(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
(1) マトリックス繊維中に熱融着性を有するバインダー繊維を分散混入した繊維集合体を充填した金型キャビティ内で該繊維集合体を上下に圧縮するために上下部に分割した上部金型及び下部金型と、(2) 前記上部金型と前記下部金型との間に充填された繊維集合体を側部から囲み、且つ両端に隔てられて互いに平行に対向する２つの端面が前記上下部金型壁面によって形成される圧縮面の鉛直方向に対して傾斜した傾斜面を有する側部金型とから少なくとも構成される金型(1)と(2)とを用いて、前記繊維集合体の圧縮方向が前記側部金型の傾斜した両端面に対して並行するように上下部金型で繊維集合体を圧縮して繊維集合体の嵩高密度を調整し、最終的に圧縮した繊維同士を熱融着させることを特徴とするクッション材の成形方法。
【請求項２】
前記繊維集合体を搬送気流に随伴させながら前記金型キャビティへ移送することを特徴とする請求項１記載のクッション材の成形方法。
【請求項３】
前記繊維集合体を金型キャビティに移送する方向を、繊維集合体を圧縮する金型の圧縮面に対して平行とすることを特徴とする、請求項２記載のクッション材の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マトリックス繊維中に該マトリックス繊維より低い融点を有する熱融着性のバインダー繊維が分散混入された繊維集合体（以下、単に「繊維集合体」と称する）をクッション材へと熱成形するためのクッション材の成形方法に関する。
【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安価な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、通気性が悪く蒸れ易いこと、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、前記の繊維集合体を使用したクッション材が、これら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。このクッション材は、金型のキャビティ内へ繊維集合体を充填し、これを熱成形することで繊維集合体中に含まれるバインダー繊維を溶融させて繊維集合体中の繊維同士を結合させることで形成されたものである。
【０００４】
前記のクッション材の製造方法として、金型を通気性を有する材料で構成し、繊維集合体を搬送気流に随伴させて金型キャビティに充填し、次いで金型キャビティに充填された繊維集合体中に加熱風と冷却風を貫流させてクッション材を成形する方法（以下、「空気吹込み法」と称する）が、例えば特開平７−３２４２６６号公報に提案されている。また、ハンドレイアップやロボット等の自動化機械を使用した金型キャビティへの充填も通常行われている。
【０００５】
しかしながら、このような従来の成形方法では、互いにほぼ平行して対向する傾斜端面３ａ’を有する金型キャビティに繊維集合体を充填して成形を行う場合には、優れた品質を有するクッション材を成形できないという問題を有している。この点について、図５を援用しながら、以下に説明する。
【０００６】
前記図５において、図（ａ）は、空気吹込み法による金型キャビティへの繊維集合体の型詰め完了時の様子を模式的に例示した正断面略線図、そして、図（ｂ）は、型詰めされた繊維集合体の圧縮後の様子を模式的に例示した正断面略線図をそれぞれ示す。
【０００７】
このような従来技術においては、前記図５（ａ）に例示するように、金型キャビティＣ’に充填した後、前記図５（ｂ）に例示するように、上金型１’を下方へ移動させて充填された繊維集合体Ｆ’の圧縮を行う。その際、その圧縮方向（図の矢示方向）は、金型キャビティＣ’に充填された繊維集合体Ｆ’を圧縮するための、上金型１’及び／又は下金型２’の圧縮面１ａ’及び／又は２ａ’に対して、直交する方向が採用される。
【０００８】
しかしながら、前記図５（ｂ）に例示されるように、金型キャビティＣ’の側部の両端に位置する２つの端面の形状が、互いに平行して対向する傾斜面３ａ’を有する場合には、該傾斜面３ａ’部（図５（ｂ）の参照符号Ａ’で示した部分）が他の部分と比較して、圧縮率が大きくなってしまうという問題が有る。このようにして、前記傾斜部の圧縮率が大きくなってしまうと、この部分だけ、他の部分と比較して、嵩高密度が高くなってしまう結果、硬くなってしまい、成形したクッション材の品質を損なうという問題を惹起する。
【０００９】
【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、「金型キャビティの端面が互いに平行に対向する傾斜を有する場合において、金型キャビティの傾斜端面部に充填された繊維集合体と、その他の部位に充填された繊維集合体とを所定の嵩高密度に圧縮することができ、これによって、品質に優れたクッション材を成形する方法を提供する。」ことにある。
【００１０】
なお、クッション材の成形方法として、特に、従来の空気吹込み法による金型キャビティへの充填方式を採用した場合に生じる、金型キャビティ内での繊維集合体の充填斑や成形斑といった課題をも解決しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
ここに、従来技術が有する課題を解決するための手段として、本発明によれば、「(1) マトリックス繊維中に熱融着性を有するバインダー繊維を分散混入した繊維集合体を充填した金型キャビティ内で該繊維集合体を上下に圧縮するため上下部に分割した上部金型及び下部金型の上部金型及び下部金型と、(2) 前記上部金型と前記下部金型との間に充填された繊維集合体を側部から囲み、且つ両端に隔てられて互いに平行に対向する２つの端面が前記上部金型壁面及び／又は下部金型壁面によって形成される圧縮面の鉛直方向に対して傾斜した傾斜面を有する側部金型とから少なくとも構成される金型(1)と(2)とを用いて、前記繊維集合体の圧縮方向が前記側部金型の傾斜した両端面に対して並行するように上下部金型で繊維集合体を圧縮して繊維集合体の嵩高密度を調整し、最終的に圧縮した繊維同士を熱融着させることを特徴とするクッション材の成形方法」が提供される。
【００１２】
なお、前記の本発明の方法においては、金型キャビティに繊維集合体を充填するに際して、搬送気流に繊維集合体を随伴させて金型キャビティへ移送する方法を採用することが成形時間を短縮し品質に優れたクッション材を製造する上で好ましい。その際、繊維集合体を圧縮する金型の圧縮面に対して、金型キャビティへの繊維集合体の吹込み方向を平行とすることが、繊維集合体の金型キャビティへの吹込みに伴って発生する、前述の種々の問題を解決する上で肝要である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の態様について、その作用と共に詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の方法を実施するための装置を模式的に例示した正断面略線図である。
該図１において、参照符号Ｆは、本発明で用いる繊維集合体を示す。ここで、本発明の前記繊維集合体Ｆは、「マトリックス繊維」と「バインダー繊維」とを均一に混合したものをいう。
【００１５】
その際、前者の「マトリックス繊維」を構成する合成繊維素材としては、特に制限する必要はなく、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、ポリピバラクトン、またはこれらの共重合エステルからなる短繊維、及至これらの繊維の混繊維集合体、または上記のポリマー成分の中の２種類以上からなる複合繊維（コンジュゲート繊維）等からなる短繊維を例示することができる。
【００１６】
また、該短繊維の横断面形状は、円形、扁平、異形または中空のいずれであっても良い。さらに、この場合の合成繊維の短繊維には捲縮が付与されていることが好ましく、このような捲縮としては、顕在捲縮であることが特に好ましい。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の複合繊維を加熱する方法等で得ることができる。
【００１７】
他方、後者の「バインダー繊維」としては、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のポリマーからなる繊維等を例示でき、特にこれらポリマーが繊維表面の一部に露出した複合繊維を好適に使用することができる。なお、該バインダー繊維は成形する製品の要求性能に合わせて適当な量が前記のマトリックス繊維中に分散・混入されていることはいうまでもない。
【００１８】
次に、前述のような素材で構成される繊維集合体Ｆは、図１（ａ）に示すように、金型キャビティＣ内に充填される。この該金型キャビティＣは、前記図１（ａ）において、参照符号１で表わされる上部金型、参照符号２で表わされる下部金型、そして参照符号３で表わされる金型枠で囲まれた領域である。
【００１９】
なお、該金型枠３は、「側部金型」としての役割をも果たしており、これらの上部金型１、下部金型２、及び金型枠（側部金型）３は、パンチングプレートのような多数の開孔を有する通気性材料で構成されている。また、側部金型を兼ねる前記金型枠３には、クッション材の成形原料である繊維集合体Ｆを供給するための原料供給口４が設けられている。
【００２０】
ここで、前記上部金型１及び下部金型２は、金型の圧縮時及び／又は開放時において上下方向へ移動させる駆動手段（図示せず）に連結されており、それぞれ独立して上下動できる構成とされている。なお、このような駆動手段（図示せず）としては、例えば空気圧又は油圧で駆動される流体圧シリンダーやラックとピニオンとが付設された直線運動を行う電動機等の公知の手段を用いることができる。
【００２１】
このようにすることで、前述のように金型１及び２は、繊維集合体Ｆの圧縮時、成形が完了したクッション材の取り出し時、成形装置の補修時などにおいて、それぞれ独立して個別に上下に移動自在とすることができる。また、説明を省略するが、金型１及び２による繊維集合体Ｆの圧縮量の調整、クッション材の寸法安定性の確保などを目的として、金型１及び２は、それぞれ予め決められた位置に正確に多段に渡って位置決め停止できるようにするために、ストッパーなどの公知の位置決め手段を有していることも言うまでもない。
【００２２】
また、前記図１（ａ）の実施態様においては、金型キャビティＣへ繊維集合体Ｆを充填する方法として、前述の空気吹込み法を採用しているが、ハンドレイアップやロボット等の自動化機械を使用した金型キャビティへの充填方法を採用できることは、言うまでもない。
【００２３】
このように、金型キャビティＣへ繊維集合体Ｆを充填するための方法は、特に限定する必要はないが、空気吹込み法が、本発明の方法を実施する上で繊維集合体Ｆの金型キャビティＣへの充填時間を他の方法よりも短縮できる点で好ましい。何故ならば、空気吹込み法によれば、例えば金型１及び２を完全に開放して繊維集合体Ｆ（通常、予め整形したウェブ等の形態を採る）を金型キャビティＣ内に載置し、その後に金型１及び２を閉じるといった工程から作業者を開放し、これによって人手による充填工程を省略することが出来るからである。
【００２４】
そこで、上記のような利点を持つ空気吹込み法による繊維集合体Ｆの充填工程を、前記図１（ａ）を参照しながら、簡単に説明する。この充填工程は、該図１（ａ）に示すように、繊維集合体Ｆを所定の量だけ、コンベア５上に供給することから始まる。次いで、コンベア５上に載置された一定量の繊維集合体Ｆは、該コンベア５によって、参照符号６で表わされる開繊機に迄搬送され、該開繊機６を通すことによって所望の開繊が行われる。
【００２５】
このようにして、開繊機６によって開繊された繊維集合体Ｆは、参照符号７で表わされる送風機からの搬送空気流と、開繊機６の回転運動によって生じる随伴気流との複合気流からなる搬送気流によって、参照符号８で表わされる移送ダクト中を搬送されて、原料供給口４から金型キャビティに充填される。
【００２６】
この場合、開繊機６の随伴気流のみで繊維集合体Ｆを金型キャビティＣ内に充填することも可能であるが、小塊となった繊維集合体Ｆを搬送する空気流の流れ状態を整えるという意味から送風機７からの搬送気流を併用することが望ましい。つまり、開繊機６の開繊シリンダーの回転運動によって生じる随伴気流のみによって、繊維集合体Ｆを金型キャビティＣへ充填することもできるが、繊維集合体Ｆを金型キャビティＣ内に均等かつ短時間で効率的に充填するという観点から、送風機７から供給される空気流を併用することが好ましいのである。
【００２７】
本発明は、「両側端に互いに隔てられた２つの端面（すなわち、両端面）が、上部金型及び下部金型の壁面が形成する繊維集合体の圧縮面の鉛直方向に対して互いに平行して対向する傾斜面を形成する金型キャビティに繊維集合体を充填し、充填した繊維集合体を所定の嵩高密度にまで圧縮するのに際して、その圧縮する方向を、前記傾斜端面に対して平行となるようにする。」ことを一大特徴とする。なお、以下の説明において、このような“互いに平行して対向する傾斜面が形成された金型キャビティの側部の両端面”を“傾斜端面”と称する。
【００２８】
そこで、本発明においては、図１（ａ）及び（ｂ）に模式的に例示するように、金型キャビティＣの傾斜端面３ａが実質的に前記の金型枠３（側部金型）の金型壁で構成されるようにする。したがって、金型キャビティＣの傾斜端面３ａは、図示されているように実質的に鉛直面を形成することになる。
【００２９】
他方、金型キャビティＣの傾斜端面３ａを鉛直方向に変更した結果として、水平面を維持していた上部金型１及び／又は下部金型２の繊維集合体Ｆの圧縮面１ａ及び／又は２ａは、逆に、水平面に対して一定の角度で傾斜する傾斜面を形成することとなる。しかも、繊維集合体Ｆを圧縮する方向は、以前の鉛直方向（即ち、図１の上下方向）を維持し、この方向を変更しない。このため、繊維集合体Ｆの圧縮方向は、実質的に鉛直面を形成する金型キャビティＣの傾斜端面３ａと同じ鉛直方向（即ち、傾斜端面３ａに対して並行方向）である。
【００３０】
したがって、図１の正断面略線図において例示する、平行四辺形を有する金型キャビティＣを例に採って説明すると、図１（ｂ）に示したように、金型キャティＣ内に充填された繊維集合体Ｆを、金型キャビティＣの各部において、一定の比率で圧縮することが可能となる。
【００３１】
このようにすることで、金型キャビティＣの傾斜端部３ａが、特別に大きな比率で圧縮されることも無くなり、この部分が他の部分と比較して硬くなるということも無くなる。つまり、従来技術の説明欄で援用した図５に示された従来例の場合のように、最終的に熱成形されるクッション材の傾斜端面3a'が他の部位と比較しても特別に硬くなる、という事態を回避できるのである。
【００３２】
なお、この場合に問題となるのは、金型キャビティＣの傾斜端面３ａ部における繊維集合体Ｆの圧縮制御が目標通りにできず、クッション材の傾斜端面３ａ部の硬度を設計通りに自由に制御できないという事態である。そこで、成形するクッション材の中央部と端部の硬軟度をわざと異ならせたいという事態が生じた場合には、硬軟度を個別に制御したい部位に対して、上部金型１及び／又は下部金型２を分割した分割金型を使用することで対応すればよい。
【００３３】
何故ならば、このように分割金型を使用する事によって、分割した各金型の圧縮方向へのそれぞれの移動距離（圧縮距離）を個別に制御する事を可能とし、これによって、繊維集合体の圧縮度合いによってクッション材の各硬軟度を、各分割金型が対応する部位毎に、局所的に変えることができるからである。
【００３４】
ところで、本発明の方法においては、前述の空気吹込み法を採用する場合には、繊維集合体Ｆを金型キャビティＣに吹き込み充填する際に、少なくとも空気の吹込み方向（繊維集合体の吹込み方向でもある）を上部金型１及び／又は下部金型２の圧縮面１ａ及び／又は２ａに対して、平行になるようにする事が好ましい。
【００３５】
この場合、図１（ａ）及び（ｂ）に例示した実施態様のように、開繊機６と移送ダクト８の両方を、上部金型１及び／又は下部金型２の圧縮面１ａ及び／又は２ａの傾斜に合せて、傾斜させるようにしても良い。また、図２の図（ａ）及び図（ｂ）に例示した実施態様のように、開繊機６は傾斜させずに、移送ダクト８のみを、上部金型１及び／又は下部金型２の圧縮面１ａ及び／又は２ａの傾斜に合せて、傾斜させるようにしても良い。
【００３６】
その際、肝要なことは、上部金型１及び／又は下部金型２の圧縮面１ａ及び／又は２ａの傾斜方向に、繊維集合体Ｆを搬送する搬送空気の吹込み方向を合わせることである。このようにすることで、次に述べるような空気吹込み法に起因する特有の問題を回避する事ができるのである。
【００３７】
そこで、この点に関して、以下に図３を参照しながら詳細に説明することとする。先ず、図３を簡単に説明すると、図（ａ）は、繊維集合体Ｆの圧縮を完了した時点の様子を模式的に示した正断面略線図である。また、図（ｂ）と図（ｃ）とは、上部金型１の開きを小さくした場合と、上部金型１の開きを大きくした場合とをそれぞれ模式的に例示した正断面略線図を示す。
【００３８】
なお、これらの図３（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）は、図１及び図２を援用して既に詳細に説明したように、繊維集合体Ｆの搬送空気の吹込み方向を傾斜させて、上部金型１及び／又は下部金型２の圧縮面１ａ及び／又は２ａに沿わせなかった場合に生じる問題について、説明するための図である。
【００３９】
ここで、図３（ｂ）に模式的に例示した、上部金型２の開きを小さくした状態で繊維集合体Ｆを搬送気流に乗せて金型キャビティＣに充填すると、上部金型２の圧縮面２ａが傾斜させられているために、繊維集合体Ｆが上部金型２の圧縮面２ａに一旦衝突し、その後に金型キャビティＣに充填されることとなる。
【００４０】
このように、繊維集合体Ｆが金型壁に一旦衝突した後、金型キャビティＣに充填されるような事態となると、繊維集合体Ｆの金型キャビティＣ内での積層状態を正常に制御することが困難となり、その故に充填斑を惹起し、その結果として、成形後のクッション材の内部に欠肉が生じる原因ともなる。
【００４１】
そこで、このような問題を解消するために、図３（ｃ）に例示するように、上部金型２の開き度合いを大きくすることが考えられる。しかしながら、このような場合においては、上部金型１への繊維集合体Ｆの衝突を回避しながら、所定量の繊維集合体Ｆを金型キャビティＣ内に充填しようとすると、原料供給口４より上方の金型キャビティＣａには繊維集合体Ｆが充填されないような事態が生じることになる。
【００４２】
もし、このような事態が生じると、繊維集合体Ｆが充填され難い前記の部分Ｃａで繊維集合体Ｆの充填不足を惹起して、この部分において嵩高密度が低下することとなるため、成形後のクッション材において、回避すべき硬軟度斑がその内部に生じてしまうこととなる。
【００４３】
したがって、既に述べたように、空気吹込み法を採用する場合には、上部金型１及び／又は下部金型２の圧縮面１ａ及び／又は２ａに対して、金型キャビティＣへの繊維集合体Ｆの吹込み方向を平行とすることが必要となる。
【００４４】
なお、前述の全実施態様は、図１〜図３に示したように、互いにほぼ平行して対向する金型キャビティＣの傾斜端面３ａを鉛直方向へと立設した例を示した。しかしながら、本発明の実施態様では、図４の図（ａ）及び図（ｂ）に模式的に例示した正断面略線図に示すように、金型キャビティＣの傾斜端面３ａを鉛直方向とせずに、従来技術のように、上部金型１及び／又は下部金型２の圧縮面１ａ及び／又は２ａを水平面とすることもできる。
【００４５】
この場合には、金型枠（側部金型）３を形成する壁面のみが、金型キャビティＣの傾斜端面３ａに沿って傾斜させられることになり、上部金型１及び／又は下部金型２の圧縮面１ａ及び／又は２ａは水平面を維持したままである。したがって、この実施態様においては、図４では図示しないが、繊維集合体Ｆを開繊する開繊機６や、開繊した繊維集合体Ｆを移送する移送ダクト８は、傾斜させる必要はなく、従来通り水平に設置することができる。
【００４６】
以上のようにして、金型キャビティＣに繊維集合体Ｆを充填し、充填した繊維集合体Ｆを所定の嵩高密度まで圧縮する工程を完了すると、圧縮された繊維集合体Ｆを熱成形して、クッション材へと転化する工程を行う。この工程においては、先ず、繊維集合体Ｆ中の繊維同士を融着させるために、繊維集合体Ｆに含まれるバインダー繊維を溶融させる加熱風を貫流させる。そして、冷却風を繊維集合体Ｆ中に貫流させて、溶融させたバインダー繊維を固化させることによって、繊維集合体Ｆを構成する繊維同士を結合させ、クッション材を最終的に熱成形するのである。
【００４７】
【発明の効果】
以上に述べた本発明によれば、「金型キャビティの側部の端面が互いに平行に対向する傾斜を有する場合において、金型キャビティの傾斜端面部に充填された繊維集合体と、その他の部位に充填された繊維集合体とを所定の嵩高密度に圧縮することができ、これによって、品質に優れたクッション材を成形する方法が提供できる。」という極めて顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するための装置を模式的に例示した正断面略線図である。
【図２】本発明の他の実施態様に係わる方法を実施するための装置を模式的に例示した正断面略線図である。
【図３】本発明の他の実施態様を説明するための図であって、図（ａ）は繊維集合体Ｆの圧縮を完了した時点の様子、そして、図（ｂ）と図（ｃ）とは、上部金型１の開きを小さくした場合の様子と上部金型１の開きを大きくした場合の様子とをそれぞれ模式的に例示した正断面略線図をそれぞれ示す。
【図４】本発明の他の実施態様を説明するための図であって、図（ａ）は繊維集合体Ｆの金型キャビティへの充填を完了した時点での様子、そして、図（ｂ）は、繊維集合体Ｆの圧縮を完了した時点での様子をそれぞれ模式的に例示した正断面略線図である。
【図５】図（ａ）は、空気吹込み法による金型キャビティへの繊維集合体の型詰め完了時の様子を模式的に例示した正断面略線図、そして、図（ｂ）は、型詰めされた繊維集合体の圧縮後の様子を模式的に例示した正断面略線図である。
【符号の説明】
１    上部金型
１ａ  上部金型の圧縮面
２    下部金型
２ａ  下部金型の圧縮面
３    金型枠（側部金型）
３ａ  傾斜端面
４    原料供給口
５    コンベア
６    開繊機
７    送風機
８    移送ダクト
Ｃ    金型キャビティ
Ｆ    繊維集合体
【図１】
0003733411.tif 000002
【図２】
0003733411.tif 000003
【図３】
0003733411.tif 000004
【図４】
0003733411.tif 000005
【図５】
0003733411.tif 000006