JPH07117121B2 - 拘束型制振管状体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は制振性能に優れた拘束型制振管状体に係り、更
に詳しくは、管状体の外周を粘弾性体層で被覆囲着せし
め、更に、その外周に拘束材層を設けて管状体の広い可
聴域の周波数の振動に対する制振特性を一段と向上せし
めた拘束型制振管状体に関するものである。

従来より管状体は軽量であり、しかも強度面でも強い事
から、工業用部材等として各方面で多用されているもの
である。又、気体、液体、固体を外部と遮断して移送す
る場合には管体は不可欠の手段となっている。しかし乍
ら、管状体単体では振動を防止する上に於ては、全く効
果が無いものである。そこで、例えば冷媒等を流動させ
る配管に於ては、管体を数回屈曲させる等の方法を施
し、更に共振の激しい部分に荷重を付与し、大きく管体
が振動する事を防止しているのが現状である。しかし乍
ら、前記方法によると、共振点がずれる丈であり、振動
自体のレベルをおさえる事は困難であり、共振防止用の
荷重を付ける位置をその都度、決定する必要があり、多
くの手数を要していた。又、一方では管体を必要以上の
長さで屈曲せしめて用いる必要があり、材料ロスも大き
く、配管スペースも広く必要とする欠点を有している。
近年上記欠点を克服すべく、管体をラセン状に加工した
ものや、管体の内面及び／又は外面に凹凸状に加工した
ものが出現している。これ等の方法は管体の曲げ加工が
容易である点に加え、振動の点でも直管に比較すると改
良されるものの、まだ充分な効果は得られてはいない。
即ち管体の剛性が低下する分だけ、振動レベルは低下す
るものの、逆に振動の減衰性が直管よりも劣り、いつま
でも振動するという欠点が生じている。この減衰性の悪
さに帰因して、金属疲労が起り易いという欠点がある。

本発明者等は、上記欠点を克服し、必要な部材だけを使
う事により、配管スペースを少なくし、制振性能に優れ
且つ、金属疲労に強い制振管状体を目標として、多数の
試行錯誤の研究の末、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の拘束型制振管状体は、図面にもみられる
ように所望の金属管体の外周に粘弾性体層を略々同軸的
に囲着形成せしめた拘束型制振管状体において、金属管
体の外面及び／又は内面が凹凸状であり、金属管体の外
周に囲着形成せしめる粘弾性体が架橋されており、更に
該粘弾性体層の外周に拘束材層を巻着形成せしめたこと
を特徴とするものであり、拘束型とすることにより非常
に優れた制振効果が得られた。つまり、本発明の拘束型
制振管状体はほとんど共振しなくなり、しかも減衰が非
常に早い特徴を発揮するものである。すなわち、拘束材
層が加振されることにより拘束型制振管は振動し曲げ応
力がかかるが、拘束材の加振されなかった部分には振動
に伴い管に曲げ応力が加わると張力が働き、後述するよ
うに該粘弾性体と拘束材は密着しているため粘弾性体に
対して剪断応力が生じる。

従って振動エネルギーは減少し、その結果振動による曲
げも少なく、減衰が非常に速くなるのである。

次に、本発明の構成部材について順次説明する。

前記管状体は、銅、アルミニウム、黄銅、ステンレス等
の展性、延性に富む素材から成るものであり、形状とし
ては、直管，内面及び／又は外面に図示した如く凹凸を
設けたものや、凹凸を付けた上に更に金属細線を巻付け
たり、凹凸面自体に更に細かい凹凸面を配置したもの等
を例示する事が出来、管状体の空洞部の断面形状は円、
楕円、三角、四角その他の多角形であっても良い。又、
凹凸を形成する間隔は一定間隔であっても不定間隔であ
っても良いが、管状体の望ましい形状は拘束効果を倍加
しやすい外面に凹凸状の断面形状を有するものであっ
て、管状体の剛性を低下させたものが制振特性では望ま
しい。

次に、粘弾性体の説明を行う。

粘弾性体は、ゴム状粘弾性体が好ましく、その具体例を
示すと、ゴム化アスファルト、ブチルゴム、液状ゴム硬
化物、ポリノルボーネンゴム、ポリイソブチレン、スチ
レン−ブタジエン−スチレン共重合体、スチレン−エチ
レン−スチレン共重合体、スチレン−イソプレン−スチ
レン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、天然ゴ
ム、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエン
ゴム等を挙げる事が出来る。しかして、それ等はホット
メルト型、液状反応硬化型、プレス成形方式により得ら
れるタイプ、エマルジョン若しくは溶剤分散型等により
本発明を実施し得る。それ等の中で、製造工数、材料ロ
ス、製造時の作業安全性に代表される経済性や、出来上
り製品の制振性能や温度特性や管状体の防食性、長期耐
久性等を考慮すると、反応性官能基を有する液状ポリマ
ーが適した素材であると言える。

反応性官能基を有する液状ポリマーの反応性官能基と硬
化剤の反応性官能基の組合せ例を挙げると表Ｉに示す様
な官能基を有するものの組合せが適している。更に詳し
くは、特に水酸基を分子末端に有するテレキーリックポ
リマーと、イソシアネート基を１分子当り２個以上有す
る硬化剤との組合せは、制振性、加工作業性、経済性等
も優れ、常温反応性及び反応のコントロールのし易さ等
から最適な素材と言える。水酸基末端テレキリックポリ
マーの具体例を挙げると、水酸基を末端に有し主鎖をポ
リブタジエン、水素添加ポリブタジエン、ポリブタジエ
ン−ニトリル、ポリブタジエン−ステンレス、イソプレ
ン等としたものや、ポリエーテルポリオール、ポリエス
テルポリオール、ウレタンアクリルポリオール、アニリ
ン誘導体ポリオール等を示すことが出来る。これ等は単
独若しくは併用して使用しても良い。又、上記反応性物
質の硬化剤としては、イソシアネット系硬化剤が好適で
あり、１分子当り２ケ以上のイソシアネート基を有する
ことが必要である。その具体例としては、トルイレンジ
イソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、
ヘキサメチレンイソシアネート、イソホロンジイソシア
ネート、末端イソシアネート基を有するプレポリマー等
を例示することが出来る。これ等、硬化剤も単独若しく
は併用して用いる事が出来る。

粘弾性体は上記ポリマーを基本成分として用い、用途、
性能、作業性等を考慮して、可塑剤、瀝青物、粘着付与
剤、充填剤、老化防止剤、防サビ剤、難燃剤、触媒、界
面活性剤、カップリング剤等を必要に応じ適宜組合せて
添加することが望ましい。それ等代表的添加剤の具体例
としては、可塑剤としてはナフテン系、アロマティック
系、パラフィン系のオイル、ひまし油、綿実油、パイン
オイル、トール油、フタル酸誘導体、イソフタル酸誘導
体、アジピン酸誘導体、マレイン酸誘導体、液状ゴムの
官能基を含まないもの等を例示する事が出来る。又、難
燃性を付与する目的として、ハロゲン化合物系、リン化
合物系可塑剤を用いる事も出来る。瀝青物としては、ス
トレートアスファルト、ブロンアスファルト、タール等
があり、所望の架橋粘弾性体を得る為に、予じめ粘着付
与樹脂や可塑剤等で改質して使用する事も出来る。粘着
付与樹脂としては、天然樹脂、ロジン、変性ロジン、ロ
ジン及び／又は変性ロジンの誘導体、ポリテルペン系樹
脂、テルペン変性体、脂肪族系炭化水素樹脂、シクロペ
ンタジエン樹脂、芳香族系石油樹脂、フェノール樹脂、
アルキルフェノール−アセチレン樹脂、キシレン樹脂、
クマロンインデン樹脂、ビニルトルエン−αメチルスチ
レン共重合体等を単独又は併用して用いる事が出来る。

充填剤は、マイカ、グラファイト、ヒル石、タルク、ク
レー等の鱗片状無機粉体、フェライト、金属粉、硫酸バ
リウム、リトポン等の高比重充填剤、炭酸カルシウム、
微粉シリカ、カーボン、炭酸マグネシウム、水酸化アル
ミニウム、アスベスト等の汎用充填剤を単独若しくは併
用して用いる事が出来る。又、三酸化アンチモン，ホウ
砂等を難燃化を目的として使用する事も出来る。

上記粘弾性体は、管状体及び拘束材に密着し、拘束型と
して用いた場合に制振性能を発揮する条件を具備したも
のであれば良い。又、プライマー等で表面処理を行な
い、密着性を一層改良しても良い事は当然である。

次に拘束材について説明する。

拘束材は、管体周囲に囲着せしめられた粘弾性体を更に
外側から巻着されたものであれば良く、その具体例とし
ては、銅、黄銅、アルミニウム、鉄、ステンレス等の素
材からなる金属薄膜や金属網状品；ポリエステル、ナイ
ロン、塩ビ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニ
ルブチラール等の合成樹脂フィルム、ブチルゴム、天然
ゴム、クロロプレン、ハイパロン、エチレン−プロピレ
ン共重合体等の非加硫又は加硫シート、ガラス繊維、ナ
イロン、ポリプロピレン、ポリエステル等より成る不織
物、綿、麻等の天然繊維及び／又はナイロン、ウレタ
ン、ポリプロピレン、アクリル、ポリエステル等の合成
繊維、石綿等の無機質繊維から成る布、ウレタン、アク
リル、エポキシ、ポリエステル等の合成樹脂系やセメン
ト系等の無機質系の塗料を例示する事が出来る。

又、拘束材は美感，耐久性を考量して表面に塗料を塗布
したものや、更にフィルム等を貼った積層体であっても
良い。

拘束材が具備すべき条件は、粘弾性体と密着する事であ
るが、プライマー等を用いて密着性を改良して用いても
良い。又、拘束材はより剛性の高い素材が望ましく、金
属薄膜や金属網が好適である。又、拘束材は管状体と拘
束材との間に粘弾性体が入る隙間を設けて予じめ管状体
と一体化させた所謂二重管構造のものであってもよく、
粘弾性体を管体周囲に囲着せしめた後に、巻付け又は包
み込んだものであっても良い。

次に本発明を実施例及び比較例により図面について説明
する。

実施例１は金属管体がスパイラル状に凹凸加工された場
合で粘弾性体を囲着せしめ、更に拘束材を巻着せしめた
場合を示す。

比較例１は金属管体の直管単体の場合を示す。

比較例２は実施例１に用いた金属管体のスパイラル状に
凹凸加工された場合の管体単体の場合を示す。

比較例３は、比較例２に対し粘弾性体を囲着せしめた場
合で拘束材が無い場合を示す。

実施例と比較例を表IIにより示し、粘弾性体の制振性と
温度の関係の一例を第６図グラフＩ（粘弾性体の制振性
と温度との関係）により示した。更に第７〜第９図、す
なわちグラフII〜IVにより振動の状況を示した。グラフ
IIは銅直管単体、グラフIIIは銅スパイラル管＋粘弾性
体、グラフIVは銅スパイラル管＋粘弾性単体＋拘束材
を、それぞれ示す。

又、表IIIにより実施例に用いた粘弾性体の配合例（重
量部単位）を示した。

次に本発明の実施例及び比較例を示した試験方法につい
て説明する。

15.88mm径で肉厚0.5mmで長さが500mmの銅管について直
管、スパイラル管（両端各50mm直管とし、中央部400mm
をスパイラル状に凹凸加工したものを使用した。尚、凹
凸部の山部と谷部の深さの差は2mmとした。）を用意し
直管単体、スパイラル管単体、スパイラル管に粘弾性体
を凸部上約0.5mmの厚み、凹部は全面を囲着せしめたも
の、更に前記粘弾性体を囲着せしめたスパイラル管の粘
弾性体を50μ厚みのアルミニウム薄膜で巻着したものの
計４種類について試料を作成した。

尚、試験に用いた粘弾性体は表IIIに示す通りとした。

上記の如く作成した管体を、厚み50mmの鉄製台に管体の
一端を各々口一付けし片持梁を作成した。

次に各試料について、FFT方式により振動試験を行な
い、結果をコンピュータ換算し、チャート化した。表又
は図面のグラフに示す如く、本発明の実施例1,2は非常
に効率よく制振する事が判る。又、制振による減衰も大
きく、第９図のグラフIVで明らかな如く、共振を示すピ
ークの波形も非常に幅広くなり振動の損失も非常に大き
く、大きな制振性を示す事が判る。

比較例１は銅管の直管単体を示す．非常に大きな振動イ
ナータンスであり、振動防止対策を講じる必要がある。

比較例２は銅管をスパイラル状としたものである。イナ
ータンスは減少するものの減衰能力が悪く、金属疲労を
受けやすい欠点がある。

比較例３はスパイラル状銅管に粘弾性体を囲着した場合
を示す。振動イナータンスが更に低下し、共振周波数も
低下すのものの共振点を示す波形もシャープであり、グ
ラフ上部に示された位相も急激に変化している点で充分
な制振効果が得られているものではない。又、減衰の速
さも遅く、比較例２と同様に金属疲労を避ける上に於て
も一工夫を要するものである。

即ち、本発明を利用する事に依り、広い可聴域の周波数
の振動を吸収し、しかも早く減衰させて管状体自体や管
状体と他の部材との接合面の疲労を緩和し、管状体や接
合部の耐久性を増し、管状体の長さを短縮する事が出
来、配管スペースをより小型化する事が出来る丈でな
く、共振点の調整も不要となり工数の大幅省略が加納と
なる点や耐久性が増す点で経済性の面でも多大なメリッ
トが生じ、工業発展上の利用価値は非常に高いものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す縦断面図であり、金
属管体は内，外共凹凸状となった場合を示す。 第２図は、本発明の他の実施例を示す縦断面図であり、
金属管体の外面のみ凹凸状である場合を示す。 第３図は、本発明のさらに他の実施例を示す縦断面図で
あり、金属管体の内面が凹凸状であり、凹部凸部の１ケ
当りの幅が広い場合を示す。 第４図は、本発明のさらに他の実施例を示す縦断面図で
あり、拘束材がらせん状に管状体に取付けられている場
合を示す。 第５図は、本発明に係る測定方法を示す略図である。 第６図は、本発明に係る粘弾性体の制振性と温度との関
係を示す線図（グラフＩ）である。 第７図は銅直管単体（グラフII）の振動の状況を示す線
図である。 第８図は、銅スパイラル管＋粘弾性体（グラフIII）の
振動の状況を示す線図である。さらに 第９図は、銅スパイラル管＋粘弾性体＋拘束材（グラフ
IV）の振動の状況を示す線図である。 １…金属管体、２…粘弾性体層 ３…拘束材層、４…拘束材固定材 ５…試料、６…ピックアップ ７…ハンマー、８…コード ９…FFT振動測定装置、10…試料取付台

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂野 一高 愛知県西春日井郡豊山町大字豊場字西之町 29番地 (56)参考文献 特開 昭60−225744（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−35544（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所望の金属管体の外周に粘弾性体層を略々
   同軸的に固着形成せしめ、更に該粘弾性体層の外周に拘
   束材層を備え、広い可聴域の周波数の振動を減衰させる
   拘束型制振管状体において、 金属管体の外面及び／又は内面が凹凸状であり、金属管
   体の外周に固着形成せしめる粘弾性体が架橋されてお
   り、更に該粘弾性体層に密着して、その外周に拘束材層
   を巻着形成せしめたことを特徴とする拘束型制振動管状
   体。
2. 【請求項２】金属管体が銅、黄銅、アルミニウム、ステ
   ンレスを素材とし、外面及び／又は内面が凹凸状であ
   り、金属管体に固着せしめた粘弾性体が、常温反応性を
   有する液状ポリマーと、その硬化剤とを基本ポリマーと
   して架橋硬化されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の拘束型制振管状体。
3. 【請求項３】粘弾性体が、水酸基末端液状ポリブタジエ
   ンとイソシアネート系硬化剤とが常温反応して得られる
   ものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
   第２項いずれかの記載の拘束型制振管状体。
4. 【請求項４】拘束材層が200μ以下の膜厚である金属薄
   膜若しくは1mm以下の直径の針金より成る金属製網状物
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第
   ３項いずれかの記載の拘束型制振管状体。