JP2019143734A - 粘性ダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】長周期地震動の発生時のように大きな振動エネルギが繰り返し入力される場合においても、温度特性や繰り返し特性による粘性体の粘性抵抗の低下を適切に補い、所要の減衰性能を確保できる粘性ダンパを提供する。【解決手段】本発明による粘性ダンパ１Ａは、構造物を含む系内の第１部位に連結されるねじ軸１１ａ、及びねじ軸１１ａに螺合するナット１１ｂを有するボールねじ１１と、ナット１１ｂに連結された回転自在の第１内筒１２と、第１内筒１２に嵌合し、第２部位に連結される回転不能の第１外筒１３と、第１内筒１２と第１外筒１３の間の間隙に充填された粘性体１４と、第１内筒１２と連動して回転する第２内筒２２と、第２内筒２２に対向する不動の第２外筒２３と、第２内筒２２と第２外筒２３の間に配置され、磁界内を回転する第２内筒２２に、その回転と反対方向の、渦電流によるローレンツ力を発生させる複数の永久磁石２４と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、構造物などに設けられ、振動エネルギの減衰に用いられる粘性ダンパに関する。

従来の粘性ダンパとして、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この粘性ダンパは、地震時などに相対変位する構造物の第１部位と第２部位の間に設けられる。粘性ダンパは、一端部が第１部位に連結されたねじ軸と、ねじ軸にボールを介して螺合するナットと、ナットに連結された回転自在の内筒と、内筒の外側に設けられ、一端部が第２部位に連結された回転不能の外筒と、を備えている。内筒と外筒の間には粘性体が充填されている。

この粘性ダンパでは、例えば地震時に、上記第１及び第２部位の間に相対変位が発生すると、ねじ軸の相対的な直線運動が、ナットの回転運動に変換され、内筒が回転する。これにより、回転する内筒と回転しない外筒との間に充填された粘性体の粘性抵抗により、振動エネルギが吸収され、熱変換されることによって、内筒の回転速度に応じた粘性減衰効果が発揮され、構造物の振動が抑制される。

特開平１１−２０１２２４号公報

上記のような粘性ダンパは、粘性体の温度上昇に伴って粘性抵抗が低下する温度依存性や、振動が繰り返し作用するのに伴って粘性抵抗が低下する繰り返し依存性を有する。このため、近年、特に懸念されている長周期地震動が発生したような場合には、粘性ダンパに大きな振動エネルギが繰り返し入力され、粘性ダンパで吸収される累積振動エネルギが増大することで、粘性体の温度が大きく上昇し、粘性抵抗が著しく低下するおそれがある。この場合の粘性抵抗の低下率は、地震動の大きさや継続時間によっては、４０〜６０％に達するため、設計時に設定された粘性ダンパの減衰性能を維持することが困難になる。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、長周期地震動の発生時のように大きな振動エネルギが構造物に繰り返し入力される場合においても、温度特性や繰り返し特性による粘性体の粘性抵抗の低下を適切に補うことによって、所要の減衰性能を確保することができる粘性ダンパを提供することを目的とする。

この目的を達成するために、請求項１に係る発明は、構造物を含む系内の相対変位する第１部位と第２部位の間に設けられ、振動エネルギを減衰する粘性ダンパであって、一端部が第１部位に連結されるねじ軸、及びねじ軸にボールを介して螺合するナットを有するボールねじと、ナットに一体に連結された回転自在の第１筒体と、第１筒体に間隙をもって嵌合するとともに、一端部が第２部位に連結される回転不能の第２筒体と、第１筒体と第２筒体の間の間隙に充填された粘性体と、第１筒体と連動して回転するロータと、ロータに対向する不動のステータと、ロータとステータの間に周方向に沿って配置され、磁界内を回転するロータに、ロータの回転と反対方向の、渦電流によるローレンツ力を発生させるように構成された複数の永久磁石と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、地震時などに振動エネルギが構造物に入力され、第１及び第２部位の間に相対変位が発生すると、第１部位に連結されたねじ軸の相対的な直線運動が、ねじ軸に螺合するナットの回転運動に変換されることによって、ナットに連結された第１筒体が回転する。これに伴い、回転する第１筒体と回転不能の第２筒体との間に充填された粘性体の粘性抵抗（せん断抵抗）によって、振動エネルギが吸収され、熱変換されることで、第１筒体の回転速度に応じた粘性減衰効果が発揮される。

また、第１筒体の回転に連動して、ロータが永久磁石の磁界内を回転する。これにより、ロータに渦電流（誘導電流）が発生すると同時に、この渦電流と永久磁石の磁界との相互作用によって、ロータの回転と反対方向のローレンツ力が発生し、抵抗力（制動力）としてロータに作用することで、減衰効果が発揮される。

このような渦電流によるローレンツ力は、構造物における粘性ダンパの使用環境では、粘性抵抗と異なり、温度依存性や繰り返し依存性が小さい。したがって、長周期地震動の発生時のように大きな振動エネルギが構造物に繰り返し入力される場合において、温度特性や繰り返し特性によって粘性体の粘性抵抗が低下したときでも、この粘性抵抗の低下を渦電流によるローレンツ力によって適切に補うことができ、それにより、粘性ダンパの所要の減衰性能を確保することができる。

また、渦電流によるローレンツ力は、粘性抵抗と同様、速度に依存する減衰特性（傾向）を示す。このため、ローレンツ力を粘性抵抗と同様に容易に取り扱うことができ、例えば、粘性抵抗とローレンツ力を考慮した設計を、速度をパラメータとして容易に行うことができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の粘性ダンパにおいて、ロータ、ステータ及び複数の永久磁石は、ボールねじ、第１筒体、第２筒体及び粘性体と別個に組み立てられた補助減衰ユニットとして構成されており、補助減衰ユニットのロータが第１筒体に連結されていることを特徴とする。

この構成によれば、ロータ、ステータ及び複数の永久磁石は、別個の補助減衰ユニットとして構成されており、補助減衰ユニットのロータが第１筒体に連結される。これにより、別個に組み立てた補助減衰ユニットを既存の粘性ダンパに後付けで取り付けることによって、本発明の粘性ダンパを構成することができる。あるいは、補助減衰ユニットの部分が故障した場合、補助減衰ユニットを交換するだけで容易に対応することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の粘性ダンパにおいて、永久磁石の磁界がロータに作用するのを阻止する阻止位置と許容する許容位置に移動可能な可動部材と、可動部材を阻止位置又は許容位置に駆動することによって、渦電流によるローレンツ力の発生を阻止又は許容するように制御する制御装置と、をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、制御装置によって可動部材の位置を阻止位置又は許容位置に切り替えることにより、渦電流によるローレンツ力の発生が阻止又は許容される。例えば、粘性体の粘性抵抗がさほど低下していないと推定される状況では、可動部材を阻止位置に駆動し、永久磁石の磁界がロータに作用しないようにすることで、不要なローレンツ力の発生を回避することができる。一方、粘性体の粘性抵抗が低下していると推定される状況では、可動部材を許容位置に駆動し、永久磁石の磁界がロータに作用するようにすることで、渦電流によるローレンツ力を発生させ、粘性抵抗の低下を有効に補うことができる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の粘性ダンパにおいて、粘性体の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、制御装置は、検出された粘性体の温度が所定温度を超えたときに、可動部材を阻止位置から許容位置に駆動することを特徴とする。

この構成によれば、検出された粘性体の温度が所定温度を超えたときに、可動部材が阻止位置から許容位置に駆動される。これにより、長周期地震動の発生などに伴い、粘性体の実際の温度が大きく上昇するのに応じて、渦電流によるローレンツ力を発生させ、温度上昇による粘性抵抗の低下を適切に補うことによって、粘性ダンパの減衰性能を確保することができる。

請求項５に係る発明は、請求項３に記載の粘性ダンパにおいて、第１部位と第２部位の間の相対変位を取得する相対変位取得手段をさらに備え、制御装置は、取得された相対変位が所定変位を超えたときに、可動部材を阻止位置から許容位置に駆動することを特徴とする。

この構成によれば、取得された構造物の第１部位と第２部位の間の相対変位が所定変位を超えたときに、可動部材が阻止位置から許容位置に駆動される。これにより、地震動の発生に伴い、構造物の実際の相対変位が大きく増大するのに応じて、渦電流によるローレンツ力を発生させ、粘性抵抗に付加することによって、粘性ダンパの減衰性能を適切に増強することができる。

本発明の実施形態による粘性ダンパを含む制震装置を構造物に適用した２つの例を、概略的に示す図である。 図１（ｂ）の制震装置をモデル化して示す図である。 第１実施形態による粘性ダンパを一部、切り欠いて示す縦断面図である。 図３のＸ−Ｘ線に沿う、粘性ダンパの補助減衰部の断面図である。 補助減衰部の動作を説明するための図である。 内筒の速度と粘性抵抗及びローレンツ力抵抗との関係を示す図である。 第１実施形態の第１変形例による補助減衰ユニットを示す縦断面図である。 第１実施形態の第２変形例による粘性ダンパを一部、切り欠いて示す縦断面図である。 第１実施形態の第３変形例による粘性ダンパを一部、切り欠いて示す縦断面図である。 （ａ）第２実施形態による粘性ダンパの補助減衰部を停止状態において示す、図４と同様の断面図、及び（ｂ）停止状態における動作を説明するための図である。 （ａ）第２実施形態による粘性ダンパの補助減衰部を作動状態において示す、図４と同様の断面図、及び（ｂ）作動状態における動作を説明するための図である。 図１０及び図１１の補助減衰部を作動状態／停止状態に切り替える切替機構を示すブロック図である。 図１２の制御装置で実行される補助減衰制御処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、実施形態による粘性ダンパ１を、構造物に制震装置として設置した例を示す。同図（ａ）の例では、構造物の上下の梁ＢＵ、ＢＬ及び左右の柱ＰＬ、ＰＲで構成される門型フレームに、Ｖ型ブレースなどから成る付帯構造２を介して、左右２つの粘性ダンパ１、１が水平に設置され、同図（ｂ）の例では、門型フレームに、調整鋼管などから成る付帯構造２を介して、１つの粘性ダンパ１が斜めに設置されている。図２に示すように、これらの制震装置は、粘性ダンパ１から成る、速度に依存する抵抗を発揮する減衰要素に、付帯構造２から成るばね要素を直列に接続したモデルとして、モデル化される。

図３は、第１実施形態による粘性ダンパ１Ａを示している。この粘性ダンパ１Ａは、粘性減衰部３と補助減衰部４Ａに大別される。粘性減衰部３は、粘性体１４の粘性抵抗によって減衰効果を発揮するものである。これに対し、補助減衰部４Ａは、粘性体１４の粘性抵抗を補うために、永久磁石２４などにより発生する、渦電流によるローレンツ力によって減衰効果を発揮するものである。

粘性減衰部３は、ボールねじ１１、第１内筒１２、第１外筒１３及び粘性体１４などで構成されている。ボールねじ１１は、ねじ軸１１ａと、ねじ軸１１ａに多数のボール（図示せず）を介して螺合するナット１１ｂを有する。ねじ軸１１ａは、外端部において、自在継手１５ａを介して、第１フランジ１５に回転自在にかつ移動不能に取り付けられ、内端部は、ナット１１ｂから第１内筒１２側に突出し、その内部に延びている。ナット１１ｂの両端部にはフランジ部１１ｃ、１１ｄが一体に設けられている。

第１内筒１２は、鋼材で構成され、ボールねじ１１のナット１１ｂと同軸状に配置されており、内端部において、ナット１１ｂのフランジ部１１ｄにねじ（図示せず）などで一体に連結されている。第１外筒１３は、鋼材で構成され、第１内筒１２の外側に、所定の間隙Ｇをもって嵌合している。第１外筒１３は、外端部において、第２フランジ１６にねじ１７で固定され、回転不能に構成されている。また、第２フランジ１６によって、第１内筒１２及び第１外筒１３の外端部が覆われている。

また、第１外筒１３の内端面には、ナット１１ｂに嵌合するリング状の軸受け取付部材１８が一体に設けられ、この軸受け取付部材１８とナット１１ｂのフランジ部１１ｃ、１１ｄとの間に、スラスト軸受け１９、１９が設けられ、第１外筒１３の外端部には、ラジアル軸受け２０が設けられている。第１内筒１２及びこれと一体のナット１１ｂは、これらのスラスト軸受け１９、１９及びラジアル軸受け２０によって、第１外筒１３に回転自在に且つ軸線方向に移動不能に支持されている。

粘性体１４は、第１内筒１２と第１外筒１３との間の間隙Ｇに、シール２１、２１を介して液密状態で充填されている。粘性体１４は、所定の粘度を有する粘性材、例えばシリコンオイルで構成されている。

一方、補助減衰部４Ａは、上記ボールねじ１１と、第２内筒２２、第２外筒２３及び複数の永久磁石２４などで構成されている。ボールねじ１１以外の構成要素２２、２３及び２４は、粘性減衰部３の第１内筒１２などよりも第１フランジ１５側に位置し、ボールねじ１１のねじ軸１１ａの外側に同軸状に配置されている。

第２内筒２２は、例えば、鋼材などの強磁性体で構成され、内端部において、ナット１１ｂのフランジ部１１ｃにねじ（図示せず）などで一体に連結されている。第２外筒２３は、鋼材などの強磁性体で構成され、第２内筒２２の外側に、所定の間隔を隔てて嵌合している。また、第２外筒２３は、軸受け取付部材１８を介して第１外筒１３に一体に連結され、回転不能に構成されている。一方、第２内筒２２は、第２外筒２３の外端部に設けられたラジアル軸受け２０などによって、第２外筒２３に回転自在に且つ軸線方向に移動不能に支持されている。なお、図３の符号２５は、第２外筒２３にねじ１７で固定され、第２内筒２２及び第２外筒２３を覆う蓋板である。

図４に示すように、永久磁石２４は、第２外筒２３の内周面に複数個（この例では１８個）、周方向に等間隔に配置され、第２内筒２２に対向している。また、永久磁石２４の極性は、隣り合う各２つの永久磁石２４、２４の間で互いに異なるように設定されている（図５参照）。

次に、上述した構成の粘性ダンパ１Ａの動作について説明する。粘性ダンパ１Ａは、第１及び第２フランジ１５、１６を介して、図１に示すように、構造物の互いに相対変位する第１及び第２部位の間に設置される。地震時などに振動エネルギが構造物に入力され、第１及び第２部位の間に相対変位が発生すると、第１部位に第１フランジ１５を介して連結されたねじ軸１１ａの相対的な直線運動が、ねじ軸１１ａに螺合するナット１１ｂの回転運動に変換され、ナット１１ｂに連結された第１内筒１２が回転する。これに伴い、第１内筒１２と回転不能の第１外筒１３との間に充填された粘性体１４の粘性抵抗によって、振動エネルギが吸収され、熱変換されることで、第１内筒１２の回転速度に応じた粘性減衰効果が発揮される。

また、第１内筒１２が回転するのに連動して、それと一体の第２内筒２２が永久磁石２４の磁界内を回転する。これにより、図５に示すように、第２内筒２２に渦電流（誘導電流）が発生すると同時に、この渦電流と永久磁石の磁界との相互作用によって、第２内筒２２の回転と反対方向のローレンツ力が発生し、第２内筒２２に抵抗力として作用することにより、減衰効果が発揮される。

前述したように、渦電流によるローレンツ力は、構造物における粘性ダンパ１の使用環境（例えば最高温度：１００〜１５０℃、累積変位：５０ｍ程度）では、粘性抵抗と異なり、温度依存性や繰り返し依存性が小さい。したがって、長周期地震動の発生時のように大きな振動エネルギが構造物に繰り返し入力される場合において、温度特性や繰り返し特性によって粘性体１４の粘性抵抗が低下したときでも、粘性抵抗の低下をこのローレンツ力によって適切に補うことができ、それにより、粘性ダンパ１の所要の減衰性能を確保することができる。

図６は、第１及び第２内筒１２、２２の速度Ｖと、粘性体１４の粘性抵抗及び渦電流によるローレンツ力との関係の一例を示す。同図から理解されるように、このローレンツ力は、粘性抵抗と同様、速度Ｖに依存する減衰特性（傾向）を示すため、粘性抵抗と同じように取り扱うことができる。例えば、粘性抵抗と渦電流によるローレンツ力を考慮した設計を、速度Ｖをパラメータとして容易に行うことができる。

図７〜図９は、第１実施形態の粘性ダンパ１Ａに対する第１〜第３変形例をそれぞれ示す。これらの図面において、第１実施形態と同じ又は同等の構成要素に同じ符号を付するとともに、以下、第１実施形態と異なる点を中心として説明を行うものとする。

図７の第１変形例は、第１実施形態の補助減衰部４Ａの第２内筒２２、第２外筒２３及び永久磁石２４などを、粘性減衰部３と別個に組み立てた補助減衰ユニット４ＡＵとして構成したものである。具体的には、補助減衰ユニット４ＡＵは、蓋板２５と連結板２６の間に配置された第２内筒２２及び第２外筒２３を有する。第２外筒２３は、蓋板２５にねじ１７で固定され、回転不能に構成されている。第２内筒２２は、第２外筒２３の内側に配置され、連結板２６にねじ（図示せず）などで固定されるとともに、スラスト軸受け１９及びラジアル軸受け２０、２０を介して、第２外筒２３に回転自在に且つ軸線方向に移動不能に支持されている。

また、永久磁石２４は、第１実施形態と同様、第２外筒２３の内周面に複数個、周方向に等間隔に設けられ、軸線方向に１列、配置されていて、第２内筒２２に対向している。以上の構成の補助減衰ユニット４ＡＵは、第２内筒２２にねじ軸１１ａを通した状態で、連結板２６のボルト孔２６ａに通したねじ（図示せず）で、連結板２６をナット１１ｂのフランジ部１１ｃに固定することによって、粘性減衰部３に連結され、それにより、粘性ダンパ１Ａが構成される。

以上の構成により、第１変形例においても、第１実施形態と同様の動作を得ることができる。また、別個に組み立てた補助減衰ユニット４ＡＵを、粘性減衰部３を有する既存の粘性ダンパに後付けで取り付けることによって、粘性ダンパ１Ａを構成することができる。あるいは、補助減衰ユニット４ＡＵの部分が故障した場合、補助減衰ユニット４ＡＵを交換するだけで容易に対応することができる。

図８の第２変形例は、第１実施形態に対し、補助減衰部の構成を変更したものである。本例の補助減衰部４Ｂは、鋼材などの強磁性体で構成された第３外筒５３を有する。この第３外筒５３は、一端部においてナット１１ｂにねじ１７で固定され、他端側において第１外筒１３の外側に間隔を隔てて嵌合し、ラジアル軸受け２０を介して回転自在に支持されている。複数の永久磁石２４は、第１外筒１３の外周面に、第３外筒５３に対向するように設けられ、周方向に配置されている。

この構成では、ナット１１ｂの回転に伴い、それと一体の第３外筒５３が永久磁石２４の磁界内を回転することによって、渦電流によるローレンツ力が第３外筒５３に発生し、それにより、第１実施形態と同様の動作が得られる。また、補助減衰部４Ｂは、第１実施形態の補助減衰部４Ａと比較して、部品点数が非常に少なく、構成が単純であるので、製造コストの低減や組立て性の向上などの利点を得ることができる。

図９の第３変形例もまた、第１実施形態に対し、補助減衰部の構成を変更したものである。本例の補助減衰部４Ｃは、第１内筒１２から外方に同軸状に延びる小径の延出部１２ａと、鋼材などの強磁性体で構成された第２フランジ１６の中心から内方に突出し、第１内筒１２の延出部１２ａに間隔を隔てて嵌合する突出部１６ａと、突出部１６ａの外周面に、延出部１２ａに対向するように設けられ、周方向に配置された複数の永久磁石２４によって構成されている。

この構成では、ナット１１ｂの回転に伴い、第１内筒１２の延出部１２ａが永久磁石２４の磁界内を回転することによって、渦電流によるローレンツ力が延出部１２ａに発生し、それにより、第１実施形態と同様の動作が得られる。また、第２変形例と同様、補助減衰部４Ｃは、第１実施形態の補助減衰部４Ａと比較して、部品点数が非常に少なく、構成が単純であるので、製造コストの低減や組立て性の向上などの利点を得ることができる。

次に、図１０〜図１３を参照しながら、本発明の第２実施形態による粘性ダンパについて説明する。この粘性ダンパ１Ｂは、前述した第１実施形態の粘性ダンパ１Ａに、補助減衰部４Ａを作動状態又は停止状態に切り替えるための切替機構を付加したものである。

この切替機構は、ポールピース３１と、ポールピース３１を駆動するアクチュエータ３２と、アクチュエータ３２を制御する制御装置３３などを備えている。

ポールピース３１は、強磁性体で構成されており、図１０に示すように、補助減衰部４Ａの第２内筒２２と永久磁石２４の間に、永久磁石２４と同数、設けられ、周方向に等間隔に配置されている。これらのポールピース３１は、周方向に移動自在に構成された、リング状の非磁性体から成る保持部材３４に一体に取り付けられており、この保持部材３４にアクチュエータ３２が連結されている。

アクチュエータ３２は、例えばステッピングモータで構成されており、そのオン／オフが制御装置３３で制御されることにより、保持部材３４を介して、複数のポールピース３１の周方向の位置（角度）が制御される。具体的には、アクチュエータ３２がオフ状態のときには、図１０（ａ）に示すように、各ポールピース３１は、隣り合う２つの永久磁石２４、２４をまたぐ位置（以下「阻止位置」という）に位置する。この状態では、同図（ｂ）に示すように、１つのポールピース３１と２つの永久磁石２４、２４によって磁力線の閉回路が形成されるため、永久磁石２４の磁界は第２内筒２２に作用しない。その結果、第２内筒２２が回転しても、渦電流によるローレンツ力は発生せず、補助減衰部４Ａは停止状態に制御される。

一方、アクチュエータ３２がオンされると、図１１（ａ）に示すように、各ポールピース３１は、周方向に所定角度、移動することによって、１つの永久磁石２４に対向する位置（以下「許容位置」という）に位置する。この状態では、同図（ｂ）に示すように、永久磁石２４の磁界がポールピース３１を通って第２内筒２２に作用する。その結果、第２内筒２２が回転すると、渦電流によるローレンツ力が発生し、補助減衰部４Ａは作動状態に制御される。

図１２に示すように、制御装置３３には、温度センサ４１、第１及び第２加速度４２、４３が接続されている。温度センサ４１は、粘性体１４の温度（以下「粘性体温度」という）ＴＢを検出し、その検出信号を制御装置３３に出力する。第１及び第２加速度センサ４２、４３は、例えば半導体式のものであり、構造物の上梁ＢＵ及び下梁ＢＬにそれぞれ設けられている（図１（ｂ）参照）。第１及び第２加速度センサ４２、４３は、上梁ＢＵの振動による水平方向の加速度（以下「上梁加速度」という）ＡＢＵ、及び下梁ＢＬの振動による水平方向の加速度（以下「下梁加速度」という）ＡＢＬをそれぞれ検出し、それらの検出信号を制御装置３３に出力する。

制御装置３３は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＩ／Ｏインターフェースなどを有するマイクロコンピュータで構成されている。制御装置３３は、上記のセンサ４１〜４３の検出信号に応じ、ＲＯＭに記憶されたプログラムに従って、図１３に示す補助減衰制御処理を実行する。本処理は、所定時間ごとに繰り返し実行される。

本処理では、まずステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、検出された粘性体温度ＴＢが所定温度ＴＢＲＥＦ（例えば５０℃）よりも大きいか否かを判別する。この答えがＹＥＳで、粘性体温度ＴＢが所定温度ＴＢＲＥＦを超えたときには、大きな地震動の発生などにより、粘性体１４の実際の温度が上昇し、その粘性抵抗が大きく低下しているおそれがあるとして、アクチュエータ３２を駆動（ＯＮ）する（ステップ２）。これにより、ポールピース３１が図１１に示す許容位置に移動することで、補助減衰部４Ａが作動し、渦電流によるローレンツ力が発生することによって、粘性抵抗の低下が補われる。

前記ステップ１の答えがＮＯのときには、ステップ３に進み、上梁ＢＵと下梁ＢＬの間の水平方向の相対変位ＲＤを算出する。この相対変位ＲＤの算出は、例えば次のように行われる。まず、検出された上梁加速度ＡＢＵを積分することによって、上梁速度ＶＢＵ（絶対速度）を算出し、この上梁速度ＶＢＵをさらに積分することによって、上梁変位ＤＢＵ（絶対変位）を算出する。同様に、検出された下梁加速度ＡＢＬを積分することによって、下梁速度ＶＢＬ（絶対速度）を算出し、この下梁速度ＶＢＬをさらに積分することによって、下梁変位ＤＢＬ（絶対変位）を算出する。そして、上梁変位ＤＢＵと下梁変位ＤＢＬとの差の絶対値｜ＤＢＵ−ＤＢＬ｜を、上梁ＢＵと下梁ＢＬの間の相対変位ＲＤとして算出する。

次に、ステップ４において、算出した相対変位ＲＤが所定変位ＲＤＲＥＦよりも大きいか否かを判別する。この答えがＹＥＳで、相対変位ＲＤが所定変位ＲＤＲＥＦ（例えば４０ｍｍ：階高４ｍの場合の層間変形角１／１００ｒａｄに相当）を超えたときには、大きな地震動の発生などにより、構造物に大きな相対変位が発生しているとして、ステップ２に進み、アクチュエータ３２を駆動する。これにより、ポールピース３１が許容位置に移動し、補助減衰部４Ａが作動することで、渦電流によるローレンツ力が発生し、粘性抵抗に付加されることによって、粘性ダンパ１Ｂの減衰性能が増強される。

一方、前記ステップ４の答えがＮＯのとき、すなわち粘性体温度ＴＢが所定温度ＴＢＲＥＦ以下で、かつ相対変位ＲＤが所定変位ＲＤＲＥＦ以下のときには、アクチュエータ３２を停止（ＯＦＦ）する（ステップ５）。これにより、ポールピース３１が図１０に示す阻止位置に位置することで、補助減衰部４Ａは停止状態に制御され、渦電流によるローレンツ力は発生しない。

以上のように、本実施形態の粘性ダンパ１Ｂによれば、粘性体温度ＴＢが所定温度ＴＢＲＥＦを超えたときに、ポールピース３１を許容位置に移動させ、補助減衰部４Ａを作動状態に制御することで、渦電流によるローレンツ力を発生させるので、長周期地震動の発生時などにおける、粘性体１４の温度上昇による粘性抵抗の低下を適切に補い、粘性ダンパ１Ｂの減衰性能を確保することができる。また、地震動の発生に伴い、構造物の相対変位ＲＤが所定変位ＲＤＲＥＦを超えたときにも同様に、補助減衰部４Ａを作動状態に制御し、渦電流によるローレンツ力を発生させるので、粘性ダンパ１Ｂの減衰性能を適切に増強することができる。一方、上記以外の場合には、ポールピース３１を阻止位置に位置させ、補助減衰部４Ａを停止状態に維持するので、不要なローレンツ力の発生を回避することができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、第１及び第２実施形態では、ナット１１ｂに連結される回転自在の第１筒体を第１内筒１２で構成し、第２フランジ１６に連結される回転不能の第２筒体を第１外筒１３で構成しているが、これを内外逆にしてもよい。また、第１実施形態及び第１変形例では、補助減衰部４Ａの永久磁石２４を、不動の第２外筒２３側（ステータ側）に設置しているが、回転する第２内筒２２側（ロータ側）に設置してもよい。また、永久磁石２４を軸線方向に１列、配置しているが、複数列、配置してもよい。以上の点は、第２及び第３変形例においても同様である。

さらに、第１及び第２実施形態では、第２内筒２２及び第２外筒２３をいずれも、鋼材などの強磁性体で構成しているが、永久磁石２４が設けられず、これに対向する第２内筒２２については、必ずしも透磁率の高い強磁性体である必要はなく、導電材料であればよい。例えば、そのような導電材料として、フェライト系ステンレス鋼などの弱磁性体や、アルミニウム合金、オーステナイト系ステンレス又は銅合金などの非磁性体を用いることが可能である。

また、補助減衰部の構成及び粘性減衰部３に対する配置関係などは、第１実施形態及び第１〜第３変形例に示した補助減衰部４Ａ〜４Ｃに限らず適宜、設定することができる。また、補助減衰部４Ａ〜４Ｃはいずれも、ロータ及びステータを互いに嵌合する筒体で構成し、その一方の周面に永久磁石を配置したドラム式のものであるが、これに代えて、ロータ及びステータを互いに対向する円板で構成し、その一方の対向面に永久磁石を配置したディスク式のものを採用してもよい。

また、第２実施形態では、補助減衰部４Ａの作動／停止状態の切替を、ポールピース３１を周方向に移動させることによって行っているが、ポールピース３１を軸線方向に移動自在に構成し、永久磁石２４に対向する許容位置と、永久磁石２４から軸線方向に離間した阻止位置に移動させるようにしてもよい。あるいは、ポールピース３１に代えて永久磁石２４を移動させるようにしてもよい。

さらに、第２実施形態では、粘性体１４の温度を温度センサ４１で直接、検出しているが、これに代えて、粘性体１４の温度を表すパラメータとして、粘性体１４に近接する部材、例えば第１内筒１２の温度を検出してもよい。また、補助減衰部４Ａの作動／停止を、上下の梁ＢＵ、ＢＬ間の相対変位ＲＤに応じて制御しているが、これに代えて、地震の大きさを表す他の適当なパラメータ、例えば上下の梁ＢＵ、ＢＬのそれぞれの加速度や速度に応じて制御してもよい。

さらに、第２実施形態では、粘性体温度ＴＢ又は相対変位ＲＤがそれぞれの所定値を超えたときに、ポールピース３１を許容位置に駆動し、補助減衰部４Ａを作動させている。これに代えて、粘性体温度ＴＢの上昇度合い及び／又は相対変位ＲＤの増加度合いに応じて、ポールピース３１を許容位置と阻止位置の間で無段階に移動させることによって、渦電流によるローレンツ力を可変制御するようにしてもよい。

また、実施形態は、粘性ダンパ１Ａ、１Ｂを構造物の制震装置として用いた例であるが、免震装置として用いてもよい。また、実施形態に示した永久磁石２４やポールピース３１の数はあくまで例示であり、適宜、増減される。その他、粘性ダンパの細部の構成を、本発明の趣旨の範囲内で適宜、変更することが可能である。

１ 粘性ダンパ
１Ａ 第１実施形態の粘性ダンパ
１１ａ ねじ軸
１１ｂ ナット
１１ ボールねじ
１２ 第１内筒（第１筒体）
１２ａ 第１内筒の延出部（ロータ）
１３ 第１外筒（第２筒体、ステータ）
１４ 粘性体
１６ａ 第２フランジの突出部（ステータ）
２２ 第２内筒（ロータ）
２３ 第２外筒（ステータ）
２４ 永久磁石
５３ 第３外筒（ロータ）
１Ｂ 第２実施形態の粘性ダンパ
４ＡＵ 補助減衰ユニット
３１ ポールピース（可動部材）
３２ アクチュエータ（制御装置）
３３ 制御装置（相対変位取得手段）
４１ 温度センサ（温度検出手段）
４２ 第１加速度センサ（相対変位取得手段）
４３ 第２加速度センサ（相対変位取得手段）
ＴＢ 粘性体の温度
ＴＢＲＥＦ 所定温度
ＲＤ 相対変位
ＲＤＲＥＦ 所定変位

Claims (5)

1. 構造物を含む系内の相対変位する第１部位と第２部位の間に設けられ、振動エネルギを減衰する粘性ダンパであって、
   一端部が前記第１部位に連結されるねじ軸、及び当該ねじ軸にボールを介して螺合するナットを有するボールねじと、
   前記ナットに一体に連結された回転自在の第１筒体と、
   当該第１筒体に間隙をもって嵌合するとともに、一端部が前記第２部位に連結される回転不能の第２筒体と、
   前記第１筒体と前記第２筒体の間の前記間隙に充填された粘性体と、
   前記第１筒体と連動して回転するロータと、
   前記ロータに対向する不動のステータと、
   前記ロータと前記ステータの間に周方向に沿って配置され、磁界内を回転する前記ロータに、前記ロータの回転と反対方向の、渦電流によるローレンツ力を発生させるように構成された複数の永久磁石と、
   を備えることを特徴とする粘性ダンパ。
2. 前記ロータ、前記ステータ及び前記複数の永久磁石は、前記ボールねじ、前記第１筒体、前記第２筒体及び前記粘性体と別個に組み立てられた補助減衰ユニットとして構成されており、当該補助減衰ユニットの前記ロータが前記第１筒体に連結されていることを特徴とする、請求項１に記載の粘性ダンパ。
3. 前記永久磁石の磁界が前記ロータに作用するのを阻止する阻止位置と許容する許容位置に移動可能な可動部材と、
   当該可動部材を前記阻止位置又は前記許容位置に駆動することによって、前記渦電流によるローレンツ力の発生を阻止又は許容するように制御する制御装置と、をさらに備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の粘性ダンパ。
4. 前記粘性体の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
   前記制御装置は、前記検出された粘性体の温度が所定温度を超えたときに、前記可動部材を前記阻止位置から前記許容位置に駆動することを特徴とする、請求項３に記載の粘性ダンパ。
5. 前記第１部位と前記第２部位の間の相対変位を取得する相対変位取得手段をさらに備え、
   前記制御装置は、前記取得された相対変位が所定変位を超えたときに、前記可動部材を前記阻止位置から前記許容位置に駆動することを特徴とする、請求項３に記載の粘性ダンパ。

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