(57)【特許請求の範囲】
【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。
【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１又は請求項２に記載の繊維集合体の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【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
【図１】
0003704547.tif 000002
【図２】
0003704547.tif 000003