JP2017014681A - 三次元網状構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】円滑に曲げることのできる熱可塑性樹脂から構成される三次元網状構造体の提供。
【解決手段】フィラメントを不規則に接触絡合させたカール状のスプリング構造を有するポリエステルからなる（１）〜（４）の要件を満たす三次元網状構造体。（１）嵩密度が高い表面層を有する。（２）線径φ０．２〜１．３ｍｍ、嵩密度０．０１〜０．２ｇ／ｃｍ^３である。（３）溶融押し出し時のキャピラリーの内径とポリエステルフィラメントの直径の間に押し出しせん断速度に応じて特定の関係を有する。（４）ポリエステルが、主として、結晶性芳香族ポリエステル単位からなる高融点結晶性重合セグメント（ａ）と主として脂肪族ポリエーテル単位及び／又は脂肪族ポリエステル単位からなる低融点セグメントとのポリエステルブロック共重合体である。
【選択図】なし

Description

本発明は、クッション、ソファ、ベッド等に使用する三次元網状構造体に関するものである。

無端ベルトで樹脂糸を巻き込むことで空隙を有する三次元網状構造体、三次元網状構造体の製造方法及び製造装置として特許文献１に示す発明が挙げられる。またポリエチレンを材料とする三次元網状構造体として特許文献２が知られている。

米国特許第７６２５６２９号 米国特許第７８９２９９１号

しかしながら、介護用ベッド、ソファタイプベッド等に使用されるマットレスとして利用する場合、ベッドの変形に対応して、マットレスを円滑に曲げる必要性がある。原材料の種類がポリエチレンなど、特定種類の場合、組織表面の密度が高いため、曲げようとしたときに途中の部分で皺が寄ったり、折れて、三次元網状構造体の組織が不自然に変形してしまい、介護用ベッド等の形状に沿って円滑に曲げることが困難であるという問題があった。また医療、介護の現場における一般的な要望として、看護婦、介護士の負担を軽減するために更に軽くて耐久性の良いマットレスを製造するという課題もあった。

そこで、本発明は、熱可塑性樹脂から構成される三次元網状構造体を円滑に曲げることを目的とする。

本発明は、せん断速度に対してスウェル比が依存するポリエステルから製造され、フィラメントを不規則に接触絡合させたカール状のスプリング構造を有し、押し出し方向に対して横方向に疎の部分と密の部分とを繰り返し設ける立体筋状疎密構造を有し、押し出し方向に設ける表面層と、該表面層を除いた部分と、を有し、前記表面層の嵩密度が前記表面層を除いた部分の嵩密度よりも大きく、線径φ０．２〜１．３ｍｍ、嵩密度０．０１〜０．２ｇ／ｃｍ^３である三次元網状構造体であり、前記スウェル比が、温度２１０℃、管内径Ｄ_１がφ１．０ｍｍ、長さ１０ｍｍのキャピラリーから溶融した前記ポリエステルを押し出し、押し出された該ポリエステルの前記フィラメントを冷却し、該フィラメントの切断面の直径をＤ_２としたとき、せん断速度に対してＤ_２／Ｄ_１で表され、せん断速度の領域１２２０／ｓｅｃにおける前記スウェル比が１．２６〜１．３３、せん断速度の領域２４３０／ｓｅｃにおける前記スウェル比が１．２７〜１．３６、せん断速度の領域６０８０／ｓｅｃにおける前記スウェル比が１．２９〜１．３８、せん断速度の領域１２２００／ｓｅｃにおける前記スウェル比が１．３１〜１．４２であり、前記ポリエステルは、主として、結晶性芳香族ポリエステル単位からなる高融点結晶性重合体セグメント（ａ）と、主として脂肪族ポリエーテル単位および／または脂肪族ポリエステル単位からなる低融点重合体セグメント（ｂ）とを主たる構成成分とするポリエステルブロック共重合体（Ａ）である三次元網状構造体である。

前記ポリエステルのメルトフローレート（以下、ＭＦＲと略す）が３．０〜３５ｇ／１０ｍｉｎであり、密度が１．０１〜１．６０ｇ／ｃｍ^３であることが好ましい。

本発明によるスウェル比と密度とを有するポリエステルを原料として三次元網状構造体を製造すると、三次元網状構造体は製造中における押出方向において、嵩密度が粗部分と密部分とが交互に表われる立体筋状疎密構造を備えることとなる。これにより、三次元網状構造体は、押出方向において適度に撓みやすくなり、介護用ベッドやソファタイプベッド等に使用されるマットレスとして利用しても、きしみ音を生じることなく円滑に曲げることが可能となる。また、本発明による三次元網状構造体をマットレス等に用いると感触が柔らかく好適である。本発明によると三次元網状構造体の耐熱温度が向上し、８０度以上の温水で洗浄、乾燥しても問題ない。

本発明実施形態三次元網状構造体のスウェル比のせん断速度依存性を示すグラフである。 本発明実施形態三次元網状構造体の溶融粘度のせん断速度依存性を示すグラフである。 本発明実施形態の三次元網状構造体の曲げ状態の側面写真図である。 図３に示す三次元網状構造体の非曲げ状態の側面写真図である。 筋状疎密構造を備えない比較例の三次元網状構造体の非曲げ状態の側面写真図である。 筋状疎密構造を備えない比較例の三次元網状構造体の非曲げ状態の別の側面写真図である。 筋状疎密構造を備える比較例の三次元網状構造体の非曲げ状態の側面写真図である。 図７に示す三次元網状構造体の曲げ状態の側面写真図である。 本発明実施形態の三次元網状構造体に表面層（外周の濃い網かけ部分）を設ける場合の説明図である。（ａ）が斜視図であり、（ｂ）が製造時の押出方向からの正面図である。 本発明実施形態の三次元網状構造体の両側部（両端の濃い網かけ部分）の嵩密度を高めた場合の説明図である。（ａ）が斜視図であり、（ｂ）が製造時の押出方向からの正面図である。 本発明実施形態の三次元網状構造体に表面層（外周の濃い網かけ部分）を設け、両側部（両端の濃い網かけ部分）の嵩密度を高めた場合の説明図である。（ａ）が斜視図であり、（ｂ）が製造時の押出方向からの正面図である。 本発明実施形態の三次元網状構造体を座椅子に用いる場合の嵩密度の設定例を示す斜視図である。長手方向が製造時の押出方向である。

本実施形態は、スウェル比が増加する特性を有するポリエステルから製造され、フィラメントを不規則に接触絡合させたカール状のスプリング構造を有し、押し出し方向に対して横方向に立体筋状疎密構造を有し、線径φ０．２〜１．３ｍｍ、嵩密度０．０１〜０．２ｇ／ｃｍ^３である三次元網状構造体である。ここでいうスウェル比は、温度２１０℃、管内径Ｄ₁がφ１．０ｍｍ、長さ１０ｍｍのキャピラリーから溶融したポリエステルを押し出し、押し出されたポリエステルのフィラメントを冷却し、フィラメントの切断面の直径をＤ_２としたとき、せん断速度に対してＤ_２／Ｄ_１で表される。せん断速度の領域１２２０／ｓｅｃにおける前記スウェル比が１．２６〜１．３３、せん断速度の領域２４３０／ｓｅｃにおける前記スウェル比が１．２７〜１．３６、せん断速度の領域６０８０／ｓｅｃにおける前記スウェル比が１．２９〜１．３８、せん断速度の領域１２２００／ｓｅｃにおける前記スウェル比が１．３１〜１．４２であることがより好ましい。

本発明は、所定のスウェル比、ＭＦＲ、密度を備える熱可塑性樹脂を原料とすることにより、立体筋状疎密構造を形成して、これを備える三次元網状構造体の曲げやすさを向上させるものである。本発明における熱可塑性樹脂原料はポリエステルであり、主として、結晶性芳香族ポリエステル単位からなる高融点結晶性重合体セグメント（ａ）と、主として脂肪族ポリエーテル単位および／または脂肪族ポリエステル単位からなる低融点重合体セグメント（ｂ）とを主たる構成成分とするポリエステルブロック共重合体（Ａ）であることが好ましい。三次元網状構造体の原料となるポリエステルの密度は１．０１〜１．６０ｇ／ｃｍ^３であることが好ましく、１．０５〜１．２０ｇ／ｃｍ^３であることがより好ましい。また、そのポリエステルのＭＦＲは３．０〜３５ｇ／１０ｍｉｎであることが好ましい。ポリエステルブロック共重合体（Ａ）について、より具体的には以下の通りである。

本発明に用いるポリエステルブロック共重合体（Ａ）の高融点結晶性重合体セグメント（ａ）は、本発明の効果を阻害しない限り、特に限定されないが、芳香族ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体と脂肪族ジオールから形成されるポリエステルが好ましく、テレフタル酸および／またはジメチルテレフタレートと１，４−ブタンジオールから誘導されるポリブチレンテレフタレートがより好ましい。さらに、この他に、イソフタル酸、フタル酸、ナフタレン−２，６−ジカルボン酸、ナフタレン−２，７−ジカルボン酸、ジフェニル−４，４’−ジカルボン酸、ジフェノキシエタンジカルボン酸、５−スルホイソフタル酸、あるいはこれらのエステル形成性誘導体等のジカルボン酸成分と、分子量３００以下のジオール、例えば、エチレングリコール、トリメチレングリコール、ペンタメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、デカメチレングリコール等の脂肪族ジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、トリシクロデカンジメチロール等の脂環式ジオール、キシリレングリコール、ビス（ｐ−ヒドロキシ）ジフェニル、ビス（ｐ−ヒドロキシフェニル）プロパン、２，２−ビス［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］プロパン、ビス［４−（２−ヒドロキシ）フェニル］スルホン、１，１−ビス［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］シクロヘキサン、４，４’−ジヒドロキシ−ｐ−タ−フェニル、４，４’−ジヒドロキシ−ｐ−クオーターフェニル等の芳香族ジオール等から誘導されるポリエステル、あるいはこれらのジカルボン酸成分およびジオール成分を２種以上併用した共重合ポリエステルを含んでいてもよい。

本発明に用いるポリエステルブロック共重合体（Ａ）の低融点重合体セグメント（ｂ）は、脂肪族ポリエーテル単位および／または脂肪族ポリエステル単位からなる低融点重合体セグメントであれば本発明の効果を阻害しない限り特に限定されない。前記脂肪族ポリエーテルとしては、ポリ（エチレンオキシド）グリコール、ポリ（プロピレンオキシド）グリコール、ポリ（テトラメチレンオキシド）グリコール、ポリ（ヘキサメチレンオキシド）グリコール、エチレンオキシドとプロピレンオキシドの共重合体、ポリ（プロピレンオキシド）グリコールのエチレンオキシド付加重合体、エチレンオキシドとテトラヒドロフランの共重合体等が挙げられる。前記脂肪族ポリエスエテルとしては、ポリ（ε−カプロラクトン）、ポリエナントラクトン、ポリカプリロラクトン、ポリブチレンアジペート、ポリエチレンアジペート等が挙げられる。これらの脂肪族ポリエーテルおよび／または脂肪族ポリエステルのうち、得られるポリエステルブロック共重合体の弾性特性からポリ（テトラメチレンオキシド）グリコール、ポリ（プロピレンオキシド）グリコールのエチレンオキシド付加物、ポリ（ε−カプロラクトン）、ポリブチレンアジペート、ポリエチレンアジペート等が好ましい。また、これらの低融点重合体セグメントの数平均分子量としては共重合された状態において６００以上４０００以下程度であることが好ましい。本発明に用いられるポリエステルブロック共重合体（Ａ）における低融点重合体セグメント（ｂ）の共重合量としては、特に限定されないが、１０〜９０重量％程度が好ましく、３０〜８５重量％程度がより好ましく、５０〜８０重量％程度が特に好ましい。低融点重合体セグメント（ｂ）の共重合量が１０重量％未満であると、柔軟性、屈曲疲労性が悪くなる。一方、低融点重合体セグメント（ｂ）の共重合量が９０重量％を越えると、機械的物性、高温特性、耐油性、耐薬品性が十分に発現しない。

本発明に用いるポリエステルブロック共重合体（Ａ）としては、本発明の効果を阻害しない限り特に限定されず、市販品を用いることもできる。市販品としては、例えば、東レ・デュポン社製「ハイトレル」（登録商標）、東洋紡績社製「ペルプレン」（登録商標）、三菱化学社製「プリマロイ」（登録商標）、日本合成化学工業社製「ポリエスター」（登録商標）等が挙げられる。具体的には、ハイトレルＧ３５４８Ｌ、３０４６、４０５７ＷＬ２０、４０５７Ｎ、４０４７Ｎ、４７６７Ｎ、５５５７、６３４７、７２４７、２５７１、２７５１、５５５７Ｍ、６３４７Ｍ、７２４７Ｍ、４２７５ＢＫ、７２４７Ｒ０９、７２３７Ｆ等（以上、東レ・デュポン社製）、ペルプレン４０Ｈ、Ｐ４０Ｂ、Ｐ３０Ｂ、Ｐ４０ＢＵ、Ｐ４０Ｕ、Ｐ４８Ｕ、Ｐ５５Ｕ、Ｐ５５Ｂ、Ｐ９０ＢＤ、Ｐ８０Ｃ、Ｓ１００２、Ｓ２００２、Ｓ３００２、Ｓ６００２、Ｓ９００２等（以上、東洋紡績社製）、プリマロイＡ１５００Ｎ、Ａ１６００Ｎ、Ａ１７００Ｎ、Ａ１８００Ｎ、Ａ１９００Ｎ、Ａ１６０６Ｃ、Ａ１７０６Ｃ、Ａ１６０２Ｎ、Ａ１７０４Ｎ、Ａ１６１０Ｎ、Ａ１７１０Ｎ、Ｂ１９０２Ｎ、Ｂ１９００Ｎ、Ｂ１９０３Ｎ、Ｂ１９１０Ｎ、Ｂ１９２０Ｎ、Ｂ１９２２Ｎ、Ｂ１９３２Ｎ、Ｂ１９４２Ｎ、Ｂ１６００Ｎ、Ｂ１７００Ｎ、Ｂ１８００Ｎ、Ｂ１９２１Ｎ等（以上、三菱化学社製）、ポリエスターＳＰ−１５４、ＳＰ−１６０、ＳＰ−１７６、ＳＰ−１６５、ＳＰ−１７０、ＳＰ−１８５、ＷＲ−９０１、ＷＲ−９０５、ＷＲ−９６０、ＴＰ−２２０、ＴＰ−２１７、ＴＰ−２９０、ＴＰ−２４９、ＬＰ−０３３、ＬＰ−０１１、ＬＰ−０３５、ＬＰ−０５０、ＴＰ−２３５、ＴＰ−２９３、ＴＰ−２１９（以上、日本合成化学工業社製）等が挙げられるが、これらに限定されない。

本発明に用いるポリエステルブロック共重合体（Ａ）は公知の方法で製造することができ、いずれの方法をとってもよい。例えば、ジカルボン酸の低級アルコールジエステル、過剰量の低分子量グリコール、および低融点重合体セグメント成分を触媒の存在下にエステル交換反応せしめ、得られる反応生成物を重縮合する方法、あるいはジカルボン酸と過剰量のグリコールおよび低融点重合体セグメント成分を触媒の存在下にエステル化反応せしめ、得られる反応生成物を重縮合する方法、高融点結晶性セグメントと低融点重合体セグメントを鎖連結剤でつなぐ方法等が挙げられ、ポリ（ε−カプロラクトン）を低融点重合体セグメントに用いる場合は、高融点結晶性セグメントにε−カプロラクトンモノマを付加反応させる方法等が挙げられる。

三次元網状構造体の詳細な製造方法は特許文献１、２等を参照されたい。本発明は外周部に他の部分よりも嵩密度の大きな表面層を備える三次元網状構造体（図９参照）にも適用可能である。また、本発明は両側部の嵩密度を他の部分よりも高めた三次元網状構造体（図１０参照）にも適用可能である。さらに、本発明は表面層を備え、両側部の嵩密度を他の部分よりも高めた三次元網状構造体（図１１参照）にも適用可能である。三次元網状構造体の嵩密度は０．０１〜０．２ｇ／ｃｍ^３であることが好ましいが、表面層等の嵩密度を大きくした部分においては、その嵩密度であることを要しない。

スウェル比は、溶融した樹脂を細い円筒管であるキャピラリーから押し出した時、押し出された樹脂の直径をキャピラリーの直径で割った値であり、せん断速度に依存する。ここでは、溶融した熱可塑性樹脂をフィラメントとして押し出すキャピラリーの直径（管内径）をＤ_１、押し出したフィラメントの切断面の直径をＤ_２とすると、スウェル比はＤ_２／Ｄ_１により表される。以下、スウェル比のせん断速度依存性と、関連するものとして溶融粘度のせん断速度依存性についての測定試験について説明する。試料Ａは上述したハイトレル３０４６を用い、試料Ｂは上述したハイトレル４０５７Ｎを用い、試料Ｃは上述したハイトレル４０５７ＷＬ２０を用いたものである。試料Ａ〜Ｃは全て本発明の実施品であるポリエステルである。

スウェル比の測定方法、測定装置について説明する。スウェル比の測定装置は、メルトフローレート（ＭＦＲ）を測定するメルトインデクサー（ＭＩ）と同じ測定装置を利用する。ここではキャピログラフ１Ｄ（東洋精機製）を使用した。温度２１０℃、管内径Ｄ_１がφ１．０ｍｍ、長さ１０ｍｍのキャピラリーの上から圧力をかけ、押出量３ｇ／１０ｍｉｎで原料樹脂を押し出す。押し出された原料樹脂のフィラメントをアルコールで冷却し、横断面で切断したフィラメントの直径をＤ_２とする。スウェル比＝Ｄ_２／Ｄ_１で計算する。原料樹脂のせん断速度別にスウェル比を測定した。

スウェル比とせん断速度との関係を説明する。スウェル比はせん断速度に対して依存し、せん断速度が増加するとスウェル比も増加する。せん断速度はせん断変形の時間的変化を表すもので、速度勾配と同義である。互いにａ（ｃｍ）隔てた２つの平行な層の速度差がｂ（ｃｍ／ｓｅｃ）であるとき、せん断速度はｂ／ａ（１／ｓｅｃ）となる。
見掛けのせん断速度の計算式は次式である。本明細書中ではせん断速度として、平均的な値である見掛けのせん断速度を用いる。
γ＝４Ｑ／πｒ^３
γは見掛けのせん断速度（ｓｅｃ^−１）、ｒはキャピラリー半径（ｃｍ）、Ｑはフローレート（ｃｍ^３／ｓｅｃ）である。
また、見掛けのせん断応力τ、見掛けの溶融粘度ηとすると、
η＝τ／γ
ここでは、測定温度を２１０℃とし、キャピラリーの長さＬと直径Ｄ_１との比がＬ／Ｄ_１＝１０ｍｍ／φ１．０ｍｍのフラットノズルを用いた。測定機は東洋精機製のキャピログラフを使用した。

表１にスウェル比のせん断速度依存性に関する測定結果を示す。また表１に対応するグラフを図１に示す。図１のグラフは、せん断速度の増加に伴ってスウェル比が増加する傾向を示している。試料Ａについては、せん断速度６０８ｓｅｃ^−１から１２２０ｓｅｃ^−１のときにスウェル比が１．３１から１．２９に減少しているが、全体としてスウェル比が増加傾向にあることに変わりはない。本発明は具体的な測定における測定誤差等によって、せん断速度の増加に対してスウェル比が例外的に減少するような場合があっても適用されるものである。

スウェル比の好ましい範囲は、せん断速度６０．８ｓｅｃ^−１に対するスウェル比が１．１０〜１．３８、せん断速度１２２ｓｅｃ^−１に対するスウェル比が１．１２〜１．３９、せん断速度２４３ｓｅｃ^−１に対するスウェル比が１．１５〜１．４２、せん断速度６０８ｓｅｃ^−１に対するスウェル比が１．１７〜１．４３、せん断速度１２２０ｓｅｃ^−１に対するスウェル比が１．１９〜１．４７である。スウェル比が好適な範囲であれば、図３，図４に示す通り、押し出し方向と直交する方向に立体筋状疎密構造が形成され、曲げやすい三次元網状構造体を作ることができる。

表２に溶融粘度のせん断速度依存性に関する測定結果を示す。また表２に対応するグラフを図２に示す。図２のグラフは減少曲線を描く。

一般にポリマーのような有機高分子量物は流動時に分子の絡まりを生じ、この絡まりは流動時のせん断力によりほぐれ易くなるため、表２に示されるように、せん断速度が大きいほど溶融粘度は低下する。そのように溶融粘度が低下すると、スウェル比が小さくなる効果もあるが、スウェル比は押出圧力の影響をより大きく受け易いため、表１に示されるように、せん断速度が大きくなるほどスウェル比が大きくなる傾向がある。

三次元網状構造体の製造におけるスウェル比Ｄ_２／Ｄ_１の制御について説明する。表１からわかるように、せん断速度を大きくするほど、すなわち押出速度を大きくするほど、スウェル比は大きくなる。せん断速度を一定とした場合で考えると、ＭＦＲが小さな原料ほど、スウェル比は大きくなる。また、せん断速度を一定とした場合、成形温度を低くするほど、スウェル比は大きくなる。せん断速度、原料や成形温度を一定とした場合、引取速度を小さくするほど、スウェル比は大きくなる。また、エアーギャップ（キャピラリーと冷却水面との距離）を小さくすると、スウェル比は大きくなる。キャピラリーの長さＬと直径Ｄ_１との比Ｌ／Ｄ_１を大きくすると、スウェル比は大きくなる。

本発明実施形態による三次元網状構造体の反発力について説明する。三次元網状構造体の反発力は、材料のスウェル比や嵩密度の大きさによって変化する。反発力は、φ１５０ｍｍの円板を介して試料を１０ｍｍ圧縮した際にかかる荷重によって測定した。ここでは、試料となるマットレスの中央に荷重を加え、マットレスが１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ沈み込んだ際に加わっている力を反発力としてそれぞれ測定した。使用した測定器具は株式会社イマダ製のデジタルフォースゲージＺＰＳとロードセルＺＰＳ−ＤＰＵ−１０００Ｎである。引取機の引き取り速度等の製造条件が同一の場合、ＥＶＡを原材料とする三次元網状構造体の従来製品と比べ、本発明実施形態によるスウェル比、密度を有する原料樹脂の三次元網状構造体では、８万回繰り返し５０％圧縮試験で５０％以下の凹みとなった。三次元網状構造体の製造時、樹脂流れ方向で繊維が筋状組織構造になり、反発力の低下が５０％以上少なくなる。製品重量も同じ反発力で１０％以上、軽量化することが出来る。

本発明実施形態において、三次元網状構造体に表面層を設ける場合、表面層の嵩密度が大きいと曲がらないか、曲がりにくい。三次元網状構造体を良好に曲げるためには、表面層の厚みを０．３〜３．５ｍｍとすることが好ましい。また、表面層の重さ範囲が０．１〜１．６ｇ（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚み４ｍｍとして計量。嵩密度に換算すると０．０２８〜０．４４４ｇ／ｃｍ^３）、表面層のフィラメントの径が０．１〜２．０ｍｍであることが好ましい。特に、三次元網状構造体の表面層の重さ範囲が０．３〜１．５ｇ（同じく嵩密度に換算すると０．０８３〜０．４１７ｇ／ｃｍ^３）、表面層のフィラメントの径がφ０．２〜１．３ｍｍであることが好ましい。最適には三次元網状構造体の表面層の重さ範囲が０．５〜１．２ｇ（同じく嵩密度に換算すると０．１３９〜０．３３３ｇ／ｃｍ^３）、表面層のフィラメントの径がφ０．３〜０．９ｍｍであることが好ましい。

本発明実施形態の三次元網状構造体は、曲がり易く、曲げてもきしみ音がしない。また、本発明実施形態の三次元網状構造体は感触が柔らかくマットレス等に適する。さらに、本発明実施形態の三次元網状構造体は耐熱温度が向上するため、８０度以上の温水で洗浄、乾燥しても問題ないため、衛生状態を保つことが容易である。

図３，４に本発明実施形態の三次元網状構造体の曲げ状態と非曲げ状態とを示し、図５〜８に従来品比較例の三次元網状構造体の曲げ状態または非曲げ状態を示す。本発明実施形態による三次元網状構造体は立体筋状疎密構造を備え（図４参照）、これにより曲げ状態においても曲げ部の内側に皺が発生することはない（図３参照）。一方、従来品は立体筋状疎密構造を備えず、曲げ状態において曲げ部の内側に不規則な皺が発生してしまう。そのような皺は、三次元網状構造体をベッドのマットレス等に使用した場合、使用感を低下させる要因となり、また製品の劣化を早めてしまうこととなる。そこで、本発明実施形態による三次元網状構造体を使用すると、不規則な皺の発生を防止してこのような問題点を解決することができる。

また従来、引取機の引き取り速度を速めたり遅めたりすることにより、疎密な構造を備える三次元網状構造体を製造することも可能であったが、これにより出来上がる疎密な構造は、図７に示す様に粗密の繰り返し単位が不規則であったり大きくなったりしてしまって円滑に曲げることは難しく、図８に示す様に不規則な皺が発生してしまう。また、そのような従来の方法では引取機のスピード調整により生産効率の低下を招いていた。しかし、本発明実施形態により、上記したスウェル比と密度とを有するポリエステルを原料とすると、粗密の繰り返し単位が適切な立体筋状疎密構造を形成することができ、生産効率の低下を招くことなく、円滑に曲げることができる三次元網状構造体を製造することが可能となる。さらに本発明実施形態は引取機の引き取り速度が一定の場合に適用できるのはもちろん、引取機の引き取り速度を速めたり遅めたりする場合においても適用することができ、より多彩な性質の三次元網状構造体を製造することに寄与する。

一般に表面層を備える三次元網状構造体は曲がりにくくなり、曲げ荷重を大きくすると不規則な皺が発生してしまう。しかし、本発明実施形態は、図９に示すような表面層を備える三次元網状構造体についても適用することができ、そうすることで従来よりも曲がりやすくなり、また、曲げて皺が発生したとしても、立体筋状疎密構造を備えることにより、組織が不自然に変形することが無くなって立体筋状疎密構造に沿った規則的な筋となり、上述したような使用感の低下や製品劣化を最小限に抑えることができる。また、立体筋状疎密構造によって、水の通り、水切れが良好で乾燥が早いため、本発明実施形態による三次元網状構造体を医療用マットレス等に用いると洗浄が容易となって好適である。

また、両側部の嵩密度を高めた三次元網状構造体も曲がりにくくなるが、本発明実施形態はそのような三次元網状構造体においても適用することができる（図１０参照）。これによる三次元網状構造体を医療用マットレスに用いると、マットレスを曲げることにより長座位の姿勢を補助できる上、両側部が硬いことにより、身体を安定させてベッドから起き上がることができ、また、ベッドの端に腰掛ける端座位がとりやすくなる。さらに本発明実施形態は、表面層を備え、両側部の嵩密度を高めた三次元網状構造体にも適用することができる（図１１参照）。

本発明実施形態は、湾曲した異形状を有する立体網状構造体を製造する際にも適用することができ、座席用クッション等に用いることも好適である。立体網状構造体からなる座席用クッションが立体筋状疎密構造を備えることにより、好適に曲げることができ、軽量で通気性の富んだものとすることができる。立体筋状疎密構造のうち空隙率の特に大きな疎部分は密部分に比べ通気性が良好であるので、そのような座席用クッションに消毒剤、消臭剤を噴霧する際にも容易に全体に均質に広がることとなり効率的である。

本発明実施形態による立体網状構造体を座席用クッション等に使用する場合、立体筋状疎密構造による凹凸感が着座面に表われることが考えられる。そのような点が問題となる場合には、立体網状構造体に表面層を設けることにより、これを和らげることができる。また、本発明実施形態による立体網状構造体と他の材質や同材質の積層材とを接着、熱成型することもでき、これによりそのような着座面の問題を解決することもできる。

立体網状構造体を自動車用の座椅子などに用いる場合、通常の立体網状構造体では曲げることが難しいため、座部および背もたれ部はそれぞれ別個に形成した立体網状構造体により構成することとなる。しかし、本発明実施形態の立体網状構造体は曲げることが容易であるため、一枚の立体網状構造体を折り曲げて座部および背もたれ部を形成することができる。この際、本発明実施形態により立体筋状疎密構造を形成するとともに、さらに引き取り速度を速めたり遅めたりすることにより、より大きく嵩密度を調節したりすることもできる。例えば図１２に示すように、Ａの区間は大きな嵩密度で形成して座部とし、Ｂの区間は小さな嵩密度で形成して座部と背もたれ部との間の曲げ部とし、Ｃの区間は曲げ部よりは大きく座部よりも小さな嵩密度で形成して背もたれ部とすることができ、座り心地等の座椅子としての性能を満たしつつ、一体的な立体網状構造体の製造や組み付けの簡素化により低コスト化が図られる。

原料のポリエステルに抗菌剤、難燃剤、不燃材を混合すると、比重、粘度が変わって曲がりにくい三次元網状構造体になるが、本発明実施形態はそのような添加物を原料に加えても適用可能である。よって、不燃、難燃、抗菌機能を備え、しかも立体筋状疎密構造を備えることにより曲げやすさの向上した三次元網状構造体を製造することも可能となる。また、原料としてポリエステルを用いることにより、例えばポリエチレンを用いる場合と比べて、耐久性が向上してへたりにくくなり、また、耐熱温度が高くなる。

三次元網状構造体を測定試料として、これを製造するのに使用した押出機、引取機の諸条件と三次元網状構造体が良好に曲がる際の嵩密度との関係について説明する。スクリュー径４０ｍｍの押出機でキャピラリー径（ノズル径）φ１．０ｍｍの口金を用いて、厚み７０ｍｍ、幅４６０ｍｍの三次元網状構造体を製造した。スクリューの回転数７０ｒ．ｐ．ｍ（押し出し量毎時約１６ｋｇ）のとき、三次元網状構造体が良好に曲がる引き取り速度および嵩密度を範囲で示すと、引取機の引き取り速度が２．５ｍｍ／ｓｅｃ以上で、嵩密度が０．０６３５ｇ／ｃｍ^３より小さい範囲となった。例えば、スクリューの回転数７０ｒ．ｐ．ｍ、引取機の引き取り速度２．３ｍｍ／ｓｅｃ、嵩密度０．０６９０ｇ／ｃｍ^３の場合、三次元網状構造体を曲げた際に表面に皺が寄った。スクリューの回転数７０ｒ．ｐ．ｍ、引取機の引き取り速度２．５ｍｍ／ｓｅｃ、嵩密度０．０６３５ｇ／ｃｍ^３の場合、三次元網状構造体は良好に曲がった。ただし、表面層を設ける場合、三次元網状構造体が良好に曲がる表面層の嵩密度およびフィラメントの径の範囲は、嵩密度が０．１〜１．６ｇ／ｃｍ^３、フィラメントの径がφ０．３〜１．２ｍｍとなった。この範囲の嵩密度およびフィラメントの径の組み合わせであれば、ノズル径やノズル穴数等により厚み方向における嵩密度を変化させた三次元網状構造体であっても良好に曲がる。

本発明の三次元網状構造体はクッション、ソファ、ベッド（マットレス）、座席（ソファと違えば）等に適用される。

Claims (1)

1. せん断速度に対してスウェル比が依存するポリエステルから製造され、フィラメントを不規則に接触絡合させたカール状のスプリング構造を有し、押し出し方向に対して横方向に疎の部分と密の部分とを繰り返し設ける立体筋状疎密構造を有し、押し出し方向に設ける表面層と、該表面層を除いた部分と、を有し、前記表面層の嵩密度が前記表面層を除いた部分の嵩密度よりも大きく、線径φ０．２〜１．３ｍｍ、嵩密度０．０１〜０．２ｇ／ｃｍ^３である三次元網状構造体であり、前記スウェル比が、温度２１０℃、管内径Ｄ_１がφ１．０ｍｍ、長さ１０ｍｍのキャピラリーから溶融した前記ポリエステルを押し出し、押し出された該ポリエステルの前記フィラメントを冷却し、該フィラメントの切断面の直径をＤ_２としたとき、せん断速度に対してＤ_２／Ｄ_１で表され、
   せん断速度の領域１２２０／ｓｅｃにおける前記スウェル比が１．２６〜１．３３、せん断速度の領域２４３０／ｓｅｃにおける前記スウェル比が１．２７〜１．３６、せん断速度の領域６０８０／ｓｅｃにおける前記スウェル比が１．２９〜１．３８、せん断速度の領域１２２００／ｓｅｃにおける前記スウェル比が１．３１〜１．４２であり、
   前記ポリエステルは、主として、結晶性芳香族ポリエステル単位からなる高融点結晶性重合体セグメント（ａ）と、主として脂肪族ポリエーテル単位および／または脂肪族ポリエステル単位からなる低融点重合体セグメント（ｂ）とを主たる構成成分とするポリエステルブロック共重合体（Ａ）である三次元網状構造体。