JP2005507694A - Elongated pile subassembly, guide device and manufacturing pile subassembly article - Google Patents

Elongated pile subassembly, guide device and manufacturing pile subassembly article Download PDF

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Abstract

複数の糸束への結合用のサポートビームを有する、細長いパイルサブアセンブリ。ビームに結合された糸束の各々は、細長いパイルサブアセンブリを固着させるためのパイル端と根端とを有する。根端はまた、細長いパイルサブアセンブリの追加固着支持のためにそのばら繊維を絡ませることもできる。ガイドアセンブリは、ブラシまたはそれからの床材物品のような根のついたタフトストリング物品を形成するのに用いられる。細長いパイルサブアセンブリは、パイルまたは剛毛表面構造物を作り上げるのに使用される場合のように、床材、壁材もしくは自動車部品のようなブラシもしくはパイルもしくは剛毛表面構造物を製造するために単独で使用されてもよいし、または他の細長いパイル物品と共に配置され、バッキング基材に結合されてもよい。ブラシもしくはパイル表面構造物は、細長いパイルサブアセンブリだけから、またはブラシ本体部材もしくはバッキング基材と一緒にパイルサブアセンブリから製造されてもよい。An elongated pile subassembly having a support beam for coupling to a plurality of yarn bundles. Each yarn bundle coupled to the beam has a pile end and a root end for securing the elongated pile subassembly. The root tip can also entangle the loose fibers for additional secure support of the elongated pile subassembly. The guide assembly is used to form a rooted tuftstring article such as a brush or a flooring article therefrom. Elongated pile subassemblies can be used alone to produce brushes or piles or bristle surface structures such as flooring, walls or automobile parts, such as when used to build pile or bristle surface structures. It may be used or placed with other elongated pile articles and bonded to a backing substrate. The brush or pile surface structure may be manufactured from the elongated pile subassembly alone or from the pile subassembly together with the brush body member or backing substrate.

Description

【技術分野】
【0001】
本発明は、細長いパイルサブアセンブリと、パイルサブアセンブリ物品と、ブラシの製造、または床材、壁材もしくは自動車部品のようなパイルもしくは剛毛表面構造物を製造の目的のために有用であるガイド装置とに関する。より具体的には、本発明は、基材上にまたは基材を通して、細長いパイルサブアセンブリを安定して固着させるための「根」端を有する、細長いパイルサブアセンブリに関する。
【0002】
関連出願の相互参照
本件出願は2001年10月29日出願の米国仮出願第60/336,226号の優先権を主張するものである。
【背景技術】
【0003】
次の開示は、本発明の様々な形態に関係し、次の通り簡単にまとめることができる。
【0004】
糸から製造された従来のタフトストリングは、バッキング基材中へ結合された、またはタフト化された時は通常「U」形状にある。「U」形状は、糸セグメントが糸セグメントの中間点近くで細長いストランドに結合される時に形成される。この「U」形状は、1つの糸セグメントから2つの別個の識別可能なタフトを同様に形成する針房状糸のそれと似ている。この「U」形状タフトストリングは、ビーネマ(Veenema)らに付与された(特許文献1)、およびエドワーズ(Edwards)らに付与された米国特許公報(特許文献2)のような先行技術で開示されている。
【0005】
壁材または床材用の「U」形状タフトストリングは、通常、先ずバッキング構造物に結合されてパイル布またはカーペットを形成する。「U」形状タフトストリング用の結合するポイントは、糸およびサポートビームが互いに接合している場所でもある「U」形状の底部にある。この接合区域は一般に、一緒に融合された繊維の固形塊であり、支持基材と接触してそれに接合するための小さな表面積のみを提供する。「U」形状タフトストリング間の接合は、熱もしくは溶剤融合法、接着剤、または機械的インターロック法を用いて形成することができる。この小さな接触面積は一般に、低い「タフト−ロック」値(例えば接合が破損する力)を生み出す。さらに、「U」の丸い底部は、望ましくない目に見える欠陥をもたらし得る回転を受けやすい(図1Bおよび1Cを参照のこと)。図1Cは、かかる回転が「U」形状タフトストリングに与える影響の一例を示す。「U」の底部は、埋め込まれた強化繊維を有する基材105の表面上の嶺線105aと整列させた時に一方に傾くまたは傾斜する。この形の回転は、最終製品に密度変動をもたらす。「U」形状タフトストリング回転の別の例は、「U」の一側面上のタフトが反対側のタフトよりも高い摩擦抵抗を有する場合にタフトストリングを横に回転させる挿入/接合プロセスの間に起こる望ましくない目に見える欠陥である(図1Bを参照のこと)。これが起こる時、他の列が同じ増分長さによって効果的に短くなる一方で、タフトの一列は効果的により長くなる。これらの線形変動または目に見える欠陥は「ローウィネス(rowiness)」と言われる。
【0006】
さらに、「U」形状を基材に結合するために接着剤が用いられる場合、接着剤の上面は一般に図5Bの基準面300の上方にあり、こうして、不要な、性能を変える(例えばパイルの柔らかさの減少)タフト中への接着剤の吸上げが起こるかもしれない。
【0007】
「U」形状タフトストリングの別の不利な点は、製造された時に「U」形状タフトストリングの2つの糸端がそれらの間にかなり大きなギャップを有することである。このギャップは、タフトストリングが他のタフトストリングにごく接近して配置される場合、圧縮または隣接タフトストリングからの他のタフトへの干渉のために減らされる。しかしながら、パイルフィラメントの幾つかは、すべてが垂直整列にないように分離される場合があるので、この圧縮または干渉は密度変動のさらなる源であってもよい。幾つかのフィラメントは、基材の方へ誘導されてそれに接合されるか、または別のやり方でそれらが所望のパイル密度の一部ではないように絡合させる。
【0008】
モックタール(Mokhtar)らに付与された米国特許公報(特許文献3)は、その上で支持ストランドが移動するマンドレルの周りに糸を巻きつけることによって各タフトストリングが製造される、パイル「タフトストリング」の製造を記載している。支持ストランドが移動するにつれて、それは糸の「ラップ(wrap)」を超音波溶接機に運び、溶接機は糸のラップを支持ストランドに連結する。接合されたラップはさらにスリッターステーションに運ばれ、スリッターステーションはラップを切断し、それによってタフトストリングを形成する。タフトストリングは2列の真っ直ぐに立ったレッグまたはタフトを含み、レッグまたはタフトはそれらの底辺で支持ストランドに結合される。モックタール(Mokhtar)らの糸は、ナイロンまたはポリプロピレンのような熱可塑性ポリマーから好ましくは製造されるマルチフィラメントの捲縮した嵩高い糸である。支持ストランドは、超音波溶接機の下を通された時に、糸と支持ストランドとが溶融してそれらの間に結合を形成するように、同様に好ましくは熱可塑性ポリマーである。
【0009】
高い「タフト−ロック」値と、制御された吸上げと垂直整列とを有する、細長いパイルサブアセンブリを有することが望ましい。高い密度を与えるべく配置された繊維の束を含む、低コストの、細長いパイルサブアセンブリであって、簡単な、費用のかからない方法によって製造することができ、かつ、包装されるように、またはブラシもしくはパイル/剛毛表面構造物の製造用の供給材料として直接使用されるように設計されているパイルサブアセンブリを求める要求もまた存在する。製造プロセスで包装する、および取り扱うことができる、強くて再現性のある、細長いパイルサブアセンブリの必要性もまた存在する。細長いパイルサブアセンブリを基材に接合するためのガイド装置を有することもまた望ましい。
【0010】
【特許文献1】
国際公開第99/29949号パンフレット
【特許文献2】
米国特許第5,472,762号明細書
【特許文献3】
米国特許第5,470,629号明細書
【特許文献4】
米国特許第5,547,732号明細書
【特許文献5】
米国特許第5,498,459号明細書
【特許文献6】
米国特許第5,012,636号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明の細長いパイルサブアセンブリは、長手方向軸を有する連続長サポートビームと、一様なまたは実質的に一様な横断面サイズおよび形状と、外周面と、サポートビームの表面上のある場所に接するかまたは該場所と一致する基準面と、サポートビームに固定されたフィラメントの複数の束とを含む。フィラメント束は、短い束セグメント端の反対側に長い束セグメントを有する。少なくとも1つの束の端(例えば、長い束セグメント端)上のフィラメントはパイル形成タフトを画定する。各束には、フィラメントが一緒に密に充填され、かつ、一般に一緒に接合されている領域があり、束は好ましくは密充填領域の場所でサポートビームに固定されている。
【0012】
簡単に言えば、本発明の一形態に従って、長手方向軸を有する、細長いビームと、実質的に一様な横断面サイズおよび形状と、外周面と、ビームの外周面に固定されているフィラメントの少なくとも1つの束とを含み、少なくとも1つの束が長手方向軸のどちらかの側上で長さをより長い束セグメントとより短い束セグメントとへ分割する束の長さに沿った場所でビームに固定されており、前記より長い束セグメントがパイル形成タフトを画定する細長いパイルサブアセンブリが提供される。
【0013】
本発明の別の形態に従って、第1ブラシ本体部材と、第1ブラシ本体部材に固定された少なくとも1つの細長いパイルサブアセンブリとを含むブラシがある。
【0014】
本発明の別の形態に従って、基材と、基材に固定された、細長いパイルサブアセンブリとを含むパイルまたは剛毛表面構造物がある。
【0015】
本発明の別の形態に従って、ガイドの溝と同じ側から外へ延在する少なくとも1つの短い束セグメント端を有する、請求項1〜19のいずれか1項に記載の少なくとも1つの細長いパイルサブアセンブリを保持するための溝と、少なくとも1つのより短い束セグメント端を基材に結合するための手段とを含み、少なくとも1つの細長いパイルサブアセンブリを前記基材に接合するのに使用されるガイドがある。
【0016】
本発明の別の形態に従って、ガイドを用いて、細長いパイルサブアセンブリを基材に接合する方法であって、より短い束セグメントが前記ガイド中の溝を越えて外面に延在する状態で溝によって、細長いパイルサブアセンブリを誘導する工程と、基材およびより短い束セグメントの少なくとも1つに接合手段を塗布する工程と、基材およびより短い束セグメントを互いに接合接触させる工程と、溝を越えて延在するより短い束セグメントを基材に固定する工程とを含む方法がある。
【0017】
本発明は、以下の添付の図面に関連して考えると、次の詳細な説明からより十分に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
(用語の定義)
次の定義は、それらが本明細書と添付の特許請求の範囲とに関連してどのように使用されるかと一致して参照事項として提供される。
1.ビームまたはベースストリング:1つまたは複数の材料からなり、かつ、それぞれがその独特の画定された識別可能な形状を有する1つまたは複数の別個の構造成分を有するストランド、ストリングまたはコード。ビームまたはベースストリングは、それに結合されたタフトに連結性と支持とを提供する。
2.剛毛:インチの千分の幾つかの単位で測定される直径にあると一般に言われる天然または人造の短かくて堅い繊維セグメント。
3.BCFまたはBCF糸:嵩高い連続フィラメント糸;カーペットでのパイル糸か、椅子張り布用パイル糸かのどちらかで一般に使用される、テクスチャー加工された連続フィラメント糸。
4.タフトストリング:それぞれがデニールの単位でインチの千分の幾つか(数ミル)よりも多少大きく報告されているような直径を有する1つまたは複数のフィラメントからなる糸の少なくとも1つがそれに結合されたビーム。
5.根のついたタフトストリングまたは細長いパイルサブアセンブリ:ビームまたはベースストリングが短い束セグメントから長い束セグメントを分割しているタフトストリング。「根」とも言われる短い束セグメントは、タフトストリングを基材(すなわち他の物品または支持材料)に結合する非接合糸繊維である。長い束セグメントは、タフトストリングのパイルまたは剛毛端を形成する非接合糸繊維である。
6.デニール:繊維、フィラメント、または糸の9000メートルのグラム単位の質量。
7.繊維:柔軟性、細度および長さ対厚さの高い比で一般に特徴づけられるテキスタイル原料。
8.フィラメント:無限の長さの繊維。
9.フィラメント糸:普通は連続フィラメント。本質的に糸の全長に及ぶデニール単位で測定される1つまたは複数のフィラメントからなる糸。
10.糸:撚りありまたは撚りなしの繊維および/またはフィラメントよりなる相当な長さおよび比較的小さい横断面の製品。
【0019】
本発明の根のついたタフトストリングは、それが製造される方法の一般的な説明から理解されるかもしれない。この方法は、偏心ガイドの回転の中心に沿って張力下に連続長のフィラメントの束を供給する工程と、ガイドを回転させて複数の細長い嶺を有する支持体の周りにフィラメントの束を巻きつけて、支持体を包む連続長のフィラメントの束の一連のラップまたはフライトを形成する工程と、支持体上の嶺の少なくとも1つに沿って、支持体とラッピングの工程によって形成されたフィラメントの束のフライトとの間に材料の連続ストランドを供給してビームを提供する工程と、束中のフィラメントを互いに接合し、フィラメントの束をビームに固定する工程と、フィラメントの束のフライトを切断して、細長いパイルサブアセンブリを形成する工程と、さらなる加工のために、細長いパイルサブアセンブリを先に進める工程とを含む。「U」形状タフトストリングを形成する上の方法の例として、それらの内容が参照により本明細書に援用される(特許文献4)、(特許文献1)および(特許文献5)について言及される。しかしながら、本発明では、上の先行技術参考文献は、根のついたタフトストリングを製造するための切断工程において本発明とは区別される。本発明における特徴的な違いは、接合されたビーム(例えばベースストリング)に関する回転スリッターナイフの位置である。上に参照された特許では、スリッターは、1つの連続糸セグメントから実質的に等しい長さの2つのタフトを形成するように配置される。本発明では、スリッター、もしくはビームの接合位置、または両方は、第1セグメントが一般に第2セグメントよりも長いように、パイル表面としての使用のためのフィラメントセグメントの第1束と、布もしくは他の支持構造物にタフトストリングを固着させるのに使用するためのフィラメントセグメントの第2束とを有するタフトストリングを製造するように位置が変えられる(図9Aおよび9Bを参照のこと)。上の参照事項は、改良された切断工程でタフトストリングを製造できる機械方法の例であるが、包括的なものではない。本発明の根のついたタフトストリングの製造に適用できる様々な機械方法が存在する。
【0020】
「U」形状タフトストリング(図1Aを参照のこと)では、フィラメントの束は、ベースストリング101がタフトストリング108の各束セグメントの切断端から実質的に等距離であるように切断される。図1Aでは、「U」形状タフトストリング108は、ベースストリング101のどちらの側にも等しい束セグメント長さ109aと109bとを有する。タフトストリング108は6時の位置101aで接着バッキング107に接合される。「U」形状タフトストリング方法の不利な点は、束セグメント長さ109aと109bとが他の「U」形状タフトストリングと組み立てられた時に不揃いであるように見え得ることである(1Bおよび1Cを参照のこと)。これは様々なやり方で起こり得る。例えば、「U」形状タフトストリングの基底部は、それが誘導されてバッキングに固定される時に転がるまたは回転するかもしれない。束セグメント109a上よりも多い束セグメント109b上の摩擦は、例えば、トルクを発生させ、「U」形状タフトストリングを矢印103aで示されるような反時計回りに回転させるであろう(図1Bを参照のこと)。別の原因は、強化繊維が存在し、表面上に嶺線105aを生み出す場合のように平らではない基材表面に帰することができる。図1Cについて言及すると、「U」形状タフトストリングの第1側109aが第2側109bの前に基材表面と接触する場合、トルク力が再び確立され、その時速度または運動は基材の平面と直角をなし、タフトストリングを回転させるまたは傾かせることができる。図1Cに示される傾き効果は、タフト間に空間132を生じさせ、それは望ましくない間隔欠陥を生み出すか、または少なくとも最終パイル中に密度変動をもたらす。
【0021】
本発明(図2A、2B、3A、および4を参照のこと)は、特に接着剤が接合剤として使用される場合に、(例えば、カーペットにおけるように)タフトストリングと多数のタフトストリングを一緒に結合するために用いられる基材との間の接合強度を改善する改良タフトストリングを利用する。こうして、本発明(例えば、繊維セグメントの長い一束側126と繊維セグメントの短い一束側127、128、129)では従来の「U」形成へ糸タフトを折る必要性を排除する。長い束セグメント126は、機能値にとって適切な配向で長い束セグメントの連続列として一緒に配置されるが、短い束セグメント127、128、または129は、接着剤または超音波接合もしくは溶剤接合のような他の手段を用いて、細長いパイルサブアセンブリ125をバッキング基材に固定するために用いられる。
【0022】
本発明では、細長いパイルサブアセンブリ125(図2Aを参照のこと)に使用される糸は、フィラメントが典型的には互いに「連結」されているマルチフィラメントである。フィラメントは、接合(特に超音波接合)を高めるフィラメント交錯を与えるために少なくとも約1回転/インチのレベルで撚らるという点で「連結」されているか、またはフィラメントは交錯を与えるために織編されてもよい。糸はまた、一緒に合撚りされているマルチフィラメントの2つ以上のストランドを含んでもよい。合撚りは、「真の」SもしくはZストランドおよび合撚り、またはSおよびZストランドならびに合撚りが交互に並び、合撚りおよびストランド撚り逆転に接合がある逆撚りであってもよい。好ましくは、逆撚り糸は、(特許文献6)に記載されているように、撚りを逆転させる前に合撚り糸中に接合を有する。一つのかかる糸は、捲縮した嵩高い熱処理されたフィラメントから好ましくは製造され、一般にカーペット糸として使用される。糸のフィラメントは、中空であってもよい様々な横断面を有してもよいし、帯電防止剤などを含有してもよい。糸は超音波接合を助ける塗布された仕上げ剤を有してもよい。ある種の好ましい実施形態では、糸は、合撚りを保持するためにヒートセットされた、マルチフィラメントの、捲縮した嵩高い合撚り糸であってもよい。
【0023】
自動車床仕上げおよび塗料ローラーにおけるような、ベロア表面が好ましい他の用途では、別のタイプの糸が好ましい。かかる糸は、BCF糸のマルチフィラメントが緩く絡合され、かつ、熱処理されていないものを含む。自動車または他の輸送用途のためには、根のついたタフトストリング(すなわち細長いパイルサブアセンブリ)は、(特許文献1)に記載されているような個々の長い束セグメントを形成するために撚られていない、合撚りされていない、または別のやり方で絡ませられていないBCF単糸から好ましくは製造される。
【0024】
超音波接合方法を用いて根のついたタフトストリングを形成する場合、糸(好ましくはビームと同じ組成を有する熱可塑性ポリマーから製造された)は、糸束のビームへの高い接合強度を達成する。幾つかの超音波接合施用では、糸およびビームは異なる組成物であることができ、それでも2つの間に十分な接合を達成することができる。かかる一例は、ポリプロピレンビームに接合されたナイロン糸である。超音波接合以外の接合方法で、ビームおよび糸に同じ組成物を使用すると、高い接合強度を与え、接着剤の必要性を回避することはさらに注目される。しかしながら、糸およびビーム用の異なる組成物の超音波以外の接合方法での十分な接合もまた妥当である。
【0025】
接着剤方法を用いて糸をビームに接合する場合、接着剤が接合することができる好適な材料の範囲に応じて糸およびビームの組成物が選択されるかまたは、糸およびビーム組成物の選択に応じて接着剤が選択される。糸とビームとの間の接合が糸セグメントからの糸セグメントまたは個々の繊維の損失なしに糸を支持構造物に引き渡すほど十分であることが重要である。いったん短いセグメント繊維が基材に接合されると、ビームと糸束との間の接合強度はそれほど重要ではなくなる。
【0026】
本発明では、糸は典型的には、それらの2つ以上の混合物を含めて、ポリアミド、ポリエチレンもしくはポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリエステル、フルオロポリマー、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、またはスチレン系ポリマーもしくは共重合体などのような熱可塑性ポリマーである。ポリプロピレン、またはナイロン6、ナイロン11、ナイロン6,6、ナイロン6,10、ナイロン10,10、ナイロン6,12のようなポリアミドが好ましい。あるいはまた、糸は、溶剤、超音波、または熱で接合可能であるポリ(アリールエーテルケトン)またはポリアラミドもしくはメタ−アラミドであってもよい。
【0027】
細長いパイルサブアセンブリで有用なビームは正方形、長方形、楕円形、長円形、円形、三角形、多葉形、平リボン様などの様々な横断面形を有してもよい。ビームは、糸に接合可能でなければならず、超過したビームの伸張またはその引張強度のために接合が過度の応力にさらされないほど十分な伸び安定性を有する。ビームは、ブラシの製造またはカーペットもしくはラグなどの床材物品の製造のような、その意図された用途向けにそれを取り扱うことができるように、パイルサブアセンブリに十分な安定性を与えなければならない。ビームはモノフィラメント、複合構造、シース/コア構造、強化構造、または撚られたマルチフィラメント構造であってもよい。接着剤の使用なしに糸ビームを接合することができるように、ビームは好ましくは熱可塑性ポリマーから製造される。ビームはより好ましくは、伸ばされた方向に配向した分子構造を有し、かつ、湿気の増加もしくは減少またはあまり大きくない温度変化による配向方向における低い寸法変化を有するポリマーである。サポートビームとして使用のための一材料は、本願特許出願人によって製造されるタイネックス(Tynex)(登録商標)のような、モノフィラメントナイロンポリマーである。サポートビームとして使用のための他の材料は、ポリプロピレンおよびポリエチレンを含む。幾つかの用途では、上に名前を挙げた1種または複数種のポリマーを共押出などで組み合わせて、二成分ビームを形成することができる。
【0028】
フィラメント製造は、押出機の使用によって成し遂げられてもよく、二軸スクリュー押出機のような押出機の多数の変形がウェルナー・アンド・プフェレイデラー(Werner and Pfleiderer)のような製造業者から入手可能である。顆粒の形のポリマーが体積測定か重量測定かのどちらかにより供給装置から押出機中へ供給される。スリップ剤は、別個の供給機からサイドアーム口を通して押出機中へ供給され、150〜285℃の温度の押出機中でポリマーとブレンドされる。あるいはまた、スリップ剤は、別個の供給システムが必要とされないように、ポリマーと予配合または予ブレンドすることができる。ポリマーおよびスリップ剤は押出機中で溶融体として混合され、生じた組成物は次にダイプレートを有する紡糸パックへと計量される。組成物は濾過され、ダイプレートの穴を通る押出によって様々な形状およびサイズのフィラメントが製造される。
【0029】
上で議論されたサポートビームと同様に、それからフィラメントの束が調製されるフィラメントは、例えば、製造が押出による場合にダイプレートオリフィスの形状によって決定されるような、様々な横断面形を有してもよい。形状は、円形、卵形、長方形、三角形、もしくは任意の正多角形を含むが、これらに限定されず、またはフィラメントもしくはビーム(上で議論された)は不揃いの非円形形状であってもよい。さらに、フィラメントまたはビームは、その横断面において中空でなくても、中空であってもまたは多数の縦空隙を含有してもよい。押出機の各運転は、様々な形状の穴のダイプレートを用いることによって任意の組合せの横断面形を作り出すことができる。ダイプレートの穴のサイズを変えることによって、1つまたは複数の直径のフィラメントまたはビームが同時に製造されてもよい。あるいはまた、本発明で使用されるフィラメントおよび/またはビームは、溶液紡糸によって製造されてもよい。
【0030】
本発明の別の形態は、シース/コア構造を有するフィラメントおよび/またはビームの使用を伴う。シースは共軸のまたは同心の立体配置でコアを取り囲む。コアおよびシースに使用されるポリマーは同じであっても異なってもよい。似ていないポリマーが使用される場合、ポリマーの特性は、それらを共押出し、倍率に延伸し、スプール上へ巻きつけることができるようでなければならない。ナイロン6,6がシース材料として好ましい。シース/コアフィラメントまたはビームは、共通の紡糸パックを共有する2つの押出機を用いる共押出によって典型的には製造される。コアを作るのに使用されるポリマーは第1押出機から紡糸プレート穴の中心へ送られ、シースを作製するのに使用される組成物は第2押出機から紡糸プレート穴の外側へ送られる。
【0031】
上に記載されたような2つ以上の源の流動性ポリマーまたはポリマー組成物から製造される、糸のシース/コアフィラメント、またはフィラメント形のビームは、単一源の流動性ポリマー組成物から製造されるフィラメントとは区別されてもよい。かかる単一源フィラメントは単一組成モノフィラメントと称されてもよい。ビームについては、本発明で使用されるフィラメントは、多成分モノフィラメントか、単成分モノフィラメントかのどちらかであってもよく、単成分モノフィラメントが好ましい。
【0032】
本発明におけるフィラメントの束での使用のためのフィラメントは、それに外接する最小の円の直径によって決められるように、約1ミル以上、好ましくは約2ミル以上、最も好ましく約2.5ミル以上、またさらに約15ミル以下、好ましくは10ミル以下、より好ましくは約5ミル以下の直径、または最大横断面寸法を有する。(ミルは0.025mmである。)
【0033】
本発明での使用のためのフィラメントまたはビームは、充填材、着色剤、安定剤、可塑剤もしくは酸化防止剤、またはそれらの2つ以上の混合物を含有する上に記載されたようなポリマー組成物から調製されてもよいし、または表面被覆で調製されてもよい。
【0034】
異なる端面図と本発明の細長いパイルサブアセンブリ、または根のついたタフトストリング125の「根」端のカプセル化実施形態とを示す図2A〜4について今言及される。図2は、短いフィラメント束セグメント127が接着剤117およびバッキング基材115に浸透した、細長いパイルサブアセンブリの端立面図を示す。図3Aは、短いフィラメント束セグメント127が接着剤117およびバッキング基材115のフレア浸透128を有する、細長いパイルサブアセンブリの端立面図を示す。図4は、短いフィラメント束セグメント127が接着剤117中で表面フレア化129を有する、細長いパイルサブアセンブリの端立面図を示す。図2A〜4で、短いフィラメント束繊維は、細長いパイルサブアセンブリ125の強い固着のために完全にカプセル化されている。図示されていない別の変形は、図2のすべての根127が片側に水平に位置するものである。
【0035】
図2A〜4について言及を続けると、タフトストリングの根の究極的な位置は、基材の特性と根フィラメントの剛度とに主として依存する。隙間のある不織基材は、図2Aに示されるように根の多くの偏向なしに根が布構造物に浸透するのを容易に可能にするであろう。きつく織られた布は、より多くの抵抗を与え、図3Aおよび3Bに描かれるように布中へ入る際に根のより多くを偏向させる。タイベック(Tyvek)(登録商標)のような高度に密な不織布、または押し出された熱可塑性構造物のような中空ではないシートは、フィラメント根による基材構造物中への浸透を妨げ、図4に示されるように短いセグメント繊維127の完全な偏向129をもたらすであろう。
【0036】
なお図5Aについて言及すると、図5Aは、それの外周面上の位置73でサポートビーム119に固定された糸として、フィラメントの複数の束154を示す。細長いパイルサブアセンブリ125のより長い束セグメント126は、パイル形成タフトを画定する。細長いパイルサブアセンブリ125のより短い束セグメント127は、根形成タフトを画定する。
【0037】
なお図2Aについて言及すると、図2Aは、細長いパイルサブアセンブリ125を示す。フィラメントの束154はビーム119に接合されて細長いパイルサブアセンブリを形成する。フィラメントの束154は、その長さに沿って、そこでフィラメントが一般に一緒に接合され、かつ、束がサポートビーム119に固定される場所である密充填領域162を有する。
【0038】
再び図5Aについて言及すると、サポートビーム119は一様な、または実質的に一様な横断面サイズおよび形状、ならびに外周面133を有する。そこでフィラメントが一緒に接合される、細長いパイルサブアセンブリ154の長さに沿った密充填領域162(図2A〜4)は、それに平行で隣接するサポートビーム119の外周面133に固定される。フィラメントの束154は、密充填領域162のすべての端から端まで、または相当な部分の端から端まで、ビームの外周面133(基準面71に垂直の)に固定される。実質的に直線状であり、こうして反対端202および204を有するフィラメントは、フィラメントの束154内に含有される。フィラメントの反対端は束の長さを画定する。束154は、より長い長さを有するより長い束セグメント126と、より短い長さを有するより短い束セグメント127とに長さを分割する束の長さに沿った位置で、ビーム119の長手方向軸140のどちらかの側上でビームに固定される。
【0039】
より長い束セグメント126は、より長いフィラメントセグメントを含有し、より長い束セグメントの長さは、フィラメント束154をより長い束セグメントとより短い束セグメントとに分割する位置から、より長い束セグメントに含有されるより長いフィラメントセグメントの端202まで測定される。より長い束セグメント126は、より長いフィラメントセグメントの切断端202でパイル形成性である。より短い束セグメント127は、より短いフィラメントセグメントを含有し、より短い束セグメントの長さは、フィラメント束をより長い束セグメントとより短い束セグメントとに分割する位置から、より短いフィラメントセグメントの端204まで測定される。より長い束セグメント126およびより短い束セグメント127の使用できる部分は、フィラメント束の密充填領域125の反対側にある。より短いフィラメントセグメントは、特にパイルサブアセンブリが本明細書で記載されるような、ブラシ、パイル表面構造物または他の物品を製造するのに使用される場合に、タフトを固着させる点で実質的な有用性を有する「根」を画定する。
【0040】
より短い束セグメント127の長さ(図2A)は好ましくは、より長い束セグメント126の長さの約90パーセント以下である。しかしながら、他の実施形態では、より短い束セグメントの長さは、所望ならば、より長い束セグメントの長さの約75パーセント以下、約50パーセント以下、約25パーセント以下、約10パーセント以下、または約5パーセント以下であってもよい。より短い束セグメントの長さは好ましくはビームの幅の約10パーセントを超える。例えば、ビーム幅が200ミルであるならば、根は20ミルよりも長い必要がある。(基材に結合された時に、短い束セグメント127が長ければ長いほど、細長いパイルサブアセンブリ125の固着をより確実にすることがさらに注目される)。ビームの幅は、次の量、つまり(i)例えば、図5Aに示されるように、ビームの長手方向軸を通ってそれに垂直に、基準面71に平行に測定された、ビームの横断面積の端から端までの距離74、(ii)ビームの横断面積に完全に外接する最小の円の直径、または(iii)正長方形であるビームの横断面積の場合には長方形の2つの寸法のより長い方のうちの最小のものと定義される。しかしながら、さらなる実施形態では、より短い束セグメントの長さは、所望ならば、ビームの幅の約55%、約60%、約75%、または約100%を超えてもよい。
【0041】
インストロン(Instron)(モデル#1125)を用いて、根のついたタフトストリングの6個の試験試料が固着強度について試験された。根のついたタフトストリング試料は、0.090インチの短いセグメント長さと、0.265インチの長いセグメント長さとを有する1.00インチ長さであった。繰り返し用いられる2つの試験セルは、接着剤を入れるための次のキャビティ寸法(長さ1.00インチ×幅0.185インチおよび深さ0.25インチ)を有して製造された。エッチ.エイ.ハンナ・カンパニー(H.A.Hanna Company)によって販売されるプロファックス(Profax)ポリプロピレンPF611CTのホットメルト接着剤が使用された。試験セルは加熱され、プロファックス(Profax)ポリプロピレンPF611CT接着剤で充填された。根のついたタフトストリング試料は、短いセグメント繊維だけが接着剤溶融体の表面下にあるように試験セル中へ置かれた。根のついたタフトストリング、接着剤およびセルは次に、固着強度について試験する前に室温に放冷された。インストロン(Instron)クランプ装置が試験セルに、もう一つが根のついたタフトストリングの長いセグメント繊維にしっかりと固定された。インストロン(Instron)試験機器は、根の破損の瞬間にクランプに加えられたピーク力を検出するために用いられた。これらの試験の目標は、根のついたタフトストリングが15ポンドよりも大きい固着強度を有することであった。試験に次ぐ試験で、試験セル内の短いセグメント繊維と固体接着樹脂との間に観察された接合の破損はなかった。観察される破損のタイプは、1)最も普通の破損である接着剤と試験セル壁との間であり、2)残りの破損は糸繊維とビームとの間の接合の近くで破損した糸繊維であった。接着剤−試験セルのおよび糸繊維のすべての破損は45ポンドを超える張力で起こった。これらの結果は、15ポンドという最小の所望目標をはるかに超えたものであった。
【0042】
それぞれの糸束の「根」は基材中へ固着された時に三次元空間にあることを理解することが重要である。例えば、図4は、この端面図で束垂直中心の左または右に広がった根を示す。短い束セグメント127のこの配向129は起こり得るが、それらはよりもっともらしくは、図5Aの基準面71に平行の平面およびそれより下方の平面内に束125の垂直中心から360度広がっている。図2Bおよび3Aでは、根は基準面71(図5A)の下方に円錐形状に広がっており、それぞれは一般にビームの糸束側垂直外周面に接するかまたは該面と一致する中心垂直軸を有する。図2Bは狭い円錐であるが、図3Aはより半球形である。
【0043】
本発明の実施形態では、図5Aは、その中でフィラメントの束がサポートビーム119に固定されている、細長いパイルサブアセンブリを示し、それは超音波接合または他の方法によって成し遂げられる。短い束セグメント127のフィラメントは、細長いパイルサブアセンブリ125の固着点として用いられる。比較すると、先行技術の「U」形状タフトストリングは、フィラメント束の密な部分101a(図1aを参照のこと)および支持ストランドと糸束との間に形成された接合線を固着表面として利用する。この区域は固形塊の特性を有し、それだけで、接着剤が連結するのに利用可能な唯一の表面は、糸/ストランド塊の外側外周面である。これは先行「U」形状技術の制限特性である。それに対して、本発明の短い束セグメント127(図2B)は、「根」(例えば短い束セグメントの繊維)により相当な表面積を有し、それは接着媒体117中にフィラメント束を固着させることをもたらす。本発明では、根は、パイル形成フィラメントセグメントとつながっている、該セグメントの反対方向に延在するフィラメントセグメントである。短いフィラメントセグメントすなわち根の近接した端は、ビームに接合され、こうして適所に固定され、その関係で限られた表面積を有する。しかしながら、短いフィラメントセグメント根の残りの長さは、相当の表面積を提供することができ、そして提供する。フィラメントの横断面が円形である最も簡単な場合においては、表面積は単に円柱の表面積である。
【0044】
「U」形状タフトストリングの表面積対本発明の根のついたタフトストリングの表面積の例による比較は、本発明の便益を明確に示す。例えば、28ミルビームとビームに接合された1500デニール双糸とを用いて「U」形状タフトストリングおよび根のついたタフトストリングの両方を形成した場合、「U」形状タフトストリングの接着剤接合表面積は、タフトストリングのインチ当たり0.060平方インチであるが、0.063インチ長さの短いセグメント繊維とインチ当たり11のタフトとを有する根のついたタフトストリングについては、表面積はタフトストリングのインチ当たり0.864平方インチであることが分かる。これは、接着剤が接合するのに利用可能な表面積において1.340パーセント増加である。
【0045】
なおその上に、短いセグメント繊維のこれらの非制約遠位フィラメント端は、図3Bに示されるように追加の固着強度のために、基材の(繊維状の)構造物と相互作用し、それと121とを絡ませることができる。本発明の繊維状の「根」は、それが凝固する時に接着媒体中へカプセル化され、機械的にロックされる。この機械接合は、タフトストリングを支持基材に固着させるための強い化学接合または熱接合の必要性に取って代わり、その結果、より低コストの環境にやさしい接着剤を使用する機会を大いに拡大する。
【0046】
図2B〜4について言及すると、短い束セグメント127のフィラメントは、芯として働き、フィラメント間の空隙空間中へ接着剤を引き込み、樹脂複合構造物で見られるようなマトリックス構造を生み出す。フィラメントの密な部分162は、障壁ゾーンを形成することによって長い束セグメント126中へ上に移行する接着剤の移動を制限する。この実施形態では、フィラメントの反対端202、204は束の長さを画定する。この束は、より長いおよびより短い束セグメントと、より長いおよびより短い束セグメントの長さに関連した特性と、上に記載されたように、支持基材に結合された場合のより短いフィラメントセグメントの多様な配向128、129とを有する。
【0047】
フィラメント間に強い相互連結のある糸が使用される場合、フィラメント−フィラメント絡み合いを最小限に抑えて短いセグメント繊維が接着剤および支持基材中へよりよく分散するのを可能にするように、根のついたタフトストリングの短いセグメント部分に「櫛を入れる」ことが好ましいかもしれない。
【0048】
本発明の細長いパイルサブアセンブリで利用されるフィラメントの束のさらなる特徴は、(1)少なくとも1つの束が(a)束がビームに固定される、第1剛度を有する場所の一側面上の、第1フィラメントセグメントを含む第1セグメントと、(b)第2剛度を有する、前記場所の他の側面上の、第2フィラメントセグメントを含む第2セグメントとに分割される点である。フィラメントの剛度の変化は、有効横断面積の4乗に、および長さの3乗に比例する。従って、所与の直径について、相対剛度は、隣接フィラメントとの相互作用がないと仮定して、非制限長さが2倍になると87.5%だけ減少するであろう。その結果、短いセグメント束の剛度は、長さの比にもっぱら依存して、より長いセグメント束よりもわずかに高いまたは数桁ほど堅いことがあり得る。
【0049】
根のついたタフトストリングから製造されるべき製品に依存して、短いセグメントの長さは、剛度および基材への固着強度のようなこれらの特性に基づいて選択される。より長い短いセグメント繊維は、減少した剛度を有し、その結果、図4のように、より「マット状になり」そうである。より短い短いセグメント繊維はより堅く、図2に示されるような支持基材の表面に穴をあけるより大きい可能性を有するであろう。先に述べられたように、繊維フィラメントのデニールもまた、繊維が基材に穴をあけてその中へ浸透する程度に影響を与える。より長い短いセグメント繊維は隣接する根のついたタフトストリングと絡合し、こうして隣接タフトストリングと接合力を共有するかもしれない(図3Bを参照のこと)。しかしながら、短いセグメント繊維の所望の長さには限界がある。組成物、横断面、形状などによって決められる、ある長さで、根の接合強度は、根のついたタフトストリングの密な部分における繊維の破損強度を超えることができる。従って、目的が基材材料を強化することにない限り、根の長さを増やすことには何の価値もない。コストもまたここでは考慮事項である。短いセグメント繊維長さが増加するにつれて、原材料コストも同様に増加する。最適長さは、選ばれた材料と所望のコスト範囲で十分な固着強度を保証する試験とに基づいて選択することができる。
【0050】
供給糸はマンドレルの周りにラップされるので、ビームは供給糸とマンドレルとの間の好ましい位置に配置される(上で参照により援用された(特許文献2)に記載されているように)。しかしながら、代わりの実施形態では、ラップがビーム119とマンドレルとの間に配置されるように、ビームは糸のラップまたはフライトに固定することができる。密充填接合領域の特性は、図2Aに関して記載されたものと同じのままである。
【0051】
パイルサブアセンブリの独特なジオメトリは下に記載され、寸法特徴をフリー糸束直径に対する比として表すことによって「標準化されて」示される。糸束直径は、製造物品において効率的なやり方で表面を覆う糸の能力に関係するパラメーターである。測定の再現性のために、糸束直径は、測定を行う時に切断端のフレア化がもたらすかもしれない不明確さを回避するために切断端から遠く離れたより長い束セグメントの1インチ長さの真っ直ぐにされた部分の非伸張平均直径である。糸束直径は、格子線付き顕微鏡またはオプチコム(Opticom)によって製造された「クォリファイアー(Qualifier)30」のような光学コンパレーターを用いて再現性よく測定することができる。図6は、クォリファイアー30にある糸の図を示す。切断端フレアのない1インチ片の真っ直ぐな糸(それは、糸を幾分たりとも圧縮しない非常に低い張力で真っ直ぐにされてもよい)がコンパレーターの光路に配置された平らなブロック181の上面に置かれる。20×倍率で、試料182を、試料のエッジに沿った頂および谷を通過するコンパレータースクリーン上の水平線184と整列させて平均エッジ位置を画定する。該線は位置186の糸の反対平均エッジへと動かされ、動いた距離188が1インチ長さ試料の平均「直径」として記録される。これは、さらに「直径」を平均するために供給糸の幾つかの試料で繰り返されてもよい。ビームに沿って異なる直径の束がある場合には、束直径は、異なる直径のパターンが繰り返す代表長さに沿って異なる束直径のすべての平均直径であろう。糸の束直径は約0.114インチであってもよく、好ましくは0.020インチ〜0.150インチである。
【0052】
先に触れたように、本発明は単糸および撚り糸/合撚り糸の両方に適用できる。単糸は繊維の撚られていないまたは高度に絡んでいない束である。接合プロセスで超音波ホーンによって単糸の緩く絡んだフィラメントの「平準化」があり、それは糸フィラメントを平均し再分配する傾向がある。サポートビームに沿った束相互の関係は、撚り糸についてはサポートビームに沿った束間の距離であるピッチによって、サポートビームの幅によって、および束直径によって画定される。単糸は区別できるP/D比を有さない。
【0053】
束ピッチ/束直径比(P/D比)は、糸束直径と比べたサポートビームの長さに沿って置かれた糸の隣接する束間の距離(ピッチ)を表す。本発明の独特な方法は、当該技術で教示される他の細長いパイル物品よりもビームに沿ってはるかに密な束の分配を製品に持たせる。糸がサポートビーム上へ巻きつけられる場合、ビーム上の束の高密度を達成する少なくとも3つの方法、つまり、1)狭まった糸がビームに沿って互いに隣接して接して置かれる場合にピッチが自由な非伸張束直径よりも小さいように直径が狭まるのに十分な張力を糸束にかける方法、2)糸束の多層をビーム上に巻きつける方法、および3)最初の2つの組合せがある。
【0054】
先行技術の「U」形状タフトストリングとは対照的に、根のついたタフトストリングについてのP/D比は一般に、同じパイル密度を達成するための「U」形状タフトストリングのそれの2倍(2×)であろう。繊維束の第2のより短いセグメントは、根のついたタフトストリングを支持基材に結合するために使用されるので、それは、「U」形状タフトストリングを使った場合のような露出表面向けパイルとして利用可能ではない。所望の密度を達成するためにピッチを2倍にすることは、根のついたタフトストリングに高い固着強度を確保するのに相応する密度の根を提供する。
【0055】
P/D比は、図7および8を参照してさらによく理解することができる。糸の束は、簡略化されたタフト205a、206a、および208aとして、示されるビーム119の反対側に接合される。簡略化されたタフトは、密充填領域162でビームに接合される。簡略化された根のついた端205b、206b、および208bはビームを通り越して延在して示される。ビーム119に沿った束のピッチ「P」は、図7を参照し、接する中心−中心間隔、すなわち隣接する束の密接合部分間のピッチ210を見て最も良く理解される。タフト端は動き回るのに幾分自由であるので、タフトの端の代わりにここでピッチを測定することが好ましい。束の直径「D」は、非伸張束の端から端までの距離、すなわち直径75によって表される。幾らかの局所的変動が予期されるべきであるので、ピッチは、代表数を得るために1インチ長さに沿って平均されなければならないかもしれない。
【0056】
図8は、ビーム119に沿って束の多層がある場合にどのようにピッチが測定されるか、およびどのように束接合の簡略化された根端部分が互いにオーバーラップしてもよいかを示す。205a、206a、214a、および215aのような、束タフトはビーム119の上方に示され、それぞれ、205b、206b、214b、および215bのような、これら束用の束接合のオーバーラップした密な根のついた端部分はビーム119の下方に示される。ピッチ「P」は、ピッチ210でビームに沿って連続して置かれた束の隣接する密な部分162の間の距離である。ここでも同様に、1インチ部分に沿った束接合の数は、「P」の代表数を得るために平均される必要があるかもしれない。おそらくピッチをかなり変化させる、ビームに沿って異なる直径束がある場合には、ピッチは、異なる直径のパターンが繰り返す代表長さ当たりの束の数の逆数で表される平均であろう。束ピッチは約0.033インチであってもよく、好ましくは約0.015〜0.150インチである。P/D比は約0.30であってもよく、好ましくは約0.1〜7.5である。
【0057】
サポートビームの幅は、次の理由、つまり、1)それは、根のついたタフトストリングガイドアセンブリ(図16および17)の使用を可能にするのに十分なサイズの外側外周を有さなければならない、および2)それが余りにも幅広いと、それは、製造された物品における糸タフトの密な配列を達成することができないように、隣接するパイルサブアセンブリ間の間隔を過大にさせる、という理由のために本発明において重要なパラメーターである。他の横断面形もまた有用であり得るが、長方形ビームが幾つかの利点を有し、そして好ましい。糸フィラメントが接合される垂直側面は、例えば、糸と円形または卵形ビームの正接表面との共通部分よりも大きな表面を有する。平らな上面および底面はパイルセグメントを垂直に整列させる際に有用である。ガイドアセンブリのわずかにより大きな平らな面に押しつけられたビームの平らな上面は、長いフィラメントセグメントを通過させるのに用いられるスロットと調和して働き、それがバッキング基材と共に加工される場合に根のついたタフトストリングの回転を防ぐ。ビームの水平の平らな底面側は、円形または卵形ビームの曲面のような曲面とは対照的に、安定な表面を提供する。ビーム幅は好ましくは0.010〜0.70インチである。
【0058】
ある種の実施形態では重要であって、フィラメントの束、すなわち糸を密充填領域162でビーム119に接合する方法に関係のある構造上の特徴がある。ビームに固定され、さらに基材に固着された糸束のそれぞれの内部の連続フィラメントは、それぞれの個々の繊維に高確率の捕獲と高い固着強度とを保証する。しかしながら、適切な接着剤が選択された場合、より高い強度は、接着剤に対してであり、ビームに対してではないことが分かった。本発明で根のついたタフトストリングは、上述の理由のために、毛羽立ち(例えば破損のためにパイル物品から放出されたばら繊維)を最小限に抑える。
【0059】
本発明は自動装置で行われるものとして上に記載されてきたが、本発明の代わりの実施形態は、手動方法または任意の他の好適な方法によって行うことができる。なお図9Aおよび9Bについて言及すると、供給糸20は、例えば、サポートビーム119がテープでつけられたまたは別のやり方で溝288および290に沿って適所に保持された、薄い長方形のマンドレル282の周りに手でラップすることができる。供給糸20が適所に置かれた後、溝288および290の周りにラップされた糸に沿って超音波ホーン292を通過させて、糸をビーム119に接合することができる。次に糸は、ビーム119に近い、マンドレルのどちらかの側面上の、あらかじめ定められた位置でカッターまたはスリッター294によって切断することができる。より大きい効率および速度のために、スリッターは、図9Aに示されるように溝288中のビームの上方におよび溝290中のビーム119の下方に(図9Bを参照のこと)または逆に置かれてもよい。このように、2つの細長いパイルサブアセンブリは容易に製造される。第1の細長いパイルサブアセンブリは、溝288に関係する短い束セグメントがビーム119の上方の端でスリッター294によって切断される。根のついたタフトストリングの長い束セグメントは、溝288のビーム119から図9Bの溝290のビーム119の下方に置かれたスリッター293まで延在する部分であろう。第1の細長いパイルサブアセンブリから分離された残りのスリット糸は、第2の細長いパイルサブアセンブリを形成する。ただ1つの根のついたタフトストリングアセンブリだけが望まれる場合、第2のビームおよびスリッターは一嶺に沿って削除される。マンドレルは、根のついたタフトストリングが使用されることになっているカーペットまたは物品と同じ幅がある長さ296を有することができる。
【0060】
糸をラップするのを助けるために、マンドレルは、回転できるチャック中に取りつけられてもよく、糸は回転するマンドレルに沿って移動した。移動するクロスヘッド付き旋盤がマンドレル上に糸をそのように置くのに有効に使用されてもよい。最も一般的な意味で、製品はまた、マンドレルのビームおよび溝の一面に一前切断束を一度に置き、ラッピング工程が必要とされないように束を接合することによって製造することもできる。
【0061】
本発明の細長いパイルサブアセンブリの一製造方法は、ビームの外周に沿った場所で細長いサポートビームをフィラメントの複数の束と接触させる工程と、フィラメント両方を互いに、(フィラメントが一緒に接合されている束中の密な部分を形成するために)、およびビームに沿った場所でビームに接合する工程とを含む。本発明では、供給糸をビームに接合する一方法は、デュケイン(Dukane)社41C28トランスデューサーに連結された、40KHzで350ワットが可能なデュケイン(Dukane)社モデル40A351電源のような超音波駆動機器を伴う。デュケイン(Dukane)昇圧器もまた用いられてもよい。超音波接合以外の接合方法もまた、フィラメントを互いにおよびビームに固定することによって束の密な部分を形成するために使用されてもよい。かかる手段は、溶剤接合もしくは例えば熱棒での熱接合、または溶剤接合、導電接合、および超音波接合の組合せであってもよい。あるいは、束がビームに固定される場所に接着剤が導入されて束とビームとの間に接着接合を形成してもよい。
【0062】
本発明の細長いパイルサブアセンブリは、床材物品、塗料はけローラーなどをはじめとするパイル表面構造物、または歯ブラシ、バフ車などをはじめとするブラシ表面構造物のような二次加工物品を製造するのに使用されてもよい。ブラシは柄付きまたはなしの様々な構造で製造されてもよい。本発明の細長いパイルサブアセンブリはパイルブラシ仕上面を形成するのに使用されてもよい。パイルブラシ仕上面は、例えば液体材料を塗布するもしくは除去するために、または液体材料の塗布または除去によって表面を変えるために使用されてもよいブラシの部分である。ブラシ上のパイルブラシ仕上面は一般に、形状が平坦であってもよいし、またはそれは、一般に円柱状のような他の形状をとってもよい。
【0063】
塗料の塗布のような活動に使用されるローラーブラシは、一般に円柱状パイルブラシ仕上面を有するブラシの典型例である。ローラーブラシのケースは、例えば、中空コア314上に取りつけられたブラシ仕上面のようなパイルカバー312を有するローラーブラシ310を示す図10および11のように例示されるかもしれない。中空コア314は、用途に依存して、円柱状または卵形のような任意の好適な形状を有することができる。パイルカバー312は、サポートビーム119を有する少なくとも1つの細長いパイルサブアセンブリ125(図2A)から製造される。細長いパイルサブアセンブリ125は、サポートビーム119に固定された少なくとも1束の糸を有し、該アセンブリでは図2Aに示されるように、より長い束セグメント126がパイル形成タフトを画定する。ローラーブラシのコアは、典型的には、図示されていない柄部材の周りを回転可能である。
【0064】
図10および11について続いて言及すると、パイルカバー312は、1つまたは複数のパイルサブアセンブリをコア314の外側表面に固定することによって形成される。好ましい実施形態では、1つまたは複数のパイルサブアセンブリは、コア314の外側表面の周りに螺旋状に連続的にラップされる。しかしながら、あるいはまた、細長いパイルサブアセンブリは、細長いパイルサブアセンブリが縦軸である、すなわちコアの中心線軸に平行である配列で、またはそれがコアの円周に沿って縦軸の周りに円を描く配列で、または記載されたようなかかる配列のどらかの他の変形で、コア314上に取りつけられてもよい。細長いパイルサブアセンブリは、互いに平行配列でコアに固定されてもよい。
【0065】
細長いパイルサブアセンブリ125(図4を参照のこと)は、ラップするかまたは別のやり方でパイルサブアセンブリをコアにつける工程の直前にコア314の外側表面に塗布された接着バインダーをはじめとする、任意の好適な接合手段によってコア314に固定される。化学結合または熱結合方法もまた同様に、しかしながら、コア314の反対端に配置されたアンカー、またはフックおよびループロックシステムのような、他の機械的バインダーに加えて用いられてもよい。熱結合方法が用いられる場合、コアおよび/または細長いパイルサブアセンブリ、または両方がポリマー材料から調製されていることが好ましい。コアの一部および/または細長いパイルサブアセンブリの一部、または両方の一部が次に、それらの温度をポリマー材料の溶融またはガラス転移温度よりも上に誘導することによって軟化させられてもよい。溶融またはガラス転移温度よりも上の温度で、軟化したポリマー材料は流動してポリマー流れのゾーンを生み出すであろう。ポリマー流れをもたらす上昇した温度は、放射または伝導加熱手段によってもよいが、好ましくは超音波エネルギーによって達成されてもよい。それからコアが製造されているポリマー材料が流動し、細長いパイルサブアセンブリと接触するので、または、それから細長いパイルサブアセンブリが製造されているポリマー材料が流動し、コアと接触するので、または両方の結果が起こるので、流動するポリマー材料は、それらが冷却されて固体状態を取り戻した後に接触のポイントで溶接され、固定された状態になる。上昇した温度に対する代案として、ポリマー流れのゾーンは、ポリマー材料から二次加工された任意の構成成分への好適な溶剤の施用によって作り出されてもよい。
【0066】
コア314は、上記のようなポリマー材料から調製されてもよいし、またはそれに接着剤が塗布された紙および樹脂から調製することができる。コア314はまた、連続の異形材を形成するために接着剤および布が施用された樹脂含浸紙の螺旋巻きを含むこともできる。
【0067】
一実施形態では、パイル被覆布は、スクリーン、メッシュまたはメッシュ様材料のような、細孔、穿孔または開口部などを有する表面を有する材料から、少なくとも部分的に、調製される。かかる実施形態では、細長いパイルサブアセンブリのより短い束セグメント127は布メッシュに固定されてもよく、これは、より短い束セグメント中のフィラメントセグメントをメッシュ様材料に浸透させるように配置することによって成し遂げることができる。次にパイル被覆布はコアに結合される。しかしながら、他の実施形態では、細長いパイルサブアセンブリのより短い束セグメントは、コアの表面に固定されてもよいし、または、細長いパイルサブアセンブリは、コアとサポートビームとの間の接合、またはコアとより短い束セグメントおよびサポートビームの両方の部分もしくはすべてとの間の接合によってコアに固定されてもよい。これらの実施形態では、より短いフィラメントセグメントは、基材と細長いパイルサブアセンブリとの間への接着剤の塗布のための接触のポイントになって、基材とより短いフィラメントセグメントとの間に接着接合を形成してもよいし、またはより短いフィラメントセグメントは、ポリマー流れのゾーンの場所にあってもよいし、該ゾーンと接触してもよい。より短いフィラメントセグメントは、これらの実施形態では根として働き、細長いパイルサブアセンブリと基材との間の固体接合を確実にする。
【0068】
図12について言及すると、細長いパイルサブアセンブリ424、426、428、430がテープとより短い束セグメントおよび/または各細長いパイルサブアセンブリのサポートビームとの界面でホットメルト接着剤によってバッキングテープ440に固定される本発明の別の実施形態が示されている。(特許文献4)に記載されているように、細長いパイルサブアセンブリがコア442の周りに螺旋状にラップされる場合(図14)、テープ440は接するまたは隣接するラップを有し、そのラップ上でテープの反対側からの細長いパイルサブアセンブリは互いに隣接している、すなわち、その結果、テープの一フライトまたは一ラップ後に、細長いパイルサブアセンブリ424は細長いパイルサブアセンブリ430に隣接している((特許文献4)を参照のこと)。図13は、超音波エネルギーが用いられる場合のような、接着剤の作用なしでの短いセグメント繊維の支持布への接合を示す。
【0069】
本発明に従った、細長いパイルサブアセンブリの他の用途は、パイル表面構造物を製造することである。パイル/ブラシ表面構造物は、ドアパネル、ヘッドライナー、床マットまたはトランクマット、または椅子張りなどの壁材もしくは床材、または飛行機部品もしくは自動車向け自動車部品のような様々な物品へさらに二次加工するのに有用である。図15は、本発明のパイルサブアセンブリを用いたカーペットのようなパイル表面構造物の製造方法を示す。ドラム78は、例えば、ドラムのスロット86にバッキングの端82および84を圧締することによってバッキング材料80が取りつけられて、回転に向けて組み立てられる。外側を向いたバッキングの表面87は、熱可塑性接着剤のような接着剤塗膜で被覆される。アセンブリ88は、ドラムの回転軸に平行に移動し、細長いパイルサブアセンブリガイド90と熱い接着剤塗布機ノズル92とを所定の位置に運び、細長いパイルサブアセンブリとの接触の直前にまたは接触と同時に、その中心線上で熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂接着剤を計量するようにセットされる。加熱の他の方法は、熱風ジェット、放射ヒーター、またはフレームを含んでもよい。細長いパイルサブアセンブリ45はリール94からまたはマンドレルから直接供給することができよう。
【0070】
図15について続いて言及すると、ドラム80が時計回りに回転するにつれて、細長いパイルサブアセンブリはガイド90によって引っ張られ、バッキング80の布表面87上の塗布された接着剤に押しつけられる。細長いパイルサブアセンブリは熱い接着剤と接触し、バッキングに接合される。アセンブリ88は、同一速度で作動してドラム表面に沿って移動し、たった今貼りつけられた、細長いパイルサブアセンブリが以前に貼りつけられた、細長いパイルサブアセンブリのすぐ近くに螺旋配列で置かれていてパイル表面構造物を画定するように螺旋の隣接するランが接近した間隔で配置された状態で、バッキング表面に細長いパイルサブアセンブリの螺旋配列を敷き詰める。細長いパイルサブアセンブリがドラムの軸方向長さを移動した後、巻きつけは停止され、細長いパイルサブアセンブリとバッキングとのアセンブリは、スロット86で2つのバッキング端が交わる線96などで、ドラム軸に沿って切断される。示された実施形態では、細長いパイルサブアセンブリだけが96で切断される必要があり、バッキング端はパイル構造アセンブリを取り去るために外される必要がある。次にパイル構造アセンブリをドラムから取り去り、水平に置いてパイル表面構造物またはカーペットを形成することができる。
【0071】
本方法によって製造されたカーペット製品は、細長いパイルサブアセンブリの隣接する並びが同じ細長いパイルサブアセンブリの異なる細長い部分に由来し、それがカーペット内の糸ロット変動を排除する特徴を有する。例えば、約3.3オンス/ft2の糸を有するカーペットは、30ラップ/インチおよび5/8インチタフト長さでビームに沿って接合された2350デニール、2本のストランドの合撚り糸から先ず細長いパイルサブアセンブリを製造し、次に5パイルサブアセンブリ/インチのピッチでバッキング上にパイルサブアセンブリを取りつけることによって製造することができる。
【0072】
上に示された、本方法の変形、および該方法から得られる製品では、基材バッキングは織材料または不織材料から選択されてもよい。本願特許出願人によるソンタラ(Sontara)(登録商標)、リーメイ・インコーポレーティッド(Reemay Incorporated)によるリーメイ(Reemay)(登録商標)およびセレックス・アドバンスト・ファブリックス(Cerex Advanced Fabrics)製のセレックス(Cerex)(登録商標)のような布は、ポリマー材料から製造され、様々な重量および密度で提供され、根のついたタフトストリングをそれらに結合するための様々な方法で使用することができるので、それらの選択が特に有用である。天然繊維布を使用することができるが、それらは、根のついたタフトストリングをそれらに接合するためには接着剤の使用に限定される。細長いパイルサブアセンブリは、パイル表面構造物を製造するために接着剤、熱接合または溶剤接合の1つを選択することによってバッキング基材に固定されてもよい。細長いパイルサブアセンブリは、ブラシ構築物のために用いられるのと同じやり方で、バッキング基材の表面上にまたは下に、サポートビームおよび/またはより短い束セグメントを使用することによってバッキング基材に固定されてもよい。接着剤、熱または溶剤接合方法の使用は好ましいかもしれないが、細長いパイルサブアセンブリは、あるいはまた、通常のステッチ溶接および/またはフックおよびループ結合システムによってバッキング基材に固定されてもよい。
【0073】
あるいはまた、根のついたタフトストリングは、エポキシ樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、木材、および平らな金属から製造されたシートのような、比較的「堅い」表面のポリマーのシートに結合することができる。(これらの結合方法の幾つかは、接着剤の使用を必要とする。)ブラシに関して上に記載されたように、図15に示すように細長いパイルサブアセンブリを螺旋状にラップすることに対する代案は、1つまたは複数の細長いパイルサブアセンブリが、例えば、互いに平行整列にあり、バッキング基材の接合表面と接触している配列を作り出すことによってパイル表面構造物を製造することである。
【0074】
2つ以上の細長いパイルサブアセンブリをバッキング基材に固定する別の方法は、図16および17のガイドアセンブリによって示される。上に記載された回転ドラム方法とは違って、これらのガイドアセンブリは連続運転可能であり、細長いパイル物品の「カーペット」を取り外すために停止される必要がない。図16は、パイル布または物品を生み出すための細長いパイルサブアセンブリ125用のガイドの略図を示す。この平らなガイドアセンブリ90は、曲げに抵抗するであろう、または別のやり方で図17の曲がったガイド91からの曲がりを取り入れるであろう比較的堅い基材にとってより好適である
【0075】
図16では、長い平らな底部表面は、(図示せず)基材とガイドアセンブリ90との間にそれらと平行に好適なギャップで配置される。ギャップ310は、短いフィラメントセグメント127の長さ、ビームの垂直寸法315、ビームガイド溝の深さ320および接着剤の深さを含む1つまたは複数の変数によって決定される。ビーム寸法315は、間隔325を通過できるものであってはならない。間隔325は、ビームを緩く限定して短いおよび長い繊維を基材に対して正常な位置に正確に置くギャップ328と一緒にビーム119に近接した長い束セグメントの部分を緩く限定する。一般的に言えば、間隔325はビーム幅322の20%よりも大きく、より好ましくはビーム幅の20%〜50%である。典型的な組立は、細長いパイルサブアセンブリ125がガイドアセンブリ90のスロット97を通過する時にそのバインディング(binding)を引き起こすことなく短いセグメントフィラメント127を実質的に広げるためのビーム底部表面と基材との間の最小ギャップの平らな基材の上方で、細長いパイルサブアセンブリ125がガイド90中へ通された状態でガイド90を配置しているであろう。
【0076】
根のついたタフトストリングパイル物品は、1つまたは複数の根のついたタフトストリング機械からまたはスプールの在庫品から連続的に供給される。細長いパイルサブアセンブリは、短い束端がそこから外側へ延在した状態でロールおよびガイドピン(図示せず)によってガイドの溝中へ誘導される。ガイド機構は、細長いパイルサブアセンブリの複数の個々の短い束セグメントを、好ましくは連続的に供給されるバッキング基材との接触へと誘導する。熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂接着剤のような接着材料は、ガイドアセンブリの下を通る直前に基材の表面に塗布される。理想的には、プロセスの線速度および接着剤の熱容量は、基材との接合前に良好な濡れおよび短いフィラメントセグメントのカプセル化を達成するのに十分である。ガイドの出口で根のついたタフトストリングが別の場所に移ることができないように、接着剤はガイドアセンブリの下を通る時に冷却される。
【0077】
図16の平らなガイドに関する本発明の別のプロセス実施形態は、熱可塑性ポリマー溶融体配送システムとダイアセンブリとを用い、そこから延在する細長いパイルサブアセンブリの露出部分を有するガイドアセンブリ90の露出表面上に基材をキャストするまたは成形する。この場合には、ガイドは、短い繊維束がガイドから垂直上方へ延在するように上下を逆にされる。ポリマー溶融体配送システムは、ポリマー溶融体のカーテンをガイド上面上へ滴らす。ポリマー溶融体が金属に付着する傾向を有する場合、さもなければ露出される金属表面をポリマー溶融体から保護するための障壁として、カプトン(Kapton)(商標)またはテフロン(Teflon)(商標)のような材料の帯または細片が使用されてもよい。ガイド表面は十分に冷たく、短いセグメント繊維がその中にカプセル化された状態でポリマー溶融体の急速な凝固を引き起こす。細長いパイル物品は、溶融体をプレートから輸送するのを助け、熱可塑性ポリマーの冷却を助ける。細長いパイル物品は十分に強く、過度に加熱されないので、ポリマーのシートは、ガイドを離れて冷却し続けた後、細長いパイル物品によって十分に支持されるであろう。
【0078】
本発明の別のプロセス実施形態は図17に概略的に示される。細長いパイルサブアセンブリがガイド91を通って供給される時に、細長いパイルサブアセンブリ125の短いセグメント繊維127は接合要素(例えば接着剤塗布機95)の方を向いている。細長いパイルサブアセンブリの短い束セグメントは好ましくは接着剤を塗布機端から拭き取り、細長いパイルサブアセンブリは、ガイドを通って供給される時に、連続的にガイド表面を拭いてガイド中での接着剤の大きな増成を回避する。布バッキング99は、1つまたは複数の接着剤塗布機95によって接合するためにタフトストリングと同時に供給されてパイル被覆布199を形成する。2つの塗布機がこの実施形態では示されているが、1つで十分であるかもしれない。1つの接着剤塗布機95が用いられる場合、接着剤は、短い束セグメント127が基材99と接触する直前に該セグメントに、あるいはまた、直接布バッキングまたは基材99に塗布することができる。用いられる塗布機の数はまた、必要ならばこの実施形態で3つ以上に増やされてもよい。
【0079】
このプロセス実施形態は、ロール91の曲率に順応するのに十分なほど柔軟である基材にとって好適である。ほとんどの基材の低い熱伝導率により、根のついた細長いパイル物品の短い束セグメントと接触して良好な熱保持率および高い流動特性を有する基材にホットメルト接着剤が直接塗布される。幾つかの基材については、所望の接合のための時まで接着剤の流動性を維持するために、ロール93の幾らかの加熱が必要とされるかもしれない。ロール93のこの加熱は、基材が極めて薄い時に特に必要とされるかもしれない。
【0080】
図16のガイドアセンブリでのように、図17のガイド装置は最適性能に向けて適切に組み立てられなければならない。ガイドアセンブリ91の曲率は、アーク長の全面にわたってロール表面と同心であるように設計される。再び、矢印98の方向に回転するロール93とガイド91との間の距離は、短いセグメント繊維が広がるおよび/または押しつけられた時に図2A〜4に示されるように基材中へ適切に浸透するのを確実にするよう確立される。
【0081】
図16および17の両方で、ガイドアセンブリは、垂直に、そして必要ならば水平にガイドの調節を可能にする機構上へ取りつけることができる。これは、ガイドを洗浄、スレッドアップまたは他の準備/保守活動のために取り外すことができるので有利である。配置における小さな増分調節は、プロセスを運転する間に成し遂げることができる。
【0082】
図18Aおよび18Bは、本発明での根のついたタフトストリング125の基材115への超音波接合を示す。超音波ホーン340、345は、金敷350、355がそれぞれ超音波ホーンに固定支柱を提供して、それぞれ矢印342、343で示される方向に振動する。振動エネルギーがエネルギーを与えられたホーンから送られる間ずっと、力346、347は基材115と短いセグメント繊維とを互いに接触するよう押しつける。振動エネルギーは、界面で摩擦発熱を発生させ、短いセグメント繊維129、ビーム119、および基材115のうち少なくとも1つの表面溶融を引き起こし、細長いパイルサブアセンブリを基材に接合するであろうポリマー流れゾーンを生み出す。図18Aおよび18Bは、それぞれ細長いパイルサブアセンブリガイドとして機能する、金敷350、355およびホーン340、345をそれぞれ示す。
【0083】
従って、本明細書の上で述べられた目標および利点を十分に満たす、「根」を有する、細長いパイルサブアセンブリと、ガイド装置と細長いパイルサブアセンブリから製造された製品とが本方法に従って提供されてきたことは明らかである。本発明は、その具体的実施形態と結びつけて記載されてきたが、代案、修正および変形が当業者には明らかであろうことは明白である。従って、精神および添付の特許請求の広範な範囲内に収まるすべてのかかる代案、修正および変形を包含することが意図される。
【図面の簡単な説明】
【0084】
【図1A】従来の「U」形状タフトストリングの先行技術を示す。
【図1B】「U」形状タフトストリング回転から生じた目に見える欠陥を示す先行技術の立面端面図である。
【図1C】「U」形状タフトストリング回転から生じた目に見える欠陥を示す先行技術の立面端面図である。
【図2A】異なる「根」端部浸透を示す本発明の細長いパイルサブアセンブリの立面端面図である。
【図2B】本発明の根のついたタフトストリングを示す。
【図3A】異なる「根」端部浸透を示す本発明の細長いパイルサブアセンブリの立面端面図である。
【図3B】根のついたフィラメントの絡み合いがある図3Aに示された複数の根のついたタフトストリングの立面端面図である。
【図4】異なる「根」端部浸透を示す本発明の細長いパイルサブアセンブリの立面端面図である。
【図5A】本発明の細長いパイルサブアセンブリの斜視図である。
【図5B】細長い「U」形状タフトストリングの先行技術斜視図である。
【図6】パイル糸の直径を測定するための一方法を示す略図である。
【図7】下方へ延在する「根」で単層中のビームに接合されたタフトを示す、細長いパイルサブアセンブリサポートビームの中心に沿った部分の簡易図である。
【図8】オーバーラップする関係でビームに接合された束を示す、根のついたタフトストリングサポートビームの中心に沿った部分の簡易図である。
【図9A】本発明の細長いパイル物品の簡単な製造方法の線図である。
【図9B】第2スリッターを示す図9Aの端面図である。
【図10】本発明を用いた塗料ローラーパイルアセンブリの側面図である。
【図11】図10の塗料ローラーの端面図である。
【図12】複数の細長いパイルサブアセンブリの実施形態の端立面図である。
【図13】超音波溶接を用いて接合された細長いパイルサブアセンブリの実施形態の端立面図である。
【図14】接着パイルテープによってコアに結合された本発明の複数の細長いパイルサブアセンブリの端立面図である。
【図15】本発明の細長いパイルサブアセンブリからパイルまたは剛毛表面構造物を製造する方法の線図である。
【図16】本発明の細長いパイルサブアセンブリをバッキング基材または接合材料に結合するまたは接合するのに用いられるガイドの略図である。
【図17】柔軟性材料と接合するための細長いパイルサブアセンブリガイドの略図である。
【図18A】本発明で接合に用いられる超音波ホーンの二実施形態の立面図を示す。
【図18B】本発明で接合に用いられる超音波ホーンの二実施形態の立面図を示す。
【Technical field】
[0001]
The present invention relates to a guide device that is useful for the purpose of manufacturing elongated pile subassemblies, pile subassembly articles, brushes, or piles or bristle surface structures such as flooring, walls or automotive parts. And about. More specifically, the present invention relates to an elongated pile subassembly having a “root” end for stably securing the elongated pile subassembly onto or through the substrate.
[0002]
Cross-reference of related applications
This application claims priority from US Provisional Application No. 60 / 336,226, filed Oct. 29, 2001.
[Background]
[0003]
The following disclosure relates to various aspects of the present invention and can be summarized briefly as follows.
[0004]
Conventional tuftstrings made from yarn are usually in a “U” shape when bonded or tufted into a backing substrate. A “U” shape is formed when a yarn segment is joined to an elongated strand near the midpoint of the yarn segment. This “U” shape is similar to that of a needle tufted thread that similarly forms two separate identifiable tufts from one thread segment. This “U” -shaped tuftstring has been disclosed in prior art such as US Pat. No. 6,069,096 to Veenema et al. ing.
[0005]
“U” shaped tuftstrings for wall or flooring are usually first bonded to a backing structure to form a pile fabric or carpet. The joining point for the “U” shaped tuftstring is at the bottom of the “U” shape, where the yarn and support beam are also joined together. This joining area is generally a solid mass of fibers fused together, providing only a small surface area for contacting and joining to the support substrate. Bonds between “U” shaped tuftstrings can be formed using thermal or solvent fusion methods, adhesives, or mechanical interlock methods. This small contact area generally produces a low “tuft-lock” value (eg, a force that breaks the joint). Furthermore, the round bottom of the “U” is subject to rotation that can result in undesirable visible defects (see FIGS. 1B and 1C). FIG. 1C shows an example of the effect of such rotation on a “U” shaped tuftstring. The bottom of “U” tilts or tilts to one side when aligned with the ridge 105a on the surface of the substrate 105 with embedded reinforcing fibers. This form of rotation results in density variations in the final product. Another example of “U” shaped tuftstring rotation is during the insertion / joining process that rotates the tuftstring sideways when the tuft on one side of the “U” has a higher frictional resistance than the opposite tuft. It is an undesirable visible defect that occurs (see FIG. 1B). When this happens, one row of tufts is effectively longer while the other row is effectively shortened by the same incremental length. These linear variations or visible defects are referred to as “rowiness”.
[0006]
Further, if an adhesive is used to bond the “U” shape to the substrate, the top surface of the adhesive is generally above the reference plane 300 of FIG. 5B, thus changing unwanted performance (eg, pile pile). Decrease in softness) Adsorption of adhesive into the tuft may occur.
[0007]
Another disadvantage of the “U” shaped tuftstring is that the two yarn ends of the “U” shaped tuftstring have a fairly large gap between them when manufactured. This gap is reduced due to compression or interference from other tuft strings to other tufts when the tuft strings are placed in close proximity to other tuft strings. However, since some of the pile filaments may be separated such that they are not all in vertical alignment, this compression or interference may be a further source of density variation. Some filaments are guided towards and bonded to the substrate or otherwise entangled so that they are not part of the desired pile density.
[0008]
U.S. Pat. No. 6,057,049 to Mokhtar et al. Describes a pile "tuftstring" in which each tuftstring is manufactured by winding a thread around a mandrel on which a support strand moves. Is described. As the support strand moves, it carries the yarn “wrap” to the ultrasonic welder, which connects the yarn wrap to the support strand. The joined wrap is further conveyed to a slitter station, which cuts the wrap, thereby forming a tuftstring. The tuftstring includes two rows of upstanding legs or tufts that are joined to the support strand at their base. The Moktar et al. Yarn is a multifilament crimped bulky yarn preferably made from a thermoplastic polymer such as nylon or polypropylene. The support strand is also preferably a thermoplastic polymer so that when passed under an ultrasonic welder, the yarn and the support strand melt and form a bond therebetween.
[0009]
It would be desirable to have an elongated pile subassembly with high “tuft-lock” values, controlled wicking and vertical alignment. A low-cost, elongate pile subassembly that includes a bundle of fibers arranged to provide high density, can be manufactured by a simple, inexpensive method, and packaged or brushed Alternatively, there is also a need for a pile subassembly that is designed to be used directly as a feed for the manufacture of pile / bristle surface structures. There is also a need for a strong and reproducible elongated pile subassembly that can be packaged and handled in the manufacturing process. It is also desirable to have a guide device for joining the elongated pile subassembly to the substrate.
[0010]
[Patent Document 1]
International Publication No. 99/29949 Pamphlet
[Patent Document 2]
US Pat. No. 5,472,762
[Patent Document 3]
US Pat. No. 5,470,629
[Patent Document 4]
US Pat. No. 5,547,732
[Patent Document 5]
US Pat. No. 5,498,459
[Patent Document 6]
US Pat. No. 5,012,636
DISCLOSURE OF THE INVENTION
[Means for Solving the Problems]
[0011]
The elongated pile subassembly of the present invention comprises a continuous length support beam having a longitudinal axis, a uniform or substantially uniform cross-sectional size and shape, an outer peripheral surface, and a location on the surface of the support beam. A reference plane that touches or coincides with the location and a plurality of bundles of filaments secured to the support beam. The filament bundle has a long bundle segment on the opposite side of the short bundle segment end. Filaments on at least one bundle end (eg, long bundle segment end) define a pile forming tuft. Each bundle has a region where the filaments are closely packed together and generally joined together, and the bundle is preferably secured to the support beam at the location of the closely packed region.
[0012]
Briefly, according to one aspect of the invention, an elongated beam having a longitudinal axis, a substantially uniform cross-sectional size and shape, an outer peripheral surface, and a filament secured to the outer peripheral surface of the beam. At least one bundle, wherein the at least one bundle is on the beam at a location along the length of the bundle that divides the length into longer and shorter bundle segments on either side of the longitudinal axis. An elongated pile subassembly is provided that is fixed and wherein the longer bundle segments define a pile forming tuft.
[0013]
In accordance with another aspect of the present invention, there is a brush that includes a first brush body member and at least one elongate pile subassembly secured to the first brush body member.
[0014]
In accordance with another aspect of the invention, there is a pile or bristle surface structure that includes a substrate and an elongated pile subassembly secured to the substrate.
[0015]
20. At least one elongate pile subassembly according to any one of the preceding claims having at least one short bundle segment end extending outwardly from the same side as the guide groove according to another form of the invention. A guide used to join at least one elongate pile subassembly to the substrate, and a means for joining at least one shorter bundle segment end to the substrate. is there.
[0016]
In accordance with another aspect of the present invention, a method of using a guide to join an elongated pile subassembly to a substrate with a groove with a shorter bundle segment extending beyond the groove in the guide to the outer surface. Guiding the elongate pile subassembly, applying a joining means to at least one of the substrate and the shorter bundle segment, bringing the substrate and the shorter bundle segment into contact contact with each other, and over the groove Securing the extending shorter bundle segment to the substrate.
[0017]
The invention will be more fully understood from the following detailed description when considered in conjunction with the accompanying drawings in which:
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0018]
(Definition of terms)
The following definitions are provided as a reference consistent with how they are used in connection with the specification and the appended claims.
1. Beam or base string: A strand, string or cord made of one or more materials and having one or more distinct structural components each having its unique defined and identifiable shape. The beam or base string provides connectivity and support to the tuft attached thereto.
2. Bristle: A natural or man-made short and stiff fiber segment commonly referred to as having a diameter measured in several thousandths of an inch.
3. BCF or BCF yarn: a bulky continuous filament yarn; a textured continuous filament yarn commonly used in either carpet pile yarn or upholstery pile yarn.
4). Tuftstring: At least one of one or more filament yarns having a diameter, each reported in somewhat greater than a few thousandths of an inch (several mils) in denier, bonded to it beam.
5. Rooted tuftstring or elongated pile subassembly: A tuftstring in which a beam or base string divides a long bundle segment from a short bundle segment. Short bundle segments, also referred to as “roots,” are unbonded yarn fibers that bind the tuftstring to a substrate (ie, another article or support material). The long bundle segments are unbonded yarn fibers that form tuftstring piles or bristle ends.
6). Denier: 9000 meter gram mass of fiber, filament, or yarn.
7). Fiber: Textile raw material generally characterized by a high ratio of flexibility, fineness and length to thickness.
8). Filament: An infinite length of fiber.
9. Filament yarn: Usually a continuous filament. A yarn consisting of one or more filaments measured in deniers that essentially span the entire length of the yarn.
10. Yarn: A product of considerable length and relatively small cross-section consisting of twisted or untwisted fibers and / or filaments.
[0019]
The rooted tuftstring of the present invention may be understood from a general description of how it is manufactured. The method includes the steps of feeding a bundle of continuous filaments under tension along the center of rotation of an eccentric guide and rotating the guide to wrap the bundle of filaments around a support having a plurality of elongated ridges. Forming a series of wraps or flights of continuous length bundles of filaments wrapping the support, and a bundle of filaments formed by the support and wrapping process along at least one of the ridges on the support. Providing a beam by supplying a continuous strand of material between the flights, joining the filaments in the bundle together, fixing the bundle of filaments to the beam, and cutting the flight of the bundle of filaments Forming an elongated pile subassembly and advancing the elongated pile subassembly for further processing. As examples of the above method of forming a “U” shaped tuftstring, reference is made to (Patent Document 4), (Patent Document 1) and (Patent Document 5), the contents of which are incorporated herein by reference. . However, in the present invention, the above prior art references are distinguished from the present invention in the cutting process to produce a rooted tuftstring. A characteristic difference in the present invention is the position of the rotating slitter knife relative to the spliced beam (eg base string). In the above-referenced patent, the slitter is arranged to form two tufts of substantially equal length from one continuous yarn segment. In the present invention, a slitter, or beam joining location, or both, can be used with a first bundle of filament segments for use as a pile surface, a cloth or other such that the first segment is generally longer than the second segment. The position is changed to produce a tuftstring having a second bundle of filament segments for use in securing the tuftstring to the support structure (see FIGS. 9A and 9B). The above references are examples of mechanical methods that can produce tuftstrings with an improved cutting process, but are not exhaustive. There are various mechanical methods that can be applied to the production of the rooted tuftstring of the present invention.
[0020]
In a “U” shaped tuftstring (see FIG. 1A), the bundle of filaments is cut such that the base string 101 is substantially equidistant from the cut end of each bundle segment of the tuftstring 108. In FIG. 1A, the “U” shaped tuftstring 108 has equal bundle segment lengths 109 a and 109 b on either side of the base string 101. The tuftstring 108 is joined to the adhesive backing 107 at the 6 o'clock position 101a. A disadvantage of the “U” shaped tuftstring method is that the bundle segment lengths 109a and 109b may appear to be irregular when assembled with other “U” shaped tuftstrings (see 1B and 1C). See This can happen in various ways. For example, the base of a “U” shaped tuftstring may roll or rotate when it is guided and secured to the backing. More friction on the bundle segment 109b than on the bundle segment 109a will, for example, generate torque and cause the “U” shaped tuftstring to rotate counterclockwise as indicated by arrow 103a (see FIG. 1B). ) Another cause can be attributed to a substrate surface that is not flat, as in the case where reinforcing fibers are present and create a crease 105a on the surface. Referring to FIG. 1C, if the first side 109a of the “U” shaped tuftstring contacts the substrate surface before the second side 109b, the torque force is re-established, at which time the speed or motion is relative to the plane of the substrate. It makes a right angle and the tuftstring can be rotated or tilted. The tilt effect shown in FIG. 1C creates a space 132 between the tufts that creates undesirable spacing defects or at least results in density variations in the final pile.
[0021]
The present invention (see FIGS. 2A, 2B, 3A, and 4) allows tuftstrings and multiple tuftstrings to be brought together (e.g., as in carpets), particularly when adhesives are used as bonding agents. Utilizes an improved tuftstring that improves the bond strength between the substrates used to bond. Thus, the present invention (eg, the long bundle side 126 of fiber segments and the short bundle side 127, 128, 129 of fiber segments) eliminates the need to fold the yarn tuft into a conventional “U” formation. The long bundle segments 126 are arranged together as a continuous row of long bundle segments in an orientation appropriate for the functional value, while the short bundle segments 127, 128, or 129 are similar to adhesives or ultrasonic or solvent bonds. Other means are used to secure the elongated pile subassembly 125 to the backing substrate.
[0022]
In the present invention, the yarn used in the elongated pile subassembly 125 (see FIG. 2A) is a multifilament in which the filaments are typically “connected” to each other. The filaments are “connected” in that they are twisted at a level of at least about 1 revolution / inch to provide filament interlaces that enhance bonding (especially ultrasonic bonding), or the filaments are woven or knitted to provide crossing May be. The yarn may also include two or more strands of multifilaments that are twisted together. The twist may be a “true” S or Z strand and twist, or a reverse twist with alternating S and Z strands and twist, with joints in the twist and strand twist reversals. Preferably, the reverse twist yarn has a bond in the twisted yarn before reversing the twist, as described in US Pat. One such yarn is preferably made from crimped bulky heat treated filaments and is generally used as carpet yarn. The filaments of the yarn may have various cross sections that may be hollow, and may contain antistatic agents and the like. The yarn may have an applied finish that aids in ultrasonic bonding. In certain preferred embodiments, the yarn may be a multifilament, crimped, bulky, twisted yarn that has been heat set to maintain the twist.
[0023]
In other applications where a velor surface is preferred, such as in automotive floor finishes and paint rollers, another type of yarn is preferred. Such yarns include those in which multifilaments of BCF yarns are loosely entangled and not heat treated. For automotive or other transportation applications, a rooted tuftstring (ie, an elongated pile subassembly) is twisted to form individual long bundle segments as described in US Pat. Preferably made from unspun, untwisted or otherwise entangled BCF single yarn.
[0024]
When forming a rooted tuftstring using an ultrasonic bonding method, the yarn (preferably made from a thermoplastic polymer having the same composition as the beam) achieves a high bond strength to the beam of yarn bundles. . In some ultrasonic bonding applications, the yarn and beam can be of different compositions and still achieve sufficient bonding between the two. One such example is nylon yarn bonded to a polypropylene beam. It is further noted that using the same composition for the beam and yarn in bonding methods other than ultrasonic bonding provides high bonding strength and avoids the need for adhesives. However, full bonding with bonding methods other than ultrasound of different compositions for yarns and beams is also reasonable.
[0025]
When bonding yarns to a beam using an adhesive method, the yarn and beam composition is selected depending on the range of suitable materials that the adhesive can bond, or the selection of the yarn and beam composition. The adhesive is selected according to the above. It is important that the bond between the yarn and the beam is sufficient to deliver the yarn to the support structure without loss of the yarn segment or individual fibers from the yarn segment. Once the short segment fibers are bonded to the substrate, the bond strength between the beam and the yarn bundle becomes less important.
[0026]
In the present invention, the yarn typically includes a mixture of two or more thereof, a polyolefin such as polyamide, polyethylene or polypropylene, a polyester, a fluoropolymer, a polyurethane, a polyvinyl chloride, a polyvinylidene chloride, or a styrenic polymer. Alternatively, a thermoplastic polymer such as a copolymer. Polypropylene or polyamide such as nylon 6, nylon 11, nylon 6,6, nylon 6,10, nylon 10,10, nylon 6,12 is preferred. Alternatively, the yarn may be a poly (aryl ether ketone) or polyaramid or meta-aramid that can be joined by solvent, ultrasound, or heat.
[0027]
Beams useful in elongate pile subassemblies may have various cross-sectional shapes such as square, rectangular, elliptical, oval, circular, triangular, multi-lobed, flat ribbon-like. The beam must be bondable to the yarn and has sufficient stretch stability that the bond is not exposed to excessive stress due to excessive beam stretching or its tensile strength. The beam must provide sufficient stability to the pile subassembly so that it can be handled for its intended use, such as the manufacture of brushes or flooring articles such as carpets or rugs. . The beam may be a monofilament, a composite structure, a sheath / core structure, a reinforcing structure, or a twisted multifilament structure. The beam is preferably made from a thermoplastic polymer so that the yarn beam can be joined without the use of an adhesive. The beam is more preferably a polymer having a molecular structure oriented in the stretched direction and having a low dimensional change in the orientation direction due to an increase or decrease in moisture or a modest temperature change. One material for use as a support beam is a monofilament nylon polymer, such as Tynex® manufactured by the present applicant. Other materials for use as support beams include polypropylene and polyethylene. In some applications, one or more of the polymers named above can be combined, such as by coextrusion, to form a bicomponent beam.
[0028]
Filament manufacturing may be accomplished through the use of an extruder, and numerous variations of extruders such as twin screw extruders are available from manufacturers such as Werner and Pfleiderer . The polymer in the form of granules is fed into the extruder from the feeder either by volume or by weight. The slip agent is fed from a separate feeder through the side arm port into the extruder and blended with the polymer in the extruder at a temperature of 150-285 ° C. Alternatively, the slip agent can be pre-blended or pre-blended with the polymer so that a separate delivery system is not required. The polymer and slip agent are mixed as a melt in an extruder and the resulting composition is then metered into a spin pack having a die plate. The composition is filtered and filaments of various shapes and sizes are produced by extrusion through the holes in the die plate.
[0029]
Similar to the support beam discussed above, the filaments from which the filament bundles are prepared have various cross-sectional shapes, for example, as determined by the shape of the die plate orifice when manufacturing is by extrusion. May be. Shapes include, but are not limited to, circular, oval, rectangular, triangular, or any regular polygon, or the filament or beam (discussed above) may be an irregular non-circular shape. . Furthermore, the filament or beam may be hollow, hollow or contain multiple longitudinal voids in its cross section. Each run of the extruder can produce any combination of cross-sectional shapes by using die plates with various shapes of holes. By changing the size of the hole in the die plate, one or more diameter filaments or beams may be manufactured simultaneously. Alternatively, the filaments and / or beams used in the present invention may be produced by solution spinning.
[0030]
Another form of the invention involves the use of filaments and / or beams having a sheath / core structure. The sheath surrounds the core in a coaxial or concentric configuration. The polymer used for the core and sheath may be the same or different. If dissimilar polymers are used, the properties of the polymers must be such that they can be coextruded, stretched to scale and wound onto a spool. Nylon 6 and 6 are preferred as the sheath material. Sheath / core filaments or beams are typically manufactured by coextrusion using two extruders that share a common spin pack. The polymer used to make the core is sent from the first extruder to the center of the spinning plate hole, and the composition used to make the sheath is sent from the second extruder to the outside of the spinning plate hole.
[0031]
Yarn sheath / core filaments, or filament shaped beams, made from two or more sources of flowable polymer or polymer composition as described above are made from a single source of flowable polymer composition. It may be distinguished from the filament to be made. Such single source filaments may be referred to as single composition monofilaments. For the beam, the filament used in the present invention may be either a multicomponent monofilament or a single component monofilament, with a single component monofilament being preferred.
[0032]
Filaments for use in filament bundles in the present invention are about 1 mil or more, preferably about 2 mils or more, most preferably about 2.5 mils or more, as determined by the diameter of the smallest circle circumscribing it. Still further, it has a diameter or maximum cross-sectional dimension of about 15 mils or less, preferably 10 mils or less, more preferably about 5 mils or less. (The mill is 0.025 mm.)
[0033]
A filament or beam for use in the present invention contains a filler, colorant, stabilizer, plasticizer or antioxidant, or a polymer composition as described above containing a mixture of two or more thereof Or may be prepared with a surface coating.
[0034]
Reference is now made to FIGS. 2A-4 which show different end views and an encapsulated embodiment of the elongate pile subassembly of the present invention, or the “root” end of a rooted tuftstring 125. FIG. 2 shows an end elevation view of the elongated pile subassembly with the short filament bundle segment 127 penetrating the adhesive 117 and the backing substrate 115. FIG. 3A shows an end elevation view of an elongated pile subassembly in which the short filament bundle segment 127 has a flare penetration 128 of adhesive 117 and backing substrate 115. FIG. 4 shows an end elevation view of an elongated pile subassembly in which the short filament bundle segment 127 has surface flaring 129 in the adhesive 117. In FIGS. 2A-4, the short filament bundle fibers are fully encapsulated for strong anchoring of the elongated pile subassembly 125. Another variation not shown is that all the roots 127 in FIG. 2 are horizontally located on one side.
[0035]
Continuing with reference to FIGS. 2A-4, the ultimate location of the tuftstring root depends primarily on the properties of the substrate and the stiffness of the root filament. A non-woven nonwoven substrate will readily allow the root to penetrate the fabric structure without much deflection of the root as shown in FIG. 2A. A tightly woven fabric provides more resistance and deflects more of the roots as it enters the fabric as depicted in FIGS. 3A and 3B. Highly dense nonwovens such as Tyvek® or non-hollow sheets such as extruded thermoplastic structures prevent penetration by the filament roots into the substrate structure, FIG. Will result in complete deflection 129 of the short segment fibers 127 as shown in FIG.
[0036]
Still referring to FIG. 5A, FIG. 5A shows a plurality of bundles 154 of filaments as a thread secured to the support beam 119 at a position 73 on its outer peripheral surface. The longer bundle segment 126 of the elongated pile subassembly 125 defines a pile forming tuft. The shorter bundle segment 127 of the elongated pile subassembly 125 defines a rooting tuft.
[0037]
Still referring to FIG. 2A, FIG. 2A shows an elongated pile subassembly 125. Filament bundles 154 are joined to beam 119 to form an elongated pile subassembly. Filament bundle 154 has a tightly packed region 162 along its length, where the filaments are generally joined together and where the bundle is secured to support beam 119.
[0038]
Referring again to FIG. 5A, the support beam 119 has a uniform or substantially uniform cross-sectional size and shape, and an outer peripheral surface 133. A closely packed region 162 (FIGS. 2A-4) along the length of the elongated pile subassembly 154 where the filaments are joined together is secured to the outer peripheral surface 133 of the support beam 119 which is parallel and adjacent thereto. The bundle of filaments 154 is fixed to the outer peripheral surface 133 (perpendicular to the reference plane 71) of the beam from all ends of the close-packed region 162, or from a substantial portion to the end. Filaments that are substantially straight and thus have opposite ends 202 and 204 are contained within a bundle 154 of filaments. The opposite end of the filament defines the bundle length. The bundle 154 is positioned along the length of the bundle 119 at a position along the length of the bundle that divides the length into a longer bundle segment 126 having a longer length and a shorter bundle segment 127 having a shorter length. Fixed to the beam on either side of the axis 140.
[0039]
The longer bundle segment 126 contains longer filament segments, and the longer bundle segment length is contained in the longer bundle segment from the position that splits the filament bundle 154 into longer and shorter bundle segments. Measured to the end 202 of the longer filament segment. The longer bundle segment 126 is pile forming at the cut end 202 of the longer filament segment. The shorter bundle segment 127 contains shorter filament segments, the shorter bundle segment length from the position dividing the filament bundle into longer and shorter bundle segments. Measured up to. The usable portion of the longer bundle segment 126 and shorter bundle segment 127 is on the opposite side of the dense bundle region 125 of the filament bundle. Shorter filament segments are substantial in that they secure the tuft, particularly when the pile subassembly is used to manufacture brushes, pile surface structures or other articles as described herein. Define “roots” with usefulness.
[0040]
The length of the shorter bundle segment 127 (FIG. 2A) is preferably no more than about 90 percent of the length of the longer bundle segment 126. However, in other embodiments, the length of the shorter bundle segment is less than about 75 percent, less than about 50 percent, less than about 25 percent, less than about 10 percent, or less than the length of the longer bundle segment, if desired. It may be about 5 percent or less. The shorter bundle segment length is preferably greater than about 10 percent of the beam width. For example, if the beam width is 200 mils, the roots need to be longer than 20 mils. (It is further noted that the longer the short bundle segment 127 when bonded to the substrate, the more secure the elongate pile subassembly 125 is secured). The width of the beam is the following quantity: (i) of the cross-sectional area of the beam, measured parallel to the reference plane 71, perpendicular to and through the longitudinal axis of the beam, for example as shown in FIG. 5A. End-to-end distance 74, (ii) diameter of the smallest circle completely circumscribing the cross-sectional area of the beam, or (iii) longer of the two dimensions of the rectangle in the case of a cross-section of the beam that is a regular rectangle Defined as the smallest of the two. However, in further embodiments, the length of the shorter bundle segment may exceed about 55%, about 60%, about 75%, or about 100% of the beam width, if desired.
[0041]
Six test samples of rooted tuft strings were tested for bond strength using an Instron (Model # 1125). The rooted tuftstring sample was 1.00 inches long with a short segment length of 0.090 inches and a long segment length of 0.265 inches. Two test cells that were used repeatedly were made with the following cavity dimensions (length 1.00 inch x width 0.185 inch and depth 0.25 inch) to contain the adhesive. Etch. A. A hot melt adhesive of Profax polypropylene PF611CT sold by the Hanna Company was used. The test cell was heated and filled with Profax polypropylene PF611CT adhesive. The rooted tuftstring sample was placed in the test cell so that only short segment fibers were below the surface of the adhesive melt. The rooted tuftstring, adhesive and cell were then allowed to cool to room temperature before testing for bond strength. An Instron clamp device was securely fastened to the test cell and the other to the long segment fiber of the rooted tuftstring. An Instron test instrument was used to detect the peak force applied to the clamp at the moment of root breakage. The goal of these tests was for the rooted tuftstring to have a bond strength greater than 15 pounds. In tests following the test, there was no bond breakage observed between the short segment fibers in the test cell and the solid adhesive resin. The type of failure observed is 1) between the adhesive that is the most common failure and the test cell wall, and 2) the remaining failure is the yarn fiber that is broken near the bond between the yarn fiber and the beam. Met. All failure of the adhesive-test cell and of the yarn fibers occurred at tensions in excess of 45 pounds. These results far exceeded the minimum desired goal of 15 pounds.
[0042]
It is important to understand that the “root” of each yarn bundle is in three-dimensional space when fixed in the substrate. For example, FIG. 4 shows a root extending left or right of the bundle vertical center in this end view. Although this orientation 129 of the short bundle segment 127 can occur, they more likely extend 360 degrees from the vertical center of the bundle 125 in a plane parallel to and below the reference plane 71 of FIG. 5A. In FIGS. 2B and 3A, the roots extend in a conical shape below the reference plane 71 (FIG. 5A), each having a central vertical axis that generally contacts or coincides with the vertical bundle outer peripheral surface of the beam. . 2B is a narrow cone, while FIG. 3A is more hemispherical.
[0043]
In an embodiment of the invention, FIG. 5A shows an elongated pile subassembly in which a bundle of filaments is secured to a support beam 119, which is accomplished by ultrasonic bonding or other methods. The filaments of the short bundle segment 127 are used as anchoring points for the elongated pile subassembly 125. In comparison, the prior art “U” shaped tuftstring utilizes the dense portion 101a of the filament bundle (see FIG. 1a) and the bond line formed between the support strand and the yarn bundle as the anchoring surface. . This zone has the properties of a solid mass, and as such, the only surface available for adhesive bonding is the outer peripheral surface of the yarn / strand mass. This is a limiting characteristic of the prior “U” shape technology. In contrast, the short bundle segment 127 (FIG. 2B) of the present invention has a substantial surface area due to the “root” (eg, the fibers of the short bundle segment), which results in anchoring the filament bundle in the adhesive medium 117. . In the present invention, the root is a filament segment extending in the opposite direction of the segment that is connected to the pile forming filament segment. The short filament segment or the proximal end of the root is bonded to the beam and is thus fixed in place and has a limited surface area in that regard. However, the remaining length of the short filament segment root can and provides a considerable surface area. In the simplest case where the filament cross-section is circular, the surface area is simply the surface area of a cylinder.
[0044]
A comparison by example of the surface area of the “U” shaped tuftstring versus the surface area of the rooted tuftstring of the present invention clearly shows the benefits of the present invention. For example, if both a “U” shaped tuftstring and a rooted tuftstring are formed using a 28 mil beam and a 1500 denier twin yarn joined to the beam, the adhesive joint surface area of the “U” shaped tuftstring is: For rooted tuftstrings having 0.060 square inches per inch of tuftstring but 0.063 inch long short segment fibers and 11 tufts per inch, the surface area is per inch of tuftstring It can be seen that it is 0.864 square inches. This is a 1.340 percent increase in the surface area available for the adhesive to join.
[0045]
Furthermore, these unconstrained distal filament ends of the short segment fibers interact with the (fibrous) structure of the substrate for additional bond strength, as shown in FIG. 3B, and 121 can be entangled. The fibrous “root” of the present invention is encapsulated in an adhesive medium and mechanically locked when it solidifies. This mechanical bonding replaces the need for strong chemical or thermal bonding to secure the tuftstring to the support substrate, and as a result greatly expands the opportunity to use lower cost, environmentally friendly adhesives. .
[0046]
Referring to FIGS. 2B-4, the filaments of the short bundle segment 127 act as a core and draw the adhesive into the void space between the filaments, creating a matrix structure as seen in resin composite structures. The dense portion 162 of the filament limits the movement of adhesive that migrates up into the long bundle segment 126 by forming a barrier zone. In this embodiment, the opposite ends 202, 204 of the filaments define the bundle length. This bundle includes longer and shorter bundle segments, characteristics associated with the length of longer and shorter bundle segments, and shorter filament segments when bonded to a support substrate, as described above. And various orientations 128 and 129.
[0047]
If yarns with strong interconnections between the filaments are used, the roots should be such that the short segment fibers can be better dispersed into the adhesive and support substrate with minimal filament-filament entanglement. It may be preferable to “put a comb” into a short segment of a tufted string with a mark.
[0048]
Additional features of the bundle of filaments utilized in the elongated pile subassembly of the present invention include: (1) at least one bundle (a) on one side of the location having a first stiffness where the bundle is secured to the beam; It is divided into a first segment including a first filament segment and (b) a second segment including a second filament segment on the other side of the location having a second stiffness. The change in filament stiffness is proportional to the fourth power of the effective cross-sectional area and the third power of the length. Thus, for a given diameter, the relative stiffness will decrease by 87.5% when the unrestricted length is doubled, assuming no interaction with adjacent filaments. As a result, the stiffness of short segment bundles can be slightly higher or orders of magnitude stiffer than longer segment bundles, depending solely on the length ratio.
[0049]
Depending on the product to be manufactured from the rooted tuftstring, the length of the short segment is selected based on these properties such as stiffness and bond strength to the substrate. Longer short segment fibers have a reduced stiffness, and are therefore more “matte” as shown in FIG. Shorter short segment fibers will be stiffer and will have a greater chance of drilling holes in the surface of the support substrate as shown in FIG. As mentioned earlier, fiber filament denier also affects the extent to which the fiber punctures and penetrates into the substrate. Longer short segment fibers may entangle with adjacent rooted tuftstrings and thus share joint force with adjacent tuftstrings (see FIG. 3B). However, the desired length of short segment fibers is limited. At a certain length, as determined by composition, cross-section, shape, etc., the bond strength of the root can exceed the break strength of the fibers in the dense part of the rooted tuftstring. Therefore, unless the goal is to strengthen the substrate material, there is no value in increasing the root length. Cost is also a consideration here. As the short segment fiber length increases, the raw material costs increase as well. The optimum length can be selected based on the selected material and a test that ensures sufficient bond strength in the desired cost range.
[0050]
Since the feed yarn is wrapped around the mandrel, the beam is placed in a preferred position between the feed yarn and the mandrel (as described in US Pat. However, in an alternative embodiment, the beam can be secured to the yarn wrap or flight so that the wrap is positioned between the beam 119 and the mandrel. The properties of the close-packed junction region remain the same as described with respect to FIG. 2A.
[0051]
The unique geometry of the pile subassembly is described below and is shown "normalized" by expressing dimensional features as a ratio to free yarn bundle diameter. The yarn bundle diameter is a parameter related to the ability of the yarn to cover the surface in an efficient manner in the manufactured article. For measurement reproducibility, the yarn bundle diameter is 1 inch long of longer bundle segments far away from the cut end to avoid ambiguity that may cause flaring of the cut end when making measurements. The unstretched average diameter of the straightened portion. The yarn bundle diameter can be measured with good reproducibility using an optical comparator such as a “Qualifier 30” manufactured by a microscope with a grid line or an Opticom. FIG. 6 shows a diagram of the yarn in the qualifier 30. The top surface of a flat block 181 in which a 1 inch piece of straight thread without cut flare (which may be straightened with very low tension that does not compress the thread somewhat) is placed in the optical path of the comparator. Placed in. At 20 × magnification, the sample 182 is aligned with a horizontal line 184 on the comparator screen that passes through the peaks and valleys along the sample edge to define the average edge position. The line is moved to the opposite average edge of the yarn at position 186 and the distance moved 188 is recorded as the average “diameter” of the 1 inch long sample. This may be repeated with several samples of the feed yarn to further average the “diameter”. If there are bundles of different diameters along the beam, the bundle diameter will be the average diameter of all the bundle diameters along the representative length where the pattern of different diameters repeats. The yarn bundle diameter may be about 0.114 inches, preferably 0.020 inches to 0.150 inches.
[0052]
As mentioned earlier, the present invention is applicable to both single yarns and twisted / twisted yarns. A single yarn is an untwisted or highly entangled bundle of fibers. There is a “leveling” of loosely entangled filaments of single yarn by an ultrasonic horn in the joining process, which tends to average and redistribute the filaments. The relationship between bundles along the support beam is defined by the pitch, which is the distance between the bundles along the support beam, for the yarn, by the width of the support beam, and by the bundle diameter. Single yarns do not have a distinguishable P / D ratio.
[0053]
The bundle pitch / bundle diameter ratio (P / D ratio) represents the distance (pitch) between adjacent bundles of yarns placed along the length of the support beam compared to the yarn bundle diameter. The unique method of the present invention gives the product a much tighter bundle distribution along the beam than other elongate pile articles taught in the art. When the yarn is wound on the support beam, at least three ways to achieve a high density of bundles on the beam: 1) the pitch is reduced when the narrowed yarn is placed adjacent to each other along the beam There is a method of applying sufficient tension to the yarn bundle to reduce the diameter so that it is smaller than the free non-stretched bundle diameter, 2) a method of winding a multilayer of yarn bundles on the beam, and 3) the first two combinations. .
[0054]
In contrast to prior art “U” shaped tuftstrings, the P / D ratio for rooted tuftstrings is generally twice that of “U” shaped tuftstrings to achieve the same pile density ( 2x). Since the second shorter segment of the fiber bundle is used to bond the rooted tuftstring to the support substrate, it is a pile for the exposed surface as when using a “U” shaped tuftstring. Not available as. Doubling the pitch to achieve the desired density provides roots with a density that is commensurate with ensuring high bond strength in the rooted tuftstring.
[0055]
The P / D ratio can be better understood with reference to FIGS. The yarn bundle is joined to the opposite side of the beam 119 shown as simplified tufts 205a, 206a, and 208a. The simplified tuft is joined to the beam at the tightly packed region 162. Simplified rooted ends 205b, 206b, and 208b are shown extending past the beam. The bundle pitch “P” along the beam 119 is best understood with reference to FIG. 7 and seeing the tangent center-to-center spacing, ie, the pitch 210 between the tight junctions of adjacent bundles. Since the tuft end is somewhat free to move around, it is preferable to measure the pitch here instead of the tuft end. The bundle diameter “D” is represented by the end-to-end distance of the unstretched bundle, ie the diameter 75. Since some local variation should be expected, the pitch may have to be averaged along an inch length to obtain a representative number.
[0056]
FIG. 8 shows how the pitch is measured when there are multiple layers of bundles along beam 119 and how the simplified root portions of the bundle joint may overlap each other. Show. Bundle tufts, such as 205a, 206a, 214a, and 215a, are shown above the beam 119, and overlapping dense roots of bundle junctions for these bundles, such as 205b, 206b, 214b, and 215b, respectively. The marked end portion is shown below the beam 119. Pitch “P” is the distance between adjacent dense portions 162 of a bundle placed continuously along the beam at pitch 210. Again, the number of bundle joints along the 1 inch portion may need to be averaged to obtain a representative number of “P”. If there are different diameter bundles along the beam, possibly changing the pitch significantly, the pitch will be an average represented by the reciprocal of the number of bundles per representative length with different diameter patterns repeated. The bundle pitch may be about 0.033 inches, preferably about 0.015 to 0.150 inches. The P / D ratio may be about 0.30, preferably about 0.1 to 7.5.
[0057]
The width of the support beam is for the following reasons: 1) It must have an outer perimeter that is large enough to allow the use of a rooted tuftstring guide assembly (FIGS. 16 and 17) And 2) because it is too wide it causes the spacing between adjacent pile subassemblies to be excessive so that a dense arrangement of yarn tufts in the manufactured article cannot be achieved. These are important parameters in the present invention. Although other cross-sectional shapes may also be useful, rectangular beams have several advantages and are preferred. The vertical sides to which the yarn filaments are joined have a surface that is larger than, for example, the intersection of the yarn and the tangent surface of the circular or oval beam. The flat top and bottom surfaces are useful in vertically aligning the pile segments. The flat top surface of the beam, pressed against the slightly larger flat surface of the guide assembly, works in harmony with the slot used to pass the long filament segment and is rooted when it is processed with the backing substrate. Prevents the tuftstring from rotating. The horizontal flat bottom side of the beam provides a stable surface as opposed to a curved surface such as a curved surface of a circular or oval beam. The beam width is preferably between 0.010 and 0.70 inches.
[0058]
Important in certain embodiments, there are structural features related to the manner in which the bundle of filaments, or yarns, is joined to the beam 119 in the tightly packed region 162. A continuous filament inside each of the yarn bundles fixed to the beam and further fixed to the substrate ensures a high probability of capture and high bond strength for each individual fiber. However, it was found that when an appropriate adhesive was selected, the higher strength was for the adhesive and not for the beam. The rooted tuftstrings of the present invention minimize fuzz (eg, loose fibers released from the pile article due to breakage) for the reasons described above.
[0059]
Although the present invention has been described above as being performed on an automated device, alternative embodiments of the present invention can be performed by manual methods or any other suitable method. Still referring to FIGS. 9A and 9B, the supply yarn 20 is wrapped around a thin rectangular mandrel 282, for example, with a support beam 119 taped or otherwise held in place along the grooves 288 and 290. Can be wrapped by hand. After the supply yarn 20 is in place, the ultrasonic horn 292 can be passed along the yarn wrapped around the grooves 288 and 290 to join the yarn to the beam 119. The yarn can then be cut by a cutter or slitter 294 at a predetermined location on either side of the mandrel, near the beam 119. For greater efficiency and speed, the slitter is placed above the beam in groove 288 and below beam 119 in groove 290 (see FIG. 9B) or vice versa as shown in FIG. 9A. May be. In this way, the two elongated pile subassemblies are easily manufactured. In the first elongated pile subassembly, a short bundle segment associated with groove 288 is cut by slitter 294 at the upper end of beam 119. The long bundle segment of the rooted tuftstring would be the portion that extends from the beam 119 in the groove 288 to the slitter 293 located below the beam 119 in the groove 290 of FIG. 9B. The remaining slit yarn separated from the first elongate pile subassembly forms a second elongate pile subassembly. If only one rooted tuftstring assembly is desired, the second beam and slitter are removed along the glance. The mandrel can have a length 296 that is the same width as the carpet or article for which the rooted tuftstring is to be used.
[0060]
To assist in wrapping the yarn, the mandrel may be mounted in a rotatable chuck and the yarn moved along the rotating mandrel. A moving crosshead lathe may be used effectively to place the yarn on the mandrel. In the most general sense, the product can also be produced by placing a pre-cut bundle on one side of the mandrel beam and groove at a time and joining the bundle so that no lapping process is required.
[0061]
One method of manufacturing the elongated pile subassembly of the present invention includes contacting the elongated support beam with a plurality of bundles of filaments at locations along the outer periphery of the beam, and bringing both filaments together (the filaments are joined together). Forming a dense portion in the bundle) and joining the beam at a location along the beam. In the present invention, one method of joining the feed yarn to the beam is to use an ultrasonic drive device such as a Dukane Model 40A351 power supply capable of 350 Watts at 40 KHz coupled to a Dukane 41C28 transducer. Accompanied by. A Dukane booster may also be used. Bonding methods other than ultrasonic bonding may also be used to form dense portions of the bundle by securing the filaments to each other and to the beam. Such means may be solvent bonding or heat bonding with, for example, a hot rod, or a combination of solvent bonding, conductive bonding, and ultrasonic bonding. Alternatively, an adhesive may be introduced where the bundle is secured to the beam to form an adhesive bond between the bundle and the beam.
[0062]
The elongated pile subassembly of the present invention produces secondary processed articles such as floor coverings, pile surface structures such as paint brush rollers, or brush surface structures such as toothbrushes, buffing wheels, etc. May be used to The brush may be manufactured in various structures with or without a handle. The elongated pile subassembly of the present invention may be used to form a pile brush finish. A pile brush finish is a portion of a brush that may be used, for example, to apply or remove liquid material, or to change the surface by applying or removing liquid material. The pile brush finish on the brush may generally be flat in shape, or it may take other shapes, such as a generally cylindrical shape.
[0063]
Roller brushes used for activities such as paint application are typically examples of brushes having a cylindrical pile brush finish. A roller brush case may be illustrated as in FIGS. 10 and 11 showing a roller brush 310 having a pile cover 312 such as a brushed surface mounted on a hollow core 314, for example. The hollow core 314 can have any suitable shape, such as cylindrical or oval, depending on the application. The pile cover 312 is manufactured from at least one elongated pile subassembly 125 (FIG. 2A) having a support beam 119. The elongated pile subassembly 125 has at least one bundle of threads secured to the support beam 119, where a longer bundle segment 126 defines a pile forming tuft, as shown in FIG. 2A. The roller brush core is typically rotatable about a handle member not shown.
[0064]
With continued reference to FIGS. 10 and 11, the pile cover 312 is formed by securing one or more pile subassemblies to the outer surface of the core 314. In a preferred embodiment, one or more pile subassemblies are continuously wrapped in a spiral around the outer surface of the core 314. However, alternatively, the elongated pile subassembly is an array in which the elongated pile subassemblies are longitudinal, i.e., parallel to the core centerline axis, or it circles about the longitudinal axis along the circumference of the core. It may be mounted on the core 314 in a drawing arrangement or in some other variation of such an arrangement as described. The elongated pile subassemblies may be secured to the core in a parallel arrangement with one another.
[0065]
The elongated pile subassembly 125 (see FIG. 4) includes an adhesive binder that is applied to the outer surface of the core 314 just prior to wrapping or otherwise attaching the pile subassembly to the core. It is secured to the core 314 by any suitable joining means. Chemical or thermal bonding methods may also be used, however, in addition to other mechanical binders, such as anchors disposed at opposite ends of the core 314, or hook and loop lock systems. If a thermal bonding method is used, it is preferred that the core and / or elongated pile subassembly, or both, be prepared from a polymeric material. Part of the core and / or part of the elongated pile subassembly, or part of both, may then be softened by inducing their temperature above the melting or glass transition temperature of the polymer material. . At temperatures above the melting or glass transition temperature, the softened polymeric material will flow to create a zone of polymer flow. The elevated temperature that results in polymer flow may be by radiant or conductive heating means, but may preferably be achieved by ultrasonic energy. The polymer material from which the core is manufactured then flows and contacts the elongated pile subassembly, or the polymer material from which the elongated pile subassembly is manufactured flows and contacts the core, or both The flowing polymeric materials become welded and fixed at the point of contact after they cool and regain their solid state. As an alternative to elevated temperatures, the zone of polymer flow may be created by application of a suitable solvent to any component that has been fabricated from the polymer material.
[0066]
The core 314 may be prepared from a polymeric material as described above, or may be prepared from paper and resin coated with an adhesive. The core 314 can also include a spiral roll of resin impregnated paper to which an adhesive and fabric have been applied to form a continuous profile.
[0067]
In one embodiment, the pile-coated fabric is prepared at least in part from a material having a surface with pores, perforations or openings, such as a screen, mesh or mesh-like material. In such an embodiment, the shorter bundle segment 127 of the elongated pile subassembly may be secured to the fabric mesh, which is accomplished by positioning the filament segments in the shorter bundle segment to penetrate the mesh-like material. be able to. The pile-coated fabric is then bonded to the core. However, in other embodiments, the shorter bundle segment of the elongated pile subassembly may be secured to the surface of the core, or the elongated pile subassembly may be a bond between the core and the support beam, or the core And a shorter bundle segment and a support beam may be secured to the core by a joint. In these embodiments, the shorter filament segment becomes the point of contact for the application of adhesive between the substrate and the elongated pile subassembly and adheres between the substrate and the shorter filament segment. The bond may form or the shorter filament segment may be at or in contact with the zone of polymer flow. The shorter filament segments act as roots in these embodiments, ensuring a solid bond between the elongated pile subassembly and the substrate.
[0068]
Referring to FIG. 12, the elongated pile subassemblies 424, 426, 428, 430 are secured to the backing tape 440 by hot melt adhesive at the interface of the tape and shorter bundle segments and / or the support beam of each elongated pile subassembly. Another embodiment of the present invention is shown. When the elongated pile subassembly is spirally wrapped around the core 442 (FIG. 14) as described in US Pat. No. 6,057,049, the tape 440 has a tangent or adjacent wrap on the wrap. The elongated pile subassemblies from opposite sides of the tape are adjacent to each other, ie, after one flight or wrap of the tape, the elongated pile subassembly 424 is adjacent to the elongated pile subassembly 430 (( See Patent Document 4)). FIG. 13 shows the joining of short segment fibers to a support fabric without the action of an adhesive, such as when ultrasonic energy is used.
[0069]
Another use of the elongated pile subassembly in accordance with the present invention is to produce pile surface structures. Pile / brush surface structures are further secondary processed into various articles such as door panels, headliners, floor mats or trunk mats, or wall or flooring such as upholstery, or airplane parts or automotive parts for automobiles. Useful for. FIG. 15 shows a method of manufacturing a pile surface structure such as a carpet using the pile subassembly of the present invention. The drum 78 is assembled for rotation with the backing material 80 attached, for example, by pressing the backing ends 82 and 84 into the slot 86 of the drum. The outwardly facing backing surface 87 is coated with an adhesive coating such as a thermoplastic adhesive. The assembly 88 moves parallel to the axis of rotation of the drum and carries the elongated pile subassembly guide 90 and the hot glue applicator nozzle 92 in place, immediately before or simultaneously with contact with the elongated pile subassembly. , Set to meter the thermoplastic resin or thermosetting resin adhesive on its centerline. Other methods of heating may include hot air jets, radiant heaters, or frames. The elongated pile subassembly 45 could be fed directly from the reel 94 or from the mandrel.
[0070]
With continued reference to FIG. 15, as the drum 80 rotates clockwise, the elongated pile subassembly is pulled by the guide 90 and pressed against the applied adhesive on the fabric surface 87 of the backing 80. The elongated pile subassembly is in contact with the hot glue and joined to the backing. The assembly 88 operates at the same speed and moves along the drum surface and is placed in a spiral arrangement in the immediate vicinity of the elongated pile subassembly just pasted and previously pasted. The backing surface is laid with a helical array of elongated pile subassemblies with adjacent spaced runs of the spirals so as to define a pile surface structure. After the elongate pile subassembly has moved the axial length of the drum, wrapping is stopped and the elongate pile subassembly and backing assembly is aligned with the drum axis, such as at line 96 where the two backing ends meet at slot 86. Cut along. In the illustrated embodiment, only the elongated pile subassembly needs to be cut at 96 and the backing end needs to be removed to remove the pile structure assembly. The pile structure assembly can then be removed from the drum and placed horizontally to form a pile surface structure or carpet.
[0071]
The carpet product produced by the method has the feature that adjacent rows of elongated pile subassemblies are derived from different elongated portions of the same elongated pile subassembly, which eliminates yarn lot variation within the carpet. For example, about 3.3 ounces / ft 2 Carpets having a length of 30 laps / inch and a 5/8 inch tuft length of 2350 denier joined along the beam, two strands of twisted yarn first produce an elongated pile subassembly, then 5 It can be manufactured by mounting pile subassemblies on a backing with a pitch of pile subassemblies / inch.
[0072]
In the variations of the method shown above and the products resulting from the method, the substrate backing may be selected from woven or non-woven materials. Sontara (registered trademark) by the applicant of the present patent application, Reemay (registered trademark) by Reemay Incorporated and Cerex from Cerex Advanced Fabrics (Cerex) Fabrics such as (R) are manufactured from polymeric materials and are provided in various weights and densities and can be used in various ways to bond rooted tuftstrings to them The selection of is particularly useful. Natural fiber fabrics can be used, but they are limited to the use of adhesives to join the rooted tuftstrings to them. The elongated pile subassembly may be secured to the backing substrate by selecting one of an adhesive, thermal bond or solvent bond to produce a pile surface structure. The elongated pile subassembly is secured to the backing substrate by using a support beam and / or shorter bundle segments on or below the surface of the backing substrate in the same manner used for brush construction. May be. Although the use of adhesive, thermal or solvent bonding methods may be preferred, the elongated pile subassembly may alternatively be secured to the backing substrate by conventional stitch welding and / or hook and loop bonding systems.
[0073]
Alternatively, rooted tuftstrings bind to relatively “hard” surface polymer sheets, such as sheets made from epoxy resins, thermosets, thermoplastics, wood, and flat metals. can do. (Some of these bonding methods require the use of adhesives.) As described above with respect to brushes, an alternative to helically wrapping an elongated pile subassembly as shown in FIG. One or more elongate pile subassemblies are, for example, producing a pile surface structure by creating an array that is in parallel alignment with each other and in contact with the bonding surface of the backing substrate.
[0074]
Another method of securing two or more elongated pile subassemblies to a backing substrate is illustrated by the guide assembly of FIGS. Unlike the rotating drum method described above, these guide assemblies are capable of continuous operation and do not need to be stopped to remove the “carpet” of the elongated pile article. FIG. 16 shows a schematic representation of a guide for an elongated pile subassembly 125 for producing a pile fabric or article. This flat guide assembly 90 is more suitable for relatively stiff substrates that will resist bending or otherwise incorporate the bend from the bent guide 91 of FIG.
[0075]
In FIG. 16, a long flat bottom surface is placed between the substrate (not shown) and the guide assembly 90 with a suitable gap parallel to them. The gap 310 is determined by one or more variables including the length of the short filament segment 127, the vertical dimension 315 of the beam, the depth 320 of the beam guide groove and the depth of the adhesive. The beam size 315 should not be able to pass the spacing 325. Spacing 325 loosely restricts the portion of the long bundle segment proximate to beam 119 along with gap 328 that accurately places the short and long fibers in a normal position relative to the substrate. Generally speaking, the spacing 325 is greater than 20% of the beam width 322, more preferably 20% to 50% of the beam width. A typical assembly consists of a beam bottom surface and substrate for substantially spreading the short segment filament 127 without causing its binding when the elongated pile subassembly 125 passes through the slot 97 of the guide assembly 90. The guide 90 would be positioned with the elongated pile subassembly 125 threaded through the guide 90 above the flat substrate with the smallest gap therebetween.
[0076]
Rooted tuftstring pile articles are fed continuously from one or more rooted tuftstring machines or from spool inventory. The elongated pile subassembly is guided into a guide groove by a roll and guide pins (not shown) with a short bundle end extending outwardly therefrom. The guide mechanism guides a plurality of individual short bundle segments of the elongated pile subassembly into contact with a backing substrate that is preferably fed continuously. An adhesive material such as a thermosetting resin or a thermoplastic resin adhesive is applied to the surface of the substrate just prior to passing under the guide assembly. Ideally, the linear speed of the process and the heat capacity of the adhesive are sufficient to achieve good wetting and short filament segment encapsulation prior to bonding to the substrate. The adhesive is cooled as it passes under the guide assembly so that the rooted tuftstring at the exit of the guide cannot move to another location.
[0077]
Another process embodiment of the present invention relating to the flat guide of FIG. 16 uses a thermoplastic polymer melt delivery system and a die assembly to expose a guide assembly 90 having an exposed portion of an elongated pile subassembly extending therefrom. Cast or mold the substrate onto the surface. In this case, the guide is turned upside down so that a short fiber bundle extends vertically upward from the guide. The polymer melt delivery system drops a polymer melt curtain onto the top surface of the guide. If the polymer melt has a tendency to adhere to the metal, such as Kapton ™ or Teflon ™ as a barrier to protect the otherwise exposed metal surface from the polymer melt Strips or strips of new material may be used. The guide surface is cold enough to cause rapid solidification of the polymer melt with short segment fibers encapsulated therein. The elongated pile article helps transport the melt from the plate and helps cool the thermoplastic polymer. Since the elongated pile article is strong enough and is not overheated, the polymer sheet will be well supported by the elongated pile article after continuing to cool off the guide.
[0078]
Another process embodiment of the present invention is schematically illustrated in FIG. When the elongated pile subassembly is fed through the guide 91, the short segment fibers 127 of the elongated pile subassembly 125 are directed toward the joining element (eg, adhesive applicator 95). The short bundle segment of the elongate pile subassembly preferably wipes the adhesive from the end of the applicator and the elongate pile subassembly continuously wipes the guide surface as it is fed through the guide to remove the adhesive in the guide. Avoid large growth. The cloth backing 99 is fed simultaneously with the tuftstring to join with one or more adhesive applicators 95 to form a pile-coated cloth 199. Although two applicators are shown in this embodiment, one may be sufficient. If one adhesive applicator 95 is used, the adhesive can be applied to the short bundle segment 127 just before it contacts the substrate 99, or alternatively directly to the cloth backing or substrate 99. The number of applicators used may also be increased to 3 or more in this embodiment if necessary.
[0079]
This process embodiment is suitable for substrates that are flexible enough to accommodate the curvature of the roll 91. Due to the low thermal conductivity of most substrates, hot melt adhesives are applied directly to substrates having good heat retention and high flow properties in contact with the short bundle segments of the rooted elongated pile article. For some substrates, some heating of the roll 93 may be required to maintain the fluidity of the adhesive until the time for the desired bond. This heating of the roll 93 may be particularly needed when the substrate is very thin.
[0080]
As with the guide assembly of FIG. 16, the guide device of FIG. 17 must be properly assembled for optimum performance. The curvature of the guide assembly 91 is designed to be concentric with the roll surface over the entire arc length. Again, the distance between the roll 93 rotating in the direction of arrow 98 and the guide 91 will penetrate properly into the substrate as shown in FIGS. 2A-4 when the short segment fibers are spread and / or pressed. Established to ensure that
[0081]
In both FIGS. 16 and 17, the guide assembly can be mounted on a mechanism that allows adjustment of the guide vertically and if necessary horizontally. This is advantageous because the guide can be removed for cleaning, threading or other preparation / maintenance activities. Small incremental adjustments in placement can be achieved while operating the process.
[0082]
18A and 18B illustrate ultrasonic bonding of a rooted tuftstring 125 to a substrate 115 in the present invention. The ultrasonic horns 340 and 345 vibrate in the directions indicated by arrows 342 and 343, respectively, with the anvils 350 and 355 providing a fixed support for the ultrasonic horn. While vibration energy is delivered from the energized horn, forces 346, 347 press the substrate 115 and the short segment fibers into contact with each other. The vibrational energy generates frictional heat generation at the interface, causing surface melting of at least one of the short segment fibers 129, the beam 119, and the substrate 115 and joining the elongated pile subassembly to the substrate. Produce. 18A and 18B show anvils 350, 355 and horns 340, 345, respectively, that function as elongated pile subassembly guides, respectively.
[0083]
Thus, an elongated pile subassembly having a “root” and a product made from the guide device and the elongated pile subassembly, which fully meet the goals and advantages described hereinabove, are provided according to the present method. It is clear that it has been. Although the present invention has been described in connection with specific embodiments thereof, it is evident that alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. Accordingly, it is intended to embrace all such alternatives, modifications and variations that fall within the spirit and broad scope of the appended claims.
[Brief description of the drawings]
[0084]
FIG. 1A shows the prior art of a conventional “U” shaped tuftstring.
FIG. 1B is an elevational end view of the prior art showing visible defects resulting from “U” shaped tuftstring rotation.
1C is a prior art elevational end view showing a visible defect resulting from a “U” shaped tuftstring rotation. FIG.
2A is an elevational end view of an elongated pile subassembly of the present invention showing different “root” end penetrations. FIG.
FIG. 2B shows a rooted tuftstring of the present invention.
3A is an elevational end view of an elongate pile subassembly of the present invention showing different “root” end penetrations. FIG.
3B is an elevational end view of the multiple rooted tuftstring shown in FIG. 3A with rooted filament entanglement.
FIG. 4 is an elevational end view of the elongate pile subassembly of the present invention showing different “root” end penetrations.
FIG. 5A is a perspective view of an elongated pile subassembly of the present invention.
FIG. 5B is a prior art perspective view of an elongated “U” shaped tuftstring.
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating one method for measuring the diameter of a pile yarn.
FIG. 7 is a simplified view of a portion along the center of an elongated pile subassembly support beam showing a tuft joined to the beam in a single layer with a “root” extending downward.
FIG. 8 is a simplified view of a portion along the center of a rooted tuftstring support beam showing bundles joined to the beam in an overlapping relationship.
9A is a diagram of a simple method for manufacturing an elongated pile article of the present invention. FIG.
9B is an end view of FIG. 9A showing a second slitter.
FIG. 10 is a side view of a paint roller pile assembly using the present invention.
11 is an end view of the paint roller of FIG.
FIG. 12 is an end elevation view of an embodiment of a plurality of elongated pile subassemblies.
FIG. 13 is an end elevation view of an embodiment of an elongated pile subassembly joined using ultrasonic welding.
FIG. 14 is an end elevation view of a plurality of elongate pile subassemblies of the present invention coupled to a core by an adhesive pile tape.
FIG. 15 is a diagram of a method of manufacturing a pile or bristle surface structure from an elongated pile subassembly of the present invention.
FIG. 16 is a schematic illustration of a guide used to bond or bond the elongated pile subassembly of the present invention to a backing substrate or bonding material.
FIG. 17 is a schematic representation of an elongate pile subassembly guide for joining with a flexible material.
18A shows an elevation view of two embodiments of an ultrasonic horn used for bonding in the present invention. FIG.
FIG. 18B shows an elevation view of two embodiments of an ultrasonic horn used for bonding in the present invention.

Claims (9)

長手方向軸、実質的に一様な横断面サイズおよび形状、ならびに外周面を有する細長いビームと、ビームの外周面に固定されているフィラメントの少なくとも1つの束とを含み、
少なくとも1つの束が、長手方向軸のどちらかの側で長さをより長い束セグメントとより短い束セグメントとへ分割する束の長さに沿った場所でビームに固定されており、前記より長い束セグメントがパイル形成タフトを画定し、前記より短い束セグメントが固着セグメントを画定することを特徴とする細長いパイルサブアセンブリ。
An elongate beam having a longitudinal axis, a substantially uniform cross-sectional size and shape, and an outer peripheral surface; and at least one bundle of filaments secured to the outer peripheral surface of the beam;
At least one bundle is secured to the beam at a location along the length of the bundle that divides the length into longer and shorter bundle segments on either side of the longitudinal axis, the longer An elongate pile subassembly wherein a bundle segment defines a pile forming tuft and the shorter bundle segment defines an anchoring segment.
より短い束セグメントが、細長いパイルサブアセンブリを基材に固着させることを特徴とする請求項1に記載の細長いパイルサブアセンブリ。The elongate pile subassembly of claim 1, wherein the shorter bundle segments secure the elongate pile subassembly to the substrate. 第1ブラシ本体部材と、
第1ブラシ本体部材に固定された請求項1に記載の少なくとも1つの細長いパイルサブアセンブリとを含むことを特徴とするブラシ。
A first brush body member;
A brush comprising: at least one elongate pile subassembly according to claim 1 secured to a first brush body member.
第1ブラシ本体部材が実質的に円柱状であることを特徴とする請求項3に記載のブラシ。The brush according to claim 3, wherein the first brush body member is substantially cylindrical. 第1ブラシ本体部材が実質的に平坦であることを特徴とする請求項3に記載のブラシ。The brush according to claim 3, wherein the first brush body member is substantially flat. 細長いパイルサブアセンブリの少なくとも1つのより短い束セグメントが第1ブラシ本体部材に固定されていることを特徴とする請求項3に記載のブラシ。4. The brush of claim 3, wherein at least one shorter bundle segment of the elongated pile subassembly is secured to the first brush body member. 基材と、
基材に固定された請求項1に記載の少なくとも1つの細長いパイルサブアセンブリとを含むことを特徴とするパイルまたは剛毛表面構造物。
A substrate;
A pile or bristle surface structure comprising: at least one elongated pile subassembly according to claim 1 fixed to a substrate.
ガイドであって、
当該ガイドの同じ側から外へ延在する少なくとも1つの短い束セグメント端を有する請求項1に記載の少なくとも1つの細長いパイルサブアセンブリを選択的に誘導するための少なくとも1つの溝と、
少なくとも1つのより短い束セグメント端を基材に結合するための手段とを含み、
少なくとも1つの細長いパイルサブアセンブリを前記基材に接合するのに用いられることを特徴とするガイド。
A guide,
At least one groove for selectively guiding at least one elongate pile subassembly according to claim 1 having at least one short bundle segment end extending outwardly from the same side of the guide;
Means for bonding at least one shorter bundle segment end to the substrate;
A guide used to join at least one elongated pile subassembly to the substrate.
ガイドを用いて細長いパイルサブアセンブリを基材に接合する方法であって、
より短い束セグメントが前記ガイドの溝を越えて延在する状態で溝によって請求項1に記載の細長いパイルサブアセンブリを誘導する工程と、
基材およびより短い束セグメントのうち少なくとも1つに接合手段を塗布する工程と、
溝を越えて延在するより短い束セグメントを基材に固定する工程とを含むことを特徴とする方法。
A method of joining an elongated pile subassembly to a substrate using a guide, comprising:
Guiding the elongated pile subassembly of claim 1 by a groove with a shorter bundle segment extending beyond the groove of the guide;
Applying a joining means to at least one of the substrate and the shorter bundle segment;
Fixing a shorter bundle segment extending beyond the groove to the substrate.
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