JP6574897B2 - フィラメント３次元結合体製造装置およびフィラメント３次元結合体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、オーバーレイマットレスの芯材等に用いられるフィラメント３次元結合体の製造装置およびフィラメント３次元結合体の製造方法に関する。

寝心地を改善するために従来のマットレスや布団等の上に重ねて敷くオーバーレイマットレス（マットレスパッド）の芯材（コア）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）どうしを、立体的な３次元ネット状に結合させたフィラメント３次元結合体〔以下において３ＤＦ（３−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｆｉｌａｍｅｎｔｓ−ｌｉｎｋｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）と呼ぶことがある〕が注目されている。

このフィラメント３次元結合体は、たとえばポリエチレンやポリプロピレン等の熱可塑性樹脂材料を、複数のノズルを介して押出機から連続線状（フィラメント状）に押し出し、これらのフィラメントどうしを、３次元ネット状に絡まり合わせて結合（融着）させ、その状態で素早く冷却することにより得られる（特許文献１を参照）。

図８は、前記特許文献１に記載の発明にかかるフィラメント３次元結合体製造装置の要部構成を示す模式図である。

図に示すように、このフィラメント３次元結合体製造装置の３次元結合体形成部３０は、溶融フィラメント形成部（ダイ２０）の下側に配置された、フィラメント受け板（一対の傾斜状の案内板３１，３１）と、絡まり合ったフィラメントの集合体（３次元結合体３ＤＦ）を挟み込んで搬送する搬送手段（一対の無端コンベア３２，３２）と、各案内板３１の上にそれぞれ配設された水供給用導管３９と、を備える。

前記一対の傾斜状の案内板３１，３１（受け板）は、上側のダイ２０から下方に吐出され自重で鉛直下方に垂下（自然落下）する溶融フィラメントＭＦを一旦受け止め、その上に堆積した溶融フィラメントＭＦに「３次元的な絡み」〔すなわち不規則（ランダム）な交差〕を発生させて、フィラメント間に大きな空隙が生まれるように成形する。

つぎに、一対の無端コンベア３２，３２は、前記案内板３１，３１の下側で、前述の３次元的な絡みの発生した溶融フィラメント（ＭＦ）を引き取り、冷却水を蓄える水槽３３（図示省略。ただし、その水面を３３ａで表示。）中に搬送して冷却し、該フィラメントの３次元的な絡み（結合）を固定化する。

そして、前記各案内板３１の上に配設された導管３９は、それに設けられた穴から水を吐出し、該案内板３１上（傾斜面上）に水膜を形成されるようになっている。これにより、前記形成された水膜の上に乗った（堆積した）フィラメントは、案内板３１の傾斜に沿って該案内板３１（水膜）の上を内側に向かって滑り降り、これら２つの案内板３１，３１の間（間隙）で左右のフィラメントが合流して、フィラメントが３次元ネット状に絡まった、１本の長尺状フィラメント３次元結合体３ＤＦが形成される。

国際公開第２０１２／０３５７３６号

ところで、上記のようなフィラメント３次元結合体の製造においては、ダイ２０から吐出された個々の溶融フィラメントＭＦは、特に制限なく、ノズルから吐出された順に繋がって自由に落下しているため、その落下中に、周りで発生する風（対流）やコリオリの力等の影響により不規則に回転し始め、先に案内板３１（傾斜面）の上に到着（着地）していたフィラメントの上に、ループ状あるいはスパイラル（螺旋）状に降り積もることになる。

しかしながら、このように自然に発生する溶融フィラメントＭＦの回転は、その回転の方向や周期、あるいはその着地後の前記ループあるいはスパイラルの曲率や形状等がばらばらで、前記ループ等の形状や、フィラメントどうしとの結着点がランダムに発生してしまうため、これに起因する前記３次元結合体３ＤＦのフィラメント密度（または結着点分布）が変動してしまう。すなわち、３次元結合体３ＤＦの一部に直径１ｃｍから３ｃｍ程度の空洞部（フィラメント密度が極端に低い部分）が発生したり、同じ大きさ程度の硬質部（フィラメント密度が極端に高い部分）が発生したりすることにより、局所的に反発力（弾性）がばらつく場合があり、その解消が課題となっている。

本発明の目的は、溶融フィラメントの落下中の回転方向や回転周期を安定化させることにより、３次元結合体を構成する各フィラメントの形状のばらつきを抑え、局所的な反発力（弾性）のばらつきが少ないフィラメント３次元結合体を製造することのできる製造装置、および、フィラメント３次元結合体の製造方法を、提供することである。

本発明は、長尺状のフィラメント３次元結合体を製造するフィラメント３次元結合体製造装置であって、溶融した熱可塑性樹脂材料をダイに供給する溶融樹脂供給手段と、前記溶融した熱可塑性樹脂材料を線状のフィラメントとして下方に吐出する複数のノズルを有するダイと、前記ノズルから垂下する各フィラメントをそれぞれ挿通させる貫通孔を複数有するフィラメント挿通部材と、前記フィラメント挿通部材の水平二軸方向のスライド移動を自在に支持する支持手段と、前記フィラメント挿通部材に、水平面に沿った二軸方向に加速度を加えて円状または楕円状に揺動させる駆動手段と、前記フィラメント挿通部材の貫通孔を通った各フィラメントを受け止めて案内する傾斜状の案内板と、前記案内板の傾斜に沿って該案内板の端に到達したフィラメントを冷却用水の中に搬送する搬送手段と、を備え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である。

また本発明のフィラメント３次元結合体製造装置は、前記フィラメント挿通部材の表面のうち、少なくとも前記貫通孔の内周壁に、フッ素系樹脂またはシリコン系樹脂を含む表面滑性被膜が形成されていることを特徴とする。

さらに本発明のフィラメント３次元結合体製造装置は、前記フィラメント挿通部材が、その上面の前記貫通孔以外の領域に設けられた目詰まり防止用水供給穴と、該穴に連通する流路とを有することを特徴とする。

一方、本発明のフィラメント３次元結合体の製造方法は、長尺状のフィラメント３次元結合体を製造するフィラメント３次元結合体の製造方法であって、
溶融した熱可塑性樹脂材料をダイに供給する溶融樹脂供給工程と、
ノズルを有するダイを用いて、該ノズルから複数のフィラメントを下方に向けて吐出させる溶融フィラメント形成工程と、
前記ノズルから吐出され垂下する各フィラメントを、各フィラメントに対応する貫通孔を有するフィラメント挿通部材の該貫通孔に挿通させ、その状態で、前記フィラメント挿通部材を水平面内で円状または楕円状に揺動させ、前記垂下する各フィラメントに、該フィラメント挿通部材の揺動に沿った円周方向または楕円周方向の動きを付与するフィラメント変位工程と、
前記フィラメント挿通部材の下側に配設された傾斜状の案内板の上に、円運動または楕円運動するフィラメントを積み重ね、コイル状の３次元結合体を形成する３次元結合体形成工程と、
前記形成された３次元結合体を冷却用水の中に搬送して冷却し、前記３次元結合体の形態を固定化する冷却工程と、
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である。

本発明のフィラメント３次元結合体製造装置の構成によれば、前記フィラメント挿通部材を、ノズルから垂下する各フィラメントをそれぞれ貫通孔に挿通した状態で、水平方向に周期的な円運動または楕円運動をするように、揺動させることができる。また、前記貫通孔に挿通されて垂下する各フィラメントに、該フィラメント挿通部材の揺動に沿った円周方向または楕円周方向の動き（円運動または楕円運動）を付与することができる。

したがって、前記フィラメント３次元結合体製造装置は、前記ノズルから吐出され前記フィラメント挿通部材を挿通して垂下（落下）する各フィラメントが、前記案内板上に規則的なループを描いて着地する。これにより、本発明のフィラメント３次元結合体製造装置は、３次元結合体を構成する個々のフィラメントにおいて、螺旋方向の揃った規則的なループあるいはスパイラルを形成させることができるので、３次元結合体の局所的な形状の変化が少なくなる。その結果、局所的なフィラメント密度の変動や結着点分布の変動が少なくなり、局所的な反発力のばらつきが少ないフィラメント３次元結合体を、得ることができる。

また、本発明フィラメント３次元結合体製造装置のなかでも、前記フィラメント挿通部材の表面のうち、少なくとも前記貫通孔の内周壁に、フッ素系樹脂またはシリコン系樹脂を含む表面滑性被膜が形成されているものは、前記フィラメントが前記貫通孔内を通過する際も、溶融状態のフィラメントが該貫通孔内の内壁に付着して目詰まりを起こす等のトラブルの原因となることが少なく、安定して製造を続けることができる。

さらに、本発明フィラメント３次元結合体製造装置のなかでも、前記フィラメント挿通部材が、その上面の前記貫通孔以外の領域に設けられた目詰まり防止用水供給穴と、該穴に連通する流路とを有するものは、前記水供給穴からフィラメント挿通部材の上面に供給された水が、前記垂下するフィラメントとともに前記貫通孔内を通って落下するようになる。したがって、前記貫通孔内に進入した水が、フィラメントと貫通孔内壁の間の潤滑剤のように機能して、溶融状態のフィラメントの該貫通孔内壁への付着を、より効果的に防止することができる。

一方、前記ノズルから吐出され垂下する各フィラメントが、前記フィラメント挿通部材の貫通孔に挿通され、各フィラメントに、該フィラメント挿通部材の揺動に沿った円周方向または楕円周方向の動きが付与されるフィラメント変位工程を備える、本発明のフィラメント３次元結合体の製造方法によれば、前記と同様、該フィラメント挿通部材を挿通して垂下する各フィラメントが、前記案内板上に規則的なループあるいはスパイラルを描いて着地する。これにより、本発明のフィラメント３次元結合体の製造方法は、３次元結合体を構成する個々のフィラメントが規則的なループあるいはスパイラルを形成しやすくなることから、３次元結合体の局所的な形状や密度変化の少ない、マットレス用芯材に適するフィラメント３次元結合体を、効率的に製造することができる。

また、前記フィラメントは、規則的なループを描いて着地することから、これらフィラメントを前記傾斜状の案内板上に積み重ねて、該フィラメント３次元結合体を、中心軸線の傾いたコイル様とすることもできる。このように構成すれば、前記フィラメント３次元結合体の弾性（反発力）が、より安定し、しかもそれを長期にわたり維持することができる。

本発明の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とから、より明確になるであろう。
本発明の実施形態におけるフィラメント３次元結合体製造装置の全体構成を示す概略図である。 前記フィラメント３次元結合体製造装置における３次元結合体形成手段の構成を示す、図１のＸ−Ｘ’線矢視端面図である。 前記３次元結合体形成手段の要部構成を拡大して示す概略図である。 前記フィラメント３次元結合体製造装置で用いられる溶融フィラメント吐出口（ノズル）の形状例を示す斜視図である。 前記フィラメント３次元結合体製造装置で用いられるフィラメント挿通部材の構成例を示す斜視図である。 前記フィラメント３次元結合体製造装置で用いられるフィラメント挿通部材の形状例を示す部分断面図である。 前記フィラメント３次元結合体製造装置で用いられるフィラメント挿通部材の揺動状態を説明する図である。 従来のフィラメント３次元結合体製造装置の一部構成を説明する図である。

以下、図面を参考にして、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態におけるフィラメント３次元結合体製造装置の全体構成を工程横方向から見た図であり、図２は、前記フィラメント３次元結合体製造装置の３次元結合体形成手段を製品流れ方向から見た、図１のＸ−Ｘ’線矢視図である。また図３は、前記３次元結合体形成手段の要部を工程横方向から見た概略構成図である。

本実施形態のフィラメント３次元結合体製造装置は、図１に示すように、溶融樹脂供給手段（押出機１０）と、溶融フィラメント（符号ＭＦ）を吐出する溶融フィラメント形成部（ダイ）２０と、水槽３３内に設置されたフィラメント３次元結合体（符号３ＤＦで記載）の搬送経路を含む３次元結合体形成部３０と、フィラメント変位コントローラ４０と、これらを統括してフィラメント３次元結合体の出来栄え（仕上がり）を集中的に制御するコンピュータ等の制御手段等と、を備える。

なお、各図においては、フィラメント変位コントローラ４０、コンベアコントローラ３６（フィラメント密度制御手段）およびコンピュータ等の制御手段と、これらに繋がる信号線等とは、図示を省略している場合がある。

溶融樹脂供給部（押出機１０）は、ホッパー１１（材料投入部）と、スクリュー１２、スクリューモーター１３、スクリューヒーター１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ、材料排出部１５とを備え、前記ホッパー１１から供給された熱可塑性樹脂が、押出機１０のシリンダー内で溶融し、溶融フィラメント形成部（ダイ２０）に向けて、材料排出部１５から溶融樹脂として排出される。

ダイ２０は、複数のノズル孔２１ａが形成された口金板２１（図４参照）と、ダイヒーター２２（図２では２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅ，２２Ｆ）および２３（図２では２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ）とを備え、前記押出機１０の材料排出部１５（排出口）からダイ導流路２０ａに供給された溶融樹脂が、前記複数のノズル孔２１ａから鉛直下方に向けて、溶融フィラメントＭＦとして排出される。なお、図４にも例示したように、前記口金板２１のノズル孔２１ａは、通常、製品（３次元結合体）の幅方向に沿った列状に設けられ、このノズル孔列が、製品厚み方向に複数列、配列されている。

３次元結合体形成部３０は、図１に示すように、冷却水を蓄える水槽３３と、前記溶融フィラメントＭＦが３次元ネット状に絡まり結合したフィラメント３次元結合体３ＤＦを、その３次元（立体）形状と厚みを保ったまま冷却するための無端コンベア３２Ａ，３２Ｂとを備える。前記口金板２１（複数のノズル孔２１ａ）の直下で、かつ、該無端コンベア３２Ａ，３２Ｂ間の上方にあたる位置には、従来と同様の、溶融フィラメントＭＦの滞留を促す受け板（傾斜状の案内板３１Ａ，３１Ｂ）が設けられており、この案内板３１Ａ，３１Ｂの上面で、該溶融フィラメントＭＦが一旦（一瞬）滞留して重なり合うことにより、前記溶融フィラメントＭＦどうしの３次元的な絡まり結合（結着）が生じるようになっている。

なお、図中の符号３９は、従来例と同様の、各案内板３１Ａ，３１Ｂの上（上面でかつ傾斜面）に水膜を形成するための導管（散水パイプ）であり、形成された水膜の上に乗った（堆積した）溶融フィラメントＭＦは、前記各案内板３１Ａ，３１Ｂの傾斜に沿って案内板（水膜）の上を内側に向かって滑り降り、これら２つの案内板３１Ａ，３１Ｂの間（隙間）で、製品厚み方向前後のフィラメントが合流して、フィラメントが３次元ネット状あるいはスパイラル状に絡まった、１本のフィラメント３次元結合体３ＤＦ（長尺状）が形成される（図３参照）。

また、形成されたフィラメント３次元結合体３ＤＦは、無端コンベア３２Ａ，３２Ｂの間に挟みこんで搬送され、その下端から水槽３３内の水中に排出された３次元結合体３ＤＦは、図１に示すように、各搬送ローラー３４Ａ〜３４Ｅからなる水槽３３内の搬送経路を通るうちに完全に冷却され、駆動力を有する搬送ローラー３４Ｆ，３４Ｇにより、前記水槽３３から取り出される。

上記のような構成の、本実施形態のフィラメント３次元結合体の製造装置および製造方法における構造的特徴は、前記口金板２１（ノズル孔２１ａ）の直下で、かつ、前記ノズル孔２１ａと前記各傾斜状の案内板３１Ａ，３１Ｂとの間の、溶融フィラメントＭＦが自由に垂下する区間に、図５に示すような、該垂下する途中の溶融フィラメントＭＦをそれぞれ１本ずつ挿通させることのできる多数のフィラメント挿通孔（上下の厚み方向に貫通する貫通孔３７ａ）が設けられたフィラメント挿通部材３７が、配設されている点である。

また、前記フィラメント挿通部材３７は、図示しない支持手段により、水平二軸方向（水平面内のＸＹ方向）の移動自在に支持されているとともに、図２に示すように、その製品幅方向の両端部（前記水供給用のパイプ３７ｃ，３７ｄがある部分）が、駆動手段３８Ａ，３８Ｂに接続されており、この駆動手段３８Ａ，３８Ｂが、前記フィラメント挿通部材３７に、前記水平面に沿った二軸（ＸＹ）方向の加速度を加えて、該フィラメント挿通部材３７に、図７に示すような、円状または楕円状の運動（揺動）を付与するように構成されている。

上記構成によれば、前記ダイ２０の各ノズル孔２１ａから吐出された溶融フィラメントＭＦは、図３の要部拡大図に示すように、そのそれぞれが、前記フィラメント挿通部材３７の円状または楕円状の揺動に従って、前記案内板３１Ａ，３１Ｂ上もしくはその間に形成された開放水面（冷却用水の水面３３ａ）上に、規則的なループ状に積み重なり、コイル状（またはスパイラル状）のフィラメント３次元結合体３ＤＦを形成する。

これにより、本実施形態のフィラメント３次元結合体の製造装置および製造方法は、フィラメント密度や結着点分布の変動の少ない、コイル状の安定したフィラメント３次元結合体を製造することができる。

前記フィラメント３次元結合体の製造装置を構成する各部材について、より詳しく説明すると、前記フィラメント挿通部材３７に形成されるフィラメントの貫通孔３７ａは、たとえば、内径５ｍｍの直管孔で、隣接する貫通孔３７ａとの間の距離（ピッチ）は、前記ノズル孔２１ａのピッチに合わせて、この例では１０ｍｍに設定されている。なお、貫通孔３７ａの内径を大きくすると、フィラメント挿通部材３７の回転揺動の振幅に対して、溶融フィラメントＭＦのループ径（振幅）が小さくなるので、３次元結合体３ＤＦにおいてフィラメントのループ径を大きくしたい箇所には貫通孔３７ａ内径を小さく設計し、フィラメントループ径を小さくしたい箇所には貫通孔３７ａ内径を大きく設計するなど、貫通孔３７ａの内径を、その位置に応じて変えたり、対応する溶融フィラメントＭＦの太さ（ノズル孔の内径）に応じて変えたりしてもよい。

たとえば、前記口金板２１の中央部付近のノズル孔２１ａの径を相対的に大きく（口金板２１の端部付近のノズル孔径を相対的に小さく）した場合には、フィラメント挿通部材３７の中央部付近の貫通孔３７ａの内径を相対的に小さく（中央部付近の貫通孔３７ａの内径を相対的に大きく）することによって、相対的に太いフィラメントのループ径を大きくし、相対的に細いフィラメントのループ径を小さくすることもできる。

実施形態においては、フィラメント挿通部材３７の貫通孔３７ａは、各フィラメントと１対１で対応するように（同数）形成されているが、一つの貫通孔３７ａに対して、２本以上のフィラメントが貫通するようにしてもよい。また、一部（端部）のフィラメントが貫通孔３７ａを貫通しないようにしてもよく、各貫通孔３７ａの形状も、円形以外に、楕円形や多角形、星形などの異形形状であってもよい。さらに、貫通孔３７ａの形状として、１つの貫通孔３７ａ内に複数のフィラメントを挿通させることができる、長穴や長孔、または細長い略長方形やスリット状としてもよい。これらの形状とすることにより、貫通孔３７ａ自身の運動軌跡が円形であっても、その中を貫通する各フィラメントの動きを、直線上を往復する運動に近い動きとすることができる。

そして、駆動手段３８Ａ，３８Ｂによる前記フィラメント挿通部材３７の駆動は、フィラメント挿通部材３７の各貫通孔３７ａが、運動軌跡として内径５ｃｍの円となるように、かつ、３秒で１回転するように、水平面に沿って一定の速度で２次元的に回転するように行う。なお、本発明において上記駆動手段３８Ａ，３８Ｂによる駆動は、各貫通孔３７ａを鉛直方向上方から眺めた時に、貫通孔の運動軌跡が円形（あるいは楕円形）となるように、２次元的に加速度を加える。前記貫通孔３７ａの円形あるいは楕円形の運動は、水平面方向の２次元的な運動のみならず、鉛直方向の運動を加えた３次元的な運動であってもよい。また、前記ダイ２０の各ノズル孔２１ａから吐出された溶融フィラメントＭＦは、貫通孔３７ａの動きによって、その落下が直線状の落下から螺旋状の落下に変化するため、これにねじれの応力が加わる。そのため、ノズル部２１の口金板とフィラメント挿通部材３７との距離が近すぎると、各溶融フィラメント内において上記ねじれの応力が十分に緩和されず、応力歪が残留してしまう。このように、応力歪が緩和されずに残ると、いびつな螺旋形状が形成されやすくなるため、上記ノズル部２１の口金板とフィラメント挿通部材３７との距離は、１０ｃｍ以上開けるのが好ましい。また、ノズル部２１の口金板とフィラメント挿通部材３７との距離を大きく空けた場合は、溶融フィラメントが冷えないように、これら口金板とフィラメント挿通部材３７との間に、遠赤外線ヒーターなどの加熱手段や風防等を設けるのが好ましい。

つぎに、前記フィラメント挿通部材３７の表面（上面）には、図６の拡大図に示すように、前記フィラメント挿通孔（貫通孔３７ａ）以外の領域に、内部に設けられた水流路（図示省略）に連通する水供給穴３７ｂが設けられており、この水供給穴３７ｂを通じて、フィラメント挿通部材３７の表面（上面）に、貫通孔３７ａの目詰まり防止用の水が供給されるようになっている。図５におけるフィラメント挿通部材３７の端部の各パイプ３７ｃ，３７ｄは、これら水供給穴３７ｂに上記目詰まり防止用の水を供給するためのものである。

この構成により、前記フィラメント挿通部材３７の上面に供給された水が、前記貫通孔３７ａを通過する溶融フィラメントＭＦとともに該貫通孔３７ａ内を通って落下する。そのため、この落下する水が、フィラメントと孔内壁との間で潤滑剤のように機能し、前記溶融フィラメントＭＦの貫通孔３７ａ内壁への付着を、効果的に防止することができる。

なお、前記貫通孔３７ａの内壁を含むフィラメント挿通部材３７の上面に、サンドブラスト加工を施して、これらの壁面または上面を粗面化してもよい。これにより、該貫通孔３７ａの内壁を含むフィラメント挿通部材３７の上面の、水に対する濡れ性が向上し、前記水供給穴３７ｂから供給された目詰まり防止用の水を、広くかつ満遍なく行き渡らせることができる。

また、前記貫通孔３７ａの内壁を含むフィラメント挿通部材３７の上面を、保水性を有する被膜（透水性を有する皮膜）で覆ってもよい。この保水性を有する被膜としては、保水効果を有するものであれば特に制限はないが、吸水性繊維からなる布やメッシュ、セルロースファイバーを含むシートなどが使用できる他、耐熱性に優れた親水性シリカ粒子を含む樹脂被膜などを使用することもできる。

さらに、フィラメント貫通部材３７に溶融フィラメントが融着することを防止する方法として、離型剤として水を用いる方法の他、前記貫通孔３７ａの内壁を含むフィラメント挿通部材３７の上面に、離型剤として表面エネルギーの低い樹脂からなる被覆層（表面滑性被膜）を設けてもよい。前記表面エネルギーの低い樹脂としては、溶融フィラメントが接着しにくいフッ素系樹脂やシリコーンオイル等のシリコン系樹脂，ワックス等を使用することができる。

前記ワックスは、溶融時には粘度の低い液体であるが、常温で個体となることから、得られるフィラメント３次元結合体表面がべとつかない効果が得られる。ワックスとしては、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックス、マイクロクリスタリンワックス、カルナウバワックス、低分子量ポリエチレンワックス、低分子量ポリプロピレンワックスなどが使用できる。ワックスの融点が水の沸点より低いと、冷却水中に溶け込んだ後、冷却水を循環させる配管内等でワックスが析出して詰まる可能性があるため、融点が１０５℃以上１５０℃以下の低分子量ポリエチレンや低分子量ポリプロピレンワックスが好ましい。

また、前記シリコーンオイルやワックスなどの離型剤をフィラメント貫通部材３７に供給する方法としては、水を離型剤として用いる場合と同様の方法で行うことができる他、溶融フィラメントを構成する材料の中に添加する方法がある。熱可塑性樹脂に対する離型剤の添加量が少なすぎると離型効果が得られにくくなり、熱可塑性樹脂に対する離型剤の添加量が多すぎると融着結合時に強固な結合を形成できなくなるため、熱可塑性樹脂に対する離型剤の添加量としては、熱可塑性樹脂１００重量部に対して離型剤が０．１重量部〜１重量部の範囲が好ましい。

さらにまた、フィラメント貫通部材３７に溶融フィラメントが融着することを防止する方法として、前記フィラメント挿通部材３７に超音波振動素子を設けて、溶融フィラメントＭＦとの接触面近傍を振動させることにより、フィラメントの融着を防止する方法を用いてもよい。

なお、前記サンドブラスト加工や、保水性を有する被膜（皮膜）、シリコーンオイルやワックスなどの表面滑性被膜、超音波振動は、併用してもよい。また、上記表面滑性被膜または超音波振動素子を設けた場合は、水供給穴３７ｂや各パイプ３７ｃ，３７ｄを設けず、フィラメント挿通部材３７の上面に目詰まり防止用の水を供給しなくてもよい。

前記水供給穴３７ｂを通じて、フィラメント挿通部材３７の表面（上面）に供給される目詰まり防止用の水としては、８０℃以上９５℃以下が好ましい。この目詰まり防止用の水の温度が低すぎると、溶融フィラメントＭＦの温度が局所的に低下して歪が生じやすくなり、逆に高すぎると、水が大気中に蒸散してしまい貫通孔３７ａまで届かないおそれがある。

なお、本発明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、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（登録商標）６６またはポリアミド６６などのポリアミド系樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、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を用いることができる。また、これらの樹脂やエラストマーはブレンドして用いることもできる。

上記樹脂を溶融させて吐出するダイ２０（口金板２１）の各ノズル孔２１ａは、たとえば、内径（口径）１ｍｍ、隣接するノズル孔と間隔（ピッチ）を１０ｍｍとすることができる。なお、ノズル形状、ノズル内径、ノズル間隔、ノズル配置等は、得ようとするフィラメント３次元結合体３ＤＦの反発力の仕様に基づき、適宜調整することができる。

また、前記フィラメント３次元結合体３ＤＦを引き取る無端コンベア３２Ａ，３２Ｂは、それぞれ駆動ローラー、従動ローラー、および、駆動ローラーと従動ローラーとによって張架される金属メッシュからなる無端ベルトを含み、図示しないコンベア駆動モーター３５により回転駆動されるようになっている。なお、本実施形態においては、網状の金属メッシュからならベルトを用いているが、搬送部材であれば特に制限はなく、スラットコンベアなどを用いてもよい。

無端コンベア３２Ａ，３２Ｂは、前記３次元形状を付与され、前記案内板３１Ａ，３１Ｂの傾斜に沿って該案内板３１Ａ，３１Ｂの端（内縁）に到達したフィラメント３次元結合体３ＤＦを、その間に挟み込み、所定の引っ張り速度で引き取って、３次元結合体３ＤＦの３次元形状と厚みを保ったまま、冷却・固定化する。

なお、前述のフィラメント挿通部材３７の駆動手段３８Ａ，３８Ｂには、フィラメント挿通部材３７の円運動または楕円運動の速度や大きさ（振れ幅）を制御するフィラメント変位コントローラ４０が接続されている。また、前記フィラメント変位コントローラ４０の上位には、コンベア駆動モーター３５の速度等を制御するコンベアコントローラ３６（フィラメント密度制御手段：図示省略）と、該フィラメント変位コントローラ４０とを統合して制御し、フィラメント３次元結合体３ＤＦ全体のループ（コイル）の形状および密度を司る制御手段（コンピュータ等）が配設されている。

以上の構成により、本実施形態のフィラメント３次元結合体の製造装置および製造方法は、３次元結合体を構成する各フィラメントの形状のばらつきを抑え、局所的な反発力（弾性）のばらつきが少ない、マットレス用芯材に適するフィラメント３次元結合体を、連続して、効率的に製造することができる。

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。

１０ 押出機
１１ ホッパー
１２ スクリュー
１３ スクリューモーター
１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ スクリューヒーター
１５ 材料排出部
２０ ダイ
２０ａ ダイ導流路
２１ 口金板
２１ａ ノズル孔
２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅ，２２Ｆ ダイヒーター
２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ ダイヒーター
３０ ３次元結合形成部
３１Ａ，３１Ｂ 案内板
３２Ａ，３２Ｂ 無端コンベア
３３ 水槽
３３ａ 水面
３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ，３４Ｅ 搬送ローラー
３４Ｆ，３４Ｇ 搬送ローラー
３５ コンベア駆動モーター
３６ モーター回転コントローラ
３７ フィラメント挿通部材
３７ａ 貫通孔
３７ｂ 水供給穴
３７ｃ，３７ｄ パイプ
３８Ａ，３８Ｂ 駆動手段
３９ 導管
４０ フィラメント変位コントローラ
ＭＦ 溶融フィラメント
３ＤＦ フィラメント３次元結合体

Claims (4)

1. 長尺状のフィラメント３次元結合体を製造するフィラメント３次元結合体製造装置であって、
   溶融した熱可塑性樹脂材料をダイに供給する溶融樹脂供給手段と、
   前記溶融した熱可塑性樹脂材料を線状のフィラメントとして下方に吐出する複数のノズルを有するダイと、
   前記ノズルから垂下する各フィラメントをそれぞれ挿通させる貫通孔を複数有するフィラメント挿通部材と、
   前記フィラメント挿通部材の水平二軸方向のスライド移動を自在に支持する支持手段と、
   前記フィラメント挿通部材に、水平面に沿った二軸方向に加速度を加えて円状または楕円状に揺動させる駆動手段と、
   前記フィラメント挿通部材の貫通孔を通った各フィラメントを受け止めて案内する傾斜状の案内板と、
   前記案内板の傾斜に沿って該案内板の端に到達したフィラメントを冷却用水の中に搬送する搬送手段と、
   を備え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。
2. 前記フィラメント挿通部材の表面のうち、少なくとも前記貫通孔の内周壁に、フッ素系樹脂またはシリコン系樹脂を含む表面滑性被膜が形成されてい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。
3. 前記フィラメント挿通部材が、その上面の前記貫通孔以外の領域に設けられた目詰まり防止用水供給穴と、該穴に連通する流路とを有することを特徴とする請求項１または２に記載のフィラメント３次元結合体製造装置。
4. 長尺状のフィラメント３次元結合体を製造するフィラメント３次元結合体の製造方法であって、
   溶融した熱可塑性樹脂材料をダイに供給する溶融樹脂供給工程と、
   ノズルを有するダイを用いて、該ノズルから複数のフィラメントを下方に向けて吐出させる溶融フィラメント形成工程と、
   前記ノズルから吐出され垂下する各フィラメントを、各フィラメントに対応する貫通孔を有するフィラメント挿通部材の該貫通孔に挿通させ、その状態で、前記フィラメント挿通部材を水平面内で円状または楕円状に揺動させ、前記垂下する各フィラメントに、該フィラメント挿通部材の揺動に沿った円周方向または楕円周方向の動きを付与するフィラメント変位工程と、
   前記フィラメント挿通部材の下側に配設された傾斜状の案内板の上に、円運動または楕円運動するフィラメントを積み重ね、コイル状の３次元結合体を形成する３次元結合体形成工程と、
   前記形成された３次元結合体を冷却用水の中に搬送して冷却し、前記３次元結合体の形態を固定化する冷却工程と、
   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。

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