(57)【要約】  本発明の実施形態は、低密度粒子及び適切な結合剤で作られる輸送機関停止システムのためのシステムと方法を提供する。このシステムは、滑走路の末端又は幹線道路の端に設置されて、滑走路の末端又は道路の端から外れて走行している輸送機関車輪の圧力下で予測可能に且つ確実に圧潰する（さもなくば変形する）バリア又はベッドを提供するように設計されている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
輸送機関停止システムであって、
約０．１ｍｍから約１００ｍｍまでの範囲にある複数の低密度粒子と、
結合剤と、を含み、
前記結合剤対粒子の比率が、約１：１から約１：２０を含み、
前記低密度粒子及び前記結合剤の、結果として得られる混合物が、約６８９．５ｋＰａ未満の圧縮強度を有する輸送機関停止システム。
【請求項２】
前記低密度粒子が、パーライト、バーミキュライト、発泡パ―ライト、発泡バーミキュライト、粘土、発泡粘土、セラミックス、スラグ、軽石、珪藻土、工業鉱物、圧潰溶岩、発泡ポリスチレン、プラスチック粉砕物、又はこれらの組み合わせを含む請求項１のシステム。
【請求項３】
前記低密度粒子が、発泡パーライトを含む請求項１又は２のいずれかのシステム。
【請求項４】
前記低密度粒子が、発泡バーミキュライトを含む請求項１から３のいずれかのシステム。
【請求項５】
前記結合剤が、液状接着剤、高分子接着剤、熱可塑性接着剤、市販接着剤、アクリル系塗料、発泡体、ポリスチレン、又はこれらの組み合わせを含む請求項１から４のいずれかのシステム。
【請求項６】
前記結合剤が、ポリウレタンフォームを含む請求項１から５のいずれかのシステム。
【請求項７】
前記システムが、複数の空隙を含む請求項１から６のいずれかのシステム。
【請求項８】
前記低密度粒子及び前記結合剤が混合されて、ブロック、パネル、タイル、積層若しくは接合レンガ、又はこれらの組み合わせとなっている請求項１から７のいずれかのシステム。
【請求項９】
前記低密度粒子が、前記結合剤で結合される請求項１から８のいずれかのシステム。
【請求項１０】
前記システムが、安定性と耐久性をもたらすコーティングを含む請求項１から９のいずれかのシステム。
【請求項１１】
前記コーティングが、有機又は無機のコーティングを含む請求項１０のシステム。
【請求項１２】
請求項１のシステムを製造する方法であって、
結合剤混合物を形成すること、
前記結合剤混合物に低密度粒子を添加すること、
前記結合剤混合物を前記低密度粒子と混合又は配合して、混合材料を用意すること、
前記混合材料で１つの構造体を形成すること、
前記構造体を硬化又は硬くさせること、を含む方法。
【請求項１３】
更に、界面活性剤を添加することを含む請求項１２の方法。
【請求項１４】
更に、充填材を添加することを含む請求項１２又は１３のいずれかの方法。
【請求項１５】
更に、所望の最終本体強度を得るために、結合剤と低密度粒子間の比率を約１：１から約１：２０の間に調整することを含む請求項１２から１４のいずれかの方法。
【請求項１６】
更に、所望の最終本体強度を得るために、混合若しくは配合手順又は混合時間又はその両方を調整することを含む請求項１２から１５のいずれかの方法。
【請求項１７】
形成された前記構造体が、輸送機関停止システムを含む請求項１２から１６のいずれかの方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１４年３月５日に出願された「輸送機関停止システム及びその他のエネルギー吸収システムのための低密度結合無機／有機粒子」と題する米国仮出願第６１／９４８，１４１号による優先権を主張し、その開示内容全体を援用してここに組み入れる。
【０００２】
本開示の実施形態は、概して、低密度粒子及び適切な結合剤で作られる輸送機関停止システムに関する。このシステムは、滑走路の末端又は幹線道路の端に設置されて、滑走路の末端又は道路の端から外れて走行している輸送機関車輪の圧力下で予測可能に且つ確実に圧潰する（さもなくば変形する）バリア又はベッド（台状部）を提供するように設計されている。
【背景技術】
【０００３】
航空機が滑走路末端を越えてオーバーランすることがあり得、実例もあり、乗員の怪我、及び航空機の破壊又は重度の損傷の可能性を高めている。このようなオーバーランは、最大、時速約１４８ｋｍ（８０ノット）の速度で航空機が走行する離陸中断時又は着陸中に発生している。オーバーランの危険性を最小限にするために、連邦航空局（ＦＡＡ）は、滑走路末端を越えて長さ約３０４．８ｍ（１０００フィート）の安全領域を有することを一般に要求している。現在、この安全領域がＦＡＡ基準であるが、国中の多くの滑走路が、この基準の採用以前に建設されていた。これらの滑走路は、水域、道路、又はその他の障害物により、約３０４．８ｍ（１０００フィート）のオーバーラン要件を順守することが経済的に困難であるような場所にあるかもしれない。
【０００４】
オーバーランが生じた状況における深刻な結果を緩和するために、滑走路を越えた位置における既存の土壌面を含むいくつかの材料が、航空機を減速させる能力に関して評価されてきた。しかし、土壌面は、移動している輸送機関（すなわち、航空機）を停止するための最良の解決策ではない。これは主に、土壌面の特性が予測不可能だからである。
【０００５】
調査された別のシステムが、輸送機関を停止するシステム又はその他の圧縮可能なシステムを提供している。この輸送機関を停止するシステム又はその他の圧縮可能なシステムは滑走路の末端に配置された材料又はバリアを含み、滑走路の末端から外れて走行している航空機車輪の圧力下で予測可能に且つ確実に圧潰する（さもなくば変形する）。圧縮可能な低強度材料によりもたらされる抵抗力が、航空機を減速させて、航空機をオーバーラン領域の範囲内に停止させる。輸送機関停止システムの具体的な例は、特別設計材料停止システム（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ａｒｒｅｓｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ、ＥＭＡＳ）と称され、現在では２００５年９月３０日付けの米国連邦航空局の勧告回状１５０／５２２０−２２Ｂ「航空機のオーバーランのための特別設計材料停止システム（ＥＭＡＳ）」に記載されているアメリカ合衆国の飛行場設計基準の一部である。ＥＭＡＳ及び滑走路の安全領域計画が、米国連邦航空局の指令５２００．８及び５２００．９により指導されている。
【０００６】
また、圧縮可能な（又は変形可能な）輸送機関停止システムを、例えば、航空機以外の輸送機関や物体を減速させるために、車道又は歩行者用通路（又はその他の場所）に設置してもよい。これらは、高速となり制御不能状態で疾走し、よって安全に停止させる必要のある自動車、列車、トラック、オートバイ、トラクタ、モペッド、自転車、ボート、又はその他の任意の輸送機関を安全に停止させるために使用され得る。
【０００７】
輸送機関を停止するために（特に、航空機の停止に関して）検討されてきたいくつかの具体的な材料は、フェノールフォーム、多孔セメント（気泡セメント）、発泡ガラス（気泡ガラス）、及び化学結合リン酸塩セラミック（ＣＢＰＣ）を含む。これらの材料は、滑走路末端の停止装置ゾーン（アレスタゾーン）における浅いベッドとして形成されることができる。輸送機関が停止装置ゾーンに侵入すると、輸送機関の車輪は、ドラッグ荷重の増大を生じるように設計された材料内に沈み込む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、現在までに研究されてきた材料のいくつかは改良できよう。したがって、輸送機関を停止するベッドのための改良された材料を開発することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の実施形態は、概して、低密度粒子及び適切な結合剤から作られる輸送機関停止システムに関する。このシステムは、滑走路の末端又は幹線道路の端に設置されて、滑走路の末端又は道路の端から外れて走行している輸送機関車輪の圧力下で予測可能に且つ確実に圧潰する（さもなくば変形する）バリア又はベッドを提供するように設計されている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、発泡パーライト及びセメント系結合剤から形成された構造体の一実施形態の斜視図である。
【００１１】
【図２】図２は、発泡パーライト、及び結合剤としてのポリウレタン接着剤から形成された構造体の一実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
輸送機関停止システムの１つの目的は、予測可能な規定の方法において壊れ、これにより、輸送機関が輸送機関停止システムを変形させるにつれて、制御された予測可能な抵抗力をもたらすことである。したがって、望ましい輸送機関停止システムは、概して、適切な衝撃時に圧縮可能、変形可能、圧潰可能な、さもなくば圧縮又は変形又は圧潰されることのできる低強度の材料である。材料の強度は、一定であり続けるべきであり、あるいは少なくとも時間の経過に伴って著しく増大するべきではない。また、材料の強度は、過剰な輸送機関損傷を引き起こしたり、輸送機関の乗員の命を危険にさらすほど高いものであってはならない。材料は、移動している輸送機関の運動エネルギーを吸収し、輸送機関を停止させる際にシステムを有効にするが、好ましくは、輸送機関乗員の重症又は死亡を防ぐために、圧潰し、エネルギーを吸収するものでなければならない。言い換えるならば、材料は、衝撃時に圧潰又は変形するシステムの能力によって、輸送機関のエネルギーを吸収して輸送機関を安全に停止させる支援ができるほど頑丈だが、輸送機関がバリアにぶつかって押し潰されるほど頑丈であってはならない。システムは、よりゆっくりと輸送機関を減速させ、従来のバリアより一層のクッションを提供することを意図しているので、いくつかの例においては、「非致命的な」輸送機関停止システムといわれるかもしれない。頑丈過ぎる材料は、バリアの意図を無益にする。
【００１３】
したがって、本発明の実施形態は、望ましい低密度及び低強度を有するエネルギー吸収システムを提供する。一態様では、構成材の１つとしてセメントを含まないエネルギー吸収システムが提供されている。一態様では、エネルギー吸収システムの本体を形成する低密度粒子を含むエネルギー吸収システムが提供されている。また、低密度粒子に添加される結合剤材料があってもよい。結合剤は、低密度粒子を互いに対して所定の位置に維持する機能を果たす材料であればよい。低密度粒子と結合剤の各種材料とパラメータの更なる詳細を、以下に概説する。
【００１４】
一態様では、結合剤と結合された低密度粒子を含むエネルギー吸収システムが提供されている。このエネルギー吸収システムは、オーバーランした輸送機関からエネルギーを吸収するように設計された、輸送機関停止ベッドのような輸送機関停止システムの形態で設計されてもよい。システムを形成する材料は、システムに安定性と耐久性とをもたらすような方法で結合し得る。
【００１５】
以下の例は、例示目的のみのために提供され、決して制限することを意図していない。ある特定の例では、低密度粒子は有機及び／又は無機であり得る。低密度粒子は、パーライト、バーミキュライト、発泡パーライト（膨張パーライト）、発泡バーミキュライト（膨張バーミキュライト）、粘土、発泡粘土（膨張粘度）、セラミックス、スラグ（鉱滓、ノロ）、軽石、珪藻土、工業鉱物、圧潰溶岩、圧潰貝殻、発泡ポリスチレン（膨張ポリスチレン）、プラスチック粉砕物、これらの組み合わせを含み得るがそれに限らない。低密度粒子は、微粒子及び／又はマクロ粒子であり得る。それらは粉状であってもよく、また粒状であってもよい。低密度粒子は、大きさが約０．１ｍｍから約１００ｍｍの範囲であってもよい。低密度粒子は、さまざまな形状を有し得る。例えば、略丸い、ギザギザ状、凹凸状、樹枝状、又はその他任意の形状であってもよい。低密度粒子は、それらの天然形状で使用されてもよく、あるいは適切な接着剤又は結合剤に組み込まれる、さもなくば混合される前に加工されてもよい。低密度粒子は、粒状及び／又は粉状の混合材料であってもよい。
【００１６】
ある特定の実施形態では、低密度粒子は、発泡パーライトを含み得る。別の特定の実施形態では、パーライトの低密度粒子が各種分量で、又はその他の要素と様々に組み合わせて使用され得る。パーライトは、水分含量が比較的高い天然由来の非結晶質火山ガラスである。パーライトは、十分に加熱されると、大きく発泡する（膨張する）特性がある。また、加工後は重量が軽い。非発泡（「原料のまま」）の状態では、パーライトは約１１００ｋｇ／ｍ３（１．１ｇ／ｃｍ３）のかさ密度を有する。発泡パーライトは、約３０−１５０ｋｇ／ｍ３（０．０３−０．１５０ｇ／ｃｍ３）のかさ密度を有する。この発泡パーライトのより低いかさ密度により、発泡パーライトは本明細書に記載される低密度粒子の良好な候補となることができる。
【００１７】
別の特定の実施形態では、低密度粒子は発泡バーミキュライトを含み得る。別の特定の実施形態では、バーミキュライトの低密度粒子が各種分量で、又はその他の要素と様々に組み合わせて使用され得る。バーミキュライトは、加熱されると同様に大きく発泡する含水ケイ酸塩鉱物である。
【００１８】
結合剤（バインダ）を低密度粒子に添加してもよい。結合剤は、接着剤又は有機若しくは無機材料のような材料をいくつでも、又はどのように組み合わせたものでもよく、粒子を結合剤と混合する、粒子を結合剤で被膜する、さもなくば粒子を結合材と結合させることによって、安定した構造体が形成される。以下の結合剤の例は、例示的な目的のみのために提供され、決して制限することを意図していない。
【００１９】
ある特定の例では、結合剤は、低密度粒子を結合させる液状接着剤、高分子接着剤、熱可塑性接着剤（ホットグル―）、Ｇｏｒｉｌｌａ  ｇｌｕｅ（ゴリラグルー）（登録商標）のような市販接着剤（提供されたまま又は改変されたもの）、アクリル系塗料、（ポリウレタンフォームのような）発泡体、ポリスチレン、及び（粘土又はリン酸塩結合セラミックのような）無機結合剤、あるいはこれらの組み合わせであり得る。結合剤又は組み合わせ結合剤は、空気硬化接着剤でもよい。結合剤又は組み合わせ結合剤は、光硬化接着剤でもよい。結合剤又は組み合わせ結合剤は、液状接着剤でもよい。選択される結合剤又は組み合わせ結合剤は、概して、輸送機関衝撃時に確実に圧潰する程度に壊れやすいが、衝撃が発生するまで粒子を一緒に保持できるだけの十分な強度を有さなければならない。選択される結合剤又は組み合わせ結合剤は、それらの粘性、粒子に対する被膜力さもなくば接着力、耐久性、ＵＶ安定性、耐火性又は難燃性、あるいはその他の任意のパラメータに基いて選定され得る。選定した結合剤又は組み合わせ結合剤が所望のパラメータの１つ又はそれ以上を欠く場合、所望のパラメータを授けるために、システムに最終コーティングを施すことは可能である。
【００２０】
結合剤又は組み合わせ結合剤は、概して、エネルギー吸収特性を目的としては選定されないが、選定された結合剤がシステムにエネルギー吸収特性をも授けることは起こり得る。例えば、選定された結合剤がポリウレタンフォームである場合、発泡体特性がエネルギー吸収特性を付加すると考えられる。例えば、低密度粒子と類似する圧潰特性を有する結合剤を設計又は選定することは可能であろう。選定された結合剤がエネルギー吸収特性をもたらさない場合、選定された低密度粒子と、それらの粒子を本明細書に記載された方法で１つ又はそれ以上の結合剤と組み合わせることとによって、十分なエネルギー吸収をもたらし得ると考えられる。この例では、結合剤は、構造的安定性をもたらしさえすれば十分である。
【００２１】
また、システムは、粒子／結合剤配列の間に複数の空隙を含み得る。これらの空隙は、結合剤と低密度粒子間の反応によって作り出されてもよい。例えば、使用する粒子がパーライトの場合、粒子は加熱すると発泡する。材料に空隙をもたらす別の方法は、発泡体を組み込む、界面活性剤を組み込む、あるいは水素若しくは二酸化炭素を生成する、又は材料中に気泡を生み出すように反応する化学物質を組み込むことである。これは、結合剤がシステムに持ち込む不都合な特性又は強度を補うのに有益であろう。
【００２２】
また、粒子又は最終製品は、もし必要又は所望ならば、耐湿層でコーティングしても、くるんでも、耐湿層を溶射しても、又は耐湿層に浸漬（若しくは他の塗付方法）してもよい。このような層は、アルカリ金属ケイ酸塩、シリコン誘導体溶液、溶射エラストマー化合物、又は耐久性を改善する目的に適した他の任意の製品を含むであろうがそれに限らない。
【００２３】
一実施形態では、粒子を耐水性にするために、選定した結合剤で粒子をコーティングしてもよい。他の実施形態では、耐水性又は耐湿性を授けるための別途溶液を添加してもよい。一実施形態では、シリコン溶液を添加してもよい。充填材又はその他の材料も添加してもよい。これらは、砂、灰、スラグ、高分子繊維、ガラス繊維、わら、これらの組み合わせ、又はその他の任意の適切な充填材若しくは材料を含むがそれに限らない。また、セット剤又は硬化剤を、混合中に粒子に、及び／又は形成される最終製品に添加してもよい。
【００２４】
材料の製造中に、結合剤と充填材との比率を、所望の材料強度、密度、又はその他のパラメータに達するために変更してもよい。結合剤よりも低密度粒子の方が量が多いであろうと一般的に予測される。全般的な意図は、結果として得られるシステムが、所望するような圧潰を妨げる強度を有するほどの結合剤ではなく、粒子を一緒に保持できるのにちょうど十分な結合剤を使用することである。１つの特定の例では、結合剤の粒子に対する比率は、約１：１から約１：２０であり得る。下の特定の例では、結合剤の粒子に対する比率は、約１：５から約１：１０であり得る。別の特定の例では、結果として得られるシステムの圧縮強度は、約３４．５ｋＰａから約６８９．５ｋＰａ（１インチ四方当たり約５ポンドから１００ポンド）であり得る。
【００２５】
例１：
形成中に、スラリーを形成するために材料を添加し、次に混合若しくは配合してもよい。最終的な本体強度と材料特性は、低密度粒子、結合剤又は充填材の割合、スラリーに添加される発泡体、界面活性剤、又は細孔生成構成材の量、充填材の組成と種類（活性若しくは不活性）と量、混合手順、混合時間、配合手順、及び／又は配合時間を変更することによって調整することができる。固体／液体の比率は、添加される結合剤（セット／硬化遅延剤）と充填材の種類、結合剤／充填材の比率、及び材料について意図された最終用途に応じた最終の所望特性により異なってもよい。
【００２６】
例２：
発泡パーライトと液状ポリウレタン接着剤との組み合わせを混ぜ合わせる。接着剤を発泡パーライトと混合した後に、攪拌する（ｔｕｍｂｌｅ）。結果として得られる材料を風力乾燥若しくは硬化させる。これにより、材料を硬化体に固めることができる。結果として得られた材料は、粒子の粒が接着剤で一緒に保持された粒状の外観を有していた。耐水性及び耐悪天候性を付加するために、結果として得られた材料をバリア層で被膜した。使用されたコーティングは、耐火性添加物を有するラテックス接着剤であったが、その他のコーティングを用いることができ、それらが本開示の範囲内にあるとみなされることが理解されるべきである。
【００２７】
例３：
発泡バーミキュライトと発泡ポリウレタンフォーム（膨張ポリウレタンフォーム）との組み合わせを混ぜ合わせる。発泡ポリウレタンフォームを発泡バーミキュライトと混合した後に、攪拌する（ｔｕｍｂｌｅ）。結果として得られる材料を硬化させる。これにより、材料を硬化体に固めることができる。結果として得られた材料は、粒子の粒が接着剤で一緒に保持された粒状の外観を有していた。耐水性及び耐悪天候性を付加するために、結果として得られた材料をバリア層で被膜した。使用されたコーティングは、発泡ラテックスコーティングであったが、その他のコーティングも用いることができ、それらが本開示の範囲内にあるとみなされることが理解されるべきである。
【００２８】
例４：
ポリスチレンの発泡ボール（膨張ボール）又は小片を、セメント系結合剤のような結合剤と混合する。
【００２９】
例５：
再生ポリスチレンビーズと発泡パーライトを、リン酸塩結合セラミックのような結合剤と混合する。
【００３０】
上記の例のいずれかから、若しくは本明細書中の開示に従ってなされた結果として得られる材料は、輸送機関停止システムに形成し得る。そのような材料を、一連のブロック、パネル、タイル、積層又は接合レンガ、結合されて構造体を形成する材料の小粒子、円筒形又は球形のユニット、あるいはその他の任意の形状に形成してもよい。システムの強度及び使用される構成は、安全に停止させる輸送機関又は装置に応じて変更されてもよい。航空機を停止させる場合、バリアは、自転車又は歩行者を停止させる場合より高い強度を有するように開発されてもよい。一実施形態では、バリアは、約６８９．５ｋＰａ未満（約１００ｐｓｉ未満）、いくつかの例では、約３４４．７ｋＰａ未満（約５０ｐｓｉ未満）、更なる例では、約３４．５ｋＰａ近辺（約５ｐｓｉ近辺）の圧縮強度を有し得る。
【００３１】
以上に記載し且つ図面に示した構造及び方法に対する変更及び改変、追加及び削除は、本開示の範囲若しくは主旨、又は以下の特許請求の範囲から逸脱することなく行われ得る。
【図１】
2017507263.tif 000002
【図２】
2017507263.tif 000003
【国際調査報告】
2017507263.tif 000004
2017507263.tif 000005
2017507263.tif 000006