JP5881253B2 - マルチフィラメント糸構造 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

［発明の技術分野］
本発明は、ロープ、ケーブルまたは縫合糸などの、複数のマルチフィラメント糸を含むマルチフィラメント糸構造に関する。より詳細には、本発明は、芯部および編組鞘部に配列された糸を有するマルチフィラメント糸構造に関する。さらに、本発明は、このようなマルチフィラメント糸構造の使用に関する。

［発明の背景］
マルチフィラメント糸芯／鞘構造は既知である。このような構造の一例は、米国特許出願公開第２００８／０００９９０３Ａ１号明細書である。マルチフィラメント糸芯／鞘構造は、通常、より低い曲げ疲労を有する構造を得るために用いられる。さらに、マルチフィラメント芯／鞘構造は曲げたときに通常塑性的な挙動をし、弾性変形が（あったとしても）あまり大きくない。曲げられたときの可塑性は、通常、局部曲げ応力に関連する。すなわち、曲げ変形に対する耐性が非常に小さい。

糸が熱可塑性糸である場合、マルチフィラメント糸構造の剛性は、例えば欧州特許第１７７１２１３号明細書に開示されるように、糸が少なくとも部分的に融合してモノフィラメント様の鞘を形成するレベルまで構造を熱処理することによって増大され得る。しかしながら、モノフィラメントおよびモノフィラメント様構造は、通常、より小さい曲げ角度で曲げたときに弾性的な挙動をし、曲げ力を除去した後の塑性変形が（残ったとしても）あまり大きくない。鋭角で大きく曲げる場合、モノフィラメントおよびモノフィラメント様構造は塑性的に変形し得るが、このような塑性変形は、モノフィラメント構造にかなりの損傷を導入するであろう。

その他のマルチフィラメント芯／シート構造は、米国特許第３，９６８，７２５号明細書（Ｈｏｌｚｈａｕｅｒ）、欧州特許第１２９３２１８号明細書（Ｇｒａｆｔｏｎ ｅｔ ａｌ．）および国際公開第２００９／１４２７６６号パンフレットに開示されている。

［発明の目的］
本発明の目的は、改善された特性を示すマルチフィラメント糸構造を提供することである。

本発明の別の目的は、改善されたマルチフィラメント糸構造の使用を提供することである。

改善は、例えば、本発明の第１の態様に従う構造およびこのセグメントを含む糸構造の剛性、緻密性および／または取り扱い易さの増大であり得る。

［発明の開示］
本発明の目的は、芯部および鞘部を含むマルチフィラメント糸構造によって達成される。

芯部は複数の芯フィラメントを含む。芯フィラメントは、１本または複数本のマルチフィラメント糸に配列されてもよいし、モノフィラメントの集合体であってもよい。芯フィラメントは平行または実質的に平行に配列されるのが有利なことがあり、芯フィラメントの強度の最も効率的な利用を可能にする。芯が１本のマルチフィラメント糸からなる場合、糸は、１メートル当たり１００回未満の撚りレベルで撚られることが好ましい。芯が２本以上のマルチフィラメント糸、例えば少なくとも３本のマルチフィラメント糸、または２本以上のモノフィラメントからなる場合、マルチフィラメント糸またはモノフィラメントは、編組（ｂｒａｉｄｅｄ）、編み（ｐｌａｉｔｅｄ）、合撚（ｐｌｉｅｄ）または撚り（ｔｗｉｓｔｅｄ）構造に配列されるのが好ましい。最も好ましいのは、例えば、４本、６本、８本、１２本または１６本の糸またはモノフィラメントのワンオーバーワン（ｏｎｅ ｏｖｅｒ ｏｎｅ）（図２を参照）などの編組された芯構造である。８本または１６本のマルチフィラメント糸の編組を芯において利用すると、非常に安定した構造が提供されるので、これは有利であることが分かった。別の実施形態では、構造の長さに対して実質的に平行に配列された１本または複数本のマルチフィラメント糸の芯を有することが好ましかった。

鞘部は複数の鞘フィラメントを含む。鞘部は芯部の上に編組される。鞘フィラメントはマルチフィラメント糸に配列されてもよいし、あるいは鞘フィラメントはモノフィラメントであってもよいので、鞘は、マルチフィラメント糸および／またはモノフィラメント糸から編組され得る。容易に利用可能および入手可能な出発材料による容易な製造を可能にすることが分かったので、鞘フィラメントはマルチフィラメント糸に含まれるのが好ましい。例えば、編組は、例えば４本、６本、８本、１２本または１６本の糸またはモノフィラメントのワンオーバーワン（図２を参照）、ツーオーバーツー（ｔｗｏ ｏｖｅｒ ｏｎｅ）（図３を参照）またはスリーオーバーワン（ｔｈｒｅｅ ｏｖｅｒ ｏｎｅ）（図示せず）であり得る。ワンオーバーワンのダイヤモンド型の編組において８本または１６本のマルチフィラメント糸の編組を用いると、高ステッチレベルと、高編組角度および高充填率（ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ）を有する鞘の糸間の最良の結合とが可能になるので、これは非常に有利であることが分かり、発明に従う最も剛性のマルチフィラメント糸構造をもたらすことが分かった。

本発明の第１の態様に従うマルチフィラメント糸構造の鞘部は、マルチフィラメント糸構造の断面の４面積％〜７５面積％の間である。断面の面積とは、本明細書では、マルチフィラメント糸構造の長さに対して直交する平面の面積を意味する。さらに、鞘部の編組角度は少なくとも３０°である。編組角度は、鞘フィラメントと、本発明に従うマルチフィラメント糸構造の長さに対して平行する平面との間の角度である。編組角度は、以下に記載されるように計算される。米国特許第３，９６８，７２５号明細書（Ｈｏｌｚｈａｕｅｒ）の略図は、１フィート当たり３０のピッチを有する構造を開示している（実験部のシートのデータを参照）。これは、０．３インチ（＝７．６ｍｍ）の直径に対して約３０°の編組角度に相当し、従って、特許請求される本発明の編組角度からは機能的に程遠く、また、驚くべき剛性が何故Ｈｏｌｚｈａｕｅｒによって開示されなかったかも説明する。

本発明の別のさらなる態様は、芯部および鞘部を含むマルチフィラメント糸構造に関する。鞘部は複数の芯フィラメントを含み、鞘部は複数の鞘フィラメントを含む。鞘部は、マルチフィラメント糸構造の断面の４面積％〜４０面積％の間であり、鞘部は芯部の上に編組される。さらに、マルチフィラメント糸構造の理論断面積に対するマルチフィラメント糸構造の断面積の比率は最大１．５であり、マルチフィラメント糸構造の幅は０．２ｍｍ〜５ｍｍの間である。本発明の個の態様は、非常に緻密なマルチフィラメント糸構造を提供する。

本発明の別のさらなる態様は、芯部および鞘部を含むマルチフィラメント糸構造に関する。鞘部は複数の芯フィラメントを含み、鞘部は複数の鞘フィラメントを含む。鞘部は、マルチフィラメント糸構造の断面の４面積％〜７５面積％の間であり、鞘部は芯部の上に編組される。さらに、本発明の第２の態様に従うマルチフィラメント糸構造の曲げ降伏応力σ_５％は、少なくとも３Ｎ／ｍｍ^２である。曲げ降伏応力σ_５％は、ＡＳＴＭＤ７９０−０７（以下に示される）で想定される弾性梁理論の仮定に従った、５％歪みにおけるマルチフィラメント糸構造の見かけの応力である。本発明のこの態様に従うマルチフィラメント糸構造の幅は０．２ｍｍ〜５ｍｍの間である。本発明のこの実施形態は、場合により、少なくとも３０°である鞘部の編組角度を有する。

従来のマルチフィラメント糸構造は、曲げたときに多数のフィラメントが互いに関して移動することができるので屈曲性である。従って、本発明に従うマルチフィラメント糸構造が剛性であり、曲げ挙動になったときに実質的に固体の棒のような挙動をすることは、非常に驚くべきことである。これは、剛性になる傾向、そしてもし曲げられても新しい形状で剛性のままでいる傾向として観察される。これは、例えば、マルチフィラメント糸構造を先端により導くことを必要とせずに、障害物の周りで構造の向きを変えることができるので、非常に有利な特性である。これの一例は、医療手段において、マルチフィラメント糸構造が医療用縫合糸に使用され、縫合糸を案内するためのスペースなしに縫合糸を骨の周りで移動させなければならない場合である。別の例は、マルチフィラメント糸構造よりも著しく大きい直径のガイドパイプを糸構造が追従する必要がある場合であり、本発明のマルチフィラメント糸構造により、ガイドパイプ内部で糸が膨らむ（ｂｕｇｌｉｎｇ）危険が低減される。

本発明は、例示的な実施形態および以下の図面を参照して以下により詳細に説明されるであろう。

芯鞘マルチフィラメント糸構造の断面の概略図を示す。 ワンオーバーワンの鞘編組を有するマルチフィラメント糸構造の屈曲された図を示す。 ツーオーバーツーの鞘編組を有するマルチフィラメント糸構造を示す。 充填率の計算の詳細を示す。 鞘の編組角度を示す。 サンプル３４の断面の詳細を示す。 サンプル３５の断面の詳細を示す。 本発明に従うマルチフィラメント糸構造を含む部材を示す。 本発明に従うマルチフィラメント糸構造を含む別の部材を示す。

全ての図面は極めて概略的であり、必ずしも一定の縮尺ではなく、これらは本発明を解明するために必要である部分のみを示しており、その他の部分は省略されているか、あるいは示唆されているだけである。

［詳細な説明］
図１には、芯鞘マルチフィラメント糸構造の略断面３０の一例が示される。芯部１０は複数の芯フィラメントを含み（図示せず）、鞘部２０は複数の鞘フィラメントを含む（図示せず）。一実施形態では、芯部または鞘部は、例えば、構造の剛性を増大させるため、芯と鞘の間またはマルチフィラメント糸構造と周囲環境の間に電気的な分離を導入するため、あるいは抗菌剤または成長因子などの活性成分を導入するためのコーティングであってもよい。コーティングは、フィラメント間のスペースに実質的に入り込まないカバーリングを有していてもよく、そして／あるいは、コーティングは、例えば、マルチフィラメント糸構造の剛性を改善し得る含浸コーティングであってもよい。

断面とは、本明細書では、糸構造の長さ方向に対して直交する断面を意味する。

糸構造とは、本明細書では、ロープ様構造（例えば、ロープ、ケーブル、縫合糸、ストリング、釣り糸など）、織布もしくは不織布構造、ネットまたはウェブに配列された糸の組み合わせを意味する。

非常に好ましい実施形態では、鞘部の充填率は少なくとも７である。充填率は、芯部の表面における（通常、マルチフィラメント糸中の）フィラメントの配列の緊密さの指標である。以下は、本発明の場合の充填率の計算および決定についての詳述である。高充填率はマルチフィラメント糸構造の剛性を増大させる傾向があることが分かった。より高い充填率、例えば少なくとも８または９の充填率は、マルチフィラメント糸構造の剛性をさらに高め、特に有利なのは少なくとも１０の充填率であることが分かった。一般に、充填率が高いほど、マルチフィラメント糸構造はより剛性になることが分かった。最大充填率は構造的な制限によって決まり、編組角度および芯部と鞘部の間の面積比などのいくつかのパラメータに依存し、そして、個々のマルチフィラメント糸構造の配置に対して実験的に決定され得る。しかしながら、経験からすると、充填率は通常（必ずしもいつもではないが）２０未満である。

ほとんどの場合、本発明に従うマルチフィラメント糸構造の断面は実質的に円形である。これは、特に、高緻密性の実施形態に関連する本発明の態様に従うマルチフィラメント糸構造の場合である。マルチフィラメント糸構造の断面積は、Ｌａｓｅｒ ＯＤＡＣ １５ＸＹを用いて２軸（ｄｕａｌ−ａｘｉｓ）測定により測定される平均直径から計算される。理論断面積は、構造中に孔がないものと仮定して測定されるマルチフィラメント糸構造の繊度（ｔｉｔｅｒ）に相当する面積である。マルチフィラメント糸が構造内に完全に詰め込まれた状態はａ／Ａ比＝１に相当し、これは基本的に、糸が完全に詰め込まれており、構造内部に捕捉された空気が存在しないことを意味し得る。本発明のこの態様によると、マルチフィラメント糸構造の理論断面積Ａに対するマルチフィラメント糸構造の断面積ａの比率ａ／Ａは最大でも１．５でなければならないが、ａ／Ａは最大１．３、より好ましくは、比率は最大１．２、よりさらに好ましくは最大１．１であることが非常に有利であると分かった。これは、編組角度（他の部分で議論されるように、高編組角度が好ましい）、充填率（他の部分で議論されるように、高充填率が好ましい）、糸の選択（比較的柔軟な横方向モジュラスを有する高モジュラス繊維（高長手方向モジュラス）、例えばゲル紡糸ＨＰＰＥ糸などが好ましい）のうちの１つまたは複数の組み合わせによって到達され得る。非常に緻密なマルチフィラメント糸構造は、糸構造の低プロファイル（直径）が重要である用途、例えば、最小侵襲性技術を伴う医療用途などのために非常に有利である。

本発明のマルチフィラメント糸構造の非常に驚くべき特徴は、繰り返し曲げたときに、曲げ降伏応力の低下が制限され、マルチフィラメント糸構造の強度が実質的に変化しないことであった。この特徴の組み合わせ（繰り返し曲げた後でも高い強度および剛性）は、医療用途のために長い間必要とされてきた。従って、本発明に従うマルチフィラメント糸構造の非常に好ましい実施形態は、マルチフィラメント糸構造の曲げ降伏応力（ｆｌｅｘｕｒａｌ ｙｉｅｌｄ ｓｔｒｅｓｓ）σ_５％の４５％よりも大きい疲労曲げ降伏応力（ｅｘｈａｕｓｔｅｄ ｆｌｅｘｕｒａｌ ｙｉｅｌｄ ｓｔｒｅｓｓ）σ_５％，５を有する。特に好ましいのは、疲労曲げ降伏応力σ_５％，５がマルチフィラメント糸構造の曲げ降伏応力σ_５％の少なくとも５５％であるマルチフィラメント糸構造である。

芯および鞘のフィラメントは広範な天然および合成繊維から選択され得るが、マルチフィラメント糸構造の複数の芯フィラメントの少なくとも５０重量％および／またはマルチフィラメント糸構造の鞘フィラメントの少なくとも５０重量％は、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエステル、ポリエチレン、アラミドおよびポリアラミドなどの合成繊維からなる群から選択されることが好ましい。より好ましくは、マルチフィラメント糸構造の複数の芯フィラメントの少なくとも少なくとも９０重量％および／またはマルチフィラメント糸構造の鞘フィラメントの少なくとも９０重量％は、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエステル、ポリエチレン、アラミドおよびポリアラミドなどの合成繊維からなる群から選択される。最高の剛性は、フィラメントが高モジュラスフィラメント、例えば、少なくとも５ＧＰａのｅ−モジュラスを有するフィラメント、さらに良いのは少なくとも９ＧＰａのｅ−モジュラスを有するフィラメントから選択される場合に見出された。従って、好ましい実施形態では、マルチフィラメント糸構造の複数の芯フィラメントの少なくとも９０重量％および／またはマルチフィラメント糸構造の鞘フィラメントの少なくとも９０重量％は、高性能ポリエチレン（ＨＰＰＥ）および高性能アラミドからなる群から選択される。

ＨＰＰＥとは、本明細書では、少なくとも３０ＧＰａのヤング率を有する延伸ポリエチレンに基づく糸である高性能ポリエチレンと理解される。ＨＰＰＥは、例えば、溶融紡糸プロセス（例えば、欧州特許第１４４５３５６号明細書に開示されるように）によって、固相プロセス（例えば、欧州特許第１６２７７１９号明細書に開示されるように）によって、あるいはゲル紡糸（例えば、国際公開第２００５／０６６４０１号パンフレットに開示されるように）によって調製され得る。ＨＰＰＥの特に好ましいタイプはゲル紡糸超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）であり、ここで、ＵＨＭＷＰＥは、１３５℃のデカリン溶液において測定される場合に少なくとも５ｄｌ／ｇ、好ましくは少なくとも１０ｄｌ／ｇ、より好ましくは少なくとも１５ｄｌ／ｇ、最も好ましくは少なくとも２１ｄｌ／ｇである固有粘度（ＩＶ）を有する。好ましくは、ＩＶは最大４０ｄｌ／ｇであり、より好ましくは最大３０ｄｌ／ｇ、さらにより好ましくは最大２５ｄｌ／ｇである。ゲル紡糸ＵＨＭＷＰＥは、通常、少なくとも５０ＧＰａのヤング率を有する。

特に有利なのは、延伸ポリエチレンであるＨＰＰＥであった。最も好ましいＨＰＰＥは、極めて高い靭性、モジュラスおよび耐摩耗性を組み合わせるゲル紡糸ＵＨＭＷＰＥであった。従って、本発明の好ましい実施形態では、マルチフィラメント糸構造の複数の芯フィラメントの少なくとも９０重量％および／またはマルチフィラメント糸構造の鞘フィラメントの少なくとも９０重量％はゲル紡糸ＵＨＭＷＰＥである。

一実施形態では、芯部および／または鞘部は、マルチフィラメント糸構造が電気（電気信号または電力など）または光（光信号または光パワーなど、例えば、レーザービームなど）を伝導するように、電気的または光学的伝導成分を含む。この実施形態では、ＨＰＰＥは高い強度および耐摩耗性を組み合わせ、これにより、電気的または光学的伝導成分が使用中に損傷される危険が低減され得るので、芯フィラメントまたは鞘フィラメント少なくとも１つは高性能ポリエチレン（ＨＰＰＥ）であることが非常に好ましい。

芯部および鞘部の面積比はかなり異なり得る。一般に、芯部および鞘部のフィラメントが同一材料からなる場合、鞘部に占められる断面積の割合が高いほど、マルチフィラメント糸構造の剛性が高くなることも観察された。従って、好ましい実施形態では、芯部１０はマルチフィラメント糸構造４ａの断面３０の少なくとも２５面積％であり、より好ましくは、芯部はマルチフィラメント糸構造４ａの断面３０の少なくとも３０面積％であり、マルチフィラメント糸構造の強度が特に重要である場合、芯部はマルチフィラメント糸構造の断面３０の少なくとも３５面積％であることが好ましい。特に高い強度を有するマルチフィラメント糸構造の好ましい実施形態では、芯部は断面の大きな部分を占め、例えば、芯部はマルチフィラメント糸構造４ａの断面３０の最大９６面積％である。高剛性マルチフィラメント糸構造については、芯部がマルチフィラメント糸構造４ａの断面３０の最大５０面積％を占める、より好ましくは、芯部がマルチフィラメント糸構造４ａの断面３０の最大４０面積％を占めるのが有利であることが分かった。非常に高い剛性のマルチフィラメント糸構造については、芯部はマルチフィラメント糸構造４ａの断面３０の最大３５面積％、例えば、マルチフィラメント糸構造４ａの断面３０の最大３０面積％を占める。

また、芯部および鞘部のフィラメントが同一材料からなる場合、芯部に占められる断面積の割合が高いほど、強度が高くなることも観察された。別の実施形態では、本発明に従うマルチフィラメント糸構造４ａでは、芯部は、マルチフィラメント糸構造４ａの断面３０の少なくとも８０面積％、より好ましくは、マルチフィラメント糸構造４ａの断面３０の少なくとも８５面積％であった。本発明に従う最高強度のマルチフィラメント糸構造については、芯が、マルチフィラメント糸構造４ａの断面３０の少なくとも９０面積％、例えば、マルチフィラメント糸構造４ａの断面３０の少なくとも９３面積％を占めるのが有利であることが分かった。本発明に従う最高強度のマルチフィラメント糸構造のいくらかの剛性を保証するために、芯部は、好ましくは、マルチフィラメント糸構造４ａの断面３０の最大９６面積％、より好ましくは、マルチフィラメント糸構造４ａの断面３０の最大９４面積％を占めるべきであることが分かった。

本発明に従うマルチフィラメント糸構造の直径は、構造の用途に応じて異なり得る。ほとんどの用途については、０．２ｍｍ〜５ｍｍの間の幅が適切である。幅とは、本明細書では、マルチフィラメント糸構造の長さ方向に対して直交するマルチフィラメント糸構造の断面の最大直径を意味する。幅がより大きいと、曲げ降伏強さに対する構造の効果は低減されるようであり、構造のわずかな直径はマルチフィラメント糸構造の曲げ挙動に対する影響の増大を有するようである。これはまた、米国特許第３，９６８，７２５号明細書（Ｈｏｌｚｈａｕｅｒ）において、０．３インチ（＝７．６ｍｍ）の直径を有する構造に関して何故驚くべき剛性が観察されなかったかも説明する。

ヨット用の細いロープおよび釣り糸などのスポーツにおける用途、ならびに縫合糸、ケーブルおよびアクチュエータなどの医療用途のためには０．３ｍｍ〜４ｍｍの幅が適切であり、最も好ましくは、医療用ケーブルおよび縫合糸としての用途のためには、０．４ｍｍ〜３ｍｍの幅が最高の効果を提供する。

本発明に従うマルチフィラメント糸構造の引張強さは、芯および鞘フィラメントのために用いられるフィラメントの引張強さに大きく依存し得る。マルチフィラメント糸構造の引張強さは少なくとも１０ｃＮ／ｄｔｅｘ、より好ましくは少なくとも１５ｃＮ／ｄｔｅｘであるのが好ましいが、いくらかの曲げ降伏強さを達成するために必要ではない。これは、例えば、場合によりポリエステルまたはアラミドなどの他のタイプのフィラメントと組み合わせて、ＨＰＰＥを含むマルチフィラメント糸構造の場合に達成可能である。最も好ましいのは、少なくとも２０ｃＮ／ｄｔｅｘの引張強さを有するマルチフィラメント糸構造である。というのは、これらのマルチフィラメント糸構造は、非常に小さい構造幅において非常に高い強度を可能にするからであり、これは、例えば、最小侵襲性技術が必要とされる材料性能の限界を押し広げ続ける医療用途において非常に必要とされている。

非常に驚くべきことに、本発明に従うマルチフィラメント糸構造については、編組角度が増大されると構造の剛性が増大することが分かった。これは、長さ方向の繊維の位置合わせが剛性を増大させる傾向があり、長さ方向から外れた繊維の位置合わせが剛性を低下させる傾向があるという繊維材料の通常の状況に反する。従って、本発明の好ましい実施形態のために、マルチフィラメント糸構造４ａの鞘部の編組角度は少なくとも３３°であり、より好ましくは、鞘部の編組角度は少なくとも３５°である。さらなる実施形態では、マルチフィラメント糸構造４ａの鞘部の編組角度は少なくとも４０°であり、好ましくは、マルチフィラメント糸構造（４ａ）の鞘部の編組角度は少なくとも４５°であり、あるいはさらに良いのは、少なくとも５５°である。さらに、最も剛性のマルチフィラメント糸構造は、少なくとも６０°であるマルチフィラメント糸構造４ａの鞘部の編組角度を有することが分かった。

また、極めて高い編組角度の場合、構造は扱いにくく、作製するのに時間がかかる傾向があることも分かった。従って、別の実施形態では、本発明に従うマルチフィラメント糸構造４ａは、最大７５である鞘部の編組角度を有し、好ましくは、編組角度は最大７０°である。最も好ましくは、鞘部の編組角度は最大６６°である。

本発明に従うマルチフィラメント糸構造４ａは全て剛性であるが、剛性は、実際の構造と、芯部そして特に鞘部のフィラメント材料の選択とに応じて変化する。本発明の一実施形態では、マルチフィラメント糸構造４ａの曲げ降伏応力σ_５％は少なくとも３Ｎ／ｍｍ^２であり、好ましくは、マルチフィラメント糸構造４ａの曲げ降伏応力σ_５％は少なくとも５Ｎ／ｍｍ^２である。より好ましい実施形態のために、マルチフィラメント糸構造４ａの曲げ降伏応力σ_５％は少なくとも７Ｎ／ｍｍ^２であり、より好ましくは、マルチフィラメント糸構造４ａの曲げ降伏応力σ_５％は少なくとも１５Ｎ／ｍｍ^２である。構造パラメータの最良の組み合わせは、少なくとも２０Ｎ／ｍｍ^２であるマルチフィラメント糸構造４ａの曲げ降伏応力σ_５％をもたらす。

高過ぎる剛性はいくつかの用途では不利なので、一実施形態では、マルチフィラメント糸構造４ａの曲げ降伏応力σ_５％は、場合により、５０Ｎ／ｍｍ^２未満、例えば３０Ｎ／ｍｍ^２未満であってもよい。

本発明の別の態様は、本発明の第１の態様に従うマルチフィラメント糸構造４ａを含む部材２に関する。一実施形態では、部材２は、釣り糸、ヨット用ロープまたはたこ糸などのスポーツ用具である。このような部材は使用中に絡まる傾向があり得る。そして、驚くことに、部材が本発明に従うマルチフィラメント糸構造を含むと、絡まる傾向が低減され、部材を解きほぐす能力が増大されることが分かった。ロープおよびロープ構造、ならびに漁網およびカーゴネットのようなネットについても同じことが観察される。別の実施形態では、部材は防弾用（ａｎｔｉｂａｌｌｉｓｔｉｃ）物品である。

本発明の特に好ましい実施形態では、部材は、医療用移植片または医療用修復製品（縫合糸、ケーブルまたはメッシュなど）であり、この場合、剛性と、繰り返し曲げた後に剛性および強度を保持する能力との組み合わせが非常に必要とされる。医療用途で使用される部材に関して、ＨＰＰＥフィラメントを含むマルチフィラメント糸構造を用いると、非常に高い強度がさらに可能になり、従って、最小侵襲性技術に必要とされるさらなる小型化が可能になるので、これは特に有利である。従って、本発明の別の態様は、本発明の第１の態様に従うマルチフィラメント糸構造４ａまたは本発明の第２の態様に従う部材２の医療用修復製品における使用に関する。特に、このような使用は、医療用修復製品が縫合糸、ケーブル、またはメッシュである場合に有利である。

マルチフィラメント糸構造はマルチフィラメント糸構造を含む部材の絡まりを低減し、解きほぐしを高めることができるので、本発明の別の態様は、結び目の形成を低減するため、あるいは結び目の強度を低下させるための、本発明の第１の態様に従うセグメント４ａまたは本発明の第２の態様に従う部材の使用に関する。構造がこれらの非常に有用な能力を有することは、非常に驚くべきことである。他の同様のサイズの糸構造と比較して、これらの能力がマルチフィラメント糸構造の剛性に関連することは、これに限定されることなく理論付けされ得る。

本発明に従う部材２の特定のタイプは、本発明に従うマルチフィラメント糸構造４ａと、さらなるマルチフィラメント糸構造４ｂとを両方とも含み、ここで、さらなるマルチフィラメント糸構造４ｂは、本発明に従うマルチフィラメント糸構造４ａとは異なる。これは、図８において説明される。特に、さらなるマルチフィラメント糸構造４ｂが本発明に従うマルチフィラメント糸構造ではない場合に有利であることが分かった。特に、これにより、剛性部分が部材の位置決めのために使用され、屈曲性部分がマルチフィラメント糸構造の結び目を適所で１回作るために使用されるように、本発明に従う剛性マルチフィラメント糸構造をより屈曲性の構造と関連して配列することが可能になる。従って、本発明に従うマルチフィラメント糸構造４ａが部材（２）の端部付近に配列される場合、さらにより好ましくは、本発明に従うマルチフィラメント糸構造４ａが部材２の両端部付近に配列され、少なくとも１つのさらなるマルチフィラメント糸構造４ｂがマルチフィラメント糸構造４ａの間に配列される場合に特に有利である。これは、図９において説明される。図８および図９は一定の縮尺で描かれておらず、セクション４ａがセクション４ｂに比べて非常に短いように、あるいはその逆であるように、セクションの長さは大幅に異なり得ることが観察されるはずである。

［編組角度の決定］
編組角度θは、糸構造の表面の編組糸と、糸構造の長手軸との間の角度である。編組角度は、ＤＩＮ４７２５０において

として定義される。

ここで、θは編組角度であり、Ｄ_ｍは構造の平均直径であり、Ｌはストローク長である。直径は、Ｌａｓｅｒ ＯＤＡＣ １５ＸＹを用いて２軸測定により測定した。ストローク長Ｌは、１ｃｍ当たりのステッチ数Ｓおよびストランド数Ｎから計算した。そして、ストローク長は、

である。

［充填率の決定］
充填率Ｆは表面の鞘糸の堅固さの尺度であり、

として定義される。

ここで、ｔは鞘糸の繊度（テックス（グラム／ｋｍ））であり、ｄはカバー中の２本の平行な糸の間の平均距離（ｍｍ）であり、そしてρは鞘糸ポリマーの密度（グラム／ｃｍ^３）である。使用されるＨＰＰＥ糸についてはρ＝０．９７５であり、使用されるポリエステル糸についてはρ＝１．３７である。

図４では、測定および計算が説明される。２本の平行糸の間の平均距離ｄは、糸構造の直線的な断片において走査電子顕微鏡法によって測定される。編組の中心上に長手方向に配置される（仮想）線ｌ１を引く。第１の糸を選択し、第１の糸がｌ１と交差する場所で局所的な糸の方向に平行な（仮想）線ｌ２を引く。第１の糸から１０本の糸を数え、１０番目の糸がｌ１と交差する場所で局所的な糸方向に平行な（仮想）線ｌ３を引く。

ｌ２およびｌ３とｌ１との２つの交差点の間のｌ１の中央を見出す。ｌ２とｌ３との間のＬ１を通る最も短い線ｌ４を描く。ｄは、ｌ４の長さを１０で割った値である。理想的な場合には、ｌ２およびｌ３は平行であり、ｌ４はｌ２およびｌ３に垂直であるが、小さい偏差が起こり得る。

［曲げ降伏強さ］
マルチフィラメント糸構造は標準ＡＳＴＭＤ７９０−０７に従って試験される。しかしながら、本発明の場合の条件を考慮に入れるために、標準で記載される方法からのいくらかのわずかな修正が必要とされる。

ＡＳＴＭＤ７９０−０７では、通常、スパン対深さ比が１６であると仮定される。標準の第７．５項には、より大きいスパン対深さ比を使用する可能性が議論されている。より大きい比は高強度複合体に対して推奨される。本発明の試験片は高強度複合体ではないが、好ましい成分はＨＰＰＥ糸などの高強度糸である。従って、より大きいスパン対深さ比の推奨の理由は本発明の試験片にも同様に当てはまり、次に推奨されるより大きいスパン対深さ比の３２を本発明の試験片に対して採用した。

第２の違いは断面の形状である。ＡＳＴＭＤ７９０−０７は、矩形断面を有する試験片のために書かれている。本発明に従うマルチフィラメント糸構造の断面は、実質的に円形である。ＡＳＴＭＤ７９０−０７に記載される矩形断面以外の断面の使用は、曲げ試験の物理学に反しない。しかしながら、負荷を材料応力および剛性に変換する式は、他の形状に適合させなければならない。ＡＳＴＭＤ７９０−０７の式は初歩の梁理論から誘導される。梁理論は、このような円形断面のための式も提供する。変化は次の通りである：
曲げ強度のためのＡＳＴＭＤ７９０−０７の式（３）において、
σ_ｆ＝３ＰＬ／２ｂｄ^２を、σ_ｆ＝８ＰＬ／πｄ^３で置き換える。
モジュラスのためのＡＳＴＭＤ７９０−０７の式（６）において、
Ｅ_ｂ＝Ｌ^３ｍ／４ｂｄ^３を、Ｅ_ｂ＝４Ｌ^３ｍ／３πｄ^４で置き換える。

ＡＳＴＭＤ７９０−０７では、強度が決定される歪みレベルが議論される。これは、最大負荷であり得るが、特定の歪みレベルであってもよい。ＡＳＴＭＤ７９０−０７には、５％よりも大きい歪みにおける結果はもはや有効でないと記載されている。当然ながら、この値はいくらか任意的である。驚くことに、本発明に従うマルチフィラメント糸構造は、多くの場合、約５％よりもいくらか高い歪み値において最大負荷を示すことが分かった。従って、これらは、原則として、記載される標準の有効性を超える。それでも、５％歪みσ_５％における曲げ降伏強さ（ＡＳＴＭＤ７９０−０７の記載される有効性の範囲内である）に加えて、最大曲げ降伏強さσ_ｍａｘがさらに報告される。

本発明に従うマルチフィラメント糸構造の応力歪み曲線は、他の材料とはわずかに異なる。しかしながら、多くの類似性が存在する。ＡＳＴＭＤ７９０−０７で議論されるような曲線の開始時のトウ（ｔｏｅ）は本発明に従うマルチフィラメント糸構造における試験中にも存在する。このトウは、ＡＳＴＭＤ７９０−０７で議論されるようにたるみなどに起因するので無視され、標準において推奨されるようにモジュラスは曲線の最も急勾配の部分から誘導される。実際に、ほとんどの試験は、「トウ領域」を超えた後、負荷変位図においてかなり直線的な領域を示す。このかなり直線的な領域は最も急な勾配を有する領域であり、実際に現実のモジュラスの特徴を示し、従って、ＡＳＴＭＤ７９０−０７の第１２．９．１章に示されるように標準の推奨に完全に一致するＥ_ｔｒｕｅとして報告される。本発明に従うマルチフィラメント糸構造は、約２％〜３％歪み付近で第２の直線領域への遷移を示す。この第２の直線領域は、第２のモジュラスの決定を可能にし、これはＥ_ｓｅｃとしてさらに報告される。これは、標準の第１２．９．２項において議論されるような割線モジュラスである。要約すると、得られる結果は次の通りである：

最大応力σ_ｍａｘ（極限強度にも相当する）はσ_５％よりも大きいので、σ_５％はマルチフィラメント糸構造の剛性の保存的評価であることが観察されるはずである。

［疲労曲げ降伏強さ］
従来の剛性ケーブルは、低コストおよび高い比剛性ために鋼モノライン（ｓｔｅｅｌ ｍｏｎｏｌｉｎｅ）である。鋼モノラインは、通常、曲げたときにかなり冷間加工（ｃｏｌｄ ｗｏｒｋ）になりやすいので、通常、繰り返し曲げたときに特性の大きい変化を示し、多くの場合たった数回の曲げサイクルの後でさえ切れることもあり、何度も形を作り直すことは事実上不可能であろう。

驚くべきことに、本発明に従うセグメントは、繰り返し曲げたときの曲げ降伏応力（以下、疲労曲げ降伏応力σ_５％，５と称する）の小さい低下を示すことが分かった。本発明の好ましい実施形態では、セグメントの疲労曲げ降伏応力σ_５％，５は、曲げ降伏応力σ_５％の５０％よりも大きい。より好ましくは、σ_５％，５は、σ_５％の５５％よりも大きく、最も好ましくは、セグメントのσ_５％，５は、σ_５％の７０％よりも大きい。高疲労曲げ降伏応力は、この実施形態のセグメントを含む糸構造が、エンドユーザーが曲げ挙動の大きな変化を経験することなく、エンドユーザー（外科医など）によって何度も形を作り直すことができるという点で非常に有利である。

本明細書において記載される本発明の実施形態からの個々の特徴または特徴の組み合わせ、およびその明白な変形は、得られる実施形態が物理的に実現不能であることを当業者がすぐに理解しない限り、本明細書において記載される他の実施形態の特徴と結合または交換することが可能である。

［実施例］
［実施例１：芯構造の作製］
実験研究のために、芯は、Ｈｅｒｚｏｇ ＲＵ ２／１６−８０編組機において、ワンオーバーワンのダイヤモンド型の編組において芯フィラメントの１６本の芯糸を編組することによって作製される。芯糸は、様々な材料のタイプ、糸の繊度、およびフィラメントの繊度を有した。作製した芯は表２に示される。

全ての芯は非常に低い曲げ降伏強さを示し、σ_５％およびσ_ｍａｘは１Ｎ／ｍｍ^２未満であった。

［実施例２：鞘構造の芯構造上への編組］
実験研究のために、鞘は、Ｈｅｒｚｏｇ ＲＵ ２／１６−８０編組機において、鞘フィラメントの１６本の鞘糸を編組することによって作製される。鞘は実施例１で作製した芯上に直接編組した。鞘糸は、様々な材料のタイプ、糸の繊度、およびフィラメントの繊度を有した。作製したマルチフィラメント糸構造は表３に示される。

［実施例３：編組角度の決定］
鞘の編組角度は、上記の方法に従って決定した。値は表３に示される。

［実施例４：鞘層の充填率の測定］
鞘の充填率は、上記の方法に従って測定した。値は表３に示される。

［実施例５：曲げ降伏強さの測定］
曲げ降伏強さは、上記の方法に従って測定した。値は表４に示される。

「剛性評価」は定性的な評価であり、２はマルチフィラメント糸構造の非常に高い剛性を示し、１は剛性マルチフィラメント糸構造を示し、０は、マルチフィラメント糸構造の低いがまだ測定可能な剛性を示す。

表４の結果から、本発明に従うマルチフィラメント糸構造のσ_５％およびσ_ｍａｘによって示される剛性は、いくつかのパラメータの複雑な関数であることが観察される。しかしながら、いくつかの傾向が観察される。一般に、編組角度が高いほど、マルチフィラメント糸構造の剛性が高くなることが分かった。さらに、充填率が高いほど、マルチフィラメント糸構造の剛性は高くなる。最後に、芯よりも小さい面積％の鞘を有するサンプルに関して最も高い剛性が観察された。

［実施例６：疲労曲げ降伏強さの測定］
サンプルは、調査すべきセグメントの１メートル断片からなる。サンプルの中央（両端から５０ｃｍ）において、セグメントを、縁部に関して１ｍｍの半径を有する湾曲で９０°の角度に曲げた後、セグメントを直線にする。同じ場所で曲げを５回行った後、同じ場所で曲げ降伏応力（疲労曲げ降伏応力σ_５％，５とも称される）を他の部分で議論されるように測定する。疲労曲げ降伏応力は、繰り返し曲げられていないサンプルの曲げ降伏応力と比較される。

結果は表５に要約される。

表５では、本発明に従うサンプルＡおよびＢの疲労曲げ降伏応力が、繰り返し曲げられていないサンプルの曲げ降伏応力の５０％よりも大きいことが観察される。

［実施例７：マルチフィラメント糸構造の緻密性］
表６の仕様に従って３つのサンプルを作製した。

サンプル３４の走査電子顕微鏡写真は図６に示され、サンプル３５の走査電子顕微鏡写真は図７に示される。図６において、フィラメント（ダークスポット）は不連続のスポットとして配列され、広い領域は画像を作製するために使用されたより明るい樹脂を有する。図７において、フィラメントは非常に近接して配列され、フィラメントのほとんどは激しく変形していることが明白に観察される。鞘は、依然として分離した領域として観察されるが、芯と鞘の間の空間はほとんどなく、より明るい樹脂相はほんの少量だけ観察される。

理論断面積は、式

に基づいて計算され、式中、Ｄは断面の理論直径であり、Ｔはマルチフィラメント糸構造の繊度（ｔｅｘ）であり、ρはマルチフィラメント糸の密度である。計算された断面積は表７に示される。

表７から、ａ／Ａ比が非常に小さい構造が実現されたことが観察される。

Claims (22)

1. 芯部（１０）および鞘部（２０）を含み、前記芯部（１０）が複数の芯フィラメント（１２）を含み、前記鞘部（２０）が複数の鞘フィラメント（２２）を含むマルチフィラメント糸構造（４ａ）であって、
   − 前記鞘部（２０）が、前記マルチフィラメント糸構造（４ａ）の断面（３０）の４面積％〜７５面積％の間であり、
   − 前記鞘部（２０）が前記芯部（１０）上に編組されており、
   − 前記鞘部（２０）の編組角度（α）が少なくとも３３°であり最大で７５°であり、
   − 前記鞘部（２０）が少なくとも７の充填率を有し、
   − 前記マルチフィラメント糸構造の幅が０．２ｍｍ〜５ｍｍの間であり、
   − 複数の芯フィラメントの少なくとも９０重量％および鞘フィラメントの少なくとも９０重量％が、少なくとも５ＧＰａのｅ−モジュラスを有する高モジュラスフィラメントから選択され、
   − 前記マルチフィラメント糸構造（４ａ）の曲げ降伏応力σ _５％ が少なくとも３Ｎ／ｍｍ ^２ である、
   マルチフィラメント糸構造（４ａ）。
2. − 前記マルチフィラメント糸構造の理論断面積（Ａ）に対する前記マルチフィラメント糸構造の断面積（ａ）の比率（ａ／Ａ）が最大１．５である、請求項１に記載のマルチフィラメント糸構造（４ａ）。
3. − 前記比率（ａ／Ａ）が最大１．２である、請求項２に記載のマルチフィラメント糸構造（４ａ）。
4. 前記鞘部（２０）が少なくとも１０の充填率を有する、請求項１に記載のマルチフィラメント糸構造（４ａ）。
5. 前記鞘部（２０）が２０未満の充填率を有する、請求項４に記載のマルチフィラメント糸構造（４ａ）。
6. 疲労曲げ降伏応力σ_５％，５が曲げ降伏応力σ_５％の４５％よりも大きい、請求項１〜５のいずれか一項に記載のマルチフィラメント糸構造（４ａ）。
7. 前記芯部（１０）が、前記マルチフィラメント糸構造（４ａ）の断面（３０）の少なくとも３０面積％である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のマルチフィラメント糸構造（４ａ）。
8. 前記芯部が、前記マルチフィラメント糸構造（４ａ）の断面（３０）の少なくとも８０面積％であり、最大９４面積％である、請求項１〜７のいずれか一項に記載のマルチフィラメント糸構造（４ａ）。
9. 前記マルチフィラメント糸構造（４ａ）の複数の芯フィラメントの少なくとも９０重量％および前記マルチフィラメント糸構造（４ａ）の鞘フィラメントの少なくとも９０重量％が、高性能ポリエチレン繊維および高性能アラミド繊維からなる群から選択される、請求項１〜８のいずれか一項に記載のマルチフィラメント糸構造（４ａ）。
10. 前記マルチフィラメント糸構造（４ａ）の複数の芯フィラメントの少なくとも９０重量％および前記マルチフィラメント糸構造（４ａ）の鞘フィラメントの少なくとも９０重量％がゲル紡糸ＵＨＭＷＰＥ繊維である、請求項９に記載のマルチフィラメント糸構造（４ａ）。
11. 前記マルチフィラメント糸構造（４ａ）の鞘部（２０）の編組角度が少なくとも４５°である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のマルチフィラメント糸構造（４ａ）。
12. 前記マルチフィラメント糸構造（４ａ）の鞘部（２０）の編組角度（α）が最大７０°である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のマルチフィラメント糸構造（４ａ）。
13. 前記マルチフィラメント糸構造（４ａ）の芯フィラメントが少なくとも２５本のフィラメントを含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のマルチフィラメント糸構造（４ａ）。
14. 前記芯フィラメントが、
    − 平行に配列される、
    − １メートル当たり１００回未満の撚りを有して平行に配列される、
    − 前記フィラメントが、編組構造、編み構造、合撚構造または撚り構造に配列された少なくとも３本のマルチフィラメント糸で配列される、または
    − 上記の配列の少なくとも２つの組み合わせで配列される、
    請求項１３に記載のマルチフィラメント糸構造（４ａ）。
15. 前記マルチフィラメント糸構造（４ａ）の曲げ降伏応力σ_５％が少なくとも５Ｎ／ｍｍ^２であり、５０Ｎ／ｍｍ^２未満である、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のマルチフィラメント糸構造（４ａ）。
16. 前記曲げ降伏応力σ _５％ が少なくとも７Ｎ／ｍｍ ^２ であり、３０Ｎ／ｍｍ ^２ 未満である、請求項１５に記載のマルチフィラメント糸構造（４ａ）。
17. 請求項１〜１６のいずれか一項に記載のマルチフィラメント糸構造（４ａ）を含む部材（２）。
18. ロープもしくはロープ構造、釣り糸、漁網、カーゴネット、防弾用物品、たこ糸、または医療製品である、請求項１７に記載の部材（２）。
19. 前記医療製品が、移植片、医療用修復製品、縫合糸、ケーブルまたはメッシュである、請求項１８に記載の部材（２）。
20. さらなるマルチフィラメント糸構造（４ｂ）をさらに含み、前記さらなるマルチフィラメント糸構造（４ｂ）が前記マルチフィラメント糸構造（４ａ）とは異なる、請求項１８または１９に記載の部材（２）。
21. 前記さらなるマルチフィラメント糸構造（４ｂ）が請求項１〜１６のいずれか一項に記載のマルチフィラメント糸構造ではなく、前記マルチフィラメント糸構造（４ａ）が前記部材（２）の端部付近に配列される、請求項２０に記載の部材（２）。
22. 縫合糸、ケーブル、またはメッシュである医療用修復製品における、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のマルチフィラメント糸構造（４ａ）または請求項１７〜２１のいずれか一項に記載の部材（２）の使用。

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