JP2006136689A - 靴底用防滑材、防滑靴底を製造する方法、防滑靴底、及び防滑靴 - Google Patents

Abstract

【目的】 雨に濡れた歩道、雪が積もった道路、氷結した道路、或いは舟の甲板、魚市場等濡れた路面を歩行する際の防滑性を確保する防滑材の提供。
【解決手段】ＳｉＯ_２５６〜６５％、Ａｌ_２Ｏ_３１７〜１９％、Ｆｅ_２Ｏ_３４〜６％、Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ_３３〜５％、ＣａＯ＋ＭｇＯ１〜２％、Ｉｇｌｏｓｓ６〜７％，成形水分：２１〜２２％、全収縮率：約１０％、２μｍ以下の粒子：３０〜４０％から構成される煉瓦用粘土を９００〜１，１００℃で焼結した焼結体を粉砕して平均最大経２〜３ｍｍの粉砕物にし、靴底の主要成分であるゴムの質量当たり１０％配合する。

Description

本発明は、靴底用防滑材、防滑靴底を製造する方法、防滑靴底、及び防滑靴に関する。より詳細に述べると、本発明は、陶磁器用粘土又は煉瓦用粘土から成る釉薬をかけていない焼結体の粉砕物から成る防滑材、防滑靴底を製造する方法、防滑靴底、及び防滑靴に関する。

靴底を滑らなくする最も古典的な方法は、底を厚くして、深いしぼを形成することである。この従来法の場合、雪が深いしぼの溝の中に入り込み、凍結して、防滑効果が低下するという欠点、或いは氷結した道路で防滑効果が低下するという欠点がある。

また、別の従来技術として、靴底にスタッドを埋設する方法がある。この従来技術の場合、雪がない道路や氷結していない舗装道路や鉄板の上を歩く時は、逆に滑りやすいという欠点や、靴全体の質量を増加させるという欠点がある。

さらに、別の従来技術として、靴底の踵部分に鋼鉄製のフォーク形状のアンカーを埋め込み、必要に応じて、フォークが路面を咬むようにした方法がある。この従来技術の場合、靴に常時防滑機能が備わっていないので、煩わしいという欠点がある。

さらに、種子の殻、果実の核及び皮革の粉砕物の少なくとも一種をジエン系ゴム１００重量部に対して３〜３０重量部配合したことを特徴とするゴム及び／又は熱可塑性合成樹脂を主成分とする履物の底用ゴム組成物が提案された（特開平５−１５４００５号公報）。この従来技術の場合、長期間使用する間に、吸水性の種子の殻、果実の核及び皮革の粉砕物が膨潤して、強度が低下し、防滑機能が低下するという欠点がある。さらに、この従来技術の場合、防滑効果を上げるためには、多量の種子の殻、果実の核及び皮革の粉砕物を配合する必要があるが、抗張力をはじめとする物性の低下を招き、少量では防滑効果を得にくいという欠点がある。

さらに、ゴム及び／または樹脂１００重量部に対して、クルミ殻またはイネ科の穀物類の殻を平均粒子径１．０ｍｍ以下に粉砕した粉砕物を０．０５重量部以上２．０重量部以下配合する方法が提案された（特許第３２７０３８７号公報）。この従来技術の場合も、長期間使用する間に、吸水性の種子の殻の粉砕物が膨潤して、強度が低下し、防滑機能が低下するという欠点がある。さらに、この従来技術の場合も、防滑効果を上げるためには、多量の種子の殻、果実の核及び皮革の粉砕物を配合する必要があるが、これは抗張力をはじめとする物性の低下を招き、少量では防滑効果を得にくいという欠点がある。

さらに、ゴムマトリックスにガラス繊維を含有させ、ガラス繊維を一定方向に配向させた未加硫ゴムシートを数枚積層し、ガラス繊維の配向方向に対して直交する方向に裁断した防滑体を所定の方法で加硫した防滑靴底が提案された（特開平７−１４３９０３号公報）。この従来技術の場合、ガラス繊維をゴムマトリックスに配合して配向性を出すには生産上での工程数が増え、コストを引き上げることになり、コストを吸収できる高額な靴にしか使用できない。配向を無視して配合すれば防滑効果を奏功できない。

特開平５−１５４００５号公報 特許第３２７０３８７号公報 特開平７−１４３９０３号公報

本発明が解決しようとする課題は、雨に濡れた歩道、雪が積もった道路、氷結した道路、或いは舟の甲板、魚市場等濡れた路面を歩行する際に使用するゴム及び／又は熱可塑性合成樹脂を主成分とする履物の底に使用する防滑材が、長期間使用する間に膨潤し強度が低下するという欠点を改良し、且つ強度を維持することにより、防滑機能の低下を防止することである。

課題を解決する手段

本発明者は、課題を解決する手段を策定するに当たって、先ず滑りと摩擦のメカニズムの理論的考察を行った。

固体に外力が作用すると固体表面は変形し、応力の分布状態もそれに伴って異なってくる。その変形した応力の分布をもとにして、現実の摩擦現象が発生するから、摩擦力の予測には、固体表面の作用力（付着）とともに、表面近傍の材料変形も同時に考慮しなければならない。

摩擦に関してはアモントン・クーロンの法則と呼ばれる経験則が広く知られている。アモントン・クーロンの法則は大略、下記のように整理される。
（１）摩擦力は摩擦面に作用する垂直方向の力に比例する。
（２）摩擦力は見かけの接触面積の大小には無関係である。
これらの法則は、摩擦力の定量的な値を決定するものではなく、定性的な挙動を記述するものである。

アモントン・クーロンの法則は、材料表面凹凸の微視的変形を仮定することで、以下のように説明できる。凹凸のある固体表面が、他の固体表面と接触するときの状況は、山や谷を含む大陸面と、同じくあばたのある月の表面がふれあった状況を想定すればよい。すなわち、最初の接触が高い山の頂で始まり、荷重の増加とともに山は大変形して崩壊し、やがて複数の山頂が荷重を支えて平衡に達する。このとき、実際の接触面積（真実接触面積）は、普通、見かけの接触面積とは無関係である。なぜならば、接触する材料は、一定の降伏応力に達していると考えられ、真実接触面積（荷重負荷面積）は、荷重の増加とともに、それに比例して増大していくからである。つまり、真実接触面積は荷重（垂直力）によって決まり、見かけの接触面積によらない。摩擦力の原因となる固体間の相互作用の舞台は、この真実接触部分であるから、その部分内では均一な相互作用が働いていると仮定すれば、摩擦力は垂直方向の力に比例して見かけの接触面積によらないとするアモントン・クーロンの法則が説明できたことになる。このように、表面凹凸の微視的な大変形を仮定することで、いわば重ね合わせの原理を活用して摩擦現象の定性的挙動は説明される。

以上の滑り−摩擦の理論は摩擦面が濡れていない状態の場合であるが、雨に濡れた歩道、雪が積もった道路、氷結した道路、或いは舟の甲板、魚市場等濡れた路面を歩行する際には、別の滑り−摩擦理論を適用しなければならない。

すなわち、水のある路面を歩行する場合、路面と靴底との界面に水の膜ができ、いわゆるハイドロ・プレーニング現象が発生し、前述のアモントン・クーロンの法則で述べた山と谷がなくなり、路面と靴底との界面が平滑になり、滑りが発生する。

水のある路面を歩行した場合、路面と靴底との界面に水の膜が形成されるのを防止するには、（イ）靴底の面と、路面との界面に在る水を迅速に除去して、路面の凸部が靴の底の面を堀り起こしてゆく仕事ができるようにするか、（ロ）靴底の面の凸部が、路面を堀り起こしてゆく仕事ができるようにすることである。（イ）のためには、靴底に、迅速に且つ出来るだけ多くの水を吸収する性質を付与することである。（ロ）のためには、靴底に、路面の硬度よりも高い硬度を与え、路面を確実に咬む性質、即ち投錨効果を付与することである。

以上の滑り−摩擦の理論的考察により、路面に水がある雪寒地等で使用する防滑靴に、できるだけ優れた防滑効果を付与するには、下記の点を考慮すればよいことが理解される。
（１）摩擦力は摩擦面に作用する垂直方向の力に比例する。
（２）摩擦力は見かけの接触面積の大小には無関係である。
（３）靴底の面と、路面との界面に在る水を迅速に除去して、路面の凸部が靴の底の面を堀り起こしてゆく仕事ができるようにする。
（４）靴底の面の凸部が、路面を堀り起こしてゆく仕事ができるようにする、ことである。

（１）を満足させるためには、靴底に埋入する防滑材のできるだけ多くを、靴底の長さ方向にではなく、路面方向に対して垂直に埋入できるような形状、性質の材料を使用することである。

（２）を満足させるためには、発生する摩擦力は、靴底と路面との接触面積の大小には無関係であるので、靴底に埋入する防滑材が路面と接触する面積が小さくても、すなわち、防滑材が小さくても、防滑材のできるだけ多くが、路面方向に対して垂直であればよい。

（３）を満足させるためには、靴底に埋入する防滑材として、できるだけ多くの水を吸収する材料を使用することである。

（４）を満足させるためには、靴底に埋入する防滑材として、アスファルト、コンクリート、タイル、煉瓦等の硬度と同等あるいはそれ以上の硬度の材料を使用することである。

本発明者は上記（１）（２）（３）及び（４）を同時に満足させる材料を策定するために、先ず、（４）を解決する材料として、材料がコンクリート、タイル、煉瓦等と同じ無機質の焼結体を検討した。

次いで、（３）を満足させる材料として、コンクリート、タイル、煉瓦等と同じ無機質の焼結体を多孔質にしてできるだけ多くの水を吸着させることを検討した。

次いで、（１）及び（２）を満足させる材料として、コンクリート、タイル、煉瓦等と同じ無機質の焼結体を多孔質にして、鋭角面をもった粉砕物とすることを検討した。

そこで到達した本発明の課題を解決する手段は、陶磁器用粘土又は煉瓦用粘土を釉薬を使用せずに焼結して粉砕した粉砕物を防滑材として使用することである。

本発明で防滑材として使用する陶磁器用粘土又は煉瓦用粘土を釉薬を使用せずに焼結して粉砕した粉砕物は、コンクリート、タイル、煉瓦等と同じ材料の無機質を、釉薬を使用せずに高温で焼結した多孔質なので、強度と吸水性を兼ね備えている。

本発明で使用する用語「陶磁器用粘土」は、石英および長石を主体とする非可塑性粘土、或いはカオリナイト、ハロサイト、セリサイト、スメタイトおよびパイロフィライト等可塑性粘土、或いは木節粘土、蛙目粘土、カオリン、陶石、蝋石等である。

本発明で、陶磁器用粘土を焼結して防滑材として使用に耐える材料にするのに重要な性質は、成形性、乾燥性状（乾燥収縮、乾燥強度）、焼結物性状（吸水率、強度など）などを検討して行う。本発明の防滑材を製造するのに好ましい陶磁器用粘土の諸物性の一例は、２μｍ以下の粒子量７５〜８２％、乾燥曲げ強度３７〜４２ｋｇ／ｃｍ^２ＳｉＯ_２５０〜５６％、Ａｌ_２Ｏ_３２６〜３２％，粘土５０％混合物の全収縮率９〜１１％である。

本発明で、煉瓦用粘土とは、建築用煉瓦の製造に適した粘土をいい、通常、カオリン好物、雲母質粘土、石英、長石、クロライトなどであり、比較的広範囲の化学組成の粘土が使用されている。煉瓦用粘土は不純物が多く、比較的低温（９００〜１，１００℃）で焼結しても溶化して、適当な強度を付与する。粘土質物は約３０％程度含有されており、遊離の石英を多く含む。粘土質物が多いと、乾燥収縮が大きくなるので、その場合は、非可塑性原料、たとえば石英或いは長石等を加えて素地を調整することが好ましい。

煉瓦用粘土として使用する場合は、可溶性塩類、粒度、可塑水量、乾燥収縮、焼結収縮、強度、吸水率などを検討する。本発明の煉瓦用粘土の好ましい一例は、ＳｉＯ_２５６〜６５％、Ａｌ_２Ｏ_３１７〜１９％、Ｆｅ_２Ｏ_３４〜６％、Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ_３３〜５％、ＣａＯ＋ＭｇＯ１〜２％、Ｉｇｌｏｓｓ６〜７％、成形水分：２１〜２２％、全収縮率：約１０％、２μｍ以下の粒子：３０〜４０％である。

本発明における「煉瓦」とは、無論、日本工業規格で規定する長さ２１０±６、幅１００±３、厚さ６０±２．５ｍｍの普通煉瓦に成形した後、粉砕してもよい。

本発明の防滑材は、陶磁器用粘土又は煉瓦用粘土を釉薬を使用せずに適当な大きさに焼結した後、所定の手段で最大０．５〜３ｍｍに粉砕して製造される。粉砕物の経が０．５ｍｍ以下の場合、防滑効果が低く、逆に３ｍｍ以上になると、金型等製靴装置を傷めるので好ましくない。

本発明の防滑材は、使用量は、底材としてのゴムマトリックスの質量当たり、５〜２０％の範囲である。５％以下の場合、所要の防滑効果を得ることができない。２０％以上の場合、製靴装置を傷め、且つ過剰物性になるので好ましくない。

本発明の防滑材を使用して靴底を製造するには、底材の主要材料であるゴムに、各種添加剤と一緒にあらかじめ防滑材を配合し、所定の方法で靴底を成形した後、表面をバフィングして防滑材を露出させる方法。或いは、底材の主要材料であるゴムに、各種添加剤と一緒にあらかじめ防滑材を配合し、靴底を成形する際にモールドにも防滑材を散布し、所定の方法で底材を成形した後、表面をバフィングして防滑材を露出させる方法がある。後者の方法が、好ましい防滑効果を奏功することができる。

発明の効果

請求項１に記載した発明により、煉瓦、タイル等と路面材料と同じ材料の陶磁器用粘土又は煉瓦用粘土を釉薬を使用せずに焼結した焼結体を粉砕した多孔質の粉砕物が提供されるので、多孔質に起因する粉吸水率と、焼結したことに起因する硬度を兼ね備えていて、ゴム及び／又は熱可塑性合成樹脂を主成分とする靴底の面と、路面との界面に在る水を多量に吸着し、路面の凸部が靴底の面を堀り起こしてゆく仕事ができるようにし、且つ路面の硬度と同程度の硬度があるので、路面を確実に咬む、即ち投錨効果を奏功するので、防滑効果が長期間にわたって発揮される。

請求項２に記載した発明により、 粉砕物の粒径が０．５〜３ｍｍの範囲にあるので、所要の防滑効果が奏功され、且つ金型等製靴装置を傷めることがない。

請求項３に記載した発明により、煉瓦、タイル等と路面材料と同じ材料の陶磁器用粘土又は煉瓦用粘土を釉薬を使用せずに焼結した焼結体を粉砕した多孔質の粉砕物を防滑材として、靴底の主要成分に練り込み、さらに成形時にモールドにも同じ防滑材を散布して、成形後、表面をバフィング処理をして、できるだけ多くの防滑材を露出させているので、防滑材が多孔質に起因する吸水率と、焼結したことに起因する硬度を発揮し、靴底の面と、路面との界面に在る水を多量に吸着し、路面の凸部が靴底の面を堀り起こしてゆく仕事ができるようにし、且つ路面の硬度と同程度の硬度があるので、路面を確実に咬む、即ち投錨効果を奏功する防滑靴が提供される。

請求項４に記載した発明により、防滑材の粒径が０．５〜３ｍｍの範囲にあるので、所要の防滑効果が奏功され、且つ靴底製造時に金型を傷めることがない。

請求項５に記載した発明により、防滑材の配合量が、靴底の主要成分であるゴムの質量当たり５〜２０％であるので所要の防滑効果を奏功し、且つ靴底製造時に金型を傷めることがない。

請求項６に記載した発明により、商取引の対象になる防滑靴底が提供される。

請求項７に記載した発明により、雨に濡れた路面、雪が積もった路面、氷結した路面、或いは舟の甲板、魚市場等濡れた路面を歩行する際に使用する防滑靴に、陶磁器用粘土又は煉瓦用粘土を釉薬を使用せずに焼結した多孔質焼結体を粉砕した粉砕物を防滑材として使用しているので、防滑材が多孔質に起因する吸水率と、焼結したことに起因する硬度を兼ね備えていて、靴底の面と、路面との界面に在る水を多量に吸着し、路面の凸部が靴底の面を堀り起こしてゆく仕事ができるようにし、且つ路面の硬度と同程度の硬度があるので、十分な投錨効果を奏功し、防滑効果を長期間にわたって発揮することができる防滑靴が提供される。

以下、発明を実施するための最良の形態を実施例、試験例を参照して具体的に説明する。

［実施例１〜４］
ＳｉＯ_２５６〜６５％、Ａｌ_２Ｏ_３１７〜１９％、Ｆｅ_２Ｏ_３４〜６％、Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ_３３〜５％、ＣａＯ＋ＭｇＯ１〜２％、Ｉｇｌｏｓｓ６〜７％，成形水分：２１〜２２％、全収縮率：約１０％、２μｍ以下の粒子：３０〜４０％から構成される煉瓦用粘土を９００〜１，１００℃で焼結して、日本工業規格で規定する長さ２１０±６，幅１００±３，厚さ６０±２．５ｍｍの普通煉瓦を成形した。

この煉瓦を粉砕機で粉砕して平均最大経０．５〜３ｍｍの粉砕物にした。この粉砕物を使用して、表１に示したような配合物を製造した。なお、配合剤の量はグラムである。

［比較例］
実施例の配合物から煉瓦粉末を除外し、それ以外は実施例と同じ配合で配合物を製造し、比較例として表−１に併記した。

表−１において、＊１は、日本合成ゴム製イソプレンゴム。＊２は、天然ゴム。＊３は、バイエル社製加硫促進剤、＊４は、三新化学工業製チアゾール系加硫促進剤、＊５は、加硫促進剤、＊６は、日油製滑剤、＊７は、トクヤマ製充填剤である。

実施例の代表として実施例１および比較例の靴底の物性試験を行って得た結果を表−２に示した。

次に、実施例の代表として実施例１及び比較例で製造した配合物を使用して、モールドに煉瓦粉末を散布した場合および煉瓦粉末を散布しない場合、さらにバフィングした場合及びバフィングしない場合で実際に靴底を製造した。その靴底を使用して、サイズが、１８ｃｍ、１９ｃｍ、２０ｃｍ、２１ｃｍ、２２ｃｍ、２３ｃｍ、２４ｃｍ、及び２５ｃｍの８種類のサイズの子供、女性用雪寒地用靴、及び２４ｃｍ、２５ｃｍ、２６ｃｍ、及び２７ｃｍの４種類のサイズの男性用雪寒地用靴を製造した。

それぞれのサイズの靴を各サイズで１０人、すなわち、女性８０人、男性４０人のモニターに履かせ、鉄板に水を散水した路面と、氷結した路面の２種類の路面を実際に歩行させ、それぞれの路面で歩行を１０回繰り返してスペルマン（Ｓｐｅｒｍａｎ）の順位相関係数法を利用してＧＯＯＤ，ＢＥＴＴＥＲ，ＢＥＳＴ及びＥＸＣＥＬＬＥＮＴの４段階で評価してもらうテストを行った。その結果を表−３に示した。

ただし、「ＧＯＯＤ」は、注意深く歩行すれば滑らない、を意味する。「ＢＥＴＴＥＲ」は、ＧＯＯＤより注意レベルを下げても滑らない、を意味する。「ＢＥＳＴ」は、ＧＯＯＤより注意レベルを下げ、歩行速度を上げても滑らない、を意味する。「ＥＸＣＥＬＬＥＮＴ」は、ＢＥＳＴより注意レベルを下げ、さらに歩行速度を上げても滑らない、を意味する。

なお、表−３の「靴底の製造状態」の比較例の欄において、「０」は、底材の主要成分であるゴムに煉瓦粉末を練り込まず、モールドにも煉瓦粉末を練り込まずに靴底を製造した例を表している。

さらに、「０＋バフ」は、底材の主要成分であるゴムに煉瓦粉末を練り込まず、モールドにも煉瓦粉末を練り込まずに靴底を成形し、脱型した後、バフィングして靴底を製造した例を表している。

さらに、「１０％」は、底材の主要成分であるゴムに予め煉瓦粉末を練り込まず、底材の主要成分であるゴムの質量当たり１０％の煉瓦粉末をモールドに散布し靴底を成形し、脱型した後、バフィングしないで靴底を製造した例を表している。

「２０％」は、底材の主要成分であるゴムに予め煉瓦粉末を練り込まず、底材の主要成分であるゴムの質量当たり２０％の煉瓦粉末をモールドに散布し靴底を成形し、脱型した後、バフィングしないで靴底を製造した例を表している。

また、表−３の「靴底の製造状態」の実施例１の欄において、「０」は、底材の主要成分であるゴムの質量当たり予め１０％の煉瓦粉末を練込んだ配合物を使用したが、モールドには煉瓦粉末を散布しないで靴底を成形し、脱型した後、バフィングしないで靴底を製造した例を表している。

「５％」は、底材の主要成分であるゴムの質量当たり予め１０％の煉瓦粉末を練込んだ配合物を使用し、さらに底材の主要成分であるゴムの質量当たり５％の煉瓦粉末をモールドに散布し靴底を成形し、脱型した後、バフィングしないで靴底を製造した例を表している。

「１０％」は、底材の主要成分であるゴムの質量当たり予め１０％の煉瓦粉末を練込んだ配合物を使用し、さらに底材の主要成分であるゴムの質量当たり１０％の煉瓦粉末をモールドに散布して靴底を成形し、脱型した後、バフィングしないで靴底を製造した例を表している。

「１０％＋バフ」とは、底材の主要成分であるゴムの質量当たり予め１０％の煉瓦粉末を練込んだ配合物を使用し、さらに底材の主要成分であるゴムの質量当たり１０％の煉瓦粉末をモールドに散布して靴底を成形し、脱型した後、バフィングして靴底を製造した例を表している。

この結果から、底材の主要成分であるゴムの質量当たり予め１０％の煉瓦粉末を練込んだ配合物を使用し、さらに底材の主要成分であるゴムの質量当たり１０％の煉瓦粉末をモールドに散布して靴底を成形し脱型した後バフィングして製造した防滑靴底が、鉄板＋水、及び氷結路面の両方で、ＥＸＣＥＬＬＥＮＴを示した。

以上述べたように、本発明の陶磁器用粘土又は煉瓦用粘土を釉薬を使用せずに焼結した焼結体を粉砕した粉砕物は、多孔質に起因する吸水率と、焼結したことに起因する高強度を兼ね備えていて、ゴム及び／又は熱可塑性合成樹脂を主成分とする靴底の面と、路面との界面に在る水を多量に吸着し、路面の凸部が靴底の面を堀り起こしてゆく仕事ができるようにし、且つ路面の硬度と同程度の硬度があるので、路面を確実に咬む、即ち投錨効果を奏功するので、防滑効果を長期間にわたって発揮する。従って、本発明の防滑靴は、雨に濡れた路面、雪が積もった路面、氷結した路面、或いは舟の甲板、魚市場等複雑な態様を示す路面を歩行する際に使用する防滑靴として優れている。

Claims (7)

1. 陶磁器用粘土又は煉瓦用粘土を釉薬を使用せずに焼結した焼結体を粉砕した粉砕物から成る靴底用防滑材。
2. 粉砕物の平均粒径が０．５〜３ｍｍである請求項１に記載した靴底用防滑材。
3. 陶磁器用粘土又は煉瓦用粘土を釉薬を使用せずに焼結した焼結体を粉砕した粉砕物から成る靴底用防滑材を、靴底の主要成分であるゴムに他のゴム用添加剤と一緒に配合し、靴底製造用モールドに充填し、モールドに防滑材を散布し所定の方法で成形し、次いでバフィング処理をして防滑材をゴムから露出させることを特徴とする防滑靴底を製造する方法。
4. 粉砕物の平均粒径が０．５〜３ｍｍであることを特徴とする請求項３に記載した方法。
5. 防滑材の配合量が、靴底の主要成分であるゴムの質量当たり５〜２０％であることを特徴とする請求項３または４に記載した方法。
6. 請求項３〜５のいずれか１項に記載した方法で製造した防滑靴底。
7. 請求項６に記載した防滑靴底を使用した防滑靴。