JP2004517220A - 強化物品及び製造方法 - Google Patents

Abstract

二次元の平面織物から作られた、強化等を提供する織物であって、そのものは、経繊維および緯繊維が共に組み合わされた部分と、相互に組み合わされない部分とを含む。これにより織物を折りこむことが可能となり、切断および縫いこみの必要がなく、三次元構造体が作り出される。

Description

【０００１】
（関連出願の参照）
この出願は、２０００年１２月２７日に「強化物品及び製造方法」の名称で出願された米国特許出願第０９／７４９，３１８号の一部継続出願であり、その開示内容を参照することによりここに引用する。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は熱成形または本目的に適した他の方法により三次元物品に形成される、繊維強化基材（ｔｅｘｔｉｌｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）に関する。
【０００３】
（発明の背景）
繊維強化した複合構造体は、強度等の機械的利点を提供するとともに軽量であるという利益を享受する。しかし、様々な用途において、比較的製造が容易であることから、費用上の理由で成形プラスチック構造体、成形木材構造体、または成形金属構造体が好まれる。しかし多くの場合、包装パッケージまたは保存枠箱（ｃｒａｔｅｓ）等の物品は、粗雑な取り扱いにより損傷を受け易いか、または、重量および強度の点で積重ね能力に限界がある。繊維強化した複合構造体がより望ましいが、一方で、幾分複雑な三次元（３Ｄ）構造体の製造に関わる費用は検討すべき事項である。
【０００４】
これは、複合構造体が典型的には繊維の平面編み基材を発端とすることに起因する。該基材を次に物品の形状に成形し、次に樹脂で被覆し、所望の形状へと熱成形または硬化しなければならない。これは、比較的平らまたは円滑な表面に対して容易に行うことができる。しかし、箱または枠箱の複数の側面、複数の角、および複数の底部の接合部等にある、傾斜した表面に対しては、切断または縫いこみ（ｄａｒｔｉｎｇ）が必須である。これは幾分労働集中的であり、且つ製造の費用を増大させる。例えば包装用枠箱の、一般的に安価と思われる物においては、費用の増大が、そのものの強化されているという利益を上回ることがある。
【０００５】
３Ｄ編み構造体を特殊機器により製織することができるが、一方でこれに関わる費用は相当な額であり、単純な構造体を作るための専用の製織機を有することが所望されることはほとんどない。
【０００６】
従って、繊維強化した物品は、様々な用途において、これに相当するプラスチック構造体、木材構造体または金属構造体に置換するために所望される一方で、これらの製造方法に関わる費用を低減する必要性が存在する。そうすることにより、相対的な大量生産および用途の拡大を可能とすることもできる。
【０００７】
（発明の要約）
従って、本発明の主な目的は、３Ｄ構造体用の強化織物を切断し縫いこむ（ｃｕｔ ａｎｄ ｄａｒｔ）必要性を最小限に抑制するかまたは排除することである。
【０００８】
また、この一環としてのさらなる目的は、上記のような構造体の製造を簡素化し、且つ必要労働量を低減することである。
【０００９】
また、本発明のさらなる目的は、３Ｄ構造体を作り出すための特殊製織装置の必要性を回避することである。
【００１０】
また、本発明のさらなる目的は、種々の異なる３Ｄ構造体を作り出すために容易に適用できる、強化織物を作り出す方法を提供することである。
【００１１】
これらおよび他の目的および利点は、本発明から明白となるであろう。本発明は、３Ｄ複合構造体用の強化材として好適な、特殊設計された織物を提供することに関する。強化繊維は、従来の製織機で織り込むことができるものである。２Ｄ編み構造体に始まり、次に３Ｄ構造体、特に深い引き伸ばし（ｄｅｅｐ ｄｒａｗｓ）を有する構造体に成形される。これを提供するため、該強化織物は、該織物の複数の部分において、該経繊維および緯繊維またはフィル繊維（ｆｉｌｌ ｆｉｂｅｒｓ）が互いの上に配置され、組み合わされないような方法で織り込まれる。該織物を引き伸ばしまたは折りこんで成形する際、この部分において該繊維は独立して移動することができ、互いに滑走して通過しあう。この部分が長方形または正方形である場合、該経繊維および緯繊維がそれら自体および相互の上に折りこまれ、仕上げ構造体における圧縮カラムとして機能するコーナーを作る一次元的方法により整列するような方法でこの部分をしぼませることができる。
【００１２】
強化繊維を作るための他の方法は、接結接合（ｓｔｉｔｃｈ ｂｏｎｄｅｄ）した織物を用いる方法による。これらは、高速の繊維織込み／繊維配置技術と編組技術との組合せにより作られる織物である。接結接合した織物において、経糸の繊維または糸（ヤーン）と緯糸方向とは交錯していない。編組針は、第３の接結糸で経繊維と緯繊維との各交錯点を連結する。接結糸は、隣接する接結糸の畝（ｗａｌｅ）も接合する。本発明において、経糸および緯糸の選択範囲は、接結糸により接合されることなく、前述の実施態様における「不織」領域と類似した領域を作る。従ってこれらの領域において、該織物が引き伸ばしまたは折りこみにより成形される際に、該繊維は独立して移動し、且つ、互いに滑走して通過しあう。
【００１３】
強化繊維を作るための他の方法は、各々の層に対して９０°（またはその他の角度）で設けられ、次に、選択領域において、経糸交錯点および緯糸交錯点で相互に接合した繊維の２層を有することである。このことは、繊維の二方向の少なくともひとつが熱可塑性であるか、または熱可塑性被覆または成分を有する繊維からなることを必要とするだろう。接合したこれらの領域は、「織」領域として機能する。接合していない領域は、前述の実施態様と類似した「不織」領域として機能する。
【００１４】
従って、本発明の目的および利点は、記述においてまた図面と結びつけて実現されよう。
【００１５】
（好適な実施例の詳細な記述）
これより以下、より具体的に図面を参照し、類似の部位には同様の番号を付す。図１において本発明を図示する平面２Ｄ編み強化織物１０が示されている。該織物１０は、平織、斜文織、朱子織等、任意の従来の繊維パターン、またはこの目的に適した他の任意のパターンを用いて製織することができる。使用する繊維は、例えばガラス、ケブラー（登録商標）、カーボン、ナイロン、レーヨン、ポリエステル、コットン等から作られた繊維を含む、合成または天然の、製織可能な任意の繊維とし、且つ、従来の製織装置上で製織することができる。
【００１６】
図１において、経繊維は方向Ａで示し、緯繊維は方向Ｂで示す。この図示の目的のため、該織物１０は、折りこみ線３０〜３６に沿って分割され、領域１２〜２８に分かれている。領域１２〜１８および２２〜２８において、該緯繊維と交錯する該経繊維を有する、従来の方法で該繊維を製織する。領域２０において、これらの繊維は組み合わされない、換言すれば、該緯繊維が該経繊維の下で浮いている。従って領域２０において、該繊維は相互に独立して移動することができる。
【００１７】
該織物１０を構成したのち、次に所望の形状へと成形することができる。強化構造体として機能させる場合、該織物を所望の材料または樹脂で含浸し、次に成形または熱成形する。代替的に、構造用繊維と熱可塑性樹脂とからなる相互に交錯したトウ糸（ｔｏｗｓ）を製織して、予備成形体を生じさせて、これを次に熱成形することができるだろう。
【００１８】
これより以下、図２のＡ〜Ｄを参照すれば、図２のＡにおいて平面２Ｄ編み織物１０が示されている。該織物１０は、次に、図２のＢに示すとおり、経繊維に平行な折りこみ線３０および３２に沿って折りこまれる。該織物１０は、次に、図２のＣに示すとおり、緯繊維に平行で、且つ経繊維に垂直な折りこみ線３２および３６に沿って折りこまれる。この手順において、領域２０内の経繊維および緯繊維が交錯していないため、これらは互いに滑走して通過しあい、図２のＤに示すとおり、最終的にはコーナー３８に集積する。コーナー３８にある繊維はこのとき一次元的であり、圧縮カラムとして機能することができ、形成されている構造体の強度を高めることができる。前述の事項は、所望の成形型を有する熱成形装置、またはこの目的に適した他の手段により自動的に行うことができ、次に該構造体を熱固定（ｈｅａｔ ｓｅｔ）または硬化する。
【００１９】
前述の事項は、切断または縫いこみ（ｄａｒｔｉｎｇ）の必要性を有利に回避し、これにより必要な労働量および物品の最終費用を低減する。本発明は、製造の自動化を高め、従って強化構造体の使用が可能な用途を拡大する。
【００２０】
これより以下、図３を手短に参照すれば、平面２Ｄ編み織物１１０が示されている。織物１１０は、複数の領域１２０を図示している。ここにおいて、経繊維が、織構造体中において、緯繊維上に配置されているだけである。このような織物１１０によって、図４に示すとおり、折りこみ、複雑な強化構造体１３０へと成形することができる。もちろん、経繊維および緯繊維が組み合わされない領域の広さや位置を変えることにより、他の形状を作り出すこともできる。
【００２１】
他の実施態様において、長年にわたり設計されてきた従来の織機であって、そのいくつかは高速繊維織込み／繊維設置技術と編組技術との組合せに依存している織機に取って代わる織物形成機が存在する。前述のとおり、このような機器で作られた織物は、多くの場合、「接結接合した織物」または「ニットスルー（ｋｎｉｔｔｉｎｇ ｔｈｒｏｕｇｈ）」技術と呼ばれる。このような織物の経方向および緯方向の繊維または糸は交錯しない。代わりに、これらは複数の層内に配置される。例えば、繊維の経糸は織物の一つの面上にあり、緯糸は、織物の他方の面上にあるであろう。図５に示すとおり、接結接合した織物２００において、編組針（ｋｎｉｔｔｉｎｇ ｎｅｅｄｌｅｓ）は経糸２０２および緯糸２０４の各交錯点を組み合わせるであろう。接結糸２０６は二つの目的に有利に働く。第一に、経糸２０２および緯糸２０４を各交錯点２０８で接合する。第二に、接結糸２０６は、接結糸２０６の畝（ｗａｌｅ）２１０を隣接する接結糸２０６の畝２１０と接合する。この相互接続なしには、織物は形成されないであろう。ドイツ国ＯｂｅｒｔｓｈａｕｓｅｎのＭｅｙｅｒ Ｔｅｘｔｉｌｅ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎより入手可能な、マリモ（登録商標）テクノロジーにより製造されたもの等の、「標準」接結接合された織物デザインにより、全ての糸交錯点が接結糸２０６により接合されるという結果がもたらされる。しかし、図６に示されるとおり本発明により提供される織物２００は、接結糸２０６により接合された経糸および緯糸を有していない織物２００の領域２１４を選択した。これは接結糸機構の再設計により達成され、これにより連結が所望である領域と連結が所望でない領域が独立して制御され、同様の方法で働く、前述の「織」領域および「不織」領域が作り出される。接結糸による隣接する畝の相互連結は、その方向の織物を安定させるための緯糸の存在の故に、すべての設計において必須ではない。
【００２２】
さらに、接結接合した織物は、繊維性マットまたはベール２１４を有する経糸、緯糸、および接結糸を組み込むことが望ましい。これらマットは、例えば、より円滑な仕上げ表面等の所望な特徴を助長するため、表面に適用することができる。繊維性マットは、編組針がマットを貫通し、これにより接結糸によって該マットを織物に連結する等の方法で導入することができる。
【００２３】
最初に記述した方法と同様の方法で行うことができる、強化繊維のさらなる製造方法は以下のとおりである。これは、９０度（または、この目的に適する場合は他の角度）で配置された平行糸または繊維の２層を、選択した領域内で相互に連結し、経および緯交錯点にある繊維位置に固定する。この方法により、繊維の２方向の少なくともひとつが、熱可塑性であるか、または熱可塑性被覆を有するか、または熱可塑性成分（例えば、相互交錯した繊維）を有する繊維からなる。このことについては、熱可塑性被覆（または成分）はポリマー（熱可塑性材料）が融解するまで加熱され、接触している繊維と接着し、次に冷却して半永久的連結が提供される。他の領域は、連結しない。連結していない領域は、当初に述べた「不織」領域と同様の方法で、自由に移動するであろう。連結は、電気加熱した接触点、レーザー、超音波、またはこの方法に適した他の方法により達成することができるだろう。この方法により、強化繊維の製造速度が早められる。
【００２４】
従って、本発明により、その目的と利点が実現し、且つ、好適な実施態様をここで詳細に開示および記述してきたが、その範囲はそれらによって限定されるべきではなく、特許請求の範囲により決められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の教示内容を取り入れた平面２Ｄ織物の構造を示す図である。
【図２】Ａ〜Ｄは深い引き伸ばしを作るために該織物を折りこんだりまたはひっぱったりする手順を示す図である。
【図３】折りこみまたは引き伸ばしの際に複合構造体を作り出すために経繊維と緯繊維が織りこまれることのない領域を多数有する２Ｄ織物を示す図である。
【図４】図３に示す織物から作られた３Ｄ構造の斜視図である。
【図５】本発明の教示内容を取り入れた、接結結合された織物の透視図である。
【図６】本発明の教示内容を取り入れた、接結糸で結合されていない選択領域を有する接結結合された織物の透視図である。
【符号の説明】
１０ 強化織物
１２〜１８ 領域
２０ 領域
２２〜２８ 領域
３０〜３６ 折りこみ線
３８ コーナー
１１０ 織物
１２０ 領域
１３０ 強化構造体
２００ 織物
２０２ 経糸
２０４ 緯糸
２０６ 接結糸
２１０ 畝
２１４ 領域／繊維性マット／ベール

Claims (26)

1. 三次元形状を有する構造体を形成するための織物であって、
   経繊維および緯繊維と、
   該織物の第１部分にあり、互いに連結した経繊維および緯繊維と、
   該織物の第２部分にあり、互いに連結することなく、且つ、相互に独立して移動することができる経繊維および緯繊維とからなり、さらに
   該経繊維に平行な第１の方向、および、該緯繊維に平行な第２の方向への該織物の折りこみにより、該第２部分の経繊維および緯繊維が互いに整列することに伴い、該第２部分がしぼむことを特徴とする前記織物。
2. 該第２部分が該第１部分で囲まれていることを特徴とする請求項１に記載の織物。
3. 複数の第１部分および第２部分を含むことを特徴とする請求項１に記載の織物。
4. 該第２部分が第１部分で囲まれていることを特徴とする請求項３に記載の織物。
5. 該第１部分において、経繊維および緯繊維が接結接合により互いに組み合っていることを特徴とする請求項１に記載の織物。
6. 該第２部分において、接結接合が不在であることを特徴とする請求項５に記載の織物。
7. 該織物の一部として繊維性マットをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の織物。
8. 複数の経繊維および緯繊維が、熱可塑性材料、熱可塑性被覆または成分からなり、且つ、前記第１部分において、経繊維および緯繊維が接合により互いに組み合っていることを特徴とする請求項１に記載の織物。
9. 該第２部分において、経繊維および緯繊維が互いに接合していないことを特徴とする請求項８に記載の織物。
10. 接合を加熱、レーザー、または超音波により生じさせることを特徴とする請求項８に記載の織物。
11. 前記経繊維および緯繊維が非交錯層中に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の織物。
12. 前記経繊維および緯繊維が非交錯層中に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の織物。
13. 前記経繊維および緯繊維が非交錯層中に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の織物。
14. 該折りこみを該第１部分と第２部分との間に形成された接合部で行うことを特徴とする請求項１に記載の織物。
15. 三次元形状を有する構造体を形成するための織物の製造方法であって、
    経繊維および緯繊維からなる織物を形成して、前記経繊維および緯繊維が組み合わされる該織物の第１部分を作り出すステップと、
    該経繊維および緯繊維が組み合うことなく、且つ、相互に独立して移動することができる、該織物の第２部分を形成するステップと、
    該第２部分にある経繊維および緯繊維を互いに整列させることにより該第２部分をしぼませるような方法で前記織物を折りこむステップとからなることを特徴とする前記方法。
16. 該第１部分に囲まれた該第２部分を有する織物を形成するステップを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 複数の第１部分および第２部分を有する該織物を形成するステップを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
18. 第１部分で囲まれた該第２部分を有する織物を形成するステップを含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 該経繊維に平行な第一の方向、および該緯繊維に平行な第二の方向への織物の折りこみが、該第２部分にある経繊維および緯繊維を互いに整列させることにより、該第２部分をしぼませることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
20. 該折りこみが該第１部分と該第２部分との間に形成された接合部で起こることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 該第１部分にある該経繊維および緯繊維を接結接合により組み合わせるステップを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
22. 複数の経繊維および緯繊維が、熱可塑性材料、熱可塑性被覆または成分からなり、前記第１部分において経繊維および緯繊維が接合により互いに組み合わされることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
23. 接合が加熱、レーザー、または超音波により生じることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
24. 前記織物は熱成形されて三次元構造体の形状で保有されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
25. 前記織物は熱成形されて三次元構造体の形状で保有されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
26. 前記織物は熱成形されて三次元構造体の形状で保有されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。