JP2004346436A - 繊維成形体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】低コストで効率的に繊維成形体を製造できるようにする。
【解決手段】本発明に係る繊維成形体の製造方法は、多数の太い繊維片と、１本当たりの重量がその太い繊維片より小さく設定されている多数の細い繊維片とを混ぜ合わせる混繊工程と、混繊された太い繊維片と細い繊維片とを回転ローラ３２の外周面３４に保持して、その回転ローラ３２と共に回転させる工程と、回転ローラ３２の回転力を利用して、太い繊維片と細い繊維片とをその回転ローラ３２の外周面３４から平らな繊維受け面３１まで飛ばし、その繊維受け面３１上に主として太い繊維片によって粗く形成された低密度層２４と、主として細い繊維片によって緻密に形成された高密度層２２とを備える繊維マット２０を形成する工程と、その工程で得られた第１の繊維マット２０と第２の繊維マット２０との低密度層２４どうしを重ね合わせた状態で、それらの繊維マット２０を互いに連結するとともに、各々の前記繊維片を互いに接着する工程とを有する。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明に係る繊維成形体の製造方法は、多数の太い繊維片と、１本当たりの重量がその太い繊維片より小さく設定されている多数の細い繊維片とを混ぜ合わせる混繊工程と、混繊された太い繊維片と細い繊維片とを回転ローラ３２の外周面３４に保持して、その回転ローラ３２と共に回転させる工程と、回転ローラ３２の回転力を利用して、太い繊維片と細い繊維片とをその回転ローラ３２の外周面３４から平らな繊維受け面３１まで飛ばし、その繊維受け面３１上に主として太い繊維片によって粗く形成された低密度層２４と、主として細い繊維片によって緻密に形成された高密度層２２とを備える繊維マット２０を形成する工程と、その工程で得られた第１の繊維マット２０と第２の繊維マット２０との低密度層２４どうしを重ね合わせた状態で、それらの繊維マット２０を互いに連結するとともに、各々の前記繊維片を互いに接着する工程とを有する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に太い繊維によって粗く形成された低密度層が主に細い繊維によって緻密に形成された高密度層によって挟まれる構成の繊維成形体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の繊維成形体及びその製造方法が特許文献１に記載されている。
前記繊維成形体Ａは、図５に示すように、主として太い無機繊維（１７μｍ）によって粗く形成された低密度の芯層５１と、その芯層５１の両面に、主として細い無機繊維（１０μｍ）によって緻密に形成された高密度の表層５３，５５とを備えている。
繊維成形体Ａを製造するには、先ず、芯層５１と、上側の表層５３と、下側の表層５５とをそれぞれ別々の機械で製造した後、重ね合わせ、ニードルパンチでパンチングすることにより、繊維マットを製造する。次に、その繊維マットの両面に樹脂フィルムを積層して加熱し、加熱プレスによって加圧する。これによって、繊維間が溶融した樹脂によって接着され、繊維成形体Ａが得られる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２００４６０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した繊維成形体Ａの製造方法では、各層５１，５３，５５を別々の機械で製造するため機械台数が多くなり、設備コストが高くなる。また、各層５１，５３，５５毎に重ね合わせて連結する必要があるため、製造効率が良くない。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、設備コストを抑えた状態で、効率的に繊維成形体を製造することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、各請求項の発明によって解決される。
請求項１の発明は、主に太い繊維によって粗く形成された低密度層が主に細い繊維によって緻密に形成された高密度層によって挟まれる構成の繊維成形体の製造方法であって、多数の太い繊維片と、１本当たりの重量がその太い繊維片より小さく設定されている多数の細い繊維片とを混ぜ合わせる混繊工程と、混繊された太い繊維片と細い繊維片とを回転ローラの外周面に保持して、その回転ローラと共に回転させる工程と、前記回転ローラの回転力を利用して、太い繊維片と細い繊維片とをその回転ローラの外周面から平らな繊維受け面まで飛ばし、その繊維受け面上に主として前記太い繊維片によって粗く形成された低密度層と、主として前記細い繊維片によって緻密に形成された高密度層とを備える繊維マットを形成する工程と、前記繊維マットを形成する工程によって得られた第１の繊維マットと第２の繊維マットとの低密度層どうしを重ね合わせた状態で、それらの繊維マットを互いに連結するとともに、各々の前記繊維片を互いに接着する工程とを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明によると、回転ローラの回転力を利用して、太い繊維片と細い繊維片とをその回転ローラの外周面から平らな繊維受け面まで飛ばすため、重い方の太い繊維片が細い繊維片よりも先に繊維受け面に到達し易くなる。このため、平らな繊維受け面上には、主として太い繊維片によって粗く低密度層が形成され、その上に中間層を介して主として前記細い繊維片によって緻密に高密度層が形成される。即ち、平らな繊維受け面上には、一工程で低密度層と高密度層とを備える繊維マットが形成される。
そして、前記繊維マットを形成する工程によって得られた第１の繊維マットと第２の繊維マットとの低密度層どうしが重ね合わされて連結され、さらに各々の前記繊維片が互いに接着されることで、低密度層が高密度層によって挟まれる構成の繊維成形体が形成される。
このように、一工程で低密度層と高密度層とを備える繊維マットを形成できるため、従来のように、低密度層と、表側の高密度層と、裏側の高密度層とをそれぞれ別々の機械で製造する方式と比べて機械台数を少なくでき、設備コストを抑えることができる。また、一工程で低密度層と高密度層とを備える繊維マットを形成できるため、繊維成形体の製造効率も向上する。
【０００８】
請求項２の発明は、低密度層が上になるように第１の繊維マットを平らな繊維受け面上に設置する工程と、その第１の繊維マットの上に回転ローラの外周面から太い繊維片と細い繊維片とを飛ばし、低密度層と高密度層とを備える第２の繊維マットを積層する工程とを有している。
このため、第２の繊維マットを製造する際に、その第２の繊維マットを第１の繊維マットに積層できるようになり、繊維成形体の製造効率がさらに向上する。
【０００９】
請求項３の発明は、主に太い繊維によって粗く形成された低密度層が主に細い繊維によって緻密に形成された高密度層によって挟まれる構成の繊維成形体であって、太い繊維は、繊維径が８０μｍ〜２５０μｍの間に設定されている。
このように、太い繊維は繊維径が８０μｍ以上であるため、低密度層によって繊維成形体の厚みや剛性を確保できるようになる。また、太い繊維の繊維径が２５０μｍ以下であるため、低密度層が変形し難くなることがなく、繊維成形体の成形性の悪化を防止できる。
ここで、太い繊維には、請求項４に示すように、サイザル麻繊維を使用するのが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
以下、図１〜図４に基づいて本発明の実施形態１に係る繊維成形体及びその製造方法の説明を行う。本実施形態に係る繊維成形体は、自動車用天井材の基材として使用される板状体であり、図１、図２に繊維成形体の素材である繊維マットの製造方法が示されている。また、図３には、繊維成形体を使用した自動車用天井材の製造方法が示されている。
【００１１】
繊維成形体１０は、図２（Ｂ）に示すように、二枚の繊維マット２０を使用して製造される。繊維マット２０は、約２５質量％の天然繊維片と、約２５質量％の無機繊維片と、約５０質量％の熱可塑性樹脂繊維片とから構成される。天然繊維片としては、例えば、サイザル麻繊維片が使用される。サイザル麻繊維片は太さ寸法が約１５０〜１６０μｍであり、長さ寸法が約１５０ｍｍに設定されている。また、サイザル麻繊維片の１本当たりの平均重量は約０．０８２ｇである。
【００１２】
無機繊維片としては、例えば、カーボン繊維片が使用される。カーボン繊維片は太さ寸法（直径）が約７μｍであり、長さ寸法が約１００ｍｍに設定されている。また、カーボン繊維片の１本当たりの平均重量は約０．０００１ｇである。
熱可塑性樹脂繊維片は、無機繊維片と無機繊維片、及び無機繊維片と天然繊維片等とを互いに接着するために使用される繊維であり、例えば、ポリプロピレン繊維片が好適に使用される。ポリプロピレン繊維片は太さ寸法（直径）が約１５〜１７μｍであり、長さ寸法が約６４ｍｍに設定されている。また、ポリプロピレン繊維片の１本当たりの平均重量は約０．００００２ｇである。
【００１３】
繊維マット２０の表面側は、図１、図２に示すように、主として細くて軽いカーボン繊維片及び熱可塑性樹脂繊維片によって緻密に形成された高密度層と２２となっている。また、繊維マット２０の裏面側は、主として太くて重いサイザル麻繊維片によって粗く形成された低密度層２４となっている。さらに、高密度層２２と低密度層２４との境界は存在せず、両層２２，２４の間に中間層２３が形成されている。中間層２３では、通常、高密度層２２に近づくにつれてカーボン繊維片及び熱可塑性樹脂繊維片の割合が大きくなり、低密度層２４に近づくにつれてサイザル麻繊維片の割合が大きくなる。
【００１４】
繊維マット２０は二枚一組で使用され、第１の繊維マット２０の低密度層２４に第２の繊維マット２０の低密度層２４が重ね合わされた状態で、両繊維マット２０がニードルパンチ（図示されていない）によってパンチングされる。ここで、二枚重ね合わされた繊維マット２０の目付けは約４５０ｇ／ｍ２〜６００ｇ／ ｍ２の間に設定されている。
即ち、前記サイザル麻繊維片が本発明の太い繊維片に相当し、カーボン繊維片及び熱可塑性樹脂繊維片が本発明の細い繊維片に相当する。
【００１５】
次に、繊維マット２０の製造機３０について説明した後、その繊維マット２０を使用した繊維成形体１０の製造方法、及び繊維成形体１０を使用した自動車用天井材の製造方法について説明する。
繊維マット２０の製造機３０は、多数のサイザル麻繊維片、カーボン繊維片及び熱可塑性樹脂繊維片（以下、繊維片Ｆという）を外周面に保持して、それらの繊維片Ｆを回転させる回転ローラ３２を備えている。回転ローラ３２は、図１（Ａ）に示すように、水平に保持されており、その外周面３４には繊維片を保持するための複数の針体３６が形成されている。
【００１６】
また、回転ローラ３２の上方には、その回転ローラ３２の外周面３４に沿って円周方向に複数の補助ローラ３８が設置されている。補助ローラ３８は、回転ローラ３２の外周面３４に保持された繊維片Ｆを押さえるローラであり、回転ローラ３２と平行に配置されている。さらに、それらの補助ローラ３８の外周面３８ｒと回転ローラ３２の外周面３４との間隔が所定寸法に保持されている。補助ローラ３８は、回転ローラ３２に対して逆方向に回転するように構成されており、回転ローラ３２の外周面３４に保持された繊維片Ｆがそれらの補助ローラ３８の下側を通過できるようになっている。
【００１７】
回転ローラ３２は、図１（Ａ）において左回転することで繊維片Ｆに回転力（遠心力及び慣性力）を加える構成であり、その回転ローラ３２の斜め右上に繊維片供給機３５が設置されている。
繊維片供給機３５は、予めほぼ均一に混ぜられたサイザル麻繊維片、カーボン繊維片及び熱可塑性樹脂繊維片を貯留する貯留槽３５ｈと、貯留された繊維片Ｆを一定量づつ回転ローラ３２の外周面３４に供給する供給機構３５ｆとから構成されている。
【００１８】
また、回転ローラ３２の下側には、ほぼ水平に繊維片受けコンベヤ３１が設置されている。繊維片受けコンベヤ３１は、回転ローラ３２の運転と同期して運転されるコンベヤであり、回転ローラ３２の外周面３４から回転力で下方に飛ばされた繊維片Ｆを受けて、その繊維片Ｆを定速で前方（図１（Ａ）において右方向）に搬送する。これによって、繊維片受けコンベヤ３１上には、ほぼ一定の厚みで繊維片Ｆが積層されるようになる。なお、繊維片受けコンベヤ３１の速度を調整することで、積層される繊維片Ｆの厚みを調整することが可能になる。
即ち、繊維片受けコンベヤ３１の上面が本発明の繊維受け面に相当する。
【００１９】
次に、製造機３０の動作を説明しながら、繊維マット２０の製造方法、及びその繊維マット２０を使用した繊維成形体１０の製造方法について説明する。
先ず、図１（Ａ）に示すように、回転ローラ３２が左回転方向に駆動され、補助ローラ３８が右回転方向に駆動される。さらに、回転ローラ３２等に合わせて繊維片受けコンベヤ３１が駆動される。
回転ローラ３２、補助ローラ３８及び繊維片受けコンベヤ３１がそれぞれ所定速度で運転している状態で、繊維片供給機３５から回転ローラ３２の外周面３４に一定量づつ繊維片Ｆが供給される。
【００２０】
回転ローラ３２の外周面３４に供給された繊維片Ｆは、複数の針体３６によってその外周面３４に保持された状態で回転ローラ３２と共に回転する。前述のように、回転ローラ３２の上方には、その回転ローラ３２の外周面３４に沿って円周方向に複数の補助ローラ３８が設置されている。このため、回転ローラ３２と共に回転する繊維片Ｆは補助ローラ３８に押さえられ、遠心力が加わっても、上方に飛び出すことがない。回転ローラ３２の外周面３４に保持された繊維片Ｆが各々の補助ローラ３８の下を通過して、その回転ローラ３２の下側まで到達すると、繊維片Ｆは回転ローラ３２の回転力（遠心力及び慣性力）で下方に飛ばされる。
【００２１】
前述のように、繊維片Ｆは、太くて重いサイザル麻繊維片と、細くて軽いカーボン繊維片、ポリプロピレン繊維片とを混繊したものである。このため、繊維片Ｆが回転ローラ３２の回転力で下方に飛ばされると、太くて重いサイザル麻繊維片が細くて軽いカーボン繊維片、ポリプロピレン繊維片よりも先に繊維片受けコンベヤ３１に到達し易くなる。
【００２２】
これによって、繊維片受けコンベヤ３１上には、図１（Ｂ）に示すように、主として太くて重いサイザル繊維片によって粗く低密度層２４が形成され、その上に中間層２３を介し、主としてカーボン繊維片及びポリプロピレン繊維によって緻密な高密度層２２が形成される。即ち、繊維片受けコンベヤ３１上には、低密度層２４を下にした状態で、所定厚み寸法の繊維マット２０が形成される。ここで、繊維片受けコンベヤ３１の速度は、繊維マット２０の目付けが約２２５ ｇ／ｍ２〜３００ｇ／ｍ２ の間となるように調整されている。
【００２３】
次に、製造機３０によって製造された二枚の繊維マット２０、即ち、第１の繊維マット２０と第２の繊維マット２０とが、図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、低密度層２４どうしで重ね合わされ、ニードルパンチ（図示されていない）によってパンチングされることで連結される。
【００２４】
パンチングされた両繊維マット２０は、ポリプロピレン繊維片が熱溶融するまで加熱された後、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、表裏両面に接着フィルムを介して表皮材２６が重ね合わされる。そして、この状態で、ホットプレス装置４３によって加圧される。これによって、熱溶融した両繊維マット２０のポリプロピレン樹脂が高密度層２２及び低密度層２４に含浸されてカーボン繊維片どうしを接着するとともに、カーボン繊維片とサイザル麻繊維片とを接着する。さらに、ポリプロピレン樹脂及び接着フィルムによって表皮材２６が表裏の両繊維マット２０の高密度層２２に接着される。
【００２５】
次に、図３（Ｃ）に示すように、ホットプレス装置４３の圧力が解除され、表皮材２６が接着された両繊維マット２０が所定時間だけ静置される。そして、両繊維マット２０の厚み寸法が主としてサイザル麻繊維片からなる低密度層２４の復元力によって所定寸法まで回復した状態で繊維成形体１０が完成する。
次に、図３（Ｄ）に示すように、繊維成形体１０がコールドプレス装置４５にセットされ、自動車用天井材の形状に成形される。
本実施形態に係る繊維成形体１０（目付けが約４５０ｇ／ｍ２〜５５０ｇ／ｍ２）を使用した場合、自動車用天井材の板厚寸法は約３．５ｍｍ〜４．５ｍｍとなり、同じ目付けで均一密度の繊維成形体（厚み寸法 約３ｍｍ）と比べて厚み寸法を大きくすることができる。
【００２６】
上記したように、本実施形態に係る繊維成形体１０の製造方法によると、低密度層２４、中間層２３及び高密度層２２からなる繊維マット２０を一台の製造機３０によって一工程で形成し、第１の繊維マット２０と第２の繊維マット２０との低密度層２４どうしを重ね合わせて繊維成形体１０を製造する。このため、低密度層と、表側の高密度層と、裏側の高密度層とをそれぞれ別々の機械で製造する従来の方法と比べ、機械台数が少なくて済み、設備コストを抑えることができる。また、一工程で低密度層２４、中間層２３及び高密度層２２からなる繊維マット２０を形成できるため、繊維成形体１０の製造効率も向上する。
【００２７】
また、低密度層２４の主材料にはサイザル麻繊維片が使用され、その繊維径が１５０μｍ以上に設定されているため、低密度層２４によって繊維成形体１０の厚みや剛性を確保できるようになる。また、サイザル麻繊維片の繊維径が１６０μｍ以下であるため、低密度層が比較的変形し易く、繊維成形体１０の成形性の悪化を防止できる。なお、サイザル麻繊維片の繊維径は、８０μｍ以上であれば、ある程度、繊維成形体１０の厚みや剛性を確保できる。また、サイザル麻繊維片の繊維径が２５０μｍ以下であれば、ある程度、繊維成形体１０の成形性の悪化を防止できる。
【００２８】
また、本実施形態に係る繊維成形体１０には、主として太い繊維片により形成された低密度層２４があるため、同じ目付けで均一密度の繊維成形体と比べて厚み寸法を大きくすることができる。このため、コールドプレス装置４５による成形の場合に型クリアランスを大きくとれ、自動車用天井材の板厚寸法を大きくできる。
また、同じ目付けの場合、自動車用天井材の板厚寸法を大きくできるため、剛性が高くなるとともに、吸音性能も向上する。
【００２９】
図４（Ａ）は、第１の繊維マット２０と第２の繊維マット２０とを連続的に形成するとともに、それらの繊維マット２０を自動的に重ね合わせることが可能な繊維マット製造設備１を表す模式図である。
繊維マット製造設備１は、第１の繊維マット２０を製造する第１製造機３０ａと第２の繊維マット２０を製造する第２製造機３０ｂとを備えている。ここで、第１製造機３０ａ及び第２製造機３０ｂの構造は、先に説明した製造機３０とほぼ等しい構造のため、同じ部材については同一番号を付して説明を省略する。
【００３０】
第１製造機３０ａの回転ローラ３２は右回転することで繊維片に回転力を加える構成である。第１製造機３０ａの回転ローラ３２の下方には、その回転ローラ３２から下方に飛ばされた繊維片を受ける第１繊維受けコンベヤ３１ａがほぼ水平に設置されており、第１の繊維マット２０を後方（図中左側）に搬送できるように構成されている。
第２製造機３０ｂは、第１製造機３０ａの前方（図中右側）に設置されており、その第２製造機３０ｂの回転ローラ３２が左回転することで繊維片に回転力を加える構成である。
【００３１】
第１繊維受けコンベヤ３１ａ及び第２製造機３０ｂの回転ローラ３２の下方には、その第１繊維受けコンベヤ３１ａから落下する第１の繊維マット２０と、第２製造機３０ｂの回転ローラ３２から落下する繊維片Ｆ２（第２の繊維マット２０）とを受ける第２繊維受けコンベヤ３１ｂがほぼ水平に設置されている。第２繊維受けコンベヤ３１ｂは、第１の繊維マット２０と第２の繊維マット２０とを前方（図中右側）に搬送できるように構成されている。
【００３２】
第１製造機３０ａの回転ローラ３２によって下方に飛ばされた繊維片Ｆ１は、前述のように、第１繊維受けコンベヤ３１ａで受けられる。これによって、第１繊維受けコンベヤ３１ａ上には低密度層２４を下にした状態で第１の繊維マット２０が積層される。第１の繊維マット２０は、第１繊維受けコンベヤ３１ａによって後方（図４において左方向）に搬送された後、その第１繊維受けコンベヤ３１ａの搬送端で第２繊維受けコンベヤ３１ｂに移される。ここで、第２繊維受けコンベヤ３１ｂの搬送方向は第１繊維受けコンベヤ３１ａの搬送方向と逆であるため、第１の繊維マット２０は第１繊維受けコンベヤ３１ａから第２繊維受けコンベヤ３１ｂに移される際に裏表が逆転する。
【００３３】
即ち、第２繊維受けコンベヤ３１ｂ上には、図４（Ｂ）に示すように、高密度層２２を下にした状態で第１の繊維マット２０が載置される。この状態で、第１の繊維マット２０は、第２繊維受けコンベヤ３１ｂによって前方（図４において右方向）に搬送される。そして、第１の繊維マット２０が第２製造機３０ｂの下を定速で通過することにより、その第１の繊維マット２０の上には、その第２製造機３０ｂの回転ローラ３２によって下方に飛ばされた繊維片Ｆ２がほぼ均等な厚みで積層される。即ち、第１の繊維マット２０の低密度層２４の上に、図４（Ｃ）に示すように、第２の繊維マット２０の低密度層２４、中間層２３及び高密度層２４が積層されるようになる。
次に、低密度層２４どうしが重ね合わされた第１の繊維マット２０と第２の繊維マット２０とがニードルパンチ（図示されていない）によってパンチングされることで連結される。なお、パンチング後、繊維成形体１０が製造されるまでの工程は、前述の通りである。
【００３４】
このように、第１の繊維マット２０と第２の繊維マット２０とを連続的に製造しながら、両繊維マット２０を自動的に重ね合わせることができるため、繊維成形体１０の製造効率がさらに向上する。
【００３５】
ここで、本実施形態では、低密度層２４を構成する天然繊維にサイザル麻繊維を使用する例を示したが、サイザル麻繊維の代わりにケナフやしゅろ繊維等を使用することも可能である。
また、高密度層２４を構成する無機繊維にカーボン繊維を使用する例を示したが、カーボン繊維の代わりにガラス繊維や金属繊維等を使用することも可能である。
また、熱可塑性樹脂繊維にポリプロピレン樹脂繊維を使用する例を示したが、ポリプロピレン樹脂繊維の代わりにポリエチレン、ポリブデン等のオレフィン樹脂を使用することも可能である。
【００３６】
ここで、実施形態に記載された発明のうちで特許請求の範囲には記載されていない発明を以下に列記する。
（１） 請求項１に記載の繊維成形体の製造方法であって、
細い繊維片は、無機繊維片と、繊維片を互いに接着するために使用される熱可塑性樹脂繊維片とから構成されていることを特徴とする繊維成形体の製造方法。
（２）（１）において、熱可塑性樹脂繊維片には、直径約１５μｍ〜１７μｍのポリプロピレン繊維が使用されることを特徴とする繊維成形体の製造方法。
（３）（１）において、無機繊維片には、直径約１０μｍ以下のカーボン繊維が使用されることを特徴とする繊維成形体の製造方法。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によると、設備コストを抑えることができるとともに、繊維成形体の製造効率も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る繊維成形体の素材である繊維マットの製造方法を表す模式側面図（Ａ図）及び繊維マットの模式縦断面図（Ｂ図）である。
【図２】第１の繊維マットと第２の繊維マットとを重ね合わせて繊維成形体を製造する様子を表す模式縦断面図（Ａ図）（Ｂ図）である。
【図３】繊維マットから繊維成形体を製造する方法を表す模式図（Ａ図〜Ｃ図）、及び繊維成形体から自動車用天井材を製造する方法を表す模式図（Ｄ図）である。
【図４】繊維マットの別の製造方法を表す模式側面図（Ａ図）、繊維マットの模式縦断面図（Ｂ図、Ｃ図）である。
【図５】従来の繊維成形体を表す模式縦断面図である。
【符号の説明】
１０ 繊維成形体
２０ 繊維マット
２２ 高密度層
２３ 中間層
２４ 低密度層
３１ 繊維片受けコンベヤ
３２ 回転ローラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に太い繊維によって粗く形成された低密度層が主に細い繊維によって緻密に形成された高密度層によって挟まれる構成の繊維成形体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の繊維成形体及びその製造方法が特許文献１に記載されている。
前記繊維成形体Ａは、図５に示すように、主として太い無機繊維（１７μｍ）によって粗く形成された低密度の芯層５１と、その芯層５１の両面に、主として細い無機繊維（１０μｍ）によって緻密に形成された高密度の表層５３，５５とを備えている。
繊維成形体Ａを製造するには、先ず、芯層５１と、上側の表層５３と、下側の表層５５とをそれぞれ別々の機械で製造した後、重ね合わせ、ニードルパンチでパンチングすることにより、繊維マットを製造する。次に、その繊維マットの両面に樹脂フィルムを積層して加熱し、加熱プレスによって加圧する。これによって、繊維間が溶融した樹脂によって接着され、繊維成形体Ａが得られる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２００４６０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した繊維成形体Ａの製造方法では、各層５１，５３，５５を別々の機械で製造するため機械台数が多くなり、設備コストが高くなる。また、各層５１，５３，５５毎に重ね合わせて連結する必要があるため、製造効率が良くない。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、設備コストを抑えた状態で、効率的に繊維成形体を製造することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、各請求項の発明によって解決される。
請求項１の発明は、主に太い繊維によって粗く形成された低密度層が主に細い繊維によって緻密に形成された高密度層によって挟まれる構成の繊維成形体の製造方法であって、多数の太い繊維片と、１本当たりの重量がその太い繊維片より小さく設定されている多数の細い繊維片とを混ぜ合わせる混繊工程と、混繊された太い繊維片と細い繊維片とを回転ローラの外周面に保持して、その回転ローラと共に回転させる工程と、前記回転ローラの回転力を利用して、太い繊維片と細い繊維片とをその回転ローラの外周面から平らな繊維受け面まで飛ばし、その繊維受け面上に主として前記太い繊維片によって粗く形成された低密度層と、主として前記細い繊維片によって緻密に形成された高密度層とを備える繊維マットを形成する工程と、前記繊維マットを形成する工程によって得られた第１の繊維マットと第２の繊維マットとの低密度層どうしを重ね合わせた状態で、それらの繊維マットを互いに連結するとともに、各々の前記繊維片を互いに接着する工程とを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明によると、回転ローラの回転力を利用して、太い繊維片と細い繊維片とをその回転ローラの外周面から平らな繊維受け面まで飛ばすため、重い方の太い繊維片が細い繊維片よりも先に繊維受け面に到達し易くなる。このため、平らな繊維受け面上には、主として太い繊維片によって粗く低密度層が形成され、その上に中間層を介して主として前記細い繊維片によって緻密に高密度層が形成される。即ち、平らな繊維受け面上には、一工程で低密度層と高密度層とを備える繊維マットが形成される。
そして、前記繊維マットを形成する工程によって得られた第１の繊維マットと第２の繊維マットとの低密度層どうしが重ね合わされて連結され、さらに各々の前記繊維片が互いに接着されることで、低密度層が高密度層によって挟まれる構成の繊維成形体が形成される。
このように、一工程で低密度層と高密度層とを備える繊維マットを形成できるため、従来のように、低密度層と、表側の高密度層と、裏側の高密度層とをそれぞれ別々の機械で製造する方式と比べて機械台数を少なくでき、設備コストを抑えることができる。また、一工程で低密度層と高密度層とを備える繊維マットを形成できるため、繊維成形体の製造効率も向上する。
【０００８】
請求項２の発明は、低密度層が上になるように第１の繊維マットを平らな繊維受け面上に設置する工程と、その第１の繊維マットの上に回転ローラの外周面から太い繊維片と細い繊維片とを飛ばし、低密度層と高密度層とを備える第２の繊維マットを積層する工程とを有している。
このため、第２の繊維マットを製造する際に、その第２の繊維マットを第１の繊維マットに積層できるようになり、繊維成形体の製造効率がさらに向上する。
【０００９】
請求項３の発明は、主に太い繊維によって粗く形成された低密度層が主に細い繊維によって緻密に形成された高密度層によって挟まれる構成の繊維成形体であって、太い繊維は、繊維径が８０μｍ〜２５０μｍの間に設定されている。
このように、太い繊維は繊維径が８０μｍ以上であるため、低密度層によって繊維成形体の厚みや剛性を確保できるようになる。また、太い繊維の繊維径が２５０μｍ以下であるため、低密度層が変形し難くなることがなく、繊維成形体の成形性の悪化を防止できる。
ここで、太い繊維には、請求項４に示すように、サイザル麻繊維を使用するのが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
以下、図１〜図４に基づいて本発明の実施形態１に係る繊維成形体及びその製造方法の説明を行う。本実施形態に係る繊維成形体は、自動車用天井材の基材として使用される板状体であり、図１、図２に繊維成形体の素材である繊維マットの製造方法が示されている。また、図３には、繊維成形体を使用した自動車用天井材の製造方法が示されている。
【００１１】
繊維成形体１０は、図２（Ｂ）に示すように、二枚の繊維マット２０を使用して製造される。繊維マット２０は、約２５質量％の天然繊維片と、約２５質量％の無機繊維片と、約５０質量％の熱可塑性樹脂繊維片とから構成される。天然繊維片としては、例えば、サイザル麻繊維片が使用される。サイザル麻繊維片は太さ寸法が約１５０〜１６０μｍであり、長さ寸法が約１５０ｍｍに設定されている。また、サイザル麻繊維片の１本当たりの平均重量は約０．０８２ｇである。
【００１２】
無機繊維片としては、例えば、カーボン繊維片が使用される。カーボン繊維片は太さ寸法（直径）が約７μｍであり、長さ寸法が約１００ｍｍに設定されている。また、カーボン繊維片の１本当たりの平均重量は約０．０００１ｇである。
熱可塑性樹脂繊維片は、無機繊維片と無機繊維片、及び無機繊維片と天然繊維片等とを互いに接着するために使用される繊維であり、例えば、ポリプロピレン繊維片が好適に使用される。ポリプロピレン繊維片は太さ寸法（直径）が約１５〜１７μｍであり、長さ寸法が約６４ｍｍに設定されている。また、ポリプロピレン繊維片の１本当たりの平均重量は約０．００００２ｇである。
【００１３】
繊維マット２０の表面側は、図１、図２に示すように、主として細くて軽いカーボン繊維片及び熱可塑性樹脂繊維片によって緻密に形成された高密度層と２２となっている。また、繊維マット２０の裏面側は、主として太くて重いサイザル麻繊維片によって粗く形成された低密度層２４となっている。さらに、高密度層２２と低密度層２４との境界は存在せず、両層２２，２４の間に中間層２３が形成されている。中間層２３では、通常、高密度層２２に近づくにつれてカーボン繊維片及び熱可塑性樹脂繊維片の割合が大きくなり、低密度層２４に近づくにつれてサイザル麻繊維片の割合が大きくなる。
【００１４】
繊維マット２０は二枚一組で使用され、第１の繊維マット２０の低密度層２４に第２の繊維マット２０の低密度層２４が重ね合わされた状態で、両繊維マット２０がニードルパンチ（図示されていない）によってパンチングされる。ここで、二枚重ね合わされた繊維マット２０の目付けは約４５０ｇ／ｍ２〜６００ｇ／ ｍ２の間に設定されている。
即ち、前記サイザル麻繊維片が本発明の太い繊維片に相当し、カーボン繊維片及び熱可塑性樹脂繊維片が本発明の細い繊維片に相当する。
【００１５】
次に、繊維マット２０の製造機３０について説明した後、その繊維マット２０を使用した繊維成形体１０の製造方法、及び繊維成形体１０を使用した自動車用天井材の製造方法について説明する。
繊維マット２０の製造機３０は、多数のサイザル麻繊維片、カーボン繊維片及び熱可塑性樹脂繊維片（以下、繊維片Ｆという）を外周面に保持して、それらの繊維片Ｆを回転させる回転ローラ３２を備えている。回転ローラ３２は、図１（Ａ）に示すように、水平に保持されており、その外周面３４には繊維片を保持するための複数の針体３６が形成されている。
【００１６】
また、回転ローラ３２の上方には、その回転ローラ３２の外周面３４に沿って円周方向に複数の補助ローラ３８が設置されている。補助ローラ３８は、回転ローラ３２の外周面３４に保持された繊維片Ｆを押さえるローラであり、回転ローラ３２と平行に配置されている。さらに、それらの補助ローラ３８の外周面３８ｒと回転ローラ３２の外周面３４との間隔が所定寸法に保持されている。補助ローラ３８は、回転ローラ３２に対して逆方向に回転するように構成されており、回転ローラ３２の外周面３４に保持された繊維片Ｆがそれらの補助ローラ３８の下側を通過できるようになっている。
【００１７】
回転ローラ３２は、図１（Ａ）において左回転することで繊維片Ｆに回転力（遠心力及び慣性力）を加える構成であり、その回転ローラ３２の斜め右上に繊維片供給機３５が設置されている。
繊維片供給機３５は、予めほぼ均一に混ぜられたサイザル麻繊維片、カーボン繊維片及び熱可塑性樹脂繊維片を貯留する貯留槽３５ｈと、貯留された繊維片Ｆを一定量づつ回転ローラ３２の外周面３４に供給する供給機構３５ｆとから構成されている。
【００１８】
また、回転ローラ３２の下側には、ほぼ水平に繊維片受けコンベヤ３１が設置されている。繊維片受けコンベヤ３１は、回転ローラ３２の運転と同期して運転されるコンベヤであり、回転ローラ３２の外周面３４から回転力で下方に飛ばされた繊維片Ｆを受けて、その繊維片Ｆを定速で前方（図１（Ａ）において右方向）に搬送する。これによって、繊維片受けコンベヤ３１上には、ほぼ一定の厚みで繊維片Ｆが積層されるようになる。なお、繊維片受けコンベヤ３１の速度を調整することで、積層される繊維片Ｆの厚みを調整することが可能になる。
即ち、繊維片受けコンベヤ３１の上面が本発明の繊維受け面に相当する。
【００１９】
次に、製造機３０の動作を説明しながら、繊維マット２０の製造方法、及びその繊維マット２０を使用した繊維成形体１０の製造方法について説明する。
先ず、図１（Ａ）に示すように、回転ローラ３２が左回転方向に駆動され、補助ローラ３８が右回転方向に駆動される。さらに、回転ローラ３２等に合わせて繊維片受けコンベヤ３１が駆動される。
回転ローラ３２、補助ローラ３８及び繊維片受けコンベヤ３１がそれぞれ所定速度で運転している状態で、繊維片供給機３５から回転ローラ３２の外周面３４に一定量づつ繊維片Ｆが供給される。
【００２０】
回転ローラ３２の外周面３４に供給された繊維片Ｆは、複数の針体３６によってその外周面３４に保持された状態で回転ローラ３２と共に回転する。前述のように、回転ローラ３２の上方には、その回転ローラ３２の外周面３４に沿って円周方向に複数の補助ローラ３８が設置されている。このため、回転ローラ３２と共に回転する繊維片Ｆは補助ローラ３８に押さえられ、遠心力が加わっても、上方に飛び出すことがない。回転ローラ３２の外周面３４に保持された繊維片Ｆが各々の補助ローラ３８の下を通過して、その回転ローラ３２の下側まで到達すると、繊維片Ｆは回転ローラ３２の回転力（遠心力及び慣性力）で下方に飛ばされる。
【００２１】
前述のように、繊維片Ｆは、太くて重いサイザル麻繊維片と、細くて軽いカーボン繊維片、ポリプロピレン繊維片とを混繊したものである。このため、繊維片Ｆが回転ローラ３２の回転力で下方に飛ばされると、太くて重いサイザル麻繊維片が細くて軽いカーボン繊維片、ポリプロピレン繊維片よりも先に繊維片受けコンベヤ３１に到達し易くなる。
【００２２】
これによって、繊維片受けコンベヤ３１上には、図１（Ｂ）に示すように、主として太くて重いサイザル繊維片によって粗く低密度層２４が形成され、その上に中間層２３を介し、主としてカーボン繊維片及びポリプロピレン繊維によって緻密な高密度層２２が形成される。即ち、繊維片受けコンベヤ３１上には、低密度層２４を下にした状態で、所定厚み寸法の繊維マット２０が形成される。ここで、繊維片受けコンベヤ３１の速度は、繊維マット２０の目付けが約２２５ ｇ／ｍ２〜３００ｇ／ｍ２ の間となるように調整されている。
【００２３】
次に、製造機３０によって製造された二枚の繊維マット２０、即ち、第１の繊維マット２０と第２の繊維マット２０とが、図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、低密度層２４どうしで重ね合わされ、ニードルパンチ（図示されていない）によってパンチングされることで連結される。
【００２４】
パンチングされた両繊維マット２０は、ポリプロピレン繊維片が熱溶融するまで加熱された後、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、表裏両面に接着フィルムを介して表皮材２６が重ね合わされる。そして、この状態で、ホットプレス装置４３によって加圧される。これによって、熱溶融した両繊維マット２０のポリプロピレン樹脂が高密度層２２及び低密度層２４に含浸されてカーボン繊維片どうしを接着するとともに、カーボン繊維片とサイザル麻繊維片とを接着する。さらに、ポリプロピレン樹脂及び接着フィルムによって表皮材２６が表裏の両繊維マット２０の高密度層２２に接着される。
【００２５】
次に、図３（Ｃ）に示すように、ホットプレス装置４３の圧力が解除され、表皮材２６が接着された両繊維マット２０が所定時間だけ静置される。そして、両繊維マット２０の厚み寸法が主としてサイザル麻繊維片からなる低密度層２４の復元力によって所定寸法まで回復した状態で繊維成形体１０が完成する。
次に、図３（Ｄ）に示すように、繊維成形体１０がコールドプレス装置４５にセットされ、自動車用天井材の形状に成形される。
本実施形態に係る繊維成形体１０（目付けが約４５０ｇ／ｍ２〜５５０ｇ／ｍ２）を使用した場合、自動車用天井材の板厚寸法は約３．５ｍｍ〜４．５ｍｍとなり、同じ目付けで均一密度の繊維成形体（厚み寸法 約３ｍｍ）と比べて厚み寸法を大きくすることができる。
【００２６】
上記したように、本実施形態に係る繊維成形体１０の製造方法によると、低密度層２４、中間層２３及び高密度層２２からなる繊維マット２０を一台の製造機３０によって一工程で形成し、第１の繊維マット２０と第２の繊維マット２０との低密度層２４どうしを重ね合わせて繊維成形体１０を製造する。このため、低密度層と、表側の高密度層と、裏側の高密度層とをそれぞれ別々の機械で製造する従来の方法と比べ、機械台数が少なくて済み、設備コストを抑えることができる。また、一工程で低密度層２４、中間層２３及び高密度層２２からなる繊維マット２０を形成できるため、繊維成形体１０の製造効率も向上する。
【００２７】
また、低密度層２４の主材料にはサイザル麻繊維片が使用され、その繊維径が１５０μｍ以上に設定されているため、低密度層２４によって繊維成形体１０の厚みや剛性を確保できるようになる。また、サイザル麻繊維片の繊維径が１６０μｍ以下であるため、低密度層が比較的変形し易く、繊維成形体１０の成形性の悪化を防止できる。なお、サイザル麻繊維片の繊維径は、８０μｍ以上であれば、ある程度、繊維成形体１０の厚みや剛性を確保できる。また、サイザル麻繊維片の繊維径が２５０μｍ以下であれば、ある程度、繊維成形体１０の成形性の悪化を防止できる。
【００２８】
また、本実施形態に係る繊維成形体１０には、主として太い繊維片により形成された低密度層２４があるため、同じ目付けで均一密度の繊維成形体と比べて厚み寸法を大きくすることができる。このため、コールドプレス装置４５による成形の場合に型クリアランスを大きくとれ、自動車用天井材の板厚寸法を大きくできる。
また、同じ目付けの場合、自動車用天井材の板厚寸法を大きくできるため、剛性が高くなるとともに、吸音性能も向上する。
【００２９】
図４（Ａ）は、第１の繊維マット２０と第２の繊維マット２０とを連続的に形成するとともに、それらの繊維マット２０を自動的に重ね合わせることが可能な繊維マット製造設備１を表す模式図である。
繊維マット製造設備１は、第１の繊維マット２０を製造する第１製造機３０ａと第２の繊維マット２０を製造する第２製造機３０ｂとを備えている。ここで、第１製造機３０ａ及び第２製造機３０ｂの構造は、先に説明した製造機３０とほぼ等しい構造のため、同じ部材については同一番号を付して説明を省略する。
【００３０】
第１製造機３０ａの回転ローラ３２は右回転することで繊維片に回転力を加える構成である。第１製造機３０ａの回転ローラ３２の下方には、その回転ローラ３２から下方に飛ばされた繊維片を受ける第１繊維受けコンベヤ３１ａがほぼ水平に設置されており、第１の繊維マット２０を後方（図中左側）に搬送できるように構成されている。
第２製造機３０ｂは、第１製造機３０ａの前方（図中右側）に設置されており、その第２製造機３０ｂの回転ローラ３２が左回転することで繊維片に回転力を加える構成である。
【００３１】
第１繊維受けコンベヤ３１ａ及び第２製造機３０ｂの回転ローラ３２の下方には、その第１繊維受けコンベヤ３１ａから落下する第１の繊維マット２０と、第２製造機３０ｂの回転ローラ３２から落下する繊維片Ｆ２（第２の繊維マット２０）とを受ける第２繊維受けコンベヤ３１ｂがほぼ水平に設置されている。第２繊維受けコンベヤ３１ｂは、第１の繊維マット２０と第２の繊維マット２０とを前方（図中右側）に搬送できるように構成されている。
【００３２】
第１製造機３０ａの回転ローラ３２によって下方に飛ばされた繊維片Ｆ１は、前述のように、第１繊維受けコンベヤ３１ａで受けられる。これによって、第１繊維受けコンベヤ３１ａ上には低密度層２４を下にした状態で第１の繊維マット２０が積層される。第１の繊維マット２０は、第１繊維受けコンベヤ３１ａによって後方（図４において左方向）に搬送された後、その第１繊維受けコンベヤ３１ａの搬送端で第２繊維受けコンベヤ３１ｂに移される。ここで、第２繊維受けコンベヤ３１ｂの搬送方向は第１繊維受けコンベヤ３１ａの搬送方向と逆であるため、第１の繊維マット２０は第１繊維受けコンベヤ３１ａから第２繊維受けコンベヤ３１ｂに移される際に裏表が逆転する。
【００３３】
即ち、第２繊維受けコンベヤ３１ｂ上には、図４（Ｂ）に示すように、高密度層２２を下にした状態で第１の繊維マット２０が載置される。この状態で、第１の繊維マット２０は、第２繊維受けコンベヤ３１ｂによって前方（図４において右方向）に搬送される。そして、第１の繊維マット２０が第２製造機３０ｂの下を定速で通過することにより、その第１の繊維マット２０の上には、その第２製造機３０ｂの回転ローラ３２によって下方に飛ばされた繊維片Ｆ２がほぼ均等な厚みで積層される。即ち、第１の繊維マット２０の低密度層２４の上に、図４（Ｃ）に示すように、第２の繊維マット２０の低密度層２４、中間層２３及び高密度層２４が積層されるようになる。
次に、低密度層２４どうしが重ね合わされた第１の繊維マット２０と第２の繊維マット２０とがニードルパンチ（図示されていない）によってパンチングされることで連結される。なお、パンチング後、繊維成形体１０が製造されるまでの工程は、前述の通りである。
【００３４】
このように、第１の繊維マット２０と第２の繊維マット２０とを連続的に製造しながら、両繊維マット２０を自動的に重ね合わせることができるため、繊維成形体１０の製造効率がさらに向上する。
【００３５】
ここで、本実施形態では、低密度層２４を構成する天然繊維にサイザル麻繊維を使用する例を示したが、サイザル麻繊維の代わりにケナフやしゅろ繊維等を使用することも可能である。
また、高密度層２４を構成する無機繊維にカーボン繊維を使用する例を示したが、カーボン繊維の代わりにガラス繊維や金属繊維等を使用することも可能である。
また、熱可塑性樹脂繊維にポリプロピレン樹脂繊維を使用する例を示したが、ポリプロピレン樹脂繊維の代わりにポリエチレン、ポリブデン等のオレフィン樹脂を使用することも可能である。
【００３６】
ここで、実施形態に記載された発明のうちで特許請求の範囲には記載されていない発明を以下に列記する。
（１） 請求項１に記載の繊維成形体の製造方法であって、
細い繊維片は、無機繊維片と、繊維片を互いに接着するために使用される熱可塑性樹脂繊維片とから構成されていることを特徴とする繊維成形体の製造方法。
（２）（１）において、熱可塑性樹脂繊維片には、直径約１５μｍ〜１７μｍのポリプロピレン繊維が使用されることを特徴とする繊維成形体の製造方法。
（３）（１）において、無機繊維片には、直径約１０μｍ以下のカーボン繊維が使用されることを特徴とする繊維成形体の製造方法。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によると、設備コストを抑えることができるとともに、繊維成形体の製造効率も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る繊維成形体の素材である繊維マットの製造方法を表す模式側面図（Ａ図）及び繊維マットの模式縦断面図（Ｂ図）である。
【図２】第１の繊維マットと第２の繊維マットとを重ね合わせて繊維成形体を製造する様子を表す模式縦断面図（Ａ図）（Ｂ図）である。
【図３】繊維マットから繊維成形体を製造する方法を表す模式図（Ａ図〜Ｃ図）、及び繊維成形体から自動車用天井材を製造する方法を表す模式図（Ｄ図）である。
【図４】繊維マットの別の製造方法を表す模式側面図（Ａ図）、繊維マットの模式縦断面図（Ｂ図、Ｃ図）である。
【図５】従来の繊維成形体を表す模式縦断面図である。
【符号の説明】
１０ 繊維成形体
２０ 繊維マット
２２ 高密度層
２３ 中間層
２４ 低密度層
３１ 繊維片受けコンベヤ
３２ 回転ローラ
Claims (4)
- 主に太い繊維によって粗く形成された低密度層が主に細い繊維によって緻密に形成された高密度層によって挟まれる構成の繊維成形体の製造方法であって、
多数の太い繊維片と、１本当たりの重量がその太い繊維片より小さく設定されている多数の細い繊維片とを混ぜ合わせる混繊工程と、
混繊された太い繊維片と細い繊維片とを回転ローラの外周面に保持して、その回転ローラと共に回転させる工程と、
前記回転ローラの回転力を利用して、太い繊維片と細い繊維片とをその回転ローラの外周面から平らな繊維受け面まで飛ばし、その繊維受け面上に主として前記太い繊維片によって粗く形成された低密度層と、主として前記細い繊維片によって緻密に形成された高密度層とを備える繊維マットを形成する工程と、
前記繊維マットを形成する工程によって得られた第１の繊維マットと第２の繊維マットとの低密度層どうしを重ね合わせた状態で、それらの繊維マットを互いに連結するとともに、各々の前記繊維片を互いに接着する工程と、
を有することを特徴とする繊維成形体の製造方法。 - 請求項１に記載の繊維成形体の製造方法であって、
低密度層が上になるように第１の繊維マットを平らな繊維受け面上に設置する工程と、
その第１の繊維マットの上に回転ローラの外周面から太い繊維片と細い繊維片とを飛ばし、低密度層と高密度層とを備える第２の繊維マットを積層する工程と、
を有することを特徴とする繊維成形体の製造方法。 - 主に太い繊維によって粗く形成された低密度層が主に細い繊維によって緻密に形成された高密度層によって挟まれる構成の繊維成形体であって、
太い繊維は、繊維径が８０μｍ〜２５０μｍの間に設定されていることを特徴とする繊維成形体。 - 請求項３に記載の繊維成形体であって、
太い繊維には、サイザル麻繊維が使用されていることを特徴とする繊維成形体。
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