WO2018074075A1

WO2018074075A1 - フィラメント３次元結合体

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Publication number: WO2018074075A1
Application number: PCT/JP2017/031231
Authority: WO
Inventors: 水野　晃; 昌和小島
Original assignee: 株式会社エアウィーヴ
Priority date: 2016-10-17
Filing date: 2017-08-30
Publication date: 2018-04-26
Also published as: JPWO2018074075A1; JP6644161B2

Abstract

複数のフィラメント同士が立体的に融着結合したフィラメント３次元結合体であって、厚み方向中央部を含む領域にハニカムループ構造層が形成されたフィラメント３次元結合体とする。これにより、局所的荷重等が加わった際にも、厚み方向中央部においてフィラメントの結合が切れ難いフィラメント３次元結合体が提供可能となる。

Description

フィラメント３次元結合体

　本発明は、マットレス等の形成に利用可能なフィラメント３次元結合体に関する。

　熱可塑性樹脂からなるフィラメントどうしを３次元的に融着結合させて得られるフィラメント３次元結合体を、クッション材として用いた高反発マットレスが注目されてきている。例えば特許文献１には、このようなフィラメント３次元結合体の製造方法が開示されている。

　特許文献１に開示された方法によれば、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すことにより、複数の溶融フィラメントが形成される。更にその溶融フィラメント群を冷却水中に落下させることにより、水の浮力を用いてループを形成し、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次元結合体が製造される。

特開２０１０－１５４９６５号公報

　しかしながら、特許文献１に開示された製造方法でフィラメント３次元結合体を製造する場合、フィラメント３次元結合体の厚み方向両端部においては、フィラメント密度（単位体積あたりのフィラメントの重さ）とフィラメント結合点密度（単位体積当たりのフィラメントどうしの結合点の数）が大きい平滑な高密度表面層が形成される一方で、フィラメント３次元結合体の厚み方向中央部においては、複数の溶融フィラメントがランダムなループを形成しながら融着結合するため、フィラメントの形状や密度が一定でない結合構造（ランダムループ構造）が形成される。ランダムループ構造においては、そのランダムさによって、ごくわずかな確率で、フィラメント結合点密度が極端に低くなる領域が形成されることがある。

　特に、厚み方向両端部に高密度表面層を有する厚みが５cm以上の厚手のフィラメント３次元結合体において局所的な荷重を受けた場合、図１５に例示するように、厚み方向両端部にあるフィラメント密度（およびフィラメント結合点密度）の高い高密度表面層の近傍では、フィラメントの伸びが抑制される一方で、厚み方向中央部付近（両端から２ｃｍ以上中央部よりの箇所）においては、フィラメントは水平方向に伸ばされ易い。その際、この厚み方向中央部において、フィラメント結合点密度が極端に低くなる領域が存在すれると、フィラメントどうしの融着結合が切れて、その部分の反発力が低下するといった課題があった。

　本発明は上記課題に鑑み、局所的荷重等が加わった際にも、厚み方向中央部においてフィラメントの結合が切れ難いフィラメント３次元結合体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、複数のフィラメント同士が立体的に融着結合したフィラメント３次元結合体であって、厚み方向中央部を含む領域にハニカムループ構造層が形成された構成とする。本構成によれば、局所的荷重等が加わった際にも、厚み方向中央部においてフィラメントの結合を切れ難くすることが可能となる。なお「ハニカムループ構造層」は、多層多列ハニカムループ構造が主として形成される層である。

　また上記構成としてより具体的には、ランダムループ構造層とハニカムループ構造層とが、厚み方向端部側から中央部側に向けて順に形成された構成としてもよい。本構成によれば、厚み方向中央部においてフィラメントの結合を切れ難くするとともに、軟らかい寝心地を得ることが容易となる。なお「ランダムループ構造層」は、ランダムループ構造が主として形成される層である。

　また上記構成において、前記ランダムループ構造層および前記ハニカムループ構造層よりもフィラメント密度の高い高密度層が、前記ランダムループ構造層よりも厚み方向端部側に形成された構成としてもよい。本構成によれば、ランダムループ構造層やハニカムループ構造層よりも表面側に高密度層を形成し、フィラメント３次元結合体の型崩れ等を極力抑えることが可能となる。また上記構成としてより具体的には、前記高密度層である表面層、前記ランダムループ構造層、および前記ハニカムループ構造層が、厚み方向両端部から中央部へ向けて順に隣接して形成された構成としてもよい。

　また上記構成としてより具体的には、前記ランダムループ構造層のフィラメントの本数密度が、前記ハニカムループ構造層のフィラメントの本数密度より大きい構成としてもよい。本構成によれば、ハニカムループ構造層より表面側に位置するランダムループ構造層において、フィラメント結合点密度が極端に低くなることを抑えることができる。

　また当該構成としてより具体的には、前記ランダムループ構造層のフィラメントの直径が、前記ハニカムループ構造層のフィラメントの直径より小さい構成としてもよい。本構成によれば、ランダムループ構造層においてフィラメント密度が高くなり過ぎないようにし、寝心地が硬くなるのを抑えることが可能となる。

　本発明に係るフィラメント３次元結合体によれば、局所的荷重等が加わった際にも、厚み方向中央部においてフィラメントの結合を切れ難くすることが可能となる。

本実施形態に係る製造装置１の概略的な構成図である。図１に示す製造装置１のＡ－Ａ’断面矢視図である。図１に示す厚み規制部２２近傍の概略的な構成図である。図１に示すノズル部１７の平面図である。溶融フィラメントの直径とループ径との関係に関する説明図である。溶融フィラメントの温度（または粘度）とループ径との関係に関する説明図である。引取り速度比とループピッチとの関係に関する説明図である。ランダムループ構造とハニカムループ構造の違いに関する説明図である。ランダムループ構造とハニカムループ構造の違いに関する説明図である。多層多列ハニカムループ構造を概念的に示す模式図である。本実施形態のフィラメント３次元結合体１００の概略的な断面図である。フィラメント３次元結合体１００の一実施例の断面の撮影写真である。フィラメント３次元結合体１００の一実施例についてハニカムループ構造の部分を切り出して撮影した写真である。フィラメント３次元結合体１００の一実施例についてランダムループ構造の部分を切り出して撮影した写真である。他の実施形態に係るノズル部１１７の平面図である。厚手のフィラメント３次元結合体において局所的な荷重を受けた場合に関する説明図である。

　本発明の実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。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）は図１等に示す通りである。下方向は鉛直下向きに一致し、前後および左右方向は水平方向に含まれる。

１．フィラメント３次元結合体製造装置
　まず、本実施形態に係るフィラメント３次元結合体を製造する製造装置（フィラメント３次元結合体製造装置）の一例について説明する。図１は、当該製造装置１の概略的な構成図である。図２は、図１に示す製造装置１のＡ－Ａ’断面矢視図であり、図３は、図１に示す厚み規制部２２近傍の概略的な構成図である。

　製造装置１は、複数の溶融フィラメントからなる溶融フィラメント群２を鉛直方向下方へ排出する溶融フィラメント供給装置１０と、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ながら冷却固化させることにより、溶融フィラメント同士が３次元的に融着結合したフィラメント３次元結合体を形成する３次元結合体形成装置２０を備える。

　溶融フィラメント供給装置１０は、加圧溶融部１１（押出機）とダイ１２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、スクリューモーター１５、スクリューヒーター１６、および図示しない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が形成されており、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ダイ１２に向けて排出するためのフィラメント排出部１１ｂが形成されている。

　ダイ１２は、複数のノズル孔が形成されたノズル部１７、複数のダイヒーター１８ａ～１８ｆ、および図示しない複数の温度センサーを含む。ダイ１２の内部には、加熱溶融部１１のフィラメント排出部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。

　３次元結合体形成装置２０は、溶融フィラメント供給装置１０から供給される溶融フィラメント群２の融着結合と冷却固化を行い、フィラメント３次元結合体を形成する装置である。３次元結合体形成装置２０は、溶融フィラメント群２を冷却する冷却水を貯留する冷却水槽２１、溶融フィラメント群２の厚みを規制しながら３次元結合を形成させる厚み規制部２２、コンベア部２４、および複数の搬送ローラ２５ａ～２５ｈを含む。

　厚み規制部２２は、金属板で形成される２枚で一対の受け板２２ａ、２２ｂで構成され、それらは所定の間隙を設けて前後に対向するように配置される。一対の受け板２２ａ、２２ｂは、これらの間に位置する対称面（法線方向が前後方向に一致する）を基準としてほぼ対称に配置されている。受け板２２ａ、２２ｂは、それぞれ当該対称面へ近づくように下り傾斜となる傾斜面２２ａ１、２２ｂ１と、これらの下端から鉛直下方へ伸びる鉛直面２２ａ２、２２ｂ２を有する。傾斜面２２ａ１、２２ｂ１と鉛直面２２ａ２、２２ｂ２の各接合点（左右方向に伸びる接合線）は、冷却水槽２１に貯留される冷却水の水面と略一致するように配設されている。

　傾斜面２２ａ１、２２ｂ１の上流部には図示しない給水口が設けられており、傾斜面２２ａ１、２２ｂ１の表面に水膜が形成されるようになっている。溶融フィラメント群の厚み方向両端部近傍の溶融フィラメントは、傾斜面２２ａ１、２２ｂ１により受け止められた後、その傾斜をスライドするようにして鉛直面２２ａ２、２２ｂ２の間に導かれ、冷却水槽２１の冷却水によって冷却固化されて、融着結合すると同時に平滑な高密度表面層（フィラメント３次元結合体の厚み方向端部の表面層）を形成する。

　コンベア部２４は、一対の搬送コンベア２４ａ、２４ｂ（一対のスラットコンベア）で構成され、一対の受け板２２ａ、２２ｂの下方において、フィラメント３次元結合体の厚みに対応する隙間を空けて前後方向に対向するように配設されている。搬送コンベア２４ａ、２４ｂは、厚み規制部２２から当該隙間に送られてきたフィラメント３次元結合体３を、下方へ搬送するように駆動する。搬送コンベア２４ａ、２４ｂの駆動速度（フィラメント３次元結合体の搬送速度）は、溶融フィラメントの落下速度と同等以上になると溶融フィラメントのループが形成されないため、溶融フィラメントの落下速度より遅い速度に設定される。

　搬送コンベア２４ａ、２４ｂの移動速度が遅い程、溶融フィラメントの密度が高くなり、反発力の高い高密度のフィラメント３次元結合体が形成される。反発力はフィラメント３次元結合体が使用されるマットレスやクッション等の仕様に応じて決められるが、通常、溶融フィラメントの落下速度に対して５～２０％程度に設定される。搬送コンベア２４ａ、２４ｂの具体的形態については、搬送面が平滑な搬送部材であれば特に制限はなく、金属メッシュベルトやプラスチックモジュラーチェーンを用いたコンベアなどを用いてもよい。

　搬送コンベア２４ａ、２４ｂは、フィラメント３次元結合体の搬送方向に平行な外周面の全面に接触するように、フィラメント３次元結合体の外周形状に合わせて設けることが望ましい。但し、このようにすると搬送コンベア２４ａ、２４ｂの機構が複雑化することを考慮し、搬送コンベア２４ａ、２４ｂをフィラメント３次元結合体の両端部（マットレス側壁部に該当）には接触させずに、厚みの均一な中央部付近だけに接触させて搬送するようにしてもよい。搬送コンベア２４ａ、２４ｂの搬送方向下流側には、フィラメント３次元結合体を冷却水槽２１の外側にまで搬送する複数の搬送ローラ２５ａ～２５ｈが設けられている。

　厚み規制部２２、コンベア部２４および複数の搬送ローラ２５ａ～２５ｈは、図示しない駆動モーターおよび駆動ギアによって駆動され、溶融フィラメント群２またはフィラメント３次元結合体３を搬送する。当該駆動の速度は所定の操作等によって調節可能であり、フィラメント３次元結合体の搬送速度（引取り速度）を調節することが可能である。フィラメント３次元結合体３は、冷却水により十分に冷却されて冷却水槽２１の外側にまで搬送され、適度な長さで切断されることにより、マットレス等の製造に使用されるフィラメント３次元結合体１００（図１１等を参照）が得られる。

　なお、フィラメント３次元結合体（３、１００）について、長さ方向は、搬送コンベア２４ａ、２４ｂ等によるフィラメント３次元結合体の搬送方向（厚み規制部２２を通る時点での上下方向）に対応し、厚み方向は、一対の厚み規制部２２それぞれが対向する方向（厚み規制部２２を通る時点での前後方向）に対応し、幅方向は、長さ方向と厚み方向に直交する方向（厚み規制部２２を通る時点での左右方向）に対応する。

　図４は、図１に示すノズル部１７の平面図（下側から見た図）である。ノズル部１７は、複数のノズル（円形開口部）１７ａ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ダイ１２の下部に設けられている。

　本実施形態における各ノズル１７ａは、ノズル径１mmである円形開口部とし、ノズルピッチ１０mmで千鳥状に配設している。すなわち、隣合うノズル１７ａ同士の距離は１０mmであり、端側に配設されたものを除く一のノズル１７ａの周囲に、それぞれ当該一のノズル１７ａから１０mm離れた６個の他のノズル１７ａ（当該一のノズル１７ａを中心として６０°ずつずれた位置にある）が存在するように、各ノズル１７ａが配設されている。このように千鳥状にノズル１７ａを配設することにより、後述する多層多列ハニカムループ構造が形成し易くなる。フィラメント３次元結合体の反発力や圧縮時高さ率の仕様に基づき、ノズル径やノズルピッチ、あるいはノズル形状やノズル配置を適宜調整することができる。

　本実施形態でフィラメント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、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、ポリエステル系樹脂、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内で加熱溶融された後、溶融熱可塑性樹脂としてフィラメント排出部１１ｂからダイ１２の導流路１２ａに供給される。この溶融した熱可塑性樹脂は、ノズル部１７における複数のノズル１７ａから、複数の溶融フィラメントからなる溶融フィラメント群２として３次元結合体形成装置２０に向けて排出される。

２．フィラメントのループ構造
　フィラメント３次元結合体を構成する樹脂のフィラメントそれぞれは、ランダムループ構造やハニカムループ構造といったループ構造を形成し、その形成には、フィラメント３次元結合体の製造条件等が関係している。以下、これらのループ構造の形成について詳細に説明する。

　フィラメント３次元結合体の製造過程においては、各ノズル（本実施形態の各ノズル１７ａに相当）から溶融フィラメントを冷却水中に落下させて、水平方向に広がるループ（以下、「フィラメントループ」と称する）を水の浮力によって形成させる。通常、そのフィラメントループの広がり（当該ループの直径であるループ径）は、隣接するノズル間距離（ノズルピッチ）よりも大きくなる。ループ径の大きな溶融フィラメントを形成することにより、隣接するノズルから排出された溶融フィラメントのみならず、隣接していないノズル（距離の離れたノズル）から排出された溶融フィラメントとも融着結合して、一般的なフィラメント３次元結合体に見られるランダムループ構造（詳しくは後述の説明により明らかとなる）が形成される。

　図５は、溶融フィラメントの直径とループ径との関係を概念的に示す模式図であり、図６は、溶融フィラメントの温度および粘度とループ径との関係を概念的に示す模式図である。なお図５において、Ａ１は溶融フィラメントの直径が０．８mmの場合に形成されるフィラメントループを、Ａ２は溶融フィラメントの直径が１．２mmの場合に形成されるフィラメントループを、Ａ３は溶融フィラメントの直径が２mmの場合に形成されるフィラメントループを、それぞれ概念的に示している。また図６において、Ｂ１は溶融フィラメントの温度が比較的高い場合（粘度が比較的低い場合）に形成されるフィラメントループを、Ｂ２はＢ１の場合に比べて溶融フィラメントの温度が低い場合（粘度が高い場合）に形成されるフィラメントループを、Ｂ３はＢ２の場合に比べて溶融フィラメントの温度が低い場合（粘度が高い場合）に形成されるフィラメントループを、それぞれ概念的に示している。

　溶融フィラメントのループ径は一定ではないものの、図５および図６に示すように、平均的なループ径は、溶融フィラメントの冷却水中への投入時における柔軟性（溶融フィラメントの加熱温度により調整される溶融粘度）或いは溶融フィラメントの太さ（ノズルの開口部の直径で調整される溶融フィラメントの直径）のパラメータを変えることにより調整可能である。

　加熱温度を高くしてフィラメントの溶融粘度を低くすると、溶融フィラメントのループ径を小さくすることができ、溶融フィラメントの直径を大きくすると、溶融フィラメントのループ径を大きくすることができる。また逆に、フィラメントの溶融粘度を高くして当該ループ径を大きくすることや、溶融フィラメントの直径を小さくして当該ループ径を小さくすることも可能である。

　図７は、引取り速度比とループピッチとの関係を概念的に示す模式図である。「ループピッチ」は、溶融フィラメントのループが１回転する間に進む距離であり、「引取り速度比」は、冷却水への溶融フィラメントの落下速度Ｖ１に対するフィラメント３次元結合体の引取り速度Ｖ２（搬送コンベアの搬送速度）の比（＝Ｖ２／Ｖ１）である。なお図７において、Ｃ１は引取り速度比が２０％の場合に形成されるフィラメントループを、Ｃ２は引取り速度比が１５％の場合に形成されるフィラメントループを、Ｃ３は引取り速度比が１０％の場合に形成されるフィラメントループを、Ｃ４は引取り速度比が５％の場合に形成されるフィラメントループを、それぞれ概念的に示している。

　図７に示すように、ループピッチは引取り速度比に概ね比例し、引取り速度比が小さいほどループピッチも小さくなる。ところが、引取り速度比がある一定の値より小さくなると、上記比例関係で推定されるループ径やループピッチに比べて著しく小さいループ径やループピッチが形成されると同時に、円筒形状のフィラメントループが平行に積層したハニカムループ構造が形成されることを出願人は見出した。

　ランダムループ構造とハニカムループ構造の違いについて、図８および図９を参照しながら説明する。図８は、ランダムループ構造とハニカムループ構造の違いを概念的に示す上面図であり、図９は、ランダムループ構造とハニカムループ構造の違いを概念的に示す側面図である。図８（Ａ）および図９（Ａ）はランダムループ構造を示し、図８（Ｂ）および図９（Ｂ）はハニカムループ構造を示している。

　ハニカムループ構造の形成メカニズムは次のとおりである。引取り速度比がある値より小さくなると、隣接する溶融フィラメントのループの広がりを抑えるような円筒状の壁（実際には空隙率が高い）が形成され、ループ径が小さくなると推定される。ループ径が小さくなると、水平方向へ広がることを規制された溶融フィラメントは限られたループ径の中でループを形成することでループピッチが短くなる。最終的には複数の溶融フィラメントのループ径がノズルピッチと略同等になるまで、ループ径は小さくなり、その結果、ループ形状の揃ったハニカムループ構造が形成されると推定される。通常、ランダムループ構造のループ径はノズルピッチより大きいが、ハニカムループ構造のループ径はノズルピッチと略同等である。ただし、ハニカムループ構造が一旦形成されたとしても、何かのきっかけにより再びループ径が大きくなり、それに伴ってループピッチが長くなりランダムループ構造に戻りやすい。

　また、厚み方向表面層近傍においては、フィラメントループの形状がランダムループ構造になりやすいため、ハニカムループ構造が形成され難い。ランダムループ構造では、フィラメント密度が局所的に著しく低下したり、フィラメント結合点密度が極端に低くなる領域が形成されることがある。しかし表面層のフィラメント密度とフィラメント結合点密度を高くして高密度表面層を形成することにより、このようなランダムループ構造の欠点を補うと同時に、ループ径が大きくなることによる軟らかい寝心地が得られるというランダムループ構造の利点を活かすことが可能である。

　図１０は、多層多列ハニカムループ構造を概念的に示す模式図である。引取り速度比をさらに小さくする、もしくは、溶融フィラメントの加熱温度をさらに上げて溶融粘度を下げることにより、優先的にハニカムループ構造が形成されるようになる。優先的にハニカムループ構造が形成される条件においては、多層多列ハニカムループ構造が形成される。なお、溶融フィラメントの温度を高く（溶融粘度を小さく）し過ぎると、ループ径がノズルピッチ未満の小さいループが形成されるのでハニカムループ構造は形成され難くなる。

　なお本願において「多層多列ハニカムループ構造」は、ループ径がノズルピッチと略同等となる円筒形状のフィラメントループ（ハニカムループ構造）が３層３列以上に積層した構造のことを示し、フィラメント３次元結合体厚み方向に連続して並ぶループの数を層とし、フィラメント３次元結合体幅方向に連続して並ぶループの数を列とする。積層の層数は特に制限されないが、通常、フィラメント３次元結合体の厚みにより制限され２０層以下となる。

　高密度表面層が形成されるフィラメント３次元結合体においては、高密度表面層が形成されるフィラメント３次元結合体の厚み方向両端部近傍（具体的には端部から２ｃｍ以内）に多層多列ハニカムループ構造が形成される必要はなく、フィラメント３次元結合体の厚み方向中央部に形成されていればよい。なお、多層多列ハニカムループ構造の形態としては、連続的に形成される（フィラメント３次元結合体の長さ方向において、端から端まで多層多列ハニカムループ構造が続く）形態や、断続的に形成される（フィラメント３次元結合体の長さ方向において、多層多列ハニカムループ構造とランダムループ構造が交互に形成される）形態等が挙げられる。

　多層多列ハニカムループ構造は、引取り速度比が小さい程、形成されやすくなる。そのため多層多列ハニカムループ構造を安定的に形成するためには、引取り速度比を一時的に遅くして、多層多列ハニカムループ構造を安定的に形成させた後、所望の反発力（フィラメント密度）が得られる引取り速度比になるまで、徐々に引取り速度比を上昇させる方法が好ましい。これにより、引取り速度比を変えずに製造を開始した場合より安定的に多層多列ハニカムループ構造が形成される。

　なお、引取り速度比の算出に必要な落下速度は、落下する溶融フィラメントに着色剤（顔料粉末が好ましい）を吹き付けてマーキングし、そのスピードを直接測定する方法が利用できるが、本実施形態においては、着色剤の粉末を塗したガラス棒を用いて、ノズルから落下する溶融フィラメントに着色剤を付着させた後、再度１０秒後に溶融フィラメントに着色剤を付着させて、１０秒間で排出される溶融フィラメントの長さから、１秒あたりの溶融フィラメントの落下速度を算出した。

３．フィラメント３次元結合体
　図１１は、本実施形態に係るフィラメント３次元結合体１００の概略的な断面図である。フィラメント３次元結合体１００は、先述した製造装置１により製造可能である。また図１２は、フィラメント３次元結合体１００の一実施例の断面を撮影した写真である。また図１３Ａは、当該フィラメント３次元結合体におけるハニカムループ構造の部分（ハニカムループ構造層１００ｃ）を切り出して撮影した写真である。また図１３Ｂは、当該フィラメント３次元結合体におけるランダムループ構造の部分（ランダムループ構造層１００ｂ）を切り出して撮影した写真である。なおこれらの写真には、内容が理解容易となるように適切な画像処理を施している。

　フィラメント３次元結合体１００は、厚み方向両端部に形成されるフィラメント密度が相対的に高い高密度表面層１００ａと、それら高密度表面層１００ａにそれぞれ隣接して厚み方向中央部側に形成されるランダムループ構造層１００ｂと、それらランダムループ構造層１００ｂに隣接して厚み方向中央部側に形成されるハニカムループ構造層１００ｃとを有する。

　すなわちフィラメント３次元結合体１００は、高密度表面層１００ａ、ランダムループ構造層１００ｂ、およびハニカムループ構造層１００ｃが、厚み方向両端部から中央部へ向けて順に隣接して形成されている。なおフィラメント３次元結合体１００の厚さ（厚み方向寸法）については特に限定されないが、例えば５cm～３０cmとされる。本発明は、この程度の厚手のフィラメント３次元結合体において特に有用である。また一例として、ハニカムループ構造層１００ｃの厚さを、フィラメント３次元結合体１００の厚さの１／２程度とし、その両側のランダムループ構造層１００ｂの厚さを、それぞれフィラメント３次元結合体１００の厚さの１／４程度とすることができる。

　高密度表面層１００ａは、既に説明したとおり、傾斜面２２ａ１、２２ｂ１を利用して形成される。すなわち、前後方向両端部近傍のノズル１７ａから排出された溶融フィラメント（溶融フィラメント群２の厚み方向両端部近傍の溶融フィラメント）は、傾斜面２２ａ１、２２ｂ１により受け止められた後、厚み方向中央寄りである鉛直面２２ａ２、２２ｂ２の間に導かれるため、両端部の溶融フィラメントは高密度化される。この部分が冷却水槽２１の冷却水によって冷却固化されることにより、高密度である高密度表面層１００ａが形成される。高密度表面層１００ａは、ランダムループ構造層１００ｂおよびハニカムループ構造層１００ｃよりもフィラメント密度が高く、このような層が表面に形成されることにより、フィラメント３次元結合体１００の型崩れ等は極力抑えられる。

　ランダムループ構造層１００ｂは、ランダムループ構造が主として形成される領域（層）であり、製造時における搬送方向を法線方向とする断面（フィラメント３次元結合体の厚み方向と幅方向を含む断面であり、以下「水平断面」とする）において、ノズルピッチと略同等のループ径であるフィラメントループが複数個隣接して形成されていない領域である。例えば、ランダムループ構造層１００ｂにおいて、ランダムループ構造が占有する占有面積率、すなわち、水平断面の総面積Ｓ１に対するランダムループ構造が占有する総面積Ｓ２の比（＝Ｓ２／Ｓ１）は５０％以上である。

　ハニカムループ構造層１００ｃは、多層多列ハニカムループ構造が主として形成される領域（層）であり、水平断面において、ノズルピッチと略同等のループ径であるフィラメントループが複数個隣接して形成されている領域である。

　多層多列ハニカムループ構造の判別方法としては、水平断面において、ノズルピッチと略同等のループ径であるフィラメントループが形成されているか否かで判別する方法が挙げられる。このようなループ径のフィラメントループが占有する占有面積率、すなわち、水平断面の総面積Ｓ３に対するノズルピッチと略同等のループ径であるフィラメントループが占有する総面積Ｓ４の比（＝Ｓ４／Ｓ３）が大きい程、結合点密度が局所的に著しく小さくなる現象の発生を抑えることができ、ハニカムループ構造に基づく効果（結合点密度が局所的に著しく小さくなる現象が発生し難いことから、伸ばされる力が加わってもフィラメント同士の結合が切れ難くなる効果等）が得られる。

　この効果を十分に得るための上記占有面積率としては、５０％以上１００％以下であることが好ましく、８０％以上１００％以下であることがさらに好ましい。なお、図１２に示すハニカムループ構造層においては、多層多列ハニカムループ構造の占有面積率は約８０％となっており、結合点密度が著しく小さい箇所の発生は認められず、安定したフィラメント密度と結合点密度が得られている。

　以上のように、本実施形態に係るフィラメント３次元結合体１００は、複数のフィラメント同士が立体的に融着結合したものであって、厚み方向中央部を含む領域にハニカムループ構造層１００ｃが形成されている。そのため、図１５に示すような局所的荷重が加わった際にも、厚み方向中央部がランダムループ構造で形成された場合に比べ、厚み方向中央部においてフィラメントの結合が切れ難くなっている。

　更にフィラメント３次元結合体１００では、ランダムループ構造層１００ｂとハニカムループ構造層１００ｃとが、厚み方向端部側から中央部側に向けて順に形成されている。そのため、厚み方向中央部においてフィラメントの結合が切れ難くなっているとともに、ランダムループ構造層１００ｂによる軟らかい寝心地が得られるようになっている。なお、仮にランダムループ構造層１００ｂが形成されないとしても、ハニカムループ構造層１００ｃによるフィラメントの結合が切れ難くなるという効果が得られることには変わりがない。

　製造装置１を用いてフィラメント３次元結合体１００を製造するにあたっては、例えば、フィラメント３次元結合体の厚み方向中央部にハニカムループ構造が形成されるように製造条件等（先述した引取り速度比など）を調整して、フィラメント３次元結合体を形成すれば良い。このようにすれば、厚み方向中央部にハニカムループ構造層１００ｃが形成され、傾斜面２２ａ１、２２ｂ１の作用により厚み方向両端には高密度表面層１００ａが形成される。

　更に、厚み方向中央部にハニカムループ構造が形成されるようにしても、厚み方向表面層近傍においてはフィラメントループの形状がランダムループ構造になりやすいことから、ハニカムループ構造層１００ｃと高密度表面層１００ａの間にはランダムループ構造層１００ｂが形成される。その結果、高密度表面層１００ａ、ランダムループ構造層１００ｂ、およびハニカムループ構造層１００ｃが、厚み方向両端部から中央部へ向けて順に隣接して形成されたフィラメント３次元結合体１００が得られることになる。

　なお、フィラメント３次元結合体１００を製造する手法として、厚み方向中央部近傍にハニカムループ構造層が形成され易く、厚み方向両端部近傍にランダムループ構造層が形成され易くなるように、厚み方向の中央部近傍と両端部近傍とで製造条件の一部を積極的に変えるようにしても良い。例えばノズル部１７の構成について、ノズルピッチを変えずに厚み方向の両端部近傍に対応するノズル径を相対的に大きくし、厚み方向両端部近傍のループ径が大きくなるようにしてランダム構造層が形成され易くなるようにしても良い。

４．他の実施形態に係るノズル部
　製造装置１のノズル部１７において、ノズル１７ａのサイズやノズルピッチ等を変えることにより、フィラメント３次元結合体を構成する各フィラメントの特性を調節することが可能である。この場合のノズルの一例（図４に示すノズル１７の他の実施形態）として、図１４（平面図）に示すノズル部１１７を挙げて説明する。ノズル部１１７は、複数のノズル１１７ａ（円形開口部）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ダイ１２の下部に設けられている。

　ノズル部１１７に形成される複数のノズル１１７ａ（ノズル群）として、相対的にノズル径とノズルピッチが大きい大径ノズル群１１７ａ１と、相対的にノズル径とノズルピッチが小さい小径ノズル群１１７ａ２、１１７ａ３が設けられている。大径ノズル群１１７ａ１は厚み方向中央部近傍（主に、ハニカムループ構造層が形成される領域）に、小径ノズル群１７ａ２、１７ａ３は厚み方向両端部近傍（主に、ランダムループ構造層が形成される領域）に、それぞれ設けられている。大径ノズル群１１７ａにおいては、ノズル径が１．５mmに、ノズルピッチが１５mmにそれぞれ設定され、小径ノズル群１７ａ２、１７ａ３においては、ノズル径が１mmに、ノズルピッチが１０mmにそれぞれ設定されている。

　ノズル部１１７ａを適用した製造装置１を用いる本実施形態においても、高密度表面層１００ａ、ランダムループ構造層１００ｂ、およびハニカムループ構造層１００ｃが、厚み方向両端部から中央部へ向けて順に隣接して形成されたフィラメント３次元結合体１００（図１１を参照）が得られることには変わりはない。そのため、これらの各層（１００ａ～１００ｃ）を設けたことによる各効果を享受することが可能である。

　更に本実施形態では、大径ノズル群１１７ａ１よりも小径ノズル群１１７ａ２、１１７ａ３の方がノズルピッチが小さいため、ランダムループ構造層１００ｂのフィラメントの本数密度（単位体積あたりのフィラメントの本数）が、ハニカムループ構造層１００ｃのフィラメントの本数密度より大きくなる。そのため、ランダムループ構造層１００ｂの位置する高密度表面層１００ａの近傍において、フィラメント結合点密度が極端に低くなることを抑えることができる。

　なお、単にランダムループ構造層１００ｂのフィラメントの本数密度を大きくする場合は、ランダムループ構造層１００ｂのフィラメント密度が高くなり過ぎて、寝心地が硬く（反発力が過度に高く）なる虞がある。この点、本実施形態では、大径ノズル群１１７ａ１よりも小径ノズル群１１７ａ２、１１７ａ３の方がノズル径が小さいため、ランダムループ構造層１００ｂのフィラメントの直径が、ハニカムループ構造層１００ｃのフィラメントの直径より小さくなる。そのため、ランダムループ構造層１００ｂの位置する高密度表面層１００ａの近傍においてフィラメント密度が高くなり過ぎないようにし、寝心地が硬くなるのを抑えることが可能である。

　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、例えばマットレス、枕、或いはクッション等に使用されるフィラメント３次元結合体に利用可能である。

　１　　　・・・　　　製造装置（フィラメント３次元結合体製造装置）
　２　　　・・・　　　溶融フィラメント群
　３　　　・・・　　　フィラメント３次元結合体（切断前）
　１０　　・・・　　　溶融フィラメント供給装置
　１１　　・・・　　　加圧溶融部
　１１ａ　・・・　　　シリンダー
　１１ｂ　・・・　　　フィラメント排出部
　１２　　・・・　　　ダイ
　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　　・・・　　　スクリューヒーター
　１７、１１７　　　・・・　　　ノズル部
　１７ａ、１１７ａ　・・・　　　ノズル
　１８ａ～１８ｆ　　・・・　　ダイヒーター
　２０　　・・・　　　３次元結合体形成装置
　２１　　・・・　　　冷却水槽
　２２　　・・・　　　厚み規制部
　２２ａ、２２ｂ　・・・　　受け板
　２４　　・・・　　　　　　コンベア部
　２４ａ、２４ｂ　・・・　　搬送コンベア
　２５ａ～２５ｈ　・・・　　搬送ローラ
　１００　　　　　・・・　　フィラメント３次元結合体（切断後）
　１００ａ　　　　・・・　　高密度表面層
　１００ｂ　　　　・・・　　ランダムループ構造層
　１００ｃ　　　　・・・　　ハニカムループ構造層

Claims

　複数のフィラメント同士が立体的に融着結合したフィラメント３次元結合体であって、
　厚み方向中央部を含む領域にハニカムループ構造層が形成されたことを特徴とするフィラメント３次元結合体。
　ランダムループ構造層とハニカムループ構造層とが、厚み方向端部側から中央部側に向けて順に形成された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。
　前記ランダムループ構造層および前記ハニカムループ構造層よりもフィラメント密度の高い高密度層が、前記ランダムループ構造層よりも厚み方向端部側に形成されたことを特徴とする請求項２に記載のフィラメント３次元結合体。
　前記高密度層である表面層、前記ランダムループ構造層、および前記ハニカムループ構造層が、厚み方向端部から中央部へ向けて順に隣接して形成されたことを特徴とする請求項３に記載のフィラメント３次元結合体。
　前記ランダムループ構造層のフィラメントの本数密度が、前記ハニカムループ構造層のフィラメントの本数密度より大きいことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のフィラメント３次元結合体。
　前記ランダムループ構造層のフィラメントの直径が、前記ハニカムループ構造層のフィラメントの直径より小さいことを特徴とする請求項５に記載のフィラメント３次元結合体。