特許 6783584 フィラメント３次元結合体製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6783584

(24)【登録日】2020年10月26日

(45)【発行日】2020年11月11日

(54)【発明の名称】フィラメント３次元結合体製造装置

(51)【国際特許分類】

   D04H 3/037 20120101AFI20201102BHJP

【ＦＩ】

   D04H3/037

【請求項の数】5

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-160461(P2016-160461)

(22)【出願日】2016年8月18日

(65)【公開番号】特開2018-28161(P2018-28161A)

(43)【公開日】2018年2月22日

【審査請求日】2019年8月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】505290531

【氏名又は名称】株式会社エアウィーヴ

(74)【代理人】

【識別番号】100141092

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 英生

(72)【発明者】

【氏名】水野 晃

【審査官】 堀内 建吾

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０１２２９２５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開昭５８−０８１６６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１３０２８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２３４４１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０３５７３６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１６１８５８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｄ０４Ｈ１／００−１８／０４

Ａ４７Ｃ２７／１２

Ｂ６８Ｇ１／００

３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の溶融フィラメントからなる溶融フィラメント群を排出する溶融フィラメント供給装置と、
前記溶融フィラメント群を受けて鉛直下方へ搬送し、前記溶融フィラメントどうしを融着結合させたフィラメント３次元結合体を形成する３次元結合体形成装置と、を備え、
前記３次元結合体形成装置は、
前記溶融フィラメント群の鉛直下方と直交する厚み方向の端部を受取り、当該端部を前記溶融フィラメント群の厚み方向中央側へ近づく方向である、前記厚み方向から鉛直下方寄りに傾斜した方向へ搬送するように駆動するコンベア部を有し、
前記コンベア部は、
受取った前記端部を前記傾斜した方向へ搬送する第１コンベア部と、当該搬送された前記端部を含む前記溶融フィラメント群を鉛直下方へ搬送する第２コンベア部とが、一連のコンベアベルトにより形成されており、
前記コンベアベルトを張架支持するローラとして、少なくとも第１ローラ、第２ローラ、および第３ローラを備え、
第１コンベア部の両端は、第１ローラと第２ローラにより前記コンベアベルトが支持されており、
第２コンベア部の両端は、第２ローラと第３ローラにより前記コンベアベルトが支持されていることを特徴とするフィラメント３次元結合体製造装置。

【請求項2】

前記コンベアベルトは、
外周部がポリテトラフルオロエチレン材のプラスチックモジュラーチェーンで構成された耐熱ベルト、または、外周面が平滑なシリコーンゴム材で形成された耐熱ベルトであることを特徴とする請求項１に記載のフィラメント３次元結合体製造装置。

【請求項3】

前記３次元結合体形成装置は、前記溶融フィラメント群の冷却に用いる冷却水を貯留する冷却水槽を備え、
第２コンベア部の少なくとも一部が前記冷却水中に位置することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフィラメント３次元結合体製造装置。

【請求項4】

前記３次元結合体形成装置は、
前記冷却水槽内において前記コンベア部の周囲に壁を形成するように設けられた槽内隔壁を有することを特徴とする請求項３に記載のフィラメント３次元結合体製造装置。

【請求項5】

前記３次元結合体形成装置は、
前記槽内隔壁の鉛直下方に設けられて前記冷却水を撹拌する冷却水撹拌装置を有することを特徴とする請求項４に記載のフィラメント３次元結合体製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フィラメント３次元結合体の製造に用いられる、フィラメント３次元結合体製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

マットレスやシート等に用いる高反発クッション材料として、溶融状態にある複数の熱可塑性樹脂繊維（溶融フィラメント）同士を３次元的に融着結合させたフィラメント３次元結合体が近年注目されてきている。特許文献１には、フィラメント３次元結合体の製造装置の一例が開示されている。

【0003】

上記製造装置の全体的な概略構成図を図５に、図５に示す滑り板（シュート）１０４ａ、１０４ｂ近傍の説明図を図６にそれぞれ示す。この製造装置は、押出機１００から溶融させた熱可塑性樹脂からなる溶融フィラメント群１０２を排出し、その溶融フィラメント群を冷却水槽１０１内に貯留される冷却水中に落下させ、水の浮力で溶融フィラメントのループを形成させる。またこれと同時に、当該製造装置は、複数の溶融フィラメント同士を３次元的に融着結合させ、空隙率の高いフィラメント３次元結合体１０３を生成する。

【0004】

更に当該製造装置には、上記生成の過程においてフィラメント３次元結合体１０３の厚みを調整するために、冷却水槽１０１の上部に、フィラメント３次元結合体の厚みに相当する間隔で配設される一対の滑り板１０４ａ、１０４ｂが設けられている。また当該製造装置には、その表面に冷却水膜を形成するための水Ｗを供給する水供給部１０５ａ、１０５ｂも設けられている。

【0005】

これにより溶融フィラメント群の厚み方向両端部（溶融フィラメント群両端部）は、冷却水中に落下する前に、冷却水膜が形成された滑り板１０４ａ、１０４ｂで受け止められ、ループを形成すると同時に、溶融フィラメントが滑り板に堆積することなく、スムーズに溶融フィラメント群の厚み方向中央部に導かれる。その後に溶融フィラメント群は、コンベア１０６ａ、１０６ｂ、および各ローラを用いて下流側へ搬送される。この際に溶融フィラメント群は、冷却水中を通ることにより冷却固化が進み、最終的に十分に固化したフィラメント３次元結合体１０３が得られる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第４９６６４３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、上記特許文献１に示すような製造装置を用いて、例えば厚みがあって幅の広いマットレス用のフィラメント３次元結合体（例えば、厚みが２５０ｍｍ、幅が２ｍ）を製造しようとすると、高温の溶融フィラメント群が冷却水槽中に大量に投入されることになる。その結果、冷却水槽中の冷却水温度が溶融フィラメント群中央部（図６に「ＰＭ」で示す部分）においては１００℃近い温度になる一方、溶融フィラメント群両端部（図６に「ＰＬ」および「ＰＲ」で示す部分）においては、滑り板を流れる冷却水の流入により、冷却水槽中の冷却水温度が中央部より低い温度になる。

【0008】

一般的に溶融フィラメント群は温度が低くなるほど融着し難くなるので、このような状況が生じると、溶融フィラメント群両端部において、溶融フィラメントどうしの融着力（接着力）が小さくなる課題があった。融着力が許容範囲を超えて小さくなると、その部分においてフィラメントどうしが結合しない、或いは結合が弱くなるといった問題が生じ、フィラメント３次元結合体の品質劣化を招く虞がある。

【0009】

特に、冷却によって結晶化が速く進む樹脂材料を用いると、滑り板を流れる冷却水によって樹脂が冷やされるだけで、樹脂の流動性が失われやすい（樹脂粘度が高くなりやすい）ので、強固な融着力が得られ難くなる。

【0010】

一方、冷却水槽中の冷却水温度の温度差を少なくするために、滑り板を流れる冷却水の水量を少なくすると、溶融フィラメントが滑り板に堆積しやすくなるといった課題や、滑り板に対して溶融フィラメントがスリップとグリップを繰り返す脈動現象が発生しやすくなり、フィラメント３次元結合体の厚み方向両端部の表面状態が不均一になるといった課題があった。この場合にも、フィラメント３次元結合体の品質劣化が問題となる。

【0011】

本発明は上記課題に鑑み、厚み方向端部における溶融フィラメント群の融着力を低下し難くするとともに、フィラメント３次元結合体の品質劣化を抑えることが可能となるフィラメント３次元結合体製造装置の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明に係るフィラメント３次元結合体製造装置は、複数の溶融フィラメントからなる溶融フィラメント群を排出する溶融フィラメント供給装置と、前記溶融フィラメント群を受けて第１方向へ搬送し、前記溶融フィラメントどうしを融着結合させたフィラメント３次元結合体を形成する３次元結合体形成装置と、を備え、前記３次元結合体形成装置は、前記溶融フィラメント群の第１方向と直交する厚み方向の端部を受取り、当該端部を前記溶融フィラメント群の厚み方向中央側へ近づく第２方向へ搬送するように駆動するコンベア部を有する構成とする。

【0013】

本構成によれば、コンベア部の駆動により溶融フィラメント群の厚み方向端部を中央側へ近づけることが出来る。そのため、例えば滑り板を流れる冷却水の利用を省略し、厚み方向端部における溶融フィラメント群の融着力を低下し難くするとともに、フィラメント３次元結合体の品質劣化を抑えることが可能となる。なおここでの溶融フィラメント群は、３次元結合体形成装置において溶融フィラメントどうしが融着した状態のものも含む概念である。

【0014】

また上記構成としてより具体的には、第１方向は、鉛直下方であり、第２方向は、前記厚み方向から第１方向寄りに傾斜した方向である構成としてもよい。また上記構成としてより具体的には、前記コンベア部は、受取った前記端部を第２方向へ搬送する第１コンベア部と、当該搬送された前記端部を含む前記溶融フィラメント群を第１方向へ搬送する第２コンベア部とが、一連のコンベアベルトにより形成された構成としてもよい。

【0015】

本構成によれば、第１コンベア部により溶融フィラメント群の厚み方向端部を中央側へ近づけるとともに、引き続き第２コンベア部によって、その溶融フィラメント群を第１方向へ搬送することが可能となる。またこれらのコンベア部を一連のコンベアベルトにより形成するため、これらを別個のコンベアベルトで形成する場合に比べて、構成の簡素化や駆動効率の向上等が容易となる。

【0016】

また上記構成としてより具体的には、前記コンベアベルトを張架支持するローラとして、少なくとも第１ローラ、第２ローラ、および第３ローラを備え、第１コンベア部の両端は、第１ローラと第２ローラにより前記コンベアベルトが支持されており、第２コンベア部の両端は、第２ローラと第３ローラにより前記コンベアベルトが支持されている構成としてもよい。本構成によれば、例えば第１ローラを用いない場合に比べ、前記傾斜の角度（傾斜角）を適切な範囲内に設定することが容易となる。

【0017】

また上記構成としてより具体的には、前記コンベアベルトは、外周部がポリテトラフルオロエチレン材のプラスチックモジュラーチェーンで構成された耐熱ベルト、または、外周面が平滑なシリコーンゴム材で形成された耐熱ベルトである構成としてもよい。本構成によれば、高い離型性が得られ、溶融フィラメントがコンベアベルトに融着することを極力防ぐことが可能となる。

【0018】

また上記構成としてより具体的には、前記３次元結合体形成装置は、前記溶融フィラメント群の冷却に用いる冷却水を貯留する冷却水槽を備え、第２コンベア部の少なくとも一部が前記冷却水中に位置することを特徴とする構成としてもよい。本構成によれば、第２コンベア部による溶融フィラメント群の搬送により、当該溶融フィラメント群を確実に冷却水中へ導くことが可能となる。

【0019】

また上記構成としてより具体的には、前記３次元結合体形成装置は、前記冷却水槽内において前記コンベア部の周囲に壁を形成するように設けられた槽内隔壁を有する構成としてもよい。本構成によれば、槽内隔壁の内側の冷却水の温度が外側の冷却水の影響を受け難くなり、その分、コンベア部近傍の冷却水の温度を安定させ、溶融フィラメント群の厚み方向中央部と端部における冷却水の温度差を低減させることが可能となる。

【0020】

また上記構成としてより具体的には、前記３次元結合体形成装置は、前記槽内隔壁の鉛直下方に設けられて前記冷却水を撹拌する冷却水撹拌装置を有する構成としてもよい。本構成によれば、槽内隔壁に囲まれる冷却水域を通過した溶融フィラメント群を効率良く冷却することが可能となる。

【発明の効果】

【0021】

本発明に係るフィラメント３次元結合体製造装置によれば、厚み方向端部における溶融フィラメント群の融着力を低下し難くするとともに、フィラメント３次元結合体の品質劣化を抑えることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本実施形態に係るフィラメント３次元結合体製造装置の構成図である。

【図2】図１に示すフィラメント３次元結合体製造装置の断面矢視図である。

【図3】図１に示す厚み規制コンベア近傍の構成図である。

【図4】当該厚み規制コンベアの構成に関する説明図である。

【図5】従来例のフィラメント３次元結合体の製造装置に関する説明図である。

【図6】従来例のフィラメント３次元結合体の製造装置に関する説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本発明の実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。なお、以下の説明における上下、左右、および前後の各方向（互いに直交する方向）は各図に示す通りである。下方向は鉛直下向きに一致し、前後および左右方向は水平方向に含まれる。また本実施形態における下方向は、本発明に係る第１方向の一例である。

【0024】

図１は、本実施形態に係るフィラメント３次元結合体製造装置１の概略的な構成図である。図２は、図１に示すフィラメント３次元結合体製造装置１のＡ−Ａ´断面矢視図である。図３は、図１に示す厚み規制コンベア２２ａ、２２ｂ近傍の概略的な構成図である。

【0025】

フィラメント３次元結合体製造装置１は、熱可塑性樹脂からなるフィラメント（線条）どうしを融着結合させた空隙率の高いフィラメント３次元結合体３を製造する装置であり、溶融フィラメント供給装置（押出成形機）１０と、３次元結合体形成装置２０とを備えている。

【0026】

溶融フィラメント供給装置１０は、複数の溶融フィラメントからなる溶融フィラメント群２を鉛直下方へ排出する装置である。溶融フィラメント供給装置１０から排出されて３次元結合体形成装置２０に至るまでの溶融フィラメント群２は、溶融フィラメントそれぞれが下方へ並進する状態であり、溶融フィラメントどうしの融着はなされていない。

【0027】

３次元結合体形成装置２０は、溶融フィラメント供給装置１０から供給される複数の溶融フィラメントどうしを、３次元的に融着結合させながら冷却固化させることにより、溶融フィラメント同士が３次元的に融着結合したフィラメント３次元結合体３を形成する装置である。なお以下の説明では、３次元結合体形成装置２０において溶融フィラメントどうしが融着した状態のものも、溶融フィラメント群と称することがある。

【0028】

溶融フィラメント供給装置１０は、加圧溶融部１１（押出機）とダイ１２を含む。加圧溶融部１１は、材料投入部１３（ホッパー）、スクリュー１４、スクリューモーター１５、スクリューヒーター１６、および図示しない複数の温度センサーを含む。

【0029】

加圧溶融部１１の内部には、材料投入部１３から供給された熱可塑性樹脂を加熱溶融しながら搬送するためのシリンダー１１ａが形成されており、スクリュー１４が回転可能に収容されている。シリンダー１１ａの下流側端部には熱可塑性樹脂をダイ１２に向けて排出するためのフィラメント排出部１１ｂが形成されている。

【0030】

ダイ１２は、ノズル部１７、複数のダイヒーター１８ａ〜１８ｆ、および図示しない複数の温度センサーを含む。ダイ１２の内部には、フィラメント排出部１１ｂから排出された溶融熱可塑性樹脂をノズル部１７に導く導流路１２ａが形成されている。

【0031】

ノズル部１７は、複数の円形ノズル１７ａ（断面が円形の孔）が形成された略直方体の金属製の厚板であり、導流路１２ａの最下流部にあたるダイ１２の下部に設けられている。複数の円形ノズル１７ａは、例えば、前後と左右方向へ複数列をなすようにマトリクス状に配置される。本実施形態においては、円形ノズル１７ａは内径１ｍｍ、隣接する円形ノズル１７ａ間の距離（ピッチ）を１０ｍｍに設定しているが、フィラメント３次元結合体３の反発力の仕様に基づき、ノズル形状、ノズル内径、ノズル間隔、およびノズル配置を適宜調整することができる。

【0032】

本実施形態でフィラメント３次元結合体の材料として用いることのできる熱可塑性樹脂としては、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの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、ポリ塩化ビニル樹脂およびポリスチレン樹脂や、スチレン系エラストマー、塩ビ系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ウレタン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ニトリル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、フッ素系エラストマー等の熱可塑性エラストマーなどが挙げられる。

【0033】

材料投入部１３から供給された熱可塑性樹脂は、シリンダー１１ａ内で加熱溶融された後、溶融熱可塑性樹脂としてシリンダー排出口１１ｂからダイ１２の導流路１２ａに供給された後、複数の円形ノズル１７ａから複数の溶融フィラメントからなる溶融フィラメント群２が、下方の３次元結合体形成装置２０に向けて排出される。この排出の方向は重力方向に一致するため、排出された溶融フィラメント群２は、ほぼ真直ぐ落下するように３次元結合体形成装置２０へ到達することになる。

【0034】

３次元結合体形成装置２０は、溶融フィラメント群２を冷却する冷却水を貯留する冷却水槽２１と、溶融フィラメント群２の幅を規制しながら３次元結合を形成させる一対の厚み規制コンベア２２ａ、２２ｂと、厚み規制コンベア２２ａ、２２ｂの周囲を囲む一対の槽内隔壁２３ａ、２３ｂと、一対の冷却水撹拌装置２６ａ、２６ｂと、一対の搬送コンベア２４ａ、２４ｂと、複数の搬送ローラ２５ａ〜２５ｆとを含む。

【0035】

なお、一対の厚み規制コンベア２２ａ、２２ｂと、一対の槽内隔壁２３ａ、２３ｂと、一対の冷却水撹拌装置２６ａ、２６ｂと、一対の搬送コンベア２４ａ、２４ｂは、図１および図３に示す対称面Ｓ（溶融フィラメント群２の厚み方向中央に位置する面）を基準として、前後に対称に設けられている。以下、これらの構成および役割等について順に説明する。

【0036】

（１）厚み規制コンベア
一対の厚み規制コンベア２２ａ、２２ｂは、フィラメント３次元結合体３の厚みに相当する間隙を開けて設置されている。これらの一方の厚み規制コンベア２２ａは、第１ローラ２２ａ１と、第２ローラ２２ａ２と、第３ローラ２２ａ３と、加圧ローラ２２ａ４と、これらのローラにより回転可能に張架支持される耐熱ベルト２２ａ５とを含む。第３ローラ２２ａ３は回転駆動する駆動ローラであり、第１ローラ２２ａ１および第２ローラ２２ａ２は従動ローラである。

【0037】

他方の厚み規制コンベア２２ｂは、第１ローラ２２ｂ１と、第２ローラ２２ｂ２と、第３ローラ２２ｂ３と、加圧ローラ２２ｂ４と、これらのローラにより回転可能に張架支持される耐熱ベルト２２ｂ５とを含む。第３ローラ２２ｂ３は回転駆動する駆動ローラであり、第１ローラ２２ｂ１および第２ローラ２２ｂ２は従動ローラである。上記の各耐熱ベルト２２ａ５、２２ｂ５は、部分的に冷却水槽２１に貯留される冷却水と接触するように配設されている。

【0038】

上述した何れのローラも、図３に示す矢印の向き（溶融フィラメント群２を下方へ搬送する方向）へ回転する。本実施形態においては、２本の耐熱ベルト２２ａ５、２２ｂ５として無端ベルトを用いているが、この他、例えば成形するフィラメント３次元結合体３よりも長い有端ベルトを用いてもよい。

【0039】

ここで図４を参照し、一方の厚み規制コンベア２２ａの構成についてより詳細に説明する。なお、他方の厚み規制コンベア２２ｂの構成については、厚み規制コンベア２２ａと同様であるため説明を省略する。また図４に示すように、溶融フィラメント群２を構成する各列の溶融フィラメントを、前側から順にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ・・・と称する。

【0040】

耐熱ベルト２２ａ５のうち、両端が第１ローラ２２ａ１と第２ローラ２２ａ２により支持されている部分（第１コンベア部Ｃ１）は、図４に示すように前後方向（水平方向）に対して傾斜角θだけ傾斜するように伸びている。第１コンベア部Ｃ１は、上側から供給される溶融フィラメント群２のうち、厚み方向前側端部側の所定部分（図４に示す例では、ＡとＢの部分）を受取ることが出来るように、上側に露出している。

【0041】

また耐熱ベルト２２ａ５のうち、両端が第２ローラ２２ａ２と第３ローラ２２ａ３により支持されている部分（第２コンベア部Ｃ２）は、上下方向に伸びている。第２コンベア部Ｃ２は、第２ローラ２２ａ２と接する位置において、第１コンベア部Ｃ１に連接している。また本実施形態では、第２コンベア部Ｃ２の最上部近傍の位置が、冷却水槽２１に貯留された冷却水の水面位置となっている。

【0042】

上記構成により第１コンベア部Ｃ１は、ＡとＢの溶融フィラメントを受取り、これらを溶融フィラメント群２の厚み方向（前後方向）から下方へ傾斜角θだけ傾斜した方向へ搬送する。この搬送の方向は、溶融フィラメント群２の厚み方向中央側へ近づく方向である。第１コンベア部Ｃ１により、ＡとＢの溶融フィラメントは厚み方向中央側の溶融フィラメントと合流する位置まで搬送され、その後、第２コンベア部Ｃ２により更に下方へ搬送される。

【0043】

上記の傾斜角θは、溶融フィラメント群２の厚み方向最端部に位置する溶融フィラメントと接触する位置（図４に示す位置Ｐ）における、水平面に対する耐熱ベルト２２ａ５の傾斜角と見ることも出来る。本実施形態では、この傾斜角θは３０度に設定されている。

【0044】

落下する溶融フィラメントを受け取る際に、傾斜角θが垂直（９０度）に近い角度であると、溶融フィラメントが第１コンベア部Ｃ１上をスリップしやすくなり、安定したループの形成が難しくなる。逆に傾斜角θが水平（０度）に近い角度であると、第１コンベア部Ｃ１で搬送される溶融フィラメントが、第１コンベア部Ｃ１の終端近傍で直角に近い角度で曲がり、溶融フィラメントのループが折れ曲がった状態での融着が発生し易くなる。これらの現象は、フィラメント３次元結合体３の品質維持を阻害する原因となり得る。このような問題を極力防ぐため、傾斜角θは適切な範囲（通常、２５度から４０度の範囲）で設定されることが好ましい。

【0045】

耐熱ベルト２２ａ５を張架するローラ（駆動ローラおよび従動ローラ）の数としては、本実施形態のように、鉛直方向に配置する２本のローラを含めて３本以上とすることが好ましい。仮に鉛直方向に配置した２本のローラ（第２ローラ２２ａ２および第３ローラ２２ａ３）のみで張架すると、耐熱ベルト２２ａ５の傾斜角θが第２ローラ２２ａ２の曲率の影響を大きく受けることになり、傾斜角θを適切な範囲内の角度（例えば、２５度から４０度の範囲）に保つことが難しくなる。

【0046】

この点、本実施形態では第１ローラ２２ａ１をも設けるようにし、第１コンベア部Ｃ１の両端は第１ローラ２２ａ１と第２ローラ２２ａ２により支持され、第２コンベア部Ｃ２の両端は第２ローラ２２ａ２と第３ローラ２２ａ３により支持されるようにしたので、傾斜角θを適切な範囲内に保つことが容易である。なお、第１ローラ２２ａ１および第２ローラ２２ａ２の一方又は両方の位置を可変としておき、傾斜角θを適宜調節出来るようにしてもよい。

【0047】

図３に戻り、耐熱ベルト２２ａ５、２２ｂ５の移動速度（フィラメント３次元結合体３の搬送速度）が、ノズル部１７からの溶融フィラメントの落下速度と同等以上になると、溶融フィラメントのループが適切に形成されない。そのため、耐熱ベルト２２ａ５、２２ｂ５の移動速度は、溶融フィラメントの落下速度より遅い速度に設定される。

【0048】

耐熱ベルト２２ａ５、２２ｂ５の移動速度が遅い程、溶融フィラメントの密度が高くなり、反発力の高い高密度のフィラメント３次元結合体３が形成される。この原理を利用して、当該反発力は、耐熱ベルト２２ａ５、２２ｂ５の移動速度により調節され得る。反発力はフィラメント３次元結合体３が使用されるマットレスやクッション等の仕様に応じて決められるが、通常、耐熱ベルト２２ａ５、２２ｂ５の移動速度は、溶融フィラメントの落下速度に対して５〜２０％程度に設定される。

【0049】

上述のとおり、ノズル部１７から供給される溶融フィラメント群２の厚み方向両端部は、前後一対の第１コンベア部Ｃ１によって受け止められ、溶融フィラメントのループを形成しながら高密度の表面層を形成した後、溶融フィラメント群２の厚み方向中央部に導かれる。一方で溶融フィラメント群２の厚み方向中央部については、冷却水の浮力作用を利用して、複数の溶融フィラメントを滞留させてループを形成することができる。

【0050】

またこのようにループが形成されるとともに、隣接する溶融フィラメントどうしが３次元的に融着結合し、空隙率の高いフィラメント３次元結合体３が形成されることになる。ループした溶融フィラメントどうしの融着は冷却水の水面付近から開始され、当該融着がなされた箇所を含む溶融フィラメント群２が厚み規制コンベア２２ａ、２２ｂによって冷却水中を下方へ搬送される過程で、溶融フィラメント群２の融着結合および冷却固化が進行する。なお先述のとおり、溶融フィラメント群２の厚み方向両端部は高密度の表面層を形成して溶融フィラメント群２の厚み方向中央部に導かれるため、溶融フィラメント群２は、高密度で平滑な表面層が形成された状態で冷却固化される。

【0051】

耐熱ベルト２２ａ５、２２ｂ５には、落下する溶融フィラメントを受け止めるとともに、冷却水中で溶融フィラメントを剥離する機能が求められる。このことも考慮し、耐熱ベルト２２ａ５、２２ｂ５の仕様は、フィラメントの形成に使用される熱可塑性樹脂の材料特性等に応じて選定すればよい。通常、耐熱ベルト２２ａ５、２２ｂ５としては、外周部がポリテトラフルオロエチレン材のプラスチックモジュラーチェーンで構成される耐熱ベルトや、外周面が平滑なシリコーンゴム材で形成された耐熱ベルトなどが好適である。これらを採用すれば高い離型性が得られ、溶融フィラメントが耐熱ベルト２２ａ５、２２ｂ５に融着することを極力防ぐことが可能となる。

【0052】

また、３次元結合体形成装置２０に離形剤塗布装置を設けることにより、耐熱ベルト２２ａ５、２２ｂ５の外周面に、ワックスなどの離型剤が塗布されるようにしてもよい。ただし離型剤として融点の低い（例えば、融点が１００℃以下の）ワックスを用いると、冷却水中に液体となって混ざり込み易くなってしまう。そのため、このような事態を極力回避できる程度に融点の高い（例えば、融点が１０１℃以上の）ワックスを用いることが好ましい。

【0053】

（２）槽内隔壁
一対の槽内隔壁２３ａ、２３ｂは、厚み規制コンベア２２ａ、２２ｂの周囲に壁を形成するように設けられており、冷却水槽２１内における槽内隔壁２３ａ、２３ｂ外の冷却水が、厚み規制コンベア２２ａ、２２ｂ側へ容易に流れ込まないようにする役割を果たす。溶融フィラメント群２は、厚み規制コンベア２２ａ、２２ｂで搬送される過程において溶融フィラメントどうしの融着が進行する。槽内隔壁２３ａ、２３ｂを設けることにより、この際に温度の低い冷却水の影響を受け難くし、溶融フィラメント群２の厚み方向両端部の融着力を低下し難くすることが可能である。

【0054】

前側の槽内隔壁２３ａは、前側垂直板２３ａ１と前側水平板２３ａ２を有する。前側垂直板２３ａ１は、厚み規制コンベア２２ａの前側近傍に配置された垂直な壁であり、前方視により厚み規制コンベア２２ａの全体を覆い隠す。前側垂直板２３ａ１の上側の縁は、冷却水の水面より上方へ位置し、下側の縁は、厚み規制コンベア２２ａの下端より下側に位置する。

【0055】

前側水平板２３ａ２は、厚み規制コンベア２２ａの下側近傍に配置された水平な壁である。前側水平板２３ａ２の前側の縁は、前側垂直板２３ａ１に全体的に密着しており、前側水平板２３ａ２の左右方向寸法は、前側垂直板２３ａ１と同等である。

【0056】

後側の槽内隔壁２３ｂは、後側垂直板２３ｂ１と後側水平板２３ｂ２を有する。後側垂直板２３ｂ１は、厚み規制コンベア２２ｂの後側近傍に配置された垂直な壁であり、後方視により厚み規制コンベア２２ｂの全体を覆い隠す。後側垂直板２３ｂ１の上側の縁は、冷却水の水面より上方へ位置し、下側の縁は、厚み規制コンベア２２ｂの下端より下側に位置する。

【0057】

後側水平板２３ｂ２は、厚み規制コンベア２２ｂの下側近傍に配置された水平な壁である。後側水平板２３ｂ２の後側の縁は、後側垂直板２３ｂ１に全体的に密着しており、後側水平板２３ｂ２の左右方向寸法は、後側垂直板２３ｂ１と同等である。

【0058】

前側水平板２３ａ２の後側の縁と後側水平板２３ｂ２の前側の縁との間には、厚み規制コンベア２２ａ、２２ｂによって下方へ搬送される溶融フィラメント群２を通過させるための隙間が設けられている。この間隙を介して、冷却水が槽内隔壁２３ａ、２３ｂの内外をある程度出入り或いは循環可能となっているが、必要に応じて、槽内隔壁２３ａ、２３ｂの各所に冷却水循環用の孔を設けてもよい。ただしこのような孔の配置は、通常、厚み規制コンベア２２ａ、２２ｂ近傍の冷却水温が大きく変動しない範囲に止めることが好ましい。

【0059】

なお、一対の槽内隔壁２３ａ、２３ｂの左右端が、冷却水槽２１の左右内壁にまで達している場合、外部の冷却水が左右方向から厚み規制コンベア２２ａ、２２ｂ側へ流入することも抑えることが可能である。またこれに準じた効果を得るため、厚み規制コンベア２２ａ、２２ｂの左右両端側にも槽内隔壁を設け、槽内隔壁によって厚み規制コンベア２２ａ、２２ｂの前後左右が囲まれるようにしても良い。

【0060】

本実施形態においては、各水平板２３ａ２、２３ｂ２を設けることにより、冷却水の上下方向（鉛直方向）の移動も十分に遮ることが可能となっている。ただし、温かい水の比重は冷たい水の比重よりも小さく、温まった冷却水は下方へ移動しにくいことから、各水平板２３ａ２、２３ｂ２の一方または両方の設置を省いても、冷却水の移動のし易さへの影響は比較的小さい。この点を考慮し、各水平板２３ａ２、２３ｂ２の一方または両方の設置を省いて、３次元結合体形成装置２０の構成を簡素化してもよい。なおこのようにする場合、各垂直板２３ａ１、２３ｂ１の下端の上下方向位置については、厚み規制コンベア２２ａ、２２ｂの下端よりも下方であることが望ましい。

【0061】

（３）冷却水撹拌装置
一対の冷却水撹拌装置２６ａ、２６ｂは、例えばファンを用いて冷却水を撹拌することにより水流を発生させ、フィラメント３次元結合体３の冷却を促進する装置である。本実施形態において一対の冷却水撹拌装置２６ａ、２６ｂは、一対の水平板２３ａ２、２３ｂ２と一対の搬送コンベア２４ａ、２４ｂの間（これらによって上下に挟まれた位置）に配置されている。

【0062】

一方の冷却水撹拌装置２６ａは、水平板２３ａ２の下方に配設されており、一対の水平板２３ａ２、２３ｂ２の間から出てきたフィラメント３次元結合体３の前側端部に対向する。他方の冷却水撹拌装置２６ｂは、水平板２３ｂ２の下方に配設されており、一対の水平板２３ａ２、２３ｂ２の間から出てきたフィラメント３次元結合体３の後側端部に対向する。このように一対の冷却水撹拌装置２６ａ、２６ｂは、フィラメント３次元結合体３の両端部近傍の位置にそれぞれ配設されている。

【0063】

冷却水撹拌装置２６ａ、２６ｂの仕様や配設される位置および向き等については、発生させる水流によってフィラメント３次元結合体３が所望の程度で冷却されるように、適切に設定すれば良い。例えば、両方の冷却水撹拌装置２６ａ、２６ｂが、フィラメント３次元結合体３に向かう方向へ水流を発生させるようにしても良い。ただし通常は、冷却水撹拌装置２６ａ、２６ｂの一方がフィラメント３次元結合体３に向かう方向へ水流を発生させ、他方がフィラメント３次元結合体３から離れる方向へ水流を発生させるようにする方が、フィラメント３次元結合体３の厚み方向中央部と両端部をより均一に冷却できる点で好ましい。

【0064】

なお溶融フィラメント群２は、一対の水平板２３ａ２、２３ｂ２の間から下方へ出るまでの段階において、溶融フィラメントどうしの融着結合が十分になされたフィラメント３次元結合体３の状態となっている。そのため、水平板２３ａ２、２３ｂ２の間から下方へ出た段階のフィラメント３次元結合体３に対しては、冷却による融着力の低下を懸念する必要は無い。

【0065】

（４）搬送コンベア
一対の搬送コンベア２４ａ、２４ｂは、それぞれスラットコンベアで構成され、フィラメント３次元結合体３の厚みに対応する隙間を空けて配設されている。搬送コンベア２４ａ、２４ｂは、搬送面が平滑な搬送部材を用いて形成されるのが好ましく、例えば、金属メッシュベルトやプラスチックモジュラーチェーンを用いたコンベアなどが採用されてもよい。一対の搬送コンベア２４ａ、２４ｂは、一対の冷却水撹拌装置２６ａ、２６ｂの間を通ってきたフィラメント３次元結合体３を前後方向に挟み、これを更に下方へと搬送する。

【0066】

一対の搬送コンベア２４ａ、２４ｂにより搬送されたフィラメント３次元結合体３は、更に複数の搬送ローラ２５ａ〜２５ｆによって、冷却水中をＵ字状に方向を変えながら搬送され、最終的に冷却水槽２１の外側にまで搬送される。なお、上述した厚み規制コンベア２２ａ、２２ｂ、搬送コンベア２４ａ、２４ｂおよび複数の搬送ローラ２５ａ〜２５ｆは、図示しない駆動モーターおよび駆動ギアによって駆動され、溶融フィラメント群２ないしフィラメント３次元結合体３を適切に搬送する。

【0067】

４．総括
以上に説明したとおりフィラメント３次元結合体製造装置１は、複数の溶融フィラメントからなる溶融フィラメント群２を排出する溶融フィラメント供給装置１０と、溶融フィラメント群２を受けて第１方向（本実施形態では、鉛直下方）へ搬送し、溶融フィラメントどうしを融着結合させたフィラメント３次元結合体３を形成する３次元結合体形成装置２０と、を備える。更に３次元結合体形成装置２０は、溶融フィラメント群２の厚み方向（前後方向）の端部を受取り、当該端部を溶融フィラメント群２の厚み方向中央側へ近づく第２方向（本実施形態では、上記厚み方向から下方へ３０度傾斜した方向）へ搬送するように駆動する厚み規制コンベア２２ａ、２２ｂ（コンベア部）を有する。

【0068】

フィラメント３次元結合体製造装置１によれば、厚み規制コンベア２２ａ、２２ｂの駆動により、溶融フィラメント群２の厚み方向端部を中央側へ適切に近づけることが出来る。そのため、例えば滑り板を流れる冷却水（図６に示す例では冷却水Ｗ）の利用を省略して、冷却水槽中の冷却水温度が溶融フィラメント群両端部において中央部より低い温度になることを回避することが可能である。その結果、溶融フィラメント群両端部において溶融フィラメントどうしの融着力（接着力）を低下し難くするとともに、フィラメント３次元結合体３の厚み方向両端部の表面状態が不均一になることも極力防ぎ、フィラメント３次元結合体３の品質劣化を抑えることが可能である。

【0069】

また厚み規制コンベア２２ａ、２２ｂは、受取った溶融フィラメント群２の厚み方向端部を第２方向へ搬送する第１コンベア部Ｃ１と、当該搬送された前記端部を含む溶融フィラメント群２を第１方向へ搬送する第２コンベア部Ｃ２とが、一連のコンベアベルトにより形成されている。

【0070】

そのため、第１コンベア部Ｃ１により溶融フィラメント群２の厚み方向端部を中央側へ近づけるとともに、引き続き第２コンベア部Ｃ２によって、その溶融フィラメント群２を第１方向へ搬送することが可能である。またこれらのコンベア部を一連の耐熱ベルト２２ａ５、２２ｂ５により形成しているため、これらを別個のベルトで形成する場合に比べて、構成の簡素化や駆動効率の向上等が達成されている。

【0071】

また３次元結合体形成装置２０は、溶融フィラメント群２の冷却に用いる冷却水を貯留する冷却水槽２１を備え、第２コンベア部Ｃ２の少なくとも一部が当該冷却水中に位置する。そのため第２コンベア部Ｃ２による溶融フィラメント群２の搬送により、当該溶融フィラメント群２を確実に冷却水中へ導くことが可能である。

【0072】

また３次元結合体形成装置２０は、冷却水槽２１内において厚み規制コンベア２２ａ、２２ｂの周囲に壁を形成するように設けられた槽内隔壁２３ａ、２３ｂを有する。そのため、槽内隔壁２３ａ、２３ｂの内側の冷却水の温度が外側の冷却水の影響を受け難くなり、その分、厚み規制コンベア２２ａ、２２ｂ近傍の冷却水の温度を安定させ、溶融フィラメント群２の厚み方向中央部と端部における冷却水の温度差を低減させることが可能である。

【0073】

仮に槽内隔壁２３ａ、２３ｂを設けないとすると、溶融フィラメント群２の厚み方向両端部において、温度の低い冷却水（溶融フィラメント群２から離れた位置の冷却水）の影響を大きく受けることになり、溶融フィラメントどうしの融着力の低下を招く虞がある。この点、本実施形態のように槽内隔壁２３ａ、２３ｂを設けると、溶融フィラメント群２の厚み方向両端部においても温度の低い冷却水の影響を受け難くなり、このような問題を極力防ぐことが可能となる。

【0074】

また３次元結合体形成装置２０は、槽内隔壁２３ａ、２３ｂの鉛直下方に設けられて冷却水を撹拌する冷却水撹拌装置２６ａ、２６ｂを有する。そのため、槽内隔壁２３ａ、２３ｂに囲まれる冷却水域を通過した溶融フィラメント群２を効率良く冷却することが可能である。

【0075】

以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の構成は上記実施形態に限られず、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

【産業上の利用可能性】

【0076】

本発明は、マットレス、枕、或いはクッション等に使用されるフィラメント３次元結合体の製造等に利用可能である。

【符号の説明】

【0077】

１ ・・・ フィラメント３次元結合体製造装置
２ ・・・ 溶融フィラメント群
３ ・・・ フィラメント３次元結合体
１０ ・・・ 溶融フィラメント供給装置
１１ ・・・ 加圧溶融部
１１ａ ・・・ シリンダー
１１ｂ ・・・ フィラメント排出部
１２ ・・・ ダイ
１２ａ ・・・ 導流路
１３ ・・・ 材料投入部
１４ ・・・ スクリュー
１５ ・・・ スクリューモーター
１６ ・・・ スクリューヒーター
１７ ・・・ ノズル部
１７ａ ・・・ 円形ノズル
１８ａ〜１８ｆ ・・・ ダイヒーター
２０ ・・・ ３次元結合体形成装置
２１ ・・・ 冷却水槽
２２ａ、２２ｂ ・・・ 厚み規制コンベア（コンベア部）
２２ａ１、２２ｂ１ ・・・ 第１ローラ
２２ａ２、２２ｂ２ ・・・ 第２ローラ
２２ａ３、２２ｂ３ ・・・ 第３ローラ
２２ａ４、２２ｂ４ ・・・ 加圧ローラ
２２ａ５、２２ｂ５ ・・・ 耐熱ベルト（コンベアベルト）
２３ａ、２３ｂ ・・・ 槽内隔壁
２４ａ、２４ｂ ・・・ 搬送コンベア
２５ａ〜２５ｆ ・・・ 搬送ローラ
２６ａ、２６ｂ ・・・ 冷却水撹拌装置
Ｃ１ ・・・ 第１コンベア部
Ｃ２ ・・・ 第２コンベア部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】