(57)【要約】      （修正有）【課題】仮舗材に対して、その安全性、利便性、機能性を追及したものとして、ゴム弾性を提案する。【解決手段】安全性において、衝撃吸収のための材質と形状、すべり防止のため１．０以上の摩擦係数、及びたわみ発生防止のための多重弾性体化１１，１２が特徴である。利便性には特に施工性を強調した。機能性としては、表面ひずみによる氷膜の破壊が可能な設計とした。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体のゴム弾性体が２種以上の弾性定数によって曲げ変更を制御するとともに、２種以上のひずみ領域を有しこれによって見かけの静摩擦係数を１．０以上にした重さ２０ｋｇ以下の繰返し使用可能な仮舗材の製造方法。（以下、仮舗材と称す。）
【請求項２】
前記一体のゴム弾性体の引張応力が均一に１００ｋｇ／ｃｍ２以上の３次元架橋結合反応の生成物であること、前記２種の弾性定数の内、一つの弾性定数を３０ｋｇ／ｃｍ２以下にすることを特徴とする請求項１の仮舗材の製造方法。
【請求項３】
前記ゴム弾性体の多数を二次元につなぐ場合、連結金具が二点連結金具、三角連結金具、及び四角連結金具によって路面被覆の形状及び広さに関係なく二次元固定が可能な請求項１の仮舗材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】道路工事などの現場において、仮復旧の舗装材の代替品。
【背景技術】
【０００２】歩道を含む車道において、その全巾の一部の巾で堀越しの工事を行い、道路に沿って進んで行くことが良くある。例えば、通信ケーブルやガス、水道配管の埋設工事などがその例である。この時、工事の進行とともに掘起した部分を埋戻して、その表をアスファルトなどで仮復旧工事を施し、一時的に人や車輪の通行が出来るようにする。【０００３】前記アスファルトによる仮復旧工事の場合、本工事の時は事前に仮復旧のアスファルトを破壊して取除く作業が必要であるだけでなく、取除かれるアスファルトなどは廃棄物となる。また、現場でアスファルト工事の時は敷設用の重機類が必要であり、又常に悪臭を出しながら作業が行われることの他に、工事後すぐ使用できない。
この様なアスファルトの欠点を考えて、各種の板状のもの又はマット類が代替品として使われることがある。【０００４】仮舗材は、人、自転車が通るのでスリップを最小限にしなければならない。そのため、表面の摩擦係数の設定とともに降雨時の摩擦係数の変化、また水溜りによる表面の凍結防止が必要である。【０００５】仮舗材には工事現場の状況によっては重量車輪が通過する場合、又は何らかの衝撃応力を受ける場合、又は埋め戻しの転圧土部分の陥没によって曲げモメントを受ける場合を想定しないといけないので、これに耐えられる張力と強度が必要である。【０００６】仮舗材は、人の転倒を想定し、この時の衝撃エネルギー仮舗材に吸収され人体に及ぶ反応力を最小限にしなければならない。【０００７】仮舗材は使用中二次元的に又は三次元の形状変化が起こってはならない。これらの変形は仮舗材の熱変形、前記埋戻し転圧土面の凹凸、あるいは、地面との固定不良などによって起こる。【０００８】仮舗材は、工事現場の作業性が悪い条件と想定して、作業員の手作業で敷設、撤去などを行う場合のため軽量でなければならない。【０００９】アスファルトの代替品として木材板や樹脂板又はそのシート状のものが使われることもあるが、いずれも【０００５】で言うスリップに対応できないことと、【０００６】で言う衝撃吸収性がないので適当ではない。【００１０】ゴム又はゴムチップを用いた弾性体のマットを用いる例は多く見られる。
例えば、特許公開平１０年−１１４８３９は、ゴムチップを用いてバインダー成形の弾性体マットの舗材としているが、これは引張強度が数１０ｋｇ／ｃｍ２程度であるため、設置中に破壊される恐れがある。特に曲げ変形には弱くまた弾性率が大きいため、衝撃エネルギーの吸収特性が良くない。【００１１】ソリッドタイプのゴムマットは、他の目的で種々のものが市販され、これらを前記仮舗材として転用することがある。これらはいずれも高引張強度をもっていることと衝撃エネルギーを吸収し、表面に粗い模様をつけスリップ防止及び凍結防止ができる。しかし、上記の条件を備えて、その上摩擦係数が降雨時又は凍結時に関係なく１．０以上を維持するような設計、さらに掘起し現場の埋もどし転圧土に凹凸があってもこれに関係なく平坦面を維持でき、連結金具で無限の広さで形状制限がないまま連結固定する手段を備えたものは見当たらない。
【課題を解決する手段】
【００１２】体重６０ｋｇの人が歩く時、片足の面積を３００ｃｍ２と仮定すると圧縮応力はσ０＝Ｗ／Ａで  σ０＝６０／３００  ＝０．５ｋｇ／ｃｍ２となり、これによる圧縮ひずみは殆んどない、つまりゴムの表面を平坦にすると歩く時の歪が殆んどないので、摩擦係数が小さくなる。そのため表面を図２の（ａ）か（ｂ）に形状にすることがよくある。
このような形状による解決方法に関してその考え方は本発明でも同じである。しかし、従来の種々の製品は経験的なもので科学的計算による設計が見当らない。
動物を含め人間も、軟らかい地面がゴム表面を歩行するとき圧縮変形が１〜２ｍｍが最も良いとされている。
【００１３】その為、本発明ではゴムの表面に半球の突起物をつけ、次式からゴムの物性及び半球の半径を決定した。
Ｅ＝Ｗ／（Ｎ・π）  １／ｒ３・Ｒ    ……〔１〕
ここで、Ｅ：弾性定数、Ｗ：人の体重、ｒ：圧縮を受け変形した時のひずみ、Ｒ：圧縮がないときの球の半径、Ｎ：人の片足面積の中にある突起物の数。
式によって、球の半径を４ｍｍ、ゴム表面の半径をこの球が示すような数にすると、人間の片足の面積３００ｃｍ２の中にＮ＝３００あり、ひずみを１〜２ｍｍとした場合、ゴムの弾性定数を２０〜３０ｋｇ／ｃｍ２にしなければならない。
従って本発明では、前記〔１〕式による摩擦特性及び人体への影響を決定することを特徴とする。
【００１４】少なくとも静摩擦係数を１．０以上にするためには、ミクロレベルの接着界面だけの議論では得られない。従って、前記突起物の形状にするが、この場合も圧縮ひずみを１〜２ｍｍ程度にすることが重要である。これによって摩擦係数は、マクロ的なレベル、即ち圧縮を受ける部分から移動するとき圧縮を受けない部分が抵抗することによって決まる。
【００１５】凍結は、前記ゴム弾性体の表面に水分が溜まり、これが氷結した場合で氷晶を破壊する原因は前記突起物の曲げ変形である。この時も前記式〔１〕のひずみ変形が１〜２ｍｍであることが曲げモメントを引起すのに重要な役割を担う。一般に曲げモメントは
Ｍ∝  Ｆｕ・Ｒ／Ｅ・Ｓ    ……〔２〕
の関係がある。Ｆｕは、非圧縮突起物が受けるすべり運動による力である。Ｒは前記〔１〕式と同じでＳは突起球の断面積である。
【００１６】仮舗材に求められる強度は引張強さと曲げ変形を少なくする材質である。
【００１７】本発明では、前記引張強度を１００ｋｇ／ｃｍ２以上とした。これは一般のゴム製品が弾性定数Ｅを２０〜６０ｋｇ／ｃｍ２の範囲で設計されれば十分達成できる。しかし、従来のゴムチップ等をバインダーで固めるだけのものは前記強度の条件を満たすことができない。
引張強度の重要性は次のように論じられる。
▲１▼  衝撃応力が何かの落下、転倒物によって発生した場合、ゴム弾性体が受ける応力は
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ここで、Ｕは外部からの衝撃エネルギーで落下物の場合動によるエネルギー率となる。Ａは接している面積である。Ｈはゴム弾性体の厚さである。
本発明のゴム弾性体は最大引張強度σ≒２５０ｋｇ／ｃｍ２、Ｅが２０〜３０ｋｇ／ｃｍ２（第１の弾性率）で、Ｈを２．０ｃｍ以上としている。そのため衝撃エネルギーＵは２０ｔ以上の車輪が急発進するか、その仮舗材に考えられるあらゆる落下又は転倒が起っても耐えられるに十分である。
【００１８】
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あるＥと形状要因のＨでどこまで対応するかが決定される。例えばＨを薄いシート状にすると衝撃エネルギーが吸収できないことがσの値から計算でわかると同時に、ゴム弾性体の強度を越えてしまうことがわかる。
【００１９】もうひとつの求められる強度である曲げ変形要因に関して、単純な推定は
〔２〕式を見ればＥと形状要因Ｓによって決まることがわかる。ゴム弾性体を実際の現場で使用した場合、曲げ変形が問題になる原因は掘起しの後、土で埋め戻して、更に転圧をかけ平らにするが、万一、雨、水もれ、又はその他の何らかの原因で、前記転圧部分が陥没された場合が考えられる。
この時前記〔２〕式でＥを２０〜３０ｋｇ／ｃｍ２にし、ゴム弾性体の中心に重さＷがかかると容易に曲がってしまう。
【００２０】この問題を解決する手段として、一体のゴム弾性体に成形する際に弾性率が異なった複合構造とした。仮舗材の中心にＷの重さが働くときＺ−Ｙ面が受ける曲げモメントとＭは
Ｍ＝Ｅ／Ｓ∫Ａｙ２ｄＡ  ……〔４〕である
但し  ｄＡ＝Ｘ・ｄｙである。本発明ではＥがｙの関数であるから、これを
Ｅ＝Ｅ０（１＋βｙ）  ……〔５〕とおく。従ってＭは
Ｍ＝Ｅ０／ρ  ∫Ａ（１＋βｙ）ｙ２ｄＡ
ｄＡ＝Ｘ・ｄｙであるから
Ｍ＝Ｅ０／ρ・Ｘ［∫ｙｙ２ｄｙ＋∫βｙ３ｄｙ  ］
＝Ｅ／ρ・Ｘ［ｙ３／１２＋ｙ４／３２β］で
Ｍは、仮舗材を歩行する人の体重でＷ／２・Ｚですぐわかるから、この時の
ρ＝Ｅ０／Ｍ  ・Ｘ［ｙ３／１２＋ｙ４／３２β  ］      ……〔６〕である。
ρ（曲率半径）はｙ４／３２βに大きく依存するので、βの値、つまり裏側の弾性率を大きくすると、たわみを小さくすることができる。
【００２１】従来のゴム製のマット類は、使用中その平坦形状が維持できずマットの端部分が曲がってしまうことが多い。これはゴムの熱変形によるもので、その変形率は約１０−３である。（ゴムの熱膨張係数）
熱変形とは、ゴム体の表と裏において熱分布が異なり、この熱の差によって曲げモメントが発生する、〔６〕式からρを考えると
ρ＝１／ΔＴ・Ｅ・Ｚ／Ｍ［  １／３ａ＋β／４（ｂ−ａ）４］
でΔＴが大きいほどρが小さくなる。
ΔＴは、野外で使用する上で、ゴム弾性体の材質を変えない限り、上の式からａ、Ｅ、Ｚを調整する必要がある。
ａとＥについては前途した。本発明のもう一つの特徴は、Ｚ、即ち長さ又は巾の寸法を制限した。図５でＬ０は１０００ｍｍ、ｂ０は５００ｍｍである。従って、
ΔＴが１０℃の場合、Ｌ０は１０ｍｍの熱膨張がその表付近で起る、このときの曲げ変形は一般に
σ／２Ｌ０＝  Ｅ・Ｚ／ρ∫ｙ２・ｄＡ  ……〔７〕
でρ＝２Ｅ・ＺＩ／σ・Ｌ０となる、但し  Ｉ＝∫ｙ２ｄＡで  、σは熱応力である。即ち、Ｌ０の値を小さくすることによって、熱による曲げを制御している。
【００２２】現場において、作業員一人が仮舗材の運搬取付配置の作業ができるように、その重さを２０ｋｇ以下とした。
【００２３】仮舗材の敷設面積は、一度に数百から数１０００ｍ２の場合が多く、この場合決まった寸法の仮舗材を相互連結固定しなければならない。本発明では４箇所に固定用穴（１３）を設けた、この仮舗材４枚を配置するときは、隣合せ位置（１６）において、４本のボルトネジ（１５）を仮舗材の裏面から差込み、同じく仮舗材３枚の場合は、位置（１７）に３本のボルトネジ（１８）を、２枚の場合は位置（１９）に２本のボルトネジ（２０）を差込む。
前記ナットネジ（２２）を穴に差込んだ後、穴のへこみをなくすために、同じゴム製の玉（２１）を改めて用意しこれを差込んでフタをする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】寸法の長さ１０００ｍｍ、巾５００ｍｍ、厚さ３０ｍｍの表面に半径４ｍｍの半球突起物を有する仮舗材を成形した。
突起物の断面が占める仮舗材の表面は全体表面の１／２である。ゴム材料は天然を用い通常の配合とした表面から、約２／３の厚さ（Ｙ方向）の硬度は５５と軟らかく、このときの弾性率は２４±１ｋｇ／ｃｍ２にした、Ｙ方向の残り約１０ｍｍを硬度８８にし、弾性率を６５ｋｇ／ｃｍ２とした。【００２５】静摩擦係数を実測し、同じ条件で他と比較したものを表１に示した。
表１のようにμ＝１．２と確認された、これは加圧されるとき、弾性変形が生じ、せん断引張応力による抵抗が認められている。【００２６】凍結防止試験は前記仮舗材を１／４の大きさにせん断して、表面に厚さ約０．１ｍｍの水膜をかけ、−１０℃の冷凍箱に２４時間放置した後表面を０．５ｋｇ／ｃｍ２、１ｋｇ／ｃｍ２、３ｋｇ／ｃｍ２、５ｋｇ／ｃｍ２で繰返し圧縮をかけた。その結果、０．５ｋｇ／ｃｍ２〜１ｋｇ／ｃｍ２の圧縮の場合は繰返し回数が１０回以上となったが、いずれも凍結の氷晶が破壊される。【００２７】前記〔６〕式で示すように、βを約３０にとる位裏側の弾性率を高く設定する。その硬度を９０以上にする場合、弾性率約１００ｋｇ／ｃｍ２にすることは容易である。このようにして実際に使用した場合を想定して６０ｋｇの人が仮舗材の中心に立って、たわみは１ｃｍ以下と殆んど変化しない。
これを、前記〔６〕式で計算すると
ρ≒９０ｃｍである。【００２８】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【図．１】道路工事を示す立体図  （１）  管工事のための掘起し溝  （２）  土による埋め戻しと転圧  （３）  配管  （４）  仮舗材
【図．２】ゴム製の仮舗材の断面図  （５）  刃形のすべり止め  （６）  円柱形のすべり止め  （７）  球形のすべり止め
【図．３】ゴム弾性体の表面突起物が圧縮を受け変形することを示す断面図  （８）  突起物の仮想図  （９）  変形と非変形界面  （１０）  すべり力
【図．４】異なった２つ以上の弾性率をもつ仮舗材の断面図  （１１）  弾性率Ｅ１のゴム層  （１２）  弾性率Ｅ２のゴム層
【図．５】埋め戻し部分陥没した場合曲げは、Ｘ軸を中心にＺ軸で起る。
【図．６】Ｅ＝Ｅ０（１＋βｙ）で変化する。
【図．７】仮舗材同志の連結  （１３）  固定用穴  （１４）  ４枚を配置する場合  （１５）  ４枚固定ボルトネジ  （１６）  ４枚固定位置  （１７）  ３枚固定位置  （１８）  ３枚固定ボルトネジ  （１９）  ２枚固定位置  （２０）  ２枚固定ボルトネジ
【図．８】仮舗材の固定方法  （２１）  同質ゴム玉  （２２）  ナットネジ  （２３）  ボルトネジ
【符号の説明】
σ  ：  圧縮応力
Ｅ  ：  弾性定数
Ｎ  ：  片足面積の中の突起物の数
ｒ  ：  圧縮変形時のひずみ
Ｒ  ：  圧縮がないときの球の半径
Ｓ  ：  突起球の断面図
Ｕ  ：  エネルギー
Ａ  ：  接地面積
Ｈ  ：  ゴム弾性体の厚さ
Ｗ  ：  荷重  （人の体重）
Ｍ  ：  曲げモメント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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