JP2021045244A

JP2021045244A - コイルスプリング用緩衝材およびクッション体

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Publication number: JP2021045244A
Application number: JP2019168079A
Authority: JP
Inventors: 佳久高岡; Yoshihisa Takaoka
Original assignee: SHIIENJI KK; C Eng Co Ltd
Current assignee: SHIIENJI KK; C Eng Co Ltd
Priority date: 2019-09-17
Filing date: 2019-09-17
Publication date: 2021-03-25
Anticipated expiration: 2039-09-17
Also published as: JP2022033210A; JP7038418B2; JP7429453B2

Abstract

【課題】マットレス内に用いられる緩衝材の製品供給を安定させ、緩衝性能とその耐久性を向上する。【解決手段】コイルスプリング５aを含むスプリング構造体５を内蔵するクッション体１の内部に用いられ、スプリング構造体５の上面に配置され、熱可塑性樹脂の連続線条が不規則に部分的に溶着することによりループを形成した、厚みが０．５〜３００ｍｍで嵩密度が０．０１〜０．９ｇ/ｃｍ３の三次元網状構造体から成る、コイルスプリング用緩衝材４である。【選択図】図１

Description

本発明は、マットレス、ソファ、座席、または椅子等のクッション体に用いられる、コイルスプリング用緩衝材、およびコイルスプリング用緩衝材を備えるクッション体に関する。

従来、クッション性のよいマットレスとして、コイルスプリングが略全面に広がるスプリングユニットが内蔵されたマットレスが知られている（特許文献１、特許文献２）。コイルスプリングとしては、ポケットコイルやボンネルコイル等が知られている。

一般に従来のマットレスやソファ等のクッション体は、多数のコイルスプリングから成るスプリングユニット（スプリング構造体）の上下面にばね受けとしての緩衝材を配置し、その緩衝材の上下面にさらに不織布やウレタンシート、ポリエステル綿素材から成るシート等の弾性材を重合し、必要に応じて外装地で被覆して構成されている。前記緩衝材の役割は、主に、バネであるコイルスプリングによってウレタンシートやポリエステル綿シートなどが破れたり凹んだりすることを防止することであり、例えばヤシガラマット（パームパッド）、パームフェルト、ニードフェルト、コットンフェルト、ハードフェルトが採用されている。

特開平８−３８３１２号公報特開２０１８−３３８６０号公報

ところで、現在日本で使用されるヤシガラマット（パームパッド）は、すべて海外からの輸入に頼っている。ヤシの実からヤシガラ部分だけを取り出し、輸入のために一度圧縮をしてから輸送される。そして国内に到着したヤシガラは、工場に運ばれ「ほぐし」の作業を行った後、マットとしてのサイズに成形される。成形の際、ニードルパンチを行うが、その際に針の破損が意外に多く、検針作業は不可欠となる。

ヤシガラマット（パームパッド）の使用には、次のような問題がある。
海外からの輸入に頼っているため、安定的な確保が難しく、輸送されるまでの時間がかかる。また、天然物であるため、製品にばらつきが生じ、虫やゴミなどが混入していることがある。また、劣化スピードが速い。検針作業などの手間がかかる。短繊維のため、屑が出やすいし、ほこりがでやすい。曲がりにくく、ロールタイプやリクライニング可能な介護用ベッド用マットレスには使用が難しい。水分を吸うため湿気がたまりやすく不衛生になる。リサイクルできず、焼却処分をする必要がある。

一方、ニードフェルト、コットンフェルト、ハードフェルトなどのフェルト素材の使用には、素材が水分を吸うため湿気がたまりやすく、ダニ、カビの原因になりやすい、使用を続けると、ばねに押され、徐々に緩衝性能が落ちる等の問題がある。

さらに、ヤシガラマット（パームパッド）、パームフェルト、ニードフェルト、コットンフェルト、ハードフェルトをコイルスプリング用の緩衝材として使用した場合、柔らかいマットを作りたい場合に、例えばヤシガラマットの上に配置する、ウレタンシートや綿シート等の弾性体の厚みや密度を変えて柔らかさを調整する必要があり、硬さにバリエーションをもたせるためには部品点数が多くなってしまうという問題があった。

そこで本発明では、従来用いられているヤシガラマット（パームパッド）、フェルトなどに代わって、熱可塑性樹脂から成る三次元網状構造体をコイルスプリング用緩衝材として使用し、緩衝材の製品供給を安定させ、緩衝性能を向上し、通気性がよく、マットレスやソファ等のクッション体の製造に必要な部品点数を少なくできる、コイルスプリング用緩衝材の提供、および、その緩衝材を用いたクッション体の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、コイルスプリングを含むスプリング構造体を内蔵するクッション体の内部に用いられ、前記スプリング構造体の上面に配置され、熱可塑性樹脂の連続線条が不規則に部分的に溶着することによりループを形成した、厚みが０．５〜３００ｍｍで嵩密度が０．０１〜０．９ｇ/ｃｍ^３の三次元網状構造体から成る、コイルスプリング用緩衝材である。

これによれば、三次元網状構造体がスプリング構造体の緩衝材として機能するため、従来緩衝材として使用されていたパームパッドやフェルトなどが不要となり、安定的に商品を供給できる。「クッション体」としては、マットレスやソファ、椅子、車両などの座席が例として挙げられるが、三次元網状構造体の硬さを変更することによって、クッション体としての硬さを変更することができる。さらに、通気性がよく、カビ等が発生しにくいクッション体を提供できる。

前記三次元網状構造体は、厚みが１〜１０ｍｍであることが好ましい。

これによれば、スプリングコイルのバネ受けとして、十分な緩衝性能を確保できる。

前記三次元網状構造体は、厚みが１５〜６０ｍｍであることが好ましい。

これによれば、三次元網状構造体がクッション層としての役割も果たし、その上面に配置するウレタンシート等が省略できる。

前記三次元網状構造体は、少なくとも押出方向の一面に厚み０．３〜９ｍｍの表面層を有し、前記表面層の嵩密度が前記表面層を除いた部分の嵩密度よりも大きく、前記表面層の嵩密度は０．１〜０．８ｇ／ｃｍ^３であり、前記表面層を除いた部分の嵩密度は、０．０３〜０．３ｇ／ｃｍ^３であり、前記表面層が下面となるように配置されることが好ましい。

これによれば、高密度層である表面層が緩衝材、バネ受けの役割を果たし、表面層を除いた部分はクッション性を持たせることができる。すなわち、表面層を除いた部分は、従来、フェルトやパームパッド上に使用されていたウレタンシートとしての役割を果たすことが可能になる。それによって、ウレタンシートも不要とすることも可能であり、マットレスやソファ等のクッション体の製造に必要な部品点数を減らすことができる。

前記三次元網状構造体は、押出方向における、引張試験の最大荷重が１〜３０ｋｇｆであることが好ましい。

これによれば、スプリング構造体のバネ特性を伝えつつ、ばねの緩衝材として十分な緩衝性能、強度を確保できる。

前記三次元網状構造体は、押出方向に嵩密度が粗部分と密部分とが交互に表われる疎密構造を備えることを特徴とすることが好ましい。

これによれば、押出方向（すなわちマットレスの長手方向）に三次元網状構造体が曲がりやすいため、リクライニング式やロールタイプ等、さまざまなマットレスに適用できる。

また、本発明は、前記コイルスプリング用緩衝材を備えたクッション体である。

本発明によれば、コイルスプリングに対する緩衝性能が向上され、緩衝性能の耐久性も向上できる。また、三次元網状構造体の硬さを変えれば、マットレス等のクッション体の硬さに影響を与えることができるため、現行のマットレス等のクッション体に必要な部品点数、例えばウレタンや綿の部品点数を減らすことが可能となる。また、通気性がよく、曲がりやすいため、さまざまなベッドに対応可能なマットレスが提供できる。さらに、熱可塑性樹脂の繊維同士の融着力が一定にできるため、製品の緩衝性能のばらつきが少ない。また、緩衝材のリサイクルも可能となり、マットレス等のクッション体のリサイクルの際に他素材からの分離が容易になる。虫やゴミの混入の心配がなく、製品の安定供給が可能となり、検針する必要がなくなる。

本発明の第１実施形態におけるマットレスの断面構造を示す概略断面図である。本発明の第１実施形態における緩衝材としての三次元網状構造体の写真である。本発明の第１実施形態における三次元網状構造体とスプリング構造体の積層状態を表す断面写真である。本発明の第１実施形態における緩衝材としての三次元網状構造体の変形例の写真である。本発明の第２実施形態におけるマットレスの断面構造を示す概略断面図である。

図１〜図４を参照しながら、本発明の第１実施形態のマットレス１および第１コイルスプリング用緩衝材（以降、第１緩衝剤という。）である三次元網状構造体４について説明する。クッション体であるマットレス１は、図１に示されるように、上から、表装材２、ウレタンシート３、第１緩衝材としての三次元網状構造体４、複数のコイルスプリング５aを含むスプリング構造体５、第２コイルスプリング用緩衝材（以降、第２緩衝材という。）としての三次元網状構造体６、および表装材７を積層した積層体である。

第１緩衝材としての三次元網状構造体４は、図１、図３に示されるように、スプリング構造体５の上面に接するように配置されており、コイルスプリング５aのバネ受けとしての役割を果たす。三次元網状構造体４は、図２に示されるように、熱可塑性樹脂の連続線条が不規則に部分的に溶着することによりループが形成されており、厚みが０．５ｍｍ以上で、好ましくは１〜１０ｍｍ、さらに好ましくは３〜７ｍｍのシート状である。製造時の押出方向が長手方向となり、押出方向と直交する方向が短手方向となる。原料となる熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン系熱可塑性樹脂、ポリプロピレン系熱可塑樹脂、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリプロピレン系熱可塑性エラストマー、ポリエチレン系熱可塑性樹脂とポリエチレン系熱可塑エラストマーの混合物、ＰＶＣ等を含むことが好ましい。

第１緩衝材としての三次元網状構造体４は、コイルスプリング５ａのバネ受けの役割を担い、コイルスプリング５ａのバネ特性を上方へ伝えつつ、三次元網状構造体４の上面に配置される表装材２やウレタンシート３の、バネによる破れや凹みを抑制し、さらに、使用者がコイルスプリング５aの硬さによって違和感や痛みを感じるのを抑える。なお、三次元網状構造体４の厚みが１ｃｍ以上の場合は、後述する第二実施形態において説明するように、三次元網状構造体４はクッション層としての役割も果たす。

三次元網状構造体４を構成する連続線条は異形、中空形状どちらでもよい。連続線条の線径は緩衝性能およびソフトなクッション性を得るためには重要な要素であり、線径は直径０．５ｍｍ〜３ｍｍが好ましい。線径が上記範囲より小さいと線条が切れやすく、逆に線径が大きすぎると、粗く三次元網状構造体４の上に配置されるウレタンや表皮層等の繊維などにダメージを与えるという問題があるため、適正な範囲に設定する必要がある。なお、線径は、試料の中心部分から樹脂糸を切り出し、ノギスで樹脂糸の厚みを５回測定し、測定値の平均として測定される。

前記三次元網状構造体４の嵩密度（見かけ密度）は、０．０１ｇ／ｃｍ³〜０．９ｇ／ｃｍ³が好ましい。嵩密度が低すぎると、バネの緩衝性能が不十分となり、嵩密度が高すぎると曲げが困難となる。なお、上述した三次元網状構造体４の厚みと嵩密度は、以下のように測定される。試料を３０ｃｍ×３０ｃｍの大きさに切断し、無荷重で２４時間放置した後４箇所の高さを測定して平均値を試料厚みとし、試料厚みから体積を求め、試料の重さを体積で除した値を試料の嵩密度として測定される。

三次元網状構造体４は、後述する引張試験において、製造時の押出方向における最大荷重（最大耐力）が１〜３０ｋｇｆ、好ましくは２〜３０ｋｇｆであることが好ましい。引張試験における最大荷重が２より小さいと、圧縮時に繊維同士の融着がはがれる可能性があり、引張試験における最大荷重が３０ｋｇより大きいとバネ特性を伝えにくくなる。上記押出方向における最大荷重は繊度、嵩密度、原料、構造に影響される。

上記引張試験は、以下のように行われる。
三次元網状構造体の製品から１０ｃｍ（縦：押出方向）×１０ｃｍ（幅）に切断したものを試験片とし、試験片上端を固定し、試験片幅方向中央部の下端から４ｃｍ上方の位置に直径５ｍｍ、Ｒ２０のフックをかけ、下方へ引っ張ることにより最大荷重を測定する。

三次元網状構造体４の硬さは、繊度、嵩密度、原料、構造を変更することによって調整することができる。硬さを変更することによって、その上に配置するウレタンシート３、表装材２の密度や厚みを変更することなく、マットレス全体の硬さを調整できる。

三次元網状構造体４は、製造中における押出方向（マットレス１の長手方向）において、嵩密度が粗部分と密部分とが交互に表われる疎密構造を備えるのが好ましい。疎密構造を備えることによって、押出方向における曲がり易さが向上し、リクライニング式の介護ベッドや、ロールタイプ等、様々な用途のマットレスに適用可能となる。

図２〜３に示される三次元網状構造体４は平面状のシートであるが、図４に示されるように、側面視波状の三次元網状構造体４も適用可能である。

スプリング構造体５は、複数のコイルスプリング５ａを内蔵している。コイルスプリング５ａは、例えば、ボンネルコイルのような連結式のものや、スーパーラステックコイルのような連続式のもの、ポケットコイルのような独立式のもの等の任意のバネ部材を使用することができる。

第２緩衝材としての三次元網状構造体６は、図１に示されるように、スプリング構造体５の下面に接するように配置されている。三次元網状構造体６の構造は、三次元網状構造体４と同じである。第２緩衝材は、三次元網状構造体の他、フェルト、不織布、ウレタン、スポンジを用いることも可能である。

ウレタンシート３は、三次元網状構造体４の上面に接するように配置されている。ウレタンシート３は、０．５ｃｍ〜５ｃｍの、高通気性ウレタンシートである。

表装材２、７は、マットレス１のそれ以外の積層体を被覆するものであり、従来用いられているような、トリコット生地やニット生地、ウレタンや不織布などのクッション生地と積層してキルティング加工したもの等、任意のものを使用することができる。消臭効果、抗菌効果、防ダニ効果を持つものを使用してもよい。

本実施形態においては、ウレタンシート３、三次元網状構造体４、スプリング構造体５、および三次元網状構造体６を、それぞれの側面端部を係合部材により係合させることにより、積層体とする。その積層体全体を表装材２、７で覆うことにより、マットレス１が製造される。

本発明においては、三次元網状構造体４が、スプリング構造体５のコイルスプリング５aの緩衝材、バネ受けとしての機能を持つため、従来のスプリング構造体５の上面に必要だった、パームパッドやフェルトが不要になる。それによって、安定した製品供給が可能になり、従来のパームパッドやフェルトに比較して緩衝性能や耐久性も向上する。

また、三次元網状構造体４の硬さを変えれば、マットレス１の硬さに影響を与えることができるため、現行のマットレスに必要な部品点数、例えばウレタンシートや綿シートの部品点数を減らすことができる。

本発明に用いる三次元網状構造体４、６の詳細な製造方法は日本国特許第４３５０２８６号、Ｕ．Ｓ．ＰａｔｅｎｔＮｏ．７，６２５，６２９等、特許出願人の公報を参照されたい。上述した押出方向における疎密構造は、基本的にはローラー又はキャタピラの速度を可変とすることで、疎密が形成される。

次に、図５を参照しながら、本発明の第２実施形態のマットレス１０１および緩衝材について説明する。このマットレス１０１は基本的にはマットレス１と同様の構成を備えるので、共通する説明は第１実施形態の図示及び記載を援用するとともに、相違点を説明する。各要素に付す符号は実施形態１の対応番号を１００番台とする。第２実施形態では、第１緩衝剤としての三次元網状構造体１０４、第２緩衝材としての三次元網状構造体１０６が、それぞれ高密度の表面層１０４a、１０６aを備えており、三次元網状構造体１０４の上面に弾性体であるウレタンシートを備えていない点で、第１実施形態とは異なっている。

マットレス１０１は、上から、表装材１０２、第１緩衝材としての三次元網状構造体１０４、複数のコイルスプリング１０５aを含むスプリング構造体１０５、第２緩衝材としての三次元網状構造体１０６、および表装材１０７を積層した積層体である。

第１緩衝剤としての三次元網状構造体１０４は、厚みは３０ｃｍ以下であり、１．５〜６ｃｍが好ましく、２〜４ｃｍがさらに好ましい。嵩密度は０．０２５〜０．９ｇ／ｃｍ^３が好ましい。そのうち、製造時の押出方向の少なくとも一面に厚み０．３〜９ｍｍの表面層１０４ａを備え、前記表面層１０４ａは前記表面層１０４aを除いた内側部１０４ｂよりも嵩密度が大きく、前記表面層１０４aの嵩密度は０．１〜０．８ｇ／ｃｍ^３であり、前記内側部１０４ｂの嵩密度は、０．０３〜０．３ｇ／ｃｍ^３であることが好ましい。本実施形態では、表面層１０４aは押出方向の一面のみに形成され、他面は内側部１０４ｂとなっている。三次元網状構造体１０４は、前記表面層１０４ａが下面になるように配置される。すなわち、表面層１０４ａがスプリング構造体１０５の上面に接するように三次元網状構造体１０４が配置される。表面層１０４ａは上述した三次元網状構造体の製造方法において、口金の孔の単位面積当たりの数の密度及び／又は径の大きさを調整したり、水槽の上方にシュートを設けることにより、形成される。

三次元網状構造体１０４のうち、嵩密度の高い表面層１０４ａは主に高いバネ受け性能に寄与し、嵩密度の低い内側部１０４ｂは、クッション性に寄与している。本実施形態では、三次元網状構造体１０４はクッション性が高いため、ウレタンシートを省いているが、さらにクッション性を向上させるために三次元網状構造体１０４の上にウレタンシートを積層してもよい。

本実施形態では三次元網状構造体１０４は、高いクッション性を実現させるが、三次元網状構造体１０４の反発力やヒステリスロスを調整することにより、ソフトタイプ、レギュラータイプ、ハードタイプ等、要求される寝心地に調整できる。反発力やヒステリシスロスは構造、嵩密度、原料、表面層の厚み、構造体の厚みで調整可能である。

第２緩衝材としての三次元網状構造体１０６も、三次元網状構造体１０４と同様の構成である。表面層１０６aが上面になるように三次元網状構造体１０６が配置される。すなわち、表面層１０６ａはスプリング構造体１０５の下面に接するように配置され、バネ受けとしての役割を果たしている。

以上、第１、第２実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で本発明を適宜、変更、追加等した種々なる態様を実施できる。例えば、第１、第２実施形態において、第１緩衝剤としての三次元網状構造体４、１０４の上面や下面、第２緩衝材としての三次元網状構造体６、１０６の上面や下面に、不織布などの別のシートを積層させてもよい。

第１、第２実施形態においては、三次元網状構造体４、１０４はマットレス１、１０１内に用いられたが、スプリング構造体を内蔵するソファ、椅子、車両等の座席やその他のクッション体内に用いてもよい。また、第１実施形態において三次元網状構造体４が嵩密度の高い表面層を備え、スプリング構造体側に配置されていてもよい。また、第２実施形態において三次元網状構造体１０４が表面層１０４aを備えなくてもよいし、両面に表面層１０４aを備えてもよい。

さらには、一体型スプリング、ポケットコイルなどの２段重ね、それ以上重ねた場合のコイルスプリングの上下面や、複数のコイルスプリングの間に三次元網状構造体からなる緩衝材を入れることも可能である。それによって、バネ同士が直接当たることを防ぎ、機能の向上、音の削減、部品の保護にもつながる。複数のコイルスプリングの間に三次元網状構造体からなる緩衝材を配置する場合は、表面層を両面に備えることも好ましい。

１、１０１・・・マットレス
２、１０２・・・表装材
３・・・ウレタンシート
４、１０４・・・三次元網状構造体
１０４a・・・表面層
１０４ｂ・・・内側部
５、１０５・・・スプリング構造体
５a、１０５a・・・コイルスプリング
６、１０６・・・三次元網状構造体
７、１０７・・・表装材

Claims

コイルスプリングを含むスプリング構造体を内蔵するクッション体の内部に用いられ、
前記スプリング構造体の上面に配置され、
熱可塑性樹脂の連続線条が不規則に部分的に溶着することによりループを形成した、厚みが０．５〜３００ｍｍで嵩密度が０．０１〜０．９ｇ/ｃｍ^３の三次元網状構造体から成る、
コイルスプリング用緩衝材。
前記三次元網状構造体は、厚みが１〜１０ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載のコイルスプリング用緩衝材。
前記三次元網状構造体は、厚みが１５〜６０ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載のコイルスプリング用緩衝材。
前記三次元網状構造体は、少なくとも押出方向の一面に厚み０．３〜９ｍｍの表面層を有し、前記表面層の嵩密度が前記表面層を除いた部分の嵩密度よりも大きく、前記表面層の嵩密度は０．１〜０．８ｇ／ｃｍ^３であり、前記表面層を除いた部分の嵩密度は、０．０３〜０．３ｇ／ｃｍ^３であり、
前記表面層が下面となるように配置される、
請求項１〜３のいずれかに記載のコイルスプリング用緩衝材。
前記三次元網状構造体は、押出方向における、引張試験の最大荷重が１〜３０ｋｇｆであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のコイルスプリング用緩衝材。
前記三次元網状構造体は、押出方向に嵩密度が粗部分と密部分とが交互に表われる疎密構造を備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のコイルスプリング用緩衝材。
請求項１〜６のいずれかに記載のコイルスプリング用緩衝材を備えたクッション体。