(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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熱成形するために、通気性部材からなる金型のキャビティ内へ開繊された該繊維集合体を空気輸送によって型詰めする方法において、
該繊維集合体を金型のキャビティ内に型詰めした後、金型のキャビティの表面に沿って並行的に形成された繊維集合体の層状をなす配列面(P)に対して、該配列面(P)に沿った方向から圧縮と圧縮解除を該繊維集合体に繰り返し与えることを特徴とする繊維集合体の型詰め方法。
【請求項２】
前記配列面(P)の形成に際して、前記の通気性部材からなる金型のキャビティの内部から金型の外部へ貫流する空気流を局部部に発生させることによって、局部的に空気流が発生させられた金型部分に接する繊維集合体の表層部を金型表面に沿ってほぼ並行な層状配列面(P’)を前記配列面(P)とは別に形成し、前記配列面(P)に対して前記ランダム化を行なうことを特徴とする請求項１に記載の繊維集合体の型詰め方法。
【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、金型内へ該繊維集合体（綿の塊であって、以下「綿」或いは「綿の塊」とも称することにする。）を金型のキャビティ内へ充填するための型詰め方法に関する。
【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、ウレタンフォームを代替するための素材として、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使用した繊維構造体が、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。この繊維構造体は、金型のキャビティ内へ綿を充填し、熱成形することで綿中に含まれるバインダー繊維同士を熱融着させたものである。
【０００４】
従来、成形金型のキャビティ内へ綿を充填するための方法としては、例えば綿の塊を一定の大きさに仮整形し、仮整形した綿を手詰めしたり、ロボット等の自動機械によって成形金型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、綿を一度、仮整形して、その後、仮整形した綿を金型のキャビティ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、仮整形した綿を設置するための仮置場所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、綿を仮整形せずに、小片の綿の塊として整形金型へ空気輸送する方法が、例えば特公昭５６−２９５５６号公報、特公昭６２−２９０６９号公報、実公平１−２７７２７号公報等に提案されている。この方法は、該開繊機によって綿の小塊とした後、該開繊機から出てきた綿の小塊をブロアーによって発生させた空気流と共に綿を金型のキャビティ内へ導き、空気輸送によって金型のキャビティ内へ綿を充填する方法である。
【０００６】
しかしながら、この型詰め方法では、繊維集合体を熱成形して繊維構造体としたときに、以下に述べるような重大な問題を有していることが分かった。
【０００７】
即ち、繊維集合体が開繊機によって綿の小塊とされるのであるが、このとき綿の小塊そのものを考えると、小塊中では、繊維同士が互いに交絡し合っているため、綿中のバインダー繊維同士が熱成形によって融着したときには、互いに強い結束力を有することになる。しかしながら、綿の小塊同士が互いに接触する接触面に関しては、繊維同士の交絡は形成されていないため、隣り合う綿の小塊中に含まれるバインダー繊維が溶融して接着する部分のみの結合力しかない。このため、隣り合う綿の小塊の接触面での結合強度は、他の部分より当然のことながら弱くなる。
【０００８】
更に、金型キャビティ内への空気輸送による綿の充填においては、綿の小塊は、空気流が貫流する金型のキャビティ表面部から該表面に沿って並行に、順次積層されて行き、このために金型のキャビティ表面に沿った並行的な層状の配列面（積層面）が出現する。このような層状の配列面では、面間の結合力は、前述のように互いに配列面で接触するバインダー繊維の融着によって生じる結合力のみであるため、この部分の結合力は、他の部分の結合力と比較して弱くなる。このため、熱成形によって得られた繊維構造体の結合力の強さは、繊維集合体の配列面に沿った方向と配列面に対して直角な方向とにおいて、著しい相違が生じることになる。また、このような理由から熱成形した繊維構造体は、型崩れが生じやすいという問題を有している。
【０００９】
しかしながら、前述の層状の配列面の出現は、前述のように綿の小塊を空気輸送により、金型キャビティへ順次移送して積層充填する方法を採用する限り宿命的なものであって、これを解消することのできる繊維集合体の型詰め方法が必要となった。
【００１０】
【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、仮整形工程といった成形のコストアップとなる余分な工程を経ず、しかも、空気輸送によって綿を金型キャビティ内へ充填するという方法を採用しながらも、この方法が宿命的に有する熱成形後の繊維構造体の結合力が弱いという致命的な欠点を巧妙に解消できる繊維集合体の型詰め方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
ここに、本発明によれば、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熱成形するために、通気性部材からなる金型のキャビティ内へ開繊された該繊維集合体を空気輸送によって型詰めする方法において、
該繊維集合体を金型のキャビティ内に型詰めした後、金型のキャビティの表面に沿って並行的に形成された繊維集合体の層状をなす配列面（以下、「配列面(P) 」と称する）に対して、該配列面(P)に沿った方向から圧縮と圧縮解除を該繊維集合体に繰り返し与えることを特徴とする繊維集合体の型詰め方法が提供される。
【００１２】
更に、本発明においては、前記の層状をなす配列面(P) の形成に際して、前記の通気性部材からなる金型のキャビティの内部から金型の外部へ貫流する空気流を局部部に発生させることによって、局部的に空気流が発生させられた金型部分に接する繊維集合体の表層部を金型表面に沿ってほぼ並行な層状配列面(P’)を前記配列面(P) とは別に形成し、前記配列面(P) に対して前記ランダム化を行なうことが、繊維構造体の表層部の引き裂き強度を向上させる上で好ましい。
【００１３】
ここで、前記の金型を構成する通気性部材としては、パンチングプレートのように、多数の孔が穿孔されたものを好適に使用することが出来る。また、多孔質性の燒結金属、金網等の通気性を有する材料及びこれらの組み合わせを用いても良い。なお、このときの材質としては、ステンレス鋼等の金属であることが好ましいが、耐熱性の樹脂或いはセラミックであってもよいことは言うまでもない。更には、金型の基本骨格を形成した後、金属或いは樹脂製の織布等で織編物を該基本骨格に張り合わせて使用しても良い。
【００１４】
そして、これらの通気性部材に対しては、金型内での綿の充填密度を制御するために、これらの充填密度に対応して、穿孔する孔の数、大きさ、孔の分布密度等を変えて、金型の各部の通気度を変えるようにしても良い。
【００１５】
なお、本発明に好適な繊維集合体としては、以下に挙げるようなものが好ましい。
【００１６】
まず、繊維集合体のマトリックスを構成する合成繊維の短繊維としては、特に限定されることはないが、例えば通常の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、ポリピバロラクトン、又はこれらの共重合エステルからなる短繊維、乃至これらの繊維の混綿体、または上記のポリマー成分のうちの２種以上からなる複合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。
【００１７】
さらに、この場合の捲縮は、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。
【００１８】
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等を成形する製品の要求性能に合わせて混合すればよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以上に述べた本発明の実施の形態について、以下に図面を参照しながら、詳細に説明する。
【００２０】
図１は、従来の空気輸送による型詰め方法を説明した正面断面図である。該図において、Ｆは綿の小塊であって、１はパンチングプレート（穴あきプレート）等の通気性部材で所定の形状に賦型された金型であり、該金型(1) は、上金型  (1a)と下金型(1b)とからなっており、これらの上金型(1a)と下金型(1b)とによって、綿の小塊(F) を充填し熱成形するためのキャビティ(C) が形成されている。また、２は該金型(1) へ綿の小塊(F) を供給するための空気輸送用ダクトである。なお、１ｃは金型(1) の綿の小塊(F) が最初に充填される「奥側」位置を示す。また、これらの符号の定義は、後述する図２及び図３においても、同様である。
【００２１】
以上のように構成された該金型(1) には、ダクト(2) を介して、綿の小塊(F) が空気輸送によって金型(1) のキャビティ(C) 内に充填され、そして、綿の小塊(F) を随伴させる空気流は、通気性を有する上下金型(1a)及び(1b)から金型(1) の外部へと流れ出る。この時、空気輸送されてきた綿の小塊(F) は、金型  (1) の奥側(1c)から順次充填されていく。このため、綿の小塊(F) は、図１に示すように順次層状に積層されながら、奥側(1c)から堆積されていき、該図中に細い２点鎖線で示したように、層状の配列面(P) が形成されるのである。このような配列面(P) が形成されると、配列面(P) に沿った方向と、これに対して直角な方向とで結束力に差が生じることは、前述の通りである。
【００２２】
図２は、上記の問題を解消するための本発明の型詰め方法を図示した正面断面図である。該図において、(A) 図は、空気輸送により、金型(1) のキャビティ  (C) 内に綿の小塊(F) が型詰めされた状態を示しており、金型(1) の奥側(1c)に先に型詰めされた綿の小塊は、後から型詰めされてきた綿の小塊によって圧縮されるため、充填密度が高くなった状態にある。
【００２３】
このような状態から、(B) 図に示すように、金型(1) のキャビティ(C) の表面に沿って並行的に形成された綿の小塊(F) が層状をなす配列面(P) に対して、図の矢印方向、即ち、該配列面(P) に沿った方向から圧縮と圧縮解除を該綿の小塊(F) に繰り返し与え、該配列面(P) をランダマイズする。なお、このような圧縮と圧縮解除の運動は、上金型(1a)を(B) 図の矢印方向へ繰り返し動かすことによって実現可能であることは言うまでもない。
【００２４】
なお、図２では、上金型(1a)だけを繰り返し(B) 図の矢印方向へ動かした態様のみを記載したが、この態様に限定されることなく、例えば、下金型(1b)に代えて上金型(1a)を繰り返し動かす態様、或いは、上下の金型(1a)及び(1b)を同時に動かす態様としても良いことは言うまでもない。要するに、(A) 図に示されるように綿の小塊(F) に層状の配列面(P) を形成させないようにし、(B) 図を参照して解説したように層状の配列面の向きを方向性をなるべく持たないように、ランダム化することが肝要である。
【００２５】
このようにして層状に配列した配列面(P) がランダム化された綿の小塊(F´) は、次いで型締めを行い、例えば、循環熱風によって加熱することでバインダー繊維を熱融着して繊維構造体とされる。その後、例えば、冷風を金型のキャビティ内に吹き込むことによって繊維構造体と金型を冷却後、上金型(1a)を持ち上げて金型(1) を開き、これによって該金型(1) から該繊維構造体を取り出すことで一回の成形サイクルが完了する。
【００２６】
次に、図３は、本発明の別の実施態様を説明するための正面断面図を示したものであって、該図を参照しながら、この態様について詳細に説明する。
【００２７】
該図において、通気性部材で製作された金型(1) には、該金型(1) のキャビティ(C) の内部から金型の外部へ貫流する空気流（図の矢印方向へ流れる空気流）を局部部に発生させるための手段（図示せず）が金型(1) に接して局所的に接続されている。なお、付け加えて述べると、この局部的な空気流を発生させる手段としては、例えば、ブロアーや真空ポンプ等を使用し、金型(1) とこれらの手段をダクトで接続し、該ダクトを介して空気を吸引することによって実現できる。
【００２８】
ここで、該図３は、下金型(1b)の下方へと金型(1) のキャビティ(C) の内部から外部へと貫流する空気流を発生させた態様を示している。
【００２９】
このような態様においては、前述の吸引手段（図示せず）によって選択的に吸引されている金型(1) のキャビティ(C) の表面部分には、該表面に沿ってほぼ並行で且つ図１及び図２に記載の層状配列面(P)とは別の層状配列面（以下、「層状配列面(P’)」と称する。）を形成させることができる。なお、これと吸引部における層状配列面(P) の形成の進行に併せて、空気輸送によって金型(1) のキャビティ(C) 内へ移送されてきた綿の小塊は、金型(1) の奥側(1c)からも順次積層されることとなり、これによって図３のような綿の小塊の積層状態を実現することができる。
【００３０】
このようにして、金型(1) のキャビティ(C) 内への綿の小塊の充填を完了すると、前述のように、上金型(1a)の運動により、金型(1) のキャビティ(C) の内層部の層状配列面(P) がランダム化され、加熱成形される。
【００３１】
以上に述べたように金型(1) のキャビティ(C) の表面に沿って、綿の小塊(F1)が並行かつ選択的に層状の配列面(P’)を形成するようにすることの意義は、繊維構造体において、面内での表面引き裂き強度を方向性を持たせずに向上させることができるということである。そして、これによって、繊維構造体の表層部の引き裂き強度が優れた繊維構造体を得ることができるという顕著な作用を奏することとなる。
【００３２】
【発明の効果】
以上に述べたように本発明によれば、仮整形工程といった成形のコストアップとなる余分な工程を採ることがない。しかも、本発明では、空気輸送によって綿を金型キャビティ内へ充填するという方法を採用しながらも、この方法が宿命的に有する層状の配列面の形成に対して、配列面に対して実質的に直角な方向で圧縮と圧縮解除を繰り返し与えることで、配列面を乱すことができ、これによって熱成形後の繊維構造体の配列面での結合力が弱いという致命的な欠点を解消できるという極めて顕著な効果を奏する。
【００３３】
また、繊維構造体の表層部のみを選択的に面内引き裂き強度を高めることができるという極めて顕著な効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のの空気輸送による型詰め方法を説明するための金型の正面断面図である。
【図２】本発明の型詰め方法の実施の態様を説明するための正面断面図である。
【図３】本発明の他の型詰め方法の実施の態様を説明するための正面断面図である。
【符号の説明】
１    金型
１ａ  上金型
１ｂ  下金型
２    空気輸送ダクト
Ｆ    繊維集合体（綿）
Ｐ    配列面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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