JP2009538996A - 改良された人工草システムを提供するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明の実施形態は人工草システムを提供するシステムと方法を提供することができる。本発明の一つの実施形態は、織られた管状織物（１０４）と房状の人工芝糸（１０２）とを備えた人工草システムを提供することができる。例えば、織られた管状織物は異なる収縮特性を備えた少なくとも２つのタイプの糸（１０６，１０８）から作ることができる。本発明の種々の実施形態は、人工草又は芝システムに対して改良された排水性、衝撃吸収性、荷重移動、及び寸法安定性を提供することができる。

Description

本発明は一般に人工草及び芝に関する。さらに詳しくは、本発明は人工草システムを提供するシステム及び方法に関する。

従来の人工草又は芝システムは造園、じゅうたん、運動場の分野で使用されている。一般に、人工草又は芝システムは、基材に取り付けられた人工草を含み、基材は複数の人工及び/又は天然材料の上に設置されて、所望の衝撃及び/又は弾性特性を提供している。例えば、従来の人工草又は芝システムは、１つ又は幾つかの織り及び/又は不織の層に房が付けられた（tufted）人工草を含む。房が付けられた人工草材料は複数の層の材料の上に装着することができる。この層は例えば、排水層、分離層、及び衝撃吸収層を含んでいてもよい。他の例では、多くの従来人工芝システムは、房が付けられるパイル（pile）又は表糸（face yarns）用の主裏当て又は基材と、人工芝システムに対する所望の衝撃吸収及びエネルギー復元特性を与える副ベースとを必要とする。例えば、米国特許第６２２１４４５号は、衝撃吸収及び排水層を含む幾つかの層と、衝撃吸収材料が充填されたプラスチック製ゲオセル（geo cell）を有する主層とを備えた人工芝システムに関する。房が付けられた草の材料はゲオセルの上部に別々に設置することができる。

従来のゴム充填システムのような第３世代型の人工芝システムは、基材に房が付けられた比較的長い（４０−６０ミリメータ）表糸と、砂、ゴム、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンモノマー）、ＴＰＥ（熱可塑性エラストマー）又は他の適切なプラストマー粒のような充填材とを利用して、人工芝システムに所望の特性を与えることができる。しかしながら、そのようなシステムは比較的大量のゴム、ＥＰＤＭ、ＴＰＥ又は他のプラストマーの使用を必要とし、これによりそのような人工芝システムの全体コストを増加する。

前述した幾つかの又は全ての従来の人工芝システムは、基材に対して比較的直立していない房付き糸（tufted yarns）を有し、房付き糸の間に砂、ゴム、ＥＰＤＭ、ＴＰＥ又は他のプラストマー粒を適用して、基材に対して房付き糸を支えあるいは支持するのに、追加の努力と材料が必要である。そのような材料を従来の人工芝システムに適用するのに費やす労力と材料も、人工芝システムの全体コストを増加する。

人工芝システムに対する衝撃及び/又は弾性特性の基準は、Ｇ−マックステストにより決定することができる。このテストは人工面上で実施し、人工草又は芝システムの衝撃力又は吸収度を測定することができ、さらに表面の衝撃減衰又は硬度を測定することができる。これらの特性を決定する他の方法は、ＦＩＦＡ品質コンセプト「フットボール芝に対するテスト方法のハンドブック」（２００６年３月版）に記載されたような「人工アスリート」の使用である。このテストは衝撃力、衝撃吸収及び/又はエネルギー復元を測定することができる装置により達成される。

このテストは、従来の人工草又は芝システム及び関連表面が長時間にわたり繰り返し衝撃力を受けると、そのシステムは圧縮し、これにより可燃表面の硬度を増加することを示している。

したがって、人工草システムに改良された排水、衝撃吸収性、荷重移動、エネルギー復元、寸法安定性を与えるシステム及び方法に対する要求がある。また、改良された排水、衝撃吸収性、荷重移動、エネルギー復元、寸法安定性を提供することができる人工草システムに対する要求がある。さらに、ゴム充填システムのような従来の人工草システムよりも比較的少ないゴム、ＥＰＤＭ、ＴＰＥ、又はプラストマーを使用する人工草システムに対する要求がある。

米国特許第６２２１４４５号

特に記載しない限り、「頂」、「底」、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」等は、記載の都合のみで使用され、本発明を特定の方位に限定するものではない。

また、「人工草」及び「人工芝」の用語は、交互に使用されてもよいが、いずれにしても、いずれの用語の使用も類似のタイプの構造及び/又はシステムに言及するように意図されている。

本発明の目的は、
縦糸方向に非収縮糸を有する第１及び第２織物層、
縦糸方向に収縮糸を有する第３及び第４織物層、
前記第１及び第２織物層は前記第３と第４織物層間に挟まれ、
前記第１及び第２織物層は前記第３と第４織物層間でジグザグになっており、交互に前記第３と第４織物層に接続され、
前記第１及び第２織物層のジグザグ織物層は、相の半分にわたってお互いに対して変位し、お互いに曲げられている織物によって達成される。

このような織物は、第１及び第２織物層の間に挟まれたジグザグの織物層の結果として開放構造を提供している。この織物は、該織物を加熱した後に織物が管状開放構造を与え、該管状開放構造が衝撃吸収性を有し、改良された排水性、エネルギー復元性を提供し、寸法安定性を有するので、人工草システムに非常に有益である。本発明によるこの織物は人工草システムに対する要求に基づいて開発されたが、この織物は類似の利点を備えた層を必要とする他の分野で使用されてもよい。

本発明の実施形態は、改良された排水性、衝撃吸収性、荷重移動、エネルギー復元性、及び寸法安定性を備えた人工草システムを提供する方法及びシステムを提供することができる。本発明の一つの実施形態は、織られた管状織物と房が付けられた人工芝糸を備えた人工草システムを提供することができる。本発明の織物は、この場合、織られた層を有する。織物は、主裏当て又は基材と、人工草システムの副基部として機能することができる。例えば、本発明による織物は、異なる衝撃吸収特性を備えた少なくとも２つのタイプの糸から作ることができる。一方のタイプの糸はポリエチレン糸のように比較的高い衝撃吸収特性を有し、他方のタイプの糸はポリプロピレン又はポリエステル糸のように比較的低い非収縮特性を有する。糸は織り又は互いに固定して本質的に平構造を形成し、次に表糸の房を付ける（tufted with a face yarn）ことができる。表糸は人工芝糸又は他の類似のタイプの糸とすることができる。これらの表糸は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、ポリエステル、ブロック共重合体、又はこれらの混合、及び他のポリマーを包含することができる。表糸を備えた織られた糸は、集合して加熱して、比較的高い収縮糸を収縮し、いくつかの又は全ての糸の密度を増加し、管状織物を形成することができる。ある場合には、追加の表糸を房状に取り付けて、管状織物に侵入することができる房状針葉（tufting needles）を備えた織られた管状織物にすることができる。いずれにしても、織られた管状織物は、表糸を所望の方向例えば直立位置に安定させるために１又は複数の間欠的な接触点を備えた表糸を提供することができる。管状織物と房状人工芝糸の組合せは、圧縮抵抗を与え、荷重を分散させ、これにより人工草システムへの衝撃荷重を減少することができる。さらに、その組合せは、人工草システム内に多重空間、隙間、溝を与えることができ、水分や水の排水特性を向上することができる。

また、本発明は、
本発明による織物であって収縮糸が熱収縮可能である織物を提供し、
第３及び第４層の糸が収縮し、第１及び第２層が事実上影響を受けないような温度に織物を加熱し、ジグザグの相互に曲げられた第１及び第２層が横糸方向に長手軸を備えた管状構造をとるようにする管状織物を製造する方法に関する。

収縮糸を加熱することにより、第１及び第２織物層の長さが減少する。第３及び第４層の長さは非収縮糸で作られているので一定のままである。この結果、余剰の長さは補償されなければならない。第３及び第４層は既にジグザグになっているので、非収縮糸は湾曲を開始し、第１及び第２ジグザグ層は相の半分にわたって偏っているので、管状構造が形成される。これらの管状構造はその構造の結果として本質的に強く、所望の衝撃吸収性を提供することができる。また、管状構造は織物内に溝を提供し、排水性を向上する。

本発明による方法のさらなる実施形態では、織物は、該織物が加熱されて糸を収縮する前に表糸で房が付けられている。織物が加熱さてれ管状構造が形状をなすので、表糸は織物の全厚にわたって伸び、この結果、表糸は織物に対して垂直を維持し、曲げによる以外に傾くことができない。また、まず糸を収縮して、次に織物に表糸の房を付けることができる。

好ましくは、表糸は草状であり、人工草システムを提供することができる。

さらに、本発明は、
基層として本発明により製造された管状織物と、
前記基層の上部に配置された裏当て層とからなり、
前記裏当て層は表糸の房が取り付けられている人工草又は芝システムに関する。

本発明によるこの人工草システムでは、管状織物は、改良された排水性を有する衝撃吸収層として使用され、その頂部に従来の人工草システムを配置することができる。

本発明の実施形態による人工草システムの概略断面図を示す。 本発明の実施形態による人工草システムの斜視図である。 図２に示す人工草システムの他の斜視図である。 図２、３に示す人工草システムの側面図である。 図２−４に示す人工草システムの他の斜視図である。

最初に図１を参照すると、本発明の一つの実施形態による人工草システム１０が示されている。人工草システム１０は、縦糸方向（warp direction）に配置された２つの異なるタイプの糸１２，１４の少なくとも２つの層を含んでいる。第１糸１２は無収縮又は比較的低収縮糸とすることができる。第１糸の例は、ポリエチレン糸、ポリエステル糸、又は任意の他の適切な無収縮又は非収縮糸であるが、これらに限定されない。第１糸１２は、人工草システム１０の第１層１６と第２層１８として使用される織物を形成するのに使用することができる。

第１層１６と第２層１８は、互いに隣接して配置され、上方の第３層２０と下方の第４層２２との間に挟まれている。本発明の他の実施形態は、他の配置又は組合わせの相を利用することができる。

第２糸１４は、比較的高い収縮糸とすることができる。第２糸の例は、ポリエチレン糸又は任意の他の適切な高収縮糸であるが、これには限定されない。第２糸は、人工草システム１０の第３層２０と第４層２２として使用される織物を形成するのに使用することができる。

第１層１６と第２層１８は、１又は２以上のピック又はフィル糸２４とともに織り込むことができる。第３層２０と第４層は、第１層１６と第２層１８を挟むことができ、全ての層は、１又は２以上のピック又はフィル糸２４とともに織り込むことができるし、あるいは互いに接着することができ、比較的平坦な構造を形成することができる。ピック又はフィル糸２４は、横糸方向（weft direction）に配置することができ、第１、第２、第３、第４層（１６，１８，２０，２２）からなる糸１２、１４に対する支持膜を提供することができる。表面糸２６は、任意の適切な房付け方法又は装置により織物構造に房付けすることができる。ピック又はフィル糸２４は、任意の適切なタイプの糸であってもよいが、好ましくは低収縮特性を有するが必ずしも必要ではない。フィル又はピック糸は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、及びポリエステルとすることができるが、これらに限定されない。フィル糸は、モノフィラメント、テープ、紡糸（spun）、又は連続フィラメント糸とすることができる。表面糸の例は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、及びポリエステルとすることができるが、これらに限定されない。縦糸１２，１４及びフィル糸２４はまた、複合糸（bi-component）、モノフィラメント、テープ、紡糸（spun）、撚糸、モノフィラメント糸、又はこれらの任意の組合せとし、所望の最終用途性能特性を提供することができる。

織物房状構造（woven tufted structure）は、適切な温度に加熱して、第３層２０と第４層２２の第２糸１４を収縮させることができる。第２層２０と第４層２２の第２糸１４の収縮により、第１層１６と第２層１８を第３層２０と第４層２２の間で偏向させ、全体構造の密度を増加し、第１層１６と第２層１８に多数の管状構造２８を形成することができる。

表糸２６は、織物房状構造、特に管状構造２８と接触する多数の点３０によって支持することができる。この方法では、表糸２６は管状構造２８及び織物房状構造に対して直立位置に安定化され配置される。この結果得られる管状構造２８と関連の表糸２６を備えた織物房状構造は、人工草システム１０又はその構成部品として使用することができ、望ましい衝撃吸収性、荷重移動、土壌補強、及び排水特性を提供することができる。管状構造２８は、人工草システム１０を通して水が排水する通路を提供し、人工草システムが圧縮されるようにし、これにより望ましい衝撃吸収特性を提供する。

表糸２６は加熱前に織物構造に房が付けられるように記載されたが、当業者は織物構造は房を付ける前に管状構造２８を形成するために加熱することができることを理解するであろう。

本発明の他の実施形態では、人工草システム１０の衝撃吸収性、荷重移動、土壌補強、エネルギー復元、排水、サイズのような１又はそれ以上の特性は、１２，１４のような糸のタイプを操作し、及び/又は加熱温度及び滞留時間（dwell time）変更して種々の糸を収縮させることで、所望通りに変更することができる。例えば、１２，１４のような第１と第２の糸は、約２０ミリメータの厚さを備えた人工草システムで加熱後に得られるような異なる収縮特性を提供する他のタイプの適切なポリマーから作ることができる。他の実施形態では、人工芝システムは、約１００ミリメータの厚さを備えた人工草システムで加熱後に得られる異なる収縮特性を提供する適切なポリマーで作ることができる。人工芝システムの他の実施形態は、２０から１００ミリメータの厚さを有する人工草システムで加熱後に得られる異なる収縮特性を提供する適切なポリマーで作ることができる。

さらに、本発明の他の実施形態は、異なる加熱温度、対流時間、他のタイプの加熱処理を利用して、１０のような人工草システムの所望の特性を操作し得ることができる。例えば、１０のような人工草システムの織物房状構造は、熱風炉又は赤外線加熱処理を使用して、大気圧で１０秒から約５分間、華氏１５０度から華氏４００度までの間で加熱することができる。

必要に応じて、前述の図１の記載の実施形態は、他の層、材料、及び織物を利用して、
人工芝又は草を備えた適切な場を提供することができる。

いま図２−５を参照すると、織物構造１０４を通して房が付けられた人工芝糸１０２を備えた本発明の実施形態による人工芝システム１００が示されている。図示された織物構造は、縦糸方向に配置された少なくとも２つのタイプの糸１０６，１０８と、横糸方向に配置されたピック又はフィル糸１１０とから作ることができる。図示された２つのタイプの糸１０６，１０８は、熱が織物構造に適用されたときに少なくとも１つのタイプの糸が収縮するような異なる収縮特性を有することができる。人工芝糸１０２は熱を加える前に織物構造に房を付けることができる。図２−５に示すように、加熱後、織物構造は房状人工芝糸１０２を管状構造１１２に対してほぼ９０度で比較的直立した位置に支持する管状構造１１２を形成する。その結果得られる人工草システム１００は、人工草又は芝システムに対して改良された衝撃吸収性、荷重移動、土壌補強、エネルギー復元性、及び排水特性を提供することができる。

前述したシステム、構造、及び処理は、本発明に包含される本発明概念の例示的な実施形態を示す。他のシステム、構造、及び処理も可能である。これらの特定の実施形態を参照して本発明を詳細に説明したが、本発明の精神及び範囲内で変形及び修正を行うことができる。例えば、本発明の技術は他のタイプの適切な繊維、材料、又は織物を用いて使用してもよい。

本発明による人工草システムを用いて、ＦＩＦＡ品質コンセプト「フットボール芝に対するテスト方法のハンドブック」（２００６年３月版）による「人工アスリート」によりテストを行った。

本発明による人工草システムの構成は以下の通りである。

カーペット詳細
ステッチ率 １７ステッチ/１０ｃｍ
ゲージ ３/４インチ
ステッチの数 ８９２４ステッチ/ｍ^２
杭（pile）高さ ６２ｍｍ
長さ１２ｍｍが本発明による織物内に入る
表糸 １１００ｄｔｅｘ、６ｐｌｙモノフィラメント
表糸重量 本発明による織物内で１３００ｇ/ｍ^２

本発明による織物の詳細
熱処理前の織物重量 ３９０ｇ/ｍ^２
熱処理前の織物重量 ５５０ｇ/ｍ^２
概略収縮率 ４０％
織物厚さ １２ｍｍ
第１層１６と第２層１８は、１１５℃で低又はほぼゼロの収縮係数を有するポリプロピレンモノフィラメント糸である。
第３層２０と第４層は、１１５℃で高収縮レベルを有するポリプロピレン糸である。

参照材料として、以下の詳細を有する従来の人工草システムを使用。

カーペット詳細
ステッチ率 １７ステッチ/１０ｃｍ
ゲージ ３/４インチ
ステッチの数 ８９２４ステッチ/ｍ^２
杭（pile）高さ 平織物で５０ｍｍ
表糸 １１００ｄｔｅｘ、６ｐｌｙモノフィラメント
表糸重量 平織物内で１０６０ｇ/ｍ^２

平織物
２つの織物の多層が互いに必要であった。
織物重量 ２６５ｇ/ｍ^２
織物はポリプロピレンテープ糸で織られた。

テストはＦＩＦＡテスト方法０４（衝撃吸収の判定）による「人工アスリート」で行った。テスト結果は次の通りである。

テスト結果から明らかなように、本発明による人工草システムは従来の人工草システムより良い衝撃吸収性を有することは明らかである。少ないゴム充填が少ないと所望レベルの衝撃吸収を得ることができることは明らかである。

１０ 人工草システム
１２，１４ 糸
１６ 第１層
１８ 第２層
２０ 第３層
２２ 第４層
２４ ピック又はフィル糸
２６ 表面糸
２８ 管状構造

Claims (13)

1. 縦糸方向に非収縮糸を有する第１及び第２織物層、
   縦糸方向に収縮糸を有する第３及び第４織物層、
   前記第１及び第２織物層は前記第３と第４織物層間に挟まれ、
   前記第１及び第２織物層は前記第３と第４織物層間でジグザグになっており、交互に前記第３と第４織物層に接続され、
   前記第１及び第２織物層のジグザグ織物層は、相の半分にわたってお互いに対して変位し、お互いに曲げられている織物。
2. 前記織物層は、織られた層である請求項１に記載の織物。
3. 前記非収縮糸は、ポリプロピレン又はポリエステルからなる請求項１又は２に記載の織物。
4. 前記収縮糸は、ポリエチレンからなる請求項１から３のいずれかに記載の織物。
5. 表糸が前記織物層の少なくとも１つに配置されている請求項１から４のいずれかに記載の織物。
6. 前記表糸は房を付けることで配置されている請求項５に記載の織物。
7. 前記表糸は全ての織物層を通って延びている請求項６に記載の織物。
8. 前記表糸は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン又はポリエステル、ブロック共重合体又はこれらの混合、及び他のポリマーからなる請求項５又は６に記載の織物。
9. 前記織物層は、１又は２以上のピック又はフィル糸により互いに取り付けられている請求項１から８のいずれかに記載の織物。
10. 管状織物を製造する方法において、
    前記請求項のいずれかに記載の織物であって収縮糸が熱収縮可能である織物を提供し、
    第３及び第４層の糸が収縮し、第１及び第２層が事実上影響を受けないような温度に織物を加熱し、ジグザグの相互に曲げられた第１及び第２層が横糸方向に長手軸を備えた管状構造をとるようにする方法。
11. 前記織物を加熱して前記糸を収縮する前に、前記織物に表糸の房を付ける請求項９に記載の方法。
12. 前記請求項１０に記載の管状織物構造からなり、草状の表糸を有する人工草又は芝システム。
13. 基層として前記請求項９により製造された管状織物と、
    前記基層の上部に配置された裏当て層とからなり、
    前記裏当て層は表糸の房が取り付けられている人工草又は芝システム。

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