JP2013018133A

JP2013018133A - 成形同時加飾繊維成形品の製造方法

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Publication number: JP2013018133A
Application number: JP2011151146A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takenaka; 寛竹中
Original assignee: Nissha Printing Co Ltd
Current assignee: Nissha Printing Co Ltd
Priority date: 2011-07-07
Filing date: 2011-07-07
Publication date: 2013-01-31
Anticipated expiration: 2031-07-07
Also published as: CN103917346A; EP2730383B1; EP2730383A1; WO2013005331A1; TW201302409A; EP2730383A4; US20130011624A1; TWI478801B; JP5134709B1

Abstract

【課題】美麗な加飾が可能な成形同時加飾繊維成形品とその製造方法を提供する。
【解決手段】微細な皺を一面に形成し見かけ上の寸法を小さくした易成形用紙１にあらかじめ図柄２を形成し、前記易成形用紙１を金型に挟み込み、次いで型締めし、次いで繊維性主材料に高分子結合材および水を添加して混練した混合物を成形材料５として用い、加熱した金型のキャビティ内に前記成形材料５を充填し、次いで前記金型のパーティング面の間に０．０２〜０．５０ｍｍの間隙を形成し、前記間隙から前記キャビティ内で発生した水蒸気を放出除去して前記成形材料５を乾燥し固化させ、次いで型開きして前記易成形用紙１が表面に一体成形された繊維成形品６を得る成形同時加飾繊維成形品７の製造方法であって、前記金型に挟み込む前の前記易成形用紙が、前記金型内での昇温が抑制される含水量に設定されるよう構成した。
【選択図】図３

Description

本発明は成形同時加飾繊維成形品の製造方法に関し、特に美麗な加飾が可能な成形同時加飾繊維成形品の製造方法に関するものである。

従来、繊維成形品の製造方法として、繊維性主材料に高分子結合材および水を添加して混練した混合物を成形材料として用い、加熱した金型のキャビティ内に前記成形材料を充填し、次いで前記金型のパーティング面の間に、０．０２〜０．５０ｍｍの間隙を形成し、この間隙から前記キャビティ内で発生した水蒸気を放出除去して前記成形材料を乾燥し化させ、繊維成形品を得る飾繊維成形品の製造方法があった（たとえば、特許文献１〜２参照）。

上記製造方法に用いる繊維性主材料としてパルプが多用されることから、上記の繊維成形品の製造方法はパルプ射出成形（Pulp Injection Molding、PIM（登録商標））とも呼ばれている。

特許２９１６１３６号公報特許３０８４２１６号公報

更に、上記繊維成形品に美麗な加飾を行う方法として、成形同時加飾繊維成形品の製造方法がある。
成形同時加飾繊維成形品の製造方法とは、すなわち、微細な皺を一面に形成し見かけ上の寸法を小さくした易成形用紙にあらかじめ図柄を形成して加飾し、易成形用紙を金型に挟み込み、次いで型締めし次いで繊維性主材料に高分子結合材および水を添加して混練した混合物を成形材料として用い、加熱した金型のキャビティ内に成形材料を充填し、次いで金型のパーティング面の間に０．０２〜０．５０ｍｍの間隙を形成し、この間隙から前記キャビティ内で発生した水蒸気を放出除去して成形材料を乾燥し固化させ、次いで型開きして易成形用紙が表面に一体成形された繊維成形品を得る方法である（特願２００９−２９８４９５）。

しかし、上記従来の成形同時加飾繊維成形品の製造方法には、以下のような課題があった。
すなわち、成形時に、易成形用紙に形成された図柄の一部のインキが金型内に転移し、成形同時加飾繊維成形品表面の図柄にかすれが生じることがあった（それを「色かすれ」という）。
また、上記のような図柄のインキが転移した金型を成形に使用することで、その転移した図柄のインキが、その後に成形した成形同時加飾繊維成形品表面に再転移することがあった（それを「色うつり」という）。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、色かすれと色うつりを生じさせない成形同時加飾繊維成形品の製造方法の提供を目的とする。

本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、上記課題の原因を発見し、本発明に到達した。
すなわち、色かすれと色うつりは、成形時における金型の熱により、易成形用紙の温度が上昇し、易成形用紙の水分の量が低下することにより、易成形用紙に形成された図柄のインキが金型内に転移した結果生じることを発見した。

そこで、上記の目的を達成するために、第１の発明は、微細な皺を一面に形成し見かけ上の寸法を小さくした易成形用紙に、あらかじめ図柄を形成して加飾し、前記易成形用紙を金型に挟み込み、次いで型締めし、次いで繊維性主材料に高分子結合材および水を添加して混練した混合物を成形材料として用い、加熱した金型のキャビティ内に前記成形材料を充填し、次いで前記金型のパーティング面の間に０．０２〜０．５０ｍｍの間隙を形成し、前記間隙から前記キャビティ内で発生した水蒸気を放出除去して前記成形材料を乾燥し固化させ、次いで型開きして前記易成形用紙が表面に一体成形された繊維成形品を得る成形同時加飾繊維成形品の製造方法であって、前記金型に挟み込む前の前記易成形用紙が、前記金型内での昇温が抑制される含水量に設定された成形同時加飾繊維成形品の製造方法である。

このように構成すると、成形時に易成形用紙の昇温が抑制される。

第２の発明は、第１の発明において、前記金型に挟み込む前の前記易成形用紙の含水量が、５〜１０％である、成形同時加飾繊維成形品の製造方法である。

このように構成すると、金型に挟み込む前の易成形用紙の含水量が、色うつりや色かすれが生じさせない最適な含水量となる。

第３の発明は、第１または第２の発明の構成において、前記図柄が形成された前記易成形用紙が、前記金型の前記キャビティ面形状に沿うよう立体形状に予備成形されたものである、成形同時加飾繊維成形品の製造方法である。

このように構成すると、金型内で易成形用紙がキャビティ面にきちんと沿う。

第４の発明は、第１または第２の発明の構成において、型開きした後、前記繊維成形品の周囲形状に沿って不要な前記易成形用紙を除去する、成形同時加飾繊維成形品の製造方法である。

このように構成すると、不要部分が除去され美麗な成形同時加飾が可能となる。

以上説明したように、第１の発明は、金型に挿入する前の易成形用紙が、一定の含水量に設定される。そのため、成形時の金型の熱により、易成形用紙の水分が蒸発して、水分の量が低下し、易成形用紙に形成された図柄のインキが金型に付着することがない。その結果、色かすれと色うつりを防止することができる。

第２の発明は、第１の発明の効果を更に高めて、金型に挟み込む前の前記易成形用紙の含水量が最適となるため、色うつりや色かすれのない、設計時に想定した精度の範囲内の美麗な成形品ができる。

第３の発明は、第１または第２の発明の効果に加えて、金型内でキャビティ面にきちんと沿うため、成形材料が裏回りしたりせず、立体形状に成形同時加飾がより確実に可能となる。

第４の発明は、第１または第２の発明の効果に加えて、不要部分を除去するため、成形品の周囲形状が美麗な成形同時加飾が可能となる。

本発明に用いる易成形用紙の一例を示す断面図である。本発明に用いる易成形用紙の一面に形成された微細な皺の一例を示す写真である。本発明の一実施例を示す断面図である。本発明の一実施例を示す断面図である。本発明の一実施例を示す断面図である。本発明の一実施例を示す斜視図である。

次に、本発明の第１の実施の形態について図を参照しながら説明する。

本発明の成形同時加飾繊維成形品７の製造方法は、微細な皺を一面に形成し見かけ上の寸法を小さくした易成形用紙１にあらかじめ図柄２を形成し、前記易成形用紙１を金型に挟み込み、次いで型締めし、次いで繊維性主材料に高分子結合材および水を添加して混練した混合物を成形材料５として用い、加熱した金型のキャビティ内に前記成形材料５を充填し、次いで前記金型のパーティング面の間に０．０２〜０．５０ｍｍの間隙を形成し、前記間隙から前記キャビティ内で発生した水蒸気を放出除去して前記成形材料５を乾燥し固化させ、次いで型開きして前記易成形用紙１が表面に一体成形された繊維成形品６を得る成形同時加飾繊維成形品７の製造方法であって、前記金型に挟み込む前の前記易成形用紙が、前記金型内での昇温が抑制される含水量に設定されるよう構成されたものである。

まず、微細な皺を一面に形成し見かけ上の寸法を小さくした易成形用紙１に、あらかじめ図柄２を形成して加飾する（図１参照）。

易成形用紙１としては、微細な皺を一面に形成し見かけ上の寸法を小さくしたものを用いる（図２参照）。このような構成の易成形用紙１は、立体成形性に優れるため、立体形状を有する繊維成形品６の表面に一体化して積層する際、しわや破れなどが生じることなく美麗に積層することが可能である。また、後に行う乾燥工程において、水蒸気の透過性に優れる。また、乾燥工程において加えられる加熱によっても用紙自体に変質が生じない。

易成形用紙１としては、さらに具体的には、次のような製造方法によって得たものを使用するとよい。すなわち、紙中水分を２０〜５０％に調整した湿紙を、ロールの幅向に一定間隔で溝を周方向に設けた金属ロールと平滑なゴムロールから成る収縮付与装置を用い、金属ロールの周速に対してゴムロールの周速が遅いプレスロールから成る収縮付与装置に通紙して紙匹を収縮させ、処理後に乾燥することによって、縦方向及び横方向の破断伸びが１５〜５０％である易成形用紙１を得ることがきる（特許３４０７１１４号等参照）。

易成形用紙１の原料となる天然パルプとしては、針葉樹や広葉樹を用いた木材パルプ、ケナフやバガスなどの非木材パルプ、古紙パルプなど通常の製紙用原料であれば特に制限されるものではないが、汎用性などの点から木材パルプの使用が好適である。この木材パルプの叩解度は、伸び特性、強度、抄紙性などからＣＳＦ２００〜４５０ｍｌが好適であり、より好ましくはＣＳＦ２５０〜４００ｍｌである。天然パルプの配合率は５０％以上であることが好ましい。

このような構成の易成形用紙１上に、各種印刷法などの手段により図柄２を形成して加飾を行う。印刷法としては、凸版印刷法、凹版印刷法、平版印刷法、孔版印刷法などの手段を用いることができる。また、インクジェット印刷法など、版を用いない手段によって図柄２を形成してもよい。図柄２を形成するインキとしては、着色材として染料や顔料などを用いるとよい。図柄２は、易成形用紙１の上にインキ層として積層するように形成するとよい。また、易成形用紙１を構成する繊維にインキが含浸するようにして図柄２を形成してもよい。

なお、インキの着色材やバインダーとして、天然素材由来のものや生分解性を有するものを利用することにより、成形同時加飾繊維成形品７を再利用したり廃棄したりする際、環境対応をより容易にすることが可能となる。

このような易成形用紙１を、金型に挟み込む前に、調湿が可能な部屋で一定時間保管し、易成形用紙１の水分の量を調整する。後述する成型時の金型３の熱によって、易成形用紙１の昇温が抑制される程度の含水量が必要である。好ましくは、易成形用紙1
の含水量を５〜１０％にするとより効果的である。具体的には、その範囲を逸脱すると、以下のような不具合が生じる。すなわち、上限を越えると、易成形用紙１が水分によって伸長するため、易成形用紙１の位置合わせ精度が悪くなる。また、下限を下回ると、易成形用紙１が収縮するため、易成形用紙１の位置合わせ精度が悪くなる。さらに、成型時に色うつりと色かすれが発生する。

このような易成形用紙１を成形に用いると、色うつりと色かすれの生じない美麗な成形同時加飾繊維成形品７を得ることができる。なぜなら、色うつりと色かすれは、易成形用紙１の含水量が少ない場合に、易成形用紙１が昇温し、易成形用紙１に形成された図柄のインクの温度が上昇することによって生じるからである。すなわち、含水量が一定以上あることで、易成形用紙１の昇温が成型品内で抑えられ、金型３内への色うつりを防止することが可能である。
また、易成形用紙１の含水量は、易成形用紙１の形状にも影響する。すなわち、易成形用紙１は、伸縮性が良いため、含水量の変化により伸縮が起こりやすく成型時の位置合わせに大きく影響する。

なお、本発明でいう易成形用紙１の含水量とは、以下の意味で用いる。すなわち、水分を含有した易成形用紙１の全体重量に対して、易成形用紙１が含有する水分の重量が占める割合をパーセンテージで示した値をいうものとする。また、易成形用紙１の含水量は、水分計で測定することができる。例えば、株式会社ケツト科学研究所製のHK-300シリーズなどを用いることができる。

次いで、易成形用紙１を金型３に挟み込み、次いで型締めを行う（図３参照）。

金型３としては、繊維成形品６を得るために用いる成形材料５を注入可能で、加熱により成形材料５に含有される水分を水蒸気として排出除去して乾燥させるように構成されたパルプ射出成形法に使用するものを用いる（特許２９１６１３６号公報、特許３０８４２１６号公報等参照）。

金型３のキャビティ面に易成形用紙１を確実に沿わせるようにするため、易成形用紙１をあらかじめキャビティ面の形状に立体成形しておいてもよい（予備成形）。立体成形はプレス法など、既知の手段により行うとよい。易成形用紙１がキャビティ面に沿うように配置することにより、後に行う成形材料５の充填工程において、易成形用紙１の最終的に最表面に位置する側の面に成形材料５が回り込む不具合（裏回りとも言う）を防止することができる。

次いで、繊維性主材料に高分子結合材および水を添加して混練した混合物を成形材料５として用い、加熱した金型３のキャビティ４内に前記成形材料５を充填する（図４参照）。

繊維性主材料としては、針葉樹や広葉樹を用いた木材パルプ、ケナフやバガスなどの非木材パルプ、古紙パルプなど通常の製紙用原料を用いることができる。また、紙ごみ、故紙、綿布、麻、籾殻、豆腐殻、木粉のような天然の繊維性のもの、およびガラス繊維、並びにナイロン、ポリアクリル、ポリエステルのような合成樹脂からなる繊維の何れでも使用できるが、特に紙ごみ、故紙のような紙繊維が好ましい。なお、このような紙繊維の繊維長さは短いので、強度を必要とする成形品の場合には、他の繊維を５％〜４０％、好ましくは５％〜２０％複合すると効果的であり、複合する繊維の長さは、３ｍｍ〜１０ｍｍが好ましい。

高分子結合材としては、繊維性主材料と混練する際には、水に可溶であるか、低粘度のエマルジョンを形成し、水を気化除去した際には、固形状で成形品の離型が容易なものが好ましく、澱粉、ポリビニールアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリイタコン酸、カルボキシメチルセルローズ、並びにこれらの共重合体のような水溶性高分子材料が使用でき、またユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステルのような本来は水溶性でない熱硬化性樹脂でも、その初期縮合物が水溶液もしくはエマルジョンとなるものは使用できる。

上記した繊維性主材料に、上記した高分子結合材および水を添加して混練した混合物を成形材料５とする。成形材料５の配合割合は、たとえば、繊維性主材料を５０％〜９０％、好ましくは６０％〜８０％、高分子結合材を１０％〜５０％、好ましくは２０％〜４０％、水を２０％〜８０％、好ましくは３０％〜７０％にするとよい。

金型３の加熱は、たとえば、キャビティ４を形成する型壁面の温度が１２０℃〜２４０℃、好ましくは１６０℃〜２２０℃となるように加熱するとよい。

次いで、前記金型３のパーティング面の間に０．０２〜０．５０ｍｍの間隙を形成し、前記間隙から前記キャビティ４内で発生した水蒸気を放出除去して前記成形材料５を乾燥し固化させる。

成形材料５を加熱した金型３のキャビティ４内に充填することにより、混練時に添加した水は瞬時に気化され、その蒸気圧により繊維性主材料は発泡され、同時に繊維性主材料は、蒸気圧によりキャビティ４内に充満されてその壁面に押圧されるので、肉厚変化の大きな成形品でも良好な転写性で成形され、また気化した水蒸気は、金型３間の隙間から排気除去されて成形品の固化が速やかに行われる。易成形用紙１は通気性に優れるため、乾燥工程における水蒸気の排出の妨げにならない。また、易成形用紙１は、パルプ等の耐熱性に優れた素材から形成されたものであるため、乾燥工程の加熱によって溶融や黄変などの変質を生じることもない。

次いで、型開きして易成形用紙１が繊維成形品６の表面に一体成形された成形同時加飾繊維成形品７を得ることができる（図５参照）。

最後に、必要に応じて繊維成形品６周囲の易成形用紙１の不要領域を、プレス法、トムソン法などの手段によって除去することにより、美麗な成形同時加飾繊維成形品７を得ることができる（図６参照）。

このようにして得た成形同時加飾繊維成形品７は、色うつりと色かすれがなく、美麗なものとなる。
また、繊維成形品６のキャビティ面に接する領域と、易成形用紙１のキャビティ面に接する領域との間に段差が生じず、表面が面一の一体感に優れたものとなる。また、繊維成形品６と易成形用紙１は、水素結合により強固に密着するため、接着剤等を用いることなく一体化させることが可能である。また、易成形用紙１と繊維成形品６は、いずれもパルプなどの繊維質材料から形成されるものであり、その手触りは独特の柔らかいものである。さらに、再利用時や廃棄時も、いずれもパルプなどの繊維質材料から形成されるものであるため、その処理が極めて容易な環境配慮型の製品となる。

実施例１
パルプ１００％からなり一面に微細な皺が形成された易成形用紙（カルティエレ・カリオラロ社製）の片面に、オフセット印刷を用いて図柄を形成した。次いで、この易成形用紙を室温２５℃、湿度５０％に設定された室内で５時間安置し、易成形用紙の含水量を１０％にした。次いで、あらかじめ成形品形状にプレス成形し、金型のキャビティ面に沿う立体形状に成形した。

また、繊維性主材料として麻とコウゾを、高分子結合材として澱粉をそれぞれ用い、水を添加して混練し、成形材料を得た。

１５５〜１７０℃に加熱されたパルプインジェクション用金型のキャビティ面に、上記の易成形用紙を固定し、型締めして上記の成形材料を充填した。次いで金型のパーティング面に０．２０ｍｍの隙間を形成し、１分間水蒸気を放出除去して成形材料を乾燥し固化させた。

次いで、型開きして易成形用紙が一体化された繊維成形品を得、易成形用紙の周囲形状等をトムソン型で打ち抜き除去して成形同時加飾繊維成形品を得た。

上記の工程を２回繰り返し、２つの成形同時加飾繊維成形品を得た。

このようにして得た１つ目の成形同時加飾繊維成形品は、成形同時加飾繊維成形品表面の柄が、色かすれのない美麗なものであった。また、２つ目の成形同時加飾繊維成形品も、成形同時加飾繊維成形品表面に、色うつりのない美麗なものであった。

比較例

比較例１
パルプ１００％からなり一面に微細な皺が形成された易成形用紙（カルティエレ・カリオラロ社製）の片面に、オフセット印刷機を用いて図柄を形成した。次いで、この易成形用紙を室温１５℃、湿度２９％に設定された室内で５時間安置し、易成形用紙の含水量を３％にした。次いで、あらかじめ成形品形状にプレス成形し、金型のキャビティ面に沿う立体形状に成形した。

このようにして得た１つ目の成形同時加飾繊維成形品は、成形同時加飾繊維成形品表面の柄に色かすれが生じた。また、２つ目の成形時には、金型に転移した１つ目の成形同時加飾繊維成形品の柄のインキが、２つ目の成形同時加飾繊維成形品表面に再転移し、色うつりが生じた。また、１つ目、２つ目ともに、易成形用紙が収縮したため、位置合わせ精度の悪い成形同時加飾繊維成形品となった。

１易成形用紙
２図柄
３金型
４キャビティ
５成形材料
６繊維成形品
７成形同時加飾繊維成形品

そこで、上記の目的を達成するために、第１の発明は、微細な皺を一面に形成し見かけ上の寸法を小さくした易成形用紙に、あらかじめ図柄を形成して加飾し、前記易成形用紙を金型に挟み込み、次いで型締めし、次いで繊維性主材料に高分子結合材および水を添加して混練した混合物を成形材料として用い、加熱した金型のキャビティ内に前記成形材料を充填し、次いで前記金型のパーティング面の間に０．０２〜０．５０ｍｍの間隙を形成し、前記間隙から前記キャビティ内で発生した水蒸気を放出除去して前記成形材料を乾燥し固化させ、次いで型開きして前記易成形用紙が表面に一体成形された繊維成形品を得る成形同時加飾繊維成形品の製造方法であって、前記金型に挟み込む前の前記易成形用紙が、前記金型内での昇温が抑制される含水量５〜１０％に設定された成形同時加飾繊維成形品の製造方法である。

このように構成すると、成形時に易成形用紙の昇温が抑制される。金型に挟み込む前の易成形用紙の含水量が、色うつりや色かすれが生じさせない最適な含水量となる。

第２の発明は、第１の発明の発明の構成において、前記図柄が形成された前記易成形用紙が、前記金型の前記キャビティ面形状に沿うよう立体形状に予備成形されたものである、成形同時加飾繊維成形品の製造方法である。

第３の発明は、第１の発明の構成において、型開きした後、前記繊維成形品の周囲形状に沿って不要な前記易成形用紙を除去する、成形同時加飾繊維成形品の製造方法である。

Claims

微細な皺を一面に形成し見かけ上の寸法を小さくした易成形用紙に、あらかじめ図柄を
形成して加飾し、
前記易成形用紙を金型に挟み込み、
次いで型締めし、
次いで繊維性主材料に高分子結合材および水を添加して混練した混合物を成形材料とし
て用い、加熱した金型のキャビティ内に前記成形材料を充填し、
次いで前記金型のパーティング面の間に０．０２〜０．５０ｍｍの間隙を形成し、前記
間隙から前記キャビティ内で発生した水蒸気を放出除去して前記成形材料を乾燥し固化さ
せ、
次いで型開きして前記易成形用紙が表面に一体成形された繊維成形品を得る成形同時加飾繊維成形品の製造方法であって、
前記金型に挟み込む前の前記易成形用紙が、前記金型内での昇温が抑制される含水量に設定された成形同時加飾繊維成形品の製造方法。
前記金型に挟み込む前の前記易成形用紙の含水量が５〜１０％である、請求項１記載の成形同時加飾繊維成形品の製造方法。
前記図柄が形成された前記易成形用紙が、前記金型の前記キャビティ面形状に沿うよう
立体形状に予備成形されたものである請求項１または請求項２記載の成形同時加飾繊維成形品の製造方法。
型開きした後、前記繊維成形品の周囲形状に沿って不要な前記易成形用紙を除去する請
求項１または請求項２記載の成形同時加飾繊維成形品の製造方法。