JP6998843B2 - 保護ガード材 - Google Patents

Description

本発明は、建築物壁面、車両、船舶等の被保護体に取付け、これらに衝撃が加わった際に、粘弾性変形により衝撃を吸収し、被保護体の受ける衝撃を軽減するための保護ガード材に関する。

建築物壁面、車両、船舶等では、外部より衝撃が加わった際に損傷を受けないようにするため、粘弾性変形により衝撃を吸収することが可能な保護ガード材を周囲に取付けるという手法が採られる。このような保護ガード材としては、軽量な筒状の粘弾性体が多く用いられており、天然ゴム、ジエン系ゴム、非ジエン系ゴム、ウレタンゴム、軟質塩化ビニル等の高分子材料を素材として加工したものが知られている。

このような保護ガード材は、現在様々な場所で見られるほどに多用されているものの、改善すべき技術課題はまだ残っている。そのうちの一つが金属部品との併用に関する課題である。例えば、トラックターミナル等の物流施設の壁面に保護ガード材を取り付ける場合、金属製のボルトや当て板を用いる。しかし、これら金属部品の使用により製品重量が増し作業性が低下すること、また、金属部品の腐食によって保護ガード材が落下すること等が課題となっていた。これら課題を改善すべく、最近では、本願出願人によるものであるが「保護ガード材」という名称で特許文献１に開示された発明がある。

特許文献１に開示された発明である保護ガード材（以下、従来品）について、図８を参照しながら説明する。図８において、保護ガード材２１は長尺の筒状体であり、被保護体に設置される平滑面を持った矩形の底部２２と、この底部２２の矩形長辺部から垂直に立設された２つの壁部２３と、２つの壁部２３の各上端から跨設されている頂部２４とを有し、これら底部２２、壁部２３、頂部２４の内面が、長手方向に垂直な断面が略Ｄ字型の筒状空間２５を形成している。
頂部２４は円弧状であり、頂部外面２４ａと頂部内面２４ｂの形状は概ね同じ中心を持ち半径のみが異なるものであり、その厚さは壁部２３と同じとなる。また、２つの壁部２３の間の内面には板状の硬質樹脂部２７が形成されたものとなる。
この従来品では被保護体に取付ける部位に硬質樹脂部２７が設けられており、この硬質樹脂部２７が従来から使用されてきた金属製当て板の代替材となる。このように従来品では金属部品を樹脂化することで、軽量化による作業性の改善、金属部品の腐食による不具合の低減が図られている。

特許第３７６７９９１号

しかしながら、この特許発明である従来品は、筒状空間２５が略Ｄ字型であり、壁部２３が座屈変形し易い形状のため、衝撃エネルギーを吸収する性能は優れるものの、大きな歪を伴って屈曲する箇所（以下、応力集中部）が底部２２と壁部２３の境界付近において形成され易い。このため、外部から衝撃が加わるたびに、このような応力集中部では圧縮と引張が繰り返され、内部の分子鎖の切断及び分子鎖の移動を伴いながら、次第に疲労劣化等が進行すると容易に予測される。実際に、従来品は使用時間の経過とともに疲労劣化が進み易く、塑性変形や製品破壊も起こり易いという課題があった。
特に、素材として熱可塑性エラストマーを使用する場合には、繰り返し圧縮時に応力集中部や比較的応力の高い領域において発熱が起こり、塑性変形し易くなるという課題もある。

また、トラックターミナルのプラットホーム縁端部に従来品が沿設された場合、トラックの荷台と衝突して圧縮されると、従来品はプラットホームとトラックの荷台との間から一部分がはみ出すように変形する。このような従来品の変形箇所は、プラットホームとトラックの荷台が形成する平面上から突出する段差となるため、荷物を運搬する際に台車の車輪がこの段差に引っ掛かり、荷物に衝撃が加わったり、荷物が落下する等の課題もあった。

さらに、従来品も含めて保護ガード材は一般的にゴム系の粘弾性体が使用されることから、表面の摺動性が悪いことも知られている。保護ガード材は圧縮力を受けるだけでなく、表面が擦られるように接触した場合には摩擦力及びせん断力も受けることから、摺動性の低い従来の保護ガード材では比較的大きな摩擦力及びせん断力を受けていることになる。実際に従来品のような保護ガード材の表面部にこれらの力が繰り返し加わることで疲労劣化が進行し、結果としてひび割れ等の製品破壊が起こるという課題もあった。

本発明は従来品のこれらの課題を鑑みてなされたものであって、その目的は衝撃吸収性に優れ、外部より種々の力を受けても変形し難く、疲労劣化が抑えられる保護ガード材を提供することにある。

上記目的を達成するため、第１の発明である保護ガード材は、被保護体に取り付けられる矩形の底部と、この底部の矩形長辺部から垂直に立設された２つの壁部と、２つの壁部の上端面から、内面に段差なく壁部に比べ薄肉に跨設される頂部とを有し、底部と壁部と頂部それぞれの内面で筒状空間を形成しつつ、底部の内面上に硬質樹脂部が形成されていることを特徴とする。

このような保護ガード材の構造であれば、頂部と壁部の厚さを変えたことでエネルギー吸収を二様式で行うことが可能と考えられる。すなわち、頂部へ加わる力が小さければ主に頂部の変形により衝撃エネルギーを吸収し、頂部が大きく変形するような大きな力が加わった場合には、厚肉の壁部により構造を支持しながら衝撃エネルギーを吸収するという作用を有する。また、保護ガード材を固定する際に硬質樹脂部が底部の内面に形成されていることで、金属製の当て板を使わずに硬質樹脂部で保護ガード材の内面から底部を支持することができ、保護ガード材が被保護体に不安定に固定されることがなくなるという作用を有する。

また、第２の発明は、第１の発明において、２つの壁部の上端面と頂部の外面を、その境界において鈍角を形成することを特徴とする。このような保護ガード材であれば、頂部に力が加わって変形する際に、いずれかの壁部側に傾斜するような偏った変形は抑制され、より均等に底部方向に撓み変形するように作用する。また、その場合、変形によって発生する力は両側の壁部に、より均等に配分されるように作用する。

そして、第３の発明は、第１または第２の発明において、頂部の外面には摩擦係数が低く、かつ耐摩耗性に優れた高摺動性エラストマーが摺動部として薄肉状に形成されていることを特徴とする。このような摺動部が頂部の外面に形成されることで表面が滑り易くなり、摩擦力及びせん断力が低減され、耐摩耗性も向上するという作用も有する。

そして、第４の発明は、第１乃至第３の何れかの発明において、２つの壁部の上端面から、頂部の外面に沿って段差なく底部に向かって形成される溝を有することを特徴とする。
このような構造とすることで頂部の撓み量の裕度が向上し、衝撃力が加わった際に壁部との間に形成される溝の幅分だけ頂部が撓むことで、衝撃力が一部頂部により吸収され、系内の内部応力の増加と大変形を抑制するように作用する。さらに、本構造により系内の内部応力の増加が抑制され、分子鎖の切断及び移動、加えて繰り返し圧縮時の発熱を抑えるように作用する。また、その際には溝の幅の広さが撓み量を設定するように作用し、さらに壁部が頂部の撓み変形を抑制しつつ頂部の形状を保持するように作用する。

最後に、第５の発明は、第１乃至第４の発明のいずれかにおいて、底部、壁部、頂部がポリアミド系、ポリオレフィン系、ポリエステル系、ポリ塩化ビニル系、ポリスチレン系、ポリウレタン系のいずれか、またはこれらのうち２種以上のブレンドの熱可塑性エラストマーで形成され、硬質樹脂部が熱可塑性エラストマーと共通の化学構造を持つことを特徴とする。
共通の化学構造を持つように熱可塑性エラストマーと硬質樹脂を選択し、組み合わせることで、成形の際に互いに相溶し易くなるという作用を有する。

第１の発明の保護ガード材によれば、エネルギー吸収を二様式で行うことが可能であるため、頂部へ加わる力が小さければ従来品に近いエネルギー吸収性を維持することが可能であり、また、頂部へ加わる力が大きい場合には、厚肉の壁部が構造を支持しながら衝撃を吸収することで大変形は抑制されるため、疲労劣化が軽減され、塑性変形し難くなり、製品寿命も延びるという効果を有する。
また、当て板として金属板を使用しないため、金属板の腐食に注意する必要がなくなり、かつ製品自体が軽量化することにより作業性が向上するという効果も有する。

また、第２の発明の保護ガード材によれば、頂部に加わる力を厚肉の壁部に均等に分配させるため、頂部がいずれかの壁部の方向に偏って変形することなく底部の方向に撓み変形し易く、いずれかの壁部の方向に偏って変形することで偏った側の壁部と頂部の結合部に発生する応力集中を回避することが可能であり、疲労劣化を抑制するという効果を有する。

そして、第３の発明の保護ガード材によれば、頂部の表面部分に摩擦力及びせん断力が繰り返し加わっても、表面部分の変形が抑えられ、かつ摺動に伴う減肉もし難くなることから、疲労劣化が進み難くなり製品寿命を延ばすという効果を有する。

さらに、第４の発明の保護ガード材によれば、頂部の撓み量の裕度が増加するので、衝撃力の吸収も増加して被保護体をより確実に保護するという効果を有する。加えて、系内の内部応力の低減、並びに大変形が抑制されるため、保護ガード材の疲労劣化や塑性変形を抑制し、繰り返し圧縮時においては系の内部温度上昇が軽減されるため、熱による塑性変形も抑制するという効果を有する。また、溝の幅の広さや深さによって撓み量を設定することが可能であり、溝の幅の広さや深さを制御することで保護ガード材の撓み量を制御することもでき、すなわち、設置場所によって求められる撓み量の要求に応じて保護ガード材の撓み量を可変とすることができる。

最後に、第５の発明の保護ガード材によれば、熱可塑性エラストマーと硬質樹脂とを同時に成形することが可能となり、かつ互いに接着剤がなくとも強固に接着させることが可能になるという効果を有する。

（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る保護ガード材の実施例の外観斜視図であり、（ｂ）は同図（ａ）の長手方向に対し垂直な断面図である。 （ａ）～（ｆ）はそれぞれ本発明の第１の実施の形態に係る保護ガード材の実施例に対し、種々圧縮量にて圧縮した場合の状態を示す写真である。 本発明の第１の実施の形態に係る保護ガード材の実施例と（図中に実施例と表示）、特許文献１に記載の保護ガード材（従来品、図中に比較例と表示）の反力と圧縮量の関係を示すグラフである。 （ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明の第１の実施の形態に係る保護ガード材の実施例に所定の力を加えて圧縮する前後の、長手方向に対し垂直な断面の形状に対する有限要素法による応力解析結果であり、（ｃ），（ｄ）はそれぞれ特許文献１に記載の保護ガード材（従来品）に対して、（ａ），（ｂ）と同じ条件で圧縮する前後の解析結果である。 （ａ）は被保護体に取付けられた本発明の第１の実施の形態に係る保護ガード材の実施例の、長手方向に対し垂直な断面図であり、（ｂ）は同図（ａ）の平面図であり、（ｃ）は本発明の第１の実施の形態に係る保護ガード材の実施例の裏面を模式的に表現した概念図である。 本発明の第２の実施の形態に係る保護ガード材の実施例の、長手方向に対し垂直な断面図である。 （ａ）は本発明の第２の実施の形態に係る保護ガード材の実施例に所定の圧縮量により圧縮した時の、長手方向に対し垂直な断面の形状に対する有限要素法による応力解析結果であり、（ｂ）は本発明の第１の実施の形態に係る保護ガード材の実施例に対して、（ａ）と同じ条件で圧縮した時の解析結果である。 特許文献１に記載の保護ガード材（従来品）の、長手方向に対し垂直な断面図である。

本発明の保護ガード材について、図１乃至図７を参照しながら説明する。なお、比較として用いる従来品において、本発明の保護ガード材と共通する構造部の名称については、同じものを用いている。

まず、本発明の第１の実施の形態に係る保護ガード材（以下、保護ガード材１）を図１乃至図５、図７に基づき説明する。図１において、（ａ）は保護ガード材１の外観斜視図であり、（ｂ）は同図（ａ）の長手方向に対し垂直な断面図である。

保護ガード材１は、図１（ａ）に示す筒状の成形品であり、同図（ｂ）において示すように、その断面から被保護体に設置される平滑面を持った矩形の底部２と、この底部２の矩形長辺部から垂直に立設された２つの厚肉の壁部３と、壁部３の上端を円弧状かつ内面に段差なく跨設されている頂部４とを有し、これら底部２、壁部３、頂部４の内面が筒状空間５を形成している。さらに、保護ガード材１では頂部外面４ａ上に形成されている摺動部６と、２つの壁部３の間の内面に設けられた板状の硬質樹脂部７とから構成されている。

ここで、底部２、壁部３、及び頂部４はそれぞれ同じ熱可塑性エラストマーから成り、摺動部６、硬質樹脂部７とともに一体的に形成されているが、本願では図１（ｂ）において破線で示す領域Ａ，Ｂ，Ｃ内の部分をそれぞれ指している。なお、頂部外面４ａ上には上記頂部４の熱可塑性エラストマーよりも摩擦係数が低く、かつ耐摩耗性に優れた高摺動性エラストマーによる摺動部６が形成されているが、この摺動部６は符号４で示される頂部に含まれない。また、板状の硬質樹脂部７も符号２で示される底部には含まれない。

さらに、図１（ａ），（ｂ）に示すように、壁部３の上端面３ａと頂部４の外面４ａとのなす角αが鈍角を形成する。ここで、図１（ｂ）では頂部４は円弧状であり、頂部外面４ａと頂部内面４ｂの形状は、概ね同じ中心を持ち半径のみが異なり、したがって肉厚も概ね均一なものとなる。この頂部４の形状は特に円弧状に限定されるものではないが、加わった力を頂部４に集中させず、両側の壁部３に均等に分散させて支持する上で、円弧状とすることが好ましい。頂部４の形状が円弧状以外の形状である場合、頂部４上において応力集中が生じ易くなり、時間の経過とともに頂部４の疲労劣化が促進される可能性が高くなるためである。

このように構成された第１の実施の形態に係る保護ガード材１においては、頂部４に衝撃力が加わった際に、加わる力が小さければ主に頂部４の変形により衝撃エネルギーを吸収し、加わる力が大きければ壁部３が保護ガード材１の大変形を抑制しながら衝撃エネルギーを吸収することが可能となる。すなわち、加わる力の大小によって異なるエネルギー吸収様式を採ることで、優れたエネルギー吸収性能を持ち、かつ保護ガード材１の大変形を抑制するという作用を有する。また、底部２の内面に硬質樹脂部７が形成されていることで、ボルト等によって被保護体へ固定する場合の金属製当て板の代用品として使用でき、硬質樹脂部７は硬質のためぐらつき難くなるという作用を有する。

加えて、上端面３ａと頂部外面４ａが、その境界において鈍角を形成することで、頂部４に対し種々方向から力が加わった場合でも、いずれかの壁部３側に傾斜するような偏った変形は抑制され、より均等に底部２方向に撓み変形し、かつ変形に伴いながら発生する力は２つの壁部３に均等に配分されて支持されるという作用を有する。

さらに、摺動部６が頂部外面４ａ上に形成されていることで、頂部４に種々方向から力が加わった場合に発生する摩擦力やせん断力も低減され、頂部４の変形が抑えられるとともに耐摩耗性も向上するという作用も有する。

上述した作用により、第１の実施の形態に係る保護ガード材１は、力が加わっても、壁部３及び頂部４の支持による変形抑制と、頂部外面４ａによる摺動性と耐摩耗性の高さによる表面の減肉並びに変形の抑制により、疲労劣化し難くなり製品寿命を延ばすという効果を有する。さらに、被保護体への固定の際に硬質樹脂部７を金属製当て板の代わりに使用することができるようになるため、腐食に注意する必要がなくなり、かつ製品の軽量化により作業性も改善するという効果も有する。なお、本実施の形態においては、摺動部６は頂部外面４ａ上の全体に亘って形成されているが、全面に限定するものではなく一部であってもよい。一部の場合でも面積に応じてその効果は発揮される。

また、保護ガード材１を形成する材料について、底部２、壁部３、頂部４において使用する共通の熱可塑性エラストマーは、想定する使用環境において所望の粘弾性を有し、衝撃エネルギーの吸収に優れたものが選択される。具体的には、ポリアミド系、ポリオレフィン系、ポリエステル系、ポリ塩化ビニル系、ポリスチレン系、ポリウレタン系のいずれか１種、またはこれらのうち２種以上の複数を組み合わせて粘弾性等が調整された熱可塑性エラストマーであることが好ましい。これら熱可塑性エラストマーには、成形性、耐久性等を改善するために通常加えられる添加剤（滑剤，熱安定剤，難燃剤，可塑剤，紫外線吸収剤），充填剤等が含まれても良い。

さらに、底部２の内面に形成されている硬質樹脂部７は、使用者が保護ガード材１を使用する環境下で硬度をほぼ一定に維持可能なものであって、上記熱可塑性エラストマーと共通の化学構造を持つ硬質樹脂を選択することが好ましい。例えば、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマーを使用する場合は、硬質樹脂としてポリオレフィン系を使用することが好ましい。上述したように、共通する化学構造を持つように組み合わすことが出来れば、高い相溶性により同時に成形するだけで互いを強固に接着させることが可能となるからである。

一方、頂部外面４ａ上に形成される摺動部６について、使用される高摺動性エラストマーに限定はないが、保護ガード材１にて使用する熱可塑性エラストマーよりも摩擦係数が小さいものが好ましい。このような高摺動性エラストマーとして、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリブチレンテレフタラート樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリウレタン樹脂が挙げられる。なお、使用する時はこれら樹脂のうちの一種類だけでも良く、複数種類を組み合わせても良い。

ここで、熱可塑性エラストマー、硬質樹脂、高摺動性エラストマーを同時に成形して保護ガード材１を製造する場合は、高摺動性エラストマーも熱可塑性エラストマー、硬質樹脂と共通する化学構造を有し、かつ熱物性（軟化点、融点等）の近いものを選択することが重要である。構造、物性が異なるものを併用した場合、収縮率の違い及び接着力の低さにより成形後に摺動部６が頂部４から剥離する、使用する樹脂の一部が成形段階で熱分解する、といった等の問題が発生する可能性があるからである。

次に、第１の実施の形態に係る保護ガード材１に対し、圧縮した際の挙動について、図２乃至図４に示す実験データを元に説明する。
図２は水平面に底部２が接するように置かれた保護ガード材１において、頂部４に対し底部２に垂直な方向から力を加えて圧縮した実験結果を示す写真である。この実験は、２３±２℃の環境下においてオートグラフを用いて実施しており、圧縮速度は５０ｍｍ／ｍｉｎ、最大圧縮量は５０ｍｍである。
図２において、図中の番号（ａ）から（ｆ）になるほど圧縮量が大きい状態を示している。

図２の（ａ）から（ｃ）より、保護ガード材１は圧縮されるに従い、主に頂部４が座屈することなく均等に底部２方向に撓みながら変形することが確認できる。これは、変形しながら発生する力が２つの壁部３に均等に配分され、この力を壁部３が支持しているためと考えられる。次に同図（ｄ）から（ｆ）に示すように、さらに圧縮を加えると、頂部４は座屈せず平坦化しながら壁部３に加える力を最大化させていくとともに、壁部３が直接装置より鉛直下方に圧縮され始め、保護ガード材１は大きく変形していくことが確認できる。

次に、この図２の実験における保護ガード材１の示す反力と圧縮量の関係について図３を参照しながら説明する。図３は図２の評価において計測した、保護ガード材１の示す反力と圧縮量の関係を表すグラフである（図中の実施例）。比較のため、同じ条件により評価した図８に示す従来品と類似の保護ガード材２１の結果も示している（図中の比較例）。

ここで、実験に用いた保護ガード材１と保護ガード材２１のサンプル（図３と図４のみ両者の結果を表示）は、壁部の水平方向の厚さ以外は全て同じ寸法となる。何れも水平面に底部２、底部２２が接するように置かれた状態での高さが１００ｍｍであり、底部２、底部２２、頂部４、頂部２４の厚さは１６ｍｍである。なお、壁部３の厚さは、保護ガード材２１の壁部２３が１６ｍｍに対して４１ｍｍであり、その上端面３ａまでの高さは６３ｍｍである。
今回の評価は形状と性能との関係を明らかにすることを目的としたため、各サンプルはＪＩＳ Ｋ６２５３ デュロメータ タイプＡでの硬さが６５の天然ゴムを用いており、かつ摺動部６と硬質樹脂部７，硬質樹脂部２７は形成されていないものとなる。

図３において、保護ガード材２１は圧縮量の増加とともに一次関数的に増加するが、全体として反力は小さく、保護ガード材２１は小さな力により容易に変形することが確認できる。一方、保護ガード材１は、圧縮初期においてのみ従来品とほぼ同じ反力を示すものの、比較的大きな傾きで直線的に増加する。これは、壁部３が壁部２３に比べ厚肉であり、頂部４から壁部３に力が加わった際に壁部３が撓まずに支持するため、反力が大きくなったためと考えられる。

圧縮量が約４０ｍｍを超えると、さらに大きな傾きを示しながら反力が増加する。ここで、保護ガード材１を約４０ｍｍ圧縮した時の高さは約６０ｍｍであり、壁部３の高さ（６３ｍｍ）とほぼ一致する。このことから、ここでの反力の更なる増加は、頂部４が圧縮により平坦化した後、剛直な壁部３の上端面３ａから鉛直下方に向けて圧縮力が直接加わり始めたためと考えられる。

この結果から、保護ガード材２１は小さな力でも大きく変形するため衝撃に対するエネルギー吸収には好適だが、繰り返しの大変形によって容易に疲労劣化すると予測される。一方、保護ガード材１は、小さい力に対しては比較的変形し易い頂部４により対応し、大きい力に対しては厚肉の壁部３が構造を支持して変形を抑えながら対応する。すなわち、保護ガード材１は大小の衝撃エネルギーの吸収に対応することが可能であり、特に従来品に比べて変形が起き難く分子鎖の切断が起き難いため、塑性変形し難く製品寿命も延びるという予測通りの効果が期待できる。

次に、保護ガード材１に圧縮力が加わった場合の変形について、有限要素法による応力解析結果を図４に示す。計算時間短縮のため、計算対象としたモデルは図に示すように保護ガード材の長手方向に対し垂直な断面の半分とした。なお、図４（ａ），（ｂ）は底部２が水平面に接するように置かれ、頂部４の上端より鉛直下方に向けて所定の圧縮力が加えられた際の保護ガード材１の形状であり、図４（ｃ），（ｄ）は底部２２が水平面に接するように置かれ、頂部２４の上端より鉛直下方に向けて所定の圧縮力が加えられた際の保護ガード材２１の形状を示しており、（ａ），（ｃ）はいずれも未圧縮時、（ｂ），（ｄ）はいずれも圧縮時の状態となる。
なお、図４（ｂ），（ｄ）に示される応力に対応する色はそれぞれ左側にスケールとして数値（単位：Ｎ／ｍｍ^２）が表示されているが、構造の差異により内部応力の数値は（ｂ）と（ｄ）とで異なるので、同じ色の部分でも応力値としては異なる。

圧縮時の状態から、特に保護ガード材２１は壁部２３の上部での座屈と、底部２２と壁部２３の結合部付近での屈曲が著しく、元の形状に比べ大きく変形する。一方、保護ガード材１は同じ圧縮力でも保護ガード材２１のように大きな屈曲箇所は見られず、元の形状と比べても大きな差異は見られない。このことから、保護ガード材２１の代わりに保護ガード材１がトラックターミナルのプラットホーム縁端部に沿設されれば、トラックの荷台が保護ガード材１を圧縮した場合であっても、保護ガード材２１のように段差になるほど屈曲して変形することはないと考えられる。

次に、保護ガード材１について、トラックターミナル等の壁面（被保護体）に取り付ける方法について図５を参照しながら説明する。なお、後述する保護ガード材１５も以下に記載する方法に基づき、壁面等に取付けることが可能である。
図５（ａ）は被保護体９に取付けられた保護ガード材１の、長手方向に対し垂直な断面図である。また、同図（ｂ）は被保護体９に取付けた保護ガード材１の、摺動部６を含めた頂部４に形成された開口部１０付近における平面図であり、（ｃ）は保護ガード材１のボルト挿入口１１付近の裏面の概念図である。これらの図においては、既に説明した構成については同一の符号を付してその説明は省略する。

保護ガード材１を壁面等の被保護体９に取付ける場合、ボルト１２、ナット１３等を用いて行われる。ボルト１２を締め付けるための作業が可能なように、図５（ａ）と図５（ｂ）に示すように、頂部４、摺動部６には開口部１０が形成され、開口部１０の場所に対応する底部２には、図５（ｃ）で示されるようにボルト挿入口１１が形成されている。
このような保護ガード材１の取付け方法としては２通りあり、一つ目は予め被保護体９に取り付けておいたボルト１２の先端を、保護ガード材１のボルト挿入口１１に挿入し、次いで開口部１０からナット１３とワッシャー１４を用いてボルト１２の締め付け作業を行うことで、保護ガード材１を被保護体９に取付ける方法である。

なお、開口部１０、ボルト挿入口１１の形状について、保護ガード材１を取付ける上で問題がなければ特に制限はないが、取付け位置の微調整のし易さから、ボルト挿入口１１の形状については保護ガード材１の長手方向と同じ向きに孔径の長手方向が形成される長孔が好適である。
また、二つ目の取付け方法としては、予め被保護体９に埋め込み式のナットを取り付け、開口部１０からボルト１２を入れて、ボルト挿入口１１を通して締め付けて保護ガード材１を取付けるというものである。

続いて、本発明の第２の実施の形態に係る保護ガード材（以下、保護ガード材１５）について図６，図７を参照しながら説明する。なお、図６においても既に説明した構成については同一の符号を付してその説明は省略する。
図６は保護ガード材１５の長手方向に対し垂直な断面図である。保護ガード材１５は第１の実施の形態に係る保護ガード材１を元にした基本形状を有しており、差異点は２つの壁部３の上端面３ａから、頂部外面４ａに沿って段差なく底部２に向かって形成される溝８を持つ点となる。なお、この溝８は底部２に向かって形成されるが、底部２に近い深さとするに従って、保護ガード材２１とほぼ同じ衝撃吸収性能に近づく。

このように構成された保護ガード材１５は、基本構成が同じ保護ガード材１と同様の作用と効果を有している。これに加えて、保護ガード材１５では溝８の存在により、頂部４に衝撃力が加わった際に溝８の幅の広さほど頂部４が撓むことで衝撃力が頂部によって吸収され、さらに、壁部３はその頂部４の撓み変形を抑制しながら頂部４の形状を保持するように作用する。
したがって、溝８を設けることで頂部４の撓み量の裕度が増し、溝８のない場合に比べて衝撃力を吸収して系内の内部応力の増加や大変形を抑制するという作用を有し、この結果疲労劣化や塑性変形が抑えられるという効果があると考えられる。また、この溝８の幅の広さや深さを変えることにより頂部４の撓み量を制御できることから、使用環境に応じて最適な衝撃力吸収性能を持つ保護ガード材の製造が可能になる。

また別の視点として、一般的に厚肉の成形品は成形の際に内部が冷え難く、表面と内部の冷却速度が大きく異なると、収縮率の違いにより成形品に反りが発生し、成形品の寸法誤差が大きくなる。保護ガード材１の壁部３も厚肉であり、反り等の不良が発生する可能性は高い。溝８を設けた保護ガード材１５では、壁部３内の熱が逃げ易くなるため、表面と内部とで冷却条件の差異が小さくなり、成形品の反り等の不良を抑えるという効果も有すると考えられる。

次に、保護ガード材１５に圧縮力が加わった場合の内部応力の分布を確認するため、有限要素法による応力解析を行った。その結果を図７に示す。図７（ａ）は第２の実施の形態に係る保護ガード材に対して高さを４０％圧縮した時の有限要素法による応力解析結果であり、図７（ｂ）は第１の実施の形態に係る保護ガード材に対して、図７（ａ）と同じ条件で圧縮した時の結果である。なお、図７（ａ）と（ｂ）において示される色は応力の大きさに対応しており、それぞれ左側のスケールに対応する応力の数値（単位：Ｎ／ｍｍ^２）を示すものとなる。なお、図７（ａ）と（ｂ）ともに応力の数値と色の関係は同じであり、淡色になるほど応力が高いことを示す。

保護ガード材１５と保護ガード材１とを比較すると、ほぼ同じ圧縮力を加えているにも関わらず、淡色領域の位置及び範囲は異なるものとなる。何れも底部２，壁部３，頂部４において淡色領域が存在するが、その総面積は保護ガード材１よりも保護ガード材１５の方が明らかに小さい。さらに、保護ガード材１５においては、面積は非常に小さいものの、溝８の最深部に新しい応力集中部が存在することも確認できる。

すなわち、保護ガード材１５は、保護ガード材１と異なり圧縮力が加わった際に、溝８の最深部において僅かな応力集中部を形成しながら、予測通り他の部位の内部応力を緩和するように作用すると考えられる。その結果、保護ガード材１５では系の内部応力が低減されることで、系内において分子鎖切断や分子鎖の移動が起こり難くなり、疲労劣化や塑性変形を抑制するという効果が期待できる。なお、溝８の最深部に現れる応力集中部により疲労劣化が促進される可能性に関しては、この応力集中部の面積が小さいことから、疲労劣化に寄与しないと考えられる。特に、塑性変形し易い熱可塑性エラストマーを用いる場合、以下に説明するように、この応力集中部において疲労劣化は殆ど起こらないと考えられる。

熱可塑性エラストマーは、分子鎖の一部が分子間力等により凝集して架橋点を形成し、系全体が３次元ネットワーク構造をとる粘弾性体である。ここでの架橋点は天然ゴム等の熱硬化性エラストマーが持つ共有結合性の架橋点とは異なり、熱、外力により容易に消滅し、また冷却等によっても生成する。
このような熱可塑性エラストマーにより保護ガード材１５が形成されている場合、溝８の最深部にある応力集中部等では応力により架橋点が破壊されると考えられる。この結果、分子鎖の移動がさらに容易となり、塑性変形を伴いながら内部応力が緩和するように作用する。

ここで、この塑性変形の程度は、その応力の大きさ及び応力のかかる面積の広さに比例すると考えられる。溝８の最深部にある応力集中部の場合、比較的応力は大きいものの面積が非常に小さいため、塑性変形は僅かにしか起こらない可能性が高い。一方、保護ガード材１５の底部２，壁部３に加わる内部応力については、比較的に面積が大きいため塑性変形は起こり得ると考えられる。しかし、保護ガード材１に比べその面積は小さいため、保護ガード材１５の方が塑性変形を抑制する点で優れていると考えられる。
また、繰り返し圧縮力が加わった場合に、保護ガード材１５は保護ガード材１よりも内部発熱量は小さいと考えられ、さらに保護ガード材１５では溝８を介した放熱も行われるため内部温度の上昇も抑えられると考えられる。その結果、架橋点の融解が抑制され保護ガード材１よりも塑性変形し難くなるという効果も有すると考えられる。

本発明の請求項１乃至請求項５に記載された発明は、被保護体の衝撃を軽減し、かつ疲労劣化し難い保護ガード材を提供可能であり、トラックターミナルのプラットホームやトラックなどの運搬車両等をはじめ、広く移動体とその移動体の移動を抑制しながら停止させるための衝撃吸収材、保護材として利用可能である。

１…保護ガード材 ２…底部 ３…壁部 ３a…上端面 ４…頂部 ４a…頂部外面 ４ｂ…頂部内面 ５…筒状空間 ６…摺動部 ７…硬質樹脂部 ８…溝 ９…被保護体 １０…開口部 １１…ボルト挿入口 １２…ボルト １３…ナット １４…ワッシャー １５…保護ガード材 ２１…保護ガード材 ２２…底部 ２３…壁部 ２４…頂部 ２４a…頂部外面 ２４ｂ…頂部内面 ２５…筒状空間 ２７…硬質樹脂部

Claims (4)

1. 被保護体に取り付け、外部からの衝撃エネルギーを変形することで吸収する保護ガード材であって、
   前記被保護体に取り付けられる矩形の底部と、
   この底部の矩形長辺部から垂直に立設された２つの壁部と、
   ２つの前記壁部の上端面から、内面に段差なく前記壁部に比べて薄肉に跨設される頂部と、を有し、
   前記底部と前記壁部と前記頂部それぞれの内面で筒状空間を形成しつつ、前記底部の内面上に硬質樹脂部が形成されており、２つの前記壁部の上端面と前記頂部の外面は、その境界において鈍角を形成することを特徴とする保護ガード材。
2. 前記頂部の外面には、摩擦係数が低く、かつ耐摩耗性に優れた高摺動性エラストマーが摺動部として薄肉状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の保護ガード材。
3. ２つの前記壁部の上端面から、前記頂部の外面に沿って段差なく前記底部に向かって形成される溝を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の保護ガード材。
4. 前記底部、前記壁部、前記頂部がポリアミド系、ポリオレフィン系、ポリエステル系、ポリ塩化ビニル系、ポリスチレン系、ポリウレタン系のいずれか、またはこれらのうち２種以上のブレンドの熱可塑性エラストマーで形成され、
   前記硬質樹脂部が前記熱可塑性エラストマーと共通の化学構造を持つことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の保護ガード材。

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