(57)【要約】【課題】一定の規格を満たす耐衝撃性能を有する先芯において、外形形状や重量等を大きく変更することなく、前記よりも性能の高い規格を満たす耐衝撃性能を有した安全靴等の樹脂製先芯を提供すること。【解決手段】作業靴の靴先に内蔵する足先保護用の先芯１であって、合成樹脂素材により、先端壁３、左側壁４、右側壁５及び上面壁６をなだらかな曲面で連続する殻体によって足先を覆うように一体形成した先芯本体２を有し、前記上面壁６の表裏を凹凸の無い平滑面状に形成し、当該上面壁６の表面に接着層を介してナイロン樹脂繊維によって形成した織布を設けたことを特徴とする。また先芯本体２を、ガラス繊維によって強化したナイロン樹脂によって形成したことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業靴の靴先に内蔵する足先保護用の先芯であって、
合成樹脂素材により、先端壁、左側壁、右側壁及び上面壁をなだらかな曲面で連続する殻体によって足先を覆うように一体形成した先芯本体を有し、
前記上面壁の表裏を凹凸の無い平滑面状に形成し、当該上面壁の上面に接着層を介してナイロン樹脂繊維によって形成した織布を設けたことを特徴とする先芯。
【請求項２】
前記上面壁の上面に加え、当該上面壁の裏面にも接着層を介してナイロン樹脂繊維によって形成した織布を設けたことを特徴とする請求項１記載の先芯。
【請求項３】
前記先芯本体を、ガラス繊維によって強化したナイロン樹脂によって形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の先芯。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、安全靴等の作業靴に用いる先芯に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、基層体に補強層を設ける薄層式補強構造が開示されている。当該薄層式補強構造は、繊維補強熱固体性樹脂により製造した安全靴ヘッド等の基層体を有し、この基層体に補強層を設けたものである。補強層は、熱塑性樹脂繊維織布を熱固体性樹脂に浸し製造されるものであり、単層あるいは基層体の内部における積層構造の形で複数層設けられるものである。
基層体は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱固体性樹脂にグラスファイバー等の繊維を加えたものにより製造され、熱塑性樹脂繊維織布はナイロン、ＰＥＴファイバー等の溶解点が１６０〜２６０度の繊維で９００〜４８００デニールの織布が最良であると説明されている。
【０００３】
上記薄層式補強構造は、基層体の表面に補強層を設けることで安全靴ヘッド等の強度を高めることを意図したものであるが、この補強層は、繊維補強熱固体性樹脂により製造する基層体を利用し、熱塑性樹脂繊維織布を熱固体性樹脂に浸し生産されるものである。すなわち、基層体を構成する際にエポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱固体性樹脂（熱硬化性樹脂）に浸し、基層体を構成する熱固体性樹脂の硬化とともに補強層を一体的に設けるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実用新案登録第３０９４７９７号公報
【特許文献２】特許第５１５４６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の薄層式補強構造は、基層体を構成する樹脂と一体的に補強層を設けるものであるから、成型型の内部に補強層を配置した後に基層体を構成する樹脂を注入するといった製造工程を必要とする。
また、上記の薄層式補強構造は、基層体を構成する熱固体性樹脂が補強層を構成する織布の布目に入り込むような状態で硬化するので、硬化した熱固体性樹脂の表面には細かい凹凸が形成された状態になる。すなわち、基層体の表面（補強層との境界）には編目模様のような細かい凹凸が形成されることになる。しかしながら、衝撃を受けた際に生じる亀裂の発生を抑制しようとする場合、基層体の表面部に凹凸を形成しないことが好ましい。
【０００６】
また、安全靴用の先芯の評価方法として、ストライカーを自由落下させて衝突させる耐衝撃試験がある。この耐衝撃試験には、日本のＪＩＳ規格で定められているＨ種（１００Ｊ）、Ｓ種（７０Ｊ）、Ｌ種（３０Ｊ）の他、カナダのＣＳＡ規格Ｉ種（１２０Ｊ）等がある。Ｊはジュールであり、ストライカーの落下エネルギー（衝突エネルギー）を表す単位である。出願人は上記特許文献２記載の鋼製先芯を実施しているが、これに近似した小指側に側縁を延出させた形状のガラス繊維を含む樹脂によって形成した樹脂製先芯も実施している。この樹脂製先芯はＪＩＳ規格の上記Ｓ種（７０Ｊ）を満たすように形成されているが、さらにＣＳＡ規格（１２０Ｊ）を満たす必要が生じた。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑み発明されたものであって、上記ＪＩＳ規格の上記Ｓ種を満たす先芯の外形形状や重量等を大きく変更することなく、ＣＳＡ規格１２０Ｊを満たす耐衝撃性能を有する安全靴用の樹脂製先芯を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
作業靴の靴先に内蔵する足先保護用の先芯であって、
合成樹脂素材により、先端壁、左側壁、右側壁及び上面壁をなだらかな曲面で連続する殻体によって足先を覆うように一体形成した先芯本体を有し、
前記上面壁の表裏を凹凸の無い平滑面状に形成し、当該上面壁の上面に接着層を介してナイロン樹脂繊維によって形成した織布を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、安全靴等の足先を保護する靴に内蔵する先芯に関するものであって、耐衝撃強度を向上させた樹脂製先芯の構造および製法を提供するものとなっている。
すなわち、本発明は単体でＪＩＳ規格のＳ種（７０Ｊ）のような、一定程度の耐衝撃性を満たすように形成された先芯本体を有し、この先芯本体の上面壁に接着したナイロン樹脂繊維によって、大幅な耐衝撃性を向上させることができたものである。
この構造では、一定程度の耐衝撃性を満たすように形成された先芯本体を有するが、ナイロン樹脂繊維を貼り付けることによって、先芯本体がもともと有する機械的性質を低下させることは一切ない。そして、ナイロン樹脂繊維の貼り付けのみによって、一例として後述する試験結果に示すように、７０Ｊから１２０Ｊ以上という５０Ｊもの大幅な耐衝撃性能の向上を実現することができるという効果を有している。
【００１０】
また、先芯本体は所謂グラスファイバーによって補強した樹脂製であるが、表面に角や凹凸があると衝撃によってクラックが生じやすくなるので、表面は鋭角な角や凹凸の無い平滑面として形成されている。
また、発明は、ナイロン樹脂繊維の織布は接着剤を介して貼り付けるだけであるので、先芯本体の表面を傷つけることはなく、組成に影響を与えるような溶剤や接着剤は用いないので、織布の貼り付け自体が先芯本体固有の強度を低下させることは無いという効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施の形態に係る先芯の外観斜視図である。
【図２】本実施の形態に係る先芯の平面図である。
【図３】本実施の形態に係る先芯の底面図である。
【図４】サンプルＡの耐衝撃試験の結果を表す外観写真である。
【図５】サンプルＢの耐衝撃試験の結果を表す外観写真である。
【図６】サンプルＣの耐衝撃試験の結果を表す外観写真である。
【図７】サンプルＤの耐衝撃試験の結果を表す外観写真である。
【図８】試験方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、発明を実施するための形態を図を用いて説明する。
図１は、本実施の形態に係る安全靴等の作業靴用先芯（以下「先芯」という）１の外観斜視図を表している。また、図２は先芯１を上面側から見た平面図、図３は先芯１を裏面側から見た底面図を表している。なお、図１〜図３の各図は左足用の靴に内蔵する先芯を表しているが、右足用の靴に内蔵する先芯は同各図に表したものと左右対称の形状を成すものでありその作用効果は同一であるから、右足用については説明を省略する。
【００１３】
先芯１は、ガラス繊維（グラスファイバー）を含む合成樹脂を加熱を伴う加圧成型によって一体的な殻体として形成した先芯本体２を有している。この合成樹脂としては、耐衝撃性、成形のしやすさ等に優れるポリカーボネート、ＰＣアロイ（ポリカーボネートとＰＢＴ樹脂等の共重合樹脂）、ＡＢＳ、ＰＥＴ、好ましくは耐薬品性にも優れるポリプロピレン、ナイロン等を採用することができる。
先芯本体２は、靴の足先部分を構成する殻体として形成されたものであり、靴の甲皮の先端部分に内蔵することで、指を中心とした足先部分の保護を行う形状を有している。先芯本体２は、足先側の先端部を構成する先端壁３、先端壁３から後方に向かう左側壁４、右側壁５及び足先部分の上部を覆う上面壁６を有し、これらの各壁をなだらかな曲面で連続するように形成した椀状の部分を有する殻体として形成されている。先芯本体２を成型する金型の内面は鋭角な角を形成しないように凹凸無く形成されており、成型後の先芯本体２の外観上から見える表面部分は、傷や凹凸等の無い平滑面として形成されている。
【００１４】
また、前記先端壁３、左側壁４、右側壁５の下端には、下端縁を内側に向かって折り曲げた所定幅の縁部（スカート７）を設けている。スカート７は、荷重や衝撃を受けた先芯１の変形を防止する作用および、ゴムやウレタン等の弾力性のある素材で形成した靴底に対して先芯１が沈み込むのを防止することで足先を収容する空間の狭窄を防ぎ、足先を圧迫するのを防止する作用を有している。
【００１５】
また、先芯本体２は、小指の側面側を保護するために先芯本体２の小指側の側壁の後端を、上面壁の後端縁１１よりも後方に長く延長したような形状を有している。延長した側壁部分８の上には上面壁を設けず、歩行時や蹲踞姿勢時における足先の屈曲動作を妨げないようになっている。
【００１６】
上記の形状を有する先芯本体２の上面壁６の上面側の表面には、接着層を介してナイロン樹脂繊維によって形成した織布（第１の織布）９を貼り付けている。この第１の織布９は車載用のエアバッグに使用可能な性能を満たす高密度に織られたものが最適であり、一例としてナイロン６６、ナイロン６によって形成した繊維を織った織布を用いている。
この織布は、先芯本体２の上面壁の表面に対して接着剤を使用して貼り付けられている。接着剤には、ウレタン系接着剤を用いている。ウレタン系接着剤は、高い柔軟性があり耐衝撃はく離性に優れた性質を持っている。
また、先芯本体２の上面壁の裏面にも、接着層を介してナイロン樹脂繊維によって形成した織布（第２の織布）１０を貼り付けている。この第２の織布１０も車載用のエアバッグに使用可能な性能を満たす高密度に織られたものが最適であり、一例としてナイロン６６、ナイロン６によって形成した繊維を織った織布を用いている。第２の織布１０は、上面壁の裏面の形状に合わせて略半円形状に形成されており、直線状の部分を上面壁の後端縁１１に略一致させ、当該後端縁１１の略中央から前方部分に向かって扇型を成すように貼り付けられている。
【００１７】
上記第１の織布９および第２の織布１０は、先芯本体２に対して接着剤を使用して接着されるものである。この接着剤は、ナイロン製の第１の織布９および第２の織布１０を溶解したり損傷することのない成分のものを使用する。また、接着時に織布の組成を変質させるような加熱や加圧を行うことが無いので、織布が備える強度や機械的性質を損なうことなく先芯本体２の補強作用を発揮することができるようになっている。
【００１８】
第１の織布９は、上面壁６の上面の形状に合わせて略半円形状に形成されており、直線状の部分を上面壁の後端縁１１に略一致させ、当該後端縁１１の略中央から前方部分に向かって扇型を成すように貼り付けられている。
上面壁は後端縁１１の略中央を頂点として前方および側方にむかって緩やかに下降傾斜する斜面として形成された部位であり、緩やかな湾曲面を成す平滑面として形成されている。前述した先端壁３、左側壁４、右側壁５は、上面壁６の外周囲において角状の部分を形成することのない曲率で下方に曲げた湾曲部１２を介して垂下するように接続されている。
【００１９】
第１の織布９は、上面壁６の上面に接着させるものであるが、前述した先端壁３、左側壁４、右側壁５を接続する湾曲部の表面を覆わないように設けている。
靴底に取り付ける靴の外観を構成する外皮をアッパー体という。アッパー体は、皮革等のシートを縫製して形成されるものであり、中底とともに靴型（木型）を用いて足の形に合わせて立体的な袋状に形成される。この際、アッパー体の下端を中底側に引っ張って固定するつり込みという工程を行い、先芯１を装着した靴型にアッパー体を密着させることで足入れ部としての形状を整えるようになっている。
【００２０】
上記のつり込みは、つま先部分を含む外皮（「甲皮」ともいう）の外周を靴底側に引っ張るものであるが、先芯１の表面に対して密着させる作用を有する。この際外皮に作用する張力によってつま先部分を構成する部位に皺が生じるのを防止し、靴先部の美観を保つとともに先芯１の保持を行うようになっている。
先芯１の表面に接する外皮は、引っ張りによって強く先芯１に押しつけられるが、これに伴う摩擦力によって引っ張りに対する抵抗力も発生する。この場合、先芯１の表面が平滑であれば外皮が滑りやすく引っ張りに対する抵抗は少ないが、表面に凹凸があったり粗面であると抵抗が増しつり込みが不十分になってしまう。特に、先端壁３、左側壁４、右側壁５と上面壁６を接続する湾曲部１２には強い押しつけ力が働くので、当該部位の表面が粗面であるとつり込みが不十分になってしまう。
このため、先端壁３、左側壁４、右側壁５と上面壁６を接続する湾曲部１２の表面が、第１の織布９の布目によって粗面にならないように、第１の織布が湾曲部１２を覆わないようになっている。すなわち、湾曲部１２を除く上面壁６の上面に対して第１の織布９を設けている。
【００２１】
次に、上記構成の先芯１の衝撃試験の結果を説明する。試験は前述したＣＳＡ規格（１２０Ｊ）を満たすか否かをテストするものであり、半径２５．４ｍｍ（１インチ）の球状面に形成した先端を有する直径２５．４ｍｍ（１インチ）の円柱型ストライカーＳＴを、１２ｋｇの錘を付けて１ｍの高さから落下させることで行うものである。
表１は、先芯本体に貼り付けた織布の種類および織布無しの場合における、耐衝撃試験の結果を表したものである。試験の対象となるサンプルＡ〜Ｄに用いた先芯本体は、何れも同一形状、同一素材からなるものであり、これに種類の異なる織布を貼り付けて各サンプルとしたものである。先芯本体は、ナイロン６に体積比率４０パーセントの割合でガラス繊維を加えた素材によって形成したものである。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
各サンプルの内容と試験結果を説明する。
サンプルＡは、先芯本体に対して、線径０．０２１ｍｍ（実測値）のナイロン樹脂繊維によって形成した織布を、先芯本体の上面壁の表裏（上面および裏面）に接着剤を用いて貼り付けたものである。当該織布の厚さは０．３ｍｍであった。
試験は、先芯本体（開口部内面の高さが４４ｍｍ）内に円柱状に形成した油粘土Ｎを収容し、その状態でストライカーを落下させて油粘土Ｎの変形量（内面の高さ４４ｍｍ−油粘土Ｎ残存高さ）と、先芯本体の損傷の有無を調べたものである（図８参照）。
サンプルＡの試験結果は、油粘土Ｎの変形量から算出した先芯本体の下方への変形量が１８．８ｍｍであり、全高４４ｍｍに対する変形の割合は約４２．７パーセントであった。そして、サンプルＡの耐衝撃試験においては、図４に示す写真の通り先芯本体に損傷は生じなかった。図４（ａ）はサンプルＡの平面（上面）側の外観、図４（ｂ）はサンプルＡの底面側の外観を表している。
【００２４】
サンプルＢは、先芯本体に対して、線径０．０４３ｍｍ（実測値）のナイロン樹脂繊維によって形成した織布を、先芯本体の上面壁の表裏に接着剤を用いて貼り付けたものである。当該織布の厚さは０．３ｍｍであった。サンプルＢは、サンプルＡと同様にナイロン樹脂繊維による織布を貼り付けたものであるが、織布に用いるナイロン樹脂繊維の線径が太いものを使用している。
サンプルＢの試験結果は、油粘土Ｎの変形量から算出した先芯本体の下方への変形量が１９．０ｍｍであり、全高４４ｍｍに対する変形の割合は約４３．２パーセントであった。そして、サンプルＢの耐衝撃試験においては、図５に示す写真の通り先芯本体に損傷は生じなかった。図５（ａ）はサンプルＢの平面（上面）側の外観、図５（ｂ）はサンプルＢの底面側の外観を表している。
【００２５】
サンプルＣは、先芯本体に対して、線径０．０２８ｍｍ（実測値）のポリエステル繊維（製品番号：Ｔ５１１０Ｓ  ＮＴ２５１）によって形成した織布を、先芯本体の上面壁の表裏に接着剤を用いて貼り付けたものである。当該織布の厚さは０．２ｍｍであった。
サンプルＣの試験結果は、油粘土Ｎの変形量から算出した先芯本体の下方への変形量が１９．９ｍｍであり、全高４４ｍｍに対する変形の割合が約４５．２パーセントであった。そして、サンプルＣの耐衝撃試験においては、図６に示す写真の通り、先芯本体に割れが生じた（図６（ａ）のＣ１箇所，図６（ｂ）のＣ２箇所参照）。ここで、図６（ａ）はサンプルＣの平面（上面）側の外観、図６（ｂ）はサンプルＣの底面側の外観を表している。
【００２６】
サンプルＤは、日本のＪＩＳ規格であるＳ種（７０Ｊ）を満たすように形成されたものであり、織布を貼り付けない先芯本体そのものである。
サンプルＤの試験結果は、変形量が２２．１ｍであり、全高４４ｍｍに対する変形の割合が約５０．２パーセントであった。そして、図７に示す写真の通り先芯本体に損傷が生じた（図７（ａ）のＤ１箇所，図７（ｂ）のＤ２箇所参照）。すなわち、上記のＳ種（７０Ｊ）に耐えることはできるが、これを５０Ｊ上回る１２０Ｊの衝撃荷重には耐えられなかったことになる。図７（ａ）はサンプルＤの平面（上面）側の外観、図７（ｂ）はサンプルＤの底面側の外観を表している。
【００２７】
上述したようにサンプルＡの変形の割合が約４２．７パーセント、サンプルＢの変形の割合が約４３．２パーセントであり、これらの場合には先芯本体に損傷が生じていない。一方、サンプルＣの変形の割合が約４５．２パーセント、サンプルＤの変形の割合が約５０．２パーセントであり、これらの場合には先芯本体に損傷が生じた。
以上の結果より、ナイロン樹脂繊維の織布は他の素材の織布と比較して、衝撃荷重を受けた場合の変形量を少なくすることができ、これによって先芯の破損を防止することができるものとなっている。
【００２８】
非強化型のナイロン６６の引張強さは４８−６７Ｍｐａ、ナイロン６の引張強さは４１−１６６Ｍｐａである。一方、ポリエチレンの引張強さは２３−３１ＭＰａである。耐変形に関与すると考えられる機械的性質を比較すると、ナイロンはポリエチレンよりも約２倍程度優れているということができるので、このことからも、織布としてナイロンが適していたということができる。
【００２９】
本発明に係る先芯１は、ナイロン樹脂繊維の織布は接着剤を介して貼り付けるだけであるので、先芯本体の表面を傷つける等の構造的な影響を与えることがなく、もともと先芯本体が有している強度や性質を損なうことが無いものとなっている。
また、先芯本体の表面に織布を設ける方法として、成形用の金型内に予め織布を配置しておき、この状態で射出成型若しくは加熱した樹脂体を鍛造のように加圧成型する方法が考えられる。しかしながら、何れの場合も金型内に配置した織布は圧力によって移動してしまうので、成型時に織布を一体的に設けるのは困難である。また、本実施の形態ではグラスファイバーを混入したナイロン樹脂によって先芯本体を形成するが、ナイロン樹脂を溶融若しくは軟化させるほどに加熱すると、当然ながらナイロン樹脂製の織布の性能は劣化してしまう。このような観点からも、成型型を使用して織布を設けることはできない。また、加熱工程を介して織布を接着させようとすると、先芯本体の表面に織布の布目による凹凸が形成させることになり、強度を低下させる要因になってしまう。
また、今回の耐衝撃試験では、作業靴用先芯として小指側の側壁を後方へ延長した側壁部分８を形成したものを用いたが、この側壁部分８のない一般的な形状の先芯（例えば、日本工業規格（ＪＩＳ）の「ＪＩＳ  Ｔ  ８１０１」に則って形成された形状の先芯）を用いても、上記試験結果とほぼ同様の試験結果を得ることができる。
【００３０】
以上のように、耐衝撃性能を大幅に向上させる手段の一つとして、先芯本体の上面壁の上面および裏面に対してナイロン樹脂繊維による織布を接着剤による接着層を介して貼り付けることが最適な方法として見いだされた。これは、特に大きな設備を要することなく比較的簡単な工程によって上面壁を多層構造化することができ、各層がそれぞれ有する強度と、多層構造化による相互作用に伴う効果によって、先芯の耐衝撃性能を向上させるものとなっている。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、安全靴用の先芯として利用可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１     先芯
２     先芯本体
３     先端壁
４     左側壁
５     右側壁
６     上面壁
７     スカート
８     側壁部分
９     織布
１０   織布
１１   後端縁
１２   湾曲部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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