JP2015519227A - ウェブを開口及び伸張させるための装置及びプロセス - Google Patents

ウェブを開口及び伸張させるための装置及びプロセス Download PDF

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Abstract

ウェブを開口及び伸張させるための装置及びプロセスを開示する。一実施形態では、方法は、少なくとも一対の係合ロール間に形成されるニップにウェブを供給する工程を含む。第1ロールは凸状隆起回転刃開口ロールであり、第2ロールはリングロールであり、両ロールは隆起部及び溝を含む。第1ロールは隆起部の上面から外側に延びる複数の離間した歯を含み、該歯は先端部を有し、該隆起部の上面は該歯の先端部と該溝の下面との間に配置される。これらの装置及びプロセスは、従来のプロセス及び装置でこれまでに実現可能な開口面積より大きな開口面積を有する開口部を含むウェブを形成することができる。

Description

本発明は、開口ウェブ材料と、ウェブを開口及び伸張させてこのような材料を作製するための装置及び方法と、を目的とする。
ウェブを開口、変形、及び/又は伸張させるための種々の方法及び装置を特許文献で開示する。回転刃開口等の開口方法では、機械横方向(「CD」)で望ましい幅を有する密集した開口部を有するウェブを作製することは困難である。開口部の列を密集して配置するために、非常に小さな夾角を有する起動歯を提供してもよい。しかしながら、この方法は、係合深さ(起動歯ロールと相手リングロールとの干渉)が大きくても、CDで十分な開口部幅を有していない開口部が作製されるため、問題がある。得られる開口部は、多くの場合に機械方向で長くなり、スリット状の外観、小さな開口面積、及び使用時に引裂きの原因となる潜在的応力の集中をもたらす。スリット状の、開口面積が小さい、開口部の作製は、より強靭かつより耐引裂き性のウェブを使用する場合に特に問題がある。丸形又は先細の熱ピン開口は、一般的であるが、相手ロールに対してより高い重ね合わせ精度を要するという欠点を有し、典型的により大きな開口間隔をもたらす。丸形又は先細の熱ピン開口は、典型的により遅い線速度で作動される。
リングロール加工後に開口ウェブを伸張させることは可能であるが、次のリングロール伸張プロセスで開口部を整列させることはできないため、交互の開口部寸法の列が生じることがある。後のプロセスを使用して横断方向で機構を整列させることは、基材の拡散が変わり得るため、困難である。また、リングロール加工後は、ウェブが著しく脆弱化し、より引裂けやすくなることがある。
これまでに可能なものより大きなCD幅を有する別個の密集した開口部を有するウェブを作製することが望ましい。機械横方向でより強く、したがって機械横方向で容易に引裂けない、開口ウェブの必要性がある。より大きく、より幅広く、より大きな開口部を有する開口ウェブを作製する方法の必要性がある。また、開口部が機械横方向で所望のより大きな幅を有するようにウェブを開口させ得る装置の必要性がある。
隆起部及び溝を有するウェブを作製するための多くの既知のプロセスが存在する(例えば、リングロール加工)。また、開口部を有するウェブを作製するための多くの既知のプロセスも存在する(例えば、熱ピン開口)。しかしながら、特定の開口部パターンに位置合わせされた交互の隆起部及び溝を有する波形ウェブを作製することは困難である。ミクロ開口部の形成後にリングロール加工を行うためのプロセスは存在するが、これは波形のない平坦なウェブを生じる。隆起部及び溝(平坦なストリップ)を有するウェブは、パターン化ベルト上での空気噴射又は水噴射により形成され得る。しかしながら、空気噴射又は水噴射は、本明細書に記載の本発明よりかなり遅いプロセスであり、より多くのエネルギーを要する。更に、隆起部は中空でなく、より多くの流体を保持し得る。
開口部がウェブ内の特定位置(例えば、溝又は隆起部)に配置された、交互の隆起部及び溝を有するウェブを作製することが望ましい。位置合わせされた波形パターンを有する開口ウェブの必要性がある。
これらが本発明のすべての目的であり、本明細書に記載の実施形態は、これらの目的の種々の組み合わせを実現し得る。特定の実施形態は、すべての目的を具現する必要はないが、すべての目的を具現し得る。
本発明は、開口(及び多くの場合に波形)ウェブ材料と、このような材料を作製するためにウェブを開口させる装置及び方法と、を目的とする。このような材料は、吸収性物品等の製品の部材(例えば、トップシート、バックシート、獲得層、液体処理層、及び吸収性コア等)、包装(例えば、フローラップ、収縮包装のフィルム、及びポリ袋等)、拭き取り用品、顔用ティッシュ、トイレットペーパー、ペーパータオル等として提供され得る。本発明の多数の非限定的な実施形態が存在する。
本発明は、間にニップを形成する2つの係合する形成構造を含む装置に関し、該装置は、第1形成構造であって、形成構造の表面上に複数の第1隆起部及び第1溝を含み、該第1隆起部は上面を有し、該第1溝は下面を有し、複数の離間した歯が該第1隆起部の上面から外側に延びており、それぞれの歯は開口部を形成でき、該第1隆起部の上面は該歯の先端部と該第1溝の下面との間に位置する、第1形成構造と、複数の連続的な第2隆起部及び第2溝を含む第2形成構造と、を含む。
本発明は、間にニップを形成する2つの係合する逆回転ロールを含む装置に更に関し、該装置は、ほぼ円筒形の第1ロールであって、該第1ロールは表面、円周部、及び軸を有し、該第1ロールはロールの表面上に複数の円周方向の第1隆起部及び円周方向の第1溝を含み、該第1隆起部は上面を有し、該第1溝は下面を有し、複数の離間した歯が該第1隆起部の上面から外側に延びており、それぞれの歯は上面から先端部にかけて先細になり、該第1隆起部の上面は該歯の先端部と該第1溝の下面との間に位置する、第1ロールと、ほぼ円筒形の第2ロールであって、該第2ロールは複数の連続的な円周方向の第2隆起部及び第2溝を含む、第2ロールと、を含む。
本発明は、装置を使用してウェブを変形するためのプロセスに更に関し、プロセスは、2つの係合ロールの間に形成されるニップに前駆体ウェブを供給する工程を含み、2つの係合ロールは、a)ほぼ円筒形の第1ロールであって、該第1ロールは表面、円周部、及び軸を有し、該第1ロールはロールの表面上でロールの円周部周囲に延在する複数の第1隆起部及び第1溝を含み、該第1隆起部は上面を有し、該第1溝は下面を有し、複数の離間した歯が該第1隆起部の上面から外側に延びており、該歯は先端部を有し、該第1隆起部の上面は該歯の先端部と該第1溝の下面との間に配置される、第1ロールと、b)ほぼ円筒形の第2ロールであって、該第2ロールは複数の連続的な円周方向の隆起部及び溝を含み、該第2隆起部は上面を有し、該第2溝は下面を有する、第2ロールと、を含み、該ウェブが該ニップに供給されるとき、第1ロール上の隆起部の少なくともいくつかの頂部は、該第2ロール上の第2隆起部の少なくともいくつかの頂部を越えた深さまで該第2ロールの軸に向かって内側に延び、該ウェブは、(i)複数の離間した第1位置で該歯により開口され、複数の離間した開口部を形成し、(ii)該係合ロールにより機械横方向で伸張される。
添付図面は、本発明の更なる理解をもたらすために含まれる。図面は、本明細書に記載の本発明を図示し、説明と共に請求対象を明確にするのに役立つ。
ウェブを変形させるための従来技術の対のリングロールの斜視図である。 ウェブを開口させるための従来技術の対のロール(回転刃開口(又は「RKA」)ロール及びリングロール)の斜視図である。 図2Aに示される従来技術の対のロールの側面図である。 図2Aに示されるロール間のニップの拡大側面図である。 図2Aに示されるロールの使用により形成され得る代表的な従来技術のウェブの平面図である。 本明細書に記載の装置及びプロセスに使用するための対のロールの斜視図であり、一方のロールは千鳥状の「凸状隆起」RKAロールであり、他方のロールはリングロールである。 図3Aに示されるロール間のニップの拡大側面図である。 代表的な凸状隆起RKAロールの表面の一部の斜視図である。 代表的なリングロールの表面の一部の斜視図である。 代表的な凸状隆起SELFロールの表面の一部の斜視図である。 別の代表的な凸状隆起RKAロールの表面の一部の斜視図である。 図5Aに示される歯の配列の側面図である。 図5Aに示される歯の配列の端面図である。 図5Aに示される歯の配列の平面図である。 図5Bに示される歯の配列の線D−Dに沿った断面図である。 図5Bに示される歯の配列の線E−Eに沿った断面図である。 第1の代表的な歯群の正面図であり、歯は先細及び切頭にされている。 第2の代表的な歯群の正面図であり、歯は先細及び半切頭にされている。 第2の代表的な歯群の正面図であり、歯は先細及び非切頭にされている。 端面角γ及び隆起部仕上げを単一のヘリカル加工工程で達成できる、歯のパターンの概略図である。 代替の凸状隆起RKAロールの表面の一部の拡大側面図である。 図3Aのロールの変化形を使用することによって形成され得る、ウェブの一実施例の平面図である。 図9Aに示される開口部の1つの拡大図である。 3つのロールが遊星配列にある、ウェブを開口させるための装置の別の実施形態の側面図である。 25gsmのPEフィルムウェブの平面図である(フィルムは、高及び低坪量領域を示すために伸張/平坦化されている)。 60gsmのPP不織布ウェブの平面図である(不織布は、高及び低坪量領域を示すために伸張/平坦化されている)。 図12に示されるウェブの断面図である。 別の不織布ウェブの側面斜視図である。 不織布ウェブの上面斜視図である。 フィルムウェブの断面図である。 実施例1に記載される開口フィルムウェブの平面図である。 実施例1に記載される開口フィルムウェブの平面図である。 実施例1に記載される開口フィルムウェブの平面図である。 実施例2に記載されるような開口不織布ウェブの上面斜視図である。 図19Aのウェブの底面斜視図である。
以下の本文は、本発明の多数の異なる実施形態の大まかな説明を記載している。この説明は、単に例示的なものとして解釈されるものであり、また、考えられるすべての実施形態を説明することは不可能でないとしても非実用的であるので、考えられるすべての実施形態を説明するものではない。本明細書に記載されるいずれかの特徴、特性、構成要素、組成物、成分、製品、工程、若しくは方法論は、削除することができ、本明細書に記載される他のいずれかの特徴、特性、構成要素、組成物、成分、製品、工程、若しくは方法論と組み合わせることができ、又は全体的若しくは部分的に置き換えることができることが理解されるであろう。最新の技術、又は本特許の出願日以降に開発された技術のいずれかを使用して、非常に多くの代替実施形態を実施することができるが、このような実施形態はやはり、本請求項の範囲内に含まれることになる。本明細書において引用する刊行物及び特許はすべて、本明細書に援用するものである。
また、「本明細書で使用するとき、用語『_』は...を意味するようにここで定義される」という文又は同様な文を使用して本明細書において用語が明示的に定義されない限り、その平易又は通常の意味を超えて、明示的又は暗示的いずれかで、その用語の意味を制限する意図は全くないことを理解されたく、更に、当該用語は、(請求項の言語を除き)本特許のいずれの項においても記載のいずれの文に基づいて範囲を制限されると解釈されるべきではない。いずれの用語も、本発明に不可欠なものとして記載されていない限りは、本発明に不可欠なものではないことが意図される。本特許の最後にある請求項に記載されているいずれかの用語が、ある単一の意味と一致した形で本特許内で言及されている限りにおいては、読み手を混乱させないように、単に分かりやすくする目的だけのためにそうしているのであって、暗示又はその他の方法によって、請求項の当前記用語をその1つの意味に限定することは意図していない。最後に、請求項の要素が、いかなる構造の詳述も伴わずに、その語の「意味」及び機能を詳述することによって定義されるものでない限り、請求項の要素の範囲が、米国特許法第112条第6段落の適用に基づいて解釈されることは意図しない。
本発明は、機械横方向でより強く、したがって機械横方向で容易に引裂けない、開口ウェブを可能にする。機械横方向で所望のより大きな幅を有する別個の密集した開口部を有する開口ウェブを作製するためのプロセスについて記載する。プロセスは、開口部が溝に含まれる、交互の隆起部及び溝を有する構造も作成することができる。機械横方向で所望の、別個の、密集した、より大きな幅の開口部を有するウェブを開口させ得る装置についても記載する。
本明細書で使用するとき、用語「吸収性物品」は、生理用ナプキン、パンティライナー、タンポン、陰唇間装置、創傷包帯、おむつ、成人失禁用物品、拭き取り用品等の使い捨て物品を含む。更にまた、本明細書で開示されるプロセス及び装置によって製造される吸収性部材は、研磨パッド、ドライモップパッド(例えば、SWIFFER(登録商標)パッド)等の、他のウェブでの有用性を見出すことができる。かかる吸収性物品の少なくともいくつかは、月経又は血液、膣分泌物、尿、及び便等の体液の吸収を目的とする。拭き取り用品は、体液を吸収するために使用されてもよく、又は表面を洗浄する等、他の目的で使用されてもよい。上記の種々の吸収性物品は、典型的には、液体透過性トップシート、トップシートに接合される液体不透過性バックシート、及びトップシートとバックシートとの間の吸収性コアを含む。
本明細書で使用するとき、用語「吸収性部材」は、典型的に液体処理機能、例えば、液体獲得、液体分配、液体輸送、液体保存等の1つ以上を提供する、吸収性物品の構成要素を指す。吸収性部材が吸収性コアの構成要素からなる場合、吸収性部材は吸収性コア全体又は吸収性コアの一部のみからなることができる。
本明細書で使用するとき、用語「開口部」は、穴を指す。開口部の周囲の材料が、開口部の形成前にウェブと同一平面上にあるように、開口部がウェブを完全に突き抜けてもよく(「二次元」開口部)、あるいは、開口部の周囲の材料の少なくとも一部がウェブの平面から押し出される穴が形成されてもよい。後者の場合、開口部は「三次元」開口部に似ていることがある。三次元開口部は、一般に負荷をかけられてより大きな開口面積を保持する。本明細書で使用するとき、用語「開口された」は、複数の開口部を含むウェブを指す。
本明細書で使用するとき、吸収性物品の用語「構成要素」は、トップシート、獲得層、液体処理層、吸収性コアの吸収性コア又は層、バックシート、並びにバリア層及びバリアカフ等のバリア等の、吸収性物品の個別の構成要素を指す。
本明細書で使用するとき、用語「波形化」又は「波形」は、複数の概ね平行な交互の隆起部及び溝を含む三次元ウェブトポグラフィーを意味し、隆起部及び溝は(ウェブの断面を通って水平に引かれる)軸Xの周りで波形になる。隆起部及び溝は、軸の両側で同様に波形になってもよく、又は偏っていてもよい。
本明細書で使用するとき、用語「機械横方向」、「横断方向」、又は「CD」は、ウェブの平面内で機械方向に垂直な経路を意味する。
本明細書で使用するとき、用語「変形可能な材料」は、適用される応力又はひずみに反応してその形状又は密度を変更することができる材料である。
本明細書で使用するとき、用語「係合深さ」(「DOE」)は、2つのロール間の係合の度合を意味する。第1ロール上の歯又は隆起部の最外先端部から第2ロール上の歯又は隆起部の最外先端部までの距離が測定される。用語「係合」又は「相互係合」は、本明細書で使用するとき、一方のロール上の歯/隆起部が他方のロールの表面に向かって延び、歯/隆起部の少なくともいくつかが他方のロールの表面上の歯/隆起部の先端部を通って描かれる仮想平面の間及び下に延びる部分を有するときの構成を指す。
本明細書で使用するとき、用語「別個の」は、独立であるか又は接続されていないことを意味する。用語「別個の」が凸状隆起ロール上の歯に対して使用されるとき、歯の遠位端(又は半径方向最外部)が、すべての方向(機械及び機械横方向を含む)において独立であるか又は接続されていないことを意味する(しかしながら、歯の基部は、例えばロールの同じ表面内に形成されていることがある)。例えば、リングロール上の隆起部は、別個であるとは見なされない。
本明細書で使用するとき、用語「使い捨て」は、洗濯される、ないしは別の方法で吸収性物品又は製品として復元若しくは再利用されることを意図しない、吸収性物品及び他の製品を説明する(すなわち、それらは、使用後に廃棄される、好ましくはリサイクルされる、堆肥化される、又はそうでなければ環境に適合する方法で処分されることを意図している)。
本明細書で使用するとき、用語「中空」は、本明細書に記載の装置及びプロセスにより製造されるウェブに存在する隆起部及び溝を説明し、隆起部及び溝は、ウェブ材料が存在しない空間を含む。例えば、ウェブは、隆起部、溝、及びウェブの断面を通って水平に引かれたX軸を含み、X軸より上で隆起部の頂部より下の領域は、中空であるか又は中空領域を含む。同様に、X軸より下で溝の底部より上の領域は、中空であるか又は中空領域を含む。
本明細書で使用するとき、用語「機械方向」又は「MD」は、ウェブ等の材料が製造プロセス中に通って進む経路を意味する。
本明細書で使用するとき、用語「巨視的」は、見る人の目とウェブとの間の垂直距離が約30cm(12インチ)である場合に、20/20の視力を有する人が容易に見ることができ、かつはっきりと識別できる、構造的特徴又は要素を指す。反対に、本明細書で使用するとき、用語「微視的」は、このような条件下で容易に見ることができず、かつはっきりと識別できない、このような特徴を指す。
本明細書で使用するとき、用語「リングロール」又は「リングロール加工」は、連続的隆起部及び溝の少なくとも一部を含有する、逆回転ロール、係合ベルト、又は係合プレートを備える、変形部材を使用したプロセスを指し、変形部材の係合隆起部(又は突起部)及び溝(又は凹部)は、それらの間に挿入されるウェブを係合し伸張させる。特に明記しない限り、リングロールは単体でウェブを開口しない。リングロールに関しては、隆起部及び溝の配向に応じて、機械横方向、機械方向、又は螺旋方向で/CD若しくはMDに対して角度をなして、ウェブを伸長させるように変形部材を配置することができる。一方向に関連する本明細書に記載の実施例は、方向を記載しなくてもよいと理解されるべきである。
本明細書で使用するとき、用語「回転刃開口」(RKA)は、係合する変形部材(又はロール)を使用するプロセス及び装置を指し、1つ以上のロールは複数の歯を含む。歯は、米国特許出願公開第2005/0064136(A1)号及び同第2006/0087053(A1)号に開示されるように、開口ウェブ(又は場合によっては三次元開口ウェブ)を製造するために、ウェブを切断し、かつ変形させるように研がれてもよい。
用語「SELF」又は「SELF加工(SELF' ing)」は、Procter & Gambleの技術を指し、SELFは、Structural Elastic Like Filmの略である。プロセス、装置、及びSELFによって作製されるパターンは、米国特許第5,518,801号、同第5,691,035号、同第5,723,087号、同第5,891,544号、同第5,916,663号、同第6,027,483号、及び同第7,527,615(B2)号に図示及び記載されている。プロセスは、当初は開口部を作製せずに高分子フィルムを変形させる歯の形状を使用して開発されたが、前端及び後端に開口部を有するタフト(不織布の場合)又はテント(フィルムの場合)の形成に更に寄与する他の歯の形状が開発されている。SELF加工を使用して不織布ウェブで開口部を有するタフトを形成するプロセスは、米国特許第7,682,686(B2)号に開示されている。
本明細書で使用するとき、用語「歯」は、ウェブを開口できるロールの表面上の任意の要素を指す。
I.開口ウェブ材料
用語「開口ウェブ材料」が本明細書で使用されるが、目的は、かかる開口ウェブ材料から吸収性物品のための吸収性部材(又は非吸収性部材)等の構成要素を作成することである。このような場合、開口ウェブ材料は、吸収性物品用の個々の構成要素(例えば、トップシート、バックシート、獲得層、吸収性コア等)に切断されるであろう。吸収性物品に使用されるウェブの場合、そのような新しい構造体には、ウェブの既定の部分で、改善された性質(改善された柔軟性、流体処理、又は他の性質等)を提供するものが含まれ得る。これらの開口ウェブは、包装用製品(例えば、フローラップ、収縮包装のフィルム、及びポリ袋等)、拭き取り用品、顔用ティッシュ、トイレットペーパー、ペーパータオル等の種々の他の構成要素を形成するように切断されてもよい。
現在の方法及び工具では作製できない、CD方向でより大きな幅を有する別個の密集した開口部を、ウェブ及びそれから形成される構成要素に提供することができる。新たな開口部は、従来技術により達成可能な同等の開口面積の開口部(図2D参照)と比べて、より大きな開口面積及びより小さな縦横比(開口部長さ:開口部幅)を備え、(フィルムの場合)向上したウェブ強度をもたらす。
更に、この新規技術で作製されるウェブは、独自の、よりテクスチャ加工された、外観を有する。テクスチャ加工ウェブは、交互の隆起部及び溝を含んでもよく、開口部は意図的に溝の内部に含まれる。開口ウェブが吸収性物品に使用されている場合、ウェブは、より良好な流体獲得、通気性、又は身体からの分離を提供することができ、したがってより乾いて清潔な感覚を促す。例えば、生理用ナプキンでは、溝に位置する開口部は、流体をトップシートから下の吸収性部材へ流して移動させるのに役立つ。開口部がこれらの利益を提供するだけでなく、最終ウェブに存在する任意の波形がこれらの利益を更に支持することもできる。例えば、波形は、通気性を向上させる、少なくとも部分的な身体との非接触部を提供し、より乾いた感覚をもたらし、皮膚を刺激する又は不快さを感じることがある、ぬれた/汚れた表面との接触をより少なくする。生理用ナプキンの場合、波形は、流体を生理用ナプキンに沿って長手方向に流し、流体を生理用ナプキンの側縁部から離して保持することができる。
開口されるウェブ(又は「前駆体ウェブ」)は、織布、不織布、フィルム、フラットフィルム、マイクロテクスチャ加工フィルム、上記の材料のいずれかの組み合わせ、又は積層体等、任意の好適な変形可能な材料を含むことができる。本明細書で使用するとき、用語「不織布ウェブ」は、個々の繊維又は糸が入り組んではいるものの、ランダムに配向された繊維を典型的には有しない織布又は編布におけるような繰り返しパターンとして入り組んではいない構造を有するウェブのことを指す。不織布ウェブは、熱接着点を含んでも、又は含まなくてもよい。これには、ティッシュ、ドライラップ、ライナーボード、濾紙、及びこれらの組み合わせ等の紙基材が挙げられる。不織布ウェブ又は布地は、例えば、メルトブロー、スパンボンド、水流交絡、風成、湿式、空気通過湿式製紙プロセス、及びカード熱接着を含む接着カードウェブプロセス等、多くのプロセスから形成されてきた。成形プロセスに応じて、不織布ウェブは、熱接着点を含んでも、又は含まなくてもよい。フィルム材料は、単一層、多層、エンボス加工、又はマイクロテクスチャ加工であってもよい。織布、不織布、フィルム、組み合わせ、又は積層体は、天然材料、合成材料、及びこれらの組み合わせが挙げられるがこれらに限定されない、任意の好適な材料から作られてもよい。好適な天然材料としては、セルロース、コットンリンター、バガス、羊毛繊維、シルク繊維が挙げられる。いくつかの実施形態において、ウェブ材料は、セルロースを実質的に含まず、及び/又は紙材料を含まない場合がある。他の実施形態では、本明細書に記載のプロセスは、セルロースを含む前駆体材料に対して行われてもよい。好適な合成材料としては、レーヨン及びポリマー材料が挙げられるがこれらに限定されない。好適なポリマー材料としては、ポリエチレン(PE)(例えば、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)等)、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート(PET)、及びポリプロピレン(PP)が挙げられるが、これらに限定されない。上記の材料のいずれも、使用済み再生材料を含み得る。本明細書に記載の装置は、広範囲の材料及びより低コストの材料を使用して作動する。例えば、ある装置は、異なる化学的及び機械的特性を有する汎用スパンボンド不織布の多層を使用し、種々の繊維配合及び組成を有する2つ以上の層の不織布、又はフィルムの相互混合の度合を制御することができる。更に、本装置は、直接オンラインで作動することができる(かつロールの圧縮/保管のためにロフトを失わない)。
種々のポリマーを使用して、目的とするウェブを作製することができる。潜在的材料には、生物由来ポリエチレン(bio−PE)、生物由来ポリプロピレン(bio−PP)、生物由来ポリエチレンテレフタレート(bio−PET)、及び生物由来ポリ(エチレン−2,5−フランジカルボキシレート)(bio−PEF)等の非石油源から作製されるバイオポリマーが挙げられる。これらの材料は、少なくとも1つの再生可能資源に部分的又は完全に由来してもよく、再生可能資源とは、100年間の期間内に補充することができる天然資源を指す。再生可能資源には、植物、動物、魚類、細菌、菌類、及び林産物が挙げられ、自然発生、混成、又は遺伝子組み換えされた生命体であってもよい。形成するのに100年より長くかかる原油、石炭、及び泥炭等の天然資源は、再生可能資源とは見なされない。非石油源に由来する他のポリマーには、デンプンベースのポリマー及びセルロース誘導体が挙げられる。加えて、使用済みリグラインドr−HDPE、r−LLDPE、r−LDPE、r−PET、r−PEF、又はr−PP等の再利用樹脂を、100%で、又は様々な樹脂との混合で使用することができる。再生可能資源及び再利用樹脂に由来するポリマーを、そのままで、又は費用を制御するために石油ベースのポリマーに様々なレベルで混合して、使用することができる。供給源、及び非石油源からポリマーを製造する方法は、米国特許第8,063,064(B1)号及び米国特許出願公開第2011/0319849(A1)号に見出すことができる。
本発明は、開口ウェブ材料と、従来技術の1つ以上の欠点を克服するこのような材料を作製するためにウェブを開口及び伸張させる装置及びプロセスと、を目的とする。ウェブの伸張(又は伸長)は、ウェブの全体的な坪量の減少によるコスト低下を可能にするため、有益である。同じ工程段階で開口後に伸張することにより、より幅広く、より好ましい開口部がウェブ材料に作製される。ここでは、歯がまだ材料を貫通している間に伸張が行われるように、したがって開口部を伸張時に圧潰させないように、単一操作で位置が合った状態で開口及び伸張が行われる。追加の伸張工程は、開口部をより幅広くできるだけでなく、波形の外観を有するウェブを作製する潜在性も有する。このような開口後に伸張するという組み合わせは、正確に位置合わせされなければならない。開口及び伸張が従来技術のように別個の工程である場合、開口部が伸張リングロールと位置合わせされずに、開口部が閉じる恐れがある。また、この新規プロセスで作製されるウェブは、より柔軟で、伸張工程(弛緩した及び/又は薄くなった繊維及び/又はフィルム)由来のひだを付けることができる。より薄いウェブは、ウェブが保持できる流体がより少ないため、一般的に望ましい。このことは、ウェブが吸収性物品用のトップシートとして使用される場合に、トップシート内の飽和がより少ないため、重要である。
1つの非限定的な実施形態において、開口ウェブ材料は、内部に形成された別個の開口部を有するウェブを含む。ウェブは、第1表面と、第1表面と反対側の第2表面とを有する。ウェブは、複数の別個の開口部を取り囲む、実質的に非開口の領域(すなわち、ランド)を含む。
開口部は、比較的小さな面積内に密集している。例えば、開口部間の任意の方向での中心間隔は、約20mm、10mm、5mm、3mm、2mm、1mm、又は0.5mm以下であってもよい。645mm(1平方インチ)の面積内の開口部の総数は、4、25、100、250、500、1000、又は3000以上であってもよい。25.4mm(1インチ)平方面積内の開口部の数は、先細ペン又はマーカーにより、25.4mm(1インチ)×2.54cm(1インチ)の正方形の領域を材料上にマーキングし、25.4mm(1インチ)の正方形の境界内及び境界上に完全に又は一部が位置する、第1、第2、第3...開口部の数を数えることにより判定され得る。低電力顕微鏡又は他の拡大補助具が、必要により材料内の開口部の視認性を補助するために使用され得る。開口部は、任意の好適な形状であってもよい。
開口部は、任意の好適な寸法であってもよい。典型的には、開口部は巨視的であるであろう。開口部の平面視面積は、約0.5mm、1mm、5mm、10mm、又は15mm以上であってもよい。本明細書に記載のプロセスは、0.5mm未満の平面視面積を有する微視的な開口部を作製するためにも使用され得る。
開口部に加えて、ウェブは交互の隆起部及び溝を含んでもよく、開口部は溝に配置される。隆起部は、連続的に延在してもよく、又はウェブの変形領域で不連続の隆起部を形成してもよい。溝は、溝の内部に一定間隔で離間配置された開口部を伴って連続的に延在してもよい。ウェブを裏返した場合、溝は隆起部になり、隆起部は溝になって、開口部は今度は隆起部に位置するであろうことに留意されたい。開口部は、プロセス及び材料のパラメータに応じて、2次元又は3次元であってもよい。3次元の開口部の場合、開口部の基部は、隆起部の反対方向に延びるであろう。隆起部の側部及び溝の側部は、隆起部の頂部及び溝の底部よりz方向に配向される。
フィルムの場合、隆起部の側部及び溝の側部は、伸張プロセスの結果として隆起部の頂部及び溝の底部より薄くなり、小さな坪量を有し得る。これにより、厚さ及び坪量が大きい領域と厚さ及び坪量が小さい領域とが交互にあるウェブが生じ、厚さ及び坪量が大きい領域は隆起部の頂部及び溝の底部に位置し、厚さ及び坪量が小さい領域は中間の側壁に位置する。交互の坪量は、快適さのための薄型/可撓性の領域と、強度のための厚さの維持とをもたらす。
不織布の場合も、伸張領域で坪量が減少し、同様に坪量が大きい領域と小さい領域とが交互にあるウェブを生じ、坪量が大きい領域は隆起部の頂部及び溝の底部に位置し、坪量が小さい領域は中間の側壁に位置する。不織布の場合、繊維がほどけて互いから離れる方向に移動し得るため、ウェブ厚さは伸張領域で減少しないことがある。ただし、一部の個々の繊維の厚さは、伸張の結果として減少し、元の繊維直径の40%〜80%に及ぶ繊維直径になることがある。隆起部の頂部での平均繊維直径及び溝の底部での平均繊維直径は、側壁での平均繊維直径より大きくなり得る。隆起部及び溝で歯止めされる限り、基材のウェブ厚さは大きく異ならない。ウェブはテクスチャ加工されるが、隆起部及び溝は平面から変形されているため、隆起部及び溝が充填されずに、むしろ中空領域を形成するとき、隆起部及び溝での局所的なウェブ厚さは大きく異ならない。中空の隆起部は、充填された隆起部ほど多くの流体を保持できず、吸収性物品でトップシートとして使用されるとき、乾燥の利益を提供することができる。伸張の結果として、ウェブは伸張方向に永久的に伸長する。適切には、伸張領域でのウェブ厚さは、元のウェブ厚さの20%〜80%である。
II.ウェブ材料を変形させるための従来技術の装置
従来技術の方法は、特に強靭な又は耐引裂き性のフィルムを使用して、機械横方向でより幅広の寸法を有する開口部を作製することに適していない。したがって、従来技術の方法で得られる機械横方向での寸法より大きな寸法を有する開口部をウェブ材料で得るために、同じ工程段階で(すなわち、同じニップ内で、開口歯がまだウェブを貫通している間に)開口後に伸張することができるプロセスを設計することが望ましい。従来技術の方法は、本明細書に記載されるような高速の開口及び伸張手段を使用して、開口部が溝に位置する交互の隆起部及び溝を有するウェブを作製することにも適していない。
図1は、第1の従来技術の装置10を示しており、ロール12及び14は本明細書ではリングロールと称される。ロール12、14は、本明細書において示され記載される他の装置のロールの場合において、平行な関係で配置された回転軸Aを有する対応する回転シャフト上に位置する。本明細書に記載されるすべての実施形態において、ロールは、非接触であり、かつ軸方向に駆動される。本実施形態では、ロールの表面は、ロールの円周部周囲に延在する、複数の交互の溝16及び隆起部18を有する。他の実施形態では、隆起部及び溝は、ロールの軸Aに平行して延在してもよい。かかるロールの1つ以上が、本明細書に記載される装置の種々の実施形態で使用され得る。
図1に示される実施形態、及び本明細書に記載される種々の他の実施形態では、ロールは、係合しているか、又は少なくとも部分的に係合している。図1に示されるように、ロールは典型的に反対方向に回転する(つまり、ロールは逆回転する)。これはまた、本明細書に記載される他の実施形態にも当てはまる。
図2A〜2Cは、第2の従来技術の装置20を示しており、上ロール22は回転刃開口(又は「RKA」)ロールであり、下ロール24は本明細書ではリングロールと称される。装置は一対の逆回転する係合ロールを含み、上ロール22は4つ以上の側面を有する角錐歯30を含み、側面は実質的に三角形であり、基部から先端部に向けて先細になっており、下ロール24は円周方向に延在する溝26及び隆起部28を含む。歯30は、間に溝を有する離間した円周方向の列に配置される。歯30は、基部において上ロール22から延び、歯の基部は、横断面幅寸法よりも大きい横断面長さ寸法を有する。典型的には、開口部は、RKAロール22上の歯30がリングロール24上の溝26と係合する際にウェブ材料に形成される。歯の高さ、歯の間隔、ピッチ、係合深さ、及び他の製造パラメータに関しては、RKA及びRKA装置は、米国特許出願公開第2006/0087053(A1)号に記載されているものと同じであってもよい。
図2Aに示されるRKAロール22は、(標準的に対して)千鳥状の歯のパターンを備える。本明細書で使用するとき、用語「千鳥状」は、隣接する歯がCDで列に並ばないことを意味する。本明細書で使用するとき、用語「標準的」は、隣接する歯がCDで列に並び、したがって千鳥状でないことを意味する。図2Cに示されるように、ロール22及び24は、RKAロール22上の歯30がリングロール24上の溝26と揃うように機械横方向に並べられる。歯30がウェブを貫通するとき、相手リングロール上の隆起部28は、歯30がウェブを貫通すると同時に反対方向で開口部を形成できるようにウェブを支持する。
図2Dは、図2A〜2Cに示されるような装置で製造され得る、代表的な従来技術のウェブ34の平面図を示す。得られるウェブ34は、開口部38を取り囲むランド36を含む。図2A〜2Cのような従来技術の装置で形成される開口部38は、機械方向での長さLと機械横方向での幅Wとを備える。これらの開口部は、特により強靭かつより復元性のウェブでは、典型的にスリット状であり、長さLよりかなり小さな幅Wを有する。
III.ウェブ材料を開口させるために凸状隆起部から延びる歯を備えたロールを使用する装置及びプロセス
一般に、装置は、間にニップを形成する2つの係合する形成構造を含む。形成構造は、ローラー、プレート、ベルト、スリーブ、ウェブにテクスチャを付与できる他の構造、又はこれらの組み合わせを含み得る。第1形成構造は、形成構造の表面上に複数の第1隆起部及び第1溝を含み、該第1隆起部は上面を有し、該第1溝は下面を有する。第1形成構造は、該第1隆起部の上面から外側に延びる複数の離間した歯を更に含み、それぞれの歯は、開口部を形成することができ、該第1隆起部の上面は、該歯の先端部と該第1溝の下面との間に位置する。第2形成構造は、複数の連続的な第2隆起部及び第2溝を含む。
より具体的には、装置は、間に単一のニップNを形成する、一対の逆回転する係合ロールを含む。装置は、便宜上、主にロールに関して本明細書に記載されるが、説明は、任意の好適な形成部材の種類を含み得る任意の好適な装置に当てはまるであろうことは理解されるべきであり、これらの形成部材には、対のロール、対のプレート、パック(又は小型プレート)を有するコンベヤー、ベルト、又はこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。第1ロール及び第2ロールは、複数の円周方向に延在する隆起部及び溝を備えた表面106、108をそれぞれ含む。あるいは、隆起部及び溝は、同じ方向に延在する隆起部及び溝を有するロールと噛み合う限り、ロールの軸に平行な方向に延在してもよい。第1ロールは、複数の離間した歯を更に含み、歯は隆起部の上面から外側に延びている。これにより「凸状隆起部」が生じる。第2ロールの隆起部は、第1ロール上の隆起部の少なくともいくつかの頂部を越える深さまで第1ロールの軸に向かって延びる。このように、歯の初期の係合が開口部を作製し、係合が凸状隆起部の下の深さまで進むと、次に開口部が機械横方向に伸張される。1つの工程段階で、最初に開口し、次に歯がまだウェブを貫通している間に伸張することにより、得られる開口部は、上記の図2A〜2Dに示されるような標準的な歯付ロールで作製される開口部より機械横方向で大きな幅を有する。
本発明の開口部は、特により強靭なフィルム(例えば、高濃度のLLDPEを含むもの)を使用するとき、従来技術の開口部より小さな縦横比(開口部長さ:開口部幅)と、かなり大きな開口面積とを備える。新規の歯の形状は、より低い工具温度で開口面積を大きくするのに役立ち、従来の歯の形状では開口できないウェブに開口部を形成することができる。新規の工具形状は、より低温(例えば、35〜70℃)で、又は装置の加熱を必要とせずに周囲温度でも、ウェブを開口させる能力を備える。更に、従来の工具に対してこの工具の作製に伴うコストは、とりわけより少量の金属が除去されるため、最小限から低くなる。したがって、室温の前駆体ウェブを使用することができる。一実施形態では、前駆体ウェブ及び係合ロールは加熱されない。あるいは、全体的に予熱されたウェブを使用してもよい。あるいは、ウェブの区画化した予熱により、一部の区画では開口部が生じ、他の区画では一時的変化が生じてもよい。予熱は、(係合前に可能な種々の巻き付け時間で)係合前にRKAロールに巻き付けることにより、又は係合前にリングロールに巻き付けることにより、達成され得る。同様に、加熱又は非加熱の工具を使用してもよい。適切には、ウェブは、50〜200℃、又は50〜100℃に加熱されたRKAロールに巻き付けることにより加熱される。RKAロール及びリングロールは、同じ最外面速度で駆動されてもよく、又は2ロール間で異なる速度が存在してもよい。
以下の図は、特定のロール構成及びこれにより形成され得る開口ウェブ材料の非限定的な実施例を示す。これらの装置は、(例えば、2つだけの係合ロールの単純な機械プロセスであるため)単一のニップを使用し、従来技術の開口及び伸張方法より高速の処理速度で、場合によっては加熱されず、安価に作動することができる。
図3A及び3Bは、間に単一のニップNを形成する一対の逆回転する係合ロール102、104を含む、本発明の代表的な装置100を示す。第1(上)ロール102は、図2Aに示されるRKAロールの変化形である。この特定の変化形は、本明細書で「凸状隆起RKAロール」と称される。図3A及び3Bに示される装置100の第2(下)ロール104は、リングロールである。
図4Aに示されるように、第1ロール102は、複数の溝110及び隆起部120、並びに隆起部120の上面122から外側に延びる複数の千鳥状の離間した歯130を含む。ロール104の構成は、隆起部120の上面122が、方向的にロールの軸Aに対して、歯130の先端部134と溝110の下面112との間に配置されるようなものである。図4Bに示されるように、第2ロール104は、複数の溝140及び隆起部150を含む。溝140は下面142を有し、隆起部150は上面152を有する。ここでは、隆起部150の上面152と溝140の下面142との距離は、ロールの円周部周囲で実質的に同一である。図4Cは、別の第2ロール104Bであり、凸状隆起千鳥状CD SELFロールの形態である。ロール104Bの構成は、隆起部120の上面122が、方向的にロールの軸Aに対して、歯130の先端部134と溝110の下面112との間に配置されるようなものである。図3A及び3Bに戻ると、第1ロール102の歯130及び隆起部120は、第2ロール104の軸Aに向かって延び、第2ロール104上の隆起部150の少なくともいくつかの上面152を越える深さまで係合する。
このプロセスに好適な歯は、ウェブの開口に寄与する必要がある。ロール上の歯は、任意の好適な構成を有してもよい。所与の歯は、同じ平面視長さ及び幅寸法を有し得る(円形又は正方形の平面視を有する歯等)。あるいは、歯は、その幅よりも大きい長さを有してもよく(矩形の平面視を有する歯等)、その場合、歯は、その幅に対するその長さの任意の好適な縦横比を有し得る。歯に好適な構成としては、三角形の側面、正方形又は矩形の側面、円柱形、角錐形を有する歯、円形、楕円形、砂時計形状、星形状、多角形等の平面構成を有する歯、及びこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。多角形形状としては、矩形、三角形、五角形、六角形、又は台形が挙げられるが、これらに限定されない。歯の側壁は、基部から先端部にかけて一定の角度で先細になっていてもよく、又は角度が変化してもよい。歯は、図4Aに示される歯のように、歯の先端の一点に向かって先細になっていてもよい。歯は、丸形の、平坦な、又はとがった先を形成する、先端部を有することができる。あるいは、歯は、図4Cに示されるSELF歯のように、多点の細長い歯の先端部に向かって先細になっていてもよい。ただし、歯の先端部は、歯の少なくとも1つの垂直壁(例えば、図4Cに示されるような歯の前端及び後端での垂直壁)を有するとがった頂点を形成する必要があり、したがって歯はウェブを開口又は穿刺する。図4Cに示される歯の場合、各歯は、各歯の前端に1つ、後端に1つの、2つの開口部を形成してもよい。
図5A〜Fに示される代表的な一実施形態では、第1ロール102は、隆起部120の上面122から外側に延びる複数の角錐形の歯130を含む。図5Aは、別の代表的な凸状隆起RKAロールの表面の一部の斜視図である。図5Bは、図5Aに示される歯の配列の側面図、図5Cは端面図、及び図5Dは平面図である。図5Eは、図5Bに示される歯の配列の線D−Dに沿った断面図である。図5Fは、図5Bに示される歯の配列の線E−Eに沿った断面図である。図5Eに示される歯の断面積Aは、図5Fに示される歯の断面積Atbより小さい。側面(例えば、図5Eに示される130a〜130f)は、実質的に三角形であり、先端部134から基部132にかけて一定の角度で先細になっている。側面の数は、4(例えば、図4A)、6(例えば、図5A〜6C)、又は他の12以下の数であってもよい。歯130は、間に溝110を有する離間した円周方向の列に配置される。MDの歯の先端部間隔SMDは、0.4mm〜15mm(又は3mm〜8mm)である。CDのピッチPは、0.4mm〜10mm(又は1mm〜3mm)である。歯は、夾角αが30〜90°(又は45〜65°)、歯の長側面(例えば、130c、130f)での側壁角βが3〜15°、歯の前端及び後端の端面夾角γ(例えば、側面130aと130bとの角度、又は側面130dと130eとの角度)が45〜120°(又は60〜90°)である。場合によっては、ヘリカル研削による歯の作製時に、MD及びCDの歯の間隔、千鳥配置、及び端面夾角γを選択する。
歯130及び隆起部表面122が接触する部分136を仕上げるには異なる方法があり、例えば、各側面の先細部分を平面で切断する、切頭(図6A)、少なくとも1つの側面の先細部分を弧で切断する、半切頭(図6B)、又は各側面の先細部分をいずれの方法でも切断しない、非切頭(図6C)が挙げられる。図6Aに示される歯130は、先端部134から基部132に向けて先細になり、切頭された下部136を有する。先細及び/又は切頭は、異なる度合で行われてもよい。歯の切頭された先細部分は、歯の製造を容易にする。この場合、図7を参照すると、端面角γ及び隆起部仕上げは、円周方向Dで工具を回転しながら同時に工具の軸方向で加工を進めることにより、製作活動で周知であるような単一のヘリカル加工工程で実現され得る。歯130の端面は、加工経路Mに従って作製されるであろう。したがって、歯の千鳥配置Tに対して、端面夾角γは、2×逆タンジェント(CDの歯のピッチ「P」/歯の千鳥配置「T」)として生成される。
歯130間の隆起部の上面122は、異なる方法で仕上げられてもよい。例えば、表面122は、アールが形成されても、又は形成されなくてもよい。アール面は、特にフィルムの場合、形成時に引裂けないようにウェブを保護するであろうが、非アール面(例えば、図6A〜6Cに示される表面122)はより安価であり得る。
凸状隆起RKAロール102の構成は、隆起部120の上面122が、方向的にロール102の軸Aに対して、歯130の先端部134と溝110の下面112との間に配置されるようなものである。歯の高さhは、歯130の先端部134と溝110の下面112との間の距離として画定される。歯の高さhは、1mm〜12mm、又は2mm〜8mm、又は3mm〜6mmである。隆起部の高さhは、歯の高さの少なくとも20%、典型的には20%〜95%である。クロスカット深さdccは、歯130の先端部134と隆起部120の上面122との距離として画定される。本実施形態では、歯130の先端部134と隆起部120の上面122との距離は、ロールの円周部周囲で実質的に同一である。クロスカット深さdccは、開口部の形成に必要な変形量によって決まる。例えば、クロスカット深さdccは、0.2mm〜9mm、又は1.0mm〜4.0mm、又は2.0mm〜3.5mmの範囲内であってもよい。(同じDOEで)クロスカット深さdccが小さいと、開口の大きい開口部が作製される。対のロール102、104の係合深さは、クロスカット深さdccより大きくなければならない。好適には、係合深さは、クロスカット深さより少なくとも0.1mm、又は0.3mm大きい。ニップNでのDOEは、0.5mm〜10mm、又は3mm〜7mm、又は3mm〜4mmである。
隆起部の高さhは、隆起部120の上面122と溝110の下面112との距離として画定される。図3B及び4Aに示されるような、いくつかの実施形態では、第1ロール102は、横断方向の幅を有し、隆起部120の上面122と溝110の下面112との距離は、ロール102の円周部周囲で及びCD幅にわたって実質的に同じである。あるいは、第1隆起部の上面と第2溝の下面との間の距離は、第1ロールの円周部周囲で又はCD幅にわたって異なってもよい。凸状隆起ロールの種々の代替の実施形態が可能である。例えば、図8のロール162で示されるように、隆起部の高さhは、歯168の少なくともいくつかの間で変化してもよい。隆起部の高さhは、所望の開口部の形成に必要な変形量によって決まる。一対の歯168の間の少なくとも1つの隆起部164の上面166は、別の対の歯168の間の別の隆起部164の高さhr2よりも少なくとも10%、20%、又は30%大きい、高さhr1を有するであろう。このロール162は、凸状隆起RKAロール102の代わりに、図3Aに示されるようなプロセスで使用され得る。第2ロールは、円周又は軸方向のいずれかで高さが異なる隆起部を有するリングロールであってもよい。
図9Aは、図3Aに示される装置、すなわち、上ロール102用の千鳥状の歯のパターンを有するRKA凸状隆起ロールと、下ロール104用のリングロールとにより製造され得るウェブ170の実施例を示す。ロール102及び104は、第1ロール102上の歯130が第2ロール104上の溝140と揃うように機械横方向に並べられる。第1ロール102上の歯130がウェブ170を貫通するとき、第2ロール104上の隆起部150が機械横方向にウェブ170を伸張できるように、RKA凸状隆起ロール102上の歯130間の隆起部120がウェブ170を支持する。
ウェブは、その初期状態では、比較的平坦であり、全体的に非開口の領域から構成されると考えられ得る。ウェブ170は、第1表面170A及び第2表面170Bを有する。ウェブが機械方向でロール(例えば、図3Aに示されるもの)間のニップNに供給されると、ウェブは、(i)第1ロール102の歯130により開口されて複数の離間した開口部172が形成され、(ii)第1ロール102の隆起部120により伸張されて開口部172が機械横方向で伸張される。図9Aのウェブの平面図に示されるように、結果として、開口部172と、開口部172を取り囲むランド174と、を含む、開口ウェブ170になる。開口部172は、ウェブ160の平面から一方向(図9Aで見ると下方)に押し出されてもよく、したがって開口部172は高さHを有してもよい。開口部172は、MD及びCDの列で整列される。図9Bは、単一の開口部172の拡大平面図を示す。開口部172は、機械方向での長さLと、機械横方向での幅Wと、を有する。開口部は、好ましくは1〜4、又は1.25〜3、又は1.5〜2.5、又は1.6〜2.3の、長さを幅で割った縦横比ARを有するであろう。開口部172は、個々の開口面積Aと、開口面積を取り囲む外辺部Pと、を更に含む。開口ウェブは、総ウェブ面積の5%〜25%、又は9%〜21%、又は10%〜16%、又は14%〜20%の総開口面積を含む。開口フィルムは、1.5N〜5N、2N〜4N、2.5N〜4N、2.5N〜3.5N、又は2.7N〜3.9Nの範囲の機械横方向での引裂き強度(又は引張り強度)(25.4mmあたり)を備える。開口不織布は、2N〜20N、又はそれ以上の範囲の機械横方向での引張り強度(25.4mmあたり)を備える。一実施形態では、ウェブは、機械方向の配向及び機械横方向の配向を有し、開口部は、機械方向での長さ及び機械横方向での幅を有し、複数の開口部は、長さを幅で割った縦横比が1〜4である。
いくつかの実施形態では、上記の伸張工程は、開口部のCD幅を増すだけでなく、開口部が溝に位置する、交互の隆起部及び溝も作製する。2つのロール上の隆起部と接触するウェブの部分は、隆起部の頂部で摩擦係止して伸張されないが、隆起部間のウェブは平面から伸張される。平面から伸張されるウェブの部分は、z方向での配向がより大きくなる。その結果、開口部が溝に位置する、隆起部及び溝を有するウェブが形成され得る。ウェブを裏返した場合、溝は隆起部になり、隆起部は溝になって、開口部は今度は隆起部に位置するであろうことに留意されたい。隆起部の頂部での繊維及び溝の底部での繊維は、側壁での繊維よりX−Y平面での配向がより大きくなり得る。
フィルムの場合、伸張領域では、ウェブが薄くなって坪量が減るのに対し、ロールの隆起部で摩擦係止されるウェブの領域では、ウェブ厚さ及び坪量が維持される。これにより、厚さが大きい領域と小さい領域とが交互にあり、坪量が大きい領域と小さい領域とが交互にある、ウェブが生じ、厚さが大きく坪量が大きい領域は隆起部の頂部及び溝の底部に位置し、厚さが小さく坪量が小さい領域は中間の側壁に位置する。図11は、25gsmのPEフィルムウェブ210の平面図である(フィルムは、高坪量領域212及び低坪量領域214を示すために伸張/平坦化されている)。ウェブ210は、隆起部R、溝G、及び側壁Sを更に示す。開口部216は、溝Gに存在する。明らかなように、高坪量領域212は隆起部R及び溝Gに位置し、それに対して低坪量領域214は側壁Sに位置する。
不織布の場合も、伸張領域で坪量が減少し、同様に坪量が大きい領域と小さい領域とが交互にあるウェブを生じ、坪量が大きい領域は隆起部の頂部及び溝の底部に位置し、坪量が小さい領域は中間の側壁に位置する。図12は、60gsmのポリプロピレン不織布ウェブ220の平面図である(不織布は、高坪量領域222及び低坪量領域224を示すために伸張/平坦化されている)。ウェブ220は、隆起部R、溝G、及び側壁Sを更に示す。開口部226は、溝Gに存在する。熱接着点又は融着点228は、ウェブ220上の様々な位置に存在してもよい。明らかなように、高坪量領域222は隆起部R及び溝Gに位置し、それに対して低坪量領域224は側壁Sに位置する。不織布の場合、繊維がほどけて互いから離れる方向に移動し得るため、ウェブ厚さは伸張領域で減少しないことがある。ただし、一部の個々の繊維の厚さは、伸張の結果として減少することがある。坪量の特徴を示すために使用されるウェブの「領域」は、開口部自体を除外することに留意されたい。
伸張の結果として、ウェブは伸張方向に永久的に伸長する。ウェブがその波形状態に留まる場合、増加したウェブ幅の大部分は、ウェブに形成された隆起部及び溝に取り込まれている。あるいは、張力を加えてウェブを広げてもよく、結果として隆起部及び溝の高さ及び頻度が減少し、ウェブの全体的な坪量が減少するであろう。必要に応じて、隆起部及び溝がもはや存在しないようにウェブを広げてもよく、ウェブはその平坦な状態に戻る。この変形プロセスにより、ウェブをCDで10%、15%、20%、25%、又はそれ以上に伸張又は伸長させることができる。永久的な伸張量と隆起部及び溝の形成の度合は、工具の形状、プロセス条件、及び材料の性質によって決まる。典型的には、このプロセスは、フィルム材料より更に不織布ウェブ材料を永久的に伸張又は伸長するであろう。例えば、ウェブはCDで165mm〜190mm伸長することができる。好適には、ウェブは、最初のウェブ坪量の領域と、最初のウェブ坪量より低い坪量を有する低坪量領域とを有する。
図13は、図12に示されるウェブ220の断面図であり、隆起部R、溝G、及びウェブの断面を通って水平に引かれた軸Xを示し、X軸より上で隆起部の頂部より下の領域は、中空である、つまり中空領域HAを含む。同様に、X軸より下で溝の底部より上の領域は、中空である、つまり中空領域HAを含む。好適には、隆起部の頂部でのウェブ厚さ及び溝の底部でのウェブ厚さは同様である。隆起部の頂部でのウェブ厚さ及び溝の底部でのウェブ厚さは、側壁でのウェブ厚さと同様であってもよい。同様とは、厚さが互いの約60%以内であることを意味する。あるいは、隆起部の頂部でのウェブ厚さ及び溝の底部でのウェブ厚さは、側壁でのウェブ厚さより大きい。図14は、別の不織布ウェブ230の側面斜視図であり、隆起部232、溝234、及び側壁236を有する。図15は、28gsmのポリエチレン/ポリプロピレン複合(bico)不織布ウェブ240の上面斜視図であり、隆起部242、溝244、及び開口部246を含み、開口部幅Wは隆起部幅Wより大きい。図16は、フィルムウェブ250の断面図であり、隆起部252の頂部又は溝254の底部より側壁256での壁厚減少が大きいことを示す。
本明細書の目的とするプロセスは、材料をより穏やかに変形させるために、又はより大きな永久的変形量を付与するために、複数の変形工程を使用することもできる。このような複数の変形工程は、米国特許出願第13/094,195号(Lakeら)に記載される任意の好適な装置により実施されてもよい。好適には、少なくとも第1ロール又は第2ロールが、1つ以上の追加ロールともニップを形成し、それによってウェブを更に伸張又は変形させる。図10に示されるような一配列200では、リングロール202は、凸状隆起ロール204と噛み合わされ、次に凸状隆起ロール204は、ロールが遊星又は衛星構成になるように別のリングロール206と噛み合わされる。複数の変形工程を用いるプロセスは、入れ子式構成での比較的少数のロールを有する入れ子式装置、又は所望の変形を実施するために任意の好適な数のロールを有する、ハイブリッド、閉ループ、及び共通バンクのような装置で実施されてもよい。
開口ウェブ材料の多くの別の実施形態、及びこれを作製するプロセスが可能である。例えば、その表面にわたって異なる特徴を備えた異なる領域(変形領域及び/又は非変形領域等)を有するウェブ材料を供給してもよい。領域は、隆起部高さ、隆起部間隔、開口部寸法、繊維直径、フィルム厚さ、又はこれらの組み合わせからなる群から選択される、少なくとも1つの特徴によることがある。一実施形態では、開口部の領域を有する、場合によっては隆起部及び溝の領域を有する、開口ウェブ材料を供給してもよい。本明細書に開示されるウェブは、異なる寸法の開口部、並びに/又は異なる寸法及び頻度の隆起部及び溝を有する領域を含み得る。ウェブは、1つ以上の層を含むことができる。他の実施形態では、フィルムは、伸張領域及び非伸張領域を含むマイクロテクスチャ加工フィルムであり、伸張領域は、非伸張領域とは異なるマイクロテクスチャ特性を有し、マイクロテクスチャ特性は、開口面積、寸法、配向、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。本明細書に記載のプロセス及び装置により製造されるウェブは、変形領域にわたって不連続的に走る隆起部、又は変形領域にわたって連続的に走る隆起部を含んでもよい。このような開口ウェブ材料を作製するために、使用されるリングロールは、隆起部及び溝の領域を含み得る。あるいは、リングロールは、隆起部の高さが異なる領域を有してもよく、それにより、異なる係合深さ(DOE)と、異なる凸状隆起部下の深さと、を生じ、したがって異なる幅及び開口面積を有する開口部を生じる。あるいは、又は更に、凸状隆起ロールは異なる領域を含んでもよく、異なる領域では隆起部の高さが異なる。
(実施例1)
図17に示されるウェブ300(ミクロ開口部312及びマクロ開口部314を含む)のような高分子フィルムに開口部を作製するための非限定的な一実施例では、3.8mmの係合深さで1.5mmピッチのリングロールと係合する1.5mmピッチの凸状隆起RKAロールを備えた装置を使用することができる。凸状隆起RKAロールは、長手方向がMDになるように配向された歯を有する。歯は、図5Aに示されるような千鳥状パターンに配置される。歯は、基部から先端部のとがった先にかけて先細になる6つの側面を備えた角錐形状を有し、4.7mmの高さhを有する。歯は、夾角(図5Bのα)が62°、歯の長側面での側壁角(図5Cのβ)が約6°、端面夾角(図5Eのγ)が90°である。RKAロール上の歯間にわたる隆起部は、アールが形成されておらず、平面を形成する。歯は、図6Bに示されるように隆起部で半切頭型に仕上げられている。隆起部及び溝は、リングロールの周囲で円周方向に延在する。
ロール上には2つの異なる歯の区分があり、これらは凸状隆起部の利益を実証するために提示されており、それぞれ「区分A」及び「区分B」と称される。区分Aは、MDの歯の先端部間隔SMDが4.9mm、クロスカット深さ(図6Aのdcc)が3.6mm、得られる隆起部高さ(図6Aのh)が1.1mmである。区分Bは、MDの歯の先端部間隔SMDが3.7mm、クロスカット深さdccが2.7mm、得られる隆起部高さhが2.0mmである。
相手リングロールは1.5mmピッチであり、高さが4.8mm、先端部半径が0.12mm、側壁角が約4°である。ロールは共に約205mmの直径を有し、80℃に加熱される。RKAロール及びリングロールは、歯のいずれかの側面上の隙間がほぼ等しいようにCDに整列される。
前駆体ウェブは、RKW−Group(Germany)から得られる、LLDPE及びLDPEのブレンドを有する、26g/mの坪量のミクロ開口高分子フィルムである。LLDPEは、約60%のフィルム組成物と、約30%のLDPEと、残り10%のTiO等の不活性成分及び充填剤並びにそれらの担体樹脂を含む。ミクロ開口部は、21.7メッシュ(直交方向で1センチメートルあたりの開口部(55メッシュ(直交方向で1インチあたりの開口部)))であり、約462マイクロメートルの中心間隔を有する正三角形パターンに配置される。開口部の直径は175〜200マイクロメートルであり、先細錐体の高さは約120マイクロメートルである。
前駆体ウェブは、480メートル/分の線ウェブ速度で係合ロール間を通過する前に、リングロール上に予め巻き付けられる。フィルムのミクロ開口錐体側は、RKAロールに面して配置される。3.8mmの係合深さを用いる。得られたフィルムを図18A及び18Bに低倍率で示す。前記フィルムの開口面積(開放開口部を有するフィルム面積の%)、開口部長さ、及び開口部幅は、視覚システム(例えば、Cognex Corporation(Natik,Massachusetts)から商標名IN−SIGHTとして購入可能なもの)を使用して測定される。区分A(図18A)対区分B(図18B)の開口部の開口面積、長さ、及び幅の比較を以下の表に示す。図18A及び18Bは、ミクロ開口部322、342及び開口部324、344を有するフィルムウェブ320、340を示す。
Figure 2015519227
(実施例2)
溝に開口部を有する波形ウェブを作製するための非限定的な一実施例では、6.3mmの係合深さで2.0mmピッチのリングロールと係合する2.0mmピッチの凸状隆起RKAロールを備えた装置を使用することができる。凸状隆起RKAロールは、長手方向がMDになるように配向された歯を有し、隆起部及び溝は、リングロールの周囲で円周方向に延在する。歯は、図5Aに示されるような千鳥状パターンに配置される。歯は、基部から先端部のとがった先にかけて先細になる4つの側面を備えた角錐形状を有し、6.9mmの高さhを有する。歯は、夾角(図5Bのα)が57°、歯の長側面での側壁角(図5Cのβ)が約5°である。RKAロール上の歯間にわたる隆起部は、丸められておらず、平面を形成する。歯は、図6Cに示されるように隆起部で非切頭型に仕上げられている。歯は、MDの歯の先端部間隔SMDが8.0mm、クロスカット深さ(図6Aのdcc)が3.7mm、得られる隆起部高さ(図6Aのh)が3.2mmである。
相手リングロールは2.0mmピッチであり、高さが6.9mm、先端部半径が0.12mm、側壁角が約4°である。ロールは共に約142mmの直径を有する。RKAロール及びリングロールは、歯のいずれかの側面上の隙間がほぼ等しいようにCDに整列される。
第1前駆体ウェブは、Clopay Plastics Co.(Ohio)から得られる、LLDPEとLDPEとのブレンドの25g/mの坪量の高分子フィルムである。前駆体ウェブは、20メートル/分の線ウェブ速度で係合ロール間を通過する前に、リングロール上に予め巻き付けられる。得られた波形開口フィルムを図11に示す(フィルムは、高及び低坪量領域を示すために伸張/平坦化されている)。画像は、赤色LED背面照明を使用し、光学顕微鏡(例えば、Allasso Industriesから購入可能なもの)を使用して低倍率で撮影された。
第2前駆体ウェブは、Fiberweb(France)から得られる、60g/mの坪量の熱接着ポリプロピレン不織布である。前駆体ウェブは、20メートル/分の線ウェブ速度で係合ロール間を通過する前に、リングロール上に予め巻き付けられる。得られた波形開口不織布を、図12(平面図、ウェブは、高及び低坪量領域を示すために伸張/平坦化されている)、図13(断面図)、図19A(凸状隆起RKA側)、及び図19B(リングロール側)に示す。画像は、光学顕微鏡(例えば、Allasso Industriesから購入可能なもの)を使用して低倍率で撮影された。図19A及び19Bのウェブ400は、交互の隆起部402及び溝404を含み、開口部406は溝404に存在する。
本明細書に開示した寸法及び値は、記載された正確な数値に厳密に限定されるものと理解されるべきではない。むしろ、特に断らないかぎり、そのような寸法のそれぞれは、記載された値及びその値の周辺の機能的に同等の範囲の両方を意味するものとする。例えば、「40mm」として開示される寸法は、「約40mm」を意味するものとする。更に、本明細書に挙げられる数値範囲は、それぞれ別個の数値に加えて、範囲内の任意の他のより狭い範囲を含む。本明細書の全体を通じて与えられるすべての最大の数値限定は、それよりも小さい数値限定を、そうしたより小さい数値限定があたかも本明細書に明確に記載されているものと同様にして包含するものと理解すべきである。本明細書全体を通して記載されるすべての最小数値限定は、このようなより高い数値限定が本明細書に明示的に記載されているかのように、すべてのより高い数値限定を含む。本明細書全体を通して記載されるすべての数値範囲は、このようなより狭い数値範囲が本明細書に明示的に記載されているかのように、このようなより広い数値範囲内のすべてのより狭い数値範囲を含む。
本発明の「発明を実施するための最良の形態」で引用したすべての文献は、関連部分において本明細書に援用するが、いずれの文献の引用もそうした文献が本発明に対する先行技術であることを容認するものとして解釈されるべきではない。この文書における用語のいずれかの意味又は定義が、参照することにより組み込まれる文献における用語のいずれかの意味又は定義と矛盾する範囲については、本文書においてその用語に与えられた意味又は定義が適用されるものとする。
本発明の特定の実施形態が例示され記載されてきたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく他の様々な変更及び修正を実施できることが、当業者には自明であろう。したがって、本発明の範囲内にあるそのようなすべての変更及び修正を添付の「特許請求の範囲」で扱うものとする。

Claims (15)

  1. ロールの間にニップを形成する、2つの係合する逆回転ロールを含む装置であって、前記装置は、
    a)ほぼ円筒形の第1ロールであって、前記第1ロールが表面、円周部、及び軸を有し、前記第1ロールが、
    前記ロールの前記表面上の複数の円周方向の第1隆起部及び円周方向の第1溝であって、前記第1隆起部が上面を有し、前記第1溝が下面を有する、複数の円周方向の第1隆起部及び円周方向の第1溝と、
    前記第1隆起部の前記上面から外側に延びる複数の離間した歯であって、それぞれの歯が前記上面から先端部にかけて先細になっており、前記第1隆起部の前記上面が前記歯の前記先端部と前記第1溝の前記下面との間に位置する、複数の離間した歯と、を含む、第1ロールと、
    b)ほぼ円筒形の第2ロールであって、前記第2ロールが複数の連続的な円周方向の第2隆起部及び第2溝を含む、第2ロールと、を含む、装置。
  2. 前記第1ロールが前記第1隆起部の前記上面から歯の前記先端部まで測定されるクロスカット深さを含み、前記ニップが前記第1ロールと前記第2ロールとの間に係合深さを含み、前記係合深さが前記クロスカット深さより大きく、好ましくは前記係合深さは前記クロスカット深さより少なくとも0.1mm大きい、請求項1に記載の装置。
  3. 前記ニップが前記第1ロールと前記第2ロールとの間に係合深さを含み、前記係合深さが3mm〜4mmである、請求項1又は2に記載の装置。
  4. 前記第1ロールが横断方向の幅を含み、前記第1隆起部の前記上面と前記第1溝の前記下面との距離が、前記第1ロールの円周部周囲で及び横断方向の幅にわたって実質的に同じである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の装置。
  5. 前記第1ロールが横断方向の幅を含み、前記第1隆起部の前記上面と前記第1溝の前記下面との距離が、前記第1ロールの円周部周囲で又は横断方向の幅にわたって異なる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の装置。
  6. 前記歯に面が刻まれており、少なくとも4つ又は6つの側面を含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の装置。
  7. 前記歯及び隆起部表面が接触する部分が、切頭、半切頭、非切頭、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される形状を与えるように仕上げられている、請求項1〜6のいずれか一項に記載の装置。
  8. 前記第1隆起部が所定の高さを有し、前記高さが前記歯の高さの少なくとも20%である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の装置。
  9. 前記第1隆起部の前記上面が、アール形状、非アール形状、又はこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1〜8のいずれか一項に記載の装置。
  10. 前記第2ロールが、円周方向又は軸方向のいずれかで高さが異なる隆起部を有するリングロールである、請求項1〜9のいずれか一項に記載の装置。
  11. ウェブを変形させるためのプロセスであって、前記プロセスが、2つの係合ロールの間に形成されるニップに前駆体ウェブを供給する工程を含み、前記ロールは、
    a)ほぼ円筒形の第1ロールであって、前記第1ロールが表面、円周部、及び軸を有し、前記第1ロールが、
    1)前記ロールの表面上の前記ロールの円周部周囲に延在する複数の第1隆起部及び第1溝であって、前記第1隆起部が上面を有し、前記第1溝が下面を有する、複数の第1隆起部及び第1溝と、
    2)前記第1隆起部の前記上面から外側に延びる複数の離間した歯であって、前記歯が先端部を有し、前記第1隆起部の前記上面が前記歯の前記先端部と前記第1溝の前記下面との間に配置される、複数の離間した歯と、を含む、第1ロールと、
    b)ほぼ円筒形の第2ロールであって、前記第2ロールが複数の連続的な円周方向の隆起部及び溝を含み、前記第2隆起部が上面を有し、前記第2溝が下面を有する、第2ロールと、を含み、
    前記ウェブが前記ニップに供給されるとき、前記第1ロール上の前記隆起部の少なくともいくつかの頂部が、前記第2ロール上の前記第2隆起部の少なくともいくつかの頂部を越えた深さまで前記第2ロールの軸に向かって内側に延び、前記ウェブが、(i)複数の離間した第1位置で前記歯により開口され、複数の離間した開口部を形成し、(ii)前記係合ロールにより機械横方向に伸張される、プロセス。
  12. 少なくとも前記第1ロール又は前記第2ロールが1つ以上の追加ロールともニップを形成し、それによって前記ウェブを更に伸張又は変形させる、請求項15に記載のプロセス。
  13. 前記前駆体ウェブ及び係合ロールが加熱されない、請求項15に記載のプロセス。
  14. 前記前駆体ウェブが50〜200℃に加熱されたロールの周囲に巻き付けることにより加熱される、請求項15に記載のプロセス。
  15. 請求項1〜14のいずれか一項に記載の装置又はプロセスにより製造されるウェブであって、前記ウェブが、好ましくは不織布、積層体、LLDPE、LDPE、HDPEからなる群から選択されるフィルム、又はこれらの組み合わせを含む、ウェブ。
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