JP7057263B2 - 渦電流式ダンパ - Google Patents

Description

本発明は、構造物に設けられ、その振動を抑制するためのダンパに関し、特に永久磁石による渦電流を利用した渦電流式ダンパに関する。

従来のこの種のダンパとして、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。このダンパは、ボールねじ式のものであり、地震時などに相対変位する支持体及び被支持体にそれぞれ連結された主筒及び副筒と、主筒に回転自在に支持されたねじ軸と、副筒に回転不能に支持されるとともに、ねじ軸に螺合するボールナットを備える。また、ねじ軸の外周側に固定されたヒステリシス材（強磁性体）と、主筒の内周面に設けられ、ヒステリシス材に対向する複数の永久磁石を備えている。

このダンパでは、地震時などに支持体と被支持体が相対変位すると、その相対変位がねじ軸の回転運動に変換され、ねじ軸と一体のヒステリシス材が、対向する複数の永久磁石の磁界内を回転する際のヒステリシス損失によって、振動エネルギが減衰され、振動が抑制される。また、特許文献１には、ねじ軸にヨーク材をさらに設け、主筒の内周面に、ヨーク材に対向する環状の第２永久磁石をさらに設けることが開示されており、この構成により、ねじ軸の回転に伴ってヨーク材に発生する渦電流損失によって、振動エネルギがさらに減衰される。

特公平５－８６４９６号公報

上述した渦電流損失による減衰効果は、ヨーク材と永久磁石との相対回転速度が大きいほど、より大きい。これに対し、上記の従来のダンパは、構造物の直線運動（相対変位）から回転運動への変換を、ボールナットとねじ軸との機械的な噛合いにより行うボールねじ式のものであり、回転増幅率（回転量／相対変位）がねじ軸のリード長によって定まるため、得られる相対回転速度には限界がある。このため、上述した渦電流損失による減衰効果を十分に得ようとすると、多量の永久磁石を用いることが必要になる。

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、少量の永久磁石を用いながら、渦電流による高い減衰効果を発揮させることによって、良好な振動抑制効果を得ることができる渦電流式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渦電流式ダンパであって、軸線方向に互いに区画され、作動流体が充填された第１ピストン室及び第２ピストン室を有し、第１部位に連結されるシリンダと、互いに一体に連結された第１ピストン及び第２ピストンを有し、第２部位に連結される連設ピストンと、を備え、第１及び第２ピストンはそれぞれ、第１及び第２ピストン室に軸線方向に摺動自在に設けられ、第１ピストンは、第１ピストン室を第１流体室と第２流体室とから成る２つの流体室に区画し、第２ピストンは、第２ピストン室を第３流体室と第４流体室とから成る２つの流体室に区画し、第１ピストンをバイパスし、第１及び第２流体室に連通する第１連通路と、第２ピストンをバイパスし、第３及び第４流体室に連通する第２連通路と、第１連通路に設けられ、第１連通路内の作動流体の流動を回転運動に変換する第１圧力モータと、第２連通路に設けられ、第２連通路内の作動流体の流動を回転運動に変換する第２圧力モータと、第１圧力モータによって回転駆動される第１ロータと、第１ロータに対向し、第２圧力モータによって第１ロータと反対方向に回転駆動される第２ロータと、をさらに備え、第１及び第２ロータの一方のロータは、導電部材で構成されており、第１及び第２ロータの他方に設けられ、磁界内を回転する一方のロータに、一方の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作用させるように構成された複数の永久磁石をさらに備えることを特徴とする。

本発明の渦電流式ダンパは、構造物を含む系内の第１及び第２部位の間に設けられる。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、相対変位の大きさ及び方向に応じて、連設ピストンがシリンダに対して移動し、連設ピストンの第１及び第２ピストンが、シリンダの第１及び第２ピストン室内をそれぞれ摺動する。

この第１ピストンの移動に伴い、第１又は第２流体室内の作動流体が第１ピストンで押し出され、第１連通路に流入し、この第１連通路内の作動流体の流動が、第１圧力モータにより回転運動に変換されることによって、第１ロータが回転駆動される。同様に、第２ピストンの移動に伴い、第３又は第４流体室内の作動流体が第２ピストンで押し出され、第２連通路に流入し、この第２連通路内の作動流体の流動が、第２圧力モータにより回転運動に変換されることによって、第２ロータが回転駆動される。以上により、第１及び第２ロータの回転による回転慣性質量効果（慣性力）が発揮されるとともに、作動流体が第１及び第２連通路を流動する際の粘性抵抗による粘性減衰効果（粘性力）が発揮される。

またこの場合、第１及び第２ロータのうちの、導電部材で構成された一方のロータが、他方のロータに設けられた複数の永久磁石の磁界内を回転する。これにより、一方のロータに渦電流（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り、一方のロータの回転と反対方向のローレンツ力が発生し、一方のロータに抵抗力（制動力）として作用することによって、渦電流（ローレンツ力）による減衰効果（減衰力）が発揮される。

さらに、本発明の渦電流式ダンパによれば、第１及び第２ロータが互いに反対方向に回転駆動されるので、永久磁石と導電部材の間の相対回転速度が大きくなる。これにより、少量の永久磁石を用いながら、渦電流による高い減衰効果を発揮させることができ、良好な振動抑制効果を得ることができる。

また、前記目的を達成するために、請求項２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渦電流式ダンパであって、軸線方向に互いに区画され、作動流体が充填された第１ピストン室及び第２ピストン室を有し、第１部位に連結されるシリンダと、互いに一体に連結された第１ピストン及び第２ピストンを有し、第２部位に連結される連設ピストンと、を備え、第１及び第２ピストンはそれぞれ、第１及び第２ピストン室に軸線方向に摺動自在に設けられ、第１ピストンは、第１ピストン室を第２ピストン室と反対側の第１流体室と第２ピストン室側の第２流体室とから成る２つの流体室に区画し、第２ピストンは、第２ピストン室を第１ピストン室側の第３流体室と第１ピストン室と反対側の第４流体室とから成る２つの流体室に区画し、第１及び第３流体室に連通する第１連通路と、第２及び第４流体室に連通する第２連通路と、一端部が第１及び第３流体室の少なくとも一方に連通し、他端部が第２及び第４流体室の少なくとも一方に連通する合流連通路と、合流連通路に設けられ、合流連通路内の作動流体の流動を回転運動に変換する圧力モータと、圧力モータによって回転駆動されるロータと、ロータに対向する回転不能のステータと、をさらに備え、ロータ及びステータの一方は、導電部材で構成されており、ロータ及びステータの他方に設けられ、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作用させるように構成された複数の永久磁石をさらに備えることを特徴とする。

本発明の渦電流式ダンパは、請求項１のダンパと同様、構造物を含む系内の第１及び第２部位の間に設けられる。地震時などに第１及び第２部位の間に相対変位が発生すると、相対変位の大きさ及び方向に応じて、連設ピストンの第１及び第２ピストンが、それぞれシリンダの第１及び第２ピストン室内を摺動する。

この場合、例えば、第１ピストンが第１ピストン室の第１流体室側に移動し、第２ピストンが第２ピストン室の第３流体室側に移動したときには、第１ピストンで押し出された作動流体と第２ピストンで押し出された作動流体が、合流した状態で、合流連通路に一端部から流入する。その結果、第１ピストンによる押出し量と第２ピストンによる押出し量とを合わせた流量の作動流体が、圧力モータに流入する。

これにより、圧力モータ及びロータが増速され、ロータ及びステータの一方を構成する導電部材と他方に設けられた永久磁石との間の相対回転速度が大きくなる。したがって、少量の永久磁石を用いながら、渦電流による高い減衰効果を発揮させることができ、良好な振動抑制効果を得ることができる。

圧力モータを通過した作動流体は、合流連通路の他端部から流出し、第１ピストン室の第２流体室及び第２ピストン室の第４流体室に戻される。また、上記とは逆に、第１及び第２ピストンが第２及び第４流体室側に移動する場合には、作動流体が上記と逆方向に流れ、同様の動作が得られる。

また、本発明のダンパでは、上述した渦電流による減衰効果（減衰力）に加えて、ロータの回転による回転慣性質量効果（慣性力）が発揮されるとともに、作動流体が第１及び第２連通路や合流連通路などを流動する際の粘性抵抗による粘性減衰効果（粘性力）が発揮される。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の渦電流式ダンパにおいて、ロータは、不動のケーシングに回転自在に収容され、ステータは、ケーシング内に軸線方向に摺動自在に設けられた第３ピストンを有し、両端部において合流連通路と並列に接続され、合流連通路内の作動流体の圧力を第３ピストンの背面側に導入する圧力導入路と、ケーシング内に設けられ、第３ピストンを背面側に付勢するセットばねと、をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、ロータは、不動のケーシングに回転自在に収容され、ステータとしての第３ピストンは、ケーシング内に軸線方向に摺動自在に設けられており、ロータが第３ピストンに対して回転することによって、渦電流による減衰効果が発揮される。また、合流連通路内の作動流体の圧力が、圧力導入路を介して第３ピストンの背面側に導入される。これにより、第３ピストンは、背面側に導入された圧力とセットばねのばね力が釣り合う位置に移動し、第３ピストンとロータとの距離、すなわち永久磁石と導電部材との相対距離が変化することによって、渦電流による減衰効果が変化する。

合流連通路がシリンダの流体室に連通しているため、合流連通路内の圧力はシリンダ内の作動流体の圧力を反映し、シリンダ内の作動流体の圧力は、ダンパの軸力（ダンパに作用する軸方向の荷重）を反映する。したがって、この構成によれば、渦電流による減衰効果を、シリンダ内の作動流体の圧力（ダンパの軸力）に応じてパッシブに可変制御することができる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の渦電流式ダンパにおいて、圧力導入路の合流連通路との接続部にそれぞれ設けられ、合流連通路内の作動流体の圧力が第１所定圧に達したときに開弁し、合流連通路内の作動流体の圧力を圧力導入路に導入する一対の開閉弁をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、合流連通路内の作動流体の圧力が第１所定圧に達するまでは、一対の開閉弁が開弁しないことで、合流連通路内の作動流体の圧力は第３ピストンの背面側に導入されず、渦電流による減衰効果は変更されない。一方、合流連通路内の作動流体の圧力が第１所定圧に達すると、対応する開閉弁が開弁する。これにより、作動流体の圧力が第３ピストンの背面側に導入され、第３ピストンがセットばねを圧縮しながらロータ側に移動することによって、永久磁石と導電部材との相対距離が短くなり、渦電流による減衰効果が大きくなる。このように、合流連通路内の作動流体の圧力が第１所定圧以上に増大したときに、開閉弁が開弁することで、渦電流による減衰効果を強化することができる。

請求項５に係る発明は、請求項４に記載の渦電流式ダンパにおいて、圧力導入路は、一対の開閉弁をそれぞれバイパスし、合流連通路に連通する一対の連通部を有し、一対の連通部にそれぞれ配置されるとともに、手動によって開弁され、圧力導入路内の圧力を合流連通路側に逃がすことによって、第３ピストンを初期状態に復帰させるための一対の復帰弁をさらに備えることを特徴とする。

開閉弁が前述したように作動した後には、第３ピストンの背面側の圧力は、圧縮されたセットばねのばね力の分だけ、合流連通路内の圧力よりも高い状態で残留している。この構成によれば、開閉弁の作動後に一対の復帰弁を手動で開弁すると、圧力導入路内の高圧の圧力が、復帰弁を介して、合流連通路側に逃がされる。これにより、第３ピストンは、セットばねのばね力によって移動し、初期状態に復帰する。このように、開閉弁が作動した後、一対の復帰弁を開弁するだけで、第３ピストンを初期状態に容易に復帰させることができる。

請求項６に係る発明は、請求項１から５のいずれかに記載の渦電流式ダンパにおいて、第１及び第２ピストンの各々には、各ピストンで区画された２つの流体室の一方における作動流体の圧力が所定圧力に達したとき、及び２つの流体室の他方における作動流体の圧力が所定圧力に達したときに、それぞれ開弁し、２つの流体室を互いに連通させる一対のリリーフ弁が設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、第１及び第２ピストンの各々に一対のリリーフ弁が設けられている。これらのリリーフ弁は、各ピストンによって区画された２つの流体室の一方における作動流体の圧力又は他方における作動流体の圧力が、所定圧力に達したときに開弁する。これにより、２つの流体室が互いに連通し、上昇した一方の流体室内の圧力が他方の流体室に逃がされる。その結果、流体室圧力の過大化が防止され、回転慣性質量ダンパの制振力（減衰力＋慣性力＋粘性力の合力）が頭打ちになることにより、シリンダ及びピストンに作用する軸力を適切に制限することができる。

本発明の第１実施形態によるダンパを示す縦断面図である。 図１の線Ｘ－Ｘに沿う断面図である。 図１のダンパを制振建物に適用した例を概略的に示す図である。 本発明の第２実施形態によるダンパを示す縦断面図である。 図４のダンパの第１変形例を示す縦断面図である。 図４のダンパの第２変形例を示す縦断面図である。 図４のダンパの第３変形例を示す断面図である。 図４のダンパの第４変形例を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。図１は、第１実施形態によるダンパ１を示す。このダンパ１は、後述する永久磁石による渦電流により減衰効果を発揮させる渦電流式のものであり、シリンダ２と、シリンダ２内に設けられた２連ピストン３と、シリンダ２に接続された第１連通路４及び第２連通路５を備えている。

シリンダ２は、円筒状の周壁２ａと、周壁２ａの軸線方向の両端部に設けられた円板状の第１端壁２ｂ及び第２端壁２ｃと、中央の区画壁２ｄを一体に有する。これらの周壁２ａ、第１端壁２ｂ及び区画壁２ｄによって、第１ピストン室２ｅが画成され、周壁２ａ、第２端壁２ｃ及び区画壁２ｄによって、第２ピストン室２ｆが画成されている。第１及び第２ピストン室２ｅ、２ｆの断面積及び軸線方向の長さは、互いに同じである。

また、第１及び第２ピストン室２ｅ、２ｆと第１及び第２連通路４、５には、作動流体ＨＦが充填されている。作動流体ＨＦは、適度な粘性を有する作動油などで構成されている。シリンダ２の第１端壁２ｂ側の端部には、自在継手を介して、第１取付具ＦＬ１が設けられている。

２連ピストン３は、第１ピストン３ａ、連結ロッド３ｂ、第２ピストン３ｃ及びピストンロッド３ｄを、この順で同軸状に一体に連結したものである。第１及び第２ピストン３ａ、３ｃは、第１及び第２ピストン室２ｅ、２ｆにそれぞれ収容されており、それらの外周面はシールを介して周壁２ａの内周面に液密に接している。また、第１及び第２ピストン３ａ、３ｃの受圧面積及び軸線方向の長さは、互いに同じである。

この構成により、第１及び第２ピストン３ａ、３ｃは軸線方向に移動自在であるとともに、第１ピストン３ａは、第１ピストン室２ｅを第１端壁２ｂ側の第１流体室Ｃ１と中央側の第２流体室Ｃ２に区画し、第２ピストン３ｃは、第２ピストン室２ｆを中央側の第３流体室Ｃ３と第２端壁２ｃ側の第４流体室Ｃ４に区画している。また、連結ロッド３ｂは区画壁２ｄの中心の孔に、ピストンロッド３ｄは第２端壁２ｃの中心の孔に、それぞれシールを介して液密に挿入されており、ピストンロッド３ｄの外端部には、自在継手を介して、第２取付具ＦＬ２が設けられている。

また、第１ピストン３ａには、軸線方向に貫通する複数の第１連通孔３ｅ及び第２連通孔３ｆ（それぞれ１つのみ図示）が形成されている。第１連通孔３ｅには第１リリーフ弁１１が、第２連通孔３ｆには第２リリーフ弁１２が、それぞれ設けられている。

第１リリーフ弁１１は、常閉弁として構成され、弁体と、これを閉弁方向に付勢するばねを有し、第２流体室Ｃ２内の作動流体ＨＦの圧力が、設定圧である所定圧力に達するまでは、第１連通孔３ｅを閉鎖し、所定圧力に達したときに、第１連通孔３ｅを開放する。これにより、第２流体室Ｃ２内の作動流体ＨＦの圧力が、第１連通孔３ｅを介して第１流体室Ｃ１側に逃がされ、所定圧力以下に制限される。

第２リリーフ弁１２は、第１リリーフ弁１１と同様に構成され、第１流体室Ｃ１内の作動流体ＨＦの圧力が所定圧力に達するまでは、第２連通孔３ｆを閉鎖し、所定圧力に達したときに、第２連通孔３ｆを開放する。これにより、第１流体室Ｃ１内の圧力が、第２連通孔３ｆを介して第２流体室Ｃ２側に逃がされ、所定圧力以下に制限される。

同様に、第２ピストン３ｃにおいても、第１及び第２連通孔３ｅ、３ｆが形成され、第１及び第２リリーフ弁１１、１２が設けられており、それにより、第３及び第４流体室Ｃ３、Ｃ４内の作動流体ＨＦの圧力が、所定圧力以下に制限される。

第１連通路４は、第１ピストン３ａをバイパスし、第１ピストン室２ｅの軸線方向の両端部において、第１及び第２流体室Ｃ１、Ｃ２に連通している。同様に、第２連通路５は、第２ピストン３ｃをバイパスし、第２ピストン室２ｆの軸線方向の両端部において、第３及び第４流体室Ｃ３、Ｃ４に連通している。

また、ダンパ１は、第１連通路４に設けられた第１歯車モータＭ１と、第２連通路５に設けられた第２歯車モータＭ２と、第１歯車モータＭ１の出力軸２３に連結されたケーシング２４と、ケーシング２４に収容された複数の永久磁石２５と、第２歯車モータＭ２の出力軸２６に連結されたフライホイール２７を備えている。

第１及び第２歯車モータＭ１、Ｍ２はそれぞれ、第１及び第２連通路４、５内の作動流体ＨＦの流動を回転運動に変換し、出力軸２３、２６から出力するものであり、歯車（図示せず）を有する内接式又は外接式の構成を有する。第１及び第２歯車モータＭ１、Ｍ２は、第１及び第２連通路４、５の互いに近い部位に配置されている。また、出力軸２３、２６は、水平に延び、互いに同軸状に対向するとともに、互いに反対方向に回転するように構成されている。

ケーシング２４は、例えば鋼材などの強磁性体で構成され、周壁２４ａと左右の円板状の端壁２４ｂ、２４ｂとから成る短円筒状に形成されており、第１歯車モータＭ１の出力軸２３に同軸状に一体に設けられている。複数の永久磁石２５は、ケーシング２４の左右の端壁２４ｂ、２４ｂの各内面に設けられている。図２に示すように、永久磁石２５は、端壁２４ｂの外周部に周方向に等間隔に配置されるとともに、それらの磁極の向きは、隣り合う各２つの間で交互に異なるように設定されている。

第２歯車モータＭ２の出力軸２６は、一方の端壁２４ｂの中心の孔を介して、ケーシング２４内に延び、フライホイール２７は、出力軸２６の内端部に同軸状に一体に連結されている。この構成と、上述したように出力軸２３、２６が互いに反対方向に回転することから、ケーシング２４とフライホイール２７は、常時、互いに反対方向に回転駆動される。フライホイール２７は、導電部材、例えば鋼材などで構成されており、左右の複数の永久磁石２５の間に配置され、それらに対向している。

図３は、以上の構成のダンパ１を制振建物に適用した例を示す。この例では、建物である構造物Ｂ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ＢＲが設けられている。ダンパ１は、下梁ＢＬ及び左柱ＰＬの角部とＶ型ブレースＢＲとの間に、第１及び第２取付具ＦＬ１、ＦＬ２を介して、水平に取り付けられている。なお、構造物Ｂへのダンパ１の連結方法として、他の適当な方法を採用してもよいことはもちろんである。

次に、上述した構成のダンパ１の動作について説明する。構造物Ｂの振動が発生していないときには、ダンパ１は、図１に示す初期状態にあり、第１及び第２ピストン３ａ、３ｃは、第１及び第２ピストン室２ｅ、２ｆの軸線方向の中心である中立位置に位置している。

この初期状態から、地震時などに構造物Ｂが振動するのに伴い、上梁ＢＵと下梁ＢＬの間に水平方向の相対変位が発生すると、第１及び第２ピストン３ａ、３ｃを有する２連ピストン３が、相対変位に応じた方向及びストロークで軸線方向に一体に移動する。これに伴い、第１及び第２ピストン室２ｅ、２ｆ内の作動流体ＨＦがそれぞれ、第１及び第２ピストン３ａ、３ｃで押し出され、第１及び第２連通路４、５に流入する。

例えば、２連ピストン３が図１の左方に移動する場合には、矢印で示すように、第１ピストン室２ｅ内の作動流体ＨＦは、第１流体室Ｃ１から第１連通路４に流入し、第２ピストン室２ｆ内の作動流体ＨＦは、第３流体室Ｃ３から第２連通路５に流入する。なお、この場合、第１及び第２ピストン３ａ、３ｃの受圧面積及び移動量が互いに同じであるため、第１及び第２連通路４、５内の作動流体ＨＦの流量は、互いに等しい。

そして、第１連通路４内の作動流体ＨＦの流動が、第１歯車モータＭ１で回転運動に変換されることで、ケーシング２４が回転駆動されるとともに、第２連通路５内の作動流体ＨＦの流動が、第２歯車モータＭ２で回転運動に変換されることで、フライホイール２７が、ケーシング２４と反対方向に回転駆動される。このようなケーシング２４及びフライホイール２７の回転によって、回転慣性質量効果（慣性力）が発揮される。また、作動流ＨＦが第１及び第２連通路４、５を流動する際の粘性抵抗によって、粘性減衰効果（粘性力）が発揮される。

また、ケーシング２４とフライホイール２７が相対的に回転することによって、導電部材で構成されたフライホイール２７が、ケーシング２４に設けられた複数の永久磁石２５の磁界内を回転する。これにより、フライホイール２７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２５の磁界との相互作用によって、フライホイール２７にそ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）として作用することによって、減衰効果（減衰力）が発揮される。

また、このダンパ１によれば、ケーシング２４とフライホイール２７が互いに反対方向に回転駆動される。このため、ケーシング２４に設けられた永久磁石２５と、フライホイール２７を構成する導電部材との相対回転速度が大きくなる。これにより、少量の永久磁石を用いながら、渦電流（ローレンツ力）による高い減衰効果を発揮させることができ、良好な振動抑制効果を得ることができる。

次に、図４を参照しながら、本発明の第２実施形態によるダンパ３１について説明する。同図において、第１実施形態と同じ又は同等の構成要素については、同じ符号を付している。このダンパ３１は、第１実施形態のダンパ１と比較し、歯車モータが１つであることや、連通路の構成の変更によって、歯車モータに流入する作動流体ＨＦの流量を増大させるようにした点が異なるものである。以下、第１実施形態と異なる部分を中心として、説明を行う。

ダンパ３１は、第１及び第２連通路３２、３３と合流連通路３４を備えており、合流連通路３４に歯車モータＭが設けられている。第１連通路３２は、シリンダ２の第１流体室Ｃ１の第１ピストン３ａと反対側の端部と、第３流体室Ｃ３の第２ピストン３ｃと反対側の端部に連通している。第２連通路３３は、第２流体室Ｃ２の第１ピストン３ａと反対側の端部と、第４流体室Ｃ４の第２ピストン３ｃと反対側の端部に連通している。また、合流連通路３４は、第１実施形態の第２連通路５と同様、第２ピストン３ｃをバイパスし、第２ピストン室２ｆの軸線方向の両端部において、第３及び第４流体室Ｃ３、Ｃ４に連通している。

歯車モータＭは、第１実施形態の第１及び第２歯車モータＭ１、Ｍ２と同様、歯車（図示せず）を有する内接式又は外接式のものである。歯車モータＭは、合流連通路３４の中央に配置されており、合流連通路３４内の作動流体ＨＦの流動を回転運動に変換し、出力軸２６から出力する。出力軸２６は、歯車モータＭの本体から鉛直下方に延びており、出力軸２６の下端部に、導電部材で構成されたフライホイール２７が同軸状に一体に連結されている。フライホイール２７は、ケーシング２４内に回転自在に収容されている。

ケーシング２４は、鋼材などの強磁性体で構成され、周壁２４ａと上下の円板状の端壁２４ｂ、２４ｂとから成る短円筒状に形成されており、下側の端壁２４ｂを介してシリンダ２に固定されている。

複数の永久磁石２５は、ケーシング２４の上下の端壁２４ｂ、２４ｂの各内面に設けられており、図示しないが、端壁２４ｂの外周部に周方向に等間隔に配置されるとともに、それらの磁極の向きは、隣り合う各２つの間で交互に異なるように設定されている。

次に、上述した構成のダンパ３１の動作について説明する。構造物Ｂの振動が発生していないときには、ダンパ３１は、図４に示す初期状態にあり、第１及び第２ピストン３ａ、３ｃは、第１及び第２ピストン室２ｅ、２ｆの中心である中立位置に位置している。

この初期状態から、地震時などにおける構造物Ｂの振動に伴い、上梁ＢＵと下梁ＢＬの間に水平方向の相対変位が発生すると、第１及び第２ピストン３ａ、３ｃを有する２連ピストン３が、相対変位に応じて軸線方向に一体に移動する。これにより、例えば、２連ピストン３が図４の左方に移動する場合には、矢印で示すように、第１及び第２ピストン室２ｅ、２ｆ内の作動流体ＨＦは、第１及び第２ピストン３ａ、３ｃにより、互いに同じ流量で左方に押し出される。

この場合、第１ピストン３ａで押し出された作動流体ＨＦは、第１流体室Ｃ１から第１連通路３２を通って、第２ピストン室２ｆの第３流体室Ｃ３に流入し、第２ピストン３ｃで押し出された作動流体ＨＦと合流した後、合流連通路３４に流入する。その結果、第１ピストン３ａによる押出し量と第２ピストン３ｃによる押出し量とを合わせた流量の作動流体ＨＦが、歯車モータＭに流入することによって、歯車モータＭが増速される。

より具体的には、本例では、第１及び第２ピストン３ａ、３ｃの受圧面積及び移動量が互いに等しいため、両ピストン３ａ、３ｃによる作動流体ＨＦの押出し量もまた、互いに等しい。したがって、それぞれの押出し量をＱｆとすると、歯車モータＭに流入する流量はその２倍の２Ｑｆになる。また、歯車モータＭの回転量は、流入する作動流体ＨＦの流量に比例するので、歯車モータＭは倍速される。歯車モータＭを通過した流量２Ｑｆの作動流体ＨＦは第４流体室Ｃ４に戻され、そのうちの流量Ｑｆ分の作動流体ＨＦが、第２連通路３３を介して第２流体室Ｃ２に流入する。

また、上記のように歯車モータＭが増速され、それと一体のフライホイール２７が増速される結果、ケーシング２４に設けられた永久磁石２５との相対回転速度が増大する。したがって、第１実施形態と同様、少量の永久磁石を用いながら、渦電流（ローレンツ力）による高い減衰効果を発揮させ、良好な振動抑制効果を得ることができる。

次に、図５を参照しながら、第２実施形態の第１変形例によるダンパ４１について説明する。同図において、図４の第２実施形態と同じ又は同等の構成要素については、同じ符号を付している。このダンパ４１は、第２実施形態のダンパ３１に対し、渦電流による減衰効果を可変とするための可変減衰機構４２を付加したものである。

このダンパ４１では、合流連通路３４は、シリンダ２に比較的近い位置に配置されており、合流連通路３４に歯車モータＭが設けられている。歯車モータＭの出力軸２６は鉛直上方に延び、その上端部に、導電部材で構成されたフライホイール２７が同軸状に一体に連結されている。フライホイール２７は、ケーシング２４に収容されている。

また、ケーシング２４内には、フライホイール２７の上側及び下側に可動板４３、４３が設けられている。各可動板４３は、鋼材などの強磁性体から成る円板で構成されており、その内面に、複数の永久磁石２５が第２実施形態と同様に配置されている。また、可動板４３、４３は、ケーシング２４内に上下方向に摺動自在かつ液密に設けられており、それらの間には、可動板４３、４３を初期位置側（外方）に付勢する複数のセットばね４４が配置されている。

さらに、合流連通路３４と並列に、上下の圧力導入路４５、４５が設けられている。これらの圧力導入路４５、４５は、互いに並列に設けられ、それぞれ合流連通路３４の両端部に連通するとともに、上下の可動板４３、４３の背面側に通されている。以上の構成により、シリンダ２の第３及び第４流体室Ｃ３、Ｃ４内の作動流体ＨＦの圧力が、圧力導入路４５、４５を介して可動板４３、４３の背面側に導入される。また、これらの可動板４３、セットばね４４及び圧力導入路４５によって、可変減衰機構４２が構成されている。

このダンパ４１では、前述した第２実施形態のダンパ３１の動作が同様に得られる。これに加えて、ダンパ４１では、シリンダ２の第３及び第４流体室Ｃ３、Ｃ４内の作動流体ＨＦの圧力が、圧力導入路４５、４５を介して可動板４３、４３の背面側に導入される。これにより、可動板４３は、背面側に導入された圧力とセットばね４４のばね力が釣り合う位置に移動し、可動板４３とフライホイール２７との距離、可動板４３に設けられた永久磁石２５と、フライホイール２７を構成する導電部材との相対距離（隙間の大きさ）が変化する。したがって、渦電流による減衰効果を、作動流体ＨＦの圧力に応じてパッシブに変更（可変制御）することができる。

例えば、第３又は第４流体室Ｃ３、Ｃ４内の作動流体ＨＦの圧力が増大したときには、可動板４３、４３がケーシング２４の中央側に近づくように移動する結果、永久磁石２５とフライホイール２７との相対距離が減少することによって、より大きな渦電流による減衰効果を得ることができる。

次に、図６を参照しながら、第２実施形態の第２変形例によるダンパ５１について説明する。同図において、図４の第２実施形態及び図５の第１変形例と同じ又は同等の構成要素については、同じ符号を付している。このダンパ５１は、第１変形例のダンパ４１に、一対の開閉弁５２、５２と一対の復帰弁５３、５３を付加したものである。

一対の開閉弁５２、５２は、合流連通路３４の両端部との圧力導入路４５の接続部分にそれぞれ配置されている。各開閉弁５２は、常閉弁として構成されており、圧力導入路４５を開閉する弁体と、弁体を閉弁方向に付勢するばね（いずれも図示せず）を有する。第３流体室Ｃ３側の開閉弁５２は、第３流体室Ｃ３内の作動流体ＨＦの圧力が設定圧である第１所定圧に達するまで、閉弁状態に維持され、第１所定圧に達したときに開弁する。同様に、第４流体室Ｃ４側の開閉弁５２は、第４流体室Ｃ４内の作動流体ＨＦの圧力が第１所定圧に達するまで、閉弁状態に維持され、第１所定圧に達したときに開弁する。

以上のように開閉弁５２が開弁すると、第３又は第４流体室Ｃ３、Ｃ４内の作動流体ＨＦの圧力が、開閉弁５２及び圧力導入路４５を介して可動板４３の背面側に導入され、可動板４３がセットばね４４を圧縮しながら移動することによって、永久磁石２５と導電部材との相対距離が短くなり、渦電流による減衰効果が大きくなる。このように、第３又は第４流体室Ｃ３、Ｃ４内の作動流体ＨＦの圧力が第１所定圧以上に増大したときに、開閉弁５２が開弁することで、渦電流による減衰効果を強化することができる。

一対の復帰弁５３、５３は、地震時などに作動した可動板４３、４３を初期状態に復帰させるためのものであり、各開閉弁５２をバイパスする連通部５２ａに設けられている。各復帰弁５３は、例えば手動で操作されるねじ式のものであり、ねじが締め付けられた状態では連通部５２ａを閉鎖し、ねじが緩められたときに連通部５２ａを開放するように構成されている。

また、開閉弁５２が上述したように作動した後には、圧力導入路４５内の圧力は、圧縮されたセットばね４４のばね力の分だけ、第３又は第４流体室Ｃ３、Ｃ４内の圧力よりも高い状態で残留している。このため、開閉弁５２の作動後に復帰弁５３、５３を手動で開弁すると、圧力導入路４５内の高圧の圧力が、復帰弁５３、５３を介して、第３及び第４流体室Ｃ３、Ｃ４側にそれぞれ逃がされる。これにより、可動板４３、４３は、セットばね４４の付勢力によって初期位置に復帰する。このように、復帰弁５３を開弁するだけで、可動板４３を初期状態に容易に復帰させることができる。

なお、本発明は、説明した実施形態及び変形例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。まず、実施形態では、圧力モータとして、歯車モータを用いているが、連通路内の作動流体ＨＦの流動を回転運動に変換することが可能である限り、他の形式の圧力モータ、例えばピストンモータやベーンモータ、ねじモータなどを用いてもよいことは、もちろんである。また、複数の永久磁石２５の数や配置については、実施形態で説明したものの他、適宜、増減及び変更することが可能である。

また、第１及び第２実施形態では、ケーシング２４を強磁性体＋複数の永久磁石２５で構成し、フライホイール２７を導電部材で構成しているが、この関係を逆にし、ケーシング２４を導電部材で構成し、フライホイール２７を強磁性体＋複数の永久磁石２５で構成してもよい。

さらに、第１及び第２実施形態では、複数の永久磁石２５を、ケーシング２４の端壁２４ｂ、２４ｂにそれぞれ、計２列で設けているが、一方の端壁２４ｂのみに１列で設けてもよい。また、第１及び第２変形例では、フライホイール２７の上下に可動板４３、４３を配置しているが、その一方のみを移動自在とし、他方を固定としてもよい。

また、第２実施形態では、合流連通路３４は、シリンダ２の第３及び第４流体室Ｃ３、Ｃ４に連通しているが、図７に示すように、第１及び第４流体室Ｃ１、Ｃ４に連通してもよく、あるいは、図示しないが、第１及び第２流体室Ｃ１、Ｃ２や、第２及び第３流体室Ｃ２、Ｃ３に連通してもよい。あるいは、図８に示すように、合流連通路３４の一端部及び他端部が、第１及び第２連通路３２、３３にそれぞれ連通するようにしてもよい。

さらに、第２実施形態では、連設ピストンは、第１及び第２ピストン３ａ、３ｃを有する２連ピストン３であるが、ピストンの数は３つ以上でもよい。また、これまでに示した実施形態では、第１及び第２ピストン室２ｅ、２ｆの断面積、並びに第１及び第２ピストン３ａ、３ｃの受圧面積は、互いに同じに設定されているが、これらを異ならせてもよいことはもちろんである。

また、実施形態は、ダンパ１などを構造物Ｂ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。その他、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 第１実施形態のダンパ
２ シリンダ
２ｅ 第１ピストン室
２ｆ 第２ピストン室
３ ２連ピストン（連設ピストン）
３ａ 第１ピストン
３ｃ 第２ピストン
４ 第１連通路
５ 第２連通路
１１ 第１リリーフ弁（リリーフ弁）
１２ 第２リリーフ弁（リリーフ弁）
３１ 第２実施形態のダンパ
３２ 第１連通路
３３ 第２連通路
３４ 合流連通路
４１ 第１変形例のダンパ
４３ 可動板（第３ピストン）
４４ セットばね
４５ 圧力導入路
５１ 第２変形例のダンパ
５２ 開閉弁
５３ 復帰弁
Ｂ 構造物
ＨＦ 作動流体
Ｃ１ 第１流体室
Ｃ２ 第２流体室
Ｃ３ 第３流体室
Ｃ４ 第４流体室
Ｍ１ 第１歯車モータ（第１圧力モータ）
Ｍ２ 第２歯車モータ（第２圧力モータ）
Ｍ 歯車モータ（圧力モータ）

Claims (6)

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渦電流式ダンパであって、
   軸線方向に互いに区画され、作動流体が充填された第１ピストン室及び第２ピストン室を有し、前記第１部位に連結されるシリンダと、
   互いに一体に連結された第１ピストン及び第２ピストンを有し、前記第２部位に連結される連設ピストンと、を備え、
   前記第１及び第２ピストンはそれぞれ、前記第１及び第２ピストン室に軸線方向に摺動自在に設けられ、前記第１ピストンは、前記第１ピストン室を第１流体室と第２流体室とから成る２つの流体室に区画し、前記第２ピストンは、前記第２ピストン室を第３流体室と第４流体室とから成る２つの流体室に区画し、
   前記第１ピストンをバイパスし、前記第１及び第２流体室に連通する第１連通路と、
   前記第２ピストンをバイパスし、前記第３及び第４流体室に連通する第２連通路と、
   前記第１連通路に設けられ、当該第１連通路内の作動流体の流動を回転運動に変換する第１圧力モータと、
   前記第２連通路に設けられ、当該第２連通路内の作動流体の流動を回転運動に変換する第２圧力モータと、
   前記第１圧力モータによって回転駆動される第１ロータと、
   当該第１ロータに対向し、前記第２圧力モータによって前記第１ロータと反対方向に回転駆動される第２ロータと、をさらに備え、
   前記第１及び第２ロータの一方のロータは、導電部材で構成されており、
   前記第１及び第２ロータの他方に設けられ、磁界内を回転する前記一方のロータに、当該一方の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作用させるように構成された複数の永久磁石をさらに備えることを特徴とする渦電流式ダンパ。
2. 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渦電流式ダンパであって、
   軸線方向に互いに区画され、作動流体が充填された第１ピストン室及び第２ピストン室を有し、前記第１部位に連結されるシリンダと、
   互いに一体に連結された第１ピストン及び第２ピストンを有し、前記第２部位に連結される連設ピストンと、を備え、
   前記第１及び第２ピストンはそれぞれ、前記第１及び第２ピストン室に軸線方向に摺動自在に設けられ、前記第１ピストンは、前記第１ピストン室を前記第２ピストン室と反対側の第１流体室と前記第２ピストン室側の第２流体室とから成る２つの流体室に区画し、前記第２ピストンは、前記第２ピストン室を前記第１ピストン室側の第３流体室と前記第１ピストン室と反対側の第４流体室とから成る２つの流体室に区画し、
   前記第１及び第３流体室に連通する第１連通路と、
   前記第２及び第４流体室に連通する第２連通路と、
   一端部が前記第１及び第３流体室の少なくとも一方に連通し、他端部が前記第２及び第４流体室の少なくとも一方に連通する合流連通路と、
   当該合流連通路に設けられ、当該合流連通路内の作動流体の流動を回転運動に変換する圧力モータと、
   当該圧力モータによって回転駆動されるロータと、
   当該ロータに対向する回転不能のステータと、をさらに備え、
   前記ロータ及び前記ステータの一方は、導電部材で構成されており、
   前記ロータ及び前記ステータの他方に設けられ、磁界内を回転する前記ロータに、当該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作用させるように構成された複数の永久磁石をさらに備えることを特徴とする渦電流式ダンパ。
3. 前記ロータは、不動のケーシングに回転自在に収容され、
   前記ステータは、前記ケーシング内に軸線方向に摺動自在に設けられた第３ピストンを有し、
   両端部において前記合流連通路と並列に接続され、前記合流連通路内の作動流体の圧力を前記第３ピストンの背面側に導入する圧力導入路と、
   前記ケーシング内に設けられ、前記第３ピストンを背面側に付勢するセットばねと、をさらに備えることを特徴とする、請求項２に記載の渦電流式ダンパ。
4. 前記圧力導入路の前記合流連通路との接続部にそれぞれ設けられ、前記合流連通路内の作動流体の圧力が第１所定圧に達したときに開弁し、当該合流連通路内の作動流体の圧力を前記圧力導入路に導入する一対の開閉弁をさらに備えることを特徴とする、請求項３に記載の渦電流式ダンパ。
5. 前記圧力導入路は、前記一対の開閉弁をそれぞれバイパスし、前記合流連通路に連通する一対の連通部を有し、
   当該一対の連通部にそれぞれ配置されるとともに、手動によって開弁され、前記圧力導入路内の圧力を前記合流連通路側に逃がすことによって、前記第３ピストンを初期状態に復帰させるための一対の復帰弁をさらに備えることを特徴とする、請求項４に記載の渦電流式ダンパ。
6. 前記第１及び第２ピストンの各々には、当該各ピストンで区画された２つの流体室の一方における作動流体の圧力が所定圧力に達したとき、及び２つの流体室の他方における作動流体の圧力が所定圧力に達したときに、それぞれ開弁し、２つの流体室を互いに連通させる一対のリリーフ弁が設けられていることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の渦電流式ダンパ。

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