JP5118224B2 - スプリンクラヘッド - Google Patents

Description

本発明は火災を消火するスプリンクラヘッドに関するものである。

スプリンクラヘッドは、放水口を塞ぐ弁体と、弁体を支持する感熱分解部とを備えている。感熱分解部は、火災時の熱によって分解する機構で、この感熱分解部には感熱体として半田が使用されている。この半田が受熱して溶融することで、感熱分解部は分解する。

低い融点を持つ半田はＳｎ、Ｐｂ、Ｉｎ、Ｃｄ等を合金にしたもので、これらの配合比率によって所定の溶融温度、例えば７２度、１０４度を得るようにしてある。

特開平５−１７６２０７号公報

近年、環境保護が叫ばれているが、スプリンクラヘッドで使用される半田には、Ｐｂ、Ｉｎ、Ｃｄといった環境にあまり相応しくない物質が使用されている。また半田を使用したスプリンクラヘッドは耐腐食性が良くないため、駐車場などの腐食雰囲気下では、感熱体としてグラスバルブを使用したスプリンクラヘッドが設置されるようになっている。

そこで本発明は、環境に適しており、また耐腐食性が良く取付場所を限定されないスプリンクラヘッドを得ることを目的とする。

放水口を塞ぐ弁体と、該弁体を支持する、シリンダ及びピストンからなる感熱分解部と、該シリンダ内に収容され、ピストンによって押圧される感熱体とを備えたスプリンクラヘッドにおいて、感熱体として使用される、６０〜１５０度の温度範囲のなかに融点を持つ有機化合物を設け、該有機化合物は水に難溶性を有すると共に、ピストンに押圧されて加えられる組立荷重に対する経時変化量が半田と比較して３０％以内の値を有するものであり、かつ、有機化合物は、フタル酸ジシクロヘキシル、パルミチン酸、Ｐ−ヒドロキシ安息香酸ブチル、β−メトキシナフタリン、Ｐ−ヒドロキシ安息香酸イソブチル、アセト酢酸アニリド、Ｐ−ヒドロキシ安息香酸プロピル、アセトアニリド、Ｐ−ヒドロキシ安息香酸エチル、無水コハク酸、Ｐ−ヒドロキシ安息香酸メチル、から選ばれることを特徴とするものである。

本発明においては感熱体として半田の代わりに有機化合物を使用したので次のような効果がある。
（１）Ｐｂ、Ｃｄなどの金属を使用しないので、環境面に配慮したスプリンクラヘッドを得ることができる。
（２）耐腐食性に優れているので、駐車場、化学実験室、厨房などの腐食性のガスが発生しうる場所にも設置可能である。
（３）形状を自由に変更できるので、シリンダの形状が異なっても、それに対応しやすい。

このほか、効果を羅列すれば次のａ〜ｆに示す通りである。

ａ．環境に優しい材質表２に示すように、安息香酸系の有機化合物は一般には食品類等の防腐剤として使用されている。換言すれば、食品類に混入して使用されており、万一を考慮しても危険率の少ない物質と見なされ、たとえ一般の廃棄物として廃棄されても環境に与える影響を少なくできる。

ｂ．融点の精度が高い従来の半田の作動温度が融点の表示温度の±３％以内であるのに対して、安息香酸系の有機化合物では０．７％以内で作動する（表２参照）。

ｃ．材料費が安価一般に、安息香酸系のような有機化合物の材料費は金属材料に比較して極めて安く、例えば１ｇ当たり１０円程度である。実施の形態２で構成される安息香酸系の感熱体はほぼ０．１ｇであり、その材料費は高々１円程度になり全材料費に対して感熱体（ペレット）の占める材料費が著しく少ないことが類推できる。

ｄ．経年変化が少ない安息香酸系等の有機化合物は単一物質なため、物理的・化学的な構造の変化が少ない（［表２］参照）。

ｅ．耐腐食性Ｓｎ、Ｐｂ、Ｉｎ、Ｃｄ等を合金にした従来の半田のように腐食することがなく、腐食性ガスの環境下でも殆ど腐食現象がみられない。

ｆ．形状が自由に変更できる。感熱体として用いた従来の半田を安息香酸系等の有機化合物に代えるだけでなく、スプリンクラヘッドそのものを有機化合物で構成することが可能になる。したがって、従来のような複数の金属からなる感熱分解部のような複雑なリンク機構がなくなり、組立荷重も不必要なスプリンクラヘッドが実現できる。

図１は本発明のスプリンクラヘッドの縦断面図である。 図２（ａ）はフレームの正面図、図２（ｂ）はフレームの底面図である。 図３は感熱分解部の斜視図である。 実施の形態２の強度特性を示すグラフである。

実施の形態１
図１は本発明のスプリンクラヘッドの縦断面図、図２（ａ）はフレームの正面図、図２（ｂ）はフレームの底面図、図３は感熱分解部の斜視図である。図において、１は本体で、外周にはねじ部４が設けられ、中心部には放水口５が設けられている。そして、放水口５の下端周縁には弁座７が設けられて、銅の如き金属材料からなるパッキン２２によって上部を覆われた弁体２０により放水口５は塞がれている。

１０は有底円筒状のフレームで、内壁の上部には本体１のねじ部４に螺合されるめねじ１１が設けられ、めねじ１１の下方にはフランジ部１２が形成されている。１５は散水口で、フランジ部１２と底部１４との間に放射状かつ等間隔に形成され、周壁１３と底部１４の周縁部とに開口する。１６はフレーム１０の底面に設けた開口部である。

３０はアームガイドで、断面がほぼコ字状に形成され、弁体２０の下部をカシメて、弁体２０と一体に結合されている。３５は板状のバランサで、スプリンクラヘッドが組立てられた際、弁体２０へ加わる所定の組立荷重を感熱分解部４０のアーム４１ａ，４１ｂに均等にかけるものである。

４０は一対のアーム４１ａ，４１ｂ、アーム支持板４６、リンク押え坂５５等からなる感熱分解部で、弁体２０を支持するものである。６１は感熱板を兼ねた保護カバーである。次に図３を用いて感熱分解部４０について少し詳しく説明する。

図３において、アーム４１ａ，４１ｂはほぼ逆Ｊ字状に形成されており、第１の係止穴４４と第２の係止穴４５が設けられている。アーム支持板４６は、ほぼ四角形状に形成され、中心部に貫通穴４８を有する本体４７と、係止片４９ａ，４９ｂとからなり、アーム４１ａ，４１ｂの間に配設されて係止片４９ａ，４９ｂがアーム４１ａ，４１ｂの第１の係止穴４４に係止される。

５０は金属製のシリンダで、外壁にはつば部５１が設けられている。シリンダ５０はアーム支持板４６の貫通穴４８に挿入され、つば部５１によってアーム支持板４６上に載置される。５３はシリンダ５０内に収容された感熱体である。感熱体５３は非金属材料、例えば合成樹脂、固形ワックスで構成されている。

感熱体５３について、より詳しく説明すると、感熱体５３は、一般的な熱可塑性樹脂の融点よりも低い低融点で溶融または軟化する樹脂が好ましく、例えばその融点は６０度から１１０度近辺のものが使用される。具体的な例としては、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂、スチレン系共重合樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合樹脂などが使用可能である。

また合成樹脂を成形する際に、融点によって異なる色の着色剤を添加するようにして、融点が７２度の感熱体５３は例えば青色、融点が１０４度の感熱体５３は緑色に成形してもよい。このように、融点、つまりスプリンクラヘッドの動作温度によって、感熱体５３を異なる色に着色するようにすれば、一目でスプリンクラヘッドの動作温度の違いが確認できるので、スプリンクラヘッドを製造する上で、感熱体５３の管理や取り扱いが行いやすくなる。

５４はシリンダ５０内に摺動可能に収容され、感熱体５３を押圧する第１のピストンである。５５はリンク押え板で、中心部にねじ穴５７を有する本体５６と、その両側に突設された嵌合片５８ａ，５８ｂからなり、アーム４１ａ，４１ｂの間に配設されて嵌合片５８ａ，５８ｂがアーム４１ａ，４１ｂの第２の係止穴４５に遊嵌する。５９は一端に設けたねじ部６０がリンク押え板５５のねじ穴５７に螺入され、他端が第１のピストン５４に当接する第２のピストンである。

図１に戻って、感熱分解部４０のアーム４１ａ，４１ｂの先端部は、フレーム１０の内壁に設けたフランジ部１２に係止し、フレーム１０の螺入によりその頭部がバランサ３５によって圧下されている。この時、アーム４１ａ，４１ｂはフランジ部１２への係止部を支点として外方に開く方向（シリンダ５０から離れる方向）の回転力が寸与され、この回転力はアーム４１ａ，４１ｂに係止したアーム支持板４６により規制されている。

次にこのスプリンクラヘッドの動作について説明する。いま、火災が発生して感熱板兼保護カバー６１が加熱され、その熱及び周辺からの熱気流により感熱体５３が加熱されると、感熱体５３は軟化するため、第１のピストン５４が感熱体５３を押し潰して下方に下がる。更に、感熱体５３が溶融し始めると、溶融した感熱体５３の一部がシリンダ５０と第１のピストン５４の間に入り込み、シリンダ５０及びこれに固定されたアーム支持板４６が上昇し、両アーム４１ａ，４１ｂが、フレーム１０のフランジ部１２との係止部を支点として外方に回動する。この結果、アーム４１ａ，４１ｂの係止穴４４と、アーム支持板４６の係止片４９ａ，４９ｂとの係合が外れ、感熱分解部４０は分解する。これにより、保護カバー６１を含む感熱分解部４０及びバランサ３５は、フレーム１０の底部１４に設けた開口部１６から外部に落下する。

同時に弁体２０と一体化されたアームガイド３０は、自重と消火水の圧力によりフレーム１０の開口部１６の両端部に沿って下降し、弁体２０のフランジ部がフレーム１０の底部１４に着座し、開口部１６を閉塞する。これにより、放水口５が開口され、消火水はフレーム１０内を通って散水□１５から散水される。

なお本実施形態においては、感熱体５３を普通の合成樹脂から構成した場合で説明したが、例えば熱可塑性樹脂と硬化プラスチックからなる二層構造の合成樹脂によって感熱体５３を構成してもよい。そしてシリンダ５０内面に接触する部分に、感熱体５３の熱可塑性樹脂の部分を位置させ、第１のピストン５４が当接する部分に感熱体５３の硬化プラスチックの部分を位置させる。このようにすると、感熱体５３の熱可塑性樹脂の部分は、シリンダ５０から伝わる熱によって軟化及び溶融しやすい。そして感熱体５３の硬化プラスチックの部分には、常時、第１のピストン５４が当接しており、荷重がかかっているが、硬化性を有するので、変形しにくく、スプリンクラヘッドの誤動作を防止することができる。また熱によって体積が収縮する熱収縮性の樹脂を感熱体に使用してもよい。また感熱体の形状は、偏平な円柱ではなく、高さのある円柱でもよい。

実施の形態２
本願発明者により先の発明の出願後においても、本発明について不断の継続的な実験・研究が推進された。その結果、先の出願をより以上発展させた追加の発明をなすに至ったので、この追加の発明を実施の形態２としてその技術的な内容を次に説明する。

前記の動作説明で述べたように、スプリンクラヘッドは火災発生初期において屋内温度が低温度から高温度に移行するときの感熱体５３の固体→液体という物理的な遷移に伴う相の変化を利用して、感熱分解部４０を分解させて散水口１５から加圧消火水を散水させて初期消火するという原理が応用されている。そして、この感熱体５３として対応する温度範囲の融点を持つ有機化合物（合成樹脂）のような非金属材料を用いると化学的な性質に伴う環境汚染や腐食の防止等の面で種々の利点のあることは、実施の形態１において説明した通りである。この種の有機化合物の物質名とそれぞれの融点を、次表の表１に例示する。

表１にはＡ〜Ｘの２４種のスプリンクラヘッドの動作温度に適した低融点、例えば６０〜３００℃、好ましくは６０〜１５０℃の融点を有する有機化合物の物質名がほぼ低融点から高融点に向かって順に掲げられ、右端にそれぞれの融点（℃）が表示されている。ここで、本願発明者は表１に示された２４種の有機化合物のうちで、融点の増加方向に沿ってほぼ等間隔に並ぶＣ，Ｅ，Ｇ…等からなる安息香酸が主成分である安息香酸系の物質に着目した。具体的には、表１の第３行のＣは融点６９のＰ−ヒドロキシ安息香酸ブチルであり、第５行のＥは融点７６のＰ−ヒドロキシ安息香酸イソブチルであり、さらに第７行のＧは融点９７のＰ−ヒドロキシ安息香酸プロピルである。以下、第９行のＩは融点１１７の“エチル”，第１１行のＫは融点１２１の“メチル”，…等のような順序に並んだ安息香酸系の物質である。

そこで、表１から安息香酸系の物質Ｃ，Ｅ，Ｇ…等だけを摘出し、その融点や物性等の物理的な性質を一覧的に示した表２が作成された。表２から、安息香酸系の有機化合物は“ブチル”や“イソブチル“等のアルキル基を変えることにより融点を変化させることができ、かつその融点の温度範囲が前記スプリンクラヘッドの動作温度をほぼカバーできることが確認された。この結果、スプリンクラヘッドの感熱体に安息香酸系の有機化合物を適用すれば、融点を自由に設定でき実施の形態１に述べられた製作の容易性を一層高めることができる等の効果が更に付随することになる。つまり、半田の場合は、Ｓｂ，Ｐｂ，Ｉｎ，Ｃｄなどの合金であるため、これらの配合比率を変えることで、所望の融点で溶けるように設定しなければならない。これに対して、安息香酸系の物質は、単一の物質であるので市販の材料である微粉末をそのままペレット、即ち微粉末を圧縮するなどして、シリンダ形状に合うように、粒状に固化して成型するだけでよい。

一方、感熱分解部４０の一部を構成する従来の半田（可溶合金）５３は円板状に成形されて、シリンダ５０内で周囲に狭い円筒状の隙間（図１には示されていない）を設けて収容されている。図３に示すように、シリンダ５０内の半田５３は、上方から第１ピストン５４と第２ピストン５９に押圧されて組立荷重が加えられる。普通、この種の組立荷重は、スプリンクラヘッドの火災の発生に対する応答特性を向上させるために５０〜６０Ｋｇｆ程度に設定される。このため、長い期間が経過すると、半田は押し潰され、シリンダ５０と第１のピストン５４の隙間に流入することになる。このような半田の形状の変化をクリープといい、実際にスプリンクラヘッドに感熱体を組み込む前に、その感熱体がクリープを引き起こさないかを調べるために、次のようなクリープ試験が行われる。本願の実施の形態２における２種類の有機化合物を用いた感熱体について、荷重を与えたときの強度を計測する実験的なクリープ試験を行った。

上記のように円筒状のシリンダ５０の内底面に配置された可溶性の試験試料に５０Ｋｇｆ程度の荷重が加えられると、液体と同様に試験試料の中央部の厚さが減少して周辺部がシリンダ５０と第１ピストン５４との間の隙間内に押し上げられることが知られている。クリープ試験はこのような実験設備により実際の組立荷重の１／１３程度の一定荷重Ｗを加えて或る時間経過したときを初期状態として、その後の試料の高さを測定し、荷重によってどれだけ押し潰されたか、その減じた分の高さｈの経時変化が測定される。発明者による実験的な試験サンプルには融点の公称作動温度が６９〜７２と７５〜７７の安息香酸系の２種類のサンプルＳ１とＳ２が使われ、従来から用いられている半田と比較された。

上述の実験結果が、図４のグラフに示されている。縦軸は元の感熱体の高さに対して減じた分の変位量ｈ、横軸には“日”（day）が目盛られている。なお、ここで感熱体の初期状態の高さは２ｍｍ程度である。図４のグラフ上にプロットされた従来の半田の変化を表す折線Ｓ３は測定開始から９日を経過しても未だ不安定な正接勾配を持ち、変位量の大きいｔ＝０．３５ｍｍに向かう漸近線になっている。これに対して、本発明の実施の形態２に用いられた安息香酸系のサンプルの累積変位量を示す折線Ｓ１とＳ２は、実験開始後の既に５日と７日後には共にｔ＝０．１ｍｍの近似値を示す横軸に収斂している。図４のグラフに示すように、安息香酸系の物質を用いた本発明によれば、従来の半田に比較して荷重に対する経時（経年）変化量が３０％以下の値を示し、しかも経過時間に対する安定度が速く変動がはるかに少ないことが実験的に確かめられた。

次に感熱体の感度についての測定結果を表３に示す。この測定では、図４のサンプルＳ２とＳ３を使用し、スプリンクラヘッド内にそれぞれのサンプルをセットして、そのスプリンクラヘッドを熱気流雰囲気下に設置して、どの程度の時間で動作するか感度を比較した。スプリンクラヘッドに感熱体をセットして、熱気流雰囲気下に設置すると、時間の経過に伴い、感熱体の温度は緩やかに上昇していく。このとき、横軸を時間、縦軸を感熱体の温度とすると、その時間と温度の関係は、ある時定数によって定まる指数関数で表すことができる。この時定数は、感度が高い程、小さくなり、表３で示すように、安息香酸系の感熱体の時定数は、半田の時定数よりも小さく、感度の点で優れていることがわかった。また、スプリンクラヘッドが動作するまでに要した時間は、有機化合物で１４．６秒、そして、半田で１８．４秒であった。このように図４及び表３の結果から、ヒドロキシ安息香酸エステルを成分とする感熱体は、半田を感熱体としたものに比べ、温度に対する感度が高く、かつ硬度が高く、荷重に対して変形しにくいことがわかった。この硬度が高い点は、結晶性を有する有機化合物の粉末を圧縮成型してペレット状にしたからだと考えられる。

実施の形態３
一般に、有機化合物は、水に溶けにくいという物性をもつ。しかし、非常に温度の高い温水下では、溶けうる可能性がある。そこで、有機化合物からなるペレットに防水性のコーティング剤を塗布したり、又はビニル袋やカプセルのようなもので、ペレットを包んだりして、ペレットにコーティングを施すようにしてもよい。このようにすると、防水性及び耐水性を高めることができ、環境の悪い場所に設置されるスプリンクラヘッドに適した感熱体を作成できる。

本発明の各実施の形態においては、フラッシュ型のスプリンクラヘッドを使用した場合で説明したが、マルチ型やフレーム型のスプリンクラヘッドにも本実施形態の感熱体を使用することができる。また、実施の形態１において、スプリンクラヘッドの動作温度によって感熱体の色を異なるようにしてもよいと記載したが、この点については、実施の形態２でも同様のことが言える。また、芳香族系の有機化合物、例えばナフタレンなどを使用して、スプリンクラヘッドの動作温度によって感熱体のニオイを異ならせるようにしてもよい。このようにすると、目の悪い人でも、スプリンクラヘッドの組立作業を行うことができ、また暗い場所で作業することができる。またスプリンクラヘッドに感熱体を組み込んだ後でも、何度で動作する感熱体が組み込まれているかを、ニオイを嗅ぐだけで知ることができる。なお、有機化合物自体のニオイを使わずに、無臭の感熱体に香料を付加することで、感熱体が特定のニオイを生じる物質になるようにしてもよく、このようにしても同様の効果が得られる。

本発明においては感熱体として半田の代わりに合成樹脂または固形ワックスを使用したので次のような効果がある。
（１）Ｐｂ、Ｃｄなどの金属を使用しないので、環境面に配慮したスプリンクラヘッドを得ることができる。
（２）耐腐食性に優れているので、駐車場、化学実験室、厨房などの腐食性のガスが発生しうる場所にも設置可能である。
（３）形状を自由に変更できるので、シリンダの形状が異なっても、それに対応しやすい。

このほか、上記の実施の形態１の効果と一部重複するが、実施の形態２による効果を羅列すれば次のａ〜ｆに示す通りである。
ａ．環境に優しい材質表２に示すように、安息香酸系の有機化合物は一般には食品類等の防腐剤として使用されている。換言すれば、食品類に混入して使用されており、万一を考慮しても危険率の少ない物質と見なされ、たとえ一般の廃棄物として廃棄されても環境に与える影響を少なくできる。
ｂ．融点の精度が高い従来の半田の作動温度が融点の表示温度の±３％以内であるのに対して、安息香酸系の有機化合物では０．７％以内で作動する（表２参照）。
ｃ．材料費が安価一般に、安息香酸系のような有機化合物の材料費は金属材料に比較して極めて安く、例えば１ｇ当たり１０円程度である。実施の形態２で構成される安息香酸系の感熱体はほぼ０．１ｇであり、その材料費は高々１円程度になり全材料費に対して感熱体（ペレット）の占める材料費が著しく少ないことが類推できる。
ｄ．経年変化が少ない安息香酸系等の有機化合物は単一物質なため、物理的・化学的な構造の変化が少ない（［表２］参照）。
ｅ．耐腐食性Ｓｎ、Ｐｂ、Ｉｎ、Ｃｄ等を合金にした従来の半田のように腐食することがなく、腐食性ガスの環境下でも殆ど腐食現象がみられない。
ｆ．形状が自由に変更できる。感熱体として用いた従来の半田を安息香酸系等の有機化合物に代えるだけでなく、スプリンクラヘッドそのものを有機化合物で構成することが可能になる。したがって、従来のような複数の金属からなる感熱分解部のような複雑なリンク機構がなくなり、組立荷重も不必要なスプリンクラヘッドが実現できる。

１ 本体、４ ねじ部、５ 放水口、７ 弁座、１０ フレーム、１１ めねじ、１２ フランジ部、１３ 周璧、１４ 底部、１５ 散水口、２０ 弁体、２２ パッキン、３０ アームガイド、３５ バランサ、４０ 感熱分解部、４１ａ，４１ｂ アーム、４４ 第１の係止穴、４５ 第２の係止穴、４７ 本体、４６ アーム支持板、４８ 貫通穴、４９ａ，４９ｂ 係止片、５０ シリンダ、５１ つば部、５３ 感熱体、５４ 第１のピストン、５５ リンク押え板、５６ 本体、５７ ねじ穴、６１ 保護カバー、５８ａ，５８ｂ 嵌合片、５９ 第２のピストン、６０ ねじ部。

Claims (2)

1. 放水口を塞ぐ弁体と、該弁体を支持する、シリンダ及びピストンからなる感熱分解部と、該シリンダ内に収容され、ピストンによって押圧される感熱体とを備えたスプリンクラヘッドにおいて、
   前記感熱体として使用される、６０〜１５０度の温度範囲のなかに融点を持つ有機化合物を設け、
   該有機化合物は水に難溶性を有すると共に、前記ピストンに押圧されて加えられる組立荷重に対する経時変化量が半田と比較して３０％以内の値を有するものであり、
   かつ、前記有機化合物は、フタル酸ジシクロヘキシル、パルミチン酸、Ｐ−ヒドロキシ安息香酸ブチル、β−メトキシナフタリン、Ｐ−ヒドロキシ安息香酸イソブチル、アセト酢酸アニリド、Ｐ−ヒドロキシ安息香酸プロピル、アセトアニリド、Ｐ−ヒドロキシ安息香酸エチル、無水コハク酸、Ｐ−ヒドロキシ安息香酸メチル、から選ばれることを特徴とするスプリンクラヘッド。
2. 前記感熱体が、前記有機化合物の微粉末を粒状に固化して成型したペレットから構成されることを特徴とする請求項１記載のスプリンクラヘッド。