(57)【要約】【課題】飛翔物や突起物などから身を守るため、人体に接する衣類やヘルメット、靴などにおいて、飛翔物などのエネルギーをより面方向に分散させることのできる耐衝撃部材を得ること。【解決手段】少なくとも、厚さ０．３ｍｍ以上のフィルム状のシート層もしくは不織布状のシート層と熱可塑性樹脂を含浸したテープ状の繊維ロッドや平行に開繊繊維を並べ、且つ少なくとも２方向に配向積層させたシートからなる開繊繊維層と接着層とからなる耐衝撃部材であって、前記繊維の弾性率が５０ＧＰａ以上であり、且つ前記接着層が熱可塑性樹脂もしくはエラストマーからなることを特徴とする耐衝撃部材、及び当該耐衝撃部材に引張強度が１５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の高強力繊維からなる織物またはシート材を積層してなる防護材。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、厚さ０．３ｍｍ以上のフィルム状のシート層と開繊繊維層と接着層とからなる耐衝撃部材であって、前記繊維の弾性率が５０ＧＰａ以上であり、且つ前記接着層が熱可塑性樹脂もしくはエラストマーからなることを特徴とする耐衝撃部材。
【請求項２】
少なくとも、厚さ０．３ｍｍ以上の不織布状のシート層と開繊繊維層と接着層とからなる耐衝撃部材であって、前記繊維の弾性率が５０ＧＰａ以上であり、且つ前記接着層が熱可塑性樹脂もしくはエラストマーからなることを特徴とする耐衝撃部材。
【請求項３】
開繊繊維層が、熱可塑性樹脂を含浸したテープ状の繊維ロッドであり、当該繊維ロッドの弾性率が１２．５Ｇｐａ以上、樹脂含有率が繊維の重量に対し３００重量％以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の耐衝撃部材。
【請求項４】
開繊繊維層が、平行に開繊繊維を並べ、且つ少なくとも２方向に配向積層させたシートであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の耐衝撃部材。
【請求項５】
開繊繊維層が、織物からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の耐衝撃部材。
【請求項６】
引張強度が１５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の高強力繊維からなる織物またはシート材と請求項１記載の耐衝撃部材を積層してなる防護材。
【請求項７】
引張強度が１５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の高強力繊維からなる織物またはシート材と請求項２記載の耐衝撃部材を積層してなる防護材。
【請求項８】
請求項１記載の耐衝撃部材が身体に近い部分に積層されてなることを請求項６記載の防護材。
【請求項９】
請求項２記載の耐衝撃部材が身体に近い部分に積層されていることを請求項７記載の防護材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明に属する技術分野】
本発明は、ナイフなどの鋭利な刃物や破片弾、銃弾もしくは釘などの突起物の踏み抜きなどから身を守るために提案された耐衝撃部材で、特に刃物や破片弾などが防護材と衝突した後、防護材の変形を小さくする効果が期待できる耐衝撃部材である。
【０００２】
【従来の技術】
従来の耐衝撃部材には、まず金属製鋼板が挙げられる。金属製のものは、飛翔物などを止める効果が非常に高く、また人体への衝撃についても軽減できる効果を併せ持つ優れた素材である。しかし、比重が大きいため重量感と柔軟性がないため、取り扱い性が悪いといった欠点が問題視されていた。それを補う素材として有機繊維が取り上げられるようになった。最初取り上げられた有機繊維はナイロン繊維であったが、近年の技術力の向上に伴い、断面積あたりの強度がスチール並みである高強力繊維が登場し、金属性鋼板で問題視されていた重量感や柔軟性のなさといった点を克服することができるようになった。
【０００３】
しかし、有機繊維を使用した防護材は、飛翔物などを止める能力が高くても、防護材の後部変形が大きく、人体に怪我を及ぼす恐れがあった。また、織物や編物もしくはＵＤ（一方向配列）繊維シートのみでは、織目や編目などの間を通って飛翔物などが人体側に突き通ってくる可能性が高かった。そこで、後部変形を抑え、織目や編目などの間の貫通を防ぐ方法として、防護材の人体側部分に、剛性のあるフィルム状のシートや発泡材などの緩衝材を使用し、人体への影響を極力抑える方策が取られてきた。しかし、これらの方法をもってしても、後部変形が若干軽減されただけで、十分満足行くものではなく、後部変形による人体への障害の危険性は残っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、後部変形を抑える目的で用いられるシートや不織布に対し、弾性率の高い繊維を熱可塑性樹脂もしくはエラストマーにより貼り合わせ、シートや不織布の変形を抑えることを目的とした耐衝撃材に関する提案とそれらを使用した防護材に関する提案である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、本件について鋭意検討した結果、シートまたは不織布の耐衝撃性を補完する目的で、高強力繊維を貼り付けると、後部変形を抑える効果を得られることをつきとめ、本提案をするにいたった。
即ち本発明は、下記の構成からなる。
１．少なくとも、厚さ０．３ｍｍ以上のフィルム状のシート層と開繊繊維層と接着層とからなる耐衝撃部材であって、前記繊維の弾性率が５０ＧＰａ以上であり、且つ前記接着層が熱可塑性樹脂もしくはエラストマーからなることを特徴とする耐衝撃部材。
２．少なくとも、厚さ０．３ｍｍ以上の不織布状のシート層と開繊繊維層と接着層とからなる耐衝撃部材であって、前記繊維の弾性率が５０ＧＰａ以上であり、且つ前記接着層が熱可塑性樹脂もしくはエラストマーからなることを特徴とする耐衝撃部材。
３．開繊繊維層が、熱可塑性樹脂を含浸したテープ状の繊維ロッドであり、当該繊維ロッドの弾性率が１２．５Ｇｐａ以上、樹脂含有率が繊維の重量に対し３００重量％以下であることを特徴とする上記第１又は２記載の耐衝撃部材。
４．開繊繊維層が、平行に開繊繊維を並べ、且つ少なくとも２方向に配向積層させたシートであることを特徴とする上記第１〜３のいずれかに記載の耐衝撃部材。
５．開繊繊維層が、織物からなることを特徴とする上記第１〜３のいずれかに記載の耐衝撃部材。
６．引張強度が１５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の高強力繊維からなる織物またはシート材と上記第１記載の耐衝撃部材を積層してなる防護材。
７．引張強度が１５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の高強力繊維からなる織物またはシート材と上記第２記載の耐衝撃部材を積層してなる防護材。
８．上記第１記載の耐衝撃部材が身体に近い部分に積層されてなることを請求項６記載の防護材。
９．上記第２記載の耐衝撃部材が身体に近い部分に積層されていることを請求項７記載の防護材。
【０００６】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の最大の要点として、フィルム状のシートまたは不織布層に高弾性率を有する繊維を張りつける点にある。まず、フィルム状のシートまたは不織布層を用いる目的としては、飛翔物などが移動する進行方向に対し、そのエネルギーを横方向に逃がして、進行方向へのエネルギーを小さくする目的がある。フィルム状のシートまたは不織布層は、面で飛翔物などを捕らえるので、それらの効果が得られると考えられる。しかし、エネルギーを面方向に短時間に効率良く伝播させるには、素材の音弾性が重要になってくる。この音弾性は、素材の弾性率と比重から得られる特性値であり、軽く弾性率の高い素材ほど、音弾性は高くなることになる。ここで、フィルム状のシートまたは不織布層は、使用素材の特性上もしくは構造上の点から弾性率が低くなり、音弾性が高くできないといった問題がある。そこで、本発明では弾性率を付与する目的で、５０ＧＰａ以上の弾性率を有する繊維をフィルム状のシートまたは不織布層に貼り付けることにより、材の弾性率を向上させ、音弾性を高くする効果が得られる。
【０００７】
フィルムシートとしては、少なくとも０．３ｍｍ厚以上は必要である。この厚さが薄いと面方向へのエネルギーを伝播することなく破れてしまう可能性が高くなる為である。フィルムシートの素材として、ポリカーボネート製のものを始め、ポリエステル系、ナイロン系など様々な素材から得られるシートが挙げられるが、先に説明した通り、フィルムシートの弾性率が高い素材を選ぶことが好ましい。フィルムの表面については、樹脂で接着することを考慮して、微少な凹凸を付与するなどの方策を取る方法が挙げられる。また不織布に関しても、少なくとも０．３ｍｍ厚以上を有することが好ましい。この理由についてもフィルムと同様である。不織布の素材としては、高強度繊維からなる不織布の方が、不織布自体の弾性率が高くなるため好ましいが、汎用繊維であるポリエステルやナイロン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール繊維を用いて、不織布の製造条件を工夫して不織布の弾性率を向上させることも可能であるので、特に繊維の種類を限定するものではない。
【０００８】
ここで、フィルムシートや不織布に高強力繊維を張り合わせる点が、本提案の重要な部分を成すが、接着剤として熱可塑性樹脂もしくはエラストマーを使用することが好ましい。熱可塑性樹脂は、熱硬化性樹脂に比べ接着作業が容易であり、接着後の材の柔軟性も柔らかく、防護衣などの衣服用途に使用しても、フィット性や着心地感といった観点で優れていると考えられる。ここで熱可塑性樹脂の種類としては、エチレン系樹脂、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、ナイロン系樹脂、ポリエステル系などが挙げられる。熱可塑性樹脂の代替として、エラストマーを使用することも可能である。エラストマーの例としては、ポリエステル系、ナイロン系、ポリオレフィン系、ゴム系などが挙げられる。この時、繊維と熱可塑性樹脂もしくはエラストマーとの重量割合としては、繊維割合が高くなることが好ましいので、繊維と樹脂が十分に接着する程度の割合が最も好ましく、多くとも樹脂重量割合が繊維重量割合に対し３００ｗｔ％までにすることが推奨される。また、接着熱可塑性樹脂を使用する以外の方法として、ミシンなどを使用してミシン糸で強固に貼り合わせる方法も挙げられる。
【０００９】
フィルム状のシートまたは不織布層に貼りつける弾性率の高い繊維には、有機繊維ではパラアラミド繊維、ポリアリレート繊維、超高分子量ポリエチレン繊維、ポリパラフェニレンベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）繊維、無機繊維では炭素繊維などが挙げられる。ここで高弾性率を有する繊維として、先に挙げた高弾性繊維に熱可塑性樹脂を含浸させ、扁平形状であるテープ状の繊維を作成しても良い。ここで必須な点として、繊維の弾性率が少なくとも５０ＧＰａ以上を有する事が必要である。理由として先にも説明したが、音弾性を高くするには弾性率を高くする必要があるためである。テープ状の繊維についても、仕上がり後の弾性率が少なくとも１２．５ＧＰａ以上の物性を有し、樹脂含有率が繊維の重量に対し３００重量％以下である事ることが好ましい。樹脂含有率が高過ぎると、繊維の混率が少なくなるので、フィルムシート又は不織布などの変形を抑制する効果が得られ難くなるためである。
【００１０】
熱可塑性樹脂製のロッド状の繊維を使用するメリットとしては、テープ状の繊維をフィルムシートや不織布に積層し、熱をかけることで繊維に含浸されている樹脂がシートとの接着に寄与するため、熱可塑性樹脂の塗布が簡略されることが挙げられる。
【００１１】
また、フィルム状のシートまたは不織布層に貼り付ける繊維の形態としては、繊維を一方向に並べたシートを０°／９０°方向に積層したＵＤシートや、織物が加工上の面で適している。しかし、これらのシートや織物でも、繊維の弾性率を極端に減じるような組織や加工法のものでは、耐衝撃部材の高弾性率が得られないので、シートや織物の弾性率を極力落とさないものを使用することが好ましい。
【００１２】
また防護材に付加する目的で本耐衝撃部材を使用するが、その積層方法については、用途の目的に応じて適宣選ぶことができる。飛翔物などから人体の損傷を防ぐ目的であれば、耐衝撃部材の積層位置としては、できるだけ人体に近い部分に使用することが望ましい。これは、耐衝撃部材の前面に高強力繊維からなる織物やＦＲＰシートを積層していると考えられるので、それらの織物やＦＲＰシートによって、飛翔物などのエネルギーを極力減じておいてから、本耐衝撃部材でエネルギーを面方向に分散させることができるからである。これは飛翔物などのエネルギーを面方向に分散させるには、耐衝撃物に衝突する直前の速度が遅い方が、より面方向への伝達時間が得られるためである。もちろん、本耐衝撃部材を積層の中間と人体に近い部分といった複数個所での使用も可能である。また防護材の積層方法として、本耐衝撃部材の更に人体側に発泡ポリエチレンなどの緩衝材を設けることで更に人体への損傷は防ぐことが可能になると考えられる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に徹して設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００１４】
（実施例１）
耐衝撃部材として、ポリカーボネート（厚さ０．５ｍｍ）に、超高分子量ポリエチレン繊維（商標名；ダイニーマ　東洋紡績社製）を開繊させて一方向に繊維を並べ、繊維方向を０°／９０°の方向で４層積層し、ウレタン系樹脂（商品名；Ｌ９００９　　ＧＯＶＩ社製）で貼り合わせた。接着に使用した樹脂量は、耐衝撃部材部分に使用した繊維重量に対し、２８ｗｔ％であった。防護材として、同じ超高分子量ポリエチレン繊維（ダイニーマＳＫ７１使用）からなる織物を４７枚積層し、ミシン糸にて縫い合わせ、サンプル（目付約８ｋｇ／ｍ２）を得た。防護材の後部に耐衝撃部材を積層し、ウレタン系樹脂で貼り合わせサンプルを作成し、評価を行った。
【００１５】
（実施例２）
耐衝撃部材として、ポリカーボネート（厚さ０．５ｍｍ）に、超高分子量ポリエチレン繊維（商標名；ダイニーマ　東洋紡績社製）からなるマット組織の織物を１枚積層し、ウレタン系樹脂（商品名；Ｌ９００９　　ＧＯＶＩ社製）で貼り合わせた。接着に使用した樹脂量は、耐衝撃部材部分に使用した繊維重量に対し、２１ｗｔ％であった。防護材として、同じ超高分子量ポリエチレン繊維（ダイニーマＳＫ７１使用）からなる織物を４７枚積層し、ミシン糸にて縫い合わせ、サンプル（目付約８ｋｇ／ｍ２）を得た。防護材の後部に耐衝撃部材を積層し、ウレタン系樹脂で貼り合わせサンプルを作成し、評価を行った。
【００１６】
（実施例３）
耐衝撃部材として、超高分子量ポリエチレン繊維（商標名；ダイニーマ　東洋紡績社製）からなる目付２００ｇ／ｍ２の不織布をカレンダー処理（温度１００℃、圧力１５０ｋｇ／ｃｍ２）で処理し、不織布を得た。該不織布に超高分子量ポリエチレン繊維（商標名；ダイニーマ　東洋紡績社製）を開繊させて一方向に繊維を並べ、繊維方向を０°／９０°の方向で４層積層し、ウレタン系樹脂（商品名；Ｌ９００９　　ＧＯＶＩ社製）で貼り合わせた。接着に使用した樹脂量は、耐衝撃部材部分（不織布部分の繊維を除く）に使用した繊維重量に対し、３１ｗｔ％であった。防護材として、同じ超高分子量ポリエチレン繊維（ダイニーマＳＫ７１使用）からなる織物を４７枚積層し、ミシン糸にて縫い合わせ、サンプル（目付約８ｋｇ／ｍ２）を得た。防護材の後部に耐衝撃部材を積層し、ウレタン系樹脂で貼り合わせサンプルを作成し、評価を行った。
【００１７】
（実施例４）
耐衝撃部材として、ポリカーボネート（厚さ０．５ｍｍ）に、ＰＢＯ繊維（商品名；ザイロン　東洋紡績社製）にＰＰ樹脂を含浸した細長いシート状物を作成し、該シートを使用して織物を作成した。ポリカーボネートとシートからなる織物を積層し、熱板にて１８０℃で熱プレスをかけ、両素材を貼り合わせた。このときの繊維重量に対するＰＰ樹脂の含有量は１８０ｗｔ％であった。防護材として、同じ超高分子量ポリエチレン繊維（ダイニーマＳＫ７１使用）からなる織物を４７枚積層し、ミシン糸にて縫い合わせ、サンプル（目付約８ｋｇ／ｍ２）を得た。防護材の後部に耐衝撃部材を積層し、ウレタン系樹脂で貼り合わせサンプルを作成し、評価を行った。
【００１８】
（実施例５）
耐衝撃部材として、ポリカーボネート（厚さ０．５ｍｍ）に、超高分子量ポリエチレン繊維（商標名；ダイニーマ　東洋紡績社製）を開繊させて一方向に繊維を並べ、繊維方向を０°／９０°の方向で４層積層し、ポリエステル系のエラストマー（東洋紡製）で貼り合わせた。接着に使用したエラストマー量は、耐衝撃部材部分に使用した繊維重量に対し、３２ｗｔ％であった。防護材として、同じ超高分子量ポリエチレン繊維（ダイニーマＳＫ７１使用）からなる織物を４７枚積層し、ミシン糸にて縫い合わせ、サンプル（目付約８ｋｇ／ｍ２）を得た。防護材の後部に耐衝撃部材を積層し、ポリエステル系のエラストマーで貼り合わせサンプルを作成し、評価を行った。
【００１９】
（実施例６）
耐衝撃部材として、ポリカーボネート（厚さ０．５ｍｍ）に、超高分子量ポリエチレン繊維（商標名；ダイニーマ　東洋紡績社製）を一方向に開繊して繊維を並べ、繊維方向を０°／９０°の方向で４層積層し、ウレタン系樹脂（商品名；Ｌ９００９　　ＧＯＶＩ社製）でポリカーボネートの両面に貼り合わせた。接着に使用した樹脂量は、耐衝撃部材部分に使用した繊維重量に対し、５８ｗｔ％であった。防護材として、同じ超高分子量ポリエチレン繊維（ダイニーマＳＫ７１使用）からなる織物を４７枚積層し、ミシン糸にて縫い合わせ、サンプル（目付約８ｋｇ／ｍ２）を得た。防護材の後部に耐衝撃部材を積層し、ウレタン系樹脂で貼り合わせサンプルを作成し、評価を行った。
【００２０】
（比較例１）
防護材として、超高分子量ポリエチレン繊維（ダイニーマＳＫ７１使用）からなる織物を４７枚積層し、ミシン糸にて縫い合わせ、サンプル（目付約８ｋｇ／ｍ２）を得た。
【００２１】
（比較例２）
耐衝撃部材として、ポリカーボネート（厚さ０．５ｍｍ）と、防護材として、同じ超高分子量ポリエチレン繊維（ダイニーマＳＫ７１使用）からなる織物を４７枚積層し、ミシン糸にて縫い合わせ、サンプル（目付約８ｋｇ／ｍ２）を得た。防護材の後部に耐衝撃部材を積層し、ウレタン系樹脂で貼り合わせサンプルを作成し、評価を行った。
【００２２】
（比較例３）
耐衝撃部材として、超高分子量ポリエチレン繊維（商標名；ダイニーマ　東洋紡績社製）からなる目付２００ｇ／ｍ２の不織布をカレンダー処理（温度１００℃、圧力１５０ｋｇ／ｃｍ２）で処理した不織布と、防護材として、同じ超高分子量ポリエチレン繊維（ダイニーマＳＫ７１使用）からなる織物を４７枚積層し、ミシン糸にて縫い合わせ、サンプル（目付約８ｋｇ／ｍ２）を得た。防護材の後部に耐衝撃部材を積層し、ウレタン系樹脂で貼り合わせサンプルを作成し、評価を行った。
【００２３】
（評価方法）
建設用鋲打ち銃を使用して、直径５．５６ｍｍの円筒状の飛翔物を速度６５０ｍ／ｓｅｃの速さで、サンプルに対し垂直方向に打ち込んだ。サンプルの後部には粘土を設置し、サンプルの固定方法は、ゴムバンドで後面の粘土に密着する程度に取りつけた。粘土は「ＲＯＭＡ　ＩＴＡＲＩＡＮ　ＰＬＡＳＴＩＬＩＮＡ」（ＳＣＵＬＰＴＵＲＥ　ＨＯＵＳＥ社製）のもので、硬さはＮｏ．１のものを使用した。効果の確認方法は、後部変形の大きさを粘土のへこみ量をノギスを用いて計測することにより比較した。
結果を表１に示す。
【００２４】
【表１】
2004058517.tif 000003
【００２５】
【発明の効果】
飛翔物や突起物などから身を守るため、人体に接する衣類やヘルメット、靴などにおいて、飛翔物などのエネルギーを面方向に分散させるために、フィルムシートや不織布の片面もしくは両面に、弾性率５０ＧＰａ以上の物性を有する繊維を貼り合わせ、該耐衝撃部材の弾性率を向上させることにより、エネルギーをより面方向に分散させることのできる耐衝撃部材である。
【図面の簡単な説明】
【図１】耐衝撃部材と防護材の積層構成の事例。
【図２】評価試験の変形量の測定方法を示した図
【図３】変形量の測定要領
【符号の説明】
（１）防護材、（２）フィルムシート又は不織布、（３）高強力繊維からなるシート
（４）変形量を計る粘土、（５）飛翔物、（６）粘土の変形した部分、（７）ノギス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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