JP2004528976A - 超音波エネルギーを用いた、材料特性の変更方法 - Google Patents
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Abstract
超音波エネルギーの供給源として一セットの活性化歯を有するホーン、及び第二セットの活性化歯を有するアンビルを用いる、ワークピースの材料特性の変化を達成する方法。ワークピースは二セットの活性化歯の間で張力をかけた状態で係合される。
Description
【技術分野】
【0001】
本発明は、様々なワークピース材料の物理的特性を、超音波エネルギーの使用を通じて変更するための方法及び超音波装置である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0002】
使い捨ておむつのような衣類は、弾性体のウエスト又は脚バンドを包含する。バンドは多くの場合、裏材に結合したエラストマー材料から構成される。裏材は、普通はウェブ又は不織布繊維材料と呼ばれる。結合は典型的には超音波結合又は接着剤である。結合したエラストマーとウェブの手法に関する一つの問題は、ウェブ材料がエラストマーと比較して、比較的非弾性であることである。結果として、この材料の組み合わせの弾力性は、限られたものとなる。
【課題を解決するための手段】
【0003】
用語「超音波」は、一般にヒトの可聴音周波数を超えた振動を指す。本明細書で使用される場合、超音波エネルギーとは、16kHzを超える振動エネルギーとして定義される。超音波装置は、非破壊的な試験、溶接、切断、及び金属構成成分の洗浄に用いられてきた。電力供給により動作し、次にホーンを通じて増幅される、サンドイッチ型トランスデューサは、超音波エネルギーの一般的供給源である。
【0004】
超音波エネルギーは多数の材料を結合するために用いられる。エラストマー材料のウェブ裏材への結合の一つの例は、オシェフスキー(Oshefsky)らの米国特許第4,863,542号である。オシェフスキー(Oshefsky)は、エラストマーを非弾性のウェブに結合する前にエラストマーを引き伸ばすことにより、積層体の弾力性が減少する問題を解決しようとしている。オシェフスキー(Oshefsky)の方法には、未解決のまま残される制限がある。一つの制限は、弾性ゴムが縮んだ場合にウェブ材料が束になる(バンチング)ことである。バンチングは、非弾性ウェブ材料が引き伸ばされた弾性ゴムに部分的に結合する場合に生じる。引き伸ばされたエラストマーが解放されると、それは収縮する。結合した非弾性ウェブ材料は、エラストマーにより強制的に収縮され、非結合のウェブを束にする。
【0005】
同様な弾力性の減少が、ウェブと弾性ゴムが接着剤で積層化された場合に生じる。例えば、おむつは二つの別のウェブ材料間に積層された弾性ゴムを使用するが、これは下に置かれた弾性ゴムの弾性能力を大幅に減少する。この弾力性を取り戻すために、積層化する前にウェブをリング・ローリングすること、又は弾性ゴムを超音波的に切断することを包含する、様々な手段が用いられてきた。しかしながら、失われた弾力性の回復は比較的小さいままであった。リング・ローリングはまた、積層されたウェブ構造の切断、弾性ゴムの部分的損傷、及び積層体の仕上がりの外観の悪化を包含する、その他の望ましくない現象を結果としてもたらし得る。
【0006】
弾性ゴムとウェブ積層体の弾力性を取り戻す方法に対する必要性がある。通気性フィルムのような材料の物理特性の改善もまた必要である。回転式超音波装置を使用せずに、ワークピースの連続的超音波処置を可能にする超音波装置もまた特定の用途において望ましい場合がある。
【0007】
本発明は、超音波エネルギーを用いてワークピースの材料特性の変化を達成する方法及び装置を提供することにより、先行技術の欠陥に対処する。この方法は、ピッチを有する、第一セットの活性化歯(activation teeth)を有するホーンを提供することを包含する。このホーンは周波数及び振幅を有する超音波エネルギーを生成するために適合される。アンビルに、ピッチを有する第二セットの活性化歯が提供される。第二セットの活性化歯は、第一セットの活性化歯の反対側に配置される。ワークピースは、第一セットの活性化歯と第二セットの活性化歯との間に設置される。第一セットの活性化歯と第二セットの活性化歯は互いにかみ合い、それによりワークピースを係合の深さ及び間隔に係合させる。活性化歯の相対するセットの間の、係合の深さと組み合わされた間隔により、隣接する歯先間でワークピースに張力をかけることが可能になる。超音波エネルギーが第一セットの活性化歯に適用される。
【0008】
超音波装置は、ピッチ、高さ及び長さを有する第一セットの活性化歯を有するホーンを包含する。このホーンは周波数及び振幅を有する超音波エネルギーを生成するために適合される。超音波装置はまた、ピッチ、高さ及び長さを有する第二セットの活性化歯を有するアンビルも包含する。第二セットの活性化歯は、第一セットの活性化歯と反対及び平行に配置される。二セットの活性化歯は、長手方向に次第に増加する、増加する歯の係合の深さを有し、歯の係合のより小さい領域と歯の係合のより大きい領域とを作り出す。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
本明細書の発明は、例となる様式により記述されており、本発明の多くの変更及び変形が可能である。本発明は、超音波エネルギーを適用することによりワークピースの物理特性を変化させる方法及び装置を包含する。特に、本発明の方法及び装置は、超音波エネルギーの使用を通じて、エラストマーとウェブの結合した積層体の弾力性を改善する手段を提供する。
【0010】
ワークピース100は、本発明により変更される材料を含む。ワークピース100は、図2aに示されるように、一般に厚さ160を有する平面形体である。ワークピースは、単一層の、多層の、結合した、非結合の、織布の、不織布の、編んである、編んでない、フィルムの、積層体の、又はそれらの組み合わせの材料から構成されてもよい。例えば、結合した多層材料は、不織布繊維材料とエラストマーフィルムの積層体を包含してもよい。あるいは、ワークピースはまた、繊維、繊維の集まり、エラストマーフィルム、熱可塑性物質、又は積層体であってもよい。利用可能なワークピース材料には、羊毛、ポリエステル、アクリル、ポリテトラフルオロエチレン(P.T.F.E.)、ナイロン、ゴアテックス(Gortex(商標))、レーヨン、綿、ポリマー結合セルロース繊維、金属化フィルム、金属箔、又はそれらの組み合わせが挙げられる。
【0011】
本方法に使用する一つの装置は、図1に示されるような超音波装置1である。超音波装置1は第一セットの活性化歯10を有するホーン5、及び第二セットの活性化歯101を有するアンビル50を有する。一つの第一の歯20は、第一セットの活性化歯10上に配置されてもよく、及び別の第二の歯120は第二セットの活性化歯101上に配置されてもよい。しかしながら、本明細書で使用する時、第一セットの活性化歯10のいかなる構成部品又は記述も、第二セットの活性化歯101にもまた適用されてもよい。一般に、ホーン5及びアンビル50は、第一セットの活性化歯10が、第二セットの活性化歯101に、図1に示されるように向かい合う配置で相対するように配置される。これは二セットの活性化歯111を形成する。ホーン5は周波数及び振幅を有する超音波エネルギーを生成するために適合される。活性化された場合、ホーン5は、第一セットの活性化歯10を振動させる超音波エネルギーを提供する。このように、超音波活性化がワークピース100に適用される。一般に、活性化歯は、ホーン5とアンビル50の相対する表面から伸びた突出部である。二セットの活性化歯111は、図1に示されるように、ホーン5とアンビル50の、相対する一般に平らな表面上の突出部であり、直線状に合わせられてもよい。あるいは、相対する二セットの活性化歯111は、リングロールのように、湾曲したアンビル及び/又はホーン表面上の歯車の歯のかみ合いと同様の回転状に合わされてもよい。いずれの場合も、歯は、二セットの活性化歯111の間に配置されたワークピース100とかみ合うように設計されている。
【0012】
第一セットの活性化歯10及び第二セットの活性化歯101は、図2aに示されるように、それらの間に横たわるワークピース100に、張力77をかけて係合してもよい。張力77は、さもなければ圧縮荷重構成で可能なよりもより高度な超音波エネルギーの適用を、ワークピース100の切断又は溶接なしに可能にするため望ましい。ワークピース100に張力77をかけるため、係合の深さ404及び間隔405は、相対する二セットの活性化歯111の間で一定の基準に達する。ワークピースの張力77は、一セットの活性化歯の第一の歯先41と、例えば第一セットの活性化歯10と第二セットの活性化歯101のような、別のセットの活性化歯の隣接する第二の歯先141との間の荷重である。ワークピース100は二セットの歯の間でしっかりつかまれ、係合の深さ404が増加するに従って、張力77がかけられる。ワークピースの引張77の荷重は、第一の歯先41と第二の歯先141を横切って広がってもよい。
【0013】
二セットの活性化歯111は、それらの間にワークピース100があるため、歯先41と歯先141を接触させない。歯先から歯先への接触、又は幾つかの用途では歯先と平らなプレートとの接触は、主として圧縮荷重をワークピースにかけ、超音波切断又は溶接に、より適切に用いられる。歯先間に配置されたワークピースへの歯先から歯先への接触、又はその他の圧縮接触は、張力77よりむしろワークピースの圧縮という結果となる。図2bは、ワークピース100が張力77で引き下げられた場合に、本発明が、圧縮荷重を歯先141を横切るワークピース100上への非対称の圧縮荷重55に限定することを示している。歯先141の反対側のワークピースの側面上では、歯先41又はプレートからの対応する圧縮荷重はない。
【0014】
図2aは、第一セットの活性化歯10、ワークピース100、及び第二セットの活性化歯101との間の相互作用の拡大図である。第一セットの活性化歯10と第二セットの活性化歯101との間の間隔405が図2aに示される。間隔405は、所与の係合の深さ404での、第一セットの活性化歯10の歯20と第二セットの活性化歯101の第二の歯120との間の最短距離である。係合の深さ404は、二つの歯が活性化過程にある間、所与の時間で互いにかみ合わされる時に、第一セットの活性化歯10の歯20が、第二セットの活性化歯101の隣接する歯120に重なるであろう距離である。間隔405は、二セットの活性化歯111が、所望の係合の深さ404まで進むに従って変化してもよい。
【0015】
ホーン5は、超音波周波数で機械的振動を生成するトランスデューサを包含してもよく、これは、超音波運動、又はホーン5及び第一セットの活性化歯10の活性化を引き起こすためにブースター装置を通して取り付けられる。超音波エネルギーは、ワークピース100で所望する物理特性の変化に従って、ワークピース100上の特定位置に選択的に適用されてもよいし、ワークピース100全体に均一に適用されてもよい。
【0016】
図3a〜bに描かれた超音波装置2は、ワークピース100に連続的超音波処置を提供することができる。超音波装置2は第一セットの活性化歯10を有するホーン5、及び第二セットの活性化歯101を有するアンビル50を包含する。両セットの活性化歯111の歯は、図2aに示されるように、その間の間隔405で相対する、又は向かい合う関係で配置される。二セットの活性化歯111は、相対する歯の間で長手方向80に次第に増加する、係合の深さ404を有する。長手方向80は、ワークピース10が進む方向である。増加する係合の深さ404は、図3aに示されるように、一又は両セットの活性化歯111を、ある傾斜角で長手方向80に設置することにより作り出されてもよい。超音波装置2では、長手方向80は、歯の係合の深さのより小さい領域60から歯の係合の深さのより大きい領域70までである。図3a及び3bに示される超音波装置2の実施形態では、ワークピース100は、超音波エネルギーの適用のために一時停止することなく、長手方向80に比較的一定の速度で進むことができる。ワークピース100が、歯の係合の深さのより小さい領域60から、歯の係合の深さのより大きい領域70へ進む時に、ワークピース100は、係合の深さ404が増加するのに従って、活性化の漸進的増加を受ける。その長手方向80での係合の深さ404の漸進的増加により、ワークピース100は、活性化のために一時停止することなく、二セットの活性化歯の間を進むことができる。
【0017】
二セットの活性化歯111を通るワークピース100の進行は、超音波エネルギーにより助けられてもよい。超音波エネルギーの周波数及び振幅は、ワークピース100が二セットの活性化歯の間を進む時の、ワークピース100とそれらのセットの活性化歯111との間の摩擦係数を減少させるのを助ける。一般に、第一セットの活性化歯10及び第二セットの活性化歯101は平行な列にある。二セットの活性化歯111は、互いに、及びワークピース100の進む方向(長手方向80)に平行する。第一及び第二セットの活性化歯は両方共ピッチ14を有し、これは図2aの第二セットの活性化歯101上に示されている。ピッチ14は、同一セットの活性化歯内の一つの歯の垂直中心線から隣接する歯の垂直中心線までの法線の(垂直の)距離を表す。より小さいピッチ14は、歯を共により近くに設置するが、一般にワークピース100全体に、より多くのエネルギーを伝達する。より大きいピッチ14は、歯をより離して設置するが、一般にワークピース100全体に、より少ないエネルギーを伝達するであろうし、及びワークピース100への超音波エネルギーの衝撃を減少させることができる。
【0018】
第一セットの活性化歯10及び/又は第二セットの活性化歯101のピッチ14は、いかなる好適なピッチであってもよい。しかしながら、活性化歯を共に近くに設置し過ぎると、係合の深さ404及び張力77をかけられるワークピース100の量が減少することがある。ピッチ14は、一般に約50μm〜約5cm(約0.002インチ〜約2インチ)、又はより好ましくは約2mm〜約2.5cm(約0.08インチ〜約1インチ)の範囲で好適であることが見出されている。一般に、図3aに示されるように、超音波装置2のピッチ14は、長手方向に垂直である。
【0019】
典型的には、活性化歯はホーン5又はアンビル50中に機械加工される。しかしながら、活性化歯は、ホーン5又はアンビル50に連結した別々の要素であってもよい。歯は、図3a及び4aに示されるように、二セットの活性化歯111において、いかなる好適な歯の長さ46に達してもよい。各々の歯20は、図2a、4c及び4dに示されるように、第一の側面21、第二の側面22、及び歯先41を有する。歯は、いかなる適切な第一の側面21又は第二の側面22の構造を有してもよい。幾つかの可能性のある側面構造が、図2、4a〜d、5、及び6に示される。好ましくは、歯先41は、図4c及び4dに示されるように、丸みを帯びた形状を提供する歯先半径43を有する。歯先半径43は、歯先41の丸みを、歯20の中央線44に沿った点からの半径上で定義する。歯先を通る材料上で一定の摩擦つかみを保持するために、歯先半径43として、真の円の半径が、楕円形より好ましい。歯先は、いかなる好適な半径であってもよい。しかしながら、活性化の間のワークピースの切断を避けるために、少なくとも約130μm(約0.005インチ)の歯先半径43が好ましい。あるいは、歯先41は、図4bに示されるように、丸みを帯びた角45を有する平らなものであってもよい。
【0020】
第一セットの活性化歯10及び第二セットの活性化歯101からの歯は、図2a及び4cに示されるように、各々が対応する歯の高さ12を有する。歯の高さ12(又は歯の深さ)は、所与の点での歯底47(歯根半径)から歯先41の最上部までの天地方向の垂直距離である。歯の高さ12は、いかなる好適な高さであってもよい。例えば、歯の高さ12は、約130μm〜約13cm(約0.005インチ〜約5インチ)、約130μm〜約5cm(約0.005インチ〜約2インチ)、約1.3mm〜約13mm(約0.05インチ〜約0.5インチ)、又は約1.3mm〜約8cm(約0.05インチ〜約3インチ)であってもよい。
【0021】
一般に、歯の寸法はそれらが互いに無関係であるように独立して選択されてもよい。あるいは、歯の寸法は幾つかの好ましい関係を有してもよい。例えば、幾つかの実施形態では、ワークピースと歯先41との過度の接触を避けるために、歯先半径43が歯の高さ12の1/4を超えないことが好ましいことがある。過剰な接触はつかみ効果の原因となり得、ワークピース100の張力77を減少させる可能性がある。加えて、歯は、歯の片側から測定して二つの異なる高さを有してもよい。歯の第一の側面21から測定された、歯底47から歯先41までの距離は、歯の第二の側面22から測定されたものと異なってもよい。変動する歯の高さ112を有する一つの実施形態が、図5に示されており、以下に記述される。前述のように、様々な歯の高さ12が、歯の係合の深さのより小さい領域60、及び歯の係合の深さのより大きい領域70を作り出すために用いられてもよい。例えば、二セットの活性化歯111の間の係合の深さ404は、長手方向80に歯の長さ46に沿って、歯の高さ12を増加することにより、次第に増加されてもよい。一般に、超音波装置2では、歯の長さ46が長手方向80に平行であることが好ましい。
【0022】
活性化歯の各セットは同一の歯のパターンを有してもよく、その際各歯は、その活性化歯のセットの中では、他の歯と同一の高さ12、ピッチ14、及び設計を有する。あるいは、活性化歯の各セットは異なる歯のパターンを有してもよく、その際幾つかの又はすべての歯は、異なる高さ12、ピッチ14、及び設計を有してもよい。例えば、活性化歯の相対するセット上に配置される歯は、お互いに関して同一の位置になくてもよい。実施形態の1つでは、第一セットの活性化歯10及び第二セットの活性化歯101は、ワークピース100に選択的超音波エネルギーの適用を提供するために、変動する歯の高さ12に機械加工されてもよい。より低い歯の高さ12による、歯の係合の深さ404のより小さい領域は、より高い歯の高さ12による、歯の係合の深さ404のより大きい領域より、ワークピースのより小さい超音波活性化を提供する。
【0023】
図2aの係合の深さ404は、第一セットの活性化歯10が周波数及び振幅により振動するのに従って、ワークピースの活性化の間に変動してもよい。係合の深さ404とピッチ14との比は、特定の点での歯20の歯の係合の深さを、その点での歯のピッチ14で割ったものを指す。例えば、係合の深さ404とピッチ14との比1:6は、250μm(0.01インチ)の歯の係合の深さ404と1.5mm(0.06インチ)のピッチ14からの結果であり得る。一方、係合の深さ404とピッチ14との比20:1は、2.5cm(1インチ)の係合の深さ404と1.3mm(.05インチ)のピッチ14からの結果であり得る。すべての又は部分的な係合の深さ404は、超音波活性化の振幅又は二セットの活性化歯の機械的配置の結果であり得る。動作中に、超音波装置1は、係合の深さ404とピッチ14との比、約1:100〜約20:1、約1:100〜約5:1、約1:10〜約10:1、又は約1:10〜約20:1を有してもよい。
【0024】
圧縮66がワークピース100の意図せぬ溶接(結合)又は切断という結果となり得るため、活性化の間はワークピース100には張力77がかかっていることが好ましい。第一セットの活性化歯10と第二セットの活性化歯101との間の間隔405が、ワークピースの厚さ160より小さい場合には、圧縮荷重66が図2aの活性化の間に生じることがある。圧縮のある二つの実施形態が、図5及び6に示される。図5は、間隔505での圧縮66を示す。図6は、歯先41と歯底147との間の圧縮66を示す。係合の深さ404とピッチ14との比を減少すると、図2aのy及び/又はz方向の圧縮荷重を避けることができる。圧縮荷重はまた、ワークピースの厚さ160より小さい係合の深さ404を有することにより、又はワークピースの厚さ160より大きい間隔405を提供することにより避けられる。ワークピースの厚さ160より小さい係合の深さ、又はワークピースの厚さ160より大きい間隔405のいずれかにより、ワークピースに圧縮66ではなく張力77をかけることができる。図4dに示されるような垂直な側面の歯が、図2aに示されるようにかみ合わされ、薄いワークピース100及び広いピッチ14と組み合わされた場合、より大きい係合の深さ404の機能を作り出すことができ、従って係合の深さ404とピッチ14とのより大きな比を作り出すことができる。係合の深さ404とピッチ14との特定な比の選択は、特定材料への適用のための変動範囲を表す。
【0025】
記載されたような超音波エネルギーの適用は、ワークピース100上の高いひずみ速度という結果となり得る。ワークピース100が繊維を含有する場合には、高いひずみ速度は、内部繊維結合の緩和及び応力緩和に寄与することができ、これは次にはワークピース100の材料特性の変化に影響することができる。繊維間の摩擦及びその他の力の減少による内部繊維結合の緩和の例は、不織布のマニュアル(Manual of Nonwovens)、ラコ・クレマ(Radko Krema)教授著、38〜43ページに見出すことができる。この本は参考として本明細書に組み入れられる。
【0026】
本発明の超音波処理はワークピースの応力緩和を生じ得る。ワークピースの応力緩和は、活性化の後にウェブ繊維間の摩擦を減少させることにより繊維ウェブを含むワークピースを「緩める」こと、活性化区域でのウェブ繊維をまっすぐにすること及び/又は活性化領域内での繊維を引き伸ばすこと(繊維の伸長)を包含する。繊維の伸長は、繊維上の二点間の距離が超音波活性化の結果として増加する場合に生じる。ワークピースの応力緩和はまた、繊維を特定の配向に保持する繊維間の結合、並びに繊維及びフィルム間の結合を包含する、内部繊維の力の緩和を包含してもよい。応力緩和はワークピースの可撓性を増加させることができ、及びワークピースをより脆性でなくさせるか、又はワークピースがエラストマーフィルムを包含する場合には、ワークピースをより弾性にすることができる。幾つかの繊維結合は、処理中に更に破断されるか、破壊されるか、又はさもなければ分解されてもよい。応力緩和は、処理の操作を通じて要望どおり及び制御どおりに、ワークピースの外部層、内部層、又はその他のいかなる層においても生じさせることができる。この処理はまた、幾何学的不連続の結果から生じる繊維の応力集中点を減少させることもできる。
【0027】
内部繊維の応力緩和は、二セットの活性化歯111が、迅速に及び繰り返しワークピース100を係合する時に発生する。ワークピース100がその係合されていない及び活性化されていない配向に完全に戻る前に、歯の係合及びワークピース100の活性化が繰り返し生じることがある。この処理は、ワークピース100が、二セットの活性化歯111のかみ合いにより課せられた、前の引張荷重の解除に完全に反応する時間を有する前に、引張荷重が繰り返し課される結果になり得る。ワークピース100がその係合されていない及び活性化されていない状態に戻る前の、ワークピース100の迅速な再係合及び活性化は、以下に記載する本発明の有利な結果に貢献する可能性がある。加えて、より小さい係合の深さ404により繰り返される係合及びより小さい超音波の振幅は、いかなる意図しない繊維又はフィルムの破壊をも最小にするのを助けることができる。
【0028】
本発明の装置又は方法を変更することにより、ワークピース100は超音波エネルギーにより選択的に活性化され、変動する程度の弾性、表面ロフト、及び伸展性を提供することができる。実施形態の1つでは、ワークピース100は、エラストマー又はエラストマーとウェブの積層体を包含する。この実施形態については、弾性材料が更に引き伸ばされ、より薄い材料厚さでおよそ元の長さに縮むことができるように、ワークピース100の弾力性を増加させてもよい。本明細書の方法は、初期の活性化前のワークピース100の弾力性を約5%〜約800%、約10%〜約400%、又は200%〜約800%増加させることができる。
【0029】
表面ロフトは、図2aに示されるように、ワークピースの厚さ160のz方向のキャリパーを指す。表面ロフトは、材料の結合を緩める又は破壊することにより増加してもよいが、これはワークピース材料をz方向に分離することを可能にし、従ってより厚い及び/又はより柔らかい材料を作り出すことを可能にする。本明細書に開示された方法は、少なくとも約50%〜約300%、約200%〜約300%、又は約50%〜約200%の範囲のワークピースの表面ロフトの増加という結果をもたらしてもよい。
【0030】
好ましくはエラストマー積層体を包含するワークピース100の伸展性も、また改善される。伸展性は、ワークピース自体を荷重の下で引き伸ばす又は広げるワークピースの能力であるが、ワークピース100は荷重が解除された時に縮まない可能性がある。本明細書に開示された方法及び/又は装置は、約60%〜約300%、約10%〜約160%、約15%〜約95%、又は約30%を超える伸展性の増加という結果をもたらしてもよい。
【0031】
本発明は、空隙凝集体を含有するフィルムのワークピース100から通気性フィルムを作り出すために用いられてもよい。空隙凝集体は、孔誘発ポリマーフィルムマトリックス充填粒子を包含する。通気性フィルムは水蒸気のような蒸気及び空気をフィルムを通して移動させることができる。超音波活性化は、空隙凝集体周囲のフィルムを引き伸ばし、及び空隙凝集体を「振り」落とすが、フィルムを引き伸ばし及び又は粒子をフィルムから振り落とす先行技術ほど、凝集体周囲のフィルムを引き裂かない。空隙は蒸気が逃げる経路を作り出すために用いられる。引裂により、液体もが浸透する経路を作り出すことができる。孔誘発ポリマーフィルムマトリックス充填粒子を含有するフィルムの例は、ケイコ(Keiko)らの米国特許第4,705,812号に開示されており、これは参考として本明細書に組み入れられる。孔誘発ポリマーフィルムマトリックス充填粒子は、炭酸カルシウム、二酸化チタン、硫酸バリウム、又は当該技術分野において既知のいかなる孔誘発ポリマーフィルム不純物、並びにそれらの組み合わせであってもよい。ある実施形態、例えば吸収性物品の通気可能なバックシートでは、孔誘発ポリマーフィルムマトリックス充填粒子は、約0.1ミクロン〜約10ミクロンの平均直径を有してもよい。
【0032】
ワークピースの厚さ160、摩擦係数、及び材料の種類は、ワークピース100がどのように超音波活性化に反応するか、並びにどれだけ容易に処理が用いられるかに影響する可能性がある。一般に、より低い摩擦係数を有する材料から成る、より薄いワークピース100は、所与の歯のピッチ14に関して、より深い係合の深さ404を可能にする。より深い係合の深さ404が実現できる可能性があるが、これは一つには、ワークピース100と二セットの活性化歯111の間の接触点での「つかみ」効果が、より低い摩擦係数により低下するためである。
【0033】
本明細書に記載された超音波装置及び方法の多数の変更が想定される。例えば、二セットの活性化歯111は、図1に示されるように、平らな又は水平な関係において、互いに反対側にかみ合ってもよいし、図3a及び3bに示されるように、傾斜した向きで、互いに反対側にかみ合ってもよいし、又は一対のリング・ロールのような回転装置のようにかみ合ってもよい。加えて、超音波装置は、当該技術分野において既知のいかなる組み合わせ又は構成による複数のホーン5及び/又はアンビル50を含んでもよい。複数のホーン5及び/又はアンビルの実施形態は、互いに相対するように構成された複数セットの活性化歯111を有し、ワークピース100をそれらの間に有することができる。
【0034】
あるいは、アンビル50は、超音波活性化をワークピース100に同様に供給する第二のホーンにより置き換えられてもよい。第二のホーンは、図3に示されるもののような幾つかの実施形態では、セットの活性化歯111とワークピース100の間の摩擦係数を減少させるために好ましいことがある。二つのホーンが用いられる場合、各ホーンは一般に、少なくとも一つの異なる周波数、振幅、適用時間、又は固定点に関する適用方向を有する超音波エネルギーを生成する。二つのホーンの周波数はまた、位相が異なっていてもよい。第一のホーン、第二のホーン、又は本明細書で用いられるいずれかのホーンにより生成される超音波エネルギーの周波数は、少なくとも約16kHz〜約1GHz、又は約16kHz〜約10MHz、又は約18kHz〜約9MHz、又は約60kHz〜約6MHzであってもよい。振幅は、活性化歯の周期的運動の最高点として定義される。第一のホーン、第二のホーン、又は本明細書で用いられるいずれかのホーンにより生成される超音波エネルギーの振幅の範囲は、約5μm(約0.0002インチ)〜約2.5mm(約0.1インチ)、約5μm(約0.0002インチ)〜約1.3mm(約0.05インチ)、又は約500μm(約0.02インチ)〜約2.5mm(約0.1インチ)であってもよい。
【0035】
超音波エネルギーは、処理の間にいつでも適用されてもよい。例えば、ワークピース100は二セットの活性化歯111の間で、所望の係合の深さ404で係合され、その後に超音波エネルギーが適用されてもよい。あるいは、超音波エネルギーは、ワークピース100が二セットの活性化歯111の間を進む時に連続的に適用されてもよい。活性化時間の選択は、ある程度ワークピース100の材料及び所望の特質変化に依存する。超音波エネルギーは、いかなる好適な時間にわたって適用されてもよい。典型的なフィルム、織布、及び不織布のワークピースについては、約0.00001〜約5秒、又は好ましくは約0.00001〜約1秒の時間が好適であることが見出された。
【0036】
以下は、エラストマー積層体の弾力性を改善する方法の非制限的実施例である。(図1、2、及び4c参照)約1.5mm(約0.06インチ)のピッチ14及び約140μm(約0.0056インチ)〜約150μm(約0.0059インチ)の歯先半径43を有する、第一セットの活性化歯10を有するホーン5が、アンビル50の反対側に配置される。アンビル50は、約1.5mm(約0.06インチ)のピッチ14及び約147μm(約0.0058インチ)の歯先半径43を有する、第二セットの活性化歯を有する。第一セットの活性化歯10及び第二セットの活性化歯は、それらが互いにかみ合うように対向関係に配置される。接着剤結合真空形成エラストマー(VFE)三層積層体であるワークピース100が、第一セットの活性化歯10と第二セットの活性化歯101の間に設置される。ワークピース100は、約0.098の係合の深さ404、約30μm(約0.0012インチ)の振幅、及び約20kHzの周波数を有する二セットの活性化歯111の間で、張力をかけた状態で係合される。活性化されるワークピース100は、25mm幅当たり約400g未満の荷重により伸長を二倍にする能力を有してもよい。材料が機械的活性化のみを受ける場合には、ワークピース100の伸長を二倍にするためには、25mm幅当たり約800gを超える荷重をかけることが必要となる場合がある。
【0037】
以下は、通気性フィルムを作り出す方法の非制限的実施例である。約1.5mm(約0.06インチ)のピッチ14及び約140μm(約0.0056インチ)〜約150μm(約0.0059インチ)の歯先半径43を有する、第一セットの活性化歯10を有するホーン5が、約1.5mm(約0.06インチ)のピッチ14及び約140μm(約0.0056インチ)〜約150μm(約0.0059インチ)の歯先半径43を有する、第二セットの活性化歯101を有するアンビル50と組み合わされる。両セットの歯は、図1に示されるように隆起構成であり、直線状で垂直の関係にある平行なセットの活性化歯111を有する。第一セットの活性化歯10及び第二セットの活性化歯101は、それらが互いにかみ合うように対向関係に設置される。クロペイ(Clopay)前駆体フィルムEXP−5092であるワークピース100が、第一セットの活性化歯10と第二セットの活性化歯101の間に設置される。ワークピース100は、約500μm(約0.02インチ)の係合の深さ404、約30μm(約0.0012インチ)の振幅、及び約20kHzの周波数を有する二セットの活性化歯111の間で、張力77をかけた状態で係合される。結果として生じるワークピース100材料は、超音波活性化により、24時間で1平方メートル当たり約1500グラムを超える水蒸気透過速度を有することができる。対照的に、500μm(約0.02インチ)の係合の深さ404までの機械的活性化のみによるワークピース100材料は、24時間で1平方メートル当たり約500グラムの水蒸気透過を有する。係合の深さ404が増加するに従って、蒸気透過の差は減少する。しかしながら、増加する係合の深さ404がまたワークピース100材料の穿孔を増加させ、これにより液体及び水蒸気の両方が透過可能になる。液体透過はおむつのバックシート及び雨具のような多くの用途に望ましくない場合がある。
【0038】
以下は、図3a及び3bに示されるように、通気フィルムを作り出す超音波装置2の別の非制限的実施例である。約1.5mm(約0.06インチ)のピッチ14及び約140μm(約0.0056インチ)〜約150μm(約0.0059インチ)の歯先半径43を有する、第一セットの活性化歯10を有するホーン5が、約1.5mm(約0.06インチ)のピッチ14及び約147μm(約0.0058インチ)の歯先半径43を有する、第二セットの活性化歯101を有するアンビル50と組み合わされる。第一セットの活性化歯10及び第二セットの活性化歯101は、図3a〜bに示されるように、それらが互いにかみ合うように対向関係に設置される。二セットの活性化歯111は、図3bに示されるように、z方向に角をなす関係にある。図3bの図示のため、角は誇張されていることに注意されたい。ホーン5は水平であり、アンビル50は一端で約1.3mm(約0.05インチ)持ち上げられるか又は第一セットの活性化歯10に向かって約0.57度傾斜している。クロペイ(Clopay)前駆体フィルムEXP−5092であるワークピース100が、第一セットの活性化歯10と第二セットの活性化歯101の間に設置される。ワークピース100は、長手方向80に、二セットの活性化歯111を通って、係合の深さのより小さい領域60から係合の深さのより大きい領域70まで引っ張られ、一方ホーン5は、約30μm(約0.0012インチ)の振幅及び約20kHzの周波数で超音波エネルギーを生成する。ワークピース100は、第一セットの活性化歯10と第二セットの活性化歯101との間で係合される。ワークピース100は、係合の深さのより小さい領域60から、係合の深さのより大きい領域60まで通過する間に、歯先間で張力77をかけられる。約90μm(約0.035インチ)の係合の深さ404での超音波活性化の後に結果として生じるワークピース100は、24時間で1平方メートル当たり約3700グラムを超える水蒸気透過速度を有することができる。
【0039】
もう1つの実施形態では、ワークピース100の活性化部分は、ワークピース100の圧縮部分と組み合わされてもよい。圧縮66は、圧縮66の点でのワークピース100の部分を切断、結合、及び/又は保持するために用いられてもよい。活性化と組み合わされた圧縮66は、ワークピース100の第一部分に張力77をかけるのと同時にワークピースの第二部分に圧縮66をかけ、超音波エネルギーを適用することにより実行することができる。この実施形態については、相対する二セットの活性化歯111の中の一以上の歯は、係合の深さ404及びワークピースの厚さ160より大きい間隔405によりかみ合わされた場合に、ワークピース100の第一部分に張力を生じるように作られていてもよく、一方で同時に、同じ二セットの活性化歯111の中の一以上の歯は、係合の深さ404及びワークピースの厚さ160より小さい間隔405によりかみ合わされた場合に、ワークピースの第二部分に圧縮66を生じるように作られていてもよい。超音波エネルギーと組み合わされた圧縮66は、ワークピース100の幾つかの部分の結合又は切断を生じる場合があり、一方ワークピース100のその他の部分は、その他の物理特性の変更を達成するために張力77の中で活性化される。
【0040】
この実施形態の実施例が、図5に図示されている。この実施形態では、第一セットの活性化歯10又は第二セットの活性化歯101のいずれかが、残りの歯より短い歯の高さ112を有する一以上の歯を包含する。歯の高さ112における減少は、二セットの活性化歯111の間の間隔505を減少させ、及び歯が係合の深さ404によりかみ合わされた場合に、その位置でワークピース100に圧縮66を生じさせる。一般に、圧縮66を作り出すためには、間隔505はワークピースの厚さ160より小さい。圧縮66の下では、ワークピース100は歯の形状及び適用される超音波エネルギーの量に従って、ワークピース100の別の層に結合されるか又は切断されてもよい。
【0041】
歯の高さ212を図6に示されるように増加することはまた、局所的な圧縮66を作り出すことができる。かみ合わせの間に歯先41は、歯底147(同様に歯根半径と呼ばれる)と共にワークピース100を圧縮する。前の実施形態と同様に、ワークピース100に圧縮66をかける一方で残りの歯がワークピースに張力77をかけるために、このより狭い間隔は、ワークピースの厚さ160よりも小さく作られることができる。
【0042】
更に別の実施形態では、切断又は結合が望ましい区域ではワークピース100はより厚く作られ、活性化のためのその他の区域ではより薄く作られてもよい。
【0043】
本発明の特定の実施形態及び/又は特徴が図解され説明されたが、本発明の精神及び範囲を逸脱することなくその他の様々な変化及び変更をすることが可能であることは、当業者には明らかである。更に、このような実施形態及び特徴のすべての組み合わせが可能であること、及びその結果、本発明を好ましく実施できることも明らかである。従って、本明細書における請求項は、本発明の範囲内にあるすべてのこうした変化及び変更を包括するように意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【0044】
【図1】超音波装置の一つの実施形態の斜視図である。
【図2a】超音波装置の活性化歯の一つの実施形態の断面図である。
【図2b】超音波装置の活性化歯の一つの実施形態の断面図である。
【図3a】超音波装置の一つの実施形態の斜視図である。
【図3b】超音波装置の一つの実施形態の斜視図である。
【図4a】活性化歯の別の実施形態の斜視図である。
【図4b】活性化歯の別の実施形態の斜視図である。
【図4c】活性化歯の別の実施形態の斜視図である。
【図5】超音波装置の活性化歯の一つの実施形態の断面図である。
【図6】超音波装置の活性化歯の一つの実施形態の断面図である。
【0001】
本発明は、様々なワークピース材料の物理的特性を、超音波エネルギーの使用を通じて変更するための方法及び超音波装置である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0002】
使い捨ておむつのような衣類は、弾性体のウエスト又は脚バンドを包含する。バンドは多くの場合、裏材に結合したエラストマー材料から構成される。裏材は、普通はウェブ又は不織布繊維材料と呼ばれる。結合は典型的には超音波結合又は接着剤である。結合したエラストマーとウェブの手法に関する一つの問題は、ウェブ材料がエラストマーと比較して、比較的非弾性であることである。結果として、この材料の組み合わせの弾力性は、限られたものとなる。
【課題を解決するための手段】
【0003】
用語「超音波」は、一般にヒトの可聴音周波数を超えた振動を指す。本明細書で使用される場合、超音波エネルギーとは、16kHzを超える振動エネルギーとして定義される。超音波装置は、非破壊的な試験、溶接、切断、及び金属構成成分の洗浄に用いられてきた。電力供給により動作し、次にホーンを通じて増幅される、サンドイッチ型トランスデューサは、超音波エネルギーの一般的供給源である。
【0004】
超音波エネルギーは多数の材料を結合するために用いられる。エラストマー材料のウェブ裏材への結合の一つの例は、オシェフスキー(Oshefsky)らの米国特許第4,863,542号である。オシェフスキー(Oshefsky)は、エラストマーを非弾性のウェブに結合する前にエラストマーを引き伸ばすことにより、積層体の弾力性が減少する問題を解決しようとしている。オシェフスキー(Oshefsky)の方法には、未解決のまま残される制限がある。一つの制限は、弾性ゴムが縮んだ場合にウェブ材料が束になる(バンチング)ことである。バンチングは、非弾性ウェブ材料が引き伸ばされた弾性ゴムに部分的に結合する場合に生じる。引き伸ばされたエラストマーが解放されると、それは収縮する。結合した非弾性ウェブ材料は、エラストマーにより強制的に収縮され、非結合のウェブを束にする。
【0005】
同様な弾力性の減少が、ウェブと弾性ゴムが接着剤で積層化された場合に生じる。例えば、おむつは二つの別のウェブ材料間に積層された弾性ゴムを使用するが、これは下に置かれた弾性ゴムの弾性能力を大幅に減少する。この弾力性を取り戻すために、積層化する前にウェブをリング・ローリングすること、又は弾性ゴムを超音波的に切断することを包含する、様々な手段が用いられてきた。しかしながら、失われた弾力性の回復は比較的小さいままであった。リング・ローリングはまた、積層されたウェブ構造の切断、弾性ゴムの部分的損傷、及び積層体の仕上がりの外観の悪化を包含する、その他の望ましくない現象を結果としてもたらし得る。
【0006】
弾性ゴムとウェブ積層体の弾力性を取り戻す方法に対する必要性がある。通気性フィルムのような材料の物理特性の改善もまた必要である。回転式超音波装置を使用せずに、ワークピースの連続的超音波処置を可能にする超音波装置もまた特定の用途において望ましい場合がある。
【0007】
本発明は、超音波エネルギーを用いてワークピースの材料特性の変化を達成する方法及び装置を提供することにより、先行技術の欠陥に対処する。この方法は、ピッチを有する、第一セットの活性化歯(activation teeth)を有するホーンを提供することを包含する。このホーンは周波数及び振幅を有する超音波エネルギーを生成するために適合される。アンビルに、ピッチを有する第二セットの活性化歯が提供される。第二セットの活性化歯は、第一セットの活性化歯の反対側に配置される。ワークピースは、第一セットの活性化歯と第二セットの活性化歯との間に設置される。第一セットの活性化歯と第二セットの活性化歯は互いにかみ合い、それによりワークピースを係合の深さ及び間隔に係合させる。活性化歯の相対するセットの間の、係合の深さと組み合わされた間隔により、隣接する歯先間でワークピースに張力をかけることが可能になる。超音波エネルギーが第一セットの活性化歯に適用される。
【0008】
超音波装置は、ピッチ、高さ及び長さを有する第一セットの活性化歯を有するホーンを包含する。このホーンは周波数及び振幅を有する超音波エネルギーを生成するために適合される。超音波装置はまた、ピッチ、高さ及び長さを有する第二セットの活性化歯を有するアンビルも包含する。第二セットの活性化歯は、第一セットの活性化歯と反対及び平行に配置される。二セットの活性化歯は、長手方向に次第に増加する、増加する歯の係合の深さを有し、歯の係合のより小さい領域と歯の係合のより大きい領域とを作り出す。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
本明細書の発明は、例となる様式により記述されており、本発明の多くの変更及び変形が可能である。本発明は、超音波エネルギーを適用することによりワークピースの物理特性を変化させる方法及び装置を包含する。特に、本発明の方法及び装置は、超音波エネルギーの使用を通じて、エラストマーとウェブの結合した積層体の弾力性を改善する手段を提供する。
【0010】
ワークピース100は、本発明により変更される材料を含む。ワークピース100は、図2aに示されるように、一般に厚さ160を有する平面形体である。ワークピースは、単一層の、多層の、結合した、非結合の、織布の、不織布の、編んである、編んでない、フィルムの、積層体の、又はそれらの組み合わせの材料から構成されてもよい。例えば、結合した多層材料は、不織布繊維材料とエラストマーフィルムの積層体を包含してもよい。あるいは、ワークピースはまた、繊維、繊維の集まり、エラストマーフィルム、熱可塑性物質、又は積層体であってもよい。利用可能なワークピース材料には、羊毛、ポリエステル、アクリル、ポリテトラフルオロエチレン(P.T.F.E.)、ナイロン、ゴアテックス(Gortex(商標))、レーヨン、綿、ポリマー結合セルロース繊維、金属化フィルム、金属箔、又はそれらの組み合わせが挙げられる。
【0011】
本方法に使用する一つの装置は、図1に示されるような超音波装置1である。超音波装置1は第一セットの活性化歯10を有するホーン5、及び第二セットの活性化歯101を有するアンビル50を有する。一つの第一の歯20は、第一セットの活性化歯10上に配置されてもよく、及び別の第二の歯120は第二セットの活性化歯101上に配置されてもよい。しかしながら、本明細書で使用する時、第一セットの活性化歯10のいかなる構成部品又は記述も、第二セットの活性化歯101にもまた適用されてもよい。一般に、ホーン5及びアンビル50は、第一セットの活性化歯10が、第二セットの活性化歯101に、図1に示されるように向かい合う配置で相対するように配置される。これは二セットの活性化歯111を形成する。ホーン5は周波数及び振幅を有する超音波エネルギーを生成するために適合される。活性化された場合、ホーン5は、第一セットの活性化歯10を振動させる超音波エネルギーを提供する。このように、超音波活性化がワークピース100に適用される。一般に、活性化歯は、ホーン5とアンビル50の相対する表面から伸びた突出部である。二セットの活性化歯111は、図1に示されるように、ホーン5とアンビル50の、相対する一般に平らな表面上の突出部であり、直線状に合わせられてもよい。あるいは、相対する二セットの活性化歯111は、リングロールのように、湾曲したアンビル及び/又はホーン表面上の歯車の歯のかみ合いと同様の回転状に合わされてもよい。いずれの場合も、歯は、二セットの活性化歯111の間に配置されたワークピース100とかみ合うように設計されている。
【0012】
第一セットの活性化歯10及び第二セットの活性化歯101は、図2aに示されるように、それらの間に横たわるワークピース100に、張力77をかけて係合してもよい。張力77は、さもなければ圧縮荷重構成で可能なよりもより高度な超音波エネルギーの適用を、ワークピース100の切断又は溶接なしに可能にするため望ましい。ワークピース100に張力77をかけるため、係合の深さ404及び間隔405は、相対する二セットの活性化歯111の間で一定の基準に達する。ワークピースの張力77は、一セットの活性化歯の第一の歯先41と、例えば第一セットの活性化歯10と第二セットの活性化歯101のような、別のセットの活性化歯の隣接する第二の歯先141との間の荷重である。ワークピース100は二セットの歯の間でしっかりつかまれ、係合の深さ404が増加するに従って、張力77がかけられる。ワークピースの引張77の荷重は、第一の歯先41と第二の歯先141を横切って広がってもよい。
【0013】
二セットの活性化歯111は、それらの間にワークピース100があるため、歯先41と歯先141を接触させない。歯先から歯先への接触、又は幾つかの用途では歯先と平らなプレートとの接触は、主として圧縮荷重をワークピースにかけ、超音波切断又は溶接に、より適切に用いられる。歯先間に配置されたワークピースへの歯先から歯先への接触、又はその他の圧縮接触は、張力77よりむしろワークピースの圧縮という結果となる。図2bは、ワークピース100が張力77で引き下げられた場合に、本発明が、圧縮荷重を歯先141を横切るワークピース100上への非対称の圧縮荷重55に限定することを示している。歯先141の反対側のワークピースの側面上では、歯先41又はプレートからの対応する圧縮荷重はない。
【0014】
図2aは、第一セットの活性化歯10、ワークピース100、及び第二セットの活性化歯101との間の相互作用の拡大図である。第一セットの活性化歯10と第二セットの活性化歯101との間の間隔405が図2aに示される。間隔405は、所与の係合の深さ404での、第一セットの活性化歯10の歯20と第二セットの活性化歯101の第二の歯120との間の最短距離である。係合の深さ404は、二つの歯が活性化過程にある間、所与の時間で互いにかみ合わされる時に、第一セットの活性化歯10の歯20が、第二セットの活性化歯101の隣接する歯120に重なるであろう距離である。間隔405は、二セットの活性化歯111が、所望の係合の深さ404まで進むに従って変化してもよい。
【0015】
ホーン5は、超音波周波数で機械的振動を生成するトランスデューサを包含してもよく、これは、超音波運動、又はホーン5及び第一セットの活性化歯10の活性化を引き起こすためにブースター装置を通して取り付けられる。超音波エネルギーは、ワークピース100で所望する物理特性の変化に従って、ワークピース100上の特定位置に選択的に適用されてもよいし、ワークピース100全体に均一に適用されてもよい。
【0016】
図3a〜bに描かれた超音波装置2は、ワークピース100に連続的超音波処置を提供することができる。超音波装置2は第一セットの活性化歯10を有するホーン5、及び第二セットの活性化歯101を有するアンビル50を包含する。両セットの活性化歯111の歯は、図2aに示されるように、その間の間隔405で相対する、又は向かい合う関係で配置される。二セットの活性化歯111は、相対する歯の間で長手方向80に次第に増加する、係合の深さ404を有する。長手方向80は、ワークピース10が進む方向である。増加する係合の深さ404は、図3aに示されるように、一又は両セットの活性化歯111を、ある傾斜角で長手方向80に設置することにより作り出されてもよい。超音波装置2では、長手方向80は、歯の係合の深さのより小さい領域60から歯の係合の深さのより大きい領域70までである。図3a及び3bに示される超音波装置2の実施形態では、ワークピース100は、超音波エネルギーの適用のために一時停止することなく、長手方向80に比較的一定の速度で進むことができる。ワークピース100が、歯の係合の深さのより小さい領域60から、歯の係合の深さのより大きい領域70へ進む時に、ワークピース100は、係合の深さ404が増加するのに従って、活性化の漸進的増加を受ける。その長手方向80での係合の深さ404の漸進的増加により、ワークピース100は、活性化のために一時停止することなく、二セットの活性化歯の間を進むことができる。
【0017】
二セットの活性化歯111を通るワークピース100の進行は、超音波エネルギーにより助けられてもよい。超音波エネルギーの周波数及び振幅は、ワークピース100が二セットの活性化歯の間を進む時の、ワークピース100とそれらのセットの活性化歯111との間の摩擦係数を減少させるのを助ける。一般に、第一セットの活性化歯10及び第二セットの活性化歯101は平行な列にある。二セットの活性化歯111は、互いに、及びワークピース100の進む方向(長手方向80)に平行する。第一及び第二セットの活性化歯は両方共ピッチ14を有し、これは図2aの第二セットの活性化歯101上に示されている。ピッチ14は、同一セットの活性化歯内の一つの歯の垂直中心線から隣接する歯の垂直中心線までの法線の(垂直の)距離を表す。より小さいピッチ14は、歯を共により近くに設置するが、一般にワークピース100全体に、より多くのエネルギーを伝達する。より大きいピッチ14は、歯をより離して設置するが、一般にワークピース100全体に、より少ないエネルギーを伝達するであろうし、及びワークピース100への超音波エネルギーの衝撃を減少させることができる。
【0018】
第一セットの活性化歯10及び/又は第二セットの活性化歯101のピッチ14は、いかなる好適なピッチであってもよい。しかしながら、活性化歯を共に近くに設置し過ぎると、係合の深さ404及び張力77をかけられるワークピース100の量が減少することがある。ピッチ14は、一般に約50μm〜約5cm(約0.002インチ〜約2インチ)、又はより好ましくは約2mm〜約2.5cm(約0.08インチ〜約1インチ)の範囲で好適であることが見出されている。一般に、図3aに示されるように、超音波装置2のピッチ14は、長手方向に垂直である。
【0019】
典型的には、活性化歯はホーン5又はアンビル50中に機械加工される。しかしながら、活性化歯は、ホーン5又はアンビル50に連結した別々の要素であってもよい。歯は、図3a及び4aに示されるように、二セットの活性化歯111において、いかなる好適な歯の長さ46に達してもよい。各々の歯20は、図2a、4c及び4dに示されるように、第一の側面21、第二の側面22、及び歯先41を有する。歯は、いかなる適切な第一の側面21又は第二の側面22の構造を有してもよい。幾つかの可能性のある側面構造が、図2、4a〜d、5、及び6に示される。好ましくは、歯先41は、図4c及び4dに示されるように、丸みを帯びた形状を提供する歯先半径43を有する。歯先半径43は、歯先41の丸みを、歯20の中央線44に沿った点からの半径上で定義する。歯先を通る材料上で一定の摩擦つかみを保持するために、歯先半径43として、真の円の半径が、楕円形より好ましい。歯先は、いかなる好適な半径であってもよい。しかしながら、活性化の間のワークピースの切断を避けるために、少なくとも約130μm(約0.005インチ)の歯先半径43が好ましい。あるいは、歯先41は、図4bに示されるように、丸みを帯びた角45を有する平らなものであってもよい。
【0020】
第一セットの活性化歯10及び第二セットの活性化歯101からの歯は、図2a及び4cに示されるように、各々が対応する歯の高さ12を有する。歯の高さ12(又は歯の深さ)は、所与の点での歯底47(歯根半径)から歯先41の最上部までの天地方向の垂直距離である。歯の高さ12は、いかなる好適な高さであってもよい。例えば、歯の高さ12は、約130μm〜約13cm(約0.005インチ〜約5インチ)、約130μm〜約5cm(約0.005インチ〜約2インチ)、約1.3mm〜約13mm(約0.05インチ〜約0.5インチ)、又は約1.3mm〜約8cm(約0.05インチ〜約3インチ)であってもよい。
【0021】
一般に、歯の寸法はそれらが互いに無関係であるように独立して選択されてもよい。あるいは、歯の寸法は幾つかの好ましい関係を有してもよい。例えば、幾つかの実施形態では、ワークピースと歯先41との過度の接触を避けるために、歯先半径43が歯の高さ12の1/4を超えないことが好ましいことがある。過剰な接触はつかみ効果の原因となり得、ワークピース100の張力77を減少させる可能性がある。加えて、歯は、歯の片側から測定して二つの異なる高さを有してもよい。歯の第一の側面21から測定された、歯底47から歯先41までの距離は、歯の第二の側面22から測定されたものと異なってもよい。変動する歯の高さ112を有する一つの実施形態が、図5に示されており、以下に記述される。前述のように、様々な歯の高さ12が、歯の係合の深さのより小さい領域60、及び歯の係合の深さのより大きい領域70を作り出すために用いられてもよい。例えば、二セットの活性化歯111の間の係合の深さ404は、長手方向80に歯の長さ46に沿って、歯の高さ12を増加することにより、次第に増加されてもよい。一般に、超音波装置2では、歯の長さ46が長手方向80に平行であることが好ましい。
【0022】
活性化歯の各セットは同一の歯のパターンを有してもよく、その際各歯は、その活性化歯のセットの中では、他の歯と同一の高さ12、ピッチ14、及び設計を有する。あるいは、活性化歯の各セットは異なる歯のパターンを有してもよく、その際幾つかの又はすべての歯は、異なる高さ12、ピッチ14、及び設計を有してもよい。例えば、活性化歯の相対するセット上に配置される歯は、お互いに関して同一の位置になくてもよい。実施形態の1つでは、第一セットの活性化歯10及び第二セットの活性化歯101は、ワークピース100に選択的超音波エネルギーの適用を提供するために、変動する歯の高さ12に機械加工されてもよい。より低い歯の高さ12による、歯の係合の深さ404のより小さい領域は、より高い歯の高さ12による、歯の係合の深さ404のより大きい領域より、ワークピースのより小さい超音波活性化を提供する。
【0023】
図2aの係合の深さ404は、第一セットの活性化歯10が周波数及び振幅により振動するのに従って、ワークピースの活性化の間に変動してもよい。係合の深さ404とピッチ14との比は、特定の点での歯20の歯の係合の深さを、その点での歯のピッチ14で割ったものを指す。例えば、係合の深さ404とピッチ14との比1:6は、250μm(0.01インチ)の歯の係合の深さ404と1.5mm(0.06インチ)のピッチ14からの結果であり得る。一方、係合の深さ404とピッチ14との比20:1は、2.5cm(1インチ)の係合の深さ404と1.3mm(.05インチ)のピッチ14からの結果であり得る。すべての又は部分的な係合の深さ404は、超音波活性化の振幅又は二セットの活性化歯の機械的配置の結果であり得る。動作中に、超音波装置1は、係合の深さ404とピッチ14との比、約1:100〜約20:1、約1:100〜約5:1、約1:10〜約10:1、又は約1:10〜約20:1を有してもよい。
【0024】
圧縮66がワークピース100の意図せぬ溶接(結合)又は切断という結果となり得るため、活性化の間はワークピース100には張力77がかかっていることが好ましい。第一セットの活性化歯10と第二セットの活性化歯101との間の間隔405が、ワークピースの厚さ160より小さい場合には、圧縮荷重66が図2aの活性化の間に生じることがある。圧縮のある二つの実施形態が、図5及び6に示される。図5は、間隔505での圧縮66を示す。図6は、歯先41と歯底147との間の圧縮66を示す。係合の深さ404とピッチ14との比を減少すると、図2aのy及び/又はz方向の圧縮荷重を避けることができる。圧縮荷重はまた、ワークピースの厚さ160より小さい係合の深さ404を有することにより、又はワークピースの厚さ160より大きい間隔405を提供することにより避けられる。ワークピースの厚さ160より小さい係合の深さ、又はワークピースの厚さ160より大きい間隔405のいずれかにより、ワークピースに圧縮66ではなく張力77をかけることができる。図4dに示されるような垂直な側面の歯が、図2aに示されるようにかみ合わされ、薄いワークピース100及び広いピッチ14と組み合わされた場合、より大きい係合の深さ404の機能を作り出すことができ、従って係合の深さ404とピッチ14とのより大きな比を作り出すことができる。係合の深さ404とピッチ14との特定な比の選択は、特定材料への適用のための変動範囲を表す。
【0025】
記載されたような超音波エネルギーの適用は、ワークピース100上の高いひずみ速度という結果となり得る。ワークピース100が繊維を含有する場合には、高いひずみ速度は、内部繊維結合の緩和及び応力緩和に寄与することができ、これは次にはワークピース100の材料特性の変化に影響することができる。繊維間の摩擦及びその他の力の減少による内部繊維結合の緩和の例は、不織布のマニュアル(Manual of Nonwovens)、ラコ・クレマ(Radko Krema)教授著、38〜43ページに見出すことができる。この本は参考として本明細書に組み入れられる。
【0026】
本発明の超音波処理はワークピースの応力緩和を生じ得る。ワークピースの応力緩和は、活性化の後にウェブ繊維間の摩擦を減少させることにより繊維ウェブを含むワークピースを「緩める」こと、活性化区域でのウェブ繊維をまっすぐにすること及び/又は活性化領域内での繊維を引き伸ばすこと(繊維の伸長)を包含する。繊維の伸長は、繊維上の二点間の距離が超音波活性化の結果として増加する場合に生じる。ワークピースの応力緩和はまた、繊維を特定の配向に保持する繊維間の結合、並びに繊維及びフィルム間の結合を包含する、内部繊維の力の緩和を包含してもよい。応力緩和はワークピースの可撓性を増加させることができ、及びワークピースをより脆性でなくさせるか、又はワークピースがエラストマーフィルムを包含する場合には、ワークピースをより弾性にすることができる。幾つかの繊維結合は、処理中に更に破断されるか、破壊されるか、又はさもなければ分解されてもよい。応力緩和は、処理の操作を通じて要望どおり及び制御どおりに、ワークピースの外部層、内部層、又はその他のいかなる層においても生じさせることができる。この処理はまた、幾何学的不連続の結果から生じる繊維の応力集中点を減少させることもできる。
【0027】
内部繊維の応力緩和は、二セットの活性化歯111が、迅速に及び繰り返しワークピース100を係合する時に発生する。ワークピース100がその係合されていない及び活性化されていない配向に完全に戻る前に、歯の係合及びワークピース100の活性化が繰り返し生じることがある。この処理は、ワークピース100が、二セットの活性化歯111のかみ合いにより課せられた、前の引張荷重の解除に完全に反応する時間を有する前に、引張荷重が繰り返し課される結果になり得る。ワークピース100がその係合されていない及び活性化されていない状態に戻る前の、ワークピース100の迅速な再係合及び活性化は、以下に記載する本発明の有利な結果に貢献する可能性がある。加えて、より小さい係合の深さ404により繰り返される係合及びより小さい超音波の振幅は、いかなる意図しない繊維又はフィルムの破壊をも最小にするのを助けることができる。
【0028】
本発明の装置又は方法を変更することにより、ワークピース100は超音波エネルギーにより選択的に活性化され、変動する程度の弾性、表面ロフト、及び伸展性を提供することができる。実施形態の1つでは、ワークピース100は、エラストマー又はエラストマーとウェブの積層体を包含する。この実施形態については、弾性材料が更に引き伸ばされ、より薄い材料厚さでおよそ元の長さに縮むことができるように、ワークピース100の弾力性を増加させてもよい。本明細書の方法は、初期の活性化前のワークピース100の弾力性を約5%〜約800%、約10%〜約400%、又は200%〜約800%増加させることができる。
【0029】
表面ロフトは、図2aに示されるように、ワークピースの厚さ160のz方向のキャリパーを指す。表面ロフトは、材料の結合を緩める又は破壊することにより増加してもよいが、これはワークピース材料をz方向に分離することを可能にし、従ってより厚い及び/又はより柔らかい材料を作り出すことを可能にする。本明細書に開示された方法は、少なくとも約50%〜約300%、約200%〜約300%、又は約50%〜約200%の範囲のワークピースの表面ロフトの増加という結果をもたらしてもよい。
【0030】
好ましくはエラストマー積層体を包含するワークピース100の伸展性も、また改善される。伸展性は、ワークピース自体を荷重の下で引き伸ばす又は広げるワークピースの能力であるが、ワークピース100は荷重が解除された時に縮まない可能性がある。本明細書に開示された方法及び/又は装置は、約60%〜約300%、約10%〜約160%、約15%〜約95%、又は約30%を超える伸展性の増加という結果をもたらしてもよい。
【0031】
本発明は、空隙凝集体を含有するフィルムのワークピース100から通気性フィルムを作り出すために用いられてもよい。空隙凝集体は、孔誘発ポリマーフィルムマトリックス充填粒子を包含する。通気性フィルムは水蒸気のような蒸気及び空気をフィルムを通して移動させることができる。超音波活性化は、空隙凝集体周囲のフィルムを引き伸ばし、及び空隙凝集体を「振り」落とすが、フィルムを引き伸ばし及び又は粒子をフィルムから振り落とす先行技術ほど、凝集体周囲のフィルムを引き裂かない。空隙は蒸気が逃げる経路を作り出すために用いられる。引裂により、液体もが浸透する経路を作り出すことができる。孔誘発ポリマーフィルムマトリックス充填粒子を含有するフィルムの例は、ケイコ(Keiko)らの米国特許第4,705,812号に開示されており、これは参考として本明細書に組み入れられる。孔誘発ポリマーフィルムマトリックス充填粒子は、炭酸カルシウム、二酸化チタン、硫酸バリウム、又は当該技術分野において既知のいかなる孔誘発ポリマーフィルム不純物、並びにそれらの組み合わせであってもよい。ある実施形態、例えば吸収性物品の通気可能なバックシートでは、孔誘発ポリマーフィルムマトリックス充填粒子は、約0.1ミクロン〜約10ミクロンの平均直径を有してもよい。
【0032】
ワークピースの厚さ160、摩擦係数、及び材料の種類は、ワークピース100がどのように超音波活性化に反応するか、並びにどれだけ容易に処理が用いられるかに影響する可能性がある。一般に、より低い摩擦係数を有する材料から成る、より薄いワークピース100は、所与の歯のピッチ14に関して、より深い係合の深さ404を可能にする。より深い係合の深さ404が実現できる可能性があるが、これは一つには、ワークピース100と二セットの活性化歯111の間の接触点での「つかみ」効果が、より低い摩擦係数により低下するためである。
【0033】
本明細書に記載された超音波装置及び方法の多数の変更が想定される。例えば、二セットの活性化歯111は、図1に示されるように、平らな又は水平な関係において、互いに反対側にかみ合ってもよいし、図3a及び3bに示されるように、傾斜した向きで、互いに反対側にかみ合ってもよいし、又は一対のリング・ロールのような回転装置のようにかみ合ってもよい。加えて、超音波装置は、当該技術分野において既知のいかなる組み合わせ又は構成による複数のホーン5及び/又はアンビル50を含んでもよい。複数のホーン5及び/又はアンビルの実施形態は、互いに相対するように構成された複数セットの活性化歯111を有し、ワークピース100をそれらの間に有することができる。
【0034】
あるいは、アンビル50は、超音波活性化をワークピース100に同様に供給する第二のホーンにより置き換えられてもよい。第二のホーンは、図3に示されるもののような幾つかの実施形態では、セットの活性化歯111とワークピース100の間の摩擦係数を減少させるために好ましいことがある。二つのホーンが用いられる場合、各ホーンは一般に、少なくとも一つの異なる周波数、振幅、適用時間、又は固定点に関する適用方向を有する超音波エネルギーを生成する。二つのホーンの周波数はまた、位相が異なっていてもよい。第一のホーン、第二のホーン、又は本明細書で用いられるいずれかのホーンにより生成される超音波エネルギーの周波数は、少なくとも約16kHz〜約1GHz、又は約16kHz〜約10MHz、又は約18kHz〜約9MHz、又は約60kHz〜約6MHzであってもよい。振幅は、活性化歯の周期的運動の最高点として定義される。第一のホーン、第二のホーン、又は本明細書で用いられるいずれかのホーンにより生成される超音波エネルギーの振幅の範囲は、約5μm(約0.0002インチ)〜約2.5mm(約0.1インチ)、約5μm(約0.0002インチ)〜約1.3mm(約0.05インチ)、又は約500μm(約0.02インチ)〜約2.5mm(約0.1インチ)であってもよい。
【0035】
超音波エネルギーは、処理の間にいつでも適用されてもよい。例えば、ワークピース100は二セットの活性化歯111の間で、所望の係合の深さ404で係合され、その後に超音波エネルギーが適用されてもよい。あるいは、超音波エネルギーは、ワークピース100が二セットの活性化歯111の間を進む時に連続的に適用されてもよい。活性化時間の選択は、ある程度ワークピース100の材料及び所望の特質変化に依存する。超音波エネルギーは、いかなる好適な時間にわたって適用されてもよい。典型的なフィルム、織布、及び不織布のワークピースについては、約0.00001〜約5秒、又は好ましくは約0.00001〜約1秒の時間が好適であることが見出された。
【0036】
以下は、エラストマー積層体の弾力性を改善する方法の非制限的実施例である。(図1、2、及び4c参照)約1.5mm(約0.06インチ)のピッチ14及び約140μm(約0.0056インチ)〜約150μm(約0.0059インチ)の歯先半径43を有する、第一セットの活性化歯10を有するホーン5が、アンビル50の反対側に配置される。アンビル50は、約1.5mm(約0.06インチ)のピッチ14及び約147μm(約0.0058インチ)の歯先半径43を有する、第二セットの活性化歯を有する。第一セットの活性化歯10及び第二セットの活性化歯は、それらが互いにかみ合うように対向関係に配置される。接着剤結合真空形成エラストマー(VFE)三層積層体であるワークピース100が、第一セットの活性化歯10と第二セットの活性化歯101の間に設置される。ワークピース100は、約0.098の係合の深さ404、約30μm(約0.0012インチ)の振幅、及び約20kHzの周波数を有する二セットの活性化歯111の間で、張力をかけた状態で係合される。活性化されるワークピース100は、25mm幅当たり約400g未満の荷重により伸長を二倍にする能力を有してもよい。材料が機械的活性化のみを受ける場合には、ワークピース100の伸長を二倍にするためには、25mm幅当たり約800gを超える荷重をかけることが必要となる場合がある。
【0037】
以下は、通気性フィルムを作り出す方法の非制限的実施例である。約1.5mm(約0.06インチ)のピッチ14及び約140μm(約0.0056インチ)〜約150μm(約0.0059インチ)の歯先半径43を有する、第一セットの活性化歯10を有するホーン5が、約1.5mm(約0.06インチ)のピッチ14及び約140μm(約0.0056インチ)〜約150μm(約0.0059インチ)の歯先半径43を有する、第二セットの活性化歯101を有するアンビル50と組み合わされる。両セットの歯は、図1に示されるように隆起構成であり、直線状で垂直の関係にある平行なセットの活性化歯111を有する。第一セットの活性化歯10及び第二セットの活性化歯101は、それらが互いにかみ合うように対向関係に設置される。クロペイ(Clopay)前駆体フィルムEXP−5092であるワークピース100が、第一セットの活性化歯10と第二セットの活性化歯101の間に設置される。ワークピース100は、約500μm(約0.02インチ)の係合の深さ404、約30μm(約0.0012インチ)の振幅、及び約20kHzの周波数を有する二セットの活性化歯111の間で、張力77をかけた状態で係合される。結果として生じるワークピース100材料は、超音波活性化により、24時間で1平方メートル当たり約1500グラムを超える水蒸気透過速度を有することができる。対照的に、500μm(約0.02インチ)の係合の深さ404までの機械的活性化のみによるワークピース100材料は、24時間で1平方メートル当たり約500グラムの水蒸気透過を有する。係合の深さ404が増加するに従って、蒸気透過の差は減少する。しかしながら、増加する係合の深さ404がまたワークピース100材料の穿孔を増加させ、これにより液体及び水蒸気の両方が透過可能になる。液体透過はおむつのバックシート及び雨具のような多くの用途に望ましくない場合がある。
【0038】
以下は、図3a及び3bに示されるように、通気フィルムを作り出す超音波装置2の別の非制限的実施例である。約1.5mm(約0.06インチ)のピッチ14及び約140μm(約0.0056インチ)〜約150μm(約0.0059インチ)の歯先半径43を有する、第一セットの活性化歯10を有するホーン5が、約1.5mm(約0.06インチ)のピッチ14及び約147μm(約0.0058インチ)の歯先半径43を有する、第二セットの活性化歯101を有するアンビル50と組み合わされる。第一セットの活性化歯10及び第二セットの活性化歯101は、図3a〜bに示されるように、それらが互いにかみ合うように対向関係に設置される。二セットの活性化歯111は、図3bに示されるように、z方向に角をなす関係にある。図3bの図示のため、角は誇張されていることに注意されたい。ホーン5は水平であり、アンビル50は一端で約1.3mm(約0.05インチ)持ち上げられるか又は第一セットの活性化歯10に向かって約0.57度傾斜している。クロペイ(Clopay)前駆体フィルムEXP−5092であるワークピース100が、第一セットの活性化歯10と第二セットの活性化歯101の間に設置される。ワークピース100は、長手方向80に、二セットの活性化歯111を通って、係合の深さのより小さい領域60から係合の深さのより大きい領域70まで引っ張られ、一方ホーン5は、約30μm(約0.0012インチ)の振幅及び約20kHzの周波数で超音波エネルギーを生成する。ワークピース100は、第一セットの活性化歯10と第二セットの活性化歯101との間で係合される。ワークピース100は、係合の深さのより小さい領域60から、係合の深さのより大きい領域60まで通過する間に、歯先間で張力77をかけられる。約90μm(約0.035インチ)の係合の深さ404での超音波活性化の後に結果として生じるワークピース100は、24時間で1平方メートル当たり約3700グラムを超える水蒸気透過速度を有することができる。
【0039】
もう1つの実施形態では、ワークピース100の活性化部分は、ワークピース100の圧縮部分と組み合わされてもよい。圧縮66は、圧縮66の点でのワークピース100の部分を切断、結合、及び/又は保持するために用いられてもよい。活性化と組み合わされた圧縮66は、ワークピース100の第一部分に張力77をかけるのと同時にワークピースの第二部分に圧縮66をかけ、超音波エネルギーを適用することにより実行することができる。この実施形態については、相対する二セットの活性化歯111の中の一以上の歯は、係合の深さ404及びワークピースの厚さ160より大きい間隔405によりかみ合わされた場合に、ワークピース100の第一部分に張力を生じるように作られていてもよく、一方で同時に、同じ二セットの活性化歯111の中の一以上の歯は、係合の深さ404及びワークピースの厚さ160より小さい間隔405によりかみ合わされた場合に、ワークピースの第二部分に圧縮66を生じるように作られていてもよい。超音波エネルギーと組み合わされた圧縮66は、ワークピース100の幾つかの部分の結合又は切断を生じる場合があり、一方ワークピース100のその他の部分は、その他の物理特性の変更を達成するために張力77の中で活性化される。
【0040】
この実施形態の実施例が、図5に図示されている。この実施形態では、第一セットの活性化歯10又は第二セットの活性化歯101のいずれかが、残りの歯より短い歯の高さ112を有する一以上の歯を包含する。歯の高さ112における減少は、二セットの活性化歯111の間の間隔505を減少させ、及び歯が係合の深さ404によりかみ合わされた場合に、その位置でワークピース100に圧縮66を生じさせる。一般に、圧縮66を作り出すためには、間隔505はワークピースの厚さ160より小さい。圧縮66の下では、ワークピース100は歯の形状及び適用される超音波エネルギーの量に従って、ワークピース100の別の層に結合されるか又は切断されてもよい。
【0041】
歯の高さ212を図6に示されるように増加することはまた、局所的な圧縮66を作り出すことができる。かみ合わせの間に歯先41は、歯底147(同様に歯根半径と呼ばれる)と共にワークピース100を圧縮する。前の実施形態と同様に、ワークピース100に圧縮66をかける一方で残りの歯がワークピースに張力77をかけるために、このより狭い間隔は、ワークピースの厚さ160よりも小さく作られることができる。
【0042】
更に別の実施形態では、切断又は結合が望ましい区域ではワークピース100はより厚く作られ、活性化のためのその他の区域ではより薄く作られてもよい。
【0043】
本発明の特定の実施形態及び/又は特徴が図解され説明されたが、本発明の精神及び範囲を逸脱することなくその他の様々な変化及び変更をすることが可能であることは、当業者には明らかである。更に、このような実施形態及び特徴のすべての組み合わせが可能であること、及びその結果、本発明を好ましく実施できることも明らかである。従って、本明細書における請求項は、本発明の範囲内にあるすべてのこうした変化及び変更を包括するように意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【0044】
【図1】超音波装置の一つの実施形態の斜視図である。
【図2a】超音波装置の活性化歯の一つの実施形態の断面図である。
【図2b】超音波装置の活性化歯の一つの実施形態の断面図である。
【図3a】超音波装置の一つの実施形態の斜視図である。
【図3b】超音波装置の一つの実施形態の斜視図である。
【図4a】活性化歯の別の実施形態の斜視図である。
【図4b】活性化歯の別の実施形態の斜視図である。
【図4c】活性化歯の別の実施形態の斜視図である。
【図5】超音波装置の活性化歯の一つの実施形態の断面図である。
【図6】超音波装置の活性化歯の一つの実施形態の断面図である。
Claims (10)
- 第一セットの活性化歯(activation teeth)を有するホーンを提供し、前記ホーンが、周波数及び振幅を有する超音波エネルギーを生成するために適合されている工程と、
第二セットの活性化歯(activation teeth)を有するアンビルを提供し、前記第二セットの活性化歯(activation teeth)が前記第一セットの活性化歯(activation teeth)の反対側に配置される工程と、
前記ワークピースを前記第一セットの活性化歯(activation teeth)と前記第二セットの活性化歯(activation teeth)との間に設置する工程と、
前記第一セットの活性化歯(activation teeth)と前記第二セットの活性化歯(activation teeth)をかみ合わせ、それにより前記ワークピースに張力をかけるために、前記ワークピースを係合の深さ及び間隔に係合させる工程と、
超音波エネルギーを前記第一セットの活性化歯(activation teeth)に適用する工程と、
を含む、ワークピースの材料特性の変化を達成する方法。 - 前記アンビルが第二セットの活性化歯(activation teeth)を有する第二のホーンを包含し、前記第二のホーンが、周波数及び振幅を有する超音波エネルギーを生成するために適合されており、及び前記第二のホーンから前記第二セットの活性化歯(activation teeth)に超音波エネルギーを適用する、請求項1に記載の方法。
- 前記係合の深さが長手方向に次第に増加し、歯の係合のより小さい領域と歯の係合のより大きい領域とを作り出す、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第一セットの活性化歯(activation teeth)と前記第二セットの活性化歯(activation teeth)が、一対のリング・ロールのようにかみ合う、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ワークピースが、フィルム、織布、不織布、編物、積層体、熱可塑性物質、エラストマーフィルム、羊毛、ポリエステル、アクリル、P.T.F.E.、ナイロン、ゴアテックスTM(GortexTM)、レーヨン、綿、ポリマー結合セルロース繊維、金属化フィルム若しくは金属箔、繊維、繊維の集まり、エラストマーフィルム、熱可塑性物質、孔誘発ポリマーフィルムマトリックス充填粒子を含有するフィルム、又はそれらの組み合わせを包含する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第一セットの活性化歯(activation teeth)と前記第二セットの活性化歯(activation teeth)が、一対のリング・ロールのようにかみ合う、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記周波数が、約16KHz〜約10MHzである、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第一セットの活性化歯(activation teeth)がピッチを有し、及び前記係合の深さと前記ピッチとの比が約1:100〜約20:1である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ワークピースの材料特性の変化が、約60%〜約300%の伸展性の増加、約50%〜約300%のワークピースの表面ロフトの増加、約5%〜約800%の弾力性の増加、又はそれらの組み合わせを包含する、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
- 第一セットの活性化歯(activation teeth)を有するホーンであって、前記ホーンが、周波数及び振幅を有する超音波エネルギーを生成するために適合されているホーンと、
第二セットの活性化歯(activation teeth)を有するアンビルとを含み、
前記第二セットの活性化歯(activation teeth)が前記第一セットの活性化歯(activation teeth)と反対及び平行に配置され、前記第一セットの活性化歯(activation teeth)が前記第二セットの活性化歯(activation teeth)と、長手方向に次第に増加する歯の係合の深さでかみ合い、歯の係合のより小さい領域と歯の係合のより大きい領域とを作り出す、ワークピースの材料特性を変化させるために超音波エネルギーを発生する超音波装置。
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