WO1997002377A1 - Process for preparing cushioning structure using fiber assembly and apparatus therefor - Google Patents

Description

明細書

,繊維集合体によるクッション構造体の製造方法及びその装置 技術分野

本発明は、 自動車、 航空機等のシート用クッション構造体を成形 するための方法とその装置に関し、 特に、 捲縮形態を有する合成繊 維からなるマトリックス繊維中に、 該マ卜リックス繊維よりも低融 点のバインダー繊維を分散 '混入 0、 分散 ·混入した繊維集合体を 金型キヤビティ内へ空気流に随伴させて、 充填した後、 該繊維集合 体を熱成形してクッション構造体を製造する方法と装置に関する。 技術背景

自動車、 航空機等に用いられるシート用クッション構造体として は、 縣より、 発泡ウレタンフォームが多用されている。

しかしながら、 発泡ウレタンフォームは、 その製造中に使用され る薬品等の取り扱いが難しく、 かつフロンを排出するという問題が ある。 また、 得られた発泡ウレタンフォームの圧縮特性は圧縮初期 が く、 その後、 急に沈み込むという独特の特性を示すために、 ク ッション性に乏しいばかり力 底つき感が大きレ ^という欠点がある。 しかも、 該フォームは通気性に乏しいので蒸れ易く、 クッション 構造体として好まれないこと力多い。 更に、 ウレタンフォームは軟 らかく、 かつ発泡しているために、 圧縮に対する反発力に乏しいと いう欠点がある。 この欠点を克 S するために、 ウレタンフォームの 密度を高くすれば、 反発力が増大するが、 この場合ほ重量が増え、 力つ通気性がさらに悪化するという致命的欠点を有する。 また、 ゥ レ夕ンフォームは燃焼させて廃棄処分する時に有毒ガスを発生こと、 及び、 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 クッション構造体用素材が切望されてきた。 上記のウレタンフォームを代替するクッション構造体用素材とし ては、 マトリックス隱中にバインダ一織維を分散 ·混入して繊維 集合体を形成し、 該繊隹集合体を熱成形することでクッション構造 体を得ることが一般に行われている。 すなわち、 繊維集合体中に含 まれるバインダー纖隹を加熱して溶融させ、 溶融させたバインダ一 繊維を接着剤として繊維同士を固着させてクッション構造体を形成 するのである。 このようにして、 得られたクッション構造体は、 マ トリックス繊維とバインダ一繊維とを構成するポリマーの種類を適 当に選定す ¾ことで、 前述のような多くの欠点を有するウレ夕ンフ オームを代替できるものと期待されている。

しかしながら、 繊維集合体から得られたクッション構造体の欠点 は、 繊維集合体からクッション構造体へ成形する工程において、 多 くの人手と時間を要し、 このため成形コストが極めて高いというこ とにある。 この課題を解決するために、 繊維集合体をクッション構 造体に熱成形するための、 省力化された多くの方法及び Z又は装置 が提案されている。

例えば、 国際特許出願 WO 9 1 / 1 8 8 2 8に係わる発明におい て、 その内部が真空吸引された充填室に通気性を有する金型を設け、 該金型の全ての面に作用する真空吸引によって生じた空気流に開繊 された纖維集合体を随伴させて移送し、 金型へ繊維集合体を充填し、 次いで加熱 ·冷却してクッション構造体とする装置が開示されてい る。

しかしながら、 このような装置では、 通気性金型を介して該金型 に作用する真空吸引によって繊維集合体を移送するため、 下記のよ うな大きな欠点を有している。

先ず'第一に、 金型キヤビティカ S複雑な形状 （特に、 金型キヤビテ ィの奥行き長が長い形状） となると、 望ましい密度と量だけ繊維集 合体を目的とする金型キヤビティの各充填部位へ充填することが難 しくなる。 つまり、 金型キヤビティの奥行き長がある程度長くなる と、 繊維集合体は、 金型の各面に作用する真空吸引作用によって、 繊維集合体は、 金型キヤビティの最奥部だけではなく、 真空吸引作 用を受ける途中の金型面にも順次堆積し始める。 このような繊隹集 合体の堆積が生じると、 繊維集合体の通過経路が途中でだんだんと 狭くなり、 金型キヤビティの最奥部へ供給される繊維集合体の量が 減少する。 そして、 最悪の場合には、 完全に金型キヤビティの最奥 部へ至る移送経路が塞がれという致命的な事態が生じる。 このよう な事態が発生すると、 金型キヤビティ内に繊維集合体の充填斑及び 又は空洞部が発生し、 所望の密度を有する優れたクッション構造 体を得ることカ坏可能となることが明らかであり、 この方法及び装 置の最も致命的な欠点となっている。

第二に、 繊維集合体を充填するための金型は、 真空吸引された充 填室内に静止した状態で置カゝれており、 賺集合体を充填した後、 織維集合体を積極的に圧縮し、 これによつて、 総維集合体の密度を 積極的に調整するための手段がない。 このため、 クッション構造体 の各部で異なつた密度を要求される場合には、 この方法と装置では 全く対応できない。

第三に、 カロ圧空気を使用すれば、 金型キヤビティへ繊維集合体を より大きな圧力で押し込むことができ、 結局、 金型キヤビティへの 繊維集合体の充填を高密度で行えるのに対して、 真空吸引による金 型キヤビティ内への充填では、 金型へ移送された繊維集合体を加圧 空気のようには高密度ではできないという問題を有している。

このため、 上記の真空吸引作用によらず、 繊維集合体を供給する ためのインジェクターを雌金型の一端から他端へトラバースさせ、 これによつて、 繊維集合体を雌金型の底部へ分配しながら供給する 方法と装置が、 米国特許番号 5， 4 8 2 , 6 6 5に開示されている。 確かに、 該方法と装置とによれば、 繊維集合体を金型キヤビティの 内部に均一に分配することができる力 次のような致命的な欠陥を 有する。 先ず第一に、 分配が不均一とならないように、 インジェクターを 雌金型の一端から他端へトラバースさせて雌金型内へ纖隹集合体を 充填しなければならず、 これが故に雌金型への充填時間を短縮する ことカ襬めて困難であることカ榉げられる。

第二に、 雌金型の充填幅が広くなると、 広くなつた充填幅を十分 にカバーできるように、 幅方向へ複数のインジェクターを設ける必 要があり、 このような場合には、 複数のインジェクターを互いに同 期させて運動させる必要が生じ、 装置が複雑となる。 また、 繊維集 合体を雌金型の底部に分散させて堆積させるために、 雌金型の上方 力、ら下方へ吹き抜ける空気流を充填中において、 常に発生させてお く必要がある。

第三に、 繊維集合体を雌金型の高さ方向へ充填する際に生じるも のであって、 雌金型の高さ方向へ繊維集合体を逐次堆積させて行こ うとすると、 雌金型の下方へと流れる空気流の影響によって、 堆積 させた繊維集合体の山が崩れるという問題が発生する。 この問題は、 雌金型の底部に分散して平均に堆積させようと下方へ供給する空気 量を増加して、 整流することカ攤しい空気流となるに従って、 深刻 な問題となる。 したがって、 雌金型に堆積させる繊維集合体の高さ には限界があり、 可能な限り高さ方向へ均一に充填しょうとすれば、 雌金型の一端から他端へのインジェクターのトラバースを何度も行 い、 少しづつ繊維集合体の堆積高さを調節する必要が生じる。 した がって、 このような方法では、 更に繊維集合体を雌金型に充填する 時間を要することは明らかであり、 成形時間を短縮して、 クッショ ン構造体の成形コストを低減するということは、 到底期待できない。 第四に、 以上に述べた繊維集合体の雌金型への高さ方向への堆積 方法から容易に想像できるように、 本方法では、 繊維集合体の雌金 型内での堆積高さ部分的に高くしたり、 低くしたりすることができ ないという深刻な問題を持っている。 このため、 雄金型を雌金型内 へ挿入して所定の形状を有するクッション構造体を製造する際に、 クッション構造体の密度を一回の成形サイクルでは、 制御できない のである。 このため、 クッション構造体の密度を部分的に制御する ために、 密度を大きくしたい部分をより圧縮しておき、 この圧縮時 に生じた窪みに再び、 繊維集合体を分配して充填しなければならな いという、 成形時間の短縮、 即ち成形コストの低減という観点から は、 致命的な問題を有しているのである。

以上に述べたように、 繊維集合体からクッション構造体を得る従 来の技術は、 多くの利点を持ちながらも、 繊維集合体をクッション 構造体へ転換するための製造プロセスにおいて多大な時間を要し、 大量生産及び製造コスト低減という面から、 従来のウレタンフォー ムを代替できない状態にある。 他方、 ウレタンフォームからなるク ッシヨン構造体は、 前述のような種々の問題を抱えており、 その特 性において繊維集合体からえられたクッション構造体に及ばないの が現状である。 このため、 現在に至るまで、 自動車、 航空機等のシ —ト材料として、 数々の優れた性能を有しながらも、 繊維集合体か ら得られたクッション構造体が商業的規模で大量生産されるに至つ ていないのである。 発明の開示

本発明の第一の目的は、 従来より多量に使用されているウレタン フォームからなるクッション材料が持つ前記の数々の欠点を解消で きる繊維集合体からなるクッション構造体を真に商業的規模で大量 生産できる製造方法とその製造装置とを提供することにある。 この ためには、 繊維集合体からクッション構造体に短時間に転化できる 製造方法及びその装置を提供し、 これによつて、 クッション構造体 を安価にかつ大量に製造し、 クッション構造体の製造コス卜を低減 することが必要である。

また、 一般に、 自動車、 航空機等のシート用のクッション構造体 として使用すれば、 人が繰り返し座ることが宿命付けられているた め、 クッション構造体は、 繰り返し大変形を受け、 11 1同士を固着

•接合する交差部には、 大きな応力集中が繰り返し起こることとな る。 このため、 もし、 該交差部が弾力性を持たずに固着されていれ ば、 大変形による大きな応力集中が作用し、 該交差部は容易に破壊 されることとなる。

このような理由から、 本発明の第二の目的とするところは、 熱融 着されたバインダー繊維が繊維同士を結合させる交差部を弾性を有 する熱可塑性エラストマ一で形成して、 応力集中を緩和し、 これに よって、 繰り返し作用する大変形に対して大きな耐久性を有するク ッション構造体を得る方法を提供することにある。

次に、 本発明の第三の目的とするところは、 多大の時間を浪費す ることなく、 短時間でクッション構造体の密度を部分的に変えるこ とができる製造方法とその製造装置とを提供することにある。

更に、 本発明の第四の目的とするところは、 繊維集合体をクッシ ョン構造体へと転化した後、 該クッション構造体を製造装置から迅 速に取り出すことができる製造方法とその製造装置とを提供するこ とにある。

以上の目的を達成するために、 本発明においては、 請求の範囲第

1項〜第 1 8項にクッション構造体の製造方法を記載しており、 請 求の範囲第 1 9項以下にクッション構造体の製造装置を記載してい る。

先ず、 本発明の請求の範囲第 1項に係わるクッション構造体の製 造方法として、 次に記載するような方法が提供される。

即ち、 合成繊維の短繊維からなるマトリックス繊維中に、 バイン ダー繊維が分散 ·混入された繊維集合体を通気性を有する金型キヤ ビティへ充填し、 次いで、 充填された繊維集合体中にバインダ一繊 維の融点以上であって、 マトリックス繊維の融点より低い温度の熱 風を貫流させてバインダー繊維とマトリックス繊維とをその交差部 において融着させ、 その後、 冷却風を融着された繊維集合体中を貫 流させ、 これによつて、 繊維集合体をクッション構造体へと熱成形 して金型キヤビティから取り出す、 クッション構造体の製造方法に おいて、 下記の a〜 dの処理手順で繊維集合体を熱成形することを 特徴とするクッション構造体の製造方法が提供されるのである。

a .所定量の該繊維集合体を開繊装置へ供給して、該纖隹集合体を 開繊し、

b .下部と上部とが開放されかつ金型の側部を構成する固設された 成形枠、該成形枠の開放された下部を閉塞しかつ上下動可能の 下金型、及び、 該成形枠の開放された上部を閉塞しかつ上下方 向にそれぞれ独立して移動可能な複数個の部材に分割された 上金型とによって形成され、 かつ、所望のクッション構造体の 容積よりも大きな容積を有する金型キヤビティへ前記の開繊 された所定量の繊維集合体を移送配管を介して加圧空気に随 伴させて充填し、

c複数個の部材に分割された上金型を下方向へ移動して、金型キ ャビティ内に充填された繊維集合体力 s所望の密度となるまで 圧縮し、 そして

d .バインダー繊維の融点以上であって、マトリックス繊維の融点 より小さレ 度を持つ熱風を圧縮された繊維集合体中を通過 させて、バインダー繊維とマ卜リックス繊維とをその交差部に おいて融着させること。

ここで、 本発明では、 マトリックス繊維として非弾' I生ポリェチレ ンテレフ夕レート系捲縮短繊維を使用する （請求の範囲第 2項） 。 また、 バインダー繊維としては、 マトリックス繊維より 4 0 °C以 上低い融点を有する熱可塑性エラス卜マ一と、 非弾性ポリエステル とからなる複合短繊維からなり、 その際、 該複合短繊維の繊維表面 には、 該熱可塑性エラストマ一が繊維表面積の 1 / 2以上露出して いるものを使用する （請求の範囲第 3項） 。

ここで、 開繊装置で開繊された繊隹集合体を移送配管の途中から 吹き込まれるカロ圧空気、 及び Z又は開繊機の円筒の回転に伴う随伴 気流に随伴させて金型キヤビティへ移送し、 その際、 開繊された繊 維集合体が再び非開繊状態に戻らないように、 移 i!E管の途中には ィンペラを有する送風機を直接設けないようにする必要がある （請 求の範囲第 4項） 。

このようにして、 繊維集合体をカロ圧空気に随伴させ、 金型キヤビ ティへの繊維集合体の充填を行う。 このとき、 繊維集合体は、 金型 キヤビティの奥部から順に充填されていくのである力 カロ圧空気に よる繊維集合体の充填が部分的に完了した金型キヤビティの各部位 に応じて、 複数個の部材に分割された上金型の各部材を独立力ゝっ時 系列的に下方へ移動させ、 金型キヤビティに充填された繊維集合体 の金型キヤビティ内での容積を順次減少させるのである （請求の範 囲第 5項） 。

そして、 上述のように複数個の部材に分割された上金型の各部材 がそれぞれ独立に下方^動させることにより、 金型キヤビティに 充填された繊維集合体が分割された上金型の各部材のそれぞれの移 動量に対応した密度に圧縮され、 これによつて、 得られるクッショ ン構造体の各部の嵩高密度力斬望の値に制御されるのである （請求 の範囲第 6項） 。

次に、 金型キヤビティへの繊維集合体の充填力 S完了すると、 上金 型及び Z下金型から繊維集合体を介して空気を吸引し、 これによつ て、 繊維集合体が形成する堆積面を上金型及び Z下金型の表面形状 に部分的に沿わせるのである （請求の範囲第 7項） 。

また、 金型キヤビティに充填された繊維集合体を加熱する前に、 上金型を上下に繰り返し移動させることによって、 繊雜集合体に繰 り返し圧縮を行うことも前記の堆積面をランダム化する上で効果的 である （請求の範囲第 8項） 。

なお、 異なった奥行き幅を有する金型キヤビティに対しては、 充 填に際して、 繊維集合体中に空洞を発生させたり、 密度斑を起こし 易い。 このため、 このような形状を有する金型キヤビティに対して は、 繊維集合体が充填されるにしたがつて変化する該金型キヤビテ ィの奥行き幅の変化に対応させて、 該金型キヤビティへ難集合体 を移送する移送配管の移送口幅を変化させることが重要である （請 求の範囲第 9項） 。

ただし、 繊維集合体の金型キヤビティへの充填に際しては、 上金 型及び下金型カ够動する方向に対して直交する方向へ流れる空気流 に随伴させ、 練雜集合体を金型キヤビティ内に充填する必要がある

(請求の範囲第 1 0項） 。

以上に述べた繊維集合体の充填に際しては、 金型キヤビティ内で の空気流の乱れを発生させず、 しかも、 金型キヤビティの隅々まで、 斑なく繊維集合体を充填することが必要である。 このためには、 金 型キヤビティの外部に設けられた排風装置により、 繊維集合体を移 送する加圧空気を金型キヤビティから円滑に排風することが必要で ある （請求の範囲第 1 1項） 。

このとき、 繊維集合体中を通過する熱風及び Z又は冷却風の繊維 集合体の各部位の貫流抵抗に対応して、 金型の通気度を部分的に変 えることにより、 繊維集合体中を熱風及び Z又は冷却風が均等に通 過させることが必要である （請求の範囲第 1 2項） 。

このような金型の通気度は、 金型の通気度を金型に穿設された孔 数の分布密度及び/又は孔径の大小によって制御することによって 具現化できるのである （請求の範囲第 1 3項） 。

以上に述べたような手順を経て、 いよいよ繊維集合体中に含まれ るバインダ一繊維を結合剤として、 バインダ一繊維との交差部を結 合することで、 クッション構造体へと転化する熱的プロセスに入る のであるが、 この熱的プロセスは、 以下のような方法で行われる。 なお、 このような熱的プロセスにおいても、 金型キヤビティに充 填された繊維集合体の加熱及び Z又は冷却工程中、 或いは加熱工程 完了後において、 上金型及び Z又は下金型を少なくとも一回以上移 動することにより、 最終的にクッション構造体として得られる形状 にまで繊隹集合体を圧縮し、 これによつて、 加熱及び Z又は冷却ェ 程における繊隹集合体の熱収縮を吸収することが好ましレ （請求の 範囲第 1 4項） 。

また、 熱的プロセスに要する時間を短縮するために、 金型キヤビ ティ内に充填された繊維集合体をクッション構造体へ転化するため のカ卩熱工程において、 繊隹集合体中を貫流させる熱風の風量及び Z 又は温度を多段階に切り替えることが行われる （請求の範囲第 1 5 項） 。

そして、 繊維集合体の下方より上方へと加熱された繊維集合体中 に冷却風を貫流させ、 該冷却風の風圧により繊維集合体を上金型に PJ:着させつつ、 下金型を下方へ移動させた後、 冷却風の流れを止め て、 冷却が完了したクッション構造体を重力の作用によって下方へ 落下させて該クッション構造体を金型キヤビティから取り出すので ある （請求の範囲第 1 6項） 。

このとき、 クッション構造体は、 上金型に粘着し、 自重によって 落下しない場合もある。 このような場合に備えて、 本発明では、 冷 却風の流れを停止させた後、 上金型の上方から圧縮空気をクッショ ン構造体に吹き付けるのである （請求の範囲第 1 7項） 。

なお、 冷却風の温度は、 可能な限り低温とすることがこのましく、 こまため、 4 0 °C以下であれば、 効果的に冷却できる （請求の範囲 第 1 8項） 。

次に、 以上に述べたクッション構造体の製造方法を実施するため のクッション構造体の製造装置として、 次に記載するような装置が 提供される。

即ち、 少なくとも下記の a〜hの要素を含む、 合成繊維の短繊維 からなるマトリックス繊維中にバインダー繊維カ份散 ·混入された 繊維集合体を熱成形するクッション構造体の製造装置が提供される (請求の範囲第 1 9項） 。 a. 繊維集合体を開繊するための開繊装置、

b. 底部と天井部とが開放された、 金型の側部を構成する固設され た成形枠、

c 該成形枠の開放された底部へ移動して成形枠の底部を閉鎖す る通気性を有する下金型、

d. 該成形枠の開放された天井部へ移動して該成形枠の天井部を 閉鎖し、 かつ上下方向にそれぞれ独立して移動可能な複数個の 部材に分割された通気性を有する上金型、

e. 前記の成形枠、 下金型、 及び上金型で構成される金型キヤビテ ィへ開繊装置で開繊された繊維集合体を移送するための移送 配管、

f. 該移送配管に開口する空気供給配管から該移送配管へ加圧空 気を供給する加圧空気供給装置、

g. 通気性を有する上金型、 金型キヤビティに充填された繊維集合 体、 及び下金型を貫流する熱風の発生装置、 及び

h. 該熱風発生装置で加熱された金型キヤビティに充填された繊 維集合体を冷却するための通気性を有する下金型、 金型キヤビ ティに充填された繊維集合体、 及び上金型をこの順で貫流する 冷却風の発生装置。

なお、 上記の装置には、 更に、 繊維集合体が充填されるに従って 変化する金型キヤビティの奥行き幅の変化に対応させて、 該金型キ ャビティへ繊維集合体を移送する移送配管の移送口幅を変化させる 移送口幅の調節装置を含むこと力 S好ましい （請求の範囲第 2 0項） 。 そして、 本発明の装置においては、 金型キヤビティの一部を形成 する成形枠の通気性を有する側部に取り付けられ、 かつ加圧空気供 給装置から供給された加圧空気を金型キヤビティ内から排風する補 助排風機を含むことが必要である （請求の範囲第 2 1項） 。

また、 本発明においては、 冷却風の発生装置は、 繊維集合体の下方 より上方へ繊維集合体中を貫流する冷却風を発生させる （請求の範 囲第 2 2項） 。

更に、 本発明の装置においては、 前記の金型キヤビティの一部を 形成する成形枠の通気性を有する側部に取り付けられ、 かつ加圧空 気供給装置から供給された加圧空気を金型キヤビティ内から排風す る補助排風機を含むことが肝要である （請求の範囲第 2 3項） 。 な お、 該補助排風機は、 移送配管が接続される成形枠の開口部に対向 する成形枠の外部にを設けられている （請求の範囲第 2 4項） 。

また、 本発明の装置には、 複数個の部材に分割された上金型及び 下金型を上下に移動させる手段が流体圧力で作動するァクチユエ一 夕であって、 該ァクチユエ一夕は、 繊維集合体を複数段階に圧縮す るために、 複数個の部材に分割された上金型の各部材及び Z又は下 金型の移動位置をそれぞれの位置に位置決め制御する位置決め装置 が付設されている （請求の範囲第 2 5項） 。

次に、 本発明になる装置には、 繊維集合体の堆積面を金型の表面 形状に沿わせるため、 金型キヤビティ内に充填された金型キヤビテ ィへの充填が完了した繊維集合体を介して下金型の下方から空気を 吸引するための空気吸引装置を付設している （請求の範囲第 2 6 項） 。

また、 本発明になる装置には、 上金型に粘着した、 クッション構 造体を下方へ落下させるために、 上金型の上方から圧縮空気をクッ ション構造体に向かって吹き付ける複数個の圧縮空気吹き付けノズ ルを含んで構成されている （請求の範囲第 2 7項） 。

そして、 最終的に本本発明になる装置から、 クッション構造体を 取り出すために、 下金型を下降させた後、 落下するクッション構造 体を受け取る、 金型キヤビティの直下に出没自在のトレイを設けて いる （請求の範囲第 2 8項） 。 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明の繊維集合体からクッション構造体を製造するた めの装置を模式的に示した正面図であり、

図 2 ( a) 及び （b) は、 本発明において、 カロ圧空気により随伴 させられた繊隹集合体を金型キヤビティへ充填する手順を模式的に 示した正面図であり、 （a) 図から （b) 図へと繊維集合体が金型 キヤビティの奥部から順に金型キヤビティに繊維集合体カ统填され る様子を時系列的に示しており、

図 3は、 金型キヤビティへの充填が完了した繊維集合体に対して、 下金型の下方より繊維集合体を吸引することで、 繊維集合体の堆積 面を金型の表面へ沿わせる様子を模式的に示した拡大正面図であり、

( a ) 図は、 吸引前の繊維集合体の堆積状態を示し、 （b) 図は、 吸引中の繊維集合体の堆積状態を示しており、

図 4は、 異なった奥行き幅を有する金型キヤビティに対して、 繊 維集合体が充填されるにしたがって変化する該金型キヤビティの奥 行き幅の変化に対応させて、 移送配管の移送口幅を変化させるため の移送口幅の調節装置を模式的に示した斜視図であり、

図 5は、 異なった奥行き幅を有する金型キヤビティ繊維集合体を 充填するに際して、 図 4に示した移送口幅の調節装置の作用 ·効果 の説明図であり、 （a ) 図は正面図、 （b ) 図は平面図をそれぞれ 表わし、 また、 （c ) 図は移送口幅の調節装置を使用しない場合の、 好ましい繊維集合体の充填方法を説明するための平面図であり、 そ して、 （d ) 図は本発明による充填方法を採らなかった場合に生じ る問題を説明するための平面図である。

また、 図 6は通気性金型の通気度に関して、 金型キヤビティを構 成する各金型の複数の壁面部 （即ち、 繊維集合体を囲繞する部分） のみを取り出して模式的に説明したものであって、 部分的に金型に 断面を施した部分力 S前記の図 1、 図 2等の正面図における金型キヤ ビティを断面して示してある。 ここで、 （a ) 図は、 通気性金型の 通気度を部分的に変えなレ ^場合にの部分的に断面が施された斜視図 であって、 （b) 図は、 同じく本発明で使用する部分的に通気度を 変えた通気性金型を示したものである。

更に、 図 7は、 金型キヤビティへ充填された繊維集合体の各部位 の圧縮比率を部分的に変えて圧縮を完了した様子を模式的に示した 正面図であり、

図 8は、 熱的プロセスにおいて、 最終的にクッション構造体とし ての形状が得られる位置まで,繊隹集合体を金型により圧縮した様子 を模式的に示した正面図であり、 そして

図 9は、 織維集合体を熱的プロセスによってクッション構造体へ と転化した後、 上金型に粘着したクッション構造体に上方より圧縮 空気を吹き付け、 これによつてクッション構造体を下方へと落下さ せ、 落下したクッション構造体をトレイ上に受け取って取り出す様 子を模式的に示した正面図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 上記本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。 本発明では、 溶菌 したバインダー繊隹が繊維同士を結合させる交 差部を、 弾性を有する熱可塑性エラストマ一で形成して、 応力集中 を緩和し、 これによつて、 繰り返し作用する大変形に対して大きな 耐久性をクッション構造体が好ましいことは、 既に述べた通りであ る。

この目的を達成するために、 本発明においては、 繊維集合体の一 部を構成するマトリックス繊維としては、 非弾性ポリエチレンテレ フタレート系捲縮短繊維であること力 S好ましい。 また、 H隹集合体 のその他の部分を構成するバインダー繊維としては、 マトリックス 繊維より 4 0 °C以上低い融点を有する熱可塑性エラストマ一と、 非 弾性ポリエステルとからなる複合 （コンジュゲート） 短繊維からな り、 その際、 該複合短織維の繊維表面には、 該熱可塑性エラストマ 一が繊維表面積の 1 Z 2以上露出していることが好ましい。 このよ うな繊維集合体を使用することによって、 熱可塑性エラストマ一と する非弾性ポリエステルとの交差部が溶融した熱可塑性ェラス トマ一により結合されることとなる。

また、 本発明のバインダー繊隹として、 全てが熱可塑性エラスト マ一からなる隱を使せずに、 熱可塑性エラストマ一をその一部に 含む複合短繊維を使用していることも、 重要である。 何故ならば、 バインダー繊維は、 溶融することで繊維同士を結合する役割を果た すため、 その混合割合は、 本来は繊維同士を結合させる量だけ含有 させればよいからである。 しかしながら、 全てが熱融着成分からな るバインダ一繊維では、 バインダ一繊維がマトリックス繊維の間に 介在してマトリックス繊維同士を十分に結合させるため、 互いに交 差部する機会を多くする必要がある。 このためには、 バインダー繊 維の量を必要な量よりも多くマトリックス繊維に分散 ·混入する必 要があり、 もし、 熱融着成分として熱可塑性エラストマ一を使用す るならば、 熱可塑性エラストマ一は、 高価であるため、 このような 高価な材料を多量に使用することは、 従来のゥレ夕ンフォームから なるクッション構造体との間のコスト競争力を失つてしまう。

これに対して、 本発明の複合短繊維を使用したバインダ一繊維に よれば、 繊維表面には、 熱可塑性エラストマ一が繊維表面積の 1 Z 2以上露出している非弾性ポリエステルを使用するため、 全て熱可 塑性エラストマ一からなるバインダ一繊維を使用するよりも、 結果 的に熱可塑性エラストマ一の使用量を少なくできるのである。 しか も、 全て熱可塑性エラストマ一からなるバインダ一繊維を使用する 場合と比較して、 マトリックス繊維中にバインダー繊維を多量に分 散 ·混入でき、 高価な熱可塑性エラス卜マーの使用量を、 少量に抑 えることが可能となるのである。

更に重要なことは、 本発明では、 従来の全量力 s熱融着成分からな るバインダ一繊隹と比較して、 ノ ィンダ一繊維をより多く分散 ·混 入できるため、 マトリックス繊維とバインダ一織維の交差部が増え、 この結果、 繊維同士を多くの交差部で結合させることができるため、 クッション構造体としての性能も向上するのである。

このように、 本発明ではバインダ一繊維を複合短繊維とすること により、 熱可塑性エラストマ一という高価な材料を使用しながらも、 従来のウレタンフォームを代替可能な安価なクッション構造体を製 造することが実現できることとなったのである。

ここで、 本発明において、 繊維集合体のマトリックスを構成する 合成難の短繊維としては、 特に限定されることはないが、 通常の へキサメチレンテレフ夕レート、 ポリテトラメチレンテレフ夕レー ト、 ポリ一 1， 4ージメチルシクロへキサンテレフタレ一ト、 ポリ ピバロラクトン、 又はこれらの共重合エステルからなる短繊維、 乃 至それらの繊維の混綿体、 または上記のポリマ一成分のうちの 2種 以上からなる複合繊維等である。 また、 単繊維の断面形状は、 円形、 扁平、 異形または中空のいずれであっても良い。 更に、 その単繊維 の太さは、 2〜5 0 0デニ一ル、 特に、 6〜3 0 0デニ一ルの範囲 にあることが好ましい。 もし、 この単繊維のデニールが小さくなる と、 成形後に得られるクッション構造体の密度力稿くなつて、 クッ シヨン構造体自身の弾力性が低下する場合カ^い。 また、 単繊維の デニールが大きすぎると、 取扱性、 特に、 繊維集合体の成形性が悪 化する。 また、 構成本数も少なくなり過ぎて、 弾性複合繊維との間 に形成される交差点の数が少なくなり、 クッション構造体の弾性力 力発現しにくくなると同時に耐久性も低下するおそれがある。

さらに、 この場合のマトリックス繊維には、 捲縮が付与されてい ること力 子ましい。 ここで、 該捲縮は、 顕在捲縮であることが好ま しく、 この顕在捲縮は、 クリンパ一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 ァ型複合繊維の加熱による方法等で得ることができる。

一方、 本発明で重要な役割を果たすバインダ一繊維としては、 弾 性複合繊隹であることが好ましく、 該弾性複合繊維は、 マトリック ス繊維より 4 0 °C以上低い融点を有する熱可塑性エラストマ一と、 非弾性ポリエステルとからなる複合短繊維 （コンジユゲート短繊維 ) であることが好ましい。 その際、 該複合短繊維の繊維表面には、 該熱可塑性エラストマ一が繊雜表面積の 1 / 2以上露出しているこ とが好ましい。 ここで、 該バインダー繊維は、 重量割合でいえば、 熱可塑性エラストマ一と非弾性ポリエステルとの複合比率が 3 0 / 7 0〜7 0 Z 3 0の範囲にあるの力適当である。 弾性複合繊隹の形 態としては、 サイド ·バイ ·サイド型、 シース ·コア型のいずれで あってもよいが、 好ましいのは後者である。 このシース -コア型に おいては、 勿論、 非弾性ポリエステルがコアとなる力 このコアは 同心円状あるいは偏心状であってもよい。 特に、 偏心状のものは、 コイル状の弾性捲縮が発現するので、 より好ましい。

弾性複合繊維の一部を構成する熱可塑性エラストマ一としては、 ポリウレタン系エラストマ一やポリエステル系エラストマ一が好ま しい。

ポリウレタン系エラストマ一としては、 分子量が 5 0 0〜6 0 0 0程度の低融点ポリオ一ル、 例えば、 ジヒドロキシポリエーテル、 ドロキシポリカーボネート、 ジヒ

、 分子量 5 0 0以下の有機ジイソ シァネート、 例えば、 p , ρ ' ージフエ二»レメタンジイソシァネー ト、 トリレンジイソシァネート、 イソホロンジイソシァネート、 水 素化ジフエニルメタンジイソシァネー卜、 キシリレンジイソシァネ —ト、 2， 6—ジイソシァネートメチルカプロェ一ト、 へキサメチ レンジイソシァネート等と、 分子量 5 0 0以下の鎖伸長剤、 例えば、 グリコール、 ァミノアルコールあるいはトリオールとの反応によつ て得られるポリマ一である。 これらのポリマ一のうち、 特に好まし いものは、 ポリオ一ルとしてポリテ卜ラメチレングリコール、 また は、 ポリ一 ε—力プロラクトンあるいはポリブチレンアジペートを 用いたポリウレタンである。 この場合、 有機ジイソシァネ一トとし ては p， p ' —ジフエニルメタンジイソシァネートが好適である。 また、 鎖伸長剤としては、 p， p ' —ビスヒドロキシエトキシベン ゼンおよび 1， 4一ブタンジオールが好適である。

もう一方のポリエステル系エラストマ一としては、 熱可塑性ポリ エステルをハードセグメントとし、 ポリ （アルキレンォキシド） グ リコールをソフトセグメントとして共重合してなるポリエーテルエ ステルプロック共重合体、 より具体的には、 テレフタル酸、 イソフ タル酸、 フ夕ル酸、 ナフ夕レン一 2 , 6—ジカルボン酸、 ナフタレ ン— 2， 7—ジカルボン酸、 ジフエ二ルー 4， 4 ' —ジカルボン酸、 ジフエノキシェ夕ンジカルボン酸、 3—スルホイソフ夕ル酸ナトリ ゥム等の芳香族ジカルボン酸、 1， 4ーシクロへキサンジカルボン 酸等の脂環族ジカルボン酸、 コハク酸、 シユウ酸、 アジピン酸、 セ バシン酸、 ドデカンジ酸、 ダイマ一酸等の脂肪族ジカルボン酸また はこれらのエステル形成性誘導体などから選ばれたジカルボン酸の 少なくとも 1種と、 1， 4一ブタンジオール、 エチレングリコール、 卜リメチレングリコール、 テ卜ラメチレングリコール、 ペン夕メチ レンダリコール、 へキサメチレングリコール、 ネオペンチルダリコ —ル、 デカメチレングリコ一ル等の脂肪族ジオール、 あるいは 1， 1ーシクロへキサンジメタノール、 1， 4—シクロへキサンジメ夕 ノール、 トリシクロデカンジメタノール等の脂環族ジオール、 また はこれらのエステル形成性誘導体などから選ばれたジオール成分の 少なくとも 1種、 および平均分子量が約 4 0 0〜 5 0 0 0程度の、 ポリエチレングリコール、 ポリ （1， 2—および 1， 3—プロピレ ン才キシド） グリコール、 ポリ （テ卜ラメチレンォキシド） グリコ ール、 エチレンォキシドとプロピレンォキシドとの共重合体、 ェチ レンォキシドとテトラヒドロフランとの共重合体等のポリ （アルキ レンォキシド） グリコールのうち少なくとも 1種から構成される三 次元共重合体である。

しかしながら、 非弾性ポリエステル系捲縮短繊維との接着性や温 度特性、 強度の面からすれば、 ポリブチレン系テレフ夕レートをハ ードセグメントとし、 ポリオキシブチレングリコールをソフトセグ メントとするプロック共重合ポリェ一テルポリエステルが好ましい。 この場合、 ハードセグメントを構成するポリエステル部分は、 主た る酸成分がテレフタル酸、 主たるジオール成分がブチレンダリコ一 ル成分であるポリブチレンテレフ夕レートである。 勿論、 この酸成 分の一部 （通常 3 0モル％以下） は、 他のジカルボン酸成分ゃォキ シカルボン酸成分で置換されていてもよく、 同様にダリコール成分 の一部 （通常 3 0モル％以下） は、 ブチレングリコール成分以外の ジォキシ成分で置換されていてもよい。

また、 ソフトセグメントを構成するポリエーテル部分は、 ブチレ ングリコ一ル以外のジォキシ成分で置換されたポリエーテルであつ てもよい。 なお、 ポリマー中には、 各種安定剤、 紫外線吸収剤、 増 粘分岐剤、 艷消剤、 着色剤、 その他各種の改良剤等も必要に応じて 配合されていてもよい。

なお、 以上に述べた繊維集合体は、 繊維集合体の重量を基準とし て、 バインダー繊維が 1 0〜7 0 %、 好ましくは 2 0〜6 0 %の範 囲で、 マトリックス繊維中に分散 '混入されたものであり、 このよ うな分散 ·混入は、 マトリックス織維塊とバインダー繊維塊とを力 一ド機を通すことにより、 両者を均一に混綿することにより達成さ れる。

以上に詳細に述べた繊維集合体を使用し、 クッション構造体を得 る製造方法とその装置を、 以下に図面を参照しながら詳細に説明す る。

図 1は、 本発明の繊維集合体からクッション構造体を製造するた めの装置を模式的に示した正面図であり、 該図において、 Fは繊維 集合体、 1は繊維集合体を搬送するためのコンベア、 2は繊維集合 体を開繊するための開繊機、 3は繊維集合体を空気移送するための 移送管、 4は加圧空気の発生装置、 5は成型枠、 6は下金型、 7は 上金型であり、 7 a〜 7 cは上金型を分割した分割部材群、 8 a〜 8 dは金型を上下に移動させるための流体圧で作動するァクチユエ 一夕群、 9及び 1 0は排風機、 1 1は加熱空気供給装置、 1 2は排 風室をそれぞれ表わす。 また、 Cは金型キヤビティを表わす。 なお、 2 0で示した細線は、 繊維集合体を熱的なプロセスによって、 クッ ション構造体へと転化されたときの最終形状を示している。 ただし、 このようなクッション構造体は、 後述する熱的プロセスが完了した 後に得られるものである。

以上のように構成された装置において、 繊維集合体 Fを開繊する 開繊装置 2としては、 回転する円筒 2 aの外周面上に多数の針 2 b を設けたものが使用される。 このような開繊装置 2へ繊維集合体 F を供給するための手段は、 特に限定することはないが、 例えば、 ベ ルトコンベアのように移動する平面を形成するコンベア上に繊維集 合体 Fを載置して移送することが好ましい。 かくして、 開繊装置 2 へコンベア 1に載置されて供給された繊維集合体 Fは、 回転する円 筒 2 a上に植設された多数の針 2 bによって梳られ、 開繊させられ るのである。 そして、 開繊させられた繊維集合体は、 開繊装置 2の 繊維集合体の出口と、 成形枠 5の繊維集合体の入口との間を連通す る移送配管 3へと供給され、 該移送配管 3の途中から吹き込まれる カロ圧空気、 及び Z又は開繊装置 2の円筒 2 aが回転するときに生じ る空気流に随伴させられて移送配管 3中を移動し、 金型キヤビティ C内へ押し込み充填される。

ここで、 本発明において肝要なことは、 繊維集合体 Fを金型キヤ ビティ Cへ移送するための空気流を発生させる送風機のような装置 力移送配管 3の途中に直接設けられていてはならないことである。 もし、 このような装置が移送配管 3の途中に設けられていれば、 空 気流を発生させるィンペラの如き回転体により、 維集合体 Fは打 撃衝撃を受け、 繊維集合体 Fの開繊状態が損なわれる。 そして、 こ れによって金型キヤビティ Cに充填される繊維集合体に開繊された 状態にある部分と開織が損なわれた部分とが生じる。 もし、 このよ うな事態が生じれば、 最終的に得られるクッション構造体の品質が 損なわれるのである。

また、 本発明の上金型 7、 下金型 6、 及び成形枠 5の一部は、 通 気性を有していることが肝要である。 何故ならば、 金型キヤビティ C内へ吹き込まれた繊維集合体 Fを随伴搬送するための力 Q圧空気を 金型キヤビティ Cから速やかに排出する必要があるからである。 も し、 金型キヤビティ Cからのカロ圧空気の排出が円滑に行われなけれ ば、 金型キヤビティ C内で乱れた空気流となって、 金型キヤビティ C内の意図した場所へ繊維集合体 Fを良好に堆積させて充填するこ とは不可能である。 また、 後述するように、 加熱風あるいは冷却風 を繊維集合体中に円滑に貫流させる上からも、 金型の通気性は重要 な要件である。

次いで、 移送配管中を空気移送された繊維集合体は、 金型キヤビ ティ内へと押し込み充填されるのである力 この様子を図 2を参照 しながら説明する。 ここで、 図 2 ( a) 〜 （b) は、 本発明におい て、 力 Π圧空気により随伴させられた繊維集合体を金型キヤビティへ 充填する手順を模式的に示した正面図であり、 図 2 ( a) から図 2 (b) へと繊維集合体が金型キヤビティの奥部から順に金型キヤビ ティに繊維集合体カ统填される様子を時系列的に示している。

このときの繊維集合体の充填状態を表わしたのが、 図 3であって、 繊維集合体 Fは、 金型キヤビティ Cの最奥部から順に層状の堆積面 を形成しながら、 繊維集合体 Fの吹き込み口へ向かつて堆積されて 行く （図 3 (a)参照） 。 もし、 このような状態にある繊維集合体 Fを そのまま状態で熱成形してクッション構造体へ転換すると、 一方で は堆積層に沿った面内方向の引き裂き強度は強くなる力 他方では 層面に直角な方向への引き裂き強度が低下するという事態が発生す る。 もし、 このような引き裂き強度の異方性力 S生じると、 クッショ ン構造体としての性能を著しく害する。 したがって、 なるべく異方 性が生じないようにすることが好ましい。 さらに、 層状の堆積面が クッション構造体の表面に縞状に現れると、 その外観を害するとと もに、 クッション構造体の表面仕上げ状態が粗くなるため、 好まし いものではない。

以上に述べた理由から、 金型キヤビティ C内への繊維集合体 Fの 充填が完了した時点で、 図 3 (b)に示すように、 下金型 6を介して 充填された繊維集合体 Fを吸引し、 これによつて、 繊維集合体 Fの 表層部の繊維配列を金型の表面形状に沿わせること力好ましい。 な お、 図 3 bにおいて、 金型キヤビティ Cの上部に繊維集合体 Fが充 填されていない空隙 （図 3 (b)では、 この空隙が実際の場合より強調 して描かれている） 力生じるのは、 金型キヤビティ内に充填された 纖隹集合体が下方からの吸引により、 下金型 6へ押し付けられてい るためである。 このような表層部を繊維集合体 Fに形成させ、 該繊 維集合体 Fをクッション構造体に転化することによって、 引き裂き による破壊がクッション構造体の表面にまで波及するを防止するこ とができるのである。 また、 繊維集合体 Fの充填時に形成された、 異方性を有する層状の堆積面を崩すために、 上金型 7を上下に繰り 返し移動させることによって、 纖隹集合体 Fを繰り返し圧縮するこ とも効果的である。 なお、 この場合には、 上金型 7の各分割部材 （ 7 a〜7 c ) は、 一斉に同期させて上下運動させるのではなく、 そ れぞれ独立してランダムに上下運動させることカ斕状の堆積面を崩 す上でより好ましい。

なお、 以上に述べた繊維集合体の充填中あるいは充填後におレて、 上下に設けられた移動自在の金型群 （6及び 7 ) によって、 繊維集 合体 Fは所定の圧縮比率に圧縮される。 ここで、 この下金型 6と上 金型 7とによる金型キヤビティ C内に充填された繊維集合体 Fの圧 縮について、 以下に説明する。

本発明においては、 繊維集合体を充填する金型キヤビティ Cは、 底部と天井部とが開放され、 かつ金型キヤビティの側部を形成する 固設された成形枠 5でその側部が形成されている。 また、 金型キヤ ビティ Cの底部は、 該成形枠 5の開放された底部を閉塞しかつ上下 動可能の下金型 6で形成されている。 そして、 金型キヤビティ Cの 天井部は、 成形枠 5の開放された天井部を閉塞し、 かつ上下方向に それぞれ独立して移動可能な複数個の部材 （7 a〜7 c ) に分割さ れた上金型 7によって形成されている。 したがって、 金型キヤビテ ィ Cへ繊維集合体を充填する直前の状態において、 下金型 6及び Z 又は上金型 7は、 所望の形状を有するクッション構造体の容積より も大きな容積を有する位置へと移動した状態に予めセッ卜されてい る （図 2 (a)参照） 。 このような状態にある金型キヤビティ C内に、 開繊された繊維集合体 Fを空気流に随伴させて移送配管 3内を移動 させ、 金型キヤビティ C内へ詰め込み充填する。 かくして、 金型キ ャビティ C内に充填された繊維集合体が所望の嵩高密度となる位置 まで下金型 5及び Z又は上金型 7によって圧縮されるのである。 ここで、 下金型 6及 复数個の部材 （7 a〜7 c ) に分割された 上金型 7を上下に移動させる手段としては、 流体圧力で作動するァ クチユエ一夕 （8 a〜8 d) が好ましく、 このようなァクチユエ一 夕 （8 a〜8 d) としては、 圧縮空気で作動する公知の流体圧シリ ンダーを好適に使用することができる。 なお、 該ァクチユエ一夕 （ 8 a〜8 d) には、 繊維集合体 Fを複数段階にわたって圧縮するた めに、 下金型 6及び Z又は複数個の部材群に分割された上金型 7の 各部材 （7 a〜7 c ) の移動位置をそれぞれの所定の位置に停止さ せる位置決め装置 （図示せず） が付設されていることはいうまでも ない。 また、 本発明では、 上金型 7は、 金型キヤビティ Cの奥行き 方向へ分割した部材 （7 a〜7 c ) のみを例示してあるが、 金型キ ャビティ Cの間口方向へも上金型 7を分割することができることは もいうまでもない。

しかしながら、 単に前記の移動手段 （8 a〜8 d) によって、 下 金型 6及び/又は上金型 7を移動させるだけでは、 繊維集合体 Fの 圧縮比率を部分的に変え、 これによつて、 クッション構造体 2 0の 密度を部分的に変えることはできない。 これに対して、 本発明の特 徴の一つは、 編佳集合体の密度を部分的に変える際に、 多大の時間 を浪費することなく、 繊維集合体の密度を部分的に変えることがで きることにある。

以上に述べたことを具現化するために、 本発明においては、 上金 型 7が成形枠 5の開放された上部を閉塞し、 カゝっ上下方向にそれぞ れ独立して移動可能な複数個の部材群 （7 a〜7 c ) に分割されて いることが肝要である。 即ち、 繊維集合体の各部を選択的に異なつ た比率で圧縮するに際して、 上下方向にそれぞれ独立して移動可能 な複数個の部材群 （7 a〜7 c ) の存在により、 より圧縮比率を大 きくしたい部位に対応する部材の移動距離を大きく、 圧縮比率を小 さくしたい部位に対応する部材の移動距離を小さくすることが容易 にできるのである。 つまり、 繊維集合体 Fの密度を部分的に変える ことが、 繊維集合体 Fを充填する前の上金型 7の各分割部材 ( 7 a 〜7 c ) を予めその圧縮比率に対応したそれぞれ独立に位置に移動 させ、 この状態で金型キヤビティ Cへ繊維集合体を充填することで 極めて容易に行えるのである。

なお、 金型 （6及び 7 ) の移動によって金型キヤビティ C内に充 填された繊維集合体 Fを圧縮するに際して、 金型キヤビティ への 充填が完全に完了した時点で行うこともできるが、 本発明において は、 金型キヤビティ Cの奥部から充填が順次完了するに従って、 充 填が部分的に完了した部位に対応する上金型の分割部材を下降させ るようにしている （図 2 (b)及び図 2 (c)参照） 。 このようにするこ とで、 金型キヤビティ Cの奥部へ隱集合体を移送する金型キヤビ ティ C内での通路を広く確保することができ、 充填され難い金型キ ャビティの奥部へも繊維集合体を斑なく円滑に充填できるのである。 これは、 本発明の金型キヤビティへの充填が、 カロ圧空気の押し付 け力の作用によって金型キヤビティの奥部へ繊維集合体を押し付け ることによって初めて可能となる。 したがって、 このような力が作 用しない従来の技術では、 繊維集合体の充填状態をそのままの状態 に維持する作用が全く働かないため、 繊維集合体を部分圧縮するこ とが極めて難しかったもののである。 しかしながら、 本発明の方法 及び Z又は装置によれば、 従来の技術と異なり、 金型キヤビティの 奥部ヘインジェク夕一等で繊隹集合体へ移送し、 金型キヤビティ内 へ繊維集合体を均等に分配する必要もなく、 また、 金型キヤビティ の奥部へ移送された繊維集合体を空気流の作用によって、 分散させ る必要もなく、 また、 金型の全ての面に作用する真空作用を利用す る必要もない。 即ち、 本発明では、 ただ単に繊維集合体を加圧空気 に随伴させて金型キヤビティ Cの奥部へ押し込めば良いのである。 このようなことは、 金型 （6及び 7 ) が移動する方向から繊維集 合体を充填するのではなく、 金型 （6及び 7 ) の移動方向に直交す る方向から金型キヤビティ Cへ加圧空気流に繊維集合体を随伴させ 充填することによって達成されることも重要な点である。 これによ つて、 金型キヤビティ C内には、 下金型 6及び Z又は上金型 7の移 動を妨げるインジェクターのような充填手段が無くなり、 所望の夕 ィミングで下金型 6及び Z又は上金型 7を自由に上下方向へ移動可 能としているのである。

更に、 本発明の他の大きな特徴は、 異なった奥行き幅を有する金 型キヤビティ Cに対して、 移送配管 3の移送口幅を変化させる移送 口幅の調節装置を成型枠 5に直近の移送配管 3中に設けたことにあ る。 なお、 これに関しては図 4及び図 5を参照して以下に詳細に説 明する。

図 4は、 移送口幅の調節装置 1 3を模式的に示した拡大斜視図で あって、 揺動自在に設けられた間口幅調整板 1 3 bを流体圧シリン ダ一からなる駆動手段 1 3 aによって左右に動かすことで移送配管 3の移送口幅を変化させることができる。 このような装置 1 3を設 けることにより、 図 5 ( a ) 及び （b) に示したように繊維集合体 Fが充填されるにしたがって変化する該金型キヤビティ Cの奥行き 幅の変化に対応させて、 該金型キヤビティ Cへ繊維集合体 Fを移送 する移送配管 3の移送口幅を変化させることができ、 奥行き幅が長 い部分 (C 1 ) の最奥部から選択的に繊隹集合体 Fを空洞の発生も なく充填することができる。 もし、 このような方法を採用せずに、 奥行き幅が長い部分 (C 1 ) にも奥行き幅が短い部分 （C 2 ) にも 均等に繊維集合体を充填しようとしても、 奥行き幅が短い奥部に堆 積する繊維集合体によって、 奥行き幅カ長い奥部へ供給される難 集合体が通過する金型キヤビティ内の通路が徐々に狭められる （図 5 (d)参照） 。

そして、 織維集合体 Fが十分に供給されない部分 （B) 力生じ、 空洞の発生や繊維の充填密度斑を惹起することとなる。 したがつて、 金型キヤビティが異なった奥行き幅を有する場合には、 前記の方法 は、 極めて有効である。 なお、 図 5 ( c ) に示すように繊隹集合体 Fを金型キヤビティ Cの奥行き形状に合わせてベルトコンベア 1上 に載置しておき、 載置した繊維集合体 Fを開繊装置 2へ供給するこ とも、 金型キヤビティ Cへの繊維集合体 Fの充填を斑なく行う上で 好ましい。

ここで、 難集合体 Fの金型キヤビティ Cへの充填に際して、 移 送配管 3が接続される成形枠 5へ入口部に対向して、 通気性を有す る成形枠 5の側部に補助排風機 1 0を設けるにより、 金型キヤビテ ィ C内へ導入されたカロ圧空気を円滑に排風することができる。 そし て、 これにによって、 繊維集合体を金型キヤビティの隅々まで斑な く織維集合体を充填することが好ましい。 このような補助手段 1 0 を併用することは、 金型キヤビティ < カ複雑な形状になるほど効果 的である。 何故ならば、 繊維集合体 Fを随伴し終わって、 その役割 を果たした加圧空気を金型キヤビティ Cから円滑に排出できなけれ ば、 このような加圧空気は、 金型キヤビティ C内で乱れた流れを形 成し、 繊維集合体を堆積させて充填する金型キヤビティの位置を正 確に制御できなくなるからである。 これに対して、 本発明において は、 金型キヤピティじから流出するカロ圧空気の流れを補助排風機 1 0によって金型キヤビティ Cの各部位で任意に制御できるため、 繊 維集合体 Fを意図する金型キヤビティ Cの隅々まで斑なく充填でき るのである。

次に、 以上に述べてきた金型キヤビティ Cへの繊維集合体 Fの充 填が完了し、 所定の嵩高密度に繊維集合体が圧縮されると、 繊維集 合体をクッション構造体へと熱的に転換するプロセスが開始される。

この熱的プロセスは、 繊維集合体中に含まれるバインダー繊維を 溶融させ、 溶融させたバインダ一繊維を結合剤として繊維同士を結 合し、 これによつてクッション構造体を得るためのものであるから、 このプロセス中には、 当然のこととして加熱工程と冷却工程が含ま れる。 ただし、 このプロセスにおいても、 繊隹集合体の有する特性 を考慮することが必要である。 つまり、 繊隹集合体は、 極めて良好 な通気性を有するため、 金型そのものを加熱又は冷却して金型キヤ ビティ内に充填された繊維集合体を間接的に加熱又は冷却するより も、 繊維集合体中へ熱風又は冷却風を貫流させて直接的に加熱又は 冷却することが極めて効果的である。 また、 この方法を採用するこ とで、 繊維集合体を均一に加熱又は冷却できるという効果もある。 ところで、 本発明において顕著な事実は、 上金型の各分割部材に よつて圧縮された繊維集合体のそれぞれ部位の圧縮比率に対応して、 金型キヤビティに充填された繊維集合体の嵩高密度が部分的に異な つていることである。 つまり、 本発明においては、 嵩高密度が咅分 的に異なる繊維集合体へ熱風あるレゝは冷却風を円滑に貫流させるた めには、 通気性金型の通 カ湩要な要素となるのである。 何故な らば、 繊維集合体の嵩高密度が部分的に異なると、 繊佳集合体の中 に気体の流れ易い部分と流れ難い部分が生じるからである。 もし、 このような事態が生じると、 繊維集合体に加熱斑あるいは冷却斑が 生じ、 均一な品質のクッション構造体を得ること力^!しいのである。 そこで、 前記の問題を解決するために、 従来の通気性金型には、 金型のどの部分を取り出しても、 通気度が同じものが使用されてい た （図 6 ( a) 参照） のに対して、 本発明においては、 金型の通気 度を金型に穿設された孔数の分布密度及ぴン又は孔径の大小によつ て制御することを行っている （図 6 (b) 参照） 。

つまり、 繊維集合体 Fの圧縮比率カ汰きい部分に対応する金型部 分には、 気体が通過し易いように金型に穿設する孔数の分布密度を 高くしたり、 孔径を大きくし、 これに対して圧縮比率が小さい部分 の金型には、 気体が通過し易いように孔数の分布密度を低くしたり、 ？し径を小さくしているのである。 これによつて、 気体力通過し難い 部分には、 気体力汁分供給され 気体力 ¾i剰うに通過する部分には、 気体の供給カ淛限されることとなり、 熱風あるいは冷却風が繊維集 合体中を均等に通過し易くしている。 このような通気性を有する金 型としては、 金属製の薄板に多数の孔を穿設し、 該薄板を目的とす るクッション構造体の表面形状に合わせて板金加工したものが好ま しく用いられる。 また、 このような通気性金型の材料としては、 金 属製のパンチングプレート、 金網、 多孔性の金属焼結体等の通気性 を有する部材を好適に使用でき、 更には、 これらのものを複数個組 合わせて使用してもよい。

なお、 熱風は通気性を有する下金型 6、 金型キヤビティ Cに充填 された繊維集合体 F、 及び上金型 7をこの順で貫流するように、 熱 風発生装置 1 1によって供給される。 ここで、 該熱風発生装置 1 1 は、 所定の温度に気体を加熱するとともに、 加熱した空気を送風す るための機能も合わせ持っている。 このとき、 排風機 9を同時に運 転し、 これによつて織維集合体の上下から繊維集合体中を管流する 熱風の風量を増大させるようにしてもよい。 したがって、 熱風発生 装置 1 1及び Z又は排風機 9を使用することで、 通気性金型 （6及 び 7 ) を介して繊維集合体 F中に加熱風を貫流させることができ、 織維集合体 Fに含まれるバインダ一繊維を溶融させ、 溶融したバイ ンダー繊維を結合剤として、 繊維集合体 Fを構成する繊維同士をそ の交差部において互いに結合することができるのである。

ここで、 繊維集合体中を貫流させる熱風は、 その初期において、 下金型 6、 上金型 7、 成形枠 5、 繊維集合体 F等を加熱することで 多大の熱量を必要とする。 このため、 繊維集合体 Fをクッション構 造体 2 0へと転化する熱的プロセスにおいては、 加熱工程の初期段 階にぉレゝて繊維集合体 F中へ多量の熱風及び Z又は高温の熱風を貫 流させることが好ましい。 これは、 熱風発生装置 1 1と排風機 9と を同時に運転することによって可能となる。 また、 熱風温度として は、 初期段階においては、 マトリックス繊維の溶融温度よりも高く できるが、 これはあくまでもマトリックス繊維の温度が溶融温度に 達しないことが前提であることはいうまでもない。 したがって、 マ トリックス難が溶融する温度に達する前に、 余裕を見込んで熱風 温度をマトリックス 維の溶 ι¾温度よりも低く、 バインダー 維の 溶融温度よりも高い温度へ切り替える必要がある。

また、 この加熱工程の初期段階においては、 繊維集合体中に含ま れるマトリックス繊維は室温状態にあるため、 その溶融温度に達す るまでの昇温時間が必要となるため、 例えマトリックス繊睢の溶融 温度より高い温度の熱風を繊維集合体中へ送り込んでも、 マトリツ クス繊維が溶融してしまうという事態は生じない。 このため、 加熱 工程の初期段階においては、 マトリックス繊維の溶融温度より高い 温度の熱風を繊維集合体中へ送り込むようにしてもよい。 ただし、 加熱工程の終了段階に近くなるまで、 このような高温の熱風を供給 し続けると、 マトリックス繊維自体を溶融させてしまう。 このため、 通常は、 マトリックス繊維の温度力溶融温度に近づくと、 繊維集合 体中を通過する熱風の温度をバインダ一繊維の融点以上であつて、 マトリックス繊維の融点未満の温度にまで低下させること、 及び Z 又は、 供給する熱風量も減少させることを多段階に行うことによつ て、 クッション構造体への転化時間を短縮するのである。 なお、 このような多段階に渡る熱風の風量及び Z又は温度の切り 換えは、 金型、 繊維集合体等を昇温するためのの熱容量を設計段階 で見積もることで、 ある程度の予測は可能である。 しかしながら、 最終的には実際に繊維集合体を金型キヤビティへ充填した状態で実 験を行い、 これによつて ¾Εな熱処理状態を決定することも重要で ある。 また、 この加熱工程において、 成形枠 5に加熱ヒータ一を取 り付け、 該成形枠 5を所望の温度に昇温するようにしておいてもよ い。

以上に述べた加熱工程においては、 金型キヤビティ Cに充填され た織維集合体 Fの加熱及び Ζ又は後述する冷却工程中、 或いは加熱 工程完了後において、 下金型 6及び Ζ又は上金型 7を少なくとも一 回以上移動することにより、 最終的にクッション構造体として得ら れる形状にまで繊維集合体を圧縮し （図 8の圧縮状態） 、 これによ つて、 加熱及び Ζ又は冷却工程における繊維集合体 Fの熱収縮を吸 収することが好ましい。 したがって、 加熱工程が始まる前の繊維集 合体の圧縮は、 この加熱及ぴン又は冷却工程での圧縮量を見込んで 予め圧縮しろを設定しておく必要がある （図 7の圧縮状態） 。 これ は、 カロ熱工程において、 繊維集合体力 S加熱によって熱収縮し、 これ によって、 所望のクッション構造体の形状力得られないために行う ものである。 また、 冷却工程において、 ノ インダ一繊維の固化が完 了しない状態にあって、 バインダ一繊維の繊維同士の結合力力什分 でなく、 圧縮された繊維構造体が加熱によつて弱められた弾性を回 復し、 スプリングバックして膨張するのを防止するためにも行われ る。

金型キヤビティ C内に充填された繊維集合体 Fの加熱工程力完了 すると、 直ちに冷却工程が始まる。 この冷却工程は、 繊維集合体中 の織維同士を結合するバインダー繊維の溶融状態を固化状態に戻す ために行われる。 このバインダー繊維を固化させる冷却工程におい ては、 排風機 9によって、 上金型 7の上方より金型キヤビティの下 方より上方へと冷却風を発生させ、 加熱された繊隹集合体中に冷却 風を貫流させることが肝要である。 何故ならば、 これによつて熱的 プロセスが完了してクッション構造体 2 0へと転化した繊維集合体 Fは、 冷却風の風圧により繊維集合体 Fを下方から支えることがで き、 繊維集合体 Fを上金型 7に吸着させることができるからである。 ここで、 冷却風の温度としては、 4 0 °C以下の温度とすることが好 ましく、 この温度は、 可能な限り低温とする程、 纖集合体 Fの冷 却効率は上昇する。 しかしながら、 余りにも温度が低い冷却風を安 価に得ることは、 困難であるため、 通常は、 室温状態にある空気を 冷却風として利用すること力多い。

このように繊維集合体を上金型 7に吸着させた状態を維持し、 下 金型 6をァクチユエ一夕 8 aによって下方へ移動させた後、 冷却風 の流れを止める （排風機 9の運転を停止、 又は排風機に接続管路を 遮断する） 。 この一連のプロセスによって、 冷却が完了したクッシ ヨン構造体 2 0は、 上金型 7に吸着させる力の源である冷却風によ る風圧がなくなり、 重力の作用によつて下方へ落下するのである。 なお、 この冷却工程において、 クッション構造体 2 0は、 上金型 7に粘着し易いため、 冷却風の停止のみでは、 粘着力が重力力勝つ てクッション構造体 2 0が上金型 7に粘着して落下しないという事 態が生ずることもある。 このため、 図 9に示すように、 冷却風の流 れを停止させた後、 圧縮空気吹付けノズル 1 4から供給される圧縮 空気をクッション構造体 2 0に上金型 7の上方から吹き付ける。 こ のようにすれば、 圧縮空気の作用により、 上金型 7へ粘着したクッ ション構造体 2 0を上金型 7から容易に離脱させることがてきるの である。 また、 上金型 7の分割された部材群 （7 a〜7 c ) 中の一 部の部材を上方及び Z又は下方へ移動させ、 クッション構造体 2 0 を上金型 7から離脱させることも好ましい態様である。

このようにして、 下方へ落下したクッション構造体 2 0は、 図 9 に示すように、 その下方へ出没自在に設けられたトレイ 1 5上に受 け取られ、 該卜レイ 1 5によってクッション構造体の製造装置から 取り出されるのである。

Claims

請求の範囲

. 合成繊維の短繊維からなるマトリックス繊維中に、

繊維が分散 '混入された繊維集合体を通気性を有する金型キヤビテ ィへ充填し、次いで、充填された繊維集合体中にバインダー繊維の 融点以上であって、マトリックス繊維の融点より低い温度の熱風を 金型キヤビティへ貫流させてバインダ一繊維とマトリックス繊維 とをその交差部において融着させ、その後、冷却風を融着された繊 維集合体中を貫流させ、 これによつて、繊維集合体をクッション構 造体へと熱成形して金型キヤビティから取り出す、クッション構造 体の製造方法において、下記の a〜 dの処理手順で繊維集合体を熱 成形することを特徴とするクッション構造体の製造方法。

a .所定量の該繊維集合体を開繊装置へ供給して、該, 維集合体を 開織し、

b .天井部と底部とが開放されかつ金型の側部を形成する固設され た成形枠、該成形枠の開放された底部を閉塞しかつ上下動可能 の下金型、 及び、 該成形枠の開放された天井部を閉塞しかつ上 下方向にそれぞれ独立して移動可能な複数個の部材に分割さ れた上金型とによって形成され、 かつ、 所望の形状を有するク ッション構造体の容積よりも大きな容積を有する金型キヤビ ティへ前記の開繊された所定量の繊維集合体を移送配管を介 して加圧空気に随伴させて押し込み充填し、

c複数個の部材に分割された上金型を下方向へ移動して、金型キ ャビティ内に充填された繊維集合体が所望の密度となるまで 圧縮し、 そして

d バインダ一繊維の融点以上であって、マトリックス繊維の融点 より小さレ ^温度を持つ熱風を圧縮された繊維集合体中を通過 させて、バインダ一繊維とマ卜リックス繊維とをその交差部に おいて融着させること。

2.マトリックス繊維が非弾性ポリエチレンテレフ夕レート系捲縮 短繊維である、請求の範囲第 1項記載のクッション構造体の製造 方法。

3.バインダー繊維がマトリックス繊維より 4 0 °C以上低い融点を 有する熱可塑性エラストマ一と、非弾性ポリエステルとからなる 複合短繊維からなり、 その際、 該複合短縦維の難表面には、 該 熱可塑性エラストマ一が繊維表面積の 1 / 2以上露出している、 請求の範囲第 1項記載のクッション構造体の製造方法。

4.開繊装置で開繊された繊維集合体を移送配管の途中から吹き込 まれる力 Π圧空気、 及び Z又は開織機の円筒の回転に伴う随伴気流 に随伴させて金型キヤビティへ移送し、 その際

移送配管の途中にはインペラを有する送風機を直接設けないよ うにした、 請求の範囲第 1項記載のクッション構造体の製造方法。

5.加圧空気による繊維集合体の充填が部分的に完了した金型キヤ ビティの各部位に応じて、複数個の部材に分割された上金型の各 部材が独立かつ時系列的に下方へ移動させられ、 これによつて、 金型キヤビティに充填された繊維集合体の金型キヤビティ内で の容積を順次減少させる、請求の範囲第 1項記載のクッション構 造体の製造方法。

6.複数個の部材に分割された上金型の各部材がそれぞれ独立に下 方へ移動することにより、金型キヤビティに充填された繊維集合 体が分割された上金型の各部材のそれぞれの移動量に対応した 密度に圧縮され、 これによつて、 得られるクッション構造体の各 部の嵩高密度が制御される、請求の範囲第 1項記載のクッシヨン 構造体の製造方法。

7.金型キヤビティへの繊維集合体の充填が完了した後、 上金型及び Z下金型から繊維集合体を介して空気を吸引し、 これによつて、 繊維集合体が形成する堆積面を上金型及び Z下金型の表面形状 に部分的に沿わせる、 請求の範囲第 1項、 第 4項、 第 5項又は第 6項記載のクッション構造体の製造方法。

8.金型キヤビティに充填された難集合体を加熱する前に、 上金型 を上下に繰り返し移動させることによって、纖隹集合体に繰り返 し圧縮を行う、請求の範囲第 1項記載のクッション構造体の製造 方法。

9.異なった奥行き幅を有する金型キヤビティに対して、繊維集合体 が充填されるにしたがって変化する該金型キヤビティの奥行き 幅の変化に対応させて、該金型キヤビティへ繊維集合体を移送す る移送配管の移送口幅を変化させる、請求の範囲第 1項記載のク ッシヨン構造体の製造方法。

1 0.上金型及び下金型が移動する方向に対して直交する方向へ流 れる空気流に随伴させ、織維集合体を金型キヤビティ内に充填す る、 請求の範囲第 1項記載のクッション構造体の製造方法。

1 1.金型キヤビティの外部に設けられた排風装置により、 繊維集合 体を移送する加圧空気を金型キヤビティから円滑に排風する、請 求の範囲第 1項記載のクッション構造体の製造方法。

1 2.繊維集合体中を通過する熱風及び Z又は冷却風の繊維集合体 の各部位の貫流抵抗に対応して、 金型の通気度を部分的に変える、 請求の範囲第 1項記載のクッション構造体の製造方法。

1 3.金型の通気度を金型に穿設された孔数の分布密度及び Z又は 孔径の大小によって制御する、請求の範囲第 1項記載のクッショ ン構造体の製造方法。

1 4.金型キヤビティに充填された繊維集合体の加熱及び Z又は冷 却工程中、 或いは加熱工程完了後において、 上金型及び Z又は下 金型を少なくとも一回以上移動することにより、最終的にクッシ ョン構造体として得られる形状にまで繊維集合体を圧縮し、 これ によって、加熱及び Z又は冷却工程における繊維集合体の熱収縮 を吸収する、請求の範囲第 1項記載のクッション構造体の製造方 法。

5.金型キヤビティ内に充填された繊維集合体をクッション構造 体へ転化するための加熱工程において、繊維集合体中を貫流させ る熱風の風量及び Z又は温度を多段階に切り替える、請求の範囲 第 1項記載のクッション構造体の製造方法。

6.繊維集合体の下方より上方へと加熱された繊維集合体中に冷 却風を貫流させ、該冷却風の風圧により繊維集合体を上金型に吸 着させつつ、 下金型を下方へ移動させた後、 冷却風の流れを止め て、冷却が完了したクッション構造体を重力の作用によって下方 へ落下させて該クッション構造体を金型キヤビティから取り出 す、 請求の範囲第 1項記載のクッション構造体の製造方法。 7.冷却風の流れを停止させた後、 上金型の上方から圧縮空気をク ッション構造体に吹き付ける請求の範囲第 1項記載のクッショ ン構造体の製造方法。

8.冷却風の温度が 4 0 °C以下である、 請求の範囲第 1項、 第 1 6 項又は第 1 7項記載のクッション構造体の製造方法。

9.少なくとも下記の a〜 hの要素を含む、 合成,繊維の短繊維から なるマトリックス繊維中にバインダー繊維が分散 ·混入された繊 維集合体を熱成形するクッション構造体の製造装置。

a. 繊維集合体を開繊するための開繊装置、

b. 底部と天井部とが開放された、 金型の側部を構成する固設さ れた成形枠、

c 該成形枠の開放された底部へ移動して成形枠の底部を閉鎖す る通気性を有する下金型、

d. 該成形枠の開放された天井部へ移動して該成形枠の天井部を 閉鎖し、 かつ上下方向にそれぞれ独立して移動可能な複数個 の部材に分割された通気性を有する上金型、

e. 前記の成形枠、 下金型、 及び上金型で構成される金型キヤビ ティへ開繊装置で開繊された繊維集合体を移送するための移 送配管、 f. 該移送配管に開口する空気供給配管から該移送配管へ加圧空 気を供給する加圧空気供給装置、

g. 通気性を有する上金型、 金型キヤビティに充填された繊維集 合体、 及び下金型を貫流する熱風の発生装置、 及び

h. 該熱風発生装置で加熱された金型キヤビティに充填された繊 維集合体を冷却するための通気性を有する下金型、 金型キヤ ビティに充填された繊維集合体、 及び上金型をこの純で貫流 する冷却風の発生装置。

0.分割された上金型の各部材が圧縮する繊維集合体の各圧縮度 合に応じて、穿孔する孔数の分布密度及び Z又は孔径の大小を変 えた上金型と下金型とを有する、請求の範囲第 1 9項記載のクッ シヨン構造体の製造装置。

1.繊維集合体が充填されるに従って変化する金型キヤビティの 奥行き幅の変化に対応させて、 該金型キヤビティへ繊維集合体を 移送する移送配管の移送口幅を変化させる移送口幅の調節装置 を含む、 請求の範囲第 1 8項記載のクッション構造体の製造装置。 2.冷却風の発生装置が繊維集合体の下方より上方へ繊維集合体 中を貫流する冷却風を発生させる装置である、請求の範囲第 1 9 項記載のクッション構造体の製造装置。

3.金型キヤビティの一部を形成する成形枠の通気性を有する側 部に取り付けられ、 かつ加圧空気供給装置から供給された加圧空 気を金型キヤビティ内から排風する補助排風機を含む、請求の範 囲第 1 9項記載のクッション構造体の製造装置。

4.移送配管が接続される成形枠の開口部に対向する成形枠の外 咅 [^こ補助排風機を設けた、請求の範囲第 2 5項記載のクッション 構造体の製造装置。

5.複数個の部材に分割された上金型及び T金型を上下に移動さ せる手段が流体圧力で作動するァクチユエ一夕であって、該ァク チユエ一夕は、 繊維集合体を複数段階に圧縮するために、 複数個 の部材に分割された上金型の各部材及び z又は下金型の移動位 置をそれぞれの位置に位置決め制御する位置決め装置が付設さ れている、請求の範囲第 1 9項記載のクッション構造体の製造装 置。

6.金型キヤビティへの充填が完了した繊維集合体を介して下金 型から空気を吸引するための空気吸引装置を付設した、請求の範 囲第 1 9項記載のクッション構造体の製造装置。

7.上金型の上方から圧縮空気をクッション構造体に向かって吹 き付ける複数個の圧縮空気吹き付けノズルを含む、請求の範囲第 1 9項記載のクッション構造体の製造装置。

8.下金型を下降させた後、 落下するクッション構造体を受け取る、 金型キヤビティの直下に出没自在のトレイを設けた、請求の範 a 第 1 9項記載のクッション構造体の製造装置。