JP7040357B2 - 渦電流式ダンパ - Google Patents

Description

本発明は、渦電流式ダンパに関する。

地震等による振動から建物を保護するために、建物には制振装置が取り付けられる。制振装置は建物に与えられた運動エネルギを熱エネルギ等の他のエネルギに変換することで、建物の揺れを抑制する。このような制振装置として、渦電流式ダンパが知られている。

渦電流式ダンパはたとえば、特公平５－８６４９６号公報（特許文献１）に開示される。

特許文献１の渦電流式ダンパは、主筒に取り付けられた複数の永久磁石と、ねじ軸に接続されたヒステリシス材と、ねじ軸と噛み合うボールナットと、ボールナットに接続された副筒と、を備える。複数の永久磁石は、磁極の配置が交互に異なる。ヒステリシス材は、複数の永久磁石と対向し、相対回転可能である。この渦電流式ダンパに運動エネルギが与えられると、副筒及びボールナットが軸方向に往復移動し、ボールねじの作用によってヒステリシス材が回転する。これにより、ヒステリシス損が生じ、運動エネルギが消費される。また、ヒステリシス材に渦電流が発生するため、渦電流損により運動エネルギが消費される（減衰力が得られる）、と特許文献１には記載されている。

しかしながら、特許文献１の渦電流式ダンパでは、ボールナットの往復移動の端（ストローク端）においてヒステリシス材の回転方向が切り替わる。そのため、ボールナットがストローク端に近づくにつれヒステリシス材の回転速度は低下し、発生する渦電流の強さが弱くなる。すなわち、特許文献１の渦電流式ダンパではその構造上、ボールナットのストローク端近傍において渦電流による減衰力の低下が避けられない。

一方、建物に取り付けられるダンパとしては、渦電流式ダンパ以外にも粘性流体を用いた流体式ダンパが知られている。流体式ダンパでもピストンが往復移動することで減衰力が得られるため、ピストンのストローク端近傍で減衰力は低下する。

この流体式ダンパのストローク端での減衰力の低下を改善する発明が、国際公開第２００７／０９１３９９号（特許文献２）に開示されている。

特許文献２の流体式ダンパでは、シリンダ内に磁性流体が封入され、ピストンロッドが磁性部及び非磁性部から構成されている。ピストンロッドがストローク中央近傍にある場合は通常の流体式ダンパ同様に磁性流体の粘性抵抗で減衰力を得る。一方、ピストンロッドがストローク端近傍に近づくと、ピストンロッドの磁性部が磁場発生装置（磁石等）に近づくことにより、磁気回路が形成される。この磁気回路の磁場により磁性流体の粘性抵抗が高まるため、ストローク端近傍における減衰力を向上できる、と特許文献２には記載されている。

特公平５－８６４９６号公報 国際公開第２００７／０９１３９９号

しかしながら、特許文献２の発明は、流体式ダンパに関するものであり、渦電流式ダンパとは根本的に構造が異なる。そのため、特許文献２の技術を渦電流式ダンパに採用することは困難である。

本発明の目的は、ストローク端近傍における減衰力を向上させる渦電流式ダンパを提供することである。

本発明の渦電流式ダンパは、ねじ軸と、複数の回転ユニットと、導電部材と、を含む。ねじ軸は、軸方向に変位可能である。複数の回転ユニットは、ねじ軸の軸方向に沿って配置され、ねじ軸の変位によって回転可能である。導電部材は、複数の回転ユニットを内部に収容する。複数の回転ユニットはそれぞれ、ボールナットと、磁石保持部材と、複数の永久磁石と、を含む。ボールナットは、ねじ軸とかみ合うことが可能である。円筒形状の磁石保持部材は、ボールナットに固定される。複数の永久磁石は、磁石保持部材に固定され、磁石保持部材の円周方向に磁極の配置を交互に反転して配列され、導電部材の内周面と隙間を空けて対向する。ねじ軸がストローク中央位置から所定量以上変位したときにねじ軸とかみ合うボールナットの数は、ねじ軸がストローク中央位置から所定量未満変位したときにねじ軸とかみ合うボールナットの数よりも多い。

本発明の渦電流式ダンパは、ねじ軸と、複数の回転ユニットと、磁石保持部材と、複数の磁石列と、を含む。ねじ軸は、軸方向に変位可能である。複数の回転ユニットは、ねじ軸の軸方向に沿って配置され、ねじ軸の変位によって回転可能である。磁石保持部材は、複数の回転ユニットを内部に収容する。複数の磁石列は、複数の回転ユニットそれぞれに対応して設けられる。複数の磁石列はそれぞれ、磁石保持部材の内周面に固定され、磁石保持部材の円周方向に磁極の配置を交互に反転して配列された複数の永久磁石を含む。複数の回転ユニットはそれぞれ、ボールナットと、導電部材と、を含む。ボールナットは、ねじ軸とかみ合うことが可能である。導電部材は、ボールナットに固定され、円筒形状であり、外周面が複数の永久磁石と隙間を空けて対向する。ねじ軸がストローク中央位置から所定量以上変位したときにねじ軸とかみ合うボールナットの数は、ねじ軸がストローク中央位置から所定量未満変位したときにねじ軸とかみ合うボールナットの数よりも多い。

本発明の渦電流式ダンパによれば、ストローク端近傍における減衰力を向上させることができる。

図１は、第１実施形態の渦電流式ダンパの軸方向に沿った面での断面図である。 図２は、図１の一部拡大図である。 図３は、図２中のＩＩＩ－ＩＩＩ線での断面図である。 図４は、図３の一部拡大図である。 図５は、図２に示す状態からねじ軸がストローク端近傍まで変位した渦電流式ダンパの断面図である。 図６は、ねじ軸のねじ部の配置を模式的に示す図である。 図７は、第１実施形態の渦電流式ダンパの磁気回路を示す模式図である。 図８は、第２実施形態の渦電流式ダンパの軸方向に沿った面での断面図である。

（１）本実施形態の渦電流式ダンパは、ねじ軸と、複数の回転ユニットと、導電部材と、を含む。ねじ軸は、軸方向に変位可能である。複数の回転ユニットは、ねじ軸の軸方向に沿って配置され、ねじ軸の変位によって回転可能である。導電部材は、複数の回転ユニットを内部に収容する。複数の回転ユニットはそれぞれ、ボールナットと、磁石保持部材と、複数の永久磁石と、を含む。ボールナットは、ねじ軸とかみ合うことが可能である。円筒形状の磁石保持部材は、ボールナットに固定される。複数の永久磁石は、磁石保持部材に固定され、磁石保持部材の円周方向に磁極の配置を交互に反転して配列され、導電部材の内周面と隙間を空けて対向する。ねじ軸がストローク中央位置から所定量以上変位したときにねじ軸とかみ合うボールナットの数は、ねじ軸がストローク中央位置から所定量未満変位したときにねじ軸とかみ合うボールナットの数よりも多い。

上記（１）の渦電流式ダンパによれば、複数の回転ユニット各々に設けられたボールナットとねじ軸とがかみ合うことで、複数の回転ユニット各々に設けられた永久磁石が導電部材に対して回転可能である。つまり、複数の回転ユニット各々が導電部材に渦電流を発生させることができるため、複数の回転ユニット各々で減衰力を発現させることができる。ねじ軸がストローク中央位置から変位すると全ての回転ユニットが一斉に回転するのではなく、ねじ軸の変位量に応じて回転する回転ユニットの数が変わる。具体的には、ねじ軸が所定量以上変位したときにより多くの回転ユニットが回転する。そのため、ねじ軸の変位量が大きい場合、すなわちねじ軸のストローク端近傍において、減衰力の低下を抑制することができる。

このような（１）の渦電流式ダンパはたとえば、以下のような構成とすることができる。

（２）複数の回転ユニットは、ねじ軸の軸方向に沿って順に配置された、第１回転ユニットと、第２回転ユニットと、第３回転ユニットと、を含む。ねじ軸がストローク中央位置から所定量変位したときにねじ軸は、第１回転ユニット及び第２回転ユニットのボールナット、又は、第２回転ユニット及び第３回転ユニットのボールナットとかみ合い、ねじ軸がストローク中央位置にあるときにねじ軸は、第２回転ユニットのボールナットとかみ合う。

上記（２）の渦電流式ダンパは、以下のような構成とするのが好ましい。

（３）第１回転ユニットの複数の永久磁石の数は、第２回転ユニットの複数の永久磁石の数よりも少なく、第３回転ユニットの複数の永久磁石の数は、第２回転ユニットの複数の永久磁石の数よりも少ない。

（４）第１回転ユニットの複数の永久磁石の大きさは、第２回転ユニットの複数の永久磁石の大きさよりも小さく、第３回転ユニットの複数の永久磁石の大きさは、第２回転ユニットの複数の永久磁石の大きさよりも小さい。

また、上記（１）の渦電流式ダンパの磁石保持部材と導電部材との配置を逆転させた次のような構成としてもよい。

（５）渦電流式ダンパは、ねじ軸と、複数の回転ユニットと、磁石保持部材と、複数の磁石列と、を含む。ねじ軸は、軸方向に変位可能である。複数の回転ユニットは、ねじ軸の軸方向に沿って配置され、ねじ軸の変位によって回転可能である。磁石保持部材は、複数の回転ユニットを内部に収容する。複数の磁石列は、複数の回転ユニットそれぞれに対応して設けられる。複数の磁石列はそれぞれ、磁石保持部材の内周面に固定され、磁石保持部材の円周方向に磁極の配置を交互に反転して配列された複数の永久磁石を含む。複数の回転ユニットはそれぞれ、ボールナットと、導電部材と、を含む。ボールナットは、ねじ軸とかみ合うことが可能である。導電部材は、ボールナットに固定され、円筒形状であり、外周面が複数の永久磁石と隙間を空けて対向する。ねじ軸がストローク中央位置から所定量以上変位したときにねじ軸とかみ合うボールナットの数は、ねじ軸がストローク中央位置から所定量未満変位したときにねじ軸とかみ合うボールナットの数よりも多い。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の渦電流式ダンパの軸方向に沿った面での断面図である。渦電流式ダンパ１は、ねじ軸２と、複数の回転ユニット１１、１２、１３と、導電部材４と、を含む。

［ねじ軸］
ねじ軸２は、直線状に延びる部材であり、建物に取り付けられた取付具２１に固定される。建物が揺れるとその振動は、取付具２１を介してねじ軸２に伝達され、ねじ軸２が軸方向に変位し、振動に同期して往復運動（ストローク）する。

図１では、ねじ軸２がストローク中央位置にある状態を示す。ストローク中央位置とは、ねじ軸２の軸方向に沿った往復移動範囲の中央を意味する。渦電流式ダンパ１は、ねじ軸２をストローク中央位置にして、建物に取り付けられる。なお、本明細書において「軸方向」とはねじ軸２の軸方向を意味する。

ねじ軸２の外周面の一部にはねじ部が形成されている。この点については、後述する。

［回転ユニット］
図２は、図１の一部拡大図である。第１実施形態では、複数の回転ユニットが、第１回転ユニット１１、第２回転ユニット１２及び第３回転ユニット１３から構成される場合について説明する。これらの回転ユニットは、ねじ軸２の自由端（取付具２１に連結されていない方の端）側から軸方向に沿って、第１回転ユニット１１、第２回転ユニット１２、第３回転ユニット１３の順に配置される。第１実施形態では、これら３つの回転ユニットの構成は同じであるので、代表として第２回転ユニット１２の構造を説明する。

第２回転ユニット１２は、ボールナット３と、磁石保持部材５と、複数の永久磁石６と、を含む。

ボールナット３は、貫通孔と、フランジ部とを含む。貫通孔にはねじ軸２が通され、貫通孔の内周面には、ねじ軸２のねじ部とかみ合い可能なねじ部が形成されている。すなわち、ボールナット３は、ねじ軸２とボールねじを構成し、ねじ軸２が軸方向に変位するとボールナット３は回転する。換言すれば、ボールナット３はねじ軸２の並進運動を回転運動に変換する。フランジ部は、軸方向から見て、中空の円板形状である。

磁石保持部材５は、内周面及び外周面を含む円筒形状である。内周面の内側にはボールナット３の一部が収容される。外周面には複数の永久磁石６が固定される。つまり、磁石保持部材５は、複数の永久磁石６を保持する。永久磁石６からの磁束を外部に漏れにくくするため、磁石保持部材５の材質は炭素鋼、鋳鉄等の磁性体であるのが好ましい。この場合、磁石保持部材５はヨークとしての役割を果たす。

磁石保持部材５の一方の端部はボールナット３のフランジ部に固定される。したがって、ボールナット３が回転すると、それに伴って磁石保持部材５も回転する。磁石保持部材５の他方の端部は自由端となっており、ラジアル軸受２４を介して導電部材４に支持されている。また、磁石保持部材５と導電部材４との軸方向の隙間にはスラスト軸受２３が設けられる。これにより、磁石保持部材５及びボールナット３は、ねじ軸２が変位しても軸方向には移動しない。

図３は、図２中のＩＩＩ－ＩＩＩ線での断面図である。複数の永久磁石６は、磁石保持部材５の円周方向に配列され、隣接する２つの永久磁石６の間には隙間が設けられる。

複数の永久磁石６は、磁石保持部材５の径方向において導電部材４の内周面と隙間を空けて対向する。隙間の大きさは、永久磁石６からの磁束を導電部材４に効率的に到達させるため、可能な限り小さいほうが好ましい。また、各永久磁石６と導電部材４の内周面との距離は一定であるのが好ましい。

図４は、図３の一部拡大図である。複数の永久磁石６は、導電部材４の円周方向に磁極の配置を交互に反転して配列される。別の言葉で言えば、導電部材４の円周方向において隣接する永久磁石６同士は互いに磁極の配置が反転する。なお、図４では、永久磁石６の磁極の配置が磁石保持部材５の径方向である場合を示すが、磁極の配置はこれに限られず、ねじ軸２の軸方向であってもよい。

［導電部材］
図２を参照して、導電部材４は円筒形状であり、内部（円筒の内部空間）にはボールナット３、磁石保持部材５、永久磁石６（すなわち第２回転ユニット１２）及びねじ軸２の一部が収容される。導電部材４の内部に第２回転ユニット１２を収容することで渦電流式ダンパを小型にすることができる。永久磁石６が形成する磁場によって渦電流を発生させるため、導電部材４の材質は鋼等の導電性を有する材料である。

導電部材４の一方の端部は、建物に取り付けられた取付具２２に固定され、ラジアル軸受２４を介して軸方向の一方の端に配置された第１回転ユニット１１の磁石保持部材５を支持する。導電部材４の他方の端部は、自由端となっており、ラジアル軸受２４を介して軸方向の他方の端に配置された第３回転ユニット１３の磁石保持部材５を支持する。したがって、磁石保持部材５が回転しても導電部材４は回転しない。

［渦電流式ダンパの動作］
図２を参照して、第１実施形態の渦電流式ダンパ１に振動が加わった場合の動作について説明する。渦電流式ダンパ１に振動が加わっていない初期状態では、ねじ軸２はストローク中央位置にある。この初期状態から渦電流式ダンパ１に振動が加わり、ねじ軸２が導電部材４内部に進入する方向（図２中の左方向）に変位したと仮定して説明する。

初期状態では、第２回転ユニット１２のボールナット３のねじ部はねじ軸２のねじ部とかみ合っている。そのため、ねじ軸２がストローク中央位置から変位すると第２回転ユニット１２は回転する。

一方、初期状態では、第１回転ユニット１１のボールナット３のねじ部はねじ軸２のねじ部とかみ合っておらず、ねじ軸２がストローク中央位置から所定量変位するまでは第１回転ユニット１１は回転しない。

図５は、図２に示す状態からねじ軸がストローク端近傍まで変位した渦電流式ダンパの断面図である。ねじ軸２がストローク中央位置から所定量以上変位すると第１回転ユニット１１のボールナット３のねじ部はねじ軸２のねじ部とかみ合い、第１回転ユニット１１は第２回転ユニット１２と同一方向に回転する。

つまり、ねじ軸２がストローク中央位置から所定量変位するまでは、第２回転ユニット１２のみが回転し、ねじ軸２がストローク中央位置から所定量以上変位すると第１回転ユニット１１及び第２回転ユニット１２の２つの回転ユニットが回転する。そして、第１回転ユニット１１及び第２回転ユニット１２が共に回転したまま、ねじ軸２はストローク端（往復移動の端）に到達する。

ねじ軸２がストローク端に到達した後、ストローク中央位置に戻る際は、上述の説明の逆の動作となる。また、ねじ軸２がストローク中央位置から導電部材４外部に退出する方向（図５中の右方向）に変位する場合は、上述の説明の第１回転ユニット１１に代わって第３回転ユニット１３が第１回転ユニット１１と同様の動作をする。

このような第１実施形態の渦電流式ダンパの動作は、ねじ軸２のねじ部の配置によって制御される。以下、第１実施形態の渦電流式ダンパにおけるねじ軸２のねじ部の配置について詳述する。

［ねじ軸のねじ部の配置］
図６は、ねじ軸のねじ部の配置を模式的に示す図である。図６では、ねじ軸２と各回転ユニットとを示し、各回転ユニット１１、１２、１３はボールナット３のみを示す。

ねじ軸２は、ねじ部７と、非ねじ部８とを含む。ねじ部７はねじ軸２の外周面にねじが形成されている領域を意味し、非ねじ部８はねじ軸２の外周面にねじが形成されていない領域を意味する。

ねじ部７の軸方向の長さＬ１は、第１回転ユニット１１のボールナット３と第２回転ユニット１２のボールナット３との軸方向の間隔Ｌ２よりも長く、かつ、第３回転ユニット１３のボールナット３と第２回転ユニット１２のボールナット３との軸方向の間隔Ｌ３よりも長い。別の言葉で言えば、ねじ部７の軸方向の長さＬ１は、軸方向に隣接するボールナット３同士の間隔よりも長い。このような構成により、ねじ軸２が所定量以上変位した際に、軸方向に隣接する２つの回転ユニットを回転させることができる。

ねじ部７の軸方向の長さＬ１は、第１回転ユニット１１のボールナット３と第３回転ユニット１３のボールナット３との軸方向の間隔Ｌ４よりも短い。別の言葉で言えば、ねじ部７の軸方向の長さＬ１は、軸方向の両端のボールナット３同士の間隔よりも短い。このような構成により、ねじ軸２がストローク中央位置のとき、軸方向の両端の回転ユニット（第１回転ユニット１１及び第３回転ユニット１３）のボールナット３を回転させないことができる。

好ましくは、ねじ軸２は、ねじ部７の軸方向の両側それぞれに、軸方向の長さがボールナット３の軸方向の長さよりも長い非ねじ部８を含む。このような構成により、ねじ軸２がストローク中央位置にあるときに、非ねじ部８を軸方向の両端の回転ユニット（第１回転ユニット１１及び第３回転ユニット１３）のボールナット３それぞれの貫通孔に差し込むことができる。これにより、ねじ軸２と回転ユニット１１、１２、１３との軸合わせをすることができ、ねじ部７が軸方向の両端の回転ユニット（第１回転ユニット１１及び第３回転ユニット１３）のボールナット３とかみ合いやすくなる。

なお、第１回転ユニット１１が回転するねじ軸のストローク中央位置からの所定の変位量は特に限定されず、必要な減衰力等を考慮して適宜設定されればよい。たとえば、ねじ軸２がストローク中央位置から僅かに変位したときに、第１回転ユニット１１が回転するようにねじ部を設定してもよいし、ねじ軸２がストローク中央位置からある程度変位したときに、第１回転ユニット１１が回転するようにねじ部を設定してもよい。

［渦電流式ダンパの減衰力］
このような構成の第１実施形態の渦電流式ダンパの減衰力について説明する。

図７は、第１実施形態の渦電流式ダンパの磁気回路を示す模式図である。複数の永久磁石６は、隣接する永久磁石同士で磁極が反転している。そのため、ある永久磁石６のＮ極から出た磁束は、磁石保持部材５を通り、隣接する永久磁石６のＳ極に到達する。この永久磁石６のＮ極から出た磁束は、導電部材４を通り、永久磁石６のＳ極に到達する。すなわち、隣接する２つの永久磁石６、磁石保持部材５及び導電部材４によって磁気回路が形成される。

図７中の白抜き矢印で示すように磁石保持部材５（永久磁石６）が回転すると、導電部材４の内周面を通過する磁束が変化し、導電部材４に渦電流が発生する。渦電流が発生すると、新たな磁束（反磁界）が生じる。この反磁界は、磁石保持部材５の回転を妨げる（すなわちボールナットの回転を妨げる）方向に働く。ボールナットの回転が妨げられると、ねじ軸の軸方向への運動も妨げられ、振動が減衰する。これが渦電流による減衰力となる。

この点、第１実施形態の渦電流式ダンパでは、ねじ軸２がストローク中央位置から所定量変位するまでは１つの回転ユニットによって減衰力が得られ、ねじ軸２がストローク中央位置から所定量以上変位すると２つの回転ユニットによって減衰力が得られる。換言すれば、第１実施形態の渦電流式ダンパでは、ねじ軸２がストローク中央位置から所定量以上変位したときにねじ軸２とかみ合うボールナット３の数は、ねじ軸２がストローク中央位置にあるときにねじ軸２とかみ合うボールナット３の数よりも多い。

このようにねじ軸２の変位が所定量以上になることに伴い回転する回転ユニットの数を増加させることで次のような効果が得られる。

［ストローク端近傍での減衰力］
渦電流式ダンパによる減衰力は、常に一定ではなく、ストローク中央位置からのねじ軸２の変位（ねじ軸２の軸方向の速度）に応じて変動する。ストローク中のねじ軸２の軸方向の速度を見ると、図２に示されるようにねじ軸２がストローク中央位置を通過するとき、ねじ軸２の軸方向の速度は最大となる。ねじ軸２の軸方向の速度とボールナット３の回転速度（すなわち導電部材４の回転速度）とは比例関係にあるため、ストローク中央位置では第２回転ユニット１２の回転速度も最大となる。つまり、ストローク中央位置では導電部材４に強い渦電流が発生し、十分な減衰力が得られる。

しかしながら、ねじ軸２がストローク中央位置から変位すると、ねじ軸２の軸方向の速度はねじ軸２がストローク端に近づくにつれ速度は低下し、ストローク端では０となる。そのため、ねじ軸２がストローク端近傍にあるとき、渦電流式ダンパの減衰力はストローク中央位置を通過する場合に比べて低下する。

そこで、第１実施形態の渦電流式ダンパでは、ねじ軸２がストローク中央位置から所定量以上変位すれば、２つの回転ユニットを回転させる。これにより、ねじ軸２がストローク端近傍に差し掛かかり、第２回転ユニット１２による減衰力が低下しても、第１回転ユニット１１が回転することで渦電流式ダンパ全体としての減衰力の低下は抑制される。

また、建物に甚大な被害を与え得る長周期振動は振幅（ねじ軸２の変位量）が大きくなる傾向にある。そのため、ねじ軸２の変位量に応じて適宜回転させる回転ユニット数を調整できる（すなわちねじ軸２の変位量に応じて減衰力を調整できる）第１実施形態の渦電流式ダンパは、長周期振動の減衰に特に有効である。

また、渦電流が発生すると導電部材の温度はジュール熱により上昇する。特に、渦電流式ダンパでは、導電部材の永久磁石と対向する領域が局所的に高温になりやすい。この点、第１実施形態の渦電流式ダンパでは、複数の回転ユニットを軸方向に並べて配置することで、導電部材の永久磁石と対向する領域が軸方向に分散される。したがって、導電部材の局所的な温度上昇を抑制することができる。

以上、第１実施形態の渦電流式ダンパについて説明した。しかしながら、本発明の渦電流式ダンパは、上述の第１実施形態に限られず、次のような実施形態とすることもできる。

［第２実施形態］
第２実施形態の渦電流式ダンパについて説明する。

図８は、第２実施形態の渦電流式ダンパの軸方向に沿った面での断面図である。第２実施形態の渦電流式ダンパは、磁石保持部材５と導電部材４との配置関係が逆となる点で第１実施形態と相違する。すなわち、第１実施形態の渦電流式ダンパでは磁石保持部材５が導電部材４の内部に収容されていたが、第２実施形態の渦電流式ダンパでは導電部材４が磁石保持部材５の内部に収容されている点で第１実施形態の渦電流式ダンパと相違する。以下の説明では、第１実施形態と異なる構成についてのみ説明し、同一の構成については説明を省略する。

第２実施形態の渦電流式ダンパ１は、複数の回転ユニット１１、１２、１３と、磁石保持部材５と、複数の磁石列１４、１５、１６と、を含む。

［回転ユニット］
第２実施形態でも、複数の回転ユニットが、第１回転ユニット１１、第２回転ユニット１２及び第３回転ユニット１３から構成される場合について説明する。また、第２実施形態でも、これら３つの回転ユニットの構成は同じであるので、代表として第２回転ユニット１２の構造を説明する。

第２回転ユニット１２は、ボールナット３と、導電部材４と、を含む。

導電部材４は、円筒形状であり、一方の端部がボールナット３のフランジ部に固定される。したがって、ボールナット３が回転すると、それに伴って導電部材４も回転する。導電部材４の他方の端部は自由端となっている。要するに、第２実施形態の導電部材４は、第１実施形態の磁石保持部材と同じ形状となっている。

［磁石保持部材］
磁石保持部材５は円筒形状であり、内部（円筒の内部空間）にはボールナット３、導電部材４（すなわち第２回転ユニット１２）、永久磁石６及びねじ軸２の一部が収容される。磁石保持部材５の一方の端部は、建物に取り付けられた取付具２２に固定される。磁石保持部材５の他方の端部は、自由端となっている。したがって、磁石保持部材５は回転しない。要するに、第２実施形態の磁石保持部材５は、第１実施形態の導電部材と同じ形状となっている。

［磁石列］
第２実施形態では、複数の磁石列が、第１磁石列１４、第２磁石列１５及び第３磁石列１６から構成される場合について説明する。第１磁石列１４は第１回転ユニット１１に対応して設けられ、第２磁石列１５は第２回転ユニット１２に対応して設けられ、第３磁石列１６は第３回転ユニット１３に対応して設けられる。また、第２実施形態では、これら３つの磁石列の構成は同じであるので、代表として第２磁石列１５の構造を説明する。

第２磁石列１５は、複数の永久磁石６を含む。複数の永久磁石６は、磁石保持部材５の内周面に固定される。複数の永久磁石６は、磁石保持部材５の円周方向に配列され、隣接する２つの永久磁石６の間には隙間が設けられる。

複数の永久磁石６は、磁石保持部材５の径方向において導電部材４の外周面と隙間を空けて対向する。複数の永久磁石６は、導電部材４の円周方向に磁極の配置を交互に反転して配列される。

このような構成の第２実施形態の渦電流式ダンパの減衰力について説明する。

第２実施形態の渦電流式ダンパに振動が加えられると、第１実施形態と異なり、導電部材４が回転する。しかしながら、導電部材４と永久磁石６とが相対的に回転することに変わりはない。そのため、第２実施形態の渦電流式ダンパに振動が加えられ導電部材４が回転すると、導電部材４に渦電流が発生する。これにより、導電部材４の回転を妨げる反磁界が生じ、振動が減衰する。

また、第２実施形態の渦電流式ダンパでも、ねじ軸２がストローク中央位置から所定量以上変位すれば、２つの回転ユニットによって減衰力が得られる。これにより、ねじ軸２がストローク端近傍に近づいても、渦電流式ダンパの減衰力が低下することを抑制できる。要するに、第２実施形態の渦電流式ダンパも、第１実施形態と同様の減衰力を得ることができる。

［第３実施形態］
第３実施形態の渦電流式ダンパについて説明する。

上述の第１実施形態及び第２実施形態では、３つの回転ユニットが同一の構成である場合について説明した。つまり、第１実施形態及び第２実施形態では、各回転ユニットによって得られる減衰力は等しい。しかしながら、各回転ユニットによって得られる減衰力は異なっていてもよい。

第３実施形態の渦電流式ダンパは、軸方向の両端に配置された回転ユニットによる減衰力が中央に配置された回転ユニットによる減衰力よりも小さい点で、第１実施形態及び第２実施形態と相違する。この第３実施形態の構成は、第１実施形態及び第２実施形態の渦電流式ダンパ双方に適用することはできるが、以下では第１実施形態の渦電流式ダンパを基本とし、第１実施形態と異なる構成についてのみ説明し、同一の構成については説明を省略する。

図２を参照して、軸方向の両端に配置された回転ユニット（第１回転ユニット１１及び第２回転ユニット１２）による減衰力を、中央の第２回転ユニット１２による減衰力よりも小さくする利点について説明する。

振動している建物に渦電流式ダンパの減衰力が加えられることは、建物が渦電流式ダンパから反力を受けることを意味する。第１実施形態及び第２実施形態の渦電流式ダンパでは、各回転ユニットによる減衰力が同じであるため、ねじ軸２が所定量以上変位し、第２回転ユニット１２に加えて第１回転ユニット１１（又は第３回転ユニット１３）が回転すると、渦電流式ダンパの減衰力は単純計算で２倍となり、急激に増加する。そのため、建物の振動は短時間で減衰するものの、建物には大きな反力が急激に加わることになる。渦電流式ダンパの最大減衰力は、建物に悪影響を及ぼさないように設定されるため、第１実施形態及び第２実施形態の渦電流式ダンパでも問題はないが、建物に加わる反力は小さくする方が望ましい。

この点、第３実施形態の渦電流式ダンパでは、第１回転ユニット１１及び第３回転ユニット１３による減衰力が、第２回転ユニット１２による減衰力よりも小さく設定される。そのため、第２回転ユニット１２に加えて第１回転ユニット１１（又は第３回転ユニット１３）が回転しても、渦電流式ダンパとしての減衰力は増加するものの、急激には増加しない。したがって、第３実施形態の渦電流式ダンパによれば建物に加えられる減衰力（反力）が低減される。

第１回転ユニット１１及び第３回転ユニット１３の減衰力を、第２回転ユニット１２よりも小さく設定するには次のような構成とすればよい。なお、以下では第１回転ユニット１１についてのみ説明するが、第３回転ユニット１３についても同様である。

たとえば、第１回転ユニット１１の永久磁石６の数を、第２回転ユニット１２の永久磁石６の数よりも少なくすればよい。また、たとえば、第１回転ユニット１１の永久磁石６の大きさを、第２回転ユニット１２の永久磁石６の大きさよりも小さくすればよい。これにより、導電部材４に到達する磁束の量が減少し、減衰力を小さくすることができる。また、たとえば、第１回転ユニット１１の半径を第２回転ユニットの半径よりも小さくしてもよい。

たとえば、第１回転ユニット１１における導電部材４と永久磁石６との間隔を、第２回転ユニット１２における導電部材４と永久磁石６との間隔よりも大きくしてもよい。

たとえば、第１回転ユニット１１の永久磁石６と対向する導電部材４の領域の導電性を、第２回転ユニット１２の永久磁石６と対向する導電部材４の領域の導電性よりも低くしてもよい。

このように、軸方向の両端に配置された回転ユニットの減衰力を、中央に配置された回転ユニットよりも小さくする第３実施形態の渦電流式ダンパは、制振ダンパに特に適する。

以上、本実施形態の渦電流式ダンパについて説明した。その他、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能であることは言うまでもない。

たとえば、上述の実施形態では回転ユニットが３つの場合について説明したが、回転ユニットの数はこれに限定されず、必要な減衰力や、減衰力の制御の仕方等に基づいて、回転ユニットの数は適宜設定されてもよい。

本発明の渦電流式ダンパは、建物の制振装置及び免震装置に有用である。

１：渦電流式ダンパ
２：ねじ軸
３：ボールナット
４：導電部材
５：磁石保持部材
６：永久磁石
７：ねじ部
８：非ねじ部
１１：第１回転ユニット
１２：第２回転ユニット
１３：第３回転ユニット
１４：第１磁石列
１５：第２磁石列
１６：第３磁石列
２１：取付具
２２：取付具
２３：スラスト軸受
２４：ラジアル軸受

Claims (5)

1. 軸方向に変位可能なねじ軸と、
   前記ねじ軸の軸方向に沿って配置され、前記ねじ軸の変位によって回転可能な複数の回転ユニットと、
   前記複数の回転ユニットを内部に収容する導電部材と、を備え、
   前記複数の回転ユニットはそれぞれ、
   前記ねじ軸とかみ合うことが可能なボールナットと、
   前記ボールナットに固定された円筒形状の磁石保持部材と、
   前記磁石保持部材に固定され、前記磁石保持部材の円周方向に磁極の配置を交互に反転して配列され、前記導電部材の内周面と隙間を空けて対向する複数の永久磁石と、を含み、
   前記ねじ軸がストローク中央位置から所定量以上変位したときに前記ねじ軸とかみ合う前記ボールナットの数は、前記ねじ軸がストローク中央位置から所定量未満変位したときに前記ねじ軸とかみ合う前記ボールナットの数よりも多い、渦電流式ダンパ。
2. 請求項１に記載の渦電流式ダンパであって、
   前記複数の回転ユニットは、前記ねじ軸の軸方向に沿って順に配置された、第１回転ユニットと、第２回転ユニットと、第３回転ユニットと、を含み、
   前記ねじ軸がストローク中央位置から所定量変位したときに前記ねじ軸は、前記第１回転ユニット及び前記第２回転ユニットの前記ボールナット、又は、前記第２回転ユニット及び前記第３回転ユニットの前記ボールナットとかみ合い、
   前記ねじ軸がストローク中央位置にあるときに前記ねじ軸は、前記第２回転ユニットの前記ボールナットとかみ合う、渦電流式ダンパ。
3. 請求項２に記載の渦電流式ダンパであって、
   前記第１回転ユニットの前記複数の永久磁石の数は、前記第２回転ユニットの前記複数の永久磁石の数よりも少なく、
   前記第３回転ユニットの前記複数の永久磁石の数は、前記第２回転ユニットの前記複数の永久磁石の数よりも少ない、渦電流式ダンパ。
4. 請求項２に記載の渦電流式ダンパであって、
   前記第１回転ユニットの前記複数の永久磁石の大きさは、前記第２回転ユニットの前記複数の永久磁石の大きさよりも小さく、
   前記第３回転ユニットの前記複数の永久磁石の大きさは、前記第２回転ユニットの前記複数の永久磁石の大きさよりも小さい、渦電流式ダンパ。
5. 軸方向に変位可能なねじ軸と、
   前記ねじ軸の軸方向に沿って配置され、前記ねじ軸の変位によって回転可能な複数の回転ユニットと、
   前記複数の回転ユニットを内部に収容する磁石保持部材と、
   前記複数の回転ユニットそれぞれに対応して設けられた複数の磁石列と、を備え、
   前記複数の磁石列はそれぞれ、
   前記磁石保持部材の内周面に固定され、前記磁石保持部材の円周方向に磁極の配置を交互に反転して配列された複数の永久磁石を含み、
   前記複数の回転ユニットはそれぞれ、
   前記ねじ軸とかみ合うことが可能なボールナットと、
   前記ボールナットに固定され、円筒形状であり、外周面が前記複数の永久磁石と隙間を空けて対向する導電部材と、を含み、
   前記ねじ軸がストローク中央位置から所定量以上変位したときに前記ねじ軸とかみ合う前記ボールナットの数は、前記ねじ軸がストローク中央位置から所定量未満変位したときに前記ねじ軸とかみ合う前記ボールナットの数よりも多い、渦電流式ダンパ。
   

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