(57)【要約】【課題】溶融フィラメント群或いはその周囲の空間の温度を効率良く適度な高温に維持す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を提供する。【解決手段】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、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、発生させた過熱水蒸気を、前記溶融フィラメント群が通る空間へ供給する過熱水蒸気供給部と、を備えるフィラメント３次元結合体の製造装置とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
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、
発生させた過熱水蒸気を、前記溶融フィラメント群が通る空間へ供給する過熱水蒸気供給部と、を備える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。
【請求項２】
前記融着結合形成部は、前記溶融フィラメント群を冷却水槽内の冷却水につけて冷却するものであって、
前記空間の下側が前記冷却水に面していることを特徴とする請求項１に記載のフィラメント３次元結合体の製造装置。
【請求項３】
前記溶融フィラメント群の端部を中央部側に導く受け板を備え、
前記受け板は、
前記空間内における前記過熱水蒸気が供給される位置よりも下側に設けられ、当該過熱水蒸気を凝縮させる低温状態に維持されることを特徴とする請求項２に記載のフィラメント３次元結合体の製造装置。
【請求項４】
前記冷却水を接触させることにより、前記受け板を前記低温状態に維持することを特徴とする請求項３に記載のフィラメント３次元結合体の製造装置。
【請求項５】
前記冷却水槽の表面層の冷却水を前記受け板の上面に連続的に供給する冷却水供給装置を備えたことを特徴とする請求項４に記載のフィラメント３次元結合体の製造装置。
【請求項６】
前記空間の外側への前記過熱水蒸気の拡散を妨げる隔壁を備えたことを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載のフィラメント３次元結合体の製造装置。
【請求項７】
前記過熱水蒸気供給部は、
前記空間内の気体を循環させる循環路と、前記循環路内に設けたヒータと、水蒸気を発生させる水蒸気発生部と、を備え、
発生させた水蒸気を前記循環路における前記ヒータの上流側に流入させ、該ヒータを用いて当該水蒸気を加熱することにより前記過熱水蒸気を発生させることを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載のフィラメント３次元結合体の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィラメント３次元結合体を製造する製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂からなるフィラメントを空隙率が９０％以上となるように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）をクッション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、通気性と体圧分散性に優れているため、蒸れにくく柔らかな感触の寝心地が得られる。
【０００３】
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開示されている。
【０００４】
ところが、上記方法においては、溶融フィラメントどうしの融着結合を冷却水の中で行うことから、結晶化温度やガラス転移点の高い熱可塑性樹脂を用いると、融着結合力が弱くなるといった問題があった。この原因は、溶融フィラメントが冷却水と接触した際に、溶融フィラメントの熱が冷却水に奪われて、溶融フィラメントの表面温度が水の沸点（１００℃）近くまで下がり、その結果、溶融フィラメントの表面が硬く（粘度が高く）なり、融着結合箇所において十分な融着面積（接触面積）が得られなかったり、高分子同士の絡み合いが不足するのが原因と考えられる。
【０００５】
この問題を解決する方法として、冷却水と接触した際に溶融フィラメントの温度が低下し過ぎないように、予めノズル温度を高くして溶融フィラメントの温度を高めておく方法が考えられる。しかしこの方法によれば、溶融フィラメントの温度が高すぎると溶融粘度が下がりすぎて、溶融フィラメントの太さが不安定になったり、熱可塑性樹脂が熱で劣化しやすくなるなどの問題があった。
【０００６】
また、別の方法として、ノズルから落下する溶融フィラメントが周囲の空気で冷却され過ぎないように、ノズルと冷却水槽の距離を短くする方法が考えられる。しかしこの方法によれば、ノズルと冷却水槽の間においてループ形成時に生じる溶融フィラメントのねじれを十分吸収できずに、ループ形状が不安定になる問題があった。
【０００７】
一方、特許文献２には、冷却水の温度を６０〜８０℃に維持すると同時に、冷却水に向けて降下する高温のフィラメント（溶融フィラメント）の温度が下がらないように、赤外線ヒータで溶融フィラメントを加熱する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−１５４９６５号公報
【特許文献２】特開平１−２０７４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら特許文献２に記載された従来例のような方法では、溶融フィラメント群或いはその周囲の空間の温度を、効率良く適度な高温に維持することが難しいといった欠点があった。この点について、図７および図８を参照しながらより具体的に説明する。
【００１０】
図７は、従来の赤外線ヒータ１３１ａ、１３１ｂを用いる製造装置における溶融フィラメント群ＭＦ周辺の概念図であり、図８は、図７に示した装置における水蒸気Ｖｐと周辺の空気Ａｒの流れを示す概念図である。図７に示すように、ノズル部１１７から並進状態で落下する高温の溶融フィラメント群ＭＦは、赤外線ヒータ１３１ａ、１３１ｂによって加熱されながら冷却水Ｗの中に落下する。この高温の溶融フィラメント群ＭＦの温度は、例えば２００℃に達する。
【００１１】
高温の溶融フィラメント群ＭＦとの接触により、冷却水Ｗは局所的に沸点（１００℃）近くまで加熱され水蒸気Ｖｐとなる。蒸発エネルギーは非常に大きいため、高温の溶融フィラメント群ＭＦが連続的に供給されても、冷却水Ｗにより溶融フィラメント群ＭＦを冷却し続けることは可能である。
【００１２】
ところが、同じ１００℃の気体であっても、水蒸気の密度（０．５７８kg／m3）は空気の密度（０．９１６kg／m3）よりも小さいことから、上記の冷却により連続的に発生する１００℃の水蒸気Ｖｐが上昇気流を形成する。なお、水蒸気および空気の各温度における密度は、図９に示す表のとおりである。
【００１３】
このように発生する水蒸気Ｖｐの温度（１００℃）は上記例の溶融フィラメント群ＭＦの温度（例えば２００℃）よりも低いため、水蒸気Ｖｐは溶融フィラメント群ＭＦに対し冷却風として作用することになる。赤外線ヒータ１３１ａ、１３１ｂの熱量を上げるほど水蒸気Ｖｐの発生量が多くなり、この作用による溶融フィラメント群ＭＦの冷却が促進される。また水蒸気Ｖｐの上昇に伴って、水蒸気Ｖｐよりも密度の大きい周辺の空気Ａｒ（例えば２０℃で、１．１６６kg／m3）が、冷却水上部の溶融フィラメント群ＭＦ近傍に流れ込みやすくなる。このような理由により、上記従来例のような方法では、溶融フィラメント群ＭＦ或いはその周囲の空間の温度を効率良く適度な高温に維持することが難しくなる。
【００１４】
本発明は上記課題に鑑み、溶融フィラメント群或いはその周囲の空間の温度を効率良く適度な高温に維持す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。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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、発生させた過熱水蒸気を、前記溶融フィラメント群が通る空間へ供給する過熱水蒸気供給部と、を備える構成とする。本構成によれば、溶融フィラメント群或いはその周囲の空間の温度を効率良く適度な高温に維持することが可能となる。
【００１６】
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、前記溶融フィラメント群を冷却水槽内の冷却水につけて冷却するものであって、前記空間の下側が前記冷却水に面している構成としてもよい。本構成によれば、冷却水槽内の冷却水を用いて溶融フィラメント群を冷却可能としながらも、過熱水蒸気の当該冷却水へ向かう下降気流によって、当該冷却水から生じる水蒸気の上昇気流を抑えることが可能となる。
【００１７】
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群の端部を中央部側に導く受け板を備え、前記受け板は、前記空間内における前記過熱水蒸気が供給される位置よりも下側に設けられ、当該過熱水蒸気を凝縮させる低温状態に維持される構成としてもよい。本構成によれば、過熱水蒸気が受け板で凝縮することに伴って、過熱水蒸気が供給される位置から受け板側へ下方への過熱水蒸気の気流を生じさせることができる。
【００１８】
また上記構成としてより具体的には、前記冷却水を接触させることにより、前記受け板を前記低温状態に維持す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、前記冷却水槽の表面層の冷却水を前記受け板の上面に連続的に供給する冷却水供給装置を備えた構成としてもよい。
【００１９】
また上記構成としてより具体的には、前記空間の外側への前記過熱水蒸気の拡散を妨げる隔壁を備えた構成としてもよい。本構成によれば、隔壁により過熱水蒸気が当該空間の外側へ拡散することを防ぎつつ、フィラメント３次元結合体製造装置の周囲の空気が冷却水上部の溶融フィラメント群近傍に流入することを防ぐことが可能となる。
【００２０】
また上記構成としてより具体的には、前記過熱水蒸気供給部は、前記空間内の気体を循環させる循環路と、前記循環路内に設けたヒータと、水蒸気を発生させる水蒸気発生部と、を備え、発生させた水蒸気を前記循環路における前記ヒータの上流側に流入させ、該ヒータを用いて当該水蒸気を加熱することにより前記過熱水蒸気を発生させる構成としてもよい。本構成によれば、当該ヒータへの水蒸気の送出、および、当該空間への過熱水蒸気の送出を、循環する気体の気流を利用して効率よく実現させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係るフィラメント３次元結合体の製造装置によれば、溶融フィラメント群或いはその周囲の空間の温度を効率良く適度な高温に維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】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２】図１に示すＡ−Ａ’断面の矢視図である。
【図３】過熱水蒸気供給部の周辺の概略的な構成図である。
【図４】過熱水蒸気発生部の概略的な構成図である。
【図５】過熱水蒸気供給部の制御体系に関するブロック図である。
【図６】過熱水蒸気の下降気流に関する説明図である。
【図７】従来例に係る製造装置における溶融フィラメント群周辺の概念図である。
【図８】従来例に係る製造装置における水蒸気と周辺空気の流れの概念図である。
【図９】水蒸気および空気の各温度における密度を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施形態について、各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、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２１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。
【００２４】
図１は、本実施形態に係るフィラメント３次元結合体製造装置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。また図３は、図１に示す過熱水蒸気供給部３０周辺の概略的な構成図である。なお図３に示す点線矢印は、後述する循環路６２における気流の向きを示す。
【００２５】
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次元結合体を形成する融着結合形成部２０と、溶融フィラメント群ＭＦが通る空間Ｘに過熱水蒸気を供給する過熱水蒸気供給部３０を備える。
【００２６】
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み、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。
【００２７】
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、図示しない複数のノズル（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。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。
【００２８】
本実施形態において、上記のノズルの断面形状を内径１mmの円形とし、隣接するノズル間の距離（ピッチ）を１０mmとしているが、フィラメント３次元結合体の仕様に基づき、ノズル形状、ノズル内径、ノズル間隔、およびノズル配置を適宜調整することができる。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。
【００２９】
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。ノズル部１７から排出された溶融フィラメント群ＭＦは、図３に示すとおり、空間Ｘを通って受け板２１に達する。
【００３０】
融着結合形成部２０は、フィラメント３次元結合体の厚みを規制する受け板２１、冷却水槽２３、コンベア２４、および複数の搬送ローラ２５ａ〜２５ｈを含む。なお本実施形態においては、受け板２１およびコンベア２４、並びに後述する冷却水供給装置２２および過熱水蒸気供給部３０の各構成部は、図３に破線で示す平面Ｓ（前後方向と直交する仮想的な平面）を対称面として面対称となるように、前後に対をなすように設けられている。以下、これらの各構成部については、前後一対の一方のみについて説明する（他方については説明を省略する）ことがある。なおノズル部１７から排出される溶融フィラメント群ＭＦの前後方向中間位置は、平面Ｓの位置に等しい。過熱水蒸気制御部３３は一つだけ設けるようにし、これが前後一対の過熱水蒸気供給部３０の双方を纏めて制御するようにしてもよい。
【００３１】
受け板２１は、それぞれ仮想面Ｓに向けて下り傾斜となる平板状の傾斜面と、当該傾斜面の下端から鉛直方向下方に延びる平板状の鉛直面と、を含む屈曲部を有する金属板であり、前後の受け板２１それぞれは所定の間隙を開けて設置されている。受け板２１は、傾斜面によって溶融フィラメント群ＭＦの前後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の鉛直面同士の間隔にまで縮小させる。
【００３２】
また受け板２１には、冷却水供給装置２２が設けられている。冷却水供給装置２２は、受け板２１の温度を、過熱水蒸気を凝縮させる程度の低温に維持する役割を果たす。冷却水供給装置２２は、冷却水排水パイプ２２ａと、冷却水吸水パイプ２２ｂと、冷却水ポンプ２２ｃを含む。冷却水排水パイプ２２ａは、冷却水ポンプ２２ｃ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２１の上面（傾斜面の上側寄り）に位置する。
【００３３】
冷却水吸水パイプ２２ｂは、冷却水ポンプ２２ｃ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の表面層（水面から１cm〜３cmの深さ）に位置する。冷却水供給装置２２は、冷却水槽２３内の表面層の冷却水Ｗを受け板２１の上面に供給する。なお、本実施形態においては冷却水ポンプ２２ｃが受け板２１の下面に設けられているが、冷却水槽２３の表面層の冷却水Ｗを受け板２１の上面に供給できれば、その設置位置は特に制限されない。
【００３４】
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、コンベア２４と、複数の搬送ローラ２５ａ〜２５ｈが配設されている。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。
【００３５】
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２１によって厚み（前後方向寸法）が整えられた後、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。
【００３６】
過熱水蒸気供給部３０は、過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生部３１と、過熱水蒸気を溶融フィラメント群ＭＦの近傍に閉じ込める断熱隔壁３２と、断熱隔壁３２内の過熱水蒸気の温度を制御する過熱水蒸気制御部３３を備える。過熱水蒸気供給部３０は、冷却水槽２３に溜められた冷却水Ｗ上の溶融フィラメント群ＭＦが通る空間Ｘへ過熱水蒸気を供給するものであり、発生させた過熱水蒸気を溶融フィラメント群ＭＦに向けて送り出す。
【００３７】
溶融フィラメント群ＭＦは、図２におけるフィラメント３次元結合体製造装置１の幅方向（左右方向）に長い。この点を考慮し、過熱水蒸気を出来るだけ均一に溶融フィラメント群ＭＦの通る空間Ｘへ供給するため、本実施形態では図２に示すように、６個の過熱水蒸気発生部３１を左右方向へ並べて設けている。なお、過熱水蒸気を適切に供給可能となっていれば、過熱水蒸気発生部３１の設置数等は特に限定されない。
【００３８】
図４は、過熱水蒸気発生部３１（一例として、前後一対のうちの後側）の概略的な構成図である。本図に示すように過熱水蒸気発生部３１は、水蒸気発生部４０と、水蒸気加熱部５０と、過熱水蒸気拡散部６０を含む。
【００３９】
水蒸気発生部４０は、水タンク４１、吸水パイプ４２、ポンプ４３、水位センサ４４、水蒸気発生用ヒータ４５を備える。水タンク４１は、水蒸気を発生させるための水を貯留しておくためのタンクである。吸水パイプ４２は、冷却水槽２３或いはその他の水源に繋がっている。ポンプ４３は、吸水パイプ４２を介して上記水源から水タンク４１内へ水を供給する。
【００４０】
水位センサ４４は、水タンク４１の上側寄りの位置（所定水位に対応する位置）に設置されており、水タンク４１内の水が所定水位に達しているか否かを検知する。水蒸気発生用ヒータ４５は、水タンク４１内の水を加熱することにより水蒸気を発生させる。
【００４１】
水蒸気加熱部５０は、水蒸気発生部４０が発生させた水蒸気を加熱する水蒸気加熱用ヒータ５１を備える。水蒸気発生部４０が発生させた水蒸気は、図４に破線矢印で示すように循環路６２に流入し、水蒸気加熱用ヒータ５１に供給される。水蒸気加熱用ヒータ５１は、この供給された水蒸気を加熱することにより過熱水蒸気を生成する。
【００４２】
過熱水蒸気拡散部６０は、外壁６１、並びにその内部に形成される循環路６２、ファン６３、第１温度センサ６４ａ、第２温度センサ６４ｂ、第３温度センサ６４ｃ、および第４温度センサ６４ｄを備える。過熱水蒸気拡散部６０は、水蒸気加熱部５０により生成された過熱水蒸気を、溶融フィラメント群ＭＦの近傍に均一に拡散させる。
【００４３】
外壁６１には吸気口６１ａと排気口６１ｂが形成されており、水蒸気発生部４０と水蒸気加熱部５０は外壁６１の内部に収容されている。循環路６２は、吸気口６１ａと排気口６１ｂを末端とする横向きＵ字状の空間である。ファン６３が回転駆動することにより、図４に実線矢印で示すように、循環路６２において吸気口６１ａから排気口６１ｂに向かう気流が発生する。循環路６２内には、上流側（吸気口６１ａ側）から順にファン６３と水蒸気加熱用ヒータ５１が配置されている。循環路６２のファン６３と水蒸気加熱用ヒータ５１の間の位置において、水蒸気発生部４０が発生させた水蒸気が水蒸気加熱用ヒータ５１に向けて流入する。
【００４４】
第１温度センサ６４ａは、吸気口６１ａ近傍に設けられ、循環路６２に入る気体の温度を検出し、第２温度センサ６４ｂは、排気口６１ｂ近傍に設けられ、循環路６２から出る気体の温度を検出する。なお、循環路６２に入る気体および循環路６２から出る気体は、通常、過熱水蒸気と空気が混合している。第３温度センサ６４ｃは、外壁６１の側部に設けられ、空間Ｘにおける溶融フィラメント群ＭＦの上下方向中央部近傍の空間温度を検出する。第４温度センサ６４ｄは、外壁６１の下部に設けられ、空間Ｘにおける溶融フィラメント群ＭＦの下側寄り部分の近傍の空間温度を検出する。
【００４５】
断熱隔壁３２は、断熱素材を用いて形成された隔壁であり、空間Ｘの前後左右を覆っている。断熱隔壁３２は、冷却水槽２３内の冷却水Ｗの水面およびノズル部１７とともに概ね閉じた空間Ｘを形成し、過熱水蒸気供給部３０から供給される過熱水蒸気が空間Ｘの外側へ拡散することを妨げる。なお空間Ｘは、冷却水槽２３内の冷却水Ｗの水面とノズル部１７との間における、溶融フィラメント群ＭＦが通る空間と見ることもできる。
【００４６】
本実施形態においては、断熱隔壁３２と冷却水槽２３内の水面との間に、空気が出入りするための隙間を設けている。当該水面の近くに隙間を設けることにより、空気より軽い水蒸気が断熱隔壁３２の外部へ拡散することを抑制しつつ、フィラメント３次元結合体製造装置１の稼働開始時や稼働停止時において、断熱隔壁３２の内部の気圧を調整できるようにしている。
【００４７】
次に、過熱水蒸気供給部３０における制御について説明する。図５は、過熱水蒸気供給部３０の制御体系に関するブロック図である。過熱水蒸気制御部３３は、水蒸気発生部４０の水位センサ４４、および過熱水蒸気拡散部６０の第１〜第４温度センサ６４ａ〜６４ｄの検出信号を受け付け、水蒸気発生部４０のポンプ４３と水蒸気発生用ヒータ４５、水蒸気加熱部５０の水蒸気加熱用ヒータ５１、過熱水蒸気拡散部６０のファン６３の動作を制御する。
【００４８】
より具体的に説明すると、ポンプ４３による水タンク４１に水を供給する動作は、水位センサ４４の検出信号に基づいて、水タンク４１の水が所定水位で一定に保たれるように制御される。また、水蒸気発生用ヒータ４５と水蒸気加熱用ヒータ５１の出力およびファン６３の回転数は、第１〜第４温度センサ６４ａ〜６４ｄの検出信号等に基づいて制御される。
【００４９】
フィラメント３次元結合体製造装置１の稼働開始直後においては、空間Ｘの水蒸気量が少ないことから、比較的多くの過熱水蒸気を空間Ｘに送ることが望まれる。この点を考慮して、水蒸気発生用ヒータ４５と水蒸気加熱用ヒータ５１の出力を上げると同時にファン６３の回転数が高められる。当該出力および回転数を高めに設定することにより、その分、空間Ｘに多くの過熱水蒸気を供給することができる。この時の過熱水蒸気の温度（第２温度センサ６４ｂにより検出される温度）は、ノズル部１７の温度（例えば２３０℃）より少し低めの温度（例えば２００℃）となることが好ましい。
【００５０】
溶融フィラメント群ＭＦと接触した過熱水蒸気は温められて上昇した後、吸気口６１ａから循環路６２に戻る。そのため、過熱水蒸気は冷却水槽２３内の水面の方には向かわないものの、過熱水蒸気の量が多くなるにつれて、冷却水槽２３内の冷却水Ｗ近傍の過熱水蒸気の濃度が上昇する。空間Ｘの過熱水蒸気の濃度が上昇すると、第３温度センサ６４ｃや第４温度センサ６４ｄによって検出される温度が上昇する。
【００５１】
第３温度センサ６４ｃおよび第４温度センサ６４ｄの検出結果が所望の温度（例えば２００℃）に達した場合には、この状態が維持されることが好ましい。そこでこの場合、第３温度センサ６４ｃおよび第４温度センサ６４ｄの検出結果に基づいて当該状態が維持されるように、水蒸気発生用ヒータ４５と水蒸気加熱用ヒータ５１の出力およびファン６３の回転数を制御すれば良い。例えば、第３温度センサ６４ｃおよび第４温度センサ６４ｄの検出結果と所望の温度との差が小さくなるように、当該出力および回転数のフィードバック制御を実行すれば良い。なお、当該出力および回転数の制御手法としては、その他の種々の手法が採用され得る。
【００５２】
なお、過熱水蒸気供給部３０から空間Ｘに供給された過熱水蒸気は、１００℃以下の温度となる受け板２１の表面や冷却水層２３内の水面で凝縮して水に変化する。そのため図６に示すように、過熱水蒸気供給部３０の上部から下部に向かう高温の過熱水蒸気Ｖの下降気流が形成される。これにより空間Ｘに供給された過熱水蒸気は、溶融フィラメント群ＭＦや空間Ｘを直接的に保温するだけでなく、フィラメント群ＭＦが冷却水Ｗと接触して生じる約１００℃の水蒸気の上昇気流（例えば２００〜２５０℃の高温のフィラメント群ＭＦ等に対しては、冷却風として作用する）を抑えるように作用する。そのためフィラメント群ＭＦや空間Ｘの温度を、効率よく適度な高温に維持することが可能である。
【００５３】
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次元結合体製造装置１は、溶融フィラメント群ＭＦを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次元結合体を形成する融着結合形成部２０と、発生させた過熱水蒸気を、溶融フィラメント群ＭＦが通る空間Ｘへ供給する過熱水蒸気供給部３０と、を備える。そのため、溶融フィラメント群ＭＦ或いは空間Ｘ（溶融フィラメント群ＭＦの周囲の空間）の温度を効率よく適度な高温に維持することが可能である。
【００５４】
本実施形態では空間Ｘの下側が冷却水Ｗに面しており、溶融フィラメント群ＭＦが冷却水Ｗに接触することで約１００℃の水蒸気の上昇気流が相当量生じ得るが、高温の過熱水蒸気の下降気流によって当該上昇気流による冷却が抑えられるため、溶融フィラメント群ＭＦや空間Ｘの温度が非常に効率よく適度な高温に維持される。このようにして冷却水Ｗと接触する直前まで溶融フィラメント群ＭＦが高温に保たれると、冷却水Ｗとの接触により溶融フィラメント群ＭＦの表面温度が水の沸点（１００℃）近くまで下がっても、溶融フィラメント群ＭＦの内部に蓄えられた熱エネルギー（余熱）によりその表面近傍の温度低下が抑えられ、溶融フィラメント同士の融着結合力の低下を防ぐことができる。
【００５５】
本実施形態における受け板２１は、空間Ｘ内における過熱水蒸気が供給される位置（排気口６１ｂの位置）よりも下側に設けられ、当該過熱水蒸気を凝縮させる低温状態に維持される。そのため、当該過熱水蒸気が受け板２１で凝縮する（気体から液体への体積変化が生じる）ことに伴って、排気口６１ｂ側から受け板２１側へ下方への過熱水蒸気の気流を生じさせることができる。
【００５６】
冷却水供給装置２２は、冷却水槽２３の表面層の冷却水Ｗを受け板２１の上面に連続的に供給する。そのため、溶融フィラメント群ＭＦ（例えば２００℃）との接触により加熱された当該表面層の冷却水Ｗ（例えば８０〜１００℃）が、受け板２１の上面に冷却水として供給されるので、冷却水槽２３の表面層の温度が安定する。なお受け板２１の上面に供給する冷却水Ｗとしては、冷却水槽２３の水面に近い範囲の層（例えば、水面から深さ１０cmまでの層であり、より好ましくは水面から深さ５cmまでの層）の冷却水Ｗが採用されても良い。
【００５７】
フィラメント３次元結合体製造装置１は、空間Ｘの外側への過熱水蒸気の拡散を妨げる断熱隔壁３２を備えている。そのため、断熱隔壁３２により過熱水蒸気が空間Ｘの外側へ拡散することを防ぎつつ、フィラメント３次元結合体製造装置１周囲の空気（通常は常温程度の空気）が冷却水Ｗ上部の溶融フィラメント群ＭＦ近傍に流入することを防ぐことが可能である。
【００５８】
また、過熱水蒸気供給部３０は、空間Ｘ内の気体を循環させる循環路６２と、循環路６２内に設けた水蒸気加熱用ヒータ５１と、水蒸気を発生させる水蒸気発生部４０と、を備え、発生させた水蒸気を循環路６２における水蒸気加熱用ヒータ５１の上流側に流入させ、この水蒸気加熱用ヒータ５１を用いて当該水蒸気を加熱することにより過熱水蒸気を発生させる。そのため水蒸気加熱用ヒータ５１への水蒸気の送出、および、空間Ｘへの過熱水蒸気の送出を、循環する気体の気流を利用して効率よく実現させることが可能である。
【００５９】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、フィラメント３次元結合体を製造する製造装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１      フィラメント３次元結合体製造装置
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
２１    受け板
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    過熱水蒸気供給部
３１    過熱水蒸気発生部
３２    断熱隔壁
３３    過熱水蒸気制御部
４０    水蒸気発生部
４１    水タンク
４２    吸水パイプ
４３    ポンプ
４４    水位センサ
４５    水蒸気発生用ヒータ
５０    水蒸気加熱部
５１    水蒸気加熱用ヒータ
６０    過熱水蒸気拡散部
６１    外壁
６２    循環路
６３    ファン
６４ａ  第１温度センサ
６４ｂ  第２温度センサ
６４ｃ  第３温度センサ
６４ｄ  第４温度センサ
ＭＦ    溶融フィラメント群
Ｗ      冷却水
Ｘ      溶融フィラメント群が通る空間
３ＤＦ  フィラメント３次元結合体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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