(57)【要約】  それ自体の圧縮弾性率とは異なる引張弾性率を有し、可変弾性率挙動を示す第１の層を含む異方性複合材料アセンブリ。第１の層は、圧縮下で弾力的に座屈する。第２の層は、それ自体の圧縮弾性率と実質的に同じ引張弾性率を有する。第１の層と第２の層は互いに接合され、アセンブリは、第１の層の外面が圧縮状態にある場合に第１の方向に曲げ可能であり、アセンブリは、第１の方向に曲がっている間は第１の曲げ剛性を有する。アセンブリは、第１の層の外面が引張状態にある場合に第１の方向と反対の第２の方向に曲げ可能であり、アセンブリは、第２の方向に曲がっている間は第１の曲げ剛性よりも大きい第２の曲げ剛性を有する。【選択図】図１Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異方性複合材料アセンブリであって、
アセンブリの第１の層が圧縮下で弾力的に座屈するように構成されるように第１の剛性と、第１の引張弾性率と、該第１の引張弾性率よりも低い第１の圧縮弾性率とを有する第１の層と、
前記第１の層に固定的に接合されて第２の剛性を有し、前記第１の剛性が該第２の剛性よりも低い剛的な第２の層と、
を含み、
前記第１の層の外面が圧縮状態にある場合に第１の方向に弾力的に曲げ可能であり、該第１の方向に曲がっている間は第１の曲げ剛性を有し、
前記第１の層の前記外面が引張状態にある場合に前記第１の方向と反対の第２の方向に弾力的に曲げ可能であり、該第２の方向に曲がっている間は前記第１の曲げ剛性よりも大きい第２の曲げ剛性を有し、一方で可変弾性率挙動を示す、
ことを特徴とするアセンブリ。
【請求項２】
前記第１の層は、繊維強化型複合材料のシートを含むことを特徴とする請求項１に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項３】
前記第１の層は、低弾性率マトリクスによって含浸された繊維強化型複合材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項４】
前記第１の層は、低弾性率マトリクスによって封入された繊維強化型複合材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項５】
前記第１の層は、直交異方性であることを特徴とする請求項１に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項６】
前記第１の層は、成形又は穿孔された材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項７】
前記第１の層は、約３ｋｓｉ−５，０００ｋｓｉの範囲の第１の引張弾性率を有する繊維強化型複合材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項８】
前記第１の層は、互いに接合された複数のシートを含むことを特徴とする請求項１に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項９】
第２の層が、剛性複合材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項１０】
第２の層が、剛性非繊維材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項１１】
前記第２の層は、互いに接合された複数のシートを含むことを特徴とする請求項１に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項１２】
中立の向きを有し、該中立の向きでは、前記第１及び第２の層は、曲げ荷重を受けず、かつ該第１及び第２の層は、平面層であることを特徴とする請求項１に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項１３】
前記第１及び第２の層が曲げ荷重を受けず、かつ該第１及び第２の層が湾曲している又は起伏を有する中立の向きを有することを特徴とする請求項１に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項１４】
異方性複合材料アセンブリであって、
第１の引張弾性率と該第１の引張弾性率とは異なる第１の圧縮弾性率とを有する非剛的な第１の層であって、該第１の層が、可変弾性率挙動を示し、アセンブリの該第１の層が、圧縮下で弾力的に座屈するように構成される前記第１の層と、
第２の引張弾性率と該第２の引張弾性率と実質的に同じ第２の圧縮弾性率とを有する剛的な第２の層と、
を含み、
前記第１及び第２の層は、中間インタフェース区域で互いに接合され、
アセンブリが、前記第１の層の外面が圧縮状態にある場合に第１の方向に弾力的に曲げ可能であり、アセンブリが、該第１の方向に曲がっている間は第１の曲げ剛性を有し、
アセンブリが、前記第１の層の前記外面が引張状態にある場合に前記第１の方向とは反対の第２の方向に弾力的に曲げ可能であり、アセンブリが、該第２の方向に曲がっている間は前記第１の曲げ剛性よりも大きい第２の曲げ剛性を有する、
ことを特徴とするアセンブリ。
【請求項１５】
前記第１の層は、繊維強化型複合材料を含むことを特徴とする請求項１４に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項１６】
前記第２の層は、約３０ｋｓｉ−４０，０００ｋｓｉの範囲の前記第２の圧縮弾性率を有する板を含むことを特徴とする請求項１４に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項１７】
前記第１の層は、オフセット角を有する繊維の織編み織物を含むことを特徴とする請求項１４に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項１８】
前記第１の層は、１つの方向に第１の織物引張弾性率を含んで該１つの方向に対して横断する方向にかつ同じ平面内に該第１の織物引張弾性率とは異なる第２の織物引張弾性率を含む織編みパターンを有する織物を含むことを特徴とする請求項１４に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項１９】
撓み区域と、前記第１及び第２の層が曲げ荷重を受けず、かつ該第１及び第２の層が該撓み区域で湾曲している中立の向きとを更に含むことを特徴とする請求項１４に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項２０】
前記第１の層は、圧縮状態にあり、前記繊維は、アセンブリが平坦で平面的な向きにある時に弾力的に座屈されることを特徴とする請求項１９に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項２１】
履物物品のミッドソールアセンブリ又はインソールにあることを特徴とする請求項１４に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項２２】
異方性複合材料アセンブリであって、
互いに対する選択された角度で第２の繊維と交絡された第１の繊維を有する織物と、該織物を封入又は含浸する弾力的に変形可能なマトリクスとを有する少なくとも１つの繊維強化型複合材料を含む非剛的な第１の層であって、該第１の層が、第１の弾性係数を有し、該少なくとも１つの繊維強化型複合材料の該第１又は第２の繊維が、該第１の層に対する圧縮荷重の下で曲がって座屈するように構成される前記第１の層と、
中間インタフェース区域で前記第１の層に接合された剛的な第２の層であって、第２の弾性係数を有する剛性材料を含む前記剛的な第２の層と、
を含み、
アセンブリが、第１の方向に軸に関して弾力的に曲げ可能であり、これが、前記第１の層を引張状態に入れ、かつ前記第２の層を圧縮状態に入れ、アセンブリが、アセンブリが該第１の方向に曲げられた時に第１の曲げ剛性を有し、
アセンブリが、前記第１の方向と実質的に反対の第２の方向に前記軸に関して弾力的に曲げ可能であり、該第２の方向の曲げが、前記第２の層を引張状態に入れて前記第１の層を圧縮状態に入れ、前記第１又は第２の繊維を弾力的に座屈させ、アセンブリが、アセンブリが該第２の方向に曲げられた時に前記第１の曲げ剛性よりも小さい第２の曲げ剛性を有する、
ことを特徴とするアセンブリ。
【請求項２３】
中立の向きを有し、該中立の向きでは、前記第１及び第２の層は、曲げ荷重を受けず、かつ第１及び第２の層が、平坦で平面的な層であることを特徴とする請求項２２に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項２４】
異方性複合材料アセンブリであって、
マトリクスによって含浸された繊維を有する非剛的な第１の繊維強化型複合材料を含む非剛的な第１の層であって、該第１の層が、第１の引張弾性率と該第１の引張弾性率とは異なる第１の圧縮弾性率とを有し、該繊維強化型複合材料が、該第１の層内の圧縮荷重の下で曲がって弾力的に座屈するように構成される前記非剛的な第１の層と、
前記第１の層に接合された繊維強化型複合材料から構成されて前記第１の引張弾性率よりも大きい第２の引張弾性率を有し、該第２の引張弾性率と実質的に同じ第２の圧縮弾性率を有する剛的な第２の層と、
を含み、
アセンブリが、第１の方向に曲がり、これが、前記第１の層を引張状態に入れ、かつ前記第２の層を圧縮状態に入れ、アセンブリが、アセンブリが該第１の方向に曲げられた時に第１の曲げ剛性を有し、
アセンブリが、前記第１の方向と実質的に反対の第２の方向に曲がり、これが、前記第２の層を引張状態に入れて前記第１の層を圧縮状態に入れ、該第１の層を弾力的に座屈させ、アセンブリが、アセンブリが該第２の方向に曲げられた時に前記第１の曲げ剛性よりも小さい第２の曲げ剛性を有する、
ことを特徴とするアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願への相互参照〕
この非仮特許出願は、２０１５年１２月２日出願でそれへの引用によってその全体が本明細書に組み込まれている「調整可能異方性特質を有する複合材ビーム構成（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｂｅａｍ  Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）」という名称の米国仮特許出願第６２／２６２，３３５号の利益及びそれに対する優先権を主張するものである。
【０００２】
この出願は、一般的に異方性材料に関し、特に、複合材ビーム構成を組み込んだアセンブリを含む調整可能異方性特質を有する複合材ビーム構成に関する。
【背景技術】
【０００３】
一般的に、材料は、等方性又は異方性である。等方性材料は、全ての方向に同一特質を有する。それとは逆に、異方性材料の特質は、方向的及び形状的依存性である。
【０００４】
従来的に、曲げを可能にする材料の使用を必要とする用途では、撓みビームを形成するために金属、ポリマー、又は複合材のような材料を使用することができる。ビームに使用される材料の弾性率及びこれらの形状は、剛性に影響を及ぼす。ビームを構成するのに使用される材料に基づいて、ビームは、等方性特質又は異方性特質を有することができる。それにも関わらず、そのような材料を用いて構成されたビームは、一方の方向に低い曲げ抵抗を示し、かつ他方の方向に高い曲げ抵抗を示すことができない内在的な不能性を有する。更に、これらの材料は、応力と歪みの間の線形関係を示す。
【０００５】
履物及び衣類、医療デバイス、医療器具、製造製品、及び他の多くの製品を含む消費者製品のような多くの製品は、剛性の選択された程度を与える一方で使用中の曲げに対する何らかの可撓性を依然として許す材料を組み込んでいる。しかし、多くの場合に、靴又は他の類似の製品内の望ましい特性は、他の望ましい特質と対立する可能性がある。例えば、履物は、多くの場合に、使用中に靴底アセンブリが着用者の足と共に曲がって撓むことを可能にし、一方で同じく望ましいレベルの保護及び構造的安定性を足に与える材料を組み込んでいる。例えば、高い可撓性を与える靴底アセンブリ構成は、多くの場合に、構造的剛性及び／又は安定性の代償として与えられる。それとは逆に、高い構造的剛性及び安定性を与える材料の使用は、多くの場合に可撓性を犠牲にする。
【０００６】
応力と歪みの間に線形関係を有する材料では、剛性は一定である。しかし、多くの用途において、歪みの関数として剛性を高める材料が望ましい。例えば、履物のような一部の製品では、履物がつま先領域で曲がることを可能にして着用者のつま先が通常運動範囲を通して曲がることを可能にすることが望ましい。しかし、履物に対しては、つま先領域が通常運動範囲を超えて曲がって増大した歪み条件をもたらすのを防止し、それによって着用者のつま先の過剰伸展（すなわち、ターフ・トウ）を回避する剛性を与えることも望ましい。同様に、通常の又は選択された運動範囲を通して着用者の身体の一部分の曲げ又は関節運動を可能にする装具又は他の医療器具を提供することが望ましい。しかし、増大した歪み条件を生じると考えられる通常の又は選択された運動範囲を超えた身体部分の関節運動を防止する剛性を与えることも望ましい。本発明の技術は、剛性を歪みの関数として高めるこの望ましい構成を達成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願第１５／１３５，４５５号明細書
【特許文献２】米国特許出願第１５／１７９，９４９号明細書
【特許文献３】米国特許第５，７７２，６２１号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１２／０２４０４３１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
線形剛性挙動と相反する性能及び作動特性間の妥協とは、広範な製品の製造業者及び／又は使用において頻繁に遭遇する。従って、可変弾性率材料（すなわち、異方性撓み材料又は歪み硬化材料）を必要とする用途に適する材料に対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の技術の実施形態は、調整可能異方性特質を有する接合された繊維強化型複合材料アセンブリを提供する。実施形態のアセンブリは、一方の方向の曲げに対して低い抵抗を示し、かつ他方の方向の曲げに対して高い抵抗を示すように構成される。少なくとも１つの実施形態は、履物、運動用具、及び／又は他の製品に使用可能なアセンブリを提供する。
【００１０】
本発明の技術の実施形態は、第１の引張弾性率と第１の引張弾性率よりも低い第１の圧縮弾性率とを有する第１の層を含む異方性複合材料アセンブリを提供し、従って、アセンブリの第１の層は、圧縮下で弾力的に座屈するように構成される。剛的な第２の層が、第１の層に固定的に接合される。アセンブリは、第１の層の外面が圧縮状態にある場合に第１の方向に弾力的に曲げ可能であり、アセンブリは、第１の方向に曲がっている間は第１の曲げ剛性を有する。アセンブリは、第１の層の外面が引張状態にある場合に第１の方向と反対の第２の方向に弾力的に曲げ可能である。アセンブリは、第２の方向に曲がっている間は第１の曲げ剛性よりも大きい第２の曲げ剛性を有する。
【００１１】
本発明の技術の別の実施形態は、第１の引張弾性率と第１の引張弾性率よりも小さい第１の圧縮弾性率とを有する第１の層を含む異方性複合材料を提供する。アセンブリの第１の層は、圧縮下で弾力的に座屈するように構成される。第２の層が、第１の層に接合される。第２の層は、第２の引張弾性率と第２の引張弾性率と実質的に同じ第２の圧縮弾性率とを有する。アセンブリは、第１の層の外面が圧縮状態にある場合に第１の方向に曲げ可能であり、アセンブリは、第１の方向に曲がっている間は第１の曲げ抵抗を有する。アセンブリは、第１の層の外面が引張状態にある場合に第１の方向と反対の第２の方向に曲げ可能であり、アセンブリは、第２の方向に曲がっている間は第１の曲げ抵抗よりも大きい第２の曲げ抵抗を有する。
【００１２】
別の実施形態は、異方性複合材料アセンブリを提供する。アセンブリは、第１の繊維が互いに対する選択された角度で第２の繊維と交絡した織物を有する少なくとも１つの繊維強化型複合材料を含む第１の層を有する。弾力的に変形可能なマトリクスが、織物を封入する。第１の層は、引張状態において第１の弾性係数（すなわち、第１の引張弾性率）を有し、繊維強化型複合材料の第１又は第２の繊維は、第１の層に対する圧縮荷重の下で弾力的に曲がって座屈するように構成される。第２の層が、中間インタフェース区域で第１の層に接合される。第２の層は、引張状態において第１の引張弾性率よりも大きいか又はそれに等しい第２の弾性係数（すなわち、第２の引張弾性率）を有する剛性材料を含む。別の実施形態では、第２の引張弾性率は、第１の引張弾性率よりも小さいとすることができる。アセンブリは、軸に関して第１の方向に曲げ可能であり、これは、第１の層を引張状態に入れ、第２の層を圧縮状態に入れる。アセンブリは、アセンブリが第１の方向に曲げられた時に第１の曲げ剛性を有する。アセンブリは、この軸に関して第１の方向と実質的に反対の第２の方向に曲げ可能であり、第２の方向の曲げは、第２の層を引張状態に入れて第１の層を圧縮状態に入れ、第１又は第２の繊維を弾力的に座屈させる。アセンブリは、アセンブリが第２の方向に曲げられた時に第１の曲げ剛性よりも小さい第２の曲げ剛性を有する。
【００１３】
別の実施形態は、織物と織物を封入する弾力的に変形可能なマトリクスとを有する繊維強化型複合材料を有する第１の層を有する異方性複合材料アセンブリを提供する。第１の層は、第１の引張弾性率を有し、繊維強化型複合材料は、第１の層内の圧縮荷重の下で弾力的に曲がって座屈するように構成される。第２の層が、第１の層に接合され、かつ第１の引張弾性率よりも小さいか又はそれに等しい第２の引張弾性率を有する。第２の引張弾性率は、第１の引張弾性率よりも大きいとすることができる。アセンブリは、第１の方向に曲がり、これは、第１の層を引張状態に入れ、第２の層を圧縮状態に入れ、アセンブリは、アセンブリが第１の方向に曲げられた時に第１の曲げ剛性を有する。アセンブリは、第１の方向と実質的に反対の第２の方向に曲がり、これは、第２の層を引張状態に入れて第１の層を圧縮状態に入れ、第１の層を座屈させる。アセンブリは、アセンブリが第２の方向に曲げられた時に第１の曲げ剛性よりも小さい第２の曲げ剛性を有する。
【００１４】
別の実施形態は、マトリクスで含浸した繊維を有する第１の繊維強化型複合材料を有する第１の層を有する異方性複合材料アセンブリを提供し、第１の層は、第１の引張弾性率と第１の引張弾性率よりも小さい第１の圧縮弾性率とを有する。繊維強化型複合材料は、第１の層内の圧縮荷重の下で曲がって弾力的に座屈するように構成される。第２の層が、第１の層に接合された第２の繊維強化型複合材料を含む。第２の層は、第１の引張弾性率よりも大きいか又はそれに等しい第２の引張弾性率を有し、第２の層は、第２の引張弾性率と実質的に同じ第２の圧縮弾性率を有する。第２の引張弾性率は、第１の引張弾性率よりも小さいとすることができる。アセンブリは、第１の方向に曲がり、これは、第１の層を引張状態に入れ、第２の層を圧縮状態に入れ、アセンブリは、アセンブリが第１の方向に曲げられた時に第１の曲げ剛性を有する。アセンブリは、第１の方向と実質的に反対の第２の方向に曲がり、これは、第２の層を引張状態に入れて第１の層を圧縮状態に入れ、第１の層を弾力的に座屈させる。アセンブリは、アセンブリが第２の方向に曲げられた時に第１の曲げ剛性よりも小さい第２の曲げ剛性を有する。
【００１５】
当業者には、本発明を実施するために考えられる最良のモードを示すことによって本発明の実施形態を説明する以下の詳細説明から本発明の更に他の実施形態が即座に明らかになるであろう。以下で理解されるように、本発明は他のかつ異なる実施形態が可能であり、そのいくつかの詳細は、様々な明白な点に関して修正が可能であり、これらの全てが本発明の精神及び範囲から逸脱することなく可能である。従って、図面及び詳細説明は、限定ではなく本質的に例示として見なされるものとする。
【００１６】
本明細書に導入する技術の実施形態は、同じ参照番号が同一又は機能的に類似の要素を示す添付図面と共に以下の詳細説明を参照することによってより良く理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】本発明の技術の実施形態により平面非撓み構成に示した調整可能異方性特質を有する繊維強化型複合材料アセンブリの等角投影図である。
【図１Ｂ】上向き撓み構成及び下向き撓み構成にある仮想線に示す図１Ａのアセンブリの概略側面図である。
【図２】第１の向きに位置決めされた図１Ａのアセンブリで製造された単純ビームの３点曲げを一例として示す概略図である。
【図３】アセンブリが逆さ構成にあり、曲げが図２と反対方向である図２の単純ビームの３点曲げを一例として示す概略図である。
【図４】本発明の技術の実施形態によりアセンブリの上層及び底層を示す図１Ａの線４−４に実質的に沿って取った拡大断面図である。
【図５】例示的試験構成での撓み弾性率間の差を一例として示すグラフである。
【図６】例示的試験構成での撓み弾性率間の差を一例として示すグラフである。
【図７】例示的試験構成での撓み弾性率間の差を一例として示すグラフである。
【図８】例示的試験構成での撓み弾性率間の差を一例として示すグラフである。
【図９】引張状態及び圧縮状態にあるアセンブリの撓み弾性率を一例として示すグラフである。
【図１０】圧縮下の非剛性炭素繊維材料での制御式座屈を一例として示す概略図である。
【図１１Ａ】本発明の技術の実施形態により図１Ａのアセンブリ内の複合繊維材料が材料のセグメントの縦軸に沿ってひずんだ時の繊維配向の変化を一例として示す図である。
【図１１Ｂ】本発明の技術の実施形態により図１Ａのアセンブリ内の複合繊維材料が材料のセグメントの縦軸に沿ってひずんだ時の繊維配向の変化を一例として示す図である。
【図１２】図１Ａのアセンブリで製造された積層板を含む靴底アセンブリを有する履物物品の概略側面図である。
【図１３】一実施形態による図１２の靴底アセンブリの概略断面図である。
【図１４】実施形態により調整可能異方性特質を有する接合された繊維強化型複合材料アセンブリを用いて製造された靴インソールの概略等角投影図である。
【図１５】着用者の足を支持する図１４のインソールの概略側面図である。
【図１６】撓み弾性率の関係を靴トルクと湾曲角の関数として示すグラフである。
【図１７】図１６の靴インサートの構成を示す断面図である。
【図１８】非剛性可撓性炭素繊維複合材の層状構成を示す図である。
【図１９】複合材積層体の層状構成を示す図である。
【図２０】非剛性炭素繊維材料での円柱曲げを一例として示す図である。
【図２１】積層体スタックの層状構成を示す図である。
【図２２】半径が元の自然な向きから変化する時の図２１の積層体スタック内の各層の長さ変化を示す図である。
【図２３】炭素繊維接合板の層状構成を示す図である。
【図２４】図２３の炭素繊維接合板との併用のための熱形成ツールを示す図である。
【図２５】例示的試験構成での撓み弾性率間の差を一例として示すグラフである。
【図２６Ａ】予め決められた係合角まで事前形成することによる及び組合せ角度でセグメント分割された楔が５６°の撓み角に到達し、予め決められたロックアウト角で非剛性炭素繊維を完全係合することによる予備圧縮下での熱制御式収縮を通した非剛性炭素繊維材料内の円柱内の制御式湾曲を一例として示す図である。
【図２６Ｂ】予め決められた係合角まで事前形成することによる及び組合せ角度でセグメント分割された楔が５６°の撓み角に到達し、予め決められたロックアウト角で非剛性炭素繊維を完全係合することによる予備圧縮下での熱制御式収縮を通した非剛性炭素繊維材料内の円柱内の制御式湾曲を一例として示す図である。
【００１８】
本明細書に提供する見出しは、単に便宜目的であり、必ずしも主張する実施形態の範囲又は意味に影響を及ぼすわけではない。更に、図面は正確な縮尺に示したものではない。例えば、実施形態の理解を改善するのを助けるために、図内の要素のうちの一部のものの寸法を拡大又は縮小している場合がある。更に、本発明の開示の技術は様々な修正及び変形の余地があるが、特定の実施形態を図面に例示し、下記で詳細に説明する。しかし、その意図は、説明する実施形態を限定することではない。限定とは逆に、これらの実施形態は、その範囲に収まる全ての修正物、均等物、及び代替物を網羅するように意図したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
ここで上記で導入したデバイスの様々な例をより詳細に以下に説明する。以下の説明は、完全な理解に向けてこれらの例の説明を可能にする特定の詳細を提供する。しかし、当業者は、本明細書で解説する教示をこれらの詳細のうちの多くを用いずに実施することができることは理解されるであろう。同じく当業者は、本発明の技術が、本明細書では詳細に記載しない多くの他の特徴を含むことができることも理解されるであろう。更に、関連の説明を不要に不明瞭にするのを回避するために、下記では一部の公知の構造又は機能を詳細に示さないか又は記載しない場合がある。
【００２０】
以下に使用する用語法を実施形態の一部の特定の例の詳細説明に関連付けて使用するが、それは、その最も広義の適切な方式で解釈しなければならない。実際に、下記では、一部の用語を強調している場合さえもあるが、いずれかの限定方式で解釈されるように意図しているあらゆる用語法は、本節でそれ自体が明白かつ具体的に定義されることになる。
【００２１】
図１Ａは、本発明の技術の実施形態により平面非撓み構成に示した調整可能異方性特質を有する繊維強化型複合材料アセンブリ１０を示している。図１Ｂは、平坦な弛緩位置にあるアセンブリ１０を実線で、上向き撓み構成及び下向き撓み構成にあるアセンブリ１０を仮想線で例示している。アセンブリ１０は、約２０，０００ｐｓｉよりも大きい撓み弾性率を有する耐久性剛性基板（すなわち、ポリカーボネート、ナイロン、プラスチック、金属、剛性繊維系材料、エラストマーのような）の第２の層１４と固定的かつ永久的に接合された繊維強化型複合材料の第１の層１２とを有する。接合アセンブリ１０は曲げ可能平面アセンブリであり、本明細書ではこのアセンブリを図１Ａに示す空間的な向きを基準として説明する。従って、図１Ａ及び図１Ｂでは、第１の層１２を上層として示し、第２の層１４を底層として示している。「上」及び「底」という用語は、向きを解説する際の便宜目的に使用するものであることに注意されたく、更にアセンブリは、第１の層１２が第２の層１４の下にあるような図１Ａに示すものに対して逆の向きのような他の空間的な向きに配置することができることを理解しなければならない。これに代えて、アセンブリ１０は起伏を有する形状で存在することができる。
【００２２】
図１Ａでは、アセンブリ１０を対向する端部１８の間を延びる対向する側縁１６を有する矩形セグメントとして例示している。第１の層１２と第２の層１４は、互いに対して垂直な縦軸２０と横軸２２によって定められる平面に沿って互いに固定的に接合される。アセンブリ１０を平坦な平面弛緩位置（すなわち、中立の向き）に示しており、縦軸２０及び横軸２２は、アセンブリ１０を通って延びる中立平面と平行である。少なくとも１つの実施形態では、アセンブリ１０は、それを横軸２２の周りの第１の方向（すなわち、上向き）に弛緩位置から遠ざかるように曲げることができ、対向する端部１８が上向きに移動するような異方可撓性ビームとして構成される。図示のアセンブリ１０は、図１Ｂに見られるようにアセンブリ１０を上向きに曲げる曲げ力に対して比較的低い曲げ抵抗を有する。アセンブリ１０によって定められるビームは、対向する端部１８が下向きに移動するように第１の方向とは反対の第２の方向（すなわち、下向き）に弛緩位置から若干遠ざかるように曲がるようにも構成される。しかし、この下向き曲げ状態では、アセンブリ１０は、それを下向きに曲げる曲げ力に対して実質的に高い抵抗を有する。接合された繊維強化型複合材アセンブリ１０は、第１の方向に可撓性を有し、容易に曲げ可能であり、反対方向の曲げに対して剛性を有し、撓み不能であるように調整することができる。
【００２３】
第１の層１２は、アセンブリ１０の選択方向（例えば、下向き曲げ）の曲げ特性を制御するように構成することができる。一実施形態では、アセンブリ１０の第１の層１２は、圧縮弾性率よりも実質的に大きい引張弾性率を有する材料で製造される。本明細書で解説するように、材料の弾性率（引張弾性率又は圧縮弾性率）への言及は、引張状態及び／又は圧縮状態にある材料の弾性係数を意味する。第１の層１２は、単独で可撓性を有し、柔軟性又は非剛性のものであるように構成された選択的な可撓性マトリクス中に封入及び／又は含浸した単向繊維又は交絡繊維を有する繊維強化型複合材料とすることができる。第１の層１２内の繊維は、無機繊維（例えば、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維、他の繊維、及び／又はその組合せ）有機繊維又は合成繊維（例えば、ポリアミド、ポリエステル、又はその組合せのようなポリマー繊維）、天然繊維、及び／又はその組合せとすることができる。第１の層１２の材料は、アセンブリ１０が歪み硬化挙動を示すことができるように構成することができる。従って、材料中の硬化速度は、歪みの増大に応答して増大することができる。この構成は、アセンブリに非対称撓み特性を与える。
【００２４】
一実施形態では、第１の層１２は、互いに対してかつ側縁１６に対して実質的に平行な縦繊維束２４を有する織編炭素繊維系複合材料とすることができる。縦繊維束２４は、互いに対して実質的に平行であり、かつ縦繊維２４及び／又は側縁１６に対して選択された角度にある横繊維束２６と織編される。図１Ａに図示の実施形態では、縦繊維束２４及び横繊維束２６は、それぞれ、互いに対して約９０度の向きで織編されるが、織編される繊維２４と２６は、互いに対して異なる繊維配向を有することができる。第１の層１２は、調整可能非剛性繊維強化型複合材料の１又は２以上のシートで製造することができる。第１の層１２は、第１の層が直交異方性を有するようなマトリクス材料及び複数の繊維を有するように構成することができる。一実施形態では、第１の層１２は、２０１６年４月２２日に出願され、全内容が引用によって本明細書に組み込まれている「延伸可能繊維系複合材料（Ｓｔｒｅｔｃｈａｂｌｅ  Ｆｉｂｅｒ−Ｂａｓｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ）」という名称の米国特許出願第１５／１３５，４５５号明細書に開示されている材料のような延伸可能繊維系複合材料で製造される。アセンブリ１０は、２０１６年６月１０日に出願され、全内容が引用によって本明細書に組み込まれている「結合剤増強特質を有する複合材料及びその製造方法（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｗｉｔｈ  Ｂｉｎｄｅｒ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｔｈｅｒｅｏｆ）」という名称の米国特許出願第１５／１７９，９４９号明細書に記載されている材料のような結合剤増強特質を有する調整可能繊維系複合材料を含むことができる。
【００２５】
アセンブリ１０は、第２の層１４を定める炭素繊維エポキシ板を第１の層１２を定める繊維強化ニトリルブタジエンゴム及び熱可塑性ポリウレタンフィルムと組み合わせることによって積層材料として構成することができる。第１の層１２内の繊維複合材料の強度及び剛性は、使用されるタイプの繊維の特質、繊維の配向、及び繊維を封入及び／又は含浸するのに使用される樹脂マトリクスに依存する。一実施形態では、第１の層１２に使用される材料は、熱可塑性ポリウレタンフィルムを用いて含浸したニトリルブタジエンゴムとすることができる。第１の層１２とは異なり、第２の層１４は、その圧縮弾性率と実質的に同じ引張弾性率を有する材料で製造される。第２の層１４は、剛性炭素繊維エポキシ板とすることができる。第２の層において、鋼、ステンレス鋼、チタン、アルミニウム、他の金属材料、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリウレタン、低密度ポリウレタン、ニトリルゴム、ブチルゴム、及びこれらの組合せのような他のタイプの材料を使用することができる。繊維強化型複合材接合アセンブリ１０を圧縮及び引張において必要な異方性特質を有する異方可撓性ビームの形態で設けるためには、第２の層１４に使用される材料の圧縮弾性率が、第１の層１２に使用される材料の圧縮弾性率よりも大きくなければならない。一実施形態では、第２の層１４は、３０ｋｓｉ−４０，０００ｋｓｉの範囲の弾性係数を有する板を含むことができる。別の実施形態では、第１の層１２は、約５ｐｓｉ〜５，０００ｐｓｉの範囲の１００％弾性率にある樹脂マトリクスを用いて含浸又は封入された炭素繊維層とすることができる。他の実施形態では、第１の層１２のマトリクスは、熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性エラストマー、熱可塑性ポリオレフィン、シリコーン、アクリレート、ポリアミド、ポリウレタン、ニトリルゴム及びブチルゴム、並びにスチレンブロックコポリマーで形成することができる。マトリクス材料は、約５−３，０００ｐｓｉの範囲の弾性係数のようなある範囲のマトリクス特質を有するように選択又は構成することができる。別の実施形態では、マトリクスは、約５−２０００ｐｓｉの範囲の弾性率を有することができる。別の実施形態では、マトリクスは、約５−１０００ｐｓｉの範囲の弾性率を有することができる。別の実施形態では、マトリクスは、約２０〜５００ｐｓｉの範囲の弾性率を有することができる。別の実施形態では、マトリクスは、５０−５００ｐｓｉを有することができる。更に別の実施形態では、マトリクスは、約５０−３００ｐｓｉの範囲の弾性率を有することができる。１つの曲げ方向に高い曲げ剛性（弾性率）を有し、その反対方向に低い曲げ剛性を有する非対称ビームを形成するために、図示の実施形態でのアセンブリ１０の２つの層１２及び１４は、２００°Ｆから３７５°Ｆの下で約１０分間又はそれよりも短い間互いに積層される又は他に接合される。他の実施形態では、２つの層１２と１４は、他の接着剤材料又は他の積層技術を用いて接合することができる。
【００２６】
図２は、２つの異なる弾性率を有する異方可撓性ビームをそれぞれ形成する第１及び第２の層１２及び１４を有するアセンブリ１０上の３点曲げを示す図である。図２には、アセンブリ１０を図１Ｂと比較して逆の上記で言及した下向き曲げ構成に対応する位置に示しており、従って、第２の層１４は圧縮状態にあり、第１の層１２は引張状態にある。アセンブリ１０は、第１の層１２を形成する繊維強化型複合材料が非常に高い引張弾性率を有し、従って、縦繊維及び／又は横繊維２４、２６（図１Ａ）が引張状態にある時にこれらの繊維が過度の曲げを阻止するか又はそれに抵抗することで下向き曲げ荷重に対して非常に高い抵抗を有する。一実施形態では、第１の層１２は、約３〜５，０００ｋｓｉの範囲の引張弾性率を有する。別の実施形態では、第１の層１２は、約３〜２，０００ｋｓｉ、５−２，０００ｋｓｉ、２５−１５００ｋｓｉ、又は１００〜２，０００ｋｓｉの範囲の引張弾性率を有することができる。
【００２７】
しかし、第２の層１４を引張状態に入れるようにアセンブリ１０が反対方向に曲げられると、アセンブリ１０はより高い可撓性を示す。図３は、３点曲げにおいて図２で印加された力と同じ力で上向きに（すなわち、図２に示すものと反対方向に）曲げられた単純ビームとしてのアセンブリ１０を示す図である。図３では、今度は第１の層１２が圧縮状態にあり、第２の層１４が引張状態にある。第１の層１２の複合繊維材料は低い圧縮弾性率を有し、繊維は圧縮下で弾力的に座屈し、従って、この可撓性は、同じ曲げ荷重に応答しての逆応答としてアセンブリ１０の上向き方向のかなり大きい曲げを可能にする。一実施形態では、第１の層１２の圧縮弾性率は、アセンブリ１０の上向き方向の曲げに対して（すなわち、第１の層１２が圧縮状態にある時に）無視することができる抵抗しか与えない程十分に低い。従って、アセンブリ１０は、一方の方向の曲げ（すなわち、第１の層１２が引張状態にある時）に対して、他方の方向の曲げ（すなわち、第１の層が圧縮状態にあり、弾力的に座屈する時）に対するものよりも高い曲げ抵抗を有する異方可撓性ビームを提供する。
【００２８】
図４は、本発明の技術の実施形態によるアセンブリ１０の第１及び第２の層１２及び１４を示す図１Ａの線４−４に実質的に沿って取った拡大部分断面図である。図示の第１の層１２は、互いに接合された２つの繊維材層を有する非剛性炭素繊維強化型複合材料を含む。第１の層１２の厚みは第２の層１４の厚みと実質的に同じである。他の実施形態では、第１の層１２と第２の層１４は異なる厚みを有することができる。第１の層１２は、第２の層１４に中間インタフェース区域３０において永久的に貼着される。図示のアセンブリ１０は、インタフェース区域３０に対して実質的に平行な中立曲げ平面３２を有するように構成することができる。アセンブリ１０が上向きに曲げられ、従って、第１の層１２が圧縮状態にあり、繊維が座屈すると、第１の層１２は曲げに対して実質的に無視することができる抵抗しか与えない。中立曲げ平面３２は第２の層１４の中心の近くあり、それによってアセンブリ１０が上向きに曲がることを許す低曲げ抵抗が与えられる。一方、アセンブリ１０が下向きに曲げられ、従って、第１の層１２が引張状態にある時には、中立曲げ平面３２はインタフェース区域３０に近づく。第１の層１２内の繊維は、引張状態にある時にアセンブリ１０の下向き曲げに対して一層高い曲げ抵抗を与える。
【００２９】
アセンブリ１０は、第１及び第２の層１２及び１４の材料を選択及び制御することによって異方性曲げ特性を与えるように調整することができる。例えば、これらの特性は、第１の層での積層体内の繊維シートの枚数、そのマトリクス材料、繊維の織編、中間層材料、フィルム材料、繊維の繊維タイプ、繊維含有量、面積密度などを変更することによって制御することができる。第２の層１４が剛性複合繊維材料である場合に、第２の層１４の曲げ特性を繊維層を含む層、織編、マトリクスのような組成を制御することによって調整することができる。他の実施形態では、第２の層１４は、層又はアセンブリの調整に向けて選択された金属、プラスチック、又は他の材料のような他の材料で製造することができる。一実施形態では、第２の層１４は、成形及び／又は穿孔された金属、プラスチック、又は他の適切に剛性を有する材料で形成することができる。
【００３０】
異方可撓性アセンブリを構成するのに様々な構成及び炭素繊維材の組合せを有利に使用することができる。図５〜図８は、例示的試験構成での撓み弾性率間の差を示すグラフ３４、３６、３８、４０である。ｘ軸は、歪みをインチ毎インチ（ｉｎ／ｉｎ）の単位で表している。ｙ軸は、応力をポンド毎平方インチ（ｐｓｉ）で表している。
【００３１】
図５を参照すると、圧縮状態にある非剛性側（すなわち、第１の層１２）に関する撓み弾性率（すなわち、曲げ剛性）は１７，７００ｐｓｉであり、引張状態にある非剛性側では１１７，０００ｐｓｉであり、これは、曲げ方向に基づく約６．６：１の撓み弾性率変化である。図６を参照すると、第１の層１２において非剛性炭素の単層を使用する構成は、圧縮状態の非剛性側で１７７，０００ｐｓｉ、引張状態の非剛性側で８０８，０００ｐｓｉの撓み弾性率を有し、これは、曲げ方向に基づく約４．６：１の撓み弾性率変化である。図７を参照すると、縦繊維２４と横繊維２６（図１）の間の角度が９０度よりも大きいか又は小さいように第１の層１２内の織物構造をシフトすることにより、非剛性圧縮値と非剛性引張値の両方の撓み弾性係数をそれぞれ３４８，０００ｐｓｉ及び１，２４０，０００ｐｓｉに高めることができ、これは、曲げ方向に基づく約３．６：１の撓み弾性率変化である。図８を参照すると、２７，７００ｐｓｉ及び２４，４００ｐｓｉの撓み弾性率値をそれぞれ伴う引張状態又は圧縮状態のいずれであるかに関わらず繊維が軸外に７０度の場所にシフトした僅かな差のみを有するビーム曲げの横方向を評価するために、曲げ状態にあるシフトした織物構造を試験した。
【００３２】
図９は、２層非剛性炭素繊維織物構成を有するアセンブリの実施形態の応力−歪み関係を示すグラフ４２を示している。このグラフは、圧縮状態及び非剛性炭素繊維材料内の繊維の弾性変形及び座屈の開始時の第１の層１２を有するアセンブリの応力−歪み関係を示している。運動範囲の撓み剛性を弾性率の組合せでの変更によって調整することができる。弾性率は、樹脂マトリクス弾性率と織物織編みパターンとに基づいて変更することができる。図１０は、非剛性炭素繊維材料によって形成された第１の層１２内の圧縮下での制御式座屈を示している。マトリクス弾性率を変更することにより、座屈抵抗が変化することになり、従って、材料の圧縮弾性率が変更される。マトリクス弾性率は、５ｐｓｉから３，０００ｐｓｉ超の間で変えることができる。繊維を様々な量のマトリクスを用いて被覆、含浸、又は封入することによってマトリクス含有量を制御することができる。例えば、マトリクス材料は、繊維の全てを低弾性率樹脂で完全に被覆、含浸、又は封入し、最大で５０％までの重量増加を与える分散液とすることができ、一方、それとは逆に、結合剤を持たない乾燥繊維を使用することができる。この範囲は、ランダムな場所で繊維束を互いに融合する結合剤に起因してもたらされる異なる有効弾性率を引張状態及び圧縮状態において与え、一方、他の場所は乾燥繊維と考えられ、この場合に、空間内の空気が低めの弾性率のマトリクスである。
【００３３】
圧縮弾性率は、織物内の織編密度と樹脂マトリクス弾性率との組合せに基づいても変化する。織編密度は、横トウの間隔を変化させ、それによって長手方向の座屈に対する円柱長が変化する。例えば、２６８ｇｓｍ織物は約１６トウ毎インチを有することになり、この値は．０６２５のトウ間隔をもたらし、この場合に、２×２綾織りパターンが０．１２５インチの円柱長を与える。２００ｇｓｍ織物は１２．５トウ毎インチになり、この値は０．０８０のトウ間隔をもたらし、この場合に、２×２綾織りパターンが０．１６０インチの円柱長を与える。短めの円柱長は圧縮弾性率を増大させ、長めの円柱長はこの弾性率を低減する。繊維トウのサイズが円柱剛性を与えると解釈することができ、この場合に、例えば、２４Ｋの繊維トウサイズは１２Ｋよりも高い円柱剛性を有することになり、それに対して３Ｋは１２Ｋよりも低い円柱剛性を与える。トウサイズは、それに基づく円柱径を実質的に変化させる。
【００３４】
表１（下記）を参照すると、剛性炭素繊維複合材基板に接合された６％結合剤含有２６８ｇｓｍ織物２×２綾織りの２枚のシートは、Ｅ１００に関して非剛性側の圧縮時に５９，７００ｋｓｉ、引張状態の非剛性側で４５４ｋｓｉの撓み弾性率を有し、これは、曲げ方向に基づく約７．６：１の弾性率変化である。第１の層１２において非剛性炭素の単層を使用する構成は、Ｅ０９９に関して非剛性側の圧縮時に２９５．８ｋｓｉ、引張状態の非剛性側で８７５．７ｋｓｉの撓み弾性率を有し、これは、曲げ方向に基づく約７．６：１の弾性率変化である。
【００３５】
織物構造をシフトする（図８を炭素繊維）ことにより、非剛性側の圧縮と引張の両方の値での弾性率をそれぞれ３４８ｋｓｉ及び１，２４０ｋｓｉまで増大させることができ、これは、曲げ方向に基づく約３．６：１の弾性率変化である。
【００３６】
（表１）
2019503896.tif 000003
【００３７】
更に、異なる剛性基板を比較する６％結合剤含有２６８ｇｓｍ織物２×２綾織り、並びに１枚及び２枚の非剛性炭素繊維シートは、達成することができる弾性率レベル制御の多様性及び範囲を例証している。再度表１を参照すると、第２の層１４を形成するポリカーボネート基板に接合された第１の層１２を形成する６％結合剤含有２６８ｇｓｍ織物２×２綾織りの単層は、Ｅ２７４に関して圧縮状態の非剛性側で５６ｋｓｉ、引張状態の非剛性側で２０９．１ｋｓｉの撓み弾性率を有し、これは、曲げ方向に基づく約３．７：１の弾性率変化である。それと比較して、第２の層１４を形成するチタン基板に接合された第１の層１２を形成する６％結合剤含有２６８ｇｓｍ織物２×２綾織りの単層を有する表１に記載のＥ２７６は、圧縮状態の非剛性側で２９３０ｋｓｉ、引張状態の非剛性側で３７０３．８ｋｓｉの撓み弾性率を有し、これは、曲げ方向に基づく約１．３：１の弾性率変化である。
【００３８】
表１を参照すると、第２の層１４を形成するポリカーボネート基板に接合された第１の層１２を形成する６％結合剤含有２６８ｇｓｍ織物２×２綾織りの２枚のシートは、Ｅ２７５に関して非剛性側の圧縮時に２６．９ｋｓｉ、引張状態の非剛性側で１７２ｋｓｉの撓み弾性率を有し、これは、表１に記載のＥ２７７と比較して曲げ方向に基づく約６．４：１の弾性率変化であり、第２の層１４を形成するチタン基板に接合された第１の層１２を形成する６％結合剤含有２６８ｇｓｍ織物２×２綾織りの２枚のシートは、圧縮状態の非剛性側で８０８．５ｋｓｉ、引張状態の非剛性側で１５０６．５ｋｓｉの撓み弾性率を有し、これは、曲げ方向に基づく約１．８６：１の弾性率変化である。
【００３９】
更に別の実施形態では、アセンブリ１０を樹脂マトリクス及び繊維織編材料として構成することができる。低圧縮弾性率を有する第１の層１２上の織編みパターンは、１つの方向に１つの圧縮弾性率を有し、同一平面内で第１の弾性率に対して横の方向に異なる圧縮弾性率を有する。この構成は、異方可撓性ビームを２つの平面内で別様に撓ませることを可能にする。例えば、２×２綾織り織物は、長手方向に１６トウ毎インチ、横方向に１２トウ毎インチを有することができ、それによって円柱間隔が変更され、異なる座屈点によって２つの異なる圧縮弾性率が与えられる。
【００４０】
更に別の実施形態では、アセンブリ１０を織編方向に基づいて異なる圧縮弾性率を有する織編みパターンとして構成することができる。この材料は、第１の層１２の材料の層の向きを変化させて可変剛性を与える。図１１Ａ及び図１１Ｂは、材料が単純ビームの縦軸に沿ってひずんだ時の繊維配向の変化を示す図である。本出願人の米国特許出願第１５／１３５，４５５号明細書に開示するように、繊維は、引張歪みを受ける時に引張方向に自己位置合わせされ、それとは逆に圧縮状態にある時に横方向寄にシフトし、圧縮弾性率を下向きにシフトする。アセンブリ１０が、シフトした織物配置を有する第１の層１２を有するように構成される場合に、ビームが撓む時に、撓み中の動的繊維配向がビームを硬くする。アセンブリ１０は、撓みが増す時に硬くなる。従って、実施性能を変更するために非対称ビーム材料構成を修正又は調整することができる。様々な実施形態が、一方向に高い可撓性を有し、それとは逆に反対の荷重印加に対して高い剛性を有するビームを提供するために、引張状態での高引張弾性率と圧縮状態での低圧縮弾性率とを組み合わせる材料を用いた複合材料設計を利用する。
【００４１】
異方可撓性ビームを形成するアセンブリ１０は、様々な製品又は用途に使用することができる。例えば、アセンブリ１０は、図１２に示す履物物品５０内の構成要素を形成するために使用することができる。着用者の足への損傷の可能性が、高い可撓性によって高まることは公知である。履物の靴底アセンブリによる足の保護は、従来の靴が高い可撓性を有することを可能にする非剛性材料の使用によって弱められる場合がある。可能性として弱められるそのような保護を考慮するために、アセンブリ１０を履物の靴底アセンブリの構成要素として使用するか、又は足の底部又は足底に印加される力を横方向に散逸させることができる剛性薄肉基板層を提供することができる異方性曲げを与えるインソールとして使用することができ、これは、足を損傷から保護するのに役立つ。アセンブリ１０は、安定性及び保護を実質的に犠牲にすることなく高い可撓性を与えるために履物内に組み込むことができる。得られる組合せは、異方可撓性靴底構成要素を履物内に組み込むことによってユーザの疲労を軽減するか又は排除さえも可能である。
【００４２】
図示の履物物品５０は、着用者の足を受け入れるように成形された甲部５２を有する。履物５０は、革靴カジュアル／普段着用の靴、ランニングシューズ、スパイク靴、他の運動靴、オックスフォードシューズ、又は他のタイプの靴を含む靴とすることができる。履物５０は、ブーツ、及びサンダルなどとすることができる。甲部５２は、靴底アセンブリ５４に底境界部に沿って固定的に取り付けられる。図示の靴底アセンブリ５４は、本発明の技術の実施形態により図１Ａに記載のアセンブリ１０で製造された１又は２以上の内部接合板アセンブリ５６を有する。図１３は、着用者の足に対して示す接合板アセンブリ５６を有する靴底アセンブリ５４の概略断面図である。図示の靴底アセンブリ５４は、ミッドソール６０の底部分に取り付けられたアウトソール５８を含む。靴底アセンブリ５４は、ミッドソール６０のその上に取り付けられ、甲部５２を支持するように配置されたインソール台６２を含むことができる。板アセンブリ５６は、ミッドソール６０に取り付けられ、足先部分６４から土踏まず部分６６を通って踵部分６８に足下を完全に延びるように成形及びサイズ決定することができる。板アセンブリ５６は、１枚の完全足板とすることができるが、他の実施形態では、足先部分６４、土踏まず部分６６、及び／又は踵部分６８に配置された１又は２以上のセグメントを含むことができる。靴底アセンブリ５４内に複数のセグメントが設けられる場合に、これらのセグメントを互いに接続又は離間することができる。
【００４３】
板アセンブリ５６をミッドソール６０内に埋め込まれているように示している。しかし、板アセンブリ５６は、ミッドソール６０の底部とアウトソール５８の間に配置することができる。別の実施形態では、板アセンブリ５６は、インソール台６２とミッドソール６０の間に配置することができる。更に別の実施形態では、板アセンブリ５６は、インソール台６２を形成するミッドソール６０の上に配置することができる。
【００４４】
板アセンブリ５６は、背部撓み方向（すなわち、上向き曲げ）の靴底の撓み中に低い曲げ抵抗を与え、足底撓み方向（すなわち、下向き曲げ）に高い曲げ抵抗を与える撓み中異方性曲げ挙動を有する接合構造を用いて製造される。異方可撓性板アセンブリ５６は、両方が２つの異なるタイプの可撓性材料から構成される背部層７０と足底層７２とを含む。背部層７０は、上記で解説したアセンブリ１０の第１の層１２によって定められ、足底層７２は、上記で解説したアセンブリ１０の第２の層１４によって定められる。背部層７０に使用される材料は、圧縮状態において低い弾性係数を有し、引張状態において高い弾性係数を有する。背部層７０は、足底横方向の縦撓みを制限するように調整される。足底層７２に使用される材料は、背部層７０の可撓性材料の引張状態での弾性係数よりも大きく、小さく、又はそれに等しい弾性係数を有する剛性材料を有する。板アセンブリ５６は、現在、履物において達成することができない安定性と可撓性と保護との同時の改善をもたらすように構成される。
【００４５】
従来の履物の靴底は、慣習的に１つの改善区域に集中し、別の区域を犠牲にする。例えば、ランニングシューズは、安定性及び保護の代償として可撓性及び衝撃保護を高めることができる。高い可撓性は、一般的に、靴底において靴の撓み領域内にセグメントを提供するアウトソール及びミッドソールの設計によって得られる。この設計は可撓性を高めるが、捩れ剛性が有意に低下する場合があり、足底撓み保護が実質的に犠牲にされる場合がある。別の事例は、高い保護及び安定性に向けて可撓性を多くの場合に犠牲にするハイキングブーツである。ハイキングブーツの靴底の構造での剛性材料の使用は剛性を高め、同時に足がハイキング路上にある岩又は根によって傷むのを防止する。
【００４６】
本発明の技術の板アセンブリ５６の形態にあるアセンブリ１０は、安定性及び保護を犠牲にすることなく高度に調整可能な曲げ可撓性を可能にする。一実施形態では、背部層７０は、背部撓み方向に曲がる場合の圧縮下にある時に低い圧縮弾性率を有し、容易に曲がることができるように足底層７２に積層される又は他に剛的に接合される。従って、板アセンブリ５６は、足取りのべた足段階から着用者の足が中足骨関節で自然に曲がるつま先離れ段階への移行中等に過度の背屈曲げ抵抗を与えない。それとは逆に、靴底アセンブリ５４に対する力が板アセンブリ５６を反対の足底撓み方向に曲げる場合に、背部層７０は引張下にあり、そのような曲げに大きく抵抗することができる高弾性率を有する。更に、板アセンブリ５６の積層構造は、内向き又は外向き（回内及び回外）に横転しようとする足の傾向を排除するのに役立つ背屈運動の制御を行うことによって着用者の歩行サイクル中の安定性を与える。高い可撓性は、履物５０を撓ませるために足が必要とする力を低減するのに役立ち、それによって疲労が低減し、それによって安定性を高め、これは安定性を高めるのに役立たせることができる。
【００４７】
例えば、ランニング、ウォーキング、ハイキング、梯子登りのような履物５０の使用中に、靴底アセンブリ５４が、着用者の足の底部に印加される局所的な力を発生させる可能性がある岩、歩道の亀裂、枝木、段棒、又は他の凹凸発生源のような凹凸面に多くの場合に露出される。これらの局所的な力は、足を傷めるか又は痛み又は他の不快感をもたらす場合がある。組み込み異方性板アセンブリ５６を有する靴底アセンブリ５４は、足底撓み方向の曲げに対する高い抵抗によって局所的な力を横方向に逸らす剛性支持を与える。
【００４８】
図１４に示す別の実施形態では、履物の甲部５２（図１２）内に挿入可能なインソール７６が、上記で解説したアセンブリ１０と実質的に類似の構造を有する１又は２以上の部分を有する板アセンブリ７４を含むことができる。インソール７６は、甲部５２内に着脱可能に挿入することができ、又は甲部５２の底部分に固定的に取り付けることができる。インソール７６はほぼ平面のインソールとすることができる。別の実施形態では、インソール７６は、着用者の足の形状と少なくともほぼ共形になるモールド成形矯正インソールとすることができる。インソール７６は、着用者の足の足先部分、土踏まず部分、及び踵部分の下を延びる全長インソールとすることができる。他の実施形態では、インソール７６は、四分の三足長又は半足長のインソールのような全長インソールよりも短いとすることができる。
【００４９】
インソール７６の板アセンブリ７４は、アセンブリ１０の第１の層１２によって定められる背部層７８を有し、背部層７８は、足底横方向の縦撓みを制限するようになった弾性係数を示す可撓性材料を含む。更に、インソール７６は、背部層７８に固定的に取り付けられ、かつ履物の靴底アセンブリのその上に接して快適に適合するように構成された足底層８０を有する。足底層８０は、背部層７８の可撓性材料の弾性係数よりも比較的高い弾性係数を示す別の可撓性材料を含むマトリクス内に織編繊維を含む。足底層８０を含むインソール７６の底部は、足の衝撃保護を全面的に与えるように構成することができ、一方、インソール７６の上部は足を擦傷から保護し、更に、軽度の衝撃保護を与える。これに代えて、インソール７６は、背部に剛性基板の単層だけを有し、足底に更に別の柔軟性を与える可撓性複合材基板の２枚又は３枚以上のシートを有するように構成することができる。一実施形態では、使用中に着用者の足に対して追加の快適性を与えるために、背部層７８及び／又は足底層８０に取り付けられた１又は２以上の耐久性の衝撃保護シート及び／又は摩耗シートを有することができる。
【００５０】
図１２〜図１４に図示の実施形態では、板アセンブリ５６及びインソール７６は、曲げ力がアセンブリ１０に対して作用していない時には平坦な中立の向きを有するほぼ平面のアセンブリである。従って、アセンブリ１０が中立の向き（実質的に水平な向きに示す）にある場合に、背部層７０／７８及び足底層７２／８０は実質的に引張状態又は圧縮状態にない。曲げ力が平坦なアセンブリ１０に印加されて水平から曲げ離された場合に、背部層７０／７８及び足底層７２／８０は、アセンブリ１０が中立の向きから曲げ離される方向に依存して圧縮状態又は引張状態にある。
【００５１】
方向性曲げ剛性を有するアセンブリ１０は、一方の方向の曲げに対する低い抵抗と他方の方向の曲げに対する高い抵抗との利点を達成する他の用途に対して利用することができる。例えば、アセンブリ１０は、そのような材料を運動選手の用具内に組み込むことによって運動選手の競技機能及び疲労軽減を改善するために運動用具内に組み込むことができる。アセンブリ１０は、野球グローブ及び／又はサッカーゴールキーパーグローブ内に組み込むことができる。例えば、グローブの指が内向き方向に引っ張られる場合はこれらの指は容易に撓み、それに対して指が手の甲に向けて後方に曲げられる場合に、グローブの指は曲げに抵抗するようにより高い剛性を有する。例えば、野球のキャッチャー又はサッカーのゴールキーパーは、そのような材料を自分達のそれぞれの形態のグローブ内に組み込むことができ、それによって衝撃を和らげるのを助けるために高い剛性が有利に使用され、一方、高い可撓性が把持するアクション及び容易な閉鎖を支援する。アセンブリ１０の非対称ビーム構成は、運動選手を例えばサッカーボールを止める時の選手の指の過伸展から保護することができ、又は野球グローブは、容易な閉鎖を可能にし、更に、高い速度で投じられたボールを止めるためにグローブの指の区域内に剛性を与える。アセンブリ１０の非対称ビーム構成は、人工補綴の関節区域、裏当て又は関節運動の装具又は支持具、又は他の医療デバイス又は医療器具内に組み込むことができる。
【００５２】
他の実施形態により、アセンブリ１０は、望ましくない曲げでのユーザの過度の曲げを防止し、一方、反対方向の曲げを可能にする保護部材として使用することができる。例えば、身体の体肢及び関節の予想運動範囲を外れた移動は、過伸展として公知であり、過伸展は、関わる解剖学的構造に依存して角運動、回転運動、又は摺動運動の通常限界よりも大きい移動を意味する。アセンブリ１０は、通常のランニング又はウォーキングの足取り中にユーザの足と共に一方の方向に撓んで曲がり、一方、例えば、サッカーボール、ラグビーボール、又はフットボールを蹴る間に反対方向の曲げに対して剛性及び抵抗を維持するように構成されたサッカーシューズ、ラグビーシューズ、又はフットボールシューズのような履物に使用することができる。従って、競技者がボールを蹴る時に、シューズは、ボールにより大きい荷重又は力を与えるために実質的に硬いままに留まる。アセンブリ１０の１又は２以上の実施形態は、特定の運動事象及び／又は特定の運動選手又は他のユーザに特化して調整することができる。例えば、アセンブリ１０は、履物内に用い、運動選手が運動身体機能を改善するために中つま先節（ＭＴＰ）運動範囲及び伸展速度のような運動選手の特定の個人的筋骨格特質に基づいて漸増的な曲げ剛性を与えるように調整することができる。例えば、より大きいＭＴＰ伸展のための履物は、個人の機能を最大にするのを助けるために曲げ剛性の漸増を与えるようになったアセンブリ１０を含むことができる。ランナーの特定の特質に対する剛性に関するシューズの調整は、機能を最大にするように提供することができる。アセンブリ１０は、機能を最適化するためにランニングの様々な段階（加速、全力疾走、及び軽走）に対して剛性を調節することになる。例えば、漸増的剛性を有するシューズは、初期加速での低速調整及びランニングの最高速度段階での高速調整への移行を示している。
【００５３】
過伸展は、靭帯及び結合組織に印加される高い応力及び力に起因して身体的損傷をもたらす場合がある。過伸展は、多くの場合に身体活動又はスポーツ活動に伴って発生するが、身体のある部分の慢性的又は繰り返しの酷使を通して時間と共に進行する可能性もある。例えば、外側上顆炎又は「テニス肘」は、前腕の伸筋の繰り返し使用によって引き起こされ、一般的にテニスをすることに関連付けられるが、この病態は、衣服の洗濯が手動の職業として行われていた時代を反映して「洗濯女肘」とも呼ばれる。同様に、膝蓋軟骨軟化症又は「ランナー膝」は、多くの場合にランニングによる膝の過労に起因して、膝蓋骨の下の軟骨の重度の劣化及び破壊であるが、体操、サイクリング、乗馬、バレエに帰する場合があり、更に、水泳にさえも帰する場合がある。最後に、中足指節関節捻挫「ターフ・トウ」は、人工的な芝（ターフ）上で行われるプロフェッショナルスポーツ、特にフットボールにおいて頻繁に発生するように足のつま先が過伸展される時に発生するが、サッカー、ラグビー、及びバレーボール、並びにバスケットボール及びテコンドーのような屋内スポーツにおいても見受けられている。
【００５４】
「ターフ・トウ」を特定例として取ると、中足指節関節捻挫を招くリスクは、中足指節関節での縦撓み角と共に高まる。捻挫は、つま先のうちのいかなるものの過伸展によっても発生する可能性があるが、前方背屈運動の大部分が足親指によって支持されることで通常はこのつま先が損傷を被る。足の中足指節関節領域でのこの種の損傷は、足の関節球をつま先と接合する靭帯及び結合組織を含む。中足指節関節は、膝及びつま先が地面と接触している間に腓腹の裏が前方に押された場合に損傷を受ける場合がある。損傷は、人が走っているか又は歩いている時に運動靴の滑り止めが人工芝の中に嵌まり込み、足を放し損ねる場合に起こる可能性もある。つま先が芝によって依然として剛的に固定されている間に、身体の前方への勢いによって足が中足指節関節を前方に過度に遠くまで曲げてしまい、その結果、つま先の過伸展がもたらされる。
【００５５】
過伸展に起因して損傷を招くリスクは、肘、手首、手指、膝、足首、つま先、股、又は他の解剖学的構造のいずれであるかに関わらず、身体の様々な体肢及び関節の傷害から保護するか又はこれらの部位の移動をその通常の予想運動範囲に制約又は制限する保護用具の使用によって大きく低減することができる。例えば、ターフ・トウを防止するための既存の対策は不足している。例えば、米国特許第５，７７２，６２１号明細書は、装具を足に密に固定するように適応された可撓性ブーツと、ブーツに接合可能な細長延伸不能ストラップと、ブーツと反対側でストラップに接合されるつま先ループとを含むターフ・トウ装具を開示している。使用時に、ストラップが、足親指を下向きに引っ張って過伸展を防止するのを助けるように足の下を通ってブーツに接続されるが、一方、他の４つの拘束を受けないつま先は過伸展のリスクに露出されたままに留まる。その上、装具は、靴内に嵌まるために足首領域内で十分なクリアランスを必要とする。最後に、ストラップは、使用中にほどけてしまう場合があり、それによっていかなる保護の利点も取り除かれる。
【００５６】
米国特許出願公開第２０１２／０２４０４３１号明細書は、足親指の過伸展に起因する損傷を防止するのを助けるために、滑り止め又はスニーカー内に挿入される半可撓性靴インサートであるターフ・トウターミネーターを開示している。ポリプロピレンプラスチック靴インサートのつま先部及び踵部にナイロン紐を用いてナイロンストラップが取り付けられる。過伸展する足親指に対して支持を与えるのを助ける逆アーチ形を靴インサート内に起こすために、ナイロンストラップは引張下で取り付けられる。使用中に、つま先が上向きに押圧された時に、靴インサートのナイロンストラップが押し下げることによってつま先が過伸展に伸展するのを防止し、圧力をつま先から靴の踵部に伝達する。しかし、ストラップは靴インサートに紐で取り付けられ、従って、切断され易い。更に、靴インサートは足親指を保護することに主眼が置かれており、足の他のつま先には関連的な過伸展防止しか施されない。
【００５７】
従って、過伸展点に達することなく通常運動範囲にわたるつま先の曲げを可能にしながらつま先の全てを過伸展から保護することになる靴、靴インサート、又は足支持具に対する必要性が存在する。最大で過伸展限界までの通常の自由移動を制約することなくつま先だけではなく身体の運動を通常の予想運動範囲に保つ保護用具への更に別の要求が存在する。
【００５８】
本発明の技術のアセンブリ１０の少なくとも１つの実施形態は、足の中足指節関節の下の履物の撓み領域１１０内に異方可撓性区域を組み込むことによってつま先の全てに対するターフ・トウ又は他の中足指節関節捻挫のリスクを有意に軽減するか又は排除するように構成される。異方可撓性区域は、靴インサート、インソール、ミッドソール、又はアウトソール内に組み込まれ、両方が２つの異なるタイプの可撓性材料から構成される背部と足底とに分離される。足底に使用される材料は、中足指節関節の角回転、すなわち、前方背屈運動に基づく足背横方向の角撓みレベルに基づいて縦撓みを制限するようになった可変弾性係数を有し、それに対して背部に使用される材料は、足底の可撓性材料の可変弾性係数よりも比較的高い弾性係数を有する。
【００５９】
一実施形態は、アセンブリ１０で製造され、靴底アセンブリに組み込まれるか又は靴の底部分内に嵌合するように設けられたインソールとして設けられた調整式板アセンブリを提供する。調整式板アセンブリ１０は、足の中足指節関節領域の下への配置に向けて場所が定められた異方可撓性区域を有する。アセンブリ１０は、中立の向きに対して増大する曲げ角の関数として増大する撓み弾性率を有する靴底及び／又はインソールを提供する。
【００６０】
更に、上述の実施形態では、調整式板アセンブリは、中足指節関節領域の角回転（背屈）が発生する時に弾性率が増大するような可変弾性率挙動を示す背部を有するように構成することができ、この場合に、背部可変弾性率を生成する機構は、中足指節関節の背屈と同時発生する圧縮層係合である。
【００６１】
本明細書に説明する方向性曲げ剛性は、中足指節関節の角回転に基づいて足背横方向の曲げに対する抵抗を変更することを必要とする靴インサート、靴インサートを有する履物物品、ミッドソールを有する履物物品、アウトソールを有する履物物品、及び履物物品のような履物関連用途に対して利用することができる。方向性曲げ剛性は、最大で過伸展限界までの通常の自由移動を制約することなく身体移動を通常又は制限付きの予想運動範囲に保つための保護用具、例えば、人工補綴の関節区域、裏当て又は関節運動の装具及び支持具、並びに関節運動装具において必要とされるものを提供する用途に対して利用することができる。
【００６２】
図１５は、本発明の技術の実施形態により履物物品のための靴インサート１００の概略図である。靴インサート１００は、着用者の足１０２のつま先の過伸展に起因する中足指節関節捻挫を実質的に阻止又は防止し、それによってつま先損傷のリスクを有意に軽減するか又は排除さえするように構成される。靴インサート１００は、足１０２の中足指節関節の下の領域内に異方可撓性区域を提供する。靴インサート１００は、靴内に嵌合するように成形するか又は靴の靴底アセンブリの一部として成形することができる。靴インサート１００は、別の履物物品として、例えば、靴下又は足スリーブとして構成することができる。これに代えて、靴インサート１００によって定められる異方可撓性区域は、同じタイプの過伸展防止を提供するために靴の靴底アセンブリのミッドソール又はアウトソール内に組み込むことができる。
【００６３】
靴インサート１００は、上記で解説したアセンブリ１０と実質的に類似の構造を有する１又は２以上の層を有する接合アセンブリである。靴インサート１００は、着用者の足１０２の底部に快適に適合し、そこに密着又は近い背部（又は上向き）層１０４と、靴の靴底のその上に接して快適に適合するか又は靴底の一部としての足底（又は下向き）層１０６とを有する。靴インサート１００は、上記で解説した履物物品５０（図１２）と併用するか又はその中に使用することができる。足底層１０６は、足１０２の衝撃保護を全面的に施し、背部層１０４は、擦傷から足１０２を保護し、更に、軽度の衝撃保護を提供する。
【００６４】
中足指節関節捻挫を招くリスクは、足１０２の中足指節関節１０８での縦撓みの角度と共に高まり、撓みが約５６°を超えた場合に頻繁に発生する。しかし、そのような捻挫をもたらす撓みの正確な角度は、足の置き方及び向き、前方移動の速度及び力、個人の足の身体的構造、及び以前のいずれかの中足指節関節捻挫又は足損傷を含む多くのファクタに依存することになる。靴インサート１００は、中足指節関節１０８の過伸展をもたらす可能性がある過度の撓みを抑止するように構成される。靴インサート１００は、足１０２の中足指節関節１０８の下への配置に向けて場所が定められた異方可撓性区域１１０を組み込んでいる。一般的に異方性材料は、可撓性及び剛性の程度が、測定する軸に依存して異なる方向依存特質を示している。
【００６５】
靴インサート１００では、靴の撓みは、一般的に前方部分１１６と後方部分１１８の間の撓み区域１１０の周りで靴が撓む場合のトルクで測定され、靴撓みの抵抗は、撓み角と共に、増大する撓み弾性率に起因して高まる。図１６は、撓み弾性率１２４の関係を靴の撓みトルクと湾曲角として示すグラフである。ｘ軸は、背部（上向き）方向の靴インサート１００の曲げ角を表している。ｙ軸は、靴の撓みトルクをニュートン−メートル（Ｎｍ）を単位として表し、トルクの増大を発生させる撓み弾性率の関係を表している。撓み弾性率１２４の増大は、印加応力（すなわち、予備座屈）か、又は予め決められた角度において形成されるか又は撓み区域１１０の周りの靴底の最大許容角回転レベルを設定する制御式熱収縮によって形成される、下記で更に詳しく説明する織編クリンプかのいずれかによって形成される湾曲円柱によって引き起こされる。従って、撓み弾性率の増大は、１次傾きに対する２次傾きの比として表すことができ、この場合に、１次傾きは、１００ポンド毎平方インチ（ｐｓｉ）程度の低いとすることができ、２次傾きは３３百万ｐｓｉ程度に達する高いとすることができる。この場合に、材料での最小比は約１．２５：１であり、最大比は約２０：１である。更に、１次傾きは、０°と１５°の間にあるとすることができ、２次傾きは約６０°よりも大きい場所にあるとすることができる。他の比及び湾曲範囲の場所が可能である。例えば、靴インサート１００は、約１．２５：１から２．５：１の範囲で撓み弾性率を定める１次傾き対２次傾きの比を有するアセンブリの材料を有するように構成することができる。別の実施形態では、この比は、約２：１から３：１まで、２．５：１から４：１まで、３：１から６：１まで、５：１から１０：１まで、６：１から１３：１まで、又は１０：１から２０：１の範囲にあるとすることができる。
【００６６】
靴インサート１００は、撓み区域１１０の場所及び向きを制御するために組み合わされる様々なタイプの可撓性材料と非可撓性材料とを使用することができる。図１７は、図１５に記載の靴インサート１００の構造を示す断面図であり、この場合に、背部層１０４は１又は２以上の剛性材料シート１２６で形成され、それに対して足底層１０６は、撓み区域１１０を除いて１又は２以上の可撓性材料シート１２８で形成され、剛性と非剛性との２つの層１２６、１２８の間に調整可能剛性材料層１１２が形成される。これに代えて、靴インサート１００は、撓み区域１１０を除いて着用者の足の過度の曲げを制約するのを助ける材料の単層だけで構成することができる。
【００６７】
調整可能剛性材料層１１２は、上記で解説したアセンブリ１０と同様であるが逆の構造を有し、この場合に、調整可能剛性層１１２は背側１３０と足底側１３２とを有する。背側１３０に使用される材料は、中足指節関節１０８の足背横方向、すなわち、前方背屈運動の角回転に基づいて縦撓みを制限するようになった弾性係数を有する。足底側１３２に使用される材料は、背側１３０の可撓性材料の弾性係数よりも比較的高い弾性係数を有する。
【００６８】
再度図１５を参照すると、撓み区域１１０は、それを形成する接合アセンブリ１０が中立の向きにある時に上向き湾曲形状を有するように構成される。従って、靴インサート１００全体が中立構成にある時には、前方部分１１６は、後方部分１１８に対して約５０−５６度の角度（又は他の選択角度）になる。前方及び後方の部分１１６、１１８が平坦で共面である場合（図１７）には、撓み区域１１０の足底の繊維系複合材料は曲げに実質的に抵抗せず、５０−５６度の角度に達するまでそうはならない。撓み区域１１０は、それが５０度の角度に近づくと曲げ抵抗を与え始め、５６度の角度に近づくと着用者のつま先が５６度を超えて撓むのを実質的に阻止又は防止するように曲げ抵抗を大きく高めるように調整及び構成することができる。しかし、撓み区域１１０の足底は引張状態になり、撓み区域１１０を中立の向きに向けて付勢又は加勢することになる。５０−５６度の角度に向う靴インサートこの付勢は、中足骨関節の過度の曲げ及び過伸展を確実に防止しながら、足取りサイクル中に足がつま先離れ段階に近づく時に一部のエネルギを着用者の足に実際に戻して与えることができる。
【００６９】
好ましくは、撓み区域１１０の場所は、つま先の過伸展からの最適な保護を与える中足指節関節１０８（図１５）の下への配置に向けて定められる。平均的な人では、撓み区域１１０は、全靴インサート長（踵からつま先までの長さ）の約７０％の場所に位置する領域に配置されることになる。剛性層１１２、すなわち、靴インサート１２６の足底態様上の撓み区域１１０の外側の区域は、足１０２の足底態様が撓み区域１１０の外側区域内で撓むのを防止するのを助けるように好ましくは、撓み区域１１０よりも高い剛性を有するべきである。
【００７０】
靴インサート１００は、中足指節関節１０８において約５６°よりも大きい足１０２の縦撓みを防止することによって中足指節関節捻挫（「ターフ・トウ」）を招くリスクを低減するか又は排除する。靴インサート１００は、予め決められた撓み角に達した時に異なる可撓性係数を示す繊維強化型複合材料を用いて形成された異方可撓性区域１１０を組み込んでいる。予め決められた角度よりも大きい材料の撓みは制限又は除外され、それに対して予め決められた角度範囲の材料の柔軟性は維持される。この種の異方可撓性区域は、最大で予め決められた角度までの通常の自由移動を制約することなく身体移動を通常又は制限付きの予想運動範囲に保つことが意図される他の形態の保護用具、例えば、人工補綴の関節区域、裏当て又は関節運動の装具及び支持具、並びに関節運動装具内に組み込むことができる。ターフ・トウを防止するのを助けるためにつま先領域内の曲げ過ぎを制御するように構成された靴インサート１００は、約１．２５：１から２．５：１の範囲の比を有する撓み弾性率を有することができる。別の実施形態では、この比は、約２：１から３：１まで、２．５：１から４：１まで、３；１から６：１まで、５：１から１０：１まで、６：１から１３：１まで、又は１０：１から２０：１の範囲にあるとすることができる。
【００７１】
撓み区域１１０に結合される靴インサート１００の構成要素は、金属、ポリマー、複合材、又はその組合せで製造することができる。一般的に、靴インサート１００の層に使用される場合の繊維強化型複合材料の強度及び剛性は、当該タイプの繊維の特質、繊維の配向、及び繊維と併用されるマトリクスに依存する。一実施形態では、調整可能剛性層１１２の背側１３０を形成する層に使用される材料は炭素繊維エポキシ板であり、足底側１３２に使用される材料は、背側１３０を定める可撓性繊維基板の面に接合されるニトリルブタジエンゴム、ポリウレタン、アクリル樹脂、熱可塑性ポリウレタンフィルム、又はエラストマーフィルムのいずれかである。しかし、他のタイプの材料が可能であり、足底側１３２に使用される材料の弾性係数は、中足指節関節１０８の角回転に基づいて増大しなければならない。更に、背側１３０に使用される材料は、足の土踏まずの曲げを最小にし、靴インサート１００の撓み区域１１０に必要な異方可撓性特質を与えるために足底側１３２よりも弾性率が高くなければならない。
【００７２】
一実施形態では、靴インサート１００を構成するために、最初にマトリクス炭素繊維織物がエラストマー結合剤で含浸される。含浸された炭素繊維織物は、次いで、溶媒が除去されるまで乾燥させる。乾燥時間は、溶媒比及び乾燥温度に依存する。含浸エラストマー結合剤の含有量は０．５−５０％の範囲にわたるとすることができるが、好ましくは、５−２３％の範囲に収まり、望ましい弾性率比に依存する。いかなる結合剤も類似の挙動を示すことができない。図１８は、非剛性可撓性炭素繊維複合材１３６の層状構成を示す図である。含浸された炭素繊維織物１３８は、一実施形態では上部１４０ａ及び底部１４０ｂの２つのシートである０．００４インチ厚フィルムの間に３２５°Ｆ、６ｐｓｉで１０分間圧着される。この工程は、非剛性可撓性炭素繊維複合材１３６を生成する。
【００７３】
図１９は、複合材積層体１４２の層状構成を示す図である。各炭素繊維複合材積層体１４２は、１又は２以上の剛性炭素繊維板又は他の剛性基板に接合された非剛性可撓性炭素繊維複合材１３６の２又は３以上の層から構成される。一実施形態では、靴インサート１００の背部層１０４上で、０．０９３インチ厚ポリカーボネート層１４４が、非剛性炭素繊維複合材１３６の２つのシートに３００°Ｆの温度、６ｐｓｉで１０分間熱圧着される。靴インサート１００の足底層１０６上では、非剛性炭素繊維複合材１３６の２枚のシートが、０．０３０インチ厚剛性炭素繊維板１４６又は金属又はプラスチックのような他の剛性基板に３００°Ｆの温度、６ｐｓｉで１０分間熱圧着される。剛性炭素繊維板１４６は、撓み区域１１０として機能する間隙を形成するように１．２５−１．５’’離間している。新しく形成された積層炭素繊維エポキシ板は、圧着器からの取り出しの前に放置されて１８０°Ｆまで冷却される。
【００７４】
３００°Ｆでのポリカーボネートの熱膨張率は、冷却時に十分な収縮を与え、湾曲円柱を提供する。非剛性炭素繊維複合材１３６は、その圧縮強度によって制限され、材料での小さい曲げである湾曲円柱を圧縮荷重の下で形成することができる。図２０は、非剛性炭素繊維複合材１３６での円柱の曲げを示す図である。複合材料が中立の向きから撓んで遠ざかり、それによって織編炭素繊維織物１３８の非剛性炭素繊維が引張状態に入れられると、湾曲円柱は真直化を始め、材料が最大引張荷重を急激に増大させる真直点まで真直化する。この特質は、炭素繊維複合材料１３６を予め決められた角度よりも大きいこの材料の撓みを制限又は除外することができ、一方、予め決められた角度に達するまでは柔軟性を維持するように湾曲円柱を通して事前応力印加することを可能にする。湾曲円柱は、非剛性炭素繊維複合材１３６内に湾曲円柱での湾曲レベルを設定する予め決められた角度で形成され、非剛性炭素繊維複合材１３６が中立の向きから撓んで遠ざかり、湾曲円柱が引張状態に入れられると、撓み弾性率は大きく増大し、従って、非剛性炭素繊維複合材１３６が固定的に係合するか又は、更に別の撓みを「閉め出す」ことが可能になる。非剛性炭素繊維複合材１３６は、非剛性可撓性炭素繊維の１枚又は２枚以上のシートを組合せて、湾曲円柱が形成される程度が非剛性可撓性炭素繊維の個々のシートの間で異なることになり、その結果、様々なシートの湾曲ビームが最大で予め決められた角度まで圧縮に耐えるので、複合材料の破壊又は異常が排除される。
【００７５】
温度の制御及び異なる膨張係数レベルを示す様々な基板の使用が、望ましい湾曲量を生成する様々な量の収縮を冷却時にもたらすことができる。円柱での湾曲は、ポリカーボネート基板又は他の低弾性率可撓性材料が望ましい曲げ剛性を与えることを可能にし、その後の湾曲円柱材料の真直化は、得られる可撓性複合材料の歪み硬化挙動を与える。
【００７６】
更に別の実施形態では、靴インサート１００を構成するために、最初にマトリクス炭素繊維織物１３８がエラストマー結合剤で含浸される。含浸された炭素繊維織物１３８は、次いで、溶媒が除去されるまで乾燥させる。乾燥時間は、溶媒比及び乾燥温度に依存する。含浸エラストマー結合剤の含有量は０．５−５０％の範囲にわたるとすることができるが、好ましくは、５−２３％の範囲に収まり、望ましい弾性率比に依存する。この材料は、図１８を参照して上述した非剛性炭素繊維複合材１３６と実質的に同じ形態の層状構成を有する。含浸された炭素繊維織物は、上部及び底部の２つのシートである０．００４インチ厚フィルムの間に３２５°Ｆ、６ｐｓｉで１０分間圧着される。この工程は、非剛性可撓性炭素繊維複合材を生成する。
【００７７】
各アセンブリは、非剛性可撓性炭素繊維複合材の２枚又は３枚以上のシートとチタン合金又は他の剛性基板とで構成される積層体である。図２１は、積層体１５０の層状構成を示す図である。一実施形態では、靴インサート１００の足底層１０６上で、非剛性炭素繊維複合材１３６の２枚のシートが、０．０４３インチ厚ポリカーボネート層１５１に３００°Ｆの温度、６ｐｓｉで１０分間熱圧着される。圧着された積層体１５０は、次いで、０．０１２インチ厚チタン合金１５２上に敷設され、０．０２０インチのポリカーボネート１５３が、０．００４インチ厚熱可塑性ポリウレタンフィルムを用いて接着される。組合せ積層体１５０は、３００°Ｆの温度、６ｐｓｉで１０分間熱圧着され、圧着器からの取り出しの前に放置されて１８０°Ｆまで冷却される。
【００７８】
次いで、積層体１５０は、望ましい撓み区域内で約５６°の角度、約１．５インチ半径に熱形成される。「ターフ・トウ」を防止するのを助ける靴インサートに約５６°の角度を提供することができることに注意しなければならない。術後のリハビリテーション中に移動を制限する肘装具のような他の用途には異なる角度が適切である場合がある。非剛性炭素繊維織物１３６は積層体１５０に対して凸面である。積層体１５０は、赤外線加熱源、伝導性加熱ブロック、又は誘導熱気を用いた局所加熱によって熱形成され、この半径にわたって１．２５インチから１．５インチの撓み区域が形成される。熱形成は、可撓性炭素繊維織物のシートを撓み軸からのこれらのシートの距離に基づいて延伸する。図２２は、半径１５８が元来の自然な軸から変化する時の積層体１５０内の各層１５５、１５６、１５７の長さ変化を示す図である。撓み軸に向けて内向きに移動する各連続層の長さは直前の層よりも短い。積層体１５０は、熱形成された後に実質的に平坦な形態に回復され、熱形成区域１６０内の層１５５、１５６、１５７は圧縮下に置かれて撓み区域内に湾曲円柱が形成される。
【００７９】
更に別の実施形態では、靴インサート１００を構成するために、最初にマトリクス炭素繊維織物がエラストマー結合剤で含浸される。含浸された炭素繊維織物は、次いで、溶媒が除去されるまで乾燥させる。乾燥時間は、溶媒比及び乾燥温度に依存する。含浸エラストマー結合剤の含有量は０．５−５０％の範囲にわたるとすることができるが、好ましくは、５−２３％の範囲に収まり、望ましい弾性率比に依存する。この材料は、図１８を参照して上述した非剛性炭素繊維複合材１３６と実質的に同じ形態の層状構成を有する。含浸された炭素繊維織物は、上部及び底部の２つの層である０．００４インチ厚フィルムの間に３２５°Ｆ、６ｐｓｉで１０分間圧着される。この工程は、可撓性非剛性可撓性炭素繊維複合材１３６を生成する。
【００８０】
各アセンブリは、非剛性可撓性炭素繊維複合材１３６の２枚又は３枚以上の層とチタン又は他の剛性複合材板とで構成される。図２３は、炭素繊維接合板１６４の層状構成を示す図である。一実施形態では、靴インサート１００の足底層１０６上で、非剛性炭素繊維織物１３８の２枚の層が、ポリカーボネート又はチタンの０．０２０インチ厚の剛性基板１６４又は剛性複合材板の上に置かれる。層状体は、次いで、解離紙の２枚のシートの間に置かれて熱形成される。図２４は、図２３の炭素繊維接合板１６４との併用のための熱形成ツール１６６を示す図である。層状体は熱形成ツール１６６内に入れられ、次いで加熱される。靴底の撓み区域１１０（図１７）の中心にある湾曲先端１６８がツール１６６のマトリクス内に形成される。層状体は、３００°Ｆの温度、６ｐｓｉで１０分間熱圧着され、次いで、圧着器からの取り出しの前に１８０°Ｆまで冷却される。
【００８１】
更に別の実施形態では、単向性繊維テープの層がエラストマー結合剤で含浸され、図２３を参照して説明したもののようなポリカーボネート又はチタンの剛性基板又は剛性複合材板に接合される。接合された単向性繊維テープは、次いで、非剛性炭素繊維複合材１３６の２枚の層の間に置かれて熱形成ツール１６６を用いた局所加熱又は局所成形によって熱形成され、それによって繊維層が延伸されて湾曲円柱を提供する。
【００８２】
チタン及びポリカーボネートのような金属又はプラスチックは、形状、スリット、及び穿孔を付けて打ち抜き又はモールド成形することができる。形状は、予備成形されたゆがみ及び突起を含むことができるがこれらに限定されない。スリットは、千鳥配置パターン又はアレイパターンにある直線又は曲線状とすることができる。穿孔は円、楕円、矩形、又は正方形とすることができる。
【００８３】
靴インサート１００の２つの構成要素は、２００°Ｆから３７５°Ｆの範囲にわたる積層温度、２ｐｓｉから８ｐｓｉの範囲にわたる圧力で約１０分間又はそれよりも短い間にわたって互いに接合されて接合ビームが形成されるが、これらの値は、材料の融点及び材料の流動機能に依存する。得られる接合ビームは、撓み区域１１０（図１４）内の中足指節関節１０８の角回転に基づく弾性率の増大を示している。弾性率は高い曲げ剛性（弾性率）において約５６°の角度まで指数関数的に増大し、その後に、剛性の急激な増大又は材料の固定が、撓み区域１１０がそれ以上曲がるのを防止し、それによって中足指節関節１０８（図１５）が過伸展から保護される。
【００８４】
調整可能剛性シート１１２において異方可撓性区域１１０を構成するのに、炭素、ガラス、ケブラー、複合材料、金属ホイル、及びプラスチックシートのような繊維の様々な構成及び組合せを有利に使用することができる。靴インサート１００と組み合わされた場合に履物が受ける撓みは、各靴を動的に撓ませ、同時に撓み区域１１０の周りで撓むのに必要とされるトルクを測定する米国ニューハンプシャー州ブレンウッドのＥｘｅｔｅｒ−Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｉｎｃ．によって製造されているＳｈｏｅ  Ｆｌｅｘｅｒ製品のような動的撓み靴撓みデバイスを用いて実験的に測定することができる。低トルク角測定では、２５°よりも小さい角度において疑似静止状態でトルク（モーメント）を測定するためにそのような異方可撓性靴インサート１００上の撓み区域１１０での３点曲げを使用することができる。図２５は、例示的試験構成での撓み弾性率間の差を示すグラフである。ｘ軸は撓み角を度を単位として表している。ｙ軸はトルクをＮｍを単位として表している。撓み区域１１０において異方可撓性靴インサート１００が装備された靴を用いて実験的試験を行い、この靴インサート１００は、６０°の撓み角において６０Ｎｍという従来のフットボール滑り止め構造では到達されなかった動的試験結果をもたらした。従来のフットボール滑り止め技術は、７５°の撓み角において１６〜１８Ｎｍのトルク値を有する。動的撓み試験器は、靴を６００〜８００度毎秒の速度で撓ませる。これらの撓み試験データは、撓み区域１１０内の構造及び材料に基づく制御式撓み角での増大トルクの制御を例証している。
【００８５】
弾性率の組合せ及び積層体構造によって運動剛性範囲を調整することができる。弾性率は、樹脂マトリクス弾性率、織物織編みパターン、及び繊維配向に基づいて変更することができる。図２６Ａ及び図２６Ｂは、予め決められた係合角まで事前形成し、組合せ角度でセグメント分割された楔（又は部分切断部又は切開設計）が５６°の撓み角に到達し、非剛性炭素繊維を予め決められたロックアウト角で完全係合することによる予備圧縮下での被熱制御収縮による非剛性炭素繊維材料１７２、１７４内の制御式円柱湾曲を示す図である。セグメント分割楔、部分切断部、又は切開設計は靴インサート１００内に形成され、それによってセグメント分割楔、部分切断部、又は切開設計が実質的に中実の構造に収縮するまで弾性係数は低いままに留まり、収縮後に増大する。マトリクス弾性率を変更することによって座屈抵抗が変化することになり、従って、材料の係合点が変化する。マトリクス弾性率は、５０ｐｓｉ未満から３００，０００ｐｓｉ超の間で変更することができる。
【００８６】
係合点は、収縮レベル又は事前形成角度に基づいて可変である。各レベルでの円柱湾曲量は、繊維シートの枚数を変更すること、及び繊維が単向性又は織編のいかなるものであるかを制御することによって調節することができる。例えば、高弾性率基板に接合された２層非剛性炭素繊維材料は、様々な回転角で係合する低めの円柱湾曲レベルを有する高弾性率基板に対して接合された炭素繊維材料の内層と、高めの円柱湾曲量を有する炭素繊維材料の外層とを有することになる。この組合せは、繊維が歪みの下でより一層係合状態になる時に変化する弾性係数を与える。
【００８７】
係合点は、更に織編密度に基づいて変化する。織編密度は、横トウの間隔を変化させることによって織編クリンプに影響を及ぼし、それによって熱形成湾曲又は事前形成湾曲の制御中に座屈に対する円柱長が変化する。例えば、２６８ｇｓｍ織物は、１インチ当たり約１６本のトウを有することになり、それによって０６２５インチのトウ間隔がもたらされ、２×２綾織りパターンは、０．１２５インチの円柱長を与える。２００ｇｓｍ織物は、１インチ当たり１２．５本のトウになり、それによって０．０８０インチのトウ間隔がもたらされ、２×２綾織りパターンは、０．１６０の円柱長を与える。短い円柱長は撓み角係合の量を低減し、それに対して長い円柱長は撓み角係合の量を増大する。他の適切な織編みパターン、密度、及び繊維重量が可能である。例えば、トウ又は繊維束の直径を繊維束内の糸の本数に基づいて変更することができ、一般的な炭素繊維束のサイズは、１，０００から５０，０００までの糸繊維本数範囲を有する。
【００８８】
再度図２５を参照すると、最大で２５°までの撓みの運動履物では、トルクは、１０〜１２Ｎｍ未満をターゲットにしなければならない。この値が低くなる程、中足指節関節はより自由に回転することができ、それによって疲労が最小にされる。トルク値は、最大で５６°の撓みにおいて最大で３０Ｎｍまで増大しなければならず、５６°の撓みよりも大きいと、最大で７５°の撓みにおいて６０Ｎｍに一致するか又はそれよりも大きくなければならない。図２５は、靴のない板構造のみを試験した場合、及び静的試験対動的に行った靴試験での撓み試験の様々な構成の比較も示している。板の値は、作用ゾーンにわたる剛性の増大及び６０°の撓みを超えた場所での剛性の急増大によって全ゾーンにわたって制御することができる。織物をシフトすることによって引張状態の弾性率を高めることができ、これは、歪み中に繊維が繊維角度を低減して荷重と位置合わせし、強度を高める向きを取ることによるものである。
【００８９】
更に別の実施形態では、異方可撓性ビームは、織編方向及び繊維配向に基づいて異なる弾性率を与える織編みパターン及び単向性の繊維として構成することができる。この材料は、非剛性材料の層の向きを変化させて上記で解説した歪み硬化挙動を与える。
【００９０】
本発明をその実施形態を参照して具体的に図示して説明したが、当業者は、形態及び詳細での上記及び他の変更を本発明の精神及び範囲から逸脱することなくそこに加えることができることを理解するであろう。
【００９１】
所感
以上の説明及び図面は例示的ものであり、限定的なものとして解釈すべきではない。本発明の開示の完全な理解を与えるために多くの具体的な詳細を説明した。しかし、一部の事例では、本説明を不明瞭にすることを回避するために公知の詳細を記載しなかった。更に、上述の実施形態の範囲から逸脱することなく様々な修正を加えることができる。
【００９２】
本明細書での「一実施形態」又は「実施形態」への参照は、当該実施形態に関して説明する特定の特徴、構造、又は特性が本発明の開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書の様々な箇所での「一実施形態では」という句の出現は、必ずしもその全てが同じ実施形態を参照しているとは限らず、他の実施形態と互いに排他的な個別又は代替実施形態を参照しているとも限らない。更に、一部の実施形態に基づいて示されるが他のものに基づいて示されない場合がある様々な特徴を説明した。同様に、一部の実施形態に対しては要件であるが他の実施形態に対してはそうではない場合がある様々な要件を説明した。
【００９３】
本明細書に用いている用語は、本発明の開示の状況の範囲及び各用語を用いている特定の関連において、一般的に当業技術での当該用語の通常の意味を有する。同じことを１よりも多い述べ方で説明することができることは理解されるであろう。従って、本明細書で解説する用語のうちのいずれか１つ又は２以上に対して代わりの言葉及び同義語を使用することができ、本明細書において用語を詳述又は解説しているか否かに関わらず、いずれか特別の意味を付けるべきではない。一部の用語に対する同義語を与えた。１又は２以上の同義語の列挙は、他の同義語の使用を除外しない。本明細書で解説するいずれかの用語の例を含む本明細書のいずれかの箇所での例の使用は単に例示的ものであり、本発明の開示又は例証したいずれかの用語の範囲及び意味を更に限定するように意図したものではない。同様に、本発明の開示は、本明細書で与えた様々な実施形態に限定されない。別途定めない限り、本明細書に用いた全ての科学技術用語は、本発明の開示がかかわる当業技術における当業者によって一般的に理解されているものと同じ意味を有する。相反する場合に、定義を含む本明細書が優先することになる。
【符号の説明】
【００９４】
１０  繊維強化型複合材料アセンブリ
１２  第１の層
１４  第２の層
１８  対向する端部
３０  中間インタフェース区域
【図１Ａ】
2019503896.tif 000004
【図１Ｂ】
2019503896.tif 000005
【図２】
2019503896.tif 000006
【図３】
2019503896.tif 000007
【図４】
2019503896.tif 000008
【図５】
2019503896.tif 000009
【図６】
2019503896.tif 000010
【図７】
2019503896.tif 000011
【図８】
2019503896.tif 000012
【図９】
2019503896.tif 000013
【図１０】
2019503896.tif 000014
【図１１Ａ】
2019503896.tif 000015
【図１１Ｂ】
2019503896.tif 000016
【図１２】
2019503896.tif 000017
【図１３】
2019503896.tif 000018
【図１４】
2019503896.tif 000019
【図１５】
2019503896.tif 000020
【図１６】
2019503896.tif 000021
【図１７】
2019503896.tif 000022
【図１８】
2019503896.tif 000023
【図１９】
2019503896.tif 000024
【図２０】
2019503896.tif 000025
【図２１】
2019503896.tif 000026
【図２２】
2019503896.tif 000027
【図２３】
2019503896.tif 000028
【図２４】
2019503896.tif 000029
【図２５】
2019503896.tif 000030
【図２６Ａ】
2019503896.tif 000031
【図２６Ｂ】
2019503896.tif 000032
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月4日(2018.6.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異方性複合材料アセンブリであって、
低弾性率マトリクス材料内に複数の配置繊維を有する可撓性繊維強化型複合材料の第１の層であって、該第１の層が、第１の剛性と、第１の引張弾性率と、アセンブリの該第１の層が圧縮下で弾力的に座屈するように構成されるように該第１の引張弾性率よりも低い第１の圧縮弾性率とを有する前記第１の層と、
前記第１の層に固定的に接合されて第２の剛性を有し、前記第１の剛性が該第２の剛性よりも低い剛的な第２の層と、
を含み、
前記第１の層の外面が圧縮状態にある場合に第１の方向に弾力的に曲げ可能であり、該第１の方向に曲がっている間は第１の曲げ剛性を有し、
前記第１の層の前記外面が引張状態にある場合に前記第１の方向と反対の第２の方向に弾力的に曲げ可能であり、該第２の方向に曲がっている間は前記第１の曲げ剛性よりも大きい第２の曲げ剛性を有し、一方で可変弾性率挙動を示す、
ことを特徴とするアセンブリ。
【請求項２】
前記第１の層の前記複数の配置繊維は、前記低弾性率マトリクスによって封入されることを特徴とする請求項１に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項３】
前記第１の層は、成形又は穿孔された材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項４】
前記第１の層は、約３ｋｓｉ−５，０００ｋｓｉの範囲の第１の引張弾性率を有することを特徴とする請求項１に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項５】
前記第１又は第２の層は、互いに接合された複数のシートを含むことを特徴とする請求項１に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項６】
第２の層が、剛性複合材料又は剛性非繊維材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項７】
前記第１の層は、約５から５，０００ｐｓｉの範囲の弾性係数を有するマトリクス材料に実質的に完全に封入された複数の配置繊維と、該繊維に結合された約０．０００５−０．０２５インチの範囲の厚みを有するフィルムを有する熱可塑性フィルムの薄層とを有する非剛的な第１の層であり、
前記剛的な第２の層は、第２の引張弾性率と、該第２の引張弾性率と実質的に同じ第２の圧縮弾性率とを有する基板材料であり、
前記第１及び第２の層は、前記熱可塑性フィルムを前記配置繊維と前記基板材料の間にして中間インタフェース区域で互いに接合され、
アセンブリの前記第１の層は、前記第２及び第１の方向の曲げに基づく約１．２６４：１から７．６０９：１の範囲の撓み弾性率の変化比率を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項８】
前記第２の層内に又は前記第１及び第２の層間のインタフェースに位置付けられた中立曲げ平面を更に含み、
前記中立曲げ平面は、アセンブリが前記第１及び第２の方向に曲がる時に前記第１の層に位置付けられない、
ことを特徴とする請求項７に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項９】
前記第２の層は、約３０ｋｓｉ−４０，０００ｋｓｉの範囲の前記第２の圧縮弾性率を有する板を含むことを特徴とする請求項１又は請求項７に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項１０】
前記第１の層は、オフセット角を有する繊維の織編み織物を含むことを特徴とする請求項１又は請求項７に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項１１】
前記第１の層は、１つの方向に第１の織物引張弾性率を含んで該１つの方向に対して横断する方向にかつ同じ平面内に該第１の織物引張弾性率とは異なる第２の織物引張弾性率を含む織編みパターンを有する織物を含むことを特徴とする請求項１又は請求項７に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項１２】
撓み区域と、前記第１及び第２の層が曲げ荷重を受けず、かつ該第１及び第２の層が該撓み区域で湾曲している中立の向きとを更に含むことを特徴とする請求項１又は請求項７に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項１３】
前記第１の層は、圧縮状態にあり、前記繊維は、アセンブリが平坦で平面的な向きにある時に弾力的に座屈されることを特徴とする請求項１２に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項１４】
履物物品のミッドソールアセンブリ又はインソールにあることを特徴とする請求項７に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項１５】
前記第１の層は、互いに対する選択された角度で第２の繊維と交絡された第１の繊維を有する織物と、該織物を封入又は含浸する弾力的に変形可能なマトリクスとを有する少なくとも１つの繊維強化型複合材料を含む非剛的な第１の層であり、該マトリクスは、約５から５，０００ｐｓｉの範囲のマトリクス弾性係数を有し、該第１の層は、第１の弾性係数を有し、該少なくとも１つの繊維強化型複合材料の該第１又は第２の繊維は、該第１の層に対する圧縮荷重の下で曲がって座屈するように構成され、
前記剛的な第２の層は、中間インタフェース区域で前記第１の層に接合され、第２の弾性係数を有する剛性材料を含み、
実質的に前記中間インタフェース区域での熱可塑性フィルムの薄層の該フィルムは、約０．０００５−０．０２５インチの範囲の厚みを有して前記第１及び第２の繊維に結合され、かつ前記第２の層に結合され、
アセンブリが、前記第１の方向に軸に関して弾力的に曲げ可能であり、これが、前記第１の層を引張状態に入れ、かつ前記第２の層を圧縮状態に入れ、
前記第２の方向の曲げが、前記第２の層を引張状態に入れて前記第１の層を圧縮状態に入れ、前記第１又は第２の繊維を弾力的に座屈させ、
アセンブリが、前記第２の層内に又は前記第１及び第２の層間の前記中間インタフェース区域に位置付けられた中立曲げ平面を有し、該中立曲げ平面は、アセンブリが前記第１及び第２の方向に曲がる時に該第１の層に位置付けられない、
ことを特徴とする請求項１に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項１６】
中立の向きを有し、該中立の向きでは、前記第１及び第２の層は、曲げ荷重を受けず、かつ第１及び第２の層が、平坦で平面的な層であることを特徴とする請求項１５に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項１７】
前記第１の層は、マトリクスによって含浸された繊維を有する非剛的な第１の繊維強化型複合材料であり、
前記剛的な第２の層は、前記第１の層に接合された繊維強化型複合材料であり、前記第１の引張弾性率よりも大きい第２の引張弾性率を有し、かつ該第２の引張弾性率と実質的に同じ第２の圧縮弾性率を有し、
アセンブリが、第１の方向に曲がり、これが、前記第１の層を引張状態に入れ、かつ前記第２の層を圧縮状態に入れ、アセンブリが、該第１の方向に曲げられた時に第１の曲げ剛性を有し、
アセンブリが、前記第１の方向と実質的に反対の第２の方向に曲がり、これが、前記第２の層を引張状態に入れて前記第１の層を圧縮状態に入れ、該第１の層を弾力的に座屈させ、アセンブリが、アセンブリが該第２の方向に曲げられた時に前記第１の曲げ剛性よりも小さい第２の曲げ剛性を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の異方性複合材料アセンブリ。
【請求項１８】
アセンブリ内の約０度の曲げでの平坦平面構成からアセンブリ内の約５０−５６度の曲げを有する完全曲げ構成の間で複数の撓み範囲を有するように構成され、
前記平坦平面構成と前記完全曲げ構成の間で約１．２５：１から２０：１の範囲の撓み弾性率の比率を有する、
ことを特徴とする請求項１７に記載のアセンブリ。
【国際調査報告】
2019503896.tif 000033
2019503896.tif 000034
2019503896.tif 000035