JP2012184779A - 振動減衰体及び振動減衰配管 - Google Patents

Abstract

【課題】配管に取付けられた制振具の重量より、制振具が取付けられている部位の配管の重量が十分に重い場合は、制振具の振動速度分の衝突や摺動によるエネルギー吸収しか期待できず、十分な減衰効果が得られない従来の課題を解決し、振動減衰体の重量が軽量であっても、配管の振動を効果的に減衰することができる振動減衰体を提供することを目的とする。
【解決手段】複数の素線１１、１２と、複数の素線１１、１２が互いに接触する接触部２０と、複数の素線１１、１２が互いに離間した間隙部２１と、を有し、接触部２０と間隙部２１とが交互に配置された。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラントや給湯機、エアコン等の配管に取付け、その配管の振動を減衰する振動減衰体に関する。

従来、プラントや給湯機やエアコン等の配管の振動を減衰するためには、ブチルゴムなどの粘弾性を有する素材を用いた減衰材を取付けることが公知である。この粘弾性素材を用いた減衰材は、常温では高い振動減衰性能を有する。このため、配管が振動した場合、減衰材が振動し、内部でせん断変形することで、振動エネルギーを熱に変換し、振動を低減することが可能である。

しかしながら、配管の温度が零下となる場合や、高温となる場合ではその減衰性能が低下するだけではなく、変形して外れてしまう可能性があるため使用することができない。また、配管の外周前面に対して設置した場合、多大な労力が必要となるだけでなく、重量増加による配管強度など追加コストが必要となる問題があった。そのため、これに対し、特許文献１の制振構造が提案されている。

特許文献１の制振構造は、管の表面にらせん状に巻き付けられ得る線状体に対し、挿通孔（通し穴）のある複数の粒子を数珠状に通している制振具を用い、管の表面に線状体をらせん状に巻き付けるとともに、間隔保持手段によりその線状体を、巻付けピッチ（またはリード）の変化がないように保つように、この制振具を管の表面上にらせん状に巻き付けていた。

特開２００４−２０４８６１号公報（００１６段、００２６段、図１）

特許文献１の制振構造は、粒子が配管（管）の表面に接触し、かつ配管に対して相対変位し得るように行うものである。配管が振動した場合、その表面（外面または内面）に巻かれた制振具と振動する配管の間で微小な衝突や摺動が発生し、振動エネルギーを熱エネルギーの変換することで振動を低減するとしているものの、取付けられた制振具の重量より、制振具が取付けられている部位の配管の重量が十分に重い場合は、制振具の振動速度分の衝突や摺動によるエネルギー吸収しか期待できない。

通常、取付けられた制振具の重量より、制振具が取付けられている部位の配管の重量が十分に重いと考えられる。特許文献１の実験では、配管の重量は４．６ｋｇであり、制振具の重量は０．７ｋｇ〜１．３ｋｇであった。このような場合、制振具の振動速度と比較して配管の振動速度が十分に小さくなるため、制振具と配管間の相対的な速度は、ほぼ制振具の振動速度と一致する。そのため、制振具の振動速度分の衝突や摺動によるエネルギー吸収しか期待できない。

特許文献１の制振構造において、より高い減衰効果を得るためには、制振具の取り付け量を増加させる必要がある。しかしながら、制振具と配管の重さが近い場合には、重量の大幅な増加や取付け作業が困難になり、作業人数の増加や作業時間の増加する問題があっ
た。また、制振具の衝突により、管に損傷を与える可能性が生じる問題があった。これらの問題は、衝突や摺動が発生する場所が、制振具と配管間のみであることに起因して、制振具の取り付け量を増加させる必要があったからである。

本発明は、振動減衰体の重量が軽量であっても、配管の振動を効果的に減衰することができる振動減衰体を提供することを目的とする。

本発明に係る振動減衰体は、複数の素線と、複数の素線が互いに接触する接触部と、複数の素線が互いに離間した間隙部と、を有し、接触部と間隙部とが交互に配置されたものである。

本発明によれば、接触部と間隙部を有するので、配管が振動した場合、配管の振動を減衰する振動減衰体と配管との間での振動減衰に加えて、振動減衰体内での振動減衰が行われ、これにより重量が軽量でありながら、配管の振動を効果的に減衰することができる。

本発明の実施の形態１による振動減衰体を示す図である。 図１の振動減衰体を配管へ取付けた振動減衰配管を示す図である。 図１の振動減衰体の作用を説明する図である。 本発明の実施の形態１による振動減衰体と比較例における試験条件及び結果を示す図である。 本発明の実施の形態１による振動減衰体と比較例における振動伝達特性を示す図である。 本発明の実施の形態２による振動減衰体を示す図である。 本発明の実施の形態３による振動減衰体を示す図である。 本発明の実施の形態４による振動減衰体を示す図である。 本発明の実施の形態５による振動減衰体を示す図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による振動減衰体を示す図である。図１（ａ）は横方向から見た図であり、図１（ｂ）はＡ−Ａにおける断面図であり、図１（ｃ）はＢ−Ｂにおける断面図である。図２は本発明の実施の形態１による振動減衰体を配管へ取付けた状態の図であり、振動減衰配管を示す図である。振動減衰体１は、少なくとも２本の素線１１、素線１２を縒ったものであり、素線１１と素線１２とが接触する接触部２０と、素線１１と素線１２とが接触しないように（離間するように）間隙を設けた間隙部２１を有するものである。図１に示した振動減衰体１は、２本の素線１１、１２を互いに縒り合わせて、接触部２０と間隙部２１とが交互に配置するようにした例である。図１（ｂ）のＡ−Ａ断面図は接触部２０の断面を示し、図１（ｃ）のＢ−Ｂ断面図は間隙部２１を示している。図１（ｃ）において素線１１と素線１２との間隙長はｂである。振動減衰配管２は、配管３に振動減衰体１を取付けたものである。

図３を用いて振動減衰体１の作用を説明する。図３は、本発明の実施の形態１による振動減衰体の作用を説明する図である。図３（ａ）は素線の動きを説明する側面図であり、図３（ｂ）は素線間における摺動を説明するＣ−Ｃ断面図であり、図３（ｃ）は素線間における衝突を説明するＤ−Ｄ断面図である。図３（ａ）に示すように、配管３が振動した場合、配管３に巻きつけられた振動減衰部体１全体や振動減衰部体１を構成する素線１１（１２）が接触部２２において配管表面３１に衝突したり、振動減衰部体１全体や素線１
１（１２）が配管表面３１を摺動したりする。また、これに加えて、振動減衰部体１を構成する素線１１や素線１２も振動する。例えば、図３（ａ）に示すように、素線１１が点線で示した素線１１１で示す位置まで振動した場合、図３（ｂ）に示すように、素線１１が素線１２に対して摺動し素線１１１の位置まで移動する、すなわち、Ｃ−Ｃ断面では矢印に示すように素線１１と素線１２の間で摺動する。図３（ｃ）に示すように、素線１１が素線１２に対して素線１１１の位置まで移動し衝突する、すなわち、Ｄ−Ｄ断面では矢印に示すように素線１１と素線１２の間で衝突及び跳ね返りが起こる。

以上のように、本発明の実施の形態１による振動減衰体１によれば、配管３が振動した場合、振動減衰部体１と配管３との間で摺動や衝突が起こることにより、振動エネルギーを熱エネルギーに変換することで振動を減衰するだけでなく、振動減衰部体１を構成する素線１１と素線１２との間でも摺動と衝突が発生するため、振動減衰部体１と配管３間、及び素線１１と素線１２間において振動エネルギーを熱エネルギーに変換することで振動を減衰するので、高い振動減衰効果を得ることが可能である。

この素線間での摺動と衝突の効果を確認するため、配管３の制振仕様を変更して振動減衰効果を計測した。配管３には空調機の冷媒用銅配管を使用し、素線にははんだを用いた。素線を取付ける配管部位・配管長は一定とした。また、配管制振仕様間で素線は同一径とした。実施例及び比較例の試験条件及び試験結果を図４に示す。図４は本発明の実施の形態１による振動減衰体と比較例における試験条件及び結果を示す図である。図５は本発明の実施の形態１による振動減衰体と比較例における配管の振動加速度の周波数応答関数を示す図である。比較例１は、素線を巻いていない配管のみの場合である。比較例２は、素線長比が１であり、素線数は１である。比較例３の素線長比が２であり、すなわち、比較例３の素線長は比較例２の素線長の２倍であり、比較例３の素線数は１である。つまり、比較例３の素線の巻き数は比較例２の約２倍であり、比較例３の付加重量（素線の重量）は比較例２の付加重量（１．３ｋｇ）の倍である２．６ｋｇとなっている。なお、素線長比は、基準となる素線長との比である。実施例１の素線長比は１であり、実施例１の素線数は２である。実施例１は、比較例２で使用したものと同じ長さの素線を２本縒ったものである。そのため、実施例１の付加重量は、比較例３と同じ重量となっている。

図５は、本発明の実施の形態１による振動減衰体と比較例における振動伝達特性を示す図である。横軸は配管を加振する加振力の周波数であり、縦軸は加振力に対する配管の振動加速度（振動伝達特性）である。特性４１は比較例１の振動伝達特性であり、特性４２は比較例２の振動伝達特性であり、特性４３は比較例３の振動伝達特性である。特性４４は、実施例１の振動伝達特性である。

配管制振仕様ごとの振動伝達特性を説明する。図４および図５に示すように、比較例１、すなわち、基準となる配管のみの場合、振動伝達特性のピーク値は５２．５（ｍ／ｓ^２）／Ｎである。これに対して、比較例２、すなわち、素線１．３ｇを配管に取付けた場合は、振動伝達特性のピーク値が４２．８（ｍ／ｓ^２）／Ｎまで低下した。また、比較例３、すなわち、素線２．６ｇを配管に取付けた場合は、振動伝達特性のピーク値が３８．７（ｍ／ｓ^２）／Ｎまで低下した。ここで、振動伝達特性のピーク値の減少量を振動減衰量とする。比較例２の振動減衰量は、９．７（５２．５−４２．８）（ｍ／ｓ^２）／Ｎであり、比較例３の振動減衰量は、１３．８（５２．５−３８．７）（ｍ／ｓ^２）／Ｎである。比較例２と比較例３を比較すると、比較例３の振動減衰量の方が、比較例２の振動減衰量より大きいことが分かる。これの要因として、比較例３の巻き数および重量が、比較例２より大きいことが挙げられる。

これに対して、実施例１の振動減衰量は、２９．９（５２．５−２２．６）（ｍ／ｓ^２）／Ｎであり、比較例２及び比較例３よりも少なくなっている。実施例１の振動減衰量は、比較例３の振動減衰量より大きい。実施例１は、比較例３と同一の重量であるが、比較例３とは巻き数及び巻き数が異なる。実施例１の振動減衰量が、比較例３の振動減衰量よりも少なくなっているのは、配管に付加する付加重量ではない、振動減衰体の構造の違いである。比較例２は、比較例１に比べて配管への巻き数を増加することで、配管と振動減衰体となる１本の素線との間の摺動や衝突も増加する。実施例１の配管への巻き数は、比較例１と同じであり、すなわち比較例３の１／２である。

ここで、振動減衰量の主要因を理解するために、単純化して考える。振動減衰量は、主として、配管と振動減衰体との間の摺動や衝突による振動エネルギーの消散による減衰量１と、振動減衰体を構成する素線間の摺動や衝突による振動エネルギーの消散による減衰量２とからなっている。振動減衰量の成分を、減衰量１と減衰量２のみからなるとし、減衰量１をｘとし、減衰量２をｙとする。比較例３は、実施例１と比べて、素線長比が２倍あり、素線間の摺動や衝突は発生しないので、数式（１）のように表すことができる。実施例１は、比較例１と比べて、素線長比が１／２倍あり、素線間の摺動や衝突が発生するので、数式（２）のように表すことができる。
２×ｘ＋０×ｙ＝１３．８ ・・・（１）
１×ｘ＋１×ｙ＝２９．９ ・・・（２）
上記（１）式及び（２）式を計算すると、ｘ＝６．９、ｙ＝２３．０を得る。

上記の計算結果より、配管と振動減衰体との間の摺動や衝突による振動エネルギーの消散（減衰量１による消散）よりも、振動減衰体を構成する素線間での摺動や衝突による振動エネルギーの消散（減衰量２による消散）の方が効果的であることが分かる。また、振動減衰体を構成する素線間の摺動や衝突による振動エネルギーの消散による減衰量２は、配管と振動減衰体との間の摺動や衝突による振動エネルギーの消散による減衰量１よりも３倍程度の大きさであるとの実験結果であり、減衰量２による減衰効果は減衰量１による減衰効果よりも少なくとも２倍の効果はあると考えられる。

したがって、実施の形態１の振動減衰体１は、配管と振動減衰体との間の摺動や衝突による振動エネルギーの消散による減衰量１による減衰効果と、減衰量１よりも大きな減衰量、すなわち、振動減衰体を構成する素線間の摺動や衝突による振動エネルギーの消散による減衰量２による減衰効果を発揮するので、比較例２や比較例３よりも配管の振動を効果的に減衰することができる。

本試験では素線の材質にはんだを用いたが、先の課題に記載したとおり、素線の材料は取り付ける配管の使用温度や環境で著しく特性が悪化しない材料を用いるのが望ましいことから、使用温度や環境に応じて材料を変えてもよい。

以上のように、実施の形態１の振動減衰体１は、複数の素線１１、１２と、複数の素線１１、１２が互いに接触する接触部２０と、複数の素線１１、１２が互いに離間した間隙部２１と、を有し、接触部２０と間隙部２１とが交互に配置されたので、配管が振動した場合、配管の振動を減衰する振動減衰体と配管との間での振動減衰に加えて、振動減衰体内での振動減衰が行われ、これにより重量が軽量でありながら、配管の振動を効果的に減衰することができる。

また、実施の形態１の振動減衰配管２は、配管３と、配管３に接触するように配置された振動減衰体１と、を備え、振動減衰体１は、複数の素線１１、１２と、複数の素線１１、１２が互いに接触する接触部２０と、複数の素線１１、１２が互いに離間した間隙部２１と、を有し、接触部２０と間隙部２１とが交互に配置されたので、配管が振動した場合、配管の振動を減衰する振動減衰体と配管との間での振動減衰に加えて、振動減衰体内での振動減衰が行われ、これにより振動減衰配管の重量が軽量でありながら、配管の振動を効果的に減衰することができる。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２による振動減衰体を示す図である。図６に示すように、実施の形態２による振動減衰体１（１ｂ）は、素線１１（１１ｂ）と素線１２（１２ｂ）との間の間隙長ｂを調整し、複数の間隙長ｂを有するようにしたものである。図６の例では、複数の間隙長ｂを有する基本区間Ｓが周期Ｐで、周期的に繰り返す構成になっている。基本区間Ｓは、６つの小区間ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４、ｓ５、ｓ６を有している。小区間の境界部は、素線１１（１１ｂ）と素線１２（１２ｂ）とが接触する接触部である。小区間の中央部は、素線１１（１１ｂ）と素線１２（１２ｂ）とが接触しないように間隙を設けた間隙部である。なお、基本区間Ｓにおいて、その小区間の間隙長ｂが全て異なる場合であっても、その小区間の間隙長ｂが同じものがある場合であっても構わない。

実施の形態２の振動減衰体１（１ｂ）によれば、振動減衰体１（１ｂ）の局所的な部位（小区間）ごとの剛性に差異が生じるため、部位ごとに素線が振動しやすい周波数が変化する。すなわち、振動伝達特性において、剛性に対応したピーク周波数を有する特性が複数重なり合ったものにすることができ、広い周波数範囲で小さな振動伝達特性値（大きな振動減衰となる振動伝達特性値）を得ることができる。そのため、配管３の振動に周波数分布を有する場合にも、効果的に配管３の振動を減衰することが可能である。

実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３による振動減衰体を示す図である。図７（ａ）は振動減衰体１（１ｃ）を横方向から見た図であり、図７（ｂ）はＥ−Ｅにおける断面において振動減衰体１（１ｃ）の作用を説明する図である。図７に示すように、素線１１（１１ｃ）の径は、素線１２（１２ｃ）の径より小さくしている。

実施の形態３の振動減衰体１（１ｃ）によれば、素線ごとに質量や剛性の違うため、図７（ｂ）に示すように、径の大きな素線１２（１２ｃ）と径の小さな素線１１（１１ｃ）で振動レベルが異なる。素線１２（１２ｃ）は、素線１２（１２ｃ）の中心線１５を中心に振動する。図７（ｂ）において、断面１８は素線１２（１２ｃ）が最も上側に移動した場合の断面であり、断面１９は素線１２（１２ｃ）が最も下側に移動した場合の断面である。移動範囲Ｌ１は、断面１８における最上点と断面１９における最下点との距離である。

素線１１（１１ｃ）は、素線１１（１１ｃ）の中心線１４を中心に振動する。図７（ｂ）において、断面１６は素線１１（１１ｃ）が最も上側に移動した場合の断面であり、断面１７は素線１１（１１ｃ）が最も下側に移動した場合の断面である。移動範囲Ｌ２は、断面１６における最上点と断面１７における最下点との距離である。

実施の形態３の振動減衰体１（１ｃ）によれば、素線ごとに振動レベルが異なり、これによって素線が振動した際に、実施の形態１や実施の形態２に比べて素線間の摺動や衝突が発生しやすくなり、実施の形態１や実施の形態２よりも効率的に配管３の振動を減衰することが可能である。

なお、素線ごとに振動レベルを変化させるために、素線ごとの径が異なる例で説明したが、これに限ることはなく、例えば素線ごとの材質を変化させてもよい。このような構成であっても、素線ごとの質量や剛性の違いから素線ごとに振動レベルが異なり、これによって素線が振動した際に、実施の形態１や実施の形態２に比べて素線間の摺動や衝突が発生しやすくなるため、実施の形態１や実施の形態２よりも効率的に配管３の振動を減衰することが可能である。

実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４による振動減衰体を示す図である。図８に示した振動減衰体１（１ｄ）は、３本の素線１１（１１ｄ）、１２（１２ｄ）、１３を互いに縒り合わせて、接触部２０と間隙部２１とが交互に配置するようにした例である。図８（ａ）は振動減衰体１（１ｄ）を横方向から見た図であり、図８（ｂ）はＦ−Ｆにおける断面図である。実施の形態４による振動減衰体１（１ｄ）は、実施の形態１の振動減衰体１（ａ）とは、素線１３がさらに追加され、素線が３本である点で異なる。振動減衰体１（１ｄ）は、図８に示すように、素線１１（１１ｄ）と素線１２（１２ｄ）と素線１３の３本の素線を有する。

実施の形態４による振動減衰体１（１ｄ）によれば、素線の数が増加したことにより、実施の形態１と比べて素線間の衝突の回数が増加するため、実施の形態１よりも効果的に配管３の振動を低減することが可能である。

実施の形態５
図９は本発明の実施の形態５の振動減衰体を示す図である。図９に示すように、実施の形態５の振動減衰体１（１ｅ）は、２本の素線１１（１１ｅ）及び素線１２（１２ｅ）を縒り合わせた基本振動減衰体が、配管３が振動する際に、互いに接触可能に隣接して配置したものである。図９の例では４つの基本振動減衰体ｇ１、ｇ２、ｇ３、ｇ４がある。基本振動減衰体ｇ１と基本振動減衰体ｇ２が隣接し、基本振動減衰体ｇ２と基本振動減衰体ｇ３が隣接し、基本振動減衰体ｇ３と基本振動減衰体ｇ４が隣接するように配置している。

実施の形態５による振動減衰体１（１ｅ）は、基本振動減衰体を構成する２本の素線間の接触部２０と間隙部２１（図１参照）以外に、基本振動減衰体間において接触部を増やすことができる。すなわち、振動減衰体１（１ｅ）が振動する際に、基本振動減衰体ｇ１と基本振動減衰体ｇ２が接触したり、基本振動減衰体ｇ２と基本振動減衰体ｇ３が接触したり、基本振動減衰体ｇ３と基本振動減衰体ｇ４が接触したりする。したがって、実施の形態５の振動減衰体１（１ｅ）は、実施の形態１に比べて、素線間の接触部を多数有する。したがって、実施の形態５の振動減衰体１（１ｅ）は、実施の形態１に比べて、多数の素線間の接触部を有するので、実施の形態１よりも単位時間当たりの素線間の衝突の回数を増加させることができる。

実施の形態５による振動減衰体１（１ｅ）によれば、多数の素線間の接触部を有し、単位時間当たりの素線間の衝突の回数が増加するので、実施の形態１よりも効果的に配管３の振動を低減することが可能である。

なお、２本の素線１１（１１ｅ）及び素線１２（１２ｅ）を縒り合わせた基本振動減衰体が隣接するように配置した例で説明したが、これに限ることはなく、例えば、配管表面３１に対して上側に素線を折り曲げて、上側に重ねて取付けてもよい。また、素線間の接触部を増やし、結果として衝突の回数を増加させるために、複数回巻いて取付けてもよい。すなわち、配管表面３１に対して上側に基本振動減衰体を複数段配置し（基本振動減衰体層を構成し）、これらを配管３の周方向に複数の基本振動減衰体を隣接させてもよいし、配管３の周方向に複数の基本振動減衰体を隣接させて配置した基本振動減衰体層を、配管表面３１に対して上側に複数重ねて配置してもよい。

なお、実施の形態１乃至５における内容は、矛盾しない範囲で組み合わせて適用することができる。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ…振動減衰体、２…振動減衰配管、３…配管、１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ…素線、１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ…素線、１３…素線、２０…接触部、２１…間隙部、Ｓ…基本区間、ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４、ｓ５、ｓ６…小区間、ｇ１、ｇ２、ｇ３、ｇ４…基本振動減衰体。

Claims (8)

1. 配管に接触するように配置され、前記配管の振動を減衰する振動減衰体であって、
   複数の素線と、前記複数の素線が互いに接触する接触部と、前記複数の素線が互いに離間した間隙部と、を有し、
   前記接触部と前記間隙部とが交互に配置されたことを特徴とする振動減衰体。
2. 前記複数の素線は互いに縒り合わせられたことを特徴とする請求項１記載の振動減衰体。
3. 複数の前記接触部及び複数の前記間隙部からなる基本区間を有し、
   前記基本区間は周期的に配置されたことを特徴とする請求項１または２に記載の振動減衰体。
4. 前記基本区間は、隣接する２つの前記接触部の間で区切られた小区間を複数有し、
   前記小区間は前記間隙部を有し、
   前記基本区間は、間隙長の異なる前記間隙部を含むことを特徴とする請求項３記載の振動減衰体。
5. 前記複数の素線は、径の異なる素線を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動減衰体。
6. 前記複数の素線は、材質の異なる素線を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の振動減衰体。
7. 複数の前記接触部及び複数の前記間隙部からなる基本振動減衰体を複数有し、
   前記基本振動減衰体は、前記配管が振動する際に、互いに接触可能に隣接して配置されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動減衰体。
8. 配管と、前記配管に接触するように配置された振動減衰体と、を備え、
   前記振動減衰体は請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動減衰体であることを特徴とする振動減衰配管。

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