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技術 バネ構造

出願人 愛三工業株式会社
発明者 鈴木武蔵吉岡衛伊東成人大藪大悟
出願日 2019年2月13日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2019-023842
公開日 2020年8月31日 (2ヶ月経過) 公開番号 2020-133668
状態 未査定
技術分野 防振装置 ダイアフラム、ベローズ 流体減衰装置 ダンパーとばねの組合せ装置
主要キーワード 流体導入装置 ベローズ部材 バネ構造 破裂音 案内管 非圧縮性流体 技術要素 圧縮性流体
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年8月31日)のものです。
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図面 (10)

課題

安全に大きい荷重を支持することができるバネ構造の技術を提供する。

解決手段

金属のベローズ部材と、前記ベローズ部材の軸方向の一端部に固定されている第1支持部材と、前記ベローズ部材と前記第1支持部材の周りに配置され、前記ベローズ部材と前記第1支持部材を覆っている第2支持部材と、を備えており、前記第2支持部材は、前記ベローズ部材の軸方向の他端部に固定されている固定部を備えており、前記ベローズ部材と前記第1支持部材と前記第2支持部材とによって囲まれている密閉空間に流体封入されている、バネ構造。

概要

背景

特許文献1にはベローズが開示されている。特許文献1のベローズは主にシール材として用いられる。

概要

安全に大きい荷重を支持することができるバネ構造の技術を提供する。金属のベローズ部材と、前記ベローズ部材の軸方向の一端部に固定されている第1支持部材と、前記ベローズ部材と前記第1支持部材の周りに配置され、前記ベローズ部材と前記第1支持部材を覆っている第2支持部材と、を備えており、前記第2支持部材は、前記ベローズ部材の軸方向の他端部に固定されている固定部を備えており、前記ベローズ部材と前記第1支持部材と前記第2支持部材とによって囲まれている密閉空間に流体封入されている、バネ構造。

目的

本明細書では、安全に大きい荷重を支持することができるバネ構造の技術を提供する

効果

実績

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請求項1

金属のベローズ部材と、前記ベローズ部材の軸方向の一端部に固定されている第1支持部材と、前記ベローズ部材と前記第1支持部材の周りに配置され、前記ベローズ部材と前記第1支持部材を覆っている第2支持部材と、を備えており、前記第2支持部材は、前記ベローズ部材の軸方向の他端部に固定されている固定部を備えており、前記ベローズ部材と前記第1支持部材と前記第2支持部材とによって囲まれている密閉空間に流体封入されている、バネ構造

請求項2

請求項1に記載のバネ構造であって、前記ベローズ部材の内側に配置され、前記第1支持部材に当接して前記第1支持部材を支持する第3支持部材を更に備えている、バネ構造。

請求項3

請求項1又は2に記載のバネ構造であって、前記ベローズ部材の軸方向において前記第2支持部材の前記固定部と間隔をあけて配置されている第4支持部材と、前記第2支持部材と前記第4支持部材の間に配置されている第1緩衝部材と、を更に備えている、バネ構造。

請求項4

請求項3に記載のバネ構造であって、前記第1緩衝部材がウレタンからなる、バネ構造。

請求項5

請求項1から4のいずれか一項に記載のバネ構造であって、前記ベローズ部材の軸方向において前記第1支持部材と前記第2支持部材との間に配置されている第2緩衝部材を更に備えている、バネ構造。

技術分野

0001

本明細書に開示する技術は、バネ構造に関する。

背景技術

0002

特許文献1にはベローズが開示されている。特許文献1のベローズは主にシール材として用いられる。

先行技術

0003

特開平11−226658号公報

発明が解決しようとする課題

0004

特許文献1のベローズは主にシール材として用いられるので荷重を支持することが想定されていないが、荷重を支持するためのバネ構造の一部としてベローズを用いることも考えられる。本明細書では、安全に大きい荷重を支持することができるバネ構造の技術を提供する。

課題を解決するための手段

0005

本明細書に開示するバネ構造は、金属のベローズ部材と、前記ベローズ部材の軸方向の一端部に固定されている第1支持部材と、前記ベローズ部材と前記第1支持部材の周りに配置され、前記ベローズ部材と前記第1支持部材を覆っている第2支持部材と、を備えていてもよい。前記第2支持部材は、前記ベローズ部材の軸方向の他端部に固定されている固定部を備えていてもよい。前記ベローズ部材と前記第1支持部材と前記第2支持部材とによって囲まれている密閉空間に流体封入されていてもよい。

0006

この構成によれば、ベローズ部材の軸方向において第1支持部材と第2支持部材に荷重が作用したときに、密閉空間に封入されている流体がベローズ部材の軸方向に圧縮されることによって生じる反力によって大きい荷重を支持することができる。また、密閉空間に封入されている流体の圧力が高くなることで仮にベローズ部材が破裂したとしても、ベローズ部材が第2支持部材によって覆われているので、ベローズ部材の破片等が周りに飛散することを抑制することができる。したがって、安全に大きい荷重を支持することができる。

0007

バネ構造は、前記ベローズ部材の内側に配置され、前記第1支持部材に当接して前記第1支持部材を支持する第3支持部材を更に備えていてもよい。この構成によれば、第1支持部材を介して荷重を支持することができる。また、密閉空間に封入されている流体の圧力がベローズ部材に作用することによって仮にベローズ部材が径方向の内側に変形したとしても、ベローズ部材の内側に配置されている第3支持部材によって、ベローズ部材が大きく変形することを抑制することができる。

0008

バネ構造は、前記ベローズ部材の軸方向において前記第2支持部材の前記固定部と間隔をあけて配置されている第4支持部材と、前記第2支持部材と前記第4支持部材の間に配置されている第1緩衝部材と、を更に備えていてもよい。この構成によれば、ベローズ部材の軸方向において第2支持部材に荷重が作用したときに、第2支持部材と第4支持部材が強く衝突することを第1緩衝部材によって抑制することができる。また、仮にベローズ部材が破裂したとしても、ベローズ部材の破片が周りに飛散することを第1緩衝部材によって抑制することができる。前記第1緩衝部材はウレタンからなっていてもよい。

0009

バネ構造は、前記ベローズ部材の軸方向において前記第1支持部材と前記第2支持部材との間に配置されている第2緩衝部材を更に備えていてもよい。この構成によれば、第1支持部材と第2支持部材に荷重が作用したときに、仮にベローズ部材が破裂することによって第1支持部材と第2支持部材が接近したとしても。第1支持部材と第2支持部材が強く衝突することを第2緩衝部材によって抑制することができる。

図面の簡単な説明

0010

第1実施例に係るバネ構造の断面図である。
図1のII−II断面図である。
図1の一部IIIの拡大図である。
図3の一部IVの拡大図である。
図1の一部Vの拡大図である。
図1の一部VIの拡大図である。
第2実施例に係るバネ構造の断面図である。
図7の一部VIIIの拡大図である。
他の実施例に係るバネ構造の断面図である。

実施例

0011

(第1実施例)
第1実施例に係るバネ構造10について図面を参照して説明する。図1に示すように、第1実施例に係るバネ構造10は、ベローズ部材20と、第1支持部材30と、第2支持部材40とを備えている。また、バネ構造10は、第3支持部材71と、第4支持部材72と、流体導入装置90とを備えている。

0012

ベローズ部材20は、例えば鉄(Fe)を含む合金から形成されている。ベローズ部材20の金属は特に限定されるものではない。ベローズ部材20は、軸方向(Z方向)に伸縮する。図2に示すように、ベローズ部材20は、軸方向(Z方向)に視たときに円環状に構成されている。

0013

図3に示すように、ベローズ部材20は、外径部78と内径部79を備えている。図3ではベローズ部材20の外径部78と内径部79を破線で示している。ベローズ部材20の外径部78と内径部79は、ベローズ部材20の軸方向(Z方向)に沿って略直線状に形成されている。ベローズ部材20の外径D1と内径D2は、ベローズ部材20の軸方向(Z方向)に沿って略一定である。ベローズ部材20の軸方向(Z方向)の中央部31における外径D1及び内径D2と、中央部31より軸方向(Z方向)の端部側に位置する端部側部32における外径D1及び内径D2とが略同じ外径である。なお、ベローズ部材20の中央部31は、例えば、ベローズ部材20を軸方向(Z方向)に三等分したときの中央の部分であり、端部側部32は、その中央部31より上側の部分及び下側の部分である。

0014

図4に示すように、ベローズ部材20は、複数の外側突出部48と、複数の内側突出部49とを備えている。複数の外側突出部48は、ベローズ部材20の外径部78に対応している。複数の内側突出部49は、ベローズ部材20の内径部79に対応している。外側突出部48は、ベローズ部材20の外側に突出している。内側突出部49は、ベローズ部材20の内側に突出している。ベローズ部材20は、複数の板部材21を備えている。板部材21は、ベローズ部材20の軸方向(Z方向)に視たときに円環状に構成されている(図2)。ベローズ部材20は、複数の板部材21が組み合わされることによって構成されている。ベローズ部材20の軸方向(Z方向)に隣り合っている板部材21同士が例えば溶接拡散接合によって接合されている。ベローズ部材20の外側突出部48では、軸方向(Z方向)に隣り合う板部材21の外周部61同士が接合されている。ベローズ部材20の内側突出部49では、軸方向(Z方向)に隣り合う板部材21の内周部62同士が接合されている。

0015

図1に示すように、バネ構造10の第1支持部材30は、ベローズ部材20の軸方向(Z方向)の上端部22に固定されている。第1支持部材30は、例えば溶接によってベローズ部材20に固定されている。第1支持部材30は、円板状に形成されている。第1支持部材30の周端部がベローズ部材20に固定されている。第1支持部材30は、ベローズ部材20の内側の空間を覆っている。第1支持部材30の上面及び下面は、平面状に形成されている。第1支持部材30は、例えば鉄(Fe)を含む合金から形成されている。

0016

バネ構造10の第2支持部材40は、ベローズ部材20と第1支持部材30の周りに配置されている。第2支持部材40は、ベローズ部材20と第1支持部材30を囲んでいる。第2支持部材40は、ベローズ部材20と第1支持部材30を覆っている。第2支持部材40よりも内側の空間にベローズ部材20と第1支持部材30が配置されている。第2支持部材40は、箱型に形成されている。第2支持部材40は、例えば鉄(Fe)を含む合金から形成されている。第2支持部材40の板厚t40は、ベローズ部材20の板部材21の板厚t21(図4参照)よりも厚い。

0017

第2支持部材40は、固定部41と、支持部42と、周囲部43と、下側角部46と、上側角部47とを備えている。固定部41と支持部42と周囲部43と下側角部46と上側角部47は、一体的に形成されている。第2支持部材40の固定部41は、第2支持部材40の下端部に位置している。固定部41は、ベローズ部材20の軸方向(Z方向)の下端部23に固定されている。固定部41は、例えば溶接によってベローズ部材20に固定されている。固定部41は、ベローズ部材20の径方向及び周方向に延びている。固定部41は、ベローズ部材20の軸方向(Z方向)に視たときに円環状に形成されている(図示省略)。固定部41は、第1支持部材30よりも下側に位置している。固定部41は、第2支持部材40の下面を構成している。固定部41の下面は、平面状に形成されている。

0018

第2支持部材40の支持部42は、第2支持部材40の上端部に位置している。支持部42は、バネ構造10に作用する荷重を支持する部分である。支持部42は、第1支持部材30よりも上側に位置している。支持部42は、第2支持部材40の上面を構成している。支持部42は、円板状に形成されている。支持部42の上面は、平面状に形成されている。

0019

第2支持部材40の周囲部43は、固定部41と支持部42の間に位置している。周囲部43は、ベローズ部材20と第1支持部材30の周りに配置されている。周囲部43は、ベローズ部材20と第1支持部材30を囲んでいる。周囲部43は、ベローズ部材20の周方向及び軸方向に延びている。周囲部43は、ベローズ部材20の軸方向(Z方向)に視たときに円環状に形成されている(図示省略)。周囲部43は、第2支持部材40の側面を構成している。周囲部43には導入口44が形成されている。導入口44には流体導入装置90の導入管91が接続されている。導入管91には逆止弁93が配置されている。

0020

第2支持部材40の下側角部46と上側角部47は、ベローズ部材20の周方向に延びている。下側角部46と上側角部47は、ベローズ部材20の軸方向(Z方向)に視たときに円環状に形成されている(図示省略)。下側角部46は、固定部41と周囲部43の間に位置している。上側角部47は、支持部42と周囲部43の間に位置している。

0021

ベローズ部材20と第1支持部材30と第2支持部材40によって囲まれた部分には密閉空間50が形成されている。密閉空間50には圧縮性流体が封入されている。密閉空間50に封入される圧縮性流体は、例えば、空気、ガス等の気体である。また、水、オイル等の非圧縮性流体と組み合わせて用いられることもある。

0022

ベローズ部材20の内側の空間には第3支持部材71が配置されている。第3支持部材71は、ベローズ部材20の軸方向(Z方向)に延びている。第3支持部材71は、円筒状に形成されている。第3支持部材71の上面は、平面状に形成されている。第3支持部材71の上面が第1支持部材30の下面に当接している。第3支持部材71は、第1支持部材30を支持している。

0023

第3支持部材71の下端部には第4支持部材72が固定されている。第4支持部材72は、基台100の上に配置されている。第4支持部材72は、ベローズ部材20の径方向及び周方向に延びている。第4支持部材72は、円板状に形成されている。第4支持部材72の中心部に第3支持部材71が固定されている。第4支持部材72の中心部以外の上面は、平面状に形成されている。第4支持部材72は、第2支持部材40の固定部41よりも下側に配置されている。第4支持部材72と固定部41とが間隔をあけて配置されている。第4支持部材72の上面と固定部41の下面との間には隙間80が形成されている。

0024

第4支持部材72の上面と固定部41の下面との間には第1緩衝部材81が配置されている。隙間80の一部に第1緩衝部材81が配置されている。第1緩衝部材81の下面は第4支持部材72の上面に固定されている。第1緩衝部材81の上面は固定部41の下面に固定されている。第1緩衝部材81は、例えばウレタンから形成されている。第1緩衝部材81は、ベローズ部材20の径方向及び周方向に延びている。第1緩衝部材81は、ベローズ部材20の軸方向(Z方向)に視たときに円環状に形成されている(図示省略)。第1緩衝部材81は、ベローズ部材20の径方向においてベローズ部材20の外径部78よりも内側に配置されている。図5に示すように、第1緩衝部材81は、その上下方向(Z方向)の中央部に屈曲部85を備えている。屈曲部85は、ベローズ部材20の径方向の外側に向かって突出している。ベローズ部材20の径方向において、屈曲部85の外側の端部852は、第1緩衝部材81の上面の外側の端部853及び下面の外側の端部854よりも外側に位置している。第1緩衝部材81は、係合部86を更に備えている。係合部86は、固定部41の内側の端面に係合している。なお、他の実施例では、第1緩衝部材81が無くてもよい。

0025

図1に示すように、流体導入装置90は、導入管91と、ポンプ92とを備えている。流体導入装置90は、バネ構造10の密閉空間50に圧縮性流体を導入する装置である。導入管91は、バネ構造10の第2支持部材40の周囲部43に形成されている導入口44に接続されている。図6に示すように、導入管91の端部が導入口44に挿入されている。導入管91を通じて密閉空間50に圧縮性流体が導入される。ポンプ92は、導入管91に圧縮性流体を圧送する。導入管91に配置されている逆止弁93は、ポンプ92と第2支持部材40との間に配置されている。逆止弁93は、ポンプ92側から密閉空間50側に向かう圧縮性流体の流れを許容し、密閉空間50側からポンプ92側に向かう圧縮性流体の流れを許容しない。流体導入装置90によって密閉空間50に圧縮性流体が導入された後には、逆止弁93とポンプ92との間の導入管91が溶接によって封止されてもよい。なお、他の実施例では、流体導入装置90が無くてもよい。また、第2支持部材40と逆止弁93との間の導入管91が溶接によって封止されてもよい。

0026

上記のバネ構造10では、図1に矢印で示すように、第1支持部材30及び第2支持部材40を介してバネ構造10に荷重Pが作用する。第1支持部材30の下面と第2支持部材40の上面に荷重Pが作用する。このとき、バネ構造10のベローズ部材20が軸方向(Z方向)に伸長すると共に、密閉空間50がベローズ部材20の軸方向(Z方向)に圧縮される。その際に、密閉空間50に封入されている圧縮性流体が圧縮されることによって生じる反力によって荷重Pを支持することができる。圧縮性流体が圧縮されると、図1に矢印で示すように、第1支持部材30の上面に圧縮性流体の圧力Qが作用する。また、ベローズ部材20の外面に圧縮性流体の圧力Qが作用する。また、第2支持部材40の内面に圧縮性流体の圧力Qが作用する。圧縮性流体が圧縮されるほど大きい反力が生じるので大きい荷重Pを支持することができる。また、上記の構成によれが、圧縮性流体の圧力Qが高くなることによって仮にベローズ部材20が破裂したとしても、ベローズ部材20が第2支持部材40によって覆われているので、ベローズ部材20の破片等が周りに飛散することを抑制することができる。また、ベローズ部材20が破裂するときには内側に破裂するので、ベローズ部材20の破片等が周りに飛散することを抑制することができる。したがって、上記のバネ構造10によれば安全に大きい荷重を支持することができる。

0027

また、上記のバネ構造10は、ベローズ部材20の内側に配置されている第3支持部材71を備えている。第3支持部材71は第1支持部材30に当接して第1支持部材30を支持する。この構成によれば、第3支持部材71が第1支持部材30を介して荷重Pを支持することができる。また、ベローズ部材20の外面に圧縮性流体の圧力が作用したときに、ベローズ部材20の内側に配置されている第3支持部材71によって、ベローズ部材20が径方向の内側に変形することを抑制することができる。また、ベローズ部材20の破片等が飛散することを抑制することができる。

0028

また、上記のバネ構造10は、ベローズ部材20の軸方向(Z方向)において第2支持部材40の固定部41と間隔をあけて配置されている第4支持部材72を備えている。また、バネ構造10は、第2支持部材40と第4支持部材72との間に配置されている第1緩衝部材81を備えている。この構成によれば、ベローズ部材20の軸方向(Z方向)において第2支持部材40に荷重Pが作用したときに、第2支持部材40と第4支持部材72が強く衝突することを抑制することができる。また、仮にベローズ部材20が破裂したとしても、ベローズ部材20の破片が周りに飛散することを抑制することができる。また、ベローズ部材20が破裂したときの破裂音が第1緩衝部材81によって吸音されるので、破裂音が周りに拡がることを抑制することができる。

0029

以上、一実施例について説明したが、具体的な態様は上記実施例に限定されるものではない。以下の説明において、上記の説明における構成と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

0030

(第2実施例)
次に、第2実施例について説明する。第2実施例では、図7に示すように、第2支持部材40の周囲部43に排出口45が形成されている。また、第2実施例では、流体導入装置90が、排出管96と、タンク97と、リリーフ弁98と、案内管99と、フィルタ95とを備えている。流体導入装置90は、バネ構造10の密閉空間50に圧縮性流体を導入するだけでなく、密閉空間50から圧縮性流体を排出することができる。排出管96は、周囲部43に形成されている排出口45に接続されている。図8に示すように、排出管96の端部が排出口45に挿入されている。排出口45を通じて密閉空間50から排出管96に圧縮性流体が排出される。

0031

図7に示すように、排出管96は、タンク97に接続されている。タンク97は、排出管96に排出された圧縮性流体を収容する。リリーフ弁98は、第2支持部材40とタンク97との間の排出管96に配置されている。リリーフ弁98は、密閉空間50における圧縮性流体の圧力が所定の圧力以上になると開弁し、所定の圧力未満になると閉弁する。バネ構造10に荷重Pが作用することによって密閉空間50における圧縮性流体の圧力が上昇するとリリーフ弁98が開弁する。また、荷重Pが除荷されて圧縮性流体の圧力が低下するとリリーフ弁98が閉弁する。案内管99は、タンク97とポンプ92に接続されており、タンク97からポンプ92に圧縮性流体を案内する。ポンプ92は、タンク97に収容されている圧縮性流体を案内管99を通じて吸引し、吸引した圧縮性流体を導入管91に圧送する。導入管91に圧送された圧縮性流体が密閉空間50に導入される。ポンプ92は常に動作しており、密閉空間50における圧縮性流体の圧力が維持される。このようなバネ構造10によれば、密閉空間50における圧縮性流体の圧力を調整することができる。フィルタ95は、案内管99に配置されている。フィルタ95は、案内管99を流れる圧縮性流体から異物を除去する。

0032

第2実施例では、圧縮性流体に代えて非圧縮性流体が用いられてもよい。すなわち、密閉空間50に非圧縮性流体が封入されていてもよい。また、圧縮性流体と非圧縮性流体とが組み合わされて用いられてもよい。なお、圧縮性流体が用いられる場合は、流体導入装置90がタンク97を備えていなくてもよい。また、第2実施例では、密閉空間50における圧力を検出するための圧力センサが設置されていてもよい。また、図示省略する制御部が、圧力センサの検出圧力に基づいてポンプ92を制御してもよい。例えば、バネ構造10に荷重Pが作用することによって密閉空間50における圧力が上昇した場合は、制御部がポンプ92を停止してもよい。また、荷重Pが除荷されて密閉空間50における圧力が低下した場合は、制御部がポンプ92を駆動してもよい。

0033

(他の実施例)
他の実施例では、図9に示すように、第1支持部材30の上面に第2緩衝部材82が配置されていてもよい。第2緩衝部材82は、例えばウレタンから形成されている。第2緩衝部材82は、例えば円形状に形成されている。この構成によれば、第1支持部材30と第2支持部材40に荷重Pが作用しているときに、仮にベローズ部材20が破裂することによって、第1支持部材30と第2支持部材40が互いに接近したとしても、第1支持部材30と第2支持部材40が強く衝突することを第2緩衝部材82によって抑制することができる。

0034

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

0035

10:バネ構造、20:ベローズ部材、21:板部材、22:上端部、23:下端部、30:第1支持部材、31:中央部、32:端部側部、40:第2支持部材、41:固定部、42:支持部、43:周囲部、44:導入口、45:排出口、48:外側突出部、49:内側突出部、50:密閉空間、61:外周部、62:内周部、71:第3支持部材、72:第4支持部材、78:外径部、79:内径部、80:隙間、81:第1緩衝部材、82:第2緩衝部材、85:屈曲部、90:流体導入装置、91:導入管、92:ポンプ、93:逆止弁、96:排出管、97:タンク、98:リリーフ弁、99:案内管、100:基台

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