JP3896286B2

JP3896286B2 - 積雪防止部材

Info

Publication number: JP3896286B2
Application number: JP2002017160A
Authority: JP
Inventors: 功和枩倉; 明夫岡本; 常治森
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2002-01-25
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2022-01-25
Also published as: JP2003213626A

Description

本発明は、積雪を防止するための部材、屋外に曝される構造物における積雪面の少なくとも一部材として当該積雪防止部材を用いることを特徴とする構造物、及び屋外に曝される構造物における積雪面の少なくとも一部の表面に当該積雪防止部材を設置することを特徴とする構造物に関するものである。
【０００１】
【従来の技術】
積雪地帯における屋根上の積雪は、雪の自重による家屋の損傷や倒壊を引き起こす。かかる災害を回避するため、古来よりいわゆる雪下ろし作業が行われてきた。
【０００２】
ところが、雪下ろし作業は重労働であり、かつ、危険が伴い、多大な費用を要する。そこで従来、屋根の滑雪性を向上させることにより雪が自然に落下するようにすべく、屋根材の検討が行われてきた。
【０００３】
かかる屋根材として、チタン板を挙げることができる。チタン板は軽く強度も高く、また耐食性が優れているため建材として有用である。加えて、チタン板は優れた滑雪性を有するため、積雪を回避するための屋根材として有用である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、単に建材としてチタン板を使用するのみでは十分でない場合がある。即ち、滑雪性を有する屋根材を使用した場合、積雪量の増大によって、雪の自重による滑り方向の力が雪塊と屋根材間の摩擦力を上回ると、雪塊が落下する。ところが、屋根から落下する程度では許容される大きさの雪塊でも、積雪する場所によっては重大な被害をもたらす場合がある。
【０００５】
例えば、雪が積もり易く、かつ、その下や傍らを人や車両等が通行する橋梁やビル等では、雪塊の落下により大きな被害をもたらすことがあるため、屋根の場合よりも一層早い段階、即ち被害をもたらす程の雪塊が形成されないうちに雪を滑落させることが求められる。また、線路上に容易に除去できない程の雪塊が存在すると甚大な被害又は損害が発生することがあるため、線路脇の崖等の積雪を、大きな雪塊を形成しない程度の早い段階（容易に除去することができる状態）で滑落させなければならない。更に、交通標識等に雪が付着すると通行者がその意味するところを認識することができず、混乱を生ずることがあるため、標識に吹き付けられた雪を速やかに滑落させることが求められる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願発明者らは上記の様な事情に着目し、従来の建材よりもより早い段階で積雪が滑落するような条件を鋭意研究した結果、構造物に被覆すべき積雪防止部材としての本発明を完成させたものである。
【０００７】
即ち、本発明に係る積雪防止部材は、
積雪部位を覆うように傾斜して配置される積雪防止部材であって、チタン又はチタン合金製の板材を構成要素として含み、該板材の表面粗さと傾斜角度が下記関係式（１）を満たし、
0≦Ｒａ×Ｐｃ＜85のとき（傾斜角度）≧0.16×(Ｒａ×Ｐｃ)＋24
85≦Ｒａ×Ｐｃのとき（傾斜角度）≧37.6
（上記式中、Ｒａ：算術平均粗さ
Ｐｃ：単位長さ当たりの粗さピーク数）・・・（１）
且つ該板材厚が約２ｍｍ以下であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る積雪防止部材は、
１）前記板材の裏面側に断熱構造体が付加されているものでもよく、
２）前記板材の表面側の少なくとも一箇所に下り方向への段差が存在しているものでもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明において、「積雪部位を覆うように傾斜して配置される」としたのは、本発明の目的が、積雪により形成された雪塊の落下により不利益が生じることが想定される場所に、本発明に係る積雪防止部材を傾斜して配置することにより、より早い段階で積雪を滑落させることにあることを表すものである。尚、ここで「傾斜」には「垂直」、即ち傾斜角が約９０°の場合が含まれるものとする。また、当該積雪防止部材が構造物を「覆う」場合とは、構造物の露出面（積雪部位）全体を覆うことが好適であるが、その一部を覆うものであってもよいし、また、当該積雪防止部材が複数である場合には、それらが互いに重なり合っていてもよい。
【００１０】
本発明の積雪防止部材の構成要素である板材を「チタン又はチタン合金製」のものとしたのは、これらは汎用のステンレス鋼材に比べて軽量かつ高強度であり、また、これらは耐食性が優れているので、腐食等によるメンテナンスの必要がないからである。従って、メンテナンスが困難な高所等に該積雪防止部材を設置した場合には、非常に有効である。更に、これらは単位体積当りの熱容量が小さいので、雰囲気温度の上昇によって速やかに昇温して、当該板材の表面に接した雪を融解することで滑雪を促す。加えて、低熱伝導性であるので、融解した雪が再凍結することなく、滑雪性を保つことができる。
【００１１】
ここでチタン合金としては、上記特性に優れているものであれば特に限定はないが、例えばＴｉ-３Ａｌ-２.５Ｖ；及びＴｉ-０.３Ｍｏ-０.８Ｎｉ、Ｔｉ-０.５Ｎｉ-０.０５Ｒｕ、Ｔｉ-０.０５Ｐｄ-０.３Ｃｏ、５Ｔａ、Ｔｉ-０.１５Ｐｄ、Ｔｉ-０.０５Ｐｄ、Ｔｉ-０.４Ｎｉ-０.０１５Ｐｄ-０.０２５Ｒｕ-０.１５Ｃｒ等の耐食性チタン合金等を挙げることができる。チタン又はチタン合金として好ましくは純チタンである.
「構成要素として含み」としたのは、板材を構成要素として含んでいれば、積雪防止部材と構造物とを固定する接続具等を有するものであってもよいという意味である。
【００１２】
本発明において使用される板材の傾斜角度と表面粗さは、下記関係式（１）
0≦Ｒａ×Ｐｃ＜85のとき（傾斜角度）≧0.16×(Ｒａ×Ｐｃ)＋24
85≦Ｒａ×Ｐｃのとき（傾斜角度）≧37.6
（上記式中、Ｒａ：算術平均粗さ
Ｐｃ：単位長さ当たりの粗さピーク数）・・・（１）
を満たすことが必要である。本発明者らは、板材の単位長さ当たりの粗さピーク数に板材表面の凹凸の平均高さ及び低さを掛け合わせることにより板材の表面粗さの指標とし、これらと板材の傾斜角度の関係を規定することにより、積雪が過度に進行する前に逐次板材表面から滑落するための要件として定めたものである。即ち、Ｒａ×Ｐｃの値が大きい程、滑落すべき雪塊と板材との摩擦が大きくなるので、その値に応じて板材の傾斜角度を適切に調節すればよい。
【００１３】
「約２ｍｍ以下」とは、小数点第１位を四捨五入した場合に２ｍｍ以下となる数値をいい、具体的には２.５ｍｍ未満である。「約２ｍｍ以下」として、好ましくは２ｍｍ以下であり、更に好ましくは１.８ｍｍ以下であり、最適には１.６ｍｍ以下である。かかる限定を必要としたのは、板材が厚くなるにしたがって板材全体の熱容量が大きくなり、低熱容量といったチタン及びチタン合金が有する特性が有効に活かせなくなるからである。例えば、３ｍｍ以上の厚板材では、太陽光等による速やかな昇温が起こり難くなり、積雪との接地点における雪の融解による滑雪促進効果が乏しくなる。但し、板材が薄くなり過ぎると、積雪により変形して滑雪性低下を招くおそれがあるので、板材は、好ましくは０.３ｍｍ以上、更に好ましくは０.６ｍｍ以上とするのがよい。
【００１４】
ここで、「板材の裏面側に断熱構造体が付加されている」とは、板材の裏面から熱が奪われないように処理されていれば特に限定はされない意である。例えば、コンクリート架台をチタン又はチタン合金製板材により覆う場合、該板材の裏面側に断熱構造体を付加すればコンクリートにより熱を奪われることなく、積雪防止部材はより効果的に滑雪性を発揮することができる。このような断熱構造としては、例えば裏面に断熱材を設けることが挙げられる。断熱材により板材の低温化を防ぎ、融解した雪の再凍結を防止することができる。また、該断熱材は、チタン又はチタン合金製板材として薄板材を使用する際の補強材としての役割も果たす。かかる断熱材としては、例えば、発砲ウレタン、発砲スチロール、ウールマット、シリカマット、グラスマット、セラミックマット、炭素繊維マット等を挙げることができる。
【００１５】
板材の表面側の少なくとも一箇所に下り方向に存在させる「段差」は、図１に示すように、積雪防止部材の傾斜面を分断する方向に沿って設けられる。かかる段差によって、該段差より上方に存在する雪又は該段差に直接吹き付けられた雪が、ほぼ垂直に設けられた該段差に沿って落下することで、段差より下方に存在する雪に対して滑雪のための初動が与えられ、積雪をより早期に滑落させることができる。当該段差の高さや形成方向には特に制限はなく、また、該段差は、傾斜面に一つだけでなく、数箇所にわたって存在していてもよい。更に、該段差は、ほぼ垂直でなくとも同様な効果を得られるのならば、どのような角度で設けてもよい。
【００１６】
更に、本願発明者らは、これら積雪防止部材を使用する構造物についても鋭意研究をしたものである。
【００１７】
即ち、本発明は、
３）屋外に曝される構造物における積雪面の少なくとも一部材として、本発明に係る積雪防止部材を用いることを特徴とする構造物、及び
４）屋外に曝される構造物における積雪面の少なくとも一部の表面に、本発明に係る積雪防止部材を設置することを特徴とする構造物（特に、橋梁）にも関するものである。
【００１８】
即ち、本発明に係る積雪防止部材を施されることにより過剰の積雪が回避されるような構造物も本発明に含有される。
【００１９】
ここで、積雪防止部材を「用いる」とは、構造物自体が発明に係る積雪防止部材により形成されている場合を指す。このような構造物としては、例えば看板等を挙げることができる。
【００２０】
積雪面の少なくとも一部の表面に、本発明に係る積雪防止部材を設置することを特徴とする構造物としては、例えば橋梁やビルを挙げることができる。橋梁は、下を人や車両等が通行するために、本発明にかかる積雪防止部材を積雪面に設置することにより、下に危険を及ぼす程の雪塊が形成される前に積雪を滑落させることができ、安全が確保される。また、ビル等の上端に積雪することにより雪塊が形成され、これが落下すると傍らを通行する人等に被害を及ぼすことがあるため、当該部分に本発明に係る積雪防止部材を設置することも有効である。
【００２１】
次に、本発明に係る積雪防止部材の施工例を、図面を参照しつつ具体的に説明する。但し、本発明は、図示例に限定されるものではない。
【００２２】
図２は、本発明に係るチタン又はチタン合金製板材１を施した構造物４の断面を模式的に表したものである。即ち、板材１を、断熱構造２を介して接続具３により構造物４に固定することを示している。このように、構造物を本発明に係る積雪防止部材によって覆うことにより、雪は従来よりも早い段階で構造物より滑落し、大きな雪塊の落下により下に被害を及ぼすことを防止することができる。
【００２３】
図３は、梁等の円柱状構造物５に本発明に係る積雪防止部材を施したところを表したものである。円柱状や表面に凹凸が存在する構造物等に積雪防止部材を施す場合には、図３のように、チタン又はチタン合金製板材６及び断熱構造７を構造物の全面に接する様な施工としなくても、接続具８を介する等により、構造物の上方に被せる様にして過剰の積雪を防止することができる。
【００２４】
図４は、構造物９に対して、チタン又はチタン合金製板材１０及び断熱構造１１を、その一部が重なる様に施工したところを模式的に示したものである。
【００２５】
【実施例】
以下に、実施例を示し、本発明を更に詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
実施例１
研磨やサンドブラスト、ショットブラストなどで表面粗さを変えた純チタン板（板厚１.５ｍｍ）を用意した。
【００２６】
表面粗さ指標のうちＲａ（算術平均粗さ）は、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜取り部分の平均線の方向にＸ軸を、縦倍率の方向にＹ軸を取り、粗さ曲線をｙ＝ｆ(ｘ)で表したときに、次の式によって求めた。
【００２７】
【化１】

【００２８】
また、表面粗さ指標のうちＰｃ（単位長さ当たりの粗さピーク数）は、中心線から０.２５μｍ離れた位置に中心線と平行な２本のカウントレベルを設け、下側のカウントレベルと粗さ曲線が交差する２点間において、上側のカウントレベルと粗さ曲線が交差する点が１点以上ある場合にこれを１ピークとカウントし、単位長さ(ｃｍ)当たりの山の数として求めた。
【００２９】
この純チタン板を様々な傾斜角で屋外に設置し、積雪が滑落したか否かを調査した。積雪の滑落の有無について、純チタン板の傾斜角度と表面粗さ指標であるＲａ×Ｐｃとの関係を、下の表１に示す。得られた結果より、積雪の滑落が起こる範囲の、純チタン板の傾斜角と表面粗さ指標であるＲａ×Ｐｃの関係式を導き出した。
【００３０】
【表１】

【００３１】
実施例２
実施例１と同様の試験条件に加えて、設置台と純チタン板の間に、断熱構造として厚さ２５ｍｍの発泡ウレタンを挟み、積雪が滑落したか否かを調査した。積雪の滑落の有無について、純チタン板の傾斜角度と表面粗さ指標であるＲａ×Ｐｃとの関係を、下の表２に示す。得られた結果より、積雪の滑落が起こる範囲の、純チタン板の傾斜角と表面粗さ指標であるＲａ×Ｐｃの関係式を導き出した。
【００３２】
【表２】

【００３３】
かかる結果より、チタン又はチタン合金製板材の裏面を断熱した場合には、より緩やかな板材傾斜角でも滑雪が生じる、即ち、より速やかに滑雪が生じることが明らかとなった。
【００３４】
【発明の効果】
本発明に係る積雪防止部材は、その板材としてチタン又はチタン合金を採用し、かつ、該板材の表面粗さと傾斜角度との関係を限定することで、優れた滑雪性を発揮することができ、従来の部材よりも顕著に早い段階で積雪を滑落させることができる。また、該板材の厚さを限定することで、チタン又はチタン合金の有する低熱容量という特性を有効に活かし、いっそう早期の滑雪を実現することができる。
【００３５】
これにより、従来しばしば問題とされていた構造物積雪面からの雪塊の崩落による事故を未然に防止し、構造物の安全性を向上させることができる。
【００３６】
従って、本発明に係る積雪防止部材は、雪国における構造物への施工部材として有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】：本発明に係る積雪防止部材に設けられる段差を模式的に表したもの
【図２】：本発明に係る積雪防止部材の使用の一例
【図３】：円柱状の構造物に、本発明に係る積雪防止部材を施工した例
【図４】：本発明に係る積雪防止部材を互いに重ね合う様に、構造物に施工した例
【符号の説明】
１，６，１０：チタン又はチタン合金板材
２，７，１１：断熱構造
３，８：接続具
４，５，９：積雪防止部材を施工された構造物

Claims

積雪部位を覆うように傾斜して配置される積雪防止部材であって、チタン又はチタン合金製の板材を構成要素として含み、該板材の表面粗さと傾斜角度が下記関係式（１）を満たし、
0≦Ｒａ×Ｐｃ＜85のとき（傾斜角度）≧0.16×(Ｒａ×Ｐｃ)＋24
85≦Ｒａ×Ｐｃのとき（傾斜角度）≧37.6
（上記式中、Ｒａ：算術平均粗さ
Ｐｃ：単位長さ当たりの粗さピーク数）・・・（１）
且つ該板材厚が約２ｍｍ以下であることを特徴とする積雪防止部材。
前記板材の裏面側に断熱構造体が付加されている請求項１に記載の積雪防止部材。
前記板材の表面側の少なくとも一箇所に下り方向への段差が存在する請求項１又は２に記載の積雪防止部材。
屋外に曝される構造物における積雪面の少なくとも一部材として、請求項１〜３のいずれか１項に記載の積雪防止部材を用いることを特徴とする構造物。
屋外に曝される構造物における積雪面の少なくとも一部の表面に、請求項１〜３のいずれか１項に記載の積雪防止部材を設置することを特徴とする構造物。