JPH10504067A - ファイバークラスターを成形する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 再利用可能なクッションの成形方法および装置が開示されている。クッションは、ポリエステルファイバークラスターで金型を充填し（３０）、スクリムシートまたは接着剤を用いてそのファイバークラスターを封入し、金型を閉じ、その金型を加熱ステーション（５０）に進め、そこで熱風を金型を通して押し込み、その金型を冷却ステーション（７０）に進め、そこで冷気を金型を通して押し込み、そして続いて金型から成形部品を取り出す工程を備えるプロセスにより成形される。

Description

【発明の詳細な説明】 ファイバークラスターを成形する方法および装置 発明の分野 本発明は、肘掛け椅子、椅子、車のシートなどの装備品のクッションまたは台 座に関し、さらに詳しくは、バインダー繊維と配合されたポリエステル繊維のフ ァイバークラスターから成形不織ポリエステル繊維製品を提供する方法および装 置に関する。 発明の背景 政府機関が新車に対するより高いガロン当たりのマイル規格を要求しているの で、自動車製造者はより軽量の車に対する必要性に直面している。製造者は、車 内の部品として再使用あるいは再生利用することができる材料を得ることにも興 味をもっている。 熱的に接着されたポリエステル繊維の構造体は、高い支持性および耐久性が要 求されるマットレス、椅子および車のシートのような室内装備品における使用が よく知られている。例えば、米国特許第４，６６８，５６２号および同第４，７ ５３，６９３号を参照のこと。このようなポリエステル繊維構造体を使用するこ とのひとつの利点は、それらは再使用のために、メタノリシスのような公知の方 法により原単量体に解重合され得ることである。ポリエステル繊維は、新しい部 品の原料として直接再生利用することもできる。 典型的な５人乗りの車両は、台座に２０ポンドのポリウレタンフォームを含ん でいて、他方、本発明を使用している成形されたシートは、重さが１４ポンドで あり、同等の性能に対して３０パーセント減である。 これまで、バッチプロセスが使用され、車のシートとして使用するクッション が成形されている。しかしながら、自動車用途における製造操業は連続であり長 時間である。プロセスは、費用効果的であり、かつ部品あたりの最少量の労働力 および時間を含むものでなければならない。先行発明は、効率的に金型に充填す るための方法に集中している。しかしながら、費用効果的でありかつ時間効率の よい方法で再生利用可能な自動車のシートクッションの製造プロセスを完全に自 動化する方法はなかった。 発明の要旨 熱的接着性のバインダー繊維を有するポリエステル繊維を含むファイバークラ スターから再生利用可能なクッションを成形する方法および装置が提供される。 このようなクッションを形成する方法は、充填ステーションで金型を位置決めす る工程、その金型にファイバークラスターを充填する工程、金型を加熱ステーシ ョンに進め、その加熱ステーションで加熱された空気がその金型を通して押し込 まれ、クラスターアセンブリー内でバインダー繊維を活性化する工程、その金型 を冷却ステーションに進め、その冷却ステーションで冷気が金型を通して押し込 まれる工程、および冷却されたときに成形品を取り除く工程を含む。 本発明の他の実施態様において、金型の閉鎖および繊維の加熱に先だって、ス クリムシートまたは接着剤を使用してファイバークラスターを封入する。吹付繊 維を、スクリムシートまたはスクリムバッグの代わりに、封入剤として使用して もよい。 さらに他の実施態様において、金型に充填されるに先だって、ファイバークラ スターを個々のスクリムバッグ内に封入してもよい。金型の閉鎖に先だって接着 剤が個々のバッグに配置され、成形に際して材料の良好な接触を確実にする。 さらに他の実施態様において、成形されたファイバークラスターのパッドを、 クッションの成形に続いて、熱収縮性のポリエステルの“バッグ”内に封入して もよい。この場合、金型の外側での加熱でバッグはパッドの形になり、そして耐 久性および外観の利点を提供する。 前記本発明の要旨は、次の詳細な説明に照らしてより明確に理解されるであろ う。 図面の簡単な説明 図１は、回転テーブルおよび操作ステーションの上面図である。 図２は、不定形の多孔金型の底部と蓋の図である。 図３は、渦状アキュムレータの図である。 図４は、充填手段の側面図である。 図５ａおよび図５ｂは、金型に充填するための固定ホースの図である。 図６ａおよび図６ｂは、金型に充填するための連結されたラムを有する向けら れた入口の側面図である。 図７ａおよび図７ｂは、金型に充填するための減量装置および連結されたラム の図である。 図８は、ふた据付ステーションの側面図である。 図９は、加熱ステーションの側面図である。 図１０は、冷却ステーションの側面図である。 発明の詳細な説明 ファイバークラスターは、通気性を有するように好ましくはその表面から延び る最少量の毛を有する３次元の名目上球形状を形成すべく不規則に配列されおよ び絡み合わされたポリエステル繊維である。このような形状は、成形部品におい て荷重支持および圧縮抵抗に寄与する。 本発明による方法は、回転テーブル１０を使用して、ポリエステル繊維クラス ターで充填された金型を一連の操作ステーションに沿って送り、図１に示されて いるような連続プロセスを提供する。図１のテーブル１０に取り付けられた図４ のアーム９は、図２の金型１２のより下方部分を運び、それが各後続ステーショ ンに運ばれる。回転テーブルはそのプロセスに対して必要とされるスペースを最 小限にするという利点がある。あるいはまた、連続して位置する操作ステーショ ンを有する直線様式において、プロセスを行うこともできる。さらに他には、金 型を保持し、および操作ステーションを金型にもたらすこともできる。 金型１２は、図２に示されるように穴があけられた金属から作られる。成形プ ロセスに固有の、代表的には平方インチ当たり１〜２ポンドの成形圧に耐え得る いかなる材料をも使用することができる。例えば、金型は、アルミニウム、炭素 鋼、またはステンレス鋼から製造することができる。金型を通る空気フローは、 穴あきの金属シートの開口部により許される。成形されているファイバークラス ター材料は、頻繁に、穴あきの金属シートより空気フローに対して拘束される。 成形部品が、ファイバークラスターのより高い集中を有する場所を有し、そして それによってより厚いか、または密であるならば、空気は簡単には流れず、およ びそれらの場所は容易かつ迅速には接着されない。このような場合には、金型、 加熱チャンバー、または両方に隣接して配置されたじゃま板またはそらせ板の使 用によりさらに空気フローを制御する。金型そらせ板は、金型の頂部、底部、ま たは両方の外部に位置される。そらせ板が通常よく接着している場所にわたって 置かれると、加熱された空気は接着が困難である場所に向けなおされる。そらせ 板の使用は空気フローを制限するのに役立つので、驚くべきことに、総ての接着 が、そらせ板を使用しない場合と比較してわずかな時間で完成する。 金型構造用の穴あきの金属に代わるものとして、例えば、いずれもカリフォル ニア州オークランドのEnergy Research and Generation，Inc.から入手可能なＤ ＵＯＣＥＬ（登録商標）アルミニウムフォームまたは網状ガラス質炭素などの多 孔構造を有する材料を使用することもできる。金型を固定の、または取り外し可 能な多孔挿入物を使用して作ることもできる。金型１２は、成形されるクッショ ンの最終の所望された形状をもたらすために要求されるように設計された基部１ ４および蓋１６とともに、２つ以上の部分で作られる。金型の別個の部分には金 型の開閉をより容易にするために蝶番をつけることができる。 使用することができるファイバークラスターの具体例は、準備および接着とと もに、米国特許第４，７９４，０３８号に開示されている。クラスターは典型的 に密に梱包されたコンテナーにおいて運ばれる。したがって、ファイバークラス ターは、成形の前に“開放”して、立方フィート当たり１〜２ポンドまで密度を 減少しなければならない。このような密度の低下は、手で荷重をときクラスター を開放し、そして金型内にクラスターを配置することにより達成される。 ファイバークラスターを開放するための機械的なピン型ベルトおよびローラー のような代表的な装置は、クラスターを損傷しがちである。オペレーターを疲れ させず、かつ時間の節約を増やすために、代わりに、金型への配置に先だって、 遠心送風機を使用してクラスターを開放することができる。充填チューブを通し て輸送コンテナーからそれらを引き出した後、送風機は金型にクラスターを供給 する。あるいはまた、図３の渦状アキュムレータ２２を使用してクラスターを開 放することができる。クラスターは、供給源２１から、送風機２３を通って運ば れ、そこでそれらの密度を減少させ、および吹き出し口のダクト２４から渦状ア キュムレータ２２の入口２５にそれらを進ませる。渦状空気フローは、アキュム レータにおいてクラスターをごちゃごちゃにする。アキュムレータにおいて多量 のクラスターを保持し、アキュムレータの排出ポートを通していつでも排出し、 金型に充填してもよい。渦状アキュムレータ内でクラスターを運ぶ空気流は循環 し、ついでクラスターの排出を妨げるように設計されたベントを通して外に排出 される。クラスターを排出するために、ベントバルブが閉じられ、そして排出バ ルブが開かれ、空気流がクラスターを排出ポート２６を通して均一な流れで充填 ステーションに運び出すことを許す。 渦状アキュムレータ２２は、垂直または水平方向のいずれかに設置することが できる。クラスターは垂直に向けられたアキュムレータの最も低い位置で重力に より捕捉される傾向があるので、水平位置が好ましい。 ファイバークッションは布の外側の覆い、すなわちスクリムで保護されること が望ましい。これは、最終のカバー内でのアセンブリに先だってクッションを取 り扱う際に耐久性を与える。スクリムは、一体性を与え、剥離または個々のクラ スターの分散を最小限にする。ＤｕＰｏｎｔ社製ＳＯＮＴＡＲＡ（登録商標）の ような軽量のポリエステルスパンボンデッドシートを、クラスターに接触してい る面に塗布されたポリエステル接着剤の薄層とともに使用して、スクリムシート をクラスターに接着することができる。材料は、金型への配置の前に、事前に裁 断され、および／または事前に縫合される。ついでクラスターをこのスクリムシ ートの上面に置く。必要であるならば、成形操作に先だって第２のスクリムシー トをクラスターの上に置き、クラスターの封入を完全にすることができ る。 あるいはまた、スプレーのポリエステル接着剤をスクリムシートに代えて使用 することができる。このような接着剤は、金型１２から取り出された後に成形品 に吹き付けられる。接着剤は硬化し、そしてクッションのクラスターの外層を強 靭にする。接着剤のスプレーにおいて吹き付けられた繊維を、スクリムシートあ るいはスクリムバッグの代わりに封入剤として使用することもできる。 自動車産業においては、シートクッション内で変化する堅さを有することが要 望されている。シートの側部あるいはボルスターは、出入による酷使に十分に耐 えるように耐久性がなければならない。運転中の横向きからの加速度がクッショ ンの外側に対して乗員を押しつけるコーナリングの間には、特別な側部の堅さが 所望される。他方、クッションの中央では乗員に心地よい支持を提供すべくより 低い密度が所望される。クッション内でこのように変化する密度を得るために、 金型の各部内に配置されるクラスターの量が変えられる。 第１のステーションである図１の充填ステーション３０で、図２の金型１２に クラスターを導入する。金型１２内のファイバークラスターの配置は、いくつか の方法により行うことができる。上記のように、クラスターを貯蔵コンテナから 手で荷重をとき、そして金型内に配置することができる。好ましくは、クラスタ ーを自動的に金型に導入する。いろいろな体積のクラスターを金型に充填するた めに、図１のプログラム可能なロボット３２のようなプログラム可能な位置決め 装置、または図示されていない動力式のｘ−ｙ−ｚ位置決め装置を使用して金型 充填ホースを操作し、そのホースを通してクラスターを空気流に運ぶ。空気ホー スが操作されるので、それは特定の時間にわたり金型の種々のゾーンに位置され る。位置における時間は、クッションの特定のゾーンにおいて所望される堅さに よる。プログラム可能なロボットあるいは動力式の位置決め装置の使用は、特有 の密度要求を有するいくつかのクッション形状の使用を可能にする。さらに、こ れは、特定のシート形状に対する一貫性を作り出すと同様に労力を大変軽減する ことができる。 空気流を通してばらのクラスターを金型１２へ搬送すると、図４の充填ホース ３８の排出口で乱れた空気フローが生じ、クラスターを所望の場所に配置するこ とを妨げる。クラスターをそれらが金型に受け入れられたように金型に閉じ込め るために、真空ダクト３５を介して図４の送風機３４により金型１２の下側で真 空引きされる。あるいはまた、金型の上に位置された定置ホースを使用して金型 に充填し、図５ａおよび図５ｂの特定のゾーンに供給することができる。ファイ バークラスターを各ホースに供給し、そして各ホースのゲート３６の操作により 金型１２に解き放す。空気管３７は、空気流がクラスターをホース外に、または 次のゲートを備えたセクションに運ぶために用いられるのを許容している。各ホ ースは、取り付けられたその個々の計量および搬送装置を有するか、または一つ の総供給システムと共に連続で使用される。 金型の可変充填に対する他の実施態様は、穴あきの金型の底面を通って金型の キャビティーにおいて異なる高さに突き出す垂直ピンを利用することである。ピ ンの高さのこの密な束は、クラスターがその表面および表面周辺に落ちるのを許 す表面を調整する。エリア内のピンの量が多い程、そのゾーンを充填するために 必要とされるクラスターの体積は小さい。クラスターを金型に配置した後、ピン 装置を穴あきの金型から引っ込め、および成形プロセスに先だってクラスターを 安定させる。 金型内でのゲートの付け方の他の方法は、穴あきの金型の側面を通して突き出 す引き込み可能なゲーティングロッドを利用することである。これらのゲーティ ングロッドは、金型内で充填ゾーンを画定する。ゲーティングロッドは、充填ゾ ーン間のファイバークラスターの移動を妨げるが、種々の充填ゾーンにおけるフ ァイバークラスターをつなぎかつ混ぜ、それにより成形品の種々のセクション間 の剪断ラインをなくすという利点を有する。種々の充填ゾーンに装填されるクラ スターの量を変化させることにより、可変密度の物品を製造することができる。 例えば、相対的に低い密度の台座エリアおよび相対的に高い密度のボルスターエ リアを有するシートクッションを製造することができ、それにより堅い横の支持 を有する柔らかいシートを提供する。充填ゾーンの使用は、充填の均一性を達成 するための追加の工程に対するニーズを取り除き、そして充填ゾーンは、ファイ バークラスターを金型に配置する前述、あるいは後述の方法のいずれかと組合わ せることができる。 他の実施態様は、図６ａおよび図６ｂに示されるように、金型内のゾーンにク ラスターを振り向ける多数のクラスター流入口を有する閉鎖された金型充填プロ セスを使用することである。クラスターは空気流あるいは他の方法により流入口 ４２の入口に運ばれる。空気流を使用しながらクラスターの異なる流速を使用し 、金型内で異なる充填密度を与える。充填後、ラム４３をクラスターの上に下げ て、加熱に先だって最終的な外形まで金型１２内でクラスターを圧縮する。閉鎖 された金型充填プロセスの使用は、空気流の使用に関連する乱れた空気フローの 妨害作用をなくし、金型にクラスターを運ぶ。 さらに他の実施態様は、図７ａおよび図７ｂの減量の材料供給機であり、それ は金型１２に接続された個々の充填管４４にその特定のゾーンの最終的な所望の 堅さにより要求される量でクラスターを分配する。管４４が充填された後、ラム ４５が充填管４４からのクラスターを押し、そしてクラスターを金型１２に詰め 込む。このような装置は、空気流の使用に関連する乱れた空気フローをなくし、 クラスターを金型に運ぶ。 他の実施態様は、金型内に配置される予め計量されたクラスターの、事前に縫 合された個々のバッグを使用することである。各バッグはいろいろな量のクラス ターを充填するので、異なる密度となり、クッション内で種々の位置において所 望の堅さを得ることができる。接着層は、内側と同様にバッグの外表面に存在し 、バッグが互いに接着し、そして個々のバッグからまとめられたクッションを作 ることを確実にしなければならない。 所望により、ワイヤーを金型内に配置し、椅子張りの投錨点として、またはボ ルスターのような場所の補強として用いることもできる。通常、ワイヤーは強磁 性体であり、金型において磁石による位置決めを促進するが、非強磁性ワイヤー は、他の位置決め手段が利用可能なところで使用することができる。クラスター とワイヤー、特に投錨点として使用されるワイヤーとの間の接着を改善するため に、ファイバークラスターの接着温度より低い融点を有し、かつワイヤーに被覆 物として残るように接着温度で十分な粘度のポリマーで、ワイヤーを被覆するこ とができる。クラスター成形の間、ポリマー溶融物とクラスターは、溶融物に埋 め込まれるようになる。特にオレフィンがワイヤーの被覆に有利である。被覆ワ イヤーと接着クラスターとの間の接着は、現在の自動車のシートにおける代表的 なポリウレタンフォームへのワイヤーの接着より優れている。あるいはまた、オ レフィンワイヤーを、ポリマーの網に埋め込み、投錨金網アッセンブリを形成す ることができる。好ましくはポリマー網はポリエチレンである。オレフィン被覆 ワイヤーを用いたように、投錨金網アセンブリを、クラスター接着に先だって金 型に配置し、それによりさらなる投錨支持体を提供することができる。 金型１２にクラスターを装填した後、金型１２を図１および図８に示されるよ うにふた据え付けステーション４０に回転させる。所望により、金型１２の閉鎖 に先だって、第２のスクリムシートをクラスターアセンブリの上に配置する。大 きな支持プレート５２を備えた図８の油圧シリンダー５１を金型１２の下で作動 させ、図２の金型底部１４を支持し、そして回転テーブルアセンブリにおける圧 力を減少させる。金型のふた１６を金型基部１４の頂部に置く。大きな分配プレ ート５５を備えた油圧シリンダ５３を金型１２の上で作動させ、そして金型１２ を閉じかつ締めるのに十分な圧力をかける。頂部と底部の油圧シリンダ５１およ び５３はそれぞれの支持プレート５２および５５を引き込ませ、そして金型１２ は図１に示されるように加熱ステーション５０へと回転される。 図９の加熱ステーション５０において、油圧シリンダ６１および６２を作動さ せ、空気ダクト６３および６４を金型１２と接触させ、金型と熱源との間の空気 循環の経路を提供する。１５０〜２４５℃の押込熱風を金型１２に供給する。加 熱された空気は、ファイバークラスター内でバインダー繊維を活性化し、接着剤 を提供し成形された部品を形成する。空気は、市販のオーブン６６であるが、変 更され空気フローを振り向けるために油圧で操作されるダクトを含むオーブンを 使用して加熱される。好ましくは、熱風は底部から金型のキャビティーに入り、 そして金型の頂部で排出する。あるいはまた、加熱された空気を、金型の上面を 通して供給することもでき、または頂部および底部の金型の面を交互に通して振 り分けることができる。エネルギを節約するために、熱風は集められ、使用温度 に再加熱され、および再使用される。加熱サイクルは、ファイバークラスターの 塊の密度、空気の温度、および空気フローに対する穴あきの金型表面の抵抗を含 む多くの要因による。経済性の理由から、高い空気フローを用いて作動させ、そ れゆえに加熱サイクルの継続時間を最小にすることが好ましい。しかしながら、 ファイバークラスターは熱可塑性樹脂であり、および接着温度に到達すると接着 空気の圧縮力に対する抵抗性がより小さくなる。成形時間を減らすために、押込 空気の圧縮力を加熱されたクラスターの圧縮抵抗より低く維持するように接着サ イクルの間の空気流速を減らすことが好ましい。成形された表面における空気圧 は電気的に制御された可変速度送風機により制御される。成形部品を横切る圧力 低下は、図示されていないマノメーターのような圧力読み取りまたは記録装置を 使用してモニターされる。 金型１２が要求された温度および時間に加熱された後、油圧シリンダー６１お よび６２を作動させ、金型１２との接触を解除する。図１および図１０に示され るように金型１２を冷却ステーション７０に回転させる。油圧シリンダ７１およ び７２を作動させ、空気ダクト７３および７４を金型１２と接触させ、金型と冷 却空気源との間の空気循環の経路を提供する。冷却空気は、図１０に示されるよ うに電気的に制御された可変速度送風機７５を使用して金型１２を通して押し込 まれる。再び、空気フローは金型１２の底部を通るか、金型１２の頂部を通るか 、あるいは両方向の組み合わせとなる。エネルギの相当な部分は冷却ゾーンにお いて回収され、そして金型１２からオーブン６６へ空気ダクト６２を使用して冷 却空気を導くことにより加熱システムの空気取り入れ口を加熱するために使用さ れる。あるいはまた、この空気流は図１の予備加熱ステーション８０に向けられ 、そこで完全加熱サイクルに先だって予備加熱された空気を金型１２に押し込む 。この“予備加熱”は、加熱ステーションにおける成形時間を短くする。 部品が十分に冷却された後、油圧シリンダ７１および７２を作動させ金型１２ との接触を解放し、そして金型を回転させ冷却ステーション７０から離す。成形 部品を金型１２から取り出す。取り出しは、手で、あるいは自動化された手段を 介して行うことができる。クッションの金型からの取り出しを容易にするために 、好ましくは、金型１２の底部は可動基部を有し、それは上向きに押され、成形 部品をはずすことができる。 任意により、成形部品は、成形の後、熱収縮性のポリエステル“バッグ”内に 封入してもよい。封入バッグは加熱で成形部品の形状に適合し、そしてその部品 に耐久性および改善された外観を提供する。 スクリムシートを用いた封入あるいは成形品への椅子張りの投錨ワイヤーの埋 め込みに代わるものとして、最終用途の覆いをその物品に直接成形することがで きる。特に、所望された最終のファブリック、椅子張り、あるいは皮革の覆いを 有する自動車のシートクッションを、ファイバークラスターから作られたシート クッションを用いて一体的に成形することができる。従来、過熱蒸気を使用して ポリマー接着層を溶融し、それによりシートの覆いを発泡シートに接着する方法 により、多孔のファブリックを発泡材料に接着していた。しかしながら、スチー ムプロセスは、皮革のような多孔性ではないファブリックを成形するためには使 用することができないという点で制限され、並びに費用がかかる過熱蒸気を利用 し、および凝縮物除去を必要とするという欠点も有する。ファイバークラスター を用いた一体成形の製造において、例えば皮革のような所望の最終のシートの覆 いを裁断し、金型の形状に適合させる。同様に、マサチューセッツ州シャーリー のBemis Associatesにより製造されるフィルムなどの熱可塑性接着フィルムを裁 断し、金型の形状に適合させる。ついで皮革の覆いを金型に配置し、そして続い て熱可塑性接着フィルムを皮革の覆いの置かれている金型に配置する。前述のよ うに金型をファイバークラスターで装填し、閉じ、そして加熱する。加熱時間を 金型を通る空気フローをモニターすることにより決定することができる。圧力低 下は、熱可塑性樹脂接着フィルムが溶融していることを示す。冷却および除去で 、最終の覆いを有するシートクッションが得られる。このシートクッションと覆 いとの一体プロセスの価値は、シートクッションを覆うために必要とされる後続 の、費用がかかる追加の工程をなくすことに照らして明白である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年７月１１日 【補正内容】 明細書 ファイバークラスターを成形する方法および装置 発明の分野 本発明は、肘掛け椅子、椅子、車のシートなどの装備品のクッションまたは台 座に関し、さらに詳しくは、バインダー繊維と配合されたポリエステル繊維のフ ァイバークラスターから成形不織ポリエステル繊維製品を提供する方法および装 置に関する。 発明の背景 政府機関が新車に対するより高いガロン当たりのマイル規格を要求しているの で、自動車製造者はより軽量の車に対する必要性に直面している。製造者は、車 内の部品として再使用あるいは再生利用することができる材料を得ることにも興 味をもっている。 熱的に接着されたポリエステル繊維の構造体は、高い支持性および耐久性が要 求されるマットレス、椅子および車のシートのような室内装備品における使用が よく知られている。例えば、米国特許第４，６６８，５６２号および同第４，７ ５３，６９３号を参照のこと。このようなポリエステル繊維構造体を使用するこ とのひとつの利点は、それらは再使用のために、メタノリシスのような公知の方 法により原単量体に解重合され得ることである。ポリエステル繊維は、新しい部 品の原料として直接再生利用することもできる。 典型的な５人乗りの車両は、台座に７．４６キログラム（２０ポンド）のポリ ウレタンフォームを含んでいて、他方、本発明を使用している成形されたシート は、重さが５．２３キログラム（１４ポンド）であり、同等の性能に対して３０ パーセント減である。 これまで、米国特許第５，２９４，３９２号に開示されているようなバッチプ ロセスが使用され、車のシートとして使用するクッションが成形されている。し かしながら、自動車用途における製造操業は連続であり長時間である。プロセス は、費用効果的であり、かつ部品あたりの最少量の労働力および時間を含むもの でなければならない。先行発明は、効率的に金型に充填するための方法に集中し ている。しかしながら、費用効果的でありかつ時間効率のよい方法で再生利用可 能な自動車のシートクッションの製造プロセスを完全に自動化する方法はなかっ た。 米国特許第５，２９４，３９２号は、金型に連続ファイバークラスターウェブ を充填し、オーブンにその金型を配置し、その金型を冷却チャンバーに配置し、 そして金型から成形されたクッションを取り出す工程を備えるクッションを成形 するプロセスを開示している。米国特許第５，２９４，３９２号に開示されてい るプロセスにはいくつかの問題がある。第１に、ファイバークラスターは連続ウ ェブの形状でなければならず、それは裁ち落としおよび廃棄物の再生利用という 時間のかかる工程に導く。連続ウェブは、非対称軸に沿ってクッションの密度を 変化させることも困難にする。第２に、ファイバークラスターを接着するために 、金型全体をオーブンに配置しなければならず、それは資本的および運用上のコ ストを増加させるより大型のオーブンを必要とする。第３には、金型全体を冷却 チャンバーに配置しなければならず、資本的コストおよび無駄なエネルギを結果 として増加させる特大の冷却装置も必要とする。 出願人は、ここに、金型をオーブンに配置することなしにバインダー繊維を溶 融させるように加熱された空気をオーブンから金型にダクトで送ることを特徴と するばらのファイバークラスターを成形する改良されたプロセスを開示しそして 特許請求する。排出空気は金型から回収され、そしてそのオーブンへと再循環さ れる。ついで冷却空気を金型にダクトで送り、クッションを冷却する。排出空気 は金型から再度回収され、そしてそのオーブンへと再循環される。出願人のプロ セスは、エネルギ効率的であり、かつ簡単に自動化され、これによりシートクッ ションを成形する他の方法より費用およびサイクル時間を有利にする。 発明の要旨 熱的接着性のバインダー繊維を有するポリエステル繊維を含むファイバークラ スターから再生利用可能なクッションを成形する方法および装置が提供される。 このようなクッションを形成する方法は、充填ステーションで金型を位置決めす る工程、その金型にファイバークラスターを充填する工程、金型を加熱ステーシ ョンに進め、その加熱ステーションで加熱された空気がその金型を通して押し込 まれ、 発明の詳細な説明 ファイバークラスターは、通気性を有するように好ましくはその表面から延び る最少量の毛を有する３次元の名目上球形状を形成すべく不規則に配列されおよ び絡み合わされたポリエステル繊維である。このような形状は、成形部品におい て荷重支持および圧縮抵抗に寄与する。 本発明による方法は、回転テーブル１０を使用して、ポリエステル繊維クラス ターで充填された金型を一連の操作ステーションに沿って送り、図１に示されて いるような連続プロセスを提供する。図１のテーブル１０に取り付けられた図４ のアーム９は、図２の金型１２のより下方部分を運び、それが各後続ステーショ ンに運ばれる。回転テーブルはそのプロセスに対して必要とされるスペースを最 小限にするという利点がある。あるいはまた、連続して位置する操作ステーショ ンを有する直線様式において、プロセスを行うこともできる。さらに他には、金 型を保持し、および操作ステーションを金型にもたらすこともできる。 金型１２は、図２に示されるように穴があけられた金属から作られる。成形プ ロセスに固有の、代表的には６．８９〜１３．７９ｋＰａ（平方インチ当たり１ 〜２ポンド）の成形圧に耐え得るいかなる材料をも使用することができる。例え ば、金型は、アルミニウム、炭素鋼、またはステンレス鋼から製造することがで きる。金型を通る空気フローは、穴あきの金属シートの開口部により許される。 成形されているファイバークラスター材料は、頻繁に、穴あきの金属シートより 空気フローに対して拘束される。成形部品が、ファイバークラスターのより高い 集中を有する場所を有し、そしてそれによってより厚いか、または密であるなら ば、空気は簡単には流れず、およびそれらの場所は容易かつ迅速には接着されな い。このような場合には、金型、加熱チャンバー、または両方に隣接して配置さ れたじゃま板またはそらせ板の使用によりさらに空気フローを制御する。金型そ らせ板は、金型の頂部、底部、または両方の外部に位置される。そらせ板が通常 よく接着している場所にわたって置かれると、加熱された空気は接着が困難であ る場所に向けなおされる。そらせ板の使用は空気フローを制限するのに役立つの で、驚くべきことに、総ての接着が、そらせ板を使用しない場合と比較してわず かな時間で完成する。 金型構造用の穴あきの金属に代わるものとして、例えば、いずれもカリフォル ニア州オークランドのEnergy Research and Generation，Inc.から入手可能なＤ ＵＯＣＥＬ（登録商標）アルミニウムフォームまたは網状ガラス質炭素などの多 孔構造を有する材料を使用することもできる。金型を固定の、または取り外し可 能な多孔挿入物を使用して作ることもできる。金型１２は、成形されるクッショ ンの最終の所望された形状をもたらすために要求されるように設計された基部１ ４および蓋１６とともに、２つ以上の部分で作られる。金型の別個の部分には金 型の開閉をより容易にするために蝶番をつけることができる。 使用することができるファイバークラスターの具体例は、準備および接着とと もに、米国特許第４，７９４，０３８号に開示されている。クラスターは典型的 に密に梱包されたコンテナーにおいて運ばれる。したがって、ファイバークラス ターは、成形の前に“開放”して、１６．０２〜３２．０４ｋｇ／ｍ３（立方フ ィート当たり１〜２ポンド）まで密度を減少しなければならない。このような密 度の低下は、手で荷重をときクラスターを開放し、そして金型内にクラスターを 配置することにより達成される。 ファイバークラスターを開放するための機械的なピン型ベルトおよびローラー のような代表的な装置は、クラスターを損傷しがちである。オペレーターを疲れ させず、かつ時間の節約を増やすために、代わりに、金型への配置に先だって、 遠心送風機を使用してクラスターを開放することができる。充填チューブを通し て輸送コンテナーからそれらを引き出した後、送風機は金型にクラスターを供給 する。あるいはまた、図３の渦状アキュムレータ２２を使用してクラスターを開 放することができる。クラスターは、供給源２１から、送風機２３を通って運ば れ、そこでそれらの密度を減少させ、および吹き出し口のダクト２４から渦状ア キュムレータ２２の入口２５にそれらを進ませる。渦状空気フローは、アキュム レータにおいてクラスターをごちゃごちゃにする。アキュムレータにおいて多量 のクラスターを保持し、アキュムレータの排出ポートを通していつでも排出し、 金型に充填してもよい。渦状アキュムレータ内でクラスターを運ぶ空気流は循環 し、ついでクラスターの排出を妨げるように設計されたベントを通して外に排出 される。クラスターを排出するために、ベントバルブが閉じられ、そして排出バ ルブが開かれ、空気流がクラスターを排出ポート２６を通して均一な流れで充填 ステーションに運び出すことを許す。 渦状アキュムレータ２２は、垂直または水平方向のいずれかに設置することが できる。クラスターは垂直に向けられたアキュムレータの最も低い位置で重力に より捕捉される傾向があるので、水平位置が好ましい。 ファイバークッションは布の外側の覆い、すなわちスクリムで保護されること が望ましい。これは、最終のカバー内でのアセンブリに先だってクッションを取 り扱う際に耐久性を与える。スクリムは、一体性を与え、剥離または個々のクラ スターの分散を最小限にする。ＤｕＰｏｎｔ社製ＳＯＮＴＡＲＡ（登録商標）の ような軽量のポリエステルスパンボンデッドシートを、クラスターに接触してい る面に塗布されたポリエステル接着剤の薄層とともに使用して、スクリムシート をクラスターに接着することができる。材料は、金型への配置の前に、事前に裁 断され、および／または事前に縫合される。ついでクラスターをこのスクリムシ ートの上面に置く。必要であるならば、成形操作に先だって第２のスクリムシー トをクラスターの上に置き、 請求の範囲 １．ポリエステル繊維および熱的に接着可能なバインダー繊維を備えるばらのフ ァイバークラスターから再生利用可能なクッションを成形する自動化されたプロ セスであって、公知のプロセスは、金型に連続ファイバークラスターウェブを充 填し、オーブンに該金型を配置し、該金型を冷却チャンバーに配置し、および該 金型から成形されたクッションを取り出す工程を備え、そして改良されたプロセ スは、 ａ）ばらのファイバークラスターを金型に充填する工程、 ｂ）前記金型をオーブンに配置することなしに前記熱的に接着可能なバインダ ー繊維を溶融させるように加熱された空気をオーブンから金型にダクトで送り、 排出空気を金型から回収し、そして該排出空気を前記オーブンに再循環する工程 、および ｃ）冷却空気を前記金型にダクトで送り、クッションを冷却し、排出空気を金 型から回収し、そして該排出空気を空気冷却機、前記オーブン、または予備加熱 ステーションに再循環する工程 を備えることを特徴とする自動化されたプロセス。 ２．前記ばらのファイバークラスターが金型内に受け入れられ、そして閉じこめ られるように金型の下側で真空引きを行う工程をさらに備えることを特徴とする 請求項１に記載の自動化されたプロセス。 ３．前記ばらのファイバークラスターを充填し、そしてシート覆い材料の上に熱 可塑性樹脂接着剤を配置するに先だって、前記金型にシート覆い材料を配置する 工程をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の自動化されたプロセス。 ４．前記シート覆い材料が非多孔性であることを特徴とする請求項３に記載の自 動化されたプロセス。 ５．前記シート覆い材料が皮革であることを特徴とする請求項４に記載の自動化 されたプロセス。 ６．前記ばらのファイバークラスターを前記金型内に封入する工程をさらに備え ることを特徴とする請求項１に記載の自動化されたプロセス。 ７．前記封入工程が前記金型の一部の内側をスクリムシートで覆う工程をさらに 備えることを特徴とする請求項６に記載の自動化されたプロセス。 ８．前記封入工程が前記金型の一部の内側を封入接着剤で覆う工程をさらに備え ることを特徴とする請求項６に記載の自動化されたプロセス。 ９．前記封入工程が前記金型に封入繊維を吹き付ける工程をさらに備えることを 特徴とする請求項６に記載の自動化されたプロセス。 １０．前記封入工程が個々のスクリムバッグ内に前記ファイバークラスターを配 置する工程をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の自動化されたプロ セス。 １１．前記金型が複数の充填ゾーンを有することを特徴とする請求項１に記載の 自動化されたプロセス。 １２．前記充填工程が、変化する密度の物品が製造されるように、前記金型の種 々の充填ゾーンに導入されるばらのファイバークラスターの量を変える工程をさ らに備えることを特徴とする請求項１１に記載の自動化されたプロセス。 １３．前記充填工程が、プログラム可能な位置決め装置を使用して、前記ばらの ファイバークラスターを前記金型に自動的に導入する工程をさらに備えることを 特徴とする請求項１２に記載の自動化されたプロセス。 １４．前記充填工程が、前記金型の上方に位置された複数の固定ホースを使用し て特定の充填ゾーンに供給する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１２ に記載の自動化されたプロセス。 １５．前記充填工程が、前記金型の底面を通って前記金型のキャビティにおいて 異なる高さに突き出す垂直ピンを使用して、それにより前記充填ゾーンをさらに 画定しかつ分離する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の自 動化されたプロセス。 １６．前記充填工程が、前記金型の側面を通って突き出す複数のゲーティングロ ッドを使用して、それにより前記充填ゾーンをさらに画定しかつ分離する工程を さらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の自動化されたプロセス。 １７．前記充填工程が、前記金型を閉じ、および続いて前記金型内で種々の充填 ゾーンに向けられた複数のファイバークラスター流入口を経て前記金型を充填す る工程をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の自動化されたプロセ ス。 １８．前記充填工程が、事前に計量されたファイバークラスターの複数の個々の バッグを前記金型に配置する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１２に 記載の自動化されたプロセス。 １９．前記成形されたクッションを封入する工程をさらに備えることを特徴とす る請求項１に記載の自動化されたプロセス。 ２０．加熱に先だって前記金型に投錨ワイヤーを配置する工程をさらに備えるこ とを特徴とする請求項１に記載の自動化されたプロセス。 ２１．前記投錨ワイヤーを前記ファイバークラスターの接着温度より低い融点を 有するポリマーで被覆する工程をさらに備えることを特徴とする請求項２０に記 載の自動化されたプロセス。 ２２．前記被覆ワイヤーをポリマーの網に埋め込む工程をさらに備えることを特 徴とする請求項２１に記載の自動化されたプロセス。 ２３．請求項１に記載の自動化されたプロセスにおいて、 （ａ）回転テーブルアセンブリのアームに連結されている保持プレートに 金型の基部を位置決めする工程； （ｂ）詰め込まれたファイバークラスターを、稠密な状態からより小さい 密度のばらの状態に開放する工程； （ｃ）前記ファイバークラスターの充填に先だって、前記金型の基部に、 内面に接着剤を有している封入シートを配置する工程； （ｄ）前記金型の基部にある前記封入シートに、ポリエステル繊維と熱的 に接着可能なバインダー繊維とを備えるばらのファイバークラスターを充填し、 ファイバークラスターのアセンブリを形成する工程； （ｅ）前記金型の基部をふた据え付けステーションに回転させ、金型のふ たを前記金型に配置し、閉じられた金型を形成する工程； （ｆ）前記閉じられた金型を加熱ステーションに回転させ、前記熱的に接 着可能なバインダー繊維が溶融するように、熱風をオーブンからダクトで送り、 そして前記金型における前記ファイバークラスターのアセンブリを通して押し込 む工程； （ｇ）前記閉じられた金型を冷却ステーションに回転させ、前記金型にお ける前記ファイバークラスターのアセンブリを通して冷気を押し込む工程；およ び （ｈ）前記金型から前記成形されたクッションを取り出す工程 をさらに備えることを特徴とする自動化されたプロセス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＢＲ，ＣＡ，ＪＰ，ＭＸ，Ｕ Ｓ (72)発明者 ヨハンソン，ウイリアム，ジー. アメリカ合衆国 48306−3107 ミシガン 州 ロチェスター ヒルズ デヴォンウッ ド ドライブ 1691 (72)発明者 ラドレー，ネイザン，ダブリュ. アメリカ合衆国 19720 デラウェア州 ニュー キャッスル スターリング アヴ ェニュ 411 (72)発明者 スカボロー，オーデル アメリカ合衆国 08081 ニュージャージ ー州 シックラーヴィル スリーピー ハ ロー レーン 26

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．耐力ファイバークラスターから造形品を成形する自動化されたプロセスであ って、 充填ステーションで金型を位置決めする工程； 前記金型にファイバークラスターを充填する工程； 前記金型を加熱ステーションに進める工程； 前記金型に熱風を押し込むことにより該金型を加熱する工程； 前記金型を冷却ステーションに進める工程； 前記金型に冷気を押し込むことにより造形物を冷却する工程； 前記金型を取り外しステーションに進める工程；および 前記金型から造形物を取り外す工程 を備えることを特徴とする自動化されたプロセス。 ２．前記充填工程が前記金型内で前記ファイバークラスターを封入する工程をさ らに備えることを特徴とする請求項１に記載の自動化されたプロセス。 ３．前記封入工程が前記金型の一部の内側をスクリムシートで覆う工程をさらに 備えることを特徴とする請求項２に記載の自動化されたプロセス。 ４．前記封入工程が前記金型の一部の内側を封入接着剤で覆う工程をさらに備え ることを特徴とする請求項２に記載の自動化されたプロセス。 ５．前記封入工程が前記金型に封入繊維を吹き付ける工程をさらに備えることを 特徴とする請求項２に記載の自動化されたプロセス。 ６．前記封入工程が個々のスクリムバッグ内に前記ファイバークラスターを配置 する工程をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の自動化されたプロセ ス。 ７．前記金型が複数の充填ゾーンを有することを特徴とする請求項１に記載の自 動化されたプロセス。 ８．前記充填工程が、変化する密度の物品が製造されるように、前記金型の種々 の充填ゾーンに導入されるファイバークラスターの量を変える工程をさらに備え ることを特徴とする請求項７に記載の自動化されたプロセス。 ９．前記充填工程が、プログラム可能な位置決め装置を使用して、前記ファイバ ークラスターを前記金型に自動的に導入する工程をさらに備えることを特徴とす る請求項８に記載の自動化されたプロセス。 １０．前記充填工程が、前記金型の上方に位置された複数の固定ホースを使用し て特定の充填ゾーンに供給する工程をさらに備えることを特徴とする請求項８に 記載の自動化されたプロセス。 １１．前記充填工程が、前記金型の底面を通って前記金型のキャビティにおいて 異なる高さに突き出す垂直ピンを使用して、それにより前記充填ゾーンをさらに 画定しかつ分離する工程をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の自動 化されたプロセス。 １２．前記充填工程が、前記金型の側面を通って突き出す複数のゲーティングロ ッドを使用して、それにより前記充填ゾーンをさらに画定しかつ分離する工程を さらに備えることを特徴とする請求項８に記載の自動化されたプロセス。 １３．前記充填工程が、前記金型を閉じ、および続いて前記金型内で種々の充填 ゾーンに向けられた複数のファイバークラスター流入口を経て前記金型を充填す る工程をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の自動化されたプロセス 。 １４．前記充填工程が、事前に計量されたファイバークラスターの複数の個々の バッグを前記金型に配置する工程をさらに備えることを特徴とする請求項８に記 載の自動化されたプロセス。 １５．前記造形品を封入する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１に記 載の自動化されたプロセス。 １６．加熱に先だって前記金型にワイヤーを配置する工程をさらに備えることを 特徴とする請求項１に記載の自動化されたプロセス。 １７．前記ワイヤーを前記ファイバークラスターの接着温度より低い融点を有す るポリマーで被覆する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の 自動化されたプロセス。 １８．前記被覆ワイヤーをポリマーの網に埋め込む工程をさらに備えることを特 徴とする請求項１７に記載の自動化されたプロセス。 １９．耐力ファイバークラスターから造形品を成形する自動化されたプロセスで あって、 金型にファイバークラスターを充填する工程； 加熱ステーションを前記金型に進める工程； 前記金型に熱風を押し込むことにより該金型を加熱する工程； 冷却ステーションを前記金型に進める工程； 前記金型に冷気を押し込むことにより造形物を冷却する工程；および 前記金型から造形物を取り外す工程 を備えることを特徴とする自動化されたプロセス。 ２０．耐力ファイバークラスターから造形品を一体的に被覆かつ成形する自動化 されたプロセスであって、 充填ステーションで金型を位置決めする工程； 前記金型にシート覆い材料を配置する工程； 前記シート覆い材料の上に熱可塑性樹脂接着フィルムを配置する工程； 前記金型にファイバークラスターを充填する工程； 前記金型を加熱ステーションに進める工程； 前記金型に熱風を押し込むことにより該金型を加熱する工程； 前記金型を冷却ステーションに進める工程； 前記金型に冷気を押し込むことにより造形物を冷却する工程； 前記金型を取り外しステーションに進める工程；および 前記金型から造形物を取り外す工程 を備えることを特徴とする自動化されたプロセス。 ２１．前記シート覆い材料が非多孔性であることを特徴とする請求項２０に記載 の自動化されたプロセス。 ２２．前記シート覆い材料が皮革であることを特徴とする請求項２１に記載の自 動化されたプロセス。 ２３．耐力ファイバークラスターの造形品を成形する方法であって、 （ａ）回転テーブルアセンブリのアームに連結されている保持プレートに 金型の基部を位置決めする工程； （ｂ）稠密な状態からより小さい密度にファイバークラスターを開放する 工程； （ｃ）該ファイバークラスターの充填に先だって、前記金型の基部に、内 面に接着剤を有している封入シートを配置する工程； （ｄ）前記金型の基部にある前記封入シートに、バインダー繊維と耐力繊 維から成るファイバークラスターを充填し、ファイバークラスターのアセンブリ を形成する工程； （ｅ）前記アームをふた据え付けステーションに回転させ、前記保持プ レートを支持するための保持プレートを作動し、金型のふたを前記金型の基部に 配置し、そして前記基部と前記金型のふたを接合して閉じられた金型を形成する 工程； （ｆ）前記保持プレートから前記支持プレートを引っ込める工程； （ｇ）前記アームを加熱ステーションに回転させ、前記金型における前記 耐力ファイバークラスターのアセンブリを通して熱風を押し込み、前記バインダ ー繊維を活性化する工程； （ｈ）前記アームを冷却ステーションに回転させ、前記金型における前記 耐力ファイバークラスターのアセンブリを通して冷気を押し込む工程；および （ｉ）前記金型から前記成形品を取り出す工程 を備えることを特徴とする方法。