務付けることもあ る程度可能 であ る。
ゴ ム 原 料 の 組 成 は ゴ ム 製 造 者 が 公 開 し な い の で 、 こ れ を 定 量 的 に 示 す こ と が で き な い が 一
一 般 的 に は 基 準 材 、 補 強 剤 、 加 硫 剤 、 老 化 防 止 剤 、 可 塑 剤 か ら 成 り 立 つ と さ れ て い る 。 表2.1
−3 は こ れ ら の 成 分 の 役 割 を 示 し て い る 。 基 準 材 は 単 独 成 分 で あ る こ と は 少 な く 、NR
： 工R ＝5 0 : 5 0 、N R ：C R ＝5 0 ：10 、I R : CR ＝5 0 ：50 等 と か な り 大 幅 な ブ レ ン ド が 行 わ れ て い る 様 で あ る 。 ゴ ム の 組 成 に 関 す る エ ン ジ ニ ヤ リ ン グ は ゴ ム 製 造 業 者 が 固 く ガ ー ド し て お り 。 水 門 扉 技 術 者 が こ れ 以 上 立 ち 入 る こ と は 難 し い し 、 叉 、 必 要 が な い こ と か も 知 れ な い 。
ゴ ム 原 料 成 分 の 役 割
成 分 名 称 主 た る 役 割 と 成 分 内 容
基 準 材 主 成 分 であ り 、 天 然 ゴ ム 。 ク ロ ロ プ レ ン 、 又 は 、 天 然 ゴ ム に イ ソ プ レ ン 叉 は ク ロ ロ プ レ ン を ブ レ ン ド し た も の
補 強 剤 ゴ ム の 強 度 の 改 善 。 天 然 ゴ ム を 除 き ゴ ム 本 来 の 強 度 は 弱 い も の で あ り カ ー ボ ン ブ ラ ッ ク や シ リ カ 系 剤 な ど を 使 用 し て 強 度 を 上 げ る 必 要 が あ る
。 止 水 ゴ ム が 黒 い の は カ ー ボ ン ブ ラ ッ ク の 為 で あ る 。
加 硫 剤 加 硫 に よ り ゴ ム 本 来 の 網 目 模 様 組 織 を 作 る 。 硫 黄 が 使 用 さ れ る 。 老 化 防 止 剤 耐 候 性 の 改 善
可 塑 剤 ゴ ム を 軟 ら か く し て 練 り ・ 成 形 加 工 を や り 易 く す る 。 補 強 剤 の 投 入 に よ り ゴ ム が 硬 イヒす る の で 可 塑 剤 が 必 要 に な る 。 叉 、 補 強 剤 と 可 塑 剤 の さ じ 加 減 で ゴ ム の 最 終 硬 度 が ほ ぼ 定 ま る 。 オ イ ル や 合 成 液 体 を 用 い る 。
表2.1 −3
止水機構の設計に当 たっ て重要なゴムの性質 は摩擦係 数、 残留歪率（ パーマネントセッ ト）であ る。老化 抵抗、引っ 張り強度、 引き裂き強 度。 硬度、 吸水率も重要 な性質 であ る が、これ らは摩擦係数と残留歪率の様に止水機能に 直接影響 すること はない・1．他に定 性 的な配慮 が必要な性質とし て体弾性係数と柔軟性がある 。
文 献(44)
2.1‑ 13
摩 擦 係 数 ： ゴ ム と 止 水 板 の 間 の 摩 擦 係 数 は 濡 れ 具 合 と 止 水 板 表 面 の 粗 度 の 影 響 を 大 き く 一
受 け る 。 表2.1 −4 は2 種 の 止 水 板 に 対 す る 実 験 結 果 で あ る 。 濡 れ た 状 態 に 対 し 乾 燥 時
濡れた状態 乾 燥 状 態 出 典
普 通 鋼 板 0.7 2.0 参 考 文 献 （44 ）8 頁 18‑8 スランレス 0.5 〜0.7 0.9〜1.2 水 鉄 基 準176 頁81 年
表2.1 −4
の値は2 倍程度を示し ている。水門扉が水中にあっても止水面は必ずしも濡れた状態には ない場合もあるので、採用すべき値は解析の目的に従って慎重に吟味する必要がある。
残留歪率： パーマネント セットとも 呼ばれていて力により長期間歪を受け てい たゴム が 力 の消滅に伴い元 の形 に復元 できない性質 を表し、 例えばJISK63011 の定歪式試験法などで
でゴム厚さ を測定し て、次 の式で算出する。（1 ） の2 ） 項で述べた止水面圧の平均値
残留歪率 CS ＝（最初 の厚さ 一復元後の厚さ）÷（ 最初の厚さ 一圧縮時の厚さ）
但し、圧 縮時 の厚さ ＝0.75x 最初の厚さ
（ 式3 〜5 ） に含まれるFd はCs の影響を受け て減少す る。例えば定量変位型（ 式4 ）の 止水力は初期 セットカFd が初 期セット 量をdX （1 −CS ）とし た場合の初期セット カに 減少する。一定外力型及び混 合型 も減少するが、 減少量とCs の関係はもっ と複雑 であ る。Cs
の大きさ はゴム の組成と 加工方 法に固有 のものであ り、強度、 弾性、老 化抵抗 などゴム の他の性質とも関連し ている。（1 ） の2 ）項 で述べた様に一定外力型 及び 混合型の止水 方式 では水圧力により得られる 止水力を 大きく計 画するこ と により残留 歪によ る止水機能 の喪失を避け ること ができ る。表2 ．1‑5 は水門 扉用上級ゴ ム材に対する残留 歪率につ い て一 般的 に使用さ れてい る目 標値である（一般ゴ ム材 は目標 が設定さ れていない） 。
上級ゴム材 に対す る残留歪 率の目標値
天然ゴム ク ロ ロ プ レ ン 試 験 方 法
目 標 （ ％ ） ＜ 30
30
ASTMD395 、70 ±2*Cx22hr表2.1‑5
2.卜14
t心
←1
←e
￣
A 。 ゴ ム 材 料 試 験 の 目 標 値
試験項目 天然ゴム
ク ロ ロ プ レ ン試験方法
上 級 ゴ ム 材
硬度 ショ アーA 40±5 50±5 60±5 40±5 50±5 60±5 ASTMD676 引張り強度kg/cm2＞ 210 210 210 170 170 170 ASTMD412 最大伸び率（％）＞ 450 450 450 450 450 450 ASTMD412
吸水率（重量％）＜ 5 5 5 10 10 10 ASTMD471、70 ±2 °Cx70hr 製品比重 1.1〜1.4 1.1〜1.4 1.1〜1.4 1.2〜1.5 1.2〜1.5 1.2〜1.5 ASTMD297
一 般 ゴ ム 材
硬度ショ アーA 40±5 50±5 60±5 40±5 50土5 60±5 ASTMD676 引張り強度kg /cm2＞ 140 140 120 140 130 120 ASTMD412 最大伸び率（％）＞ 400 400 350 400 350 300 ASTMD412
吸水率（重量%）く 5 5 5 ASTMD471 、70 ±2 °Cx70hr
製品比重 1.1〜1.4 1.1〜1.4 1.1〜1.5 1.2〜1.5 1.2〜1.5 1.2〜1.6 ASTMD297
B 。 ゴ ム 老 化 試 験 の 目 標 値
^ふ・ム‑r^ a
天然 ゴム
ク ロ ロ プ レ ン試験方法
5^ 原唄口
硬 度 40±5 50士5 60±5 40±5 50±5 60±5
上 ゴ ム 級 材
硬度変化＜ 10 10 10 10 10 10 ASTMD573
引張り強度変化＞ ‑20 ‑20 −20 ‑10 ‑10 ‑10 空気老化、70 士2 Cx48hr 最大伸び率変化＞ ‑30 ‑30 ‑30 ‑20 ‑20 ‑20
一 ゴ ム 般 材
硬度変化＜ 10 10 10 10 10 10 ASTHD573
引張り強度変化＞ ‑20 ‑20 ‑20 −10 ‑10 ‑10 空気老 化。70 ±2 °Cx48hr 最大伸び率変化＞ ‑30 ‑30 ‑30 ‑20 ‑20 ‑20
注 記 12
空 欄は目 標値を設定し ないことを示す（ 試験対 象から除外）。
老化 試験 目標 値の単位 は対応する 材料試験項 目の単位と同一 であ る。
表2.1 −6
硬度、引張り強度、 最大伸び率、 吸水率、製品比重： 表2.1 −6 のA. は水門扉用 の
ー 一
上級ゴム材及び一般ゴ ム材の硬度、引張 り強度、 最大伸び率、 吸水 率。 及び製品比重につ いて一般的に用い られ てい る目標値 であ る。硬度（ ショ ア ーA スケール ）は40 、50 及び60 が示されているが、高圧 ゲートは60 寄 り。 その他のゲートは50 が中心 程度の使い分けがな さ れているのが実態である 。上級材及び一 般材 の適用区分は特 に設定さ れたも のはなく、
材料 グレイドとし て2 階級 があ りその中 から経 験に従っ て適宜 選択し ている のが実態であ り、 一つ一つのニ ーズにつき定 量的に論じ られる 迄に至っ てい ない。
老化抵抗：ゴム材の老化に対する抵抗の大きさを把握する為に材料の老化試験を行う。
表2.1 −6 のB. は抵抗指標として硬度の変化量、引張り強度の低下量及び伸び率の低 下量を用いた場合の目標値を示したものである。これも上述の上級材及び一般材に分けて 示されている。
止水機構の設計に当たって理解が必要な他の性質として①体弾性係数が極めて大きいこ と、即ち、外力の大きさが変化しても体積変化は殆どO であること、②ゴムは柔軟性が極 めて大きく（ ＝弾性に富んでいる）、高水圧下で水飴の様に変形してしまうこと、③常用 で許される歪量には限界があり、歪量が大き過ぎるとパーマネントセット量が増えたり疲 労亀裂の原因になること。及び、④熱伝導率が低く、畜熱現象が起こることである。これ らの点については（3 ）にて具体的な設計的問題に触れて論じたい。
2 ） 製 法
止 水 ゴ ム の 製 法 は 金 型 成 形 法 と 押 出 し 成 形 法 に 分 類 さ れ る 。 両 方 法 と も 押 出 し 工 程 迄 は 同 一 で あ る 。 即 ち 、 ① 材 料 を 混 ぜ 合 わ せ 練 り ゴ ム に 仕 上 げ る 温 練 り 工 程 、 ② ゴ ム の 断 面 形 状 を し た 口 金 よ り 練 り ゴ ム を 押 し 出 す 押 出 し 工 程 を 経 て 両 工 法 は 分 か れ 、 ③ 押 し 出 し た ゴ ム を 金 型 に 挟 み 込 み 、 プ レ ス 状 態 で 加 硫 す る 加 硫 工 程 （ 金 型 成 形 法 ） 、 又 は 、 ③ 押 し 出 し
ー
た ま ま の ゴ ム を そ の ま ま 加 硫 す る 加 硫 工 程 （ 押 出 し 成 形 法 ） で あ る 。 加 硫 は ど ち ら の 工 法‑
と も 蒸 気 を 使 用 し て 行 う （15 ドC 、6 気 圧 、50 分 程 度 ） 。 分 割 成 形 し た ゴ ム を 合 体 す る 工 程 が 各 所 に 入 る こ と も あ る の で 、 実 際 は も っ と 複 雑 な 工 程 と な る こ と が 多 い が 、 基 本 的 な 工 程 の 流 れ に は 変 わ り は な い 。 押 出 し 成 形 法 に よ れ ば そ れ な り の コ ス ト 低 減 が で き る が 、 製
品 の 寸 法 精 度 が 悪 い の で 、 適 用 で き る 範 囲 は 非 常 に 限 ら れ る 。 2.1‑ 16
3 ）形状
図2. 1 −2 はO リン グを 止水ゴムの原型と位 置付けし、そ の他のゴ ム形状を 機能変化 の流れに沿っ て分類し たも のであ る。平ゴムを除き総てO リン グシリ ーズの中 で分 類でき、
機能的位 置付けが明 確になる 。図中の番号は形状を表すが機能的流れも示し ている。以下 それぞれの形 につい て機能を詳し く説明し、形状選定の考え方を明かにする。同一形状の
形 番 形 状 名 称 機 能 説 明
1 ○ リ ン グ 扉 体 ・ 戸 当 た り 側 と も 一 定 外 力 型 の 止 水 力 が 得 ら れ 理 想 的 で あ る 。 し か し 止 水 面 の 摺 動 が 不 可 能 な の で 適 用 範 囲 は ロ ー ラ 軸 ま わ り な ど 局 部 的 な 止 水 に 限 定 さ れ る 。
11 P 型 ゴ ム 水 門 用 止 水 ゴ ム の 基 本 形 状 で あ る 。 ○ リ ン グ に ス テ ム を 追 加 し た 形 状 であ り ． バ ル ブ の 軸 方 向 の 摺 動 か 可 能 で あ る 。 扉 体 側 の 止 水 力 は 定 量 変 位 型 で あ る 。 適 用 可 能 水 頭 は10 〜30 （ 額 縁 状 の 場 合 は 〜20 ）m
で あ る が 、 流 水 遮 断 が 無 い 場 合 は200m 叉 は そ れ 以 上 可 能 。 Ill ホ ロ ーP p 型 ゴ ム の バ ル ブ を 中 空 に し た 形 で あ る 。 柔 軟 性 が 大 き い の で 低 水
位 で バ ル ブ 先 端 が 止 水 板 の 凹 凸 に 馴 染 み 易 い 。 適 用 水 頭 は10m 迄 。 112 L 型 ゴ ム P 型 ゴ ム の ス テ ム を 長 く し た 形 状 で あ る 。 ス テ ム の 曲 げ 剛 性 が 著 し く 減 少 し て い る の で ホ ロ ーP よ り 更 に 低 圧 水 位 で バ ル ブ 先 端 が 止 水 板 の 凹 凸 に 馴 染 み 易 い 。 適 用 水 頭 は3 m 迄 。
1121 Y 型 ゴ ム L 型 ゴ ム を 対 称 に 二 つ 合 わ せ た 形 状 で あ る 。 上 下 流 の 両 面 か ら の 止 水 機 能 を 有 す る 。 適 用 水 頭 は3 m 迄 。
113 ケ ー ソ ン
ゴ ム p
型 ゴ ム の 反 対 側 に も ス テ ム を 追 加 し た 形 状 で あ る 。 バ ル ブ の 軸 と 直 角 方 向 に も 摺 動 す る こ と が 可 能 で あ る 。 適 用 水 頭 は 圧 着 切 り 替 え を し な い 額 縁 状 ゲ ー ト の 場 合 は60m 迄 。 す る 場 合 は そ れ 以 上 。 1131 ホ ロ ー
ケ ー ソ ン
ケ ー ソ ン ゴ ム の バ ル ブ を 中 空 に し た 形 で あ る 。 バ ル ブ の 柔 軟 性 が 大 き い の で 低 水 位 で バ ル ブ 先 端 が 止 水 板 の 凹 凸 に 馴 染 み 易 い 。 適 用 水 頭 は10m 迄
1132 ダ ブ ル ケ ー ソ ン
ケ ー ソ ン ゴ ム を 二 つ 対 称 に 合 わ せ た 形 状 で あ る 。 戸 当 た り ・ 扉 体 側 と も 一 定 外 力 型 の 止 水 力 が 得 ら れ る の で 理 想 的 で あ る 。
2
べ
平 ゴ ム こ の 形 状 は ○ リ ン グ シ リ ー ズ に は 入 ら な い 。 戸 当 た り ・ 扉 体 側 と も 定 量 変 位 型 の 止 水 力 と な る 。 摺 動 は 不 可 能 。 適 用 水 頭 は20m 迄 。
2.1‑ 17