JPWO2019054278A1 - 渦電流式ダンパ - Google Patents

Abstract

渦電流式ダンパ（１）は、軸方向に移動可能なねじ軸（７）と、複数の第１永久磁石（３）と、複数の第２永久磁石（４）と、円筒形状の磁石保持部材（２）と、導電性を有する円筒形状の導電部材（５）と、ねじ軸（７）と噛み合うボールナット（６）と、導電部材（５）の第１永久磁石（３）及び第２永久磁石（４）と対向する面を覆う伝熱層（１２）と、を備える。磁石保持部材（２）は、第１永久磁石（３）及び第２永久磁石（４）を保持する。導電部材（５）は、第１永久磁石（３）及び第２永久磁石（４）と隙間を空けて対向する。ボールナット（６）は、磁石保持部材（２）及び導電部材（５）の内部に配置されて磁石保持部材（２）又は導電部材（５）に固定される。伝熱層（１２）は、導電部材（５）よりも高い熱伝導率を有する。

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築物を保護するために、建築物に制振装置が取り付けられる。制振装置は建築物に与えられた運動エネルギを他のエネルギ（例：熱エネルギ）に変換する。これにより、建築物の大きな揺れが抑制される。制振装置はたとえば、ダンパである。ダンパの種類はたとえば、オイル式、せん断抵抗式がある。一般に、建築物にはオイル式やせん断抵抗式ダンパが使用されることが多い。オイル式ダンパは、シリンダ内の非圧縮性流体を利用して振動を減衰させる。せん断抵抗式ダンパは、粘性流体のせん断抵抗を利用して振動を減衰させる。

しかしながら、特にせん断抵抗式ダンパで用いられる粘性流体の粘度は、粘性流体の温度に依存する。すなわち、せん断抵抗式ダンパの減衰力は、温度に依存する。したがって、せん断抵抗式ダンパを建築物に使用する際には、使用環境を考慮して適切な粘性流体を選択する必要がある。また、オイル式やせん断抵抗式などの流体を用いているダンパは、温度上昇等によって流体の圧力が上昇し、シリンダのシール材などの機械的な要素が破損する恐れがある。減衰力の温度依存が極めて小さいダンパとして、渦電流式ダンパがある。

従来の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）及び特開２０００−３２０６０７号公報（特許文献２）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。ヒステリシス材は導電性を有する。以下では、ヒステリシス材を導電部材ともいう。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、ヒステリシス損により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、と特許文献１には記載されている。

特許文献２の渦電流式ダンパは、ねじ軸とかみ合う案内ナットと、案内ナットに取り付けられた導電体のドラムと、ドラムの内周面側に設けられたケーシングと、ケーシングの外周面に取り付けられ、ドラムの内周面と一定の隙間を空けて対向する複数の永久磁石とを含む。ねじ軸の進退に伴って案内ナット及びドラムが回転しても、ドラム内周面と永久磁石とは非接触であるため摺動しない。これにより、オイル式ダンパに比べてメンテナンス回数が低減される、と特許文献２には記載されている。

特公平５−８６４９６号公報 特開２０００−３２０６０７号公報

特許文献１の渦電流式ダンパでは、複数の永久磁石が円周方向に沿って配列される。このダンパに運動エネルギが与えられると、永久磁石のそれぞれによって生じる磁界の中で導電部材が回転する。その際、導電部材の表面のうち、永久磁石のそれぞれと対向する領域にそれぞれ渦電流が発生する。これにより、回転する導電部材に制動力が与えられ、減衰力が発生する。さらに、渦電流が発生した領域のそれぞれが発熱する。そのため、導電部材には、永久磁石の数の発熱領域が形成される。

仮に導電部材が一方向に高速で回転する場合、発熱領域が高速で周方向に移動する。そのため、周方向の発熱が均一化され、周方向に温度差は生じない。

しかしながら、制振装置として用いられる渦電流式ダンパでは、振動を減衰するために、導電部材が正回転と逆回転を繰り返す。つまり、導電部材の回転方向が繰り返し切り替わる。回転方向の切り替わり点では導電部材の回転速度がゼロになる。これにより、導電部材が極低速で回転するときがある。

導電部材が極低速で回転する場合、導電部材には、永久磁石の数の発熱領域が形成されるのみならず、発熱領域同士の間に低温領域が形成される。発熱領域の熱膨張は、熱膨張が小さい低温領域によって拘束される。そのため、発熱領域にひずみが生じ、その結果として発熱領域に熱応力が発生する。極低速での回転が繰り返されると、熱応力が繰り返し負荷され、導電部材が疲労損傷する。

特に、導電部材の回転方向が繰り返し切り替わる渦電流式ダンパでは、その構成上、必然的に導電部材の周方向の回転速度が変化するため、導電部材の周方向の発熱が均一化されにくい。

また、特許文献２の渦電流式ダンパでは、案内ナットがドラムの外部に設けられているため案内ナットとボールねじとの間にダストが侵入しやすい。また、特許文献２の渦電流式ダンパでは、案内ナットがドラムの外部に設けられ、案内ナットのフランジ部がドラムに固定され、案内ナットの円筒部がドラムとは反対側に向かって延びている。そのため、案内ナットの円筒部のドラムとは反対側の端と建物に固定された取付具との間の距離（ボールねじのストローク距離）を長く確保する必要があり、渦電流式ダンパが大型化しやすい。さらに、特許文献２にはドラム内周面と永久磁石との隙間を管理する技術については特段言及されていない。

本発明の目的は、渦電流が生じる導電部材の疲労損傷を抑制できる渦電流式ダンパを提供することである。本発明のもう一つの目的は、小型化が可能な渦電流式ダンパを提供することである。

本実施形態の渦電流式ダンパは、軸方向に移動可能なねじ軸と、ねじ軸の周りに円周方向に沿って配列された複数の第１永久磁石と、第１永久磁石同士の間に第１永久磁石と隙間を空けて配置され、第１永久磁石と磁極の配置が反転した複数の第２永久磁石と、第１永久磁石及び第２永久磁石を保持する円筒形状の磁石保持部材と、導電性を有し、第１永久磁石及び第２永久磁石と隙間を空けて対向する円筒形状の導電部材と、磁石保持部材及び導電部材の内部に配置されて磁石保持部材又は導電部材に固定され、ねじ軸と噛み合うボールナットと、導電部材の第１永久磁石及び第２永久磁石と対向する面を覆い、導電部材よりも高い熱伝導率を有する伝熱層と、を備える。

本実施形態の渦電流式ダンパによれば、渦電流が生じる導電部材の疲労損傷を抑制できる。また、本実施形態の渦電流式ダンパによれば、小型化が可能である。

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、第１実施形態の渦電流式ダンパの軸方向に垂直な面での断面図である。 図４は、図３の一部拡大図である。 図５は、第１実施形態の第１永久磁石及び第２永久磁石を示す斜視図である。 図６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７は、磁極の配置が円周方向である第１永久磁石及び第２永久磁石を示す斜視図である。 図８は、図７の渦電流式ダンパの磁気回路を示す模式図である。 図９は、軸方向に複数個配置された第１永久磁石及び第２永久磁石を示す斜視図である。 図１０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。 図１１は、第２実施形態の渦電流式ダンパの軸方向に垂直な面での断面図である。 図１２は、第３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１３は、図１２の一部拡大図である。 図１４は、第４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。

本実施形態の渦電流式ダンパは、軸方向に移動可能なねじ軸と、複数の第１永久磁石と、複数の第２永久磁石と、円筒形状の磁石保持部材と、導電性を有する円筒形状の導電部材と、ねじ軸と噛み合うボールナットと、導電部材の第１永久磁石及び第２永久磁石と対向する面を覆う伝熱層と、を備える。第１永久磁石は、ねじ軸の周りに円周方向に沿って配列される。第２永久磁石は、第１永久磁石同士の間に第１永久磁石と隙間を空けて配置され、第１永久磁石と磁極の配置が反転する。磁石保持部材は、第１永久磁石及び第２永久磁石を保持する。導電部材は、第１永久磁石及び第２永久磁石と隙間を空けて対向する。ボールナットは、磁石保持部材及び導電部材の内部に配置されて磁石保持部材又は導電部材に固定される。伝熱層は、導電部材よりも高い熱伝導率を有する。

本実施形態の渦電流式ダンパによれば、ダンパに運動エネルギが与えられると、ねじ軸が軸方向に移動する。ねじ軸の軸方向の移動により、ボールナットが回転する。これにより、第１及び第２永久磁石のそれぞれによって生じる磁界の中で、導電部材が第１及び第２の永久磁石に対して相対回転する。その際、導電部材の表面のうち、第１及び第２永久磁石のそれぞれと対向する領域にそれぞれ渦電流が発生する。これにより、回転する導電部材に制動力が与えられ、減衰力が発生する。さらに、渦電流が発生した領域のそれぞれが発熱する。

ここで、導電部材の第１及び第２永久磁石と対向する面が、導電部材よりも高い熱伝導率を有する伝熱層で覆われている。そのため、導電部材が第１及び第２永久磁石に対して極低速で相対回転する場合、導電部材に生じた発熱領域の熱は、速やかに伝熱層に伝わり、さらに伝熱層の周方向に分散する。これにより、導電部材の周方向で温度差が生じるのを低減できる。したがって、渦電流が生じる導電部材の疲労損傷を抑制できる。

また、本実施形態の渦電流式ダンパによれば、ボールナットが導電部材及び磁石保持部材の内部に配置される。振動等により渦電流式ダンパに運動エネルギが与えられ、ねじ軸が軸方向に移動しても、ボールナットは軸方向に移動しない。したがって、渦電流式ダンパにボールナットの可動域を設ける必要がない。そのため、磁石保持部材及び導電部材等の部品を小さくできる。これにより、渦電流式ダンパの小型化を実現できる。しかも、渦電流式ダンパの軽量化を実現できる。さらに、各部品が簡素な構成であるため、渦電流式ダンパの組立が容易となる。さらに、渦電流式ダンパの部品コスト及び製造コストが安価となる。

上記した本実施形態の渦電流式ダンパは、下記の（１）〜（４）のいずれかの構成を採用することができる。

（１）磁石保持部材が導電部材の内側に配置される。第１永久磁石及び第２永久磁石が磁石保持部材の外周面に取り付けられる。ボールナットが磁石保持部材に固定される。

この場合、導電部材の内周面が、第１及び第２永久磁石と隙間を空けて対向する。導電部材の内周面に伝熱層が形成される。ねじ軸の軸方向の移動により、ボールナット及び磁石保持部材が回転する。一方、導電部材は回転しない。これにより、第１及び第２永久磁石から導電部材を通過する磁束が変化し、導電部材の内周面に渦電流が発生する。この渦電流によって反磁界が発生し、回転する磁石保持部材に反力（制動力）が与えられる。その結果、ねじ軸が減衰力を受ける。

また、この場合、導電部材が磁石保持部材の外側に配置されて外気と接する。これにより、導電部材は外気によって冷却される。その結果、導電部材の温度上昇を抑制できる。

（２）導電部材が磁石保持部材の内側に配置される。第１永久磁石及び第２永久磁石が磁石保持部材の内周面に取り付けられる。ボールナットが導電部材に固定される。

この場合、導電部材の外周面が、第１及び第２永久磁石と隙間を空けて対向する。導電部材の外周面に伝熱層が形成される。ねじ軸の軸方向の移動により、ボールナット及び導電部材が回転する。一方、磁石保持部材は回転しない。これにより、第１及び第２永久磁石から導電部材を通過する磁束が変化し、導電部材の外周面に渦電流が発生する。この渦電流によって反磁界が発生し、回転する導電部材に反力が与えられる。その結果、ねじ軸が減衰力を受ける。

また、この場合、磁石保持部材が導電部材の外側に配置されて外気と接する。これにより、磁石保持部材は外気によって冷却される。その結果、第１及び第２永久磁石の温度上昇を抑制できる。

（３）磁石保持部材が導電部材の内側に配置される。第１永久磁石及び第２永久磁石が磁石保持部材の外周面に取り付けられる。ボールナットが導電部材に固定される。

この場合、導電部材の内周面が、第１及び第２永久磁石と隙間を空けて対向する。導電部材の内周面に伝熱層が形成される。ねじ軸の軸方向の移動により、ボールナット及び導電部材が回転する。一方、磁石保持部材は回転しない。これにより、第１及び第２永久磁石から導電部材を通過する磁束が変化し、導電部材の内周面に渦電流が発生する。この渦電流によって反磁界が発生し、回転する導電部材に反力が与えられる。その結果、ねじ軸が減衰力を受ける。

また、この場合、導電部材が磁石保持部材の外側に配置されて外気と接する。これにより、回転する導電部材は外気によって効率良く冷却される。その結果、導電部材の温度上昇を抑制できる。

（４）導電部材が磁石保持部材の内側に配置される。第１永久磁石及び第２永久磁石が磁石保持部材の内周面に取り付けられる。ボールナットが磁石保持部材に固定される。

この場合、導電部材の外周面が、第１及び第２永久磁石と隙間を空けて対向する。導電部材の外周面に伝熱層が形成される。ねじ軸の軸方向の移動により、ボールナット及び磁石保持部材が回転する。一方、導電部材は回転しない。これにより、第１及び第２永久磁石から導電部材を通過する磁束が変化し、導電部材の外周面に渦電流が発生する。この渦電流によって反磁界が発生し、回転する磁石保持部材に反力が与えられる。その結果、ねじ軸が減衰力を受ける。

また、この場合、磁石保持部材が導電部材の外側に配置されて外気と接する。これにより、回転する磁石保持部材は外気によって効率良く冷却される。その結果、第１及び第２永久磁石の温度上昇を抑制できる。

本実施形態の渦電流式ダンパにおいて、伝熱層が導電部材よりも高い熱伝導率を有する限り、伝熱層の材質は限定されない。典型的な例として、伝熱層は金属層である。導電部材に金属層を形成する手法としては、めっき、肉盛溶接、ろう付け、溶射、及び熱拡散接合などが挙げられる。これらの手法のうちでめっきが好ましい。均一な厚さの金属層（伝熱層）を簡便に形成できるからである。

本実施形態の渦電流式ダンパでは、伝熱層が銅又は銅合金からなることが好ましい。銅及び銅合金の熱伝導率は極めて高いからである。

伝熱層が銅又は銅合金からなる場合、伝熱層の厚さが０．６ｍｍ以上であることが好ましい。銅又は銅合金の伝熱層が０．６ｍｍ以上であれば、導電部材の発熱領域から伝熱層に伝わった熱が、伝熱層の周方向に有効に分散する。好ましくは、この場合の伝熱層の厚さは０．８ｍｍ以上である。

本実施形態の渦電流式ダンパでは、伝熱層がアルミニウム又はアルミニウム合金からなってもよい。アルミニウム及びアルミニウム合金の熱伝導率は、銅及び銅合金の熱伝導率ほど高くはないが、極めて高いからである。

伝熱層がアルミニウム又はアルミニウム合金からなる場合、伝熱層の厚さが１．０ｍｍ以上であることが好ましい。アルミニウム又はアルミニウム合金の伝熱層が１．０ｍｍ以上であれば、導電部材の発熱領域から伝熱層に伝わった熱が、伝熱層の周方向に有効に分散する。好ましくは、この場合の伝熱層の厚さは１．３ｍｍ以上である。

伝熱層が銅、銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる場合、伝熱層の厚さが２．０ｍｍ以下であることが好ましい。これは以下の理由による。銅、銅合金、アルミニウム及びアルミニウム合金は非磁性材である。そのような材質の伝熱層が厚すぎると、第１及び第２永久磁石と導電部材との間の距離が大きくなり、制動力が低下する。したがって、伝熱層が銅、銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる場合、制動力を確保する観点から、伝熱層の厚さが２．０ｍｍ以下であることが好ましい。

本実施形態の渦電流式ダンパでは、第１永久磁石は磁石保持部材の軸方向に沿って複数個配置されるとともに、第２永久磁石は磁石保持部材の軸方向に沿って複数個配置されてもよい。

この場合、１つの第１永久磁石及び１つの第２永久磁石それぞれのサイズが小さくても、複数の第１及び第２永久磁石の総サイズは大きい。したがって、渦電流式ダンパの減衰力を高くしつつ、第１及び第２永久磁石のコストは安価で済む。また、第１及び第２永久磁石の磁石保持部材への取り付けも容易である。

以下、図面を参照して、本実施形態の渦電流式ダンパについて説明する。

［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。図２は、図１の一部拡大図である。図１及び図２を参照して、渦電流式ダンパ１は、磁石保持部材２と、複数の第１永久磁石３と、複数の第２永久磁石４と、導電部材５と、ボールナット６と、ねじ軸７と、伝熱層１２（図２参照）とを備える。

［磁石保持部材］
磁石保持部材２は、主筒２Ａと、先端側副筒２Ｂと、根元側副筒２Ｃとを含む。

主筒２Ａは、ねじ軸７を中心軸とする円筒形状である。主筒２Ａのねじ軸７の軸方向の長さは、第１永久磁石３及び第２永久磁石４のねじ軸７の軸方向の長さよりも長い。

先端側副筒２Ｂは、主筒２Ａの先端側（ねじ軸７の自由端側又は取付具８ａ側）の端から延びる。先端側副筒２Ｂは、ねじ軸７を中心軸とする円筒形状である。先端側副筒２Ｂの外径は、主筒２Ａの外径よりも小さい。

根元側副筒２Ｃは、主筒２Ａの根元側（取付具８ｂ側）に、ボールナットのフランジ部６Ａを挟んで設けられる。根元側副筒２Ｃは、フランジ固定部２１Ｃと、円筒状支持部２２Ｃとを含む。フランジ固定部２１Ｃは、ねじ軸７を中心軸とする円筒形状であり、ボールナットのフランジ部６Ａに固定される。円筒状支持部２２Ｃは、フランジ固定部２１Ｃの根元側（取付具８ｂ側）の端から延び、円筒形状である。円筒状支持部の外径は、フランジ固定部２１Ｃの外径よりも小さい。

このような構成の磁石保持部材２は、ボールナット６の円筒部６Ｂ及びねじ軸７の一部を内部に収容可能である。磁石保持部材２の材質は、特に限定されない。しかしながら、磁石保持部材２の材質は、透磁率の高い鋼等が好ましい。磁石保持部材２の材質はたとえば、炭素鋼、鋳鉄等の強磁性材である。この場合、磁石保持部材２は、ヨークとしての役割を果たす。すなわち、第１永久磁石３及び第２永久磁石４からの磁束が外部に漏れにくくなり、渦電流式ダンパ１の減衰力が高まる。後述するように、磁石保持部材２は導電部材５に対して回転可能である。

［第１永久磁石及び第２永久磁石］
図３は、第１実施形態の渦電流式ダンパの軸方向に垂直な面での断面図である。図４は、図３の一部拡大図である。図５は、第１実施形態の第１永久磁石及び第２永久磁石を示す斜視図である。図３〜図５ではねじ軸等の一部の構成を省略している。図３〜図５を参照して、複数の第１永久磁石３及び複数の第２永久磁石４は、磁石保持部材２（主筒２Ａ）の外周面に取り付けられる。第１永久磁石３は、ねじ軸の周りに（すなわち磁石保持部材２の円周方向に沿って）配列される。同様に、第２永久磁石４は、ねじ軸の周りに（すなわち磁石保持部材２の円周方向に沿って）配列される。第２永久磁石４は、第１永久磁石３同士の間に隙間を空けて配置される。つまり、磁石保持部材２の円周方向に沿って第１永久磁石３と第２永久磁石４は、交互に隙間を空けて配置される。

第１永久磁石３及び第２永久磁石４の磁極は、磁石保持部材２の径方向に配置される。第２永久磁石４の磁極の配置は第１永久磁石３の磁極の配置と反転している。たとえば図４及び図５を参照して、磁石保持部材２の径方向において、第１永久磁石３のＮ極は外側に配置され、そのＳ極は内側に配置される。そのため、第１永久磁石３のＳ極が磁石保持部材２と接する。一方、磁石保持部材２の径方向において、第２永久磁石４のＮ極は内側に配置され、そのＳ極は外側に配置される。そのため、第２永久磁石４のＮ極が磁石保持部材２と接する。

第２永久磁石４のサイズ及び特質は第１永久磁石３のサイズ及び特質と同じであるのが好ましい。第１永久磁石３及び第２永久磁石４はたとえば、接着剤により磁石保持部材２に固定される。なお、接着剤に限らず、第１永久磁石３及び第２永久磁石４はねじ等で固定されてもよいことはもちろんである。

［導電部材］
図１及び図２を参照して、導電部材５は、中央円筒部５Ａと、先端側円錐部５Ｂと、先端側円筒部５Ｃと、根元側円錐部５Ｄと、根元側円筒部５Ｅとを含む。

中央円筒部５Ａは、ねじ軸７を中心軸とする円筒形状である。中央円筒部５Ａの内周面は、第１永久磁石３及び第２永久磁石４と隙間を空けて対向する。中央円筒部５Ａの内周面と第１永久磁石３（又は第２永久磁石４）との隙間の距離は、ねじ軸７の軸方向に沿って一定である。中央円筒部５Ａのねじ軸７の軸方向の長さは、第１永久磁石３及び第２永久磁石４のねじ軸７の軸方向の長さよりも長い。

先端側円錐部５Ｂは、ねじ軸７を中心軸とする円錐形状である。先端側円錐部５Ｂは、中央円筒部５Ａの先端側（ねじ軸７の自由端側又は取付具８ａ側）の端から延び、先端側（ねじ軸７の自由端側又は取付具８ａ側）に向かうにつれ外径及び内径が小さくなる。

先端側円筒部５Ｃは、ねじ軸７を中心軸とする円筒形状である。先端側円筒部５Ｃは、先端側円錐部５Ｂの先端側（ねじ軸７の自由端側又は取付具８ａ側）の端から延びる。先端側円筒部５Ｃの先端側（ねじ軸７の自由端側又は取付具８ａ側）の端は、取付具８ａに固定される。

根元側円錐部５Ｄは、ねじ軸７を中心軸とする円錐形状である。根元側円錐部５Ｄは、中央円筒部５Ａの根元側（取付具８ｂ側）の端から延び、根元側（取付具８ｂ側）に向かうにつれ外径及び内径が小さくなる。

根元側円筒部５Ｅは、ねじ軸７を中心軸とする円筒形状である。根元側円筒部５Ｅは、根元側円錐部５Ｄの根元側（取付具８ｂ側）の端から延びる。根元側円筒部５Ｅの根元側（取付具８ｂ側）の端は、自由端となっている。

このような構成の導電部材５は、磁石保持部材２、第１永久磁石３、第２永久磁石４、ボールナット６及びねじ軸７の一部を収容可能である。つまり、磁石保持部材２が導電部材５の内側に同心状に配置される。後述するように、導電部材５の内周面（中央円筒部５Ａの内周面）に渦電流を発生させるため、導電部材５は磁石保持部材２と相対的に回転する。そのため、導電部材５と第１永久磁石３及び第２永久磁石４との間には、隙間が設けられる。導電部材５と一体の取付具８ａは、建物支持面又は建物内に固定される。そのため、導電部材５はねじ軸７周りに回転しない。

導電部材５は、導電性を有する。導電部材５の材質はたとえば、炭素鋼、鋳鉄等の強磁性材である。

導電部材５は磁石保持部材２を回転可能に支持する。磁石保持部材２の支持はたとえば、次のような構成とするのが好ましい。

図１を参照して、渦電流式ダンパ１はさらに、先端側軸受９Ａと、根元側軸受９Ｂとを含む。先端側軸受９Ａは、第１永久磁石３及び第２永久磁石４よりもねじ軸７の先端側（ねじ軸７の自由端側又は取付具８ａ側）において、導電部材５（先端側円筒部５Ｃ）の内周面に取り付けられ、磁石保持部材２（先端側副筒２Ｂ）の外周面を支持する。また、根元側軸受９Ｂは、第１永久磁石３及び第２永久磁石４よりもねじ軸７の根元側（取付具８ｂ側）において、導電部材５（根元側円筒部５Ｅ）の内周面に取り付けられ、磁石保持部材２（円筒状支持部２２Ｃ）の外周面を支持する。

このような構成により、ねじ軸７の軸方向において第１永久磁石３及び第２永久磁石４の両側で、磁石保持部材２が支持される。そのため、磁石保持部材２が回転しても、第１永久磁石３（第２永久磁石４）と導電部材５との隙間が一定の距離に保たれやすい。隙間が一定の距離に保たれれば、渦電流による制動力が安定して得られる。また、隙間が一定の距離に保たれれば、第１永久磁石３及び第２永久磁石４が導電部材５と接触する可能性が低いため、隙間をより小さくすることができる。そうすると、後述するように導電部材５を通過する第１永久磁石３及び第２永久磁石４からの磁束量が増加し、制動力をより増大させることができ、又は永久磁石の数を少なくしても所望の制動力を発揮することができる。

磁石保持部材２の軸方向において、磁石保持部材２と導電部材５との間には、スラスト軸受１０が設けられる。なお、先端側軸受９Ａ、根元側軸受９Ｂ及びスラスト軸受１０の種類は、特に限定されることなく、ボール式、ローラー式、滑り式などでもよいことはもちろんである。

なお、中央円筒部５Ａ、先端側円錐部５Ｂ、先端側円筒部５Ｃ、根元側円錐部５Ｄ及び根元側円筒部５Ｅはそれぞれ、別部材であり、ボルト等によって連結され組み立てられる。

図２及び図４を参照し、導電部材５の内周面は、複数の第１永久磁石３及び第２永久磁石４と対向する面である。導電部材５の内周面に伝熱層１２が形成される。本実施形態の伝熱層１２はめっきによって形成された銅又は銅合金の金属層である。伝熱層１２の熱伝導率は導電部材５の熱伝導率よりも高い。

［ボールナット］
ボールナット６は、フランジ部６Ａと、円筒部６Ｂとを含む。フランジ部６Ａは円筒形状である。フランジ部６Ａは、磁石保持部材の主筒２Ａの根元側（取付具８ｂ側）の端と、根元側副筒２Ｃのフランジ固定部２１Ｃの先端側（取付具８ａ側）の端との間に設けられ、両者に固定される。円筒部６Ｂは、フランジ部６Ａよりもねじ軸７の先端側に設けられ、フランジ部６Ａの先端側の面から延びる。

このような構成のボールナット６は、磁石保持部材２及び導電部材５の内部に配置される。ボールナット６は、磁石保持部材２に固定されるため、ボールナット６が回転すれば、磁石保持部材２も回転する。ボールナット６の種類は、特に限定されない。ボールナット６は、周知のボールナットを用いてよい。ボールナット６の内周面には、ねじ部が形成されている。なお、図１では、ボールナット６の円筒部６Ｂの一部の描画を省略し、ねじ軸７が見えるようにしてある。

［ねじ軸］
ねじ軸７は、ボールナット６を貫通し、ボールを介してボールナット６と噛み合う。ねじ軸７の外周面には、ボールナット６のねじ部に対応するねじ部が形成されている。ねじ軸７及びボールナット６は、ボールねじを構成する。ボールねじは、ねじ軸７の軸方向の移動をボールナット６の回転運動に変換する。ねじ軸７に取付具８ｂが接続される。ねじ軸７と一体の取付具８ｂは、建物支持面又は建物内に固定される。渦電流式ダンパ１が、たとえば建物内と建物支持面との間の免震層に設置される事例の場合、ねじ軸７と一体の取付具８ｂが建物内に固定され、導電部材５と一体の取付具８ａは建物支持面に固定される。渦電流式ダンパ１が、たとえば建物内の任意の層間に設置される事例の場合は、ねじ軸７と一体の取付具８ｂが任意の層間の上部梁側に固定され、導電部材５と一体の取付具８ａは任意の層間の下部梁側に固定される。そのため、ねじ軸７は軸周りに回転しない。

ねじ軸７と一体の取付具８ｂ及び導電部材５と一体の取付具８ａの固定は、上述の説明の逆であってもよい。すなわち、ねじ軸７と一体の取付具８ｂが建物支持面に固定され、導電部材５と一体の取付具８ａが建物内に固定されてもよい。

ねじ軸７は、磁石保持部材２及び導電部材５の内部に軸方向に沿って進退移動可能である。したがって、振動等により、渦電流式ダンパ１に運動エネルギが与えられると、ねじ軸７が軸方向に移動する。ねじ軸７が軸方向に移動すれば、ボールねじの作用によってボールナット６がねじ軸７周りに回転する。ボールナット６の回転に伴い、磁石保持部材２が回転する。これにより、磁石保持部材２と一体の第１永久磁石３及び第２永久磁石４が導電部材５に対して相対回転するため、導電部材５には渦電流が発生する。その結果、渦電流式ダンパ１に減衰力が生じ、振動を減衰させる。

本実施形態の渦電流式ダンパ１によれば、導電部材５の第１永久磁石３及び第２永久磁石４と対向する内周面が、導電部材５よりも高い熱伝導率を有する伝熱層１２で覆われている。そのため、導電部材５が第１永久磁石３及び第２永久磁石４に対して極低速で相対回転する場合、導電部材５に生じた発熱領域の熱は、速やかに伝熱層１２に伝わり、さらに伝熱層１２の周方向に分散する。これにより、導電部材５の周方向で温度差が生じるのを低減できる。したがって、渦電流が生じる導電部材５の疲労損傷を抑制できる。

また、本実施形態の渦電流式ダンパ１によれば、ボールナット６が導電部材５及び磁石保持部材２の内部に配置される。振動等により渦電流式ダンパ１に運動エネルギが与えられ、取付具８ｂと一体のねじ軸７が軸方向に移動しても、ボールナット６は軸方向に移動しない。したがって、渦電流式ダンパ１にボールナット６の可動域を設ける必要がない。そのため、磁石保持部材２及び導電部材５等の部品を小さくできる。これにより、渦電流式ダンパ１を小型にすることができ、渦電流式ダンパ１の軽量化を実現できる。

また、ボールナット６が導電部材５及び磁石保持部材２の内部に配置されることで、ボールナット６とねじ軸７との間にダストが侵入しにくくなり、長期間にわたりねじ軸７が円滑に動くことができる。また、ボールナット６が導電部材５及び磁石保持部材２の内部に配置されることで、取付具８ｂの先端側（取付具８ａ側）の端と導電部材５の根元側（取付具８ｂ側）の端との距離を短くすることができ、渦電流式ダンパを小型にすることができる。また、各部品が簡素な構成であるため、渦電流式ダンパ１の組立が容易となる。また、渦電流式ダンパ１の部品コスト及び製造コストが安価となる。

また、導電部材５は内部に第１永久磁石３及び第２永久磁石４を収容する。すなわち、導電部材５のねじ軸７の軸方向の長さは、第１永久磁石３（第２永久磁石４）のねじ軸７の軸方向の長さよりも長く、導電部材５の体積が大きい。導電部材５の体積が大きくなれば、導電部材５の熱容量も大きい。そのため、渦電流が発生することによる導電部材５の温度上昇が抑制される。導電部材５の温度上昇が抑制されれば、導電部材５からの輻射熱による第１永久磁石３及び第２永久磁石４の温度上昇が抑制され、第１永久磁石３及び第２永久磁石４の温度上昇による減磁が抑制される。

続いて、渦電流の発生原理及び渦電流による減衰力の発生原理について説明する。

［渦電流による減衰力］
図６は、渦電流式ダンパの磁気回路を示す模式図である。図６を参照して、第１永久磁石３の磁極の配置は、隣接する第２永久磁石４の磁極の配置と反転している。したがって、第１永久磁石３のＮ極から出た磁束は、隣接する第２永久磁石４のＳ極に到達する。第２永久磁石のＮ極から出た磁束は、隣接する第１永久磁石３のＳ極に到達する。これにより、第１永久磁石３、第２永久磁石４、導電部材５及び磁石保持部材２の中で、磁気回路が形成される。第１永久磁石３及び第２永久磁石４と、導電部材５との間の隙間は十分に小さいため、導電部材５は磁界の中にある。

磁石保持部材２が回転すると（図６中の矢印参照）、第１永久磁石３及び第２永久磁石４は導電部材５に対して移動する。そのため、導電部材５の表面（図６では第１永久磁石３及び第２永久磁石４が対向する導電部材５の内周面）を通過する磁束が変化する。これにより導電部材５の表面（図６では導電部材５の内周面）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）が発生する。この新たな磁束は、磁石保持部材２（第１永久磁石３及び第２永久磁石４）と導電部材５との相対回転を妨げる。本実施形態の場合、磁石保持部材２の回転が妨げられる。磁石保持部材２の回転が妨げられれば、磁石保持部材２と一体のボールナット６の回転も妨げられる。ボールナット６の回転が妨げられれば、ねじ軸７の軸方向の移動も妨げられる。これが渦電流式ダンパ１の減衰力である。振動等による運動エネルギにより発生する渦電流は、導電部材５の温度を上昇させる。すなわち、渦電流式ダンパに与えられた運動エネルギが熱エネルギに変換され、減衰力が得られる。

本実施形態の渦電流式ダンパによれば、第１永久磁石の磁極の配置が、磁石保持部材の円周方向において第１永久磁石と隣接する第２永久磁石の磁極の配置と反転している。そのため、第１永久磁石及び第２永久磁石による磁界が磁石保持部材の円周方向に発生する。また、磁石保持部材の円周方向に第１永久磁石及び第２永久磁石を複数配列することにより、導電部材に到達する磁束の量が増える。これにより、導電部材に発生する渦電流が大きくなり、渦電流式ダンパの減衰力が高まる。

［磁極の配置］
上述の説明では、第１永久磁石及び第２永久磁石の磁極の配置は、磁石保持部材の径方向である場合について説明した。しかしながら、第１永久磁石及び第２永久磁石の磁極の配置は、これに限定されない。

図７は、磁極の配置が円周方向である第１永久磁石及び第２永久磁石を示す斜視図である。図７を参照して、第１永久磁石３及び第２永久磁石４の磁極の配置は、磁石保持部材２の円周方向に沿う。この場合であっても、第１永久磁石３の磁極の配置は、第２永久磁石４の磁極の配置と反転している。第１永久磁石３と第２永久磁石４との間には、強磁性材のポールピース１１が設けられる。

図８は、図７の渦電流式ダンパの磁気回路を示す模式図である。図８を参照して、第１永久磁石３のＮ極から出た磁束は、ポールピース１１を通って、第１永久磁石３のＳ極に到達する。第２永久磁石４についても同様である。これにより、第１永久磁石３、第２永久磁石４、ポールピース１１及び導電部材５の中で、磁気回路が形成される。これにより、上述と同様に、渦電流式ダンパ１に減衰力が得られる。

［永久磁石の軸方向への配置］
渦電流式ダンパ１の減衰力をより大きくするには、導電部材に発生する渦電流を大きくすればよい。大きい渦電流を発生させる１つの方法は、第１永久磁石及び第２永久磁石から出る磁束の量を増やせばよい。すなわち、第１永久磁石及び第２永久磁石のサイズを大きくすればよい。しかしながら、サイズの大きい第１永久磁石及び第２永久磁石はコストが高く、磁石保持部材への取り付けも容易ではない。

図９は、軸方向に複数個配置された第１永久磁石及び第２永久磁石を示す斜視図である。図９を参照して、第１永久磁石３及び第２永久磁石４は、１つの磁石保持部材２の軸方向に複数個配置されてもよい。これにより、１つの第１永久磁石３及び１つの第２永久磁石４それぞれのサイズは小さくて済む。一方で、磁石保持部材２に取り付けられた複数の第１永久磁石３及び第２永久磁石４の総サイズは大きい。したがって、第１永久磁石３及び第２永久磁石４のコストは安価で済む。また、第１永久磁石３及び第２永久磁石４の磁石保持部材２への取り付けも容易である。

軸方向に配置された第１永久磁石３及び第２永久磁石４の、磁石保持部材２の円周方向の配置は、上述と同様である。すなわち、磁石保持部材２の円周方向に沿って第１永久磁石３と第２永久磁石４は交互に配置される。

渦電流式ダンパ１の減衰力を高める観点から、磁石保持部材２の軸方向において、第１永久磁石３は第２永久磁石４と隣接するのが好ましい。この場合、磁気回路が磁石保持部材２の円周方向だけでなく、軸方向においても生じる。したがって、導電部材５に発生する渦電流が大きくなる。その結果、渦電流式ダンパ１の減衰力が大きくなる。

しかしながら、磁石保持部材２の軸方向において、第１永久磁石３及び第２永久磁石４の配置は特に限定されない。すなわち、磁石保持部材２の軸方向において、第１永久磁石３は第１永久磁石３の隣に配置されていてもよいし、第２永久磁石４の隣に配置されていてもよい。

上述した第１実施形態では、磁石保持部材が導電部材の内側に配置されて第１永久磁石及び第２永久磁石が磁石保持部材の外周面に取り付けられ、さらに磁石保持部材が回転する場合について説明した。しかしながら、本実施形態の渦電流式ダンパは、これに限定されない。

［第２実施形態］
第２実施形態の渦電流式ダンパは、磁石保持部材が導電部材の外側に配置され、回転しない。渦電流は、内側の導電部材が回転することで発生する。なお、第２実施形態の渦電流式ダンパでは、磁石保持部材と導電部材との配置関係が第１実施形態と逆転している。しかしながら、第２実施形態の磁石保持部材の形状は第１実施形態の導電部材と同じであり、第２実施形態の導電部材の形状は第１実施形態の磁石保持部材と同じである。そのため、第２実施形態では磁石保持部材及び導電部材の詳細な形状の説明は省略する。

図１０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。図１１は、第２実施形態の渦電流式ダンパの軸方向に垂直な面での断面図である。図１０及び図１１を参照して、磁石保持部材２は、導電部材５、ボールナット６及びねじ軸７を収容可能である。第１永久磁石３及び第２永久磁石４は、磁石保持部材２の内周面に取り付けられる。したがって、導電部材５の外周面が、第１永久磁石３及び第２永久磁石４と隙間を空けて対向する。導電部材５の外周面に伝熱層１２が形成される。

図１に示す取付具８ａは磁石保持部材２に接続される。そのため、磁石保持部材２はねじ軸７周りに回転しない。一方で、ボールナット６は、導電部材５に接続される。したがって、ボールナット６が回転すれば、導電部材５は回転する。このような構成の場合でも、上述したように、磁石保持部材２と一体の第１永久磁石３及び第２永久磁石４が導電部材５に対して相対回転するため、導電部材５には渦電流が発生する。その結果、渦電流式ダンパ１に減衰力が生じ、振動を減衰させることができる。

［第３実施形態］
第３実施形態の渦電流式ダンパは、磁石保持部材が導電部材の内側に配置され、回転しない。渦電流は、外側の導電部材が回転することで発生する。

図１２は、第３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１３は、図１２の一部拡大図である。図１２及び図１３を参照して、導電部材５は、磁石保持部材２、ボールナット６及びねじ軸７を収容可能である。第１永久磁石３及び第２永久磁石４は、磁石保持部材２の外周面に取り付けられる。したがって、導電部材５の内周面が、第１永久磁石３及び第２永久磁石４と隙間を空けて対向する。導電部材５の内周面に伝熱層１２が形成される。

取付具８ａは磁石保持部材２に接続される。そのため、磁石保持部材２はねじ軸７周りに回転しない。一方で、ボールナット６は、導電部材５に接続される。したがって、ボールナット６が回転すれば、導電部材５は回転する。このような構成の場合でも、上述したように、磁石保持部材２と一体の第１永久磁石３及び第２永久磁石４が導電部材５に対して相対回転するため、導電部材５には渦電流が発生する。その結果、渦電流式ダンパ１に減衰力が生じ、振動を減衰させることができる。

［第４実施形態］
第４実施形態の渦電流式ダンパは、導電部材が磁石保持部材の内側に配置され、回転しない。渦電流は、外側の磁石保持部材が回転することで発生する。

図１４は、第４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１４を参照して、磁石保持部材２は、導電部材５、ボールナット６及びねじ軸７を収容可能である。第１永久磁石３及び第２永久磁石４は、磁石保持部材２の内周面に取り付けられる。したがって、導電部材５の外周面が、第１永久磁石３及び第２永久磁石４と隙間を空けて対向する。導電部材５の外周面に伝熱層１２が形成される。

図１に示す取付具８ａは導電部材５に接続される。そのため、導電部材５はねじ軸７周りに回転しない。一方で、ボールナット６は、磁石保持部材２に固定される。したがって、ボールナット６が回転すれば、磁石保持部材２は回転する。このような構成の場合でも、上述したように、磁石保持部材２と一体の第１永久磁石３及び第２永久磁石４が導電部材５に対して相対回転するため、導電部材５には渦電流が発生する。その結果、渦電流式ダンパ１に減衰力が生じ、振動を減衰させることができる。

上述したように、渦電流式ダンパが減衰力を発生すると、導電部材の温度は上昇する。第１永久磁石及び第２永久磁石は、導電部材と対向する。したがって、第１永久磁石及び第２永久磁石は、導電部材及び伝熱層からの輻射熱によって温度が上昇するかもしれない。永久磁石の温度が上昇すれば、磁力が低下するおそれがある。

第１実施形態の渦電流式ダンパでは、導電部材５が磁石保持部材２の外側に配置される。つまり、導電部材５が最も外側に配置されて外気と接する。これにより、導電部材５は外気によって冷却される。そのため、導電部材５の温度上昇を抑制できる。その結果、第１永久磁石及び第２永久磁石の温度上昇を抑制できる。

第２実施形態の渦電流式ダンパでは、磁石保持部材２が導電部材５の外側に配置される。つまり、磁石保持部材２が最も外側に配置されて外気と接する。これにより、磁石保持部材２は外気によって冷却される。そのため、磁石保持部材２を通じて第１永久磁石及び第２永久磁石を冷却できる。その結果、第１永久磁石及び第２永久磁石の温度上昇を抑制できる。

第３実施形態の渦電流式ダンパでは、導電部材５が磁石保持部材２の外側に配置される。つまり、導電部材５が最も外側に配置されて外気と接する。また、導電部材５は、ねじ軸７周りに回転する。これにより、回転する導電部材５は外気によって効率良く冷却される。そのため、導電部材５の温度上昇を抑制できる。その結果、第１永久磁石及び第２永久磁石の温度上昇を抑制できる。

第４実施形態の渦電流式ダンパでは、磁石保持部材２が導電部材５の外側に配置される。つまり、磁石保持部材２が最も外側に配置されて外気と接する。また、磁石保持部材２は、ねじ軸７周りに回転する。これにより、回転する磁石保持部材２は外気によって効率良く冷却される。そのため、磁石保持部材２を通じて第１永久磁石及び第２永久磁石を冷却できる。その結果、第１永久磁石３及び第２永久磁石４の温度上昇を抑制できる。

以上、本実施形態の渦電流式ダンパについて説明した。渦電流は導電部材５を通過する磁束の変化により発生するため、第１永久磁石３及び第２永久磁石４が導電部材５に対して相対回転すればよい。また、導電部材５が第１永久磁石３及び第２永久磁石４による磁界の中に存在する限り、導電部材と磁石保持部材との位置関係は特に限定されない。

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。

本発明の渦電流式ダンパは、建造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：磁石保持部材
３：第１永久磁石
４：第２永久磁石
５：導電部材
６：ボールナット
７：ねじ軸
８ａ、８ｂ：取付具
９：ラジアル軸受
１０：スラスト軸受
１１：ポールピース
１２：伝熱層

Claims (6)

1. 軸方向に移動可能なねじ軸と、
   前記ねじ軸の周りに円周方向に沿って配列された複数の第１永久磁石と、
   前記第１永久磁石同士の間に前記第１永久磁石と隙間を空けて配置され、前記第１永久磁石と磁極の配置が反転した複数の第２永久磁石と、
   前記第１永久磁石及び前記第２永久磁石を保持する円筒形状の磁石保持部材と、
   導電性を有し、前記第１永久磁石及び前記第２永久磁石と隙間を空けて対向する円筒形状の導電部材と、
   前記磁石保持部材及び前記導電部材の内部に配置されて前記磁石保持部材又は前記導電部材に固定され、前記ねじ軸と噛み合うボールナットと、
   前記導電部材の前記第１永久磁石及び前記第２永久磁石と対向する面を覆い、前記導電部材よりも高い熱伝導率を有する伝熱層と、を備える、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、
   前記伝熱層が銅又は銅合金からなる、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、
   前記伝熱層の厚さが０．６ｍｍ以上である、渦電流式ダンパ。
4. 請求項１に記載の渦電流式ダンパであって、
   前記伝熱層がアルミニウム又はアルミニウム合金からなる、渦電流式ダンパ。
5. 請求項４に記載の渦電流式ダンパであって、
   前記伝熱層の厚さが１．０ｍｍ以上である、渦電流式ダンパ。
6. 請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の渦電流式ダンパであって、
   前記伝熱層の厚さが２．０ｍｍ以下である、渦電流式ダンパ。
   

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