JP6825220B2 - 人工芝 - Google Patents

Description

本発明は、基材と、基材上に起立する芝葉を模した多数のパイルとを有する人工芝及びその製造方法に関する。

近年、サッカー場やラグビー場、野球場等の様々な運動競技施設において、人工芝が普及している。人工芝は、通常、フィルム状の基材に適切な間隔で芝葉を模したプラスチック製の糸が縫い込まれることで製造され、芝葉側を上にして基材をアスファルト等の設置面の上に敷き広げられることにより施工される。基材の材料としては、従来、ポリプロピレン等の硬質樹脂が使用されてきた。

しかしながら、硬質樹脂を基材とした人工芝は、上下方向の変形に対して硬く、人工芝上でプレーするプレイヤーにとって快適とならないことがある。そのため、特許文献１に示されるように、基材とその下の設置面との間に発泡材料等からなるクッション層が設置されることがある。

特開平７−６８００２号公報

しかしながら、基材が硬質樹脂からなり、その引張弾性率が高いと、基材の下にクッション層を設置したとしても、基材がクッション層の変形に十分に追従できない。その結果、クッション材のクッション性が十分に活かされず、そればかりか、基材に強い負荷がかかると、基材の破れが発生し易くなる。

本発明は、耐久性の高い人工芝及びその製造方法を提供することにある。

本発明の第１観点に係る人工芝は、設置面上に設置される人工芝であって、表面及び裏面を有する基材と、前記基材の前記表面上に起立する芝葉を模した多数のパイルとを備える。前記基材は、エラストマー又は軟質樹脂から構成される。

本発明の第２観点に係る人工芝は、第１観点に係る人工芝であって、前記基材は、エラストマーから構成される。

本発明の第３観点に係る人工芝は、第２観点に係る人工芝であって、前記基材は、熱可塑性ポリウレタンエラストマーから構成される。

本発明の第４観点に係る人工芝は、第１観点から第３観点のいずれかに係る人工芝であって、前記パイルは、プラスチック製である。

本発明の第５観点に係る人工芝は、第１観点から第４観点のいずれかに係る人工芝であって、前記基材の前記裏面と前記設置面との間に設置されるクッション層をさらに備える。

本発明の第６観点に係る人工芝は、第５観点に係る人工芝であって、前記クッション層は、発泡材料又はエラストマーから構成される。

本発明の第７観点に係る人工芝は、第５観点又は第６観点に係る人工芝であって、前記クッション層の厚みは、３ｍｍ以上かつ１０ｍｍ以下である。

本発明の第８観点に係る人工芝は、第１観点から第７観点のいずれかに係る人工芝であって、前記基材は、フィルム状に成形されている。

本発明の第９観点に係る人工芝は、第１観点から第７観点のいずれかに係る人工芝であって、前記基材は、網目状に成形されている。

本発明の第１０観点に係る人工芝は、第１観点から第９観点のいずれかに係る人工芝であって、前記基材と、前記パイルとは、一体的に形成されている。

本発明の第１１観点に係る人工芝の製造方法は、第１観点から第１０観点のいずれかに係る人工芝の製造方法であって、以下のステップを含む。
（１）前記基材及び前記パイルの一方である第１部位を成形するステップ。
（２）前記第１部位に対し、インサート成形により、前記基材及び前記パイルの他方である第２部位を一体成形するステップ。

本発明によれば、人工芝及びその製造方法が提供される。ここでの人工芝は、基材と、基材上に起立する芝葉を模した多数のパイルとを有し、基材は、エラストマー又は軟質樹脂から構成される。従って、かかる人工芝がクッション層を介して設置面上に設置された場合において、基材は、外力を受けた際にクッション層の変形に十分に追従することができる。また、仮にクッション層が設置されない場合においても、基材は、弾性変形により外力を吸収することができる。その結果、基材の破れが発生しにくく、人工芝の耐久性が向上する。

本発明の第１実施形態に係る人工芝の側方断面図。 本発明の第２実施形態に係る人工芝の側方断面図。 第２実施形態に係る基材の部分的な平面図。 第２実施形態に係る基材の成形工程を示す側方断面図。 第２実施形態に係る基材の成形工程を示す平面図。 第２実施形態に係るパイルの成形工程を示す側方断面図。 評価試験に用いられる試験機を説明する図。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係る人工芝及びその製造方法について説明する。

＜１．第１実施形態＞
以下、第１実施形態に係る人工芝１の構成について説明する。人工芝１は、サッカー場やラグビー場、野球場等の各種運動競技施設において、図１に示すように、アスファルト面や地面等の設置面６上に設置される。人工芝１は、基材２と、基材２の表面２ａ上に起立する芝葉を模した多数のパイル３とを有する。本実施形態では、基材２は、フィルム状に形成されており、パイル３は、基材２上に所定の間隔をあけて植設されている。なお、本明細書においてフィルム状というときには、例えば、合成樹脂材料をＴダイ法により成形することで得られるフィルムの形状のように、薄く、概ね一定の厚みを有し、視認可能な程度の大きさの空隙が形成されていない又は殆ど形成されていないフィルムの形状を意味するものとする。

基材２の裏面２ｂ側には、パイル３が抜け落ちるのを防止するためバッキング剤が塗布され、バッキング層４が形成されている。バッキング層４は、典型的にはＳＢＲラテックスのような、比較的柔らかい材料から構成され、弾性を有し、本実施形態では、ポリエチレンとＳＢＲラテックスの混合体から構成される。なお、バッキング層４は、省略することもできる。

基材２は、エラストマーから構成される。本実施形態では、基材２は、熱可塑性エラストマー、特に熱可塑性ポリウレタンエラストマーから構成される。しかしながら、基材２として、熱硬化性エラストマーを使用することもできる。また、基材２として、プラストマーと呼ばれる、比較的柔らかい樹脂（軟質樹脂）を使用することもできる。すなわち、基材２は、従来のポリプロピレンやポリエチレン等の硬質樹脂から構成される基材と比較して、柔らかく、弾性に優れる。すなわち、基材２は、弾性率が低く、外力を受けて変形しやすく、伸び易い。基材２の厚みＷ１は、本実施形態では、Ｗ１＝１００μｍである。しかしながら、厚みＷ１は、これ以上にも、これ以下にも設定することができ、好ましくは、５０μｍ≦Ｗ１＜１０００μｍであり、より好ましくは、１００μｍ≦Ｗ１≦５００μｍである。一方で、Ｗ１≧１ｍｍとすることもできる。

パイル３は、芝葉の外観を実現することができる限り、その形態及び材質は特に限定されず、典型的にはプラスチック（樹脂）製であり、本実施形態では、ポリエチレン製である。しかしながら、別の好ましい例としては、パイル３は、ポリプロピレン等の他の熱可塑性樹脂から構成することができる。また、パイル３は、以上のような材料を一軸延伸加工した扁平なフィラメント糸から形成することができる。本実施形態では、パイル３は、タフティングマシンを用いて、パイル３となるプラスチック糸をフィルム状の基材２に対しタフティングすることにより、基材２に縫い込まれている。基材２の表面２ａからパイル３の先端までの長さＷ２も、特に限定されないが、２０ｍｍ≦Ｗ２＜５０ｍｍ程度と比較的短くすることもできるし（一般にショートパイルと呼ばれる）、５０ｍｍ≦Ｗ２≦７０ｍｍ程度と比較的長くすることもできる（一般にロングパイルと呼ばれる）。なお、パイル３は、自重等により多少湾曲して傾斜するが、Ｗ２は、パイル３を直線状に起立させたときの基材２の表面２ａからの長さである。

以上の基材２と、パイル３と、バッキング層４とは、互いに固定されており、１枚のカーペット状である。この意味で、以下、基材２と、パイル３と、バッキング層４とからなる部位を、カーペット部品と呼ぶことがある。

また、本実施形態では、基材２の表面２ａ上においてパイル３間には、充填材５が充填される。この充填材５は、プレイヤーがプレー中に怪我をしないようにするためのクッション材としての役割を果たす他、芝葉としてのパイル３を保護することもできる。また、競技に使用されるボールの弾み具合を調整したり、選手の走り易さをコントロールすることも可能であり、人工芝１上での競技のプレー性能を向上させることもできる。なお、このような充填材５は、省略することも可能であるが、パイル３がロングパイルと呼ばれる比較的高さのあるパイルである場合に、特に好ましく使用される。

充填材５としては、弾性充填材及び硬質充填材の少なくとも一方を用いることができる。弾性充填材としては、例えば、廃タイヤの破砕品などからなるゴムチップを用いることができる。硬質充填材としては、例えば、砂を用いることができる。

また、設置面６と基材２の裏面２ｂとの間、より正確には、設置面６とバッキング層４の裏面との間には、クッション層７が形成される。クッション層７も、充填材５と同じく、プレイヤーがプレー中に怪我をしないようにするためのクッション材としての役割を果たす他、競技に使用されるボールの弾み具合を調整したり、選手の走り易さをコントロールすることが可能であり、人工芝１上での競技のプレー性能を向上させることができる。

クッション層７は、以上のような役割を実現することができる限り、その形態及び材質は特に限定されず、典型的には、発泡材料からなり、本実施形態では、発泡ポリエチレン製である。別の好ましい例としては、クッション層７は、エラストマーから構成することができ、熱硬化性エラストマーであっても、熱可塑性エラストマーであってもよい。本実施形態では、クッション層７は、シート状である。外力が加えられていない状態におけるクッション層７の厚みＷ３は、好ましくは、３ｍｍ≦Ｗ３≦１０ｍｍである。或いは、１２ｍｍ≦Ｗ３≦４５ｍｍのように比較的厚く設定することも好ましく、さらに好ましくは、２０ｍｍ≦Ｗ３≦２５ｍｍである。

基材２、バッキング層４及びパイル３を含むカーペット部品は、バッキング層４を下にして、クッション層７の上に敷かれる。カーペット部品は、その自重により、クッション層７上で殆ど移動不能となる。従って、カーペット部品とクッション層７とは固定する必要はないが、両者をより強固に固定すべく、両者の境界に接着剤８を塗布することもできる（図１参照）。このとき、施工性の観点からは、接着剤８は、クッション層７の上面全体ないしバッキング層４の下面全体に塗布せずに、部分的に塗布することが好ましい。また、接着剤を部分的に塗布することは、接着剤の層が人工芝１のクッション性を低下させることのない点でも優れている。カーペット部品とクッション層７との固定は、ホッチキス止め、ピン止め等により行うこともできる。

上述したように、基材２及びバッキング層４が柔らかい材料から構成される場合、人工芝１上でプレーするプレイヤーの激しい運動を受けときでも、基材２及びバッキング層４を含むカーペット部品は、クッション層７の変形に十分に追従することができる。その結果、クッション層７のクッション性が十分に発揮され、人工芝１全体でのクッション性が向上し、プレイヤーに快適な競技場所を提供することができる。また、このクッション性により、プレイヤーの運動によりカーペット部品に大きな外力がかかったとしても、当該外力がカーペット部品及びクッション層７の収縮により吸収される。また、仮にクッション層７が設置されない場合においても、カーペット部品は、弾性変形により外力を吸収することができる。その結果、基材２の破れが発生しにくく、人工芝１の耐久性が向上する。

＜２．第２実施形態＞
以下、第２実施形態に係る人工芝１０１について説明する。図２に示すように、第２実施形態に係る人工芝１０１は、第１実施形態に係る人工芝１と多くの部分で共通し、主たる相違点は、基材２に代わる基材１０２の構成にある。従って、以下では、簡単のため、主として第１実施形態との相違点について述べ、第１実施形態と同様の要素については、同じ符号を付して説明を省略する。

図２は、本実施形態に係る人工芝１０１の側方断面図であり、図３は、基材１０２の部分的な平面図である。同図に示すように、基材１０２は、網目状であり、本実施形態では、特に格子状である。すなわち、基材１０２は、視認可能な程度のサイズの多数の空隙を有しており、これにより、材質だけでなく、構造の面からも、上下方向の外力に対して変形し易く、伸び易く構成されている。なお、基材１０２の素材に関しては、第１実施形態と同様である。

芝葉を模したパイル３は、本実施形態でも、基材１０２の表面１０２ａ上に起立している。より具体的には、基材１０２の格子の各交差点から、多数本のパイル３が起立している。格子のサイズは、適宜設定することができるが、本実施形態では、１０ｍｍ×１０ｍｍである。また、格子を構成する直線部分の断面は円形であり、その直径φ＝１ｍｍである。よって、基材１０２の厚さＷ１＝１ｍｍである。

以上のような格子状の基材１０２の場合、第１実施形態のように、タフティングによりプラスチック糸を基材１０２に縫い込むことは困難である。そのため、本実施形態では、基材１０２とパイル３とを含むカーペット部品は、以下の方法で製造される。なお、本実施形態では、基材１０２の裏面１０２ｂ側において、バッキング層４は形成されない。

まず、基材１０２が、射出成形により成形される。図４Ａ及び図４Ｂは、基材１０２の成形工程を示している。同図に示すように、本工程では、一対の金型１０ａ，１０ｂが使用され、これらが対面させられたときに、内部に格子形状の空洞Ｓ１が形成される。そして、空洞Ｓ１内と外部とを連通するゲート１２を介して、射出機から加熱溶融された基材１０２の材料を空洞Ｓ１内に射出する。このとき、材料には、適当な射出圧が加えられる。以上の結果、空洞Ｓ１内に基材１０２の材料が押し込まれ、充填される。その後、金型１０ａ，１０ｂを冷却して材料を固化し、空洞Ｓ１の形状の基材１０２が形成される。なお、平面視である図４Ｂでは、本来ゲート１２は視認できないが、参考としてゲート１２の位置が一点鎖線で示されている。その後、金型１０ａ，１０ｂを開くことで、基材１０２が分離される。

続いて、芝葉を模したパイル３を成形する。パイル３は、インサート成形により、基材１０２の表面１０２ａに一体成形される。図４Ｃは、パイル３の成形工程を示している。同図に示すように、本工程では、金型１０ａ，１０ｂに代えて、金型１０ｃ，１０ｄが使用される。金型１０ｄ内には、金型１０ａに形成されていた空洞（空洞Ｓ１の約半分）と同様の空洞が形成されており、金型１０ｃ内にも、金型１０ｂに形成されていた空洞（空洞Ｓ１の約半分）と同様の空洞が形成されている。また、金型１０ｃ内には、芝葉の形状の空洞Ｓ２も形成されており、金型１０ｄ内には、この空洞Ｓ２にパイル３の材料を流し込むためのゲート１３も形成されている。そして、金型１０ｃと金型１０ｄとを対面させる。このとき、一対の金型１０ｃ，１０ｄにより形成される空洞Ｓ１と同様の空洞Ｓ３内に、基材１０２をインサートとして閉じ込める。なお、金型１０ｃと金型１０ｄとが対面した状態において、金型１０ｃ内の空洞Ｓ２は、基材１０２の各格子の交差点に対応する位置に配置される。同様に、金型１０ｃと金型１０ｄとが対面した状態において、金型１０ｄ内のゲート１３も、基材１０２の各格子の交差点に対応する位置に配置される。そして、空洞Ｓ３内、ひいては空洞Ｓ２内と外部とを連通するゲート１３を介して、射出機から加熱溶融されたパイル３の材料を空洞Ｓ２内に射出する。なお、空洞Ｓ２内にパイル３の材料を流し込むことができるように、空洞Ｓ３は、空洞Ｓ２の根元部分において僅かに空洞Ｓ１よりも大きくなるように構成されている。そのため、基材１０２が配置される空洞Ｓ３内には、空洞Ｓ２の根元部分において僅かに隙間が空いており、当該隙間を介して、パイル３の材料が空洞Ｓ２内に流れ込む。このとき、基材１０２の表面全体に硬質のパイル３の材料が付着してしまうと、最終的な基材１０２の柔軟性が妨げられ得る。そのため、パイル３の材料を導入するゲート１３は、空洞Ｓ２の根元部分にのみ形成され、その後、ゲート１３を介して導入されたパイル３の材料は、空洞Ｓ２の根本部分の隙間を通って空洞Ｓ２に導入される。また、このとき、材料には、適当な射出圧が加えられる。以上の結果、空洞Ｓ２内に基材１０２の材料が押し込まれ、充填される。その後、金型１０ｃ，１０ｄを冷却して材料を固化することで、空洞Ｓ２の形状のパイル３が基材１０２と一体成形される。そして、金型１０ｃ，１０ｄを開くことで、基材１０２とパイル３とを含むカーペット部品が分離される。

＜３．変形例＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、以下の変更が可能である。

＜３−１＞
第２実施形態では、基材１０２を成形した後、これをインサートとしてカーペット部品がインサート成形されたが、逆に、パイルを先に成形した後、これをインサートとしてカーペット部品をインサート成形してもよい。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されない。まず、それぞれ以下の方法で、比較例に係る人工芝のサンプル片と、実施例１〜３に係る人工芝のサンプル片を作製した。

＜比較例＞
基材として、ポリプロピレン製の平織布（全体のサイズ７０ｍｍ×７０ｍｍ）を作製した。その後、当該基材に対し、６本撚りにしたポリエチレン製ヤーン（１８５０デシテックス）を、タフティングマシンを用いて縫い込んだ。縫い込みは、横２０ｍｍ、縦５ｍｍの間隔で行った。芝葉の長さ（基材表面からパイルの先端までの長さ）は、５０ｍｍとした。クッション層としては、シュミッツ社製の厚さ２０ｍｍの発泡ポリエチレンシート（Ｐｒｏ Ｐｌａｙ２０）を使用した。充填材としては、タイヤの平均粒径２ｍｍの破砕チップと砂とを１：２の比率で混ぜたものを用意し、当該充填材をパイル間に層全体の厚みが２０ｍｍとなるように投入した。このとき、破砕チップの層と砂の層とが交互に繰り返し現れるように充填した。

＜実施例１＞
熱可塑性ポリウレタンエラストマー（以下、ＴＰＵという）製で、フィルム状の基材（全体のサイズ７０ｍｍ×７０ｍｍ）を作製した。具体的には、ＴＰＵ（ＢＡＳＦ社製のエラストラン（登録商標）１１８０Ａ）を、Ｔダイを取り付けたφ２０単軸押出機（東洋精機製作所製のラボプラストミル）及び冷却ロールを用いて、厚み１００μｍのフィルムに成形した。その後、当該フィルムを基材として、比較例１と同様に、ポリエチレン製ヤーンをタフティングマシンを用いて縫い込んだ。クッション層及び充填材も比較例１と同様とした。

＜実施例２＞
ＴＰＵ（ＢＡＳＦ社製のエラストラン（登録商標）１１８０Ａ）製で、網状の基材（全体のサイズ７０ｍｍ×７０ｍｍ）を作製した。具体的には、第２実施形態と同様の方法により、射出成型機（住友重機械工業製、５０ｔ）を用いて、ＴＰＵを、格子サイズ１０ｍｍ×１０ｍｍで格子の太さφ１ｍｍの格子状に成形した。

基材へのパイルの植え付けは、第２実施形態と同様の方法により、射出成形機（住友重機械工業製、５０ｔ）を用いたインサート成形にて実施した。具体的には、先に作成した基材を、当該基材の格子の交差点に芝葉用の空洞の根元が来るように設計された金型内に仕込み、その後、パイルの材料のポリエチレン（日本ポリエチレン社製、ＵＪ３７０）を金型内に注入した。芝葉は、一株当たり６本、厚み１ｍｍで幅１ｍｍの三角断面形状とした。また、芝葉の長さ（基材表面からパイルの先端までの長さ）は、５０ｍｍとした。

クッション層及び充填材は、比較例１と同様とした。ただし、以上の方法にて作成されたカーペット部品と同様の平面形状を有するクッション層の上面において、その周辺全体に幅１０ｍｍで接着剤を塗布し、クッション層とカーペット部品とを固定した。これにより、カーペット部品の基材の外側から２本ずつの格子の線がクッション層に対し固定された。

＜実施例３＞
表１の成分を表１の配合割合でロールを用いて混練したゴムを材料とする、網状の基材（全体のサイズ７０ｍｍ×７０ｍｍ）を作製した。具体的には、当該ゴム材料を、格子サイズ１０ｍｍ×１０ｍｍで格子の太さφ１ｍｍの網状（網サイズ７０ｍｍ×７０ｍｍ）の空洞を有する金型に流し込み、プレス成型にて網状の基材を成形した。なお、下表１中のｐｈｒは、ゴム重量100に対する各種配合剤の重量部を意味している。

基材へのパイルの植え付けは、実施例２と同様に行った。クッション層及び充填材も実施例２と同様とした。接着剤を用いたクッション層とカーペット部品との固定も、実施例２と同様に行った。

＜評価試験＞
比較例及び実施例１〜３に係る人工芝のサンプル片に対し負荷試験を実施し、当該試験後に基材に破れが発生したかどうかを評価した。負荷試験は、図５に示す試験機を用いて、以下の要領で行った。まず、人工芝のサンプル片は内寸７０ｍｍ×７０ｍｍ（縦×横）の正方形の金属製の箱の中に設置した。そして、金属（ＳＵＳ）製の直径φ３０ｍｍの円盤形状の圧子を取り付けたインテスコ社製の万能試験機を用いて、上下方向の変位制御１０ｍｍ（初期位置は圧子を下げて、荷重が増えずに０を保てる下限に設定）の条件下で、繰り返し１００００万回、サンプル片を圧縮した。以上の評価試験の結果、以下の結果が得られた。

以上の結果より、硬質樹脂製の基材を用いた比較例では、基材の破れが確認されたのに対し、エラストマー製の基材を用いた実施例１〜３においてはいずれも、基材の破れが確認されなかった。すなわち、基材をエラストマーのような柔らかい材料から構成することの優位性が確認された。

１，１０１ 人工芝
２，１０２ 基材
２ａ，１０２ａ 表面
２ｂ，１０２ｂ 裏面
３ パイル
５ 充填材
６ 設置面
７ クッション層

Claims (10)

1. 設置面上に設置される人工芝であって、
   表面及び裏面を有し、熱可塑性エラストマーから構成される（ただし、不織布の表面に熱可塑性エラストマーを塗布したものを除く）基材と、
   前記基材の前記表面上に起立する芝葉を模した多数のパイルと、
   前記基材の前記裏面に形成され、前記基材及び前記パイルと固定されるバッキング層と、
   前記バッキング層の裏面と前記設置面との間に設置されるクッション層と
   を備え、
   前記バッキング層と前記クッション層とは、部分的に固定されている、
   人工芝。
2. 設置面上に設置される人工芝であって、
   表面及び裏面を有し、熱可塑性エラストマーから構成される（ただし、不織布の表面に熱可塑性エラストマーを塗布したものを除く）基材と、
   前記基材の前記表面上に起立する芝葉を模した多数のパイルと、
   前記基材の前記裏面と前記設置面との間に設置されるクッション層と
   を備え、
   前記基材の前記裏面と前記クッション層とは、部分的に固定されている、
   人工芝。
3. 前記基材は、熱可塑性ポリウレタンエラストマーから構成される、
   請求項１又は２に記載の人工芝。
4. 前記パイルは、プラスチック製である、
   請求項１から３のいずれかに記載の人工芝。
5. 前記クッション層は、発泡材料又はエラストマーから構成される、
   請求項１から４のいずれかに記載の人工芝。
6. 前記クッション層の厚みは、３ｍｍ以上かつ１０ｍｍ以下である、
   請求項１から５のいずれかに記載の人工芝。
7. 前記基材は、フィルム状に成形されている、
   請求項１から６のいずれかに記載の人工芝。
8. 前記基材は、網目状に成形されている、
   請求項１から６のいずれかに記載の人工芝。
9. 前記基材と、前記パイルとは、一体的に形成されている、
   請求項２から８のいずれかに記載の人工芝。
10. 請求項２から９のいずれかに記載の人工芝の製造方法であって、
    前記基材及び前記パイルの一方である第１部位を成形するステップと、
    前記第１部位に対し、インサート成形により、前記基材及び前記パイルの他方である第２部位を一体成形するステップと
    を含む、人工芝の製造方法。