JP2005344483A - 道路用伸縮継手 - Google Patents

Abstract

【課題】摩耗や亀裂が生じにくく、耐久性に優れた道路用伸縮継手を提供することである。
【解決手段】荷重支持用鋼板１２と一対の固定用鋼板１６とをゴム材１７で被覆して一体化し、該ゴム材１７からなる剪断変形部１７ａを各鋼板間に形成したものであって、剪断変形部１７ａを構成するゴム材１７は、破断伸び（ＥＢ）が６００％以上であり、かつ、該破断伸び（ＥＢ）と引裂強さ（ＴＲ）の比が下式(I)を満足する道路用伸縮継手１１である。
【数３】

【選択図】図１

Description

本発明は、橋梁や道路などの継手として用いられる道路用伸縮継手に関する。

従来から、橋梁の橋桁間や高架道路の継ぎ目には、環境の温度変化や車輌の通行による振動などに伴う遊間の距離の伸縮を吸収するために道路用伸縮継手が架橋されている。この道路用伸縮継手としては、一般に、荷重支持用鋼板と、遊間を挟んで対向する橋桁にそれぞれ固定するための一対の固定用鋼板とをゴム材で被覆して一体化し、該ゴム材からなる剪断変形部を各鋼板間に形成したものが使用されている（例えば、下記特許文献１参照）。

ところが、この道路用伸縮継手は、環境の温度変化により常に伸縮し、車輌の通行による振動や摩擦などの負荷が繰り返しかかるので、長期間の使用によりゴム材に亀裂や摩耗が生じて、ついには剥離や破断に至ることがある。
特開２００２−３３９３０９号公報

本発明の課題は、亀裂や摩耗が生じにくく、耐久性に優れた道路用伸縮継手を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、剪断変形部を構成するゴム材の破断伸びおよび引裂強さが所定の条件を満足することで、長期間にわたって環境の温度変化や振動、摩擦などの負荷に曝されても、亀裂や摩耗が生じにくく、耐久性の優れた道路用伸縮継手を得ることができるという新たな事実を見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の道路用伸縮継手は、少なくとも一つの荷重支持用鋼板と一対の固定用鋼板とをゴム材で被覆して一体化し、該ゴム材からなる剪断変形部を前記各鋼板間に形成したものであって、前記剪断変形部を構成するゴム材は、破断伸び（ＥＢ）が６００％以上であり、かつ、該破断伸び（ＥＢ）と引裂強さ（ＴＲ）の比が下式(I)を満足することを特徴とする。なお、本発明において、引裂強さ（ＴＲ）の単位はＮ／ｍｍである。

また、本発明における前記剪断変形部を構成するゴム材のカーボンブラック含有量は１５重量％以上２３重量％以下であるのが好ましい。

本発明の道路用伸縮継手によれば、上記物性を有するゴム材を用いることによって、長期間にわたり亀裂の発生を抑制し、摩耗量を低減することができるので、安全性を向上させ、しかも長寿命化によるコストダウンを図ることができる。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明の一実施形態にかかる道路用伸縮継手について、橋梁の橋桁間に架橋する場合を例に挙げて詳細に説明する。図１は、本実施形態にかかる道路用伸縮継手１１を橋桁１４，１５間に架橋し固定した状態を示す一部破断斜視図である。図１に示すように、この道路用伸縮継手１１は、荷重支持用鋼板１２と、遊間１３を挟んで対向する橋桁１４，１５にそれぞれ固定するための一対の固定用鋼板１６とをゴム材１７で被覆して一体化したものである。

この道路用伸縮継手１１は、荷重支持用鋼板１２と固定用鋼板１６の間に、ゴム材１７からなる剪断変形部１７ａ，１７ａがそれぞれ形成されている。ゴム材１７には、剪断変形部１７ａが橋軸方向Ｂに剪断変形しやすいように、荷重支持用鋼板１２の両側部近傍で橋軸と略直角の方向に凹部２４がそれぞれ設けられ、荷重支持用鋼板１２の下部で固定用鋼板１６，１６間に橋軸と略直角の方向に凹部２５が設けられている。

また、道路用伸縮継手１１は、道路用伸縮継手１１の上面が橋桁１４，１５の路面と略同一面となるように橋桁１４，１５にそれぞれ設けられた凹部に嵌合され、橋桁１４，１５間に架橋されている。そして、固定用鋼板１６に設けられた挿通口１８およびゴム材１７に設けられた挿通口１９に挿通されたアンカーボルト２０、ナット２１、ワッシャ２２などの固定部材により、橋桁１４，１５にそれぞれ固定されている。挿通口１９の開口は、カバー２３で塞がれている。

荷重支持用鋼板１２は、平板状の鋼板であり、道路用伸縮継手１１の上部側で、かつ、上面と略平行に配置されている。固定用鋼板１６は、断面が略Ｌ字状の鋼板であり、橋桁１４，１５に設けられた凹部の側面および底面に沿って配置されている。

上記のような構成であることにより、環境の温度変化や車輌の通行による振動などに伴って橋桁１４，１５の遊間１３の距離が伸縮した場合であっても、橋軸方向Ｂに剪断変形部１７ａが剪断変形することで遊間１３の距離の伸縮を吸収することができる。

ゴム材１７を構成する材料としては、例えばジエン系ゴムを使用することができる。ジエン系ゴムとしては、天然ゴムの他、クロロプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム等の合成ゴムが挙げられる。

これらの材料に配合する加硫剤としては、硫黄、有機過酸化物、亜鉛華、マグネシア等が挙げられる。加硫促進助剤としては、亜鉛華、ステアリン酸等が挙げられる。老化防止剤としては、例えばフェニル−α−ナフチルアミン、Ｎ，Ｎ'−ジフェニル−ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ−フェニル−Ｎ’−イソプロピル−ｐ−フェニレンジアミン等のアミン系化合物；２,６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール、４，４’−ブチリデンビス（３−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）等のフェノール系化合物；等が挙げられる。可塑剤としては、例えば石油系プロセス油、タール、ピッチ、天然油脂、動植物油脂、合成可塑剤等が挙げられる。補強剤としては、カーボンブラック、シリカ、ホワイトカーボン等が挙げられる。

本発明におけるゴム材１７は、破断伸び（ＥＢ）が６００％以上、好ましくは６００％以上８００％以下であり、かつ、該破断伸び（ＥＢ）と引裂強さ（ＴＲ）の比が前記式(I)を満足するように、ゴム材料を選定し各種配合剤を配合することが重要である。これにより、ゴム材の耐久性を向上させ、長期間の使用においても摩耗や亀裂が生じにくくすることができる。また、ゴム材１７のカーボンブラック含有量は１５重量％以上２３重量％以下であるのが好ましい。これにより、耐摩耗性をより向上させることができる。カーボンブラック含有量が２３重量％を超えると、ゴム材１７の硬度が高くなるとともに脆くなるので、耐摩耗性が低下するおそれがある。一方、カーボンブラック含有量が１５重量％未満になると、ゴム材が柔らかくなるので、摩擦抵抗が高くなり耐摩耗性が低下するおそれがある。

上記のような道路用伸縮継手１１は、例えば荷重支持用鋼板１２および固定用鋼板１６を金型内の所定の位置に配置し、この金型内に、各種配合剤を配合したゴム組成物を射出等により注入して加硫成形と同時に加硫接着して一体化することにより製造することができる。

荷重支持用鋼板１２の厚みは５〜３０ｍｍ程度であるのがよく、固定用鋼板１６の厚みは４〜１５ｍｍ程度であるのがよい。また、荷重支持用鋼板１２の上面を被覆するゴム層の厚みは、１〜８０ｍｍ程度であるのがよい。

＜第２の実施形態＞
図２は、本発明の他の実施形態にかかる道路用伸縮継手３１を橋桁１４，１５間に架橋し固定した状態を示す断面図である。図２に示すように、この道路用伸縮継手３１は、荷重支持用鋼板１２ａ，１２ａおよび荷重支持用鋼板１２ｂと、遊間１３を挟んで対向する橋桁１４，１５にそれぞれ固定するための一対の固定用鋼板１６とをゴム材３２で被覆して一体化したものである。

この道路用伸縮継手３１は、荷重支持用鋼板１２ａと固定用鋼板１６の間に、ゴム材３２からなる剪断変形部３２ａ，３２ａがそれぞれ形成されており、さらに荷重支持用鋼板１２ａと荷重支持用鋼板１２ｂの間に、ゴム材３２からなる剪断変形部３２ｂ，３２ｂがそれぞれ形成されている。ゴム材３２には、剪断変形部３２ａ，３２ｂが橋軸方向Ｂに剪断変形しやすいように、荷重支持用鋼板１２ａの両側部近傍で橋軸と略直角の方向に凹部３３がそれぞれ設けられ、荷重支持用鋼板１２ａの下部で固定用鋼板１６と荷重支持用鋼板１２ｂの間に橋軸と略直角の方向に凹部３４がそれぞれ設けられている。

荷重支持用鋼板１２ａは、平板状の鋼板であり、道路用伸縮継手３１の上部側で、かつ、上面と略平行に配置されている。また、荷重支持用鋼板１２ｂは、平板状の大小２枚の鋼板が重ね合わされており、道路用伸縮継手３１の下部側で、かつ、上面と略平行に配置されている。他の部位については、図１と同じ符号を付して説明を省略する。

＜第３の実施形態＞
図３は、本発明のさらに他の実施形態にかかる道路用伸縮継手４１を橋桁１４，１５間に架橋し固定した状態を示す断面図である。図３に示すように、この道路用伸縮継手４１は、荷重支持用鋼板１２ａ，１２ａおよび荷重支持用鋼板１２ｃと、遊間１３を挟んで対向する橋桁１４，１５にそれぞれ固定するための一対の固定用鋼板１６とをゴム材４２で被覆して一体化したものである。

この道路用伸縮継手４１は、荷重支持用鋼板１２ａと固定用鋼板１６の間に、ゴム材４２からなる剪断変形部４２ａ，４２ａがそれぞれ形成されており、さらに荷重支持用鋼板１２ａと荷重支持用鋼板１２ｃの間に、ゴム材４２からなる剪断変形部４２ｂ，４２ｂがそれぞれ形成されている。ゴム材４２には、剪断変形部４２ａ，４２ｂが橋軸方向Ｂに剪断変形しやすいように、荷重支持用鋼板１２ａの両側部近傍で橋軸と略直角の方向に凹部４３がそれぞれ設けられ、荷重支持用鋼板１２ａの下部で固定用鋼板１６と荷重支持用鋼板１２ｃの間に橋軸と略直角の方向に凹部４４がそれぞれ設けられている。

荷重支持用鋼板１２ｃは、中央付近が凸状になるように加工された鋼板であり、道路用伸縮継手４１の下部側に配置されている。このような荷重支持用鋼板１２ｃを備えている道路用伸縮継手４１は、大きな遊間（例えば３００〜４００ｍｍ程度）を有する橋桁間に架橋するのに好適である。他の部位については、図１，２と同じ符号を付して説明を省略する。

以上、本発明の実施形態について、橋梁の橋桁間に架橋する場合を例に挙げて説明したが、本発明の道路用伸縮継手は、橋梁の橋桁間だけでなく、例えば高架道路の継ぎ目に架橋する伸縮継手としても上記と同様にして適用可能である。

以下、実施例および比較例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

クロロプレンゴム１００重量部に対して、各配合剤を表１に示す配合比率で配合したゴム組成物を調製した。ついで、荷重支持用鋼板および固定用鋼板を成形機の金型内の所定位置に配置し、この金型内に上記ゴム組成物を注入して加硫成形すると同時に加硫接着して一体化することにより、図２に示すような形態の道路用伸縮継手を得た。この道路用伸縮継手の上部側に配置された荷重支持用鋼板（図２の荷重支持用鋼板１２ａ）の上面を被覆するゴム層の厚みは５ｍｍとした。また、表１中のカーボンブラックＡは、昭和キャボット（株）製「ショウブラックＳＲＦ Ｎ７７４」であり、カーボンブラックＢは、昭和キャボット（株）製「ショウブラックＩＳＡＦ Ｎ２２０」である。

各配合剤を表１に示す配合比率で配合したゴム組成物を調製した他は、実施例１と同様にして図２に示すような形態の道路用伸縮継手を得た。

各配合剤を表１に示す配合比率で配合したゴム組成物を調製した他は、実施例１と同様にして図２に示すような形態の道路用伸縮継手を得た。

クロロプレンゴムに代えて天然ゴムを使用し、各配合剤を表１に示す配合比率で配合したゴム組成物を調製した他は、実施例１と同様にして図２に示すような形態の道路用伸縮継手を得た。

［比較例１］
各配合剤を表１に示す配合比率で配合したゴム組成物を調製した他は、実施例１と同様にして図２に示すような形態の道路用伸縮継手を得た。

［比較例２］
各配合剤を表１に示す配合比率で配合したゴム組成物を調製した他は、実施例１と同様にして図２に示すような形態の道路用伸縮継手を得た。

＜ゴム材の物性評価＞
表１に示す配合比率で各成分を配合したゴム組成物を調製し、該ゴム組成物を加硫成形して試験片をそれぞれ作製し、破断伸び（ＥＢ）、引裂強さ（ＴＲ）および耐摩耗性を下記方法により評価した。結果を表２に示す。
（破断伸びおよび引裂強さ）
破断伸び（ＥＢ）および引裂強さ（ＴＲ）は、ＪＩＳ Ｋ６２５１に規定された方法に準じて測定した。引張速度および引裂速度は、ともに５００ｍｍ／分とした。
（耐摩耗性）
耐摩耗性は、ＪＩＳ Ｋ６２６４に規定された方法に準じて測定した。測定条件は以下の通りである。
試験荷重：４４Ｎ
回転速度：６０ｒｐｍ
摩耗容積：正転２０回、逆転２０回を２回繰り返す条件を１セット（計８０回転）とし、これを３セット（計２４０回転）実施した時の摩耗量（ｍｍ³）を測定した。

＜伸縮疲労試験＞
上記で得られた実施例１〜４および比較例１，２の道路用伸縮継手を用いて以下のようにして伸縮疲労試験を行った。すなわち、道路用伸縮継手の固定用鋼板に設けられた挿通口およびゴム材に設けられた挿通口（図２の挿通口１８，１９）に挿通したボルトで、対向する２つの試験用冶具に道路用伸縮継手の両端部をそれぞれ固定し、これらの冶具を該冶具間の距離が伸縮するように下記条件で往復運動させることにより、道路用伸縮継手の剪断変形部を図２に示す矢印Ｂ方向に剪断変形（圧縮および引張）させた。そして、ゴム材に生じた亀裂進展長さが３５ｍｍに達した時点の伸縮回数を確認した。なお、伸縮回数は最大で３００００回とした（往復で１回）。結果を表２に示す。
（試験条件）
試験速度：２０ｍｍ／秒
伸縮量：±１００ｍｍ（圧縮、引張ともに１００ｍｍ移動）

表２から、破断伸び、引裂強さおよびこれらの比（ＥＢ／ＴＲ）、並びにゴム材のカーボンブラック含有量が本発明の範囲内にある実施例１〜４は、亀裂が生じておらず、しかも摩耗容積が小さく、耐久性に優れていることがわかる。

本発明の一実施形態にかかる道路用伸縮継手を橋桁間に架橋し固定した状態を示す一部破断斜視図である。 本発明の他の実施形態にかかる道路用伸縮継手を橋桁間に架橋し固定した状態を示す断面図である。 本発明のさらに他の実施形態にかかる道路用伸縮継手を橋桁間に架橋し固定した状態を示す断面図である。

符号の説明

１１ 道路用伸縮継手
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 荷重支持用鋼板
１３ 遊間
１４，１５ 橋桁
１６ 固定用鋼板
１７ ゴム材
１７ａ 剪断変形部
１８，１９ 挿通口
２０ アンカーボルト
２１ ナット
２２ ワッシャ
２３ カバー
２４，２５ 凹部
３１ 道路用伸縮継手
３２ ゴム材
３２ａ，３２ｂ 剪断変形部
３３，３４ 凹部
４１ 道路用伸縮継手
４２ ゴム材
４２ａ，４２ｂ 剪断変形部
４３，４４ 凹部

Claims (2)

1. 少なくとも一つの荷重支持用鋼板と一対の固定用鋼板とをゴム材で被覆して一体化し、該ゴム材からなる剪断変形部を前記各鋼板間に形成した道路用伸縮継手であって、
   前記剪断変形部を構成するゴム材は、破断伸び（ＥＢ）が６００％以上であり、かつ、該破断伸び（ＥＢ）と引裂強さ（ＴＲ）の比が下式(I)を満足することを特徴とする道路用伸縮継手。
   

   
2. 前記剪断変形部を構成するゴム材のカーボンブラック含有量が１５重量％以上２３重量％以下である請求項１記載の道路用伸縮継手。
   
   

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