(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物性繊維と熱可塑性樹脂系繊維を主成分とする熱可塑性植物繊維マットを所定の形状に成形する方法であって、
前記熱可塑性植物繊維マットを熱風によって前記熱可塑性樹脂系繊維の軟化温度以下の温度に加熱する熱風加熱工程と、
前記熱可塑性植物繊維マットを熱間プレスして前記熱可塑性樹脂系繊維の軟化温度よりも高い温度として、当該熱可塑性植物繊維マットを最終的成形形状に近い形状に成形する予備的成形工程と、
前記熱可塑性植物繊維マットを冷間プレスして最終的成形形状に成形する最終的成形工程と
を有する、熱可塑性植物繊維マットの成形方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記予備的成形工程において、前記熱可塑性植物繊維マットを５〜２５kg／cm２の圧力でプレスして、前記熱可塑性樹脂系繊維の軟化温度よりも２０〜４０℃高い温度にする、熱可塑性植物繊維マットの成形方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の方法であって、
前記予備的成形工程において、前記熱可塑性植物繊維マットの材料余剰部における当該プレスを行う両型の間のクリアランスが、他の部分における同クリアランスよりも大きく設定されている、熱可塑性植物繊維マットの成形方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、
前記最終的成形工程において、前記熱可塑性植物繊維マットの材料余剰部における当該プレスを行う両型の間のクリアランスが、他の部分における同クリアランスよりも大きく設定されている、熱可塑性植物繊維マットの成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、熱可塑性植物繊維マットの成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、植物性繊維（例えば一年草繊維）と熱可塑性樹脂系繊維（例えばポリプロピレン繊維）を混合し抄造して得たマット（熱可塑性植物繊維マット）に表皮材を付着して所定の立体的な形状に成形する方法として、次のような方法がある。
まず、マットに接着剤を塗布し、そのマットを加熱する。加熱方法としては、輻射型ヒータを使用する場合や、熱風加熱炉を使用する場合がある。ポリプロピレンの軟化温度が約１６０℃のところ、マットの温度が１８０〜２２０℃になるまで加熱する。
【０００３】
次に、表皮材をマット（接着剤の塗布された側）に重ね合わせるようにして、冷間プレスを行う。すなわち、成形する形状に対応した形状を有する低温の下型と上型によってマット及び表皮材をプレスする。その際、マットの温度は７０℃以下となるように冷却するとともに、その成形圧力は５〜２０kg／cm２  とする。また、上型と下型との間の間隔（クリアランス）はすべての部分において同一である。
こうして、表皮材を有し所定の立体的な形状に成形されたマットが得られる。マットの密度は、例えば０．６〜０．８ｇ／cm３  となるようにされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発明者の研究により、上記成形方法には次のような欠点が存在することが判明した。
すなわち、マットを加熱する工程において、その熱によってポリプロピレン繊維がシュリンクし、その結果、一年草繊維とのポリプロピレン繊維との間の十分な接着ができず、成形されたマットにおいて十分な剛性を得ることができない。
【０００５】
また、平面上のマットから立体的な形状となるようにプレス成形することから、材料が余剰となる部分や材料が不足する部分が生じる。そして、特に、深い立体形状にプレス成形する場合は、材料が余剰となる部分にはシワが生じ、材料が不足する部分にはいわゆるスケが生じる。スケとは、マットの伸びの限界を超え、マットが空疎状となることをいう。このように、マットの外観が良くないものとなるとともに、マットの強度も弱いものとなる。
【０００６】
そこで、本発明は、マットの成形工程において熱可塑性樹脂系繊維のシュリンクを防止し、剛性の高いマットを成形できる方法を提供することを課題とする。また、マットの成形工程において、シワやスケの発生を防止できる方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、植物性繊維と熱可塑性樹脂系繊維を主成分とする熱可塑性植物繊維マットを所定の形状に成形する方法であって、前記熱可塑性植物繊維マットを熱風によって前記熱可塑性樹脂系繊維の軟化温度以下の温度に加熱する熱風加熱工程と、前記熱可塑性植物繊維マットを熱間プレスして前記熱可塑性樹脂系繊維の軟化温度よりも高い温度として、当該熱可塑性植物繊維マットを最終的成形形状に近い形状に成形する予備的成形工程と、前記熱可塑性植物繊維マットを冷間プレスして最終的成形形状に成形する最終的成形工程とを有する。
【０００８】
この発明の方法によれば、熱風加熱工程において熱可塑性植物繊維マットが均一に高温状態（軟化温度以下のため、熱可塑性樹脂系繊維は本来的にシュリンクしない）となり、予備的成形工程において加圧状態で高温とされることによって、熱可塑性植物繊維マット中の熱可塑性樹脂系繊維がシュリンクすることなく最終的成形形状に近い形状に成形される。その際、熱風加熱工程において均一に高温状態とされているため、予備的成形工程においてもほぼ均一な高温状態が容易に得られる。その後、最終的成形工程において、最終的成形形状に成形される。
【０００９】
すなわち、本発明者は、加圧状態では熱可塑性樹脂系繊維の軟化温度よりも高い温度にしても、その熱可塑性樹脂系繊維はシュリンクしないことを見出したのであり、この発明では、熱可塑性樹脂系繊維がシュリンクすることなく、その熱可塑性樹脂系繊維と植物性繊維とが十分接着した状態で成形されるため、成形されたマットに高い剛性が得られる。
また、予備的成形をした後に最終的成形がされるため、高温状態の予備的成形の際に材料の移動が生じ、材料に無理なく成形が行われ、成形されたマットにシワやスケが生ずることが防止される。
【００１０】
なお、熱風加熱工程における「熱可塑性樹脂系繊維の軟化温度以下の温度」としては、０〜４０℃低い温度（同一の温度を含む）が考えられる。その中でも、その下限（実際の温度としては上限）としては０℃よりも１０℃がさらに好ましく、上限（実際の温度としては下限）としては４０℃よりも２０℃がさらに好ましい。すなわち、最も好ましいのは１０〜２０℃低い温度である。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の方法であって、前記予備的成形工程において、前記熱可塑性植物繊維マットを５〜２５kg／cm２  の圧力でプレスして、前記熱可塑性樹脂系繊維の軟化温度よりも２０〜４０℃高い温度にするものである。
【００１２】
この発明によれば、請求項１に係る発明の効果が確実に得られる。すなわち、この数値範囲が、熱可塑性樹脂系繊維のシュリンクが生じず、熱可塑性樹脂系繊維と植物性繊維が十分接着し、材料の移動が生じつつ成形されるという作用を同時に得るのに適した範囲なのである。なお、「２０〜４０℃」とは、２０℃及び４０℃も含むものである。他においても同様である。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に係る発明の方法であって、前記予備的成形工程において、前記熱可塑性植物繊維マットの材料余剰部における当該プレスを行う両型の間のクリアランスが、他の部分における同クリアランスよりも大きく設定されているものである。
【００１４】
ここで、「材料余剰部」とは、仮に両型のクリアランスが一様の場合（特に材料の移動が生じない場合）、材料に余剰が生じてシワが発生する可能性が高い部分のことをいう。
【００１５】
この発明によれば、材料余剰部において両型の間のクリアランスが他の部分よりも大きいため、仮にクリアランスが一様の場合に余剰となる材料が、そのクリアランスに吸収され、シワが生じることが防止される。すなわち、請求項１又は請求項２に係る発明よりもさらにシワの発生を有効に防止できるのである。
【００１６】
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明の方法であって、前記最終的成形工程において、前記熱可塑性植物繊維マットの材料余剰部における当該プレスを行う両型の間のクリアランスが、他の部分における同クリアランスよりも大きく設定されているものである。
【００１７】
請求項３に係る発明の方法においては、予備的成形工程において、材料余剰部において余剰となる材料を他の部分よりも大きなクリアランスによって吸収しシワの発生を防止したのである。このため、材料余剰部においては、材料（熱可塑性植物繊維マット）の目付量（単位面積あたりの質量）が他の部分よりも大きなものとなっている。
そして、この発明では、最終的成形工程においても、材料余剰部における両型の間のクリアランスが他の部分よりも大きい。このため、仮に最終的成形後においてクリアランスが一様の場合よりも、材料余剰部における密度と他の部分における密度の差が小さなものとなり、製品（成形された熱可塑性植物繊維マット）の品質が高いものとなる。
なお、この発明の一例として、材料余剰部とその他の部分における密度がほぼ同一となるように、材料余剰部とその他の部分における両型の間のクリアランスを設定する場合が考えられる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
所定の大きさの平板状の熱可塑性植物繊維マット（以下、単にマットともいう）Ｍを用意する。
熱可塑性植物繊維マットとは、植物性繊維と熱可塑性樹脂系繊維を混合し抄造して得たマットである。その他の原料が混合されていてもよい。
植物性繊維とは、植物由来繊維であり、その原料としては木材系，草木系を問わない。例えば、一年草繊維や木質パルプが考えられる。
熱可塑性樹脂系繊維とは、熱可塑性樹脂を含有する繊維である。熱可塑性樹脂の例として、ポリプロピレン，ポリエチレン，ポリエチレンテレフタレート等がある。２種類以上の熱可塑性樹脂を組み合わせてもよい。
植物性繊維は５重量％〜８０重量％が好ましく、熱可塑性樹脂系繊維は２０重量％〜４０重量％が好ましい。
【００１９】
例えば、図１に示すような最終的形状に成形する場合を説明する。この例における最終的形状は、テーパ状角筒部１０を有し、テーパ状角筒部１０の下部につば部１２が設けられ、テーパ状角筒部１０の上部には、縁部が高くそれ以外の部分が凹んだ凹状上板部１４が設けられた形状である。前述した従来の方法で成形すると、つば部１２のうち、テーパ状角筒部の近傍部分において、シワＷが発生する。これは、その部分において材料が余るためであり、このように、従来の方法ではシワＷが発生する可能性の高い部分が、材料余剰部である。本実施形態では、このようなシワＷが発生しないように成形するのである。
【００２０】
まず、上記のマットＭを熱風によって加熱する。
図２に示すように、マットＭを熱風炉２０に収容し、マットＭを熱風が通過させるようにして、マットＭを加熱する。こうして、マットＭを、マットＭ中の熱可塑性樹脂系繊維の軟化温度よりも１０〜２０℃低い温度にする。例えば、ポリプロピレンの場合は、軟化温度が１６０℃であるため、１５０〜１７０℃の熱風によって加熱し、そのマットＭが１４０〜１５０℃になるようにする。ポリエチレン（軟化温度１３０℃）の場合は、１１０℃〜１２０℃になるようにする。ポリエチレンテレフタレート（軟化温度２１０℃）の場合、１９０〜２００℃になるようにする。熱風を通過させるようにして加熱するため、ヒータ等で加熱する場合と比較して、迅速にかつ一様に高温にすることができる。
【００２１】
このように、熱可塑性樹脂系繊維の軟化温度よりも１０〜２０℃低い温度まで高温としておくことによって、熱可塑性樹脂系繊維は本来的にシュリンクすることがないとともに、次の予備的成形において容易にほぼ均一な高温状態とすることができるのである。
【００２２】
次に、熱間プレスを行って予備的成形をする。
すなわち、図３に示すように、最終的な成形形状に近い形状に対応する高温の下型３０と上型３２によってマットＭをプレスして、予備的形状に成形する。この場合、予備的形状とは、テーパ状角筒部１１の下部につば部１３が設けられ、テーパ状角筒部の上部に平板状の上板部１５が設けられた形状である。肉厚も最終的な成形後よりも若干厚いものである。
【００２３】
両型３０，３２間の圧力は５〜２５kg／cm２ である。そして、マットＭが、マットＭ中の熱可塑性樹脂系繊維の軟化温度よりも２０〜４０℃高い温度となるようにする。ポリプロピレン（軟化温度１６０℃）の場合は１８０〜２００℃であり、ポリエチレン（軟化温度１３０℃）の場合は１５０〜１７０℃であり、ポリエチレンテレフタレート（軟化温度２１０℃）の場合は、２３０〜２５０℃である。
このように、プレス状態において、マットＭをマットＭ中の熱可塑性樹脂系繊維の軟化温度よりも高い温度とすることによって、その熱可塑性樹脂系繊維はシュリンクすることなく、その熱可塑性樹脂系繊維と植物性繊維とが十分接着し、両型３０，３２の形状に沿った形状に成形される。また、その際、両型３０，３２の間において、高温となった材料の移動が生じる。
【００２４】
プレス状態における両型３０，３２の間のクリアランス（間隔）ｔは、次のようにする。例えば、図５に示すように、一般の部分ＭＯ（材料余剰部ＭＥ以外の部分のことをこのようにいうこととする）ではｔ＝１．２５mmとし、材料余剰部ＭＥではｔ＝５mmとする。このように材料余剰部ＭＥにおけるクリアランスを一般の部分ＭＯよりも大きくすることによって、余剰となる材料がそのクリアランスに吸収され、シワの発生が防止される。同時に、材料余剰部ＭＥにおけるプレス圧力よりも一般の部分ＭＯにおけるプレス圧力の方が大きいことから、一般の部分ＭＯから材料余剰部ＭＥへ材料が移動する。そして、例えば、目付量（単位面積あたりの質量）が、一般の部分ＭＯにおいて０．５kg／m２，材料余剰部ＭＥにおいて１kg／m２となったとする。その際の密度（単位体積あたりの質量）は、一般の部分ＭＯにおいて０．４g／cm３，材料余剰部ＭＥにおいて０．２g／cm３となる。
すなわち、材料余剰部ＭＥのクリアランスは、余剰となる材料を吸収する分と、他の部分から材料が移動してくる分を考慮して、一般の部分ＭＯよりも大きなものとするのである。
【００２５】
なお、最終的な成形状態において、製品として表（おもて）になる面（意匠面という）が所定の面を形成し（図中において平面状となるように成形し）、一般の部分ＭＯと材料余剰部ＭＥのクリアランスの差に基づく凹凸は、意匠面とは反対側の面に現れるようにする。
【００２６】
次に、冷間プレスを行って最終的成形する。
すなわち、図４に示すように、最終的な成形形状に対応した形状の低温の下型４０と上型４２によってマットＭをプレスする。マットＭが、マットＭ中の熱可塑性樹脂系繊維の軟化温度の半分以下の温度となるようにする。すなわち、ポリプロピレン（軟化温度１６０℃）の場合は８０℃以下、ポリエチレン（軟化温度１３０℃）の場合は６５℃以下、ポリエチレンテレフタレート（軟化温度２１０℃）の場合は、１０５℃以下にする。
これによって、マットＭが所定の形状にされつつ、熱可塑性樹脂系繊維が硬化してマットＭが所定の最終的な形状に保持される。
【００２７】
プレス状態における両型４０，４２の間のクリアランス（間隔）ｔは、次のようにする。すなわち、最終成形後において、一般の部分ＭＯも材料余剰部ＭＥも密度がほぼ同一となるようにする。予備的成形された後において最終的な冷間プレスされる際にはほとんど材料の移動が生じない（すなわち、目付量は不変である）ことを考慮して、設定する。
【００２８】
例えば、上述のように熱間プレスされた後においては、図６に示すように、クリアランスは、一般の部分ＭＯにおいてｔ＝１mmとし、材料余剰部ＭＥにおいてｔ＝２mmとする。このようにして、冷間プレスすることによって、目付量は、一般の部分ＭＯにおいて、一般の部分ＭＯにおいて０．５kg／m２，材料余剰部ＭＥにおいて１kg／m２のまま、密度は、一般の部分ＭＯにおいても材料余剰部ＭＥにおいても０．５g／cm３となる。このようにして、すべての部位における密度がほぼ同一のものとなる。
【００２９】
なお、例えば、予備的成形によって、密度が、一般の部分ＭＯにおいても材料余剰部ＭＥにおいても０．４g／cm３と同一になった場合は、例えば、冷間プレスにおける両型４０，４２の間のクリアランスｔは、一般の部分ＭＯにおいてはｔ＝１mm，材料余剰部ＭＥにおいてはｔ＝４mmとする。これによって、密度は、一般の部分ＭＯにおいても、材料余剰部ＭＥにおいても０．５g／cm３となる。
【００３０】
このように、予備的成形において、一般の部分ＭＯよりも材料余剰部ＭＥにおけるクリアランスが大きな状態で熱間プレスし、その結果に基づいて、最終的成形におけるクリアランスを設定する。
すなわち、適切と思われるクリアランスで一回又は数回の予備的成形し、その後の密度のデータに基づいて最終的成形の際のクリアランスを設定するのである。こうして求められたクリアランスを用いて予備的成形及び最終的成形を行うのである。
【００３１】
以上のように、上記の方法によれば、予備的成形時に熱間プレスされることによって熱可塑性樹脂系繊維がシュリンクすることなく熱可塑性樹脂系繊維と植物性繊維とが接着し、その状態で、その熱可塑性樹脂系繊維が最終的成形時の冷間プレスによって硬化するため、成形されたマットＭの剛性は高いものとなる。
また、熱間プレスによって予備的成形される際に高温の材料が両型３０，３２間において移動し、そのマットＭが冷間プレスによって最終的成形されるため、まず基本的に、その成形されたマットＭにシワやスケが発生することが防止される。
さらに、熱間プレスによる予備的成形時に、材料余剰部ＭＥにおける両型３０，３２間のクリアランスが他の一般の部分ＭＯよりも大きくされているために、余剰となる材料がそれによって吸収され、最終的に、その部分におけるシワの発生がより効果的に防止されるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態において成形されるマット（最終的な成形形状）を示す斜視図である。従来の成形方法において発生するシワも示されている。
【図２】本発明の一実施形態の方法の一工程を示す図である。熱風加熱工程を示す。
【図３】本発明の一実施形態の方法の一工程を示す断面図である。予備的成形工程を示す。
【図４】本発明の一実施形態の方法の一工程を示す断面図である。最終的成形工程を示す。
【図５】図３の要部の拡大図である。
【図６】図４の要部の拡大図である。
【符号の説明】
３０  下型
３２  上型
４０  下型
４２  上型
Ｍ  熱可塑性植物繊維マット
ＭＥ  材料余剰部
ＭＯ  一般の部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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