JP4467808B2 - 吹き飛ばし可能な断熱材クラスター - Google Patents

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Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は、羽毛様断熱性クラスター(down-like insulating clusters)及びその製法に関する。
【０００２】
（発明の背景）
衣類、スリーピングバッグ(sleeping bag, 寝袋)、掛け布団等の断熱性物品に使用するための、羽毛様品質を有する断熱性材料を達成するために多くの試みが成されてきた。生産可能な材料を開発するための従来の努力により、大抵の場合、非常に重くて密である(dense, 目が詰まっている)ために羽毛様とは見なされないか及び／又は従来の装置を通して吹き飛ばすことが困難である材料が得られてきた。
【０００３】
バビット(Babbitt)等の米国特許第５，６２４，７４２号明細書には、第１の及び第２の断熱性（ガラス）繊維材料の混合物から成る打綿断熱材(blowing insulation)が記述されている。繊維群の一方は寸法が一層小さく、一層大きい繊維群の空隙を充填する。
【０００４】
ミラー(Miller)の米国特許第３，８９２，９１９号明細書には、羽毛状形成体に加えて、大きい円筒状又は球状に形成された繊維体(fiber bodies)を用いた充填性材料が記述されている。ここに、それら繊維体は、空隙を充填するのに当てにされているそれら羽毛状形成体と一緒に混合されている
アルトリッヒ(Aldrich)の米国特許第４，１６７，６０４号明細書には、
羽毛と、シリコーンで処理して毛羽を立てたウェブにするこのできる中空のポリエステルフィラメントから形成された合成繊維の短繊維(staple)との混紡物である、改善された断熱材が記述されている。
【０００５】
リーブマン(Liebmann)の米国特許第４，２４８，９２７号明細書には、天然の羽根及び羽毛と、ウェブ状に形成された合成ポリエステルとの組み合わせから成る断熱材が記述されている。
スミス(Smith)の米国特許第４，４６８，３３６号明細書には、空間に吹き飛ばされる、目の粗い充填断熱材が記述されている。この断熱材は、目の粗いセルロースでできた断熱材と短繊維との混合物から成る。
【０００６】
マンクリーフ(Muncrief)の米国特許第５，０５７，１６８号明細書には、結合繊維(binder fibers)を断熱性繊維と混紡することによって形成された断熱材が記述されている。それら断熱性繊維は、合成繊維及び天然繊維から成る群から選ばれ、あらゆる望ましい形状に切断することのできるバット(batt)に形成されている。
ヘルナンデス(Hernandez)等の米国特許第５，４５８，９７１号明細書には、衣服(garments)の繊維充填材として有用な繊維混紡物が記述されている。繊維充填材の混紡物は、縮みじわをつけた(crimped)中空ポリエステル繊維と、縮みじわをつけた結合繊維とから成る。
【０００７】
クーパー(Cooper)等の米国特許第４，０４０，３７１号明細書には、ポリエステル短繊維と有機短繊維との混紡物から成る、ポリエステル繊維の充填材が記述されている。
フランク(Frank)の米国特許第５，４９２，５８０号明細書には、第１の熱可塑性繊維、熱硬化性繊維、無機繊維又は有機繊維と、第２の熱可塑性繊維との混合物を混紡することによって形成される材料が記述されている。
【０００８】
ドノバン(Donovan)の米国特許第４，５８８，６３５号明細書には、優れた合成羽毛が開示され；しかも、低密度の集合体の中に細い繊維を使用することによって達成することのできる、軽量の断熱材系について特に言及されており；更に、断熱性バットを作るのに使用されるときに、高い［暖かさ］対［重量］比、柔らかい手触り感、優れた圧縮回復性(compressional recovery)、等の好都合な羽毛様品質を提供する繊維混合物の範囲が記述されている。この材料は、この材料をアプローチすれば、場合によっては、天然羽毛の断熱性を越えることさえ生じるかも知れない。しかし、機械的観点から言えば、極端に細い繊維は、剛性不足及び強度不足を欠点として持ち、それらが不足することによって、それら繊維を生成し、操作し、使用することが困難になる。そのような合成断熱材の回復特性(recovery properties)は、直径の一層大きい繊維で高められるが、大きい繊維成分が増加すれば、全体の断熱特性が著しく減少する。細い繊維の集合体の機械的安定性に関する諸問題は、湿潤条件で悪化する。なぜなら、毛管水の存在と関連のある表面張力は、重力又は他の通常の使用負荷に起因する力よりもかなり大きく、また、それら表面張力は、その構造に更に多くの悪影響を及ぼすからである。水鳥の羽毛とは異なり、開示されている繊維の組み合わせによって、優れた耐湿潤性が提供される。
【０００９】
ドノバン等の米国特許第４，９９２，３２７号明細書には、望ましい特性を失なうことなく断熱材の完全性を改善するために、結合繊維の諸成分を使用することが開示されている。一層具体的に言えば、その明細書に開示されている発明は、結合性のある(cohesive)繊維構造の形態の合成繊維の断熱材であって、その構造が、（ａ）３〜１２μｍの直径を有する合成ポリマーの微小繊維 ７０〜９５重量％；及び（ｂ）１２〜５０μｍの直径を有する合成ポリマーの巨大繊維 ５〜３０重量％；の集合体から成り、それら繊維の少なくとも幾つかはそれらの接触点で結合されており、その結合は、得られた構造物の密度が３〜１６ｋｇ／ｍ2の範囲であり、結合された集合体の断熱性が、結合されていない類似の集合体の断熱性と比べて、等しいか又は実質的に劣っているようなものであることを特徴とする上記断熱材に関する。上記明細書には更に、好ましい繊維混紡物の羽毛様クラスターの形態が記述されている。クラスター形態がバット形態よりも優れている性能上の明確な利点についても、その明細書に開示されている。
【００１０】
しかし、従来技術のクラスターは、しばしば、そして通常、スピードが遅く、長たらしいバッチ法で、手作業により作られている。更に、従来技術の材料は、容易には吹き飛ばすことのできない材料であって、従来の製造装置では取り扱うことができない。従って、従来の製造装置を用いて作ることができ吹き飛ばすことのでき、羽毛の部分的又は全面的代用品として使用することのできる、吹き飛ばし可能な(blowable)材料が要求されている。
【００１１】
（発明の概要）
従って、本発明の主要な目的は、これまでに述べた諸材料の欠点を克服することである。
本発明の更なる目的は、羽毛の部分的又は完全な代用品として使用することのできる、吹き飛ばし可能な材料を提供することである。
【００１２】
本明細書に開示される発明は、細断されたバット(batt)で作ったクラスターである。バットは、熱硬化されたバットであって、好ましくは、撥水性仕上げ又は潤滑性仕上げ繊維及び／又は乾燥繊維及び／又は結合繊維binder fiber)から成るバットである。次いで、バットは、機械的に細断されて、従来の装置によって吹き飛ばすことのできる小さいクラスターにされる。それらクラスターの幾分ふぞろいの形状によって、一層均一に充填されることとなり、一層優れたパッキング(packing, ぎっしり詰めること)が可能となる。好ましい態様において、撥水性仕上げ又は潤滑性仕上げ繊維及び乾燥繊維の複合材料は、開繊され(opened)、次いで、それらクラスターと混紡されて、クラスターのみを使用する場合と比べて、嵩高特性と、良好に圧縮された特性と、改善された手触り感とを有する、吹き飛ばし可能な材料を提供する。
【００１３】
（発明の詳細な記述）
本発明の材料は、細断されたバットで作られたクラスターから成る。このバットは、熱硬化されたバットでもよいし、熱硬化されていないバットでもよく、これは、バットの組成に依存する。バットは好ましくは、撥水性仕上げもしくは潤滑性仕上げ繊維及び／又は乾燥繊維及び／又は結合繊維を含有する。次いで、バットは、機械的に１回以上細断されて、吹き飛ばし可能で望ましい羽毛様品質を有する小さいクラスターにされる。ウェブ（通常、単層材料）及びバット（通常、多層材料）、又はそれらの部分は、本発明のクラスターを作るのに使用することができるように意図されている。続いて、それらクラスターを製造する方法を例示的に記述する。
【００１４】
それらクラスターは、適切な結合繊維(binder fiber)の混紡物(blend)で作られた軽量のカードスライバ(card sliver)で作ることができる。その繊維混紡物は、ドノバン(Donovan)等の米国特許第４，９９２，３２７号明細書に開示されている繊維混紡物であるのが好ましい。この特許明細書の開示内容は、それに言及することによって本明細書に組み入れられる。他の好ましい態様では、撥水性仕上げもしくは潤滑性仕上げ繊維及び／又は乾燥繊維及び／又は結合繊維から成る繊維混紡物(fiber-blends)が利用される。スライバは、先ず、このために通常使用される容器(cans)の中のカード出力側で収集され、次いで、結合繊維の混合物を熱によって結合させる加熱済み管を通して直接通過させる。この結合工程は、嵩高い(lofty)カードスライバを収縮させないで且つ密にしないで仕上げることが重要である。各々スライバ端部は、縦管の中を通って落ち、同時に、ガイドリング(guide rings)によって、中心に来るように合わせられ、熱風がその縦管を通って上向きに吹くとき、嵩高く弾力があり線状に伸びる繊維集合体を結合させる。加熱済み管の出口で、スライバは、ギロキン型短繊維裁断機の入口側に引き伸ばされる。切り口での繊維溶融による緻密化の影響(densifying effects)を受けないで、クリーンカット(clean cut, スパッと切れた切り口)が達成される。この方法によって、嵩高く弾力が非常に強い繊維のクラスターが回収される結果となる。
【００１５】
上記の方法は、カード・スライバよりむしろ、厚さ７／８インチ、４オンス／ヤードのPRIMALOFT（登録商標）バット［PRIMALOFT（登録商標） ONE］の長くて薄いスライス(slices)を利用して試験を行った。PRIMALOFT（登録商標）バットは、直交重ね合わせ接合構造(cross-lapped, bonded structure)であり、上述のドノバン等の特許明細書に記述された種類の繊維混紡物から成り、市販されている。幅約７／８インチの、バットのストリップ(strips, 細片)は、繊維配向(fiber orientation)をストリップの長さに概して平行にさせ、しかも、この点ではカード・スライバに類似させながら、横方向(crossmachine direction)（ＣＤ）に沿って切断した。PRIMALOFT（登録商標）バットから取ったストリップは事前に接合させておき、従って、カッターに送り込むのに十分な統合性(integrity)を有した。切断する前に接合することによって、切片(cut, 切れ端)の品質が改善されたものと思われる。使用したステープル・カッター［日本のエース機械（株）(Ace Machinery)製の実験装置、指定モデル番号Ｃ−７５］は、７／８インチ間隔で切断するように設定した。このカッターによって、PRIMALOFT（登録商標）供給原料はクリーンカットされて(cleanly cut, スパッと切断されて)、クラスター様立方体（それぞれ、約７／８×７／８×７／８インチ）の集合物(collection)になった。このクラスター集合物の密度は、０．５ポンド／立方フィートよりもかなり小さいように思えた。それ故に、その集合物は羽毛様となり、且つ非常に重量効率がよい(weight-efficient)断熱材となる。供給原料として使用したPRIMALOFT（登録商標）バットは、０．５ポンド／立方フィートの公称密度を有し、また、切断工程の間、高密度化は実質的に全く観測されなかった。
【００１６】
クラスター集合物の密度は、個々のクラスターの密度よりもかなり小さい。もし、本発明のクラスターが、バットからよりもむしろカード・スライバから直接に作られるならば、得られるクラスターの形状は、立方体様又は矩形と言うよりむしろ、幾分円筒状となる。
この好ましい方法では、撚り合わされたカード・ラップ(plied card-laps)から成るバットが使用される；とは言え、他の繊維質形態のものも同等に適切である。
【００１７】
カード・ラップ又はウェブは、羽毛の密度特性に匹敵する密度を有するバットに形成するのが好ましい。カード・ラップ又はウェブは、結合繊維及び／又は乾燥繊維及び／又は０．５〜６．０デニールの撥水性繊維で調製される。この好ましい方法において、カード・ラップ又はウェブは、結合繊維 ４０％と、１．４デニールの乾燥繊維 ３０％と、１．４デニールの撥水性繊維 ３０％とから成る。これらの選定された繊維は、固定平坦部(stationary flats)を備えた単一円筒状の金属製カード(card; 毛羽立て機)によって毛羽立てし、３オンス／平方ヤードの集合体にするのが好ましい。これらのカードは、「Hollingsworth Saco Lowell of Greenville, サウスカロライナ州」から入手することができる。このようにして得られたカードは、結合繊維を熱硬化するための電気熱源及び／又はガス燃焼熱源によって送られる。そのバットは、繊維を結合させるのに十分な温度で、しばらくの間加熱する。この場合、使用温度は、３００〜４００oＦであった。今、熱硬化したバットは、次いで、細断し［好ましくは、「the Rando Machine Company of Macedon, ニューヨーク州」製のランド・オープナー・ブレンダー(Rando Opener Blender)で２回細断し］、本発明のクラスターを形成する。図１の（Ａ）及び（Ｂ）は、２回細断した本発明のクラスターを示す。
【００１８】
他の変化には、次のものが含まれる：
１．短繊維(staple)の長さを、毛羽立てすることのできる限界まで長くして、クラスターの完全性(integrity)及び耐久性を改善すること；
２．結合繊維の含有量を変えて、クラスターの性能特性、細断性、切断性及び密着性を微調整すること；
３．クラスターの寸法、形状及びアスペクト比を変えること；
４．目的に適しているなら、超音波結合手段を使用すること；
５．クラスターを１回以上細断すること；
６．熱硬化していないバットを使用すること；並びに、
７．バット又はウェブの一部のみを細断すること。
【００１９】
２回細断したクラスターは、１回のみ細断したクラスターと比べて、一層平滑であり一層容易に混紡することができることが分かった。更に、細長く切ることのできる熱硬化済みバットのスライバ又はストリップを利用し、次いで、標準の細断工程によりこれらの部分を利用してクラスターを形成することは可能である。
本発明の特許請求の範囲から逸脱することなく、上記に示した諸例から幾つかの変化を実行することは可能であり、また、望ましい場合がある。
【００２０】
（材料の評価）
図２の（Ａ）及び（Ｂ）は、クラスターの好ましい態様を示す。これらクラスターは、開繊された１００％合成繊維(opened 100% synthetic fiber)、好ましくは、予備混紡された撥水性又は潤滑性仕上げ繊維及び乾燥繊維の混合物と混紡することによって品質が一層向上する。開繊された繊維は、好ましくは、０．５〜６．０デニールの繊維のあらゆる混合物である。撥水性又は潤滑性仕上げ繊維は、耐水性を高めた。好ましい態様において、それらクラスターでは、その材料の含量は５０％以下である。幾つかの態様において、開繊された繊維は、０．１〜１．４デニールの繊維 ７０〜９５％と、１．４〜２４デニールの繊維 ５〜３０％との混合物である。他の態様において、開繊された繊維は、１．４デニールの撥水性又は潤滑性仕上げポリエステルと、１．４デニールのポリエステルとの５０／５０混合物である。
【００２２】
試験１
クラスターの特性
撥水性又は潤滑性仕上げ繊維 ３０％と、乾燥繊維 ３０％と、結合繊維 ４０％とから成る、２回細断したバット ２５ポンドを、ブローイング・ステーション(blowing station; 吹き飛ばし装置）の混合用タンクの中に移した。ひとたび、そのタンクの中のビーター(beaters)が作動して、いかなる問題もなく、計量・ブローイング装置(metering and blowing system)を通過すれば、その細断されたバットは単独で容易に開繊した。
同様な結果はクラスターと開繊繊維との混合物を用いて観察された。吹き込みノズルの調整により結果が左右される。ある場合には、手混紡 (hand blending) も同様に組み入れることで該混合物の特性を高めてもよい。
水分吸収に耐える能力は、該クラスターが羽毛よりも優れている部分である。試験を行い、時間を変えて複数回水に漬けた後で、合成混紡物の厚さ、吸水量および密度を評価した。
【００３１】
試験２
最終用途において、諸断熱材は衣類又は寝袋に使用される。現実的な湿潤状態を与えるために、諸試験材料は、浸漬する前に、織物の枕カバーの中に置いた。これら枕カバーは、８インチ×９インチであり、３オンス／平方ヤードのリップストップ・ナイロンで作り、３つの端部を縫った。第４番目の端部は安全ピンで固定した。
【００３２】
試験に供した材料は、細断したバットのみ、帯電防止処理を行った細断したバット、５０／５０の合成繊維／細断したバット、及び５０／５０の合成繊維／帯電防止処理を行った細断したバットであった。断熱材１２ｇを各枕カバーの中に置いた。３つの反復試験片に各材料を充填した。各試料の、初期の厚み、及び重量を測定し記録した。
【００３３】
各試料は、先ず、７０°Ｆの水に１０秒間沈め、次いで、２０分間、水に浮かべたままにした。そのとき、各試料は、一旦、工業用絞り機を通し、次いで厚みを測定した。次いで、各試料は、１０秒間、力強く振り動かし、次いで、厚みを再び測定した。次いで、それら試料は、再び１０秒間沈め、次いで、全体を浸漬放置して１、２及び４時間後に測定することができるように、その工程を繰り返した。図３は、浸漬放置の厚みに及ぼす影響を比較するグラフである。図４は、４時間かけて浸漬し、絞り機にかけ、振った後、５０／５０の合成繊維／細断したバットの厚さを示す図である。
【００３４】
（合成繊維と混合しただけの）クラスターは、水に対して優れた抵抗を示し、洗浄によりその性質が高められる。また、それは羽毛のみにより充填された材料に特有のクランピング (clumping, 凝集塊 ) にならない。
【００３５】
クラスター；及び開繊された繊維と混合したクラスター；を使用すれば、生成物にある程度の静電気（この静電気の問題は、取り組むべきで問題であった）が生じることとなることが分かる。例えば、二箱の織物柔軟性シートと、一缶の静電除去スプレーとを、試験１の混合物に類似の混合物に添加した。それらシートは、１／２平方インチに切断し、次いで、生成物の中に分散させた。生成物の表面とタンクとは、静電除去スプレーで噴霧した。この時点で、その生成物はその装置によって良好に吹き飛ばされた。（ノズルよりも大きい）ダクトのセクションは、精確に計量して供給するために使用した。適切な装置に対して適当な調整を行えば、開繊された繊維と混合されたクラスターを使用することができる。（細断する前の）繊維を静電除去処理剤で処理することはときどき必要である。
【００３６】
本発明は、上記で解説していない合成繊維の混紡を利用することを更に意図している。これらの混紡の範囲によって、繊維の平均直径は制限され、高レベルの断熱性能が確保される。ある場合には、引用した複数の特許によって定義される繊維の平均直径よりも大きい平均直径が望ましい場合がある。例えば、もし最終生成物が枕又はクッション材料(upholstery) である場合、及び圧縮剛性が重要な必要条件である場合、比較的大きい直径の繊維が利用されることがある。
【００３７】
かくして、本発明によって、その利点は実現されるであろう。また、本明細書に、好ましい諸態様を詳細に開示し記述してきたが、本発明の範囲は、それら諸態様に限定されるべきではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって決定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （Ａ）は本発明の好ましい態様の正面図である。（Ｂ）は（Ａ）に示す本発明を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって拡大した正面図である。
【図２】 （Ａ）は本発明の好ましい第２の態様の正面図である。（Ｂ）は（Ａ）に示す本発明をＳＥＭによって拡大した正面図である。
【図３】 諸材料を浸漬した後の厚みを比較するグラフである。
【図４】 諸材料を浸漬した後の厚みの写真である。

Claims (19)

  1. 結合されたバット、結合されたウェブ、結合されたバットの一部、及び結合されたウェブの一部より成る群から選ばれる少なくとも１種の材料を、少なくとも１回細断した、形状がふぞろいであり、吹き飛ばし可能なクラスターから成る、吹き飛ばし可能な断熱材であって、前記クラスターは繊維間の複数の点において相互に接合され、形状がふぞろいである繊維から成る、前記断熱材。
  2. 前記バットが、直径が３〜１２ミクロンである合成高分子微細繊維７０〜９５重量％、及び直径が１２〜５０ミクロンである合成高分子大型繊維（ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ ｍａｃｒｏｆｉｂｅｒｓ）５〜３０重量％から成る、請求項１記載の吹き飛ばし可能な断熱材。
  3. 静電気除去手段を更に有する、請求項１記載の吹き飛ばし可能な断熱材。
  4. 前記バットが、０．５〜６．０デニールの撥水性仕上げ又は潤滑性仕上げ繊維、０．５〜６．０デニールの乾燥繊維、及び結合繊維より成る群から選ばれる少なくとも１種の材料から成る、請求項１記載の吹き飛ばし可能な断熱材。
  5. 前記バットが、結合繊維４０％、乾燥繊維３０％、撥水性仕上げ又は潤滑性仕上げ繊維３０％から成る、請求項４記載の吹き飛ばし可能な断熱材。
  6. 静電気除去手段を更に有する、請求項４記載の吹き飛ばし可能な断熱材。
  7. 前記吹き飛ばし可能なクラスターが、開繊された撥水性仕上げ繊維、潤滑性仕上げ繊維、及び乾燥繊維より成る群から選ばれる少なくとも１種の人工材料との混合物の形態にある、請求項１記載の吹き飛ばし可能な断熱材。
  8. 前記クラスターの含量が該混合物の５０％以下である、請求項７記載の吹き飛ばし可能な断熱材。
  9. 前記乾燥繊維が乾燥ポリエステルであり、前記撥水性仕上げ又は潤滑性仕上げ繊維がシリコーン処理したポリエステルである、請求項７記載の吹き飛ばし可能な断熱材。
  10. 前記開繊された撥水性仕上げ又は潤滑性仕上げ繊維／乾燥繊維の混合物が５０／５０の混紡物である、請求項７記載の吹き飛ばし可能な断熱材。
  11. 静電気除去手段を更に有する、請求項７記載の吹き飛ばし可能な断熱材。
  12. 細断されたバットから成る、吹き飛ばし可能なクラスターであって、該バットが、
    （ａ）適切な結合繊維の混合物で作られたバットを毛羽立たせ；
    （ｂ）前記結合繊維が他の諸繊維を結合させるのに十分な時間と温度で、前記毛羽立ったバットを熱硬化し；次いで、
    （ｃ）前記の熱硬化したバットを細断する；
    諸工程によって作られたものである上記クラスター。
  13. 前記吹き飛ばし可能なクラスターが、少なくとも１回細断されたものである、請求項１２記載の吹き飛ばし可能なクラスター。
  14. 前記バットが、撚り合わされたカード・ラップから成る、請求項１２記載の吹き飛ばし可能なクラスター。
  15. 前記バットがウェブから成る、請求項１２記載の吹き飛ばし可能なクラスター。
  16. 前記バットが、毛羽立って３オンス／平方ヤードの集合体になっている、請求項１２記載の吹き飛ばし可能なクラスター。
  17. 前記熱硬化が、電気ヒータ源又はガスヒータ源を用いて行われる、請求項１２記載の吹き飛ばし可能なクラスター。
  18. 前記バットが、直径が３〜１２ミクロンである合成高分子微細繊維７０〜９５重量％、及び直径が１２〜５０ミクロンである合成高分子大型繊維５〜３０重量％から成る、請求項１２記載の吹き飛ばし可能なクラスター。
  19. 前記適切な結合繊維の混紡物が、撥水性仕上げ又は潤滑性仕上げ繊維、乾燥繊維及び結合繊維より成る群から選ばれる少なくとも１種の材料から成る、請求項１２記載の吹き飛ばし可能なクラスター。
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