JP7357280B2

JP7357280B2 - 防護服用の構造体

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Publication number: JP7357280B2
Application number: JP2019231512A
Authority: JP
Inventors: 景二黄木; 幸治岩本; 学渡邊; 隆則尾崎
Original assignee: Ehime University NUC
Current assignee: Ehime University NUC
Priority date: 2019-12-23
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2023-10-06
Anticipated expiration: 2039-12-23
Also published as: JP2021098915A

Description

本発明は、防護服用の構造体に関する。

従来、ノズルから噴射される高圧の水を用いて、例えば設備の洗浄や構造体の切断などが行なわれている。この場合、ノズルから噴射された高圧の水は、洗浄や切断の対象物で跳ね返り、ノズルを操作する操作者へ飛散する。ノズルの操作者は、この飛散する高圧の水から防護するために防護服の着用が必要となる。このような防護服は、例えば布の間に金属の板などを挟み込んだり、複数の厚手の布地を積層した多層構造体を用いたりすることが一般的である（特許文献１参照）。

しかしながら、耐圧性および安全性を高めるために、金属の板を挟み込んだり、厚手の布地を用いたりすると、単位面積あたりの構造体の重量およびこれを用いる防護服の重量が増加するとともに柔軟性が失われる。防護服の重量が大きくなり柔軟性が失われると、作業者の動作が困難となり、作業効率の低下の原因となる。また、これらの構造体は、金属を挟んだり厚みが増したりする構造上、縫製による防護服の加工が困難である。さらに、ノズルから噴射される水は、さらなる能力の向上の要求によって、１００ＭＰａを超えるこれまで以上の高圧化が望まれている。特許文献１のように布地を積層した構造体では、今後のさらなる水の圧力の上昇に対して強度が不足するおそれがある。

特許第６２４４３５２号公報

そこで、重量の増加を招くことなく、縫製が容易であり、耐圧性能および安全性が高い防護服用の構造体を提供することを目的とする。

本実施形態では、ポリアミド繊維からなり、第一層材を形成する織物よりも目が粗く織り込まれた第四層材を備えている。高圧の水を受けたとき、構造体は、表面である第一層材から順に破断される。このとき、破断した第一層材、第二層材および第三層材を形成する超高分子量のポリエチレン繊維は、粗く織り込まれた第四層材の織物の目に入り込むことによって、第四層材の織物生地に受け止められる。すなわち、高圧の水は、第一層材から第三層材を構成する繊維が第四層材の織物の目に入り込む際にそのエネルギーが消費される。これにより、高圧の水の圧力は、第四層材によって受け止められ、さらなる水の進展、およびこれにともなう層材の破断が低減される。このように、本実施形態の構造体は、織物生地または不織布によって構成されるため、水のエネルギーを受け止める金属の板などが不要である。そのため、重量の増加を招くことがなく、縫製も容易である。そして、本実施形態の構造体は、第四層材の織物の目で第四層材よりも表面側の各層を形成する繊維を受け止めている。これにより、水のエネルギーは、第一層材から第三層材までの繊維の破断と第四層材の目への進入によって消費される。その結果、高圧の水の勢いは、操作者に到達するまでに十分に低減される。したがって、耐圧性能および安全性を高めることができる。

一実施形態による防護服用の構造体の断面を示す模式的な断面図一実施形態による防護服用の構造体における生地の破断時の構造を示す模式図一実施形態による防護服用の構造体を図１の矢印III方向から見た模式図一実施形態による防護服用の構造体の実施例および比較例の試験結果を示す概略図試験時における防護服用の構造体と水を噴射するノズルとの位置関係を示す模式図

以下、防護服用の構造体の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示す一実施形態による防護服用の構造体１０は、図示しないノズルから噴射される高圧の水からノズルを操作する操作者を保護するための防護服に用いられる。構造体１０は、第一層材１１、第二層材１２、第三層材１３、第四層材１４および第五層材１５を備えている。これら第一層材１１から第五層材１５は、積層されることにより、構造体１０を構成する。また、構造体１０は、これら第一層材１１から第五層材１５に加え、第六層材１６を備えてもよい。この場合、構造体１０は、第一層材１１から第六層材１６が積層されている。

第一層材１１は、構造体１０において水の圧力を受ける被圧側つまり表面２１側に設けられている。第一層材１１は、分子量が１００万を超える超高分子量のポリエチレン繊維から形成され、このポリエチレン繊維が高密度でダブルニットに織り込まれている。このように、第一層材１１は、ポリエチレン繊維の織物の生地である。

第二層材１２は、第一層材１１よりも防護服を着用する操作者に近い裏面２２側に設けられている。第二層材１２は、第一層材１１と同様に、分子量が１００万を超える超高分子量のポリエチレン繊維から形成され、このポリエチレン繊維が織り込まれることなく絡み合った不織布の生地である。

第三層材１３は、第二層材１２の裏面２２側に設けられている。第三層材１３は、第二層材１２と同様に、分子量が１００万を超える超高分子量のポリエチレン繊維から形成され、このポリエチレン繊維が織り込まれることなく絡み合った不織布である。そして、第三層材１３は、この不織布に樹脂が含浸されている。このように、第三層材１３は、樹脂が含浸されたポリエチレン繊維の不織布の生地である。第三層材１３は、第二層材１２の裏面２２側において、１枚以上が設けられている。つまり、第三層材１３は、１枚に限らず、２枚以上設けてもよい。

第四層材１４は、第三層材１３の裏面２２側に設けられている。第四層材１４は、第一層材１１から第三層材１３と異なり、ポリアミド樹脂の繊維から形成され、このポリアミド繊維が粗く織り込まれている。この場合、第四層材１４は、第一層材１１を構成する織物よりも目が粗く織り込まれている。このように、第四層材１４は、折り目の粗いポリアミド繊維の織物の生地である。第四層材１４は、第三層材１３の裏面２２側において、１枚以上が設けられている。つまり、第四層材１４は、１枚に限らず、２枚以上設けてもよい。

第五層材１５は、第四層材１４の裏面２２側に設けられている。第五層材１５は、第一層材１１と同様に、分子量が１００万を超える超高分子量のポリエチレン繊維から形成され、このポリエチレン繊維が高密度でダブルニットに織り込まれた織物の生地である。この場合、第五層材１５は、第一層材１１と同一の生地であってもよい。

第六層材１６は、第五層材１５の裏面２２側、つまり防護服を着用する操作者に最も近い側に設けられている。第六層材１６は、防水性を有する生地から形成されている。第六層材１６は、例えば各種の繊維を織り込んだ織物にゴムや樹脂がコーティングされている防水性の生地である。

これらが積層された本実施形態の構造体１０は、目付が３，０００ｇ／ｍ^２以下である。この目付とは、各種の生地の物性として用いられる値であり、１ｍ^２あたりの質量を意味する。本実施形態による構造体１０は、複数の層材が積層されているにもかかわらず、層材を選択することにより、上述のように目付が３，０００ｇ／ｍ^２以下と軽量である。構造体１０の目付は、防護服の着用性をさらに向上するために、目付が２，６００ｇ／ｍ^２以下であることがより好ましい。また、構造体１０は、厚さが５ｍｍ程度である。本実施形態の場合、構造体１０は、第二層材１２および第三層材１３として不織布が含まれている。そのため、構造体１０の厚さは、ばらつきが大きく厳密に測定することが難しいものの、４ｍｍ～６ｍｍ程度である。

また、本実施形態の構造体１０は、柔軟性が高いという特性を有している。本実施形態による構造体１０の柔軟性は、ＪＩＳＬ１０９６：２０１０に規定されている「織物及び編物の生地試験方法」に基づいて試験を行なった。この試験の結果、本実施形態による構造体１０は、８０ｍｍ程度となり、既存の防護服に用いられている材料に比較して十分に柔軟であった。既存の防護服に用いられている材料は、硬く、上記の試験方法ではほとんど変形せず、測定不能であった。このことからも、本実施形態の構造体１０は、軽量であるだけでなく、柔軟性が高く、防護服を着用したときの着用性が向上する。

次に、本実施形態による構造体１０の作用について説明する。
本実施形態の構造体１０は、第四層材１４を備えている。この第四層材１４は、図２に示すように第一層材１１を形成する織物の生地よりも目３１が粗く織り込まれている。高圧の水を受けた構造体１０は、この水から受ける力によって第一層材１１側の表面２１から順に破断される。このとき、破断した第一層材１１、第二層材１２および第三層材１３を形成する超高分子量のポリエチレン繊維は、粗く織り込まれた第四層材１４の生地の目３１に入り込む。これによって、第一層材１１、第二層材１２および第三層材１３で破断したポリエチレン繊維は、第四層材１４の生地の目３１に受け止められる。すなわち、高圧の水から構造体１０が受けるエネルギーは、第一層材１１から第三層材１３までの各層材の繊維が破断されることによって消費されるだけでなく、これらの繊維が第四層材１４の目３１に入り込む際にも消費される。換言すると、構造体１０が高圧の水から受けるエネルギーは、第一層材１１、第二層材１２および第三層材１３で破断したポリエチレン繊維が第四層材１４の目３１を目詰まりさせることによっても消費される。これにより、高圧の水のエネルギーは、十分に弱められる。その結果、高圧の水は、操作者側である構造体１０の裏面２２まで到達しない。

また、本実施形態の構造体１０は、被圧側である第一層材１１が超高分子量のポリエチレン繊維によって高密度でダブルニットに織り込まれている。そのため、第一層材１１の被圧側の表面２１は、図３に示すように規則的に織り込まれ、適度な凹凸形状を形成している。これにより、構造体１０の表面２１に衝突する高圧の水は、第一層材１１の表面２１の凹凸形状によって流れに乱れを生じ、複雑な流れを形成する。そのため、第一層材１１に衝突した水は、第一層材１１の表面２１で流れに剥離が生じたり、表面２１にとどまる水と新たに噴射される水との混合が生じたりすることによって圧力が拡散される。その結果、高圧の水のエネルギーは、構造体１０の表面２１において一点に集中することなく分散する。これらのように、構造体１０に衝突する高圧の水のエネルギーは、第一層材１１の表面２１で低減されるとともに、第一層材１１、第二層材１２および第三層材１３を破断することによっても消費される。そして、高圧の水のエネルギーは、各層材を破断した後も、破断した繊維が第四層材１４の生地の目３１に入り込むことによって順に消費される。
以上のように、本実施形態の構造体１０は、強度の高い超高分子量のポリエチレン繊維またはポリアミド繊維からなる織物生地または不織布によって、水のエネルギーを受け止める。そのため、重量の増加を招かず、柔軟性も十分に確保することができる。

以下、本実施形態による構造体１０の実施例について説明する。
本実施形態による構造体１０の実施例として、次の「実施例１」および「実施例２」を用意した。また、比較のために、比較例として「比較例１」、「比較例２」および「比較例３」を用意した。以下で示す「実施例１」～「実施例２」、および「比較例１」～「比較例３」は、いずれも試験に用いた一例である。そのため、これらの構造体１０における目付や厚みは、あくまでも試験片となった生地の実測値であり、大まかな傾向を示すものである。したがって、これらの数値は、素材となる生地の品番やロットを起因する誤差やばらつきを含んでおり、発明を限定するものではない。

（品番について）
図４に示すように、本実施形態の各実施例および比較例では、第一層材１１および第五層材１５として品番「ＳＫ７１」で示される生地を用いた。また、各実施例および比較例では、第二層材１２として品番「ＮＤ４００」で示される生地、第三層材１３として品番「ＤＤ１４２１」で示される生地、第四層材１４として品番「＃５２３８」で示される生地、ならびに第六層材１６として品番「ＨＢ８１」で示される生地を用いた。「ＳＫ７１」は、東洋紡株式会社の製品「イザナス（登録商標）」の品番であり、超高分子量のポリエチレン繊維の織物である。また、「ＮＤ４００」は、製品「イザナス（登録商標）」の品番であり、超高分子量のポリエチレン繊維の不織布である。「ＤＤ１４２１」は、製品「イザナス（登録商標）」の品番であり、超高分子量のポリエチレン繊維の不織布に樹脂を含浸した生地である。「＃５２３８」は、６，６－ナイロンと称されるポリアミド樹脂の繊維を編み込んだ生地の品番である。「ＨＢ８１」は、透湿防水性を有するポリアミド生地の品番である。

（実施例１）
構造体１０の実施例１は、第一層材１１の「ＳＫ７１」を１枚、第二層材１２の「ＮＤ４００」を１枚、第三層材１３の「ＤＤ１４２１」を２枚、第四層材１４の「＃５２３８」を１枚、第五層材１５の「ＳＫ７１」を１枚、および第六層材１６の「ＨＢ８１」を１枚それぞれ有しており、これらが順に積層されている。実施例１の目付は、２，５８０ｇ／ｍ^２である。実施例１の厚さは、４．０ｍｍ～６．０ｍｍである。

（実施例２）
構造体１０の実施例２は、第一層材１１の「ＳＫ７１」を１枚、第二層材１２の「ＮＤ４００」を１枚、第三層材１３の「ＤＤ１４２１」を１枚、第四層材１４の「＃５２３８」を２枚、第五層材１５の「ＳＫ７１」を１枚、および第六層材１６の「ＨＢ８１」を１枚それぞれ有しており、これらが順に積層されている。実施例２の目付は、２，９７０ｇ／ｍ^２である。実施例２の厚さは、４．０ｍｍ～６．０ｍｍである。

（比較例１）
比較例１は、第一層材１１の「ＳＫ７１」を１枚、第二層材１２の「ＮＤ４００」を１枚、第三層材１３に代えて中間層材「ＳＫ７１」を１枚、第四層材１４の「＃５２３８」を１枚、第五層材１５の「ＳＫ７１」を１枚、および第六層材１６の「ＨＢ８１」を１枚それぞれ有しており、これらが順に積層されている。比較例１の目付は、３，０４０ｇ／ｍ^２である。このように、比較例１は、第三層材１３に相当する超高分子量のポリエチレン繊維からなる不織布の生地に代えて、第一層材１１および第五層材１５と同一の生地である「ＳＫ７１」が積層されている。比較例１の厚さは、４．８～７．０ｍｍである。

（比較例２）
比較例２は、先行技術である「特許第６２４４３５２号」の「実施例２－３」に相当する構造体である。比較例２は、順に積層された「ＳＫ７１」、「＃５２３８」および「ＨＢ８１」からなる構造体ユニットをさらに３つ繰り返して積層したものである。比較例２の目付は、４，２５０ｇ／ｍ^２である。比較例２の厚さは、８．０ｍｍ以上である。

（比較例３）
比較例３は、先行技術である「特許第６２４４３５２号」の「実施例３」に相当する構造体である。比較例３は、比較例２の構造体に、さらに「ＳＫ７１」を積層したものである。比較例３の目付は、５，２００ｇ／ｍ^２である。比較例３の厚さは、９．０ｍｍ以上である。

（試験条件および判定）
これらの実施例１および実施例２、ならびに比較例１～比較例３は、以下の条件の高圧の水を噴射して試験を行なった。
試験対象となる構造体１０は、図５に示すように水を噴射するノズル４１からＬ＝７５ｍｍの位置に配置した。ノズル４１は、水をそのまま噴射する直射ノズルとし、水を噴射する孔４２の径を１．５ｍｍに設定した。試験対象となる構造体１０は、０．５ｍ／ｓｅｃで例えば上下または左右の一方向に移動しながら、ノズル４１から噴射される水を受けることとした。ノズル４１から噴射する水の圧力は、１００ＭＰａに設定した。
この条件において、最も裏面２２側つまり防護服としたときに操作者側にある層の生地に破断が生じていない場合は「合格（○）」とし、この層の生地に破断が生じている場合は「不合格（×）」とした。

（評価）
上記の試験条件に基づいて試験対象となる実施例１、実施例２、比較例１～比較例３に向けてノズル４１から高圧の水を噴射した。その結果、実施例１および実施例２は、最も裏面２２側にある第六層材１６の生地に破断は生じておらず、「合格（○）」となった。一方、比較例１および比較例２は、水圧が１００ＭＰａの水の場合、最も裏面２２側にある層に破断が生じ、「不合格（×）」となった。比較例３は、水圧が１００ＭＰａの場合でも最も裏面２２側の層に破断が生じていないものの、目付が５，２００ｇ／ｍ^２と実施例１および実施例２に比較して非常に大きくなっている。

以上の通り、本実施形態の実施例１および実施例２は、各層材を形成する生地の複雑な表面形状で水のエネルギーの低減を図るとともに、第四層材１４を構成する粗い織物の目３１によって、これより表面２１側に位置する第一層材１１から第三層材１３で破断される繊維を受け止めている。これにより、水のエネルギーは、第一層材１１から第三層材１３までの繊維の破断と第四層材１４の目３１への進入によって低減され、さらなる水の進展が制限される。その結果、構造体１０は、水のエネルギーを受け止める金属の板などが不要である。そのため、重量の増加を招くことがなく、縫製も容易である。したがって、防護服を形成したとき、重量の増加や装着性の低下を招くことなく、耐圧性能および安全性を高めることができる。

以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

図面中、１０は構造体、１１は第一層材、１２は第二層材、１３は第三層材、１４は第四層材、１５は第五層材、１６は第六層材を示す。

Claims

高圧の水から身体を防護する防護服用の構造体であって、
圧力を受ける被圧側に設けられ、超高分子量ポリエチレン繊維を高密度でダブルニットに織り込んだ織物生地からなる第一層材と、
前記第一層材の裏面側に設けられ、超高分子量ポリエチレン繊維の不織布からなる第二層材と、
前記第二層材の裏面側に設けられ、樹脂を含浸した超高分子量ポリエチレン繊維の不織布からなる第三層材と、
前記第三層材の裏面側に設けられ、ポリアミド樹脂の繊維を、前記第一層材を形成する織物よりも目を粗く織り込んだ織物生地からなり、高圧の水によって破断した前記第一層材、前記第二層材および前記第三層材を形成する繊維が前記目に入り込む第四層材と、
前記第四層材の裏面側に設けられ、超高分子量ポリエチレン繊維を高密度でダブルニットに織り込んだ織物生地からなる第五層材と、
を備える防護服用の構造体。
前記第五層材の裏面側に設けられ、防水性を有する生地からなる第六層材をさらに備える請求項１記載の防護服用の構造体。
１ｍ^２あたりの質量である目付は、３，０００ｇ／ｍ^２以下である請求項１または２記載の防護服用の構造体。