マットレス本体及びその製造工程

本発明は、マットレス本体及びその製造工程に関し、特に、支持フォームの頂面に調温層を形成してから調温層上に通気フォームを貼り付けたマットレス本体に関し、通気フォームが比較的大きな内部孔隙を有するため、利用者がマットレス本体上に横になっても、調温層内の相変化マイクロカプセルが孔隙を通じて、周囲空気と連通することで放熱効果を発揮できる。

相変化材料(Phase Change Material、PCM)とは、高い融解熱を有する物質が特定の温度において融解又は凝固し、また物質状態の変化を通じて熱エネルギーを吸収或いは放出できるものをいう。相変化材料の起源は1950年代で、1970年代に幅広く研究や利用され始めて、現在に至るまで発展し、その応用方面には建材、織物、寝具、航空宇宙材料、冷却設備等が挙げられる。

現在、業界で発見されている相変化材料は、6000種類以上に達し、材料の特性によれば、主に無機相変化材料(例:塩類水和物Salt hydrates)、有機相変化材料(例:パラフィンワックス、脂肪酸fatty acids及びその重合体)、高分子相変化材料及び複合相変化材料等の4つのカテゴリーに分けられる。一般的には、相変化材料をマットレスに応用する時、業者は通常相変化材料を「マイクロカプセル」として製造する。「マイクロカプセル」とは、固体、液体又は気体等状態の相変化材料を微小なカプセルの中に閉じ込め、その製作過程がマイクロカプセル化(microencapsulation)と呼ばれ、現在世界での発展が急速で、用途も幅広く且つ比較的成熟した技術であり、相変化材料を内包するためのシェルを「壁材」、中身の相変化材料が「芯物質」と呼ばれ、異なる製品ニーズに応じて、「相変化マイクロカプセル」の体積が0.01μm〜1000μmで製造され、且つその形状も球状、穀粒状、ブロック状等とすることもできる。

マットレスを製造する時、業者は、相変化マイクロカプセルを発泡材料に混入してからマットレスとして製造し、又はマットレスの表面に相変化マイクロカプセルを塗布することで、それら「マイクロカプセル」を通じて外部の熱量を吸収する。こうして理論的に言うと、マットレスが相変化材料の特性を持った後、速やかに放熱でき、利用者に比較的快適な寝心地を与え、家電製品(例:冷房、暖房)で温度を調節する必要がなくなった。

台湾発明特許番号第I303163号

しかしながら、本発明者は、「相変化マイクロカプセルを発泡材料に混入」或いは「マットレスの表面に相変化マイクロカプセルを塗布」するといったいずれの手法であっても、実用に満足できるものではないことを見出した。前者の「相変化マイクロカプセルを発泡材料に混入する」手法の問題は、相変化マイクロカプセルを発泡材料に混入してマットレスとして製造する過程において、相変化マイクロカプセルがマットレスの弾性と平滑性を破壊して、品質低下になることにある一方、後者の「マットレスの表面に相変化マイクロカプセルを塗布する」手法の問題は、利用者がマットレス上に横たわった時、その体の肌が相変化マイクロカプセルを押し付けて覆ってしまうと、相変化マイクロカプセルが過多の熱量を速やかに吸収しても外部の環境温度を通じて調節して降温できない(表面積は、利用者の体の肌及びマットレスの発泡材料で遮蔽された)ため、蓄積された熱エネルギーが発散できず、本来の効果を発揮できなくなることにある。

よって、本発明者は、相変化マイクロカプセルについて、製造工程上の歩留まり及び品質を維持できるだけでなく、相変化マイクロカプセルが利用者の体の肌で覆われた後に生じる蓄熱問題も解決できる1つの新規構造を設計できるかどうかを想到し、如何にして相変化マイクロカプセルの特性に基づき、従来の各種マットレス本体の構造及び製造工程を改良することで、前記目的を実現するかが、本発明のここで解決が急務な重要課題となっていた。

業者が相変化マイクロカプセルを従来のマットレスに応用した時、歩留まりに影響を及ぼし、又は蓄熱等の問題を十分解決できないことに鑑み、本発明者は長年に渡り研究開発経験によって鋭意研究、実験と改良を重ねた結果、ようやく本発明に係る調温層を2層フォーム間に設けることで蓄熱問題を改善するマットレス本体及びその製造工程を設計し、従来技術にあった諸々の欠陥を効果的に克服できると期待される。

本発明の目的は、調温層を2層フォーム間に設けることで蓄熱問題を改善するマットレス本体を提供することであり、前記マットレス本体は、支持フォームと調温層と通気フォームとを含み、前記支持フォームの頂面及び底面の間に第1の厚みを有し、前記調温層は、複数の相変化マイクロカプセルと結着剤とを含み、それら相変化マイクロカプセル及び前記結着剤が前記支持フォームの頂面に敷設され、且つ前記結着剤がそれら相変化マイクロカプセルを覆うことができ、前記通気フォームの頂面及び底面の間に第2の厚みを有し、前記第2の厚みが前記第1の厚みより小さく、且つ前記通気フォームの内部孔隙が前記支持フォームの内部孔隙より大きく、前記通気フォームの底面は、前記調温層に貼付され、前記調温層内の前記結着剤を通じて前記支持フォームと結合して一体となることができる。こうして、それら相変化マイクロカプセルが通気フォームの内部孔隙を通じて周囲空気と連通できることにより、従来技術における利用者の体の肌で覆われることに起因する蓄熱問題を解決することができる。

本発明の別の目的は、調温層を2層フォーム間に設けることで蓄熱問題を改善するマットレス本体の製造工程を提供することであり、前記マットレス本体の製造工程は、通気フォームを加工テーブル上に位置決めするステップと、スクリーン印刷を利用して、複数の相変化マイクロカプセルを前記通気フォームの一側面に敷設し、前記複数の相変化マイクロカプセルの一部を前記通気フォームの内部孔隙に浸み込ませるステップと、通気フォームの前記一側面に結着剤を塗布して、前記結着剤がそれら相変化マイクロカプセルを覆うことで、調温層を形成させるステップと、支持フォームを前記調温層に貼付し、前記支持フォームの両対向側面の間に第1の厚みを有し、前記通気フォームの両対向側面の間に第2の厚みを有し、前記第2の厚みが前記第1の厚みより小さく、且つ前記通気フォームの孔隙が前記支持フォームの孔隙より大きく、前記支持フォームがそれら調温ユニット内の前記結着剤を通じて、前記通気フォームと結合して一体となることができるステップと、を含む。これにより、前記製造工程で形成されたマットレス本体の構造が簡素化で、且つそれらフォームの発泡過程に関わらないため、製造工程の歩留まりと製品品質との両立を前提として、サイズや構造形の異なる製品に対応可能なマットレス本体を製造することができる。

以下、本発明の構造特徴、製造工程の方法及び目的を審査官に更に理解してもらうため、実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。

本発明の第1の好ましい実施例に係るマットレス本体を示す模式図である。

本発明に係るマットレス本体製造工程の流れを示す模式図である。

本発明に係るマットレス本体製造工程の流れを示す模式図である。

本発明に係るマットレス本体製造工程の流れを示す模式図である。

本発明に係るマットレス本体製造工程のフローチャートである。

本発明は、調温層を2層フォーム間に設けることで蓄熱問題を改善するマットレス本体及びその製造工程であり、図1を参照すると、本発明の第1の好ましい実施例に係るマットレス本体1を示す模式図であり、マットレス本体1が支持フォーム11(体温感知・体圧分散層)と調温層12と通気フォーム13(ぴったりフィット通気層)とを含み、支持フォーム11(例:形状記憶フォーム、シリコンフォーム、低反発フォーム)は、マットレス、座布団又はクッションのサイズ及び構造形としてカットされることができ、且つその頂面及び底面間に第1の厚み(例:10〜30cmとするが、これに限るものではない)を有する。

調温層12は、複数の相変化マイクロカプセル121と結着剤123(例:水性接着剤)とを含み、それら相変化マイクロカプセル121が、マイクロカプセルのシェル内に相変化材料を封入している。相変化材料の製造工程技術が本願の技術背景で、且つその素材が業者の需要に応じて自ら調整できるため、ここでその説明を省略する。また、相変化マイクロカプセル121の体積は極めて小さく、肉眼で認識することが難しいが、それら相変化マイクロカプセル121の相対位置を示すため、本発明の図面において、概念的な方法でそれら相変化マイクロカプセル121を描いた。この点について、先ず説明しておく。

それら相変化マイクロカプセル121は、支持フォーム11の頂面に敷設(例:スクリーン印刷又は均一な塗布を通じて)され、結着剤123が支持フォーム11の頂面に塗布され、且つそれら相変化マイクロカプセル121を覆うことで、調温層12(調温層12は、スクリーン印刷又は均一な塗布等の方式により、支持フォーム11或いは通気フォーム13上に形成されてもよい。その製造工程は後述する)を形成することができる。通気フォーム13の構造形は、支持フォーム11とマッチし、頂面及び底面の間に第2の厚み(例:2〜5cmとするが、これに限られるものではない)を有する。第2の厚みが第1の厚みより小さく、且つ通気フォーム13の内部孔隙が支持フォーム11の内部孔隙(本実施において、通気フォーム13は高通気通孔性フォームである)より大きい。通気フォーム13の底面を調温層12上に貼付することで、調温層12内の結着剤123を通じて支持フォーム11と結合して一体となることができる。

こうして、利用者がマットレス本体1に横たわった後、利用者の体の肌が調温層12に直接接触することがないため、それら相変化マイクロカプセル121は、通気フォーム13の孔隙を通じて周囲空気と連通することで、それら相変化マイクロカプセル121において間接的に通気フォーム13により利用者の熱エネルギーを吸収した後、速やかに外部の環境温度を通じて調節して降温することで、マットレス本体1の涼しさを保つことができる。これにより、従来技術において業者が相変化マイクロカプセルをマットレス本体の表面に直接敷設することで、利用者が従来のマットレス本体に横たわった時、それら相変化マイクロカプセルが利用者の体の肌で覆われるため、蓄積した熱エネルギーを効果的に排出できないという問題を解決することできる。

本実施例において、支持フォーム11及び通気フォーム13の素材は、いずれも粘弾性ポリウレタンフォーム(Viscoelastic Polyurethane Foam)であり、発泡工程又は条件の違いにより、その構造(すなわち、内部孔隙の大きさ)及び特性(すなわち、弾性或いは支持力)に異ならせることができる。ここで、支持フォーム11が遅い変形戻り性のある素材であり、体圧分散効果を有する。通気フォーム13の内部孔隙は、複数の通気孔から構成され、それら通気孔が多重積層交差で且つ互いに貫通し、ウレタンフィルターと通称されている。支持フォーム11や通気フォーム13の発泡工程は業界における公知技術であるため、ここでその説明を省略する(例えば、出願人が以前出願した特許文献1)。

また、本発明の第1の好ましい実施例において、それら相変化マイクロカプセル121は接着剤122(例:樹脂)を通じて、複数の調温ユニット120(例:球状体)として各々混合され、それら調温ユニット120を等間隔で支持フォーム11に敷設させることができる。すなわち、業者は先に複数の相変化マイクロカプセル121と接着剤122を混合してから粒状スクリーン印刷機器で、混合後のそれら相変化マイクロカプセル121と接着剤122を等間隔で支持フォーム11の頂面に敷設(すなわち、点状分布)することで、複数の調温ユニット120を形成する。これにより、それら相変化マイクロカプセル121は、接着剤122によってクラスタ状になって支持フォーム11上に確実に固定されることができる。

本発明は、通気性を向上することで、相変化マイクロカプセル121本来の放熱効果を発揮できるほか、構造が簡潔で、実施しやすいという利点も持っているため、マットレス本体1の寸法が小(例:枕パッド)さくても、製造上の歩留まりと難易度にも影響を及ぼさない。また、製造工程上のステップの設計を通じて、更にマットレス本体1の放熱性能も高めることができる。審査官及び関連技術分野の当業者に理解してもらうため、更に本発明のマットレス本体1の製造工程を次の通り説明する。図1、図2A〜図2C及び図3を参照すると、製造工程は次のステップを含み、 (301)通気フォーム13を加工テーブル2に固定し、通気フォーム13の両対向側面の間に第2の厚みを有し(図2A内において、通気フォーム13が逆さ置きで示され、すなわち、この時の通気フォーム13の底面は利用者が横たわる平面である); (302)スクリーン印刷を利用して、複数の相変化マイクロカプセル121を通気フォーム13の一側面に点状に敷設し、この時、一部の相変化マイクロカプセル121が通気フォーム13の内部孔隙の中に浸み込み; (303)通気フォーム13の一側面に結着剤123を塗布し、結着剤123でそれら相変化マイクロカプセル121を覆うことで、調温層12を形成させ; (304)支持フォーム11を調温層12に貼付し、支持フォーム11の両対向側面の間に第1の厚みを有し、第1の厚みが第2の厚みより大きく、且つ通気フォーム13の内部孔隙が支持フォーム11の内部孔隙より大きく、支持フォーム11が調温層12内の結着剤123を通じて通気フォーム13と結合して一体となることができる。

よって、図2Cに示すように、上述した製造工程において、業者は「内部孔隙が比較的大きく」且つ「マットレス本体1の頂部(ここでの「頂部」とは、図2Cのマットレス本体1を反転した後の状態をいい、図1に示す通り)にある」通気フォーム13にそれら相変化マイクロカプセル121を塗布することで、一部の相変化マイクロカプセル121が通気フォーム13の内部孔隙に浸み込むことができる。完成したマットレス本体1がひっくり返されて、利用者がマットレス本体1に横たわった時(この時、利用者が横たわる平面は、図2Cに示す通気フォーム13の底面である)、それら相変化マイクロカプセル121がより一層利用者の体の肌に接近できるため、吸熱、放熱に有利になる。仮に前に述べたステップが支持フォーム11に調温層12を塗布する場合には、一部の相変化マイクロカプセル121が支持フォーム11の内部孔隙内に浸み込んだとしても、利用者の体の肌から比較的遠ざかり、且つ結着剤123が介在しているため、放熱効果を更に強化できない。

また、本実施例において、それら相変化マイクロカプセル121は、まず接着剤122と混合してからスクリーン印刷を通じて、通気フォーム13の一側面に敷設され、接着剤122によりそれら相変化マイクロカプセル121を複数の調温ユニット120として各々混合させ、それら調温ユニット120の間に一定距離を保ち、且つ通気フォーム13の一側面に接着できる。

本発明に係る製造工程の利点は、それら相変化マイクロカプセル121の敷設が支持フォーム11及び通気フォーム13の発泡過程に関わらないため、支持フォーム11及び通気フォーム13の弾性又は平滑性に影響を及ぼすことがない。また、本発明に係る製造工程は、構造が複雑な治具或いは枠組等のアクセサリーを使用する必要がなく、マットレス本体1の全体的な構造形の簡素化を保つことができる。これにより、サイズが比較的小さい枕パッド若しくは構造形が特殊なネックパッドを製造しようとする場合でも、歩留まりに影響を及ぼすことなく、マットレス本体1の応用面をより一層幅広くさせることになる。特に、本発明の技術は、それら相変化マイクロカプセル121と接着剤122がそれら調温ユニット120として混合されて「点状」でそれら調温ユニット120を支持フォーム11と通気フォーム13との間に敷設するものである。この「点状」の設計は、次の3点の効果を実現できる。 (1)調温層12の安定性の確保:前述のように、それら相変化マイクロカプセル121の体積は極めて小さいため、それら相変化マイクロカプセル121と接着剤122がそれら調温ユニット120として混合され、且つスクリーン印刷方式で支持フォーム11と通気フォーム13との間に敷設された後、それら調温ユニット120のクラスタサイズ(すなわち、スクリーン版の孔径)が通気フォーム13の孔隙より大きいため、それら相変化マイクロカプセル121が通気フォーム13の外側に浸み出すことがないように確保することができる。 (2)マットレス本体1の物理特性の確保:それら調温ユニット120は、支持フォーム11と通気フォーム13との間に等間隔で点状に敷設された後、それら調温ユニット120の間が互いに結着しないため、調温層12がマットレス本体1の全体的な弾性とふわふわ感を破壊しないよう確保できる。 (3)調温層12が薄膜を形成することを防止:それら相変化マイクロカプセル121と接着剤122が支持フォーム11と通気フォーム13との間に均一に塗布される場合、それら相変化マイクロカプセル121が一層の脆性薄膜を形成することになり、容易に割れや屑落ちが起きやすいだけでなく、且つ乾燥後に収縮して、支持フォーム11と通気フォーム13の物理特性を破壊する。

以上に述べたものは、本発明の若干の好ましい実施例であって、本発明の技術特徴はこのような実施例のみに限定されるべきものではなく、当業者が本発明の技術内容を参酌した後に容易に想到できる種々の修正及び変更は、均しく本発明の保護範囲に含まれるものであるのが勿論である。

1 マットレス本体 11 支持フォーム 12 調温層 120 調温ユニット 121 相変化マイクロカプセル 122 接着剤 123 結着剤 13 通気フォーム 2 加工テーブル