JP5394573B2 - 統合多層布の形成方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、概して多層布、特に、複数の層に所定角度で配置されて１セットの層貫通結合糸によって結合される巻糸で形成される所定の統合パターンを有する統合多層布と、その布を製造する装置および方法に関する。

統合多層布は、先端複合材料、送電、コンベヤベルト、製紙機の布などの広範な用途を有する。
先端複合材料は、マトリックス状に高性能の繊維を含む。繊維およびマトリックス材料と製造パラメータとに応じて、先端複合材料は、優れた強度−重量比および弾性−重量比、疲労強度、損傷許容性、個々に適した熱膨張係数、薬剤耐性、耐候性、温度抵抗などを提供する。

繊維は、繊維強化複合材料内の基本的な耐荷成分である。繊維は、複合パーツの製造を簡易化するため、予め様々な形状に組み立てられていることが多い。先端複合材料は、マトリックス形成材料によって保持される平行な連続的繊維または単層繊維であるプレプリグテープ、シート、および布で作製されることが多い。繊維は、ラミネート積層およびテープまたはフィラメント巻回によってパーツを作製するために使用される。従来のラミネート複合材料は、強靭な繊維の層が、繊維よりもずっと弱いマトリックス材料によってのみ連結されているため、層剥離を起こしやすい。３次元複合材料に厚さ方向に繊維補強材を導入すると、層剥離の欠陥を効果的に制御し、複合材料の損傷に対する耐性を高めることができる。性能向上に加えて、統合繊維構造で強化された複合材料は、自動的かつ最終的な形状処理の可能性や製造コストの低減などのその他の利点ももたらすことができる。

完全に噛み合い、隣接層と結合し合った３次元布は、織りまたは編みで形成することができる。このような布において、糸はその交差または撚り合わせによりクリンプされ、この布における糸のクリンプのせいで、上記布で補強された複合材料の剛性および強度が低下する。布層は絡み合うことによって統合されるが、補強糸は厚さ方向に直接配置されない。

ノンクリンプ布として知られる、編み工程によって結合される平行繊維の層を所定角度に有する多層布も、補強複合材料において一般的に使用される。このような多層布の作製方法がＷｉｌｋｅｎｓの米国特許第４，５１８，６４０号に開示されている。この方法は、固定された糸配向で平坦な布を作製するのに適する。面内層が通常、ガラス繊維および／またはグラファイト繊維などの高性能繊維を含む一方、編糸は通常、面内層の場合と同種の高性能繊維を使用するのではなく、ポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）またはアラミド繊維などの柔軟な繊維で作製される。

中実の矩形状またはＩ型断面やＴ型断面などのその他の断面形状の布は、たとえば、Ｆｌｏｒｅｎｔｉｎｅの米国特許第４，３１２，２６１号やＭｏｈａｍｅｄらの米国特許第５，０８５，２５２号に開示されるように、３次元織りおよび編み工程によって面内と厚さ方向の両方において補強繊維で構成することができる。これらの工程は通常、製造可能な布の寸法によって限定される。

管状布は、たとえば、Ｋｉｎｇの米国特許第４，００１，４７８号およびＢａｎｏｓらの米国特許第４，３４６，７４１号に開示されるように、外周層および厚さ方向の両方において補強繊維で構成することができる。このような工程は、布の様々な位置で必要に応じて布形状または糸配向を変更する柔軟性を提供しない。

従来の統合布の形成方法は、布が形成されるにつれて繊維配向および／または断面形状および／または布の寸法を変動させる柔軟性を欠く。このような方法には、低い生産率、低い自動度、頻繁な糸パッケージの交換の必要性、低い繊維体積含有率などのその他の欠点が伴うことが多い。

したがって、上記の欠陥および不足に対処するため、当分野にはこれまで対処されてこなかった需要が存在する。

本発明に開示される方法は、統合布を形成する既存の方法の上記制限および欠点を克服するため、単純な形状のパーツも複雑な形状のパーツも、交差または撚り合わせなしで作製することができる。該方法は、特に、大型糸パッケージの使用、簡易な張力制御、拡大して大きな断面寸法の布を製造する能力、高度に自動化可能な工程を提供する。

一態様において、本発明は、巻糸および結合糸で所定の統合パターンを有する多層布を製造する方法に関する。一実施形態では、該方法は、第１の方向に沿って多層構造に配置される複数の巻糸キャリアであって、各巻糸キャリアが第１の方向に垂直な第２の方向に沿って互いに対して動作可能に可動である複数の巻糸キャリアを設けるステップを含む。各巻糸キャリアは、巻糸を供給して巻糸層を形成するように構成される１セットの空間的に分離された供給糸パッケージを有することによって、複数の巻糸キャリアから供給された巻糸が複数の巻糸層を形成する。一実施形態では、巻糸が、形成された多層布の長手方向に一致する第１の方向に対して約０度〜約±９０度の範囲の所定角度で複数の巻糸層を形成するように、複数の巻糸キャリアが配置される。

該方法は、（ａ）統合パターンに応じて第２の方向に沿って少なくとも１つの巻糸キャリアを移動させることにより巻糸の複数の交差点を形成するステップと、（ｂ）第１の方向に沿って複数の巻糸層を通って結合糸を所定位置に移送し、結合糸を適所に係止するステップと、（ｃ）多層布の伏せ縫い部の方に結合糸を押し込むステップと、（ｄ）形成された多層布を巻き取るステップと、（ｅ）多層布が所望の寸法を有するように製造されるまでステップ（ａ）〜（ｄ）を反復するステップと、をさらに含む。

該方法は、巻取りステップが実行される前に結合糸の弛みを除去するステップをさらに含むことができる。
一実施形態では、結合糸は、複数の巻糸キャリアに関連して配置される複数の結合糸挿入針によって搬送される。移送ステップは、複数の巻糸層全体を結合するように、第１の方向に沿って複数の巻糸層を通って所定位置で複数の結合糸挿入針を通過させることによって実行される。

一実施形態では、所定の統合パターンは、巻糸の層の数、巻糸キャリアの移動の相対距離、および動作時の結合糸の始動または省略を制御することによって形成される。
別の側面では、本発明は、所定の統合パターンを有する多層布の製造装置に関する。一実施形態では、該装置は、第１の方向に沿って多層構造に配置される複数の巻糸キャリアであって、各巻糸キャリアが第１の方向と垂直である第２の方向に沿って相互に対して動作可能に可動である巻糸キャリアを有する。各巻糸キャリアは、巻糸を供給して巻糸層を形成するように構成される１セットの空間的に分離された供給糸パッケージを有することにより、複数の巻糸キャリアから供給される巻糸が複数の巻糸層を形成する。１つ以上の巻糸キャリアを反対方向に移動させることによって、対応する巻糸により複数の交差点が生じる。各巻糸キャリアは、第２の方向に沿って弧状にまたは平行に移動させることができる。

該装置は、複数の巻糸層全体を結合するように第１の方向に沿って複数の巻糸層を通って結合糸を所定位置に移送する、複数の巻糸キャリアに関連して配置される複数の結合糸挿入針と、所定時間のおさ打ち動作のために、配置された巻糸の開口部に挿入され、布の伏せ縫い部の方に結合糸を押し込むように構成される少なくとも１つのおさ打ち棒と、を有する。

一実施形態では、該装置は、複数の巻糸層を集めて、結合糸が挿入されている間、おさ打ち動作中に巻糸層を支持するように構成される複数の成形リングをさらに備える。複数の成形リングの位置は、布形成の各周期中に変更可能である。

該装置は、複数の結合糸挿入針に関連して配置される保持糸供給針と保持糸挿入針とをさらに有することができ、複数の結合糸挿入針が結合糸を複数の巻糸層に挿入し、結合糸を折り曲げることによって開放ループを形成する際、保持糸供給針および保持糸挿入針は保持糸を移動させて結合糸開放ループを通過させ、結合糸を布に係止する。

また、該装置は、保持糸が挿入されている間、結合糸ループを開放させておき、保持糸の挿入後は結合糸の屈曲を制限しながら結合糸を締め付けるための、各結合糸挿入針に付随する補助棒をさらに有することができる。

一実施形態では、該装置は、折り曲げた糸の開放ループを通過する保持糸のループを形成する、針と糸供給器とを有する編み機構をさらに含むことができ、保持糸は、結合糸を適所に保持し、結合糸挿入針が後退し結合糸の弛みが除去される際に、結合糸が引き抜かれるのを防ぐように構成される。

一実施形態では、該装置は、巻糸が引き出されていく際の巻糸の張力を調節する、各巻糸キャリア内に配置される１つ以上の張力制御装置と、巻糸がおさ打ち動作中に引き出されるのを防ぐ、１つ以上の張力制御装置に付随する制動機構とを有する。

別の側面では、本発明は、第１の方向に沿って多層構造に配置される複数の巻糸キャリアであって、各巻糸キャリアが第１の方向に垂直な第２の方向に沿って相互に対して動作可能に可動であるように構成され、各巻糸キャリアが巻糸を供給して巻糸層を形成するように構成される１セットの空間的に分離された供給糸パッケージを有することにより、複数の巻糸キャリアから供給される巻糸が複数の巻糸層を形成し、１つ以上の巻糸キャリアが反対方向に移動すると、対応する巻糸により複数の交差点が生じる複数の巻糸キャリアと、複数の巻糸キャリアとの関連で配置される複数の結合糸挿入針と、複数の結合糸挿入針と関連して配置される、保持糸供給針およびフックを有する保持糸挿入針と、少なくとも１つのおさ打ち棒と、を有する装置と関連して、所定の統合パターンを有する多層布を製造する方法に関する。

一実施形態では、該方法は、（ａ）統合パターンに応じて第２の方向に沿って少なくとも１つの巻糸キャリアを移動させて、巻糸の複数の交差点を形成するステップと、（ｂ）複数の巻糸層を通って結合糸を移送して、結合糸を折り曲げることによって開放ループを形成するため、第１の方向に沿って複数の巻糸層に所定位置で複数の結合糸挿入針を挿入するステップと、（ｃ）複数の巻糸層全体を結合するように、挿入された結合糸を適所に係止するステップと、（ｄ）所定時間のおさ打ち動作のために、配置された巻糸の開口部に少なくとも１つのおさ打ち棒を挿入して、結合糸を布の伏せ縫い部の方に押し込むステップと、（ｅ）形成された多層布を所定速度で巻き取るステップと、（ｆ）多層布が所望の寸法を有するように製造されるまでステップ（ａ）〜（ｅ）を反復するステップと、を備える。

一実施形態では、結合糸を適所に係止する動作は、（ａ）保持糸挿入針を結合糸ループに挿入するステップと、（ｂ）結合糸ループに対応する結合糸挿入針を、結合糸を締め付けずに布の上面から後退させるステップと、（ｃ）保持糸供給針を内側に移動させて、保持糸を保持糸挿入針のフックに供給するステップと、（ｄ）結合糸ループを通って保持糸挿入針を後退させ、保持糸を先の保持糸ループに係止するステップと、（ｅ）保持糸挿入針が後退するにつれ、結合糸を締め付けるステップと、（ｆ）外周方向に次の結合糸ループへ保持糸挿入針を移動させるステップと、（ｇ）すべての結合糸が適所で係止され締め付けられるまでステップ（ａ）〜（ｆ）を反復するステップと、を備える。

一実施形態では、該方法は、挿入ステップが実行される前に巻糸層を打つステップをさらに含む。
本発明は、様々な一定または可変の断面形状、一定または可変の繊維配向、および統合パターンを有する統合多層布を形成する方法を提供する。統合多層布には、２つの系統の糸があり、一方は巻糸の系統、他方は結合糸の系統である。巻糸は布の長手方向に対して約０度〜約±９０度の範囲で変動可能な所定の角度で複数の層に配置される。結合糸は、層を貫通して巻糸層全体を結合する。結合糸を適所に係止するために、補助系統の保持糸を使用することができる。保持糸の主機能は布構造に強度と剛性を提供することではなく、単に結合糸を適所に保持することであるため、ナイロンやＰＥＴ糸などの柔軟な繊維を保持糸として使用することができる。巻糸の各層を形成する供給糸は個々のキャリア内に配置される。所望の断面形状、繊維配向、および統合パターンを有する布は、統合パターンに応じて各巻糸キャリアを移動させることにより複数の新たな巻糸の交差点を形成するステップと、巻糸の層を通って所定位置に複数の結合糸を移送し、結合糸を適所で係止するステップと、布を形成する位置に結合糸を押し込み、糸の弛みを除去し、機械方向、すなわち、布の長手方向に制御された距離分、新たに形成された布を巻き取るステップと、を含む動作周期を繰り返すことによって形成される。可変断面形状、可変繊維配向、および可変統合パターンを有する統合多層布は、関係する繊維層の数、巻糸キャリアの移動の相対距離、および形成工程進行の際の結合糸の起動または省略を制御することによって形成される。

したがって、本発明の目的は、層貫通結合糸によって結合される複数の繊維層から成り、各層が所定の繊維配向に従い、層内の繊維が交錯したり絡み合ったりしない、所望の断面形状の統合多層布を形成する方法を提供することである。

本発明の別の目的は、所望の断面形状の統合多層布を形成する方法を提供することである。断面の例は、規則的または不規則的な管形状、およびＩ型断面、Ｔ型断面、Ｕ型断面、および平坦断面などの規則的または不規則的な中実形状を含む。

本発明のさらに別の目的は、断面寸法が布の長手方向に沿って変動できるように可変断面形状の統合多層布を形成する方法を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、形状が布の長手方向に沿って変動できるように可変断面形状の統合多層布を形成する方法を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、中空形状の布の壁厚または中実形状の布の場合の厚さが変動できるように可変断面形状の統合多層布を形成する方法を提供することである。
本発明の目的は、中空断面の布の壁厚が断面内で布の長さ方向に沿って変動できるように可変断面形状の統合多層布を形成する方法を提供することである。

本発明の別の目的は、選択された結合糸の固定または省略により、あるいは結合糸の固定方法により変動可能であるように、可変断面形状の統合多層布を形成する方法を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、各層の繊維配向が布の長手方向に沿って変動可能である統合多層布の形成方法を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、布層を形成する糸を繰り戻すことなく糸供給パッケージから引き出すことによって、一般的な２次元および３次元編み工程において必要とされるように、糸を繰り出したり引き戻したりするためのバネや弾性バンドを必要とせずに、統合多層布を形成する方法を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、布層を形成する糸がパッケージから一方向にのみ移動し、糸の繰り戻しを補償する必要がないという事実により容易にされる直接張力制御装置で制御することによって統合多層布を形成する方法を提供することである。

本発明のこれらおよびその他の側面は、以下の図面と合わせた後述の好適な実施形態の説明から自明になるであろうが、開示の新規な概念の精神および範囲から逸脱せずに変形および変更を及ぼすことが可能である。

添付図面は本発明の１またはそれ以上の実施形態を示し、明細書と共に、本発明の原理を説明する役目を果たす。可能な場合は常に、実施形態中の同一または類似の要素を指すために全図面を通じて同一の参照符号を使用する。
本発明の一実施形態に係る多層布の製造装置を概略的に示す。 本発明の一実施形態に係る多層布の製造方法のフローチャートを示す。 本発明の一実施形態に係る装置と関連して多層布を製造する一連の工程を概略的に示し、（ａ）は装置の上面図、（ｂ）は装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係る［４５／−４５／０／９０／−４５／４５］積層を有する環状布を概略的に示し、内面から外面への層配向を度で示す。 本発明の実施形態により製造された各種断面形状（ａ）〜（ｉ）の布を概略的に示す。

本発明は、当業者にとって多数の変更および変形が自明であるため、例示を目的としてのみ以下の例においてより具体的に説明する。本発明の各種実施形態を以下詳細に説明する。図面を参照すると、全図面において類似の部品は類似の参照符号で示されている。明細書およびその後の請求項で使用される通り、「ａ」「ａｎ」、および「ｔｈｅ」の意味は、文脈上明らかにそうではないことが示されない限り複数を含む。また、明細書およびその後の請求項で使用される通り、「ｉｎ」の意味は、文脈上明らかにそうではないことが示されない限り「ｉｎ」および「ｏｎ」を含む。

本明細書で使用される用語は通常、本発明の文脈、および各用語が使用される具体的な文脈において、当該技術における一般的な意味を有する。本発明の記載に関して実務者への追加の指針を提供するため、本発明を説明するために使用される特定の用語を、以下または明細書中のその他の場所に記載する。本文書に記載される用語の例を含め、本明細書の任意の場所での例の使用は、単に例示のためであって、決して本発明または例示の用語の範囲および意味を限定するものではない。同様に、本発明は、本明細書に挙げられる各種実施形態に限定されない。

本文書で使用される通り、「およそ」、「約」、または「略」は通常、所与の値または範囲の２０パーセント内、好ましくは１０パーセント内、より好ましくは５パーセント内を意味する。本文書に挙げられる数量が概算であるということは、明示されない限り、「および」、「約」、または「略」の用語が類推できることを意味する。

図１〜８の添付図面と合わせて、本発明の実施形態について説明する。ここで具体化され概説される本発明の目的によると、本発明は、一態様では、所望の角度で複数の層に配置されて１セットの層貫通糸によって共に結合される糸から成る統合多層布、および、局地的な繊維構造および布形状の要件に応じて様々な一定または可変の断面形状、一定または可変の繊維配向、および統合パターンを有するように調整可能である統合多層布の形成方法に関する。

本発明によると、統合多層布は巻糸と結合糸の２つの系統の糸で製造される。巻糸は、布の長手方向に対して約０度〜約±９０度の範囲で変動可能な所定角度で複数の層に配置される。結合糸は、所望層の巻糸を結合するために使用される。巻糸の層の数は必要に応じて変動可能であるが、装置内の巻糸キャリアの数によって制限される。一実施形態では、巻糸の層は、適切な形状の任意の心棒により機械方向に沿って成形されて、中空布または芯付きの布を形成することができる。個々の層の巻糸配向は、布が形成されている間に、布内の様々な位置で変更することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る、所定の統合パターンを有する統合多層布を製造する装置１００を概略的に示す。装置１００は、第１の方向１０１に沿って２層構造に配置される２つの巻糸キャリア１１０ａおよび１１０ｂを有し、各巻糸キャリア１１０ａ／１１０ｂは、第１の方向１０１と垂直な第２の方向１０２ａ／１０２ｂに沿って相互に対して動作可能に可動であるように構成される。巻糸１３０は、複数の糸供給パッケージ１２０によって供給される。巻糸１３０を供給して布の各層を形成する糸供給パッケージ１２０は、個々の糸キャリア１１０ａ／１１０ｂ上に間隔をおいて搭載される。図１に示される本例示の実施形態では、心棒１０３は製造された布１１２を巻き取るために採用され、供給糸パッケージ１２０から延在する巻糸１３０の端部は、心棒１０３上に配置された布に組み込まれる。１つ以上の巻糸キャリア１１０ａおよび１１０ｂが反対方向１０２ａおよび１０２ｂに移動すると、対応する巻糸１３０によって複数の交差点１３２が生じる。

本実施形態では、巻糸キャリア１１０ａおよび１１０ｂは、方向１０２ａおよび／または１０２ｂに沿って個々にまたは協働して弧状に回転可能であるように構成される。巻糸キャリア１１０および１１０ｂは心棒１０３の軸１０１を中心に回転する。したがって、管状多層布を製造することができる。他の実施形態では、巻糸キャリアは、巻糸キャリアが配列／配置される（第１の）方向に垂直な（第２の）方向に沿って個々にまたは協働して平行移動可能であるように構成することができる。動作時、巻糸キャリアの移動は制御システムによって制御される。所定の統合パターンは、巻糸の層の数、巻糸キャリアの移動の相対距離、第１の方向への布の巻取り距離、および動作時の結合糸の起動または省略を制御することによって形成される。

さらに、２つの巻糸キャリア１１０ａおよび１１０ｂは類似の実施形態で使用され、２つの巻糸キャリア１１０ａおよび１１０ｂから供給される巻糸１３０が２つの巻糸層を形成する。ただし、本発明を実施するために使用される巻糸キャリアの数に制限はない。本発明によると、巻糸キャリアの数は、製造される布の層の最大数を決定する。

各巻糸キャリアは、剛体リングキャリアの回転のような外周方向の運動によって所定角度で糸を層に配置する。巻糸キャリアは剛体であってもよいし、可撓であってもよい。剛体キャリアは実施例に記載されるように円形でもよいし、他の形状を採ってもよい。可撓キャリアの例は、ベルト、チェーン、軌道上を移動するリンク機構などである。

一実施形態では、いくつかの巻糸キャリアからの糸を固定クリールから供給することができる。これらのキャリアは、巻糸の層を０度とする工程中は静止させておいてもよく、あるいは、前後に移動させて布にリブを形成してもよい。

巻糸を供給するパッケージは、巻き動作中に複数の糸を供給するため、パッケージ毎に１つの糸を、または単独のパッケージに複数の糸を含めることができる。パッケージはフランジ付き、交差状に巻く、あるいはその他の構造を採ることができる。巻糸パッケージは、キャリアの内面、外面、側面、または内部に配置することができる。

さらに、巻糸が引き出される間、巻糸の張力を調節するため、１つ以上の張力制御装置（図示せず）を各巻糸キャリアに装備することができる。おさ打ち中に巻糸が引き出されるのを防ぐために、張力制御装置とは別に、または張力制御装置の１部として制動機構を採用することができる。

装置１００は、複数の巻糸層全体を貫通して結合するように、第１の方向１０１に沿って複数の巻糸層を通って結合糸を所定位置で移送／挿入するために、複数の巻糸キャリア１３０に関連して配置される１つ以上の結合糸挿入針１４０をさらに有する。

結合糸は、個々のパッケージまたはビームなどの多糸パッケージであり得る適切なパッケージによって提供される。結合糸は、統合パターンにより規定される適切な間隔で巻糸１３０に挿入され、適所に係止される。結合糸は、縫製の場合のように、新たに配置された巻糸１３０が共に集められた後に層貫通方向に導入される。縫製タイプの層統合は結果的に、巻糸を幾分突き刺す場合がある。さらに、上述した例の場合のように、巻糸を突き刺すことを回避するために、巻糸が共に集められる前に、結合糸を巻糸１３０の新たに形成された交差点１３２間の間隙に挿入することができる。結合糸の配置機構には、様々な編み機構、レピア糸移送機構、シャトル、縫製装置などのいくつかのオプションがある。

図１および３〜６に示される実施形態では、複数の結合糸挿入針１４０は、巻糸の層を通って結合糸を挿入して、糸を折り曲げることにより開放ループを形成するために利用される。装置１００は、複数の結合糸挿入針１４０に関連して配置される、保持糸供給針１７２および保持糸挿入針１７４をさらに有することができる。複数の結合糸挿入針１４０が結合糸を複数の巻糸層に挿入して、結合糸を折り曲げることによって開放ループを形成すると、保持糸供給針１７２および保持糸挿入針１７４は保持糸を移動させて結合糸開放ループを通過させ、結合糸を布に係止する。

好ましくは、装置１００には、高速動作のために、巻糸パッケージの数と同数の結合糸および保持糸用の針セットが装備される。各針セットの動作は制御システムのコマンドに従う。最低１つの保持糸針ペアが必要とされる。このような場合、針ペアは、布の形成周期毎に、配置された巻糸層に対して外周方向に１回転する。

図１に示すように、装置１００は、所定時間のおさ打ち動作のために配置された巻糸の開口部に挿入して、結合糸を布の伏せ縫い部１０５の方に押し込むように構成される１つ以上のおさ打ち棒１６０をさらに有する。

動作時、１つ以上のおさ打ち棒１６０は、適切な時間でのおさ打ち動作のために、配置された巻糸１３０の開口部を通過して、結合糸挿入に備えて、巻糸１３０を布の伏せ縫い部１０５の方に押し込む。結合糸挿入の前におさ打ち動作を行うことで、結合糸をできるだけ布の伏せ縫い部１０５に接近して配置することができる。巻糸の摩耗および損傷を最小限にとどめるため、適切な形状の回転輪または低摩擦材をおさ打ち棒に装備することができる。挿入前のおさ打ちの代わりに、またはそれに加えて、新たに挿入された結合糸を布の伏せ縫い部１０５に押し込むために、結合糸の挿入後に挿入後おさ打ちを行うことができる。外周方向に移動する単独のおさ打ち棒でも同様の動作を達成できるが、動作の有効性と効率のためには複数の棒が好ましい。

装置１００は、複数の巻糸層を集め、結合糸が挿入されている間、おさ打ち動作中に巻糸層を支持するように構成される複数の成形リング１５１、１５３、および１５５をさらに備える。複数の成形リングの位置は、布形成の各周期中に変更可能である。

また、装置１００は、保持糸が挿入されている間は結合糸ループを開放させておき、保持糸の挿入後は結合糸の屈曲を制限しながら結合糸を締め付けるため、各結合糸挿入針１４０に付随する補助棒（図示せず）をさらに有することができる。

該装置は、折り曲げた糸の開放ループを通過する保持糸のループを形成する、針と針供給器とを有する編み機構を含むことができ、保持糸は結合糸を適所に保持し、結合糸挿入針が後退し結合糸の弛みが除去される際に結合糸が引き抜かれるのを防止するように構成される。

本発明によると、統合多層布は、以下のステップにしたがい、上述の装置に関連して製造することができる。最初に、第２の方向に沿って少なくとも１つの巻糸キャリアを移動させることによって、巻糸の複数の交差点が形成される。移動は統合パターンにしたがい、制御システムによって制御される。

次に、結合糸は、第１の方向に沿って複数の巻糸層を通って所定位置に移送または挿入され、適所に係止される。
結合糸は、巻糸の複数の交差点の方に押されて多層布を形成する。形成された多層布はその後、巻き取られる。

上記ステップは、多層布が所望の寸法を有するように製造されるまで反復される。
工程は、巻糸キャリアの動作、結合糸挿入、布のおさ打ちおよび巻取りと同期して、連続的または段階的に実行することができる。

図２および３、特に図２には、本発明の一実施形態に係る多層布を製造するフローチャートが示される。本実施形態では、６個のリング状巻糸キャリア３１０ａ〜３１０ｆが採用される。

工程の開始前に、巻糸リングキャリア３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄ、３１０ｅ、または３１０ｆにはそれぞれ巻糸パッケージ３２０が装備されており、糸の端部は心棒３０３に結合され、心棒３０３は心軸３０１に沿って成形リング３５１内に配置され、心軸３０１は製造される管状布３１２の内径と合致する直径を有する。

ステップ２０１で安定状態に達する初期運転後、以下のステップで１周期が完了する。ステップ２１１で、巻糸キャリア３１０ａ〜３１０ｆが、設計された／所定の布パターンに応じて移動させられ、巻糸３３０を堆積させる。一実施形態では、巻糸キャリア３１０ａ（上）および３１０ｆ（下）は１ステップで正（反時計回り）方向に移動し、巻糸キャリア３１０ｂおよび３１０ｅは１ステップで負（時計回り）方向に移動し、巻糸キャリア３１０ｃは静止状態を保ち、巻糸キャリア３１０ｄは１回転する。次に、ステップ２１３で、巻糸３３０の堆積を停止するために巻糸３３０用の制動が始動される。ステップ２２０で、おさ打ち棒３６０が、おさ打ちのために布の伏せ縫い部まで移動してから後退する。ステップ２３１で、結合糸３４２が巻糸の交差点３３２間の開口部に挿入される。ステップ２３３で、結合糸３４２が挿入され、保持糸３７１によって適所に係止される。ステップ２３５で、結合糸および保持糸の弛みが除去される。ステップ２３７で、制御システム（図示せず）は、結合糸挿入が完了したか否かを判定する。結合糸挿入が完了していない場合、工程はステップ２３１から始まる。結合糸挿入が完了している場合、ステップ２４０で、巻糸３３０の制動が解除される。次に、ステップ２５０で、製造された布３１２が所定の距離または速度で心棒３０３により巻き取られる。ステップ２５５で、制御システムは所望の布が製造されたか否かを判定する。所望の布が製造された場合、ステップ２７０で製造工程が終了する。所望の布が製造されていない場合、ステップ２６０で、必要に応じてパラメータを調節することができ、その後、ステップ２１１から工程が反復される。

処理シーケンスは調節することができ、動作は連続的であっても段階的であってもよい。巻糸キャリアの速度（キャリアの動きのステップサイズ）と機械方向への布の巻取り速度（心棒の動きのステップサイズ）との組み合わせが、布の局地的な糸配向を決定する。布の巻取り速度に対する糸キャリアの速度を変動させることによって、要求に応じて糸の配向を変更することができる。したがって、布が形成される際の巻回しと巻取りの相対速度を調節することによって、長さに沿って層の角度が変動する布を製造することが可能である。約９０度で層を巻くためには、パッケージから引き出される作用糸の数は制限されるべきであるか、あるいは所望の層厚に応じて、より薄い糸を使用すべきである。

図３〜６は、本発明の一実施形態に係る結合糸の挿入および対応する係止機構の一例を概略的に示す。補助パーツおよびそれらの移動は当業者にとっては既知であるため、ここでは省略する。複数の結合糸挿入針３４０は結合糸３４２を巻糸３３０の層に挿入して、保持糸３７１がループを通過し結合糸３４２を係止できるように、折り曲げた糸によって画定される開放ループを形成する。保持糸３７１が挿入されている間は結合糸ループを開放させておき、保持糸３７１の挿入後は結合糸３４２の屈曲を制限しながら結合糸３４２を締め付ける手助けをするため、各結合糸挿入針３４０に補助棒（図示せず）を付随させることができる。針と糸供給器とを含む編み機構は、折り曲げた糸の開放ループを通過する保持糸のループを形成する。保持糸３７１の目的は、布３１２の適所に結合糸３４２を保持することと、結合糸挿入針３４０が後退し結合糸３４２の弛みが除去される際に、結合糸３４２が引き抜かれるのを防止することである。

結合糸を係止する保持糸ループの形成シーケンスは以下のとおりであり、ステップ（ａ）〜（ｄ）は図３〜６にそれぞれ示される。
ステップ（ａ）では、図３に示すように、所与量の巻糸３３０が巻糸キャリア３１０ａ〜３１０ｆの斜め移動によって放出される際、外側成形リング３５５が降下して巻糸３３０間の摩擦を低減する。おさ打ち棒３６０は、結合糸挿入前のおさ打ち動作のために巻糸層に押し込まれ、その後、外側成形リング３５５が上昇して巻糸層を集める。その後、おさ打ち棒３６０は後退する。

ステップ（ｂ）では、図４に示すように、結合糸挿入針３４０が巻糸層の開口部を通過して、布３１２の上面で保持開放ループ３４５を露出させる。保持糸挿入針３７４は結合糸ループ３４５を貫通する。

ステップ（ｃ）では、図５に示すように、結合糸挿入針３４０が、結合糸３４１を締め付けずに布３１２の上面から後退する。保持糸供給針３７２は、保持糸挿入針３７４のフックへ保持糸３７１を供給するように内側へ移動する。

ステップ（ｄ）では、図６に示すように、保持糸挿入針３７４が結合糸ループ３４５を通って後退し、先の保持糸ループに保持糸３７１を係止する。結合糸挿入針３４０が後退するにつれ、結合糸３４１が締め付けられる。

保持糸挿入機構は次の結合糸位置へ外周を移動し、すべての結合糸３４１が係止され締め付けられるまでステップ（ｃ）および（ｄ）が反復される。布を搬送する心棒は、布の巻取りのために上方へ進む。

布全体が完了するまで上記ステップが反復される。
本例では、保持糸（または、保持糸が使用されない場合は結合糸）ループが布の外面上に現れるように、完成した布を搬送する心棒が上方に移動する。もしくは、保持糸（または、保持糸が使用されない場合は結合糸）によって形成されるループが布の内面上に現れるように、心棒と布は成形リングを通って下方に移動することができる。

本発明によると、保持糸による各結合糸の任意の所与の地点での挿入および係止は、制御システムを介して実行または省略できるため、統合パターンは布の同一片内ですら必要に応じて変更することができる。

１つ以上の巻糸キャリアが反対方向に移動すると、対応する巻糸によって複数の交差点が生じ、布のパターンに影響を及ぼす。図７は、本発明の一実施形態に係る、［４５／−４５／０／９０／−４５／４５］積層を有する管状布の一例を示しており、内面から外面への層配向は度によって示される。

各種断面形状の布は上記の開示された方法にしたがい形成することができる。そのいくつかを例として図８に示す。円筒形の管状構造（ａ）を製造できることに加えて、長さに沿って断面形状が様々に異なる布を製造するために多くの変形が利用可能である。心棒は、（ｂ）および（ｃ）に示されるように、非円形断面の布を形成するために非円形とすることができる。布の断面の寸法または形状は、（ｄ）のように長さに沿って変動させることもできる。別の変形では、平坦（ｅ）またはその他の形の断面（ｆ）を製造できるように、心棒が使用されず、その代わりに成形機構が使用される。開放された管状布（ａ）を切断することによって平坦な断面を作製することができ、管状布（ａ）を折り畳むことによってＴ型断面（ｆ）を作製することができる。通常、各キャリアからの巻糸は、キャリアがおおよそ一方向に移動する際に連続的な糸の層を布に形成する。しかしながら、キャリア内の適切な位置に糸パッケージを戦略的に配置し、キャリアを交互に前後に移動させることによって、不連続層を置くことができる。単独または複数の複数の上記不連続層は、布（ｇ）のリブとして現れる。リブの幅、高さ、および間隔は、要求に応じて変動させることができる。リブは、布の外面、内面、または両面に作製することができる。開放された管状リブ付き布（ｇ）を切断することによって、リブ付きの平坦断面の布を得ることができる。様々な断面位置で軸（０度）糸の量を変動させるか、巻糸の不完全層を配置するか、あるいはその両方によって、断面内の壁厚が変動する布（ｉ）を作製することができる。

要約すると、本発明は特に、複数の層に所定角度で配置され、１セットの層貫通糸によって結合される巻糸で統合多層布を製造する装置および方法に関する。統合多層布は、局地的な繊維構造および布形状の要件に応じて、様々な一定または可変の断面形状、一定または可変の繊維配向、および統合パターンを有するように調整することができる。

本発明の例示の実施形態の上記記載は、単に例示および説明の目的で提示されるものであって、網羅的である、あるいは本発明をまさに開示される形状に限定することを目的としていない。上記教示に鑑み、多数の変更および変形が可能である。

実施形態は、当業者が本発明を利用するのを促すように本発明の原理およびその実際的適用を説明するために選択および記載されており、各種実施形態およびその変形は企図される具体的な使用に適する。本発明が関係する当業者にとっては、本発明の精神および範囲を逸脱せずに、代替の実施形態が自明となるであろう。したがって、本発明の範囲は、上記の記載や本文書に記載の例示の実施形態ではなく、添付の請求項によって定義される。

Claims (20)

1. 巻糸および結合糸で、所定の統合パターンを有する多層布を製造する方法であって、
   （ａ）第１の方向に沿って多層構造に配置される複数の巻糸キャリアであって、各巻糸キャリアが前記第１の方向に垂直な第２の方向に沿って互いに対して動作可能に可動であるように構成される複数の巻糸キャリアを設けるステップであって、各巻糸キャリアが前記巻糸を供給して巻糸層を形成するように構成される１セットの供給糸パッケージを有することによって、前記複数の巻糸キャリアから供給される前記巻糸が複数の巻糸層を形成するステップと、
   （ｂ）前記統合パターンに応じて、前記第２の方向に沿って少なくとも１つの巻糸キャリアを移動させることによって前記巻糸の複数の交差点を形成するステップと、
   （ｃ）前記結合糸を、前記第１の方向に沿って前記複数の巻糸層を通って所定位置に移送し、前記結合糸を適所に係止するステップと、
   （ｄ）前記多層布の伏せ縫い部に前記結合糸を押し込むステップと、
   （ｅ）前記形成された多層布を巻き取るステップと、
   （ｆ）前記多層布が所望の寸法を有するように製造されるまでステップ（ｂ）〜（ｅ）を反復するステップと、
   を備える方法。
2. 前記巻糸が、前記形成された多層布の長手方向に一致する前記第１の方向に関して約０度〜約±９０度の範囲の所定角度で複数の巻糸層を形成するように、前記複数の巻糸キャリアが配置される請求項１に記載の方法。
3. 前記結合糸は前記複数の巻糸キャリアに関連して配置される複数の結合糸挿入針によって搬送され、前記移送ステップは、前記複数の巻糸層全体を貫通して結合するように、前記第１の方向に沿って前記複数の巻糸層を通って所定位置で前記複数の結合糸挿入針を通過させることによって実行される請求項２に記載の方法。
4. 前記巻取りステップが実行される前に前記結合糸の弛みを除去するステップをさらに備える請求項１に記載の方法。
5. 前記所定の統合パターンが、前記巻糸の層の数、前記巻糸キャリアの移動の相対距離、布巻取りの移動距離、および動作時の前記結合糸の起動または省略を制御することによって形成される請求項１に記載の方法。
6. 中空円形、中空楕円形、中空正方形、中空長方形、Ｔ形などの断面形状を有し、一定または可変の厚さを有する、請求項１に記載の方法により製造される布構造。
7. 所定の統合パターンを有する多層布の製造装置であって、
   （ａ）第１の方向に沿って多層構造に配置される複数の巻糸キャリアであって、各巻糸キャリアが前記第１の方向に垂直な第２の方向に沿って相互に対して動作可能に可動であるように構成され、各巻糸キャリアが、前記巻糸を供給して巻糸層を形成するように構成される１セットの供給糸パッケージを有することにより、前記複数の巻糸キャリアから供給された前記巻糸が複数の巻糸層を形成し、１つ以上の巻糸キャリアが反対方向に移動することで対応する巻糸により複数の交差点が生じる巻糸キャリアと、
   （ｂ）前記複数の巻糸層を、層全体を貫通して結び付けるように、前記第１の方向に沿って前記複数の巻糸層を通って結合糸を所定位置に移送するために、前記複数の巻糸キャリアに関連して配置される複数の結合糸挿入針と、
   （ｃ）所定時間のおさ打ち動作のために、前記配置された巻糸の開口部に挿入して、前記布の伏せ縫い部に前記結合糸を押し込むように構成される少なくとも１つのおさ打ち棒と、
   を備える装置。
8. 前記複数の巻糸層を集め、結合糸が挿入される間において前記おさ打ち動作中に前記巻糸層を支持する複数の成形リングをさらに備え、前記複数の成形リングの位置が布形成の各周期中に変更可能である請求項７に記載の装置。
9. 前記複数の結合糸挿入針に関連して配置される保持糸供給針と保持糸挿入針とをさらに備え、前記複数の結合糸挿入針が前記結合糸を前記複数の巻糸層に挿入し、前記結合糸を折り曲げることによって開放ループを形成する際、前記保持糸供給針および前記保持糸挿入針が保持糸を移動させて前記結合糸開放ループを通過させ、前記結合糸を前記布に係止する請求項７に記載の装置。
10. 前記保持糸が挿入されている間は前記結合糸ループを開放させておき、前記保持糸の挿入後は前記結合糸の屈曲を制限しながら前記結合糸を締め付ける、各結合糸挿入針に付随する補助棒をさらに備える請求項９に記載の装置。
11. 前記折り曲げた糸の前記開放ループを通過する前記保持糸のループを形成する、針と糸供給器とを有する編み機構をさらに備え、前記保持糸は、前記結合糸を適所に保持し、さらに前記結合糸挿入針が後退し前記結合糸の弛みが除去される際に、前記結合糸が引き抜かれるのを防ぐように構成される請求項７に記載の装置。
12. 前記巻糸が引き出されていく際の巻糸の張力を調節するための、各巻糸キャリア内に配置される１つ以上の張力制御装置をさらに備える請求項７に記載の装置。
13. 前記巻糸が前記おさ打ち動作中に引き出されるのを防ぐための、前記１つ以上の張力制御装置に付随する制動機構をさらに備える請求項１２に記載の装置。
14. 各巻糸キャリアが前記第２の方向に沿って弧状にまたは平行に移動可能である請求項１２に記載の装置。
15. （ｉ）第１の方向に沿って多層構造に配置される複数の巻糸キャリアであって、各巻糸キャリアが前記第１の方向に垂直な第２の方向に沿って相互に対して動作可能に可動であるように構成され、各巻糸キャリアが前記巻糸を供給して巻糸層を形成するように構成される１セットの供給糸パッケージを有することにより、前記複数の巻糸キャリアからの前記巻糸が複数の巻糸層を形成し、１つ以上の巻糸キャリアが反対方向に移動することで対応する巻糸により複数の交差点が生じる複数の巻糸キャリアと、
    （ｉｉ）前記複数の巻糸キャリアに関連して配置される複数の結合糸挿入針と、
    （ｉｉｉ）少なくとも１つのおさ打ち棒と、
    を備える装置に関連して、所定の統合パターンを有する多層布を製造する方法であって、
    （ａ）統合パターンに応じて前記第２の方向に沿って少なくとも１つの巻糸キャリアを移動させて、前記巻糸の複数の交差点を形成するステップと、
    （ｂ）前記複数の巻糸層を通って結合糸を移送して、前記結合糸を折り曲げることによって開放ループを形成するために、前記第１の方向に沿って前記複数の巻糸層を通って所定位置で前記複数の結合糸挿入針を挿入するステップと、
    （ｃ）前記複数の巻糸層全体を貫通して結合するように、前記挿入された結合糸を適所に係止するステップと、
    （ｄ）所定時間のおさ打ち動作のために、前記配置された巻糸の開口部に少なくとも１つのおさ打ち棒を挿入して、前記結合糸を前記布の伏せ縫い部に押し込むステップと、
    （ｅ）前記形成された多層布を所定速度で巻き取るステップと、
    （ｆ）前記多層布が所望の寸法を有するように製造されるまでステップ（ａ）〜（ｅ）を反復するステップと、
    を備える方法。
16. 前記装置が、前記複数の結合糸挿入針に関連して配置される、保持糸供給針とフックを有する保持糸挿入針とをさらに備える請求項１５に記載の方法。
17. 前記結合糸を適所に係止するステップが、
    （ａ）前記保持糸挿入針を結合糸ループに挿入するステップと、
    （ｂ）前記結合糸ループに対応する前記結合糸挿入針を、前記結合糸を締め付けずに前記布の上面から後退させるステップと、
    （ｃ）前記保持糸供給針を内側に移動させて、保持糸を前記保持糸挿入針の前記フックに供給するステップと、
    （ｄ）結合糸ループを通って前記保持糸挿入針を後退させ、前記保持糸を先の保持糸ループに係止するステップと、
    （ｅ）前記保持糸挿入針が後退するにつれ、前記結合糸を締め付けるステップと、
    （ｆ）外周方向に次の結合糸ループへ前記保持糸挿入針を移動させるステップと、
    （ｇ）すべての前記結合糸が適所に係止され締め付けられるまでステップ（ａ）〜（ｆ）を反復するステップと、
    を備える請求項１６に記載の方法。
18. 前記結合糸が挿入される所定位置は、前記巻糸の新たに形成された交差点間に確定される対応の開口部である請求項１５に記載の方法。
19. 前記挿入ステップが実行される前に前記巻糸層をおさ打ちするステップをさらに備える請求項１５に記載の方法。
20. 各巻糸キャリアが前記第２の方向に沿って弧状にまたは平行に移動可能である請求項１５に記載の方法。