JP7133974B2 - 減衰機構 - Google Patents
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Description
また、オイルダンパが伸びたときの最大長さLmaxは、両端部のクレビス(ピン)取付け用寸法d,eもあるため、Lmax>c+2S>4S+a+b+d+eとなる。
現在、市販されている一般的な免震用オイルダンパでは、a+b+d+e≒0.8mとなるため、Lmax>4S+0.8となる。
このようなことから、現在市販されているオイルダンパのストロークは、1m以下とすることが多い。
前記回転部材は、前記第1構造体に支持され、前記第1方向に直交する方向に延びる第1回転軸線まわりに回転するとともに前記第1方向に延びる第2回転軸線まわりに回転しながら前記第2構造体に沿って転動可能に構成されていることを特徴とする。
そして、本発明では、油圧モータの連結管の内部に減衰弁が設けられていることにより、第1構造体と第2構造体とが相対変位した際の相対速度に比例した反力を生じる減衰機構とすることができ、第1構造体と第2構造体との相対変位を低減させることができる。
押しのけ容積(油圧モータが1回転したときに2つのポートから出入りする油量)V(m3)の油圧モータの2つのポート間に「圧力差Δpのとき流量qの作動油が通過する減衰弁」を設け、第1構造体と第2構造体との相対速度(下式ではxの上に・)相対変位x、相対変位を回転に変換する回転部材の半径R、回転部材を介して伝えられる力Fとすると、油圧モータのトルクT、回転数n、連結管に設けた減衰弁による減衰係数cp=ΔP/qとおくと、本発明は下式により減衰係数cをもつオイルダンパと等価になることがわかる。
このような構成とすることにより、第1方向に対向して設けられた第1構造体と第2構造体との第1方向に直交する平面に沿った方向の相対速度に比例した減衰力を得ることができる。
また、本発明に係る減衰機構では、前記油圧モータは、前記回転部材と同軸に設けられ、かつ前記回転部材に接続され、前記回転部材は、前記第2構造体と当接していてもよい。
また、本発明に係る減衰機構では、前記第1構造体および前記第2構造体が第1方向に対向して設けられ、前記第1方向に直交する一の直線に沿った第2方向に相対変位可能に構成され、前記回転部材は、前記第1構造体に固定された支持架台に前記第1方向および前記第2方向のそれぞれに直交する第3方向に延びる第1回転軸線まわりに回転可能に支持され、前記第1回転軸線まわりに回転しながら前記第2構造体に当接して、かつ前記第2構造体に沿って転動可能に構成されていてもよい。
このような構成とすることにより、第1方向に対向して設けられた第1構造体と第2構造体との第2方向の相対速度に比例した減衰力を得ることができる。
このような構成とすることにより、第1方向に対向して設けられた第1構造体と第2構造体との第1方向に直交する平面に沿った第2方向および第3方向の各々に対し相対速度に比例した減衰力を得ることができる。
このような構成とすることにより、互いに対向しない第1構造体と第2構造体の相対速度に比例した減衰力を得ることができる。
このような構成とすることにより、第1構造体と第2構造体との相対速度が増加して油圧モータの回転数に比例して作動油の流量が増大した場合でも、油圧モータの2つのポート間の圧力差が頭打ちされ(所定の値以下となり)、リリーフ特性(過負荷防止機能)を付与することができる。
以下、本発明の第1実施形態による減衰機構について、図1乃至図3に基づいて説明する。
図1および図2に示す第1実施形態による減衰機構1Aは、免震構造物11の免震層12に設けられている。免震層12は、上下方向に対向し一の水平方向(以下、X方向とする)に相対変位可能な上部構造体(第1構造体)13と下部構造体(第2構造体)14との間に設けられ、免震支承(不図示)が設置されている。第1実施形態では、上部構造体13と下部構造体14とは、X方向のみに相対変位可能に構成されている。
上部構造体13には、例えば、免震層12の上部の床スラブや梁を想定し、下部構造体14には、例えば免震層12の床スラブや梁を想定している。
上下方向に対向する上部構造体13の下面13aおよび下部構造体14の上面14aは、それぞれ水平面に形成され、互いに上下方向に離間している。
X方向に直交する水平方向をY方向とする。図面では上下方向を「Z」で示している。
支持架台2は、上部構造体13の下面13aから下側に突出していて、その下端部2aが下部構造体14と干渉しないように離間している。支持架台2は、上部構造体13とともに変位し、下部構造体14とX方向に相対変位可能に構成されている。
回転部材3の外周部には、下部構造体14との摩擦を増大させるゴムなどが設けられていてもよい。
モータ回転部材43が回転軸線43aまわりの一方側に回転すると、油室42の作動油41は、第1ポート44を介して油室本体部46から連結管47に流出し、第2ポート45を介して連結管47から油室本体部46に戻るように流動する。モータ回転部材43が回転軸線43aまわりの他方側に回転すると、油室42の作動油41は、第2ポート45を介して油室本体部46から連結管47に流出し、第1ポート44を介して連結管47から油室42に戻るように流動する。
これにより、上部構造体13と下部構造体14とが相対変位して、回転部材3が回転すると、回転部材3の回転がモータ回転部材43に伝達され、モータ回転部材43も回転するように構成されている。回転部材3とモータ回転部材43との間にギアを介して回転数を変えることもできるが、この場合もモータ回転部材43の回転速度は回転部材3の回転速度に比例している。
連結管47の内部を流れる作動油41の速度は、モータ回転部材43の回転速度に比例している。上述したように、モータ回転部材43の回転速度は、上部構造体13と下部構造体14との相対速度に比例した回転部材3の回転速度に比例している。このため、モータ回転部材43は、上部構造体13と下部構造体14との相対速度に比例した減衰力を得るように構成されている。
モータ回転部材43が回転軸線43aまわりの一方側に回転し、作動油41が連結管47の内部を第1ポート44側から第2ポート45側に向かって流動すると、第1減衰弁481によって作動油41の流速が低減され、モータ回転部材43が回転軸線43aまわりの他方側に回転し、作動油41が連結管47の内部を第2ポート45側から第1ポート44側に向かって流動すると、第2減衰弁482によって作動油41の流速が低減される。
このように、オリフィス483,484と減衰弁48とをセットで使用することで、速度(流量)に比例した減衰力(圧力)を得ることができる。従って、リリーフ前であれば速度によらず減衰係数をほぼ一定にすることができる。
なお、図示していないが、連結管47の内部に減衰弁48と並列にリリーフ弁を設ければ、油圧モータ4の2つのポート44,45間の圧力差を頭打ちできるため、油圧モータ4のトルクにリリーフ特性(過負荷防止機能)を付与することができる。
連結管に減衰弁が追加されることにより、モータ回転部材43の回転速度が低減され、モータ回転部材43と連結された回転部材3の回転も低減される。そして、回転部材3が下部構造体14の上面14aを転動する速度も低減されて、上部構造体13と下部構造体14との相対変位が低減される。
油圧モータ4の特性を下記とする(効率η=1とする)。
また、この減衰機構の単位時間当たりの吸収エネルギーは下式(9)となり、油圧モータ4の仕事率Pと同じになる(水平力による仕事をトルクによる仕事に変換するだけなので当然ともいえる)。
上述した第1実施形態による減衰機構1Aでは、上部構造体13と下部構造体14との相対変位を回転部材3によって回転に変換して油圧モータ4に伝達する構成としている。一般的なオイルダンパを減衰機構1Aに用いる場合は、シリンダの長さによって対応可能な上部構造体13と下部構造体14との相対変位量が制限されるが、本実施形態では、油圧モータ4の回転量に制限がないため上部構造体13と下部構造体14との相対変位量が制限されることもない。その結果、本実施形態の減衰機構1Aは、上部構造体13と下部構造体14のより大きな変位に対応することができる。
そして、本実施形態では、減衰機構1Aにおいて油圧モータ4の連結管47の内部に減衰弁48が設けられていることにより、減衰機構1Aを上部構造体13と下部構造体14とが相対変位した際の相対速度に比例した反力を生じる構成とすることができ、上部構造体13と下部構造体14との相対速度に比例した減衰力を得ることができる。
押しのけ容積(油圧モータ4が1回転したときに2つのポート44,45から出入りする油量)V(m3)の油圧モータ4の2つのポート44,45間に「圧力差Δpのとき流量qの作動油41が通過する減衰弁48」を設け、上部構造体13と下部構造体14との相対速度、回転部材3の半径R、回転部材3を介して伝えられる力Fとすると、本発明では、下式により減衰係数cをもつオイルダンパと等価になることがわかる。下式では上部構造体13と下部構造体14との相対速度を「x」の上に「・」で示す。
次に、他の実施形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第1実施形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第1実施形態と異なる構成について説明する。
図4および図5に示すように、第2実施形態による減衰機構1Bは、水平方向のいずれの方向(水平面に沿った方向)にも相対変位可能に構成された上部構造体(第1構造体)13と下部構造体(第2構造体)14との間の免震層12に設けられている。上部構造体13と下部構造体14とは、第1実施形態と同様に上下方向に対向している。
支持架台2Bは、回転部材3および油圧モータ4が取り付けられる支持架台本体部21と、支持架台本体部21の上端部から上方に突出する円柱状の円柱部材22と、を有している。上部構造体13には、下側に開口する円筒状の孔部131が形成されていて、この孔部131に下側から円柱部材22が挿入されている。円柱部材22は、孔部131に挿入された状態で上下方向に延びる回転軸線(第2回転軸線)22aまわりに回転可能に構成されている。支持架台本体部21と円柱部材22とは固定されていて、円柱部材22とともに円柱部材22の回転軸線22aまわりに回転可能に構成されている。
本実施形態では、円柱部材22の回転軸線22aと、回転部材3の回転軸線(第1回転軸線)3bとは交差しない位置に配置されている。回転部材3は、上部構造体13に対して偏芯接合金物で回転自在に接合されたキャスターのように挙動する。なお、円柱部材22の回転軸線22aは、回転部材3の回転軸線(第1回転軸線)3bに直交する方向に延びている。
回転部材3は、支持架台2Bが鉛直軸まわりに回転することにより、任意の方向に転動することが可能となり、下部構造体14の上面14aに沿った水平面内のどの方向に向かって変位するときにも追従可能となっている。
これにより、上部構造体13と下部構造体14とが相対変位すると、支持架台2Bが鉛直軸まわりに回転して回転部材3の向きが変位方向に転動する向きとなり、回転部材3が下部構造体14の上面14aを転動する。
これにより、上部構造体13と下部構造体14とが水平方向に相対変位すると、回転部材3が回転してその回転が伝達してモータ回転部材43が回転し、作動油41の流動によってモータ回転部材43の回転速度に比例した減衰力が生じる。これにより、回転部材3の回転速度も低減し、上部構造体13と下部構造体14との変位も低減する。
図6および図7に示すように、第3実施形態による減衰機構1Cは、水平方向のどの方向にも相対変位可能に構成された上部構造体(第1構造体)13と下部構造体(第2構造体)14との間に設けられている。
第3実施形態では、減衰機構1Cは、上部構造体13と下部構造体14との間に設けられた中間体5と、上部構造体13の下部に固定され上部構造体13と中間体5との間に設けられた第1減衰部6と、下部構造体14の上部に固定され下部構造体14と中間体5との間に設けられた第2減衰部7と、第1減衰部6と中間体5とをX方向に相対変位可能にガイドする第1ガイド部8と、第2減衰部7と中間体5とをY方向に相対変位可能にガイドする第2ガイド部9と、を有している。
第1ピニオンギア63は、回転軸線(第1回転軸線)63aがY方向に延びる向きに配置され、回転軸線63aまわりに回転して第1ラックギア62の上側に沿って第1ラックギア62の長さ方向(X方向)に移動可能に構成されている。第1ピニオンギア63は、第1支持架台61に固定された第1ガイド部8の第1ガイドブロック82(後述する)を介して第1支持架台61に支持されている。第1ラックギア62は、上部構造体13と中間体5とのX方向の相対変位に対応した長さに適宜設定されている。
第1油圧モータ65は、第1実施形態の油圧モータ4の連結管47および減衰弁48と同様の連結管647および減衰弁648を有している。
第2ピニオンギア73は、回転軸線(第3回転軸線)73aがX方向に延びる向きに配置され、回転軸線73aまわりに回転して第2ラックギア72の下側に沿って第2ラックギア72の長さ方向(Y方向)に移動可能に配置されている。第2支持架台71に固定された第2ガイド部9の第2ガイドブロック92(後述する)を介して第2支持架台71に支持されている。第2ラックギア72は、下部構造体14と中間体5とのY方向に相対変位に対応した長さに適宜設定されている。
第2油圧モータ75は、第1実施形態の油圧モータ4の連結管47および減衰弁48と同様の連結管747および減衰弁748を有している。
図8および図9に示すように、第4実施形態による減衰機構1Dは、柱部材15(第1構造体)と、梁部材16(第2構造体)との間に設けられている。
第4実施形態による減衰機構1Dは、柱部材15に水平面内に回転可能に支持された長尺の第1中間体101と、梁部材16に水平面内に回転可能に支持された第2中間体102と、第1中間体101と第2中間体102との間に設けられた減衰部103と、第1中間体101と第2中間体102とを第1中間体101の長さ方向に相対変位可能にガイドするガイド部104と、を有している。
クレビス105は、第1固定部1051と、第2固定部1052と、第1固定部1051と第2固定部1052とを同軸に連結する連結軸部1053とを有している。連結軸部1053は、第1固定部1051と第2固定部1052とを軸線まわりに相対回転可能に連結している。クレビス105は、連結軸部1053の軸線(以下、第4回転軸線1054とする)が鉛直方向となる向きで、第1固定部1051が柱に固定され、第2固定部1052が第1中間体101に固定されることで、柱部材15と第1中間体101とを連結軸部1053の第4回転軸線1054まわりに相対回転可能に連結している。
第2中間体102は、梁部材16に形成された孔部161に挿入された円柱部材1024の第5回転軸線1025まわりに梁部材16と相対回転可能に構成されている。
第1中間体101と第2中間体102とは、それぞれの長さ方向が同じ方向となる向きで、第2中間体102の内側に第1中間体101が配置されている。第1中間体101と第2中間体102とは、それぞれの長さ方向が常に同じ方向となり、この長さ方向に相対変位可能に構成されている。
ピニオンギア1032は、回転軸線1032aが第2中間体102の幅方向に延びる向きでラックギア1031の上側に回転軸線1032aまわりに回転可能に配置されている。ピニオンギア1032は、第2中間体102の一対の側板部1022,1023の間に配置され、軸部が一対の側板部1022,1023に支持されている。
油圧モータ1033は、第1実施形態の油圧モータ4の連結管47および減衰弁48と同様の連結管および減衰弁を有している。
例えば、上記の第1~第3実施形態による減衰機構1A~1Cは、上下方向に対向する上部構造体13と下部構造体14との間に設けられているが、水平方向や上下方向および水平方向に対して斜めとなる方向に対向する構造体の間に設けられていてもよい。
3 回転部材
3b 回転軸線(第1回転軸線)
4,1033 油圧モータ
5 中間体
13 上部構造体(第1構造体)
14 下部構造体(第2構造体)
22a 回転軸線(第2回転軸線)
41 作動油
43a 回転軸線
44 第1ポート(ポート)
45 第2ポート(ポート)
47 連結管
48 減衰弁
33 第1ピニオンギア(第1回転部材)
63a 回転軸線(第1回転軸線)
64a 回転軸線
65 第1油圧モータ
73 第2ピニオンギア(第2回転部材)
73a 回転軸線(第3回転軸線)
74a 回転軸線
75 第2油圧モータ
101 第1中間体
102 第2中間体
651a 回転軸線
751a 回転軸線
1025 第5回転軸線
1054 第4回転軸線
Claims (5)
- 相対変位可能な第1構造体と第2構造体との間に設けられる減衰機構において、
前記第1構造体と前記第2構造体との相対変位量に応じて回転する回転部材と、
前記回転部材と互いに回転を伝達可能な油圧モータと、を有し、
前記油圧モータは、作動油が流入・流出する2つのポートを連結する連結管と、
前記連結管の内部に設けられた減衰弁と、を有し、
前記第1構造体および前記第2構造体が第1方向に対向して設けられ、前記第1方向に直交する平面に沿った方向に相対変位可能に構成され、
前記回転部材は、前記第1構造体に支持され、前記第1方向に直交する方向に延びる第1回転軸線まわりに回転するとともに前記第1方向に延びる第2回転軸線まわりに回転しながら前記第2構造体に沿って転動可能に構成されていることを特徴とする減衰機構。 - 前記油圧モータは、前記回転部材と同軸に設けられ、かつ前記回転部材に接続され、
前記回転部材は、前記第2構造体と当接していることを特徴とする請求項1に記載の減衰機構。 - 相対変位可能な第1構造体と第2構造体との間に設けられる減衰機構において、
前記第1構造体と前記第2構造体との相対変位量に応じて回転する回転部材と、
前記回転部材と互いに回転を伝達可能な油圧モータと、を有し、
前記油圧モータは、作動油が流入・流出する2つのポートを連結する連結管と、
前記連結管の内部に設けられた減衰弁と、を有し、
前記第1構造体および前記第2構造体が第1方向に対向して設けられ、前記第1方向と直交する平面に沿った方向に相対変位可能に構成され、
前記第1構造体と前記第2構造体との間に中間体が設けられ、
前記中間体は、前記第1方向と直交する平面に沿った方向における一の直線に沿った第2方向に前記第1構造体と相対変位可能に構成されるとともに、前記第1方向および前記第2方向それぞれと直交する第3方向に前記第2構造体と相対変位可能に構成され、
前記回転部材は、前記第1構造体と前記中間体との前記第2方向の相対変位量に応じて回転する第1回転部材と、
前記第2構造体と前記中間体との前記第3方向の相対変位量に応じて回転する第2回転部材と、を有し、
前記油圧モータは、前記第1回転部材と互いに回転を伝達可能な第1油圧モータと、
前記第2回転部材と互いに回転を伝達可能な第2油圧モータと、を有し、
前記第1油圧モータおよび前記第2油圧モータは、作動油が流入・流出する2つのポートを連結する連結管と、
前記連結管の内部に設けられた減衰弁と、をそれぞれ有し、
前記第1回転部材は、前記第1構造体に支持され、前記第3方向に延びる第1回転軸線まわりに回転しながら前記中間体に沿って転動可能に構成され、
前記第2回転部材は、前記第2構造体に支持され、前記第2方向に延びる第3回転軸線まわりに回転しながら前記中間体に沿って転動可能に構成されていることを特徴とする減衰機構。 - 相対変位可能な第1構造体と第2構造体との間に設けられる減衰機構において、
前記第1構造体と前記第2構造体との相対変位量に応じて回転する回転部材と、
前記回転部材と互いに回転を伝達可能な油圧モータと、を有し、
前記油圧モータは、作動油が流入・流出する2つのポートを連結する連結管と、
前記連結管の内部に設けられた減衰弁と、を有し、
前記減衰機構が互いに対向しない前記第1構造体の第1設置面と前記第2構造体の第2設置面との間に設けられ、
前記第1構造体と前記第2構造体とは、第2設置面に沿った方向に相対変位可能に構成され、
前記第1構造体に前記第2設置面に直交する方向に延びる第4回転軸線まわりに回転可能に支持された第1中間体と、
前記第2構造体に前記第2設置面に直交する方向に延びる第5回転軸線まわりに回転可能に支持された第2中間体と、を有し、
前記第1中間体と前記第2中間体とは、前記第1中間体に沿い、かつ前記第2設置面と平行となる直線に沿った方向に相対変位可能に連結され、
前記回転部材は、前記第1構造体と前記第2構造体との相対変位による前記第1中間体と前記第2中間体との相対変位量に応じて回転することを特徴とする減衰機構。 - 前記連結管の内部に設けられたリリーフ弁を有し、
前記リリーフ弁は前記減衰弁と並列に設けられていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の減衰機構。
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