繊維織物構造加工技術
従来の 2D 織りでは、織機またはマルチアーム織機でたて糸とよこ糸を交絡させて、平織り、ツイル織り、サテン織りの構造を作成します。 織りのプロセスは、「脱皮」「摘み取り」「叩く」「巻き取る」「放す」という 5 つの基本的な動作で構成されます。 シャトル、レイピア、エアジェットなど、さまざまな脱皮技術が利用可能です。 単層 2D 製織プロセスは、3D 直交構造および角度インターロック構造、ファブリック中間層とハニカム構造を備えた 3D 中空スペーサー構造、3D シェル構造、および 3D ノード構造を含む特定の 3D 製織構造の製織にも適用できます。 図 1 は、従来の 2D および 3D 両方の角度連動織物構造を製造するための 2D 織物の原理を示しています。
図 1: 2D および 3D 織物構造の 2D 織物の原理
従来の 2D 製織技術を使用してさまざまな固体 3D 製織構造を製造できますが、厚さの寸法には制限があります。 このため、3D 織物を製造するための専用の 3D 織機が開発されました。 海外で開発された最も初期の機械の 1 つは、図 2 に示すように、X、Y、Z 糸を使用した直交構造を製造するために使用される特殊な織機です。
図 2: 3D 直交構造を製造するための専用の 3D 織機
製織プロセスでは、Z 方向の繊維は静止したままですが、最初に X 繊維が適切な位置に挿入されて叩かれ、続いて Y 繊維がそれぞれの位置に挿入されて叩かれます。 この操作を繰り返して、目的の高さに達するまでコンパクトな構造を生成し、3D 長方形の断面構造が得られます。 その後、海外で両開式立体織機が開発されました。 この開口システムにより、縦糸と横糸が水平方向と垂直方向の両方で絡み合うことができます。 この特殊な 3D 製織技術は、織物成型材料を直接製造することもできるため、生地が切断されたり損傷したりした場合でも、究極の構造的完全性が得られます。
3 軸製織構造の製造は、従来の 2D 製織技術と自動製織技術の統合によって実現されます。 Dow が設計し、Barber-Colman が製造した典型的な 3 軸織機を図 2.28 に示します。 この装置は、スピンドルを備えた回転ホイールを利用して縦糸を敷設し、レピアエッジを使用して横糸を挿入するための杼口を作成します。
図 3: 3 軸織物構造を製造するためのスピンドル付き回転ホイール
繊維編組織の加工技術
たて編みとよこ編みの原理を図 4 に示します。たて編み構造では、針床上の各針が編みサイクル内で同じたて糸を連続的に送り、ループを形成します。 具体的には、針 A、B、C、D に同じ縦糸が順番に供給され、ループ状の生地のセクション (E、F、G、H) が得られます。 横編み構造では、同じ編みサイクル内で、糸送りとループ形成が針棒の各針で行われます。 針棒のすべての針 (A、B、C、D) は、別個の緯糸ガイド (E、F、G、H) によって個別に重ねられます。
図 4: 繊維構造の編み原理: (上) 縦編み。 （下）横編み
円形横編みは、管状の生地構造の製造を特徴としています。 ただし、平よこ編みは、個々の針の選択、ループ転送、マルチシステム編み、およびシンカーとプレッサー。 図 5 は、コンピュータ化された横編機で選択された針を使用して単一のチューブを編む様子を示しています。
図 5: コンピュータ横編機での単一チューブの編成
筒状編みは、2 つの針床で糸を交互に編み、一方の針床から他方の針床へ端のみで糸を移動させて筒を形成することによって達成されます。 筒編みと内部編み技術を組み合わせることで、単筒編み構造のさまざまなバリエーションを実現できます。
インターシャ編み技術により、編み機は複数の異なる繊維を使用して生地の異なる部分を編むことができます。 繊維は個別に使用することも、組み合わせて使用することもできます。 この技術では、最初に1本の繊維で一定の長さを編んで単一のチューブを形成し、次に別の繊維を導入して2つのチューブを同時に形成し、結果として二股チューブが得られます。 同様に、より多くのファイバーを使用することにより、多分岐チューブ構造を形成することができます。
コンピュータ化された横編機の多用途性により、図 6 に示すように、ドーム、球、箱など、より複雑な形状の 3D 構造を編むことが可能になります。2D の繰り返し成形セグメントにより、ニットドーム構造を形成できます (図 6(b) ））。 この 2D セグメントは、動作する針の数を繰り返し増減することによって実現されます。 各成形セグメントは、生地を徐々に広げてから狭くする操作を表します。 成形セグメントのタイプはドームの角度と高さ対底辺の比率に影響し、成形セグメントの数はドームの形状に影響します。 ドームの楕円形の部分を三角形の部分に置き換えることにより、箱状の構造を形成できます。
図 6: (a) 円形ドーム、(b) ニットドーム構造、(c) ニット球、(d) ニットボックス
図 6(d) に示すように、ドーム構造の場合、稼働針の数の増減を表す線は曲線ではなく直線になっています。 成形セグメントのタイプは、結果として得られる直方体の角度に影響します。 整形針と非整形針の数の比率によって、得られるボックスのアスペクト比が決まります。 編み針の数を変更できることは、コンピューター横編機がさまざまな 3D 形状を作成できる最大の可能性をもたらします。
インターバル構造は、丸編み機、平編み機、または縦編み機で 2 セットの針を使用して製造されます。 シリンダーとディスクを備えた丸横編機は、個々の外層が繊維で接続されているインターバル生地を製造できます。 丸横編機のインターバル生地は、べら針とシリンダー針を使用して 2 つの異なる生地を別々に編成し、べら針とシリンダー針のタックで 2 つの層を接続することによって作成されます (図 7)。
図 7: 横糸丸編機でのインターバル生地の製造: (a) ダブルベッド丸編機。 (b) 丸編み機でインターバル生地を編む
2 つの別個の生地層の間の距離は、機械シリンダーに対するべら針の高さを変えることによって調整できます。 この方法によるインターバルファブリックの予め設定された厚さは、１．５から５．５ミリメートルの範囲であり得る。 丸編み機でのインターバル生地の製造と同様に、糸インターバル層を備えたインターバル生地は、前後の針床に 2 つの独立した生地層を形成し、両針床のタックでそれらを接続することにより、横編機で製造されます (図 8)。
図 8: コンピュータ化された横編機でのインターバル生地の生産: (a) コンピュータ化された横編機。 (b) 平機でインターバル生地を編む
2 つの針床間の距離によって、間隔布の厚さが決まります。 丸横編機とは異なり、平横編機の 2 つの針床間の距離は通常約 4 ミリメートルに固定されています。 横編みインターバル生地と他のタイプのインターバル生地の違いは、3 つの基本構造要素 (つまり、上層、下層、およびインターバル層) が同じ編みサイクルで一緒に編成されることです。 よこ編みインターバル生地は、図 9(a) に示すように、二本針棒ラッセル機で生産されます。 ガイドバー 1 と 2 が前針棒に重なり、ガイドバー 5 と 6 が後針棒に重なると (それぞれ上層と下層を編成する)、ガイドバー 3 と 4 が両方の針棒の間隙糸に順番に重なり合います。 図 9(b) は、二本針棒ラッセル機 RD 6 でインターバル生地を製造するプロセスを示しています。
図 9: 二本針棒ラッセル機によるインターバル生地の生産: (上) 原理の概略図。 （下）設備図