JP2014512468A

JP2014512468A - 繊維構造エレメントおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2014512468A
Application number: JP2014503018A
Authority: JP
Inventors: シュテクマイアー、トーマス; サルトリ、ユリアン; ルシュルテ、イェルク
Original assignee: グローバルセーフティテキスタイルズゲーエムベーハー
Priority date: 2011-04-04
Filing date: 2012-04-02
Publication date: 2014-05-22
Also published as: MX2013011485A; CA2832042A1; EP2694256A1; US20140030455A1; RU2013146222A; CN103492132A; WO2012136347A4; KR20140010071A; BR112013018135A2; WO2012136347A1

Abstract

【課題】従来技術から既知の欠点を回避し、または少なくとも大きく低減する繊維構造エレメントおよびその製造方法を提案すること。
【解決手段】繊維引張エレメント（１１、１２、１３、６１、６２）と、組み込んだ繊維支持エレメント（２１、４１）とを有し、前記引張エレメント（１１、１２、１３）と前記支持エレメント（２１、２２）とは局所的に互いに結合ないし接続されており、少なくとも１つの充填可能な引張エレメントおよび／または支持エレメントの少なくとも部分的な空間的膨張を許容する。
【選択図】図１４

Description

本発明は、繊維構造エレメントに関する。

機械的および空気式構造エレメントが公知であり、この構造エレメントはほぼ自動的に制御されるシステムで使用され、例えば対象物を操作するためのロボットでも使用される。

線形運動は、例えば対象物を例えば位置Ａから位置Ｂに移動させること、または対象物を把持すること、または対象物を空間内で安定した位置で確保することなどを目的する。これを達成するために複雑な駆動部、構造または制御が使用され、これらは回転接続、並進接続または旋回接続を介して直接的に、または液圧装置、チェーン駆動部または圧縮空気シリンダを介して間接的に対応の運動を可能にする。ここでは機械工学から由来する大量の機械エレメントが伝統的に使用される。これらの機械エレメントはしばしば摩滅に脆弱であり、コストが掛かり、さらにセンサ系および精密制御に大きな出費を必要とすることがしばしばである。

家屋、ホール、壁、パーティション等の空間的構造物を金属、シート、コンクリート等から構築するための構造エレメントも十分に公知である。これらに共通の特徴は、支持器具ないしは支持骨組みが必要なことである。これらの空間的構造物の一部は破壊せずに解体することができず、および／または解体後に再使用することができない。

ＷＯ９８／０３３９８Ａ１ＷＯ００／０４２５６Ａ１ＥＰ１１９０８１９Ａ１

本発明の基礎とする課題は、従来技術から既知の欠点を回避し、または少なくとも大きく低減する繊維構造エレメントおよびその製造方法を提案することである。

この課題はまず請求項１による繊維構造エレメントにより解決される。

この繊維構造エレメントは、繊維引張エレメント（Ｓｐａｎｎｅｌｅｍｅｎｔ）と繊維支持エレメントとを有し、引張エレメントと支持エレメントとは局所的に互いに結合ないし接続されており、少なくとも１つの充填可能な引張エレメントおよび／または支持エレメントの少なくとも部分的な空間的膨張を許容する、ことを特徴とする。

本発明の構造エレメントを使用することにより有利には、空気圧的または液圧的印加の際に構造エレメントが空間的に膨張させられることにより、この構造エレメントまたは使用される複数の構造エレメントに対する付加的な支持器具なしでも空間的構造物を建造することができる。さらにグリップ機能（Ｇｒｅｉｆｅｎｆｕｎｋｔｉｏｎ）と線形運動が、エアバッグ構造またはエアチャンバ構造の圧力印加に関連して実行される。

本発明の有利な構成で繊維構造エレメントは、一体的に組み込まれた（ｉｎｔｅｇｒｉｅｒｔ）短縮可能な組み込み引張エレメントと、空間的に膨張可能なまたは一定の組み込み支持エレメントとを有することを特徴とする。ここで引張エレメントは本発明により縮小し、これにより引っ張り作用を引き起こし、支持エレメントは、例えば一つの方向に、空間的に膨張し、他の方向に縮小を引き起こす。これらの作用も、局所的に互いに接続された構造エレメントである引張エレメントと支持エレメントとにより圧力印加の結果達成された運動を、水平方向または垂直方向にないしは「第３の次元」に拡張するために利用することができる。さらに繊維構造エレメントの形状付与（Ｆｏｒｍｇｅｂｕｎｇ）の可能性を多様化させ、これによりその使用の機会を高めることができる。ここで本発明により提案された「アーチ形繊維製品」は「繊維筋肉」と見なすこともでき、摩滅が少なく、安価で穏やかな作動エレメント（Ｂｅｔａｅｔｉｇｕｎｇｓｅｌｅｍｅｎｔｅ）であり、少数の制御センサ系しか必要としない作動エレメントを非常にエレガントなやり方で提供する。

本発明の別の有利な構成で繊維構造エレメントは、繊維引張エレメントおよび／または繊維支持エレメントが、ワンピースに織られた、すなわちワンピース織り（ＯＰＷ＝One-Piece-Woven）エアバッグまたはエアチャンバを備える、単層と多層に織られた繊維平面構造物として構成されていることを特徴とする。

本発明により組み合わされた構造エレメントは、支持エレメントと引張エレメントとから構成され、例えば膨らまし可能なエレメントと膨らまし不能なエレメントとが繋ぎ合わされている。ワンピース織り製造ステップは有利には、縫製（ないし縫い合わせ）プロセスにより拡張することができる。すなわちエアチャンバを備えるワンピース織り構造エレメントを平面繊維部分と縫い合わせて所期のように組み合わせることができる。膨らまし可能な引張エレメントないしは支持エレメントを空気的に印加することにより、組み合わされた繊維構造エレメントの形状付与が制御される。膨らまし可能なコンポーネントと膨らまし不能なコンポーネントとを適切に繋ぎ合わせることによっても、形状付与を決定することができる。

本発明の有利な展開態様では、支持エレメントの取り付けを、非繊維エレメント（例えば軽量異形材、シリンダ、パイプ等）の形で行うことも考えられる。

本発明のさらなる有利な形態で繊維構造エレメントは、引張エレメントを備える第１の織物層と、支持エレメントを備える第２の織物層と、引張エレメントを備える第３の織物層とを特徴とする。この構造は、例えば静止状態ではいわば扁平な構造エレメントであり、第１または第３の織物層の印加に応じて外側（凸形）への表面湾曲または内側（凹形）への表面湾曲を実現する構造エレメントを生み出す。ここで例えば第１の織物層の例としての構成では、第１の織物層が収縮不能ないわば「受動的な」（ｐａｓｓｉｖｅ）引張エレメントを備えており、この引張エレメントの長さは第３の織物層の引張エレメントよりも長い。この構成によって、第３の織物層の引張エレメントが活性化（作動）され、すなわち膨らまされ、その効果により第１の引張エレメントにより繊維構造エレメントの最大曲率が規定される場合には、受動的引張エレメントが引き締められる（緊張される）ことが可能になる。

本発明のさらなる有利な形態で繊維構造エレメントは、支持エレメントを有する第４の織物層を特徴とし、この第４の織物層は有利には構造エレメントの安定性を向上させる。

本発明の別の有利な形態で繊維構造エレメントは、膨らまし不能な引張エレメントを備える第１の織物層と、膨らまし可能な支持エレメントを備える第２の織物層と、膨らまし不能な引張エレメントを備える第３の織物層とを特徴とする。この変形形態は有利には、繊維構造エレメントの予め規定された最終位置を設定し、この最終位置では支持エレメントを最大に膨らませた後、一定の湾曲が達成される。

本発明のさらなる有利な形態で繊維構造エレメントは、膨らまし可能な支持エレメントを備える第４の織物層と、膨らまし可能な引張エレメントを備える第５の織物層とを特徴とする。この変形形態は、有利には構造エレメントの安定性を高める前記構造エレメントの変形である。

本発明のさらなる有利な形態で繊維構造エレメントは、少なくとも部分的に膨らまし可能な引張エレメントと支持エレメントとを特徴とし、前記引張エレメントおよび／または支持エレメントは個別に膨らまし可能であり、繊維構造エレメントの外部形状は膨らましによって可変である。本発明の方法の利点は、上記の詳細な論議から得られる。

本発明の別の有利な形態では、構造エレメントを湾曲した形状にもたらすことができる。ここで可能な形状の数に制限はない。湾曲した形状は特別の利点を有する。すなわち僅かなコストで、例えばホールまたはアーチ形の入口等を、例えばさらなる支持手段なしで自立可能な構造に形成することができる。

本発明の別の有利な形態で構造エレメントは、対象物を把持し、および／または保持し、および／または締め付け（クランプ）するのに適する。例えば構造エレメントの湾曲は、保持装置、締め付け装置または把持装置が得られるように非常に大きく広げることができる。

この課題はさらに、請求項４から１０までのいずれか一項に記載の構造エレメントの製造方法によって解決される。ここではワンピースに織られたエアバッグ、すなわちＯＰＷ（OPW = One-Piece-Woven ）エアバッグまたはエアチャンバを備えていて、単層と多層に織られた繊維平面構造物と平面織物の一部とが互いに縫い合わされる。本発明の方法の利点は上記の詳細な論議から得られ、とりわけＯＰＷ製造ステップを有利には縫い合わせプロセスにより拡張することができることである。すなわち、エアチャンバを備えるＯＰＷ構造エレメントを平面織物部分と縫い合わせた所期の組み合わせが、経済的で興味深い解決手段となる。

本発明をよりよく理解するために、本発明を以下、実施例に基づき図面を参照して簡単に説明する。すべての図面は概略的断面を示す。

図１は、弛緩された状態にある本発明の構造エレメントの第１実施形態の概略図である。図２は、対称性に緊張された状態にある図１の第１実施形態の概略図である。図３は、部分的に緊張された状態にある図１の第１実施形態の概略図である。図４は、部分的に緊張された状態にある本発明の構造エレメントの第２実施形態の概略図である。図５は、緊張された状態にある本発明の構造エレメントの第３実施形態の概略図である。図６は、緊張された状態にある本発明の構造エレメントの第４実施形態の概略図である。図７は、弛緩された状態にある本発明の構造エレメントの第５実施形態の概略図である。図８は、部分的に緊張された状態にある図７の実施形態の概略図である。図９は、完全に緊張された状態にある図７の実施形態の概略図である。図１０は、本発明の繊維構造エレメントの別の実施形態を示す図である。図１１は、本発明の繊維構造エレメントの別の実施形態を示す図である。図１２は、本発明の繊維構造エレメントの別の実施形態を示す図である。図１３は、本発明の繊維構造エレメントの別の実施形態を示す図である。図１４は、アーチ形織物としての、ここでは自動車用の掩蔽体としての本発明の繊維構造エレメントを示す図である。

個々の実施形態で使用される同じ要素に対しては同じ参照符号が使用される。

図１は、第１の引張エレメント１１と、第２の引張エレメント１２と、支持エレメント２１とを備える繊維構造エレメント１を示し、ここではＯＰＷ織物として製造された引張エレメント１１、１２と支持エレメント２１が、ここでは濃い黒丸として象徴的に示された固定点４で、縫合接合（ないし縫い目による結節Ｎａｅｈｎａｔ、編み接合とは異なる）、接着剤または溶接（例えばレーザー、超音波）等により互いに接続（ないし結合）されている。引張エレメント１１、１２と支持エレメント２１はライン（複数）４２の間に配置された小さな矩形３１として象徴的に図示されており、矩形３１はＯＰＷ織物の膨らまし可能なエアチャンバを表し、ライン（複数）４２はＯＰＷ織物の単層領域（複数）を表すものである。図１の図示は分かりやすくするため縮尺通りではない。実際には平坦に圧縮され積み重ねられた織物層Ｉ、ＩＩとＩＩＩを識別するだけであろう。エアチャンバ（複数）と単層織物領域（複数）は、実際には図の紙面に対して直角の方向に延在する。矩形は膨らまされていない状態でのエアチャンバの象徴であり、一方、同じエアチャンバが膨らまされた状態では円として図示される。

次に支持エレメント２１が（図示しない）装置により（空気が）充填されると、例えば膨らまされると、図２に示した状態が生じる。支持エレメント２１の空間的膨張により引張エレメント１１、１２は互いに離れるよう運動する。第２の織物層ＩＩはいわゆる「第３の次元に」進んでおり（紙面に直角の方向にも膨張しており）、一方、織物層ＩとＩＩＩは、それ自体は変化しないが互いに離れている。

さらに次に第３の織物層ＩＩＩの引張エレメント１２に、エアチャンバを膨らませることによって圧力が印加されると、図３に示すように本発明の繊維構造エレメントの屈曲または湾曲が生じる。引張エレメント１２を膨らますことによりこれらは短くなり、固定点（複数）４およびそこに固定された支持エレメント（複数）２１の部分を互いに引っ張り、最終的に構造エレメント１全体が湾曲する。膨らまされない引張エレメント１１は引き伸ばされる。分かりやすくするためにそこには「空気のない」エアチャンバ３１が示されている。

２つの織物層ＩとＩＩＩに、ガスによる膨らましによって圧力を印加することもでき、しっかりしたマットが得られる。形状付与は実質的に、引張エレメントと支持エレメント並びに固定点間の間隔の相互的な幾何学的設計によって行われる。

図４の形態は図３の形態に対して、支持エレメント（複数）４１を備えるさらなる織物層ＩＶを有する繊維構造エレメント１０２の第２実施形態を示し、支持エレメント４１はここではすでに膨らまされている。

図５は、第１の引張エレメント６１（複数）と、第２の引張エレメント（複数）６２と、支持エレメント（複数）２１と、支持エレメント（複数）４１並びに第３の引張エレメント（複数）１３を備える繊維構造エレメント１０３を示し、ここで引張エレメント６１、６２は平面織物として構成されており、一方、支持エレメント２１、４１および第３の引張エレメント１３はＯＰＷ織物として製造されている。第１と第２の引張エレメント６１、６２は、繊維構造エレメント１０３の最大可能な湾曲まで引き伸ばされている。

この構成では、２つの支持層（織物層ＩＩとＩＶ）が引張層（織物層Ｉ、ＩＩＩおよびＶ）の間に配置されている。これら引張層の間の間隔が比較的大きいことにより、例えば比較的に大きな負荷能力が得られる。さらに形状付与は、引張層（複数）の各長さと構造区間（ないし間隔）の設計によって、より正確に調整することができる。

ここで引張エレメント６１と６２には圧力が印加可能ではなく、これら引張エレメントは固定点間の間隔だけによって形状付与を支援する。

湾曲の安定性ないしは正確性を高めるために引張層Ｖを配置することもできる。

図６に示した本発明の繊維構造エレメント１０４の実施形態は図３の実施形態に類似するが、これとは異なり平面織物から成る第１の引張エレメント（複数）６１および第２の引張エレメント（複数）６２並びにＯＰＷ織物から成る支持エレメント（複数）２１を有する。可能な湾曲は、支持エレメント（複数）２１が膨らまされて初めて図示の位置で安定する。

この構成では、２つの引張層（織物層ＩとＩＩＩ）の間に支持層（織物層ＩＩ）が配置されている。ここで引張エレメント６１と６２には圧力を印加することができない。ここでの形状付与は、固定点４の間の引張層エレメントの間隔と支持層の設計寸法だけにより影響を受けて行われる。

図７から９は、繊維構造エレメント１０５のさらなる第５実施形態を示す。ここでの図示は図１から３の図示に類似しているが、ここに示された第５実施形態では第１の織物層Ｉが平面織物から成る引張エレメント（複数）６１により形成され、第２と第３の織物層ＩＩ、ＩＩＩがＯＰＷ織物としての支持エレメント（複数）２１並びに第２の引張エレメント（複数）１２により形成されている点で異なる。したがって平面織物から成り、湾曲して図示された第１の引張エレメント６１の長さは、第２の引張エレメント１２の長さよりも大きく、これにより繊維構造エレメント１０５の展開状態は、支持エレメント２１と第２の引張エレメント１２の、膨らませ可能なエアチャンバに圧力を印加すると、図７から図８を介して図９に示した湾曲された位置に至る。

図１０から１３には本発明の繊維構造エレメントの別の各実施形態が示されている。そこに使用されるコンポーネントは、前に説明した実施形態で同じ参照符号の付されたコンポーネントに類似し対応する。前に記載した実施形態との相違点は、図１０から１３の各実施形態はいわゆる第１の織物層Ｉを有していないことである。したがってこれらの実施形態は構造的にさほど面倒ではないが、そのために安定性が乏しい。

図１４は、本発明の繊維構造エレメント１０７の別の実施形態を示す。この実施形態は、図３の本発明の構造エレメント１の第１実施形態に非常に似ている。しかし図１４では両側にさらに支持エレメントと引張エレメントが補充されており、象徴的に示すよう本発明の繊維構造エレメントをアーチ形繊維製品として、例えば自動車９３用の掩蔽体（カバー掩い構造体）として提供することができる。構造エレメント１０７は、自動車９３の上に湾曲して地面１００に起立する。もちろんこの図示も縮尺通りではない。さらに図１４の繊維構造エレメント１０７は、ここに説明した本発明のすべての繊維構造エレメントと同じように、膨張媒体を排出し、膨らまし可能なエアチャンバを弛緩した後、スペースを非常に節約して圧縮し、保管することができることに注意すべきである。

請求項および実施例（図１から１４）で述べた本発明の構造エレメントはすべて、図の紙面に対して直角方向に大なり小なり延在する。すなわち、膨らませ可能なエアチャンバまたは他のガスもしくは液体により充填可能なエアチャンバを備えるそこに図示された構造エレメントは、（紙面に直角方向に）長手方向の広がりを有することができ、および／または長手方向に広がることができ、チャネル状および／またはホース状の構造物として構成することができる。

本明細書でチャンバまたはエアバッグを「膨らませる」ことについて述べる場合、これによって、ガス、液体または泡のような流体を充填することも常に意味する。その際、少なくとも部分的に硬化することもできる、すなわち固体になることのできる流体も含まれる。

本発明は例えば以下の適用事例に使用することができる。すなわち、空気式構造エレメント、補助的手段としての短期間で膨らまし可能な建造物、支持構造体、生体工学的構造物（扁平中空掌）、敏感な物品の積み荷確保、繊維クランプ、野球などのグローブ、ばら荷サイロの内装、緩衝接続（ないし連結）部、突き合わせコネクタ、例えば橋構築エレメントのようなテンサイリティ（Tensairity）構造物（膨張エアビーム）、飛行機ウィング等で使用することができる。

１繊維構造エレメント
１１、１２、１３、６１、６２引張エレメント
２１、４１支持エレメント
３１エアチャンバ

この課題はまず請求項１による繊維構造エレメントにより解決される。すなわち本発明の第１の視点（形態１）によれば、繊維引張エレメントと、組み込んだ繊維支持エレメントとを有する繊維構造エレメントであって、前記引張エレメントと前記支持エレメントとは局所的に互いに結合ないし接続されており、少なくとも１つの充填可能な引張エレメントおよび／または支持エレメントの少なくとも部分的な空間的膨張を許容し、前記繊維引張エレメントおよび／または繊維支持エレメントは、ワンピースに織られたエアバッグ、すなわちＯＰＷ（OPW = One-Piece-Woven）エアバッグとして、またはエアチャンバの設けられた単層織りと多層織りの繊維平面構造物として構成されている繊維構造エレメントが提供される。
本発明の第２の視点（形態１０）によれば、ワンピースに織られたエアバッグ、すなわちＯＰＷ（OPW = One-Piece-Woven）エアバッグ、またはエアチャンバの設けられた単層織りと多層織りの繊維平面構造物と、平面繊維の一部とが互いに縫い合わされる製造方法が提供される。
なお、特許請求の範囲に付記した図面参照番号はもっぱら理解を助けるためであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。

本発明は例えば以下の適用事例に使用することができる。すなわち、空気式構造エレメント、補助的手段としての短期間で膨らまし可能な建造物、支持構造体、生体工学的構造物（扁平中空掌）、敏感な物品の積み荷確保、繊維クランプ、野球などのグローブ、ばら荷サイロの内装、緩衝接続（ないし連結）部、突き合わせコネクタ、例えば橋構築エレメントのようなテンサイリティ（Tensairity）構造物（膨張エアビーム）、飛行機ウィング等で使用することができる。
なお、引用した上記の特許文献等の各開示は、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせ、ないし、選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。特に、本書に記載した数値範囲については、当該範囲内に含まれる任意の数値ないし小範囲が、別段の記載のない場合でも具体的に記載されているものと解釈されるべきである。

Claims

繊維引張エレメント（１１、１２、１３、６１、６２）と、組み込んだ繊維支持エレメント（２１、４１）とを有し、前記引張エレメント（１１、１２、１３）と前記支持エレメント（２１、２２）とは局所的に互いに結合ないし接続されており、少なくとも１つの充填可能な引張エレメントおよび／または支持エレメントの少なくとも部分的な空間的膨張を許容する、ことを特徴とする繊維構造エレメント（１）。
短縮可能な引張エレメント（１１、１２、１３）と、空間的膨張において拡大可能なまたは一定の支持エレメント（２１、２２）とを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の繊維構造エレメント（１）。
前記繊維引張エレメント（１１、１２、１３）および／または繊維支持エレメント（２１、２２）は、ワンピースに織られたエアバッグ、すなわちＯＰＷ（OPW = One-Piece-Woven）エアバッグとして、またはエアチャンバ（３１）の設けられた単層織りと多層織りの繊維平面構造物として構成されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の繊維構造エレメント（１）。
繊維引張エレメント（１１、１２、１３）を備える第１の織物層（Ｉ）と、繊維支持エレメント（２１、２２）を備える第２の織物層（ＩＩ）と、繊維引張エレメント（１１、１２、１３）を備える第３の織物層（ＩＩＩ）とを有する、ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載の繊維構造エレメント（１）。
繊維支持エレメント（２１、２２）を備える第４の織物層（ＩＶ）を有する、ことを特徴とする請求項４に記載の繊維構造エレメント（１）。
膨らませ不能な繊維引張エレメント（１１、１２、１３）を備える第１の織物層（Ｉ）と、膨らませ可能な繊維支持エレメント（２１、２２）を備える第２の織物層（ＩＩ）と、膨らませ不能な繊維引張エレメント（１１、１２、１３）を備える第３の織物層（ＩＩＩ）と、を有することを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載の繊維構造エレメント（１）。
膨らませ可能な繊維支持エレメント（２１、２２）を備える第４の織物層（ＩＶ）と、膨らませ可能な繊維引張エレメント（１１、１２、１３）を備える第５の織物層（Ｖ）と、を有することを特徴とする請求項６に記載の繊維構造エレメント（１）。
少なくとも部分的に膨らませ可能な引張エレメント（１１、１２、１３）と支持エレメント（２１、２２）を有し、前記引張エレメント（１１、１２、１３）および／または前記支持エレメント（２１、２２）は個別に膨らませ可能であり、前記繊維構造エレメント（１）の外形は膨らませることにより可変である、ことを特徴とする請求項１から７までのいずれか一項に記載の繊維構造エレメント（１）。
当該構造エレメント（１）を湾曲した形状にもたらすことができる、ことを特徴とする請求項８に記載の繊維構造エレメント（１）。
当該構造エレメントは、対象物を把持し、および／または保持し、および／または締め付けするのに適する、ことを特徴とする請求項８または９に記載の繊維構造エレメント（１）。
ワンピースに織られたエアバッグ、すなわちＯＰＷ（OPW = One-Piece-Woven）エアバッグまたはエアチャンバ（３１）が設けられていて、単層織りと多層織りの繊維平面構造物と、平面繊維の一部とが互いに縫い合わされる、ことを特徴とする請求項４から１０までのいずれか一項に記載の繊維構造エレメント（１）の製造方法。