JP2009085251A - 板ばね及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量でかつばねに適した曲げ挙動を示す板ばねを提供する。
【解決手段】８０質量％以上の湿熱接着性繊維を含む繊維ウェブを高温水蒸気で加熱し、前記湿熱接着性繊維を融着させて繊維を固定し、板ばねを製造する。この板ばねは、厚み方向の断面において、厚み方向に三等分した各々の領域における繊維接着率がいずれも３０〜８５％であり、かつ各領域における繊維接着率の最大値に対する最小値の割合が５０％以上であってもよい。また、０．１〜０．７ｇ／ｃｍ³の見掛け密度を有し、少なくとも一方向における最大曲げ応力が０．５ＭＰａ以上であり、最大曲げ応力を示す曲げ量に対して１．５倍の曲げ量における曲げ応力が、最大曲げ応力に対して１／２以上であってもよい。この板ばねの形状は、例えば、屈曲板状又は湾曲板状であってもよい。
【選択図】なし

Description

本発明は、日用品、家電製品、寝具、人体補助具、車両などに広く利用され、軽量でばね特性に優れた板ばね及びその製造方法に関する。

従来から、文房具などの日用品、インクリボンやパソコンなどの家電製品、枕やソファーなどの寝具、義足や短下肢装具などの人体補助具などの部材として、簡易な構造で、かつ反発及びクッション力を有する板ばねが使用されている。板ばねには、反発及びクッション力に加えて、繰り返し使用可能な耐久性が必要とされるため、その材質は、通常、金属が使用されてきた。しかし、文房具などのように持ち運びが必要な用途や、車両などのように移動が必要な用途においては、板ばねに軽量性が要求される。そこで、金属に替えて、繊維強化プラスチックなどのポリマー材料を板ばねとして使用することも検討されている。

特開２０００−１８２９９号公報（特許文献１）には、所定の機械的特性を有し強化ファイバーを持たない第１のポリマー材料から成る中心コアと、この中心コアを覆い、複数の一方向強化ファイバーを内蔵するポリマーマトリックスを含む複合材料からなるカバーとで構成された自動車サスペンション用の板ばねが提案されている。この板ばねでは、エポキシ樹脂で構成された中心コアを、グラスファイバーをエポキシ樹脂で含浸させた繊維強化プラスチックを含むカバー層で被覆した構造とすることにより、優れた機械的特性と軽量とを発現させている。

しかし、この板ばねでも軽量性は充分でなく、構造が複雑であるため、操作性や生産性も低い。また、強化繊維でポリマーが強化されているため、ばね特性が小さいだけでなく、繊維が一旦破断すると、ばね特性が失われる。さらに、エポキシ樹脂などのケミカルバインダーで繊維を固定しているため、有害成分が発生し易い。なお、繊維強化プラスチックを使用した板ばねの密度は、金属に比べて低いものの、通常、１ｇ／ｃｍ³程度であり、さらなる軽量性が求められている。
特開２０００−１８２９９号公報（請求項１、段落［0005］［0013］［0014］、図１）

従って、本発明の目的は、軽量でかつばねに適した曲げ挙動を示す板ばね及びその製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、繰り返し用いてもばね特性が低下しない板ばね及びその製造方法を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、有害な成分を用いることなく、簡便に製造できる板ばね及びその製造方法を提供することにある。

本発明者らは、前記課題を達成するため鋭意検討した結果、繊維が湿熱接着性繊維により適度に接着された不織繊維構造を有する成形体を板ばねとして用いると、軽量であっても、ばねに適した曲げ挙動を示すことを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明の板ばねは、８０質量％以上の湿熱接着性繊維を含み、かつ不織繊維構造を有する板ばねであって、前記湿熱接着性繊維の融着により繊維が固定された成形体で構成されている。この板ばねは、厚み方向の断面において、厚み方向に三等分した各々の領域における繊維接着率がいずれも２０〜８０％であり、かつ各領域における繊維充填率の最大値に対する最小値の割合が５０％以上であってもよい。また、０．１〜０．７ｇ／ｃｍ³の見掛け密度を有するとともに、少なくとも一方向における最大曲げ応力が０．５ＭＰａ以上であり、最大曲げ応力を示す曲げ量に対して１．５倍の曲げ量における曲げ応力が、最大曲げ応力に対して１／２以上であってもよい。前記湿熱接着性繊維は、湿熱接着性樹脂と非湿熱接着性樹脂とで構成された複合繊維であり、両者の割合（質量比）が、湿熱接着性樹脂／非湿熱接着性樹脂＝４０／６０〜８０／２０程度であってもよい。この板ばねの形状は、例えば、屈曲板状又は湾曲板状であってもよい。

本発明には、湿熱接着性繊維を含む繊維をウェブ化する工程と、生成した繊維ウェブを高温水蒸気で加熱処理して繊維を融着し、不織繊維構造を有する成形体を得る工程とを含む前記板ばねの製造方法も含まれる。

本発明の板ばねは、繊維が湿熱接着性繊維により適度に接着された不織繊維構造を有するため、極めて軽量であるにも拘わらず、適度にたわみ、ばねに適した曲げ応力や屈曲強度を示す。さらに、この板ばねは、機械的特性に優れ、耐久性も高いため、繰り返し用いてもばね特性が低下しない。さらに、この板ばねは、実質的に繊維のみで構成でき、ケミカルバインダーや特殊薬剤を添加する必要がないため、有害成分（揮発性有機化合物など）を発生させる成分を用いることなく、簡便に製造できる。

［板ばね］
本発明の板ばねは、８０質量％以上の湿熱接着性繊維を含み、かつ不織繊維構造を有している。特に、本発明の板ばねは、前記湿熱接着性繊維の融着により繊維が固定された成形体で構成され、繊維構造に特有の高い軽量性だけでなく、不織繊維構造を構成する繊維の配列と、この繊維同士の接着状態を調整することにより、通常の不織布では得られない「曲げ挙動（高い曲げ応力を有し、また最大曲げ応力を示す地点を過ぎてさらに曲げても応力を保持するとともに、応力を解除すると復元しようとする挙動）」と「軽量性」と「表面硬さ（表面に荷重をかけて厚み方向に力を付与しても容易に変形し難い特性）」とを兼ね備え、さらに適度にたわみ、折れ難く、ばねに適した屈曲強度も有している。

このような板ばねは、後述するように、前記湿熱接着性繊維を含むウェブに高温（過熱又は加熱）水蒸気を作用させて、湿熱接着性繊維の融点以下の温度で接着作用を発現し、繊維同士を部分的に接着させることにより得られる。すなわち、単繊維及び束状集束繊維同士を湿熱下、適度に小さな空隙を保持しながら、いわば「スクラム」を組むように点接着又は部分接着させて得られる。

（湿熱接着性繊維）
湿熱接着性繊維は、少なくとも湿熱接着性樹脂で構成されている。湿熱接着性樹脂は、高温水蒸気によって容易に実現可能な温度において、流動又は容易に変形して接着機能を発現可能であればよい。具体的には、熱水（例えば、８０〜１２０℃、特に９５〜１００℃程度）で軟化して自己接着又は他の繊維に接着可能な熱可塑性樹脂、例えば、セルロース系樹脂（メチルセルロースなどのＣ_1-3アルキルセルロース、ヒドロキシメチルセルロースなどのヒドロキシＣ_1-3アルキルセルロース、カルボキシメチルセルロースなどのカルボキシＣ_1-3アルキルセルロース又はその塩など）、ポリアルキレングリコール樹脂（ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイドなどのポリＣ_2-4アルキレンオキサイドなど）、ポリビニル系樹脂（ポリビニルピロリドン、ポリビニルエーテル、ビニルアルコール系重合体、ポリビニルアセタールなど）、アクリル系共重合体およびそのアルカリ金属塩［（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリルアミドなどのアクリル系単量体で構成された単位を含む共重合体又はその塩など］、変性ビニル系共重合体（イソブチレン、スチレン、エチレン、ビニルエーテルなどのビニル系単量体と、無水マレイン酸などの不飽和カルボン酸又はその無水物との共重合体又はその塩など）、親水性の置換基を導入したポリマー（スルホン酸基やカルボキシル基、ヒドロキシル基などを導入したポリエステル、ポリアミド、ポリスチレン又はその塩など）、脂肪族ポリエステル系樹脂（ポリ乳酸系樹脂など）などが挙げられる。さらに、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、熱可塑性エラストマー又はゴム（スチレン系エラストマーなど）などのうち、熱水（高温水蒸気）の温度で軟化して接着機能を発現可能な樹脂も含まれる。

これらの湿熱接着性樹脂は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。湿熱接着性樹脂は、通常、親水性又は水溶性高分子で構成される。これらの湿熱接着性樹脂のうち、エチレン−ビニルアルコール共重合体などのビニルアルコール系重合体、ポリ乳酸などのポリ乳酸系樹脂、（メタ）アクリルアミド単位を含む（メタ）アクリル系共重合体、特に、エチレンやプロピレンなどのα−Ｃ_2-10オレフィン単位を含むビニルアルコール系重合体、特に、エチレン−ビニルアルコール系共重合体が好ましい。

エチレン−ビニルアルコール系共重合体において、エチレン単位の含有量（共重合割合）は、例えば、１０〜６０モル％、好ましくは２０〜５５モル％、さらに好ましくは３０〜５０モル％程度である。エチレン単位がこの範囲にあることにより、湿熱接着性を有するが、熱水溶解性はないという特異な性質が得られる。エチレン単位の割合が少なすぎると、エチレン−ビニルアルコール系共重合体が、低温の蒸気（水）で容易に膨潤又はゲル化し、水に一度濡れただけで形態が変化し易い。一方、エチレン単位の割合が多すぎると、吸湿性が低下し、湿熱による繊維融着が発現し難くなるため、実用性のある強度の確保が困難となる。エチレン単位の割合が、特に３０〜５０モル％の範囲にあると、シート又は板状への加工性が特に優れる。

エチレン−ビニルアルコール系共重合体におけるビニルアルコール単位の鹸化度は、例えば、９０〜９９．９９モル％程度であり、好ましくは９５〜９９．９８モル％、さらに好ましくは９６〜９９．９７モル％程度である。鹸化度が小さすぎると、熱安定性が低下し、熱分解やゲル化によって安定性が低下する。一方、ケン化度が大きすぎると、繊維自体の製造が困難となる。

エチレン−ビニルアルコール系共重合体の粘度平均重合度は、必要に応じて選択できるが、例えば、２００〜２５００、好ましくは３００〜２０００、さらに好ましくは４００〜１５００程度である。重合度がこの範囲にあると、紡糸性と湿熱接着性とのバランスに優れる。

湿熱接着性繊維の横断面形状（繊維の長さ方向に垂直な断面形状）は、一般的な中実断面形状である丸型断面や異型断面［偏平状、楕円状、多角形状、３〜１４葉状、Ｔ字状、Ｈ字状、Ｖ字状、ドッグボーン（Ｉ字状）など］に限定されず、中空断面状などであってもよい。湿熱接着性繊維は、少なくとも湿熱接着性樹脂を含む複数の樹脂で構成された複合繊維であってもよい。複合繊維は、湿熱接着性樹脂を少なくとも繊維表面の一部に有していればよいが、接着性の点から、湿熱接着性樹脂が表面の少なくとも一部を長さ方向に連続して占めるのが好ましい。

湿熱接着性繊維が表面を占める複合繊維の横断面構造としては、例えば、芯鞘型、海島型、サイドバイサイド型又は多層貼合型、放射状貼合型、ランダム複合型などが挙げられる。これらの横断面構造のうち、接着性が高い構造である点から、湿熱接着性樹脂が全表面を長さ方向に連続して占める構造である芯鞘型構造（すなわち、鞘部が湿熱接着性樹脂で構成された芯鞘型構造）が好ましい。

複合繊維の場合、湿熱接着性樹脂同士を組み合わせてもよいが、非湿熱接着性樹脂と組み合わせてもよい。非湿熱接着性樹脂としては、非水溶性又は疎水性樹脂、例えば、ポリオレフィン系樹脂、（メタ）アクリル系樹脂、塩化ビニル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリウレタン系樹脂、熱可塑性エラストマーなどが挙げられる。これらの非湿熱接着性樹脂は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。

これらの非湿熱接着性樹脂のうち、耐熱性及び寸法安定性の点から、融点が湿熱接着性樹脂（特にエチレン−ビニルアルコール系共重合体）よりも高い樹脂、例えば、ポリプロピレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、特に、耐熱性や繊維形成性などのバランスに優れる点から、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂が好ましい。

ポリエステル系樹脂としては、ポリＣ_２−４アルキレンアリレート系樹脂などの芳香族ポリエステル系樹脂（ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなど）、特に、ＰＥＴなどのポリエチレンテレフタレート系樹脂が好ましい。ポリエチレンテレフタレート系樹脂は、エチレンテレフタレート単位の他に、他のジカルボン酸（例えば、イソフタル酸、ナフタレン−２，６−ジカルボン酸、フタル酸、４，４′−ジフェニルジカルボン酸、ビス（カルボキシフェニル）エタン、５−ナトリウムスルホイソフタル酸など）やジオール（例えば、ジエチレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサン−１，４−ジメタノール、ポリエチレングリコール、ポリテトラメチレングリコールなど）で構成された単位を２０モル％以下程度の割合で含んでいてもよい。

ポリアミド系樹脂としては、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド６１０、ポリアミド１０、ポリアミド１２、ポリアミド６−１２などの脂肪族ポリアミドおよびその共重合体、芳香族ジカルボン酸と脂肪族ジアミンとから合成された半芳香族ポリアミドなどが好ましい。これらのポリアミド系樹脂にも、共重合可能な他の単位が含まれていてもよい。

湿熱接着性樹脂と非湿熱接着性樹脂（繊維形成性重合体）とで構成された複合繊維の場合、両者の割合（質量比）は、構造（例えば、芯鞘型構造）に応じて選択でき、湿熱接着性樹脂が表面に存在すれば特に限定されないが、例えば、湿熱接着性樹脂／非湿熱接着性樹脂＝３０／７０〜９０／１０、好ましくは３５／６５〜８５／１５、さらに好ましくは４０／６０〜８０／２０程度である。湿熱接着性樹脂の割合が多すぎると、繊維の強度を確保し難く、湿熱接着性樹脂の割合が少なすぎると、繊維表面の長さ方向に連続して湿熱接着性樹脂を存在させるのが困難となり、湿熱接着性が低下する。この傾向は、湿熱接着性樹脂を非湿熱接着性繊維の表面にコートする場合においても同様である。

湿熱接着性繊維の平均繊度は、用途に応じて、例えば、０．０１〜１００ｄｔｅｘ程度の範囲から選択でき、好ましくは０．１〜５０ｄｔｅｘ、さらに好ましくは０．５〜３０ｄｔｅｘ（特に１〜１０ｄｔｅｘ）程度である。平均繊度がこの範囲にあると、繊維の強度と湿熱接着性の発現とのバランスに優れる。

湿熱接着性繊維の平均繊維長は、例えば、１０〜１００ｍｍ程度の範囲から選択でき、好ましくは２０〜８０ｍｍ、さらに好ましくは２５〜７５ｍｍ（特に３５〜５５ｍｍ）程度である。平均繊維長がこの範囲にあると、繊維が充分に絡み合うため、成形体の機械的強度が向上する。

湿熱接着性繊維の捲縮率は、例えば、１〜５０％、好ましくは３〜４０％、さらに好ましくは５〜３０％（特に１０〜２０％）程度である。また、捲縮数は、例えば、１〜１００個／２５ｍｍ、好ましくは５〜５０個／２５ｍｍ、さらに好ましくは１０〜３０個／２５ｍｍ程度である。

（他の繊維）
板ばねは、さらに非湿熱接着性繊維を含んでいてもよい。非湿熱接着性繊維としては、ポリエステル系繊維（ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリトリメチレンテレフタレート繊維、ポリブチレンテレフタレート繊維、ポリエチレンナフタレート繊維などの芳香族ポリエステル繊維など）、ポリアミド系繊維（ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド１１、ポリアミド１２、ポリアミド６１０、ポリアミド６１２などの脂肪族ポリアミド系繊維、半芳香族ポリアミド系繊維、ポリフェニレンイソフタルアミド、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド、ポリｐ−フェニレンテレフタルアミドなどの芳香族ポリアミド系繊維など）、ポリオレフィン系繊維（ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリＣ_2-4オレフィン繊維など）、アクリル系繊維（アクリロニトリル−塩化ビニル共重合体などのアクリロニトリル単位を有するアクリロニトリル系繊維など）、ポリビニル系繊維（ポリビニルアセタール系繊維など）、ポリ塩化ビニル系繊維（ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−アクリロニトリル共重合体の繊維など）、ポリ塩化ビニリデン系繊維（塩化ビニリデン−塩化ビニル共重合体、塩化ビニリデン−酢酸ビニル共重合体などの繊維）、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維、セルロース系繊維（例えば、レーヨン繊維、アセテート繊維など）などが挙げられる。これらの非湿熱接着性繊維は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。

これらの非湿熱接着性繊維は、板ばねの種類に応じて適宜選択して使用できる。硬さや、曲げ応力や屈曲強度などの機械的特性を重視する場合には、吸湿性の高い親水性繊維、例えば、ポリビニル系繊維やセルロース系繊維、特に、セルロース系繊維を使用するのが好ましい。セルロース系繊維には、天然繊維（木綿、羊毛、絹、麻など）、半合成繊維（トリアセテート繊維などのアセテート繊維など）、再生繊維（レーヨン、ポリノジック、キュプラ、リヨセル（例えば、登録商標名：「テンセル」など）など）が含まれる。これらのセルロース系繊維のうち、例えば、レーヨンなどの半合成繊維が好適に使用でき、エチレン−ビニルアルコール共重合体を含む湿熱接着性繊維と組み合わせると、湿熱接着性繊維との親和性が高いため、収縮が進むとともに、接着性も向上し、本発明の中では相対的に高密度で機械的特性の高い成形体が得られる。

一方、硬さや強度などよりも、軽量性や可撓性（たわみ易さやたわみの大きさ）を重視する場合には、吸湿性の低い疎水性繊維、例えば、ポリオレフィン系繊維、ポリエステル系繊維、ポリアミド系繊維、特に、諸特性のバランスに優れるポリエステル系繊維（ポリエチレンテレフタレート繊維など）を使用するのが好ましい。これらの疎水性繊維をエチレン−ビニルアルコール共重合体を含む湿熱接着性繊維と組み合わせると、軽量で可撓性の高い成形体が得られる。

非湿熱接着性繊維の平均繊度及び平均繊維長は、湿熱接着性繊維と同様である。

本発明の板ばねは、ばねに必要な機械的特性を発現する点から、湿熱接着性繊維を８０質量％以上（例えば、８０〜１００質量％）含んでおり、例えば、８５質量％以上（例えば、８５〜９９．９９質量％）、好ましくは９０質量％以上（例えば、９０〜９９．９質量％）、さらに好ましくは９５質量％以上（例えば、９５〜９９．５質量％）の割合で含んでいる。

湿熱接着性繊維と非湿熱接着性繊維との割合（質量比）は、板ばねの用途に応じて、湿熱接着性繊維／非湿熱接着性繊維＝８０／２０〜１００／０（例えば、８０／２０〜９９．９／０．１）、好ましくは９０／１０〜１００／０（例えば、９０／１０〜９９．５／０．５）、さらに好ましくは９５／５〜１００／０（例えば、９５／５〜９９／１）程度の範囲から選択できる。

成形体（又は繊維）は、さらに、慣用の添加剤、例えば、安定剤（銅化合物などの熱安定剤、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤など）、分散剤、増粘剤、微粒子、着色剤、帯電防止剤、難燃剤、可塑剤、潤滑剤、結晶化速度遅延剤、滑剤、抗菌剤、防虫・防ダニ剤、防カビ剤、つや消し剤、畜熱剤、香料、蛍光増白剤、湿潤剤、可塑剤などを含有していてもよい。これらの添加剤は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらの添加剤は、成形体表面に担持されていてもよく、繊維中に含まれていてもよい。

（板ばねの特性）
本発明の板ばねは、前記繊維で構成されたウェブから得られる不織繊維構造を有しており、その形状は用途に応じて選択でき、板状成形体が屈曲又は湾曲した形状である。板状成形体の平面形状は、特に限定されず、円や楕円形状、多角形状などであってもよいが、通常、正方形又は長方形状である。板ばねの厚み方向の断面形状は、圧力をかけることにより変形可能な異形状（非直線状）であればよいが、成形の容易性などの点から、通常、屈曲によるＶ字状、湾曲によるＵ字状（又は部分円状）である。Ｖ字又はＵ字の角度や半径は、要求されるばね特性に応じて適宜選択すればよく、例えば、Ｖ字状の場合、その角度は、例えば、５〜１６０°、好ましくは１０〜１４０°、さらに好ましくは２０〜１２０°（特に３０〜９０°）程度である。なお、このような屈曲や湾曲は、通常、板状成形体の１つの部位に形成されているが、複数の部位に形成された波状や蛇腹状であってもよい。屈曲が板状成形体の１つの部位に形成されている場合、屈曲部位は、ばね特性の点から、板状成形体を二つ折りにした状態（例えば、板状面が長方形である場合、長辺を二つに折りたたむ形状など）で形成されているのが好ましい。なお、屈曲部位は、必ずしも一辺の中央部位に形成されている必要はなく、使用される用途や使用部位の形状などに応じて適宜選択すればよい。また、湾曲板状の場合も、湾曲の形状や程度は使用される用途や使用部位の形状などに応じて適宜選択すればよい。

さらに、板ばねにおいて、高い硬度及び機械的特性を有するとともに、軽量（低密度）性と可撓性とをバランスよく備えた不織繊維構造を有するためには、前記不織繊維のウェブを構成する繊維の配列状態及び接着状態が適度に調整されている必要がある。すなわち、繊維ウェブを構成する繊維が、概ね繊維ウェブ（不織繊維）面に対して平行に配列しながら、お互いに交差するように配列させるのが望ましい。さらに、板ばねを構成する成形体は、各繊維が交差した交点で融着しているのが好ましい。特に、高い機械的特性が要求される成形体は、交点以外の繊維が略平行に並んでいる部分において、数本〜数十本程度で束状に融着した束状融着繊維を形成していてもよい。これらの繊維が、単繊維同士の交点、束状繊維同士の交点、又は単繊維と束状繊維との交点において融着した構造を部分的に形成することにより、「スクラム」を組んだような構造（繊維が交点部で接着し、網目のように絡み合った構造、又は交点で繊維が接着し隣接する繊維を互いに拘束する構造）とし、目的とする曲げ挙動や硬度などを発現させることができる。本発明では、このような構造が、繊維ウェブの面方向及び厚み方向に沿って概ね均一に分布するような形態とするのが望ましい。

ここでいう「概ね繊維ウェブ面に対し平行に配列している」とは、局部的に多数の繊維が厚み方向に沿って配列している部分が繰り返し存在するようなことがない状態を示す。より具体的には、成形体の繊維ウェブにおける任意の断面を顕微鏡観察した際に、繊維ウェブでの厚みの３０％以上に亘り、厚み方向に連続して延びる繊維の存在割合（本数割合）が、その断面における全繊維に対して１０％以下（特に５％以下）である状態をいう。

繊維を繊維ウェブ面に対して平行に配列するのは、厚み方向（ウェブ面に対して垂直な方向）に沿って配向している繊維が多く存在すると、周辺に繊維配列の乱れが生じて不織繊維内に必要以上に大きな空隙を生じ、成形体の曲げ強度や表面硬さが低減するためである。従って、できるだけこの空隙を少なくすることが好ましく、このために繊維を可能な限り繊維ウェブ面に対して平行に配列させるのが望ましい。

なお、ウェブをニードルパンチなどの手段で交絡させると、高い硬度を有する成形体の製造が容易となる。さらに、繊維を湿熱接着させる前に交絡させると、接着前の繊維の形態が保持されるため、厚みの大きい成形体の製造が容易となり、生産効率上有利となる。しかし、ニードルパンチなどによる繊維の交絡は、繊維を繊維ウェブ面に対して平行に配列させる点からは不利である。さらに、交絡によって成形体の密度が高まるため、低密度で軽量な成形体の製造は困難となる。従って、繊維を平行に配列させ、低密度で軽量な成形体を得やすい点から、繊維の交絡の程度を低減するか、交絡しないのが好ましい。

特に、成形体の厚み方向に荷重がかかった場合、大きな空隙部が存在すると、この空隙部が荷重により潰れて成形体表面が変形し易くなる。さらに、この荷重が成形体全面にかかると全体的に厚みが小さくなり易くなる。成形体自体を空隙のない樹脂充填物とすればこのような問題を回避できるが、軽量性が低下する。

一方で、荷重による厚み方向への変形を小さくするために、繊維を細くし、より密に繊維を充填することが考えられるが、細い繊維のみで軽量性を確保しようとすると、各々の繊維の剛性が低くなり、逆に曲げ応力が低下する。曲げ応力を確保するためには、繊維径をある程度太くすることが必要であるが、単純に太い繊維を混合したのでは、太い繊維同士の交点付近で、大きな空隙ができやすく、厚み方向へ変形し易くなる。

そこで、本発明の板ばねは、低密度にするとともに、繊維の方向をウェブの面方向に沿って平行に並べ、分散させる（又は繊維方向をランダム方向に向ける）ことにより、繊維同士がお互いに交差し、その交点で接着することにより、小さな空隙を生じて軽量性を確保している。さらに、このような繊維構造が連続することにより、適度な表面硬さも確保している。特に、他の繊維と交差せず概ね平行に並んでいる箇所において、繊維長さ方向に並行に融着した束状繊維を形成させた場合には、単繊維のみから構成される場合に比べて高い曲げ強度を主に確保できる。硬さ及び強度が高い成形体を望む場合には、繊維一本一本が交差する交点で接着しながら、交点と交点との間で、各繊維が束状に並ぶ部分において、数本の束状繊維を形成することが好ましい。このような構造は、成形体断面を観察したときの単繊維の存在状態から確認できる。

さらに、本発明の板ばねにおいて、不織繊維構造を構成する繊維が前記湿熱接着性繊維の融着度合いを反映する指標として、成形後の成形体断面（厚み方向の断面）における繊維及び束状の繊維束の形成する断面の占める面積比率、すなわち繊維充填率を用いる。厚み方向の断面における繊維充填率は、例えば、２０〜８０％、好ましくは２０〜６０％、さらに好ましくは３０〜５０％程度である。繊維充填率が小さすぎると、成形体内の空隙が多すぎて、所望の表面硬さ及び曲げ応力を確保するのが困難になる。逆に、大きすぎると、表面硬さ及び曲げ応力を充分に確保できるが、非常に重くなり、軽量性が低下する傾向にある。

従って、本発明の板ばねでは、厚み方向の断面において、厚み方向に三等分した各々の領域における繊維充填率がいずれも前記範囲にあるのが好ましい。さらに、各領域における繊維充填率の最大値に対する最小値の割合（最小値／最大値）（繊維充填率が最大の領域に対する最小の領域の比率）が、例えば、５０％以上（例えば、５０〜１００％）、好ましくは６０〜９９％、さらに好ましくは７０〜９８％（特に８０〜９７％）程度である。本発明では、繊維充填率が、厚み方向において、均一であると、曲げ応力や屈曲強度、耐折性や靱性などにおいて優れる。本発明における繊維充填率は、後述する実施例に記載の方法で測定する。

なお、本発明において、「厚み方向に三等分した領域」とは、板状成形体の厚み方向に対して直交する方向にスライスして三等分した各領域のことを意味する。

一方、本発明では、この繊維融着の度合を示す指標として、繊維接着率を用いることもできる。本発明の板ばねにおいて、不織繊維構造を構成する繊維が前記湿熱接着性繊維の融着により繊維接着率３０〜８５％以下、好ましくは３５〜８０％、さらに好ましくは４０〜７５％程度で接着されている。本発明における繊維接着率は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて撮影した写真に基づいて測定でき、不織繊維断面における全繊維の断面数に対して、２本以上接着した繊維の断面数の割合で示される。従って、繊維接着率が低いことは、複数の繊維同士が融着する割合（集束して融着した繊維の割合）が少ないことを意味する。

本発明では、さらに、不織繊維構造を構成する繊維は、各々の繊維の接点で接着しているが、できるだけ少ない接点数で大きな曲げ応力を発現するためには、この接着点が、厚み方向に沿って、成形体表面から内部（中央）、そして裏面に至るまで、均一に分布しているのが好ましい。接着点が表面又は内部などに集中すると、優れた機械的特性及び成形性を確保するのが困難となるだけでなく、接着点の少ない部分における形態安定性が低下する。

従って、成形体の厚み方向の断面において、厚み方向に三等分した各々の領域における繊維接着率がいずれも前記範囲にあるのが好ましい。さらに、各領域における繊維接着率の最大値に対する最小値の割合（最小値／最大値）（繊維接着率が最大の領域に対する最小の領域の比率）が、例えば、５０％以上（例えば、５０〜１００％）、好ましくは５５〜９９％、さらに好ましくは６０〜９８％（特に７０〜９７％）程度である。本発明では、繊維接着率が、厚み方向において、このような均一性を有しているため、硬さ、曲げ応力及び屈曲強度、耐折性や靱性において優れている。

このように、本発明の板ばねでは、湿熱接着性繊維による融着が均一に分散して点接着しているだけでなく、これらの点接着が短い融着点距離（例えば、数十〜数百μｍ）で緻密にネットワーク構造を張り巡らしている。このような構造により、本発明の板ばねは、外力が作用しても、繊維構造が有する柔軟性により、歪みに対して追従性が高くなるとともに、微細に分散した繊維の各融着点に外力が分散して小さくなるため、高い耐折性や靱性を発現していると推定できる。これに対して、従来の多孔質成形体や発泡体などは、空孔の周囲が連続した界面を形成しているため、本発明の板ばねに比べて、大きな面積で外力を受け止めることとなり、歪みが発生し易く、耐折性や靱性が低下すると推定できる。

本発明の板ばねにおいて、厚み方向の断面における単繊維（単繊維端面）の存在頻度は特に限定されず、例えば、その断面の任意の１ｍｍ²に存在する単繊維の存在頻度が平均１００個／ｍｍ²以上（例えば、１００〜３００個／ｍｍ²程度）であってもよい。一方、軽量性よりも機械的特性が要求される場合には、単繊維の存在頻度は、例えば、平均１００個／ｍｍ²以下、好ましくは６０個／ｍｍ²以下（例えば、１〜６０個／ｍｍ²）、さらに好ましくは２５個／ｍｍ²以下（例えば、３〜２５個／ｍｍ²）であってもよい。単繊維の存在頻度が多すぎると、繊維の融着が少なく、板ばねの強度が低下する。なお、単繊維の存在頻度が１００個／ｍｍ²を超えると繊維の束状融着が少なくなるため、高い曲げ強度の確保が困難となる。さらに、束状に融着された繊維が板ばねの厚み方向に薄く、面方向（長さ方向又は幅方向）に幅広い形を有するのが好ましい。

なお、本発明では、前記単繊維の存在頻度は、次のようにして測定する。すなわち、成形体断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真の中から選んだ１ｍｍ²に相当する範囲を観察し、単繊維断面の数を数える。写真の中から任意の数箇所（例えば、無作為に選択した１０箇所）について同様に観察し、単繊維端面の単位面積当たりの平均値を単繊維の存在頻度とする。このとき、断面において、単繊維の状態である繊維の数を全て数える。すなわち、完全に単繊維の状態である繊維以外に、数本の繊維が融着した繊維であっても、断面において融着部分から離れて単繊維の状態にある繊維は単繊維として数える。

板ばね中の湿熱接着性繊維は、厚み方向で繊維が成形体を貫通しないことにより、繊維の抜けなどによる成形体からの繊維の脱落が抑制できる。湿熱接着性繊維をこのように配置するための製造方法は特に限定されないが、湿熱接着性繊維を交絡させた成形体を複数積層して、湿熱接着する手段が簡便かつ確実である。また、繊維長と成形体の厚みの関係を調整することにより、成形体の厚み方向で貫通する繊維を大幅に低減できる。このような点から、成形体の厚みは、繊維長に対して１０％以上（例えば、１０〜１０００％）、好ましくは４０％以上（例えば、４０〜８００％）、さらに好ましくは６０％以上（例えば、６０〜７００％）、特に１００％以上（例えば、１００〜６００％）である。このような調整により、成形体の曲げ応力などの機械的強度が低下することなく、成形体からの繊維の脱落が抑制できる。

このように本発明の板ばねは、束状融着繊維の割合や存在状態により、密度や機械的特性は影響を受ける。融着の度合いを示す繊維接着率は、ＳＥＭを用いて、板ばねの断面を拡大した写真を撮影し、所定の領域において、接着した繊維断面の数に基づいて簡便に測定できる。しかし、束状に繊維が融着している場合には、各繊維が束状に又は交点で融着しているため、特に密度が高い場合には、繊維単体として観察することが困難になり易い。この場合、例えば、本発明の板ばねが湿熱接着性繊維で構成された鞘部と繊維形成性重合体で構成された芯部とで形成された芯鞘型複合繊維で接着されている場合には、融解や洗浄除去などの手段で接着部の融着を解除し、解除前の切断面と比較することにより繊維接着率を測定できる。

本発明の板ばね（特に、束状に繊維が融着し、単繊維の存在頻度が１００個／ｍｍ²以下である成形体）は、板状（ボード状）であっても、荷重により凹んだり、変形し難い表面硬さを有するのが望ましい。そのような指標として、Ｅタイプのデュロメータ硬さ試験（テクロック社製、「ＧＳ−７２１Ｎ」を使用した試験）による硬度が、例えば、５０以上、好ましくは６０以上（例えば、６０〜１００）、さらに好ましくは７０以上（例えば、７０〜１００）である。この硬度が小さすぎると、表面にかかる荷重により変形し易い。

このような束状融着繊維を含む成形体は、曲げ応力、屈曲強度及び表面硬さと軽量性とを高い次元でバランスさせるために、束状融着繊維の存在頻度が少なく、かつ各繊維（束状繊維及び／又は単繊維）の交点で高い頻度で接着しているのが好ましい。但し、繊維充填率及び繊維接着率が高すぎると、接着している点同士の距離が近接し過ぎて柔軟性及び可撓性が低下し、外部応力による歪みの解消も困難となる。繊維充填率及び繊維接着率が高すぎないことにより、成形体内に細かな空隙による通路が確保でき、軽量性を向上できる。従って、できるだけ少ない接点数で大きな曲げ応力、屈曲強度、表面硬さを発現するためには、繊維充填率及び繊維接着率が成形体表面から内部（中央）、そして裏面に至るまで、厚み方向に沿って均一に分布しているのが好ましい。接着点が表面や内部などに集中すると、前述の曲げ応力や屈曲強度に加えて、可撓性を確保するのも困難となる。

本発明の板ばねは、靱性及び曲げ応力が高く、優れた曲げ挙動を示すことも特徴の一つである。本発明では、この曲げ挙動を表すため、ＪＩＳ Ｋ７０１７「繊維強化プラスチック−曲げ特性の求め方」に準じて、サンプルを徐々に曲げたときに生ずるサンプルの反発力を測定し、最大応力（ピーク応力）を曲げ応力として表し、曲げ挙動の指標として用いた。すなわち、この曲げ応力が大きいほど硬い成形体であり、さらに測定対象物が破壊するまでの曲げ量（変位）が大きい程よく曲がる成形体である。

本発明の板ばねは、少なくとも一方向（好ましくは全ての方向）における最大曲げ応力が０．５ＭＰａ以上（例えば、０．５〜１００ＭＰａ）であり、好ましくは０．７〜３０ＭＰａ、さらに好ましくは０．８〜２０ＭＰａ（１〜１５ＭＰａ）程度であってもよい。さらに、比較的高密度な成形体や束状融着繊維（束状の形態で融着した複数の繊維）を含む成形体など、高い曲げ応力を有する場合には、最大曲げ応力は、１．５ＭＰａ以上、好ましくは２〜３０ＭＰａ、さらに好ましくは３〜２０ＭＰａ程度であってもよい。この最大曲げ応力が小さすぎると、自重やわずかな荷重により簡単に折れ易い。また、最大曲げ応力が高すぎると、硬くなり過ぎて、応力のピークを過ぎて折り曲げると折れて破損し易くなる。なお、１００ＭＰａを超えるような硬さを得るためには、成形体の密度を高くすることが必要となり、軽量性の確保が困難になる。

この曲げ量（変位）とそれによる曲げ応力との相関を見ると、最初、曲げ量の増加とともに応力も増加し、例えば、略直線的に増加する。本発明の板ばねにおいて、測定サンプルが固有の曲げ量に到達すると、その後は徐々に応力が低くなる。すなわち、曲げ量と応力とをグラフにすると、上に凸の放物線状にカーブを描く相関関係を示す。本発明の板ばねは、最大曲げ応力（曲げ応力のピーク）を超えて、さらに曲げようとした場合においても、急激な応力降下を生じることなく、いわゆる「粘り（又は靱性）」を有することも特徴の一つである。本発明では、このような「粘り」を表す指標として、曲げ応力のピーク時の曲げ量（変位）を超えた状態において残っている曲げ応力を用いることができる。すなわち、本発明の板ばねは、最大曲げ応力を示す曲げ量の１．５倍の変位まで曲げた時の応力（以下、「１．５倍変位応力」と称することがある）が、最大曲げ応力の１／２以上（例えば、１／２〜１）を維持していればよく、例えば、５．５／１０以上（例えば、５．５／１０〜９／１０）、好ましくは６／１０以上（例えば、６／１０〜９／１０）、さらに好ましくは６．５／１０以上（例えば、６．５／１０〜９／１０）維持していてもよい。また、２倍変位応力が、最大曲げ応力の１／４以上（例えば、１／４〜１）、好ましくは５／１０以上（例えば、５／１０〜９／１０）、さらに好ましくは６／１０以上（例えば、６／１０〜９／１０）を維持していてもよい。

本発明の板ばねは、適度な柔軟性及び可撓性を有しており、ＪＩＳ Ｋ７０１７「繊維強化プラスチック−曲げ特性の求め方 Ａ法」に準じて、３点曲げ法におけるピーク時のたわみが、例えば、少なくとも一方向（好ましくは全ての方向）において、例えば、０．５〜２０ｍｍ、好ましくは１〜１５ｍｍ、さらに好ましくは２〜１０ｍｍ（特に２．５〜９ｍｍ）程度である。

本発明の板ばねは、屈曲強度も高く、ＪＩＳ Ｋ６４００−２「７．３圧縮たわみ測定 Ｂ法」を応用した方法により、１５５°屈曲応力、及び１５５°屈曲応力に対する１７５°屈曲応力の比が所定の値を示すのが好ましい。本発明の板バネの１５５°屈曲応力は、例えば、０．１Ｎ／２５ｍｍ以上（例えば、０．１〜５Ｎ／２５ｍｍ）、好ましくは０．２〜３Ｎ／２５ｍｍ、さらに好ましくは０．３〜２Ｎ／２５ｍｍ（特に０．５〜１．５Ｎ／２５ｍｍ）程度である。１５５°屈曲応力が０．１Ｎ／２５ｍｍに満たない場合は、バネとしての性能を発揮し難い。

一方で、本発明の板ばねを屈曲状態で使用する場合、板ばねは最大でも１８０°までしか屈曲しない。また、板ばねに厚みがあることを考慮すると、１８０°曲がる状態まで加圧されると共に屈曲を繰り返すと、板ばねの摩耗により耐久性が低下する。従って、この状態に達する前に、屈曲応力を向上させることにより、必要以上に曲がってしまうのを防止することが必要である。すなわち、本発明の板バネは、１５５°屈曲応力に比べ、１７５°屈曲応力の値が大きいことが必要である。本発明では、１５５°屈曲応力に対する１７５°屈曲応力の比（１７５°屈曲応力／１５５°屈曲応力）は、１．３以上で緩和力が得られ、好ましくは１．５以上（例えば、１．５〜１０）であり、さらに好ましくは２以上（例えば、２〜８）である。

本発明の板ばねは、繊維間に生ずる空隙により高い軽量性を確保できる。また、これらの空隙は、独立した空隙ではなく連続しているため、通気性を有している。このような構造は、樹脂を含浸する方法や、表面部分を密に接着させてフィルム状構造を形成する方法など、これまでの一般的な硬質化手法では製造することが極めて困難な構造である。

すなわち、本発明の板ばねは低密度であり、具体的には、見掛け密度が０．１〜０．７ｇ／ｃｍ³程度の範囲から選択でき、軽量性と機械的特性とのバランスの点から、例えば、０．１２〜０．６ｇ／ｃｍ³、好ましくは０．１５〜０．５ｇ／ｃｍ³、さらに好ましくは０．１８〜０．４５ｇ／ｃｍ³（特に０．２〜０．４ｇ／ｃｍ³）程度である。見かけ密度が低すぎると、軽量ではあるものの、十分な曲げ応力、屈曲強度及び表面硬さを確保するのが難しく、逆に高すぎると、硬さは確保できるものの、軽量性が低下する。板ばねとして、軽量性を要求される用途に使用する場合には、前記範囲の中で、なるべく低密度に調整するのが好ましい。なお、密度が低下すると、繊維が交絡し、交点で融着しただけの一般的な不織繊維構造に近くなり、一方、密度が高くなると、繊維が束状に融着し、多孔質成形体に近い構造となる。

板ばねの目付は、例えば、５０〜１００００ｇ／ｍ²程度の範囲から選択でき、例えば、１００〜５０００ｇ／ｍ²、好ましくは１５０〜２０００ｇ／ｍ²、さらに好ましくは２００〜１５００ｇ／ｍ²（特に３００〜１０００ｇ／ｍ²）程度である。目付が小さすぎると、硬さや機械的特性を確保することが難しく、また、目付が大きすぎると、ウェブが厚すぎて湿熱加工において、高温水蒸気が充分にウェブ内部に入り込めず、厚み方向に均一な構造体とするのが困難になる。

本発明の板ばねの厚みは、特に限定されないが、０．３〜５０ｍｍ程度の範囲から選択でき、例えば、０．５〜３０ｍｍ、好ましくは０．８〜２０ｍｍ、さらに好ましくは１〜１０ｍｍ（特に１．５〜５ｍｍ）程度である。厚みが薄すぎると、硬さや機械的特性の確保が難しくなり、厚すぎると、質量が重くなり、ばねの形状も大きくなるため、用途が限定される。

本発明の板ばねは、不織繊維構造を有しているため、通気性を有している。具体的にはフラジール形法による通気度は、例えば、０．１ｃｍ³／（ｃｍ²・秒）以上、好ましくは０．１〜３００ｃｍ³／（ｃｍ²・秒）、さらに好ましくは０．５〜２５０ｃｍ³／（ｃｍ²・秒）程度である。

［板ばねの製造方法］
本発明の板ばねの製造方法では、まず、前記湿熱接着性繊維を含む繊維をウェブ化する。ウェブの形成方法としては、慣用の方法、例えば、スパンボンド法、メルトブロ一法などの直接法、メルトブロー繊維やステープル繊維などを用いたカード法、エアレイ法などの乾式法などを利用できる。

これらの方法のうち、メルトブロー繊維やステープル繊維を用いたカード法、特にステープル繊維を用いたカード法が汎用される。ステープル繊維を用いて得られたウェブとしては、例えば、ランダムウェブ、セミランダムウェブ、パラレルウェブ、クロスラップウェブなどが挙げられる。これらのウェブのうち、束状融着繊維の割合を多くする場合には、セミランダムウェブ、パラレルウェブが好ましい。

次に、得られた繊維ウェブは、ベルトコンベアにより次工程へ送られ、次いで過熱又は高温蒸気（高圧スチーム）流に晒されることにより、不織繊維構造を有する成形体が得られる。すなわち、ベルトコンベアで運搬された繊維ウェブは、前記蒸気噴射装置のノズルから噴出される高速高温水蒸気流の中を通過する際、吹き付けられた高温水蒸気により、湿熱接着性繊維が融着し、繊維同士（湿熱接着性繊維同士、又は湿熱接着性繊維と他の繊維）が三次元的に接着される。特に、本発明における繊維ウェブは通気性を有しているため、高温水蒸気が内部にまで浸透し、略均一な融着状態を有する成形体を得ることができる。

使用するベルトコンベアは、基本的には加工に用いる繊維ウェブを目的の密度に圧縮しつつ高温水蒸気処理することができれば、特に限定されるものではなく、エンドレスコンベアが好適に用いられる。尚、一般的な単独のベルトコンベアであってもよく、必要に応じて２台のベルトコンベアを組み合わせて、両ベルト間にウェブを挟むようにして運搬してもよい。このように運搬することにより、繊維ウェブを処理する際に、処理に用いる水、高温水蒸気、コンベアの振動などの外力により運搬してきた繊維ウェブの形態が変形するのを抑制できる。また、処理後の不織繊維の密度や厚みをこのベルトの間隔を調整することにより制御することも可能となる。

繊維ウェブに水蒸気を供給するためには、慣用の水蒸気噴射装置が用いられる。この水蒸気噴射装置としては、所望の圧力と量で、ウェブ全幅に亘り概ね均一に水蒸気を吹き付け可能な装置が好ましい。２台のベルトコンベアを組み合わせた場合、一方のコンベア内に装着され、通水性のコンベアベルト、又はコンベアの上に載置されたコンベアネットを通してウェブに水蒸気を供給する。他方のコンベアには、サクションボックスを装着してもよい。サクションボックスによって、繊維ウェブを通過した過剰の水蒸気を吸引排出できる。また、繊維ウェブの表及び裏の両側を一度に水蒸気処理するために、さらに前記水蒸気噴射装置が装着されているコンベアとは反対側のコンベアにおいて、前記水蒸気噴射装置が装着されている部位よりも下流部のコンベア内に別の水蒸気噴射装置を設置してもよい。下流部の水蒸気噴射装置及びサクションボックスがない場合、繊維ウェブの表と裏を水蒸気処理したい場合は、一度処理した繊維ウェブの表裏を反転させて再度処理装置内を通過させることで代用してもよい。

コンベアに用いるエンドレスベルトは、繊維ウェブの運搬や高温水蒸気処理の妨げにならなければ、特に限定されない。ただし、高温水蒸気処理をした場合、その条件により繊維ウェブの表面にベルトの表面形状が転写される場合があるので、用途に応じて適宜選択するのが好ましい。特に、表面の平坦な成形体を得たい場合には、メッシュの細かいネットを使用すればよい。なお、９０メッシュ程度が上限であり、概ね９０メッシュより粗いネット（例えば、１０〜５０メッシュ程度のネット）が好ましい。これ以上のメッシュの細かなネットは、通気性が低く、水蒸気が通過し難くなる。メッシュベルトの材質は、水蒸気処理に対する耐熱性などの観点より、金属、耐熱処理したポリエステル系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリアリレート系樹脂（全芳香族系ポリエステル系樹脂）、芳香族ポリアミド系樹脂などの耐熱性樹脂などが好ましい。

水蒸気噴射装置から噴射される高温水蒸気は、気流であるため、水流絡合処理やニードルパンチ処理とは異なり、被処理体である繊維ウェブ中の繊維を大きく移動させることなく繊維ウェブ内部へ進入する。この繊維ウェブ中への水蒸気流の進入作用及び湿熱作用によって、水蒸気流が繊維ウェブ内に存在する各繊維の表面を湿熱状態で効率的に覆い、均一な熱接着が可能になると考えられる。また、この処理は高速気流下で極めて短時間に行われるため、水蒸気の繊維表面への熱伝導は充分であるが、繊維内部への熱伝導が充分になされる前に処理が終了してしまい、そのため高温水蒸気の圧力や熱により、処理される繊維ウェブ全体がつぶれたり、その厚みが損なわれるような変形も起こりにくい。その結果、繊維ウェブに大きな変形が生じることなく、表面及び厚み方向における接着の程度が概ね均一になるように湿熱接着が完了する。また、乾熱処理に比べて、不織構造内部に対して充分に熱を伝動できるため、表面及び厚み方向における融着の程度が概ね均一になる。

さらに、表面硬さ、曲げ応力及び屈曲強度の高い成形体を得る場合には、ウェブに高温水蒸気を供給して処理する際に、処理されるウェブを、コンベアベルト又はローラーの間で、目的の見かけ密度（例えば、０．１〜０．７ｇ／ｃｍ³程度）に圧縮した状態で高温水蒸気に晒すのが重要である。特に、相対的に高密度の成形体を得ようとする場合には、高温水蒸気で処理する際に、十分な圧力で繊維ウェブを圧縮する必要がある。さらに、ローラー間又はコンベア間に適度なクリアランスを確保することで、目的の厚みや密度に調整することも可能である。コンベアの場合には、一気にウェブを圧縮することが困難なので、ベルトの張力をできるだけ高く設定し、蒸気処理地点の上流から徐々にクリアランスを狭めていくのが好ましい。さらに、蒸気圧力、処理速度を調整することにより所望の吸音性、曲げ硬さ、表面硬度、軽量性、通気度を有する成形体に加工する。

このとき、硬度を上げたい場合には、ウェブを挟んでノズルと反対側のエンドレスベルトの裏側をステンレス板などにし、蒸気が通過できない構造とすれば、被処理体であるウェブを通過した蒸気がここで反射するので、蒸気の保温効果によってより強固に接着される。逆に、軽度の接着が必要な場合には、サクションボックスを配置し、余分な水蒸気を室外へ排出してもよい。

高温水蒸気を噴射するためのノズルは、所定のオリフィスが幅方向に連続的に並んだプレートやダイスを用い、これを供給される繊維ウェブの幅方向にオリフィスが並ぶように配置すればよい。オリフィス列は一列以上あればよく、複数列が並行した配列であってもよい。また、一列のオリフィス列を有するノズルダイを複数台並列に設置してもよい。

プレートにオリフィスを開けたタイプのノズルを使用する場合、プレートの厚みは、０．５〜１ｍｍ程度であってもよい。オリフィスの径やピッチに関しては、目的とする繊維固定が可能な条件であれば特に制限はないが、オリフィスの直径は、通常、０．０５〜２ｍｍ、好ましくは０．１〜１ｍｍ、さらに好ましくは０．２〜０．５ｍｍ程度である。オリフィスのピッチは、通常、０．５〜３ｍｍ、好ましくは１〜２．５ｍｍ、さらに好ましくは１〜１．５ｍｍ程度である。オリフィスの径が小さすぎると、ノズルの加工精度が低くなり、加工が困難になるという設備的な問題点と、目詰まりを起こしやすくなるという運転上の問題点が生じ易い。逆に、大きすぎると、水蒸気噴射力が低下する。一方、ピッチが小さすぎると、ノズル孔が密になりすぎるため、ノズル自体の強度が低下する。一方、ピッチが大きすぎると、高温水蒸気がウェブに充分に当たらないケースが生じるため、ウェブ強度が低下する。

高温水蒸気についても、目的とする繊維の固定が実現できれば特に限定はなく、使用する繊維の材質や形態により設定すればよいが、圧力は、例えば、０．１〜２ＭＰａ、好ましくは０．２〜１．５ＭＰａ、さらに好ましくは０．３〜１ＭＰａ程度である。水蒸気の圧力が高すぎたり、強すぎる場合には、ウェブを形成する繊維が必要以上に動いて地合の乱れを生じたり、繊維が溶融しすぎて部分的に繊維形状を保持できなくなる可能性がある。また、圧力が弱すぎると、繊維の融着に必要な熱量をウェブに与えることができなくなったり、水蒸気がウェブを貫通できず、厚み方向に繊維融着斑を生ずる場合がある。また、ノズルからの水蒸気の均一な噴出の制御が困難になる場合がある。

高温水蒸気の温度は、例えば、７０〜１５０℃、好ましくは８０〜１２０℃、さらに好ましくは９０〜１１０℃程度である。高温水蒸気の処理速度は、例えば、２００ｍ／分以下、好ましくは０．１〜１００ｍ／分、さらに好ましくは１〜５０ｍ／分程度である。

必要であれば、コンベアベルトに所定の凹凸柄や文字などを付与しておき、これらを転写させることで得られる成形体に凹凸溝やマークなどを付与することも可能である。また、板ばねとしての特性を低下させない範囲で、他の資材と積層して積層体を形成してもよい。

このようにして繊維ウェブの繊維を部分的に湿熱接着した後、得られる不織繊維構造を有する成形体に水分が残留する場合があるので、必要に応じてウェブを乾燥してもよい。乾燥に関しては、乾燥用加熱体に接触した成形体の表面が、乾燥の熱により繊維が溶融して繊維形態が消失しないことが必要であり、繊維形態が維持できる限り、慣用の方法を利用できる。例えば、不織布の乾燥に使用されるシリンダー乾燥機やテンターのような大型の乾燥設備を使用してもよいが、残留している水分は微量であり、比較的軽度な乾燥手段により乾燥可能なレベルである場合が多いため、遠赤外線照射、マイクロ波照射、電子線照射などの非接触法や熱風を吹き付けたり、通過させる方法などが好ましい。

さらに、成形体は、前述のように、湿熱接着性繊維を高温水蒸気により接着させて得られるが、部分的に（湿熱接着により得られた成形体同士の接着など）、他の慣用の方法、例えば、部分的な熱圧融着（熱エンボス加工など）、機械的圧縮（ニードルパンチなど）などの処理方法により接着されていてもよい。

なお、湿熱接着性繊維は、繊維ウェブを熱湯に漬すことでも融着するが、このような方法では繊維接着率の制御が困難であり、また繊維接着率の均一性が高い成形体を得るのが困難である。その原因は、繊維ウェブ中に必然的に含まれる空気の影響で位置によって湿熱接着性が異なること、この空気が繊維ウェブの外に押し出されることによる構造への影響、湿熱接着させた繊維ウェブを熱湯中から取り出すときの引き取りローラーによる繊維内部の微細構造の変形や取り出した繊維ウェブ中に含まれる熱湯の重さによる上下方向の微細構造の変形の違いなどであると推定できる。

このような方法によって得られた成形体は、通常、板状又はシート状であり、目的とする板ばねの形状に合わせて、切断加工などによって、正方形状シートや長方形状シートなどに加工される。さらに、得られた板状又はシート状成形体は、慣用の熱成形などにより、屈曲又は湾曲させて、板ばねが得られる。熱成形方法としては、例えば、圧縮成形、圧空成形（押出圧空成形、熱板圧空成形、真空圧空成形など）、自由吹込成形、真空成形、折り曲げ加工、マッチドモールド成形、熱板成形、湿熱プレス成形などが利用できる。

本発明の板ばねは、優れたばね特性を示すため、日用品、家電製品、寝具、医療器具、車両、建築物などの各種のばね部材として利用できる。特に、軽量であるため、持ち運びされたり、人体やベヒクルなどの負荷低減になる用途に適している。具体的には、日用品（例えば、クリップ、バインダー、ホッチキスなどの文房具、洗濯ばさみなど）、人体補助具（例えば、義足や短下肢装具など）、包装材料（荷包み用緩衝材又はクッション材、梱包材など）、ＯＡ機器（例えば、インクリボン、磁気テープカセット、キーボードのキー裏のばね部材など）、寝具（例えば、枕、ソファー、ベッドスプリング、敷布団又はマットレスなど）、自動車用部材（例えば、サスペンション、バンパーなど）などに利用できる。

以下、実施例により、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。実施例における各物性値は、以下に示す方法により測定した。なお、実施例中の「％」はことわりのない限り、質量基準である。

（１）目付（ｇ／ｍ²）
ＪＩＳ Ｌ１９１３「一般短繊維不織布試験方法」に準じて測定した。

（２）厚み（ｍｍ）、見掛け密度（ｇ／ｃｍ³）
ＪＩＳ Ｌ１９１３「一般短繊維不織布試験方法」に準じて厚みを測定し、この値と目付けの値とから見かけ密度を算出した。

（３）捲縮数
ＪＩＳ Ｌ１０１５「化学繊維ステープル試験方法」（８．１２．１）に準じて評価した。

（４）繊維充填率
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、成形体の厚み方向における断面を１００倍に拡大した写真を撮影した。この写真にトレース紙を重ね、透過光を用いて写真の撮影領域と繊維（束）断面をトレースした。このトレース図を、イメージアナライザー（東洋紡績（株）製）を用いて、ＣＣＤカメラからコンピュータに取り込み、画像を二値化した後、観察した画像断面積における繊維断面積の占める割合を求め、百分率で表わした。この観察は、成形体断面を厚み方向に三等分し、三等分した各領域（表面、内部（中央）、裏面）において１ｍｍ²の面積に相当する領域についてそれぞれ行い、任意の３ヶ所の平均値を繊維充填率とした。さらに、三等分した各領域についてそれぞれ繊維断面充填率を求め、その最大値に対する最小値の割合（最小値／最大値）も充填率の均一性として併せて求めた。ただし、各写真の観察領域において、繊維断面の一部しか写っていない場合でも、観察領域に含まれる部分を繊維断面積として測定した。

（５）曲げ応力
ＪＩＳ Ｋ７０１７に記載の方法のうちＡ法（３点曲げ法）に準じて測定した。このとき、測定サンプルは２５ｍｍ幅×８０ｍｍ長のサンプルを用い、支点間距離を５０ｍｍとし、試験速度を２ｍｍ／分として測定を行った。本発明では、この測定結果チャートにおける最大応力（ピーク応力）を最大曲げ応力とした。なお、曲げ応力の測定は、ＭＤ方向およびＣＤ方向について測定した。ここで、ＭＤ方向とは、測定サンプルの長辺に対しウェブ流れ方向（ＭＤ）が平行となるように測定サンプルを採取した状態をいい、一方、ＣＤ方向とは、測定サンプルの長辺に対しウェブ幅方向（ＣＤ）が平行となるように測定サンプルを採取した状態をいう。

（６）１．５倍変位応力
曲げ応力の測定において、最大曲げ応力（ピーク応力）を示す曲げ量（変位）を超え、さらにその変位の１．５倍の変位まで曲げつづけた時の応力を、１．５倍変位応力とした。

（７）たわみ
ＪＩＳ Ｋ７０１７「繊維強化プラスチック−曲げ特性の求め方」に準じて測定した。

（８）屈曲強度（１５５°及び１７５°屈曲応力）
ＪＩＳ Ｋ６４００−２「７．３圧縮たわみ測定 Ｂ法」を応用し、３０ｍｍΦの加圧版を１００ｍｍ／分の速度で動かし、目的の位置での応力を測定した。すなわち、本測定では、サンプルとして、２５ｍｍ幅×８０ｍｍ長のサンプルを長さ方向中央にて１／２に折り曲げた後、この上に２ｋｇの錘を載せ２４時間放置することで、明確な折り目を付けた。

このサンプルを約４５°の折り曲げ角度となるように開き、この上端に圧縮子中央が接するように圧縮試験機に配し、圧縮子と接しない方の側を試験機面に両面テープで接着固定した。そして、この状態からサンプルの曲げ角度が２５°となるまで押し下げた時の応力を「１５５°屈曲応力」とし、更にこの角度が５°となるまで押し下げた時の応力を「１７５°屈曲応力」とした。

（９）デュロメータ硬さ
タイプＥのデュロメータ（テクロック社製、「ＧＳ−７２１Ｎ」）を用いて測定した。

実施例１
湿熱接着性繊維として、芯成分がポリエチレンテレフタレート、鞘成分がエチレン−ビニルアルコール共重合体（エチレン含有量４４モル％、ケン化度９８．４モル％）である芯鞘型複合ステープル繊維（（株）クラレ製、「ソフィスタ」、繊度３ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍ、芯鞘質量比＝５０／５０、捲縮数２１個／２５ｍｍ、捲縮率１３．５％）を準備した。

この芯鞘型複合ステープル繊維を用いて、カード法により目付約１００ｇ／ｍ²のカードウェブを作製し、このウェブを７枚重ねて合計目付約７００ｇ／ｍ²のカードウェブとした。

このカードウェブを、５０メッシュ、幅５００ｍｍのステンレス製エンドレスネットを装備したベルトコンベアに移送した。尚、このベルトコンベアの金網の上部には同じ金網を有するベルトコンベアが装備されており、それぞれが同じ速度で同方向に回転し、これら両金網の間隔を任意に調整可能なベルトコンベアを使用した。

次いで、下側コンベアに備えられた水蒸気噴射装置ヘカードウェブを導入し、この装置から０．４ＭＰａの高温水蒸気をカードウェブの厚み方向に向けて通過するように（垂直に）噴出して水蒸気処理を施し、不織繊維構造を有する成形体を得た。この水蒸気噴射装置は、下側のコンベア内に、コンベアネットを介して高温水蒸気をウェブに向かって吹き付けるようにノズルが設置され、上側のコンベアにサクション装置が設置されていた。また、この噴射装置のウェブ進行方向における下流側には、ノズルとサクション装置との配置が逆転した組合せである噴射装置がもう一台設置されており、ウェブの表裏両面に対して蒸気処理を施した。

なお、水蒸気噴射ノズルの孔径は０．３ｍｍであり、ノズルがコンベアの幅方向に沿って１ｍｍピッチで１列に並べられた蒸気噴射装置を使用した。加工速度は３ｍ／分であり、ノズル側とサクション側の上下コンベアベルト間の間隔（距離）は３ｍｍとした。ノズルはコンベアベルトの裏側にベルトとほぼ接するように配置した。得られた成形体の成形体の評価結果を表１に示す。

実施例２
繊維ウェブを５枚重ね、合計目付約５００ｇ／ｍ²のカードウェブとし、ノズル側とサクション側の上下コンベアベルト間の間隔を１ｍｍとする以外は実施例１と同様にして、成形体を製造した。得られた成形体の評価結果を表１に示す。

実施例３
湿熱接着性繊維として、芯成分であるポリエチレンテレフタレートと鞘成分がエチレン−ビニルアルコール共重合体との質量比が、鞘成分／芯成分＝４０／６０である湿熱接着性繊維を用いる以外は実施例１と同様にして、成形体を製造した。得られた成形体の評価結果を表１に示す。

実施例４
湿熱接着性繊維（（株）クラレ製、「ソフィスタ」、繊度３ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍ、芯鞘質量比＝５０／５０、捲縮数２１個／２５ｍｍ、捲縮率１３．５％）と、ポリエチレンテレフタレート繊維（繊度１．６ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍ、機械捲縮数１５個／２５ｍｍ）とを、湿熱接着性繊維／ポリエチレンテレフタレート繊維＝９５／５（質量比）の割合で混綿してカードウェブを作製する以外は実施例１と同様にして、成形体を製造した。得られた成形体の評価結果を表１に示す。

比較例１
芯成分がポリエチレンテレフタレート、鞘成分が低密度ポリエチレン（ＭＩ＝１１）である芯鞘型複合繊維（２．２ｄｔｅｘ、５１ｍｍ長）を用いて目付約１００ｇ／ｍ²のウェブを作製し、５枚重ねとしたこと以外は、実施例１と同様にして不織繊維構造体を得た。この構造体の評価結果を表１に示す。この構造体は、繊維接着により不織布の形状を維持していたものの、いわゆる不織布の形状を有しており、非常に柔らかく、いわゆるボード状にはならず、デュロメータ硬さは測定できなかった。

比較例２
湿熱接着繊維（（株）クラレ製、「ソフィスタ」）と、芯成分がポリエチレンテレフタレート、鞘成分が低密度ポリエチレン（ＭＩ＝１１）である芯鞘型複合ステープル繊維（繊度２．２ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍ、芯鞘質量比＝５０／５０）とを、前者／後者＝６０／４０の比率で混綿してカードウェブを調製する以外は実施例１と同様にして不織繊維構造体を得た。得られた構造体の評価結果を表１に示す。この構造体は、外観上はボード状の形態を有していたが、非常に柔らかく、一度曲げた後の屈曲応力が非常に低かった。

参考例
市販のポリエチレン発泡体（積水化学工業（株）製、「ソフトロンＳ♯０５０２」）について評価した結果を表１に示す。

表１の結果から明らかなように、実施例の成形体は、軽量であるにも拘わらず、適度にたわみ、曲げ応力及び屈曲強度が高い。これに対して、比較例の不織布構造体や市販のポリエチレン発泡体は、曲げ応力や屈曲強度が低い。

Claims (6)

1. ８０質量％以上の湿熱接着性繊維を含み、かつ不織繊維構造を有する板ばねであって、前記湿熱接着性繊維の融着により繊維が固定された成形体で構成されている板ばね。
2. 厚み方向の断面において、厚み方向に三等分した各々の領域における繊維充填率がいずれも２０〜８０％であり、かつ各領域における繊維充填率の最大値に対する最小値の割合が５０％以上である請求項１記載の板ばね。
3. ０．１〜０．７ｇ／ｃｍ³の見掛け密度を有するとともに、少なくとも一方向における最大曲げ応力が０．５ＭＰａ以上であり、最大曲げ応力を示す曲げ量に対して１．５倍の曲げ量における曲げ応力が、最大曲げ応力に対して１／２以上である請求項１又は２記載の板ばね。
4. 湿熱接着性繊維が、湿熱接着性樹脂と非湿熱接着性樹脂とで構成された複合繊維であり、両者の割合（質量比）が、湿熱接着性樹脂／非湿熱接着性樹脂＝４０／６０〜８０／２０である請求項１〜３のいずれかに記載の板ばね。
5. 屈曲板状又は湾曲板状である請求項１〜４のいずれかに記載の板ばね。
6. 湿熱接着性繊維を含む繊維をウェブ化する工程と、生成した繊維ウェブを高温水蒸気で加熱処理して繊維を融着し、不織繊維構造を有する成形体を得る工程とを含む請求項１〜５のいずれかに記載の板ばねの製造方法。