JP3581997B2 - 耐摩耗性可撓膜製起伏堰 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可撓膜製起伏堰の改良に関するものである。起伏堰は、一般に、必要な時にだけ一定の水位を維持し、洪水等で多量の水が押し寄せた場合には越流させる等の機能を有している。また、起伏堰は、鋼製起伏堰と可撓膜製起伏堰（ラバーダム）に大別されるが、可撓膜製起伏堰の方が、鋼製起伏堰より、工費、工期、及び、維持管理面で優れているので、中小河川や小越流取水口や農業用水路等に多用されている。本発明は、この可撓膜製起伏堰の耐久性の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
可撓膜製起伏堰は、耐候性、耐薬品性、耐摩耗性等に優れた合成ゴムと合成繊維の布との複合シートからなる袋体と取付部からなり、必要な時に袋体に空気又は水を入れ、その圧力で袋体を起立させて水を堰止めるものである。従って、袋体に孔が開くと、水止時に中の空気や水が洩れて袋体が充分起立せず、堰として機能しなくなるおそれがある。そのため、これまで、袋体の損傷防止に関して、多くの発明がなされてきた。例えば、実公昭６１−８４７２５号公報には、倒伏状態における袋体下側に弾性体の緩衝材を設けて、袋体の上に落石等があっても緩衝材により衝撃をやわらげて袋体の損傷を軽減する装置が開示されており、実開平１−７５１４１号公報には、起伏堰のコンクリート構造物において、袋体が起立時又は倒伏時に接触する部分にエポキシ樹脂を塗布した起伏堰が開示されており、また、特開平８−１６５６３２号公報には、落石やナイフの突き刺し等に耐えうるように、有機又は無機ポリマーを被覆した耐食性金属線をメリヤス編物にしてゴム又はプラスチックを被覆した可撓性膜材を袋体の表面に設けた起伏堰が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、従来、可撓膜製起伏堰の袋体の損傷は、落石による衝撃、水に流された土砂や石の擦過、ざらついた表面のコンクリート構造物との接触によるものと考えられてきた。そして、それらの原因について対応して、前述のような発明がなされてきた。しかしながら、本発明者が、使用された袋体の損傷状況を詳細に調査したところ、前述の要因とは、全く別の機構により発生した思われる損傷が多数みられた。本発明が解決しようとする課題は、このまだ解明されていない機構を明らかにして、その対策を提案することにある。
【０００４】
本発明者が使用された袋体の損傷状況を詳細に調査した結果、袋体の損傷は、落石等が当たる袋体の倒伏時の上面や、水に流された石等の擦過する袋体の上面先端部だけでなく、落石や流された石等が全く接触しないと考えられる倒伏時の袋体の裏側で先端に近いところに特徴のある損傷がみられた。本発明者は、その損傷状況から、この損傷の発生機構を、倒伏時に袋体の上を通過する水流によって、また、起立時に袋体を越えて行く水流によって、風にはためく幟や水の流れに揺れる葦のように、袋体がはためき、袋体の裏側の可撓膜が波打ち、床版を激しく叩くためと推定し、確認した。しかしながら、単純に袋体の裏側の損傷多発部分を厚く補強しただけでは、袋体の柔軟性が失われだけでなく、袋体の裏側の振動特性も変化し、更に、金属の疲労破壊のように、突如して裂けるような現象も発生した。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、このような現象を回避して、前述の課題を解決するため、袋体の表面が、超高分子量ポリエチレンと親和性を有するゴム材料からなり、少なくとも倒伏時に接地する袋体の側面に、保護層として超高分子量ポリエチレンフィルムが接着されていることを特徴とする耐摩耗性可撓膜製起伏堰（以下「第１発明」という）、少なくとも倒伏時に接地する袋体の側面に、超高分子量ポリエチレンフィルムが、超高分子量ポリエチレンと親和性を有するゴム材料からなる接着層を介して接着され、保護層が形成されていることを特徴とする耐摩耗性可撓膜製起伏堰（以下「第２発明」という）、少なくとも可撓膜製起伏堰の袋体が倒伏時に接触する床板の部分に、超高分子量ポリエチレンフィルムが、超高分子量ポリエチレンと親和性のあるゴム材料を介して接着された保護層が形成されていることを特徴とする耐摩耗性可撓膜製起伏堰（以下「第３発明」という）、並びに、超高分子量ポリエチレンフィルムが、曲面の母線方向に平行に峰部が延びるように波形に接着されていることを特徴とする第２発明に係わる耐摩耗性可撓膜製起伏堰（以下「第４発明」という）を提供する。
【０００６】
第１発明に係わる耐摩耗性可撓膜製起伏堰は、袋体の表面が、超高分子量ポリエチレンと親和性を有するゴム材料からなり、少なくとも倒伏時に接地する袋体の側面に、保護層として超高分子量ポリエチレンフィルムが接着されていることを特徴としている。この超高分子量ポリエチレンは、耐摩耗性が高くゴムの１０倍程度にまで達するだけでなく、耐水性、耐候性にも優れている。しかし、その接着性は、特定の超高分子量ポリエチレンと親和性を有するゴムに対してだけ強く現れる。この超高分子量ポリエチレンと親和性を有するゴムは、ゴムを構成する化合物中に、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基を含むものであり、エチレンプロピレンゴム、スチレンブタジエンゴムと天然ゴムとの混合物等があげられる。また、これらに塩素は含んでいてもよく、塩素化ポリエチレン、塩素化ブチルゴム、ブチルゴムと塩素化ブチルゴムとの混合物等があげられる。しかし、ニトリル基やスルホン基等は含んでいない方がよい。袋体の表面が、このようなゴムでできている場合は、超高分子量ポリエチレンフィルムを直接融着することができる。超高分子量ポリエチレンフィルムを融着する範囲は、少なくとも倒伏時に接地する袋体の側面であるが、その範囲以外まで融着しても、袋体全面に融着してもよい。
【０００７】
第２発明に係わる耐摩耗性可撓膜製起伏堰は、少なくとも倒伏時に接地する袋体の側面に、超高分子量ポリエチレンフィルムが、超高分子量ポリエチレンと親和性を有するゴム材料からなる接着層を介して接着され、保護層が形成されていることを特徴としている。この第２発明は、主として、袋体の表面が、超高分子量ポリエチレンと親和性を有していないゴムでできていて、超高分子量ポリエチレンフィルムを直接融着できない場合に適用される。この場合には、超高分子量ポリエチレンフィルムは、超高分子量ポリエチレンと親和性を有するゴムの接着層を介して接着されるが、接着層を介して接着するとは、接着層に超高分子量ポリエチレンフィルムを融着させてから接着層を袋体に接着する方法、及び、袋体に接着層を接着させてからその上に超高分子量ポリエチレンフィルムを融着させる方法だけでなく、親和性を有するゴム層の上に超高分子量ポリエチレン粉末を載せ、更にその上に親和性を有するゴム層を載てせ、加熱して超高分子量ポリエチレンをフィルム化すると同時に上下両面からゴム層に接着させた後、袋体に接着する方法等をも含む。このように超高分子量ポリエチレンフィルムを両面から融着した場合は、特に局所的に摩耗によって一部分だけ超高分子量ポリエチレンフィルムが露出した時の抗剥離性が高くなる。前述の方法によって形成される保護層は、少なくとも倒伏時に接地する袋体の側面に設けられるが、その範囲以外まで設けても、袋体全面に設けてもよい。
【０００８】
第３発明に係わる耐摩耗性可撓膜製起伏堰は、少なくとも可撓膜製起伏堰の袋体が倒伏時に接触する床版の部分に、超高分子量ポリエチレンフィルムが、超高分子量ポリエチレンと親和性のあるゴム材料を介して接着された保護層が形成されていることを特徴としている。可撓膜製起伏堰の床版は、前述のように、通常コンクリート製であって、固いので、袋体の倒伏時にその上に落ちてきた石等の衝撃をやわらげるため緩衝材を設けたり、また、表面がざらざらしているので、袋体の摩耗を抑えるためエポキシ樹脂を塗布したりすることが提案されている。この発明では、倒伏時の袋体への落石だけでなく、倒伏時や水が越流する際の水流による袋体の波打ち衝撃をやわらげ、表面を滑らかにするため、緩衝材としてゴム材料を敷設し、その摩耗を防ぐため超高分子量ポリエチレンフィルムで被覆している。
【０００９】
第４発明に係わる耐摩耗性可撓膜製起伏堰は、第２発明に係わる耐摩耗性可撓膜製起伏堰の袋体の保護層において、超高分子量ポリエチレンフィルムが、曲面の母線方向に平行に峰部が延びるように波形に接着されていることを特徴としている。曲面の母線方向とは、袋体の起立時にほぼ円筒形になった時の円筒形の母線をいい、水の流れとはほぼ直角の方向になる。一般に、袋体は、その表面の一部又は全部に厚手の保護層を設けると、厚くなった部分が曲がり難くなる。そこで、その部分を曲がり易くするため、曲面の母線方向に平行に、スリットや溝を設けてもよい。図１は、その一つの実施例の断面の説明図である。この図において、Ａは平らの時の状態、Ｂは曲げられた時の状態、１は袋体の一部、２は接着層、３は超高分子量ポリエチレンフィルム、４は溝を示す。しかし、図１Ｂに見られるように、単にスリットや溝を設けただけでは、その部分が曲げられると、スリットや溝の超高分子量ポリエチレンフィルムで保護されていない側面が表面に露出して床版に接触することになる。そこで、第４発明に係わる耐摩耗性可撓膜製起伏堰では、図２に示したように、波形に成形した接着層の表面に超高分子量ポリエチレンを融着して、袋体の可撓膜がどのように変形しても、超高分子量ポリエチレンフィルムが常に表面に出るようして、変形によって耐摩耗性が損なわれないようにしてある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
１．接着性試験
ＪＩＳの接着試験法（ＪＩＳ−Ｋ−６３０１ ７．はく離試験法）に従って、厚さ８０μｍと３５０μｍの超高分子量ポリエチレンフィルムの両面に、各種のゴムを貼り合わせ、１４８℃の加熱プレスで加硫して接着して製造した試験片（厚さ５ｍｍ、幅２５ｍｍ、長さ１２０ｍｍ）を作成して接着試験を行った。試験に供したゴムは、スチレンブタジエンゴムと天然ゴムとの混合物（以下「試料１」という）、エチレンプロピレンゴム（以下「試料２」という）、塩素化ブチルゴム（以下「試料３」という）、ブチルゴムと塩素化ブチルゴムとの混合物（以下「試料４」という）、塩素化ポリエチレン（以下「試料５」という）、クロロプレンゴム（以下「試料６」という）、ニトリルブタジエンゴム（以下「試料７」という）、水素化ニトリルブタジェンゴム（以下「試料８」という）、及び、クロロスルホン化ポリエチレン（以下「試料９」という）である。試験で得られた結果は表１のとおりであった。
【００１１】
【表１】

【００１２】
表１から、スチレンブタジエンゴムと天然ゴムとの混合物（試料１）、エチレンプロピレンゴム（試料２）、塩素化ブチルゴム（試料３）、ブチルゴムと塩素化ブチルゴムとの混合物（試料４）、塩素化ポリエチレン（試料５）は、超高分子量ポリエチレンとの接着性が高いことがわかった。
【００１３】
２．耐摩耗性試験
その表面全体に、スチレンブタジエンゴムと天然ゴムとの混合物を接着剤として超高分子量ポリエチレンフィルムを接着した第２発明に係わる袋体（以下「試験袋体」という）と、従来の可撓膜性起伏堰の袋体（以下「比較袋体」という）とを、摩耗試験機にかけ、その表面を、サンドペーパーの繰り返し往復運動による摺動試験をおこなったところ、比較袋体は、約２０００回の往復運動で、厚さの半分程度まで摩耗したが、試験袋体は、１０，０００回以上の往復運動でも、超高分子量ポリエチレンフィルムが摩耗することはなかった。
【００１４】
３．実地試験
本年８月上旬から、有田川上流域で、極秘裏に、袋体の一部にスチレンブタジエンゴムと天然ゴムとの混合物を接着剤として超高分子量ポリエチレンフィルムを接着した第２発明に係わる保護層を設けた幅約３０ｍの可撓膜製起伏堰を設置し、試験を行っているが、現在までのところ、保護層のない部分では、約５ｍｍの摩耗がみられたが、保護層を設けた部分では、全く摩耗が見られなかった。
【００１５】
【発明の効果】
本発明に係わる耐摩耗性可撓膜製起伏堰は、前述のような構成と作用を有するので、倒伏時に通過する水流や起立時に越過する水流によって引き起こされる袋体の振動や叩きつけによる摩耗を、著しく軽減するので、可撓膜製起伏堰の耐用年数が大幅に伸び、単に資源の有効利用に寄与するだけでなく、水利を必要とする農業や園芸業や養魚業等において、資材や経費の節減に役立ち、産業界や社会に大きな効果をもたらすものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施例の断面の説明図である。
【図２】本発明の他の一つの実施例の断面の説明図である。
【符号の説明】
１ 袋体の一部
２ 接着層
３ 超高分子量ポリエチレンフィルム
４ 溝

Claims (4)

1. 袋体の表面が、超高分子量ポリエチレンと親和性を有するゴム材料からなり、少なくとも倒伏時に接地する袋体の側面に、保護層として超高分子量ポリエチレンフィルムが接着されていることを特徴とする耐摩耗性可撓膜製起伏堰
2. 少なくとも倒伏時に接地する袋体の側面に、超高分子量ポリエチレンフィルムが、超高分子量ポリエチレンと親和性を有するゴム材料からなる接着層を介して接着され、保護層が形成されていることを特徴とする耐摩耗性可撓膜製起伏堰
3. 少なくとも可撓膜製起伏堰の袋体が倒伏時に接触する床版の部分に、超高分子量ポリエチレンフィルムが、超高分子量ポリエチレンと親和性のあるゴム材料を介して接着された保護層が形成されていることを特徴とする耐摩耗性可撓膜製起伏堰
4. 超高分子量ポリエチレンフィルムが、曲面の母線方向に平行に峰部が延びるように波形に接着されていることを特徴とする請求項２記載の耐摩耗性可撓膜製起伏堰

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