JPH10168724A - 繊維集合体の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 繊維集合体の熱成形を成形斑を起こすことな
く、しかも金型形状を成形品のひけの発生もなく正確に
転写できる繊維集合体の成形方法を提供する。 【解決手段】 通気性金型のキャビティＣ内に充填した
繊維集合体を加熱斑なく成形するために、金型キャビテ
ィＣの側面外周部を囲繞するようにバイパス通路Ｒを形
成させ、しかも該繊維集合体を貫流する熱風の温度が低
下しないようにヒーター１５を設けてあり、更には金型
形状が正確に成形品に転写されるように、圧縮代を残し
て圧縮し、冷却工程において最終圧縮位置まで金型６及
び／又は８を圧縮方向へ移動させる繊維集合体の成形方
法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、合成繊維の捲縮短
繊維からなるマトリックス中に該捲縮短繊維より低い融
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
を成形するために、金型キャビティ内へ該繊維集合体を
充填して加熱成形するための方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車、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すること、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該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使用した
クッション構造体が、上記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。この繊維集合体は、金
型のキャビティ内へ開繊された繊維集合体を充填し、こ
れを熱成形することで繊維集合体中に含まれるバインダ
ー繊維同士を熱融着させて形成されたものである。

【０００４】従来、成形金型内へ繊維集合体を充填する
ための方法としては、例えば繊維集合体の塊を一定の大
きさに仮整形し、仮整形した繊維集合体を手詰めした
り、ロボット等の自働機械によって成型金型のキャビテ
ィ内へ充填する方法が採られていた。しかしながら、こ
の方法は、繊維集合体を一度仮整形して、その後、仮整
形した繊維集合体を金型内へ詰め込む必要があるため、
仮整形という工程を余分に要するためコストアップとな
ると共に、仮整形した繊維集合体を設置するための仮置
場も必要となるといった問題がある。

【０００５】このような問題を解決するために、繊維集
合体を仮整形せずに、小片の繊維集合体の塊として加圧
した空気流と共に成形金型内へ輸送する方法が、例えば
特開昭６２−１５２４０７号公報に提案されている。こ
の方法は、仮整形されていない繊維集合体をコンベアで
開繊機へ運搬して開繊させ、開繊させた繊維集合体の小
塊をブロアーによって発生させた加圧状態の空気流に随
伴させて金型キャビティへ充填した後、金型形状に合わ
せて加熱成型する方法である。

【０００６】自動車用クッション材の場合、大量生産が
成形コストを低減させる必要上、繊維集合体を金型キャ
ビティ内へ充填して、該繊維集合体を加熱・冷却するま
での工程を極めて短時間で行う必要があり、複数の工程
を経ることなく、一つの金型キャビティ内で全工程を完
了してしまうのが望ましい。このため、金型を通気性を
有する材料で構成し、これによって金型と金型キャビテ
ィに充填された繊維集合体中に熱風と冷却風を貫流させ
て繊維構造体（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。

【０００７】しかしながら、上記のような成形方法で
は、一般に熱風が金型キャビティへ至るまでにある程度
の熱を奪われてしまい、バインダー繊維を溶融させるに
十分な温度にまで昇温する時間が長くなるといった問題
がある。また、短時間で熱成形しようとすると、繊維集
合体への熱伝達効率を上げるために熱風の送風速度を速
くする必要があるが、風速を上げるに連れて風圧も上昇
する。このため、加熱されて弾力性をある程度失ってい
る繊維集合体が、大きくなった風圧の影響を受けて繊維
集合体は変形し易くなって、製品の厚みが薄くなってし
まって目的とする製品厚みが得られない、といった問題
を有している。しかも、金型キャビティの中央部は、熱
風や冷却風は通過し易いが、金型キャビティの側面部は
通過しにくいという問題があって、これによって、成形
品の品質が中央部と側面部とでは異なり、均質な成形品
が得られないという問題を惹起する原因となっている。

【０００８】この問題を解決するために、熱風速度をバ
インダー繊維が軟化する温度までは速く、軟化後は遅く
したり、また、冷却中においては、繊維集合体が溶融或
いは軟化するまでは低速の冷却風で冷却し、変形が起こ
り難くなった時点で冷却速度を上げる方法も考えられ
る。しかしながら、このような方法では、初期の昇温工
程や初期の冷却工程に要する時間を短縮することは難し
い、という問題を有する。

【０００９】

【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、加熱時間を
短縮することができ、成形された成形品の形状が予め
設計しておいた金型の形状通りに転写され、金型キャ
ビティの中央部と側面部とで成形斑が生じない、といっ
た利点を有する繊維集合体の成形方法を提供することに
あって、最終的に得られる成形品の品質を従来の方式に
よって得られるものと比較して優れたものを得ることが
できる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】ここに、本発明によれ
ば、（請求項１） 合成繊維の捲縮短繊維からなるマト
リックス中に該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ために、通
気性を有する金型のキャビティ内へ開繊された該繊維集
合体を充填し、次いで該金型キャビティの下面から上面
又は上面から下面へ熱風を繊維集合体中へ貫流させてバ
インダー繊維を溶融させて繊維集合体を部分的に融着結
合させ、その後冷却することによって融着部を固化させ
て成形品を得る、繊維集合体の成形方法において、前記
の金型キャビティの上下面を実質的に除いた側面外周部
を囲繞するように熱風のバイパス通路を形成させ、金型
キャビティに充填された繊維集合体中へ熱風を貫流させ
ると共に、該バイパス通路にも同時に熱風を通過させる
ことを特徴とする繊維集合体の成形方法、及び（請求項
２） 前記の金型キャビティとバイパス通路とに熱風が
達するまでに熱風の温度低下を防ぐヒーターを設け、該
ヒーターによって熱風の初期貫流温度を低下させること
なく一定温度に維持する請求項１記載の繊維集合体の成
形方法が提供される。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の繊維集合体のマトリック
スを構成する合成繊維の捲縮短繊維の素材には、特に制
限はなく、例えば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。さらに、この場合の合成繊維の短繊維に付与する捲
縮としては、顕在捲縮であることが好ましく、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。

【００１２】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
ー繊維、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、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。

【００１３】以下、図面を参照しながら、本発明の実施
の態様について詳細に説明する。図１は本発明の方法を
実施するための装置を例示した側面断面図である。該図
において、１は繊維集合体、２はコンベア、３は開繊
機、４は送風機、５はダクトである。ここで、繊維集合
体１は、コンベア２上に載置されており、該コンベア２
によって開繊機３へと搬送され、ダクト５から金型キャ
ビティＣへと送られて充填される。この際、開繊機３に
よって開繊された繊維集合体は、送風機４によって発生
させられた搬送空気流に随伴してダクト５を介して金型
キャビティＣへ運ばれる。

【００１４】次に、本発明に使用する金型の構成を説明
すると、６（６ａ〜６ｃ）は複数に分割された上金型、
７は該上金型を上下に移動させるためのアクチュエー
タ、８は下金型、９は該下金型を上下に移動させるため
のアクチュエータであって、１０は該上下金型６及び８
がその内壁面を摺動しながら移動する、固定設置された
成形枠である。なお、上金型６は分割されたものを例示
してあるが、分割することが必須ではないので単体で使
用することもできる。更に、本発明においては、「金型
キャビティ」とは上下金型６及び８と成形枠１０とによ
って形成される空間を指すものとする。

【００１５】さらに、上述の金型キャビティＣに充填さ
れた繊維集合体を成形するために、熱風及び／又は冷却
風を送風するための送風装置１２が設けられ、該送風装
置１２から下金型キャビティＣとバイパス通路Ｒの下面
へ送風室１１から加熱空気及び／又は冷却風が送られ
る。なお、冷却風としては、通常室温状態にある空気が
好適に使用できるが、ある程度のコストアップを許容す
るなら、冷却装置によって冷却した空気を使用してもよ
い。また、金型キャビティＣとバイパス通路Ｒの上面に
は排風室１３が設けられ、該上面から熱風及び／又は冷
却風が排風機１４によって排風される構成とされてい
る。ここで、本発明の熱風及び／又は冷却風としては、
空気を使用することが容易に得られること、及び成形コ
ストを低減する上で好ましいが、窒素等の気体を使用す
ることもできる。

【００１６】以上のように構成された成形金型におい
て、本発明の第一の特徴は、金型キャビティの上下面を
除く、側面外周部を囲繞するように熱風及び／又は冷却
風をバイパスさせることができるバイパス通路Ｒが設け
られていることにある。そして、このバイパス通路Ｒへ
熱風を通過させることで、加熱され難い金型キャビティ
Ｃの側面部に対して、該側面部の外周側から熱風が持つ
熱を繊維集合体へ十分に受け渡すことができるのであ
る。このため、従来の方式のように金型キャビティＣの
中央部と側面部とを通過する熱風の風量或いは風速の相
違と加熱斑に起因する成形斑の発生を該バイパス通路Ｒ
によって極めて巧妙に解決することができるのである。

【００１７】次に、本発明の第二の特徴とするところ
は、前述の熱風の送風系において、熱風が金型キャビテ
ィＣとバイパス通路Ｒとに達するまでの間に当初に熱風
が有していた熱量を失わさせることなく、金型キャビテ
ィＣ内とバイパス通路Ｒ内へと送風できる方法を提供す
ることにある。この目的を達成するために、本発明では
熱風から熱が奪われる要因となる送風室１１や送風ダク
トの壁面にヒーター１５を付設し、予め所定の温度に加
熱制御してある。これによって、金型キャビティＣへ送
る熱風の風速を速くする必要もなく、所定の熱量を金型
キャビティＣに充填された繊維集合体に付与することを
可能としているのである。このようなヒーター１５は、
図１に示したように送風室１１や送風配管の内壁面に設
けてもよく、また外壁面に設けても良い。ここで、肝要
なことは、熱風の温度が許容値よりも低下しないように
することであって、この目的を達成することができる加
熱手段であれば、電気ヒーター等で前記の壁面を直接加
熱してもよく、また、ジャケット内に封入した熱媒等を
加熱して熱媒蒸気を発生させ、これによって間接的に加
熱する方式としても良い。

【００１８】そして、本発明の実施の態様においては、
金型キャビティＣ内に充填された繊維集合体を予備圧縮
することがより好ましい。つまり、送風機４によって発
生させられた搬送気流に随伴させて金型キャビティＣ内
に繊維集合体が充填された後、吹込口を閉じて金型を圧
縮する工程において、成形後に最終的に得られる成型品
形状となる手前で圧縮を止め、圧縮代を残しておくので
ある。

【００１９】これについて、図３（側面断面図）及び図
４（側面断面図）を参照しながら詳細に説明する。先
ず、図３は金型キャビティＣ内に充填された繊維集合体
を圧縮代（Ｌ）を残して少なくとも１回以上段階的及び
／又は連続的に圧縮した後の状態を示しており、この状
態は分割した上金型６ａ〜６ｃをアクチュエータ７ａ〜
７ｃで下方へ移動させることにより行われる。なお、圧
縮代（Ｌ）を残した位置にまで繊維集合体を圧縮するに
際しては、複数回に渡って段階的に圧縮しても良いが、
通常は一回で前記の圧縮代（Ｌ）を残した位置まで圧縮
する。そして、このように圧縮代（Ｌ）を残した状態
で、金型キャビティＣ内とバイパス通路Ｒ内に熱風を貫
流させて繊維集合体を所定の温度まで昇温し、これによ
ってバインダー繊維を選択的に溶融させてマトリックス
繊維もしくは他のバインダー繊維と熱融着させる。

【００２０】この後、冷却風を循環させ、成形品を冷却
することで繊維集合体に部分的に生じた融着部を固定さ
せる。この冷却の工程で金型を最終成形品形状が得られ
る位置まで圧縮方向へ少なくとも一回以上段階的及び／
又は連続的に圧縮する（図４参照）。ここで、圧縮を複
数回に渡って実施しても良いが、通常は一回で良い。こ
のようにして成形品が所定の温度まで冷却され、繊維集
合体中に形成された融着部が固化すると、アクチュエー
タ９によって下金型８が下方へ移動させられ、成形品は
金型キャビティＣ内から取り出されることで、一つの成
形サイクルを完了し、次いで金型が所定の位置へ移動し
て繊維集合体をキャビティ中へ受け入れる準備が行われ
る。そして、コンベア上の繊維集合体が開繊状態で金型
キャビティ内へ充填する工程に始まる次の成形サイクル
が開始される。

【００２１】なお、上記の圧縮代（Ｌ）としては、成形
完了後に得られる成形品の嵩高密度や厚み等の要因によ
って変わって来るが、通常５〜１００ｍｍの範囲が好ま
しい。何故ならば、圧縮代（Ｌ）が５ｍｍ未満である
と、熱成形時の繊維集合体の退けが大きくなって、所定
の成形品より厚みにおいて薄くなって、所定の金型形状
を転写することが難しくなる。また、圧縮代（Ｌ）を１
００ｍｍより大きくしようとすると、実質的に熱風を貫
流させる直前に圧縮した繊維集合体の嵩高密度を小さく
せざるを得ず、このため熱風の貫流抵抗が変わったり、
金型キャビティの中央部と側面部とが受ける風圧の差に
よる影響を受けて成形斑を起こし易くなり好ましくな
い。

【００２２】

【発明の効果】以上に述べたように本発明によれば、金
型の昇温時間を最短にし、しかも成形時に金型キャビテ
ィに充填された繊維集合体中を貫流する熱風の偏流や風
圧の影響を最小限に抑えることができる。そして、これ
らの効果によって成形斑のない品質に優れた成形品が得
られ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】本発明の成形方法を適用する装置を例示した側
面断面図である。

【図２】従来の成形方法を適用する装置を例示した側面
断面図である。

【図３】金型キャビティに充填された繊維集合体を圧縮
代を残して加熱前圧縮した状態を表わした側面断面図で
ある。

【図４】加熱後圧縮圧縮代を残さずに最終位置まで繊維
集合体を圧縮した状態を表わした側面断面図である。

【符号の説明】

１ 繊維集合体 ２ コンベア ３ 開繊機 ４ 送風機 ５ ダクト ６ 上金型 ７ アクチュエータ ８ 下金型(加熱ヒータ ９ アクチュエータ １０ 成形枠 １１ 送風室 １２ 送風装置 １３ 排風室 １４ 排風機 １５ ヒーター Ｃ 金型キャビティ Ｒ バイパス穴通路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 合成繊維の捲縮短繊維からなるマトリッ
   クス中に該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ために、通気性
   を有する金型のキャビティ内へ開繊された該繊維集合体
   を充填し、次いで該金型キャビティの下面から上面又は
   上面から下面へ熱風を繊維集合体中へ貫流させてバイン
   ダー繊維を溶融させて繊維集合体を部分的に融着結合さ
   せ、その後冷却することによって融着部を固化させて成
   形品を得る、繊維集合体の成形方法において、 前記の金型キャビティの上下面を実質的に除いた側面外
   周部を囲繞するように熱風のバイパス通路を形成させ、
   金型キャビティに充填された繊維集合体中へ熱風を貫流
   させると共に、該バイパス通路にも同時に熱風を通過さ
   せることを特徴とする繊維集合体の成形方法。
2. 【請求項２】 前記の金型キャビティとバイパス通路と
   に熱風が達するまでに熱風の温度低下を防ぐヒーターを
   設け、該ヒーターによって熱風の初期貫流温度を低下さ
   せることなく一定温度に維持する請求項１記載の繊維集
   合体の成形方法。