3Dシューズアッパーの製造に横編機が使われる理由

カットアンドソー構造からフルニットシューズアッパーへの移行により、パフォーマンスシューズとカジュアルフットウェアの設計と製造方法が根本的に変わりました。この変化の中心にあるのはコンピューター化された横編み機です。この技術は、衣料品生産における起源をはるかに超えて進化し、商業規模で 3D シューズのアッパーを製造するための主要なプラットフォームになりました。靴下やシームレス衣類に適した筒状の生地を生産する丸編機とは異なり、横編機は V 字型に配置された 2 つの対向する針床で動作するため、多方向に作業し、ベッド間で目を移し、生地を切断することなく 3 次元的に成形することができます。この機能により、構造的に重要な位置に縫い目をなくし、足の複雑な形状に適合する一体型のニット構造として靴のアッパーを製造するのに独自に適しています。

従来のアッパー構造と比較した実際的な利点は重要です。カットアンドソー製法の 30 ～ 40% と比較して材料の無駄が 5% 未満に削減され、縫製アセンブリが必要ないため労働要件が大幅に削減されます。また、ニット構造によりゾーン固有のパフォーマンス エンジニアリングが可能になります。通気性のあるオープン メッシュを前足部に配置し、中足部にサポート力のある高密度ニットを配置し、かかと部分にクッション性のあるテリー構造を単一の連続生地内に配置しています。 3D シューズアッパー製造専用の横編機の構成と操作方法を理解することは、機械プログラミング、糸科学、履物工学を組み合わせた技術分野です。

靴のアッパーに必要な機械の仕様を理解する

すべての横編み機が適切な 3D シューズ アッパーを製造できるわけではありません。いくつかの機械仕様は、上位生産を試みる前の重要な前提条件であり、適切な機械構成を選択することが、メーカーが最初に行う決定です。

ゲージ (各針床の 1 インチあたりの針の数) は、最も基本的な仕様です。靴のアッパーでは、12 ～ 15 のゲージが最も一般的で、15 ゲージの機械はライフスタイルやファッションの靴に適した、より細かく滑らかな生地を生産し、12 ゲージの機械は糸数と生地の重量が大きいスポーツ用のアッパーに適しています。 18 などの細かいゲージでは、靴下重量の生地が製造されますが、大幅な補強糸を使用しないと、ほとんどの靴のアッパー用途には繊細すぎるためです。また、セクション間で糸を切断したり再結合したりすることなく、インターシャスタイルの色と構造のゾーニングを可能にするために、機械には同時に動作できる少なくとも 2 つのヤーンキャリアが必要です。

3D シューズアッパー用の機械は、複合針テクノロジーまたは信頼性の高いステッチ転写機能を備えたラッチ針床をサポートする必要があります。複合針により、より細かいステッチ制御と迅速な操作が可能になる一方、伝達機能は、ニットアッパーと平らな生地を区別する三次元形状を作成するために不可欠です。 Shima Seiki、Stoll、Lonati などの大手機械メーカーは、特殊なシンカー形状と、編成中に針床に蓄積されるシューズアッパーの集中質量を処理するように設計されたテイクダウン機構を備えた専用のシューズアッパー編成システムを提供しています。

シューズアッパーのさまざまなゾーンに応じた糸の選択

のパフォーマンス特性 3Dニットシューズアッパー 機械のプログラミングだけでなく、糸の選択によっても決定されます。アッパーの異なるゾーンには異なる機能要件があり、最新の横編機はコースの途中でヤーンキャリアを切り替えて、単一のピース内にゾーン固有の糸を導入できます。利用可能な糸の特性と、それらがアッパー ゾーンにどのようにマッピングされるかを理解することは、靴のアッパーの製造に携わる技術者にとって必須の知識です。

• モノフィラメントおよびマルチフィラメント ポリエステル: 細いポリエステル マルチフィラメント糸 (通常 75D ～ 150D) が、ほとんどのニットアッパーの構造的バックボーンを形成しています。寸法安定性、耐摩耗性、一貫したステッチ形状を提供します。より細番手のモノフィラメント糸は、空気の流れが優先されるバンプ領域など、堅くてオープンメッシュ構造が必要な場所に使用されます。

• 熱可塑性糸 (ホットメルト): TPU または低融点ポリエステル糸は、ヒールカウンター、アイレット列、履き口のエッジなど、構造的な補強が必要なゾーンに編み込まれています。完成したアッパーを編成後にヒートトンネルに通すと、これらの糸が隣接する糸と融合して、接着剤や材料層を追加することなく、従来の補強コンポーネントに代わる硬い接着ゾーンが形成されます。
• エラストマー糸 (スパンデックス/ライクラ): 足首の履き口と甲の部分に弾性糸が組み込まれており、伸縮性と回復性を提供し、別個の弾性コンポーネントを必要とせずに足を靴内に固定します。これらの糸は通常、弾性回復力を最大化するためにはめ込まれます (ループ自体を形成するのではなく、ステッチ ループの間に配置されます)。
• 再生PETと特殊繊維： 主要な履物ブランドからの持続可能性の要件により、使用済みのペットボトルから作られた rPET 糸の採用が推進されています。これらは、編み物においてはバージンポリエステルと同等の性能を発揮しますが、糸の摩擦係数がわずかに高いため、より厳密な張力調整が必要です。ダイニーマやベクトランなどの特殊繊維は、耐引裂性が重要なパフォーマンスモデルのインレイ補強材として使用されます。

3D 構造のプログラミング: シェーピングとゾーニングのテクニック

シューズアッパー製造における横編機の特徴は、プログラムされた成形を通じて三次元構造を製造できることです。針の起動パターン、ステッチ移動、部分的な編みを使用して、切断や縫製を行わずに足型の形状に適合する生地を構築します。この構造をプログラミングするには、専用の CAD ソフトウェアが必要です。島精機製作所の SDS-ONE APEX システムと Stoll の M1 Plus は、最も広く使用されている 2 つのプラットフォームであり、どちらのプラットフォームにも、物理サンプルを作成する前にニット構造を 3D でシミュレーションする靴のアッパー固有の設計モジュールが含まれています。

立体成型のための部分編み

部分編み (短列編みとも呼ばれる) は、平面編みのアッパーに 3 次元の幾何学形状を構築するための主な技術です。選択されたコース中に一方または両方のベッドの針のサブセットのみを作動させることにより、周囲の針がループを保持しながら、機械は局所的な領域に生地の追加の列を構築します。これにより、制御された曲率が作成されます。追加の列を受け取る領域が隣接する領域に比べて長くなり、生地が湾曲したりカップ状になったりします。靴のアッパーのプログラミングでは、部分的な編みを使用してヒールカップの深さ、つま先ボックスの体積、甲の曲率を構築し、重要な形状の変更時に引っ張ったり歪んだりすることなく、平編みの部分を足型にフィットさせることができます。

ステッチ転写による構造と質感の変化

前後の針床間のステッチ移動は、美的目的と機能的目的の両方に役立つ構造効果を生み出すために使用されます。ステッチを前部ベッドから後部に移し、編み直すと、タックまたはケーブル効果が生じ、局所的な生地の厚さと剛性が増加します。これは、別個のコンポーネントを追加することなく、統合されたつま先キャップまたは中足部サポート構造を作成するのに役立ちます。ベッドに沿ってステッチを外側（広げる）または内側（狭くする）に移すことで、アッパーの成形されたシルエットが得られ、CAD システムにプログラムされた最後の寸法に従って、足首の開口部の幅、レーシングゾーンのスロートの幅、つま先の形状が制御されます。

ゾーンを差別化するためのインターシャとジャカードのプログラミング

インターシャ編みでは、針床全体に糸を搬送することなく、同じコース内の独立したゾーンで異なるヤーンキャリアを動作させることができます。この技術は、隣接するゾーンにまったく異なる糸が必要な靴のアッパーにとって重要です。たとえば、通気性のあるモノフィラメント メッシュ ゾーンと固体ポリエステル ジャカード ゾーンの直接隣り合わせです。ダブルベッド機でのジャカード プログラミングにより、最大 4 つの糸の色または種類を 1 つのコース内に全幅にわたって組み込むことができ、複雑なグラフィック パターン、複数の素材の構造、および統合されたブランド要素を、ポストプロダクションのプリントや刺繍を行わずに編みプロセスで完全に生産できるようになります。

上編みの機械セットアップと張力校正

靴のアッパー製造用に横編み機をセットアップするには、相互に依存するいくつかのパラメーターを慎重に調整する必要があります。張力 (編成中に生地が針床から下方に引っ張られる力) は最も敏感な変数であり、アッパーの質量が増加するにつれて動的に調整する必要があります。アッパーの開始時、少数のコースのみが編成されているときは、最初のコースが針から引き抜かれるのを防ぐために、非常に低いテイクダウン張力が必要です。生地が成長するにつれて、一貫したステッチ形状を維持するために張力が徐々に増加します。サーボ制御のテイクダウン システムを備えた機械は、プログラムされた張力曲線に基づいてこれを自動的に処理しますが、古い空気圧テイクダウン システムではセクション間の手動調整が必要です。

糸のループを描くために針がどのくらい下降するかを制御するステッチ カム設定は、糸が異なれば剛性と摩擦特性が異なるため、糸ゾーンごとに個別に調整する必要があります。熱可塑性糸は、表面摩擦が高いため、針フックを通る引き込みに抵抗するため、同じ番手の標準ポリエステルよりもステッチ カムの設定をわずかに深くする必要があります。マルチヤーンアッパーの両方のヤーンに同じカム設定を実行すると、ループの長さに一貫性がなく、完成品に目に見えるテクスチャの不規則性や寸法のばらつきとして現れます。技術者は通常、最初のアッパー全体を編成する前に、プログラム内の各糸の校正見本を作成し、仕様に照らしてステッチの長さを測定してから、生産用の機械設定を承認します。

3Dアッパーを完成させる編み上げ後の工程

編み機から取り出されたアッパーは、まだ耐久性と組み立ての準備ができていません。いくつかの編み後のプロセスを経て、未加工のニットピースが、耐久性のある作業と靴の組み立ての機械的要求に耐えることができる寸法的に安定したアッパーに変わります。

熱可塑性強化糸を使用する場合、熱活性化は特に重要です。すべてのゾーンにわたって均一な温度分布を確保するには、アッパーをヒート トンネル内で平らに配置するか、穴の開いた金型上に配置する必要があります。不均一な加熱により部分的に融着した領域が生じ、着用者に違和感が生じ、使用中に屈曲応力が加わると剥離する可能性があります。熱活性化後、アッパーをサイジングラストに置き、蒸気または熱で目的の三次元形状に成形します。このステップでは、ヒールカップの深さ、トゥスプリング、カラー開口部の形状を設定し、アッパーを変形させることなく組立ラインで効率的に長持ちさせることができます。

3D ニットアッパーのよくある欠陥とその予防方法

適切にキャリブレーションされた機械と正しくプログラムされたデザインであっても、3D ニット シューズのアッパーは一連の繰り返し発生する欠陥の影響を受けやすいため、技術者は、生産工程を通じて欠陥が伝播する前に、機械レベルで特定、診断、修正できるよう訓練を受ける必要があります。

• ドロップステッチ: 糸の張力が不十分、針フックが損傷している、またはステッチカムの深さが不適切であることが原因です。ドロップステッチにより、生地に目に見える穴ができ、構造上の弱点が生じます。修正措置には、影響を受けたゾーンの針を検査し、そのヤーン キャリアのカム設定を再調整することが含まれます。
• サイズ間の寸法の不一致: CAD グレーディングが比例的に正しくない場合、または張力のドリフトにより針床ゾーン間でステッチ密度が異なる場合に発生します。完全な生産を開始する前に、実行中の各サイズを承認済みの最終サイズと比較して寸法検証する必要があります。
• ヤーンキャリアの衝突: インターシャプログラムで 2 つのキャリアが同時に同じベッド位置を占めるようにプログラムされている場合に発生します。これにより、機械が停止し、針が損傷する可能性があります。プログラムがマシンに送信される前に、キャリア パスのシーケンスをシミュレーションで検証する必要があります。
• 不均一な熱活性化ゾーン: ヒート トンネル内の温度分布が不均一であるか、コンベア上の上部の位置が一貫していないことが原因で発生します。トンネル温度プロファイルの定期的な校正と標準化された上部設置治具により、この欠陥が接着構造ゾーンに影響を与えるのを防ぎます。