JP4699349B2 - フック板の製造システムおよび方法 - Google Patents

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Description

この発明は、比較的大きな寸法の射出成形されたシート状部材と、この部材の製造方法とに関し、シート状部材はそこから延在する一体に形成された複数のステムを有する。この発明はまた、ベース部材から直立する熱変形可能なステムをコイニングして面ファスナーシステムのフック部を形成する方法ならびにこのような方法によって得られる製品に関する。
「面」ファスナーシステムは、フックを有する基体と、ループを有する基体との間に解除可能な結合をもたらす周知のシステムである。個々のループが個々のフックと係合して集合的に結合したフックおよびループのシステムは、フックおよびループの基体を装着した２つの物品に対する固定システムを提供する。一体に形成され、直立し、係合可能な締結フックのアレイを有する熱可塑性の締結製品は、対応するループのアレイ（または他の対応する締結要素）と共に用いることができ、２つの面を取り外し可能に結び付けるシステムを作り出す。
フックを作る１つの方法は、成形されたステムのシートを得、次にそれぞれのステムに頭部を「コイニングする」ことである。コイニング処理は、各ステムの頭部に対してキャビティを持った加熱面を概ね作用させることを伴い、それで頭部の先端がキャビティの１つによって変形させられ、対立するシートのループに対して確実に係合することができる形態をもたらす。このような方法の１つが１９９９年１１月９日付けで Dowd らに付与された特許文献１に記述されている。
米国特許第５９８０２３０号
対応するループに対して用いられるキノコ形頭部のフックアレイをコイニングする場合、各キノコ形頭部およびステムが同じ寸法形状を有していることが重要である。キノコ形頭部およびステムに異なる寸法形状を有する部分がある場合、異なる領域はフックおよびループの取り外し可能な結合システムにおける所定のループアレイと異なる結合の度合いを与えよう。例えば、ある領域が小さすぎるキノコ形頭部を有する場合、その領域に関してはフックに対してループの緩い結合のみとなる可能性がある。これに対し、頭部が大きすぎる場合、（１）フックをループに結合するための容易性が減少し、（２）ループに結合したフックに関し、フックとループとの取り外し可能な結合システムのフックおよびループ部分を取り外すためにより「強烈な」力を必要とする可能性がある。
このような問題は、比較的大きなフック板の全体に亙って多くの小さなキノコ形状のフックのアレイを形成することが望まれる場合に増大する。平坦面にフックを成形する従前の方法は、比較的小さな加工品に対してのみ適用されるだけであったと考えられる。
好ましい実施形態において、本発明により製造されるフック板は、縦が３０.４８cm(１２")で横が３０.４８cm(１２")から縦が９１.４４cm(３６")で横が９１.４４cm(３６")までの比較的大きな設計寸法であるが、縦が６０.９６cm(２４")で横が６０.９６cm(２４")の寸法が一般的である。拡大頭部を有するフックが作られるステムは、高さが１mmで直径が０.５５mmである。コイニング後、好ましくは「キノコ形」であるフックは、ほぼ０.７mmの高さである。比較的小さな寸法のフックを組み合わせたこのフックシートの大きな寸法は、製造工程において多くの難題をもたらす。
概ね、キノコ形頭部のフックを持ったフック板を製造するこの方法は、最初に直立するステムアレイを持ったフック板を射出成形することを伴う。加熱された概ね平坦なコイニング板をステムの先端に対して押し付けることにより、拡大頭部を持ったステムアレイが作られる。
フック板の全体に亙って製造公差内の変形があろう。このような変形はフック板が大きな水平寸法を有する場合に一層顕著となる。フック板全体に亙る厚みの変動は、上述したコイニング工程を介して形成される拡大頭部がおいて異なった大きさとなり、そのステムが異なった高さとなることをもたらす可能性がある。
もちろん、この影響は、異なる厚みの領域を持つ設計に基づくフック板に対し、このコイニング作業を適用した場合に増大する。
コイニング中のフック板の下に弾性層を配することが、満足し得るフックのアレイをコイニングするのに有利であることが見出された。また、コイニングする前に、コイニング板とステムの先端との間に、この出願において形成シートと呼称されるシートを置くことが有利であることも見出された。時間および温度の適切な組み合わせもまた、吟味された。
本発明の広い形態によると、概ね平坦な基体の上側に基端を連結したステムの先端に対し、成形頭部を形成する方法が提供される。この方法は、弾性シートの上に基体を置くステップと、ステムの先端を加熱コイニング面により加熱および加圧し、ステムの先端の一部の軟化とステムの先端への成形頭部の形成とをもたらすステップとを含む。
本発明の第２の形態によると、直立するステムアレイを持ったフック板にフックを製造する方法が提供される。この方法は、フック板の下に弾性層を置くステップと、直立するステムアレイの先端に対して加熱コイニング面を働かせ、直立するステムに拡大頭部を作るステップとを含む。
本発明の第３の形態によると、直立するステムアレイを持ったフック板にフックを製造する方法が提供され、フック板は第１の厚みの第１の領域を有し、このフック板は第１の厚みよりも薄い第２の厚みの第２の領域をさらに有する。この方法は、第１の領域の下に第３の厚みの第１弾性部材を置くステップと、第２の領域の下に第４の厚みの第２弾性部材を置くステップと、直立するステムアレイの先端に対して加熱コイニング面を働かせ、直立するステムに拡大頭部を作るステップとを含む。
この発明に関し、ここに開示された発明は、これと同時に提出された「改良アンカーシート」という名称の米国仮特許出願に開示された発明であり、これを参照することによってその内容がこの明細書に組み入れられる。また、この出願が記述する対象、例えばここで記述された発明を用いるか、あるいは適用することができる製品および方法は、これと同時期に提出された「カーペットタイル，敷設ならびにその製造および敷設方法」という名称の米国仮特許出願を参照することによって、その内容がこの明細書に組み入れられ、これと同時期に提出された「板に対する弾性層の超音波溶接」という名称の米国仮特許出願を参照することによって、その内容がこの明細書に組み入れられ、これと同時期に提出された「除去可能な装飾用象眼を有する床覆い」という名称の米国仮特許出願を参照することによって、その内容がこの明細書に組み入れられ、これと同時期に提出された「アンカーシート位置決めおよび結合システム」という名称の米国仮特許出願を参照することによって、その内容がこの明細書に組み入れられる。
ステムアレイを生み出す板の成形および次のコイニング工程を含むフック板の製造に関する好ましいシステムおよび方法が図１に示されている。さらに以下に詳細に記述されるように、図１を参照すると、ステップ８５において直立するステムアレイを持ったフック板が射出成形工程により作り出される。ステップ８７においてはフック板が金型から排出される。ステップ８９においてはフック板がコイニングシャトルテーブルの弾性層の上に置かれる。ステップ８９ａにおいては形成シートがステムアレイの先端に置かれる。ステップ９１においては、コイニングシャトルテーブル（弾性層の上の直立するステムアレイを有するフック板を形成シートと共に運ぶ）がコイニングステーションに置かれる。ステップ９３においてはステムに頭部をコイニングするためにコイニング板が加熱されて形成シートおよびステムアレイの上に下ろされる。頭部の形状の詳細が以下に与えられる。ステップ９５においてはフック板および形成シートがコイニングステーションから取り除かれ、冷却されることを可能にする。ステップ９７においては、面ファスナーシステムにおけるフックとして機能することができる先端の拡大領域をここで作成している形成シートがフック板から取り除かれる。これらのステップに関するさらなる詳細が次に続く。
図２は、比較的小さなステムアレイを有する比較的大きなフック板を射出成形するために用いられる金型５０の立体投影図を示している。一実施形態において、例えばフック板は縦が６０.９６センチメートル(２４インチ)で横が６０.９６センチメートル(２４インチ)であり、１平方センチメートル当たりほぼ３６本(１平方インチ当たりほぼ２３０本) のステム密度を持つ１mmの高さおよび０.５５mmの直径のステムを支持する。金型５２の一部は、ステムの領域すなわちアレイを作り出す複数のキャビティ５４を含んでいる。この金型の他の部分は５６で示されている。金型は、溶融樹脂が加圧状態で射出されることを可能にする射出ポート（図示せず）を有する。図３は、小さなステムアレイを持ったフック板を金型５２を用いて加圧状態で射出成形するステップを示している。ステップ５１の「射出期間」においては、溶融樹脂が金型５０に射出される。この溶融樹脂は、キャビティ５４のアレイおよび金型の本体６０に充填されよう。ステップ５３の「保持期間」においては、金型内の樹脂が冷却して収縮し始めよう。この収縮方向は、フック板の側端から横方向に内部収縮する傾向がある。射出された樹脂は、金型内の樹脂の収縮によってもたらされる空間が新たな樹脂で充填されるように、加圧状態に保持される。ステップ５５の「冷却期間」においては、入口ポートの周囲の樹脂が固まり、もはや金型内の樹脂は加圧状態にはない。この冷却期間中には、金型５２内の樹脂が冷却されて収縮しよう。ステップ５７の「排出期間」においては、部品が金型５２から排出される。
好ましい実施形態において、金型は、水平な状態で縦が２４"(６０.９６cm)で横が２４"(６０.９６cm)かつ約３.４mmの厚みの正方形のフック板を製作するように設計されている。隣接する板を重ねるための端部に沿った板の厚みは、この板の受け部分のその約１/２である。成形されるべきステムは１mmの高さおよび０.５５mmの直径である。ステム密度は、正三角形に配される１.８mmのフック間距離を有し、１平方センチメートル当たりほぼ３６本(１平方インチ当たりほぼ２３０本)、すなわち縦が２４"(６０.９６cm) で横が２４"(６０.９６cm)のフック板にほぼ１２８０００本のステムが存在する。好ましい樹脂材料は、BP Amico にて販売される Accutuf(登録商標) Impact Copolymer Developmental Grade 3934X か、あるいは複合または射出成形用の Exxon Mobil 製の PP7805 E2 共重合グレードの如きポリプロピレンである。Accutuf(登録商標)は、１００のメルトフローインデックスと、４１００psiの引張り降伏強さと、２５０×１０3psiの曲げ弾性率とを有する。PP7805 E2 は、８０のメルトフローインデックス(＠Ｔ＝２３０℃，Ｆ＝２.１６kg)と、３３MＰa(５０mm/分)の降伏引張り強さとを有する。他の樹脂として、PP-H という ISO 1873 の表示を持つ TAMYLAN(商標) P 112MN40 として販売されているようなものや、あるいは他の熱可塑性材料を用いることができる。STAMYLAN は５０(＠Ｔ＝２３０℃，Ｆ＝２.１６kg)のメルトフローインデックスと、１９００MＰaの曲げ弾性率と、３５MＰaの比例強さと、５０％を越える局限歪と、９１０kg/m3の密度と、ほぼ１６０℃の融点とを有する。例えば８０または１００のより低いまたはより高いメルトフローインデックスを有するような他のポリプロピレンもまた使用可能である。ポリエチレンテレフタレート，ナイロンおよび他のポリマーを含む他の材料もまた、射出製法にて使用できることを理解されよう。一般に、シートを製造する樹脂は、１２００から２６００MＰa(ASTM D790)の間の曲げ弾性率か、１３００から２５００MＰaの間の曲げ弾性率か、１４００から２４００MＰaの間の曲げ弾性率か、１５００から２３００MＰaの間の曲げ弾性率か、１６００から２２００MＰaの間の曲げ弾性率か、１７００から２１００MＰaの間の曲げ弾性率か、あるいは１８００から２０００MＰaの間の曲げ弾性率を有する。
ポリプロピレン材料は、ほぼ２８０℃の温度およびほぼ１５０barの圧力にて射出されるのに対し、金型はほぼ６０℃の温度に内側が冷却される。好ましい実施形態においては、ほぼ５５秒の総成形時間に関し、射出期間がほぼ２秒であり、保持期間がほぼ１２秒であり、冷却期間がほぼ３５秒であり、そして排出期間がほぼ６秒である。大量の小さなステムが板に交差して成形され、これらがキャビティ５４のアレイに介在するため、加工品の収縮がステムを実質的に剪断してしまう前に、加工品を金型から排出することが重要である。（上述のように、金型の本体６０内の樹脂は図２に示した矢印Ａの方向に収縮し、これによってステムがフック板から剪断される傾向を持つのは、これらがキャビティ５４のアレイ内に介在するためである）好ましい実施形態において、保持および冷却期間の合計はほぼ４７秒であり、この期間よりも長くフック板を冷却すると、材料に対する所定の圧力状態の下でフック板の受け部分からステムの剪断を招いてしまうことを見出した。また、大量の小さなステムが板と交差して成形されているため、加工品全体に亙ってほぼ同時にフック板を金型から排出することが重要である。空気エジェクタをこの目的のために用いることが可能である。
板の厚み、すなわちステムが上方に突出する板の上面と板の下面との間の距離は、この部材の厚みの増大が金型キャビティを介して加えられる溶融材料の圧力を減少させるので、制限される。この圧力が余りにも大きく減少した場合には、成形作業中にステム穴のすべてを確実に樹脂で満たすことが不充分となろう。
本発明のフック板の場合、ステムの大きさに限界がある。ステムをあまり太くすることはできない。ステムの太さが増大すると、得られるステム密度が必然的に減少する。面ファスナーシステムの一部であるフックとして機能できるステムの数が少ないと、板とこれに組み合わされるカーペットとの「保持力」がそれだけ低下する。さらに、ステムおよびその拡大頭部は、この連結システムのループがステムの頭部を通過し、これによって把持されるように適当な大きさに作られなければならないことはもちろんである。
本発明に関し、ステムの使用可能な最大太さは大体０.９mmから１mm位であり、例えば０.５mmから約１.５mmの間であるが、より好ましくは１mmを示す面ファスナーシステムの一般的な高さのかぎ形（またはキノコ形頭部付き）ステムを作成するため、ステムは毎秒約１００mmの樹脂流れの前速度で製造することができると考えられている。この速度は、ステムを延在させる平坦部が約２４"×２４"であって約３.４mmの厚みであって、約１６０℃の溶融温度を持つポリプロピレンから作られ、融解樹脂温度が約２８０℃である板に対してうまく機能しよう。もちろん、より高い流れの前速度もまた、受け入れられよう。
拡大頭部を持つ変形前のステムが約０.５５mmの平均直径と約１mmの高さとを有する開示した実施形態の場合、受け入れ可能な最低の流れの前速度は毎秒約１５０mmにより近いと思われる。
他の実施形態において、２つの材料の同時射出がフック板を作るために用いられる。同時射出において、多量の（純粋なポリプロピレンの如き）第１の材料がまず金型５０に射出される。次に、（ポリプロピレンとフィラーとの混合物の如き）第２の溶融材料が本体６０の中間部に射出されて配される。第１の材料は成形品の「表皮」となり、特にキャビティ５４内のステムは第１の材料から作られよう。
同時射出を上述のように行うことができるが、代わりに、第１の材料が（タルクを含むポリプロピレンの如き）フィラーを含む樹脂であり、第２の溶融材料が（発泡ポリプロピレンまたは粉砕再生ポリプロピレンの如き）別の樹脂または樹脂とフィラーとを組み合わせたものである。
第２の材料にフィラーを使用することは、本体６０内での矢印Ａ方向への材料の収縮を減少させ、キャビティ５４のアレイに位置するステムを剪断することなく、金型５０内に位置する樹脂を長時間に亙り冷やすことを可能にする。フィラーは、鉱物フィラー（炭酸カルシウム，滑石など）か、発泡剤を含むポリプロピレンか、粉砕再生ポリプロピレンか、ガラス（ビーズ，繊維）か、炭素（カーボンブラックまたは石墨）か、硫酸バリウムか、または多くの周知のフィラーの１つであってよい。フィラーが主として用いられ、材料費を低減するために選択される。フィラーを含む異なる材料の使用は、射出成形品の剛性に影響を与えることに注意されたい。
フック板が金型から取り除かれると、室温まで受動的に冷えることが可能となる。次のコイニングパラメータを調整して補償する場合、このステップは必要ではない。上述したように金型から排出した場合、フック板はほぼ６０℃の表面温度を有しよう。フック板の変形につながる冷却状態を回避すべきではあるが、特別なステップをこの冷却中に取る必要はない。従って、フック板を平坦なマットの上に置くことができる。
板６４とステムアレイ６６とを持ったフック板６２の一例を図４に示す。代わりに、板７０とステムアレイ７２とを持った図４ａに示すようなフック板６８の如き、板が異なる厚みの設計断面を有するようにフック板を設計することができる。ステムアレイ６６または７２による典型的なステムを図４ｂに示す。
このシステムは、ステムアレイ６６または７２の先端に加熱コイニング板をあてがってこれらにエネルギーを与え、ステムの先端を溶融（または軟化）させてこれらをキノコ形頭部の形状へと変形させることにより、ステムアレイ６６または７２をキノコ形頭部フックアレイへとコイニングし、変形した頭部は、これが形成されるステムの下部に覆いかぶさり、ステムのそれよりも大きな直径を一般的に有する。この実施形態において、コイニング板はこれを先端へと下降させることによりあてがわれる。代わりに、フック板をコイニング板へと上昇させることができ、または両方の部材を相互に動かすことができる。
図５は、コイニングステーション７４における加工品６２を示している。加工品６２は堅固な支持体７６の上に載置される。コイニングステーション７４は、堅固な支持体７６の上に配されるコイニング板７８を有し、コイニング板８０およびコイニング面８２を上げ下げするための手段を持っている。鋼から作られるコイニング板は、電気的に加熱される。コイニング板の接触面は、比較的平坦で滑らかであり、頭部を形成するための実質的に設計されたキャビティをそこに有してはいない。好ましいコイニング板ではないけれども、代わりとしてそこにキャビティを有することができる。この代わりのコイニング板におけるキャビティは、ステムの頭部を形成するために用いることができる。この場合、形成シートはキャビティに合わせて構成する必要が生じよう。
図６は、ステムアレイ６６にキノコ形状の頭部をコイニングする作業中のコイニングステーション７４を示す。コイニング板７８はステムアレイ６６の材料の溶融温度以上に加熱し、そしてコイニング面８２がステムアレイ６６の先端にあてがわれるように下げられる。これはステム６６の先端の樹脂が溶融して変形し、キノコ形頭部８４のアレイが作られることをもたらす。好ましい実施形態におけるコイニング距離は０.３mmである。
図５および図６を参照して記述されたコイニング方法は、着想が単純であるという利点を有する。さらに、多数の小さなフックを持ったフック板を成形する場合、（ステムを受けて成形する複数のキャビティを持ったコイニング板を用いてコイニングする如き）他の方法は、ステムアレイにおけるステムと成形装置のキャビティとの間に正確な位置合わせを必要とする可能性があるので、平板コイニングが極めて実際的で好ましい。
フック板の大きさおよび厚みに対してコイニングされるステムの寸法が小さいので、同じようなフック頭部を形成するためにすべてのステムのコイニング距離（すなわちフック頭部を作る場合にコイニング板が越えるステムの先端から下への距離）が、同一ではないとしても、ほぼ同じであることが重要である。不揃いは少なくとも３つの原因から生ずる可能性がある。すなわち（１）堅固な支持体７６とコイニング板のコイニング面８２とが平行ではない場合、ステムアレイ６６の先端もまたコイニング面８２に対して平行ではない（図５および図６を参照）。（２）設計によりフック板が異なる厚みの断面を有する場合。（３）成形加工にて生じた変形のため、フック板が異なる厚みの領域を有する場合。
図５および図６に示したコイニング方法において、頭部がまだ半溶融状態で接着をもたらす充分な表面張力または他の力を有する可能性があるので、特にステムアレイの寸法が大きくおよび／またはステム密度（しばしばステムの本数/平方インチとして表される）が大きい場合、ステムのコイニングされた頭部がコイニング板に接着する傾向を有しよう。頭部を形成した直後はキノコ形頭部８４が溶融状態にあるので、これらキノコ形頭部８４はコイニング板７８のコイニング面８２にくっつく可能性があり、従ってフック板をコイニング板７８から分離すると、頭部が損傷を受けたり、それどころか完全に離れてしまう可能性がある。溶液はコイニング板を引き上げる前にフックの温度を冷ますことを可能にすることができるけれども、このための遅れは製造効率を非能率的にする。さらに、コイニング板を分離する前にフックを冷却することは、コイニング板を交互に加熱および冷却する必要があり、各フック板をコイニングするための成形周期が長くなり、しかもコイニング板の加熱を制御するために大きなエネルギー経費（および場合によっては制御経費）を背負い込む。最後に、このコイニング処理にて一般的に用いることができる温度（特にこの好ましい実施形態にて用いられる温度）においては、ポリプロピレン材料が液体に近い状態にあり、離型スプレーを使用しても接合してしまうので、離型スプレーを使うことは実質的にできない。
図７は、図５および図６に示したものと同様なコイニングステーションを示しており、類似部材には類似符号が付与されている。加工品である板６４と堅固な支持体７６との間に配されているのは、圧縮可能な弾性を持つ部材または層８６である。弾性層８６をシートとして形成することができる。この弾性層８６は、コイニングされる加工品の材料よりも大きな弾力性および圧縮性を有する任意の弾性材料から作ることができる。１立方フィート当たり２lb(２８３１７立方センチメートル当たり９０７.２ｇ)の密度の軟質ポリエチレン発泡体による１０mmの厚さの層が弾性層として使用するのに好適であることが見出された。弾性層を溶融する危険性が少ないシリコーン発泡体の層を用いることができる。本発明による望ましい結果を達成するため、発泡体がより硬質であって、その厚みをより大きくすべきであることが理解されよう。従って、この弾性層はフック板６２の下で緩衝効果をもたらす。図８を参照すると、コイニング板７８がステムアレイ６６の材料の溶融温度以上に加熱され、ステムアレイ６６の先端にあてがわれる。最初は弾性層８６が圧縮し始めるため、弾性層８６の弾性抵抗および熱伝達がステム６６の頭部の形状を実質的に変え、これによってステムにキノコ形頭部８８のアレイが形成されることをもたらすまで、コイニング板の下向きの力と熱伝達とがステム頭部の変形を実質的にもたらすには充分ではない。弾性層８６の使用は、堅固な支持体７６とコイニング板のコイニング面８２とが平行ではないことによってもたらされる可能性があるあらゆる影響を減らす。弾性層８６はまた、フック板６２の下面のあらゆる空隙を埋める。従って、フック板６２の表面に沿ったステム６６の頭部は、ポリプロピレンが融点に達する前に、概ねコイニング板と接触しよう。これは、ステムがほぼ同時に頭部を形成することをもたらし、これによってフック板のためのフックを作り出す。これらのキノコ形頭部８８は、図５および図６に示すようにコイニングされた場合のキノコ頭部８４よりも、さらに均一となろう。
特に、熱を用いると共に（フック板６２の如き）比較的大きな加工品を用いる場合、弾性層８６の使用が望ましいけれども、一般的なコイニング処理においても弾性層は有用であると思われる。
フックに対するコイニング板の膠着によってもたらされる可能性がある問題は、ステムアレイ６６の先端とコイニング板７８のコイニング面８２との間に形成シート９０を挿入することによって対処することができる。コイニング板７８がステム６６を形成するために用いられる材料の溶融温度以上に加熱され、次いでコイニング板７８がステムアレイ６６の先端に押し下げられて頭部８８を作る。形成シート９０が存在するため、溶融した頭部８８はコイニング面８２と接触しない。溶融頭部８８がシート９０の下側に対して膠着する可能性がある。フック板６２をコイニング装置７４から取り除き、図９に示すように頭部８８にまだ置かれているシート９０を冷やすことが可能である。頭部８８が樹脂の溶融温度以下まで冷えると、図１０に示すように頭部８８を支持する複数のステム６６を持ったフック板６２を残したままシート９０を取り外すことができる。
形成シート９０はまた、ステムのための機械的支持を与え、シートの平坦な接触面が頭部の平坦な先端部を作るので、これによって図１０ａに示すような比較的平坦な上面を持ったフックの頭部を作る。この明細書においては、「キノコ形頭部」または「キノコ形状」という表現をしばしば用いている。この頭部は、一般的なキノコ形の形態にすることができるが、これらは往々にして図１０ａに示すように先端が平らである。「キノコ形頭部」および「キノコ形状」という表現は、ステムと、ループが装着できる「ラッチ」を形成する半径方向に長い端部、すなわち先端とを持った頭部のあらゆる種々の形状を包含することを意図している。
好ましい実施形態においては、ナイロンを含むポリエステルの紡糸不織布が形成シート９０として用いられる。形成シート９０はまた、これが冷えた場合に収縮が制限されると共に製造作業中に溶融しない繊維強化テフロン(商標)シートの如き、何か別な材料から作ることも可能である。形成シート９０を用い、（図９に示すように）コイニング板がないフック上のシートのための冷却時間は、およそ２〜５秒である。樹脂板，鋼板，アルミニウム板および板紙もまた、形成シートとして満足な状態で用いられる。
コイニングする場合、コイニング中の一つの設計パラメータがコイニング板７８の温度（コイニング温度とも呼称される）およびコイニング板７８がステムアレイ６６の先端に押し付けられる時間の長さ（コイニング時間とも呼称される）である。好ましい実施形態のため、次のデータがコイニング温度とコイニング時間との間の関係として見出された。
Figure 0004699349
このデータは、図１１に図示されている。所定の材料に関し、コイニング時間および温度は、非線形の関係で関連付けられ、コイニング温度が高いほど、必要なコイニング時間は少なくなる。しかしながら、この好ましい実施形態に関し、図１１は高温でのコイニング時間の割合は、コイニング温度が１７５℃を越えると急激に減少するのに対し、温度を１７０℃未満に下げると、段々と長くなる必要なコイニング時間が急に増大することを示している。少ないコイニング時間を有することは、より多量のフック板を所定時間内にコイニングすることができるので有益であるのに対し、より低いコイニング温度を有することもまた、より均一なフック頭部を得るために有益である。
０.１２５mmから０.２５mmの間の厚みを有するガラス繊維強化テフロンのコイニング、すなわち形成シートが、本発明による使用に際して適していることが見出された。コイニングステップの温度にて用いるため、適切な処理を施した紙を使用することができる。薄いコイニングシートを使用した場合、コイニング時間の有効範囲をおよそ０.５秒短縮可能であると予想される。
このシステムはまた、断面がさまざまな厚みを持つフック板に対しても用いることが可能である。図１２は、フック板と図４ａおよび図５のコイニングステーションとにそれぞれ類似したコイニングステーション７４でのフック板６８を示しており、同様の部材には同様の符号が与えられている。フック板６８は厚いベース７０を有し、ベース７０はこれよりも薄い薄肉ベース部９４を含む。従って、ベース部９４は、厚いベース７０よりもコイニング中にコイニング方向に対してより強固となろう。これを考慮して安定支持体７６は対応した突出部９６を有している。同様に、弾性層９８は、対応して突出すると共に支持する弾性部１００を有している。弾性層９８およびより高弾性の部分１００は、弾性材料の一体部品、または２部品からなるものであってよい。
代わりに、図１２ａ図示した如きシステムを用いることができる。図１２ａは、図１２に類似しており、同様な部材には同様な符号が与えられている。フック板６８は厚いベース７０を有し、ベース７０はこれよりも薄い薄肉ベース部９４を含む。弾性層９８は対応する厚い部分１０１を有する。弾性層９８および厚い弾性部１０１は、弾性材料の一体部品、または２部品からなるものであってよい。
図１３を参照すると、コイニング板７８がステムアレイ７２の材料の溶融温度以上に加熱され、次にステムアレイ７２の先端にあてがわれているシート９０にあてがわれる。弾性層９８および部分１００が圧縮し始め、ステムの頭部の無傷な状態を損なうように、ステム７２の下の弾性層９８または部分１００の弾性抵抗が、ステムに対する熱伝達との組み合わせを伴って充分大きくなるまで、ステムの頭部がキノコ形状のフック頭部１０２に変形することをもたらす。弾性層９８および部分１００を使用をすることは、厚みが異なるベース７０および９４の影響を緩和し、それでキノコ形状のフック頭部１０２は、頭部の大きさおよびフック板からの高さに関してより高い均一性があろう。
弾性層のための異なる圧縮および復元特性を持った異なる材料は、コイニング中のフック板に対する支持の異なる度合いをもたらすことが理解されよう。同様に、図９および図１０に関する方法に記述されたフック板６８は、図１４中のキノコ形状のフック頭部１０２に置かれる形成シート９０が冷えることを可能にし、形成シート９０が図１５中の仕上げられたフック板６８を残すように取り除かれる。
好ましい実施形態において、ベース７０の厚みは１/８"（３.１７５mm）であり、ベース部９４の厚みは１/１６"（１.５８７５mm）である。フック板に対して他の寸法を用いることができることを容易に理解されよう。
コイニング中に弾性層を使用することはまた、発生する製造および作業公差も補償する。大きな加工品での公差内の変形は、少なくとも次の原因から生ずる。
・不均一な充填および収縮率を一部にもたらす射出成形中の不均一な圧力分布。
・金型の段階的変形。
・成型中に平行状態から外れる金型片。
・金型それ自体の製造方法に起因した金型の壁部分の厚みの相違。
・成形処理中での金型全体の異なる温度に起因する異なる収縮。
・材料の剪断およびと劣化に起因して処理により引き起こされる材料特性の相違。
・原材料が異なる原材料製造ロットのペレットの混合体からなる場合の如き、異なる原材料特性。
小さな射出成形品において、精密金型の公差は３.５mm厚みを持った部品に関して±０.０２mm以内であってよい。しかしながら、このような精密成型は、大きな部品、特に大きな部品が大量に作られるような場合には実際的ではない。精密成型の技術は、著しい高圧，関連するセンサの読み取りに対する金型の調整，および一定かつ制御された特性を持つ専用ポリマーの使用の如き、種々のコストが嵩む製造条件を必要とし、精密成型のコストをそれほど精密ではない製造方法よりも上昇させる。従って、寸法が大きなフック板を大量生産するために精密成型を採用することは不経済であって費用が嵩む。
図１６は、フック板と図４および図５のコイニングステーションとに類似したコイニングステーション７４におけるフック板１０４を示し、同様な部材には同様な符号が与えられている。フック板１０４は、板６４の凹状空隙である製造変則部１０６を有している。
図１７を参照すると、コイニング板７８はステムアレイ６６の材料の溶融温度以上に加熱され、次にステムアレイ６６の先端にあてがわれているシート９０にあてがわれる。弾性層８６が圧縮し始め、ステム６６の下の弾性層８６の弾性抵抗がステム６６の頭部に対する熱伝達を伴って十分に大きくなるまで、ステム６６の頭部がキノコ状フック頭部１０８に変形することをもたらす。ここで、弾性層８６が欠陥よりも上のフックシートに支持をもたらす変則部１０６の領域を埋めることに注意されたい。従って、フックシートに沿った領域が支持され、ここにあるフックは変則部１０６から離れた領域における近隣のフックが受ける力と同様な圧縮力を受ける。このように、弾性層８６の使用は変則部１０６の影響を和らげ、それでキノコ形フック頭部１０８はより高い均一性のものとなろう。
図９および図１０を参照して記述した方法と同様に、フック板１０４は図１８のキノコ形フック頭部１０８におかれた形成シート９０と共に冷却が可能であり、形成シート９０は図１９の仕上がったフック板１０４を残すように取り除かれる。
変形がフック板の底以外の別な所に発生する可能性がある。例えば、図２０は上面に変則部１１２を持つコイニングされたフック板１１０を示している。弾性層の使用は変則部１１２の影響を緩和してより均一な大きさのフック頭部１１４を作成しよう。
概ね、このような変則部は、引け痕の如き鮮明な偏差と対峙するように緩やかで幅がある。（説明の容易さのため、図１６〜図１９の変則部１０６は、合理的かつ適切に製造された品物に実際に現われるよりも甚だしく大きく変化するように描かれていることに注意されたい）弾性層は、合理的かつ適切に生産された品物に変則部を製造する影響を緩和するように作用し、これは作成された変則部が目立つ引け痕よりもむしろ緩やかであることを意味する。フック板に形成された変則部が充分目立つ場合、これらの影響を和らげる弾性層の能力が小さくなるか、または極めてわずかとなろう。
この発明の詳細な説明にて言及したすべての文献は、これら全体の内容がこの明細書に再現されるように、参照することによってこの明細書に組み入れられる。さらに、出願人は少なくともこの出願が継続中である限り、ここで言及したすべての文献の任意の部分をこの明細書に組み入れるという正当な要求を留保する。
ここに記述したあらゆる発明に対して求められる保護の範囲は、特許請求の範囲によって規定される。ここに記述された種々の要素の種々の可能な組み合わせおよび副次的組み合わせが存在することは、この分野の熟練者らによって理解されよう。ここで明白に列挙されていないけれども、これらの組み合わせならびに副次的組み合わせのすべてが本発明者の意図に含まれていると考慮されるべきである。これはまた、この方法の形態およびその要素の組み合わせならびに副次的組み合わせの変更に関しても該当する。
本発明を具体化したフック板を製造するシステムおよび方法におけるステップのフローチャートである。 図１の工程にて用いられる直立したステムアレイを持ったフック板を射出成形する射出成形装置の立体投影図である。 図２の射出成形用成形装置のための射出工程のフローチャートである。 図３の射出工程を用いて作られたコイニングされていない直立したステムアレイを持つフック板の立体投影図である。 コイニングされていない直立するステムアレイを持ったフック板の立体投影図であり、図３の射出工程を用いて作られるフック板は、異なる断面にて異なる厚みがある。 図４または図４ａのフック板にある代表的なステムの画像である。 コイニングステーションの立体投影図であり、このコイニングステーションにて図４のフック板が図１の工程で用いられる。 図４のフック板をコイニングする図５のコイニングステーションの立体投影図である。 弾性層および形成シートがあるコイニングステーションにおける図４のフック板と図５のコイニングステーションの立体投影図である。 図４のフック板をコイニングする図７の弾性層および形成シートと図５のコイニングステーションの側面図である。 所定位置に図７の形成シートがあり、かつ弾性層がある図５のコイニングステーションでのコイニング後における図４のフック板の立体投影図である。 図７の形成シートが取り除かれ、かつ弾性層がある図５のコイニングステーションでのコイニング後における図４のフック板の立体投影図である。 図１０ａは、本実施形態のコイニング方法によって形成されるような図４のフック板のキノコ形フック頭部の立体投影図である。 好ましい実施形態のためのコイニング温度(℃)に対するコイニング期間のグラフである。 弾性層および形成シートがあるコイニングステーションにおける図４ａのフック板と図５のコイニングステーションの立体投影図である。 別な弾性層および形成シートがあるコイニングステーションにおける図４ａのフック板と図５のコイニングステーションの立体投影図である。 図４ａのフック板をコイニングする図１２の弾性層および形成シートと図５のコイニングステーションの立体投影図である。 図１２の形成シートがまだ所定位置にあり、かつ弾性層がある図５のコイニングステーションでのコイニング後における図４ａの加工品の立体投影図である。 図１２の形成シートが取り除かれ、かつ弾性層がある図５のコイニングステーションでのコイニング後における図４ａのフック板の立体投影図である。 弾性層および形成シートがあり、図２の射出利用により作られる不均一な形状の底を持ったフック板と図５のコイニングステーションの立体投影図である。 図２の射出装置により作られる不均一な形状の底を持ったフック板をコイニングする図７の弾性層および形成シートと図５のコイニングステーションの立体投影図である。 図７の形成シートが所定位置にあり、かつ弾性層がある図５のコイニングステーションでのコイニング後に図２の射出装置により作られる不均一な形状の底を持ったフック板の立体投影図である。 図７の形成シートが取り除かれ、かつ弾性層がある図５のコイニングステーションでのコイニング後に図２の射出装置によって作られる不均一な形状の底を持ったフック板の側面図である。 図７の形成シートが取り除かれ、かつ弾性層がある図５のコイニングステーションでのコイニング後に図２の射出装置により作られ、その上面に変則部を持ったフック板の側面図である。

Claims (28)

  1. 概ね平らな基体(６２，６４)の上側に基端が連結されたステム(６６，７２)の先端に成形頭部を形成する方法であって、
    弾性シート(８６)の上に基体(６２，６４)を配置するステップと、
    加熱されたコイニング面(８２)によってステム(６６，７２)の先端を加熱および加圧し、ステム(６６，７２)の先端部を軟化させてステム(６６，７２)の先端に成形頭部(８８)を形成するステップと
    を具えたことを特徴とする方法。
  2. ステム(６６，７２)の先端を加圧および加熱する前に、形成シート(９０)を加熱されたコイニング面(８２)とステム(６６，７２)の先端との間に配することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 加熱されたコイニング面(８２)は、ステム(６６，７２)の先端にあてがわれる際に１６５℃から１８０℃の間の温度であることを特徴とする請求項２の方法。
  4. 加熱されたコイニング面(８２)が０.９から５秒の間、形成シート(９０)にあてがわれることを特徴とする請求項３の方法。
  5. 基体を冷却することが可能であって、形成シート(９０)がステムの先端から取り除かれることを特徴とする請求項４に記載の方法。
  6. 加熱されたコイニング面(８２)が０.５から５秒の間、形成シート(９０)にあてがわれることを特徴とする請求項３に記載の方法。
  7. 直立するステムアレイを持ったフック板(６２，６８)にフックを製造する方法であって、
    フック板(６２，６８)の下に弾性層(８６)を配するステップと、
    直立するステムアレイの先端に対して加熱されたコイニング面(８２)をあてがい、直立するステム(６６，７２)に拡大頭部(８８)を画成するステップと
    を具えたことを特徴とする方法。
  8. 弾性層(８６)は加工品と同じ材料から作られていることを特徴とする請求項７に記載の方法。
  9. 弾性層(８６)がシリコーン発泡体であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
  10. 直立するステムアレイを持ったフック板(６８)にフックを製造する方法であって、フック板(６８)は第１の厚みの第１の領域とこの第１の厚みよりも薄い第２の厚みの第２の領域とを有し、
    第１の領域の下に第３の厚みの第１弾性部材(９８または１００)を配するステップと、
    第２の領域の下に第４の厚みの第２弾性部材(１００または９８)を配するステップと、
    加熱されたコイニング面(８２)を直立するステムアレイの先端にあてがい、直立するステム(６６，７２)に拡大頭部を作るステップと
    を具えたことを特徴とする方法。
  11. 第３の厚みと第４の厚みとが同じであることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
  12. 第１弾性部材および第２弾性部材(９８，１００)がシリコーン発泡体から作られていることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
  13. 第４の厚みが第３の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
  14. 第１弾性部材がフック板の一部であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
  15. 第２弾性部材がフック板の一部であることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
  16. 第１弾性部材(９８または１００)と第２の弾性部材(１００または９８)とが連結されていることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
  17. 前記基体を配置するステップの前に、この基体を射出成形するステップをさらに具えたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  18. 弾性シート(８６)がフック板の一部分であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  19. 形成シートが次の材料、すなわち鋼，アルミニウム，紙，繊維強化テフロンおよびテフロンの１つから製造されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
  20. 基体が射出成形樹脂を具えていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  21. 基体が樹脂から作られ、前記コイニング面が樹脂のガラス転移温度と樹脂の溶融温度よりも３０℃高い温度との間の温度に加熱されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  22. コイニング面(８２)がほぼ平坦であることを特徴とする請求項１または請求項１０に記載の方法。
  23. 前記ステム(６６，７２)は、１cm 2 当たり最大で約３５７本(１平方インチ当たり最大で約２３００本)までか、あるいは１cm 2 当たり約４から約３１０本(１平方インチ当たり２５から２０００本)の間か、１cm 2 当たり約４から約２３３本(１平方インチ当たり約２５から１５００本)の間か、１cm 2 当たり約４から約１９４本(１平方インチ当たり約２５から１２５０本)の間か、１cm 2 当たり約４から約１５５本(１平方インチ当たり約２５から１０００本の間か、１cm 2 当たり約４から約１２４本(１平方インチ当たり約２５から８００本)の間の密度を有することを特徴とする請求項１または請求項１０に記載の方法。
  24. 前記密度が１cm 2 当たり約８から約６２本(１平方インチ当たり約５０から４００本)の間にあることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
  25. 基体(６２，６４)は、
    ほぼ一定の断面および約１から８mmの範囲の厚みの層と、
    この層の主たる上面から概ね交差するように延在し、単一射出成形ステップにて当該層と一体に成形される複数本のステムと
    を具え、ステムは約１.５mm以下の高さと約０.３mmから０.９mmの間の直径とを有し、
    ステム(６６，７２)は前記上面に対して１cm 2 当たり１６から３５７本(１平方インチ当たり１００から２３００本)の間の密度を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  26. フック板は、
    第１の領域にあるほぼ一定の断面および約１から８mmの範囲の第１の厚みと、
    フック板の主たる上面から概ね交差するように延在し、単一射出成形ステップにて当該フック板と一体に成形されるステムアレイと
    を具え、ステムは約１.５mm以下の高さと約０.３mmから０.９mmの間の直径とを有し、
    ステムは前記上面に対して１cm 2 当たり１６から３５７本(１平方インチ当たり１００から２３００本)の間の密度を有することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
  27. 前記上面は少なくとも１５６cm 2 (２５平方インチ)の領域を有することを特徴とする請求項２５または請求項２６に記載の方法。
  28. コイニング面および基体がほぼ平坦な関係にあって、ほぼ均一な形状の頭部を形成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
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