JP5447902B1 - 積層シート材の製造方法及び積層シート材 - Google Patents
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Abstract
立体的な凹凸模様を有する長尺の積層シート材を一連の工程で連続的に製造する。
【解決手段】
回転周面に凹凸模様を形成した回転受けロール14を備え、それに対向して配設された超音波デバイス12のホーン13との間に形成された間隙15に、厚肉の第1シート材11bと、それよりも薄肉の第2シート材11aとを積層するようにしてシート材を供給して、間隙の近傍に設けた押圧部材20によって、シート材が間隙に供給される直前に回転受けロール側に押圧して、回転受けロールの凹凸模様を転写し、回転受けロールの凸部に接触した部分のみを超音波デバイスによって摩擦熱を発生させて軟化させて部分的に超音波接合して積層シート材31とするとともに、接合部32においてのみ積層シート材を薄肉化し、非接合部33においては積層シート材を接合せず厚肉状態に維持して、積層シート材に立体的な凹凸模様を形成する。
【選択図】図1
Description
例えば、特開2003−326598号公報には、加熱温度150℃〜220℃で熱プレス方式(型押板方式)で車両の座席シート用表皮の製造方法が記載されている。
また、加熱された型押板で連続的に凹凸模様を形成する方法は、表皮材の表面に型押板と型押板のつなぎ目(境界)が目立ち、長尺のシート材を連続したラインで加工することは難しかった。
さらに、加熱されたエンボスロールによる加工方式では、エンボスロールを止めたままで数十秒以上の加圧時間が必要になり、また押圧面積も少ないため、型押板方式よりさらに生産性が悪いという欠点があった。
しかも、これらの加熱板又は加熱ロールを用いて複数のシート材を積層する場合は、
長時間加熱押圧しないと接合できないため、表皮材の風合いを害するという問題もあった。
本発明は、前記従来の課題を解決するためになされたものであって、高温加熱された型押板やエンボスロールを長時間押圧することなく、生地に軟質ポリウレタンフォーム材などの厚い素材を積層一体化するとともに、立体的な凹凸模様を有する長尺の積層シート材を一連の工程で連続的に製造する方法及び積層シート材を提供することを目的とする。
(2)本発明の積層シート材の製造方法は、上記(1)において、前記厚肉の第1シート材に積層される第2シート材と反対側に、さらに薄肉の第3シート材を前記第1シート材に積層するようにしてシート材を供給することを特徴とする。
(3)本発明の積層シート材の製造方法は、上記(1)又は(2)において、前記厚肉の第1シート材が、2層以上であることを特徴とする。
(4)本発明の積層シート材の製造方法は、上記(1)〜(3)のいずれかにおいて、前記薄肉の第2シート材又は第3シート材が、2層以上であることを特徴とする。
(5)本発明の積層シート材の製造方法は、上記(1)〜(4)のいずれかにおいて、前記押圧部材に圧力センサーを設け、該圧力センサーからの信号を受けて、前記超音波デバイスのホーンを上下動させて前記間隙の寸法を調整することを特徴とする。
(6)本発明の積層シート材の製造方法は、上記(1)〜(5)のいずれかにおいて、前記凹凸模様を形成した回転受けロールは、その内部を冷却することを特徴とする。
(7)本発明の積層シート材の製造方法は、上記(1)〜(6)のいずれかにおいて、前記間隙の近傍にさらにブロワーを設け、該ブロワーから空気を吹き付けて、前記超音波デバイスのホーンを冷却することを特徴とする。
(8)本発明の積層シート材は、回転周面に凹凸模様を形成した回転受けロールを備え、それに対向して配設された超音波デバイスのホーンとの間に形成された間隙に、厚肉の第1シート材と、それよりも薄肉の第2シート材とを積層するようにしてシート材を供給して、前記間隙の近傍に設けた押圧部材によって、前記シート材が前記間隙に供給される直前に回転受けロール側に押圧して、回転受けロールの凹凸模様を転写し、前記回転受けロールの凸部に接触した部分のみを超音波デバイスによって摩擦熱を発生させて軟化させて部分的に超音波接合して積層シート材とするとともに、接合部においてのみ積層シート材を薄肉化し、非接合部においては積層シート材を接合せず厚肉状態に維持して、積層シート材に立体的な凹凸模様を形成してなることを特徴とする。
(9)本発明の積層シート材は、上記(8)において、前記厚肉の第1シート材に積層される第2シート材と反対側に、さらに薄肉の第3シート材を前記第1シート材に積層するようにしてシート材を供給してなることを特徴とする。
(10)本発明の積層シート材は、上記(8)又は(9)において、前記厚肉の第1シート材が、2層以上であることを特徴とする。
(11)本発明の積層シート材は、上記(8)〜(10)のいずれかにおいて、前記薄肉の第2シート材又は第3シート材が、2層以上であることを特徴とする。
(12)本発明の積層シート材は、上記(9)において、前記厚肉の第1シート材が樹脂発泡体であり、前記第2シート材が、前記第1シート材側に蒸着層を設けたPET蒸着フィルムであり、前記第3シート材が塩ビフィルムである、ことを特徴とする。
(13)本発明の積層シート材は、上記(9)において、前記厚肉の第1シート材が2層の樹脂発泡体であり、前記第2シート材が、前記第1シート材側に蒸着層を設けたPET蒸着フィルムであり、前記第3シート材が、前記第1シート材側に蒸着層を設けたPET蒸着フィルムである、ことを特徴とする。
また、本発明の積層シート材は、接合部においてのみ接着されて薄肉化し、非接合部においては接着されずに厚肉状態に維持され、立体的な凹凸模様を形成しているので、見栄えの優れた深みのある積層シート材とすることができる。
図1に示すように、2種類のシート素材を、それぞれロール巻きにした状態で第2シート材11a、第1シート材11b(以下、それぞれ及び積層したものをシート材という場合がある)として準備する。
第2シート材11a及び第1シート材11bは、それぞれ、超音波デバイス12のホーン13と回転受けロール14との間に形成された間隙15に連続的に供給される。このときホーン13は、回転受けロール14に対向して配設された超音波デバイス12の下方に固定されており、シート材11が通過できるように、回転受けロール14との間に小さな間隙15を形成して配置されている。
図2は、本発明の凹凸模様形成積層シート材の製造に使用される装置の他の実施形態を示す概略図である。図2に示すように、3種類のシート素材を、それぞれロール巻きにした状態で第2シート材11a、第1シート材11b、第3シート材11cとして準備する。
図3に示すように、シート材11は、最初の状態において組み合わせられた厚さを有しており、矢印で示された方向に供給され、小さな間隙15を通過する前に、押圧部材20によって回転受けロール側へ押圧される。そして、超音波デバイス12のホーン13と回転受けロール14との間に形成される小さな間隙15を通過することによって部分的に超音波接合される。
なお、図3(b)に示すように、間隙15とはホーン13と回転受けロール14の凸部14bとの隙間をいう。
図4(a)で示すように、回転受けロール14には、回転周面に、凸部14bと凹部14cを有する凹凸模様14aが形成されている。
また、図4(b)の平面図で示すように、矢印方向に供給されるシート材11には、回転受けロール14に形成した凹凸模様14aに対応したパターンが形成され、図4(c)においては積層シート材31の上に小さなドット円(接合部32)として示している。後述するが、32は接合部であり、33は非接合部である。
図1で示す2層の場合は、シート材11としては、厚肉の中間層となる第1シート材11bを、それよりも薄肉の、裏層となる第2シート材11aと積層するようにして複数のシート材を用いる。
また、図2で示す3層の場合は、シート材11としては、厚肉の中間層となる第1シート材11bを、それよりも薄肉の、裏層となる第2シート材11a及び表層となる第3シート材11cで積層するようにして複数のシート材を用いる。
厚肉の第1シート材11bとしては、特に規定するものではないが、ウレタンフォームやスポンジ体などの樹脂発泡体、繊維綿などの弾力性のある厚みのある素材が挙げられる。
第1シート材11bの厚みは、薄肉の第2シート材11a及び第3シート材11cより厚い、例えば1〜30mmのものが挙げられる。
薄肉の第2シート材11aや第3シート材11cとしては、特に規定するものではないが、樹脂繊維からなる不織布や、塩ビ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、PET、ナイロンなどの樹脂フィルムなどが挙げられ、またそれらの素材の表面に金属を蒸着した樹脂フィルムなども挙げられる。
第2シート材11aや第3シート材11cの厚みは、例えば0.1〜1mmのものが挙げられる。
また、本来のシート材を保護したり強度を付与するため、不織布や繊維強化シートなどをシート間に介在させる場合もあり、各シート材の層数を増加させる場合もある。
その結果、超音波によって接合された接合部32においてのみ積層シート材が薄肉化し、非接合部33においては積層シート材が接着されずに厚肉状態を維持したままの形状となり、部分的に超音波接合された積層シート材は、接合された薄肉部分と接合されなかった厚肉部分で構成される深い凹凸模様が形成された積層シート材とすることができる。
<押圧部材>
実施形態の製造装置においては、回転受けロール14と、超音波デバイス12のホーン13との間に形成された間隙15の近傍(シート材供給側)に押圧部材20を設けている。押圧部材20の形状としては、押さえ板や押さえロール、空気噴射などの手段が挙げられ、通過させるシート材の厚みや種類によって、上下や前後方向に可動してその位置を調整できるようにしている。
押圧部材20は、間隙15に供給される直前のシート材11を、回転受けロール14側に押圧して圧縮して、回転受けロール14とホーン13との小さな間隙15を通過させやすくするとともに、回転受けロール14の回転周面に形成されている凹凸模様14aを供給されたシート材に転写させて、シート材11に凹凸模様を形成する。
なお、押圧部材20による押圧処理は、シート材11が回転受けロールの凹部14cに押し込まれるように強く行われることが好ましい。
したがって、厚手の中間層を有するシート材は、あらかじめ押圧部材20によって圧縮されその厚みが回復する前に間隙15に供給され、その間隙15において、超音波デバイスによって摩擦熱を発生し部分的に接合されるようになる。
回転受けロール14とホーン13との小さな間隙15は、供給するシート材の厚みが異なるものに対応できるように、間隙15の長さの調整が可能である。この調整のため、超音波デバイスのホーン13の位置を回転受けロール14に対して変更できるように、超音波デバイスのホーン13は駆動ユニットによって上下移動可能なように配置されている。
なお、通過させるシート材の厚みを、押圧部材での押圧力を検出して、その信号によって間隙15を調整することもできる。すなわち、駆動ユニットは、制御ユニット(図示されていない)に電気的に接続されており、コンピュータをベースにして、例えば押圧部材20が、シート材を押圧するときに、押圧部材20に対して作用する力の大きさに基づいた信号により駆動ユニットを制御して、間隔15を調整するように構成することができる。 この作用する力の大きさに基づいた信号は、押圧部材20に対して作用する力を電気的出力信号に変換する荷重センサである(圧力センサ、ひずみゲージ、圧電素子など)によって実現可能である。
この荷重センサは、測定された力に応じて、回転受けロール14に対して直交する方向において、超音波デバイス12を適切な状態に調整するように構成される。例えば、シート材の厚みが厚く荷重が大きい場合は、間隙15が狭いと判断し、間隙15を広げるように上昇させる。
次に、超音波デバイス及びホーンについて説明する。
超音波デバイス12及びその下部に配置されたホーン13は、回転受けロール14の回転周面との間に小さな間隙15を有して対向して配置されている。超音波デバイス12は、所定の周波数および動力によって作動させられ、これによって、複数のシート材を一枚のシート材に積層する。すなわち、小さな間隙15において、回転受けロール14の回転周面に形成されている凹凸模様14aの凸部14bが、超音波デバイス12のホーン13の直下に位置したときに、ホーン13と、回転受けロール14の回転周面に形成されている凹凸模様14aの凸部14bとの間に、相対的に短い距離が形成され、この凸部14bによって狭圧されているシート材11の部分は、押圧部材で圧縮されたままの回復できない厚み状態で、超音波デバイス12のホーン13の直下に位置させられ、きわめて短い距離に置かれ、摩擦熱を発生させられる。
すなわち、超音波デバイス12は、一定のパワーを用いて駆動させ一定の振幅において、回転受けロール14の凸部14bに接触した部分のみにおいて摩擦熱を発生させて軟化部36を形成させる。
このため、第2シート材11a、第1シート材11b及び第3シート材11cが積層されたシート材11において、回転受けロール14の凸部14bに接触した部分のみが部分的に超音波接合される。
このとき、回転受けロール14の回転周面に形成されている凹凸模様14aの凹部14cは、シート材11の表面に接触しているが、凸部においてのみ部分的に接合(図4のドット状に見える部分が接合部32である)される。
シート材11を部分的に接合する理由は、積層シート材全面において接合すると、曲げ性などにおいて柔軟性がなくなるからである。
なお、シート材11の表面は回転受けロール14の凹部14c表面に接触しても、回転受けロール14の温度は高くないので(回転受けロールは熱ロールではない)、シート材11の表面は熱影響を受けない。
また、押圧部材やホーンの表面は、テフロン(登録商標)加工などを施して、通過させるシート材との滑り性をよくすることが望ましい。
回転受けロール14には、エンボス加工用の凹凸模様14aが形成されているが、この形状としては、円柱や四角柱状の凸部14bを形成したものなどが挙げられる。
また、回転受けロール14の凹凸模様14aの高低差35(凸部14bの高さ、図3の拡大図参照)は、積層しようとするシート材の厚みによって適宜変更するものではあるが、1mm〜10mmとすることが望ましい。凹凸模様の高低差35が1mm以上であれば、厚手の第1シート材を有したシート材を、回転受けロール14とホーン13のと間の間隙15を通過させて、シート材11に確実に立体的な凹凸模様を形成させることができるからである。
なお、回転受けロール14の幅方向に複数種類の凹凸模様を形成しておき、積層シート材に同時に異なった種類の凹凸模様を形成させることもできる。
本実施形態においては、回転受けロール14の内部を冷却することが望ましい。すなわち、ホーン13とシート材11との摩擦熱の影響により、摩擦部分が溶融して生地にピンホールが発生するおそれがある。
このため、回転受けロール14を冷却して、回転受けロール14の凸部14bと接触するシート材11を冷却して、シート材11の溶融によりシート材11にピンホールが発生することを防止する。
回転受けロール14の冷却は、その内部に冷却水を注入、排出することで水冷し、回転受けロールの表面温度を下げるようにする。
また、ホーン13とシート材11との摩擦熱で、ホーン13も高温になりピンホールが発生しやすくなる。そこで、ホーン13やホーンに接するシート材11の表面を、間隙15に近接して設けたブロア21からの噴出空気によって空冷する。
これにより、摩擦部分のピンホール発生を防止して、加工開始から終了まで、機械のラインスピードを変えずに安定した製品を製造することができる。
ホーン13とホーンに接するシート材11の表面をブロア21からの噴出空気によって空冷するためや、シート材11の安定した生産のため、室内の温度や湿度を所定の領域に制御することが望ましい。
図5に示すように、3層の積層シート材を製造した。
実施例1においては、第3シート材11cとして厚み0.1mmの塩ビフィルムを用い、第1シート材11bとして厚み20mmの樹脂発泡体を用い、第2シート材11aとして、厚み0.1mmのAl蒸着したPETフィルム(第1シート材側にAl蒸着層を配置)を用い、押圧部材20により3層のシート材を回転受けロール14側に押圧して積層した。
製造条件は以下のように設定した。
回転受けロール14の回転周面に形成されている凹凸模様14aの凸部14bの高さ:2mm、
ホーン13と回転受けロール14の凸部14bとの間隙15:0.2mm、
接合速度(シート材供給速度):2m/分、
回転受けロール14の温度:20℃、とした。
このように、第3シート材11cとして、Al蒸着層をPETフィルムの内側に設けた異質素材においても、回転受けロール14の凸部14aのみにおいて部分的に軟化部36を形成して超音波接合した3層積層シートを製造することができた。
製造した積層シートは、図5(b)に示すように、Al蒸着層を積層シート材の内部に保持して、接合部32において薄肉化しており非接合部33においては第1シート材11b(ポリエステル樹脂綿)の厚み5mmを維持した状態の立体的な凹凸感のあるものとなった。
図6に示すように、4層の積層シート材を製造した。
実施例2においては、第2シート材11aとして厚み0.1mmのAl蒸着したPETフィルム(第1シート材側にAl蒸着層を配置)を用い、第1シート材11bとして、その一方に厚み5mmのポリエステル樹脂綿11b1及び他方に厚み5mmの樹脂発泡体11b2の2層とし、第3シート材11cとして、厚み0.1mmのAl蒸着したPETフィルム(第1シート材側にAl蒸着層を配置)を用い、押圧部材20により4層のシート材を回転受けロール14側に押圧して積層した。
製造条件は以下のように設定した。
回転受けロール14の回転周面に形成されている凹凸模様14aの凸部14bの高さ:3mm、
ホーン13と回転受けロール14の凸部14bとの間隙15:0.3mm、
接合速度(シート材供給速度):1.5m/分、
回転受けロール14の温度:20℃、とした。
このように、第2シート材11aや第3シート材11cのAl蒸着層をPETフィルムの内側に設けた異質素材においても、回転受けロール14の凸部14aのみにおいて部分的に軟化部36を形成して超音波接合した4層積層シートを製造することができた。
製造した積層シートは、図6(b)に示すように、Al蒸着層を積層シート材の内部に保持して、接合部32において薄肉化しており非接合部33においては第1シート材11b(ポリエステル樹脂綿)の厚み7mmを維持した状態の立体的な凹凸感のあるものとなった。
また、本発明の積層シート材の製造方法は、複数のシート材を積層一体化するとともに、見栄えに優れた立体的な凹凸模様を形成した長尺の積層シート材を一連の工程で連続的に製造することができ、産業上の利用可能性がきわめて高い。
11a:第2シート材
11b:第1シート材
11b1:第1シート材の一方
11b2:第1シート材の他方
11c:第3シート材
12:超音波デバイス
13:ホーン
14:回転受けロール
14a:凹凸模様
14b:凸部
14c:凹部
15:間隙
20:押圧部材
21:ブロア
31:積層シート材
32:接合部
33:非接合部
35:高低差
36:軟化部
Claims (13)
- 回転周面に凹凸模様を形成した回転受けロールを備え、
それに対向して配設された超音波デバイスのホーンとの間に形成された間隙に、
厚肉の第1シート材と、
それよりも薄肉の第2シート材とを積層するようにしてシート材を供給して、
前記間隙の近傍に設けた押圧部材によって、
前記シート材が前記間隙に供給される直前に回転受けロール側に押圧して、
回転受けロールの凹凸模様を転写し、
前記回転受けロールの凸部に接触した部分のみを超音波デバイスによって摩擦熱を発生させて軟化させて部分的に超音波接合して積層シート材とするとともに、
接合部においてのみ積層シート材を薄肉化し、
非接合部においては積層シート材を接合せず厚肉状態に維持して、
積層シート材に立体的な凹凸模様を形成することを特徴とする積層シート材の製造方法。 - 前記厚肉の第1シート材に積層される第2シート材と反対側に、
さらに薄肉の第3シート材を前記第1シート材に積層するようにしてシート材を供給することを特徴とする請求項1に記載の積層シート材の製造方法。 - 前記厚肉の第1シート材が、2層以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の積層シート材の製造方法。
- 前記薄肉の第2シート材又は第3シート材が、2層以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の積層シート材の製造方法。
- 前記押圧部材に圧力センサーを設け、
該圧力センサーからの信号を受けて、前記超音波デバイスのホーンを上下動させて前記間隙の寸法を調整することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の積層シート材の製造方法。 - 前記凹凸模様を形成した回転受けロールは、その内部を冷却することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の積層シート材の製造方法。
- 前記間隙の近傍にさらにブロワーを設け、
該ブロワーから空気を吹き付けて、
前記超音波デバイスのホーンを冷却することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の積層シート材の製造方法。 - 回転周面に凹凸模様を形成した回転受けロールを備え、
それに対向して配設された超音波デバイスのホーンとの間に形成された間隙に、
厚肉の第1シート材と、
それよりも薄肉の第2シート材とを積層するようにしてシート材を供給して、
前記間隙の近傍に設けた押圧部材によって、
前記シート材が前記間隙に供給される直前に回転受けロール側に押圧して、
回転受けロールの凹凸模様を転写し、
前記回転受けロールの凸部に接触した部分のみを超音波デバイスによって摩擦熱を発生させて軟化させて部分的に超音波接合して積層シート材とするとともに、
接合部においてのみ積層シート材を薄肉化し、
非接合部においては積層シート材を接合せず厚肉状態に維持して、
積層シート材に立体的な凹凸模様を形成してなることを特徴とする積層シート材。 - 前記厚肉の第1シート材に積層される第2シート材と反対側に、
さらに薄肉の第3シート材を前記第1シート材に積層するようにしてシート材を供給してなることを特徴とする請求項8に記載の積層シート材。 - 前記厚肉の第1シート材が、2層以上であることを特徴とする請求項8又は9に記載の積層シート材。
- 前記薄肉の第2シート材又は第3シート材が、2層以上であることを特徴とする請求項8〜10のいずれか1項に記載の積層シート材。
- 前記厚肉の第1シート材が樹脂発泡体であり、
前記第2シート材が、前記第1シート材側に蒸着層を設けたPET蒸着フィルムであり、
前記第3シート材が塩ビフィルムである、
ことを特徴とする請求項9に記載の積層シート材。 - 前記厚肉の第1シート材が2層の樹脂綿及び樹脂発泡体であり、
前記第2シート材が、前記第1シート材側に蒸着層を設けたPET蒸着フィルムであり、
前記第3シート材が、前記第1シート材側に蒸着層を設けたPET蒸着フィルムである、
ことを特徴とする請求項9に記載の積層シート材。
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