JP2015016737A

JP2015016737A - 水害時避難用シェルター

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Publication number: JP2015016737A
Application number: JP2013143918A
Authority: JP
Inventors: 浩視井森; Hiromi Imori; 大内　光徳; Mitsunori Ouchi; 光徳大内
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2015-01-29
Anticipated expiration: 2033-07-09
Also published as: JP5390040B1

Abstract

【課題】水面近傍に浮遊し、外部からの衝撃を緩衝構造により効率よく緩和して浮体の安全性を高めることのできる水害時避難用シェルターを提供する。
【解決手段】剛体からなる水密な中空カプセル状の浮体２と、浮体２に周設される中空環状のチューブ体３ａからなる緩衝構造３と、浮体２の底に配設される錘９と、を有し、浮体２は、その中空部２ｂ内へ人の出入りを可能にするハッチ２ａを備え、チューブ体３ａは、剛体からなりその胴部に複数の孔４を備えて、浮体２が水に浮く際に完全に水没するとともに、チューブ体３ａの中空部３ｂ内も水で満たされることを特徴とする水害時避難用シェルター１Ａによる。
【選択図】図２

Description

本発明は、水に浮遊するシェルターの周囲に緩衝構造を備えた水害時避難用シェルターに関する。

従来、津波や河川の氾濫時に避難者の避難を助ける避難用シェルターとして様々な形態のものが発明されてきた。
その中でも、水に浮くカプセル状の避難用シェルターで、その周囲に中空状のチューブ体からなる浮き構造を備えたものとしては、例えば、特開昭５０−１１４７９５号公報（特許文献１）の「救難用浮遊函」、特開昭５１−１４６０９４号公報の「円盤形および楕円盤形密閉救命ボート」（特許文献２）、特開昭５７−６６０９２号公報の「救命ボート」（特許文献３）、特公昭４３−２２６５号公報の「海難救命具」（特許文献４）、実開昭４９−８６５９７号公報の「救命装置」（特許文献５）、実開昭５７−３３５９３号公報の「救命艇」（特許文献６）、実開昭５８−４４２９９号公報の「水安定化救命いかだ」（特許文献７）、実開昭５８−８０３９８号公報の「カプセル式救命装置」（特許文献８）等が知られている。
一般に、津波や洪水等の水害時では、水中又は水中に大量の障害物が存在しており、このような水に浮くタイプのカプセル状の避難用シェルターの場合は、その胴部に周設される浮き構造が水中の障害物に衝突して破損した際に、避難用シェルターの浮力が不十分となり、避難具として十分に機能しなくなる恐れがあった。
このような事態に対処可能な他の発明としては、以下に示すような特許文献９が考えられる。

特許文献９には「海難用救命器」という名称で、海洋における船舶の転覆及び沈没の際に使用する海難救命器に関する発明が開示されている。
特許文献９に開示される海難用救命器は、文献中に記載される符号をそのまま用いて説明すると、バルブにて空気吸入孔２８，３０をそれぞれ開閉自在に調整される主空気吸入筒２６および補助空気吸入筒２９を設けたハッチ２５をハンドル３２にて開閉自在に操作できるように本体１に装着し、該本体１には吊り上げ金具５、窓６と水平板２で結合された緩衝材３と、手摺２４および重錘４を装着し、該本体１の内面２ヶ所に支持環７の上部対向位置に設けられた回転指示軸８を回動自在に装着し、該支持環７の内面２ヶ所に、飲料水タンク１４を設けた内筒の上部対向位置に設けられた回転支持軸８を回動自在に装着し、該支持環７の内面２ヶ所に、飲料水タンク１４を設けた内筒１０の上部対向位置に保持し、該内筒１０の内側に緩衝材１１を内張し、海水排出孔１５と飲料水注入孔１６を穿孔し、安全帯１３およびおりたたみ椅子１２、酸素ボンベ２２、緊急用各種小物入箱２３を装着し、飲料水タンク１４および本体１の底部には手動ポンプ２１および１８を設けた飲料用パイプ２０および海水排出用パイプ１７をそれぞれ装入したことを特徴とするものである。
上記構成の特許文献９に開示される発明は、船舶等における救命ボートの代用品である。このような特許文献９に開示される発明によれば、船舶に何らかの不具合が生じ、特許文献９に開示される海難用救命器で船員や乗客を避難させるために海難用救命器を船舶から投下する際に、海難用救命器が船舶に衝突しても本体１の周側面に設けられる緩衝材３によりその衝撃を緩衝して本体１の破損を防止できる。

特開昭５０−１１４７９５号公報特開昭５１−１４６０９４号公報特開昭５７−６６０９２号公報特公昭４３−２２６５号公報実開昭４９−８６５９７号公報実開昭５７−３３５９３号公報実開昭５８−４４２９９号公報実開昭５８−８０３９８号公報特開昭４９−１５１９４号公報

特許文献９では緩衝材８の材質については何ら開示がないが、図３を参照すると緩衝材３は中実な材質であると考えられる。
このような緩衝材３としては合成樹脂製のものやゴム製のものが想定されるが、津波や洪水等の災害時は水中に様々な障害物（例えば、破損した建物等）が存在し、それらとの衝突が繰り返されることが予想される。この場合、弾性やクッション性を利用した緩衝材３を用いた場合はそれらの障害物との衝撃が起こった場合に緩衝材自体が破損して十分な緩衝効果が期待できない恐れがあった。
また、特許文献９に開示される発明において、仮に本体１を鋼鉄製とし緩衝材８が合成樹脂製のものやゴム製であると想定した場合は、建築物の残骸や剛体との衝突時に、緩衝材８による緩衝効果が不十分となる恐れや、本体１よりも緩衝材８が劣化しやすいという懸念があった。

本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、剛性の高い物体との衝突した際に、衝撃の一部を水圧に変換して外部に排出しつつそれ自体が変形することで衝撃を緩和してシェルター本体の破損を防止する緩衝構造を備えた水害時避難用シェルターを供給することにある。

上記目的を達成するため請求項１記載の発明である水害時避難用シェルターは、剛体からなる水密な中空カプセル状の浮体と、浮体に周設される中空環状のチューブ体からなる緩衝構造と、浮体の底に配設される錘と、を有し、浮体は、その中空部内へ人の出入りを可能にするハッチを備え、チューブ体は、剛体からなりその胴部に複数の孔を備えて、浮体が水に浮く際に完全に水没するとともに、チューブ体の中空部内も水で満たされることを特徴とするものである。
上記構成の請求項１記載の発明において浮体はその中空部内に避難者を収容して水害時（津波や洪水など）に水面に浮くシェルターとして機能する。また、この浮体が水密なカプセル状とすることで、大きな浮力を生じさせて浮体及び緩衝構造を水面近傍に浮遊させるという作用を有する。また、錘は浮体が水に浮いた際に、浮体の底が鉛直下方を向くように浮体の鉛直上下方向の向きを一定にするという作用を有する。さらに、ハッチは浮体の内部へ人が出入りする際の出入り口となる。
そして、剛体からなるチューブ状の緩衝構造が浮体の胴部の外側面に水平に一体に周設されることで、浮体が多数の障害物がある水面近傍を浮遊する際に、浮体に障害物が直接衝突するのを妨げるという作用を有する。
また、請求項１の発明において緩衝構造を剛体により構成することで、障害物が緩衝構造に衝突した際に、緩衝構造自体を変形させつつその衝撃エネルギーの一部を緩衝構造内部の水圧上昇に変換して緩和して、緩衝構造の内側に収容される浮体に衝撃エネルギーが伝わって破損するリスクを大幅に低減するという作用を有する。そして、緩衝構造に作用した衝撃エネルギーがチューブ体内の水圧の上昇に変換された際に、チューブ体に穿設される孔から排水が起こることで、水圧に変換された衝突エネルギーの一部を外部に放出するという作用を有する。

請求項２記載の発明である水害時避難用シェルターは、請求項１記載の水害時避難用シェルターであって、チューブ体の環状方向に対する垂直断面形状は円形であり、孔の少なくとも一部は、チューブ体の鉛直方向最上位部に穿設されていることを特徴とするものである。
上記構成の請求項２記載の発明は、請求項１の発明と同じ作用に加えて、チューブ体の環状方向に対する垂直断面形状を円形にすることでチューブ体はシェル構造をなし、チューブ体に障害物が衝突した際にチューブ体を変形し難くするという作用を有する。つまり、チューブ体の強度に関する設計を容易にしながらその強度を高めるという作用を有する。
また、チューブ体の鉛直方向最上位部に穿設されることで、浮体が水に浮かせる際にチューブ体の内部の空気を速やかに外部に排出して、チューブ体の中空部内に速やかに水を侵入させるという作用を有する。

請求項３記載の発明である水害時避難用シェルターは、請求項２に記載の水害時避難用シェルターであって、孔はチューブ体の鉛直方向最下位にも穿設されていることを特徴とするものである。
上記構成の請求項３記載の発明において、チューブ体の鉛直下方最下位にも孔を穿設することで、水面近傍に浮体を浮遊させる際に緩衝構造内部への水の侵入とそれに伴う空気の外部への排出を一層スムースにするという作用を有する。
さらに、請求項３ではチューブ体の鉛直方向最上位部と鉛直方向最下部の両位置に孔が形成されることで、チューブ体の外側面の水平方向から外力（衝撃）が加わった際に生じる水圧上昇により、チューブ体の鉛直方向最上位部と鉛直方向最下部の孔から中空部内の水が排出される。この結果、チューブ体の変形をゆっくりと進行させて、浮体に強い衝撃が伝わるのを好適に抑制するという作用を有する。

請求項４記載の発明である害時避難用シェルターは、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の水害時避難用シェルターであって、浮体と緩衝構造との接続部分に、浮き構造が介設されていることを特徴とするものである。
上記構成の請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のそれぞれの発明と同じ作用に加えて、浮き構造を備えることで、浮体に作用する浮力を高めて浮体内における避難者の収容人数を増加させるという作用を有する。
また、浮き構造を浮体と緩衝構造の接続部分に介設することで、緩衝構造により浮き構造を保護するという作用を有する。加えて、浮体は、緩衝構造に加えて浮き構造の変形によっても保護されるので、浮体の浮遊時に障害物との衝突で浮体が破損するリスクを一層低減するという作用を有する。

請求項５記載の発明である害時避難用シェルターは、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の水害時避難用シェルターであって、浮体は、円筒状体、又は、複数の円筒状体をそれぞれの軸を平行に配しながら一体に連結してなるものであり、円筒状体の軸は水平に配されていることを特徴とするものである。
上記構成の請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のそれぞれに記載される発明と同じ作用を有する。
浮体の形状として最も好ましい形態は球形である。しかしながら、浮体の形状が球形である場合は、浮体内に効率よく多数の避難者を収容することができない。
これに対して、浮体の形状を円筒状体、又は、複数の円筒状体を一体に連結したものとした場合は、浮体の強度を高めつつ、多数の避難者を収容可能にするという作用を有する。
加えて、浮体の形状を円筒状体、又は、複数の円筒状体を一体に連結した形態とすることで、浮体を建物や橋台、橋脚などの基礎に使用される円筒形をした鋼製杭を用いて製造可能にするという作用を有する。この場合、浮体の安全性について信頼性の高い製品を容易に量産可能にするという作用を有する。また、個々の円筒状体をユニット化することを可能にするという作用も有する。

請求項６記載の発明である害時避難用シェルターは、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の水害時避難用シェルターであって、避難者を収容しないで水に浮かべた際の水害時避難用シェルターの重心位置は水面下であることを特徴とするものである。
上記構成の請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のそれぞれに記載される発明と同じ作用に加えて、避難者を収容しないで水に浮かべた際の水害時避難用シェルターの重心位置を水面下とすることで、避難者を収容した状態での水害時避難用シェルターの重心位置を常に水面下にするという作用を有する。
そして、水害時避難用シェルターの重心位置を常に水面下にすることで、水害時避難用シェルターの安定性を高めて、水面近傍を浮遊する際に横揺れが生じるのを抑制するという作用を有する。

請求項１記載の発明によれば、浮体の水平方向の胴部に緩衝構造を備えることで、浮体が水面近傍を浮遊する際に、障害物が浮体と直接衝突して損傷するのを防止できる。
また、この緩衝構造を、剛体からなり中空環状のチューブ体により構成し、このチューブ体に多数の孔を穿設して、チューブ体を水没状態にしつつその中空部内も水で満たしておくことで、緩衝構造に障害物が衝突した際の衝突エネルギーを中空部内において水圧上昇に変換するとともに、チューブ体内の水を孔から外部に排出して衝突エネルギーの一部を外部に排出することができる。この場合、緩衝構造の変形がスムースに起こるので、衝突エネルギーは緩衝構造の変形によっても緩和される。この結果、緩衝構造の内側に配される浮体に伝達する衝突エネルギーを小さくすることができる。
これにより、障害物との衝突時に浮体が損傷するリスクを大幅に低減できる。すなわち、請求項１の発明を使用する際の浮体の耐久時間を長くでき、浮体内の避難者の安全性をより長い間確保することができる。
さらに、請求項１の発明において浮体の底に錘を備えることで、浮体の鉛直上下方向の向きを一定にできる。この結果、浮体の揺れを低減して浮体の乗り心地を良好にできる。

請求項２記載の発明は、請求項１の発明と同じ効果に加えて、チューブ体の環状方向に対する垂直断面形状を円形にすることで、チューブ体の強度を高めることができる。また、孔の少なくとも一部をチューブ体の鉛直方向最上位部に形成することで、請求項２の発明を水に浮かべた際に、チューブ体内部への水の侵入に伴う空気の排出をスムースに行うことができる。この結果、請求項２の発明における緩衝構造による効果を速やかに発揮させることができる。

請求項３記載の発明は、請求項２の発明と同じ効果に加えて、チューブ体の鉛直方向最下位にも孔を形成することで、チューブ体内へ水の侵入速度を一層早くできる。
この場合、請求項３の発明を水に浮かべて使用する際に、緩衝構造３による緩衝効果を迅速に発揮させることができる。
したがって、緩衝構造を利用して効率よく浮体の損傷を防止することができる。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のそれぞれの発明の効果と同じ効果に加えて、浮体と緩衝構造の接続部分に浮き構造を備えることで、浮体の浮力を補うことができる。この結果、浮体の中空部内に収容可能な避難者の数を増やすことができる。
また、浮き構造が緩衝構造の内側に配置されることで、浮き構造を緩衝構造により保護することができる。この結果、請求項４記載の発明に外部から強い衝撃が加わった際に、浮き構造が損傷するリスクを低減することができる。
さらに、請求項４の発明では、浮体は緩衝構造のみならず浮き構造によっても保護されることになる。これにより、浮体の安全性も一層向上させることができる。

請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のそれぞれの発明の効果と同じ効果に加えて、浮体の形状を円筒体状、又は、円筒体の連結体とすることで、浮体の強度を高めつつ、その中空部内における避難者の収容人数の増加にも容易に対応可能である。

請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のそれぞれの発明の効果と同じ効果に加えて、避難者を収容しないで水に浮かべた際の水害時避難用シェルターの重心位置を水面下とすることで、避難者を収容した状態の請求項６の発明の重心位置を確実に水面下にすることができる。
この場合、請求項６の発明の重心位置を水面上にする場合に比べて、浮体の横揺れを小さくできる。この結果、請求項６の発明の乗り心地を良くすることができる。

（ａ）本発明の実施の形態に係る水害時避難用シェルターの平面図である。（ｂ）本発明の実施の形態に係る水害時避難用シェルターの側面図である。（ａ）本発明の実施の形態に係る水害時避難用シェルターの軸方向断面図であり、（ｂ）本発明の実施の形態に係る水害時避難用シェルターの軸方向に対する垂直断面図である。（ａ）本発明の実施の形態に係る水害時避難用シェルターの浮体の軸方向に対する垂直断面図である。（ｂ）本発明の実施の形態に係る水害時避難用シェルターの浮体の断片に作用する力を示す概念図である。（ａ）〜（ｃ）はいずれも本発明の実施の形態に係る水害時避難用シェルターの浮体が浮遊時に安定する原理を説明するための概念図である。（ａ）本発明の実施の形態に係る水害時避難用シェルターの緩衝構造周辺の部分拡大図であり、（ｂ）図４（ａ）中のＤ−Ｄ線矢視断面図である。本発明の実施の形態に係る水害時避難用シェルターの緩衝構造の浸漬状況を示す部分断面図である。（ａ）〜（ｃ）はいずれも本発明の実施の形態に係る水害時避難用シェルターの緩衝構造が外部からの衝撃を緩和する仕組みを示す概念図である。本発明の実施の形態に係る水害時避難用シェルターの緩衝構造に作用する応力の経時変化を示すグラフである。本発明の実施の形態に係る水害時避難用シェルターの緩衝構造に作用する応力とひずみの関係を示すグラフである。本発明の実施の形態に係る水害時避難用シェルターの変形例を示す断面図である。

以下に、本発明の実施の形態に係る水害時避難用シェルターについて図１乃至図１０を参照しながら詳細に説明する。

本実施の形態に係る水害時避難用シェルター１Ａの形態について図１，２を参照しながら詳細に説明する。
図１（ａ）は本発明の実施の形態に係る水害時避難用シェルターの平面図であり、（ｂ）は本発明の実施の形態に係る水害時避難用シェルターの側面図である。また、図２（ａ）は本発明の実施の形態に係る水害時避難用シェルターの軸方向断面図であり、（ｂ）本発明の実施の形態に係る水害時避難用シェルターの軸方向に対する垂直断面図である。
より具体的には、図１（ａ）中のＡ−Ａ線矢視断面図が図２（ａ）であり、図１（ｂ）中のＢ−Ｂ線矢視断面図、もしくは、図２（ａ）中のＣ−Ｃ線矢視断面図が図２（ｂ）である。
図１に示すように、本実施の形態に係る水害時避難用シェルター１Ａは、例えば、鋼板等の剛体からなる水密な中空カプセル状の浮体２と、この浮体２の胴部に水平に周設される中空環状のチューブ体３ａからなる緩衝構造３と、浮体２の底に配されて浮体２の鉛直上下方向の向きを調整する錘９（図２を参照）とにより構成されるものであり、浮体２にはその中空部内への人の出入りを可能にするハッチ２ａが設けられている。
また、本実施の形態に係る緩衝構造３は、例えば、鋼板等の剛体からなる中空環状のチューブ体３からなり、例えば、溶接などにより浮体２の胴部に一体に固設されている。
さらに、このチューブ体３ａには多数の孔４が穿設されており、水害時避難用シェルター１Ａを水面近傍に浮遊させた際に、チューブ体３ａは完全に水面下に水没する。そして、チューブ体３ａの中空部３ｂ内も水で満たされた状態となる。
なお、緩衝構造３により外部からの衝撃が緩和される仕組みについては後段において詳細に説明する。
また、本実施の形態に係る水害時避難用シェルター１Ａでは、浮体２内に避難した避難者６が浮体２の外の様子を確認できるよう浮体２の胴部に窓２ｂを設けておいてもよい。
なお、浮き構造５の作用、効果についても後段において詳細に説明する。

浮体２の形状は球状が最も望ましいが、浮体２を球状にすると浮体２内に効率よく多数の避難者を収容することができない。加えて、その製造に多大なコストがかかるという課題もある。
このような事情に鑑み、本実施の形態に係る水害時避難用シェルター１Ａでは、浮体２の強度を十分に高めるとともに、浮体２内の容積を大きくしつつ、その製造コストを廉価にするために浮体２の外形を円筒状体としている。
また、図２に示すように、浮体２の内部構造は、例えば、浮体２の軸方向と平行に、かつ、互いに向き合うように２つの長椅子状のシート８を設けておき、このシート８に避難者６が座った状態で避難できるよう構成してもよい。
また、本実施の形態に係る水害時避難用シェルター１Ａによる避難は、救命ボートによる避難に近く浮体２に大きな揺れが生じることが予測される。
このため、シート８に安全ベルト７を設けておき、必要に応じて避難者６の体を固定できる構成としてもよい。

ここで図３を参照しながら、浮体２の形態にシェル構造を取り入れるメリットについて説明する。
図３（ａ）は本発明の実施の形態に係る水害時避難用シェルターの浮体の軸方向に対する垂直断面図であり、（ｂ）は本発明の実施の形態に係る水害時避難用シェルターの浮体の断片に作用する力を示す概念図である。なお、図１，３に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
図３（ａ）に示すように、浮体２の軸方向に対する垂直断面形状を、例えば、円形とする場合のようにシェル構造とする場合は、その外部から浮体２に対して外力Ｐが作用した際に、図３（ｂ）に示すような浮体２の断片（図３（ａ）中のｎ−ｎ線、ｍ−ｍ線で切り取った浮体２の断片）の端面において、部材に作用する曲げ応力を無視して部材の伸長方向に作用する応力σ_sのみを考慮すればよいので強度計算を容易にできる。
したがって、浮体２の側面が上述のようなシェル構造となるよう、円形、楕円形、放物線等の曲線状にすることが望ましい。また、特に浮体２の内部空間を広くしつつ、浮体２の製造を容易にするためには、浮体２を筒状体にするとよい。
同様の理由により、本実施の形態に係る水害時避難用シェルター１Ａの緩衝構造３として、その環状方向に対する垂直断面形状が円形であるチューブ体３ａを採用している。なお、言うまでもないがチューブ体３ａの環状方向に対する垂直断面形状はシェル構造として機能するよう構成されるものであればどのような曲面であってもよい。

さらに、浮体２の軸方向に対する垂直断面形状を円形にするメリットとしては以下に示すようなものもある。
図４（ａ）〜（ｃ）はいずれも本発明の実施の形態に係る水害時避難用シェルターの浮体が浮遊時に安定する原理を説明するための概念図である。
図４（ａ）に示すように、浮体１０ａの軸方向断面形状が矩形である場合、浮体１０ａが安定した状態では、浮体１０ａの重心位置Ｇにおいて浮体１０ａの重量Ｗが鉛直下方側に作用する一方で、浮体１０ａの浮心Ｃにおいて、浮体１０ａが水没している容積に比例して生じる浮力Ｐ_Ｖが鉛直上方側に作用する。そして、浮体１０ａの重量Ｗと浮力Ｐ_Ｖは、浮体１０ａの作用線（中心線Ｓ）上において互いに作用し合う。
図４（ｂ）に示すように、このような状態から浮体１０ａが回転中心Ｏを基準に傾くと、浮体１０ａの浮心はＣ_１の位置に移動し、この位置で浮力Ｐ_Ｖが作用することになる。これは、図４（ｂ）中において破線でハッチングされた領域の浮力が消失する一方で、図４（ｂ）中において実線でハッチングされた領域の浮力が新たに生じるためである。
そして、図４（ｂ）に示すようなつりあい状態にあるときの浮体１０ａの重量Ｗの作用線（中心線Ｓ）と、浮体１０ａが傾いたときの作用線Ｐの交点がメタセンタＭである。このメタセンタＭと重心Ｇとの距離を「メタセンタの高さ」といい、メタセンタＭが重心より鉛直上方側に位置する場合は、偶力は元のつりあい状態に戻そうとする向きに作用する。このような偶力が復元力である。
その一方で、図４（ｃ）に示すように、浮体１０ｂの軸方向に対する断面形状が円形である場合は、浮体の重量Ｗと浮力Ｐ_Ｖが作用線である中心線Ｓ上に常にあるため、偶力が発生することがなく浮体１０ｂは常に安定する。
したがって、本実施の形態に係る浮体２の形状は円筒状体であることが望ましいのである。

さらに、一般に、浮体に作用する復元力は、浮体の鉛直方向の高さに比べて、浮体の幅が大きいほど大きくなる。従って、本実施の形態に係る水害時避難用シェルター１Ａの長さＬ（図１（ｂ）を参照）は、浮体２の高さＨ（図１（ｂ）を参照）に比して長い方が浮体２の安定性を高くできる。
さらに、浮体２の長さＬが長い場合は、浮体２内に収容可能な避難者６の数も多くできるので、収容人数が多くてコンパクトで安定性の高い水害時避難用シェルター１Ａを提供できるというメリットもある。

先の図１，２に示すように本実施の形態に係る水害時避難用シェルター１Ａにおいては、浮体２と緩衝構造３の接続部分に、水密な中空環状で剛体（例えば、鋼板など）からなる浮き構造５を介設してもよい。
この場合、浮体２内に多数の避難者６を収容する必要がある場合で、かつ、浮体２の浮力が不十分になる恐れがある場合に、浮き構造５を備えることで浮体２の浮力を補うことができる。このような浮き構造５は浮体２の胴部に例えば溶接するなどして固設するとよい。
なお、図１，２では浮き構造５の環状方向に対する垂直断面形状が半月状である場合を例に挙げて説明しているが、この浮き構造５により大きな浮力を発生させる必要がある場合は、浮き構造５の環状方向に対する垂直断面形状を円形にしてもよい。また、浮き構造５の環状方向に対する垂直断面形状をシェル構造にすることで、浮き構造５の強度も高めることができる。
さらに、このように浮き構造５を、浮体２と緩衝構造３の間に介設することで、緩衝構造３により浮き構造５をも保護することができる。加えて、浮き構造５を備えることで浮体２は、緩衝構造３と浮き構造５の２つの構造物により保護されることになる。
この結果、本実施の形態に係る水害時避難用シェルター１Ａが水面近傍を浮遊する際に、障害物と衝突して浮体２が破損するリスクを一層低減することができる。
もちろん、浮体２のみで十分な浮力を生じさせることができる場合は、必ずしも浮き構造５を備える必要はない。

また、本実施の形態に係る水害時避難用シェルター１Ａでは、緩衝構造３による浮体２の緩衝効果を高めるために、浮体２から遠く離れて配置される構造物ほど柔らかくしておくことが望ましい。具体的に説明すると、浮体２の胴部に浮き構造５と緩衝構造３とがこの順序で配設される場合は、浮体２を構成する材質の弾性係数Ｅ_２と、浮き構造５を構成する材質の弾性係数Ｅ_５と、緩衝構造３を構成する材質の弾性係数Ｅ_３が、Ｅ_２＞Ｅ_５＞Ｅ_３の関係を満たすようにそれぞれの材質を選定するとよい。ただし、浮体２を構成する材質の厚みと、浮き構造５及び緩衝構造３を構成する厚みは一定である。
この場合、本実施の形態に係る水害時避難用シェルター１Ａの外部から緩衝構造３に衝撃が加わった場合に、それぞれの構造体を構成する弾性係数値の小さい順に変形の程度が大きくなる。すなわち、浮体２よりも浮き構造５が、浮き構造５よりも緩衝構造３がより大きく変形する。
この結果、水害時避難用シェルター１Ａに障害物が衝突した際に、浮体２から離れた位置に配設される構造物ほど大きく変形することになるので、浮体２に伝わる衝撃は大幅に減衰されることになる。この結果、浮体２の安全性を大幅に高めることができる。
なお、浮体２，浮き構造５，緩衝構造３の柔らかさを変える他の方法としては、浮体２，浮き構造５，緩衝構造３のそれぞれを構成する材質を同じにしつつその厚みを変えるという手段もある。この場合も同様の効果が期待できる。
なお、本実施の形態に係る水害時避難用シェルター１Ａが浮き構造５を備えない場合は、浮体２の弾性係数Ｅ_２，緩衝構造３の弾性係数Ｅ_３のそれぞれが、Ｅ_２＞Ｅ_３の関係を満たすように、あるいは、浮体２及び緩衝構造３を構成する材質が同じである場合は、浮体２を構成する材質の厚みよりも緩衝構造３を構成する材質の厚みが小さくなるように設計するとよい。
さらに、浮体２，浮き構造５，緩衝構造３を構成する材質の弾性係数と厚みの両者をコントロールして、浮体２から離れた位置に配置される構造物ほど柔らかくなるよう構成してもよい。

次に、図５乃至図９を参照しながら本実施の形態に係る水害時避難用シェルター１Ａの緩衝構造３により外部からの衝撃が吸収される仕組みについて詳細に説明する。
図５（ａ）は本発明の実施の形態に係る水害時避難用シェルターの緩衝構造周辺の部分拡大図であり、（ｂ）は図４（ａ）中のＤ−Ｄ線矢視断面図である。なお、図１乃至図４に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
図５（ａ），（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る水害時避難用シェルター１Ａの緩衝構造３は、例えば、鋼板等の剛体からなる中空環状のチューブ体３ａに複数の孔４が穿設されてなるものであり、水害時避難用シェルター１Ａの使用時に、つまり、水害時避難用シェルター１Ａを水面近傍に浮かべて使用する場合に、チューブ体３ａが水面下に水没するとともに、その中空部３ｂ内は水（海水又は河水又は淡水等）により満たされた状態となる。
なお、図５では水害時避難用シェルター１Ａの浮体２とチューブ体３ａの接続部の間に浮き構造５が介設されている場合を例に挙げて説明しているが、先にも述べた通り、浮き構造５は設けなくともよい。
また、緩衝構造３を構成するチューブ体３ａに穿設される孔４は、水害時避難用シェルター１Ａを水に浮かべた場合に、チューブ体３ａの中空部３ｂ内が水で満たされるよう配置されるのであればどこに設けてもよい。

図５（ａ）に示すように、チューブ体３ａの環状方向に対する垂直断面形状が鉛直上方に向かって突状をなす場合は、この突状部分から効率よく空気を排出できるよう、孔４の少なくとも一部をチューブ体３ａの鉛直方向最上位部に穿設しておくとよい。
さらに、水害時避難用シェルター１Ａを水に浮かべた際にチューブ体３ａの中空部３ｂ内にスムースに水を浸入させることができるよう、チューブ体３ａの鉛直方向最上位部に加えて、チューブ体３ａの鉛直方向最下部にもチューブ体３ａを穿設しておいてもよい。
なお、チューブ体３ａの環状方向に対する垂直断面形状については特に特定されないが、その強度を高めつつチューブ体３ａの設計を容易にするためには先に述べたようなシェル構造を採用するとよい。本実施の形態では、最もシンプルなシェル構造の一例としてチューブ体３ａの環状方向に対する垂直断面形状を円形とした場合を例に挙げて説明している。

なお、チューブ体３ａに穿設される孔４の数及び直径については特に特定されないが、孔４の直径が大きいほど、また、チューブ体３ａに穿設される孔４の数が多いほど緩衝構造３の剛性は低下する。また、後段にて詳しく説明するが、チューブ体３ａに衝撃力が作用した場合に、瞬時に孔４から排水が起こると緩衝構造３による十分な緩衝効果が発揮されない。このため、チューブ体３ａに穿設される孔４の径並びに孔４の数は、チューブ体３ａの中空部３ｂ内において水圧上昇が起こった場合に、瞬時に孔４からの排水が起こらずゆっくりと孔４から排水することができる程度の大きさであり、かつ、緩衝構造３の剛性の低下が顕著に起こらない程度の数にする必要がある。
このような事情に鑑み、本実施の形態に係る水害時避難用シェルター１Ａの緩衝構造３では、先の図１（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、環状方向に対する垂直断面形状が円形であるチューブ体３ａの鉛直方向最上位部及び鉛直方向最下位部に所望間隔毎に直列状に孔４を穿設している。

上述のような緩衝構造３を備えた水害時避難用シェルター１Ａを水に浮かべた状態におけるチューブ体３ａの水中における浸漬状況を示したものが図６である。
図６は本発明の実施の形態に係る水害時避難用シェルターの緩衝構造の浸漬状況を示す部分断面図である。なお、図１乃至図５に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
本実施の形態に係る水害時避難用シェルター１Ａを水に浮かべると、チューブ体３ａに穿設される孔４から中空部３ｂ内に水が浸入するとともに、孔４から中空部３ｂ内の空気が排出されてチューブ体３ａの中空部３ｂ内は水で満たされ、緩衝構造３は水面下に完全に水没する。
また、水害時避難用シェルター１Ａが浮き構造５を備えている場合は、浮体２と緩衝構造３との接続部に介設される浮き構造５も完全に水没した状態になる。このとき、浮き構造５による浮力は最大になる。

ここで図７乃至図９を参照しながら緩衝構造３により外部からの衝撃が緩和される仕組みについて詳細に説明する。
図７（ａ）〜（ｃ）はいずれも本発明の実施の形態に係る水害時避難用シェルターの緩衝構造が外部からの衝撃を緩和する各プロセスを示す概念図である。また、図８は本発明の実施の形態に係る水害時避難用シェルターの緩衝構造に作用する応力の経時変化を示すグラフである。さらに、図９は本発明の実施の形態に係る水害時避難用シェルターの緩衝構造に作用する応力とひずみの関係を示すグラフである。なお、図１乃至図６に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
より具体的には図７（ａ）は水害時避難用シェルター１Ａの緩衝構造３に外部から衝撃力Ｐ_１が作用した瞬間を示す概念図である。また、図７（ｂ）は緩衝構造３に衝撃力Ｐ_１が作用した後時間ｍが経過した時点の様子を示す概念図である。さらに、図７（ｃ）は緩衝構造３に衝撃力Ｐ_１が作用した後時間ｎが経過した時点の様子を示す概念図である。
図６に示すように、本実施の形態に係る水害時避難用シェルター１Ａの外部から緩衝構造３に衝撃力Ｐ_１が対して加わった場合、衝撃力Ｐ_１による衝突エネルギーは、緩衝構造３を構成するチューブ体３ａ並びにその中空部３ｂ内に収容される水によって受け止められる一方で、チューブ体３ａと水の抗力が衝撃力Ｐ_１よりも小さい場合は、図７（ａ）、図９に示すように衝撃力Ｐ_１が加わった箇所に変位δの変形が生じる。
そして、図７（ａ）及び図９に示すように、緩衝構造３において衝撃力Ｐ_１が加わった箇所が変位δ変形することで、この部位に応力σ_ｓが発生するものの、チューブ体３ａに形成される孔４が細孔であるため、チューブ体３ａに変位δの変形が起こった際に、チューブ体３ａの中空部３ｂ内の水が孔４から外部に瞬時に排出されることはない。
このため、チューブ体３ａの変位δの変形に伴って生じる応力σ_ｓは中空部３ｂ内において水圧に変換されてチューブ体３ａ内の水圧がσだけ上昇する。（図７（ａ），図８を参照）

このように、チューブ体３ａに加わった衝撃力Ｐ_１の衝撃エネルギーは、衝撃が加わった箇所に変位δの変形を引き起こした後、チューブ体３ａ内の水圧を上昇させるという形でエネルギー変換されて吸収される。
この場合、図８に示すように、チューブ体３ａの中空部３ｂ内に収容される水の水圧がピーク値に達する一方で、図９に示すように、チューブ体３ａの衝撃力Ｐ_１が加わった箇所における応力σ_ｓはピーク値には達しない。これは、チューブ体３ａの中空部３ｂ内の水圧上昇が起きたことで、チューブ体３ａの衝撃力Ｐ_１が加わった箇所における変形が抑制されるためである。
そして、チューブ体３ａの衝撃力Ｐ_１が加わった後、時間ｍが経過すると、図７（ｂ）に示すように、チューブ体３ａの中空部３ｂ内の水が孔４から徐々に排出される結果、図８に示すように、チューブ体３ａの中空部３ｂ内の水圧はσからσ_ｍにまで低下する。つまり、チューブ体３ａに衝撃力Ｐ_１が加わったことにより中空部３ｂ内の水の圧力上昇に変換された衝突エネルギーの一部は、孔４からの排水という現象により緩衝構造３の外部に放出されるのである。
さらに、孔４からの排水が起こることで、チューブ体３ａの衝撃力Ｐ_１が加わった箇所における抗力が低下するので、その部分のチューブ体３ａの変形がさらに進んで変位はδ_ｍとなる。すなわち、図７（ｂ）及び図９に示すように、チューブ体３ａに衝撃力Ｐ_１が加わった時点の応力σ_ｍは、時間ｍの経過後にσ_ｓｍにまで増加する。

そして、チューブ体３ａに衝撃力Ｐ_１が作用した後時間ｎ（ただし、ｎ＞ｍ）が経過するとチューブ体３ａの孔４からの排水が終了して、チューブ体３ａの中空部３ｂ内の水圧は０になる。すなわち、衝撃力Ｐ_１が加わったことにより中空部３ｂ内おいて圧力上昇に変換された衝突エネルギーの外部への放出が完了する。このようにチューブ体３ａの中空部３ｂ内の圧力が０にまで低下することで、チューブ体３ａの衝撃力Ｐ_１が加わった箇所の抗力も０となり、その部分の変形は変位δ_ｍから変位δ_ｎ（ただし、δ_ｎ＞δ_ｍ）にまで進行し、最終的にチューブ体３ａの応力はσ_ｓｍから０になり、衝撃力Ｐ_１が加わった箇所に永久ひずみε_１が残る。

つまり、緩衝構造３を構成するチューブ体３ａの中空部３ｂ内を水で満たしつつ、中空部３ｂ内から水が外部にゆっくりと排水されるよう構成することで、チューブ体３ａに作用する衝突エネルギーの一部を水圧上昇に変換して外部に放出することができる。これにより、チューブ体３ａ内において水圧上昇に変換されたエネルギーは、永久ひずみ（例えば、永久ひずみε_１）の形成に寄与しないので、緩衝構造３に衝撃力Ｐ_１が加わった場合のチューブ体３ａの変形を小さくできる。
この結果、緩衝構造３に繰り返し衝撃力Ｐ_１が作用する場合に、中空部３ｂ内が水で満たされていない緩衝構造３を使用する場合に比べて、緩衝構造３の破損時期を遅くすることができ、これにより、浮体２の安全性を高めることができる。
つまり、緩衝構造３の内部を水で満たし、かつ、その水を外部にゆっくりと排水可能に構成することで、緩衝構造３を中実体により構成する場合に期待される外部からの衝撃力に対する抗力を高める効果と、緩衝構造３を中空材により構成する場合に期待される外部からの衝撃力をそれ自体の変形により吸収するという効果を同時に発揮させて、緩衝構造３の変形による破壊をゆっくりと進行させることができるのである。

このように、本実施の形態に係る水害時避難用シェルター１Ａにおいては緩衝構造３に対して外部から衝撃力（例えば、衝撃力Ｐ_１）が加わった場合は、その都度上述のような一連のプロセスを経て衝突エネルギーが吸収される。
すなわち、図９に示すように、緩衝構造３に対して複数回衝撃力（例えば、衝撃力Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３，Ｐ_４）が作用した場合は、その度ごとに永久ひずみ（例えば、永久ひずみε_１，ε_２，ε_３）が生じ、最終的には緩衝構造３が破損する。なお、図９では、緩衝構造３に対して衝撃力が４回作用した場合に緩衝構造３の破壊が起こる場合を例に挙げて説明しているが、緩衝構造３の破壊が起こるタイミングは衝撃力の大きさや頻度により決まるので一概には説明できない。
しかしながら、本実施の形態に係る水害時避難用シェルター１Ａによれば図５に示すような緩衝構造３を備えることで、外部から作用する衝撃力を効率よく緩和して、浮体２の破損を遅延させることができる。

また、本実施の形態に係る水害時避難用シェルター１Ａが浮き構造５を備える場合は、緩衝構造３により吸収しきれなかった衝撃力が、浮き構造５の変形により吸収される。すなわち、緩衝構造３に加えて浮き構造５を備えることで、浮体２が破損するリスクを一層低減することができる。
なお、本実施の形態に係る水害時避難用シェルター１Ａにおける浮き構造５を緩衝構造３と同様の形態としてもよい。すなわち、浮き構造５にも孔４を複数穿設しておき、浮き構造５が水面下に水没した際にその中空部５ａ内が水で満たされるよう構成してもよい。この場合、緩衝構造３は第１の緩衝構造に、浮き構造５は第２の緩衝構造となる。
このように緩衝構造（第１の緩衝構造）に加えて、第２の緩衝構造を備える場合は、緩衝構造３及び浮き構造５を備える場合に比べてより高い緩衝効果が期待できる。ただし、第２の緩衝構造は浮体２の浮力の向上には寄与しないので、浮体２により十分な浮力を発生させることができる必要がある。

ここで本実施の形態に係る水害時避難用シェルター１Ａのサイズについて説明する。
先の図１，２に示すように、本実施の形態に係る水害時避難用シェルター１Ａにより避難する場合は、避難者６は浮体２の例えば上部に形成されるハッチ２ａから浮体２内に乗り込み、シート８に座った状態で必要に応じてシート８に設けられる安全ベルト７により体を固定して救助されるのを待つことになる。
このため浮体２の高さＨは少なくともワゴンタイプの大型乗用車程度の大きさがあれば十分である。このような浮体２は、例えば、建物や橋台、橋脚などの基礎に使用される円筒状の鋼製杭（最大径２.６ｍ）を用いて製造することができる。このように、浮体２を性能が明確な規格品を利用して製造することで、本実施の形態に係る水害時避難用シェルター１Ａを設計する際の強度計算を容易にできる上、その製造も容易になり、さらに十分な安全性も確保できる。
さらに、本実施の形態に係る水害時避難用シェルター１Ａの緩衝構造３や浮き構造５あるいは第２の緩衝構造を構成する中空環状体にも建物や橋台、橋脚などの基礎に使用される円筒状の鋼製杭で性能が明確な規格品を用いることが望ましい。この場合も同様に、信頼性の高い水害時避難用シェルター１Ａを量産できるというメリットがある。
なお、先の図１，２には特に示さないが、浮体２の内壁面に断熱材等を貼設して浮体２の内部空間温度が適度に保たれる構成としてもよい。さらに、浮体２の内部に設けられるシート８の内部に、避難時に使用可能な備品、例えば、ライト、水、食糧、防寒具、救急用品、簡易トイレ等を収納しておいてもよい。

最後に本実施の形態に係る水害時避難用シェルター１Ａの変形例について図１０を参照しながら詳細に説明する。
図１０は本発明の実施の形態に係る水害時避難用シェルターの変形例を示す断面図である。なお、図１乃至図９に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
多数の避難者６を収容可能な水害時避難用シェルターを製造する必要がある場合は、例えば、図１０に示すように、円筒体状の浮体２を複数個その中心軸を平行にかつ水平に配しながら一体に連結し、その周囲に緩衝構造３及び、必要に応じて浮き構造５や第２の浮き構造（図示せず）を周設した構造にしてもよい。
このような本実施の形態の変形例に係る水害時避難用シェルター１Ｂにおいては、浮体２を構成する複数個の筒状体の内部空間を一体に連結してもよいし、浮体２を構成する複数個の筒状体の内部空間をそれぞれ独立させてもよい。あるいは、浮体２を構成する複数個の筒状体の内部空間をそれぞれ独立させつつ、扉等を備えて必要に応じて他の内部空間への移動を可能にしてもよい。
このような本実施の形態の変形例に係る水害時避難用シェルター１Ｂによれば、多数の避難者６を同時にかつ安全に収容して避難させることができる。

以上説明したように本発明は、外部からの衝撃を緩衝構造により効率よく緩和することができ、それにより浮体の安全性が高められた水害時避難用シェルターに関するものであり、防災設備に関する分野において利用可能である。

１Ａ，１Ｂ…水害時避難用シェルター２…浮体２ａ…ハッチ２ｂ…窓３…緩衝構造３ａ…チューブ体３ｂ…中空部４…孔５…浮き構造５ａ…中空部６…避難者７…安全ベルト８…シート９…錘１０ａ，１０ｂ…浮体

Claims

剛体からなる水密な中空カプセル状の浮体と、前記浮体に周設される中空環状のチューブ体からなる緩衝構造と、前記浮体の底に配設される錘と、を有し、
前記浮体は、その中空部内へ人の出入りを可能にするハッチを備え、
前記チューブ体は、剛体からなりその胴部に複数の孔を備えて、前記浮体が水に浮く際に完全に水没するとともに、前記チューブ体の中空部内も水で満たされることを特徴とする水害時避難用シェルター。
前記チューブ体の環状方向に対する垂直断面形状は円形であり、
前記孔の少なくとも一部は、前記チューブ体の鉛直方向最上位部に穿設されていることを特徴とする請求項１記載の水害時避難用シェルター。
前記孔は前記チューブ体の鉛直方向最下位にも穿設されていることを特徴とする請求項２に記載の水害時避難用シェルター。
前記浮体と前記緩衝構造との接続部分に、浮き構造が介設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の水害時避難用シェルター。
前記浮体は、円筒状体、又は、複数の円筒状体をそれぞれの軸を平行に配しながら一体に連結してなるものであり、
前記円筒状体の軸は水平に配されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の水害時避難用シェルター。
避難者を収容しないで水に浮かべた際の前記水害時避難用シェルターの重心位置は水面下であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の水害時避難用シェルター。