JP2013189720A - メカニカルアロイング材料、繊維、紡糸、織布、不織布、それを用いた放射線防護服、放射線防護下着、放射線防護不織布、およびその製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、放射線防護機能を備えたメカニカルアロイング材料を提供する。
【解決手段】 ＭＡ材料を生成する装置を用いて放射線遮蔽性を有する金属微粒子２を熱軟化性の高分子材料３で完全に被覆して粉末状に形成されたメカニカルアロイング材料と、ピッチおよび温度制御可能なヒータを備えた装置によってメカニカルアロイング繊維５を紡いだメカニカルアロイング紡糸６を生成し、メルトブローして加工する装置によってメカニカルアロイング不織布を生成し、これらによって放射線防護性を有する軽量で高機能のＭＡ繊維を備えるＭＡ紡糸、ＭＡ織布、ＭＡ不織布、ＭＡ材料を用いた作業服などの放射線防護服、ＭＡ材料を用いた普段着のＣシャツ、パンツ、股引などの放射線防護下着、およびＭＡ材料を用いた絨毯、人工芝などの放射線防護不織布を量産することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、メカニカルアロイング構造体を備えるメカニカルアロイング材料（ＭＡ材料）を押し出し成形することによってメカニカルアロイング繊維を生成し、これを紡いで生成されたメカニカルアロイング紡糸およびメカニカルアロイング不織布に関する。

従来の技術について説明する。図６には、メカニカルアロイング材料の概略が示されている。（ａ）はメカニカルアロイング構造体同士が密着した状態で３層に積層された様子を示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示す３層に積層されたメカニカルアロイング構造体の側面断面図、（ｃ）は（ｂ）に示す３層に積層されたメカニカルアロイング構造体をホットプレスしてメカニカルアロイング材料として成形された様子を示す側面断面図である。
図６の（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、メカニカルアロイング材料１０２はメカニカルアロイング構造体１０３を３層に積層して形成されたものである。メカニカルアロイング構造体１０３を２〜３層にすることで放射線を十分に遮断することが可能である。このため積層されたメカニカルアロイング構造体１０３をホットプレスすることでメカニカルアロイング構造体１０３が互いに密着して、不規則かつムラなく密に並んで構成されていることで、図中下方からくる放射線を完全に遮断することが可能である。また、図６の（ｃ）に示すように、メカニカルアロイング構造体１０３の被膜１１０は熱軟化性であるため、ホットプレスによって、互いの隙間を埋めるように変形し、また、内部の金属微粒子１０９同士が近接することによって、放射線がすり抜けることを防止している（特許文献１参照）。

特願２０１２−５３１７号公報

従来技術には、このようなメカニカルアロイング材料を生成する方法が開示されているが、本願発明者は、さらに、これを繊維として形成してそれを紡いで紡糸とし、これで放射線防護服を提供し、早急なる除染作業の能率を向上させ、原子力発電所事故の収束を早めなければならない。そのため繊維化の工夫を考えなければならなかった。これが実用化できれば、福島等、放射能汚染地域に於いて生活している人達は、普段の生活において、放射能防御作業服を着用することは、そこまでして現地で生活することは考えられないが、表からは見えない下着として着用することは十分ありえるのではないでしょうか。これが可能になるためには、繊維が薄くできていることが必要です。本発明のＭＡ材料（メカニカルアロイング材料）は、これを可能にする技術と考えています。この下着案は、現地の人達の切なる思いから発想したものです。

本発明は、前記課題を解決するために創案されたものであり、放射線防護機能を備えた金属微粒子に高分子材料の被膜を設けて粉末状のメカニカルアロイング構造体を形成し、それを繊維化し、それを紡いで紡糸とし、これで放射線防護服の材料を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明のメカニカルアロイング紡糸は、少なくとも一つの金属微粒子を高分子材料で完全に被覆して粉末状に形成されたメカニカルアロイング構造体を備えるメカニカルアロイング材料において、前記メカニカルアロイング材料を押し出し成形することによって形成されるメカニカルアロイング繊維を紡いで形成されることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のメカニカルアロイング紡糸であって、前記メカニカルアロイング繊維は、前記メカニカルアロイング構造体が一列に形成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のメカニカルアロイング紡糸であって、前記メカニカルアロイング繊維を３本紡いで形成することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のメカニカルアロイング紡糸であって、前記金属微粒子は、直径５μｍ〜３００μｍの放射線遮蔽性を有するＷ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏの重金属、その酸化物、およびその炭化物のいずれか一つであることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載のメカニカルアロイング紡糸であって、前記高分子材料は熱軟化性であることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項1に記載のメカニカルアロイング紡糸であって、前記メカニカルアロイング構造体は球形であることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１に記載のメカニカルアロイング紡糸であって、前記メカニカルアロイング構造体が互いに接触し密着して配置されていることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項１に係る前記メカニカルアロイング繊維を生成する製造装置であって、前記メカニカルアロイング材料を押し出し成形するスクリューを備え、このスクリューは、スクリュー軸、およびこのスクリュー軸から螺旋状に突出したスクリュー羽根を有し、このスクリュー羽根のピッチが、射出口側に向かって狭くなることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のメカニカルアロイング繊維を生成する製造装置であって、前記スクリューを回転可能に外嵌する筒状の枠を備え、この枠の外周にはヒータを設け、このヒータによって前記メカニカルアロイング材料を温度制御することを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項１に係るメカニカルアロイング構造体を備えるメカニカルアロイング材料において、前記メカニカルアロイング材料を押し出し成形およびメルトブローし、これによって不織布が形成されることを特徴とするメカニカルアロイング不織布。

請求項１１に記載の発明は、請求項１に係る前記メカニカルアロイング材料を生成する製造装置であって、この製造装置は傾胴式転動攪拌造粒機を備え、
この傾胴式転動攪拌造粒機は、開口部を有する丸瓶状の枠と、この枠の外周に設けられ、前記枠の温度を制御可能なヒータと、前記枠内で転動移動自在に設けられた複数のスチールボールと、を備え、
前記丸瓶状の枠は、前記開口部を上方に向けて、鉛直線に対して鋭角の傾斜を有して回転可能に配置され、前記丸瓶状の枠に備わる軸心を中心軸として自転させることを特徴とする。

請求項１２に記載の発明の放射線防護服は、請求項１に係る前記メカニカルアロイング材料を用いたことを特徴とする。

請求項１３に記載の発明の放射線防護下着は、請求項１に係る前記メカニカルアロイング材料を用いたことを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、メカニカルアロイング材料を押し出し成形することによってメカニカルアロイング繊維を形成し、それを紡いでメカニカルアロイング紡糸で形成された軽量で高機能の放射線防護服を量産することができる。

請求項２に係る発明によれば、メカニカルアロイング構造体を一列に並べて構成されたメカニカルアロイング繊維が形成されるため、それを通常の技術で紡いで、メカニカルアロイング紡糸を量産することができ、軽量で高機能の放射線防護服を量産することができる。

請求項３に係る発明によれば、メカニカルアロイング繊維を３本紡いで通常の技術を用いてメカニカルアロイング紡糸を形成することができ、軽量で高機能の放射線防護服を量産することができる。

請求項４に係る発明によれば、直径５μｍ〜３００μｍの放射線遮蔽性を有するＷ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏの重金属、その酸化物、およびその炭化物などで金属微粒子を形成することで、放射線防護能力を有するメカニカルアロイング繊維を量産することができる。

請求項５に係る発明によれば、熱軟化性の高分子材料を用いたメカニカルアロイング構造体によって、メカニカルアロイング構造体間の密着性が向上して、放射線がすり抜けることがないため、軽量で高機能の放射線防護服を量産することができる。

請求項６に係る発明によれば、メカニカルアロイング構造体を球形に形成できるため、取り扱い容易な粉末状のメカニカルアロイング材料を用いて、メカニカルアロイング繊維を形成し、それを紡いでメカニカルアロイング紡糸で形成された軽量で高機能の放射線防護服を量産することができる。

請求項７に係る発明によれば、メカニカルアロイング構造体が互いに接触し密着して配置されていることによって、メカニカルアロイング構造体間の密着性が向上して、放射線がすり抜けることがないため、軽量で高機能の放射線防護服を量産することができる。

請求項８に係る発明によれば、ピッチが押し出し先端に向かって狭くなっているため、効率良く圧縮し、メカニカルアロイング構造体間を密着させることができ、メカニカルアロイング構造体間の密着性が向上して、放射線がすり抜けることがないため、軽量で高機能の放射線防護服を量産することができる。

請求項９に係る発明によれば、枠の外周に設けられた部分的に異なった温度制御ができるヒータによって、枠内を流動するメカニカルアロイング材料を最適な状態に溶融させることができ、メカニカルアロイング構造体間の密着性が向上して、放射線がすり抜けることがないため、軽量で高機能の放射線防護服を量産することができる。

請求項１０に係る発明によれば、メカニカルアロイング材料を押し出し成形し、最適な状態に溶融させながらメルトブローすることによって不織布を形成できるため、メカニカルアロイング構造体間の密着性を向上させることができ、放射線がすり抜けることがないため、軽量で高機能の放射線防護服や絨毯や人工芝などを量産することができる。

請求項１１に係る発明によれば、開口部を上方に向けた丸瓶状の枠の外周に枠の温度を制御可能なヒータを周回して設け、枠内に複数のスチールボールが転動移動自在に設けられたこの枠を鉛直線に対して鋭角の傾斜を有して回転させることによって、内部に投入された金属微粒子と高分子材料とが撹拌・圧縮・加熱されて、メカニカルアロイング材料が形成される。

請求項１２に係る発明によれば、メカニカルアロイング材料を用いた放射線防護服が形成される。この放射線防護服は作業服などに縫製や加工がされる。

請求項１３に係る発明によれば、メカニカルアロイング材料を用いた放射線防護下着を形成することができる。この放射線防護下着は普段着のＣシャツ、パンツ、股引などに縫製や加工がされる。

本発明の第１の実施形態に係るメカニカルアロイング材料を示し、（ａ）はメカニカルアロイング材料の粉末の断面を模式的に示す断面図、（ｂ）は（ａ）に示すメカニカルアロイング材料を用いて形成したメカニカルアロイング繊維を示す断面図、（ｃ）は（ｂ）に示すメカニカルアロイング繊維の断面図を用いて、それを３本束ねて紡いだ様子を模式的に示すメカニカルアロイング紡糸の説明図、（ｄ）は（ｃ）に示すＡーＡ線断面図、（ｅ）は（ｄ）に示すメカニカルアロイング紡糸を構成するメカニカルアロイング繊維が互いに融着した状態を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る射出成形機であるメカニカルアロイング繊維を生成する製造装置の概略を示し、（ａ）はメカニカルアロイング材料がホッパから供給されて、スクリュー羽根で押し出し成形されて行く様子を示す工程断面図、（ｂ）はメカニカルアロイング材料がスクリュー羽根で押し出し成形され互いに融着して、繋がった状態で射出口から射出される様子を示す工程断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るメカニカルアロイング材料であって、１個とは限らず複数の金属微粒子を包含したメカニカルアロイング構造体で形成されたメカニカルアロイング材料を示し、（ａ）はメカニカルアロイング材料の粉末を示す断面図、（ｂ）は（ａ）に示すメカニカルアロイング材料を用いて形成したメカニカルアロイング繊維を示す断面図、（ｃ）は（ｂ）に示すメカニカルアロイング繊維の断面図を用いて、それを３本束ねて紡いだ様子を模式的に示すメカニカルアロイング紡糸の説明図、（ｄ）は（ｃ）に示すＢーＢ線断面図、（ｅ）は（ｄ）に示すメカニカルアロイング紡糸を構成するメカニカルアロイング繊維が互いに融着た状態を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るメカニカルアロイング材料を量産する製造装置の概略を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るメカニカルアロイング不織布を製造する不織布用射出成形機を示し、（ａ）は射出成形機の全体の構成を説明する概略構成図、（ｂ）（ｃ）はシート状に形成されたメカニカルアロイング不織布を示し、（ｂ）は複数の金属微粒子を含んだメカニカルアロイング不織布を示す断面図、（ｃ）は１個の金属微粒子を含んだメカニカルアロイング不織布を示す断面図である。 従来の実施形態に係るメカニカルアロイング材料の概略を示し、（ａ）はメカニカルアロイング構造体同士が密着した状態で３層に積層された様子を示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示す３層に積層されたメカニカルアロイング構造体の側面断面図、（ｃ）は（ｂ）に示す３層に積層されたメカニカルアロイング構造体をホットプレスしてメカニカルアロイング材料として成形された様子を示す側面断面図である。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るメカニカルアロイング材料を示し、（ａ）はメカニカルアロイング材料の粉末を示す断面図、（ｂ）は（ａ）に示すメカニカルアロイング材料を用いて形成したメカニカルアロイング繊維を示す断面図、（ｃ）は（ｂ）に示すメカニカルアロイング繊維の断面図を用いて、それを３本束ねて紡いだ様子を示すメカニカルアロイング紡糸の説明図、（ｄ）は（ｃ）に示すＡーＡ線断面図、（ｅ）は（ｄ）に示すメカニカルアロイング紡糸を構成するメカニカルアロイング繊維が互いに融着した状態を示す断面図である。
図１の（ａ）に示すように、メカニカルアロイング構造体１は金属微粒子２を高分子材料３で完全に被覆して粉末状に形成されたもので、メカニカルアロイング材料４はメカニカルアロイング構造体１から構成される。図１の（ｂ）に示すように、メカニカルアロイング繊維５はメカニカルアロイング構造体１からなるメカニカルアロイング材料４を圧縮溶融して一連に繋げたものである。図１の（ｃ）に示すように、メカニカルアロイング紡糸６はメカニカルアロイング繊維５を束ねて紡いだものである。図１の（ｄ）に示すように、メカニカルアロイング紡糸６の断面はいろんな形状の金属微粒子２であっても高分子材料３によってほぼ均等のサイズに被膜されている。

この高分子材料３は熱軟化性である。これは従来の遊星ボールミルを用いて被膜する方法でも良いが、後記するように、傾胴式転動攪拌造粒機（図４参照）を用いて形成することで、１個とは限らず複数の金属微粒子２を被膜したメカニカルアロイング構造体１を形成することができる。これは、従来の遊星ボールミルの高速回転を用いてその摩擦熱を利用して製造する場合に比べて、この傾胴式転動攪拌造粒機を用いて製造する場合は、回転数がゆっくりとしたものであるため大型化でき、量産ができると共に、回転による摩擦熱が発生しづらいが外部にヒータを備えることで、外部からきめ細かな温度制御をしてメカニカルアロイング材料を生成することができる。このとき徐冷することで粉末が形成される。
そして、この熱軟化性の高分子材料３を用いたメカニカルアロイング構造体１によって、メカニカルアロイング構造体１間の密着性が向上して、放射線がすり抜けることがないため、軽量で高機能の放射線防護服を量産することができる。図１の（ｅ）に示すように、メカニカルアロイング紡糸６を溶融させてメカニカルアロイング紡糸６´とすることも可能である。

遊星ボールミル処理や傾胴式転動攪拌造粒機によって金属粒子を球形のメカニカルアロイング構造体の粉末とすることができるが、また、これによって、多くの微細化されたメカニカルアロイング構造体を含んだ材料を形成することができるので、素材自体の柔軟性によって圧縮成形性も良く、放射線の透過を完全に遮蔽することができる。この金属微粒子２は、直径５μｍ〜３００μｍの放射線遮蔽性を有するＷ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏの重金属、その酸化物、およびその炭化物などを用いて形成されることで、放射線防護能力を有するメカニカルアロイング繊維を形成することができる。

また、金属微粒子の質量、外見、および放射線透過特性は、通常の金属微粒子と高分子材料の混合体とは異なり、金属の特色を有しながら、高分子特有の柔軟性および電気的絶縁性を備え、放射線を遮蔽することができる。つまり、放射線を透過させない特徴は金属的であり、それ以外はプラスチックの特徴を備えている。特に、放射線防護材料として利用価値が高いタングステンＷ素材は、そのままでは柔軟性がない。そのため、メカニカルアロイング材料とすることで高分子材料と同じような柔軟性を兼ね備えた完全な放射線防御材料を生成することができた。
これらのＷ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｎｉの重金属、その酸化物、およびその炭化物など金属微粒子２は、程度の差はあるがγ線に対する放射線防護性能を有するため、プラスチックとのメカニカルアロイング構造体とすることで、金属微粒子と同様の特性を有する。

高分子材料３は、金属粒子とのメカニカルアロイングが可能な熱軟化性のナイロン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）、ポリ乳酸などである。
なかでも、生分解性を有するポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）、および、使用上安定なナイロン、ポリスチレン、ポリエチレンが望ましい。徐冷が進むことで、金属微粒子を完全に丸く覆うことができ、メカニカルアロイング材料として所望の形状に成形可能である。
なお、金属微粒子の周囲を高分子材料で完全に被覆しているため、ほぼ球状に形成されたメカニカルアロイング構造体の粉末を得ることができる。メカニカルアロイング構造体は模式的に大きく描かれているが、実際は微小なものであり、サイズは５μｍ〜数１００μｍ程度としている。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る射出成形機の概略を示し、（ａ）はメカニカルアロイング材料がホッパから供給されて、スクリュー羽根で押し出し成形されて行く様子を示す工程断面図、（ｂ）はメカニカルアロイング材料がスクリュー羽根で押し出し成形され互いに融着して、繋がった状態で射出口から射出される様子を示す工程断面図である。
図２の（ａ）に示すように、射出成形機であるメカニカルアロイング繊維５を生成する製造装置１０は、ホッパ９に投入されたメカニカルアロイング材料４を押し出し成形するスクリュー１１を備えている。このスクリュー１１は、スクリュー軸１１ａ、およびスクリュー軸１１ａから螺旋状に突出したスクリュー羽根１１ｂを有し、スクリュー羽根１１ｂのピッチが、射出口１０ａ側に向かって狭くなっている。スクリュー軸１１ａは、駆動部１２に備えられた不図示のモータに連結されて回転駆動される。

そして、ホッパ９から投入された、少なくとも一つの金属微粒子２を高分子材料３で完全に被覆して粉末状に形成されたメカニカルアロイング構造体１を備えたメカニカルアロイング材料４は、スクリュー１１で圧縮され、併行してヒータ１３でメカニカルアロイング構造体１の界面が接合する程度に融着して、メカニカルアロイング繊維５が形成される。
図２の（ｂ）に示すように、メカニカルアロイング材料４を押し出し成形してメカニカルアロイング構造体１が一列に繋がったメカニカルアロイング繊維５が、射出口１０ａから押し出される。

このようにメカニカルアロイング構造体１を一列に並べて構成されたメカニカルアロイング繊維５が形成されるため、それを通常の技術で紡いで、メカニカルアロイング紡糸６が形成される。このメカニカルアロイング紡糸６は、メカニカルアロイング繊維５を３本紡いで形成されるが、３本に限るものではなく適宜変更可能である。また、このメカニカルアロイング構造体１は球形に形成できるため、取り扱い容易な粉末状のメカニカルアロイング材料４となって、メカニカルアロイング構造体１が互いに接触し密着して配置されているメカニカルアロイング繊維５を形成し、それを紡いでメカニカルアロイング紡糸６で形成された軽量で高機能の放射線防護服の材料を提供することができる。

そしてこの射出成形機であるメカニカルアロイング繊維を生成する製造装置１０は、スクリュー１１のピッチが押し出し先端に向かって連続的に徐々に狭くなっているため、メカニカルアロイング構造体１を効率良く圧縮し、メカニカルアロイング構造体１間を密着させることができ、メカニカルアロイング構造体１間の密着性が向上して、放射線がすり抜けることがないため、軽量で高機能の放射線防護服用の材料を量産することができる。
なお、スクリュー羽根１１ｂのピッチは、射出口側に向かって次第に小さくなっても良いし、ピッチ小←ピッチ中←ピッチ大と段階的に小さくなっても構わない。また、スクリュー軸１１ａは射出口１０ａ側に向かって軸径が次第に拡くなっている。

また、メカニカルアロイング繊維を生成する製造装置１０は、スクリュー１１を回転可能に外嵌する筒状の枠１０ｂを備え、この枠１０ｂの内周１０ｂａと、スクリュー羽根１１ｂの外周１１ｂａとは回転可能な程度少なく、わずかな間隙を有するようにしている。このわずかな隙間は、メカニカルアロイング構造体１の直径が５μｍ超〜数百μｍ程度であるからそれ未満で調節すれば良い。そして、スクリュー１１を回転可能に外嵌する筒状の枠１０ｂの外周１０ｂｂにはヒータ１３を設け、このヒータ１３によってメカニカルアロイング材料４の温度制御をすることができる。温度制御値は図示のようにホッパ９投入口近辺から射出口１０ａの範囲に亘って、１７５℃、１８５℃、２００℃、１９０℃、１８０℃としたが、さらに最適な条件となるように設定を工夫しても構わない。
このように枠１０ｂの外周１０ｂｂに設けられたヒータ１３によって温度制御をして、枠内を流動するメカニカルアロイング材料４を最適な状態に溶融させることができ、メカニカルアロイング構造体１間の密着性が向上して、放射線がすり抜けることがないため、軽量で高機能の放射線防護服を量産することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態に係るメカニカルアロイング材料であって、１個とは限らず複数の金属微粒子を包含したメカニカルアロイング構造体で形成されたメカニカルアロイング材料を示し、（ａ）はメカニカルアロイング材料の粉末を示す断面図、（ｂ）は（ａ）に示すメカニカルアロイング材料を用いて形成したメカニカルアロイング繊維を示す断面図、（ｃ）は（ｂ）に示すメカニカルアロイング繊維の断面図を用いて、それを３本束ねて紡いだ様子を模式的に示すメカニカルアロイング紡糸の説明図、（ｄ）は（ｃ）に示すＢーＢ線断面図、（ｅ）は（ｄ）に示すメカニカルアロイング紡糸を構成するメカニカルアロイング繊維が互いに融着した状態を示す断面図である。
本発明の第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、第１の実施形態に係るメカニカルアロイング構造体１では金属微粒子２を１個含んだ状態で高分子材料３で被覆して被膜を形成しているが、第２の実施形態に係るメカニカルアロイング構造体１１では、金属微粒子が１個と限らず、複数含んだ状態で高分子材料３で被膜を形成している。

図３の（ａ）に示すように、メカニカルアロイング構造体１１は金属微粒子２を高分子材料３で完全に被覆して粉末状に形成されたもので、メカニカルアロイング材料１４はメカニカルアロイング構造体１１から構成される。図３の（ｂ）に示すように、メカニカルアロイング繊維１５はメカニカルアロイング構造体１１からなるメカニカルアロイング材料１４を圧縮融着させて一連に繋げたものである。図３の（ｃ）に示すように、メカニカルアロイング紡糸１６はメカニカルアロイング繊維１５を束ねて紡いだものである。図３の（ｄ）に示すように、メカニカルアロイング紡糸１６の断面はいろんな形状の金属微粒子２であっても高分子材料３によってほぼ均等のサイズに被膜されている。このように、熱軟化性の高分子材料３を用いたメカニカルアロイング構造体１１によって、メカニカルアロイング構造体１１間の密着性が向上して、放射線がすり抜けることがないため、軽量で高機能の放射線防護服を量産することができる。また、図３の（ｅ）に示すように、メカニカルアロイング紡糸１６を溶融させてメカニカルアロイング紡糸１６´とすることも可能である。その他、第１の実施形態に係る符号と同符号の重複説明は省略する。

図４は、本発明の第１、第２、および後記する第３の実施形態に係るメカニカルアロイング材料を量産する製造装置の概略を示す断面図である。この製造装置は、傾胴式転動攪拌造粒機３０である。図４に示すように、投入・取出し口３１から投入された金属微粒子２と高分子材料３は、傾斜した胴体を有するドラム缶状の回転体３２の中でスチールボール３３と共に撹拌され、メカニカルアロイング構造体１１が形成される。そしてメカニカルアロイング構造体１１からなるメカニカルアロイング材料１４を量産することができる。このメカニカルアロイング構造体１１は、１個とは限らず複数の金属微粒子２を高分子材料３で被膜して形成されている。金属微粒子の形状がいろんなものであっても、その被膜の厚さは変わるが同じようなほぼ球形の外形を有している。

また、通常、高速回転する遊星ボールミルを用いた撹拌装置と違って、このドラム缶状の回転体３２はゆっくりと回転させるため大型化が可能となった。しかしながら、遊星ボールミル装置を用いた場合は高速回転に伴う摩擦熱の徐冷を利用してメカニカルアロイング材料の粉末を形成するが、この傾胴式転動攪拌造粒機３０ではドラム缶状の回転体３２の外周にヒータ３４を円周状に巻き付けることによって温度制御し、メカニカルアロイング材料の粉末を形成することができる。温度は適宜制御して徐冷することでメカニカルアロイング材料の最適な粉末を形成することができる。回転体３２は、駆動部３５に備える不図示のモータで回転し、その駆動部３５は支持部３６で支持されている。
なお、遊星ボールミルでは、メカニカルアロイング処理を高速回転から低速回転に移行した終了直近で、高速回転時にステンレスボールとボールミルとの間に発生した摩擦熱を徐々に下げることになる。

また、遊星ボールミルや傾胴式転動攪拌造粒機１０の中には数個のスチールボール３３が配置されていて、金属微粒子２と高分子材料３を撹拌してメカニカルミーリングされる。スチールボール３３は直径１０〜１２ｍｍとしたが、これに限るものではなく、量産体制が進むことでボールミルや傾胴式転動攪拌造粒機１０と共にスチールボール３３の直径も大きく、重量も１ｋｇ重などとする必要が出てくる。そのときは、回転速度を高くする必要がなく、スチールボールの周回運動速さも適宜変更可能で、特にこれまでよりゆっくりとしたスピードでメカニカルアロイングすることが可能である。
また、メカニカルミーリング処理は１時間ほど行われて金属粒子の表面全体にプラスチック膜が形成される。なお、１時間に限定するものではなく、高分子材料が溶融して、いわば、金属微粒子が、溶融した高分子材料の海状の中に沈み込み、均一に分散した状態になるまでの時間であれば良い。

このような金属とプラスチックの混合の場合には、ボールミルや傾胴式転動攪拌造粒機中でメカニカルアロイング（ＭＡ）することによって、金属粉同士の凝集をさせないで、均一な混合を得ることができる。例えば、メカニカルアローイング（ＭＡ）法によってタングステン粉末とＰＣＬとを撹拌する。このときのＰＣＬは平均粒径が約１００μｍである。タングステン粉末は、平均粒径が５μｍである。ＰＣＬ（ポリカプロラフトン）、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）は、微生物で分解可能、融点２００℃の特徴を持ち、絶縁物、生分解性プラスチックであり、分子量５０００〜１００００のものを使った。

＜第３の実施形態＞
図５は、本発明の第３の実施形態に係るメカニカルアロイング不織布を製造する不織布用射出成形機を示し、（ａ）は射出成形機の全体の構成を説明する概略説明図、（ｂ）は複数の金属微粒子を含んだメカニカルアロイング不織布を示す断面図、（ｃ）は１個の金属微粒子を含んだメカニカルアロイング不織布を示す断面図である。
図５の（ａ）に示すように、不織布用射出成形機４０は、ホッパ４１、エクストルダー（押出成形機）４２、ギアポンプ４３、メルトブローンダイ４４、コレクター４５、およびワインダー４６を備えている。ホッパ４１に投入された金属微粒子２と高分子材料３はエクストルダー４２で押し出され、ギアポンプ４３でメルトブローンダイ４４に搬送される。メルトブローンダイ４４に送られてきたメカニカルアロイング材料１４はホットエアー４７でメルトブローンダイ４４から噴射され、コレクター４５上にウエブ４８を形成する。そしてボンディング４９されてワインダー４６に巻き付けられメカニカルアロイング不織布１８が形成される。

図５の（ｂ）に示すように、複数の金属微粒子２を含んだメカニカルアロイング構造体１１を備えるメカニカルアロイング材料１４を押し出し成形およびメルトブローし、これによってメカニカルアロイング不織布１８が形成される。
図５の（ｃ）に示すように、単一のメカニカルアロイング構造体１を備えるメカニカルアロイング材料４を押し出し成形およびメルトブローし、これによってメカニカルアロイング不織布２８が形成される。
このように、メカニカルアロイング材料１４、４を最適な状態に溶融させながら、押し出し成形およびメルトブローすることによってメカニカルアロイング不織布１８、２８を形成することができるため、メカニカルアロイング構造体１１、１間の密着性を向上させることができ、放射線がすり抜けることがないため、軽量で高機能の放射線防護服を量産することができる。

以上、好ましい実施の形態を説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することの無い範囲内において適宜変更が可能なものである。例えば、メカニカルアロイング繊維を生成する製造装置は、スクリュー軸から螺旋状に突出したスクリュー羽根を有するスクリューを備えた射出成形機として説明したが、粉末を押し出し成形できる構造であればねじ式など他の構造であっても構わない。また、メカニカルアロイング材料の温度を制御するヒータは射出成形機の外周に設けたが温度制御できる構造であれば他の方法でも構わない。
なお、放射線防護服や、普段着のＣシャツ、パンツ、股引などの放射線防護下着、絨毯、人工芝などの放射線防護不織布などは、メカニカルアロイング材料を用いて、従来の方法や形態で形成されるもので構わない。

本発明は、放射線防護機能を備えたメカニカルアロイング材料を押し出し成形することによってメカニカルアロイング繊維を生成し、これを紡いで生成されたメカニカルアロイング紡糸およびメカニカルアロイング不織布で縫製された作業服などの放射線防護服や、普段着のＣシャツ、パンツ、股引などの放射線防護下着、絨毯、人工芝などの放射線防護不織布などに適用される。

１、１１ メカニカルアロイング構造体
２ 金属微粒子
３ 高分子材料
４、１４ メカニカルアロイング材料の粉末
５、１５ メカニカルアロイング繊維
６、６´、１６、１６´ メカニカルアロイング紡糸
９ ホッパ
１０ メカニカルアロイング繊維を生成する製造装置、射出成形機
１１ スクリュー
１１ａ スクリュー軸
１１ｂ スクリュー羽根
１２ 駆動部
１３、３４ ヒータ
１８、２８ メカニカルアロイング不織布
３０ 量産型メカニカルアロイング材料製造装置
３１ 投入・取出し口
３２ 回転体
３３ スチールボール
３５ 駆動部
３６ 支持部
４０ 不織布用射出成形機
４１ ホッパ
４２ エクストルダー
４３ ギアポンプ
４４ メルトブローンダイ
４５ コレクター
４６ ワインダー
４７ ホットエアー
４８ ウエブ
４９ ボンディング

Claims (13)

1. 少なくとも一つの金属微粒子を高分子材料で完全に被覆して粉末状に形成されたメカニカルアロイング構造体を備えるメカニカルアロイング材料において、
   前記メカニカルアロイング材料を押し出し成形することによって形成されるメカニカルアロイング繊維を紡いで形成されることを特徴とするメカニカルアロイング紡糸。
2. 前記メカニカルアロイング繊維は、前記メカニカルアロイング構造体が一列に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルアロイング紡糸。
3. 前記メカニカルアロイング繊維を３本紡いで形成することを特徴とする請求項１に記載のメカニカルアロイング紡糸。
4. 前記金属微粒子は、直径５μｍ〜３００μｍの放射線遮蔽性を有するＷ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏの重金属、その酸化物、およびその炭化物のいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルアロイング紡糸。
5. 前記高分子材料は熱軟化性であることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルアロイング紡糸。
6. 前記メカニカルアロイング構造体は球形であることを特徴とする請求項1に記載のメカニカルアロイング紡糸。
7. 前記メカニカルアロイング構造体が互いに接触し密着して配置されていることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルアロイング紡糸。
8. 請求項１に係る前記メカニカルアロイング繊維を生成する製造装置であって、前記製造装置は、前記メカニカルアロイング材料を押し出し成形するスクリューを備え、
   前記スクリューは、スクリュー軸、およびこのスクリュー軸から螺旋状に突出したスクリュー羽根を有し、このスクリュー羽根のピッチが、射出口側に向かって狭くなることを特徴とするメカニカルアロイング繊維を生成する製造装置。
9. 前記メカニカルアロイング繊維を生成する製造装置は、前記スクリューを回転可能に外嵌する筒状の枠を備え、この枠の外周にはヒータを設け、このヒータによって前記メカニカルアロイング材料を温度制御することを特徴とする請求項８に記載のメカニカルアロイング繊維を生成する製造装置。
10. 請求項１に係るメカニカルアロイング構造体を備えるメカニカルアロイング材料において、
    前記メカニカルアロイング材料を押し出し成形およびメルトブローし、これによって不織布が形成されることを特徴とするメカニカルアロイング不織布。
11. 請求項１に係る前記メカニカルアロイング材料を生成する製造装置であって、この製造装置は傾胴式転動攪拌造粒機を備え、
    この傾胴式転動攪拌造粒機は、開口部を有する丸瓶状の枠と、この枠の外周に設けられ、前記枠の温度を制御可能なヒータと、前記枠内で転動移動自在に設けられた複数のスチールボールと、を備え、
    前記丸瓶状の枠は、前記開口部を上方に向けて、鉛直線に対して鋭角の傾斜を有して回転可能に配置され、前記丸瓶状の枠に備わる軸心を中心軸として自転させることを特徴とするメカニカルアロイング材料を生成する製造装置。
12. 請求項１に係る前記メカニカルアロイング材料を用いたことを特徴とする放射線防護服。
13. 請求項１に係る前記メカニカルアロイング材料を用いたことを特徴とする放射線防護下着。

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