(57)【要約】【課題】  層ごとの特定方向に整列された連続ストランド織物層で組成されたトウキャップ。【解決手段】  本発明のトウキャップは、プリプレグ材料の連続ストランドで組成された織物層を具えている。好ましい実施例において、各織物層のプリプレグ材料の連続ストランドは層ごとに特定の方向に整列している。他の好ましい実施例において、第１層のストランド方向は第２層のストランド方向に直交する。さらに別の実施例において、第１層のストランド方向は第２層のストランド方向に対して４５度を呈している。また別の好ましい実施例において、トウキャップは織物層のほかに、シート状成形組成物（ＳＭＣ）層を具えたハイブリッド層を具えている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリプレグ材料の連続ストランドで組成された複数の編成層を具えたことを特徴とする、トウキャップ。
【請求項２】
請求項１記載のトウキャップにおいて、各編成層のプリプレグ材料の連続ストランドが層ごとに特定の方向に整列させられたことを特徴とする、トウキャップ。
【請求項３】
請求項２記載のトウキャップにおいて、第１層の連続ストランド方向が第２層のものに直交することを特徴とする、トウキャップ。
【請求項４】
請求項２記載のトウキャップにおいて、第１層の連続ストランド方向が第２層のものに対して４５度を呈することを特徴とする、トウキャップ。
【請求項５】
請求項１記載のトウキャップにおいて、編成層とシート状成形組成物層を具えたハイブリッド層をさらに具えたことを特徴とする、トウキャップ。
【請求項６】
請求項１記載のトウキャップにおいて、編成層間に樹脂を具えたことを特徴とする、トウキャップ。
【請求項７】
請求項１記載のトウキャップにおいて、編成層間にビニルエステルを含む樹脂を具えたことを特徴とする、トウキャップ。
【請求項８】
請求項１記載のトウキャップにおいて、編成層間にポリエステルを含む樹脂を具えたことを特徴とする、トウキャップ。
【請求項９】
請求項１記載のトウキャップにおいて、編成層間にエポキシを含む樹脂を具えたことを特徴とする、トウキャップ。
【請求項１０】
請求項１記載のトウキャップにおいて、編成層間にポリウレタンを含む樹脂を具えたことを特徴とする、トウキャップ。
【請求項１１】
請求項１記載のトウキャップにおいて、各編成層のプリプレグ材料の連続ストランドが方向上連続し強化された粗糸を含むことを特徴とする、トウキャップ。
【請求項１２】
請求項１記載のトウキャップにおいて、各編成層のプリプレグ材料の連続ストランドが方向上連続するガラス繊維を含むことを特徴とする、トウキャップ。
【請求項１３】
請求項１記載のトウキャップにおいて、プリプレグ材料がヤーンで組成された方向上連続する編み地を具えたことを特徴とする、トウキャップ。
【請求項１４】
プリプレグ材料の連続ストランドで組成された複数の層を積層する工程を具えたことを特徴とする、トウキャップ製造方法。
【請求項１５】
請求項１４記載のトウキャップ製造方法において、複数層の積層工程がさらにプリプレグ材料の連続ストランドを層ごとに特定の方向に整列させて積層する工程を含むことを特徴とする、トウキャップ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は履物用のトウキャップに係り、特に、構造を改良して強度均一性を改善したトウキャップに関する。
【背景技術】
【０００２】
安全靴用の金属トウキャップ、例えばスチールトウキャップは、アメリカンナショナルスタンダードインスティチュート（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ；ＡＮＳＩ）の定めた厳しい試験規則と共に長年使用されてきた。熱可塑性プラスチック射出成形で形成されたプラスチック製トウキャップも良好な電気絶縁を含む各種目的のために製造されてきた。
【０００３】
プラスチック材料は第二次世界大戦以降広く使用されている。一般にプラスチック材料は熱可塑性プラスチックと熱硬化性プラスチックに分けられる。熱可塑性プラスチックは材料形状が加熱と加圧により形成及び再形成可能である。一方、熱硬化性プラスチックは最初の加熱及び加圧で橋かけ結合と称される化学反応を起こすため、その後の加熱加圧でその形状を再形成することはできない。特定の性質を改善するために、熱可塑性プラスチック或いは熱硬化性プラスチック組成材料として、他のタイプのフィラー、添加剤或いは強化剤が添加される。これらのプラスチックはヨット、テニスラケット、釣り竿及びゴルフクラブのシャフト、或いはスペースシャトルのブースタータンクから家庭用用途に至るまで使用されている。
【０００４】
プリプレグ材料は、麻繊維或いは布を樹脂システムに含漬させて硬化時間を短縮したものであり、繊維は予め湿らされており、樹脂フロー時間を減らし、繊維を強化すると共に構造強度を弱める気泡の形成を減らす。熱可塑性樹脂プリプレグはコストが比較的かかる。熱硬化性ＳＭＣ（シート状成形組成物；Ｓｈｅｅｔ−ｍｏｌｄｉｎｇ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）が広く自動車市場で採用されている。しかし、ほとんどの樹脂システムは非含浸ポリエステル樹脂であり、非含浸ポリエステル樹脂は砕けやすく、安全靴用のトウキャップに求められる耐衝撃性を具備しない。
【０００５】
成形工程において、トウキャップに係る周知の発明はほとんどが熱可塑性プラスチック分野に限られている。これらの発明では短く切り刻まれたストランドガラス繊維或いは他のタイプの強化材料を使用し、繊維の長さを増すことによりトウキャップの機械的性質を改善している。このような発明には例えば特許文献１がある。その請求項に係る発明は、射出成形熱可塑性プラスチックマトリックスにおける内部織物繊維の方向づけの技術が記載されている。これらの発明がトウキャップに採用された場合、その耐衝撃性及び耐圧力性は大きく改善される。
【０００６】
熱硬化性プラスチックの応用例もあり、それはガラス及び又は炭素繊維で強化された熱硬化性プリプレグビニルエステルシート状成形組成物に関する発明である。しかしシート状成形組成物（ＳＭＣ）はランダムな方向の繊維或いは短繊維を使用しており、このため耐衝撃性或いは耐圧力性等の機械的性質及び強度均一性及び安定性には尚も改善の余地がある。
【０００７】
ゆえに、新しく且つ改善された材料を提供して安全靴用のトウキャップの設計と製造を行ない、従来の技術の欠点と制限を克服する必要がある。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６，１５９，５８９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の主要な目的は、金属キャップの代わりに採用されうる安全靴或いはブーツの強化用のトウキャップを提供することにある。本発明によるトウキャップは、引張り強さ、耐圧力性、及び耐衝撃性を含む機械強度を増加したものとする。
【００１０】
本発明の別の目的は、一種の安全靴用のトウキャップを提供することにある。それは、方向が制御され固定された繊維を使用することにより機械強度を増すと共に、強度均一性及び方向安定性を増し、これにより周知の熱可塑性プラスチック射出成形或いは熱硬化性シート状成形組成物を使用したトウキャップよりも機械強度を改善したものとする。
【００１１】
本発明のさらに別の目的は、一種の安全靴用のトウキャップを提供することにある。それは、方向が制御され固定された長繊維を使用することにより機械性質を改善して薄型化した保護層を具え、安全靴を軽量化できるトウキャップであるものとする。
【００１２】
本発明のさらにまた別の目的は、一種の安全靴用のトウキャップを提供することにある。それは、方向が制御され固定された長繊維を使用することによりガラス繊維の含有量を減らして表面の滑らかさを改善し、安全靴の表面を滑らかとすると共に安全靴の生産性を改良し且つ外観をよくすることができるトウキャップであるものとする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明は、プリプレグ材料の連続ストランドで組成された複数の織物層を具えたことを特徴とする、トウキャップとしている。
請求項２の発明は、請求項１記載のトウキャップにおいて、各織物層のプリプレグ材料の連続ストランドが層ごとに特定の方向に整列させられたことを特徴とする、トウキャップとしている。
請求項３の発明は、請求項２記載のトウキャップにおいて、第１層の連続ストランド方向が第２層のものに直交することを特徴とする、トウキャップとしている。
請求項４の発明は、請求項２記載のトウキャップにおいて、第１層の連続ストランド方向が第２層のものに対して４５度を呈することを特徴とする、トウキャップとしている。
請求項５の発明は、請求項１記載のトウキャップにおいて、織物層とシート状成形組成物層を具えたハイブリッド層をさらに具えたことを特徴とする、トウキャップとしている。
請求項６の発明は、請求項１記載のトウキャップにおいて、織物層間に樹脂を具えたことを特徴とする、トウキャップとしている。
請求項７の発明は、請求項１記載のトウキャップにおいて、織物層間にビニルエステルを含む樹脂を具えたことを特徴とする、トウキャップとしている。
請求項８の発明は、請求項１記載のトウキャップにおいて、織物層間にポリエステルを含む樹脂を具えたことを特徴とする、トウキャップとしている。
請求項９の発明は、請求項１記載のトウキャップにおいて、織物層間にエポキシを含む樹脂を具えたことを特徴とする、トウキャップとしている。
請求項１０の発明は、請求項１記載のトウキャップにおいて、織物層間にポリウレタンを含む樹脂を具えたことを特徴とする、トウキャップとしている。
請求項１１の発明は、請求項１記載のトウキャップにおいて、各織物層のプリプレグ材料の連続ストランドが方向上連続し強化ロービングを含むことを特徴とする、トウキャップとしている。
請求項１２の発明は、請求項１記載のトウキャップにおいて、各織物層のプリプレグ材料の連続ストランドが方向上連続するガラス繊維を含むことを特徴とする、トウキャップとしている。
請求項１３の発明は、請求項１記載のトウキャップにおいて、プリプレグ材料がヤーンで組成された方向上連続する編み地を具えたことを特徴とする、トウキャップとしている。
請求項１４の発明は、プリプレグ材料の連続ストランドで組成された複数の層を積層する工程を具えたことを特徴とする、トウキャップ製造方法としている。
請求項１５の発明は、請求項１４記載のトウキャップ製造方法において、複数層の積層工程がさらにプリプレグ材料の連続ストランドを層ごとに特定の方向に整列させて積層する工程を含むことを特徴とする、トウキャップ製造方法としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、金属キャップの代わりに採用されうる安全靴或いはブーツの強化用のトウキャップを提供しており、本発明によるトウキャップは、引張り強さ、耐圧力性、及び耐衝撃性を含む機械強度を増加している。
【００１５】
本発明はまた、一種の安全靴用のトウキャップを提供しており、それは、方向が制御され固定された繊維を使用することにより機械強度を増すと共に、強度均一性及び方向安定性を増し、これにより周知の熱可塑性プラスチック射出成形或いは熱硬化性シート状成形組成物を使用したトウキャップよりも機械強度を改善したものである。
【００１６】
本発明はさらに、一種の安全靴用のトウキャップを提供しており、それは、方向が制御され固定された長繊維を使用することにより機械性質を改善して薄型化した保護層を具え、安全靴を軽量化できるトウキャップである。
【００１７】
本発明はさらにまた、一種の安全靴用のトウキャップを提供しており、それは、方向が制御され固定された長繊維を使用することによりガラス繊維の含有量を減らして表面の滑らかさを改善し、安全靴の表面を滑らかとすると共に安全靴の生産性を改良し且つ外観をよくすることができるトウキャップである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の好ましい実施例によると、本発明は、層ごとに決められた方向に整列されたプリプレグ材料の連続ストランドからなる複数の織物層を具えている。好ましい実施例において、第１層のストランド方向は、第２層のストランド方向に対して直交する。他の実施例によると、トウキャップは複数の、プリプレグ材料連続ストランド織物層を具え、二つの隣接層は互いに異なり互いに直交するストランド方向を具えている。さらに他の実施例によると、第１層のストランド方向は、第２層のストランド方向に対して４５度を呈する。また別の実施例によると、織物層は更にハイブリッド層を具え、該ハイブリッド層はシート状成形組成物（ＳＭＣ）層を具えている。
【００１９】
本発明のトウキャップの製造方法は、層ごとに決められた方向に整列されたプリプレグ材料連続ストランドで組成された複数の層を積層する工程を具えている。
【００２０】
図１から図８は安全靴用のトウキャップ製造に採用される本発明の材料の改良された構造と組成を示す。これらの図に示されるように、シート状材料は、方向上連続する強化ストランドを具えている。プリプレグ材料はガラス繊維或いは他のタイプの繊維とされ、例えばガラスロービング（麻ロービングで組成されている）、織物（ヤーンで組成されている）、或いはスティッチボンド二軸、三軸及び四軸布（ｓｔｉｃｈｂｏｎｄｅｄ  ｂｉａｘｉａｌ，ｔｒｉａｘｉａｌ  ａｎｄ  ｑｕａｄｒａｘｉａｌｆａｂｒｉｃｓ）とされうる。ランダム方向の繊維を使用したシート状成形組成物（ＳＭＣ）のような従来の組成材料に較べて、本発明は連続ストランドが各層ごとに固定された方向に整列している。異なる方向に整列する連続ストランドで組成された織物層が積層され一体とされる。成形部分の厚さを増して必要な性質を得るため、切断されたストランドマット或いはスティッチボンド或いは不織布が中間層結合強度を増すのに使用されるか、或いは表面に使用されて表面の平坦度を改善するのに使用される。実際の使用において、薄いトウキャップであっても従来のトウキャップよりも良好な保護強度を有するが、薄いトウキャップを製造するための新たな工具に係るコストがかかる。このため、コスト削減のため、本発明は切り刻んだストランドを使用したシート状成形組成物（ＳＭＣ）層を採用したハイブリッド中間層を具えたハイブリッド層構造を提供している。このハイブリッド層構造は、従来のトウキャップを製造するのと同じ機械を使用して形成されるため、製造コストを削減することができる。不織布は表面層に使用されて表面の滑らかさを改善する。図９はシート状成形組成物（ＳＭＣ）の不織布を示す。
【００２１】
図１０は本発明のトウキャップの製造工程を示す。プリプレグ材料ＩＱＣは小片にダイカットされる（第１工程参照）。これらの小片は各種小片と積層されて前成形体が形成される（第２工程参照）。繊維で組成された各種の積層小片の方向は成形形状と必要な性質に符合するものとされる。固定方向の連続繊維ストランドを含むプリプレグ層は制御された粘度を有する。図１から図５に示されるシートが製造されるこの工程において、一層ずつの積層が、連続繊維ストランドを所定の方向に配置することにより実施される。各層の粘度が制御されているため、各層間の相対移動は発生しない。樹脂だけが層間を流動しうる。完成したトウキャップの壁厚は０．１０から０．２５インチであり、ＡＮＳＩグレード−１（１０２Ｊ）又はＣＳＡグレード−１（１２５Ｊ）の要求基準に適合する。積層工程の後、前成形体は型中に置かれて加圧され、その後、加熱と硬化の工程が行なわれる（第３工程参照）。完全なシートが加熱工程で硬化する時、層間を流れる樹脂は層間の空気を押し出し、これにより均一な厚さを有して十分に制御された機械性質を具えた安定した高品質のシートが形成される。図１５は図１０の第１から第３の工程で製造されたトウキャップの斜視図である。
【００２２】
樹脂システムには樹脂含有量が樹脂システム総重量の３０ｗｔ％〜６０ｗｔ％であるビニルエステル、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂或いはポリウレタン樹脂が使用される。強化繊維はガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維及び金属繊維とされうる。トウキャップ製造目的のため、選択可能な実施例において、ロービングクロス／布／ＳＭＣ及びビニルエステルのハイブリッド材料が使用される。その例は図３に示され、図３においてＳＭＣ層が二つのロービングクロス層に挟まれている。図１２及び図１３は図１及び図８に示される連続ストランド製造マシンと図３と図９に示される中間層であるＳＭＣ層製造用のＳＭＣ−Ｒマシンを示す
【００２３】
以上の各実施例の説明及び図面に示されるように、本発明の提供するトウキャップは、プリプレグ材料の連続ストランドで組成された織物層を具えている。好ましい実施例において、各織物層のプリプレグ材料の連続ストランドは層ごとに特定の方向に整列している。他の好ましい実施例において、第１層のストランド方向は第２層のストランド方向に直交する。さらに別の実施例において、第１層のストランド方向は第２層のストランド方向に対して４５度を呈している。また別の好ましい実施例において、トウキャップは織物層のほかに、シート状成形組成物（ＳＭＣ）層を具えたハイブリッド層を具えている。また別の実施例において、トウキャップは織物層間の樹脂を具えている。さらに別の実施例において、トウキャップは織物層間にビニルエステルを含む樹脂を具えている。さらにまた別の実施例において、トウキャップは織物層の間にポリエステルを含む樹脂を具えている。別の実施例において、トウキャップは織物層の間にエポキシを含む樹脂を具えている。また別の実施例において、トウキャップは織物層の間にポリウレタンエポキシを含む樹脂を具えている。さらにまた別の実施例において、各織物層のプリプレグ材料の連続ストランドは方向上連続し強化ロービングを含む。他の実施例において、プリプレグ材料の連続ストランドは方向上連続するガラス繊維を含んでいる。また他の実施例において、プリプレグ材料は、ヤーンで組成された方向上連続する編地を具えている。
【００２４】
本発明はまたプリプレグ材料の連続ストランドで組成された複数の層を積層する工程を具えたトウキャップ製造方法を提供している。他の実施例において複数層の積層工程はさらにプリプレグ材料の連続ストランドを層ごとに特定の方向に整列させて積層する工程を含む。
【００２５】
以上の実施例は本発明を説明するために提示されたものであって、本発明の実施範囲を限定するものではなく、本発明に基づきなしうる細部の修飾或いは改変は、いずれも本発明の請求範囲に属するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のトウキャップの層構造を組成する各層の連続ストランドの整列方向を示す斜視図である。
【図２】本発明のトウキャップの層構造を組成する各層の連続ストランドの整列方向を示す斜視図である。
【図３】本発明のトウキャップの層構造を組成する各層の連続ストランドの整列方向を示す斜視図である。
【図４】本発明のトウキャップの層構造を組成する各層の連続ストランドの整列方向を示す斜視図である。
【図５】本発明のトウキャップの層構造を組成する各層の連続ストランドの整列方向を示す斜視図である。
【図６】本発明のトウキャップの層構造を組成する各層の連続ストランドの整列方向を示す斜視図である。
【図７】本発明のトウキャップの層構造を組成する各層の連続ストランドの整列方向を示す斜視図である。
【図８】本発明のトウキャップの層構造を組成する各層の連続ストランドの整列方向を示す斜視図である。
【図９】本発明のトウキャップの層構造中のシート状成形組成物（ＳＭＣ）層を示す斜視図である。
【図１０】本発明のトウキャップの製造工程表示図である。
【図１１】図１０の工程により製造された本発明のトウキャップの斜視図である。
【図１２】連続ストランドのプリプレグ材料を形成するためのマシンと工程を示す図である。
【図１３】図３のハイブリッド層構造の一部のシート状成形組成物（ＳＭＣ）層を形成するための機械及び工程表示図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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