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JP5430201B2 - 穴付き柱状管 - Google Patents
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Description

本発明は、フィードバック発振音の発生を効果的に防止可能な穴付き柱状管に関する。
トラス構造を形成する部材、仮設枠組足場、架線支持部材、支持管などに用いられる両端閉塞の柱状管(パイプ)として、柱状管の周壁に管の内外に貫通する複数の穴を備えた構成の穴付き柱状管が知られている(例えば、特許文献1等参照)。
上記複数の穴は、柱状管の内側にめっきを塗布するためや、雨水抜き用、ボルト通し用などに利用される。
例えば図9に示すように、従来の穴付き柱状管1Aは、管2の周壁21に管2の中心線3と直交する1つの線を中心線4とする2つの穴5;5を備える。穴5は、図10に示すように、周壁21の外面22と内面23とに貫通する。
特開平7−178858号公報
従来の穴付き柱状管1Aの場合、図10に示すように、風Fの方向が穴5の中心線4と交差(例えば直交)する方向である場合、風Fが管2から離れる穴縁(エッジ)Aにおいて風の渦F1が放出され、この渦F1が風の流れに乗って下流側の穴縁(エッジ)Bに衝突して音を発生させるとともに、ここで発生する圧力波F2が上流の穴縁Aに伝播して次の渦F1を作るという現象が周期的に繰り返されることによって、いわゆる、フィードバック発振音(風切り音)が発生する。従来、穴付き柱状管1Aでは、2つの穴5;5の中心線4が同じであるので、上述したように、例えば、2つ穴5;5の中心線4と交差する方向の風Fが吹くと、2つの穴5;5においてそれぞれフィードバック発振音が発生する。
そこで、本発明は、フィードバック発振音の発生を効果的に防止できる穴付き柱状管を提供する。
本発明に係る穴付き柱状管は、断面円形状に形成された管の周壁に管の内外に貫通するように設けられた穴と、周壁の外面より突出して穴を囲む環状の突出部とを備え、突出部が、穴の周縁より離れて設けられた穴付き柱状管であって、前記円環状の突出部は、所定厚さの平板により形成された円環体を、前記管の外面と同じ面を持つプレス型でプレス成型することで湾曲した円環体に成型して、当該円環体の円の中心線と前記穴の中心線とが一致するように当該円環体の湾曲内面が前記管の外面に接合されて形成されたことによって、当該管の外面より立上る内周面と、当該管の外面より立上る外周面と、前記内周面の立上り終端と前記外周面の立上り終端とを繋ぐ円環状面とを備えた構成とされ、かつ、前記円環状の突出部の内周面の立上り起端と前記穴の周縁とを繋ぐ穴回りの円環状面の幅の寸法が等しいので、風が突出部の外周面に衝突して突出部の環状面の外周縁より放出される周期的な風の渦と、突出部の内周面に衝突した後に穴回りの環状面に衝突して折り返す風とが衝突して、風の渦が壊れるので、フィードバック発振音の発生原因である周期的な風の渦を少なくでき、フィードバック発振音の発生を効果的に防止できる。
突出部の高さを、3.85mm以上10mm以下としたので、フィードバック発振音の発生をより効果的に防止できる。
突出部の内周面の立上り起端と穴の周縁との間の距離を、2mm以上8mm以下としたので、フィードバック発振音の発生をより効果的に防止できる。
穴付き柱状管の断面図。 穴付き柱状管の斜視図。 実験に用いた穴付き柱状管の試験体の種類を示す図。 実験結果を示す図。 実験結果を示す図。 実験結果を示す図。 実験結果を示す図。 実験結果を示す図。 穴付き柱状管の斜視図(従来)。 フィードバック発振音の発生原理を説明した図(従来)。
図2に示すように、穴付き柱状管1は、両端閉塞の断面円形状に形成された金属製の管2と、管2の内面23と外面22とに貫通するように管2の周壁2aに設けられた穴5と、管2の外面22より突出して穴5を囲む円環状の突出部6とを備え、突出部6が、穴5の周縁15より離れて設けられた構成である。
円環状の突出部6は、円環体の円の中心線と穴5の中心線4とが一致するように形成される。円環状の突出部6は、例えば、所定厚さの金属製の平板により形成された図外の円環体(リング)を、管2の外面22と同じ面を持つ図外のプレス型でプレス成型することで湾曲した円環体に成型し、図1に示すように、この湾曲した円環体の湾曲内面12を管2の外面22に当てた状態で当該外面22と円環体とを溶接などで接合することで形成できる。
図1に示すように、円環体の湾曲内面12が管2の外面22に接合されて形成された円環状の突出部6(以下、リング突出部6という)は、管2の外面22より立上るリングの内周面10と、管2の外面22より立上るリングの外周面11と、内周面10の立上り終端10aと外周面11の立上り終端11aとを繋ぐ円環状面13とを備える。
リング突出部6の高さ(=外周面11や内周面10の立上り寸法)H(以下、リング高さHという)は、後述の実験結果に基いて、3.85mm以上10mm以下とする。
リング突出部6の内周面10の立上り起端10bと穴5の周縁15との間の距離(=リング突出部6の内周面10の立上り起端10bと穴5の周縁15とを繋ぐ穴回りの円環状面14の幅寸法)L(以下、リング内側の円環状面の幅Lという)は、後述の実験結果に基いて、2mm以上8mm以下とする。
リング突出部6の内周面10の立上り終端10aと外周面11の立上り終端11aとの間の距離(=リング突出部6の円環状面13の幅寸法)W(以下、リング幅Wという)は、4mm以上8mm以下とする。
本形態の穴付き柱状管1によれば、管2の外面22より突出して穴5を囲み、かつ、穴5の周縁15より離れて設けられた構成の円環状のリング突出部6を備えたので、風がリング突出部6の外周面11に衝突してリング突出部6の円環状面13の外周縁(立上り終端11a)より放出される周期的な風の渦と、リング突出部6の内周面10に衝突した後に穴回りの円環状面14に衝突して折り返す風とが衝突して、上記周期的な風の渦が壊れるので、フィードバック発振音の発生原因である周期的な風の渦を少なくでき、フィードバック発振音の発生を効果的に防止できる。
リング突出部6が円環状に形成されたので、リング突出部6の内周面10の形状が等しくなり、リング内側の円環状面14の幅Lの寸法も等しくなるので、穴5の中心線4と直交するすべての方向の風に対して均等な効果が得られる。
リング内側の円環状面14の幅Lを設けたので、穴回りの円環状面14に衝突する風の折り返し効果が確実になり、フィードバック発振音の発生原因である周期的な風の渦をより少なくできるので、フィードバック発振音の発生をより効果的に防止できる。
形態1の穴付き柱状管1の効果を実験により確認した。
図3に、実験に用いた穴付き柱状管1の試験体の種類を示す。これら試験体毎に風洞実験を行い、試験体毎に発生した音のフーリエ解析を行って発生音のA特性補正音圧レベルを求めた。実験結果を図4乃至図8に示す。尚、実験は、風速9m/sの風を試験体に当てて行った。また、風の進行方向と穴5の中心線4との交差角度αは、図3の(a);(b);(c);(d)で分類したグループ毎に統一した。具体的には、図3の(a)のグループではα=90°とし、図3の(b);(c)のグループではα=58°とし、図3の(d)のグループではα=60°とした。また、図3の(a);(b);(c)のグループで使用した試験体は図2に示す穴付き柱状管1のように穴5を4個備えたものであり、図3の(d)のグループで使用した試験体は図2に示す穴付き柱状管1の実線の穴5のみ又は破線の穴5のみを備えたものである。実験では、管2は、直径60.5mm、長さ1100mm,周壁2aの厚さ3.8mm、穴5の直径14mmのものを使用した。尚、後述する各試験体の実験結果の比較において、差が±3dB未満である場合は、実験誤差範囲であるとして評価しなかった。
図3(a)に示すNo.1の試験体は、図9に示すようなリング突出部6を備えない従来構成の穴付き柱状管である。No.110の試験体、No.113の試験体は図2に示すようなリング突出部6を備えた本発明の穴付き柱状管1である。このようなNo.1の試験体、No.110の試験体、No.113の試験体のA特性補正音圧レベルを求め、リング突出部6の有無による効果の違いを確認した。図3(a)に示す各試験体のA特性補正音圧レベルを求めた結果を図4(a)〜(c)に示す。
図4(a)に示すように、No.1の試験体の実験結果によれば、卓越周波数の音圧レベルは、306Hzで62.4dB、344Hzで69.2dB、447Hzで71.7dB、600Hzで66.9dB、752Hzで51.4dB、1200Hzで50.2dB、1800Hzで56.6dBであった。
これに対して図4(b)に示すように、No.110の試験体の実験結果によれば、卓越周波数の音圧レベルは、306Hzで44.3dB、344Hzで63.0dB、447Hzで39.8dB、600Hzで50.2dB、752Hzで40.5dB、1200Hzで37.9dB、1800Hzで38.2dBであった。
従って、No.110の試験体によれば、No.1の試験体と比べて、卓越周波数の音圧レベルが、306Hzで18.1dB減少し、344Hzで6.2dB減少し、447Hzで31.9dB減少し、600Hzで16.7dB減少し、752Hzで10.9dB減少し、1200Hzで12.3dB減少し、1800Hzで18.4dB減少したことがわかる。
また、図4(c)に示すように、No.113の試験体の実験結果によれば、卓越周波数の音圧レベルは、306Hzで45.9dB、344Hzで62.8dB、447Hzで39.1dB、600Hzで63.4dB、752Hzで40.5dB、1200Hzで45.4dB、1800Hzで48.9dBであった。
従って、No.113の試験体によれば、No.1の試験体と比べて、卓越周波数の音圧レベルが、306Hzで16.5dB減少し、344Hzで6.4dB減少し、447Hzで32.6dB減少し、600Hzで3.5dB減少し、752Hzで10.9dB減少し、1200Hzで4.8dB減少し、1800Hzで7.7dB減少したことがわかる。
よって、リング突出部6を備え、リング突出部6を形成するリングのリング幅(W)が4.5mm、リング内側の円環状面の幅(L)が3.5mm、リング高さ(H)が4.5mm又は6.0mmの穴付き柱状管1は、少なくとも、No.1の試験体のようにリング突出部6を備えない従来構成の穴付き柱状管と比べて、管2内での共鳴を抑制でき、管2内での発生音を小さくでき、フィードバック発振音の発生をより効果的に防止できる穴付き柱状管1となることがわかった。このことから、リング高さ(H)、リング幅(W)を有し、リング内側の円環状面の幅(L)を形成するリング突出部6を備えた穴付き柱状管1は、リング突出部6を備えない従来構成の穴付き柱状管と比べて、フィードバック発振音の発生をより効果的に防止できるものとなると考えられる。
図3(b)に示す各試験体No.90、No.91、No.92を用いて、リング突出部6のリング高さ(H)の違いによる効果の違いを確認した。図3(b)に示す各試験体のA特性補正音圧レベルを求めた結果を図5(a)〜(c)に示す。
図5(a)に示すように、No.90の試験体の実験結果によれば、卓越周波数の音圧レベルは、242Hzで50.2dB、295Hzで66.6dB、352Hzで49.5dB、541Hzで52.7dB、1499Hzで47.2dB、1798Hzで54.3dB、1886Hzで50.3dBであった。
これに対して図5(b)に示すように、No.91の試験体の実験結果によれば、卓越周波数の音圧レベルは、242Hzで43.5dB、295Hzで40.5dB、352Hzで40.5dB、541Hzで40.3dB、1499Hzで36.9dB、1798Hzで36.4dB、1886Hzで34.9dBであった。
従って、No.91の試験体によれば、No.90の試験体と比べて、卓越周波数の音圧レベルが、242Hzで6.7dB減少し、295Hzで26.1dB減少し、352Hzで9.0dB減少し、541Hzで12.4dB減少し、1499Hzで10.3dB減少し、1798Hzで17.9dB減少し、1886Hzで15.4dB減少したことがわかる。
また、図5(c)に示すように、No.92の試験体の実験結果によれば、卓越周波数の音圧レベルは、242Hzで36.7dB、295Hzで39.6dB、352Hzで40.6dB、541Hzで42.4dB、1499Hzで36.2dB、1798Hzで36.9dB、1886Hzで33.0dBである。
従って、No.92の試験体によれば、No.90の試験体と比べて、卓越周波数の音圧レベルが、242Hzで13.5dB、295Hzで27.0dB、352Hzで8.9dB、541Hzで10.3dB、1499Hzで11.0dB、1798Hzで17.4dB、1886Hzで17.3dB減少したことがわかる。
以上の結果から、リング突出部6のリング高さ(H)を3.2mm以上とすることにより、フィードバック発振音の発生を効果的に防止できる穴付き柱状管1が得られると推測でき、さらに、この結果から、リング突出部6のリング高さHを4.5mm以上6mm以下とすることにより、フィードバック発振音の発生をより効果的に防止できる穴付き柱状管1が得られることがわかった。
図3(c)に示す各試験体を用いて、リング内側の円環状面の幅(L)の違いによる効果の違いを確認した。図3(b)に示す各試験体のA特性補正音圧レベルを求めた結果を図6(a);(b)及び図7(a)〜(c)に示す。
図6(a)に示すように、No.95の試験体の実験結果によれば、卓越周波数の音圧レベルは、644Hzで56.8dB、766Hzで38.7dB、1127Hzで39.0dB、1501Hzで48.9dB、1801Hzで44.5dBであった。
これに対して図6(b)に示すように、No.96の試験体の実験結果によれば、卓越周波数の音圧レベルは、卓越周波数の音圧レベルは、644Hzで59.1dB、766Hzで40.3dB、1127Hzで37.8dB、1501Hzで38.0dB、1801Hzで45.1dBであった。
従って、No.96の試験体によれば、No.95の試験体と比べて、卓越周波数の音圧レベルが、1501Hzで10.9dB減少したことがわかる。
また、図7(a)に示すように、No.101の試験体の実験結果によれば、卓越周波数の音圧レベルは、卓越周波数の音圧レベルは、644Hzで49.2dB、766Hzで39.6dB、1127Hzで38.9dB、1501Hzで43.1dB、1801Hzで44.5dBであった。
従って、No.101の試験体によれば、No.95の試験体と比べて、卓越周波数の音圧レベルが、644Hzで7.6dB減少し、1501Hzで5.8dB減少したことがわかる。
また、図7(b)に示すように、No.102の試験体の実験結果によれば、卓越周波数の音圧レベルは、卓越周波数の音圧レベルは、644Hzで54.9dB、766Hzで49.2dB、1127Hzで37.0dB、1501Hzで49.7dB、1801Hzで51.0dBであった。
従って、No.102の試験体によれば、No.95の試験体と比べて、卓越周波数の音圧レベルが、766Hzで10.5dB増加し、1801Hzで6.5dB増加したことがわかる。
また、図7(c)に示すように、No.103の試験体の実験結果によれば、卓越周波数の音圧レベルは、卓越周波数の音圧レベルは、644Hzで52.1dB、766Hzで55.4dB、1127Hzで50.3dB、1501Hzで48.7dB、1801Hzで47.7dBであった。
従って、No.103の試験体によれば、No.95の試験体と比べて、卓越周波数の音圧レベルが、644Hzで4.7dB減少し、766Hzで16.7dB増加し、1127Hzで11.3dB増加し、1801Hzで3.2dB増加したことがわかる。
以上の結果から、リング内側の円環状面の幅(L)を、1.5mm〜9.5mmとすることにより、フィードバック発振音の発生を効果的に防止できる穴付き柱状管1が得られると推測でき、さらに、この結果から、リング内側の円環状面の幅(L)を、2.5mm〜7.5mmとすることにより、フィードバック発振音の発生をより効果的に防止できる穴付き柱状管1が得られることがわかった。
図3(d)に示すように、穴5を上下に各1個づつ、合計2つ備えた各試験体を用いて、リング高さの違いによる効果の違いを確認した。図3(d)に示す各試験体のA特性補正音圧レベルを求めた結果を図8(a)〜(c)に示す。No.60の試験体は、図9に示すようなリング突出部6を備えない従来構成の穴付き柱状管である。No.119の試験体、No.120の試験体は図2に示すようなリング突出部6を備えた本発明の穴付き柱状管1である。
図8(a)に示すように、No.60の試験体の実験結果によれば、卓越周波数の音圧レベルは、403Hzで70.1dBである。
これに対して図8(b)に示すように、No.119の試験体の実験結果によれば、卓越周波数の音圧レベルは、403Hzで42.0である。
従って、No.119の試験体によれば、No.60の試験体と比べて、No.60の試験体の実験結果によれば、卓越周波数の音圧レベルが、403Hzで28.1dB減少したことがわかる。
また、図8(c)に示すNo.120の試験体の実験結果によれば、卓越周波数の音圧レベルは、403Hzで39.1dBである。
従って、No.120の試験体によれば、No.60の試験体と比べて、卓越周波数の音圧レベルが、403Hzで31.0dB減少したことがわかる。
以上より、穴5を上下に各1個づつ、合計2つ備えた穴付き柱状管であっても、リング突出部6を備え、リング突出部6のリング幅(W)が4.5mm、リング内側の円環状面の幅(L)が3.5mm、リング高さ(H)が6.0mm又は9.0mmの穴付き柱状管1は、少なくとも、No.60の試験体のようにリング突出部6を備えない従来構成の穴付き柱状管と比べて、管2内での共鳴を抑制でき、管2内での発生音を小さくできることがわかった。このことから、穴5を上下に各1個づつ、合計2つ備えた穴付き柱状管であっても、リング高さ(H)、リング幅(W)を有し、リング内側の円環状面の幅(L)を形成するリング突出部6を備え穴付き柱状管1は、リング突出部6を備えない従来構成の穴付き柱状管と比べて、フィードバック発振音の発生をより効果的に防止できるものとなると考えられる。
以上の実験結果から、リング高さ(H)を、4.5mm以上9mm以下とすれば、フィードバック発振音の発生をより効果的に防止できることを確認できた。
尚、実験結果から、リング高さ(H)は、図3(b)のNo.90の3.2mmと性能向上が顕著だったNo.91の4.5mmとの中間である3.85mmを臨界下限と推定し、また、突出物として邪魔にならない高さとして上限を10mmと推定し、リング高さ(H)を、3.85mm以上10mm以下とすることで、フィードバック発振音の発生をより効果的に防止でき、実用的な穴付き柱状管1を得ることができると考えられる。
また、実験結果から、リング内側の円環状面の幅(L)は、図3(c)のNo.95の1.5mmと性能向上が顕著だったNo.96の2.5mmとの中間である2mmを臨界下限と推定し、図3(c)のNo.102の8.5mmと性能向上が顕著だったNo.101の7.5mmとの中間である8mmを臨界上限と推定し、リング内側の円環状面の幅(L)を、2mm以上8mm以下とすることで、フィードバック発振音の発生をより効果的に防止できる穴付き柱状管1を得ることができると考えられる。
尚、本発明において、管2の寸法の大小、穴5の直径寸法の大小による影響は少ないと考えられる。
尚、上記形態では、両端閉塞の管2を用いたが、両端開放の管2の穴5の周りにリング突出部6を設けた穴付き柱状管1を構成しても同様に効果が得られる。
合成樹脂で形成された管2に合成樹脂で形成されたリング突出部6を備えた穴付き柱状管1としてもよい。
リング突出部6は、三角や四角のような角環状に形成されたものでも良い。
1 穴付き柱状管、2 管、5 穴、6 突出部、15 周縁、22 外面。

Claims (3)

  1. 断面円形状に形成された管の周壁に管の内外に貫通するように設けられた穴と、周壁の外面より突出して穴を囲む環状の突出部とを備え、突出部が、穴の周縁より離れて設けられた穴付き柱状管であって、
    前記円環状の突出部は、所定厚さの平板により形成された円環体を、前記管の外面と同じ面を持つプレス型でプレス成型することで湾曲した円環体に成型して、当該円環体の円の中心線と前記穴の中心線とが一致するように当該円環体の湾曲内面が前記管の外面に接合されて形成されたことによって、当該管の外面より立上る内周面と、当該管の外面より立上る外周面と、前記内周面の立上り終端と前記外周面の立上り終端とを繋ぐ円環状面とを備えた構成とされ、
    かつ、前記円環状の突出部の内周面の立上り起端と前記穴の周縁とを繋ぐ穴回りの円環状面の幅の寸法が等しいことを特徴とする穴付き柱状管。
  2. 突出部の高さを、3.85mm以上10mm以下としたことを特徴とする請求項1に記載の穴付き柱状管。
  3. 突出部の内周面の立上り起端と穴の周縁との間の距離を、2mm以上8mm以下としたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の穴付き柱状管。
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