(57)【要約】  渦電流式ダンパ（１）は、磁石保持部材（２）と、厚さ（Ｈ１）の第１永久磁石（３）と、厚さ（Ｈ１）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、厚さ（Ｈ２）の銅層（１２）と、を備える。第２永久磁石（４）は、磁石保持部材（２）の円周方向において第１永久磁石（３）と隙間を空けて隣接し、第１永久磁石（３）と磁極の配置が反転している。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、磁石保持部材（２）又は導電部材（５）に固定される。銅層（１２）は、導電部材（５）に固定され、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。厚さ（Ｈ１）及び厚さ（Ｈ２）は、ねじ軸（７）の中心軸と第１永久磁石（３）の重心までの距離（Ｒ１）に対し、    ０．０１８≦Ｈ１／Ｒ１≦０．０６０、かつ、  ０．００１３≦Ｈ２／Ｒ１≦０．００６５、である。
2019107071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状の磁石保持部材と、
厚さＨ１を有し、前記磁石保持部材に固定された第１永久磁石と、
厚さＨ１を有し、前記磁石保持部材の円周方向において前記第１永久磁石と隙間を空けて隣接し、前記磁石保持部材に固定され、前記第１永久磁石と磁極の配置が反転した第２永久磁石と、
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、前記磁石保持部材又は前記導電部材に固定されたボールナットと、
中心軸方向に移動可能であり、前記ボールナットとかみ合うねじ軸と、
厚さＨ２を有し、前記導電部材に固定され、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銅層と、を備え、
前記厚さＨ１及び前記厚さＨ２は、前記ねじ軸の中心軸と前記第１永久磁石の重心までの距離Ｒ１に対し、
０．０１８≦Ｈ１／Ｒ１≦０．０６０、かつ、
０．００１３≦Ｈ２／Ｒ１≦０．００６５、である、渦電流式ダンパ。
【請求項２】
請求項１に記載の渦電流式ダンパであって、
前記厚さＨ１の上限は、前記距離Ｒ１に対し、
Ｈ１／Ｒ１＝０．０２３＋（０．２８Ｈ２／Ｒ１−０．００３６）０．５及び
Ｈ１／Ｒ１＝−７．７Ｈ２／Ｒ１＋０．０９６のうち小さい方の値である、渦電流式ダンパ。
【請求項３】
請求項１に記載の渦電流式ダンパであって、
前記厚さＨ１及び前記厚さＨ２は、前記距離Ｒ１に対し、
１．８Ｈ２／Ｒ１＋０．０１３≦Ｈ１／Ｒ１≦４．６Ｈ２／Ｒ１＋０．０１６、かつ、
０．００２６≦Ｈ２／Ｒ１≦０．００６５、である、渦電流式ダンパ。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の渦電流式ダンパであってさらに、
前記第１永久磁石及び前記第２永久磁石よりも前記ねじ軸の先端側において、前記磁石保持部材に取り付けられ前記導電部材を支持する、又は、前記導電部材に取り付けられ前記磁石保持部材を支持する先端側軸受と、
前記第１永久磁石及び前記第２永久磁石よりも前記ねじ軸の根元側において、前記磁石保持部材に取り付けられ前記導電部材を支持する、又は、前記導電部材に取り付けられ前記磁石保持部材を支持する根元側軸受と、を備える、渦電流式ダンパ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦電流式ダンパに関する。
【背景技術】
【０００２】
地震等による振動から建築物を保護するために、建築物には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。【０００３】
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、過度な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。【０００４】
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）、特開平９−１７７８８０号公報（特許文献２）及び特開２０００−３２０６０７号公報（特許文献３）に開示される。【０００５】
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。【０００６】
特許文献２の渦電流式ダンパは、導体棒と、導体棒の軸方向に配列されたリング状の複数の永久磁石を備える。導体棒は、リング状の複数の永久磁石の内部を貫通する。導体棒が軸方向に移動すると、複数の永久磁石から導体棒を通過する磁束が変化し、導体棒の表面に渦電流が発生する。これにより、導体棒は移動方向とは反対方向の力を受ける。すなわち、導体棒は減衰力を受ける、と特許文献２には記載されている。【０００７】
特許文献３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３には記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特公平５−８６４９６号公報
【特許文献２】特開平９−１７７８８０号公報
【特許文献３】特開２０００−３２０６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１の渦電流式ダンパでは、ボールナットがねじ軸の軸方向に移動する。このようなボールナットの可動域を確保するため、ダンパのサイズが大きい。特許文献２の渦電流式ダンパでは、リング状の永久磁石が軸方向に配列されるため、ダンパのサイズが大きい。特許文献３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３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。【００１０】
本発明の目的は、小型化が可能な渦電流式ダンパを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本実施形態の渦電流式ダンパは、磁石保持部材と、第１永久磁石と、第２永久磁石と、導電部材と、ボールナットと、ねじ軸と、銅層と、を備える。磁石保持部材は、円筒形状である。第１永久磁石は、厚さＨ１を有し、磁石保持部材に固定される。第２永久磁石は、厚さＨ１を有し、磁石保持部材の円周方向において第１永久磁石と隙間を空けて隣接し、磁石保持部材に固定され、第１永久磁石と磁極の配置が反転している。円筒形状の導電部材は、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。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、磁石保持部材又は導電部材に固定される。ねじ軸は、中心軸方向に移動可能であり、ボールナットとかみ合う。銅層は、厚さＨ２を有し、導電部材に固定され、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。厚さＨ１及び厚さＨ２は、ねじ軸の中心軸と第１永久磁石の重心までの距離Ｒ１に対し、
０．０１８≦Ｈ１／Ｒ１≦０．０６０、かつ、
０．００１３≦Ｈ２／Ｒ１≦０．００６５、である。
【発明の効果】
【００１２】
本実施形態の渦電流式ダンパによれば、小型化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、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】図２は、図１の一部拡大図である。
【図３】図３は、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】図４は、図３の一部拡大図である。
【図５】図５は、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】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７】図７は、平均エネルギー吸収率と第１永久磁石の厚さとの関係を示す図である。
【図８】図８は、図７の一部拡大図である。
【図９】図９は、入熱密度と第１永久磁石の厚さとの関係を示す図である。
【図１０】図１０は、第１永久磁石の厚さと銅層の厚さとの関係を示す図である。
【図１１】図１１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１２】図１２は、図１１の渦電流式ダンパの磁気回路を示す模式図である。
【図１３】図１３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１４】図１４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１５】図１５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１６】図１６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１７】図１７は、図１６の一部拡大図である。
【図１８】図１８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。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本実施形態の渦電流式ダンパは、磁石保持部材と、第１永久磁石と、第２永久磁石と、導電部材と、ボールナットと、ねじ軸と、銅層と、を備える。磁石保持部材は、円筒形状である。第１永久磁石は、厚さＨ１を有し、磁石保持部材に固定される。第２永久磁石は、厚さＨ１を有し、磁石保持部材の円周方向において第１永久磁石と隙間を空けて隣接し、磁石保持部材に固定され、第１永久磁石と磁極の配置が反転している。円筒形状の導電部材は、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。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、磁石保持部材又は導電部材に固定される。ねじ軸は、中心軸方向に移動可能であり、ボールナットとかみ合う。銅層は、厚さＨ２を有し、導電部材に固定され、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。厚さＨ１及び厚さＨ２は、ねじ軸の中心軸と第１永久磁石の重心までの距離Ｒ１に対し、
０．０１８≦Ｈ１／Ｒ１≦０．０６０、かつ、
０．００１３≦Ｈ２／Ｒ１≦０．００６５、である。
【００１５】
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。ボールナットは、磁石保持部材又は導電部材に固定される。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、ねじ軸が中心軸方向（以下、単に軸方向ともいう。）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。
【００１６】
また、ねじ軸の中心軸と第１永久磁石の重心までの距離Ｒ１で無次元化した第１永久磁石の厚さ及び第２永久磁石の厚さＨ１／Ｒ１が所定の範囲であり、薄い。これにより、第１永久磁石及び第２永久磁石から導電部材に到達する磁束の量が低下し、導電部材の発熱密度が低くなる。すなわち、導電部材の過度な昇温が抑制される。一方、導電部材に到達する磁束の量が低下することで、発生する渦電流が弱まり、渦電流式ダンパの減衰力が低下する。これを補うために、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に銅層が設けられる。銅は導電性が高いため、弱い磁界内であっても銅層には強い渦電流が発生する。これにより、渦電流式ダンパの減衰力が確保される。
【００１７】
好ましくは、厚さＨ１の上限は、距離Ｒ１に対し、
Ｈ１／Ｒ１＝０．０２３＋（０．２８Ｈ２／Ｒ１−０．００３６）０．５及び
Ｈ１／Ｒ１＝−７．７Ｈ２／Ｒ１＋０．０９６のうち小さい方の値である。
【００１８】
後述するように、本発明者らは、渦電流式ダンパが高い平均エネルギー吸収率、かつ、低い入熱密度を実現できる最適な永久磁石の厚さと銅層の厚さとの関係を検討した。その結果より、上記第１永久磁石の厚さ及び第２永久磁石の厚さＨ１／Ｒ１の上限を見出した。この範囲であれば、渦電流式ダンパが高い平均エネルギー吸収率、かつ、低い入熱密度を実現できる。なお、平均エネルギー吸収率が高ければ渦電流式ダンパの性能が高いことを意味し、入熱密度が低ければ導電部材の発熱量が低いことを意味する。
【００１９】
さらに好ましくは、厚さＨ１及び厚さＨ２は、距離Ｒ１に対し、
１．８Ｈ２／Ｒ１＋０．０１３≦Ｈ１／Ｒ１≦４．６Ｈ２／Ｒ１＋０．０１６、かつ、
０．００２６≦Ｈ２／Ｒ１≦０．００６５、である。
【００２０】
後述する検討結果により、第１永久磁石の厚さ及び第２永久磁石の厚さＨ１／Ｒ１と、銅層の厚さＨ２／Ｒ１との関係が上記範囲内であれば、渦電流式ダンパがより高い平均エネルギー吸収率、かつ、低い入熱密度を実現できる。
【００２１】
さらに好ましくは、本実施形態の渦電流式ダンパは、先端側軸受と、根元側軸受と、を備える。先端側軸受は、第１永久磁石及び第２永久磁石よりもねじ軸の先端側において、磁石保持部材に取り付けられ導電部材を支持する、又は、導電部材に取り付けられ磁石保持部材を支持する。根元側軸受は、第１永久磁石及び第２永久磁石よりもねじ軸の根元側において、磁石保持部材に取り付けられ導電部材を支持する、又は、導電部材に取り付けられ磁石保持部材を支持する。
【００２２】
このような構成によれば、導電部材又は磁石保持部材に取り付けられた２つの軸受が、永久磁石を挟んで磁石保持部材又は導電部材を２点で支持する。そのため、磁石保持部材と導電部材とが相対的に回転しても、永久磁石と導電部材との隙間が一定に維持されやすい。
【００２３】
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。
【００２４】
［第１実施形態］
図１は、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、第１永久磁石３と、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、銅層１２と、を備える。
【００２５】
［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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
図２を参照して、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。
【００２９】
このような構成の磁石保持部材２は、ボールナットの円筒部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、鋳鉄等の強磁性体である。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。
【００３０】
［第１永久磁石及び第２永久磁石］
図３は、渦電流式ダンパの軸方向に垂直な面での断面図である。なお、図３ではねじ軸等の一部の構成を省略している。後述する図４及び図５も同様である。図３を参照して、渦電流式ダンパ１が、複数の第１永久磁石３及び複数の第２永久磁石４を含む場合、複数の第１永久磁石３は、磁石保持部材２の主筒２Ａの外周面に取り付けられ、磁石保持部材２の円周方向に沿って配列される。同様に、複数の第２永久磁石４は、ねじ軸の周りに磁石保持部材２の円周方向に沿って配列される。１つの第２永久磁石４は、隣接する２つの第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、交互に配置される。
【００３１】
図４は、図３の一部拡大図である。図５は、第１永久磁石及び第２永久磁石を示す斜視図である。図４及び図５を参照して、第１永久磁石３及び第２永久磁石４は、磁石保持部材２の外周面に固定される。第２永久磁石４は、磁石保持部材２の円周方向において第１永久磁石３と隙間を空けて隣接する。
【００３２】
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。
【００３３】
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の厚さはＨ１であるため、第２永久磁石４の厚さもＨ１である。第１永久磁石及び第２永久磁石の厚さについては後述する。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はネジ等で固定されてもよいことはもちろんである。
【００３４】
［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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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、ねじ軸７の一部及び銅層１２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。導電部材５の内周面（中央円筒部５Ａ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。後述するように、導電部材５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に取付具８ａが接続される。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。
【００４１】
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、鋳鉄等の強磁性体である。その他に、導電部材５の材質は、フェライト系ステンレス鋼等の弱磁性体であってもよいし、アルミニウム合金、オーステナイト系ステンレス鋼、銅合金等の非磁性体であってもよい。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
［銅層］
図４を参照して、銅層１２は、導電部材５の内周面に固定される。銅層１２はたとえば、銅板、銅めっきである。銅層１２は、導電部材５の円周方向の全域に設けられる。したがって、銅層１２はリング状である。銅層１２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。
【００４８】
図２を参照して、銅層１２の軸方向の長さは特に限定されない。しかしながら、銅層１２の少なくとも一部が、第１永久磁石３及び第２永久磁石４と対向する位置に配置される。換言すれば、第１永久磁石３及び第２永久磁石４と対向する導電部材５の面に銅層１２が配置される。これにより、導電部材５と同様に銅層１２にも渦電流が発生する。なお、銅層１２は導電部材５の円周方向の一部の領域に設けられてもよい。この場合、第１永久磁石３及び第２永久磁石４は、銅層１２とも対向し、導電部材５とも対向する場合がある。また、第１永久磁石３及び第２永久磁石４の全域が銅層１２と対向する場合であっても、導電部材５は銅層１２を挟んで第１永久磁石３及び第２永久磁石４と対向する。銅層は、銅のみからなってもよいし、銅合金であってもよい。銅層１２の厚さＨ２と第１永久磁石及び第２永久磁石の厚さＨ１との関係は後述する。
【００４９】
［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。
【００５０】
図１を参照して、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。
【００５１】
［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。
【００５２】
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。
【００５３】
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出又は退出可能である。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及び銅層１２に対して相対回転するため、導電部材５及び銅層１２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。
【００５４】
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。さらに、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。さらに、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。
【００５５】
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。さらにまた、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。またさらに、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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
［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４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、銅層１２、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、銅層１２及び導電部材５との間の隙間は十分に小さいため、銅層１２及び導電部材５は磁界の中にある。
【００５９】
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、銅層１２及び導電部材５を通過する磁束が変化する。これにより銅層１２及び導電部材５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の回転も妨げられる。ボールナットの回転が妨げられれば、ねじ軸の軸方向の移動も妨げられる。これが渦電流式ダンパの減衰力である。
【００６０】
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した場合、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。一方、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。すなわち、振動等による運動エネルギにより発生する渦電流は、導電部材の温度を上昇させる。
【００６１】
続いて、本実施形態の渦電流式ダンパによる導電部材、第１永久磁石及び第２永久磁石の過度な温度上昇の抑制について説明する。
【００６２】
［昇温抑制］
渦電流式ダンパでは渦電流が発生する部材（導電部材）に集中的に熱が発生する。そのため、導電部材が高温になりやすい。渦電流を発生させるために導電部材は永久磁石の近傍に設けられる。導電部材が高温になると、輻射熱により永久磁石も高温になる。永久磁石が過度に高温になると、永久磁石が減磁し、発生する渦電流が弱まる。これにより、渦電流式ダンパの減衰力が低下する。
【００６３】
導電部材の昇温を抑制するには、第１永久磁石及び第２永久磁石と対向する導電部材の表面近傍における発熱密度を低くすればよい。導電部材の発熱密度を低くするには、第１永久磁石の厚さ及び第２永久磁石の厚さを薄くすればよい。導電部材を通過する磁束の量が低下するからである。しかしながら、単に第１永久磁石の厚さ及び第２永久磁石の厚さを薄くすれば、導電部材に発生する渦電流が弱くなり、渦電流式ダンパの減衰力が低下する。また、一般に、渦電流を利用した制動装置を１０００ｒｐｍを超える高回転数域で使用すると、渦電流に起因する反磁界の影響で磁場に歪みが生じやすい。磁場に歪みが生じると、減衰力が低下する。これを防止するため、渦電流を利用した制動装置では、磁束の直進性確保に優れる厚肉の永久磁石が用いられる。
【００６４】
そこで、本実施形態の渦電流式ダンパでは、第１永久磁石の厚さ及び第２永久磁石の厚さを薄くし、導電部材の過度な昇温を抑制する。その一方、第１永久磁石及び第２永久磁石と対向する導電部材の表面に銅層を設けることで、渦電流式ダンパの減衰力を確保する。また、磁束の直進性確保については、渦電流式ダンパは数百ｒｐｍの低回転数域で使用されるため、磁束の直進性を確保するために厚肉の永久磁石を用いなくてもよい。
【００６５】
本発明者らは、導電部材の昇温を抑制する最適な第１永久磁石のサイズ、第２永久磁石のサイズ及び銅層の厚さについて調査するため数値計算を行った。
【００６６】
【表１】
2019107071.tif 000003
【００６７】
表１に、数値計算で用いた第１永久磁石、第２永久磁石のサイズ及び銅層の厚さを示す。第１永久磁石のサイズ及び特性は、第２永久磁石と同じであった。したがって、以下では、第１永久磁石についてのみ言及する。また、各寸法は、ねじ軸の中心軸と第１永久磁石の重心までの距離Ｒ１で無次元化した（図２参照）。第１永久磁石の厚さＨ１／Ｒ１は、０．０１８、０．０２３、０．０３１、０．０４６、０．０９２の５パターンであった。本数値計算では、ねじ軸の軸方向に沿った平面による第１永久磁石の断面積（Ｈ１／Ｒ１）×（Ｗ１／Ｒ１）は０．０３８として一定とした（図２参照）。したがって、第１永久磁石の磁石保持部材の軸方向の長さＷ１／Ｒ１はＨ１／Ｒ１の値に応じて決定された。導電部材の軸方向の銅層の長さは、第１永久磁石の長さＷ１／Ｒ１と同じであった。第１永久磁石の磁石保持部材の円周方向の長さＬ１／Ｒ１は、０．１６で一定であった（図４参照）。銅層の厚さＨ２／Ｒ１は、０．０、０．００１３、０．００２６、０．００６５の４パターンであった。銅層は、導電部材の円周方向の全域にわたり設けられた。また、銅層の第１永久磁石と対向する側の面の全域が、第１永久磁石及び第２永久磁石と対向した。
【００６８】
Ｈ１／Ｒ１＝０．０４６、Ｈ２／Ｒ１＝０．００６５の渦電流式ダンパを基準ケースと定義する。基準ケースは、一般的な粘性ダンパと同程度か、それを上回る減衰力及びエネルギー吸収性能を有するように数値計算上、設計したものである。
【００６９】
【表２】
2019107071.tif 000004
【００７０】
表２は、数値計算で用いた第１永久磁石の特性及び銅層の特性を示す。第１永久磁石の残留磁束密度は１．３６［Ｔ］、保持力は９３８［ｋＡ／ｍ］であった。銅層の導電率は、５．９３５×１０７［Ｓ／ｍ］であった。
【００７１】
数値計算の結果を用いて、渦電流式ダンパの性能を評価した。評価手法として、平均エネルギー吸収率Ｓ及び入熱密度Ｑを導入した。平均エネルギー吸収率Ｓは、以下の式（１）によって算出された。平均エネルギー吸収率Ｓは、単位時間当たりの平均的な吸収エネルギーであり、導電部材の平均的な発熱量と等価である。入熱密度Ｑは、以下の式（２）によって算出された。入熱密度Ｑは、平均エネルギー吸収率Ｓを第１永久磁石の銅層と対向する面の面積で除した値である。すなわち、導電部材での発熱を第１永久磁石に対向する導電部材の面での入熱と考えた場合の平均的な熱流束に相当する。式（１）中のωは渦電流式ダンパの角速度［ｒａｄ／ｓ］を意味し、ωｍａｘは渦電流式ダンパの角速度の最大値を意味し、７５０ｒｐｍであった。式（１）中のＮは角速度ωにおける制動トルク［Ｎ・ｍ］を意味する。
【数１】
2019107071.tif 000005
【数２】
2019107071.tif 000006
【００７２】
数値計算による渦電流式ダンパの評価結果を図７〜図１０に示す。図７〜図１０では、平均エネルギー吸収率Ｓ及び入熱密度Ｑは、基準ケース（Ｈ１／Ｒ１＝０．０４６、Ｈ２／Ｒ１＝０．００６５、黒丸印）の計算結果の値で規格化して示す。
【００７３】
図７は、平均エネルギー吸収率と第１永久磁石の厚さとの関係を示す図である。図７を参照して、縦軸は平均エネルギー吸収率Ｓを示し、横軸は第１永久磁石の厚さＨ１／Ｒ１を示す。図７中の丸印は銅層の厚さＨ２／Ｒ１＝０．００６５の結果を示し、三角印はＨ２／Ｒ１＝０．００２６の結果を示し、四角印はＨ２／Ｒ１＝０．００１３の結果を示し、ひし形印は銅層がない場合の結果を示す。
【００７４】
図８は、図７の一部拡大図である。図８を参照して、銅層の厚さＨ２／Ｒ１＝０．００６５の計算結果（丸印）を見ると、点Ｃと点Ｂとの間、すなわち第１永久磁石の厚さＨ１／Ｒ１が０．０２５以上、０．０４６以下であれば、平均エネルギー吸収率Ｓが、１．０以上であった。つまり、Ｈ１／Ｒ１が０．０２５以上、０．０４６以下であれば、基準ケース（黒丸印）の平均エネルギー吸収率以上のエネルギー吸収率が実現された。同様に、銅層の厚さＨ２／Ｒ１＝０．００２６の計算結果（三角印）を見ると、第１永久磁石の厚さＨ１／Ｒ１が、点Ｇと点Ｆとの間、すなわち０．０１８以上、０．０２８以下であれば、平均エネルギー吸収率Ｓが、１．０以上であった。
【００７５】
図９は、入熱密度と第１永久磁石の厚さとの関係を示す図である。図９を参照して、縦軸は入熱密度Ｑを示し、横軸は第１永久磁石の厚さＨ１／Ｒ１を示す。図９中の丸印は銅層の厚さＨ２／Ｒ１＝０．００６５の結果を示し、三角印はＨ２／Ｒ１＝０．００２６の結果を示し、四角印はＨ２／Ｒ１＝０．００１３の結果を示し、ひし形印は銅層がない場合の結果を示す。
【００７６】
銅層の厚さＨ２／Ｒ１＝０．００６５の計算結果（丸印）を見ると、点Ｂ以下、すなわち第１永久磁石の厚さＨ１／Ｒ１が０．０４６以下であれば、入熱密度Ｑが、１．０以下であった。つまり、Ｈ１／Ｒ１が０．０４６以下であれば、基準ケース（黒丸印）の入熱密度以下の入熱密度が実現された。同様に、銅層の厚さＨ２／Ｒ１＝０．００２６の計算結果（三角印）を見ると、第１永久磁石の厚さＨ１／Ｒ１が０．０７５以下であれば、入熱密度Ｑが、１．０以下であった。
【００７７】
これらの平均エネルギー吸収率及び入熱密度の結果から、高い平均エネルギー吸収率Ｓ及び低い入熱密度Ｑの双方を実現できる、第１永久磁石の厚さＨ１／Ｒ１と銅層の厚さＨ２／Ｒ１との関係を調査した。
【００７８】
図１０は、第１永久磁石の厚さと銅層の厚さとの関係を示す図である。図１０を参照して、縦軸は第１永久磁石の厚さＨ１／Ｒ１を示し、横軸は銅層の厚さＨ２／Ｒ１を示す。図１０は、図８及び図９から得られた値をプロットしたものである。
【００７９】
図１０の求め方を説明する。まず、図１０中の点Ｂ、点Ｃ、点Ｇ及び点Ｆで囲まれたクロスハッチング領域、すなわち、平均エネルギー吸収率Ｓが１．０以上、かつ、入熱密度Ｑが１．０以下である領域を求める。
【００８０】
図８を参照して、銅層の厚さＨ２／Ｒ１＝０．００６５（丸印）では、平均エネルギー吸収率Ｓが１．０以上であるのは、点Ｂと点Ｃとの間である。また、銅層の厚さＨ２／Ｒ１＝０．００２６（三角印）では、平均エネルギー吸収率Ｓが１．０以上であるのは、点Ｆと点Ｇとの間である。これら点Ｂ、点Ｃ、点Ｆ及び点Ｇを図９でみると、点Ｂ、点Ｃ、点Ｆ及び点Ｇではいずれも入熱密度Ｑは１．０以下である。したがって、点Ｂ、点Ｃ、点Ｆ及び点Ｇを図１０にプロットすると、点Ｂ、点Ｃ、点Ｆ及び点Ｇで囲まれた領域は平均エネルギー吸収率Ｓが１．０以下であり、かつ、入熱密度Ｑが１．０以下となる（クロスハッチング領域）。
【００８１】
次に、図１０中の点Ｂ、点Ｄ、点Ｉ、点Ｈ、点Ｅ及び点Ｊで囲まれたシングルハッチング領域、すなわち、平均エネルギー吸収率Ｓが０．９以上、１．０未満、かつ、入熱密度Ｑが１．０以下である領域を求める。
【００８２】
図８を参照して、銅層の厚さＨ２／Ｒ１＝０．００６５（丸印）では、平均エネルギー吸収率Ｓが０．９以上であるのは、点Ａと点Ｄとの間である。また、銅層の厚さＨ２／Ｒ１＝０．００２６（三角印）では、平均エネルギー吸収率Ｓが０．９以上であるのは、点Ｅと点Ｇとの間である。なお、永久磁石の厚さＨ１／Ｒ１が０．０１８未満の場合は、永久磁石の厚さが薄すぎ、実使用が考えられないため検討は省略した。これら点Ａ、点Ｄ、点Ｅ及び点Ｇを図９でみると、点Ｄ、点Ｅ及び点Ｇではいずれも入熱密度Ｑは１．０以下である。一方、点Ａでは入熱密度Ｑは１．０よりも大きい。このような入熱密度Ｑが１．０よりも大きくなる領域はシングルハッチング領域から除かれる。同様にして、銅層の厚さＨ２／Ｒ１＝０．００１３の場合についても求める。そうすると、図１０中において、点Ｂ、点Ｄ、点Ｉ、点Ｈ、点Ｅ及び点Ｊで囲まれたシングルハッチング領域が求まる。
【００８３】
以上、まとめると、第１永久磁石の厚さＨ１／Ｒ１が０．０１８以上、０．０６０以下であって、かつ、銅層の厚さＨ２／Ｒ１が０．００１３以上、０．００６５以下である範囲では、平均エネルギー吸収率Ｓが高く、かつ、入熱密度Ｑが低いため、渦電流式ダンパに適することが分かった。なお、この領域では、図１０中のシングルハッチング領域及びクロスハッチング領域以外の領域が含まれる。すなわち、平均エネルギー吸収率Ｓが０．９未満の場合、入熱密度Ｑが１．０よりも大きい場合が含まれる。しかしながら、シングルハッチング領域及びクロスハッチング領域は、従来の粘性ダンパ等と比べて顕著な効果が得られる範囲を示すに過ぎない。したがって、シングルハッチング領域及びクロスハッチング領域以外の領域であっても、第１永久磁石の厚さＨ１／Ｒ１が０．０１８以上、０．０６０以下であって、かつ、銅層の厚さＨ２／Ｒ１が０．００１３以上、０．００６５以下である範囲では、渦電流式ダンパとして使用することに差し支えはない。
【００８４】
また、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。
【００８５】
第１永久磁石の厚さＨ１／Ｒ１の上限は、Ｈ１／Ｒ１＝０．０２３＋（０．２８Ｈ２／Ｒ１−０．００３６）０．５及びＨ１／Ｒ１＝−７．７Ｈ２／Ｒ１＋０．０９６のうち小さい方の値であるのが好ましい。要するに、これは第１永久磁石の厚さＨ１／Ｒ１が図１０中のシングルハッチング領域の範囲であることを意味する。ここで、Ｈ１／Ｒ１＝０．０２３＋（０．２８Ｈ２／Ｒ１−０．００３６）０．５は、図１０中の境界Ｂ１を意味し、Ｈ１／Ｒ１＝−７．７Ｈ２／Ｒ１＋０．０９６は、図１０中の境界Ｂ２を意味する。第１永久磁石の厚さＨ１／Ｒ１の上限が、Ｈ１／Ｒ１＝０．０２３＋（０．２８Ｈ２／Ｒ１−０．００３６）０．５及びＨ１／Ｒ１＝−７．７Ｈ２／Ｒ１＋０．０９６のうち小さい方の値であれば、平均エネルギー吸収率Ｓが０．９以上であって、かつ、入熱密度Ｑが１．０以下となる。そのため、渦電流式ダンパとして十分な減衰力を確保し、かつ、導電部材、第１永久磁石及び第２永久磁石の昇温を抑制できる。
【００８６】
さらに好ましくは、第１永久磁石の厚さＨ１／Ｒ１及び銅層の厚さＨ２／Ｒ１は、１．８Ｈ２／Ｒ１＋０．０１３≦Ｈ１／Ｒ１≦４．６Ｈ２／Ｒ１＋０．０１６、かつ、０．００２６≦Ｈ２／Ｒ１≦０．００６５、である。これは、図１０中のクロスハッチング領域を意味する。１．８Ｈ２／Ｒ１＋０．０１３は、図１０中の境界Ｂ３を意味し、４．６Ｈ２／Ｒ１＋０．０１６は、図１０中の境界Ｂ４を意味する。すなわち、第１永久磁石の厚さＨ１／Ｒ１及び銅層の厚さＨ２／Ｒ１がこの範囲であれば、平均エネルギー吸収率Ｓが１．０以上であって、かつ、入熱密度Ｑが１．０以下となる。そのため、渦電流式ダンパとして十分な減衰力を確保し、かつ、導電部材、第１永久磁石及び第２永久磁石の昇温を抑制できる。
【００８７】
続いて、本実施形態の渦電流式ダンパの好適な態様及び他の実施形態について説明する。
【００８８】
［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。
【００８９】
図１１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１１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、強磁性体のポールピース１１が設けられる。
【００９０】
図１２は、図１１の渦電流式ダンパの磁気回路を示す模式図である。図１２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。
【００９１】
［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。
【００９２】
図１３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１３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。
【００９３】
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。
【００９４】
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、渦電流式ダンパの減衰力が大きくなる。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
［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。
【００９８】
図１４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１５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１４及び図１５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、ねじ軸７及び銅層１２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。銅層１２は、導電部材５の外周面に固定される。したがって、導電部材５の外周面及び銅層１２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。
【００９９】
第２実施形態では、図１に示す取付具８ａは磁石保持部材に接続される。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及び銅層１２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及び銅層１２に対して相対回転するため、導電部材５及び銅層１２には渦電流が発生する。その結果、渦電流式ダンパに減衰力が生じ、振動を減衰させることができる。
【０１００】
また、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。
【０１０１】
［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。
【０１０２】
図１６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１７は、図１６の一部拡大図である。図１６及び図１７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、ねじ軸７及び銅層１２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。銅層１２は、導電部材５の内周面に固定される。したがって、導電部材５の内周面及び銅層１２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。
【０１０３】
取付具８ａは磁石保持部材に接続される。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及び銅層１２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及び銅層１２に対して相対回転するため、導電部材５及び銅層１２には渦電流が発生する。その結果、渦電流式ダンパに減衰力が生じ、振動を減衰させることができる。
【０１０４】
また、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。
【０１０５】
［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。
【０１０６】
図１８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１８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、ねじ軸７及び銅層１２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。銅層１２は、導電部材５の外周面に固定される。したがって、導電部材５の外周面及び銅層１２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。
【０１０７】
図１に示す取付具８ａは導電部材に接続される。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及び銅層１２に対して相対回転するため、導電部材５及び銅層１２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。
【０１０８】
また、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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
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。
【符号の説明】
【０１１２】
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：銅層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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