JP2020192164A

JP2020192164A - 繊維成形材及びマットレス

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Publication number: JP2020192164A
Application number: JP2019100382A
Authority: JP
Inventors: 敦司加藤; Atsushi Kato; 剛志福岡; Tsuyoshi Fukuoka; 大輔岡; Daisuke Oka
Original assignee: Paramount Bed Co Ltd
Current assignee: Paramount Bed Co Ltd
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2020-12-03
Anticipated expiration: 2039-05-29
Also published as: JP7272866B2

Abstract

【課題】硬さの異なる部分を備える繊維成形材及びマットレスの生産性の向上を目的とする。【解決手段】繊維成形材１０は、厚み方向（Ｚ軸方向）と交差する方向（Ｘ軸方向）において、繊維の密度が連続的に変化している。【選択図】図２

Description

本発明は、繊維成形材及びマットレスに関するものである。

従来から、繊維成形材及びマットレスとして、例えば、下記特許文献１及び２に記載された硬さの異なる部分を備えるものが知られている。特許文献１に記載された繊維成型材は、繊維の密度が異なる繊維層同士を接着剤で貼り合わせることで、硬さの異なる部分を形成している。特許文献２に記載された固綿クッション材は、硬さに応じてウエブシートを折り畳んで積層する量を変え、一定の厚みに加熱圧着することで、硬さの異なる部分を形成している。

特開平１１−１３１３５６号公報特開２００５−６５８２９号公報

特許文献１に記載された繊維層を接着して貼り合わせる方法では、繊維層の貼り合わせ作業に時間とコストがかかり、生産性に関して改善の余地があった。
特許文献２に記載されたウエブシートを折り畳んで積層する量を変える方法では、ウエブシートを何回も折り返す必要があったため、製品を連続で成形し難く、生産性に関して改善の余地があった。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、硬さの異なる部分を備える繊維成形材及びマットレスの生産性の向上を目的とする。

本発明の一態様に係る繊維成形材は、厚み方向と交差する方向において、繊維の密度が連続的に変化している。

本発明の一態様に係るマットレスは、先に記載の繊維成形材により形成されたマットレス本体を備える。

本発明によれば、硬さの異なる部分を備える繊維成形材及びマットレスの生産性が向上する。

本発明の一実施形態に係るマットレスの斜視図である。（ａ）図１に示す矢視Ｉ−Ｉ断面図、（ｂ）図２（ａ）に示すＡ部分の拡大図である。本発明の一実施形態に係る繊維積層材の斜視図である。図３に示す矢視ＩＩ−ＩＩ断面図である。本発明の一実施形態に係る繊維成形材を製造する製造装置の模式図である。図５に示す製造装置を矢視Ｃ方向から視た斜視図である。本発明の一実施形態に係る原綿吐出量の変化の速さと、（ａ）傾斜部の傾斜角度との関係、（ｂ）第３部分の形成範囲との関係を説明する説明図である。本発明の一実施形態に係る原綿吐出量の変化の速さと、（ａ）傾斜部の傾斜角度との関係、（ｂ）第３部分の形成範囲との関係を説明する説明図である。本発明の一実施形態に係る上流側コンベアの速度制御で形成した繊維積層材の斜視図である。本発明の一実施形態に係る製造装置の繊維成形部よりも下流側に配置された硬さ測定部を示す模式図である。本発明の一実施形態に係る硬さ測定部を通過後、繊維成形材に施されたマーキングを示す斜視図である。本発明の一実施形態の変形例に係る製造装置の模式図である。本発明の一実施形態の変形例に係る繊維積層材の斜視図である。図１３に示す繊維積層材から形成した繊維成形材の斜視図である。本発明の一実施形態の変形例に係る繊維成形材の斜視図である。本発明の一実施形態の変形例に係る繊維成形材の斜視図である。本発明の一実施形態の変形例に係る繊維成形材の斜視図である。本発明の一実施形態の変形例に係る繊維成形材の斜視図である。本発明の一実施形態の変形例に係る繊維成形材の斜視図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。以下の説明では、本発明の一実施形態に係る繊維成形材の適用例として、マットレスを例示する。

図１は、本発明の一実施形態に係るマットレス１の斜視図である。この図において、マットレス１の硬い部分と柔らかい部分は、ドットパターンの濃淡で示している（以下の図も同様）。なお、実製品においては、当該ドットパターンが無く、マットレス１の硬い部分と柔らかい部分を一見して判別できなくても構わない。逆に、実製品において、当該ドットパターンやその他のパターン、色、ラインなどを付し、マットレス１の硬さの異なる部分に目印となるマーキングを施しても構わない。

マットレス１は、図１に示すように、繊維成形材１０から形成されたマットレス本体２を備えている。なお、マットレス１は、マットレス本体２の他に、マットレス本体２の外表面の少なくとも一部を覆う図示しないカバーや、その他のマットレス部品を備えていても構わない。

マットレス本体２は、平面視で長方形状に形成されている。なお、以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明することがある。Ｘ軸方向はマットレス本体２の長手方向であり、Ｙ軸方向はマットレス本体２の幅方向（短手方向とも言う）、Ｚ軸方向はマットレス本体２の厚み方向である。

また、マットレス１の上に仰向けになった使用者を基準に、脚側、頭側、左側、右側という文言を使用することがある。つまり、マットレス本体２の長手方向において、一方側（＋Ｘ側）を脚側、他方側（−Ｘ側）を頭側と称する場合がある。また、マットレス本体２の幅方向において、一方側（＋Ｙ側）を左側、他方側（−Ｙ側）を右側と称する場合がある。さらに、マットレス本体２の厚み方向において、一方側（＋Ｚ側）を上側、他方側（−Ｚ側）を下側と称する場合がある。

図１に示すマットレス本体２は、幅方向（Ｙ軸方向）における硬さ分布から、幅方向において、センター部分３と、そのセンター部分３の両側に配置された一対のサイド部分４とに分けることができる。センター部分３は、マットレス１の上に仰向けになった使用者を支える部分とも言える。サイド部分４は、マットレス１の左側（＋Ｙ側）ないし右側（−Ｙ側）の端縁に端座した使用者を支える部分とも言える。サイド部分４は、センター部分３よりも全体的に硬い部分となっている。

センター部分３は、平面視で長方形状に形成されている。センター部分３は、長手方向（Ｘ軸方向）の寸法がマットレス本体２と等しく、幅方向（Ｙ軸方向）の寸法がマットレス本体２よりも小さくなっている。このセンター部分３は、長手方向（Ｘ軸方向）における硬さ分布から、長手方向において、第１センター部分３１と、第２センター部分３２と、第３センター部分３３に分けることができる。

第１センター部分３１、第２センター部分３２、第３センター部分３３は、長手方向に一列に並んで配置されている。第１センター部分３１、第２センター部分３２、第３センター部分３３の幅方向における寸法は、それぞれ等しい。また、第１センター部分３１、第２センター部分３２、第３センター部分３３の長手方向における寸法もそれぞれ等しい。なお、幅方向や長手方向の寸法については、第１センター部分３１、第２センター部分３２、第３センター部分３３で、互いに異なっても構わない。

第１センター部分３１は、マットレス本体２の長手方向の−Ｘ側（頭側）に配置されている。第１センター部分３１は、仰向けになった使用者の頭、肩、背中などを支える部分とも言える。第２センター部分３２は、第１センター部分３１の＋Ｘ側に並んで配置されている。第２センター部分３２は、仰向けになった使用者の腰や臀部などを支える部分とも言える。第３センター部分３３は、第２センター部分３２の＋Ｘ側、つまりマットレス本体２の長手方向の＋Ｘ側（脚側）に並んで配置されている。第３センター部分３３は、仰向けになった使用者の脚などを支える部分とも言える。

第２センター部分３２の硬さを基準とすると、第１センター部分３１は、第２センター部分３２よりも硬くなっている。硬さの一指標となる密度［ｋｇ／ｍ^３］では、一例として、第２センター部分３２の密度が１５［ｋｇ／ｍ^３］以上且つ２５［ｋｇ／ｍ^３］未満のとき、第１センター部分３１の密度が２５［ｋｇ／ｍ^３］以上且つ３５［ｋｇ／ｍ^３］以下となる。

また、硬さの一指標として「ＪＩＳＫ６４００−２Ａ法」がある。この手法は、測定部分を４０％の厚さまで押し込んでから３０秒後の「復元しようとする力（ニュートン）」を測定する。この手法では、一例として、第２センター部分３２の４０％硬さが５０［Ｎ］以上且つ２００［Ｎ］未満のとき、第１センター部分３１の４０％硬さが２００［Ｎ］以上且つ４００［Ｎ］以下となる。

また、第２センター部分３２の硬さを基準とすると、第３センター部分３３は、第２センター部分３２よりも硬くなっている。同じく密度で比較すると、第２センター部分３２の第２センター部分３２の密度が１５［ｋｇ／ｍ^３］以上且つ２５［ｋｇ／ｍ^３］未満のとき、第３センター部分３３の密度が２５［ｋｇ／ｍ^３］以上且つ３５［ｋｇ／ｍ^３］以下となる。また、４０％硬さで比較すると、第２センター部分３２の４０％硬さが５０［Ｎ］以上且つ２００［Ｎ］未満のとき、第３センター部分３３の４０％硬さが２００［Ｎ］以上且つ４００［Ｎ］以下となる。

本実施形態では、第３センター部分３３は、第１センター部分３１と同じ硬さとなっている。つまり、センター部分３においては、長手方向の中央部に対し、その両側の両端部が相対的に硬くなっている。
なお、上述した硬さ及び各数値はあくまで一例であり、例えば、第１センター部分３１と第３センター部分３３の硬さが異なっていても構わない。また、第１センター部分３１及び第３センター部分３３よりも第２センター部分３２が硬くなっていても構わない。

サイド部分４は、平面視で長方形状に形成されている。サイド部分４は、長手方向（Ｘ軸方向）の寸法がマットレス本体２と等しく、幅方向（Ｙ軸方向）の寸法がマットレス本体２よりも小さく且つセンター部分３よりも小さくなっている。このサイド部分４は、長手方向（Ｘ軸方向）における硬さ分布から、長手方向において、第１サイド部分４１と、第２サイド部分４２と、第３サイド部分４３に分けることができる。

第１サイド部分４１、第２サイド部分４２、第３サイド部分４３は、長手方向に一列に並んで配置されている。第１サイド部分４１、第２サイド部分４２、第３サイド部分４３の幅方向における寸法は、それぞれ等しい。また、第１サイド部分４１、第２サイド部分４２、第３サイド部分４３の長手方向における寸法は、第１センター部分３１、第２センター部分３２、第３センター部分３３の長手方向における寸法とそれぞれ等しい。

第２サイド部分４２の硬さを基準とすると、第１サイド部分４１は、第２サイド部分４２よりも硬くなっている。具体的に密度で比較すると、第２サイド部分４２の密度が３５［ｋｇ／ｍ^３］以上且つ５５［ｋｇ／ｍ^３］未満のとき、第１サイド部分４１の密度が５５［ｋｇ／ｍ^３］以上且つ７０［ｋｇ／ｍ^３］以下となる。また、４０％硬さで比較すると、第２サイド部分４２の４０％硬さが４００［Ｎ］以上且つ７００［Ｎ］未満のとき、第１サイド部分４１の４０％硬さが７００［Ｎ］以上且つ９００［Ｎ］以下となる。

また、第２サイド部分４２の硬さを基準とすると、第３サイド部分４３は、第２サイド部分４２よりも硬くなっている。同じく密度で比較すると、第２サイド部分４２の密度が３５［ｋｇ／ｍ^３］以上且つ５５［ｋｇ／ｍ^３］未満のとき、第３サイド部分４３の密度が５５［ｋｇ／ｍ^３］以上且つ７０［ｋｇ／ｍ^３］以下となる。また、４０％硬さで比較すると、第２サイド部分４２の４０％硬さが４００［Ｎ］以上且つ７００［Ｎ］未満のとき、第３サイド部分４３の４０％硬さが７００［Ｎ］以上且つ９００［Ｎ］以下となる。

本実施形態では、第３サイド部分４３は、第１サイド部分４１と同じ硬さとなっている。つまり、サイド部分４においては、センター部分３と同様に、長手方向の中央部に対し、その両側の両端部が相対的に硬くなっている。
なお、上述した硬さ及び各数値はあくまで一例であり、例えば、第１サイド部分４１と第３サイド部分４３の硬さが異なっていても構わない。また、第１サイド部分４１及び第３センター部分３３よりも第２センター部分３２が硬くなっていても構わない。

図２は、（ａ）図１に示す矢視Ｉ−Ｉ断面図、（ｂ）図２（ａ）に示すＡ部分の拡大図である。
マットレス本体２は、繊維成形材１０により形成されている。繊維成形材１０は、繊維１１（図２（ｂ）参照）を積層したものを、図２（ａ）に示すように、一定の厚みの矩形板状に成形したものである。

繊維１１としては、例えば、ポリエステル、ポリアミド、アクリル、ポリプロピレンなどの合成繊維が好ましく、中でもポリエステル繊維がもっとも好ましい。もちろん、製品の要求に合わせて、天然繊維である羊毛、木綿なども単独または合成繊維と混合して使用することもできる。繊維１１の断面は、中空、中実、Ｔ型、Ｙ型、扁平などいずれのものでも使用できる。繊維１１の長さは加工できるものであれば使用でき、特に限定されないが、後述する製造装置（開繊機など）の関係から２０［ｍｍ］以上２００［ｍｍ］未満のものであることが好ましく、より好ましくは３０［ｍｍ］から１００［ｍｍ］の範囲内のものであるとよい。

繊維１１同士を接着させる接着剤１２としては、粒状、膜状、液状または繊維状などの形態のものを使用することができるが、加工の簡便性、使用中の接着剤１２の脱落、接着強力などの点から繊維状接着剤がもっとも好ましく、さらには、繊維状接着剤が接着部分と非接着部分でできた複合タイプのものが好ましい。接着を実行する手段は、熱溶解、乾燥などの方法があるが、熱による溶解によるものが好ましく、主体とする非溶解繊維に比べ５０〜２００℃低い温度で溶解するものを使用するのが好ましい。かかる繊維状接着剤の種類は、ポリエステル、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレン等の合成繊維からなる熱溶融接着機能を有するものが好ましく使用される。

繊維成形材１０では、硬くしたい部分（第１センター部分３１や第３センター部分３３など）は繊維１１の積層量を増やす、柔らかくしたい部分（第２センター部分３２など）は繊維１１の積層量を減らすことで、部分ごとに硬さをコントロールすることができる。すなわち、繊維１１の密度を異ならせることで、部分の硬度を異ならせることができる。以下、第１センター部分３１や第３センター部分３３などの硬くした部分を、第１部分２１と称し、第２センター部分３２などの柔らかくした部分を、第２部分２２と称して説明する場合がある。また、第１部分２１及び第２部分２２が並ぶ方向（図２（ａ）においてＸ軸方向）を、第１方向と称して説明する場合がある。

図２（ａ）に示すように、繊維成形材１０は、厚み方向（Ｚ軸方向）と交差する方向（Ｘ軸方向、第１方向）において、繊維１１の密度が連続的に変化している。本実施形態では、繊維１１の密度が異なる第１部分２１と第２部分２２との間に、繊維１１の密度が連続的且つ徐々に変化する第３部分２３が形成されている。

ここで、繊維１１の密度が「連続的」に変化しているとは、図２（ａ）に示すように、繊維成形材１０において、密度（硬さ）が非連続で変化する境界面ないし接着面が明確に存在しない、あるいは、繊維１１の切れ目が一直線に連なっていないことを言う。すなわち、繊維成形材１０においては、図２（ｂ）に示すように、繊維１１がランダムに配向されながら接着されて繊維１１間が結合されている。当該構成は、後述するライン生産によって成形されたことを示唆している。なお、図２（ａ）に示す点線は、第３部分２３を視認し易くするための補助線である。

第３部分２３においては、繊維１１の密度が第１方向（Ｘ軸方向）に連続的且つ徐々に変化している。例えば、第１センター部分３１の密度が２５［ｋｇ／ｍ^３］以上且つ３５［ｋｇ／ｍ^３］以下で、第２センター部分３２の密度が１５［ｋｇ／ｍ^３］以上且つ２５［ｋｇ／ｍ^３］未満のとき、第１センター部分３１（第１部分２１）と第２センター部分３２（第２部分２２）の間の第３部分２３においては、Ｘ軸方向の−Ｘ側に向かうに従って、密度が最大３５［ｋｇ／ｍ^３］から最小１５［ｋｇ／ｍ^３］まで連続的且つ徐々に変化する。

また、密度が連続的且つ「徐々に」変化するとは、第１部分２１の密度から第２部分２２の密度まで緩やかに密度が変化することを言い、急激な密度の変化あるいは離散的な密度の変化が無いことをいう。本実施形態の第３部分２３における密度の変化は、比例関数的な変化となっている。なお、第３部分２３における密度の変化は、２次関数的な変化や、第１部分２１の密度と第２部分２２の密度に極値を持つ３次関数的な変化であっても構わない。また、第３部分２３における密度の変化は、上記のような関数で表せない変化であっても構わない。

第３部分２３においては、第１方向（Ｘ軸方向）において、繊維１１の密度が連続的且つ徐々に変化するものの、第１方向と直交する第２方向（Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）においては、繊維１１の密度が一定であっても構わない。つまり、第３部分２３においては、マットレス本体２の長手方向において繊維１１の密度が変化するが、幅方向及び厚み方向においては、繊維１１の密度が変化しなくてもよい。言い換えると、第１方向の所定位置で切断したときの第３部分２３の断面（Ｙ−Ｚ断面）における密度分布が、その断面の密度の中央値に対し殆ど変化しなくてもよい。なお、密度が「変化しない」とは、変化がゼロであることが理想であるが、現実では困難であるので、当該部分において密度の変化がほとんど無いことをいう。具体的には、当該部分における密度（密度の中央値であるとよい）から±５％の範囲内、好ましくは±３％の範囲内、より好ましくは±１％の範囲内であれば、密度が「変化しない（一定）」と言ってもよい。なお、現実では、繊維成形材１０の下面には、繊維１１の積層量相当分の重量がかかるため、繊維成形材１０の上面よりも僅かに密度が高くなっている。つまり、繊維成形材１０の上面と下面とでは、下面の方が繊維成形材１０全体の重量がかかるので、上面よりも密度が高くなる場合がある。また、繊維成形材１０全体の密度が低くて重量が軽い場合は、Ｚ軸方向の密度がほとんど変化しない場合もある。

このような第３部分２３は、第１センター部分３１と第２センター部分３２との間だけでなく、第２センター部分３２と第３センター部分３３との間にも存在する。さらに、このような第３部分２３は、センター部分３だけでなく、サイド部分４の上述した第１サイド部分４１と第２サイド部分４２との間、第２サイド部分４２と第３サイド部分４３との間にも存在する。つまり、サイド部分４において、第１サイド部分４１と第３サイド部分４３が、上述した第１部分２１であって、第２サイド部分４２が、上述した第２部分２２と言い換えることができる。
ちなみに、第１部分２１及び第２部分２２は、上述した密度が「変化しない」部分と言っても構わないし、第１部分２１及び第２部分２２においても密度が変化しているが、第３部分より密度の変化が小さい部分と言っても構わない。

上記構成の繊維成形材１０（マットレス本体２）は、図３及び図４に示すような繊維積層材１０Ａを一定の厚みに成形することで形成することができる。
図３は、本発明の一実施形態に係る繊維積層材１０Ａの斜視図である。図４は、図３に示す矢視ＩＩ−ＩＩ断面図である。
図３に示す繊維積層材１０Ａは、図１に示す繊維成形材１０（マットレス本体２）が一定の厚みに成形される前の状態であって、密度が略一定で、図１に示すような硬さの異なる部分を有しておらず、代わりに複数の凹凸を有している。

繊維積層材１０Ａは、センター部分３において、第１センター平面部３１Ａと、第２センター平面部３２Ａと、第３センター平面部３３Ａと、を備えている。第１センター平面部３１Ａ、第２センター平面部３２Ａ、第３センター平面部３３Ａは、長手方向に並んで配置されている。第２センター平面部３２ＡのＺ軸方向における高さを基準とすると、第１センター平面部３１Ａ及び第３センター平面部３３Ａは同じ高さで、第２センター平面部３２Ａよりも上側（＋Ｚ側）に位置している。

また、繊維積層材１０Ａは、サイド部分４において、第１サイド平面部４１Ａと、第２サイド平面部４２Ａと、第３サイド平面部４３Ａと、を備えている。第１サイド平面部４１Ａ、第２サイド平面部４２Ａ、第３サイド平面部４３Ａは、長手方向に並んで配置されている。第２サイド平面部４２ＡのＺ軸方向における高さを基準とすると、第１サイド平面部４１Ａ及び第３サイド平面部４３Ａは同じ高さで、第２サイド平面部４２Ａよりも上側（＋Ｚ側）に位置している。また、センター部分３において最も高い第１センター平面部３１Ａ及び第３センター平面部３３ＡのＺ軸方向における高さを基準とすると、第１サイド平面部４１Ａ、第２サイド平面部４２Ａ、第３サイド平面部４３Ａは、いずれも第１センター平面部３１Ａ及び第３センター平面部３３Ａよりも上側（＋Ｚ側）に位置している。

センター部分３において、第１センター平面部３１Ａ及び第３センター平面部３３Ａは、第２センター平面部３２Ａに対して上側に突出した凸部を形成している。一方、第２センター平面部３２Ａは、第１センター平面部３１Ａ及び第３センター平面部３３Ａに対して下側（−Ｚ側）に窪んだ凹部を形成している。これら、第１センター平面部３１Ａ、第２センター平面部３２Ａ、第３センター平面部３３Ａを、一定の厚みに成形することで、上述した第１センター部分３１、第２センター部分３２、第３センター部分３３を形成することができる。また、センター部分３において、第１センター平面部３１Ａ及び第３センター平面部３３Ａが上述した第１部分２１となり、第２センター平面部３２Ａが上述した第２部分２２となる。

同様に、サイド部分４において、第１サイド平面部４１Ａ及び第３サイド平面部４３Ａは、第２サイド平面部４２Ａに対して上側に突出した凸部を形成している。一方、第２サイド平面部４２Ａは、第１サイド平面部４１Ａ及び第３サイド平面部４３Ａに対して下側（−Ｚ側）に窪んだ凹部を形成している。これら、第１サイド平面部４１Ａ、第２サイド平面部４２Ａ、第３サイド平面部４３Ａを、一定の厚みに成形することで、上述した第１サイド部分４１、第２サイド部分４２、第３サイド部分４３を形成することができる。つまり、サイド部分４において、第１サイド平面部４１Ａ及び第３サイド平面部４３Ａが上述した第１部分２１となり、第２サイド平面部４２Ａが上述した第２部分２２となる。

また、図４に示すように、第１センター平面部３１Ａと第２センター平面部３２Ａとの間には、傾斜部２３Ａが形成されている。傾斜部２３Ａにおいては、Ｚ軸方向の高さが、第１方向（Ｘ軸方向）に向かうに従って連続的且つ徐々に変化している。本実施形態の傾斜部２３Ａにおける高さの変化は、上述した第３部分２３の密度の変化と同様に、比例関数的な変化となっている。傾斜部２３Ａの第２センター平面部３２Ａに対する傾斜角度（絶対値）は、０°以上且つ９０°未満であり、１５°以上且つ７５°以下が好ましく、３０°以上且つ６０°以下がより好ましい。

このような傾斜部２３Ａは、第１センター平面部３１Ａと第２センター平面部３２Ａとの間だけでなく、第２センター平面部３２Ａと第３センター平面部３３Ａとの間にも存在する。さらに、このような傾斜部２３Ａは、センター部分３だけでなく、サイド部分４の上述した第１サイド平面部４１Ａと第２サイド平面部４２Ａとの間、第２サイド平面部４２Ａと第３サイド平面部４３Ａとの間にも存在する。このような傾斜部２３Ａを、一定の厚みに成形することで、上述した第３部分２３を形成することができる。

次に、上記構成の繊維積層材１０Ａを経て繊維成形材１０（マットレス本体２）を製造する製造装置１００について説明する。
図５は、本発明の一実施形態に係る繊維成形材１０を製造する製造装置１００の模式図である。
図５に示すように、本実施形態の製造装置１００は、繊維成形材１０をライン生産している。以下説明する製造装置１００において、製品が流れるライン方向Ｆは、Ｘ軸方向（第１方向）である。なお、Ｙ軸方向は、ライン方向Ｆと直交する水平方向であり、Ｚ軸方向はライン方向Ｆと直交する上下方向である。また、ライン方向Ｆ（Ｘ軸方向）において、一方側（＋Ｘ側）を下流側、他方側（−Ｘ側）を上流側と称する場合がある。

製造装置１００は、上流側から下流側に向かって、原料供給部１１０、繊維積層部１２０、及び繊維成形部１３０を備えている。
原料供給部１１０は、原料となる繊維１１（接着剤１２含む）を繊維積層部１２０に供給するものであり、繊維積層部１２０のメインシリンダー１２１に対し上流側に配置された上流側コンベア１１１を備えている。上流側コンベア１１１は、メインコンベア１１１Ａ及びサブコンベア１１１Ｂを含む。なお、メインコンベア１１１Ａ及びサブコンベア１１１Ｂの上流側には、繊維１１の原綿を開繊する図示しない開繊機が配置されている。

図６は、図５に示す製造装置１００を矢視Ｃ方向から視た斜視図である。
図６に示すように、メインコンベア１１１Ａは、下流側に配置された繊維積層部１２０のメインシリンダー１２１に対し、一定の幅で繊維１１を供給する。サブコンベア１１１Ｂは、メインコンベア１１１Ａよりも幅が狭く、メインコンベア１１１Ａの上側（＋）、且つ、メインコンベア１１１Ａの幅方向の両側に一対で設けられている。

メインコンベア１１１Ａ上の繊維１１には、幅方向の両側に一対で設けられたサブコンベア１１１Ｂから追加で繊維１１が供給される。サブコンベア１１１Ｂから供給された繊維１１は、下流側の繊維積層部１２０において、繊維積層材１０Ａのサイド部分４を形成する。

図５に示す繊維積層部１２０は、原料供給部１１０から供給された繊維１１を、所謂エアレイド法で積層するものであり、メインシリンダー１２１と、エアブロア１２２と、下流側コンベア１２３と、を備えている。

メインシリンダー１２１は、Ｙ軸方向に延びる円柱体であって、その周面にワーカーと称される図示しない開繊用突起を複数備えている。また、メインシリンダー１２１の周囲には、ワーカーから繊維１１を引き剥がすストリッパーと称される図示しない突起付き円柱体が複数配設されている。メインシリンダー１２１は、ワーカーとストリッパーとの間で繊維１１を交互に移行させることで、繊維１１の開繊を行う。

エアブロア１２２は、メインシリンダー１２１で開繊された繊維１１に対し、下流側コンベア１２３に向かって風を吹き付けることで、繊維１１同士の間隔が広がった状態で繊維１１を積層させる。これにより、良好な嵩高性を兼ね備えた繊維積層材１０Ａを形成することができる。下流側コンベア１２３は、この繊維積層材１０Ａを繊維成形部１３０に搬送する。

ここで、製造装置１００は、エアブロア１２２によってメインシリンダー１２１から下流側コンベア１２３に吐出（供給）される繊維１１の原綿吐出量Ｑ［ｇ／ｍ^２・ｍｉｎ］を制御する制御装置１４０を備えている。本実施形態の制御装置１４０は、上流側コンベア１１１（メインコンベア１１１Ａ及びサブコンベア１１１Ｂを含む）の搬送速度を制御し、下流側コンベア１２３との搬送速度差を利用して、原綿吐出量Ｑを制御している。

例えば、下流側コンベア１２３の搬送速度Ｖ２［ｍ／ｍｉｎ］を一定とした場合、上流側コンベア１１１の搬送速度Ｖ１［ｍ／ｍｉｎ］をＶ２よりも上げ、繊維１１の原綿吐出量Ｑを増やすことで、繊維積層材１０Ａに凸部（上述した第１センター平面部３１Ａ、第１サイド平面部４１Ａなど）を形成できる。なお、メインシリンダー１２１の回転数ｒ（ｒｐｍ）は、一定のままでも良いが、上流側コンベア１１１の搬送速度に応じて変化させてもよい。

図７及び図８は、本発明の一実施形態に係る原綿吐出量Ｑの変化の速さと、（ａ）傾斜部２３Ａの傾斜角度との関係、（ｂ）第３部分２３の形成範囲との関係を説明する説明図である。
原綿吐出量Ｑの変化の速さは、上流側コンベア１１１の搬送速度Ｖ１を変化させる加速度とも言いかえることができる。図７は、上流側コンベア１１１の加速度が大きい場合の例であり、図８は、上流側コンベア１１１の加速度が小さい場合の例である。

図７（ａ）に示す傾斜部２３Ａの第２センター平面部３２Ａに対する傾斜角度θ１は、図８（ａ）に示す傾斜部２３Ａの第２センター平面部３２Ａに対する傾斜角度θ２よりも大きい。この場合、図７（ｂ）に示す第３部分２３の形成範囲Ｗ１は、図８（ｂ）に示す第３部分２３の形成範囲Ｗ２よりも小さくなる。つまり、上流側コンベア１１１の搬送速度Ｖ１を、同一の第１速度から第２速度まで変える場合であっても、上流側コンベア１１１の加速度（＝傾斜部２３Ａの傾斜角度）を変えることで、硬さが変化する第３部分２３の形成範囲のＸ軸方向における寸法を変えることができる。

例えば、図７に示すように、傾斜部２３Ａの傾斜角度θ１を大きくし、第３部分２３の形成範囲Ｗ１を小さくすれば、繊維成形材１０の第１部分２１と第２部分２２との間で硬さが変化する部分（第３部分２３）が明確になる。また、図８に示すように、傾斜部２３Ａの傾斜角度θ２を小さくし、第３部分２３の形成範囲Ｗ１を大きくすれば、繊維成形材１０の第１部分２１と第２部分２２との間で硬さを緩やかに変化させることができる。なお、上流側コンベア１１１の速度制御において、下流側コンベア１２３を停止させれば、傾斜部２３Ａの傾斜角度を９０°に近づけ、第３部分２３の形成範囲のＸ軸方向における寸法を限りなくゼロに近づけることも可能である。つまり、第３部分２３の形成範囲が小さく、見た目上、第１部分２１から第２部分２２に急激に密度が変化する場合であっても、繊維１１の連なりは途切れることはないので、繊維１１の密度は連続的に変化していると言える。

図９は、本発明の一実施形態に係る上流側コンベア１１１の速度制御で形成した繊維積層材１０Ａの斜視図である。
図９に示す繊維積層材１０Ａは、上述した図３に示す繊維積層材１０Ａを長手方向において２つ繋げたような形状となっている。このように、制御装置１４０は、上流側コンベア１１１の加速、定速、減速、定速のルーチンを繰り返し、繊維積層材１０Ａに複数の凹凸を形成する。

図５に戻り、繊維成形部１３０は、凹凸が形成された繊維積層材１０Ａを一定の厚みに成形するものであり、一対のパンプレート１３１と、一対のパンプレート１３１を囲う熱処理室１３２と、を備えている。一対のパンプレート１３１は、上下一対で配置され、繊維積層材１０Ａを上下方向で圧縮しながら熱処理を行う。これにより、均一の厚みで硬さ（密度）の違う部位を有する繊維成形材１０を形成することができる。

図１０は、本発明の一実施形態に係る製造装置１００の繊維成形部１３０よりも下流側に配置された硬さ測定部１５０を示す模式図である。図１１は、本発明の一実施形態に係る硬さ測定部１５０を通過後、繊維成形材１０に施されたマーキング５０を示す斜視図である。
図１０に示すように、繊維成形部１３０より下流側には、繊維成形材１０の硬さの異なる部分（第１部分２１、第２部分２２）を特定する硬さ測定部１５０が設けられている。

硬さ測定部１５０は、ローラー１５１と、ローラー１５１を繊維成形材１０の上面に押し付けるバネ１５２と、ローラー１５１の押し付けに追従して変位（回動）するリンク部材１５３と、リンク部材１５３の変位量（なお、図１０においてローラー１５１が第２部分２２において沈んだ状態を二点鎖線で示す）を測定する変位センサ１５４と、を備えている。変位センサ１５４は、演算装置１５５と接続されており、演算装置１５５は、変位センサ１５４で測定したリンク部材１５３の変位量と、繊維成形材１０の搬送速度から、硬さの異なる部分（第１部分２１、第２部分２２）の現在位置、範囲などを算出する。

ローラー１５１よりも下流側には、スリッター１５６やインクジェット１５７が設けられている。スリッター１５６やインクジェット１５７は、演算装置１５５と接続されており、演算装置１５５の演算結果から、マットレス本体２として切断する位置や硬さの違う部分にマーキング５０を施す。図１１に示す例では、マーキング５０が、繊維成形材１０の硬さが切り替わる部分（すなわち、上述した第３部分２３）に形成されている。
その後、繊維成形材１０をＸ軸方向において切断することで、図１に示すような、均一の厚みで硬さの密度の違う部位を有するマットレス本体２を製造することができる。

このように製造された繊維成形材１０（マットレス本体２）は、図２（ａ）に示すように、繊維１１の密度が異なる第１部分２１及び第２部分２２が、第１方向（Ｘ軸方向）に並んで配置され、第１部分２１と第２部分２２との間の第３部分２３において、繊維１１がランダムに配向されながら接着されて第１方向に連なっている。このように、本実施形態によれば、厚み方向と交差する第１方向において、繊維１１の密度が連続的に変化している繊維成形材１０（マットレス本体２）をライン生産で大量生産できる。また、従来必要であった、繊維成形材１０の硬さの異なる部分の貼り合わせ作業が不要になるため、作業費が大幅に下がり、コストダウンに寄与できる。
このように、本実施形態によれば、硬さの異なる部分を備える繊維成形材１０及びマットレス１の生産性が向上する。

また、本実施形態では、図２（ａ）に示すように、繊維１１の密度が異なる第１部分２１と第２部分２２との間に、繊維１１の密度が連続的且つ徐々に変化する第３部分２３を備えている。この構成によれば、硬さの異なる部分を備える繊維成形材１０において、緩やかに硬さが変わる部位（第３部分２３）が作られるため、使用者の感触に違和感を与えることなく、適度な硬さ変化を提供することができる。

なお、本実施形態のように、第３部分２３において、第１方向と直交する第２方向（Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）に関し、繊維１１の密度は、一定であってもよい。この構成によれば、Ｙ軸方向に関しては、センター部分３において使用者が寝返りなどをした場合に、使用者に硬さ変化を与えないため、使用者に違和感を与えないようにすることができる。また、Ｚ軸方向に関しては、使用者の姿勢に応じて沈み込み量が異なっても、使用者に硬さ変化を与えないため、使用者に違和感を与えないようにすることができる。

また、本実施形態では、マットレス本体２の厚み方向と直交する長手方向において、第１部分２１（第１センター部分３１及び第３センター部分３３）が、第２部分２２（第２センター部分３２）の両側に配置されている。つまり、マットレス本体２の長手方向において、繊維１１の密度が高密度から低密度、該低密度から高密度に連続的に変化している。この構成によれば、マットレス本体２の頭側及び脚側に対し、中間の腰側の硬さが異なり、且つ、硬さ変化も緩やか変化するため、使用者に理想の寝姿勢を提供でき、マットレス１の支持面が増え体圧分散性も向上する。さらに、使用者に理想の寝姿勢と適度な硬さを提供することで動きやすさを提供することも可能となる。なお、使用者の腰をしっかりと支える場合、マットレス本体２の長手方向において、繊維１１の密度が低密度から高密度、該高密度から低密度に連続的に変化していても構わない。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、図１２に示す製造装置１００のように、制御装置１４０が、下流側コンベア１２３の搬送速度を制御し、上流側コンベア１１１との搬送速度差を利用して、原綿吐出量Ｑ（積層量）を制御してもよい。例えば、上流側コンベア１１１の搬送速度Ｖ１［ｍ／ｍｉｎ］を一定とした場合、下流側コンベア１２３の搬送速度Ｖ２［ｍ／ｍｉｎ］をＶ１よりも上げ、繊維１１の原綿吐出量Ｑ（積層量）を減らすことで、繊維積層材１０Ａに凹部（上述した第２センター平面部３２Ａ、第２サイド平面部４２Ａなど）を形成できる。この場合、繊維積層部１２０以降の製造装置１００のライン速度も連動して可変する必要がある。このため、図１２に示すように、下流側コンベア１２３より下流側の搬送ラインを撓ませ、下流側コンベア１２３との速度差を吸収するアキュムレータ１２４などを追加してもよい。なお、制御装置１４０が、上流側コンベア１１１と下流側コンベア１２３の両方の搬送速度を制御しても構わない。

また、例えば、図１３に示す繊維積層材１０Ａのように、サイド部分４に凹凸のないフラットなサイド平面部４０Ａを形成してもよい。このサイド平面部４０Ａは、例えば、図５及び図６に示すサブコンベア１１１Ｂを、メインコンベア１１１Ａと独立して速度制御（例えば、メインコンベア１１１Ａが減速する際に、サブコンベア１１１Ｂは減速させない、若しくは加速させる等）することで、図１３に示す繊維積層材１０Ａのようにサイド部分４に凹みを作らないように繊維１１の積層量を増減させることができる。これにより、図１４に示すように、サイド部分４の全体に硬さ（密度）が一定の第４サイド部分４０を形成することも可能である。

また、例えば、上述したサブコンベア１１１Ｂをエアブロア１２２の上流側ないし下流側に配置せずに、図１５に示すように、上述したサイド部分４が無い繊維成形材１０を形成してもよい。

また、図１６に示す繊維成形材１０のように、繊維成形材１０を製造するライン方向Ｆが、マットレス本体２の幅方向（短手方向、Ｙ軸方向）であってもよい。この構成によれば、センター部分３の全体に硬さ（密度）が一定の第４センター部分３０を形成すると共に、サイド部分４の全体に硬さ（密度）が一定の第４サイド部分４０を形成し、センター部分３に対してサイド部分４を硬くすることも可能になる。すなわち、サイド部分４の硬さを均一にするために、上述の図１３にて説明したようにエアレイド前に、繊維１１を追加する必要がなくなる。なお、この場合、センター部分３（第４センター部分３０）が、上述した第１部分２１と言え、サイド部分４（第４サイド部分４０）が、上述した第２部分２２と言える。すなわち、この場合、センター部分３とサイド部分４がＹ軸方向（第１方向）に並んで配置され、センター部分３とサイド部分４との間に、繊維１１がランダムに配向されながら接着されて第１方向（Ｙ軸方向）に連なっている部分（上述した第３部分２３）が形成されることとなる。つまり、マットレス本体２の幅方向において、繊維１１の密度が高密度から低密度、該低密度から高密度に連続的且つ徐々に変化させることが可能になる。また、上記構成によれば、繊維成形材１０を幅方向（短手方向）で大量生産することができる。

また、図１７に示す繊維成形材１０のように、センター部分３の硬さは、３つの部分だけなく、少なくとも２つの部分に分かれていればよく、４つ以上の部分に分かれていても構わない。例えば、図１７に示す繊維成形材１０（マットレス本体２）は、幅方向（短手方向、Ｙ軸方向）で成形したものであって、図６に示すサブコンベア１１１Ｂをさらに複数台並べ、センター部分３において５つの部分に硬さを分けたものである。具体的に、図１７に示す繊維成形材１０は、センター部分３のＸ軸方向に関し、中央に位置する第１センター部分３１ａが最も硬く、第１センター部分３１ａの両側に配置された一対の第２センター部分３２ａが次に硬く、一対の第２センター部分３２ａの両側に配置された一対の第３センター部分３３ａが最も柔らかくなっている。なお、上記構成においても、図１７に示すマーキング５０に沿って繊維成形材１０を切断することで、繊維成形材１０を幅方向（短手方向）で大量生産することができる。

また、本発明の一実施形態に係る繊維成形材１０は、マットレス１に限らず、布団、枕などの寝具や、椅子、自動車、電車などのシート、その他のクッション体にも適用できる。例えば、図１８に示すように、繊維成形材１０を立方体に切り出し、クッション体としてもよい。また、例えば、繊維成形材１０の切り出し方によっては、図１９に示すように、立方体のある面の対角線を結んだ方向が、上述した第１方向（厚み方向と交差する方向、第１部分２１と第２部分２２が連なる方向、つまりライン方向Ｆ）ともなり得る。

１マットレス
２マットレス本体
３センター部分
４サイド部分
１０繊維成形材
１０Ａ繊維積層材
１１繊維
１２接着剤
２１第１部分
２２第２部分
２３第３部分
Ｆライン方向（厚み方向と交差する方向）

Claims

厚み方向と交差する方向において、繊維の密度が連続的に変化している、ことを特徴とする繊維成形材。
前記繊維の密度が異なる第１部分と第２部分との間に、前記繊維の密度が連続的且つ徐々に変化する第３部分を備えている、ことを特徴とする請求項１に記載の繊維成形材。
請求項１または２に記載の繊維成形材により形成されたマットレス本体を備える、ことを特徴とするマットレス。
前記マットレス本体の厚み方向と直交する長手方向及び幅方向のいずれか一方において、前記繊維の密度が連続的に変化している、ことを特徴とする請求項３に記載のマットレス。
前記マットレス本体の長手方向において、前記繊維の密度が高密度から低密度、該低密度から高密度に連続的に変化し、あるいは、前記繊維の密度が低密度から高密度、該高密度から低密度に連続的に変化している、ことを特徴とする請求項４に記載のマットレス。
前記マットレス本体の幅方向において、前記繊維の密度が高密度から低密度、該低密度から高密度に連続的に変化している、ことを特徴とする請求項４に記載のマットレス。