(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
履物指先部に装着して用いる硬質材料製の先芯において、指先を覆う形状であって、上方に湾曲した頂部、該頂部の湾曲に応じて上方に向かい若干傾斜するように形成された周囲の立上り部、両部を繋ぐ肩部及び下端のフランジ部とからなり、頂部に加えられた力によって変形を受けた状態で略長方形状を呈して周囲の立上り部が略一様に受止めることができるように構成されていると共に、上記肩部から立上り部の全周にかけての肩部に立上り部と連接する平面状で細幅の上部受圧面が形成され、さらに上部受圧面が形成される肩部及び上記フランジ部が立上り部に対し略直角状に形成されていることを特徴とする履物用先芯。
【請求項２】
上部受圧面内隅及び／又はフランジ部内隅に、フィレット部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の履物用先芯。
【請求項３】
肩部及び／又はフランジ部外方に、鍔部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の履物用先芯。
【請求項４】
立上り部の断面形状において、その中央部分が上方及び下方に比べて薄肉状に形成されされていることを特徴とする請求項１ないし３記載の履物用先芯。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、靴、長靴、地下たび等の履物爪先部に装着して指先部の防護に用いる先芯に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
安全靴や安全長靴と称されている作業用の靴あるいは地下たび等の履物の一部には、足の指先部を落下物から防護するため、金属等の先芯が使用されたものがある。
ところが従来用いられている先芯は、指先部を覆うことに主眼が置かれているため、必ずしも落下物等による外力に対し、抵抗し易い形状とはなっていないのが現状である。
【０００３】
ちなみに図１２に示す先芯１００がその一例であるが、全体として足の爪先部を覆う形状となっており、上方に湾曲する頂部１０１，これに連なる先端及び両側の立上り部１０２，１０３，１０３により全体が略半ドーム型になるよう曲面で構成され、下端にはフランジ部１０４が連接されてなっている。
【０００４】
このような先芯１００に対し、図１３のように上方から物体Ｘによって力が加えられると、頂部から立上り部にかけて変形を受け、さらには特定の部分に応力が集中して破壊を生じ、所期の目的を十分に達成しないことが起きてしまう。
すなわち図１３（Ａ）のように先芯１００を平坦な面に置いて下端が平坦な物体Ｘによって力を加えていくと、まず図１３（Ｂ）のように頂部１０１が押し潰され平らになり始める。このとき湾曲状断面の頂部１０１が平坦状になるために頂部１０１の材料が余って外側に伸びようとするが、周囲の立上り部及びフランジ部の存在によりこれに抗する力が働くため、一部は頂部１０１の凹みとなり残りは、両側の立上り部１０３、１０３を外側に倒れさせるために使われる。そしてさらに力が加えられると、図１３（Ｃ）のように立上がり部１０３、１０３の倒れ込みが激しくなり、これによる折曲部１０５の曲率が小さくなって、この部分が曲げ破壊を起こし、ついにはひび割れ状態の破壊に至ってしまう。こうなると先芯１００は、加わる外力で破壊部分に応力が集中し、抵抗力の限界になってしまう。
この状態を図１３（Ｄ）の横方向の断面図で見ると、先芯１００の先端部分は三方向が立上り部からなっているため強度が高いが、両側の立上り部１０３、１０３は外側に倒れ、後端の開口部の頂部１０１は矢印Ｙの箇所から下方に押下げられ、所期の空間が保持できなくなってしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような先芯の強度低下や変形を防ぐために、従来は全体の肉厚を大きくしたり、より強度の高い材料を選択する必要があったが、このようにすると先芯の重量が増加したり、成形加工も大変になったり、あるいは材料費も嵩みコスト高を招く問題があった。
そこで本発明者は、特別に肉厚を大きくすることなく、外力による変形を極力抑えるべく、指先を覆う形状であって、頂部、周囲の立上り部及び両部を繋ぐ肩部とからなり、頂部の断面が若干上方に湾曲するか又は略直線状に形成され、該頂部に加えられた力を、周囲の立上り部が略一様に受止めることができるように、上記立上り部が形成されていることを特徴とする履物用先芯について既に提案した。（特願平１０−３４３５１４号）
【０００６】
上記提案による履物用先芯の形状を示すのが図９及び図１０で、それぞれ後方の開口部側から見た斜視図及び背面図である。図において、１１は頂部でその断面が若干上方に湾曲するか又は略直線状に形成されて指先上方を覆う形状となっており、１２は先端の立上り部、１３、１３は両側の立上り部で、これらの立上り部１２、１３、１３によって爪先部の周囲を囲むようになっている。又１４は頂部１１と立上り部１２、１３、１３を繋ぐ肩部である。この例においては、頂部１１の先端部は、湾曲が小さく略直線状で、これから後端の開口部１７にかけての湾曲が徐々に大きくなるように形成されている。又図中１５は周囲の立上り部１２、１３、１３の下端に連接されたフランジ部である。
【０００７】
このような先芯を、先の図１３と同様に平坦な面に置いて上方から物体Ｘより力を加えると、前記１３（Ｂ）の場合とは異なり、頂部１１は外側に伸ばされて平坦化し、これにより傾斜していた両側の立上り部１３、１３は略垂直状となり、両部を繋ぐ肩部１４も直角状態になって、全体が略長方形状断面を呈することとなる。一方先端の立上り部１２は、他の部分ほど大きな力を受けずに両側の立上り部１３、１３と略同じ高さとなって、この断面も同様に長方形状を呈することになる。
このような状態になると、周囲の立上り部１２、１３、１３が頂部１１に加えられた力を略同時的即ち略一様に受止めて、全体に均一に力が加わることとなり、先芯の前後のバランスが取れることとなる。
【０００８】
この状態からさらに力が加わると、頂部１１及び肩部１４に加わる力は立上り部１２、１３、１３全体に加わり、肩部１４の曲率も殆ど変化しないため応力集中を起こすことなく耐えることになる。さらに力が加わっていくと、立上り部１２、１３、１３全体が外側に膨らんで座屈していくことになるが、これに至る段階では、先芯に加えられる荷重を立上り部全体で受止めることができるため、従来品のように後端の開口部側が落ち込むような変形を起こすことなく、同一厚み、同一材料の先芯と比べて、強度は大幅に増加することとなる。
【０００９】
ところで、上記先芯に物体Ｘにより垂直の荷重が加えられこれを立上り部１２、１３、１３が受止める場合、頂部１１とで略長方形状断面となって略一様に受止めることができるが、さらに検討を加えたところ、以下に述べる現象のために、素材の持つ本来の圧縮応力を十分に発揮させることがきていないことを見出した。
【００１０】
この現象を図１１に基づいて説明すると、図１１（Ａ）は図１０の立上り部１３、肩部１４を部分的に示したものである。この先芯は、足入れを容易にし足当たりを避けるために頂部１１を方に湾曲させているが、この部分に上方から物体Ｘの垂直な荷重が加わると、図１１（Ｂ）のように肩部１４は略直角に変形される。このとき肩部１４は、変形による内部破壊を起こし細かい亀裂を発生する。同時にフランジ部１５も若干浮上った状態となり、接地面積が少なくなって、面圧が高くなりここにも内部に亀裂が発生する。この状態で立上り部１２、１３、１３に垂直荷重が加わるため、これらの亀裂に応力が集中し、立上り部１２、１３、１３が圧縮破壊を起こし易くなっていたためである。
【００１１】
本発明はこのような現象に鑑み、一層強度の優れた先芯を提供するため、頂部に加えられた力を周囲の立上り部で略一様に受止めることができるように上記立上り部を形成すると共に、立上り部に垂直の荷重が加えられたときに、上端及び下端に受圧面を積極的に設けるようにして、本発明の目的を達成しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その要旨とするところは、履物指先部に装着して用いる硬質材料製の先芯において、指先を覆う形状であって、上方に湾曲した頂部、該頂部の湾曲に応じて上方に向かい若干傾斜するように形成された周囲の立上り部、両部を繋ぐ肩部及び下端のフランジ部とからなり、頂部に加えられた力によって変形を受けた状態で略長方形状断面を呈して周囲の立上り部が略一様に受止めることができるように構成されていると共に、上記肩部から立上り部の全周にかけての肩部に立上り部と連接する平面状で細幅の上部受圧面が形成され、さらに上部受圧面が形成される肩部及び上記フランジ部が立上り部に対し略直角状に形成されていることを特徴とする履物用先芯にある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を実施例として示す図面に従って説明する。
図１ないし図６は本発明の第１の実施例を示すもので、このうちの図１は本発明の履物用先芯を後方の開口部側から見た斜視図、図２は同方向から見た断面図である。
図において、１は頂部でその断面が若干上方に湾曲するように形成されて爪先部の上方を略覆う形状となっており、２は先端の立上り部、３、３は両側の立上り部で、これらの立上り部２、３、３によって爪先部の周囲を囲み、これらによって指先を覆うようになっている。４は、頂部１及び立上り部２、３、３を繋ぐ肩部であり、この先芯は頂部１に加えられた力を周囲の立上り部２、３、３で略一様に受止めることができるようになっている。このときの立上り部２、３、３は、図示するように頂部１が上方に湾曲しており、頂部１断面の上方への湾曲度合いに応じて、上方に向かい若干内側に傾斜するように形成するとよく、この傾斜角度は頂部１の湾曲度合いを勘案し、この湾曲が大きければ傾斜角度も大きくする等して決められる。なお、図中６は立上り部２、３、３下端のフランジ部、７は後方の開口部である。そして、この上部受圧面５内隅及びフランジ部６内隅には、内面に曲率Ｒをもったフィレット部８が設けらている。
【００１４】
そして本発明では、このような先芯であって、上記肩部４から立上り部２、３、３にかけての構成の少なくとも一部において、上記肩部４と連接する平面状で細幅の上部受圧面５が形成されていることを特徴とするものであるが、この例においては、この上部受圧面５が立上り部２、３、３の全周に沿って形成されている。またこの例では、肩部４及びフランジ部６が立上り部２、３、３に対し直角状に形成されている。
【００１５】
このような先芯に上方から垂直荷重が加えられていく状態を、前述した図１３と同様にして説明するが、図３（Ａ）、図４（Ａ）、図６（Ａ）は先芯を開口部側から見た断面図で、図３（Ｂ）、図４（Ｂ）、図６（Ｃ）はこれと直角方向から見た断面図である。
図３に示すように、先芯を平坦な面に置いて上方から物体Ｘで垂直荷重を加えていくが、本発明の先芯は同図（Ａ）のように、両側の立上り部３、３の断面が略直線状で、概ね頂部１の湾曲に応じて上方に向かい若干傾斜しており、同図（Ｂ）のように先端の立上り部２は略垂直状となっている。
【００１６】
図４は垂直荷重による先芯の変形が進み、上部受圧面５が物体Ｘと接した状態を示していて、頂部１の湾曲が平坦化すると共に、立上り部３が垂直状に立ち、下端のフランジ部６も直角状となって平坦な面に接している。このように立上り部が垂直状になると、図５に示すように上部受圧面５と直角状となったフランジ部６が下部の受圧面となって、上下端の受圧面により荷重を一様に荷重を受止めることができる。そして同時に、上述した肩部に発生していた曲げ応力は、もっぱらこれより内側の連接部分Ｓで発生するため、肩部４及び立上り部３上端への影響を少なくすることができ、下端のフランジ部６も垂直状になって接するため、面圧が高くなるようなことはなくなる。
この結果、立上り部３の上部受圧面５及びフランジ部６は、破壊されることがなく、垂直の力を受け、亀裂の発生による応力集中がなくなり、立上り部２、３本来がもつ最大の圧縮応力を発揮することとなる。とりわけ、この例においては上部受圧面５内隅及びフランジ部６内隅にフィレット部８を形成してあるため、この部分での曲げ応力が集中することがなくなり、より好ましい結果が得られる。したがって、上述した先の提案による先芯のような圧縮破壊を起こすことのない、一層強度の大きい先芯を得ることができる。
【００１７】
なお本実施例を説明する図４及び図６は、前記図１３（Ｂ）、（Ｃ）に相当する状態を示すものであるが、本発明の場合、図１３のようにはならず、図５のように先芯は変形を受けた状態で、略長方形状断面を呈して略一様に荷重を受止めることができる。さらに荷重が加えられて図６の状態に至ると、立上り部２、３、３は外側に膨らんで座屈していくことになる。この状態に至る段階では、先芯に加えられる荷重を立上り部２、３、３全体で受止めるため、従来品のような後端の開口部８側が落ち込むような変形を起こすことはなく、同一厚み、同一材料の先芯と比べて、強度を一層大幅に増加することができることとなる。
【００１８】
又、図７は本発明の第２の実施例を示すもので、立上り部２、３、３の上部受圧面５を形成する肩部４外方及びフランジ部６外方に、鍔部９を形成したものである。このようにすると、受圧面に加わる圧力を低下することができて有効である。なお、この鍔部９は図のように肩部４外方及びフランジ部６外方に設けることが好ましいが、肩部４外方のみ又はフランジ部６外方のみに形成するようにしてもよい。
【００１９】
さらに、図８は本発明の第３の実施例を示すもので、立上り部２、３、３の断面形状において、その中央部分Ｃが上方及び下方に比べて薄肉状に形成されていることを特徴とするものである。このように構成すると、垂直荷重に対し応力が、断面全体に一様に分散されるようになり、より軽量で高強度の先芯が得られることになる。
なお、このような薄肉状の中央部分Ｃは、立上り部２、３、３の必要とされる一部にのみ設けることもできる。
【００２０】
本発明に使用する先芯の材料としては、プラスチック、プラスチックをガラス繊維や炭素繊維等の繊維で補強したＦＲＰ、一般に用いられている鋼材、ステンレスの外、アルミ合金、チタン合金等の金属材料が使用できる。特に本発明では、同一強度を得るために、先芯の肉厚を薄くすることが可能となるため一層有利となる。
【００２１】
又、本発明の先芯の構造は、頂部１に加わる荷重を極力周囲の立上り部２、３，３で受止めて強度を発揮させる機能を有しているため、とりわけ立上り部２、３、３の強度を大きくすることが望ましい。この意味からすると立上り部２、３、３を他の部分より肉厚を大きくすることは有効な手段の一つである。
【００２２】
なお上記本発明の実施例において、上部受圧面５及びフランジ部６を、立上り部２、３、３に対し、直角状に形成させているため、頂部１に荷重が加わった際、上部受圧面５及びフランジ部６が直交し、立上り部２、３、３が垂直になるため有効であるが、この角度は必ずしも直角に限定されるものではなく、直角に近い略直角状であればこれに近い効果は得られる。
【００２３】
さらに上記実施例において、上部受圧面５内隅及びフランジ部６内隅に、内面が曲率からなるフィレット部８を形成しているため、応力の集中の解消に有効であるが、この形状を断面三角形状にしてもよく、又上部受圧面５内隅のみ或はフランジ部６内隅にのみフィレット部８を形成して、その部分の応力集中を改善することもできる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は以上詳述した如き構成からなるものであり、周囲の立上り部を独特な構成にし、さらに立上り部の上下両端に積極的に受圧面を形成したため、先芯に対して、上方から力が加わったときは、変形を受けた状態で略長方形状を呈して立上り部全周で略一様にバランスよく受止めて強度を発揮することができ、とりわけ立上り部の受圧面では応力の集中による圧縮破壊の発生を抑えることができ、より一層の強度を発揮させることができ、特に後端の開口部の落ち込みによる変形を防止し、全体としてバランスよく荷重を受止めることができ、同一厚み、同一材料を使用した先芯と比べて強度が大きく、したがって所定の強度を得るためには厚みを薄くして軽量化を図ることができ、このことから材料費及び成形加工費を抑えてコストを低減することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す履物用先芯の開口部側から見た斜視図である。
【図２】図１の先芯の開口部側から見た断面図である。
【図３】本発明の先芯に外力を加えようとする状態を示す説明図で、図３（Ａ）が開口端側から見た断面図、３（Ｂ）がこれと直交する側から見た断面図である
【図４】本発明の先芯に外力を加えようとする状態を示す説明図で、図４（Ａ）が開口端側から見た断面図、４（Ｂ）がこれと直交する側から見た断面図である
【図５】本発明の先芯に力を加えられたときの立上り部の状態を示す部分的な断面図である。
【図６】本発明の先芯にさらに外力を加え座屈を起こした状態を示す説明図で、図６（Ａ）が開口端側からみた断面図、図６（Ｂ）がこれと直交する側から見た断面図である。
【図７】本発明の第２の実施例を示す履物用先芯の部分的な断面図である。
【図８】本発明の第３の実施例を示す履物用先芯の部分的な断面図である。
【図９】本発明者が先に提案した先芯の例を示す斜視図である。
【図１０】図９に示す先芯の開口部側から見た背面図である。
【図１１】図９及び図１０に示す先芯の作用を説明する図面である。
【図１２】従来の履物用先芯を示す斜視図である。
【図１３】従来の先芯に外力を加えた状態を示す説明図で，図１３（Ａ）が外力を加え始めようとする状態を後端側からみた側面図、図１３（Ｂ）が外力を加え始めた状態の同様の側面図、図１３（Ｃ）がさらに外力を加え一部で破壊を起こした状態の同様の側面図、図１３（Ｄ）が図１３（Ｃ）の状態の断面図である。
【符号の説明】
１                    頂部
２                    （先端の）立上り部
３、３                （両側の）立上り部
４                    肩部
５                    上部受圧面
６                    フランジ部
７                    開口部
８                    フィレット部
９                    鍔部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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