JPS6099792A - 耐圧性浮力材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、主として深海、深水中（以后すべて深海と
称する。）で用いられる耐圧性浮力材に関する。

近年潜水艇による深海の調査や、学術調査のため、観測
機器を海中に送シ、これを回収する等の技術開発が行わ
れつ＼ある。こｎらのためには、海中、とくに深海にお
いての使用に耐える削正性浮力材が必要である。

従来、深海で浮力を得るための耐圧性浮力拐としては、
プラスチックス中空球、ガラス中空球、シンタクチック
フオーム（ガラス等の中空球と熱硬化性プラスチックス
とからｈる複合材料）等が使用されている。調査の対象
の水深は３０００〜６０００ｍが多く、特別な場合は１
００００ｍにもおよび、浮力材は、その水圧３００〜１
０００気圧に耐え、しかも、低比重であるほど良い。

プラスチックス中空球としては商品名サイコラックフロ
ート（宇部樹脂加工株式会社製）として市販されている
ＡＢＳ樹脂製の成型品がある。

この中空球は外径５６０ｔｖｎ、自重１０．０５　Ｋ？
　、比重０．４１であり、ＡＢＳ樹脂の圧縮強度は４８
０Ｋｐｃｒｌと小さいので、使用水深は１５００ｍまで
である。

ガラス中空球の浮力材も使用されているが、このものの
最大の欠点は傷によシ圧潰強度が著しく低下することで
ある。このことはガラスを切断する際に、ガラス切りで
目に見えぬほどの傷を付けるととにより、非常に小さに
力で容易に行えることから理解できる。ガラス球は均一
々厚さの中空球を一体で製造することが困難な、ことか
ら、まず半球に成型し、次に半球を二つ合わせて球にす
るので合わせ目を精度良く仕上げなければなら力い。・
／このようにして製造されたガラス中空球としてはＵＳ
Ａ　ＢＥＮＴＨＯ８Ｉｎｃ、より外径４３．２の、自重
１７．７　Ｋグ、比重０．４２、使用水深６０００ｍの
ものが市販されている。この球は、外周をゴムの薄い輪
で固定さ１１、更にその外周はプラスチックスのカバー
で保護さｎ、て“いる。

近年、潜水艇の開発が進められ、使用深度２０００ｍの
［しんかい２０００Ｊが海洋科学技術センターの手で建
造され、運航されていることは公知の事である。更に深
い潜水能力を持つ潜水艇が望まれている。潜水艇には浮
力材として通常シンタクチックフオームが使用されてい
る。シンタクチックフオームは、微小中空ガラス球（例
えば、ＵＳＡ、５Ｍ社製グラスバブルスＤ−３２／４５
００、Ａ−１６１５００等）に、エポキシ樹脂、又は、
不飽和ポリエステル樹脂を、真空中で含浸させるか、又
はグラスバプルスと樹脂とを混合後、真空脱泡して、鋳
型に注入し、硬化させ成型することにより製造される。

シンタクチックフオームとしては、例えばＵＳＡＸ　５
Ｍ社製の比重０．６７で水圧圧潰強度１１９０に帽のも
のがある。

シソタクチックフオームは、鋳型に注入し成現硬化する
ので、プラスチックスの中空球や、ガラス球等よりも、
多様な形状が得られる。したがって、複雑な形状の浮力
材を使う潜水艇に利用するのに有利である。

海洋科学技術センター研究発表会（昭和５７年１１月２
４日）で発表さ几た最近のシソタクチックフオームの性
能を第１表に示す。

第１表 シンタクチックフオームの低比重、高強度化を実現する
ためには、 （１）微小中空ガラス球の低比重、高強度のものを使用
する。

（２）　微小中空ガラス球の充てん率を向上させる１（
３）　高強度の樹脂を使用することが考えられる。

しかし、微小中空ガラス球の強度を上げると、その比重
は大きく々る。又、微小中空ガラス球の充てん率を向上
するためには、球の大きさの異ガるものを組合せて最密
充てんとしても、その充てん率には限界があシ、ＵＳＡ
、３Ｍ社の商品名グラスバブルス　Ｆ−２９πの場合、
最密充てんとした場合、体積で７５ｑ／）である。この
場合の微小中空球の比重は、０．２８である。

前記の微小中空球を１１！の容積に最密充てんし、中空
球の透き間、即ち全容積の２７％に比重１．２のポリエ
ステル樹脂を完全に充てんすると、微小中空球重量はジ
３０　Ｘ　Ｏ，２Ｂ　＝　２０４　（ｆ）、ポリエステ
ル樹脂重量は２７０　Ｘ　１．２　＝　５２４（ｆ）と
ガリ、全体で５２８２となる。即ち比重は０．５２８と
なシ、これよυも低比重化はできない。

以上プラスチックス中空体、ガラス中空体およびシンタ
クチックフオームについてのべた。

これらの浮力材は用途に応じ、単なる中空体でよい場合
と、シンタクチックフオームのように特殊な構造のもの
を特殊な形状に成型して用いる場合とがある。

本発明者は前述各浮力材より更にすぐれた浮力材を開発
するため研究の結果、中空体としてはセラミックス製の
ものが、プラスチックス製又はガラス製に比しすぐれ、
又シンタクチックフオームにセラミックス中空体を組合
せることによシ、更に浮力材としての性質が向上すると
とを知り、本発明を完成した。浮力材の具備すべき性質
としては低比重、高強度、高耐圧性であって、吸水にょ
シ浮カの減少がなく、取シ扱いが容易で安価であること
等である。

浮力材が水中で浮力１００Ｋｙを得るに必要な重量と容
積は比重にょシ次のように変化する。

即ち比重０．６の浮力材は、ｏ、６の浮力材の２９チの
重量と５４の容積で同じ浮力を得ることができる。それ
故浮力材の低比重化が、経済的にも重要であり、容積の
小さいことは、潜水艇運行時や、観測機器の回収時の海
水の抵抗の減少に有利である。

高強度がめられる理由としては、６ｏｏｏｍの深海にお
いては、６ｏｏ気圧気圧水海水比、０３＝６１８気圧、
同様に１００００ｆｆｌテは１０５０気圧に耐え、吸水
することなく、初期のｄカを維持し々ければなら々い。

又、このような高圧力下で体積が減少しない必要がある
。すなわち、ノリスチックスの様な圧縮弾性率が２×１
０２に輸程度の小さな場合は、中空球が高圧力下で収縮
して浮力が減少し浮力材としての機能を満足でき々い。

高圧縮弾性率（６，３Ｘ　１　ｏｘｙ、ｙ＊　）　のガ
ラスよりも更に圧縮弾性率の大きなセラミックスの一体
成型の中空体により比重０．４以下で圧潰強度１２００
　Ｋｉｃｄ　以上の浮力材を得ることができる知見を得
て、本発明を完成した。

即ち第１の本発明はセラミックス製中空体よりなる耐圧
性浮力材に関する。

第１の本発面の浮力材は製造が容易であり、かつ圧縮弾
性率が犬であるというプラスチックス製およびガラス製
中空体の長所を兼ね具えている。とくにセラミックスの
種類を選択することにより、９×１０３Ｋｇ／−以上、
好ましくは２　Ｘ　１０’　ｈ／−程度の圧縮弾性率も
可能であシ、大にすればする程、体積を小とするととが
できて好ましい１、 セラミックスとしては、圧縮強度の大きい磁器及び、ム
ライト、アルミナ、マグネシア、石灰、ステアタイト、
高ケイ酸、ベリリア、ジルコニア、チタニア、窒化物、
カーボランダム、ドリア磁器等の特殊磁器が好ましい。

前記の磁器製造のための原料に、必要により適宜のバイ
ンダーを加え中空体に成型后、原料に応じた温度で焼結
することによシ本発明のセラミックス製中空体よりなる
耐圧性浮力材をうろことができる。

第２の本発明は、前記第１の本発明のセラミックス製中
空体にシンタクチックフオームヲ組合せた耐圧性浮力材
であって、例えば鋳型に一個又は複数のセラミックス製
中空体を充てんし、次に中空体のすき間にシンタクチッ
クフオームを充てん硬化させ、ついで硬化物を離型さる
ことにより容易に製造される。なお本発明に用いらｎる
セラミックス製中空体はガラス中空体よりも高強度、高
圧縮弾性率であり、かつ比重が０．４５〜０．２　で、
外径が少なくとも２０ｍある中空球体が好ましい。その
理由は本発明の耐圧性浮力材の圧潰強度を従来のシンタ
クチックフオームと同程度とし、かつ比重を０．５２以
下とするためである。用いられるセラミックスは第１の
発明のセラミックスと全く同じである。又この第２の発
明において浮力材中、セラミックス中空体が占める割合
は、同一外径のものでは上限５７％、２種以上の異なる
外径のものを混ぜて使用すれば７０チまで可能である。

なお中空体は通常球体が用いられるが、球体に限るもの
ではない。

次に実施例、比較例にもとづいて本発明を説明する。

実施例１ 成分が本節粘土８０Ｍ量係１Ａｌ２Ｏ３２０重量係であ
るセラミックス素材（磁器とした場合の圧縮強度１４０
に９／”、圧縮弾性率ｑ、１ｘ　１０ｓＫｐ／ｉ、ａ　
）　’ｔｃバインダーとして水と小侶のメチルセルロー
スを加え、横断図が第１図に示さる中空球を成型し、最
高１３６０℃で焼成して外径５３０ｆｆｉ、肉厚７諭の
中空磁器球体を得た。図においてｌは磁器、コは中空部
を示す。この球体は重量５．６　Ｋｒ、比重０．５であ
シ、又水圧圧潰強度を測定したところ７５０　ＫＶ／ｃ
ｒｌで圧潰しなかった。即ち耐圧浮力材として充分な性
質を有する。この磁器の圧縮強度、圧縮弾性率は、ガラ
スの値とほぼ同じである。

このことから圧縮弾性率が９．Ｉ　Ｘ　１０”Ｋｆ／−
以上のセラミックス素材を使用した中空体は、ガラス球
より優れた浮力材といえる。

実施例２ 成分が木節粘度１６重ｆｆ：％、Ａｔ、０．８４重量％
であるアルミナ磁器用セラミックス累月（アルミナ磁器
とした場合の圧縮強度２１３Ｋｆ／ｍＡ　、圧縮弾性率
２．２　Ｘ　１０’　Ｋｆ／Ｊ　）を実施例１と同様に
成型し、最高温度１６８０℃で焼成して、外径３３０＋
ｎ＋ｎ、肉厚８叫の中空アルミナ磁器球体を得た。この
球体は重量７．２に９、比重０．５８であった。又この
中空球の水圧圧潰強度は１２００Ｋｆ／−で圧潰しなか
った。即ち耐圧性浮力材として充分な性質を有す実施例
６ 成分が本節粘土２４重量％、Ｚγ０２７６重量係である
ジルコニア磁器用セラミックス素材（ジルコニア磁器と
した場合の圧縮強度２５　［１Ｋ？／−１圧縮弾性率５
．　Ｉ　Ｘ　１０’ｈ／ｍＡ　）を実施例１と同様に成
型し、最高温度１８５０℃で焼成して、外径５５０制、
肉厚９咽の中空ジルコニア磁器中空球を得た。

この球体は重量７．５Ｋｐ、比重０．４０であった。こ
の中空球は水圧圧潰強度は１２００　Ｋｆ／ｃｎｌで圧
潰しなかった。即ち面ｊ圧性浮力材として充分な性質を
有する。

比較例１ ＵＳＡペストス社製のガラス中空球、モｆ　ル２０４０
−１３Ｖ　（外径５３０て、内径６０７調、重量７．７
Ｋｐ、比重０．４１）を実施例１と同様に水圧圧潰強度
を測定した。７１０　Ｋｆ／ｅｎｊで圧潰した。

実施例４ 実施例２と全く同様にして、同形状、同質の中空アルミ
ナ磁器球を得た。この中空球の表面にガラス切りで長さ
２ｃｒｎの直線の傷をつけ水圧６００ＫＶ／ｃｒＡで１
時間加圧し、大気圧に戻し、再び６００　Ｋｑ／−で加
圧する操作を２０回繰返したが、球に異常は認められな
かった。

比較例２ 比較例１に用いたものと全く同様のガラス中空球の表面
にガラス切りで合せ目よシ直角方向に長さ２ｃｍの直線
の傷をつけ、水圧６００　Ｋｙｉ−で１時間加圧し、大
気圧に戻し、再び昇圧したところ５８０　％／−で圧潰
した。

実施例４と比較例２とより本発明のセラミックス中空球
はガラス中空球に比し耐圧性浮力材としてすぐれている
ことが分る。

実施例５ 実施例２と全く同様のセラミックス素材を外径２００ｍ
ｍ、長さ４００Ｗｍ　で、両端が半球である中空円筒体
に、実施例１と同様に成型し、最高温度１７００℃で焼
成して、重量４．０３Ｋｇ、体積１０．０８１！の中空
アルミナ磁器円筒体の浮力材を得た。このものの水圧圧
潰強度を測定したが、１２００Ｋｖ／ｌｙ／１では圧潰
しなかった。

前述の実施例１〜５、比較例１．２はいずｎも第１の本
発明に関するものであるが、前記各側において球表面の
歪を測定し、その歪より体積減少、浮力減少をめたので
、そルらについてのべる。歪の測定は水圧圧潰強度の測
定時に、中空球の表面に、ストレインゲージ（東京測器
株式会社製）を貼り、防水用テープで保詠して水圧を変
化させて行った。

第２図に中空体が水圧をうけた場合の水圧と歪との関係
を示す。線／／、ノコ、／３．／グはそれぞれ比較例１
のガラス中空球、実施例１の中空磁器法、実施例２の中
空アルミナ磁器球、実施例６の中球ジルコニヤ磁器法を
示す。図は本発明のセラミックス中空体が公知のガラス
球体に比し著しく歪が小であることを示している。

次に第２図の水圧６００　Ｋ９／ｄにおける盃より、体
質減少を計算し、その結果を第１表に、さらに第１表の
体積減少より浮力の減少をめ、その結果を第２表に示す
。（歪１０００μは０．優長さが縮んだことを意味する
。） 第１表 注、大気圧での体積１８．８０７　Ｊ 第２表 浮力（１）は大気圧での浮力 浮力（２）は６００気圧での浮力 浮力減少率−〔浮力（１）−浮力（２）／浮力（１））
　Ｘ　１００第２表は第１の本発明の浮力材は公知のガ
ラス中空球の浮力材に比し浮力減少の少ないことを示す
。

次に各側において圧潰強度÷比重−比強度として得た結
果を第５表として示す。

第５表 第５表は本発明のセラミックス製中空体は比較例に示さ
れるガラス中空体に比し強度が著しく犬であることを示
している。

実施例６ 外径２９．６６ｎ、重さ６．０５Ｋｒ、容Ｍ　１３．５
７　ｚ、比重０．４４６の磁器（５ｉ０２７５−５％、
Ａｌ　ｔ　０３０−０７％）の中空球を、５０　ｃｍ　
Ｘ　５０　ｃｍ　Ｘ　′５（Ｊ　ｃｍ　の鋳型に入れ、
隙間に次の組成の真空混合したシンタクチックフオーム
を流し込み硬化させてセラミックス製中空体とシンタク
チックフオームとからなる本発明の耐圧性浮力材を製造
した。次に流し込んだシンタクチックフオームの組成を
示す。

不飽和ポリエステル樹脂（日本触媒化学工業（株）製Ｇ
１５５Ｂ　）　１００重量部シランカップリング剤Ａ１
７４（日本ユニカー（株）製）０．５重量部 パーメックＮ（日本油脂（株）製）０．４重量部ナフテ
ックスコバルト（コバルト６％、日本化学産業製）０．
３重量部 グラスバプルス、Ｆ　２９ｘ　（比重０．２８　Ｘ　Ｕ
ＳＡ　。

ＡＲＭ社製）５６重量部 第５図は本実施例の方法によって製造された耐圧性浮力
材を示すもので、３はセラミックス中空球、グは硬化シ
ンタクチックフオームを示す。

この浮力材の重量は１３．０６Ｋｇ、容積は２５．９７
でｓｂ比重０．５０４であった。（シンタクチックフオ
ームのみの比重は０．５７０） この浮力材を、耐圧試験器に入几、水圧を加えて、圧潰
圧力を測定したところ１２０ＤＫｙ／ａｄ　でも圧潰し
なかった。

実施例７ 外径１０副、重さ１５７１、容積５２５ｃｃ、比重０．
５０のアルミナ磁器（ｈｔ２ｏｍ　ａ４％、水節粘土７
６％）の中空球を、５０ｃｒｎ×５０ｃｒｎ×２５ｃｒ
ｎ　の鋳型の中に、１段目は５行５列、２段目に４行４
列、３段目に１段と同じ５行５列、の合引６６個を整列
して充てん后、隙間に、実施例６と同じ組成のシンタク
チックフオーム２Ｂ／を注入して、硬化させ６２．０Ｊ
の浮力材を作った。第４図にこのようにして製造された
浮力材を示す。図においてＳはアルミナ磁器の中空球を
、乙は硬化シンタクチックフオームをそれぞれ示す。こ
の浮力材ハ総重量２６．４ＫＦ、比重０．４２６　、圧
潰強度１２５０Ｋｆ／ｃ４　テあった。アルミナ磁器の
圧縮強度は７ｍｍＸ１４ｍ＋ｎの円柱を作成して測定し
たところ２５５　Ｋｖ／−であった。

実施例８ 外径４０割、重さ６．６ｆ、容積３３．５ｃｃ、比重０
．２０のジルコニア磁器（Ｚｒ０ｖ　７６％、木節粘度
２４チ）の中空球を２０ｃｒｎ×２ｏα×１ｏｃｒｎ　
の鋳型に６６個整列して入れた。（１段目５行５列、２
段目４行４列、３段目５行５列） 次に隙間に次に示すシンタクチックフオームを１．８１
！　流し込み、硬化させて本発明の耐圧性浮力材を製造
した。外観形状は第４図と全く同じである。

シンタクチックフオーム組成 不飽和ポリエステル樹脂（日本触媒化学工業（株）製Ｇ
１５５Ｂ）　１００重量部シランカップリング剤Ａ１７
４　（日本ユニカー（株）製）０．５重量部 パーメックＮ（日本油脂（株）製）０．４重量部ナフテ
ツクスコバルト（コバルト６チ、日本化学産業部）０．
６重量部 グラスバプルスＡ　ｌ６１５００　（比重０．１６０　
）（ＵＳＡ５ＭＳ製５Ｍ８重豪邸 この浮力材は、容積３．９５１！、重量１．４２Ｋｐ、
比重ｏ、５６ｏであった。シソタクチックフオームのみ
の比重は、０．５５、圧潰強度は７２０に９／ａｄ　”
ｉｃ　、り　ツた。

実施例６．７はいずれも深さ６０００？ｌｔ級の浮力材
に関するが、従来のシンタクチックフオームの場合、比
重は０．５５〜０．５６程度であったのに比し、それぞ
ｆｌ　Ｏ，５０４，０，４２６と犬ｌ」に低下した。

又実施例８は深さ３０００ｍ級の浮力材に関するもので
あって、同様に比重は０．！１６０と低下させることが
できた。

実施例６．７．８よりセラミツλ、・中空球とシンタク
チックフオームとからなる本発明の浮力材は低比重、高
強度であシ、深海用耐圧性浮力剤としてすぐれたもので
あることが分る。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１において用られたセラミックス中空球
の断面図、第２図は比較例１、実施例１．２．３に用い
られた中空球が水圧をうけた場合の、水圧と歪との関係
を示す図、第６図、第４図はそねぞわ実施例６、実施例
７において製造された本発明のセラミックス中空体とシ
ンタクチックフオームとからなる耐圧性浮力材の斜視図
を示す。図中、／・・・磁器、コ・・・中空部、３・・
・セラミックス中空球、ダ・・・硬化シンタクチックフ
オーム、Ｓ・・・アルミナ磁器中空球、６・・・硬化シ
ンタクチックフオーム 特許出願人　日本油脂株式会社 特許出願人　日油技研工業株式会社 ゛） 第１図 第４図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　セラミックス製中空体よりなる耐圧性浮力材。
2. （２）中空体全４１１＋成するセラミックスの圧縮弾性
   率がすくなくとも９　Ｘ　１Ｑ３ＫｉＪである特許請求
   の範囲第１項記載の耐圧性浮力制。
3. （３）　セラミックス製中空体とシンタクチックフオー
   ムとからなる耐圧性浮力制。
4. （４）　セラミックス製中空体は直径２０ｍｍ以上、比
   重が０．２〜０．４５　である特許請求の範囲第５項記
   載の４圧性浮力材。