KR100332728B1 - 섬유집합체에의한쿠션구조체의제조방법및그장치 - Google Patents

Abstract

권축형태를 갖는 매트릭스 단섬유보다 낮은 융점을 갖는 바인더 섬유가 분산 혼입된 섬유 집합체를 열성형하기 위하여, 통기성을 갖는 금형 캐비티 안으로 이 섬유 집합체를 개섬시킨 후, 가압공기류에 수반시켜 충전시키고, 가열 및 냉각시켜 쿠션 구조체를 제조할 때에,

상기 매트릭스 섬유가 비탄성 폴리에틸렌텔레프탈레이트계 권축 단섬유로 하고, 바인더 섬유가 매트릭스 섬유보다 40℃ 이상 낮은 융점을 갖는 열가소성 엘라스토머와, 비탄성 폴리에스테르로 이루어지는 복합 단섬유로 이루어지고, 그때, 이 복합 단섬유의 섬유표면에는 이 열가소성 엘라스토머가 섬유 표면적의 1/2 이상 노출시킴으로써,

① 복수개로 분할된 각각 독립적으로 상하이동 가능한 부재군으로 이루어지는 상금형, ② 상하이동 가능한 하금형, 및 ③ 성형틀로 둘러싸는 공간에서 금형 캐비티를 구성함으로써, 섬유 집합체의 충전공정 중이더라도 금형 캐비티 안의 섬유 집합체를 부분적으로 원하는 압축밀도로 제어할 수 있음은 물론 복잡한 형상을 갖는 금형 캐비티에도 균일하고 양호하게 섬유 집합체를 충전할 수 있고,

이에 따라, 종래의 방법보다 저렴하며 성능이 우수한 쿠션 구조체를 단시간으로 제조하기 위한, 실질적으로 산업적인 규모로 쿠션 구조체를 제조하기 위한 방법과 그 제조장치를 제공하고자 하는 것이다.

Description

섬유 집합체에 의한 쿠션 구조체의 제조방법 및 그 장치

자동차, 항공기 등에 사용되는 시이트용 쿠션 구조체로는 종래부터 발포 우레탄 폼 (foam) 이 널리 사용되고 있다.

그러나, 발포 우레탄 폼은 그 제조 중에 사용되는 약품 등의 취급이 까다롭고, 또한 프레온을 배출한다는 문제가 있다. 또한 얻어진 발포 우레탄 폼의 압축특성은 압축 초기에 딱딱하고, 그 후, 갑자기 가라앉는 독특한 특성을 나타내기 때문에, 쿠션성이 부족할 뿐만 아니라, 바닥에 닿는 느낌이 크다는 결점이 있다.

더욱이, 이 폼은 통기성이 부족하여 물크러지기 쉽기 때문에, 쿠션 구조체로서 바람직하지 못한 경우가 많다. 또한, 우레탄 폼을 부드럽고, 또한 발포하고 있기 때문에, 압축에 대한 반발력이 부족하다는 결점이 있다. 이 결점을 극복하기 위하여, 우레탄 폼의 밀도를 높게 하면, 반발력이 증대하지만, 이 경우에는 중량이 증가하고, 또한 통기성이 더욱 악화되는 치명적인 결점을 가진다. 또, 우레탄 폼은 연소시켜서 폐기처분할 때에 유독 가스를 발생시키고, 리사이클 사용이 곤란한 등의 문제를 가지고 있기 때문에, 이에 대신하는 쿠션 구조체용 소재가 간절히 요구되어 왔다.

상기 우레탄 폼을 대체하는 쿠션 구조체용 소재로는 매트릭스 섬유 중에 바인더 섬유를 분산 ·혼입하여 섬유 집합체를 형성하고, 이 섬유 집합체를 열성형함으로써 쿠션 구조체를 얻는 것이 일반적으로 실시되고 있다. 즉, 섬유 집합체중에 함유되는 바인더 섬유를 가열하고 용융시켜서, 용융시킨 바인더 섬유를 접착제로서 섬유끼리 고착시켜서 쿠션 구조체를 형성하는 것이다. 이와 같이 하여 얻어진 쿠션 구조체는 매트릭스 섬유와 바인더 섬유를 구성하는 폴리머의 종류를 적당히 선정함으로써, 상술한 바와 같은 많은 결점을 지니는 우레탄 폼을 대체할 수 있다고 기대되고 있다.

그러나, 섬유 집합체로 얻어진 쿠션 구조체의 결점은, 섬유 집합체에서 쿠션 구조체로 성형하는 공정에 있어서, 많은 인원과 시간을 요하고, 이 때문이 성형 코스트가 매우 높아 진다. 이 과제를 해결하기 위하여 섬유 집합체를 쿠션 구조체에 열성형하기 위한, 에너지 절약화된 많은 방법 및/또는 장치가 제안되어 있다.

예컨대, 국제 특허출원 WO 91/18828 에 관한 발명에 있어서, 그 내부가 진공흡인된 충전실에 통기성을 지니는 금형을 설치하고, 이 금형의 모든 면에 작용하는 진공흡인에 의해 발생한 공기류에 개섬 (開纖) 된 섬유 집합체를 수반시켜서 이송하고, 금형으로 섬유 집합체를 충전시키고, 이어서 가열 ·냉각시켜 쿠션 구조체로 하는 장치가 개시되어 있다.

그러나, 이와 같은 장치에서는 통기성 금형을 거쳐서 이 금형에 작용하는 진공흡인에 의해 섬유 집합체를 이송하기 때문에 하기와 같은 큰 결점을 지니고 있다.

먼저 첫째, 금형 캐비티가 복잡한 형상 (특히, 금형 캐비티의 너비가 긴 형상) 이 되면, 원하는 밀도와 양만 섬유 집합체를 목적으로 하는 금형 캐비티의 각 충전부위로 충전하기 어렵게 된다. 즉, 금형 캐비티의 너비가 어느 정도 길어 지면, 섬유 집합체는 금형의 각 면에 작용하는 진공흡인작용에 의해, 섬유 집합체는 금형 캐비티의 가장 안쪽뿐만 아니라, 진공흡인작용을 받는 도중의 금형면에도 순차적으로 퇴적하기 시작한다. 이와 같은 섬유 집합체의 퇴적이 발생하면, 섬유 집합체의 통과경로가 도중에 점점 좁아지게 되므로, 금형 캐비티의 가장 안쪽으로 공급되는 섬유 집합체의 양이 감소한다. 그리고, 최악의 경우에는 금형 캐비티의 가장 안쪽으로 향하는 이송경로가 완전히 막히는 치명적인 사태가 발생한다. 이와 같은 사태가 발생하면 금형 캐비티 안에 성유 집합체의 충전 불균일 및/또는 공동부가 발생하기 때문에, 원하는 밀도를 갖는 우수한 쿠션 구조체를 얻을 수 없는 것이 명백하고, 이 방법 및 장치의 가장 치명적인 결점이 되고 있다.

둘째, 섬유 집합체을 충전하기 위한 금형은 진공흡인된 충전실내에 정지한 상태로 놓여져 있기 때문에, 섬유 집합체를 충전한 후, 섬유 집합체를 적극적으로 압축하고, 이로써, 섬유 집합체의 밀도를 적극적으로 조정하기 위한 수단이 없다.이 때문에, 쿠션 구조체의 각부에서 다른 밀도가 요구되는 경우에는, 이 방법과 장치로는 전형 대응할 수 없다.

셋째, 가압공기를 사용하면, 금형 캐비티에 섬유 집합체를 더욱 큰 압력으로 밀어 넣을 수 있으므로, 결국 금형 캐비티로의 섬유 집합체의 충전을 고밀도로 실시할 수 있는 것에 대하여, 진공흡인에 의한 금형 캐비티 안으로의 충전에서는, 금형으로 이송된 섬유 집합체를 가압공기처럼 고밀도로는 할 수 없는 문제를 지니고 있다.

그래서, 상기 진공흡인작용에 의하지 않고, 섬유 집합체를 공급하기 위한 인젝터를 암 금형의 일단에서 타단으로 트래버스시키고, 이로써 섬유 집합체를 암금형의 저부에 분배하면서 공급하는 방법과 장치가, 미국특허번호 제 5,482,665 호에 개시되어 있다. 확실히, 이 방법과 장치에 의하면, 섬유 집합체를 금형 캐비티의 내부로 균일하게 분배할 수 있으나, 다음과 같은 치명적인 결함을 갖는다.

먼저 첫째로, 분배가 불균일하게 되지 않도록, 인젝터를 암 금형의 일단에서 타단으로 트래버스시켜서 암 금형내로 섬유 집합체를 충전해야만 하고, 이 때문에 암 금형으로의 충전시간을 단축하는 것이 매우 곤란한 점을 들 수 있다.

둘째로, 암 금형의 충전 폭이 넓어지면, 넓어진 충전 폭을 충분히 커버할 수 있도록, 폭 방향으로 복수의 인젝터를 설치할 필요가 있으므로, 이와 같은 경우에는, 복수의 인젝터를 서로 동기시켜 운동시킬 필요가 생겨, 장치가 복잡해진다. 또한, 섬유 집합체를 암 금형의 저부에 분산시켜서 퇴적시키기 때문에, 암 금형의 상방에서 하방으로 지나가는 공기류를 충전 중에, 항상 발생시킬 필요가 있다.

셋째로, 섬유 집합체를 암 금형의 높이 방향으로 충전할 때에 생기는 것으로서, 암 금형의 높이 방향으로 섬유 집합체를 차례로 퇴적시켜려고 하면, 암 금형의 하방으로 흐르는 공기류의 영향으로 인해 퇴적시킨 섬유 집합체의 산이 무너지는 문제가 발생한다. 이 문제는 암 금형의 저부에 분산하여 평균적으로 퇴적시키고자 하방으로 공급하는 공기량을 증가시켜, 정류하기 어려운 공기류로 됨에 따라서, 심각한 문제가 된다. 따라서, 암 금형으로 퇴적시키는 섬유 집합체의 높이에는 한계가 있고, 가능한 한 높이방향으로 균일하게 충전하고자 하면, 암 금형의 일단에서 타단으로의 인젝터의 트래버스를 여러 번 실시하여, 조금씩 섬유 집합체의 퇴적 높이를 조절할 필요가 생긴다. 따라서, 이와 같은 방법으로는 섬유 집합체를 암 금형에 충전할 시간을 더욱 필요로 하는 것이 명백하고, 성형시간을 단축하여, 쿠션 구조체의 성형 코스트를 저감시킨다는 것은 도저히 기대할 수 없다.

넷째로, 이상 기술한 섬유 집합체의 암 금형에 대한 높이방향으로의 퇴적방법으로 용이하게 상상할 수 있는 바와 같이, 본 방법에서는 섬유 집합체의 암 금형내에서의 퇴적 높이를 부분적으로 높게 하거나, 낮게 할 수 없는 심각한 문제를 지니고 있다. 그래서, 수 금형을 암 금형내로 삽입하여 소정의 형상을 갖는 쿠션 구조체를 제조할 때에 쿠션 구조체의 밀도를 일회의 성형 사이클로는 제어할 수 없다. 그래서, 쿠션 구조체의 밀도를 부분적으로 제어하기 위하여, 밀도를 크게 하고자 하는 부분을 더욱 압축하여 두고, 이 압축시에 생긴 오목한 부분에 다시, 섬유 집합체를 분배하여 충전해야만 한다는, 성형시간의 단축, 즉 성형 코스트의 저감이라는 관점에서는 치명적인 문제를 가지고 있다.

이상 기술한 바와 같이, 섬유 집합체에서 쿠션 구조체를 얻는 종래의 기술은 많은 이점을 가지고 있기는 하지만, 섬유 집합체의 쿠션 구조체로 전환하기 위한 제조 프로세스에 있어서 많은 시간을 요하기 때문에, 대량생산 및 제조 코스트 저감의 면에서, 종래의 우레탄 폼을 대체할 수 없는 상태에 있다. 한편, 우레탄 폼으로 이루어지는 쿠션 구조체는 상술한 바와 같은 여러 문제를 안고 있기 때문에, 그 특성에 있어서 섬유 집합체로 얻어진 쿠션 구조체에 미치지 못하는 것이 현재 상태이다. 그래서, 현재에 이르기까지 자동차, 항공기 등의 시이트 재료로서, 온갖 우수한 성능을 가지고 있으면서도, 섬유 집합체로 얻어진 쿠션 구조체가 상업적 규모로 대량생산되는 데 이르지 못하고 있다.

발명의 개시

본 발명의 첫째 목적은, 종래부터 다량 사용되고 있는 우레탄 폼으로 이루어지는 쿠션 재료가 지니는 상기 여러 결점을 해소할 수 있는 섬유 집합체로 이루어지는 쿠션 구조체를 상업적 규모로 대량생산할 수 있는 제조방법과 그 제조장치를 제공하는 데 있다. 이를 위해서는 섬유 집합체에서 쿠션 구조제로 단시간에 전화 (轉化) 할 수 있는 제조방법 및 그 장치를 제공하고, 이에 따라 쿠션 구조체를 저렴하게 또한 대량으로 제조하여, 쿠션 구조체의 제조 코스트를 저감시키는 것이 필요하다.

또한, 일반적으로 자동차, 항공기 등의 시이트용 쿠션 구조체로 사용하면, 쿠션 구조체는 사람이 반복해서 앉는 일이 숙명적이기 때문에 반복해서 대변형을 받아, 섬유 끼리 고착·접합하는 교차부에는 큰 응력집중이 반복해서 일어나게 된다. 그래서, 만약 이 교차부가 탄력성을 지니지 못하고 고착되어 있으면, 대변형에 의한 큰 응력집중이 작용하여, 이 교차부는 용이하게 파괴되게 된다.

이와 같은 이유로부터, 본 발명의 둘째 목적은 열융착된 바인더 섬유가 섬유끼리를 결합시키는 교차부를 탄성을 갖는 열가소성 엘라스토머로 형성하여, 응력집중을 완화시키고, 이에 따라 반복작용하는 대변형에 대하여 큰 내구성을 갖는 쿠션 구조체를 얻는 방법을 제공하는 데 있다.

이어서, 본 발명의 셋째 목적은 많은 시간을 낭비하지 않고, 단시간에 쿠션 구조체의 밀도를 부분적으로 변경할 수 있는 제조방법과 그 제조장치를 제공하는 데 있다.

그리고, 본 발명의 넷째 목적은 섬유 집합체를 쿠션 구조체로 전화한 후, 이 쿠션 구조체를 제조장치에서 신속하게 빼낼 수 있는 제조방법과 그 제조장치를 제공하는 데 있다.

이상의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 청구의 범위 제 1 항 내지 제 18 항에 쿠션 구조체의 제조방법을 기재하고 있고, 청구의 범위 제 19 항 이하에 쿠션 구조체의 제조장치를 기재하고 있다.

먼저, 본 발명의 청구의 범위 제 1 항에 관한 쿠션 구조체의 제조방법으로서는 다음에 기재하는 방법이 제공된다.

즉, 합성섬유의 단 (短) 섬유로 이루어지는 매트릭스 섬유 중에, 상기 매트릭스 섬유의 융점보다 낮은 융점을 갖는 바인더 섬유가 분산 ·혼입된 섬유 집합체의 바인더 섬유와 매트릭스 섬유가 교차하는 교차부에서 융착시키고, 섬유 집합체를 원하는 형상을 갖는 쿠션 구조체로 열성형하는 쿠션 구조체의 제조방법에 있어서, 하기의 a∼e 의 처리순서로 섬유 집합체를 열성형하는 것을 특징으로 하는 쿠션 구조체의 제조방법이 제공된다.

a. 통기성을 갖는 상금형과 하금형에 의해 각각 형성되는 상하로 이동가능한 천정부와 저부 및, 통기성을 갖는 성형틀에 의해 형성되는 고정된 측부에 의해, 성형후에 얻어지는 쿠션 구조체의 형상보다도 큰 형상을 갖는 캐비티를 형성하고,

b. 소정량의 상기 섬유 집합체를 개섬하여, 가압공기에 수반시켜서 상기 섬유 집합체를 성형틀로부터 상기 금형 캐비티로 밀어넣어 충전하고,

c. 금형 캐비티내에 충전된 섬유 집합체를 원하는 밀도로 될 때까지 압축하고,

d. 압축된 섬유 집합체중에 열풍을 통과시켜 가열하고, 바인더 섬유와 매트릭스를 그 교차부에서 융착시킨 후, 계속하여 냉각풍을 섬유 집합체중에 관류시켜서 냉각함에 있어서, 가열후, 냉각중 또는 가열후 및 냉각중에 금형 캐비티를 성형후에 얻어지는 쿠션 구조체의 최종형상이 얻어지는 위치까지 압축하고,

e. 하금형을 하방으로 이동시켜서, 쿠션 구조체를 금형 캐비티로부터 빼내는것,

여기에서 본 발명에서는, 매트릭스 섬유로서 비탄성 폴리에틸렌테레프탈레이트계 권축 단섬유를 사용한다 (청구의 범위 제 2 항).

또한, 바인더 섬유로서는 매트릭스 섬유보다 40℃ 이상 낮은 융점을 갖는 열가소성 엘라스토머와, 비탄성 폴리에스테르로 이루어지는 복합 단섬유로 이루어지고, 열가소성 엘라스토머와 비탄성 폴리에스테르의 복합 비율이 중량비율로 30/70∼70/30 으로 이루어진 것을 사용한다 (청구의 범위 제 3 항).

여기에서, 개섬장치로 개섬된 섬유 집합체를 이송배관의 도중에서 불어넣는 가압공기 또는 개섬기의 원통의 회전에 따른 수반기류 또는, 상기 가압공기 및 수반기류에 수반시켜서 금형 캐비티로 이송하고, 그 때, 개성된 섬유 집합체가 다시 개섬상태로 되돌아가지 않도록, 이송배관의 도중에는 임펠러를 갖는 송풍기를 직접 설치하지 않도록 할 필요가 있다 (청구의 범위 제 4 항).

이와 같이 하여, 섬유 집합체를 가압공기에 수반시켜, 금형 캐비티에 대한 섬유 집합체의 충전을 실시한다. 이 때, 섬유 집합체는 금형 캐비티의 안쪽부터 차례로 충전되어 가는데, 가압공기에 의한 섬유 집합체의 충전이 부분적으로 완료된 금형 캐비티의 각 부위에 따라서, 복수개의 부재로 분할된 상금형의 각 부재를 독립적이며 시계열적으로 하방으로 이동시켜서, 금형 캐비티에 충전된 섬유 집합체의 금형 캐비티 안의 용적을 순차적으로 감소시키는 것이다 (청구의 범위 제 5 항).

그리고, 상술한 바와 같이 복수개의 부재로 분할된 상금형의 각 부재가 각각 독립적으로 하방으로 이동함으로써, 금형 캐비티에 충전된 섬유 집합체가 분할된 상금형의 각 부재의 각각의 이동량에 대응한 밀도로 압축되고, 이에 따라 얻어지는 쿠션 구조체의 각부의 용적밀도가 제어되는 것이다 (청구의 범위 제 6 항).

이어서, 금형 캐비티에 대한 섬유 집합체의 충전이 완료되면, 상금형, 하금형 또는 상금형 및 하금형에서 섬유 집합체를 거쳐서 공기를 흡인하고, 이에 따라 섬유 집합체가 형성하는 퇴적면을 상금형 및/또는 하금형의 표면형상에 부분적으로따르게 하는 것이다 (청구의 범위 제 7 항).

또한, 금형 캐비티에 충전된 섬유 집합체를 가열하기 전에, 상금형을 상하로 반복이동시킴으로써, 섬유 집합체에 반복압축을 실시하는 것도 상기 퇴적면을 랜덤화하는 데 효과적이다 (청구의 범위 제 8 항).

그리고, 다른 너비 폭을 갖는 금형 캐비티에 대해서는 충전할 때에, 섬유 집합체 중에 공동을 발생시키거나, 밀도 불균일을 발생시키기 쉽다.

그래서, 이와 같은 형상을 갖는 금형 캐비티에 대해서는, 섬유 집합체가 충전됨에 따라서 변화하는 이 금형 캐비티의 너비 폭의 변화에 대응시켜서, 이 금형 캐비티에 섬유 집합체를 이송하는 이송배관의 이송구 폭을 변화시키는 것이 중요하다 (청구의 범위 제 9 항).

단, 섬유 집합체의 금형 캐비티에 충전을 할 때에는 상금형 및 하금형이 이동하는 방향에 대하여 직교하는 방향으로 흐르는 공기류에 수반시켜, 섬유 집합체를 금형 캐비티 안에 충전할 필요가 있다 (청구의 범위 제 10 항).

이상 기술한 섬유 집합체를 충전할 때에는, 금형 캐비티 안에서의 공기류의 난류를 발생시키지 않고, 또한 금형 캐비티의 구석구석까지 균일하게 섬유 집합체를 충전하는 것이 필요하다. 그렇게 하기 위해서는, 금형 캐비티의 외부에 설치된 배풍장치에 의해 섬유 집합체를 이송하는 가압공기를 금형 캐비티에서 원활하게 배풍시킬 필요가 있다 (청구의 범위 제 11 항).

이 때, 섬유 집합체 중을 통과하는 열풍 및 냉각풍의 섬유 집합체의 각 부위의 관류저항에 대응하여, 금형의 통기도를 부분적으로 변경함으로써, 섬유 집합체중을, 열풍 및/또는 냉각풍을 균등하게 통과시킬 필요가 있다 (청구의 범위 제 12 항).

이와 같은 금형의 통기 또는 금형의 통기도를 금형에 뚫어 설치한 구멍 수의 분포밀도, 구멍지름의 대소 또는 분포밀도 및 구멍 지름의 대소에 의해 제어함으로써 구현할 수 있다 (청구의 범위 제 13 항).

이상 기술한 바와 같은 순서를 거쳐, 드디어 섬유 집합체 중에 함유되는 바인더 섬유를 결합제로서, 바인더 섬유와의 교차부를 결합함으로써, 쿠션 구조체로 전화하는 열적 프로세스로 들어가게 되는데, 이 열적 프로세스는 이하와 같은 방법으로 이루어진다.

또한 이와 같은 열적 프로세스에서도 금형 캐비티에 충전된 섬유 집합체의 가열공정, 냉각공정 또는 가열 및 냉각공정 중에, 또는 가열공정 완료 후에, 상금형, 하금형 또는 상금형 및 하금형을 일회 이상 이동함으로써, 최종적으로 쿠션 조체로서 얻어지는 형상으로 까지 섬유 집합체를 압축하고, 이에 따라 가열공정, 냉각공정 또는 가열공정 및 냉각공정에서의 섬유 집합체의 열수축을 흡수하는 것이 바람직하다 (청구의 범위 제 14 항).

또한, 열적 프로세스에 요하는 시간을 단축하기 위하여, 금형 캐비티 안에 충전된 섬유 집합체를 쿠션 구조체로 전화하기 위한 가열공정에서, 섬유 집합체 중을 관류시키는 열풍의 풍량, 온도 또는 열풍의 풍량 및 온도를 다단계로 전환하는 일이 실시된다 (청구의 범위 제 15 항).

그리고, 섬유 집합체의 하방에서 상방으로 가열된 섬유 집합체 중에 냉각풍을 관류시키고, 이 냉각풍의 풍압에 의해 섬유 집합체를 상금형에 흡착시키면서, 하금형을 하방으로 이동시킨 후, 냉각풍의 흐름을 막고, 냉각이 완료된 쿠션 구조체를 중력의 작용에 의해 하방으로 낙하시켜서 이 쿠션 구조체를 금형 캐비티에서 빼낸다 (청구의 범위 제 16 항).

이 때, 쿠션 구조체는 상금형에 점착하고, 자체 중량으로 낙하하지 않는 경우도 있다. 이와 같은 경우에 대비하여 본 발명에서는, 냉각풍의 흐름을 정지시킨 후, 상금형의 상방에서 압축공기를 쿠션 구조체에 불어 넣는 것이다 (청구의 범위 제 17 항).

그리고, 냉각중의 온도는 가능한 한 저온으로하는 것이 바람직하고, 그래서 40℃ 이하이면 효과적으로 냉각시킬 수 있다 (청구의 범위 제 18 항).

이어서, 이상 설명한 쿠션 구조체의 제조방법을 실시하기 위한 쿠션 구조체의 제조장치로서, 다음에 기재하는 장치가 제공된다.

즉, 적어도 하기 a ∼ h 의 요소를 지니는, 합성섬유의 단섬유로 이루어지는 매트릭스 섬유 중에 바인더 섬유가 분산 ·혼입된 섬유 집합체를 열성형하는 쿠션 구조체의 제조장치가 제공된다 (청구의 범위 제 19 항).

a. 섬유 집합체를 개섬하기 위한 개섬장치.

b. 저부와 천정부가 개방된, 금형의 측부를 구성하는 고정 설치된 성형틀.

c. 이 성형틀의 개방된 저부로 이동하여 성형틀의 저부를 폐쇄하는 통기성을 갖는 하금형.

d. 이 성형틀의 개방된 천정부로 이동하여 이 성형틀의 천정부를 폐쇄하고,또한 상하방향으로 각각 독립하여 이동가능한 복수개의 부재로 분할된 통기성을 갖는 상금형.

e. 상기 성형틀, 하금형, 및 상금형으로 구성되는 금형 캐비티에 개섬장치로 개섬된 섬유 집합체를 이송하기 위한 이송배관.

f. 이 이송배관에 개구하는 공기공급배관에서 이 이송배관으로 가압공기를 공급하는 가압공기 공급장치.

g. 통기성을 갖는 상금형, 금형 캐비티에 충전된 섬유 집합체, 및 하금형을 관류하는 열풍의 발생장치, 및

h. 이 열풍발생장치로 가열된 금형 캐비티에 충전된 섬유 집합체를 냉각시키기 위한 통기성을 갖는 하금형, 금형 캐비티에 충전된 섬유 집합체, 및 상금형을 이 순서로 관류하는 냉각풍의 발생장치.

또한, 상기의 장치에는 더욱 섬유 집합체가 충전됨에 따라서 변화하는 금형 캐비티의 너비 폭의 변화에 대응시켜서, 이 금형 캐비티로 섬유 집합체를 이송하는 이송배관의 이송구 폭을 변화시키는 이송구 폭의 조절장치를 구비하는 것이 바람직하다 (청구의 범위 제 21 항).

그리고, 본 발명의 장치에서는, 분할된 상금형의 각 부재가 압축하는 섬유 집합체의 각 압축 정도에 따라, 펀칭하는 구멍수의 분포밀도, 구멍지름의 대소 또는 분포밀도 및 구멍지름의 대소를 변경한 상금형과 하금형을 구비하는 것이 필요하다 (청구의 범위 제 20 항).

또한, 본 발명에서는, 냉각풍의 발생장치는 섬유 집합체의 하방에서 상방으로 섬유 집합체 중을 관류하는 냉각풍을 발생시킨다 (청구의 범위 제 22 항).

그리고, 본 발명의 장치에서는, 상기 금형 캐비티의 일부를 형성하는 성형틀의 통기성을 갖는 측부에 장착되고, 또한 가압공기 공급장치에서 공급된 가압공기를 금형 캐비티 안에서 배풍하는 보조 배풍기를 구비하는 것이 중요하다 (청구의 범위 제 23항). 또한, 이 보조배풍기는 이송배관이 접속되는 성형틀의 개구부에 대향하는 성형틀의 외부에 설치되어 있다 (청구의 범위 제 24 항).

또한, 본 발명의 장치에는 복수개의 부재로 분할된 상금형 및 하금형을 상하로 이동시키는 수단이 유체압력으로 작동하는 액츄에이터로서, 이 액츄에이터는 섬유 집합체를 복수 단계로 압축하기 위하며, 복수개의 부재로 분할된 상금형의 각 부재 및 하금형의 이동위치를 각각의 위치에 위치결정제어하는 위치결정장치가 부설되어 있다 (청구의 범위 제 25 항).

이어서, 본 발명이 되는 장치에는 섬유 집합체의 퇴적면을 금형의 표면형상을 따르게 하기 위하여, 금형 캐비티 안에 충전된 금형 캐비티에 대한 충전이 완료된 섬유 집합체를 거쳐서 하금형의 하방에서 공기를 흡인하기 위한 공기흡인장치를 부설하고 있다 (청구의 범위 제 26 항).

또한, 본 발명이 되는 장치에는 상금형에 점착한 쿠션 구조체를 하방으로 낙하시키기 위하여, 상금형의 상방에서 압축공기를 쿠션 구조체를 향하여 불어 넣는 복수개의 압축공기 분사 노즐을 구비하여 구성되어 있다 (청구의 범위 제 27 항).

그리고, 최종적으로 본 발명이 되는 장치에서, 쿠션 구조체를 빼내기 위하여, 하금형을 하강시킨 후, 낙하하는 쿠션 구조체를 수취하는, 금형 캐비티의 바로아래로 출몰가능하게 트레이를 설치하고 있다 (청구의 범위 제 28 항).

본 발명은 자동차, 항공기 등의 시이트용 쿠션 구조체를 형성하기 위한 방법과 그 장치에 관한 것으로써, 특히 권축 (crimp) 형태를 갖는 합성섬유로 이루어지는 매트릭스 섬유 중에, 이 매트릭스 섬유보다 저융점인 바인더 섬유를 분산 ·혼입하고, 분산 ·혼입한 섬유 집합체를 금형 캐비티 안으로 공기류에 수반시켜서 충전한 후, 이 섬유 집합체를 열성형하여 쿠션 구조체를 제조하는 방법과 장치에 관한 것이다.

도 1 은 본 발명의 섬유 집합체로 쿠션 구조체를 제조하기 위한 장치를 모식적으로 나타낸 정면도이고,

도 2 (a) 및 (b) 는 본 발명에 있어서, 가압공기에 의해 수반된 섬유 집합체를 금형 캐비티에 충전하는 순서를 모식적으로 나타낸 정면도로서, (a) 도에서 (b) 도로 섬유 집합체가 금형 캐비티의 안쪽으로부터 차례로 금형 캐비티에 섬유 집합체가 충전되는 상태를 시계열적으로 나타내고 있고,

도 3 은 금형 캐비티에 대한 충전이 완료된 섬유 집합체에 대하여, 하금형의 하방으로부터 섬유 집합체를 흡인함으로써, 섬유 집합체의 퇴적면을 금형 표면으로 따르게 하는 상태를 모식적으로 나타낸 확대 정면도로서, (a) 도는 흡인전의 섬유 집합체의 퇴적상태를 나타내고, (b) 도는 흡인 중의 섬유 집합체의 퇴적상태를 나타내고 있고,

도 4 는 다른 너비 폭을 갖는 금형 캐비티에 대하여, 섬유 집합체가 충전됨에 따라 변화하는 이 금형 캐비티의 너비 폭의 변화에 대응시켜서, 이송배관의 이 송구 폭을 변화시키기 위한 이송구 폭의 조절장치를 모식적으로 나타낸 사시도이고,

도 5 는 다른 너비 폭을 갖는 금형 캐비티 섬유 집합체를 충전할 때, 도 4 에 나타낸 이송구 폭의 조절장치의 작용 ·효과의 설명도로서, (a) 도는 정면도, (b) 도는 평면도를 각각 나타내고, 또한 (c) 도는 이송구 폭의 조절장치를 사용하지 않는 경우의 바람직한 섬유 집합체의 충전방법을 설명하기 위한 평면도이고, 그리고 (d) 도는 본 발명에 의한 충전방법을 취하지 않았을 경우에 발생하는 문제를 설명하기 위한 평면도이다.

또한, 도 6은 통기성 금형의 통기도에 관하여, 금형 캐비티를 구성하는 각 금형의 복수의 벽면부 (즉, 섬유 집합체를 둘러싸는 부분) 만을 빼내서 모식적으로 설명한 것으로서, 부분적으로 금형에 단면을 준 부분이 상기 도 1, 도 2 등의 정면도에서의 금형 캐비티를 단면으로 나타내고 있다. 여기에서, (a)도는 통기성 금형의 통기도를 부분적으로 변경할 수 없는 경우에 부분적으로 단면이 주어진 사시도로서, (b) 도는 동일하게 본 발명에서 사용하는 부분적으로 통기도를 바꾼 통기성 금형을 나타낸 것이다.

그리고, 도 7 은 금형 캐비티에 충전된 섬유 집합체의 각 부위의 압축비율을 부분적으로 변경하여 압축을 완료된 상태를 모식적으로 나타낸 정면도이고,

도 8 은 열적 프로세스에 있어서, 최종적으로 쿠션 구조체로서의 형상이 얻어지는 위치까지 섬유 집합체를 금형으로 압축한 상태를 모식적으로 나타낸 정면도이고, 그리고

도 9 는 섬유 집합체를 열적 프로세스에 의해 쿠션 구조체로 전화한 후, 상금형에 점착한 쿠션 구조체에 상방에서 압축공기를 불어 넣고, 이에 의해 쿠션 구조체를 하방으로 낙하시켜, 낙하한 쿠션 구조체를 트레이상으로 받아내어 빼내는 상태를 모식적으로 나타낸 정면도이다.

발명을 실시하기 위한 최상의 형태

이하, 상기 본 발명을 실시하기 위한 최상의 형태를 상세하게 설명한다.

본 발명에서는 용융한 바인더 섬유가 섬유끼리를 결합시키는 교차부를, 탄성을 갖는 열가소성 엘라스토머로 형성하고, 응력집중을 완화하여, 이에 의해 반복작용하는 대변형에 대하여 큰 내구성을 쿠션 구조체가 바람직한 것은, 이미 기술한 바와 같다.

이 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 섬유 집합체의 일부를 구성하는 매트릭스 섬유로서는 비탄성 폴리에틸렌테레프탈레이트계 권축 단섬유가 바람직하다. 또한, 섬유 집합체의 기타 부분을 구성하는 바인더 섬유로서는 매트릭스 섬유보다 40℃ 이상 낮은 융점을 갖는 열가소성 엘라스토머와, 비탄성 폴리에스테르로 이루어지는 복합 (Conjugate) 단섬유로 이루어지고, 그 때, 이 복합 단섬유의 섬유표면에는 이 열가소성 엘라스토머가 섬유 표면적의 1/2 이상 노출되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 섬유 집합체를 사용함으로써, 열가소성 엘라스토머와 접촉하는 비탄성 폴리에스테르의 교차부가 용융한 열가소성 엘라스토머에 의해 결합되게 된다.

또한, 본 발명의 바인더 섬유로서, 모두가 열가소성 엘라스토머로 이루어지는 섬유를 사용하지 않고, 열가소성 엘라스토머를 그 일부에 함유하는 복합 단섬유를 사용하는 것도 중요하다. 왜냐하면, 바인더 섬유는 용융함으로써 섬유끼리를 결합하는 역할을 완수하므로, 그 혼합비율은 본래 섬유끼리를 결합시키는 양만 함유시키면 되기 때문이다. 그러나, 모두가 열융착 성분으로 이루어지는 바인더 섬유에서는, 바인더 섬유가 매트릭스 섬유의 사이에 개재하여 매트릭스 섬유끼리를 충분히 결합시키므로, 서로 교차하는 기회를 많게 할 필요가 있다. 이를 위해서는 바인더 섬유의 양을 필요한 양보다 많게 섬유에 분산 ·혼입할 필요가 있고, 만약 열융착 성분으로서 열가소성 엘라스토머를 사용한다면, 열가소성 엘라스토머는 고가이기 때문에 이와 같은 고가의 재료를 다량으로 사용하는 것은 종래의 우레탄 폼으로 이루어지는 쿠션 구조체와의 사이의 코스트 경쟁력을 상실하게 된다.

이에 대하여, 본 발명의 복합 단섬유를 사용한 바인더 섬유에 의하면, 섬유표면에는 열가소성 엘라스토머가 섬유 표면적의 1/2 이상 노출되어 있는 비탄성 폴리에스테르를 사용하기 때문에, 모두 열가소성 엘라스토머로 이루어지는 바인더 섬유를 사용하는 것 보다도 결과적으로 열가소성 엘라스토머의 사용량을 적게 할 수 있다. 더욱이 모두 열가소성 엘라스토머로 이루어지는 바인더 섬유를 사용하는 경우와 비교하여, 매트릭스 섬유 중에 바인더 섬유를 다량으로 분산 ·혼입할 수 있고, 고가인 열가소성 엘라스토머의 사용량을 소량으로 억제할 수가 있게 된다.

더욱 중요한 것은, 본 발명에서는 종래의 전량이 열융착 성분으로 이루어지는 바인더 섬유와 비교하여, 바인더 섬유를 보다 많이 분산 혼입할 수 있기 때문에, 매트릭스 섬유와 바인더 섬유의 교착부가 증가하고, 그 결과 섬유끼리를 많은 교차부로 결합시킬 수 있으므로 쿠션 구조체로서의 성능도 향상되는 것이다.

이와같이, 본발명에서는 바인더 섬유를 복합 단섬유로 함으로써, 열가소성 엘라스토머라는 고가의 재료를 사용하면서도 종래의 우레탄 폼을 대체가능한 저렴한 쿠션 구조체를 제조하는 것을 실현할 수 있게 되었다.

여기에서, 본 발명에 있어서 섬유 집합체의 매트릭스를 구성하는 합성섬유의단섬유로서는, 특별히 한정되는 것은 아니나, 통상의 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리헥사메틸렌테레프탈레이트, 폴리테트라메틸렌테레프탈레이트, 폴리-1, 4-디메틸시클로헥산테레프탈레이트, 폴리피발로락톤, 또는 이들의 공중합 에스테르로 이루어지는 단섬유 내지 그들 섬유의 혼면체, 또는 상기 폴리머 성분 중 2 종 이상으로 이루어지는 복합 섬유 등이 있다. 또한, 단섬유의 단면형상은 원형, 편평, 이형 또는 중공의 어느 하나라도 좋다. 그리고, 그 단섬유의 굵기는 2 ∼ 500 데니어, 특히 6 ∼ 300 데니어의 범위가 바람직하다. 만약, 이 단섬유의 데니어가 작아지면, 성형 후에 얻어지는 쿠션 구조체의 밀도가 높아져서, 쿠션 구조체 자신의 탄력성이 저하하는 경우가 많다. 또한, 단섬유의 데니어가 너무 크면, 취급성, 특히 섬유 집합체의 성형성이 악화된다. 또한, 구성 개수도 너무 작아져서 탄성복합섬유와의 사이에 형성되는 교차점의 수가 적어지고, 쿠션 구조체의 탄성력이 발현되기 어려워지는 것과 동시에 내구성도 저하할 우려가 있다.

그리고, 이 경우의 매트릭스 섬유에는 권축이 부여되는 것이 바람직하다. 여기에서 이 권축은 현재 (顯在) 권축인 것이 바람직하고, 이 현재 권축은 크림퍼 가공에 의한 기계적인 방법, 방사시의 이방냉각에 의한 방법, 사이드 바이 사이드형 또는 편심 시스 코어형 복합섬유의 가열에 의한 방법 등으로 얻을 수 있다.

한편, 본 발명에서 중요한 역할을 완수하는 바인더 섬유로서는 탄성복합섬유인 것이 바람직하고, 이 탄성복합섬유는 매트릭스 섬유보다 40℃ 이상 낮은 융점을 갖는 열가소성 엘라스토머와, 비탄성 폴리에스테르로 이루어지는 복합 단섬유 (conjugate 단섬유) 인 것이 바람직하다. 그 때, 이 복합 단섬유의 섬유표면에는,이 열가소성 엘라스토머가 섬유 표면적의 1/2 이상 노출되어 있는 것이 바람직하다. 여기에서, 이 바인더 섬유는 중량비율로 말하면, 열가소성 엘라스토머와 비탄성 폴리에스테르의 복합비율이 30/70 ∼ 70/30 의 범위에 있는 것이 적당하다. 탄성복합섬유의 형태로서는 사이드·바이 ·사이드형, 시스 ·코어형의 어느 것이라도 좋지만 바람직한 것은 후자이다. 이 시스 코어형에 있어서는 물론 비탄성 폴리에스테르가 코어로 되는데, 이 코어는 동심원상 또는 편심상이라도 좋다. 특히, 편심상인 것은 코일상의 탄성 권축이 발현하므로 더욱 바람직하다.

탄성복합섬유의 일부를 구성하는 열가소성 엘라스토머로서는 폴리우레탄계엘라스토머나 폴리에스테르계 엘라스토머가 바람직하다.

폴리우레탄계 엘라스토머로서는 분자량이 500 ∼ 600 정도의 저융점 폴리올(polyol), 예컨대 디히드록시폴리에테르, 디히드록시폴리에스테르, 디히드록시폴리카보네이트, 디히드록시폴리에스테르아미드 등과, 분자량 500 이하의 유기 디이소시아네이트, 예컨대 p, p'-디페닐메탄디이소시아네이트, 톨릴헨디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 수산화디페닐메탄디이소시아네이트, 크실리렌디이소시아네이트, 2, 6-디이소시아네이트메틸카프롤레이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트 등과, 분자량 500 이하의 사슬 신장제, 예컨대 글리코올, 아미노알코올 또는 트리올과의 반응에 의해 얻어지는 폴리머이다. 이들 폴리머 중, 특히 바람직한 것은 폴리올로서 폴리테트라메틸렌글리코올, 또는 폴리-ε-카프로락톤 또는 폴리부틸렌아지페이트를 사용한 폴리우레탄이다. 이 경우, 유기 디이소시아네이트로서는 p, p'-디페닐메탄디이소시아네이트가 적합하다. 또한, 사슬 신장제로서는 p, p'-비스히드록시에톡시벤젠 및 1, 4-부틸디올이 적합하다.

다른 한 쪽의 폴리에스테르계 엘라스토머로서는 열가소성 폴리에스테르를 하드 세그멘트로 하고, 폴리 (알킬렌옥시드) 글리코올을 소프트 세그멘트로서 공중합하여 이루어지는 폴리에테르에스테르블록 공중합체, 보다 구체적으로는 테레프탈산, 이소프탈산, 프탈산, 나프탈렌-2, 6-디카르복실산, 나프탈렌-2, 7-디카르복실산, 디페닐-4, 4'-디카르복실산, 디페녹시에탄디카르복실산, 3-슬포이소프탈산나트륨 등의 방향족 디카르복실산, 1, 4-시클로헥산디카르복실산 등의 지환족 디카르복실산, 호박산, 옥살산, 아디핀산, 세바신산, 도데칸디산, 다이머산 등의 지방족 디카르복실산 또는 이들의 에스테르형성성 유도체 등으로부터 선택된 디카르복실산 중 적어도 1 종과, 1, 4-부탄디올, 에틸렌글리코올, 트리메틸렌글리코올, 테트라메틸렌글리코올, 펜타메틸렌글리코올, 헥사메틸렌글리코올, 네오펜틸글리코올, 데카메틸렌글리코올 등의 지방족디올 혹은 1, 1-시클로헥산디메탄올, 1, 4-시클로헥산디메탄올, 트리시클로데칸디메탄올 등의 지환족디올 또는 이들의 에스테르형성성 유도체 등으로부터 선택된 디올성분 중 적어도 1 종 및 평균분자량이 약 400 ∼ 5000 정도인 폴리에틸렌글리코올, 폴리(1, 2-및 1, 3-프로필렌옥시드)글리코올, 폴리(테트라메틸렌옥시드)글리코올, 에틸렌옥시드와 프로필렌옥시드의 공중합체, 에틸렌옥시드와 테트라히드로푸란의 공중합체 등의 폴리(알킬렌옥시드)글리코올 중 적어도 1 종으로 구성되는 3 차원 공중합체이다.

그러나, 비탄성 폴리에스테르계 권축 단섬유와의 접착성이나 온도특성, 강도의 면에서 보면, 폴리부틸렌계 테레프탈레이트를 하드 세그먼트로 하고, 폴리옥시부틸렌글리코올을 소프트 세그먼트로 하는 블록 공중합 폴리에테르폴리에스테르가 바람직하다. 이 경우, 하드 세그먼트를 구성하는 폴리에스테르 부분은 주된 산성분이 테레프탈산, 주된 디올성분이 부틸렌글리코올 성분인 폴리부틸렌테레프탈레이트이다. 물론, 이 산성분의 일부 (통상, 30몰%이하)는 다른 디카르복실산 성분이나 옥시카르복실산 성분으로 치환되어 있어도 좋고, 마찬가지로 글리코올 성분의 일부 (통상, 30 몰% 이하) 는 부틸렌글리코올 성분 이외의 디옥시 성분으로 치환되어 있어도 좋다.

또한, 소프트 세그먼트를 구성하는 폴리에테르 부분은 부틸렌글리코올 이외의 디옥시 성분으로 치환된 폴리에테르이라도 좋다. 그리고, 폴리머 중에는 각종 안정제, 자외선 흡수제, 증점분기제, 광택 제거제, 탈색제, 기타 각종 개량제 등도 필요에 따라 배합되어 있어도 좋다.

그리고, 이상에서 설명한 섬유 집합체는 섬유 집합체의 중량을 기준으로 하여 바인더 섬유가 10 ∼ 70 %, 바람직하게는 20 ∼ 60 % 의 범위로 매트릭스 섬유중에 분산 ·혼입된 것으로서, 이와 같은 분산 ·혼입은 매트릭스 섬유 덩어리와 바인더 섬유 덩어리를 카드기를 통과시켜 양자를 균일하게 혼면함으로써 달성된다.

이상에서 상세하게 설명한 섬유 집합체를 사용하여 쿠션 구조체를 얻는 제조방법과 그 장치를 다음에 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

도 1 은 본 발명의 섬유 집합체로부터 쿠션 구조체를 제조하기 위한 장치를 모식적으로 나타낸 정면도로서, 도 1에 있어서 F 는 섬유 집합체, 부호 (1) 은 섬유 집합체를 반송하기 위한 컨베이어, 부호 (2) 는 섬유 집합체를 개섬하기 위한개섬기, 부호 (3) 은 섬유 집합체를 공기이송하기 위한 이송관, 부호 (4) 는 가압공기의 발생장치, 부호 (5) 는 성형틀, 부호 (6) 은 하금형, 부호 (7) 은 상금형이고, 부호 (7a ∼ 7c) 는 상금형을 분할한 분할부재군, 부호 (8a ∼ 8d) 는 금형을 상하로 이동시키기 위한 유체압으로 작동하는 액츄에이터군, 부호 (9 및 10) 은 배풍기, 부호 (11) 은 가열공기 공급장치, 부호 (12) 는 배풍실을 각각 나타낸다. 또한, C 는 금형 캐비티를 나타낸다. 그리고, 부호 (20) 로 나타낸 세선은 섬유 집합체를 열적인 프로세스에 의하여 쿠션 구조체로 전화되었을 때의 최종 형상을 나타내고 있다. 단, 이와 같은 쿠션 구조체는 후술하는 열적 프로세스가 완료된 후에 얻어지는 것이다.

이상과 같이 구성된 장치에 있어서, 섬유 집합체 (F) 를 개섬하는 개섬장치 (2) 로서는, 회전하는 원통 (2a) 의 외주면상에 다수의 바늘 (2b) 을 설치한 것이 사용된다. 이와 같은 개섬장치 (2) 로 섬유 집합체 (F) 를 공급하기 위한 수단은 특별히 한정되어 있지는 않지만, 예를 들면 벨트 컨베이어와 같이 이동하는 평면을 형성하는 컨베이어 위에 섬유 집합체 (F) 를 올려 놓고 이송하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하여 개섬장치 (2) 로 컨베이어 (1) 에 올려 놓여져 공급된 섬유 집합체 (F) 는 회전하는 원통 (2a) 위에 심어 설치된 다수의 바늘 (2b) 에 의하여 빗질되어 개섬되는 것이다. 그리고, 개섬된 섬유 집합체는 개섬장치 (2) 의 섬유 집합체의 출구와 성형틀 (5) 의 섬유 집합체의 입구 사이를 연통하는 이송배관 (3) 으로 공급되며, 이 이송배관 (3) 의 도중에서 불어들어오는 가압공기 및/또는 개섬장치 (2) 의 원통 (2a) 이 회전할 때에 발생하는 공기류에 수반되어 이송배관 (3) 중을이동하여 금형 캐비티 (C) 내로 밀어넣어 충전된다.

여기서, 본 발명에서 중요한 것은 섬유 집합체 (F) 를 금형 캐비티 (C) 로 이송하기 위한 공기류를 발생시키는 송풍기와 같은 장치가 이송배관 (3) 의 도중에 직접 설치되어 있어서는 안되는 것이다. 만약, 이와 같은 장치가 이송배관(3) 의 도중에 설치되어 있으면, 공기류를 발생시키는 임펠러와 같은 회전체에 의하여 섬유 집합체 (F) 는 타격충격을 받아 섬유 집합체 (F) 의 개섬상태가 손상된다. 그리고, 이로써 금형 캐비티 (C)에 충전되는 섬유 집합체에 개섬된 상태에 있는 부분과 개섬이 손상된 부분이 발생한다. 만약, 이와 같은 사태가 발생하면, 최종적으로 얻어지는 쿠션 구조체의 품질이 손상되는 것이다.

또한, 본 발명의 상금형 (7), 하금형 (6)및 성형틀 (5)의 일부는 통기성을 가지고 있는 것이 중요하다. 왜냐하면, 금형 캐비티 (C)안으로 불어넣어진 섬유 집합체 (F) 를 수반반송하기 위한 가압공기를 금형 캐비티 (C) 로부터 신속하게 배출할 필요가 있기 때문이다. 만약, 금형 캐비티 (C)로부터의 가압공기의 배출이 원활하게 이루어지지 않으면, 금형 캐비티 (C) 내에서 난류로 되어 금형 캐비티 (C) 안의 의도한 장소로 섬유 집합체 (F) 를 양호하게 퇴적시켜 충전하는 것은 불가능하다. 또한, 후술하는 바와같이 가열풍 혹은 냉각풍을 섬유 집합체 중에 원활하게 관통시키는 면에서도 금형의 통기성은 중요한 요건이다.

이어서, 이송배관 중을 공기이송된 섬유 집합체는 금형 캐비티 내로 밀어넣어 충전되는 것인데, 이 상태를 도 2 를 참조하면서 설명한다. 여기서, 도 2(a) 및 도 2(b) 는 본 발명에 있어서 가압공기에 의하여 수반된 섬유 집합체를 금형 캐비티로 충전하는 순서를 모식적으로 나타낸 정면도로서, 도 2(a) 에서 도 2(b) 로 섬유 집합체가 금형 캐비티의 안쪽에서 차례로 금형 캐비티로 섬유 집합체가 충전되는 상태를 시계열적으로 나타내고 있다.

이 때의 섬유 집합체의 충전상태를 나타낸 것이 도 3 으로서 섬유 집합체(F) 는 금형 캐비티 (C) 의 가장 안쪽부터 차례로 층상의 퇴적면을 형성하면서 섬유 집합체 (F) 의 송풍구를 향하여 퇴적되어 간다 (도 3a 참조). 만약, 이와같은 상태에 있는 섬유 집합체 (F) 를 그 상태대로 열성형하여 쿠션 구조체로 전환하면, 한편에서는 퇴적층을 따른 면내방향의 잡아 찢는 강도는 강해지지만, 다른 한편에서는 층면과 직각을 이루는 방향으로의 잡아 찢는 강도가 저하되는 사태가 발생한다. 만약, 이와 같은 잡아 찢는 강도의 이방성이 발생하면, 쿠션 구조체로서의 성능을 현저하게 해치게 된다. 따라서, 가능한 한 이방성이 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 그리고, 층상의 퇴적면이 쿠션 구조체의 표면에 줄무늬형상으로 나타나면, 그 외관을 해침과 동시에 쿠션 구조체의 표면 마무리 상태가 거칠어져서 바람직하지 못하다.

이상에서 설명한 이유로 금형 캐비티 (C) 안으로의 섬유 집합체 (F) 의 충전이 완료된 시점에서 도 3b 에 나타내는 바와 같이 하금형 (6) 을 거쳐서 충전된 섬유 집합체 (F) 를 흡인함으로써, 섬유 집합체 (F) 표층부의 섬유배열을 금형의 표면형상을 따르도록 하는 것이 바람직하다. 그리고, 도 3b 에 있어서 금형 캐비티 (C) 상부에 섬유 집합체 (F) 가 충전되어 있지 않은 공극 (도 3b 에서는 이 공극이 실제 경우보다 강조되어 그려져 있다) 이 발생하는 것은 금형 캐비티 안에 충전된섬유 집합체가 하방으로부터의 흡인에 의하여 하금형 (6) 으로 밀어부쳐져 있기 때문이다. 이와 같은 표층부를 섬유 집합체 (F) 에 형성시키고, 이 섬유 집합체 (F) 를 쿠션 구조체로 전화함으로써 잡아 찢음으로 인한 파괴가 쿠션 구조체의 표면까지 파급되는 것을 방지할수 있는 것이다. 또한, 섬유 집합체 (F) 이 출전시에 형성된 이방성을 갖는 층상의 퇴적면을 무너뜨리기 위하여, 상금형 (7) 을 상하로 반복이동시킴으로써 섬유 집합체 (F) 를 반복압축하는 것도 효과적이다. 그리고, 이 경우에는 상금형 (7) 의 각 분할부재 (7a ∼ 7c) 는 일제히 동기시켜 상하운동시키는 것이 아니라 각각 독립하여 랜덤하게 상하운동시키는 것이 층상의 퇴적면을 무너뜨리는 면에서 바람직하다.

그리고, 이상에서 설명한 섬유 집합체의 충전중 혹은 충전후에 상하에 설치된 이동가능한 금형군 (6 및 7) 에 의하여 섬유 집합체 (F) 는 소정 압축비율로 압축된다. 여기서, 이 하금형 (6) 과 상금형 (7)에 의한 금형 캐비티 (C) 안에 충전된 섬유 집합체 (F) 의 압축에 대하여 다음에 설명한다.

본 발명에 있어서는, 섬유 집합체를 충전하는 금형 캐비티 (C) 는 저부와 천정부가 개방되며 또한 금형 캐비티의 측부를 형성하는 고정설치된 성형틀 (5) 로 그 측부가 형성되어 있다. 또한, 금형 캐비티 (C) 의 저부는 상기 성형틀 (5) 의 개방된 저부를 폐색함은 물론 상하이동이 가능한 하금형 (6) 으로 형성되어 있다. 그리고, 금형 캐비티 (C) 의 천정부는 성형틀 (5) 의 개방된 천정부를 폐색하며, 또한 상하방향으로 각각 독립하여 이동할 수 있는 복수개의 부재 (7a ∼ 7c) 로 분할된 상금형 (7)으로 형성되어 있다. 따라서, 금형 캐비티 (C) 로 섬유 집합체를충전하기 직전의 상태에서 하금형 (6) 및/또는 상금형 (7) 은 원하는 형상을 갖는 쿠션 구조체의 용적보다 큰 용적을 갖는 위치로 이동한 상태로 미리 세트되어 있다 (도 2a 참조). 이와 같은 상태에 있는 금형 캐비티 (C) 안에 개섬된 섬유 집합체 (F) 를 공기류에 수반시켜 이송배관 (3) 내를 이동시킴으로써 금형 캐비티 (C) 내로 채워넣어 충전한다. 이와 같이 하여 금형 캐비티 (C), 충전된 섬유 집합체가 원하는 용적밀도로 되는 위치까지 하금형 (6) 및/또는 상금형 (7) 에 의하여 압축되는 것이다.

여기서, 하금형 (6) 및 복수개의 부재 (7a ∼ 7c) 로 분할된 상금형 (7) 을 상하로 이동시키는 수단으로서는 유체압력으로 작동하는 액츄에이터 (8a ∼ 8d) 가 바람직하며, 이와 같은 액츄에이터 (8a ∼ 8d) 로서는 압축공기로 작동하는 공지의 유체압 실린더를 바람직하게 사용할 수 있다. 그리고, 상기 액츄에이터 (8a ∼ 8d) 에는 섬유 집합체 (F) 를 복수 단계에 걸쳐 압축하기 위하여 하금형(6) 및/또는 복수개의 부재군으로 분할된 상금형 (7) 의 각 부재 (7a ∼ 7c) 의 이동위치를 각각의 소정 위치에 정지시키는 위치결정장치 (도시생략) 가 부설되어 있음은 물론이다. 또한, 본 발명에서는 상금형 (7)은 금형 캐비티 (C)의 너비 방향으로 분할될 부재 (7a ∼ 7c) 만을 예시하고 있으나, 금형 캐비티 (C) 의 개구방향으로도 상금형 (7) 을 분할할 수 있음은 물론이다.

그러나, 단지 상기 액츄에이터 (8a ∼ 8d) 에 의하여 하금형 (6) 및 상금형 (7) 을 이동시키는 것만으로는, 섬유 집합체 (F) 의 압축비율을 부분적으로 변경함으로써 쿠션 구조체 (20) 의 밀도를 부분적으로 변경할 수는 없다. 이에 비하여 본발명의 특징 중 하나는 섬유 집합체의 밀도를 부분적으로 변경할 때에 많은 시간을 낭비하지 않고 섬유 집합체의 밀도를 부분적으로 변경할 수 있는 데 있다.

이상 설명한 것을 구현화하기 위하여 본 발명에 있어서는 상금형 (7) 이 성형틀 (5) 의 개방된 상부를 폐색하고, 또한 상하방향으로 각각 독립하여 이동가능한 복수개의 부재군 (7a ∼ 7c) 으로 분할되어 있는 것이 중요하다. 즉, 섬유 집합체의 각부를 선택적으로 다른 비율로 압축할 때에, 상하방향으로 각각 독립하여 이동가능한 복수개의 부재군 (7a ∼ 7c) 의 존재에 의하여, 용이하게 더욱 압축비율을 크게 하고자 하는 부위에 대응하는 부재의 이동거리를 크게, 압축비율을 작게 하고자 하는 부위에 대응하는 부재의 이동거리를 작게 할 수 있는 것이다. 즉, 섬유 집합체 (F) 의 밀도를 부분적으로 변경하는 것이 섬유 집합체 (F) 를 충전하기 전의 상금형 (7) 의 각 분할부재 (7a ∼ 7c) 를 미리 그 압축비율에 대응한 각각 독립적인 위치로 이동시키며, 이 상태에서 금형 캐비티 (C) 로 섬유 집합체를 충전함으로써 매우 용이하게 이루어지는 것이다.

그리고, 금형 (6 및 7) 의 이동에 의하여 금형 캐비티 (C) 안에 충전된 섬유 집합체 (F) 를 압축할 때에, 금형 캐비티 (C) 에 대한 충전이 완전히 완료된 시점에서 실행할 수도 있으나, 본 발명에서는 금형 캐비티 (C) 의 안쪽부터 충전이 차례로 완료됨에 따라 충전이 부분적으로 완료된 부위에 대응하는 상금형의 분할부재를 하강시키도록 하고 있다 (도 2a 및 도 2b 참조), 이와 같이 함으로써 금형 캐비티 (C) 의 안쪽으로 섬유 집합체를 이송하는 금형 캐비티 (C) 내에서의 통로를 넓게 확보할 수 있으므로, 충전되기 어려운 금형 캐비티의 안쪽으로도 섬유 집합체를균일하고 원할하게 충전할 수 있는 것이다.

이것은 본 발명의 금형 캐비티에 대한 충전이 가압공기의 압압력의 작용으로 인하여 금형 캐비티의 안쪽으로 섬유 집합체를 밀어넣음으로써 비로소 가능해진다. 따라서, 이와 같은 힘이 작용하지 않는 종래의 기술에서는 섬유 집합체의 충전상태를 그대로 유지하는 작용이 전혀 작용하지 않기 때문에, 섬유 집합체를 부분 압축하기가 매우 어려웠다. 그러나, 본 발명의 방법 및/또는 장치에 의하면, 종래의 기술과 달리 금형 캐비티의 너비로 인젝터 등으로써 섬유 집합체로 이송하여, 금형 캐비티 안으로 섬유 집합체를 균등하게 분배할 필요도 없으며, 또 금형 캐비티의 너비로 이송된 섬유 집합체를 공기류의 작용에 의하여 분산시킬 필요도 없고, 또한 금형의 모든 면에 작용하는 진공작용을 이용할 필요도 없다. 즉, 본 발명에서는 단지 섬유 집합체를 가압공기에 수반시켜 금형 캐비티 (C) 의 안쪽으로 밀어넣으면 되는 것이다.

이와 같은 것은 금형 (6 및 7) 이 이동하는 방향에서 섬유 집합체를 충전하는 것이 아니라, 금형 (6 및 7) 의 이동방향과 직교하는 방향에서 금형 캐비티 (C) 로 가압공기류에 섬유 집합체를 수반시켜 충전함으로써 달성되는 것도 중요한 점이다. 이로써 금형 캐비티 (C) 안에는 하금형 (6) 및/또는 상금형 (7) 의 이동을 방해하는 인젝터와 같은 충전수단이 없어지며, 원하는 타이밍으로 하금형 (6) 및/또는 상금형 (7) 을 상하방향으로 이동가능하도록 하고 있다.

그리고, 본 발명의 다른 큰 특징은 다른 너비 폭을 갖는 금형 캐비티 (C) 에 대하여 이송배관 (3) 의 이송구 폭을 변화시키는 이송구 폭의 조절장치를 성형틀(5)에 바로 근접한 이송배관 (3)중에 설치하는 데 있다. 그리고, 이에 관해서는 도 4 및 도 5 를 참조하여 다음에 상세하게 설명한다.

도 4 는 이송구 폭의 조절장치 (13) 를 모식적으로 나타낸 확대 사시도로서, 슬라이딩 가능하도록 설치된 간구 (間口) 폭 조정판 (13b) 을 유체압 실린더로 이루어지는 구동수단 (13a) 에 의해 좌우로 움직임으로써 이송배관 (3) 의 이송구 폭을 변화시킬 수 있다. 이와 같은 장치 (13) 를 설치함으로써, 도 5 (a) 및 (b) 에 나타낸 바와 같이 섬유 집합체 (F) 가 충전됨에 따라서 변화하는 이 금형 캐비티 (C) 의 너비 폭의 변화에 대응시켜서, 이 금형 캐비티 (C) 로 섬유 집합체 (F) 를 이송하는 이송배관 (3) 의 이송구 폭을 변화시킬 수 있고, 너비 폭이 긴 부분(C1) 의 가장 안쪽부터 선택적으로 섬유 집합체 (F) 를 공동의 발생도 없이 충전할 수 있다. 만약, 이와 같은 방법을 채용하지 않고, 너비 폭이 긴 부분 (C1) 에도 너비 폭이 짧은 부분 (C2) 에도 균등하게 섬유 집합체를 충전하고자 하여도, 너비 폭이 짧은 안쪽으로 퇴적되는 섬유 집합체에 의해 너비 폭이 긴 안쪽으로 공급되는 섬유 집합체가 통과하는 금형 캐비티 안의 통로가 서서히 좁아진다 (도 5d 참조).

그리고, 섬유 집합체 (F) 가 충분히 공급되지 않는 부분 (B) 이 발생하여, 공동의 발생이나 섬유의 충전밀도 불균일을 야기하게 된다. 따라서, 금형 캐비티가 다른 너비 폭을 갖는 경우에는, 상기의 방법은 매우 유효하다. 또한, 도 5 (C) 에 나타내는 바와 같이 섬유 집합체 (F) 를 금형 캐비티 (C) 의 너비 형상에 맞춰서 벨트 컨베이어 (1) 위에 올려 놓고, 올려 놓은 섬유 집합체 (F) 를 개섬장치 (2) 에 공급하는 것도, 금형 캐비티 (C) 에 대한 섬유 집합체 (F) 의 충전을 균일하게실시하는 데 바람직하다.

여기에서 섬유 집합체 (F) 를 금형 캐비티 (C) 로 충전을 할 때, 이송배관 (3) 이 접속되는 성형틀 (5) 로 입구부에 대향하여, 통기성을 갖는 성형틀 (5) 의 측부에 보조 배풍기 (10) 를 설치함으로써, 금형 캐비티 (C) 안으로 도입된 가압공기를 원활하게 배풍할 수 있다. 그리고, 이에 따라서 섬유 집합체를 금형 캐비티의 구석구석까지 균일하게 섬유 집합체를 충전하는 것이 바람직하다. 이와 같은 보조수단 (10) 을 병용하는 것은, 금형 캐비티 (C) 가 복잡한 형상으로 될 수록 효과적이다. 왜냐하면, 섬유 집합체 (F)를 수반한 다음에 그 역할을 완수한 가압공기를 금형 캐비티 (C) 로부터 원활하게 배출할 수 없으면, 이와 같은 가압공기는 금형 캐비티 (C) 안에서 난류를 형성하고, 섬유 집합체를 퇴적시켜서 충전하는 금형 캐비티의 위치를 정확하게 제어할 수 없게 되기 때문이다. 이에 대하여, 본 발명에 있어서는 금형 캐비티에서 유출하는 가압공기의 흐름을 보조 배풍기 (10) 에 의해 금형 캐비티 (C) 의 각 부위에서 임의로 제어할 수 있으므로, 섬유 집합체 (F) 를 의도하는 금형 캐비티 (C) 의 구석구석까지 균일하게 충전할 수 있는 것이다.

이어서, 이상 기술한 금형 캐비티 (C) 에 대한 섬유 집합체 (F) 의 충전이 완료되고, 소정의 용적밀도로 섬유 집합체가 압축되면, 섬유 집합체를 쿠션 구조체로 열적으로 전환하는 프로세스가 개시된다.

이 열적 프로세스는 섬유 집합체 중에 함유되는 바인더 섬유를 용융시켜, 용융시킨 바인더 섬유를 결합제로서 섬유 끼리를 결합하고, 이에 의해 쿠션 구조체를 얻기 위한 것이므로, 이 프로세스 중에는 당연히 가열공정과 냉각공정이 포함된다.단, 이 프로세스에 있어서도, 섬유 집합체가 갖는 특성을 고려할 필요가 있다. 즉, 섬유 집합체는 매우 양호한 통기성을 가지고 있으므로 금형 그 자체를 가열 또는 냉각시켜 금형 캐비티 안에 충전된 섬유 집합체를 간접적으로 가열 또는 냉각시키는 것 보다도, 섬유 집합체 중으로 열풍 또는 냉각풍을 관통시켜서 직접적으로 가열 또는 냉각시키는 것이 매우 효과적이다. 또한, 이 방법을 채용함으로써, 섬유 집합체를 균일하게 가열 또는 냉각시킬 수 있는 효과도 있다.

그런데, 본 발명에 있어서 현저한 사실은, 상금형의 각 분할부재에 의해 압축된 섬유 집합체의 각기 부재의 압축비율에 대응하여, 금형 캐비티에 충전된 섬유 집합체의 용적밀도가 부분적으로 다르다는 점이다. 즉, 본 발명에 있어서는, 용적밀도가 부분적으로 다른 섬유 집합체에 열풍 또는 냉각풍을 원활하게 관류시키기 위해서는 통기성 금형의 통기도가 중요한 요소가 된다. 왜냐하면, 섬유 집합체의 용적밀도가 부분적으로 다르면, 섬유 집합체 중에 기체가 흐르기 쉬운 부분과 흐르기 힘든 부분이 발생하기 때문이다. 만약, 이와 같은 사태가 발생하면, 섬유 집합체의 가열 불균일 또는 냉각 불균일이 발생하여, 균일한 품질의 쿠션 구조체를 얻기 어렵다.

그래서, 상기 문제를 해결하기 위하여, 종래의 통기성 금형에는 금형의 어떤 부분을 빼내어도 통기도가 동일한 것이 사용되고 있던 (도 6 (a) 참조) 것에 비하여, 본 발명에 있어서는 금형의 통기도를 금형에 뚫어 설치한 구멍 수의 분포밀도 및/또는 구멍 지름의 대소에 따라 제어를 실시하고 있다 (도 6 (b) 참조).

즉, 섬유 집합체 (F) 의 압축비율이 큰 부분에 대응하는 금형부분에는 기체가 통과하기 쉽도록 금형에 뚫어 설치한 구멍 수의 분포밀도를 높게 하거나. 구멍 지름을 크게 하고, 이에 비하여 압축비율이 작은 부분의 금형에는 기체가 통과하기 쉽도록 구멍 수의 분포밀도를 낮게 하거나, 구멍 지름을 작게 하고 있다. 이에 따라, 기체가 통과하기 힘든 부분에는 기체가 충분히 공급되고, 기체가 과잉하게 통과하는 부분에는 기체의 공급이 제한되므로, 열풍 또는 냉각풍이 섬유 집합체 중을 균등하게 통과하기 쉽도록 하고 있다. 이와 같은 통기성을 갖는 금형으로서는, 금속제의 박판에 다수의 구멍을 뚫어 설치하고, 이 박판을 목적으로 하는 쿠션 구조체의 표면형상에 맞춰서 판금가공한 것을 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 이와 같은 통기성 금형의 재료로서는 금속제의 펀칭 플레이트, 철망, 다공성 금속 소결체 등의 통기성을 갖는 부재에 매우 적합하게 사용하 수 있고, 나아가 이들을 복수개 조합하여 사용하여도 좋다.

그리고, 열풍은 통기성을 갖는 하금형 (6), 금형 캐비티 (C) 에 충전된 섬유 집합체 (F) 및 상금형 (7) 을 이 순서로 관류하도록, 열풍발생장치 (11) 에 의해 공급된다. 여기에서, 이 열풍발생장치 (11)는 소정의 온도로 기체를 가열함과 동시에, 가열된 공기를 송풍하기 위한 기능도 함께 지니고 있다. 이 때, 배풍기 (9) 를 동시에 운전하고, 이에 의해 섬유 집합체의 상하에서 섬유 집합체 중을 관류하는 열풍의 풍량을 증대시키도록 하여도 좋다. 따라서, 열풍발생장치 (11) 및/또는 배풍기 (9) 를 사용함으로써, 통기성 금형 (6 및 7) 을 거쳐서 섬유 집합체 (F) 중에 가열풍을 관류시킬 수 있고, 섬유 집합체 (F) 에 함유되는 바인더 섬유를 용융시켜, 용융된 바인더 섬유를 결합제로서, 섬유 집합체 (F)를 구성하는 섬유끼리를 그교차부에서 서로 결합시킬 수 있다.

여기에서, 섬유 집합체 중을 관류시키는 열풍은 그 초기에, 하금형 (6), 상금형 (7), 성형틀 (5), 섬유 집합체 (F)등을 가열함으로써, 많은 열량을 필요로 한다. 그래서, 섬유 집합체 (F) 를 쿠션 구조체 (20)로 전화하는 열적 프로세스에 있어서는 가열공정의 초기단계에서 섬유 집합체 (F) 중으로 다량의 열풍 및/또는 고온의 열풍을 관류시키는 것이 바람직하다. 이는 열풍발생장치 (11) 와 배풍기 (9) 를 동시에 운전함으로써 가능해 진다. 또한, 열풍온도로서는 초기단계에서는 매트릭스 섬유의 용융온도보다 높게 할 수 있으나, 이는 어디까지나 매트릭스 섬유의 온도가 용융온도에 달하지 않은 것이 전제이다. 따라서, 매트릭스섬유가 용융되는온도에 달하기 전에, 여유를 예상하여 열풍온도를 매트릭스 섬유의 용융온도보다 낮고, 바인더 섬유의 용융온도보다 높은 온도로 전환할 필요가 있다.

또한, 이 가공공정의 초기단계에서는, 섬유 집합체 중에 함유되는 매트릭스 섬유는 실온상태에 있기 때문에, 그 용융온도에 달할 때까지 승온시간이 필요해지므로, 비록 매트릭스 섬유의 용융온도보다 높은 온도의 열풍을 섬유 집합체중으로 보내더라도, 매트릭스 섬유가 용융되는 사태는 발생하지 않는다. 그래서 가열공정의 초기단계에서는 매트릭스 섬유의 용융온도보다 높은 온도의 열풍을 섬유 집합체 중으로 보내도록 하여도 좋다. 단, 가열공정의 종료단계에 가까워 질 때까지, 이와 같은 고온의 열풍을 계속 공급하면, 매트릭스 섬유 자체를 용융시키게 된다. 이 때문에, 통상은 매트릭스 섬유의 온도가 용융온도에 근접하면, 섬유 집합체 중을 통과하는 열풍의 온도를 바인더 섬유의 융점 이상으로서, 매트릭스 섬유의 융점미만의 온도로 까지 저하시키는 것, 및/또는 공급하는 열풍량도 감소시키는 것을 다단계로 실시함으로써, 쿠션 구조체로 전화되는 시간을 단축하는 것이다.

그리고, 이와 같은 다단계에 걸친 열풍의 풍량 및/또는 온도의 전환은, 금형, 섬유 집합체 등을 승온하기 위한 열용량을 설계단계에서 견적함으로써, 어느정도 예측할수 있다. 그러나, 최종적으로는 실제로 섬유 집합체를 금형 캐비티로 충전한 상태에서 실험을 실시하여, 이에 따라 적정한 열처리 상태를 결정하는 것도 중요하다. 또한, 이 가열공정에 있어서, 성형틀 (5) 에 가열 히터를 부착하여, 이 성형틀 (5) 을 원하는 온도로 승온하도록 해 두어도 좋다.

이상 기술한 가열공정에 있어서는, 금형 캐비티 (C) 에 충전된 섬유 집합체 (F) 의 가열공정 및/또는 후술하는 냉각공정 중에, 또는 가열공정 완료 후에, 하금형 (6) 및/또는 상금형 (7) 을 적어도 1 회 이상 이동함으로써, 최종적으로 쿠션 구조체로서 얻어지는 형상으로 까지 섬유 집합체를 압축하고 (도 8 의 압축상태), 이에 의해, 가열 및/또는 냉각공정에서 섬유 집합체 (F) 의 열수축을 흡수하는 것이 바람직하다. 따라서, 가열공정이 시작하기 전의 섬유 집합체의 압축은, 이 가열공정 및/또는 냉각공정에서의 압축량을 예상하여 미리 압축을 설정해 둘 필요가 있다 (도 7의 압축상태). 이는 가열공정에 있어서, 섬유 집합체가 가열에 의해 열수축됨으로 인해 원하는 쿠션 구조체의 형상을 얻을 수 없기 때문에 실시하는 것이다. 또한, 냉각공정에 있어서, 바인더 섬유의 고화가 완료되지 않은 상태에서, 바인더 섬유의 섬유 끼리의 결합력이 충분하지 않고, 압축된 섬유 구조체가 가열에 의해 약해진 탄성을 회복하고, 스프링 백하여 팽창하는 것을 방지하기 위하여도 실시된다.

금형 캐비티 (C) 안에 충된된 섬유 집합체 (F) 의 가열공정이 완료되면 바로 냉각공정이 시작된다. 이 냉각공정은 섬유 집합체 중의 섬유 끼리를 결합하는 바인더 섬유의 용융상태를 고화상태로 되돌리기 위하여 실시된다. 이 바인더 섬유를 고화시키는 냉각공정에서는 배풍기 (9) 에 의해 상금형 (7) 의 상방에서 금형 캐비티의 하방에서 상방으로 냉각풍을 발생시키고, 가열된 섬유 집합체 중에 냉각풍을 관류시키는 것이 중요하다. 왜냐하면, 이에 의해 열적 프로세스가 완료되어 쿠션 구조체 (20) 로 전화한 섬유 집합체 (F) 는 냉각풍의 풍압에 의해 섬유 집합체 (F) 를 하방에서 지지할 수 있고, 섬유 집합체 (F) 를 상금형 (7) 에 흡착시킬 수 있기 때문이다. 여기에서, 냉각중의 온도로서는 40℃ 이하의 온도로 하는 것이 바람직하고, 이 온도는 가능한 한 저온으로 할수록 섬유 집합체 (F) 의 냉각효율은 상승한다. 그러나, 너무 온도가 낮은 냉각풍을 저렴하게 얻기는 어렵기 때문에, 통상은 실온상태에 있는 공기를 냉각풍으로서 이용하는 경우가 많다.

이와 같이 섬유 집합체를 상금형 (7) 에 흡착시킨 상태를 유지하고, 하금형 (6) 을 액츄에이터 (8a) 에 의해 하방으로 이동시킨 후, 냉각중의 흐름을 막는다 (배풍기 (9) 의 운전을 정지, 또는 배풍기에 접속관로를 차단한다). 이 일련의 프로세스에 의해, 냉각이 완료된 큐션 구조체 (20) 는 상금형 (7) 에 흡착시키는 힘의 원천인 냉각풍에 의한 풍압이 없어지므로, 중력의 작용에 의해 하방으로 낙하한다.

그리고, 이 냉각공정에 있어서, 쿠션 구조체 (20)는 상금형 (7)에 점착하기 쉽기 때문에, 냉각풍의 정지만으로는 점착력이 중력을 누르게 되어 쿠션 구조체(20) 가 상금형 (7) 에 점착하여 낙하하지 않는 사태가 발생하는 경우도 있다. 그래서, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 냉각풍의 흐름을 정지시킨 후, 압축공기 분사 노즐 (14) 에서 공급되는 압축공기를 쿠션 구조체 (20) 에 상금형 (7) 의 상방에서 불어넣는다, 이와 같이 하면, 압축공기의 작용에 의해 상금형 (7) 에 점착한 쿠션 구조체 (20) 를 상금형 (7) 에서 용이하게 이탈시킬 수 있다. 또한, 상금형 (7) 의 분할된 부재군 (7a ∼ 7c) 중의 일부 부재를 상방으로 이동시켜, 쿠션 구조체 (20) 를 상금형 (7) 에서 이탈시키는 것도 바람직한 양태이다.

이와 같이 하여, 하방으로 낙하한 쿠션 구조체 (20) 는 도 9 에 나타내는 바와 같이, 그 하방으로 출몰가능하게 설치된 트레이 (15) 상으로 받아내어, 이 트레이 (15) 에 의해 쿠션 구조체의 제조장치로부터 빼내어 진다.

Claims (28)

1. 합성섬유의 단섬유로 이루어지는 매트릭스 섬유 중에, 상기 매트릭스 섬유의 융점보다 낮은 융점을 갖는 바인더 섬유가 분산 ·혼입된 섬유 집합체의 바인더섬유와 매트릭스 섬유가 교차하는 교차부에서 융착시키고, 섬유 집합체를 원하는 형상을 갖는 쿠션 구조체로 열성형하는 쿠션 구조체의 제조방법에 있어서,

   a. 통기성을 갖는 상금형과 하금형에 의해 각각 형성되는 상하로 이동가능한 천정부와 저부 및, 통기성을 갖는 성형틀에 의해 형성되는 고정된 측부에 의해, 성형후에 얻어지는 쿠션 구조체의 형상보다도 큰 형상을 갖는 캐비티를 형성하고,

   b. 소정량의 상기 섬유 집합체를 개섬하여, 가압공기에 수반시켜서 상기 섬유 집합체를 성형틀로부터 상기 금형 캐비티로 밀어넣어 충전하고,

   c. 금형 캐비티내에 충전된 섬유 집합체를 원하는 밀도로 될 때까지 압축하고,

   d. 압축된 섬유 집합체중에 열풍을 통과시켜 가열하고, 바인더 섬유와 매트릭스 섬유를 그 교차부에서 융착시킨 후, 계속하여 냉각풍을 섬유 집합체중에 관류시켜서 냉각할 때에, 가열후, 냉각중 또는 가열후 및 냉각중에 금형 캐비티를 성형후에 얻어지는 쿠션 구조체의 최종형상이 얻어지는 위치까지 압축하고,

   e. 하금형을 하방으로 이동시켜서, 쿠션 구조체를 금형 캐비티로부터 빼내는, 상기 a∼e 의 처리순서로 섬유 집합체를 열성형하는 것을 특징으로 하는 쿠션구조체의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 매트릭스 섬유가 비탄성 폴리에틸렌테레프탈레이트계 권축 단섬유인 것을 특징으로 하는 쿠션 구조체의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 바인더 섬유가 매트릭스 섬유보다 40℃ 이상 낮은 융점을 갖는 열가소성 엘라스토머와, 비탄성 폴리에스테르로 이루어지는 복합 단섬유로 이루어지고, 열가소성 엘라스토머와 비탄성 폴리에스테르의 복합 비율이 중량 비율로 30/70 ∼ 70/30 으로 이루어진 것을 특징으로 하는 쿠션 구조체의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 개섬장치로 개섬된 섬유 집합체를 이송배관의 도중에서 불어넣는 가압공기 또는 개섬기의 원통의 회전에 따른 수반기류 또는, 상기 가압공기 및 수반기류에 수반시켜서 금형 캐비티로 이송하고, 그 때 이송배관의 도중에는 임펠러를 갖는 송풍기를 직접 설치하지 않도록 한 것을 특징으로 하는 쿠션 구조체의 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서, 가압공기에 의한 섬유 집합체의 충전이 부분적으로 완료된 금형 캐비티의 각 부위에 따라서, 복수개의 부재로 분할된 상금형의 각 부재가 독립적이며 시계열적으로 하방으로 이동되어, 이에 따라 금형 캐비티에 충전된 섬유 집합체의 금형 캐비티 안의 용적을 순차적으로 감소시키는 것을 특징으로 하는 쿠션 구조체의 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서, 복수개의 부재로 분할된 상금형의 각 부재가 각각 독립적으로 하방으로 이동함으로써, 금형 캐비티에 충전된 섬유 집합체가 분할된 상금형의 각 부재의 각각의 이동량에 대응한 밀도로 압축되고, 이에 따라 얻어지는 쿠션 구조체의 각부의 용적밀도가 제어되는 것을 특징으로 하는 쿠션 구조체의 제조방법.
7. 제 1항, 제 4항, 제 5항 및 제 6항중 어느 한 항에 있어서, 금형 캐비티로의 섬유 집합체의 충전이 완료된 후, 상금형, 하금형 또는 상금형 및 하금형에서 섬유 집합체를 거쳐서 공기를 흡인하고, 이에 따라 섬유 집합체가 형성하는 퇴적면을 상금형, 하금형 또는 상금형 및 하금형의 표면형상에 부분적으로 따르게 하는 것을 특징으로 하는 쿠션 구조체의 제조방법.
8. 제 1 항에 있어서, 금형 캐비티에 충전된 섬유 집합체를 가열하기 전에, 상금형을 상하로 반복이동시킴으로써, 섬유 집합체에 반복압축을 실시하는 것을 특징으로 하는 쿠션 구조체의 제조방법.
9. 제 1항에 있어서, 다른 너비 폭을 갖는 금형 캐비티에 대하여, 섬유 집합체가 충전됨에 따라서 변화하는 이 금형 캐비티의 너비 폭의 변화에 대응시켜서, 이 금형 캐비티에 섬유 집합체를 이송하는 이송배관의 이송구 폭을 변화시키는 것을특징으로 하는 쿠션 구조체의 제조방법.
10. 제 1 항에 있어서, 상금형 및 하금형이 이동하는 방향에 대하여 직교하는 방향으로 흐르는 공기류에 수반시켜, 섬유 집합체를 금형 캐비티 안에 충전하는 것을 특징으로 하는 쿠션 구조체의 제조방법.
11. 제 1 항에 있어서, 금형 캐비티의 외부에 설치된 배풍장치에 의해 섬유 집합체를 이송하는 가압공기를 금형 캐비티에서 원활하게 배풍시키는 것을 특징으로 하는 쿠션 구조체의 제조방법.
12. 제 1 항에 있어서, 섬유 집합체 중을 통과하는 열풍 및 냉각풍의 섬유 집합체의 각 부위의 관류저항에 대응하여, 금형의 통기도를 부분적으로 변경하는 것을 특징으로 하는 쿠션 구조체의 제조방법.
13. 제 1 항에 있어서, 금형의 통기도를 금형에 뚫어 설치한 구멍수의 분포밀도, 구멍 지름의 대소 또는 분포밀도 및 구멍 지름의 대소에 의해 제어하는 것을 특징으로 하는 쿠션 구조체의 제조방법.
14. 제 1 항에 있어서, 금형 캐비티에 충전된 섬유 집합체의 가열공정, 냉각공정 또는 가열공정 및 냉각공정 중에, 또는 가열공정 완료 후에 있어서, 상금형, 하금형 또는 상금형 및 하금형을 일회 이상 이동함으로써, 최종적으로 쿠션 구조체로서 얻어지는 형상으로 까지 섬유 집합체를 압축하고, 이로써, 가열공정, 냉각공정 또는 가열공정 및 냉각공정에서의 섬유 집합체의 열수축을 흡수하는 것을 특징으로 하는 쿠션 구조체의 제조방법.
15. 제 1 항에 있어서, 금형 캐비티 안에 충전된 섬유 집합체를 쿠션 구조체로 전화하기 위한 가열공정에서, 섬유 집합체 중을 관류시키는 열풍의 풍량, 온도 또는 풍량 및 온도를 다단계로 전환하는 것을 특징으로 하는 쿠션 구조체의 제조방법.
16. 제 1 항에 있어서, 섬유 집합체의 하방에서 상방으로 가열된 섬유 집합체중에 냉각풍을 관류시키고, 이 냉각중의 풍압에 의해 섬유 집합체를 상금형에 흡착시키면서, 하금형을 하방으로 이동시킨 후, 냉각중의 흐름을 막고, 냉각이 완료된 쿠션 구조체를 중력의 작용에 의해 하방으로 낙하시켜서 이 쿠션 구조체를 금형 캐비티에서 빼내는 것을 특징으로 하는 쿠션 구조체의 제조방법.
17. 제 1 항에 있어서, 냉각풍의 흐름을 정지시킨 후, 상금형의 상방에서 압축공기를 쿠션 구조체에 불어 넣는 것을 특징으로 하는 쿠션 구조체의 제조방법.
18. 제 1 항, 제 16 항 및 제 17 항중 어느 한항에 있어서, 냉각풍의 온도가 40℃ 이하인 것을 특징으로 하는 쿠션 구조체의 제조방법.
19. a. 섬유 집합체를 개섬하기 위한 개섬장치.

    b. 저부와 천정부가 개방된, 금형의 측부를 구성하는 고정 설치된 성형틀,

    c. 상기 성형틀의 개방된 저부로 이동하여 성형틀의 저부를 폐쇄하는 통기성을 갖는 하금형,

    d. 상기 성형틀의 개방된 천정부로 이동하여 이 성형틀의 천정부를 폐쇄하고, 또한 상하방향으로 각각 독립하여 이동가능한 복수개의 부재로 분할된 통기성을 갖는 상금형,

    e. 상기 성형틀, 하금형 및, 상금형으로 구성되는 금형 캐비티에 개섬장치로 개섬된 섬유 집합체를 이송하기 위한 이송배관,

    f. 상기 이송배관에 개구하는 공기공급배관에서 상기 이송배관으로 가압공기를 공급하는 가압공기 공급장치,

    g. 통기성을 갖는 상금형, 금형 캐비티에 충전된 섬유 집합체 및, 하금형을 관류하는 열풍 발생장치 및,

    h. 상기 열풍발생장치로 가열된 금형 캐비티에 충전된 섬유 집합체를 냉각시키기 위한 통기성을 갖는 하금형, 금형 캐비티에 충전된 섬유 집합체, 및 상금형을 이 순서로 관류하는 냉각중의 발생장치를 구비하며, 상기 a∼h의 요소를 포함하는 합성섬유의 단섬유로 이루어지는 매트릭스 섬유 중에 바인더 섬유가 분산 ·혼입된 섬유 집합체를 열성형하는 것을 특징으로 하는 쿠션 구조체의 제조장치.
20. 제 19 항에 있어서, 분할된 상금형의 각 부재가 압축하는 섬유 집합체의 각 압축 정도에 따라, 펀칭하는 구멍수의 분포밀도, 구멍 지름의 대소 또는 분포밀도 및 구멍 지름의 대소를 변경한 상금형과 하금형을 갖는 것을 특징으로 하는 쿠션 구조체의 제조장치.
21. 제 19 항에 있어서, 섬유 집합체가 충전됨에 따라서 변화하는 금형 캐비티의 너비 폭의 변화에 대응시켜서, 상기 금형 캐비티에 섬유 집합체를 이송하는 이송배관의 이송구 폭을 변화시키는 이송구 폭의 조절장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 쿠션 구조체의 제조장치.
22. 제 19 항에 있어서, 냉각풍의 발생장치가 섬유 집합체의 하방에서 상방으로 섬유 집합체 중을 관류하는 냉각풍을 발생시키는 장치인 것을 특징으로 하는 쿠션 구조체의 제조장치.
23. 제 19 항에 있어서, 금형 캐비티의 일부를 형성하는 성형틀의 통기성을 갖는 측부에 장착되고, 또한 가압공기 공급장치에서 공급된 가압공기를 금형 캐비티 안에서 배풍하는 보조 배풍기를 구비하는 것을 특징으로 하는 쿠션 구조체의 제조장치.
24. 제 19 항에 있어서, 이송배관이 접속되는 성형틀의 개구부에 대향하는 성형틀의 외부에 보조 배풍기를 설치한 것을 특징으로 하는 쿠션 구조체의 제조장치.
25. 제 19 항에 있어서, 복수개의 부재로 분할된 상금형 및 하금형을 상하로 이동시키는 수단이 유체압력으로 작동하는 액츄에이터로서, 이 액츄에이터는 섬유 집합체를 복수 단계로 압축하기 위하여, 복수개의 부재로 분할된 상금형의 각 부재 및 하금형의 이동위치를 각각의 위치에 위치결정 제어하는 위치결정장치가 부설되어 있는 것을 특징으로 하는 쿠션 구조체의 제조장치.
26. 제 19 항에 있어서, 금형 캐비티에 대한 충전이 완료된 섬유 집합체를 거쳐서 하금형에서 공기를 흡인하기 위한 공기흡인장치를 부설한 것을 특징으로 하는 쿠션 구조체의 제조장치.
27. 제 19 항에 있어서, 상금형의 상방에서 압축공기를 쿠션 구조체를 향하여 불어 넣는 복수개의 압축공기 분사 노즐을 구비하는 것을 특징으로 하는 쿠션 구조체의 제조장치.
28. 제 19 항에 있어서, 하금형을 하강시킨 후, 낙하하는 쿠션 구조체를 수취하는, 금형 캐비티의 바로 아래에 자유롭게 출몰하는 트레이를 설치한 것을 특징으로 하는 쿠션 구조체의 제조장치.