JP4094793B2 - 磁気粘性流体流動型制振装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁界がかかると粘度が増して流動抵抗が高まる特性を有する磁気粘性流体を用いて、振動に伴うピストンの移動により磁気粘性流体を磁界中に流通させてその流動抵抗により振動を減衰させる磁気粘性流体流動型制振装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、支持体又は被支持体の一方にシリンダが連結され、他方にこのシリンダに出入り自在に挿入されるピストンロッドが連結され、このピストンロッドに、シリンダ内を第１及び第２の隔室に区画するピストンが固定され、シリンダの内部に磁気粘性流体が充填される。ピストンには電磁石が固定され、シリンダとの隙間を通じて隔室間を磁気粘性流体が流通するようになっている。そして、振動に伴うピストンの往復動により磁気粘性流体が流動するが、電磁石の磁界により流動抵抗が増して、振動が減衰する。この場合、電磁石により磁界の強さを変化させることにより制振対象の振動に応じて減衰特性を変えることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の制振装置においては、シリンダ内に電磁石を設けるので、外部から可動部に電力を供給しなければならないし、振動の程度に応じて磁界を調整するための制御部も必要となり、装置の構成が複雑になり、コストや信頼性の面で難がある。
【０００４】
これに対して、電磁石に代えて永久磁石を用いることとすれば、低速域の振動に対しても定格に近い減衰荷重が働いてしまい、例えば制振対象として発電所の配管等に適用すると、熱変化による極めて緩やかな変位をも阻止して配管等の破損を招いてしまう。また、設置状況に応じて減衰特性を変えることができない。
【０００５】
さらに、電磁石の通電による発熱でシリンダ内に熱がこもり易く、磁気粘性流体の特性劣化をもたらす。しかも、磁気粘性流体が劣化すると、基油と鉄粉に分離し、液面付近に基油が上澄みとなって現れる現象が生じて、装置の性能に悪影響を及ぼす。
【０００６】
そこで、本発明は、比較的簡単な構成でコストの低廉化及び信頼性の向上を図ると共に、配管の熱変位のような極めて緩慢な変位を許容するが、風や地震などの振動を適切に減衰し、また設置状況に応じた減衰特性を簡単に調整でき、さらに磁気粘性流体の劣化を防止する一方、劣化の影響を少なく抑える磁気粘性流体流動型制振装置を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明においては、支持体又は被支持体の一方にシリンダ１を連結して、その内部に磁気粘性流体を充填し、他方にピストンロッド２を連結してシリンダ１に出入り自在に挿入する。ピストンロッド２にシリンダ１内を軸線方向に移動可能なピストン３を固定してシリンダ１内を第１及び第２の隔室８，９に区画する。第１及び第２の隔室８，９に連通する連通路４に磁気粘性流体を流通させ、この連通路４の途上に狭隘部１１を設ける。狭隘部１１に、磁界を形成して磁気粘性流体に流動抵抗を与える永久磁石１５を設ける。また隔室８，９に、ピストン３の緩慢な相対変位による磁気粘性流体の流通を許容するポペット弁１０を介してリザーバ５を連通させ、ピストン３の緩慢な相対変位をリザーバ５側への磁気粘性流体の流通により許容する。他の速度の相対変位に対して連通路４側への磁気粘性流体の流通により抵抗を付与し、振動等を減衰する。狭隘部１１は、間隔を変更可能な一対の永久磁石１５，１５を対向させたオリフィス１１として形成する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態を図面を参照して説明する。図１は本発明に係る磁気粘性流体流動型制振装置の平面図、図２は図１のII−II断面図、図３は図２のIII−III断面図である。
図１乃至図３において、制振装置は、シリンダ１と、このシリンダ１に軸線方向へ出入り自在に挿入されたピストンロッド２と、ピストンロッド２上に固定されたピストン３と、シリンダ１の下部に設けられた連通路である連通管４と、シリンダ１の上部に設けられたリザーバ５とを備えている。シリンダ１は図示しない構築物のような支持体又は配管のような被支持体の一方に引手６を介して連結され、ピストンロッド２は他方に引手７を介して連結される。シリンダ１の内部はピストン３によって隔室８，９に仕切られる。シリンダ１及び連通管４の内部には磁気粘性流体が充填されている。
【０００９】
リザーバ５は、ポペット弁１０を介してシリンダ１の隔室８，９に夫々連通しており、その内部に磁気粘性流体が収容されている。ポペット弁１０は、ピストン３の極めて緩慢な相対変位による磁気粘性流体の流れのみを許容するように開閉動作を行う。即ち、ポペット弁１０は、側部に流通孔を有する弁体がばねによって弁座から離れる方向に押されて構成されており、常時は開放状態が維持されて僅かな流れを許容するが、ばね力より高い圧力で弁を閉じる。
【００１０】
連通管４の両端は、シリンダ１の隔室８，９に連通している。連通管４はシリンダ１の下方に位置し、略矩形の非磁性体で構成され、長手方向に断面円形の流通路が貫通する。連通管４はその長手方向のほぼ中央に狭隘部であるオリフィス１１を備えている。オリフィス１１は、連通管４に横方向から挿入された対向する一対の磁性体１２，１２によって形成されている。磁性体１２は、シリンダ１に固定された取付片１４へのナットの締め込みによるボルト１３の固定位置によってオリフィス１１の間隔を調整できる。
【００１１】
連通管４には、オリフィス１１に磁界を形成する永久磁石１５が固定されている。即ち、永久磁石１５は磁性体１２，１２の対向する端部に夫々固着されている。永久磁石１５，１５は両者間に間隔方向の磁界を形成するように異なる磁極が対向するように配置されている。
【００１２】
この制振装置は、例えば発電設備の配管の支持に適用される。配管に熱変位が生じると、ピストン３がシリンダ１に対して極めて緩慢に相対移動する。ピストン３が移動すると隔室８，９の容積が変化するから、その内部の磁気粘性流体がシリンダ１を出入りする。図２においてピストン３が左行（又は右行）すると、ポペット弁１０を通じて磁気粘性流体がピストン３で隔室８（又は９）からリザーバ５側に押し出されると共に、不足分がリザーバ５側から隔室９（又は８）に流れ込む。従って、ピストン３の極めて緩慢な移動は妨げられず、減衰力を働かせることなく制振対象の変位が許容される。
【００１３】
一方、風や地震などにより制振対象に振動が加わると、先の例より速い移動速度でピストン３が左行（又は右行）し、磁気粘性流体がピストン３で隔室８（又は９）から押し出される。このとき、ポペット弁１０が閉じるので、磁気粘性流体はリザーバ５側を流れず、連通管４内を流通する。この磁気粘性流体はオリフィス１１で流れが絞られると共に、永久磁石１５の磁界により粘度が増すので流動抵抗が高まり、自由な流れが妨げられる。従って、ピストン３の移動に抵抗が生じて振動を減衰させる。磁気粘性流体の流動抵抗は、オリフィス１１の間隔や、オリフィス１１における磁界強度によって変化するので、減衰荷重は磁性体１２，１２の固定位置を調整したり、適切な磁界強度の永久磁石１５の選択により調整することが可能である。特に、オリフィス１１の間隔は、ナットの締め込みによるボルト１３の固定位置によって自由に変更することができるので、隙間を微調整するような部材の精密な仕上げ加工や組込み作業を必要としない。
【００１４】
他の実施形態を図４に示す。この実施形態においては、連通路を図２における連通管４に代えて連通管１６で構成した。即ち、シリンダ１の隔室８，９に連通管１６の両端部を連通させている。連通管１６は、先の例と同様にシリンダ１の下方に配置される。連通管１６は、円筒状の管体１７の中心に軸１８が固定されている。この軸１８上には、軸線方向に一列に５個の永久磁石１９が並んで互いに隙間なく密着して固定されている。各永久磁石１９は環状を成し、軸１８に対して止め金２０と、軸１８に螺合するナット２１とで着脱可能であり、必要数を取り付けることができる。永久磁石１９は軸線方向の両端部及び中間部に径方向へ突出した環状の磁極１９ａを有する。磁極１９ａは隣り合うものが異極を成す。磁極１９ａと管体１７の内面との間に狭隘部を成す隙間２２が形成される。
【００１５】
この実施形態においても、配管の熱変位によるピストン３の極めて緩慢な相対移動を許容する一方、風や地震などによる振動を永久磁石１９による隙間２２での磁界で、流動抵抗を増して振動減衰作用を発揮する。また、磁気粘性流体の流動抵抗は、永久磁石１９の取付数により変更することができ、減衰力を調整できる。
【００１６】
なお、本実施形態においては、狭隘部２２を環状の永久磁石１９の外側に形成したが、これに代えて環状の永久磁石の内側に形成してもよい。即ち、管体の内周に複数の環状の永久磁石を着脱可能に設け、この永久磁石の内側に小径管状の流通路を形成したり、あるいはこの永久磁石の内側にさらに円筒体を固定して断面環状の流通路を形成する。そして永久磁石の内周に磁極を突設して狭隘部を形成する。この場合も、磁気粘性流体の流れを絞る狭隘部に磁界が形成されるし、この永久磁石の取付数を変更できるので、先と同様な作用を行う。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、ピストンと磁石とを別体にしてシリンダ外に磁気粘性流体を流通させるので、比較的簡単な構成により、全体的にコストの低廉化を図ることができる。例えば配管等の熱変位に伴う極めて緩慢なピストンの相対変位を無理なく許容して機器の破損を防止するが、風や地震などによる振動を確実に減衰させ、性能、信頼性の向上を図ることができる。また、狭隘部の磁界を永久磁石で形成するので、電磁石に必要であった外部からの電力供給や磁界を変化させるための制御部が不要となり、装置の簡略化により、コストの低減、信頼性の向上に貢献できる。しかも、発熱による磁気粘性流体の特性劣化を防止することができる。永久磁石の間隔調整により、オリフィスの断面積と磁界を簡単に変更することができるので、高精度の部材の仕上げ加工や組立を必要とせず、装置の品質の向上を図ることができる。また簡単な操作によって、設置状況に応じた減衰特性を調整することができ、性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁気粘性流体流動型制振装置の平面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】図２のIII−III断面図である。
【図４】他の磁気粘性流体流動型制振装置の連通管の縦断面図である。
【符号の説明】
１ シリンダ
２ ピストンロッド
３ ピストン
４ 連通管
５ リザーバ
８ 隔室
９ 隔室
１０ ポペット弁
１１ オリフィス
１２ 磁性体
１３ ボルト
１５ 永久磁石
１６ 連通管
１９ 永久磁石
２０ 止め金
２１ ナット
２２ 隙間

Claims (3)

1. 支持体又は被支持体の一方に連結され、内部に磁気粘性流体を充填したシリンダと、
   支持体又は被支持体の他方に連結され、前記シリンダに出入り自在に挿入されたピストンロッドと、
   このピストンロッドに固定され、前記シリンダ内を第１及び第２の隔室に区画し、シリンダ内を軸線方向に移動可能なピストンと、
   前記シリンダの第１及び第２の隔室に、ピストンの緩慢な相対変位による磁気粘性流体の流通を許容するポペット弁を介して連通し、磁気粘性流体を収容したリザーバと、
   前記シリンダの第１及び第２の隔室に連通して磁気粘性流体を流通させ、途上に狭隘部を有する非磁性の連通路と、
   この連通路の狭隘部が、相互の間隔を変更可能な相対向する一対の永久磁石で形成されたオリフィスであることを特徴とする磁気粘性体流動型制振装置。
2. 前記一対の永久磁石が、前記流通路と直交する方向に進退自在に設けられ、各永久磁石に流通路と直交する方向に延出するように接続されたボルトにより進退調整可能であることを特徴とする請求項１に記載の磁気粘性体流動型制振装置。
3. 前記連通路は、前記シリンダより下方に位置し、前記狭隘部が、常時前記磁気粘性流体で満たされていることを特徴とする請求項１に記載の磁気粘性体流動型制振装置。

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