JP2005518482A - 繊維ウェブを製造する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

結合剤（１１）により硬化可能な繊維ウェブ（２０）から成形部品を製造する際、公知の方法では、成形部品の危険な輪郭範囲に輪郭の狂いが生じる。これは、特に輪郭（２６）が強い湾曲を持つ所又は輪郭高さが著しく増大する所に起こる。成形工具が閉じられている方法段階において、個々に即ち少なくとも危険な輪郭範囲において負圧を繊維ウェブ（２０）へ及ぼすと、輪郭の確かな製造が行われる。それにより繊維ウェブの内部に封入されていた空気が吸い出され（３７）、成形工具（２５，２６）の輪郭への繊維群の輪郭に忠実な配置を行う。この状態で冷却又は硬化の際成形部品の輪郭に忠実な形成が行われる。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、請求項１の上位概念に原理的にあげられてるように経過する、結合剤により硬化可能な繊維ウェブから成形部品を製造する方法にまず関する。この繊維ウェブの構成及び硬化は、ＤＩＮ６１２１０に記載されている。このような繊維ウェブは、一方では繊維素材から、他方では繊維用結合剤から成っている。

繊維は有機素質、天然合成のものでよく、無機基礎品を持っていてもよい。例えば回収木綿、亜麻、ジュート、ポリエステル繊維、石綿又はガラス繊維があげられる。

結合剤は一般に合成素質のものである。ポリプロピレン、ポリエステル又はフェノール樹脂及びエポキシ樹脂のような熱可塑性プラスチック、熱硬化性プラスチックが問題となる。これらの結合剤の塗布は、溶液又は分散泡から粉末状で行うことができる。結合剤を以下繊維状で使用するのが特に有利であり、以下“結合繊維”と称する。

繊維ウェブは、毛羽層の毛羽立てにより機械的に、又は空気力学的な方法で製造される。最終製品即ち硬化された成形部品は、雄型及び雌型から成る加圧装置における加圧成形によって製造される。熱可塑性結合剤を使用すると、処理の順序熱−冷が使用され、結合剤として熱硬化性材料を使用すると、冷−熱の方法経過が使用される。成形工具へ入れる際繊維ウェブの一層良好な取扱いのために、繊維ウェブを機械的にかつ／又は熱的に予備硬化するのがよい。これは、例えば繊維ウェブ中の結合剤が軟化するまで、加熱によって行うことができる。その場合繊維ウェブ中の結合剤は繊維相互の僅かな結合を行う。特に安価な製造は、繊維ウェブの形成と加圧成形とを１つの工程にまとめることである。この場合結合剤と混合される繊維ウェブは直接成形工具へ入れられ、そこで成形部品となるように加圧される。

繊維ウェブの組成と製造に応じて、閉じているか又は開いている成形部品が使用される。これは、製造すべき成形部品を加圧の際冷却せねばならないか、又は加熱せねばならないかに関係している。繊維ウエブを処理するための熱の伝達は、成形工具の材料を通して、又は流体としての空気によって、又は水の高温蒸気によって行うことができる。

成形部品の密度は、１００〜１０００ｋｇ／ｍ^３の範囲にある。密度は必ずしも単一ではなく、１つの成形部品内で変わることがある。このような成形部品の主要な使用は自動車製造において行われ、しかも車体の内側又は外側の装備素子として行われる。これらの成形部品は、場合によっては支持部品として機能することができる。例として車両のじゅうたんの下にある床緩衡材、ダッシュボード隔離板又はボンネット隔離板、車両にある側面内張り又は帽子掛けがあげられる。

このような成形部品は数十年来有効であったが、加圧成形中にその輪郭の確かさが不充分であるという重大な欠点が伴っている。型空所の内側輪郭が強い湾曲を持つか又はその輪郭高さが著しく増大している成形工具に、危険な型範囲が生じる。公知の方法では、型の所望の内側輪郭への精確な形状適合は不可能である。

輪郭の確かさを欠くという欠点を除く試みは今まで成功しなかった。１つの試みは、繊維ウェブの厚さを増大することである。他の試みは、危険な範囲に繊維ウェブの付加的な層を使用することである。しかしそれによっては、輪郭の所望の確かさは得られず、著しい別の欠点を生じた。これらの欠点の１つは、このような成形部品を製造するための一層高い費用、及びそれに伴う成形部品の望ましくない重量増加である。このことは、これらの成形部品を自動車の分野で使用するためには容認できない。

特開平４−３３２５９１号公報から、通気性クッションを表面材料で被覆する方法が公知である。これは、２つの工具から成る装置で行われ、下部工具は負圧を加えられる空気通路を持ち、上部工具は高温空気を成形部品へ与える空気通路を持っている。しかしこの方法では、成形部品は既に予備成形されているので、既に所望の形状寸法を持っている。

特開平６−３２２６５１号公報は、不繊布成形部品の成形方法を記載している。この場合原料は通気性層で覆われ、それから負圧通路を持つ工具において、所望の形状にされる。この場合負圧通路は危険な範囲に設けられている。この深絞り方法の欠点は、ほぼ同じ壁厚を持つ成形部品しか製造できないことである。

米国特許第２，４５９，８０４号明細書は、フェルト帽子及び類似物の製造装置を示している。第１の装置では、負圧通路を通されている雄型上に、原料が均一に塗布される。このため負圧通路に負圧が加えられる。第２の段階で、原料を持つこの雄型が付属の雌型により原料と一緒にされる。熱の作用で、両方の成形工具の間にある材料が所望の形に加圧される。しかしこの過程において、雄型の負圧通路に負圧が加わらない。他の実施形態も同様に、雄型と雌型から成る成形工具を示しており、これら両方の部分の間にフェルト材料が設けられている。両方の工具は空気通路を利用可能である。雄型は、空気通路、型部分及び空気通路を通って雌型へ侵入する高温蒸気を満たされる。この高温空気は成形部品の成形に役立つ。雌型から蒸気が吸い出される。この装置は、原料を既に成形部品の後の形状にほぼ合わせねばならないという欠点を持っている。危険な成形範囲では、この装置も同様に精確な形状適合を与えることができない。

これらの欠点は、請求項１にあげた方法によって除去される。この方法では、成形工具が閉じられる方法段階において、少なくとも危険な輪郭範囲において個々に範囲ごとに、成形工具に包囲されている一次加工品へ負圧が及ぼされ、それにより繊維ウェブ内部に封入されている空気が吸い出される。この吸い出しの際空気流が、結合剤と混合されている繊維ウェブを、型内部から成形工具の輪郭へ近づけることができる。一体化される結合剤の冷却又は硬化するまで、押付けられる繊維はその輪郭に忠実な位置に留まる。完成した成形部品が成形工具から取出されると、成形部品は危険な範囲においても、精確に合わされた所望の形状を持つ。

いわゆる“熱可塑性プラスチック技術”において成形部品を製造する可能性は、方法請求項３に示されている。いわゆる“熱硬化性プラスチック技術”を特徴づける第２の可能性は方法請求項９にあげられている。

本発明は、このような方法を実施する装置にも関する。本発明による装置の特別な手段は請求項１１からわかる。その特徴は、成形工具に吸引装置を付属させ、この吸引装置から１つ又は複数の吸引導管を出すことである。これらの吸引導管は成形工具の所定の個所に接続されている。これらの吸引導管の接続個所から吸引通路が出て、工具壁を貫通し、空所の内側輪郭に通じている。

本発明のそれ以外の手段は、従属請求項、発明の詳細な説明及び図面からわかる。図面には本発明の実施例が示されている。

図１には一次加工品１０の断面が概略的に示され、これについて本発明による方法が以下の図において詳細に説明される。この一次加工品１０は、空気力学的な方法で製造される繊維ウェブである。繊維ウェブは例えば４つの成分の均一な混合物である。図１に１１で示す第１の成分はいわゆる２成分繊維で、中心の繊維芯の周りに熱可塑性材料から成る外被を持っている。この成分は、繊維ウェブ中の“結合剤”、即ち既に述べた“結合繊維”の形の結合剤である。図１に繊維の形で示されて符号１２を付けられている別の成分は、種々の種類のものであってもよい。繊維の代わりに、混合物成分の一部が発泡フロックから成っていてもよい。回収木綿、ポリプロピレン繊維及び場合によってはポリウレタン発泡フロックの混合物が良いことがわかった。この結合手段１１及び前記の３つの成分混合比は、前記の順序で１５：４５：１５：２５重量％である。

繊維ウェブの一層良好な取扱いのために、繊維要素１１，１２は既に若干互いに接着しているようにする。これは繊維ウェブの少しの加熱により最もよく行われ、それにより繊維１１，１２の間に接着点１３が生じる。その場合一次加工品１０が生じる。熱的方法の代わりに、繊維ウェブのこのような一次加工品は機械的方法でも製造することができる。

この一次加工品１０は、図２に示すように、２つの加熱板１４，１５の間に入れられ、そこで結合繊維１１が所望の範囲で軟化する。熱の侵入は、図２に破線矢印１６により示されている。加熱板１４，１５は、一次加工品１０の構造に、例えば２００℃の温度を１分間及ぼす。図２におけるこの処理の際、加熱範囲にある結合剤が作用し、図３からわかる一次加工品の中間状態２０を生じる。この中間状態で結合剤１１が完全に活動的になり、繊維１１，１２の強力な接着２３を行う。この中間状態２０にもたらされる繊維ウェブは、遅れることなく成形加圧される。この成形加圧は、図３からわかる特別な構造を持つ図４の２分割成形工具において行われる。

成形工具は雄型２１及び雌型２２から成り、図４による閉じた状態で、これらの雄型２１及び雌型２２がその間に空所２４を形成し、この空所２４が完成した成形部品３０の所望の輪郭の母型となる。この成形部品の外観は例えば図からわかる。既に述べたように、このような最終製品３０は、図５に３２又は３３で示す危険な輪郭範囲を持つことがある。輪郭範囲３２は、成形部品３０の周囲輪郭３１が強い湾曲を持つ個所を含み、これが図５に曲率半径３４により象徴的に示されている。３５で示す輪郭高さが成形部品３０において著しく増大している時、別の危険な輪郭範囲３３が生じる。両方の成形工具部分２１，２２の図３に示す母型輪郭において、問題が最もよくわかる。

この場合一方の成形工具２１は、比較的簡単な例えば平らな内側輪郭２５を持っているが、他方の成形工具２２は裂け目の多い内側輪郭２６を持つ複雑な起伏を持っている。図３からわかるように、中間状態２０にある一次加工品が空所２４へ入れられ、それから閉じられる成形工具２１，２２が冷却されると、従来技術では、繊維ウェブが成形工具の２７又は２８で示す輪郭範囲へ達することは、期待できない。図３において輪郭に忠実な推移２６の代わりに、危険な輪郭範囲２７，２８は中間製品２０によっては満たされない。冷えた工具２１，２２の間で中間製品２０が冷えると、完成した成形部品において前述した危険な輪郭個所３２，３３に、輪郭の狂いが生じる。成形部品３０は所望の品質を持たない。

しかし本発明による方法は、図３に示す特別な加圧装置により、所望の品質を得る。図３に概略的に示すように、成形工具２１，２２に吸引装置１７が付属し、この吸引装置１７から吸引導管１８の群が出ている。吸引導管１８は両方の成形工具２１，２２の所定の個所１９に接続され、そこから少なくとも１つの吸引通路２９が出ている。これらの吸引通路２９は、いずれにせよ円側輪郭２６の危険な輪郭範囲２７，２８へ通じているが、好都合なように対向する成形工具２１の内側輪郭２５の所までも導かれている。吸引通路２９は成形工具２１，２２の壁を貫通している。吸引通路２９をこれらの輪郭範囲２７，２８に個々にのみ設ければ充分である。吸引通路２９における約１ｍｍの直径で充分である。

図３に更に示すように、吸引装置１７には制御装置３６が付属して、吸引装置１７の吸引作用の時点及び時間を前もって規定し、空所２４における成形部品の形成の経過に応じて決定する。その際生じる作用は図４からわかる。吸引装置１７は、空気出口３８を持っている。

既に述べたように、一次加工品は、高温の中間状態２０で、両方の成形工具２１，２２の間の空所２４へ入れられ、それから工具が閉じられる。その場合空所は引続き媒体漏れなしに閉じられている。前述した吸引装置１７は、成形工具２１，２２の閉鎖の直後に動作せしめられる。吸引装置１７は、封入されてまだ高温の中間状態２０にある繊維ウェブへ負圧を及ぼし、これが図４に各通路２９にある吸引矢印３７により明らかにされている。この吸引３７の際高温度の繊維ウェブ中間製品２０の内部に空気流が生じ、それにより繊維群１１，１２が連行され、内側輪郭２５，２６へ近づけられる。これは、特に図３に示された危険な輪郭範囲２７，２８において行われる。型内部２４におけるこの繊維運動の結果は、両方の工具２１，２２内における繊維１１，１２の輪郭に忠実な位置である。図４において負圧３７を及ぼす際、繊維ウェブの内部にある高温空気が排出される。高温空気のこの排出により、中間製品の速やかで強力な冷却が行われ、それにより繊維ウェブの速やかな硬化が行われる。

この方法の結果は、図５において認められる最終製品３０の断面から明らかになる。図４の３７の所における吸引処理のため、危険な輪郭範囲３２，３３においても、周囲輪郭３１において輪郭に忠実な推移が生じる。こうして最高品質の成形部品３０が得られる。

本発明による装置の多くの使用の際、一方の成形工具２２の範囲においてのみ、即ち危険な輪郭範囲３２，３３がある所で、吸引作用３７を実施すれば充分である。しかし図３からわかるように、この例では両方の成形工具２１，２２に吸引通路２９が設けられている。

繊維ウェブは、予備硬化部１３を持つ一次加工品１０として構成される必要はなく、加熱板１４，１５の間で、又はその代わりに加熱される成形工具２１，２２において、直ちに熱処理を受けることができる。上述した繊維ウェブの代わりに、繊維ウェブの３層構成を行い、例えば２０：６０：２０％の比で回収木綿及びポリプロピレン２成分繊維から構成することができる。その際繊維ウェブは２００〜６００ｇ／ｍ^２の重量を持つことができる。

繊維ウェブは、両側又は片側を、変形可能な装飾層又はプラスチック層で覆うことができ、これらの被覆層は負圧処理の際同様に輪郭に忠実に連行される。これらの被覆層は、吸引空気をできるだけ通すようにする。

本発明では、前述した吸引処理３７は、両方の成形工具２１、２２の閉鎖の始めに直ちに行われる。この場合短い１つの吸引パルスで充分である。１つのパルスの代わりに、複数の吸引パルスを続けることもでき、その時間及び負圧最大値は繊維ウェブの個々の構造に合わされる。

結合剤を備えかつ前もって硬化されている繊維ウェブから成る繊維ウェブ一次加工品の概略断面を示す。 結合剤が軟化するまで一次加工品が加熱を受ける第１の方法段階を示す。 図２に従って加熱された一次加工品を２分割の成形工具へ入れて、特に後述するように処理する、次の方法段階を示す。 閉じた成形工具で行われるこの特別な処理を示す方法段階を示す。 本発明による方法により得られる成形部品を示す。

符号の説明

１０ 一次加工品
１１ 結合剤、２成分繊維
１２ １０の有機又は鉱物質繊維
１３ １１，１２の接着点
１４ 第１の加熱板（図２）
１５ 第２の加熱板（図２）
１６ １４，１５，１６から１０（図２）への加熱用熱の矢印
１７ 吸引装置（図３）
１８ １７の吸引導管（図３）
１９ ２１，２２における１８の接続個所（図３）
２０ １０の高温の中間状態（図３）
２１ 第１の成形工具、雄型
２２ 第２の成形工具、雌型
２３ １１，１２の結合点、接着部（図３）
２４ ２１，２２の間の空所
２５ ２１の内側輪郭（図３）
２６ ２２の内側輪郭（図３）
２７ ２６における危険な輪郭範囲（図３）
２８ ２６における危険な輪郭範囲（図３）
２９ ２１，２２にある吸引通路（図３）
３０ 完成した成形部品、最終製品（図５）
３１ ３０の周囲輪郭（図５）
３２ ３０の危険な輪郭範囲、３１の強い湾曲
３３ ３０の危険な輪郭範囲、３１の著しい高さ増大
３４ ３２における３１の曲率半径
３５ ３３における湾曲高さ
３６ 制御装置
３７ 空気吸い出しの矢印
３８ １７の空気出口（図３）

Claims (14)

1. 結合剤（１１）及び加圧により硬化を可能な繊維ウェブ（１０，２０）から成形部品（３０）を製造する方法であって、
   なるべく熱可塑性結合剤（１１）を備えた繊維ウェブがまず製造され、熱的及び／又は機械的に一次加工品（１０）となるように予備硬化されて、よく取扱われるようにし、
   それから一次加工品（１０）が、結合剤（１１）の可塑化するまで加熱（１６）を受け、閉じられる際所望の成形部品の母型を生じる空所を形成する少なくとも２つの工具部分から成る加圧成形工具（２１，２２）へ入れられ、そこで加圧され、
   それから一次加工品（１０，２０）の繊維（１２）の間にある中間塑性の結合剤（１１）の冷部及び／又は硬化により、所望の輪郭（３１）を持つ硬化した成形部品（３０）が生じ、
   成形部品（３０）が、その輪郭の強い湾曲（３４）及び／又は著しく増大する輪郭高さ（３５）を持つ危険な輪郭範囲（３２，３３）を持っている
   ものにおいて
   成形工具（２１，２２）が閉じられる方法段階において、少なくとも危険な輪郭範囲（３２，３３）において個々に、成形工具（２１，２２）に包囲されている一次加工品（１０，２０）へ負圧（３７）が及ぼされ、それにより繊維ウェブ内部に封入されている空気が吸い出される（３７）
   ことを特徴とする、成形部品の製造方法。
2. 吸い出し（３７）の際生じる空気流により、結合剤（１１）と混合された繊維ウェブが、型内部から成形工具（２２，２１）の内側輪郭（２６，２５）へ近づけられ、一体化される結合剤（１１）の冷却及び／又は硬化するまで、この内側輪郭に忠実な位置に留まることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 必要な作業温度への一次加工品（１０）の加熱（１６）が、まず成形工具（２１，２２）外で行われ、
   それから高温の中間状態（２０）にある一次加工品が、冷えている成形工具（２１，２２）へ入れられ、成形工具（２１，２２）が閉じられる
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 必要な作業温度（２０）への一次加工品（１０）の加熱（１６）が、２つの加熱板（１４，１５）の間で行われることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 成形工具（２１，２２）の閉鎖の直後に負圧（３７）が及ぼされることを特徴とする、請求項１〜４の１つに記載の方法。
6. 負圧（３７）が短いパルスとして及ぼされることを特徴とする、請求項１〜５の１つに記載の方法。
7. 負圧（３７）が、順次に続くパルスの形で及ぼされることを特徴とする、請求項１〜６の１つに記載の方法。
8. 負圧パルスがその期間及び／又は負圧最大値に関して相違していることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 一次加工品（１０）が高温の成形工具へ入れられ、必要な作業温度への一次加工品（１０）の加熱が、閉じた成形工具の内部で行われ、それから型が開かれ、成形部品（３０）が取出され、成形工具外で冷却される
   ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
10. 一次加工品（１０）への予備硬化の代わりに、まだ処理されない結合剤（１１）と混合された繊維ウェブが、加熱板（１４，１５）の間又は加熱すべき成形工具へ入れられ、そこで必要な作業温度になるまで直ちに加熱されることを特徴とする、請求項１〜９の１つに記載の方法。
11. 請求項１〜１０の１つに記載の方法を実施するための装置であって、相対移動可能な少なくとも２つの成形工具（２１，２２）を含み、
    加圧装置を閉じた際成形工具（２１，２２）がその間に空所（２４）を区画し、この空所が成形部品（３０）の所望の輪郭（３１）の母型を示し、この空所（２４）が一次加工品（１０，２０）を受入れる
    ものにおいて、
    成形工具（２１，２２）に吸引装置（１７）が付属し、この吸引装置（１７）から少なくとも１つの吸引導管（１８）が出ており、
    吸引導管（１８）が、両方の成形工具（２１，２２）のうち少なくとも１つの所定の個所（１９）に接続され、
    吸引導管（１８）の接続個所（１９）から少なくとも１つの吸引通路（２９）が出て、工具壁を貫通し、空所（２４）の内側輪郭（２６，２５）に通じている
    ことを特徴とする、装置。
12. 吸引導管（１７）に制御装置（３６）が付属し、
    制御装置（３６）による吸引装置（１７）の作用の時点及び時間が、成形工具（２１，２２）の空所（２４）における成形部品の形成の経過に応じて決定される
    ことを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
13. 吸引通路（２９）が一方の成形工具（２２）のみに設けられていることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の装置。
14. 吸引通路（２９）が両方の成形工具（２１，２２）に設けられていることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の装置。

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