(57)【要約】【課題】繊維密度が低く、均一で、しかも厚みの厚い繊維集合体を形成する。【解決手段】加熱炉１００内には、繊維積層体１５０を移送する第１のメッシュベルト１０１と、これと対向配置された、第２のメッシュベルト１０２および第２のメッシュベルト１０２の下流側の第３のメッシュベルト１０３とを有し、送風チャンバ１２２、１４２によって第１のメッシュベルと１０１の下方から熱風が吹き上げられる。繊維積層体１５０が第１および第２のメッシュベルト１０１，１０２間にある加熱工程では、繊維積層体１５０は第１のメッシュベルト１０１から浮上している。その後、繊維積層体１５０は第１および第３のメッシュベルト１０１、１０３によって圧縮され、その下流側で冷却される。【選択図】図１
2006249652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維体に加熱処理を施して繊維同士の一部を融着して構成される繊維集合体の成形方法において、
加熱炉内で前記繊維体を一方向に移送するための第１のメッシュベルトの上に第１の通気性シートを配置し、該第１の通気性シート上に前記繊維体を載せ、前記第１の通気性シートに前記繊維体を構成する繊維が絡み合うことによって前記繊維体の姿勢を規制するとともに、前記繊維体に対して下方から熱風を通過させることで前記繊維体を重力に抗して前記第１のメッシュベルトから浮上させ、前記第１のメッシュベルトに対向配置された第２のメッシュベルトに接触させた状態で前記繊維体を構成する繊維の一部を溶融させる加熱工程と、
前記熱風の送風を維持し、前記第２のメッシュベルトの下流側で、前記第１のメッシュベルトと、前記第１のメッシュベルトに対向配置された第３のメッシュベルトとによって、加熱されている前記繊維体の上下方向の厚みを所定の厚みに圧縮する圧縮工程と、
前記第３のメッシュベルトの下流側で、圧縮された前記繊維体を冷却し、前記繊維の溶融した個所を固化する冷却工程と、
を有することを特徴とする繊維集合体の成形方法。
【請求項２】
前記第１の通気性シートは、押さえ部材によって前記第１のメッシュベルトに対して保持されていることを特徴とする、請求項１に記載の繊維集合体の成形方法。
【請求項３】
前記通気性シートの融点は、前記繊維体を構成する繊維の融点よりも高いことを特徴とする、請求項１または２に記載の繊維集合体の成形方法。
【請求項４】
前記通気性シートは、前記加熱工程においても伸縮性を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の繊維集合体の成形方法。
【請求項５】
前記繊維体を構成する繊維は、互いに融点の異なる複数の材料からなるものであり、前記加熱工程で前記繊維体を通過する熱風の温度は、相対的に融点の低い材料の融点及び相対的に融点の高い材料の軟化点よりも高く、相対的に融点の高い材料の融点よりも低いことを特徴とする、請求項１に記載の繊維集合体の成形方法。
【請求項６】
前記繊維は、オレフィン系の材料からなることを特徴とする、請求項５に記載の繊維集合体の成形方法。
【請求項７】
繊維体に加熱処理を施して繊維同士の一部を融着して構成される繊維集合体の成形装置であって、
前記繊維体を載置し、加熱炉内で前記繊維体を一方向に移送するための第１のメッシュベルトと、
前記第１のメッシュベルトの下方から上方に吹き上げられる熱風を発生する熱風発生手段と、
前記加熱路内の上流側で、前記第１のメッシュベルトに対向して配置された第２のメッシュベルトと、
前記第２のメッシュベルトの下流側で、前記第１のメッシュベルトに対向して配置された第３のメッシュベルトと、
を備え、
前記第１のメッシュベルトの上に、第１の通気性シート、前記繊維体、および第２の通気性シートをこの順番で載せ、前記第１の通気性シートに前記繊維体を構成する繊維が絡み合うことによって前記繊維体の姿勢を規制しつつ、前記熱風発生手段によって発生した熱風を前記繊維体に対して下方から通過させることで、重力に抗して前記繊維体を前記第１のメッシュベルトから浮上させ、前記第２のメッシュベルトに接触させた状態で、前記第１および第２のメッシュベルトにより前記繊維体を移送させながら前記繊維体を構成する繊維の一部を溶融させ、
前記熱風の送風を維持しながら、加熱されている前記繊維体の上下方向の厚みを前記第３のメッシュベルトによって所定の厚みとするように、前記第１および第３のメッシュベルトにより前記繊維体を移送しながら圧縮し、
前記第１および第３のメッシュベルトにより前記繊維体を移送させ、圧縮された前記繊維体を前記第３のメッシュベルトの下流側で冷却し、前記繊維の溶融した個所を固化することを特徴とする繊維集合体の成形装置。
【請求項８】
前記第１の通気性シートは、押さえ部材によって前記第１のメッシュベルトに対して保持されることを特徴とする、請求項７に記載の繊維集合体の成形装置。
【請求項９】
前記第１および第２の通気性シートは、前記熱風発生手段による加熱環境下において伸縮性を有するとともに、その融点は前記繊維体を構成する繊維の融点よりも高いことを特徴とする、請求項７に記載の繊維集合体の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の繊維からなる繊維体を加工することで形成される繊維集合体に関し、特に低密度でかつ厚みの厚い繊維集合体、その成形方法および成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、繊維集合体の成形方法としては、大きく分けてニードルパンチング法と熱成形法とが一般に用いられている。これらの方法は、独立して用いられる場合もあるし、組み合わせて用いられる場合もある。
【０００３】
以下に、上記二つの方法について簡単に説明する。
【０００４】
（１）ニードルパンチング法：
ニードルパンチング法とは、繊維材料の積層体をフェルティング針と呼ばれる針を使ってニードルパンチング機械で串刺しにし、繊維同士を絡み合わせてシート状の繊維集合体を連続的に作製する手法である。
【０００５】
（２）熱成形法：
熱成形法とは、融点の異なる複数種の繊維材料の積層体に所望の熱を加え相対的に融点の低い繊維（接着材）を溶融させ、これにより、相対的に融点の高い繊維（骨格材）同士の交点を固定して、繊維集合体を得る方法である。つまり、熱成形法においては、相対的に融点の高い繊維で骨格を構成し、相対的に融点の低い繊維は接着剤としての機能を有する。さらにこの熱成形方法には、代表的な方法として、熱風コンベア炉式と呼ばれ、繊維積層体を熱風コンベア炉に連続的に供給して繊維集合体を連続的に成形する方法や、型成形式と呼ばれ、所望の大きさの型内に繊維積層体を詰め込んで加熱し所望の大きさ（形状／サイズ）の繊維集合体をバッチ式に得る方法がある。
【０００６】
以下に、上記二つの方法についてさらに説明する。
【０００７】
（２−ａ）熱風コンベア炉式：
図４は、熱成形法に用いられる従来の熱風コンベア炉の概略断面図である。図４に示すように、この熱風コンベア炉５００は、図示右方から供給される繊維積層体６００を上下方向（繊維積層方向）から挟んで図示左方へ移送させるための、上下方向に所定の間隔をあけて対向配置された一対のメッシュベルト５１０，５２０を有する。繊維積層体６００は、カード機（不図示）あるいはクロスレイヤー機（不図示）等で作製され繊維方向が略揃ったウェブを積層したものであり、その用途に応じて所望の目付け（単位面積当たりの重量）となっている。また、繊維積層体６００は、融点の異なる複数種の繊維材料から構成されている。
【０００８】
メッシュベルト５１０，５２０の間隔ｈは、成形すべき繊維集合体６５０の厚みと略等しく、必要に応じて自由に設定可能である。熱風コンベア炉５００に供給される繊維積層体６００の厚みＨは、メッシュベルト５１０，５２０の間隔ｈよりも大きく、熱風コンベア炉５００内に供給された繊維積層体５００は、メッシュベルト５１０，５２０により厚さｈまで一気に圧縮され、圧縮された状態で加熱成形され、繊維集合体６５０となる。
【０００９】
繊維積層体６００の加熱成形のために、熱風コンベア炉５００内には、熱風を吹き出す送風チャンバ５３０と、送風チャンバ５３０から送風された熱風を吸い込む受風チャンバ５４０とが設けられている。送風チャンバ５３０は、熱風コンベア炉５００内を移送される繊維積層体６００の上方に配置され、給気口５３１から吹き出された熱風を、複数の開口５３２を通って繊維積層体６００に吹き付ける構成となっている。受風チャンバ５４０は、繊維積層体６００の下方に配置され、繊維積層体６００を通過した熱風を、複数の開口５４２を介して吸引し、吸引口５４１から外部に排気する構成となっている。
【００１０】
熱風コンベア炉５００内に導入された繊維積層体６００は、送風チャンバ５３０から吹き付けられる熱風により所望の温度まで加熱される。繊維積層体６００は前述の通り、融点の異なる複数種の繊維材料から構成されているので、熱風の温度を相対的に融点の低い繊維の融点より高く、相対的に融点の高い繊維の融点より低い温度に設定することで、相対的に融点の低い繊維を溶融させ、相対的に融点の高い繊維同士の交点を接着材（相対的に融点の低い繊維）により固定して、所望の厚みの繊維集合体が得られる。
【００１１】
（２−ｂ）型成形式：
図５は、従来の型成形式による繊維集合体の成形方法を説明する図である。
【００１２】
繊維積層体６１０は、熱風コンベア炉式で用いたものと同様の繊維積層体をブロック状に切り出したものであり、図５（ａ）に示すように、ある一方向に略揃った繊維方向ａを有し、繊維方向ａと直交する方向に積層方向ｂを有するものとする。この繊維積層体６１０をアルミ製の型７００に挿入し、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、蓋７１０をする。この状態では、繊維積層体６１０は、積層方向ｂに圧縮されて型７００内に詰め込まれている。そして、この状態で型７００を前述の温度で加熱することにより、ブロック状の繊維集合体を得ることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記の繊維集合体の作製方法には、それぞれ以下に述べるような課題がある。
【００１４】
（１）ニードルパンチング法：
ニードルパンチング法では、繊維をフェルティング針で物理的に絡ませるため、得られる繊維集合体は、繊維密度が高く、硬さが硬く、しかも厚みの薄いシート状の繊維集合体となってしまう。従って、繊維密度が低く、柔らかく、厚い繊維集合体を得ることが困難であった。
【００１５】
（２−ａ）熱風コンベア炉式：
熱風コンベア炉式では、繊維積層体の上方から熱風を吹き付けているため、下方よりも上方の繊維のほうが軟化し易く、しかも、繊維の自重と上方より吹き付ける熱風の風圧によって繊維積層体が潰されてしまう。そのため、下方の繊維密度よりも上方の繊維密度が高くなり、全体として均一な繊維集合体を得ることが困難であった。この問題を回避するためには、熱風の風速を小さくすればよい。しかし、熱風の風速を小さくすると熱風が繊維積層体を通過することができなくなってしまい、繊維積層体の下方がほとんど加熱されないという問題が生じてしまう。
【００１６】
従って、熱コンベア炉式でもニードルパンチング法と同様に、相対的に繊維密度が高く、硬い、シート状の薄物繊維集合体は容易に得られるが、繊維密度が低く、柔らかく、厚い均一な繊維集合体を得ることは困難であった。また、繊維積層体はメッシュコンベアによって圧縮されつつ加熱されるので、繊維集合体の表層にメッシュコンベアの跡（凹凸形状）が転写されてしまうという課題もあった。
【００１７】
（２−ｂ）型成形式：
型成形式によって繊維集合体を成形する場合の課題について図６を参照して説明する。図６は、型成形式による繊維集合体の製造の際の、型の内部の状態を示す図である。
【００１８】
繊維積層体６１０が詰め込まれ、蓋７１０により内部が密閉された型７００を加熱し始めると、図６（ａ）に示すように、繊維積層体６１０は、その周辺部から徐々に重力方向に沿って潰れてくる。これは、繊維積層体６１０を構成する繊維が、ポリエチレン（ＰＥ）とポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）との混紡繊維の組み合わせのように、融点が大きく異なる場合には顕著ではない。しかし、オレフィン材料のみから選択した場合には融点差が比較的少ないため、熱が型７００の周りから伝達されることで、熱の影響が繊維積層体６１０の周囲にまず現れるためである。
【００１９】
型７００を加熱し続けると、熱は繊維積層体６１０の内部まで伝わり、図６（ｂ）に示すように、繊維積層体６１０は底面全体が潰れた状態となる。このとき繊維積層体６１０は、繊維密度状態が重力方向下方と上方とで異なっている。すなわち、繊維積層体６１０の下方側は自重の影響を受けるため繊維密度が高く、上方側は下方に比べて繊維密度が低い状態となる。その結果、繊維積層体６１０には高密度領域６１０ｂと低密度領域６１０ａとが存在し、不本意な密度勾配を生じてしまう。なお、図６（ｂ）では、図示を簡略化するために、繊維積層体６１０を低密度領域６１０ａと高密度領域６１０ｂとの二つの領域に分けて図示したが、実際には低密度領域６１０ａから高密度領域６１０ｂへと連続した密度勾配が生じている。
【００２０】
以上述べたように従来の型成形式では、重力の影響による密度勾配が生じてしまうので、熱風コンベア炉式によるものと同様に、相対的に繊維密度が高く、硬い、シート状の繊維集合体は容易に得ることができるが、繊維密度が低く、柔らかく、厚い均一な繊維集合体を得ることが困難であった。
【００２１】
また、繊維積層体６１０の型７００に接触している面には溶融した繊維（接着材としての機能を有する、相対的に融点の低い繊維）が型７００の内面に沿って平面状に広がるので、内部に比べて開口率の低いスキン層が発生する。このスキン層は用途によっては不具合を発生するので、スキン層を剥離する工程が必要となり、さらに材料歩留まりも悪化するという課題もあった。
【００２２】
本発明の目的は、繊維密度が低く、均一で、しかも厚みの厚い繊維集合体を、特に同種の材料、融点差の少ない材料、または融点の低い材料を用いた場合に有効に成形可能な、繊維集合体の成形方法及び成形装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するため本発明の繊維集合体の成形方法は、繊維体に加熱処理を施して繊維同士の一部を融着して構成される繊維集合体の成形方法において、加熱炉内で前記繊維体を一方向に移送するための第１のメッシュベルトの上に第１の通気性シートを配置し、該第１の通気性シート上に前記繊維体を載せ、前記第１の通気性シートに前記繊維体を構成する繊維が絡み合うことによって前記繊維体の姿勢を規制するとともに、前記繊維体に対して下方から熱風を通過させることで前記繊維体を重力に抗して前記第１のメッシュベルトから浮上させ、前記第１のメッシュベルトに対向配置された第２のメッシュベルトに接触させた状態で前記繊維体を構成する繊維の一部を溶融させる加熱工程と、前記熱風の送風を維持し、前記第２のメッシュベルトの下流側で、前記第１のメッシュベルトと、前記第１のメッシュベルトに対向配置された第３のメッシュベルトとによって、加熱されている前記繊維体の上下方向の厚みを所定の厚みに圧縮する圧縮工程と、前記第３のメッシュベルトの下流側で、圧縮された前記繊維体を冷却し、前記繊維の溶融した個所を固化する冷却工程と、を有することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の繊維集合体の成形装置は、繊維体に加熱処理を施して繊維同士の一部を融着して構成される繊維集合体の成形装置であって、前記繊維体を載置し、加熱炉内で前記繊維体を一方向に移送するための第１のメッシュベルトと、前記第１のメッシュベルトの下方から上方に吹き上げられる熱風を発生する熱風発生手段と、前記加熱路内の上流側で、前記第１のメッシュベルトに対向して配置された第２のメッシュベルトと、前記第２のメッシュベルトの下流側で、前記第１のメッシュベルトに対向して配置された第３のメッシュベルトと、を備え、前記第１のメッシュベルトの上に、第１の通気性シート、前記繊維体、および第２の通気性シートをこの順番で載せ、前記第１の通気性シートに前記繊維体を構成する繊維が絡み合うことによって前記繊維体の姿勢を規制しつつ、前記熱風発生手段によって発生した熱風を前記繊維体に対して下方から通過させることで、重力に抗して前記繊維体を前記第１のメッシュベルトから浮上させ、前記第２のメッシュベルトに接触させた状態で、前記第１および第２のメッシュベルトにより前記繊維体を移送させながら前記繊維体を構成する繊維の一部を溶融させ、前記熱風の送風を維持しながら、加熱されている前記繊維体の上下方向の厚みを前記第３のメッシュベルトによって所定の厚みとするように、前記第１および第３のメッシュベルトにより前記繊維体を移送しながら圧縮し、前記第１および第３のメッシュベルトにより前記繊維体を移送させ、圧縮された前記繊維体を前記第３のメッシュベルトの下流側で冷却し、前記繊維の溶融した個所を固化することを特徴とする。
【００２５】
本発明によれば、繊維体への加熱処理時に、繊維体の下から熱風を吹き上げることによって繊維体を浮上させ、浮上時には繊維体の姿勢を規制することで、繊維集合体の成形時に重力の影響が少なくなる。その結果、低密度で均一、しかも厚みの厚い繊維集合体が容易に得られる。
【００２６】
特に、繊維体の上下に通気性シートを配することによって、繊維体の圧縮の際に繊維体を圧縮する部材の表面状態が転写されることによって生じるスキン層を防止することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、繊維体への加熱処理時に、繊維体の下から熱風を吹き上げることによって繊維体を浮上させ、浮上時には繊維体の姿勢を規制することで、低密度で均一、しかも厚みの厚い繊維集合体を容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２９】
図１は、本発明の一実施形態による繊維集合体の成形装置の概略断面図であり、図２は、図１に示す成形装置のＡ−Ａ線断面図である。
【００３０】
本実施形態の成形装置は、主筐体を構成する加熱炉１００内で、上下を通気性シート１１１，１１２で挟まれた繊維積層体１５０を第１〜第３のメッシュベルト１０１，１０２，１０３により図示右側から左側へ移送しながら、繊維集合体を成形するものである。
【００３１】
第１のメッシュベルト１０１は、加熱炉１００の内部下方において繊維積層体１５０の移送方向全域にわたって設置されており、加熱炉１００内に供給された繊維積層体１５０は、この第１のメッシュベルト１０１に載って加熱炉１００内を図示左方に移送され、加熱炉１００から排出される構成となっている。繊維積層体１５０の移送方向について、第１のメッシュベルト１０１の上流側には搬入コンベアが設置され、第１のメッシュベルト１０１の下流側には搬出ベルトが設置されている。第１のメッシュベルトの繊維積層体１５０の移送ラインの高さレベルは、搬入コンベア及び搬出コンベアの高さレベルと一致している。これにより、繊維積層体１５０の、搬入コンベアから第１のメッシュベルト１０１への受け入れ、及び第１のメッシュベルト１０１から搬出コンベアへの送り出しがスムーズに行われ、繊維積層体１５０の連続的な移送が可能となる。なお、第１のメッシュベルト１０１としては、例えば、４メッシュ／ｃｍ程度の金属製ベルトが好適に使用される。
【００３２】
繊維積層体１５０は、下面及び上面にそれぞれ通気性シート１１１，１１２が敷かれた状態で加熱炉１００に供給される。図２に示すように、繊維積層体１５０の下面に敷かれた通気性シート１１１は、幅が繊維積層体１５０の幅よりも大きく、その両側縁部はそれぞれ押さえ部材１１３によって第１のメッシュベルト１０１に保持されている。また、繊維積層体１５０の上に載せられている通気性シート１１２の幅は、繊維積層体１５０の幅と等しい。
【００３３】
これら２つの通気性シート１１１，１１２のうち特に下側の通気性シート１１１は、後述する加熱工程において、浮き上がる繊維積層体１５０を保持する機能も持つので、繊維積層体１５０を構成する繊維と適度に絡み合い、かつ、加熱環境下で伸縮性を有することが必要である。繊維積層体１５０の繊維と通気性シート１１１との絡み合いがないと、繊維積層体１５０を浮上させる際に繊維積層体１５０が通気性シート１１１から剥離し、通気性シート１１１が繊維積層体１５０を保持することができなくなってしまう。
【００３４】
加熱炉１００の内部は、繊維積層体１５０の移送方向上流側から、加熱部１２０と、冷却部１４０とに分けられる。
【００３５】
まず、加熱部１２０について説明する。加熱部１２０は、第１のメッシュベルト１０１の上方に対向配置された第２のメッシュベルト１０２を有する。第２のメッシュベルト１０２は、第１のメッシュベルト１０１と同一速度で同期的に周回移動され、通気性シート１１２を上方から保持しながら、第１のメッシュベルト１０１による繊維積層体１５０の移送を案内する。また、第２のメッシュベルト１０２は油圧シリンダ等の昇降機構（不図示）によって上下方向に移動可能である。第２のメッシュベルト１０２と第１のメッシュベルト１０１との間隔は、通気性シート１１１，１１２を含めた繊維積層体１５０の厚みよりも大きく、後述するように繊維積層体１５０が第１のメッシュベルト１０１から浮上することで通気性シート１１２が第２のメッシュベルト１０２に接触することのできる間隔に調整されている。なお、第２のメッシュベルト１０２としては、例えば、４メッシュ／ｃｍ程度の金属製ベルトが好適に使用される。
【００３６】
第１のメッシュベルト１０１と第２のメッシュベルト１０２で移送される繊維積層体１５０を間において、繊維積層体１５０の下方には第１の送風チャンバ１２２が配置され、繊維積層体１５０の上方には第１の受風チャンバ１２１が配置されている。第１の送風チャンバ１２２は、給気口１２２ａが側面に開口しているとともに、多数の通風孔１２２ｂが上面に分散して設けられている。第１の受風チャンバ１２１も第１の送風チャンバ１２２と同様に構成され、吸気口１２１ａが側面に開口しているとともに、多数の通風孔１２１ｂが下面に分散して設けられている。ここで、図１では、第２のメッシュベルト１０２が掛け回された搬送ローラ１０２ａは受風チャンバ１２１内に配置されているように描かれているが、この搬送ローラ１０２ａは、図２に示すように受風チャンバ１２１の外の両側に配置されているので、搬送ローラ１０２ａが、後述する給気口１２２ａからの熱風の流れに影響を及ぼすことはない。
【００３７】
吸気口１２１ａ及び給気口１２２ａは、図２に示すように、それぞれダクトを介して熱風発生機１０５に接続されている。熱風発生機１０５内には、ヒータ１０７と、吸気口１２１ａ側から給気口１２２ａ側へと向かう気流を発生させる送風ファン１０６とが設けられている。熱風発生機１０５を駆動すると、熱風発生機１０５内に、給気口１２２ａへ向かう熱風が発生する。この熱風は、給気口１２２ａより送風チャンバ１２２内に送られ、通風孔１２２ｂを通って、繊維積層体１５０に下方から吹き付けられる。そして、繊維積層体１５０に吹き付けられた熱風は、繊維積層体１５０内を上に向かって通過し、通風孔１２１ｂから受風チャンバ１２１内に吸引され、吸気口１２１ａを通って熱風発生機１０５内に戻される。つまり、繊維積層体１５０が移送されている領域では、下から上へ吹き上げる熱風が生じる。
【００３８】
なお、後述するように、本実施形態では繊維積層体１５０の圧縮動作中にも熱風を繊維積層体１５０に向けて吹き上げることができるように、第１の送風チャンバ１２２及び第１の受風チャンバ１２１は、後述する冷却部１４０の第３のメッシュベルト１０３が掛け回された最も上流側の搬送ローラ１０３ａの下方にも張り出している。ここで、この搬送ローラ１０３ａも、前述の搬送ローラ１０２ａと同様に、受風チャンバ１２１の外の両端に配置されているので、この搬送ローラ１０３ａも給気口１２２ａからの熱風の流れに影響を及ぼすことはない。
【００３９】
次に、冷却部１４０について説明する。冷却部１４０も、基本的な構成は加熱部１２０と同様である。つまり、第１のメッシュベルト１０１の上方に対向配置された第３のメッシュベルト１０３と、移送される繊維積層体１５０の下方に配置された第２の送風チャンバ１４２と、繊維積層体１５０の上方に配置された第２の受風チャンバ１４１とを有する。ただし、この冷却部１４０は、繊維積層体１５０の圧縮後、速やかに冷却を行うものであり、熱風発生機の代わりに、冷風発生機（不図示）が、第２の送風チャンバ１４２及び第２の受風チャンバ１４１に接続されている。
【００４０】
第３のメッシュベルト１０３は、第１のメッシュベルト１０１と同一速度で同期的に周回移動され、通気性シート１１２を上方から保持しながら、第１のメッシュベルト１０１による繊維積層体１５０の移送を案内する。また、第３のメッシュベルト１０３も第２のメッシュベルト１０２と同様に不図示の昇降機構によって上下方向に移動可能であり、繊維積層体１５０の厚みが、最終的に成形される繊維集合体の厚みとなるように、第１のメッシュベルト１０１との間隔が調整されている。なお、第３のメッシュベルト１０３としては、例えば、４メッシュ／ｃｍ程度の金属製ベルトが好適に使用される。
【００４１】
第２の送風チャンバ１４２は、第１の送風チャンバ１２２の給気口１２２ａ及び通風孔１２２ｂと同様の給気口１４２ａ及び通風孔１４２ｂを有し、上記冷風発生機で発生させた冷風を繊維積層体１５０の下方から吹き上げる構成となっている。第２の受風チャンバ１４１は、第１の受風チャンバ１２１の吸気口１２１ａ及び通風孔１２１ｂと同様の吸気口１４１ａ及び通風孔１４１ｂを有し、第２の送風チャンバ１４２から吹き上げられて繊維積層体１５０を通過した冷風を吸引し、冷風発生機へ戻す構成となっている。
【００４２】
なお、冷却部１４０では、加熱された繊維積層体１５０に対する冷却用の空気として、常温空気（外気）を用いてもよい。この場合には、上記冷風発生機を単なる送風機とし、加熱炉１００の外から空気を吸い込んで第２の送風チャンバ１４２へ送り込み、送り込まれた空気を第２の受風チャンバ１４１より外部に放出するように構成される。ここで、第２の受風チャンバ１４１の吸気口１４１ａに、第２の受風チャンバ１４１内の空気を強制的に外部へ排出するブロワ等を設置すれば、排気効率の向上が期待できる。
【００４３】
また、第１〜第３のメッシュベルト１０１〜１０３が掛け回されるローラの少なくとも１つには、電熱線等の予備加熱手段が設けられ、第１〜第３のメッシュベルト１０１〜１０３は、繊維積層体１５０と接触する前に、加熱部１２０で必要とされる温度と同等の温度に予熱される。
【００４４】
すなわち、第１のメッシュベルト１０１は、冷却部１４０の通過によって温度が低下するので、再び加熱部１２０に入る前に所定の温度に加熱しておくことで、加熱部１２０での、繊維積層体１５０に対する加熱効率の低下を防止する。第２のメッシュベルト１０２も、繊維積層体１５０から離れた後、再び接触するまでの間に温度が低下するので、繊維積層体１５０と接触する前に所定の温度に加熱しておくことで、加熱部１２０での、繊維積層体１５０に対する加熱効率の低下を防止する。そして、第３のメッシュベルト１０３は、第２の送風チャンバ１４２と第２の受風チャンバ１４１との間を通過中に、冷却用の空気との接触により温度が低下するので、繊維積層体１５０と接触する前に所定の温度に加熱しておくことで、圧縮される繊維積層体１５０の上面部の急激な温度低下が防止される。従って、繊維積層体１５０は、加熱部１２０で加熱された温度に維持されたまま表面部から内部に亘って全体が均一的に圧縮されるので、温度低下による固化が始まった繊維積層体１５０を圧縮するような不都合を回避することができる。
【００４５】
ここで、繊維積層体１５０について説明する。繊維積層体１５０は、繊維方向が略そろったウェブが積層されたものであり、カード機（不図示）あるいはクロスレイヤー機（不図示）等により、用途に応じて所定の目付け量で作製されている。積層方向は、重力方向と平行であり、図１でいえば図面の上下方向である。繊維方向は、積層方向に対して略垂直方向であり、図１でいえば図面の左右方向または奥行き方向である。なお、本発明においては、繊維積層体１５０は必ずしも方向性を有する積層体である必要はなく、繊維の方向性がランダムな繊維体でもよい。この場合、繊維体の密度はほぼ均一であることが望ましい。
【００４６】
繊維積層体１５０を構成する繊維としては、ポリプロピレン（ＰＰ）からなる芯部と、その周囲のポリエチレン（ＰＥ）からなる鞘部とからなる二重構造の芯鞘繊維を用いた。ポリプロピレンの融点は約１８０℃であり、ポリエチレンの融点は約１３０℃である。従って、両者の融点差は約５０℃である。繊維径としては一般には５μｍから５０μｍ程度のものが使用されるが、本実施形態では約１８μｍ（２デニール）の繊維を用いた。
【００４７】
なお、本実施形態では上述したような芯鞘繊維を用いたが、繊維の構成はこれに限るものではなく、例えばＰＰとＰＥの内部が単一の構造の繊維（以下、単糸と称する）を混紡しても良いし、単糸と二重構造繊維を混紡しても良い。芯鞘繊維を用いた場合は、繊維同士の交点全てにＰＥが存在しており殆どの交点がＰＥで固定されるので、しっかりとした繊維集合体を得ることができる。また、混紡の場合は、ＰＰ繊維とＰＥ繊維の比率によって、固定される交点の割合が変化する、すなわち、ＰＥ繊維の存在する部位の交点しか固定されないので、相対的に柔らかい繊維集合体を得る場合には有効である。また、本実施形態では繊維材料としてＰＰとＰＥを用いたが、互いの融点が異なっていればこれに限るものではない。さらに、繊維の種類についても２種類に限るものではなく、３種類以上であってもよい。
【００４８】
次に、図１に示した成形装置を用い、見掛け密度０．０３８〜０．０４３ｇ／ｃｍ3、厚さが３５ｍｍの繊維集合体を、太さ２〜６デニールの芯鞘繊維から連続的に形成する例について説明する。
【００４９】
（１）準備工程：
見掛け密度０．０３８〜０．０４３ｇ／ｃｍ3で厚さが３５ｍｍとされる繊維集合体を上記の芯鞘繊維から成形するためには、繊維積層体１５０の厚さ（高さ方向に均一的に敷き詰めた後に、上方から軽く押圧してそれを解除した状態での厚さ）が１２０ｍｍ前後（１００〜１５０ｍｍ）が適当とされる。従って、繊維積層体１５０として、厚さが１２０ｍｍのものを用意する。
【００５０】
そして、第２のメッシュベルト１０２を昇降移動させ、２枚の通気性シート１１１，１１２と重ね合わせた状態で繊維積層体１５０が第１のメッシュベルト１０１に載せられても繊維積層体１５０が第２のメッシュベルト１０２と接触しない位置に、第２のメッシュベルト１０２の位置が調整される。また、成形する繊維集合体の厚さが３５ｍｍなので、第３のメッシュベルト１０３を昇降移動させ、冷却部１４０での繊維積層体１５０の厚さが３５ｍｍとなるように、第３のメッシュベルト１０３の位置が調整される。各メッシュベルト１０１〜１０３の回転速度は、繊維積層体１５０の移送速度が０．５ｍ／ｍｉｎとなるように設定される。
【００５１】
一方、加熱部１２０では、繊維の物性条件を前提として、熱風の温度、風速等を設定する。すなわち、繊維積層体１５０は、前述したようにＰＥとＰＰの芯鞘繊維からなるので、加熱部１２０の下流部に移送されるまでの間に、ＰＥの融点（約１３０℃）よりも高く、かつ、ＰＰの融点（約１８０℃）よりも低い温度に加熱されることが条件とされる。そこで、本実施形態では、熱風の温度を約１４５℃、風速を０．３〜０．８ｍ／ｓｅｃに設定した。なお、この熱風の温度（約１４５℃）は、ＰＰの軟化点（約１２０℃）よりも高い。
【００５２】
また、冷却部１４０では、加熱かつ圧縮されている繊維積層体１５０が圧縮部の下流部に移送されるまでの間に、繊維を構成するＰＥがその融点より低い温度に冷却されることを前提として冷却用の空気の温度、風速等を設定する。繊維積層体１５０は、下面（第１のメッシュベルト１０１）側から上面（第３のメッシュベルト１０３）側に向かって厚さ方向に均一に冷却されることが望ましい。そこで本実施形態では、冷却用の空気の温度を常温程度、風速を０．２〜０．３ｍ／ｓｅｃに設定した。
【００５３】
以上のように各部を設定して繊維積層体１５０を加熱炉１００内に供給するわけであるが、このとき、繊維積層体１５０の上下を通気性シート１１１，１１２で挟んだ状態で供給する。
【００５４】
（２）加熱工程：
加熱炉１００内に供給された繊維積層体１５０は、まず、加熱部１２０へ移送される。繊維積層体１５０は、加熱部１２０の通過中に、下から吹き上げられる熱風によって加熱され、繊維の鞘部を構成するＰＥが溶融することで、繊維同士が相互に熱接着される。このとき、図２にも示したように、繊維積層体１５０は第１のメッシュベルト１０１に対して浮上しており、繊維一本一本にかかる重力はキャンセルされている。従って、繊維積層体１５０は、加熱前の状態を保ったまま、繊維同士が熱接着される。
【００５５】
また、熱風により繊維積層体１５０が浮上するが、繊維積層体１５０の繊維は通気性シート１１１と適度に絡み合っており、しかも通気性シート１１１の両側部が押さえ部材１１３によって第１のメッシュベルト１０１に保持されている。そのため、通気性シート１１１は図２に示すように湾曲した状態となり、繊維積層体１５０の浮き上がり量及び浮き上がり姿勢は通気性シート１１１によって規制される。このように、繊維積層体１５０の浮上時の位置及び姿勢を規制することにより、熱風による繊維積層体１５０の加熱を安定して行うことができる。
【００５６】
また、熱風により繊維積層体１５０を浮上させることは、通気性シート１１１の有無にかかわらず、以下のような効果がある。繊維積層体１５０を浮上させない場合には、第１のメッシュシート１０１の開口部と非開口部とで加熱状態が異なる。すなわち、第１のメッシュシート１０１の開口部から熱風が吹き出すので、開口部の近傍はより積極的に熱風が通気されるため、非開口部に比べてより早く急激に加熱される。そのため、繊維積層体１５０の昇温状態が不均一となり、均一な繊維集合体を得にくい場合がある。ところが、本実施形態のように繊維積層体１５０を浮上させることにより、第１のメッシュシート１０１と繊維積層体１５０の底面部との間に空間ができる。第１のメッシュシート１０１の開口部から吹き出た熱風は、第１のメッシュシート１０１と繊維積層体１５０の底面部との間の空間がダンパーとなるので、繊維積層体１５０の底面部から均一に熱風を通気することができ、繊維積層体１５０を浮上させないで加熱した場合と比べてより均一に加熱することができ、より均一な繊維集合体を得ることができる。
【００５７】
押さえ部材１１３を用いない場合には、下から吹き上げる熱風の風速が大きすぎると繊維積層体１５０が第２のメッシュベルト１０２に押し付けられてしまい、上方の繊維密度が下方の繊維密度に比べて大きいものとなる。一方、風速が弱すぎると、繊維積層体１５０が浮上せず、加熱により軟化した繊維が重力により下方へ落ち、下方の繊維密度が上方の繊維密度に比べて大きいものとなる。いずれにしても、適切な風速で熱風を吹き上げないと均一な繊維密度が得られない。なお、熱風の風速を、繊維積層体１５０が浮上し、かつ、第２のメッシュシート１０２に押し付けられることなく、繊維積層体１５０の上面全体がほぼ均一に第２のメッシュシート１０２と接触するように適切に制御できるのであれば、押さえ部材１１３は必ずしも設けなくてもよい。
【００５８】
また、通気性シート１１１が繊維積層体１５０の繊維と適度に絡み合っており通気性シート１１１と繊維積層体１５０との摩擦抵抗が大きいため、繊維積層体１５０は通気性シート１１１に対して水平方向へずれにくくなる。その結果、この加熱工程や、後述する圧縮工程及び冷却工程時に、外力による物理的なずれや収縮が抑制され、より均一な繊維集合体を得ることができる。
【００５９】
ここで、 ＰＰとＰＥの芯鞘繊維からなる繊維積層体５０の昇温特性について説明する。図３に、この繊維積層体１５０の昇温特性のグラフを示す。図３において、縦軸が温度、横軸が加熱時間を示す。
【００６０】
繊維積層体１５０が、ＰＰの融点Ｓ2（約１８０℃）よりも低い温度Ｓ3に設定された加熱炉１００内に投入されると、繊維積層体１５０は、時間Ｔ1後にＰＥの融点Ｓ1（約１３０℃）まで昇温する。繊維積層体１５０の温度がＳ1に達すると、ＰＥが溶融を開始し、鞘部を構成するＰＥの溶融が完了するまで繊維積層体１５０の温度はＳ1にとどまる。
【００６１】
Ｔ2時間経過後、すなわちＰＥの溶融が完了すると、繊維積層体１５０は再び昇温を開始し、Ｔ3時間経過後、加熱炉１００の設定温度Ｓ3に達する。温度Ｓ3は前述の通りＰＰの融点Ｓ2より低い温度に設定されているので、ＰＰが溶融し繊維骨格が崩れてしまうことはない。
【００６２】
１０００ｍｍ×１０００ｍｍの大きさの繊維集合体の場合、Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3の値としては、Ｔ1は１０〜１５分、Ｔ2は１０〜２０分、Ｔ3は２０〜２５分が適当である。
【００６３】
（３）圧縮工程：
加熱部１２０で加熱された繊維積層体１５０は、第２のメッシュベルト１０２を離れ、第３のメッシュベルト１０３側へ移動する。第３のメッシュベルト１０３は、前述したように、成形すべき繊維集合体の厚さを前提として位置調整されているので、第３のメッシュベルト１０３へ到達した繊維積層体１５０は徐々に圧縮される。またこのとき、繊維積層体１５０には第１の送風チャンバ１２２及び第１の受風チャンバ１２１によって下から熱風が吹き上げられており、これにより、局所的に繊維密度が高くなるのが防止される。さらに、第３のメッシュベルト１０３は、前述したように、繊維積層体１５０と接触する前に、所定の温度に昇温されているので、繊維積層体１５０を圧縮する際の、第３のメッシュベルト１０３による繊維積層体１５０の温度低下が防止される。
【００６４】
この圧縮工程では、熱風は止めず、繊維一本一本にかかる重力がキャンセルされた状態で繊維積層体１５０を圧縮する。これにより、全体として均一な繊維密度を保ったまま繊維積層体１５０が圧縮される。繊維積層体１５０の圧縮に伴って、繊維積層体１５０の繊維密度が徐々に高くなり、熱風の通気性及び通温性が悪くなる。従って、繊維積層体１５０の圧縮時には、熱風をやや弱くすることが望ましい。これは、繊維密度が高くなり通気性及び通温性が悪くなることにより、繊維積層体１５０全体が熱風により吹き上げられて第２のメッシュベルト１０２に押し付けられて、結果的に上部の繊維密度が局所的に高くなる等の不具合が発生するためである。
【００６５】
本実施形態のように連続送りされる繊維積層体１５０に対してその部位によって熱風の風速を変える手段としては、例えば、通風孔１２２ｂの大きさや分散密度を圧縮部と加熱部とで変える方法や、給気口１２２ａの位置を圧縮部に対しては比較的遠い位置に設ける、といった方法等がある。
【００６６】
（４）冷却工程：
第１のメッシュベルト１０１と第３のメッシュベルト１０３とにより圧縮された繊維積層体１５０は、両メッシュベルト１０１，１０３により、圧縮状態のまま、冷却部１４０内を移送される。冷却部１４０では、冷却用の空気が下方から吹き上げられており、これにより、繊維積層体１５０は徐々に冷却され、圧縮が解除されるまでの間にＰＥが固化する。
【００６７】
そして、冷却部１４０を通過した繊維積層体１５０は、加熱炉１００から排出され、通気性シート１１１，１１２が剥離されて、見掛け比重０．０３８〜０．０４３ｇ／ｃｍ3、厚さが３５ｍｍの連続した繊維集合体が得られる。得られた繊維集合体は、適宜サイズに切断され、実施に供される。
【００６８】
以上説明したように、本実施形態によれば、コンベア上に載置されて供給される繊維積層体１５０を、圧縮しない自然状態で連続的に加熱して所定温度に昇温させた直後に、連続的に圧縮しながら連続的に冷却するので、所望の繊維密度、厚さの繊維集合体を連続的に成形することができる。
【００６９】
なお、ここでは上記の見掛け比重、厚さを有する、ＰＰとＰＥの芯鞘繊維で構成される繊維集合体を成形する場合について述べたが、成形すべき繊維集合体の種類や厚さ、物性条件に応じて前述した加熱炉１００内の温度設定や熱風の風速等の各条件が変更される。
【００７０】
このような繊維集合体は、適宜の弾力性を有しているので、例えば乗用車のシート、アームレスト、あるいはヘッドレスト等の内装材や、ベッドやソファを代表とする家具類のクッション材として好適に用いることができる。また、繊維集合体は保水性にも優れているので、各種液体、水分を収容保持する容器製品内に収納する保水部材等としても好適に用いることができる。
【００７１】
加熱炉１００を用いた本実施形態の繊維集合体の成形方法によれば、加熱工程において、圧縮しない状態の繊維積層体１５０に対して熱風を下方から吹き上げているので、熱風が繊維積層体１５０と熱交換をしながら繊維積層体１５０の内部をスムーズに上昇するようになり、加熱効果が高くなり加熱時間が短縮されるとともに、低密度で厚みの厚い繊維集合体を成形することができる。
【００７２】
ここで、通気性シート１１１，１１２について補足説明を行う。
【００７３】
前述したように、下側の通気性シート１１１は、加熱工程で繊維積層体１５０が第１のメッシュベルト１０１から離脱するのを防止することによって、低くかつ均一な繊維密度を有する厚肉の繊維集合体を得るのに有効に働く。この点だけを考えれば、上側の通気性シート１１２は不要である。しかし、この通気性シート１１２は、繊維積層体１５０の浮上加熱時の繊維積層体１５０の上面の乱れ、加熱された第２のメッシュベルト１０２からの急激な伝熱による意図しない密度分布の発生を防止する効果がある。加えて、加熱工程後の圧縮工程を考えると、この圧縮工程では、繊維積層体１５０はＰＥが溶融している状態で第１のメッシュベルト１０１及び第２のメッシュベルト１０２により圧縮される。従って、通気性シート１１１，１１２を用いない場合には、第１のメッシュベルト１０１及び第２のメッシュベルト１０２の表面状態が繊維積層体１５０に転写され、いわゆるスキン層が繊維積層体１５０の上下面に形成される。このようなスキン層の発生を防止する上で、繊維積層体１５０を圧縮する部材の間に通気性シート１１１，１１２を介在させることは有効である。
【００７４】
上述したことから明らかなように、通気性シート１１１，１１２としては、繊維積層体１５０の繊維と適度に絡み合い、加熱環境下で伸縮性を有し、加熱工程で溶融しない素材であることが望ましい。加えて、通気性シート１１１，１１２の表面状態は少なからず繊維積層体１５０に転写されるので、通気性シート１１１，１１２としては、繊維積層体内部の開口状態と同じ程度の開口状態を持った素材であることが望ましい。そこで、通気性シート１１１，１１２として、セル数が約１６個／ｃｍの発泡ポリウレタン製シートを用いることができる。
【００７５】
また、発泡ポリウレタンフォーム等の、発泡後セル膜を除去させてなる構造体は、繊維に対して、セル（約３００〜６００μｍ）スケールでの局部的な通気抵抗の大小の差が少ない。二次元的に表現すれば、繊維体は、襖を取り去った部屋つづきの大広間（柱が繊維）にたとえる事ができるが、ウレタンスポンジのセルは各部屋の大きさ（セルサイズ）も異なる事に加えて、各仕切り（襖）が一部閉まっており局部的に通気抵抗が大きくなっている。こうした発泡体を通気性シートとして繊維積層体の上または下に配することで、通気面全体に対する整流効果も得られる。
【００７６】
ところで、合成繊維では一般に、繊維の収束性や平滑性の確保や静電気防止等を目的として、紡糸工程で様々な油剤を繊維表面に付着させている。しかしながら、医療分野や精密機器分野ではこうした油剤を極端に嫌う場合がある。このような場合、上記油剤を極端に減らす場合がある。このような繊維を用いて本発明に適用すると、静電気による繊維の不本意な絡み付きや密度の乱れ等の様々な問題が引き起こされる場合がある。そこでこの対策として、繊維積層体を作製する際に、ウェブ全域に除電ブローを施すのが望ましい。また、それに加えて、イオン交換水あるいはノニオン系界面活性剤の水溶液を繊維に噴霧付与する工程を設ける事も有効である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の一実施形態による繊維集合体の成形装置の概略断面図である。
【図２】図１に示す成形装置のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】ＰＥとＰＰの芯鞘繊維からなる繊維積層体の昇温特性を示すグラフである。
【図４】熱成形法に用いられる従来の熱風コンベア炉の概略断面図である。
【図５】従来の型成形式による繊維集合体の成形方法を説明する図である。
【図６】従来の型成形式による繊維集合体の成形方法における課題を説明する図である。
【符号の説明】
【００７８】
１００    加熱炉
１０７    ヒータ
１０６    送風ファン
１１１，１１２    通気性シート
１５０    繊維積層体
１０１，１０２，１０３    メッシュベルト
１０２ａ，１０３ａ    搬送ローラ
１０５    熱風発生機
１１３    押さえ部材
１２０    加熱部
１２１，１４１    受風チャンバ
１２２，１４２    送風チャンバ
１４０    冷却部
【図１】
2006249652.tif 000003
【図２】
2006249652.tif 000004
【図３】
2006249652.tif 000005
【図４】
2006249652.tif 000006
【図５】
2006249652.tif 000007
【図６】
2006249652.tif 000008