JP4173814B2 - 構造化表面物品用の螺旋コイルを備えた工具類 - Google Patents

Description

本発明は、構造化表面を備えた物品を製造する分野に関する。より詳細には、本発明は、１以上の構造化表面を備えた物品を製造するための波形螺旋コイルを備えた工具類、およびその工具類を使用して１以上の構造化表面を備えた物品を製造する方法を提供する。

１以上の構造化表面を備えた物品には、さまざまな用途がある。これらの物品は、たとえば、増加した表面積、機械的ファスナを提供するために使用される構造、光学特性などを示すフィルムとして提供することができる。これらのフィルムを、機械的ファスナとして使用するために製造する場合、構造化表面上に見出される突出部は、通常、フックと呼ばれる。フックは、湾曲形状に形成してもよいし、たとえばキノコ形状のヘッドを含むように、後の作業で変形される、ほぼ直立したステムであってもよい。

機械的ファスナは、２つのフックストリップを、各ストリップを物品の一方に接着し、次に、２つのストリップを相互に係合させることによって２つの物品をともに締結するために使用することができるように設計されることがある。そのような機械的ファスナは、米国特許第３，１９２，５８９号明細書（ピアソン（Ｐｅａｒｓｏｎ））に示されており、この特許では、そのファスナを「両性」と呼び、というのは、そのヘッド付スタッドが、相互に噛合ったときに雄および雌の特徴の両方を有するからである。ピアソンのファスナは、一体的な、ヘッドのないスタッドが突出するベースを成形し、次に、スタッドの先端を熱で軟化させることによって、製造することができる。

米国特許第５，０７７，８７０号明細書（メルビー（Ｍｅｌｂｙｅ）ら）は、溶融材料を、移動するモールド面に形成されたキャビティに押込むことによって、機械的ファスナのフックストリップ部分を製造する１つの方法を開示している。次に、移動するモールド面によって形成されたステムをキャップして、所望のファスナを形成する。キャビティは、ドリリングによってモールド面に形成される。その結果、キャビティの形状は円筒形であり、深さ、直径、およびキャビティの間隔にいくらかの精度を得ることができるが、いくらかの困難および増加したコストを伴って得られる。さらに、モールド面の損傷は、典型的には、モールド全体を捨てることを必要とする。

米国特許第５，７９２，４１１号明細書（モリス（Ｍｏｒｒｉｓ）ら）は、モールド面をレーザ加工することによって製造された成形工具を開示している。次に、溶融材料を、移動するモールド面のキャビティに押込み、ステムを形成する。次に、ステムをキャップして、所望のファスナを形成する。キャビティがレーザアブレーションによって形成されるので、キャビティ形状は、キャビティを形成するのに使用されるレーザビーム内のエネルギー分布に基いている。さらに、モールドを構成するのに使用される材料、レーザビームのパワー、ビーム内のエネルギー分布、ビームの焦点などの可変性によって、キャビティの深さの精密な制御を得るのが困難である。

米国特許第４，７７５，３１０号明細書（フィッシャー（Ｆｉｓｃｈｅｒ））および国際公開第９７／４６１２９号パンフレット（レーシー（Ｌａｃｅｙ）ら）は、フックアンドループ式機械的ファスナ用フックストリップを製造するのに使用される工具類を開示している。これらの工具は、水冷ジャケットを備えた中空ドラムによって形成される。一連のモールドディスクまたは交互のモールドディスクおよびスペーサプレートを、ドラムの長さに沿ってともに積層して、ロール面上に所望のモールドキャビティを形成する。これらの設計の欠点としては、モールドキャビティが、同じ深さ、長さ、間隔などであることを確実にするために、適切な精度を有するモールドディスクを製造するコストが挙げられる。製造の困難さによってディスクに課されたサイズ制限は、工具を使用するプロセスの線速度を制限することがある。この設計の他の欠点としては、モールドキャビティの不均一な冷却、積重ねられたプレートによって製造された製品の不均一性などが挙げられる。

本発明は、工具ロール、および工具ロールを使用して１以上の構造化表面を備えた物品を製造する方法を提供する。工具ロールは、適切な粘度または成形性の材料と関連して使用されると、物品上に構造化表面を形成することができる外面を含む。工具は、ロール形態で製造されるので、有利に、連続製造プロセスで使用することができる。あるいは、本発明の工具ロールを使用して、別々の物品を処理してもよい。

「構造化表面」とは、物品の表面が、平らなまたは他の滑らかな面からはずれることを意味する。たとえば、構造化表面は、機械的ファスナと関連して使用されるステムなどの、それから延在する突出部を含んでもよい。他の代替の構造化表面としては、連続溝または連続隆起部、細長い構造などが挙げられるが、これらに限定されない。

本発明の工具ロールは、円筒形ベースロールから構成され、１以上の連続ワイヤで、波形螺旋パターンに巻付けられている。ワイヤは、本質的に、工具ロールを使用して処理される物品上に形成すべき構造化表面の逆である構造化表面を工具ロール上に形成するために使用される。一実施形態において、ベースロールの周りに巻かれたワイヤの少なくとも１つが、ベースロールの周りに巻かれると、工具ロールの外面上に複数のモールドキャビティを形成する、中に形成された複数の空隙を含んでもよい。あるいは、１以上の巻かれたワイヤを使用して、連続構造化表面、たとえば、１つまたは複数の連続溝を形成してもよい。

本発明の工具ロールのワイヤによって形成された波形螺旋コイルは、ベースロールの長手方向軸線に直角な基準面と１つまたは複数のワイヤとの間の距離が、ベースロールの円周を１方向に移動するとき、少なくとも１回、順次、増加し、減少するようなプロファイルまたは形状を示す。その結果、ベースロールの回りに巻付けられた１つまたは複数のワイヤは、ロールの面を横切って進むが、所望の、変化する、基準面との間の距離をもたらすように波形になる。１つまたは複数のワイヤによって形成された波形螺旋パターンは、ベースロールの１つまたは複数の端部に近接した巻き面によってもたらしてもよい。

この波形螺旋巻き設計の利点としては、たとえば、作業中に工具ロールをバイアスするいかなる表面（たとえば、ニップロール）上の磨耗の分布がより均一なことが挙げられるであろう。別の可能な利点は、１つまたは複数の巻かれたワイヤによって工具ロールに形成されるいかなるモールドキャビティの配向（機械方向に対して）も変えることに見出されるであろう。その場合、モールドキャビティによって構造物品に形成されるいかなる突出部も、機械方向に対して配向が変わってもよい。本発明の工具ロール上の波形螺旋巻きのさらに別の可能な利点は、ベースロールに対する巻線の回転を抑制できることである。

工具ロールの他の利点としては、工具ロールの外面が損傷または磨耗した場合、ベースロール上のワイヤ巻線を取替えることができることが挙げられるが、これに限定されない。工具ロールは、また、たとえば、積重ねられたプレート、またはモールド面の直接ドリリングを用いて工具ロールを製造するコストと比較して、比較的安価であることができる。

別の利点は、ベースロールの周りに巻付けられる１つまたは複数のワイヤの厚さを変えることによって、ロールの幅に沿ったモールドキャビティの間隔を制御することができることである。円周のモールドキャビティの間隔も、ベースロールの周りに巻付けられる１つまたは複数のワイヤの空隙の間隔を制御することによって、独立して制御することができる。さらなる利点は、１つまたは複数のワイヤのプロファイルまたは断面形状、およびワイヤに形成される空隙の１つまたは複数の形状を制御することによって、モールドキャビティの１つまたは複数の形状の変化も得られることである。

本発明のさらに別の利点は、ベースロールの熱質量と比較して、ベースロールの周りに巻付けられる１つまたは複数のワイヤの熱質量が比較的小さいことである。その結果、モールドキャビティの熱制御を向上させることができ、これは、工具ロールを使用して製造される製品の均一性の対応する向上をもたらすことができる。

本発明と関連して使用されるように、「モールドキャビティ」は、成形プロセス中に成形可能な材料が流れることができる、それがなければ滑らかなまたは平らな面のいかなる不連続であってもよい。本発明のいくつかの実施形態において、工具ロールは、以下で定義されるような高アスペクト比を有するモールドキャビティを含んでもよいが、モールドキャビティが高アスペクト比を有さなくてもよいことが理解されるべきである。

一態様において、本発明は、長手方向軸線に沿って隔置された第１および第２端部を有する円筒形ベースロールと、中に形成された複数の第１空隙を備え、ベースロールの周りに螺旋コイルに巻かれた第１ワイヤとを含む工具ロールであって、第１ワイヤの複数の第１空隙が、複数の第１キャビティを形成し、複数の第１キャビティの各キャビティが、工具ロールの外面に開口部を含み、第１ワイヤとベースロールの長手方向軸線に直角な基準面との間の距離が、ベースロールの円周を１方向に移動するとき、少なくとも１回、順次、増加し、減少する、工具ロールを提供する。

別の態様において、本発明は、長手方向軸線に沿って隔置された第１および第２端部を有する円筒形ベースロールと、中に形成された複数の第１空隙を備え、ベースロールの周りに螺旋コイルに巻かれた第１ワイヤと、ベースロールの周りに巻かれた第２ワイヤとを含む工具ロールであって、第２ワイヤが、第１ワイヤの隣接した螺旋コイル間に配置され、第２ワイヤと、第１ワイヤの複数の第１空隙とが、複数の第１キャビティを形成し、複数の第１キャビティの各キャビティが、工具ロールの外面に開口部を含み、第１ワイヤとベースロールの長手方向軸線に直角な基準面との間の距離が、ベースロールの円周を１方向に移動するとき、少なくとも１回、順次、増加し、減少する、工具ロールを提供する。

別の態様において、本発明は、長手方向軸線に沿って隔置された第１および第２端部を有する円筒形ベースロールと、中に形成された複数の第１空隙を備え、ベースロールの周りに螺旋コイルに巻かれた第１ワイヤとを含む工具ロールであって、第１ワイヤの複数の第１空隙が、複数の第１キャビティを形成し、複数の第１キャビティの各キャビティが、工具ロールの外面に開口部を含み、第１ワイヤとベースロールの長手方向軸線に直角な基準面との間の距離が、ベースロールの円周を１方向に移動するとき、少なくとも１回、順次、増加し、減少する、工具ロールを提供することによって、物品上に構造化表面を形成する方法を提供する。この方法は、また、成形可能な材料を工具ロールの外面に接触させ、工具ロールの外面を用いて構造化表面を形成する工程であって、成形可能な材料が、第１キャビティの少なくとも一部を少なくとも部分的に充填する、工程と、工具ロールの外面から構造化表面を取外す工程とを含み、構造化表面は、複数の第１キャビティに対応する複数の突出部を含む。

別の態様において、本発明は、長手方向軸線に沿って隔置された第１および第２端部を有する円筒形ベースロールと、ベースロールの周りに螺旋コイルに巻かれた第１ワイヤであって、第１ワイヤとベースロールの長手方向軸線に直角な基準面との間の距離が、ベースロールの円周を１方向に移動するとき、少なくとも１回、順次、増加し、減少する、第１ワイヤと、ベースロールの周りに螺旋コイルに巻かれた第２ワイヤとを含む工具ロールであって、第２ワイヤが、第１ワイヤの隣接した螺旋コイル間に配置され、第１および第２ワイヤの螺旋コイルが、長手方向軸線に沿って交互し、さらに、ベースロールより上の第１ワイヤの高さが、ベースロールより上の第２ワイヤの高さより低く、それにより、工具ロールの外面上に螺旋溝が形成され、螺旋溝が、第１ワイヤの形状に適合する、工具ロールを提供することによって、物品上に構造化表面を形成する方法を提供する。この方法は、成形可能な材料を工具ロールの外面に接触させ、工具ロールの外面を用いて物品上に構造化表面を形成する工程であって、成形可能な材料が、第１および第２ワイヤによって形成された螺旋溝の少なくとも一部を少なくとも部分的に充填する、工程と、工具ロールから構造化表面を取外す工程とをさらに含み、構造化表面は、一連の隆起部を含む。

本発明のこれらおよび他の特徴および利点を、本発明の例示的な実施形態と関連して、以下で説明する。

本発明は、工具ロール、および工具ロールを使用して１以上の構造化表面を備えた物品を製造する方法を提供する。工具ロールは、適切な粘度または成形性の材料と関連して使用されると、物品上に構造化表面を形成することができる外面を含む。工具は、ロール形態で製造されるので、有利に、連続製造プロセスで使用して、たとえば、フィルム、シートなどを形成することができる。あるいは、本発明の工具ロールを使用して、別々の物品を処理してもよい。

本発明の工具ロールは、適切な粘度または成形性の材料と関連して使用されると、フィルムの少なくとも１つの表面上に突出部または構造を形成することができる、外面の複数のキャビティを含んでもよい。あるいは、２つのそのようなロールを組合せて使用して、両方の主面が突出部または構造を示すフィルムを形成することができる。

図１−４は、本発明による工具ロール１０の１つの例示的な実施形態を示す。図１は、円筒形ベースロール１２、第１のエンドキャップ５０、および第２のエンドキャップ６０を示す。第１のエンドキャップ５０は、円筒形ベースロール１２の第１端部に近接して配置されている。第２のエンドキャップ６０は、円筒形ベースロール１２の第２端部に近接して配置されている。円筒形ベースロール１２は、また、使用中に工具ロール１０を回転させる長手方向軸線１４を定める。

図２は、ワイヤ２０および４０がベースロール１２（図２に示されていない）の周りに巻付けられた工具ロール１０の表面の一部の拡大図である。ワイヤ２０および４０によって形成されたキャビティ３０も、図２に示されている。図３は、ベースロール１２、ワイヤ２０および４０、ならびにエンドキャップ５０を示す、工具ロール１０の一部の断面図である。図４は、工具ロール１０のキャビティの形成を示す、ワイヤ２０および４０の斜視図である。

ベースロール１２の周りに巻付けられたワイヤ２０および４０は、クランプ、溶接、接着剤などを含むが、これらに限定されない、任意の適切な機構によって所定位置に保持してもよい。そのような技術は、たとえば、カーディングロールの製造において知られている。たとえば、米国特許第４，２７２，８６５号明細書（シュモルケ（Ｓｃｈｍｏｌｋｅ））を参照のこと。いくつかの場合、エンドキャップ５０および６０も、ワイヤ２０および４０を円筒形ベースロール１２上の所定位置に保持するために使用される機構の一部として役立つことができる。さらに、ワイヤが巻かれた表面に形成された溝を含むベースロール１２を提供することが好ましく、溝は、ベースロール１２上に巻かれたワイヤの位置を維持するのを助ける。

図１を参照すると、第１のエンドキャップ５０は、好ましくは、円筒形ベースロール１２の円周に延在し、ワイヤを修正螺旋コイルに巻くか巻付けることができるワイヤ巻き面５２を設ける。ワイヤ巻き面５２は、円筒形ベースロール１２の第２端部に面し、好ましくは、ワイヤを形成できる波形面を提供する。所望の波形プロファイルまたは波形形状を、ワイヤ２０および４０の修正螺旋コイルに与えるために、ワイヤ巻き面５２の代わりに、多くの他の構造または技術を用いることができる。たとえば、一連のピンまたは指を用いて、ワイヤ２０および４０を、ベースロール１２上に巻く間、所望の波形プロファイルに支持することができる。

本明細書で用いられる際の「波形」という用語は、ワイヤ２０（およびワイヤ２０とともに巻かれた他のいかなるワイヤ）と、長手方向軸線１４に直角な、円筒形ベースロール１２を通って延在する基準面との間の変化する距離を指す（基準面１５の端縁が図１に示されている）。基準面１５とワイヤ２０との間の距離は、ベースロール１２の円周を１方向に移動するとき、少なくとも１回、順次、増加し、減少する（本発明の円筒形工具ロールと関連して言及される距離は、特に明記しない限り、円筒形ベースロール１２の長手方向軸線１４に平行に測定される）。その結果、ｄ₁で表された距離は、ベースロール１２の円周を移動するとき、少なくとも１回、増加し、減少する。これは、この距離が、ベースロール１２の円周を１方向に移動するとき、増加または減少するが、１方向に移動するとき、増加し、かつ減少しない、従来の螺旋パターンと対照的である。基準面１５とワイヤ２０との間の距離が、ワイヤ２０上の一貫した位置（たとえば、ワイヤ２０の側面２１と側面２３との間）に沿って測定されることが理解されるであろう。

図２は、ワイヤ２０および４０が巻かれた工具ロール１０の表面の拡大部分を示す。ワイヤ２０および４０は、エンドキャップ５０のワイヤ巻き面５２に適合し、円筒形ベースロール１２の周りに巻かれるときに、ワイヤ巻き面５２のプロファイルが、ワイヤ２０および４０の各々によって複製される。巻付けられたワイヤ２０および４０の螺旋性質の結果として、それらは、ロール１２の一方の端部から反対側の端部まで、ベースロール１２の面を横切って進む。ワイヤ２０および４０によって形成された修正螺旋コイルは、ベースロール１２の円周を進むときに波形になるが、依然として、一般に、ベースロール１２の面を横切って螺旋状に進む。

ワイヤ２０は、その中に形成された複数の空隙を含み、ワイヤ４０は、ワイヤ２０のコイル間のスペーサとして作用する。結果は、ワイヤ２０およびスペーサワイヤ４０の交互の螺旋コイルが、工具ロール１０の表面にわたって配置される。ワイヤ２０の空隙およびスペーサワイヤ４０は、工具ロール１０の面にモールドキャビティ３０を定めるようにともに作用する。モールドキャビティ３０が、同じサイズであり、工具ロール１０の周りに均一に隔置されることが、好ましいが、不可欠ではないであろう。あるいは、モールドキャビティ３０のサイズおよび／または間隔の、あるレベルの不均一性をもたらすことが望ましいであろう。

本発明によって製造される工具ロールの１つの可能な利点は、モールドキャビティ３０が、たとえば工具ロール１０の長手方向軸線に対して、配向が変わってもよいことである。たとえば、モールドキャビティは、図２に見られるように、異なった方向に角度をつけられてもよい。他の工具ロールにおいて、モールドキャビティをすべて、同じ配向で設けてもよい。

図３および図４を参照すると、ワイヤ２０の内縁２４およびスペーサワイヤ４０の内縁４４が、ベースロール１２の周りに巻付けられ、一方、ワイヤ２０および４０の外縁２２および４２が、それぞれ、ベースロール１２から外方に面して巻かれている。ワイヤ２０およびスペーサワイヤ４０の両方とも、好ましくは、ロール１０を横切る螺旋コイルの均一な前進と適合する矩形断面を有するであろう。

ワイヤ２０に設けられた空隙２６は、ワイヤ２０の全幅を通して形成され、図３および図４に見られるように、対向する側壁２７および２８ならびに底部２９を含む。完成した工具ロール１０のモールドキャビティ３０間の領域が、ほぼ滑らかである、すなわち、ワイヤ２０とワイヤ４０との間の著しい不連続がないように、ワイヤ２０のコイルの外縁２２が、スペーサワイヤ４０の外縁４２と同一平面上にあることが好ましいであろう。

あるいは、ワイヤ２０および４０の外縁２２および４２は、それぞれ、ベースロール１２の表面より上の異なった高さに配置してもよい。異なった高さのワイヤ２０および４０は、製造されている物品の表面に構造を与えることができる。その構造は、たとえば、モールドキャビティによって形成されたより高い突出部および／または物品自体を強化することができる細長い隆起部の形態であってもよい。

上記のようにベースロール１２の周りに巻かれたときに所望のモールドキャビティ３０になる、中に形成された空隙を含むワイヤ２０は、略矩形断面を有するワイヤまたはストリップを使用して製造してもよい。空隙２６は、好ましくは、各空隙が、ワイヤ２０の長さに沿って整列した２つの側部２７および２８、ならびに底部２９のみを含むように、ワイヤ２０の厚さを通して設けられる。ワイヤ２０は、空隙２６を備えて製造してもよいし、ほぼ均一なプロファイルを備えたワイヤを最初に製造し、次に、１つまたは複数の任意の適切な技術によって処理して、その中に空隙２６を形成してもよい。１つまたは複数の適切な技術としては、パンチング、スタンピング、従来の機械加工、レーザ加工、放電加工、ウォータージェット加工、エッチングなどが挙げられるが、これらに限定されないであろう。所望の形状をもたらすためのワイヤのパンチングは、たとえば、カーディングロール産業において知られている。たとえば、米国特許第４，５３７，０９６号明細書（ホリングスワース（Ｈｏｌｌｉｎｇｓｗｏｒｔｈ））を参照のこと。ワイヤ２０は、任意の適切な材料から製造してもよいが、いくつかの好ましい材料としては、鋼が挙げられ、より好ましくは、中炭素鋼から低炭素鋼が挙げられる。

さらなる変更例において、ワイヤ２０および／または４０の側面、すなわち、ワイヤ２０の表面２１および２３ならびにワイヤ４０の表面４１および４３（図３を参照のこと）のうちの１以上に、何らかの表面テクスチャーを設け、選択された１つまたは複数の側面が滑らかでないようにすることが好ましいであろう。たとえば、１つまたは複数の側面は、概ね滑らかな面から、ローレットパターンでエンボス加工しても、研削しても、パンチングしても、または他の方法で破壊してもよい。いかなるそのような表面テクスチャリングも、ワイヤ２０の側面２１および２３のほぼ全体を延在することが好ましいであろう。この表面テクスチャリングは、処理中にキャビティからの空気の除去を向上させることによって、キャビティ３０の充填を向上させることができる。適切な表面テクスチャーの一例が、図４に示されており、両方のワイヤ２０および４０の側面が、ローレット切り線のパターンを含むように示されている。

ここで図１Ａを参照すると、また、本発明の工具ロールと関連して与えてもよい別の任意の特徴は、上にワイヤが巻かれるベースロール１２の表面にも、表面ベースロール１２が滑らかにならないように表面テクスチャーを与えてもよいことである。ベースロール１２の表面テクスチャリングも、捕捉された空気が逃げることができる付加的な経路を設けることによって、キャビティ３０の充填を助けることができる。表面テクスチャリングは、また、使用中の、ベースロール１２に対する、巻かれたワイヤの回転シフトを低減することができる。適切な表面テクスチャーの一例は、図１Ａの拡大図に示されているように、ベースロール１２の表面に形成された、ほぼ平行なローレット切り線のパターンであってもよい。

図１および図２に示された波形螺旋ワイヤコイルプロファイルは、ピッチおよび大きさの両方が均一に変化するプロファイルの形態であるが、ワイヤと、長手方向軸線１４に直角な、円筒形ベースロール１２を通って延在する基準面との間の変化する距離をもたらすいかなるプロファイルも用いてもよいことが理解されるべきである。いくつかの代替プロファイルの例が、図５および図６に示されているが、示された例は、本発明と関連して用いてもよい可能なプロファイルを網羅していない。

図１を参照すると、第２のエンドキャップ６０も、好ましくは、ベースロール１２の対向する端部のワイヤ巻き面５２の形状またはプロファイルと相補的なプロファイルまたは形状を備えたワイヤ巻き面６２を設けてもよい。ワイヤ巻き面５２と同様に、ワイヤ巻き面６２は、ベースロール１２の円周で変化する、基準面１５からの距離ｄ₂に配置されるように特徴づけることができる。第２ワイヤ巻き面６２が第１ワイヤ巻き面５２に相補的である場合、２つのワイヤ巻き面５２および６２の間の距離ｄは、ベースロール１２の円周で、一定であるか、変わらない。

図１および図２に示された波形プロファイルは、ベースロール１２の円周で、順次、増加し、減少する、基準面１５とワイヤ２０との間の距離ｄ₁をもたらすように特徴づけてもよい。そのようなパターンは、ベースロール１２の円周を１方向に移動するとき、一連の交互の順次的ピークおよび谷として示してもよい。ワイヤによって形成された各コイルは、少なくとも１つのピークと、少なくとも１つの谷とを含む。

図１および図２に示された波形螺旋コイルは、線セグメントで連結された順次的ピークおよび谷によって形成されるが、修正螺旋コイルおよび関連したワイヤ巻き面（設けられている場合）のプロファイルは、他の形状を含んでもよい。たとえば、図５は、基準面とベースロールの円周のワイヤ１２０との間の距離ｄが、順次、増加し、減少するパターンの別の例を示す。図５に示されたプロファイルは、正弦波形として特徴づけてもよく、示されたパターンは、大きさおよび頻度に対して均一であるが、必要であれば、大きさおよび頻度の一方または両方に対して不均一性をもたらしてもよいことが理解されるであろう。

さらに、本発明と関連して使用される波形螺旋コイルが、基準面からの変化する距離をもたらす、波形に螺旋状に巻かれたワイヤを得るという目標を達成するいかなる所望の態様で、直線セグメントおよび／または湾曲を組合せてもよいことが理解されるべきである。図６は、図１、図２、および図５に示された湾曲したプロファイルからの方向により顕著な移行をもたらすように、ワイヤ２２０がクリンプされるか、他の方法で処理された１つの例示的なプロファイルを示す。

工具ロール１０などの、本発明によって製造された工具ロールが使用される１つの好ましい用途は、高アスペクト形状構造化表面の製造である。図７を参照すると、工具ロール１０を使用して形成された１つの例示的な物品７０が、複数の突出部７２が上に形成された構造化表面を含んで示されている。示された突出部は、物品７０の表面７４より上の高さｈ’と、表面７４の平面に略平行な平面Ｉで測定された最小幅ｗ’とを有する。表面７４が、いくらかの湾曲を有する場合、平面Ｉは、好ましくは、突出部７２の領域の表面７４に接線方向に配向される。

突出部７２は、高アスペクト比を有してもよく、本発明による工具ロールは、高アスペクト比形状を備えた構造化表面の製造に特に有利であろう。「高アスペクト比」とは、突出部高さと最小幅との比（ｈ’：ｗ’）が、たとえば、少なくとも約０．５：１以上、より好ましくは約１：１以上、さらに好ましくは、少なくとも約２：１以上であることを意味する。上で定義されたような高アスペクト比に加えて、またはその代わりに、物品の主面より上の突出部または構造の高さｈ’が、たとえば、約０．１ミリメートル以上、より好ましくは約０．２ミリメートル以上、さらに好ましくは約０．４ミリメートル以上であることが好ましいであろう。

物品７０は、シートまたはフィルム形態で提供される場合、有利に、機械的ファスナ（たとえば、キノコタイプまたはフックタイプ機械的ファスナ）を製造するために使用してもよい。物品７０が機械的ファスナとして使用される場合、突出部７２は、通常、ステムと呼んでもよいが、その用語の使用は、本発明を用いて製造された物品の用途の範囲を限定するように意図されない。

本発明の工具ロールおよび方法によって製造できる物品は、有利に、機械的ファスナとして使用されるが、物品にさまざまな他の用途があってもよいし、本発明による、工具ロール、および工具ロールを使用して構造化表面を備えた物品を製造する方法は、機械的ファスナの分野に限定されるべきではない。たとえば、本発明による物品の構造化表面上に形成された突出部は、たとえばフィルムの表面積を増加させることによって、接着剤または他のコーティング／材料を保持する点で利点をもたらすことができる。工具ロールによって形成された構造化表面は、また、流路、抵抗低減構造、研磨裏材などとして、装飾のために有用であろう。

図２〜４に示されたモールドキャビティ３０は、それらの深さに沿って、工具ロール１０の表面における開口部からモールドキャビティ底部２９まで、ほぼ均一な断面積を有してもよい。図８は、いくつかの同様のモールドキャビティ３３０の拡大平面図であり、図９および図１０は、それぞれ、線９−９および線１０−１０に沿ったモールドキャビティ３３０の断面図である。モールドキャビティ３３０は、それらの深さｄに沿った略直線の接線方向の断面積を示す。接線方向のとは、断面が工具ロール３１０の接線に沿ってとられることを意味する。直線のとは、接線方向の断面におけるモールドキャビティ３３０の形状が、ほぼ平らな側部によって形成されることを意味する。

モールドキャビティ３３０の側部３２７および３２８は、平行であってもよいし、側部３２７および３２８が、モールドキャビティ３３０の開口部において、モールドキャビティ３３０の底部におけるより離れているか、またはその逆であるように、ドラフト角度で形成してもよい。

本発明の工具ロールの１つの利点は、ワイヤ３２０の底部または内面３２４より上のモールドキャビティ３３０の底部３２９の高さｈを精密に制御できることである。モールドキャビティ３３０の底部３２９は、典型的には、モールドキャビティの端部に相当する。

好ましい円筒形ベースロール３１２は、厳しく制御された振れを有するように精密形成してもよい。その精密な振れは、ワイヤ３２０の厳しく制御された高さ寸法ｈと組合されて、工具ロール３１０の外面から測定された深さｄがほぼ均一なモールドキャビティ３３０を提供することができる。高さ寸法ｈを制御できる公差は、一般に、比較的小さく、ベースロール３１２の振れは、厳しく制御することができ、それにより、完成した工具ロール３１０の全体的な厳しい公差制御をもたらすことができる。

図１１は、工具ロール４１０の外面への複数のモールドキャビティ４３０開口部を含む工具ロール４１０の別の例示的な実施形態を示す。工具ロール４１０の表面は、２つのワイヤ４２０および４２０’で巻くことができ、各ワイヤは、ともに巻かれると、モールドキャビティ４３０を形成する、中に形成された空隙を含む。工具ロール４１０と工具ロール１０との１つの差（たとえば、図２を参照のこと）は、ほぼ均一な断面を有するスペーサワイヤ４０の代わりに、工具ロール４１０は、両方とも中に形成された空隙を含む２つのワイヤを含むことである。工具ロール４１０の設計の１つの利点は、より高密度のモールドキャビティ４３０、すなわち、減少したモールドキャビティ４３０の間隔をもたらすことができることである。

示された工具ロール４１０は、好ましくは、２つのワイヤ４２０および４２０’を使用して提供されるが、工具ロール４１０を、３以上のワイヤを使用して製造することができることが理解されるであろう。さらに別の代替例において、工具ロール４１０には、１つのワイヤを設けることができ、その場合、参照番号４２０および４２０’は、同じワイヤの交互の巻線またはコイルを示す。そのような実施形態は、ワイヤの隣接したコイルに形成されたモールドキャビティ４３０の整列を防止するために、ワイヤおよびベースロールの寸法のより厳しい制御が必要であろう。その制御を達成するのが困難なことがあるので、上記のように２以上の異なったワイヤを使用することが好ましいであろう。

本発明の工具ロールを製造するときに用いてもよい別の特徴は、巻いた後に工具ロール上にめっきまたは他のコーティングを加えることである。そのようなコーティングは、たとえば、米国特許第６，１９０，５９４号明細書（ゴーマン(Ｇｏｒｍａｎ)ら）に記載されている。コーティングに使用される１つまたは複数の材料は、所望の物理特性によって変わってもよい。望ましいいくつかの物理特性としては、増加した耐摩耗性、制御された剥離特徴、制御された表面粗さ、隣接したワイヤ巻線間の結合などが挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの好ましい材料は、金属めっき、より詳細には、無電解ニッケルめっき、クロムなどであろう。

完成した工具ロールの振れを向上させるために、１つまたは複数のワイヤを巻いた後、工具ロールの外面を機械加工することが望ましいであろう。機械加工は、上記のように任意のめっきまたは他のコーティングを加える前または後に行ってもよい。好ましいワイヤが、ワイヤの内縁より上の一定の高さで形成された空隙を含む場合（図２〜４と関連して説明されたように）、巻いた後、工具ロールの外面を機械加工すると、モールドキャビティの深さの均一性を向上させることができる。

たとえば、ワイヤパンチングおよび／または巻かれたロールの機械加工から残っているばりを、重炭酸ナトリウム（重曹）または同様の材料でロールをブラストすることによって除去することも望ましいであろう。完成した工具ロールは、また、モールドキャビティ内に、および／またはモールドキャビティ間の工具ロールの外面上に、所望の表面仕上げをもたらすように処理してもよい。たとえば、工具ロールの表面を、研削、化学エッチング、サンドブラスト、めっき、コーティングするか、他の方法で修正することが望ましいであろう。

米国特許第６，１９０，５９４号明細書（ゴーマン(Ｇｏｒｍａｎ)ら）は、また、上記のほぼ均一な空隙と異なる、本発明と関連して使用されるワイヤの空隙のさまざまな形状の例を示す。本発明による工具ロールの１つの利点は、また、異なった形状および／または配向を有するモールドキャビティを設けるために、空隙を、異なった形状および／または配向で形成することができることである。所望の突出部を備えた完成したフィルムを製造するためのこれらのモールドキャビティの一部の使用が、樹脂選択およびプロセス条件に依存することが理解されるであろう。

別の変更例において、本発明による工具ロールは、米国特許第６，１９０，５９４号明細書（ゴーマン(Ｇｏｒｍａｎ)ら）に記載されているように、モールドキャビティが異なる領域を含んでもよい。一例において、１以上の領域にモールドキャビティを設けてもよく、一方、１以上の他の領域に、実質的にモールドキャビティがなくてもよい。別の例において、異なった領域のモールドキャビティが、異なってもよい。本発明による工具ロールは、あるいは、均一な形状でない、および／または工具ロールの円周に延在しない、モールドキャビティが異なる領域を含んでもよい。

上で示されたワイヤは、略矩形断面（ワイヤの長さに直角にとられた）を含むが、米国特許第６，１９０，５９４号明細書（ゴーマン(Ｇｏｒｍａｎ)ら）に記載されているように、他の断面を有するワイヤを使用することが好ましいであろう。

図１２は、空隙５２６を含むワイヤ５２０およびスペーサワイヤ５４０でベースロール５１２を巻いて、複数のモールドキャビティ５３０を含む工具ロール５１０を提供する１つのプロセスを示す。必要であれば、２を超えるワイヤをともに巻いてもよいことが理解されるであろう。螺旋コイルが上記の所望の波形プロファイルを呈するように、ワイヤ巻き面５５０に対して、巻かれたワイヤ５２０および５４０を定期的に圧縮するために、圧縮モールド５６０を提供することが望ましいであろう。圧縮モールド５６０は、方向５６３に作用し、いかなる所望の時間間隔で使用してもよい。たとえば、１巻きのほんの一部を巻付けた後、多数の巻きの後、または任意のランダムに選択された時間に、巻線に圧縮を加えることが望ましいであろう。さらに、巻線を所望の形状に維持するために、圧縮に加えて、任意の適切なことを用いることが望ましいであろう。たとえば、圧縮中に巻かれたワイヤを定期的にスポット溶接する、巻かれたワイヤに接着を付与することなどが好ましいであろう。

図１３は、本発明による工具ロール６１０を使用して、高アスペクト形状フィルムを形成することができる１つのプロセスを示す。たとえば押出またはキャスト成形によって、成形可能な材料６６０を工具ロール６１０の表面に付与して、工具ロール６１０のモールドキャビティのレプリカである突出部６７２を含むフィルム６７０を作ることができる。好ましい実施形態において、工具ロール６１０から取外す時に、材料６６０の工具ロール６１０への接着は、材料６６０内の粘着より小さい。材料６６０の工具ロールへの接着が、工具ロール６１０を形成するのに使用される１つまたは複数のワイヤの引張強度を超えないことがさらに好ましいであろう。

実質的にいかなる成形可能な材料も、本発明と関連して使用してもよい。成形可能な材料が熱可塑性樹脂であることが好ましいであろう。押出成形でき、有用なはずの熱可塑性樹脂としては、ポリ（エチレンテレフタレート）などのポリエステル、ナイロンなどのポリアミド、ポリ（スチレン−アクリロニトリル）、ポリ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、および可塑化ポリ塩化ビニルが挙げられる。１つの好ましい熱可塑性樹脂は、コネチカット州ダンバリーのユニオン・カーバイド（Ｕｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ，Ｄａｎｂｕｒｙ，Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ）から７Ｃ０５Ｎとして入手可能な、メルトフローインデックスが１５の、ポリプロピレンとポリエチレンとの中衝撃コポリマーである。熱可塑性樹脂は、また、ポリエチレンとポリプロピレンとのブレンドを含むブレンド、ポリプロピレン−ポリエチレンコポリマーなどのコポリマーを含んでもよいし、多数の層として、または交互のゾーン内で共押出してもよい。可塑剤、充填剤、顔料、染料、酸化防止剤、離型剤などの添加剤も、成形可能な材料に組入れてもよい。

１つの好ましいプロセスにおいて、材料６６０を、工具ロール６１０およびバックアップロール６８０によって形成されたニップに押出すことによって供給する。バックアップロール６８０は、好ましくは、いくらかの圧力を与え、成形可能な材料６６０を、工具ロール６１０に設けられたモールドキャビティ６３０（図１２を参照のこと）に押込むのを助ける。あるいは、バックアップロール６８０を、モールド材料を工具ロール６１０のモールドキャビティに押込むのを助けることができる、いかなる連続的に移動する表面に置換えてもよい。

工具ロール６１０の内部に真空を供給して、そうでなければモールドキャビティの完全な充填を妨げることがある空気の除去を助けてもよい。しかし、多くの場合、モールドキャビティ内の空気が、工具ロール６１０を製造するのに使用されるワイヤ間に逃げるので、真空を供給しないであろう。換言すれば、このプロセスを真空がない状態で行ってもよい。

工具ロール６１０およびバックアップロール６８０のいずれかまたは両方でいくらかの熱制御をもたらすことも、望ましいであろう。プロセス条件、成形可能な材料６６０の温度、成形可能な材料６６０の特性などによって、ロール６１０および６８０の一方または両方を加熱するか、ロール６１０および６８０の一方または両方を冷却するか、ロールの一方を加熱し、他方のロールを冷却することが望ましいであろう。

材料６６０を工具ロール６１０のモールドキャビティ内に押込み、十分に冷却して、１つまたは複数の所望の形状を維持できる突出部６７２を備えたフィルム６７０を形成した後、さらなる処理のために工具ロール６１０からストリップするか、フィルム６７０をロールに巻くことができる。たとえば、機械的ファスナストリップが望まれる場合、フィルム６７４を１つまたは複数のステーションに向けて、たとえば、米国特許第５，８４５，３７５号明細書（ミラー（Ｍｉｌｌｅｒ）ら）、同第５，０７７，８７０号明細書（メルビー（Ｍｅｌｂｙｅ）ら）、国際公開第９８／５７５６５号パンフレット、国際公開第９８／５７５６４号パンフレット、国際公開第９８／３０３８１号パンフレット、および国際公開第９８／１４０８６号パンフレットに記載されているように、突出部を修正し、接着剤をコーティングし、他の処理を行ってもよい。

所望の付加的な特性をフィルム６７０に与えるために、１以上の付加的な材料を、工具ロール６１０およびバックアップロール６８０によって形成されたニップに向けることが望ましいであろう。たとえば、織布または不織布ウェブをニップに向けてもよい。あるいは、たとえば、熱、接着剤、共押出などによって、フィルム６７０を１以上の付加的な層に積層してもよい。

図１４は、図１３の線１４−１４に沿った、図１３の装置の断面図である。工具ロール６１０は、フィルム６７０上の突出部６７２を形成するために成形可能な材料で充填されたモールドキャビティ６３０を含む。また図１４に示されているのは、バックアップロール６８０上に形成された２つの隆起構造６８２である。示されたバックアップロール６８０上の隆起構造６８２の１つの利点は、各隆起構造が、フィルム６７０を分離できる弱い線またはゾーンを作ることができることである。しかし、隆起構造６８２は、任意であり、本発明と関連して設けなくてもよい。

バックアップロール６８０に組入れてもよい別の任意の特徴は、何らかの構造をロール６８０の表面に加えて、その表面積を増加させることである。バックアップロール６８０上の増加した表面積は、フィルム６７０上の表面積を増加させることができ、それにより、フィルム６７０の裏面６７４に付与された接着剤の接着を向上させることができる。有用な構造の一例は、１インチあたり約４００線（１センチメートルあたり１６０線）のスケールの線角柱（ｌｉｎｅａｒ ｐｒｉｓｍｓ）のマイクロエンボス加工パターンであることができる。

図１５は、中にモールドキャビティが形成されたワイヤで巻かれた工具ロールを使用する別のプロセスを示す。示されたプロセスは、一方の側から延在する突出部７７２と、反対側から延在する突出部７７２’とを有するフィルム７７０を形成する。両面フィルム７７０は、両方とも中に形成されたモールドキャビティを含む、対向する工具ロール７１０および７１０’によって形成される。突出部７７２および７７２’は、サイズ、形状、配向などの点で同じ特徴を有してもよいし、異なってもよい。

図１６は、別の工具ロール８１０とバックアップロール８８０との界面の拡大断面図である。フィルム８７０が、２つのロール８１０および８８０の間に配置され、フィルム８７０の片面は、本質的に工具ロール８１０上の構造のネガティブイメージである、一連のほぼ連続的な隆起部が上に形成された状態で形成される。

工具ロール８１０は、ベースロール８１２の周りに螺旋状に巻かれたワイヤ８２０および８４０によって形成される。ワイヤ８４０は、他方のワイヤ８２０より高いプロファイルを有し、ワイヤ８４０の巻線間に溝が形成された工具ロール８１０をもたらす。ワイヤ８２０および８４０は、略矩形プロファイルを有するように示されているが、あるいは、異なった形状を与えることができ、その場合、フィルム８７０も、図１４に示されたのと異なった形状で形成されるであろう。さらに、２つの工具ロールを図１５に示されたのと同様のプロセスで使用して、フィルムの両方の主面上に構造または突出部を備えたフィルムを形成することができることが理解されるであろう。

図１６の工具ロール８１０の周りに巻付けられたワイヤ８２０および８４０によって形成された溝は、ロール８１０の円周で連続的であってもよいが、不連続的であってもよい。図１７は、工具ロール８１０’の周りにいくらかの長さを延在するが、図１６に関して上述されたように連続螺旋溝に形成されていないモールドキャビティ８３０’を含む工具ロール８１０’の平面図である。細長いモールドキャビティ８３０’は、上記のように中に形成された空隙を含むワイヤによって形成することができる。しかし、ロール８１０’に使用されるワイヤの空隙は、ワイヤの長さにわたって、より長い距離を延在する。

これらの細長い空隙は、上の工具ロールに示されたように均一なサイズおよび間隔にしてもよいし、不均一なサイズおよび不均一な間隔にしてもよい。工具ロール８１０’は、ベースロールの周りに巻付けられると、不均一なサイズおよび間隔のモールドキャビティ８３０’を形成する、不均一なサイズおよび間隔の空隙を備えたワイヤを示す。

工具ロール８１０’などのロールによって製造されたフィルムは、図１８に示されたような細長い突出部８７２’を含む。ロール８１０’のモールドキャビティ８３０’が、不均一なサイズおよび間隔であるので、細長い突出部８７２’も、不均一なサイズおよび間隔である。

本明細書に引用された特許、特許出願、および刊行物をすべて、各々、個別に引用により援用するように、それらの全体を引用により本明細書に援用する。本発明のさまざまな修正および変更は、本発明の範囲から逸脱することなく当業者に明らかになるであろう。また、本発明は、本明細書に記載された例示的な実施形態に不当に限定されるべきではないことが理解されるべきである。

本発明による１つの工具ロールの平面図である。 上にワイヤが巻かれる表面上の１つの表面テクスチャーを示す、図１のベースロール１２の表面の一部の拡大図である。 中に形成されたキャビティを示す、図１の工具ロールの表面の一部の拡大図である。 図２の線３−３に沿った、図２の工具ロールの拡大断面図である。 中に形成されたキャビティを示す、図２の工具ロールの表面の一部の拡大破断斜視図である。 本発明の工具ロールに使用してもよい１つの代替の波形螺旋コイルプロファイルの概略図である。 本発明の工具ロールに使用してもよい別の代替の波形螺旋コイルプロファイルの概略図である。 本発明による工具ロールを使用して形成された構造化表面の拡大斜視図である。 本発明による別の工具ロールの表面の一部の拡大平面図である。 線９−９に沿った図８の断面図である。 線１０−１０に沿った図８の断面図である。 本発明による別の工具ロールの一部の平面図である。 本発明による工具ロールを製造する１つの方法を示す。 本発明による工具ロールを使用して高アスペクト形状フィルムを製造する１つの方法を示す。 図１３の線１４−１４に沿った、図１３の装置の断面図である。 本発明による２つの工具ロールを使用して、両面に突出部を含む高アスペクト形状フィルムを製造する１つの方法を示す。 本発明による別の工具ロールを使用するプロセスの拡大部分断面図である。 細長い不連続螺旋モールドキャビティを含む別の工具ロールの平面図である。 図１７の工具ロールを使用して製造されたフィルムの斜視図である。

Claims (5)

1. 長手方向軸線に沿って隔置された第１および第２端部を有する円筒形のベースロールと、
   複数の第１空隙を有して前記ベースロールの周りに螺旋コイル状に巻かれた第１ワイヤとを備える工具ロールであって、前記第１ワイヤの前記複数の第１空隙が複数の第１キャビティを形成し、該複数の第１キャビティの各キャビティが工具ロールの外面に開口部を有し、
   前記第１ワイヤと前記ベースロールの長手方向軸線に交差する基準面との間の距離が、前記ベースロールの円周に沿って１方向へ移動するに従い、少なくとも１回、順次に増加および減少する、
   工具ロール。
2. 前記第１ワイヤと前記基準面との間の距離が、前記ベースロールの円周に沿って１方向へ移動するに従い、均一なパターンで、順次に増加および減少する、請求項１に記載の工具ロール。
3. 前記ベースロールの周りに巻かれた第２ワイヤをさらに備え、該第２ワイヤが、前記第１ワイヤの隣接した螺旋コイルの間に配置されている、請求項１に記載の工具ロール。
4. 前記ベースロールの前記第１端部に近接したワイヤ巻き面をさらに備え、前記第１ワイヤが、前記第１ワイヤ巻き面のプロファイルに適合する、請求項１に記載の工具ロール。
5. 前記第１ワイヤが、２つの対向側壁と、前記ベースロールに面する内縁と、前記ベースロールに対し外方に向けられる外縁とを有し、前記２つの対向側壁の少なくとも１つが表面テクスチャーを有する、請求項１に記載の工具ロール。

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