JPH07304491A

JPH07304491A - 浮力体

Info

Publication number: JPH07304491A
Application number: JP10020994A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Ninomiya; 宮一芳二; Hideaki Inohara; 原秀明猪; Masayuki Shigeyama; 山政之繁
Original assignee: Nissan Aerospace Engineering Co Ltd
Current assignee: Nissan Aerospace Engineering Co Ltd
Priority date: 1994-05-13
Filing date: 1994-05-13
Publication date: 1995-11-21

Abstract

(57)【要約】深海の圧力に耐え、かつ耐久性のある浮力の大きな浮力
体を提供する。【構成】微小中空球状体と、バインダ機能を有する高
分子材料とからなる充填材２中に、中空セラミックス球
状体３を埋設した浮力体１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体中で用いられる浮
力体、とくに深海を探査する深海艇の浮力を増すために
用いられる浮力体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】深海艇が、深海で充分な調査等を行うた
めには、深海で自由に動きまわることが求められるが、
そのためには、深海艇の重量を軽くする必要がある。し
かし、深海艇の諸機器類や乗務員を収容する耐圧殻は深
海での水圧に耐えるため、鋳鋼，鍛鋼が用いられ、その
ため相当重いものとなってしまう。従って、この重量に
釣合う浮力体が必要であり、種々の浮力体が開発されて
いる。例えば、多量のガソリンをいれたフロートが浮力
体としてバチスカーフ型深海潜水船に使用されている。
また、発泡スチロール製のフロートも深海艇に使用され
ている。さらに、最近の日本の深海艇である「しんかい
６５００」では、マイクロバルーン（Ｗ．Ｒ．Ｇｒａｃ
ｅ社の微小中空球状充填材に対する登録商標である。）
と樹脂との混合物が使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した浮
力材料であるガソリンは海水に対する浮力がさほど大き
くないので、大型のものとなり、また、取扱いに際して
も火災などの危険性がある。

【０００４】発泡スチロールは深海で座屈してしまい、
浮力が減少してしまう。さらに、長い間高深度の海中に
置かれると、物質中に海水が浸入し、浮力材の密度が上
がり浮力が減少する。

【０００５】ガラスマイクロバルーンを樹脂で固めた浮
力材料は、ガラスマイクロバルーンの見かけ比重が０．
３２程度であるが、樹脂を混合して固めてあるため、浮
力材としての比重は０．６２前後となってしまい、深海
艇の大きさを小さくするため、すなわち、浮力材の体積
を小さくするために、さらに比重の小さな浮力材が望ま
れており、このような要望に答えて、さらに大きな浮力
の得られる浮力体を開発することが課題となっていた。

【０００６】

【発明の目的】本発明は、上記した従来の課題にかんが
みてなされたものであって、深海の圧力にも耐え、か
つ、耐久性があり、大きな浮力の得られる浮力体を提供
することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる浮力体
は、微小中空球状体と、バインダ機能を有する高分子材
料からなる充填材中に、中空セラミックス球状体を相互
に間を隔てて埋設した構成としており、この構成を課題
を解決するための手段としたことを特徴としている。

【０００８】本発明に係わる浮力体における充填材の一
方を構成する微小中空球状体は、当該浮力体によって得
られる浮力の一部を担うものであって、その材質はホウ
ケイ酸ガラス，シリカ，不溶性ガラス，セラミックスが
望ましい。また、その粒径は１０〜２５０μｍ、壁厚は
約２μｍの微細な中空球状体であることが望ましい。な
お、粒径が１０μｍ未満のものは重量も大きくなり、ま
た製造も難しい。また、粒径が２５０μｍ超過のものは
強度上問題がある。この見かけ比重は約０．３２ｇ／ｃ
ｃであり軽量である。さらに、この耐水性は良好であ
り、かつ、水圧下での強度も大きい。

【０００９】前記充填材の他方を構成する高分子材料と
しては、ブタジェン系などの合成ゴムやエポキシ系，ポ
リエステル系などの熱硬化性樹脂を使用することがで
き、微小中空球状体同士の結合材の役割をはたすと共
に、微小中空球状体と中空セラミックス球状体とを結合
するものであり、また、中空セラミックス球状体相互面
の緩衝材としての役割をはたすものである。

【００１０】高分子材料として、合成ゴム系材料の比重
は０．７〜１．４であり軽量である。なかでも、ブタジ
ェン系ゴムの比重は０．９０〜０．９３であり、かなり
軽量であるので好ましい。

【００１１】一方、バインダ機能を有する高分子材料と
して樹脂系材料の比重は０．９〜１．３程度のものが多
く、軽量で強度も高い。他の諸性質も考慮して、エポキ
シ，ポリエステル，ビニルプラスチゾル等の樹脂が好ま
しい。

【００１２】中空セラミックス球状体の材料としてはい
わゆるエンジニアリングセラミックスと称されるものが
良く、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３），マグネシア（Ｍｇ
Ｏ），ジルコニア（ＺｒＯ_２），窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ
_４），炭化ケイ素（ＳｉＣ）が適用できる。このうち、
窒化ケイ素はＳｉ−Ｎ間の共有結合性が強く、強度，耐
食性，耐摩耗性、耐熱衝撃性の優れた材料であり、窒化
ケイ素を主としたセラミックス材料を用いることが好ま
しい。

【００１３】また、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）を焼結す
るにあたっての焼結助剤としては、Ｙ_２Ｏ_３，Ａｌ_２Ｏ
_３，ＭｇＯ，Ｌａ_２Ｏ_３，Ｎｄ_２Ｏ_３，ＣｅＯ_２，Ｃａ
Ｏ，ＺｒＯ_２，ＳｉＣ等が適している。

【００１４】この中空セラミックス球状体の大きさは外
径５〜１５ｃｍ、その肉厚は１〜３ｍｍであることが望
ましい。外径５ｃｍ未満のものはそれに見合った肉厚の
薄いものを製造し難く、結局、重くなる。また外径１５
ｃｍ超過のものは製造設備を大型のものにしなくてはな
らない。

【００１５】エンジニアリングセラミックスの比重は
２．１〜３．２のものが多いが、例えば比重２．９７の
セラミックスを使用して外径１０ｃｍ、肉厚２ｍｍの中
空セラミックス球では見かけ比重は０．３５程度となり
かなり軽量なものとなる。

【００１６】エンジニアリングセラミックスは一般に強
度、耐食性、耐摩耗性、耐熱衝撃性に優れており、した
がって、中空セラミックス球状体は高圧力にも耐え、耐
久性を有するが、靭性に乏しいため、中空セラミックス
球状体を相互に接触させないように、間隔を置いて配設
し、それらの間に高分子材料と微小中空球状体からなる
充填材を介装させて、緩衝材とする。

【００１７】

【本発明の作用】本発明に係わる浮力体は、微小中空球
状体と、バインダ機能を有する高分子材料からなる軽量
の充填材中に中空セラミックス球状体を相互に間を隔て
て埋設した構成としたものであるから、高圧力にも耐
え、耐久性もある中空セラミックス球状体により浮力が
さらに向上すると共に、充填材が中空セラミックス球状
体間の緩衝材として機能するので、セラミックス球状体
の破壊が防止される。

【００１８】

【実施例】図１〜図４は本発明に係わる浮力体の一実施
例を説明する図である。

【００１９】図１は浮力体１の平面図である。浮力体１
は、微小中空球状体とバインダ機能を有する高分子材料
とからなる充填材２の中に、中空セラミックス球状体３
と、この中空セラミックス球状体３を位置決めする位置
決め部材であるポリアミドの糸４とを埋設した構成から
なっている。

【００２０】中空セラミックス球状体３は図４に示すも
ので外径２Ｒ＝１０ｃｍ、肉厚ｔ＝２ｍｍの球であり、
窒化ケイ素を主成分とし、それに焼結助材とバインダと
を使用し、中空の球状に成形し、焼結したものである。

【００２１】充填材２は微小中空球状体Ｍと、バインダ
機能を有する高分子材料Ｒとからなるが、本実施例とし
ては、微小中空球状体Ｍはスコッチライトグラスバブル
ズＤ３２／４５００（住友３Ｍ社製，粒径範囲１０〜１
００μｍ，平均粒径６５μｍ，壁厚２μｍ）を使用し、
高分子材料Ｒは末端水酸基ポリブタジェンゴム（ＨＴＰ
Ｂ）を使用した。

【００２２】中空セラミックス球状体３は充填材２の中
にあって、位置決め部材であるポリアミドの糸４によっ
て間隔をおいて配設され、それら相互間は接触しないよ
うに、また充填材２の表面に露出しないように位置決め
されている。

【００２３】従って、例えば深海中で高圧力が加わった
場合においても、充填材２は緩衝材としての役割をはた
し、中空セラミックス球状体３同士は接触することがな
いので、中空セラミックス球状体３の破損が防止され
る。また、中空セラミックス球状体３のいずれもが浮力
体１の外表面に露出していないので、浮力体１の外部に
ある物体に接触した場合にも、充填材が緩衝材として働
き、中空セラミックス球状体３の破損が防止される。

【００２４】次に浮力体１の注型方法について説明す
る。

【００２５】図５は浮力体１を成形する型５であって、
該型５は底板５ａと四側壁を形成する立壁５ｂ…とから
なり、それぞれの立壁には上部孔６ａ，…と下部孔６
ｂ，…とが複数個取付けられており、この上部孔６ａ，
下部孔６ｂにより、中空セラミックス球状体３を位置決
めするためのポリアミドの糸の各端部を係止するように
なっている。また、底板５ａと立壁５ｂ１〜５ｂ４の内
壁面にはテフロンコーティングを施し、注型後の離型性
をよくしてある。

【００２６】この型５の内法寸法は高さＨ＝１５ｃｍ，
幅Ｗ＝３０ｃｍ，長さＬ＝６０ｃｍである。

【００２７】まず、スコッチライトグラスバブルズＤ３
２／４５００と末端水酸基ポリブタジェンゴム（ＨＴＰ
Ｂ）とを混合した液体状態の充填材２を、空間部に高さ
の半分になるまで注入する。次に、ポリアミドの糸４を
縦，横方向に下部孔６ｂに通して張設する。その後、外
径２Ｒ＝１０ｃｍ、肉厚ｔ＝２ｍｍの中空セラミックス
球状体３を１１個相互に接触しないようにかつ均等な間
隔を保つように配置する。

【００２８】次に位置決め部材であるポリアミドの糸４
を縦，横方向に上部孔６ａに通して張設し、中空セラミ
ックス球状体３を位置決めし、しかる後に、再び充填材
２を注入する。この状態で、常温で１〜２日間放置し固
化させる。そして固化後、型５から浮力体１を取り出
す。

【００２９】このような手順により成形された浮力体１
の比重を測定してみたところ、この比重は０．４９であ
った。

【００３０】

【比較例】一方、比較のため、スコッチライトグラスバ
ブルズＤ３２／４５００と末端水酸基ポリブタジェンゴ
ム（ＨＴＰＢ）とを混合した充填材のみを注型して、実
施例と同様の大きさの高さＨ＝１５ｃｍ，幅Ｗ＝３０ｃ
ｍ，長さＬ＝６０ｃｍの直方体の浮力体を作成して比重
を測定してみたところ、この比重は０．５５であった。

【００３１】この結果、本実施例の中空セラミックス球
状体を１１個埋設した浮力体は、前記比較例に比べ約１
１．０％比重を小さくすることができた。

【００３２】なお、上記実施例では中空セラミックス球
状体１１個を１段に並べたが、複数個、複数段にするこ
とはもとより、浮力体の形状も直方体に限らず、例え
ば、搭載する深海艇などの形状に合わせた任意の形状に
形成できることは当然である。

【００３３】また、上記実施例では中空セラミックス球
状体の位置決め部材として、ポリアミドの糸を格子状に
張設したものを使用したが、位置決め部材を使用せずと
も中空セラミックス球状体が相互に接触しない状態に保
持して固化することもでき、また糸の材質は、例えばグ
ラスファイバやステンレス鋼細線等を用いてもよく、要
は確実に中空セラミックス球状体を位置決めできればよ
い。

【００３４】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係わ
る浮力体は、比重の小さい中空セラミックス球状体を充
填材の中に埋設することにより、さらに浮力の大きな浮
力体とすることができ、また、中空セラミックス球状体
の相互間には軽量で耐圧力のある微小中空球状体と、バ
インダ機能を有する高分子材料からなる充填材が充填さ
れているので、中空セラミックス球状体を結合するとと
もに緩衝材としての働きもするので耐圧性にも優れ、耐
久性のあるものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる浮力体の一実施例を示す部分破
断平面図である。

【図２】図１に示す浮力体の側面図である。

【図３】図１に示す浮力体の正面図である。

【図４】本発明の浮力体で用いる中空セラミックス球状
体の正面図である。

【図５】浮力体を注型する型の斜視図である。

【符号の説明】

１浮力体２充填材３中空セラミックス球状体４ポリアミドの糸（位置決め部材）５型Ｍ微小中空球状体Ｒゴム（高分子材料）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微小中空球状体とバインダ機能を有する
高分子材料からなる充填材中に、中空セラミックス球状
体を相互に間を隔てて埋設してなることを特徴とする浮
力体。
【請求項２】相互に間を隔てて埋設された中空セラミ
ックス球状体を位置決めする位置決め部材を備えたこと
を特徴とする請求項１記載の浮力体。
【請求項３】微小中空球状体の外径は１０〜２５０μ
ｍであり、中空セラミックス球状体の外径は５〜１５ｃ
ｍであることを特徴とする請求項１あるいは請求項２記
載の浮力体。
【請求項４】中空セラミックス球状体の材質は窒化ケ
イ素を主体としたことを特徴とする請求項１ないし請求
項３のいずれかに記載の浮力体。