JP7158968B2 - フィラメント３次元結合体およびその製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、ベッドマットレス、リクライニングシート用クッション、あるいはソファー用クッション等に使用できるフィラメント３次元結合体、およびそれを製造する製造装置に関する。

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フィラメント３次元結合体（立体網状構造体）をマットレスとして用いた高反発マットレスが、近年注目されてきている。フィラメント３次元結合体を用いたマットレスは、反発力が高いことから寝返りがしやすい上、９０％以上の空隙率が得られることから通気性と体圧分散性に優れ、蒸れにくく柔らかな感触の寝心地が得られる。

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には、鉛直方向下向きに配置された複数のノズルから排出させた直径１mm前後の複数の溶融フィラメント（溶融状態の熱可塑性樹脂）を冷却水の中に落下させ、水の浮力で溶融フィラメントのループを形成させると同時に、ループ化時の撓みによって生じる溶融フィラメントどうしの接触点を融着結合させてフィラメント３次元結合体（立体網状構造体）を形成させる方法が知られている。

また、フィラメント３次元結合体の内部の湿気を取り除く方法として、特許文献２には、複数のＵ字型導風路（断面がＵ字型の導風路）を設けたマットレス部材が開示されている。また、フィラメント３次元結合体の内部に空気を送る方法として、特許文献３には、多孔質のマットの下に通風可能な内部空間を有する下部フレームを設け、送風機からの風を下部フレームからマットに送るエアマットレスが記載されている。

特開２０１０－１５４９６５号公報 特開２０００－２３７９９号公報 特開２０１８－４７２３４号公報

しかしながら、特許文献３のエアマットレスによれば、送風機からの風を均一にマットに送るために下部フレームを設けると、マットレスが厚くなって、設置やクリーニングが煩わしくなるといった課題があった。

一方、特許文献２のマットレス部材のようにＵ字型導風路を設ける場合には、比較的小さな荷重であってもＵ字型導風路が変形しやすくなる。そのため、凹凸感が生じ易くなったり、通風性が悪くなったりするといった課題があった。この点について、図１４を参照をしてより具体的に説明する。

図１４は、特許文献２のマットレス部材３００の上面の２箇所（Ｕ字型導風路３０１に対応した位置と対応していない位置）それぞれに、下向きの荷重Ｍを加える様子の概念図である。図１４（ａ）は荷重Ｍを加えていない状態を示し、図１４（ｂ）は荷重Ｍを加えた状態を示している。図１４（ｂ）に示すように、Ｕ字型導風路３０１の上部において下向きの荷重Ｍが加わると、Ｕ字型導風路３０１が比較的大きく変形する。その結果、Ｕ字型導風路３０１の断面積が減少して通風性が悪くなったり、Ｕ字型導風路３０１に対応する位置の上面が大きく沈み込んで凹凸感が生じ易くなったりする。

本発明は上記課題に鑑み、導風路が変形しにくく通風性に優れたマットレスやクッション等に利用可能となるフィラメント３次元結合体、およびそれを製造する製造装置の提供を目的とする。

本発明に係るフィラメント３次元結合体は、底面に溝を設けた板状体であるフィラメント３次元結合体であって、前記溝に面する壁の断面形状は、少なくとも底面寄りの両側において、底面へ近づくほど外側へ向かうように傾斜した略直線状となっており、前記壁近傍のフィラメント密度を、前記板状体の厚み方向中央部のフィラメント密度より大きくした構成とする。

本構成によれば、導風路が変形しにくく通風性に優れたマットレスやクッション等に利用可能となる。なお本願において、溝あるいは溝に面する壁についての「断面形状」は、溝の伸びる方向に直交した断面での断面形状とする。また、フィラメント３次元結合体（または板状体）の「厚み方向中央部のフィラメント密度」とは、厚み方向中央の部分のうち溝が形成される箇所およびその近傍を除く部分でのフィラメント密度のことである。

上記構成としてより具体的には、前記溝をＶ字溝とした構成としてもよい。本構成によれば、溝に面する壁の断面形状を、両側の全体において底面へ近づくほど外側へ向かうように傾斜した直線状とすることができ、極力変形し難くすることが可能となる。

また上記構成においては、前記Ｖ字溝の深さは、前記板状体の厚みに対して２０％以上かつ６０％以下であり、前記Ｖ字溝の幅は、当該Ｖ字溝の深さに対して５０％以上かつ２００％以下である構成とすることが好ましい。また、平面視略矩形状に形成された上記構成のフィラメント３次元結合体において、前記溝は、前記矩形状の一辺からこれと対向する他辺に至るまで、当該一辺と直交する方向へ伸びている構成としてもよい。

また本発明に係る製造装置は、上記構成のフィラメント３次元結合体を製造する製造装置であって、溶融フィラメント群を鉛直方向下方へ排出する溶融フィラメント供給部と、前記溶融フィラメント群を冷却して融着結合させ、前記フィラメント３次元結合体を形成する融着結合形成部と、を有し、前記融着結合形成部は、前記排出された溶融フィラメント群の経路に介在することにより、当該溶融フィラメントの進む方向に伸びた前記溝が形成されるようにする溝形成部を有する構成とする。

また上記構成としてより具体的には、前記融着結合形成部は、前記排出された溶融フィラメント群の厚み方向の両端部を中央側へ導くことによって、当該溶融フィラメント群の厚みを規制する受け板を有し、前記溝形成部は、前記受け板に設けた突起である構成としてもよい。

また上記構成としてより具体的には、前記溶融フィラメント供給部は、前記溶融フィラメント群を排出する複数の開口部が形成されたノズル部を備え、前記壁近傍に対応する前記ノズル部の開口面積率を、前記板状体の厚み方向中央部に対応する前記開口面積率よりも大きくした構成としてもよい。また当該構成としてより具体的には、前記ノズル部は、前記溝に対応する領域において前記開口部の形成が省略された構成としてもよい。

また本発明に係るフィラメント３次元結合体の製造装置は、溶融フィラメント群を鉛直方向下方へ排出する溶融フィラメント供給部と、前記溶融フィラメント群を冷却して融着結合させ、前記フィラメント３次元結合体を形成する融着結合形成部と、を有し、前記融着結合形成部は、前記排出された溶融フィラメント群の厚み方向の両端部を中央側へ導くことによって、当該溶融フィラメント群の厚みを規制する受け板を有し、前記排出された溶融フィラメント群を幅方向へ離間させることによってＶ字溝を形成する突起を、前記受け板に設けた構成とする。

本発明に係るフィラメント３次元結合体によれば、導風路が変形しにくく通風性に優れたマットレスやクッション等に利用可能となる。また本発明に係る製造装置は、本発明に係るフィラメント３次元結合体の製造に好適である。

本実施形態に係るフィラメント３次元結合体製造装置の概念図である。 図１に示すＡ－Ａ’断面の矢視図である。 本実施形態に係る受け板の概略的な平面図である 当該受け板の概略的な斜視図である。 本実施形態に係るノズル部の底面図である。 図３に示すＢ－Ｂ’断面の矢視図である。 図３に示すＣ－Ｃ’断面の矢視図である。 本実施形態に係るフィラメント３次元結合体の斜視図である。 当該フィラメント３次元結合体の底面を上にした斜視図である。 当該フィラメント３次元結合体に荷重を加える様子の説明図である。 本実施形態に係る送風機能付きベッドの一例を示す斜視図である。 他の実施形態に係るフィラメント３次元結合体の斜視図である。 当該フィラメント３次元結合体をユニットごとに分割して示した斜視図である。 従来例に係るマットレス部材に荷重を加える様子の説明図である。

本発明の実施形態について、まずフィラメント３次元結合体を製造するための製造装置について説明し、後にフィラメント３次元結合体について説明する。なお以下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、各図に示すとおりである。これらの各方向は、鉛直方向が上下方向となり、後述する一対の受け板３０同士の対向する向きが前後方向となるように、便宜的に定めたものに過ぎない。

１．製造装置について
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の概念図である。また図２は、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。これらの各方向は、鉛直方向が上下方向となり、後述する一対の受け板３０同士の対向する向きが前後方向となるように、便宜的に定めたものに過ぎない。

フィラメント３次元結合体の製造装置１は、直径が０．５mm～３mmの複数の溶融フィラメントからなる溶融フィラメント群ＭＦ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、溶融フィラメント群ＭＦ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３ＤＦ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。なお、ノズル部１７に形成される複数の開口部については、後ほど図５を用いて説明する。

ダイヒータ１８は、左右方向に複数個（図２に示す例では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からなる溶融フィラメント群ＭＦが排出される。

融着結合形成部２０は、冷却水槽２３、一対のコンベア２４、複数の搬送ローラ２５ａ～２５ｈ、および、平面形成用受け板３１とＶ字溝形成用受け板３２（以下、これらの受け板それぞれを「受け板３０」と総称することがある。）を含む。平面形成用受け板３１（前側の受け板３０）とＶ字溝形成用受け板３２（後側の受け板３０）は前後一対の受け板３０として設けられており、フィラメント３次元結合体３ＤＦの厚みを規制すると同時に、これにＶ字溝を形成する役割を果たす。

冷却水槽２３は、冷却水Ｗを溜めておくための水槽である。冷却水槽２３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２４ａ、２４ｂ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。

図３は、受け板３０の概略的な平面図である。また図４は、受け板３０の概略的な斜視図である。なお、受け板３０には冷却水供給装置３５（図６および図７を参照）が設けられるが、ここでの説明を容易とするため、図３および図４においては冷却水供給装置３５の図示を省略している。冷却水供給装置３５については、後ほど図６および図７を用いて説明する。

前後一対の受け板３０は、ノズル部１７の下方において、前後方向に所定の間隙を開けて設置されている。本実施形態では、平面形成用受け板３１がＶ字溝形成用受け板３２の前側に設けられているが、平面形成用受け板３１をＶ字溝形成用受け板３２の後側に設ける（すなわち、Ｖ字溝が形成される側を前後で逆にする）ようにしてもよい。

平面形成用受け板３１は、後方に向けて下り傾斜となる平板状の傾斜面３１ａと、当該傾斜面３１ａの下端から鉛直方向下向きに延びる平板状の鉛直面３１ｂを含む屈曲部を有する金属板である。Ｖ字溝形成用受け板３２は、前方に向けて下り傾斜となる平板状の傾斜面３２ａと、当該傾斜面３２ａの下端から鉛直方向下向きに延びる平板状の鉛直面３２ｂを含む屈曲部を有する金属板である。これらの鉛直面３１ｂ，３２ｂは互いに平行であり、前後方向に対向している。

Ｖ字溝形成用受け板３２の鉛直面３２ｂには、左右方向に所定の間隔を開けて、二つのＶ字突起３３が設けられている。Ｖ字突起３３は、ノズル部１７から排出された溶融フィラメント群ＭＦの経路に介在し、当該溶融フィラメント群を幅方向へ離間させることにより、溶融フィラメントＭＦの進む方向に伸びたＶ字溝がフィラメント３次元結合体３ＤＦに形成されるようにする。

本実施形態では、左右のＶ字突起３３それぞれは形状および寸法が同等であり、いずれも上方視による外縁はＶ字形状（第１構成部３３ａの断面形状と同等）となっている。なお、Ｖ字突起３３の形状は、下向きの底面を有するとともに一側面が鉛直面３２ｂと共通である三角柱状の第１構成部３３ａの上側に、一辺が稜線３３ｂ１である四面体状の第２構成部３３ｂが連接した形状となっている。

稜線３３ｂ１は、第１構成部３３ａの上面の頂点から斜め後上方へ伸びて鉛直面３２ｂまで至る線分であり、上方視によりＶ字突起３３を左右に二等分するように設けられている。第２構成部３３ｂは、稜線３３ｂ１から第１構成部３３ａの左側側面の上辺へ繋がる平面と、稜線３３ｂ１から第１構成部３３ａの右側側面の上辺へ繋がる平面を有している。

受け板３０は、前後二つの傾斜面３１ａ，３２ａによって溶融フィラメント群ＭＦの厚み方向の端部を中央部側へ導くことにより、溶融フィラメント群ＭＦの前後方向寸法を前後二つの鉛直面３１ｂ，３２ｂの間隔にまで縮小させる。またこれと同時に、受け板３０は、二つのＶ字突起３３によって溶融フィラメント群ＭＦの一方の面（後側の面）にＶ字溝を形成する。

より詳しく説明すると、二つのＶ字突起３３はノズル部１７から排出されて鉛直下方へ進む溶融フィラメント群ＭＦの経路に介在するため、溶融フィラメント群ＭＦにおけるＶ字突起３３と干渉する箇所にはＶ字突起３３の上方視形状に応じた溝、すなわち、Ｖ字溝が形成されることになる。なお、Ｖ字突起３３は稜線３３ｂ１を有するため、上側からＶ字突起３３へ向けて進む溶融フィラメントＭＦを、稜線３３ｂ１で分断して左右方向（溶融フィラメントＭＦの幅方向）へ円滑に離間させることができる。

図５は、ノズル部１７の底面図である。本図に示す左右方向位置Ｐ１およびＰ２それぞれは、二つのＶ字突起３３それぞれの左右方向位置に一致する。ノズル部１７には、溶融フィラメント群を排出する複数の開口部（ノズル群１９）が形成されている。本実施形態においては、開口部の断面形状を内径１mmの円形とし、例外部分（各Ｖ字突起３３の鉛直方向上方近傍の部分）を除いて、隣接するノズル間の距離（ピッチ）を１０mmとしている。一方、各Ｖ字突起３３の鉛直方向上方近傍の部分の少なくとも一部においては、隣接するノズル間の距離を５mmとしている。

より詳しく説明すると、図５に破線で囲まれた領域Ａ１（溶融フィラメント群ＭＦのＶ字溝の壁近傍に対応する部分）においては、隣接するノズル間の距離を５mmとしている。このように本実施形態では、Ｖ字溝の壁近傍に対応するノズル部１７の開口面積率（開口した部分の面積と全体の面積との比）を、厚み方向（前後方向）中央部に対応する開口面積率よりも大きくしている。これにより、Ｖ字溝を形成する壁近傍のフィラメント密度（フィラメントの疎密の度合）を、厚み方向中央部のフィラメント密度より大きくすることが容易となっている。

また、略Ｖ字型である領域Ａ１の内側の領域Ａ２においては、ノズルの形成が省略されている。これにより、溶融フィラメントが不要であるＶ字溝の位置に対して、溶融フィラメントの供給を省略することが可能である。なお、ノズルの形状、ノズルの内径、ノズルの間隔、およびノズルの配置は、製造するフィラメント３次元結合体の仕様等に応じて適宜調整することができる。

図６は、図３に示すＢ－Ｂ’断面の矢視図であり、図７は、図３に示すＣ－Ｃ’断面の矢視図である。これらの図に示すように、前後一対の受け板３０それぞれには、冷却水供給装置３５が設けられている。冷却水供給装置３５は、冷却水排水パイプ３５ａと、冷却水吸水パイプ３５ｂと、冷却水ポンプ３５ｃを含む。

冷却水排水パイプ３５ａは、冷却水ポンプ３５ｃに接続される金属製のパイプであり、その排水口は、受け板３０の上面（傾斜面の上側寄り）にそれぞれ位置する。冷却水吸水パイプ３５ｂは、冷却水ポンプ３５ｃに接続される金属製のパイプであり、その給水口は冷却水槽２３内に位置する。冷却水供給装置３５は、冷却水ポンプ３５ｃを用いて冷却水槽２３内の冷却水Ｗを汲み上げて、受け板３０の上面に供給する。なお、Ｖ字溝形成用受け板３２におけるＶ字突起３３が設けられた位置においては、図７に示すように、Ｖ字突起３３の上部に冷却水を供給するための冷却水排水パイプ３５ｄも設けられている。これにより、Ｖ字突起３３にも適切に冷却水を供給することが可能である。

冷却水供給装置３５は、受け板３０に溶融フィラメントが融着しないように、冷却水を用いて水膜を形成する役割を果たす。受け板３０の形態については、水膜が形成され易くなるように配慮されていることが好ましい。例えば、受け板３０の表面に凹凸を設けること、受け板３０の表面に親水性材料をコーティングすること、あるいは受け板３０を多孔質金属により形成すること等が好ましい。

フィラメント排出部１２のノズル部１７から排出された溶融フィラメント群ＭＦは、受け板３０によって厚み（前後方向寸法）が整えられると同時にＶ字溝が形成されながら、冷却水槽２３内の冷却水Ｗの浮力作用によって撓み、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Ｖ字溝を有する厚み方向両端部が平滑な３次元的なフィラメントの結合体が形成される。

その後、コンベア２４と複数の搬送ローラ２５ａ～２５ｈによって、冷却水槽２３内の冷却水Ｗで冷却されながら搬送されることによって、当該結合体はフィラメント３次元結合体３ＤＦとして冷却水槽２３外へ排出される。このようにして、一方の面にＶ字溝が形成されたフィラメント３次元結合体３ＤＦを得ることができる。

２．フィラメント３次元結合体について
次に、ベッドマットレス用クッション、リクライニングシート用クッション、あるいはソファー用クッション等に使用できるフィラメント３次元結合体について説明する。図８は本実施形態に係るフィラメント３次元結合体１００の斜視図である。また図９は、図８に示すフィラメント３次元結合体１００の底面を上にした斜視図である。フィラメント３次元結合体１００は、先述した製造装置１によって形成されるフィラメント３次元結合体３ＤＦを、適切な長さに切断して得ることが可能である。

フィラメント３次元結合体１００は、上面１００ａと底面１００ｂを有する板状体となっており、上面１００ａは平坦な形態であり、底面１００ｂは、平面に２本のＶ字溝１０１が長手方向へ伸びるように形成された形態となっている。フィラメント３次元結合体１００は平面視矩形状に形成されており、略直方体の形状であるとも言える。２本のＶ字溝１０１は、当該矩形状の一辺からこれと対向する他辺に至るまで、当該一辺と直交する長手方向へ伸びている。２本のＶ字溝１０１は、フィラメント３次元結合体３ＤＦの製造時にＶ字突起３３（図４等を参照）によって設けられたものであり、２本のＶ字溝１０１の形状、寸法、および位置は、二つのＶ字突起３３の形状、寸法、および位置によって決まる。Ｖ字溝１０１は、主に、通気性を良くするための導風路として利用される。

また、フィラメント３次元結合体１００において、Ｖ字溝１０１に面する壁１０１ａ（Ｖ字溝１０１との境界部分）の近傍のフィラメント密度は、Ｖ字溝１０１が形成されていない厚み方向中央部のフィラメント密度より大きくなっており、その分、強度が高くなっている。以上のように、フィラメント３次元結合体１００に形成されたＶ字溝１０１は、溝の伸びる方向に見た形状が「Ｖ」の字となっており、更に、壁１０１ａの近傍の強度が比較的高くなっていることから、フィラメント３次元結合体１００の上面１００ａに下向きの荷重が加わった場合でも、Ｖ字溝１０１の過度な変形は極力抑えられる。

図１０は、フィラメント３次元結合体１００の上面１００ａの２箇所（Ｖ字溝１０１に対応した位置と対応していない位置）それぞれに、下向きの荷重Ｍを加える様子の概念図である。図１０（ａ）は荷重Ｍを加えていない状態を示し、図１０（ｂ）は荷重Ｍを加えた状態を示している。Ｖ字溝１０１に面する壁１０１ａは、両側とも底面１００ｂへ近づくほど外側へ向かうように傾斜した直線状であるとともに強度が比較的高くなっていることから、Ｖ字溝１０１の上側に加わった荷重Ｍを支える柱として良好に機能する。

そのため図１０（ｂ）に示すように、Ｖ字溝１０１の過度な変形が抑えられており、Ｖ字溝１０１に対応した位置と対応していない位置において、荷重Ｍによって上面１００ａが沈み込む度合に大きな差はない。この結果、Ｖ字溝１０１の断面積が減少して通風性が悪くなることは極力抑えられ、Ｖ字溝１０１に対応する位置の上面１００ａが沈み込んで凹凸感が生じることも極力抑えられる。

フィラメント３次元結合体１００が各種のクッションやマットレスに用いられる場合、その上に使用者が座ったり横たわったりすることが多く、その度に、上面１００ａに下向きの荷重が加わることになる。Ｖ字溝１０１はこのような荷重が加わっても変形し難く、フィラメント３次元結合体１００の通風性が極力損なわれないようになっている。

なおＶ字溝の断面形状は、変形を抑える観点から、本実施形態のようにほぼ完全に「Ｖ」の字（三角形）となっていることが好ましいが、これに準じた形状を採用しても良い。例えば、溝の奥の角を平らにして、断面形状が台形となるようにしても良い。この場合、溝の奥に対応する底辺の長さは１０mm以下であることが望ましい。また、溝の奥に対応する底辺を円弧状にしても良い。この場合、円弧の曲率半径は５mm以下であることが望ましい。溝に面する壁の断面形状を、少なくとも底面寄りの両側（図１０を見た場合における左右の両側）において底面へ近づくほど外側へ向かうように傾斜した略直線状とすれば、当該略直線状の部分を上記の柱として良好に機能させることが可能である。

なお、Ｖ字溝１０１の深さα１が、フィラメント３次元結合体１００の厚みα０の２０％未満であると、荷重時に通風性が損なわれやすく、当該深さα１が当該厚みα０の６０％を超えると、荷重時にＶ字溝の頂点が凸部となって凹凸感が生じやすくなる。そのためＶ字溝１０１の深さα１は、フィラメント３次元結合体１００の厚みα０に対して２０％以上かつ６０％以下とすることが好ましい。本実施形態におけるＶ字溝１０１の深さα１は、フィラメント３次元結合体１００の厚みα０の５０％としている。

一方、Ｖ字溝１０１の幅βがＶ字溝１０１の深さα１の５０％未満であると、荷重時に通風性が損なわれやすく、当該幅βが当該深さα１の２００％を超えると、荷重時にＶ字溝の頂点が落ち込むことによって凹みやすくなり、その結果凹凸感が生じやすくなる。そのためＶ字溝１０１の幅βは、Ｖ字溝１０１の深さα１に対して５０％以上かつ２００％以下とすることが好ましい。本実施形態におけるＶ字溝１０１の幅βは、Ｖ字溝１０１の深さα１と同じ（当該深さα１の１００％）としている。

フィラメント３次元結合体１００は、マットレス用のクッション部材等としてそのまま使用することもできるが、送風機を用いて積極的に換気を行う形態で使用してもよい。図１１は、本実施形態のフィラメント３次元結合体を用いた送風機能付きベッドの一例を示す斜視図である。当該送風機能付きベッド１５０は、寝台１６０と、マットレス１７０と、送風部１８０を備える。送風機能付きベッド１５０が使用される際、使用者は通常、長手方向の一端（送風部１８０が設置された側）に足を向け、かつ他端に頭を向けるようにしてマットレス１７０の上に横たわる。

マットレス１７０は、クッション部材として機能するフィラメント３次元結合体１００を、マットレスカバー１７１で覆うことにより形成されている。送風部１８０は、空気を取入れる吸入孔１８１と、マットレス１７０に向けて空気を送る２本の排気管１８２を有するとともに、図示しないファンを内部に備える。

２本の排気管１８２それぞれは、フィラメント３次元結合体１００の２本のＶ字溝１０１それぞれの端部に接続されている。送風部１８０はファンを回転させることにより、吸入孔１８１から空気を取り入れ（図１１の矢印Ａ１を参照）、各排気管１８２を介して２本のＶ字溝１０１それぞれに向けて当該空気を送出する。このようにしてマットレス１７０内部に供給された空気は、フィラメント３次元結合体１００の各Ｖ字溝１０１を通って進み（図１１の矢印Ａ２を参照）、マットレスカバー１７１から外部に排気される（図１１の矢印Ａ３を参照）。

なお上記の送風機能付きベッド１５０について、発熱や発汗が多くなると見込まれる使用者の上半身に向けてより多くの風を送るために、マットレスカバー１７１の通気度を、使用者の上半身に接する領域で高くするのが好ましい。また、複数の排気孔が形成されたフレキシブルな２本の送風チューブ各々を２本の排気管１８２それぞれに接続させ、２本のＶ字溝１０１それぞれに配設してもよい。この場合において、発熱や発汗が多くなると見込まれる使用者の上半身へ優先的に風を送るために、送風チューブの複数の排気孔の開口面積率を、使用者の上半身に接する領域で高くするのが好ましい。

マットレス１７０内部の温湿度を計測するために、Ｖ字溝１０１に電気配線とともに温度センサや湿度センサを設けてもよい。また、マットレス１７０上の使用者の寝返りを検知するため、Ｖ字溝１０１に電気配線とともに体動検知センサ（加速度センサ）を配設してもよい。更に送風部１８０として、マットレス１７０内部の温湿度を調整する空調機等の温湿度調整機能を付加したり、フィルターや活性炭、あるいはマイナスイオン発生器等の空気清浄機能を付加してもよい。

図１２は、他の実施形態に係るフィラメント３次元結合体２００の斜視図である。また図１３は、フィラメント３次元結合体２００をユニットごとに分割して示した斜視図である。フィラメント３次元結合体２００は、第１クッションユニット２１０と、第２クッションユニット２２０と、第３クッションユニット２３０を含み、これらは長手方向へ順に並べて使用される。またフィラメント３次元結合体２００は、各ユニットに分割可能に構成されている。

第１クッションユニット２１０は、平坦な上面２１０ａと平坦な底面２１０ｂを有する略直方体のユニットであり、頭部から肩部を支えるユニットとして利用できる。第２クッションユニット２２０は、平坦な上面２２０ａと底面２２０ｂを有する略直方体のユニットであり、底面２２０ｂには２本のＶ字溝２２１が所定方向（フィラメント３次元結合体２００における長手方向）へ伸びるように形成されている。第３クッションユニット２３０は、平坦な上面２３０ａと底面２３０ｂを有する略直方体のユニットであり、底面２３０ｂには２本のＶ字溝２３１が所定方向（フィラメント３次元結合体２００における長手方向）へ伸びるように形成されている。

図１２に示す状態において、第２クッションユニット２２０の一方のＶ字溝２２１の一端は、第３クッションユニット２３０の一方のＶ字溝２３１の一端に繋がり、これらのＶ字溝は一体化されている。また、第２クッションユニット２２０の他方のＶ字溝２２１の一端は、第３クッションユニット２３０の他方のＶ字溝２３１の一端に繋がり、これらのＶ字溝も一体化されている。フィラメント３次元結合体２００は、使用者が横たわることの出来るマットレス等のクッション体として用いることが可能であり、先述した送風機能付きベッド１５０に用いられるフィラメント３次元結合体としても利用可能である。

フィラメント３次元結合体２００を３分割可能とすることで、水洗い作業や乾燥作業、並びに持ち運びが容易になる。また、Ｖ字溝を第１クッションユニット２１０に設けず、第２クッションユニット２２０と第３クッションユニット２３０のみに設けたことにより、第２クッションユニット２２０と第３クッションユニット２３０の境界（発汗量が多くなると見込まれる使用者の上半身）に向けて、集中的に風を送ることが可能である。なお、このように集中的に風を送る観点からは、第２および第３クッションユニットのＶ字溝２２１，２３１に面する壁のフィラメントの密度を高くするなどの手法により、当該壁の通風性が小さくなるようにするのが好ましい。

３．その他
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１００は、底面にＶ字溝１０１を設けた板状体であり、Ｖ字溝１０１に面する壁の断面形状は、両側において底面へ近づくほど外側へ向かうように傾斜した直線状となっている。また更に、当該壁近傍のフィラメント密度は、当該板状体の厚み方向中央部のフィラメント密度より大きくされている。そのため、導風路が変形しにくく通風性に優れたマットレスやクッション等に使用できるフィラメント３次元結合体となっている。

また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、溶融フィラメント群ＭＦを鉛直方向下方へ排出する溶融フィラメント供給部１０と、溶融フィラメント群ＭＦを冷却して融着結合させ、フィラメント３次元結合体３ＤＦを形成する融着結合形成部２０と、を有する。また更に、融着結合形成部２０は、前記排出された溶融フィラメント群ＭＦの経路に介在することにより、溶融フィラメントＭＦの進む方向に伸びたＶ字溝が形成されるようにする溝形成部を有する。

以上、本発明の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次元結合体およびこれを製造する製造装置に利用できる。

１ フィラメント３次元結合体の製造装置
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
１８ ダイヒータ
２０ 融着結合形成部
２２ 冷却水供給装置
２２ａ 冷却水排水パイプ
２２ｂ 冷却水吸水パイプ
２２ｃ 冷却水ポンプ
２３ 冷却水槽
２４ コンベア
２５ａ～２５ｈ 搬送ローラ
３０ 受け板
３１ 平面形成用受け板
３２ Ｖ字溝形成用受け板
３５ 冷却水供給装置
３５ａ、３５ｄ 冷却水排水パイプ
３５ｂ 冷却水吸水パイプ
３５ｃ 冷却水ポンプ
１００、２００、３ＤＦ フィラメント３次元結合体
１００ａ フィラメント３次元結合体の上面
１００ｂ フィラメント３次元結合体の底面
１０１、２２１、２３１ Ｖ字溝
２１０ 第１クッションユニット
２２０ 第２クッションユニット
２３０ 第３クッションユニット
ＭＦ 溶融フィラメント群
Ｗ 冷却水

Claims (7)

1. 底面にＶ字溝を設けた板状体であるフィラメント３次元結合体であって、
   前記Ｖ字溝に面する壁のフィラメント密度を、前記板状体の厚み方向中央部のフィラメント密度より大きくしたことを特徴とするフィラメント３次元結合体。
2. 前記Ｖ字溝の深さは、前記板状体の厚みに対して２０％以上かつ６０％以下であり、
   前記Ｖ字溝の幅は、当該Ｖ字溝の深さに対して５０％以上かつ２００％以下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。
3. 平面視略矩形状に形成された請求項１または請求項２に記載のフィラメント３次元結合体であって、
   前記溝は、前記矩形状の一辺からこれと対向する他辺に至るまで、当該一辺と直交する方向へ伸びていることを特徴とするフィラメント３次元結合体。
4. 請求項３に記載のフィラメント３次元結合体を製造する製造装置であって、
   溶融フィラメント群を鉛直方向下方へ排出する溶融フィラメント供給部と、
   前記溶融フィラメント群を冷却して融着結合させ、前記フィラメント３次元結合体を形成する融着結合形成部と、を有し、
   前記融着結合形成部は、
   前記排出された溶融フィラメント群の厚み方向の両端部を中央側へ導くことによって、当該溶融フィラメント群の厚みを規制する受け板を有し、
   前記受け板には、前記排出された溶融フィラメント群の経路に介在することにより、当該溶融フィラメントの進む方向に伸びた前記溝が形成されるようにする突起が設けられ、
   前記溶融フィラメント供給部は、
   前記溶融フィラメント群を排出する複数の開口部が形成されたノズル部を備え、
   前記壁に対応する前記ノズル部の開口面積率を、前記板状体の厚み方向中央部に対応する前記開口面積率よりも大きくしたことを特徴とする製造装置。
5. 前記ノズル部は、前記溝に対応する領域において前記開口部の形成が省略されたことを特徴とする請求項４に記載の製造装置。
6. 溶融フィラメント群を鉛直方向下方へ排出する溶融フィラメント供給部と、
   前記溶融フィラメント群を冷却して融着結合させ、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、を有し、
   前記融着結合形成部は、
   前記排出された溶融フィラメント群の厚み方向の両端部を中央側へ導くことによって、当該溶融フィラメント群の厚みを規制する受け板を有し、
   前記受け板には、前記排出された溶融フィラメント群を幅方向へ離間させることによってＶ字溝を形成する突起が設けられ、
   前記溶融フィラメント供給部は、
   前記溶融フィラメント群を排出する複数の開口部が形成されたノズル部を備え、
   前記壁に対応する前記ノズル部の開口面積率を、前記板状体の厚み方向中央部に対応する前記開口面積率よりも大きくしたことを特徴とするフィラメント３次元結合体の製造装置。
7. 請求項６に記載の製造装置を用いて前記フィラメント３次元結合体を製造する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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