JP2015143406A - 立体網状構造体製造装置及び立体網状構造体製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】寸法変化の低減、剛性の向上、耐薬品性の向上等。
【解決手段】 水供給部５ａ，５ｂは、シュート４ａ，４ｂのそれぞれの上方において、長手方向に配置されるパイプであり、開口５１ａ，５１ｂを備え、傾斜面４４ａ，４４ｂのそれぞれに水を供給する（図１、図３参照）。水供給部５ａ，５ｂは水供給源（図示略）に接続される。シュート４３ａ，４３ｂへの水の供給は、開口５１ａ，５１ｂからの水流を流用してもよいし、別途、シュート４３ａ，４３ｂの上方に同様な水供給部（図示略）を設けてもよい。３０℃〜９０℃、好ましくは、４０〜６０℃の範囲内で加温された水を供給している。
【選択図】 図３

Description

本発明は、マットレス、クッション等に使用する立体網状構造体製造装置および立体網状構造体製造方法に関するものである。

従来の立体網状構造体の２面ないし４面成形方法は、特許文献１に示すものであり、１枚１枚単数の立体網状構造体を成形することを目的とし、熱可塑性合成樹脂を原料又は主原料とする溶融した線条を複数の孔を有する口金を先端部に有するダイスから下方へ押し出し、一部水没した、引取機の間に自然降下させ、前記降下速度より前記線条を遅く引き込むことにより立体網状構造体を製造する際、前記引取機は互いに対向し、この引取機によって押し出し方向と垂直な方向に四辺形等の断面形状が形成され、押出された線条の集合体の幅より前記互いに対向する引取機の間隔が狭く設定され、前記引取機が水没する前後に前記線条の集合体の外周の２面ないし４面全てが前記引取機に接触することにより成形された立体網状構造体の成形方法である。

特開２００１−３２８１５３

しかしながら、こうした立体網状構造体を用いる製品への要求は多様化しており、製品への品質要求が高くなっている。材料によっては特性が相違することもある。多様な要求に対する製品品質要求を確保しづらくなるなどの問題が存在する。さらに、寸法変化の低減、剛性の向上、耐薬品性の向上等の効果が期待される。

そこで、本発明は、供給する水の温度を制御することで多様な品質要求を確保する、また、寸法変化の低減、剛性の向上、耐薬品性の向上等を課題とする。

本発明の立体網状構造体製造装置は、孔から溶融した熱可塑性樹脂または熱可塑性エラストマーの線条の集合体を下方に押し出して降下させる口金と、前記口金の下方において前記集合体に向かって下方に傾斜する傾斜面を有し、隙間をあけて対向する一対のシュートと、前記傾斜面に３０℃〜９０℃の範囲で加温された水を供給する第１水供給部と、前記シュートの下方に配置され、一部水没または全部水没し前記集合体に接して水中で搬送する一対の引取機と、を備え、前記集合体が前記シュートの間を通過するときに、前記線条が不規則に絡まり合い熱溶着することにより立体網状構造体を形成するものである。

本発明の立体網状構造体製造方法は、ａ 複数個の孔が形成された口金から、溶融した熱可塑性樹脂または熱可塑性エラストマーの線条の集合体を下方に押し出して降下させる降下ステップと、ｂ 前記集合体に向かって下方に傾斜する一対のシュートの上に３０℃〜９０℃の範囲で加温された水を流し、線条を水に接触させることにより、線条を不規則に絡ませて熱溶着させループを成形させ、前記シュートの間を通過させるループ形成ステップと、ｃ 一対の引取機により、前記集合体の降下より遅い速度で引き取ることにより、前記集合体を水没させ冷却固化する冷却固化ステップと、を備えたものである。

加温された水の温度範囲は３０℃〜９０℃、好ましくは、４０〜６０℃である。樹脂の種類により温度範囲は変わる。例えば、ポリエステルエラストマーは３０℃〜９０℃、好ましくは４５℃〜７０℃、ポリエチレン樹脂は３０℃〜９０℃、好ましくは３０〜４５℃が挙げられる。

加温方法としては、(A）シュートに加温水を流す、(B)水槽自体を温める、(C)シュートをタンクのような形状として内部温度を上げる、などが挙げられる。またそれら複合としても良い。しかしシュートの温度を上げすぎると、樹脂がシュートにくっついてしまうおそれがある。

少なくとも一対のシュートの間にシュートを設け、複数の線状集合体を同時に押し出すようにしてもよく、間隙が減少する傾斜面を備えた山形の形状が好ましいが、連続型、分割型いずれでもよい。

口金の配列は、複数個が配置される孔が単数列、または、複数列で構成される。複数列構成された孔は、製造しようとする立体網状構造体の必要性に応じて、２列以上に対応するよう構成されてもよい。

口金の孔の配列は、長方形が好ましいが、これに限定されず、辺の一つ以上が曲線の異形状でもよい。立体網状構造体をマットレスとして使用する場合、長方形に成形することが多いが、短手側辺はマットレスの両側面を形成するものであるため、任意の曲線をとる場合がある。立体網状構造体を枕などで使用する場合、全体を曲線で構成する場合もあり得る。集合体および口金における長手方向または短手方向の用語は相対的なものであり、いずれの方向においても前記シュート、前記引取機を設けることができる。

シュートは、降下する集合体の外周側面を中心方向に導く傾斜面を有し、その形状は平面斜面、傾斜率が変化する斜面、または、曲面であってもよい。また、集合体の長手方向および短手方向のそれぞれにおいて一対のシュートを設ける場合は、それぞれの傾斜面は独立して設けても、直交する四隅において連続して一体的に設けてもよい。

引取機は、集合体の長手側部に接する回転体を有し、これにより集合体を挟持しつつ、その回転により集合体を引き取る。回転体は無端部材、無端キャタピラ構造体が好適であるが、これに限らず、コンベヤー、ロール、ネット等を用いることも可能である。

本発明によれば、立体網状構造体を用いる製品への要求の多様化、製品への品質要求の高度化に対応できる。材料によっては特性が相違することもあるが、多様な要求に対する製品品質要求を確保しやすい。また、寸法変化の低減、剛性の向上、耐薬品性の向上等の効果が挙げられる。

本発明の実施形態１の製造装置１の側面を示す正面図である。 （ａ）は実施形態１の孔群３２ａ、３２ｂの配列を示す口金３の底面図である。（ｂ）は実施形態１の第１シュート４ａ，４ｂと第２シュート６を示す平面図である。 実施形態１の立体網状構造体製造装置１の使用状態を示す正面図である。 図３のＡ−Ａ線における断面図である。 （ａ）は実施形態１の立体網状構造体の製造過程における集合体２１ａ，２１ｂの斜視図、（ｂ）は第２シュート６の変形例である。 本発明による実施例２の立体網状構造体の製造装置１の側面を示す模式図である。 （ａ）は同実施例２の押出孔３１の配列を示す口金３の底面図である。（ｂ）は同実施例２のシュート４を示す平面図である。 同実施例２の立体網状構造体の製造装置１の使用状態を示す模式図である。 図８のＡ−Ａ線における断面図である。 同実施例２の立体網状構造体の製造過程における線条集合体２１の模式斜視図である。

本発明の実施形態１による立体網状構造体製造装置１について図１〜図５を参照して以下に説明する。

立体網状構造体製造装置１は、図１，図３に示すように、熱可塑性合成樹脂等からなる複数の線条２０ａ，２０ｂがループ状に不規則に絡まり合い熱溶着され形成されるスプリング構造を備える立体網状構造体１０ａ，１０ｂの製造装置である。製造装置１は、口金３と、口金３の下方に配置される第１シュート４ａ，４ｂと、第１シュート４ａ，４ｂの上方に配置される第１水供給部５ａ，５ｂと、口金３の下方で第１シュート４ａ，４ｂの間に位置する第２シュート６と、第２シュート６の頂部６ａの上方に配置される第２水供給部５ｃと、第１シュート４ａ，４ｂの下方に配置される引取機８と、を備える。以下、各部について説明する。

口金３は、図１〜３に示す通り、長方形内に孔３１ａ，３１ｂが複数個配置された２つの孔群３２ａ，３２ｂを２列に形成する。図２（ａ）では孔３１ａ，３１ｂの形状は同一形状で同一断面積であるが、孔群の領域幅が異なってもよく、厚さの相違する立体網状構造体１０ａ，１０ｂをセットで利用でき製造に便利である。密度を変更する場合には、板材を孔３１ａ，３１ｂの下面に固定することで閉塞してもよいし、孔３１ａ，３１ｂをリベット等の閉鎖部材で個々に塞いでもよい。これにより既存の口金を有効に利用可能であり、口金のコストを低減できる。また、それぞれ孔（ノズル）は製作するのではなく、製品形状に合わせて穴を埋めたり、出したりして、すべての領域に穴が開いているノズルを活用できる。口金３、あるいは、孔群３２ａ，３２ｂは、楕円形、ひょうたん型などの異形でもよい。例えば、断面がひょうたん型のまくら形状の立体網状構造体を複数個同時に押し出すこともできる。また、長方形、正方形、異型とも同時に成形できるようにしてもよい。図２（ａ）に示すように、孔群３２ａの列は幅Ｄ１ａ×長さＤ２の長方形内に複数個が配列され、孔群３２ｂの列は幅Ｄ１ｂ×長さＤ２の長方形内に複数個が配列される。ノズルの穴の配列として、上部に細い穴、下部に通常の穴をあけても良い。通常は線径が細いと糸どうしの融着は悪くなるが加温された水をシュートに流すことで融着強度を上げることが出来る。また、２台、３台の押し出し機を使い積層した場合は樹脂の融点を考え、１対または２対の冷却水の温度を部分的に変えることが出来る。

孔群３２ａ，３２ｂとの間に、孔が形成されない長方形の非形成領域３３がある。非形成領域３３の幅は５〜３０ｍｍが好ましい。口金３は、溶融した熱可塑性合成樹脂に圧力を加えて一時的に貯留するダイス（図示略）の下部に一体的に設けられる。孔群３２ａの孔３１ａから線条２０ａ、孔群３２ｂの孔３１ｂから線条２０ｂが吐出される。線条の集合体２１ａ及び線条の集合体２１ｂが間隙をあけて左右に分離されて吐出され降下する（図３参照）。

図５に示す通り、集合体２１ａは、外周において長手側部２２ａ、２２ｂと短手側部２３ａ、２３ｂ、集合体２１ｂは、外周に長手側部２２ｃ、２２ｄと短手側部２３ｃ、２３ｄを有する。

孔群３２ａ，３２ｂの配列は、完全な長方形でもよいし、例えば、立体網状構造体１０を寝具マットレスとして用いる場合に、マットレスの厚みの両側面を曲面となるよう孔３１ａ及び３１ｂを配列してもよい。

第１シュート４（図２参照）は、図１，図２（ｂ），図３に示す通り、口金３の下方に配置され、降下する集合体２１ａの長手側部２２ａを受けるシュート４ａ、図５に示す集合体２１ｂの長手側部２２ｄを受ける位置まで延び出すシュート４ｂ、短手側部２３ａ，２３ｂを受ける位置まで延び出すシュート４３ａ、短手側部２３ｃ，２３ｄを受ける位置まで延び出すシュート４３ｂを備える。下部に２つの開口部４１が形成される。一対のシュート４ａ、４ｂ、一対のシュート４３ａ，４３ｂは矩形の開口部４１を介在させて対で形成され対称形状である。開口部４１は下方にゆくに従い縮径し最下面で面積が最小となる。シュート４ａ，４ｂの最下部の幅Ｓは、口金３の幅Ｄ１よりも小さい。開口部４１の下部ではシュート４ａ，４ｂとシュート６の幅がほぼ一定が好ましい。なお、第１シュート４の周辺に集合体２１ａ，２１ｂを包囲するカバー（図示略）を設け、熱が外部に逃げないように保温したり、外からの風を防止することができる。保温及び風よけのため、保温カバーを付けることも可能である。

シュート４ａとシュート６との間に幅Ｓ１ａを設けている。シュート４ｂとシュート６との間に幅Ｓ１ｂを設けている。シュート４ａとシュート４ｂとの間に幅Ｓを設けている。シュート４ａ，４ｂ，６は長さＳ２ａである。

シュート４ａ，４ｂは、集合体２１ａ，２１ｂに向かって下方に傾斜する傾斜面４４ａ，４４ｂをそれぞれ有する。シュート４３ａ，４３ｂは、集合体２１ａ，２１ｂに向かって下方に傾斜する傾斜面４５ａ，４５ｂをそれぞれ有する。

図１、図２に示す通り、傾斜面４４ａ，４６ａの間の下部において形成される幅Ｓ１ａは、孔群３２ａの幅Ｄ１ａよりも小さい。傾斜面４４ｂ，４６ｂ間の下部において形成される幅Ｓ１ｂは、孔群３２ｂの幅Ｄ１ｂよりも小さい。幅Ｓ１ａ×Ｓ２ｂ、幅Ｓ１ｂ×Ｓ２ｂで規定される領域が開口部４１となる。傾斜面の形状は図示に限られず曲面であってもよい。一対のシュート４ａ，４ｂと一対のシュート４３ａ，４３ｂは一体に設けたが、独立して設けても、直交する四隅に設けてもよい。なお、製造の都合により一対のシュート４３ａ，４３ｂはなくてもよい。幅Ｄ１ａ，Ｄ１ｂの和を間隔Ｓ１ａ，Ｓ１ｂと同一となるように設定してもよい。

水供給部５ａ，５ｂは、シュート４ａ，４ｂのそれぞれの上方において、長手方向に配置されるパイプであり、開口５１ａ，５１ｂを備え、傾斜面４４ａ，４４ｂのそれぞれに水を供給する（図１、図３参照）。水供給部５ａ，５ｂは水供給源（図示略）に接続される。シュート４３ａ，４３ｂへの水の供給は、開口５１ａ，５１ｂからの水流を流用してもよいし、別途、シュート４３ａ，４３ｂの上方に同様な水供給部（図示略）を設けてもよい。３０℃〜９０℃、好ましくは、４０〜６０℃の範囲内で加温された水を供給している。

水供給部５ｃは、非形成領域３３の下方にあり、頂部６ａの上に位置するパイプである。水供給部５ｃの長手方向に開口５１ｃが設けられ、傾斜面４６ａ，４６ｂのそれぞれに水を供給する（図３参照）。水供給部５ｃは水供給源（図示略）に接続される。図５（ｂ）に示す通り、傾斜面４６ａ，４６ｂを布などの生地５１ｄで覆い、水を流しても良く、第１シュート４ａ，４ｂも同様な布で覆っても良い。立体網状構造体１０ａ，１０ｂの形状安定を確保するためである。傾斜面はショットブラストを施工してもよいし、テフロン（登録商標）の加工をしてもよいし、金網シートを設置してもよい。テフロン（登録商標）加工に代えて、テフロン（登録商標）シートを貼ってもよい。

第２シュート６は、図１，図２（ｂ），図３に示す通り、その頂部６ａが非形成領域３３の下方で図３、図５に示す集合体２１ａと２１ｂの間に位置し、シュート４ａ，４ｂの間に配置される。集合体２１ａに向かって下方に傾斜する傾斜面４６ａ、集合体２１ｂに向かって下方に延び出す傾斜面４６ｂを持つ。集合体２１ａの長手側部２２ｂ、集合体２１ｂの長手側部２２ｃが、それぞれ、傾斜面４６ａ，４６ｂを水とともに流下する。

第２シュート６は、集合体２１ａの長手側部２２ｂに対し、集合体２１ｂの長手側部２２ｃに対し、内部側を受ける位置まで形成される。

一対の引取機８ａ，８ｂは、図１，図３，図４に示す通り、第１シュート４ａ，４ｂのそれぞれの下方において対向して配置され、集合体２１ａの長手側部２２ａ、及び、集合体２１ｂの長手側部２２ｄに接するように設けられる無端部材６１ａ，６１ｂと、無端部材６１ａ，６１ｂを駆動するプーリー６３ａ，６４ａ，６３ｂ，６４ｂと、を有する。一対の引取機８ａ，８ｂは、それぞれが、プーリー６３ａ，６４ａ，６３ｂ，６４ｂを駆動する駆動モータ、チェーンおよび歯車等から構成される他、無端部材６１ａまたは６１ｂの回転速度を変速させる変速機（図示略）、制御装置（図示略）、その他、計器類等から構成される駆動制御装置（図示略）を備える。引取機８の間隔は、立体網状構造体１０ａ，１０ｂの厚さが２０ｍｍの場合で２列押し出しの場合には、３３〜３７ｍｍが好ましい。

一対の引取機８ａ，８ｂは水槽７の内部に一部水没又は全部水没して設けられる。一対の無端部材６１ａ，６１ｂの間隔Ｂ１は自由に変更できる構造が好ましい。

水槽７は、図３に示す通り、溶融状態にある集合体２１ａ，２１ｂを冷却固化し、立体網状構造体１０ａ，１０ｂを製造する。水位Ｈは、第１シュート４ａ，４ｂの傾斜面４４ａ，４４ｂの下端部の高さ以上とすることが望ましい（図３、図７参照）。

以下、本発明の実施形態１の立体網状構造体製造装置１による立体網状構造体１０ａ，１０ｂの製造方法について図３等を参照して説明する。公知の構成部分については、その詳細な説明は省略するので、日本国特許第４３５０２８６号公報、米国特許第７，６２５，６２９号公報を参照されたい。

熱可塑性合成樹脂を主原料とした原料を溶融する。溶融された原料はダイス（図示略）内部へと送られ、圧力を加えられて、口金３の孔３１ａ，３１ｂから下方へ押し出されて線条２０ａ，２０ｂとなる。ダイス内部の温度範囲は１００〜４００℃、押出量は２０〜３００Ｋｇ／時間、等に設定可能である。

ダイス内部における圧力は、例えば、７５ｍｍスクリューの吐出圧によるものが挙げられ、その圧力範囲は０．２〜２５ＭＰａ程度である。厚みが１００ｍｍを越える立体網状構造体１０を製造する場合は、ギヤポンプ等によりダイス圧力の均一化を図ることが好ましい。口金３から吐出されたそれぞれの線条２０ａ，２０ｂは、非形成領域３３により、２列の集合体２１ａ，２１ｂとなる。

ループ形成ステップを説明する。集合体２１ａ，２１ｂのうち、外周の長手側部２２ａ，２２ｄに位置する線条２０ａ，２０ｂは、左右に分かれて、一対のシュート４ａ，４ｂの傾斜面４４ａ，４４ｂの上に接触し垂直降下軌道が乱され、開口５１ａ，５１ｂから供給される水で冷やされながら傾斜面４４ａ，４４ｂを流下し、隣り合う線条２０ａ，２０ｂとループ状に絡まり合いつつ、集合体２１ａ，２１ｂの中心部下方に向かって斜めに誘導され外側の長手側部を成形する。

一対のシュート４３ａ，４３ｂの傾斜面４５ａ，４５ｂに対して、集合体２１ａのうち、外周の短手側部２３ａ，２３ｂに位置する線条２０ａ、及び集合体２１ｂのうち、外周の短手側部２３ｃ，２３ｄに位置する線条２０ｂも同様にして傾斜面４５ａ，４５ｂを滑り降り、同様に短手側部を形成する。

集合体２１ａ、２１ｂのうち、内側の長手側部２２ｂ，２２ｃに位置する線条２０ａ，２０ｂは、第２シュート６の傾斜面４６ａ，４６ｂの上に接触し垂直降下軌道が乱され、下方に左右に分かれて降下し、開口５１ｃから供給される水で冷やされながら、傾斜面４６ａ，４６ｂを流下し隣り合う線条２０ａ，２０ｂとループ状に絡まり合い、集合体２１ａ，２１ｂの中心部下方に向かって斜めに誘導され内側の長手側部を成形する。

集合体２１ａ，２１ｂのうち、傾斜面４４ａ，４４ｂ、傾斜面４５ａ，４５ｂおよび傾斜面４６ａ，４６ｂのいずれにも接触せずに降下した線条２０ａ，２０ｂは、前述の降下軌道の撹乱によるループ形成が中心の線条２０ａ，２０ｂに伝播し全体にループを形成する。

開口部４１を通過する集合体２１ａ，２１ｂは、着水した時に、相互に距離を保持しているため、適切に冷却され、相互に接着することは回避できる。引取機８による引取速度は集合体２１ａ，２１ｂの降下速度よりも遅いため、ループが形成されたまま適切に引き取られる。

無端部材６１ａ，６１ｂの位置まで降下した集合体２１ａ，２１ｂは、無端部材６１ａ，６１ｂによって、開口部の短手方向の幅Ｓよりも小さな間隔Ｂ１で挟持され圧縮作用を受ける。無端部材６１ａ，６１ｂの位置まで降下した時点では、水槽７にて集合体２１ａ，２１ｂの冷却固化がまだ完全に終わっていないので、無端部材６１ａ，６１ｂでの挟持により圧縮成形効果を得る。引取機８により集合体２１ａ，２１ｂを下方に搬送すれば、立体網状構造に形成された集合体２１ａ，２１ｂは冷却が進行し、形状が固定される。幅Ｓと間隔Ｂ１は同一でも良い。

上記操作を連続して２枚の立体網状構造体１０ａ，１０ｂを得ることができる。立体網状構造体１０ａ，１０ｂは、間隔Ｂ１の半分の大きさの横断面を有し、引取機８で補助的な圧縮成形を受けた状態の略板状となる。シュート４３ａ，４３ｂを設けなかった場合は、必要に応じて立体網状構造体１０ａ，１０ｂの短手側部２３ａ，２３ｂ及び２３ｃ，２３ｄの端面処理を行う。

立体網状構造体１０ａ，１０ｂの原料は熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー樹脂等が可能である。熱可塑性合成樹脂として、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、ナイロン６６などのポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、上記樹脂をベースとし共重合したコポリマーやエラストマー、上記樹脂をブレンドしたもの等が挙げられる。抗菌剤などのブレンドされた原料も可能である。例えば、立体網状構造体１０ａ，１０ｂを寝具マットレスとして用いる場合は、その原料としてはポリエチレンが好適である。また、原料の熱可塑性合成樹脂に抗菌剤や不燃材、難燃剤を混合し、立体網状構造体１０ａ，１０ｂがこれらの機能を備えるようにしてもよい。また、ポリエチレンも、メタロセン触媒を利用したポリエチレンとかＥＶＡなどでもよい。また、柔らか高反発の特徴として必要なときは、エラストマー化された原料も有効である。さらに製品の要求仕様によって、さらに、融点より低い温度（例えば、融点より１０〜２０℃低い温度）で温水、及び／又は熱風のアニール処理を行っても良い。たとえば、三次元網状構造体の水槽からの取り出し後、追加の温水によるアニール処理を行い（温度５０〜９０℃、時間３〜１０分）、さらに、その後、熱風によるアニール処理（温度５０〜１６０℃、時間１〜１０分）を行っても良い。熱風によるアニール処理の場合、必要に応じて、三次元網状構造体の寸法よりも小さな枠に圧縮状態の三次元網状構造体を嵌め込み、熱風を当てた後、枠を取り外しても良い。シューターへの加温水及び/または追加のアニール処理による処理の前後において、縦方向（押出方向）が横方向（押出方向と直交する方向）よりも伸びやすく縮みにくい。縦方向の寸法の膨張率が０．０５〜５．０％、好ましくは０．０８〜１．５％、横方向の膨張率が−２．５〜３．８％、好ましくは−０．５〜１．０％、の範囲である。縦方向は膨張率が正値（膨張する）であるが、横方向はマイナス（収縮する）の範囲のものがある。

実施形態１により製造される立体網状構造体１０ａ，１０ｂについて説明する。立体網状構造体１０ａ，１０ｂは、複数本の線条２０ａ，２０ｂがループ状に無秩序に絡まり合い、熱溶着されたことにより構成される。

立体網状構造体１０ａ，１０ｂは、例えば、寝具マットレス、枕、クッション、それらの表皮材などに利用することができる。立体網状構造体１０ａ，１０ｂを寝具マットレスとして製造する場合は、シングル、ダブル、その他のサイズのマットレスに適用できる。例えば、幅６００〜２０００ｍｍ、長さ１３００〜２５００ｍｍ程度が挙げられる。２枚の立体網状構造体１０ａ，１０ｂは製造過程において無端状であるため、相当程度の長さにした立体網状構造体１０ａ，１０ｂのマットレスをロール状にすることもできる。これにより、流通その他の便宜を図ることができる。また、好適な厚みとして例えば、１５〜３００ｍｍが挙げられる。より好ましくは２５〜１５０ｍｍであり、さらに好ましくは３０〜８０ｍｍである。なお、ある一定のスウェル比の樹脂を使うことにより、大きく曲げることができる医療・介護用マットレスをつくることもできる。

本実施形態によれば、加温された水を用いてループ形成処理と同時にアニール処理を行うので、熱寸法安定性など、立体網状構造体を用いる製品への多様化した要求に応え、製品への品質要求を満たす。材料によっては特性が相違することもあるものの、多様な要求に対する製品品質要求を確保しやすくなる。

立体網状構造体に粗密構造を備えても備えなくてもよく、端部の硬いもの、表と裏で表面層の厚みが違うもの、表と裏で柔らかさの違うもの、内部に穴の開いているものなど、様々な形態が可能である。

本発明の実施例２による立体網状構造体の製造装置１について図６〜１０を参照して以下に説明する。

立体網状構造体の製造装置１は、図６，図８に示すように、熱可塑性合成樹脂からなる線条２０が無秩序なループ状に絡まり、接触部が熱接着されたことにより形成される立体網状構造体１０の製造装置である。立体網状構造体の製造装置１は、口金３と、口金３の下方に配置されるシュート４と、シュート４の上方に配置される水供給部５の末端である開口５１と、シュート４の下方に配置される引取機８と、を備える。以下、各部について説明する。

口金３は、図６〜１０に示す通り、略長四辺形内に複数個が配列された押出孔３１を有し、溶融した熱可塑性合成樹脂に圧力を加えて一時的に貯留するダイス（図示略）の下部に一体的に設けられる。それぞれの押出孔３１から線条２０が吐出されることにより、口金３における押出孔３１の配列形状を降下方向の断面形状として有する線条集合体２１が吐出されて降下することとなる（図８参照）。降下する線条集合体２１は、外周において長手側面２２ａ，２２ｂと短手側面２３ｃ，２３ｄとを有することとなる（図１０参照）。押出孔３１は、図７（ａ）に示す通り、端辺距離がＤ１×Ｄ２の略長四辺形内に複数個が配列される。この略長四辺形の配列形状は、厳密に長四辺形であることを必要とせず、例えば、立体網状構造体１０を寝具マットレスとして用いる場合に、マットレスの厚みの両側面を曲面となるように押出孔３１を配列してもよい。

シュート４は、図６，図７（ｂ），図８に示す通り、口金３の下方において配置され、降下する線条集合体２１の長手側面２２ａ，２２ｂを挟んで対向して配置される一対の長手シュート４２ａ，４２ｂと、線条集合体２１の短手側面２３ｃ，２３ｄを挟んで対向して配置される一対の短手シュート４３ｃ，４３ｄとからなり、下部に成形開口部４１を形成する。対向する長手シュート４２ａおよび長手シュート４２ｂは、線条集合体２１に向かって下方に傾斜する傾斜面４４ａ、傾斜面４４ｂをそれぞれ有する。同様に、対向する短手シュート４３ｃおよび短手シュート４３ｄは、線条集合体２１に向かって下方に傾斜する傾斜面４５ｃ、傾斜面４５ｄをそれぞれ有する。

図６，図７に示す通り、傾斜面４４ａと傾斜面４４ｂとの間の下部において形成される間隔Ｓ１は押出孔３１の配列の短辺Ｄ１よりも小さく、傾斜面４５ｃと傾斜面４５ｄとの間の下部において形成される間隔Ｓ２は押出孔３１の配列の長辺Ｄ２よりも小さい。傾斜面４４ａ，４４ｂおよび傾斜面４５ｃ，４５ｄの下辺により形成されるＳ１×Ｓ２の空間が成形開口部４１となる。傾斜面の形状は図６に示すものに限られず、一つの平面的な斜面からなるものや、傾斜率が変化する曲面であってもよい。一対の長手シュート４２ａ，４２ｂと一対の短手シュート４３ｃ，４３ｄは、独立して設けても、直交する四隅において連続して一体的に設けてもよい。なお、一対の短手シュート４３ｃ，４３ｄについては設けなくても本発明は実施可能である。また、短辺Ｄ１と間隔Ｓ１を同一となるように設定してもよい。

水供給部５は、長手シュート４２ａ，４２ｂのそれぞれの上方において、長手方向のほぼ全幅に亘る供給パイプであり、傾斜面４４ａ，４４ｂのそれぞれに３０℃〜９０℃、好ましくは、４０〜６０℃の範囲内で加温された水を供給している（図６参照）。水供給部５は上流において水供給源（図示略）に接続される。短手シュート４３ｃ，４３ｄへの加温水の供給は、開口５１ａ，５１ｂからの水流を調節して流用してもよいし、別途、短手シュート４３ｃ，４３ｄの上方に同様な供給パイプ（図示略）を設けてもよい。

引取機８は一対の引取機８ａ，８ｂからなる。一対の引取機８ａ，８ｂは、図６，図８，図９に示す通り、長手シュート４２ａ，４２ｂのそれぞれの下方において対向して配置され、線条集合体２１の長手側面２２ａ，２２ｂに接するように設けられる無端部材６１ａ，６１ｂと、無端部材６１ａを駆動するプーリー６３ａ，６４ａと、無端部材６１ｂを駆動するプーリー６３ｂ，６４ｂと、を有する。一対の引取機８ａ，８ｂは、それぞれが、プーリー６３ａ，６４ａまたはプーリー６３ｂ，６４ｂを駆動する駆動モータ、チェーンおよび歯車等から構成される他、無端部材６１ａまたは無端部材６１ｂの回転速度を変速させる変速機、制御装置、その他計器類等から構成される駆動制御装置（図示略）を備える。一対の無端部材６１ａ，６１ｂの間隔Ｂ１は、傾斜面４４ａ，４４ｂの下部の間隔Ｓ１よりも狭く設ける（図６参照）。間隔Ｂ１は間隔Ｓ１に対して１〜３０％狭くすることが好ましい。１％より小さいと製品の反発力の向上や厚みの安定性において効果が少なく、３０％より大きいと無端部材６１ａ，６１ｂの跡が製品に残ったり、引取機８の駆動への負担が増大しすぎたりしてしまうからである。また、間隔Ｂ１は間隔Ｓ１に対して３〜２７％狭くすることがより好ましく、７〜２５％狭くすることがさらに好ましい。一対の引取機８ａ，８ｂは水槽７の内部に設けられる。一対の無端部材６１ａ，６１ｂの間隔Ｂ１は自由に移動出来る構造とする。なお、引取機８は無端ベルトを用いて線条集合体２１を引き取ることとしているが、これに限らず、ローラー等を用いることも可能である。

水槽７は、図８に示す通り、立体網状構造体の製造装置１の所定箇所を水没させて、溶融状態にある線条集合体２１を冷却固化するためのものである。水位Ｈは、シュート４の傾斜面４４ａ，４４ｂの下端部の高さ以上とすることが望ましい（図８参照）。すなわち、シュート４の配置高さによらず、傾斜面４４ａ，４４ｂの下端部を基準に設定されるものであり、引取機８の一部が水上に露出することは支障とならない。水位は、傾斜面４４ａ，４４ｂの下端部からの高さをＷｄで表すと、０≦Ｗｄ≦４５（ｍｍ）に設定することが好ましく、１≦Ｗｄ≦３０（ｍｍ）の高さに設定することがより好ましく、３≦Ｗｄ≦２２（ｍｍ）の高さに設定することがさらに好ましい。水位Ｈは傾斜面４４ａ，４４ｂの下端部の高さと同一の高さを含み、これ以上の水位であれば本発明を実施できる。しかし、製造時の水位のばらつきや機械の水平度などを考慮して水位高さを設定することが好ましい。製造条件にも影響されるが、水位Ｈを３ｍｍ以上の高さに設定すれば、水位Ｈが傾斜面４４ａ，４４ｂの下端部より低くなることを防止できる。一方、水位Ｈが傾斜面４４ａ，４４ｂの下端部から４５ｍｍを越すと、条件によっては樹脂の固化が始まり繊維同士の融着が悪くなり、また表面の粗さが増して不適当となる。

まず、熱可塑性合成樹脂を主原料とした原料を溶融する。溶融された原料は、ダイス（図示略）内部へと送られ、圧力を加えられて、下部の口金３の押出孔３１から下方へ押し出されて線条２０となる。ダイス内部の温度範囲は１００〜４００℃、押出量は２０〜２００Ｋｇ／時間、等に設定可能である。ダイス内部における圧力は、例えば７５ｍｍスクリューの吐出圧によるものが挙げられ、その圧力範囲は０．２〜２５ＭＰａ程度である。厚みが１００ｍｍを越える立体網状構造体１０を製造する場合は、ギヤポンプ等によりダイス圧力の均一化を図ることが好ましい。口金３から吐出されたそれぞれの線条２０は、押出孔３１の複数個の配列により、複数本の線条２０からなる線条集合体２１となる。

線条集合体２１のうち、外周の長手側面２２ａ，２２ｂに位置する線条２０は、一対の長手シュート４２ａ，４２ｂの傾斜面４４ａ，４４ｂの上に接触し、これにより垂直降下軌道が乱され、隣り合う線条２０とループ状に絡まり合いつつ、開口５１ａ，５１ｂから供給される加温水で流されながら、傾斜面４４ａ，４４ｂを滑り降りる。この際、線条２０は重力の影響を直接的に受け、傾斜面４４ａ，４４ｂに沿って二次元的に絡合する。開口５１ａ，５１ｂから供給される水流は一対の短手シュート４３ｃ，４３ｄの傾斜面４５ｃ，４５ｄにも及び、線条集合体２１のうち、外周の短手側面２３ｃ，２３ｄに位置する線条２０も同様にして傾斜面４５ｃ，４５ｄを滑り降りることとなる。

線条集合体２１のうち、傾斜面４４ａ，４４ｂおよび傾斜面４５ｃ，４５ｄのいずれにも接触せずに降下した線条２０は、成形開口部４１を通過する。このとき、成形開口部４１を通過する線条２０のうち、傾斜面４４ａ，４４ｂおよび傾斜面４５ｃ，４５ｄの下辺近くを通過するものは、傾斜面４４ａ，４４ｂおよび傾斜面４５ｃ，４５ｄを滑り降りてくる線条２０と接触し、ループ状に絡まり合い、さらにその接触絡合による降下軌道の撹乱が隣り合う中心方向の線条２０に若干の範囲で伝播しつつ降下する。成形開口部４１を通過する線条２０のうち、成形開口部４１の中央付近を通過するものは、上記のような絡合をすることなく水面に着水する。ここにおいて、引取機８による引き取り速度は線条集合体２１の降下速度よりも遅いため、着水したそれぞれの線条２０は撓み、水面付近で略ループ状に絡まり合うこととなる。

このように線条集合体２１は立体網状構造が形成され、水槽７にて冷却されつつ、引取機８により引き取られ降下する。無端部材６１ａ，６１ｂの位置まで降下した線条集合体２１は、無端部材６１ａ，６１ｂによって、成形開口部４１の短手方向の間隔Ｓ１よりも小さな間隔Ｂ１で挟持され圧縮作用を受ける。無端部材６１ａ，６１ｂの位置まで降下した時点では、水没による線条集合体２１の冷却固化がまだ完全に終わっていないので、無端部材６１ａ，６１ｂでの挟持により圧縮成形効果を得ることができるものである。引き続き、引取機８により線条集合体２１を引き取り、送り出せば、立体網状構造に形成された線条集合体２１は冷却が進行し、形状が固定される。

上記操作を連続して得られた立体網状構造に形成された線条集合体２１を所望の長さに切断すれば立体網状構造体１０を得ることができる。立体網状構造体１０は、成形開口部４１と同様の形状を断面に有し、引取機８で補助的な圧縮成形を受けた状態の略板状となる。なお、短手シュート４３ｃ，４３ｄを設けなかった場合は、必要に応じて立体網状構造体１０の短手側面２３ｃ，２３ｄの端面処理を行うものとする。

本発明の実施例２により製造される立体網状構造体１０について説明する。立体網状構造体１０は、複数本の線条２０がループ状に無秩序に絡まり合い、熱接着されたことにより構成されたものである。立体網状構造体１０において、製造段階での線条集合体２１の外周部の長手側面２２ａ，２２ｂと短手側面２３ｃ，２３ｄに相当する側面に、内部と比較して嵩密度の大きな表面部が形成される。表面部は、製造段階において、線条２０が傾斜面４４ａ，４４ｂに沿って二次元的に絡合したことによるものである。

本発明の実施例２による効果は、複数枚同時成形である点を除き、実施例１の効果と同様である。本実施例により、シュート４の成形開口部４１の通過による線条集合体２１の外周表面である長手側面２２ａ，２２ｂおよび短手側面２３ｃ，２３ｄの圧縮成形に加え、対向する引取機８の無端部材６１ａ，６１ｂによってさらに線条集合体２１に圧縮を加えることとなるので、線条集合体２１の外周表面より内部の部分にも圧縮成形を作用させることができる。すなわち、線条集合体２１は成形開口部４１および水槽７の水面付近において線条集合体２１に立体網状構造が形成されるが、線条集合体２１は水没後即座に固化されることはなく、立体網状構造が完全に安定するまでには時間がかかるので、その前に無端部材６１ａ，６１ｂの挟持によっても圧縮成形を作用させるものである。

上記の作用により、シュート４のみによって成形する従来の方法では得られない、立体網状構造体１０を得ることができる。すなわち、本発明によらず、従来の方法によっても押出孔３１の配列長さとシュート４の成形開口部４１を調節することにより、立体網状構造体１０の嵩密度、厚みおよび反発力を制御することはできるが、本発明によれば、さらに引取機８の無端部材６１ａ，６１ｂの挟持によって圧縮成形を作用させることができるので、従来の方法で製造したものと同じ厚みで比較した場合、反発力および寸法精度が向上する（表１〜表２参照）。また、立体網状構造体１０の表面をより均一に滑らかにすることができる。さらに、無端部材６１ａ，６１ｂの位置は自由に調節できる構造とするため、押出孔３１の形状や配列、シュート４の成形開口部４１の大きさ、引取機８の引き取り速度の調節、および無端部材６１ａ，６１ｂの間隔Ｂ１の調節により所望の密度、強度を持った製品を製造することができ、製品への多様な要求を満足させることができる。また、へたりにくくなるため、製品寿命が延びるという効果もある。なお、線条の原料が熱可塑性エラストマーの場合、結晶性樹脂なので、ＰＥと同様に結晶化が促進される。ただ、ＰＥに比べて到達結晶化度が低いのでＰＥほど明確な特性差は出ないと考えられる。さらに、立体網状構造体１０には、寸法変化の低減、剛性の向上、耐薬品性の向上等の効果がある。

上記の通り、立体網状構造体１０の反発力が向上するので、従来と同様の反発力を得るために必要な原料を少なくすることができる。このため、製品の軽量化を図ることもできる。寸法精度の向上は全体の歪みの減少のみならず、表面部１２の粗さを抑えることができる。これにより、立体網状構造体１０を寝具マットレスとして使用する場合には、マットレスカバーを薄手のものにしても違和感なく使用することができる。

なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、様々な改変、置換、欠失等を行うことが出来、改変、均等、置換、欠失等も本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は乗り物の座席、ベッド、マット等に利用されるクッションやカバーに利用できる。

１ 立体網状構造体製造装置
３ 口金
３１ａ，３１ｂ，３１ 孔
３２ａ，３２ｂ 孔群
３３ 非形成領域
４ 第１シュート
４ａ，４ｂ シュート
４１ 開口部
４２ａ，４２ｂ 長手シュート
４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４６ａ，４６ｂ 傾斜面
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ 水供給部
５１ａ，５１ｂ，５１ｃ 開口
６ 第２シュート
６ａ 頂部
７ 水槽
８ａ，８ｂ，８ 引取機
１０ａ，１０ｂ 立体網状構造体
２０ａ，２０ｂ，２０ 線条
２１ａ，２１ｂ，２１ 集合体
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ 長手側部
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ 短手側部
５１ｄ 生地
６１ａ，６１ｂ 無端部材
６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂ プーリー
Ｂ１ 間隔
Ｄ１ 口金３の幅
Ｄ１ａ 孔群３２ａの幅
Ｄ１ｂ 孔群３２ｂの幅
Ｄ２ 長さ
Ｓ 傾斜面４４ａ，４５ａ，１４４ａ，１４４ｂ最下部の間隔の幅
Ｓ１，Ｓ２ 間隔
Ｓ１ａ 傾斜面４４ａ，４６ａの最下部間隔の幅
Ｓ１ｂ 傾斜面４４ｂ，４６ｂの最下部間隔の幅
Ｓ２ａ 傾斜面４４ａ，４４ｂの長さ
Ｓ２ｂ 傾斜面４５ａ，４６ｂの最下部間隔の長さ
Ｈ 水槽の水位

Claims (3)

1. 孔から溶融した線条の集合体を下方に押し出して降下させる口金と、
   前記口金の下方において前記集合体に向かって下方に傾斜する傾斜面を有し、隙間をあけて対向する一対のシュートと、
   前記傾斜面に３０℃〜９０℃の範囲で加温された水を供給する第１水供給部と、
   前記シュートの下方に配置され、一部水没または全部水没し前記集合体に接して水中で搬送する一対の引取機と、を備え、
   前記集合体が前記シュートの間を通過するときに、前記線条が不規則に絡まり合い熱溶着するとともにアニール処理が行われることにより立体網状構造体を形成する立体網状構造体製造装置。
2. ａ 複数個の孔が形成された口金から、溶融した熱可塑性樹脂の線条の集合体を下方に押し出して降下させる降下ステップと、
   ｂ 前記集合体に向かって下方に傾斜する一対のシュートの上に３０℃〜９０℃、好ましくは、４０〜６０℃の範囲で加温された水を流し、線条を水に接触させることにより、線条を不規則に絡ませて熱溶着させループを成形させるとともにアニール処理が行われ、前記シュートの間を通過させるループ形成ステップと、
   ｃ 一対の引取機により、前記集合体の降下より遅い速度で引き取ることにより、前記集合体を水没させ冷却固化する冷却固化ステップと、
   を備えた立体網状構造体製造方法。
3. 線条の原料がポリエステルエラストマーである請求項２の立体網状構造体製造方法。

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