JP2005069396A

JP2005069396A - 磁気粘性流体ダンパー

Info

Publication number: JP2005069396A
Application number: JP2003301094A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Shiozaki; 洋一塩崎
Original assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Current assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Priority date: 2003-08-26
Filing date: 2003-08-26
Publication date: 2005-03-17

Abstract

【課題】シリンダー内に磁気粘性流体の充填された磁気粘性流体ダンパーにおいて、分散媒の粘度を上昇させずに磁性粒子をシリンダー内に均一に分散させることである。
【解決手段】内部に磁気粘性流体が封入されたシリンダー１２を周方向に回転させるモーター１６を備える磁気粘性流体ダンパーである。モーター１６でシリンダー１２を周方向に回転させることで、シリンダー１２内の磁気粘性流体を攪拌し、磁気粘性流体中の磁性粒子が沈殿することを防ぐことができる。また一度生じた沈殿を攪拌し、沈殿を解消することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気粘性流体ダンパーに関する。

磁気粘性流体（Magnetorheological Fluid）とは、液体中に磁性粒子を分散させたもので、磁場の印加に応じて粘度が上昇する特徴を有している。これは、磁場を印加すると磁性分子が分極して液体中で鎖状のクラスターを形成するためであり、逆に磁場の印加をやめれば粒子の組織化も崩れ、元の状態に戻るとされている。

磁気粘性流体は、磁性粒子と分散媒とをその主構成要素とする。磁性粒子は直径約１〜１０μｍの真球状のものを用いるのが一般的であり、具体的には、鉄粉、ペンタカルボニル鉄を還元して得られるカルボニル鉄粉などが用いられる。また、高価で実用化には至っていないが、鉄−コバルト合金粉末や鉄−ニッケル合金粉末等を用いて降伏応力の高い磁気粘性流体が開発されている。

分散媒は磁性粒子を分散させる媒体であり、例えばシリコンオイル、ケロシン、合成油や水等が用いられる。さらに、分散媒の粘度を上昇させて磁性粒子が時間とともに沈殿することを防ぐため、通常、界面活性剤や分散剤等の添加剤が添加される（例えば特許文献１参照）。

ところで、シリンダー・ピストン構造の内部にオイル等の粘性流体を封入し、ピストンに設けた小孔を粘性流体が通過する時の抵抗を利用して振動を吸収する構造の粘性ダンパーが建物の免震構造等に用いられている（例えば、特許文献２参照）。図４（ａ）はこのような免震構造を示す図であり、免震層の下部スラブ２１及び上部スラブ２３からそれぞれ突出した下側間柱２２及び上側間柱２４に、粘性ダンパー１の両端をそれぞれ接続することで、建物の水平方向の振動を吸収し上層階の振動を減らすことができる。

この粘性ダンパーに上述の磁気粘性流体を封入するとともに電磁石を設けた磁気粘性流体ダンパー（ＭＲダンパー）がある。ＭＲダンパーは、構造物の振動に対するセミアクティブ制御等に用いられている（例えば特許文献３参照）。
特表平８−５０２７８０号公報（第１４−１５頁）特開２０００−１２９９５６号公報特開平１１−０６２３１５号公報

しかし、磁気粘性流体中の磁性粒子が沈殿しないように粘度を上昇させると、ＭＲダンパーへの封入が難しくなるという欠点がある。

分散媒の粘度を高めない場合には、図４（ｂ）に示すようにシリンダー２内部に一様に分散していた磁性粒子３が、図４（ｃ）に示すように沈殿することでＭＲダンパーの特性を発揮できず、セミアクティブ制御ができなくなるという問題があった。

本発明の課題は、シリンダー内に磁気粘性流体の充填された磁気粘性流体ダンパーにおいて、分散媒の粘度を上昇させずに磁性粒子をシリンダー内に均一に分散させることである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、磁気粘性流体ダンパー１０であって、内部に磁気粘性流体が封入されたシリンダー１２を周方向に回転させるモーター１６を備えることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、モーター１６でシリンダー１２を周方向に回転させることで、シリンダー１２内の磁気粘性流体を攪拌し、磁気粘性流体中の磁性粒子が沈殿することを防ぐことができる。また一度生じた沈殿を攪拌し、沈殿を解消することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の磁気粘性流体ダンパー１０であって、前記シリンダー１２と前記モーター１６の回転軸１７とを連動させる歯車１８ａ、１８ｂを備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、シリンダー１２とモーター１６の回転軸１７とを平行に配置した場合でも、モーター１６の回転力を歯車１８ａ、１８ｂによりシリンダー１２に伝達し、シリンダー１２を回転させることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の磁気粘性流体ダンパー１０であって、前記シリンダー１２と前記モーター１６の回転軸１７とを連動させるベルト１９を備えることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、シリンダー１２とモーター１６とがさらに離れた位置に設置されていても、モーター１６の回転力をベルト１９によりシリンダー１２に伝達し、シリンダー１２を回転させることができる。

本発明によれば、シリンダーを回転させることにより、シリンダー内の磁気粘性流体の磁性粒子を均一に分散させることができるため、シリンダー下部に磁性粒子が沈殿して磁気粘性流体ダンパーの減衰力が大きくなりセミアクティブ制御ができなくなる恐れがない。

また、分散媒の粘度を上昇させる必要がなく、シリンダー内に磁気粘性流体を容易に封入することができる。

以下、図を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の磁気粘性流体ダンパー１０を用いた免震構造を示す図である。磁気粘性流体ダンパー１０は、図１に示すように、下側間柱２２及び上側間柱２４の間に接合されている。

磁気粘性流体ダンパー１０は、シリンダー部１１と、ピストン支持部１３と、シリンダー支持部１４と、モーター１６とからなる。

シリンダー部１１は、シリンダー１２とシリンダー１２内部の図示しないピストン及び電磁石とからなり、シリンダー１２内部に磁気粘性流体が充填されている。ピストンには小孔が設けられており、磁気粘性流体を通過させる。電磁石は磁界を発生させることにより、磁気粘性流体の粘性を変化させる。シリンダー部１１は軸方向に振動を受けると、ピストンの小孔を通過する磁気粘性流体の抵抗により、その振動を減衰させる。

ピストンはピストン支持部１３と接合されており、シリンダー１２はシリンダー支持部１４と接合されている。シリンダー１２は後述するモーター１６を駆動することによりシリンダー支持部１４とともに周方向に回転する。

ピストン支持部１３は下側間柱２２または上側間柱２４のいずれか一方と接合される。以下の説明では、ピストン支持部１３を上側間柱２４と接合した場合について記載する。

シリンダー支持部１４は端部に設けられたベアリング１５を介して下側間柱２２と接合され、下側間柱２２に対して回動自在となっている。またシリンダー支持部１４は後述するモーター１６の回転軸１７と接合されており、後述するモーター１６を駆動することによりシリンダー１２とともに周方向に回転する。

モーター１６は下側間柱２２のベアリング１５と反対側の面に設けられている。モーター１６の回転軸１７は下側間柱２２に設けられた孔２５を貫通してシリンダー支持部１４と接合されている。モーター１６の電力は、シリンダー部１１の電磁石の電源から供給することができる。モーター１６は、連続して駆動させておいてもよいし、磁気粘性流体中の磁性粒子の沈殿状況に応じて、例えば２〜３時間、あるいは２〜３日おきなど、一定期間ごとに断続的に駆動させてもよい。

本発明では、モーター１６を用いてシリンダー１２を回転させることで、磁気粘性流体中の磁性粒子がシリンダー１２下部へ沈殿することを防ぐことができる。また一度生じた沈殿を攪拌し、沈殿を解消することができる。

図２は、本発明の第２の実施の形態の磁気粘性流体ダンパー１０を示す図である。第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なるところは、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、モーター１６が下側間柱２２ではなく、図示しない下部スラブから突出した支持柱２６により支持されている点、及びモーター１６の回転軸１７がシリンダー支持部１４と接合されておらず、モーター１６の回転軸１７及びシリンダー１２に互いに噛み合う歯車１８ａ、１８ｂが設けられている点である。なお、必要に応じて歯車１８ａ、１８ｂの間にさらに図示しない歯車を噛み合わせてもよい。

本発明の第２の実施の形態によれば、モーター１６の回転力を歯車１８ａ、１８ｂを介してシリンダー１２に伝達するので、下側間柱２２に孔２５を空ける必要もなく、モーター１６を任意の位置に配置することができる。

なお、図２（ａ）ではシリンダー支持部１４と下側間柱２２との間にベアリング１５が設けられているが、図２（ｃ）に示すようにシリンダー支持部１４とシリンダー１２との間にベアリング１５を設け、シリンダー１２のみを回転させてもよい。

図３は本発明の第３の実施の形態の磁気粘性流体ダンパー１０を示す図である。第３の実施の形態が第２の実施の形態と異なるところは、歯車１８ａ、１８ｂの代わりにベルト１９を用いてモーター１６の力をシリンダー１２に伝達する点である。なお、図３（ａ）に示すように、シリンダー支持部１４と下側間柱２２との間にベアリング１５を設けてもよいし、また図３（ｃ）に示すように、シリンダー支持部１４とシリンダー部１１との間にベアリング１５を設け、シリンダー部１１のみを回転させてもよいことは第２の実施の形態と同様である。

本発明の第３の実施の形態によれば、モーター１６の回転力をベルト１９を介してシリンダー１２に伝達するので、下側間柱２２に孔２５を空ける必要もなく、モーター１６をシリンダー１２から離隔して任意の位置に配置することができる。

なお、以上の実施の形態においては、ピストンに設けた孔を磁気粘性流体が通過する単筒式のシリンダー部１１を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、シリンダー１２外部に磁気粘性流体の通過する経路を設けたバイパス式のシリンダー部１１を使用してもよい。

また、ピストン支持部１３を下側間柱２２に接合し、シリンダー支持部１４を上側間柱２４に接合してもよい。またシリンダー１２とともにピストン及びピストン支持部１３も回転する構造としてもよい。またピストン支持部１３やシリンダー支持部１４、ベアリング１５等の形状や配置、その他具体的な細部構造等についても適宜変更可能であることは勿論である。

本発明の磁気粘性流体ダンパーの形態例を示す側面図である。本発明の磁気粘性流体ダンパーの形態例を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢印間の正面図、（ｃ）は側面図である。本発明の磁気粘性流体ダンパーの形態例を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢印間の正面図、（ｃ）は側面図である。（ａ）は従来の免震構造を示す側面図、（ｂ）、（ｃ）は従来の磁気粘性流体ダンパーを示す鉛直断面図である。

符号の説明

１磁気粘性流体ダンパー
１２シリンダー
１６モーター
１７回転軸
１８ａ、１８ｂ歯車
１９ベルト

Claims

内部に磁気粘性流体が封入されたシリンダーを周方向に回転させるモーターを備えることを特徴とする磁気粘性流体ダンパー。
前記シリンダーと前記モーターの回転軸とを連動させる歯車を備えることを特徴とする請求項１に記載の磁気粘性流体ダンパー。
前記シリンダーと前記モーターの回転軸とを連動させるベルトを備えることを特徴とする請求項１に記載の磁気粘性流体ダンパー。