JP2014515661A - 電気紡糸された不織布ポリマー層を有するシートクッション - Google Patents

Abstract

様々な実施形態によれば、シートクッションは、電気紡糸不織布層を含む。このシートクッションは、ポリマーを溶融するステップと、ポリマーを成形型蓋部にて電気紡糸し不織布ポリマー層を形成するステップと、発泡体を成形型に注入するステップと、成形型蓋部を閉じることにより、発泡体が膨張するにつれて発泡体と不織布ポリマー層とが結合するステップとにより製造され得る。

Description

関連出願への相互参照
本出願は、電気紡糸された不織布ポリマー層を有するシートクッション（“SEAT CUSHION HAVING AN ELECTROSPUN NONWOVEN POLYMER LAYER”）という発明の名称で、2011年4月6日に出願された米国仮出願第61/472,482号に基づく優先権および利益を主張する。

本発明は、概して、電気紡糸された不織布ポリマー層を有するシートクッションに関する。

車両の座席は、通常、ドライバーまたは乗員を支持するために座席底部および座席背もたれを含む。ある座席構成においては、座席底部と座席背もたれの両方が、堅固なシャーシと、クッションと、ファブリックカバーとを有する。クッションは堅固なシャーシに連結され、ファブリックカバーはアセンブリの周りに配置される。座席底部の堅固なシャーシは、乗員の重量（すなわち、垂直負荷）を支持する役割を果たし、座席を車両の床面に連結する。さらに、シートクッションは、乗車中に乗員が座るのに快適な表面を提供する役割を果たす。

あるシートクッションは、液状ポリウレタンを成形型に注入して、成形型キャビティの形状を有する発泡体クッションを形成することにより、構築される。ある成形工程において、既成のポリマー不織布層が成形型に配置された後、液状ポリウレタンが注入され得る。ポリウレタンが膨張して成形型キャビティを満たすと、発泡体は不織布層と結合して一体構造を形成するようになる。この不織布層は、発泡体クッションの耐久性を増進し得る。さらに、この不織布層は、発泡体クッションと座席底部シャーシとの間の接触の結果として生じる望ましくない騒音事象を実質的に軽減または排除する役割を果たし得る。

残念なことに、不織布層を形成させて不織布層を成形型に配置する工程には、時間がかかり、それによって、シートクッションの製造に関連するコストが増加し得る。例えば、既成のスパンニードルポリプロピレン（spun-needled polypropylene (SNP)）不織布フェルト層は、発泡体を注入する前にシートクッション成形型に手動で配置されうる。既成のSNP不織布フェルトは、通常、不織布層を成形型キャビティの形状にするために広範な準備を必要とするので、製造コストが増加する。具体的には、SNP層は、成形型キャビティの輪郭に層を適合させることができるようにするための独特の縫い目と、成形型キャビティの内側表面に層を保持するために構成される磁石とを必要とし得る。その結果、成形型キャビティの幾何学的複雑性が増すほど、SNP層の形成に関連する準備コストもまた増加し得る。

本発明は、ポリマーを溶融させるステップと、ポリマーをスピナレット内に配置するステップとを含む方法であって、スピナレットが発泡成形型の金属製蓋部の内側表面に向けられている方法により製造されるクッションに関する。この方法はさらに、スピナレットと金属製蓋部との間に電場を生じさせるステップであって、この電場が、ポリマーに作用する静電力を作り出すことにより、ポリマーをスピナレットから押出して、不織布を形成する金属製蓋部の内側表面にポリマーを接触させる、ステップを含む。この方法はまた、発泡成形型に発泡体を注入するステップと、発泡成形型の金属製蓋部を閉めて、発泡体が膨張するにつれて不織布が発泡体に結合するようにするステップとを含む。

本発明はまた、発泡体を受けとるように構成される内側キャビティと、ポリマーを受けとるように構成される成形型蓋部とを備える成形型を含むシステムであって、成形型蓋部が電場に電気的に結合する、システムに関する。このシステムはさらに、固体ポリマーを受けとってこの固体ポリマーを溶融し溶融ポリマーを作るように構成される押し出し機を備える電気紡糸システムを含む。この電気紡糸システムはまた、押し出し機から溶融ポリマーを受けとるように構成され成形型蓋部の方に向けられているスピナレットと、溶融ポリマーに電圧を印加するように構成される高電圧印加装置とを含み、溶融ポリマーに電圧を印加することにより、溶融ポリマーと成形型蓋部との間に電場を生じさせる。

本発明はさらに、ポリマーを溶融するステップと、ポリマーをスピナレット内に配置するステップとを含む方法であって、スピナレットが発泡成形型の金属製蓋部の内側表面に向けられている、シートクッションを製造する方法に関する。この方法はさらに、スピナレットと金属製蓋部との間に電場を生じさせるステップを含み、この電場が、ポリマーに作用する静電力を作り出すように構成されることにより、ポリマーをスピナレットから押出し、不織布を形成する金属製蓋部の内側表面にポリマーを接触させる。この方法はまた、発泡成形型に発泡体を注入するステップと、発泡成形型の金属製蓋部を閉めて、発泡体が膨張するにつれて不織布が発泡体に結合するようにするステップとを含む。

図１は、電気紡糸された不織布ポリマー層を有するシートクッションを用い得る例示的な車両座席の斜視図である。 図２は、電気紡糸された不織布ポリマー層を有するシートクッションを備える、図１に示す座席の内部構造の分解斜視図である。 図３は、電気紡糸された不織布ポリマー層を有するシートクッションを製造するように構成される例示的なシステムの概略図である。 図４は、ポリマー層を有するシートクッションを製造するための例示的な方法に関する流れ図である。

図１は、車両座席10の斜視図である。例示されているように、座席10は、座席底部12および座席背もたれ14を含む。例示される実施形態において、座席底部12は、座席底部シャーシと、1以上のクッションと、ファブリックカバーとを備える。シートクッションは、乗車中に乗員が座るのに快適な表面を提供する役割を果たす。理解されるように、シートクッションは、座席底部シャーシに固定される。下記に詳細に記載されるように、シートクッションは、発泡体から形成されてよく、電気紡糸された不織布ポリマー層を含むことによりシートクッションに耐久性を付加するように構成されてよい。ポリマー層はさらに、座席底部シャーシとシートクッションとの間の接触に関連して生じ得る騒音を軽減する役割を果たし得る。シートクッションはさらに、クッションの周りに配置されるファブリックカバーを備えることにより、望ましい外観を提供し、かつ／または、座席底部12の内部部品を保護してもよい。座席背もたれ14は、同様の方法で、すなわち、堅固なシャーシに固定された１以上のクッションから構築され、ファブリックカバーで覆われてよい。

例示されているように、座席底部12は、座席トラック16に固定される。座席トラック16は、一方では、載置脚18によって車両の床に固定されている。ある構成では、座席10は、ドライバーまたは乗員の縦方向の位置を調節するために、座席トラック16に沿って平行移動するように構成されてもよい。理解されるように、着座位置の調節は、手動のものと補助されたもののどちらであってもよい。例えば、電気モーターが、ラックアンドピニオンシステムのような好適な機構によってトラック16に沿って座席10を駆動するように構成されていてもよい。さらに、座席背もたれ14は、座席底部12に対してもたれ掛かるように構成されてもよい。座席背もたれ14の調節もまた、手動のものと例えば電気モーターによって補助されたもののどちらであってもよい。

図２は、図１に示された座席10の内部構造の分解斜視図である。上述したように、座席構造は、座席底部シャーシ20と座席背もたれシャーシ22とによって形成される。座席底部シャーシ20は、座席10を車両の床に固定するために、座席トラック16に載置されている。例示された構成では、座席底部シャーシ20は、トラック16に沿った座席位置の手動調節用に構成されている。しかしながら、代替的な実施形態は、電気モーターやギア等のような補助された位置調節機構の載置を可能とするある特徴を含んでいてもよい。例示されているように、座席底部12は、座席底部シャーシ20に連結され得るシートクッション24を含む。示されているように、シートクッション24は、発泡体層26と電気紡糸された不織布ポリマー層28とを有する。上述したように、発泡体層26は、乗車中に乗員が座るのに快適な表面を提供する。例えば、発泡体層26は、成形型に注入された液状ポリウレタンから形成され得る。ポリマー層28は、シートクッション24の耐久性を向上させ、座席底部シャーシ20と座席クッション24との間の接触により生じ得る騒音を軽減する役割を果たし得る。下記に詳細に記載されるように、ポリマー層28は、電気紡糸工程を用いて形成され得る。座席底部12はさらに、布地、ビニル樹脂、または皮革などのファブリックカバーを備えてもよい（図示せず）。

図３は、電気紡糸された不織布ポリマー層28を有するシートクッション24の製造に用いられ得る例示的なシステム30の概略図である。具体的には、このシステム30は、ポリマー層28を発泡体層26に接触させてシートクッション24を形成する、溶融電気紡糸方法を用いるように構築されてよい。示されているように、このシステム30は、蓋部34を有する発泡成形型32を備える。ある実施形態において、発泡成形型32および蓋部34は、例えばアルミニウムなどの金属で作られてよい。発泡成形型32は、シートクッション24の外形を形成する内側キャビティ36を有する。具体的には、発泡体38（例えば、液状ポリウレタン）は、発泡成形型32の内側キャビティ36内に注入されてよい。理解されるように、発泡体38は、それが硬化するにつれて膨張し、それにより、シートクッション24の発泡体層26を形成する。発泡体38が発泡成形型32の内側キャビティ36内で硬化すると、下記に説明するようにして、ポリマー層28が、発泡体層26上に配置され発泡体層26に結合してよい。さらに、発泡成形型32の蓋部34は、基準電位40に電気的に連結してよい。例えば、この基準電位は、「アース」または「ゼロボルト電位」であってよい。下記に説明するように、蓋部34はさらに、例えば液冷却式回路またはエアフロー回路などの冷却機構41を備えてもよい。

例示される実施形態に示されるように、このシステム30は、電気紡糸システム42を備える。詳細には、この電気紡糸システム42は、押し出し機44と、１以上のスピナレット46と、高電圧印加装置48とを備える。理解されるように、電気紡糸システム42は、ポリマー50からナノスケールまたはマイクロスケールの繊維を製造するのに用いられてよい。具体的には、電気紡糸システム42により製造されるこのような繊維は、シートクッション24のポリマー層28を形成する不織布フェルトマットを作製するのに用いられ得る。

この電気紡糸システム42は、液体または固体粒子の形態のポリマー50をポリマー供給装置52によって受け取り得る。ある実施形態において、ポリマー50は、熱可塑性樹脂であってもよく熱硬化性樹脂であってもよい。例えば、ポリマー50は、ポリプロピレンまたはポリエチレンであってよい。さらに、ポリマー50は、広範囲の分子量のものから構成されてもよい。例えば、ポリマー50は、分子量が580,000であるイソタクチック ポリプロピレンであってよく、あるいは、ポリマー50は、分子量が14,000であるアタクチック ポリプロピレンであってもよい。ポリマー50がポリマー供給装置52によって押し出し機44に入れられると、ポリマー50は加熱チャンバ内で加熱および溶融され得る。ある実施形態において、押し出し機44の加熱チャンバは複数の加熱ゾーンを有してよい。一実施形態において、加熱チャンバは、ポリマー50をおよそ200℃の温度に加熱してよい。押し出し機44は金属製であってよく、電源（示さず）および基準電位（例えば、例示される電気接地54）に連結されてよい。

ポリマー50が押し出し機の加熱チャンバ内で溶融した後、ポリマー50はスピナレット46に送られてよい。ポリマー50として熱硬化性樹脂を用いる実施形態において、ポリマー50は、インピンジメント ヘッド（impingement head）に向けられた後、スピナレット46に送られてよい。ポリマー50は、１以上のシリンジポンプによりスピナレットに送られてよい。ある実施形態において、電気紡糸システム42は、ブロア56を備えてよい。下記に説明されるように、ブロア56は、メルトブロー電気紡糸方法において用いられ得る。スピナレット46は、様々な直径を有してよい。例えば、スピナレットの直径は、およそ1.0 mm、1.25 mm、または1.5 mmであってよい。例示される実施形態に示されるように、スピナレット46は、発泡成形型32の蓋部34の方に向けられる。さらに、スピナレット46は、蓋部34から距離58の位置にあってよい。例えば、距離58は、約2 cm、3 cm、4 cm、5 cm、または10 cmであってよい。溶融ポリマー50がスピナレット内に存在するときには、高電圧印加装置48が溶融ポリマー50に電圧を印加することになる。例えば、高電圧印加装置48は、溶融ポリマー50におよそ20 kVの電圧を印加し得る。上述したように、蓋部34は、基準電位40に電気的に連結される。理解されるように、スピナレット46において高電圧印加装置48によりポリマー50に印加される電圧は、スピナレット46と蓋部34との間に電場を生じさせることになる。さらに、この電場によって、電荷を帯びたポリマー50がスピナレット46から蓋部34の方向へと押し出されることになる。より具体的には、ポリマー50に電圧が印加されると、静電力により、ポリマー50がスピナレット46の頂部60において円錐形を形成することになる。その後、臨界電圧がポリマー50に印加されると、電場によって作り出される静電力によって、溶融ポリマー50の粘弾性特性が克服されることになる。示されるように、静電力によってポリマー50が繊維62を形成し、その繊維62がスピナレット46から蓋部34へと送られることになる。ブロア56を備える実施形態において、ブロア56によって作り出される高速のエアフローによって、繊維62がスピナレット46から蓋部34へとさらに送られ得る。示されるように、繊維62は、蓋部34によって回収されて不織布64を形成し、それによりポリマー層28が形成される。ある実施形態において、繊維62によって形成される不織布64の厚さは、およそ0.05 cm、0.1 cm、0.15 cm、0.2 cm、または0.25 cmであってよい。

上述したように、ポリマー層28は、発泡体層26上に配置され発泡体層26に結合してよい。具体的には、繊維62が蓋部34上に回収されて不織布64を形成した後、発泡体38が発泡成形型32の内側キャビティ36に注入されてよい。発泡体38が注入されると、スピナレット46および電気紡糸システム42が方向66へと引っ込み、そして矢印68で示されているように、発泡成形型32の蓋部34が閉められてよい。あるいは、ある実施形態において、成形型32は、電気紡糸システム42のスピナレット46の近くを通過するベルトコンベア上に設置されてもよい。繊維62が蓋部34上に回収されて不織布64を形成すると、このベルトコンベアは、電気紡糸システム42のスピナレット46から離れるように発泡成形型32を進ませてよい。次に、発泡体38が発泡成形型32の内側キャビティ36に注入され、発泡成形型32の蓋部34が閉められる。発泡体38が膨張・硬化(cures)・固化(hardens)すると、不織布64が発泡体38と結合し、それによってシートクッション24が形成されることになる。上述したように、蓋部34は、例えば液体冷却通路または空気冷却通路などの冷却機構41を備えてもよい。蓋部34におけるこの冷却装置41は、不織布64の温度を低下させる役割を果たし得るものであり、これによって、不織布64を冷却して蓋部34から不織布64を取り外すのを補助し得る。同様に、蓋部34は、電気スイッチ70によって基準電位40から切り離されてよく、これにより、電場を消失させる。発泡体38が硬化し終えると蓋部34が開けられ、そして、結果として得られる、発泡体層26とポリマー層28とを有するシートクッション24が成形型32から取り外されてよい。

理解されるように、様々な要素が、上記に詳述した溶融電気紡糸方法に影響を及ぼし得る。例えば、高分子量を有するポリマー50はより高い粘性を有する。その結果として、スピナレット46内でポリマー50から繊維62を製造するのに充分な程度に強い電場を生じさせるために、より高い電圧がポリマー50に印加され得る。同様に、ポリマー50に所定の電圧を印加する際、高分子量および高粘性を有するポリマー50は、低分子量および低粘性を有するポリマー50と比較して、より大きな直径を有する繊維62を生成し得る。さらに、上述したように、スピナレット46と蓋部34との間の距離58は、所望の繊維特性を得るために個々に調節され得る。距離58が大きくなればなるほど、より強い電場を得るために、スピナレットに印加される電圧は大きくなり得る。

図４は、発泡体層26と電気紡糸不織布ポリマー層28とを有するシートクッション24を製造するための例示的な方法72に関する流れ図である。まず、ブロック74に示されるように、ポリマー50が溶融される。ポリマー50は、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂であってよい。他の実施形態において、ポリマー50は熱硬化性樹脂であってよい。さらに、ポリマー50は、押し出し機44の加熱チャンバ内で溶融されてよい。ポリマー50は、溶融されると、ブロック76に示されるように、発泡成形型32の金属製蓋部34の内側表面に向けられているスピナレット46内に配置される。例えば、金属製蓋部34はアルミニウムで作られてよい。ある実施形態において、金属製蓋部34はまた、液体冷却機構または空気冷却機構41によって冷却されてよい。成形型32は、シートクッション24の形状を形成する内側キャビティ36を有してよい。さらに、ある実施形態では、2以上のスピナレット46が備えられよい。その後、ブロック78に示されるように、スピナレット46と金属製蓋部34との間に電場を生じさせる。より具体的には、ポリマー50に作用する静電力が電場によって作り出されることにより、ポリマー５０をスピナレット46から押し出し、金属製蓋部34の内側表面に接触させ、それによって不織布64を形成する。高電圧印加装置48を用いることにより電場を生じさせ、スピナレット46内のポリマー50に電圧を印加する。さらに、金属製蓋部34は、基準電位40に電気的に連結される。ポリマー50が繊維62の形態でスピナレット46から押し出され、繊維62が金属製蓋部34上で回収されると、繊維62は不織布64を形成することになる。繊維62の直径は、とりわけポリマー50の分子量、電場の強さ、およびスピナレット46と金属製蓋部34との間の距離58などの要素によって、異なり得る。

ブロック80に示されるように、発泡体38は成形型32内に注入されてよい。具体的には、発泡体38は、成形型32の内側キャビティ36内に注入されてよい。ある実施形態において、発泡体38は液状ポリウレタンであってよい。発泡体38が成形型32の内側キャビティ36内に注入されると、ブロック82に示されるように、金属製蓋部34が閉じられ、それにより不織布64が膨張する発泡体38と結合することができる。より具体的には、蓋部34が閉じられると、不織布64は発泡体38と接触し、発泡体38が膨張・固化・硬化するにつれて発泡体38と結合し得る。その後、蓋部34が開けられてよく、発泡体層26と電気紡糸不織布ポリマー層28とを有する、形成されたシートクッション24が取り外されてよい。

本発明のある特徴およびある実施形態のみが例示され説明されてきたが、当業者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の新規な教示及び利点から実質的に逸脱することなく、多くの変形や変更、例えば、様々な構成要素のサイズ、範囲、構造、形状、および比率の変更；パラメータ値（例えば温度、圧力など）の変更；取り付け方法の変更；材料の使用の変更；色の変更；方向の変更などが可能である。任意の工程や方法のステップの順番や順序は、代替の実施形態に従って、変更され並べ替えられ得る。したがって、添付する特許請求の範囲は、本発明の真の精神の範囲に含まれるこのような変形や変更のすべてを含むことを意図していることが理解されるものとする。さらに、例示的な実施形態を正確に記載するために、実際に実施されるすべての特徴が説明されているわけではない。すなわち、本明細書において考慮された本発明の実施に際する最良の実施形態には関連しないものや、本発明の実施には関連しないものは説明されていない。そのような任意の実際の実施の開発には、任意の技術および設計プロジェクトにおいてと同様に、実施に際して特定の多くの決定がなされてよいことが理解されるものとする。そのような開発努力は、複雑で時間がかかるものであるかもしれないが、それにもかかわらず、本明細書の開示を利用する当業者にとっては、過度の試行錯誤を必要としない、設計、製作、および製造の通常の業務であろう。

Claims (20)

1. ポリマーを溶融させるステップと、
   ポリマーをスピナレット内に配置するステップであって、スピナレットが成形型の金属製蓋部の内側表面に向けられているステップと、
   スピナレットと金属製蓋部との間に電場を生じさせるステップであって、この電場が、ポリマーに作用する静電力を作り出すことにより、ポリマーをスピナレットから押出して、不織布を形成する金属製蓋部の内側表面にポリマーを接触させる、ステップと、
   成形型に発泡体を注入するステップと、
   成形型の金属製蓋部を閉じて、発泡体が膨張するにつれて不織布が発泡体に結合するようにするステップ
   とを含む方法により製造されるクッション。
2. 前記ポリマーが熱可塑性樹脂である、請求項１に記載のクッション。
3. 前記ポリマーが熱硬化性樹脂である、請求項１に記載のクッション。
4. 電場を生じさせるステップが、ポリマーに電圧を印加するステップと、金属製蓋部を基準電位に電気的に連結させるステップとを含む、請求項１に記載のクッション。
5. スピナレットの周りにあって金属製蓋部の方向に向けられる空気流を作りだすステップを含む、請求項１に記載のクッション。
6. 前記金属製蓋部がアルミニウムから構成される、請求項１に記載のクッション。
7. 発泡体が液状ポリウレタンである、請求項１に記載のクッション。
8. ポリマーを溶融させるステップが、加熱チャンバを備える押し出し機の中にポリマーを配置するステップを含む、請求項１に記載のクッション。
9. 加熱チャンバが、供給領域と、転移(transition)領域と、計量領域とを含む、請求項８に記載のクッション。
10. ポリマーをスピナレット内に配置するステップが、シリンジポンプでポリマー流を制御するステップを含む、請求項１に記載のクッション。
11. 発泡体を受けとるように構成される内側キャビティと、溶融ポリマーを受けとるように構成され、基準電位と電気的に連結される成形型蓋部とを含む、成形型；および
    固体ポリマーを溶融して溶融ポリマーを作るように構成される押し出し機と、溶融ポリマーを受けとって溶融ポリマーを成形型蓋部へと向かわせるスピナレットと、溶融ポリマーに電圧を印加して、溶融ポリマーと成形型蓋部との間に電場を生じさせるように構成される高電圧印加装置とを含む、電気紡糸システム42；
    を備えるシステム。
12. 前記ポリマーが熱可塑性樹脂である、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記ポリマーが熱硬化性樹脂である、請求項１１に記載のシステム。
14. 前記成形型蓋部が液体または気体で冷却される、請求項１１に記載のシステム。
15. 空気をスピナレットに通すように構成されるブロアを備える、請求項１１に記載のシステム。
16. 発泡体が液状ポリウレタンである、請求項１１に記載のシステム。
17. ポリマーを溶融させるステップと、
    ポリマーをスピナレット内に配置するステップであって、スピナレットが成形型の金属製蓋部の内側表面に向けられているステップと、
    スピナレットと金属製蓋部との間に電場を生じさせるステップであって、この電場が、ポリマーに作用する静電力を作り出すことにより、ポリマーをスピナレットから押出して、不織布を形成する金属製蓋部の内側表面にポリマーを接触させる、ステップと、
    成形型に発泡体を注入するステップと、
    成形型の金属製蓋部を閉じて、発泡体が膨張するにつれて不織布が発泡体に結合するようにするステップ
    とを含む方法。
18. 液体または気体で金属製蓋部を冷却するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 空気をスピナレットに通すステップを含む、請求項１７に記載の方法。
20. ポリマーが熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を含む、請求項１７に記載の方法。

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