(57)【要約】【課題】道路の分岐部、路側帯等に用いられる衝撃緩衝材であって、衝撃に対して発生初期から大きすぎず適度な反発力を示すとともに一定の反発力を長く持続し、また製造が容易であるとともに不燃性であるという優れた衝撃緩衝材を提供する。【解決手段】シラス材１００質量部に対してバインダーを１〜２０質量部からなる衝撃緩衝材であり、更にはシラス材の粒径が５〜２００ｍｍとするとともにバインダーを無機系のバインダーとする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の衝突時の衝撃を緩衝するために設置される衝撃緩衝材において、シラス材１００質量部に対してバインダーを１〜２０質量部からなることを特徴とする衝撃緩衝材。
【請求項２】
シラス材の粒径が５〜２００ｍｍである請求項１記載の衝撃緩衝材。
【請求項３】
バインダーは無機材からなる請求項１〜２記載の衝撃緩衝材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速道路や一般道路の中央分離帯や道路の分岐部などに設置されるガードレールなどの防護壁や、歩道などに設置されている標識などの道路付属物に装着して使用するのに好適な衝撃緩衝材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高速道路をはじめする様々な道路での交通事故防止対策として、例えば道路の分岐部、路側帯等に衝撃緩衝装置を設置する試みがなされている。
【０００３】
一般に衝撃緩衝装置は、衝撃緩衝材をプラスチック等の外枠で内包した構造であって、衝撃緩衝材としては特許文献１に示すように水などが用いられていたが、最近では更に衝撃緩衝効果の高い材質が開発され、例えば特許文献２に示すようなエチレン−スチレン共重合体などからなり表皮を有する樹脂発泡体からなる衝撃緩衝材、また特許文献３のようにゴム材料からなる衝撃緩衝材を用いたものをあげることができる。更に特許文献４には衝撃緩衝材の充填材として、セメントなどの水和水硬性の結合材、炭酸カルシウム、骨材、水、発泡剤などを混ぜ合わせて発泡させつつ硬化させたものを用いることが開示されている。
【０００４】
また、衝撃緩衝材とは目的が異なるが、シラス、抗火石などの発泡骨材を繊維などとともに合成樹脂をバインダーとして固めた板状体を吸・遮音材として用いる技術が特許文献５に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１７８９２４号公報
【特許文献２】
特開平８−１４２２４３号公報
【特許文献３】
特開平７−２３３５１３号公報
【特許文献４】
特開２０００−１２０７４３号公報
【特許文献５】
特開平５−６５７０５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、合成樹脂製の発泡体を用いたものであると、衝突したものを取り除くことによって、またもとの形状に復帰し引き続き利用することができるといった利点はあるものの、衝突時の衝撃が大きすぎるとやはり元通り復帰することができず交換ということになってしまうことや、火災が発生したときに引火して燃え上がってしまうという欠点があった。
【０００７】
また、特許文献４のようにセメントなどの水和水硬性の結合材、炭酸カルシウム、骨材、水、発泡剤などを混ぜ合わせて発泡させつつ硬化させた充填材を用いた衝撃緩衝材を用いた場合は、充填材自身は無機材料なので燃えることはないが、熱可塑性樹脂クッションを用いており、この部分が可燃性である。また、充填材の固化期間が長く、製造時において時間がかかりどうしても高コストになってしまうといった問題がある。
【０００８】
特許文献５は目的が吸音や遮音であって車両などの衝突にたいする衝撃緩衝材として用いるものではない。
【０００９】
そこで本発明では、衝撃緩衝性能が高くしかも成形に要する時間が短く簡単であり、また不燃性を有する衝撃緩衝材の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決する為の手段】
本発明は上記目的を達成する為に請求項１では、衝撃緩衝材において、シラス材１００質量部に対してバインダーを１〜２０質量部からなることを特徴とする衝撃緩衝材としている。
【００１１】
シラス材にバインダーを加え成形してブロックとすることによって、衝撃に対して発生初期から大きすぎず適度な反発力を示すとともに一定の反発力を長く持続するという衝撃緩衝材として優れたものを得ることができる。
【００１２】
請求項２では、シラス材の粒径が５〜２００ｍｍである衝撃緩衝材としており、車両などの衝突に用いる衝撃緩衝材として、反発力の大きさが適当な範囲のものを得ることができる。
【００１３】
請求項３では、バインダーは無機材からなる衝撃緩衝材としている。バインダーとして例えば樹脂などの有機物を用いるとその部分が可燃となってしまうために、完全な不燃性であるということができないが、バインダーとしてもセメントなどの無機材を用いることで完全に不燃性の衝撃緩衝材とすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照に本考案を説明する。
【００１５】
本発明に係る衝撃緩衝材１は、例えば図１に示すように、高速道路の本線と出口車線Ｔの分岐部に設置されたガードレール２、およびこのガードレール２の突端部において取り付けられる衝撃緩衝装置１に用いることができる。
【００１６】
この衝撃緩衝装置１は衝突物、例えば自動車などが衝突したときにその衝撃を受けることによって破壊されることによって自動車の衝撃を緩和する衝撃緩衝材３と、その衝撃緩衝材３を収納する外枠４からなっている。また、衝撃緩衝装置１をカードレール２などに取り付けるための装着手段を有している。
【００１７】
衝撃緩衝材３および外枠４は図１のように船の先端のような略三角柱形状を呈しているものや、図２のようにＵ字の外郭を呈する形状のものなどさまざまな形状を取ることができる。
【００１８】
外枠４は例えば図２に示すように本体部４ａと蓋部４ｂとからなっており、衝撃緩衝材３は衝撃吸収装置１の外枠４内に収められ、普段は外からは見えないような状態で用いられるのが通常である。
【００１９】
本発明においてこの衝撃緩衝材３は、シラス材にバインダーを加えて成形したブロック状のものを用いている。シラス材というのは白色砂質堆積物の俗称であり、軽石流堆積物の非熔結部や降下軽石などの火山噴出物およびそれに由来する二次堆積物のことである。それらは一般に白い砂質堆積物であるため、古くから白砂または白洲と呼ばれ現在はシラスと呼ばれるものである。そして、高温のマグマが地表に近づくにつれて温度が低下して、主成分であるＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＦｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏなどが鉱物として晶出する結晶分化作用が始まって間もなく爆発的に噴出してできたもので、約３割の結晶鉱物と残り約７割の非晶質火山ガラスからなるものである。
【００２０】
このようなシラス材の塊は、内部に空隙を持った多孔質材であり、加重をかけると初期において塊状を維持しようとするある程度の力で反発し、一旦塊が崩れはじめると容易に粉々に砕けてしまう性質がある。そのようなシラス材の挙動が衝撃緩衝材の用途に好適であり、衝撃を受けた直後に塊状を維持しようとする働きである一定の力で反発し、塊が砕けはじめるとそれ自身の塊を維持しようとする反発は少なくなるが、圧縮されることによる反発力は増加し、その後も一定の反発力を維持することができる。このような反発力の推移によって、効果的に衝突時の衝撃をすることができるものである。
【００２１】
バインダーの材質としてはセメント、粘土、石膏などの無機のバインダーやエチレンビニルアセテート、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの樹脂からなる有機のバインダーを用いることができる。中でも無機材からなるバインダーを用いることが衝撃緩衝材を完全に不燃性のものとすることができるので好ましい。また、シラス材中には多くの水分を含んでいるが、バインダーとしてセメントを用いることによって、前記シラス材中の水分を用いてセメントを硬化させることができるので好ましい形態であるといえる。
【００２２】
バインダーはその材質によっても異なってくるがシラス材１００質量部に対して１〜２０質量部の範囲で、より好ましくは５〜１０質量部の範囲で加えることが好ましい。１質量部未満であるとバインダーの割合が少なすぎてシラス材を十分に固めることができず、形状保持できなくなる。また、２０質量部を超えるとバインダーの強度が上がりすぎて所要の衝撃緩衝性能を得ることができなくなるので好ましくない。
【００２３】
また用いるシラス材の粒径は５〜２００ｍｍ、より好ましくは３０〜１００ｍｍの範囲とすることが好ましい。５ｍｍ未満の粒径であるとブロック体としたときに粒間の空隙が少なく反発力が高くなるので好ましくない。また、２００ｍｍを超える粒径であると一つの塊が大きすぎてブロック体としたときに並びが不均等となって衝撃緩衝の性能も箇所によってばらつくなどの問題につながるので好ましくない。また、この５〜２００ｍｍの範囲内であっても３０ｍｍを下回る小さな粒径のものはブロック体としたときにやはり粒間の空隙が少なめで反発力が高くなってしまうので３０ｍｍを超えるものがより好ましいといえる。
【００２４】
シラス材をバインダーで固める方法であるが、所定形状の型内にシラス材とバインダーとしてセメントなどと水をできるだけ均一に分散させて投入し、２〜１０ＭＰａの圧力で数秒間加圧して脱型することによって簡単にブロック上の衝撃緩衝材を得ることができる。セメントともに水を加えているが、水はブロック体となった後は乾燥してしまうので配合量としては水以外のシラス材とセメントの量で調整する。また、サイズの大きい型枠を用いて大きなブロックを製造する際には特に加圧をしなくても良好なブロックを得ることができる。ただし、シラス材の粒の並びを均等にするために型に投入した後に振動を与えるなどの方法をとることも可能である。
【００２５】
バインダーとしてセメントを用いた場合で、水分を多く含んだシラス材を用いた場合は、シラス材中に含まれる水分でそのままセメントを硬化させることができる。
【００２６】
衝撃緩衝材３は外枠４によって覆われているが、外枠４の素材としては合成樹脂が用いられるが、なかでも耐紫外線効果の高いポリエチレンが好ましく用いられる。
【００２７】
また、外枠４の外側面には必要に応じて反射層５が接着層６にて接着・積層されている。その構造の例を図３に示す。
【００２８】
反射には、乱反射、鏡面反射、再帰反射の反射形態があるが、光を分散・損失させることのない再帰反射が好ましく、反射層の形状としては反射シート、反射塗料等があるが、施工の簡便を考慮すると反射シートが好ましい。また反射層と外枠との接着は、接着剤を介した積層以外にも、熱融着や圧着等の接着方法がある。
【００２９】
尚、反射層は基材表面の全面もしくは一部に積層し、所望の模様や文字などの意匠性を付与して広告を行ったり、交通標識や標示を設けて歩行者、運転者の交通安全を促したりすることが可能である。また、反射層を基材表面の一部に積層する場合、反射層を積層していない部分に塗料等を塗布することも可能である。
【００３０】
【実施例】
次に本発明の実施例及び比較例となる衝撃緩衝材の試験片を作成し、比較試験を行った。
【００３１】
（実施例１）
粒径が３０〜１００ｍｍの範囲に分散したシラス材１００質量部に対してバインダーとしてセメントを６質量部の割合で混ぜ合わせ金型に入れ、５ＭＰａで１秒間加圧した後、脱型して１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×１２０ｍｍのブロック体からなる試験片を作成し、その試験片でオートグラフＡＧ−５０００Ａ（島津製作所社製）を用いて歪み率（％）に対する圧縮応力（ＭＰａ）を測定した。測定条件は室温２３℃、圧縮速度５ｍｍ／ｍｉｎとした。その結果を表１に示すとともに図４および図５にグラフを示す。
【００３２】
またこの材料を用いて幅６００ｍｍ×長さ１０００ｍｍ×高さ９００ｍｍのブロック体を作成して重量が１．８ｔの車両が衝突速度６０ｋｍ／ｈでブロック体に衝突したときの衝突解析シミュレーションを行い衝突時に車両の重心に発生する最大Ｇ（加速度）と衝突時の最大変位量を推定した。シミュレーションソフトとしては「ＬＳ−ＤＹＮＡ」を用いた。その結果を表１に示す。
【００３３】
（実施例２）
シラス材１００質量部に対してバインダーであるセメントを１０質量部用いた以外は実施例１と全く同じようにして試験片を作成し、圧縮応力を測定する試験を行った。測定条件は実施例１と同じである。その結果を表１に示すとともに図４および図５にグラフを示す。また実施例１と同様に衝突解析シミュレーションを行い衝突時に車両の重心に発生する最大Ｇ（加速度）と衝突時の最大変位量を推定した。その結果も表１に示す。
【００３４】
（実施例３）
シラス材１００質量部に対してバインダーであるセメントを１５質量部用いた以外は実施例１と全く同じようにして試験片を作成し、圧縮応力を測定する試験を行った。測定条件は実施例１と同じである。その結果を表１に示すとともに図４および図５にグラフを示す。また実施例１と同様に衝突解析シミュレーションを行い衝突時に車両の重心に発生する最大Ｇ（加速度）と衝突時の最大変位量を推定した。その結果も表１に示す。
【００３５】
（実施例４）
シラス材として粒径が８〜１５ｍｍの範囲に分散したものを用いた以外は実施例１と全く同じようにして試験片を作成し、圧縮応力を測定する試験を行った。測定条件は実施例１と同じである。その結果を表１に示すとともに図４にグラフを示す。また実施例１と同様に衝突解析シミュレーションを行い衝突時に車両の重心に発生する最大Ｇ（加速度）と衝突時の最大変位量を推定した。その結果も表１に示す。
【００３６】
（実施例５）
バインダーとしてエチレンビニルアセテートを用いた以外は実施例４と全く同じようにして試験片を作成し、圧縮応力を測定する試験を行った。測定条件は実施例１と同じである。その結果を表１に示すとともに図４にグラフを示す。また実施例１と同様に衝突解析シミュレーションを行い衝突時に車両の重心に発生する最大Ｇ（加速度）と衝突時の最大変位量を推定した。その結果も表１に示す。
【００３７】
（比較例１）
シラス材の代わりにセメントなどの水和水硬性の結合材、炭酸カルシウム、骨材、水、発泡剤などを混ぜ合わせて発泡させつつ硬化させた発泡セメント（（株）大嶽製）を用いた以外は実施例１と全く同じにして試験片を作成し、圧縮応力を測定する試験を行った。測定条件は実施例１と同じである。その結果を表１に示すとともに図４にグラフを示す。また実施例１と同様に衝突解析シミュレーションを行い衝突時に車両の重心に発生する最大Ｇ（加速度）と衝突時の最大変位量を推定した。その結果も表１に示す。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
表１の結果から本発明である実施例１〜５はいずれも従来から衝撃緩衝材として用いられている発泡セメントを用いた比較例のものに近い性能を有しており、衝撃緩衝材として使用できる範囲内の圧縮強度を示している。また実施例１〜５の中で実施例１〜３を比べると、バインダーの配合量が増えるにしたがって圧縮強度が高くなっており、逆に衝突最大変位が小さくなっていることがわかる。衝突最大Ｇについては、実施例１は底突き時のものなので高い数値となっているが、バインダーの配合量が増えると高い数値となっている。これはバインダーの量が多くなると粒同士が強固に固まるとともに粒同士の空隙部がバインダーで充填されブロック体全体としての空隙が少なくなることによると考えられる。圧縮強度が高くなって衝突最大Ｇが大きくなりすぎても衝突時の衝撃が大きいということになる。最大変位が長くなりすぎても底突きしないようなものにするためにサイズが大きくする必要がある。
【００４０】
実施例４は圧縮強度の値が実施例１〜３と比して大きく、衝突最大変位は小さくなっている。これはシラス材の粒径が３０〜１００ｍｍと大きい範囲のものと比べると粒径が８〜１５ｍｍと小さいものはブロック体を形成したときに空隙部が少なく嵩密度が大きくなる分衝撃を緩和する性能が低くなるためであると考えられる。
【００４１】
実施例５についても同様に粒径が小さく、衝突最大変位が小さく衝突最大Ｇと圧縮強度が高く、衝突したときの衝撃が大きめであるということがわかる。
【００４２】
図４は歪み率に対する圧縮強度の変化の歪み率が小さいところでのグラフであるが、シラス材を用いた実施例１〜５はセメントなどの水和水硬性の結合材、炭酸カルシウム、骨材、水、発泡剤などを混ぜ合わせて発泡させつつ硬化させた充填材を用いた比較例１に比べて、初期のグラフの立ち上がりが急であるという結果になっており、衝撃緩衝材として用いた場合、衝撃を受けた初期段階から一定のエネルギー吸収力を持たせることができることがわかる。
【００４３】
図５は歪み率に対する圧縮強度の変化を歪み率の大きいところまでを含めて示したグラフであるが、実施例１〜３は歪み率が７５％を超えたところからグラフの傾きが急激に増えているが、ここはブロック体の空隙がなくなりシラス材の粒同士が圧縮されて崩壊する段階である。粒径が小さいとこの段階が短くすぐに底突きとなってしまうが、ある程度の大きさの粒径を有するシラス材を用いることによって、最後のシラス材の粒同士が圧縮されて崩壊する段階に一定の時間を持たせることができ、ブロック体のサイズを小さくしても底突きに至るのを防止することができる。よって例えば道路に設置する衝撃緩衝装置とする場合でもより小型の装置とすることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明では、衝撃緩衝材において、シラス材１００質量部に対してバインダーを１〜２０質量部からなることを特徴とする衝撃緩衝材としており、シラス材にバインダーを加え成形してブロックとすることによって、衝撃に対して発生初期から大きすぎず適度な反発力を示すとともに一定の反発力を長く持続するという衝撃緩衝材として優れたものを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の衝撃緩衝材を用いた衝撃緩衝装置の使用例を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る衝撃緩衝材を外枠に収納したところの斜視図である。
【図３】図１の反射性能を有するカバーのＡ−Ａ部断面図である。
【図４】歪み率（％）に対する圧縮応力（ＭＰａ）を示すグラフである。
【図５】歪み率（％）に対する圧縮応力（ＭＰａ）を示す別のグラフである。
【符号の説明】
１    衝撃緩衝装置
２    ガードレール
３    衝撃緩衝材
４    外枠
４ａ  本体部
４ｂ  蓋部
５    反射層
６    接着層
【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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