JP7358335B2 - トポグラフィカル織布を作成するためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Description
本願は、米国仮特許出願第62/491,266号(2017年4月28日出願)に対する優先権を主張し、上記出願は、あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に引用される。
本開示の側面は、全米科学財団による契約番号1721773のもと、米国政府の支援によって行われた。政府は、本開示の発明において一定の権利を有し得る。
織成材料において曲率を生成する従来の方法は、概して、平織物(すなわち、最大2次元の変動を有する織物)を織ることと、平織物を小片に裁断することと、次いで、これらの小片を一緒に縫い合わせることとを含み、それによって、裁断および縫い合わせプロセスを通して織成物品に3次元構造を与える。そのような方法は、衣類において複雑な幾何学形状を構築するために使用され得るが、いくつかの欠点または限界を有する。例えば、関与する労働量は、3次元幾何学形状の複雑性とともに増加する傾向があり、既存の方法をより非効率的にする。複雑な幾何学形状を伴う衣類は、より多い数の縫い目を要求する傾向もあり、裁断および縫い合わせプロセスによって作成される縫い目は、構造性能に有害であり得る。さらに、平織物の裁断および縫い合わせは、織成製品の製造において相当な量の廃棄物を生成し得る。アパレル産業だけでも、平織布の少なくとも15%が、裁断動作中に廃棄されると推定されている。したがって、改良された構造性能を有するトポグラフィカル3次元構造を伴い、低減させられた材料廃棄物を伴う不規則に成形される織布を効率的に製造し得るシステムおよび方法の必要性がある。
本明細書に開示されるものは、トポグラフィカル3次元構造を伴う不規則に成形される織布を製造するためのシステムおよび方法である。本明細書に説明されるシステムおよび方法は、概して、平織物を織ることと、平織物を小片に裁断することと、これらの小片を一緒に縫い合わせることとを含む織成の従来のシステムおよび方法と比較して、種々の利益を提供し得る。例えば、本明細書に説明されるシステムおよび方法は、織成材料における縫い目または切れ目(したがって、構造的弱点)の数を低減させ、織成材料を製造するプロセスからの廃棄物の生成を低減させ、低減させられた縫い目または切れ目の数に起因して、自然力(風、雨、冷気、もしくは日光等)に対するより良好な抵抗を織成材料に与え、織成材料の快適性もしくはフィット性を改良し、または、織成材料の特定のユーザへの織成製品のフィット性のカスタマイズを可能にし得る。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
(項目1)
産業用シームレス織成材料であって、前記織成材料は、その3次元の各々において可変である、産業用シームレス織成材料。
(項目2)
前記織成材料は、完全製品を含む、項目1に記載の織成材料。
(項目3)
前記織成材料は、部分的に完成された製品を含む、項目1に記載の織成材料。
(項目4)
前記部分的に完成された製品は、完全製品の一部を形成する、項目3に記載の織成材料。
(項目5)
前記織成材料は、衣類を含む、項目1に記載の織成材料。
(項目6)
前記衣類は、シャツ、シャツの袖、ジャケット、ジャケットの袖、ベスト、防弾ベスト、パンツ、パンツの裾、ショーツ、靴、靴下、下着、パンティー、ボクサー、ブリーフ、ボクサーブリーフ、ブラジャー、スポーツブラ、ヘッドバンド、帽子、ヘルメット、防弾ヘルメット、スカーフ、下肢装具、膝装具、足首装具、上肢装具、手首装具、肩装具、背中装具、頸椎装具、スーツ、ネクタイ、ドレス、スカート、ポンチョ、手袋、バックパック、およびスノースーツから成る群から選択される、項目5に記載の織成材料。
(項目7)
前記織成材料は、娯楽製品を含む、項目1に記載の織成材料。
(項目8)
前記娯楽製品は、カヌー、カヤック、自転車、ボート、スキー板、スキーポール、ハイキングポール、ハンモック、テント、寝袋、パラシュート、ネット、スノーボード、ウェイクボード、スケートボード、テニスラケット、卓球ラケット、バドミントンラケット、野球バット、野球グローブ、弓、矢、カート、ケース、ゴルフクラブ、狩猟用具、釣竿、カート、ケース、ドア、および家庭設備から成る群から選択される、項目7に記載の織成材料。
(項目9)
前記織成材料は、生物医学デバイスを含む、項目1に記載の織成材料。
(項目10)
前記生物医学デバイスは、ステント、補綴物、松葉杖、車椅子、人工内耳、縫合糸、血管グラフト、脊椎修復物、腱置換物、靭帯置換物、封じ込めスリーブ、および心臓弁から成る群から選択される、項目9に記載の織成材料。
(項目11)
前記織成材料は、衛星、ロケット、航空機、自動車、住宅、および風力発電機ブレードから成る群から選択される製品を含む、項目1に記載の織成材料。
(項目12)
前記織成材料は、綿、ポリエステル、ナイロン、ウール、絹、麻、ラミー、アスベスト、コイア、ピナ、サイザル、ジュート、カポック、レーヨン、ビスコース、リヨセル、リネン、亜麻、アセテート、トリアセテート、スパンデックス、モダール、ポリプロピレン、アクリル、モダクリル、アラミド、炭素繊維、および繊維ガラスから成る群から選択される材料を含む、項目1に記載の織成材料。
(項目13)
前記織成材料は、1インチあたり少なくとも5、10、20、30、40、50、100、200、300、400、または500エンドの平均糸密度を備えている、項目1に記載の織成材料。
(項目14)
前記織成材料は、縦糸および横糸のみを備えている、項目1に記載の織成材料。
(項目15)
前記縦糸と前記横糸とは、約90度の角度で編み合わせられている、項目14に記載の織成材料。
(項目16)
前記織成材料は、ニット材料を含まない、項目1に記載の織成材料。
(項目17)
前記織成材料は、不織材料を含まない、項目1に記載の織成材料。
(項目18)
織機と組み合わせて使用されるように構成されたアクチュエータシステムであって、前記アクチュエータシステムは、
a.複数のモータと、
b.前記複数のモータに結合された複数の結合具と
を備え、
前記複数の結合具は、前記織機の1つ以上のヘドルが個々に制御され、複数の位置の間で連続的に作動させられることを可能にする構成において配置されている、システム。
(項目19)
各モータは、1つの結合具に機械的に結合されている、項目18に記載のシステム。
(項目20)
各モータは、1つのヘドルに結合されている、項目18に記載のシステム。
(項目21)
各結合具は、1つ以上の結合されたモータに与えられる角速度を低減させ、前記角速度は、1つ以上のヘドルに与えられる重力またはばね力に起因する1つ以上のトルクに関連付けられている、項目18に記載のシステム。
(項目22)
各結合具は、歯車減速構成要素と、滑車システムとを備えている、項目18に記載のシステム。
(項目23)
前記滑車システムは、ねじ山付きまたはねじ山なしである、項目22に記載のシステム。
(項目24)
前記歯車減速構成要素は、モータと前記滑車構成要素との間に配置されている、項目22に記載のシステム。
(項目25)
前記歯車減速構成要素は、異なるピッチ直径または異なる歯数の少なくとも2つの歯車を備えている、項目22に記載のシステム。
(項目26)
前記歯車減速構成要素は、モータのトルク誘発回転を低減させる、項目22に記載のシステム。
(項目27)
前記歯車減速構成要素は、10:1、20:1、50:1、または100:1の歯車減速比を備えている、項目22に記載のシステム。
(項目28)
前記結合具は、前記ヘドルの動作中、前記モータが制御された様式で作動させられることを可能にする、項目18に記載のシステム。
(項目29)
前記複数の結合具の前記構成は、前記織機を横断する横糸の1回以上の通過中に前記1つ以上のヘドルに連続したトルクを提供する必要性を不要にすることによって、電力消費が低減させられることを可能にする、項目18に記載のシステム。
(項目30)
前記システムは、前記モータのうちの1つ以上のもののために最大1ワット(W)、2W、または5Wの電力を引き込むように構成されている、項目29に記載のシステム。
(項目31)
各モータは、ブラシ直流(DC)モータ、ブラシレスDCモータ、サーボモータ、およびステッパモータから成る群から選択される、項目18に記載のシステム。
(項目32)
各モータは、前記織機のヘドル平面の1つ以上の軸に沿って各ヘドルを移動させるように構成されている、項目31に記載のシステム。
(項目33)
複数の電子コントローラをさらに備え、前記複数の電子コントローラは、前記ヘドルのうちの前記1つ以上のものの位置の変化をもたらすために、前記モータの運動を制御するための電気信号を前記複数のモータに出力するように構成されている、項目18に記載のシステム。
(項目34)
前記複数の位置は、前記ヘドル平面の縦方向軸に沿った2つ以上の別々の位置を含む、項目18に記載のシステム。
(項目35)
前記複数の位置は、前記ヘドル平面の縦方向軸に沿った少なくとも3つの別々の位置を含む、項目18に記載のシステム。
(項目36)
2つの隣接して間隔を置かれた別々の位置の間の距離は、少なくとも約0.01mm、0.02mm、0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.5mm、1mm、2mm、5mm、または10mmである、項目18に記載のシステム。
(項目37)
2つの隣接して間隔を置かれた別々の位置の間の距離は、約0.01mm~約10mmに及ぶ、項目18に記載のシステム。
(項目38)
織機と組み合わせて使用されるように構成されたアクチュエータシステムであって、前記システムは、互いに動作可能に結合された複数の電子作動モジュールを備え、前記モジュールのうちの1つ以上のものは、残りのモジュールの動作に影響を及ぼすことも、前記残りのモジュールのうちの1つ以上のものの分解を要求することもなく、独立して交換可能である、システム。
(項目39)
前記モジュールのうちの1つ以上のものは、前記織機の動作に先立って、または前記織機の動作中、交換可能であるように構成されている、項目38に記載のシステム。
(項目40)
各モジュールは、
a.1つ以上のモータ、
b.前記1つ以上のモータおよび前記織機の1つ以上のヘドルに機械的に結合された1つ以上の結合具、または、
c.1つ以上の電子コントローラ
を備え、
前記1つ以上の電子コントローラは、前記ヘドルの各々の位置の変化を個々にもたらすために、前記モータの運動を制御する電気信号を前記1つ以上のモータに出力するように構成されている、項目38に記載のシステム。
(項目41)
各モジュールは、
a.複数のモータと、
b.複数の結合具であって、各結合具は、1つのモータおよび1つのヘドルに機械的に結合されている、複数の結合具と、
c.複数の電子コントローラと
を備え、
各電子コントローラは、電気信号を1つのモータに出力するように構成され、前記電気信号は、前記モータの運動を制御し、前記モータの前記運動は、前記ヘドルの位置を制御する、項目38に記載のシステム。
(項目42)
織機と組み合わせて使用されるように構成されたアクチュエータシステムであって、前記アクチュエータシステムは、
a.複数の作動モジュールであって、各々は、
i.1つ以上のモータと、
ii.前記1つ以上のモータおよび前記織機の1つ以上のヘドルに機械的に結合された1つ以上の結合具と
を備えている、複数の作動モジュールと、
b.1つ以上の電子コントローラと
を備え、
前記1つ以上の電子コントローラは、前記ヘドルの各々の位置の変化を個々にもたらすために、前記モータの運動を制御するための電気信号を前記1つ以上のモータに出力するように構成され、
前記1つ以上の電子コントローラは、前記1つ以上の作動モジュールに近接して位置付けられている、システム。
(項目43)
前記1つ以上の電子コントローラは、前記1つ以上のモジュールの上方、下方、正面、または背面に位置付けられている、項目42に記載のシステム。
(項目44)
前記1つ以上の電子コントローラは、前記1つ以上のモジュールから前記織機の高さ以下の距離内に位置している、項目42に記載のシステム。
(項目45)
前記1つ以上の電子コントローラは、前記1つ以上のモジュールに取り外し可能に結合されている、項目42に記載のシステム。
(項目46)
前記1つ以上の電子コントローラは、前記1つ以上のモジュールに取り付けられている、項目42に記載のシステム。
(項目47)
織機と組み合わせて使用されるためのヘドルシステムであって、前記システムは、複数のヘドルを備え、前記複数のヘドルの各々は、個々に制御可能であり、1つ以上の軸に沿った複数の位置の間で連続的に移動するように構成されている、システム。
(項目48)
前記1つ以上の軸は、前記織機のヘドル平面に沿って位置している、項目47に記載のヘドルシステム。
(項目49)
各ヘドルは、縦ストリングの位置を個々に制御するように構成されている、項目47に記載のヘドルシステム。
(項目50)
前記複数の位置の間の各ヘドルの個々の移動は、前記織機の前記ヘドル平面に沿って対応する縦ストリングの湾曲、曲線、または非線形外形を画定する、項目49に記載のヘドルシステム。
(項目51)
前記複数の縦ストリングの前記湾曲、曲線、または非線形外形は、前記織機によって生産される織成材料の局所幾何学形状における3D変動を可能にする、項目50に記載のヘドルシステム。
(項目52)
前記湾曲、曲線、または非線形外形は、対称形状を有する、項目50に記載のヘドルシステム。
(項目53)
前記湾曲、曲線、または非線形外形は、非対称または不規則形状を有する、項目50に記載のヘドルシステム。
(項目54)
前記局所幾何学形状における前記3D変動を備えている前記織成材料は、(1)縦ストリングの曲線の下または上方に横ストリングを通すことと、(2)前記横ストリングを前記複数の縦ストリングとの締まった編み合わせメッシュになるようにビートすることとによって生産される、項目51に記載のヘドルシステム。
(項目55)
産業用シームレス織成材料を織るように構成された織機であって、前記織成材料は、その3次元の各々において可変である、織機。
(項目56)
完全な織成材料を織るように構成された織機であって、前記織機は、最大20m 3 、10m 3 、5m 3 、2m 3 、または1m 3 の全体的占有体積を有する、織機。
(項目57)
完全な織成材料を織るように構成された織機であって、前記織機は、最大5m、2m、または1mの最大長さ寸法を有する、織機。
(項目58)
複数の個々に制御可能なヘドルを備えている織機であって、前記織機は、衣類を生産するために、2次元(2D)可変ヘドル平面に沿って織物を織るように構成され、前記織機は、前記衣類を生産するために、2Dパターンの織物の裁断も、縫い合わせも要求することなく、3次元(3D)パターンの織物を織るように構成されている、織機。
(項目59)
前記織物の織成は、前記2D可変ヘドル平面上で複数の縦糸の各縦糸を個々に上昇または降下させるように各ヘドルを制御することと、前記複数の縦糸の上方に、下方に、またはそれらを通して横糸を織り、前記織物を所望の3D形態に係止することとを含む、項目58に記載の織機。
(項目60)
前記複数のヘドルは、ヘドル平面の軸に沿った複数の位置の間で連続的に移動するように個々に構成されている、項目58に記載の織機。
(項目61)
各ヘドルは、他のヘドルから独立して移動するように構成されている、項目60に記載の織機。
(項目62)
各ヘドルを個々に移動させるように構成された作動システムをさらに備えている、項目60に記載の織機。
(項目63)
前記作動システムは、複数のモータを備えている、項目62に記載の織機。
(項目64)
前記ヘドルのうちの2つ以上のものは、互いに対して移動するように構成され、前記2つ以上のヘドルの間の相対的位置は、前記ヘドルによって移動させられる前記縦糸の局所縦糸接線角度を定義するように制御可能である、項目60に記載の織機。
(項目65)
前記2Dヘドル平面に沿った前記織物の織成は、所望の3D形態を有する前記衣類を生産するための前記局所縦糸接線角度の制御を含む、項目64に記載の織機。
(項目66)
製品を生産する方法であって、前記製品は、その3次元の各々において可変であり、前記方法は、
a.複数の個々に制御可能なヘドルを備えた織機を提供することと、
b.複数の縦糸の各々を個々に上昇または降下させるように各ヘドルを制御することと、
c.前記ヘドルを横断して横方向様式で前記複数の縦糸の上方に、下方に、またはそれらを通して横糸を織り、前記織物を所望の3d形態に係止し、それによって、前記製品を生産することと
を含む、方法。
(項目67)
互いに対する前記ヘドルのうちの2つ以上のものの移動を制御し、前記2つ以上のヘドルによって移動させられる前記縦糸の局所縦糸接線角度を定義することをさらに含む、項目66に記載の方法。
(項目68)
項目66または67に記載の方法によって取得可能な3次元シームレス織成材料。
本明細書に言及される全ての刊行物、特許、および特許出願は、各個々の刊行物、特許、または特許出願が、具体的かつ個々に参照することによって組み込まれると示される場合と同程度が、参照することによって本明細書に組み込まれる。参照することによって組み込まれる刊行物および特許または特許出願が本明細書に含有される開示と矛盾する範囲において、本明細書は、任意のそのような矛盾する資料に優先する、および/またはその上位にあることが意図される。
ここで、本開示の例示的実施形態が、詳細に参照され、それらの例は、付随の図面に図示される。可能であれば、同一の参照番号は、図面および開示全体を通して同一または同様の部分を指すように使用されるであろう。
Claims (19)
- 織機と組み合わせて使用されるように構成されたアクチュエータシステムであって、前記アクチュエータシステムは、
a.複数のモータと、
b.複数のヘドルと、
c.複数の電子コントローラと、
d.前記複数のモータに結合された複数の結合具と、
e.複数の縦糸テンショナと
を備え、
各電子コントローラは、前記ヘドルの各々の位置の変化を個々にもたらすために前記モータの運動を制御する電気信号を前記複数のモータのうちの1つのモータに出力するように構成されており、
前記複数の結合具は、前記織機の前記複数のヘドルが個々に制御され、複数の位置の間で連続的に作動させられることを可能にする構成において配置されており、前記複数の位置は、縦ストリングに垂直な平面に沿って縦ストリングの湾曲、曲線、または非線形外形を画定し、局所曲率が、横ストリングが縦ストリング間に通されるときに織成材料に与えられ、前記複数のヘドルの各々は、前記縦ストリングのうちの少なくとも1つに係合するように構成されており、
前記縦ストリングは、前記複数の縦糸テンショナに結合されており、各縦糸テンショナは、前記縦ストリングのうちの1つを個々に制御するように構成されている、アクチュエータシステム。 - 各モータは、1つの結合具のみに機械的に結合されている、請求項1に記載のシステム。
- 各モータは、1つのヘドルのみに結合されている、請求項1に記載のシステム。
- 各結合具は、1つ以上の結合されたモータに与えられる角速度を低減させ、前記角速度は、前記複数のヘドルに与えられる重力またはばね力に起因する1つ以上のトルクに関連付けられている、請求項1に記載のシステム。
- 各結合具は、歯車減速構成要素と、単一の滑車を含む滑車システムとを備えている、請求項1に記載のシステム。
- 前記滑車システムは、ねじ山付きまたはねじ山なしである、請求項5に記載のシステム。
- 前記歯車減速構成要素は、モータと前記単一の滑車との間に配置されている、請求項5に記載のシステム。
- 前記歯車減速構成要素は、異なるピッチ直径または異なる歯数の少なくとも2つの歯車を備えている、請求項5に記載のシステム。
- 前記歯車減速構成要素は、10:1、20:1、50:1、または100:1の歯車減速比を備えている、請求項5に記載のシステム。
- 前記結合具は、前記複数のヘドルの動作中、前記モータが制御された様式で作動させられることを可能にする、請求項1に記載のシステム。
- 前記複数の結合具の前記構成は、前記織機を横断する横糸の1回以上の通過中に前記複数のヘドルに連続したトルクを提供する必要性を不要にすることによって、電力消費が低減させられることを可能にする、請求項1に記載のシステム。
- 前記システムは、前記モータのうちの1つ以上のもののために最大1ワット(W)、2W、または5Wの電力を引き込むように構成されている、請求項11に記載のシステム。
- 各モータは、ブラシ直流(DC)モータ、ブラシレスDCモータ、サーボモータ、およびステッパモータから成る群から選択される、請求項1に記載のシステム。
- 各モータは、前記織機のヘドル平面の1つ以上の軸に沿って各ヘドルを移動させるように構成されている、請求項13に記載のシステム。
- 複数の電子コントローラをさらに備え、前記複数の電子コントローラは、前記複数のヘドルの位置の変化をもたらすために、前記モータの運動を制御するための電気信号を前記複数のモータに出力するように構成されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記複数の位置は、上端位置と下端位置との間で前記ヘドル平面の縦方向軸に沿った2つ以上の別々の位置を含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記複数の位置は、前記ヘドル平面の縦方向軸に沿った少なくとも3つの別々の位置を含む、請求項1に記載のシステム。
- 2つの隣接して間隔を置かれた別々の位置の間の距離は、少なくとも約0.01mm、0.02mm、0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.5mm、1mm、2mm、5mm、または10mmである、請求項1に記載のシステム。
- 2つの隣接して間隔を置かれた別々の位置の間の距離は、約0.01mm~約10mmに及ぶ、請求項1に記載のシステム。
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