JP3945899B2 - 繊維集合体の成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合成繊維からなるマトリックス繊維中に該マトリックス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（以下、単に「繊維集合体」と称する）をクッション材へと熱成形するに際して、金型キャビティ内に充填された繊維集合体を所定の嵩高密度に制御しながら熱成形する繊維集合体の型詰め方法に関する。
【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、ウレタンフォームを代替するための素材として、前記の繊維集合体を使用したクッション材が、これら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。このクッション材は、金型のキャビティ内へ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を溶融させて繊維集合体中の繊維同士を結合させることで形成されたものである。
【０００４】
前記のクッション材の製造方法として、金型を通気性を有する材料で構成し、繊維集合体を搬送気流に随伴させて金型キャビティに充填し、次いで金型キャビティに充填された繊維集合体中に加熱風と冷却風を貫流させてクッション材を成形する方法が、例えば特開平７−３２４２６６号公報に提案されている。この方法は、従来のハンドレイアップやロボット等の自動化機械を使用した金型キャビティへの充填方法と比較して、繊維集合体中に加熱風と冷却風を貫流させてクッション材を熱成形するために、クッション材を迅速かつ均一に熱処理できるという利点が有る。
【０００５】
しかしながら、このような従来の成形方法では、上部に袋構造を有し、かつ両側部が屈曲構造を持つ自動車等の背凭れとなるシートバックの様な複雑な形状のクッション材を成形しようとすると下記のような問題が生ずる。
【０００６】
すなわち、ハンドレイアップやロボット等の自動化機械を使用した金型キャビティへの繊維集合体の充填方法では、座り心地に優れたクッション材を得るために繊維集合体の嵩高密度を部分的に制御しようとすると、要求される金型キャビティの各部位に対応させて予め嵩高密度を調整した繊維集合体を充填する必要が有る。このため、金型キャビティの各部位に対応させて嵩高密度が調整された繊維集合体をそれぞれ準備し、決められた金型キャビティの各部位に載置することが要求される。このため、金型キャビティの各部位に対応して所定の嵩高密度を調整する方式では、部分的に繊維集合体の嵩高密度を調整する準備工程に時間を要し、成形時間を短縮したり、或は成形コストを低減することは困難である。
【０００７】
また、搬送気流に繊維集合体を随伴させて金型キャビティに充填する方法（以下、「空気吹込み法」と称する）では、金型キャビティの各部位に対応させて嵩高密度を制御することが難しい。特に、図３に示すような狭い立壁部７を有する金型キャビティＣ（上部金型１、下部金型２、及び側部金型３とによって囲まれた領域）に繊維集合体を充填するような場合には、立壁部７には繊維集合体を不足することなく吹込み充填することが困難である。
【０００８】
さらに、もしこのような立壁部７に繊維集合体を過不足なく充填できたとしても、上部金型１を下方へ移動して充填した上下方向へ圧縮する従来の繊維集合体の成形方法では、前述の立壁部７の圧縮が他の部分と比較して十分に行われず、必要とする嵩高密度をもった繊維集合体に制御することが難しい。このため、図４に示すように熱成形が完了して得られたクッション材１０において、金型キャビティＣの立壁部７に対応するＤ部（図では斜線で示して有る）に、所定の硬度を持たせることができない。
【０００９】
【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、「複雑な形状を有する金型キャビティに対して、金型キャビティの各部位に対応させた繊維集合体を準備するための準備工程を必要とせずに、繊維集合体の嵩高密度を所定の嵩高密度に容易に調整して型詰めできる繊維集合体の成形方法を提供する」ことにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
ここに、本発明の課題を解決するための手段として、「マトリックス合成繊維中に熱融着性を有するバインダー繊維を分散混入した繊維集合体を立壁部を有する金型キャビティ内へ充填し、充填した該繊維集合体を上下方向に圧縮して嵩高密度を調整しながら、最終的にバインダー繊維によって繊維同士を熱融着させてクッション材を得る繊維集合体の成形方法において、立壁部を有する前記の金型キャビティに充填された繊維集合体を更に側方から前記立壁部に対して圧縮することによって、繊維集合体を所定の嵩高密度に制御することを特徴とする繊維集合体の成形方法」が提供される。
【００１１】
なお、前記の本発明の方法においては、金型キャビティに繊維集合体を充填するに際して、搬送気流に繊維集合体を随伴させて金型キャビティへ搬送する方法を採用することが好ましい。
【００１２】
ここで、本発明の「繊維集合体」のマトリックス繊維を構成する合成繊維素材としては、特に制限する必要はなく、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）等からなる短繊維を例示することができる。また、該短繊維の横断面形状は、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は捲縮が付与されていることが好ましく、このような捲縮としては、顕在捲縮であることが特に好ましい。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の複合繊維を加熱する方法等で得ることができる。
【００１３】
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のポリマーからなる繊維等を例示でき、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る。なお、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が前記のマトリックス繊維中に分散・混入されていることはいうまでもない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の態様について、その作用と共に詳細に説明する。
【００１５】
図１及び図２は本発明の方法を実施するための金型を例示した正断面図である。
該図において、１は上部金型、２は下部金型、３は金型枠、４は左側部金型、５は右側部金型、そして、二点鎖線（想像線）で示した符号６は吹込み口をそれぞれ示す。ここで、金型枠３は、それ自体が前後（図１及び２の紙面に対して垂直方向）の側部金型をも兼ねている。したがって、金型キャビティＣは上部金型１、下部金型２、金型枠３、及び左右の側部金型４と５とで囲繞された領域の内部によって形成されている。また、上部金型１及び／又は下部金型２は上下方向へ移動自在に構成され、金型キャビティＣ内に充填された繊維集合体（図示省略）を上下方向に圧縮可能としている。更に、左側部金型４と右側部金型５は、それぞれ左右方向へ移動自在に構成され、金型キャビティＣ内に充填された繊維集合体を左右の側方方向へ圧縮可能としている。
【００１６】
以上のように構成されたクッション材１０を成形するための金型において、繊維集合体を金型キャビティＣへ充填する方法は、例えば空気吹込み法によってもよいし、ハンドレイアップによってもよい。したがって、金型キャビティＣへ繊維集合体を充填するための方法は特に限定する必要はないが、空気吹込み法が、本発明の方法を実施する上で繊維集合体の金型キャビティへの充填時間を他の方法よりも短縮でき、好ましい。何故ならば、空気吹込み法によると、例えば金型を完全に開放して繊維集合体（通常、予め整形したウェブ等の形態を採る）を金型キャビティ内に載置し、その後に金型を閉じるといった工程等を省略することが出来るからである。
【００１７】
なお、空気吹込み法で繊維集合体を金型キャビティＣへ充填する場合には、図１及び図２に二点鎖線で示した前記吹込み口６から送風機等（図示せず）によって発生させられた搬送気流に、小塊の繊維集合体を随伴させて金型キャビティＣ内へ吹込むようにする。なお、該吹込み口６は、図の実施態様においては金型枠３に開口するように金型枠３の前側部、或は後側部に設けられている。以下、本発明の方法を空気吹込み法によって説明する。
【００１８】
空気吹込み法では、金型をパンチングプレートのような開孔を持つ通気性の材料によって形成し、これによって繊維集合体を金型キャビティへ搬送気流に随伴させて搬送した後、該通気性の金型を通じて金型キャビティから速やかに排出することが好ましい。また、このように通気性の金型を使用することの他の利点として、金型キャビティに充填された繊維集合体をクッション材１０へと熱処理工程によって転換する際に、金型を介して繊維集合体中へ加熱気流や冷却気流を貫流させることができ、繊維集合体の加熱と冷却を均一にできるということが挙げられる。
【００１９】
空気吹込み法によって金型キャビティＣに充填するためには、その準備工程として金型キャビティの形状をクッション材１０に最終形状が賦形される位置よりも拡げておくことが肝要である。これを図１に例示した実施態様に即して説明すると、金型キャビティＣは、繊維集合体の充填時に上部金型１、左側部金型４、及び右側部金型５をそれぞれ図の位置へ移動して、大きく拡げられる。このとき、図１に示した立壁部７は、左側部金型４と右側部金型５のそれぞれ左右方向への移動によって左右方向に拡げられる。したがって、図３に示すような狭い立壁形状を採らざるを得ない従来の方法と異なり、本発明の方法では、搬送気流の通り道が広く確保することが可能となり、この故に搬送気流が十分に立壁部７に侵入することができ、繊維集合体を立壁部７へ過不足なく十分に供給することを可能とする。
【００２０】
このようにして繊維集合体が金型キャビティＣ内に型詰めされると、次いで繊維集合体を所定の嵩高密度に調整制御するために、繊維集合体を図２に示した形状にまで圧縮する。本発明の方法では、この圧縮工程において充填された繊維集合体を上下方向だけではなく、側方からも圧縮することを一大特徴とする。このような方法によって、前後方向での繊維集合体の嵩高密度のみならず、左右或は前後方向での繊維集合体の嵩高密度をも所定の値に制御することが初めて可能となる。つまり、本発明の方法によって、上下方向に長く延びた立壁部７の、上下方向からの圧縮のみでは達成不可能な嵩高密度の制御を側方からも圧縮することで、初めて達成することが出来るのである。
【００２１】
この時、金型キャビティＣの拡大時の形状に関しては、最終形状のクッション材１０が得られる際の金型キャビティ形状から、成形するクッション材１０の各部に要求される硬軟度、通気性等の特性に合わせて、その前後、左右、及び上下方向の圧縮比率にそれぞれ対応して設定されることは言うまでもない。
【００２２】
以上に述べたようにして圧縮されて所定の嵩高密度に制御された繊維集合体は、熱処理工程においてクッション材１０へと転換されるが、この熱処理工程は加熱工程と冷却工程とによって構成される。即ち、加熱工程は、繊維集合体中に加熱風を貫流させて、繊維集合体中のバインダー繊維を溶融させ、溶融したバインダー繊維に融着剤としての機能を持たせ、該溶融バインダー繊維によって繊維集合体に含まれる繊維同士を融着させる工程である。また、冷却工程は、冷却風を繊維集合体中へ貫流させて溶融部を固化させて繊維同士を強固に結合させる工程である。これらの二つの工程を経て繊維集合体は、金型形状が正確に賦形されたクッション材１０へと転換される。
【００２３】
なお、繊維集合体の上下、或は側方への圧縮は繊維集合体の熱処理が始まる前に第１段の圧縮として行ってもよいし、また、熱処理中或は熱処理後にも更に多段に圧縮することもできる。このような多段圧縮を行うことは、繊維集合体を所定の形状を有するクッション材へと転換するに際して、熱収縮や熱安定性に優れたクッション材を得る上で好ましく、更には金型形状を正確に賦形したクッション材を得る上でも好ましい。
【００２４】
しかも、本発明の方法によれば、空気吹込み法だけではなく、ハンドレイアップ法等の他の方法においても、クッション材の各部に要求される特性に予め繊維集合体を仮成形して嵩高密度を調整するような準備工程を経ることが必要でなくなる。つまり、単に均質な嵩高密度を有する繊維集合体を準備して金型キャビティ内に型詰め充填した後、各金型をそれぞれ移動して繊維集合体を圧縮することだけで、繊維集合体を所定の嵩高密度に局所的に調整制御することもできるのである。
【００２５】
【発明の効果】
以上に述べた本発明によれば、「複雑な形状を有する金型キャビティに対して、金型キャビティの各部位に対応させた繊維集合体を準備するための準備工程を必要とせずに、繊維集合体の嵩高密度を所定の嵩高密度に容易に調整して型詰めできる繊維集合体の成形方法を提供できる。」という極めて顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】繊維集合体の充填時の金型キャビティの状態を例示した金型の正断面図である。
【図２】繊維集合体の圧縮完了時の金型キャビティの状態を例示した金型の正断面図である。
【図３】従来の方法を説明するための金型の正断面図であって、（Ａ）図は繊維集合体の充填時、（Ｂ）図は繊維集合体の充填完了時の状態をそれぞれ示す。
【図４】図３の金型を使用して成形して得たクッション材を例示した斜視図である。
【符号の説明】
１ 上部金型
２ 下部金型
３ 金型枠
４ 左側部金型
５ 右側部金型
６ 吹込み口
７ 立壁部
Ｃ 金型キャビティ

Claims (2)

1. マトリックス合成繊維中に熱融着性を有するバインダー繊維を分散混入した繊維集合体を立壁部を有する金型キャビティ内へ充填し、充填した該繊維集合体を上下方向に圧縮して嵩高密度を調整しながら、最終的にバインダー繊維によって繊維同士を熱融着させてクッション材を得る繊維集合体の成形方法において、立壁部を有する前記金型キャビティに充填された繊維集合体を更に側方から前記立壁部に対して圧縮することによって、繊維集合体を所定の嵩高密度に制御することを特徴とする繊維集合体の成形方法。
2. 金型キャビティに繊維集合体を充填するに際して、搬送気流に繊維集合体を随伴させて金型キャビティへ搬送する請求項１記載の繊維集合体の成形方法。

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