JP4104262B2 - クッション材の成形金型 - Google Patents

Description

【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金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車、航空機等の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。
【０００４】
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、充填された繊維集合体を所定の嵩高密度になるまで金型によって圧縮し、その後、これを金型内で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によって得られる。このような工程を経て、クッション材には、所定の金型形状が賦型され、所望の形状を有するクッション材が成形されることとなる。
【０００５】
ここで、前記のクッション材の製造方法としては、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。
【０００６】
従来、上記のように繊維集合体を金型キャビティ内に充填し、充填した繊維集合体を所定の形状に熱成形によって賦型してクッション材へ転換するための形状賦型用金型としては、パンチング・プレートのような孔開き金属板が使用されていた。
【０００７】
ところで、このようなパンチング・プレートのような孔開き金属板は、簡単に任意の形状に加工できるような柔軟性を持っていないため、例えば板金加工のような加工方法によって、金属板を塑性変形させて所定の形状に加工する方法が採られている。
【０００８】
しかしながら、パンチング・プレートのような孔開き板を塑性加工によって所定の金型形状に加工する方法では、大きな曲率を有する金型壁部分などにおいて、塑性加工時に既に穿孔された孔が大きく変形してしまうという問題がある。
【０００９】
もし、このように、穿孔された孔が大きく変形して、開孔が塞がってしまうと、所定の開口率が得られず、バインダー繊維を溶融させる熱風や溶融したバインダー繊維を固化させる冷却風などの成形風が偏流するという問題を惹起する。更に、このような成形風の偏流が生じると、得られるクッション材の成形が均一に行われず、このため成形後に得られるクッション材の品質が劣ってしまうという問題が生じる。
【００１０】
そこで、金型製作を板金加工などの塑性加工でなく、電鋳という方法によって一気に所定の形状を有する金型形状に加工する方法も考えられる。しかしながら、この電鋳型は金型を製造する工程が複数に渡るために複雑であって、このために製造コストが高くなり、かつ製造時間も長くなるという問題を有する。
【００１１】
【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、「製造コストが安価であり、かつクッション材に所定の形状を賦型するために形成される曲率が大きな曲面部を有する金型壁であっても、成形するクッション材の形状に合せて金型壁の形状を容易に加工することが可能なクッション材の成形金型を提供する。」ことにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
ここに、本発明の課題を解決するための手段として、
「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が分散混入された繊維集合体を金型キャビティ内へ充填し、充填した繊維集合体を熱成形するクッション材の成形金型であって、
該成形金型は、金型キャビティ内に充填された繊維集合体を圧縮して所定のクッション材形状へと熱成形によって金型キャビティ形状を賦型するための金型壁を有し、
更に、該金型壁に曲率加工を施した曲面部の少なくともその一部が、金網、金属繊維製織編物、金属繊維の集合体から成る不織布、及びエキスパンドメタルからなる一群の材料の中から選ばれる何れか一つの材料、又はこれらの材料の２種以上の組み合わせからなる部材で形成され、かつ、該部材の背面に該背面形状に沿って前記金型壁に付与された賦型形状の変形を防止する賦型形状保持材を備えたことを特徴とするクッション材の成形金型」が提供される。
【００１５】
また、前記の賦型形状保持材が井桁状に組み合わされた板状リブ材で構成されていることが、金型壁の背面形状に対応して、賦型形状保持材の金型壁との接触部形状を容易に加工できるため、好ましい。
【００１６】
【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。なお、図１（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の一実施態様である成形金型を使用して、繊維集合体をクッション材へと熱成形する様子を順次例示した説明図（正断面図）をそれぞれ示している。
【００１７】
ここで、該図において、Ｆは繊維集合体を示し、１は通気性を有する雄金型、２は同じく通気性を有する雌金型をそれぞれ表す。なお、前記の繊維集合体Ｆは、例えば、カード装置によってカードウェブとし、このカードウェブを必要な寸法に裁断し、雌金型２内にセットされる。
【００１８】
この時、前記のカードウェブを雌金型２へセットする方法としては、図１（Ａ）に示すようにカードウェブを単に金型内にハンドレイアップしたり、ロボットなどを使用して金型に充填する方法がある。更には、クッション材の生産性を向上させるために、空気吹込み法によって、前述の繊維集合体からなる原料綿を開繊させながら綿の小塊として金型へ吹き込む方法を採用することもできる。
【００１９】
ただし、前記の場合において、充填する繊維集合体Ｆとしてカードウェブを使用する際には、カードウェブを雌金型２へ充填する時のハンドリング性を向上させるために、カードウェブを一旦加熱処理し、仮成形シートとしてブロック化し、これを雌金型２にセットする方法が採用されることもある。
【００２０】
以上に述べたような方法によって繊維集合体Ｆが雌金型２内に充填されると、図１（Ｂ）に示すように、充填された繊維集合体Ｆを圧縮する方向へ雄金型１を移動させて、所定の嵩高密度にまで繊維集合体Ｆを圧縮する。
【００２１】
次いで、このようにして雄金型１によって繊維集合体Ｆを圧縮する工程を完了すると、図１（Ｃ）に示すように、繊維集合体Ｆに含まれるバインダー繊維の溶融温度或いは軟化温度以上に予め加熱した加熱風を繊維集合体Ｆ中に図の矢印方向へ貫流させる。そして、最後に冷却風を図の矢印方向へ貫流させて、バインダー繊維を固化させて、バインダー繊維とマトリックス繊維とを結合させることでクッション材を得る。
【００２２】
本発明の「クッション材の成形金型」は、以上に述べたようにして、繊維集合体Ｆからクッション材を成形するために使用される。
【００２３】
このような成形金型は、従来、金型壁を構成する材料として、図６に示すような無数の開孔を有するパンチング・プレートが用いられていた。その際、このような成形金型の金型壁では、図７に示すように、その曲率が大きな曲面群で構成される金型壁部Ａ′は、パンチング・プレートを塑性変形させる板金加工によって形成されていた。
【００２４】
ところで、通常、金型壁として使用されるパンチング・プレートの肉厚は、０．８〜２．０ｍｍ程度である。このため、前記の塑性加工では、曲率が小さな曲面部では、簡単に金型壁に曲面を賦型することができる。
【００２５】
しかしながら、金型壁のコーナー部などの曲率が大きな曲面部Ａ′では、塑性変形に伴って開孔が変形したり、場合によっては、塑性変形した開孔の引き伸ばされた長円の端部から亀裂が入ったりするという問題がある。
【００２６】
また、塑性変形が大きくなると、圧縮変形と引張変形とによって肉厚斑が生じたり、極端な場合には皺が入ったり、引裂きが生じたりすることもある。更には、板金加工は、コストが掛かるという問題を有している。
【００２７】
このような従来の成形金型に対して、本発明の成形金型は、図２に模式的に示するような構造を有する。なお、該図２に例示した成形金型としては、前述した図１に示した雄金型１、或いは雌金型２のどちらにも適用できる。また、このような雄金型１と雌金型２の組み合わせた金型システムだけに限定されず、繊維集合体Ｆを圧縮して成形する目的を有する金型であれば、本発明の成形金型として使用できることは、言うまでもない。
【００２８】
何故ならば、本発明の成形金型は、繊維集合体Ｆからなるクッション材を成形するために用いられるのであって、このような目的で使用される成形金型では、金型壁の強度がそれ程必要とされないからである。
【００２９】
以上に述べた本発明の成形金型の金型壁は、従来のパンチング・プレートで形成された成形金型に対して、図３（Ａ）に例示したように、金網、或は金属繊維製織編物からなる材料で構成することが好ましい。
【００３０】
このように金網、或は金属繊維製織編物からなる材料で本発明の金型壁を構成することによって、金型壁に加熱風や冷却風が容易に貫流する通気性を付与することができる。そして、何よりも重要なことには、このような材料によって金型壁を構成することで、クッション材に所定形状を賦型するための金型壁形状を容易に形成させることができるという利点を享受できることである。
【００３１】
何故ならば、これらの材料は、金属細線や金属繊維が交互に織られたり、又は編まれたりすることによって、繊維同士の交絡とその摩擦力によって、その組織と形状が保持されており、金属細線や金属繊維が互いに交差する交差部は決して強固に固定されていないからである。
【００３２】
したがって、大変形が生じても、生じた変形に対応して自由に前記の交差部が移動できる運動の自由度を有しているからである。このため、大きな変形を受けてもパンチング・プレートを板金加工する時のような従来の問題を回避することができる。
【００３３】
つまり、前記のような材料を使用することで、従来のように板金加工によらずに、金型壁の形状をクッション材の賦型形状に合せて形成自在の、伸縮性と可撓性とを有する柔構造の金型壁が容易に得られるのである。このため、金型壁の加工コストを大幅に低下させることができ、更には加工時間も大幅に短縮できることとなる。
【００３４】
なお、金属繊維同士をニードルパンチングなどによって絡合させた、金属長繊維の集合体から成る金属不織布を使用した場合においても、金属長繊維は互いに完全に固定されずに、単に相互の絡み合いでその組織を保持しているため、上記の金網、或は金属繊維製織編物からなる材料と同様のことが言える。
【００３５】
更には、本発明の成形金型の金型壁を構成する材料として、図３（Ｂ）に例示するように、金属細線の交差部において点固定されてはいるが、大きな矩形状開口（或は、菱形状開口）を有するエキスパンドメタル、或いは所謂「ラス織り金網」からなるエキスパンドメタルを使用することもできる。
【００３６】
何故ならば、このようなエキスパンドメタルでは、変形に際して、金属細線が邪魔されずに自由に動ける開口部が大きく採られており、尚且つ、その太さも細いために変形の自由度も大きくなり、従来のパンチング・プレートのような大きな塑性変形に伴って発生する問題を極小に抑えることができるからである。
【００３７】
ところで、本発明の伸縮性と可撓性とを有する柔構造の金型壁は、柔構造であるが故に、充填された繊維集合体を所定の嵩高密度に迄圧縮する際に、大きな圧縮力によって変形し易いという問題を抱えている。
【００３８】
しかしながら、本発明の成形金型は、前記の図２に例示するように、繊維集合体の圧縮時に、柔構造を有する金型壁に付与された賦型形状が容易に変形してしまうのを防止するために、賦型形状保持材３を備えている。つまり、賦型形状を形成する金型壁の背面部に、該背面部の背面形状に沿って形成された賦型形状保持材３を備えているという大きな特徴を有している。
【００３９】
このような賦型形状保持材３を備えることによって、本発明の成形金型は、充填された繊維集合体Ｆを所定の嵩高密度に迄圧縮する際に発生する、大きな圧縮力による金型壁自体の変形を回避できるのである。しかも、該賦型形状保持材３に関しては、井桁状に組み合わされた板状リブ材で構成されているために、製作も容易である。
【００４０】
つまり、先ず、井桁状に組み合わせる板状リブ材は、支持する金型壁の背面部の形状に合致するように、縦方向、横方向、或は必要に応じて斜め方向に切り分ける。そして、それぞれの板状リブ材が支持する背面部の形状に対応するように、板状リブ材の形状を切り出し加工する。
【００４１】
このとき、板状リブ材は、縦方向、横方向、或は必要に応じて斜め方向の一次元方向に切り出し加工するのであるから、電動ソー、放電切断加工、或はレーザー光による切断加工などによって必要とされる曲線をなぞるように切り出せば良い。
【００４２】
なお、このような切り出し加工法としては、ＮＣ加工が可能なレーザー光を利用した切断機を使用することで、金型壁の設計図から、切断加工に必要とされる形状データを読み込み自動的に所望の板状リブ材を短時間かつ高精度に切り出すことが可能である。
【００４３】
このようにして切り出された各板状リブ材は、前記の図２に示すように井桁状に組み合わせ、例えば、溶接、銀蝋付けなどによって互いに固定して、柔構造を有する金型壁を支持する賦型形状保持材３とする。そして、井桁状に組み上がった板状リブ材に対して、柔構造を有する金型壁を沿わせて、金型壁が板状リブ材に対して浮き上がらないように、スポット溶接や銀蝋付けなどによって固定する。
【００４４】
このとき、柔構造を有する金型壁は、曲率が大きなコーナー部Ａ、或いは図示はしないが複雑な形状を有する部分であっても、加工時に無理な力を加えることもなく容易に変形加工できることは、言うまでもない。なお、本発明の柔構造を有する金型壁は、前記の曲率が大きなコーナー部Ａ、或いは複雑な形状を有する部分に限定されずに、曲率が比較的小さな部分Ｂにも適用できることは勿論のことである。
【００４５】
その際、本発明の成形金型を構成する金型壁を形成するための材料としては、その全体、或いは一部分が金網、金属繊維製織編物、金属繊維の集合体から成る不織布、及びエキスパンドメタルからなる一群の材料の中から選ばれる何れか一つの材料で構成されていることが好ましい。
【００４６】
また、図４に例示したように、上記の材料を複数箇所に分割して、必要に応じて適当な場所毎に個々に適宜組み合わせて、これらを貼り合わせて使用することもできる。この場合、金網、金属繊維製織編物、金属繊維の集合体から成る不織布、及びエキスパンドメタルからなる一群の材料の中から選ばれる材料を2種以上組み合わせて使用することもできる。
【００４７】
更には、図５に例示したように、金型壁の曲率の比較的小さな部分Ｂについては、従来のパンチング・プレートを使用し、金型壁の曲率の大きな部分Ａ、或は必要に応じて複雑な形状を有する部分についてのみ、前記の柔構造を有する金型壁とすることもできる。なお、このような構造の金型壁を採用するのであれば、柔構造の金型壁を使用する箇所が減少し、これに伴って、板状リブ材の使用量を減らすことができることは言うまでもない。
【００４８】
最後に、本発明において用いる「繊維集合体」について付言すると、該「繊維集合体」は、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が分散混入されたものである。
【００４９】
そ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。
【００５０】
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。
【００５１】
一方、バインダー繊維としては、例えば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。
【００５２】
【発明の効果】
以上に述べた本発明によれば、「製造コストが安価であり、かつクッション材に所定の形状を賦型するために形成される曲率が大きな曲面部を有する金型壁であっても、成形するクッション材の形状に合せて金型壁の形状を容易に加工することが可能なクッション材の成形金型を提供できる。」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】本発明の成形金型を使用して、繊維集合体をクッション材へと熱成形する様子を順次模式的に例示した説明図（正断面図）である。
【図２】柔構造を有する、本発明の金型壁の背面部に取り付ける賦型形状保持材を説明するための模式説明図（斜視図）である。
【図３】本発明の成形金型の金型壁に使用する各種の材料を模式的に例示した説明図である。
【図４】金型壁を複数箇所に分割して、分割箇所毎に個々に適宜な材料を組み合わせた本発明の一実施形態を例示した斜視図である。
【図５】金型壁の曲率が小さい部分には、従来のパンチング・プレートを使用した本発明の一実施形態を例示した斜視図である。
【図６】従来の金型壁に使用されていた材料であるパンチング・プレートを模式的に例示した説明図である。
【図７】従来のパンチング・プレートを塑性変形させる板金加工によって形成され金型壁を模式的に例示した説明図である。
【符号の説明】
１ 通気性を有する雄金型
２ 通気性を有する雄金型
Ａ 金型壁の曲率が大きいコーナー部
Ｂ 金型壁の曲率が小さい部分
Ｆ 繊維集合体

Claims (2)

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が分散混入された繊維集合体を金型キャビティ内へ充填し、充填した繊維集合体を熱成形するクッション材の成形金型であって、
   該成形金型は、金型キャビティ内に充填された繊維集合体を圧縮して所定のクッション材形状へと熱成形によって金型キャビティ形状を賦型するための金型壁を有し、
   更に、前記金型壁に曲率加工を施した曲面部の少なくともその一部が、金網、金属繊維製織編物、金属繊維の集合体から成る不織布、及びエキスパンドメタルからなる一群の材料の中から選ばれる何れか一つの材料、又はこれらの材料の２種以上の組み合わせからなる部材で形成され、かつ、該部材の背面に該背面形状に沿って前記金型壁に付与された賦型形状の変形を防止する賦型形状保持材を備えたことを特徴とするクッション材の成形金型。
2. 前記の賦型形状保持材が、井桁状に組み合わされた板状リブ材で構成され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金型。

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