(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
指先部を覆う形状に成形された合成樹脂製先芯であって、頂部、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際、頂部、立上り部とフランジ部と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、上記フランジ部が立上り部の両側に略同幅で延出し逆Ｔ字状になるよう設けられていることを特徴とする履物用先芯。
【請求項２】
先芯の肩部から立上り部にかけての構成の少なくとも一部において、上記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】
上部受圧面が少なくとも両側の立上り部に形成されていることを特徴とする請求項２記載の履物用先芯。
【請求項４】
上部受圧面が立上り部の全周に形成されていることを特徴とする請求項２記載の履物用先芯。
【請求項５】
上部受圧面が形成される肩部及び／又はフランジ部が、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請求項１ないし４記載の履物用先芯。
【請求項６】
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ないし５記載の履物用先芯。
【請求項７】
ＦＲＰで成形されていることを特徴とする請求項１ないし６記載の履物用先芯。
【請求項８】
上記請求項１ないし７の履物用先芯を履物指先部に装着したことを特徴とする履物。
【請求項９】
先芯のフランジ部が、履物指先部の本底上に実質的に載置された状態で装着されていることを特徴とする請求項８記載の履物。
【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及びこれを用いた履物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、金属等の先芯が装着されたものが用いられている。
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１４に示す先芯１００がその一例であるが、全体として足の指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１５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１５（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１５（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が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１５（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１５（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、合成樹脂材料の特性を生かしつつ特別に肉厚を大きくすることなく、指先を覆う形状に成形されたものであって、外力による変形を極力抑えると共に、立上り部下端のフランジ部に起因する曲げモーメントを小さくするようにして強度を向上させ、軽量で性能の高い履物用先芯及びこれを用いた履物を提供しようとするものである。
【０００６】
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、指先部を覆う形状に成形された合成樹脂製先芯であって、頂部、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際、頂部、立上り部とフランジ部と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、上記フランジ部が立上り部の両側に略同幅で延出し逆Ｔ字状になるよう設けられていることを特徴とする履物用先芯にある。
また本発明は、上記の如く成形された履物用先芯を指先部に装着した履物も要旨とするものである。
【０００７】
【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は同方向から見た背面図である。
図において、１は頂部でその断面が若干上方に湾曲するか又は略直線状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。この例においては、先端の立上り部２は略垂直状で、両側の立上り部３、３は上方に向かい若干内側に傾斜するように形成するされている。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し、頂部１が平坦になれば略垂直にする等して決められる。
また図中５は立上り部２、３、３下端に設けられたフランジ部で、立上り部２、３、３の両側に略同幅で延出し逆Ｔ字状になるように形成されている。なお６は後方の開口部である。そして、この肩部４内隅及びフランジ部５隅には、内面に小さい曲率をもったフィレット部Ｆが設けらている。
【０００８】
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１５と同様にして説明するが、図３（Ａ）、図４（Ａ）、図５（Ａ）は先芯を開口部側から見た断面図で、図３（Ｂ）、図４（Ｂ）、図５（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。
【０００９】
図４は垂直荷重による先芯の変形が進み、頂部１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５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４に示すように略平面状となった頂部１と直角状となったフランジ部５とが略長方形状断面を呈し、これにより荷重を一様に受止めることができることとなる。
この結果、立上り部２、３の頂部１及びフランジ部５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、この例においては頂部１内隅及びフランジ部５内隅にフィレット部Ｆ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。
【００１０】
なお本実施例を説明する図４は、前記図１５（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１５のような変形を受けることにはならず、上述したように図４の如く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５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６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。
【００１１】
本発明の先芯は、上述したような作用によって所期の効果を発揮するように構成されているが、これは革製等柔軟性が乏しく比較的硬度の大きい履物底上に先芯を載置した状態の場合に良く符合するものであるが、ゴムや合成樹脂等の柔軟な材料からなる中底や中敷面に先芯を載置して装着した場合には、現象が異なってくる。
これを図６を参照して説明すると、先芯が図４のように物体Ｘにより垂直荷重を受けた場合、先芯のフランジ部は図６（Ｂ）のように柔軟な底材料に沈み込む現象が生ずるが、これにより先芯は変形を受けなくても足の入る高さＨが減少してしまうことがある。
【００１２】
ところで一般の先芯は、図６（Ｃ）に示すようにフランジ部が所定幅Ｗだけ内側に折曲して設けられているため、沈み込み現象により当該フランジ部の長さｌに底部から反力を受けることになり、立上り部に大きなモーメントＭが発生してしまう。この状態で物体Ｘからの垂直荷重が加わると、沈み込みがない場合に比べ著しく小さい垂直荷重で立上り部が座屈してしまうこととなる。これを避けるためフランジ部の長さを短くするか無くしてしまうことも考えられるが、これでは底面への圧力が増大し、甚だしくは先芯により底材料が切断されるおそれがある。
【００１３】
これを避けるため本発明においては、図６（Ａ）に示すように、合計のフランジ部５の幅は同図（Ｃ）と同様であるが、立上り部２、３を中心にしてその両側に略同幅で延出しこの部分が逆Ｔ字状になるようにフランジ部５を設けるようにしている。
この結果、フランジ部５に加わる曲げモーメントｍは長さｌ’が短いため著しく小さくなり、しかも両側が略同幅のため曲げモーメントが相殺されてほとんど発生せず、本来の高い座屈破壊応力を発揮できることとなる。
【００１４】
次に本発明の第２の実施例を、図７ないし図１１に基づいて説明するが、このうちの図７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は同方向から見た背面図である。
図において、１は頂部でその断面が若干上方に湾曲するか又は略直線状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、全体とし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、上記実施例１と同様、先端の立上り部２が略垂直状に、また両側の立上り部３、３が上方に向かい若干内側に傾斜するよう形成されている。
この例においても立上り部２、３、３下端には、両側に延出し逆Ｔ字状になるように設けられている。さらに、この例においては肩部４に外側に若干突出する鍔部Ｄが設けられ、肩部４の応力集中が緩和されるようになっている。なおＦは、肩部４内隅及びフランジ部５内隅に設けられたフィレット部である。
【００１５】
そして本実施例では、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７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７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５が立上り部２、３、３に対し略直角状に形成されている。
なお、この例では上部受圧面７を立上り部２、３、３の全周に設けているが、この構成は少なくとも必要とされる部分に設けるだけでも効果的であり、とりわけ荷重に対して変形を受け易い箇所、例えば開口部６の両側に近い立上り部３、３の箇所にのみ形成させることもできる。
【００１６】
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、前述した図と同様にして説明するが、図９（Ａ）、図１０（Ａ）は先芯を開口部６側から見た断面図で、図９（Ｂ）、図１０（Ｂ）はこれと直角方向から見た断面図であり、さらに図１１は図１０（Ａ）の一部拡大断面図である。
図９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か、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。
【００１７】
図１０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５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２、３、３が垂直状になると、図１０に示すように上部受圧面７と直角状となったフランジ部５が下部の受圧面となって、上下端の受圧面により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Ｒ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５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２、３、３の上部受圧面７及びフランジ部５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、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、この例においてはフランジ部６内隅及び上部受圧面７内隅にフィレット部Ｆを、また肩部４に鍔部Ｄ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。
【００１８】
なお本実施例を説明する図９及び図１０は、前記図１５（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１５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。
【００１９】
そしてこの第２実施例の場合も、フランジは立上り部２、３、３の両側に略同幅で延出し逆Ｔ字状になるように設けられているため、柔軟な底材料の面に載置して装着した場合あっても、曲げモーメントをほとんど発生することなく高い座屈破壊応力も発揮した優れたものとすることができる。
【００２０】
図１２及び図１３は、上記のように構成された先芯を装着した本発明の履物の実施例を示す指先部分の断面図である。
図１２の例において、Ｓが本発明の第２の実施例の先芯、８が布、革、人工皮革等からなるアッパー生地で、これと内装材９との間に、先芯Ｓが挟まれた状態で吊り込まれ、履物底は比較的硬度の大きい本底１０の内側に、比較的柔軟な中底１１を積層した構成となっており、この中底１１上に本発明の先芯のフランジ部が載置されて装着されている。なお図中１２は中敷材、１３は緩衝材である。
【００２１】
上記例において本発明の先芯Ｓは、比較的柔軟な中底１１上に載置されているため、上述したように先芯に垂直荷重が加わった場合においても、フランジ部５の沈み込みに起因する曲げモーメントを極めて小さくすることができるため、本来の強度向上にさらに座屈破壊応力も発揮させることができ、軽量で高強度の指先安全性を高めた履物を提供することができることとなる
【００２２】
図１３は本発明履物の別の実施例を示すもので、履物底の構成が図１２の場合と若干異なっている以外は、ほぼ同様な構成となっている。上記のように本発明の先芯Ｓは、立上り部２、３、３が両側に略同幅で延出し逆Ｔ字状になるように形成されているため、柔軟性のある中底１１上に載置しても優れた効果を発揮するが、比較的硬度の大きい底面に実質的に載置しておくことがより有利であるといえる。すなわち、図のようにフランジ部が比較的硬度の大きい本底１０上に、実質的に載置された状態で先芯Ｓを装着したものである。ここで実質的に載置したとは、本底１０に直接或いはこの面に薄い補強布等、柔軟性を発揮しないな材料を介している状態を意味し、本底１０の硬さをフランジ部が受ける状態のことをを意味している。
もちろん本底１０に用いられるゴムや合成樹脂材料においても、ある程度の柔軟性は備えているため、先芯に垂直荷重が付加された場合、若干の沈み込み現象は避けられないことがあるので、この場合本発明先芯の効果が生かされるものである。
【００２３】
本発明の先芯は合成樹脂で形成されているため、これにより本発明独特の構造を設計通り容易に成形でき、しかも一般に用いられている金属製先芯に比べて大幅に重量の軽減を図ることができると共に、履物に装着した場合に履物のバランスに影響を及ぼすことが少なく、履き心地の点からも好ましいものとなる。この合成樹脂材料としては、ナイロンやポリカーボネート等の熱可塑性樹脂または他の熱硬化性の合成樹脂或いはこれらの樹脂にガラス繊維や炭素繊維等の強化繊維で補強したいわゆるＦＲＰが使用できる。このうちナイロンやポリプロピレン等の熱可塑性樹脂に、ガラス繊維等の補強繊維を混入したＦＲＰが特に適している。
【００２４】
また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。
なお、図７に示した例において説明したように、上部受圧面７の外側部に、若干の鍔部Ｄを形成させると、該上部受圧面７に加わる圧力を低下させることができて有効である。
【００２５】
なお上記本発明の実施例において、フランジ部５や上部受圧面７を、立上り部２、３、３に対し、直角状に形成させることが好ましく、頂部１に荷重が加わった際、フランジ部５及び上部受圧面７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。また、フランジ部５のみ或いは上部受圧面７のみを略直角状に形成するだけでも、その分の効果が期待できて有効である。
【００２６】
さらに上記実施例において、肩部４内隅及びフランジ部６内隅に、内面が小さな曲率からなるフィレット部Ｆ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、又肩部４内隅のみ或はフランジ部５内隅にのみフィレット部Ｆ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。
【００２７】
【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るから、先芯に荷重が加わったときには、頂部、立上り部とフランジ部とで略長方形状断面を呈して、立上り部全周で略一様にバランスよく受け止めて強度を発揮させることができ、特に先芯後端部の落ち込みによる変形を防止することができ、しかも柔軟な底材料を用いて先芯を装着した場合であっても先芯フランジ部の沈み込みに起因する曲げモーメントをほとんど生じさせないようにして座屈破壊応力を高めることができると共に、合成樹脂材料を用いて容易に入手できるようにし、先芯の軽量化及び履物のバランスにも寄与することのできる履物用先芯及びこれを用いた履物を提供し得る利点がある。
【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背面図である。
【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背面図、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た状態を示す説明図で、図４（Ａ）が開口端側から見た背面図、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５（Ａ）が開口端側からみた断面図、図５（Ｂ）がこれと直交する側から見た断面図である。
【図６】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、図６（Ａ）が本発明例、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）が従来例の図である。
【図７】  本発明の第２の実施例を示す履物用先芯の開口部側から見た斜視図である。
【図８】  図７の先芯の開口部側から見た背面図である。
【図９】  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９（Ａ）が開口端側から見た背面図、図９（Ｂ）がこれと直交する側からみた断面図である。
【図１０】  本発明の先芯に外力を加えた状態を示す説明図で、図１０（Ａ）が開口部側から見た背面図、図１０（Ｂ）がこれと直交する側から見た断面図である。
【図１１】図１０の一部を拡大した部分的な断面図である。
【図１２】本発明の先芯を装着した履物を示す部分的な断面図である。
【図１３】本発明の先芯を装着した履物の別の例を示す部分的な断面図である。
【図１４】従来の先芯を示す斜視図である。
【図１５】  従来の先芯に外力を加えた状態を示す説明図で，図１５（Ａ）が外力を加え始めようとする状態を後端側からみた背面図、図１５（Ｂ）が外力を加え始めた状態の同様の背面図、図１５（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背面図、図１５（Ｄ）が図１５（Ｃ）の状態の直交する断面図である。
【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                     フランジ部
６                     開口部
７                     上部受圧面
Ｆ                     フィレット部
【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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【図１４】
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【図１５】
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