JPWO2008018438A1 - 三次元製織装置および三次元製織方法 - Google Patents

Abstract

細胞の足場材料に適用すべく、欠損部に適合する任意の形状を効率良く、細胞成長に適した繊維間隔で織成し得る装置及方法を提供する装置および方法である。具体的には、内部に経糸を挿通し得るＺ方向に並設されたパイプを、織ベース上にＸＹ方向に平行に複数本整列配置し、緯糸を送出しながら織ヘッドがパイプの間隙を移動してパイプに緯糸をかけ任意の糸送りパターンを形成し、パイプを挿通させる多数の案内穴が配設された押えヘッドを経方向に適宜往復動させてＺ方向の層ピッチを調節し、Ｚ方向に多層状に緯糸を積層することにより三次元織物を織成し、織ベースからパイプを引き抜き、経糸を緯糸の織り目に通す。糸送りパターンを所定の層でパターン変更することにより織物の密度を部位によって制御する。また織ヘッドを制御し、整列配置されたパイプ群から、緯糸をかけるパイプを選択的に限定して糸送りパターン形成することで織物の形状を制御する。

Description

本発明は、三次元織物の製造装置と製造方法に関するものである。特に、繊維を互いに直交するＸ方向、Ｙ方向で形成される面内およびその面に直交するＺ方向に織り込む三次元製織装置および三次元製織方法に関する。

三次元織物は、従来から、被服、装飾品、袋の材料などの用途や、コンクリート構造物の補強材や航空機の複合部材の産業用補強材として用いられている。
このような産業用補強材としての三次元織物の製造装置や製造方法については、従来から種々の出願がなされている（例えば、特許文献１〜２を参照。）。
これらの技術は、コンクリート構造物の補強材や航空機の複合部材の補強材として用いるために、寸法的により大きな、且つ、密度を高めることができる三次元織物を効率良く作製することを目的としている。

例えば、特許文献１に開示されている三次元製織方法は、平行状態に配列した経方向ロッド群を保持し、それらのロッド間に多数の緯方向ロッドを複数の異方向から逐次挿入するロッド方式の三次元織物製織方法において、複数のロッド押入機構を、挿入ロッド同士が干渉しない程度に製織方向にずらして設置し、それらのロッド押入機構により緯方向ロッドの挿入を行うものである。

また、特許文献２に開示されている立体織物の織成方法は、編針をＸ及びＹ方向に複数本配置し、その編針の間を、Ｘ方向にＸ糸を適宜編針の箇所でＹ方向にずれたジグザグに始端から終端にわたって挿通し、続く工程で、Ｘ方向にＸ糸を、適宜編針の箇所でＹ方向にずれたジグザクに終端から始端まで戻し、次に、Ｙ方向にＹ糸を、上記Ｘ方向と同様にＹ方向に同様に挿通して、Ｘ糸とＹ糸からなる一層の織地を織成し、この一連の工程を繰り返して、Ｚ方向に多層状にＸ糸とＹ糸とからなる織地を積層して所望厚さの立体織物に織成し、その後、各編針にＺ糸を把持させて織成した織地に直交する方向に引き抜くことによって、相互に直交するＸ糸、Ｙ糸、Ｚ糸によって立体織物を織成するものである。

特開平５−３３２４１号公報 特開２００２−１２９４４９号公報

近年、三次元織物は、上述したような産業用用途の他に、骨や組織の欠損部に適合する組織再生用足場材料として利用されている。これは、事故や病気などで骨や組織の一部に欠損部が生じた場合に、その欠損部が大きくなると自然治癒力では修復できない場合があり、このような時に未分化細胞である幹細胞などを用いて組織を再生させるなどの医療用途に用いられるもので、三次元織物は組織再生を誘導するための足場材料として用いられる。

生体組織内に大きな欠損部が生じると、一般的にその欠損部は瘢痕性のコラーゲン組織によって補填される。瘢痕組織により占有された組織の欠損部では、本来の生体組織の再生を期待することは不可能である。そこで、欠損部を瘢痕組織に占有されないように、あらかじめ欠損部での再生のスペースを確保し、細胞の分化や増殖を支援するための場を欠損部に作ることが必要である。この場を作るためには、細胞の足場材料が必要なのである。

このような細胞の足場材料として利用されるためには、三次元織物は欠損部に適合する任意の三次元形状に織成し得ることが必要とされる。また、三次元織物の密度を部位によって制御することも必要とされる。これは、細胞の分化や増殖に適した繊維間隔として、細胞の均一で高密度な播種と成長に適した環境を作り上げることと、欠損部の周囲からの荷重を支持できるように剛性を高めるためである。細胞の浸潤性と共に剛性をも重視する場合に、三次元織物の部位によって疎な繊維間隔と密な繊維間隔を制御するのである。

また、先の研究から、細胞の足場材料としての三次元織物は、その繊維の交差部において細胞がよく成長するという知見を得ている。従って、細胞の足場材料として利用する三次元織物は、織物の繊維の交差部が増大するように、経方向の繊維に、緯方向の繊維をジグザク状やＳ字状に絡めるなどの自由度を高い糸送りパターンで作製することが望まれる。

このような細胞の足場材料として利用される三次元織物を織成するためには、三次元織物の形状や密度を制御して織成することが必要である。以下に、特許文献１や特許文献２に開示されている技術を用いて、三次元織物の形状や密度を制御して織成することができるかを検証する。

特許文献１に開示されている技術では、上述したように、平行状態に配列した経方向ロッド群を保持し、それらのロッド間に多方向から緯方向ロッドを複数の異方向から逐次挿入するロッド方式の三次元織物製織方法をベースとしており、経方向に緯方向の繊維のメッシュ層を重ねていくものである。
しかしながら、経方向ロッド群にＳ字状に緯方向の繊維を絡めることはできず、糸送りパターンが限定されてしまい、三次元織物の密度を制御することは困難である。また、経方向ロッド群から特定の経方向ロッドを選択して繊維を絡めることができず、任意の三次元織物の形状を作製することは困難である。

また、特許文献２に開示されている技術では、上述したように、編針を経方向に複数本配置し、その編針の間を、Ｘ方向にＸ糸を適宜編針の箇所でＹ方向にずれたジグザグに始端から終端にわたって挿通し、Ｘ方向にＸ糸を適宜編針の箇所でＹ方向にずれたジグザクに終端から始端まで戻し、同様にＹ方向も行い、Ｘ糸とＹ糸からなる一層の織地を織成し、これを繰り返して、Ｚ方向に多層状にＸ糸とＹ糸とからなる織地を積層した後、各編針にＺ糸を把持させて織成した織地に直交する方向に引き抜くものである。
しかしながら、ＸＹ平面の対角線方向など斜め方向に糸送りすることができず、糸送りパターンが限定されている。また、経方向の編針を選択してＸ糸とＹ糸を絡めることができず、任意の三次元織物の形状を作製することは困難である。

既存の三次元製織装置が、用途を限定した一定の形状を効率良く、また、高強度を得る緻密な繊維間隔で織ることを目的としているのに対して、本発明の三次元製織装置および三次元製織方法が解決しようとする課題は、細胞の足場材料に適用できるように、欠損部に適合する任意の形状を効率良く、また、細胞成長に適した繊維間隔で織る（密度を制御する）ことができる三次元製織装置等を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の三次元製織装置は、繊維を、Ｘ方向、Ｙ方向で形成される面内およびその面に直交するＺ方向に三次元的に織り上げる装置であって、
１）内部に経糸を挿通し得るＺ方向に並設されたパイプと、
２）前記パイプを平面視においてＸＹ方向に平行に複数本整列配置した織ベースと、
３）緯糸を送出し得る織ヘッドと、
４）前記織ベース上で前記織ヘッドを少なくともＸＹ平面上で移動し得る織ヘッド駆動手段と、
５）前記パイプを挿通させる多数の案内穴が穿設された押えヘッドと、
６）前記押えヘッドを経方向に往復動し得る押えヘッド駆動手段と、
７）前記織ベースから前記パイプを引き抜き、経糸を緯糸の織り目に通し得るパイプ引抜手段と、
を具備する構成とされたことを特徴としたものである。

上記構成により、緯糸を送出しながら織ヘッドが、織ベース上のパイプの間隙を移動してパイプに緯糸をかけ任意の糸送りパターンを形成し、押えヘッドを経方向に適宜往復動させてＺ方向の層ピッチを調節し、Ｚ方向に多層状に緯糸を積層し、織ベースからパイプを引き抜き、経糸を緯糸の織り目に通すことにより三次元織物が作製できる。織ヘッドが織ベース上のパイプの間隙を移動することで、緯糸をパイプに絡めて任意の糸送りパターンを形成でき、かつ、パイプを選択して緯糸を絡めることができる。また、押えヘッドを経方向に適宜往復動させてＺ方向の層ピッチを調節できる。
これにより、任意の三次元織物の形状を効率良く、また、細胞成長に適した繊維間隔で織る（密度を制御する）ことができるのである。

ここで、織ヘッド駆動手段は、織ベース上で織ヘッドを少なくともＸＹ平面上で移動し得ることとしている。これは、織ベース上に整列配置されたパイプの上端近傍を、織ベースの先端部がＸ方向及び／又はＹ方向に移動することにより、緯糸をパイプに絡めることができるものである。

また、織ベースからパイプを引き抜くパイプ引抜手段は、パイプを１本毎に引き抜いてもよく、或いは１列毎（例えばＸ方向の１列、若しくはＹ方向の１列）、或いは全パイプを一度に引き抜いてもよい。

また、本発明の請求項２に記載の三次元製織装置は、繊維を、Ｘ方向、Ｙ方向で形成される面内およびその面に直交するＺ方向に三次元的に織り上げる装置であって、
１）一端に経糸を把持し得る手段を有するＺ方向に並設されたロッドと、
２）前記ロッドを平面視においてＸＹ方向に平行に複数本整列配置した織ベースと、
３）緯糸を送出し得る織ヘッドと、
４）前記織ベース上で前記織ヘッドを少なくともＸＹ平面上で移動し得る織ヘッド駆動手段と、
５）前記ロッドを挿通させる多数の案内穴が穿設された押えヘッドと、
６）前記押えヘッドを経方向に往復動し得る押えヘッド駆動手段と、
７）前記織ベースから前記ロッドを引き抜き、経糸を緯糸の織り目に通し得るロッド引抜手段と、
を具備する構成とされたことを特徴としたものである。

上記構成により、緯糸を送出しながら織ヘッドが、織ベース上のロッドの間隙を移動してロッドに緯糸をかけ任意の糸送りパターンを形成し、押えヘッドを経方向に適宜往復動させてＺ方向の層ピッチを調節し、Ｚ方向に多層状に緯糸を積層し、織ベースからロッドを引き抜き、経糸を緯糸の織り目に通すことができる。織ヘッドが織ベース上のロッドの間隙を移動することで、緯糸をロッドに絡めて任意の糸送りパターンを形成でき、かつ、ロッドを選択して緯糸を絡めることができる。また、押えヘッドを経方向に適宜往復動させてＺ方向の層ピッチを調節できる。
これにより、任意の三次元織物の形状を効率良く、また、細胞成長に適した繊維間隔で織る（密度を制御する）ことができるのである。

ここで、ロッドは、一端に経糸を把持し得る手段を有するものであれば、パイプ状のものや編針でもかまわない。また、一端に経糸を把持し得る手段は、例えば、糸を係止できるフックのようなものである。

ここで、織ヘッド駆動手段は、織ベース上で織ヘッドを少なくともＸＹ平面上で移動し得ることとしている。これは、織ベース上に整列配置されたロッドの上端近傍を、織ベースの先端部がＸ方向及び／又はＹ方向に移動することにより、緯糸をロッドに絡めることができるものである。

また、本発明の請求項３に記載の三次元製織装置は、請求項１又は２に記載の三次元製織装置において、織ベースを、経方向に回転軸を有するターンテーブル上に配設し、ターンテーブルの回転により、織ベースを移動させる構成とされたことを特徴としたものである。

上記構成により、織ベース上のパイプ若しくはロッドの整列方向を、織ヘッドの駆動手段の駆動軸に対して、相対的に変更することができる。例えば、ターンテーブルを９０度回転させた場合、Ｘ方向がＹ方向に変わり、Ｙ方向がＸ方向に変わるため、織ヘッドの駆動手段の駆動軸と直交する並びのパイプ若しくはロッドが、駆動軸の延長上に並ぶことになる。また、ターンテーブルを４５度回転させた場合、ＸＹ平面の対角線に位置する並びのパイプ若しくはロッドが駆動軸の延長上に並ぶことになる。
このように、織ベースをターンテーブル上に配設し、ターンテーブルを回転させることにより、効率的に織ヘッドの向きを変更させることが可能となる。そのため、任意の糸送りパターンを簡単に作製することができる。また、ＸＹ平面の多方向の駆動軸を必要としないため、装置が簡素化されるといったメリットもある。

本発明の請求項４に記載の三次元製織装置は、請求項１から３のいずれかに記載の三次元製織装置において、緯糸の折り返しを押える押えロッドと、織ベース上で押えロッドの先端をパイプ若しくはロッドの間隙に挿入し得る押えロッド駆動手段とを更に具備する構成とされたことを特徴としたものである。

上記構成により、織ベース上に整列配置されたパイプ若しくはロッドの上端近傍を織ベースの先端部が移動するようにして、緯糸をパイプ若しくはロッドに絡めていく時に、押えロッドの先端が、織ベース上でパイプ若しくはロッドの間隙に挿入されることで、緯糸の折り返しを押えることができるようになる。
これにより、折り返し地点のパイプに余分なテンションがかかるのを回避することができ、よりスムーズに効率良く糸送りを行うことができる。

本発明の請求項５に記載の三次元製織装置は、請求項１から４のいずれかに記載の三次元製織装置の織ヘッドにおいて、送出する緯糸の張力を制御するテンション制御手段を更に具備する構成とされたことを特徴としたものである。

上記構成により、強度の低い繊維を用いて織る場合においても、張力を制御して過度の張力が繊維に加わることを回避できる。ここで、テンション制御手段とは、例えば、糸巻き出し装置から、糸を送出する織ヘッドの先端部とをつなぐチューブに、圧縮空気を流すことで、織ヘッドから出る糸のテンションを調整するものである。

本発明の請求項６に記載の三次元製織装置は、請求項１から５のいずれかに記載の三次元製織装置において、織ヘッドの先端ロッドがパイプ若しくはロッドと平行に配置され、織ヘッド駆動手段により干渉なくパイプ若しくはロッドの間隙を移動し得ることを特徴としたものである。

織ヘッドの先端部がロッド状に形成され、織ベース上に整列配置されたパイプ若しくはロッドと平行に配置され、糸送りパターンの軌道に沿って、干渉なくパイプ若しくはロッドの間隙を移動し得ることで、糸送りパターンを形成するのである。織ヘッドは、織ヘッド駆動手段を用いて織ベース上のパイプ若しくはロッドの上端付近に位置し、織ヘッドの先端部のロッドがＺ方向に平行に下向きに配置され、ジグザクやＳ字状などの糸送りパターンの軌道に沿ってパイプ若しくはロッドの間隙を移動するのである。

本発明の請求項７に記載の三次元製織装置は、請求項１から６のいずれかに記載の三次元製織装置において、織ヘッド駆動手段はシーケンス制御装置と接続され、織ヘッドの移動シーケンスは、シーケンス制御装置との間の入出力信号により行われる構成とされたことを特徴としたものである。

上記構成により、織ヘッドが、糸送りパターンの軌道に沿ってパイプ等の間隙を移動するルート、順番等のシーケンスを記憶・制御することができる。

本発明の請求項８に記載の三次元製織装置は、請求項１から７のいずれかに記載の三次元製織装置において、パイプ若しくはロッドは、ステンレス製であることが好ましい。これは、織ベースからパイプ等を引き抜く際の、パイプ等に絡んでいる糸の滑りやすさを考慮したものである。また、腐食・耐久性を考慮したものである。

次に、本発明の請求項９に記載の三次元製織方法は、所定の糸送りパターンで形成された糸層を所定数積層する三次元製織方法であって、前記糸送りパターンを所定の糸層でパターン変更することにより三次元織物の密度を部位によって制御し得ることを特徴とする。

糸送りパターンを所定の糸層でパターン変更することにより三次元織物の密度を部位によって制御できるのである。例えば、糸送りパターンを、緯糸をジグザグ状やＳ字状の糸送りパターンで経糸に絡めると、剛性の高い且つ織組織の安定した三次元織物を作ることができ、一方、緯糸を経糸の間隙に直線状の糸送りパターンで通すと、剛性の弱い且つ織組織の不安定な三次元織物を作ることができる。また、三次元織物の立体形状の周囲や外部から力のかかるポイントとなる部分を剛性の高い且つ織組織の安定した糸送りパターンで織成し、形状内部の力のかからない部分を剛性の弱い糸送りパターンで織成することも可能である。

次に、本発明の請求項１０に記載の三次元製織方法は、繊維を、Ｘ方向、Ｙ方向で形成される面内およびその面に直交するＺ方向に三次元的に織り上げる方法であって、内部に経糸を挿通し得るＺ方向に並設されたパイプを、織ベース上にＸＹ方向に平行に複数本整列配置し、緯糸を送出しながら織ヘッドがパイプの間隙を移動してパイプに緯糸をかけ任意の糸送りパターンを形成し、パイプを挿通させる多数の案内穴が穿設された押えヘッドを経方向に適宜往復動させてＺ方向の層ピッチを調節し、Ｚ方向に多層状に緯糸を積層することにより三次元織物を織成し、織ベースからパイプを引き抜き、経糸を緯糸の織り目に通すことを特徴とする。
これにより、任意の三次元織物の形状を効率良く、また、細胞成長に適した繊維間隔で織る（密度を制御する）ことができる。

また、本発明の請求項１１に記載の三次元製織方法は、繊維を、Ｘ方向、Ｙ方向で形成される面内およびその面に直交するＺ方向に三次元的に織り上げる方法であって、一端に経糸を把持し得る手段を有するＺ方向に並設されたロッドを、織ベース上にＸＹ方向に平行に複数本整列配置し、緯糸を送出しながら織ヘッドが前記ロッドの間隙を移動して前記ロッドに緯糸をかけ任意の糸送りパターンを形成し、前記Ｚ方向ロッドを挿通させる多数の案内穴が穿設された押えヘッドを経方向に適宜往復動させてＺ方向の層ピッチを調節し、Ｚ方向に多層状に緯糸を積層することにより三次元織物を織成し、前記織ベースから前記ロッドを引き抜き、経糸を緯糸の織り目に通すことを特徴とする。
これにより、任意の三次元織物の形状を効率良く、また、細胞成長に適した繊維間隔で織る（密度を制御する）ことができる。

また、本発明の請求項１２に記載の三次元製織方法は、請求項１０又は１１に記載の三次元製織方法において、各層の織成後に前記織ベースを回転移動させることを特徴とする。
これにより、効率的に織ヘッドを駆動して、任意の糸送りバターンを構築することができる。

また、本発明の請求項１３に記載の三次元製織方法は、請求項１０から１２のいずれかに記載の三次元製織方法において、緯糸の折り返しを押える押えロッドの先端をパイプ若しくはロッドの間隙に挿入させることを特徴とする。
これにより、折り返し地点のパイプに余分なテンションがかかるのを回避することができ、よりスムーズに効率良く糸送りを行うことができる。

また、本発明の請求項１４に記載の三次元製織方法は、請求項１０から１３のいずれかに記載の三次元製織方法において、糸送りパターンを所定の層でパターン変更することにより三次元織物の密度を部位によって制御し得ることを特徴とする。
糸送りパターンを所定の層でパターン変更することにより三次元織物の密度を部位によって制御できるのである。

また、本発明の請求項１５に記載の三次元製織方法は、請求項１０から１４のいずれかに記載の三次元製織方法において、緯糸をかけるパイプ若しくはロッドを選択的に限定して糸送りパターンを形成することにより三次元織物の形状を制御し得ることを特徴とする。

織ヘッドを制御して、整列配置されたパイプ群などから、緯糸をかけるパイプ等を選択的に限定して糸送りパターン形成することにより、例えば、矩形体のみならず、円柱体、円錐体、円筒体、三角柱体、三角推体、内部に空洞を有する立体織物などを作製することができるのである。

本発明の三次元製織装置および三次元製織方法は、細胞の足場材料に適用できるように、欠損部に適合する任意の形状を効率良く、また、細胞成長に適した繊維間隔で織る（密度を制御する）ことができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながらその構成、動作を詳細に説明していく。

図１は、実施例１の三次元製織装置の概略構成図を示している。
実施例１の三次元製織装置は、機台（図示せず）に、内部に経糸を挿通し得るＺ方向に並設されたパイプ１１と、パイプ１１を平面視においてＸＹ方向に平行に複数本整列配置した織ベース１２と、緯糸を送出し得る織ヘッド１３と、織ベース１２上で織ヘッド１３を少なくともＸＹ平面上で移動し得る織ヘッド駆動手段１４と、パイプ１１を挿通させる多数の案内穴が穿設された押えヘッド１５と、押えヘッド１５を経方向に往復動し得る押えヘッド駆動手段１６と、織ベース１２からパイプ１１を引き抜き、経糸を緯糸の織り目に通し得るパイプ引抜手段（図示せず）と、織ヘッド１３に糸を供給する糸巻き出し装置１７と、送出する緯糸の張力を制御するテンション制御手段１８と、各駆動手段を制御する制御回路（図示せず）と、電源供給する電源回路（図示せず）とから構成される。

ここで、パイプ１１は、内径が２ｍｍのステンレス製の金属管で、１．５ｍｍピッチで、織ベース１２上に、Ｘ方向に８列、Ｙ方向に８列並んでいる。
また、緯糸を送出し得る織ヘッド１３の先端部１３ａは、整列配置されたパイプ１１の上端近傍を移動する。織ヘッド駆動手段１４は、織ヘッドＸ方向駆動装置１４ａと織ヘッドＹ方向駆動装置１４ｂとから構成される。これらの駆動は、例えば、駆動装置のフレームに螺挿した送り用ねじによりＸ方向若しくはＹ方向に移動可能としたものである。

パイプ１１を挿通させる多数の案内穴が穿設された押えヘッド１５を経方向に往復動（昇降動）し得る押えヘッド駆動手段１６により、パイプ１１に絡んだ緯糸をＺ方向に揃えることができる。この押えヘッド１５を経方向に往復動（昇降動）を制御することで、緯糸で織成された織物層の層ピッチの調整を図ることが可能となる。
押えヘッド駆動手段１６は、織ヘッドＸ方向駆動装置１４ａと織ヘッドＹ方向駆動装置１４ｂと同様、その駆動は、例えば、駆動装置のフレームに螺挿した送り用ねじによりＺ方向に往復動（昇降動）可能とする。

また、織ベース１２からパイプ１１を引き抜き、経糸を緯糸の織り目に通し得るパイプ引抜手段は、パイプ１１の上方のスペースに図示しない引き抜きユニットがあり、パイプ１１に上端付近に係止溝が設けられ、その係止溝に係合して引き抜けるように、引き抜きユニットが構成されている。なお、押えヘッド１５が引き抜きユニットとしての機能を有するようにしてもかまわない。

次に、実施例１の三次元製織装置の動作について図２を用いて説明する。図２は、織ヘッド上に整列配置されたパイプに緯糸を絡めていく動作を示している。図２は織ベースを正面視した様子を模式的に示している。先ず、図２（１）で示されるように、織ヘッド１３が正面から見て、右側の始点から左側の終点までＸ方向に移動し、８本のパイプ１１に緯糸をかけている。この時、糸送りパターンとしては、パイプ１１の１本毎にずれたジグザグにかけている。ジグザクのパターンで糸送りをするには、織ヘッド１３を所定距離だけＸ方向に移動する毎に、Ｙ方向に所定距離だけずらすことにより実現している。他の糸送りパターンも同様に、織ヘッドＸ方向駆動装置１４ａと織ヘッドＹ方向駆動装置１４ｂを用いて、織ヘッドをＸＹ平面で移動させることにより可能としている。

図２（２）は、押えヘッド１５を経方向に降ろして、緯糸のＺ方向の位置を揃えている。図２（３）は第一層目の様子を示しているが、緯糸で織成された層が積層されていく場合には、この作業をすることで、緯糸で織成された織物層の層ピッチの調整を図ることが可能となる。

次に、図２（４）で示されるように、織ヘッド１３が正面から見て、先ほどの左側の終点から右側の始点までＸ方向に移動し、８本のパイプ１１に緯糸をかけている。糸送りパターンとしては、パイプ１１の１本毎にずれたジグザグにかけている。
そして、図２（５）で示されるように、押えヘッド１５で押さえる。所望の糸送りパターンが施され（図２（６）、（７））、第一層目の織成が完成すると、Ｚ方向に間隔をあけて、第二層目の織成作業、第三層目の織成作業、・・・、第ｎ層目の織成作業を行っていく。このような作業を得た後、織ベース１２からパイプ１１を引き抜き、経糸を緯糸の織り目に通して、三次元織物を完成させる。

図３に、種々の糸送りパターンを示す。図３は織ベースを平面視したものを示している。ここで示したものは一例であるが、種々の糸送りパターンを各層ごとに用いて密度を制御するのである。また、ロッド１１を、必ずしも全部を使用する必要はなく、一部のロッドのみを使用して織りを行って三次元形状を制御するのである。図４に対角線方向の糸送りで三角形状の織成パターンの一例を示す。図４（１）〜（６）に示されるように、ロッド１１の配列の対角線方向に糸を送り、図４の正面から見て対角線の右下領域の一部のロッドを使用して、三角形状の織成を行っている。この三角形状の織成を積層化していくことにより、三角柱の三次元織物を作製することができる。
また、同様に一部のロッドを使用して、例えば、ドーナツ状の織成を積層化していくことにより、中空円筒体を作製することができる。これは、バイオリアクター（微生物や酵素などの生体触媒を用い、物質の合成・分解などを行う装置）や細胞培養装置に応用できる。

次に、実施例２の三次元製織装置を説明する。実施例２の三次元製織装置は、実施例１の三次元製織装置の構成に加えて、織ベースが経方向に回転軸を有するターンテーブル上に配設されているものである。
図５は、実施例２の三次元製織装置の概略構成図を示している。
実施例２の三次元製織装置は、実施例１の三次元製織装置と同様に、機台（図示せず）に、内部に経糸を挿通し得るＺ方向に並設されたパイプ１１と、パイプ１１を平面視においてＸＹ方向に平行に複数本整列配置した織ベース１２と、緯糸を送出し得る織ヘッド１３と、織ベース１２上で織ヘッド１３を少なくともＸＹ平面上で移動し得る織ヘッド駆動手段１４と、パイプ１１を挿通させる多数の案内穴が穿設された押えヘッド１５と、押えヘッド１５を経方向に往復動し得る押えヘッド駆動手段１６と、織ベース１２からパイプ１１を引き抜き、経糸を緯糸の織り目に通し得るパイプ引抜手段（図示せず）と、織ヘッド１３に糸を供給する糸巻き出し装置１７と、各駆動手段を制御する制御回路（図示せず）と、電源供給する電源回路（図示せず）とから構成される。
実施例２の三次元製織装置は、上記の構成に加えて、更に、経方向に回転軸を有するターンテーブル２１を備え、このターンテーブル２１上に織ベース１２を配設している。そして、各層の織成後にターンテーブル２１を回転駆動させて織ベース１２を回転移動させる。

次に、実施例２の三次元製織装置の動作について図６を用いて説明する。図６は、実施例２の三次元製織装置において、織ヘッド上に整列配置されたパイプに緯糸を絡めていく動作を示している。先ず、図６（１）で示されるように、織ヘッド１３が正面から見て、右側の始点から左側の終点までＸ方向に移動し、８本のパイプ１１に緯糸をかけている。

図６（２）は、押えヘッド１５を経方向に降ろして、緯糸のＺ方向の位置を揃えている。図６（３）は第一層目の様子を示しているが、緯糸で織成された層が積層されていく場合には、この作業をすることで、緯糸で織成された織物層の層ピッチの調整を図ることが可能となる。

次に、図６（４）で示されるように、織ヘッド１３が正面から見て、先ほどの左側の終点から右側の始点までＸ方向に移動し、８本のパイプ１１に緯糸をかけている。糸送りパターンとしては、パイプ１１の１本毎にずれたジグザグにかけている。
そして、図６（５）で示されるように押えヘッド１５で押さえる。所望の糸送りパターンが施され（図６（６）、（７））、第一層目の織成が完成すると、図６（８）で示されるように織ベース１２を９０度回転する。そして、Ｚ方向に間隔をあけて、第二層目の織成作業を行う。そして、第三層目の織成作業、・・・、第ｎ層目の織成作業を行っていく。適宜、積層過程で、ターンテーブル２１を用いて織ベース１２を回転させて糸送りの向きを変えることで、剛性の高い三次元織物を完成させるのである。最後に、織ベース１２からパイプ１１を引き抜き、経糸を緯糸の織り目に通して、三次元織物を完成させる。

次に、実施例３の三次元製織装置を説明する。実施例３の三次元製織装置は、実施例２の三次元製織装置の構成に加えて、緯糸の折り返しを押える押えロッドと、織ベース上で押えロッドの先端をパイプの間隙に挿入し得る押えロッド駆動手段とを更に備えたものである。
図７は、実施例３の三次元製織装置の概略構成図を示している。
実施例３の三次元製織装置は、実施例２の三次元製織装置と同様に、機台（図示せず）に、内部に経糸を挿通し得るＺ方向に並設されたパイプ１１と、パイプ１１を平面視においてＸＹ方向に平行に複数本整列配置した織ベース１２と、緯糸を送出し得る織ヘッド１３と、織ベース１２上で織ヘッド１３を少なくともＸＹ平面上で移動し得る織ヘッド駆動手段１４と、パイプ１１を挿通させる多数の案内穴が穿設された押えヘッド１５と、押えヘッド１５を経方向に往復動し得る押えヘッド駆動手段１６と、織ベース１２からパイプ１１を引き抜き、経糸を緯糸の織り目に通し得るパイプ引抜手段（図示せず）と、織ヘッド１３に糸を供給する糸巻き出し装置１７と、各駆動手段を制御する制御回路（図示せず）と、電源供給する電源回路（図示せず）と、経方向に回転軸を有するターンテーブル２１とから構成される。
実施例３の三次元製織装置は、上記の構成に加えて、更に、緯糸の折り返しを押える押えロッド３１と、織ベース上で押えロッド３１の先端をパイプ１１の間隙に挿入し得る押えロッド駆動手段３２を備える。

次に、実施例３の三次元製織装置の動作について図８を用いて説明する。図８は、実施例３の三次元製織装置において、織ヘッド上に整列配置されたパイプに緯糸を絡めていく動作を示している。先ず、図８（１）で示されるように、織ヘッド１３が正面から見て、右側の始点から左側の終点までＸ方向に移動し、８本のパイプ１１に緯糸をかけている。

図８（２）は、押えヘッド１５を経方向に降ろして、緯糸のＺ方向の位置を揃えている。図８（３）は第一層目の様子を示しているが、緯糸で織成された層が積層されていく場合には、この作業をすることで、緯糸で織成された織物層の層ピッチの調整を図ることが可能となる。

図８（３）で示されるように、押えロッド３１の先端がパイプ１１の間隙に挿入され、緯糸の折り返しを押える。そして、図８（４）に示されるように、織ヘッド１３が正面から見て、先ほどの左側の終点から右側の始点までＸ方向に移動し、８本のパイプ１１に緯糸をかけている。糸送りパターンとしては、パイプ１１の１本毎にずれたジグザグにかけている。

そして、図８（５）で示されるように押えヘッド１５で押さえる。図８（６）に示されるように、押えロッド３１の先端がパイプ１１の間隙に挿入され、緯糸の折り返しを押え、図８（７）に示されるように、再び織ヘッド１３が正面から見て、右側の始点から左側の終点までＸ方向に移動する。所望の糸送りパターンが施され、第一層目の織成が完成すると、図８（８）で示されるようにターンテーブル２１を用いて織ベース１２を９０度回転する。そして、Ｚ方向に間隔をあけて、第二層目の織成作業を行う。そして、第三層目の織成作業、・・・、第ｎ層目の織成作業を行っていく。積層過程で適宜、織ベースを回転させて糸送りの向きを変えることで、剛性の高い三次元織物を完成させる。最後に、織ベース１２からパイプ１１を引き抜き、経糸を緯糸の織り目に通して、三次元織物を完成させる。

ここで、押えロッド駆動手段３２は、押えロッドＸ方向駆動装置３２ａと押えロッドＹ方向駆動装置３２ｂと押えロッドＺ方向駆動装置３２ｃとから構成される。これらの駆動は、例えば、駆動装置のフレームに螺挿した送り用ねじによりＸ方向、Ｙ方向若しくはＺ方向に移動可能とする。

本発明の三次元製織装置および三次元製織方法は、欠損部に適合する任意の形状を効率良く、また、細胞成長に適した繊維間隔で織る（密度を制御する）ことができるため、細胞の足場材料や細胞の増殖を担うバイオリアクターなどの材料の製造装置・製造方法として利用できる。

実施例１の三次元製織装置の概略構成図を示す。 実施例１の三次元製織装置を用いて、織ヘッド上に整列配置されたパイプに緯糸を絡めていく動作を示す。 種々の糸送りパターンを示す。 対角線方向の糸送りで三角形状の織成パターンの一例を示す。 実施例２の三次元製織装置の概略構成図を示す。 実施例２の三次元製織装置を用いて、織ヘッド上に整列配置されたパイプに緯糸を絡めていく動作を示す。 実施例３の三次元製織装置の概略構成図を示す。 実施例３の三次元製織装置を用いて、織ヘッド上に整列配置されたパイプに緯糸を絡めていく動作を示す。

符号の説明

１１ パイプ
１２ 織ベース
１３ 織ヘッド
１４ 織ヘッド駆動手段
１４ａ 織ヘッドＸ方向駆動装置
１４ｂ 織ヘッドＹ方向駆動装置
１５ 押えヘッド
１６ 押えヘッド駆動手段
２１ ターンテーブル
３１ 押えロッド
３２ 押えロッド駆動手段
３２ａ 押えロッドＸ方向駆動装置
３２ｂ 押えロッドＹ方向駆動装置
３２ｃ 押えロッドＺ方向駆動装置

Claims (15)

1. 繊維を、Ｘ方向、Ｙ方向で形成される面内およびその面に直交するＺ方向に三次元的に織り上げる装置であって、
   １）内部に経糸を挿通し得るＺ方向に並設されたパイプと、
   ２）前記パイプを平面視においてＸＹ方向に平行に複数本整列配置した織ベースと、
   ３）緯糸を送出し得る織ヘッドと、
   ４）前記織ベース上で前記織ヘッドを少なくともＸＹ平面上で移動し得る織ヘッド駆動手段と、
   ５）前記パイプを挿通させる多数の案内穴が穿設された押えヘッドと、
   ６）前記押えヘッドを経方向に往復動し得る押えヘッド駆動手段と、
   ７）前記織ベースから前記パイプを引き抜き、経糸を緯糸の織り目に通し得るパイプ引抜手段と、
   を具備することを特徴とする三次元製織装置。
2. 繊維を、Ｘ方向、Ｙ方向で形成される面内およびその面に直交するＺ方向に三次元的に織り上げる装置であって、
   １）一端に経糸を把持し得る手段を有するＺ方向に並設されたロッドと、
   ２）前記ロッドを平面視においてＸＹ方向に平行に複数本整列配置した織ベースと、
   ３）緯糸を送出し得る織ヘッドと、
   ４）前記織ベース上で前記織ヘッドを少なくともＸＹ平面上で移動し得る織ヘッド駆動手段と、
   ５）前記ロッドを挿通させる多数の案内穴が穿設された押えヘッドと、
   ６）前記押えヘッドを経方向に往復動し得る押えヘッド駆動手段と、
   ７）前記織ベースから前記ロッドを引き抜き、経糸を緯糸の織り目に通し得るロッド引抜手段と、
   を具備することを特徴とする三次元製織装置。
3. 経方向に回転軸を有するターンテーブル上に前記織ベースを配設し、前記ターンテーブルの回転により前記織ベースを移動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元製織装置。
4. 前記緯糸の折り返しを押える押えロッドと、前記織ベース上で前記押えロッドの先端を前記パイプ若しくは前記ロッドの間隙に挿入し得る押えロッド駆動手段とを更に具備することを請求項１乃至３のいずれかに特徴とする三次元製織装置。
5. 前記織ヘッドにおいて、送出する前記緯糸の張力を制御するテンション制御手段を更に具備することを請求項１乃至４のいずれかに特徴とする三次元製織装置。
6. 前記織ヘッドの先端ロッドが、前記パイプ若しくは前記ロッドと平行に配置され、前記織ヘッド駆動手段により干渉なく前記パイプ若しくは前記ロッドの間隙を移動し得ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の三次元製織装置。
7. 前記織ヘッド駆動手段は、シーケンス制御装置と接続され、前記織ヘッドの移動シーケンスは、前記シーケンス制御装置との間の入出力信号により行われることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の三次元製織装置。
8. 前記パイプ若しくは前記ロッドは、ステンレス製であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の三次元製織装置。
9. 所定の糸送りパターンで形成された糸層を所定数積層する三次元製織方法であって、前記糸送りパターンを所定の糸層でパターン変更することにより三次元織物の密度を部位によって制御し得ることを特徴とする三次元製織方法。
10. 内部に経糸を挿通し得るＺ方向に並設されたパイプを、織ベース上にＸＹ方向に平行に複数本整列配置し、緯糸を送出しながら織ヘッドが前記パイプの間隙を移動して前記パイプに前記緯糸をかけ任意の糸送りパターンを形成し、前記パイプを挿通させる多数の案内穴が穿設された押えヘッドを経方向に適宜往復動させてＺ方向の層ピッチを調節し、Ｚ方向に多層状に前記緯糸を積層することにより三次元織物を織成し、前記織ベースから前記パイプを引き抜き、前記経糸を前記緯糸の織り目に通すことを特徴とする三次元製織方法。
11. 一端に経糸を把持し得る手段を有するＺ方向に並設されたロッドを、織ベース上にＸＹ方向に平行に複数本整列配置し、緯糸を送出しながら織ヘッドが前記ロッドの間隙を移動して前記ロッドに前記緯糸をかけ任意の糸送りパターンを形成し、前記Ｚ方向ロッドを挿通させる多数の案内穴が穿設された押えヘッドを経方向に適宜往復動させてＺ方向の層ピッチを調節し、Ｚ方向に多層状に前記緯糸を積層することにより三次元織物を織成し、前記織ベースから前記ロッドを引き抜き、前記経糸を前記緯糸の織り目に通すことを特徴とする三次元製織方法。
12. 各層の織成後に前記織ベースを回転移動させることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の三次元製織方法。
13. 前記緯糸の折り返しを押える押えロッドの先端を前記パイプ若しくは前記ロッドの間隙に挿入させることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載の三次元製織方法。
14. 前記糸送りパターンを所定の層でパターン変更することにより三次元織物の密度を部位によって制御し得ることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれかに記載の三次元製織方法。
15. 前記緯糸をかける前記パイプ若しくは前記ロッドを選択的に限定して前記糸送りパターン形成することにより三次元織物の形状を制御し得ることを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれかに記載の三次元製織方法。

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