JP2023025440A - フィラメント３次元結合体の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】端部溶融フィラメント群を円滑に水槽内へ導くとともに、リンキングゾーンの温度低下や温度ムラが抑制可能なフィラメント３次元結合体の製造装置を提供する。【解決手段】複数の溶融フィラメントを下方へ並進させてなる溶融フィラメント群を排出する溶融フィラメント供給部と、水槽内で溶融フィラメントどうしが融着結合されるようにし、フィラメント３次元結合体を形成する融着結合形成部と、を有するフィラメント３次元結合体の製造装置であって、溶融フィラメント群の上方視端部近傍に位置する端部溶融フィラメント群を受け、内側下向きの傾斜方向へ滑らせて前記水槽内へ導く傾斜部を有した受け板と、傾斜部を被覆する吸水性シートと、吸水性シートに供給される冷却水を貯留する冷却水貯留部と、を備え、吸水性シートが冷却水貯留部から前記冷却水を吸い上げることにより、吸水性シートに冷却水が供給される製造装置とする。【選択図】図４

Description

本発明は、フィラメント３次元結合体の製造装置に関する。

熱可塑性樹脂からなるフィラメントを３次元的に融着結合させて得られる結合体（フィラメント３次元結合体）を用いた高反発マットレスが、反発力が高くて寝返りがしやすく、通気性に優れていることから近年注目されてきている。このようなフィラメント３次元結合体の製造方法として、例えば、特許文献１や特許文献２に開示された方法が知られている。

特許文献１および特許文献２の方法によれば、水平に配置された複数のノズルから溶融状態の熱可塑性樹脂を鉛直方向下向きに押し出した後、直径が１mm前後の溶融フィラメント群（線条集合体）を水中に落下させて、水の浮力でループを形成させると同時に、ループ形成した複数の溶融フィラメントどうしを３次元的に融着結合させてフィラメント３次元結合体を製造する。またこのとき、溶融フィラメント群（線条集合体）の厚さ方向の両側（前後方向両端）に位置する端部溶融フィラメント群を傾斜した受け板（シュート）で受けた後、受け板表面上を傾斜方向へ滑らせて水槽内へ落下させることにより、平滑で強度の高い高密度表面層を形成している。

端部溶融フィラメント群が受け板を円滑に滑るようにして水槽内へ落下させる方法として、特許文献１では、粗面加工を施した受け板（シュート）に冷却水を供給して冷却水膜を形成している。また、特許文献２の方法によれば、受け板（シュート）表面を透水シートで覆い、受け板（シュート）表面と透水シートとの間に冷却水を供給して冷却水膜を形成している。

特許第４９６６４３８号公報 特開２００４－２１８１１６号公報

フィラメント３次元結合体を形成させるためには、複数の溶融フィラメントを水槽内（水中）で融着結合させる必要がある。そのため、溶融フィラメントどうしの融着力（融着点強度）が変化しないように、水槽内の上部の水温、特に溶融フィラメントどうしの融着結合が生じる水槽内の領域（リンキングゾーン）の水温を一定にする必要がある。

しかしながら、受け板の上部から冷却水を供給すると、冷却水が水槽内に流れ落ちて水槽上部の水温が低下するため、受け板から離れた前後方向中央部（厚み方向中央部）では水温が低下しにくいものの、冷却水が流れ落ちる受け板に近い前後方向両端部（厚み方向両端部）では温度が下がりやすくなるといった課題があった。

特に、受け板の全表面に冷却水膜を形成するためには、溶融フィラメント群の上方視端部近傍の部分（端部溶融フィラメント群）の冷却固化に要する必要最小限の冷却水量より多い冷却水を供給する必要があるため、リンキングソーンの温度低下（時間的な変動）やリンキングゾーンの温度ムラ（位置的な変動）が大きくなる。

リンキングゾーンの温度が位置的あるいは時間的に変動すると、溶融フィラメントどうしの融着結合が適切に行われず、フィラメント３次元結合体の反発力や硬さが不安定になるなどの問題が生じる虞がある。特に、リンキングゾーンの温度が適正温度より低くなると、フィラメント同士の十分な結合強度（リンキング強度）が得られず、生成されたフィラメント３次元結合体をクッション材として使用した際にクッション性（反発力や硬さ）が使用年数とともに低下し易くなるといった問題が生じ得る。

このような問題に対処するためリンキングゾーンに流れ込む冷却水の量を少なくかつ安定化させることが重要となる。本発明は上記課題に鑑み、端部溶融フィラメント群を円滑に水槽内へ導くとともに、リンキングゾーンの温度低下や温度ムラを抑えることが可能となるフィラメント３次元結合体の製造装置の提供を目的とする。

本発明に係る製造装置は、複数の溶融フィラメントを下方へ並進させてなる溶融フィラメント群を排出する溶融フィラメント供給部と、水槽内で前記溶融フィラメントどうしが融着結合されるようにし、フィラメント３次元結合体を形成する融着結合形成部と、を有するフィラメント３次元結合体の製造装置であって、前記溶融フィラメント群の上方視端部近傍に位置する端部溶融フィラメント群を受け、内側下向きの傾斜方向へ滑らせて前記水槽内へ導く傾斜部を有した受け板と、前記傾斜部を被覆する吸水性シートと、前記吸水性シートに供給される冷却水を貯留する冷却水貯留部と、を備え、前記吸水性シートが前記冷却水貯留部から前記冷却水を吸い上げることにより、当該吸水性シートに当該冷却水が供給される構成とする。

本構成によれば、端部溶融フィラメント群を円滑に水槽内へ導くとともに、リンキングゾーンの温度低下や温度ムラを抑えることが可能となる。

上記構成としてより具体的には、複数の前記冷却水貯留部が、前記傾斜部の下側に設けられており、前記吸水性シートは、前記複数の冷却水貯留部それぞれから前記冷却水を吸い上げる構成としてもよい。

上記構成としてより具体的には、前記複数の冷却水貯留部それぞれは、前記傾斜部の傾斜方向へ位置をずらして配置されており、前記傾斜部は、前記複数の冷却水貯留部それぞれに対応する孔を有し、前記吸水性シートは、前記孔を介して、前記複数の冷却水貯留部それぞれから前記冷却水を吸い上げる構成としてもよい。

上記構成としてより具体的には、前記冷却水貯留部の少なくとも一つは、前記傾斜部の外側端部から延在する部分が、前記冷却水を貯留できる形状に折れ曲がって形成された構成としてもよい。なおここでの「冷却水貯留部の少なくとも一つ」とは、冷却水貯留部が複数ある場合には限られず、冷却水貯留部が一つしかない場合における当該冷却水貯留部も含む概念である。

上記構成としてより具体的には、前記冷却水貯留部は前記水槽であり、前記冷却水として当該水槽内の水が用いられる構成としてもよい。また当該構成としてより具体的には、前記傾斜部の外側端部から延在する部分が前記水槽内に向かって折れ曲がって形成された支持部を有し、前記吸水性シートの外側寄り部分は、前記支持部に沿って延びて前記水槽内の水に接し、前記支持部の上側に、前記吸水性シートを挟んでカバーが設けられた構成としてもよい。

上記構成としてより具体的には、前記受け板の下側に、前記水槽内に水流を発生させて前記フィラメント３次元結合体を冷却する水流発生装置が設けられた構成としてもよい。

本発明に係る製造装置によれば、端部溶融フィラメント群を円滑に水槽内へ導くとともに、リンキングゾーンの温度低下や温度ムラを抑えることが可能となる。

本実施形態に係るフィラメント３次元結合体の製造装置の構成図である。 当該製造装置についての図１に示すＡ－Ａ’断面の矢視図である。 下方視点によるノズル部の概略的な構成図である。 図１に示す点線枠Ｘ内の部分の概略的な拡大図である。 受け板およびその周辺の下方から見た概略的な構成図である。 図５Ａに示すＢ－Ｂ’断面の概略的な断面図である。 図５Ａに示すＣ－Ｃ’断面の概略的な断面図である。 壁部の内側の水の温度の制御系統を概略的に示すブロック図である。 第２実施形態に係るフィラメント３次元結合体の製造装置の受け板近傍の概略的な拡大図である。 第３実施形態に係るフィラメント３次元結合体の製造装置の受け板近傍の概略的な拡大図である。 第４実施形態に係るフィラメント３次元結合体の製造装置の受け板近傍の概略的な拡大図である。

以下、本発明の例示的な各実施形態について各図面を参照しながら説明する。

１．第１実施形態
まず本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るフィラメント３次元結合体の製造装置１の概略的な構成図であり、左右に二分する平面で切断した場合の断面図の視点で製造装置１が示されている。また図２は、製造装置１についての図１に示すＡ－Ａ’断面の矢視図である。なお製造装置１の説明における上下、左右、および前後の各方向（互いに直交する方向）は、図１および図２等に示すとおりである。上下方向は、鉛直方向である。

フィラメント３次元結合体の製造装置１は、直径が０．３～３．０mm程度の複数の溶融フィラメントＭＦからなる溶融フィラメント群を鉛直方向下向きへ排出する溶融フィラメント供給部１０と、溶融フィラメントＭＦどうしを３次元的に絡め合わせて接触点を融着結合させた後、冷却固化させてフィラメント３次元結合体ＦＺを形成する融着結合形成部２０を備える。

溶融フィラメント供給部１０は、加圧溶融部１１（押出機）とフィラメント排出部１２（ダイ）を含む。加圧溶融部１１は、材料投入部１３（ホッパー）、スクリュー１４、スクリュー１４を駆動するスクリューモーター１５、スクリューヒータ１６、および不図示の複数の温度センサーを含む。加圧溶融部１１の内部には、材料投入部１３から供給された熱可塑性樹脂をスクリューヒータ１６により加熱溶融しながら搬送するためのシリンダー１１ａが形成されている。

シリンダー１１ａ内には、スクリュー１４が回転可能に収容されている。シリンダー１１ａの下流側端部には、熱可塑性樹脂をフィラメント排出部１２に向けて排出するためのシリンダー排出口１１ｂが形成されている。スクリューヒータ１６の加熱温度は、例えば溶融フィラメント供給部１０に設けた温度センサーの検知信号に基づいて制御される。

フィラメント排出部１２は、ノズル部１７、ダイヒータ１８、および図示しない複数の温度センサーを含み、内部にはシリンダー排出口１１ｂから排出された溶融熱可塑性樹脂をノズル部１７に導く導流路１２ａが形成されている。

ノズル部１７は、複数の開口部が形成された略直方体の金属製の厚板であり、導流路１２ａの最下流部にあたるフィラメント排出部１２の下部に設けられている。

図３は、下方視点によるノズル部１７の概略的な構成図である。ノズル部１７には、溶融フィラメントＭＦを排出する複数のノズル開口部１７ａが形成されている。図３に示す例では、開口部１７ａは前後左右方向に千鳥状に配置されており、隣接する開口部１７どうしの距離（ピッチ）は、１０mm程度である。但し、開口部１７の具体的形態は特に限定されない。

ダイヒータ１８は、左右方向に複数個（図２に示す例では１８ａ～１８ｆの６個）が設けられており、フィラメント排出部１２を加熱する。ダイヒータ１８の加熱温度は、例えばフィラメント排出部１２に設けた温度センサーの検知信号に基づいて制御される。

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、例えば、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およびポリスチレン樹脂等や、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などを用いることができる。

材料投入部１３から供給された熱可塑性樹脂は、シリンダー１１ａ内で加熱溶融され、例えばスクリュー１４により押し出されるようにして、溶融熱可塑性樹脂としてシリンダー排出口１１ｂからフィラメント排出部１２の導流路１２ａに供給される。その後、ノズル部１７の複数のノズル開口部１７ａそれぞれから下方へ並進するように、複数の溶融フィラメントＭＦからなる溶融フィラメント群が排出される。

融着結合形成部２０は、冷却水槽２１、受け板２２、冷却水貯留部２３、コンベア２４、および、複数の搬送ローラ２５ａ～２５ｈを含む。受け板２２は、上下を軸方向とする略筒状に形成されており、ノズル部１７から排出される溶融フィラメントＭＦを受けるように、ノズル部１７の下方に配置されている。なお以下の説明において、受け板２２の水平方向内側を単に「内側」と称し、受け板２２の水平方向外側を単に「外側」と称することがある。後述する図４に示すとおり、冷却水貯留部２３は、受け板２２の下部に配置されており、受け板２２上側表面に形成される冷却水膜用の冷却水を貯留する。

冷却水槽２１は、溶融フィラメントＭＦの冷却に用いる水Ｗが収容される槽であり、図１に示すように十分な量の水Ｗを溜めておくことが可能である。水Ｗは、溶融フィラメントＭＦに浮力を与えて撓ませ、撓みにより生じた溶融フィラメントどうしの接触点が融着された後に冷却固化させる冷媒としての役割を果たす。冷却水槽２１の内部には、一対のコンベア２４と、複数の搬送ローラ２５ａ～２５ｈが配設されている。一対のコンベア２４および複数の搬送ローラ２５ａ～２５ｈは、不図示の駆動モーターにより駆動される。

ノズル部１７から排出された溶融フィラメントＭＦは、受け板２２によって厚み（前後方向寸法）が整えられ、冷却水槽２１内の水Ｗの浮力作用によって撓み、その中の各溶融フィラメントＭＦはランダムなループを形成する。ランダムなループは隣接するランダムなループと３次元的に溶融状態で絡み合い、接触点が融着結合して３次元的なフィラメントの結合体（フィラメント３次元結合体ＦＺ）が形成される。このとき、溶融フィラメントＭＦは温度が高いほど接触融着の度合いが高まり、冷却後に得られるフィラメント３次元結合体ＦＺの反発力が高まることになる。以下の説明では、このような溶融フィラメントＭＦどうしの融着結合が生じる水Ｗの領域を、リンキングゾーンと称することがある。

フィラメント３次元結合体ＦＺは、コンベア２４と複数の搬送ローラ２５ａ～２５ｈによって、冷却水槽２１内の水Ｗで冷却されながら搬送され、最終的には冷却水槽２１の外部へ排出される。このようにして、製造装置１によってフィラメント３次元結合体ＦＺが製造される。

次に、受け板２２およびその周辺の構成等について、より詳細に説明する。図４は、図１に示す点線枠Ｘ内の部分の概略的な拡大図である。また図５Ａは、受け板２２およびその周辺の下方から見た概略的な構成図である。図５Ｂは、図５Ａに示すＢ－Ｂ’断面の概略的な断面図であり、図５Ｃは、図５Ａに示すＣ－Ｃ’断面の概略的な断面図である。

これらの図に示すように、受け板２２は左右対称かつ前後対称に形成されており、下方へ進むにつれて内側へ向かうように傾斜した前後左右それぞれの傾斜部２２ａと、冷却水槽２１内のリンキングゾーンを含む領域Ｚを囲むように配置された前後左右それぞれの壁部２２ｂとを有する。また、傾斜部２２ａの上側表面には吸水性シート２２ｃが設けられている。

図４に示す例では、受け板２２は金属板材に折り曲げ加工等を施して、傾斜部２２ａと壁部２２ｂが連接するように形成されている。但し、傾斜部２２ａと壁部２２ｂを別々に形成しても良く、壁部２２ｂの内側の水Ｗの熱が外側へ逃げ難くなるように、傾斜部２２ａよりも壁部２２ｂを断熱性の高い材質で形成しても良い。なお本実施形態では、壁部２２ｂは領域Ｚの前後左右を完全に囲んだ形態となっているが、壁部２２ｂの形態はこれに限定されず、例えば領域Ｚの左右の全部または一部を囲んでいない形態としても構わない。

領域Ｚの前後および左右方向サイズは、ノズル部１７よりも少し小さくなっている。また上方から見て、領域Ｚとノズル部１７の中心どうしは一致している。領域Ｚでは、水面ＷＳの近傍のリンキングゾーンにおいて溶融フィラメントＭＦどうしが融着結合し、更に水Ｗで冷却されながら下方へ進むことになる。

前後左右の各壁部２２ｂの内面は鉛直面となっており、前後左右の各傾斜部２２ａの下端は、各壁部２２ｂの上端に連接している。すなわち、前側の傾斜部２２ａは、下方へ進むにつれて後側（内側）へ向かうように傾斜しており、その下端は前側の壁部２２ｂの上端に連接している。後側の傾斜部２２ａは、下方へ進むにつれて前側（内側）へ向かうように傾斜しており、その下端は後側の壁部２２ｂの上端に連接している。左側の傾斜部２２ａは、下方へ進むにつれて右側（内側）へ向かうように傾斜しており、その下端は左側の壁部２２ｂの上端に連接している。右側の傾斜部２２ａは、下方へ進むにつれて左側（内側）へ向かうように傾斜しており、その下端は右側の壁部２２ｂの上端に連接している。

ノズル部１７から排出された複数の溶融フィラメントＭＦのうち、上方から見て領域Ｚの外縁よりも内側のものは、領域Ｚへ直接進入する。一方、ノズル部１７から排出された複数の溶融フィラメントＭＦのうち、上方から見て領域Ｚの外縁よりも外側のもの、すなわち端部溶融フィラメント群は傾斜部２２ａに当たり、当該傾斜部２２ａを滑るようにして、壁部２２ｂの内側に位置する領域Ｚへ誘導される。

領域Ｚに進入した溶融フィラメントＭＦの前後左右への拡がりは壁部２２ｂによって規制され、形成されるフィラメント３次元結合体ＦＺの厚み（前後方向寸法）や幅（左右方向寸法）は一定となる。また壁部２２ｂは、外側の水Ｗが内側に進入することを抑えて、リンキングゾーンの温度低下を抑える役割も果たす。

冷却水貯留部２３は傾斜部２２ａの外側下部に設けられ、冷却水ＣＷを貯留する。また吸水性シート２２ｃの一部は、冷却水貯留部２３の冷却水ＣＷと接するように設けられる。冷却水貯留部２３には冷却水ＣＷを供給する冷却水供給管２３ｐが設けられる。

より具体的に説明すると、冷却水貯留部２３は、傾斜部２２ａの外側端部から延在する部分が外側下向きに折れ曲がって形成された第１板状部２３ｘと、第１板状部２３ｘの外側端部から延在する部分が外側上向きに折れ曲がって形成された第２板状部２３ｙとを有し、これらの板状部２３ｘ，２３ｙに挟まれた谷間のスペースに冷却水ＣＷを貯留することが可能である。このように冷却水貯留部２３は、傾斜部２２ａの外側端部から延在する部分が、冷却水ＣＷを貯留できる形状に折れ曲がって形成されている。

上述のとおり本実施形態では、受け板２２を形成する板材の一部が折れ曲がることにより、傾斜部２２ａの外側端部に連接した形態で、理想的な位置に冷却水貯留部２３が配置されるよう工夫されている。なお、第１板状部２３ｘの上端は第２板状部２３ｙの上端よりも高い位置（上側）にあるため、仮に冷却水貯留部２３において冷却水ＣＷが溢れたとしても、溢れた分の冷却水ＣＷは壁部２２ｂより外側の冷却水槽２１内に落ちるだけであり、傾斜部２２ａへ流れてしまう虞は無い。

また、冷却水貯留部２３は傾斜部２２ａの外側端部に連接して設けられており、傾斜部２２ａの上側表面を覆うように設けられた吸水性シート２２ｃの外側端部を、第１板状部２３ｘの上側表面に沿うように折り曲げるだけで、吸水性シート２２ｃを冷却水貯留部２３の冷却水ＣＷに接触させることが可能となっている。なお冷却水貯留部２３には、冷却水槽２１内の水Ｗが冷却水供給管２３ｐを介して冷却水ＣＷとして供給されるようにしても良く、水道水等が冷却水供給管２３ｐを介して冷却水ＣＷとして供給されるようにしても良い。

吸水性シート２２ｃによって冷却水貯留部２３内部に貯留される冷却水ＣＷが吸い上げられることによって、傾斜部２２ａ上面に設けられる吸水性シート２２ｃ表面に冷却水膜が形成される。この冷却水膜によって、傾斜部２２ａに溶融フィラメントＭＦを貼り付かせず、傾斜部２２ａにおける溶融フィラメントＭＦの滑りを良くするとともに、溶融フィラメントＭＦを冷却することが可能である。このように傾斜部２２ａ表面を覆う吸水性シート２２ｃに冷却水ＣＷが供給されることにより、傾斜部２２ａ表面へ冷却水を供給することが可能である。

本実施形態の吸水性シート２２ｃとして、厚さが１mmの木綿生地を使用しているが、吸水性シート２２ｃに使用できる素材としては、水を吸い上げる能力がある素材であれば特に制限はなく、水酸基を有するセルロース系繊維やカルボン酸塩を有するアクリレート系繊維を含む布や、スポンジ状の多孔質親水性樹脂などが使用できる。

水を吸い上げる能力を高める方法としては、繊維の素材の接触角を小さくして濡れ性を高める方法や、繊維径を小さくして表面積を大きく（毛細管現象を高める）する方法等が挙げられる。

吸水性シート２２ｃは、厚みが０．５mm以上かつ５mm以下であることが好ましく、１枚の生地として用いたり、複数の布地を重ねて用いたりしてもよい。吸水性シート２２ｃの厚みが０．５mm未満の場合、形成される冷却水膜の水量が少なくなり、乾燥しやすくなる。一方、吸水性シート２２ｃの厚みが５mmを超えると、表面に凹凸が生じやすくなり、端部溶融フィラメント群がスムーズに滑り難くなる。傾斜部２２ａの傾斜角としては、傾斜部２２ａにおける端部溶融フィラメント群の滑り易さと、先述したループ形成の進行状況のバランスを考慮して決定すればよい。また、受け板２２および吸水性シート２２ｃを親水性を有する多孔質親水性樹脂などの硬質材質で形成し、受け板２２と吸水性シート２２ｃとを一体化してもよい。

冷却水ＣＷの水温としては、１℃以上かつ３５℃以下であることが好ましい。冷却水ＣＷの水温が１℃未満の場合、製造装置の設置温度が低いと凍結しやすくなる。一方、冷却水ＣＷの水温が３５℃を超えると蒸発しやすく、乾燥しやすくなる。

傾斜部２２ａと吸水性シート２２ｃとの密着性を高めるために、傾斜部２２ａ表面の親水性を高めてもよい。親水性を高める方法としては、セルロース系樹脂、カルボン酸基やカルボン酸イオン基を有するアクリル樹脂、或いは、イオン基や水酸基を有するシリコーン樹脂などをコーティングする方法や、イオン基や水酸基を有するシランカップリング剤を用いて化学的に変性させる方法が挙げられる。

ここでリンキングゾーンの温度が変動すると、溶融フィラメントＭＦの融着結合の度合等が変化し、フィラメント３次元結合体ＦＺの品質に問題が生じる虞がある。特に、リンキングゾーンに流れ込む冷却水ＣＷ等の影響によってリンキングゾーンの温度が適正温度より低くなると、フィラメントＭＦどうしの十分な結合強度（リンキング強度）が得られず、生成されたフィラメント３次元結合体ＦＺをクッション材として使用した際にクッション性が低下し易くなるといった問題が生じ得る。

そこで本実施形態の製造装置１においては、壁部２２ｂの内側の水Ｗの温度を検知する温度センサー３１（検知部）が設けられ、温度センサー３１により検知された温度に基づいたヒーター３２の温度調節（出力調節）によって、リンキングゾーンの温度が制御されるようにしている。

図４に示すように温度センサー３１は、壁部２２ｂに設けた穴Ｄに配置されており、接触する水Ｗの温度を検知する。温度センサー３１は、リンキングゾーンに含まれる水面ＷＳから約１０mm下の位置に配置されており、壁部２２ｂの内側におけるリンキングゾーンの水Ｗの温度を検知することが可能である。本実施形態の例では、温度センサー３１（温度検知手段）として熱電対が採用されているが、温度センサー３１の種類はこれに限られず、例えばアルコール温度計の表示を数値化する機構など、検知した温度を電子計算機等で処理できる信号で伝達できる手段であればよい。

また、温度センサー３１は穴Ｄに配置することにより、壁部２２ｂの内面よりも外側に配置することが可能となっており、これにより、温度センサー３１が溶融フィラメントＭＦ或いはフィラメント３次元結合体ＦＺと干渉することは避けられる。本実施形態の例では、図５Ａに示すように、温度センサー３１は前後の壁部２２ｂに間隔を設けて３個ずつ設けられるとともに、左右の壁部２２ｂに１個ずつ設けられている。

なお、図４に示す穴Ｄは底が貫通している。穴Ｄは、開口部から穴底まで幅が一定であるものには限られず、テーパのように深さに沿って断面積が変化しても良い。穴Ｄのサイズは、温度センサー３１が壁部２２ｂの内面よりも内側にはみ出さないように設定されていれば良く、穴Ｄの断面積は好ましくは３～１２mm^２程度である。また、穴Ｄの具体的な形状は特に限定されず、楕円、円、或いは矩形であっても良い。

ヒーター３２は、例えば供給された電力を用いて発熱するよう構成されており、壁部２２ｂの外面を覆うように配置されている。図４および図５Ａに示す例では、ヒーター３２は、温度センサー３１の近傍を除く前後の壁部２２ｂの大部分を覆うように配置されている。また、図５Ｃに示すように、前後の壁部２２ｂにおけるヒーター３２に覆われる部分には、左右に伸びる複数の貫通孔２２ｘが上下に並ぶように設けられている。これによりヒーター３２の熱は、壁部２２ｂを介して壁部２２ｂの内側の水Ｗに伝わるとともに、内側から貫通孔２２ｘに入る水Ｗへ直接的に伝わることになる。そのため、リンキングゾーンを含む壁部２２ｂの内側の水Ｗを効率良く温めることが可能である。

受け板２２の材質として金属よりも断熱性の高い材質を採用することにより、これに接する溶融フィラメントＭＦや水Ｗの熱を外側へ逃がし難くすることが可能となり、溶融フィラメントＭＦの温度が低くなり過ぎることを防ぐことができる。特に、水Ｗの中に配置される壁部２２ｂの材質を断熱性の高い材質とすることにより、壁部２２ｂの内側の水Ｗの熱が壁部２２ｂの外側へ逃げることを極力抑え、リンキングゾーンの温度が下がり難くなるようにすることが可能となる。

これを実現するにあたっては、壁部２２ｂの材質を傾斜部２２ａの材質よりも断熱性の高いものとしても良く、全体が金属で形成された受け板２２を採用しつつも、断熱性の高い材質で形成された板状材で壁部２２ｂを覆うようにしても良い。なお、金属よりも断熱性の高い材質としては、例えば、ポリフェニレンスルファイド、ポリイミド樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（フッ素樹脂）、ポリアミドイミド、ジアリルフタレート（アリル樹脂）、或いはシリコーン（シリコン樹脂）等の耐熱温度の高い樹脂が採用可能である。また、リンキングゾーンの温度が下がり難くなるようにするため、壁部２２ｂの内側へ入った冷却水ＣＷを外側へ流出させるようにしても良い。

また製造装置１は、検知センサー３１の検知情報に基づいて、リンキングゾーンの温度を制御する。そのため製造装置１によれば、リンキングゾーンの温度を適正化して、溶融フィラメントどうしの融着結合が適切に行われるようにすることが可能である。なお本実施形態では、リンキングゾーンを加熱する機構としてヒーター３２を採用しているが、直接的あるいは間接的にリンキングゾーンを加熱しうる手法であればその種類は問わない。ヒーター３２は、受け板２２を介さずに直接リンキングゾーンを温めるようにしても良い。

またリンキングゾーンを加熱する手法として、ヒーター３２を使う手法とともに（或いはこれに代えて）、リンキングゾーンに向けてスチームや温風を流す手法や、リンキングゾーンに赤外線等の電磁波を当てる手法を採用しても良い。また、製造装置１にリンキングゾーンを冷却する冷却機構も設けておき、リンキングゾーンの温度制御の一形態として、リンキングゾーンの冷却が可能であるようにしても良い。また、水Ｗに埋没する壁部２２ｂは、温度センサー３１以外のものが更に設置可能となるように、フィンのような形状としたり穴や憩室を設けたりしても良い。

図６は、壁部２２ｂの内側の水Ｗの温度の制御系統を概略的に示すブロック図である。本図に示すように製造装置１は、リンキングゾーンの温度を制御する温度制御部３０を有している。温度制御部３０は、例えばＣＰＵ等により構成され、温度センサー３１の検知情報（検知した温度の情報）に基づいて最適となるヒーター３２の温度（出力）を算出し、この温度（出力）となるようにヒーター３２へ制御信号を送出する。ヒーター３２はこの制御信号に応じて発熱し、リンキングゾーンの温度の制御が実現される。

一例として温度制御部３０は、温度センサー３１の検知する温度が所定温度に近づくように、或いは、所定の許容範囲内に収まるように、ヒーター３２の温度のフィードバック制御を行う。このフィードバック制御はＰＩＤ制御としても良い。なお温度センサー３１は、リンキングゾーンの水Ｗの温度を直接検知するように配置されることが望ましいが、壁部２２ｂの内側におけるリンキングゾーン付近の水Ｗの温度を検知するように配置されても構わない。

この場合であっても、壁部２２ｂの内側においてはリンキングゾーンの水Ｗとリンキングゾーン付近の水Ｗの温度は近似するため、温度センサー３１の検知情報に基づいてリンキングゾーンの温度を制御することが可能である。また、温度センサー３１の具体的な配置形態は上述したものに限られず、種々の変更を加えることが可能である。

以上に説明したとおり本実施形態に係るフィラメント３次元結合体の製造装置１は、複数の溶融フィラメントを下方へ並進させてなる溶融フィラメント群を排出する溶融フィラメント供給部１０と、冷却水槽２１内で前記溶融フィラメントどうしが融着結合されるようにし、フィラメント３次元結合体ＦＺを形成する融着結合形成部２０と、を有する。

更に当該製造装置１は、溶融フィラメント群の上方視端部近傍に位置する端部溶融フィラメント群を受け、内側下向きの傾斜方向へ滑らせて冷却水槽２１内へ導く傾斜部２２ａを有した受け板２２と、傾斜部２２ａを被覆する吸水性シート２２ｃと、吸水性シート２２ｃに供給される冷却水ＣＷを貯留する冷却水貯留部２３と、を備え、吸水性シート２２ｃが冷却水貯留部２３から冷却水ＣＷを吸い上げることにより、吸水性シート２２ｃに冷却水ＣＷが供給されるようになっている。そのため製造装置１によれば、傾斜部２２ａの表面へ安定的に冷却水ＣＷを供給することにより、端部溶融フィラメント群を円滑に冷却水槽２１内へ導くとともに、リンキングゾーンの温度低下や温度ムラを抑えることが可能となっている。

すなわち、仮に傾斜部２２ａの表面へ供給した冷却水ＣＷがリンキングゾーンへ流入すると、その分、リンキングゾーンの温度低下や温度ムラが生じ易くなってしまう。しかし本実施形態の製造装置１では、傾斜部２２ａを被覆する吸水性シート２２ｃは、比較的乾いている状態では冷却水ＣＷを急速に吸い上げるが、水分の含有量が飽和状態に近づくほど冷却水ＣＷを吸い上げる力は弱まる。そのため、傾斜部２２ａを被覆する吸水性シート２２ｃに過度な冷却水ＣＷが供給されることは未然に防止され、これにより冷却水ＣＷがリンキングゾーンへ流入することが抑えられる結果、リンキングゾーンの温度低下や温度ムラを抑えることが可能となっている。

２．第２実施形態
次に本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明では第１実施形態と異なる事項の説明に重点をおき、第１実施形態と共通する事項については説明を省略することがある。

図７は、第２実施形態に係る製造装置１の受け板２２近傍の概略的な拡大図である。本実施形態では、受け板２２の傾斜部２２ａの下部に、傾斜部２２ａの傾斜方向へ位置をずらして配置された５個の冷却水貯留部２３ａ～２３ｅが設けられ、冷却水ＣＷを貯留する。吸水性シート２２ｃは、各冷却水貯留部２３ａ～２３ｅに貯留された冷却水と接するように設けられる。各冷却水貯留部２３ａ～２３ｅには、冷却水ＣＷを供給する冷却水供給管２３ｐが個別に設けられる。

５個の冷却水貯留部２３ａ～２３ｅは、傾斜部２２ａの下側において傾斜部２２ａの傾斜方向へ概ね等間隔に並ぶように配置されている。最も上側に配置される冷却水貯留部２３ａは、第１実施形態における冷却水貯留部２３の場合と概ね同様にして形成されており、同等の機能を有する。

すなわち冷却水貯留部２３ａは、傾斜部２２ａの外側端部から延在する部分が外側下向きに折れ曲がって形成された第１板状部２３ｘと、第１板状部２３ｘの外側端部から延在する部分が外側上向きに折れ曲がって形成された第２板状部２３ｙとを有し、これらの板状部２３ｘ，２３ｙに挟まれた谷間のスペースに冷却水ＣＷを貯留することが可能である。このように冷却水貯留部２３ａは、傾斜部２２ａの外側端部から延在する部分が、冷却水ＣＷを貯留できる形状に折れ曲がって形成されている。

傾斜部２２ａには、残り４個の冷却水貯留部２３ｂ～２３ｅそれぞれに対応する孔Ｈが形成されている。４個の冷却水貯留部２３ｂ～２３ｅそれぞれは、図７に示す断面視で冷却水貯留部２３ａと概ね同等の構成となっており、対応する孔Ｈの下側の縁に連接している。４個の冷却水貯留部２３ｂ～２３ｅそれぞれは、対応する孔Ｈの下側の縁から外側下向きに延出する部分（第１板状部２３ｘに相当する）と、当該部分の端部から外側上向きに延出する部分（第２板状部２３ｙに相当する）とを有し、これらの部分に挟まれた谷間のスペースに冷却水ＣＷを貯留することが可能である。各冷却水貯留部２３ａ～２３ｅにおいて、もし冷却水ＣＷが溢れた場合であっても、溢れた分は壁部２２ｂより外側の冷却水槽２１内に落ちるだけであり、傾斜部２２ａ表面へ過剰な冷却水ＣＷが供給される虞は無い。

また、第２実施形態の吸水性シート２２ｃには、下方へ突出する複数の突出部２２ｃ１が、各孔Ｈに対応するように設けられている。傾斜部２２ａの上側表面を覆うように設けられた吸水性シート２２ｃにおいては、図７に示すように、第１板状部２３ｘの上側表面に沿うように折り曲げられた外側端部が冷却水貯留部２３ａの冷却水ＣＷに接触し、複数の突出部２２ｃ１それぞれが、各孔Ｈを介して冷却水貯留部２３ｂ～２３ｅそれぞれに達し、対応する冷却水貯留部の冷却水ＣＷに接触する。

このように吸水性シート２２ｃは、傾斜部２２ａの傾斜方向へ位置をずらして配置された各冷却水貯留部２３ａ～２３ｅの冷却水ＣＷと接するように設けられる。これにより、各冷却水貯留部２３ａ～２３ｅの冷却水ＣＷを吸水性シート２２ｃが吸い上げることによって、傾斜部２２ａにおける傾斜方向に異なる各箇所へ同時に冷却水ＣＷを供給することが可能となる。その結果、傾斜部２２ａ表面への冷却水ＣＷの供給能力を高めることができ、傾斜部２２ａ表面により均一な冷却水膜を形成することが可能となる。

３．第３実施形態
次に本発明の第３実施形態について説明する。以下の説明では第１実施形態と異なる事項の説明に重点をおき、第１実施形態と共通する事項については説明を省略することがある。

図８は、第３実施形態に係る製造装置１の受け板２２近傍の概略的な拡大図である。本実施形態では、受け板２２における傾斜部２２ａの外側端部から延在する部分が冷却水槽２１内に向かうように外側下向きに折れ曲がって、支持部２２ｓが形成されている。支持部２２ｓの下側の先端部２２ｓａは、冷却水槽２１内の水Ｗと接している。そして吸水性シート２２ｃの外側寄り部分は、支持部２２ｓの上側表面に沿って先端部２２ｓａまで延びており、吸水性シート２２ｃの下側の先端部２２ｃａは冷却水槽２１内の水Ｗに接している。これにより吸水性シート２２ｃは、冷却水槽２１内の水Ｗを吸い上げることが可能である。

また支持部２２ｓの上側には、吸水性シート２２ｃを挟んでカバー２２ｄが設けられている。カバー２２ｄは、支持部２２ｓの上に配置された吸水性シート２２ｃの部分の全体を覆っている。カバー２２ｄを設けたことによって、吸い上げられた水Ｗの蒸発を防ぐとともに、毛細管現象によって、傾斜部２２ａ表面への冷却水ＣＷの供給能力を高めることができる。これにより、傾斜部２２ａ表面により均一な冷却水膜を形成することが可能である。

このように本実施形態では、冷却水槽２１を第１および第２実施形態での冷却水貯留部の代わりとしても利用し、冷却水ＣＷとして冷却水槽２１内の水Ｗを用いるようにしている。これにより、冷却水供給精度の高い冷却水供給管を設けることなく、傾斜部２２ａ表面への冷却水の供給を安定化させることが可能である。

本実施形態においては、支持部２２ｓの先端部２２ｓａが冷却水槽２１内の水Ｗと接するまで延びる構成とし、吸水性シート２２ｃの先端部２２ｃａだけで水Ｗを吸い上げるようにしているが、これに加えて更に別の箇所でも、壁部２２ｂより外側の冷却水槽２１内の水Ｗ（リンキングゾーンを除く領域の水Ｗ）を吸い上げるようにしても良い。例えば、傾斜部２２ａの傾斜方向中間部に一または複数の孔を設け、当該孔を介して吸水性シート２２ｃの一部が冷却水槽２１内の水Ｗと接するまで延びるようにしておき、この箇所でも水Ｗを吸い上げるようにしても良い。

４．第４実施形態
次に本発明の第４実施形態について説明する。以下の説明では第１実施形態と異なる事項の説明に重点をおき、第１実施形態と共通する事項については説明を省略することがある。

図９は、第４実施形態に係る製造装置１の受け板２２近傍の概略的な拡大図である。本実施形態では、受け板２２の下側に、冷却水槽２１内に水流ＷＦを発生させてフィラメント３次元結合体ＦＺを冷却する水流発生装置３４が設けられている。

本実施形態の例における水流発生装置３４は、羽を回転させ水Ｗを攪拌することにより水流ＷＦを発生させる装置であり、壁部２２ｂの下側においてフィラメント３次元結合体ＦＺを挟んで前後に対向するように、複数個の水流発生装置３４が設けられている。前後どちらの水流発生装置３４も前方へ進む水流ＷＦを発生させるようになっており、これにより、フィラメント３次元結合体ＦＺを厚み方向（前後方向）へ貫通する水流ＷＦを効果的に発生させることが可能である。

水流発生装置３４が水流ＷＦを発生させることにより、リンキングゾーンを通過したフィラメント３次元結合体ＦＺは急速に冷却される。そのため、フィラメント３次元結合体ＦＺにおいて融着力（融着面積）が過度に大きくなることは抑えられ、フィラメント３次元結合体ＦＺの反発力（硬さ）を安定化させることができる。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の構成は上記実施形態に限られず、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。すなわち上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。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。

本発明は、フィラメント３次元結合体の製造装置に利用可能である。

１ 製造装置
１０ 溶融フィラメント供給部
１１ 加圧溶融部
１１ａ シリンダー
１１ｂ シリンダー排出口
１２ フィラメント排出部
１２ａ 導流路
１３ 材料投入部
１４ スクリュー
１５ スクリューモーター
１６ スクリューヒータ
１７ ノズル部
１７ａ ノズル開口部
１８ ダイヒータ
２０ 融着結合形成部
２１ 冷却水槽
２２ 受け板
２２ａ 傾斜部
２２ｂ 壁部
２２ｃ 吸水性シート
２２ｄ カバー
２２ｓ 支持部
２２ｘ 貫通孔
２３、２３ａ～２３ｅ 冷却水貯留部
２３ｐ 冷却水供給管
２３ｘ 第１板状部
２３ｙ 第２板状部
２４ コンベア
２５ａ～２５ｈ 搬送ローラ
３０ 温度制御部
３１ 温度センサー
３２ ヒーター
３４ 水流発生装置
ＣＷ 冷却水
ＦＺ フィラメント３次元結合体
ＭＦ 溶融フィラメント
Ｗ 冷却水槽内の水
ＷＳ 水面

Claims (7)

1. 複数の溶融フィラメントを下方へ並進させてなる溶融フィラメント群を排出する溶融フィラメント供給部と、
   水槽内で前記溶融フィラメントどうしが融着結合されるようにし、フィラメント３次元結合体を形成する融着結合形成部と、を有するフィラメント３次元結合体の製造装置であって、
   前記溶融フィラメント群の上方視端部近傍に位置する端部溶融フィラメント群を受け、内側下向きの傾斜方向へ滑らせて前記水槽内へ導く傾斜部を有した受け板と、
   前記傾斜部を被覆する吸水性シートと、
   前記吸水性シートに供給される冷却水を貯留する冷却水貯留部と、を備え、
   前記吸水性シートが前記冷却水貯留部から前記冷却水を吸い上げることにより、当該吸水性シートに当該冷却水が供給されることを特徴とする製造装置。
2. 複数の前記冷却水貯留部が、前記傾斜部の下側に設けられており、
   前記吸水性シートは、前記複数の冷却水貯留部それぞれから前記冷却水を吸い上げることを特徴とする請求項１に記載の製造装置。
3. 前記複数の冷却水貯留部それぞれは、前記傾斜部の傾斜方向へ位置をずらして配置されており、
   前記傾斜部は、前記複数の冷却水貯留部それぞれに対応する孔を有し、
   前記吸水性シートは、前記孔を介して、前記複数の冷却水貯留部それぞれから前記冷却水を吸い上げることを特徴とする請求項２に記載の製造装置。
4. 前記冷却水貯留部の少なくとも一つは、
   前記傾斜部の外側端部から延在する部分が、前記冷却水を貯留できる形状に折れ曲がって形成されたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の製造装置。
5. 前記冷却水貯留部は前記水槽であり、前記冷却水として当該水槽内の水が用いられることを特徴とする請求項１に記載の製造装置。
6. 前記傾斜部の外側端部から延在する部分が前記水槽内に向かって折れ曲がって形成された支持部を有し、
   前記吸水性シートの外側寄り部分は、前記支持部に沿って延びて前記水槽内の水に接し、
   前記支持部の上側に、前記吸水性シートを挟んでカバーが設けられたことを特徴とする請求項５に記載の製造装置。
7. 前記受け板の下側に、前記水槽内に水流を発生させて前記フィラメント３次元結合体を冷却する水流発生装置が設けられたことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の製造装置。
   

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