JP7217255B2

JP7217255B2 - 遮熱人工芝

Info

Publication number: JP7217255B2
Application number: JP2020206687A
Authority: JP
Inventors: 泰之岩田
Original assignee: Toray Amtecs Inc
Current assignee: Toray Amtecs Inc
Priority date: 2020-12-14
Filing date: 2020-12-14
Publication date: 2023-02-02
Anticipated expiration: 2040-12-14
Also published as: JP2022093947A

Description

本発明は、断熱性を有し、太陽光などの熱エネルギーを効率よく反射することによって熱エネルギーの侵入を防ぐことができる、スポーツ施設等の天然芝の代替として用いられる人工芝に関する。

近年、スポーツ人口の増大、活発化につれ、野球場、サッカー、ホッケーおよびラグビー場、テニスコート、ゲートボール場等の球戯場や多目的広場等の屋外スポーツ施設においては従来既設の天然芝あるいはクレーコートの代替として、人工芝が多用されている。その理由としては、人工芝は天候条件に影響されにくく、常に一定のグラウンド条件が保持され、維持管理が容易であり、利便性や管理費を節減できる等がある。

人工芝はそうした利点を持つ一方で、かつてはパイルすなわち葉糸が短く衝撃吸収性が低いものが主であり、さらに人工芝の下がコンクリートなどの舗装面のことが多かったためもあり、天然芝に比すると、競技者に対する安全性に問題があるとされてきた。しかし近年、パイルが長いロングパイルのものや、さらにロングパイル人工芝にパイル糸間隔を開けて植設した粗植型で、そのパイル糸間に砂等の無機質粒状物あるいはゴムチップ等の弾性粒状物を充填して成る、衝撃吸収性にすぐれたものの開発、改良が進んでおり、各種競技の国際機関が公式に公認または認定するほどに広範に用いられている。

しかしながら人工芝舗装にも、全天候運動場共通の問題点のひとつとして、夏季屋外における炎天下での表面温度が高くなる点があり、時には７０℃をこえる場合も多い。特に、近年広く用いられている粒状物入りロングパイル人工芝は、長いパイルや粒状物の間隙に空気層が多いため、パイルの短い人工芝に比して熱が逃げづらく、温度上昇がさらに生じやすくなっている問題がある。結果として、競技者にとっては過酷であり、熱中症発症のおそれもあり、また環境温度への悪影響や、ひいてはヒートアイランド現象の原因ともなることが問題となっており、その対策が求められてきた。

現在考えられる対策としては、人工芝に対して散水する方法、さらには、例えば特許文献１に開示されているように、人工芝の素材に保水性を付与したものを充填するといったものがあるが、効果は一時的なものに限られている。

また、人工芝に遮熱性を付与する手段として、芝の表層表面に、特許文献２には近赤外線反射材を塗布する方法、特許文献３には遮熱塗料を塗布する方法が開示されている。しかし芝の表面に塗料などを塗布する方法は、運動場等における摩擦の多い条件下では塗料が剥がれる可能性が高く、持久性において問題がある。さらに、特許文献４には基布の少なくとも片面に赤外線反射材を含む樹脂層を積層した遮熱性布帛が開示されているが、摩擦の多い条件下では上記樹脂層が剥がれる可能性が高く、同じように持久性において問題がある。

また、特許文献５に開示されているように、人工芝パイルの素材自体に白色顔料などの日射反射率の高い素材を添加する方法や、それらと緑色の人工芝とを混合して編みこむことによって高温化の抑制をはかる方法があるが、自然芝に近くなるような色調に調整することは困難で、また緑色人工芝との混合によっては、充分な遮熱効果が得られるとは言いがたい。そして、特許文献６には輻射熱に対して高い反射率の素材を基布の地表側に接着や縫合等により取り付けた遮熱人工芝が開示されているが、持久性において問題があるとともに、充分な遮熱効果が得られるとは言いがたい。

特開２００６－１４４３４５号公報特開２００６－１２４９８４号公報特開２００７－１７７１４３号公報特開２０１５－２０００３９号公報特開２００７－１５４６２３号公報特開２０１８－１２７８７３号公報

本発明は、このような従来の技術の有する問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、充分な遮熱効果を有する人工芝を提供することにある。

本願第一発明は、基材と、この基材の一方の面に植設されたパイルを有し、上記パイルは近赤外線（波長：７００～２５００ｎｍ）の波長領域の光を反射することが可能な酸化物を含有し、上記基材のいずれか一方の面に樹脂層を被覆し、上記樹脂層は近赤外線（波長：７００～２５００ｎｍ）の波長領域の光を反射することが可能な酸化物とセラミックからなる中空物質を含有することを特徴とする遮熱人工芝である。

本願第二発明は、本願第一発明における酸化物がＦｅ_２Ｏ_３とＣｒ_２Ｏ_３を含むことを特徴とする遮熱人工芝である。

本発明の遮熱人工芝によれば、パイルと樹脂層が含有する酸化物が近赤外線の波長領域の光を反射するので、遮熱性を備えており、さらに，樹脂層はセラミックからなる中空物質を含有しているので、熱エネルギーの伝導が抑制され、しかもセラミックからなる中空物質は熱を屈折させて反射し散逸させるので、極めて優れた断熱及び遮熱効果を発揮することができる。

図１は、本発明の遮熱人工芝の一実施形態の側面図である。図２は、本発明の遮熱人工芝の製造プロセスを模式的に示す図である。図３は、本発明の遮熱人工芝の製造プロセスを模式的に示す図である。図４は、本発明の遮熱人工芝の製造プロセスを模式的に示す図である。図５は、本発明の遮熱人工芝の一実施形態と、従来の人工芝の表面温度の推移を比較して示す図である。

以下に本発明の実施形態について説明するが、本発明の技術的範囲を逸脱しない限り、様々な変更や修正が可能である。

図１は、本発明の遮熱人工芝の一実施形態の側面図である。図１において、１は基材、２はパイル、３は樹脂層である。パイル２は、近赤外線の波長領域の光を反射することが可能な酸化物であるＦｅ_２Ｏ_３及びＣｒ_２Ｏ_３を含有している。図１において、パイル２の中の小さな黒い点状のものは上記酸化物を示す。樹脂層３は、近赤外線の波長領域の光を反射することが可能な酸化物であるＦｅ_２Ｏ_３及びＣｒ_２Ｏ_３と、セラミックからなる中空物質とを含有している。図１において、樹脂層３の中の小さな黒い点状のものは上記酸化物を示し、球状、長円状などの様々な黒い中抜き形状のものはセラミックからなる中空物質を示す。

基材１を構成する繊維としては、例えば、木綿、麻等の天然セルロース繊維、ビスコースレーヨン、ハイウェットモジュラスレーヨン、ポリノジック、キュプラ、リヨセル等の再生セルロース繊維、羊毛、アンゴラ、カシミア、シルク等の動物系繊維、トリアセテート、ジアセテート等の半合成繊維、ポリエステル、ポリアミド、アクリル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、塩化ビニル等の合成繊維が使用できる。これらの繊維は、単独でもしくは混合して用いることができる。混合使用の際の繊維の組み合わせとしては、ポリエステルと木綿、ポリアミドと木綿等があげられる。

基材１の形態は、特に限定されず、例えば、織物、編物、不織布などが採用できるが、一般には、織物、編物が好ましい。この場合、織物組織及び編物組織についても特に限定されず、織物組織としては、例えば、平織、綾織、朱子織などの三原組織及びその変化組織、経二重織、緯二重織等の片二重組織及び経緯二重織などが採用できる。一方、編物組織としては、よこ編組織の場合、平編（天竺、鹿の子編、裏毛編、添え糸編（ベア天竺など）、ジャガード編など）、ゴム編（スムース編、インターロック編、ミラノリブ、シングルピケ、ダブルピケ、リップル、片畔編、片袋編、ポンチローマなど）、パール編などが例示できる。たて編組織の場合は、シングルデンビー編、シングルアトラス編、シングルコード編、ダブルデンビー編、ダブルアトラス編、ダブルコード編、ハーフトリコット編、クインズコード編、サテン編、裏毛編、ジャガード編などが例示できる。編物の層数としては、単層でもよいし２層以上の多層でもよい。本実施形態では、基材１の片面に樹脂層３が積層されているが、基材１の両面に樹脂層３が積層されてもよい。

パイル２の材質及び形態は、芝葉の外観を実現することができる限り、限定されないが、例えば、パイル２は、樹脂材料からなる扁平なフィラメント糸（ヤーン）を用いて形成することができる。樹脂材料としては、典型的には、ポリエチレンやポリプロピレン、ナイロン、ビニロン等の熱可塑性樹脂を選択することができる。また、本実施形態のパイル２は、タフティングマシンを用いて、パイル２となるプラスチック糸（ヤーン）を基材１に縫い込むことにより、基材１に対して固定されている。基材１の表面からパイル２の先端までの長さ（平均値）は、特に限定されないが、６ｍｍ以上であって５０ｍｍ未満と比較的短くすることもできるし（一般にショートパイルと呼ばれる）、５０ｍｍ以上であって７０ｍｍ以下と比較的長くすることもできる（一般にロングパイルと呼ばれる）。

樹脂層３を構成する樹脂としては、例えば、ＳＢＲ系樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、塩化ビニル樹脂、ナイロン樹脂等の公知の樹脂が使用できる。本実施形態においては、樹脂層３の樹脂として、ＳＢＲ系樹脂を用い、上記酸化物とセラミックからなる中空物質を樹脂層３中に一様に分散させるために、シリコーン・アクリル樹脂にスチレン・ブタジエンゴムを添加したものを用いた。

セラミックからなる中空物質としては、例えば、ホウ化ケイ素系のセラミックバルーンは、その表層及び内部で太陽光等を反射することができ、中空で断熱性にも優れているため、好適に用いられる。セラミックからなる中空物質を樹脂層３中に稠密積層配列するためには、樹脂層３の構成段階で十分な撹拌をすることが必要であるが、その撹拌時には、十分な耐荷重と強度を有するセラミックの中空物質を樹脂層３中に適切に配置するとともにセラミックの中空物質の破壊を抑えることができる撹拌機を用いることが好ましい。セラミックからなる中空物質の粒子径は複数であることが好ましい。例えば、５～４０μｍ（平均粒子径２０μｍ）、５～６０μｍ（平均粒子径２５μｍ）、５～９０μｍ（平均粒子径４０μｍ）及び２０～１１０μｍ（平均粒子径５０μｍ）の粒子を混合したものを用いることができる。すなわち、相対的に小さい粒子径のものから相対的に大きい粒子径のものまで、異なる粒子径のものを幅広く有するのが好ましい。

そのような場合、大きい粒子径を有する中空物質の隙間に小さい粒子径の中空物質が入り込み、中空物質間の隙間をより小さくする。つまり中空物質をより稠密に配列させることができる。そのため反射性、断熱性をより高めることができる。

また、樹脂層３の形成で断熱性を高めるためには、セラミックの中空物質のセラミック素材、その粒子径及び樹脂マトリックスの熱伝導率などが大きく影響しており、それらの要素を適切に組み合わせることによって断熱性に優れた樹脂層３を得ることができ、樹脂層３中のセラミックの中空物質の総重量が決定される。また、樹脂層全体に対する中空物質の含有量は、樹脂層３に対して中空物質の占める容積比が１～１０％になるような値とすることが好ましい。この範囲以外の含有量では適切な稠密積層配列をとることができないため不適当である。すなわち含有量が多量であると、中空物質の劣化を招き、逆に少量であると中空物質同士が離れてしまい、遮熱性能の低下を招く。

中空物質の形状としては、球状、長円状、針状、板状、柱状などを挙げることができ、特に限定されるものではないが、その中でも反射機能が優れる球状のものが好適に用いられる。中空物質の作製法としては、公知のゾル・ゲル法の他、結果的に中空物質を得ることができる方法であれば用いることができる。

次に、図１に示す遮熱人工芝の製造方法について説明する。まず、パイル糸を通した針を基材に対して上下させ、ナイフでパイルの頭部を切断する。そして、ポリエチレン中にＦｅ_２Ｏ_３とＣｒ_２Ｏ_３を高濃度で分散させて、マスターバッチ法によりパイル糸にＦｅ_２Ｏ_３とＣｒ_２Ｏ_３を練り込み、図２に示すように、基材１にパイル２を植設する。次に、基材１に対してパイル２を上にして、基材１の下面にＦｅ_２Ｏ_３とＣｒ_２Ｏ_３とセラミックの中空物質を含有するＳＢＲ系樹脂を塗布し、図３に示すように、基材１の上面にパイル２を植設し、基材１の下面に樹脂層３を有する遮熱人工芝を得る。さらに、必要に応じて、図４に示すように、樹脂層３の下面に合成ゴム４（二次基材）を貼り付けることができる。

図５は、基材１がポリプロピレンの平織物であり、パイル２の材料がポリエチレンであり、パイル２がＦｅ_２Ｏ_３とＣｒ_２Ｏ_３を含有し、樹脂層３がＳＢＲ系樹脂中にＦｅ_２Ｏ_３及びＣｒ_２Ｏ_３の酸化物と、セラミックの中空物質とを含有する本発明の遮熱人工芝と、基材１がポリプロピレンの平織物であり、パイル２の材料がポリエチレンであり、樹脂層３がＳＢＲ系樹脂である従来の人工芝の表面温度の推移を比較して示す図である。すなわち、従来の人工芝は、樹脂層３にＦｅ_２Ｏ_３及びＣｒ_２Ｏ_３の酸化物と、セラミックの中空物質とを含有しておらず、また、パイル２においてもＦｅ_２Ｏ_３とＣｒ_２Ｏ_３を含有していない。図５において線Ａは本発明の遮熱人工芝の表面温度の推移を示し、線Ｂは従来の人工芝の表面温度の推移を示す。すなわち、図５は、本発明品と従来品の人工芝に対して、高さ４５０ｍｍの位置から５００Ｗのハロゲンランプを照射して、５分後、１０分後、２０分後、３０分後の表面温度（℃）の推移を示す。図５に示すように、本発明の遮熱人工芝（線Ａ）は従来の人工芝（線Ｂ）に対して、表面温度の上昇量が少ないことが分かる。

本発明は、遮熱人工芝として好適である。

１基材
２パイル
３樹脂層
４合成ゴム

Claims

基材と、この基材の一方の面に植設されたパイルを有し、上記パイルは近赤外線（波長：７００～２５００ｎｍ）の波長領域の光を反射することが可能な酸化物を含有し、上記基材のいずれか一方の面に樹脂層を被覆し、上記樹脂層は近赤外線（波長：７００～２５００ｎｍ）の波長領域の光を反射することが可能な酸化物とセラミックからなる中空物質を含有する遮熱人工芝において、上記セラミックは、粒子径の範囲が５～４０μｍであって平均粒子径が２０μｍであるセラミックの粒子と、粒子径の範囲が５～６０μｍであって平均粒子径が２５μｍであるセラミックの粒子と、粒子径の範囲が５～９０μｍであって平均粒子径が４０μｍであるセラミックの粒子と、粒子径の範囲が２０～１１０μｍであって平均粒子径が５０μｍであるセラミックの粒子とを混合したものからなることを特徴とする遮熱人工芝。
酸化物がＦｅ_２Ｏ_３とＣｒ_２Ｏ_３を含むことを特徴とする請求項１に記載の遮熱人工芝。