北海道の雪氷No.39（2020）

Annual Report on Snow and Ice Studies in Hokkaido

微小凹凸を設けた塗装金属板の滑雪性状
Snow Sliding Property of shallowly pressing coated Steel Sheet伊東 敏幸 1，深瀬 孝之 2
Toshiyuki Ito1, Takayuki Fukase 2
Corresponding author: itoto@hus.ac.jp (T. Ito)
屋根葺材や笠木などの塗装金属板材料への積雪は適切に滑落処理されることが望ましい．塗装金属板の滑雪性は，表面塗装の種類あるいは表面凹凸形状の影響を受けることから，摩擦抵抗力を低減させるような表面凹凸形状にすることで，滑雪性能を向上させることができると考えられる．本研究では，塗装金属板に数種類の格子状凹部を設けて滑雪抵抗力を低減させる工法の有効性について実験的に評価した．その結果，角度 45°及び 60°の格子溝を設けることで滑雪性能を向上させることができることを確認した．
１．はじめに屋根雪を自然滑落させる勾配屋根は，積雪地域の建築物における古典的かつ安定した屋根構法であり，その滑落雪性能は屋根葺材の表面形状に大きく影響する.既往研究 1,2)によると，表面形状を工夫することによって滑雪性能を向上させることが可能となることが分かっている．
本研究は塗装金属板を対象とし，滑雪性能に優れる表面形状を提案することを目的とする．
２．研究の方法
塗装金属板と雪との摩擦界面に融雪水による粘着抵抗力が作用すると滑雪抵抗力が大きくなることから，この粘着力を低減させる表面形状とするため，塗装金属板の表面に凹状の溝を設ける．
滑雪性能の向上に有効な表面形状の試験体を作成し，動摩擦係数の測定および自然滑落雪実験を行い，各試験体の滑雪性能を評価した.
試験体の概要は表 1 に示す．金属板の表面塗装は半艶消し材（Rz=3.12μm）とし，試験体表面に直線の凹み（深さ 0.5mm 程）を並行および格子状に設けた．試験体は，溝加工を施していないもの，縦溝または横溝を設けたものを各 1 種類，溝角度を 30°，45°，60°及び 90°とした格子溝を設けた試験体 5 種類を作成した．試験体には厚さは 0.27mm の塗装金属板を使用し，大きさは縦600mm×横 200mm とした．
動摩擦係数の測定は，図 1 に示すように，しまり雪およびザラメ雪を成形した質量 288g の雪ブ
ロックを試験体上に載せ，水平型滑雪装置を用いて滑動させて測定した.材料温度を 0℃とした初
1,2

北海道科学大学工学部建築学科

表１

試験体の概要

加工なし

横溝

縦溝

Flat

A0(溝角度 0°)

A90(溝角度 90°)

格子溝B30,B45

B60(溝角度 60°) B90(溝角度 90°)

(溝角度 30°,45°)

雪サイズ
12×12×5(㎝)図１

摩擦係数の測定方法

室温 5℃
雪 12×30×5cm
勾配 1/10，2/10

図２

自然滑落雪実験の状態

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No.39（2020）

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期で測定し，その後，恒温室内の温度を+3℃に設定して 1 時間毎に 4 回測定した．
自然滑落雪実験は，図 2 に示すように，恒温室内で行い，勾配は 1/10 及び 2/10 で行った．雪質はしまり雪とし，水平の試験体上で大きさ 12×30×5 cm の雪ブロックを成形し，室温を+10℃として 1 時間放置して若干融雪させ，その後－10℃で 2 時間放置して凍着させた後に，所定の勾配に傾け，室温を+5℃にして雪ブロックが 30cm 滑落雪するのに要した時間を測定した.
３．結果と考察
動摩擦係数の測定結果をみると，しまり雪では
図 1 に示すように，Flat の摩擦係数が大きくなり，光沢材（Rz=1.37μm）を用いた既往研究 1)と同様の結果になった．溝加工を設けた試験体の中で摩擦係数が最も小さいのは既往研究と同じく 60°の格子溝を設けた B60 となった．ザラメ雪においては図 2 に示すように，Flat と A90 が大きな摩擦係数となり，60°の格子溝を設けた試験体が最も小さくなった．このように，しまり雪およびザラメ雪の何れにおいても，融雪水による粘着力が大きく作用する Flat や A90 よりも，格子状の溝によって滑雪時の粘着力が低減される B60 の摩擦係数が小さくなった．
自然滑落雪実験の結果は表 2 に示すように，Flat と A90 の試験体が他試験体よりも滑落雪に時間を要した．これらの試験体は滑雪方向の材料表面が平滑なため，融雪水による粘着力が大きく作用したと考える．横溝および格子溝を設けたA0 及び B シリーズの試験体をみると，何れの勾配においても大きな差異は見られなかった．このことは，実験開始時に雪ブロックを融解・凍着させたときにおける材料表面と雪ブロック下面との接触状態が影響を及ぼしていると考えられることから，実験時の積雪手法を検討する必要があると考える.
４．まとめ
塗装金属板に数種類の格子状凹部を設けることによって滑雪抵抗力を低減させる工法の有効性について実験的に評価した結果，溝角度 45°及び 60°の格子溝を設けることで，滑雪性能が向上することを確認した．今後は，屋外暴露用の試験体を作製し，自然降雪下における積雪の付着状態および滑雪状態を評価する予定である．

図３

しまり雪との動摩擦係数

図４ザラメ雪との動摩擦係数

表２

自然滑落雪実験の結果

試験体

滑落時間(分) 勾配： 2 / 1 0
1回目

2回目

3回目

4回目

平均

Flat

139172178

166

164

A0118133145141134

A90145189179252191B30124

137

147

145

138

B45

123

136

142

144

136

B60

121

140

143

154

140

B90

123

132138

134

132

試験体

滑落時間(分) 勾配： 1 / 1 0
1回目

2回目

3回目

4回目

平均

Flat

239

188

393

380

273

A0

172

166

195

328

178

A90

463

419

441

420

441

B30

158

153

265

267

192

B45

162

158

183

433

168

B60

204

196

216

383

205

B90

171

164

206

288180※４日目の新雪に近い雪質だったので平均値には含めていない【参考文献】
1) 伊東敏幸，2019：金属板屋根葺材の表面加工による滑雪性能向上の基礎研究，日本建築学会北海道支部研究報告集，92，15-16．
2) 伊東敏幸，苫米地司，2002：表面に凸部を設けた屋根鋼板の滑雪特性，日本建築学会
北海道支部研究報告集，75，17-20.

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