JP6661666B2 - 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と、マットレス用芯材 - Google Patents

Description

本発明は、オーバーレイマットレスの芯材等に用いられるフィラメント３次元結合体の製造装置およびフィラメント３次元結合体の製造方法と、フィラメント３次元結合体を用いたマットレス用芯材に関する。

寝心地を改善するために従来のマットレスや布団等の上に重ねて敷くオーバーレイマットレス（マットレスパッド）の芯材（コア）として、溶融状態にある複数の熱可塑性樹脂繊維（溶融フィラメント）どうしを、立体的な３次元ネット状に結合させたフィラメント３次元結合体〔以下において３ＤＦ（３−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｆｉｌａｍｅｎｔｓ−ｌｉｎｋｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）と呼ぶことがある〕が注目されている。

このフィラメント３次元結合体は、たとえばポリエチレンやポリプロピレン等の熱可塑性樹脂材料を、複数のノズルを介して押出機から連続線状（フィラメント状）に押し出し、これらのフィラメントどうしを、３次元ネット状に絡まり合わせて結合（融着）させ、その状態で素早く冷却することにより得られる。

本出願人らは、前記３次元ネット形成直後のフィラメント３次元結合体を引き取る無端コンベアの搬送速度を変えることにより、フィラメント密度（マットレス芯材の硬さ）を、寝る人の身体の長手方向（身長方向）に沿った任意の位置で、領域（ブロック）ごとに複数段に変化させる、褥瘡防止用マットレスの製造方法を提案している（特許文献１等を参照）。

特開２０１０−１５４９６５号公報 特許第４９６６４３８号公報

ところで、スポーツ選手等においては、一番大事な試合の当日に体調のピークを合わせることが求められるようになってきており、体調の維持管理には、毎日の「眠りの質」を高めることが必要であるとの意識が浸透しつつある。また、スポーツ選手等でなくても、「眠りの質」に関心を持ち、それを高めようとする人が、近年増加傾向にある。

そのため、タイプ別のレディメイドで提供されていた、汎用品のオーバーレイマットレスの体圧分散（体圧分布）では満足できず、各個人の体格（伸長，体重等）や体型、好み等に合わせて、きめ細かく仕様が決定されたオーダーメイド商品（いわゆる一点物）を求める顧客が増えてきており、その要求への対応が求められている。

しかしながら、前記従来のマットレス（フィラメント３次元結合体）の製造方法では、ユーザーごとに異なる、最適な硬さ分布を有するマットレスへの対応に時間がかかり、それを効率的に製造することが難しいという課題がある。

本発明の目的は、オーダーメイド仕様の商品を求める顧客に対して、希望通りの仕様の製品を素早く確実に、かつ効率的に作製することのできるフィラメント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と、フィラメント３次元結合体を用いたマットレス用芯材を提供することである。

本発明は、フィラメントが立体的に絡み合うフィラメント３次元結合体を製造する製造装置であって、人の身長方向の体重分布を、頭頂部から踵方向に向かう身長軸に直交する仮想平面で、所定の間隔で分割してブロックごとに取得した分割体重情報を、人の頭頂部を基点とする身長軸方向の距離と関連付けて、個々のユーザーごとに記録する分割体重情報取得手段と、熱可塑性樹脂材料を、複数のノズルを介して押出機から連続線状に押し出し、これら押し出されたフィラメント状の熱可塑性樹脂材料どうしを３次元ネット状に絡まり合わせて融着させ、その状態で搬送しながら冷却して、製品流れ方向に長尺状のフィラメント３次元結合体とする３次元結合体形成手段と、を備え、該３次元結合体形成手段が、前記分割体重情報取得手段に記録された分割体重情報に基づいて、形成されるフィラメント３次元結合体の製品流れ方向における、前記各ブロックにそれぞれ対応する領域のフィラメント密度を制御するフィラメント密度制御手段を有することを特徴とするフィラメント３次元結合体製造装置である。

また本発明は、前記３次元結合体形成手段が、該３次元結合体形成手段における前記フィラメント状の熱可塑性樹脂材料どうしの融着よりも上流側に、マーキング材を投入するマーキング材投入手段と、前記冷却後の長尺状のフィラメント３次元結合体を、前記製品流れ方向に直交する製品幅方向に切断する切断手段と、を有し、前記分割体重情報に基づいて、前記フィラメント密度制御手段が、フィラメント３次元結合体の製品流れ方向のフィラメント密度を変化させるのと連動して、前記マーキング材投入手段から、マーキング材がフィラメントの融着よりも上流側前の位置に投入され、該投入されたマーキング材を目安として、前記長尺状のフィラメント３次元結合体が、前記切断手段により所要の位置で切断されることを特徴とする。

また本発明は、前記分割体重情報取得手段と前記３次元結合体形成手段とが、互いに離れた遠隔地に配置され、これらの間が通信回線を介して相互に接続されて、前記分割体重情報取得手段から前記３次元結合体形成手段に向けて前記分割体重情報を送信可能に構築されていることを特徴とする。

また本発明は、フィラメントが立体的に絡み合うフィラメント３次元結合体を製造する方法であって、人の身長方向の体重分布を、頭頂部から踵方向に向かう身長軸に沿った方向に、所定の間隔で分割してブロックごとに測定・取得し、得られた該ブロックごとの分割体重情報を、人の頭頂部を基点とする身長軸方向の距離と関連付けて、個々のユーザーごとに記録する分割体重情報取得工程と、熱可塑性樹脂材料を溶融させて、複数のノズルから連続線状に押し出し、押し出されたフィラメント状の熱可塑性樹脂材料どうしを３次元ネット状に絡まり合わせて融着させ、その状態で搬送しながら冷却して、製品流れ方向に長尺状のフィラメント３次元結合体を得る３次元結合体形成工程と、を有し、前記３次元結合体形成工程が、前記分割体重情報に基づいて、前記３次元結合体形成工程で形成されるフィラメント３次元結合体の製品流れ方向における、前記各ブロックにそれぞれ対応する領域のフィラメント密度を、前記人の身長方向の体重分布に応じて増減させるフィラメント密度制御工程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である。

また本発明は、前記３次元結合体形成工程が、前記分割体重情報に基づいて、フィラメント３次元結合体の製品流れ方向のフィラメント密度が変化するのと連動して、前記押し出されたフィラメント状の熱可塑性樹脂材料どうしが融着するより上流側の位置に、フィラメント密度の変化位置の目安となるマーキング材を投入するマーキング材投入工程と、前記投入されたマーキング材を目安として、前記冷却後の長尺状のフィラメント３次元結合体を、前記製品流れ方向およびブロックの分割方向に直交する、製品幅方向に所要の位置で切断する切断工程と、を含むことを特徴とする。

本発明のフィラメント３次元結合体製造装置によれば、フィラメント３次元結合体を形成する３次元結合体形成手段が、フィラメント３次元結合体の製品流れ方向のフィラメント密度を、分割体重情報取得手段に記録された分割体重情報（データ）に基づいて制御するフィラメント密度制御手段を有している。

これにより、本発明のフィラメント３次元結合体製造装置は、個々のユーザーの体型や体重分布に対して、身長方向に分割されたブロック単位で、細やかに対応することが可能になる。また、分割体重情報に基づいて、製品流れ方向のフィラメント密度が変化するフィラメント３次元結合体を、効率的に製造することができる。

また本発明によれば、前記３次元結合体形成手段が、前記フィラメント状の熱可塑性樹脂材料どうしの融着前の上流側の位置に、マーキング材を投入するマーキング材投入手段と、前記冷却後の長尺状のフィラメント３次元結合体を、前記製品流れ方向に直交する製品幅方向に切断する切断手段と、を有している。そして、前記分割体重情報に基づいて、前記フィラメント密度制御手段が、フィラメント３次元結合体の製品流れ方向のフィラメント密度を変化させるのと連動して、前記マーキング材投入手段から、マーキング材がフィラメント融着前の上流側の位置に投入され、該投入されたマーキング材を目安として、前記長尺状のフィラメント３次元結合体が、前記切断手段により所要の位置で切断される。

これにより、製品流れ方向（長手方向）のフィラメント密度の変動を、目視により容易に確認することが可能になる。また、該マーキング材の投入開始点および投入終了点が、前記フィラメント密度の変化の開始点および終了点に一致する。そのため、前記マーキング材によるマーク，サイン，目安等の精度は高く、当該製品が、オーダーされた仕様どおりになっていることを、誰もが容易に目視で確認することができる。

また本発明によれば、前記分割体重情報取得手段と前記３次元結合体形成手段とが、互いに離れた遠隔地に配置され、これらの間が通信回線を介して相互に接続されて、前記分割体重情報取得手段から前記３次元結合体形成手段に向けて前記分割体重情報を送信可能に構築されていることが好ましい。

これにより、３次元結合体形成手段（工場等）の設置場所に関わらず、オーダーメイドを求めるユーザーの近傍で、分割体重情報を取得することができる。すなわち、ユーザーにとっての利便性が向上する。また、ユーザー等の要望による仕様変更に、よりきめ細やかに対応できるようになるとともに、これらの情報を利用した、前記ユーザーの希望による素早いリピート生産等が可能になる。

つぎに、本発明のフィラメント３次元結合体の製造方法によれば、前記分割体重情報を、人の頭頂部を基点とする身長軸方向の距離と関連付けて記録する分割体重情報取得工程と、製品流れ方向に長尺状のフィラメント３次元結合体を得る３次元結合体形成工程と、を有し、前記３次元結合体形成工程が、前記分割体重情報に基づいて、前記３次元結合体形成工程で形成されるフィラメント３次元結合体の製品流れ方向における、前記各ブロックにそれぞれ対応する領域のフィラメント密度を、前記人の身長方向の体重分布に応じて増減させるフィラメント密度制御工程を含んでいる。

これにより、身長や体型等の異なる複数のユーザーに対しても、同一の手順によって、個々のユーザーの体重分布に対応した硬さ分布を有するフィラメント３次元結合体を、効率的に製造することができる。また、分割体重情報の取得手順やそれに基づく製造手順を社内標準化することが可能で、ユーザー個々の好みに対応した、受注から生産まで一貫して行うことのできる個別オーダーシステムを、構築することができる。

また本発明によれば、前記３次元結合体形成工程が、前記分割体重情報に基づいて、フィラメント３次元結合体の製品流れ方向のフィラメント密度が変化するのと連動して、前記押し出されたフィラメント状の熱可塑性樹脂材料どうしの融着前の上流側の位置に、フィラメント密度の変化位置の目安となるマーキング材を投入するマーキング材投入工程と、前記投入されたマーキング材を目安として、前記冷却後の長尺状のフィラメント３次元結合体を、前記製品流れ方向およびブロックの分割方向に直交する、製品幅方向に所要の位置で切断する切断工程と、を含んでいる。

これにより、前記と同様、製品流れ方向（長手方向）のフィラメント密度の変動を、作業者が目視により確認することが可能になる。また、このフィラメント密度の変化（変動）の、切断後の製品における長手方向一端部からの距離（人の頭部位置の、マットレス端部からのオフセット区間の長さ）と、その後のフィラメント密度の変化が、前記分割体重情報に基づく設定どおりのものであるか否かを、製造者が目視により確認することができる。

さらにまた、本開示のマットレス用芯材によれば、３次元結合体からなる短冊状のマットレス用芯材における、マットレス幅方向の少なくとも一端部（縁部）に、マットレス長手方向に沿って、該芯材の厚み方向硬さの長手方向の変化の目安となるマーキング材が、断続的に挿入されている。

これにより、前記マーキング材によるマーク，サイン，目安等により、当該マットレス用芯材が、オーダーされた仕様どおりになっていることを、誰もが容易に目視で確認することができる。また、前記マーキング材によるマーク，サイン，目安等により、前記のようなマットレス端部からの頭部位置のオフセット区間の長さや最適就寝位置の確実な明示が可能になるとともに、この商品（マットレス）が、確かにオーダーした自分仕様に仕上がっているという証明（製品のトレーサビリティ）等にも利用することができる。

さらに、たとえば前記マットレス用芯材にカバー等をかけてマットレスとした場合でも、その使用状態においてユーザーの頭部位置等を特定し、通常の就寝姿勢をとるだけで、該マットレスの硬さ分布（フィラメント密度の分布）を、その製品をオーダーしたユーザーの体圧分布に一致させることができる。その結果、理想的な体圧分散を、確実に再現することが可能になる。

本発明の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とから、より明確になるであろう。
本発明の第１実施形態であるフィラメント３次元結合体製造装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態のフィラメント３次元結合体製造装置における３次元結合体形成手段の構成を示す概略図である。 （ａ）は分割体重情報取得手段の一の例を示す模式図であり、（ｂ）は分割体重情報取得手段の他の例を示す模式図である。 第１実施形態におけるフィラメント３次元結合体の製造手順の一の例を示すフローチャートである。 （ａ）は分割体重情報の算出方法を示す図であり、（ｂ）はその分割体重情報をフィラメント３次元結合体の製造条件に変換した例を説明する図である。 第２実施形態であるフィラメント３次元結合体製造装置における３次元結合体形成手段の要部構成を示す図である。 （ａ），（ｂ）ともに、第２実施形態のフィラメント３次元結合体製造装置で得られたフィラメント３次元結合体からなるマットレス用芯材の上面図である。

以下、図面を参考にして、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態であるフィラメント３次元結合体製造装置の構成を示すブロック図である。

本実施形態のフィラメント３次元結合体製造装置は、図１に示すように、相互に送受信可能な通信回線や情報サーバー等を介して繋がる、３次元結合体形成手段１と、分割体重情報取得手段２とを主体として構成されている。

３次元結合体形成手段１は、溶融樹脂供給部（押出機１０）と、口金（ノズル部２１）を含む溶融フィラメント形成部（ダイ）２０と、フィラメント密度制御手段を含む３次元結合形成部（成形機）３０と、前記分割体重情報取得手段２から送信される分割体重情報取を取得する分割体重情報受信部４０とからなり、具体的には、後述する図２に示すような構成をとる。

分割体重情報取得手段２としては、たとえば図３（ａ）に示す、撮影した人体の画像を基に、演算により分割体重情報を間接的に求める方法や、図３（ｂ）に示すような、複数の体重計等を用いて、分割体重情報を直接的に測定する方法などが用いられる。なお、図１に示す第１の実施形態においては、前記撮像により分割体重情報を求める方法を採用した分割体重情報取得手段２が、工場等に設置された３次元結合体形成手段１とは距離の離れた遠隔地（たとえばショールームや営業所等）に配置され、通信回線やサーバー等を介して、前記３次元結合体形成手段１と接続される例を示している。

前記３次元結合体形成手段１の具体例（実機）は、図２に示すように、押出機１０を含む溶融樹脂供給部と、水槽３３内に設置されたフィラメント３次元結合体（符号３ＤＦで記載）の搬送経路とからなる。なお、図２では、通信ケーブル等の通信手段や、コンピュータ等の制御手段など、フィラメント３次元結合体の作製に直接関与しない装置の図示を省略している。

溶融樹脂供給部（押出機１０）は、ホッパー１１（材料投入部）と、スクリュー１２、スクリューモーター１３、スクリューヒーター１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、材料排出部１５とを備え、前記ホッパー１１から供給された熱可塑性樹脂が、シリンダー１０ａ内で溶融し、溶融フィラメント形成部２０（ダイ）に向けて、材料排出部１５から溶融樹脂として排出される。

溶融フィラメント形成部２０は、複数のノズル部２１を有する口金と、ダイヒーター２２，２３とを備え、前記押出機１０の材料排出部１５（排出口）からダイ導流路２０ａに供給された溶融樹脂は、ノズル部２１に形成された複数のノズルから鉛直下方に向けて、溶融フィラメント（符号ＭＦで記載）として排出される。

３次元結合形成部３０は、冷却水を蓄える水槽３３と、前記溶融フィラメント（ＭＦ）が３次元ネット状に絡まり結合したフィラメント３次元結合体（３ＤＦ）を、その３次元（立体）形状と厚みを保ったまま冷却するための無端コンベア３２ａ，３２ｂとを備える。前記複数のノズルの直下で、かつ、該無端コンベア３２ａ，３２ｂ間の上方にあたる位置には、溶融フィラメント（ＭＦ）の滞留を促す受け板（傾斜状の案内板３１ａ，３１ｂ）が設けられており、この案内板３１ａ，３１ｂの上面で、該溶融フィラメントが一旦（一瞬）滞留して重なり合うことにより、前記溶融フィラメント（ＭＦ）どうしの絡まり結合が生じるようになっている。

そして、前記傾斜状の案内板３１ａ，３１ｂ間で３次元形状を付与された溶融フィラメント（ＭＦ）は、コンベア駆動モーター３５（図示省略）で駆動される前記無端コンベア３２ａ，３２ｂにより、所定の速度で無端コンベア３２ａ，３２ｂ間に引き取られ、その厚みが整えられた状態を保ったまま、冷却される。

なお、各フィラメントの線条は比重が軽く、水面に浮いてしまうため、無端コンベア３２ａ，３２ｂは水中に設置されている。そして、これら水に浮いたフィラメントを、各無端コンベア３２ａ，３２ｂ間に挟みこんで下方（水中）に引き込んで、一続き（長尺状）の網状構造体（フィラメント３次元結合体）を形成していくのである。

また、前記無端コンベア３２ａ，３２ｂは、上下一対のローラーに、１枚の無端ベルトを掛けたものであり、それを駆動する前記コンベア駆動モーター３５は、図示しないモーター回転コントローラー３６（本実施形態における「フィラメント密度制御手段」）により制御されて、所定の角速度で回転する。無端ベルトとしては、無端チェーンに金属性の板材を固定した無端ベルト（スラットコンベア）や、無端チェーンに金網を固定した無端ベルトが使用できる。前記モーター回転コントローラー３６によるフィラメント密度制御については、後記で説明する。

ついで、前記無端コンベア３２ａ，３２ｂの下端から水中に排出されたフィラメント３次元結合体（３ＤＦ）は、図２に示すように、各搬送ローラー３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅからなる水槽３３内の搬送経路を通るうちに完全に冷却され、駆動力を有する搬送ローラー３４ｆ，３４ｇにより、前記水槽３３から取り出される。

水槽３３から取り出された、長尺状のフィラメント３次元結合体（３ＤＦ）は、作業者が待機する作業台（図示省略）へと誘導され、回転刃を有するカッター等（本実施形態における「切断手段」）により、製品長手方向に一定の長さで、製品幅方向に切断され、１枚の短冊状フィラメント３次元結合体製品（マットレス用芯材）が製造される。

前記構成の第１実施形態のフィラメント３次元結合体の製造装置および製造方法の特徴は、前記３次元結合形成部（成形機）３０が、前記分割体重情報に基づいて、フィラメント密度制御手段（フィラメント密度制御工程）を有する点にある。

このフィラメント密度制御手段は、本実施形態では、溶融フィラメント（ＭＦ）を引き取る無端コンベア３２ａ，３２ｂのコンベア駆動モーター３５と、このコンベア駆動モーター３５の回転速度を制御するモーター回転コントローラー３６と、前記モーター回転コントローラー３６に、分割体重情報を変換した制御用データを伝達するコンピュータ（データ受信部４１，演算部４２等）とからなる。

なお、本実施形態では、フィラメント３次元結合体製造装置の３次元結合形成部（成形機）３０が、前述のように３次元結合体のフィラメント密度を無端コンベア３２ａ，３２ｂの引き取り速度で制御する様式のため、前記フィラメント密度制御手段を、コンベア駆動モーター３５およびモーター回転コントローラー３６としたが、他の様式でフィラメント密度を制御する製造装置の場合、制御手段として用いられる手段（装置における部）は異なる。

たとえば、溶融フィラメントの供給量（吐出量）で密度制御を行う場合は、スクリューモーター１３の回転数制御で行うことがでる。また、フィラメントの径（φ）で密度制御を行う場合は、前記スクリューモーター１３の回転数の他、口金（ノズル部２１）の開孔径、口金と案内版３１ａ，３１ｂとの距離や、口金または案内版３１ａ，３１ｂから水槽３３の水面までの距離等を変化させることにより行うこともできる。さらに、フィラメント３次元結合体の全厚（厚み方向の厚さ）で制御する場合は、前記無端コンベア３２ａ，３２ｂ間の間隙調整や、前記水槽３３の水温調節で行ってもよい。

上記構成により、本実施形態のフィラメント３次元結合体製造装置は、工程の諸条件を変えることなく、通常製品に続けて、フィラメント密度変化の異なる一点物（オーダーメイド品）を作製することができる。また、工程の部品交換やそれに伴う準備時間の発生等がなく、余分な材料の消費や余計な廃材の発生等もない。したがって、本実施形態のフィラメント３次元結合体の製造装置および製造方法は、前記オーダーメイド品を、効率的に製造することができる。

なお、本発明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、ポリスチレン樹脂、あるいは、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等を用いることができる。また、これらの樹脂やエラストマーはブレンドして用いることもできる。

つぎに、本実施形態の分割体重情報取得手段２には、先に述べたように、撮影した人体の画像を基に、演算により分割体重情報を間接的に求める方法が用いられる。

図３（ａ）は、本実施形態のフィラメント３次元結合体製造装置に用いられる分割体重情報取得手段２の一の例を示す模式図である。

分割体重情報取得手段２は、分割体重情報取得部５０と、分割体重情報送信部６０とを有し、身体の身長方向〔頭頂部から踵方向に向かう身長軸方向であり、製品の流れ（長手）方向〕の体重分布を、前記身長軸に直交する仮想平面で、所定の間隔でブロックごとに分割して取得し、このブロックごとの分割体重情報を、人の頭頂部を基点とする身長軸方向の距離と関連付けて記録するとともに、得られた分割体重情報を、通信回線等を介して、前記３次元結合体形成手段１の分割体重情報受信部（データ受信部４１）に伝達する。

分割体重情報取得部５０は、身体の立体画像を撮影するための３Ｄ画像撮影装置５１と、３Ｄ画像撮影装置５１を支えるカメラ支柱５２と、カメラ支柱５２を水平方向（人の周りを囲う半円状）に移動可能に支持する支柱台座５３と、を含む。

分割体重情報送信部６０は、３Ｄ画像撮影装置５１で取得した画像データを立体画像（身体の座標情報）に変換した後、身体の長さ（身長軸）方向において、基点（頭頂部）からの距離に関連づけられた分割体重情報を算出するための画像処理部６１と、分割体重情報を、通信回線やサーバー等を介して、工場等に設置の３次元結合体形成手段１に送るデータ送信部６２と、を含む。

つぎに、前記分割体重情報取得手段２（３Ｄ画像撮影装置５１）を用いた分割体重情報の取得方法と、その分割体重情報の利用、すなわち、分割体重情報を前記３次元結合体形成手段１におけるフィラメント３次元結合体の製造に、どのように適用するかについて説明する。

図４は、第１実施形態におけるフィラメント３次元結合体の製造手順の一の例を示すフローチャートである。また、図５（ａ）は分割体重情報の算出方法を示す図であり、図５（ｂ）はその分割体重情報を製造条件（フィラメント密度の変化）に変換した例を説明する図である。なお、分割体重情報（データ）は、各手段（または装置の一部を表す「部」）の間を伝達されながら、各部で順次処理される。そのため、フローチャートの各ブロックの左肩には、図１のブロック図と同じ符号を括弧付きで付して、処理を担当する部を明らかにしている。各部の機能については、説明が重複するため、省略する。

本実施形態の製造方法においては、ステップＳ１において、３Ｄ画像撮影装置（カメラ）５１でユーザーを撮影し、身体の立体画像データ（身体の座標データ）を取得する。この時、撮影時のユーザーの姿勢としては、立ち姿勢が理想的な寝姿勢に近いことから、立ち姿勢が好ましい。なお、寝姿勢で画像データを取得する場合、腕の重さは、腰部や腹部の体圧分布に直接影響を与えないことから、該腕の部分の画像データを、身体の立体画像データから除去してもよい。

つぎに、ステップＳ２において、画像処理部６１で、立体画像データを、頭頂部を基点として予め規定する所定の区間（身体の長さ方向に垂直な２平面間）ごとに分け、各区間の体積（分割体積情報）を算出した後、比重を１と仮定して分割体重情報を算出し、分割区間情報Ｌｎと分割体重情報Ｗｎに変換する〔図５（ａ）を参照〕。

ついで、ステップＳ３で、得られた分割区間情報Ｌｎと分割体重情報Ｗｎを、データ送信部６２から、３次元結合体形成手段１のデータ受信部４１へ送る。

ステップＳ４において、３次元結合体形成手段１の分割体重情報受信部の演算部４２で、分割区間情報Ｌｎと分割体重情報Ｗｎのデータを加工し、予め定められた規定の方法に従って、複数のセグメントＢ１〜Ｂ４に分割する〔図５（ｂ）および「表１」を参照〕。

本実施形態においては、たとえば下記の「表１」に示すように、得られた詳細な分割体重情報（複数のブロック）をまとめたものを「セグメント」と呼び、このセグメント単位で、フィラメント密度を制御している。

なお、本実施形態においては、頭頂部から身長の３０％分の長さ区間をＢ１、頭頂部から身長の３０％〜６０％長さ区間をＢ２、頭頂部から身長の６０％〜１００％長さ区間をＢ３、それ以外をＢ４と規定して４つのセグメントに分割する方法（分割方法１）を採用しているが、分割するセグメントの数や分割方法に制限はなく、前記以外の方法であってもよい。

複数のセグメントに分割する他の方法としては、たとえば、頭頂部（基点）から累積体重の３０％分の長さ区間をＢ１、頭頂部から累積体重の３０％〜６０％長さ区間をＢ２、頭頂部から累積体重の６０％〜１００％長さ区間をＢ３、それ以外をＢ４とする方法（分割方法２）や、分割体重情報の各単位区間を、１セグメントにする方法、すなわち、分割区間数とセグメント数を同じにする方法（分割方法３）、あるいは、身長と体重情報から、規定の方法によりセグメントを算出する方法、たとえば、頭頂部から身長の３０％分の長さ区間をＢ１、頭頂部から身長の３０％〜６０％長さ区間をＢ２、頭頂部から身長の６０％〜１００％長さ区間をＢ３、それ以外をＢ４として、Ｗ１を体重の２５％、Ｗ２を体重の５０％、Ｗ３を体重の２５％と算出する方法（分割方法４）などがあげられる。

つぎに、ステップＳ５において、分割区間情報Ｌｎと分割体重情報Ｗｎから、各セグメントのセグメント長さ情報ＳＬｎとセグメント体重情報ＳＷｎを算出（積算）する。

ついで、ステップＳ６で、セグメント長さ情報ＳＬｎとセグメント体重情報ＳＷｎから、所定の変換式（ここでは、ＳＰｎ＝ＳＷｎ／ＳＬｎ）を用いて、セグメント圧力情報ＳＰｎを算出する。

ステップＳ７で、セグメント圧力情報ＳＰｎから、所定の変換式を用いて、セグメント硬さ指数ＳＫｎに変換する。本実施形態においては、変換式としてＳＫｎ（＝ＳＰｎ×０．３＋０．９２）を用いているが、３次元結合体形成手段１の仕様や、フィラメント（熱可塑性樹脂）材料の種類によって変わるため、最適な変換式は、予め集めておいた実験データを基に作成される。また、本実施形態においては、全セグメントに対して同じ変換式を用いているが、各セグメントごとに、異なる変換式を作成してもよい。

ステップＳ８では、ＳＰｎから、セグメントごとに所定の変換式（ここでは、ＳＳｎ＝１／ＳＫｎ）を用いて、モーター回転速度比ＳＳｎに変換する。本実施形態において、モーター回転速度比ＳＳｎとは、所定の硬さを得るための基準モーター回転速度（ＢＭＳ）を補正するための係数であり、［搬送モーター回転速度ＭＳ＝搬送モーター基準回転数ＢＭＳ×モーター回転速度比ＳＳｎ］である。前記モーター回転速度比ＳＳｎの値が大きくなると、モーター回転速度ＭＳは速くなり、モーター回転速度比ＳＳｎの値が小さくなると、モーター回転速度ＭＳは遅くなる。

つぎに、ステップＳ９において、所定の長さＬ０のセグメントＢ０を、オフセット区間として、セグメントＢ１の前に追加する〔図５（ｂ）を参照〕。オフセット区間の長さとしては、ユーザーがマットレス（その芯材であるフィラメント３次元結合体３）に横たわった際の頭上スペースに相当する長さであるが、一般的に１０ｃｍ〜２０ｃｍに設定するのが好ましい。

ついで、ステップＳ１０では、セグメントＢ０（オフセット区間）のモーター回転速度比ＳＳ０を、ＳＳ１と同じ値に設定し、セグメントＢ４のモーター回転速度比ＳＳ４を、ＳＳ３と同じ値に設定する。本実施形態においては、セグメントＢ０およびセグメントＢ４の硬さを、それぞれセグメントＢ１およびセグメントＢ３と同じ硬さに設定することで、頭上と足元でマットレスの硬さが変化しないようにしているが、このような仕様には特に制限はなく、好みに合わせて自由に設定してもよい。

最後に、ステップＳ１１では、モーター回転速度比ＳＳｎ（ＳＳ０〜ＳＳ４）を用いて、コンベア駆動モーター３５の回転数を制御する。モーター回転速度が速いほど、フィラメント密度が低くなり、フィラメント３次元結合体（マットレス用芯材）は軟らかくなる。逆に、モーター回転速度は遅い程、フィラメント密度が高くなり、フィラメント３次元結合体（マットレス用芯材）は硬くなる。これにより、マットレス（芯材）の硬さの分布が、各ユーザーの体重分布にマッチしたオーダーメイド品を得ることができる。

なお、前記第１実施形態では、分割体重情報取得手段２の分割体重情報取得部５０として、立体画像を撮影する３Ｄ画像撮影装置５１を用い、得られた画像を変換して分割体重情報を得たが、本発明における分割体重情報の取得方法は、これに限定されるものではなく、種々の方法を用いることができる。たとえば、別の様式の分割体重情報取得部１５０として、図３（ｂ）に示すような、所定の間隔で水平に並べられた複数の体重計（圧力計）１５１を用いてもよい。この場合、前記複数の体重計１５１に接続された分割体重情報送信部６０から、３次元結合体形成手段１に向けて送信された分割体重情報は、実測値であるため、前記フィラメント３次元結合体の製造方法のステップＳ２（図４のフローチャートのＳ２）は行われず、手順は、製造方法のステップＳ４（図４のフローチャートのＳ４）からスタートする。また、前記複数の体重計１５１に代えて、圧力センサを用いてもよい。各圧力は寝姿勢の状態で測定することが好ましいので、寝姿勢を保持できるマットの上に各圧力センサを設置するのが好ましい。

さらにまた、本実施形態においては、ユーザーの分割体重情報を取得した後、既定の方法に従って所定のデータ（分割区間情報Ｌｎと分割体重情報Ｗｎ）に変換し、変換したデータを通信手段を介してフィラメント３次元結合体製造装置側に送り、送られたデータをフィラメント３次元結合体製造装置側で規定の方法に従ってフィラメント３次元結合体製造装置の動作を制御するための制御パラメータ（モーター回転速度比ＳＳｎ）に変換しているが、通信手段を介して送られるデータとしては、予め情報通信方法に関する規格を決めていれば特に制限はなく、取得したユーザーの分割体重情報のままであってもよいし、フィラメント３次元結合体製造装置の動作を制御するための制御パラメータにまで変換したデータであってもよい。また、ユーザーの分割体重情報としては、測定したデータのままであってもよいし、ユーザーの要望等により補正したデータであってもよい。

つぎに、本発明の第２実施形態について説明する。
図６は、第２実施形態のフィラメント３次元結合体製造装置における３次元結合体形成手段の要部を拡大して示す図である。また、図７（ａ），図７（ｂ）は、ともに、第２実施形態のフィラメント３次元結合体製造装置で得られたフィラメント３次元結合体（マットレス用芯材）の上面図である。なお、図６においては、第１実施形態における３次元結合体形成手段と同じ機能を有する構成部材には、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。また、図７（ａ），図７（ｂ）は、ともに、２台のマーキング材投入手段を用いて、マットレス用芯材の両縁部にマーキング材を挿入した例である。

図６に示すように、本実施形態のフィラメント３次元結合体製造装置の３次元結合体形成手段１’が、第１実施形態の３次元結合体形成手段１と異なる点は、前記溶融フィラメント（ＭＦ）どうしの融着より上流側の位置、すなわち、溶融フィラメント（ＭＦ）の滞留を促す受け板（傾斜状の案内板３１ａ，３１ｂ）が配設されている、複数のノズルの直下でかつ該無端コンベア３２ａ，３２ｂ間の上方（上流）にあたる位置に、溶融フィラメントとは異なるマーキング材Ａを投入するマーキング材投入手段（溶融マーキング材供給ノズル２４）が設けられている点である。

また、前記マーキング材は、前記分割体重情報に基づいて、前記フィラメント密度制御手段（モーター回転コントローラー３６およびそれに繋がるコンピュータ等）が、フィラメント３次元結合体の製品流れ方向のフィラメント密度を変化させるのと連動して、その変化点に投入される。

そして、前記第１実施形態と同様、マーキング材が挿入された尺状のフィラメント３次元結合体（３ＤＦ）は、作業者が待機する作業台（図示省略）へと誘導され、前記マーキング材の挿入位置を目安として、回転刃を有するカッター等（切断手段）により、製品長手方向に所定の位置で、製品幅方向に切断され、１枚の短冊状フィラメント３次元結合体製品からなるマットレス用芯材が製造される。

なお、マーキング材としては、溶融フィラメント（ＭＦ）と同じ熱可塑性樹脂（ポリエチレン等）を着色したものを用いることができる他、着色剤として塗料や有色粒子等を使用したもの、糸状，ひも状の天然繊維、人工繊維、導電繊維、金属繊維等を使用することもできる。なかでも、溶融フィラメントと同一組成の樹脂からなる着色樹脂を、マーキング材として使用すれば、フィラメント３次元結合体をリサイクルする際に、マーキング材料を分別する手間が省け、好ましい。

また、前記マーキング材投入手段の数は限定されず、例えば複数の色や材料（材質）等にそれぞれ対応した複数のノズルを設けてもよい。マーキング材が紛体や粒状体である場合は、マーキング材投入手段を、間欠動作可能なシューターとしてもよい。

前記例では、溶融マーキング材供給ノズル２４が１本の３次元結合体形成手段１’を例示しているが、前記切断作業における視認のし易さ等を考慮すると、前記溶融マーキング材供給ノズル２４は、その両側（案内板３１ａ側および案内板３１ｂ側）に設けてもよい。

前記のようにして製造されたフィラメント３次元結合体からなるマットレス用芯材１０３，１１３は、たとえば図７（ａ）のように、ユーザーがマットレスに横たわった際の頭上スペース（オフセット区間）に相当する部位（マーキング位置１０３ａ，１０３ｂ）と、フィラメント密度が高く「硬い」部分に相当する部位（マーキング位置１０４ａ，１０４ｂ）とに、それぞれ、対応する長さのマーキング材が挿入されている。

また、他の例としては、たとえば図７（ｂ）のように、ユーザーがマットレスに横たわった際の頭上スペース（オフセット区間）に相当する部位とそれに続く「軟らかい」部位との境界（マーキング位置１１３ａ，１１３ｂ）と、「硬い」部位と「軟らかい」部位との境界（マーキング位置１１４ａ，１１４ｂおよび１１５ａ，１１５ｂ）とに、それぞれ、フィラメント密度の変化点の目安として投入してもよい。

前記構成により、得られたフィラメント３次元結合体の製品流れ方向（長手方向）のフィラメント密度の変動を、作業者が目視により確認することが可能になる。また、このフィラメント密度の変化（変動）の、切断後の製品における長手方向一端部からの距離（人の頭部位置の、マットレス端部からのオフセット区間の長さ）と、その後のフィラメント密度の変化が、前記分割体重情報に基づく設定どおりのものであるか否かを、製造者が目視により確認することができる。

また、得られた本発明のマットレス用芯材（フィラメント３次元結合体）によれば、前記マーキング材によるマーク，サイン，目安等により、当該マットレス用芯材が、オーダーされた仕様どおりになっていることを、容易に目視で確認することができる。さらに、前記マーキング材によるマーク，サイン，目安等により、前記のようなマットレス端部からの頭部位置のオフセット区間の長さや最適就寝位置の確実な明示が可能になる。

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。

１，１’ ３次元結合体形成手段
２ 分割体重情報取得手段
３ フィラメント３次元結合体
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
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ スクリューヒーター
１５ 材料排出部
２０ 溶融フィラメント形成部
２１ 口金
２２ ダイヒーター
２３ ダイヒーター
３０ ３次元結合形成部
３１ａ，３１ｂ 案内板
３２ａ，３２ｂ 無端コンベア
３３ 水槽
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅ 搬送ローラー
３４ｆ，３４ｇ 搬送ローラー
３５ コンベア駆動モーター
３６ モーター回転コントローラー
４０ 分割体重情報受信部
４１ データ受信部
４２ 演算部
５０ 分割体重情報取得部
５１ ３Ｄ画像撮影装置
５２ カメラ支柱
５３ 支柱台座
６０ 分割体重情報送信部
６１ 分割体重情報画像処理部
６２ データ送信部
１０３ マットレス用芯材
１１３ マットレス用芯材
１５０ 分割体重情報取得部
１５１ 体重計
Ａ マーキング材
Ｂ０ オフセット区間（セグメント）
Ｂ１〜Ｂ４ セグメント
Ｓ１〜Ｓ１１ ステップ
ＭＦ 溶融フィラメント
３ＤＦ フィラメント３次元結合体

Claims (5)

1. フィラメントが立体的に絡み合うフィラメント３次元結合体を製造する製造装置であって、
   人の身長方向の体重分布を、頭頂部から踵方向に向かう身長軸に直交する仮想平面で、所定の間隔で分割してブロックごとに取得した分割体重情報を、人の頭頂部を基点とする身長軸方向の距離と関連付けて、個々のユーザーごとに記録する分割体重情報取得手段と、
   熱可塑性樹脂材料を、複数のノズルを介して押出機から連続線状に押し出し、これら押し出されたフィラメント状の熱可塑性樹脂材料どうしを３次元ネット状に絡まり合わせて融着させ、その状態で搬送しながら冷却して、製品流れ方向に長尺状のフィラメント３次元結合体とする３次元結合体形成手段と、を備え、
   該３次元結合体形成手段が、
   前記分割体重情報取得手段に記録された分割体重情報に基づいて、形成されるフィラメント３次元結合体の製品流れ方向における、前記各ブロックにそれぞれ対応する領域のフィラメント密度を制御するフィラメント密度制御手段を有する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３次元結合体形成手段が、
   該３次元結合体形成手段における前記フィラメント状の熱可塑性樹脂材料どうしの融着よりも上流側に、マーキング材を投入するマーキング材投入手段と、
   前記冷却後の長尺状のフィラメント３次元結合体を、前記製品流れ方向に直交する製品幅方向に切断する切断手段と、を有し、
   前記分割体重情報に基づいて、前記フィラメント密度制御手段が、フィラメント３次元結合体の製品流れ方向のフィラメント密度を変化させるのと連動して、
   前記マーキング材投入手段から、マーキング材がフィラメントの融着よりも上流側前の位置に投入され、該投入されたマーキング材を目安として、前記長尺状のフィラメント３次元結合体が、前記切断手段により所要の位置で切断され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. 前記分割体重情報取得手段と前記３次元結合体形成手段とが、互いに離れた遠隔地に配置され、これらの間が通信回線を介して相互に接続されて、前記分割体重情報取得手段から前記３次元結合体形成手段に向けて前記分割体重情報を送信可能に構築されていることを特徴とする請求項１または２に記載のフィラメント３次元結合体製造装置。
4. フィラメントが立体的に絡み合うフィラメント３次元結合体を製造する方法であって、
   人の身長方向の体重分布を、頭頂部から踵方向に向かう身長軸に沿った方向に、所定の間隔で分割してブロックごとに測定・取得し、得られた該ブロックごとの分割体重情報を、人の頭頂部を基点とする身長軸方向の距離と関連付けて、個々のユーザーごとに記録する分割体重情報取得工程と、
   熱可塑性樹脂材料を溶融させて、複数のノズルから連続線状に押し出し、押し出されたフィラメント状の熱可塑性樹脂材料どうしを３次元ネット状に絡まり合わせて融着させ、その状態で搬送しながら冷却して、製品流れ方向に長尺状のフィラメント３次元結合体を得る３次元結合体形成工程と、を有し、
   前記３次元結合体形成工程が、
   前記分割体重情報に基づいて、前記３次元結合体形成工程で形成されるフィラメント３次元結合体の製品流れ方向における、前記各ブロックにそれぞれ対応する領域のフィラメント密度を、前記人の身長方向の体重分布に応じて増減させるフィラメント密度制御工程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。
5. 前記３次元結合体形成工程が、前記分割体重情報に基づいて、フィラメント３次元結合体の製品流れ方向のフィラメント密度が変化するのと連動して、前記押し出されたフィラメント状の熱可塑性樹脂材料どうしが融着するより上流側の位置に、フィラメント密度の変化位置の目安となるマーキング材を投入するマーキング材投入工程と、
   前記投入されたマーキング材を目安として、前記冷却後の長尺状のフィラメント３次元結合体を、前記製品流れ方向およびブロックの分割方向に直交する、製品幅方向に所要の位置で切断する切断工程と、
   を含むことを特徴とする請求項４に記載のフィラメント３次元結合体の製造方法。

Images