特開 2022-105364 フィラメント３次元結合体の製造装置、フィラメント３次元結合体、およびその製造方法

(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】P2022105364

(43)【公開日】2022-07-14

(54)【発明の名称】フィラメント３次元結合体の製造装置、フィラメント３次元結合体、およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   D01D 5/08 20060101AFI20220707BHJP

   D04H 3/16 20060101ALI20220707BHJP

   D01D 10/00 20060101ALI20220707BHJP

【ＦＩ】

D01D5/08 A

D04H3/16

D01D10/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021000084

(22)【出願日】2021-01-04

(71)【出願人】

【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】小島 昌和

(72)【発明者】

【氏名】上村 敦

【テーマコード（参考）】

4L045

4L047

【Ｆターム（参考）】

4L045AA05

4L045BA03

4L045BA37

4L045DA02

4L045DA11

4L045DA45

4L045DA46

4L047AB03

4L047BA09

4L047EA05

4L047EA08

(57)【要約】      （修正有）

【課題】位置に応じて反発力が異なるフィラメント３次元結合体を容易に製造することが可能となる製造装置を提供する。
【解決手段】複数の溶融フィラメントＭＦを下方へ並進させて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部１０と、槽２１内に収容された液体の冷媒Ｗによって前記溶融フィラメント群を冷却して融着結合させ、フィラメント３次元結合体３を形成する融着結合形成部２０と、を有するフィラメント３次元結合体３の製造装置１であって、上方視での異なる位置同士で温度差がある所定の温度状態となるように、前記溶融フィラメント群の温度を調節する温度調節手段を備えた製造装置としている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の溶融フィラメントを下方へ並進させて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部と、
槽内に収容された液体の冷媒によって前記溶融フィラメント群を冷却して融着結合させ、フィラメント３次元結合体を形成する融着結合形成部と、を有するフィラメント３次元結合体の製造装置であって、
上方視での異なる位置同士で温度差がある所定の温度状態となるように、前記溶融フィラメント群の温度を調節する温度調節手段を備えたことを特徴とする製造装置。

【請求項2】

前記温度調節手段は、前記溶融フィラメント群が到達する前記冷媒の表面近傍部の温度を調節することにより、前記溶融フィラメント群の温度を調節することを特徴とする請求項１に記載の製造装置。

【請求項3】

前記温度調節手段は、前記冷媒の表面付近に設置されて当該冷媒を加熱する加熱装置を有することを特徴とする請求項２に記載の製造装置。

【請求項4】

前記温度調節手段は、前記冷媒の表面付近に当該冷媒とは異なる温度の補助冷媒を供給する供給装置を有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の製造装置。

【請求項5】

前記融着結合形成部は、前記溶融フィラメント群を受ける前後一対の受け板を有し、
一対の前記受け板それぞれは、下方へ進むにつれて前後方向へ互いに近づくように傾斜した傾斜部と、当該傾斜部の下端部から下方へ延びる鉛直部と、を有し、
前後の前記鉛直部同士の間に、前記冷媒の表面が位置しており、
前記供給装置は、前後の前記傾斜部それぞれに前記補助冷媒を供給することを特徴とする請求項４に記載の製造装置。

【請求項6】

前記融着結合形成部は、前記槽内に配置されるコンベアを有し、
前記コンベアは、上下方向に並ぶ一対のローラを前記フィラメント３次元結合体の厚み方向に対応する前後方向に２つ並べて有し、
一対の前記ローラに含まれる上側のローラに巻かれたベルトに、前記溶融フィラメント群が到達するように形成されており、
前記供給装置は、前記ベルトに前記補助冷媒を供給することを特徴とする請求項４に記載の製造装置。

【請求項7】

前記温度調節手段は、排出された前記溶融フィラメント群が前記冷媒に到達するまでに通るエアギャップの空気の温度を調節することにより、前記溶融フィラメント群の温度を調節することを特徴とする請求項１に記載の製造装置。

【請求項8】

前記温度調節手段は、前記エアギャップの側方の解放状態を調節可能とする開閉部材を有することを特徴とする請求項７に記載の製造装置。

【請求項9】

前記温度調節手段として、
前記溶融フィラメント群が到達する前記冷媒の表面近傍部の温度を調節することにより、前記溶融フィラメント群の温度を調節する冷媒温度調節手段と、
排出された前記溶融フィラメント群が前記冷媒に到達するまでに通るエアギャップの空気の温度を調節することにより、前記溶融フィラメント群の温度を調節する空気温度調節手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載の製造装置。

【請求項10】

請求項１から請求項９のいずれかに記載の製造装置により製造されたことを特徴とするフィラメント３次元結合体。

【請求項11】

複数の溶融フィラメントを下方へ並進させてなる溶融フィラメント群を排出する排出工程と、
上方視での異なる位置同士で温度差がある所定の温度状態となるように、前記溶融フィラメント群の温度を調節する温度調節工程と、
前記溶融フィラメント群を冷却して融着結合させ、フィラメント３次元結合体を形成する冷却工程と、
を含むことを特徴とするフィラメント３次元結合体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フィラメント３次元結合体の製造装置、フィラメント３次元結合体、およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

各種用途のクッション体に利用され得る素材として、熱可塑性樹脂からなるフィラメントを３次元的に融着結合させて得られるフィラメント３次元結合体（立体網状構造体）が知られている。フィラメント３次元結合体は良好な通気性を有し、また水洗い等も容易であるため、清潔に使用できる点でも優れている。

【0003】

このようなフィラメント３次元結合体を製造する方法として、例えば特許文献１には、溶融フィラメントをヒーター等により加熱することにより、フィラメントを供給させる水槽中の水面を沸騰状態とし、フィラメントの接触融着の度合い（リンキング強度）を高め、製造されるフィラメント３次元結合体の反発力（フィラメント弾性）を高める方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１－２０７４６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

フィラメント３次元結合体を各種用途のクッション体に適用するにあたり、フィラメント３次元結合体の反発力特性を様々な状態に調節して、各々のクッション体の用途に適合させることが重要となる。そのため、厚み方向や幅方向等の位置に応じて反発力が異なるフィラメント３次元結合体を容易に製造することが可能な装置が要望されている。

【0006】

本発明は上記課題に鑑み、位置に応じて反発力が異なるフィラメント３次元結合体を容易に製造することが可能となる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】

【0007】

本発明に係る製造装置は、複数の溶融フィラメントを下方へ並進させて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部と、槽内に収容された液体の冷媒によって前記溶融フィラメント群を冷却して融着結合させ、フィラメント３次元結合体を形成する融着結合形成部と、を有するフィラメント３次元結合体の製造装置であって、上方視での異なる位置同士で温度差がある所定の温度状態となるように、前記溶融フィラメント群の温度を調節する温度調節手段を備えた構成とする。本構成によれば、位置に応じて反発力が異なるフィラメント３次元結合体を容易に製造することが可能となる。

【0008】

上記構成としてより具体的には、前記温度調節手段は、前記溶融フィラメント群が到達する前記冷媒の表面近傍部の温度を調節することにより、前記溶融フィラメント群の温度を調節する構成としても良い。また上記構成としてより具体的には、前記温度調節手段は、前記冷媒の表面付近に設置されて当該冷媒を加熱する加熱装置を有する構成としても良い。更に上記構成としてより具体的には、前記温度調節手段は、前記冷媒の表面付近に当該冷媒とは異なる温度の補助冷媒を供給する供給装置を有する構成としても良い。

【0009】

上記構成としてより具体的には、前記融着結合形成部は、前記溶融フィラメント群を受ける前後一対の受け板を有し、一対の前記受け板それぞれは、下方へ進むにつれて前後方向へ互いに近づくように傾斜した傾斜部と、当該傾斜部の下端部から下方へ延びる鉛直部と、を有し、前後の前記鉛直部同士の間に、前記冷媒の表面が位置しており、前記供給装置は、前後の前記傾斜部それぞれに前記補助冷媒を供給する構成としても良い。

【0010】

上記構成としてより具体的には、前記融着結合形成部は、前記槽内に配置されるコンベアを有し、前記コンベアは、上下方向に並ぶ一対のローラを前記フィラメント３次元結合体の厚み方向に対応する前後方向に２つ並べて有し、一対の前記ローラに含まれる上側のローラに巻かれたベルトに、前記溶融フィラメント群が到達するように形成されており、前記供給装置は、前記ベルトに前記補助冷媒を供給する構成としても良い。

【0011】

上記構成としてより具体的には、前記温度調節手段は、排出された前記溶融フィラメント群が前記冷媒に到達するまでに通るエアギャップの温度を調節することにより、前記溶融フィラメント群の温度を調節する構成としても良い。また当該構成としてより具体的には、前記温度調節手段は、前記エアギャップの側方の解放状態を調節可能とする開閉部材を有する構成としても良い。

【0012】

上記構成としてより具体的には、前記温度調節手段として、前記溶融フィラメント群が到達する前記冷媒の表面近傍部の温度を調節することにより、前記溶融フィラメント群の温度を調節する第１温度調節手段と、排出された前記溶融フィラメント群が前記冷媒に到達するまでに通るエアギャップの温度を調節することにより、前記溶融フィラメント群の温度を調節する第２温度調節手段と、を有する構成としても良い。

【0013】

また本発明に係るフィラメント３次元結合体は、上記構成の製造装置により製造されたものとする。また本発明に係るフィラメント３次元結合体の製造方法は、複数の溶融フィラメントを下方へ並進させてなる溶融フィラメント群を排出する排出工程と、上方視での異なる位置同士で温度差がある所定の温度状態となるように、前記溶融フィラメント群の温度を調節する温度調節工程と、前記溶融フィラメント群を冷却して融着結合させ、フィラメント３次元結合体を形成する冷却工程と、を含む製造方法とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係る製造装置によれば、位置に応じて反発力が異なるフィラメント３次元結合体を容易に製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】フィラメント３次元結合体の製造装置の概念図である。

【図2】図１に示すＡ－Ａ’断面の矢視図である。

【図3】ノズル部を下方から視た底面図である。

【図4】図１における領域Ｓの構成を拡大した図である。

【図5】図４に示すＢ－Ｂ’平面の矢視図である。

【図6】図４に示すＣ－Ｃ’平面の矢視図である。

【図7】水加熱装置群により冷却水を加熱した例を示す図である。

【図8】製造されるフィラメント３次元結合体の一例の断面を示す図である。

【図9】冷却水供給装置による冷却水の供給の一例を示す図である。

【図10】変形例に係る製造装置の概念図である。

【図11】図１０におけるコンベアを拡大した要部拡大図である。

【図12】エアギャップ温度制御装置を説明するための製造装置の図である。

【図13】製造されるフィラメント３次元結合体の一例の断面を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の例示的な実施形態について各図面を参照しながら説明する。

【0017】

１．製造装置の全体構成等
図１は、本実施形態に係るフィラメント３次元結合体の製造装置１の概念図である。また図２は、図１に示すＡ－Ａ’断面の矢視図である。なお製造装置１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、図１および図２等に示すとおりである。上下方向は、鉛直方向である。

【0018】

フィラメント３次元結合体の製造装置１は、直径が０．５mm～３mmの複数の溶融フィラメントからなる溶融フィラメント群ＭＦを鉛直方向下向きへ排出する溶融フィラメント供給部１０と、溶融フィラメント群ＭＦを３次元的に絡め合わせて接触点を融着結合させた後、冷却固化させてフィラメント３次元結合体３を形成する融着結合形成部２０を備える。

【0019】

溶融フィラメント供給部１０は、加圧溶融部１１（押出機）とフィラメント排出部１２（ダイ）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１４を駆動するスクリューモーター１５、スクリューヒータ１６、および不図示の複数の温度センサを含む。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スクリューヒータ１６により加熱溶融しながら搬送するためのシリンダー１１ａが形成されている。

【0020】

シリンダー１１ａ内には、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、熱可塑性樹脂をフィラメント排出部１２に向けて排出するためのシリンダー排出口１１ｂが形成されている。スクリューヒータ１６の加熱温度は、例えば溶融フィラメント供給部１０に設けた温度センサの検知信号に基づいて制御される。

【0021】

フィラメント排出部１２は、ノズル部１７、ダイヒータ１８、および図示しない複数の温度センサを含み、内部にはシリンダー排出口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。

【0022】

ノズル部１７は、複数の開口部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フィラメント排出部１２の下部に設けられている。

【0023】

ここで、図３は、ノズル部１７を下方から視た底面図である。ノズル部１７には、溶融フィラメント群を排出する複数のノズル開口部１７ａが形成されている。図３に示すように、開口部１７ａは、前後左右方向に千鳥状に配置されている。なお、ノズル開口部１７の配置形態は、千鳥状に限ることはない。また、隣接する開口部１７間の距離（ピッチ）は、例えば１０mmとしている。

【0024】

ダイヒータ１８は、左右方向に複数個（図２に示す例では１８ａ～１８ｅの５個）が設けられており、フィラメント排出部１２を加熱する。ダイヒータ１８の加熱温度は、例えばフィラメント排出部１２に設けた温度センサの検知信号に基づいて制御される。

【0025】

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、例えば、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、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂、ナイロン６６などのポリアミド系樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂およびポリスチレン樹脂等や、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を用いることができる。

【0026】

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、例えばスクリュー１４により押し出されるようにして、溶融熱可塑性樹脂としてシリンダー排出口１１ｂからフィラメント排出部１２の導流路１２ａに供給される。その後、ノズル部１７の複数のノズル開口部１７ａそれぞれから下方へ並進するように、複数の溶融フィラメントからなる溶融フィラメント群ＭＦが排出される。

【0027】

融着結合形成部２０は、冷却水槽２１、一対の受け板２２、一対のコンベア２４、および、複数の搬送ローラ２５ａ～２５ｈを含む。前側受け板２２ａと後側受け板２２ｂは前後一対の受け板２２として設けられており、フィラメント３次元結合体３の厚みを規制する役割を果たす。

【0028】

冷却水槽２１は、冷却水Ｗが収容される槽であり、図１に示すように十分な量の冷却水Ｗを溜めておくことが可能である。冷却水Ｗは、溶融フィラメント群ＭＦを冷却して融着結合させる冷媒としての役割を果たす。但し、溶融フィラメント群ＭＦを冷却するための冷媒は水に限られず、他の液体であっても良い。冷却水槽２１の内部には、一対のコンベア２４と、複数の搬送ローラ２５ａ～２５ｈが配設されている。一対のコンベア２４および複数の搬送ローラ２５ａ～２５ｈは、不図示の駆動モーターにより駆動される。

【0029】

フィラメント排出部１２のノズル部１７から排出された溶融フィラメント群ＭＦは、受け板２２によって厚み（前後方向寸法）が整えられ、冷却水槽２１内の冷却水Ｗの浮力作用によって撓み、その中の各フィラメントはランダムなループを形成する。ランダムなループは隣接するランダムなループと３次元的に溶融状態で絡み合い、接触点が融着結合して３次元的なフィラメントの結合体が形成される。なおこのとき、溶融フィラメント群ＭＦ中の各フィラメントは温度が高いほど接触融着の度合いが高まり、冷却後に得られるフィラメント３次元結合体３の反発力が高まることになる。

【0030】

その後、コンベア２４と複数の搬送ローラ２５ａ～２５ｈによって、冷却水槽２１内の冷却水Ｗで冷却されながら搬送されることによって、当該結合体はフィラメント３次元結合体３として冷却水槽２１外へ排出される。このようにして、フィラメント３次元結合体３を製造することができる。

【0031】

更に本実施形態の製造装置１では、上方視での異なる位置同士で温度差がある所定の温度状態となるように、溶融フィラメント群ＭＦの温度を調節する温度調節手段が設けられている。以下、このような温度調節手段の各種具体例について、第１～第３の温度調節手段を例に挙げて説明する。

【0032】

２－１．第１の温度調節手段
まず温度調節手段の一の具体例（第１の温度調節手段）として、水加熱装置群３０ａ，３０ｂを用いる例について説明する。図４は、図１における領域Ｓの構成を拡大した図である。一対の受け板２２は、前後方向に配列される前側受け板２２ａと後側受け板２２ｂから構成される。前側受け板２２ａは、後方へ向かうにつれて下方へ傾く傾斜部２２ａ１と、傾斜部２２ａ１の下端から鉛直方向下向きに延びる平板状の鉛直部２２ａ２を含む屈曲部を有する金属板である。後側受け板２２ｂは、前方へ向かうにつれて下方へ傾く傾斜部２２ｂ１と、傾斜部２２ｂ１の下端から鉛直方向下向きに延びる平板状の鉛直部２２ｂ２を含む屈曲部を有する金属板である。これらの鉛直面２２ａ２，２２ｂ２は互いに平行であり、前後方向に対向している。前後一対の傾斜部２２ａ１，２２ｂ１は、下方へ進むにつれて前後方向へ互いに近づくように傾斜している。

【0033】

また、図４に示すように、製造装置１は、水加熱装置群３０ａと、水加熱装置群３０ｂと、を有する。水加熱装置群３０ａは、鉛直部２２ａ２の前面に沿って配置される。水加熱装置群３０ｂは、鉛直部２２ｂ２の後面に沿って配置される。水加熱装置群３０ａおよび３０ｂは、それぞれ鉛直部２２ａ２，２２ｂ２を介して、鉛直部２２ａ２，２２ｂ２により前後方向に挟まれる領域の冷却水Ｗ（図４では不図示）を加熱する。なお水加熱装置群３０ａおよび３０ｂの具体的形態は特に限定されないが、例えば、棒状の石英管ヒーター（石英棒ヒーター）等が適用され得る。

【0034】

図５は、図４に示すＢ－Ｂ’平面の矢視図である。図５に示す例では、水加熱装置群３０ａは、左右方向に並ぶ複数（ここでは５つ）の水加熱装置３０ａａ～３０ａｅからなる。図６は、図４に示すＣ－Ｃ’平面の矢視図である。図６に示す例では、水加熱装置群３０ｂは、左右方向に並ぶ複数（ここでは５つ）の水加熱装置３０ｂａ～３０ｂｅからなる。水加熱装置３０ａａ～３０ａｅと水加熱装置３０ｂａ～３０ｂｅは、それぞれ一対一で前後方向に対向する。

【0035】

図７は、水加熱装置群３０ａ，３０ｂにより冷却水Ｗを加熱した例を示す図である。なお、図７に示すように、鉛直部２２ａ２と２２ｂ２とで前後方向に挟まれる領域（着水領域ＷＲ）の冷却水Ｗの水面ＷＳは、上方のノズル部１７から下方へ排出された溶融フィラメント群ＭＦが到達（着水）する水面である。そして、水加熱装置群３０ａ，３０ｂは、水面ＷＳ付近において前後方向に対向して配置されている。水加熱装置群３０ａは水面ＷＳより前方に、水加熱装置群３０ｂは水面ＷＳより後方に配置されている。

【0036】

図７は、後側の水加熱装置群３０ｂの方を前側の水加熱装置群３０ａよりも高温とする例を示しており、水加熱装置群３０ａ，３０ｂによる加熱により、着水領域ＷＲの冷却水Ｗ（冷却水Ｗの表面近傍部）は、水加熱装置群３０ａ側から水加熱装置群３０ｂ側にかけて順に低温部Ｌ、中間温度部Ｍ、および高温部Ｈとされる。例えば、低温部Ｌは４５℃程度、中間温度部Ｍは６０℃程度、高温部Ｈは７５℃程度とされる。なお、水加熱装置群３０ａ，３０ｂによる加熱により、着水領域ＷＲの冷却水Ｗは、左右方向（図７の紙面奥行き方向）にはほぼ一定に温度が制御される。

【0037】

これにより、上方のノズル部１７から下方へ排出された溶融フィラメント群ＭＦ（例えば２３０℃程度）は、水面ＷＳに到達して、前側寄りの部分は低温部Ｌを通過し、前後方向中央寄りの部分は中間温度部Ｍを通過し、後側寄りの部分は高温部Ｈを通過する。このとき、溶融フィラメント群ＭＦは冷却され、低温部Ｌ、中間温度部Ｍ、および高温部Ｈに対応して低温、中間温度、および高温と前後方向に温度差が付与される。

【0038】

溶融フィラメント群ＭＦは部分的に温度が高くなるように制御されるほど、その部分でのフィラメント同士の接触融着度合いが高まり、その分だけ、フィラメント３次元結合体３におけるその部分の反発力は高くなる。前後方向は、製造されるフィラメント３次元結合体３の厚み方向に対応する。そのため水加熱装置群３０ａ，３０ｂによれば、フィラメント３次元結合体３の接触融着度合いを厚み方向に制御することが可能となり、フィラメント３次元結合体３の反発力を厚み方向に制御することができる。水加熱装置群３０ａ，３０ｂにおける加熱の強さを変化させることにより、フィラメント３次元結合体３の各部の反発力を変えることができるため、フィラメント３次元結合体３の各部が所望の反発力となるように、水加熱装置群３０ａ，３０ｂにおける加熱の強さを調節すれば良い。

【0039】

図８は、図７に示す例の温度制御により製造されるフィラメント３次元結合体３の一例であるフィラメント３次元結合体１００の断面を示す。図８に示す厚み方向は、製造装置１の前後方向に対応し、幅方向は製造装置１の左右方向に対応する。図８の例では、表面１００ａから裏面１００ｂにかけて順に、低温部Ｌに対応する低反発領域１０１、中間温度部Ｍに対応する中反発領域１０２、および高温部Ｈに対応する高反発領域１０３が形成されている。

【0040】

水加熱装置３０ａａ～３０ａｅの各々、および水加熱装置３０ｂａ～３０ｂｅの各々の加熱度合いに差を設ければ、着水領域ＷＲの冷却水Ｗに左右方向に温度差を付与するよう制御することも可能である。これにより、製造されるフィラメント３次元結合体３の反発力を幅方向に制御することができる。

【0041】

上述した第１の温度調節手段は、溶融フィラメント群ＭＦが到達する冷却水Ｗ（冷媒）の表面近傍部の温度を調節することにより、溶融フィラメント群ＭＦの温度を調節するようになっている。より具体的に説明すると、第１の温度調節手段は、冷却水Ｗの表面付近に設置されて冷却水Ｗを加熱する水加熱装置群３０ａ，３０ｂを有しており、水加熱装置群３０ａ，３０ｂによる加熱によって冷却水Ｗの表面近傍部の温度を調節することが可能である。

【0042】

なお第１の温度調節手段を設けた製造装置１は、水加熱装置群３０ａ，３０ｂにおける各水加熱装置による加熱の強さを制御できる不図示のコントローラを有する。当該コントローラは各水加熱装置による加熱の強さを、例えば、予め設定された所期の値に制御するようにしても良く、着水領域ＷＲの冷却水Ｗの温度を検出する温度センサの検出値が目標値に近づくようにフィードバック制御するようにしても良い。

【0043】

２－２．第２の温度調節手段
次に、温度調節手段の別の具体例（第２の温度調節手段）として、受け板２２に供給する冷却水の温度を制御する例について説明する。図９に示すように、製造装置１は、冷却水供給装置２３ａ，２３ｂを有する。

【0044】

冷却水供給装置２３ａは、傾斜部２２ａ１の上端部に配置され、傾斜部２２ａ１に対して冷却水Ｃ１を供給する。なお、冷却水供給装置２３ａは、左右方向（図９の紙面奥行き方向）に延び、左右方向に配列された複数のノズル２３ａ１から冷却水Ｃ１を排出する。なお、冷却水供給装置が供給する冷媒としては、水（冷却水）に限られず他の液体が採用されても良い。

【0045】

冷却水供給装置２３ｂは、傾斜部２２ｂ１の上端部に配置され、傾斜部２２ｂ１に対して冷却水Ｃ２を供給する。なお、冷却水供給装置２３ｂは、左右方向に延び、左右方向に配列された複数のノズル２３ｂ１（図６も参照）から冷却水Ｃ２を排出する。

【0046】

冷却水供給装置２３ａにより供給される冷却水Ｃ１は、傾斜部２２ａ１上を下方へ流れ、着水領域ＷＲにおける前側部分に流れ込み、当該前側部分の冷却水Ｗの温度を調整する。冷却水供給装置２３ｂにより供給される冷却水Ｃ２は、傾斜部２２ｂ１上を下方へ流れ、着水領域ＷＲにおける後側部分に流れ込み、当該後側部分の冷却水Ｗの温度を調整する。

【0047】

図９に示すように、例えば低温の２５℃の冷却水Ｃ１と、高温の９５℃の冷却水Ｃ２を供給することで、着水領域ＷＲの冷却水Ｗを前方から後方へかけて順に、例えば４５℃の低温部、６０℃の中間温度部、７５℃の高温部とすることができる。これにより、着水領域ＷＲを通過する溶融フィラメント群ＭＦの温度に前後方向に温度差を付与することができ、製造されるフィラメント３次元結合体３の反発力を厚み方向に制御することができる。

【0048】

なお、冷却水供給装置２３ａ，２３ｂから供給する冷却水Ｃ１，Ｃ２の温度に左右方向で（ノズルごとに）温度差を付与すれば、着水領域ＷＲの冷却水Ｗに左右方向に温度差を付与するよう制御することも可能である。これにより、製造されるフィラメント３次元結合体３の反発力を幅方向に制御することができる。

【0049】

上述した第２の温度調節手段は、溶融フィラメント群ＭＦが到達する冷却水Ｗ（冷媒）の表面近傍部の温度を調節することにより、溶融フィラメント群ＭＦの温度を調節するようになっている。より具体的に説明すると、第２の温度調節手段は、冷却水Ｗの表面付近に冷却水Ｗとは異なる温度の冷却水Ｃ１，Ｃ２（本発明の補助冷媒に相当する）を供給する冷却水供給装置２３ａ，２３ｂを有しており、冷却水Ｃ１，Ｃ２の供給によって冷却水Ｗの表面近傍部の温度を調節することが可能である。

【0050】

なお融着結合形成部２０は、溶融フィラメント群ＭＦを受ける前後一対の受け板２２を有しており、受け板２２における前後の鉛直部２２ａ２，２２ｂ２同士の間に冷却水Ｗの表面が位置している。冷却水供給装置２３ａ，２３ｂは、受け板２２における前後の傾斜部それぞれに冷却水Ｃ１，Ｃ２を供給することにより、溶融フィラメント群ＭＦが受け板２２上を円滑に移動するようにしつつ、冷却水Ｗの表面近傍部の温度を調節することが可能となっている。

【0051】

なお第２の温度調節手段を設けた製造装置１は、冷却水Ｃ１および冷却水Ｃ２の各温度を個別に制御できる不図示のコントローラを有する。当該コントローラは冷却水Ｃ１および冷却水Ｃ２の各温度を、例えば、予め設定された所期の値に制御するようにしても良く、着水領域ＷＲの冷却水Ｗの温度を検出する温度センサの検出値が目標値に近づくようにフィードバック制御するようにしても良い。

【0052】

また、冷却水供給装置２３ａ，２３ｂを使用する第２の温度調節手段を設けた実施形態として、次のような変形例を採用してもよい。図１０に示すように、当該変形例に係る製造装置５１は、コンベア５４を有しており、受け板２２（図１を参照）の設置は省略されている。

【0053】

図１１は、コンベア５４を拡大した要部拡大図である。図１１に示すように、コンベア５４は、一対のローラ５６ａ，５７ａと、ベルト５５ａと、一対のローラ５６ｂ，５７ｂと、ベルト５５ｂと、を有する。一対のローラ５６ａ，５７ａと、一対のローラ５６ｂ，５７ｂは、前後方向に対向して配置される。一対のローラ５６ａ，５７ａのほうが前側に配置される。

【0054】

ローラ５６ａ，５７ａは冷却水槽２１内部において上下方向に配列される。上側のローラ５６ａは、ノズル部１７（図１０を参照）の下方に位置する。ローラ５６ａ，５７ａには、ベルト５５ａが巻き回されている。ローラ５６ｂ，５７ｂは冷却水槽２１内部において上下方向に配列される。上側のローラ５６ｂは、ノズル部１７の下方に位置する。ローラ５６ｂ，５７ｂには、ベルト５５ｂが巻き回されている。

【0055】

ローラ５６ａ，５６ｂに巻かれるベルト５５ａ，５５ｂの一部分５５ａ１，５５ｂ１は、それぞれ、ノズル部１７から下方へ排出される溶融フィラメント群ＭＦ（図１０を参照）と接触可能に配置される。ベルト５５ａ，５５ｂの前後方向内側において互いに対向する一部分５５ａ２，５５ｂ２が下方へ移動するようにローラ５６ａ，５７ａとローラ５６ｂ，５７ｂは回転駆動される。なお、図１１に、白抜き矢印で一部分５５ａ２，５５ｂ２の移動方向を、実線矢印でローラの駆動方向を示す。

【0056】

このような構成により、ノズル部１７から下方へ排出された溶融フィラメント群ＭＦは、一部分５５ａ１，５５ｂ１に接触すると、ベルト５５ａ，５５ｂの移動とともに、ローラ５６ａ，５６ｂにより前後方向に挟まれる着水領域ＷＲへ引き込まれる。従って、溶融フィラメント群ＭＦは、前後方向の厚みを規制されつつ下方へ誘導される。

【0057】

このとき、図１１に示すように、冷却水供給装置２３ａにより冷却水Ｃ１はベルト５５ａの一部分５５ａ１に供給されるので、冷却水Ｃ１は一部分５５ａ１に沿って流れ、着水領域ＷＲにおける前側に流れ込む。また、冷却水供給装置２３ｂにより冷却水Ｃ２はベルト５５ｂの一部分５５ｂ１に供給されるので、冷却水Ｃ２は一部分５５ｂ１に沿って流れ、着水領域ＷＲにおける後側に流れ込む。

【0058】

これにより、例えば先述した図９の場合と同様に、着水領域ＷＲにおいて冷却水Ｗの温度に前後方向に温度差を設けることができる。従って、コンベア５４により下方へ誘導される溶融フィラメント群ＭＦは、着水領域ＷＲにおいて冷却され、前後方向に温度差が付与される。なおベルト５５ａ，５５ｂは、金属メッシュベルトで構成されることが好ましい。

【0059】

２－３．第３の温度調節手段
次に、温度調節手段のさらに別の具体例（第３の温度調節手段）として、開閉部材群３１ａ，３１ｂを用いる例について説明する。ここで、図１２に示すように、製造装置１は、温度調節手段としてのエアギャップ温度制御装置３５（図１にも図示）を有する。図１２は、図２と同様に図１に示すＡ－Ａ’断面の矢視図であるが、開閉部材の状態が図２と異なっている。

【0060】

エアギャップ温度制御装置３５は、開閉部材群３１ａと、開閉駆動部３３ａと、開閉部材群３１ｂと、開閉駆動部３３ｂと、を有する（図１）。開閉部材群３１ａは、左右方向に配列される複数（ここでは一例として５つ）の開閉部材３１ａａ～３１ａｅからなる（図１２）。開閉部材３１ａａ～３１ａｅは、各々独立して開閉駆動部３３ａにより上下方向に開閉駆動される。図１２の例では、開閉部材３１ａａ，３１ａｅは完全に閉まった状態であり、開閉部材３１ａｂ～３１ａｄは開き気味の状態である。

【0061】

開閉部材群３１ｂは、左右方向に配列される複数（ここでは一例として５つ）の開閉部材３１ｂａ～３１ｂｅからなる。開閉部材３１ｂａ～３１ｂｅは、各々独立して開閉駆動部３３ｂにより上下方向に開閉駆動される。開閉部材３１ａａ～３１ａｅおよび開閉部材３１ｂａ～３１ｂｅは、遮熱性（断熱性）を有する扉状部材である。

【0062】

エアギャップは、ノズル部１７と水面ＷＳ（溶融フィラメント群ＭＦが着水する水面）との間における空間であり、ノズル部１７から出た溶融フィラメント群ＭＦはエアギャップを通って水面ＷＳに到達することになる。開閉部材群３１ａ，３１ｂは、エアギャップの前後端をそれぞれ開閉する。エアギャップ温度制御装置３５は、開閉部材群３１ａ，３１ｂの開閉制御によりエアギャップにおける溶融フィラメント群ＭＦの温度制御を行う。高温の溶融フィラメント群ＭＦが通るエアギャップの空気の温度に比べ、その外部の空間における空気の方が温度が低い。そのため、開き度合いが大きい開閉部材に近い溶融フィラメント群ＭＦは、その分、温度が低く制御されることになる。

【0063】

開閉部材群３１ａ，３１ｂの開閉制御により、例えば、開閉部材群３１ａ側の溶融フィラメント群ＭＦの温度を開閉部材群３１ｂ側よりも低く制御できる。さらに、開閉部材群３１ａにおける内側寄りの開閉部材３１ａｂ～３１ａｄ近くの溶融フィラメント群ＭＦの温度を、開閉部材群３１ａにおける両外側寄りの開閉部材３１ａａ，３１ａｅよりも低く制御できる。同様に、開閉部材群３１ｂにおける内側寄りの開閉部材３１ｂｂ～３１ｂｄ近くの溶融フィラメント群ＭＦの温度を、開閉部材群３１ｂにおける両外側寄りの開閉部材３１ｂａ，３１ｂｅよりも低く制御できる。

【0064】

図１３は、上記のような温度制御例により製造されるフィラメント３次元結合体３の一例であるフィラメント３次元結合体２００の断面を示す。図１３の例では、幅方向両外側においては、表面２００ａから裏面２００ｂにかけて順に、低反発領域２１１、中反発領域２１２、および高反発領域２１３が形成されている。また、幅方向内側においては、表面２００ａから裏面２００ｂにかけて順に、低反発領域２０１、中反発領域２０２、および高反発領域２０３が形成されている。このように、厚み方向に反発力を制御することができる。

【0065】

また、低反発領域２０１は、幅方向両側の低反発領域２１１よりも反発力が低く、中反発領域２０２は、幅方向両側の中反発領域２１２よりも反発力が低く、高反発領域２０３は、幅方向両側の高反発領域２１３よりも反発力が低い。このように、幅方向に反発力を制御することも可能となっている。

【0066】

なお、図１２に示すように、製造装置１は、エアギャップの左右両端をそれぞれ開閉する開閉部材３２ａ，３２ｂと、開閉部材３２ａ，３２ｂをそれぞれ駆動する開閉駆動部３４ａ，３４ｂと、を備えてもよい。また開閉部材３２ａ，３２ｂを備える代わりに、エアギャップの左右両端は、常時解放された状態としても良く、常時閉鎖された状態としても良い。

【0067】

上述した第３の温度調節手段は、ノズル部１７から排出された溶融フィラメント群ＭＦが冷却水Ｗに到達するまでに通るエアギャップの空気の温度を調節することにより、溶融フィラメント群ＭＦの温度を調節するようになっている。より具体的に説明すると、第３の温度調節手段は、エアギャップの側方（上下と直交する方向）の解放状態を調節可能とする開閉部材群３１ａ，３１ｂを有しており、開閉部材群３１ａ，３１ｂの開閉によってエアギャップの空気の温度を調節することが可能である。

【0068】

なお第３の温度調節手段を設けた製造装置１は、開閉部材群３１ａ，３１ｂにおける各開閉部材の開閉を個別に制御できる不図示のコントローラを有する。当該コントローラは各開閉部材の開閉を、例えば、予め設定された所期の状態に制御するようにしても良く、エアギャップの空気の温度を検出する温度センサの検出値が目標値に近づくようにフィードバック制御するようにしても良い。なお、その他の温度調節手段としては、例えばノズル部１７の温度を各ノズル開口部１７ａに対応する部分ごとに調節する手段（ノズル部温度調節手段）が採用され得る。この場合は、あるノズル開口部１７ａに対応するノズル部１７の部分の温度を高くするほど、そのノズル開口部１７ａから排出される溶融フィラメントの温度が高められ、この溶融フィラメントに対応する溶融フィラメント群ＭＦの部分の温度を高くすることが可能となる。

【0069】

３．その他の反発力調節手段
上述した各温度調節手段は、製造するフィラメント３次元結合体の反発力を調節するための反発力調節手段の一種と見ることもできる。製造装置１は、上述した温度調節手段による反発力調節手段に加えて、以下のような反発力調節手段を備えるようにしても良い。

【0070】

反発力調節手段の一つの具体例（第１の反発力調節手段）として、コンベア２４（図１を参照）による溶融フィラメント群ＭＦの引き込み速度を調節する手段が挙げられる。ノズル部１７から排出される溶融フィラメント群ＭＦの量は一定であるため、当該引き込み速度を遅くするほど、その際に融着結合する溶融フィラメント群ＭＦの量が多くなり、これに対応するフィラメント３次元結合体３の部分の樹脂密度が大きくなって（空隙率が小さくなり）反発力が高くなる。当該引き込み速度を時間的に可変制御すれば、製造されるフィラメント３次元結合体３の反発力を上下方向の位置によって異なるように調節することが可能である。

【0071】

また、反発力調節手段の別の具体例（第２の反発力調節手段）として、ノズル部１７におけるノズル開口部１７ａ（図３を参照）の密度（下方視によるノズル開口部１７ａが占める面積の割合）を調節する手段が挙げられる。ノズル部１７の一部の領域で当該密度が高いほど、この領域に対応する溶融フィラメント群ＭＦの量が多くなり、これに対応するフィラメント３次元結合体３の部分の樹脂密度が大きくなって（空隙率が小さくなり）反発力が高くなる。ノズル開口部１７ａの密度を調節する手法としては、例えばノズル開口部１７ａごとにこれを開閉するシャッターを設けておき、当該シャッターを制御してノズル開口部１７ａの密度を調節する手法を採用しても良い。

【0072】

４．その他
上述したとおり製造装置１は、複数の溶融フィラメントを下方へ並進させてなる溶融フィラメント群ＭＦを排出する溶融フィラメント供給部１０と、冷却水槽２１内に収容された冷却水Ｗによって溶融フィラメント群ＭＦを冷却して融着結合させ、フィラメント３次元結合体３を形成する融着結合形成部２０と、を有する。更に製造装置１は、上方視での異なる位置同士で温度差がある所定の温度状態となるように、溶融フィラメント群ＭＦの温度を調節する温度調節手段を備えている。

【0073】

そのため製造装置１によれば、特に厚み方向（製造装置１の前後方向に対応する）や幅方向（製造装置１の左右方向に対応する）の位置に応じて、フィラメントの接触融着の度合いを変化させて、反発力が異なるフィラメント３次元結合体３を容易に製造することが可能となっている。なお、フィラメントの接触融着の度合いを変化させて反発力を変える場合、フィラメントの太さやフィラメントの密度（単位体積あたりの樹脂量）を変化させて反発力を変える場合に比べて、反発力以外の特性の変動は極力抑えられる。

【0074】

なお上述した製造装置１は、複数の溶融フィラメントを下方へ並進させてなる溶融フィラメント群ＭＦを排出する排出工程と、上方視での異なる位置同士で温度差がある所定の温度状態となるように、溶融フィラメント群ＭＦの温度を調節する温度調節工程と、溶融フィラメント群ＭＦを冷却して融着結合させ、フィラメント３次元結合体３を形成する冷却工程と、を含む各工程を実施して、フィラメント３次元結合体を製造することが可能である。

【0075】

以上、本発明の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。

【0076】

上述した第１～第３の温度調節手段は、製造装置１においていずれか１種類のみが備えられても良く、２種類以上が備えられても良い。また製造装置１においては、第１～第３の温度調節手段のうちの少なくとも１種類に加えて、先述したノズル部温度調節手段が備えられても良い。

【0077】

なお、第１および第２の温度調節手段は、冷却水Ｗの表面近傍部の温度を調節することにより溶融フィラメント群ＭＦの温度を調節する冷媒温度調節手段と見ることができ、第３の温度調節手段は、エアギャップの空気の温度を調節することにより溶融フィラメント群ＭＦの温度を調節する空気温度調節手段と見ることができる。冷媒温度調節手段と空気温度調節手段の両方を備えた製造装置１とすることにより、冷却水Ｗの表面近傍部の温度とエアギャップの空気の温度の両方を調節することができ、溶融フィラメント群ＭＦの温度をより効果的に制御することが容易となる。

【0078】

また製造装置１は、第１～第３の温度調節手段のうちの少なくとも一つを備えるとともに、第１および第２の反発力調節手段の少なくとも一方を備えるようにしても良い。特に、製造装置１が第１～第３の温度調節手段のうちの少なくとも一つを備えるとともに、第１の反発力調節手段を備えるようにすれば、第１～第３の温度調節手段の何れかによってフィラメント３次元結合体３の厚み方向或いは幅方向に反発力を変えるとともに、第１の反発力調節手段によってフィラメント３次元結合体３の長さ方向（製造装置１の上下方向に対応する）にも反発力を変えることが容易となる。これにより、フィラメント３次元結合体３の反発力をより多彩なパターンに調節することが容易となる。

【産業上の利用可能性】

【0079】

本発明は、例えばマットレス、ソファー用クッションに用いられるクッション体の製造等に利用可能である。

【符号の説明】

【0080】

１ 製造装置
３ フィラメント３次元結合体
１０ 溶融フィラメント供給部
１１ 加圧溶融部
１１ａ シリンダー
１１ｂ シリンダー排出口
１２ フィラメント排出部
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
１７ ノズル部
１７ａ ノズル開口部１７ａ
１８ ダイヒータ
２０ 融着結合形成部
２１ 冷却水槽
２２ 受け板
２２ａ 前側受け板
２２ａ１ 傾斜部
２２ａ２ 鉛直部
２２ｂ 後側受け板
２２ｂ１ 傾斜部
２２ｂ２ 鉛直部
２３ａ，２３ｂ 冷却水供給装置
２３ａ１，２３ｂ１ ノズル
２４ コンベア
２５ａ～２５ｈ 搬送ローラ
３０ａ，３０ｂ 水加熱装置群
３０ａａ～３０ａｅ 水加熱装置
３０ｂａ～３０ｂｅ 水加熱装置
３１ａ，３１ｂ 開閉部材群
３１ａａ～３１ａｅ 開閉部材
３１ｂａ～３１ｂｅ 開閉部材
３２ａ，３２ｂ 開閉部材
３３ａ，３３ｂ 開閉駆動部
３４ａ，３４ｂ 開閉駆動部
３５ エアギャップ温度制御装置
５１ 製造装置
５４ コンベア
５５ａ，５５ｂ ベルト
５６ａ，５６ｂ ローラ
５７ａ，５７ｂ ローラ
１００ フィラメント３次元結合体
１００ａ 表面
１００ｂ 裏面
１０１ 低反発領域
１０２ 中反発領域
１０３ 高反発領域
２００ フィラメント３次元結合体
２００ａ 表面
２００ｂ 裏面
２０１ 低反発領域
２０２ 中反発領域
２０３ 高反発領域
２１１ 低反発領域
２１２ 中反発領域
２１３ 高反発領域
Ｃ１，Ｃ２ 冷却水
Ｈ 高温部
Ｌ 低温部
Ｍ 中間温度部
ＭＦ 溶融フィラメント群
Ｗ 冷却水
ＷＲ 着水領域
ＷＳ 水面

【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】