(57)【要約】【課題】  本発明は、放射線防護機能を備え、履き心地で柔軟性を要する靴の中敷や材料を提供する。【解決手段】  個々の金属微粒子９を高分子材料１０で完全に被覆して粉末状に形成されたメカニカルアロイング構造体３は、直径１００ｎｍ〜３００μｍの放射線の遮蔽性を有するＷ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｎｉの重金属、その酸化物、およびその炭化物などの金属微粒子と、金属粒子とのメカニカルアロイングが可能な熱軟化性のナイロン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）、ポリ乳酸などの高分子材料とを備え、このメカニカルアロイング構造体が多層に複合的に配置されたメカニカルアロイング材料２として板状に圧縮成形して靴の中敷１の形状に切り取り、外側はプラスチックであるが、見た目も特性も金属の性質を備え、柔軟な板材など所望の形状に形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
個々の金属微粒子を高分子材料で完全に被覆して粉末状に形成されたメカニカルアロイング構造体を備えることを特徴とするメカニカルアロイング材料。
【請求項２】
前記金属微粒子は、直径１００ｎｍ〜３００μｍの放射線遮蔽性を有するＷ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏの重金属、その酸化物、およびその炭化物のいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルアロイング材料。
【請求項３】
前記高分子材料は熱軟化性であることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルアロイング材料。
【請求項４】
前記メカニカルアロイング構造体は球形であることを特徴とする請求項1に記載のメカニカルアロイング材料。
【請求項５】
請求項１に係る前記メカニカルアロイング構造体を備えたメカニカルアロイング材料を板状に圧縮成形して得られた板材を、靴の中敷の形状に切り取って形成されたことを特徴とする靴の中敷。
【請求項６】
請求項１に係る前記メカニカルアロイング構造体を備えたメカニカルアロイング材料を所望の形状に圧縮して、犬および猫のいずれか一方のペット用の靴形状に成形することを特徴とするペット用の靴。
【請求項７】
前記メカニカルアロイング構造体が互いに接触し密着して配置されていることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルアロイング材料。
【請求項８】
請求項１に係る前記メカニカルアロイング構造体を備えたメカニカルアロイング材料をシート状に圧縮形成することを特徴とする放射線防護シート。
【請求項９】
請求項１に係る前記メカニカルアロイング構造体を備えたメカニカルアロイング材料を人工芝の充填剤として用いることを特徴とする放射線防護人工芝。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線防護機能を備えたメカニカルアロイング材料に関し、特に、放射線測定ではホットスポットとなっているところもあり、地面からの放射線被曝をいかに少なくし、地面から来る放射線から子供達を守るために開発されたメカニカルアロイング構造体、メカニカルアロイング材料、並びにそれを用いた放射線防護シート、および靴の中敷に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下、本願発明に関連する従来の技術について説明する。しかしながら、本願発明と類似の特許文献は見当たらず、先ず、その中でも比較的関連があると思われる特許文献として、図６において、ボールミル処理によって金属粒子に絶縁被膜を設けた例を説明する。なお、本願発明は粉末である点を特徴とするが、この特許文献に記載された内容は、粉末でない点で本願発明とは大きく異なっている。
次に、非特許文献として、図７において、本願発明者の従来の関連する研究論文を説明する。
先ず、図６は、従来の実施形態に係る圧粉磁心の製造方法を示す概略図であり、（ａ）は軟磁性粉末に機械的に荷重を加えボールミル処理をして、互いに接着した圧粉磁心の断面図、（ｂ）はボールミル処理を実施する様子を示す平面図である。
図６の（ａ）（ｂ）に示すように、軟磁性材料の製造方法は、軟磁性粉末１５０を準備する工程と、軟磁性粉末１５０に機械的に荷重を加えるためのボールミル処理を実施する工程と、ボールミル処理を実施する工程の後、粉末状の軟磁性粉末１５０を４００℃以上９００℃以下の温度で熱処理をする工程とを備える。
圧粉磁心は、軟磁性粒子１１０と、軟磁性粒子１１０の表面を取り囲む絶縁被膜１２０とから構成された複数の複合磁性粒子１３０を備える。これら複数の複合磁性粒子１３０の間には有機物１４０が介在して、複合磁性粒子１３０が有する凹凸の噛み合わせによって、複合磁性粒子１３０同士を強固に接合して、圧粉磁心の強度を向上させている。
【０００３】
ボールミル処理では、容器１７１に、複数個のボール１７２と、軟磁性粉末１５０とを投入する。容器１７１を矢印１７３に示す方向に自転させるとともに、矢印１７４に示す方向に公転させる。これにより、たとえば１分間以上１時間以下、軟磁性粉末１５０に対してボールミル処理を実施する。この間、軟磁性粒子１１０と、ボール１７２または容器１７１の表面とが衝突を繰り返す。なお、軟磁性粉末１５０をエタノール、ヘキサン、トルエン等の有機溶剤に浸した状態でこのボールミル処理を実施すれば、処理中に軟磁性粉末１５０が酸化することを防止できる。これによって、所望の磁気的特性が得られる軟磁性材料の製造方法、軟磁性粉末および圧粉磁心を提供することができる（特許文献１参照）。
【０００４】
次に、図７は、ＭＡ時間の長短によって異なるＭＡ材料のビッカース圧痕のＳＥＭ観察結果の模式図であり、（ａ）はＭＡ時間の短い場合、（ｂ）はＭＡ時間の長い場合の模式図である。
比重の異なる材料同士の混合の場合は、金属を溶解させないで、ボールミル中でメカニカルアロイング（ＭＡ）することによって、結晶粒を微細化させると共に、均一な混合を得ることができる。本実験は、メカニカルアローイング（ＭＡ）法によって銅粉末とＰＣＬとを撹拌して作製した場合を説明する。なお、ＰＣＬは平均粒径が約１１７μｍで５０〜４００μｍのかなり広範囲の大きさに分布し、一方、銅粉末はアトマイズ法で作製したもので、平均粒径が３μｍで、ＰＣＬに比べて１／４０程度細かく、１〜８μｍに分布している。ＭＡ法においては、５ｍｌの材料粉末（ＰＣＬと銅とを混ぜ合わせたもの）をステンレスボール（直径１５ｍｍ）７個とともに、直径４０ｍｍ、深さ４０ｍｍのステンレスポットに入れ、遊星形微粒粉砕機で回転運動させた。ミルの自転回転速度は１３７７ｒｐｍ、ミルが設定されたテーブルの回転速度は６８９ｒｐｍであった。ＭＡ中に発生する熱を放出するために、５分間ＭＡ後、１０分間休むというサイクルを行った。その後、９０℃、１５０ＭＰａの下で厚さ０．５ｍｍの円盤状にプレスして試料に成形した。
図７の（ａ）に示すように、ＭＡ時間の短い場合には混合が不十分で、大きな銅粉末の集団（塊）が互いに接触し、塊同士を支え合っているため、ビッカース圧子を当ててもこれら塊は逃げることができず塑性変形をする。（ｂ）に示すように、ＭＡ時間の長い場合は十分にＭＡされ、１個１個の銅粉末の粒子が完全にＰＣＬで包まれ、１個１個均一に分散した銅粒子は流動性を増して、ＰＣＬが潤滑材のように作用して動き易いため軟らかくなっている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２８６１４５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「日本機械学会論文集（Ａ編）６５巻６３２号（１９９９−４）論文番号９８−０５３１  生分解プラスチックＰＣＬと純銅とのメカニカルアロイング材料の硬さおよび電気抵抗率に及ぼすアロイング時間の影響」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、柔軟性を備えるためには金属微粒子として粉末である点を必要とするが、従来例に記載された方法では粉末にできない。また、現在、急を要する課題として、地面に降り注いだ放射性物質の放射線から人類や動物、特に子供への被曝を防止するために、簡易で容易に誰にでも装着させることができる放射線防護機能を備えた靴の中敷きを探したが見当たらず、本願発明者はその使命感から従来の研究成果を基にして上記課題を解決することにした。
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するために創案されたものであり、放射線防護機能を備えた金属微粒子に高分子材料の被膜を設けて粉末状のメカニカルアロイング構造体を形成し、中心核に位置する金属微粒子の物理特性を生かしながら電気的に絶縁性を備え、その集合を圧縮成形することによってメカニカルアロイング材料を生成させて、特に金属微粒子をタングステンとしたメカニカルアロイング材料を板状に圧縮成形して、地面から来る放射線から特に子供の体を守ることができる靴の中敷を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明のメカニカルアロイング材料は、個々の金属微粒子を高分子材料で完全に被覆して粉末状に形成されたメカニカルアロイング構造体を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のメカニカルアロイング材料であって、前記金属微粒子は、直径１００ｎｍ〜３００μｍの放射線の遮蔽性を有するＷ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏの重金属、その酸化物、およびその炭化物のいずれか一つであることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のメカニカルアロイング材料であって、前記高分子材料は、熱軟化性であることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のメカニカルアロイング材料であって、前記メカニカルアロイング構造体は球形であることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明の靴の中敷は、請求項１に係る前記メカニカルアロイング構造体を備えたメカニカルアロイング材料を板状に圧縮成形して得られた板材を、靴の中敷の形状に切り取って形成されたことを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明のペット用の靴は、請求項１に係る前記メカニカルアロイング構造体を備えたメカニカルアロイング材料を所望の形状に圧縮して、犬および猫のいずれか一方のペット用の靴形状に成形することを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項１に記載のメカニカルアロイング材料であって、前記メカニカルアロイング構造体が互いに接触し密着して配置されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項８に記載の発明の放射線防護シートは、請求項１に係る前記メカニカルアロイング構造体を備えたメカニカルアロイング材料をシート状に圧縮形成することを特徴とする。
【００１７】
請求項９に記載の発明の放射線防護人工芝は、請求項１に係る前記メカニカルアロイング構造体を備えたメカニカルアロイング材料を人工芝の充填剤として用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に係る発明によれば、個々の金属微粒子を高分子材料で完全に被膜することによって真球形のメカニカルアロイング構造体が形成され、金属微粒子の質量、外見、および放射線透過特性は、通常の金属微粒子と高分子材料の混合体とは異なり、金属の有する放射線遮断特性と、高分子材料特有の柔軟性および電気的絶縁性を備え、これらが水平方向や垂直方向に配置されて複合化・多層化されているため、放射線を完全に遮蔽することができる。ボールミル処理において、高分子材料は、余ることなく、全てが金属微粒子の被膜となる。メカニカルアロイング構造体の粉末のみ生成することができるので、メカニカルアロイング構造体を用いて製品化する際に極めて取扱い易い。これまではメカニカルアロイング構造体と共に高分子材料の残ったため、分別回収するのが手まであったが、メカニカルアロイング構造体のみ回収できるので品質的にもコスト的にも画期的なことである。
【００１９】
請求項２に係る発明によれば、これらの金属微粒子は、程度の差はあるがγ線などの放射線に対する放射線防護性能を有するため、プラスチックとのメカニカルアロイング構造体とすることで、金属微粒子と同様の特性を有する。そして、これらのメカニカルアロイング構造体は、その質量に対する放射線防護特性と、熱伝導性などによって利用用途は変わるがいずれも放射線防護材として利用可能である。なお、毒性の無いものを選んでいる。
【００２０】
請求項３に係る発明によれば、高分子材料は、金属粒子とのメカニカルアロイングが可能な熱軟化性のナイロン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）、ポリ乳酸などがあるが、なかでも、生分解性を有するポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）、および、使用上安定なナイロン、ポリスチレン、ポリエチレンが望ましいものであり、メカニカルアロイング中に回転速度を下げることによって徐冷が進み、それによって金属微粒子を完全に丸く覆うことができ、また、圧縮成形することによってメカニカルアロイング材料として所望の形状に成形可能であり、靴の中敷などを生産するための板材に容易に成形することができる。
【００２１】
請求項４に係る発明によれば、遊星ボールミルで金属粒子と熱軟化性高分子材料を撹拌して、これらの金属微粒子の周囲を高分子材料で完全に被覆し、ほぼ球形に形成されたメカニカルアロイング構造体の粉末を得ることができる。
【００２２】
請求項５に係る発明によれば、子供や大人が地面からの放射線被曝を容易に防護でき、また、安価であり、かつ大量生産が容易に可能である。
【００２３】
請求項６に係る発明によれば、ペットが地面からの放射線被曝することを防護でき、また、安価である。また、ペットに限らず、放置された犬や猫をなんとか保護して着用させても良い。
【００２４】
請求項７に係る発明によれば、メカニカルアロイング材料２がメカニカルアロイング構造体３を３層に積層して形成したものであり、メカニカルアロイング構造体が互いに密着して、不規則かつムラなく密に並んで構成されているため、下方からくる放射線を完全に遮断することができる。また、メカニカルアロイング構造体の被膜は熱軟化性であるため、ホットプレスによって、互いの隙間を埋めるように変形する。このため放射線がすり抜けることはなく、メカニカルアロイング構造体を２〜３層設けるだけで放射線を十分に遮断することが可能である。
【００２５】
請求項８に係る発明によれば、放射線防護シートに形成することで、このシート２４を建物の、例えば畳の下に敷いているビニール状のシートの代わりに用いたり、また、いろんなものの下に敷くことで放射線防護機能を発揮できる。例えば、車のマット敷きでも構わない。用途は多岐に亘るため有用性が高い材料である。
【００２６】
請求項９に係る発明によれば、基布を敷きその上に充填剤としてメカニカルアロイング構造体を積層してそれにパイル（芝）を植え付け、人工芝の充填剤として用いることで、放射性物質を含んだグランドや校庭などに設けるなど可能であり、子供達などの地面からの放射線被曝を防護できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に係る靴の中敷を示す概略図であり、（ａ）は靴の中敷を示す平面図、（ｂ）は地面から来る放射線から体を防護する様子を示す側面断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るメカニカルアロイング構造体、その製造装置および製造方法を示す概略図であり、（ａ）の（イ）は金属微粒子を備えたメカニカルアロイング構造体の構造図、（ａ）の（ロ）は多角形の金属微粒子を備えたメカニカルアロイング構造体の構造図、（ａ）の（ハ）はサイズが細かい金属微粒子を備えたメカニカルアロイング構造体の構造図である。（ｂ）はメカニカルアロイング処理を開始する前の遊星ボールミルの内部を示す断面図、（ｃ）はメカニカルアロイング処理を高速回転で処理中の遊星ボールミルの内部を示す断面図、（ｄ）はメカニカルアロイング処理を高速回転から低速回転に移行した終了直近の遊星ボールミルの内部を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るメカニカルアロイング構造体の製造装置を示す概略図であり、（ａ）はメカニカルミーリング装置で遊星ボールミルが自転・公転する機構を示す側面断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ―Ａ線平面端面図、（ｃ）はメカニカルアロイング構造体が生成された様子を示す側面断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るメカニカルアロイング材料の概略を示し、（ａ）はメカニカルアロイング構造体同士が密着した状態で３層に積層された様子を示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示すメカニカルアロイング構造体が積層された側面断面図、（ｃ）は（ｂ）に示すメカニカルアロイング構造体が積層されたものをホットプレスしてメカニカルアロイング材料として成形した様子を示す側面断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係るメカニカルアロイング材料を生成する様子を示す概略図であり、（ａ）は靴の中敷きをホットプレスする様子を示す側面図、（ｂ）は靴の中敷の形状に切り取った様子を示す平面図、（ｃ）は犬や猫に履かせる靴としての事例を示す側面断面図、（ｄ）は人工芝に適用した事例を示す断面図、（ｅ）は放射線防護シートに適用した事例を示す斜視図である。
【図６】従来の実施形態に係る圧粉磁心の製造方法を示す概略図であり、（ａ）は軟磁性粉末に機械的に荷重を加えボールミル処理をして、互いに接着した圧粉磁心の断面図、（ｂ）はボールミル処理を実施する様子を示す平面図である。
【図７】従来の関連する研究論文に係るＭＡ時間の長短によって異なるＭＡ材料のビッカース圧痕のＳＥＭ観察結果の模式図であり、（ａ）はＭＡ時間の短い場合、（ｂ）はＭＡ時間の長い場合の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る靴の中敷を示す概略図であり、（ａ）は靴の中敷を示す平面図、（ｂ）は地面から来る放射線から体を防護する様子を示す側面断面図である。
図１の（ａ）に示すように、靴の中敷１はメカニカルアロイング材料２を切り取って成形されている。メカニカルアロイング材料２は複数のメカニカルアロイング構造体３を圧縮成形したものである。このような放射線防護物質で形成した中敷を、例えばグラウンドで遊ぶ子供たちの靴の中敷として用いることで、子供たちの被曝を避けることができる。
図１の（ｂ）に示すように、靴の中敷１を靴に敷いたことによって、地面６の表面または地中にある放射性物質７から放出される放射線８を中敷１で遮断することができる。足の裏から来る放射線８を遮断することで、足の上方に位置する身体全体の多くの部分を保護することができる効果も大きいと思われる。
【００２９】
ボールミル処理によって金属粒子を球形のメカニカルアロイング構造体の粉末とすることができる。また、これらの多くの微細化されたメカニカルアロイング構造体を含んだ材料を形成することができるので、素材自体の柔軟性によって圧縮成形性も良く、放射線の透過を完全に遮蔽することができる所望の形状の靴の中敷きが形成される。
【００３０】
図２は、本発明の実施形態に係るメカニカルアロイング構造体、その製造装置および製造工程を示す概略図であり、（ａ）の（イ）は金属微粒子を備えたメカニカルアロイング構造体の断面図、（ａ）の（ロ）は多角形の金属微粒子を備えたメカニカルアロイング構造体の断面図、（ａ）の（ハ）はサイズが細かい金属微粒子を備えたメカニカルアロイング構造体の断面図である。金属微粒子の形状がいろんなものであっても、その被膜の厚さは変わるが同じような外形を有している。（ｂ）はメカニカルアロイング処理を開始する前の遊星ボールミルの内部を示す断面図、（ｃ）はメカニカルアロイング処理を高速回転で処理中の遊星ボールミルの内部を示す断面図、（ｄ）はメカニカルアロイング処理を高速回転から低速回転に移行した終了直近の遊星ボールミルの内部を示す断面図である。このとき、高速回転時にステンレスボールとボールミルとの間に発生した摩擦熱を徐々に下げることになる。
【００３１】
図２の（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように、メカニカルアロイング構造体３は、タングステンＷの個々の金属微粒子９を高分子材料１０で完全に被覆している。このメカニカルアロイング構造体９を圧縮成形してメカニカルアロイング材料２を形成している。金属微粒子９は、直径が１００ｎｍ〜３００μｍの放射線の遮蔽性を有するＷ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏの重金属、その酸化物、およびその炭化物などである。個々の金属微粒子９を高分子材料で完全に被膜することによって、金属微粒子の質量、外見、および放射線透過特性は、通常の金属微粒子と高分子材料の混合体とは異なり、金属の特色を有しながら、高分子特有の柔軟性および電気的絶縁性を備え、放射線を遮蔽することができる。つまり、放射線を透過させない特徴は金属的であり、それ以外はプラスチックの特徴を備えている。特に、放射線防護材料として利用価値が高いタングステンＷ素材は、柔軟性がなく、そのままでは到底靴の中敷きの素材として利用できるものではない。そのため、メカニカルアロイング材料とすることで高分子材料と同じような柔軟性を兼ね備えた完全な放射線防御材料を生成することができた。これまで無かった特徴である。
【００３２】
これらのＷ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｎｉの重金属、その酸化物、およびその炭化物など金属微粒子９は、程度の差はあるがγ線に対する放射線防護性能を有するため、プラスチックとのメカニカルアロイング構造体とすることで、金属微粒子と同様の特性を有する。同様に、これらのメカニカルアロイング構造体は、その質量に対する放射線防護特性と、熱伝導性などによって利用用途は変わるがいずれも放射線防護材として利用可能である。
【００３３】
高分子材料１０は、金属粒子とのメカニカルアロイングが可能な熱軟化性のナイロン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）、ポリ乳酸などである。
なかでも、生分解性を有するポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）、および、使用上安定なナイロン、ポリスチレン、ポリエチレンが望ましいものであり、回転速度を下げることで徐冷が進み、金属微粒子を完全に丸く覆うことができ、メカニカルアロイング材料として所望の形状に成形可能であり、靴の中敷や放射線防護シート、放射線防護人工芝などを生産するための板材に容易に成形することができる。
なお、金属微粒子の周囲を高分子材料で完全に被覆しているため、ほぼ球状に形成されたメカニカルアロイング構造体の粉末を得ることができる。
【００３４】
また、図２の（ｄ）に示すように、メカニカルアロイング構造体は模式的に大きく描かれているが、実際は微小なものであり、サイズは数１００ｎｍ〜数１００μｍ程度としている。
また、遊星ボールミル１１の中には数個のスチールボール１２が配置されていて、金属微粒子９と高分子材料１０を撹拌すると共に、遊星ボールミル１１の自転・公転運動によってメカニカルミーリングされる。スチールボール１２は直径１０〜１２ｍｍとしたが、これに限るものではなく、量産体制が進むことでボールミルと共にスチールボールの直径も大きく、重量も１ｋｇ重などとする必要が出てくる。そのときは、回転速度を高くする必要がなく、スチールボールの周回運動速さも適宜変更可能で、特にこれまでよりゆっくりとしたスピードでメカニカルアロイングすることが可能である。
【００３５】
図３は、本発明の実施形態に係るメカニカルアロイング構造体の製造装置を示す概略図であり、（ａ）はメカニカルミーリング装置で遊星ボールミルが自転・公転する機構を示す側面断面図、（ｂ）は（ａ）の平面図であり、スチールボールが遊星運動によって移動する様子を示している、（ｃ）はメカニカルアロイング構造体が生成された様子を示す側面断面図である。
図３の（ａ）に示すように、遊星ボールミル１１は自転用歯車１４の回転を伝えるボールミル中心軸１５に装着されている。自転用歯車１４は内歯車１６および公転用歯車１７と噛合している。公転用歯車１７の公転軸１８は不図示のモータに連結され所定の方向へ回転する。なお、ボールミルの内側は底辺コーナが半径Ｒの曲率で形成され、スチールボールの半径とほぼ同じとした。これによって、均一なメカニカルアロイング構造体が生成できる。
図３の（ｂ）に示すように、本実施形態では自転用歯車１４が時計方向に自転すると共に、公転軸１８が反時計方向に回転することで、内歯車１６と噛合し、これによって、公転用歯車１７の周囲を公転して遊星ボールミル１１を遊星運動させる。内歯車１６は支持板１９に固定されている。スチールボール１２は、遊星ボールミル１１の自転運動の遠心力によって位置Ａから位置Ｂへ遊星ボールミル１１の内周に沿って移動し、位置Ｂに来たところで公転運動とその遠心力によって、位置Ｃへ衝撃的に移動し、ほぼＡの位置に衝突して戻る。
【００３６】
遊星ボールミル１１自体は、反時計方向に公転しているため、位置Ａ→位置Ｂ→位置Ｃ→位置Ａと繰り返し衝突的にボールミル１１の内周に衝突を繰り返す。図３の（ｃ）に示すように、この遊星運動によって、内容物はメカニカルミーリング処理がなされ、金属微粒子９と高分子材料１０はメカニカルアロイングされ、メカニカルアロイング構造体３が生成される。メカニカルミーリング処理は１時間ほど行われて金属粒子の表面全体にプラスチック膜が形成される。なお、１時間に限定するものではなく、高分子材料が溶融して、いわば、金属微粒子が、溶融した高分子材料の海状の中に沈み込み、均一に分散した状態になるまでの時間であれば良い。
【００３７】
このような金属とプラスチックの混合の場合には、ボールミル中でメカニカルアロイング（ＭＡ）することによって、金属粉同士の凝集をさせないで、均一な混合を得ることができる。本実験では、メカニカルアローイング（ＭＡ）法によってタングステン粉末とＰＣＬとを撹拌し、ＰＣＬは平均粒径が約１００μｍである。タングステン粉末は、平均粒径が５μｍである。ＭＡ法においては、５ｍｌの材料粉末（ＰＣＬとタングステンとを混ぜ合わせたもの）をステンレスボール（直径１２ｍｍ）とともに、直径４０ｍｍ、深さ４０ｍｍのステンレスポットに入れ、遊星形微粒粉砕機で回転運動させた。ミルの自転回転速度は１４００ｒｐｍ、ミルが設定されたテーブルの回転速度は７００ｒｐｍであった。ＭＡ中に発生する熱を放出するために、１時間ＭＡ後、回転速度を２０分間でゼロ迄下げるような回転数制御することによって徐冷が進む。その後、９０℃、１５０ＭＰａの下で厚さ０．５ｍｍの板状にプレスして試料を成形した。
【００３８】
図４は、本発明の実施形態に係るメカニカルアロイング材料の概略を示し、（ａ）はメカニカルアロイング構造体同士が密着した状態で３層に積層された様子を示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示すメカニカルアロイング構造体が積層された側面断面図、（ｃ）は（ｂ）に示すメカニカルアロイング構造体が積層されたものをホットプレスしてメカニカルアロイング材料として成形した様子を示す側面断面図である。
図４の（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、メカニカルアロイング材料２はメカニカルアロイング構造体３を３層に積層して形成したものである。２〜３層で放射線を十分に遮断することが可能である。必ずしも厚く形成する必要はない。厚さは適宜設定しても構わない。積層されたメカニカルアロイング構造体をホットプレスすることでメカニカルアロイング構造体が互いに密着して、不規則かつムラなく密に並んで構成されているため、図中下方からくる放射線を完全に遮断することができる。また、図４の（ｃ）に示すように、メカニカルアロイング構造体の被膜は熱軟化性であるため、ホットプレスによって、互いの隙間を埋めるように変形し、内部の金属微粒子同士が近接することによって、放射線がすり抜けることはない。
【００３９】
図５は、本発明の実施形態に係るメカニカルアロイング材料を生成する様子を示す概略図であり、（ａ）は靴の中敷きをホットプレスする様子を示す側面図、（ｂ）は靴の中敷の形状に切り取った様子を示す平面図、（ｃ）は犬や猫に履かせる靴としての事例を示す側面断面図、（ｄ）は人工芝に適用した事例を示す側面断面図、（ｅ）は放射線防護シートに適用した事例を示す斜視図である。
図５の（ａ）に示すように、メカニカルミーリング処理され金属微粒子９の周囲が高分子材料１０で完全に被覆された複数のメカニカルアロイング構造体３、３…は、粉末状に形成され、ステンレス板を用いた上型１９ａと下型１９ｂを有する型枠１９を用いて、ホットプレスで中敷き形状に成形したメカニカルアロイング材料２を得ることができる。
図５の（ｂ）に示すように、足の裏の形状にカッティングする。これを図１の（ｂ）に示すように、靴の中敷にすることで、子供や大人が地面からの放射線被曝を容易に防護でき、また、安価に製造できる。このようにステンレス板を用いた型枠でも十分成形できるが、これに限るものではなく、他の材料を用いた型枠であっても構わない。
【００４０】
図５の（ｃ）に示すように、ペット用の靴２０としても良い。メカニカルアロイング構造体３を備えたメカニカルアロイング材料２を所望の形状に圧縮成形して、犬や猫の足２１などペット用の靴形状に成形することができる。これによって、ペットが地面からの放射線被曝を防護できる。また、ペットに限らず、放置された犬や猫を保護して着用させても良い。
【００４１】
図５の（ｄ）に示すように、人工芝の充填剤として用いることができる。基布２２を敷きその上に充填剤としてメカニカルアロイング構造体３を積層してそれにパイル（芝）２３を植え付けている。これによって、放射性物質を含んだグランドや校庭などに設けることによって、子供達などが地面からの放射線被曝を防護できる。
【００４２】
図５の（ｅ）に示すように、放射線防護シート２４に形成することができる。このシート２４を建物の、例えば畳の下に敷いているビニール状のものの代わりに用いることで、放射性物質を含んだ土地に住居を建設でき放射線被曝を防護できる。また、この放射線防護シート２４はいろんなものの下に敷くことで放射線防護機能を発揮できる。例えば、車のマット敷きでも構わない。用途は多岐に亘るため有用性が高い材料である。
【００４３】
メカニカルミーリングは、一例として、Ｗ（タングステン）をプラスチック粉で包み込んだ形にしている。これで放射線を防御できる、そのため、靴などの中敷に用いることで地面から来る放射線をカットでき、身体を放射線から防御することができる、現在Ｐｂ鉛を用いることは処理が難しいため、同様の働きをするタングステンを用いる。これで、放射線遮蔽性を有するタングステンＷの性格を持ったプラスチックの外観を持ったものが生成できる。ＰＣＬ（ポリカプロラフトン）、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）は、微生物で分解可能、融点２００℃の特徴を持ち、絶縁物、生分解性プラスチックであり、分子量５０００〜１００００のものを使った。
【００４４】
以上、好ましい実施の形態を説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することの無い範囲内において適宜変更が可能なものである。例えば、メカニカルアロイング構造体は球形としたが、設計図面に描くような球形に限るものではなく、見た目で球形であればそれらも含む。また、メカニカルアロイング材料は繊維や長靴に用いることも可能であると共に、数ｎｍの金属微粒子を用いてメカニカルアロイング材料を生成できるため軽量であり、放射線従事者の全身を覆う放射線防護服に用いることもできる。靴に限らず、ペットの足を覆う布としても構わない。他に人間のネックや頭部を保護するマフラーや帽子などでも構わない。また、道路から来る放射線を完全に防御するために車内のマットの下に敷く敷物でも、マット自体をメカニカルアロイング材料で形成しても構わない。さらに放射能から身を守ることができる用途に使用することができるものであれば適宜適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は放射線防護機能を備えた靴の中敷、放射線防護服、放射線防護シート、放射線防護人工芝および放射線防護機能を備えたペット用品に適用される。
【符号の説明】
【００４６】
１  中敷、靴の中敷
２、２´  メカニカルアロイング材料
３  メカニカルアロイング構造体
４  足
５  靴
６  地面
７  放射性物質
８  放射線
９、９´、９´´  金属微粒子
１０、１０´、１０´´  高分子材料、プラスチック
１１  遊星ボールミル、ボールミル
１２  スチールボール
１３  メカニカルミーリング装置
１４  自転用歯車
１５  ボールミル中心軸
１６  内歯車
１７  公転用歯車
１８  公転軸
１９  型枠、ステンレス板
１９ａ  上型
１９ｂ  下型
２０  犬猫用の靴
２１  猫や犬の足
２２  基布
２３  パイル、芝
２４  放射線防護シート、シート
【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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