(57)【要約】【課題】鉄粉等の金属紛を主成分とする発熱体組成物と空気中の酸素との反応熱を利用したものは反応が終了した後は発熱機能を失い、処分しなければならない。本発明は、靴を履いて歩く時の歩行時の運動エネルギーを熱エネルギーに変換し蓄熱する機能を有する中敷きを提供するものである。【解決手段】本発明は、歩行時の繰り返し運動エネルギーを熱エネルギーに変換するために、バネ特性の発現機構と、熱を発するためのエネルギー損失の発現機構という相反する二つの発現機構を海島相に形成してなり、バネ発現機構を有する海相と熱を発するためのエネルギー損失の発現機構を有する島相とを形成し、エネルギー損失の発現機構としての低反発弾性組成体の構成ポリマーが弾性を有するポリマーとブロック共重合体を成しているか、又はバネ特性の発現機構としての高反発弾性組成体の構成ポリマーと共架橋を成している。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
歩行時の繰り返し運動エネルギーを熱エネルギーに変換するために、バネ特性の発現機構と、熱を発するためのエネルギー損失の発現機構という相反する二つの発現機構を海島相に形成してなり、バネ発現機構を有する海相と熱を発するためのエネルギー損失の発現機構を有する島相とを形成したことを特徴とする靴中敷き。
【請求項２】
前記海島相において、エネルギー損失の発現機構としての低反発弾性組成体の構成ポリマーが弾性を有するポリマーとブロック共重合体を成しているか、又はバネ特性の発現機構としての高反発弾性組成体の構成ポリマーと共架橋を成していることを特徴とする請求項１記載の靴中敷き。
【請求項３】
バネ特性の発現機構としての高反発弾性組成体５０超過〜８０容量％と、エネルギー損失の発現機構としての低反発弾性組成体５０未満〜２０容量％とからなることを特徴とする請求項１及び請求項２記載の靴中敷き。
【請求項４】
前記高反発弾性組成体及び低反発弾性組成体が架橋してなる発泡体であり、前記発泡体の比重が０．０８〜０．３５であることを特徴とする請求項１〜請求項３記載の靴中敷き。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、靴に挿入して使用する中敷きに関するものであり、特に歩行時の運動エネルギーを熱エネルギーに変換し蓄熱する機能を有するものである。
【０００２】
【従来の技術】
第一に、発熱機能を有する靴中敷きとして、鉄粉等の金属紛を主成分とする発熱体組成物と空気中の酸素との反応熱を利用した靴の形状をした靴用カイロが使用されていたが、足の押圧力によってカイロが滑ったり、又発熱体組成物が漏れ出す事があった。その課題を解決し、滑らなく、漏れ出しをなくするために、カイロの収納袋を気密性袋内に封入し、滑り止め層を形成した発明が開示されている。（例えば、特許文献１参照。）
第二に、温度調整機能を持った中敷きが提案されている。カイロにより暖を取る方法は温度調節が出来ないため熱くなり過ぎることがあり、その解決を図ったものである。この方法は、中敷きに発熱体を納め、給電により発熱する方法である。（例えば、特許文献２参照）
【０００３】
（特許文献１）  特再公表ＷＯ９５／１７８６４
（特許文献２）  特開２００１−１９０３０６
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
第一の方法は、鉄粉等の金属紛を主成分とする発熱体組成物と空気中の酸素との反応熱を利用したもので、反応が終了した後は発熱機能を失い、処分しなければならない。概ね有効な発熱時間は５〜６時間である。暖を取るには、毎日中敷きを新しい物と交換しなければならない。
【０００５】
第二の方法は、給電により発熱する方法で、第一の方法みたいに中敷き本体を毎日交換する必要はないが、中敷きへの通電のために、電源となる電池を携帯する必要がある。又、概ね有効な発熱時間は電池の種類によるが７〜９時間である。
【０００６】
本発明は、反応熱の利用による使い捨て中敷きではなく、又電池などの電源を必要とせず、靴を履いて歩く時の歩行時の運動エネルギーを熱エネルギーに変換し蓄熱する機能を有する中敷きを提供するものである。
【０００７】
本発明は、歩行する上で確実に消費されるエネルギーを熱に変換しようとするものであり、無駄に捨てられているエネルギーを有用なものに転化することにある。
人間の歩行時の運動、即ち足の裏が靴底を踏みしめる運動と靴底が歩行に従って曲げ伸びする運動等の歩行時の運動エネルギーを熱エネルギーに変換するエネルギー変換層を中敷きに設け、こうして発生した熱エネルギーを蓄熱し、足裏を暖めようとするものである。
【０００８】
歩行時の運動エネルギーを熱エネルギーに変換する方法として、弾性と粘性を併せ持つゴムの粘弾性の性質を利用する。
粘弾性体に周期的なひずみε＝ε０ｃｏｓωｔを与えると、応力δは関係式：δ＝ε０（Ｅ′ｃｏｓωｔ＋Ｅ′′ｓｉｎωｔ）で表わされる。ここで、Ｅ′、Ｅ′′はそれぞれ貯蔵弾性率及び損失弾性率である。この時一周期ごとに物体になされる仕事Ｈは関係式：Ｈ＝πε０２Ｅ′′＝πε０σｓｉｎδで表わされる。つまり一周期ごとに関係式Ｈで表わされるエネルギー量が消費される。このエネルギー量は熱となって物体の温度上昇をもたらす。
【０００９】
ここに、ε０は周期ごとの当初ひずみの振幅であり、σは周期ごとの応力の振幅であり、δは位相差である。
弾性体は位相差δ＝０であり、粘性体は位相差δ＝π／２であり、粘弾性体は位相差δが０＜δ＜π／２となる。
【００１０】
歩行時の繰り返しの運動エネルギーを熱エネルギーに変換する場合、粘弾性体に働く応力は、概ね一定量と考えられる。
歩行時の運動エネルギーを熱エネルギーに変換し蓄積する機能を有するエネルギー変換層であるためには、繰り返しの周期毎にほぼ同じような仕事エネルギーが発生する必要が有る。
【００１１】
仕事Ｈの関係式：Ｈ＝πε０２Ｅ′′＝πε０σｓｉｎδから明らかなように、一周期のみであれば粘性体は位相差δ＝π／２であるので発熱が最も大きいが、二周期目の粘性体はひずみε０が全く回復しないのでひずみε０がほぼゼロとなり発熱もほぼゼロとなる。
一方完全な弾性体は位相差δ＝０であるので全く発熱しないが、ひずみε０は完全に回復する。
繰り返しの発熱エネルギーを確保するには、損失弾性率（Ｅ′′）が大きく又サイクル毎のひずみε０が当初の値にほぼ近いという相反する性質が求められる。損失弾性率（Ｅ′′）の温度依存性は損失正接（ｔａｎδ）と同じく、ある特定の温度においてピークを示すが、そのピーク温度は損失正接（ｔａｎδ）のピーク温度より若干低目に現われる。しかし、発熱の機能を有するポリマーの選定の目安は損失正接（ｔａｎδ）を用いても構わない。
【００１２】
又、人が歩く歩調は小股歩行、自由歩行、大股歩行、男性、女性、年齢差等で異なってくるが、大まかに１．８〜２．４歩／秒と言われている。靴中敷きとして周波数に直すと０．９〜１．２Ｈｚという極めて低周波数領域となる。１０００Ｈｚ以上では損失正接（ｔａｎδ）が１．０以上を有するようなポリマーも０．９〜１．２Ｈｚという低周波数領域ではほとんどのポリマーが０．２以下の小さい値となり発熱機能を失う。
現在損失正接（ｔａｎδ）の大きさを利用した種種の制振材が提供されているが低周波域の振動に有効な素材はほとんど無い。
【００１３】
低反発弾性組成体を構成するポリマーが単にブレンドされている状況では０．９〜１．２Ｈｚという極めて低周波数領域である歩行時において、繰り返し運動エネルギーを熱エネルギーに変換することはできない。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は冬場において暖かい中敷きを提供するものである。
歩行時の繰り返し運動エネルギーを熱エネルギーに変換するために、バネ特性の発現機構と、熱を発するためのエネルギー損失の発現機構という相反する二つの発現機構を海島相に形成してなり、バネ発現機構を有する海相と熱を発するためのエネルギー損失の発現機構を有する島相とを形成したことを特徴とする靴中敷きである。
【００１５】
前記海島相において、エネルギー損失の発現機構としての低反発弾性組成体の構成ポリマーが弾性を有するポリマーとブロック共重合体を成しているか、又はバネ特性の発現機構としての高反発弾性組成体の構成ポリマーと共架橋を成していることを特徴とする靴中敷きである。
【００１６】
バネ特性の発現機構としての高反発弾性組成体５０超過〜８０容量％と、エネルギー損失の発現機構としての低反発弾性組成体５０未満〜２０容量％とからなることを特徴とする靴中敷きである。
【００１７】
前記高反発弾性組成体及び低反発弾性組成体が架橋してなる発泡体であり、前記発泡体の比重が０．０８〜０．３５であることを特徴とする靴中敷きである。
【００１８】
バネ特性の発現機構を成すポリマーとしての特性は、損失正接（ｔａｎδ）のピークが−２０℃以下に存在し、しかも損失正接の値が−１０〜５℃において０．４以下であり、熱を発するためのエネルギー損失の発現機構を成すポリマーとしての特性は、損失正接（ｔａｎδ）のピークが−４０〜５℃に存在し、しかも損失正接の値が−１０〜５℃において０．５以上であるのが好ましい。
尚、損失正接（ｔａｎδ）の値は、１１０Ｈｚの値であり、レオバイブロンＤＤＶ−３（オリエンテック社製）を使用。
【００１９】
大きな発熱量を得るには低反発弾性組成体を可能な限り添加するのが有効である。そのため本発明において、高反発弾性組成体５０超過〜８０容量％となし、低反発弾性組成体５０未満〜２０容量％となしている。
又、発熱のためにひずみの振幅を大きくするのが好ましい。そのため発泡体であることが好適である。
【００２０】
高反発弾性組成体としては、ジエン系ゴムである天然ゴム、ブタジエンゴム、低スチレン・ブタジエンゴム等を単独又は複数種を用いて組成される。
【００２１】
又、低反発弾性組成体としては、大きな損失正接（ｔａｎδ）の値を示すポリマーが好適である。即ち、ビニルイソプレンである３，４結合イソプレン、１，２結合イソプレン及び塩素化ブチルゴム等が好適である。
【００２２】
人が歩く歩調の周波数である０．９〜１．２Ｈｚという極めて低周波数領域において低反発弾性組成体を構成するポリマーが単にブレンドされている状況では繰り返し運動エネルギーを熱エネルギーに変換することはできないが、弾性ポリマーと結合しておれば、発熱機能を発現できる。
それは、弾性ゴムに何らかの衝撃を与えた場合、変形による振動は１０００Ｈｚ程度といわれている。弾性ゴムの歩行による変形は１０００Ｈｚ程度の周波数領域にあると考えられる。低反発弾性組成体を構成するポリマーが弾性を有するポリマーとブロック共重合体を成すか又は共架橋を成しておれば、弾性ポリマーが有する高い周波数と共振し、発熱機能を発現できる。
【００２３】
バネ特性の発現機構としての海相とエネルギー損失の発現機構としての島相は低反発弾性組成体を構成するポリマーが弾性を有するポリマーとブロック共重合体を成すか又は共架橋を成して結合していることが必要である。
３，４結合イソプレン、１，２結合イソプレンはポリマー構造において、側鎖に二重結合を有するのでジエン系ゴムとは共架橋を成すことが出来るが、通常のブチルゴムは架橋速度が極端に遅くジエン系ゴムとの共架橋が困難である。
一方塩素化ブチルゴムは架橋速度が速くジエン系ゴムとの共架橋ができる。
【００２４】
クラレ（株）の製品で３，４結合イソプレンが主体を成し、弾性を有するポリスチレンと共重合体をなしている「ハイブラー」は、３，４結合イソプレンが二重結合を有しているのでジエン系ゴムとの共架橋が出来、３，４結合イソプレンが弾性ポリマーと強固な結合を形成することが出来るので本発明には好適である。
【００２５】
発熱量を増すためにひずみの振幅が大きい程好ましい。そのためには海島相は共架橋と同時に発泡体と成すことが好適であり、前記発泡体の比重が０．０８〜０．３５であることが好ましい。比重が０．０８以下では機械的強度が弱く又、ひずみεの回復も悪く発熱が少ない。
又、比重が０．３５以上では歩行時の発泡体に掛かる応力に対するひずみεが少なく発熱が少ない。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例は、ジエン系ゴムとして天然ゴムを使用し、ビニルイソプレンである３，４結合イソプレンとしてポリスチレンと共重合体を成しているハイブラーＶＳ−３（クラレ（株）製）を使用した。ハイブラーＶＳ−３はビニル結合量５５％で、ｔａｎδのピーク温度が−３℃でその値が１．３である。
天然ゴムとハイブラーＶＳ−３をブレンドした後、充填剤、プロセスオイル、石油系樹脂、加硫剤、加硫助剤、発泡剤を添加し、加熱・加圧による架橋にて発泡体を作成した。
【００２７】
【実施例】
まず「天然ゴム」５０部と「ハイブラーＶＳ−３」５０部との  ポリマーブレンド体をバンバリーミキサーを用いて作成した。これはハイブラーＶＳ−３の分散を良くするためである。「天然ゴム」５０部と「ハイブラーＶＳ−３」５０部の重量の割合は、「ハイブラーＶＳ−３」に含まれる低反発弾性体の割合が５５％であるので容量比が「高反発弾性組成体」／「低反発弾性体」＝７３／２７となる。
次に、前記ポリマーブレンド体１００部に対し、ステアリン酸３部、酸化亜鉛５部、架橋助剤２部、充填剤３０部、石油系樹脂１０部、プロセスオイル１０部をバンバリーミキサーにて混合しマスターバッチと成し、架橋剤２．５部、発泡剤８部をロール練りしコンパウンドとした。
【００２８】
このコンパウンドを１６０℃×１０分の加熱・加圧による架橋で発泡体を得た。前記発泡体の比重は０．２１であった。
【００２９】
前記発泡体と市販のゴムスポンジ、ウレタンスポンシ、ＥＶＡスポンジとの熱蓄積の比較テストを行なった。尚、前記発泡体は以後、熱蓄積スポンジと称す。
【００３０】
テスト方法は、各スポンジを３ｍｍの厚みに揃え、５５ｍｍ×６５ｍｍに裁断した。各スポンジは同一のものを重ね合わし、６ｍｍのサンプルとし、その中央に熱センサーを挿入した。
【００３１】
このサンプルを繰り返し圧縮試験機に載置し、繰り返しの荷重による各サンプルの熱的変化を測定した。
繰り返し圧縮試験機は、直径８０ｍｍのエアーシリンダーを備え、圧縮端子は直径５０ｍｍの金属片である。サンプルの乗せ台は汎用ゴムである。
エアーシリンダー圧力２ｋｇ／ｃｍ２のサイクル６０回／分でテストした。外気温度は０℃であった。
【００３２】
テスト結果を図１に示す。蓄熱の大きさの順番は、熱蓄積スポンジがずば抜けて大きく、ついでＥＶＡスポンジ、ウレタンスポンジ、ゴムスポンジの順であった。
【００３３】
【図１】
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【００３４】
次に、前記熱蓄積スポンジを用い靴中敷きを作成した。上布はポリエステル系綿状体よりなる布帛とした。従来の靴中敷きを左の靴に設置し、本発明品を右の靴に設置して外気温度が３℃の町並みを歩いたところ本発明品を設置した靴が暖かった。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は、歩行する上で確実に消費されるエネルギーを熱に変換するものであり、無駄に捨てられていたエネルギーを有用なものに転化することにある。歩行時の運動、即ち足の裏が靴底を踏みしめる運動と靴底が歩行に従って曲げ伸びする運動等のエネルギーを熱エネルギーに変換するエネルギー変換層を中敷きに設け、こうして発生した熱エネルギーを蓄熱し、足裏を暖めることが出来、冬場の靴中敷きとして最適なものである。