JP2022181547A - 衝撃吸収材 - Google Patents

Abstract

【課題】歩行時は安定度が高く歩きやすく、一方で転倒時には高い衝撃吸収能を発揮する衝撃吸収材を提供することを目的とする。【解決手段】衝撃を吸収する衝撃吸収材であって、空間を有するように配された構造体を有する構造層、を有し、前記構造体は前記空間の内部と外部を繋ぐように配された孔を有し、前記構造層は、所定以上の衝撃を受けた際に、前記構造の変形に伴って、前記孔から前記空間内部の空気が前記空間外部に出ることで衝撃吸収性を発揮すること、を特徴とする、衝撃吸収材、を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は衝撃吸収材に関する。

近年、患者や高齢者等が転倒した際の怪我を防ぐため、衝撃を吸収するマットや床材が提案されている。

特許文献１には、簡単な組成で、優れた衝撃吸収性とキャスター走行性を確保し、更に歩行性に優れる床材が開示されている。

特開２０１９－１７８５１９号公報

特許文献１に開示される技術は、構造中にポリウレタンフォーム層が含まれ、これによって衝撃を吸収している。このようなフォーム材料は、かかった力に対して弾性率が線形的であり、安定した歩行が可能な硬さを保つと、転倒時に十分な衝撃を吸収できない。また安定した歩行が可能なクッション層の厚さは薄いため、転倒時、底打ち付きしやすい。

本発明は、このような背景を鑑みてなされたものであり、歩行時は安定度が高く歩きやすく、一方で転倒時には高い衝撃吸収能を発揮する衝撃吸収材を提供することを目的とする。

本開示において、衝撃を吸収する衝撃吸収材であって、空間を有するように配された構造体を有する構造層、を有し、前記構造体は前記空間の内部と外部を繋ぐように配された孔を有し、前記構造層は、所定以上の衝撃を受けた際に、前記構造の変形に伴って、前記孔から前記空間内部の空気が前記空間外部に出ることで衝撃吸収性を発揮すること、を特徴とする、衝撃吸収材、が開示される。

本発明によれば、歩行時は安定度が高く歩きやすく、一方で転倒時には高い衝撃吸収能を発揮する衝撃吸収材を提供することができる。

床材１の全体像を示す図である。 構造層１０を横から見た図である。 構造体１１の構造の一例を示す図である。 構造体１１の構造の一例を示す他の図である。 構造体１１の構造の一例を示す他の図である。 構造体１１の構造の一例を示す他の図である。 柱部１１４の構造を示す図である。 凹部１１５の形状の例を示す図である。 構造層ユニット１２の構造の一例を示す図である。 連結体４０の構造の一例を示す図である。 構造層ユニット１２の構造の一例を示す他の図である。 構造層ユニット１２の構造の一例を示す他の図である。 実施例に用いた構造体１１ａの構造を示す図である。 実施例に用いた構造体１１ａの構造を示す他の図である。 実施例に用いた構造体１１ａの柱部１１４の構造を示す図である。 実施例に用いた連結体４０の構造を示す図である。 実施例の試験方法を説明する模式図である。 実施例の衝撃吸収試験の結果を示す図である。 構造体１１の変形例を示す図（構造体１１ｂ）である。 構造体１１の変形例を示す図（構造体１１ｃ）である。 構造体１１の変形例を示す図（構造体１１ｄ）である。

本発明の実施形態の内容を列記して説明する。本発明は、以下のような構成を備える。
［項目１］
衝撃を吸収する衝撃吸収材であって、
空間を有するように配された構造体を有する構造層、
を有し、
前記構造体は前記空間の内部と外部を繋ぐように配された孔を有し、
前記構造層は、所定以上の衝撃を受けた際に、前記構造の変形に伴って、前記孔から前記空間内部の空気が前記空間外部に出ることで衝撃吸収性を発揮すること、
を特徴とする、衝撃吸収材。
［項目２］
前記構造は、設置面と接する設置部と、
歩行時に上部からの力を受ける上面部と、
前記設置部と前記上面部を繋ぐ柱部と、
前記柱部を繋ぐ壁部と、
を有することを特徴とする、請求項１に記載の衝撃吸収材。
［項目３］
前記柱部は、その中ほどに凹部を有すること、
を特徴とする、請求項１または２に記載の衝撃吸収材。
［項目４］
前記孔は、切れ込みであること、
を特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の衝撃吸収材。

＜実施の形態の詳細＞
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

＜概要＞
本発明の実施の形態による衝撃吸収材（床材１）は、複数の性質の異なる部分を有する。図１は、一例として、床材１の一部の垂直断面図であり、床材１の基本構成要素を示す。

本実施形態の床材１は、少なくとも衝撃吸収の主な機能を有する構造層１０と、構造層１０が持つ凹凸を均す効果を備える中間層２０と、その上部に配され、歩行性を高め、装飾性、滑り性、防水性、耐摩擦性などの床としての基本的な機能を備える上部層３０を有する。図２は、一例として、床材１の一部の垂直断面図である。

本実施形態の上部層３０は、歩行面であり、直接表面に露出していることから、接触する面としての感触、度重なる歩行や物品の設置などへの一定の耐久性、設置場所のデザインや購入者の嗜好に応える意匠性、その他、防滑性、耐火性、耐水性、耐傷性、メンテナンス性などの機能を備えてもよい。

本実施形態の上部層３０は、転倒衝撃時の変形に耐えうる、上記機能を有する材料からなり、例えば、塩化ビニル等からなるクッションフロア、タイル、カーペット、コルク、長尺シートなどの素材でよい。

本実施形態の構造層１０は、衝撃吸収性を有する部材である。一例として、構造層１０は床材１の下層を成し、図２のような構造を持つ。図２は、一例として、床材１の垂直断面図である。構造層１０は、衝撃吸収性を有する構造体１１が基本単位となっており、構造体１１を隣り合う位置に複数備えることを特徴とする。

本実施形態の構造体１１の構造と機能について説明する。

本実施形態の構造体１１は、一例として、錘台状の構造を基本とする。構造体１１の構造の一例を図３に示す。図３（ａ）は、構造体１１を水平方向から見た図である。図３（ｂ）は、構造体１１を斜め上方から見た図である。図３（ｃ）は、構造体１１を鉛直上方向から見た図である。図３（ｄ）は、構造体１１を鉛直下方向から見た図である。

図４は、構造体１１を水平方向から見た図であり、表面から見えない線を破線で記載した。また、説明に用いるための補助線を一点破線で示し、各部の長さと角度（補助線を一点破線で示す）の位置を示した。なお、図３において本実施形態の構造体１１の一例を、鉛直方向の上面と下面が正方形である四角錐台として記載しているが、当該上面と当該下面は他の多角形からなる錘台状の構造でもよい。特に、当該上面と当該下面は、水平面におけるあらゆる方向の剛性が一定になることが知られている六角形である六角錘台だとなおよい。

本実施形態の構造体１１の各部位について図４をもとに説明する。構造体１１には、床などの構造物や地面などに接する部分であり、設置する部分と略並行である設置部１１１と、人が歩行する際に荷重を受ける部分であり、設置部１１１と略並行である上面部１１２と、錘台の壁面を構成する壁面部１１３と、設置部１１１の正方形の各角から対応する上面部１１２の各角を繋ぐ柱となる部分である柱部１１４と、構造体１１の内部に形成される空間（空間Ａ）と、当該空間の内外を繋ぐように配された孔１１６を有する。なお、柱部１１４に凹部１１５を有してもよい。また、設置部１１１、上面部１１２、壁面部１１３、柱部１１４と別々のパーツのように記載しているが、構造体１１は一体として繋がっていてもよいし、別々のパーツとして製造し、接着剤や部品等で接続し、構造体１１を形成してもよい。

なお、本実施形態の構造体１１は、鉛直方向に転倒して用いてもよく、その場合は上面部１１２が床などの構造物や地面などに接する部分となり、設置部１１１は、人が歩行する際に荷重を受ける部分となる。以下の説明は、図４に示す向きに構造体１１を設置する例を記載する。

本実施形態の構造体１１の各部位について、図４で定義する。図４において、構造体１１の高さは高さｈ１とする。設置部１１１は、幅は幅ｗ１、厚みは厚みｔ１とする。上面部１１２の上面の幅は幅ｗ３、厚みは厚みｔ２とする。壁面部１１３、柱部１１４は厚みｔ３とする。設置部１１１の最下部から凹部１１５の窪みの最深部（図７において、辺１１４ａの延長線と辺１１４ｂを通る面と、凹部１１５の窪みを構成する面との接点を二点鎖線で示してあり、辺１１４ａの延長線から当該二点鎖線に垂直に降ろした直線が最も長くなる位置を指す。図１５においても同様とする。）までの長さを高さｈ２、また凹部１１５の幅は幅Ｌ１とする。更に、設置部１１１の底面の内側の辺の長さを幅ｗ２とする。柱部１１４は１辺が幅ｔ３の正方形からなる四角柱を基本とするがこれに限定されず、設置部１１１と中間層２０と接する場所は略並行に削り取られた構造となる。更に、図４において、設置部１１１と柱部１１４が成す角度をθ１とする。

本実施形態の構造体１１は、前述の通り、設置部１１１、上面部１１２、壁面部１１３、柱部１１４を有しており、構造体１１を床面に設置すると、床面と、設置部１１１、上面部１１２、壁面部１１３、柱部１１４によって定義される空間Ａを形成する。本実施形態の孔１１６は、当該空間の内部と外部とを繋ぐように配される。図５においては、一例として、孔１１６は壁面部１１３に一つ配されるように記載したが、複数配されていてもよい。また、孔１１６は壁面部１１３に限らず、設置部１１１、上面部１１２、柱部１１４に配されていてもよい。更に、孔１１６は常に穴が開いている状態でなくてもよく、上部からの圧力がかかった際に構造体１１が変形することで、当該空間の内部と外部とが繋がるように設計された切れ込みのような形でもよい。

本実施形態の構造体１１の柱部１１４について、更に図７をもとに定義する。図７は本実施形態の柱部１１４を示す図である。凹部１１５の幅は幅Ｌ１である。また、柱部１１４の角の辺（上面部１１２の角（例えば図６の１１２ｂ）から設置部１１１（例えば図６の１１１ｃ）に向かって伸びる辺）の、凹部１１５よりも下の辺を辺１１４ａ、内側の辺を辺１１４ｂとする。このとき、辺１１４ａの任意の点から、柱部１１４の外側に面する側面１１４ｃと側面１１４ｄと等距離で、かつ辺１１４ｂに垂直に降ろした線が柱部１１４の太さにあたり、この長さを厚みｔ４とする。更に、凹部１１５の最深部から辺１１４ａに垂直に降ろした線の長さを厚みｔ５とする。なお、柱部１１４は凹部１１５を有さなくてもよい。

本実施形態の設置部１１１は、設置する部分と略並行であり、設置する部分に接する。設置する部分は床スラブや、その上にフローリングや塩化ビニル等を施工した床、ＯＡフロアなどを設置した床などの構造物、木造においては床板や、その上部に畳などを設置した場所、地面などを想定しているが、人が歩行する場所であればこれに限定されない。なお、図３では、本実施例の設置部１１１は枠の部分しかないように記載しているが、上面部１１２、壁面部１１３、柱部１１４などに孔１１６を設け、上面部１１２に荷重が掛かった際に構造体１１の変形できるよう空気が逃げるようになっていれば、設置部１１１は構造体１１の底を塞いでいても良く、また、設置部１１１の一部に孔１１６を備えて空気が逃げるようになっていてもよい。

また、構造層ユニット１２（詳細は後に記載する）の設置後のずれを防ぐため、設置部１１１の底面に凹凸を付け、また、両面シールなどの粘着性のある材料を付けることで、設置する部分との摩擦力が高めるなどの工夫を施してもよい。なお、構造体１１は設置部１１１で隣接する他の構造体１１と繋がる形で一体として製造されており、複数の構造体１１からなる構造層ユニット１２を形成するが、構造体１１をそれぞれ別に製造した後に接着、または部品で接続することにより構造層ユニット１２を形成してもよい。

本実施形態の設置部１１１において、幅ｗ１は５ｍｍ以上でよく、更に１０ｍｍ以上であれば製造コストを低く抑えることができ、更に２０ｍｍ以上であれば施工しやすい高さｈ１に収めることができ、更に２５ｍｍ以上であれば、構造層ユニット１２のどの部分に大腿骨の転子部を打ち付けたとしても、平均して４つの構造体１１で衝撃吸収を行うことができ、骨折を防止する機能が高まる。また、幅ｗ１は１００ｍｍ以下でよく、更に８０ｍｍ以下であれば製造コストを低く抑えることができ、更に５０ｍｍ以下であれば施工しやすい高さｈ１に収めることができ、更に３５ｍｍ以下であれば、構造層ユニット１２のどの部分に大腿骨の転子部を打ち付けたとしても、平均して４つの構造体１１で衝撃吸収を行うことができ、骨折を防止する機能が高まる。

本実施形態の上面部１１２は、設置部１１１と略並行であり、その上部に中間層２０と、上部層３０を重ねることにより、その上から歩行などにより荷重がかかった際に上部層３０と中間層２０を経て、荷重を直接受ける部分である。なお、図３において上面部１１２は凹凸が無いように記載しているが、その上部に中間層２０と上部層３０を重ねられる状態であれば、凹凸や穴が存在し、その空隙から、構造体１１が変形した際に内部の空気が抜けるように設計してもよい。

図５は構造体１１を横から見た図であり、図６は構造体１１を上から見た図（ａ）と下から見た図（ｂ）である。ここで図６（ａ）にて斜線で示した上面部１１２の上の面（面１１２ａとする）は、１辺が幅ｗ３の正方形であり、その角の点を点１１２ｂとする。また、図６（ｂ）にて、上面部１１２の下の面（図中の中央の四角形、面１１２ｃとする）は、１辺が幅ｗ４（上面部１１２の下の面の角を点１１２ｄとすると、点１１２ｄと隣あう、当該面１１２ｃの他の角との長さを幅ｗ４とする）の正方形である。更に、図６（ｂ）にて斜線で示した設置部１１１の底面の内側（面１１１ａとする）は、１辺が幅ｗ２（設置部１１１の内側の角を点１１１ｂとすると、点１１１ｂと隣あう、当該面１１１ａの他の角との長さを幅ｗ２とする）の正方形である。この時、衝撃吸収の能力を発揮するためには、式１の関係が成り立つ。また、構造体１１に荷重が加わっていないとき、上から見ると１１２ｃ面は１１１ａ面の内側に存在するように見える。

［式１］

更に、θ１は式１が成り立つ範囲であれば良く、８０度以上９０度未満の範囲であれば、構造体１１の高い衝撃吸収性が発揮され、更に８３度から８７度の範囲であれば、歩行時に膝から垂直に降ろした線と、膝と踵を繋ぐ線が成す角度が約５度（非特許文献１）であることから、歩行による衝撃力に対して、構造体１１の構造安定性を的確に確保できる。

Ｋｉｒｓｔｅｎ ＧＯｅｔｚ－Ｎｅｕｍａｎｎ、月城慶一、山本澄子、江原義弘、畠中泰彦 訳、「観察による歩行分析」、医学書院、２００５

なお、後に記載する実施例の構造体１１のように、図３から図８に記載の各部位が弧状の曲面となり、例えば、面１１１ａ、面１１２ａ、面１１２ｃが正方形にならない場合もある。その場合は、例えば、面１１１ａの各辺をそれぞれ延長し、その交点を点１１１ｂとみなせばよい。点１１２ｂ、点１１２ｄも同様にそれぞれの面の各辺を延長し、その交点を当該点であるとみなせばよい。

本実施形態の壁面部１１３は角錐台の、地面と水平ではない４つの壁面を構成する。壁面部１１３は上面部１１２に掛かった荷重がかかる部分ではあるが、設置部１１１と上面部１１２の対応する角が柱部１１４で繋がっていて、柱部１１４が荷重を受ける十分な強度があれば、壁面部１１３は必須ではない。

本実施形態の柱部１１４は、設置部１１１と上面部１１２の各角を繋ぐ。辺１１４ａの上部で、柱部１１４の一部分が欠失する形で凹部１１５が存在する。

本実施形態の凹部１１５は、柱部１１４に存在し、衝撃吸収における中心的な働きをする部位である。図７に示すように凹部１１５が存在することにより、凹部１１５の周辺は柱部１１４の中でも厚みが薄くなっており、このため、上面部１１２に一定の荷重がかかった際、凹部１１５の部分で柱部１１４が構造体１１の内側に向けて屈曲する。

また、図７に示すように、本実施形態の凹部１１５の窪みが最も深い部分（最深部）は、凹部１１５の中央付近に存在する。図７に二点鎖線で示したのは、辺１１４ａと辺１１４ｂを通る面が凹部１１５と接する部分であり、凹部１１５の最深部は当該二点鎖線上に存在する。辺１１４ａと辺１１４ｂに垂直に降ろした線の長さを厚みｔ４、凹部１１５の最深部から、辺１１４ｂに垂直に降ろした線の長さを厚みｔ５とすると、式２が成り立つ。

［式２］

また、図４において、本実施形態の設置部１１１の底面から凹部１１５の最深部までの距離を高さｈ２としたが、式３が成り立つ。つまり、凹部１１５の最深部は、構造体１１の高さの半分及び半分より下の位置に存在する。これにより、上面部１１２に一定の荷重がかかった際、凹部１１５の部分で柱部１１４が構造体１１の内側に向けて屈曲しやすくなる。

［式３］

なお、凹部１１５の最深部が、高さｈ１を四等分した時に、下から２番目の区画の両端を含む区画内に存在してもよく、この場合、凹部１１５の最深部から柱部１１４の上下の両端までの距離が十分に取れるため、屈曲時に構造体１１が十分に沈み込み、衝撃を吸収しやすい。更に、凹部１１５の最深部は、高さｈ１を四等分した時に、上から２番目の区画の上端を含む区画内に存在してもよく、この場合は、前記と同様に凹部１１５の最深部から柱部１１４の上下の両端までの距離が十分に取れるため、屈曲時に構造体１１が十分に沈み込み、衝撃を吸収しやすい。

なお、図８に示すように、凹部１１５は直線的にカットされた形状（図８ａ）をしていてもよいし、曲面的にカットされた形状（図８ｂ）をしていてもよい。また、凹部１１５にはいくつかの凹形状（図８ｃ）が存在していてもよい。なお、複数凹形状が存在する場合にも、その中でも一番上の凹形状の最深部には、式３が成り立つ。更に、凹形状は上下方向に対象になっていなくてもよい（図８ｄ）。更に、図示していないが、凹形状は左右方向に対象になっていなくてもよい。

更に、凹部１１５の最深部は１点でなくてもよく、複数あってもよく、連続的にあってもよい。なお、図８ｃのように、凹部１１５の最深部が複数、または連続的にある場合に、その中でも最も上側にある最深部を、本段落以前に記載した最深部とすればよい。

本実施形態の孔１１６は、空間Ａの外側と内側を繋ぐように配される。本実施形態においては、孔１１６は壁面部１１３に限らず、設置部１１１、上面部１１２、柱部１１４に配されていてもよい。更に、孔１１６は常に穴が開いている状態でなくてもよく、上部からの圧力がかかった際に構造体１１が変形することで、当該空間の内部と外部とが繋がるように切れ込みなどの形でもよい。

本実施形態の構造体１１は、前述のように、荷重を受けた際に変形することで衝撃を吸収する。しかしながら、孔１１６が無ければ、空間Ａ内の空気が抜けることができず、空気ばねの原理によって、構造体１１の変形は限定的になってしまう場合がある。

本実施形態の孔１１６は、空気ばねによって構造体１１の変形が限定的にならないように配されている必要がある。このため、孔１１６は、空間Ａが設置面または上部層３０によって閉じられた状態で発生する空気ばねを減じる働きを有する。なお、孔１１６は、空間Ａが設置面または中間層２０または上部層３０によって閉じられた状態で発生する空気ばねを、０％よりも多く減じる機能を有すればよく、１０％以上減じることで、構造体１１は骨折を防ぐために十分な衝撃吸収能を発揮し、２０％以上減じることで、所定の速度より早く衝撃が加わった際にも、骨折を防ぐために必要な衝撃吸収能を発揮する。更に、孔１１６は、空間Ａが設置面または中間層２０または上部層３０によって閉じられた状態で発生する空気ばねを、５０％以上減じてしまうと構造体１１が変形しやすくなり衝撃吸収能が低くなりすぎるため、５０％よりも少なく減じればよく、４０％よりも少なく減じれば構造体１１は所定の速度よりも遅く衝撃が加わった際には急激な変形を回避することができ、３０％より少なく減じれば、構造体１１は骨折を防ぐために十分な衝撃吸収能を発揮する。

構造体１１は復元性のある材料で構成されることで、荷重を受けたのち、荷重が無くなると元の形状に戻ることができる。当該材料は、例えば、エラストマー系、スポンジウレタン、ゴムなどからなり、一例として、ＮＲゴムで構成されてもよいが、これらに限定されない。構造体１１がＮＲゴムで構成される場合、ゴム硬度は１０から１００の範囲でよく、５０から８０の範囲で衝撃吸収能と歩行時の安定性のバランスが高まる。

なお、図３から図８に示した本実施形態の構造体１１は、変形例として、全て直線で構成されていなくても良い。例えば、直線的に記載した各部位は弧を描いていても良い。また、その結果、説明に用いた点や辺が存在しない場合には、当該点や辺を規定していた直線を延長し、その交点を当該点や辺とみなせばよい。

図９は、一例として、本実施形態の構造層１０を上から見た図である。本実施形態の構造層１０は、一例として、図９に示すように構造体１１が１辺に複数個併設された正方形状の形状でユニット化しており、当該ユニット（構造層ユニット１２と呼ぶ）を床等の構造体や地面に敷くことで用いる。

また、構造層ユニット１２は、一例として、設置したあとのズレを防止し、また構造層ユニット１２を敷き詰めた場合にも部位によらず一定の衝撃吸収能を発揮するため、図１０に一例を示す連結体４０を用いて連結してもよい。異なる構造層ユニット１２に存在する、それぞれ一つ以上の構造体１１にはまる構造をしている。これにより連結体４０は、ある構造層ユニット１２を成す構造体１１に水平方向に掛かる力を、隣の別の構造層ユニット１２を成す構造体１１に分散させることができる。

なお、構造層ユニット１２において、複数の構造層ユニット１２を連結体４０で連結するため、１辺に併設される構造体１１は２個以上あればよく、更に５個以上であれば製造、設置コストの低減に繋がり、１０個以上であればさらに製造、設置コストの低減に繋がる。

さらに、構造層ユニット１２において、設置する場所の形状に応じて、図１１に示すように、各辺に併設される構造体１１の個数を変えることで長方形状をしていてもよい。更に、より強固にユニット同士を連結するために、図１２に示すように、正方形または長方形の各辺にさらに幾つかの構造体１１を併設させ、隣のユニットと凹凸が嵌るような形としても良い。更に、敷き詰める際には、図９、図１１、図１２に例をしめす構造層ユニット１２を組み合わせてもよいし、どれか１種類のみを用いてもよい。

さらに、構造層ユニット１２において、併設する構造体１１は、全て同じ構造、素材（ものづくり上のばらつきの範囲内で同一）であってもよく、また、構造や素材を変えることで、衝撃吸収能の異なる構造体１１を併設したものでもよい。更に、構造体１１を列ごとに交互に一つ飛ばしに配置し、その飛び地の部分にスポンジなどの他の衝撃吸収体を用いた構造層ユニット１２としてもよい。

さらに、構造層ユニット１２は目的によって連結する個数を変えてもよい。例えば、ベッドサイドでの起き上がり時や入床時に起きる転倒での骨折等を防ぐためにベッドサイドの一定の面積に対して前記ユニットを敷き詰めるなど、転倒が起きやすい場所を含む近隣の一定の面積をカバーしてもよい。また、例えば、部屋や廊下、階段などの全体に敷き詰めてもよい。

さらに、構造層ユニット１２は、これまで説明した向きと逆に倒立した状態で設置しても良い。この場合、設置部１１１が中間層２０と接し、上面部１１２が床などの設置面と接する。更に、この場合、構造体１１における凹部１１５の最深部の高さは、地面に接している上面部１１２に近づくように、構造体１１の高さｈ１の半分の高さを含み、高さｈ１の半分の高さよりも下に位置する。または、凹部１１５の最深部は、高さｈ１を四等分した時に、下から２番目の区画の両端を含む区画内に存在してもよく、上から２番目の区画の上端を含む区画内に存在してもよい。構造層ユニット１２をこれまで説明した向きと逆に設置して複数並べ、その上部に中間層２０、上部層３０を配置することで、同等の衝撃吸収能を維持しつつ、歩行面が連続的になり、より凹凸を感じにくく、歩行性が高まる効果がある。

連結体４０は、構造層ユニット１２を繋ぎ合わせ、荷重があった際にもずれて歩行性や衝撃吸収性を失わせないようにする機能を持つ。連結体４０は、２つ以上の構造層ユニット１２に存在する、それぞれ一つ以上の構造体１１の柱部１１４と物理的に接触するように配置し、柱部１１４が屈曲すると、連結体４０を通じて隣の構造層ユニット１２に存在する構造体１１の柱部１１４が支えるように働く。また、連結体４０を設置すると、設置部１１１に連結体４０の下面で接するか、柱部１１４に連結体４０の下面の内側の辺が接する。

連結体４０は構造層ユニット１２を繋ぎ合わせ、荷重があった際にもずれて歩行性や衝撃吸収性を失わせないようにする機能を持つ。連結体４０は、２つ以上の構造層ユニット１２に存在する、それぞれ一つ以上の構造体１１の柱部１１４と物理的に接触するように配置し、柱部１１４が屈曲すると、連結体４０を通じて隣の構造層ユニット１２に存在する構造体１１の柱部１１４が支えるように働く。

本実施形態の連結体４０について、その１例を図１０に示す。図１０に示した連結体４０には４つ穴が開いている構造をしており、例えば図９に示す正方形状の構造層ユニット１２を縦に２個、横に２個、計４個並べたときに、それぞれの角の構造体１１を一つずつ、その穴にはめるような形で設置する。これにより、４つの構造層ユニット１２はそれぞれ独立しているものの、歩行などによってある構造層ユニット１２に荷重がかかり、水平方向に力が掛かった際に、連結体４０を通じて隣の構造層ユニット１２を成す構造体１１に力を分散させることとなり、構造層ユニット１２自体がずれてしまうことを防ぐことに繋がる。この原理で、隣り合う各構造層ユニット１２の角を成す構造体１１を利用して、４つの構造層ユニット１２を連結体４０で連結していけば、構造層ユニット１２を敷き詰めた範囲において、構造層ユニット１２がずれにくい状況を作り出すことができる。連結体４０において、幅ｗ４１は幅ｗ１の約２倍の長さとなり、また、幅ｗ４２は、式４が成り立つ長さとなる。高さｈ４１は、連結体４０を構造層ユニット１２に設置した際、当該連結体４０の一部が面１１２ａよりも高くならなければよい。なお、カタカナの「ロ」のように図１０に示した連結体４０の外枠だけからなる構造でもよい。

［式４］

なお、一例として４つの構造層ユニット１２を連結体４０で連結する説明をしたが、隣り合う２つの構造層ユニット１２を同様の原理で連結するために、穴を２つもつ連結体４０が存在しても良いし、３穴の連結体４０によって３つの構造層ユニット１２を連結してもよい。更に、図１２のような構造の構造層ユニット１２であれば、飛び出した構造体１１を対象として、複数の穴を持つ連結体４０で連結してもよいし、例えば、アルファベットの「Ｈ」、「Ｓ」、「Ｔ」のような、縦軸と横軸を持つ構造で、水平方向に掛かる力を分散させてもよい。

さらに、連結体４０は、柱部１１４が屈曲した際に、連結体４０を通じて隣の構造層ユニット１２に存在する構造体１１の柱部１１４を通じて構造層ユニット１２の移動を抑制できる程度の硬度が必要であり、一例として、樹脂、プラスチック、木材、金属などの材料で構成されればよいがこれらに限定されない。

中間層２０は、構造層１０の上部に配置し、構造層１０に存在する溝により生ずる凹凸感を無くすことで歩行性が下がることを防ぐ。また、通常の歩行時の主な衝撃吸収能を担っており、歩行時の荷重がかかったときに構造層１０と中間層２０で合わせて１ｍｍ程度沈み込む程度の厚さと硬さが必要となるが、沈み込みの８０％以上は中間層２０が担う。更に、中間層２０は、複数の構造体１１の上面部１１２と接しており、構造層１０に対する荷重を幾つかの構造体１１に分散させ、床材１の剛性を高める機能を持つ。なお、中間層２０は構造体１１の上面部１１２と接着して用いることを想定しているが、それに限定されない。

中間層２０は、衝撃緩衝性素材からなり、例えば、復元性のあるウレタンフォームなどの各種発泡剤、ゴムスポンジ、ポリウレタン、衝撃を吸収するゲルなどであってよいが、これらに限定されない。

また、中間層２０は、構造層１０の上部に配置せず、構造層１０に存在する複数の構造体１１によって形成される溝を埋めるように配置することで、目的を達成してもよい。この場合、中間層２０は構造体１１を形成する素材と同程度の剛性と復元性をもつ素材で形成されていれば、ある構造体１１に荷重がかかった際に中間層２０を通じて隣の構造体１１に力が分散される。また、この場合、連結体４０を用いずに隣の構造層ユニット１２に力を分散させることも可能となり、連結体４０を必須としない場合も想定される。また、この場合、中間層２０は、構造体１１に設置後、上面部１１２よりも少し高くなっていており、上部層３０を配置すれば、一見凹凸は見えない。これによって通常の歩行時は衝撃吸収性を発揮できる。さらに、中間層２０は、構造層１０の上に配置するものと、前記溝を埋めるように配置するものを併用してもよい。

上部層３０は、歩行面であり、直接表面に露出していることから、接触する面としての感触、度重なる歩行や物品の設置などへの一定の耐久性、設置場所のデザインや購入者の嗜好に応える意匠性、その他、防滑性、耐火性、耐水性、耐傷性、メンテナンス性などの機能を備えてもよい。

上部層３０は、転倒衝撃時の変形に耐えうる、上記機能を有した硬質性材料からなり、例えば、木材、合板、石材、塩化ビニル等からなるクッションフロア、タイル、カーペット、コルク、長尺シートなどの素材でよい。

なお、中間層２０と上部層３０が一体となっていてもよい。例えば、一部の市販されている床材やタイルカーペット等には、中間層２０と上部層３０の機能を両方兼ね備えるものもあり、これらを構造層１０の上部に配置してもよい。

（試験に用いた床材ユニット）
試験に用いた構造体１１を構造体１１ａとし、図１３に示す。図１３（ａ）は、構造体１１ａを真横から見た図である。図１３（ｂ）は、構造体１１ａを斜め上方から見た図である。図１３（ｃ）は、構造体１１ａを真上から見た図である。図１３（ｄ）は、構造体１１ａを真下から見た図である。また、構造体１１ａの柱部１１４を図１４に示す。なお、当該構造体１１ａで形成した構造層ユニット１２を構造層ユニット１２ａとする。

構造体１１ａの各部位の数値を以下に記載する。図１４において、幅ｗ１は３０ｍｍ、幅ｗ２は２３ｍｍ、幅ｗ３は２０ｍｍ、幅ｗ４は１８ｍｍ、幅ｗ５は１ｍｍ、高さｈ１は２０ｍｍ、高さｈ２は１０ｍｍ、厚みｔ１は３ｍｍ、厚みｔ２は１．５ｍｍ、厚みｔ３は１ｍｍ、幅Ｌ１は５ｍｍである。素材は熱可塑性エラストマーで構成した。当該構造体１１ａを１辺に１０個、正方形状に配置した構造層ユニット１２ａを製造した。構造層ユニット１２ａは幅３００ｍｍ、高さは高さｈ１と一緒で２０ｍｍとなる。

中間層２０として、厚さ４．５ｍｍのＰＶＣが配合されたスポンジを用いた。

上部層３０は厚み２ｍｍの軟質ビニル層を有した長尺シートを用いた。

図１４において、孔１１６は、上面部１１２の各辺の中心に位置し、壁面部１１３の上面部１１２付近に配される。

試験に用いた連結体４０の構造を図１６にしめす。連結体４０は幅ｗ４１ａが６０ｍｍ、幅ｗ４２ａが２４ｍｍ、高さｈ４１ａは３ｍｍ、素材はポリプロピレンで構成した。

４つの構造層ユニット１２ａの、それぞれの角の１つの構造体１１ａを跨ぐように、連結体４０を配置し、構造層ユニット１２ａを接続した。その上に、中間層２０、上部層３０の順に重ねて固定したものを、試験床材ユニット１３とする。

（試験方法）
体重４０ｋｇの人間が直立状態から転倒し、床に大腿骨の転子部を打ち付ける状態を再現することを目的として試験を設計した。

図１７に示すように、試験床材ユニット１３の設置部１１１側に治具５０を取り付けることにより１１ｋｇの重量とした。また、治具５０に加速度計８０を２つ離れた場所に設置した。治具５０を取り付けた試験床材ユニット１３全体をひっくり返し、高さ２３０ｍｍから自由落下させる。試験床材ユニット１３の中央部が落下する場所に、模擬大腿骨６０を設置した。模擬大腿骨の転子部側と遠位端の両方にひずみゲージ７０ａ（６軸ロードセル）とひずみゲージ７０ｂ（１軸ロードセル）を取り付けてあり、試験床材ユニット１３が落下することにより模擬大腿骨かかる応力を、ひずみゲージ７０ａとひずみゲージ７０ｂを用いて測定（ひずみゲージ７０ａでは近位部荷重、ひずみゲージ７０ｂでは遠位部荷重を測定）し、模擬大腿骨にかかる衝撃力（Ｎ）を測定する。なお、試験床材ユニット１３の代わりに、衝撃吸収能の低いコントロールとして、一般的なフローリングを用い、同様の試験を行った。

図１８は衝撃吸収能の試験結果を示す。横軸は前記模擬大腿骨に衝撃が加わってからの経過時間（ｍＳ）、縦軸は前記模擬大腿骨に加わった荷重（ｋＮ）を示す。フローリングを用いた試験では、フローリングが模擬大腿骨に接触してから１２ｍｓから荷重２０００Ｎを超え、１４．５ｍｓ後に荷重が３０００Ｎを超えてピークとなり、１８．５ｍｓからは荷重が２０００Ｎを下回るという結果となった。一方で、試験床材ユニット１３においては、２３ｍｓ後に荷重のピークを迎えるが、その値は２０００Ｎを大きく下回り、模擬大腿骨に加わった荷重は２０００Ｎを超えない結果となった。

なお、非特許文献２において、大腿骨表面に掛かる荷重は、体表面に掛かる荷重の約７０％であるという報告がなされている。また、非特許文献３において、７３歳の男性の大腿骨が、およそ２０００Ｎで骨折しうるという報告がある。

ＰＬｏＳ ＯＮＥ １３（８）： ｅ０２００９５２．

Ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｏｎｅ ａｎｄ Ｊｏｉｎｔ Ｓｕｒｇｅｒｙ， ｖｏｌ．，７７－Ａ． ＮＯ．３． ＭＡＲＣＨ １９９５

非特許文献２および非特許文献３のデータを考慮すると、実施例の結果は、フローリングにおいては転倒時に大腿骨が骨折しうる荷重がかかること、試験床材ユニット１３においては転倒時に大腿骨が骨折しない程度に衝撃を吸収していることが証明された。なお、試験床材ユニット１３の別の位置を模擬大腿骨に接触させた場合にも同様のデータが得られており、試験床材ユニット１３のどの位置においても、転倒時に大腿骨が骨折しない程度の衝撃を吸収していると言える。

孔１１６の変形例を図に示す。柱部１１４に切れ込み型の孔１１６が配されていてもよい（図１９）。凹部１１５の最深部で定義した位置を中心に配してもよいが、その位置に限定されない。上面部１１２が上部からの圧力がかかった際に構造体１１が変形し、柱部１１４が屈曲することで、空間Ａの内部と外部とが繋がる。

また、設置部１１１に孔１１６が配されてもよい（図２０）。上面部１１２が上部からの圧力がかかった際に構造体１１が変形することで、設置部１１１が屈曲し、当該空間の内部の空気が外部へと押し出される。

また、上面部１１２に孔１１６が配されてもよい（図２１）。孔１１６は、上面部１１２のどの部分に配されていてもよい。この場合、上面部１１２に接するように中間層２０（転倒させる場合は設置面）が接するため、空気ばねが働くこととなってしまうため、更に、上面部１１２の各辺に向かって孔１１６から溝１１７の構造を併せて有してもよい。

また、構造体１１は、前述した孔１１６の複数の変形例を同時に有していてもよい。

また、床材１は、床だけでなく、衝撃吸収性を持たせたい場所や装置（例えば階段や壁、柱などの建築物、机やベッドなどの家具、病院や介護施設などで用いる医療機器、介護用機器などであり、これらに限定されない）に用いてもよい。

上述した実施の形態は、本発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができると共に、本発明にはその均等物が含まれることは言うまでもない。

１ 床材
１０ 構造層
１１ 構造体
１２ 構造体ユニット
１３ 試験床材ユニット
２０ 中間層
３０ 上部層
４０ 連結体
５０ 治具
６０ 模擬大腿骨
７０ ひずみゲージ
８０ 加速度計
１１１ 設置部
１１２ 上面部
１１３ 壁層
１１４ 柱部
１１５ 凹部
１１６ 孔
１１７ 溝

Claims (4)

1. 衝撃を吸収する衝撃吸収材であって、
   空間を有するように配された構造体を有する構造層、
   を有し、
   前記構造体は前記空間の内部と外部を繋ぐように配された孔を有し、
   前記構造層は、所定以上の衝撃を受けた際に、前記構造の変形に伴って、前記孔から前記空間の内部の空気が前記空間の外部に出ることで衝撃吸収性を発揮すること、
   を特徴とする、衝撃吸収材。
2. 前記構造は、設置面と接する設置部と、
   歩行時に上部からの力を受ける上面部と、
   前記設置部と前記上面部を繋ぐ柱部と、
   前記柱部を繋ぐ壁部と、
   を有することを特徴とする、請求項１に記載の衝撃吸収材。
3. 前記柱部は、その中ほどに凹部を有すること、
   を特徴とする、請求項２に記載の衝撃吸収材。
4. 前記孔は、切れ込みであること、
   を特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の衝撃吸収材。
   
   
   

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