JP6365149B2

JP6365149B2 - 融雪マット

Info

Publication number: JP6365149B2
Application number: JP2014182729A
Authority: JP
Inventors: 村上　修; 修村上; 桂高橋
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2014-09-08
Filing date: 2014-09-08
Publication date: 2018-08-01
Anticipated expiration: 2034-09-08
Also published as: JP2016056562A

Description

本発明は、融雪マットに関する。

歩道等に設置される融雪マットとして、種々の構造のものが提案されている（例えば特許文献１）。

特開平０９−１７７０５４号公報

歩道等に設置され、その上を歩行者等が通行する融雪マットには、融雪性能だけではなく、融けた雪（水）で濡れた状態での滑り性を低下させる耐滑性等も望まれる。

本発明の一目的は、耐滑性および融雪性の向上が図られた新規な構造の融雪マットを提供することである。

本発明の一観点によれば、
下側層と、
前記下側層上に配置された面状発熱体と、
前記面状発熱体を挟んで前記下側層上に配置され、ゴムまたは熱可塑性エラストマーの単体物あるいはそれらの混合物で構成されたベースポリマーに、植物原料から製造された多孔性炭素材粒子が添加されて耐滑熱伝導層として構成された上側層と
を有する融雪マット
が提供される。

ベースポリマーに植物原料から製造された多孔性炭素材粒子が添加されて耐滑熱伝導層として構成された上側層により、歩行者等が滑りにくく、かつ効率的に融雪を行うことができる。

図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、それぞれ、本発明の実施形態による融雪マットの概略構造を示す断面図および平面図であり、図１（Ｃ）は、凹凸パターンの例を概略的に示す平面図である。図２（Ａ）は、実施形態の融雪マットの製造工程を概略的に示す断面図であり、図２（Ｂ）は、変形例の凹凸パターンの概略構造を示す断面図である。

以下、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）を参照して、本発明の一実施形態による融雪マット１００について説明する。図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、それぞれ、本実施形態の融雪マット１００の概略構造を示す断面図および平面図であり、図１（Ｃ）は、本実施形態の融雪マット１００の表面に形成された凹凸パターン１０の例を概略的に示す平面図である。

融雪マット１００は、下側層１と面状発熱体２と上側層３とにより構成されている。下側層１上に、面状発熱体２が配置され、面状発熱体２を挟んで下側層１上に、上側層３が配置されている。融雪マット１００は、下側層１側を地面側にして設置され、上側層３上の雪を融かし、上側層３上を歩行者等が通行するように構成されている。融雪マット１００の地面側を「下側」、融雪・通行側を「上側」と呼ぶこともある。

融雪マット１００の平面形状は、例えば、一辺の長さが例えば数十ｃｍ〜数ｍの四角形状であり、より具体的には例えば、短辺が１ｍ程度で長辺が２ｍ程度の長方形形状である。平面視上、下側層１と上側層３の内部に、面状発熱体２の発熱部が内包されている。下側層１および上側層３は、例えば相互に加硫接着可能なゴム等の材料で形成され、面状発熱体２の周囲に設けられた接着部４で、下側層１と上側層３とが例えば加硫接着されている。接着部４の幅は、例えば５ｃｍ〜１０ｃｍである。なお、下側層１と上側層３の少なくとも一方に、面状発熱体２の電源引出線５を通す溝部６が形成されていてもよい。

下側層１および上側層３の厚さは、例えばそれぞれ数ｃｍであり、より具体的には例えば下側層１が３ｃｍ程度で上側層３が２ｃｍ程度である。面状発熱体２の厚さは、例えば数ｍｍ〜１ｃｍ程度、より具体的には例えば５ｍｍ程度である。融雪マット１００の全体の厚さは、例えば数ｃｍ、より具体的には例えば５ｃｍ程度である。

面状発熱体２としては、公知の構造のものを適宜用いることができる。面状発熱体２の電源電圧は、例えば１００Ｖまたは２００Ｖであり、発熱温度は、例えば２０℃〜８０℃である。なお、面状発熱体２は、厳密に面状の発熱体であることを要しない。例えば、線状の発熱体を蛇行させて面的な発熱を行わせるように構成されたものであってもよい。

上側層３は、その上を歩行者等が通行するので、融けた雪による滑りが抑制された耐滑層として構成されていることが望ましい。さらに、上側層３は、融雪のため、面状発熱体２で発生した熱を上方へ効率的に伝達する熱伝導層として構成されていることが望ましい。本実施形態による融雪マット１００では、後述のように適当な材料の選択により、上側層３が、耐滑性および熱伝導性の高められた耐滑熱伝導層として構成されている。

上側層３は、また、上側表面に凹凸パターン１０を有することで、耐滑性がさらに高められるように構成されている。

地面側に配置される下側層１は、融雪・通行側に配置される上側層３と比べて、熱伝導性の低い層（断熱性の高い層）であってよい。面状発熱体２で発生した熱を上方へより効率的に伝達するために、適当な材料の選択等により、下側層１の断熱性を積極的に高めるようにしてもよい。なお、断熱性を高めるために、下側層１を上側層３と比べて厚くするようにしてもよい。

次に、上側層３および下側層１のより具体的な材料構成例について説明する。まず、上側層３の構成材料について説明する。

上側層３は、ゴムまたは熱可塑性エラストマーの単体物あるいはそれらの混合物で構成されたベースポリマーに、植物原料から製造された多孔性炭素材粒子が添加されて耐滑熱伝導層として構成されている。

ベースポリマーとしては、ゴムまたは熱可塑性エラストマーを、単体物として用いてもよいし、混合して用いてもよい。

ベースポリマーに用いるゴムとしては、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、イソブチレン・イソプレンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム等が挙げられる。これらをブレンドしたものを使用してもよい。

ベースポリマーに用いる熱可塑性エラストマーとしては、例えば、スチレン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＳ）、オレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー（ＴＰＶＣ）、ポリエステル系熱可塑性エラストマー（ＴＰＥＥ）、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＵ）、ナイロン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＡ）等が挙げられる。これらをブレンドしたものを使用してもよい。

上側層３のベースポリマーとして、より具体的には、例えば、エチレン・プロピレン・ジエンゴムを用いることが好ましい。エチレン・プロピレン・ジエンゴムは、耐候性、耐熱性等が高いので、屋外で使用する融雪マットの材料として好ましい。

なお、上側層３のベースポリマーとしては、ＪＩＳショアＡ硬度が４０°〜７５°の範囲の硬度であるものを用いることが好ましい。このような範囲の硬度とすることにより、歩行者等の通行時に路面が変形しやすいので、接地面積を増やすことが容易である。これより硬いと、路面が変形し難く接地面積を増やし難くなり、これより柔らかいと、通行時の路面が安定し難くなる。

ベースポリマーに添加される、植物原料から製造された多孔性炭素材粒子（以下、単に「多孔性炭素材粒子」と呼ぶ）としては、例えばＲＢ（ＲｉｃｅＢｒａｎ）セラミックス粒子が挙げられる。ＲＢセラミックスは、脱脂ぬかの炭化物（軟質なアモルファスカーボン）と、フェノール樹脂の炭化物であるガラス状炭素（硬質なアモルファスカーボン）とで構成され、数種類の気孔を有する硬質多孔性炭素材である。

多孔性炭素材粒子、例えばＲＢセラミックス粒子は、ベースポリマーに、ベースポリマー単体と比べて耐滑性が向上するように添加される。例えば、より具体的には、ＲＢセラミックス粒子を、ベースポリマー１００質量部に対し３〜１０質量部の割合で添加することが好ましい。ＲＢセラミックス粒子をベースポリマーに対して３質量部以上添加すると、水中での（表面が濡れている状態での）摩擦係数が上昇し、ＲＢセラミックス粒子の割合を増やしていくと、摩擦係数はある程度まで上昇した後、再び減少する。この知見のもとに、ベースポリマー１００質量部に対するＲＢセラミックス粒子の割合を３〜１０質量部とすることで、融雪マットとして適切な摩擦係数が得られることが分かった。

また、添加するＲＢセラミックス粒子の粒子径は、５μｍ〜１５０μｍの範囲の粒子径とすることが好ましい。なお、ＲＢセラミックス粒子の粒子径は、篩（スクリーンメッシュ）を通すことで制御することができ、本実施形態では、例えば、粒子径１０μｍ以下、１０μｍ以上５３μｍ以下、５３μｍ以上１０６μｍ以下、１０６μｍ以上１５０μｍ以下の４サイズのものを好ましく用いることができる。例えば、このような添加量や粒子径とすることにより、耐滑性を効果的に向上させることができる。

ベースポリマーに添加されたＲＢセラミックス粒子は、気孔に水を吸収することで、歩行者の靴底等が接触する上側層３の上面上（より詳しくは後述の凸部１１の上面上）に水膜が形成されることを抑制する。また、上側層３の上面上（凸部１１の上面上）に突き出したＲＢセラミックス粒子が、歩行者の靴底等に食い込むことにより、スパイク効果が生じる。このようにして、耐滑性が高められる。

なお、ＲＢセラミックス粒子の添加により、耐滑性の向上効果とともに、耐摩耗性の向上効果も得ることができる。

ＲＢセラミックス粒子は、炭素を主成分とする粒子であり、ベースポリマーへの添加により、ベースポリマー単体と比べて熱伝導率を向上させることもできる。

本実施形態では、多孔性炭素材粒子を、耐滑性と熱伝導性の両方を向上させる材料としてベースポリマーに添加することで、上側層３を、耐滑性とともに熱伝導性の向上が図られた耐滑熱伝導層として構成している。これにより、本実施形態による融雪マット１００は、歩行者等が滑りにくく、かつ効率的に融雪を行うことができるという効果を有する。

なお、上側層３の構成材料としては、ベースポリマーと多孔性炭素材粒子の他に、適宜、加硫剤（架橋剤）、加硫助剤（架橋助剤）、充填剤、難燃剤、可塑剤、老化防止剤（酸化防止剤）、安定剤、着色剤、加工助剤等が含まれていてもよい。

例えば、充填剤として、熱伝導性をさらに高めるような充填剤、例えばカーボンブラック等が含まれていてもよい。

次に、下側層１の構成材料について説明する。下側層１は、ゴムまたは熱可塑性エラストマーの単体物あるいはそれらの混合物で構成されたポリマーにより形成することができる。ゴム、熱可塑性エラストマーとしては、上側層３について説明した材料と同様な材料を用いることができる。なお、下側層１に用いるポリマーの材料構成は、上側層３と同一構成としてもよく、しなくてもよい。

なお、下側層１の構成材料としては、上記ポリマー（ベースポリマー）の他に、適宜、加硫剤（架橋剤）、加硫助剤（架橋助剤）、充填剤、難燃剤、可塑剤、老化防止剤（酸化防止剤）、安定剤、着色剤、加工助剤等が含まれていてもよい。

例えば、充填剤として、断熱性を高めるような（熱伝導性を低くするような）充填剤、例えばクレーや炭酸カルシウム等が含まれていてもよい。

次に、上側層３の表面に形成された凹凸パターン１０について説明する。凹凸パターン１０は、好ましくは、第１の方向（例示の図１（Ｃ）では紙面上下方向）に長い凸部１１が、第１の方向と直交する第２の方向（例示の図１（Ｃ）では紙面左右方向）に複数本並んで構成された第１の凹凸ユニット１３と、第２の方向に長い凸部が第１の方向に複数本並んで構成された第２の凹凸ユニット１４とが、市松状（チェッカーボード状）に交互に配置されて構成されたパターンである。凸部１１の上面に、歩行者の靴底等が接触する。

各凹凸ユニット１３，１４は、２本〜６本の凸部１１が並んで構成されていることが好ましく、例えば４本の凸部１１が並んで構成されていることが好ましい。各凸部１１の長さは、３０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲の長さであることが好ましく、例えば４０ｍｍであることが好ましい。各凸部１１の幅は、５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の幅であることが好ましく、例えば５ｍｍであることが好ましい。隣接して並んだ凸部１１同士の間にできる凹部１２の幅は、５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の幅であることが好ましく、例えば５ｍｍであることが好ましい。隣接して配置された凸部１１同士の間に形成された凹部１２の（上側層３の上面からの）深さは、５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の深さであることが好ましく、例えば５ｍｍであることが好ましい。

凹凸ユニット１３，１４の各々は、典型的には、４０ｍｍ（４ｃｍ）角程度の領域となる。歩行者の靴の大きさを、例えば、長さが２６ｃｍ程度で（最も広い部分の）幅が１０ｃｍ程度と見積もると、歩行者がいろいろな方向に歩く場合であっても、靴の幅内に、第１の凹凸ユニット１３および第２の横方向凹凸ユニット１４のいずれもが含まれる（靴の幅が、第１の凹凸ユニット１３と第２の凹凸ユニット１４の両方にまたがる）ようにできる。

本願発明者は、凸部１１の長さ方向が、靴の長さ方向（歩行者の進行方向）に沿っているときに、耐滑効果が特に高いことを見出した。本実施形態の凹凸パターン１０を用いれば、靴の幅内に含まれる凹凸ユニット１３，１４のうち、一方のユニットの凸部１１の長さ方向（第１および第２の方向の一方）が、他方のユニットの凸部１１の長さ方向（第１および第２の方向の他方）と比べて相対的に、靴の長さ方向に沿うようにできるので、融雪マット１００の様々な設置態様に対して、耐滑性向上が図られる。

なお、隣接して配置された凸部１１同士の間に形成された凹部１２は、雪が融けて生じた水を排水する排水溝として機能する。

次に、図２（Ａ）を参照して、本実施形態による融雪マット１００の製造方法について説明する。まず、同時加硫接着による製造方法について説明する。同時加硫接着による製造方法では、未加硫の下側層１と、面状発熱体２と、未加硫で凹凸パターン１０の未だ形成されていない上側層３との積層体を準備する。そして、このような積層体を、熱板、金型で挟み、高温高圧（例えば１５５±３℃、１０±１ＭＰａ程度）でプレスすることにより、下側層１および上側層３の加硫を行い面状発熱体２の周囲で下側層１と上側層３とを加硫接着すると同時に、上側層３の表面に凹凸パターン１０を形成する。金型は、凹凸パターン１０の凹凸形状に対応したものを用いればよい。例えばこのようにして、融雪マット１００を作製することができる。

同時加硫接着による製造方法の他、また例えば、加硫済みシートの後接着によって融雪マット１００を作製することもできる。加硫済みシートの後接着による製造方法では、加硫済みの下側層１と、面状発熱体２と、加硫済みで凹凸パターン１０の未だ形成されていない上側層３との積層体を準備する。そして、このような積層体を、定盤、金型で挟み、定温定圧（例えば室温、５±１ＭＰａ程度）でプレスすることにより、面状発熱体２の周囲で下側層１と上側層３とを一体接着すると同時に、上側層３の表面に凹凸パターン１０を形成する。

次に、図２（Ｂ）を参照して、上述の実施形態の変形例による凹凸パターン１０について説明する。本変形例では、隣接して配置された凸部１１同士の間に形成される凹部１２の側面がテーパ状に形成されており、凹部１２の幅が下方ほど狭くなるように、凹凸パターン１０が構成されている。これにより、例えば、凹部１２の幅が一定である凹凸パターン１０（破線で示す）と比べて、上側層３の凹凸パターン１０形成部分の体積を増やすことができ、上側層３の蓄熱量を増やすことができる。

以上説明したように、本実施形態による融雪マット１００では、ベースポリマーに植物原料から製造された多孔性炭素材粒子を添加し、上側層３を耐滑熱伝導層として構成している。これにより、歩行者等が滑りにくく、かつ効率的に融雪を行うことができるという効果が得られる。

また、本実施形態による融雪マット１００では、上側層３の表面に凹凸パターン１０を形成している。これにより、さらに高い耐滑性が得られる。

以上、実施形態に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

以下、実施形態について付記する。

（付記１）
下側層と、
前記下側層上に配置された面状発熱体と、
前記面状発熱体を挟んで前記下側層上に配置され、ゴムまたは熱可塑性エラストマーの単体物あるいはそれらの混合物で構成されたベースポリマーに、植物原料から製造された多孔性炭素材粒子が添加されて耐滑熱伝導層として構成された上側層と
を有する融雪マット。
（付記２）
前記多孔性炭素材粒子は、前記ベースポリマー１００質量部に対し３〜１０質量部の割合で添加されている付記１に記載の融雪マット。
（付記３）
前記多孔性炭素材粒子は、粒子径が５μｍ〜１５０μｍである付記１または２に記載の融雪マット。
（付記４）
前記上側層は、表面に凹凸パターンを有する付記１〜３のいずれか１つに記載の融雪マット。
（付記５）
前記凹凸パターンは、第１の方向に長い凸部が前記第１の方向と直交する第２の方向に複数本並んで構成された第１の凹凸ユニットと、前記第２の方向に長い凸部が前記第１の方向に複数本並んで構成された第２の凹凸ユニットとが、市松状に交互に配置されて構成されている付記４に記載の融雪マット。
（付記６）
前記第１の凹凸ユニットおよび前記第２の凹凸ユニットは、それぞれ、２本〜６本の凸部が並んで構成され、各凸部の長さは３０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲の長さであり、各凸部の幅は５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の幅であり、隣接して並んだ凸部同士の間にできる凹部の幅は５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の幅であり、隣接して並んだ凸部同士の間にできる凹部の深さは５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の深さである付記５に記載の融雪マット。
（付記７）
前記凹凸パターンは、隣接して並んだ前記凸部同士の間に形成され、下方ほど幅が狭くなる形状である凹部を有する付記５または６に記載の融雪マット。
（付記８）
前記面状発熱体の周囲で、前記下側層と前記上側層とが加硫接着されている付記１〜７のいずれか１つに記載の融雪マット。
（付記９）
前記ベースポリマーは、ＪＩＳショアＡ硬度が４０°〜７５°の範囲の硬度である付記１〜８のいずれか１つに記載の融雪マット。
（付記１０）
前記上側層には、さらに、熱伝導性を高める充填剤が添加されている付記１〜９のいずれか１つに記載の融雪マット。
（付記１１）
前記下側層には、さらに、断熱性を高める充填剤が添加されている付記１〜１０のいずれか１つに記載の融雪マット。

１下側層
２面状発熱体
３上側層
４接着部
５（面状発熱体の）電源引出線
６（電源引出線を通す）溝部
１０凹凸パターン
１１凸部
１２凹部
１３第１の凹凸ユニット
１４第２の凹凸ユニット
１００融雪マット

Claims

下側層と、
前記下側層上に配置された面状発熱体と、
前記面状発熱体を挟んで前記下側層上に配置され、ゴムまたは熱可塑性エラストマーの単体物あるいはそれらの混合物で構成されたベースポリマーに、植物原料から製造された多孔性炭素材粒子が添加されて耐滑熱伝導層として構成された上側層と、
を有し、
前記多孔性炭素材粒子は、ＲＢ（ＲｉｃｅＢｒａｎ）セラミックス粒子であり、
前記ＲＢ（ＲｉｃｅＢｒａｎ）セラミックス粒子は、前記ベースポリマー１００質量部に対し３〜１０質量部の割合で添加されている
融雪マット。
前記ＲＢ（ＲｉｃｅＢｒａｎ）セラミックス粒子の粒子径は、５μｍ〜１５０μｍである請求項１に記載の融雪マット。
前記上側層は、表面に凹凸パターンを有し、
前記凹凸パターンは、第１の方向に長い凸部が前記第１の方向と直交する第２の方向に複数本並んで構成された第１の凹凸ユニットと、前記第２の方向に長い凸部が前記第１の方向に複数本並んで構成された第２の凹凸ユニットとが、市松状に交互に配置されて構成されている請求項１または２に記載の融雪マット。
前記面状発熱体の周囲で、前記下側層と前記上側層とが加硫接着されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の融雪マット。