繊維集合体及びその製造方法
【課題】 種々の形状の繊維集合体を簡単な設備で短時間に製造することができる繊維集合体の製造方法、及びその製造方法により製造された安価な繊維集合体を提供する。
【解決手段】 レーザービームの透過性を有する成形型３２内に、繊維を集合させるとともに、バインダを混入させた繊維材料３７を収容する。この状態で、レーザー照射ヘッド４４により、成形型３２の外側から内部の繊維材料３７にレーザービームを照射する。これにより、繊維材料３７のバインダを溶融させて、そのバインダを介して繊維同士をそれらの間に空隙を形成した状態で結合させ、成形型３２にて規制される所定形状のフィルタ等の繊維集合体を形成する。
【解決手段】 レーザービームの透過性を有する成形型３２内に、繊維を集合させるとともに、バインダを混入させた繊維材料３７を収容する。この状態で、レーザー照射ヘッド４４により、成形型３２の外側から内部の繊維材料３７にレーザービームを照射する。これにより、繊維材料３７のバインダを溶融させて、そのバインダを介して繊維同士をそれらの間に空隙を形成した状態で結合させ、成形型３２にて規制される所定形状のフィルタ等の繊維集合体を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、繊維をそれらの間に空隙が形成されるように集合させて構成した例えばフィルタ等に用いられる繊維集合体、及びその繊維集合体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の繊維集合体の製造方法としては、例えば、特許文献１及び特許文献２に開示されるような方法が提案されている。特許文献１の製造方法では、繊維を配合したスラリー中に、ほぼ筒状をなすとともに、小孔を列設した金属製の芯材を配置し、その芯材の中心内側からスラリー吸引することにより、芯材の外周面に繊維を堆積させて、筒状の繊維集合体を成形する。その後、繊維集合体を芯材とともにスラリー中から取り出して脱水乾燥させ、その繊維集合体に熱融着性樹脂等の接着剤（バインダ）を含浸させる。そして、繊維集合体を所定温度で加熱して接着剤を溶融させることにより、繊維同士を結合させて、形状保持させている。
【０００３】
また、特許文献２の製造方法では、波形板状の網体よりなる成形型の表面に繊維を供給堆積させて、同じく波形板状の繊維集合体を成形する。この状態で、繊維集合体に接着剤（バインダ）を散布するとともに、その繊維集合体を乾燥させる。その後、繊維集合体を成形型から剥離させて、熱プレスを施すことにより、接着剤を溶融させて繊維同士を結合させている。
【特許文献１】特開平９−３１３８２９号公報
【特許文献２】特開平８−３８８３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、これらの従来の製造方法においては、次のような問題があった。
すなわち、特許文献１及び特許文献２の方法では、所定形状に成形した繊維集合体に接着剤を含浸または散布させた後、繊維集合体全体を加熱して、その接着剤を加熱溶融させることにより、繊維集合体の繊維同士を結合させている。このため、繊維集合体を加熱処理するために大型の加熱設備が必要であるとともに、繊維集合体の繊維間には隙間が形成されているために、熱源からの熱が繊維集合体の内奥部には届きにくく、その加熱処理に長い時間が必要になって、製造コストのダウンが困難であるという問題があった。また、前記のように、熱源からの熱が繊維集合体の内奥部に届きにくいため、バインダとして低融点のものしか使用できず、材料選択の幅が狭く、制約を強いられるものであった。
【０００５】
さらに、特許文献２の方法では、板状の網体よりなる成形型の表面に繊維を供給堆積させて、波形板状の繊維集合体を成形しているため、円筒状や円柱状等の立体的な形状、あるいは複雑な形状の繊維集合体を製造することができないという問題もあった。
【０００６】
そして、立体的な形状、あるいは複雑な形状の繊維集合体を製造するためには、特許文献１のように、繊維集合体の形状保持のために、繊維材料のほかに芯材を必要とするので、部品点数が多くなり、製造コストが高くなった。
【０００７】
この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、種々の形状の繊維集合体を簡単な設備で短時間に製造することができる繊維集合体の製造方法、及びその製造方法により製造された安価な繊維集合体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、繊維を集合させるとともに、繊維間に空隙を形成した繊維集合体において、レーザービームによって繊維間のバインダを溶融させて、そのバインダにより繊維同士を結合させたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記繊維として、レーザービームによる溶融を抑止するために、レーザービームの透過性が高い材質を用いたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記繊維として、直径が５〜３０μｍの範囲内のものを用いたことを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載の発明において、前記繊維として、長さが１〜５ｍｍの範囲内のものを用いたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５に記載の繊維集合体の製造方法に係る発明は、繊維が集合されるとともに、バインダが混入された繊維集合体に対し、レーザービームを照射し、そのレーザービームによってバインダを溶融させて、そのバインダにより繊維同士をそれらの間に空隙を形成した状態で結合させて、形状保持させることを特徴としたものである。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、レーザービームの透過性を有する成形型内に繊維集合体を収容した状態で、成形型の外側から繊維集合体にレーザービームを照射することを特徴としたものである。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項５または請求項６に記載の発明において、前記レーザービームの波長が、８００〜１１００ｎｍの範囲内であることを特徴としたものである。
請求項８に記載の発明は、請求項５〜請求項７のうちのいずれか一項に記載の発明において、前記バインダが、レーザービームの透過性を低下させるために着色されたものであることを特徴としたものである。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、請求項５〜請求項８のうちのいずれか一項に記載の発明において、前記バインダが、繊維集合体の主構造体を構成する繊維よりも融点の低い合成樹脂により構成されていることを特徴としたものである。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、請求項５〜請求項９のうちのいずれか一項に記載の発明において、繊維集合体の主構造体を構成する主繊維と、その主繊維よりも融点の低い合成樹脂製のバインダ繊維とを混合して繊維集合体が構成されていることを特徴としたものである。
【００１６】
請求項１１に記載の発明は、請求項５〜請求項９のうちのいずれか一項に記載の発明において、前記バインダとして粒体または粉体を用い、それを繊維間に分散させることを特徴としたものである。
【００１７】
前記各請求項に記載の発明の作用は以下のとおりである。
請求項１及び請求項５に記載の発明においては、繊維集合体に加熱処理を施すことなく、レーザービームの照射によりバインダを溶融させて、繊維同士を結合させることができる。このため、大がかりな加熱設備が不要になり、従って、エネルギーコストも大幅に低減でき、フィルタ等の繊維集合体を短時間で、かつ低コストで製造することができる。しかも、レーザービームは、同ビームの透過性が低い繊維を選択的に、かつ瞬時に発熱させて溶融させるため、高融点のものであっても、低融点のものであってもバインダとして使用可能で、材料の選択幅を広くすることが可能になる。
【００１８】
請求項２に記載の発明においては、レーザービームの照射時に繊維集合体の骨格を構成する繊維が溶融するのを抑制することができて、繊維間に所要の空隙が形成されたフィルタ等の繊維集合体を得ることができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明においては、５〜３０ｍｍの直径の繊維を使用することにより、繊維集合体の成形の容易性を確保することがきるとともに、繊維間に所要の空隙が形成された繊維集合体を得ることができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明においては、１〜５ｍｍの長さの繊維を使用することにより、繊維集合体の成形の容易性を確保することがきるとともに、繊維間に所要の空隙が形成された繊維集合体を得ることができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明においては、立体的、あるいは複雑な形状の繊維集合体であっても芯材等を使用することなく、容易に成形することができて、製造コストを一層低減することができるとともに、高機能のフィルタ等の繊維集合体を得ることができる。
【００２２】
請求項７に記載の発明においては、８００〜１１００ｎｍの波長のレーザービームを用いることにより、繊維集合体を効率よく製造することができる。
請求項８に記載の発明においては、バインダとしてレーザービームの透過性が低くなるように着色されたものが使用されている。よって、繊維集合体にレーザービームを照射したとき、バインダが容易に溶融されて、繊維を確実に結合させることができるとともに、バインダとして繊維集合体を構成する主繊維と同じ材質のものを用いることができ、バインダを介して主繊維同士の結合を強力なものとすることができる。
【００２３】
請求項９及び請求項１０に記載の発明においては、バインダとして主構造体を構成する繊維よりも融点の低い合成樹脂が使用されている。よって、繊維集合体にレーザービームを照射したとき、バインダが容易に溶融されて、繊維を確実に結合させることができる。
【００２４】
請求項１１に記載の発明においては、バインダとして粒体または粉体が用いられているため、バインダを繊維間にほぼ均一に分布させることができ、繊維をムラなく確実に結合させることができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上のように、この発明によれば、種々の形状の繊維集合体を簡単な設備で短時間に、かつ低コストで製造することができる効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、この発明を繊維集合体としてのフィルタの製造装置に具体化した実施形態を、図１〜図１４に基づいて説明する。
図１に示すように、この実施形態のフィルタの製造装置においては、例えば、平面トラック状のコンベア３１が敷設され、このコンベア３１上に複数の成形型３２が所定間隔おきに支持されて、一方向に所定ピッチずつ間欠的に周回送りされるようになっている。そして、前記成形型３２は、成形型３２の内部に対して繊維材料を供給するための供給領域Ｔ１、成形型３２内で繊維材料によりフィルタ成形が行われるフィルタ成形領域Ｔ２、成形されたフィルタが成形型３２内で自然冷却される自然冷却領域Ｔ３、成形型３２からフィルタが脱型される脱型領域Ｔ４、及び成形型３２の内部清掃が行われる清掃領域Ｔ５を順次通過するように周回移動される。
【００２７】
前記供給領域Ｔ１には、複数の繊維材料供給機構３３が成形型３２の配列ピッチと同ピッチで配設され、これらの繊維材料供給機構３３により、複数の成形型３２内に繊維材料が同時に供給されるようになっている。フィルタ成形領域Ｔ２には、レーザー照射機構３４が成形型３２の配列ピッチと同ピッチで配設され、これらのレーザー照射機構３４により、複数の各成形型３２の外側から内部の繊維材料に対して同時にレーザービームが照射されて、繊維集合体としてのフィルタが成形されるようになっている。フィルタ成形の詳細については後述する。
【００２８】
前記フィルタの自然冷却領域Ｔ３においては、各成形型３２内のフィルタが同成形型３２内で自然放置されて冷却されるようになっている。フィルタの脱型領域Ｔ４には、複数の脱型機構３５が成形型３２の配列ピッチと同ピッチで配設され、これらの脱型機構３５により、各成形型３２内からフィルタが同時に取り出されるようになっている。成形型３２の清掃領域Ｔ５には、複数のエア噴射機構３６が成形型３２の配列ピッチと同ピッチで配設され、これらのエア噴射機構３６により、各成形型３２の内面にエアが同時に吹き付けられて、成形型３２の清掃が行われるようになっている。
【００２９】
なお、上記の成形ラインは一例を示したもので、例えば直線的に配列されたものであってもよい。
図２に示すように、前記繊維材料供給機構３３には、繊維材料３７を解きほぐすための一対の開繊ローラ３８ａを有する開繊装置３８と、その開繊装置３８からの繊維材料３７を成形型３２内に供給するための漏斗様の供給部材３９とが装備されている。そして、各繊維材料供給機構３３において、繊維材料３７が開繊装置３８によりほぼ均一な密度分布状態に解されながら、供給部材３９を介して成形型３２内に供給充填されるようになっている。
【００３０】
この場合、この実施形態において前記繊維材料３７としては、図１１に示すように、主構造体としての主繊維３７ａと、バインダとしてのバインダ繊維３７ｂとを混合したものが用いられる。
【００３１】
この主繊維３７ａとしては、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリ乳酸等のレーザービームの透過性が良好な透明合成樹脂繊維が使用されている。また、この主繊維３７ａとしては、直径寸法Ｓ１が５〜３０μｍの範囲内で、長さ寸法Ｓ２が１〜５ｍｍの範囲内のものが用いられている。直径寸法Ｓ１としては、１〜１００μｍ程度のものが使用可能であり、１０〜２０μｍが好適である。また長さ寸法Ｓ２としては、０．５〜１０ｍｍ程度のものが使用可能であり、２〜４ｍｍが好適である。また、バインダ繊維３７ｂも主繊維３７ａと同様な数値のものが用いられる。
【００３２】
前記バインダ繊維３７ｂとしては、主繊維３７ａと同材質の合成樹脂繊維に着色を施して、主繊維３７ａと比較してレーザービームの透過性を低下させたものが使用されている。このバインダ繊維３７ｂの着色は、レーザービームの透過率を主繊維３７ａの７０％以下に低下させるように、顔料や染料等を混入使用して行われている。そして、主繊維３７ａに対するバインダ繊維３７ｂの混合割合は、フィルタの形状や大きさに応じて、重量比で３０〜５０パーセントの範囲内に設定されている。
【００３３】
図２〜図５に示すように、この実施形態における前記成形型３２は、有底低円筒状の下型４０と、その下型４０の上端開口部に着脱可能に取り付けられる円板蓋状の上型４１とから構成されている。下型４０の底部内面には複数の円柱状のピン４０ａが所定間隔おきに立設されている。また、下型４０の上端開口縁の一部には、位置決め凹部４０ｂが形成されている。これに対して、上型４１の下面には、下型４０のピン４０ａと干渉しない位置で、複数の円柱状のピン４１ａが所定間隔おきに垂下されている。上下のピン４０ａ，４１ａは、図４に示すように規則的に配列される。また、上型４１の下面外周縁には下型４０の上端開口部に嵌合可能な環状の段差部４１ｂが形成されるとともに、その段差部４１ｂの外周の一部には下型４０の位置決め凹部４０ｂに係合可能な位置決め凸部４１ｃが形成されている。
【００３４】
さらに、この実施形態においては、前記成形型３２の下型４０及び上型４１全体が、それらのピン４０ａ，４１ａを含めて、レーザービームの透過性の高いガラス、ポリカーボネイト等の透明材料により形成されている。そして、図２及び図６に示すように、下型４０上から上型４１が取り外された状態で、その下型４０内に繊維材料供給機構３３から繊維材料３７が供給充填される。
【００３５】
図７に示すように、前記繊維材料供給機構３３には、バイブレータ等の振動付与装置４２が装備されている。そして、成形型３２の下型４０内に繊維材料３７が供給充填されるとともに、下型４０の上端開口部に上型４１が嵌着されるとき、この振動付与装置４２が下型４０の外周面に接触されて、成形型３２に振動が付与される。これにより、繊維材料３７が下型４０及び上型４１間にほとんど密度差なく均一分布状態で、かつ下型４０及び上型４１の内面隅部等に隙間を生じることなく充填されるようになっている。そして、成形型３２内への繊維材料３７の供給充填量を加減するとともに、振動付与装置４２による振動付与度合いを調整することにより、成形型３２内での繊維材料３７の圧縮率及び密度、すなわち空隙率を調節できる。このようにすれば、成形後のフィルタの繊維密度を調整して、フィルタの目の大きさを調節することができる。
【００３６】
図８〜図１０に示すように、前記各成形型３２は、コンベア３１上の回転テーブル４３にそれぞれ支持されている。また、前記レーザー照射機構３４には、成形型３２内の繊維材料３７にレーザービームを照射するための複数のレーザー照射ヘッド４４が各成形型３２に対応して装備されている。このレーザー照射ヘッド４４は、例えば多関節ロボットのアームの先端部に支持されている。また、このレーザー照射ヘッド４４は、半導体レーザー装置あるいはＹＡＧ（Yttrium Aluminium Garnet）レーザー装置よりなり、そのレーザーヘッドから波長が８００〜１１００ｎｍの範囲内のレーザービームが照射されるようになっている。
【００３７】
さて、図８に示すように、繊維材料３７を充填した成形型３２が回転テーブル４３上に載置された状態で、その軸線を中心に回転される。それとともに、レーザー照射ヘッド４４が成形型３２の径方向の外周面と対向して、成形型３２の外周面に沿って、上端部と下端部との間の位置を移動されながら、成形型３２の外周面にレーザービームが照射される。この場合、成形型３２の下型４０及び上型４１がレーザービームの透過性の高い材料で形成されているため、レーザービームは成形型３２の周壁を透過して、成形型３２内の繊維材料３７中まで進入する。レーザービームは、成形型３２及び繊維材料３７を貫通して反対側に抜けることはないが、繊維材料３７の中心部に達する程度の照射強度である。また、繊維材料３７の主繊維３７ａはレーザービームの透過性が高く、かつバインダ繊維３７ｂは着色されて、主繊維３７ａよりもレーザービームの透過性を低下させるように構成されているため、図１２に示すように、バインダ繊維３７ｂのみがレーザービームのエネルギーにより発熱溶融される。従って、この溶融状態のバインダ繊維３７ｂを介して、主繊維３７ａが相互に結合される。
【００３８】
このとき、主繊維３７ａとして、長いものを用いれば主繊維３７ａ同士の結合力が強化され、一方、主繊維３７ａ間の空隙が複雑な形状になる。また、主繊維３７ａとして太いものを用いれば、フィルタ４５全体に占める主繊維３７ａの割合が多くなり、空隙率が低くなり、一方、全体の剛性が向上する。また、バインダ繊維３７ｂの割合が多くなれば、空隙率が低下し、一方、全体の結合力が向上する。従って、フィルタ等として要求される機能に応じて、主繊維３７ａの長さ及び径、主繊維３７ａ及びバインダ繊維３７ｂの割合が適宜選択されるが、一般的な空気フィルタとしては、前述した直径寸法Ｓ１，長さ寸法Ｓ２，配合割合等の値が適している。さらに、空隙率や繊維間の結合力については、前記振動付与装置４２による振動付与度合い等よって繊維材料３７の圧縮率あるいは密度を調整することにより、任意に設定できる。
【００３９】
ところで、成形型３２の径が大きい場合や、繊維材料３７の圧縮密度が高い場合には、レーザービームを成形型３２の径方向の外周面から照射するのみでは、同レーザービームが成形型３２内の上端部及び下端部付近、あるいは径方向中心部の繊維材料３７に十分に到達しないおそれがある。
【００４０】
このような場合には、径方向外周面からのレーザービームの照射以外に、図９に示すように、成形型３２が回転テーブル４３により回転されながら、レーザー照射ヘッド４４が成形型３２の上端面に対向して、その外周縁と中心部との間を移動し、成形型３２内の繊維材料３７にレーザービームが照射される。これにより、前述した成形型３２内の上端部及付近、あるいは径方向中心部の繊維材料３７に対してレーザービームが重点的に照射されて、バインダ繊維３７ｂの溶融により主繊維３７ａが相互に結合される。
【００４１】
さらに、図１０に示すように、図示しない装置により成形型３２が回転テーブル４３上で上下反転されて、その回転テーブル４３により回転される。それとともに、レーザー照射ヘッド４４が成形型３２の下端面に対向して、その外周縁と中心部との間を移動し、成形型３２内の繊維材料３７にレーザービームが照射される。これにより、前記と同様に、成形型３２内の下端部付近、あるいは径方向中心部の繊維材料３７に対してレーザービームが重点的に照射されて、バインダ繊維３７ｂの溶融により主繊維３７ａが相互に結合される。
【００４２】
このように、成形型３２内の繊維材料３７に対するレーザービームの照射により、主繊維３７ａがバインダ繊維３７ｂを介して相互に結合されて、成形型３２にて規定された所定の形状に成形され、図１３及び図１４に示すような繊維集合体としてのフィルタ４５が成形される。そして、このフィルタ４５は成形型３２内に収容された状態で、図１に示すコンベア３１の周回移動により自然冷却領域Ｔ３に移送され、所定時間だけ自然放置することにより冷却されて、成形状態に固化される。その後、フィルタ４５は同図の脱型領域Ｔ４に移送され、脱型機構３５により成形型３２内から取り出される。
【００４３】
そして、図１３及び図１４に示すように、このフィルタ４５は全体として円柱状をなし、主繊維３７ａを集合させるとともに、主繊維３７ａ間に空隙を形成した構成となっている。そして、このフィルタ４５には、その下端面から内側に向かって、前記下型４０のピン４０ａによる複数の孔４５ａが形成されるとともに、上端面から内側に向かって、前記上型４１のピン４１ａによる複数の孔４５ｂが形成されている。従って、このフィルタ４５をエアの流体内に、上端面と下端面との間でエアを濾過するように配置して使用した場合、複数の孔４５ａ，４５ｂにて濾過面積を拡大することができる。
【００４４】
以上のように、この実施形態の製造装置を使用して、繊維集合体としてのフィルタ４５を製造する場合には、成形状態の繊維材料３７に加熱処理を施すことなく、レーザービームの照射によりバインダ繊維３７ｂを溶融させて、主繊維３７ａ同士を結合させることができる。よって、大規模な加熱設備を必要とすることなく、簡単な設備で短時間に製造することができる。また、フィルタ４５が円柱状等の立体的な形状であっても、その形状が成形型３２によって規定されるため、従来の製造方法とは異なって、繊維材料のほかに芯材等を使用する必要もない。よって、簡単な設備で製造できるとともに、低エネルギー消費ですみ、製造コストのアップを抑制することができて、安価なフィルタを提供することができる。
【００４５】
以上に述べた実施形態の効果を列挙すれば、以下の通りである。
・ 繊維材料３７を成形型内に収容した状態で、加熱処理を施すことなく、レーザービームの照射によりバインダ繊維３７ｂを溶融させて、繊維同士を結合させている。このため、大がかりな加熱設備が不要で、かつ実施形態のように複数の孔４５ａ，４５ｂを有する立体的な形状であっても、前述した従来のような芯材となる型も不要である。このため、簡単な設備で、短時間に製造することができる。
【００４６】
・ 成形型３２の形状に従って自在な形状の繊維集合体としてのフィルタ４５を成形できる。従って、フィルタ４５が立体的な形状であっても、あるいは複雑な形状であっても、前述した特許文献１の従来技術とは異なり、形状保持のための芯材は不要であり、部品点数を少なくすることができる。
【００４７】
・ また、フィルタ４５は成形型３２の形状に従って自在な形状を得ることが可能であるため、小型であるにもかかわらず、表面積の大きな高効率のフィルタ４５を製造することが可能となる。
【００４８】
・ レーザービームは、同ビームの透過性が低いバインダ繊維３７ｂを選択的に、かつ瞬時に発熱させて溶融させるため、バインダ繊維３７ｂとして高融点のものであっても、低融点のものであっても使用可能である。従って、バインダとして広い選択幅を確保でき、フィルタ４５の機能に対応できるように材料選択の柔軟性を向上できる。
【００４９】
・ 繊維材料３７の主繊維３７ａとして、レーザービームの透過性の高い材料を用いているため、レーザービームの照射時にフィルタ４５の骨格を形成する主繊維３７ａが溶融するのを抑制することができて、繊維間に所要の空隙が形成された良好な機能のフィルタ４５を得ることができる。
【００５０】
・ 直径が５〜３０ｍｍの繊維材料３７を使用することにより、フィルタ４５の成形の容易性を確保することがきるとともに、繊維間に所要の空隙を形成させることができる。
・ フィルタ４５の形状や大きさ、あるいは繊維材料３７の径，長さ，材質等に適合したレーザービームの波長を設定しているため、フィルタ４５を効率よく製造することができる。
【００５１】
・ バインダ繊維３７ｂとしてレーザービームの透過性が低い着色されたものが使用されている。よって、フィルタ４５にレーザービームを照射したとき、バインダ繊維３７ｂが容易に溶融されて、繊維同士を確実に結合させることができる。また、バインダ繊維３７ｂとして主繊維３７ａと同材質のものを使用でき、主繊維３７ａ同士の結合をより強固なものとすることができる。
【００５２】
・ バインダとして繊維３７ｂを用いれば、レーザービームの照射により、バインダ繊維３７ｂが小さな塊状をなすように変形して、主繊維３７ａ同士を結合する。このため、主繊維３７ａ同士を有効に結合させるとともに、バインダ繊維３７ｂの表面積が小さくなってフィルタ４５全体の空隙率を向上させることができる。
【００５３】
（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 繊維材料３７のバインダ繊維３７ｂとして、主繊維３７ａよりも融点の低い合成樹脂繊維を使用してもよい。この場合、バインダ繊維３７ｂは、無着色または着色のいずれでもよい。また、この場合は、主繊維３７ａとバインダ繊維３７ｂとの結合の面から、バインダ繊維３７ｂとして主繊維３７ａと同じ材質のものを用い、分子量を変えることにより融点を低くするのが好ましい。
【００５４】
・ 図１５に示すように、繊維材料３７の主繊維３７ａとして融点の高い合成樹脂繊維を使用するとともに、バインダ繊維３７ｂとして、融点の高い合成樹脂製の芯体３７ｂ１の外周に融点の低い合成樹脂製の被覆３７ｂ２を施した鞘状の繊維を使用してもよい。この場合、主繊維３７ａを用いず、芯体３７ｂ１がフィルタ４５の骨格を形成するようにしてもよい。
【００５５】
・ 繊維材料３７のバインダとして粒体または粉体を用いて、それを繊維間に分散させてもよい。このようにすれば、レーザービームお透過性を向上させることが可能になる。この粒体または粉体よりなるバインダは、着色したものを用いても、あるいは、低融点のものを用いてもよい。
【００５６】
・ 前記実施形態において、繊維集合体としてのフィルタ４５の形状を、図１６〜図２０に示すように、波形板状、平板状、円筒状、円錐台筒状、星形円筒状等の各種形状に変更してもよい。言い換えれば、これらの形状を成形できる成形型３２を用いてもよい。
【００５７】
・ 前記実施形態において、図２１に示すように、例えば波形板状あるいは平板状のフィルタ４５を製造する場合、レーザー照射機構３４のレーザー照射ヘッド４４としてレーザービームを面状に照射するものを用いる。そして、このレーザー照射ヘッド４４を図示しない成形型の外側面に沿って、レーザービームの延長方向と直交する方向に移動させながら、成形型の外部から繊維材料３７にレーザービームを照射するようにしてもよい。このようにすれば、レーザービームの照射を効率よく行うことができる。
【００５８】
・ 図２２に示すように、例えば円筒状のフィルタ４５を製造する場合、レーザー照射機構３４のレーザー照射ヘッド４４を成形型３２の内周面側に配置して、フィルタ４５の内周側からレーザービームを照射するようにしてもよい。
【００５９】
・ 図１９及び図２０に示すような円錐台筒状、または星形円筒状のフィルタ４５を製造する場合、前記円筒状のフィルタ４５の製造時と同様に、フィルタ４５の内周側からレーザービームを照射するようにしてもよい。
【００６０】
・ 前記の実施形態及び変形例においては、レーザービームの照射に際して、レーザー照射ヘッド４４のみを移動するようにしたが、成形型３２のみを移動したり、成形型３２及びレーザー照射ヘッド４４の双方を移動させたりしてもよい。
【００６１】
・ 前記実施形態のエアフィルタのほかに、オイルフィルタ、水フィルタ、吸音材、充填材等の他の用途に用いられる繊維集合体においてこの発明を具体化してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】繊維集合体としてのフィルタの製造装置の一実施形態を示す平面図。
【図２】図１の製造装置における繊維材料供給機構を示す断面図。
【図３】図１の製造装置に使用する成形型を示す分解断面図。
【図４】図３の４−４線における断面図。
【図５】図３の５−５線における断面図。
【図６】図１の製造装置におけるフィルタの製造過程を示す断面図。
【図７】図６に続くフィルタの製造過程を示す断面図。
【図８】図７に続くフィルタの製造過程を示す断面図。
【図９】図８に続くフィルタの製造過程を示す断面図。
【図１０】図９に続くフィルタの製造過程を示す断面図。
【図１１】繊維材料中の繊維の分散状態を拡大して示す構成図。
【図１２】フィルタ製造後の繊維の結合状態を拡大して示す構成図。
【図１３】製造されたフィルタを示す縦断面図。
【図１４】図１３の１４−１４線における断面図。
【図１５】使用する繊維の別の構造を示す斜視図。
【図１６】繊維集合体としてのフィルタの別の構造を示す斜視図。
【図１７】フィルタのさらに別の構造を示す斜視図。
【図１８】フィルタのさらに別の構造を示す斜視図。
【図１９】フィルタのさらに別の構造を示す斜視図。
【図２０】フィルタのさらに別の構造を示す斜視図。
【図２１】フィルタの製造装置の別の構成を示す要部斜視図。
【図２２】フィルタの製造装置のさらに別の構成を示す断面図。
【符号の説明】
【００６３】
３２…成形型、３３…繊維材料供給機構、３４…レーザー照射機構、３７…繊維材料、３７ａ…主構成体としての主繊維、３７ｂ…バインダとしてのバインダ繊維、４０…下型、４１…上型、４３…回転テーブル、４４…レーザー照射ヘッド、４５…繊維集合体としてのフィルタ、Ｓ１…繊維の直径寸法、Ｓ２…繊維の長さ寸法。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、繊維をそれらの間に空隙が形成されるように集合させて構成した例えばフィルタ等に用いられる繊維集合体、及びその繊維集合体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の繊維集合体の製造方法としては、例えば、特許文献１及び特許文献２に開示されるような方法が提案されている。特許文献１の製造方法では、繊維を配合したスラリー中に、ほぼ筒状をなすとともに、小孔を列設した金属製の芯材を配置し、その芯材の中心内側からスラリー吸引することにより、芯材の外周面に繊維を堆積させて、筒状の繊維集合体を成形する。その後、繊維集合体を芯材とともにスラリー中から取り出して脱水乾燥させ、その繊維集合体に熱融着性樹脂等の接着剤（バインダ）を含浸させる。そして、繊維集合体を所定温度で加熱して接着剤を溶融させることにより、繊維同士を結合させて、形状保持させている。
【０００３】
また、特許文献２の製造方法では、波形板状の網体よりなる成形型の表面に繊維を供給堆積させて、同じく波形板状の繊維集合体を成形する。この状態で、繊維集合体に接着剤（バインダ）を散布するとともに、その繊維集合体を乾燥させる。その後、繊維集合体を成形型から剥離させて、熱プレスを施すことにより、接着剤を溶融させて繊維同士を結合させている。
【特許文献１】特開平９−３１３８２９号公報
【特許文献２】特開平８−３８８３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、これらの従来の製造方法においては、次のような問題があった。
すなわち、特許文献１及び特許文献２の方法では、所定形状に成形した繊維集合体に接着剤を含浸または散布させた後、繊維集合体全体を加熱して、その接着剤を加熱溶融させることにより、繊維集合体の繊維同士を結合させている。このため、繊維集合体を加熱処理するために大型の加熱設備が必要であるとともに、繊維集合体の繊維間には隙間が形成されているために、熱源からの熱が繊維集合体の内奥部には届きにくく、その加熱処理に長い時間が必要になって、製造コストのダウンが困難であるという問題があった。また、前記のように、熱源からの熱が繊維集合体の内奥部に届きにくいため、バインダとして低融点のものしか使用できず、材料選択の幅が狭く、制約を強いられるものであった。
【０００５】
さらに、特許文献２の方法では、板状の網体よりなる成形型の表面に繊維を供給堆積させて、波形板状の繊維集合体を成形しているため、円筒状や円柱状等の立体的な形状、あるいは複雑な形状の繊維集合体を製造することができないという問題もあった。
【０００６】
そして、立体的な形状、あるいは複雑な形状の繊維集合体を製造するためには、特許文献１のように、繊維集合体の形状保持のために、繊維材料のほかに芯材を必要とするので、部品点数が多くなり、製造コストが高くなった。
【０００７】
この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、種々の形状の繊維集合体を簡単な設備で短時間に製造することができる繊維集合体の製造方法、及びその製造方法により製造された安価な繊維集合体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、繊維を集合させるとともに、繊維間に空隙を形成した繊維集合体において、レーザービームによって繊維間のバインダを溶融させて、そのバインダにより繊維同士を結合させたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記繊維として、レーザービームによる溶融を抑止するために、レーザービームの透過性が高い材質を用いたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記繊維として、直径が５〜３０μｍの範囲内のものを用いたことを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載の発明において、前記繊維として、長さが１〜５ｍｍの範囲内のものを用いたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５に記載の繊維集合体の製造方法に係る発明は、繊維が集合されるとともに、バインダが混入された繊維集合体に対し、レーザービームを照射し、そのレーザービームによってバインダを溶融させて、そのバインダにより繊維同士をそれらの間に空隙を形成した状態で結合させて、形状保持させることを特徴としたものである。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、レーザービームの透過性を有する成形型内に繊維集合体を収容した状態で、成形型の外側から繊維集合体にレーザービームを照射することを特徴としたものである。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項５または請求項６に記載の発明において、前記レーザービームの波長が、８００〜１１００ｎｍの範囲内であることを特徴としたものである。
請求項８に記載の発明は、請求項５〜請求項７のうちのいずれか一項に記載の発明において、前記バインダが、レーザービームの透過性を低下させるために着色されたものであることを特徴としたものである。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、請求項５〜請求項８のうちのいずれか一項に記載の発明において、前記バインダが、繊維集合体の主構造体を構成する繊維よりも融点の低い合成樹脂により構成されていることを特徴としたものである。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、請求項５〜請求項９のうちのいずれか一項に記載の発明において、繊維集合体の主構造体を構成する主繊維と、その主繊維よりも融点の低い合成樹脂製のバインダ繊維とを混合して繊維集合体が構成されていることを特徴としたものである。
【００１６】
請求項１１に記載の発明は、請求項５〜請求項９のうちのいずれか一項に記載の発明において、前記バインダとして粒体または粉体を用い、それを繊維間に分散させることを特徴としたものである。
【００１７】
前記各請求項に記載の発明の作用は以下のとおりである。
請求項１及び請求項５に記載の発明においては、繊維集合体に加熱処理を施すことなく、レーザービームの照射によりバインダを溶融させて、繊維同士を結合させることができる。このため、大がかりな加熱設備が不要になり、従って、エネルギーコストも大幅に低減でき、フィルタ等の繊維集合体を短時間で、かつ低コストで製造することができる。しかも、レーザービームは、同ビームの透過性が低い繊維を選択的に、かつ瞬時に発熱させて溶融させるため、高融点のものであっても、低融点のものであってもバインダとして使用可能で、材料の選択幅を広くすることが可能になる。
【００１８】
請求項２に記載の発明においては、レーザービームの照射時に繊維集合体の骨格を構成する繊維が溶融するのを抑制することができて、繊維間に所要の空隙が形成されたフィルタ等の繊維集合体を得ることができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明においては、５〜３０ｍｍの直径の繊維を使用することにより、繊維集合体の成形の容易性を確保することがきるとともに、繊維間に所要の空隙が形成された繊維集合体を得ることができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明においては、１〜５ｍｍの長さの繊維を使用することにより、繊維集合体の成形の容易性を確保することがきるとともに、繊維間に所要の空隙が形成された繊維集合体を得ることができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明においては、立体的、あるいは複雑な形状の繊維集合体であっても芯材等を使用することなく、容易に成形することができて、製造コストを一層低減することができるとともに、高機能のフィルタ等の繊維集合体を得ることができる。
【００２２】
請求項７に記載の発明においては、８００〜１１００ｎｍの波長のレーザービームを用いることにより、繊維集合体を効率よく製造することができる。
請求項８に記載の発明においては、バインダとしてレーザービームの透過性が低くなるように着色されたものが使用されている。よって、繊維集合体にレーザービームを照射したとき、バインダが容易に溶融されて、繊維を確実に結合させることができるとともに、バインダとして繊維集合体を構成する主繊維と同じ材質のものを用いることができ、バインダを介して主繊維同士の結合を強力なものとすることができる。
【００２３】
請求項９及び請求項１０に記載の発明においては、バインダとして主構造体を構成する繊維よりも融点の低い合成樹脂が使用されている。よって、繊維集合体にレーザービームを照射したとき、バインダが容易に溶融されて、繊維を確実に結合させることができる。
【００２４】
請求項１１に記載の発明においては、バインダとして粒体または粉体が用いられているため、バインダを繊維間にほぼ均一に分布させることができ、繊維をムラなく確実に結合させることができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上のように、この発明によれば、種々の形状の繊維集合体を簡単な設備で短時間に、かつ低コストで製造することができる効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、この発明を繊維集合体としてのフィルタの製造装置に具体化した実施形態を、図１〜図１４に基づいて説明する。
図１に示すように、この実施形態のフィルタの製造装置においては、例えば、平面トラック状のコンベア３１が敷設され、このコンベア３１上に複数の成形型３２が所定間隔おきに支持されて、一方向に所定ピッチずつ間欠的に周回送りされるようになっている。そして、前記成形型３２は、成形型３２の内部に対して繊維材料を供給するための供給領域Ｔ１、成形型３２内で繊維材料によりフィルタ成形が行われるフィルタ成形領域Ｔ２、成形されたフィルタが成形型３２内で自然冷却される自然冷却領域Ｔ３、成形型３２からフィルタが脱型される脱型領域Ｔ４、及び成形型３２の内部清掃が行われる清掃領域Ｔ５を順次通過するように周回移動される。
【００２７】
前記供給領域Ｔ１には、複数の繊維材料供給機構３３が成形型３２の配列ピッチと同ピッチで配設され、これらの繊維材料供給機構３３により、複数の成形型３２内に繊維材料が同時に供給されるようになっている。フィルタ成形領域Ｔ２には、レーザー照射機構３４が成形型３２の配列ピッチと同ピッチで配設され、これらのレーザー照射機構３４により、複数の各成形型３２の外側から内部の繊維材料に対して同時にレーザービームが照射されて、繊維集合体としてのフィルタが成形されるようになっている。フィルタ成形の詳細については後述する。
【００２８】
前記フィルタの自然冷却領域Ｔ３においては、各成形型３２内のフィルタが同成形型３２内で自然放置されて冷却されるようになっている。フィルタの脱型領域Ｔ４には、複数の脱型機構３５が成形型３２の配列ピッチと同ピッチで配設され、これらの脱型機構３５により、各成形型３２内からフィルタが同時に取り出されるようになっている。成形型３２の清掃領域Ｔ５には、複数のエア噴射機構３６が成形型３２の配列ピッチと同ピッチで配設され、これらのエア噴射機構３６により、各成形型３２の内面にエアが同時に吹き付けられて、成形型３２の清掃が行われるようになっている。
【００２９】
なお、上記の成形ラインは一例を示したもので、例えば直線的に配列されたものであってもよい。
図２に示すように、前記繊維材料供給機構３３には、繊維材料３７を解きほぐすための一対の開繊ローラ３８ａを有する開繊装置３８と、その開繊装置３８からの繊維材料３７を成形型３２内に供給するための漏斗様の供給部材３９とが装備されている。そして、各繊維材料供給機構３３において、繊維材料３７が開繊装置３８によりほぼ均一な密度分布状態に解されながら、供給部材３９を介して成形型３２内に供給充填されるようになっている。
【００３０】
この場合、この実施形態において前記繊維材料３７としては、図１１に示すように、主構造体としての主繊維３７ａと、バインダとしてのバインダ繊維３７ｂとを混合したものが用いられる。
【００３１】
この主繊維３７ａとしては、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリ乳酸等のレーザービームの透過性が良好な透明合成樹脂繊維が使用されている。また、この主繊維３７ａとしては、直径寸法Ｓ１が５〜３０μｍの範囲内で、長さ寸法Ｓ２が１〜５ｍｍの範囲内のものが用いられている。直径寸法Ｓ１としては、１〜１００μｍ程度のものが使用可能であり、１０〜２０μｍが好適である。また長さ寸法Ｓ２としては、０．５〜１０ｍｍ程度のものが使用可能であり、２〜４ｍｍが好適である。また、バインダ繊維３７ｂも主繊維３７ａと同様な数値のものが用いられる。
【００３２】
前記バインダ繊維３７ｂとしては、主繊維３７ａと同材質の合成樹脂繊維に着色を施して、主繊維３７ａと比較してレーザービームの透過性を低下させたものが使用されている。このバインダ繊維３７ｂの着色は、レーザービームの透過率を主繊維３７ａの７０％以下に低下させるように、顔料や染料等を混入使用して行われている。そして、主繊維３７ａに対するバインダ繊維３７ｂの混合割合は、フィルタの形状や大きさに応じて、重量比で３０〜５０パーセントの範囲内に設定されている。
【００３３】
図２〜図５に示すように、この実施形態における前記成形型３２は、有底低円筒状の下型４０と、その下型４０の上端開口部に着脱可能に取り付けられる円板蓋状の上型４１とから構成されている。下型４０の底部内面には複数の円柱状のピン４０ａが所定間隔おきに立設されている。また、下型４０の上端開口縁の一部には、位置決め凹部４０ｂが形成されている。これに対して、上型４１の下面には、下型４０のピン４０ａと干渉しない位置で、複数の円柱状のピン４１ａが所定間隔おきに垂下されている。上下のピン４０ａ，４１ａは、図４に示すように規則的に配列される。また、上型４１の下面外周縁には下型４０の上端開口部に嵌合可能な環状の段差部４１ｂが形成されるとともに、その段差部４１ｂの外周の一部には下型４０の位置決め凹部４０ｂに係合可能な位置決め凸部４１ｃが形成されている。
【００３４】
さらに、この実施形態においては、前記成形型３２の下型４０及び上型４１全体が、それらのピン４０ａ，４１ａを含めて、レーザービームの透過性の高いガラス、ポリカーボネイト等の透明材料により形成されている。そして、図２及び図６に示すように、下型４０上から上型４１が取り外された状態で、その下型４０内に繊維材料供給機構３３から繊維材料３７が供給充填される。
【００３５】
図７に示すように、前記繊維材料供給機構３３には、バイブレータ等の振動付与装置４２が装備されている。そして、成形型３２の下型４０内に繊維材料３７が供給充填されるとともに、下型４０の上端開口部に上型４１が嵌着されるとき、この振動付与装置４２が下型４０の外周面に接触されて、成形型３２に振動が付与される。これにより、繊維材料３７が下型４０及び上型４１間にほとんど密度差なく均一分布状態で、かつ下型４０及び上型４１の内面隅部等に隙間を生じることなく充填されるようになっている。そして、成形型３２内への繊維材料３７の供給充填量を加減するとともに、振動付与装置４２による振動付与度合いを調整することにより、成形型３２内での繊維材料３７の圧縮率及び密度、すなわち空隙率を調節できる。このようにすれば、成形後のフィルタの繊維密度を調整して、フィルタの目の大きさを調節することができる。
【００３６】
図８〜図１０に示すように、前記各成形型３２は、コンベア３１上の回転テーブル４３にそれぞれ支持されている。また、前記レーザー照射機構３４には、成形型３２内の繊維材料３７にレーザービームを照射するための複数のレーザー照射ヘッド４４が各成形型３２に対応して装備されている。このレーザー照射ヘッド４４は、例えば多関節ロボットのアームの先端部に支持されている。また、このレーザー照射ヘッド４４は、半導体レーザー装置あるいはＹＡＧ（Yttrium Aluminium Garnet）レーザー装置よりなり、そのレーザーヘッドから波長が８００〜１１００ｎｍの範囲内のレーザービームが照射されるようになっている。
【００３７】
さて、図８に示すように、繊維材料３７を充填した成形型３２が回転テーブル４３上に載置された状態で、その軸線を中心に回転される。それとともに、レーザー照射ヘッド４４が成形型３２の径方向の外周面と対向して、成形型３２の外周面に沿って、上端部と下端部との間の位置を移動されながら、成形型３２の外周面にレーザービームが照射される。この場合、成形型３２の下型４０及び上型４１がレーザービームの透過性の高い材料で形成されているため、レーザービームは成形型３２の周壁を透過して、成形型３２内の繊維材料３７中まで進入する。レーザービームは、成形型３２及び繊維材料３７を貫通して反対側に抜けることはないが、繊維材料３７の中心部に達する程度の照射強度である。また、繊維材料３７の主繊維３７ａはレーザービームの透過性が高く、かつバインダ繊維３７ｂは着色されて、主繊維３７ａよりもレーザービームの透過性を低下させるように構成されているため、図１２に示すように、バインダ繊維３７ｂのみがレーザービームのエネルギーにより発熱溶融される。従って、この溶融状態のバインダ繊維３７ｂを介して、主繊維３７ａが相互に結合される。
【００３８】
このとき、主繊維３７ａとして、長いものを用いれば主繊維３７ａ同士の結合力が強化され、一方、主繊維３７ａ間の空隙が複雑な形状になる。また、主繊維３７ａとして太いものを用いれば、フィルタ４５全体に占める主繊維３７ａの割合が多くなり、空隙率が低くなり、一方、全体の剛性が向上する。また、バインダ繊維３７ｂの割合が多くなれば、空隙率が低下し、一方、全体の結合力が向上する。従って、フィルタ等として要求される機能に応じて、主繊維３７ａの長さ及び径、主繊維３７ａ及びバインダ繊維３７ｂの割合が適宜選択されるが、一般的な空気フィルタとしては、前述した直径寸法Ｓ１，長さ寸法Ｓ２，配合割合等の値が適している。さらに、空隙率や繊維間の結合力については、前記振動付与装置４２による振動付与度合い等よって繊維材料３７の圧縮率あるいは密度を調整することにより、任意に設定できる。
【００３９】
ところで、成形型３２の径が大きい場合や、繊維材料３７の圧縮密度が高い場合には、レーザービームを成形型３２の径方向の外周面から照射するのみでは、同レーザービームが成形型３２内の上端部及び下端部付近、あるいは径方向中心部の繊維材料３７に十分に到達しないおそれがある。
【００４０】
このような場合には、径方向外周面からのレーザービームの照射以外に、図９に示すように、成形型３２が回転テーブル４３により回転されながら、レーザー照射ヘッド４４が成形型３２の上端面に対向して、その外周縁と中心部との間を移動し、成形型３２内の繊維材料３７にレーザービームが照射される。これにより、前述した成形型３２内の上端部及付近、あるいは径方向中心部の繊維材料３７に対してレーザービームが重点的に照射されて、バインダ繊維３７ｂの溶融により主繊維３７ａが相互に結合される。
【００４１】
さらに、図１０に示すように、図示しない装置により成形型３２が回転テーブル４３上で上下反転されて、その回転テーブル４３により回転される。それとともに、レーザー照射ヘッド４４が成形型３２の下端面に対向して、その外周縁と中心部との間を移動し、成形型３２内の繊維材料３７にレーザービームが照射される。これにより、前記と同様に、成形型３２内の下端部付近、あるいは径方向中心部の繊維材料３７に対してレーザービームが重点的に照射されて、バインダ繊維３７ｂの溶融により主繊維３７ａが相互に結合される。
【００４２】
このように、成形型３２内の繊維材料３７に対するレーザービームの照射により、主繊維３７ａがバインダ繊維３７ｂを介して相互に結合されて、成形型３２にて規定された所定の形状に成形され、図１３及び図１４に示すような繊維集合体としてのフィルタ４５が成形される。そして、このフィルタ４５は成形型３２内に収容された状態で、図１に示すコンベア３１の周回移動により自然冷却領域Ｔ３に移送され、所定時間だけ自然放置することにより冷却されて、成形状態に固化される。その後、フィルタ４５は同図の脱型領域Ｔ４に移送され、脱型機構３５により成形型３２内から取り出される。
【００４３】
そして、図１３及び図１４に示すように、このフィルタ４５は全体として円柱状をなし、主繊維３７ａを集合させるとともに、主繊維３７ａ間に空隙を形成した構成となっている。そして、このフィルタ４５には、その下端面から内側に向かって、前記下型４０のピン４０ａによる複数の孔４５ａが形成されるとともに、上端面から内側に向かって、前記上型４１のピン４１ａによる複数の孔４５ｂが形成されている。従って、このフィルタ４５をエアの流体内に、上端面と下端面との間でエアを濾過するように配置して使用した場合、複数の孔４５ａ，４５ｂにて濾過面積を拡大することができる。
【００４４】
以上のように、この実施形態の製造装置を使用して、繊維集合体としてのフィルタ４５を製造する場合には、成形状態の繊維材料３７に加熱処理を施すことなく、レーザービームの照射によりバインダ繊維３７ｂを溶融させて、主繊維３７ａ同士を結合させることができる。よって、大規模な加熱設備を必要とすることなく、簡単な設備で短時間に製造することができる。また、フィルタ４５が円柱状等の立体的な形状であっても、その形状が成形型３２によって規定されるため、従来の製造方法とは異なって、繊維材料のほかに芯材等を使用する必要もない。よって、簡単な設備で製造できるとともに、低エネルギー消費ですみ、製造コストのアップを抑制することができて、安価なフィルタを提供することができる。
【００４５】
以上に述べた実施形態の効果を列挙すれば、以下の通りである。
・ 繊維材料３７を成形型内に収容した状態で、加熱処理を施すことなく、レーザービームの照射によりバインダ繊維３７ｂを溶融させて、繊維同士を結合させている。このため、大がかりな加熱設備が不要で、かつ実施形態のように複数の孔４５ａ，４５ｂを有する立体的な形状であっても、前述した従来のような芯材となる型も不要である。このため、簡単な設備で、短時間に製造することができる。
【００４６】
・ 成形型３２の形状に従って自在な形状の繊維集合体としてのフィルタ４５を成形できる。従って、フィルタ４５が立体的な形状であっても、あるいは複雑な形状であっても、前述した特許文献１の従来技術とは異なり、形状保持のための芯材は不要であり、部品点数を少なくすることができる。
【００４７】
・ また、フィルタ４５は成形型３２の形状に従って自在な形状を得ることが可能であるため、小型であるにもかかわらず、表面積の大きな高効率のフィルタ４５を製造することが可能となる。
【００４８】
・ レーザービームは、同ビームの透過性が低いバインダ繊維３７ｂを選択的に、かつ瞬時に発熱させて溶融させるため、バインダ繊維３７ｂとして高融点のものであっても、低融点のものであっても使用可能である。従って、バインダとして広い選択幅を確保でき、フィルタ４５の機能に対応できるように材料選択の柔軟性を向上できる。
【００４９】
・ 繊維材料３７の主繊維３７ａとして、レーザービームの透過性の高い材料を用いているため、レーザービームの照射時にフィルタ４５の骨格を形成する主繊維３７ａが溶融するのを抑制することができて、繊維間に所要の空隙が形成された良好な機能のフィルタ４５を得ることができる。
【００５０】
・ 直径が５〜３０ｍｍの繊維材料３７を使用することにより、フィルタ４５の成形の容易性を確保することがきるとともに、繊維間に所要の空隙を形成させることができる。
・ フィルタ４５の形状や大きさ、あるいは繊維材料３７の径，長さ，材質等に適合したレーザービームの波長を設定しているため、フィルタ４５を効率よく製造することができる。
【００５１】
・ バインダ繊維３７ｂとしてレーザービームの透過性が低い着色されたものが使用されている。よって、フィルタ４５にレーザービームを照射したとき、バインダ繊維３７ｂが容易に溶融されて、繊維同士を確実に結合させることができる。また、バインダ繊維３７ｂとして主繊維３７ａと同材質のものを使用でき、主繊維３７ａ同士の結合をより強固なものとすることができる。
【００５２】
・ バインダとして繊維３７ｂを用いれば、レーザービームの照射により、バインダ繊維３７ｂが小さな塊状をなすように変形して、主繊維３７ａ同士を結合する。このため、主繊維３７ａ同士を有効に結合させるとともに、バインダ繊維３７ｂの表面積が小さくなってフィルタ４５全体の空隙率を向上させることができる。
【００５３】
（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 繊維材料３７のバインダ繊維３７ｂとして、主繊維３７ａよりも融点の低い合成樹脂繊維を使用してもよい。この場合、バインダ繊維３７ｂは、無着色または着色のいずれでもよい。また、この場合は、主繊維３７ａとバインダ繊維３７ｂとの結合の面から、バインダ繊維３７ｂとして主繊維３７ａと同じ材質のものを用い、分子量を変えることにより融点を低くするのが好ましい。
【００５４】
・ 図１５に示すように、繊維材料３７の主繊維３７ａとして融点の高い合成樹脂繊維を使用するとともに、バインダ繊維３７ｂとして、融点の高い合成樹脂製の芯体３７ｂ１の外周に融点の低い合成樹脂製の被覆３７ｂ２を施した鞘状の繊維を使用してもよい。この場合、主繊維３７ａを用いず、芯体３７ｂ１がフィルタ４５の骨格を形成するようにしてもよい。
【００５５】
・ 繊維材料３７のバインダとして粒体または粉体を用いて、それを繊維間に分散させてもよい。このようにすれば、レーザービームお透過性を向上させることが可能になる。この粒体または粉体よりなるバインダは、着色したものを用いても、あるいは、低融点のものを用いてもよい。
【００５６】
・ 前記実施形態において、繊維集合体としてのフィルタ４５の形状を、図１６〜図２０に示すように、波形板状、平板状、円筒状、円錐台筒状、星形円筒状等の各種形状に変更してもよい。言い換えれば、これらの形状を成形できる成形型３２を用いてもよい。
【００５７】
・ 前記実施形態において、図２１に示すように、例えば波形板状あるいは平板状のフィルタ４５を製造する場合、レーザー照射機構３４のレーザー照射ヘッド４４としてレーザービームを面状に照射するものを用いる。そして、このレーザー照射ヘッド４４を図示しない成形型の外側面に沿って、レーザービームの延長方向と直交する方向に移動させながら、成形型の外部から繊維材料３７にレーザービームを照射するようにしてもよい。このようにすれば、レーザービームの照射を効率よく行うことができる。
【００５８】
・ 図２２に示すように、例えば円筒状のフィルタ４５を製造する場合、レーザー照射機構３４のレーザー照射ヘッド４４を成形型３２の内周面側に配置して、フィルタ４５の内周側からレーザービームを照射するようにしてもよい。
【００５９】
・ 図１９及び図２０に示すような円錐台筒状、または星形円筒状のフィルタ４５を製造する場合、前記円筒状のフィルタ４５の製造時と同様に、フィルタ４５の内周側からレーザービームを照射するようにしてもよい。
【００６０】
・ 前記の実施形態及び変形例においては、レーザービームの照射に際して、レーザー照射ヘッド４４のみを移動するようにしたが、成形型３２のみを移動したり、成形型３２及びレーザー照射ヘッド４４の双方を移動させたりしてもよい。
【００６１】
・ 前記実施形態のエアフィルタのほかに、オイルフィルタ、水フィルタ、吸音材、充填材等の他の用途に用いられる繊維集合体においてこの発明を具体化してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】繊維集合体としてのフィルタの製造装置の一実施形態を示す平面図。
【図２】図１の製造装置における繊維材料供給機構を示す断面図。
【図３】図１の製造装置に使用する成形型を示す分解断面図。
【図４】図３の４−４線における断面図。
【図５】図３の５−５線における断面図。
【図６】図１の製造装置におけるフィルタの製造過程を示す断面図。
【図７】図６に続くフィルタの製造過程を示す断面図。
【図８】図７に続くフィルタの製造過程を示す断面図。
【図９】図８に続くフィルタの製造過程を示す断面図。
【図１０】図９に続くフィルタの製造過程を示す断面図。
【図１１】繊維材料中の繊維の分散状態を拡大して示す構成図。
【図１２】フィルタ製造後の繊維の結合状態を拡大して示す構成図。
【図１３】製造されたフィルタを示す縦断面図。
【図１４】図１３の１４−１４線における断面図。
【図１５】使用する繊維の別の構造を示す斜視図。
【図１６】繊維集合体としてのフィルタの別の構造を示す斜視図。
【図１７】フィルタのさらに別の構造を示す斜視図。
【図１８】フィルタのさらに別の構造を示す斜視図。
【図１９】フィルタのさらに別の構造を示す斜視図。
【図２０】フィルタのさらに別の構造を示す斜視図。
【図２１】フィルタの製造装置の別の構成を示す要部斜視図。
【図２２】フィルタの製造装置のさらに別の構成を示す断面図。
【符号の説明】
【００６３】
３２…成形型、３３…繊維材料供給機構、３４…レーザー照射機構、３７…繊維材料、３７ａ…主構成体としての主繊維、３７ｂ…バインダとしてのバインダ繊維、４０…下型、４１…上型、４３…回転テーブル、４４…レーザー照射ヘッド、４５…繊維集合体としてのフィルタ、Ｓ１…繊維の直径寸法、Ｓ２…繊維の長さ寸法。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維を集合させるとともに、繊維間に空隙を形成した繊維集合体において、
レーザービームによって繊維間のバインダを溶融させて、そのバインダにより繊維同士を結合させたことを特徴とする繊維集合体。
【請求項２】
前記繊維として、レーザービームによる溶融を抑止するために、レーザービームの透過性が高い材質を用いたことを特徴とする請求項１に記載の繊維集合体。
【請求項３】
前記繊維として、直径が５〜３０μｍの範囲内のものを用いたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の繊維集合体。
【請求項４】
前記繊維として、長さが１〜５ｍｍの範囲内のものを用いたことを特徴とする請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載の繊維集合体。
【請求項５】
繊維が集合されるとともに、バインダが混入された繊維集合体に対し、レーザービームを照射し、そのレーザービームによってバインダを溶融させて、そのバインダにより繊維同士をそれらの間に空隙を形成した状態で結合させて、形状保持させることを特徴とした繊維集合体の製造方法。
【請求項６】
レーザービームの透過性を有する成形型内に繊維集合体を収容した状態で、成形型の外側から繊維集合体にレーザービームを照射することを特徴とした請求項５に記載の繊維集合体の製造方法。
【請求項７】
前記レーザービームの波長は、８００〜１１００ｎｍの範囲内であることを特徴とした請求項５または請求項６に記載の繊維集合体の製造方法。
【請求項８】
前記バインダは、レーザービームの透過性を低下させるために着色されたものであることを特徴とした請求項５〜請求項７のうちのいずれか一項に記載の繊維集合体の製造方法。
【請求項９】
前記バインダは、繊維集合体の主構造体を構成する繊維よりも融点の低い合成樹脂により構成されていることを特徴とした請求項５〜請求項８のうちのいずれか一項に記載の繊維集合体の製造方法。
【請求項１０】
繊維集合体の主構造体を構成する主繊維と、その主繊維よりも融点の低い合成樹脂製のバインダ繊維とを混合して繊維集合体が構成されていることを特徴とした請求項５〜請求項９のうちのいずれか一項に記載の繊維集合体の製造方法。
【請求項１１】
前記バインダとして粒体または粉体を用い、それを繊維間に分散させることを特徴とした請求項５〜請求項９のうちのいずれか一項に記載の繊維集合体の製造方法。
【請求項１】
繊維を集合させるとともに、繊維間に空隙を形成した繊維集合体において、
レーザービームによって繊維間のバインダを溶融させて、そのバインダにより繊維同士を結合させたことを特徴とする繊維集合体。
【請求項２】
前記繊維として、レーザービームによる溶融を抑止するために、レーザービームの透過性が高い材質を用いたことを特徴とする請求項１に記載の繊維集合体。
【請求項３】
前記繊維として、直径が５〜３０μｍの範囲内のものを用いたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の繊維集合体。
【請求項４】
前記繊維として、長さが１〜５ｍｍの範囲内のものを用いたことを特徴とする請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載の繊維集合体。
【請求項５】
繊維が集合されるとともに、バインダが混入された繊維集合体に対し、レーザービームを照射し、そのレーザービームによってバインダを溶融させて、そのバインダにより繊維同士をそれらの間に空隙を形成した状態で結合させて、形状保持させることを特徴とした繊維集合体の製造方法。
【請求項６】
レーザービームの透過性を有する成形型内に繊維集合体を収容した状態で、成形型の外側から繊維集合体にレーザービームを照射することを特徴とした請求項５に記載の繊維集合体の製造方法。
【請求項７】
前記レーザービームの波長は、８００〜１１００ｎｍの範囲内であることを特徴とした請求項５または請求項６に記載の繊維集合体の製造方法。
【請求項８】
前記バインダは、レーザービームの透過性を低下させるために着色されたものであることを特徴とした請求項５〜請求項７のうちのいずれか一項に記載の繊維集合体の製造方法。
【請求項９】
前記バインダは、繊維集合体の主構造体を構成する繊維よりも融点の低い合成樹脂により構成されていることを特徴とした請求項５〜請求項８のうちのいずれか一項に記載の繊維集合体の製造方法。
【請求項１０】
繊維集合体の主構造体を構成する主繊維と、その主繊維よりも融点の低い合成樹脂製のバインダ繊維とを混合して繊維集合体が構成されていることを特徴とした請求項５〜請求項９のうちのいずれか一項に記載の繊維集合体の製造方法。
【請求項１１】
前記バインダとして粒体または粉体を用い、それを繊維間に分散させることを特徴とした請求項５〜請求項９のうちのいずれか一項に記載の繊維集合体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２００６−２９１３７８（Ｐ２００６−２９１３７８Ａ）
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１１１２２４（Ｐ２００５−１１１２２４）
【出願日】平成１７年４月７日（２００５．４．７）
【出願人】（０００２４１５００）トヨタ紡織株式会社 (2,945)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月７日（２００５．４．７）
【出願人】（０００２４１５００）トヨタ紡織株式会社 (2,945)
【Ｆターム（参考）】
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