JP3704547B2

JP3704547B2 - Method for forming fiber assembly

Info

Publication number: JP3704547B2
Application number: JP32527896A
Authority: JP
Inventors: 正直山口
Original assignee: Teijin Fibers Ltd
Current assignee: Teijin Fibers Ltd
Priority date: 1996-12-05
Filing date: 1996-12-05
Publication date: 2005-10-12
Anticipated expiration: 2016-12-05
Also published as: JPH10168723A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、捲縮形態を有する合成繊維の短繊維からなるマトリックス中に該短繊維より低い融点を有するバインダー繊維が分散混入された繊維集合体を成形するために、金型キャビティ内へ該繊維集合体を充填して加熱成形するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車、航空機等の複雑な形状を有するシート用クッション材として安価なウレタンフォームが多用されてきた。しかしながら、ウレタンフォームは、燃焼時に有毒ガスを発生すること、リサイクル使用が困難等の問題を有するため、これに代わる成形素材が切望されてきた。
【０００３】
このような問題から、近年、ウレタンフォームに代替するための素材として、合成繊維の短繊維からなるマトリックス中に該短繊維より低い融点を有するバインダー繊維が分散混入された繊維集合体を使用したクッション構造体が、上記の諸問題を解決することができる素材として注目されてきた。この繊維集合体は、金型のキャビティ内へ開繊された繊維集合体を充填し、これを熱成形することで繊維集合体中に含まれるバインダー繊維同士を熱融着させて形成されたものである。
【０００４】
従来、成形金型内へ繊維集合体を充填するための方法としては、例えば繊維集合体の塊を一定の大きさに仮整形し、仮整形した繊維集合体を手詰めしたり、ロボット等の自働機械によって成型金型のキャビティ内へ充填する方法が採られていた。しかしながら、この方法は、繊維集合体を一度仮整形して、その後、仮整形した繊維集合体を金型内へ詰め込む必要があるため、仮整形という工程を余分に要するためコストアップとなると共に、仮整形した繊維集合体を設置するための仮置場も必要となるといった問題がある。
【０００５】
このような問題を解決するために、繊維集合体を仮整形せずに、小片の繊維集合体の塊として加圧した空気流と共に成形金型内へ輸送する方法が、例えば特開昭６２−１５２４０７号公報に提案されている。この方法は、仮整形されていない繊維集合体をコンベアで開繊機へ運搬して開繊させ、開繊させた繊維集合体の小塊をブロアーによって発生させた加圧状態の空気流に随伴させて金型キャビティへ充填した後、金型形状に合わせて加熱成型する方法である。
【０００６】
しかしながら、このような空気吹込みによる繊維集合体の成形方法においては、以下に述べるような重大な問題を抱えている。
【０００７】
すなわち、本発明者は、従来の空気吹込みによる金型キャビティ内への繊維集合体の充填方式では、金型キャビティ内に充填する繊維集合体の充填密度に偏りが生じることを究明した。つまり、この原因が、繊維集合体を金型キャビティ内へ随伴移送する空気流の流路断面で見ると、空気流には風速分布に偏りが生じていることにあること、を究明したのである。何故ならば、繊維集合体を随伴する気流の風速が大きくなる金型キャビティの中心部では繊維集合体が過剰に充填され、他方、風速が中央部と比較して相対的に小さくなる側面部では繊維集合体が十分に充填され難いからである。このような理由から、従来の方式を使用する限りにおいては、金型キャビティ内に繊維集合体を均一に充填するのは困難であって、充填が十分に行われ難い金型キャビティの側面部には、予め所定の形に整形した繊維集合体を手詰めしなければならないという問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上に述べた諸問題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、従来の空気吹込みによる金型キャビティ内への繊維集合体の充填方法を採用しながらも、従来の充填方法が抱える問題を解決できる繊維集合体の成形方法を提供することにある。
【０００９】
すなわち、従来の空気吹込み法では、金型キャビティの中央部と側面部とでは充填した繊維集合体に嵩高密度差が生じるという問題を解消し、金型キャビティ内への繊維集合体の充填を均一に行うことができる方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
ここに、本発明によれば、
（請求項１）合成繊維の捲縮短繊維からなるマトリックス中に該捲縮短繊維より低い融点を有するバインダー繊維が分散混入された繊維集合体を熱成形するために、金型のキャビティ内へ開繊された該繊維集合体を空気と随伴させて充填し、次いで熱成形する繊維集合体の成形方法において、
金型キャビティの外側から吸引される空気の流れを整流する整流部材を設け、該金型キャビティから排出される空気の風速分布を流路断面内で均一化することを特徴とする繊維集合体の成形方法、
（請求項２）金型キャビティの空気吸引面に抵抗部材を設け、空気吸引面での繊維集合体の嵩高密度を所望の嵩高密度に制御する請求項１記載の繊維集合体の成形方法、及び
（請求項３）金型キャビティの外側から吸引する吸引力を繊維集合体の充填工程中に変え、金型キャビティに充填される繊維集合体を所望の充填密度に制御する請求項２又は請求項３に記載の繊維集合体の成形方法が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の繊維集合体のマトリックスを構成する合成繊維の捲縮短繊維の素材には、特に制限はなく、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリヘキサメチレンテレフタレート、ポリテトラメチレンテレフタレート、ポリ１,４-ジメチルシクロヘキサンテレフタレート、ポリピバラクトン、またはこれらの共重合エステルからなる短繊維、及至これらの繊維の混繊維集合体、または上記のポリマー成分の中の２種類以上からなる複合繊維（コンジュゲート繊維）等が好適である。また、短繊維の断面形状は、円形、扁平、異形または中空のいずれであっても良い。さらに、この場合の合成繊維の短繊維に付与する捲縮としては、顕在捲縮であることが好ましく、この顕在捲縮は、クリンパー等による機械的な方法、紡糸時の異方冷却による方法、サイドバイサイド型あるいは偏心シースコア型複合繊維の加熱による方法等で得ることができる。
【００１２】
一方、バインダー繊維としては、例えばポリウレタン系エラストマーやポリエステル系エラストマー繊維、特にこれらポリマーが繊維表面の一部に露出した複合繊維を好適に使用することができ、該バインダー繊維は成形する製品の要求性能に合わせて適当な量を前記のマトリックス繊維中に分散・混入されている。
【００１３】
次に、本発明の成形方法の実施態様について、図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の型詰方法を実施するための装置を例示した正面断面図である。該図において、Ｆは繊維集合体であって、予めマトリックス繊維とバインダー繊維を分散・混入したものである。また、Ｃは金型キャビティを表わす。さらに、１は該繊維集合体Ｆの搬送用ベルトコンベア、２は開繊機をそれぞれ示す。ここで、該開繊機２の役割は金型キャビティ内へ繊維集合体Ｆを充填させるに当たり、予め繊維集合体Ｆを十分に開繊・分散させておくことにあり、これにより均一な充填と安定した品質を達成することができる。
【００１５】
次に、３は送風機であって、繊維集合体Ｆを空気流に随伴させて金型キャビティ内へ送り込むための搬送気流を発生させる役割を有する。さらに、４は開繊機２から出てきた小片化された繊維集合体を金型キャビティＣへ移送するためのダクトである。ここで、空気吹込み方式による繊維集合体Ｆの金型キャビティＣへの充填操作においては、送風機３がダクト４の途中流路に設置されていてない方が好ましい。何故ならば、せっかく開繊機２で開繊・分散させられた繊維集合体Ｆの小片が送風機中を通過すれば、該送風機のインペラによる打撃によって絡みを生じたり、ダメージを受ける恐れがあるからである。このため、本発明では、ダクト４の経路外からダクト内へ空気を送風機３によって送風し、これによって、繊維集合体Ｆの搬送流を発生するようにしてある。
【００１６】
更に、５は成型枠、６は空気通過性を有する上金型、７は空気通過性を有する下金型、８及び９は金型を上下方向へそれぞれ移動させるための流体圧で作動するアクチュエータ群、１２は排風室、１１及び１３は排風機、１２は加熱空気供給装置をそれぞれ表わす。なお、２０で示した細線は、繊維集合体が加熱成形によって、クッション構造体へと転化されたときの最終形状を示している。
【００１７】
以上のように構成された装置において、金型キャビティＣへの繊維集合体の充填の進行に伴う搬送気流の圧力変化を検出し、該圧力変化値が金型キャビティ内への繊維集合体の充填完了を示す値に達するまで、圧力値を監視するための圧力計Ｐ１〜Ｐ３が図１に示すような位置に設けられてある。つまり、圧力計Ｐ１はダクト４の圧力を検知し、圧力計Ｐ２は金型キャビティＣの繊維集合体と搬送気流の入口側圧力を検知し、そして、圧力計Ｐ３は排風室の圧力を検知できるようにしてある。なお、このような圧力計としては、隔膜式圧力計やマノメータ式圧力計などが好適に使用でき、とくに微小な圧力変化を検知できる圧力計が好ましい。また、圧力計Ｐ１とＰ２とは、本実施態様のように２個設けることが好ましいが、どちらか一方だけ設けておいてもよい。また、必要に応じてこれ以外の箇所（例えば、上下金型６及び７の中間位置等）に一個以上の圧力検出器を取付けて、これらの情報を取り込むようにして、これらの情報を総合的に判断できるようにしても良い。
【００１８】
以上に述べた本発明の実施の態様を例示した装置において、上下の金型６及び７は、充填された繊維集合体を熱風により加熱・冷却できるように空気通過性を有するパンチングプレートのような材料から造られている。したがって、金型キャビティＣに繊維集合体を充填したままで、金型キャビティ内の繊維集合体中を加熱空気あるいは冷却空気を貫流させることが可能である。
【００１９】
該装置において、繊維集合体Ｆは、上下金型６及び７が上下に開いた状態（図１に例示した状態）で送風機３によって発生させられる搬送気流と共に金型キャビティＣへと充填される。このとき、同時に排風機１１によって、金型キャビティＣ内に送られた搬送気流が排風室１０を介して排風される。そして、金型キャビティＣへの繊維集合体の充填が終了すると、上下金型６及び７をそれぞれ下方向及び上方向へと移動させ、金型キャビティＣに充填された繊維集合体を所定の嵩高密度まで圧縮する。
【００２０】
以上の工程において、金型キャビティＣへの繊維集合体の充填完了の判断を自動的に行なうのが本発明の一つの目的であり同時に、特徴でもある。以下、この点について詳細に説明する。
【００２１】
繊維集合体の充填中において、金型キャビティ内の圧力は、圧力計Ｐ１〜Ｐ３により検出される。ここで、充填開始前、つまり、金型キャビティ内に繊維集合体が充填されていない状態では、金型キャビティＣへの繊維集合体吹込み口から排風室１０まで、スムーズに搬送気流が流れる。このとき、一方の繊維集合体吹込み口には、送風機３から空気流が加圧状態で供給されており、他方の排風室１０からは排風機１１によって空気が吸引されており、金型キャビティ内には空気の通過抵抗となる繊維集合体Ｆは未だ充填されていない。したがって、充填開始前では、繊維集合体吹込み口Ｅから排風室１０までの圧力差は小さい。
【００２２】
しかしながら、金型キャビティ内に繊維集合体Ｆが充填されていくに連れ、充填された繊維集合体が空気の通過抵抗体を形成し始め、徐々に空気の通過抵抗が上昇する。これに伴い、繊維集合体吹込み口Ｅから排風室１０までの搬送気流の圧力損失が大きくなり、それに伴い次第に繊維集合体吹込み口から排風室１０までの圧力差は大きくなる。つまり、一方の繊維集合体吹込み口側では、充填された繊維集合体が空気の流れに対して抵抗体として作用するため、充填が進行するに従って空気の流れが悪くなって圧力上昇を招く結果となる。このため、充填開始時よりもその圧力値（圧力計Ｐ１及び／又はＰ２で検出される）は１０〜１００mmAq程度増加する。また、他方の排風室側の圧力値（圧力計Ｐ３で検出される）は、金型キャビティＣから排風室１０への空気の流れが徐々に減少する結果、負圧となって初期の圧力検出値よりも１０〜１００mmAq程度圧力が下がる。
【００２３】
このようにして、圧力値の変化を監視することにより、金型キャビティＣの内部に繊維集合体Ｆが完全に充填されたことを検出するのであるが、充填完了の判断は前述の圧力計Ｐ１〜Ｐ３の圧力検出値が予め実験等により求めておいた設定値に達したかどうかで判断する。なお、このような判断は、作業者が圧力計Ｐ１〜Ｐ３の指し示す圧力値を監視することで行なうこともできる。しかしながら、一般的には、公知の自動制御機器を使用し、圧力計Ｐ１〜Ｐ３からの圧力検出値を電気信号へと変換し、該電気信号によって充填完了を自動的に判断する制御方式とすることが好ましい。ただし、充填完了の判断基準となる圧力設定値は金型キャビティＣへ充填する繊維集合体Ｆの嵩高密度、キャビティの大きさ、金型キャビティＣへ吹き込む空気圧力等の条件によって変わるため、これら条件に合わせて予め実験等によって求めておく必要がある。
【００２４】
次に、従来の空気吹込みによる繊維集合体の充填方式では、「繊維集合体を随伴する気流の風速が大きくなる金型キャビティＣの中心部では繊維集合体が過剰に充填され、他方、風速が中央部と比較して相対的に小さくなる側面部では繊維集合体が十分に充填され難い。」という第２の問題があることは、既に述べたところである。この問題を解消するために、本発明では、以下に述べるような手段がとられているのであって、これに関して図２を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
図２(Ａ)〜(Ｅ)は金型キャビティＣへの繊維集合体の充填状況を示す図１の平面図である。なお、該図は、説明を分かり易くするために模式的に表わしてあり、また、該図において繊維集合体は、ハッチング（斜線）で表わしてある。
【００２６】
ここで、(Ａ)図は従来の空気吹込み法による充填状況を図示したものであって、繊維集合体Ｆを随伴する気流の風速分布は、図のように中央部で大きく、側面部は小さくなっている。このため、繊維集合体Ｆの充填は金型キャビティＣの中央部に多く行われ、側面部は余り行われないという事態を惹起する。このような状況を解決するために、(Ｂ)図に示すように繊維集合体の充填され難い金型キャビティの側面部に予め繊維集合体を型詰めしておくことが行われる。しかしながら、このような方法は、明かに人手と余分な工程を要するので、成形コストの上昇を招き好ましくない。
【００２７】
そこで、本発明では、金型キャビティＣから排出される空気の風速分布を流路断面内で均一化するようにしてあり、このための手段として(Ｃ)〜(Ｅ)図に示す様に、整流部材１４を設けてある。このような整流部材１４としては、穴開き板、ハニカム板、金網、織編物、多孔性かつ通気性を有する焼結体などを使用することができるし、また、これらを複数種及び／又は複数個組合わせて使用することもできる。さらに、その材質は金属、セラミック、プラスチック等を使用することができる。つまり、搬送気流の排気側での流速分布を(Ｃ)〜(Ｅ)図に示す様に、平均化できるように中央部と側面部とで、流速分布とは逆に中央部で通過抵抗が大きく、側面部で通過抵抗が小さい性質を有する部材を使用すれば良いのである。かくして、(Ｄ)図に示すように、本発明の方法によれば、繊維集合体Ｆは
金型キャビティＣの最奥側から順に均一に充填されるのである。このため、従来方式のように中央部に繊維集合体の充填が偏ったり、側面部に予め繊維集合体を型詰めすることも無いのである。
【００２８】
さらに、本発明の他の実施態様は、金型キャビティＣの空気吸引面に抵抗部材１５を設け、空気吸引面での繊維集合体の嵩高密度を所望の嵩高密度に制御するようにしてある。このような抵抗部材１５としては、整流部材１４と同様の材料を使用できる。ただし、上下金型６及び７には、加熱工程が加わるため、プラスチックを使用するときは、耐熱性と耐久性を考慮するべきであって、また、金型面に沿わせる必要上、曲げ加工が容易である板状の材料を使用することが好ましい。
【００２９】
ここで、該抵抗部材１５の作用について、(Ｅ)図を参照しながら、以下に詳細に説明する。本発明者は、空気吹込み法による繊維集合体の型詰め方法では、繊維集合体の吹込み圧力に比べ、吸引圧力が大きいと金型の吸引面において繊維集合体の充填密度が上昇するという事態が生じることを知見したのである。
【００３０】
つまり、金型キャビティに吹き込まれた繊維集合体は、金型キャビティの最奥部に突き当たり、この最奥部から堆積を始めるのであるが、この突き当たり面（抵抗部材１５を設けた面）には、同時に図１に示した排風機１１による吸引力が作用している。しかも、この吸引力は、金型キャビティＣの側面部と比較しても強い吸引力が作用している。したがって、突き当たり面に堆積する繊維集合体の嵩高密度はどうしても大きくならざるを得ない。そこで、本発明の実施の態様では、吸引力が強くなる面（突き当たり面に該当する）に抵抗部材１５を設け、他の部分（側面に該当する）より、吸引力を低下させてある。これによって、金型キャビティＣの側面部においては、突き当たり面部に比べて相対的に吸引力が強まり、繊維集合体の充填が難しい側面部においても、繊維集合体を所望の嵩高密度に充填できるようになる、という極めて顕著な効果を奏するのである。
【００３１】
また、金型キャビティＣの吸引面に抵抗部材１５を取り付けると共に、金型キャビティＣの外側から吸引する吸引力を繊維集合体の充填工程中に変え、金型キャビティに充填される繊維集合体を所望の充填密度に制御することもできる。すなわち、金型キャビティの吸引面の風速を充填初期は小さくしておくことで、初期の充填密度が高くなるのを防ぐ方法である。このための手段として、吸引の作用源となる排風機１１の駆動モータ回転数をインバータでコントロールする方法や、排風室１０と排風機１１との間に風量コントロール用のダンパーを取り付ける等の方法を採ることができる。なお、金型キャビティＣの上下面では、後述するように金型を圧縮することにより所定の嵩高密度に制御されるので、このような対策を必要としない。
【００３２】
以上に述べたような方法を採ることにより、金型キャビティＣの各部位へ繊維集合体Ｆを所望の嵩高密度で充填することができ、必要に応じて充填の完了を前述の圧力計Ｐ１〜Ｐ３によって確認したならば、直ちに繊維集合体Ｆの充填を止め、次の工程へ移る。すなわち、金型キャビティ内に所定の繊維集合体を完全に充填した後、繊維集合体の吹込口を閉じ、上下金型６及び７をアクチュエータ８及び９を作動させて圧縮方向へと移動させ、繊維集合体を所定の嵩高密度にまで圧縮して型詰め工程を完了する。なお、必要なら、この圧縮工程は繊維集合体の加熱工程中及び／又は加熱工程後において実施することもでき、さらには、冷却工程中及び／又は冷却工程後においても実施することができる。
【００３３】
この後、金型キャビティ内に加熱空気供給装置１２から熱風が供給され、該熱風を通して所定の温度まで昇温し、バインダー繊維をマトリックス繊維もしくは他のバインダー繊維と熱融着させ、これによって加熱工程を完了する。そして、加熱空気供給装置１２のヒーターの作動を止め、加熱されていない冷却風（室温の空気が好ましい）を金型キャビティ内へ貫流させ、成形品（クッション構造体）を冷却して繊維集合体の融着点を固定させる。そして、最終的に冷却された成形品（クッション構造体）は、金型６及び７内から取り出され、これによって一つの成形サイクルを完了する。この加熱工程と冷却工程に於いては、熱風及び冷却風を金型キャビティ内へ貫流させるため、排風機１３が作動して、下金型７から供給される熱風及び冷却風をそれぞれ上金型６からスムーズに排出できるようにしてある。
【００３４】
【発明の効果】
以上に述べた本発明によれば、空気吹込み方式による繊維集合体の金型キャビティへの充填し熱成形するに際して、従来の方式が有する、極めて大きな問題を解決することができると言う極めて顕著な効果を奏する。
【００３５】
すなわち、従来の空気吹込み方式が有する問題である金型キャビティＣ内への不均一な充填という問題に関して、本発明の充填方法を採用することにより、最適な嵩高密度分布と充填斑のない成形品（クッション構造体）を得ることができるのである。
【００３６】
さらに、以上に述べた本発明の効果によって、空気吹込み法による繊維集合体の充填方法を採用しながらも、金型キャビティ内への繊維集合体の充填斑を解消するために、仮整形した繊維集合体を金型キャビティの側面部へ予め手詰めしておく必要もなくなるため、成形コストの低減と成形に要する労力の削減とが可能となる、という極めて大きな効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するための装置全体を例示した側面断面図である。
【図２】吹込時の繊維集合体の密度分布及び吸引側の風速分布をそれぞれ示した平面図
である。
【符号の説明】
１ベルトコンベア
２開繊機
３送風機
４ダクト
５成形枠
６上金型
７下金型
８，９アクチュエータ１０排風室
１１，１３排風機
１４整流部材
１５抵抗部材
２０成形品（クッション構造体）形状を示す細線
Ｃ金型キャビティ
Ｆ繊維集合体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In the present invention, in order to form a fiber assembly in which a binder fiber having a melting point lower than that of a short fiber is dispersed and mixed in a matrix composed of short fibers of a synthetic fiber having a crimped shape, the fiber is put into a mold cavity. The present invention relates to a method for filling an aggregate and thermoforming.
[0002]
[Prior art]
In general, inexpensive urethane foam has been widely used as a cushioning material for seats having complicated shapes such as automobiles and aircraft. However, since urethane foam has problems such as generation of toxic gas at the time of combustion and difficulty in recycle use, an alternative molding material has been eagerly desired.
[0003]
Because of these problems, as a material to replace urethane foam in recent years, a cushion using a fiber assembly in which binder fibers having a melting point lower than that of the short fibers are dispersed and mixed in a matrix made of synthetic short fibers. Structures have attracted attention as materials that can solve the above problems. This fiber assembly is formed by filling a fiber assembly that has been opened into a cavity of a mold and heat-bonding the binder fibers contained in the fiber assembly by thermoforming them. It is.
[0004]
Conventionally, as a method for filling a fiber assembly into a molding die, for example, a fiber assembly lump is temporarily formed into a certain size, and the temporarily formed fiber assembly is hand-packed, or a robot or the like is used. A method of filling into a cavity of a molding die by a working machine has been adopted. However, this method temporarily forms the fiber assembly once, and then needs to pack the temporarily formed fiber assembly into the mold, which increases the cost because it requires an extra step of temporary shaping, There is a problem that a temporary storage place for installing the temporarily shaped fiber assembly is also required.
[0005]
In order to solve such a problem, a method of transporting a fiber assembly into a molding die together with a pressurized air stream as a lump of a fiber assembly without temporarily shaping the fiber assembly is disclosed, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. Sho 62-62. No. 152407 is proposed. In this method, a fiber aggregate that has not been preliminarily shaped is conveyed to a fiber spreader by a conveyor and opened, and a small lump of the fiber aggregate that has been opened is accompanied by a pressurized air stream generated by a blower. Then, after filling the mold cavity, heat molding is performed according to the mold shape.
[0006]
However, in the molding method of a fiber aggregate by such air blowing, it suffers from serious problems as described below.
[ 0007 ]
That is, the present inventor has found that in the conventional method of filling a fiber assembly into a mold cavity by blowing air, there is a bias in the packing density of the fiber assembly filled in the mold cavity. In other words, it was found that the cause is that the air flow is unevenly distributed in the air flow when the fiber assembly is transferred to the mold cavity. . This is because the fiber assembly is excessively filled at the center of the mold cavity where the wind speed of the air flow accompanying the fiber assembly is increased, and on the other hand, the side surface portion where the wind speed is relatively small compared to the center portion. This is because it is difficult to sufficiently fill the fiber assembly. For this reason, as long as the conventional method is used, it is difficult to uniformly fill the fiber assembly into the mold cavity, and it is difficult to sufficiently fill the side surface of the mold cavity. However, there is a problem that a fiber assembly that has been shaped into a predetermined shape must be hand-packed.
[ 0008 ]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the problems described above, the problem to be solved by the present invention is that the conventional filling method has a problem while adopting the conventional method of filling a fiber assembly into a mold cavity by air blowing. It is an object of the present invention to provide a method for forming a fiber assembly that can solve the above problem.
[ 0009 ]
Chi words, the air blowing method past, in the central portion and side portions of the mold cavity to eliminate the problem of bulk density difference in the fiber aggregate filled occurs, fiber assembly into the mold cavity It is an object of the present invention to provide a method capable of uniformly filling the substrate.
[ 0010 ]
[Means for Solving the Problems]
Here, according to the present invention,
For binder fibers having a (claim 1) melting point below該捲reduced short fibers in a matrix made of crimped staple fibers of synthetic fibers thermoforming dispersed entrained fiber aggregate, open to the mold cavity In the method of forming a fiber assembly, the fiber assembly is filled with air, followed by thermoforming, and then thermoformed.
A fiber assembly comprising a rectifying member for rectifying the flow of air sucked from the outside of a mold cavity, and uniforming a wind velocity distribution of air discharged from the mold cavity in a cross section of the flow path Molding method,
(Claim 2) is provided a resistance member on the air suction surface of the mold cavity, the molding method of fiber assembly of claim 1 wherein the desired bulk high density controlled bulky density of the fiber aggregate at the air suction surface and, (claim 3) changing the suction force for sucking the outside of the mold cavity during the filling process of the fiber aggregate, according to claim 2 or claim controlled fiber aggregate is filled in a mold cavity to a desired packing density A method for forming a fiber assembly as described in 3 is provided.
[ 0011 ]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
There is no particular limitation on the material of the crimped short fiber of the synthetic fiber constituting the matrix of the fiber assembly of the present invention. For example, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyhexamethylene terephthalate, polytetramethylene terephthalate, poly 1,4- Preferred are short fibers made of dimethylcyclohexane terephthalate, polypivalactone, or copolymerized esters thereof, mixed fiber aggregates of these fibers, or composite fibers (conjugate fibers) made of two or more of the above polymer components. It is. Moreover, the cross-sectional shape of the short fiber may be any of a circle, a flat shape, an irregular shape, and a hollow shape. Furthermore, the crimp to be imparted to the short fibers of the synthetic fiber in this case is preferably an actual crimp, and this actual crimp is a mechanical method using a crimper or the like, a method using anisotropic cooling during spinning, It can be obtained by heating a side-by-side type or eccentric seascore type composite fiber.
[ 0012 ]
On the other hand, as the binder fiber, for example, a polyurethane-based elastomer or a polyester-based elastomer fiber, in particular, a composite fiber in which these polymers are exposed on a part of the fiber surface can be suitably used, and the binder fiber is required performance of the product to be molded. An appropriate amount is dispersed and mixed in the matrix fiber in accordance with the above.
[ 0013 ]
Next, actual embodiments with the molding method of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
[ 0014 ]
FIG. 1 is a front sectional view illustrating an apparatus for carrying out the mold filling method of the present invention. In the figure, F is a fiber assembly in which matrix fibers and binder fibers are dispersed and mixed in advance. C represents a mold cavity. Further, 1 is a belt conveyor for conveying the fiber assembly F, and 2 is a fiber opening machine. Here, the role of the spreader 2 is to sufficiently spread and disperse the fiber aggregate F in advance when filling the fiber aggregate F into the mold cavity. Quality can be achieved.
[ 0015 ]
Next, reference numeral 3 denotes a blower, which has a role of generating a carrier airflow for sending the fiber assembly F into the mold cavity along with the air flow. Further, 4 is a duct for transferring the fragmented fiber assembly coming out of the spreader 2 to the mold cavity C. Here, in the filling operation of the fiber assembly F into the mold cavity C by the air blowing method, it is preferable that the blower 3 is not installed in the midway flow path of the duct 4. This is because if small pieces of the fiber assembly F opened and dispersed by the spreader 2 pass through the blower, the blower impeller may cause entanglement or damage. is there. For this reason, in the present invention, air is blown by the blower 3 from outside the path of the duct 4 into the duct, thereby generating a conveying flow of the fiber assembly F.
[ 0016 ]
Further, 5 is a molding frame, 6 is an upper mold having air permeability, 7 is a lower mold having air permeability, and 8 and 9 are actuators operated by fluid pressure for moving the mold in the vertical direction. Group, 12 is an exhaust chamber, 11 and 13 are exhaust fans, and 12 is a heated air supply device. In addition, the thin line shown by 20 has shown the final shape when a fiber assembly is converted into the cushion structure body by thermoforming.
[ 0017 ]
In the apparatus configured as described above, a change in the pressure of the conveying airflow as the filling of the fiber assembly into the mold cavity C is detected, and the pressure change value is used to fill the fiber assembly in the mold cavity. Pressure gauges P1 to P3 for monitoring pressure values are provided at positions as shown in FIG. 1 until a value indicating completion is reached. That is, the pressure gauge P1 detects the pressure in the duct 4, the pressure gauge P2 detects the fiber assembly in the mold cavity C and the inlet side pressure of the conveying airflow, and the pressure gauge P3 detects the pressure in the exhaust chamber. I can do it. In addition, as such a pressure gauge, a diaphragm-type pressure gauge, a manometer-type pressure gauge, etc. can be used conveniently, and the pressure gauge which can detect a micro pressure change is especially preferable. Further, two pressure gauges P1 and P2 are preferably provided as in this embodiment, but only one of them may be provided. In addition, if necessary, one or more pressure detectors are attached to other locations (for example, intermediate positions of the upper and lower molds 6 and 7), and the information is taken in comprehensively. It may be possible to make a judgment.
[ 0018 ]
In the apparatus exemplifying the embodiment of the present invention described above, the upper and lower molds 6 and 7 are like punching plates having air permeability so that the filled fiber assembly can be heated and cooled by hot air. Made from material. Accordingly, it is possible to allow heated air or cooling air to flow through the fiber assembly in the mold cavity while the mold cavity C is filled with the fiber assembly.
[ 0019 ]
In this apparatus, the fiber assembly F is filled into the mold cavity C together with the carrier airflow generated by the blower 3 in a state where the upper and lower molds 6 and 7 are opened up and down (state illustrated in FIG. 1). At this time, the conveying airflow sent into the mold cavity C is exhausted through the exhaust chamber 10 by the exhaust fan 11 at the same time. When the filling of the fiber aggregate into the mold cavity C is completed, the upper and lower molds 6 and 7 are moved downward and upward, respectively, and the fiber aggregate filled in the mold cavity C is moved to a predetermined bulkiness. Compress to density.
[ 0020 ]
In the above process, it is an object and feature of the present invention to automatically determine whether or not the fiber assembly has been filled into the mold cavity C. Hereinafter, this point will be described in detail.
[ 0021 ]
During filling of the fiber assembly, the pressure in the mold cavity is detected by pressure gauges P1 to P3. Here, before the filling is started, that is, in a state where the fiber assembly is not filled in the mold cavity, the transport airflow smoothly flows from the fiber assembly blowing port to the mold cavity C to the exhaust chamber 10. . At this time, an air flow is supplied in a pressurized state from the blower 3 to one of the fiber assembly blow-in ports, and air is sucked from the other exhaust chamber 10 by the exhaust fan 11. The fiber assembly F that provides air passage resistance is not yet filled in the cavity. Therefore, the pressure difference from the fiber assembly blowing port E to the exhaust chamber 10 is small before the start of filling.
[ 0022 ]
However, as the fiber assembly F is filled into the mold cavity, the filled fiber assembly begins to form an air passage resistor, and the air passage resistance gradually increases. Along with this, the pressure loss of the conveying air flow from the fiber assembly blowing port E to the exhaust air chamber 10 increases, and the pressure difference from the fiber assembly air blowing port to the exhaust air chamber 10 gradually increases accordingly. That is, on one fiber assembly blowing port side, the filled fiber assembly acts as a resistor against the air flow, so that the air flow deteriorates and the pressure rises as the filling proceeds. It becomes. For this reason, the pressure value (detected by the pressure gauge P1 and / or P2) is increased by about 10 to 100 mmAq from the start of filling. The pressure value on the other exhaust chamber side (detected by the pressure gauge P3) becomes negative pressure as a result of the gradual decrease in the air flow from the mold cavity C to the exhaust chamber 10, and the initial pressure value. The pressure drops about 10 to 100 mmAq below the detected pressure value.
[ 0023 ]
In this way, by monitoring the change in pressure value, it is detected that the fiber assembly F is completely filled in the mold cavity C. The determination of completion of filling is performed by the pressure gauge P1 described above. Judgment is made based on whether or not the pressure detection value of .about.P3 has reached a preset value obtained in advance through experiments or the like. Such a determination can also be made by the operator monitoring the pressure values indicated by the pressure gauges P1 to P3. However, generally, a known automatic control device is used, and the pressure detection values from the pressure gauges P1 to P3 are converted into electrical signals, and a control method is automatically determined based on the electrical signals. It is preferable. However, since the pressure set value that is a criterion for determining the completion of filling varies depending on conditions such as the bulk density of the fiber assembly F filling the mold cavity C, the size of the cavity, and the air pressure blown into the mold cavity C, these conditions are satisfied. It is necessary to obtain beforehand by experiment etc. according to.
[ 0024 ]
Next, in the conventional fiber assembly filling method by air blowing, “the fiber assembly is excessively filled at the center of the mold cavity C where the wind speed of the air flow accompanying the fiber assembly increases, As described above, there is a second problem that the fiber assembly is not sufficiently filled in the side surface portion, which is relatively smaller than the central portion. In order to solve this problem, the following measures are taken in the present invention. This will be described in detail with reference to FIG.
[ 0025 ]
2 (A) to 2 (E) are plan views of FIG. 1 showing a state of filling the fiber cavity into the mold cavity C. FIG. In addition, this figure is typically represented in order to make explanation easy to understand, and in this figure, the fiber aggregate is represented by hatching (hatched lines).
[ 0026 ]
Here, FIG. (A) shows the state of filling by the conventional air blowing method, and the wind velocity distribution of the air flow accompanying the fiber assembly F is large at the center as shown in the figure, and the side portion is It is getting smaller. For this reason, the fiber assembly F is often filled in the center portion of the mold cavity C, and the side surface portion is not so much. In order to solve such a situation, as shown in FIG. (B), the fiber assembly is previously filled in the side surface portion of the mold cavity in which the fiber assembly is difficult to be filled. However, such a method clearly requires manpower and an extra step, which leads to an increase in molding cost and is not preferable.
[ 0027 ]
Therefore, in the present invention, the wind speed distribution of the air discharged from the mold cavity C is made uniform in the cross section of the flow path, and as means for this, as shown in FIGS. A rectifying member 14 is provided. As such a rectifying member 14, a perforated plate, a honeycomb plate, a wire net, a woven or knitted fabric, a porous and air-permeable sintered body, and the like can be used. It can also be used in combination. Further, the material can be metal, ceramic, plastic or the like. That is, as shown in FIGS. (C) to (E), the flow velocity distribution on the exhaust side of the carrier airflow is averaged at the central portion and the side portion so that the passage resistance at the central portion is opposite to the flow velocity distribution. What is necessary is just to use the member which has a large and small passage resistance at a side part. Thus, as shown in FIG. (D), according to the method of the present invention, the fiber assembly F is uniformly filled in order from the innermost side of the mold cavity C. For this reason, unlike the conventional method, the filling of the fiber assembly is not biased in the central portion, and the fiber assembly is not previously filled in the side surface portion.
[ 0028 ]
Furthermore, other real embodiments with the present invention, the resistance member 15 to the air suction surface of the mold cavity C is provided, a bulky density of the fiber aggregate at the air suction surface to so that to control the desired bulk high density It is. As the resistance member 15, the same material as that of the rectifying member 14 can be used. However, since the upper and lower molds 6 and 7 are subjected to a heating process, when using plastic, heat resistance and durability should be taken into account, and it is necessary to bend along the mold surface. It is preferable to use a plate-like material that is easy to handle.
[ 0029 ]
Here, the action of the resistance member 15 will be described in detail below with reference to FIG. The present inventors, in a mold filling method of a fiber aggregate by air blowing method, compared to the blowing pressure of the fiber aggregate, Filling density of the fiber aggregate is increased in the suction surface of the suction pressure is large mold It was discovered that this would happen.
[ 0030 ]
That is, the fiber assembly blown into the mold cavity hits the innermost part of the mold cavity and starts to be deposited from the innermost part, but this abutting surface (surface provided with the resistance member 15) At the same time, the suction force by the exhaust fan 11 shown in FIG. 1 is acting. In addition, the suction force is stronger than the side surface portion of the mold cavity C. Therefore, the bulk density of the fiber aggregate deposited on the abutting surface inevitably increases. Therefore, in the embodiment of the present invention, the resistance member 15 is provided on the surface (corresponding to the abutting surface) where the suction force is increased, and the suction force is reduced from the other part (corresponding to the side surface). As a result, the suction force is relatively stronger in the side surface portion of the mold cavity C than in the abutting surface portion, so that the fiber assembly can be filled with a desired bulk density even in the side surface portion where filling of the fiber assembly is difficult. It has the extremely remarkable effect of becoming.
[ 0031 ]
In addition, the resistance member 15 is attached to the suction surface of the mold cavity C, and the suction force sucked from the outside of the mold cavity C is changed during the fiber assembly filling process, so that the fiber assembly filled in the mold cavity is changed. It can also be controlled to a desired packing density. That is, this is a method of preventing the initial filling density from becoming high by reducing the wind speed of the suction surface of the mold cavity at the initial stage of filling. As means for this, a method of controlling the rotational speed of the drive motor of the exhaust fan 11 serving as a suction action source with an inverter, or a method of attaching a damper for controlling the air volume between the exhaust chamber 10 and the exhaust fan 11. Can be taken. It should be noted that the upper and lower surfaces of the mold cavity C are controlled to a predetermined bulk density by compressing the mold as will be described later, so that such measures are not required.
[ 0032 ]
By adopting the method as described above, the fiber assembly F can be filled into each part of the mold cavity C at a desired bulk density, and the filling is completed as necessary by the pressure gauges P1 to P1. If it confirms by P3, the filling of the fiber assembly F will be stopped immediately and it will move to the next process. That is, after completely filling a predetermined cavity with a predetermined fiber assembly in the mold cavity, the blow port of the fiber assembly is closed, and the upper and lower molds 6 and 7 are moved in the compression direction by operating the actuators 8 and 9, The fiber assembly is compressed to a predetermined bulk density to complete the mold filling process. If necessary, this compression step can be carried out during and / or after the heating process of the fiber assembly, and can also be carried out during and / or after the cooling step.
[ 0033 ]
Thereafter, hot air is supplied from the heated air supply device 12 into the mold cavity, the temperature is raised to a predetermined temperature through the hot air, and the binder fiber is thermally fused with the matrix fiber or other binder fiber, thereby heating process. To complete. Then, the heater of the heated air supply device 12 is turned off, cooling air that is not heated (air at room temperature is preferred) is allowed to flow into the mold cavity, and the molded product (cushion structure) is cooled to produce a fiber assembly. Fix the fusion point. Then, the finally cooled molded product (cushion structure) is taken out from the molds 6 and 7, thereby completing one molding cycle. In the heating process and the cooling process, in order to cause the hot air and the cooling air to flow into the mold cavity, the exhaust fan 13 is operated, and the hot air and the cooling air supplied from the lower mold 7 are respectively supplied to the upper mold. 6 can be discharged smoothly.
[ 0034 ]
【The invention's effect】
According to the present invention described above, it is extremely remarkable that the extremely large problem of the conventional system can be solved when the fiber assembly is filled in the mold cavity by the air blowing system and thermoformed. Has an effect.
[ 0035 ]
That is, in respect problem that uneven filling of the conventional air Ki吹inclusive scheme mold cavity C is problem that is Yusuke, by adopting the filling method of the present invention, the optimum bulk density distribution A molded article (cushion structure) free from filling spots can be obtained.
[ 0036 ]
In addition, due to the effects of the present invention described above, while adopting a fiber assembly filling method by air blowing method, in order to eliminate the filling spots of the fiber assembly into the mold cavity, it was temporarily shaped Since it is not necessary to pre-pack the fiber assembly on the side surface of the mold cavity, it is possible to reduce the molding cost and the labor required for molding, which is extremely effective.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side cross-sectional view illustrating an entire apparatus for carrying out the method of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing the density distribution of the fiber assembly and the wind speed distribution on the suction side during blowing.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Belt conveyor 2 Opening machine 3 Blower 4 Duct 5 Forming frame 6 Upper die 7 Lower die 8, 9 Actuator 10 Air exhaust chamber 11, 13 Air exhauster 14 Rectification member 15 Resistance member 20 Shape of molded product (cushion structure) Thin wire shown C Mold cavity F Fiber assembly

Claims

合成繊維の捲縮短繊維からなるマトリックス中に該捲縮短繊維より低い融点を有するバインダー繊維が分散混入された繊維集合体を熱成形するために、金型のキャビティ内へ開繊された該繊維集合体を空気と随伴させて充填し、次いで熱成形する繊維集合体の成形方法において、
金型キャビティの外側から吸引される空気の流れを整流する整流部材を設け、該金型キャビティから排出される空気の風速分布を流路断面内で均一化することを特徴とする繊維集合体の成形方法。The fiber assembly opened into a mold cavity for thermoforming a fiber assembly in which a binder fiber having a melting point lower than that of the crimped staple fiber is dispersed in a matrix made of synthetic staple fibers. In a method of forming a fiber assembly, the body is filled with air and then thermoformed,
A fiber assembly comprising a rectifying member for rectifying the flow of air sucked from the outside of a mold cavity, and uniforming a wind velocity distribution of air discharged from the mold cavity in a cross section of the flow path Molding method.

金型キャビティの空気吸引面に抵抗部材を設け、空気吸引面での繊維集合体の嵩高密度を所望の嵩高密度に制御する請求項１記載の繊維集合体の成形方法。A resistance member to the air suction surface of the mold cavity is provided, a molding method of fiber assembly of claim 1 wherein the desired bulk high density controlled bulky density of the fiber aggregate at the air suction surface.

金型キャビティの外側から吸引する吸引力を繊維集合体の充填工程中に変え、金型キャビティに充填される繊維集合体を所望の充填密度に制御する請求項１又は請求項２に記載の繊維集合体の成形方法。The fiber according to claim 1 or 2 , wherein the suction force sucked from the outside of the mold cavity is changed during the fiber assembly filling step to control the fiber assembly filled in the mold cavity to a desired filling density. A method of forming the aggregate.