JP4271828B2 - 繊維集合体成形用金型 - 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繊維集合体を成形する金型に関する。
【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、コーナー部の絞り加工性を確保する為には、素材の目を粗くしないと目的とする絞り形状は得られない。しかしながら、素材の目を粗くすると、この目が成形品に転写され、製品としての価値が無くなる場合がある。
【０００８】
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などの曲率が大きいところでは、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】
図１０は、エキスパンドメタルによる金型構造を示す。エキスパンドメタルは、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が、賦形性を上げるために、大き目の目開きが必要となる。しかしながら大きな目開きの型を使用すると、図１１に示す様に。この網目が成形品に転写されてしまう。
【００１０】
本発明はかかる課題を解決して、成形性と生産性に優れた繊維集合体成形金型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繊維集合体を成形する金型において、
成形される前記繊維集合体は、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ものであり、前記キャビティ面の一部もしくは全体がフレキシブルかつ通気性を有する素材で構成され、かつ前記素材はリブ材を井桁状にくみ上げたフレームからなる支持体によって支持されると共に、金網、金属製織物、エキスパンドメタル、および耐熱性布帛より選ばれた物を複数積層して構成されていることを特徴とする。
【００１２】
成形性と生産性を高めるためには、キャビティ面を構成する通気性素材の層は、キャビティ面から最も遠い最外層が目開きが３ｍｍ以上の粗目の素材からなり、キャビティ面により近い層には、最外層よりも目の細かい素材もしくは耐熱性の布帛からなることが好ましい。また、キャビティ面を構成する通気性素材の層は前記支持体によって支持され、かつキャビティ面は複数の通気性素材を部分的に重ねながら継いで構成し、通気性素材の重なりによる突起がキャビティ内側に生じぬように、通気性素材の重なる箇所では重なりによる厚みを吸収する凹部分を前記支持体側に設けることが好ましい。また、キャビティ面を構成する通気性素材の層より外側には、加熱時の熱風のコントロールをする通気抵抗部材を部分的に貼りつけることが好ましい。また、キャビティ形状に沿った前記支持体上に、キャビティ面を構成する部材が貼り付けられていることが好ましい。その際に、前記支持体のリブ材のピッチは５０ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一つの実施形態としての金型を得るための素材を示す。図中の板材９と１０は、フレキシブル性と通気性を備えた素材であり容易に三次元形状を形成することができる。
【００１６】
ここで金型用のリブ６を製作するには、まず成形品の形状に対応したリブ６を板材から切り出す。この、板材を切り出す方法として、レーザー加工、放電加工、電動ソー等が有るが、ＮＣ加工の可能なレーザーカッターを用いれば、成形品断面図から自動的に断面リブを切り出すことが可能であり、短時間・かつ高精度でリブを製作することが可能である。この様にして切り出された断面リブ材を井桁状にくみ上げ、金型キャビティ面を支持するためのフレームとする。
【００１７】
このフレーム上に板材９と１０を固定していく。固定の方法として、溶接、銀蝋、部品による固定等が有りフレームから浮かない様に固定していく。コーナー部は、予め素材を三次元形状に変形させておく。この変形は、材質がエキスパンドメタルの様な物であれば伸び縮みの自由度が大きく、簡単に三次元曲面を形成することが可能である。特に球面の様な場合だと、平面を縮める場合はエキスパンドメタルの菱形の開口部をさらに潰れた菱形にしていけば容易に縮めることが可能であり、また、平面を伸ばす場合は、菱形の開口部を引き伸ばし、正方形に近づけることにより、容易に伸ばすことができる。
【００１８】
これらの作業を、より容易にするために素材を押付けるような凸状の治具を用いることも有効である。エキスパンドメタルであれば、凸状の治具を用いる場合でもパンチングプレートの様にハンマーで叩いたり、バーナーで加熱・軟化させる必要は無く、押付ける、もしくは軽く叩くことにより形状出しが可能である。また、二次元曲面の様な単純に曲げ加工ができるものであるならばパンチングプレートの様な板材を使用しても加工の手間にはならない。
【００１９】
こうした板材９と１０をリブ６に組み付けていき、最終的には板材間を溶接、もしくは銀蝋により接続し、一体化させてキャビティとする。この様な手順で下型・上型を製作し、完全な金型として製作を完了する。
【００２０】
図1では、板材９をエキスパンドメタルとした場合に、板材１０にはさらに細かい金網材を貼り付けて、目を潰してしまうことにより、板材の網目等が成形品に転写される影響が出ない型を作ることができる。目を潰す方法として、耐熱性の布帛を用いることも可能であり、耐熱性の布帛としては、アラミド繊維が適しており、アラミド繊維の織物をエキスパンドメタル上に貼り付けていくことにより、成形品への網目の転写を防ぐことができる。
【００２１】
また、成形品加熱時に最適な加熱状態を得るためには、成形品の厚み・密度に応じて、金型の通気度を部分的にコントロールすることが好ましい。そのためには、部分的に金型の裏面に通気抵抗をつけることにより、最適な加熱状態を得ることができる。特に、成形品の肉厚が厚い部分や、綿密度の高い部分は熱風の通気抵抗が高いために、熱の通過が悪く、温度が上がり難い。逆に、肉厚が薄く、綿密度の低い部分は熱風が集中し易いために、過剰に加熱され熱劣化する等の問題が発生する。
【００２２】
図２と３に示されるように、金型キャビティの外側に通気抵抗を有する面状体１１を貼りつけることにより、薄肉・低密度部分に過剰に通過する熱風を抑制することができる。通気抵抗部材の貼りつけ方としては、キャビティのすぐ外側に取付ける方法（図３）と、リブの外側に取りつける方法（図２）がある。リブの外側に取付ける場合は、パンチングプレートでも可能である。
【００２３】
また、エキスパンドメタルをリブ枠に貼り付けていく場合、エキスパンドメタルを重ねあわせる必要が生じることがある。この時、図４（Ａ）に示されるように、エキスパンドメタルの厚み分だけ、キャビティに突起が生ずる。これを図４（Ｂ）に示すように、エキスパンドメタルの厚み分だけリブを凹形状にすることにより、キャビティの突起を無くすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】金型のための素材
【図２】通気抵抗部材付き金型
【図３】通気抵抗部材付き金型
【図４】重ねあわせのある金型
【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】成形品
【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 金型コーナー部
８ 金型コーナー部
９ 板材
１０ 板材（細目）
１１ 通気抵抗部材

Claims (6)

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繊維集合体を成形する金型において、
   成形される前記繊維集合体は、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ものであり、前記キャビティ面の一部もしくは全体がフレキシブルかつ通気性を有する素材で構成され、かつ前記素材はリブ材を井桁状にくみ上げたフレームからなる支持体によって支持されると共に、金網、金属製織物、エキスパンドメタル、および耐熱性布帛より選ばれた物を複数積層して構成されていることを特徴とする繊維集合体成形用金型。
2. キャビティ面を構成する通気性素材の層は、キャビティ面から最も遠い最外層が目開きが３ｍｍ以上の粗目の素材からなり、キャビティ面により近い層には、最外層よりも目の細かい素材もしくは耐熱性の布帛からな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。
3. キャビティ面を構成する通気性素材の層は前記支持体によって支持され、かつキャビティ面は複数の通気性素材を部分的に重ねながら継いで構成し、通気性素材の重なりによる突起がキャビティ内側に生じぬように、通気性素材の重なる箇所では重なりによる厚みを吸収する凹部分を前記支持体側に設けることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の繊維集合体成形用金型。
4. キャビティ面を構成する通気性素材の層より外側には、加熱時の熱風のコントロールをする通気抵抗部材を部分的に貼りつけることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の繊維集合体成形用金型。
5. キャビティ形状に沿った前記支持体上に、キャビティ面を構成する部材が貼り付けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の繊維集合体成形用金型。
6. 前記支持体のリブ材のピッチが５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項５記載の繊維集合体成形用金型。

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