KR100536453B1 - 스템 파스너에 캡을 형성하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 헤드형 스템 파스너에 캡을 형성하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 배면(58) 및 전면이 있는 배킹(56)과, 배킹의 전면으로부터 말단으로 돌출된 복수 개의 폴리머 스템(60)을 구비한 전구체 웨브(54)가 지지면(68) 반대편의 가열된 부재 사이의 가변 닙으로 이송된다. 지지면(68)은 가열된 부재(66)의 외형과 대체로 일치하는 형태를 갖는다. 가변 닙(64)은 가열된 부재(66)와 지지면(68) 사이에서 폴리머 스템과 압축식으로 맞물림으로써, 폴리머 스템의 말단부가 변형되게 한다. 가열된 부재(66)는 가열된 롤 또는 가열된 벨트일 수 있다. 지지 부재(58)는 특정 닙 형상을 형성하도록 형상화된 만곡된 캡 형성 슈 또는 벨트일 수 있다.

Description

스템 파스너에 캡을 형성하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CAPPING STEM FASTENERS}

본 발명은 헤드형 스템 파스너(headed stem fastener)에 캡을 형성하는 방법 및 장치로서, 보다 구체적으로는 닙 형상(nip profile)을 제어하고 닙 길이를 증가시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.

다른 용품과 해제 가능하게 상호 맞물리는 여러 가지 파스너가 일회용 기저귀 등의 저가 의류 파스너로서 널리 사용된다. 헤드형 스템 파스너의 한가지 유형으로는 후크 앤드 루프 파스너(hook-and-loop fastener)의 후크부가 있다. 비록 후크 앤드 루프 파스너의 후크부는 루프 스트립과 맞물리도록 통상 설계되지만, 후크에 의해 쉽게 관통되는 직물에 해제 가능하게 체결되도록 단독으로 사용될 수 있다. 이러한 목적에 특히 적합한 헤드형 스템 파스너의 다른 형태는 미네소타주 세인트 폴 소재의 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 컴파니(Minnesota Mining & Manufacturing Company)로부터 구매 가능한 제품명 XMH-4152 등의 버섯 헤드형 파스너이다. 버섯 헤드형 파스너는 버랩(burlap), 테리 직물(Terri cloth) 및 트리콧(tricot)에 해제 가능하게 체결되도록 설계될 수 있다.

통상 배킹 층으로부터 말단으로 연장되는 폴리머 스템에 캡을 형성하여 스템 파스너를 형성한다. 스템을 포함하는 전구체 웨브(precursor web)는 칼레버그(Kalleberg)의 미국 특허 제4,290,174호 및 밀러(Miller)의 미국 특허 출원 제08/048,874호에 개시된 기법들 및 Mushroom-Type Hook Strip for a Mechanical Fastener라고 명명된 기법(WO 94/23610) 등의 여러 기법에 의해 제조될 수 있다.

도 1 및 도 3은 전구체 웨브로부터 상향 돌출된 스템에 캡을 형성하기 위해 통상 사용되는 2가지 방법을 개략적으로 예시한다. 도 1의 실시예에 있어서, 두 개의 캘린더 롤(22, 24) 사이의 닙(21) 내의 간극을 통해 전구체 웨브(20)를 이송한다. 가열된 캘린더 롤(22)은 배킹(30)으로부터 상향 돌출된 스템(28) 말단부(26)의 소정의 부분과 접촉한다. 가열된 캘린더 롤(22)의 온도는 닙(21)에서 기계적 압력하에 말단부(26)를 용이하게 변형시킬 소정 온도로 유지된다.

말단부(26)를 이 온도로 유지하면, 스템(28)은 용융되고 분자 배향이 해제될 수 있다. 그러한 접촉 및/또는 후속된 냉각 중에, 말단부(26)에 헤드(32)가 형성된다. 헤드(32)는 버섯형 헤드, 우산, 네일(nail) 헤드, 골프 티(tee) 및 J자 형태 등의 다양한 형태일 수 있다. 버섯형 헤드는 통상 평탄, 평면 또는 약간 볼록한 상면과, 스템보다 직경이 큰 헤드 바로 아래의 최대 횡단면을 갖는다(도 8A 및 8B 참조).

캡 형성 기구는 비록 일부 열이 대류에 의해 스템에 전달될 수 있지만 통상 시간-온도-압력 현상이다. 실제로, 스템(28)의 높이와 캡이 형성된 스템(32)의 최종 높이는 제품 디자인에 의해 정해진다. 롤(22)에서 고온 구간은 통상 스템(28)의 폴리머가 롤에 고착되는 온도로 한정된다.

도 2는 종래의 캘린더 가공 시스템의 캡 형성 표면(34)(도 1 참조)의 크기를 나타내는 도면이다. 도 2에서, R은 가열된 롤의 반경이고, X는 전구체 웨브(20)에 캡이 형성되는 거리이고, t₂는 캡이 형성된 스템(32)의 높이이고, t₁는 스템(28)의 높이이다. 통상의 제품에 있어서, t₂는 대략 0.51mm이고 t₁는 대략 0.74mm이다. 다음의 식에 따르면, 직경이 45.7cm(18 인치)인 캘린더 롤에 있어서 캡 형성 표면 또는 거리(34)는 대략 7.2mm이다.

도 3은 헤드형 스템(42)을 형성하는 다른 방법 및 장치를 걔략적으로 나타낸다. 전구체 웨브(20)는 가열된 플래튼(platen; 40)이 스템(28) 위에 위치하도록 배치되어 있다. 가열된 플래튼(40)은 스템(28)의 말단부(26) 부근의 공기를 가열하여 단부가 대류에 의해 연화되게 한다. 스템은 통상 반구 형태의 헤드(42)로 변형된다. 말단부(26)를 제어 변형하기 위해, 가열된 플래튼(40)이 작동될 수 있는 온도는 스템(28)을 구성하는 폴리머에 의해 한정된다. 또, 헤드(42)의 형태를 제어하는 능력도 한정된다

도 1은 헤드형 스템 파스너를 형성하는 종래 기술의 캘린더 가공 시스템이다.

도 2는 도 1에 도시된 것과 같은 캘린더 가공 시스템에서 정해지는 캡 형성 표면을 개략적으로 나타낸다.

도 3은 헤드형 스템 파스너를 형성하는 종래 기술의 다른 캡 형성 시스템을 개략적으로 나타낸다.

도 4는 헤드형 스템 파스너를 형성하는 본 발명에 따른 방법 및 장치를 개략적으로 나타낸다.

도 5는 헤드형 스템 파스너를 형성하는 본 발명에 따른 다른 방법 및 장치를 개략적으로 나타낸다.

도 5A는 헤드형 스템 파스너를 형성하는 다른 방법 및 장치의 변형례를 개략적으로 나타낸다.

도 5B는 헤드형 스템 파스너를 형성하는 방법 및 장치의 다른 변형례를 개략적으로 나타낸다.

도 6은 본 발명의 방법을 수행하는 장치의 측면도이다.

도 7은 도 6의 장치의 정면도이다.

도 8A는 본 발명의 방법에 따라 형성된 전형적인 헤드형 스템 파스너를 개략적으로 나타낸다.

도 8B는 본 발명의 방법에 따라 형성된 다른 전형적인 헤드형 스템 파스너를 개략적으로 나타낸다.

도 9는 바람직한 간극 형상을 가변 닙 길이를 따라 그래프로 나타낸다.

도 10은 바람직한 닙 간극과 스템 높이를 가변 닙 길이를 따라 그래프로 나타낸다.

본 발명은 헤드형 스템 파스너에 캡을 형성하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 방법 및 장치는 닙 형상을 제어하고 닙 길이를 증가시킨다.

헤드형 스템 파스너에 캡을 형성하는 본 발명의 방법은 배면과 전면 및 이 전면으로부터 말단으로 돌출된 복수 개의 폴리머 스템이 마련된 배킹을 포함하는 전구체 웨브를 제공하는 것을 포함한다. 가열된 부재가 지지면 반대편에 위치되어, 닙 길이가 가변적인 가변 닙을 형성한다. 지지면의 형태는 가열된 부재의 외형(contour)과 대체로 일치하는 형태이다. 전구체 웨브는 폴리머 스템이 가열된 부재와 지지면 사이에 압축식으로 맞물려 폴리머 스템의 말단부가 변형되도록 가변 닙의 길이를 따라 이송된다.

본 발명의 가열된 부재와 지지면을 사용하여 다양한 닙 형상을 실현할 수 있다. 닙 간극은 가변 닙 길이를 따라 감소할 수 있다. 닙 간극은 가변 닙 길이를 따라 대체로 일정한 감소율을 가질 수 있다. 닙 간극은 닙 입구 부근에서 닙 출구 부근보다 더 급격하게 감소할 수 있다. 또는, 닙 간극은 닙 출구 부근에서 닙 입구 부근보다 더 급격하게 감소할 수 있다. 닙 간극은 닙 입구 부근에서의 대체로 일정한 감소율과 닙 출구 부근에서의 불균일한 감소율을 가질 수 있다. 닙 간극은 가변 닙 길이의 일부를 따라 일정하게 유지되고 가변 닙 길이의 다른 부분을 따라 변할 수 있다.

만곡된 지지 구조체는 직경이 동등한 한 쌍의 롤을 사용하여 달성될 수 있는 것보다 훨씬 더 긴 가변 닙 길이를 형성한다. 따라서, 가열된 롤의 직경을 변경하지 않아도, 본 발명의 만곡된 지지 구조체에 의해, 이 가변 닙 길이는 증가될 수 있다. 통상, 캡 형성은 소정의 시간, 온도, 및 압력에서 시간-온도-압력의 현상이므로, 본 발명의 가변 닙을 통과하는 전구체 웨브의 라인 속도는 종래의 2롤식 닙(two roll nip)을 사용할 때보다 본 발명의 만곡된 지지 구조체를 사용할 때 더 빠르다. 본 발명의 가열된 롤과 만곡된 지지 구조체를 조합하면, 가열된 롤로서 동일한 직경을 갖는 한 쌍의 롤에 의해 형성되는 닙 길이보다 좋게는 1.25 배 이상 더 긴 가변 닙 길이가 형성되는데, 이 길이는 더 좋게는 1.5 배 이상 더 길고, 가장 좋게는 3.0 배 이상 더 길다.

또한, 본 발명은 전구체 웨브에 캡을 형성하는 장치에 관한 것이다. 전구체 웨브는 배킹의 전면으로부터 말단으로 돌출된 복수 개의 폴리머 스템을 구비한다. 이 장치는 가변 닙 길이를 갖는 가변 닙을 형성하는 지지면과 반대편의 가열된 부재를 포함한다. 지지면의 형태는 가열된 부재의 외형과 대체로 일치하는 형태이다. 이송 기구가 전구체 필름을 가변 닙 길이를 따라 가변 닙을 통해 이송하여, 폴리머 스템을 가열된 부재와 지지면 사이에서 압축식으로 맞물리게 함으로써 폴리머 스템의 말단부를 변형되게 한다.

가열된 부재는 만곡된 지지면과 대향된 가열된 롤일 수 있다. 만곡된 지지면은 가열된 롤의 곡률 반경과 대체로 일치하는 곡률 반경을 가지면 좋다. 지지면은 활주 또는 회전되어 가열된 롤과 맞물릴 수 있다.

변형례에 있어서, 가열된 부재는 지지면 반대편의 가열된 벨트일 수 있다. 지지면은 지지 벨트일 수 있다. 가열된 벨트의 형태는 지지 롤 또는 곡선형 활주판에 의해 선택적으로 변경될 수 있다. 가열된 벨트와 지지면은 2 개 이상의 경사 구역을 형성한다. 아니면, 가열된 벨트는 대체로 평탄한 형상을 가질 수 있다.

본 발명은 가변 닙을 통과하는 전구체 웨브의 라인 속도보다 빠르거나, 느리거나 또는 동일한 속도로 가열된 부재를 이동시키는 단계를 포함한다. 배킹의 배면과 지지면 사이에는 저 마찰 계면이 형성될 수 있다. 이 저 마찰 계면은 예컨대 지지면 상의 유체 베어링 또는 저 에너지 재료일 수 있다.

폴리머 스템의 말단부는 버섯형 헤드, J 후크 및 우산형 헤드 등의 여러 형태로 변형될 수 있다. 폴리머 스템은 배킹의 전면으로부터 대체로 직각으로 돌출하면 좋다. 배킹은 폴리머 필름일 수 있다.

다음 용어는 본원에서 아래와 같이 사용된다.

가변 닙은 부재 중 하나가 횡단면이 원형이 아닌 둘 이상의 부재로 형성되는 닙을 말한다.

가변 닙 길이는 기계 방향에서의 가변 닙의 유효 거리를 말한다.

도 4는 복수 개의 대체로 균일한 헤드(51)가 마련된 헤드형 스템 파스너(52)를 형성하는 캡 형성 장치(50)를 개략적으로 나타낸다. 배면(58)과, 전면(62)으로부터 말단으로 돌출된 복수 개의 폴리머 스템(60)이 마련된 배킹(56)을 포함하는 전구체 웨브(54)가 가변 닙(64) 안으로 도입된다. 가변 닙(64)은 가열된 롤(66)과 만곡된 지지 구조체(68) 사이에 형성된다. 만곡된 지지 구조체(68)는 스템이 가열된 롤(66)과 압축식으로 맞물릴 수 있도록, 가열된 롤(66)의 외형 또는 곡률 반경과 대체로 일치하는 형태를 가지면 좋다. 피스톤(80)은 만곡된 지지 구조체(68) 및 가열된 롤(66) 사이에 압축력을 제공한다. 가열된 롤(66)과 지지 구조체(68)의 상대적 위치 및 반경에 따라, 닙 간극의 증가율 또는 감소율은 가변 닙 길이(65)를 따라 바뀔 수 있다.

본 발명에서, 양호한 닙 형상은 평균 기울기 각도가 0.138이고 전체 닙 길이(65)가 11.43cm(4.5 인치)이다. 평균 기울기를 변경함으로써, 전체 유효 닙 길이는 증가 또는 감소될 수 있다. 예컨대, 도 4는 캡 형성 작용이 전혀 또는 거의 발생하지 않는 경사진 닙 입구(72)를 나타낸다. 따라서, 전체의 만곡된 지지 구조체(68) 중 일부분이 캡 형성을 위해 실제로 이용된다. 양호한 실시예에서, 이 부분은 전체 유효 닙 길이 8.7cm의 대략 76%이다. 또한, 만곡된 지지 구조체(68)의 길이를 증가시켜 특정 용례에 대한 가변 닙 길이(65)를 쉽게 증가시킬 수 있다.

가열된 롤(66)은 20.32cm(8.0 인치)의 직경을 갖는다. 도 1의 롤(22, 24)과 같은 2 롤식 닙 시스템을 사용하여 11.43cm의 닙 길이를 얻기 위해서는, 롤 직경을 대략 115.4 미터(375 피트)로 해야 한다. 본 발명의 가열된 롤(66)과 만곡된 지지 구조체(68)를 조합하면, 가열된 롤과 동일한 직경을 갖는 한 쌍의 롤에 의해 형성되는 닙 길이보다 좋게는 1.25 배 이상, 더 좋게는 1.5 배 이상이고, 가장 좋게는 3.0 배 이상 더 긴 가변 닙 길이(65)가 형성된다.

만곡된 지지 구조체(68)는 가변 닙 길이(65)를 갖는 가변 닙을 형성하는데, 이 닙 길이(65)는 도 1에 도시된 것과 같은 동일 직경의 한 쌍의 롤을 사용하여 달성될 수 있는 것보다 훨씬 더 길다. 따라서, 가열된 롤(66)의 직경을 증가시키지 않아도, 본 발명의 만곡된 지지 구조체(68)에 의해, 이 가변 닙 길이(65)는 증가될 수 있다. 통상 캡 형성은 임의의 시간, 온도 및 압력에서 시간-온도-압력 현상이기 때문에, 가변 닙(64)을 관통하는 전구체 웨브(54)의 라인 속도는 종래의 2 롤식 닙을 사용할 때보다 본 발명의 만곡된 지지 구조체(68)를 사용할 때에 더 크다.

도 9는 예시적인 닙 형상을 도시하고 있다. 곡선(A)은 도 1에 도시되어 있는 롤(22, 24)과 같은 2 롤식 캘린더의 닙 형상에 대체로 상응한다. 곡선(A)은 닙 입구 부근의 부분(150)을 따라 닙 간극이 급격하게 감소되는 것을 나타낸다. 닙 간극은 닙 출구(153) 부근의 부분(152)를 따라 더 서서히 감소한다. 따라서, 가변 닙 길이를 따른 닙 간극의 변화율(곡선(A)의 탄젠트 기울기)은 가변 닙 길이를 따라 대체로 감소한다. 닙 출구(153)는 2 롤 사이의 최소 닙에 상응한다. 롤의 직경이 증가하면, 닙 간극은 닙 입구 부근에서 닙 출구에서보다 계속 더 크게 감소되지만, 곡선(A)은 더 평탄해질 것이다. 곡선(B)은 닙 간극의 변화율(곡선(B)의 기울기)이 가변 닙 길이(154)를 따라 대체로 균일함을 나타낸다.

곡선(C)은 부분(156)을 따라 완만하게 감소되고, 이어서 닙 출구 부근의 부분(158)을 따라 급격하게 감소하는 닙 간극을 구비하는 닙 형상을 보여준다. 닙 간극의 변화율(곡선(C)의 탄젠트 기울기)은 가변 닙 길이를 따라 대체로 증가한다. 변형례에서, 곡선(C)는 닙 입구 부근의 위쪽으로 기울어진 부분(156')을 가질 수 있다. 이 아래쪽으로 오목한 형상은 가열된 롤의 곡률 반경보다 작은 곡률 반경을 갖는 만곡된 지지 구조체에 대체로 상응한다. 곡선(C)의 이러한 변형 닙 형상은 부분(156')을 따른 닙 입구 부근의 초기 캡 형성 작용과, 중앙부를 따른 릴리프 구역과, 닙 출구 부근의 부분(158)을 따른 최종 캡 형성 작용에 의해, 2 단계의 캡 형성 공정을 제공한다.

곡선(D)은 닙 입구로부터 시작하여 부분(157)을 따라 닙 간극이 대체로 일정한 비율로 감소되는 닙 형상을 보여준다. 닙 간극은 부분(155)을 따라 일정하게 유지된다. 닙 간극은 실제 닙 출구 부근의 부분(159)을 따라 증가하여, 웨브가 가변 닙으로부터 해제되는 것을 용이하게 해준다.

닙 간극의 감소율은 스템(60)의 압축 프론트(compression front)를 형성한다. 가변 닙 길이와 가열된 롤(66)의 온도는 스템(60)의 용융 프론트를 형성한다. 닙 형상은 본 발명의 지지 구조체를 사용하여 가변 닙 길이를 따라 조정 가능하므로, 스템(60)의 용융 프론트는 스템(60) 상의 압축 프론트에 의해 최적화되거나 균형잡힐 수 있다.

가변 닙(64)은 닙 입구(72)에 있는 제1 간극과 닙 출구(76)에 있는 제2 간극을 형성한다. 제2 간극은 제1 간극보다 작으면 좋다. 양호한 실시예에서, 가변 닙(64)은 닙 입구(72)와 닙 출구(76) 사이에서 대체로 지속적으로 감소한다. 변형례에서, 가변 닙(64)은 닙 입구 및 출구(72, 76) 사이의 소정의 중간 위치(도 5A 참조)에서 최소값으로 감소되고, 그 후에 일정한 닙 간극 또는 증가하는 닙 간극을 유지할 수 있다.

공기 또는 물 등의 유체를 파이프(78)를 통해 배킹(56)의 배면(58)과 표면(116) 사이의 계면에 도입하여 유체 베어링을 형성할 수 있다. 표면(116)은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 초고분자량 폴리에틸렌 등의 저 표면 에너지 재료로 선택적으로 코팅될 수 있다. 공기 베어링이 없으면, 배킹(56)은 가변 닙(64)에 진입할 때 주름지기 쉬우므로 배킹(56)에 파열 가능성이 생긴다. 만곡된 지지 구조체(68)를 가열된 롤(66)에 대해 위치시키기 위해 피스톤(80)이 마련되어 있다. 또, 만곡된 지지 구조체(68)는 피벗 지점(82)을 따라 피벗하므로, 가변 닙(64)이 추가로 조정될 수 있다.

가열된 롤(66)과 전구체 웨브(54)의 상대적인 라인 속도는 헤드형 스템 파스너(52) 상의 헤드(51)의 형태를 결정한다. 가열된 롤(66)의 회전 속도는 전구체 웨브(54)의 라인 속도보다 크거나, 작거나 또는 동일할 수 있다. 몇몇 용례에 있어서, 롤(66)은 전구체 웨브(54)가 가변 닙(64)을 통해 이동하는 동안 정지되어 있을 수 있다. 아니면, 롤(66)은 전구체 웨브(54)의 이동 방향과 반대 방향으로 회전될 수도 있다.

도 5는 헤드형 스템 파스너(96)를 형성하는 본 발명의 방법 및 장치의 변형례이다. 대향된 양 벨트(92, 94)에는 가변 닙(90)을 획정하는 신장부가 있다. 열원(93)이 벨트(92)를 원하는 온도로 유지시킨다. 가열된 벨트(92)는 다른 벨트(94)에 대해 소정 각도로 기울어져서 지속적으로 감소되는 가변 닙(90)을 형성한다. 전구체 웨브(54)는 가변 닙(90)으로 이송되며, 이 닙(90)에서 스템(60)은 대향 벨트(92, 94) 사이에 압축식으로 맞물린다. 열과 기계적 힘은 스템을 변형시켜 복수 개의 헤드(98)를 가진 헤드형 스템 파스너(96)를 형성한다.

벨트(92, 94)의 이동은 벨트(92, 94)의 상대적인 라인 속도가 대체로 동일하게 되도록 동기(同期)되면 좋다. 벨트(92, 94)의 동기 이동은 대칭형 헤드(98)를 형성하는 데에 좋다. 아니면, 벨트(92, 94)의 상대적 이동은 J형 후크와 같은 비대칭형 헤드(98)를 달성하도록 약간 비동기화될 수도 있다. 고정 지지 구조체가 벨트(94)를 대체할 수 있는데, 이 경우 지지 구조체는 전술한 공기 베어링과 같은 저 마찰 표면을 포함하면 좋다.

도 5A는 도 5에 도시된 실시예의 변형례이다. 가변 닙(90')이 한 쌍의 대향 벨트(92', 94') 사이에 형성되어 있다. 열원(93')이 벨트(92')를 원하는 온도로 유지한다. 가열된 벨트(92')는 벨트(94')에 대해 각이져 제1 경사 구역(95')을 따라 지속적으로 감소하는 가변 닙(90')을 형성한다. 롤러(99')에 의해 벨트(92', 94') 간의 교각은 제2 경사 구역(97')을 따라 변경된다. 가변 닙은 제2 경사 구역(97')을 따라 일정하거나 증감할 수 있다. 전구체 웨브(54')는 가변 닙(90') 안으로 이송되고, 이 닙(90')에서 스템(60')은 제1 경사 구역(95')을 따라 압축식으로 맞물려 복수 개의 헤드(98')가 있는 헤드형 스템 파스너(96')를 형성한다. 하나의 실시예에서, 닙 출구(91')에서의 간극은 롤러(99')에 인접한 간극보다 약간 더 크다. 도면 번호 99'와 유사한 추가의 롤러를 사용하여 복수 개의 경사 구역 또는 여러 다른 형태를 구성할 수 있다.

도 5B는 도 5A에 도시된 실시예의 제2 변형례인데 도면 번호가 일치한다. 위쪽으로 볼록한 형태의 곡선형 활주판(99")이 도 5A의 롤러(99') 대신에 벨트(92") 후방에 위치된다. 활주판(99")은 실제로 어떠한 형태도 취할 수 있으므로, 도 9에 도시된 것과 같은 무수한 닙 형상이 형성될 수 있다. 예를 들어, 활주판(99')은 아래쪽으로 볼록한 형태를 취할 수도 있다. 또한, 닙 형상은 활주판(99")을 다른 형태로 대체함으로써 변경될 수 있다. 유체 베어링과 같은 적절한 윤활이 벨트(92")의 배면과 활주판(99") 사이에 제공되면 좋다. 도 5, 5A 및 5B의 대향 벨트는 하나 이상의 경사 구역을 형성함으로써, 용융 프론트와 압축 프론트 사이에 원하는 균형을 달성하도록 구성될 수 있다.

도 6과 도 7은 도 4의 방법을 수행하는 장치(100)의 바람직한 실시예를 나타낸다. 만곡된 지지 구조체(102)가 캡 형성용 조립체(104)에 장착되어 있다. 캡 형성용 조립체(104)는 축선(A)을 따라 슬라이드(106) 상에서 이동한다. 피스톤(108)은 전구체 웨브를 가열된 롤(110)과 압축식으로 맞물리도록 유지하는 구동력을 제공한다. 또한, 캡 형성 조립체(104)는 피벗 지점을 중심으로 회전하여 가변 닙(114)의 구조를 더 조정한다. 도 7에서 가장 잘 알 수 있듯이, 만곡된 지지 구조체(102)의 표면(116)은 복수 개의 구멍(118)을 포함한다. 압축 공기가 구멍(118) 후방의 도시 생략된 플리넘(plenum)에 공급되어, 배킹의 배면과 지지 구조체(102) 사이에 공기 베어링이 형성된다. 유체 베어링을 향한 기류의 속도는 배킹(54)의 두께, 라인 속도, 가변 닙(64, 90, 114)에 대한 스템(60)의 길이 및 여러 가지 다른 인자에 의존한다.

도 4에 도시된 본 발명의 방법의 일실시예에서, 폴리머 스템(60)이 가열된 롤(66)의 일부분과 압축식으로 맞물리도록 전구체 웨브(54)를 가변 닙(64)을 통해 이송한다. 만곡된 지지 구조체(68)는 배킹(56)의 배면(58)을 지지한다. 양호한 실시예에서, 가열된 롤(66)은 전구체 웨브(54)의 라인 속도에 대체로 상응하는 속도로 가변 닙(64)을 통해 회전한다.

가열된 롤(66)의 회전 속도는 전구체 웨브(54)가 가변 닙(64)을 통해 이송되는 속도에 비해 고속 또는 저속이거나 동일한 속도일 수 있다. 헤드형 스템 파스너 상의 최종 헤드의 형태는 적어도 부분적으로는 전구체 웨브와 가열된 롤의 소정의 상대적 동작에 의해 정해질 것이다. 스템 상의 헤드의 형태를 변화시키는 방법들이 1996년 10월 3일 출원된 J Hook-Type Strip for a Mechanical Fastener라는 명칭의 미국 특허 출원 제08/723,632호(대리인 사건 번호 제52802USA2A호)에 개시되어 있다. 공정 파라미터에 따라, 폴리머 스템은 버섯형 헤드, J 후크 및 우산형 헤드 등의 여러 형태로 성형될 수 있다.

도 8A는 열가소성 수지의 실질적으로 연속된 배킹(132)을 갖는 전형적인 헤드형 스템 파스너(130)의 바람직한 실시예이다. 네일 헤드형 돌기 또는 후크(134)의 열(列)이 배킹과 일체인데, 각각의 돌기 또는 후크(134)는 분자 배향된 스템(136)과, 헤드(138)와, 스템(136)의 기부에 있는 필렛(fillet; 140)을 구비한다. 도 8A의 헤드형 스템 파스너는 후크 앤드 루프 파스너의 후크부이거나, 후크에 의해 관통될 수 있는 직물에 해제 가능하게 체결되거나, 또는 헤드형 스템 파스너(130)의 두 조각이 상호 맞물리도록 구성될 수 있다. 외표면이 대체로 평탄한 평면이어서, 헤드형 스템 파스너의 헤드는 사용자 친화적이고 피부에 마찰되지 않으므로, 이 헤드형 스템 파스너는 아기 기저귀용 클로저로서 매우 적절하다. 스템은 기부에 필렛을 구비하면 강도와 강성(stiffness)이 증가하고 또 스템이 성형된 몰드로부터 용이하게 해제되므로 좋다.

도 8B는 열가소성 수지의 실질적으로 연속된 배킹(132) 상에 성형되는 대체로 우산형의 헤드를 갖는 전형적인 헤드형 스템 파스너(130') 변형례의 단면도이다. 우산형 돌기 또는 후크(134')의 열이 배킹과 일체인데, 각각의 돌기 또는 후크(134')는 분자 배향된 스템(136')과, 헤드(138')와, 스템(136')의 기부에 있는 필렛(140')을 구비한다. 헤드(138') 아래쪽의 스템(136') 둘레에는 언더컷(142')이 형성되어 있다. 실제의 헤드형 스템 파스너들은 제조시 변형될 수 있으며 도 8A와 8B에 도시된 전형적인 헤드형 스템 파스너는 단지 예시를 위한 것일 뿐이다.

형성된 헤드는 높은 직경 대 두께 비를 갖는다. 개별 후크는 밀도가 높거나 작은 크기 및 밀접한 간격을 가지므로 절단 상태의 루프 재료와 견고하게 맞물리기에 용이하다. 따라서, 본 발명에 따른 헤드형 파스너는 루프가 종래의 직물 또는 편물이거나 불규칙한 편물 또는 부직 재료에 의해 제공되는 경우의 후크 앤드 루프 체결에 특히 유용한데, 이들은 후크 앤드 루프 파스너의 루프부로서 사용하기에 특히 적합한 것은 아니며, 또 공지된 종래 기술의 헤드형 파스너에 의해 잘 맞물리지도 않는다.

본 발명의 헤드형 스템 파스너는 기저귀와 같은 저가의 일회용 용품에 특히 유용하다. 그러한 용례에 있어서, 가변 닙 길이는 통상 대략 11.43cm(4.5 인치)이다. 기저귀에 사용할 때, 후크는 높이가 균일한데, 좋게는 대략 0.1 내지 1.3mm이고, 더 좋게는 대략 0.2 내지 0.5mm이다. 후크는 배킹상의 밀도가 좋게는 평방 센티미터당 대략 60 내지 1,600 후크이고, 더 좋게는 평방 센티미터당 대략 125 내지 700 후크이다. 스템은 후크의 헤드부 부근의 직경이 0.1 내지 0.6mm인 것이 좋고, 0.1 내지 0.3mm인 것이 더 좋다. 헤드는 각각의 측면이 스템을 반경방향으로 지나서 좋게는 대략 평균 0.01 내지 0.25mm, 더 좋게는 대략 평균 0.025 내지 0.13mm 돌출하고, (스템의 축선에 평행한 방향으로 측정된) 외표면과 내표면 사이의 평균 두께가 좋게는 대략 0.01 내지 0.25mm, 더 좋게는 대략 0.025 내지 0.13mm이다. 헤드는 평균 직경(헤드 및 스템의 축선의 반경 방향으로 측정) 대 평균 헤드 두께 비가 좋게는 1.5:1 내지 12:1이고, 더 좋게는 2.5:1 내지 6:1이다. 우수한 가요성 및 강도 모두를 갖기 위해, 특히 파스너가 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌의 코폴리머나 폴리에틸렌으로 이루어진 때에는, 헤드형 스템의 배킹은 두께가 좋게는 0.025 내지 0.5mm이고, 더 좋게는 0.06 내지 0.25mm이다. 몇몇 용례에 있어서, 보다 강성인 배킹이 사용될 수 있다. 또는, 배킹은 후크 반대편의 표면에 감압 접착제 층이 코팅될 수 있는데, 이 후크에 의해 배킹이 추가의 배킹 또는 기판에 부착될 수 있으므로 배킹은 기판의 강도에 의존해 후크의 고정을 촉진한다.

대부분의 후크 앤드 루프 용례에 있어서, 헤드형 스템 파스너의 후크는 통상 정방형, 지그재그형(staggered) 또는 육각형으로 배열된 헤드형 파스너의 전체 영역에 걸쳐 실질적으로 모든 방향으로 분포되어야 한다. 자체가 맞물리는 암수 동체형(hermaphroditic) 용례에 있어서, 후크는 맞물리는 때의 측방 미끄러짐을 방지하도록 분포되면 좋다. 예컨대, 공동 양도된 케이서(Kayser) 등의 미국 특허 제3,408,705호, 브라운의 제4,322,875호 및 에크하트(Eckhardt) 등의 제5,040,275호를 참조한다.

본 발명의 방법에 따라 제조된 헤드형 스템 파스너는 종래의 헤드형 스템 파스너가 제조될 수 있었던 것보다 더 빠른 라인 속도로 제조될 수 있기 때문에 저렴할 수 있다. 파스너는 저장 및 운송의 편의를 위해 롤로서 감겨져 있는 길고 넓은 웨브로 제조한다. 그러한 롤에 감긴 파스너는 후크 반대편의 배킹 표면에 감압 접착제 층을 구비할 수 있는데, 이 감압 접착제 층은 롤 헤드형 파스너의 하부 랩(wrap) 상의 후크의 헤드에 해제 가능하게 접착될 수 있으므로, 롤 감압 접착제 층을 보호하기 위해 릴리스 라이너(release liner)가 필요치는 않다. 감압 접착제가 롤에 접착되어 있는 헤드의 특정 영역은 사용되기 전까지 헤드형 파스너를 롤에 유지하고, 이어서 이 파스너가 롤로부터 용이하게 풀리도록 해준다. 원하는 길이의 조각들을 롤로부터 절단하여 의류의 플랩과 같은 용품에 접착식 또는 다른 방법으로 부착함으로써 플랩이 해제 가능하게 체결되게 할 수 있다.

사출 성형에 적절한 실질적으로 방향성이 있는 임의의 열가소성 수지를 사용하여 헤드형 파스너를 제조할 수 있다. 사출 성형될 수 있는 유용한 열가소성 수지에는 폴리에스터가 있는데, 이들은 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 나일론과 같은 폴리아미드, 폴리(스티렌 - 아크릴로니트릴), 폴리(아크릴로니트릴 - 부타디엔 - 스티렌), 폴리프로필렌과 같은 폴리오레핀 및 가소성 폴리비닐 클로라이드 등이다. 양호한 열가소성 수지는 17.5% 폴리에틸렌을 함유하고 용융 유동 지수가 30인 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌의 임팩트 코폴리머(impact copolymer)인데, 이는 텍사스주 시드리프트 소재의 유니온 카바이드 컴패니(Union Carbide Company)에서 구매 가능한 SRD7-560이다.

시험예

135° 박리 시험

시험할 2 인치 × 5 인치(5.1cm × 12.7cm)의 루프 파스너 재료 조각을 이중 코팅된 접착 테이프를 사용하여 2 인치 × 5 인치(5.1cm × 12.7cm)의 강제 패널에 견고하게 위치시켰다. 1 인치 × 5 인치(2.5cm × 12.7cm)의 후크 파스너 재료 조각을 절단하여 후크 파스너 재료의 스트립의 각각의 단부로부터 1 인치(2.5cm) 지점에 마킹하였다. 이어서, 후크 파스너 재료의 스트립을 루프 패널상의 중앙에 위치시켜, 후크와 루프 사이의 접촉 영역이 1 인치 × 1 인치(2.5cm × 2.5cm)가 되고, 후크 파스너 재료의 스트립의 선두 연부가 패널의 길이를 따라 위치되게 하였다. 분당 대략 12 인치(30.5cm)의 속도로 4.5 파운드(1000 그램) 롤러를 사용하여 시료를 각각의 방향으로 한 번씩 수동 압연시킴으로써 상보형 후크 및 루프 파스너 재료가 맞물리게 하였다. 후크 및 루프 파스너 재료 사이에 종이를 사용하여 최대 1 인치(2.5cm)의 맞물림을 확보하였다. 후크 재료의 스트립의 선두 연부를 고정시키고, 시료를 손으로 대략 1/8 인치(0.32cm) 만큼 약간 전단 변형시켜 후크가 루프와 맞물리게 하였다. 이어서, 시료를 135° 박리(剝離) 지그(jig)에 위치시켰다. 지그를 INSTRON^TM 모델 1122 인장 시험기의 하부 조(jaw)에 위치시켰다. 시료를 사전 박리시키지 않고, 선두 연부를 상부 조에 위치시켰으며, 조의 하부 연부에 1 인치 마킹을 하였다. 분당 12 인치(30.5cm)의 크로스헤드 속도에서, 분당 20 인치(50.8cm)의 차트 속도로 설정된 차트 기록기(chart recorder)를 사용하여 135°로 유지된 박리를 기록하였다. 네 개의 최고 피크의 평균을 그램으로 기록하였다. 루프 재료로부터 후크 스트립을 제거하는데 필요한 힘을 그램/센티미터-폭으로 기록하였다. 기록된 값은 5 회 이상 시험의 평균이다.

예 1

도 10에 도시된 지속적으로 감소하는 가변 닙을 그래프로 나타내기 위해 컴퓨터 모델을 만들었는데, 이 가변 닙은 도 6과 7에 도시된 캡 형성 장치를 사용하여 형성하였다. 이 장치의 입구 및 출구 간극을 조정하여, 감소하는 가변 닙의 평균 기울기와 접촉 영역 퍼센트를 계산할 수 있다. 평균 기울기, 캡 형성 장치의 접촉 영역 퍼센트 및 캘린더 롤 온도를 조정하여, 도 8A와 8B에 도시된 것과 같은 상이한 캡 형태를 형성할 수 있다.

도 10은 캡 형성 장치의 간극과 후크 높이를 수직 축선상에 밀리미터로 나타낸다. 수평 축선은 33 개의 동일 세그먼트로 분할된 캡 형성 장치의 전체 길이에 해당한다. 캡 형성 장치의 닙 간극(160)과 후크 높이(162)는 세그먼트 8에서 수렴하였다. 가변 닙의 길이는 11.43cm(4.5 인치)였다. 접촉 영역 퍼센트는 캡 형성이 가능한 전체 영역에 대한 캡 형성의 개시로부터 종료까지의 영역으로서 정의되었다. L로 표시된 캡 형성 영역(세그먼트 8부터 세그먼트 33까지)은 가변 닙 길이의 75.75%였다.

텍사스주 시드리프트 소재의 유니온 카바이드에서 구매 가능하고 제품명이 SRD7-560인 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌의 임팩트 코폴리머로 구성된 전구체 웨브를 배킹 두께가 0.11mm(0.0045 인치)이고 평방 센티미터당 대략 140 개의 스템이 배킹의 전면 위로 0.635mm(0.025 인치) 연장되게 성형하였다. 도 6과 7에 도시된 캡 형성 장치를 입구 간극이 0.81mm(0.032 인치), 출구 간극이 대략 0.56mm(0.022 인치)가 되도록 구성하였다. 캘린더 롤은 반경이 101.6mm였고, 캡 형성 장치는 반경이 102.4mm였다. 가변 닙은 평균 기울기 0.132로 입구 간극과 출구 간극 사이에서 대체로 지속적으로 감소하였다. 최대 기울기는 세그먼트 13에서 0.139였고, 최소 기울기는 세그먼트 33에서 0.116이었다. 롤 온도는 144℃(291℉)로 유지되었다. 이 온도에서, 캘린더 롤은 101.7mm(4.0 인치)의 반경을 가졌다.

전구체 웨브를 분당 12 미터(분당 39 피트)의 라인 속도로 가변 닙을 통해 이송하고, 닙 압력을 55.4kg/cm(선형 인치당 310 파운드)로 유지하였다. 만곡된 지지 구조체에 1517kPa(60psi)의 공기 압력을 유지하여 배킹의 배면에 대한 적절한 공기 베어링을 달성하였다.

컴퓨터 모델을 사용하여 닙 기울기에 대한 변경의 임팩트와, 헤드형 스템 높이에서의 캡 형성 장치의 캘린더 롤 온도 및 접촉 영역 퍼센트와, 장치 내 헤드 영역과, 헤드의 횡방향 및 횡단면을 측정하였다. 후크 높이는 닙 기울기에 가장 민감한 것으로 계산되었다. 기계 방향의 헤드 영역은 캡 형성 장치의 접촉 영역 퍼센트에 가장 민감한 것으로 계산되었다. 헤드의 횡단면 영역은 닙 기울기에 가장 민감한 것으로 계산되었다.

기울기, 접촉 영역 퍼센트 및 롤 온도를 변경하여, 도 8A와 8B에 도시된 캡 형태를 변경할 수 있다. 도 8A에 도시된 캡 형태가 바람직한 경우, 캡 기울기는 대략 0.125이고, 접촉 영역 퍼센트는 75%이며, 캘린더 롤 온도는 144℃(291℉)이어야 한다. 도 8B에 도시된 캡 형태가 바람직한 경우, 캡 기울기는 대략 0.093이고, 접촉 영역 퍼센트는 90%이며, 캘린더 롤 온도는 146℃(294.8℉)이어야 한다.

예 2

텍사스주 시드리프트에 소재한 유니온 카바이드로부터 구매 가능하고 제품명이 SRD7-463인 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌의 임팩트 코폴리머로 구성된 전구체 웨브를 배킹 두께가 0.11mm(0.0045 인치)가 되고 평방 센티미터당 대략 140 개의 스템이 배킹의 전면 위쪽으로 0.635mm(0.025 인치) 연장되도록 성형하였다. 도 6과 7에 도시된 캡 형성 장치를 입구 간극이 0.46mm(0.018 인치), 출구 간극이 대략 0.254mm(0.010 인치)가 되도록 구성하였다. 가변 닙은 입구 간극과 출구 간극 사이에서 지속적으로 감소되었다. 가변 닙의 길이는 10.2cm(4.0 인치)이고 스템은 가변 닙에 100% 접촉하였다. 롤 온도를 160℃(320℉)로 유지하였다. 전구체 웨브를 344.7kPa(50psi)의 풀림 장력 하에서 분당 45.7 미터(분당 150 피트)의 라인 속도로 가변 닙을 통해 이송하였다. 캡 형성 장치의 피스톤을 483kPa(70psi)로 유지하였다. 414kPa(60psi)의 공기압을 만곡된 지지 구조체에 유지하여 배킹의 배면에 대한 적절한 공기 베어링을 달성하였다.

최종 후크는 평균 높이가 0.46mm(0.018 인치)이고, 횡방향(CD) 캡 직경이 0.41mm(0.016 인치), 기계 방향(MD) 캡 직경이 0.41mm(0.016 인치)였다. 최종 헤드형 스템 파스너의 박리 강도를 미네소타주 세인트 폴 소재의 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 컴파니로부터 구매 가능하고 제품 번호가 KN-0560으로 표시된 후크 앤드 루프 파스너의 루프부에 대해 시험하였다. 135°의 각도에서 최대 박리 강도를 센티미터당 145.3 그램(인치당 369 그램)으로 측정하였다.

예 3

텍사스주 시드리프트에 소재한 유니온 카바이드에서 구매 가능하고 제품명이 SRD7-463인 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌의 임팩트 코폴리머로 구성된 전구체 웨브를 배킹 두께가 0.109mm이고 평방 센티미터당 스템이 대략 140 개가 되도록 성형하였다. 스템은 배킹의 전면 위쪽으로 0.640mm 연장되었다. 도 6과 7에 도시된 캡 형성 장치를 닙 입구가 0.81mm(0.032 인치)이고 닙 출구가 0.48mm(0.019 인치)가 되도록 구성하였다. 가변 닙은 닙 입구와 닙 출구 사이에서 지속적으로 감소되었다. 가변 닙 길이는 11.43cm(4.5 인치)였고, 스템은 가변 닙의 82%와 접촉하였다. 롤 온도를 144℃(291℉)로 유지하였다. 전구체 웨브를 200N의 웨브 인장과 분당 12 미터의 라인 속도로 가변 닙을 통해 이송하였다. 캡 형성 장치 상의 피스톤을 1517kPa로 유지하고 만곡된 지지 구조체 상에 414kPa의 공기압을 유지하여 배킹의 배면에 대한 적절한 공기 베어링을 달성하였다. 최종 후크는 평균 높이가 0.45mm이고 CD 캡 직경이 0.44mm이며 MD 캡 직경이 0.43mm였다.

본원에 개시된 특허 및 특허 출원은 참조로 본원에 포함되었다. 본 발명을 본원에 기술된 여러 실시예에 관해 기재하였다. 당업자에게는 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시예를 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 본원에 기재된 구성에 의해 한정되지 않고, 청구범위에 기재된 구성과 이들 구성의 등가물에 의해서만 한정된다.

Claims (52)

1. 직립 스템에 캡을 형성하는 방법으로서,

   배면과 전면 및 이 전면으로부터 말단으로 돌출된 복수 개의 폴리머 스템이 마련된 배킹을 포함하는 전구체 웨브를 제공하는 단계와,

   가변 닙 길이를 갖는 가변 닙을 형성하기 위해, 가열된 부재를 이 가열된 부재의 외형과 대체로 일치하는 형태를 갖는 지지면의 반대편에 위치시키는 위치 결정 단계와,

   가변 닙 길이의 일부분을 따라 가열된 부재와 지지면 사이에서 폴리머 스템과 압축식으로 맞물리도록 전구체 웨브를 가변 닙을 통해 이송하여, 폴리머 스템의 말단부를 축방향 하방으로 압축시켜 1.5:1 내지 12:1의 축방향 직경 대 두께의 비를 갖는 후크 헤드 형태가 되게 하는 이송 단계

   를 포함하는 것인 캡 형성 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 위치 결정 단계는 가변 닙 길이의 일부분을 따라 일정하게 유지되는 닙 간극을 형성하는 단계를 포함하는 것인 캡 형성 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 가열된 부재의 위치 결정 단계는 가열된 롤을 만곡된 지지면의 반대편에 위치시키는 단계를 포함하는 것인 캡 형성 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 만곡된 지지면은 가열된 롤의 곡률 반경과 대체로 상응하는 곡률 반경을 갖는 것인 캡 형성 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 만곡된 지지면은 가열된 롤과 직경이 동일한 2 개의 롤에 의해 형성된 닙 길이보다 3.0 배 이상 긴 가변 닙 길이를 형성하는 것인 캡 형성 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 가열된 부재의 위치 결정 단계는 가열된 벨트를 지지면의 반대편에 위치시키는 단계와, 가열된 벨트의 형태를 변형시키는 수단을 벨트의 배면을 따라 위치시키는 단계를 포함하는 것인 캡 형성 방법.
7. 제1항에 있어서, 가열된 부재를 전구체 웨브의 라인 속도에 대체로 상응하는 속도로 가변 닙을 통해 이동시키는 단계를 더 포함하는 것인 캡 형성 방법.
8. 제1항에 있어서, 배킹의 배면과 지지면 사이에 저 마찰 계면을 형성하는 단계를 더 포함하는 것인 캡 형성 방법.
9. 제1항에 있어서, 가열된 부재를 지지면 반대편에 위치시키는 상기 위치 결정 단계는 지지면을 활주 또는 회전시켜 가열된 부재와 제1 축선을 따라 맞물리도록 하는 단계를 포함하는 것인 캡 형성 방법.
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