(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カードウエブの複数枚を繊維軸が異方向を向くようにクロスレイに配置し、パンチング加工によって上記カードウエブの構成ステープルを互いに交絡させてフェルト状に形成してなり、上記ステープルの５０％以上が引張破断強度２０ｇ／ｄ以上、引張破断伸度８％以下、引張初期弾性率６５０ｇ／ｄ以上の高強力繊維で構成され、この高強力繊維の繊度が０．５〜１２ｄであり、繊維長Ｌが式「Ｌ≧√ｄ×ｔ／３」（ただし、式中、ｄは高強力繊維の繊度（デニール）、ｔは引張破断強度（ｇ／ｄ）である。）を満たし、上記フェルトの見掛け密度が０．１４〜０．６０ｇ／cm3、目付量が１〜７kg／ｍ2 であることを特徴とする防刃性フェルト。
【請求項２】
遮水性シートで被覆されている請求項１に記載の防刃性フェルト。
【請求項３】
高強力繊維が重量平均分子量５０万以上の超高分子量ポリエチレンからなる請求項１または２に記載の防刃性フェルト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、刃物等の鋭利な突起物から人体を防御するための防護衣料やプロテクター等に使用される防刃性フェルトに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
刃物等の鋭利な突起物から人体を防御する目的で着用される防護衣料やプロテクター類には、古くは金属製の鎖かたびらがあり、近年ではステンレス鋼、チタン合金、硬質アルミニウム等の金属材料製、ガラス繊維を強化繊維とするＦＲＰ製、ポリカーボネートやナイロン、アクリル等の合成樹脂製等が知られている。そして、これらの材料は、一枚板や小片をリベットで結合して人体を被覆する形に形成して使用されている。
【０００３】
しかしながら、これらの材料は、重く、硬くて身体形状に馴染み難く、かつ着用者の動きに追従しないで機動性に乏しく、また上記材料同士の接触で発する音が大きく、特に樹脂製品は落下した際の衝撃で割れる等の問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、高強力繊維からなるフェルトを用いることにより、防護衣料やプロテクター類に使用可能な防刃材料であって、従来のものよりも軽く、柔軟で、身体形状に馴染み易く、かつ着用者の動きに容易に追従し、機動性に富み、また材料同士の接触で発する音が小さく、また落下により割れない防刃性フェルトを提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明の防刃性フェルトは、カードウエブの複数枚を繊維軸が異方向を向くようにクロスレイに配置し、パンチング加工によって上記カードウエブの構成ステープルを互いに交絡させてフェルト状に形成してなり、上記ステープルの５０％以上が引張破断強度２０ｇ／ｄ以上、引張破断伸度８％以下、引張初期弾性率６５０ｇ／ｄ以上の高強力繊維で構成され、この高強力繊維の繊度が０．５〜１２ｄであり、繊維長Ｌが式「Ｌ≧√ｄ×ｔ／３」（ただし、式中、ｄは高強力繊維の繊度（デニール）、ｔは引張破断強度（ｇ／ｄ）である。）を満たし、上記フェルトの見掛け密度が０．１４〜０．６０ｇ／cm3
、目付量が１〜７kg／ｍ2 であることを特徴とする。
【０００６】
この発明の防刃性フェルトは、上記のとおり引張破断強度の大きいステープルで構成されたフェルトであり、高強力で細いステープルが緻密に交絡しているので、突起物が侵入する際に交絡部のステープルが繊維軸方向に引っ張られ、その交絡が解ける際に生じる抵抗力が上記突起物の運動エネルギーを吸収してその侵入を食い止めるものである。
【０００７】
したがって、上記ステープルの引張破断強度および引張弾性率は、高い程好ましく、この発明では、引張破断強度および引張弾性率がそれぞれ２０ｇ／ｄ以上および６５０ｇ／ｄ以上に限定される。また、引張破断伸度は小さい程好ましく、この発明では８％以下に限定される。これら引張破断強度、引張弾性率および引張破断伸度等の機械的特性が上記の条件を満足しない場合は、上記突起物の侵入時にステープルの交絡が解ける前にステープルが切断されるので、この発明が目的とする高い抵抗力が得られない。
【０００８】
この発明で使用する高強力繊維は、上記の機械的特性を備えた繊維であれば特に限定されないが、重量平均分子量が５０万以上の超高分子量ポリエチレンからなる繊維は、上記の特性を満たす繊維の中で比重が最も小さく、単位重量のフェルトに含まれる繊維の表面積が大きく、そのため前記突起物の侵入に対する抵抗力が大きくなり、しかも耐酸性、耐薬品性および圧縮加工性に優れている点で特に好ましい。
【０００９】
また、上記ステープルの繊度は、細い程、一定重量のフェルトに含まれる繊維の表面積合計が大きくなって上記交絡部の密度が増大するので、上記突起物の侵入に対する抵抗力が増大する。このため、この発明では上記ステープルの繊度は、１２ｄ以下を必須とする。すなわち、１２ｄよりも太くなると、上記交絡部の密度が少なくなって突起物の侵入に対する抵抗が不十分となり、この発明の目的が達成されない。ただし、細過ぎると、強力が不足するので、下限は０．５ｄが好ましい。
【００１０】
また、上記の抵抗力は、繊維長が長い程、大きくなるが、この発明では上記の繊維長Ｌが式「Ｌ≧√ｄ×ｔ／３」（ただし、ｄはデニール、ｔは引張破断強度である。）によって規定される。すなわち、ステープルが太くなる程、また引張破断強度が大きい程、繊維長が長く設定され、ステープルが細い程、また引張破断強度が小さい程、繊維長が短く設定され、これによってステープル１本当たりの交絡部数がその強度に応じたものとなる。ステープルの繊維長Ｌが上記の値より短い場合は、ステープル１本当たりの交絡部数が少なくなり、強度の割りに高い抵抗力が得られなくなる。
【００１１】
また、この発明のフェルトは、上記の高強力繊維のみで作ることができるが、フェルトを構成する全ステープル量の５０％未満であれば、他の通常繊維、例えば綿繊維、羊毛繊維等の天然繊維またはナイロン、ポリエステル等の通常の衣料用合成繊維のステープルを混用することができる。ただし、通常繊維の使用量が５０％を超えると、前記の抵抗力が得られなくなり、この発明の目的が達成されない。なお、上記通常繊維ステープルの繊度および繊維長は、それぞれ０．５〜１２．０ｄおよび１５〜８０mmが好ましい。
【００１２】
この発明の防刃性フェルトは、例えば以下の方法で製造することができる。すなわち、前記の繊維材料をオープナーで開繊した後、カードマシンでカードウエブとし、このカードウエブを、用途に応じて所望の目付量となるようにその複数枚を繊維軸が異方向を向くようにクロスレイに配置し、しかるのちニードリング法や流体パンチ法等のパンチング加工によってステープルを交絡させてフェルト状に形成する。特にニードリング法は、厚さ数ミリメートル以上の厚地フェルトを製造することができ、かつステープルの交絡部数を針密度や加工速度等で容易に制御できる点で好ましい。なお、上記のニードリングは、所要枚数のカードウエブを重ねた後に行ってもよいが、１枚重ねるごとに隣接ウエブと交絡させるように行うのが好ましく、この場合は各層の交絡部における前記抵抗力が均一になる。
【００１３】
この発明は、防刃性フェルトに侵入する突起物で該フェルトの構成ステープルを引張り、突起物の運動エネルギーをステープル相互の交絡を解くためのエネルギーに変換、吸収するものであるから、上記の交絡を解くのに必要な引張り応力は、ステープルの引張破断強度に達しない範囲でなるべく大きいことが好ましい。そして、上記防刃性フェルトの見掛け密度は、一般に大きい程、フェルト内で互いに接するステープル間の摩擦力が増大し、上記交絡を解くために必要なエネルギー、すなわち前記突起物の侵入に対する抵抗力が増大する。したがって、上記防刃性フェルトの見掛け密度ρは、式「ρ＝ｍ／（ｓ×ｂ×ｌ）」（ただし、ｍは質量（ｇ）、ｓは厚さ（mm）、ｂは幅（mm）、ｌは長さ（mm））で定義したとき、０．１４ｇ／cm3 以上が好ましい。この見掛け密度ρが０．１４ｇ／cm3 よりも小さいと、ステープル相互の交絡部が解け易くて上記突起物の侵入エネルギーを吸収できず、かつステープル間の空隙を突起物の先端が選択的に通過するので、貫通抵抗が不十分となる。
【００１４】
上記の見掛け密度ρは、ニードリング時の針密度を増大することによって大きくすることができるが、ニードリング後の圧縮加工、例えば温度が常温〜１２０℃、圧力が０．５〜２５ kgf／cm2 のプレス加工を行うことによって意図的に大きくし、フェルトの厚みを反対に薄くすることができる。ただし、圧縮加工によって見掛け密度を過度に増大させた場合は、上記の交絡を解くのに必要な引張り応力がステープルの引張破断強度を超え、結果的に突起物に対する貫通抵抗が低下するので、この圧縮加工は、見掛け密度ρが０．６０ｇ／cm3 を超えない程度に行うことが好ましい。
【００１５】
この発明の防刃性フェルトは、前記のとおり、複数枚のカードウエブを重ね、パンチング加工で一体化して製造される。その目付量は、防刃性フェルトの使用目的に応じて上記カードウエブの重ね枚数を増減することによって設定されるが、好ましい大きさは１〜７kg／ｍ2 である。この目付量が１kg／ｍ2 未満では、繊維量が少な過ぎるため、ステープルの繊度、繊維長、ニードリングの針密度およびフェルトの見掛け密度等をいかに増減しても、所望の貫通抵抗が得られない。反対に７kg／ｍ2 を超えると、重くなり過ぎ、かつ不経済である。
【００１６】
この発明の防刃性フェルトは、用途に応じて所望の形状に裁断され、衣服の一部にパッド状に挿入したり、衣服の外面または内面に縫着その他任意の手段で固定したり、また人体の一部に直接巻付けたりして使用されるが、その外面を耐水性シート、例えば表裏両面にフッ素系樹脂やポリウレタン樹脂による樹脂加工を施したポリエステル織物等で全体を被覆して使用することができ、この場合は、汚れた場合に外面を被覆する耐水性シートを水洗することにより、汚れを除くことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施形態１
重量平均分子量が５０万以上の超高分子量ポリエチレンからなるマルチフィラメント糸（ただし、引張破断強度２０ｇ／ｄ以上、引張破断伸度８％以下、引張初期弾性率６５０ｇ／ｄ以上、フィラメント繊度１２ｄ以下）を繊維長Ｌが下記の式（式中、ｄは繊度（デニール）、ｔは引張破断強度（ｇ／ｄ）である。）
Ｌ≧√ｄ×ｔ／３
を満たすように切断する。
【００１８】
得られたステープルをオープナーで開繊し、次いでカードマシンでカーディングし、得られた所要枚数のカードウエブを、その繊維軸方向が直交するように１枚ずつ順に重ね、その都度ニードリングして隣接するカードウエブと交絡させ、これを所要枚数のカードウエブに繰り返して全目付量１〜７kg／ｍ2 、見掛け密度０．１４〜０．２０ｇ／cm3 の防刃性フェルトを得る。
【００１９】
実施形態２
実施形態１で得られた見掛け密度０．１４〜０．２０ｇ／cm3 の防刃性フェルトにプレス機により、常温下で圧力５ kgf／cm2 の圧縮加工を施し、見掛け密度を０．２〜０．４ｇ／cm3 に増大させる。
【００２０】
【実施例】
実施例１
重量平均分子量が５０万以上の超高分子量ポリエチレンからなるマルチフィラメント糸（東洋紡績株式会社製「Ｄｙｎｅｅｍａ−ＳＫ６００」、フィラメント繊度：１ｄ、引張破断強度：３２．０ｇ／ｄ、引張破断伸度：４．０％、引張初期弾性率：１０００ｇ／ｄ、√ｄ×ｔ／３：１１mm）を繊維長４３mmに切断し、開繊し、カードウエブを作り、その複数枚を１枚ずつ繊維軸方向が交差するように順に重ねてニードリングし、目付量３．１kg／ｍ2 、厚み１９mm、見掛け密度０．１６３ｇ／cm3 の防刃性フェルトを試作した。
【００２１】
得られた防刃性フェルトを一辺長１００mmの正方形に切断して試料とし、図１に示す装置で突起物に対する侵入抵抗を測定した。図１において、１０は支持板で、その中央に設けた孔に疑似人体として油粘土の塊１１が充填され、その上面が支持板１０の上面と同じ平面を形成するように均され、この塊１１を被覆するように上記支持板１０上に試料Ｐが乗せられ、その縁部が支持板１０に立設したネジ付支柱１２に沿って昇降自在の抑え板１３で固定される。そして、試料Ｐの中央に支持板１０の上方からブーツナイフ１４を、切っ先を下にして落下させ、試料Ｐを貫通したブーツナイフ１４の深さＳ（mm）を、ブーツナイフ１４の表面に付着した油粘土の痕から測定し、５回の試験の平均値を採用した。
【００２２】
用いたブーツナイフ１４は、鋭利な両刃を有する刃幅ｄが２５mm、刃渡りＬが１４０mmのもので、適宜に研磨して常に切れ味が等しくなるようにした。そして、上記のブーツナイフ１４には、適当な重りを付加して合計質量をＭ（kg）とし、その落下に伴う運動エネルギーＦ（kg・ｍ）を下記の式（ただし、Ｇは重力の加速度（ｍ／ｓ2 ）、Ｈはブーツナイフの高さ（ｍ））
Ｆ＝Ｍ×Ｇ×Ｈ
で算出した。
【００２３】
また、目付量が１００ｇ／ｍ2 の綿布で図２に示すベスト形のチョッキ１６を製作し、その前身頃に設けた収納袋に、上記の防刃性フェルトで作られたほぼ六角形（幅Ｂが２７０mm、丈Ｔが２８０mm）の試料Ｐa を挿入し、左右のベルト１７をタッチファスナーで接続して着用試験を行った。パネラーには、身長１７０〜１７５cm、体重６０〜７０kgの成人男子５名を選び、着用感、試料の硬さおよび静粛性を、下記の表１に示すように４段階に評価し、その結果を後記の表２においてそれぞれ◎、○、△および×の記号で表した。
【００２４】
0003832036.tif 000002
【００２５】
実施例２〜４
上記実施例１のカードウエブを用い、その重ね枚数およびニードリング条件を種々に変更して実施例２〜４の防刃性フエルトを試作し、実施例１と同様に性能を試験した。下記の表２に実施例１〜４の機械的性質および性能試験の結果をまとめて示す。
【００２６】
0003832036.tif 000003
【００２７】
実施例５〜８
上記実施例１〜４の試料に常温下で圧力５ kgf／cm2 のプレス加工（圧縮加工）を施し、実施例５〜８の試料を作成し、上記同様に試験した。その機械的性質および性能試験の結果を下記の表３に示す。
【００２８】
0003832036.tif 000004
【００２９】
比較例１〜３
ポリカーボネートからなる厚さ２mmの表板とナイロンからなる厚さ２mmの裏板とを重ね、リベットで接合して比較例１の試料を作成した。また、重量平均分子量が５０万以上の超高分子量ポリエチレンからなるマルチフィラメント糸として、フィラメント繊度１５ｄ、引張破断強度１４．０ｇ／ｄ、引張破断伸度９．２％、引張初期弾性率２３５ｇ／ｄ、√ｄ×ｔ／３が１８mmのものを用いる以外は実施例１と同様にして比較例２の試料を試作した。また、実施例１のマルチフィラメント糸を繊維長１０mmに切断する以外は実施例１と同様にして比較例３の試料を試作した。これらの比較例１〜３について、前記同様に機械的性質および性能試験を行った。その結果を下記の表４に示す。
【００３０】
0003832036.tif 000005
【００３１】
上記の表２〜４から明らかなように、実施例１〜４の防刃性フェルトは、ナイフの落下による貫通試験の結果が良好で、かつ着用試験の結果も良好であった。また、圧縮加工を施した実施例５〜８は、実施例１〜４に比較し、貫通試験および着用試験の双方で性能が低下するが、実施例１〜４よりも薄地となり、かつ比較例１〜３に比べて実用性に優れていた。これに対して、比較例１は、合成樹脂の板製であるため、上記の貫通試験および着用試験のいずれにおいても性能が劣り、特に着用試験の着用感および静粛性では最低の結果となった。また、比較例２は、繊度が過大で、引張破断強度が低く、引張破断伸度が大きく、引張初期弾性率が小さい繊維を用いたので、また比較例３は繊維長を短くしたので、いずれも着用試験では良好でも、貫通試験では劣っていた。
【００３２】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明の防刃性フェルトは、高強力繊維からなるフェルトであるため、従来のものよりも軽く、柔軟で、身体形状に馴染み易く、かつ着用者の動きに容易に追従し、機動性に富み、しかも刃物等の鋭利な突起物に対する貫通抵抗に優れており、また材料同士の接触で発する音が小さく、更に落下により割れず、上記の突起物から人体を防御するための防護衣料やプロテクター等の材料として優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】貫通試験に用いる装置の略図である。
【図２】着用試験に用いる試料の正面図である。
【符号の説明】
１０：支持板
１１：油粘土の塊（疑似人体）
１２：ネジ付支柱
１３：抑え板
１４：ブーツナイフ
１６：チョッキ
１７：ベルト
Ｐ、Ｐa:試料
ｄ：刃幅
Ｌ：刃渡り
Ｈ：落下高さ
Ｓ：貫通深さ
Ｂ：幅
Ｔ：丈
【図１】
0003832036.tif 000006
【図２】
0003832036.tif 000007