JP5889343B2 - 弾性パッド複合材料及び製造方法 - Google Patents
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Description
便宜的に、本発明の要素を含む弾性パッド複合材料を、以降においてはある特定の一実施形態において「フォームパッド」と呼ぶ。本出願は、本発明を「フォームパッド」として説明するが、他の材料を使用してもよいため、本発明は「フォーム要素」に限定されるべきではなく、さらに、アスリート用の肘ガード、膝ガード、肘プロテクタ、膝プロテクタ、すねガード、肩ガード、肩プロテクタ、及び胸部プロテクタ;運動マット;バックパック用のバックパネル、肩ストラップ、及びウェイトリフティングベルト用の詰め物;ヘルメットのライニング、帽子のライニング、ヘッドプロテクタ;防弾衣用のライニング;靴の中底、靴の外底、靴の内方ライニング、及び軽量、通気性、伸張性、輪郭形状適合性、かつ可撓性の保護クッション材が望ましい他の用途など、複合材料の他の用途が本明細書において想定されるため、本発明は「パッド」に必ずしも限定されるべきではない点を理解されたい。図2には、部分補強材を有するフォームパッドが、分解図において示されている。フォームパッドは、全体的に22で示される繊維材料又はメッシュ材料の上方層と、フォーム要素の中の選択されたものを捕捉することから「ケージ」として見なし得る中間補強部材又は部分補強部材24とを備える。繊維材料又はメッシュ材料の基体が、26で示され、複数の別個の離間されたフォーム要素が、28で示される。この例においては、フォーム要素は、任意に円形又は楕円形の断面であるものとして示され、任意に円筒形状である。
本発明は、全体補強材が中に存在する複合材料フォームパッドをさらに想定しており、その構造が、図5の分解図に図示されている。具体的には、全体的に25で示される中間全体補強部材又はケージは、複合材料構造体内のフォーム要素28を中に受けるように位置合わせするための孔を備える。任意に完全に積層されたものとしてのフォームパッドが、図6に図示されており、さらに図7と併せて図示のように、フォーム要素は、任意には、補強部材25の表面の上方に延在し、繊維22が、適切に積層されて、複合材料構造体が形成される。しかし、弾性要素の高さは、様々であってよく、補強部材の上方表面の上方に延在する高さに限定されない。「部分」補強部材と「全体」補強部材との間の区別は、曖昧であってもよく、フォーム要素の個数及び補強部材の具体的な輪郭又は構成により左右されることが認識される。例えば、図6は、実質的に全てのフォーム要素を捕捉することを企図された全体補強部材を示すが、補強部材は、例えば補強部材24と25との間のような中間サイズで構成されてもよい。また、補強無事あの相対寸法は、必要に応じて、及び保護を要する部位に応じて決定される。当然ながら、図6に図示されるような全体補強部材では、繊維の伸張は、部分補強部材を示す図3に図示される繊維の伸張可能度よりも著しく制限される。補強部材(部分補強部材又は全体補強部材のいずれかに関わらず)は、別の補強部材が共通弾性要素に係合することにより、別の補強部材にリンクし得ることが理解される。例えば、弾性パッド上に配置されたある補強部材と共通の弾性要素に別の補強格子を係合させることにより、この別の補強格子を下方の補強部材上に重ねて配置することによって、ある弾性シート上に並置された補強部材同士が共により安定的にリンクされてもよい。
図8においては、「スタック」部分補強材及び全体補強材を有するフォームパッドが、分解図において図示される。フォームパッドは、全体的に22で示される繊維材料又はメッシュ材料の上方層と、部分補強部材24及び全体補強部材25などの二つの中間部材とを備える。図9及び図10で複合構造体において図示されるように、補強部材24は、補強部材25の頂部上に設置され、この重畳区域においては、フォーム要素28の圧縮性が、大幅に低減される。補強部材25の上方には、補強部材24が存在せずかつ隣接するフォーム要素のより高い圧縮性が維持される区域が存在するが、これらの補強部材の「スタック」構成により、さらに強化された衝撃保護区域が形成されることを理解されたい。これらの補強部材の相対サイズによっては、メッシュ又は繊維の輪郭区域が伸張性を依然としてもたらすことを可能にする、「部分」ケージのスタック構成が可能である。ここでのポイントは、図示される複数の補強部材構成を備え得る多数のタイプの組合せ及び構成が存在するということである。さらに、このスタックのコンセプトでは、複合材料フォームパッドの複数部分が、スタック補強部材により補強され得る一方で、他の部分が、部分補強部材を有することができる。外周及び設計の選択により、所望に応じた補強及び安定性でフォームパッドをカスタマイズすることが可能となる。図11は、この場合には円錐構成体である別のタイプのフォーム要素構造体を図示し、この構成より、補強部材は、この円錐構成体を覆うように受けられるが、通気性のためのさらなる空気スペースをもたらすことが可能となる。また、通気性は、図12に図示されるフォーム要素構造体、すなわち、上方繊維22と下方基体26との間に通気性がもたらされるように、ボアが各フォーム要素を貫通して任意に作製され得るフォーム要素構造体によっても高められる。
さらに、本発明は、図1〜図13に示されるような、補強材を有さない、部分補強材を有する、全体補強材を有する、並びに部分補強材及び全体補強材の両方を有する複合材料パッドを作製するためのプロセスに関する。一つの例示的な方法においては、このプロセスは、以下のステップを概して含む。
次に、図面を参照すると、図14〜図22は、概して、弾性材料又は補強材料のカットシートを形成するために弾性材料及び補強材料のシートを切断するためのプロセスを示す。図14は、カッター112と作業表面114との間に配置された弾性材料のシート110を示す。図14に図示される弾性材料のシートは、実線において未切断シートとして図示されるが、破線が、以下に説明される態様でカッターにより切断された後の弾性材料のシートの外観を示す。弾性材料のシートは、フォーム、ゴム、エラストマー、及びプラスチック等々(かかる材料の任意の組合せを含む)の材料から作成されてもよく、第一の面116及び第一の面の逆側の第二の面118を備える。この材料は、保護用ギアとって有効なパッドとならしめるための様々な特性に関して選択され得る。例えば、材料は、衝撃に対する弾性、通気性、重量、製造における利用容易性、又は任意の他の所望の特性に基づいて選択され得る。
図18〜図22に図示されるように弾性材料としての補強材料のシートを切断するために、同様のプロセスが利用される。初めに、補強材料のシート47が、その所望の特性に基づいて選択される。補強材料のシートは、フォーム、ネオプレン、天然皮革、合成皮革、プラスチック、又はゴム(ラテックス及びシリコーン、合成繊維等々、並びにかかる材料の任意の組合せを含むが、それらに限定されない)から作製されてもよく、弾性材料のシートとは異なる厚さを有してもよく、弾性材料と同一の又は異なる材料を含んでもよく、弾性材料と同一の又は異なる機能特性を有してもよい。例えば、補強材料は、弾性材料よりも、高弾性又は低弾性、高剛性又は低剛性、高可撓性又は低可撓性、高伸張性又は低伸張性、高通気性又は低通気性等々であってもよい。
弾性材料のカットシート(複数の弾性要素138及び過剰弾性材料40を含む)と、第一の補強材料格子52とが形成された後に、第一の補強材料格子は、図23〜図27に図示されるプロセスにしたがって、押し抜き器58及び押出器60を使用して、複数の弾性要素に組み付けられて、弾性材料アセンブリが形成される。
補強材を有さない、部分補強材を有する、全体補強材を有する、並びに部分補強材及び全体補強材の両方を有する様々な複合材料パッドを作製するための代替プロセスは、以下のステップを概して含む。
弾性材料のカットシート136(複数の弾性要素138及び過剰弾性材料40を含む)及び第一の補強材料格子52の形成後に、複数の弾性要素138は、第一の繊維シート「基体」又はメッシュシート「基体」78に接合される。過剰弾性材料は、取り除かれる。次いで、第一の補強材料格子が、図46〜図49及び図62〜図68に図示されるプロセスにしたがって、弾性要素群上に第一の補強材料格子52を取り付けることによって、複数の弾性要素と組み付けられて、弾性材料アセンブリが形成される。図14に図示されるように、カット弾性材料は、第一の面116及び第二の面118を含む。少なくとも一つの表面が、接着剤で被覆される。
図46〜図59は、複合材料を形成するためのプロセスを詳細に示す。図46〜図59に示されるステップは、弾性要素138がそれらの表面に接合された熱活性接着剤を有する複合材料を形成するためのプロセスを示す。同様の接着剤を称して、基体に種々の要素を接合するために熱の印加を要さないタイプの接着剤で弾性要素138が被覆された同様の複合材料を組み立てることができることが理解される。
[1] 少なくとも一つの補強構造体に係合された複数の別個の離間された弾性要素に接合された基体を備える複合材料パッド構造体。
[2] 前記補強構造体は、補強材料格子を含む、1に記載の複合材料パッド構造体。
[3] 前記補強材料格子は、前記弾性要素の全てに係合する、2に記載の複合材料パッド構造体。
[4] 前記補強材料格子は、前記弾性要素のいくつかに係合する、2に記載の複合材料パッド構造体。
[5] 少なくとも一つの補強材料格子が、前記弾性要素の全てに係合し、追加の補強材料格子が、前記弾性要素のいくつかに係合する、2に記載の複合材料パッド構造体。
[6] 第二の基体が、前記弾性要素の反対側に接合される、1に記載の複合材料パッド。
[7] 前記補強構造体に係合された前記弾性要素は、前記第一の基体と前記第二の基体との間に配置される、1に記載の複合材料パッド。
[8] 1に記載の前記複合材料を備えるサポート。
[9] 運動用衣類、靴、バッグ、バックパック、袋、シートパッド、又は運動用装具である、8に記載のサポート。
[10] 1に記載の前記複合材料を備える運動用安全ウェア。
[11] 弾性クッションとして使用するための複合材料構造体を製造するための方法であって、
第一の一面の材料上に複数の別個の離間された弾性要素を設置するステップと、
補強構造体に前記弾性要素の中の少なくともいくつかを係合させるステップと、
前記第一の一面の材料の反対側の前記弾性要素に対して第二の一面の材料を設置して、前記複合構造体を形成するステップと
を含み、前記補強構造体は、前記複合材料構造体内の前記第一の一面の材料と前記第二の一面の材料との間に配置される、方法。
[12] 補強構造体に前記弾性要素の中の少なくともいくつかを係合させる前記ステップは、第一の補強材料格子に前記弾性要素の全てを係合させるステップと、第二の補強材料格子に前記弾性要素の中の少なくともいくつかを係合させるステップとを含む、11に記載の方法。
[13] 前記第一の補強材料格子及び前記第二の補強材料格子は、前記複合材料構造体内の前記第一の一面の材料と前記第二の一面の材料との間に配置される、12に記載の方法。
[14] カッターを使用して、弾性材料のシートを、前記複数の弾性要素及び前記複数の弾性要素をあるパターンに維持する追加の弾性材料を含む弾性材料のカットシートに切断するステップをさらに含む、11に記載の方法。
[15] 前記カッターは、複数の切断要素を備え、前記複数の切断要素はそれぞれ、付勢材料を含むスペースを画成し、切断要素が対応する弾性要素を切断するために使用された後に、前記付勢材料は、前記スペースから離れる方向に前記対応する弾性要素を押しやる、14に記載の方法。
[16] 補強構造体に前記弾性要素の中の少なくともいくつかを係合させる前記ステップは、前記第一の一面の材料上に前記複数の弾性要素を設置する前記ステップの前に実施される、11に記載の方法。
[17] 補強構造体に前記弾性要素の中の少なくともいくつかを係合させる前記ステップは、前記第一の一面の材料上に前記複数の弾性要素を設置する前記ステップの後に実施される、11に記載の方法。
[18] 前記補強構造体は、複数の穴を備える補強材料格子であり、補強構造体に前記弾性要素の中の少なくともいくつかを係合させる前記ステップは、前記複数の弾性要素を弾性材料のカットシートから前記補強材料格子中の前記複数の穴内へと押し込むステップを含む、16に記載の方法。
[19] 接着剤を使用して、前記複数の弾性要素を、前記第一の一面の材料、前記第二の一面の材料、又は前記第一の一面の材料及び前記第二の一面の材料の両方に対して設置する、11に記載の方法。
[20] 前記接着剤は、熱盤により活性化される熱活性化接着剤である、18に記載の方法。
[21] 弾性クッションとして使用するための複合材料構造体を作製する方法であって、
(a)両面を有する弾性材料の少なくとも一つのシートを用意するステップと、
(b)前記弾性材料のシートの片面又は両面に対して接着剤を塗布するステップと、
(c)表面及び前記表面から所定のパターンで延在する複数の切断要素を有する第一のカッターを用意するステップと、
(d)前記弾性材料のシート中に前記第一のカッターを押し込み、それにより複数の弾性要素及び過剰弾性材料を備える弾性材料のカットシートを形成するステップと、
(e)前記弾性材料のカットシートから前記カッターを引き抜くステップと、
(f)補強材料の少なくとも一つのシートを用意するステップと、
(g)前記補強材料のシート中に第二のカッターを任意に押し込み、それにより複数の補強要素及び補強材料格子を備える補強材料のカットシートを形成するステップと、
(h)前記補強材料のカットシートから前記カッターを引き抜くステップと、
(i)前記補強要素から前記少なくとも一つの補強材料格子を分離させるステップであり、それにより前記補強材料格子は、かつて前記補強要素が存在していた位置に前記補強材料を貫通する複数の穴を有する状態で残される、ステップと、
(j)前記補強材料格子に隣接して前記弾性材料のカットシートを配置し、前記複数の弾性要素が前記補強材料格子中の前記複数の穴に隣接して配置されるように前記弾性材料のカットシートを位置合わせするステップと、
(k)前記弾性材料のカットシート内の前記弾性要素のパターンと一致するパターンを形成する複数の押出要素を有する押出器を用意するステップと、
(l)前記複数の弾性要素に前記複数の押出要素を位置合わせし、前記押出器を使用して前記弾性材料の少なくとも一つのカットシートから前記弾性要素を押し出すステップであり、それにより前記複数の弾性要素は、前記補強材料格子中の前記複数の穴内に押し込まれ、それにより前記少なくとも一つの補強材料格子によって少なくとも部分的に囲まれる前記複数の弾性要素を備える弾性材料アセンブリが形成される、ステップと、
(m)熱活性接着材料が前記弾性材料の面に塗布される場合には、熱盤に隣接して前記弾性材料アセンブリを配置するステップと、
(n)前記弾性材料アセンブリの一方の面上に繊維基体又はメッシュ基体の第一のシートを配置するステップであり、前記ステップ(m)及び前記ステップ(n)は、任意には順序を逆転し得る、ステップと、
(o)前記熱盤により前記第一の繊維シート基体又はメッシュシート基体を加熱して、前記複数の弾性要素上の前記接着剤を活性化させるステップであり、それにより前記第一の繊維シート基体又はメッシュシート基体は、前記複数の弾性要素に接着して、前記複合材料を形成する、ステップと
を含む、方法。
[22] (p)前記少なくとも一つの補強材料格子を除去して、弾性要素に接合された第一の繊維シート基体又はメッシュシート基体をもたらすステップを含む、21に記載の方法。
[23] (q)前記弾性材料アセンブリの反対面上に繊維基体又はメッシュ基体の第二のシートを配置するステップと、
(r)前記熱盤により前記繊維基体又はメッシュ基体の第二のシートを加熱して、前記複数の弾性要素上の前記反対面上の前記接着剤を活性化させるステップであり、それにより前記繊維基体又はメッシュ基体の第二のシートは、前記反対面上において前記複数の弾性要素に対して接着する、ステップと
を含む、22に記載の方法。
[24] (p)前記弾性材料アセンブリの前記反対面上に繊維基体又はメッシュ基体の第二のシートを配置するステップと、
(q)前記熱盤により前記繊維基体又はメッシュ基体の第二のシートを加熱して、前記複数の弾性要素上の前記反対面上の前記接着剤を活性化させるステップであり、それにより前記繊維基体又はメッシュ基体の第二のシートは、前記反対面において前記複数の弾性要素に対して接着する、ステップと
を含む、21に記載の方法。
[25] 弾性クッションとして使用するための複合材料構造体を作製する方法であって、
(a)両面を有する弾性材料のシートを用意するステップと、
(b)前記弾性材料のシートの片面又は両面に対して接着剤を塗布するステップと、
(c)表面及び前記表面から所定のパターンで延在する複数の切断要素を有するカッターを用意するステップと、
(d)前記弾性材料のシート中に前記カッターを押し込み、それにより複数の弾性要素及び過剰弾性材料を備える弾性材料のカットシートを形成するステップと、
(e)前記弾性材料のカットシートから前記カッターを引き抜くステップと、
(f)前記弾性材料のカットシートの第一の面上の前記過剰弾性材料から接着層を除去して、前記弾性要素上に接着層を残すステップと、
(g)前記弾性材料のカットシートの前記第一の面に対して第一の繊維基体又はメッシュ基体を接合して、前記弾性要素間において前記第一の基体への接合を得るステップと、
(h)前記弾性材料のカットシートから前記過剰弾性材料を分離して、前記第一の基体に接合された前記複数の弾性要素を残すステップと
を含む、方法。
[26] (i)弾性材料アセンブリの第二の面上に繊維基体又はメッシュ基体の第二のシートを配置するステップと、
(j)熱盤により前記繊維基体又はメッシュ基体の第二のシートを加熱して、前記複数の弾性要素上の第二の面上の前記接着剤を活性化させるステップであり、それにより前記繊維基体又はメッシュ基体の第二のシートは、前記第二の面において前記複数の弾性要素に対して接着する、ステップと
を含む、25に記載の方法。
[27] (i)補強材料のシートを用意するステップと、
(j)前記補強材料のシート中に前記カッターを押し込み、それにより複数の補強要素及び少なくとも一つの部分補強材料格子又は全体補強材料格子を備える補強材料のカットシートを形成するステップと、
(k)前記補強材料のカットシートから前記カッターを引き抜くステップと、
(l)前記補強要素から前記補強材料格子を分離させるステップであり、それにより前記補強材料格子は、かつて前記補強要素が存在していた位置に前記補強材料を貫通する複数の穴を有する状態で残される、ステップと、
(m)ステップ(h)における前記弾性要素に対して少なくとも一つの部分補強材料格子又は全体補強材料格子を係合させるステップと
を含む、25に記載の方法。
[28] (n)弾性材料アセンブリの第二の面上に繊維基体又はメッシュ基体の第二のシートを配置するステップと、
(o)熱盤により前記繊維基体又はメッシュ基体の第二のシートを加熱して、前記複数の弾性要素上の第二の面上の接着剤を活性化させるステップであり、それにより前記繊維基体又はメッシュ基体の第二のシートは、前記複数の弾性要素に対して接着して、前記複合材料を形成し、前記少なくとも一つの部分補強材料格子又は全体補強材料格子は、前記繊維基体又はメッシュ基体の第一のシートと前記繊維基体又はメッシュ基体の第二のシートとの間に配置される、ステップと
を含む、27に記載の方法。
[29] 弾性クッションとして使用するための複合材料構造体を作製する方法であって、
(a)両面を有する弾性材料のシートを用意するステップと、
(b)前記弾性材料のシートの片面又は両面に対して接着剤を塗布するステップと、
(c)表面及び前記表面から所定のパターンで延在する複数の切断要素を有するカッターを用意するステップと、
(d)前記弾性材料のシート中に前記カッターを押し込み、それにより複数の弾性要素及び過剰弾性材料を備える弾性材料のカットシートを形成するステップと、
(e)前記弾性材料のカットシートから前記カッターを引き抜くステップと、
(f)前記弾性要素のみが任意の他の基体に対して接合自在となるようなパターンで、基体のブロッキングシートにより前記過剰弾性材料を覆うステップと、
(g)前記弾性材料のカットシートの第一の面に対して第一の繊維基体又はメッシュ基体を接合して、前記弾性要素間において前記第一の基体への接合を得るステップと、
(h)前記弾性材料のカットシートから前記過剰弾性材料を分離して、前記第一の基体に接合された前記複数の弾性要素を残すステップと
を含む、方法。
[30] 弾性クッションとして使用するための複合材料構造体を作製する方法であって、
(a)両面を有する弾性材料のシートを用意するステップと、
(b)表面及び前記表面から所定のパターンで延在する複数の切断要素を有するカッターを用意するステップと、
(c)前記弾性材料のシート中に前記カッターを押し込み、それにより複数の弾性要素及び過剰弾性材料を備える弾性材料のカットシートを形成するステップと、
(d)前記弾性材料のカットシートから前記カッターを引き抜くステップと、
(e)接着剤で選択的に弾性要素を被覆するステップと、
(f)前記弾性材料のカットシートの第一の面に対して第一の繊維基体又はメッシュ基体を接合して、前記弾性要素間において前記第一の基体への接合を得るステップと、
(h)前記弾性材料のカットシートから前記過剰弾性材料を分離して、前記第一の基体に接合された前記複数の弾性要素を残すステップと
を含む、方法。
[31] (i)補強材料の少なくとも一つのシートを用意するステップと、
(j)前記補強材料のシートを切断し、それにより複数の補強要素及び少なくとも一つの部分補強材料格子又は全体補強材料格子を備える補強材料のカットシートを形成するステップと、
(k)ステップ(h)における前記弾性要素に対して少なくとも前記一つの部分補強材料格子又は全体補強材料格子を係合させるステップと
を含む、25に記載の方法。
[32] ステップ(g)において、前記第二のカッターは、前記補強材料のシート上の画定区域を切断して補強材料の複数の周囲切断されたシートをもたらすために、複数の周囲エッジを備える、21に記載の方法。
[33] ステップ(m)の後に、前記補強材料の複数の周囲切断されたシートの不要部分が、周囲切断境界に沿って除去される、32に記載の方法。
Claims (9)
- 弾性クッションとして使用するための複合材料構造体を製造するための方法であって、
第一の一面の材料上に複数の別個の離間された弾性要素を設置するステップと、
補強構造体に前記弾性要素の中の少なくともいくつかを係合させるステップと、
前記第一の一面の材料の反対側の前記弾性要素に対して第二の一面の材料を設置して、前記複合構造体を形成するステップと
を含み、前記補強構造体は、前記複合材料構造体内の前記第一の一面の材料と前記第二の一面の材料との間に配置され、
カッターを使用して、弾性材料のシートを、前記複数の弾性要素及び前記複数の弾性要素をあるパターンに維持する追加の弾性材料を含む弾性材料のカットシートに切断するステップをさらに含む、方法。 - 補強構造体に前記弾性要素の中の少なくともいくつかを係合させる前記ステップは、第一の補強材料格子に前記弾性要素の全てを係合させるステップと、第二の補強材料格子に前記弾性要素の中の少なくともいくつかを係合させるステップとを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第一の補強材料格子及び前記第二の補強材料格子は、前記複合材料構造体内の前記第一の一面の材料と前記第二の一面の材料との間に配置される、請求項2に記載の方法。
- 前記カッターは、複数の切断要素を備え、前記複数の切断要素はそれぞれ、付勢材料を含むスペースを画成し、切断要素が対応する弾性要素を切断するために使用された後に、前記付勢材料は、前記スペースから離れる方向に前記対応する弾性要素を押しやる、請求項1に記載の方法。
- 補強構造体に前記弾性要素の中の少なくともいくつかを係合させる前記ステップは、前記第一の一面の材料上に前記複数の弾性要素を設置する前記ステップの前に実施される、請求項1に記載の方法。
- 補強構造体に前記弾性要素の中の少なくともいくつかを係合させる前記ステップは、前記第一の一面の材料上に前記複数の弾性要素を設置する前記ステップの後に実施される、請求項1に記載の方法。
- 前記補強構造体は、複数の穴を備える補強材料格子であり、補強構造体に前記弾性要素の中の少なくともいくつかを係合させる前記ステップは、前記複数の弾性要素を弾性材料のカットシートから前記補強材料格子中の前記複数の穴内へと押し込むステップを含む、請求項5に記載の方法。
- 接着剤を使用して、前記複数の弾性要素を、前記第一の一面の材料、前記第二の一面の材料、又は前記第一の一面の材料及び前記第二の一面の材料の両方に対して設置する、請求項1に記載の方法。
- 前記接着剤は、熱盤により活性化される熱活性化接着剤である、請求項8に記載の方法。
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