Press Release
同時配布：国立研究開発法人防災科学技術研究所

報道関係者各位

令和 6 年 1 月 23 日
防災局 山梨県富士山科学研究所
副所長 河西 博志
電話0555-72-6211（代）

降灰路面で車両がスタックするメカニズムを解明した研究論文を発表しました
山梨県が 2021 年 10 月に開催した“火山灰堆積時における車両走行等の体験事業”に合わせて、山梨県富士山科学研究所と国立研究開発法人防災科学技術研究所は、降灰路面における車両の基本的な走行性能を定量的・科学的に検証することを目的とした走行実験を行いました。
火山灰が堆積した道路（降灰路面）における車両の走行性能を知ることは、応急対策や避難対策を講じる上で、非常に重要であるため、同試験路において駆動方式の異なる 9 台の市販車両を用いて様々な走行実験を行い車両走行への影響を分析しました。
実験の結果、降灰路面において車両の走破性能が左右される要因と車両がスタックするメカニズムが明らかとなり、その学術論文が高く評価され、英科学誌「Scientific Reports」に 2023 年 12月 6 日付けで掲載されましたので御案内します。
降灰路面における車両走破性のポイント➢

車両の駆動方式と降灰の厚さに大きく左右されました。

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降灰の厚さが約 10 cm を超えるとスタックしてしまう二輪駆動車に対し、全輪駆動車は明らかに高い走破性と安定性を発揮しました。

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二輪駆動車にタイヤチェーンを装着しても走破性は向上しませんでした。

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実験の結果から、車両避難は渋滞発生だけでなく、降灰によるスタックのリスクもあることが明らかになりましたが、富士山火山避難基本計画に定める「徒歩避難」は、これらの影響を受けることなく安全かつ速やかな避難が可能になると期待されます。

（参考）火山灰堆積時における車両等体験事業について
令和 3 年 11 月 4～7 日の間、富士北麓公園駐車場に仮設コースを設置し実施
参加者：住民 約 170 名、関係機関 約 70 団体
学術論文の詳細は、別添資料をご覧ください。
本成果は、英科学誌「Scientific Reports」に 12 月 6 日付けで掲載されました。
タイトル：Evaluation of vehicle running performance on ash-covered roads
著者：Tatsuji Nishizawa, Mitsuhiro Yoshimoto, Tomohiro Kubo, Ryo Honda, Setsuya Nakada,
Nobuko Kametani, Yasuhiro Ishimine, Shinya Yamamoto
URL：https://www.nature.com/articles/s41598-023-47122-8

研究担当者 富士山火山防災研究センター
研究員 西澤 達治
広報担当者 広報・交流担当
小笠原 輝 電話：0555－72－6206

別添資料◆ 試験方法
試験車両はボディタイプの異なる 9 台の市販車両を用いました。車両重量は 880kg～1600kg、駆動方式は二輪駆動（前輪駆動・後輪駆動）と全輪駆動です（図 1）。試験路は直線・平坦路、曲線路、勾配路、過酷路の 4 つで、いずれも舗装路面の上に粗粒・中粒・細粒のいずれかの火山灰が敷き詰められています。走破性能試験では、➀発進・急発進試験、②通過試験、によって降灰路面における車両の走破能力を評価しました。①は停車状態から発進と急発進を繰り返します。②は時速 5 kmで舗装路面から試験路に進入し速度を維持したまま通過します。車両が途中でスタックした場合は、入口から車両の前輪軸までの距離（走破距離）とその地点の火山灰の厚さを計測しました。試験①は直線・平坦路と勾配路で、試験②は過酷路と勾配路でそれぞれ行いました。直線・平坦路は全部で 4 つあり、それぞれ粗粒・中粒・細粒・濡れた細粒火山灰が敷いてあり、全長は 45 m で 15 m ごとに火山灰の厚さが 1 cm、5 cm、10 cm と変化します。勾配路は 4 つあり、全長は 30 m で勾配は5％、粗粒と細粒の火山灰が厚さ 1 cm 又は～12 cm 敷いてあります。過酷路は全長 20 m の平坦な直線路で粗粒火山灰が厚さ 20 cm 以上で敷いてあります（図 2）。
◆ 試験結果➀発進・急発進試験
全輪駆動車は層厚やアクセル開度に依らずスリップすることなく安定して発進することができました。一方、二輪駆動車は層厚が厚くなるにつれて駆動輪がスリップする割合が大きくなりました。
特に後輪駆動車は急発進時に後輪がスリップし車体の後方が横ずれするため、真っすぐ走るためには修正舵をあてる必要がありました。
②通過試験
全輪駆動車はいずれの試験路においても安定して走行することができました。一方、二輪駆動車
は全輪駆動車に比べ走破性能が明らかに劣り、火山灰の厚さが約 10 cm を超えると火山灰の種類や路面の勾配の有無に関わらず車両はスタックしました。次に前輪駆動車の駆動輪に樹脂製又は金属製のタイヤチェーンを装着し走行したところ、同じようにスタックしました（表 1）。
◆ 議論・考察：降灰路面で車両がスタックしてしまう要因は？
2021 年の富士山ハザードマップ改定に伴い、同年 11 月に山梨県は“火山灰堆積時における車両走行等の体験事業”を開催しました。その結果、火山灰の厚さが約 10 cm を超えると二輪駆動車はスタックしてしまうことが指摘されていました。今回、我々は実験に基づき、降灰路面における車両の走破性能を定量的に評価すると共に、スタックするメカニズムについて次の通り解明しました。
二輪駆動車がスタックした際、駆動輪のタイヤはその高さの半分以上が降灰路面に沈み込んでいる状態でした（図 3）。降灰路面の火山灰粒子は降り積もっただけなので自由に動くことができ、加えて火山灰粒子は空隙が多く密度が軽いので、駆動輪の回転によって容易に掻き出されてしまいます。
すると駆動輪が降灰路面に徐々に沈み込んでしまい、走行抵抗が増加し最終的に車両がスタックすることが判明しました（図 4）。降灰路面の性質は砂利道、あるいは雪道や凍結路面と異なります。
砂利道に敷かれている砕石も自由に動くことができますが、火山灰に比べ密度が高く、粒径が大きく、扁平率が高い形状をしているため、タイヤから駆動力が働いても容易に動きません。雪道や凍結路面でも車両はスリップやスタックする場合があります、これはタイヤと雪や氷の摩擦係数が著しく低いことが主な原因です。タイヤチェーン（冬用タイヤを含む）は、エッジ効果（注釈 1）によりタイヤと路面の摩擦力を向上させるので、雪道・凍結路面における走破性や安全性の向上には有効です。一方、火山灰粒子はタイヤとの摩擦係数が氷や雪ほど低くなく、エッジ効果は火山灰粒子を掻き出してしまう働きを高めてしまうので、タイヤチェーンの装着は降灰路面の走破性の向上には寄与しないことが判明しました（図 5）。
（注釈 1）チェーンや冬用タイヤのブロックの角が雪や氷をひっかくことで生じる抵抗。

図 1．試験車両一覧。前輪駆動車 4 台、後輪駆動車 2 台、全輪駆動車 3 台。

図 2．試験路と試験方法。a）平坦・直線路、b）勾配路、c）過酷路。図は縮尺無し。
表 1．通過試験結果のまとめ
試験路
火山灰の粒径

平坦路
粗粒・中粒・細粒

過酷路
粗粒

火山灰の厚さ
１、５、１０
２０～
（cm）
前輪駆動車
通過
スタック
前輪駆動車
（タイヤチェーンスタック※１装着時）
後輪駆動車
通過
スタック
全輪駆動車
通過
通過※１※２５％勾配路
粗粒・細粒

粗粒

～１０

１２～

通過

スタック
スタック※２通過
通過

スタック
通過

走破距離はタイヤチェーン非装着時とほぼ同じ結果になりました。
走破距離はタイヤチェーン非装着時に比べ 20～40%短くなりました。

図 3．降灰路面を走行しスタックした車両の駆動輪。タイヤの高さの半分以上が火山灰層に沈み込んでいる。火山灰の厚さ約 20 cm、試験車両は No.8、夏用タイヤを装着。矢印は車両の進行方向。

図 4．車両（二輪駆動車）が降灰路面でスタックするメカニズム。図は縮尺無し。
（a） 駆動輪のタイヤ底面と降灰路面の拡大図。降灰路面は、舗装路（剛体として振る舞う）の上に火山灰粒子（青色）が降り積もった状態。駆動輪を回転（反時計周り）させる力（𝐹𝑡𝑜𝑟𝑞 ）は、タイヤの底面（トレッド面）と接している火山灰粒子に伝達される。個々の粒子に着目すると、駆動力は粒子を回転させる力（時計回り）を発生させる。一方、その粒子と周囲の粒子との接点では、その回転を止めようとする力が働く。前者の力の合力を 𝐹1 とすると、後者の力の合力（𝐹2 ）は、𝐹1 に対し逆向きに発生するせん断応力として解釈される。
（b） 𝐹1 と 𝐹2 を合わせた力（𝐹𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 ）は、𝐹1 の大きさに対し𝐹2 が小さいので、タイヤの底面にある火山灰粒子を掻き出す力（赤矢印）として働く。
（c） 火山灰粒子を掻き出す力は下方向へと伝番され、それに伴いタイヤの下にある火山灰が次々と取り除かれて、タイヤは徐々に降灰路面へと沈み込む。
（d） 駆動輪を回転させる力は、その大半が火山灰粒子を掻き出すエネルギーとして消費され、駆動輪のタイヤが降灰路面に沈み込むことで走行抵抗が大きくなり、車両はスタックする。

図 5．樹脂製タイヤチェーンを装着して降灰路面を走行しスタックした車両の駆動輪。非装着時と同様にタイヤが降灰路面に沈み込んでいる。走破距離はタイヤチェーン非装着時と比べほぼ同じか短くなった。試験車両と試験路は図 3 と同じ。