(57)【要約】　　　（修正有）【課題】目標値の電磁波反射係数を有する道路舗装材を設計する方法を提供。【解決手段】上層と下層のそれぞれに電磁波吸収材が含有されている２層構造の道路舗装材を設計する方法で（１）電磁波吸収材の含有量を変化させたときの上層と下層のそれぞれにつき、ある含有量のときの複素比透磁率と複素比誘電率を仮定し、上層と下層の電磁波反射係数を計算する手順１、（２）上層と下層の電磁波反射係数を、実測する手順２、（３）上層と下層の複素比透磁率および複素比誘電率を決定する手順３、（４）電磁波吸収材の含有量を変化させたときの上層と下層から成る２層構造の道路舗装材を想定し、道路舗装材に電磁波が入射したときの電磁波反射係数を計算する手順４、得られた計算値と、製造目的の道路舗装材に要求される電磁波反射係数とを対比し、道路舗装材に要求される電磁波反射係数の含有量を決定する手順５、を含む道路舗装材の設計方法。【選択図】　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
上層と下層のそれぞれに電磁波吸収材が含有されている２層構造の道路舗装材を設計する方法であって、
（１）電磁波吸収材の含有量を変化させたときの上層と下層のそれぞれにつき、ある含有量のときの複素比透磁率と複素比誘電率がある値であると仮定し、それらの仮定値に基づいて前記上層と前記下層の電磁波反射係数を計算する手順１、
（２）前記上層と前記下層の電磁波反射係数を斜入射測定法で実測する手順２、
（３）下記の方法のいずれかで、前記上層と前記下層の複素比透磁率および複素被誘電率のそれぞれを決定する手順３、
方法１：前記上層と前記下層のそれぞれにつき、手順１で得た前記計算値と手順２で得た前記実測値の差分の２乗の総和値が最小となるときの複素比透磁率と複素比誘電率とを計算し、得られた値をもって、前記のある含有量のときの前記上層と前記下層の複素比透磁率および複素比誘電率とする方法。
方法２：前記上層と前記下層のそれぞれを、直接、導波管に装入して複素比透磁率と複素比誘電率を測定し、得られた値をもって、前記のある含有量のときの前記上層と前記下層の複素比透磁率および複素比誘電率とする方法。
方法３：前記上層と前記下層のぞれぞれにつき、その両側にアンテナを配置して複素比透磁率と複素比誘電率を測定する自由空間透過法で、前記上層と前記下層のぞれぞれの複素比透磁率および複素比誘電率を測定し、得られた値をもって、前記のある含有量のときの前記上層と前記下層の複素比透磁率および複素比誘電率とする方法。
（４）電磁波吸収材の含有量を変化させたときの上層と下層から成る２層構造の道路舗装材を想定し、各上層と各下層の複素比透磁率と複素比誘電率に関しては手順３で得た前記決定値を用いて、前記道路舗装材に電磁波が入射したときの電磁波反射係数を計算する手順４、および、
手順４で得た計算値と、製造目的の道路舗装材に要求される電磁波反射係数とを対比し、前記道路舗装材の上層と下層における電磁波吸収材の含有量を決定する手順５、
を含むことを特徴とする道路舗装材の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は道路舗装材の設計方法に関し、更に詳しくは、目標とする電磁波反射係数を有する道路舗装材を設計する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
次世代の道路交通システムであるインテリジェント交通システム（ＩＴＳ）の一環として、有料道路の料金自動徴収システム（ＥＴＣ）や、道路上を走行する自動車の走行支援システム（ＡＨＳ）の開発が進められている。
そして、最近では、道路表面に電磁波吸収機能を具備せしめる研究が行われている。
【０００３】
ところで、高速道路は、通常、最下層が鉄筋を内蔵するコンクリート舗装路になっていて、その上に、アスファルトと骨材を主体とする厚み４０ｍｍ程度の道路舗装材が２層配置された構造になっている。そして最近では、上記した道路舗装材が、比較的緻密な下層と、その上に配置された比較的多孔質で水はけがよい上層との２層構造になりつつある。
【０００４】
そして、この道路舗装材に上記した電磁波吸収機能をもたせるために、下層と上層のいずれにおいても、アスファルトに例えば電磁波吸収材である炭素繊維や炭素粉末の所定量を含有せしめることが試みられている。このような道路舗装材の場合、比較的多孔質な上層表面から入射した電磁波は、前記電磁波吸収材の作用効果で当該道路舗装材の内部で減衰して吸収される。
【０００５】
ところで、電磁波吸収機能を有する道路舗装材の場合、材料的には同じ道路舗装材であっても、その電磁波吸収特性は、電磁波の入射角（θ）によって変動する。例えば、入射角（θ）が大きくなる、すなわち電磁波が斜入射すると、電磁波吸収特性は低下してその表面における電磁波の反射が大きくなる。
また、入射角（θ）が一定値であっても、道路舗装材における電磁波吸収材の含有量が変化すると、やはりその表面における電磁波の反射係数は変動する。
【０００６】
ところで、道路建設時にあっては、目標とする電磁波吸収特性、すなわち道路表面における電磁波の反射係数を設計することが必要になる。しかしながら、現在までのところ、電磁波の反射係数に関する上記したような変動要因を勘案して道路建設の設計を行うということはなされていない。
そのため、電磁波吸収特性を有する道路舗装材の使用に際しては、例えば電磁波吸収材などの含有量を様々に変化させて道路舗装材を試作し、そしてその試作材のそれぞれに対して電磁波の入射角（θ）を変化させ、その都度、電磁波吸収特性を測定して、目的とする電磁波吸収特性を示したものを道路舗装材として採用するという試行錯誤の作業が行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の上記した問題を解決し、目的とする電磁波吸収特性との関係で、製造すべき道路舗装材を設計する方法の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明においては、
上層と下層のそれぞれに電磁波吸収材が含有されている２層構造の道路舗装材を設計する方法であって、
（１）電磁波吸収材の含有量を変化させたときの上層と下層のそれぞれにつき、ある含有量のときの複素比透磁率と複素比誘電率がある値であると仮定し、それらの仮定値に基づいて前記上層と前記下層の電磁波反射係数を計算する手順１、
（２）前記上層と前記下層の電磁波反射係数を、斜入射測定法で実測する手順２、
（３）下記の方法のいずれかで、前記上層と前記下層の複素比透磁率および複素比誘電率のそれぞれを決定する手順３、
方法１：前記上層と前記下層のそれぞれにつき、手順１で得た前記計算値と手順２で得た前記実測値の差分の２乗の総和値が最小となるときの複素比透磁率と複素比誘電率とを計算し、得られた値をもって、前記のある含有量のときの前記上層と前記下層の複素比透磁率および複素比誘電率とする方法。
【０００９】
方法２：前記上層と前記下層のそれぞれを、直接、導波管に装入して複素比透磁率と複素比誘電率を測定し、得られた値をもって、前記のある含有量のときの前記上層と前記下層の複素比透磁率および複素比誘電率とする方法。
方法３：前記上層と前記下層のぞれぞれにつき、その両側にアンテナを配置して複素比透磁率と複素比誘電率を測定する自由空間透過法で、前記上層と前記下層のぞれぞれの複素比透磁率および複素比誘電率を測定し、得られた値をもって、前記のある含有量のときの前記上層と前記下層の複素比透磁率および複素比誘電率とする方法。
（４）電磁波吸収材の含有量を変化させたときの上層と下層から成る２層構造の道路舗装材を想定し、各上層と下層の複素比透磁率と複素比誘電率に関しては手順３で得た前記決定値を用いて、前記道路舗装材に電磁波が入射したときの電磁波反射係数を計算する手順４、および、
手順４で得た計算値と、製造目的に道路舗装材に要求される電磁波反射係数とを対比し、前記道路舗装材の上層と下層における電磁波吸収材の含有量を決定する手順５、
を含むことを特徴とする道路舗装材の設計方法が提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明で設計対象となる道路舗装材は、コンクリート舗装路の上に配置され、上層と下層から成る２層構造のものである。
そして、上層と下層は、いずれも、例えば砕石のような骨材と、バインダ成分であるアスファルトと、このアスファルトの中に充填されている電磁波吸収材とで構成されている。
【００１１】
本発明は、このような構成の道路舗装材に、ある入射角（θ）で電磁波が入射したときに、舗装材表面における電磁波反射係数（以下、単に反射係数という）が目標値を満たすように、道路舗装材の構成、具体的には電磁波吸収材のアスファルトへの含有量を設計する方法である。
本発明の設計方法は、次のような手順を踏んで実施される。それを以下に詳細に説明する。
（１）手順１：上層と下層のそれぞれに関する反射係数の計算。
【００１２】
電磁波吸収材の含有量が異なる単層構造の擬舗装材を想定する。これは、道路舗装材の上層や下層の組成を模擬するものである。この単層構造の層（Ａ０）は、骨材とアスファルトと電磁波吸収材で構成されていて、そのときの電磁波吸収材の含有量はｍ０（ｍ０は変数）体積％であるとする。
そしてまず、この層（Ａ０）の複素比透磁率と複素比誘電率がそれぞれある値であると仮定する。
【００１３】
この層（Ａ０）に入射角（θ）で電磁波を入射したとすると、入射ＴＥ波の反
【００１４】
【外１】
2004107962.tif 000002
【００１５】
【数１】
2004107962.tif 000003
【００１６】
で示される。
【００１７】
【外２】
2004107962.tif 000004
【００１８】
であり、次式：
【００１９】
【数２】
2004107962.tif 000005
【００２０】
／λ）である。なお、λは電磁波の波長、ｄは層（Ａ０）の厚み、ｊは複素数を表す。）
で示される。なお、Ｚ０は空気の特性インピーダンスである。
【００２１】
【外３】
2004107962.tif 000006
【００２２】
【数３】
2004107962.tif 000007
【００２３】
で示される。
【００２４】
【外４】
2004107962.tif 000008
【００２５】
であり、次式：
【００２６】
【数４】
2004107962.tif 000009
【００２７】
／λ）である。なお、λは電磁波の波長、ｄは層（Ａ０）の厚み、ｊは複素数を表す。）
で示される。
このようにして、手順１では、複素比透磁率と複素比誘電率の仮定値に基づい
【００２８】
【外５】
2004107962.tif 000010
【００２９】
を計算し、ｍ０値との関係を把握しておく。
（２）手順２：層（Ａ０）の反射係数の実測。
層（Ａ０）の試料を作製し、その試料に対して斜入射測定法（アーチ法）を行って、試料表面における反射係数を実測する。
電磁波がＴＥ波である場合とＴＭ波である場合のそれぞれにつき、試料の反射
【００３０】
【外６】
2004107962.tif 000011
【００３１】
この場合も、ｍ０値を変化させて、そのときの反射係数を実測し、ｍ０値との関係を把握しておく。
（３）手順３：層（Ａ０）の複素比透磁率と複素比誘電率の決定。
この手順３における層（Ａ０）の複素比透磁率と複素比誘電率の決定に関しては、前記した方法１，方法２，方法３のいずれかの方法を適用することができる。
【００３２】
ここでは、方法１で決定する場合について説明する（ＴＥ波の場合）。
【００３３】
【外７】
2004107962.tif 000012
【００３４】
る。そしてその値を、次式：
【００３５】
【数５】
2004107962.tif 000013
【００３６】
に基づき、ある入射角（θ）に関して、要求される周波数範囲において、数十点の周波数に関して加算する。
そして、この総和値を最小にするように複素比透磁率と複素比誘電率を選択する。
なお、決定された複素比透磁率と複素比誘電率は、いずれも、層（Ａ０）における電磁波吸収材の含有量がｍ０体積％のときの値である。この含有量が変動すれば、式（３）を最小にする複素比透磁率と複素比誘電率の値も変わってくる。
【００３７】
なお、方法２を採用する場合には、層（Ａ０）を導波管に装入し、各テンソル要素として決定することができる。
また、方法３を採用する場合には、層（Ａ０）の両側にアンテナを配置し、反射係数の周波数特性を反射係数の測定値に最小２乗法を適用して求めることができる。
【００３８】
【外８】
2004107962.tif 000014
【００３９】
電磁波吸収材の含有量が、それぞれ、ｍ１体積％、ｍ２体積％である下層と上層の２層構造から成る道路舗装材（Ａ）を想定する。
このとき、下層に関しては手順１〜手順３を適用して複素比透磁率と複素比誘
【００４０】
【外９】
2004107962.tif 000015
【００４１】
また上層に関しては同じく手順１〜手順３を適用して複素比透磁率と複素比誘
【００４２】
【外１０】
2004107962.tif 000016
【００４３】
上層と下層の複素比透磁率と複素比誘電率に関する上記決定値に基づき、この
【００４４】
【外１１】
2004107962.tif 000017
【００４５】
まず、この道路舗装材（Ａ）にＴＥ波を入射した場合には、道路舗装材（Ａ）
【００４６】
【外１２】
2004107962.tif 000018
【００４７】
される。
【００４８】
【数６】
2004107962.tif 000019
【００４９】
Ｘ＝ｔａｎｈ（２πｄ１Ｕ１ｊ／λ），Ｙ＝ｔａｎｈ（２πｄ２Ｕ２ｊ／λ）
である。そして、θは電磁波の入射角、λは波長、ｄ１は下層の厚み、ｄ２は上層の厚み、ｊは複素数を表す。）
また、ＴＭ波を入射した場合には、道路舗装材（Ａ）の表面の特性インピーダ
【００５０】
【外１３】
2004107962.tif 000020
【００５１】
【数７】
2004107962.tif 000021
【００５２】
【外１４】
2004107962.tif 000022
【００５３】
れる。
ここで、計算されたこの反射係数は、電磁波吸収材の含有量が，ｍ１体積％である下層と、電磁波吸収材の含有量がｍ２体積％である上層とから成る２層構造の道路舗装材（Ａ）に、入射角（θ）で電磁波が入射したときに示す反射係数である。
（５）手順５：電磁波吸収材の含有量の設計。
【００５４】
今、設計目標の道路舗装材は、電磁波がある入射角（θ１）で入射したときに
【００５５】
【外１５】
2004107962.tif 000023
【００５６】
ｍ１値とｍ２値をそれぞれ把握する。
そして、下層における電磁波吸収材の含有量をｍ１体積％、上層における電磁波吸収材の含有量をｍ２体積％と決定する。
【００５７】
【発明の実施例】
１．設計思想の正しさの確認
（１）使用骨材の種類、大きさ、使用量が同じであり、また、アスファルトに同量のＣａＣＯ３を粉末を添加し、そしてこのＣａＣＯ３粉末の使用量に対し、６０体積％に相当する量の軟磁性粉末を添加して全体を混合し、得られた材料で下層と上層を形成して２層構造の道路舗装材を製造した。
（２）ついで、手順１〜手順３に基づいて、下層と上層のそれぞれの複素比透磁率と複素比誘電率を決定し、更に手順４に基づいて、上記した道路舗装材へのＴＥ波入射時における反射係数（Ｓ）を計算した。その結果を、入射角（θ）の関係として図２に示した。
（３）一方、上記した道路舗装材の反射係数を、ＴＥ波を用い、入射角（θ）が０°、３０°、４０°、５０°、６０°、７０°の場合につき、斜入射測定法で実測した。その結果を図２の○印で示した。
（４）図２から明らかなように、計算値と実測値が、入射角（θ）が４０°以上という斜入射角が大きい場合には事実上一致している。このことは、本発明で採用した設計思想は、現実に、道路舗装材の設計時に適用可能であるということを示している。
２．本発明の設計思想で製造された道路舗装材の性能、電磁波吸収材の種類、アスファルトへの含有量を変化させて各種の材料を調製し、ＴＥ波、ＴＭ波のそれぞれの各入射角における反射係数の絶対値の合計が、比較例に比べて小さくなる（ｄＢ表示では数値が大きくなる）組み合わせとして、上層、下層ともに軟磁性粉末を６０体積％含有させ、そして更なる電磁波吸収効果を得るために、カーボンファイバを上層と下層のそれぞれに含有させた例を示す。
【００５８】
まず、それらを用いて、表１で示した２層構造の道路舗装材を製造した。そして、これらの道路舗装材の電磁波反射係数を入射角（θ）が０°、３０°、６０°である場合につき、斜入射測定法で実測した。比較のために、あるインターチェンジにおける道路表面の反射係数も実測した。結果を表１に示した。
【００５９】
【表１】
2004107962.tif 000024
【００６０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明方法は、目標値の電磁波反射係数を有する道路舗装材を、前記した手順１〜手順５に従って高い確度で設計することを可能にするので、今後の道路建設にとって非常に有用な技術として期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】斜入射測定法で電磁波反射係数を測定する方法を説明するための説明図である。
【図２】本発明方法で設計した２層構造の道路舗装材における反射係数の計算値と実測値の関係を示すグラフである。
【図１】
2004107962.tif 000025
【図２】
2004107962.tif 000026