JP2016503360A5

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Publication number: JP2016503360A5
Application number: JP2015541972A
Authority: JP
Filing date: 2013-11-09
Publication date: 2018-03-08
Anticipated expiration: 2033-11-09

Description

本開示による積層体の種々の実施形態において、多数のモノフィラメントの束から構成されるトウが、押し出され、引き出され、または他の方法でモノフィラメントの複数のトウから転換されて、薄型の平面ユニテープになる。このユニテープは、所定厚さ、繊維面密度、コンピュータ構造解析もしくは既存の仕様から設計仕様を満たす樹脂マトリックス被覆仕様または埋め込み仕様の、複数の略平行な向きのモノフィラメントから構成される。加えて、補強要素は、押し出されたモノフィラメントを内部に各々有する少なくとも２つのかかる一方向テープを備えることができ、かかるモノフィラメントのすべてがテープ内で所定の方向にあり、かかるモノフィラメントが４０ミクロン未満の直径を有し、隣接する強化モノフィラメント群のうちの、隣接するモノフィラメントに当接している個々のモノフィラメント間の間隔が、非当接モノフィラメント間の範囲内の、モノフィラメント外径の最大５０倍の間隙距離以内である。種々の実施形態において、非当接モノフィラメント間の範囲の間隙距離が、モノフィラメント外径の最大９倍となり得る。種々の実施形態において、一方向テープがモノフィラメントのない大きい領域を有し、かかる大きい領域は、モノフィラメントのない小さい領域を有する層状オーバレイを備える。

本開示による積層体の種々の実施形態において、小さい領域がユーザにより計画された配置を含む。種々の実施形態において、積層体が、かかる小さい領域の層状オーバレイを備える１組の防湿または防水／通気性（Ｗ／Ｂ）要素をさらに備える。さらに、積層体は、１組の他の層状オーバレイを備えることができる。さらに、本開示による積層体は、かかる少なくとも２つの一方向テープのうち第１のテープを備えることができ、第１のテープは、かかる少なくとも２つの一方向テープのうちの第２のテープとは異なる所定の方向にあるモノフィラメントを含む。

本システムの種々の実施形態において、１つのスクリム層が雄型上に伸張されて、型の形状に硬化される（図１５も参照。以下で説明する）。スクリムは、２つ以上の接着剤被覆繊維強化層、例えば、ユニテープから作られる。２つ以上のスクリム層を希望に応じて加えて、最終材料の寸法安定性および引裂強度を向上させることができる。層の数、接着剤または繊維のタイプ、表面層のタイプまたは構成、およびスクリムの初期状態（未硬化または硬化）はすべて、基本的な本発明の概念を変更することなく置き換え可能な変数である。本実施形態の少なくとも１つの好ましい適用は靴であり、この場合、スクリムを「靴型」の周りに伸張させることができる。本開示による種々の履物の実施形態について、本明細書の後の段落で後述する。本システムの種々の実施形態において、追加のユニテープ層を加えて、特定の負荷経路に沿った伸張を制限してもよい。本システムの他の実施形態において、表面層を、型の周りで硬化した積重体に加えることができる。

種々の実施形態において、ユニテープ層は、マトリックス接着剤により被覆され、またはマトリックス接着剤に埋め込まれた、薄く広がる略平行な繊維を含む。これらのユニテープ層を構成するモノフィラメント繊維は、繊維を構成するモノフィラメントが略並んで位置決めされ、個々に接着剤で被覆され、または接着剤もしくは樹脂に埋め込まれるように広げられる。モノフィラメント間の間隔距離もしくはモノフィラメントの面積重量分布が均一、不均一になり得るように、またはモノフィラメント層が、いくつかのフィラメントの厚さを含む、より大きい重量のユニテープ間の間隔を組み込むように、位置決めを行ってもよい。モノフィラメント間の間隔距離が均一、不均一になり得るように、またはモノフィラメントが当接もしくは重なるように、位置決めを行ってもよい。場合によって、モノフィラメントトウは、撚り合わせた、または絡み合わせた構成モノフィラメントを組み込んで、広がりを制限または制御することができる。しかしながら、多くのフィラメントを含む繊維内においてフィラメントを広げ被覆するという概念は同様である。種々の実施形態において、接着剤は弾性ポリマーを含む。この選択肢により、ユニテープの柔軟性が与えられ、ユニテープを非繊維強化方向に伸張させて成形することができる。ユニテープ層を型に個々に位置決めして、局所的に補強してもよい。

図３は、本開示による３次元成形物品１０１を製造するために使用可能な種々のツールおよび成形配置の実施形態の断面図である。繊維の均一性を維持しつつ、複雑な部品上にユニテープを成形するための方法は、スクリムを最初に形成するステップを含み、ここでは平らなユニテープの２つの層が、０°および９０°等の異なる向き、または特定の設計による必要に応じたその他の相対的な向きに積み重ねられる。これにより得られたスクリムは、そのバイアス方向に伸張するが、フィラメントは交差する層の補強によって安定する。これにより、フィラメントの位置合わせを維持し、繊維のしわを最小限に抑えるような方法で、フィラメントを型の上に位置決めして伸張させることができる。

図４は本開示による種々の３次元成形物品１０１を製造するために使用可能なツールおよび成形配置の代替実施形態の断面図である。図４の実施形態に示すように、スクリム層を含むような未硬化の、または成形可能な積層体を、可撓性ダイアフラムの層の間に挟むことができる。その後、未硬化で未成形の複合材料を、成形および硬化のために型の雄ツールおよび雌ツール間に配置することができる。

図６は、本開示の種々の実施形態による別の成形および硬化動作を示す断面図である。図６に示すプロセスでは、先に硬化され成形された積層体部品（例えば、図４〜図５に示す動作から得られた部品）が、可撓性ダイアフラム層の間に挟まれて、型の雄ツールと雌ツールとの間に位置決めされる。限定されないが、オートクレーブ圧縮、油圧成形もしくはダイアフラム成形、または当業者に公知のその他の方法を含む種々の方法を用いて、任意の数の表面層のある、または表面層のない層化構造が型の上に置かれ、成形され、および／または硬化される。

図７ａ、図７ｂ、および図７ｃは、本開示による雌型プロセスの実施形態の分解概略図である。図７ａ〜図７ｃに示すプロセスでは、部品が型の上に置かれ、膨張式空気袋が部品に挿入されて部品の内部に圧力を加えることにより、材料が硬化される間に材料を型の形状にする。

図７ａに示すように、複合部品１３０ａが雌型１７０内に配置され、膨張式空気袋１７５ａが複合部品１３０ａに挿入され、熱硬化、ＵＶ硬化、ＲＦ硬化、電子線硬化のいずれか１つまたは組合せによって部品が硬化される間に、部品の内部に圧力を加える。エラストマー空気袋１７５ａは均一な圧力（例えば、空気圧または液圧）を複合部品１３０ａに加えて、部品を型の形状にする。

図７ｂは、雌型１７０の内部形状に合う拡張された複合部品１３０ｂを示す。希望に応じて、エラストマー空気袋１７５ｂ（今度は、型の形状まで拡張されている）が複合部品１３０ｂの内面に対して共硬化されて、例えば、物品の内部圧力空気袋または内膜または内層を形成することができる。この内部空気袋材料層が必要ない場合、空気袋を収縮させて型から取り外し、共硬化された空気袋層なしで、部品１３０ｂを定位置に拡張させ硬化させたままとする。

膨張式空気袋上での靴アッパーの組立ておよびレイアップの目的で、空気袋の剛性の問題を解決する少なくとも３つの方法を実現することができる。第１の方法は、取外し可能な多要素３次元成形ツールを使用することであり、このツールは、製造プロセスの一部の点で取外し可能なエラストマー空気袋を支持して、可撓性複合部品を型および空気袋から取り外せるようにする。第２の方法は、アッパーを含む構成部品の適用のための型として作用するのに十分な剛性がある点で加圧できるように、生地複合材で補強され得るエラストマー空気袋を使用することである。第３の方法は、エラストマー圧力印加ツールと共に形状記憶ポリマー（ＳＭＰ）を使用することである。このようなポリマーは低温では剛性であるが、遷移温度を超える温度で伸びの大きい可撓性エラストマーに変わる。遷移温度超で、ＳＭＰを加熱された型に配置し加圧し、ツールをそのエラストマー相で成形することができ、靴成形システムの場合には、靴内部の所望の形状となる型の形状を正確に複製する。

型がＳＭＰの遷移温度未満に冷却されると、ＳＭＰが靴アッパーの内型寸法の形状の剛性の固体に変わる。この「剛性化」形状で、ツールを靴成形プロセスのレイアップ成形ツールとして使用することができる。剛性化ＳＭＰの成形構造の例は、図２４に示すチューブ１８０である。本実施形態について、ＳＭＰをその遷移温度未満まで冷却することによって、ＳＭＰは心棒上でチューブ形状に硬化される。図２５はＳＭＰチューブ１８１を示し、このＳＭＰチューブ１８１は、ＳＭＰがその遷移温度超まで加熱され、雌型１８２（型の下半分のみを図示する）内で形状成形され、その後、圧力下でＳＭＰの遷移温度未満まで冷却されて、型１８２のキャビティの形状の剛性成形ツールを製造した後の状態である。図２６は、繊維トウ１８３が剛性化ツール１８４に当てられるプロセスの実施形態を示す。

本システムの代替実施形態において、スクリムが、剥離ライナ間で平坦状に予備硬化される。この材料を、次のレイアップの製造業者に販売することができる。本システムの種々の他の実施形態において、スクリムの複数の層が、型の上に伸張され、各層を接着剤で被覆することによって定位置に接着される。本システムの種々の他の実施形態において、スクリムのフィラメントを既に被覆している既存の接着剤は熱可塑性であり、再溶融して層を結合することができる。本システムの種々の他の実施形態において、スクリムは、片側または両側に当てられるフィルムまたは表面層を有する平坦状に予備硬化される。この追加の１つ以上の層は、熱可塑性、通気性、および／または防水性等のいくつの目的を果たすことができる。例えば、層は、防水通気（Ｗ／Ｂ）膜を含むことができる。平坦状にスクリムに組み込まれた表面層は、バイアス伸張を阻害すべきではないことに注目されたい。そうでなければ、この平坦な製品を成形する能力が低下し得る。

１つのスクリム層を型の上に伸張させるステップと、スクリム層をこの位置で硬化させて可撓性の３次元複合部品を成形するステップとを含むプロセスの種々の実施形態について、高性能複合履物部品に関する以下の開示でさらに説明する。

図１５は、図１１の複合履物アッパーを製造する方法の実施形態を一般に示す図である。図１５は、設計段階２０２と、次の作製段階２０４とを示す。図示したように、作製段階２０４は、少なくとも１つの型または同様の成形ツール２０８を用いる複合材料レイアップ２０６の実施を含む。図示したように、作製段階２０４は、少なくとも１つの硬化ステップ２１０をさらに含む。硬化ステップ２１０は、熱および圧力を用いて、ポリマー鎖の架橋によりポリマーマトリックスを硬化させることができる。種々のポリマーの化学的性質において、硬化は、化学添加剤、紫外線放射、電子線、およびその他のプロセスによって引き起こされ得る。あるいは、熱可塑性マトリックス材料を熱成形することができ、複数の層を熱溶融または接着、超音波溶着またはレーザ溶着することができる。熱可塑性ホットメルト、反応性ポリウレタン接着システムを、溶剤溶着技法、接触接着剤、または架橋接着剤もしくは非架橋接着剤、またはその他の適切な方法を用いて接着することができる。架橋接着剤が使用される場合、以下に挙げる架橋のための硬化方法を使用することができる。

内側型面および外側型面は、成形パターン、エッチングパターン、または機械加工パターン、テクスチャ、凹または凸の型穴、またはポケットを組み込んで、パターン、形状、幾何学的特徴、エンボス加工された革または布のようなテクスチャ、溝、ミシン目、図形、縫い目または継ぎ目のようなもの、ロゴ、光沢面または艶消し面仕上げを提供することもできる。パターン型面に直接塗布された、噴霧、ブラシ塗り、または浸漬された表面樹脂等の種々の方法を用いて表面を成形することができ、ツールの表面に熱成形または真空成形された柔軟性のある、または成形された表面フィルム、あるいは型パターンを、型の表面から、型上のパターンを受け入れて転写するように特に設計されたアッパーに施された型押し可能な表面仕上げに直接転写することができる。

Claims

少なくとも１つの一方向テープを備える補強要素と、
前記一方向テープ内に配置されたモノフィラメントと、
を備え、
前記モノフィラメントのすべてが前記テープ内の所定の方向に位置し、
前記モノフィラメントが４０ミクロン未満の直径を有し、
個々のモノフィラメントが隣接するモノフィラメントに当接し、または隣接する強化モノフィラメント群のうちの個々のモノフィラメント間の間隔が、非当接モノフィラメント間の範囲内の、モノフィラメント外径の最大５０倍の間隙距離以内であり、
前記補強要素が少なくとも２つの一方向テープを備え、
前記少なくとも２つの一方向テープの各々が、モノフィラメントが内部にない大きい領域を有し、前記大きい領域が、モノフィラメントのない小さい領域を有する１組の層状オーバレイを備える、積層体。
前記モノフィラメントが押し出され、引き出され、または変換されて、接着樹脂に被覆され埋め込まれたモノフィラメントになる、請求項１に記載の積層体。
前記少なくとも２つの一方向テープのうちの第１のテープが、前記少なくとも２つの一方向テープのうちの第２のテープ内のモノフィラメントとは異なる所定の方向にあるモノフィラメントを含む、請求項１に記載の積層体。
前記小さい領域が、ユーザにより計画された配置を含む、請求項１に記載の積層体。
前記小さい領域の層状オーバレイを備える１組の防水／通気性要素をさらに備える、請求項１に記載の積層体。
少なくとも１組の追加の層状オーバレイをさらに備える、請求項５に記載の積層体。
前記少なくとも２つの一方向テープの前記異なる所定の方向の組合せが、ユーザにより選択されて、計画された方向の剛性／可撓性を達成する、請求項３に記載の積層体。
３次元成形された可撓性複合部品である、請求項１に記載の積層体。
周縁部に沿って接合された複数の積層体部分をさらに備える、請求項８に記載の積層体。
周縁部に沿って少なくとも１つの非積層体部分に接合された少なくとも１つの積層体部分を備える、請求項９に記載の積層体。
周縁部に沿って少なくとも１つのユニテープ部分に取り付けられた少なくとも１つの積層体部分を備える、請求項９に記載の積層体。
周縁部に沿って少なくとも１つのモノフィラメント部分に取り付けられた少なくとも１つの積層体部分を備える、請求項９に記載の積層体。
少なくとも１つの剛性要素をさらに備える、請求項１に記載の積層体。
請求項１に記載の積層体を備える物品であって、前記少なくとも１つの一方向テープが前記物品に取り付けられる、３次元成形物品。
取付点、貫通孔、および補強ストラップ用の一体構造補強材をさらに備える、請求項１４に記載の物品。
３次元成形された可撓性複合部品を製造する方法であって、
ａ．適合性のある構成を有する少なくとも１つの雄型および少なくとも１つの雌型を設けるステップと、
ｂ．請求項１に記載の少なくとも１つの積層体およびオプションの第１の表面層を前記雄型上に当てることにより、第１の複合レイアップを構成するステップと、
ｃ．前記第１の複合レイアップを前記雄型から取り外して、前記第１の複合レイアップを前記雌型内に配置するステップと、
ｄ．場合により、少なくとも１つの剥離ライナを前記雌型内で前記第１の複合レイアップ上に配置するステップと、
ｅ．請求項１に記載の少なくとも１つの積層体およびオプションの第２の表面層を前記雄型上に当てることにより、第２の複合レイアップを構成するステップと、
ｆ．前記第２の複合レイアップを前記雄型から取り外して、前記第２の複合レイアップを前記雌型内で前記第１の複合レイアップ上に配置するステップと、
ｇ．かかる第１の複合レイアップおよびかかる第２の複合レイアップを周方向に接合するステップと、
ｈ．前記第１の複合レイアップおよび前記第２の複合レイアップを硬化させて、少なくとも１つの３次元成形物品を形成するステップと、
を含む、方法。
少なくとも１つの開口部をかかる少なくとも１つの３次元成形物品に成形するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
かかる少なくとも１つの開口部を通して、かかるオプションの剥離ライナを除去するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
少なくとも１つの補強構造をかかる少なくとも１つの３次元成形物品に加えるステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
かかる少なくとも１つの３次元成形物品が靴の内部に組み込まれる、請求項１６に記載の方法。
かかる少なくとも１つの３次元成形物品がバッグの内部に組み込まれる、請求項１６に記載の方法。
かかる少なくとも１つの３次元成形物品がガス不透過性である、請求項１６に記載の方法。
かかる少なくとも１つの３次元成形物品が、ガス膨張式であるように構成される、請求項１６に記載の方法。
３次元成形された可撓性複合部品を製造する方法であって、
ａ）周囲材料を第１の部品側から第２の部品側に折り重ねて、重なり継ぎ目の領域を有する２次元可撓性複合部品を形成することにより、請求項１に記載の積層体を備える２つの対称な可撓性複合部品を接合するステップと、
ｂ）かかる２つの対称な可撓性複合部品を硬化させて、中空内部を有する一体型の３次元成形された可撓性複合部品を形成するステップと、
を含む、方法。
３次元成形された可撓性複合部品を製造するシステムであって、
前記複合部品の設計に到達するために使用可能な設計段階と、
少なくとも１つの型を備えた複合材料レイアップの実施を含む作製段階であり、前記複合材料が、請求項１に記載の積層体であり、統合され硬化される、前記作製段階と、
を含む、システム。
前記３次元成形された可撓性複合部品がＣステージまたはＢステージの複合履物アッパーを備える、請求項２５に記載のシステム。