特開 2024-104852 繊維含有積層成形体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024104852

(43)【公開日】2024-08-06

(54)【発明の名称】繊維含有積層成形体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B27N 3/04 20060101AFI20240730BHJP

【ＦＩ】

B27N3/04 C

B27N3/04 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023009242

(22)【出願日】2023-01-25

(71)【出願人】

【識別番号】000241500

【氏名又は名称】トヨタ紡織株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000139780

【氏名又は名称】株式会社イトーキ

(74)【代理人】

【識別番号】110001036

【氏名又は名称】弁理士法人暁合同特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】林 勇介

(72)【発明者】

【氏名】川尻 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】山本 洋平

(72)【発明者】

【氏名】小島 勇

【テーマコード（参考）】

2B260

【Ｆターム（参考）】

2B260AA20

2B260BA07

2B260BA15

2B260CB04

2B260CC03

2B260CD06

2B260CD09

2B260DA07

2B260EA04

2B260EC01

2B260EC05

(57)【要約】      （修正有）

【課題】層間の隙間が発生し難く、生産性に優れ、製造コストを低減可能な繊維含有積層成形体の製造方法を提供する。
【解決手段】植物繊維が熱可塑性樹脂により結着されてなる複数枚のプレボードを熱可塑性樹脂が溶融する温度以上の温度に加熱する加熱工程と、熱可塑性樹脂が溶融する温度以上に加熱された複数枚のプレボードを成形型４０の間に積層させた状態で配置し、成形型４０によりプレス成形を行うプレス成形工程と、を含む繊維含有積層成形体１１の製造方法。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

植物繊維が熱可塑性樹脂により結着されてなる複数枚のプレボードを前記熱可塑性樹脂が溶融する温度以上の温度に加熱する加熱工程と、
前記熱可塑性樹脂が溶融する温度以上に加熱された複数枚の前記プレボードを一対の成形型の間に積層させた状態で配置し、前記一対の成形型によりプレス成形を行うプレス成形工程と、を含む繊維含有積層成形体の製造方法。

【請求項2】

前記加熱工程において、複数枚の前記プレボードを積層されていない個別状態で加熱し、その後、前記熱可塑性樹脂が溶融する温度以上に加熱された状態で積層する積層工程が実施される請求項１に記載の繊維含有積層成形体の製造方法。

【請求項3】

前記プレス成形工程において加熱を行わないコールドプレス成形が実施される請求項１または請求項２に記載の繊維含有積層成形体の製造方法。

【請求項4】

前記プレス成形工程において、複数枚の前記プレボードは隣り合う前記プレボードと前記プレボード中に含まれる前記熱可塑性樹脂により互いに融着される請求項１または請求項２に記載の繊維含有積層成形体の製造方法。

【請求項5】

当該繊維含有積層成形体は、少なくとも座面部を備える椅子であり、
前記プレボード中に含まれる前記植物繊維は、前記プレボードの板面に沿う一方向に配向される配向性を有しており、
複数枚の前記プレボードは、当該プレボード中に含まれる前記植物繊維の配向方向が揃う方向に積層されるとともに、前記プレス成形工程において前記配向方向と交差する方向に屈曲される請求項１または請求項２に記載の繊維含有積層成形体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に開示される技術は、繊維含有積層成形体の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

木質材料の積層体からなる製品の生産性を向上させ、かつ生産コストを抑える技術が種々検討されている。例えば特許文献１には、多層の薄い木の切れを糊で結合してなる複合板に対し、高周波プレス用の上下成形型により圧力を加えて、製品のプレス成形を行う技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実開平６－１２００７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで近年、植物繊維が熱可塑性樹脂により結着されてなる植物繊維含有ボードが多く使用されている。植物繊維とは、植物由来の繊維材料のことであり、具体的には、ケナフ繊維、ジュート繊維等が挙げられる。このような植物繊維含有ボードは軽量であり、且つ、天然繊維を使用することにより地球環境にとって有効なものとなっている。

【0005】

しかし、このような植物繊維含有ボードを複数枚積層させてなる木質積層体に対して高周波プレスにより曲げ加工を行う場合、屈曲部において隣り合うボード間に隙間が発生する場合がある。特に屈曲角度が直角に近い程度に大きく曲げる場合に、隙間が発生し易い懸念がある。また、屈曲部に割れが発生し、製品強度や耐久性が低下したり、見映えに問題が発生する虞がある。これは、植物繊維含有ボードが硬く、製品形状に追従し難いためである。

【0006】

本明細書に開示される技術は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、層間の隙間が発生し難く、生産性に優れ、製造コストを低減可能な繊維含有積層成形体の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本明細書に開示される技術は、植物繊維が熱可塑性樹脂により結着されてなる複数枚のプレボードを前記熱可塑性樹脂が溶融する温度以上の温度に加熱する加熱工程と、前記熱可塑性樹脂が溶融する温度以上に加熱された複数枚の前記プレボードを一対の成形型の間に積層させた状態で配置し、前記一対の成形型によりプレス成形を行うプレス成形工程と、を含む繊維含有積層成形体の製造方法である。

【0008】

上記製造方法によれば、硬くて変形し難いプレボードが、熱可塑性樹脂が溶融する温度以上の温度に加熱されることにより柔らかくなるため、繊維含有積層成形体が大きく屈曲された部位を有する場合でも、成形型に追従し易くなる。従って、製造される繊維含有積層成形体においては、屈曲部の層間に隙間が発生し難いものとなる。また、屈曲部に割れも生じ難く、もって、製品強度や耐久性が低下したり、見映えが低下することも抑制することができる。さらに、従来のように高周波を利用してプレス成形する方法と比較して、時間がかからず生産性に優れるとともに、高周波用の設備が不要で成形型を簡素化することができるため、製造コストを低減することができる。

【0009】

前記加熱工程において、複数枚の前記プレボードを積層されていない個別状態で加熱し、その後、前記熱可塑性樹脂が溶融する温度以上に加熱された状態で積層する積層工程が実施されてもよい。

【0010】

上記製造方法によれば、複数枚のプレボードを積層した積層状態で加熱を行う構成と比較して、短時間で各プレボードを均一な温度に加熱することができる。

【0011】

前記プレス成形工程において加熱を行わないコールドプレス成形が実施されてもよい。このような製造方法によれば、成形型において加熱を行う方法と比較して、成形された繊維含有積層成形体を短時間で冷却することができる。

【0012】

前記プレス成形工程において、複数枚の前記プレボードは隣り合う前記プレボードと前記プレボード中に含まれる前記熱可塑性樹脂により互いに融着されてもよい。

【0013】

上記製造方法によれば、層間に別途の接着剤が不要となり、生産性が向上するとともに、製造コストを低減することができる。

【0014】

当該繊維含有積層成形体は、少なくとも座面部を備える椅子であり、前記プレボード中に含まれる前記植物繊維は、前記プレボードの板面に沿う一方向に配向される配向性を有しており、複数枚の前記プレボードは、当該プレボード中に含まれる前記植物繊維の配向方向が揃う方向に積層されるとともに、前記プレス成形工程において前記配向方向と交差する方向に屈曲されてもよい。このような製造方法によれば、脆弱になり易い屈曲部の強度を高めることができる。

【発明の効果】

【0015】

本明細書に開示される技術によれば、層間の隙間が発生し難く、生産性に優れ、製造コストを低減可能な繊維含有積層成形体の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】一実施形態の椅子を示す斜視図

【図2】繊維マット形成工程を示す繊維マット製造装置の模式図

【図3】繊維マットの平面図

【図4】プレボード形成工程を示す断面図

【図5】加熱工程を示す模式図

【図6】積層工程を示す積層体の断面図

【図7】本体部成形工程を示す断面図（成形型が開いた状態）

【図8】本体部成形工程を示す断面図（成形型が閉じた状態）

【図9】本体部の断面図

【図10】他の実施形態の積層体の断面図

【発明を実施するための形態】

【0017】

一実施形態を図１から図９によって説明する。本実施形態では、繊維含有積層成形体の一例として、ケナフボードを利用した椅子１０の製造方法について例示する。この椅子１０は、図１に示すように、着座者が着座する座面部１２と、座面部１２から略Ｌ字形状に略直角に屈曲されて立ち上がり、着座者の背を支持する背もたれ部１３とを備えている。座面部１２と背もたれ部１３とは、複数の層を積層させてなる１枚の板材（積層体）を屈曲部１４により屈曲させることで構成されており、以下、座面部１２と背もたれ部１３とを合わせて本体部（繊維含有積層成形体の一例）１１として説明する。座面部１２の裏面には、略Ｕ字型に屈曲された２本のパイプが固定されており、これらのパイプの両端部により、この椅子１０の４本の脚部１５が構成されている。

【0018】

本体部１１は、植物繊維及び熱可塑性樹脂を含むものとされる。本体部１１に含まれる植物繊維としては、例えば、ケナフ、ジュート麻、マニラ麻、サイザル麻、雁皮、三椏、楮、バナナ、パイナップル、ココヤシ、トウモロコシ、サトウキビ、バガス、ヤシ、パピルス、葦、エスパルト、サバイグラス、麦、稲、竹、各種針葉樹（スギ及びヒノキ等）、広葉樹及び綿花等の各種植物体から得られた繊維が挙げられ、この中でも、ケナフ繊維が好ましい。また、本体部１１において、植物繊維は、バインダーとしての熱可塑性樹脂により結着されている。本体部１１に用いられるバインダーとしての熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリエステル系樹脂を例示することができる。本実施形態の本体部１１は、当該本体部１１が有する表面の風合いを生かしたものとされている。

【0019】

次に本体部１１の製造方法の一例について説明する。本実施形態の本体部１１の製造方法は、植物繊維と熱可塑性樹脂繊維とからなる繊維マット１１Ｍを形成する繊維マット形成工程と、繊維マット１１Ｍを加熱プレスしてプレボード１１Ｐを形成するプレボード形成工程と、プレボード１１Ｐを加熱する加熱工程と、複数枚のプレボード１１Ｐを積層する積層工程と、積層させた複数枚のプレボードをプレス成形して本体部１１を成形する本体部成形工程（プレス成形工程の一例）と、を順に実行するものである。

【0020】

＜繊維マット形成工程＞
まず、本体部１１を構成するための植物繊維（ケナフ繊維）および熱可塑性樹脂繊維（ポリプロピレンの繊維）をマット状に積層して、椅子１０の本体部１１の基となる繊維マット１１Ｍを形成する。繊維マット１１Ｍは、繊維マット製造装置２０を用いて製造される。

【0021】

繊維マット製造装置２０は、図２に示すように、繊維供給部２１と、フィードコンベア２２と、開繊シリンダ２３と、ブロア部２６と、コンベア２７と、吸引装置２８と、交絡装置２９と、カッター３０と、を備えて構成されている。

【0022】

繊維供給部２１に投入され、混合状態とされた繊維（混合繊維５０）は、フィードコンベア２２によって開繊シリンダ２３に供給される。開繊シリンダ２３は、円筒状をなすシリンダ本体２３Ａの表面（外周面）に複数の突起部２３Ｂを備えてなり、中心軸Ｌ１を中心として、図２中時計回りに回転する。回転する開繊シリンダ２３は、フィードコンベア２２から送られた混合繊維５０を、突起部２３Ｂで引っ掻くようにして開繊することが可能となっている。また、開繊シリンダ２３が回転することで、混合繊維５０は、開繊シリンダ２３の表面（突起部２３Ｂ）に引っ掛けられることで上方に搬送され、その後、開繊シリンダ２３の回転による遠心力によって、空中に放出される。なお、図２において開繊シリンダ２３の回転方向を矢線Ａ１で示す。

【0023】

開繊シリンダ２３の外周には、ストリッパーローラ２４及びウォーカローラ２５が設けられており、それらの各表面にも複数の突起部が形成されている。ウォーカローラ２５は、開繊シリンダ２３との間に混合繊維５０を通過させることで、その混合繊維５０に対して開繊処理を施す機能を有しており、ストリッパーローラ２４は、ウォーカローラ２５の表面に付着した混合繊維５０を剥離する機能を有している。

【0024】

開繊シリンダ２３の下流側にはブロア部２６が配されており、開繊シリンダ２３に向けて空気を吹き付けるようになっている。開繊された混合繊維５０は、ブロア部２６から吹き付けられた空気によって飛散し、コンベア２７上に落下する。

【0025】

コンベア２７は網目状をなすメッシュコンベアとされ、その上面２７Ａに混合繊維５０を堆積させることが可能である。コンベア２７の下方には吸引装置２８が配されており、空気を吸引することで、混合繊維５０をコンベア２７の上面２７Ａに吸引可能とされている。コンベア２７は、上面２７Ａに混合繊維５０を堆積させつつ混合繊維５０の層を図２の右側に搬送する。なお、コンベア２７による混合繊維５０の搬送方向を矢線Ａ２で示す。そして、例えばニードルパンチ等の交絡装置２９で繊維同士を交絡させることで、繊維マット１１Ｍを形成する。繊維マット１１Ｍは、カッター３０により裁断され、所定の寸法とされる。

【0026】

繊維マット１１Ｍにおける各繊維（混合繊維５０）の配向方向は、その製法上、概ね所定の方向に揃えられている。具体的には、繊維マット１１Ｍにおける混合繊維５０の配向方向は、繊維マット製造装置２０における繊維マット１１Ｍの搬送方向（図２の左右方向）に概ね沿うものとされる。

【0027】

図３は繊維マット１１Ｍの平面図であって、図中略左右方に延びる多数の線は、繊維マット１１Ｍ中の混合繊維５０を模式的に表している。なお、各繊維は、その一部が繊維マット１１Ｍの厚み方向に交絡しているが、平面視において概ね一方向（図３の左右方向）に配向しているとみなすこととする。なお、図３中の破線は、屈曲部１４となる部分を示している。

【0028】

＜プレボード形成工程＞
プレボード形成工程では、図４に示すように、繊維マット形成工程により形成された繊維マット１１Ｍを、一対の平坦なプレス型３１，３２によって加熱プレスする。加熱プレスの後、繊維マット１１Ｍに含まれる熱可塑性樹脂が冷却固化することで、プレボード１１Ｐが形成される。

【0029】

＜加熱工程＞
次に、複数のプレボード１１Ｐを図５に示すようにヒーター３５によって加熱する。複数のプレボード１１Ｐは、同図に示すように、個別の状態（積層されていない状態）で加熱される。プレボード１１Ｐを加熱する温度は、当該プレボード１１Ｐに含まれている熱可塑性樹脂が溶融する温度以上とされる。例えば、プレボード１１Ｐに含まれる熱可塑性樹脂がポリプロピレンである場合には、ポリプロピレンの融点は１６０℃～１７０℃であるため、プレボード１１Ｐをこれ以上の温度（例えば２２０℃）に加熱する。

【0030】

＜積層工程＞
次に、プレボード１１Ｐに含まれている熱可塑性樹脂が溶融する温度以上に加熱された状態の複数枚のプレボード１１Ｐを積層する（図６参照）。この時、各プレボード１１Ｐ中の植物繊維は上述したように配向性を有しているため、各プレボード１１Ｐ中の植物繊維の配向方向が同方向となるように複数枚のプレボード１１Ｐを積層する。本実施形態では、厚さ２．５ｍｍとされたプレボード１１Ｐを４枚積層した積層体１１Ｓとする。

【0031】

＜本体部成形工程＞
次に、図７に示す成形型４０を用いて、複数枚のプレボード１１Ｐを積層させた積層体１１Ｓをプレス成形する。本体部成形工程においては、まず、加熱された積層体１１Ｓ（積層状態の複数のプレボード１１Ｐ）を成形型４０の開状態にある上型４１と下型４２との間に配置し（図７参照）、上型４１及び下型４２を型閉じする（図８参照）。この時、成形型４０は加熱されない、所謂、コールドプレス成形とされる。

【0032】

上型４１は、図示しない駆動装置（例えば、電動モータ、エアシリンダ、油圧シリンダなど）によって、下型４２（固定型）に対して移動が可能な可動型とされる。上型４１を下型４２に対して接近離間させることで上型４１及び下型４２の型閉じ及び型開きが可能な構成となっている。

【0033】

下型４２は、上型４１との対向面である成形面４２Ａが上型４１に向かって山型に突き出す形状をなしている。成形面４２Ａの山型の頂部４２Ｔの角度は、直角あるいは直角よりやや大きい角度とされている。また、上型４１は、下型４２との対向面である成形面４１Ａが、下型４２の形状に対応して谷型に凹む形状をなしている。なお、上型４１と下型４２との間に加熱された状態の積層体１１Ｓを配置する際には、積層体１１Ｓ中の植物繊維の配向方向が、下型４２の山型の頂部４２Ｔの延び方向（図７の紙面に垂直な方向）と交差する方向（図７の左右方向）に配置される向きとする。

【0034】

上型４１は、図８に示すように、上型４１及び下型４２が型閉じされた閉状態では、下型４２に対して、本体部１１の板厚に等しい距離だけ離間して対向配置される。つまり、閉状態では上型４１と下型４２との間には本体部１１を成形するための本体部成形空間Ｓ１が形成される。これにより、上型４１及び下型４２で積層体１１Ｓ（プレボード１１Ｐ）をプレスすると、積層体１１Ｓが本体部成形空間Ｓ１の形状に対応する形に圧縮され、本体部１１が成形される構成となっている。なお、本体部１１の板厚、すなわち、閉状態における上型４１および下型４２の離間距離は、積層体１１Ｓの板厚よりも小さいものとされる。

【0035】

またこの時、各プレボード１１Ｐに含まれる熱可塑性樹脂は溶融した状態とされているから、プレス成形に伴ってそれぞれ隣合うプレボード１１Ｐとの接触面において互いの熱可塑性樹脂が混ざり合った状態とされる。

【0036】

その後、溶融された熱可塑性樹脂が冷却されて固化することで、複数のプレボード１１Ｐが一体とされた本体部１１が成形される。十分に冷却された後、上型４１及び下型４２を開き、本体部１１を脱型する（図９参照）。その後、必要に応じて、端部をカットあるいは研磨する。

【0037】

このようにして製造された椅子１０の本体部１１は、座面部１２から背もたれ部１３が立ち上がる屈曲部１４において、植物繊維の配向方向が屈曲部１４の延び方向と交差する方向とされており、屈曲部１４の強度が高い構成とされている。

【0038】

次に、作用効果について説明する。本実施形態の椅子１０の製造方法は、植物繊維が熱可塑性樹脂により結着されてなる複数枚のプレボード１１Ｐを熱可塑性樹脂が溶融する温度以上の温度に加熱する加熱工程と、熱可塑性樹脂が溶融する温度以上に加熱された複数枚のプレボード１１Ｐを一対の成形型４０の間に積層させた状態で配置し、一対の成形型４０によりプレス成形を行う本体部成形工程と、を含む。

【0039】

上記製造方法によれば、硬くて変形し難いプレボード１１Ｐ（積層体１１Ｓ）が、熱可塑性樹脂が溶融する温度以上の温度に加熱されることにより柔らかくなるため、本体部１１が大きく屈曲された屈曲部１４を有する場合でも、成形型４０に追従し易くなる。従って、製造される本体部１１においては、屈曲部１４の層間に隙間が発生し難いものとなる。また、屈曲部１４に割れも生じ難く、もって、製品強度や耐久性が低下したり、見映えが低下することも抑制することができる。さらに、従来のように高周波を利用してプレス成形する方法と比較して、時間がかからず生産性に優れるとともに、高周波用の設備が不要で成形型を簡素化することができるため、製造コストを低減することができる。

【0040】

加熱工程において、複数枚のプレボード１１Ｐを積層されていない個別状態で加熱し、その後、熱可塑性樹脂が溶融する温度以上に加熱された状態で積層する積層工程が実施される。

【0041】

上記製造方法によれば、複数枚のプレボード１１Ｐを積層した積層状態で加熱を行う構成と比較して、短時間で各プレボード１１Ｐを均一な温度に加熱することができる。

【0042】

また、本体部成形工程において、加熱を行わないコールドプレス成形が実施される。このような製造方法によれば、成形型４０において加熱を行う方法と比較して、成形された本体部１１を短時間で冷却することができる。

【0043】

また、本体部成形工程において、複数枚のプレボード１１Ｐは隣り合うプレボード１１Ｐとプレボード１１Ｐ中に含まれる熱可塑性樹脂により互いに融着される。

【0044】

上記製造方法によれば、層間に別途の接着剤が不要となり、生産性が向上するとともに、製造コストを低減することができる。

【0045】

また、本体部１１は、座面部１２と座面部１２から屈曲部１４により屈曲されて立ち上がる背もたれ部１３とを備える椅子１０の一部であり、プレボード１１Ｐ中に含まれる植物繊維は、プレボード１１Ｐの板面に沿う一方向に配向される配向性を有しており、複数枚のプレボード１１Ｐは、当該プレボード１１Ｐ中に含まれる植物繊維の配向方向が揃う方向に積層されるとともに、本体部成形工程において植物繊維の配向方向と交差する方向に屈曲されている。このような製造方法によれば、脆弱になり易い屈曲部１４の強度を高めることができる。

【0046】

このように、本実施形態によれば、層間の隙間が発生し難く、生産性に優れ、製造コストを低減可能な椅子１０の本体部１１の製造方法を提供することができる。

【0047】

＜他の実施形態＞
本明細書に開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も技術的範囲に含まれる。

【0048】

（１）上記実施形態では、複数枚のプレボード１１Ｐを個別の状態（積層されていない状態）で加熱し、その後積層する形態を示したが、複数枚のプレボードを積層した状態で加熱してもよい。

【0049】

（２）また、複数枚のプレボードを個別の状態で加熱した後、金型内で積層させる形態とすることもできる。

【0050】

（３）上記実施形態では、厚さ２．５ｍｍとされたプレボード１１Ｐを４枚積層する構成を示したが、プレボードの積層枚数は上記実施形態に限るものではなく、適宜変更可能である。例えば、厚さ１ｍｍのプレボード６１Ｐを１０枚積層させる構成とすることもできる（図１０参照）。

【0051】

（４）上記実施形態では、座面部１２と背もたれ部１３とを有する椅子１０について例示したが、背もたれ部を有さず、湾曲した立体座面部を有する椅子についても本明細書に開示の技術を適用することができる。

【0052】

（５）繊維含有積層成形体は、椅子に限らず、車両の室内面を構成するドアトリムや天井等、様々な種類の成形体に適用可能である。

【符号の説明】

【0053】

１０：椅子、１１：本体部（繊維含有積層成形体）、１１Ｐ、６１Ｐ：プレボード、１１Ｓ、６１Ｓ：積層体、１２：座面部、１３：背もたれ部、３５：ヒーター、４０：成形型、４１：上型、４１Ａ：成形面、４２：下型、４２Ａ：成形面、５０：混合繊維

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】