JP4100718B2 - 安全履物用の複合プラスチック材料製先芯及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明の目的は、後に特に安全及び／又は保護用の履物の内部に使用するための複合プラスチック材料製の特に安全及び／又は保護用の先芯の製造方法において、該先芯が熱可塑性又は熱硬化性樹脂によって結合された有機及び／又は鉱物繊維で構成されているような方法にある。
これらの保護用先芯は、特に、欧州規格（ＥＮ３４４−３４５−３４６），日本規格（ＪＩＳＴ８１０１）又は米国規格（ＡＮＳＩ Ｚ４１−１９９１）に従って規定されているような保護及び／又は安全用の履物において利用されることを目的としている。
金属製の安全用先芯に代わって、非磁性で、電気絶縁性及び断熱性をもち1ユーザーの履き心地を改善するような形で低い重量を呈する非金属性先芯を実現することが知られている。このタイプの非金属製先芯は、熱可塑性又は熱硬化性樹脂で含浸又は被覆された繊維のバンド、マット又は織物の形をした繊維といったような多種多様な補強用材料を利用する。
これらの先芯の多くが、異なる繊維質補強材を結びつけることによって得られる。
かくして、このタイプの複合先芯を、例えば熱可塑性樹脂製の合成繊維と無機繊維から成るハイブリッド織地の圧縮によって（ＥＰ−Ａ−０５２８２４９）；例えば熱可塑性マトリクスの内部での織られた長ガラス繊維及び不織短ガラス繊維から構成された複合多層構造の熱成形によって（ＥＰ−Ａ−０６１４６２３）；熱硬化性樹脂の含浸された複数の織地層を積層によって（ＧＢ−Ａ−２０５０１４４）；ガラス繊維及び熱可塑性マトリクスの複合体材料の内部で織られた金属繊維の圧縮によって（ＥＰ−Ａ−０６１４６２３）；ポリカーボネート（ＦＲ−Ａ−２５２５４４３），ポリプロピレン，ポリウレタン（ＥＰ−Ａ−０６１７５８２），ポリアミド（ＦＲ−Ａ−２５７２２５９），ＡＢＳ（ＧＢ−Ａ−１２８４７３６）などといった、繊維での充てんを受けた又は受けない熱硬化性材料の射出によって；さらには又、熱可塑性マトリクス内の１方向繊維から成る予備成形されたバンドの圧縮によって（ＥＰ−Ａ−０１００１８１）得ることが知られている。
これらの非金属複合先芯は、製造が比較的複雑な部類に属していることが非常に多い。
ＵＳ−Ａ−３９７５８４０は、高い強度をもち予め定められたゾーン内で剛性を示すスポーツ用シューズを直接作製することさえ提案している。かくして、この文書は、外部シェルを構成する材料中で包み込まれた足の形で直接補強用インサートを作製することを提案している。スキーやスケートといったようなスポーツを実践するのに特に適合した履物を唯一回の作業で得ることを可能にするこの製造方法は、いかなる場合でも、後に履物の中で使用することを目的とした安全靴向けの複合先芯を得る要領を教示するものではない。
選択された繊維質積層又は補強材及び樹脂の性質に応じて、先芯は、熱可塑性又は熱硬化性樹脂の圧縮成形、熱成形又は射出成形によって製造されることが最も多い。
かくして、ＪＰ−Ａ−０６１４１９０８により、１方向に沿って整列させられた長繊維を含む熱可塑性樹脂の複数のシートを積層することによって得られる軽量の安全用先芯が知られており、ここでこれらのシートは複数の方向の繊維を得るような形で積層されており、この積層は次に、多方向性繊維により補強された樹脂層を形成するため加熱されプレスされ、この層はその後成形によって整形される。
同様に、ＵＳ−Ａ−５５６０９８５から、織布又は編み格子の形をした繊維により補強された熱硬化性樹脂層及びマットを用いて繊維により補強された熱可塑性樹脂層から得られるサンドイッチ構造をもつ層状材料も知られている。これらの層は、一つを材料の核として、もう１つを表面層として、及びその逆の要領で役立つ。このような層状材料は、前記材料を圧力下で加熱することで成形により安全用先芯を製造することを可能にする。
これらの方法は、それらが左右に単一構造の２つの金型を使用することを必要とするという点で先芯の製造には経済性の低いものであることがわかっており、同様に、特に部品の深さ／幅比のため、製造すべき前記先芯のサイズが小さいことから実現可能性の問題を提起する可能性もある。
さらに金属製先芯に代わるこのような先芯が提供しなくてはならない保護、特に２００Ｊ以上の衝撃強度及び１５ＫＮの圧壊強度に関する欧州（規格ＥＮ３４４，３４５，３４６），日本（ＪＩＳ Ｔ８１０１）又は米国（ＡＮＳＩ Ｚ４１−１９９１）の必要条件は、以上で記した先芯を用いて満足のいく形で達成することができないものである。
実際、このような機械的特性を達成するためには、このタイプの先芯を製造するのに、生産ライン上で直接金属先芯とこれらの非金属製先芯を直接置換することができないような材料厚みを備える必要がある。その上このよう先芯の過剰厚みは、美観及び履物の履き心地を損ない、金属製先芯に比べた重量の節減を制限する。
これらの欠点を補正するため、本発明の目的は、主として単純かつ経済的な形で（左右の）先芯対を同時に製造することを目的とする。
このため、本発明の目的は、後に履物の内部に使用するための複合プラスチック材料製の先芯の製造方法において、該先芯が熱可塑性又は熱硬化性樹脂によって結びつけられた有機及び／又は鉱物繊維で構成されており、履物の底に対する固定用表面を形成するそのボートテールによって統合される一対の左右の先芯を、２つの先芯用キャビティを有する唯一の金型の中で鏡対称で同時に製造し、前記ボートテールの結合レベルで前記先芯を分離すること、を特徴とする製造方法にある。
２つの先芯の分離は、結合のレベルで、カット又は他のあらゆる適切な手段によって実施される。
有利なことに、かくして相対的幅が倍増するため、かくして深絞りの結果としてもたらされるエアースリップ現象に関連する全ての問題が回避されることになる。
好ましくは、２つの先芯の後の分離を可能にするべく、唯一の金型は、前記先芯のスペーサとして役立つ、２つの先芯の隣接する２つのボートテールの間に結合用壁用キャビティを少なくとも有し、この結合用壁は、得られた２つの先芯の離型及び硬化の後２つのボートテールに対しほぼ平行にカットされ、かつ/又は例えば研削、のこびきなどといったあらゆる適切な手段によってこの結合用壁が除去される。
好ましくは、結合用壁は、直線であるが、この結合用壁は、全体的又は部分的に円弧の形状を呈していてもよい。
本発明の方法の第１の実施形態に従うと、唯一の金型の中に設置された熱可塑性又は熱硬化性樹脂を予備含浸させた有機及び/又は鉱物繊維を圧縮することによって成形が実施される。
本発明の方法の第２の実施形態に従うと、熱可塑性又は熱硬化性樹脂の射出又は熱形成により本発明の方法に従った複合先芯が得られる。
本発明の好ましい第３の実施形態に従うと、熱可塑性又は熱硬化性樹脂のトランスファにより成形が実施される（ＲＴＭ（Resin Transfer Molding」技術）。
好ましくは、鉱物及び／又は有機繊維は、連続系のプライ又はバンド及び／又は長繊維及び／又は短繊維のマット及び／又は繊維織物によって構成された繊維層及び／又は繊維質の積層の形をしている。好ましい一実施形態に従うと、これらの繊維は、ガラス繊維及び／又はアラミド繊維及び／又は炭素繊維及び／又はポリエチレン繊維及び／又はその他全ての有機繊維である。
好ましくは、熱硬化性樹脂は、ポリエステル樹脂、ポリエポキシド樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニルエステル樹脂さらにはポリエステル−ウレタン樹脂といった網状化可能な重合体マトリックスで構成されている。
金型内で現場重合可能な熱可塑性樹脂は、好ましくは、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリカプロラクタン樹脂、環状単量体又はプレポリマーで構成されている。
特に、上述の欧州、日本及び米国の規格を満たすものといったような機械的性能を達成し、履物の美観と同様はき心地の視点から見ても満足のいく厚みを呈ししかも製造ライン内で金属製先芯に直接置き換わることを可能にさせるような高強度の先芯を得る目的で、樹脂トランスファ成形という特殊な方法が使用される。
かくして、唯一の金型内には、積層られた少なくとも２つの繊維層から成る予備成形された補強用インサートが設置され、この補強用インサートは、金型内に導かれた熱硬化性又は熱可塑性樹脂でコーティングされ、この樹脂は補強用インサートに含浸される。
有利には、製造工程に先立って、その整形によって剛性の半完成要素を得ることが可能となる、予備成形された繊維製補強用インサートを形成するブランクの製作が行なわれる。
好ましくは、補強用インサートは、少なくとも２つの繊維層の積層から作られ、繊維は、連続系のバンド又はプライ及び／又は長繊維及び／又は短繊維のマット及び／又は織物の形をしていてよい。
これらの層は、求められる性能に応じて同一又は異なる寸法のものであってよく、繊維の配向は、例えば多方向性といったように異なるものであっても同一であってもよい。
積層の内部の前記層の組成は、有利には一定の機械的性能を得るような形で選ばれる。かくして、補強用インサートに付与したいと考えている機械的特性に応じて、織物の積層のみを利用するか或いは又織物の積層とマット、又は織物、マット及び連続系プライの組合せを利用し、積層中の異なる層の中で繊維の配向を加減することができる。
補強用インサートの予備成形は、予備成形金型内で積層さられた繊維をプレスすることによって得ることができる。
同様に、繊維の基本層のうちの少なくとも１つ又は全体の２次元又は３次元での織布作業の際に、予備成形された補強用インサートを直接得ることも可能である。
有利には、特に圧縮による予備成形の際に予備成形された補強用インサートに対し形状維持及び保存の品質を付与するために、繊維に熱活性化可能な結合剤の粉末をふりかける。この結合剤は、工程の後段階の間不活性状態にとどまり、そうでなければ少なくともこれらの後段階を妨げないような形で選択される。
予備成形された補強用インサートは、有利には本発明に従った方法の使用段階に従って直接処理され得、或いは又必要とあらば待機状態に保管しておくこともできる半完成品を構成する。従って、本発明は、予備成形された補強用インサートをも目的としている。
この補強用インサートは、唯一の金型の中に設置され、その後、金型内で熱の作用下で反応する熱硬化性又は熱可塑性樹脂でコーティングされる。なおこの熱硬化性樹脂は金型内で現場網状化可能であり熱可塑性樹脂は現場重合可能である。
第１の変形形態に従うと、加熱され温度調節された唯一の射出用金型の中に補強用インサートが設置され、この中に、この補強用インサートを含浸させるための熱硬化性又は熱可塑性樹脂が低圧で射出される。好ましくは、射出圧力は１〜１０バール、より特定的には１〜３バールの範囲内にある。
第２の変形形態に従うと、補強用インサートは、適当な量の熱硬化性又は熱可塑性樹脂を注し込むことになる唯一の金型の中に導入される。加熱され温度調節された金型はその後閉じられる。このとき、樹脂は圧縮により補強用インサートに含浸され、次に熱の作用下で反応する。
これらの２つの変形形態については、完成品の中の多孔性の存在を最大限に除去しかくして加工性を改善するべく、金型内で真空を用いることも考えられる。
好ましくは、かくして得られたマトリクスの中の繊維率は、５０質量％を上回る。
かくして、本発明の方法は、金属製先芯の欠点を呈することなくそれに匹敵する品質及び物性を呈する熱硬化性又は熱可塑性樹脂の含浸を受けた補強用インサートから成り、この含浸されたインサートがその後２つの先芯に分離されるような、特に安全及び／又は保護用の２つの先芯のアセンブリを得ることを可能にする。特に本発明のこの実施形態に従った安全及び／又は保護用先芯は、前方ゾーン内で６mm，後縁部上で２mmの最大厚みを呈する。
本発明は同様に、本発明の方法に従って得られた特に安全及び／又は保護用先芯，ならびにこのような先芯特に高強度先芯を備えた安全及び／又は保護用の履物をも目的とする。
以下では、図面を参照しながらより詳細に本発明について記述する。なお図面中、
図１は、金型の出口に対に配置された（左右）先芯の側面図を表わす。
図２は、図１に従った先芯の断面図を表わす。
鉱物及び／又は有機繊維の少なくとも２層から成る予備成形された補強用インサートを唯一の金型の中に設置した。補強用インサートを樹脂で含浸させるような形で加熱され温度調節された金型の中に、熱硬化性樹脂を低圧で射出した。
金型の出口で、履物の底に対する固定用表面を形成するその水平なボートテール２’，２”により鏡対称で張り合わされた右先芯１’と左先芯１”から成る一対の先芯１を得る。
前記先芯１を後で容易に分離できるような形でボートテールのスペーサとして、２つのボートテール２’及び２”の間に結合用壁３が設けられる。
好ましくは、結合用壁３は直線で、アセンブリ１に対する充分な付着力を確保し、これが製造を容易にしている。
この結合用壁３は、樹脂の最高の射出を可能にするよう金型内でのインサートの容易な使用を確保するべく、ボートテール２’，２”との関係において鋭角を呈していない。本発明のその他の実施形態の場合、この鋭角の不在は、熱成形又は圧縮成形の場合に適正なクリープを確保し、一般に、成形品上の機械的に脆弱なゾーンをことごとく回避できるようにする。
先芯１’，１”のアセンブリ１を離型した後、これらの先芯は、結合用壁３のカット、のこ引き又は研削又はその他の適当なあらゆる手段により分離される。

Claims (23)

1. 後に履物の内部に使用するための複合プラスチック材料製の先芯（１’，１”）の製造方法において、該先芯（１’，１”）が熱可塑性又は熱硬化性樹脂によって結合された有機及び/又は鉱物繊維で構成されており、履物の底に対する固定用表面を形成するそのボートテール（２’，２”）によって統合される一対の左右の先芯（１’，１”）を鏡対称で同時に製造するため、唯一の金型の中に、少なくとも２つの繊維層の積層で構成された予備成形されたインサートを設置し、金型の中に熱硬化性又は熱可塑性樹脂を導入し、この樹脂が含浸により予備成形された補強用インサートをコーティングし、前記ボートテール（２’，２”）の結合レベルで前記先芯（１’，１”）を分離すること、を特徴とする製造方法。
2. 唯一の金型が、２つの先芯（１’，１”）用キャビティに加えて、２つの先芯（１’，１”）の２つのボートテール（２’，２”）の間に前記先芯（１’，１”）のスペーサとして役立つ結合用壁（３）用キャビティを有し、この結合用壁（３）を２つのボートテール（２’，２”）に対しほぼ平行にカットしかつ／又は例えば研削、のこびきなどといったあらゆる適切な手段によって前記結合用壁（３）を除去すること、を特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 結合用壁（３）が直線であること、を特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 結合用壁（３）が全体的又は部分的に円弧の形状を呈すること、を特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 鉱物及び／又は有機繊維が、連続系のプライ又はバンド及び／又は長繊維及び／又は短繊維のマット及び／又は繊維織物によって構成された繊維層及び／又は繊維質の積層の形を呈していること、を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 繊維が、ガラス繊維及び／又はアラミド繊維及び／又は炭素繊維及び／又はポリエチレン繊維及び／又はその他全ての有機繊維であること、を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 繊維が、熱活性化結合剤の粉末で覆われていること、を特徴とする請求項５及び６のいずれか１項に記載の方法。
8. 唯一の金型の中に設置された熱可塑性又は熱硬化性樹脂を予備含浸させた有機及び／又は鉱物繊維を圧縮することによって成形を実施すること、を特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の製造方法。
9. 熱可塑性又は熱硬化性樹脂のトランスファ成形を実施すること、を特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
10. 熱硬化性樹脂が、ポリエステル樹脂、ポリエポキシド樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニルエステル樹脂さらには、ポリエステル−ウレタン樹脂といった網状化可能な重合体マトリックスで構成されていること、を特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の製造方法。
11. 金型内で現場重合可能な熱可塑性樹脂が、好ましくは、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリカプロラクタン樹脂、環状単量体又はプレポリマーで構成されていること、を特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の製造方法。
12. 補強用インサートが加熱され温度調節された唯一の金型の中に設置され、この金型の中に、前記補強用インサートをコーティングし含浸させるための熱硬化性又は熱可塑性樹脂が低圧で注入されること、を特徴とする請求項１〜１１に記載の方法。
13. その後熱硬化性又は熱可塑性樹脂を適切な量だけ流込むことになる唯一の金型内に補強用インサートを設置し、その後、加熱され温度調節された金型は閉じられ、樹脂は補強用インサートに圧縮により含浸しその後熱の作用下で反応すること、を特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
14. 熱硬化性又は熱可塑性樹脂が、補強用インサートに含浸する間に金型の中に真空を作ること、を特徴とする請求項１２及び１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 補強用インサートを構成する繊維層が積層中で、そのそれぞれの繊維の異なる配向を呈していること、を特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の製造方法。
16. 予備成形用金型の中に積層された繊維をプレスすることにより補強用インサートを予備成形し、これらの層は予め加熱されていること、を特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 補強用インサートが、繊維の基本層のうちの少なくとも１つ又はその全体の２次元又は３次元での織布作業の際に予備成形されること、を特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の方法。
18. マトリックスの内部の繊維の率が５０質量％を上回ること、を特徴とする請求項１２〜１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 予備成形用金型の中で積層されプレスされた繊維で構成され、これらの層が予め加熱されていること、を特徴とする請求項１〜１８に記載の複合プラスチック材料製の先芯の製造方法において利用されることを目的とした、予備成形された補強用インサート。
20. 繊維の基本層のうちの少なくとも１つ又はその全体の２次元又は３次元での織布作業の際に予備成形されること、を特徴とする請求項１２〜１８のいずれか１項に記載の複合プラスチック材料製の先芯の製造方法において利用されることを目的とした、予備成形された補強用インサート。
21. 熱硬化性又は熱可塑性樹脂により結合された有機及び/又は鉱物繊維で構成された、後に履物の内部に使用するための特に安全用及び/又は保護用の先芯において、少なくとも２つの繊維層の積層を呈する予備成形された補強用インサートを有し、この補強用インサートは、履物の底に対する固定用表面を形成する前記ボートテール（２’，２”）の間の結合レベルで分離されている一対の左右の先芯対（１’，１”）を鏡対称で同時に製造するための唯一の金型内で、熱硬化性又は熱可塑性樹脂によるコーティング及び含浸を受けていること、を特徴とする先芯。
22. 少なくとも２つの繊維層が、繊維の異なる配向を呈するような形で積層されていること、を特徴とする請求項２１に記載の先芯。
23. 熱硬化性又は熱可塑性樹脂により結合された有機及び／又は鉱物繊維で構成された、高い強度をもつ特に安全用及び／又は保護用の先芯を有するタイプの、特に安全用及び／又は保護用の履物において、少なくとも２つの繊維層の積層を呈する予備成形された補強用インサートで構成された先芯を有し、この補強用インサートは、履物の底に対する固定用表面を形成する前記ボートテール（２’，２”）の間の結合レベルで分離された左右の先芯対（１’，１”）を鏡対称で同時に製造するための唯一の金型の中で熱硬化性又は熱可塑性樹脂のコーティング及び含浸を受けていること、を特徴とする履物。

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