(57)【要約】【課題】軽量で熱効率がよく、豪雪でもツララや雪庇の発生を防ぐことの可能な融雪機能付き笠木を提供する。【解決手段】笠木本体４２の上の積雪を加熱するための発熱体４１を有し、面状発熱体４１は、赤外線を放射する手段を含む構成としている。これにより、積雪が赤外線を吸収する作用により融雪することができるため、効率よく融雪することができる。発熱体４１は、赤外線を放射するための炭素繊維と、炭素繊維に給電するための導電性繊維と、絶縁性繊維とを紡織した布状の発熱層と、発熱層を両面から挟み込む絶縁性樹脂フィルムとを有する面状発熱体を用いることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
笠木本体と、前記笠木本体の上の積雪を加熱するための発熱体と、前記笠木本体を躯体に固定するための固定部とを有する融雪機能付き笠木であって、
前記発熱体は、赤外線を放射する手段を有することを特徴とする融雪機能付き笠木。
【請求項２】
請求項１に記載の融雪機能付き笠木において、前記発熱体は、赤外線を放射するための炭素繊維と、前記炭素繊維に給電するための導電性繊維と、絶縁性繊維とを紡織した布状の発熱層と、該発熱層を両面から挟み込む絶縁性樹脂フィルムとを有する面状発熱体であり、前記笠木本体の内側に上面が接するように配置されていることを特徴とする融雪機能付き笠木。
【請求項３】
請求項２に記載の融雪機能付き笠木において、前記面状発熱体は、前記炭素繊維よりも下面側に、前記炭素繊維が放射した赤外線を前記笠木本体側に反射する反射層が配置されていることを特徴とする融雪機能付き笠木。
【請求項４】
請求項２ないし３のいずれかに記載の融雪機能付き笠木において、前記面状発熱体の下面側には、前記躯体側に熱が伝導するのを妨げる断熱材が配置されていることを特徴とする融雪機能付き笠木。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の融雪機能付き笠木において、大気温度および降雪の有無を検出するためのセンサと、前記炭素繊維への給電を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記センサが降雪を検出し、かつ、検出された大気温度が予め定めた温度以下の場合に、前記赤外線を放射する手段への給電を行うことを特徴とする融雪機能付き笠木。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面状発熱体を利用した融雪機能を有する笠木に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、門、塀、橋や鳥居等の上に渡す横木である笠木は、寒地積雪地方においては積雪重量に耐えることができるように板厚を厚くして、取り付け金具も強固なものが使用されている。
【０００３】
笠木の融雪装置としては、笠木と、笠木を固定する金物の間に電熱線を収納したものなどが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の笠木には次のような問題があった。
【０００５】
１）融雪装置がない笠木は、積雪重量に耐えることができるように板厚を通常３ｍｍ以上にする必要があり、重く、高価な設備となる。しかも豪雪があった場合には雪の重量に耐え切れず、笠木自体にうねりが生じ、取り替えなければならないことがある。
【０００６】
２）電熱線等の融雪装置を備えた笠木は、熱伝導によって融雪する方式であるため、熱効率が悪く、消費電力が莫大となる。また、豪雪の場合には、笠木に接する部分の積雪のみが融かされて、笠木上の積雪がトンネル状態になり、却ってツララや雪庇を生じさせる。これが歩道や道路側に落下して危険が生じるという問題があった。
【０００７】
本発明は、軽量で熱効率がよい融雪機能付き笠木を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の笠木融雪装置は、笠木本体の上の積雪を加熱するための発熱体を有し、発熱体は、赤外線を放射する手段を含む構成としている。これにより、積雪が赤外線を吸収する作用により融雪することができるため、効率よく融雪することができる。
【０００９】
発熱体は、赤外線を放射するための炭素繊維と、炭素繊維に給電するための導電性繊維と、絶縁性繊維とを紡織した布状の発熱層と、発熱層を両面から挟み込む絶縁性樹脂フィルムとを有する面状発熱体にすることができる。
【００１０】
面状発熱体は、炭素繊維よりも下面側に、炭素繊維が放射した赤外線を笠木本体側に反射する反射層が配置されている構成にすることができる。
【００１１】
面状発熱体の下面側には、躯体側に熱が伝導するのを妨げる断熱材を配置することができる。
【００１２】
大気温度および降雪の有無を検出するためのセンサと、炭素繊維への給電を制御する制御部とを有する構成とし、制御部は、センサが降雪を検出し、かつ、検出された大気温度が予め定めた温度以下の場合には、赤外線を放射する手段への給電を行い融雪する構成にすることができる。これにより、自動運転が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態の融雪機能付き笠木について説明する。
【００１４】
まず、本実施の形態の融雪機能を備えた笠木４０の全体構成を、図１に示した幅方向についての断面図を用いて説明する。融雪機能を備えた笠木４０は、笠木本体４２と、面状発熱体４１と、断熱材４３と、固定具４４と、固定具４４を躯体４７に固定する固定ボルト４５とを含んでいる。笠木本体４２は、図１のように横断方向の断面がコの字型になるように板状部材を屈曲させた構造であり、両側の端部に返し部４２ａが設けられている。面状発熱体４１は、後述するように多層フィルム構造であり、笠木４２の内側に沿って湾曲して配置されている。面状発熱体４１の上面は、フィルムの張力によって笠木本体４２の内壁面にしっかりと密着している。面状発熱体４１の下面には、断熱材４３が接着剤により接着されている。
【００１５】
固定具４４は、躯体４７に搭載される中央部４４ｃが凹部１０１になっており、この部分にホールインアンカーボルト４５を通すための貫通孔が設けられている。固定具４４は、アンカーボルト４５により躯体４７に固定される。
【００１６】
固定具４４の両側の下端４４ａは、笠木本体４２の返し部４２ａに係合し、笠木本体４２と着脱可能に固定される。固定具４４の凹部１０１の両脇に設けられた支持部４４ｂは、断熱材４３と接し、笠木本体４２を下方から支持する。また、固定具４４と笠木本体４２との間には、面状発熱体４１と断熱材４３とが挟まれた配置となる。なお、笠木本体４２は、長手方向および幅方向にいずれも傾斜がつくように固定具４４に支持されている。
【００１７】
面状発熱体４８は、給電のためのケーブル４６を有し、ケーブル４６は、笠木本体４２の端部の返し部４２ａ付近に固定されている。断熱材４３の内部には、面状発熱体４１の温度制御に用いられる温度センサ４８が挿入されている。笠木本体４２の上には、図２に示した降雪センサ４９が搭載される。ケーブル４６、温度センサ４８および降雪センサ４９はいずれも、図示していない制御部に接続される。制御部は、温度センサ４８および降雪センサ４９の出力を受け取って、ケーブル４６に供給する電流を制御し、自動運転の融雪を行う。
【００１８】
笠木本体４２の材質は、面状発熱体４１から放射される赤外線とジュール熱を笠木本体４２を通じて雪に効率よく伝えるために高熱伝導性の材料で、しかも、軽量な材料であることが望ましい。また、耐光性、防錆性に優れた材料であることが望ましい。例えば、これらの特性を備えたアルミニウム合金製の笠木本体４２を用いることができる。また、笠木本体４２の内側を黒色に塗装することにより、熱吸収を向上させることができ、熱効率をさらに向上させることができる。笠木４２の上面（雪との接触面）についても、赤外線放射を助長する樹脂塗料を塗布することにより、消費電力を低減することができる。
【００１９】
断熱材４３は、面状発熱体４１の発生するジュール熱が躯体４７へ散逸するのを防止するためのものであり、耐熱性のある材料で構成することが望ましい。例えば、耐熱性プラスチックの発泡体やガラスウール等を用いることができる。
【００２０】
面状発熱体４１は、図３にその断面を示したように、発熱層１０（１１，１２）を絶縁性の複数の多層フィルムによって挟み込んだ構造を有している。本実施の形態では、発熱層１０の両側をそれぞれ２枚の３層フィルム２０で挟み込み、さらにその外側には一方の面に２層フィルム２１を、他方の面には３層フィルム３０を配置している。３層フィルム３０と３層フィルム２０との間には、赤外線および熱を反射するための反射層３１が挟まれている。面状発熱体４１は、反射層３１が配置されている側の面（図３中右側）を断熱材４３に向けて配置され、逆側の熱放射面（図３中左側）を笠木本体４２に向けて配置される。
【００２１】
発熱層１０は、図４にその構造を示したように、発熱部となる炭素繊維１１と、絶縁材であるガラス繊維１２と、炭素繊維１１に電力を供給するための銅線等を含む導体繊維１３とを紡織して布状にしたものである。すなわち、ガラス繊維１２を縦糸および横糸として織り込み、縦糸または横糸となるガラス繊維１２を所定の間隔で炭素繊維１１に置換し、平行に配置するとともに、布の両端部において、炭素繊維１１と交差する方向に織り込まれたガラス繊維１２を導体繊維１３で置換した構造を有している。このような構造によって、ガラス繊維１２は、平行に配置された炭素繊維１１の各々を動かないように位置決めするとともに絶縁している。
【００２２】
導体繊維１３は、図５に示したように炭素繊維１１との交差部において炭素繊維１１と電気的に接続されるとともに、炭素繊維１１の所定本数（ｎ本）ごとに、両側において交互に電気的切断部１７Ａ〜１７Ｄが形成されている。これによって炭素繊維１１のｎ／２本を単位とする発熱体回路（１１Ａ〜１１Ｄ）が直列につながった発熱体が構成されている。
【００２３】
導体繊維１３は、発熱層１０の端部においてケーブル４６と電気的に接続されている。接続部は、エポキシ樹脂等の絶縁材により強固に被覆されている。これにより、防水性、電気絶縁性、耐荷重性にすぐれ、過酷な環境における使用に耐えることができるように構成されている。なお、ケーブル４６に電流を供給する電源としては、商用電源を用いることができ、例えば単相１００Ｖ、２００Ｖ電源を用いることができる。
【００２４】
多層フィルム２０、２１、３０は、発熱層１０の絶縁および保護のための層である。３層フィルム２０、３０は、ＰＥ（ポリエチレン）／ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）／ＰＥの３層からなる。２層フィルム２１は、ＰＥ（ポリエチレン）／ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）からなる。２層フィルム２１は、ＰＥＴ層が面状発熱体４１の最外側層となるように配置される。これら多層フィルム２０、２１、３０は、酸やアルカリ水溶液に対して加水分解を起こしやすいが耐熱性には優れているＰＥＴと、熱にはあまり強くないが耐薬品性に優れているＰＥＴとを積層することにより、耐熱性、耐薬品性、絶縁性、防水性を兼ね備えている。
【００２５】
反射層３１は、発熱層１０が発生する赤外線およびジュール熱を効率よく反射し、被加熱物への赤外線放射量およびジュール熱の伝達を増大させるものであり、
例えばアルミ層により構成することができる。反射層３１を構成するアルミ層は、３層フィルム３０の一方面にアルミ箔を蒸着することにより、あるいは、アルミ箔を貼着することにより設けることができる。また、この熱反射層３１のかわりに、鏡面処理したアルミ板を積層することも可能である。
【００２６】
また、多層フィルム２０、２１、３０は、熱溶着によって互いに付着し、一体化されている。これにより、外部から発熱層１０への水分や湿気の浸入の防止と漏洩を防止することができ、発熱層１０の劣化防止や外部からの損傷を防ぐことができる。
【００２７】
このような構成の面状発熱体４１は、赤外線放射率が非常に高く（放射率０．９４）、ピーク放射波長が８〜１１μｍ程度であり、雪の固有波長（約１１μｍ前後）とほぼ同じであるため、共鳴共振現象を利用した極めて高い融雪効率が実現できる。また、機能実験を行って防水性、電気絶縁性、耐荷重性について調べたところ、水中に２時間浸水後、水中耐電圧試験（１５００Ｖ／１分間）で絶縁抵抗値は無限大であり、耐荷重テストでは２ｔｏｎ／ｃｍ２に耐えることが確認されている。有機化合物の加水分解試験においては、苛性ソーダ水溶液（ｐｈ１３〜１４）中に浸水１年間で、防水性、電気絶縁抵抗値においても無限大の値を確認されている。
【００２８】
一般的に笠木の規格品は、幅１８０ｍｍ、２００ｍｍ、２５０ｍｍ、３００ｍｍ、３５０ｍｍ、４００ｍｍ、４５０ｍｍとなっているので、面状発熱体４１の幅の設計は、笠木４２の寸法に対応するように、幅２００ｍｍ、２３０ｍｍ、２６０ｍｍ、３００ｍｍ、６００ｍｍ等を標準とするように設計することができる。本実施の形態の面状発熱体４１は、布状の発熱層１０を多層フィルム２０、２１、３０により挟んだ構造であるので、所望のサイズに自由に設計することが可能である。
【００２９】
温度センサ４８、降雪センサ４９および給電用のケーブル４６に接続されている制御部は、温度センサ４８および降雪センサ４９の出力を受け取って、給電用ケーブル４６から発熱体１０に給電する電流のオンオフを制御し、融雪を行わせる制御を行う。降雪センサ４９は、大気温度の計測をできる機能を有している。制御部は、降雪センサ４９の計測した大気温度３℃以下で、降雪を感知している場合には、ケーブル４６に電流を流し面状発熱体１５へ通電する。また、降雪センサ４９の計測した大気温度が３℃以上の場合には、制御部は、自然融雪可能と判断し、面状発熱体１５を予熱するための微弱電流をケーブル４６に流し、融雪準備態勢をとる。また、温度センサ４８は、笠木本体４２とほぼ同温度の断熱材４３の温度を感知する。制御部は、融雪時には温度センサ４８の感知する温度が予め定めた所定の温度範囲となるように、ケーブル４６から面状発熱体４１に供給する電流の大きさまたは供給のオンオフを制御する。制御部は、降雪センサ４９の出力と協調をとり、降雪が終わっても残雪のツララ等をなくすために１時間〜３時間の通電を行い完全消雪する。このため、制御部には、１時間〜３時間を計測する遅延タイマーが組み込まれている。このように制御部は、降雪の有無、大気温、笠木本体４２の温度を検出することにより、自動運転で融雪することができる。
【００３０】
次に、本実施の形態の融雪機能を備えた笠木４０の取り付け方法について説明する。
【００３１】
まず、躯体４７の頂部に固定具４４をホールインアンカー４５でしっかり固定する。従来の笠木では、固定した固定具４４の凹部１０１に相当する部分をモルタル等の充填材で埋め込んで上部を平らにして笠木本体と接する面積を広げ、豪雪時に笠木の変形を防ぐ必要があったが、本実施の形態の笠木は、優れた融雪機能を備えているため、その必要はない。
【００３２】
つぎに、予め断熱材４３が接着剤で固定された面状発熱体４１を笠木本体４２の内側に押し込んで湾曲させ、フィルム形態の面状発熱体４１の張力により笠木本体４２と密着させる。この笠木本体４２を固定具４４の上からかぶせ、固定部の端部４４ａを笠木本体４２の返し部４２ａにはめ込む。これにより、笠木本体４２を固定具４４に固定することができるとともに、固定具４４の支持部４４ｂが断熱材４４ｂを押し上げ、面状発熱体４１が笠木本体４２に押しつけられた状態となる。
【００３３】
この後、降雪センサ４９を笠木本体４２の上に固定する。給電用のケーブル４６、温度センサ４８の出力ケーブルおよび降雪センサ４９の出力ケーブルを、笠木４０の内側に固定し、図示していない制御部および商用電源に接続する。これにより笠木４０の設置が完了する。
【００３４】
上述してきたように、本実施の形態の笠木４０は、炭素繊維１１を発熱抵抗体とするフィルム状の面状発熱体４１を用いているため、雪の固有波長と同等の波長の赤外線を積雪に照射し融雪することができる。よって、低消費電力で効率よく融雪することができる。また、赤外線は積雪の深くまで到達するため、従来の電熱線を内蔵した笠木のように笠木上の積雪のみを融かしてトンネル状態を形成する現象を防止することができる。よって、トンネル状態に連動して生じるツララや雪庇も防ぐことができる。また、降雪センサ４９と断熱材４３中の温度センサ４８の出力を用いることにより、制御部の制御によって自動運転が実現できるため、雪庇やツララが生じた場合であっても完全に融かすことができる。これにより、ツララや雪庇が歩道や道路側に落下して危険が生じる現象を防止することができる。
【００３５】
また、面状発熱体４１は、軽量で、防水性、絶縁性にも優れたフィルム状であるため、笠木本体４２への取り付けも容易である。よって、本実施の形態によれば、軽量で、安全性、防水性、絶縁性、取付性に優れ、低消費電力の笠木４０を提供することができる。また、従来のようにモルタルの敷設工事をする必要がないため、工事費も安価となる。
【００３６】
本実施の形態の融雪機能付き笠木４０は、笠木の内部に面状発熱体と、断熱材が収容されているので、笠木本来の役目の防水、化粧的役目などは損なうことなく、融雪装置の設置が容易である。
【００３７】
なお、本実施の形態では、面状発熱体４１をフィルムの張力により笠木本体４２の内側に密着させることができるが、必要な場合には接着剤で密着することももちろん可能である。
【００３８】
本発明の笠木融雪装置は、上述した実施形態に限定されるものではなく、取り付け方法等を変更することができる。例えば、既存の笠木の上面に面状発熱体４１を固定する構成にすることも可能である。本実施の形態の面状発熱体４１は、多層フィルム２０、２１、３０で保護され耐候性に強いことから、既存笠木の表面に取り付けても安全に、効率よく融雪することができる。また、その上に化粧板を設置して、面状発熱体４１を保護することも可能である。
【００３９】
また、本実施の形態では、炭素繊維が放射する赤外線を利用する構成であるが、赤外線を放射する手段であれば炭素繊維に限らず用いることができる。例えば、電流を流すことにより赤外線を放射するセラミックス等を用いることも可能である。このセラミックスを上述の面状発熱体４１と同様に布状に紡織して用いることも可能であるし、板状のセラミックスヒーターを用いることも可能である。
【００４０】
【発明の効果】
上述してきたように、本発明によれば、軽量で熱効率がよい融雪機能付き笠木を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の融雪機能付き笠木４０の幅方向の断面図である。
【図２】（ａ）は本実施の形態の笠木４０に搭載する降雪センサの上面図、および（ｂ）はその側面図である。
【図３】本実施の形態の笠木４０に用いられる面状発熱体４１の断面図である。
【図４】本実施の形態の笠木４０に用いられる面状発熱体４１の発熱層１０の紡織された構造を示す上面部である。
【図５】本実施の形態の笠木４０に用いられる面状発熱体４１の発熱層１０の斜視図である。
【符号の説明】
１０…発熱層、１１…炭素繊維、１２…ガラス繊維、１７Ａ〜１７Ｄ…電気的切断部、１１Ａ〜１１Ｄ…発熱体回路、２０…３層フィルム、２１…２層フィルム、３０…３層フィルム、３１…反射層、４０…融雪機能付き笠木、４１…面状発熱体、４２…笠木本体、４２ａ…返し部、４３…断熱材、４４…固定具、４５…ホールインアンカーボルト、４６…ケーブル、４７…躯体、４８…温度センサ、４９…降雪センサ。
【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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