(57)【要約】【課題】橋梁の機能維持に必要な電力資源を確保し、更に、電気防食や橋梁に用いられる鋼材の疲労軽減の観点から、前記電力資源を有効利用した橋梁に対する具体的な耐用年数の長期化を可能とする橋梁における発電方法並びに橋梁の変位吸収方法及び防食方法の提供を目的とする。【解決手段】橋梁に取り付けられた圧電素子３に対し橋梁に発生する機能的変位を発電用エネルギーとして与え、それによって前記圧電素子３より発生した電力を負荷回路１によって消費し前記圧電素子３の端子間電圧を減衰させる橋梁の変位吸収方法。【選択図】      図１
2004274810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
橋梁に取り付けられた圧電素子（３）に対し橋梁に発生する機能的変位を発電用エネルギーとして与える橋梁おける発電方法。
【請求項２】
橋梁における橋桁（５）の端部又は中央部に取り付けられた圧電素子（３）に対し橋梁に発生する機能的変位を発電用エネルギーとして与える橋梁おける発電方法。
【請求項３】
橋梁に取り付けられた圧電素子（３）に対し橋梁に発生する機能的変位を発電用エネルギーとして与え、それによって前記圧電素子（３）より発生した電力を負荷回路（１）によって消費し前記圧電素子（３）の端子間電圧を減衰させる橋梁の変位吸収方法。
【請求項４】
橋梁に取り付けられた圧電素子（３）に対し橋梁に発生する機能的変位を発電用エネルギーとして与え、それによって前記圧電素子（３）より発生した電気信号を、整流回路を介して防食信号に変換し前記橋梁の異部材接触領域へ印加する橋梁の防食方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、橋梁上での車両の通過、或いは天候や自然現象で生じる振動や荷重変化等、橋梁として存在することによる機能的変位の利用方法に関するものであって、特に、発電方法、変位吸収方法、並びに防食方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日、荷重や外乱等を負担するだけでなく、材料自身が応力や歪みにより電界を発生する圧電効果、一定の温度領域で負荷時に生じた歪みが負荷が除かれた際に回復する弾性効果、或いは流体に電界や磁界を与えることによって粘性が増加するＥＲ効果やＭＲ効果等の特性を有する諸材料の建築構造物への応用が図られている。そのような材料の性質を陸上鋼構造物の電気防食に利用できる可能性を持った例として、例えば、特許文献１に示す電気防食装置が挙げられ、また一方では、圧電素子の持つ圧電効果と逆圧電効果の相互作用を利用した応力減衰技術も、例えば、非特許文献１に示されている様に、今日研究されているところである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１１７０８２号公報
【非特許文献１】
日本建築学会  構造工学論文集  ｖｏｌ．４８Ｂ（２００２年３月）
「圧電ダンパーの減衰性能向上に関する研究」
竹下昌樹，玉井宏章，北川良和，三浦賢治
【０００４】
【発明が解決しようする課題】
本願発明は、特に、前記圧電素子を橋梁に用いて橋梁の機能維持に必要な電力資源を確保し、更に、電気防食や橋梁に用いられる鋼材の疲労軽減の観点から、前記電力資源を有効利用した橋梁に対する具体的な耐用年数の長期化を可能とする橋梁における発電方法並びに橋梁の変位吸収方法及び防食方法の提供を目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する為に為された本発明による橋梁おける発電方法は、橋梁に取り付けられた圧電素子に対し橋梁に発生する機能的変位を発電用エネルギーとして与えることを特徴とする。この様に発生した電気信号の利用法として、橋梁に取り付けられた圧電素子に対し橋梁に発生する機能的変位を発電用エネルギーとして与え、それによって前記圧電素子より発生した電力を負荷回路によって消費し前記圧電素子の端子間電圧を減衰させる橋梁の変位吸収方法や、橋梁に取り付けられた圧電素子に対し橋梁に発生する機能的変位を発電用エネルギーとして与え、それによって前記圧電素子より発生した電気信号を、整流回路を介して防食信号に変換し前記橋梁の異部材接触領域へ印加する橋梁の防食方法がある。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による橋梁における発電方法を橋梁の変位吸収方法及び防食方法の実施の形態と共に図面に基づき説明する。
図１に示す例は、橋梁の支承部に荷重を負担する圧電素子３の圧電素子を介在させることにより橋梁に取り付けられた圧電素子３に対し橋梁に発生する機能的変位を発電用エネルギーとして与える橋梁における発電方法の例である。
【０００７】
図１（ロ）は、橋梁の橋座４と橋桁５との間に圧電素子３を介在させ、橋座４に掛かる荷重の変化や鉛直方向の変位、或いは橋座４上における橋桁５の水平方向への変位による前記圧電素子３の歪みを電気信号として取り出すものである。
【０００８】
図１（ハ）は、橋台６のてんば７に橋の長手方向に向けて圧電素子３を装着し、当該圧電素子３に当接する負荷伝達台８を上部構造たる橋桁５の下部に固定することによって、前記橋桁５の水平方向への変位による前記圧電素子３の歪みを電気信号として取り出すものである。
【０００９】
図１（ニ）は、前記橋桁５と橋台６との水平方向の隙間に圧電素子３を介在させることによって、前記橋桁５の水平方向への変位により前記圧電素子３が圧縮されることで生じる歪みを電気信号として取り出すものである。
【００１０】
又、図２（ロ）（ハ）（ニ）は、前記橋台６のてんば７に滑り支承を以て固定した弾性を持つ鉄骨９と、当該鉄骨９の中央部を橋桁５の長手方向の両側から挟んで当該鉄骨９の側面に各々当接する一対の負荷伝達台１０，１０とで、前記橋桁５の変位を前記鉄骨９の応力に変換する構造物１１を構築し、前記橋桁５の水平方向への変位により前記鉄骨９に生じる撓みをもって当該鉄骨９の中央部を避けて貼着された圧電素子３に歪みを発生させ、当該圧電素子３の圧電効果により生じる電気信号として取り出すものである。
【００１１】
一方、図１（イ）の示す例は、橋梁の支承部に限ること無く、橋桁５たる鉄骨９の底板部１２の表面に圧電素子３を貼着し、当該鉄骨の歪みによる貼着された圧電素子３の圧電効果により電気信号を取り出すものである。
【００１２】
上記例の様に、前記圧電素子３の取り付け箇所としては、橋梁における水平方向の機能的変位が最も大きい橋桁５の端部、又は鉛直方向への機能的変位が最も大きい隣接する橋台６，６間に掛かる橋桁５の中央部に取り付けることが橋梁における発電方法には最も効果的であると思われる。これらの手法によって発生した電力を必要に応じて処理すべく、前記圧電素子３に、回路ボックス１３に内包された整流回路、蓄電回路或いは負荷回路１を適宜接続することとなる。
【００１３】
上記の如く前記圧電素子３より発生した電力を負荷回路１によって消費し前記圧電素子３の端子間電圧を減衰させる橋梁の変位吸収方法に用いることができる。当該例における負荷回路１は、前記圧電素子３から発生する電気エネルギーの消費効率を高めることにより、当該圧電素子３の端子間電圧を効率よく減衰させるものであり、それによって、その時々の圧電素子３の負荷や振動に対する物理的な応答を抑制する様に、同圧電素子３に逆の圧電効果を生じさせるものである（図３参照）。前記電気エネルギーの消費効率を高めるには、電圧と電流との位相差を少なくすることが望ましく、その一例としては、図４に示すようなＬＣＲ回路が挙げられる。
【００１４】
又、上記の如く前記圧電素子３より発生した電気信号を、整流回路を介して防食信号に変換し、蓄電回路に蓄えつつ前記橋梁の異部材接触領域へ印加する橋梁の防食方法に用いることができる。防食信号としては、例えば、鉄筋コンクリート製躯体における鉄筋の防食に対しては、通電電流密度：１０〜３０ｍＡ，通電電圧：２〜５Ｖ，施工面積１０００平米あたり  ２０Ｗ〜１５０Ｗという値が挙げられる。
【００１５】
【発明の効果】
以上の如く本発明による橋梁における発電方法並びに橋梁の変位吸収方法及び防食方法によれば、電気防食や橋梁に用いられる鋼材の経年疲労を軽減することが可能となり、また、それらの機能維持に必要な電力資源を当該橋梁に発生する機能的変位を利用して確保し、維持費を高めることなく長い耐用年数を持った橋梁が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（イ）（ロ）（ハ）（ニ）
本発明による橋梁における発電方法において圧電素子の取り付け態様の例を示した説明図である。（イ）は本発明による橋梁における発電方法の一例を示す斜視図、（ロ）（ハ）（ニ）は（イ）のａ−ａ矢視図である。
【図２】（イ）（ロ）（ハ）（ニ）
本発明による橋梁における発電方法において圧電素子の取り付け態様の例を示した説明図である。（イ）は本発明による橋梁における発電方法の一例を示す斜視図、（ロ）は（イ）のｂ−ｂ矢視図、（ハ）は（ロ）のｃ矢視図、（ニ）は（ハ）のｄ−ｄ矢視図である。
【図３】本発明による橋梁の変位吸収方法に用いる負荷回路の接続態様の一例を示す説明図である。
【図４】本発明による橋梁の変位吸収方法に用いる負荷回路の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
１  負荷回路，３  圧電素子，
４  橋座，５  橋桁，６  橋台，７  てんば，
８  負荷伝達台，９  鉄骨，１０  負荷伝達台，１１  構造物，
１２  底板部，１３  回路ボックス，
【図１】
2004274810.tif 000003
【図２】
2004274810.tif 000004
【図３】
2004274810.tif 000005
【図４】
2004274810.tif 000006