オイルダンパーとは
オイルダンバー(英語：oil damper)とは、オイルの粘性を利用して、振動や衝撃を吸収する装置のことです。オイルダンパーの中には、オイルとピストンが入っています。ピストンには小さなバルブがあり、振動によりピストンが動くと、オイルがこのバルブを通って移動します。
バルブを通る粘性抵抗により、振動のエネルギーが熱エネルギーに変換され、振動が抑制できます。オイルダンパーは、建物の免振や制振、および、自動車などの振動・衝撃吸収に使用されます。
オイルダンパーの使用用途
オイルダンパーの用途として、建築関係の耐震と一般の振動・衝撃の抑制が挙げられます。建築関係で多く用いられるのは、高層ビルや一般建物の地震対策です。地盤と建物を切り離して建物に地震の揺れが伝わらないようにする免震構造と、地震が起きたときの揺れを吸収する制振構造に使われます。
高層ビルでは、特に長い周期の振動による高層階の揺れが、人体への影響や室内のものの落下や破損に影響します。このため、免震構造や制振構造が使われるようになっています。住宅や事務所などの建物にも小型の制振ダンパーが、部材の接続部に使用されます。
発電所やプラントなどの配管やボイラーの耐震装置にもオイルダンパーが使われます。特に原子力発電所は、高い安全性が要求され、最新のダンパー装置が使用されています。
自動車などでは、サスペンション装置の中にオイルダンパーが組み込まれています。ショックアブソーバとも呼ばれます。操縦安定性や乗り心地を左右する重要な部品です。多くはコイルスプリングの中心に設置し、ダンパーによりスプリングの振動を減衰させて収束させます。
オイルダンパーの原理
オイルダンパーは、シリンダにピストン・ロッド・オイルを入れた構造です。ピストンには小径のバルブを設け、振動によりピストンの両側のオイルがバルブを通って移動を繰り返します。
粘性のあるオイルがバルブを通って往復すると、振動の運動エネルギーが熱エネルギーに変換され、振動が低減します。オイルダンパーには、建築・産業用のバイフロー型とユニフロー型、及び自動車用など多くの種類があります。
1. バイフロー型
オイルダンパーが伸びる場合と縮む場合とで、シリンダ内のオイルの流れる方向が変化する方式です。ピストンのバルブは2個の逆止弁を使い、ピストンの両側の容積を同じにするため、ピストンロッドは両側に付けます。このタイプは取付け角度に制約がない特性があり、制振ダンパーなどに使われます。
2. ユニフロー型
オイルダンパーが伸びる時と縮む時とで、シリンダ内のオイルの流れる方向が変化しない方式で、構成が少し複雑になります。シリンダーを2重にして、ピストンの両側と合わせ、3つの部屋にします。
各部屋を一方向のバルブでつなぎ、オイルの流れは一方向のみです。ピストンロッドは一方向のみでよく、全体のサイズが小さくできます。外側の部屋には空気層があるので、水平方向で使う必要があり、建物の免震構造などに使われます。
3. 自動車用
自動車用のオイルダンパーにも、単筒式と2重筒式があり、縦方向で使用できます。ピストンの背面側が負圧になると、オイルが発泡するので、窒素ガスを封入して圧力を高めています。単筒式はピストン径が大きくできるメリットがありますが、ガス室が同軸上に配置されるため、全長が長くなる短所があります。一般の自動車のサスペンションには、複筒式が主流になっています。
オイルダンパーのその他情報
1. 免震用のオイルダンパー
免震構造は、地盤と建物を切り離して建物に地震の揺れが伝わらないようにしたものす。ユニフロー型のオイルダンパーを地盤と建物の間に水平方向に設置します。オイルダンパーの他に、高減衰積層ゴムなどのアイソレータを使用して建物を支持します。
地震が起きた際には、建物に入力された地震エネルギーは、オイルダンパーにより吸収され、建物の揺れを低減します。制振構造と比べ揺れの激しさが大きく低減されるため、建物の損傷を防ぐだけでなく、地震後も建物機能を維持することが可能です。
2. 制振用のオイルダンパー
制震構造は、地震が起きたときの揺れを吸収することを目的とする装置です。制振用のバイフロー型オイルダンパーを、壁や柱に直接取り付けて地震の揺れのエネルギーを吸収します。高層ビルやマンションでは、各階層に設置して、揺れやすい高層階を揺れにくくします。ブレースのように斜め方向に設置する場合が多く、水平方向だけでなく垂直方向の揺れにも対応しています。
小型な装置であるため、断熱材の欠損箇所が少なく済み、断熱性能への影響が小さい手法です。このため、木造住宅など一般家屋への設置も進められています。
参考文献
https://www.tekki.co.jp/products/list/dampers/product_building01/
https://www.jiji.com/jc/graphics?p=ve_eco_kensetsufudousan20181017j-02-w490
https://www.nabeya.co.jp/vibration/academy/elasticity-viscosity.html
https://www.lifehacker.jp/2016/12/161206_161206gizmodo_mediagene.html
http://www.ubm-rheology.co.jp/kouza/kiso01.shtml
https://material-r.co.jp/iroha/917/
https://www.kenzai-navi.com/column/colum0084.php