JP5691360B2 - 繊維素材からなる成形品を製造するための装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、具体的にはマットあるいはクッション状の固形物である繊維素材からなる三次元の成形品を、複数部材構成型枠である、孔を有し、少なくとも１つの内部空間を有する型枠を用いて製造するための方法であって、複数部材構成型枠の内側が少なくとも部分的に成形品の輪郭を規定し、繊維素材を型枠の内部空間に吹き込むステップと、繊維を型枠の内側に堆積するステップと、成形品を形作るために繊維を連結するステップとを含む方法に関する。この種の成形品は、好ましくは自動車産業において、特に、例えばボンネットの下の遮音マットや、例えばレッグルームやトランク内、あるいは座席クッションやフロアカーペットなどにおけるライニング用マットとして用いられる。
また本発明は、繊維素材からなる三次元の成形品を製造するための装置であって、少なくとも１つの内部空間を有する、複数部材構成型枠であって、この複数部材構成型枠の内側が少なくとも部分的に製造すべき成形品の輪郭を規定するものと、繊維を型枠の内部空間に吹き込むための１つ以上のノズルと、内部空間から空気を排出し、繊維を型枠の内側において堆積するための空気開口部と、成形品を形作るために繊維を連結するための手段とを有する装置にも関する。

この種の方法あるいは装置は、例えば国際特許公開公報ＷＯ２００９／０６２６４６から公知であり、この文献は繊維素材からなる三次元の成形品を製造するための装置を開示している。ここでは、上型と下型の２つの部品からなる型枠が使用される。その際、上型と下型の各内側は、成形品の輪郭を部分的に規定する。上型と下型の間の空間内に繊維が空気流によって複数のノズルを通じて吹き込まれる。空気流は、上型と下型の開口部を通じて逃れるため、繊維が上型と下型の内側に対して堆積される。その後、繊維は必要に応じてさらに局所的に圧縮され、次のステップにおいて熱供給によって互いに接着される。繊維の冷却後、完成した成形品を最終的に型枠から取り外すことが可能となる。その際、繊維は型枠においていわゆる不織フリースを形成する。フリースの繊維は、自身の配向性がランダムとなった形で配置される。

本発明は、この種の成形品が自身の製品固有である特性を鑑みた場合、より良好な形で後日の利用に対して適用されるべきであるという認識に基づいている。

国際特許公開公報ＷＯ２００９／０６２６４６

本発明の課題は、成形品の特性とその利用可能性とを改善するために、繊維素材からなる三次元の成形品を製造するための方法と装置とを提供することである。

上記課題は、マット状あるいはクッション状の三次元成形品を、少なくとも１つの内部空間を有する複数部材構成型枠を用いて繊維から製造するための方法に関しては、当該複数部材構成型枠の内側が少なくとも部分的に成形品の輪郭を規定するものであり、型枠の内部空間内へ繊維を吹き込むステップと、繊繊を型枠の内側に堆積するステップと、成形品を形作るために繊維を連結するステップとを含み、前記繊維は、型枠内への吹き込みの際に少なくとも部分的に内部空間において１つ以上の電場を印加されることによって、前記繊維が少なくとも部分的に、成形品における繊維の１つ以上の所望の優先方向と少なくとも一致している、電場の方向に沿って配向されることによって解決される。

上記課題は、繊維から三次元成形品を製造するための装置に関しては、少なくとも１つの内部空間を有するとともに、その内側が少なくとも部分的に製造すべき成形品の輪郭を規定する複数部材構成型枠と、繊維を内部空間に対して吹き込むための１つ以上のノズルと、内部空間から空気を逃し、繊維を型枠の内側に対して堆積させるための、型枠に形成された空気開口部と、成形品を形作るために繊維を連結するための手段とを備え、内部空間に対して少なくとも１つ以上の電場を印加し、１つ以上の電場を生成するための手段が設けられており、繊維の前記型枠内への吹き込みの際に前記電場によって少なくとも部分的に成形品における繊維の１つ以上の所望の優先方向と少なくともおおむね一致している電場の方向に沿って繊維が配向されることによって解決される。

本発明による方法あるいは装置によって、型枠の内部空間において繊維が１つ以上の電場あるいは電場の各力線に沿って配向されるようになる。その後、繊維は所定の優先方向に向かって型枠の内側に堆積される。型枠が完全にこのように配向される繊維によって充填されると繊維が互いに接着され、接着時に１つ以上の電場の配向を保持する。こうして自身の繊維が所定の領域あるいは成形品全体において配向されているような成形品が形成される。電場または力線の方向は、繊維の方向が所定の特性の１つ以上の優先方向と一致するように選択される。こうすることによって成形品の利用可能性が高くなるため、これらの成形品が例えばそこで生じる負荷が成形品に対して不適切であったようなその他の領域に対して適用することが可能となる。例えば、所定の利用法において成形品が所定の負荷方向を受ける場合、繊維がこの負荷方向に対して平行に配向されるように電場の方向を選択する。こうすることによって自身の外部から付与される力に対する復元力が改善される。これによって成形品の性能と寿命とが極めて高くなる。

吹き込みの前または途中あるいはその両方で繊維に電荷が付与され、さらに追加的なあるいは選択的に既に荷電された繊維の電荷が強化されることが好ましい。こうして繊維が１つ以上の電場に対して配向されるため、繊維が１つ以上の所望する繊維の優先方向を有する成形品を形成する。既に荷電された繊維については、これらの電荷が強化されることによって繊維がより迅速且つ確実に電場の力線に沿って内部空間で配向され、最終的に製造された成形品においても相応に配向された形で設けられるようになる。

電場をより容易且つ安価に製造するためには、電場を型枠の電導性を有する部分を用いて生成することが有利である。型枠の電導性を有する部分は、電場あるいは力線の方向が繊維の所望される優先方向に相当するように設けられている。型枠の電導性を有する部分は、互いに対して絶縁されていてもよい。こうすることによって電場を生成するための別途手段が不要となり、この方法をより安価に実施することが可能となる。

電場の均一性を高めて同時に可能な限り簡単なメンテナンスを可能にするために、少なくとも１つの電場を複数部材構成型枠の外面あるいは外側にオフセットされて設けられた電極によって生成してもよい。これによって電極に対する接近性と電極のメンテナンスが容易となる。さらに電極の位置づけに際しては、考慮すべき例えば突起などの境界条件がより少なくなるため、電極をより大きくすることが可能となり、電極の各縁における電場の境界効果の影響がより小さくなるため、各電極間の電場の均一性にとって有利となる。

電場を生成するために必要な余分な手段を可能な限り少なくするためには、繊維素材を内部空間に対して吹き込む作業が自身も少なくとも１つの電場についての電極として形成されている、少なくとも１つのノズルによって実施されることが有利である。この際、ノズルは互いに対して絶縁された部分から構成されていることによって、異なる方向において個々の独立した部分電場を形成するようにしてもよい。しかしながらもちろん複数のノズルが電極として形成されていてもよい。

電場のための対応する第２の電極は、必ずしも同様にノズルの形状を有する必要はなく、例えばその他の有利な形状を有することが可能であり、具体的には電極が必要に応じて互いに対して電気的に絶縁されている、型枠の電導性を有する部分によって形成されていてもよい。

本発明による装置においては、未荷電の繊維を荷電し、追加的あるいは選択的に既に荷電された繊維の電荷を強化することが可能であるように繊維を荷電するための手段が設けられていると好適である。未荷電の繊維を使用する場合には、これらを荷電しない限りは電場において配向されない。したがって繊維の荷電のための手段が設けられた場合、装置の柔軟性が極めて改善される。加えて既に荷電された繊維の電荷がこれらの手段によって強化される。例えば摩擦によって既にある程度でありながら小さいものにすぎず、電場によって十分な形であるいは十分に迅速な形で配向されるには弱すぎる電荷を有する繊維は、より強く荷電されるため、これらの繊維が確実に電場によって型枠の内部空間において配向される。

特に好適な形態は、荷電のための手段が少なくとも１つのノズルまたはノズルの供給管あるいはその両方に設けられることである。荷電手段がノズルに設けられる場合、コンパクトである装置の構造が得られる。この手段が少なくとも1つのノズルのための供給管に設けられる場合、繊維は内部空間への吹き込みの前に既に所望の電荷を得ることが可能である。これよって一方ではノズルを比較的簡単且つ安価に製造することが可能となる。また同時に型枠の内部空間の電場に対する荷電のための手段による影響が、ノズル自体に荷電のための手段が設けられる場合には避けられることから、１つ以上の電場による繊維の内部空間における確実な配置が得られる。

繊維を荷電するための手段は、環状電極を有することが好ましい。こうすることによって、例えば環状電極を直接供給管の部分として構成することや単に供給管の外面の周りにおいて配置することによって、特に簡単に１つ以上のノズルのための既存の供給管そのものに対して手段を一体化することが可能となる。

可能な限り安価に製造し、電場を生成する手段を簡単に配置するためには、プレート状あるいは棒状あるいはそれらを組み合わせた電極を用いることも可能である。その際、例えば型枠の一方側では棒状電極を配置し、対向する面にはプレート状電極を配置するなど、電場を生成するために両種の電極を一緒に使用することも可能である。この場合、棒状電極からの力線は自身の表面に対して垂直に延伸し、プレート状電極の表面の上において平行に終端する。

装置を可能な限りコンパクトに構成することが可能であるようにするためには、複数部材構成型枠からなる少なくとも１つの部分を少なくとも部分的に電極として構成することが好適である。このように型枠に電極を「埋め込み」することによって一方では型枠の構造をコンパクトにすることが可能となり、他方では電場の均一性を妨害し得る電場の領域において障害となる別途供給管を設ける必要がないため、電場が均一となる。

装置のメンテナンスのために容易な接近性を可能にするためには、複数部材構成型枠から構成されている型枠の外面に電極が配置されており、特に複数部材構成型枠が部分的に非導電性である素材からなることが好適である。電極が外面に設けられると外側から接近しやすくなる。同時に特に複数部材構成型枠が部分的に非電導性の素材から製造されることによってファラデー効果による電場の部分的な遮蔽を防止する。その際、型枠を電導性および非電導性の素材を用いてこのような構成にすることによって、１つ以上の電場の電界強度および配置を目標とされる形で影響するためにファラデー効果を利用することも可能となる。

電極が複数部材構成型枠の外面に設けられる場合、これらが複数部材構成型枠と連結される必要はない。例えば電極を複数部材構成型枠より離れて位置づける場合、型枠あるいは少なくとも型枠の部分よりもかなり大きく構成することが可能である。同時にこのことによって電場における境界効果（電極の縁における力線の隆起；直接対向するプレート状電極の場合にはプレート間の内部空間においてのみ実質的に均一である電場を有する）が防止される。

装置をさらにコンパクトに構成するためには、少なくとも１つのノズルが電極として構成されていることが有利である。その際、電場を形成する手段を構成するのは別の形状を有する電極を有する１つのノズルであっても２つの相当するノズルであってもよい。

可能な限り欠陥のない成形品の製造を確証し、電場を生成する手段間の短絡などを防止するためには、電気的に絶縁するための手段が特に複数部材構成型枠の部分間に設けられていることが有利である。これによって電導性の領域が互いに絶縁されるため、欠陥のない成形品を製造することが可能となる。

繊維を吹き込む前の本発明における複数部材構成型枠の斜視図である。 電場が負荷されている状態で繊維を吹き込む間における図１における本発明による型枠を示す図である。 電場が負荷されていない状態における図２による型枠を示す図である。 配置された繊維あるいは配置されない繊維によって製造された成形品の断面図である。 本発明による複数部材構成型枠を示す図である。 上型または下型の斜視図である。 電極を有する供給管の一部分の斜視図である。 繊維配向装置の垂直断面図である。

本発明のさらなる特徴および利点は、以下における実施形態の説明、ならびに図面から明らかとなる。

図１において本発明による装置のための複数部材構成型枠１が示されている。ここで型枠１は、２つの有孔であるトレイ状の部分、すなわち上型Ｏおよび下型Ｕからなり、これらは自身の間において製造すべき成形品の形を有する内部空間Ｉを形成する。上型Ｏまたは下型Ｕの外面において、内部空間Ｉにおいて作用する電場Ｅの生成のために機能する２つのプレート状の電極２ａ、２ｂが配置されている。図１における下型Ｕの右側において、内部空間Ｉに、内部空間Ｉに対して繊維Ｆ₁、Ｆ₂を吹き込むためのノズルＤが配置されている。さらにノズルＤには繊維Ｆ₁、Ｆ₂を吹き込む際にこれらを静電荷するための電極２ｃが内部空間Ｉにおいて取り付けられている。内部空間に対して繊維Ｆ₁、Ｆ₂を吹き込む前、遅くともその製造途中で電場Ｅが印加される。

図２において繊維１がノズルＤを通じて上型Ｏと下型Ｕとの間の内部空間Ｉへの方向４に向かって吹き込まれる状態が示されている。吹き込み時およびその際に生じる乱流時において、繊維Ｆ₁は内部空間Ｉにおいて電場Ｅが有効であった場合であっても当初はまだ配向されていない。空気流を緩和することによって繊維Ｆ₁、Ｆ₂はさらに内部空間Ｉ内に侵入する際に運動エネルギーを失い、その後電場Ｅの力によって力線、すなわち図２において型枠の上面および下面に対して略垂直に延伸する力線に応じて、プレート状電極２ａからプレート状電極２ｂに向かって互いに平行に配向される（繊維Ｆ₂）。

（図示されない）次のステップにおいて、繊維Ｆ₂は自身の相当する配向において上型Ｏまたは下型Ｕの内側に沿って配置される一方、吹き込まれた空気が有孔である上型および下型から逃れる。内部空間Ｉが完全に（配向された）繊維Ｆ₂によって充填されると繊維Ｆ₂同士が例えばヒートシールによって互いに連結される。その後、必要に応じて型枠あるいは接着された繊維Ｆ₂が冷却される。こうして型枠１を開くことによって取り出すことが可能である硬い成形品が形成される。

図３において、内部空間Ｉにおいて電場Ｅが生じていない場合に、繊維Ｆ₁が内部空間Ｉにおいてとる繊維Ｆ₁の配向が具体的に示されている。繊維Ｆ₁は、互いに対して任意の形で配向されており、修正されていない繊維Ｆ₁を有するいわゆる不織フリースを形成している。

図４ａまたは４ｂにおいて、成形品５であって、一方では電場Ｅによって荷電された繊維Ｆ₂を用いて製造されたもの（図４ａ）と他方では内部空間Ｉにおいて電場Ｅが存在しない形で製造された、未配向の繊維Ｆ₁を含む成形品５の断面図が示されている。さらに、こうして製造された成形品５に対して上から作用する力Ｆが示されている。図４ａにおいて繊維Ｆ₂はこの作用する力Ｆに対して平行に配向されているのに対し、図４ｂにおいては上から作用する力Ｆに対して特定ではない、すなわち偶然の配向をとる。図４ａにおいて繊維Ｆ₂が成形品５に対して作用する力Ｆに対して平行に配向されるため、図４ａにおける成形品は、復元力、すなわち力Ｆと反対方向に作用する力が繊維Ｆ₂が成形品５に対して作用する力Ｆに対して平行に配向されている場合に最も大きくなるため、図４ｂにおける成形品５の復元力Ｒよりもかなり大きな復元力Ｒを有する。繊維Ｆ₂を１つ以上の優先方向、ここでは図４ａにおいて成形品に対して作用する力に対して平行に配向することによって、成形品の疲労のない復元力、よって自身の寿命が著しく改善される。

図５において上型Ｏと下型Ｕとからなる、本発明による型枠１が示されている。両方の型枠は、それ自体公知である有孔であり、互いに対して着脱可能な形で連結されている壁部材から製造される。繊維を吹き込む際に上型と下型とが閉じられた箱を形成する。吹き込まれた繊維を接着した後、この箱は公知のように開かれる。

下型Ｕの右側の側壁においてこの側壁に対して略垂直に繊維素材を型枠１の内部空間Ｉに対して吹き込むためのノズルＤが配置されている。ノズルＤは、吹き込む際に繊維Ｆ₁、Ｆ₂を静電荷するための電極２ｃを担持している。さらに、上型Ｏの一部が電極２ａとして、またこれに伴って同様に下型Ｕの一部も電極２ｂとして構成されている。電極２ａおよび２ｂの間、場合によっては電極２ｃとの組み合わせにおいて電圧を印加することによって電場Ｅを生成することも可能である。電極における電圧は、５ｋＶ／ｃｍ〜１０ｋＶ／ｃｍ、特に６ｋＶ／ｃｍ〜８ｋＶ／ｃｍの電界強度が形成されるように選択される。

上型Ｏおよび下型Ｕは、空気流が内部空間Ｉから再び出るために役立つ、ザル状に配置された孔５を有する。空気が逃げることによって繊維Ｆ₁、Ｆ₂が上型Ｏおよび下型Ｕの内側に対して移動されてここに堆積するため、内部空間Ｉに完全に繊維Ｆ₁、Ｆ₂が充填された場合に繊維Ｆ₁、Ｆ₂が互いに対して接着することによって成形品を製造することが可能となる。その際、上型Ｏおよび下型Ｕは、部分的に非電導性の素材から形成することが可能であるが、その場合各電極２ａ、２ｂは当然電導性の素材からなる。

図６ａにおいて型枠１の金型枠Ｕが示されている。この下型Ｕは、有孔板５を有し、通常は陰極を構成する。さらに下型Ｕは、実質的にトレイ状に形成されており、下型Ｕの縁が全体として実質的に四角形の断面を有する。

図６ｂ、６ｃにおいて図６ａの下型Ｕに対応する、実質的に同じ構造を有し、陽極を構成する上型Ｏが示されている。上型Ｏは、非電導性の素材からなり、その外面に直接電極２ａが設けられるか（図６ｂ）あるいは上型Ｏそのものが全体として電極２ａとして構成され（図６ｃ）上型Ｏの縁において円周状に設けられる電気的な絶縁６を有するため、内部空間Ｉを形成するために上型Ｏが下型Ｕの上に設置された場合、上型Ｏと下型Ｕとが互いに対して電気的に絶縁されている。

図７において、ノズルＤへの供給管Ｚが示されており、その内部において繊維素材が方向Ｒにおいて空気流によって搬送されてその後ノズルＤを通じて内部空間Ｉ内へと搬送される。帯電のために供給管Ｚの外面において環状電極２ｄが配置されており、これが荷電されていない繊維Ｆ₁、Ｆ₂を荷電し、既に荷電されている繊維Ｆ₁、Ｆ₂の電荷をさらに強化することによって、繊維Ｆ₁、Ｆ₂が吹き込まれた後に電場Ｅの影響下において内部空間Ｉにおいて配向される。この際、電極２ｄは、ノズルＤあるいは吹き込み開口部の直前に設けられており、供給管Ｚ内において配置される金属製のパイプ部分２ｄか、図示される樹脂製の供給管ホースＺの外面に配置されている環状電極２ｄを有する。当然、本発明の枠内においてその他の形の電極を設けることも可能である。

本発明の特に好ましい実施形態が図８において示されている。図において繊維がノズルに到達するまで繊維を予備配向するための装置１０の断面図が示されている。

配向装置は、上から導入された繊維（場合によってはある程度分離することによって互いに小さな片としてだけでつながっているもの）を左側に向かって送り込みローラ対１２ａ、１２ｂに対して供給するための回動する供給ベルト１１からなる。このローラ対は、２つの反対方向に回動する、互いに対してわずかなスリット（隙間）を有して平行に配置されているローラであり、自身の外側における周面が粗面化、具体的には軽く鋸歯化されている。これらは供給ベルト１１から来る繊維を掴んで自身らの間のスリットを通って繊維をさらに左側に搬送する。その場合、詰まりを防止するために両方のローラの少なくとも１つが垂直方向に対してばね力に抗うようにスライド可能に設けられていてもよい。

ここで重要なのは、繊維が比較的大きな回転するシリンダ１３によって捉えられることである。このシリンダは、略半円筒状の外壁１４に対してわずかな距離をおく形で囲まれている。粗い、具体的には鋸歯状であるシリンダの外表面によって、シリンダは繊維をシリンダ１３と外壁１４との間に存在するスリットを通って引っ張る。その場合、その際に繊維は外壁１４による摩擦によって徐々に多かれ少なかれシリンダ１３の回転方向に向かって配向される、すなわち好ましく円周方向に配向される。この配向において、繊維はシリンダ１３が半回転、部分的には１回転半した後、出力用スリット１５へと到達し、そこから繊維はさらに１つ以上のノズル、すなわち型枠１内へと搬送される。

シリンダ１３からの繊維の取り外しと、出力用スリット１５において繊維を下に放出する管１６への受け渡しを改善するためには、移行領域に対して例えば接線空気流を付与することが望ましい。この空気流は、繊維をさらに管１６を通って型枠１内へと搬送することも担う。

シリンダ１３を通って繊維を捉える際に繊維に対して及ぼされる摩擦力によって、繊維は搬送方向における好ましい形の配向をなす。この機械的な予備配向によって型枠内において後に印加されるつ以上の電場を用いての配向が容易となる。

１つ以上のノズルに対して繊維が供給される前に繊維が予備配向されることは、前述においてはスリットにおける摩擦力が配向力を生成するような機械的なドラムを用いて実施されると説明された。しかしながら、本発明の枠内において繊維の予備配向を他の機械的な方法あるいは空気圧によって得ることも当然含まれる。

要約すれば、本発明は簡単な方法によって成形品を製造するための繊維が１つ以上の優先方向に配向されることによって完成された成形品において繊維が所定の方向に配置され、よって条件に応じた使用における成形品の所望される特性が強化されるという利点を得られる。これによって特に剛性、柔軟性およびその結果として成形品の寿命を目的に応じたものとして実現することが可能となる。

以下に、本発明による好適な実施形態を列挙する；
＊未荷電の繊維Ｆ₁、Ｆ₂に対して吹き込みの前またはその途中あるいはその両方において静電荷が付与され、追加的にあるいは選択的に既に荷電された繊維Ｆ₁、Ｆ₂の電荷が強化される。
＊１つ以上の電場Ｅが前記型枠１の電導性を有する部分２ａ、２ｂを介して印加される。
＊１つ以上の電場Ｅが、前記型枠１にあるいは前記型枠１に対して距離をあけて前記型枠の外側に設けられた電極２ａ、２ｂによって印加される。
＊電場を作り出すために５ｋＶ／ｃｍ〜１０ｋＶ／ｃｍ、特に６ｋＶ／ｃｍ〜８ｋＶ／ｃｍの電界強度が使用される。
＊最小長さが約１０ｍｍ、好ましくは約１５ｍｍ、特には２０ｍｍであり、最大長さが約６０ｍｍ、好ましくは約５０ｍｍ、特には約４０ｍｍである繊維を使用する。
＊繊維素材Ｆ₁、Ｆ₂の内部空間Ｉ内への吹き込みは、少なくとも１つの電場Ｅのための電極２ａ、２ｂとして形成されている、少なくとも１つのノズルＤを通じて実施される。
＊型枠１に吹き込む前の繊維Ｆ₁、Ｆ₂は、少なくとも部分的に機械的な配向、特に繊維の流れ方向に対して略平行である配向を有する。
＊繊維Ｆ₁、Ｆ₂を荷電する荷電手段２ｄが設けられることによって未荷電の繊維Ｆ₁、Ｆ₂が荷電されるか、または既に荷電された繊維Ｆ₁、Ｆ₂の電荷が強化されるかあるいはその両方が行われる。
＊前記荷電手段２ｄが少なくとも１つのノズルＤまたは少なくとも１つのノズルＤのための供給管Ｚあるいはその両方に配置されている。
＊電場Ｅを生成するための手段２ａ、２ｂが環状、プレート状、棒状のいずれかあるいはその組み合わせ形状の電極２ａ、２ｂを含む。
＊複数部材構成型枠１の少なくとも一部分が、少なくとも部分的に電極２ａ、２ｂとして構成されている
＊複数部材構成型枠１の外面の上に電極２ａ、２ｂが配置され、前記複数部材構成型枠１が部分的に非電導性の素材から製造されている。
＊少なくとも１つのノズルＤが電極２ａ、２ｂとして構成されている。
＊複数部材構成型枠１の部材間を電気的に絶縁するための手段６が配置される。
＊１つ以上のノズルＤの上流側において繊維配向装置１０が前置される。
＊繊維配向装置１０が、繊維Ｆ₁、Ｆ₂を摩擦しながら対向する壁１４に沿って案内する可動式搬送ユニット１３を有する。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構造に限定されるものではない。

Ｆ₁、Ｆ₂： 繊維
Ｉ：内部空間
１：複数部材構成型枠
Ｏ：上型
Ｕ：下型
Ｄ：ノズル
Ｅ：電場
２ａ、２ｂ：電場を生成するための手段（電極）
５：空気開口部

Claims (21)

1. マット状あるいはクッション状の三次元成形品を、少なくとも１つの内部空間（Ｉ）を有する複数部材構成型枠（１）を用いて繊維（Ｆ₁、Ｆ₂）から製造するための方法であって、
   当該複数部材構成型枠（１）の内側が少なくとも部分的に成形品の輪郭を規定するものであり、型枠（１）の内部空間（Ｉ）内へ繊維（Ｆ₁、Ｆ₂）を吹き込むステップと、繊繊を型枠（１）の内側に堆積するステップと、成形品を形作るために繊維（Ｆ₁、Ｆ₂）を連結するステップとを含み、
   前記繊維（Ｆ₁、Ｆ₂）は、型枠（１）内への吹き込みの際に少なくとも部分的に内部空間（Ｉ）において１つ以上の電場（Ｅ）を印加されることによって、前記繊維（Ｆ₁、Ｆ₂）が少なくとも部分的に、成形品における繊維（Ｆ₁、Ｆ₂）の１つ以上の所望の優先方向と少なくとも一致している、電場（Ｅ）の方向に沿って配向される三次元成形品製造方法。
2. 未荷電の繊維（Ｆ₁、Ｆ₂）に対して吹き込みの前またはその途中あるいはその両方において静電荷が付与され、追加的にあるいは選択的に既に荷電された繊維（Ｆ₁、Ｆ₂）の電荷が強化されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記１つ以上の電場（Ｅ）が前記型枠（１）の電導性を有する部分（２ａ、２ｂ）を介して印加されることを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の方法。
4. 前記１つ以上の電場（Ｅ）が、前記型枠（１）にあるいは前記型枠（１）に対して距離をあけて前記型枠の外側に設けられた電極（２ａ、２ｂ）によって印加されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記電場を作り出すために５ｋＶ／ｃｍ〜１０ｋＶ／ｃｍの電界強度が使用されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記電場を作り出すために６ｋＶ／ｃｍ〜８ｋＶ／ｃｍの電界強度が使用されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
7. 最小長さが１０ｍｍであり、最大長さが６０ｍｍである繊維を使用することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 最小長さが１５ｍｍであり、最大長さが５０ｍｍである繊維を使用することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
9. 最小長さが２０ｍｍであり、最大長さが４０ｍｍである繊維を使用することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
10. 繊維素材（Ｆ₁、Ｆ₂）の内部空間（Ｉ）内への吹き込みは、少なくとも１つの電場（Ｅ）のための電極（２ａ、２ｂ）として形成されている、少なくとも１つのノズル（Ｄ）を通じて実施されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記型枠（１）に吹き込む前の繊維（Ｆ₁、Ｆ₂）は、少なくとも部分的に機械的な配向、特に繊維の流れ方向に対して略平行である配向を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法を実施する、繊維（Ｆ₁、Ｆ₂）から三次元成形品を製造するための装置であって、
    少なくとも１つの内部空間（Ｉ）を有するとともに、その内側が少なくとも部分的に製造すべき成形品の輪郭を規定する複数部材構成型枠（１）と、繊維（Ｆ₁、Ｆ₂）を内部空間（Ｉ）に対して吹き込むための１つ以上のノズル（Ｄ）と、内部空間（Ｉ）から空気を逃し、繊維（Ｆ₁、Ｆ₂）を型枠（１）の内側に対して堆積させるための、型枠（１）に形成された空気開口部（５）と、成形品を形作るために繊維（Ｆ₁、Ｆ₂）を連結するための手段とを備え、
    内部空間（Ｉ）に対して少なくとも１つ以上の電場（Ｅ）を印加し、１つ以上の電場（Ｅ）を生成するための手段（２ａ、２ｂ）が設けられており、繊維（Ｆ₁、Ｆ₂）の前記型枠（１）内への吹き込みの際に前記電場（Ｅ）によって少なくとも部分的に成形品における繊維（Ｆ₁、Ｆ₂）の１つ以上の所望の優先方向と少なくともおおむね一致している電場（Ｅ）の方向に沿って繊維（Ｆ₁、Ｆ₂）が配向されることを特徴とする三次元成形品製造装置。
13. 繊維（Ｆ₁、Ｆ₂）を荷電する荷電手段（２ｄ）が設けられることによって未荷電の繊維（Ｆ₁、Ｆ₂）が荷電されるか、または既に荷電された繊維（Ｆ₁、Ｆ₂）の電荷が強化されるかあるいはその両方が行われることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 前記荷電手段（２ｄ）が少なくとも１つのノズル（Ｄ）または少なくとも１つのノズル（Ｄ）のための供給管（Ｚ）あるいはその両方に配置されていることを特徴とする請求項１２または１３に記載の装置。
15. 電場（Ｅ）を生成するための手段（２ａ、２ｂ）が環状、プレート状、棒状のいずれかあるいはその組み合わせ形状の電極（２ａ、２ｂ）を含むことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の装置。
16. 前記複数部材構成型枠（１）の少なくとも一部分が、少なくとも部分的に電極（２ａ、２ｂ）として構成されていることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の装置。
17. 前記複数部材構成型枠（１）の外面の上に電極（２ａ、２ｂ）が配置され、前記複数部材構成型枠（１）が部分的に非電導性の素材から製造されていることを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか一項に記載の装置。
18. 少なくとも１つのノズル（Ｄ）が電極（２ａ、２ｂ）として構成されていることを特徴とする請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の装置。
19. 前記複数部材構成型枠（１）の部材間を電気的に絶縁するための手段（６）が配置されることを特徴とする請求項１２〜１８のいずれか一項に記載の装置。
20. １つ以上のノズル（Ｄ）の上流側において繊維配向装置（１０）が前置されていることを特徴とする請求項１２〜１９のいずれか一項に記載の装置。
21. 前記繊維配向装置（１０）が、繊維（Ｆ₁、Ｆ₂）を摩擦しながら対向する壁（１４）に沿って案内する可動式搬送ユニット（１３）を有することを特徴とする請求項２０に記載の装置。

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