドと、前記ピストンと前記ピストンロッドの間、もしくは前記ピストンと前記シリンダの間に設けられ、前記ピストンロッドを前記押し付け面に押圧するバネと、を具備することを特徴とする建築物用油圧式制震装置である。
【０００９】
ここで、ヘッドの押し付け面側には、ベアリングが設けられる、或いは、二酸化モリブデン、テフロン（登録商標）、含油メタル、油といった固体潤滑材を塗布してもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る建築物用油圧式制震装置に用いる油圧式ダンパ１の概略構成図である。
【００１１】
図１に示す油圧式ダンパ１では、円筒状のシリンダ３内にピストン５が移動可能に設けられる。ピストン５の片面には、円柱状のピストンロッド７が設けられる。ピストンロッド７はシリンダ３を介して外部に突出している。このピストンロッド７の先端にはヘッダ１４が設けられる。
【００１２】
ピストンロッド７にはバネ取付部材４が設けられる。バネ取付部材４と、ピストンロッド７が突出する側のシリンダ３の表面との間には、ばね２が設けられる。ピストンロッド７の端部のヘッダ１４と接触部材１０は球面軸受機構を構成する。球面形状のヘッダ１４は接触部材１０に設けられた凹型の球面に接触し、所定の範囲で上下左右に動くことが可能である。
【００１３】
ばね２の伸力によりばね取付部材４が押されることによって、ピストンロッド７の端部に設けられる球形のヘッダ１４は、接触部材１０を押し付け面Ｒに押し付ける。ここで、押し付け面Ｒは、建築物の梁、柱、ブレース等の表面である。接触部材１０の押し付け面Ｒとの接触面Ｓ１は二酸化モリブデン等の固体潤滑被膜の焼付け処理等が行われており、接触部材１０が押し付け面Ｒの振動や傾斜に対し追従しつつ、接触を保つようにするものである。
【００１４】
ピストン５は、シリンダ３内を第１油室（ヘッド側油室）９と第２油室(ロッド側油室)１１に区分する。ここで、ロッド側とはピストン５に対してピストンロッド７が取り付けられた側であり、ヘッド側とはピストン５に対してピストンロッド７が取り付けられてない側である。シリンダ３、ピストン５、ピストンロッド７等は金属で構成される。
【００１５】
第１油室９や第２油室１１には作動油が充填される。
ピストン５内には、いくつかの流路が設けられ、その流路にリリーフ弁１５、チェック弁１７、オリフィス１９が設けられる。
【００１６】
チェック弁１７は、作動油が第２油室１１から第１油室９側に流れようとすると開き、作動油が第２油室１１から第１油室９側に流れることを許容するが、作動油が逆方向に流れようとすると閉じて、作動油の逆方向の流れを阻止する。すなわち、作動油はチェック弁１７を介して、図中Ｂ方向にのみ流れる。
【００１７】
リリーフ弁１５は、第１油室９内の作動油の圧力がリリーフ荷重を超えると開き、作動油が第１油室９側から第２油室１１側に流れることを許容する。そして、作動油が第１油室９側から第２油室１１側に流れることにより、第１油室９内の圧力が前述したリリーフ荷重より低くなるとリリーフ弁１５は閉じて、作動油が第１油室９側から第２油室１１側には流れなくなる。また、作動油が第２油室１１側から第１油室９側に流れようとする場合、リリーフ弁１５は閉じて、このような流れを阻止する。
【００１８】
従って、第１油室９の作動油の圧力がリリーフ荷重を超えている場合のみリリーフ弁１５は開き、作動油が図中Ｃ方向に流れる。
【００１９】
シリンダ３の第２油室１１側にアキュムレータ２１が設けられる。このアキュムレータ２１は、第２油室１１につながっている。
アキュムレータ２１は、第１油室９と第２油室１１の体積差を吸収する他、作動油の温度による体積変化を吸収する。すなわち、第２油室１１にはピストンロッド７が存在するので、そのピストンロッド７の分、第１油室９と第２油室１１には体積差がある。
【００２０】
次に、図１から図４を用いて、この油圧式ダンパ１による制震動作を説明する。建築物に対して地震力等が加わり、建築物が揺れた場合を想定する。
【００２１】
図１に示す状態で地震等により外力が加わり、ピストン５及びピストンロッド７が図中Ａ方向に移動しようとすると、第２油室１１内の作動油はチェック弁１７を介して第１油室９側に流れる。このとき、リリーフ弁１５は閉じており、リリーフ弁１５を介して作動油が第２油室１１から第１油室９に流れることはない。ピストンロッド７は、ばね２によってＡ方向に向かう力を受ける。
【００２２】
従って、図２に示すように、ピストン５及びピストンロッド７がロッド側に移動する。このとき、第２油室１１内の作動油はチェック弁１７を介して、第１油室９側に流れるので、第２油室１１内の作動油が圧縮されることはない。
【００２３】
図２の状態から、揺れの方向が逆転し、図３に示すように、ピストン５及びピストンロッド７がＤ方向に移動しようとする。このとき、チェック弁１７は閉じている。リリーフ弁１５は当初は閉じているので、ピストン５がＤ方向に移動すると、第１油室９内の作動油が圧縮される。
【００２４】
第１油室９内の作動油が圧縮されるので、ピストン５には、この作動油の圧縮力による反力が加わり、この力が外力を打ち消す方向に働くので振動が減衰する。
【００２５】
ピストン５がＤ方向に更に移動する速度が増すと、第１油室９内の作動油が更に圧力が上がり、第１油室９内の作動油の圧力がリリーフ荷重を超えるので、リリーフ弁１５が開き、第１油室９側から第２油室１１側に作動油が流れる。
【００２６】
このように、ピストン５がＤ方向に移動すると、第１油室９内の作動油が圧縮されるので作動油からピストン５に反力が加わり、この反力が外力、即ち地震力による振動を打ち消す方向に働く。
【００２７】
即ち、ピストン５及びピストンロッド７がＤ方向に移動する場合には、第１油室９内の作動油の圧力はリリーフ弁１５で定められた一定値（リリーフ荷重）をほぼ保ち、第１油室９内の作動油が圧縮され、作動油からピストン５に対して反力が加わる。
【００２８】
ピストン５が図４に示す位置まで移動すると、ピストン５の移動方向が変わり、ピストン５及びピストンロッド７はＡ方向に移動する。第１油室９の作動油の圧縮分が開放されると、チェック弁１７は開き、第２油室１１から第１油室９側に作動油が流れる。以下、同様の動作を繰り返す。
【００２９】
このように、油圧式ダンパ１が建築物に取り付けられ、地震等により外力が加わると、図１から図４に示すように、ピストン５がＡ方向に移動する場合には、外力に対する対抗力は発生しないが、図３に示すように、ピストン５及びピストンロッド７がＤ方向に移動するときには、第１油室９内の作動油が圧縮されるので、ピストン５に反力が加わり、この反力は地震等の外力を打ち消す方向に働くので振動が減衰する。
【００３０】
なお、図３に示すように、ピストン５がＤ方向に移動する場合には、第1油室９内の作動油は圧縮されるが、オリフィス１９又は調圧弁を設けて第1油室９から第２油室１１側に作動油を流すことにより、第1油室９内の作動油の圧力が急上昇することを防止できる。ここで、調圧弁とは、建物の応答低減を最適に行うための減衰係数Ｃを一定に保つ弁を指す。
【００３１】
次に、図１から図４に示す油圧式ダンパ１が高層ビルに取り付けられる例について説明する。
図５は、この油圧式ダンパ１が取り付けられた高層ビル３１を示し、図６は、高層ビル３１への油圧式ダンパ１の取り付け部分の拡大図である。
【００３２】
高層ビル３１は、多数の梁３３と柱３５等を有する。図６に示すように、柱３５ａと梁３３ｂには柱側固定部材４７ａが、柱３５ｂと梁３３ｂには柱側固定部材４７ｂが設けられる。また、梁３３ａから下側斜め方向にブレース３７ａ、３７ｂが設けられる。ブレース３７ａ、３７ｂの端部４１ａ、４１ｂにはそれぞれ基台４９ａ、４９ｂが設置される。
【００３３】
基台４９ａには油圧式ダンパ１ａのシリンダ部分が固定され、油圧式ダンパ１ａのピストンロッド７ａの先端部、即ち図１に示す軸受機構部は、柱側固定部材４７ａに接触する。このとき、ピストンロッド７ａの先端部は、油圧式ダンパ１ａのばね２ａがばね取付部材４ａを押す力によって、柱側固定部材４７ａに接触する。即ち、油圧式ダンパ１ａは、そのばね２ａに適当なばね定数を有するばねを用いることによって、或いは、ばね２ａの伸縮力を適当に調節することによって、ロッド７の先端部が柱側固定部材４７に接触するように、ブレース３７ａの基台４９ａに容易に取り付けることができる。
【００３４】
同様に、基台４９ｂには油圧式ダンパ１ｂのシリンダ部分が固定され、油圧式ダンパ１ｂのピストンロッド７ｂの先端部は、柱側固定部材４７ｂに接触する。このとき、ピストンロッド７ｂの先端部は、油圧式ダンパ１ｂのばね２ｂがばね取付部材４ｂを押す力によって、柱側固定部材４７ｂに接触する。即ち、油圧式ダンパ１ｂは、そのばね２ｂに適当なばね定数を有するばねを用いることによって、或いは、ばね２ｂの伸縮力を適当に調節することによって、ブレース３７ｂの基台４９ｂに容易に取り付けることができる。
【００３５】
ここで、高層ビル３１に地震力等が加わった場合、梁３３、柱３５、ブレース３７ａ、３７ｂも振動するが、ばね２ａの働きによりピストンロッド７ａは、柱側固定部材４７ａとの接触を保持している。同様にばね２ｂの働きによりピストンロッド７ｂは、柱側固定部材４７ｂとの接触を保持している。
【００３６】
そして、高層ビル３１がＡ方向に移動する場合、油圧式ダンパ１ｂによる抵抗力がブレース３７ｂに加わり、高層ビル３１がＤ方向に移動する場合、油圧式ダンパ１ａによる抵抗力がブレース３７ａに加わり、高層ビル３１の振動が低減する。
【００３７】
尚、ピストンロッド７ａ、７ｂは建築物の地震変形に追従することが望ましい。この為、それぞれのばね２ａ、２ｂのばね定数を高層ビル３１等の建築物の応答にピストンロッド７ａ、７ｂが追従する程度のものとする。このとき、ピストンロッド７ａ、７ｂが柱側固定部材４７ａ、４７ｂと離間しないようにヘッダ１４及び接触部材１０が設けられる。
【００３８】
図７は地震力を受けて押し付け面Ｒが傾斜した際の油圧式ダンパ１のヘッダ１４部分の拡大図を示す。押し付け面Ｒは、例えば、図６に示す柱側固定部材４７の表面である。図７に示すように、ヘッダ１４はばね２の取付部材４を押す力によって押され、接触部材１０を押し付け面Ｒに押し付ける。このとき、接触部材１０の接触面Ｓ１が押し付け面Ｒに接触を保持しつつ、接触部材１０はヘッダ１４を軸に押し付け面Ｒの傾斜（振動）に追従して動く。
【００３９】
図８は、図７に示すＦ方向から接触部材１０とヘッダ１４を見た図である。原点Ｏは球形のヘッダ１４の中心である。接触部材１０は、ヘッダ１４を軸に、Ｘ軸に対して所定の範囲で回転し、Ｙ軸に対して所定の範囲で回転するという、少なくとも２自由度の動きを持つ。
【００４０】
次に、第２の実施の形態に係る油圧式ダンパ５１について説明する。図９は、油圧式ダンパ５１を示すもので、図１に示す油圧式ダンパ１と同一の構成要素には同一の番号を付し、説明を省略する。この油圧式ダンパ５１では、シリンダ３外に管等で流路５３及び５５を構成し、流路５３にリリーフ弁１５ａを設け、流路５５にチェック弁１７ａを設けたものである。流路５３、５５は第１油室９と第２油室１１とを連結する。
【００４１】
このように、リリーフ弁１５ａ、チェック弁１７ａをピストン５内に設けない構成とすることもできる。さらに、オリフィス１９もピストン５内に設けずに、シリンダ３外に流路を設け、その流路をオリフィスとすることもできる。
【００４２】
次に、第３の実施の形態に係る油圧式ダンパ８１について説明する。図１０は、油圧式ダンパ８１を示す図である。油圧式ダンパ８１は、図１に示す油圧式ダンパ１とばね１３の設置位置が異なる以外は、その構成要素と動作は同一である。この油圧式ダンパ８１を、油圧式ダンパ１と同様に高層ビルに設置すれば同様の制震効果が得られる。
【００４３】
尚、油圧式ダンパ８１を図５、図６に示す高層ビル３１に設置する場合、シリンダ３を高層ビルの梁や柱に固定し、ピストンロッド７の先端部をブレース３７に接触するように設置する。
【００４４】
次に、第４の実施の形態について説明する。図１１は、第４の実施の形態に係る軸受機構を示す図である。尚、図１１に示す構成要素において、図１に示す油圧式ダンパ１と同一の構成要素には同一の番号を付す。
【００４５】
図１１に示す軸受機構は、接触部材７０、取付部材７３、球面部材７４、押え板７５等から構成される。接触部材７０と球面部材７４はボルト等で結合される。取付部材７３は球面型の凹部を有し、ピストンロッド７とばね取付部材４に設置される。
【００４６】
取付部材７３の球面型凹部に球形部材７４が設置され、押え板７５によって押えられる。図１１に示すＦ方向から見た場合、接触部材７０と球面部材７４は、図８に示す接触部材１０と同様に、Ｘ軸に対して所定の範囲で回転し、Ｙ軸に対して所定の範囲で回転するという、少なくとも２自由度の動きを持つ。
【００４７】
接触部材７０と球面部材７４はばね２によって押され、接触部材７０の接触面Ｓ２は押し付け面Ｒに接触される。接触部材７０は自由度をもつことから、押し付け面Ｒとの接触を保ちつつ、押し付け面Ｒの傾斜（振動）に追従して動く。尚、接触面Ｓ２は二酸化モリブデン等の固体潤滑被膜の焼付け処理が行われており、押し付け面Ｒの動きに追従しやすく処理されている。
【００４８】
次に、第５の実施の形態について説明する。図１２は、第５の実施の形態に係る軸受機構を示す図である。尚、図１２に示す構成要素において、図１に示す油圧式ダンパ１と同一の構成要素には同一の番号を付す。
【００４９】
図１２に示す軸受機構は、接触部材８０、取付部材８３、ボルト８７等から構成される。取付部材８３は凹型曲面を有し、ピストンロッド７とばね取付部材４に設置される。接触部材８０は凸型曲面を有し、取付部材８３の凹型曲面にその凸型曲面が接触するように、ボルト８７によって取付部材８３に取り付けられる。
【００５０】
この際、ボルト８７のボルト穴はボルト８７の直径よりも少し大きい直径を有し、ボルト８７はあそびができるように取り付けられる。こうして接触部材８０は、図８に示す接触部材１０と同様に、Ｘ軸に対して所定の範囲で回転し、Ｙ軸に対して所定の範囲で回転するという、少なくとも２自由度の動きを持つ。
【００５１】
取付部材８３と接触部材８０はばね２によって押され、接触部材８０の接触面Ｓ３は押し付け面Ｒに接触される。接触部材８０は自由度をもつことから、押し付け面Ｒとの接触を保ちつつ、押し付け面Ｒの傾斜（振動）に追従して動く。尚、接触面Ｓ３は二酸化モリブデン等の固体潤滑被膜の焼付け処理が行われており、押し付け面Ｒの動きに追従しやすく処理されている。
【００５２】
尚、本願の実施の形態において、接触面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３には含油メタル、テフロン（登録商標）等を用いても良いし、油等を塗布してもよい。
【００５３】
次に、第６の実施の形態について説明する。図１３は第６の実施の形態に係る油圧ダンパ９１を示す図である。尚、図１３に示す構成要素において、図１に示す油圧式ダンパ１と同一の構成要素には同一の番号を付す。
【００５４】
ピストンロッド７の先端にはヘッド１１３が設けられる。ヘッド１１３において押し付け面Ｒに接触する表面にはベアリング１１１が設けられる。シリンダ３とばね取付部材４の間にはばね２が設けられる。ばね２の伸力によりばね取付部材４が押されることによって、ピストンロッド７の端部に設けられる球形のヘッド１１３は、押し付け面Ｒに押し付けられる。
【００５５】
ここで、ヘッド１１３に設けられたベアリング１１１によって、ヘッド１１３は押し付け面Ｒの振動や傾斜に対し追従しつつ、接触を保つことが可能となる。
【００５６】
図１４は第７の実施の形態に係るヘッド１２３を示す図である。例えば、図１３に示す油圧式ダンパ９１のピストンロッド７の先端に、ヘッド１２３を設け、押し付け面Ｒとの接触面にテフロン（登録商標）１２１を塗布しても、ヘッド１２３は押し付け面Ｒに接触し、その動きに追従するという効果が得られる。
【００５７】
尚、テフロン（登録商標）１２１の替わりに、含油メタル、二酸化モリブデン等の固体潤滑材を用いても良いし、表面に油等を塗布してもよい。
【００５８】
尚、第４の実施の形態から第７の実施の形態として説明した軸受機構、或いはヘッド機構は、図９に示す油圧式ダンパ５１、図１０に示す油圧式ダンパ８１に適用することが可能であり、同様の効果が得られる。
【００５９】
尚、本発明の技術適用範囲は、図５、図６に示す油圧式ダンパの設置方法に限られるものではなく、高層ビルだけでなく、建築物の層間又は建築物間に取り付けてもよい。
【００６０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明によれば、油圧式ダンパのピストンロッドを確実に建築物に接触させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 油圧式ダンパ１の概略構成図
【図２】 油圧式ダンパ１の動作を示す図
【図３】 油圧式ダンパ１の動作を示す図
【図４】 油圧式ダンパ１の動作を示す図
【図５】 高層ビル３１の概略構成図
【図６】 油圧式ダンパの取り付け部分の拡大図
【図７】 接触部材１０とヘッダ１４の拡大図
【図８】 接触部材１０の自由度を示す図
【図９】 油圧式ダンパ５１の概略構成図
【図１０】 油圧式ダンパ８１の概略構成図
【図１１】 軸受機構部の拡大図
【図１２】 軸受機構部の拡大図
【図１３】 油圧式ダンパ９１の概略構成図
【図１４】 ヘッド１２３を示す図
【符号の説明】
１、５１、８１、９１……油圧式ダンパ
２………ばね
３………シリンダ
５………ピストン
７………ピストンロッド
９………第１油室
１０………接触部材
１１………第２油室
１４………ヘッダ
１５………リリーフ弁
１７………チェック弁
１９………オリフィス
２１………アキュムレータ
３１………高層ビル
３３………梁
３５………柱
３７………ブレース

Claims (10)

1. 作動油が充填されたシリンダと、
   前記シリンダ内を移動するピストンと、
   一端が前記ピストンの片側に設けられ、他端が前記シリンダを介して外部に突出するように設けられたピストンロッドと、
   前記ピストンロッドの外部側の端部に設けられ、押し付け面と接触し、前記押し付け面に追従するように移動できる接触部材と、
   前記ピストンと前記ピストンロッドの間、もしくは前記ピストンと前記シリンダの間に設けられ、前記ピストンロッドを前記押し付け面に押圧するバネと、
   を具備することを特徴とする建築物用油圧式制震装置。
2. 前記ピストンロッドの端部と、前記接触部材は球面形状のジョイントを構成することを特徴とする請求項１記載の建築物用油圧式制震装置。
3. 前記接触部材は凹面を有し、前記ピストンロッドの端部に設けられた凸面と接触しながら動くことを特徴とする請求項２記載の建築物用油圧式制震装置。
4. 前記接触部材は凸面を有し、前記ピストンロッドの端部に設けられた凹面と接触しながら動くことを特徴とする請求項２記載の建築物用油圧式制震装置。
5. 前記接触部材は、前記押し付け面に対して摺動可能であることを特徴とする請求項１記載の建築物用油圧式制震装置。
6. 前記接触部材の押し付け面側には、ベアリングが設けられることを特徴とする請求項５記載の建築物用油圧式制震装置。
7. 前記接触部材の押し付け面側には、固体潤滑材を塗布することを特徴とする請求項５記載の建築物用油圧式制震装置。
8. 作動油が充填されたシリンダと、
   前記シリンダ内を移動するピストンと、
   一端が前記ピストンの片側に設けられ、他端が前記シリンダを介して外部に突出するように設けられたピストンロッドと、
   前記ピストンロッドの外部側の端部に設けられ、押し付け面と接触し、前記押し付け面に対して滑動可能なヘッドと、
   前記ピストンと前記ピストンロッドの間、もしくは前記ピストンと前記シリンダの間に設けられ、前記ピストンロッドを前記押し付け面に押圧するバネと、
   を具備することを特徴とする建築物用油圧式制震装置。
9. 前記ヘッドの押し付け面側には、ベアリングが設けられることを特徴とする請求項８記載の建築物用油圧式制震装置。
10. 前記ヘッドの押し付け面側には、固体潤滑材を塗布することを特徴とする請求項８記載の建築物用油圧式制震装置。

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