(57)【要約】【課題】構造物に圧電素子を取り付けて発電する装置において、取り出せるエネルギーをより増加させる。【解決手段】柱１１と梁１２からなる架構（主構造体１０）とブレース２０とが一体の状態で、０．２?０．５Ｈｚの相対的に低い振動数の外力によりブレース２０に変形（ひずみ）が生じ、ひずみエネルギーが蓄えられる。ひずみが大きくなりストッパ１４０によるロックが解除されると、そのひずみエネルギーは、ブレース１２０の振動エネルギーに変換される。ブレース１２０は、柱１１と梁１２と独立して振動する場合、例えば、２０?１００Ｈｚの相対的に高い振動数で振動する。振動するブレース２０は、その振動数で繰り返し圧電素子１５０に対して圧力を加える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱・梁からなる架構を備える主構造体と、
この主構造体の一部に接合されながら、他の一部から相対変位可能に分離した耐震要素と、
相対変位を生じる前記主構造体と前記耐震要素との間に介在する圧電素子と、
を備え、
前記圧電素子は前記主構造体と前記耐震要素との間に互いに接近する向きの相対変位が生じたときに圧縮力を受けて電力を発生し、
相対変位を生じる前記主構造体と前記耐震要素との間に、前記主構造体が前記耐震要素との間に生じる圧力が一定値を超えるまでは、前記主構造体が前記耐震要素を接続した状態に保ち、前記一定値を超えたときに前記主構造体と前記耐震要素を互いに分離させるストッパが介在している
ことを特徴とする発電構造物。
【請求項２】
柱・梁からなる架構を備える主構造体と、
この主構造体の一部に接合されながら、他の一部から相対変位可能に分離した耐震要素と、
この耐震要素の、前記主構造体との間に相対変位を生じる箇所に固定される圧電素子とを備え、
前記圧電素子は前記耐震要素の前記主構造体との相対変位時に正負の向きに振動して電力を発生し、
相対変位を生じる前記主構造体と前記耐震要素との間に、前記主構造体が前記耐震要素との間に生じる圧力が一定値を超えるまでは、前記主構造体が前記耐震要素を接続した状態に保ち、前記一定値を超えたときに前記主構造体と前記耐震要素を互いに分離させるストッパが介在している
ことを特徴とする発電構造物。
【請求項３】
前記ストッパが前記主構造体と前記耐震要素を接続した状態をばねが保持し、前記圧力が前記ばねの抵抗力を超えたときに前記ストッパが解除され、前記主構造体と前記耐震要素を独立して挙動させることを特徴とする請求項１、もしくは請求項２に記載の発電構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電構造物に係り、例えば、柱・梁からなる架構を備える主構造体と、それらに取り付けられる耐震要素と、発電素子とを備える発電構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物に取り付けて発電を行う技術が各種提案されている（例えば特許文献１?３参照）。特許文献１に開示の技術は、大型構造物である建築物の接合部に圧電変換素子を直接挿入し、構造物に加わる大きな振動エネルギーを電気に変換する。
【０００３】
特許文献２に開示の技術は、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する手段として、圧電素子を振動子に取り付け、振動子の振動エネルギーを電力に変換する。
【０００４】
これらに対し、特許文献３に開示の技術は、振動子を能動的に動かしてその変位を開放して振動させ、その後の自由振動により発電する。発電には、カムを回転させる技術が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−９０１５２号公報
【特許文献２】特開２００６−７１０６５号公報
【特許文献３】特開平７−４９３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１に圧電素子における振動数と発電効率の関係の例を示す。図示の例では、１０ｋＮと２０ｋＮの２種類の力が作用した場合における、振動数と発電効率の関係を示している。いずれの例でも、振動数が高いほど、発電効率が高くなる。例えば、５Ｈｚ程度の振動数では、１桁の発電効率であるが、１５Ｈｚの振動数になると、発電効率が２０％近くまで向上し、さらに振動数が大きくなるにつれて発電効率が上がる。すなわち、できる限り振動数の大きい状態で圧電素子から電力を取り出す必要がある。
【０００７】
特許文献１に開示の技術では、上述のように、大型構造物である建築物の接合部に直接圧電素子を挿入することで、大きな力に基づく電力を取り出せるという利点がある反面、建築構造物は大型（すなわち高層）になるほど固有周期が長くなり振動数を高くすることができず、変換効率を高くすることが難しいという課題がある。
【０００８】
特許文献２に開示の技術は、振動子の固有周期を主構造物の固有周期に同調するよう設定するため効率的にエネルギーを取り出せるが、変換されるエネルギー量は振動子の質量に制約を受けるため、取得できるエネルギーに制限があるという課題がある。
【０００９】
これらに対し、特許文献３に開示の技術では、カムの回転により振動子を強制的、すなわち、能動的に変形させるため、振動子の固有周期を主構造物の固有周期に同調させる必要はないが、変換されるエネルギー量は付加した振動子の質量に制約を受ける上、カムを回転させるエネルギーも必要となり、それがエネルギーロスとなるとともに構造を複雑なものになるという課題がある。
【００１０】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、構造物に圧電素子を取り付けて発電する装置において、取り出せるエネルギーを増加させる技術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】
【００１１】
本発明に係る態様は、発電構造物であって、柱・梁からなる架構を備える主構造体と、この主構造体の一部に接合されながら、他の一部から相対変位可能に分離した耐震要素と、相対変位を生じる前記主構造体と前記耐震要素との間に介在する圧電素子と、を備え、前記圧電素子は前記主構造体と前記耐震要素との間に互いに接近する向きの相対変位が生じたときに圧縮力を受けて電力を発生し、相対変位を生じる前記主構造体と前記耐震要素との間に、前記主構造体が前記耐震要素との間に生じる圧力が一定値を超えるまでは、前記主構造体が前記耐震要素を接続した状態に保ち、前記一定値を超えたときに前記主構造体と前記耐震要素を互いに分離させるストッパが介在している。
【００１２】
このような構成により、付属構造物である耐震要素（例えばブレース）と主構造体（または、その一部と見なすことができるような構造物）の間に圧電素子を入れているため、耐震要素と主構造体の間の大きな力が直接、圧電素子に掛かるが、その反面、圧電素子を直接挟んでいることから、エネルギ損失が少なく比較的大きな振動エネルギーを急速に変換することができる。また、耐震要素の高い振動数による荷重が圧電素子に作用することから、主構造体の振動数よりも効率の高い領域でのエネルギー変換が可能である。なお、そのような構造に好適な圧電素子として、ある程度の厚さが製造可能なＰＺＴなどの圧電材料を用いることができる。
【００１３】
本発明に係る別の態様は、発電構造物であって、柱・梁からなる架構を備える主構造体と、この主構造体の一部に接合されながら、他の一部から相対変位可能に分離した耐震要素と、この耐震要素の、前記主構造体との間に相対変位を生じる箇所に固定される圧電素子とを備え、前記圧電素子は前記耐震要素の前記主構造体との相対変位時に正負の向きに振動して電力を発生し、相対変位を生じる前記主構造体と前記耐震要素との間に、前記主構造体が前記耐震要素との間に生じる圧力が一定値を超えるまでは、前記主構造体が前記耐震要素を接続した状態に保ち、前記一定値を超えたときに前記主構造体と前記耐震要素を互いに分離させるストッパが介在している。
【００１４】
このような構成により、圧電素子の振動は耐震要素（すなわち付属構造物）単体の振動と同じくなるため、すなわち、圧電素子の自由な振動が阻害されないことから、例えば１００Ｈｚ程度またはそれ以上の振動数の振動が実現され、その振動によるエネルギーを抽出するため、高い発電効率の発電を実現できる。なお、耐震要素としては耐震壁等も使用可能であるが、ブレースを想定した場合、主構造体（柱・梁架構）との間の相対回転変形も振動になるため、少ない歪、小さな力変動を抽出することから、例えば高分子系の圧電材料を用いることができる。
【００１５】
本発明に係る別の態様は、上記の発電構造物であって、前記ストッパが前記主構造体と前記耐震要素を接続した状態をばねが保持し、前記圧力が前記ばねの抵抗力を超えたときに前記ストッパが解除され、前記主構造体と前記耐震要素を独立して挙動させ、耐震要素を主構造体に対して自由に振動させる。
【００１６】
この場合、主構造体と耐震要素の連結機構が、実質的にストッパとばねとのシンプルな構造で実現できるため、主構造体と耐震要素の固定状態の維持及び解除、復帰の調整や維持管理が容易になる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると主構造体と耐震要素とが一体の時に振動によるひずみエネルギーを蓄積し、蓄積したひずみエネルギーを、変換効率の良好な振動数で振動する耐震要素を主構造体から分離させて、振動エネルギーを介して圧電素子で電気エネルギーへ変換することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】背景技術に係る、圧電素子における振動数と発電効率の関係の例を示すグラフである。
【図２】（ａ）は主構造体と耐震要素との関係を示す立面図、（ｂ）、（ｃ）は（ａ）の鎖線円部分の具体例を拡大して示した図である。
【図３】（ａ）は実施形態の実施例１に係る、ブレースと梁の連結状態を示す立面図、（ｂ）は（ａ）に示すブレースが梁に対して振動したときの様子を示す立面図、（ｃ）は（ｂ）の具体例を示した拡大図である。
【図４】実施形態の実施例２に係る、ブレースと梁の連結状態を示す立面図である。
【図５】実施形態の実施例３に係る、ブレースと梁の連結状態を示す立面図である。
【図６】実施形態の実施例４に係る、ブレースと梁の連結状態を示す立面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という）について図面を参照して説明する。本実施形態の概要は次の通りである。すなわち、ビルなどの構造物に取り付けて発電する発電構造物を想定する。このようなビルでは、比較的頻度の高い風の外力を受けやすく、大きな発電量が期待できる。ただし、固有周期が長いことでエネルギーの変換効率が低くなる傾向がある。そこで、本実施形態では、柱・梁架構の主構造体と比較して高振動数を有するブレースなどの耐震要素を利用して効率的に電力を取り出す。
【００２０】
図２は本実施形態の発電構造物である建築物１の全体イメージを示す。図２（ａ）は建築物１の概略構造を示す。図２（ｂ）は図２（ａ）の一点破線で示す領域Ｘの拡大図であって、圧電素子５０が耐震要素としてのブレース２０と梁１２の連結部分に配置される例を示している。後述する実施例１、３、４でより具体的な例を示す。図２（ｃ）は図２（ａ）の一点破線で示す領域Ｘの拡大図であって、圧電素子５０がブレース２０のブレース本体２１に配置される例を示している。後述する実施例２でより具体的な例を示す。耐震要素としては耐震壁や間柱等が使用されることもあるが、以下では耐震要素がブレース２０である場合の例を説明する。
【００２１】
まず、図２（ａ）に示すように、建築物１は、柱１１及び梁１２からなる架構を主構造体１０とし、さらに、付属構造物として耐震要素としてのブレース２０とを備えて構成されている。主構造体１０は柱１１・梁１２からなる架構を備えればよいため、橋脚を含む。
【００２２】
ブレース２０は、架構（主構造体１０）の一部（下層階、または隣接する柱１１の内の一方の柱１１）に接合されながら、他の一部（上層階、または他方の柱１１）から相対変位可能に分離する。風や地震等によって、建築物１が大きく振動しブレース２０に蓄積したひずみが一定値を超えると、ブレース２０が主構造体１０から分離し、柱１１・梁１２とは独立して振動をする。
【００２３】
図２（ｂ）のようにブレース２０と主構造体１０とが分離する部分に、または図２（ｃ）のようにブレース２０に圧電素子５０を配置し、主構造体１０と分離したあとのブレース２０の振動を圧電素子５０に作用させることで、発電効率が比較的高い振動条件（振動数）で圧電素子５０に発電させる。
【００２４】
発電した電力は、例えば、ダイオード等の整流回路を用いてコンデンサ等の蓄電池に蓄電したり各種の電装装置で利用するが、それら装置は一般的な公知の技術を用いることができる。また、蓄電池は、一つの圧電素子５０からの電力だけでなく複数の圧電素子５０からの電力を蓄電してもよい。
【００２５】
ここでは、ブレース２０は、いわゆるＫ型ブレース（またはＹ型ブレース）であって、２つの脚状（逆Ｖ字状）のブレース本体２１と、左右中央上部で２つのブレース本体２１が交わる部分に形成されたブレース頭部２２とを備える。ブレース頭部２２は、例えば上層階の梁中央部分１４に、一定以上の振動数、または振幅の振動発生時に分離自在に接続（連結）される。また、ブレース本体２１のそれぞれの端部２３は、柱１１と梁１２との接合部分１３に剛接合（固定）されている。
【００２６】
ここで、ブレース頭部２２と梁中央部分１４の接続部分では、ストッパ機能を有する連結機構１５で梁１２に取り付けられている。梁１２とブレース２０との間に生じる圧力（圧縮力）が一定値を超えるまでは、連結機構１５は、梁１２とブレース２０とを接続した固定状態、すなわち一体に挙動する状態に保つ。前記の一定値を超えたときに、連結機構１５は、梁１２とブレース２０とを分離させる。分離後、ブレース頭部２２と連結機構１５とは、振動によって相対変位可能に分離し、振動が収まった際には、もとの固定状態に復帰する。
【００２７】
上述のように、梁１２と分離した後、ブレース２０は、梁１２とは独立して振動する。このとき、柱１１と梁１２は、例えば、０．２?０．５Ｈｚの相対的に低い振動数で振動する。
【００２８】
一方、付属構造物であるブレース２０は、例えば、２０?１００Ｈｚの相対的に高い振動数で振動する。すなわち、ブレース２０と同じ振動数となる圧電素子５０は、図１で示したように、例えば、２０％を超える発電効率を実現することができる。
【００２９】
固定状態ではブレース２０にひずみエネルギーが蓄えられ、それを解放することで振動エネルギーに変換される。一度に多くのひずみエネルギーが振動エネルギーに変換され、圧電素子５０に吸収されれば、ブレース２０の振動回数は少なく、わずかずつしか変換されなければ長く振動する。
【００３０】
０．２?０．５Ｈｚの低振動数の柱梁架構（主構造体）とブレース（付属構造物）により構成される構造物において、外力により付属構造物に生じた変形をストッパにより解除した後の付属構造物の振動を利用し、付属構造物と主構造体の間に設置した圧電素子に、付属構造物の振動数に相当する２０?１００Ｈｚの高い振動数の繰り返し圧力を加える。
【００３１】
以下、実施例１〜４で、より具体的な構造について説明する。なお、以下では、ブレース２０のブレース頭部２２と梁１２との連結機構１５に着目して説明し、端部２３と柱１１・梁１２接合部との連結構造については、一般的な構造であるので説明を省略する。
【００３２】
＜実施例１＞
図３に、本実施例の梁１１２とブレース１２０との連結構造を示す。図３（ａ）は、振動していない状態、すなわちブレース１２０と梁１１２がロックした状態を示す。図３（ｂ）は、ロック状態が解除された状態を示す。図３（ｃ）は図３（ａ）の一点破線円の領域Ａを拡大した図である。
【００３３】
二つのブレース本体１２１が交わる部分に形成されたブレース頭部１２２は、連結機構１２５を介して大梁１１２ａ（梁１１２）の梁底面１１２ｂに取り付けられている。
【００３４】
連結機構１２５は、梁１１２側のばね材１３０と、ブレース１２０側のストッパ１４０とを積層した構造である。すなわち、ばね材１３０が、ストッパ１４０を付勢しブレース１２０のブレース頭部１２２に押しつける。ばね材１３０は、例えば、ゴムばねや、金属材料による圧縮ばね等であるが、これに限る趣旨ではなく、要求される仕様に応じて適宜選択しうる。
【００３５】
ストッパ１４０は、例えば、硬質ゴムや鋼材で略プレート状に形成され、さらに、ブレース１２０側（図示では下側）の面の所定の位置に、突部１４２がブレース１２０の方向に向けて形成されている。より具体的には、ブレース１２０が固定状態において、ブレース頭部１２２の左右の角１２３が突部１４２に当接する。したがって、ストッパ１４０の幅は、少なくともブレース頭部１２２の幅よりも長い。ばね材１３０の付勢力によって、ブレース１２０はストッパ１４０の突部１４２にロックされた固定状態となる。なお、ストッパ１４０のプレート状部分と突部１４２とは異なる材質の部品が組み合わされてもよい。
【００３６】
連結機構１２５の、梁１１２軸方向の両サイドには、それぞれブラケット１１５が設けられている。それら二つのブラケット１１５がストッパ１４０を挟んでいる。ブラケット１１５は、下方向、すなわちブレース頭部１２２の方向に向けて、ブレース頭部１２２の上端面より所定長長く延び、頭部側面１２４に対向する。
【００３７】
左右の頭部側面１２４とブラケット１１５とが対向する領域では、その対向している部分のそれぞれに、圧電素子１５０が挟まって配置される。圧電素子１５０で変換された電力は蓄電池１９０に蓄電される。ブラケット１１５は、梁１１２に固定されることから、主構造体１０の一部と見なすことができる。
【００３８】
圧電素子１５０は、主構造体１０の一部と見なすことができるブラケット１１５と耐震要素であるブレース１２０との間に互いに接近する向きの相対変位が生じたときに圧縮力を受けて電圧を発生するものであって、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系のセラミック材料であるピエゾ素子を用いることができる。特に、本実施例では、圧電素子１５０を大きな力が直接掛かる箇所であるブレース１２０と主構造体１０との間に配置し、かつ圧電素子１５０を直接挟んでいる。この場合、振動エネルギーは急速に電気エネルギーに変換され、振動回数は少なくなることが想定されるため、ＰＺＴのような材料の圧電素子１５０が好適である。
【００３９】
主構造体１０（架構）とブレース２０とが一体の状態では、０．２?０．５Ｈｚの相対的に低い振動数の外力によりブレース２０に変形（ひずみ）が生じ、ひずみエネルギーが蓄えられる。ひずみが大きくなりストッパ１４０によるロックが解除されると、そのひずみエネルギーは、ブレース１２０の振動エネルギーに変換される。
【００４０】
ブレース１２０は、主構造体１０と独立して振動する場合、例えば、２０?１００Ｈｚの相対的に高い振動数で振動する。振動するブレース２０は、その振動数で繰り返し圧電素子１５０に対して圧力を加える。
【００４１】
次に、ブレース１２０がストッパ１４０にロックするタイミングは、ブレース頭部１２２が中立位置に戻るまでの間、すなわち１／４周期以下であって、例えば固有周期が２秒程度であれば、０．５秒程度である。あまり振動が残りすぎると、振動エネルギーが電気エネルギーに変換されないままロックしひずみエネルギーが蓄積された状態となる。このため、限られた時間内で効率的にエネルギー変換される必要がある。
【００４２】
また、ストッパ１４０が外れた後の抵抗を小さくする工夫も必要である。例えば、図３（ｃ）に示すように、ストッパ１４０は固定時にはブレース頭部１２２との摩擦力とブレース頭部１２２のばね材１３０で固定され、それらの抵抗以上の水平力が加わると、上部に変位して外れ、ブレース１２０が自由振動する。
【００４３】
その状態では、ばね材１３０でストッパ１４０がブレース１２０のブレース頭部１２２に押し付けられた状態になる。このため、その際の抵抗を減らすためにブレース１２０を滑りやすくしたり、突部１４２をベアリング部材としたり、ばね材１３０が小さくて済むようにストッパ１４０の突部１４２との接続角度θを適切に設定することが望ましい。
【００４４】
＜実施例２＞
図４は、本実施例の梁２１２とブレース２２０との連結構造を示す。図示では、振動していない状態、すなわちブレース２２０と梁２１２がロックした状態を示す。実施例１の圧電素子１５０の取付位置を、ブレース２２０のブレース本体２２１に変更したものである。ロック解除している状態では、図３（ｂ）と同様の動きであるので説明を省略する。
【００４５】
図示のように、ブレース２２０のブレース頭部２２２は、連結機構２２５を介して大梁２１２ａ（梁２１２）の梁底面２１２ｂに取り付けられている。
【００４６】
連結機構２２５は、実施例１と同様に、梁２１２側のばね材２３０と、ブレース２２０側のストッパ２４０とを積層した構造となっている。すなわち、ばね材２３０が、ストッパ２４０を付勢しブレース２２０のブレース頭部２２２に押しつける。
【００４７】
ストッパ２４０の、ブレース２２０側（図示では下側）の面の所定の位置に、突部２４２がブレース２２０の方向に向けて形成されている。より具体的には、ブレース２２０が固定状態において、ブレース頭部２２２の左右の角２２３が突部２４２に当接する。ばね材２３０の付勢力によって、ブレース２２０はストッパ２４０の突部２４２にロックされた固定状態となる。突部２４２の形状や滑りやすさを考慮すべき点については実施例１と同様である。
【００４８】
連結機構２２５の、梁２１２軸方向両サイドには、それぞれブラケット２１５が形成されている。それら二つのブラケット２１５がストッパ２４０を挟んでいる。ブラケット２１５は、下方向に向けて、概ねブレース頭部２２２の上端面と同じ高さまで延びている。ブラケット２１５は、梁２１２に固定されることから、主構造体１０の一部と見なすことができる。
【００４９】
ブレース頭部２２２から、左右の斜め下方向に延びる二つのブレース本体２２１の梁２１２側の面には、圧電素子２５０が接着、溶接その他の手段により取り付けられている。すなわち、圧電素子２５０は、ブレース本体２２１と一体に動く。
【００５０】
圧電素子２５０は、ブレース２２０の主構造体１０（ブラケット２１５）との相対変位時に正負の向きに振動して電圧を発生するものであって、例えば、ポリふっ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）に代表されるような高分子系の圧電材料をシート形状としたものがある。本実施例では、圧電素子２５０に作用する力は、実質的にブレース２２０単体の振動によるものとなる。このため、圧電素子２５０の振動は、１００Ｈｚ近い振動数となる。その振動エネルギーを抽出するため、仮に主構造体１０の固有周期が例えば２秒の場合、１／４周期である０．５秒の間に５０回振動する。ブレース２２０などの少ない歪、小さな力変動を抽出するためには、上述の高分子系の圧電材料が有効である。
【００５１】
本実施例によると、梁２１２（ブラケット２１５）とブレース２２０との間の圧力が所定の大きさ（値）を超えたら解除できるスイッチ機構によりブレース２２０を梁２１２（主構造体１０）から解放し、ブレース２２０を高振動数で自由振動させることで、ブレース２２０に設置された圧電素子２５０により効率的に発電を行うことができる。
【００５２】
＜実施例３＞
【００５３】
実施例３は、実施例１のストッパ１４０とブレース１２０の固定構造の変形例である。図５では、実施例３の梁３１２とブレース３２０との連結構造を示す。ここでは、振動していない状態、すなわちブレース３２０と梁３１２がロックした状態を示す。
【００５４】
ブレース３２０のブレース頭部３２２は、連結機構３２５を介して大梁３１２ａ（梁３１２）の梁底面３１２ｂに固定されている。
【００５５】
連結機構３２５は、ばね材３３０と、ストッパ３４０と、ブレース凹部３２３とで構成されている。実施例１と同様に、ストッパ３４０と梁３１２（梁底面３１２ｂ）の間にばね材３３０が配置されている。ただし、ストッパ３４０に設けられる突部３４２が、幅方向の略中央に一つだけである。
【００５６】
二つのブレース本体３２１が交わる部分に形成されたブレース頭部３２２には、この突部３４２が嵌まるブレース凹部３２３が形成される。突部３４２がブレース凹部３２３に嵌まった状態のときに、ブレース３２０は梁３１２に固定された状態となる。すなわち、ばね材３３０が、ストッパ３４０を付勢しブレース３２０のブレース頭部３２２のブレース凹部３２３に嵌め込み押しつける。
【００５７】
連結機構３２５の一部であるストッパ３４０及びばね材３３０の両サイドには、それぞれブラケット３１５が形成されている。それら二つのブラケット３１５がストッパ３４０を挟んでいる。ブラケット３１５は、実施例１と同様に、下方向に向け、ブレース頭部３２２の上端面より所定長長く延び、頭部側面３２４に対向する。
【００５８】
左右の頭部側面３２４とブラケット３１５とが対向する領域では、その対向している部分のそれぞれに、圧電素子３５０が挟まって配置される。ブラケット３１５は、梁３１２に固定されることから、主構造体１０の一部と見なすことができる。
【００５９】
圧電素子３５０は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系のセラミック材料であるピエゾ素子を用いることができる。
【００６０】
梁３１２とブレース３２０とが一体の状態で、０．２?０．５Ｈｚの相対的に低い振動数の外力によりブレース３２０に変形（ひずみ）が生じ、ひずみエネルギーが蓄えられる。ひずみが大きくなりストッパ３４０によるロックが解除されると、そのひずみエネルギーは、ブレース３２０の振動エネルギーに変換される。
【００６１】
すなわち、一定以上の力がストッパ３４０に加わるとバネを押し上げてストッパ３４０がブレース凹部３２３から外れ、ブレース３２０が負担していた荷重（ひずみ）によりブレース３２０が２０?１００Ｈｚの高振動数で自由振動を行う。この結果、ブレース３２０が図示で左右方向に振動し、その振動による荷重が圧電素子に加わり、圧電素子３５０が発電する。
【００６２】
なお、ストッパ３４０がブレース凹部３２３から外れ振動する条件（ブレース３２０のひずみ）や再度嵌合して固定状態となる条件を考慮して、ブレース凹部３２３とストッパ３４０の形状や表面状態等が定まる。
【００６３】
本実施例では、連結機構３２５がスイッチ機構にように機能し、スイッチオンで固定状態、スイッチオフで固定解除状態となる。
【００６４】
なお、実施例２のように、高分子材料でプレート状の構造の圧電素子３５０をブレース３２０のブレース本体３２１に取り付ける構造としてもよい。
【００６５】
＜実施例４＞
実施例４は、実施例３の変形例であって、スイッチ機構となっている連結機構４２５の構成が異なる。図６は、実施例４の梁４１２とブレース４２０との連結構造を示す。ここでは、振動していない状態、すなわちブレース４２０と梁４１２がロックした状態を示す。
【００６６】
二つのブレース本体４２１が交わる部分に形成されたブレース頭部４２２は、連結機構４２５を介して大梁４１２ａ（梁４１２）の梁底面４１２ｂに固定されている。
【００６７】
連結機構４２５は、ばね材４３０と、ストッパ４４０と、ブレース凹部４２３とで構成されている。ばね材４３０は、例えば、トーションばねであって、中心側の端部に回転軸４４１を有する。そして、この回転軸４４１に、下方向に延びるキー形状のストッパ４４０が支持されている。ストッパ４４０の下方向の端部は、ブレース凹部４２３に嵌め込まれる。
【００６８】
なお、本実施形態では、ばね材４３０を梁底面４１２ｂより上側の領域に配置し二つのブラケット４１４で挟み、略梁底面４１２ｂの位置に回転軸４４１が水平方向、ここでは図手前方向に延びる構成としている。ただし、実施例１−３のように、梁底面４１２ｂの下側の領域に配置する構成であってもよい。
【００６９】
ストッパ４４０に一定以上の力が加わると、ストッパ４４０が回転軸４４１を中心に回転して外れる。その結果、ブレース４２０が固定状態から解放されて自由振動を行う。
【００７０】
梁底面４１２ｂには、ブレース４２０のブレース頭部４２２を挟むように、所定距離離間して二つのブラケット４１５が形成されている。ブラケット４１５と頭部側面４２４の間に圧電素子４５０が配置されている。圧電素子４５０は、例えば、ＰＺＴ系のセラミック材料であるピエゾ素子を用いることができる。
【００７１】
梁４１２とブレース４２０とが一体の状態で、０．２?０．５Ｈｚの相対的に低い振動数の外力によりブレース４２０に変形（ひずみ）が生じ、ひずみエネルギーが蓄えられる。ひずみが大きくなりストッパ４４０によるロックが解除されると、そのひずみエネルギーは、ブレース４２０の振動エネルギーに変換される。
【００７２】
すなわち、一定以上の力がストッパ４４０に加わると、回転軸４４１を介してばね材４３０が弾性変形し、ストッパ４４０が荷重方向に回転する。その結果、ストッパ４４０がブレース凹部４２３から外れ、ブレース４２０が負担していた荷重（ひずみ）によりブレース４２０が２０?１００Ｈｚの高振動数で自由振動を行う。この結果、ブレース４２０が図示で左右方向に振動し、その振動による荷重が圧電素子４５０に加わり、圧電素子４５０が発電する。
【００７３】
なお、ストッパ４４０がブレース凹部４２３から外れ振動する条件（ブレース３２０のひずみ）や再度嵌合して固定状態となる条件を考慮して、ブレース凹部４２３とストッパ４４０の形状や表面状態、ばね材４３０のばね定数等が定まる。また、ばね材４３０としてトーションばねを用いる代わりに、ストッパ４４０の回転軸４４１より上の部分を左右からコイルばねで挟み込む構成でも、一定以上の荷重でストッパ４４０の固定状態が解除されその後再度固定状態となる機能を実現できる。
【００７４】
以上、本実施形態を実施例１〜４で具体的に説明した。上述のように本実施形態により、比較的頻度の高い風の外力を受けやすく、大きな発電量が期待できる固有周期の長い超高層建物（建築物１）において、内部のブレース２０、１２０，２２０、３４０、４２０などの耐震要素の振動を利用して効率よく力学エネルギー（ひずみエネルギー、振動エネルギー）を電気エネルギーに変換して電力を取り出すことができる。外力が地震であっても同じことを発生させることができる。
【００７５】
以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００７６】
例えば、上述の実施例１〜４では、取得した電力を蓄電または電装装置で利用することを想定した。そのほかに、電力の出力状態をモニタリングし、過去のデータまたは、他の出力と比較することで、ブレース２０、１２０、２２０、３２０、４２０等の状態を把握することができる。すなわち、構造上の劣化等を判別することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１  建築物
１０  主構造体
１１  柱
１２、１１２、２１２、３１２、４１２  梁
１３  結合部分
１４  梁中央部分
１５、１２５、２２５、３２５、４２５  連結機構
２０、１２０、２２０、３２０、４２０  ブレース
２１、１２１、２２１、３２１、４２１  ブレース本体
２２、１２２、２２２、３２２、４２２  ブレース頭部
２３  端部
５０、１５０、２５０、３５０、４５０  圧電素子
１１２ａ、２１２ａ、３１２ａ、４１２ａ  大梁
１１２ｂ、２１２ｂ、３１２ｂ、４１２ｂ  梁底面
１１５、２１５、３１５、４１４、４１５  ブラケット
１２３、２２３  角
１２４、３２４、４２４  頭部側面
１３０、２３０、３３０、４３０  ばね材
１４０、２４０、３４０、４４０  ストッパ
１４２、２４２、３４２  突部
１９０  蓄電池
３２３、４２３  ブレース凹部
４４１  回転軸
【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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