(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリオレフィン系樹脂と酢酸ビニル樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合体又はスチレンブタジエンスチレンとの混合物から成る無垢及び／又は中空の連続線条及び／又は短線条のランダムなループ又はカールの隣接する線条相互を接触絡合集合して成る所定の嵩密度の空隙を備える、自動車用シート又はベッド用のクッション材として使用する三次元構造体であって、該三次元構造体の長手方向に適宜間隔を介して、前記三次元構造体の幅方向に嵩密度を大きくして成るスプリング構造樹脂成形品。
【請求項２】
前記三次元構造体は、粗密空隙を有することを特徴とする請求項１記載のスプリング構造樹脂成形品。
【請求項３】
前記ポリオレフィン系樹脂と酢酸ビニル樹脂又はエチレン酢酸ビニル共重合体の酢酸ビニル含有率の混合比は、70〜97wt%：3〜30wt%である請求項１又は２記載のスプリング構造樹脂成形品。
【請求項４】
前記ポリオレフィン系樹脂とスチレンブタジエンスチレンの混合比は、50〜97wt%：3〜50wt%である請求項１〜３いずれか１項に記載のスプリング構造樹脂成形品。
【請求項５】
前記連続線条及び／又は短線条の線径が無垢の線条にあっては、0.3〜3.0mm、中空の線条にあっては、1.0〜3.0mmであることを特徴とする請求項１又は２記載のスプリング構造樹脂成形品。
【請求項６】
前記三次元構造体の構造体の嵩密度が0.001〜0.08g/cm3であることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載のスプリング構造樹脂成形品。
【請求項７】
ポリオレフィン系樹脂と酢酸ビニル樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合体又はスチレンブタジエンスチレンとの混合物を複数の線条に溶融押出して連続線条のランダムなループ又はカールの隣接する線条相互を接触絡合集合させ、所定の嵩密度の空隙を備える、自動車用シート又はベッド用のクッション材として使用される三次元構造体を成形するに際し、前記溶融押出した連続線条の引き抜き速度を変化させて前記三次元構造体の長手方向に適宜間隔を介して該三次元構造体の幅方向に嵩密度の大きい部分を形成することを特徴とするスプリング構造樹脂成形品の製造方法。
【請求項８】
前記三次元構造体の嵩密度が、粗の部分で、0.005〜0.03g/cm3、密の部分で0.03〜0.08g/cm3である請求項１〜５いずれか１項に記載のスプリング構造樹脂成形品。
【請求項９】
前記三次元構造体の空隙率が、粗の部分で、96〜99%、密の部分で91〜97%である請求項８記載のスプリング構造樹脂成形品。
【請求項１０】
無垢と中空線条の混合比が、無垢：中空＝0〜50:50〜100である請求項１〜５いずれか１項に記載のスプリング構造樹脂成形品。
【請求項１１】
中空線条外周を無垢の線条で被覆して成る請求項１〜５いずれか１項に記載のスプリング構造樹脂成形品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スプリング構造樹脂成形品及びその製造方法に関し、より詳しくは、耐衝撃性、耐加重性に優れ、又、濾材などの用途としても好適なスプリング構造樹脂成形品及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、シートやベッド等に使用されるクッションは、ウレタンフォームが主流である。
【０００３】
また、特開2000-51011号においては、1〜20デニールの合成繊維、天然繊維を合成、ゴム系接着剤で部分的に接着クッションが提案されている。
【０００４】
さらに、特許第2995325号においては、座面部が一層構造であるハイレジリエンスフォームからなり、前記ハイレジリエンスフォームがトリレンジイソシアネート(TDI)を10重量%以下の割合で含有し、残余がジフェニルメタンジイソシアネートからなるイソシアネートを用いてなるウレタンフォームから成る自動車用シートクッションパッドが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、ウレタンフォームは沈み込みが大きく長期間座りつづけると疲れる短所があった。また、熱硬化性樹脂である為に、リサイクルが困難であり、粉砕機でチップ化したものを接着成形によりチップフォーム(リボンデットフォーム)と呼ばれる材料に再生するか、燃焼し熱エネルギーとして回収するにとどまる。廃棄処分方法として、埋立処理と焼却処理が挙げられるが、かさ密度が小さく柔らかいウレタンフォームの埋立処理は、地盤の安定化が困難であり、埋立場所が限定される。また、焼却の際には焼却炉の損傷が大きく有毒ガスの除去に経費がかかる。しかし、座席、ベッド等のクッションとしてウレタンフォームと同等の性能を持った上に、安価に製造できる代替材料が存在していない。
【０００６】
さらに、ウレタンフォームは、柔軟すぎるので、下からの突き上げ感や揺動感が大きく、運転が長時間に及ぶと足のしびれや強い疲労感を生じるほか、以下の課題を有する。
【０００７】
洗浄及びリサイクルが困難である。製造時に使用するアミン触媒がフォーム内に残存し悪臭がする。
【０００８】
蓄熱性があり、蒸れやすく長時間連続して集中光線を当てていると燃え出す危険性があり、且つ、燃焼した際、シアン、塩化水素、アンモニアガスを発する。
【０００９】
発泡剤として使用されている代替フロンの使用期限が2020年であるが、代替フロンより発泡性能が優れる代替剤が無いのが現状である。
【００１０】
軟質ウレタンフォーム製造に通常使用されるイソシアネートであるTDIは、労働省告示第25号で濃度を0.005ppm以下にすると決定されている毒性の高い物質であり、実際の製造現場では管理が徹底されていない場合も多く作業者の健康を害する。
【００１１】
また、上述した従来技術の特許第2995325号は、前記軟質ウレタンフォームの特性が改良されてはいるが、ウレタンフォームの短所を備えている。
【００１２】
特開2000-51011号は、通気性が良い、洗浄が可能などの長所を有するが、耐久性に劣る、製法が煩雑で加工コストが著しく高いなどの課題を有し、また、ゴム系接着剤及び架橋性ウレタンは熱硬化樹脂でリサイクルが困難なほか、単一組成でないのでリサイクルが困難である。
【００１３】
第2548477号は、高融点のポリエステル繊維を低融点の熱可塑性エラストマーで融着しているのでリサイクルが困難なほか、製法が煩雑で加工コストが著しく高いなどの課題が残っている。
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するもので、リサイクルが困難な上、廃棄処理においても前述課題を有するウレタンフォームに変わり、リサイクルが可能であり安価でかつ沈み込みが少なく、長時間使用しても疲れないスプリング構造樹脂クッション体を提供することを目的とする。
【００１５】
また、 熱可塑性樹脂製食用油包装容器及び廃棄農業用プラスチックフィルムの再利用用途としての再生樹脂であるPE等の樹脂を高付加価値な製品として再生することが出来ると共に、本願スプリング構造樹脂クッション体は、何回でも再生が可能である。また、本願クッション構造体は、原料としてPE、PP等ポリオレフィン樹脂に、酢酸ビニル樹脂(以下VACと記す)又は、エチレン酢酸ビニル共重合体(以下EVAと記す)又は、スチレンブタジエンスチレン(以下SBSと記す)をブレンドした物を使用し、ベッド、座席用クッションに使用するクッション性に優れるスプリング構造樹脂成形品を提供することを目的とする。また、本発明は、成形工程が容易で、しかも形状の自由度が高く、所望の耐加重強度、耐衝撃性等の物性を有する成形品を容易に製造することができる方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明のスプリング構造樹脂成形品３０は、ポリオレフィン系樹脂とVAC、EVA又はSBSとの混合物から成る連続線条及び／又は短線条のランダムなループ又はカールの隣接する線条相互を接触絡合集合して成る所定の嵩密度を備える、自動車用シート又はベッド用のクッション材として使用される三次元構造体（以下、「三次元構造体」と言う。）から成る。
【００１７】
本発明は、また、前記三次元構造体が粗密空隙を有することを特徴とする。
【００１８】
前記ポリオレフィン系樹脂とVAC又はEVAの酢酸ビニル含有率の混合比は、70〜97wt%：3〜30wt%、好ましくは80〜90wt%：10〜20wt%である。VACが3wt%以下であると反発弾性が低くなり、30wt%以上となると熱的特性が低下する。
【００１９】
前記ポリオレフィン系樹脂とSBSの混合比は、50〜97wt%：3〜50wt%、好ましくは70〜90wt%：10〜30wt%である。ポリオレフィン系樹脂は、再生樹脂であっても良い。
【００２０】
前記連続線条及び／又は短線条の線径が、無垢の線条にあっては、例えば、0.3〜3.0mm、好ましくは、0.7〜1.0mm、中空の線条にあっては、1.0〜3.0mm、好ましくは、1.5〜2.0mm又、前記三次元構造体の構造体の嵩密度が、例えば、0.001〜0.2g/cm3好ましくは、0.02〜0.1g/cm3であって、無垢のみ、中空のみでの製造が可能であるが、無垢と中空線条の混合比は、例えば、無垢：中空＝0〜50：50〜100である。また、中心部に中空のものを用い、無垢の線条で被覆することにより触感が良好となる。
【００２１】
例えば、自動車などのシート用あるいはベッドのクッション材に関する。嵩密度0.001g/cm3以下では、強度が低下する。嵩密度0.08g/cm3以上では重量軽減が果たせず、弾性が消失する。
【００２２】
線径0.3mm以下では、線条に腰が無くなり、融着部が多くなって空隙率が低下する。3.0mm以上では、線条に腰がありすぎ、ループ又はカールを形成されず、融着部が少なくなり、強度が低下する。中空の線条に合っては、1.0〜3.0mm、好ましくは、1.5〜2.0mmで、中空率が10%以下では、重量軽減に寄与せず、80%以上では、クッション性が低下する。
【００２３】
なお、前記三次元構造体の空隙率は、クッションとしての弾性と、強度を維持し重量を軽減するため、91〜99%好ましくは93〜96%である。
[空隙率(%)]=(1-[嵩密度]/[樹脂の密度])×100
【００２４】
本発明は、さらに、ポリオレフィン系樹脂及び／又は熱可塑性エラストマーを複数の線条に溶融押出して連続線条のランダムなループ又はカールの隣接する線条相互を接触絡合集合させ、所定の嵩密度の空隙を備える三次元構造体を成形するに際し、前記溶融押出した連続線条の引き取り速度を変化させて前記三次元構造体の長手方向に適宜間隔を介して該三次元構造体の幅方向に嵩密度の大きい部分を形成することを特徴とするスプリング構造樹脂成形品３０の製造方法に関する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（三次元構造体）
本発明で使用する三次元構造体は、連続線条及び／又は、例えば短線条がランダムに絡合集合して成る空隙を備える三次元構造体であり、前記連続線条及び／又は短線条は、複数のループ又はカールを形成している。このような三次元構造体は、例えばポリエチレンなどの熱可塑性樹脂と、VAC、EVA又はSBSをタンブラーもしくは切り出しフィーダで計量、混合した後、複数のノズルより所定押出速度において溶融押し出し、後述引き取り機により引き取り、600〜90,000デニール、好ましくは3,000〜30,000デニール、より好ましくは、6,000〜10,000デニールの無垢及び又は中空の連続線条を形成し、溶融状態の線条に、例えば直径1〜10mm、好ましくは直径1〜5mmのループを形成させ、隣同士の線条と水中で接触絡合させることによりランダムなループを形成しつつ、水中において引き取り機により例えば3〜5mの間隔で前記引き取り機の引き取り速度を低速に調整して、一例として、長手方向長さで30〜50cmの低速引き取り時の嵩密度の大きい部分すなわち、密の部分と前記それ以外の粗の部分を有する厚さ10〜200mm、幅2,000mmの三次元スプリング構造を形成することにより製造され得る。接触絡合部位の少なくとも一部は、相互に溶融接着される。
【００２６】
前記連続線条及び／又は短線条は、好ましくは熱可塑性エラストマーよりなり、例えばポリプロピレン、ポリエステル、ナイロン、PVCのエラストマーより成る。
【００２７】
必要に応じて、三次元構造体の嵩密度を部位により粗・密に形成できる。粗の部分で、0.005〜0.03g/cm3、好ましくは、0.008〜0.03g/cm3、特に0.01〜0.03g/cm3、密の部分で0.03〜0.08g/cm3、好ましくは、0.04〜0.07g/cm3、特に0.05〜0.06g/cm3である。
【００２８】
この場合、三次元構造体の空隙率は、粗の部分で、96〜99%、好ましくは、97〜99%、特に97〜98%、密の部分で91〜97%、好ましくは、92〜96%、特に93〜94%である。
【００２９】
（製造方法）
本発明のスプリング構造樹脂成形品３０の製造方法において、好適には、原料樹脂は、後述タンブラーあるいは、定量供給機などを経てドライブレンドされ、あるいは、混合又は溶融混合してペレット化されて押出成形機のホッパーへ送られる。
【００３０】
原料樹脂例えばポリプロピレンとSBSをタンブラー(加藤理機製作所製KR混合機)で、40rpm、15分間混合した(図１)。
【００３１】
この混合物をφ65mm単軸押出機１０のホッパー１１より、投入し、60rpmで引き取り速度1.0/minで引き取りを行った。樹脂温度は、実施例１〜６が200℃、実施例７〜９が260℃で溶融混練して、成形ダイ１２に設けた所定径の多数の射出口より押し出す。すなわち、上記混合物を複数のノズルより所定押出速度において溶融押し出し、後述の引き取り機により引き取り、所定の線径の無垢又は中空の連続線条を形成し、溶融状態の線条にループを形成させ、隣同士の線条と水中で接触絡合させることによりランダムなループを形成しつつ、水中において引き取り機により所定間隔で前記引き取り機の引き取り速度を低速に調整し、例えば、引き取りロール１４，１４の引き取り速度をタイマー等により設定時間毎に、設定時間内、低速にすれば、スプリング構造樹脂成形品３０の長手方向において、所定間隔ごとに設定長さの嵩密度の大きい部分を有する粗密構造のスプリング構造樹脂成形品３０を得ることができる。すなわち、低速引き取り時の嵩密度の大きい部分（高密部Ｂ）と前記それ以外の粗の部分（粗密部）Ａを有する後述の三次元スプリング構造を形成することにより製造することができる（図２）。カール又はループ状にランダムに成形され、水中で固化し、巻き取りロール１６，１６によりスプリング構造樹脂成形品３０として取り出される。バス１５内の引き取り機１３の引き取りロール１４，１４間で厚さ及び嵩密度が設定されるが、上記引き取りに際し、成形時ロール１４，１４で折り曲げることが困難な場合があり、その為、前記粗の部分よりもさらに粗の部分を作ることによってその部位で折り曲げ、水中から引き上げる（図３）。
【００３２】
また、図４に示すように、バス１５内に切断装置を設けたものでは、切断装置１９は引取機１６下方近傍に配置し、バス１５の対向側壁に、切断部位で切断された単体の空隙に挿入される係止突起を多数突設したコンベアからなる搬送装置１１により構成されている。図中、２５は給水バルブ、２６は排水バルブである(図４)。
カール又はループ状にランダムに成形され、水中で固化し、巻き取りロール１６，１６によりスプリング構造樹脂成形品３０として取り出される。
【００３３】
かように、１例として、3mの粗の部分ごとに、長さ30cmの密の部分を有する厚さ30mmのスプリング構造樹脂成形品３０を得た。
【００３４】
前記三次元構造体が、それぞれ１種又は複数種の異なる特性の組合せから成るものを用いて製造することが出来る。
【００３５】
実施例
配合比の相違する製造例
実施例としてPE＋VAC、PE＋EVA、PP＋SBSにおいて、各々配合比を変化させブレンドしスプリング構造体を作成した。
配合比を、表１に、製造条件を表２に、嵩密度等の製品固有値を表３に示す。
実施例１〜３：PE+VAC
実施例４〜６：PE+EVA
実施例７〜９：PP+SBS
【００３６】
【表１】
実施例１〜９の配合比
0004499891.tif 000002
【００３７】
【表２】
実施例１〜９の製造条件
0004499891.tif 000003
【００３８】
【表３】
実施例１〜９の製品固有値
0004499891.tif 000004
【００３９】
嵩密度の相違する製造例
PE：VAC＝90：10の原料を対象とし、製品嵩密度を変化させたスプリング構造体を作成した。製造方法を説明する。ブレンドは加藤理機製作所製KR混合機(型式：KRT-100)タンブラーを使用し、40rpmで15分間行った。成形は、φ65mm単軸押出機を使用し、スクリュー回転数60rpmで、引取速度3.1m/min、0.6m/minで引き取った。樹脂温度は200℃である。
【００４０】
配合比を、表４に、製造条件を表５に、嵩密度等の製品固有値を表６に示す。
実施例１０、１１    (PE+VAC)
【００４１】
【表４】
実施例１０、１１の配合比
0004499891.tif 000005
【００４２】
【表５】
実施例１０、１１の製造条件
0004499891.tif 000006
【００４３】
【表６】
実施例１０、１１の製品固有値
0004499891.tif 000007
【００４４】
比較例
ウレタンフォーム
クッション体として主流の材料である軟質ウレタンフォームを比較例１とした。軟質ウレタンフォームの製造条件および製品特性を表７に示す。
【００４５】
比較例１      (ウレタンフォーム)
【表７】
比較例１の主原料および製造条件
0004499891.tif 000008
従来のスプリング構造体
PPのみ
原料をPPのみで嵩密度を変えスプリング構造体を作成した。
成形は、φ65mm単軸押出機を使用し、スクリュー回転数60rpmで引取速度0.6m/min、 1.0m/min、3.1m/minで引き取った。樹脂温度は260℃である。
配合比を、表８に、製造条件を表９に、嵩密度等の製品固有値を表１０に示す。比較例２、３、４(PPのみ)
【００４６】
【表８】
比較例２〜４の配合比
0004499891.tif 000009
【００４７】
【表９】
比較例２〜４の製造条件
0004499891.tif 000010
【００４８】
【表１０】
比較例２〜４の製品固有値
0004499891.tif 000011
【００４９】
試験例
試験では、下記の項目を明らかにする。
試験例１    圧縮特性
試験例２    繰返し圧縮残留ひずみ
試験例３    反発弾性率
【００５０】
試験例１ 圧縮特性
試験は、JIS K 6400軟質ウレタンフォーム試験方法付属書(参考)１に準拠して行った。試験片寸法は、(W)300×(L)300×(T)50である。
荷重−圧縮たわみ率線図を図５〜図19に示す。
【００５１】
全実施例である本願スプリング構造クッション体と、比較例１であるウレタンフォームとを比較する。全実施例は、比較例１に見られる顕著な降伏点を持たない。顕著な降伏点を持たないということは、クッション構造体の局部的沈み込みが少なく、クッション構造体に接触する部位全体で均一に荷重を受け止めることが可能であることを示す。
【００５２】
次に、比較例１において、たわみ率50％以降で荷重の立ち上がりが見られるが、全実施例においてはそれが見られない。また、構造体厚さの約90％まで有効に変形する。これは、底付き感が少ないことを示す。また、除荷した際の構造の回復が早く、耐へたり性を持つことを示す。
【００５３】
次に、全実施例である本願スプリング構造クッション体と、比較例２〜４の従来のスプリング構造体を比較する。比較例２は、降伏点を持ち、荷重も高く、塑性変形を起こし、構造体が弾性復帰しない。比較例３、４は、降伏点は持たないが、たわみ率50％以降荷重が立ち上がり、底付き感を示す。また、塑性変形を起こし、弾性復帰しない。
【００５４】
配合比および嵩密度を変化させることにより、希望の硬さのクッション構造体を製造することが可能である。
【００５５】
試験例２ 繰返し圧縮残留ひずみ
試験は、JIS K 6400軟質ウレタンフォーム試験方法8.1A法に準拠して行った。試験片寸法は、(W)300×(L)300×(T)50である。
【００５６】
試験対象を、実施例２(PE＋VAC 嵩密度0.03)、比較例１、比較例３(PP 嵩密度0.03)に絞り試験を行った。結果を表１１に示す。
【００５７】
【表１１】
繰返し圧縮残留ひずみ測定結果
0004499891.tif 000012
実施例１と比較例１はほぼ同等な性能を示した。実施例２と比較例３構造は同じで樹脂だけが異なるが、塑性変形を起こす比較例３は75%と大幅に減じた。本願製品はウレタンフォームと同等の耐へたり性を有する。
【００５８】
試験例３ 反発弾性率
試験は、JIS K 6400軟質ウレタンフォーム試験方法9.2B法に準拠して行った。試験片寸法は、(W)300×(L)300×(T)50である。試験対象は、6.3.2と同じである。結果を表１２に示す。
【００５９】
【表１２】
反発弾性率測定結果
0004499891.tif 000013
ウレタンフォームに比して、本願製品は1.4倍の反発弾性能を有する。
【００６０】
【発明の効果】
ウレタンフォームはリサイクルが困難であるが、本願製品は使用後、再度製品に再生することが可能であり、リサイクル性に優れる。
【００６１】
リサイクル樹脂の使用が可能であるので、安価に製造することが可能である。
【００６２】
底付き感が無く、局部的沈み込みが少なく、クッション構造体に接触する部位全体で均一に荷重を受け止めることが可能であり、ウレタンフォームより疲れにくい。
【００６３】
本願製品は完全な連続空隙を有する構造体であるので、ウレタンフォームに比して、通気性が良い。
【００６４】
ウレタンフォーム製造時には、TDI等毒性の高い原料を使用するが、本願は製造時に有毒ガスを発生することが無いので作業環境が良い。
【００６５】
再生処理された樹脂を高付加価値をつけてリサイクルすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の製造方法の工程を示す模式図
【図２】本発明方法を実施する装置の一実施例
【図３】本発明方法を実施する装置の他の実施例
【図４】本発明方法を実施する更に他の装置の実施例
【図５】実施例１  荷重−圧縮たわみ率を示すグラフ
【図６】実施例２  荷重−圧縮たわみ率を示すグラフ
【図７】実施例３  荷重−圧縮たわみ率を示すグラフ
【図８】実施例４  荷重−圧縮たわみ率を示すグラフ
【図９】実施例５  荷重−圧縮たわみ率を示すグラフ
【図１０】実施例６  荷重−圧縮たわみ率を示すグラフ
【図１１】実施例７  荷重−圧縮たわみ率を示すグラフ
【図１２】実施例８  荷重−圧縮たわみ率を示すグラフ
【図１３】実施例９  荷重−圧縮たわみ率を示すグラフ
【図１４】実施例10  荷重−圧縮たわみ率を示すグラフ
【図１５】実施例11  荷重−圧縮たわみ率を示すグラフ
【図１６】比較例１  荷重−圧縮たわみ率を示すグラフ
【図１７】比較例２  荷重−圧縮たわみ率を示すグラフ
【図１８】比較例３  荷重−圧縮たわみ率を示すグラフ
【図１９】比較例４  荷重−圧縮たわみ率を示すグラフ
【符号の説明】
１０  押出機
１１  ホッパー
１２  成形ダイ
１３  引取機
１４  引取ロール
１５  バス
１６  巻き取りロール
Ａ  粗部
Ｂ  密部
１９  切断装置
２５  給水バルブ
２６  排水バルブ
３０  スプリング構造樹脂成形品
【図１】
0004499891.tif 000014
【図２】
0004499891.tif 000015
【図３】
0004499891.tif 000016
【図４】
0004499891.tif 000017
【図５】
0004499891.tif 000018
【図６】
0004499891.tif 000019
【図７】
0004499891.tif 000020
【図８】
0004499891.tif 000021
【図９】
0004499891.tif 000022
【図１０】
0004499891.tif 000023
【図１１】
0004499891.tif 000024
【図１２】
0004499891.tif 000025
【図１３】
0004499891.tif 000026
【図１４】
0004499891.tif 000027
【図１５】
0004499891.tif 000028
【図１６】
0004499891.tif 000029
【図１７】
0004499891.tif 000030
【図１８】
0004499891.tif 000031
【図１９】
0004499891.tif 000032