JP4419164B2 - 耐火防音管 - Google Patents

Description

本発明は、建築物の給排水装置や空調装置などの配管等に適用される耐火防音管に関する。詳細には優れた防音性能を備えた耐火防音管に関する。

従来より配管等に多用されている硬質塩化ビニル管は、火災時に容易に焼失し、延焼や有毒ガスの発生といった不具合を有している。このような不具合を改善すべく、硬質管周りに、例えば繊維強化モルタルや石綿を被覆して、耐火性を付与した耐火二層管が提案されている。

一方、近年ますます室内環境、居住空間の快適性が求められる中で、騒音対策についても大きくクローズアップされており、配管等の給排水騒音の合理的かつ確実な防止対策は業界間でも開発が進められつつある。このような業界間における騒音対策、防音性についての考え方は、当然のことながら上述の耐火二層管の分野にも波及し、耐火防音管なるものも提案されるに至っている。

例えば特開昭５１−９１０５１号公報には、金属製の内外管の間に発泡プラスチック層を設けた耐火防音管が示されている。

ところがこの耐火防音管にあっては、吸音層としての発泡プラスチック層の吸音性能（防音性能）が低く、十分な性能を確保するためには、内外管の隙間を広くして、吸音層の厚みを厚くする必要があった。このため、要求される性能に十分に対応できる吸音性能（防音性能）を確保しようとした場合、耐火防音管自体の径が太くなって、規格に合わなくなり、所定箇所に配管できないという事態を招くことになる。一方、規格に合わせようとした場合には、十分な防音性が得られなくなるといった具合に、規格に適合できる太さと、十分な防音性能の両者を満足できるものはなかった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、厚みが薄くても十分な防音性能を有する耐火防音管を提供することを目的とするものである。

本発明は、内管の周りに耐火層を設けた耐火防音管に関するものである。本発明の各請求項記載の発明では、前記内管と耐火層との間に双極子モーメント量を増加させる活性成分を配合した吸音層が設けられている耐火防音管を提案しており、これにより、従来に例を見ない優れた防音性能を導き出している。

これらの発明の最大の特徴である活性成分とは、吸音層における双極子モーメントの量を飛躍的に増加させる成分をいい、当該活性成分そのものの双極子モーメント量が大きいもの、あるいは活性成分そのものの双極子モーメント量は小さいが、当該活性成分が含まれることで、吸音層における双極子モーメント量が飛躍的に増加するような成分をいう。

また、耐火層内周面または内管外局面に波形反射溝を設けると共に、前記内管と耐火層との間に双極子モーメント量を増加させる活性成分を配合した吸音層を設けた耐火防音管を提案しており、例えば図１４に示す内管２と外管３とからなる二重管構造を有し、前記内管と外管３との隙間に反射吸収板４を配置した従来の防音管部材１１（特開平２−１６８０９７号公報に記載）における反射吸収板を遙かに上回る優れた防音性能を導き出している。

波形反射溝は、例えばサインカーブのような滑らかな湾曲面状に形成されていてもよいし、山部と谷部とが連続するジグザグ形状に形成されていても良い。さらには矩形状の波形形状を呈するものや連続したループ状の断面形状を有するものであっても良い。この波形反射溝を耐火層内周面または内管外局面に設けることで、内管からの音は波形反射溝の壁に当たって乱反射し、波形反射溝内で衝突を繰り返し、次第に減衰していくことになる。特に連続したループ状の断面形状を有する波形反射溝の場合、一旦溝内に入り込んだ音は、溝の出口（開口）が小さいことから、溝内から出られず衝突を繰り返すことになることから、より効果的な減衰が計られることになる。

以下、本発明の耐火防音管を図面に示した実施の形態に従って詳細に説明する。本発明の耐火防音管は、建築物の給排水装置や空調装置などの配管として適用されるものである。図１に示す耐火防音管１１は、内管１２と耐火層１３と間隔保持部材１４とからなり、これらが一体に押し出し成形されている。しかしながら、強度、作業性の点からは、本形態のように一体に押し出し成形するのが望ましい。

内管１２の材質としては、従来より硬質配管に用いられている硬質ポリ塩化ビニルやポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンなどを用いることができる。耐火層１３としては、石綿、ガラス繊維、セラミック繊維などの無機質繊維を用い、これをセメントなどの無機質結合材で結合して管状としてものや金属管など、従来より耐火層として用いられていたものや、セラミック管や難燃剤や難燃繊維を含有するプラスチック管などを適用することができる。図１に示す形態では、内管１２及び間隔保持部材１４として硬質ポリエチレンを用い、耐火層１３としてガラス繊維を含む硬質ポリエチレンを用いた。

また、図１に示す耐火防音管１１は、内管１２と耐火層１３と間隔保持部材１４とが一体に押し出し成形され、さらに使用箇所に応じて直管やＬ管など所望の形状に成形されるが、内管１２、耐火層１３、間隔保持部材１４の太さ、長さなどについても同様に、用途や使用状態、使用箇所に応じて適宜決定される。

尚、内管１２と耐火層１３と間隔保持部材１４とを一体に押し出し成形する点は、後述する図２〜１０に示す各防音管部材についても同じとしたので、図２〜図１０の各形態の説明箇所で、この点についての説明は割愛する。

図１に示す耐火防音管１１にあっては、前記耐火層１３の内周面に波形反射溝１５が設けられている。図１の波形反射溝１５は、連続したループ状の断面形状を有している。このため、内管１２からの音はループ状の波形反射溝１５の壁に当たって乱反射し、反射溝１５内で衝突を繰り返し、次第に減衰してゆくことになる。

図２は、内管１２と耐火層１３との隙間に吸音層１６を設けた耐火防音管１１を示すものである。この形態において吸音層１６は発泡樹脂層からなる。尚、吸音層１６は、発泡樹脂層の他に繊維層なども用いることができる。

図２に示す如く、内管１２と耐火層１３との隙間に吸音層１６を設けることにより、当該耐火防音管１１は、前述の波形反射溝１５の音の乱反射のよる減衰に加えて、吸音層１６が音を吸収することから、より効果的に減音が計られることになる。

図３に示す耐火防音管１１は、波形反射溝１６を設けた耐火層１３内に空隙１７を形成したものである。空隙１７の大きさや形状は任意であり、成形可能な範囲で自由に形成することができる。空隙１７の形成は、材料の節約を計ることができると共に、内管１２からの音が前述の波形反射溝１５の乱反射により減衰されてもさらに外部へ伝播しようとするのに対し、これを空隙１７内に形成された空気層がその障害となり、効果的な減音が計られることになる。

図４に示す耐火防音管１１は、図３に示す耐火防音管１１における内管１２と耐火層１３との隙間に吸音層１６を設けたものである。この形態の場合、内管１２からの音は、まず吸音層１６によって吸収され、吸収を免れた音が波形反射溝１５の乱反射により減衰され、さらに耐火層１３内に形成された空隙１７内の空気層によって伝播が阻害されるといった具合に減衰されるようになっている。

図５に示す耐火防音管１１は、図４に示す耐火防音管１１における耐火層１３の空隙１７内に吸音層１８を形成した形態である。この形態の場合、内管１２からの音は、まず吸音層１６によって吸収され、吸収を免れた音が波形反射溝１５の乱反射により減衰され、さらに耐火層１３内に形成された空隙１７内の吸音層によって吸収されるといった具合に減衰されるようになっている。

図６に示す耐火防音管１１は、前記内管１２の外周面に波形反射溝１５が設けられている。図６の波形反射溝１５は、連続したループ状の断面形状を有している。このため、内管１２からの音はループ状の波形反射溝１５の壁に当たって乱反射し、反射溝１５内で衝突を繰り返し、次第に減衰してゆくことになる。

図７は、内管１２と耐火層１３との隙間に吸音層１６を設けた耐火防音管１１を示すものである。この形態において吸音層１６は発泡樹脂層からなる。尚、吸音層１６は、発泡樹脂層の他に繊維層なども用いることができる。

図７に示す如く、内管１２と耐火層１３との隙間に吸音層１６を設けることにより、当該耐火防音管１１は、前述の波形反射溝１５の音の乱反射のよる減衰に加えて、吸音層１６が音を吸収することから、より効果的に減音が計られることになる。

図８に示す耐火防音管１１は、波形反射溝１６を設けた内管１２内に空隙１９を形成したものである。空隙１９の大きさや形状は任意であり、成形可能な範囲で自由に形成することができる。空隙１９の形成は、材料の節約を計ることができると共に、内管１２からの音が外部へ伝播しようとするのに対し、これを空隙１７内に形成された空気層がその障害となるので、前述の波形反射溝１５の乱反射による減衰と合わせて、効果的な減音が計られることになる。

図９に示す耐火防音管１１は、図８に示す耐火防音管１１における内管１２と耐火層１３との隙間に吸音層１６を設けたものである。この形態の場合、内管１２からの音は、まず内管１２内に形成された空隙１９内の空気層によって伝播が阻害され、波形反射溝１５の乱反射により減衰され、さらに吸音層１６によって吸収されることになる。

図１０に示す耐火防音管１１は、図９に示す耐火防音管１１における内管１２の空隙１９内に吸音層２０を形成した形態である。この形態の場合、内管１２からの音は、まず内管１２内に設けた吸音層２０によって吸収され、吸収を免れた音が波形反射溝１５の乱反射により減衰され、さらに吸音層１６によって吸収されることになる。

また、図２、図４、図５、図７、図９、図１０に示した吸音層１６、１８、２０（発泡樹脂層）は、ウレタン、クロロプレン、スチレンブタジエン共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル、スチレンなどの従来より発泡成形用の高分子材料として用いられている樹脂を用い、これらの樹脂の１種若しくは２種以上をベースとして、これに発泡剤、触媒などを加えて発泡成形したものである。上記各図に示す吸音層１６、１８、２０（発泡樹脂層）は、ポリウレタンをベースとし、この樹脂に発泡剤、触媒などを加えて発泡成形したものである。

また各図に示す吸音層１６、１８、２０（発泡樹脂層）中には、吸音層（発泡樹脂層）における双極子モーメント量を増加させる活性成分が配合されている。前述した如く活性成分とは、該吸音層（発泡樹脂層）における双極子モーメントの量を飛躍的に増加させる成分であり、当該活性成分そのものの双極子モーメント量が大きいもの、あるいは活性成分そのものの双極子モーメント量は小さいが、当該活性成分が含まれることで、吸音層（発泡樹脂層）における双極子モーメント量が飛躍的に増加するような成分をいう。

ここで、吸音層（発泡樹脂層）における吸音性と双極子モーメント量との間の関係について説明する。一般に発泡構造を持つ吸音材に音のエネルギーが加わったとき、音は気泡内を衝突しながら通り抜け、この際に摩擦熱として消費されて、その減衰が計られることは知られている。（尚、吸音層として繊維層を設けた場合には、繊維表面または繊維間隙を音が衝突しながら通り抜け、この際に摩擦熱として消費されて、音の減衰が計られる。）

本発明者らは、上述の音エネルギーの減衰メカニズムとは別の減衰メカニズムがあり、これらが共働して音エネルギーを減衰しているという理論を提唱している。すなわち、吸音材（発泡樹脂層）に音が衝突すると振動が発生する。このとき、図１１に示すように吸音材（発泡樹脂層）２１内部に存在する双極子２２に変位が生じる。双極子２２に変位が生じるとは、吸音材（発泡樹脂層）２１内部における各双極子２２が回転したり、位相がズレたりすることをいう。

図１１に示すような音のエネルギーが加わる前の吸音材（発泡樹脂層）２１内部における双極子２２の配置状態は安定な状態にあると言える。ところが、図１２に示すように、吸音材（発泡樹脂層）２１に音エネルギーが加わることで、吸音材（発泡樹脂層）２１内部に存在する双極子２２に変位が生じ、吸音材（発泡樹脂層）２１内部における各双極子２２は不安定な状態に置かれることになり、各双極子２２は、図１１に示す安定な状態に戻ろうとする。

このとき、エネルギーの消費が生じるのである。こうした、吸音材（発泡樹脂層）表面における摩擦熱の発生と、吸音材（発泡樹脂層）内部における双極子の変位、双極子の復元作用によるエネルギー消費とを通じて、吸音効果が生じるものと考えられるのである。

上述の吸音効果が生じるメカニズムから、図１１及び図１２に示すような吸音材（発泡樹脂層）２１内部における双極子モーメントの量が大きくなればなる程、その吸音材（発泡樹脂層）２１の持つ吸音性能も高くなると考えられる。

このことから、前述の活性成分を配合することで、吸音層（発泡樹脂層）における双極子モーメントの量は、同じ条件の下で３倍とか、１０倍とかいった量に増加することになり、これに伴って、エネルギーが伝達されたときの双極子の復元作用によるエネルギー消費量も飛躍的に増大し、予測を遙かに超えた吸音性能が生じることになると考えられる。

このような作用効果を導く活性成分としては、例えばＮ、Ｎ−ジシクロヘキシルベンゾチアジル−２−スルフェンアミド、２−メルカプトベンゾチアゾール、ジベンゾチアジルスルフィドなどのメルカプトベンゾチアジル基を含む化合物、あるいはエチル−２−シアノ−３，３−ジ−フェニルアクリレートなどのジフェニルアクリレート基を持つ化合物の中から選ばれた１種若しくは２種以上を挙げることができる。

前記活性成分の配合量としては、吸音層（発泡樹脂層）を構成する高分子１００重量部に対して１０〜２００重量部の割合が好ましい。というのは、活性成分の配合量が前記範囲外の場合には、活性成分を配合したことによる吸音性の飛躍的な向上が見られないことになるからである。

上記の如く、活性成分が配合された吸音層（発泡樹脂層）は、双極子モーメントの量が飛躍的に増加し、もって優れた音エネルギーを吸収する性能（吸音性）を発揮するに至るのであるが、この吸音層（発泡樹脂層）における双極子モーメントの量は、図１３に示すＡ−Ｂ間における誘電率（ε′）の差として表される。すなわち図１３に示すＡ−Ｂ間における誘電率（ε′）の差が大きければ大きいほど、双極子モーメントの量が大きいということになる。

さて、図１３は誘電率（ε′）と誘電損率（ε″）との関係を示したグラフである。このグラフに示すように、誘電率（ε′）と誘電損率（ε″）との間には、誘電損率（ε″）＝誘電率（ε′）×誘電正接（ｔａｎδ）といった関係が成り立っている。

本発明者は、吸音材料についての研究を通して、ここでいう誘電損率（ε″）が高ければ高いほど、エネルギー吸収性能（吸音性）も高いということを見い出したのである。

この知見に基づいて、上述の吸音層（発泡樹脂層）における誘電損率（ε″）を調べたところ、周波数１１０Ｈｚにおける誘電損率が５０以上であるとき、当該吸音層（発泡樹脂層）は優れたエネルギー吸収性能（吸音性）を有していることが解った。

尚、本発明の耐火防音管は、上記吸音層の外側及びまたは内側に制振層や遮音層、防振層など、給排水騒音をより効果的に低減化できるようなものであれば自由に追加して用いることができる。尚、この場合、追加使用する制振層や遮音層、防振層も、双極子モーメントを増加させる活性成分が配合されているものを用いるのが望ましい。

このように、当該耐火防音管の用途や使用状態に応じて、上記各層の種類や積層順、各層の厚さや層の数など適宜決定し用いることにより、その用途や使用状態に最適な耐火防音管を造り出すことができる。

上記制振層としては、例えば上記塩化ビニル系樹脂にゴムを配合したものを挙げることができる。この場合においてゴムとしては、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）などがある。ゴムの配合は、常温で良好な粘弾性特性を得るためであり、その配合量は１０〜８０重量％が好ましい。この範囲よりも配合量が多かったり少なかったりした場合には、常温での十分な粘弾性特性が得られなくなる。

この制振層にはフィラーを充填して制振性の改善を計ることができる。フィラーとしては、発泡樹脂層の説明箇所で例示したものと同じものを用いることができる。
また防振層としては、例えばアクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）などのゴム系材料を主体とするもの、これらゴム系材料に樹脂をブレンドしたものなどを用いることができる。また防振層には、これに必要に応じて（硬度調整のため）、カーボンブラックや炭酸カルシウムなどのフィラーを充填することもできる。

遮音層としては、例えば塩化ビニル単独で重合した樹脂のほか、塩化ビニル単量体と共重合し得る単量体のうちの少なくとも１種以上とランダム共重合またはブロック共重合して得られる、酢酸ビニル−塩化ビニル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、塩化ビニリデン−塩化ビニル共重合体などの塩化ビニル共重合樹脂、あるいは塩化ビニル単量体とグラフト共重合し得る樹脂とグラフト共重合して得られる、エチレン−酢酸ビニル−塩化ビニルグラフト共重合体、ポリウレタン−塩化ビニルグラフト共重合体などの塩化ビニルグラフト共重合樹脂などの塩化ビニル系樹脂に、炭酸カルシウム、タルク、酸化マグネシウム、アルミナ、酸化チタン、バライト、酸化鉄、酸化亜鉛、グラファイトなどのフィラーを充填したもの挙げることができる。この場合フィラーは、前述の発泡樹脂層の場合と同じように、５０〜９５重量％の充填量がよい。

尚、本発明の範囲は、「請求の範囲」に定義されており、その範囲に含まれる全ての変更、形態を採ることができる。

本発明の耐火層内周面に波形反射溝を設けた耐火防音管を示す拡大断面図である。 図１に示す内管と耐火層との隙間に吸音層を設けた耐火防音管を示す拡大断面図である。 波形反射溝を設けた耐火層内に空隙を形成した耐火防音管を示す拡大断面図である。 図３に示す耐火防音管の内管と耐火層との隙間に吸音層を設けた耐火防音管を示す拡大断面図である。 図３に示す耐火層の空隙に吸音層を設けた耐火防音管を示す拡大断面図である。 本発明の内管外内周面に波形反射溝を設けた耐火防音管を示す拡大断面図である。 図６に示す内管と耐火層との隙間に吸音層を設けた耐火防音管を示す拡大断面図である。 波形反射溝を設けた内管内に空隙を形成した耐火防音管を示す拡大断面図である。 図８に示す耐火防音管の内管と耐火層との隙間に吸音層を設けた耐火防音管を示す拡大断面図である。 図８に示す内管の空隙に吸音層を設けた耐火防音管を示す拡大断面図である。 吸音材（発泡樹脂層）中の双極子の状態を示した模式図である。 吸音材（発泡樹脂層）に音エネルギーが加わったときの双極子の状態を示した模式図である。 誘電率（ε′）と誘電損率（ε″）との関係を示したグラフである。 内管と外管とからなる二重管構造を有し、前記内外管の隙間に反射吸収板を配置した従来の防音管部材を示した拡大断面図である。

Claims (8)

1. 内管と耐火層と間隔保持部材とからなり、該内管の周りに前記耐火層を設けた耐火防音管において、
   前記内管と前記耐火層と前記間隔保持部材とが一体に押し出し成形されてなり、前記内管と耐火層との間に、
   ウレタン、クロロプレン、スチレンブタジエン共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル又はスチレンからなるベース樹脂に、
   Ｎ、Ｎ−ジシクロヘキシルベンゾチアジル−２−スルフェンアミド、２−メルカプトベンゾチアゾール、ジベンゾチアジルスルフィドなどのメルカプトベンゾチアジル基を含む化合物、あるいはエチル−２−シアノ−３，３−ジ−フェニルアクリレートなどのジフェニルアクリレート基を持つ化合物の中から選ばれた１種若しくは２種以上からなる双極子モーメント量を増加させる活性成分（ベンゾトリアゾール基を持つ化合物を除く）を配合した吸音層を設けたことを特徴とする耐火防音管。
2. 前記吸音層が発泡樹脂層であることを特徴とする請求項１記載の耐火防音管。
3. 前記活性成分が吸音層を構成する高分子１００重量部に対して１０〜２００重量部の割合で配合されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の耐火防音管。
4. 前記吸音層の外側または内側に、遮音層、制振層または防振層を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の耐火防音管。
5. 内管と耐火層と間隔保持部材とからなり、該内管の周りに前記耐火層を設けた耐火防音管において、
   前記内管と前記耐火層と前記間隔保持部材とが一体に押し出し成形されてなり、前記耐火層内周面または内管外周面に波形反射溝を設けると共に、前記内管と耐火層との間にウレタン、クロロプレン、スチレンブタジエン共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル又はスチレンからなるベース樹脂に、
   Ｎ、Ｎ−ジシクロヘキシルベンゾチアジル−２−スルフェンアミド、２−メルカプトベンゾチアゾール、ジベンゾチアジルスルフィドなどのメルカプトベンゾチアジル基を含む化合物、あるいはエチル−２−シアノ−３，３−ジ−フェニルアクリレートなどのジフェニルアクリレート基を持つ化合物の中から選ばれた１種若しくは２種以上からなる双極子モーメント量を増加させる活性成分（ベンゾトリアゾール基を持つ化合物を除く）を配合した吸音層を設けたことを特徴としている耐火防音管。
6. 前記波形反射溝を設けた耐火層または内管に空隙を形成したことを特徴とする請求項５記載の耐火防音管。
7. 前記空隙内に双極子モーメント量を増加させる活性成分（ベンゾトリアゾール基を持つ化合物を除く）を配合した吸音層を設けたことを特徴とする請求項６記載の耐火防音管。
8. 前記吸音層の外側または内側に、遮音層、制振層または防振層を設けたことを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の耐火防音管。

Images