JP2019131950A - 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

Abstract

【課題】フィラメント３次元結合体の硬さのばらつきを抑制できる製造技術を提供する。【解決手段】複数の溶融フィラメントを供給する溶融フィラメント供給装置と、当該複数の溶融フィラメントを受け入れ、冷却、固化して、フィラメント３次元結合体を形成する三次元構造形成装置と、前記溶融フィラメント供給装置及び前記三次元構造形成装置を制御するコントローラとを備え、前記三次元構造形成装置によって冷却状態にあるフィラメント３次元結合体の硬さ指数を、測定する硬さ指数測定装置を設け、前記コントローラは、フィードバックされる前記硬さ指数測定装置の測定情報を用いて、前記形成されるフィラメント３次元結合体の硬さの変動が抑制されるように、前記溶融フィラメント供給装置および前記三次元構造形成装置の少なくとも一方をフィードバック制御するフィラメント３次元結合体製造装置とする。【選択図】図１

Description

本発明は、フィラメント３次元結合体を製造する装置、及びその製造方法に関する。

マットレスや枕などに用いる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（フィラメント）同士を部分的に融着させて得られるフィラメント３次元結合体が近年注目されてきている。

たとえば特許文献１では、複数のノズルから押し出された溶融状態にある熱可塑性樹脂繊維を、互いに融着結合させて３次元的な結合を形成させた後、冷却固化することにより立体網状の３次元結合体を形成している。

特開２００２−０８８６３１号公報

しかしながら、特許文献１の製造方法によれば、製造ロットによって、形成された立体網状の３次元結合体の硬さにばらつきが生じ、場合によっては同じ製造ロットであっても、硬さにばらつきが出て、硬さの均一な３次元結合体を得ることが難しかった。

これは、溶融フィラメント送出装置内の熱可塑性樹脂の温度が環境温度等の影響を受けて変化しフィラメント同士の融着結合強度が変わることや、当該樹脂材料の少しの違い等で溶融時の粘度が変化することにより複数のノズルから押し出される熱可塑性樹脂繊維の単位時間あたりの送出量が変化して、得られるフィラメント３次元結合体の単位体積当たりの密度が変化することと言った、複数の要因が作用するためだと考えられる。

本発明は、上記の状況に鑑み、前記要因の影響を抑制してフィラメント３次元結合体の硬さのばらつきを抑制することができる製造技術を提供することを目的とする。

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を供給する溶融フィラメント供給装置と、当該複数の溶融フィラメントを受け入れ、冷却、固化して、フィラメント３次元結合体を形成する三次元構造形成装置と、前記溶融フィラメント供給装置及び前記三次元構造形成装置を制御するコントローラとを備えたフィラメント３次元結合体製造装置において、前記三次元構造形成装置によって冷却状態にあるフィラメント３次元結合体の硬さ指数を、測定する硬さ指数測定装置を設け、前記コントローラは、フィードバックされる前記硬さ指数測定装置の測定情報を用いて、前記形成されるフィラメント３次元結合体の硬さの変動が抑制されるように、前記溶融フィラメント供給装置および前記三次元構造形成装置の少なくとも一方をフィードバック制御する構成とする。

この構成によれば、前記三次元構造形成装置内で形成されたフィラメント３次元結合体の硬さの変動を早期にフィードバックして、後続するフィラメント３次元結合体の硬さ調節を行うことが出来るので、その硬さを安定させることが可能となる。なお、硬さ指数測定装置は、前記三次元構造形成装置内において冷却、固化により形成された直後のフィラメント３次元結合体の硬さを測定できる位置に設置することが望ましい。

また上記構成において、前記冷却状態は、前記溶融フィラメントが不可逆的な変形が生じない程度まで冷却固化された状態である構成としてもよい。また上記構成において、前記三次元構造形成装置内に、前記形成されたフィラメント３次元結合体を搬送する搬送部材が設けられ、前記フィードバック制御は、前記搬送部材の搬送速度の制御である構成としてもよい。

この構成によれば、搬送部材の搬送速度を速くすると、フィラメント３次元結合体の単位体積当たりのフィラメント密度が低くなって硬さ指数が低くなり（軟らかくなり）、逆に、搬送速度を遅くすると、単位体積当たりのフィラメント密度が高くなって硬くなることを利用して、フィラメント３次元結合体の硬さ指数の変動を抑えることができる。つまり、フィラメント３次元結合体を製造する際、その硬さ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出来る。

また上記構成において、前記溶融フィラメント供給装置は、樹脂を加熱して溶融させ、当該溶融した樹脂を加圧することにより、前記複数の溶融フィラメントを供給するものであって、前記フィードバック制御は、前記加熱の度合および前記加圧の度合の少なくとも一方の制御である構成としてもよい。

この構成によれば、溶融フィラメントの単位時間あたりの送出量の変化によるフィラメント３次元結合体の硬さ変化を回避することが出来る。即ち、溶融フィラメントの供給量はその温度や粘度、材質等により変化するので、前記硬さ指数測定装置の測定結果に基づき、前記供給量制御装置による溶融フィラメントの供給量を所定量に制御することによりその硬さを変化しにくくすることが出来る。

例えば、溶融フィラメント供給装置内の溶融フィラメントの温度が変化し、溶融フィラメントの単位時間あたりの送出量が変化した場合は、前記加熱部による加熱を調整して溶融フィラメントの温度を一定に保つように制御するか、前記加圧部の加圧を変化させて溶融フィラメントの供給量を一定に保つように制御することが出来る。特に、加圧部を制御する場合は、温度以外に材料やその他要因による供給量の変化を効果的に防止することが出来る。

なお、前記搬送部材は溶融フィラメント受け入れ部に設けられた無端コンベアを有し、前記硬さ指数測定装置は当該無端ベルトよりも下流の搬送経路に設けられるようにしてもよい。このようにすれば、溶融フィラメントが冷却、固化されながらフィラメント３次元結合体を形成した直後において、その硬さ指数を測定してフィードバックできるので、硬さ指数の変化を早期に修正し、硬さ変化を少なくして、その品質を高めることが出来る。

また上記構成において、前記硬さ指数測定装置は、前記フィラメント３次元結合体の表裏間に所定の圧力を印加する圧力付加手段と、当該圧力の印加によって前記フィラメント３次元結合体の凹む度合を検知して出力する変位センサーと、を有する構成としてもよい。この構成によれば、硬さ指数測定装置をコンパクトに設計できるので、たとえば複数の硬さ指数測定装置を設置しても装置の大型化を抑えることができる。従って、装置の小型化に貢献できる。

また上記構成において、前記硬さ指数測定装置は、前記フィラメント３次元結合体の移動方向に回転することにより、加圧面が当該フィラメント３次元結合体に当接する当接部材と、前記当接部材が前記フィラメント３次元結合体から受ける反発圧力を検知して出力する圧力センサーと、を有する構成としてもよい。

なお、硬さ指数測定装置が、互いに対向し且つ少なくとも一方が回転可能な一対の当接部材と、当接部材が受ける圧力を測定する圧力センサーと、を有し、一対の当接部材の対向方向における最短距離は少なくとも一方の当接部材の回転によって変化し、前記圧力センサーは、一対の当接部材がフィラメント３次元結合体を挟んで当接した状態で上記少なくとも一方の当接部材が回転する際の対向方向における上記圧力を測定するようにしてもよい。

上記構成によれば、フィラメント３次元結合体に当接する当接部材が回転するので搬送されるフィラメント３次元結合体の硬さ指数を測定する際に、フィラメント３次元結合体にたわみ及びしわが生じることを防止できる。

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の一つは、複数の溶融フィラメントを供給する溶融フィラメント供給装置と、当該複数の溶融フィラメントを受け入れて融着結合させ、フィラメント３次元結合体を形成する三次元構造形成装置と、を備えたフィラメント３次元結合体製造装置を用いる方法であって、前記形成されるフィラメント３次元結合体の硬さ指数を測定し、その測定結果に応じて、前記フィラメント３次元結合体の硬さの変動が抑制されるように、前記溶融フィラメント供給装置および前記三次元構造形成装置の少なくとも一方の制御を行う製造方法とする。

この方法によれば、フィラメント３次元結合体の硬さが種々の要因で変動することがあっても、直ぐに所定の硬さに戻すことが出来、その硬さを安定させることが出来る。また上記方法は、前記三次元構造形成装置内に、前記形成されたフィラメント３次元結合体を搬送する搬送部材が設けられ、前記制御は、前記搬送部材の搬送速度の制御である方法としてもよい。この方法によれば、フィラメント３次元結合体のフィラメント密度及びその硬さ指数の変化を効果的に抑えることができる。

また上記構成において、前記溶融フィラメント供給装置は、複数のノズルが形成されており、第一方向に比べて当該第一方向に直交する第二方向が短い形状の口金部と、複数のヒーターと、溶融熱可塑性樹脂を前記口金部へ導く導流路と、を有し、前記口金部へ導かれた溶融熱可塑性樹脂を前記複数のノズルを通して排出することにより、前記複数の溶融フィラメントを供給するように形成されており、前記導流路は、前記第一方向に比べて前記第二方向が狭くなった扁平導流部を含み、前記複数のヒーターは、前記扁平導流部に沿って前記第一方向へ異なる位置にそれぞれ配設されており、前記制御は、前記複数のヒーターそれぞれの出力の制御である構成としてもよい。

本構成によれば、例えば横幅の広いマットレス等で使用されるフィラメント３次元結合体を製造する場合であっても、幅方向（第一方向）の溶融熱可塑性樹脂の温度が制御しやすくなり、当該フィラメント３次元結合体の硬さをより適切に制御することが容易となる。一例としては、当該フィラメント３次元結合体の横幅方向の硬さ変化を抑えたり、横幅方向の硬さの違いを所期の状態に調節したりすることが容易となる。

また上記構成において、前記扁平導流部における前記第一方向と第二方向の長さの比率は、前記口金部における当該比率より大きい構成としてもよい。また上記構成において、複数の温度センサーが、前記扁平導流部に沿って前記第一方向へ並ぶように配設されている構成としてもよい。本構成によれば、複数の温度センサーも扁平導流部に沿って第一方向へ並ぶように配設されているので、これらの検知結果を利用して各ヒーターの出力を制御することが可能となる。

また上記構成において、前記第一方向へ異なる位置にそれぞれ配設される複数の前記硬さ指数測定装置を有し、前記複数の硬さ指数測定装置それぞれは、対応する位置における前記フィラメント３次元結合体の硬さ指数を測定し、前記コントローラは、前記フィードバック制御として、前記複数の硬さ指数測定装置それぞれの測定結果に基づき、前記複数のヒーターそれぞれの出力を制御する構成としてもよい。

本構成によれば、幅方向（第一方向）に配置された複数の硬さ指数測定部で測定された硬さ指数で、フィラメント３次元結合体各部の硬さ指数を測定し、その情報を基に、対応する位置のヒーター出力（温度）を制御することが可能となる。そのため、フィラメント３次元結合体における幅方向（第一方向）の硬さ変化をより確実に抑えることができる。

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の一つは、第一方向に比べて当該第一方向に直交する第二方向が狭くなった扁平導流部を含む導流路を介して、前記第一方向に比べて前記第二方向が短い形状の口金部へ溶融熱可塑性樹脂を供給する溶融熱可塑性樹脂供給ステップと、前記口金部に形成された複数のノズルに前記溶融熱可塑性樹脂を通し、複数の溶融フィラメントを排出する溶融フィラメント供給ステップと、前記複数の溶融フィラメントを融着結合および冷却固化することにより、フィラメント３次元結合体を形成するフィラメント３次元結合体生成ステップと、前記第一方向に対応するフィラメント３次元結合体の幅方向の複数位置で、各々の硬さ指数を測定する硬さ指数測定ステップと、フィードバックされる前記測定の結果情報を用いて、前記形成されるフィラメント３次元結合体の硬さの変動が抑制されるように、前記扁平導流部に沿って前記第一方向へ並ぶように配設された各ヒーターの温度を制御する温度制御ステップと、を含む製造方法とする。

本発明によれば、フィラメント３次元結合体の硬さのばらつきを抑制することができる製造技術を提供することができる。

フィラメント３次元結合体製造装置の一例を示す構成図である。 図１に示すフィラメント３次元結合体製造装置の硬さ指数測定装置のＡ−Ａ’断面矢視図である。 図１に示すフィラメント３次元結合体製造装置のブロック図である。 第１実施形態に係る硬さ指数測定装置の測定前の状態を示す構成図である。 第１実施形態に係る硬さ指数測定装置の測定中の状態を示す構成図である。 第１実施形態に係るフィラメント３次元結合体の製造方法の一例を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る硬さ指数測定装置（反発圧力を受けていない状態）の構成図である。 第２実施形態に係る硬さ指数測定装置（反発圧力を受けている状態）の構成図である。 第３実施形態に係るフィラメント３次元結合体の製造方法の一例を示すフローチャートである。 第４実施形態に係る硬さ指数測定装置の斜視図である。 第４実施形態に係る硬さ指数測定装置の別の状態の斜視図である。 第４実施形態に係る硬さ指数測定装置の構成図である。 第４実施形態に係る硬さ指数測定装置の別の状態の構成図である。 第５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１１に示すフィラメント３次元結合体製造装置のＸ−Ｘ´断面矢視図である。 図１１に示すフィラメント３次元結合体製造装置のブロック図である。 図１１に示すフィラメント排出部（ダイ）の拡大図である。 図１４に示すフィラメント排出部（ダイ）のＡ−Ａ´断面、Ｂ−Ｂ´断面、Ｃ−Ｃ´断面およびＤ−Ｄ´断面矢視図である。 図１１に示す反発力測定機の拡大図である。 図１６に示す反発力測定機の側面図である。 第５実施形態に係るフィラメント３次元結合体製造方法の一例を示すフローチャートである。

本発明に係るフィラメント３次元結合体製造装置の実施形態として、第１実施形態〜第５実施形態の各実施形態を例に挙げ、図面を参照しながら以下に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、フィラメント３次元結合体製造装置１の一例を示す構成図である。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に示すフィラメント３次元結合体製造装置１のブロック図である。なお以下の説明における鉛直方向、第一方向、および第二方向は、図１や図２に示すとおりである。各実施形態において、第一方向と第二方向は、鉛直方向に直交する方向（水平方向）である。また、第一方向と第二方向は互いに直交する。

図１において、フィラメント３次元結合体製造装置１は、立体的な網状構造を有する熱可塑性樹脂繊維からなるフィラメント３次元結合体３を製造する装置であり、基本的には押出機１０、形成機２０、及び図３に示すコントローラ３０（図１、図２では図示を省略している）から構成されている。なお、以下では、熱可塑性樹脂繊維をフィラメントと呼び、フィラメント３次元結合体３を３ＤＦ（3-Dimensional Filaments-linked structure）３と呼ぶ。また、フィラメント３次元結合体製造装置１を３ＤＦ製造装置１と呼ぶ。

押出機１０は溶融フィラメント供給装置の一例であり、溶融状態のフィラメントを形成して、これを形成機２０に供給する。押出機１０は、材料投入用のホッパー１１を備えた加圧部１４、および、口金１６を有するダイ１５等を有し、当該口金１６から溶融状態のフィラメント２（以下、溶融フィラメント２と称することがある）を送出する。ダイ１５は、加圧部１４に連設されている。

前記ホッパー１１は、フィラメントの材料となる熱可塑性樹脂を押出機１０内に投入するための材料投入部である。３ＤＦ３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６６などのポリアミド系樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、及びポリスチレン樹脂等を用いることができる。或いは、これらの樹脂をベースとして共重合したコポリマー又はエラストマーが用いられてもよいし、これらの樹脂がブレンドして用いられてもよい。上記の熱可塑性樹脂として、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、または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もできる。

前記加圧部１４は、内部にシリンダー１４ａが形成され、当該シリンダー１４ａにはスクリューモーター１３により回転するスクリュー１２が挿通されている。前記シリンダー１４ａの外周にはスクリューヒーター１７ａ〜１７ｃが内装されている。前記スクリュー１２は、スクリューヒーター１７ａ〜１７ｃにより加熱されて溶融する熱可塑性樹脂を加圧しながらダイ１５に搬送する加圧搬送部材である。スクリューヒーター１７ａ〜１７ｃは、シリンダー１４ａ内の熱可塑性樹脂を加熱する加熱部である。

ダイ１５は、加圧部１４から搬送された溶融状態の熱可塑性樹脂を繊維状の溶融フィラメント２にして送出するフィラメント送出部であり、内部には、図１において円弧状のダイ導流路１５ａが形成されている。なお、ダイ導流路１５ａは図２に示すように口金１６に向かって広がった形状になっている。ダイヒーター１９ａ〜１９ｅはダイ導流路１５ａを通過する溶融フィラメントを加熱する加熱部である。口金１６は、溶融フィラメント２を送出する複数のノズル（不図示）を有するノズル部であって、複数の繊維状の溶融フィラメント２を形成する。

押出機１０は、図３に示すように、温度制御部４０および加圧制御部６０を有する。温度制御部４０は、ダイ温度制御部４１及びスクリュー温度制御部４２を、回路部として有している。ダイ温度制御部４１は、コントローラ３０から出力される制御信号に基づいて、ダイヒーター１９ａ〜１９ｅの温度制御を行う。スクリュー温度制御部４２は、コントローラ３０から出力される制御信号に基づいて、スクリューヒーター１７ａ〜１７ｃの温度制御を行う。

ダイヒーター１９ａ〜１９ｅ及びスクリューヒーター１７ａ〜１７ｃの近傍には、溶融フィラメントの温度を測定する図示しない温度センサーが各々設けられている。ダイ温度制御部４１及びスクリュー温度制御部４２は、各温度センサーによって測定される温度を監視しながら、ダイヒーター１９ａ〜１９ｅ及びスクリューヒーター１７ａ〜１７ｃの出力を制御している。

前記加圧制御部６０は、コントローラ３０から出力される制御信号に基づいて、スクリューモーター１３の回転数を制御するスクリューモーター回転制御部６１を有する。

押出機１０は、コントローラ３０からの制御信号に基づいて動作するスクリュー１２、スクリューヒーター１７ａ〜１７ｃ、およびダイヒーター１９ａ〜１９ｅ等により、ホッパー１１から供給された熱可塑性樹脂をシリンダー１４ａ内で加熱溶融し、ダイ１５内部のダイ導流路１５ａを経由させて、口金１６に形成された複数のノズルから複数の溶融フィラメント２として導出する。

形成機２０は三次元構造形成装置の一例であり、複数の溶融フィラメント２を融着結合および冷却固化することにより、立体的な網状構造の３ＤＦ３を形成する。形成機２０は、ダイ１５から送出された複数の溶融フィラメント２を下方で受けてその滞留を促す一対の受け板２２ａ、２２ｂと、冷却水２１ａを蓄える水槽２１を含む冷却機２０ａとを備える。

一対の受け板２２ａ、２２ｂはフィラメント結合部の一例であり、図２に示すように、第二方向を法線とする面が対称面となるように対向配置されている。一対の受け板２２ａ、２２ｂの上側部分は、上方から供給される溶融フィラメント２をこれらの間に導くように、第一方向に見て、逆「ハ」の字状を形成している。一対の受け板２２ａ、２２ｂは、これらの間に溶融フィラメント２を一時的に滞留させ、水槽２１内の冷却水２１ａの浮力作用も利用して、溶融フィラメント２同士の融着結合を促進させる。各受け板２２ａ、２２ｂの上部には、各受け板２２ａ、２２ｂの表面全体に冷却水を供給する冷却水供給吸水装置（図示せず）を設けてもよい。冷却水を供給することにより各受け板２２ａ、２２ｂの温度上昇を防止し、溶融フィラメント２が各受け板２２ａ、２２ｂに融着することを防ぐことができる。

前記冷却機２０ａはフィラメント冷却部の一例であり、融着結合した溶融フィラメント２を冷却固化する。冷却機２０ａは、冷却水２１ａを蓄えた水槽２１、一対の第一無端コンベア２３、一対の第二無端コンベア２４、硬さ指数測定装置２５、複数の搬送ローラ２６ａ〜２６ｇ、モーター２７、及び、モーター回転制御部２８を有する。

第一無端コンベア２３、第二無端コンベア２４、及び複数の搬送ローラ２６ａ〜２６ｇは、３ＤＦ３を搬送する搬送部材の一部である。一対の第一無端コンベア２３は、第二方向（３ＤＦ３の厚み方向と同じ）に所定の間隔を設けて平行に配設される。

第一無端コンベア２３は、一対の受け板２２ａ、２２ｂの鉛直方向下部に設けられ、３次元的に融着結合が進んだ網目状の溶融フィラメント２を、冷却水２１ａで冷却しながら下方に移動させる。この無端コンベア２３の搬送速度はフィラメント密度に密接に関係する。即ち、溶融フィラメント２の冷却スピードとの関係で、搬送速度が速くなるとフィラメント密度が低くなり、遅くなるとフィラメント密度が高くなる。

前記一対の第二無端コンベア２４は、第一無端コンベア２３の後段（搬送側下流、この実施形態では鉛直下方）において、第二方向に所定の間隔を設けて平行に配設される。この第２無端コンベア２４は前記第一無端コンベア２３の下部でほぼ冷却固化された３ＤＦ３の搬送を強力に推進するものである。前記搬送ローラ２６ａ〜２６ｇは、第二無端コンベア２４の後段に配設され、第二無端コンベア２４を通過した３ＤＦ３を水槽２１外に搬送するものである。冷却水２１ａ内に位置する３ＤＦ３は、形成機２０（三次元構造形成装置）の作用により冷却状態となっている。

硬さ指数測定装置２５は、３ＤＦ３の硬さ指数を測定する。本発明において硬さ指数とは３ＤＦ３の厚み方向の硬さを示すパラメータであればよく、例えば３ＤＦ３を厚み方向に所定の距離だけ変形させた時の反発力や、３ＤＦ３を厚み方向に所定の圧力を加えた時の変形量が使用できる。硬さ指数の測定タイミングとして、本実施形態においては断続的に測定する方法を示しているが、常時３ＤＦ３を厚み方向に所定の距離だけ変形させる方法、あるいは常時３ＤＦ３を厚み方向に所定の圧力を加える方法などにより、反発力あるいは変形量を連続的に測定する方法であってもよい。

本実施形態では、硬さ指数測定装置２５は、第一無端コンベア２３と第二無端コンベア２４との間において、第一方向（３ＤＦ３の幅方向と同じ）へ並ぶように複数設けられている（図２参照）。すなわち、３ＤＦ３の幅方向の４か所に、硬さ指数測定装置２５ａ〜２５ｄが水平に配設されている。各硬さ指数測定装置２５ａ〜２５ｄは、第一無端コンベア２３から搬送されてくる３ＤＦ３の硬さ指数を各々測定する。この硬さ指数測定装置２５は、前記の通り、第一無端コンベア２３の下部に設けられているが、これは溶融フィラメント２が冷却されて５０℃以下の３ＤＦ３となる位置に相当する。換言すれば、形成された３ＤＦ３の硬さを即刻測定することが出来る位置である。

なお、３ＤＦ３の搬送方向（鉛直方向）における硬さ指数測定装置２５の設置位置は、図２に例示したものに限定されない。該設置位置は、不可逆的な変形が生じない程度まで冷却固化された３ＤＦ３の硬さ指数を測定可能な位置であれば特に制限はない。たとえば、硬さ指数測定装置２５が各受け板２２ａ、２２ｂに近過ぎると、３ＤＦ３が十分に冷却されず、不可逆的に変形するので好ましくない。一方、硬さ指数測定装置２５が各受け板２２ａ、２２ｂから遠過ぎると、溶融フィラメント送出量を制御するためのタイムラグが長くなるので好ましくない。また、硬さ指数測定装置２５の個数は、図２に例示されたものに限定されず、１個であってもよいし４個以外の複数個であってもよい。硬さ指数測定装置２５の更なる構成については後に説明する。

前記冷却機２０ａは図３に示すようにモーター２７、モーター回転制御部２８を有する。前記モーター２７は、３ＤＦ３を搬送する搬送部材の駆動部であり、第一無端コンベア２３、第二無端コンベア２４、及び複数の搬送ローラ２６ａ〜２６ｇを同一速度で駆動し、３ＤＦ３を水槽２１外まで搬送する。モーター回転制御部２８は、搬送制御部の一例であり、コントローラ３０から出力される制御信号に基づいてモーター２７の駆動を制御する。

図３のコントローラ３０は、３ＤＦ製造装置１の各構成部を制御するものである。たとえばコントローラ３０は、送出量制御部の一例であり、硬さ指数測定装置２５から出力される測定データに基づいて、押出機１０での溶融フィラメント２の単位時間あたりの送出量を制御する。また、コントローラ３０は入力部３１、演算部３２、及び出力部３３を備える。

入力部３１は、前記硬さ指数測定装置２５から出力される測定データを受け取る。

演算部３２は、入力部３１が受け取った測定データに基づいて、スクリューヒーター１７ａ〜１７ｃの出力（スクリュー温度）、及びダイヒーター１９ａ〜１９ｅの出力（ダイ温度）、スクリューモーター１３及びモーター２７の回転数などの最適な設定値を算出する。この際、演算部３２は、たとえば、硬さ指数測定装置２５ａ〜２５ｄの測定データが示す各硬さ指数の平均値（相加平均、相乗平均、加重平均など）に基づいて演算してもよいし、それらの最大値又は最小値に基づいて演算してもよい。或いは、演算部３２は、たとえば、最大値及び最小値を除く測定値の平均に基づいて演算してもよい。

出力部３３は、演算部３２の算出結果を３ＤＦ製造装置１の構成部に送る。たとえば、出力部３３は、最適なダイ温度の設定値をダイ温度制御部４１に出力し、最適なスクリュー温度をスクリュー温度制御部４２に出力する。又出力部３３は、最適なスクリューモーター１３の回転数をスクリューモーター回転制御部６１に出力し、最適なモーター２７の回転数をモーター回転制御部２８に出力する。

次に、硬さ指数測定装置２５の更なる構成を説明する。図４Ａ及び図４Ｂは、第１実施形態に係る硬さ指数測定装置２５の構成例を示す構成図である。硬さ指数測定装置２５は、対向部材５１、加圧部材５２、変位部材５３、変位センサー５４、及び、圧力供給部５５を含む。

対向部材５１及び加圧部材５２は、互いに対向する一対の当接部材の一例である。変位部材５３は、加圧部材５２に固定されるとともに、該加圧部材５２を水平方向（より具体的には、第一方向）へ移動可能に押圧して変位させる。対向部材５１と加圧部材５２の対向方向は第一方向に一致し、加圧部材５２の押圧方向も第一方向となっている。変位センサー５４は、変位部材５３を第一方向に移動可能に支持すると同時に、変位部材５３（及び加圧部材５２）の移動距離（変位量）を測定する。圧力供給部５５は、変位部材５３（及び加圧部材５２）に所定の圧力を付与する。

加圧部材５２は、３ＤＦ３を挟んで当接した状態（図４Ａを参照）から、変位部材５３の押圧に応じて３ＤＦ３に所定の圧力を加える（図４Ｂを参照）。対向部材５１は、加圧部材５２により押圧される３ＤＦ３を反対側から受け止めて、３ＤＦ３の撓みを防止する。変位センサー５４は、対向部材５１及び加圧部材５２が３ＤＦ３を挟んで当接した状態において、加圧部材５２が３ＤＦ３に所定の圧力を加える際の変位部材５３（及び加圧部材５２）の移動距離（変位量）を測定する。その測定結果は、硬さ指数を示す測定データとしてコントローラ３０へ送られる。

なお本実施形態における圧力供給部５５は、耐圧ホース（図示せず）を介して、水槽２１の外部に設けた錘（不図示）を用いて油圧で一定の圧力を付与している。但し、圧力供給部５５は、一定の圧力を付与できる装置であれば特に制限されない。たとえば、硬さ指数を測定する時には錘で変位部材５３に正圧を付与し、硬さ指数を測定しない時には錘を持ち上げて変位部材５３に負圧を与える。こうすることにより、好ましいタイミングで硬さ指数を測定できる。

次に、３ＤＦ３の製造方法について説明する。図５は、第１実施形態に係る３ＤＦ３の製造方法の一例を示すフローチャートである。

３ＤＦ３のフィラメント密度及び硬さ指数は、第一無端コンベア２３などによる３ＤＦ３の搬送速度を速くすると低くなり、逆に第一無端コンベア２３などによる３ＤＦ３の搬送速度を遅くすると高くなる。図５のフローは、この作用を用いて、３ＤＦ３の単位体積当たりの密度変化及び硬さ指数の変化を抑えるようにした製造方法であって、融着結合及び冷却固化した溶融フィラメント２からなる３ＤＦ３の硬さ指数を冷却器２ａ内に設けた硬さ指数測定装置２５を用いて測定し、得られた測定データを基に第一無端コンベア２３などでの３ＤＦ３の搬送速度（搬送部材全体の搬送速度）を制御している。

まず、ステップＳ１０１では、押出機１０において、ホッパー１１から投入された熱可塑性樹脂をシリンダー１４ａ内で加熱して溶融させながらスクリュー１２の回転動作で加圧搬送し、ダイ１５の複数のノズルから溶融フィラメント２を送出する。ステップＳ１０２では、溶融フィラメント２を形成機２０で融着結合及び冷却固化することによって、３ＤＦ３を形成する。ステップＳ１０３では、水槽２１内で３ＤＦ３の硬さ指数を測定する。ステップＳ１０４では、硬さ指数の測定データがコントローラ３０に出力される。

ステップＳ１０５では、コントローラ３０にて、該測定データが規定範囲内にあるか否かが判断される。測定データが規定範囲内の場合（ステップＳ１０５でＹＥＳ）、フローは後述するステップＳ１０９に進む。一方、測定データが規定範囲外の場合（ステップＳ１０５でＮＯ）、フローはステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６では、コントローラ３０にて、測定データが規定の硬さ指数より高いか低いかが判断される。

測定データが規定硬さ指数より低い場合（ステップＳ１０６でＮＯ）、フローはステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、第一無端コンベア２３及びその他を駆動するモーター２７の回転数を所定数（例えば該回転数の１％）下げる。これにより、第一無端コンベア２３の搬送速度を遅くして、３ＤＦ３のフィラメント密度を増加させ、その硬さ指数を高く（すなわち硬く）する。そして、図５のフローはステップＳ１０９に進む。

一方、測定データが規定硬さ指数より高い場合（ステップＳ１０６でＹＥＳ）、フローはステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８では、第一無端コンベア２４及びその他を駆動するモーター２７の回転数を所定の回転数（例えば１％）上げる。これにより、第一無端コンベア２３の搬送速度を速くして、３ＤＦ３のフィラメント密度を低下させ、その硬さ指数を低くする（すなわち柔らかくする）。そして、図５のフローはステップＳ１０９に進む。

ステップＳ１０９では、３ＤＦ３の製造が終了したか否かが判断される。製造が終了していない場合（Ｓ１０９でＮＯ）、図５のフローはステップＳ１０１に戻る。一方、製造が終了した場合（Ｓ１０９でＹＥＳ）、図５のフローは終了する。

以上、本実施形態のフィラメント３次元結合体（３ＤＦ）製造装置１は、複数の溶融フィラメント２を送出する溶融フィラメント送出装置１０と、溶融フィラメント２同士を融着結合させるフィラメント結合部２２ａ、２２ｂと、融着結合した溶融フィラメント２を冷却固化するフィラメント冷却部２０ａと、冷却固化した溶融フィラメント２からなるフィラメント３次元結合体（３ＤＦ）３を搬送する搬送部材２３、２４、２６ａ〜２６ｇと、フィラメント３次元結合体３の硬さ指数を測定する硬さ指数測定装置２５と、硬さ指数測定装置２５の測定結果に基づいて、搬送部材２３、２４、２６ａ〜２６ｇが搬送するフィラメント３次元結合体３の搬送速度を制御する搬送制御部２８と、を備える構成とされている。

また、本実施形態のフィラメント３次元結合体（３ＤＦ）３の製造方法は、複数の溶融フィラメント２を送出するステップと、溶融フィラメント２同士を融着結合させるステップと、融着結合した溶融フィラメント２を冷却固化するステップと、冷却固化した溶融フィラメント２からなるフィラメント３次元結合体（３ＤＦ）３を搬送するステップと、フィラメント３次元結合体３の硬さ指数を測定するステップと、硬さ指数を測定するステップでの測定結果に基づいて、搬送するステップでのフィラメント３次元結合体３の搬送速度を制御するステップと、を有する方法とされている。

このような構成あるいは方法によれば、フィラメント３次元結合体３の搬送速度を速くすると、単位体積当たりのフィラメント密度が低くなって軟らかくなる。逆に、フィラメント３次元結合体３の搬送速度を遅くすると、単位体積当たりのフィラメント密度が高くなって硬くなる。この点に着目し、融着結合及び冷却固化した溶融フィラメント２からなるフィラメント３次元結合体３の硬さ指数を、硬さ指数測定装置２５を用いて測定し、その測定結果に基づいてフィラメント３次元結合体３の搬送速度を制御している。そのため、フィラメント３次元結合体３のフィラメント密度及びその硬さ指数の変化を抑えることができる。従って、フィラメント３次元結合体３を製造する際、その硬さを変化しにくくすることができる。

上記のフィラメント３次元結合体製造装置１は、硬さ指数測定装置２５が、互いに対向する一対の当接部材５１、５２と、少なくとも一方の当接部材５２を変位させる変位部材５３と、該少なくとも一方の当接部材５２の変位量を測定する変位センサー５４と、を有し、変位センサー５４は、一対の当接部材５１、５２がフィラメント３次元結合体３を挟んで当接した状態で該フィラメント３次元結合体３に所定の圧力を加えた際の押圧方向における上記変位量を測定する構成とされる。

この構成によれば、硬さ指数測定装置２５をコンパクトに設計できるので、たとえば複数の硬さ指数測定装置２５を設置しても（図２参照）、装置１の大型化を抑えることができる。従って、装置１の小型化に貢献できる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。以下では、第１実施形態と異なる構成について説明する。また、第１実施形態と同様の構成部には同じ符号を付し、その説明を省略することがある。

図６Ａ及び図６Ｂは、第２実施形態に係る硬さ指数測定装置２５−１の構成例を示す説明図である。第１実施形態の硬さ指数測定装置２５の代わりに、第２実施形態では硬さ指数測定装置２５−１が設けられている。硬さ指数測定装置２５−１は、回転対向部材１５１、回転加圧部材１５２、圧力センサー１５３、及び、圧力センサー支持部１５４を備える。

前記回転対向部材１５１及び回転加圧部材１５２は、３ＤＦ３を挟んで互いに対向する回転可能な一対の当接部材の一例である。回転対向部材１５１及び回転加圧部材１５２の形状は四角柱形状であり、回転軸１５１ａ、１５２ａから見た平面形状は長方形となっている。圧力センサー１５３は、回転加圧部材１５２が受ける反発圧力を測定する。圧力センサー支持部１５４は、圧力センサー１５３を支持する。

回転対向部材１５１及び回転加圧部材１５２は、各々加圧回転軸１５２ａおよび回転対向回転軸１５１ａを介して図示しない駆動ギアおよび駆動モーターによって回転駆動されるようになっている。但し、加圧回転軸１５２ａが駆動される際に駆動ギアから受ける力により、圧力センサー１５３の測定値に誤差が生じる可能性がある。そのため、回転対向部材１５１のみ駆動し、回転加圧部材１５２を駆動しない（すなわち従動する）ようにすることもできる。

回転対向部材１５１は対向回転軸１５１ａで回転可能に支持され、回転加圧部材１５２は対向方向に移動可能な加圧回転軸１５２ａで回転可能に支持されている。回転対向部材１５１及び回転加圧部材１５２は、３ＤＦ３を挟んで当接した状態（図６Ａ）において回転することにより、３ＤＦ３に対する当接面を変位させる。また、回転により、両者の対向方向における最短距離は変化する。図６Ｂのように両者間が狭くなると回転対向部材１５１及び回転加圧部材１５２は３ＤＦ３から反発圧力を受ける。圧力センサー１５３は、この反発圧力を測定する（図６Ｂ）。その測定結果（測定データ）はコントローラ３０へ送られる。

なお、硬さ指数測定装置２５−１の構成は、図６Ａ及び図６Ｂに例示されたものに限定されない。たとえば回転対向部材１５１及び回転加圧部材１５２は、図６Ａ及び図６Ｂの例示では同じ形状であるが、互いに異なる形状であってもよい。また、両者のうちの少なくとも一方の形状も、回転軸１５１ａ、１５２ａから見て長手方向と短手方向とを有する平面形状を有する柱形状であればよく、たとえば該平面形状が楕円形の円柱形状であってもよい。また、図６Ａ及び図６Ｂの例示では、両者はともに回転可能であるが、いずれか一方が回転可能であってもよい。また、圧力センサー１５３は回転加圧部材１５２と回転対向部材１５１の両方に設けられていてもよい。

以上、本実施形態によれば、上記のフィラメント３次元結合体製造装置１は、硬さ指数測定装置２５が、互いに対向し且つ少なくとも一方が回転可能な一対の当接部材１５１、１５２と、当接部材１５２が受ける圧力を測定する圧力センサー１５３と、を有し、一対の当接部材１５１、１５２の対向方向における最短距離は少なくとも一方の当接部材１５１、１５２の回転によって変化し、圧力センサー１５３は、一対の当接部材１５１、１５２がフィラメント３次元結合体３を挟んで当接した状態で上記少なくとも一方の当接部材１５１、１５２が回転する際の対向方向における圧力を測定する構成とされる。

この構成によれば、一対の当接部材１５１、１５２のうちの少なくとも一方が、回転することにより、フィラメント３次元結合体３の搬送方向に追従することができる。従って、一対の当接部材１５１、１５２間を経由して搬送されるフィラメント３次元結合体３の硬さ指数を測定する際に、フィラメント３次元結合体３にたわみ及びしわが生じることを防止できる。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について説明する。以下では、第１実施形態と異なる構成について説明する。また、第１実施形態と同様の構成部には同じ符号を付し、その説明を省略することがある。

図７は、第３実施形態に係るフィラメント３次元結合体（３ＤＦ）３の製造方法の一例を示すフローチャートである。

溶融フィラメント２の温度が変化すると、溶融フィラメント２の粘度、及び、溶融フィラメント２同士の融着結合の強度は変化する。押出機１０内で溶融フィラメント２の粘度が変化すると、複数のノズルから押し出される溶融フィラメント２の単位時間あたりの送出量が変化して、３ＤＦ３の単位体積当たりのフィラメント密度も変化する。このほか、押出機１０内の溶融フィラメント２に加えられる圧力が変化しても、複数のノズルから押し出される溶融フィラメント２の単位時間あたりの送出量は変化する。これらはいずれも３ＤＦ３の硬さ指数に影響を与える。図７のフローは、このような点に着目し、融着結合及び冷却固化した溶融フィラメント２からなる３ＤＦ３の硬さ指数を、冷却機２０ａ内に設けた硬さ指数測定装置２５を用いて測定し、得られた測定データを基に押出機１０での溶融フィラメント２の送出量を制御している。この制御により、３ＤＦ３の単位体積当たりの密度変化及び硬さ指数の変化を抑えている。

まず、ステップＳ２０１では、押出機１０において、ホッパー１１で投入された熱可塑性樹脂をシリンダー１４ａ内で加熱して溶融させながら加圧搬送し、ダイ１５の複数のノズルから溶融フィラメント２を送出する。ステップＳ２０２では、溶融フィラメント２を形成機２０で融着結合及び冷却固化することによって、３ＤＦ３を形成する。ステップＳ２０３では、水槽２１内で３ＤＦ３の硬さ指数を測定する。ステップＳ２０４では、硬さ指数の測定データがコントローラ３０に出力される。

ステップＳ２０５では、コントローラ３０にて、該測定データが規定範囲内にあるか否かが判断される。測定データが規定範囲内の場合（ステップＳ２０５でＹＥＳ）、フローは後述するステップＳ２１３に進む。一方、測定データが規定範囲外の場合（ステップＳ２０５でＮＯ）、フローはステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２０６では、コントローラ３０にて、規定範囲内の場合は測定データが規定の硬さ指数より高いか否かが判断される。

測定データが規定硬さ指数より低い場合（ステップＳ２０６でＮＯ）、ステップＳ２０７に進む。ステップＳ２０７では、ダイヒーター１９ａ〜１９ｅの出力を上げて、溶融フィラメント２の温度を所定温度（例えば２℃）上げる。さらに、ステップＳ２０８において、スクリューヒーター１７ａ〜１７ｃの出力を上げて、その制御温度を所定温度（例えば２℃）上げる。また、ステップＳ２０９において、押出機１０のスクリュー１２の回転数を所定数（例えば２％）上げる。これらにより、単位時間あたりの溶融フィラメント２の送出量を増加させる。そして、フローはステップＳ２１３に進む。

一方、測定データが規定硬さ指数より高い場合（ステップＳ２０６でＹＥＳ）、ステップＳ２１０に進む。ステップＳ２１０では、ダイヒーター１９ａ〜１９ｅの出力を下げて、溶融フィラメント２の温度を所定温度（例えば２℃）下げる。さらに、ステップＳ２１１において、スクリューヒーター１７ａ〜１７ｃの出力を下げて、その制御温度を所定温度（例えば２℃）下げる。また、ステップＳ２１２において、押出機１０のスクリュー１２の回転数を所定数（例えば２％）下げる。これらにより、単位時間あたりの溶融フィラメント２の送出量を減少させる。そして、フローはステップＳ２１３に進む。

ステップＳ２１３では、３ＤＦ３の製造を終了したか否かが判断される。製造を終了していない場合（Ｓ２１３でＮＯ）、図７のフローはステップＳ２０１に戻る。一方、製造を終了した場合（Ｓ２１３でＹＥＳ）、図７のフローは終了する。なお、上記フローチャートにおいては、溶融フィラメント２の温度として、ダイヒーター１９ａ〜１９ｅの近傍に設けられる温度センサーの値を監視しながら、その温度センサーが検出する温度が所定の値になるように、ダイヒーター１９ａ〜１９ｅの出力を制御しているが、溶融フィラメント２（温度センサーが検知する温度）の周期的な変動を予測して、その変動幅が小さくなるように、ダイヒーター１９ａ〜１９ｅの出力を制御する方法であってもよい。

以上に説明した３ＤＦ製造装置１は、複数の溶融フィラメント２を送出する溶融フィラメント送出装置１０と、溶融フィラメント２同士を融着結合させるフィラメント結合部２２ａ、２２ｂと、融着結合した溶融フィラメント２を冷却固化するフィラメント冷却部２０ａと、冷却固化した溶融フィラメント２からなるフィラメント３次元結合体３の硬さ指数を測定する硬さ指数測定装置２５と、硬さ指数測定装置２５の測定結果に基づいて、溶融フィラメント送出装置１０での溶融フィラメント２の単位時間当たりの送出量を制御する送出量制御部３０と、を備えた構成となっている。

当該構成によれば、溶融フィラメント２の単位時間あたりの送出量が変化すると、３ＤＦ３の単位体積当たりのフィラメント密度及び硬さ指数が変化する。この点に着目し、融着結合及び冷却固化した溶融フィラメント２からなるフィラメント３次元結合体３の硬さ指数を、硬さ指数測定装置２５を用いて測定し、その測定結果に基づいて溶融フィラメント送出装置１０の送出量を制御している。そのため、フィラメント３次元結合体３のフィラメント密度及びその硬さ指数の変化を抑えることができる。従って、フィラメント３次元結合体３を製造する際、その硬さを変化しにくくすることができる。

なお、以上に説明した各実施形態に係る３ＤＦ３の製造方法は、複数の溶融フィラメント２を送出するステップと、溶融フィラメント２同士を融着結合させるステップと、融着結合した溶融フィラメント２を冷却固化するステップと、冷却固化した溶融フィラメント２からなるフィラメント３次元結合体３の硬さ指数を測定するステップと、硬さ指数を測定するステップでの測定結果に基づいて、送出するステップでの溶融フィラメント２の単位時間当たりの送出量を制御するステップと、を含む方法となっている。

３ＤＦ３の製造方法に関して、第１実施形態（図５参照）と第３実施形態（図７参照）では異なる制御が行われるが、同じ装置においてこれら両方の制御が行われるようにしてもよい。すなわち、硬さ指数測定装置２５の測定データが規定の硬さ指数よりも高いか否か（図５のＳ１０６、図７のＳ２０６）に応じて、硬さ指数測定装置２５の測定結果に基づく３ＤＦ３の搬送速度の制御（図５のＳ１０７、Ｓ１０８）を行うとともに、該測定結果に基づく溶融フィラメント２の単位時間当たりの送出量の制御（図７のＳ２０７〜Ｓ２０９、Ｓ２１０〜Ｓ２１２）を行ってもよい。

また、第１実施形態の３ＤＦ３の製造方法では、硬さ指数測定装置２５の測定データが規定の硬さ指数よりも高いか否か（図５のＳ１０６）に応じて、モーター２７の回転数を所定数ずつ増加（Ｓ１０８）又は低減（Ｓ１０７）させている。しかしこのようにする代わりに、図５のＳ１０７及びＳ１０８において、モーター２７の回転数は測定データ（硬さ指数の測定値）と規定の硬さ指数との差に応じて算出された数値で増減されてもよい。

また、第３実施形態の３ＤＦ３の製造方法では、硬さ指数測定装置２５の測定データが規定の硬さ指数よりも高いか否か（図７のＳ２０６）に応じて、ダイヒーター１９ａ〜１９ｅ及びスクリューヒーター１７ａ〜１７ｃの出力、スクリュー１２の回転数をそれぞれ所定値ずつ増加（Ｓ２０７〜Ｓ２０９）又は低減（Ｓ２１０〜Ｓ２１２）させている。しかしこのようにする代わりに、図７のＳ２０７〜Ｓ２０９及びＳ２１０〜Ｓ２１２において、ダイヒーター１９ａ〜１９ｅ及びスクリューヒーター１７ａ〜１７ｃの出力、スクリュー１２の回転数は測定データ（硬さ指数の測定値）と規定の硬さ指数との差に応じて算出された数値で増減されてもよい。

＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態について説明する。以下では、第１実施形態と異なる構成について説明する。また、第１実施形態と同様の構成部には同じ符号を付し、その説明を省略することがある。

図８は、第４実施形態に係る硬さ指数測定装置２５−２の斜視図であり、図９は、硬さ指数測定装置２５−２の３ＤＦ３を挟んだ状態における斜視図である。図１０Ａおよび図１０Ｂは、硬さ指数測定装置２５−２の第一方向に見た場合の構成図である。第１実施形態の硬さ指数測定装置２５の代わりに、第４実施形態では硬さ指数測定装置２５−２が設けられている。硬さ指数測定装置２５−２は、第１円板部材１６１、第１回転軸１６２、第２円板部材１７１、第２回転軸１７２、および一対の支持部材１８０ａ、１８０ｂを備える。

第１回転軸１６２と第２回転軸１７２は、何れも第一方向へ伸びる棒状の部材であり、３ＤＦ３の搬送経路を挟んで第二方向へ並ぶように、一対の支持部材１８０ａ、１８０ｂに支持されている。より具体的には、一対の支持部材１８０ａ、１８０ｂは、３ＤＦ３の搬送経路を挟んで第一方向へ対向するように設けられている。また、各回転軸１６２、１７２の一端は、支持部材１８０ａに支持されており、各回転軸１６２、１７２の他端は、支持部材１８０ｂに支持されている。

第１円板部材１６１は、第１回転軸１６２の長手方向中央付近に、第１回転軸１６２と同軸に設けられた円板状の部材である。第２円板部材１７１は、第２回転軸１７２の長手方向中央付近に、第２回転軸１７２と同軸に設けられた円板状の部材である。各円板部材１６１、１７１は、３ＤＦ３を挟んで第二方向に対向するように配置されている。

一対の支持部材１８０ａ、１８０ｂは、各回転軸１６２、１７２を回転可能に支持するとともに、不図示の油圧システムにより、各回転軸１６２、１７２を互いに近づける方向へ移動させることが可能である。これにより、各回転軸１６２、１７２の間隔を所定値（３ＤＦ３の厚みより小さい値）として、各円板部材１６１、１７１の状態を、３ＤＦ３を圧縮しない状態（図１０Ａを参照）から、３ＤＦ３を第二方向へ圧縮する状態（図１０Ｂを参照）へ遷移させることが可能である。

図１０Ｂに示す状態の各円板部材１６１、１７１は、３ＤＦ３を第二方向へ押付けながら、３ＤＦ３の搬送速度に応じた速さで回転する。また各支持部材１８０ａ、１８０ｂは、各回転軸１６２、１７２間の反発力を測定する圧力センサを備えている。この圧力センサは、当該反発力を連続して測定するようになっており、当該測定された値の情報を、３ＤＦ３の硬さ指数を示す情報としてコントローラ３０へ出力する。

以上に説明したように、本実施形態に係る硬さ指数測定装置２５−２は、各円板部材１６１、１７１の外周面が３ＤＦ３へ密着するようにした連続測定型の反発力測定機となっており、３ＤＦ３の硬さ指数の情報を連続して取得することが可能である。また各円板部材１６１、１７１は、３ＤＦ３の搬送速度に応じて回転するため、３ＤＦ３との間に生じる摩擦は極力抑えられる。なお硬さ指数測定装置２５−２において、各円板部材１６１、１７１の位置、個数、或いは外周面の幅寸法（第一方向寸法）などの具体的仕様については、適宜変更されても構わない。

＜第５実施形態＞
次に第５実施形態について説明する。図１１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２０１の構成図である。図１２は、図１１に示すフィラメント３次元結合体製造装置２０１のＸ−Ｘ´断面矢視図である。また図１３は、３次元結合体製造装置２０１のブロック図である。

フィラメント３次元結合体製造装置２０１は、立体的な網状構造を有する熱可塑性樹脂繊維からなるフィラメント３次元結合体２０３を製造する装置であり、溶融フィラメント供給装置２１０、３次元結合体形成装置２３０、およびコントローラ２５０（図１１、図１２では図示を省略している）を備える。なお、フィラメント３次元結合体２０３を３ＤＦ２０３と称することがある。またフィラメント３次元結合体製造装置２０１を、３ＤＦ製造装置２０１と称することがある。

溶融フィラメント供給装置２１０には、加圧溶融部２１１（押出機）と、フィラメント排出部２１２（ダイ）が設けられている。加圧溶融部２１１は、フィラメントの材料となる熱可塑性樹脂を投入するための材料投入部２１３（ホッパー）、スクリュー２１４、スクリューモーター２１５、およびスクリューヒーター２１６ａ，２１６ｂ，２１６ｃ（これらを総称して「スクリューヒーター２１６」とする）を備えている。

加圧溶融部２１１内に形成されるシリンダー２１１ａには、スクリューモーター２１５により回転するスクリュー２１４が挿通されており、シリンダー２１１ａの外周にはスクリューヒーター２１６が設けられている。スクリュー２１４は、スクリューヒーター２１６により加熱されて溶融する熱可塑性樹脂を加圧しながらフィラメント排出部２１２に搬送する。このように加圧溶融部２１１は、材料投入部２１３から供給された熱可塑性樹脂をシリンダー２１１ａ内で加熱溶融した後、溶融熱可塑性樹脂としてシリンダー排出口２１１ｂからフィラメント排出部２１２に供給する。

フィラメント排出部２１２は、加圧溶融部２１１から搬送された溶融熱可塑性樹脂を繊維状の溶融フィラメント２０２にして送出する。フィラメント排出部２１２には、複数のノズルからなるノズル群が形成された口金２１７、第一ダイヒーター２１８、第二ダイヒーター２１９、第三ダイヒーター２２０、第一温度センサー２２１、第二温度センサー２２２、第三温度センサー２２３、およびダイ温度制御部２２４が設けられている。フィラメント排出部２１２には、加熱溶融部２１１から排出された溶融熱可塑性樹脂を口金２１７に導く導流路２１２ａが形成されている。導流路２１２ａの構成等については、改めて詳細に説明する。

口金２１７は、水平な第一方向（図１２の左右方向に一致し、３ＤＦ２０３の幅方向に相当する）に長く、水平であって第一方向に直交する第二方向（図１１の左右方向に一致し、３ＤＦ２０３の厚み方向に相当する）に短い直方体形状を有する。当該直方体形状の具体的寸法は、例えば、第一方向に１〜２ｍ程度であり、第二方向に１０〜２０ｃｍ程度であり、これら各方向に直交する方向（厚みの方向であり、鉛直方向に一致する）に４〜１０ｃｍ程度である。口金２１７には、複数のノズルが鉛直方向に伸びるよう形成されており、その複数のノズルから複数の溶融状態のフィラメント２０２が排出されるようになっている。当該ノズルそれぞれは、例えば、第一方向と第二方向へ複数個が並ぶように下方から見て略格子状に配置される。

第一〜第三ダイヒーター２１８〜２２０は、それぞれ４つのヒーター（第一ダイヒーター２１８ａ〜２１８ｄ、第二ダイヒーター２１９ａ〜２１９ｄ、第三ダイヒーター２２０ａ〜２２０ｄ）で構成されている。第一温度センサー２２１は第一ダイヒーター２１８それぞれの中央部の温度を測定するように、第二温度センサー２２２は第二ダイヒーター２１９それぞれの中央部の温度を測定するように、第三温度センサー２２３は第三ダイヒーター２２０それぞれの中央部の温度を測定するように、各々配設されている。

ダイ温度制御部２２４は、第一〜第三温度センサー２２１〜２２３によって測定される温度を監視しながら、第一〜第三ダイヒーター２１８〜２２０の出力を各々制御する。これにより、第一〜第三温度センサー２２１〜２２３付近の溶融熱可塑性樹脂の温度を制御し、溶融フィラメント２０２の温度を制御できるようになっている。なお溶融フィラメント供給装置２１０には、スクリューヒーター２１６の出力を制御する不図示のスクリュー温度制御部も設けられている。

３次元結合体形成装置２３０は、フィラメント結合部２３１と、冷却部２３２と、反発力測定部２３３を有し、複数の溶融フィラメントを融着結合および冷却固化することにより３ＤＦ２０３を形成する。

フィラメント結合部２３１は、中央部に向けて傾斜して（第一方向に見て逆「ハ」の字を形成するように）対向配置される一対の受け板２３１ａ，２３１ｂからなり、口金２１７のノズル群の鉛直方向下部に設けられている。受け板２３１ａ，２３１ｂは、溶融フィラメント２０２を一時的に滞留させると同時に水槽２３４内の冷却水の浮力作用とともに、溶融フィラメント２０２同士を融着結合を促進させる。受け板２３１ａ，２３１ｂの上部には、受け板２３１ａ，２３１ｂの表面全体に冷却水を供給する冷却水供給吸水装置（図示せず）を設けてもよい。冷却水を供給することにより受け板２３１ａ，２３１ｂの温度上昇を防止し、溶融フィラメント２０２が受け板２３１ａ，２３１ｂに融着することを防止できる。

なお、本実施形態においては、受け板２３１ａ，２３１ｂは傾斜面の途中で垂直方向に折れ曲がった形状を有し、第二方向（３ＤＦ２０３の厚み方向）に所定の間隙を設けて配設されている。また受け板２３１ａ，２３１ｂにより、３ＤＦ２０３の厚み方向の寸法等が調整される。

冷却部２３２は、冷却水を貯留する水槽２３４、３ＤＦ２０３を搬送する一対の第一無端コンベア２３５と一対の第二無端コンベア２３６、複数の搬送ローラ２３７ａ〜２３７ｇ（これらを総称して「搬送ローラ２３７」とする）、および搬送モータ２３８を有する。搬送モータ２３８は、第一無端コンベア２３５、第二無端コンベア２３６、および複数の搬送ローラ２３７ａ〜２３７ｇを、図示しないギアを介して駆動するものであり、搬送モータ制御部２３９によって動作制御される。

一対の第一無端コンベア２３５は、受け板２３１ａ，２３１ｂの鉛直方向下部において、３ＤＦ２０３を挟んで対向するように所定の間隔を設けて平行に配設されている。一対の第二無端コンベア２３６は、第一無端コンベア２３５の搬送側下流側（本実施形態では下方）において、３ＤＦ２０３を挟んで対向するように所定の間隔を設けて平行に配設されている。冷却部２３２は、３次元的に結合した溶融フィラメント（３次元結合形成後の溶融フィラメント）を冷却固化させて、３ＤＦ２０３を形成する。

反発力測定部２３３は、第一温度センサー２２１の鉛直方向下部に設けられる第一反発力測定機２４０、第二温度センサー２２２の鉛直方向下部に設けられる第二反発力測定機２４１、および、第三温度センサー２２３の鉛直方向下部に設けられる第三反発力測定機２４２を有する。これらの反発力測定機２４０〜２４２は、３ＤＦ２０３の硬さ指数を測定する硬さ指数測定装置の一例である。反発力測定部２３３は、３ＤＦ２０３の幅方向における左端部、中央部、および右端部（それぞれ図１２での左端、中央、右端の部分）の反発力を測定し、その測定データを硬さ指数としてコントローラ２５０に送信する。

コントローラ２５０は、各反発力測定機２４０〜２４２から出力される測定データを受け取る入力部と、測定データを基に最適な制御温度を算出する演算部と、最適な制御温度をダイ温度制御部２２４に送信する出力部を備える。コントローラ２５０は、各反発力測定機２４０〜２４２から出力される測定データを基に、３ＤＦ２０３の幅方向における左端部、中央部、右端部に対応するダイ内の溶融熱可塑性樹脂の温度を制御することにより、３ＤＦ２０３の幅方向における左端部、中央部、右端部の硬さを制御するようになっている。

本実施形態において各反発力測定機２４０〜２４２は、第一無端コンベア２３５と第二無端コンベア２３６の間に幅方向へ水平に並ぶよう配設されている。各反発力測定機２４０〜２４２は、第一無端コンベア２３５から搬送されてくる３ＤＦ２０３の硬さ指数を各々測定する。

３ＤＦ２０３の搬送方向（鉛直方向）における各反発力測定機２４０〜２４２の設置位置は、上記形態に限られるものではない。但し、各反発力測定機２４０〜２４２がフィラメント結合部２３１に近すぎると、３ＤＦ２０３が十分に冷却されず、３ＤＦ２０３の圧縮された箇所が不可逆的に変形するので好ましくない。一方、各反発力測定機２４０〜２４２がフィラメント結合部２３１から遠すぎると、溶融フィラメント排出量を制御するためのタイムラグが長くなるので好ましくない。これらの点を考慮して、各反発力測定機２４０〜２４２を適切な位置に設置することが好ましい。

図１４（ａ）は、図１１に示すフィラメント排出部２１２の拡大図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示すフィラメント排出部の上面図である。図１５（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ図１４に示すフィラメント排出部１２のＡ−Ａ’断面矢視図、Ｂ−Ｂ’断面矢視図、Ｃ−Ｃ’断面矢視図、およびＤ−Ｄ’断面矢視図である。

図１４および図１５に示すように、フィラメント排出部２１２内に形成される導流路２１２ａは、扁平導流部２１２ａ１を含む。扁平導流部２１２ａ１は、第一方向（図１４各図での左右方向）に広く、第二方向（図１５各図での左右方向）に狭くなっている。より具体的に説明すると、扁平導流部２１２ａ１の第一方向寸法は下側へ進むにつれて大きくなり、最下部では口金２１７の第一方向寸法とほぼ同等である。また扁平導流部２１２ａ１の第二方向寸法は、口金２１７の第二方向寸法の半分以下である。このように扁平導流部２１２ａ１は、各ダイヒーター２１８〜２２０を用いて、そのダイヒーターに対応する位置を通る溶融熱可塑性樹脂の温度制御を精度良く行うことが出来るように、第二方向の寸法が十分に小さくされている。

扁平導流部２１２ａ１の導流路の厚み（本実施形態の第二方向寸法に相当）としては、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下に設定するのが好ましく、２ｍｍ以上７ｍｍ以下がさらに好ましい。導流路の厚みが２０ｍｍを超えると、溶融熱可塑性樹脂の温度制御が困難になり、逆に導流路の厚みが１ｍｍ未満になると、溶融熱可塑性樹脂が導流路内を通過する際の抵抗が大きくなり、溶融フィラメントの排出レートが変動しやすくなる。また、扁平導流部２１２ａ１の導流路の長さ（鉛直方向長さ）としては、５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下が好ましい。導流路の長さが５０ｍｍ未満では、溶融熱可塑性樹脂の温度がばらつきやすくなり、導流路の長さが３００ｍｍを超えると装置が大きくなりすぎるデメリットが生じる。このように扁平導流部２１２ａ１を薄い形状としたことにより、その内部の溶融熱可塑性樹脂へ各ダイヒーター２１８〜２２０の熱を効率良く伝え、当該溶融熱可塑性樹脂の温度制御を精度良く行うことが可能である。

本実施形態においては１２本のダイヒーター（第一ダイヒーター２１８ａ〜２１８ｄ、第二ダイヒーター２１９ａ〜２１９ｄ、および第三ダイヒーター２２０ａ〜２２０ｄであり、それぞれ鉛直方向に伸びている）が、図１４（ｂ）に示すように、扁平導流部２１２ａ１の前後の壁（第一方向へ延びる壁）に沿って並ぶように配置されている。このように各ダイヒーター２１８〜２２０は、扁平導流部２１２ａ１に沿って第一方向に均等に配設されている。

図１４（ｂ）を見て具体的に説明すると、扁平導流部２１２ａ１の左寄り部分の近傍において、左側には２個の第一ダイヒーター２１８ａ，２１８ｂが扁平導流部２１２ａ１を第二方向に挟んで対向配置されており、右側には残りの第一ダイヒーター２１８ｃ，２１８ｄが扁平導流部２１２ａ１を第二方向に挟んで対向配置されている。また扁平導流部２１２ａ１の中央寄り部分の近傍において、左側には２個の第二ダイヒーター２１９ａ，２１９ｂが扁平導流部２１２ａ１を第二方向に挟んで対向配置されており、右側には残りの第二ダイヒーター２１９ｃ，２１９ｄが扁平導流部２１２ａ１を第二方向に挟んで対向配置されている。また扁平導流部２１２ａ１の右寄り部分の近傍において、左側には２個の第三ダイヒーター２２０ａ，２２０ｂが扁平導流部２１２ａ１を第二方向に挟んで対向配置されており、右側には残りの第三ダイヒーター２２０ｃ，２２０ｄが扁平導流部２１２ａ１を第二方向に挟んで対向配置されている。

また、第一温度センサー２２１が第一ダイヒーター２１８ａ〜２１８ｄそれぞれの中央部の温度を測定する位置に配設されており、第二温度センサー２２２が第二ダイヒーター２１９ａ〜２１９ｄそれぞれの中央部の温度を測定する位置に配設されており、第三温度センサー２２３が第三ダイヒーター２２０ａ〜２２０ｄそれぞれの中央部の温度を測定する位置に配設されている。このようにして各温度センサー２２１〜２２３は、扁平導流部２１２ｂに沿って第一方向に配設されている。

更に図１４に示すように、扁平導流部２１２ｂの鉛直方向上部（上流側）には、扁平導流部２１２ｂの幅（第二方向寸法）よりも広い幅を有する管状導流部２１２ａ２が、第一方向の中央部から両端部に向けて下り勾配（図１４（ａ）参照）となるように形成されている。つまり導流路２１２は、扁平導流部２１２ａ１に比べて第二方向に広くされた管状導流部２１２ａ２を含んでおり、管状導流部２１２ａ２は、扁平導流部２１２ａ１の鉛直方向上側の縁に沿うように伸びている。

また管状導流部２１２ａ２の第一方向中央部は、シリンダー排出口２１１ｂに繋がる連結口となっており、加圧溶融部２１１から溶融熱可塑性樹脂が送出されるようになっている。当該構成により、シリンダー排出口２１１ｂから導流路２１２へ送られた溶融熱可塑性樹脂を、直接的に扁平導流部２１２ｂへ送る他、管状導流部２１２ａ２を介して扁平導流部２１２ａ１へ送ることも可能となっている。

扁平導流部２１２ａ１内を通過する溶融熱可塑性樹脂の流速に比べ、管状導流部２１２ａ２内では溶融熱可塑性樹脂の流速が遅くなり、溜めが形成されるような状態となって内圧が安定する。そのため、扁平導流部２１２ａ１内の溶融熱可塑性樹脂の流速が小刻みに変化する脈動を抑えることが可能となっている。

また図１５に示すように、口金２１７の上側には、ノズル群全体へ繋がるように第一方向と第二方向へ薄く拡がる拡張導流部２１２ａ３が形成されている。拡張導流部２１２ａ３と口金２１７は、第一方向および第二方向寸法がほぼ同等である。扁平導流部２１２ａ１の下端は、拡張導流部２１２ａ３の第二方向中央位置に連接している。これにより、扁平導流部２１２ａ１を通ってきた溶融熱可塑性樹脂を、拡張導流部２１２ａ３を介して全てのノズルに供給することが可能である。

なお、扁平導流部２１２ａ１の左側寄りを通った（第一ダイヒーター２１８の影響を強く受けた）溶融熱可塑性樹脂は、口金２１７の左側寄りのノズルに供給され、３ＤＦ２０３の左側寄りの部位の形成に用いられ易い。この部位の硬さ指数は、左寄りに設けられた第一反発力測定機２４０により測定されることとなる。

扁平導流部２１２ａ１の中央寄りを通った（第二ダイヒーター２１９の影響を強く受けた）溶融熱可塑性樹脂は、口金２１７の中央寄りのノズルに供給され、３ＤＦ２０３の中央寄りの部位の形成に用いられ易い。この部位の硬さ指数は、中央寄りに設けられた第二反発力測定機２４１により測定されることとなる。

扁平導流部２１２ａ１の右側寄りを通った（第三ダイヒーター２２０の影響を強く受けた）溶融熱可塑性樹脂は、口金２１７の右側寄りのノズルに供給され、３ＤＦ２０３の右側寄りの部位の形成に用いられ易い。この部位の硬さ指数は、右寄りに設けられた第三反発力測定機２４２により測定されることとなる。

図１６は、図１１に示す３ＤＦ製造装置２０１における第一反発力測定機２４０の拡大図である。図１６（ａ）は、３ＤＦ２０３を圧縮していない状態を示し、図１６（ｂ）は、３ＤＦ２０３を圧縮している状態を示す。図１７は、図１６に示す第一反発力測定機２４０の左側面図である。図１７（ａ）は、加圧部２６０の左側面図であり、図１７（ｂ）は、反発力測定部２７０の左側面図である。なお複数の反発力測定機２４０〜２４２は全て同等の構造を有するので、ここでは代表して第一反発力測定機２４０の構造について説明し、他の反発力測定器２４１，２４２の構造については説明を省略する。

第一反発力測定機２４０は、加圧部２６０と反発力測定部２７０を含み、送られてくる３ＤＦ２０３を挟む位置に設けられている。加圧部２６０は、回転することにより加圧面２６２ａが変位する突起部２６２を有する円筒形の回転加圧部材２６１と、それを回転可能に軸支する第一回転軸２６３を含む。回転加圧部材２６１は、搬送されてくる３ＤＦ２０３との摩擦力により回転するようになっている。

反発力測定部２７０は、円筒形の回転部材２７１と、それを回転可能に軸支する第二回転軸２７２と、第二回転軸２７２を回転可能に両端で支える２つのベアリング部２７３（２７３ａ、２７３ｂ）と、圧力測定部２７４を有する。圧力測定部２７４は、２つのベアリング部２７３（２７３ａ、２７３ｂ）を支持すると同時に、回転部材２７１が３ＤＦ２０３から受ける力（圧力）を測定する圧力センサー（図示しない）を有する。回転部材２７１は、搬送されてくる３ＤＦ２０３との摩擦力により回転するようになっている。

図１６（ｂ）に示すように、回転加圧部材２６１の突起部２６２の加圧面２６２ａが、３ＤＦ２０３に接触すると、３ＤＦ２０３が、反発力測定部２７０の回転部材２７１との間で圧縮され、その時の反発力が圧力測定部２７４で測定されるようになっている。

圧力測定部２７４による測定結果のデータ（測定データ）は、硬さ指数としてコントローラ２５０に出力される。本実施形態においては、３ＤＦ２０３に圧縮力を付与する突起部を加圧部２６０側に設けているが、反発力測定部２７０側に設けてもよいし両側に設けてもよい。また、３ＤＦ２０３との摩擦力を高めるために、回転加圧部材２６１や回転部材２７１の表面に凹凸を設けることが好ましい。

図１８は、本発明の実施形態に係るフィラメント３次元結合体製造方法の一例を示すフローチャートである。当該製造方法は、これまでに説明した３ＤＦ製造装置２０１により実施可能であるが、当該製造方法またはこれに準じた製造方法が他の製造装置等を用いて実施されても構わない。３ＤＦ製造装置２０１による当該製造方法の流れについて、図１８を参照しながら以下に説明する。

まずステップＳ１の処理として、溶融フィラメント供給装置２１０は熱可塑性樹脂を加熱および加圧し、口金２１７における複数のノズルから溶融フィラメント２０２を排出する。更にステップＳ２の処理として、３次元結合体形成装置２３０は当該排出された溶融フィラメント２０２を融着結合・冷却固化し、３ＤＦ２０３を形成する。

次に、ステップＳ３の処理として、各反発力測定機２４０〜２４２は３ＤＦ２０３の硬さ指数を測定する。更にステップＳ４の処理として、反発力測定部２３３は硬さ指数の測定データ（第一〜第三反発力測定機２４０〜２４２の測定データ）をコントローラ２５０へ出力する。

ステップＳ５の処理として、コントローラ２５０は、第一反発力測定機２４０の測定データが規定範囲Ｒ１内にあるか否かを判断する。なお規定範囲Ｒ１は、例えば、３ＤＦ２０３の第一反発力測定機２４０に対応する位置における所期の硬さ指数を基準にした、許容範囲に相当する。ステップＳ５の判断の結果、当該測定データが規定範囲Ｒ１内にある場合には（ステップＳ５のＹＥＳ）、ステップＳ９の処理に進み、規定範囲Ｒ１を逸脱している場合には（ステップＳ５のＮＯ）、ステップＳ６の処理に進む。

ステップＳ６の処理として、コントローラ２５０は、第一反発力測定機２４０の測定データが規定範囲Ｒ１より高いか否かを判断する。その結果、当該測定データが規定範囲Ｒ１より低い場合（つまり、規定範囲Ｒ１を下側に逸脱している場合）は、ステップＳ７の処理に進む。ステップＳ７では、第一温度センサー２２１の検出温度が所定温度（例えば１℃）上がるように、第一ダイヒーター２１８の出力制御（目標温度の設定変更など）を行い、ステップＳ９の処理に進む。この際、他のダイヒーターの出力について必要な調節が行われるようにしても構わない。

一方、第一反発力測定機２４０の測定データが規定範囲Ｒ１より高い場合（つまり、規定範囲Ｒ１を上側に逸脱している場合）は、ステップＳ８の処理に進む。ステップＳ８では、第一温度センサー２２１の検出温度が所定温度（例えば１℃）下がるように、第一ダイヒーター２１８の出力制御（目標温度の設定変更など）を行い、ステップＳ９の処理に進む。この際、他のダイヒーターの出力について必要な調節が行われるようにしても構わない。

ステップＳ６〜Ｓ８の処理によれば、第一反発力測定機２４０の測定データが規定範囲Ｒ１を下側に逸脱している場合（つまり、軟らか過ぎる場合）には、第一ダイヒーター２１８の出力が上がるように制御され、上側に逸脱している場合（つまり、硬過ぎる場合）には、第一ダイヒーター２１８の出力が下がるように制御されることになる。

次にステップＳ９の処理として、コントローラ２５０は、第二反発力測定機２４１の測定データが規定範囲Ｒ２内にあるか否かを判断する。なお規定範囲Ｒ２は、例えば、３ＤＦ２０３の第二反発力測定機２４１に対応する位置における所期の硬さ指数を基準にした、許容範囲に相当する。ステップＳ９の判断の結果、当該測定データが規定範囲Ｒ２内にある場合には（ステップＳ９のＹＥＳ）、ステップＳ１３の処理に進み、規定範囲Ｒ２を逸脱している場合には（ステップＳ９のＮＯ）、ステップＳ１０の処理に進む。

ステップＳ１０の処理として、コントローラ２５０は、第二反発力測定機２４１の測定データが規定範囲Ｒ２より高いか否かを判断する。その結果、当該測定データが規定範囲Ｒ２より低い場合（つまり、規定範囲Ｒ２を下側に逸脱している場合）は、ステップＳ１１の処理に進む。ステップＳ１１では、第二温度センサー２２２の検出温度が所定温度（例えば１℃）上がるように、第二ダイヒーター２１９の出力制御（目標温度の設定変更など）を行い、ステップＳ１３の処理に進む。この際、他のダイヒーターの出力について必要な調節が行われるようにしても構わない。

一方、第二反発力測定機２４１の測定データが規定範囲Ｒ２より高い場合（つまり、規定範囲Ｒ２を上側に逸脱している場合）は、ステップＳ１２の処理に進む。ステップＳ１２では、第二温度センサー２２２の検出温度が所定温度（例えば１℃）下がるように、第二ダイヒーター２１９の出力制御（目標温度の設定変更など）を行い、ステップＳ１３の処理に進む。この際、他のダイヒーターの出力について必要な調節が行われるようにしても構わない。

ステップＳ１０〜Ｓ１２の処理によれば、第二反発力測定機２４１の測定データが規定範囲Ｒ２を下側に逸脱している場合（つまり、軟らか過ぎる場合）には、第二ダイヒーター２１９の出力が上がるように制御され、上側に逸脱している場合（つまり、硬過ぎる場合）には、第二ダイヒーター２１９の出力が下がるように制御されることになる。

次にステップＳ１３の処理として、コントローラ２５０は、第三反発力測定機２４２の測定データが規定範囲Ｒ３内にあるか否かを判断する。なお規定範囲Ｒ３は、例えば、３ＤＦ２０３の第三反発力測定機２４２に対応する位置における所期の硬さ指数を基準にした、許容範囲に相当する。ステップＳ１３の判断の結果、当該測定データが規定範囲Ｒ３内にある場合には（ステップＳ１３のＹＥＳ）、今回のフローは終了する。しかし規定範囲Ｒ３を逸脱している場合には（ステップＳ１３のＮＯ）、ステップＳ１４の処理に進む。

ステップＳ１４の処理として、コントローラ２５０は、第三反発力測定機２４２の測定データが規定範囲Ｒ３より高いか否かを判断する。その結果、当該測定データが規定範囲Ｒ３より低い場合（つまり、規定範囲Ｒ３を下側に逸脱している場合）は、ステップＳ１５の処理に進む。ステップＳ１５では、第三温度センサー２２３の検出温度が所定温度（例えば１℃）上がるように、第三ダイヒーター２２０の出力制御（目標温度の設定変更など）を行った後、今回のフローは終了する。この際、他のダイヒーターの出力について必要な調節が行われるようにしても構わない。

一方、第三反発力測定機２４２の測定データが規定範囲Ｒ３より高い場合（つまり、規定範囲Ｒ３を上側に逸脱している場合）は、ステップＳ１６の処理に進む。ステップＳ１６では、第三温度センサー２２３の検出温度が所定温度（例えば１℃）下がるように、第三ダイヒーター２２０の出力制御（目標温度の設定変更など）を行った後、今回のフローは終了する。この際、他のダイヒーターの出力について必要な調節が行われるようにしても構わない。

ステップＳ１４〜Ｓ１６の処理によれば、第三反発力測定機２４２の測定データが規定範囲Ｒ３を下回った場合（つまり、軟らか過ぎる場合）には、第三ダイヒーター２２０の出力が上がるように制御され、上回った場合（つまり、硬過ぎる場合）には、第三ダイヒーター２２０の出力が下がるように制御されることになる。

反発力測定機の測定データが規定範囲を下回ったことによりダイヒーターの出力（発熱量）が上がると、扁平導流部２１２ａ１内における当該ダイヒーター近くの熱可塑性樹脂の温度が上がる。これにより、当該ダイヒーター近くのノズル（口金２１７に設けた複数のノズルの一部）から排出される溶融フィラメントの排出レートが高くなるので、この溶融フィラメントに対応する３ＤＦ２０３の部分が高密度化して硬くなり（硬さ指数が上がり）、反発力測定機の測定データが規定範囲内へ収まり易くなる。

例えば第一反発力測定機２４０の測定データが規定範囲Ｒ１を下回った場合は、第一ダイヒーター２１８の出力が上がり、これに近いノズルから排出される溶融フィラメントに対応する３ＤＦ２０３の部分が硬くなるので、第一反発力測定機２４０の測定データが規定範囲Ｒ１内へ収まり易くなる。

逆に、反発力測定機の測定データが規定範囲を上回ったことによりダイヒーターの出力（発熱量）が下がると、扁平導流部２１２ａ１内における当該ダイヒーター近くの熱可塑性樹脂の温度が下がる。これにより、当該ダイヒーター近くのノズル（口金２１７に設けた複数のノズルの一部）から排出される溶融フィラメントの排出レートが低くなるので、この溶融フィラメントに対応する３ＤＦ２０３の部分が低密度化して軟らかくなり（硬さ指数が下がり）、反発力測定機の測定データが規定範囲内へ収まり易くなる。

例えば第一反発力測定機２４０の測定データが規定範囲Ｒ１を上回った場合は、第一ダイヒーター２１８の出力が下がり、これに近いノズルから排出される溶融フィラメントに対応する３ＤＦ２０３の部分が軟らかくなるので、第一反発力測定機２４０の測定データが規定範囲Ｒ１内へ収まり易くなる。

上述したステップＳ１〜Ｓ１６の一連のフローは、例えば所定の時間間隔で、繰返し実行されるようにすれば良い。これにより、各反発力測定機２４０〜２４２の測定データがそれぞれに対応した規定範囲Ｒ１〜Ｒ３内へ収まるよう継続的なフィードバック制御が実現される。本実施形態では一例として、加圧面２６２ａが３ＤＦ２０３を押さえるタイミング（図１６（ｂ）を参照）が到来する度に、当該一連のフローが実行されるようにすれば良い。

なお本実施形態では、各反発力測定機２４０〜２４２の測定データに基づいて各ダイヒーターの出力を制御するようになっているが、その代わりに、各温度センサー２２１〜２２３の検知データに基づいて各ダイヒーターの出力を制御するようにしても構わない。このような制御形態を採用する場合には、反発力測定機の設置を省略することも可能である。

また本実施形態では、ステップＳ７の処理等において温度センサーの検出温度が所定温度だけ変わるようにダイヒーターの出力が制御されるが、その代わりに、例えばダイヒーターの出力（消費電力等）が所定値だけ変わるように制御しても構わない。一例として、第一反発力測定機２４０の測定データが規定範囲より低かった場合には、第一ダイヒーター２１８の消費電力を所定値だけ上げるように制御しても構わない。

以上に説明した通り本実施形態の３ＤＦ製造装置２０１は、複数のノズルが形成されており第一方向に比べて第二方向が短い形状の口金２１７（口金部）と、複数のダイヒーター２１８〜２２０と、複数のダイヒーター２１８〜２２０それぞれの出力を制御するダイ温度制御部２２４およびコントローラ２５０（温度制御部）と、供給された溶融熱可塑性樹脂を口金１７へ導く導流路２１２ａとを有し、口金２１７へ導かれた溶融熱可塑性樹脂を前記複数のノズルに通して溶融フィラメント２０２を排出し、該溶融フィラメント２０２を冷却固化して３ＤＦ２０３を形成する装置である。更に導流路２１２ａは、第一方向に比べて第二方向が狭くなった扁平導流部２１２ａ１を含み、複数のダイヒーター２１８〜２２０が、扁平導流部２１２ａ１に沿って第一方向へ異なる位置にそれぞれ配設されている。

そのため３ＤＦ製造装置２０１によれば、例えば横幅の広いマットレス等で使用される３ＤＦ２０３を製造する場合であっても、その硬さをより適切に制御することが容易である。溶融フィラメント２０２の排出レートがノズル幅方向の中央部と端部において異なるようにノズル群が形成されている場合であっても、ノズル群の長手方向に溶融フィラメント２０２の温度を均一に制御し、安定した硬さの３ＤＦ２０３を得ることが可能である。

また、フィラメント密度に影響を与えるフィラメント温度を幅方向に均一にする場合の他、幅方向に意図的に異ならせる場合であっても、各ダイヒーター２１８〜２２０の温度を幅方向の位置ごとに制御し、所望のフィラメント温度を実現させることが容易である。そのため、安定した硬さの３ＤＦ２０３を得ることが可能であるとともに、例えば幅方向の硬さ分布にバリエーションを持たせた各種３ＤＦ２０３を得ることも容易である。なお本実施形態では、扁平導流部２１２ａ１における第一方向と第二方向の長さの比率（扁平の度合）は、口金２１７における当該比率よりも十分に大きい。

また本実施形態ではダイヒーターの個数を３個としたが、２個或いは４個以上としても構わない。通常はダイヒーターの個数を増やすほど、３ＤＦ２０３の硬さを幅方向により細かく制御することが可能となる。また本発明における複数のヒーターは、それぞれが形式的に一体化されていても構わない。例えば、それぞれ独立して制御可能な複数のヒーターが薄い筐体等で覆われており、形式的には一つのヒーターとして形成された場合であっても、実質的には複数のヒーターを備えるものとして、本発明の技術的範囲に含まれ得る。

更に３ＤＦ製造装置２０１では、複数の温度センサー２２１〜２２３が扁平導流部２１２ａ１に沿って第一方向へ並ぶように配設されている。そのため各温度センサー２２１〜２２３の検知結果を利用して各ダイヒーター２１８〜２２０の出力を制御することが可能である。これにより、例えば先述したステップＳ７の処理のように、ダイヒーターの制御温度を所定温度（例えば１℃）上げるといった処理が容易に実施可能となる。

また３ＤＦ製造装置２０１は、第一方向へ異なる位置にそれぞれ配設される複数の反発力測定機２４０〜２４２（硬さ指数測定部）を有し、複数の反発力測定機２４０〜２４２それぞれは、対応する位置における３ＤＦ２０３の反発力（硬さ指数）を測定する。更に前記温度制御部は、複数の反発力測定機２４０〜２４２それぞれの測定結果に基づき、複数のダイヒーター２１８〜２２０それぞれの出力を制御する。

そのため３ＤＦ２０３の幅方向（第一方向）各部の硬さ指数を測定し、その情報を基に、対応する位置のダイヒーター２１８〜２２０の出力（温度）を制御することが可能となる。そのため、３ＤＦ２０３の幅方向の硬さ変化を、より確実に抑えることができる。

また反発力測定機２４０〜２４２のそれぞれは、回転することにより加圧面２６２ａが変位する突起部２６２を有する回転加圧部材２６１と、３ＤＦ２０３を挟んで回転加圧部材２６１に対向させて設けられる回転可能な回転部材２７１（回転対向部材）と、回転加圧部材２６１と回転部材２７１との間で３ＤＦ２０３が圧縮された際の反発力を測定する圧力測定部２７０とを備え、当該反発力の測定データが硬さ指数の測定データとして出力される。そのため搬送中の３ＤＦ２０３を停止させることなく、反発力測定機で硬さ指数を連続的に測定することができ、フィードバックの速い制御が可能となっている。

＜その他＞
各実施形態の３ＤＦ製造装置は、複数の溶融フィラメントを供給する溶融フィラメント供給装置と、当該複数の溶融フィラメントを受け入れて冷却および固化して、３ＤＦを形成する三次元構造形成装置と、前記溶融フィラメント供給装置及び前記三次元構造形成装置を制御するコントローラと、を備える。また当該３ＤＦ製造装置には、前記三次元構造形成装置によって冷却状態にある３ＤＦの硬さ指数を、測定する硬さ指数測定装置が設けられている。更に、前記コントローラは、フィードバックされる前記硬さ指数測定装置の測定情報を用いて、前記形成される３ＤＦの硬さの変動が抑制されるように、前記溶融フィラメント供給装置および前記三次元構造形成装置の少なくとも一方をフィードバック制御する。

当該コントローラは、３ＤＦの硬さの変動が抑制されるように、当該３ＤＦの硬さに影響を及ぼし得る所定動作について、３ＤＦの硬さ指数の測定結果に基づいたフィードバック制御を行う。これにより、３ＤＦの硬さのばらつきを抑制することが可能である。また、各実施形態における上記の冷却状態は、溶融フィラメントが不可逆的な変形が生じない程度まで冷却固化された状態である。冷却状態にある３ＤＦの硬さ指数の測定情報を用いてフィードバック制御を行うことにより、冷却状態の後（既に冷却水内から脱しており、冷却されていない状態）の３ＤＦの硬さ指数の測定情報を用いてフィードバック制御を行う場合に比べ、より精度の高いフィードバック制御が可能となる。なお、各実施形態では、三次元構造形成装置における冷却水を用いて３ＤＦが冷却状態とされるが、他の形態により３ＤＦが冷却状態とされても構わない。

また各実施形態において、溶融フィラメントがノズル部を通ってから硬さ指数測定装置へ到達するまで（この到達した時点では、当該溶融フィラメントは既に３ＤＦとなっている）の時間は、コンベアによる３ＤＦの搬送速度等により決まるものであり、３ＤＦ製造装置において把握可能である。なお、３ＤＦの搬送速度等を一定とする場合には、当該時間は固定されるため、当該把握は特に容易である。当該時間が把握されれば、硬さ指数測定装置で測定される３ＤＦの各部がいつの時点でノズル部を通ったか（つまり、いつの時点のノズル部の温度の影響を受けたのか）が判明する。これにより３ＤＦ製造装置は、硬さ指数測定装置の測定情報に基づいて、３ＤＦの硬さに影響を与えるノズル部の温度変化を適切に考慮しつつ、３ＤＦの硬さの変動を抑制することも可能である。

例えば、手作業等により製品化後の３ＤＦの硬さ指数が測定され、この測定情報に基づいて上記フィードバック制御が行われるケースを仮定すると、硬さ指数測定装置で測定される３ＤＦの各部がいつの時点でノズル部を通ったかを、３ＤＦ製造装置において把握することは難しい。このようなケースに比べ、上記のようにノズル部の温度変化を適切に考慮できる場合には、３ＤＦの硬さの変動をより的確に抑制することが可能となる。

なお本発明の構成は、上記実施形態のほか、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。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。

１、２０１ ・・・ フィラメント３次元結合体製造装置（３ＤＦ製造装置）
２、２０２ ・・・ 溶融フィラメント
３、２０３ ・・・ フィラメント３次元結合体（３ＤＦ）
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
１４ ・・・ 加圧部
１４ａ ・・・ シリンダー
１７ａ〜１７ｃ・・・ スクリューヒーター
１６ ・・・ 口金
１５ ・・・ ダイ
１５ａ ・・・ ダイ導流路
１９ａ〜１９ｅ・・・ ダイヒーター
６０ ・・・ 加圧制御部
６１ ・・・ スクリューモーター回転制御部
４０ ・・・ 温度制御部
４１ ・・・ ダイ温度制御部
４２ ・・・ スクリュー温度制御部
２０ ・・・ 形成機
２２ａ、２２ｂ・・・受け板
２０ａ ・・・ 冷却機
２１ ・・・ 水槽
２１ａ ・・・ 冷却水
２３ ・・・ 第一無端コンベア
２５（２５ａ〜２５ｄ）、２５-１、２５−２・・・ 硬さ指数測定装置
５１ ・・・ 対向部材
５２ ・・・ 加圧部材
５３ ・・・ 変位部材
５４ ・・・ 変位センサー
５５ ・・・ 圧力供給部
１５１ ・・・ 回転対向部材
１５１ａ・・・ 対向回転軸
１５２ ・・・ 回転加圧部材
１５２ａ・・・ 加圧回転軸
１５３ ・・・ 圧力センサー
１５４ ・・・ 圧力センサー支持部
２４ ・・・ 第二無端コンベア
２６ａ〜２６ｇ ・・・ 搬送ローラ
２７ ・・・ モーター
２８ ・・・ モーター回転制御装置
３０ ・・・ コントローラ
３１ ・・・ 入力部
３２ ・・・ 演算部
３３ ・・・ 出力部

Claims (13)

1. 複数の溶融フィラメントを供給する溶融フィラメント供給装置と、当該複数の溶融フィラメントを受け入れ、冷却、固化して、フィラメント３次元結合体を形成する三次元構造形成装置と、前記溶融フィラメント供給装置及び前記三次元構造形成装置を制御するコントローラとを備えたフィラメント３次元結合体製造装置において、
   前記三次元構造形成装置によって冷却状態にあるフィラメント３次元結合体の硬さ指数を、測定する硬さ指数測定装置を設け、
   前記コントローラは、
   フィードバックされる前記硬さ指数測定装置の測定情報を用いて、前記形成されるフィラメント３次元結合体の硬さの変動が抑制されるように、前記溶融フィラメント供給装置および前記三次元構造形成装置の少なくとも一方を制御するフィードバック制御を行う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. 前記冷却状態は、前記溶融フィラメントが不可逆的な変形が生じない程度まで冷却固化された状態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。
3. 前記三次元構造形成装置内に、前記形成されたフィラメント３次元結合体を搬送する搬送部材が設けられ、
   前記フィードバック制御は、前記搬送部材の搬送速度の制御であ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。
4. 前記溶融フィラメント供給装置は、
   樹脂を加熱して溶融させ、当該溶融した樹脂を加圧することにより、前記複数の溶融フィラメントを供給するものであって、
   前記フィードバック制御は、前記加熱の度合および前記加圧の度合の少なくとも一方の制御であ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。
5. 前記硬さ指数測定装置は、
   前記フィラメント３次元結合体の表裏間に所定の圧力を印加する圧力付加手段と、
   当該圧力の印加によって前記フィラメント３次元結合体の凹む度合を検知して出力する変位センサーと、
   を有することを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載のフィラメント３次元結合体製造装置。
6. 前記硬さ指数測定装置は、
   前記フィラメント３次元結合体の移動方向に回転することにより、加圧面が当該フィラメント３次元結合体に当接する当接部材と、
   前記当接部材が前記フィラメント３次元結合体から受ける反発圧力を検知して出力する圧力センサーと、
   を有することを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載のフィラメント３次元結合体製造装置。
7. 複数の溶融フィラメントを供給する溶融フィラメント供給装置と、当該複数の溶融フィラメントを受け入れて融着結合させ、フィラメント３次元結合体を形成する三次元構造形成装置と、を備えたフィラメント３次元結合体製造装置を用いる方法であって、
   前記形成されるフィラメント３次元結合体の硬さ指数を測定し、その測定結果に応じて、前記フィラメント３次元結合体の硬さの変動が抑制されるように、前記溶融フィラメント供給装置および前記三次元構造形成装置の少なくとも一方の制御を行う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。
8. 前記三次元構造形成装置内に、前記形成されたフィラメント３次元結合体を搬送する搬送部材が設けられ、
   前記制御は、前記搬送部材の搬送速度の制御であることを特徴とする請求項７に記載のフィラメント３次元結合体の製造方法。
9. 前記溶融フィラメント供給装置は、
   複数のノズルが形成されており、第一方向に比べて当該第一方向に直交する第二方向が短い形状の口金部と、
   複数のヒーターと、
   溶融熱可塑性樹脂を前記口金部へ導く導流路と、を有し、
   前記口金部へ導かれた溶融熱可塑性樹脂を前記複数のノズルを通して排出することにより、前記複数の溶融フィラメントを供給するように形成されており、
   前記導流路は、前記第一方向に比べて前記第二方向が狭くなった扁平導流部を含み、
   前記複数のヒーターは、前記扁平導流部に沿って前記第一方向へ異なる位置にそれぞれ配設されており、
   前記フィードバック制御は、前記複数のヒーターそれぞれの出力の制御であ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。
10. 前記扁平導流部における前記第一方向と第二方向の長さの比率は、前記口金部における当該比率より大きいことを特徴とする請求項９に記載のフィラメント３次元結合体製造装置。
11. 複数の温度センサーが、前記扁平導流部に沿って前記第一方向へ並ぶように配設されていることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のフィラメント３次元結合体製造装置。
12. 前記第一方向へ異なる位置にそれぞれ配設される複数の前記硬さ指数測定装置を有し、
    前記複数の硬さ指数測定装置それぞれは、対応する位置における前記フィラメント３次元結合体の硬さ指数を測定し、
    前記コントローラは、
    前記フィードバック制御として、前記複数の硬さ指数測定装置それぞれの測定結果に基づき、前記複数のヒーターそれぞれの出力を制御することを特徴とする請求項９から請求項１１の何れかに記載のフィラメント３次元結合体製造装置。
13. 第一方向に比べて当該第一方向に直交する第二方向が狭くなった扁平導流部を含む導流路を介して、前記第一方向に比べて前記第二方向が短い形状の口金部へ溶融熱可塑性樹脂を供給する溶融熱可塑性樹脂供給ステップと、
    前記口金部に形成された複数のノズルに前記溶融熱可塑性樹脂を通し、複数の溶融フィラメントを排出する溶融フィラメント供給ステップと、
    前記複数の溶融フィラメントを融着結合および冷却固化することにより、フィラメント３次元結合体を形成するフィラメント３次元結合体生成ステップと、
    前記第一方向に対応するフィラメント３次元結合体の幅方向の複数位置で、各々の硬さ指数を測定する硬さ指数測定ステップと、
    フィードバックされる前記測定の結果情報を用いて、前記形成されるフィラメント３次元結合体の硬さの変動が抑制されるように、前記扁平導流部に沿って前記第一方向へ並ぶように配設された各ヒーターの温度を制御する温度制御ステップと、
    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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