(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維全体に対し５０重量％以上の炭素繊維を含み、繊維全体の５０〜１００重量％が卷縮繊維で組成された繊維集合体と、熱硬化性樹脂からなる結着剤とで構成され、前記結着剤により繊維相互の接触点が結着され、
嵩密度が２０〜４０Ｋｇ／ｍ3 、最大荷重を１００ｇｆ／ｃｍ2 としたときの圧縮硬さＬＣが０．７〜０．８、圧縮回復率ＲＣが６５％以上、圧縮残留歪み率が１０％以下であり、
かつその表面抵抗が１×１０8 Ω以下で、体積固有抵抗が１×１０5ＫΩ・ｃｍ以下に構成されてなる３次元的網目構造体からなる寝具素材。
【請求項２】
前記卷縮繊維は、繊維長が０．１〜１０ｃｍ、平均卷縮率が10％以上、平均卷縮数が1回/ｃｍ以上である炭素繊維である、請求項１記載の寝具素材。
【請求項３】
前記卷縮繊維がピッチ系炭素繊維である、請求項２記載の寝具素材。
【請求項４】
前記寝具素材の通気性が３０ｃｃ／ｃｍ2 ・ｓｅｃ以上である、請求項２記載の寝具素材。
【請求項５】
炭素繊維を主構成材料とする寝具素材の製造方法であって、繊維全体に対し５０重量％以上の炭素繊維を含み、繊維全体の５０〜１００重量％が卷縮繊維で組成された綿状繊維シートの両面に、熱硬化性樹脂液を噴霧しつつ、長手方向にジグザグに折り畳み複数層に重ね合わせた後、この積層物を厚み調整板で挟み予め設定された圧縮比まで圧縮した状態で熱硬化性樹脂を加熱硬化させ繊維相互の交点を結着し連結することにより、嵩密度が２０〜４０Ｋｇ／ｍ3 、最大荷重を１００ｇｆ／ｃｍ2 としたときの圧縮硬さＬＣが０．７〜０．８、圧縮回復率ＲＣが６５％以上、圧縮残留歪み率が１０％以下であり、かつその表面抵抗が１×１０8 Ω以下で、体積固有抵抗が１×１０5ＫΩ・ｃｍ以下に規制された３次元的網目構造体からなる寝具素材を製造する寝具素材の製造方法。
【請求項６】
前記卷縮繊維として、繊維長が０．１〜１０ｃｍ、平均卷縮率が10％以上、平均卷縮数が1回/ｃｍ以上である炭素繊維を用いる、請求項５記載の寝具素材の製造方法。
【請求項７】
前記卷縮繊維として、ピッチ系炭素繊維を用いる、請求項６記載の寝具素材の製造方法。
【請求項８】
前記寝具素材の通気性を３０ｃｃ／ｃｍ2 ・ｓｅｃ以上に規制する、請求項６記載の寝具素材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素繊維を主成分とする寝具素材に関し、より詳しくは炭素繊維を主成分とする弾性構造物を必須構成要素とする寝具素材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭素繊維は、軽くて強靱で耐熱性に優れるとともに化学的にも安定であるという優れた特性を持つため、近年では広範な分野において使用されている。例えば竹や木材などの天然材料に代えて釣竿やラケットなどの構造材料として使用されている。また、鉄等の金属材料に代えて自動車や航空機などの構造材料として使用されている。更にはプラスチックやコンクリート材などの強化材料として使用されている。
【０００３】
ところが、このような優れた特性を持つ炭素繊維も、生活関連の繊維製品の素材としては少ししか使用されていない。特に寝具用途の素材としては、従来殆ど使用されていない。この理由としては、炭素繊維は、綿や羊毛或いはポリエステル繊維など従来より寝具素材として使用されている繊維に比較し、曲げ弾性力が強く剛性な性質を有しているので、綿や羊毛などに代えて炭素繊維を用いて寝具を構成した場合、チクチクして使用感の悪いものとなること、及び単なる炭素繊維の集合体では適度なふくらみやソフトな圧縮反発性が得られないので、快適な寝心地感のものとできないこと、更には繰り返し使用性に劣るという問題があるからである。
【０００４】
しかしながら、従来より使用されている寝具素材にも幾つかの欠点があり、例えば綿や羊毛や羽毛などの天然素材は、繰り返し使用によりヘタるために、次第に弾力性が失われ、寝心地が悪くなる。また、天然素材は、有限であるとともに、可燃性であるので火災に対する安全性に問題がある。更には虫やかびに対する抵抗性が弱いという問題もある。
【０００５】
また、このような天然繊維に代え、近年ではポリウレタンやポリエステル綿などの合成繊維綿が寝具素材として活用されるようになったが、これらの合成素材には次のような欠点がある。すなわち、ポリウレタンは、弾性に富み長期の使用によってもヘタることがないものの、高温（２００〜２３０℃）に晒されると熱変性し、更なる高温に晒されると有毒な分解ガスを発生する。また、その通気特性は、人間の感性に合致する快適な寝心地感を与えるものとは言い難い。一方、ポリエステル綿は、難燃性で有毒な燃焼ガスを発生しないという特徴を有するものの、高温（２５０℃前後）に晒されると熱変性する他、圧縮耐久性が充分でないので繰り返し使用した場合、次第に弾性特性が変化し寝心地が悪くなるという欠点がある。
【０００６】
他方、最近では、天然繊維に難燃処理を施こした素材等が開発されているが、これとても火災に対して十分な耐性をもつものではなく、また繰り返し使用性が悪いという問題はまったく解消されていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の寝具素材における上記問題点を解消し得る新規な寝具素材を提供することを目的とするものであり、炭素繊維を主材料とすることにより炭素繊維のもつ強靱性、耐熱性、化学的安定性に優れるという特性を兼ね備え、かつ炭素繊維の単なる集合体では決して得ることのできない適度な弾力性、圧縮反発性、圧縮耐久性などを備えた新規な寝具素材を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、卷縮繊維を配合してなる炭素繊維の綿状集合体を、特定の結着剤で適度に結合することにより、繊維相互の接触点を好適に結合でき、これにより炭素繊維のもつ剛性（曲げ弾性）を好都合に作用させ、ソフトで繰り返し圧縮耐性のある反発力が得られることを見い出し、以下の構成の一連の発明を完成させた。
【０００９】
即ち、第1の発明は、繊維全体に対し５０重量％以上の炭素繊維を含み、繊維全体の５０〜１００重量％が卷縮繊維で組成された繊維集合体と、熱硬化性樹脂および／または熱融着性繊維からなる結着剤とで構成され、前記結着剤により繊維相互の接触点が結着されて３次元的網目構造の形成されてなる寝具素材である。
【００１０】
第２の発明は、上記第１の発明にかかる寝具素材において、嵩密度が２０〜４０Ｋｇ／ｍ3 、最大荷重を１００ｇｆ／ｃｍ2 としたときの圧縮硬さＬＣが０．７〜０．８、圧縮回復率ＲＣが６５％以上、圧縮残留歪み率が１０％以下であることを特徴とする。
【００１１】
第３の発明は、上記第１又は第２記載の発明にかかる寝具素材において、表面抵抗が１×１０8 Ω以下で、かつ体積固有抵抗が１×１０5ＫΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする。
【００１２】
第４の発明は、上記第１、第２又は第３の発明にかかる寝具素材において、通気性が３０ｃｃ／ｃｍ2 ・ｓｅｃ以上であることを特徴とする。
【００１３】
第5の発明は、上記第１、第２、第３又は第４の発明にかかる寝具素材において、熱硬化性の樹脂を５０重量％以上含む結着剤が、前記繊維全体に対して１０〜４０重量％含有量されたことを特徴とする。
【００１４】
第６の発明は、上記第１、第２、第３、第４又は第５の発明にかかる寝具素材において、前記卷縮繊維の繊維長が０．１〜１０ｃｍであることを特徴とする。
【００１５】
第７の発明は、上記第１、第２、第３、第４、第５又は第６の発明にかかる寝具素材において、前記卷縮繊維が炭素繊維からなることを特徴とする。
【００１６】
第８の発明は、上記第１、第２、第３、第４、第５、第６又は第７の発明にかかる寝具素材において、前記炭素繊維がピッチ系炭素繊維であることを特徴とする。
【００１７】
第９の発明は、炭素繊維を主構成材料とする寝具素材の製造方法であって、繊維全体に対し５０重量％以上の炭素繊維を含み、繊維全体の５０〜１００重量％が卷縮繊維で組成された綿状繊維シートの両面に、熱硬化性樹脂液を噴霧しつつ、長手方向にジグザグに折り畳み複数層に重ね合わせた後、熱硬化性樹脂を加熱硬化し、又は綿状繊維シートが熱融着性繊維を含む場合においては熱融着繊維を熱融着すると共に熱硬化性樹脂を加熱硬化して、炭素繊維相互及びシート相互間を結着することにより、嵩密度が２０〜４０Ｋｇ／ｍ3 、最大荷重を１００ｇｆ／ｃｍ2 としたときの圧縮硬さＬＣが０．７〜０．８、圧縮回復率ＲＣが６５％以上、２５％圧縮時応力に対する６５％圧縮時応力の比が１０以上、圧縮残留歪み率が１０％以下の炭素繊維構造体を作製する工程を備えることを特徴とする。
【００１８】
第１０の発明は、上記第９の発明にかかる寝具素材の製造方法において、前記炭素繊維構造体の表面抵抗が１×１０8 Ω以下であり、かつ体積固有抵抗が１×１０5ＫΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする。
【００１９】
第１１の発明は、上記第９又は第１０の発明にかかる寝具素材の製造方法において、前記寝具素材の通気性が３０ｃｃ／ｃｍ2 ・ｓｅｃ以上であることを特徴とする。
【００２０】
第１２の発明は、上記第９、第１０、又は第１１の発明にかかる寝具素材の製造方法において、炭素繊維相互及びシート相互間の結着が、熱硬化性の樹脂を５０重量％以上含む結着剤を前記繊維全体に対して１０〜４０重量％含有量させることによってなされたものであることを特徴とする。
【００２１】
第１３の発明は、上記第９、第１０、第１１又は第１２の発明にかかる寝具素材の製造方法において、繊維長が０．１〜１０ｃｍの卷縮繊維を用いたことを特徴とする。
【００２２】
第１４の発明は、上記第９、第１０、第１１、第１２又は第１３の発明にかかる寝具素材の製造方法において、前記卷縮繊維として炭素繊維からなる卷縮繊維を用いたことを特徴とする。
【００２３】
第１５の発明は、上記第９、第１０、第１１、第１２、第１３又は第１４の発明にかかる寝具素材の製造方法において、前記炭素繊維としてピッチ系炭素繊維を用いたことを特徴とする。
【００２４】
ここで、上記寝具素材の各物性値は次のように定義される。即ち、圧縮硬さＬＣは、無荷重時の厚みを初期厚みとし、最大荷重１００ｇｆ／ｃｍ2 まで圧縮するに要するエネルギーを、荷重−歪み曲線が線形（一直線）に変化した場合に要する仕事エネルギーで割った値をいう。
【００２５】
圧縮回復率ＲＣは、最大荷重１００ｇｆ／ｃｍ2 まで圧縮するのに要したエネルギー量で、圧縮状態から無荷重の状態に戻るまでの回復過程におけるエネルギー量を割り、これに１００を掛けた値をいう。
【００２６】
圧縮応力比は、２５％圧縮した時の応力で、６５％圧縮した時の応力を割った値をいう。
【００２７】
圧縮残留歪み率は、元厚Ｍ0 の５０％まで圧縮し、この状態を４０時間保持した後、除荷し３０分後に厚みＭ1 を測定し、（１−Ｍ1 ／Ｍ0 ）×１００から算出した値をいう。
【００２８】
なお、以上の各物性値のうちＬＣ、ＲＣは１０ｃｍ2 の円形の試料、圧縮応力比は５０ｍｍ×５０ｍｍの角形試料を用い、２５℃の条件で測定したものである。
【００２９】
他方、表面抵抗は、充分に乾燥した試料の表面に、向かい合う電極間の距離が１０ｃｍとなるように２枚の電極板を接触配置したときの、両電極間における水平方向の電気抵抗をいい、具体的には、縦１０ｃｍ×横１２ｃｍの試料の縦辺に、幅１ｃｍ、長さ１０ｃｍの２枚の電極板を電極間距離が１０ｃｍとなるように、それぞれ接触配置し２５℃で測定した値をいう。
【００３０】
また、体積固有抵抗は、（厚み方向と直交する表裏面の面積×厚み方向の電気抵抗値）／（厚み×２）で与えられる電気抵抗指数をいい、具体的には１０ｃｍ×１０ｃｍの試料の表裏面に、それぞれ１０ｃｍ×１０ｃｍの電極板を接触配置し、２５℃で両電極板間の電気抵抗を測定するという条件で測定した厚み方向の電気抵抗値を用いて算出した値をいう。
【００３１】
なお、表面抵抗および体積固有抵抗の大小は、素材を組成する繊維の種類、嵩密度、繊維相互の接触度合を反映するマクロ的指標としての意味をもつ。
【００３２】
ところで、上記構成の本発明寝具素材は、炭素繊維（他の繊維も含むことあり）相互の接触点が結合剤で強固に結着され、炭素繊維の３次元的なネットワークが形成されてなるものである点に特徴を有するが、このような特徴をもつ本発明寝具素材では、人の体重が加わった場合、荷重圧力が３次元的なネットワークを介して寝具素材全体に拡散し吸収される一方、個々の炭素繊維のもつ曲げ弾性力（弾性反発力）に由来する応力が３次元的なネットワークを介して集合され、全体として一の圧縮反発特性が形成される。
【００３３】
しかして、このような圧縮反発特性が、嵩密度が２０〜４０Ｋｇ／ｍ3 、最大荷重を１００ｇｆ／ｃｍ2 としたときの圧縮硬さＬＣが０．７〜０．８、圧縮回復率ＲＣが６５％以上、２５％圧縮時応力に対する６５％圧縮時応力の比が１０以上、圧縮残留歪み率が１０％以下で特徴付けられるものであるとき、人間にとってソフトで心地よい圧縮弾性（→ＬＣ及び圧縮応力比）となり、かつ十分な軽さ（→嵩密度）と繰り返し使用性（→圧縮残留歪み率）に優れたものとなる。
【００３４】
更に、上記圧縮反発特性に加え、表面抵抗を１×１０8 Ω以下、体積固有抵抗を１×１０5ＫΩ・ｃｍ以下とし、更に通気性を３０ｃｃ／ｃｍ2 ・ｓｅｃ以上のものとした場合、人の着衣と寝具との摩擦に起因する静電気の発生が防止でき、また睡眠中に人体から発せられる湿気（汗）が寝具内に籠もることなく外部に発散する素材とできる。
【００３５】
なお、圧縮応力比が８以上であれば、通常所謂床着き感が生じることがないが、寝具を使用する人の体重が極めて大きいときを考慮した場合、圧縮応力比を１０以上とするのがより好ましい。また、表面抵抗を１×１０8 Ω以下とし、体積固有抵抗を１×１０5ＫΩ・ｃｍ以下とすれば、静電気障害（帯電や埃の吸引等）を十分に防止できるが、より好ましくは、表面抵抗を１×１０7 Ω以下とし、体積固有抵抗を１×１０4 ＫΩ・ｃｍ以下とするのがよい。この値以下であれば、完全に静電気障害が防止できるからである。
【００３６】
また、通気性は、３０ｃｃ／ｃｍ2 ・ｓｅｃ以上であれば、寝具の保温性を殆ど犠牲にすることなく、十分に湿気を逃がすことができるが、発汗の多い季節等を考慮したとき、通気性は５０ｃｃ／ｃｍ2 ・ｓｅｃ以上とするのがより好ましい。
【００３７】
更に、本発明の他の構成要素について順次説明する。
【００３８】
上記卷縮繊維は、炭素繊維からなるものであってもよく、炭素繊維以外の繊維からなるものであってもよいが、好ましくは炭素繊維からなる卷縮繊維と他の繊維の併用がよく、より好ましくは炭素繊維のみからなる卷縮繊維とするのがよい。炭素繊維以外のものは炭素繊維に比較し耐熱性が劣り、また化学的安定性などが劣る場合があるからである。
また、繊維全体に対する卷縮繊維の量は、５０重量％以上であれば充分に３次元的網目構造を形成できるが、より嵩密度が大きく圧縮反発性の大きい構造体とするのには卷縮繊維の量を多くするのがよい。なお、卷縮繊維量が５０重量％未満であると良好な３次元的網目構造が形成できないので、圧縮反発性が不足することになる。
【００３９】
更に、卷縮繊維の繊維長は、０．１〜１０ｃｍにするのがよい。卷縮繊維の繊維長が０．１ｃｍ未満であるとネットワークの足が短すぎるために、嵩密度が過小になり良好な圧縮反発性が得られない。その一方、繊維長が１０ｃｍを越えると足が長すぎるために、繊維相互の接触点が少なくなり、良好な圧縮反発性を与える３次元的網目構造が形成できなくなる。なお、卷縮繊維の卷縮率や、卷縮数は特に限定されないが、平均卷縮率が１０％以上、平均卷縮数が１回／ｃｍ以上が好ましい。
【００４０】
繊維全体に対する炭素繊維の量は、少なくとも５０重量％以上とすればよい。５０重量％以上であれば、炭素繊維の曲げ弾性特性が３次元網目構造体の圧縮特性を概ね支配し、また耐熱性や化学的安定性等の炭素繊維のもつ好適な特性が支配的になるからである。但し、炭素繊維の占める割合が多いほど、炭素繊維のもつ好適な特性を兼ね備えた３次元網目構造体とできるので、炭素繊維量を多くするのが好ましい。
【００４１】
なお、本発明では、各種の炭素繊維が使用でき、その種類は限定されない。例えばポリアクリロニトリル、フェノール樹脂、レーヨンなどの高分子、石油ピッチ、石炭ピッチなどのピッチを原料とし、炭化または黒鉛化された炭素繊維が使用可能であるが、このうち汎用のピッチ系炭素繊維を使用するのが、強制加熱下での発生ガスの毒性や加工性、コストなどの点で好ましい。
【００４２】
結着剤としては、熱硬化性樹脂や熱融着性繊維が使用でき、それぞれを単独で使用してもよく、また両者を併用してもよい。具体的には結着剤中の熱硬化性樹脂繊維の割合を５０重量％以上とし、この結着剤を繊維全体に対して１０〜４０重量％添加するのが好ましい。そして、より強固なネットワークを形成させるために、好ましくは熱硬化性樹脂を繊維全体に対し５〜２０％使用するのがよい。なお、熱硬化性樹脂の繊維全体に対する割合を、５重量％未満とすると結着されない繊維接触点が多くなり、圧縮反発力の弱い粗なネットワークとできるので、寝具に付与すべき物性に応じてこの範囲を選択することもできる。
【００４３】
本発明で使用できる熱硬化性樹脂としては、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、熱硬化性アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂などが使用できる。このうち好ましくは耐熱性、難燃性の点からフェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリウレタン樹脂を使用するのがよく、より好ましくは、強制加熱下での発生ガスの毒性が少ないことからフェノール樹脂を用いるのがよい。
【００４４】
また、熱融着性繊維としては、ポリエステル繊維、ナイロン繊維などが使用でき、好ましくはコストの面から、ポリエステル繊維を使用するのがよい。
【００４５】
更に、結着剤としての上記熱融着性繊維は、通常、炭素繊維等の他の繊維と共に繊維集合体に配合されるが、配合に際しては他の繊維と充分に均一に混ざり合うようにするのがよい。他の繊維との接触点（絡み合い）が多いほど、加熱融着による良好な繊維３次元ネットワークが形成できるからである。
【００４６】
他方、上記熱硬化性樹脂は、水やアルコール等の溶剤に溶解した状態で繊維集合体に噴霧する方法で添加するのがよい。溶液状態で噴霧する方法であると、熱硬化性樹脂が綿状繊維シート全体に均一に行き渡ると共に、行き渡った熱硬化性樹脂溶液が表面張力の作用により繊維相互の接触点付近に集まり、繊維相互の接触点が効率的かつ強固に結着されやすい。よって、強固な３次元網目構造を形成できる。このような炭素繊維の３次元網目構造物では、前記したごとく、外部から圧力が加わった場合、その圧力は３次元的なネットワークを介して構造体全体に拡散し吸収される一方、個々の炭素繊維のもつ曲げ弾性力（弾性反発力）は３次元的なネットワークを介して集合され、全体としてソフトな圧縮反発力を生じる。したがって、炭素繊維の単なる集合体では決して得ることのできない、人間にとって心地よい圧縮特性をもち、寝心地や繰り返し使用性に優れ、更には通気性の良い３次元網目構造を有する寝具素材とできる。
【００４７】
ここで、図１、２および表１に基づいて、本発明寝具素材が人間にとって心地よいソフトな圧縮特性を持つことを詳説する。
【００４８】
図１、２は本願発明にかかる寝具素材および従来の寝具素材の圧縮荷重と圧縮変形量との関係（ヒステリシス特性）を示すグラフである。図１の「本発明Ａ」は、厚さ４０ｍｍ、嵩密度３０Ｋｇ／ｍ3 の本発明にかかる寝具素材であり、「ウレタン」は、厚さ２０ｍｍ、嵩密度４０Ｋｇ／ｍ3 の発泡ウレタン構造体（従来品）である。また、図２の「本発明Ｂ」は、厚さ３０ｍｍ、嵩密度２０Ｋｇ／ｍ3 の本発明にかかる寝具素材であり、「ポリエステル」は、主体となるポリエステルの繊維に低融点のポリエステル繊維を混ぜて熱融着した厚さ３５ｍｍ、嵩密度４６Ｋｇ／ｍ3 のポリエステル３次元網目構造体（従来品）である。図１、２の右上がりの矢印は圧縮荷重を徐々に増加させた場合を示し、左下がりの矢印は圧縮荷重を徐々に減少させた場合を示す。なお、測定は、加圧面積１０ｃｍ2 、最大荷重１００ｇｆ／ｃｍ2 の条件で行い、図１にはそれぞれ３回の測定結果が示してある。
【００４９】
図１、２において、本発明Ａ、Ｂは、圧縮荷重−圧縮変形量との関係がなだらかな曲線で描かれていおり、このことは、変化する荷重に対する沈み込み（圧縮）や反発応力が連続的かつソフトであることを意味する。したがって、本発明寝具素材を用いた敷布団では、ソフトかつ安定感のある反発応力が得られ、快適な寝心地が得られる。これに対し、発泡ウレタン構造体では、圧縮荷重−圧縮変形量の関係が直線的でかつ急激なものとなっており、初期圧縮及び終期圧縮（負荷が小さいとき）に対しては強い抵抗を持ち圧縮変形量が極めて小さい。その一方、途中（荷重が大きくなった場合）から急に（不連続に）変化する。したがって、このような特性の構造体で構成した敷布団では、ゴツゴツした感触となり、寝心地が安定感に欠けるものとなる。
【００５０】
上述のことは、表１における本発明Ａ、Ｂと発泡ウレタン構造体との圧縮硬さＬＣ及び６５％／２５％圧縮応力比の比較からも明らかになる。即ち、本発明Ａ、Ｂの圧縮硬さＬＣ（それぞれ０．７６、０．７０）は発泡ウレタン（＞１）に比べ顕著に小さく、また６５％／２５％圧縮応力比（それぞれ１３．６、１０．７）は、発泡ウレタン構造体（２．５）に比べ顕著に大きい。この比較から、本発明Ａ、Ｂは、ソフトでかつ安定した反発弾性を有するものであることが判る。
【００５１】
他方、本発明Ａ、Ｂとポリエステル繊維の３次元網目構造体との比較から、本発明Ａ、Ｂはポリエステル３次元構造体より小さい嵩密度で、同等の圧縮回復率ＲＣが実現できると共に、より小さな圧縮硬さＬＣ（０．７６及び０．７０に対し後者は０．８２）と、より優れた６５％／２５％圧縮応力比（１３．６及び１０．７に対し後者は８．４）が実現できることが判る。更に、本発明Ａ、Ｂの圧縮残留歪率がそれぞれ１．７、２．８であるのに対し、ポリエステル３次元構造体のそれは１５であり、本発明Ａ、Ｂが顕著に優れている。このことから、本発明Ａ、Ｂの３次元網目構造は、ポリエステル３次元構造体より強靱であることが判る。なお、本発明Ａ、Ｂのこのような優れた反発弾性特性は、炭素繊維の曲げ弾性と３次元網目構造の堅固さを反映するものと考えられる。
【００５２】
上述から明らかなように、本発明寝具素材は、炭素繊維を主構成材料とするものであるので、熱的安定性（防災性）、耐候性等の炭素繊維の好都合な性質を兼ね備えると共に、人間にとって心地よいソフトな圧縮反発力、繰り返し使用性、制電性、通気性に優れるという特性を有する。よって、本発明寝具素材は、寝具、特に敷布団や敷マット等の素材として最適である。
【００５３】
【表１】
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【００５４】
次に本発明寝具素材の製造方法について説明する。
【００５５】
本発明寝具素材は、下記方法で作製することができる。即ち、繊維全体に対し５０重量％以上の炭素繊維を含み、繊維全体の５０〜１００重量％が卷縮繊維で組成された繊維集合体として綿状繊維シートの両面に熱硬化性樹脂溶液を噴霧しつつ、シートを長手方向に折り畳み重ね合わせた後に、熱硬化性樹脂を加熱硬化させることにより、繊維相互の接触点が結着され炭素繊維の３次元網目構造が形成される。なお、前記繊維集合体には、熱融着性繊維を配合するのもよく、熱融着性繊維を配合した場合には、繊維集合体の積層物を熱融着性繊維の融点以上に加熱することにより、熱融着性繊維とこれに絡み合った炭素繊維等とを結着でき、熱硬化性樹脂と熱融着性繊維とを併用した場合には、一層強固な３次元的ネットワークが形成できる。
【００５６】
上記において、繊維集合体としての綿状繊維シートは、卷縮された炭素質繊維などで組成された繊維を開繊機などの開繊手段により開繊し、カード機などのカーディング手段によりシート状ウェブを形成することにより作製できる。このシート状ウェブの繊維の方向性は特に制限されるものではなく、例えば前記カード機に代え、繊維を空気流で飛ばし回転する有孔円筒上に堆積させる方法により調製したウェブは、繊維の方向性がないランダムなものとなるが、このようなランダムウェブであってもよい。
【００５７】
綿状繊維シートの折り畳み回数（積層数）は、構造体の使用用途を考慮し２層以上において適当に選択すればよい。例えば、構造体の嵩密度を大きくし、圧縮反発性、保温性などを高めようとする場合には、積層数を多くするのがよい。また、繊維集合体としての綿状繊維シートの厚みは、特に限定されるものではなく、所望の物性値を持つ３次元構造体を得るのに都合のよい厚みを製造作業性を勘案して適当に設定すればよい。
【００５８】
なお、シート厚みは、一般にはシートの折り畳み回数や成形後の構成体の厚みや製造作業性などを考慮して決められるが、嵩密度が大きく、圧縮反発力や保温性の良い構造体を得ようとする場合には、薄いシートを用いて折り畳み回数を多くするのがよい。折り畳み回数を多くするほど、熱硬化性樹脂液を繊維全体に均一に行き渡らせ易いので、繊維接触点の結着が堅固且つムラなく行えるからである。
【００５９】
但し、繊維相互間の接触点が全て強固に結着された構造体が好ましいとは必ずしもいえない。なぜなら、構造体の使用用途によって、要求される圧縮弾性特性等が異なり、使用用途によっては非結着接触点の存在する構造体が好ましい場合があるからである。即ち、結着剤の量を少なくし、または結着剤の噴霧にムラを生じしめるなどにより、非結着接触点を多くすることが可能であるが、このような構造体では、外部から負荷が掛かったとき、先ず非結着接触点部分の繊維が滑動する結果、負荷の一部が吸収されるので初期の圧縮反発特性がより柔らかな構造体となる。このような圧縮弾性特性が望まれる用途も存在する。なお、非結着接触点が多すぎると、使用時に繊維が移動し易く、繊維の偏在化が生じるので繰り返し使用性が悪い。よって、結着接触点と非結着接触点のバランスを図るのが好ましい。
【００６０】
前記繊維集合体は、卷縮された炭素質繊維単独で構成してもよいが、他の繊維（卷縮された非炭素質繊維、非卷縮の炭素質繊維又は非卷縮の非炭素質繊維）と組み合わせて構成することもできる。他の繊維としては、不燃性又難燃性の種々の繊維、例えば無機繊維（ガラス繊維；アルミニウムシリケート質繊維、アルミナ質繊維、炭化ケイ素繊維などのセラミック繊維；アスベスト、ロックウールなどの鉱物系繊維；ステンレスなどの金属繊維；前記炭素繊維と同様な材料を原料とした非卷縮炭素質繊維など）、有機繊維（ビスコースレーヨン、キュプラなどのレーヨン繊維、アセテート繊維、熱硬化性樹脂の繊維（ノボロイド繊維などのフェノール樹脂繊維）、ナイロン繊維、難燃性ポリエステル繊維、芳香族ポリアミド繊維（アラミド繊維など）などの高分子繊維など）が挙げられる。これらの繊維は２種以上を併用して構成することもできる。
【００６１】
更に図３〜図６に基づいて本発明寝具素材の製造方法を具体的に説明する。
【００６２】
図５、６は、本発明にかかる寝具素材を作製するための製造装置の例であり、このうち図５は繊維シートの折り畳み機構を説明するための概略斜視図（側面図）であり、図６は結合剤の噴霧機構を説明するための概略斜視図（正面図）である。
カード機などのカーディング手段により紡出された繊維シート１がコンベア２及び一対のベルト３により連続的に搬送され、ベルト３ａの上部から垂直型クロスラッパー４内に導入される。クロスラッパー４では、一対のベルト３により挟持されながら繊維シート１が上部から下方へ搬送される。また、繊維シート１の厚み方向に揺動可能なスイング機構により前記繊維シートは横方向に揺動しながら、クロスラッパ４の下部から、昇降可能な載置台又は前進可能なコンベア６上に供給される。繊維シート１は、コンベア６上で複数層に折り畳まれ、積層体７が形成される。
【００６３】
スイング機構は、前記繊維シート１の厚み方向に伸びて配設されたレール５ａと、このレール上を左右に走行するローラ５ｂを備えている。なお、ローラ５ｂの走行に伴って、上部のベルト３ａとレール５ａとの間の距離が変動し、繊維シート１に外力が作用する恐れがある。したがって、上記装置では、ローラ５ｂの走行に伴って上部のベルト３ａの傾斜角度を変化させることにより、前記距離を一定に保ち、繊維シート１に外力が作用するのを抑制している。
【００６４】
前記スイング機構の下部には、繊維シート１の両側においてそれぞれ繊維シート１の横方向に往復動可能な噴霧機構が取り付けてあり、繊維シート１に結合剤を噴霧しながら、シートを長手方向と直交する方向に折り畳むことができるようになっている。
【００６５】
図５、６に示されるように、噴霧機構は、スイング機構の下部のうち、繊維シート１の幅よりも外方側の両側部に取り付けられていた保持板１１と、この保持板１１間に略平行に取り付けられた一対のレール１２と、各レール１２に沿って移動可能な滑車１３と、これらの滑車１３が取り付けられた取付け板１４と、この取付け板１４に取付けられた中空アーム１５ａと、このアーム１５ａの先端部に取り付けられたノズル１５とを備えている。なお、前記アーム１５ａからの滑車１３の脱落を防止するとともに、取付け板１４を円滑に移動させるため、各レール１２にはそれぞれ２つの滑車１３が配置されているとともに、各滑車１３にはレール１２の幅に対応して形成された環状凹部が形成されている。また、前記アーム１５ａには、熱硬化性樹脂などの結着剤の溶液を供給するための、伸縮自在なチューブまたはホース１６が接続されている。前記アーム１５ａの先端部は折曲または湾曲し、ノズル１５は、繊維シート１の面の方向に向いている。また、ノズル１５は、回動可能なヒンジ機構により、噴射角度が可変できるようになっている。
【００６６】
保持板１１のプレート１７の両側部には一対の歯車１８が回転可能に取り付けられているとともに、これらの歯車１８間にはチェーン１９が掛渡されている。一方の歯車１８は、プーリ間に掛渡されたベルトを介して、モータにより回転駆動されるようになっている。
【００６７】
そして、前記ノズル１５を往復運動させるため、取付け板１４はチェーン１９に連結されており、プレート１７又は保持板１１のうち前記繊維シート１の幅に対応する部位には、前記滑車１３の移動を規制するとともに、滑車の到達を検出するためのストッパが取り付けてある。このストッパによる検出信号は、前記モータの回転方向を反転させるための反転信号として利用される。
【００６８】
上述のように動作する機構を備えた装置により、本発明にかかる炭素繊維の積層体が生産性よく製造される。この装置で製造された積層体（長手方向と直交する方向に折り畳み結着したもの）を、図３に示す。この積層体の端部を切断し、本発明にかかる寝具素材が作製される。図４に、本発明にかかる寝具素材の繊維配向状態を模式的に示した。上記装置で製造した本発明寝具素材は、炭素繊維相互が接触点で互いに結着され３次元網目構造が堅固に形成されたものとなる。
【００６９】
ところで、上記装置を用いた製造方法においては、卷縮繊維の種類や卷縮率、卷縮数を変化させ、また綿状シートの組成や、積層体の厚み（積層枚数）、結着剤の添加量などを調整し、或いは積層体を押圧しながら加熱結着するなどの手法により、嵩密度が２０〜４０Ｋｇ／ｍ3 、最大荷重を１００ｇｆ／ｃｍ2 としたときの圧縮硬さＬＣが０．７〜０．８の範囲の特性値を有し、かつ制電性、通気性にも優れた寝具素材を容易に得ることができる。つまり、本発明で規定する範囲内で条件を変化させることにより、容易に所望の物性値を有する寝具素材となすことができる。
【００７０】
例えば綿状繊維シートの繊維の全てを炭素繊維からなる卷縮繊維とし、その平均卷縮率を２０％、平均卷縮数を２回／ｃｍ、繊維長を７５ｍｍとし、綿状繊維シートに対するフェーノル樹脂量を１０〜１７重量％とした場合、嵩密度が２０〜３０Ｋｇ／ｍ3 、最大荷重を１００ｇｆ／ｃｍ2 としたときの圧縮硬さＬＣが０．７〜０．７６、圧縮回復率ＲＣが６５％以上、６５％圧縮時応力に対する２５％圧縮時応力の比が１０〜１３．６、圧縮残留歪み率が１０％以下、表面抵抗が１×１０8 Ω以下、体積固有抵抗が１×１０5 ＫΩ・ｃｍ以下、通気性が５０ｃｃ／ｃｍ2 ・ｓｅｃ以上のものとすることができる。
【００７１】
この寝具素材は、ソフトな圧縮特性（弾性反発力）を与えるので、比較的柔らかい寝心地を与える敷布団、例えば子供やお年寄り用の敷布団などの素材として好適である。
【００７２】
また、上記において、例えば綿状繊維シートに対するフェノール樹脂量を１８〜２５重量％とすることにより、嵩密度が３０〜４０Ｋｇ／ｍ3 、最大荷重を１００ｇｆ／ｃｍ2 としたときの圧縮硬さＬＣが０．７６以上、圧縮回復率ＲＣが６５％以上、６５％圧縮時応力に対する２５％圧縮時応力の比が１３．６以上、圧縮残留歪み率が１０％以上、表面抵抗が１×１０8 Ω以下、体積固有抵抗が１×１０5 ＫΩ・ｃｍ以下、通気性が３０ｃｃ／ｃｍ2 ・ｓｅｃ以上のものとすることができる。
【００７３】
このものは、上記素材に比べ圧縮弾性が大きいので、硬めの敷布団、例えば成人男子用の敷布団などに適する。
【００７４】
【発明の実施の形態】
実施例により具体的に本発明の実施の形態を説明する。
（実施例１）
渦流法により紡糸された嵩高の卷縮されたピッチ系汎用炭素繊維（（株）ドナック製、ドナカーボ、平均繊維径１３μｍ、平均繊維長７５ｍｍ）を開繊機およびメタリックカード機（池上機械（株）製、６０−ＭＤＫ）に順次供給し、平均７ｍｍ厚の綿状繊維シートを得た。この繊維シートの嵩密度は５．７Ｋｇ／ｍ3 であった。噴霧形成機（（株）岩本製作所製、垂直型クロスラッパー）を用い、この繊維シートの両側に少量のフェノール樹脂液を均一に噴霧しながら、繊維シートを幅１．２ｍで折り畳み、３０層の積層体を形成した。なお、前記フェノール樹脂液としては、水溶性のフェノール樹脂（住友デュレズ（株）製、スミライトレジン）４０重量部を水６０重量部に薄めて用いた。
【００７５】
次いで、前記積層体を熱風循環式硬化炉に入れ、厚調整板の間隔を４０ｍｍ、加熱温度を２３０℃として約３０分間加熱硬化した後、端部を切り離して本発明にかかる寝具素材（厚み４０ｍｍ、縦２．１ｍ、横１．０ｍ）を作製した。なお、綿状繊維シート中のフェノール樹脂の含有量は、１７重量％であった。
【００７６】
この寝具素材（本発明Ａ）の諸物性を測定したところ、嵩密度が３０Ｋｇ／ｍ3 、最大荷重を１００ｇｆ／ｃｍ2 としたときの圧縮硬さＬＣが０．７６、圧縮回復率ＲＣが６７％、２５％圧縮時応力に対する６５％圧縮時応力の比が１３．６、圧縮残留歪率が１．７％、表面抵抗が２．７×１０6 Ω、体積固有抵抗が４．９×１０4 ＫΩ・ｃｍ、通気性が７３ｃｃ／ｃｍ2 ・ｓｅｃであった。なお、通気性の測定はＪＩＳ  Ｌ１０７９に基づいて行った。
【００７７】
この寝具素材Ａは、ポリエステルの３次元網目構造体およびポリウレタン素材（従来素材）との対比において前記表１に一覧表示すると共に、前記図１に圧縮荷重−圧縮変形量曲線を示したものである。なお、表２にこの寝具素材の他の特性を示す。
【００７８】
この素材Ａを厚み方向に２枚重ね合わせて敷布団を作製し、実際に寝て寝心地を確認したところ、快適な寝心地感が得られた。また、繰り返し使用性を１か月間使用後の残留歪率および人間による寝心地感で評価した。その結果、１か月間使用後の残留歪率（平均値）は５％以下であり、また敷布団の寝心地感も当初のものと同様であった。
【００７９】
【表２】
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【００８０】
（実施例２）
平均繊維径１３μｍ、平均繊維長７５ｍｍの卷縮されたピッチ系汎用炭素繊維を７０重量部と、熱融着性のポリエステル繊維（ユニチカ（株）製メルティ、デニール数４、平均繊維長  ３８ｍｍ）を用い平均厚み６ｍｍ、密度６．７Ｋｇ／ｃｍ3 の綿状繊維シートとしたこと、この綿状繊維シートを１５層に折り畳んだこと、調整板の間隔を３０ｍｍとしたこと、及び綿状繊維シートに対するフェーノール樹脂の含有量を１０重量％としたこと以外は、上記実施例１と同様にして本発明にかかる寝具素材Ｂ（厚み３０ｍｍ、縦２．１ｍ、横１．０ｍ）を作製した。
【００８１】
この素材Ｂは、諸物性を測定したところ、嵩密度が２０Ｋｇ／ｍ3 、最大荷重を１００ｇｆ／ｃｍ2 としたときの圧縮硬さＬＣが０．７０、圧縮回復率ＲＣが６７％、２５％圧縮時応力に対する６５％圧縮時応力の比が１０．７、圧縮残留歪率が２．８％、表面抵抗が９．８×１０6 Ω、体積固有抵抗が５．６×１０4 ＫΩ・ｃｍ、通気性が９４ｃｃ／ｃｍ2 ・ｓｅｃであった。なお、この寝具素材は、前記表１及び図２（本発明Ｂ）に示したものである。
【００８２】
この素材Ｂを厚み方向に３枚重ね合わせた敷布団を作製して、上記と同様な方法により寝心地や繰り返し使用性を確認したところ、良好な寝心地感と繰り返し使用性（１か月間使用後の残留歪率の平均値が５％以下）が得られた。なお、実施例２の敷布団は、実施例１の敷布団に比べよりソフトな弾力感ある寝心地であった。
【００８３】
（実施例３）
平均繊維径１８μｍ、平均繊維長７５ｍｍの卷縮率されたピッチ系汎用炭素繊維を用いたこと、綿状繊維シートの厚みを平均９ｍｍとしたこと、フェノール樹脂液の含有量を多くしたこと（綿状繊維シートに対し、２５重量％）、及び厚み調製板の間隔を２０ｍｍとして加熱硬化した以外は、実施例１と同様にして本発明にかかる寝具素材Ｃ（厚み３０ｍｍ、縦２．１ｍ、横１．０ｍ）を作製した。
【００８４】
この素材Ｃの諸物性を測定したところ、厚み２０ｍｍ、嵩密度が４０Ｋｇ／ｍ3 、最大荷重を１００ｇｆ／ｃｍ2 としたときの圧縮硬さＬＣが０．８、圧縮回復率ＲＣが６７％、２５％圧縮時応力に対する６５％圧縮時応力の比が１６．７、圧縮残留歪率が１．３％、表面抵抗が４．７×１０5 Ω、体積固有抵抗が１．９×１０3 Ω・ｃｍ、通気性が５２ｃｃ／ｃｍ2 ・ｓｅｃであった。
【００８５】
この素材Ｃを厚み方向に４枚重ね合わせて敷布団となし、上記と同様に寝心地感や繰り返し使用性を確認した。その結果、硬めの弾力性（腰が強い）を与える寝心地感であったが、十分に快適な寝心地が得られた。
【００８６】
【発明の効果】
以上から明らかなように、本発明寝具素材は、炭素繊維が本来的に有している強靱性、耐熱性、化学的安定性、不燃性、無毒性などの優れた特質を有し、かつ炭素繊維の単純集合物では決して得られない特性、即ち人に優しい適度な弾力性、圧縮反発性、圧縮耐久性、通気性を有する。したがって、本発明寝具素材を用いて敷布団等の寝具を作製した場合、寝心地や繰り返し使用性、保温性に優れ、かつ防災性を兼ね備えた寝具が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる寝具素材Ａ及びウレタン構造体における負荷荷重と圧縮変形量との関係を示すグラフである。
【図２】本発明にかかる寝具素材Ｂ、及ポリエステル繊維からなる３次元構造体における負荷荷重と圧縮変形量との関係を示すグラフである。
【図３】本発明製造方法で作製された積層体の概略斜視図である。
【図４】本発明にかかる寝具素材の繊維配列状態を模式的に示す説明図である。
【図５】折り畳み機構を説明するための装置概略図（側面図）である。
【図６】噴霧機構を説明するための装置概略図（正面図）である。
【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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