JP2007062010A - 薄いシート材料に孔をあける方法 - Google Patents

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thin sheet
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pattern
liner
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Randy A Hoff
ホフ，ランディ，エー．
John W Louks
ルークス，ジョン，ダブリュ．
Richard L Jacobson
ジャコブソン，リチャード，エル．
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3M Co
Minnesota Mining and Manufacturing Co
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Abstract

【課題】層の発生の少い薄いシート材料穿孔方法を提供する。
【解決手段】薄いシート１４は第１面と第２面とを備え、薄い材料の少なくとも片面は実質的に接着剤によってコーティングされている。この方法では、所定パターンに配置された隆起領域を有したパターン化アンビル上に接着剤を塗布した薄いシート剤を設置し、ここに隆起領域の高さは薄い材料の厚みと等しいかそれより低く、薄いシート材料は充分な量の音波振動を受けることにより薄いシート及び接着剤に穿孔が行われ、これにより薄いシート及び接着剤はパターン化アンビル３２上の隆起領域のパターンと全体として同一のパターンで穿孔される。
【選択図】図２

Description

発明の分野
本発明は、ほぼ均一なパターンで薄いシート材料に孔をあける方法に関する。
発明の背景
超音波工学は、基本的には可聴周波数の限界を超える音波の効果に関する科学である。高いパワーを有する超音波を利用する目的は、被処理材料に或る程度の永久的な物理変化を与えることにある。この方法は、単位面積又は体積当たりの振動エネルギの流れを必要とする。用途に応じて、必要なパワー密度は１平方センチメートル当たり１ワット未満から数千ワットまでの範囲にある。初期の超音波パワー装置は通信周波数で作動したが、現在の殆どの装置は２０〜６９ｋＨｚで作動する。
超音波工学は広い範囲に利用されている。例えば、超音波工学は、（１）塵埃、煙、霧の沈降、（２）コロイド分散液の準備、（３）金属部品や布の清浄化、（４）摩擦溶接、（５）触媒の形成、（６）融解金属のガス抜き及び固化、（７）醸造の際の香味オイルの抽出、（８）電気メッキ、（９）固い材料の穿孔、（１０）フラックスを使用しないはんだ付け、（１１）診断医学等における非破壊検査等に使用されている。
超音波振動の力は、繊維製シート材料の溶着の分野でも使用されている。米国特許3,697,357 (Obeda) には、全体又はその一部が熱可塑性材料又は繊維製のシート同士を溶着する技術が開示されている。このObeda の特許は、材料をアンビルと超音波ホーンとの間に置くことによって材料の一領域をシールすることを開示している。米国特許3,939,033 (Grgach)には、熱可塑性繊維材料のシールと切断を同時に行う装置が開示されている。米国特許5,061,331 (Gute)には、半透過性で少なくとも一部が熱可塑性である布帛の切断とシールを行うのに適した超音波切断・縁シール用装置が開示されている。
超音波振動力は、シート材料の孔あけ即ち穿孔にも使用されている。米国特許3,966,519 (Mitchell その他) には、不織布ウェブに孔をあける方法が開示されている。このMitchellの特許は、不織布ウェブが受ける超音波エネルギの量は、超音波エネルギを適用される不織布ウェブの領域に充分な流体を付与して、該流体が非結合状態で存在するようにすることによって制御可能なことを示している。このMitchellの特許は、不織布ウェブの繊維が配列し直されてウェブに孔を形成することを教示している。
米国特許3,949,127 (Ostermeier)には、ウェブに間歇的に超音波溶融を与え、次いでこれを伸長し、最も強く溶融した領域を破壊してウェブに孔を形成することによって、不織布ウェブに孔をあける方法が開示されている。
超音波の力は、非孔性のフィルム材料に孔をあけるのにも使用されている。米国特許5,269,981 (Jameson他) には、薄いシート材料に微細な孔をあける方法が開示され、この方法は、超音波振動を適用する前に、この薄いフィルムに液体を付与することが必要である。Jameson は、更に、この方法では液体の使用が不可欠であり、液体を使用しなければ、薄いフィルムは穿孔されずに溶融してしまうので、この方法は失敗することを教示している。Jameson は、超音波ホーンの作動の際の流体の存在は、二つの異なる作用を行うものと信じられることを教示している。第一に、流体が存在していると、これが熱溜めとして機能し、薄いシート材料が溶融して変化したり破壊されたりしないように超音波振動を薄いシート材料に付与することが可能になる。第二に、流体の存在によって、流体が超音波ホーンからの振動を薄いシート材料に付与する際の媒体として機能することができる。
超音波工学を利用した薄いシートの穿孔は、それが屑を出さずに高速で工程を通過できるので好ましい。従来技術において、薄いシートに孔をあけるのに使用されていた方法は、シート材料の打ち抜き加工であった。シート材料に孔を打ち抜く方法は好ましい穿孔結果をもたらすが、打ち抜き加工は後にコアの形の屑を残す欠点があった。このコアは、薄いシート材料に付着して、最終製品の製造に悪影響を与えることが多かった。
薄いシートに孔をあけるその他の方法として、この薄いシート材料をパターン付きの加熱ローラに通して加工するやり方がある。この方法は、結局のところ、薄いシート材料を溶融させて孔をあけ、この薄いシートに余分な屑を付着させずに、穿孔された材料を得るものである。打ち抜き加工による問題点はこれによって解消したが、この加熱ローラ法は処理速度が遅い欠点がある。加熱ローラとパターン付きアンビルとの間に形成される把持領域において、薄いシート材料は加熱され、孔がこのシート材料に形成された。そして、この薄いシート材料を冷却して、孔が再び溶融して塞がれることを防止した。これらの加熱、孔形成、冷却のすべての工程は時間を必要とし、更に、これらはすべて狭い前記把持領域で行われる必要があった。従って、この工程は比較的低速で行われ、結局は、薄いシートの穿孔法として生き残れなかった。
加熱ローラ法に比して高速で且つ打ち抜き法に比して屑の発生の少ない、薄いシート材料の穿孔方法が望まれている。超音波工学を利用したウェブの穿孔法は、前述の穿孔法の欠点を解消するものである。本発明は、超音波工学を使用してウェブに孔をあけ、ウェブを伸長したり、超音波振動に液体を組み合わせたりすることを不必要とするものである。
発明の概要
従来技術の前記問題点と困難性を解決するために、我々は、概括的に述べれば、約８ミル（０．２mm）以上の厚さを有するシート材料に、それぞれ約０．０５mm2 以上の面積を有する孔を設ける方法を開発した。この方法は、第１面と第２面を有し、少なくとも一方の面が接着剤で実質的にコーティングされた薄いシート材料を供給し、（ａ）この接着剤でコーティングされた薄いシート材料を、該シート材料と接着剤の厚さと同じかそれよりも低い高さを有する突出したパターン領域を有するパターン付きアンビル上に載せ、（ｂ）前記薄いシート材料に少なくとも約１００００サイクル／秒の充分な量の音波振動を付与し、それによって、前記シート材料と接着剤とに、パターン付きアンビルの突出領域のパターンとほぼ同じパターンで、約０．０５mm2 よりも大きい面積を有する孔をあけるステップで構成されている。
本発明の別の実施態様においては、第１面と第２面を有し、少なくともその一方の面にライナーが平面的に重ねられ、必要に応じて接着剤がコーティングされている薄いシート材料であって、該シート材料とライナーと必要に応じてコーティングされた接着剤とで複合シート材料を構成している薄いシート材料を準備し、前記薄いシート材料と必要に応じてコーティングされた接着剤とに孔をあける方法が提供され、該方法は、（ａ）前記複合シート材料を該シート材料と接着剤の厚さと同じかそれよりも低い高さを有する突出したパターン領域を有するパターン付きアンビル上に載せ、（ｂ）該パターン付きアンビルが設置されている領域に少なくとも約１００００サイクル／秒の充分な量の音波振動を付与し、それによって、前記複合材料に約０．０５mm2 よりも大きい面積を有する孔をあけるステップで構成されている。
或る実施態様においては、薄いシート材料と接着剤との複合材の穿孔を、該複合材の所定の領域に限定して行うことが望ましい。このような結果は、薄いシートの一部のみに超音波振動を付与することで得られる。別のやり方として、このような結果は、パターン付きアンビルの一部のみに突出領域を設けることで得られる。
定義
ここで使われている「接着剤 (adhesive) 」とは、連続シート材料等の大きな表面領域に延展するのに適したすべての感圧性接着剤のことを指す。これらの接着剤の例としては、アクリレート、ポリアクリレート、ポリアルファオレフィン等のポリオレフィン、天然及びブチルゴム、ポリイソプレン、ポリウレタン、スチレン−オレフィン共重合体等のブロック共重合体、ポリエーテル、ポリエステル等であり、必要に応じて粘着性付与剤を含む場合と含まない場合とがあるが、これらに限定されるものではない。
ここで使われている「孔 (aperture) 」とは、ほぼ直線状の孔又は通路を指す。これらの孔は、薄膜等に見られる屈曲の多い経路又は通路を含まない。更に、この「孔」は約０．０５〜約７０mm2 の範囲の面積を有する孔のことを指す。この孔の面積は直線状の孔の最も広い箇所で測定したものである。
ここで使われている「ライナー (liner)」とは、薄いシート材料に接合するのに適したすべての材料を指す。このライナーは、通常、約２〜１０ミル（０．０５〜０．２５４mm）の範囲の厚さを有し、本発明の好適実施例の場合には、イリノイ州のDixon のDaubertから市販されているシリコーンでコーティングされた剥離紙で構成されている。
ここで使用されている「薄いシート材料 (thin sheet material)」とは、約８ミル（０．２mm）より大きい平均厚さを有するシート材料を指す。平均厚さは、所与のシート材料上に無作為に６ヵ所を選定し、各箇所で０．１ミル（０．００２mm）単位でシート材料の厚さを測定し、得られた６個のデータを平均して（６個のデータの合計を６で割って）求められる。この開示のために、一つ以上の前記シート材料が組合せられて薄いシート材料を構成している。
ここで使用されている「音波振動 (sonic vibration)」とは、少なくとも約１０，０００サイクル／秒の周波数を有する振動を指す。この「音波振動」には、約２０，０００〜約４００，０００サイクル／秒の範囲の周波数の、「超音波振動 (ultrasonic vibrations)」として周知の周波数を含んでいる。音波振動と超音波振動の両者とも本発明の方法に適しているので、「音波 (sonic)」と「超音波 (ultrasonic) 」とはここでは同義語として使用されている。
ここで使用されている「ポリマー (polymer)」又は「ポリマーの (polymeric)」とは、５個以上のモノマーと称する同一の結合単位によって形成される巨大分子を指す。
ここで使用されている「天然起源のポリマー材料 (naturally occuring polymeric material)」とは、天然に存在しているポリマー材料を指す。この言葉は、天然起源の材料例えばセルロースから再生された材料、例えばセロファン等も含むものとする。このような天然起源のポリマー材料の例としては、（１）澱粉、セルロース、ペクチン、海草ガム（寒天等）、植物ガム（アラビアガム等）等の多糖類、（２）ポリペプチド、（３）ゴムやガタパーチャ（ポリイソプレン）等の炭化水素、（４）セロファンやキトサン等の再生物質が挙げられが、これらに限定されるものではない。
ここで使用されている「弾性材料 (resilient material) 」又は「弾性被覆層 (resilient wrap) 」とは、曲げ、伸長、圧縮を受けた後に元の形状に実質的に復元するすべての材料を指す。この弾性材料には、シリコーン、ポリウレタン、ポリオレフィン、発泡テープ等が含まれるが、これらに限定されるものではない。
ここで使用されている「熱可塑性材料 (thermoplastic material) 」とは、熱に曝されると軟化し、室温まで冷却されると元の状態に戻る大きな分子量を有するポリマーを指している。こうした挙動を示す天然物質は、生ゴムや多くのワックス類である。熱可塑性材料のその他の例としては、ポリ塩化ビニール、ポリエステル、ナイロン、フルオロカーボン、線状低密度ポリエチレン等の線状ポリエチレン、ポリウレタン・プレポリマー、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリビニールアルコール、カプロラクタム、セルロース、アクリル樹脂、及びこれらの共重合体並びにブレンドが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
発明の詳細な説明
同じ符号が同じ構成部分に付されている前記図面を参照すると、特に図１には本発明の方法を実施することのできる装置が符号１０で示されている。穿孔される薄いシート材料１４の供給ロール１２が設けられている。前述したように、薄いシート材料と言う言葉は、約８ミル（０．２mm）以上の平均厚さを有するシート材料を指している。例えば、この薄いシート材料１４の平均厚さは、約５〜約２５０ミル（０．１３〜６．４mm）の範囲にある。更に詳しくは、この薄いシート材料１４の平均厚さは、約８〜約１２０ミル（０．０２〜３．０５mm）の範囲にある。もっと詳しくは、この薄いシート材料１４の平均厚さは、約１０〜約６０ミル（０．２５４〜１．５mm）の範囲にある。
この薄いシート材料１４は熱可塑性のフィルムで作られている。この熱可塑性フィルムは、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリエステル、Ａ−Ｂ−Ａ’ブロック共重合体の一つ以上を含む群から選ばれた材料で形成され、ここでＡとＡ’はそれぞれスチレン成分を含む熱可塑性ポリマーの端末ブロックであり、ＡはＡ’と同じ熱可塑性ポリマーの端末ブロック、Ｂは共役ディエンや低級アルケン又はエチレン・ビニールアセテート共重合体等の弾性ポリマーの中間ブロックである。このポリオレフィンは、線状低密度ポリエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレンの一つ以上を含む群から選ばれる。この熱可塑性フィルムは、澱粉、二酸化チタン、ワックス、炭素、炭酸カルシウム等の充填剤を含むポリエチレンフィルムを含む群から選ばれた充填剤入りフィルムであってもよい。
別の実施例においては、薄いシート材料は不織布又は発泡体である。不織布ウェブとは、ウォータージェットによって交絡されたスパンボンド繊維 (hydroentangled spun-bond fibers)又はステープル繊維とバインダー繊維を含むメルトブローン繊維(melt-blown fibers) によって形成されたウェブを指す。不織布ウェブは、空気積層法、カーディング法及びスパンボンドやメルトブロー等を含む直接積層法等の公知の従来技術によって作ることができる。このような方法と不織布ウェブの例が、米国特許3,121,021 及び3,575,782に記載されている。不織布の一例には、ミネソタ州、St. PaulのMinnesota Mining and Manufacturing Companyから入手可能な3M Brand Elastic Nonwoven Tape (9906T)が含まれるが、これに限定されるものではない。ポリ塩化ビニール、ポリエチレン、ポリウレタン等の発泡体が、本発明の薄いシート材料として使用されるのに適している。好適な発泡体の例としては、ミネソタ州、St. PaulのMinnesota Mining and Manufacturing Companyから入手可能な3M Brand Foam Tape (1773) が挙げられるが、これに限定されるものではない。
更に別の実施例においては、この薄いシート材料は天然起源のポリマー材料である。例えば、天然起源のポリマー材料は、セロファン、セルロースアセテート、コラーゲン、カラゲーンを含む群から選ばれる。
他の薄いシート材料は、この説明を読んだ後は当業者にとって明らかとなろう。
一つの好適実施例においては、図２に示すように、薄いシート材料１４はその一方の面を接着剤１１６で実質的にコーティングされている。この薄いシート材料１４の接着剤コーティング面は接着剤を超音波ホーン５０に向けて、超音波ホーン５０とパターン付きアンビル３２との間に形成された把持部１８を通って供給されることがが望ましい。接着剤１１６は剥離用ライナー３０に積層されて、薄いシート材料１４が把持部１８を通って供給される際に接着剤１１６と把持部１８の間の摩擦を少なくすることが望ましい。
本発明のシート材料上にコーティングするのに使用可能な好適な感圧性接着剤は、米国再発行特許24,906 (Ulrich) に記載されたアクリレート共重合体、特に９６：４のイソオクチルアクリレート：アクリル酸共重合体である。米国特許4,737,410 に記載されたイソオクチルアクリレート: エチレンオクチルアクリレート: アクリル酸の三共重合体も有用である。その他の有用な接着剤は、米国特許3,389,827 、4,112,213 、4,310,509 及び4,323,557 に記載されている。米国特許4,737,410 等に記載されているような粘着性付与剤を含有した接着剤も有用である。
前述したように、好適実施例の一つにおいては、ライナー３０が薄いシート材料１４の接着剤コーティング１１６に接着されている。これらの薄いシート材料１４と接着剤１１６とライナーは合体して、複合シート３６と称される。ライナー３０は、クラフト紙又はシリコーンでコーティングされた剥離紙又は複合シート３６の接着剤１１６を保護するその他の材料で構成されていることが好ましい。ライナー３０は複合シート３６の伸長を限定する作用も果たしている。本発明は、薄いシート材料１４が伸長されずに把持部１８を通って供給される場合に、最も良好な結果をもたらす。ライナーを使用せずに薄いシート材料１４／接着剤１１６を把持部を通って供給する場合には、薄いシート材料１４が把持部１８に強制的に供給されて音波振動がその表面に衝突する際に、薄いシート材料１４が実質的に伸長されないよう、もっと精巧な搬送システムを使用する必要がある。穿孔の際に材料が伸長されると孔のサイズの制御が困難になることは、当業者であれば認めるところであろう。その上、たまたま所望の孔のサイズが得られたとしても、シートが伸長されていれば孔のサイズが変動するので、常に一定の孔サイズを得ることは難しい。
ライナー３０は薄いシート材料の伸長を少なくすることの他に、ホーン５０とアンビル３２の磨耗を減少させる利点ももたらす。パターン付きアンビル３２の突出領域３４又はピンは、該突出領域がライナー３０に孔をあけないような高さに設定されているので、ライナー３０は常にパターン付きアンビル３２と超音波ホーン５０との間のクッションとして作用し、アンビルとホーンの磨耗を防止する。更に、ライナー３０は断熱材として機能し、又、ホーン５０と複合シート材料３６との間の摩擦を減少させる。
別の実施例においては、薄いシート材料１４は、ライナー３０に直接積層されて本発明に使用される。
好適実施例によれば、複合シート材料３６は、音波振動を受ける領域３８（図１に点線で囲まれている）に供給される。この複合シート材料３６は、供給ロール１２から、直接、音波ホーン５０とパターン付きアンビル３２とで形成された把持部１８に供給される。この実施例では、パターン付きアンビル３２は、図示しない従来型の動力源によって駆動されるローラの形をしている。パターン付きアンビル３２がローラ形状をしている場合、複合シート材料３６の把持部１８への供給がやり易くなる。薄いシート材料にライナーが組み合わされて使用されない場合、この運動によって薄いシート材料の伸長を少なくすることができる。
薄いシート材料１４を音波振動で処理するためのアセンブリが図４に示され、符号４０が付されている。このアセンブリ４０は、動力制御部４４を経て圧電変換器４６に動力を供給する動力供給源４２を具えている。当該技術において周知のように、圧電変換器４６は、入力された電気エネルギに応じて変換器が振動して、電気エネルギを機械的運動に変換する。圧電変換器４６によって作られた振動は、通常のやり方で機械的運動ブースタ又は増幅器４８に伝達される。当該技術において周知のように、この機械的運動ブースタ４８は、該ブースタ４８の形状に応じた公知の因子によって振動（機械的運動）の振幅を増大させるように構成されている。更に、公知のやり方で、機械的運動（振動エネルギ）はブースタ４８から従来型のバーエッジ型超音波ホーン５０に伝達される。他のタイプの超音波ホーン５０も利用できることを理解すべきである。例えば、回転式超音波ホーンも使用できる。超音波ホーン５０によって、更に別のブースタを作動させたり、機械的運動（振動）の増幅度を増大させて薄いシート材料１４に適用するように構成することも可能である。
超音波振動を受ける前に超音波ホーンとパターン付きアンビルによって薄いシート材料に加えられる力を、「印加力 (applied force)」と称する。印加力は前述の超音波装置によって薄いシート材料に加えられる圧力に比例している。本発明の目的を達成するために、複合シート材料に加えられるこの「印加力」は、広い範囲にわたって変化する。約２５ｐｓｉ〜約６０ｐｓｉ（17,500〜42,000 kg/m2) の範囲の圧力が所与のエアシリンダ即ちアクチュエータ５２に使用され、薄いシート材料に受け入れ可能な孔を形成する。「受け入れ可能な孔」とは、その孔が実質的に均一な外観を有し、所望のサイズを有することを意味する。
図３は、音波振動が複合シート材料３６（図１に示された）に適用される図１に示す領域３８の模式図である。好適実施例の一つにおいては、超音波ホーン５０の先端５４（図示しない）はパターン付きアンビルにほぼ接線方向に位置している。超音波振動がシート材料に殆ど垂直に衝突すると、最も均一な孔が得られる。更に、この構成によれば、受け入れ可能な孔の形成を可能にしつつ、複合シート材料３６の最高の直線速度を得ることができる。
作動のメカニズムは完全には判っておらず、又、本出願は特定の作動理論やメカニズムに限定されるべきではないが、本発明は以下のメカニズムによって作動しているものと信じられている。孔は、パターン付きアンビル３２の突出領域又はピン３４のパターンに従って薄いシート材料１４／接着剤１１６複合材を貫通する局部的溶融によって形成される。薄いシート材料はこの工程によって破壊されず、その一体性は維持されている。一般に、形成される孔の数はパターン付きアンビルの上面の突出領域３４の数に等しい。
薄いシート材料１４と接着剤１１６（接着剤が付加されている場合）に形成される孔のサイズは、多くの変動するパラメータによって決まる。次のパラメータのいずれか一つを変えると、薄いシート材料１４に形成される孔のサイズは変化する。これらのパラメータには、（１）薄いシート材料１４の構造、（２）ピン３４の表面積、（３）超音波又は音波振動の振幅、（４）超音波又は音波振動の周波数、（５）ホーン５０とパターン付きアンビル３２と薄いシート材料１４の熱伝導性、（６）直線速度が含まれている。ピンのサイズ、振動の周波数、振動の振幅、薄いシート材料の熱伝導性は、すべて孔のサイズに直接関係している。即ち、これらのパラメータのいずれかが増加すると、得られる孔のサイズも大きくなる。一方、直線速度が増加すると、シート材料１４に形成される孔のサイズは小さくなる。
驚くべきことに、パターン付きアンビル３２のピン３４の高さは、被穿孔材料の厚さに等しいか又はそれよりも小さい。即ち、ピンの高さは、薄いシート材料１４の厚さに等しいか又はそれよりも小さい。薄いシート材料が接着剤でコーティングされている場合、ピン３４の高さは、薄いシート材料１４と接着剤１１６を組み合わせた高さに等しいか又はそれよりも小さい。突出領域３４の高さと薄いシート材料１４の高さ、又は薄いシート材料１４／接着剤１１６の複合材の高さとの差は、穿孔される薄いシート材料１４のタイプに応じて変化する。高さの低いピン３４は、順応性の低い薄いシート材料１４よりも順応性の高い薄いシート材料１４に対して使用される。
好適実施例においては、パターン付きアンビル３２の突出領域３４はほぼ円錐形状をなし、従って薄いシート材料１４に得られる孔は円錐台形状のものとなる。別の例では、突出領域３４は長方形状又は角錐状をなしている。この場合には、孔の形状はほぼパターン付きアンビルの突出領域３４の長方形状又は角錐状に順応したものとなり、孔はほぼ長方形状又は角錐台形状のものとなる。
本発明のその他の特色は、孔を薄いシート材料１４の所定の領域に形成できることである。これは種々のやり方で行うことができる。例えば、薄いシート材料１４の特定の領域だけを超音波振動に曝し、該領域でのみ孔が形成されるようにしてもよい。又は、薄いシート材料の全体を、特定の領域のみに突出領域を有し、他は平坦なパターン付きアンビルを用いて音波振動に曝してもよい。これによって、薄いシート材料１４は、突出領域を有するパターン付きアンビルの領域に対応したこれらの領域だけに孔をあけられる。
一般的に云って、それぞれの孔の面積は、通常、約０．０５mm2 より大きい。即ち、各孔の面積は、少なくとも約０．０５mm2 から約７０mm2 までの範囲にある。例えば、形成された各孔の面積は、少なくとも０．０５mm2 から約３０mm2 までの範囲にある。好ましくは、形成された各孔の面積は、少なくとも０．０５mm2 から約０．５mm2 までの範囲にある。更に好ましくは、形成された各孔の面積は、少なくとも０．０５mm2 から約０．３mm2 までの範囲にある。
この工程についての多くの重要な観察がなされている。例えば、本発明の工程では、薄いシート材料に孔をあけるために流体を使用しなくてもよい。更に、薄いシート材料１４に孔を形成するために、薄いシート材料１４に張力を付与しなくてもよい。本発明の方法においては、薄いシート材料１４への張力を付与は、この薄いシート材料１４の良好な走行と取り扱いのためにのみ必要である。超音波ホーン５０とパターン付きアンビル３２との間の圧力は、前記印加力と超音波振動との組合せによって供給される。更に一つの本発明の特色は、本発明の方法が接着剤でコーティングされた薄いシート材料に孔を形成することである。孔は薄いシート材料と接着剤が溶融して形成されるものと信じられているので、接着剤等の粘着性のある材料が孔の中に流れ込んで、孔を塞いでしまうものと予想されるであろう。しかし、こうしたことは起こらず、本発明は接着剤でコーティングされた薄いシート材料の穿孔に適している。
異なる構成のパターン付きアンビル３２を本発明に使用することも考えられる。例えば、パターン付きアンビル３２を、音波ホーン５０の穿孔力を受ける突出部分を具えた平坦なプレートにしてもよい。このパターン付きアンビル３２は、突出領域３２を有する円筒形ローラであることが望ましい。パターン付きアンビルが突出領域を具えた円筒形ローラである場合、パターン付きアンビル３２を弾性材料で被覆即ちコーティングすることが望ましい。好適な弾性材料の例としては、シリコーン、ポリウレタン、ポリオレフィン、発泡テープ等が挙げられる。この弾性材料の付加は、受け入れ可能な孔のサイズと深さを得るためのピン３４の高さを種々に変えることを可能にするものと思われる。更に、本発明の方法でライナー３０を使用し、弾性材料をパターン付きアンビル３２に付加すると、ピン３４の高さを大幅に変化させても穿孔された薄いシート材料１４と穿孔されないライナー３０を得ることができる。
当業者に本発明を充分に理解してもらえるように、特別の実施例に基づいて本発明を説明する。次に示す例は、本発明に適した種々の工程条件と材料を示している。これらは単に例示として挙げたものであって、本発明を限定する意図はない。
実施例
図４に模式的に示されている、２対１ブースタ付きの１．２７cm×１５．２４cmのチタン製ホーンを具えた６．３５cmのエアシリンダを用いた４００シリーズのBranson 超音波溶接装置（コネチカット州Danbury のBranson Ultrasonics Corp. から市販されている）を使用して、以下に述べる各実施例に音波振動を供給した。この超音波ホーンは、各実施例において、約２０，０００サイクル／秒の振動を供給するように作動した。
実施例１
この実施例は、本発明のポリウレタン不織布ウェブに孔をあけるのに適した種々の直線速度と印加力を示している。
０．５０８mm×０．５０８mmの正方形断面と１．４mmの高さを有し、１．２７mmの中心間ピッチで配置されたピンを具えた、約７．６２cmの直径を有する２．５４cm巾の回転アンビルを、上に述べた超音波溶接装置と共に使用して、供給ロールから供給された薄いシート材料に系統的なパターンに従って孔を形成した。このパターンは、薄いシート材料に機械進行方向に１．２７mm（中心間距離）ずつ離れた列と、機械横断方向に１．２７mmずつ離れた列とに沿って、孔を提供する。これらの孔はジグザク状に設けられている。
被穿孔複合シート材料は、シリコーンでコーティングされた０．０７６２mmの剥離クラフト紙1-80BKG-157 and PE (イリノイ州Dixon のDaubert Chemical Co.から入手可能) を、アクリレート接着剤（６０％の９４：６のイソオクチルアクリレート：アクリル酸と４０％のForal 85粘着性付与剤 (デラウエア州WilmingtonのHercules Corp.から入手可能))の６グレーン（２５ｇ／ｍ2 ）の被覆層の上に重ね、それを１４３．５ｇ／ｍ2 の目付を有する市販のポリウレタン(Morthane PS440-200, Morton International, Inc.)で作られたメルトブローン不織布ウェブの層に重ねて構成された。
この複合シート材料を、超音波溶接装置とパターン付きアンビルとの間に形成される把持部を種々の速度で通過させ、薄いシート材料に孔をあけた。超音波溶接装置は、約３ミル（０．０７６２cm）の振幅を有する音波を発し、表１に示すような種々の印加力を複合シート材料に付与した。その結果は表１に示されている。
Figure 2007062010
実施例２
この実施例は、パターン付きアンビル上に弾性材料がある場合と無い場合に、本発明がどのように作動するかを示している。
被穿孔複合シート材料は、シリコーンでコーティングされた０．０７６２mmの剥離クラフト紙1-80BKG-157 and PE (イリノイ州Dixon のDaubert Chemical Co.から入手可能) を、アクリレート接着剤（６０％の９４：６のイソオクチルアクリレート：アクリル酸と４０％のForal 85粘着性付与剤) の６グレーン（２５ｇ／ｍ2 ）の被覆層の上に重ね、それを１４３．５ｇ／ｍ2 の目付を有する市販のポリウレタン(Morthane PS440-200, Morton International, Inc.)で作られたメルトブローン不織布ウェブの層に重ねて構成された。このメルトブローンウェブと接着剤との厚さは、０．３４３mmであった。
１．０１６mmの直径と０．３８１mmの高さを有し、４．６１mmの中心間ピッチで配置された円筒形のピンを具えた、約７．６２cmの直径を有する９．５２cm巾の回転アンビルが準備された。第１テストのために、接着剤付きのメルトブローンタイプの０．３７３mmの厚さのポリウレタンウェブが、そのライナーを剥がされて、アンビルに接着剤で接着されて被覆された。これが、アンビルの弾性被覆層として機能した。このパターン付きアンビルが、供給ロールから供給される薄いシート材料／接着剤の複合体に系統的な孔を形成するのに使用された。
この複合シート材料は、３０．５ｍ／分の速度で、超音波溶接装置とパターン付きアンビルとで形成する把持部を通って供給された。超音波溶接装置は約０．０７６２mmの振幅の音波を発し、表２に示すように種々の大きさの印加力をこの複合シート材料に付与した。得られた孔は表２に記載されている。
Figure 2007062010
テスト条件４の実施例２の薄いシート材料が良好な結果を示している。
実施例３
この実施例は、種々の構成の薄いシート材料が本発明によって穿孔されることを示している。更に、この実施例は、パターン付きアンビルの弾性被覆層として、種々の材料が使用されることを示している。
テスト１〜５及び８の複合シート材料は、シリコーンでコーティングされた０．０７６２mmの剥離クラフト紙1-80BKG-157 and PE (イリノイ州Dixon のDaubert Chemical Co.から入手可能) を、アクリレート接着剤（６０％の９４：６のイソオクチルアクリレート：アクリル酸と４０％の Foral 85 粘着性付与剤) の６グレーン（２５ｇ／ｍ2 ）の被覆層の上に重ね、それを１４３．５ｇ／ｍ2 の目付を有する市販のポリウレタン(Morthane PS440-200, Morton International, Inc.)で作られたメルトブローン不織布ウェブの層に重ねて構成された。このメルトブローンウェブと接着剤との厚さは、０．３４３mmであった。
テスト７の複合シート材料は、医療用テープ 9997Lとして入手可能なミネソタ州 St. Paul の3M Companyから入手可能なライナー付きの Macrofoam O Tape で構成された。テスト７の複合シート材料は、ミネソタ州 St. Paul の3M Companyから入手可能なライナー付きの VolaraO Foam tapeで構成された。Volara Foam の裏打ち材は、０．８９mmの厚さを有し、ライナーは０．１７８mmの厚さを有していた。１．０１６mmの直径と０．３８１mmの高さを有する円筒形のピンが中心距離４．６１mmのピッチで配置された約７．６２cmの直径の９．５２cm巾の回転アンビルが、表３に記載された種々の弾性被覆層で被覆された。ピンの実効高さは、弾性被覆層の厚さを引いた回転アンビル上のピンの高さで規定され、各弾性被覆層について表３に記載されている。
この複合シートは、３０．５ｍ／分の直線速度で超音波溶接装置とパターン付きアンビルとによって形成された把持部を通って供給された。超音波溶接装置は約０．０７６２mmの振幅の音波を発し、表３に示すような種々の大きさの印加力を複合シート材料に付与し、薄いシート材料に孔を形成した。この印加力は超音波溶接装置上のゲージ調節器によって調節された。
Figure 2007062010
Figure 2007062010
現在のところ好ましいこれらの本発明の実施例の詳細な説明は単なる例示として挙げたものであり、当業者であれば、この詳細な説明を参照して本発明の要旨と範囲内にある種々の変更や改変を行い得ることは明らかであろう。
図１は、音波振動を付与して薄いシート材料に孔をあけるのに使用される装置の模式図である。 図２は、シート材料が音波振動を受ける領域の詳細図である。図２は図１の円で囲まれた領域の部分図である。 図３は、パターン付きアンビルと超音波ホーンとの間の薄いシート材料の斜視図である。 図４は、超音波ホーンの詳細を示す図１の装置の模式図である。

Claims (10)

  1. 第１面と第２面とを有し、少なくとも一方の面にはライナーが平面的に積層され、必要に応じて接着剤がコーティングされた薄いシート材料であって、該シート材料と必要に応じて設けられた接着剤とライナーとで複合シート材料が構成されている前記シート材料に、約０．０５mm2 より大きい面積の孔をあける方法であって、
    （ａ）薄いシート材料と必要に応じて設けられた接着剤との厚さに等しいかそれよりも低い高さの突出領域のパターンを有するパターン付きアンビルの上に前記複合シート材料を載せ、
    （ｂ）薄いシート材料と必要に応じて設けられた接着剤とに孔をあけるのに充分な量の音波振動を該複合シート材料付与し、
    これによって、パターン付きアンビルの突出領域のパターンとほぼ同じパターンで薄いシート材料と必要に応じて設けられた接着剤とが穿孔されるが、ライナーは穿孔されない方法。
  2. 前記ライナーがシリコーンでコーティングされた剥離紙で構成されている請求項１に記載の方法。
  3. 前記薄いシート材料が不織布ウェブで構成されている請求項１に記載の方法。
  4. 前記薄いシート材料がフィルムで構成されている請求項１に記載の方法。
  5. 前記接着剤が基本的にアクリル接着剤からなる群から選ばれている請求項１に記載の方法。
  6. 前記パターン付きアンビルが、突出領域を有する円筒形のローラである請求項１に記載の方法。
  7. 前記薄いシート材料が、少なくとも８ミル（０．２mm）の厚さを有する請求項１に記載の方法。
  8. 前記音波振動が、約１５，０００〜約４０，０００サイクル／秒の範囲にある請求項１に記載の方法。
  9. 第１面と第２面とを有し、少なくとも一方の面にはライナーが平面的に積層され、必接着剤が薄いシート材料の少なくとも一方の面にコーティングされた薄いシート材料であって、該シート材料と接着剤とライナーとで複合シート材料が構成されている前記シート材料に、約０．０５mm2 より大きい面積の孔をあける方法であって、
    （ａ）薄いシート材料と接着剤との厚さに等しいかそれよりも低い高さの突出領域のパターンを有するパターン付きアンビルの上に前記複合シート材料を載せ、
    （ｂ）複合シート材料と接着剤とに孔をあけるのに充分な量の音波振動を前記複合シート材料に付与し、
    これによって、パターン付きアンビルの突出領域のパターンとほぼ同じパターンで薄いシート材料と接着剤とが液体を使用せずに穿孔されるが、ライナーは穿孔されない方法。
  10. 第１面と第２面とを有し、少なくとも一方の面が接着剤で実質的にコーティングされると共に、約０．０５mm2 より大きい面積を有する複数の孔を有する薄いシート材料であって、該孔は、
    （ａ）接着剤でコーティングされた薄いシート材料を、該シート材料と接着剤の厚さよりも低い高さを有する突出領域のパターンを有するパターン付きアンビルの上に載せ、
    （ｂ）前記薄いシート材料と接着剤とに孔をあけるのに充分な量の音波振動を付与し、
    これによって、パターン付きアンビルの突出領域のパターンとほぼ同じパターンで薄いシート材料と接着剤とに孔をあける方法によって穿孔されている薄いシート材料。
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