JPH0861896A

JPH0861896A - 防護衣用部材

Info

Publication number: JPH0861896A
Application number: JP6193050A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Moriwaki; 敦史森脇; Kaoru Ban; 薫伴
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 1994-08-17
Filing date: 1994-08-17
Publication date: 1996-03-08

Abstract

(57)【要約】【目的】超高強度高弾性繊維の耐弾性能を最大限に発
揮させることにより軽量で従来にない優れた耐弾性能を
有し、身体の受ける衝撃緩和を実現する防護衣用部材を
提起する。【構成】超高強度高弾性繊維からなる繊維構造耐の身
体側に厚みが３〜５０ｍｍ、繰返し圧縮試験による厚み
保持率が９０％以上である間隔規正材を配した防護衣用
部材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、防護衣用部材、特に適
度な可撓性による着心地の良さを兼ね備えた超高強力高
弾性繊維から構成される防護衣用部材に関する。尚、本
発明でいう防護衣用部材とは防護衣の側地の内部に充填
される部材をいう。

【０００２】

【従来の技術】防護衣は最初、金属板、陶器、ＦＲＰ等
を成型し、これらの小片を織物に縫い付ける事により発
明は端を発した。その場合の問題点である着心地つまり
は可撓性を改善すべく材質は高強力ナイロン糸に移行
し、さらに現在に至っては２０ｇ／ｄを越える単繊維強
度を有する超高強度高弾性繊維が実用化されるに及び、
高耐衝撃、軽量の防護衣としてめざましい発展をとげて
きている。

【０００３】高速で飛来する弾丸、または砲弾片等を例
にとった場合、弾丸等はＭＶ² （Ｍは質量、Ｖは着速
度）に比例して負荷威力を増すので防護衣はこれによる
運動エネルギーＥ（Ｅ＝ＭＶ² ／２）を吸収して停弾に
至る強力を保持する必要がある。

【０００４】また、この弾丸等による貫通力は衝突する
弾丸等の先端形状、エネルギー密度、硬度等が影響する
が、尖頭形の弾丸は着弾面でのエネルギー密度がその平
均エネルギー密度より更に高いことから、より高い貫通
力を示す。このため、防弾織布の表面を硬質の鋼、セラ
ミック等のハード部材で覆って防弾パットとすることに
よって、尖頭弾丸の先端部を破壊して平滑にし、更には
原口径の面積よりも拡大し、表面積を増大させる事によ
ってエネルギー密度を減じ、貫通力を減少させる方法が
高威力で尖頭形状のライフル弾に対し用いられている。
この場合、前記ハード部材としては高硬度の窒化硅素セ
ラミックス板が特に有効とされている。

【０００５】一方、尖頭形でない砲弾破片の場合、また
は、銃弾が丸くかつ着弾時の弾速が比較的低い拳銃弾の
場合等は、例えば芳香族ポリアラミド等の織布を１０〜
３０枚積層しただけの防弾パットが用いられてきてい
る。

【０００６】さらに最近では、超高強度高弾性のポリエ
チレン繊維が実用化されるに至り、単位重量当たりの耐
弾性能は飛躍的に向上してきた。さらに同重量であれば
その織物の構成を細繊度糸条化させ、より大きな耐弾性
能が得られる防護衣用基布が得られる事も明らかになっ
てきており、さらには構成糸条を０°、９０°の直線的
に配し、フイルムラミネートによって把持したシートは
繊維の物性を最大限に生かした構成を成す事由より非常
に高い耐弾性能を有する事も判明してきた。

【０００７】しかしながら、これらの耐弾性能評価はあ
る一定の枠固定の条件下で評価されている値であり、試
験の結果得られた耐弾性能が防護衣性能にそのまま反映
されていないのが実状である。その理由は、超高強度高
弾性繊維布帛の性能を十分に発揮させる為には広範囲に
渡る試料変形に伴うエネルギー吸収が必要であるにもか
かわらず、身体が広域的変形を疎外している為である。

【０００８】身体が受ける衝撃を緩和する目的より、シ
ョックアブソーバー的考え方の発明が一部なされてきて
おり、身体が受ける衝撃を低減するという観点からは一
応の成果をあげてきている。しかし、ショックアブソー
バーとしての設計思想に基ずく発明の為、現状のもので
は重量が大きく、最初の衝撃にたいしては大きな効力を
発揮するものの、着弾点近辺での破壊に伴い厚み方向の
回復が弱く、繰返し襲いかかる脅威に対しては著しく効
果の激減する物しか得られていなかった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上の様に従来技術の
範疇では枠固定の条件下で評価された値がそのまま防護
衣性能に反映されているとの錯覚があり、せいぜいショ
ックアブソーバー機構を持たせれば脅威に対する衝撃拡
散効果が得られ、外傷作用（Trauma effect ) を軽減さ
せる事が効能になるとの漠然とした認識が浸透してい
た。

【００１０】かかる命題に対し厚み１０ｃｍの油粘土を
身体に見立て、重量が１．１ｇ、材質が硬鋼、形状が円
柱状の銃弾を３４０ｍ／ｓ〜５８０ｍ／ｓの速度範囲に
て貫通、非貫通の割合が半々になる様に計２４発発射し
（油粘土はその都度平坦にする）貫通弾の低速側より５
点、非貫通弾の高速側より５点のデータの平均値（Ｖ５
０）をもって耐弾性能の評価（但し採用データの着弾位
置は前着弾位置よりも経緯方向各５ｃｍ以上、斜め方向
各２ｃｍ以上離れていることを前提とする）を実施し、
枠固定との耐弾性能差把握試験を積み重ねた結果、驚く
べき事にエネルギー計算で３割にも及ぶ耐弾性能の低下
が認められた。

【００１１】以上の様に従来は、枠固定の条件下で評価
された値がほぼそのまま防護衣性能に反映されていると
の漠然とした認識より超高強力高弾性繊維布帛はそのま
まの形で使用されてきた。そこで重量をあげる事なく超
高強力高弾性繊維布帛の性能を十分に引き出し、適度な
可撓性による着心地の良さも兼ね備えた防護衣は得られ
ないものかと鋭意検討を重ねた結果一つの結論に達し
た。

【００１２】超高強度高弾性繊維は繊維軸方向に対する
引張りに対しては非常に優れた性能を発揮するものの、
横方向からの局部的な衝撃に対しては著しく性能の低下
する特性を持つ。故に、超高強度高弾性繊維の特性を最
大限に引き出す為にはこの点が重要であり、５００ｍ／
ｓもの高速で飛来する銃砲破片が防護衣上に着弾した際
には、いかに自由変形による広範囲なハイテンションの
伝播が行われるかが重要となる。故に本発明のポイント
もそこにあり、単に身体の受ける衝撃を緩和させるショ
ックアブソーバー的機能でなく、超高強度高弾性繊維の
横方向からの衝撃に伴う広域的変形を可能にし、重量を
あげず、さらには適度な可撓性に伴う着心地の良さを損
なう事なく超高強度高弾性繊維布帛の性能を十分に引き
出す事によって身体の受ける衝撃を最大限軽減しようと
するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は以下の構成をなすものである。すなわち本
発明は、単繊維強度１８ｇ／ｄ以上、単繊維引張り弾性
率５００ｇ／ｄ以上の超高強度高弾性繊維からなる繊維
構造体の身体側に厚みが３ｍｍ〜５０ｍｍで０．００５
〜０．１４ｇｆ／ｃｍ³ の間隔規正材を配してなること
を特徴とし、間隔規正材の耐圧特性に関し、防護衣用部
材の載加重に対し９５％以上の厚み保持性を有し、厚み
保持性を有し、厚み間隔が初期厚みの１００％〜２０％
となるように定速繰返し圧縮試験（圧縮速度＝初期厚み
×１００％／ｍｉｎ）を２０回連続して行った後の厚み
が９０％以上であることで課題は解決される。

【００１４】さらに具体的に説明すると、本発明に於い
て用いられる超高強力高弾性繊維とは単繊維強度１８ｇ
／ｄ以上、単繊維引張り弾性率５００ｇ／ｄ以上の超高
強力高弾性繊維であれば特に限定される物ではなく、全
芳香族系ポリアミド繊維、ポリパラフェニレンベンヅオ
キサゾール（ＰＢＯ）、ポリパラフェニレンベンヅチア
ゾール（ＰＢＴ）、ポリエチレン、ポリプロピレン等の
ポリオレフィン、ポリアクリロニトリル、ポリ（フッ
化）ビニリデン繊維、全芳香族系ポリエステル繊維、ボ
ロン繊維、などが用いられるがこれらに限定されるもの
ではない。

【００１５】特に本発明の場合、防護衣用部材という観
点からは軽量となることが好ましく、比重が１．０ｇ／
ｃｍ³ 以下である平均分子量５×１０⁵ の高分子量ポリ
エチレンであると、着用性及び耐弾性の面で大変有利と
なる。

【００１６】単繊維強度１８ｇ／ｄ未満、単繊維引張り
弾性率５００ｇ／ｄ未満の繊維を使用した場合には、言
うまでもなく単位重量あたりの耐弾性能が著しく低下
し、防護衣としての性能を堅持するためには重量を重く
するしかなく実用的でない。また単繊維強度、引張り弾
性率は高ければ高い程良く、製糸性とコストとの兼ね合
いで適宜決定されるべきものである。上記超高強度高弾
性繊維を用いて製編織或は不織布となし繊維構造体とす
る。

【００１７】更に単繊維強度１８ｇ／ｄ以上、単繊維引
張り弾性率５００ｇ／ｄ以上の超高強度高弾性繊維を防
護衣用部材の５０ｗｔ（％）以上使用する事が重要とな
る。砲弾破片を想定した場合１００％使用するのが普通
である。しかし、特殊用途として防護衣の表層を硬質の
鋼、セラミック等のハード部材で覆い防弾パットとし、
尖頭弾丸の先端部を破壊して平滑にする事による面積拡
大を図る狙いがある場合、さらには超高強度高弾性繊維
をより直線的に配し繊維の物性を最大限に生かした構成
を成す為フイルムラミネートによる把持が必要な場合
等、各種ターゲットとする脅威の形態に応じその他の部
材が適宜複合される為である。

【００１８】硬質の鋼、セラミック等のハード部材はあ
くまでも尖頭弾丸の先端部を破壊するのが目的である
為、単体では単位重量当たりの耐弾性能は著しく低いも
のになってしまう。故に超高強度高弾性繊維の役割は大
きく、５０ｗｔ（％）以上使用する事が重要となる。本
発明の趣旨もそこにあり、超高強度高弾性繊維の性能を
十分に引き出し、同時に身体が受ける高衝撃を大きく軽
減させようとするのが最大の目的である。

【００１９】さらに、本発明による防護衣の内側（身体
側）には超高強度高弾性繊維布帛層と身体との間に厚み
が３ｍｍ〜５０ｍｍの間隔規正材を挿入する事が必要と
なる。超高強度高弾性繊維の性能を十分に引き出すため
には間隔規正材の厚みは厚い方が良い。しかし、厚みが
増すと着衣としての可撓性による着心地の良さが失われ
る方向となるため好ましくなく、現実的にも超高強力高
弾性繊維布帛の変形量は原糸物性、布帛構造により自と
規定される性格のものである為５０ｍｍの間隔規正材の
挿入により超高強度高弾性繊維性能は十分発揮されるに
至る。以上の理由により、より好ましい範囲としては５
ｍｍ〜２５ｍｍが挙げられる。

【００２０】また、超高強度高弾性繊維布帛層と身体と
の間に挿入される間隔規正材の耐圧特性に関し、超高強
度高弾性繊維布帛層を含む防護衣用部材総重量の載加重
に対し９５％以上の厚み保持性を有す事が重要となる。
９５％未満である場合、超高強度高弾性繊維布帛層と身
体との間隔規正が的確に行われない傾向となる為防護衣
としての品質保証上問題が生じる。よって好ましくは１
００％であるが、衝撃時の布帛の自由変形を束縛しない
為には１％〜２％程度の歪みはやむを得ない様である。

【００２１】また、もう一つの耐圧特性として重要な事
は、厚み間隔が初期厚みの２０％となるように定速繰返
し圧縮試験（圧縮速度＝初期間隔×１００％／ｍｉｎ）
を２０回連続して行ない３０秒後の厚みが９０％以上で
ある事である。この試験は防護衣に加わる連続的な高衝
撃、もしくは経日的なへたりを想定した試験であるが、
試験後の厚みが９０％未満であるものは超高強度高弾性
繊維布帛層の自由変形が制限される事による品質保証上
の問題が生じ好ましくない。よって、より好ましい範囲
とは９５％〜１００％である。

【００２２】更に間隔規正材の重量特性に関し、単位体
積当たりの重量が０．００５ｇｆ／ｃｍ³ 以上、０．１
４ｇｆ／ｃｍ³ 以下である事が望ましい。単位体積当た
りの重量が０．００５ｇｆ／ｃｍ³ 未満である場合、防
護衣と身体との間隔を規正する耐圧性能が得られにく
く、経日的なへたりに伴う耐弾性能の低下という問題が
発現する。逆に０．１４ｇｆ／ｃｍ³ を越える場合重量
が重く、防護衣としての機能性に欠けたものとなる。以
上の内容より、より好ましい範囲とは０．０１ｇｆ／ｃ
ｍ³ 以上、０．０９ｇｆ／ｃｍ³ 以下が挙げられる。

【００２３】ここで用いられる間隔規正材の構造は、本
発明の要件を満たしていれば特に規定はしないが、ウレ
タン発砲体の様な加圧に対する復元特性の優れた構造
体、若しくはクリンプ等を意図的に付与し復元特性を改
善した不織布、ダブルラッセル等の２重編地構造体及び
ドレン材として用いられている立体網状体等が挙げられ
る。

【００２４】尚、通常防護衣は、単繊維強度１８ｇ／ｄ
未満、単繊維引張り弾性率５００ｇ／ｄ未満の合成及び
天然繊維からなる表地、裏地から構成される訳である
が、以上述べた構成は当然その内部に縫合される部位に
関するものである。

【００２５】

【実施例】

（実施例−１）超高強度高弾性繊維として単繊維強度２
４ｇ／ｄ、単繊維引張り弾性率６５０ｇ／ｄのアラミド
（芳香族ポリアミド）糸、１５００デニールからなる糸
条を２本合糸した後製織し、織密度が経１７本／ｉｎｃ
ｈ、緯１７本／ｉｎｃｈ、目付け４６０ｇ／ｍ² である
織物を得た。得られた織物を１３枚積層し金属の枠にし
っかりと固定した後、重量が１．１ｇ、材質が硬鋼、形
状が円柱状の銃弾を４２０ｍ／ｓ〜５４０ｍ／ｓの速度
範囲にて貫通、非貫通の割合が半々になる様に計２４発
発射した。この内、貫通弾の定速側より５点、非貫通弾
の高速側より５点のデータを採用し、その平均値（Ｖ５
０）をもって耐弾性能の評価を実施してみた所（但し、
採用データの着弾位置は、前着弾位置よりも経緯方向各
５ｃｍ以上、斜め方向各２ｃｍ以上離れていることを前
提とする）Ｖ５０＝４８３．８ｍ／ｓなる値が得られ
た。

【００２６】そして間隔規正材として、ウレタン発砲体
（厚み２０ｍｍ、超高強度高弾性繊維布帛層を含む耐弾
材総重量の載荷重に対する厚み保持率９９％、繰返し圧
縮試験２０回後の厚み保持率９９％、単位体積当たりの
重量０．０２ｇ／ｃｍ³ ）を用い、厚み１０ｃｍの油粘
土と超高強度高弾性繊維布帛層との間に挿入し耐弾性能
を評価（油粘土は１発発射毎に平坦にする）した結果、
Ｖ５０＝４７６．７ｍ／ｓと９割を越える効果が得られ
た。また、停弾の際に検出される粘土の凹みは１ｍｍ程
度と、身体への影響も著しく軽減されている事も判明し
た（表１参照）。

【００２７】（実施例−２）実施例−１同様、単繊維強
度２４ｇ／ｄ、単繊維引張り弾性率６５０ｇ／ｄのアラ
ミド（芳香族ポリアミド）糸からなる織密度が経１７本
／ｉｎｃｈ、緯１７本／ｉｎｃｈ、目付け４６０ｇ／ｍ
² である１３枚の積層物を用い身体を想定した１０ｃｍ
の油粘土との間に間隔規正材を挿入する際、単繊維強度
１０ｇ／ｄ、単繊維引張弾性率１３０ｇ／ｄのポリエス
テル繊維にクリンプを付与した後５１ｍｍの長さにカッ
トし、ゆるくニードルパンチ絡合処理した単繊維不織布
（目付け２００ｇ／ｍ² ）を５枚積層した間隔規正材
（厚み２０ｍｍ、超高強度高弾性繊維布帛層を含む耐弾
材総重量の載荷重に対する厚み保持率９８％、繰返し圧
縮試験２０回後の厚み保持率９５％、単位体積当たりの
重量０．０５ｇ／ｃｍ³ ）を用いＶ５０を求めてみた
所、Ｖ５０＝５０４．３ｍ／ｓと単繊維強度１８ｇ／ｄ
未満、単繊維引張り弾性率５００ｇ／ｄ未満の間隔規正
材の重量増加分を加味しても９割を越える耐弾性能のあ
る事が判明した（表１参照）。

【００２８】また、停弾の際に検出される粘土の凹みも
同様に１ｍｍ程度と、身体への影響も著しく軽減されて
いるものである事が確認された。

【００２９】（比較例−１）実施例−１記載の同アラミ
ド布１３枚を用い、厚み１０ｃｍの油粘土に直接固定し
た後、間隔規正材を用いずＶ５０評価を実施した。結
果、Ｖ５０＝４１５．７ｍ／ｓと枠固定の際に得られて
いた耐弾性能とのエネルギー比率で２６％もの低下が認
められた。この事実は、想定する脅威に対して製品設計
をするならば、実質的にはその分の重量を従来の設計に
上乗せする必要があるという事であり、同性能であれば
１ｇでも軽い方が良いと思う着用者からすれば非常に深
刻な問題である。しかも、停弾の際に検出される粘土の
凹みは１４ｍｍと深く、仮に停弾したとしても身体に及
ぼす影響は大きく、着弾箇所如何によっては生命の危険
にさらされる問題の生じる事が判明した（表１参照）。

【００３０】（比較例−２）実施例−１記載の同アラミ
ド布１３枚を用い、身体を想定した１０ｃｍの油粘土と
の間に従来より用いられてきたショックアブソーバー的
機能として、単繊維強度５ｇ／ｄ、引張弾性率１００ｇ
／ｄのニードルパンチ絡合処理したポリエステル長繊維
不織布（目付け２８０ｇ／ｍ² ）を１０枚積層し、間隔
規正材（厚み２０ｍｍ、超高強力高弾性繊維布帛層を含
む耐弾材重量に対する厚み保持率１００％、繰返し圧縮
試験２０回後の厚み保持率６５％、単位体積当たりの重
量０．１４ｇｆ／ｃｍ³ ）を用いＶ５０を求めてみた
所、停弾時粘土凹み量は１ｍｍと少なく、ショックアブ
ソーバー的機能は十分持ちうるものの、連続する脅威に
対して十分な復元を有さない性質の結果、Ｖ５０＝５１
１．６ｍ／ｓとショックアゾソーバーの重量増加分に対
し単位重量換算の耐弾性能としては７６％の保持率しか
得られないものであった（表１参照）。

【００３１】

【表１】

【００３２】尚、上記値は下記式にて算出した。（１）耐弾材載荷重時厚み保持率（％）＝（耐弾材荷重
時厚み／初期厚み）×１００（％）（２）繰返し圧縮試験後厚み保持率(％)＝ (２０回圧縮
試験後厚み／初期厚み)×１００（％）（３）重量比率（％）＝（間隔規正材重量／耐弾材重
量）×１００（％）（４）耐弾保持率（％）＝（背面粘土による耐弾性能／
枠固定時耐弾性能）×１００（％）但し耐弾性能とは単位重量あたりの耐弾エネルギー量を
表わす。尚、耐弾エネルギーとはＭＶ² ／２（但しＭは
質量、Ｖは着速度）にて算出。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば超高強度高弾性繊維の持
つ性能を最大限に引き出す事が出来、繰り返し加わる高
衝撃に対しても間隔規正材の高い厚み復元率が布帛の自
由変形域を確保し高耐弾性能が維持され得る。以上の効
果により軽量化、耐弾性能の向上及び身体のうける衝撃
緩和が同時に実現する従来にない優れた特性を有する防
護衣を得る事が出来る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単繊維強度１８ｇ／ｄ以上、単繊維引張
り弾性率５００ｇ／ｄ以上の超高強度弾性繊維からなる
繊維構造体の身体側に厚みが３ｍｍ〜５０ｍｍ、繰返し
圧縮試験における厚み保持率が９０％以上の間隔規正材
を配してなることを特徴とする防護衣用部材。
【請求項２】間隔規正材の厚み保持率が、防護衣用部
材総重量の載加重に対し９５％以上であることを特徴と
する請求項１記載の防護衣用部材。
【請求項３】間隔規正材の単位体積当たりの重量が
０．００５ｇｆ／ｃｍ ³ 以上、０．１４ｇｆ／ｃｍ³ 以
下であることを特徴とする請求項１〜２記載の防護衣用
部材。