JP4163843B2 - 繊維集合体成形用金型の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、開繊された繊維集合体を金型のキャビティ内に充填して熱成形することにより、捲縮形態を有する合成繊維の短繊維からなるマトリックス中に、短繊維より低い融点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成形する金型を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車や航空機等の複雑な形状を有するシート用クッション材としては、従来は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、燃焼時に有毒ガスを発生こと、リサイクル使用が困難等の課題を有する。このため、ウレタンフォームに代わる成形素材が切望されてきた。そこで近年は、ウレタンフォームに代替するための素材として、合成繊維の短繊維からなるマトリックス中に、短繊維より低い融点を有するバインダー繊維が分散混入された繊維集合体からなる素材が注目されてきた。この繊維集合体は、金型のキャビティ内へ綿を充填しこれを熱成形することで、綿中に含まれるバインダー繊維同士を熱融着させて形成されたものである。
【０００３】
図５〜７は、繊維集合体を金型のキャビティ内に充填して熱成形する工程を示す。図５において、繊維集合体１は、原料となる繊維で、予めマトリックスとバインダー繊維を混綿したもので、混綿後、開繊処理しても、混綿したままでも良い。図６に示されるように、原料繊維は金型２と３の間に充填され所定の形状まで圧縮される。そののち原料繊維は、図７に示されるように加熱冷却して溶融・固化し、成形品として取り出される。
【０００４】
なお原料となる繊維を金型に詰める際には、先ず、カード装置によりカードウエブを作成し、このカードウエブを必要とされる寸法に切断し、金型内にセットしていく。金型内へのセット方法として、ウエブを単純に金型内にセットする方法以外に、ハンドリング性を向上させるためにウエブを一旦、加熱処理し、仮成形シートとしてブロック化し、これを金型内にセットする方法が有る。また、生産性を向上させる目的で、吹込み法により、原料綿を開繊・分散させながら一気に金型内に充填させる方法が有る。
【０００５】
ところで自動車や電車等のシート形状は複雑な三次元形状をしており、単純に平板をカットしたり折り曲げたりするだけでは、必要とされる三次元形状は得られない。そこで、目標とする成形品形状の木型や樹脂型に、パンチングプレートをあててハンマー等により叩いて変形させ、成形品の反転形状を作り、これに枠材を組み付けてたものを用いることができる。空気透過性のパンチングプレートを金型材料に用いることで、充填された綿を熱風により加熱・冷却することができる。なお金型としては、成形品と同じ形状の電鋳用基材に電鋳をかけていき、電鋳型とする方法もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
金型を作成するには、木型等が必要となる。しかしこの木型等は、金型完成後は不要となるものである。また木型はＮＣ工作機械などにより切削加工して作るために、非常に高価なものとなる。さらに、木型製作には二週間以上の時間を要し、金型製作時間が長くなるといった課題があった。
【０００７】
また、フレキシブル素材により、金型を作る場合、コーナー等の絞り部は、フレキシブル素材を手で曲げていくか、ハンマー等で叩いていく必要があった。ハンマーで叩いていく場合、フレキシブル素材は容易に変形するために、局部的な凹部が発生し、正確にキャビティ面を作る事が困難であった。
【０００８】
すなわち、従来この様な成形方法に用いられる金型は、図８に示されるようなパンチングプレートを素材として、これが図９に示すように加工されて用いられてきた。パンチングプレートの肉厚は、通常０．８から２．０ｍｍ程度の肉厚であり、曲面が緩やかなところでは比較的容易に叩き出しが可能である。しかし、図９に示されるようにコーナー部７などの曲率が小さいところでは、叩き出しによる形状出しが困難であり、加熱等によりパンチングプレートを部分的に引き伸ばすことにより形状を合わせていく。特に球面の場合は、パンチングプレートを局部的に引き伸ばしたり、縮めたりする必要があるために、引き伸ばした部分は材料の肉厚が薄くなり、強度不足で変形が起こり易くなる課題がある。また引き伸ばすことにより、パンチングプレートの丸穴が楕円に変形し、場合によっては、楕円の端部から亀裂が入り金型の破損に繋がることも起こる。また、縮める部分ついては、皺が発生したりする課題があるために、作り直し等の発生する可能性が高くなる。この様な加工法は作業者の熟練に頼る部分が大きく、製作に要する期間も長いためコストアップに繋がる。
【０００９】
また図１０は、エキスパンドメタルを用いた金型の構造を表したものである。このエキスパンドメタルは、形状保持リブ６にエキスパンドメタルの目開きを変形させて比較的自由に賦形することができる。しかし、エキスパンドメタルをリブ６に貼り付けていく際、端部から順次、エキスパンドメタルを変形させながら溶接をしていくと、図１１に示される様に、絞りによる歪み８がエキスパンドメタル上に発生し、最終的にリブ上に均一に貼り付けることが困難になる。そのため図１２に示されるように、フレキシブル素材を部分的に切断して継接ぎする構造となり、重ねあわせ分９が、成形品に転写される課題があった。
【００１０】
本発明はかかる課題を解決して、成形性に優れた金型を生産性良く製造する方法を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の繊維集合体成形用金型の製造方法は、開繊された繊維集合体を金型のキャビティ内に充填して熱成形することにより、捲縮形態を有する合成繊維の短繊維からなるマトリックス中に、短繊維より低い融点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成形する金型を製造する方法において、通気性を有するフレキシブル素材を、繊維集合体成形目標の形状もしくは近似形状に賦形したのち、賦形した形状を保持するためのリブ桁状支持体上に貼り付けることによって、金型のキャビティ面の一部もしくは全体を構成することを特徴とする。
【００１２】
すなわち、フレキシブル素材をリブ上に貼り付けていく際、予めフレキシブル素材を賦形しておくことにより、フレキシブル素材とリブ材との接続を容易にすることができる。こうすることにより、比較的複雑な形状のものでも、正確に、かつ一枚物もしくは少ない継ぎ接ぎのフレキシブル素材で製造することができるようになる。
【００１３】
本発明においては、リブ桁状支持体上に賦形前のフレキシブル素材を載せ、その上に通気性の無いフレキシブル素材を載せて気密性を確保し、この状態でリブ桁状支持体側から吸引をかけることにより、フレキシブル素材を生産性良く賦形させるができる。その際に、リブ桁状支持体側から吸引をかけると同時に、キャビティ面側からもフレキシブル素材に対して賦形加工を加え、賦形されたフレキシブル素材をリブ桁状支持体にスポット溶接することがより好ましい。
【００１４】
あるいは本発明においては、リブ桁状支持体上に賦形前のフレキシブル素材を載せ、その上に通気性の無いフレキシブル素材を載せて気密性を確保し、この状態でキャビティ面側から液圧をかけることにより、フレキシブル素材を生産性良く賦形させるができる。また本発明においては、リブ桁状支持体上に賦形前のフレキシブル素材を載せ、その上に弾性体を載せ、この状態で弾性体上から押圧をかけることにより、フレキシブル素材を生産性良く賦形させるができる。あるいはまた本発明においては、賦形前のフレキシブル素材を、オス型とメス型との間で加圧してフレキシブル素材を生産性良く賦形させるができる。
【００１５】
また本発明においては、リブ桁状支持体の桁ピッチは５０ｍｍ以下とすることで、フレキシブル素材を生産性良く賦形させるができる。すなわち、形状保持リブを利用した賦形を実施する際、リブピッチを５０ｍｍ以下にすることにより、フレキシブル素材の部分的な凹凸を防ぐことができ、形状精度の高いキャビティ面を得ることができる。
【００１６】
本発明において、繊維集合体のマトリックスを構成する合成繊維の短繊維としては、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、ないしこれらの繊維の混綿体、またはこれらポリマー成分の内の２種類以上からなる複合繊維等が好適である。また、短繊維の断面形状は、円形、扁平、異形または中空のいずれであっても良い。
【００１７】
本発明における繊維の捲縮形態とは、顕在捲縮であることが好ましい。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複合繊維の加熱による方法等で得ることができる。またバインダー繊維としては、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等を、成形する製品の要求性能に合わせて混合すればよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、フレキシブル素材の賦形を、吸引力により実施する例を示したものである。形状リブ上にフレキシブル素材を置き、更にその上に、通気性の無いフレキシブルシートを置き、気密性を確保する。そののち、背面より吸引をかけることにより、フレキシブル素材が変形していき、形状保持リブに沿った形状となる。この場合、形状サポートリブ上でキャビティ形状輪郭が、ほぼ出来上がっているので新たに、賦形のための型を作る必要はない。
【００１９】
図２は、フレキシブル素材を、液圧により賦形する例を示したものである。形状リブ上にフレキシブル素材を置き、その上に気密性のシート材を設置し、気密性を確保する。この後キャビティ側に液体を注入し、さらにポンプ等の加圧手段で圧力を上げて行き、フレキシブル素材を変形し、賦形していく。この方法の場合、吸引による方法よりも高い変形力を得ることができ、比較的剛性の高いフレキシブル素材にも適用することが出来る。
【００２０】
この場合も、形状サポートリブを利用して賦形するため、賦形用の型は不要である。
【００２１】
図３は、フレキシブル素材をゴム等の弾性体１０により、押し付け、変形させて行く場合を示したものである。形状リブ上にフレキシブル素材を置き、この上にゴム等の弾性体を置く、この弾性体をプレス等により押付け、賦形していく この場合、真空ポンプ、加圧ポンプ等の装置は必要でない。押付ける方法としては、油圧プレス・圧空プレス・手動式のプレス等があるが、被賦形物がフレキシブル素材であるため、加圧力は小さくも可能である。この場合も、形状賦形用の型を別途用意する必要がない。
【００２２】
図４は、型により押付ける場合を示すものであり、予め樹脂型・木型等で必要とされる形状のオス型とメス型を作る。このオス型とメス型の間にフレキシブル素材を挟み込んで、加圧することにより、フレキシブル素材を賦形することができる。このオス型とメス型は、形状データがあれば容易にＮＣ加工ができる。また、この型は表面の仕上げ精度は不要なので粗削り程度で十分に使用でき、樹脂型であれば３０分程度の加工時間で作ることができる。
【００２３】
この様にして、予め賦形されたフレキシブル面材をリブ上に貼り付けて行くことにより、継目の無い、もしくは少ないキャビティ面を有する金型を作ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】吸引による賦形
【図２】液圧による賦形
【図３】弾性体による賦形
【図４】オス型とメス型による賦形
【図５】金型と繊維集合体
【図６】繊維集合体の圧縮
【図７】繊維集合体の加熱冷却
【図８】パンチングメタル
【図９】パンチングメタルによる金型
【図１０】エキスパンドメタルによる金型
【図１１】絞りによる歪みが発生したエキスパンドメタル
【図１２】重ね合わせ部のあるエキスパンドメタル
【符号の説明】
１ 繊維集合体
２ 金型上型
３ 金型下型
６ 形状保持リブ部材
７ 従来素材による金型コーナー部
８ 絞りによる歪み
９ 継接ぎ部分
１０ 弾性体
１１ 賦形用オス型
１２ 賦形用メス型

Claims (7)

1. 開繊された繊維集合体を金型のキャビティ内に充填して熱成形することにより、捲縮形態を有する合成繊維の短繊維からなるマトリックス中に、短繊維より低い融点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成形する金型を製造する方法において、
   通気性を有するフレキシブル素材を、繊維集合体成形目標の形状もしくは近似形状に賦形したのち、賦形した形状を保持するためのリブ桁状支持体上に貼り付けることによって、金型のキャビティ面の一部もしくは全体を構成することを特徴とした繊維集合体成形用金型の製造方法。
2. リブ桁状支持体上に賦形前のフレキシブル素材を載せ、その上に通気性の無いフレキシブル素材を載せて気密性を確保し、この状態でリブ桁状支持体側から吸引をかけることにより、フレキシブル素材を賦形させることを特徴とする請求項１記載の繊維集合体成形用金型の製造方法。
3. リブ桁状支持体側から吸引をかけると同時に、キャビティ面側からもフレキシブル素材に対して賦形加工を加え、賦形されたフレキシブル素材をリブ桁状支持体にスポット溶接することを特徴した請求項２記載の繊維集合体成形用金型の製造方法。
4. リブ桁状支持体上に賦形前のフレキシブル素材を載せ、その上に通気性の無いフレキシブル素材を載せて気密性を確保し、この状態でキャビティ面側から液圧をかけることにより、フレキシブル素材を賦形させることを特徴とする請求項１記載の繊維集合体成形用金型の製造方法。
5. リブ桁状支持体上に賦形前のフレキシブル素材を載せ、その上に弾性体を載せ、この状態で弾性体上から押圧をかけることにより、フレキシブル素材を賦形させることを特徴とする請求項１記載の繊維集合体成形用金型の製造方法。
6. 賦形前のフレキシブル素材を、オス型とメス型との間で加圧して賦形することを特徴とする請求項１記載の繊維集合体成形用金型の製造方法。
7. リブ桁状支持体の桁ピッチは５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の繊維集合体成形用金型の製造方法。

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