(57)【要約】【課題】  半田に代わる環境に悪影響を与えることのない材料を感熱体に用いると共に感度に優れたスプリンクラヘッドを得る。【解決手段】    本発明に係るスプリンクラヘッドは、放水口を塞ぐ弁体２０と、弁体２０を支持するシリンダ５０及びピストン５４からなる感熱分解部４０と、シリンダ５０内に収容され、ピストン５４によって押圧される感熱体５３とを備えたスプリンクラヘッドにおいて、感熱体５３が１００〜１６０度の温度範囲の融点を持つ有機化合物の微粉末を硬度１．４ｋｇ以上に圧縮成型してなることを特徴とするものである。【選択図】  図１
2014012108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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を有する感熱分解部と、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、
前記感熱体が１００〜１６０度の温度範囲の融点を持つ有機化合物の微粉末を硬度１．４ｋｇ以上に圧縮成型してなることを特徴とするスプリンクラヘッド。
【請求項２】
前記有機化合物は、安息香酸２−ナフチル、サリチル酸、アセチルサリチル酸、ニコチンアミド、レゾルシノール、スクシンイミドから選ば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。
【請求項３】
前記有機化合物は、窒素雰囲気下で５００ｇの圧縮荷重をかけられながら、温度を１℃／ｍｉｎで上昇させた場合に、溶融開始点の温度と、１０００μｍ高さが減少する一定溶融終了点ｂの温度とが、３℃の範囲内に収まってい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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。感熱分解部には火災時の熱によって溶融する感熱体が設置されており、感熱分解部は感熱体が溶融することで分解する機構で構成されている。
【０００３】
そして、一般的には、感熱体として半田が使用されている。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。そこで、環境に悪影響を与えないスプリンクラヘッドとして、感熱体に半田に代えて無機化合物又は有機化合物を用いたものが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２３００２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
感熱体の材料として半田に代えて無機化合物又は有機化合物を用いたとしても、半田と同等以上の応答性が要求されるのは言うまでもない。具体的には、目標温度に対して±３％以内の温度範囲でスプリンクラヘッドが作動する必要がある。また、スプリンクラヘッドは長期間にわたって建物等に設置されるため、材料自体の安定性も要求される。
【０００６】
しかし、上記特許文献１においては、新たに適用した感熱体の材料について上記のような観点からなんらの検討もされていない。したがって、感熱体として有機化合物等を用いた場合において、目標温度に対して感度よく作動するようにするにはいかにするべきかという課題が残されていた。
【０００７】
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、半田に代わる環境に悪影響を与えることのない材料を感熱体に用いると共に感度に優れたスプリンクラヘッドを得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
特許文献１では、例えば有機化合物を感熱体に用いた場合に、その融点がスプリンクラヘッドの作動温度範囲にあることしか述べられていない。しかし、スプリンクラヘッドの感熱体には、長期間応力が作用した状態を保持しつつ、火災の熱によって感熱体が所定の温度になったときには一気に溶融するという性質が要求される。
【０００９】
発明者は、感熱体の材料として有機化合物を用いた場合について鋭意検討したところ、上記の要求を満たすためには、特許文献１に述べられているように、単に融点が目標とする温度範囲内にあるのみでは足りないことを見出した。発明者の検討したところ、上記の要求を満たすためには、有機化合物の微粉末を圧縮成型して偏平な円柱状又は中央に貫通穴が形成されたドーナツ状等のペレットにし、かつその硬度が所定値以上であることが必要であるとの知見を得た。本発明はかかる知見に基づくものであり、具体的には以下の構成からなるものである。
【００１０】
本発明に係るスプリンクラヘッドは、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を有する感熱分解部と、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、感熱体が１００〜１６０度の温度範囲の融点を持つ有機化合物の微粉末を硬度１．４ｋｇ以上に圧縮成型してなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明においては、感熱体として１００〜１６０度の温度範囲の融点を持つ有機化合物の微粉末を、硬度１．４ｋｇ以上に圧縮成型してなるものを用いたことにより、環境に悪影響を与えることがなく、かつ感度に優れたスプリンクラヘッドを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態に係るスプリンクラヘッドの縦断面図である。
【図２】図２（ａ）はスプリンクラヘッドのフレームの正面図、図２（ｂ）はフレームの底面図である。
【図３】スプリンクラヘッドの感熱分解部の斜視図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る感熱体の効果を確認した実験結果のグラフである。
【図５】本発明の一実施の形態に係る感熱体の感熱特性を確認した実験結果のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、特に作動温度が１０４℃である高温タイプのスプリンクラヘッドの半田からなる感熱体の代替を目的とするものであり、本発明の実施の形態に係るスプリンクラヘッドの感熱体は、１００〜１６０度の温度範囲の融点を持つ有機化合物の微粉末を硬度１．４ｋｇ以上に圧縮成型してなり、その有機化合物は、安息香酸２−ナフチルであることを特徴とするものである。
【００１４】
感熱体の特徴はスプリンクラヘッドの構造と密接に関連するので、以下においてはまずスプリンクラヘッドの構造を説明し、その後で感熱体について説明する。
＜スプリンクラヘッドの構造＞
図１は本実施の形態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。以下、図に基づいてスプリンクラヘッドの構造を説明する。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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の下部をかしめて、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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
感熱体５３は、１００〜１６０度の温度範囲の融点を持つ、例えば、安息香酸２−ナフチルが主成分である有機化合物の微粉末を硬度１．４ｋｇ以上に圧縮成型してなるものである。このような感熱体５３を用いた作用効果は後述する。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
次に、上記のように構成されたスプリンクラヘッドの動作について説明する。
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。
【００２５】
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。
【００２６】
次に、本発明の特徴である感熱体５３について説明する。
＜感熱体について＞
感熱体５３は、１００〜１６０度の温度範囲の融点を持つ有機化合物の微粉末を硬度１．４ｋｇ以上に圧縮成型してなるものである。本発明の実施の形態では、感熱体５３として使用する有機化合物は安息香酸２−ナフチル（融点約１０７℃）として説明するが、結晶性がある有機化合物であれば良い。結晶性がある有機化合物は硬度が高く、感熱体５３に適している。
【００２７】
なお、有機化合物の微粉末を圧縮成型するに際して、事前に有機化合物の微粉末を篩にかけて微粉末の粒子径をそろえておくのが好ましい。これによって、圧縮成型したときに密度の疎密ができず、硬度を安定させることができる。また、加熱せずに圧縮して成型することで、水分が蒸発せず、融点が変化しづらいため、設計通りの融点の圧縮成型体（ペレット）を得ることができる。
【００２８】
感熱体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、５０〜１００ｋｇｆ程度の組立荷重が加えられている。そのため、長期間経過すると、感熱体５３は変形する（この変形を「クリープ」という）ことになるが、この変形が大きい場合にはスプリンクラヘッドが火災でないのに作動してしまうことになるため、クリープを所定の範囲内にする必要がある。本実施の形態の感熱体５３のクリープを確認するため、クリープ試験を行ったので、以下に説明する。
【００２９】
クリープ試験は実験設備により実際のリンク荷重の１３倍程度の一定荷重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、荷重によって試料が押し潰されて減じた高さｈの経時変化を測定することによって行う。試料として、本発明の実施形態にかかる有機化合物である安息香酸２−ナフチル（融点約１０７℃）の微粉末を硬度１．４ｋｇに圧縮成型してなるペレット２種類と、従来用いられている融点１０４℃の半田（いわゆる高温タイプのスプリンクラヘッドに使用されている半田）１種類の合計３種類について行った。試験条件として、試験温度は２０℃、リンク荷重はスプリンクラヘッドの検定細則によって定められた数ｋｇｆとした。
なお、ペレットの硬度とは、圧縮成型されたペレットに荷重を加え、その荷重を徐々に大きくしてペレットが崩れるときの荷重のピーク値で表したものである。
【００３０】
クリープの試験結果が図４に示されている。図４において、縦軸が累積変位量（ｍｍ）、横軸が経過日数（日）である。
図４のグラフに示されるように、半田を用いた試料は、最初の１日が経過するまで累積変位量が急増して約０．１ｍｍ程度になり、その後も微量ではあるが漸増して、１０日経過時点で累積変位量は約０．１９ｍｍ程度になっている。また、１０日経過後についても、グラフが右上がりの傾向を示していた。
【００３１】
これに対して、本実施の形態のものは、最初の１日経過時点で累積変位量は半田の約半分である０．０３〜０．０４ｍｍ程度であり、その後若干の増加があるが、１０日経過時点で累積変位量は０．０７〜０．０８ｍｍ程度である。しかも、１日経過以降、半田に比べて漸増の兆候がとても小さくなっている。
【００３２】
有機化合物の微粉末を所定の硬度に圧縮成型するにあたっては、このクリープ試験において、１０日経過時点での累積変位量が半田より小さければ良いが、例えば、０．１ｍｍ以下、さらに好ましくは０．０８ｍｍ以下となるように、その硬度を設定することが望ましい。
【００３３】
上記の試験結果から、本実施の形態の有機化合物（安息香酸２−ナフチル）の微粉末を硬度１．４ｋｇに圧縮成型して感熱体５３に用いることにより、クリープが半田の１／２以下になることが分かる。
【００３４】
クリープではスプリンクラヘッドが作動しないようにしておく必要があるので、クリープの変形量を加味してスプリンクラヘッドにおける感熱分解部４０の作動条件を決める必要がある。そのため、クリープが大きいということはその分だけ感熱分解部４０の作動条件に余裕を持たせる必要があり、その結果、感度が悪くなる。
他方、クリープが少ないということは、クリープによる変形を考慮する割合が少なくなるのでその分だけ感度を良くすることができる。
つまり、有機化合物（安息香酸２−ナフチル）の微粉末を硬度１．４ｋｇに圧縮成型して感熱体５３に用いることにより、感熱体５３のクリープを小さくでき、高感度のスプリンクラヘッドを実現できる。
【００３５】
また、感熱体５３はクリープによる変形量を考慮して厚みを設定する必要がある。したがって、クリープが大きいということは、それだけ感熱体５３の厚みを厚くする必要がある。感熱体５３の厚みを厚くすると、熱容量が大きくなり、感熱体５３が溶融するまでの時間が長くなるので、感度が悪くなる。
他方、クリープが小さいということは、それだけ感熱体５３を薄くできるので、熱容量が小さくなり、この意味でも感度がよくなる。
したがって、有機化合物（安息香酸２−ナフチル）の微粉末を硬度１．４ｋｇに圧縮成型して感熱体５３に用いることにより、感熱体５３の厚みを薄く設定することができ、こうすることで高感度のスプリンクラヘッドが実現できる。
【００３６】
次に感熱体５３として安息香酸２−ナフチルの微粉末を圧縮成型したものを用いた場合の感度について、圧縮成型後のペレットの物質固有の熱特性による感度への影響について調べるため、感度試験を行ったので、この点について説明する。
【００３７】
この実験では、感熱体５３として安息香酸２−ナフチルを用い、試料は硬度１．４ｋｇにして行った。実験は、安息香酸２−ナフチルのペレット試料を窒素雰囲気下で５００ｇの圧縮荷重をかけながら、温度を１℃／ｍｉｎで上昇させて、温度ごとのペレットの高さ（変化量）を見るものである。
試験結果が図５に示されている。図５において、縦軸は変位量（μｍ）であり、横軸が感熱体５３の温度（℃）を示している。なお、図５においては、温度が１００℃近傍以降の状態を示している。
【００３８】
図５に示されるように、温度が約１０２℃から１０４℃にかけて、グラフの傾斜角度が急になっている。より詳細には、１０２度付近までの傾き（図５における破線）と離れ始める溶融開始点ａと、１０００μｍ高さが減少する一定溶融終了点ｂとの間のグラフの傾きが、図５における破線より急激に下に傾いている。そして、溶融開始点ａの温度と一定溶融終了点ｂの温度は約２．５℃の範囲内に収まっている。このことは、安息香酸２−ナフチルのペレット試料が溶融を開始すると一気に溶融することを意味しており、スプリンクラヘッドとしての感度が良いことを意味している。このように、安息香酸２−ナフチル微粉末を圧縮成型して感熱体５３に用いる場合には、感度が良いことが確認された。
なお、硬度を低くしすぎると、感熱体は大きな温度幅の中でゆっくりと溶けることになるので、スプリンクラヘッドに使用すると感度が悪いものとなってしまう。
【００３９】
図５においては、グラフの傾斜角度が急激、つまり、特定の温度において、変位量がほぼ垂直に落ちるような傾斜角度が９０度となるグラフになるのが一番理想であるが、少なくとも、スプリンクラヘッドに使用する感熱体としては、１０４度で溶融する半田よりも傾斜角度が急激になることが望ましい。
【００４０】
以上のように、安息香酸２−ナフチルの微粉末を硬度１．４ｋｇ以上の硬度になるように圧縮成型した感熱体５３に用いることにより、クリープを小さくして感度を高くできる。また、安息香酸２−ナフチルの微粉末を圧縮成型した感熱体５３に用いる場合には、感熱体５３の硬度が高い方が感度を高くできることも確認できている。
【００４１】
これらのことから、安息香酸２−ナフチルの微粉末を圧縮成型した感熱体５３は一気に溶融するので感度が高く、また、スプリンクラヘッドの感熱体５３に用いる際の硬度としては、硬度１．４ｋｇ以上が好ましいことが確認できた。
【００４２】
また、安息香酸２−ナフチルの他にも、例えば、硬度１．４ｋｇ以上でスクシンイミド、サリチル酸は、グラフの傾斜角度が急激、つまり、特定の温度において、変位量が急激に変わるようなグラフ（図示せず）になっていた。より詳細には、スクシンイミドは溶融開始点ａの温度と一定溶融終了点ｂの温度とが約１℃の範囲内に収まっており、サリチル酸は溶融開始点ａの温度と一定溶融終了点ｂの温度とが約２℃の範囲内に収まっていた。これらのことから、特定の温度において、変位量が急激に変わるのは、有機化合物固有の熱特性も影響すると考えられるが、それと共に微粉末を圧縮成型した場合の硬度も関係があることがわかる。
【００４３】
なお、微粉末を圧縮成型した場合の硬度は高いほど好ましいが、あまりに硬度を高くすると、圧縮成型する際に用いる金型等が破損してしまう虞があることから、硬度の上限値としては、そのような金型等が破損しない程度の値に設定され、例えば、硬度は、１．４〜４．０ｋｇに設定される。また、有機化合物の微粉末の圧縮成型時の荷重は、例えば５〜１０ｋＮであり、この荷重で有機化合物を圧縮成型したときの硬度は１．４ｋｇ以上となるため、この荷重が感熱体の圧縮成型に適した荷重と言うこともできる。
【００４４】
なお、本実施形態では、有機化合物として、安息香酸２−ナフチルを例示したが、１００〜１６０度の温度範囲に融点を持つ有機化合物であって、その有機化合物の微粉末を硬度１．４ｋｇ以上に圧縮成型したときに、上述したクリープ試験の累積変位量が半田よりも小さく、かつ、図５で示した温度に対する変位量の曲線の傾斜角度が所定の角度内に収まるような、狭い温度範囲内において急激に溶融するものであれば、他の有機化合物を使用してもよい。急激な溶融とは、溶融開始点ａの温度と一定溶融終了点ｂの温度が、例えば３℃の範囲内に収まっていることである。また、これらの有機化合物は、スプリンクラヘッドに使用される有機化合物なので、水に難溶性の有機化合物でなければならないことは言うまでもない。
【００４５】
また、スプリンクラヘッドを作動させたい温度に合わせて、融点の異なる有機化合物を選択することで、スプリンクラヘッドを様々な温度で作動させることができる。有機化合物としては、例えば、サリチル酸（融点約１６０℃）、アセチルサリチル酸（融点約１３６℃）、ニコチンアミド（融点約１３０℃）、レゾルシノール（融点約１１１℃）、スクシンイミド（融点約１２５℃）がある。
【００４６】
また、本発明にかかる実施の形態では、感熱分解部４０がアーム４１ａ、４１ｂで構成されたスプリンクラヘッドで説明したが、シリンダとピストンで感熱体を押圧するスプリンクラヘッドであれば良く、感熱分解部が他の構成からなるスプリンクラヘッドであっても良い。例えば、感熱体を収容するシリンダがピストンの上部にあって、ピストンが感熱体を下部から押圧するタイプのスプリンクラヘッドでも良い。
【符号の説明】
【００４７】
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、ａ  溶融開始点、ｂ  一定溶融終了点。
【図１】
2014012108.tif 000003
【図２】
2014012108.tif 000004
【図３】
2014012108.tif 000005
【図４】
2014012108.tif 000006
【図５】
2014012108.tif 000007