JPH1156410A - 安全靴用軽量先芯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 歩き易く、長時間着用しても疲れにくい軽量
の安全靴用先芯を提供する。 【解決手段】 繊維強化熱可塑性樹脂複合材料からな
り、ＪＩＳ Ｔ ８１０１における革製安全靴の普通作
業用Ｓ種の規格に規定される性能を満足し、且つ、重量
を１個当たり４５ｇ以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、安全靴のつま先部
に装着される先芯に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】安全靴の先芯は、重量物の落下等による
圧迫および衝撃などの外部荷重から、着用者のつま先を
保護するものである。従って、該先芯に要求される性能
としては、強度と剛性が極めて重要となる。

【０００３】前記先芯の材質について、日本工業規格
（ＪＩＳ Ｔ ８１０１）には以下のように規定されて
いる。即ち、重作業用（Ｈ種）および普通作業用（Ｓ
種）の革製安全靴としては、鋼（ＳＫ７）またはこれと
同等以上の強さをもつ金属材料を用いる。また、軽作業
用（Ｌ種）の革製安全靴としては、金属材料またはプラ
スチック材料を用い、最も一般的には鋼を用いる。

【０００４】しかしながら、鋼製の先芯は重量が重く、
安全靴全体が重くなってしまい、長時間にわたって着用
すると疲れる，作業性が悪化する等の問題がある。

【０００５】また、最近では、この種の靴にも意匠性が
求められるようになり、スニーカータイプの安全靴が提
供されている。しかし、靴底や表皮材料の軽量化に工夫
がなされているにもかかわらず、先芯は鋼製のままであ
るために、つま先の重量が重く、安全靴の重量バランス
が悪いため、歩きにくく、疲れやすいという問題があ
る。

【０００６】以上のような問題を解決するため、以前か
ら種々の樹脂製あるいは繊維強化樹脂複合材料製の先芯
が提案されているが、未だに満足なものは得られていな
いのが実情である。

【０００７】繊維強化樹脂複合材料製の安全靴先芯とし
ては、ガラス繊維等の強化繊維からなる織物、編物、マ
ット状物等と、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂とを複合さ
せて形成した繊維強化樹脂複合材料を、プレス成形など
によって成形した安全靴先芯が提案されている。

【０００８】例えば、(1)実開昭５４−１７１９４７号
には、炭素繊維とガラス繊維または高弾性有機繊維とを
強化材料とした合成樹脂複合材料で爪先部を保護した安
全靴が記載されている。

【０００９】また、(2)実公昭６１−４２４０２号に
は、ガラス長繊維を熱可塑性樹脂マトリックスで複合し
た基材を、加熱、加圧成形してなる安全靴の先芯におい
て、先芯の甲部先端に、外方に突出した薄肉部を形成し
た複合強化樹脂製安全靴先芯が記載されている。

【００１０】また、(3)実開昭６２−６４３０４号に
は、先芯部が長繊維強化樹脂からなる安全靴が記載され
ている。

【００１１】また、(4)特開平５−１４７１４６号に
は、強化繊維からなる織物または編物で補強された繊維
強化熱可塑性樹脂層とランダムマット状物で補強された
繊維強化熱可塑性樹脂層とをサンドイッチ構造にした成
形用シート材料を、加熱、加圧成形してなる安全靴先芯
が記載されている。

【００１２】また、(5)特開平５−２６９００２号およ
び特開平６−１４１９０８号には、一方向に揃えた長繊
維を含有する樹脂薄シートを用い、該樹脂薄シートを多
方向に重層して一体的に構成した多層構造の多方向性強
化樹脂シートからなる繊維強化樹脂先芯が記載されてい
る。

【００１３】さらに、(6)特開平６−２４５８０４号に
は、強化繊維と熱可塑性樹脂とからなる複合材の中心部
または両面に７〜２００メッシュの金網層を有する基材
を形成し、該基材を成形してなる安全靴先芯が記載され
ている。

【００１４】しかし、これら従来の繊維強化樹脂複合材
料製の安全靴先芯には、以下のような課題がなお残され
ている。上記(1)、(2)、(3)には、長繊維で強化した樹
脂複合材料を成形して得られる先芯について記載されて
いるが、いずれも単に長繊維で強化した樹脂複合材料を
用いているにすぎない。このような材料で成形されてな
る安全靴先芯は、日本工業規格の革製安全靴（ＪＩＳ
Ｔ ８１０１）の普通作業用Ｓ種の規格に規定されてい
る性能を、強度と剛性に関し、十分に満足するものでは
ない。

【００１５】即ち、前記(1)、(2)、(3)の明細書中に
は、繊維強化樹脂複合材料の製造方法が明確に示されて
いない。従って、前記各繊維強化樹脂複合材料は、それ
ぞれの出願時点において公知の常法により作成されるも
のと考えられる。

【００１６】前記常法とは、当業者に明らかなように、
強化繊維からなる織物、編物又はランダムマット状物
（チョップドストランドマット、スワールマット等）に
樹脂を含浸させて、シート状の繊維強化樹脂複合材料を
得る方法である。

【００１７】前記樹脂として熱硬化性樹脂を用いる場
合、該熱硬化性樹脂はその粘度を広範囲に亘って調節す
ることができる為、前記常法によって比較的簡単にシー
ト状の繊維強化樹脂複合材料を得ることができる。

【００１８】しかしながら、熱硬化性複合材料は熱可塑
性複合材料に比べて脆性で、衝撃特性に劣り、そのた
め、安全靴用先芯の用途には適さない。また、成形サイ
クルの短縮、リサイクルの容易さ、作業環境のクリーン
さなどの観点から、安全靴先芯の材質としては、熱硬化
性樹脂による複合材料よりも熱可塑性樹脂による複合材
料の方が望ましい。

【００１９】他方、繊維強化樹脂複合材料の樹脂として
熱可塑性樹脂を用いる場合、常法では、該熱可塑性樹脂
を強化繊維からなる織物、編物又はランダムマット状物
に十分に含浸させることが極めて困難である。これは、
該熱可塑性樹脂の溶融時における粘度の高さの為であ
る。

【００２０】例えば、フィルムスタッキング法と称され
ている常法によって、強化繊維に熱可塑性樹脂を充分に
含浸させようとすると、極めて高い成形圧力と、長い成
形時間とが必要になり、コストが非常に高くなってしま
う。さらに、この方法では、強化繊維の含有率を高くす
ることが難しい。即ち、この方法では、低コスト化及び
含浸性の向上の双方を同時に満足させることはできな
い。従って、コスト面を優先すると、熱可塑性樹脂の含
浸状態が不十分な繊維強化熱可塑性樹脂複合材料しか得
られず、従って、該複合材料を成形してなる安全靴用先
芯の機械特性も満足なものとはならない。

【００２１】また、強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸させ
る別の常法としては、樹脂の粉末を強化繊維間に担持さ
せ、この状態で該樹脂を溶融して含浸させる方法があ
る。しかしながら、この常法は、樹脂を粉末にするため
に製造コストの上昇を招く。また、強化繊維からなる織
物、編物、ランダムマット状物に粉末樹脂を均一に担持
させることは非常に困難である。従って、特に、強化繊
維の長手方向間において樹脂付着量に差異が生じ易く、
これにより得られる複合材料を成形してなる安全靴用先
芯の機械特性も満足なものとはならない。

【００２２】さらに、前記(2)実公昭６１−４２４０２
号の実施例には、平均肉厚２．５ｍｍの甲部の先端に薄
肉部を設けた先芯は６００ｋｇの圧迫破壊強度を有し、
鋼製先芯の強度に匹敵する旨記載されている。

【００２３】しかしながら、ＪＩＳ Ｔ ８１０１が要
求する先芯の性能は、破壊強度に関するものではなく、
所定の荷重を負荷させた状態での、足先を保護するため
に必要な先芯の低面とアーチ後端部の最も変位の大きい
部位とのすきま（以下、これを残存高さと称する）に関
するものである。即ち、ＪＩＳ Ｔ ８１０１には、普
通作業用のＳ種に用いられる先芯は１１００ｋｇｆの荷
重を負荷させた場合に前記残存高さが２２ｍｍ以上必要
であり、軽作業用のＬ種に用いられる先芯は４５０ｋｇ
の荷重を負荷させた場合に前記残存高さが２２ｍｍ以上
必要である旨規定されている。従って、破壊荷重がこれ
らの数値を越えたからといって、残存高さが２２ｍｍ以
上確保できているとは限らない。

【００２４】このように従来の発明、考案は破壊強度の
みを対象に議論している。また、前記(1)、(2)及び(3)
に記載されている先芯は、これらの出願時点における常
法を考慮すれば、物性が不十分である。従って、前記従
来の先芯は、ＪＩＳ Ｔ ８１０１に規定されている普
通作業用のＳ種はもちろんのこと、軽作業用のＬ種の規
格でさえも満足することが困難であることは明白であ
る。

【００２５】これらの物性上の問題点を解決するため
に、前記(4)の特開平５−１４７１４６号には、強化繊
維からなる織物または編物で補強された繊維強化熱可塑
性樹脂層とランダムマット状物で補強された繊維強化熱
可塑性樹脂層とをサンドイッチ構造にした成形用シート
材料を、加熱、加圧成形してなる安全靴先芯が記載され
ている。この公報によれば、従来のマットや不織布で補
強した成形用シート材料から作った成形品は強度が低
く、安全靴先芯のように高強度を要求される用途には適
さないとしている。そのために、先芯を形成する基材と
して、強化繊維からなる織物または編物で補強された繊
維強化熱可塑性樹脂層とランダムマット状物で補強され
た繊維強化熱可塑性樹脂層とをサンドイッチ構造にして
なるものを提案している。

【００２６】しかしながら、このような積層構造を形成
するには積層の手間が掛かるうえ、織物などを使用する
ためにコスト高となる。また、織物強化材料をしわや折
り目を発生させないように成形するには、複雑な形状の
チャージパターンが必要になる。従って、シート状材料
からチャージパターンに切断する際の材料ロスが多くな
り、これによっても先芯のコスト高を招くという問題点
もある。さらに、該公報に記載の先芯はＬ種の規格を満
足する為のものである。従って、このような複雑な積層
構造をもってしてもＬ種の規格は満足できたとしても、
Ｓ種の規格を満足するにはほど遠い特性しか得られてい
ない。

【００２７】(5)の特開平５−２６９００２号および特
開平６−１４１９０８号公報には、一方向に揃えた長繊
維を含有する樹脂薄シートを多方向に重層して一体的に
構成した多層構造の多方向性強化樹脂シートからなる繊
維強化樹脂先芯が提案されている。該公報には以下のよ
うに記載されている。即ち、単に長繊維で補強した樹脂
先芯はＪＩＳ Ｔ ８１０１に規定されているＬ種また
はＳ種に対して強度的に不十分である。これに対し、該
公報に記載の先芯は、一方向強化タイプの強化樹脂シー
トを多方向に積層しているから、先芯成形時にその側壁
面において傾斜した長繊維が垂直方向を向き、これによ
り、強度を増大させることができる。

【００２８】しかしながら、先芯成形時には強化樹脂シ
ートを樹脂の融点以上に加熱する為、以下の問題が生じ
る。即ち、先芯成形時には樹脂による強化繊維に対する
拘束力はなくなり、成形時の樹脂の流動によって強化繊
維の配向が乱れることになる。このことは、シートの状
態では強化繊維は一方向に配向されているが、成形品で
ある先芯の段階では強化繊維の配向を制御できないこと
を意味する。従って、該公報に記載の先芯は、性能が安
定せず、歩留まり率にも影響を及ぼし、結果としてコス
ト高を招くという問題を引き起こす。さらに、該公報に
記載の先芯も、Ｌ種の規格を満足させることを目的とし
て提案されたものである。従って、たとえＬ種の規格を
満足できたとしても、Ｓ種の規格を満足するにはほど遠
い特性しか得られない。

【００２９】さらに、(6)の特開平６−２４５８０４号
公報には、強化繊維と熱可塑性樹脂とからなる複合材の
中心部または両面に、７〜２００メッシュの金網層を備
えた基材を形成し、該基材を加熱、加圧成形してなる安
全靴先芯が提案されている。この公報に記載の先芯は、
Ｓ種の規格を満足することを目的としたものであり、該
公報には、繊維強化熱可塑性樹脂だけではＳ種の規格を
満足する高強度の先芯を得ることができないので、所定
のメッシュの金網によってこれを補強する旨記載されて
いる。

【００３０】しかしながら、金網を入れるために繊維強
化熱可塑性樹脂の製造工程が複雑になる上、金網のコス
トも上乗せされるのでコストが高くなってしまう。ま
た、上述したように、先芯成形時には樹脂が溶融状態に
あるために、繊維強化熱可塑性樹脂は流動する。他方、
前記金網は流動しないため、金網が成形品の隅々にまで
行き渡ることはなく、成形品の特性が安定しない。

【００３１】さらには、金網が溶融状態の繊維強化熱可
塑性樹脂を突き破り、成形品の表面に露出して、金型を
傷めるという問題点もある。さらにまた、先芯のような
深絞り形状に金網が変形して追従することができず、成
形が非常に困難なものとなる。また、該公報には、圧迫
強度が１１００ｋｇｆを越えた旨の記載があるだけであ
り、残存高さが２２ｍｍ以上確保できたかどうかについ
ては言及されていない。従って、該公報に記載の先芯
が、Ｓ種の規格を満足しているとは必ずしも言えない。

【００３２】以上述べてきたように、前記従来技術に係
る先芯は、圧迫強度のみによって強度検査がなされてお
り、前記各公報の記載から判断すると、これらはＪＩＳ
Ｔ８１０１に規定されている普通作業用のＳ種の規格
する性能を満足するものとは考えられない。

【００３３】前記Ｓ種の規格を満足するためには、１１
００ｋｇｆの荷重を負荷した際の残存高さが２２ｍｍ以
上必要であり、かつ致命的な破壊を起こしてはならない
ことが要求される。ここで、致命的な破壊とは、それ以
上負荷を掛け続けても荷重値が上昇しない程の破壊が先
芯に発生している状態を意味する。そして、該致命的な
破壊をもたらす荷重が、従来から言われているところの
圧迫強度である。従って、前記Ｓ種の規格を満足するた
めに必要な先芯の圧迫強度としては、必然的に１１００
ｋｇｆよりかなり高い強度となる。

【００３４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の従来からの問題点を解決し、安全靴先芯のＪＩＳ Ｔ
８１０１における普通作業用Ｓ種の規格に規定される性
能を満足するとともに、従来の鋼製先芯に比べて大幅な
軽量化を達成することのできる安全靴用軽量先芯を提供
することにある。

【００３５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記事情
に鑑み、鋭意検討の結果、重量を大幅に軽減し、作業性
にも優れた安全靴を提供し得る先芯材料を見出し、本発
明に到達した。本発明は以下の構成を有する。

【００３６】（１）安全靴に装着され、外部荷重から着
用者を保護する先芯において、繊維強化熱可塑性樹脂複
合材料からなり、ＪＩＳ Ｔ ８１０１における革製安
全靴の普通作業用Ｓ種の規格に規定される性能を満足
し、且つ、重量が１個当たり４５ｇ以下であることを特
徴とする安全靴用軽量先芯。

【００３７】（２）ＪＩＳ Ｔ ８１０１における先芯
単体の圧迫試験による、１１００ｋｇｆ負荷時の先芯の
底面とアーチ後端の最も変位の大きい箇所とのすきまが
２５ｍｍ以上である安全靴用軽量先芯。

【００３８】（３）先芯の肉厚分布において、先芯立ち
上がり部分の肉厚に比べて、立ち上がり部分から天井部
分に移行する肩部の肉厚の方が厚くなっている安全靴用
軽量先芯。

【００３９】（４）繊維強化熱可塑性樹脂複合材料が単
層であり、かつ該複合材料における強化繊維が無方向的
に分散されてなる安全靴用軽量先芯。

【００４０】（５）前記繊維強化熱可塑性樹脂複合材料
における強化繊維の平均繊維長が１０ｍｍ〜５０ｍｍの
範囲である安全靴用軽量先芯。

【００４１】（６）前記繊維強化熱可塑性樹脂複合材料
における強化繊維の体積含有率が４０％〜６０％の範囲
である安全靴用軽量先芯。

【００４２】（７）前記繊維強化熱可塑性樹脂複合材料
における強化繊維がガラス繊維である安全靴用軽量先
芯。

【００４３】（８）前記繊維強化熱可塑性樹脂複合材料
における熱可塑性樹脂がナイロン６、ポリプロピレン、
またはポリプロピレンの共重合体もしくは変性体を含む
ポリオレフィン系樹脂である安全靴用軽量先芯。

【００４４】（９）前記繊維強化熱可塑性樹脂複合材料
は、テープ状の繊維強化熱可塑性樹脂複合材料を１０ｍ
ｍ〜５０ｍｍの長さにカットし、無方向的に分散させな
がら堆積させ、これを加熱および加圧成形してなるシー
ト状であり、該シート状繊維強化熱可塑性樹脂複合材料
をスタンピング成形することにより得られる安全靴用軽
量先芯。

【００４５】

【発明の実施の形態】先芯の性能は、それを構成する材
料の強度、弾性率及び耐衝撃性等の性能と先芯形状とに
よって左右される。材料物性の低い材料を用いても、Ｊ
ＩＳ規格Ｓ種の規格を満足する先芯を得ることはできる
が、肉厚が非常に厚いものになってしまい、樹脂化する
最大の目的である軽量化を達成できず、また、デザイン
的にも実用に適さないものしか作れない。

【００４６】安全靴の前後の重量バランスを改善し、歩
きやすく且つ疲れにくい安全靴を提供する為には、現在
用いられている鋼製先芯に対して先芯重量を少なくとも
２５％軽量化し、先芯１個当たり４５ｇ以下にすること
が必要である。これ以上重いと、つま先が重く感じるた
め、歩きにくく、疲れやすくなる。より歩き易さ又は軽
いという感触を得るには、４０ｇ以下であることが好ま
しく、２５ｇ〜４０ｇの範囲がさらに好ましい。

【００４７】先芯重量を軽くするためには、先芯の肉厚
を薄くすれば良いが、薄いと変形しやすくなるため、前
記ＪＩＳにおけるＳ種の規格に規定される性能を満足で
きなくなってしまう。該Ｓ種の規格に規定される性能と
は、先芯単体の圧迫性能において、１１００ｋｇｆ負荷
時の先芯の底面とアーチ後端の最も変位の大きい箇所と
のすきまが、２２ｍｍ以上であることであるが、これと
同時に、実際問題としては、先芯が靴に組み込まれた安
全靴の状態での性能も重要である。要求される安全靴の
状態での性能は、１１００ｋｇｆ負荷時の安全靴におけ
る残存高さ（中底上面と先芯天板下面との間隙）が１５
ｍｍ以上であることである。

【００４８】本発明者らは鋭意検討の結果、安全靴の状
態での残存高さは、靴の構造、特に靴底の構造に非常に
影響を受けることを見出した。靴底の厚みが薄い場合
は、１１００ｋｇｆ負荷時の先芯の沈み込みが小さいた
め、靴の状態での残存高さを確保しやすいが、履き心地
が悪くなる。他方、靴底の厚みを厚くすれば、履き心地
は良くなるが、その反面、１１００ｋｇｆ負荷時の先芯
の沈み込みが大きくなり、靴の状態での残存高さを確保
しにくくなる。特に、安全靴の履き心地をより向上させ
るために、最近の靴底の素材は柔らかくなってきてお
り、益々、靴の状態での残存高さを確保しにくくなって
いる。

【００４９】これらのことを考慮すると、先芯単体の圧
迫性能において、１１００ｋｇｆ負荷時の残存高さが、
２５ｍｍ以上であることが推奨される。好ましくは２８
ｍｍ以上、さらに好ましくは２８ｍｍ〜３５ｍｍの範囲
であれば、靴底の設計にバリエーションを持たせること
ができ、より履き心地のよい安全靴を提供することがで
きる。

【００５０】靴の状態での残存高さを確保するための簡
易な手段としては、先芯自身の高さを高くすることが考
えられるが、むやみに高くすると、デザイン性（美感）
を損なうばかりでなく、先芯重量が重くなってしまう。
従って、先芯の高さを高くすることなく、先芯重量を４
５ｇ以下に保ちながら、さらに、先芯単体の圧迫性能に
おいて、１１００ｋｇｆ負荷時の残存高さを２５ｍｍ以
上確保することが重要である。

【００５１】この目的を達成するためには、上述したよ
うに先芯に用いる材料の性能と、先芯の形状及び肉厚分
布とが重要な要因となる。荷重が負荷された場合に先芯
に発生する応力を合理的に分散し、最も高い応力が発生
する部分の肉厚を厚くし、それほど応力が掛からない部
分の肉厚を薄くするといった偏肉構造を採ることによっ
て、先芯重量の増加を最小限に抑えつつ、荷重負荷時に
おける変形の少ない，デザイン性に優れた先芯を提供す
ることが可能になる。具体的には、図１に示すように、
最も高い応力が発生する先芯肩部３の肉厚を最も厚く、
且つ、該先芯肩部３の変形によって変位量は最も大きく
なるが、自らはあまり変形しない天井部分１の肉厚を薄
くすることが望ましい。

【００５２】この点において、従来の先芯は、前述した
ように圧迫破壊強度を高めることのみに重点が置かれて
いる為、図２に示すように、先芯の立ち上がり部分２の
肉厚を最も厚く、肩部３から天井部分１にかけて肉厚を
徐々に減少するような形状のものが一般的であった。

【００５３】しかしながら、重要なのは先芯重量の増加
を最小限に押さえつつ、変位量を少なくすることであ
る。即ち、図２に示す従来の先芯のように、荷重を支え
る先芯の立ち上がり部分の肉厚、特に、つま先の立ち上
がり部分２の肉厚を厚くすれば、先芯の圧迫強度を高め
ることは可能であるが、これは天井部分１の変位量を小
さく押さえることにはならない。天井部分１の変位量を
小さくする為には、図１に示すように、立ち上がり部分
１よりもむしろ、肩部３の肉厚を厚くすることの方が有
効である。

【００５４】上記のような偏肉構造を採るためには、先
芯成形時に材料の流動性が良好であることが必要であ
り、そのため、本発明においては繊維強化熱可塑性樹脂
複合材料を用いている。本発明に係る安全靴用軽量先芯
に使用する繊維強化熱可塑性樹脂複合材料は、単層であ
ることが推奨され、その強化繊維が無方向的に分散され
た、いわゆるランダム強化タイプであることが推奨され
る。従来の技術の欄で述べたように、物性上の問題を解
決する簡易な手段としては、連続強化繊維を使用するこ
ともできるが、これによると、シート状材料の製造コス
トや先芯成形上の問題等、他の問題が生じることを考慮
したものである。

【００５５】即ち、例えば、織物とランダムマット状物
とを積層することによって、材料物性は向上するが、そ
の反面、シート状材料の製造工程において、異なる強化
形態の材料を積層することによる製造コストの上昇を招
くことになる。また、先芯成型時に、金型への材料のチ
ャージが困難である，織物に皺が入り易い等の成形上の
問題が発生する。これに対し、前述のように、シート状
材料として、ランダム強化タイプの単層を用いれば、そ
の成形流動性の良さにより、先芯形状を容易に偏肉構造
とすることができるので、先芯の合理的な設計が可能と
なり、従って、軽量で且つ高性能の先芯を得ることがで
きる。

【００５６】なお、該強化繊維は無撚であることが好ま
しい。これは、該強化繊維への熱可塑性樹脂の含浸を容
易にするためである。

【００５７】また、本発明の目的を達成するためには、
高い物性を有した材料を用いることが必要である。具体
的には、例えば、本発明者らの出願による特開平７−１
６４４３９号に示す繊維強化熱可塑性樹脂複合材料が推
奨される。このシート状の繊維強化熱可塑性樹脂複合材
料は、テープ状の繊維強化熱可塑性樹脂複合材料を１０
ｍｍ〜５０ｍｍの長さにカットし、無方向的に分散させ
ながら堆積させ、これを加熱および加圧して得られるラ
ンダム強化タイプのシート状材料である。前記テープ状
には種々の寸法が含まれるが、例えば、幅５ｍｍ〜３０
ｍｍ，好ましくは５ｍｍ〜２０ｍｍで、且つ、厚さ０．
１ｍｍ〜０．５ｍｍ，好ましくは０．１ｍｍ〜０．２ｍ
ｍのものを用いることができる。

【００５８】このようにあらかじめテープ状とされた繊
維強化熱可塑性樹脂複合材料を用いることにより、従来
の強化繊維の織物、編物又はランダムマット状物に熱可
塑性樹脂を含浸する方法では得ることのできない、高い
繊維含有率のシート状材料を作製することができ、且つ
含浸状態も良好なものが得られる。従って、斯かるシー
ト状材料を成形して得られる安全靴用先芯の性能も向上
させ得るものである。

【００５９】上記のようなランダム強化タイプのシート
状材料は、その製造方法から明らかなように単層であ
る。ここでいう単層とは、強化形態の異なる繊維強化熱
可塑性樹脂複合材料を積層することによる明確な層や、
異種材料の混入が無いことを意味する。例えば、織物強
化タイプとランダム強化タイプとを積層したもの、或い
は一方向強化タイプのものを多方向に積層したものなど
は、積層することによる明確な層が存在するため単層で
はない。また、繊維強化熱可塑性樹脂複合材料の中に、
補強を目的とする金網等の異種材料を設けたようなもの
も単層ではない。なお、上記単層のシート状材料を加熱
および加圧成形して得られる本発明に係る安全靴用軽量
先芯は、必然的に単層構造になることはいうまでもな
い。

【００６０】上記シート状材料並びにそれを加熱及び加
圧成形して得られる本発明の安全靴用軽量先芯における
強化繊維の平均繊維長は、１０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲が
好適である。１０ｍｍより短い繊維長ではその補強効果
が小さいので、性能の優れた先芯を得ることができず、
逆に、性能を向上させようとすると肉厚が厚くなってし
まい、大幅な軽量化を達成することができない。他方、
５０ｍｍより長い繊維長では、シート状材料を作製する
際における，カットしたテープ状材料を無方向的に分散
させながら堆積する工程において、無方向的に均一に分
散させるのが困難となる。したがって、安全靴用先芯の
ように、比較的サイズの小さい成形品を成形する場合、
成形品中の強化繊維の配向状態に片寄りが発生し、返っ
て成形品の性能がばらつき、安定した性能の先芯を得る
ことができない。

【００６１】上記シート状材料並びにそれを加熱及び加
圧成形して得られる安全靴用軽量先芯における強化繊維
の含有率は、体積で４０％〜６０％の範囲が好適であ
る。４０％より低い体積含有率ではその補強効果が小さ
いので、性能の優れた先芯を得ることができず、逆に、
性能を向上させようとすると肉厚が厚くなってしまい、
大幅な軽量化を達成することができない。他方、６０％
より高い体積含有率では、シート状材料から安全靴用先
芯を成形する際の材料の流動性が極めて悪くなり、いわ
ゆるウェルド部分の強度が低い成形品になってしまう。
最悪の場合は、正規の成形品形状に成形できないショー
トショット状態になってしまう。先芯性能と成形流動性
とのバランスを考慮すると、上記体積含有率は４５％〜
５５％の範囲がより好まい。

【００６２】上記シート状材料並びにそれを加熱及び加
圧成形して得られる安全靴用軽量先芯に用いられる強化
繊維としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維や、アラ
ミド繊維に代表される高弾性有機繊維等を挙げることが
できるが、特にこれらに限定されるものではない。これ
らの中でもガラス繊維を主体として使用し、これに炭素
繊維やアラミド繊維などを併用して用いることが好適で
あり、特にコストを重視する場合には、ガラス繊維のみ
を使用することがより好適である。該強化繊維への熱可
塑性樹脂の含浸を容易にするため、強化繊維は可能な限
り無撚であることが好ましく、さらに熱可塑性樹脂との
接着性をよくするための表面処理が施されていることが
好ましい。

【００６３】一方、上記強化繊維に含浸させる熱可塑性
樹脂も、特に限定されるものではないが、物性、成形性
及びコストなどの観点からポリプロピレンおよびその共
重合体や変性体等を含むポリオレフィン系樹脂、ナイロ
ン６，ナイロン６６又はナイロン１２等のポリアミド系
樹脂、ポリエチレンテレフタレート，ポリブチレンテレ
フタレートおよびその共重合体等を含むポリエステル系
樹脂、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイ
ド、または上記熱可塑性樹脂を２種以上併用したポリマ
ーアロイ等を好適な例として挙げることができる。これ
らの中でも、成形性、コスト及び軽量性の観点から、ナ
イロン６、ポリプロピレンおよびポリプロピレンの共重
合体や変性体等を含むポリオレフィン系樹脂が推奨され
る。なお、上記熱可塑性樹脂には、酸化防止剤、加水分
解防止剤などの種々の添加剤、各種充填剤、顔料などを
目的に応じて添加することができる。

【００６４】上記シート状材料から本発明に係る安全靴
用軽量先芯を成形する方法としては、一般的なプレス成
形、スタンピング成形等の方法を挙げることができる。
この中でも、スタンピング成形は、成形サイクルが非常
に短い成形方法であり好適に適用できる。該スタンピン
グ成形とは、前記シート状材料から安全靴用先芯を成形
するのに必要な形状（チャージパターン）に切断し、赤
外線ヒータ等の加熱手段を用いて、シート状材料を構成
する熱可塑性樹脂の軟化点または融点以上の温度にまで
加熱し、速やかに金型にチャージし、型締めすることに
よって安全靴用先芯を成形する方法である。前記金型温
度は前記熱可塑性樹脂の軟化点または融点以下の温度に
保持され、金型内で成形品は冷却・固化される。なお、
金型温度は使用する熱可塑性樹脂によって異なり、各々
の樹脂に適した温度が選択される。

【００６５】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。な
お、各評価については以下の通りに行った。

【００６６】安全靴および安全靴用先芯の圧迫試験は、
ＪＩＳ Ｔ ８１０１の普通作業用Ｓ種の規格に従い、
インストロン型万能試験機により圧迫荷重を負荷し、１
１００ｋｇｆ負荷時の残存高さを粘土にて測定した。

【００６７】（実施例１）ダイ内において、溶融させた
ポリプロピレンを連続ガラス繊維束に含浸させ、幅２０
ｍｍ、厚さ０．１３ｍｍ、繊維体積含有率５０％のテー
プ状繊維強化熱可塑性樹脂複合材料を得た。これをギロ
チン方式のカッターを用いて、長さ２０ｍｍに切断し、
無方向的に分散させながら金型内に堆積させ、加熱冷却
プレスを用いて、成形温度２２０℃、成形圧力１０ｋｇ
ｆ／ｃｍ² 、成形時間５分の条件で加熱溶融した。その
後、１００℃まで冷却し、厚さ３．５ｍｍのランダム強
化タイプのシート状材料を得た。

【００６８】上記シート状材料から、所定の形状に材料
を切り出し、赤外線ヒーターにてポリプロピレンが完全
に溶融する２２０℃まで加熱し、速やかに金型にチャー
ジし、金型温度１００℃、成形圧力７０ｋｇｆ／ｃ
ｍ² 、成形時間３０秒の条件でスタンピング成形を行
い、安全靴用先芯を得た。肉厚分布は概ね、図１のよう
な偏肉構造となっており、その重量は３７ｇ／個で、１
１００ｋｇｆにおける先芯単体の残存高さは２９．２ｍ
ｍであった。

【００６９】得られた軽量先芯を安全靴に組み込み、イ
ンジェクション法によって安全靴を作製した。靴に組み
込んだ状態での残存高さは１７．５ｍｍであり、ＪＩＳ
規格Ｓ種が規定する性能を十分にクリアしていた。さら
に、該規格性能に対し余裕があり、従って、履き心地を
より改良できる優れた軽量先芯であると言える。

【００７０】（実施例２）ダイ内において、溶融させた
ナイロン６を連続ガラス繊維束に含浸させ、幅２０ｍ
ｍ、厚さ０．１３ｍｍ、繊維体積含有率５０％のテープ
状の繊維強化熱可塑性樹脂複合材料を得た。実施例１と
同様に、該材料を長さ２０ｍｍに切断し、無方向的に分
散させながら金型内に堆積させ、加熱冷却プレスを用い
て、成形温度２５０℃、成形圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ² 、
成形時間５分の条件で加熱溶融した。その後、１５０℃
まで冷却し、厚さ３．５ｍｍのランダム強化タイプのシ
ート状材料を得た。

【００７１】上記シート状材料から、所定の形状に材料
を切り出し、赤外線ヒーターにてナイロン６が完全に溶
融する２５０℃まで加熱し、速やかに金型にチャージ
し、金型温度１５０℃、成形圧力７０ｋｇｆ／ｃｍ² 、
成形時間３０秒の条件でスタンピング成形し、安全靴用
先芯を得た。肉厚は実施例１と同様で、その重量は３９
ｇ／個であった。１１００ｋｇｆにおける絶乾状態での
先芯単体の残存高さは、２９．７ｍｍであった。ナイロ
ン６は吸湿しやすい樹脂であり、吸湿すると物性は低下
することが知られている。その吸湿量は公定水分率が目
安となり、ナイロン６の場合は４．５％である。そこ
で、先芯の樹脂分に対して４．５％吸湿させ、吸湿後の
残存高さを評価したところ、２８．６ｍｍであった。

【００７２】得られた軽量先芯を、絶乾状態と４．５％
吸湿状態とのそれぞれの状態下に、安全靴に組み込み、
インジェクション法によって安全靴を作製した。靴に組
み込んだ状態での残存高さは、絶乾状態が１８．７ｍ
ｍ、４．５％吸湿状態が１６．７ｍｍであり、絶乾状態
はもちろん吸湿状態においても前記ＪＩＳ規格Ｓ種が規
定する性能を十分にクリアした。さらに、該規格性能に
対し余裕があり、従って、履き心地をより改良できる優
れた軽量先芯であると言える。

【００７３】（比較例１）従来のランダム強化タイプの
成形材料として、ガラスマットにポリプロピレンを含浸
させた，いわゆるスタンパブルシートを用意した。ガラ
ス繊維の含有量は重量含有率で４０％、体積含有率では
１９％であった。また、該シートの厚みは３．８ｍｍで
あった。該シートを用い、実施例１と同様にスタンピン
グ成形を行って安全靴用先芯を得た。実施例１と同じ肉
厚では、ＪＩＳ規格Ｓ種が規定する性能を満足できなか
ったので、チャージ量を徐々に増やして行き、該規格性
能を満足できるまで肉厚を厚くした。

【００７４】得られた先芯を安全靴に組み込み、インジ
ェクション法によって安全靴を作製した。先芯単体及び
靴に組み込んだ状態での残存高さを測定した結果、それ
ぞれ、２６．３ｍｍ及び１５．５ｍｍであり、前記ＪＩ
Ｓ規格Ｓ種が規定する性能を満足できたが、その一方、
先芯重量は５０ｇ／個であり、目的の軽量化は達成でき
なかった。

【００７５】（比較例２）実施例１で用いたテープ状の
繊維強化熱可塑性樹脂複合材料を長さ５ｍｍに切断し、
実施例１と同様の条件下に、厚さ３．５ｍｍのランダム
強化タイプのシート状材料を得た。この材料を用いて、
実施例１と同様にスタンピング成形を行い、安全靴用先
芯を得た。実施例１と同じ肉厚では、ＪＩＳ規格Ｓ種が
規定する性能を満足できなかったので、チャージ量を徐
々に増やして行き、該規格性能を満足できるまで肉厚を
厚くした。

【００７６】得られた先芯を安全靴に組み込み、インジ
ェクション法によって安全靴を作製した。先芯単体およ
び靴に組み込んだ状態での残存高さを測定した結果、そ
れぞれ、２７．５ｍｍ及び１６．０ｍｍであり、ＪＩＳ
規格Ｓ種が規定する性能を満足できたが、その一方、先
芯重量は４７ｇ／個であり、目的の軽量化は達成できな
かった。

【００７７】（比較例３）実施例１で用いたテープ状の
繊維強化熱可塑性樹脂複合材料の繊維体積含有率を３０
％にした他は、実施例１と同様にして厚さ３．５ｍｍの
ランダム強化タイプのシート状材料を得た。この材料を
用いて、実施例１と同様にスタンピング成形を行い、安
全靴用先芯を得た。実施例１と同じ肉厚では、ＪＩＳ規
格Ｓ種が規定する性能を満足できなかったので、チャー
ジ量を徐々に増やして行き、該規格性能を満足できるま
で肉厚を厚くした。

【００７８】得られた先芯を安全靴に組み込み、インジ
ェクション法によって安全靴を作製した。先芯単体及び
靴に組み込んだ状態での残存高さを測定した結果、それ
ぞれ、２７．８ｍｍ及び１６．５ｍｍであり、ＪＩＳ規
格Ｓ種が規定する性能を満足できたが、その一方、先芯
重量は４８ｇ／個となり、目的の軽量化は達成できなか
った。

【００７９】（比較例４）実施例１で用いたテープ状の
繊維強化熱可塑性樹脂複合材料の繊維体積含有率を６５
％にした他は、実施例１と同様の条件で厚さ３．５ｍｍ
のランダム強化タイプのシート状材料を得た。この材料
を用いて、実施例１と同様にスタンピング成形を行った
ところショートショットになってしまい、安全靴用先芯
を得ることができなかった。

【００８０】

【発明の効果】本発明によれば、繊維強化熱可塑性樹脂
複合材料を用いて安全靴用先芯を形成するようにしたの
で、従来、得ることができなかった，ＪＩＳ Ｔ ８１
０１における革製安全靴の普通作業用Ｓ種の安全靴の規
格に規定される性能を満足しつつ、且つ、１個当たりの
重量が４５ｇ以下である先芯を得ることができ、従来の
鋼製先芯に対して大幅な軽量化を達成することができ
る。その結果、安全靴全体の軽量化に寄与することはも
ちろん、安全靴の前後の重量バランスを改善し、歩き易
く、長時間着用しても疲れにくい安全靴を提供すること
ができる。

【００８１】また、ＪＩＳ Ｔ ８１０１における先芯
単体の圧迫試験による，１１００ｋｇｆ負荷時の先芯の
底面とアーチ後端の最も変位の大きい部位とのすきまが
２５ｍｍ以上有するようにすれば、素材が柔らかな靴底
の安全靴に適用しても、前記ＪＩＳ規格を満足させるこ
とができ、デザインの自由度をより向上させることがで
きる。

【００８２】また、先芯立ち上がり部分の肉厚に比し
て、該立ち上がり部分から天井部分に移行する肩部の肉
厚を厚くすれば、先芯重量の増加を最小限に抑えつつ、
荷重負荷時における変位量を抑えることができる。従っ
て、デザインの自由度を向上させることができる。

【００８３】また、前記繊維強化熱可塑性樹脂複合材料
を、強化繊維が無方向的に分散されてなるランダム強化
タイプの単層とすれば、該複合材料の製造工程がシンプ
ルである為に、材料のコスト低廉化を図ることができ
る。また、該複合材料は、先芯成型時における流動性が
良く、容易に偏肉構造を得ることができる為、軽量で且
つ高性能な先芯の設計自由度を向上させることが可能と
なる。

【００８４】また、前記強化繊維の平均繊維長を１０ｍ
ｍ〜５０ｍｍとすれば、大きな補強効果を得つつ、強化
繊維を無方向的に均一に分散させることができ、製品の
歩留まりを向上させることができる。

【００８５】また、前記強化繊維の体積含有率を４０％
〜６０％とすれば、大きな補強効果を得つつ、シート状
材料から安全靴用先芯を成形する際の材料の流動性を維
持して効率良く先芯を製造することができる。

【００８６】また、前記強化繊維をガラス繊維とすれ
ば、製品コストの低廉化を図ることができる。

【００８７】また、前記熱可塑性樹脂をナイロン６、ポ
リプロピレン、又はポリプロピレンの共重合体もしくは
変性体を含むポリオレフィレン系樹脂とすれば、成形
性、コスト及び軽量性を向上させることができる。

【００８８】さらに、前記繊維強化熱可塑性樹脂複合材
料を、テープ状の繊維強化熱可塑性樹脂複合材料を１０
ｍｍ〜５０ｍｍの長さにカットし、無方向的に分散させ
ながら堆積させ、これを加熱および加圧成形してなるシ
ート状とし、該シート状繊維強化熱可塑性樹脂複合材料
をスタンピング成形することにより先芯を成形すれば、
前記複合材料における繊維含有率を高め、且つ、含浸状
態も良好なものとすることができる。従って、斯かるシ
ート状材料を成形して得られる安全靴用先芯の性能も向
上させ得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態に係る安全靴用軽量先
芯の概略断面図

【図２】 従来の複合材料製安全靴用先芯の概略断面図

【符号の説明】

１ 天井部分 ２ 立ち上がり部分 ３ 肩部 ４ アーチ後端 ５ 底面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 名合 聡 滋賀県大津市堅田２丁目１番１号 東洋紡 績株式会社総合研究所内 (72)発明者 桜井 祥雅 東京都渋谷区広尾５丁目４番３号 ミドリ 安全株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 安全靴に装着され、外部荷重から着用者
   を保護する先芯において、 繊維強化熱可塑性樹脂複合材料からなり、 ＪＩＳ Ｔ ８１０１における革製安全靴の普通作業用
   Ｓ種の規格に規定される性能を満足し、且つ、重量が１
   個当たり４５ｇ以下であることを特徴とする安全靴用軽
   量先芯。
2. 【請求項２】 ＪＩＳ Ｔ ８１０１における先芯単体
   の圧迫試験による、１１００ｋｇｆ負荷時の先芯の底面
   とアーチ後端の最も変位の大きい箇所とのすきまが２５
   ｍｍ以上である請求項１記載の安全靴用軽量先芯。
3. 【請求項３】 先芯の肉厚分布において、先芯立ち上が
   り部分の肉厚に比べて、立ち上がり部分から天井部分に
   移行する肩部の肉厚の方が厚くなっている請求項１また
   は２記載の安全靴用軽量先芯。
4. 【請求項４】 前記繊維強化熱可塑性樹脂複合材料が単
   層であり、かつ該複合材料における強化繊維が無方向的
   に分散されてなる請求項１〜３のいずれかに記載の安全
   靴用軽量先芯。
5. 【請求項５】 前記繊維強化熱可塑性樹脂複合材料にお
   ける強化繊維の平均繊維長が１０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲
   である請求項１〜４のいずれかに記載の安全靴用軽量先
   芯。
6. 【請求項６】 前記繊維強化熱可塑性樹脂複合材料にお
   ける強化繊維の体積含有率が４０％〜６０％の範囲であ
   る請求項１〜５のいずれかに記載の安全靴用軽量先芯。
7. 【請求項７】 前記繊維強化熱可塑性樹脂複合材料にお
   ける強化繊維がガラス繊維である請求項１〜６のいずれ
   かに記載の安全靴用軽量先芯。
8. 【請求項８】 前記繊維強化熱可塑性樹脂複合材料にお
   ける熱可塑性樹脂がナイロン６、ポリプロピレン、また
   はポリプロピレンの共重合体もしくは変性体を含むポリ
   オレフィン系樹脂である請求項１〜７のいずれかに記載
   の安全靴用軽量先芯。
9. 【請求項９】 前記繊維強化熱可塑性樹脂複合材料は、
   テープ状の繊維強化熱可塑性樹脂複合材料を１０ｍｍ〜
   ５０ｍｍの長さにカットし、無方向的に分散させながら
   堆積させ、これを加熱および加圧成形してなるシート状
   であり、 該シート状繊維強化熱可塑性樹脂複合材料をスタンピン
   グ成形することにより得られる請求項１〜８のいずれか
   に記載の安全靴用軽量先芯。