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反射材大学 ~反射材の豆知識~



■教養課程

1.反射材はなぜ光る(反射材の原理)
2.反射材の構造別タイプ
3.反射輝度の単位 cd/lux/㎡はなにを表していますか。
4.反射材とJIS規格
5.反射材の測定方法
6.反射材の色と反射輝度
7.用途と種類
8.歩行者に反射材がなぜ必要?
9.反射材と視認距離
10.効果のある反射材
11.歩行中の死者は、夜間が7割!
12.高齢者の危険度?




■研究課程 -反射材のまとめ-

1.反射の種類
2.再帰性反射の原理
3.反射材の種類と特徴
ここからの内容は筆者の考えや推測も含まれておりますので、学術的な間違いなどあればご指摘願います。また反射材に関するご質問も同時にmail@an-zen.co.jpにて受け付けております。
4.反射材の歴史
5.光にまつわる用語と単位
6.反射性能(反射輝度)
7.反射材と視認距離
8.反射材は結局どれくらい光るの?
9.遠くからの方が反射材がクッキリするのはなぜ?
10.究極の反射材は?
11.反射材の視認度を高めるには?
12.交通事故対策に反射材はどれだけ効果的か?




1.反射材はなぜ光る(反射材の原理)

反射材の表面に秘密があります。
ガラスビーズタイプの場合、細かなガラスビーズが表面に存在し入ってきた光がこのレンズの役目で光
源の方向に再帰反射します。
このため車からヘッドライトの光があたるとドライバーの目の位置に光が帰っていき強く輝いて見えます。


反射材の構造(ガラスビーズ)


プリズムタイプの場合も機能は同じですがレンズの構造がことなります。

反射材の原理プリズムタイプ      プリズムの構造図

ガラスビーズタイプとプリズムタイプの特長は、
ガラスビーズタイプは、斜めからの光に対して高い反射効果があります。(広角性)
プリズムタイプは正面からの光に対しては、ガラスビーズタイプより反射しますが、斜めからの光には
比較的反射効果が低い点があります。


2.反射材の構造別タイプ


露出レンズ型


反射材露出レンズ型

ガラスビースが表面に露出しているタイプ
発初期の反射シートのタイプ
反射効率はよいが、排気ガスなど汚れやすいため封入タイプに変わっていった。

輝度が高く柔軟で薄いなフィルムになるため現在は布用に使用される。

反射性能代表値 
500cd/lux/㎡

封入レンズ型

反射材封入レンズ型

ガラスビーズが樹脂の中に
埋め込まれているタイプ
一般道路標識に使用されるなど反射シートというとこのタイプであったが、カプセルレンズ型が開発され次第に移行していった。

反射輝度はカプセルレンズ型がよいが価格が安く使い勝手がよいので反射テープなど広く使用されている。

反射性能代表値 
JIS1級品 100cd/lux/㎡
JIS2級品   40cd/lux/㎡


カプセルレンズ型

反射材カプセルレンズ型



ガラスビーズは空気層に露出しており
トップフィルムの層がある。
露出型の反射性能と封入型の耐汚染性の長所を組み合わせて開発された製品。

道路標識など現在一般的に使用されている。

反射性能代表値 
250cd/lux/㎡

マイクロプリズム型

反射材マイクロプリズム型

反射材マイクロプリズム型

微細なプリズムがシート表面に形成されている。
反射性能が非常に高いのと外観の商品価値が高く標識以外の用途で普及が進んでいる。
軟質タイプと硬質タイプがある。

反射性能代表値
軟質タイプ  350cd/lux/㎡

硬質タイプ   800cd/lux/㎡

  
3.反射輝度のcd/lux/㎡またはCandela/lux/㎡とはなにを表したものですか。

反射性能は、反射材1平米の面積の反射材が1ルックスの照度の光を当てた時何キャンデラの光の強さ(輝度)で反射するかを表わした単位です。 なお、ANZENオンラインストア上ではcplと表記しています。
ちなみにJIS1級の規格の反射シートは、70 cd/lux/㎡(又はCandela/lux/㎡です。


4.反射材とJIS規格


反射材には主に4種類の構造の違ったものがありますが、この中で封入レンズ型反射シートについては、JISが定められております。
「保安用反射シート及び反射テープ」規格 JIS Z 9117 です。

(1)色 (2)反射性能  (3)光沢度 (4)耐候性 (5)はくり紙の剥離性 (6)接着性 (7)伸びおよび引っ張り強さ (8)収縮性 (9)可とう性 (10)耐溶剤性
の各品質について規格が定められております。

1級品と2級品の規格があります。

1級品は主に道路標識を対象にしており、反射輝度が70Candela/lux/㎡ 以上、耐候性が5年
2級品は主に道路工事現場の保安用品など短期使用のものを目的としており、それぞれ35Candela/lux/㎡ 以上、耐候性が1.25年(1級品の4分の1)

いずれも封入レンズ型のみの規格で、これより機能の高いカプセルレンズ型、マイクロプリズム型については規格値は現在決められておりません。
ただし品質を表す時はこのJISの測定方法に準拠して表示されております。



 5.反射材の輝度の測定方法

反射材の輝度測定方法 反射材の反射性能の試験は、上記のJISZ9117の7.3の方法で行います。
もともとは標識に使用される反射シートの性能を測定するためのもので車のヘ
ッドライトが標識に当たる状況を想定して規定されたものです。

左図のとおり暗室で投光器で反射光の強さを測定します。
反射材は、まず当たる光の角度によって輝度がかわってきます。
つぎに入射光の照射軸とと反射光の観測軸とのなす角度によってかわってきます。
この観測角は夜間の現場では、車のヘッドライトとドライバーの目の位置との角
度という重要な意味を持っております。そしてそれは車の車種と見る距離によっ
て変わってきます。
大型車は小型にくらべ角度は大きく、距離が近づくにつれてさらに大きくなってき
ます。

現場の状況に合わせて実験室では、入射光としては、5°30°40°で光を当
て、それぞれにたいして、0.2°0.33°2°の観測角で測定します。

反射輝度の値の単位は1ルックスの照度の光を当てたとき1平方米当たりの反射
材は、何cd/lux/㎡の反射性能を持つかで表すのが通例です。


JIS1級の反射性能 左は上記のようにして測定したときのJIS1級品の規格値です。

標準的な反射性能(代表値)

反射性能を表示するのに左のような条件ですべて表すのはわずらわしいので、通常
は白色のシートを基準に観測条件は入射角5°観測角0.2°を標準的な条件として
このときの数値を代表値として反射性能を表します。


この基準の性能がよければ通常他の条件の性能もこれに準じますので比較するの
に便利です。

なお入射角5°は正面から見た場合の条件ですが、実際に光を当てると表面のハレ
ーションを避けるため若干角度を逃がして測定する目的のためです。


 6.反射材の色と反射輝度

反射材の色と反射輝度
反射輝度は、グレードが同一でも色によって異なります。
一番高い反射輝度をもつものは、どのグレードでも白です。
青は白の6%の輝度に過ぎません。

下のグラフは輝度の値を色別に示したものです。
使用に際しては参考にする必要があります。

ただし反射輝度だけでなく、色の持つ意味があって黄色、赤のど警戒色あるいは
危険色と呼ばれるものは人も目を引く特長があります。


反射材シートの色別反射性能


7.用途と反射材の種類


1.硬いものに貼り付けるシートと柔軟性のあるものに貼り付けるシート

構造別に反射材を分けることができますが、それぞれについて用途別にさまざまのシートがあります。
大きく分けると道路標識を始めとする金属や硬質のプラスチックを対象とした硬い基材に貼り付けるシート
です。
これに対してやわらかな布に縫い付けたり軟質のプラスチックに貼り付けたりする場合などは軟質の素材
の反射材を利用いたします。
ゴム製品やビニールなど柔軟で伸縮性のある素材に、硬質の反射シートを貼り付けた場合当初は一見
問題ないようにみえますが、時間とともにシートが割れたりしわが発生したりすることがあります。

このようなことを防ぐため、用途にあった反射材の選択が必要になります。
2.裏に接着剤のついているシートと裏が布などで加工されているシート

(1)裏が接着剤
貼り付けて加工します。貼り付け方法は、手やローラーで貼り付ける加圧接着とアイロンなどで熱を加えて
貼る熱接着の方式があります。
また道路標識等は、真空加熱圧着機と称する大掛かりな装置をもちいる場合もあります。

(2)裏が布などのシート
メーカーによって、反射布とか反射クロスと呼ばれており、裏打ちする材料の材質も用途に合わせて種類が
あります。
ガラスビーズ型の場合、露出・封入を問わず主に縫製加工をほどこして利用いたしますが、軟質マイクロプ
リズム型の場合は、裏が塩ビ樹脂で主にウエルダー(高周波溶着)加工で仕上げます。



.歩行者に反射材はなぜ必要?
  (歩行者の視認性と車の停止距離)

反射材による歩行者の視認性と車の停止距離 夜間、車のヘッドライトを下向きにした状態で歩行者の
見える距離は、着ている服の色によって、25mから40
mとされております。

一方車が歩行者を発見してとまれるまでの距離(制動
距離)は、たとえば時速60kmで44mです。
(これが雨の日は、1.5倍必要ですから66mと成ります。

したがってこの距離では、気がついてブレーキを踏んでも
間に合わない結果になってしまいます。
歩行者A 黒っぽい服     26mの距離から見える
歩行者B グレーの服     31mの距離からみえる
歩行者C 明るい色の服    38mの距離から見える

歩行者D 反射材を身につけている




 9.歩行者用反射材と視認距離


正常な視力の実験者を選んで視認性のテストをして次のことが確かめられております。
例えば90mcd/lux の輝度を持つ製品を選んでテストすると、約50M先からみることができます。
距離を2倍にして100Mにすると4倍の360mcd/luxの反射輝度の製品であれば視認することができます。
(1000 mcd=1 Candela)

このように視認距離と反射材の輝度には一定の関係があり、輝度は視認距離の2乗に比例いたします。

製品の輝度と視認距離の関係表


ここでmcd/luxについて説明します。
反射シートの輝度の単位は cd/lux/㎡(Candela/luz/㎡)ですが、歩行者用反射材は製品自体が反射輝度
いくらかが対象とないります。
反射シートは平米当りが対象ですが、製品1個あたりのCandela/luxが基準となります。
数値が小さくなりますので、1000倍してmcdの単位に落とします。

品の反射輝度(mcd/lux)=製品の面積(㎡)×反射材料の反射輝度(cd/lux/㎡)×1000

つまりここでいえることは、反射輝度のあるシートを使っても面積が小さければ製品の輝度は落ちます。
逆にローグレードの反射シートでも使用面積が大きければ輝度においてまさる。つまり遠くから見えると
いうことになります。

最終的にはどの距離から視認できるかが反射材としての大事な評価の対象となります。


左のロゴは、この商品は200mcd/luxの輝度があり75mの視認距離があります
との表示です。
反射材の性能をこのように表示してわかりやすくするケースもありますがまだ十分
ではありません。


 10.効果のある反射材

光のよく当たるところ

車から見たとき目立つところはどこでしょうか。
まずヘッドライトは通常下向きで走りますので光が一番よくあたるところは足元です。
また靴などは動きがあるためとくに目だって見えます。
このような点から同じ距離でも光のよくあたる場所かつ動きのある取り付け方法など
工夫が必要です。

小さい反射材をつける場合以上のことは、とくに大事なことになってきます。

歩行者用かかと反射材(夜間)



全方位からみえる場所

アクセサリー的に利用するキーホルダーなどは別ですが、しっかりと夜間の安全を目的と
するとき後方ばかりではなく側面前方などからの視認性を考える必要があります。

全方位反射材の例


タスキのように身体全体につける方法
足の場合なら足首に巻きつけるようなもの

足首反射材(夜間) 反射タスキ(夜間)
足の周りにつける 身体全体につける




11.歩行者の死者は、夜間7割!

平成16年中で歩行中の死者は2250人
この内夜間の死者は、1547人です。
歩行中の死亡者数昼、夜比較

このことは夜間の外を歩くことが非常に危険ということがいえ
ます。
その原因は暗くて見にくいことですので、反射材の活用が強
調される所以です。


12.高齢者の歩行中の死亡事故(夜間)

高齢者の夜間歩行中の死亡数と人口構成比
日本の人口の構成では65歳以上は全体の19.5%ですが、夜間歩行中の死亡事故では62%
を占める結果となっております。いかに高齢者が事故に遭う確率が高いかを物語っております。

夜間外出時は、反射材を身につけ、それもより視認性の高い全方位タイプの反射材製品を身
につけることをお奨めいたします。





■研究過程 -反射材のまとめ-

夜間において白っぽい服装をしていても、下向きの車のライトでは約38m先からしかドライバーは気づけません。車の停止距離は法定速度の60㎞/hでは約44m必要ですが、これは舗装された乾燥状態のアスファルトであり、車のタイヤの状態やブレーキの状態も正常で、さらにドライバーも注意して運転している場合であり、そうでない場合は2倍の約88mの停止距離が必要になる場合もあります。また法定速度が60㎞であっても80㎞近くの速度を出している車も否定できません。従いまして、余裕をもって100mの視認距離は夜間必要となり、この場合反射材の力が必要不可欠となってまいります。反射材の使用による視認距離は次の式から算出され、右上のグラフのような曲線を描きます。  
視認距離[m] = 50m×(製品の反射光度[mcd/lx]÷90[mcd/lx])の平方根
※反射光度[mcd/lx]は反射輝度[cd/lx/㎡]に反射材の面積(㎡)を掛けたものです。なおmcdですが、反射輝度は㎡当たりの値なのに対して実際に使用される反射タグやテープなどの反射材はそれよりもずっと小さいため、面積で掛けた場合少数点以下の小さい値となってしまうので1000倍したミリキャンデラで表されます。
この式は、反射光度が90[mcd/lx]の時50m先から確認にできた経験値をもとに、光の逆二乗則から、視認距離(車と反射材との距離)の倍数の2乗に反比例して反射材に当たる車のライト(照度)が弱まることを想定して平方根した推測式であります。また反射材による反射光は反射性能の所で論じたように、光の逆二乗則にそぐわず光が弱くならないことを前提としております。実際、実験値もこのグラフにおおよそマッチしており、参考値としては使用できる視認距離の算出式と言えそうです。なお、理論上は反射光度さへ上げれば視認距離はどこまでも伸びますが、実験的には300mくらいが上限のようです。
8.反射材は結局どれくらい光るの?
上記のように計算式やグラフで視認性を説明してきましたが、反射材が実際どれくらい光るものかをイメージするのは難しいと思います。それではこういうお話はいかかでしょうか?反射素材でないものは無反射素材と言われたりもしますが、反射しないということでなく、拡散状に反射するということです。無反射素材の中でドライバーの身近であり暗闇でもよく見えるものに、白い壁や歩行者の着ているTシャツ、又は白っぽい衣服などがあります。それらの反射率(光が吸収されないで戻る割合)は約0.7(70%)です。完全拡散面の反射において当てはまる公式に反射輝度[cd/㎡]=反射率×照度[lx]/πというものがあります。反射材の反射性能を表す反射輝度は、1ルクスの光を当てた時の輝度なので、その公式の照度に1と反射率の0.7をを代入すると0.7×1/3.14 ≒ 0.2[cd/lx/㎡]となります。思い出して頂きたいのが、反射材の反射輝度[cd/lx/㎡]は上質な封入レンズタイプで100、超高輝度で1000、リフレクタでは2000以上となり、同じ面積であればそれぞれ、白い壁やTシャツの5百倍、5千倍、1万倍以上明るいということになります。このように考えますと、反射材がどれだけよく光るかイメージが湧いてくるのではないでしょうか?
9.遠くからの方が反射材がクッキリするのはなぜ?
シート(軟質) 硬質
反射材タイプ 露出レンズ 封入レンズ カプセルレンズ マイクロプリズム マイクロプリズム
反射原理 ビーズ ビーズ ビーズ マイクロプリズム プリズム
反射輝度(※1) 約500cpl エンジニア・コマーシャル:70~100cpl程度 プロモーショナル:35cpl以上 250cpl以上 軟質ビニール:200~800cpl程度
硬質シート:400~1000cpl程度
多くは2000cpl以上
特徴 ・汚れやすい。
・水に濡れると輝度が極端に落ちる。
・反射輝度が高い。
・薄いフィルム状になるため、反射布にされ衣料品などに加工される。
・印刷は基本的に反射性能が極端におちるためされない。
・洗濯可能
・汚れやすい。
・水に濡れると輝度が極端に落ちる。
・反射輝度が高い。
・薄いフィルム状になるため、反射布にされ衣料品などに加工される。
・印刷は基本的に反射性能が極端におちるためされない。
・洗濯可能
・汚れやすい。
・水に濡れると輝度が極端に落ちる。
・反射輝度が高い。
・薄いフィルム状になるため、反射布にされ衣料品などに加工される。
・印刷は基本的に反射性能が極端におちるためされない。
・洗濯可能
プリズムタイプで、よく工事用ベストに縫いつけられているようなビニール状の軟質タイプと、シート状ではあるがかなりこしのある硬質タイプに分けられる。超高輝度反射材といわれることもある。ビーズタイプはビーズ間に隙間があるのに対し、プリズムタイプは、隙間なく微細なプリズムが規則的に並べられているので、光を漏らさず反射でき、抜群の反射性能が実現できる。ただプリズムという構造柄、ある角度になると当たった光がそれてしまうため広角性には弱い。但し現在は交互に角度を付けたり、プリズムの形を工夫して広角性も強くしているものもある。また、ビーズタイプのように金属膜による反射面(反射鏡)は必要ない。 シートのプリズムタイプと同様、広角性には弱いが(ほとんど半分ずつ角度を変えて対応している)、反射性能は反射材の中で一番強い。大きなものには加工しにくいのとコスト面から、標識・看板などには利用されていない。
用途 衣料品・皮革製品への加工(洗濯可能) 標識・看板・ステッカー、支柱・壁・ガードレールなどへの貼付等 標識・看板・ステッカー、支柱・壁・ガードレール・デリニエーターなどへの貼付等 軟質:衣料品・皮革製品(四方ウェルダー加工しないと水が入ったり、材料がビニールなのでドライ洗濯はできないなど洗濯性能は弱い)・アクセサリー等
硬質:標識・看板・支柱・壁・ガードレールなどへ貼付、車両マーキング等
硬質:道路鋲・デリニエーター・自転車用リフレクタ・三角表示板等
耐候性 2~4年
(洗濯回数などに
より大きく異なる)
エンジニア:5年以上
コマーシャル:3年以上
プロモーショナル:1年以上
エンジニア:5年以上
コマーシャル:3年以上
プロモーショナル:1年以上
軟質:2~4年
硬質:10年以上
10年以上
価格帯(㎡目安) 5,000円~8,000円 5,000円~8,000円 6,000円~9,000円 軟質:5千円~8千円 硬質:6千円~1万5千円 軟質:5千円~8千円 硬質:6千円~1万5千円
(※1)反射輝度については、次ページで詳しく説明しております。cpl=cd/lx/㎡
(※2)反射シートの日本規格はJIS Z 9117で規定されており、色、反射性能、光沢度、耐候性、可とう性、耐溶剤性の基準が設けられています。しかしならがこれまで対象は封入レンズのみで、ようやく最近の2011年版からカプセルレンズの規格も加えらました。封入レンズは1級と2級に分けられ、1級の反射輝度と耐候性の基準はそれぞれ、70cpl以上、5年以上で、2級品は35cpl以上、1.25年以上となっております。
(※3)反射膜はアルミなどの金属を蒸着した膜で、ビーズにより屈折して焦点が合ったところで光が鏡面反射するためのものです。ビーズタイプの反射材の無着色の白の表面や、表面は着色してあっても裏側が銀色の金属色になっているのはこのためです。
※加工方法は圧着(糊)が大半ですが、アイロンなどによる熱圧着タイプ、裏が布になっている反射布(縫製タイプ)などもあります。
※反射材の他の種類として、反射輝度が20cpl程度の反射インクがあります。(インクにビーズを混ぜたもの)
※日本で販売している主なメーカーに、住友スリーエム(反射シートのパイオニア。ビーズタイプからマイクロプリズムタイプまで幅広い種類。標識に多く使われている)、リフレクサイト(現オラフォル。マイクロプリズムタイプのパイオニア)、紀和化学工業、ユニチカスパークライト、日本カーバイド、キャットアイ(リフレクタ)などがあります。(順不同)
反射材の色によるおよその反射輝度違いは左図のような比率で表されます。白が一番強くて、青が一番弱い。また蛍光黄は黄色と同等で、黒色は赤と同程度であります。しかしながら色による人の目の感じ方や周りの環境との関係性により、それぞれの場面・場所で適切な色が選択され使用されております。ちなみに弊社では、黄、白、赤、黒、蛍光黄、青、緑の順で人気があります。またJIS規格では、観測角、入射角、色の違いによる輝度の違いを考慮してJIS1級、2級及びカプセルレンズ高輝度の基準を決めています(例えば白は70以上、赤は15°以上。観測角0.2°の時は70以上で観測角0.33の時は50以上など)。なお反射輝度を比較する際に便利なので、一番一般的な条件である観測角0.2°/入射角5°で白の反射材の反射輝度を代表値と呼んで性能を表すのに利用しています。
6.反射性能(反射輝度)
上記の図では反射輝度の単位は[cd/㎡]となっておりますが、反射材の反射性能を表すのに使用される反射輝度はルクスを加えた[cd/lux/㎡]の単位で表現されます。「キャンドル・ルクス・平米」や「キャンドル・パワー」又は「cpl」とも言われたりもします。ただでさえ上の説明のように光の単位はとらえにくいのですが、この反射輝度の考え方自体も分かりづらく余計混乱を招く場合が多いようです。下記でも説明していますがその理由は2つあり、1つは[cd/lux/㎡]のように通常はkg/㎡やm/hのようにスラッシュ(毎)は1つしか入っていないのに対し2つ入っている点と、反射光には指向性があり通常の拡散光と違い光の逆二乗則は適用できないはずですが、その法則が反射輝度の算出式に使用されている点にあると思います。詳しくは下記の図を使い説明致します。
光の強さや明るさを理解するのは一見簡単そうに思えますが、しっかり理解しようとすると非常に複雑で分かりにくくなっております。その理由は、1次元的な点光源と2次元的な面光源、さらには放射状に光が発散するという3次元的な概念が混在しているところにあると思います。実際点光源では、ルーメンとキャンデラはもともとセンチとインチのように1ルーメンは4πキャンデラと変換ができる単位でほぼ同じ意味を持っておりますが、これを面光源で使用する場合、概念が変わりこのような変換ができなくなってきます。しかも入射光の照度ではルーメン(ルクス)を用い、反射・発光の輝度においてはキャンデラを用いなくてはならなくなってきます。もしどちらもルーメン/ルクスで表現できれば、もっと分かりやすいのでしょうが、輝度は方向により変わる、ある方向における光の強さなので、光の出先の部分(光源又は反射面)ではルーメンで表現しようとすると、すべての方向の光が対象になってしまいそれができないのだと思われます。
反射輝度 cd/㎡ = 単位面積当たり、ある方向に反射する光度
輝度の所で記述したように、
面光源での光度(cd)は光の強さでなく、ある方向での光の量ととらえると、反射輝度は反射光の強さ(見かけの)となり理解しやすい。
光度 cd キャンデラ = 単位立体角当たりの光束(lm/sr)
※1sr(ステラジアン)=全球の4π分の1の立体角
点光源ではルーメンが光の量に対して、光の強さと表現される。面光源での光度(cd)は光の強さでなく、ある方向の光の量ととらえると理解しやすい。
光束 lm ルーメン
=光の量
照度 lx ルクス = 単位面積当たりに入射する光束(lm/㎡)
比較的理解しやすく、光束密度とも言われる。
照射される光の強さである。
輝度 cd/㎡ = ある方向の単位面積当たりの光度
面光源で
の光度(cd)は光の強さでなく、ある方向の光の量ととらえると、輝度は発光の強さ(見かけの)となり理解しやすい。なおここでの面積は球面の表面積ではなく、見かけの投影面積(球では円となる)である。例えばローソクは約1キャンデラ(キャンデラとはローソクのキャンドルが語源である)であるが、みかけの平面面積(投影面積)は1cm角ぐらいなので、面積は1㎠であり、1万分の1㎡である。つまり、輝度は1万cd/㎡となり、実際の測定値とおよそ一致する。
10.究極の反射材は?
光りすぎても眩しすぎて良くないということもありますが、その議論はひとまず脇に置きます。究極の反射材とは、どの入射角においても同様に、鏡のように反射率のロスがなく再帰的に反射し、極限の反射輝度を持っている素材だと思われます。では理論的にはどれくらいが極限の反射輝度なのでしょうか?現在反射材で一番光るのが硬質プリズム型であるリフレクタで、2000[cd/lx/㎡]以上の反射輝度を持っております。反射性能の所で反射輝度 B[cd/lux/㎡]=(照度 Er[lx] ・ 距離 d2[㎡]) / (照度 Es[lx] ・ 面積 A[㎡])という公式を説明しましたが、この式は相対的な反射輝度で絶対的な値ではないことも話しました。従いまして、これと同条件での究極的な反射輝度と捉えて頂きたいのですが、それは、JIS規格の測定法の条件の15mという距離と試片反射材面積0.03375㎡を代入し、光が吸収も広がりもせず戻ってくると仮定した場合、照度 Er[lx]=照度 Es[lx]となり、結果、反射輝度約6667[cd/lx/㎡]という値が算出されます。これはあまりに究極的な数値ですから、現在の2000[cd/lx/㎡]以上というリフレクタは、広角性は除いて反射輝度の面としては十分理想的なところまできているのではないでしょうか。
11.反射材の視認度を高めるには?
車からの反射材の視認度を高める方法はいくつかあります。
①反射輝度の高い反射材を身につける。
②面積的に大きい反射材を身につけて反射光度を上げる。
③車のライトは通常下向きなので、光の当たりやすい下半身でかつ動きのあるひざ下が望ましい。(ヘルメットに付けるよりも、靴に付ける方が3倍も気づきやすというデータもあります)
④反射材は広角性に弱いのと、車のライトは常に任意の方向から当たるので、体の全方位へ反射材をつけるのが望ましい。
⑤反射材にも耐候性があり、時間とともに反射輝度も落ちてしまいます。よって古くなってきたら新しいものに取り換えることも大事です。
これらを総合すると、足首用の反射バンド、ぐるっと反射材が付いている靴、もしくは上半身だが大きい反射材が胴周りに付いているようなジャケット、のような物が特に効果的といえます
12.交通事故対策に反射材はどれだけ効果的か?
反射材と交通事故の関係を大規模かつ体系的に調査・分析したデータはあまりありませんが、その中でも顕著に効果が現れたものをご紹介します。現在のように自転車のペダルや後部にリフレクタが義務付けられていない頃のかなり古い調査データですが、宮崎県のある警察署管内の昭和42年1月から6月にかけての自転車事故数は63件でそのうち夜間が30件でした。その後道路交通法施工細則を変更し大規模な啓発活動を行い自転車への反射テープの普及率が84%まで上りました。その後再度昭和45年1月から6月にかけて調査した結果、自転車事故数は交通事情などにより114件の1.8倍ほどになったのに対して、夜間の事故数は11件でありました。本来は全体が1.8倍なので、夜間も1.8倍の54件程になるはずですが11件だったということで、反射材効果により夜間の自転車事故は、約1/5に急激に減少したと言うことができます。
【参考文献】
「諸外国における反射材」 財団法人 全日本交通安全協会 1983年
「JIS 保安用反射シート及びテープ JIS Z 9117-1984」 日本規格協会 / 「JIS 再帰性反射材 JIS Z 9117:2011」 日本規格協会
「もっともっと反射材について、知って下さい-反射材の種類と性能基準の指定方法」 全国反射材普及促進協議会
「夜間(屋外)における視認実験報告書」 全国反射材普及促進協議会 2007年
1.反射の種類
光の反射には、入射した光が不規則な方向へ拡散する拡散反射(乱反射)、入射した光が入射角と同じ角度で反対側に向かう鏡面反射、そして反射材の原理である入射した光が入射した方向(光源)に帰る再帰性反射とがあります。
近距離では反射材も壁のような無反射素材も明るさにおいて大差がないように見えるのに対して、遠距離になればなるほど、反射材だけが浮き出るようにクッキリしてくる経験をされたことはないでしょうか?これはどのように説明できるのでしょうか。道路脇の駐車禁止の丸い標識などにおいては、遠ければ遠いほど入射角も観測角も狭まるので、反射輝度が高くなる影響も強いと思いますが、図のような比較的真正面の状態においてもこの現象は起こります。図はトラックの荷台の周りを黄色い反射材でなぞるように貼っている例ですが、左側の近くのトラックでは、白い荷台部分と黄色い反射材との区別があまりつきません。しかし距離が離れている右側のトラックでは、白い荷台部分は暗くなっているのに対して、黄色い反射材の光り具合はあまり弱まっておらず、相対的に反射材だけがクッキリ浮き出ているようになります。これもまた反射性能と視認性のところで説明しました「反射材による反射光は指向性があり拡散しない」という性質にによるものと考えられます。通常無反射素材の反射輝度[cd/㎡]は当たる照度が一定ならば見る距離が離れても、届く光の強さ(照度)は減りますが、その分発光面の見かけの面積も同じように減るので変わりません。しかしながら反射材の反射輝度[cd/㎡]は、距離が離れると届く光の強さ(照度)はあまり変わらないのに対して、発光面の見かけの面積は減るので、高くなると思われます。図のような場合車のライトはもちろん車についているので、距離が離れると反射面にあたる照度も減り、無反射素材部分の反射輝度は弱まり暗くなります。一方反射材部分は、当たる照度は減りますが反射輝度は同じくらいを保つと考えられます。つまりこの現象は、相対的に無反射素材部分と反射材部分の反射輝度の差が広がることにより、起こるものと考えられます。
2.再帰性反射の原理
再帰性反射には2種類あり、真球体のレンズによる屈折と反射を利用したビーズ方式と、3面体のプリズムを構成する3つの面における鏡面反射を利用してたプリズム方式です。
7.反射材と視認距離
光の逆二乗則とは四方八方に拡散する光において、距離の倍数の2乗に反比例して照度が弱まることで、例えば、距離が2倍に離れると照度が1/4倍に弱まる法則のことであります。これはライトの当たる面積が、距離が2倍になれば縦横も2倍になり、面積としては4倍になるので、光が1/4に薄まると考えれば理解しやすくなります。但しこれには例外があり、距離が離れても光が広がらず、当たる面積もあまり変わらないような、サーチライトやレーザー光のような指向性(集光性)をもった光はこの限りではありません。この逆二乗則があてはまる拡散性の光の輝度は、距離によらず一定ですが(向かってくる光の量は距離により減るが、同時に見かけの面積も減るのでキャンセルしあい、発光面の見かけ強さは同じままになるため)、一方指向性(集光性)のある光は、向かってくる光の量はあまり減らないのに対し、見かけの面積は減るので、輝度はぐんぐん上がっていくものと推測されます。反射材による反射光も再帰性反射の原理から、この指向性の光に相当するはずであり、左記のように逆二乗則は計算式に代入できないはずであるが、距離15m以上と定められているところを、実際は15mでどこのメーカーも測定しているため、絶対値としては疑問が残りますが、相対値として性能を比較するという点においては問題がないものと考えられます。また、[cd/lx/㎡]の単位を捉えるときに、lxの部分を1ルクスの光を反射材に当てた時の反射輝度[cd/㎡]はどれくらいかと、ルクスを前提として考えると理解しやすくなります。
4.反射材の歴史
反射材は大きく分けて硬質のリフレクタと軟質の反射シートとがあります。原理的には再帰性反射(光源の方向に反射されること)を利用したものです。
車のライトや写真機のフラッシュライトにネコなどの夜光性の動物の目が光る理由は、人間の目と違い網膜の裏側にタペタムと呼ばれる鏡のような組織があり、これに光を反射させ網膜に光を2度通し、少ない光で良く見えるようにしているからです。1930年代初めにこの原理(透明の球体+反射鏡)を利用し、ビー玉のようなものを埋め込んだ「キャッツ・アイ」と呼ばれた硬質のリフレクタが反射材の始まりで、道路周りや標識に使用されました(その後リフレクタはプリズムを利用したものが主流になっております)。1930年代終わり頃に、米国3M社が極めて細かい無数のビーズをシート上に貼り付けた露出レンズタイプの反射シートを開発しました。その後1940年代から、その露出したビーズにプラスチックをコーティングして平らにし、耐候性を上げた封入レンズタイプが広まり始めました。さらにその後、露出レンズタイプの反射率の高さはビーズと空気が直接接していることに所以しますが、その利点を損なわないようにプラスチック膜とビーズとの間に空気層を取り入れたカプセルレンズタイプへと進化していきました。そして1960年代に、ビーズではなくリフレクタで利用されていた極めて反射率の高いプリズム方式を取り入れたマイクロプリズムタイプのシートが開発され、現在反射材の主流になりつつあります。なお日本で反射材が生産され始めたのは戦後になってからです。
反射材は車の前照灯の光を反射して、駐車している車や歩行者、ガードレール・分離帯などの存在を遠距離からドライバーに知らせることができ、追突事故を未然に防ぐのに利用されたり、遠くからも文字やマークが判別できるように標識や看板などにも利用されています。電灯がついていれば一番よいのですが、コスト的な問題と環境的な問題でむやみに増やすことはできません。そこで車のライトを利用して自分では電気を必要としない反射材は、極めて省資源で手軽な保安装置といえます。なお近年は機械のレーザーセンサー部分や、ヒートアイランド対策として太陽光を反射させるのにも利用されております。
乗用車とトラックにおいて視認性が重要になってくる30~150mの距離における観測角はおよそ0°~2°内に収まり、JIS規格では観測角0.2、0.33、2°を基準としております。なお矢印の長さにて封入レンズタイプの反射輝度の強さを表してみましたが、この角度の範囲にて急激に反射輝度は変わります。逆に言うと、光の指向性(集光性)が非常に強く、一般面による拡散反射光とは違い、光のロスがほとんどなく光源まで戻るということであります。またJIS規格において入射角は、5、30、40°が基準とされおりますが、同様に矢印の長さにて反射材の反射輝度の強さを表してみましたが、急激に変化していることが分かります。反射材は角度に弱い又は広角性が低いと言われるのはこのことであり、観測角における狭い角度の指向性(集光性)は利点であるのに対して、この低広角性は反射材の欠点であり今後の改善が期待されるところであります。
3.反射材の種類と特徴
5.光にまつわる用語と単位
























































































































































































































































































































































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