特許 7094756 マスダンパ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-24

(45)【発行日】2022-07-04

(54)【発明の名称】マスダンパ

(51)【国際特許分類】

   F16F 15/02 20060101AFI20220627BHJP

   F16F 15/03 20060101ALI20220627BHJP

   F16H 25/22 20060101ALI20220627BHJP

   F16H 25/20 20060101ALI20220627BHJP

   F16H 25/24 20060101ALI20220627BHJP

   E04H 9/02 20060101ALI20220627BHJP

【ＦＩ】

F16F15/02 A

F16F15/03 G

F16F15/03 J

F16H25/22 Z

F16H25/20 E

F16H25/24 B

E04H9/02 341D

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018072930

(22)【出願日】2018-04-05

(65)【公開番号】P2019183906

(43)【公開日】2019-10-24

【審査請求日】2021-02-26

(73)【特許権者】

【識別番号】504242342

【氏名又は名称】株式会社免制震ディバイス

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095566

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 友雄

(74)【代理人】

【識別番号】100105119

【弁理士】

【氏名又は名称】新井 孝治

(72)【発明者】

【氏名】中南 滋樹

(72)【発明者】

【氏名】木田 英範

(72)【発明者】

【氏名】今西 憲治

(72)【発明者】

【氏名】増井 亮介

【審査官】後藤 健志

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１７－５１１８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０８９４０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－００４９３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３２０６０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２０２２３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１８４８１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１９９８３６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１５７９４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｆ １５／０２

Ｆ１６Ｆ １５／０３

Ｆ１６Ｈ ２５／２０－２５／２４

Ｅ０４Ｈ ９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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マスダンパであって、
一端部が前記第１部位に連結されるねじ軸、及び当該ねじ軸にボールを介して螺合するナットを有するボールねじと、
一端部が前記第２部位に連結され、前記ねじ軸と同軸状に延びる回転不能の筒体と、
当該筒体に対向し、前記ナットによって回転駆動される筒状の回転マスと、を備え、
前記筒体及び前記回転マスの一方は強磁性体で構成され、前記筒体及び前記回転マスの他方は導電材料で構成されており、
前記筒体と前記回転マスの間に周方向に沿って配置され、磁界内を回転する前記回転マスに、当該回転マスの回転と反対方向の、渦電流によるローレンツ力を発生させるように構成された複数の永久磁石と、
前記複数の永久磁石の磁界が前記回転マスに作用するのを阻止する阻止位置と許容する許容位置とを含む所定範囲内で移動可能な可動部材と、
当該マスダンパの作動中、前記可動部材を前記所定範囲内の位置に駆動することによって、前記ローレンツ力を制御する制御装置と、をさらに備えることを特徴とするマスダンパ。

【請求項2】

前記筒体は強磁性体で構成され、前記回転マスは導電材料で構成され、前記可動部材は、強磁性体で構成されるとともに前記筒体に周方向に沿って配置された複数のポールピースで構成されており、
前記可動部材の前記許容位置は、前記複数のポールピースが前記複数の永久磁石に対向する位置であり、前記可動部材の前記阻止位置は、前記複数のポールピースが前記複数の永久磁石から退避した位置であることを特徴とする、請求項１に記載のマスダンパ。

【請求項3】

前記第１部位と前記第２部位の間の相対変位を取得する相対変位取得手段をさらに備え、
前記制御装置は、前記可動部材を、前記取得された相対変位に応じた位置に駆動することを特徴とする、請求項１又は２に記載のマスダンパ。

【請求項4】

前記制御装置は、前記相対変位が所定変位を超えたときに、前記可動部材を前記阻止位置に駆動することを特徴とする、請求項３に記載のマスダンパ。

【請求項5】

前記ナット及び前記回転マスの一方は強磁性体で構成され、前記ナット及び前記回転マスの他方は導電材料で構成されており、
前記ナットと前記回転マスの間に周方向に沿って配置され、磁界内を回転する前記ナットに、当該第ナットの回転と反対方向の、渦電流によるローレンツ力を発生させるように構成された複数の第２永久磁石をさらに備えることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載のマスダンパ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、構造物などの振動を抑制するのに用いられるマスダンパに関する。

【背景技術】

【0002】

従来のマスダンパとして、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。このマスダンパは、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るものであり、一端部が第１部位に連結されるねじ軸、及びねじ軸にボールを介して螺合する回転自在のナットを有するボールねじと、一端部が第２部位に連結され、ナットを回転自在に支持する内筒と、内筒に回転自在に支持された回転マスを備えている。また、マスダンパは、ナットと回転マスの間の流体室に充填された粘性体と、流体室を第１室と第２室に仕切るとともに、ナットと回転マスとの相対回転に伴って流体室内を軸線方向に移動する可動体と、可動体に設けられた調整弁及びリリーフ弁を備える。

【0003】

このマスダンパでは、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、ねじ軸の直線運動がナットの回転運動に変換され、回転マスが回転することによって、回転慣性効果が発揮され、構造物の振動が抑制される。また、ナットと回転マスとの相対回転が生じると、可動体が流体室内を移動することによって、粘性体が調整弁を介して第１室と第２室の間を流れる。これにより、調整弁に設定された減衰係数に基づき、粘性体の移動速度に応じた粘性減衰効果が発揮される。

【0004】

さらに、可動体の移動に伴い、第１室及び第２室の一方の圧力が上昇し、それに伴い、回転マスの回転慣性力及び粘性体の粘性抵抗（減衰力）も増大する。そして、上昇した圧力が所定圧力に達したときに、リリーフ弁が開弁する。これにより、圧力が低下することによって、回転マスの回転慣性力及び粘性体の粘性抵抗のそれ以上の増大が抑制され、マスダンパの軸力（マスダンパに作用する軸方向の荷重）が制限される。

【0005】

また、マスダンパの軸力を制限する従来の軸力制限機構として、例えば特許文献２に開示されたものが知られている。この軸力制限機構は、機械式のものであり、ボールねじのナットの外周面に当接する摩擦材と、回転マスにねじ込まれた締め付けボルトと、摩擦材と締め付けボルトの間に配置され、摩擦材をナット側に付勢する皿ばねなどを備えている。この構成では、マスダンパの軸力が、皿ばねのばね定数や締め付けボルトの締め付け度合などによって定まる上限値に達すると、摩擦材とナットの間に滑りが発生することによって、回転マスの回転が抑制され、マスダンパの軸力が制限される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１５－１２４８２０号公報

【文献】特許第５１８９２１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１のマスダンパにおいて粘性減衰要素として用いられる粘性体の粘性抵抗は、温度の上昇に伴って低下する温度依存性や、振動が繰り返し作用するのに伴って低下する繰り返し依存性を有する。このため、近年、特に懸念されている長周期地震動が発生したような場合には、大きな振動エネルギがマスダンパに繰り返し入力され、粘性体で吸収される結果、粘性体の温度が大きく上昇し、粘性抵抗が著しく低下するおそれがある。また、粘性体の粘性抵抗は、圧力に応じて変化する圧力依存性を有する。このため、粘性抵抗を調整するための調整弁などが必要になるとともに、その設定を詳細に行うことが必要になる。また、大きな粘性抵抗を確保するためには、粘性体のせん断面積を大きくすることが必要であり、粘性体の実装部分が大型化するという問題もある。

【0008】

また、特許文献２に開示された軸力制限機構は、摩擦材を用いるため、マスダンパに大きな振動エネルギが繰り返し入力された場合には、摩擦材の発熱によって摩擦抵抗が低下する結果、マスダンパの軸力制限を良好に行えないおそれがある。

【0009】

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、温度依存性や繰り返し依存性が小さく且つ速度に依存する減衰効果を発揮させるとともに、その減衰力を精度良く可変制御し、マスダンパの軸力を適切に制限することができるマスダンパを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

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マスダンパであって、一端部が前記第１部位に連結されるねじ軸、及び当該ねじ軸にボールを介して螺合するナットを有するボールねじと、一端部が第２部位に連結され、ねじ軸と同軸状に延びる回転不能の筒体と、筒体に対向し、ナットによって回転駆動される筒状の回転マスと、を備え、筒体及び回転マスの一方は強磁性体で構成され、筒体及び回転マスの他方は導電材料で構成されており、筒体と回転マスの間に周方向に沿って配置され、磁界内を回転する回転マスに、回転マスの回転と反対方向の、渦電流によるローレンツ力を発生させるように構成された複数の永久磁石と、複数の永久磁石の磁界が回転マスに作用するのを阻止する阻止位置と許容する許容位置とを含む所定範囲内で移動可能な可動部材と、当該マスダンパの作動中、可動部材を前記所定範囲内の位置に駆動することによって、ローレンツ力を制御する制御装置と、をさらに備えることを特徴とする。

【0011】

このマスダンパによれば、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、第１部位に連結されたねじ軸の相対的な直線運動が、ねじ軸に螺合するナットの回転運動に変換され、ナットによって回転マスが回転駆動される。これにより、回転マスの等価質量が実質量に対して増幅され、大きな反力（回転慣性力）として作用する回転慣性効果が発揮され、構造物の振動が抑制される。

【0012】

また、マスダンパは、許容位置と阻止位置を含む所定範囲内で移動可能な可動部材を備えている。可動部材が許容位置に位置する場合には、複数の永久磁石の磁界が回転マスに作用し、回転マスは永久磁石の磁界内を回転する。これにより、回転マスに渦電流（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ってローレンツ力が発生する。

【0013】

この渦電流によるローレンツ力は、回転マスには、その回転方向と反対方向の抵抗力（制動力）として作用し、それにより、減衰効果が発揮される。このローレンツ力は、構造物におけるマスダンパの使用環境では、粘性体の粘性抵抗と異なり、温度依存性や繰り返し依存性が小さい。したがって、長周期地震動の発生時のように大きな振動エネルギが構造物に繰り返し入力される場合においても、温度や振動エネルギの入力の繰り返しの影響を抑制しながら、安定した減衰力を得ることができる。さらに、ローレンツ力は、粘性体の粘性抵抗と同様、速度に依存する減衰特性を示すので、粘性抵抗と同等の、速度に依存する減衰効果を発揮させることができる。

【0014】

一方、可動部材が阻止位置に位置する場合には、複数の永久磁石の磁界は回転マスに作用せず、ローレンツ力が発生しないため、減衰効果は発揮されず、その減衰力の分、マスダンパの軸力が減少する。したがって、マスダンパの作動中、例えばマスダンパの軸力が過大になると推定される状況において、可動部材を阻止位置に制御し、ローレンツ力の発生を阻止することによって、マスダンパの軸力を適切に制限することができる。

【0015】

また、可動部材が許容位置と阻止位置の間に位置する場合には、その位置に応じた大きさのローレンツ力が発生する。すなわち、ローレンツ力は、可動部材が許容位置に近いほど、より大きくなり、可動部材が阻止位置に近いほど、より小さくなる。したがって、マスダンパの作動中、可動部材の位置を所定範囲内で制御することによって、永久磁石による減衰力を精度良く可変制御することができる。

【0016】

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のマスダンパにおいて、筒体は強磁性体で構成され、回転マスは導電材料で構成され、可動部材は、強磁性体で構成されるとともに筒体に周方向に沿って配置された複数のポールピースで構成されており、可動部材の許容位置は、複数のポールピースが複数の永久磁石に対向する位置であり、可動部材の阻止位置は、複数のポールピースが複数の永久磁石から退避した位置であることを特徴とする。

【0017】

この構成によれば、強磁性体から成る筒体の周方向に沿って、強磁性体から成る複数のポールピースが配置されており、複数のポールピースを複数の永久磁石に対向する許容位置に駆動することによって、導電材料で構成された回転マスにローレンツ力を発生させることができる。一方、複数のポールピースを複数の永久磁石から退避した阻止位置に駆動することによって、ローレンツ力の発生を阻止することができる。また、ポールピースが回転しない筒体側に配置されているので、ポールピースと制御装置との間の配線などの組立てを容易に行えるとともに、ポールピースが回転することによる不具合を確実に回避することができる。

【0018】

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載のマスダンパにおいて、第１部位と第２部位の間の相対変位を取得する相対変位取得手段をさらに備え、制御装置は、可動部材を、取得された相対変位に応じた位置に駆動することを特徴とする。

【0019】

この構成によれば、構造物の第１及び第２部位の間の相対変位を取得するとともに、取得された相対変位に応じた位置に可動部材が駆動されることによって、可動部材の位置に応じたローレンツ力が発生する。これにより、構造物の実際の相対変位の大きさに応じて、永久磁石による減衰力を適切に可変制御することができる。

【0020】

請求項４に係る発明は、請求項３に記載のマスダンパにおいて、制御装置は、相対変位が所定変位を超えたときに、可動部材を阻止位置に駆動することを特徴とする。

【0021】

この構成によれば、取得された構造物の第１及び第２部位の間の相対変位が所定変位を超えたときに、可動部材が阻止位置に駆動される。これにより、構造物の実際の相対変位が大きく増大したときに、ローレンツ力の発生を阻止することによって、マスダンパの軸力が過大になると推定されるタイミングで、軸力制限を適切に行うことができる。

【0022】

請求項５に係る発明は、請求項１から４のいずれかに記載のマスダンパにおいて、ナット及び回転マスの一方は強磁性体で構成され、ナット及び回転マスの他方は導電材料で構成されており、ナットと回転マスの間に周方向に沿って配置され、磁界内を回転するナットに、ナットの回転と反対方向の、渦電流によるローレンツ力を発生させるように構成された複数の第２永久磁石をさらに備えることを特徴とする。

【0023】

この構成によれば、第１及び第２部位の間に相対変位が発生するのに伴い、ボールねじの作用によってナットが回転する際、ナットは第２永久磁石の磁界内を回転する。これにより、ナットに渦電流が発生すると同時に、この渦電流と第２永久磁石の磁界との相互作用によってローレンツ力が発生する。

【0024】

このローレンツ力は、ナットには、その回転方向と反対方向の抵抗力として作用する。これにより、第２永久磁石による減衰効果が発揮され、永久磁石による減衰効果に付加されることによって、マスダンパの減衰効果を高めることができる。一方、このローレンツ力は、回転マスには、ナットの回転方向と同じ方向の駆動力として作用する。これにより、回転マスが駆動され、回転することによって、回転マスの回転慣性効果を発揮させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】第１実施形態によるマスダンパを示す縦断面図である。

【図2】図１のＸ－Ｘ線に沿う、一部を省略した断面図である。

【図3】図１のマスダンパの動作を説明するための図である。

【図4】図１のマスダンパを制震装置として構造物に設置した例を概略的に示す図である。

【図5】図１のマスダンパをモデル化して示す図である。

【図6】速度に対するローレンツ力の特性を示す図である。

【図7】マスダンパを制御する制御系を示すブロック図である。

【図8】図４のように設置されたマスダンパに対し、制御装置によって実行される減衰力制御処理を示すフローチャートである。

【図9】図８の減衰力制御処理において用いられるマップである。

【図10】図１のマスダンパを免震装置として構造物に設置した例を概略的に示す図である。

【図11】図１０のように設置されたマスダンパに対し、制御装置によって実行される減衰力制御処理を示すフローチャートである。

【図12】図１１の減衰力制御処理において用いられるマップである。

【図13】第１実施形態の変形例によるマスダンパを示す縦断面図である。

【図14】第２実施形態によるマスダンパを示す縦断面図である。

【図15】図１４のマスダンパをモデル化して示す図である。

【図16】第３実施形態によるマスダンパを示す縦断面図である。

【図17】図１６のマスダンパに対し、制御装置によって実行される軸力制限制御処理を示すフローチャートである。

【図18】図１６のマスダンパをモデル化して示す図である。

【図19】第４実施形態によるマスダンパを示す縦断面図である。

【図20】図１９のマスダンパをモデル化して示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１に示すように、本発明の第１実施形態によるマスダンパ１Ａは、外筒１０、ボールねじ１１、回転マス１３Ａ、複数の永久磁石１５及びボールピース３１（図２参照）を備えている。

【0027】

ボールねじ１１は、ねじ軸１１ａと、ねじ軸１１ａに多数のボール１１ｂを介して螺合するナット１１ｃを有する。ねじ軸１１ａは、ナット１１ｃの両側に延び、外端部において、自在継手１７ａを介して、第１フランジ１７に連結され、内端部は、回転マス１３Ａの内部に延びている。

【0028】

外筒１０は、強磁性体（例えば鋼材）で構成され、肉厚の円筒状に形成されている。また、外筒１０は、ねじ軸１１ａ及びナット１１ｃと同軸状に配置されており、外端部において、自在継手１８ａを介して、第２フランジ１８に回転不能に連結されている。

【0029】

回転マス１３Ａは、比重が比較的大きな導電材料（例えば鋼材）で構成され、肉厚の円筒状に形成されており、一端部がナット１１ｃと同軸状に一体に連結されている。また、回転マス１３Ａは、外筒１０の内周側に、これに対向するように配置されており、両端部において軸受け２２、２２を介して、外筒１０に回転自在に支持されている。

【0030】

永久磁石１５は、例えばフェライト磁石で構成され、図２に示すように、外筒１０と回転マス１３Ａの間、例えば外筒１０の内周面に複数個（この例では１８個）、周方向に等間隔に配置されており、回転マス１３Ａに対向している。また、複数の永久磁石１５の極性は、隣り合う各２つの間で互いに異なるように設定されている（図３参照）。

【0031】

ポールピース３１は、強磁性体（例えば鋼材）で構成されており、外筒１０に永久磁石１５と同数、設けられ、周方向に等間隔に配置されている。これらのポールピース３１は、軸線方向に移動自在のリング状の保持部材３４に一体に取り付けられており、保持部材３４を介してアクチュエータ３２に連結されている（図７参照）。

【0032】

アクチュエータ３２は、例えば直動式のものであり、アクチュエータ３２に通電される電流値ＩＡを後述する制御装置３３で制御することによって、ポールピース３１が軸線方向に駆動されるとともに、ポールピース３１の位置が制御される。具体的には、ポールピース３１は、アクチュエータ３２の電流値ＩＡが０（オフ状態）のときには、図１及び図３（ｂ）に示す、永久磁石１５から退避した位置（以下「阻止位置」という）に制御され、電流値ＩＡが所定の最大値ＩＭＡＸのときには、図３（ａ）に示す、永久磁石１５に対向する位置（以下「許容位置」という）に制御される。さらに、電流値ＩＡが値０と最大値ＩＭＡＸの間のときには、ポールピース３１は、電流値ＩＡに応じた阻止位置と許容位置との間の位置に制御される。

【0033】

以上の構成のマスダンパ１Ａは、例えば図４に示すように、建物などの構造物３の下梁ＢＬ及び上梁ＢＵからそれぞれ鉛直に突設された支持部材５ａ、５ｂに、第１及び第２フランジ１７、１８を介して連結され、水平に設けられており、制震装置として設置される。この状態で、地震時などに構造物３の下梁ＢＬと上梁ＢＵの間に水平方向の相対変位が発生すると、それらに連結された外筒１０に対するねじ軸１１ａの直線運動がナット１１ｃの回転運動に変換されることにより、回転マス１３Ａはナット１１ｃと一体に回転する。これにより、回転マス１３Ａの等価質量が実質量に対して増幅され、大きな反力（回転慣性力）として作用する回転慣性効果が発揮されることによって、構造物３の振動が抑制される。

【0034】

また、ポールピース３１が永久磁石１５に対向する許容位置に位置する場合には、図３（ａ）に示すように、永久磁石１５とポールピース３１によって大きな磁力線の閉回路が形成され、永久磁石１５の磁界が回転マス１３Ａに作用する。このため、回転マス１３Ａに渦電流（誘導電流）が発生するとともに、この渦電流と永久磁石１５の磁界との相互作用によって、ローレンツ力が発生し、回転マス１３Ａに抵抗力として作用することによって、最大の減衰効果が発揮され、回転マス１３Ａの回転慣性効果に付加される。

【0035】

一方、ポールピース３１が永久磁石１５から退避した阻止位置に位置する場合には、図３（ｂ）に示すように、ポールピース３１の影響が及ばず、隣り合う２つの永久磁石１５、１５によって、小さな磁力線の閉回路が形成されるため、永久磁石１５の磁界は回転マス１３Ａには作用しない。このため、回転マス１３Ａにはローレンツ力は発生せず、減衰効果は発揮されない。

【0036】

また、ポールピース３１が許容位置と阻止位置の間に位置する場合には、図示しないが、ポールピース３１の位置に応じた大きさのローレンツ力が発生することで、ポールピース３１の位置に応じた中間の大きさの減衰効果が発揮される。

【0037】

以上の構成及び動作から、マスダンパ１Ａは、図５のようにモデル化される。すなわち、支持部材５ａ、５ｂやマスダンパ１Ａの内部剛性などから成るばね要素に、互いに並列関係にある（ａ）回転マス１３Ａから成る慣性質量要素、及び（ｂ）永久磁石１５及びポールピース３１から成る可変減衰要素が接続されたモデルになる。

【0038】

前述したように、渦電流によるローレンツ力は、構造物におけるマスダンパの地震時を含む使用環境（例えば最高温度：１００～１５０℃、累積変位：５０ｍ程度）では、粘性抵抗と異なり、温度依存性や繰り返し依存性が小さい。したがって、長周期地震動の発生時のように大きな振動エネルギが構造物に繰り返し入力される場合においても、温度や振動エネルギの入力の繰り返しの影響を抑制しながら、回転マス１３Ａの回転慣性効果と永久磁石１５による減衰効果を安定して発揮させることができる。

【0039】

また、図６は、速度Ｖに対するローレンツ力ＦＬの特性を示す。同図に示すように、ローレンツ力ＦＬは、一般に、粘性体による粘性抵抗と同様、速度Ｖに依存する減衰特性を示す。したがって、粘性抵抗と同等の、速度に依存する減衰効果を発揮させることができる。

【0040】

図８は、制御装置３３によって実行される永久磁石１５による減衰力（ローレンツ力ＦＬ）の制御処理の一例を示す。この減衰力制御を実行するために、制御装置３３には、第１及び第２加速度センサ４１、４２が接続されている（図７参照）。第１及び第２加速度センサ４１、４２は、例えば半導体式のものであり、図４の下梁ＢＬ及び上梁ＢＵの支持部材５ａ、５ｂ付近に設けられ、それらの水平方向の加速度である第１及び第２加速度ＡＣ１、ＡＣ２を表す検出信号を、制御装置３３に出力する。

【0041】

制御装置３３は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＩ／Ｏインターフェースなどを有するマイクロコンピュータで構成されている。制御装置３３は、第１及び第２加速度センサ４１、４２の検出信号に応じ、ＲＯＭに記憶されたプログラムに従って、図８の減衰力制御処理を実行する。本処理は、所定時間ごとに繰り返し実行される。

【0042】

本処理では、まずステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、支持部材５ａ、５ｂの間の水平方向の相対変位ＲＤを算出する。この相対変位ＲＤの算出は、例えば次のように行われる。まず、検出された第１加速度ＡＣ１を積分することによって、第１速度Ｖ１（絶対速度）を算出し、第１速度Ｖ１をさらに積分することによって、第１変位ＤＳ１（絶対変位）を算出する。同様に、検出された第２加速度ＡＣ２を積分することによって、第２速度Ｖ２（絶対速度）を算出し、第２速度Ｖ２をさらに積分することによって、第２変位ＤＳ２（絶対変位）を算出する。そして、第１及び第２変位ＤＳ１、ＤＳ２の差の絶対値｜ＤＳ１－ＤＳ２｜を、支持部材５ａ、５ｂ間の相対変位ＲＤとして算出する。

【0043】

次に、ステップ２において、算出された相対変位ＲＤが第１所定変位ＤＲＥＦ１よりも小さいか否かを判別する。この答えがＹＥＳのときには、相対変位ＲＤが小さく、永久磁石１５による減衰効果を発揮させる必要性が低いとして、アクチュエータ３２の電流値ＩＡを値０に設定し（ステップ３）、本処理を終了する。この設定により、ポールピース３１は図１及び図３（ｂ）に示す阻止位置に維持され、ローレンツ力ＦＬはほぼ０に制御される。

【0044】

上記ステップ２の答えがＮＯのときには、相対変位ＲＤが第１所定変位ＤＲＥＦ１よりも大きな第２所定変位ＤＲＥＦ２以下であるか否かを判別する（ステップ４）。この答えがＹＥＳで、ＤＲＥＦ１≦ＲＤ≦ＤＲＥＦ２のときには、相対変位ＲＤに応じ、図９のマップを検索することによって、電流値ＩＡを算出し（ステップ５）、本処理を終了する。

【0045】

このマップでは、電流値ＩＡは、相対変位ＲＤの上記の範囲内では、相対変位ＲＤが大きいほど、より大きな値になるようにリニアに設定され、相対変位ＲＤ＝第２所定値ＤＲＥＦ２のときに、所定の最大値ＩＭＡＸに設定されている。このような設定により、ポールピース３１は、相対変位ＲＤが増大するのに伴い、阻止位置から許容位置までの相対変位ＲＤに応じた位置に駆動され、それにより、ローレンツ力ＦＬは値０から最大値まで増大するように制御される。

【0046】

前記ステップ４の答えがＮＯのときには、相対変位ＲＤが第２所定変位ＤＲＥＦ２よりも大きな第３所定変位ＤＲＥＦ３（例えば４０ｍｍ：階高４ｍの場合の層間変形角１／１００ｒａｄに相当）以下であるか否かを判別する（ステップ６）。この答えがＹＥＳで、ＤＲＥＦ２＜ＲＤ≦ＤＲＥＦ３のときには、電流値ＩＡを最大値ＩＭＡＸに設定し（ステップ７）、本処理を終了する。これにより、ローレンツ力ＦＬは最大値に維持される。

【0047】

一方、上記ステップ６の答えがＮＯで、相対変位ＲＤが第３所定値ＤＲＥＦ３を超えたときには、ローレンツ力ＦＬが最大値に制御された状態で、相対変位ＲＤがさらに増大しているため、マスダンパ１Ａの軸力が過大になるおそれがあるとして、電流値ＩＡを値０に設定し（ステップ８）、本処理を終了する。これにより、ポールピース３１が許容位置から阻止位置に駆動され、ローレンツ力ＦＬがほぼ０に制御され、永久磁石１５による減衰力が減少することによって、マスダンパ１Ａの軸力を適切に制限することができる。

【0048】

図１０は、本実施形態の複数のマスダンパ１Ａ（１つのみ図示）を、複数の積層ゴム支承２（２つのみ図示）とともに、構造物３に免震装置として設置した例を示す。積層ゴム支承２は、構造物３と基礎４の間に固定され、構造物３を支持している。マスダンパ１Ａは、その両端部において、構造物３及び基礎４からそれぞれ鉛直に突設された支持部材５ａ、５ｂの間に設置されている。

【0049】

図示しないが、第１及び第２加速度センサ４１、４２は、支持部材５ａ、５ｂの付近にそれぞれ設けられている。また、上述の場合とは逆に、アクチュエータ３２の電流値ＩＡが０（オフ状態）のときに、ポールピース３１が永久磁石１５に対向する許容位置（図３（ａ））に位置し、電流値ＩＡが最大値ＩＭＡＸのときに、ポールピース３１が永久磁石１５から退避した阻止位置（図３（ｂ））に駆動されるように設定されている。

【0050】

図１１は、以上のように免震装置として設置されたマスダンパ１Ａに対し、制御装置３３によって実行される減衰力制御処理を示す。本処理は、所定時間ごとに繰り返し実行される。

【0051】

本処理では、まずステップ１１において、図８のステップ１と同様の処理によって、支持部材５ａ、５ｂの間の水平方向の相対変位ＲＤを算出する。次に、ステップ１２において、相対変位ＲＤが第４所定変位ＤＲＥＦ４よりも小さいか否かを判別する。この答えがＹＥＳで、相対変位ＲＤが小さいときには、アクチュエータ３２の電流値ＩＡを値０に設定し（ステップ１３）、本処理を終了する。この設定により、ポールピース３１は許容位置に制御され、ローレンツ力ＦＬは最大値に制御される。

【0052】

上記ステップ１２の答えがＮＯのときには、相対変位ＲＤが第４所定変位ＤＲＥＦ４よりも大きな第５所定変位ＤＲＥＦ５以下であるか否かを判別する（ステップ１４）。この答えがＹＥＳで、ＤＲＥＦ４≦ＲＤ≦ＤＲＥＦ５のときには、相対変位ＲＤに応じ、図１２のマップを検索することによって、電流値ＩＡを算出し（ステップ１５）、本処理を終了する。

【0053】

このマップでは、電流値ＩＡは、相対変位ＲＤが大きいほど、より大きな値になるようにリニアに設定され、相対変位ＲＤ＝第５所定値ＤＲＥＦ５のときに、所定の最大値ＩＭＡＸに設定されている。このような設定により、ポールピース３１は、相対変位ＲＤが増大するのに伴い、許容位置から阻止位置までの相対変位ＲＤに応じた位置に駆動され、それにより、ローレンツ力ＦＬはその最大値から値０まで減少するように制御される。

【0054】

一方、前記ステップ１４の答えがＮＯで、相対変位ＲＤが第５所定値ＤＲＥＦ５を超えたときには、電流値ＩＡを最大値ＩＭＡＸに設定し（ステップ１６）、本処理を終了する。これにより、相対変位ＲＤが大きくなった後に、ローレンツ力ＦＬがほぼ０に維持され、構造物３と基礎４との相対変位が生じやすくなることで、免震性能を高めることができる。

【0055】

次に、図１３を参照しながら、第１実施形態の変形例について説明する。このマスダンパ１Ｂは、回転不能の筒体として、回転マス１３Ａの外周側に配置されたマスダンパ１Ａの外筒１０に代えて、回転マス１３Ｂの内周側に内筒１２を配置したものである。

【0056】

この内筒１２は、外筒１０と同様、強磁性体（例えば鋼材）で構成され、肉厚の円筒状に形成されるとともに、ねじ軸１１ａ及びナット１１ｃと同軸状に配置され、外端部において、自在継手１８ａを介して第２フランジ１８に回転不能に連結されている。また、内筒１２は、外筒１０よりも径が小さく、ナット１１ｃとほぼ同じ外径及び内径を有しており、ナット１１ｃは、クロスローラベアリング２３を介して内筒１２に回転自在に支持されている。

【0057】

回転マス１３Ｂは、比重が比較的大きな導電材料（例えば鋼材）で構成され、肉厚の円筒状に形成されている。また、回転マス１３Ｂは、一端部においてナット１１ｃに一体に連結され、ナット１１ｃ及び内筒１２の外側にこれらを覆うように同軸状に配置されており、他端部において、軸受け２２を介して内筒１２に回転自在に支持されている。

【0058】

また、複数の永久磁石１５は、内筒１２と回転マス１３Ｂの間、例えば内筒１２の外周面に配置され、複数のポールピース３１は、永久磁石１５と同数、内筒１２に配置されている。これらの永久磁石１５及びポールピース３１の構成は、ポールピース３１を駆動するアクチュエータ３２の構成を含めて、マスダンパ１Ａと同じである。

【0059】

以上のように、マスダンパ１Ｂは、マスダンパ１Ａに対し、回転不能の筒体（内筒１２、外筒１０）と回転マス（回転マス１３Ｂ、回転マス１３Ａ）との配置を内外逆にした関係にあるので、マスダンパ１Ａと同様、図５のようにモデル化される。

【0060】

したがって、マスダンパ１Ｂを、マスダンパ１Ａと同様、図４や図１０のように制震装置や免震装置として構造物３に設置するとともに、それに応じて図８や図１１の減衰力制御処理を実行することによって、前述した第１実施形態による効果を同様に得ることができる。

【0061】

図１４は、本発明の第２実施形態によるマスダンパ１Ｃを示す。図１３との比較から明らかなように、上記の変形例によるマスダンパ１Ｂでは、回転マス１３Ｂがナット１１ｃに一体に連結されているのに対し、マスダンパ１Ｃは、回転マス１３Ｂをナット１１ｃに対して回転自在に構成し、両者の間に複数の第２永久磁石１５Ａを配置した点が異なる。したがって、マスダンパ１Ｂと同じ又は同等の構成要素について同じ符号を付し、以下、マスダンパ１Ｂと異なる部分を中心として、マスダンパ１Ｃについて説明する。

【0062】

第２永久磁石１５Ａは、例えばフェライト磁石で構成され、回転マス１３Ｂの内周面に複数個、設けられ、周方向に等間隔に配置されており、ナット１１ｃに対向している。また、図示しないが、これらの第２永久磁石１５Ａの極性は、隣り合う各２つの間で互いに異なるように設定されている。

【0063】

このマスダンパ１Ｃは、第１実施形態のマスダンパ１Ａと同様、例えば図４のように構造物３に制震装置として設置される。地震時などに構造物３の下梁ＢＬと上梁ＢＵの間に相対変位が発生すると、ねじ軸１１ａの相対的な直線運動がナット１１ｃの回転運動に変換され、ナット１１ｃが回転する。また、回転するナット１１ｃに第２永久磁石１５Ａの磁界が作用することによって、ナット１１ｃに渦電流が発生すると同時に、この渦電流と第２永久磁石１５Ａの磁界との相互作用によってローレンツ力が発生する。

【0064】

このローレンツ力は、ナット１１ｃには、その回転方向と反対方向の抵抗力として作用する。これにより、第２永久磁石１５Ａによる減衰効果が発揮され、永久磁石１５による減衰効果に付加されることによって、マスダンパ１Ｃの減衰効果が高められる。一方、上記のローレンツ力は、回転マス１３Ｂには、ナット１１ｃの回転方向と同じ方向の駆動力として作用する。これにより、回転マス１３Ｂが回転駆動され、その回転慣性効果が発揮される。また、回転マス１３Ｂが回転すると、マスダンパ１Ｂの場合と同様、ポールピース３１の位置に応じた永久磁石１５による減衰効果が発揮され、その減衰力が可変制御される。

【0065】

以上の構成及び動作から、マスダンパ１Ｃは、図１５のようにモデル化される。すなわち、支持部材５ａ、５ｂやマスダンパ１Ａの内部剛性などから成るばね要素に、第２永久磁石１５Ａから成る減衰要素が接続されるとともに、この減衰要素に、互いに並列関係にある（ａ）回転マス１３Ｂから成る慣性質量要素、及び（ｂ）永久磁石１５及びポールピース３１から成る可変減衰要素が接続されたモデルになる。

【0066】

図１６は、本発明の第３実施形態によるマスダンパ１Ｄを示す。このマスダンパ１Ｄは、図１４に示す第２実施形態のマスダンパ１Ｃと比較し、回転マス１３Ｂに加えて第２回転マス１３Ｃが設けられていることや、粘性体１４が付加されていることなどが異なる。したがって、マスダンパ１Ｃと同じ又は同等の構成要素について同じ符号を付し、以下、マスダンパ１Ｃと異なる部分を中心として、マスダンパ１Ｄについて説明する。

【0067】

第２回転マス１３Ｃは、比重が比較的大きな強磁性体（例えば鋼材）で構成され、肉厚の円筒状に形成されるとともに、ナット１１ｃと回転マス１３Ｂの間に、ナット１１ｃと内筒１２の約半部を覆うように同軸状に配置されており、両端部において軸受け２２、２２を介して、ナット１１ｃ及び内筒１２に回転自在に支持されている。

【0068】

複数の第２永久磁石１５Ａは、ナット１１ｃと第２回転マス１３Ｃの間、例えば第２回転マス１３Ｃの内周面に配置されている。また、粘性体１４は、内筒１２と第２回転マス１３Ｃの間の間隙Ｇに、シール２４、２４を介して液密状態で充填されている。粘性体１４は、所定の粘度を有する粘性材、例えばシリコンオイルで構成されている。

【0069】

また、複数の永久磁石１５及びポールピース３１は、第２回転マス１３Ｃと回転マス１３Ｂの間、例えば回転マス１３Ｂに配置されている。

【0070】

以上の構成のマスダンパ１Ｄは、例えば図４のように構造物３に制震装置として設置される。地震時などに下梁ＢＬと上梁ＢＵの間に相対変位が発生すると、ねじ軸１１ａの相対的な直線運動がナット１１ｃの回転運動に変換され、ナット１１ｃが回転する。その際、回転するナット１１ｃに第２永久磁石１５Ａの磁界が作用することによって、ナット１１ｃにローレンツ力が発生する。このローレンツ力が、ナット１１ｃに抵抗力として作用することで、減衰効果が発揮されるとともに、第２回転マス１３Ｃに駆動力として作用することで、第２回転マス１３Ｃが回転し、その回転慣性効果が発揮される。

【0071】

また、第２回転マス１３Ｃが回転すると、ポールピース３１の位置に応じた永久磁石１５によるローレンツ力が発生することによって、回転マス１３Ｂが回転駆動され、回転慣性効果が発揮されるとともに、減衰効果が発揮され、その減衰力が可変制御される。

【0072】

また、第２回転マス１３Ｃの回転に伴い、第２回転マス１３Ｃと回転しない内筒１２との間に充填された粘性体１４の粘性抵抗（せん断抵抗）によって、振動エネルギが吸収され、熱変換されることによって、回転マス１３の回転速度に応じた粘性減衰効果が発揮される。

【0073】

図１７は、上述したマスダンパ１Ｄに対し、制御装置３３によって実行される軸力制限制御処理を示す。本処理は、所定時間ごとに繰り返し実行される。なお、この制御の前提として、アクチュエータ３２の電流値ＩＡが０（オフ状態）のときに、ポールピース３１が永久磁石１５に対向する許容位置に位置し、電流値ＩＡが最大値ＩＭＡＸのときに、ポールピース３１が永久磁石１５から退避した阻止位置に駆動されるように設定されている。

【0074】

本処理では、まずステップ２１において、図８のステップ１と同様の処理によって、支持部材５ａ、５ｂの間の水平方向の相対変位ＲＤを算出する。次に、ステップ２２において、算出された相対変位ＲＤが所定変位ＲＤＲＥＦ（例えば４０ｍｍ：階高４ｍの場合の層間変形角１／１００ｒａｄに相当）よりも大きいか否かを判別する。

【0075】

この答えがＮＯのときには、マスダンパ１Ｄに過大な軸力が発生するおそれがないとして、アクチュエータ３２の電流値ＩＡを値０に設定する。これにより、ポールピース３１が許容位置に制御され、永久磁石１５によるローレンツ力が発生することによって、永久磁石１５による減衰効果と回転マス１３Ｂの回転慣性効果が発揮され、それにより、回転マスダンパ１Ｄの高い振動抑制性能を得ることができる。

【0076】

一方、前記ステップ２２の答えがＹＥＳで、相対変位ＲＤが所定変位ＲＤＲＥＦを超えたときには、マスダンパ１Ｄに過大な軸力が発生するおそれがあるとして、ステップ２４に進み、アクチュエータ３２の電流値ＩＡを最大値ＩＭＡＸに設定する。これにより、ポールピース３１が阻止位置に移動し、永久磁石１５によるローレンツ力の発生が阻止されることによって、永久磁石１５による減衰効果と回転マス１３Ｂの回転慣性効果はいずれも発揮されず、それにより、マスダンパ１Ｄの軸力を適切に制限することができる。

【0077】

以上の構成及び動作から、マスダンパ１Ｄは、図１８のようにモデル化される。すなわち、支持部材５ａ、５ｂやマスダンパ１Ａの内部剛性などから成るばね要素に、第２永久磁石１５Ａから成る減衰要素が接続されるとともに、この減衰要素に、互いに並列関係にある（ａ）第２回転マス１Ｃから成る慣性質量要素、（ｂ）粘性体１４から成る粘性要素、及び（ｃ）第２永久磁石１５Ｂから成る減衰要素（軸力制限要素）が接続され、さらに、この第２永久磁石１５Ｂから成る減衰要素に回転マス１３Ｂから成る可変の慣性質量要素が接続されたモデルになる。

【0078】

図１９は、第４実施形態によるマスダンパ１Ｅを示す。図１６との比較から明らかなように、このマスダンパ１Ｅは、第３実施形態によるマスダンパ１Ｄに対し、回転マス１３Ｂの構成及び配置と粘性体１４の配置が異なるものである。

【0079】

具体的には、回転マス１３Ｂは、第２フランジ１８側の端部を覆う端壁部１３Ｂ１と、端壁部１３Ｂ１から内方に同軸状に延びる筒状の延出部１３Ｂ２を有しており、この延出部１３Ｂ２を介して、内筒１２に嵌合するとともに、軸受け２２、２２により回転自在に支持されている。粘性体１４は、内筒１２と延出部１３Ｂ２の間の間隙Ｇに、シール２４、２４を介して液密状態で充填されている。

【0080】

以上の構成から、マスダンパ１Ｅは、図２０のようにモデル化される。すなわち、支持部材５ａ、５ｂやマスダンパ１Ａの内部剛性などから成るばね要素に、第２永久磁石１５Ａから成る減衰要素が接続されるとともに、この減衰要素に、互いに並列関係にある（ａ）第２回転マス１Ｃから成る慣性質量要素、及び（ｂ）第２永久磁石１５Ｂから成る減衰要素（軸力制限要素）が接続され、さらに、この第２永久磁石１５Ｂから成る減衰要素に、互いに並列関係にある（ｃ）粘性体１４から成る粘性要素、及び（ｄ）回転マス１３Ｂから成る可変の慣性質量要素が接続されたモデルになる。

【0081】

以上のように、第４実施形態によるマスダンパ１Ｅは、粘性体１４が回転マス１３Ｂと並列関係にあること以外は、第３実施形態のマスダンパ１Ｄと同様の構成を有しており、したがって、前述した第３実施形態と同様の動作及び効果を得ることができる。

【0082】

なお、本発明は、説明した実施形態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。例えば、実施形態では、永久磁石１５の減衰力やマスダンパの軸力制限を制御するためのアクチュエータ３２の電流値ＩＡの設定を、図９や図１２に示したマップを用いて行っている。このマップはあくまで例示であり、電流値ＩＡは、マスダンパの用途（制震装置と免震装置の別）や、要求される減衰力の特性及び大きさ、軸力制限の必要度合などに応じて適宜、変更して設定される。

【0083】

また、電流値ＩＡを設定するためのパラメータとして、構造物３の支持部材５ａ、５ｂ間の相対変位ＲＤを用いているが、これに代えて、構造物３に入力される振動エネルギやマスダンパの軸力の大きさなどを表す他の適当なパラメータ、例えば支持部材５ａ、５ｂの加速度や速度を用いてもよい。

【0084】

また、第１及び第２実施形態では、永久磁石１５及びポールピース３１を回転不能の外筒１０や内筒１２の側に配置し、回転マス１３Ａ、１３Ｂを相手部材（永久磁石が設けられず、ローレンツ力が発生する部材）としており、それにより、ポールピース３１と制御装置３３との間の配線などの組立てが容易になり、ポールピース３１が回転することによる不具合が回避されるなどの利点が得られる。本発明はこれに限らず、上記の関係を逆にし、永久磁石１５及びポールピース３１を回転マス１３Ａ、１３Ｂ側に配置し、外筒１０や内筒１２を相手部材としてもよい。

【0085】

また、実施形態では、ポールピース３１が軸線方向に移動可能に構成されているが、ポールピース３１を周方向に移動可能とし、永久磁石１５に対向する許容位置と、永久磁石１５に対して周方向にずれた阻止位置を含む所定範囲に移動させるようにしてもよい。あるいは、ポールピース３１を固定とし、永久磁石１５を移動させてもよい。

【0086】

また、第１及び第２実施形態では、回転マス１３Ａ、１３Ｂを構成する導電材料として、鋼材を例示しているが、比重が比較的大きな他の導電材料、例えばフェライト系ステンレス鋼などの弱磁性体や、アルミニウム合金、オーステナイト系ステンレス又は銅合金などの非磁性体を用いることが可能である。

【0087】

また、実施形態では、永久磁石として、フェライト磁石を用いているが、他の永久磁石、例えばネオジム磁石やアルニコ磁石を用いてもよい。さらに、実施形態に示した永久磁石１５やポールピース３１の数はあくまで例示であり、適宜、増減される。例えば、ポールピース３１の数は、永久磁石１５と同数である必要はなく、例えば１／２や１／３に設定することが可能である。その他、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。

【符号の説明】

【0088】

１Ａ 第１実施形態のマスダンパ
３ 構造物
５ａ 支持部材（第１部位）
５ｂ 支持部材（第２部位）
１２ 外筒（筒体）
１１ ボールねじ
１１ａ ねじ軸
１１ｂ ボール
１１ｃ ナット
１２ 内筒（筒体）
１３Ａ 回転マス
１５ 永久磁石
３１ ポールピース（可動部材）
３２ アクチュエータ（制御装置）
３３ 制御装置
１Ｂ 第１実施形態の変形例によるマスダンパ
１３Ｂ 回転マス
１Ｃ 第２実施形態のマスダンパ
１３Ｃ 第２回転マス
１５Ａ 第２永久磁石
４２ 第１加速度センサ（相対変位取得手段）
４３ 第２加速度センサ（相対変位取得手段）
１Ｄ 第３実施形態のマスダンパ
１Ｅ 第４実施形態のマスダンパ
ＲＤ 相対変位（第１部位と第２部位の間の相対変位）
ＤＲＥＦ３ 第３所定変位（所定変位）
ＤＲＥＦ 所定変位

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】