KR20030068487A

KR20030068487A - 3차원 다공성 필름

Info

Publication number: KR20030068487A
Application number: KR10-2003-0009536A
Authority: KR
Inventors: 켈리윌리엄지에프; 제임스윌리엄에이
Original assignee: 맥네일-피피씨, 인코포레이티드
Priority date: 2002-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2003-08-21
Also published as: BR0302405A; ZA200301246B; AR038690A1; CN1456137A; CN100369594C; MXPA03001466A; RU2309164C2; AU2003200535B2; US20030171730A1; EP1336399A3; CA2419113A1; EP1336399A2; AU2003200535A1

Abstract

본 발명은 제1 평면과 제2 평면에 의해 경계지어진 두께를 갖는 3차원 다공성 필름을 제공한다. 당해 필름은 따로 따로 떨어진 다수의 매크로피쳐 및 다수의 공극을 포함한다. 당해 공극은 필름의 제1 표면에서 시작되어 일반적으로 필름의 제2 표면 방향으로 연장되고 제2 평면에서 종결되는 측벽에 의해 경계지어진다. 필름의 제1 표면은 매크로피쳐 상에서 제1 평면과 일체화된다. 당해 필름은 생리대 등과 같은 개인 보호 용품으로 사용할 수 있고, 초흡수성 물질을 함유하는 흡수성 코어와 함께 사용하는 경우, 안정되고 낮은 침투 속도를 나타낸다.

Description

3차원 다공성 필름{Three-dimensional apertured film}

본 발명은 일반적으로 생리대, 기저귀, 요실금 제품, 탐폰, 외과용 드레싱, 상처 드레싱, 언더패드, 손수건 등과 같은 개인용품의 성분으로서 유용한 3차원 다공성 필름에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 1회용 흡수 제품에서 구성 층으로서 사용되는 경우 유체 취급 특성이 개선된 3차원 다공성 필름에 관한 것이다.

본 발명은 제1 표면, 제2 표면, 및 제1 표면과 제 2표면에 의해 경계지워지는 두께 부분으로 이루어진 3차원 다공성 필름을 제공한다. 당해 필름은 따로 따로 떨어진 다수의 매크로피쳐(macrofeature)와 다수의 공극을 포함한다. 당해 공극은 필름의 제1 표면으로부터 시작되어 일반적으로 필름의 제2 표면 방향으로 연장되어 제2 표면에서 끝나는 측벽(sidewall)에 의해 경계지워진다. 필름의 제1 표면은 불연속 매크로피쳐의 제1 평면과 합체된다.

필름에서 공극과 매크로피쳐의 상대적 배치가 규칙적이다. 이는 공극과 매크로피쳐가 서로에 대해 규칙적이고 일정한 배치 형태로 배열되어 있음을 의미한다. 즉, 공극과 매크로피쳐가 서로에 대해 일정한 또는 균일한 간격으로 반복 배치된다. 공극과 매크로피쳐사이의 공간은 필름의 표면적 전체에 걸쳐 일정하게 반복되는 기하 패턴을 규정한다. 공극과 매크로피쳐는 필름 전체에 걸쳐 균일하게 반복되는 일정한 한정된 패턴으로 배열된다.

당해 필름은 유리하게는, 반복 시험시 유체 흡수 시간이 보다 일정하고 단축된다는 점에 의해 입증되는 바와 같이, 개선된 유체 조절 특성을 부여한다. 반복 시험, 즉 동일한 영역에 합성 생리액을 반복하여 도입시키는 시험에 의해 반복적 침투가 이루어지는 경우, 부직포 커버층, 중간층, 및 초흡수성 중합체를 포함하는 흡수 코어를 포함하는 흡수 제품은 반복 인설트 시간(repeat insult time)이 6회의 인설트에 걸쳐 40% 미만으로 증가된다. 구체적으로, 본 발명의 필름은 유리하게는 부직 커버층 밑에, 또한 초흡수성 중합체를 포함하는 흡수 코어 위에 놓고 시험하였을 경우, 6회의 인설트에 걸쳐 약 40% 미만으로 증가되는 반복 인설트 시간을 제공한다. 본원에 사용된 중간층은 커버층에 바로 인접하여 위치하고 있으며 커버층과 흡수 코어 사이에 배치된 흡수 제품의 한 층이다. 중간층은 또한 전달층으로서 공지되어 있다. 바람직한 양태에서, 반복 인설트 시간은 6회의 인설트에 걸쳐 약 30% 미만으로 증가되고, 보다 바람직한 양태에서, 반복 인설트 시간은 약 20% 미만으로 증가되며, 가장 바람직한 양태에서, 반복 인설트 시간은 약 15% 미만으로 증가된다.

도 1은 본 발명의 3차원 필름의 한 양태의 현미경사진이다.

도 1a는 도 1의 필름을 라인 A-A를 따라 절단한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 3차원 필름의 다른 양태의 현미경사진이다.

도 2a는 도 2의 필름을 라인 A-A를 따라 절단한 단면도이다.

도 2b는 도 2의 필름을 라인 B-B를 따라 절단한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 3차원 필름의 또 다른 양태의 현미경사진이다.

도 3a는 도 3의 필름을 라인 A-A를 따라 절단한 단면도이다.

도 4는 본 발명의 3차원 필름의 또 다른 양태의 현미경사진이다.

도 5는 본 발명의 필름의 제조에 유용한 3차원 지형학적 지지 부재의 한 형태를 도식적으로 나타낸 것이다.

도 6은 본 발명의 필름의 제조에 유용한 3차원 지형학적 지지 부재를 형성시키기 위한 피가공물(workpiece)의 레이저 조각용 장치를 도식적으로 나타낸 것이다.

도 7은 도 6의 장치의 컴퓨터 제어 시스템을 도식적으로 나타낸 것이다.

도 8은 다공성 필름용 지지 부재를 제조하기 위해 피가공물을래스터(raster) 천공시키는 패턴 파일의 한 예의 그래프 확대도이다.

도 9는 도 8의 파일을 사용하여 레이저 천공시킨 후의 피가공물의 현미경사진이다.

도 10은 도 2의 필름을 제조하기 위해 피가공물을 레이저 조각하는 파일의 도면이다.

도 11은 본 발명의 필름의 제조에 유용한 3차원 지형학적 지지 부재를 제조하기 위해 피가공물을 레이저 조각하기 위한 파일의 도면이다.

도 12는 도 11의 파일을 사용하여 레이저 조각된 피가공물의 현미경사진이다.

도 12a는 도 12의 레이저 조각된 피가공물 단면의 현미경사진이다.

도 13은 도 12의 레이저 조각된 지지 부재를 사용하여 제조된 다공성 필름의 현미경사진이다.

도 13a는 도 12의 레이저 조각된 지지 부재를 사용하여 제조된 다공성 필름의 다른 현미경사진이다.

도 14는 레이저 조절로써 지지 부재를 제조하는 데 사용될 수 있는 파일의 예이다.

도 14a는 연속적으로 반복되는 도 14의 파일을 나타낸 도면이다.

도 15는 도 14의 파일의 B 부분의 확대도이다.

도 16은 도 15의 C 부분을 형성시키는 데 사용되는 패턴 파일의 확대도이다.

도 17은 도 14의 파일을 사용하여 레이저 모듈레이션에 위해 제조된 지지 부재의 현미경사진이다.

도 18은 도 17의 지지 부재의 일부분의 현미경사진이다.

도 19는 도 17의 지지 부재를 사용하여 제조된 필름의 현미경사진이다.

도 20은 도 19의 필름의 일부분의 현미경사진이다.

도 21은 필름 형성 장치에 놓여진, 본 발명에 따르는 필름의 제조에 사용되는 지지 부재에 대한 도면이다.

도 22는 본 발명에 따르는 다공성 필름 제조용 장치의 도식도이다.

도 23은 도 22의 원 부분의 도식도이다.

도 24는 선행 기술의 다공성 필름의 현미경사진이다.

도 25는 선행 기술의 다공성 필름의 다른 예의 현미경사진이다.

도 26은 본 발명의 다공성 필름의 또 다른 예의 현미경사진이다.

본 발명은 개인용품에서 특히 유용한 3차원 다공성 필름에 관한 것이다. 당해 필름은 신체 접촉층, 유체 처리층, 또는 개인용품의 기타 구성층으로서 사용될 수 있다. 본 발명의 필름은, 예를 들면, 여성 생리대 제품과 같은 일회용 흡수 제품에 사용되는 경우에 개선된 유체 처리 특성을 나타내는 것으로 밝혀졌다.

본 발명의 3차원 다공성 필름은 제1 표면과 제2 표면을 갖는다. 당해 필름은 추가로 제1 표면과 제2 표면으로 경계지어지는 두께 부분을 갖는다. 당해 필름은 제1 표면에서 시작되고, 일반적으로 제2 표면의 방향으로 연장되어 제2 표면에서 종결되는 측벽에 의해 경계지어지는 다수의 공극을 갖는다. 당해 필름은 또한 다수의 불연속 매크로피쳐를 포함한다. 당해 필름의 제1 표면은 이러한 매크로피쳐의 제1 평면과 합체된다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "매크로피쳐(macrofeature)"는 육안과 필름 사이의 수직 거리가 개인 상태에서 기구의 도움을 받지 않는 보통시력의 육안으로 볼 수 있는 필름의 돌출부를 의미한다. 매크로피쳐는 공극에 대해 규칙적인 형태로 배치되어 있다. 몇몇 양태에 있어서, 예를 들면, 공극 및 매크로피쳐는 이들의 상대적 배치가 규칙적임에도 불구하고 매크로피쳐보다 더 공극이 존재하도록 배열될 수 잇다. 공극 및 매크로피쳐의 정확한 크기 및 형태는, 매크로피쳐가 서로 따로 따로 떨어져 불연속적으로 존재하는 한 중요하지 않다.

도 1은 본 발명에 따르는 3차원 다공성 필름의 한 가지 양태의 현미경 사진이다. 도 1의 필름(10)은 공극(12) 및 매크로피쳐(14)를 갖는다. 공극은 측벽(15)에 의해 경계지워진다. 매크로피쳐는 필름에서 불연속 돌출부이며, 제1 표면의 하부 영역(16)위에 돌출된 것으로 관찰될 수 있다. 가상 평면, 즉 제1 평면이 3차원 다공성 필름의 제1 표면 밑에 배치되는 경우, 서로 분리된 다수의 불연속 영역에서 매크로피쳐의 상부가 필름과 접촉된다. 각각의 및 모든 매크로피쳐를 가상 평면과 접촉시킬 필요는 없으며, 오히려, 제1 평면은 따라서 매크로피쳐의 최상부, 즉 당해 필름의 제2 표면으로부터 가장 돌출된 매크로피쳐의 부분으로 정의된다.

도 1의 양태에 있어서, 공극이 x-방향 및 y-방향 모두에서 매크로피쳐와 교대 배열하여, 매크로피쳐에 대한 공극의 비는 1이다.

도 1a는 도 1의 라인 A-A를 따라 도 1의 필름(10)의 횡단면을 도시한 것이다. 도 1a는 매크로피쳐(14)가 제1 평면(17)에서 서로 따로 따로 떨어져 있으며 필름의 제1 표면의 하부 구역(16) 및 공극(12)에 의해 서로 분리된다. 공극(12)은제1 표면에서 시작되어 일반적으로 제2 표면 방향으로 연장되고 제2 표면(19)에서 종결되는 측벽(15)에 의해 경계지워진다. 전부를 제2 표면(19)에서 종결시킬 필요는 없으며, 오히려 제2 평면은 최하층으로 연장된 측벽(15)에 의해 경계지워진다.

본 발명의 한 양태에 있어서, 공극의 일부 또는 전부가 필름의 제1 평면에서 시작하는 제1 부분과 필름의 제1 평면과 제2 평면 사이에 배치된 평면, 즉 제1 평면과 제2 평면의 중간 평면에서 시작되는 제2 부분을 갖는 측벽을 가진다.

바람직한 양태에서, 필름은, 제1 평면에서 시작되는 제1 부분과 중간 평면에서 시작되는 제2 부분을 갖는 측벽을 갖는 공극을 함유하는 이외에, 완전히 중간 평면에서 시작하는 측벽을 갖는 공극을 포함한다. 즉, 당해 필름은 매크로피쳐의 최상부에 의해 규정되는 평면 이외의 평면에서 시작되는 공극을 포함한다.

본 발명의 특히 바람직한 양태에 있어서, 필름은 몇가지 상이한 유형의 공극의 조합을 포함한다. 당해 필름은 측벽이 필름의 제1 평면에서 시작되는 공극을 포함한다. 필름은 또한 공극, 제1 평면에서 시작되는 부분 및 중간 평면에서 시작되는 부분을 포함하는 측벽을 갖는다. 마지막으로, 당해 필름은 또한 측벽이 완전히 중간 평면에서 공극을 포함한다.

도 2에서, 공극(12)은 측벽(15)에 의해 규정된다. 매크로피쳐(14)은 필름(20)의 제1 표면의 하부 영역(16) 위에 돌출된다. 도 2의 필름의 매크로피쳐 및 공극은 도 1의 필름의 매크로피쳐 및 공극과는 상이한 형태이다. 도 2에서, 매크로피쳐는 x-방향 및 y-방향에서 공극에 의해 서로 분리된다. 그러나, 몇몇 공극은 x-방향 및 y-방향 모두에서 제1 표면의 하부 영역(16)에 의해 서로 분리된다.도 2의 필름(20)에서, 매크로피쳐에 대한 공극의 비는 2.0이다. 또한, 도 2의 필름(20)에서 각각의 공극은 도 2a에서 도시된 제1 평면(17), 즉 매크로피쳐의 단부(18)에서 시작되는 측벽 부분과 제1 표면의 하부 영역(16)에서 시작되는 측벽 부분을 갖는다.

도 2a는 라인 A-A를 따라 도 2의 필름(20)의 횡단면을 나타낸다. 매크로피쳐(14)은 공극(12)에 의해 제1 평면(17)에서 서로 분리되며, 이는 필름의 제1 표면에서 시작되고 제2 표면의 방향에서 연장되어 제2 평면(19)에서 종결되는 측벽에 의해 경계지워진다. 당해 횡단면에서 도시된 측벽(15) 부분이 매크로피쳐(14)의 단부(18)에서 제1 평면(17)에서 시작됨을 도 2a에서 확인할 수 있다.

도 2b는 라인 B-B를 따라 제공된 도 2의 필름(20)의 횡단면을 도시한다. 당해 특정 횡단면에서, 매크로피쳐가 전혀 가시화되지 않으며, 공극(12)은 필름의 제1 표면의 하부 영역(16)에 의해 서로 분리된다. 필름의 하부 구역(16)은 제1 평면(17)과 제2 평면(19) 사이에 배치되며, 3차원 다공성 필름의 두께를 규정하는 평면이 도시된다. 측벽(15)은 제2 평면(19)에서 종결된다.

도 3은 공극 및 매크로피쳐의 또 다른 배열을 갖는 본 발명의 3차원 다공성 필름의 추가의 양태의 현미경 사진을 도시한 것이다. 도 3의 필름(30)은 매크로피쳐(14)와 함께 배열된 공극(12)과, 매크로피쳐(24)와 함께 배열된 공극(22)을 갖는다. 공극(12,22) 및 매크로피쳐(14,24) 모두는 서로에 대한 상대적 배치가 규칙적이도록 배열되어 있다.

도 3a는 도 3의 라인 A-A를 따라 절단된 도 3의 필름(30)의 단면도이다. 당해 특정 단면도는 제1 평면(17)에서 서로 단절되어 있고 공극(12)에 의해 서로 분리되어 있는 매크로피쳐(24) 및 매크로피쳐(14)를 나타낸다. 공극(12)은 제2 평면(19)에서 종결되는 측벽(15)에 의해 경계지워진다. 당해 특정 단면도에 나타나 있는 측벽(15) 부분은 매크로피쳐(14 및 24)의 단부(18)에서 제1 평면(17)에서 시작된다.

도 4는 본 발명에 따르는 3차원 다공성 필름의 또 다른 양태의 현미경 사진이다. 도 4에 나타낸 필름(40)에는 공극(12) 및 매크로피쳐(14)가 규칙적으로 배열되어 있다.

적합한 출발 필름은 열가소성 중합체 재료로 구성된 연속적이고 단절되지 않은 필름이다. 당해 필름은 증기 투과성 또는 증기 불투과성일 수 있고; 엠보싱 처리되거나 엠보싱 처리되지 않을 수 있고; 이의 주 표면 중 한 면 또는 양면이 코로나 방전처리되거나 이러한 코로나 방전처리가 이루어지지 않을 수 있고; 필름을 형성시킨 후 형성된 필름 위에 계면활성제를 피복, 분무 또는 프린팅함으로써 계면활성제를 처리하거나, 필름 형성 전에 계면활성제를 열가소성 중합체 재료에 블렌드로서 도입할 수 있다. 당해 필름은 폴리올레핀, 예를 들면, 고밀도 폴리에틸렌, 직쇄형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 올리핀과 비닐 단량체의 공중합체, 예를 들면, 에틸렌과 비닐 아세테이트 또는 비닐 클로라이드의 공중합체; 폴리아미드; 폴리에스테르; 폴리비닐 알콜 및 올레핀과 아크릴레이트 단량체의 공중합체, 예를 들면, 에틸렌과 에틸렌 아크릴레이트의 공중합체 및 에틸렌메타크릴레이트를 포함하는 열가소성 중합체 물질을 포함할 수 있지만, 이로 제한되는 것은 아니다. 이러한 중합체 재료 둘 이상의 혼합물을 포함하는 필름도 사용할 수 있다. 천공시킬 출발 필름의 기계 방향(MD) 및 가로 방향(CD) 신도는 ASTM 시험 번호 D-882에 따라 조우(jaw) 속도 50in/분(127cm/분)으로 인스트론 시험장치로 측정할 때 100% 이상이어야 한다. 출발 필름의 두께는 바람직하게는 균일하고, 약 0.5 내지 약 5mil 또는 약 0.0005 내지 약 0.005in(0.0013 내지 0.076cm)의 범위일 수 있다. 동시 압출된 필름은, 예를 들면, 계면활성제로 처리하여 개질시킨 캔 필름으로서 사용할 수 있다. 출발 필름은 공지된 기술, 예를 들면, 캐스팅, 압출 또는 취입법으로 제조할 수 있다.

본 발명의 필름의 천공방법은 필름을 패턴화된 지지 부재 표면에 배치시킴을 포함한다. 필름은 지지 부재 상에서 높은 유체 압력 차이를 받게 된다. 액체 또는 기체인 유체의 압력 차이로 인해 막은 패턴화된 지지 부재의 표면 패턴을 갖게 된다. 패턴화된 지지 부재가 내부에 공극을 갖는 경우, 공극 위에 위치하는 필름 부분은 유체 압력 차이에 의해 파열되어 다공성 필름을 형성시킬 수 있다. 다공성 필름의 제조방법은 본원에 참고로 인용된, 제임스(James) 등에게 허여된 미국 특허 제5,827,597호에 상세히 기재되어 있다.

본 발명의 다공성 필름은 특정 패턴의 매크로피쳐와 공극을 갖는 다공성 지지 부재의 표면에 걸쳐 열가소성 막을 배치시킴으로써 제조하는 것이 바람직하다. 가열 공기 스트림을 필름으로 향하게 하여 필름 온도를 상승시킴으로써 필름을 유연하게 할 수 있다. 이어서, 필름에 진공을 적용하여 필름이 지지 부재 표면의 형상에 따르게 한다. 지지 부재 내의 공극 위에 위치하는 필름 부분을 파열시켜 필름에 공극을 형성시킨다.

본 발명의 3차원 다공성 필름의 제조용으로 적합한 다공성 지지 부재는 피가공물을 레이저 조각하여 제조한 3차원 지형학적 지지 부재이다. 3차원 지형학적 지지 부재로 레이저 조각된 예시적인 피가공물을 도 5에 도시하여 나타내었다.

피가공물(102)은 얇은 관상 실린더(110)를 포함한다. 피가공물(102)은 비가공된 표면 영역(111) 및 레이저 조각된 중심부(112)를 포함한다. 본 발명의 지지 부재를 제조하는 데 바람직한 피가공물은 모든 잔여 내부 응력이 경감된 아세탈로 제조된, 벽이 얇은 고른 관이다. 당해 피가공물은 벽 두께가 1 내지 8mm, 더욱 바람직하게는 2.5 내지 6.5mm이다. 지지 부재 성형시 사용되는 예시적인 피가공물은 직경이 1 내지 6ft이고 길이가 2 내지 16ft이다. 그러나, 이들의 크기는 설계시 선택할 사항이다. 다른 형상 및 재료 조성을 예를 들면, 아크릴, 우레탄, 폴리에스테르, 고분자량 폴리에틸렌 및 레이저 비임으로 가공할 수 있는 다른 중합체와 같은 피가공물에 사용할 수 있다.

도 6에는 본 발명의 지지 부재의 레이저 조각용 장치가 도시되어 있다. 출발 블랭크 관상 피가공물(102)은 적합한 목본(arbor), 또는 원기둥 형상으로 이를 고정시키고 베어링(122) 내의 세로 축 주위의 회전을 가능하게 하는 맨드릴(121) 위에 탑재되어 있다. 회전 구동장치(123)가 제공되어 조절된 속도로 주축(121)을 회전시킨다. 회전 펄스 발생기(124)가 연결되어 있고 주축(121)의 회전을 모니터하여 이의 정확한 반경 위치를 항상 알 수 있다.

캐리지(126)가 피가공물(102)의 상부 표면(103)에 일정한 투명도를 유지하면서 맨드릴(121)의 전체 길이를 가로지르게 하는 하나 이상의 안내로(125)가 맨드릴(121)의 진동과 평행하게 외부에 위치한다. 캐리지 구동장치(133)가 안내로(125)를 따라 캐리지를 이동시키면서, 캐리지 펄스 발생기(134)는 피가공물(102)에 대해 캐리지의 측면 위치를 인식한다. 캐리지 위에 초점 단(focusing stage)(127)이 탑재되어 있다. 초점 단(127)은 초점 안내로(128) 내에 탑재되어 있다. 초점 단(127)은 캐리지(126)의 운동에 수직인 운동을 가능하게 하고 상부 표면(103)에 대해 렌즈(129)의 초점을 맞추는 수단을 제공한다. 초점 구동장치(132)가 제공되어 초점 단(127)이 배치되고 렌즈(129)의 초점을 맞출 수 있다.

초점 단(127)에 렌즈(129)가 고정되어 있고, 이는 노즐(130) 내에 고정되어 있다. 노즐(130)은 렌즈의 투명도 유지 및 냉각을 위한, 노즐(130) 속으로 가압 기체를 도입하기 위한 수단(131)을 갖는다. 이러한 목적을 위해 바람직한 노즐(130)은 본원에 참고로 인용된, 제임스 등에게 허여된 미국 특허 제5,756,962호에 기재되어 있다.

또한, 레이저 광선(136)을 촛점 렌즈(129)로 항하게 하는 최종 휨 거울(135)을 운반대(126) 위에 올려놓는다. 광선을 최종 광선 휨 거울(135)로 투사시키는 선택적인 광선 휨 거울(138)을 사용하여, 레이저(137)를 멀리 위치시킨다. 레이저(137)를 운반대(126) 위에 직접 탑재하고 광선 휨 거울을 제거하도록 하면서, 공간 제한 및 레이저로의 유틸리티 접속을 통해 가능한 한 멀리 탑재하는 것이 바람직하다.

레이저(137)를 가동시킬 경우, 방출된 광선(136)을 제1 광선 휨 거울(138)로 반사시킨 다음, 이를 렌즈(129)로 투사시켜 최종 광선 휨 거울(135)로 반사시킨다. 렌즈(129)가 제거될 경우, 광선이 맨드릴(121)의 세로 중앙선으로 통과할 수 있도록 레이저 광선(136)의 경로를 배열한다. 렌즈(129)를 제 위치에 배치시키면서, 광선의 초점을 상부 표면(103) 위, 표면 아래, 표면 상 또는 표면 근처에 맞출 수 있다.

본 발명은 각종 레이저와 함께 사용될 수 있으나, 바람직한 레이저는 2500와트 이하에서 등급매겨진 광선을 생성할 수 있는 고속 유동 CO₂레이저이다. 그러나, 50와트에서 등급매겨진 저속 유동 CO₂레이저를 사용할 수도 있다.

도 7은 도 6의 레이저 조각 장치의 제어 시스템의 개략도이다. 레이저 조각 장치의 작업 동안, 초점 위치에 대한 제어 변수, 회전 속도 및 횡단 속도를 주 컴퓨터(142)로부터 접속부(144)를 통해 드라이브 컴퓨터(140)로 보낸다. 드라이브 컴퓨터(140)는 초점화 단계 드라이브(132)를 통해 초점 위치를 제어한다. 드라이브 컴퓨터(140)는 회전 드라이브(123) 및 회전 펄스 발생기(124)를 통한 피가공물(102)의 회전 속도를 제어한다. 드라이브 컴퓨터(140)는 운반대 드라이브(133) 및 운반대 펄스 발생기(134)를 통한 운반대(126)의 횡단 속도를 제어한다. 드라이브 컴퓨터(140)는 또한 드라이브 상황 및 가능한 에러를 주 컴퓨터(142)에 보고한다. 이러한 시스템은 포지티브 위치 제어를 제공하고 피가공물(102)의 표면을 픽셀이라 불리는 작은 면적으로 효과적으로 나누는데, 이때 각각의 픽셀은 회전 드라이브의 고정된 수의 펄스와 횡단 드라이브의 고정된 수의 펄스로 이루어진다. 주 컴퓨터(142)는 또한 레이저(137)를 접속부(143)를 통해 제어한다.

레이저로 조각된 3차원 지형학적 지지 부재는 몇몇 방법에 의해 제조될 수 있다. 이러한 지지 부재의 제조방법은 피가공물 표면의 레이저 드릴법과 레이저 분쇄법과의 병행에 의한다.

피가공물의 레이저 드릴 방법은 충돌 드릴법, 파이어 온 더 플라이(fire-on-the-fly) 드릴법 및 래스터 스캔 드릴법을 포함한다.

바람직한 방법은 래스터 스캔 드릴법이다. 이러한 접근법에서, 패턴은 도 8에 도시된 바와 같이 직사각형 반복 부재(141)로 축소된다. 이러한 반복 부재는 목적하는 유형을 생성하는 데 필요한 정보를 모두 함유한다. 타일처럼 사용되고 한쪽 끝과 다른 한쪽 끝을 이으면서 교대로 배치시키는 경우, 보다 큰 바람직한 패턴이 형성된다.

이러한 반복 부재는 보다 작은 직사각형 단위 또는 "픽셀"(142)의 격자로 추가로 나뉘어진다. 일부 목적을 위해, 전형적으로 정사각형을 통해, 동일하지 않은 비율의 픽셀을 사용하는 것이 보다 용이할 수 있다. 픽셀 그 자체는 치수가 없으며, 화상의 실제 치수는 가공처리 동안 설정되는데, 즉 픽셀의 폭(145)과 픽셀의 길이(146)는 실제 천공 작업 동안에만 설정된다. 천공 작업 동안, 픽셀의 길이는 운반대 펄스 발생기(134)로부터의 소정 개수의 펄스에 상응하는 치수로 설정된다. 유사하게, 픽셀의 폭은 회전 파동 발생기(124)로부터의 파동의 수에 상응하는 치수로 설정된다. 따라서, 쉽게 설명하기 위해, 픽셀을 도 8에서 사각형으로 도시하였으나, 픽셀이 사각형일 필요는 없을 뿐만 아니라 직사각형일 필요는 없다.

픽셀의 각각의 칼럼은 레이저의 초점 위치를 지나는 피가공물의 1회 통과를 나타낸다. 당해 칼럼은 피가공물(102) 주변에 완전히 도달하는 데 요구되는 정도로 여러번 반복된다. 각각의 백색 픽셀은 레이저로의 꺼짐(off) 지시, 즉 레이저가 동력을 방출하지 않음을 나타내며, 각각의 흑색 픽셀은 레이저로의 켜짐(on) 지시, 즉 레이저가 광선을 방출함을 나타낸다. 이를 통해, 1 및 0의 간단한 2진수 파일(이때, 1 또는 백색은 레이저가 차단되는 지시이며, 0 또는 흑색은 레이저가 작동되는 지시이다)을 생성한다. 따라서, 도 8에서, 면적(147, 148 및 149)은 레이저가 전체 동력을 방출하도록 하는 지시에 상응하며, 피가공물(102) 중에 공극을 생성할 수 있다.

도 7을 참조하면, 조각 파일의 내용물은 접속부(143)를 통해 레이저(137)로 주 컴퓨터(142)에 의해 2진수 형태(이때, 1은 꺼짐이고, 0은 켜짐이다)로 보내진다. 각 지시 사이의 시간을 다양하게 함으로써, 픽셀의 크기가 정해지도록 지시 기간을 조정한다. 파일의 각각의 칼럼을 완성시킨 후, 칼럼을 다시 가공처리하거나, 전 영역이 완성될 때까지 반복한다. 칼럼의 지시를 수행하면서, 횡단 드라이브를 약간 이동시킨다. 횡단 속도를 설정하여 영역 조각 완성시 횡단 드라이브가 집중 렌즈를 이동시키도록 하고, 픽셀 칼럼과 다음 픽셀 칼럼의 폭을 가공처리한다. 파일 말단에 도달할 때까지 이를 계속하고, 전체 목적하는 폭이 도달할 때까지 파일을 다시 축 치수에 있어 반복시킨다.

이러한 접근법에서, 각각의 통과는 재료에 있어서 큰 공극보다는 다수의 좁은 절편을 생성시킨다. 이러한 절편을 정밀하게 등록하여 나란히 서도록 하고 다소 겹치게 하기 때문에, 축적 효과는 공극이다.

도 9는 도 8의 파일을 사용하여 초기에 래스터 스캔 천공된 지지 부재 일부의 현미경 사진이다. 지지 부재의 표면은 일련의 모여진 육각형 공극(153)을 갖는 평활면(152)이다.

본 발명의 3차원 지형학적 지지 부재를 레이저 조작하기 위한 매우 바람직한 방법은 레이저 모듈레이션을 통한 것이다. 레이저 모듈레이션은 픽셀을 기준으로 하여 픽셀에서 레이저 동력을 점차적으로 다양하게 함으로써 수행된다. 레이저 모듈레이션에서, 래스터 스캔 천공의 간단한 켜짐 또는 꺼짐 지시는 레이저 모듈레이션 파일의 각각의 개별 픽셀에 대한 레이저 동력을 점진적인 규모로 조정하도록 하는 지시로 대체된다. 이러한 방식에서, 삼차원 구조는 피가공물이 1회 통과하도록 할 수 있다.

레이저 모듈레이션은 3차원 지형학적 부재를 생성하는 다른 방법에 있어 몇몇 장점을 지닌다. 레이저 모듈레이션은 이음새의 존재로 인해 발생되는 잘못 맞춰진 유형 없이 이음새가 없는 일편의 지지 부재를 생성한다. 레이저 모듈레이션을 사용하여, 지지 부재를 다중 작업 대신에 단일 작업으로 완성시켜서, 효능은 증가시키고 비용은 감소시킨다. 레이저 모듈레이션은 유형 등록에 따른 문제점을 제거하며, 이는 연속적인 다단계 작업에 있어 문제가 될 수 있다. 레이저 모듈레이션은 또한 실질적인 거리에 대해 복잡한 구조를 지닌 지형학적 형상물을 형성시킨다. 레이저에 대한 지시를 다양하게 함으로써, 형상물의 깊이 및 형상을 정밀하게 조절할 수 있으며, 단면부위에서 계속하여 변하는 형상물을 형성할 수 있다. 공극 및 매크로피쳐의 서로에 대한 규칙적 배치가 유지될 수 있다.

다시 도 7에 관해서, 레이저 모듈레이션 동안 주 컴퓨터 142는 간단한 "켜짐" 또는 "꺼짐" 포맷 이외에 레이저 137에 지시를 보낼 수 있다. 예를 들어, 간단한 이진수 파일은 8비트(바이트) 포멧으로 대체될 수 있고, 이는 가능할 수 있는 256 수준의 레이저로 방출되는 전력에서 변화를 고려한다. 바이트 포멧을 사용하여, 명령 "11111111"은 레이저를 끄도록 지시하고, "00000000"은 레이저를 풀전력로 발산하도록 하며, "10000000"과 같은 명령은 레이저를 총 이용가능한 레이저 전력의 1/2로 발산하도록 지시한다.

레이저 모듈레이션 파일은 다양한 방법으로 창조될 수 있다. 하나의 이러한 방법은 256 색 수준의 컴퓨터 이미지의 그래이 스케일(gray scale)을 사용하여 도면적으로 파일은 작제하는 것이다. 이러한 그래이 스케일 이미지에서, 중간 전력 수준을 나타내는 사이에서 그래이의 다양한 수준으로, 검은색은 풀전력을 나타낼 수 있고, 흰색은 어떠한 전력도 나타낼 수 없다. 다수의 컴퓨터 그래픽 프로그램은 이러한 레이저-조각 파일을 가시화하거나 창조하는데 사용될 수 있다. 이러한 파일을 사용하여, 레이저에 의해 발산되는 전력은 픽셀 기초에 의해 픽셀상에 모듈레이팅되고, 따라서 3차원의 지형 지지 부재를 직접 조각할 수 있다. 8-비트 바이트 포멧이 본원에 기재된 반면, 4비트, 16비트, 24비트와 같은 다른 수준 또는 다른 포멧으로 교체될 수 있다.

레이저 조각을 위한 레이저 모듈레이션 시스템에서 사용하기 위한 적절한 레이저는 보다 낮은 전력 출력이 사용될 수 있지만, 2500 왓트의 전력 출력을 갖는 고속 유동 CO₂레이저이다. 레이저가 가능한 한 신속하게 전력 수준을 전환시킬 수 있어야 한다는 것이 주요 관심사이다. 바람직한 전환 속도는 약 10kHz이고, 보다 바람직하게는 20kHz의 속도이다. 고성능-개폐 속도는 가능한 1초당 많은 픽셀을 처리할 수 있음을 필요로 한다.

도 10은 레이저 모듈레이션을 사용하여 지지 부재를 제조하기 위한 레이저 모듈레이션 파일의 대표적인 도면을 나타낸다. 도 10의 화일을 사용하여 제조된 지지 부재는 도 2에 제시된 3-차원의 다공성 필름을 제조하는데 사용된다. 도 10에서, 검은색 영역 154는 총전력을 발산하도록 지시된 레이저의 픽셀을 나타내고, 이로 인하여 도 2에 예시된 3차원의 다공성 필름(20)내의 공극들(12)에 상응하는 지지 부재내 공극을 만든다. 이와 같이, 도 10에서 흰색 영역(155)는 꺼짐을 지시 받는 레이저의 픽셀을 나타내고, 이로 인하여 완전한 지지 부재의 표면을 남겨놓는다. 이러한 지지 부재의 비손상 영역은 도 2의 3차원 다공성 필름(20)의 매크로 피쳐에 상응한다. 도 10에서 그래이 영역(156)은 부분적 전력을 발산하고, 지지 부재 상의 보다 낮은 영역을 생산하는 레이저의 픽셀을 나타낸다. 지지 부재 상의 이러한 보다 낮은 도 2의 3차원 다공성 필름(20) 상의 보다 낮은 영역(16)에 상응한다.

도 11은 레이저 모듈레이션을 사용하여 지지 부재를 생산하는 레이저 모듈레이션 파일의 대표적인 도면을 나타낸다. 도 8의 레이저-천공 파일에서와 같이, 각각의 픽셀은 피가공물의 표면 상의 위치를 나타낸다. 픽셀의 각각의 줄은 조각될 피가공물의 축방향의 위치를 나타낸다. 각각의 픽셀의 열은 피가공물의 원주상 위치내 위치를 나타낸다. 그러나, 도 8의 화일과는 상이하게, 픽셀에 의해 나타낸 각각의 레이저 지시는 더이상 이진수 지시가 아니지만, 8 비트 또는 그레이 스케일 지시로 대체되었다. 즉, 각각의 픽셀은 8-비트 값을 갖고, 이는 특이적 전력 수준을 인식한다.

도 11은 레이저 모듈레이션을 사용하여 지지 부재를 제조하기 위한 레이저 모듈레이션 화일의 대표적인 도면이다. 화일은 일련의 9잎형 구조(159)를 나타내고, 이는 흰색으로 제시된다. 잎들은 일련의 흰색 픽셀이고, 레이저가 꺼져서 어떠한 전력도 발산하지 않도록 하는 지시이다. 이들 형태의 잎들은 따라서 패턴이 지지 부재의 표면 내에 조각된 후, 이의 최상부 표면을 형성할 것이다. 각각의 잎 구조는 일련의 6개 공극(160)을 함유하고, 이는 잎들의 줄기 같은 구조에 의해 정의되고, 피가공물의 두께를 통해 확장된다. 공극(160)은 검은색 픽셀의 영역으로 이루어져 있고, 이는 총 전력을 발산하도록 하는 레이저 지시이고, 따라서 피가공물을 통해 천공시킨다. 잎들은 분리된 매크로피쳐, 즉, 어떠한 잎이 기타 다른 잎과 상호연결되지 않는 것과 같이 편평한 평면 구조를 형성하지 않는 그 자체이다. 이러한 구조의 배경 패턴은 6각형의 검은색 영역(161)의 가깝게 밀집된 파상 패턴으로 이루어져 있고, 이는 또한 레이저의 총 전력 발산의 지시이고, 피가공물을 통해 공극을 천공시키도록 지시한다. 공극(161)을 정의하는 영역(162)는 완전 켜짐도 아니고 완전 꺼짐도 아닌 레이저 전력 수준에서이다. 이는 2번째 평면 영역을 생산하고, 이는 잎들의 흰색 영역의 꺼짐 지시에 의해 정의된 바와 같은 피가공물의 최상부 표면 아래이다.

도 12는 도 11에서 도시된 레이저 모듈레이션 파일을 사용한 레이저 모듀레이션에 의해 생산된 레이저 조각된 3차원의 지형학적 지지 부재의 현미경사진이다. 도 12a는 도 12의 지지 부재의 단면도이다. 도 12의 영역(159') 및 도 12a의 영역(159")은 도 11의 잎(159)에 상응한다. 도 11의 영역(159)의 흰색 픽셀 지시는 상기 픽셀의 처리 동안 레이저가 어떠한 전력도 발산하지 않도록 야기한다. 잎(159' 및 159")의 최상부 표면은 피가공물의 원래 표면에 상응한다. 도 12에서 공극(160')은 도 11의 검은색 픽셀 영역(160)에 상응하고, 이들 픽셀을 처리할 때, 레이저는 총 전력을 발산하므로, 피가공물을 통해 완전하게 공극을 절단한다. 도 12의 배경 필름(162') 및 도 12a의 (162")는 도 11의 픽셀 영역(162)에 상응한다. 영역(162')는 부분적 전력을 발산하는 레이저를 사용한 도 11의 픽셀 처리로부터 수득한다. 이는 피가공물의 원래 표면보다 낮은 지지 부재 내 영역을 생산하므로, 이는 잎들의 최상부 표면보다 보다 낮다. 따라서, 개별적인 잎들은 서로 연결되지 않은 분리된 매크로피쳐이다.

도 13 및 13A는 도 12 및 12A의 지지 부재 상에 제조되었던 3차원 다공성 필름의 현미경사진이다. 다공성 필름은 천공된 잎-모양의 매크로피쳐(176 및 176')를 증가시켰고, 이는 도 12 및 12A의 지지 부재의 잎들(159' 및 159)"에 상응한다. 각각의 잎들은 모든 다른 잎들로부터 분리되고 연결되지 않는다. 모든 잎 모양의영역(176 및 176')의 최상부 표면에 의해 규정된 평면은 다수의 연결되지 않은 매크로피쳐의 최상부 표면이다. 배경 다공성 영역(177 및 177')은 잎 모양의 영역보다 필름에서 보다 깊은 영역을 정의한다. 이는 잎들이 필름내에서 엠보싱된 가시적 인상을 부여한다.

도 9, 12, 및 12A의 레이저 조각된 지지 부재는 간단한 기하형태를 갖는다. 즉, 지지 부재의 최상부 표면과 평행한 연속적인 교차 영역은 지지 부재의 두께를 통해 상당한 깊이와 필수적으로 동일하다. 예를 들어, 도 9에 관해서, 지지 부재의 표면과 동일한 이들 지지 부재의 연속적인 교차 영역은 지지 부재의 두께와 필수적으로 동일하다. 유사하게, 도 12 및 12A의 지지 부재의 교차 영역은 잎들의 깊이와 필수적으로 동일하고, 지지 부재의 두께를 통하여 잎들의 바닥과 필수적으로 동일하다.

도 14는 레이저 모듈레이션을 사용한 레이저 조각된 지지 부재를 생산하는 또다른 레이저 모듈레이션 화일의 대표적인 도면이다. 화일은 중앙 꽃 성분 178 및 4개의 성분 179를 함유하고, 이들 각각은 꽃 성분 178의 1/4를 구성하고, 이는 화일이 레이저 조각 동안 반복되는 경우 결합한다. 도 14a는 도 14의 화일이 반복되는 경우 수득한 패턴의 대표적인 도면을 3회 반복함으로써 3 반복이다.

도 15는 도 14의 영역 B의 확대도이다. 그래이 영역은 레이저가 부분적 전력을 발산하도록 지시하는 픽셀 영역을 나타낸다. 이는 피가공물 표면의 표면 영역 아래를 생산한다. 그래이 영역(180)에서 일련의 검은색 영역(181)이 함유되고, 이는 레이저를 총 전력으로 발산하도록 지시하는 픽셀이고, 피가공물 두께를 통하여 일련의 6각형 모양의 공극을 천공한다. 도 15의 중앙은 도 14의 꽃 부재(178)에 상응하는 꽃 부재이다. 꽃 부재는 중심 영역(183) 및 6개 꽃잎 모양의 영역(182)로 이루어져 있고, 이는 다시 레이저가 총 전력으로 발산하도록 지시하고, 피가공물의 두께를 통하여 공극을 천공하는 것을 지시한다. 중심 영역(183)의 바깥쪽 모서리를 규정하는 것은 영역(184)이다. 꽃잎 영역(182)의 바깥쪽 모서리를 규정하는 것은 영역(184')이다. 영역(184 및 184')는 발산된 전력을 모듈레이팅하는 일련의 레이저 지시를 나타낸다. 중심 검은색 영역(183) 및 이의 바깥쪽 모서리 영역(184)는 배경 영역(180)으로서 동일한 전력 수준을 발산하도록 하는 레이저 지시를 나타내는 영역(185)에 의해 영역(184')와 합쳐진다.

도 16은 도 15의 중심영역(183)의 윤곽을 형성하는 도 15의 영역(184)의 부분 C의 확대도이다. C 부분은 레이저가 꺼지도록 지시하는 픽셀(186)의 단일 열을 함유한다. 이는 프로세싱후 남게 되는 지지 부재의 최상부 표면 부분을 한정한다. 픽셀의 열(187 및 187')은 레이저가 부분 전력을 발산하게 지시한다. 열(188, 189, 190 및 191)과 열(188', 189' 190' 및 191')은 레이저가 점진적으로 증가된 수준의 전력을 발산하도록 지시한다. 열(192 및 192')은 레이저가 도 15의 영역 (185)로 또한 나타내어지는 수준의 전력을 발산하도록 지시한다. 열(194, 194' 및 194'')은 레이저가 총 전력을 발산하여 도 15의 영역(183)의 일부를 형성하도록 지시한다.

도 16의 각각의 컬럼이 프로세싱됨에 따라 레이저는 열(192 및 192')로 나타내지는 부분력을 발산하게 된다. 열(191, 190, 189, 188 및 187)은, 열(186)이 프로세싱되고 레이저가 전력을 발산하지 않게 지시될 때까지, 레이저가 발산된 전력을 점진적으로 감소시키도록 지시한다. 이어서, 열(187', 188', 189', 190' 및 191')은 레이저가 다시 발산된 전력을 점진적으로 증가시키도록 지시한다. 열(194, 194' 및 194'')은 레이저가 다시 전체 전력을 발산하여 피가공물의 천공을 개시하도록 지시한다. 이로써, 단절된 매크로피쳐가 만들어지고, 이는 배경 수준으로부터 피가공물의 표면까지 경사지고 다시 공극 영역으로 기울어져 방사상 형태를 제조하게 된다.

프로세싱 동안 한정된 픽셀 크기 및 각각의 열에 대해 발산된 레이저 전력의 변이에 따라, 생성된 레이저 침식된 형상의 크기 및 형태가 변할 수 있다. 예를 들면, 각각의 열의 픽셀에 대한 전력의 수준의 변이가 적은 경우, 비교적 얕은 환형이 생겨나고, 반대로, 각각의 열의 픽셀에 대한 전력의 수준의 변이가 큰경우, 보다 삼각형의 횡단면을 갖는 깊고 가파른 형태가 생긴다. 픽셀 크기의 변화는 또한 생성된 형상의 기하에 영향을 준다. 픽셀 크기가 발산된 포커싱된 레이저 빔의 실제 직경보다 적게 유지되는 경우 평탄하게 어우러진 형태가 생겨날 것이다.

도 17은 레이저 모듈레이션에 의해 도 14의 파일의 프로세싱으로부터 수득되는 레이저 침식된 지지 부재의 현미경 사진이다. 현미경 사진은 융기된 꽃모양의 부분 (195)를 나타내며, 이는 도 14의 꽃모양 부분(178)과 도 15의 꽃모양 부분에 상응한다. 현미경 사진은 또한 또다른 꽃모양 부분(195')의 일부를 보여준다. 융기된 꽃모양 부분(195)은 평면 영역(196)에서 시작하며, 이곳은 공극(197)을 함유한다. 꽃모양 부분(195 및 195')는 서로 연결되지 않으며 따라서 연속적 평면 영역을 형성하지 않는다.

도 18은 도 17의 꽃모양 부분 195의 일부에 대해 확대된 현미경 사진이다. 중심 환상 부분 198은 도 15의 영역 184에 함유된 레이저 모듈레이션 명령에 의해 생성되는 영역이다. 199 부분은 도 17의 꽃모양 부분 195의 꽃잎 부분의 일부이다. 이들 꽃잎 부분은 도 15의 영역 184'에 도시된 픽셀 명령에 의해 생성된다. 이들 부분은 레이저 모듈레이션에 의해 생길 수 있는 복잡한 기하 유형의 일례를 나타낸다. 중심의 환상 부분은 반원성 횡단면을 갖는다. 즉, 피가공물의 원래 표면에, 예를 들면 깊이에 걸쳐 평행으로 취해진 일련의 횡단면중 어느 하나는 이와 같은 횡단면의 다른 하나와 상이하게 될 것이다.

도 19는 도 17의 지지 부재상에 생성된 필름의 상부 표면의 현미경 사진이다. 필름은, 도 17의 평면 영역(196)에 상응하는 공극(201)을 함유하는 천공된 평면 영역(200)을 갖는다. 평면 영역 위로 연장하여 꽃모양 영역(202 및 202')가 있는데, 이는 각각 도 17의 꽃모양 부분(195 및 195')에 상응한다. 꽃모양 영역(202 및 202')는 생성된 천공 필름에 단일 작동으로 엠보싱 외관을 부여한다. 추가로, 꽃모양 영역은 유체 투과성을 개선시키기 위해 추가로 보다 큰 공극(203 및 204)를 한정한다.

도 20은 도 19의 꽃모양 영역(202)의 확대도이다. 꽃모양 영역은 공극(204)와 주위의 환형 부분(205)를 포함한다. 도 19 및 20의 부분(205)는 반원형 횡단면을 갖는 점에서 복잡한 기하를 갖는다. 다시, 깊이를 통해 취해진 막의 표면에 평행하게 취해진 연속적인 횡단면이 상이하다.

피가공물의 레이저 침식의 완료시, 이는 지지 부재로서 사용하기 위해 도 21에 도시된 구조로 조합될 수 있다. 두개의 말단 기부(235)는 레이저 침식된 영역 (237)과 함께 피가공물(236)의 내부에 맞춰진다. 이들 말단 기부는 수축적으로 맞춰지거나, 가압적으로 맞춰지거나, 도시된 스트랩(238) 및 스크류(239)와 같은 기계적 수단에 의해 부착되거나, 기타 기계적인 수단에 의해 맞춰진다. 말단 기부는 피가공물을 환형으로 유지시키고 피가공물 조합을 구동하고, 천공 장치내 완성된 구조를 고정시키는 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 다공성 필름을 제조하기 위한 바람직한 장치는 도 22에 개략적으로 나타낸다. 도 22에 나타낸 바와 같이, 지지 부재는 회전가능한 드럼(753)이다. 당해 특정 장치에서, 드럼은 역시계 방향으로 회전한다. 위치한 외부 드럼은 레이저 조각된 지지 부재에 의해 지지된 필름상에 정확하게 집진하도록 하는 더운 공기 층을 제공한다. 더운 공기 노즐(759)을 수축시키기 위한 장치들이 제공되어 더운 공기가 정지하거나 저속으로 이동하는 경우에 필름이 과도하게 가열하는 것을 방지한다. 송풍기(757) 및 가열기(758)는 함께 더운 공기를 노즐(759)에 제공한다. 드럼(753)의 내부에 노즐(759)의 정반대 방향으로 위치한 것은 진공 헤드(760)이다. 진공 헤드(760)은 방사상으로 조절가능하며 드럼(753)의 내부 표면에 접촉하도록 위치한다. 진공 공급원(761)은 연속적으로 진공 헤드(760)를 배기하도록 제공된다.

냉각대(762)는 드럼(753)의 내부 및 내부 표면에 접촉하여 제공된다. 냉각대(762)는 냉각 진공 공급원(763)과 함께 제공된다. 냉각대(762)내에서, 냉각 진공 공급원(763)은 필름으로 제조된 구경을 통해 대기 공기를 끌어들여 공극 형성대(aperturing zone)내에 생성된 패턴을 설정한다. 진공 공급원(763)은 또한 드럼(753)내 냉각대(762)내 공간에 필름을 유지시키는 수단을 제공하며 기공이 형성된 후 필름을 권취시킴에 의해 생성된 장력의 효과로부터 필름을 분리하는 수단을 제공한다.

레이저 조각된 지지 부재(753)의 상부에는 열가소성 중합재의 연속된 비단절 박막(751)이 위치한다.

도 22의 환 영역의 확장은 도 23에 나타낸다. 도 23의 양태에 나타난 바와 같이, 진공 헤드(760)는 필름의 너비를 가로질러 연장된 2개의 진공 슬롯(764) 및 (765)을 갖는다. 그러나, 일부 목적을 위해서는 각각의 진공 슬롯에 대해 별개의 진공 공급원을 사용하는 것이 바람직하다. 도 23에 나타낸 바와 같이, 진공 슬롯 (764)은 공기 나이프(758)가 접근하면서 출발 필름에 대해 지지 부재(hold down zone)을 제공한다. 진공 슬롯(764)은 통로(766)에 의해 진공 공급원에 연결된다. 당해 진공 슬롯(764)은 도입 필름(751)을 드럼(753)에 주의깊게 고정되도록 하고 필름을 풀어서 유도된 도입 필름내 장력 효과로부터 분리되도록 한다. 이는 또한 드럼(753)의 외부 표면위에서 필름(751)을 평편하게 한다. 제 2 진공 슬롯(765)은 진공 공극 형성대(vacuum aperturing zone)를 정의한다. 슬롯(764) 및 (765) 사이에 치밀하게 중간 지지바(768)가 존재한다. 진공 헤드(760)는 더운 공기 층(767)의 충돌 지점이 중간 지지바(768) 바로 위에 있도록 위치한다. 더운 공기는 충분한 온도, 필름에 대해 충분한 입사각 및 필름으로부터 충분한 거리에서 제공되어필름이 연화되고 이에 공급된 전력에 의해 변형되도록 한다. 공극의 기하학은 필름(751)이 더운 공기층(767)에 의해 연화되는 경우 유지 슬롯(764) 및 냉각대(762)에 의한 장력 효과로부터 분리되도록 한다(참조: 도 22). 진공 공극 형성대(765)는 더운 공기층(767)과 바로 근접하여 위치하여 필름이 더워지는 시간을 최소화시키고 지지 부재(753)로 과도하게 열이 이동하는 것을 방지한다.

도 22 및 도 23을 참조하여, 가요성 박막(751)을 공급 롤(750)로부터 유동롤(idler roll)(752)위에 공급한다. 롤(752)은 하중 셀 또는 기타 메카니즘에 부착하여 도입 필름(751)의 공급 장력을 조절할 수 잇다. 필름(751)은 지지 부재(753)와 긴밀하게 접촉하여 위치한다. 다음 필름과 지지 부재는 진공대(764)를 이동한다. 진공대(764)에서 상이한 압력이 지지 부재(753)와 치밀하게 접촉하고 있는 필름에 가해진다. 이후 진공압은 공급 장력으로부터 필름을 분리한다. 필름 및 지지 부재 배합물은 더운 공기층(767)하에 이동한다. 더운 공기층은 필름 및 지지 부재 배합물을 가열시켜 필름을 연화시킨다.

열로 연화시킨 필름 및 지지 부재 배합물을 진공대(765)에 이동시키면, 이곳에서 가열된 필름은 상이한 압력에 의해 변형되고 지지 부재의 구조를 보장한다. 지지 부재내 개방 영역위에 위치하는 가열된 필름 영역은 지지 부재의 개방 영역내로 변형된다. 가열 및 변형력이 충분한 경우, 지지 부재의 개방 영역위의 필름은 파열되어 구경을 형성한다.

여전히 더운 다공성 필름 및 지지 부재 배합물은 냉각대(762)로 이동한다. 냉각대에서 충분한 양의 대기 공기가 다공성 필름을 통해 흡입되어 필름과 지지 부재 둘다를 냉각시킨다.

다음 냉각된 필름을 유동롤(754) 주변의 지지 부재로부터 제거한다. 유동롤(754)은 하중 셀 또는 기타 메카니즘에 부착되어 권취 장력을 조절한다. 다음 다공 필름은 피니쉬 롤(756)로 이동하여, 이곳에서 권취된다.

도 24는 도 9의 파일을 이용하여 레스터 스캔 천공시킨, 지지 부재위에 생성된 선행 기술의 다공성 필름(800)의 현미경사진이다. 본 다공성 필름의 표면은 일련의 나열된 육각형 공극(853)을 지닌 평편한 표면(852)이다.

도 25는 레스터 스캔 천공에 의해 생성된 다른 지지 부재위에 생성된 선행 기술의 다른 다공성 필름의 현미경사진이다. 당해 다공성 필름의 표면은 또한 도 24에 나타낸 것보다 더욱 큰 일련의 나열된 육각형 공극 및 편평한 표면에 의해 특징화된다.

도 26은 공극과 매크로피쳐가 배열된 본 발명의 3차원 다공성 필름의 추가 양태에 대한 현미경사진이다. 도 26의 필름 (900)은 매크로피쳐(14)와 배열된 공극(12)을 갖는다. 공극(12) 및 매크로피쳐(14)는 모두 함께 배열되므로 서로에 대한 이들의 상대적 위치는 일정하다.

다공성 필름을 형성시키는 방법이 필름을 가열시키기 위한 메카니즘으로서 더운 공기층을 사용하여 기술되어 있다고 하더라도, 적외선 가열, 가열롤 등과 같은 어떠한 적합한 방법을 사용하여 본 발명의 레이저 조각된 3차원 지형학적 지지 부재를 사용하는 다공성 필름을 제조할 수 있다.

다공성 필름을 제조하기 위한 다른 방법에서는 도입하는 필름 공급 시스템을적합한 압출 시스템으로 교체할 수 있다. 이 경우, 압출 시스템은 필름 압출기를 제공하며, 이는 압출 온도에 따라 냉각 공기 블라스트 또는 급냉롤과 같은 각종 수단에 의해 3차원 지형학적 지지체와 접촉하기 전에 냉각되거나 3차원 구조 지지체와 직접 접촉할 수 있다. 다음 필름이 압출되어 형성된 표면을 필름을 가열할 필요없이 위에서 기술한 동일한 진공 형성력에 적용시켜 필름을 연화시킴으로써 당해 필름이 변형되도록 한다.

실시예

따로 따로 떨어진 다수의 매크로피쳐를 갖는 본 발명의 3차원 다공성 필름은 우수한 유체 취급 특성을 갖는다. 특히, 본 발명의 필름을 구성 층으로서 포함하는 1회용 흡수 제품은 낮은 유체 침투 시간을 갖는다. 또한, 당해 필름을 포함하는 1회용 흡수 제품은 6회 인설트에 걸쳐 약 40% 미만으로 증가되는 반복 인설트 시간을 나타낸다.

본 발명의 실시예 및 선행 분야의 다공성 필름의 샘플을 유체 침투 속도 시험 및 반복 인설트 시험을 이용하여 시험하기 위해 제조된 시험 어셈블리에서 이동 층으로서 사용한다. 액체 침투 시험 및 반복 인설트 시험용으로 사용하는 시험 유체는 점도가 1초당 1라디안에서 30센티포이즈인 합성 생리혈이다.

시험 어셈블리는 시판중인 생리대(Stayfree Ultra Thin Long with Wings, 판매원: Personal Products Company Division of McMeil-PPC, Inc. Skillman, NJ)로부터의 커버 층, 흡수성 코어 및 차단층을 사용하여 제조한다. 커버 층은 열접착된 폴리프로필렌 직물이며, 흡수성 코어는 초흡수성 중합체를 함유하는 물질이며차단층은 착색된 폴리에틸렌 필름이다. 커버 층 및 이동 층을 각각 상기 제품으로부터 조심스럽게 벗겨내어 흡수성 코어를 차단 필름에 접착된 상태로 노출시킨다. 이어서, 시험할 이동 층 물질의 조각을 적어도 흡수성 코어의 폭당 약 200mm의 길이로 절단하고, HL-1471xzp(시판원: HB Fuller Corporation, St. Paul, MN 55110)과 같은 압력 민감성 고온 용융 접착제를 흡수성 코어의 노출 표면에 인접하게 배치된 이동 층 물질의 측면에 도포한다. 접착제를 약 1.55g/m²으로 피복된 박리지로부터 이동시켜 시험될 물질에 도포한다. 시험될 이동 층 물질을 흡수성 코어 방향으로 접착면과 함께 배치하고 흡수성 코어의 상단에 놓는다. 시험 어셈블리를 완결하기 위해, 커버 층을 시험될 이동 층 물질 위에 놓는다.

표 1은 본 발명의 실시예 및 선행 분야를 대표하는 실시예를 사용하여 제조한 흡수성 시험 어셈블리 및 시험한 시판품을 기술한다.

시험 어셈블리
어셈블리	커버 층	이동 층	흡수제	차단층
시판되는 샘플 1	Stayfree Ultra Thin Long with Wings(미국에서 Personal Products Company에 의해 시판되는 제품)
시판되는 샘플 2	Always Ultra Long with Flexi-Wing(미국에서 Procter & Gamble, Inc에 의해 시판되는 제품)
선행 분야 1	커버 층¹	도 24의 물질	흡수성 코어²	차단층³
선행 분야 2	커버 층¹	도 25의 물질	흡수성 코어²	차단층³
실시예 1	커버 층¹	도 26의 물질	흡수성 코어²	차단층³
실시예 2	커버 층¹	도 2의 물질	흡수성 코어²	차단층³
실시예 3	커버 층¹	도 1의 물질	흡수성 코어²	차단층³
주 1: 커버층은 시판용 샘플 1의 커버 층이다.주 2: 흡수성 코어는 시판용 샘플 1의 흡수성 코어이다.주 3: 차단층은 시판용 샘플 1의 차단 층이다.

다음 시험 방법에 따라서 유체 침투 시간 및 반복 인설트 시간을 각각 시험한다. 시험은 21℃ 및 65% 상대 습도로 조절한 장소에서 수행한다. 시험을 수행하기 전에, 시판되는 샘플 및 시험 어셈블리를 8시간 이상 동안 컨디셔닝시킨다.

유체 침투 시간(FPT)은 시험될 샘플을 유체 침투 시험 오리피스 플레이트하에 위치시켜 측정한다. 오리피스 플레이트는 그 중심에 타원형 오리피스를 갖는 1.3cm 두께의 폴리카보네이트의 7.6×25.4cm 플레이트로 이루어진다. 타원형 오리피스는 길이가 이의 장축을 따라서 3.8cm이고 이의 단축을 따라서 1.9cm이다. 오리피스 플레이트를 시험될 샘플의 중심에 놓는다. 시험 유체 7㎖를 함유하는 10cc들이 눈금 주사기를 주사기 출구가 오리피스보다 약 3in 위에 오도록 오리피스 플레이트 위에 유지시킨다. 주사기를 시험 플레이트의 표면에 평행하게 수평하게 유지시킨 다음, 유체가 스트림 수직면에서 시험 플레이트로부터 오리피스내로 유동하할 수 있게 하는 속도로 유체를 주사기로부터 방출시키고, 유체가 시험될 샘플에 처음으로 접촉되면 스톱워치를 작동시킨다. 샘플 표면이 오리피스내에서 가시화 되면, 스톱워치를 정지시킨다. 스톱워치에서 경과된 시간이 유체 침투 시간이다. 평균 유체 침투 시간(FPT)는 5개의 시험 샘플을 시험한 결과로부터 계산한다.

평균 유체 침투 시간
샘플	FPT(초)

선행 분야1	82.6
실시예 1	59.3

선행 분야 2	62.3
실시예 2	42.2

반복 인설트 시간은 시험될 샘플을 탄성 쿠션 위에 놓고, 샘플을 반복 인설트 오리피스 플레이트를 사용하여 덮은 다음, 시험 유체를 기술한 스케쥴에 따라 적용하여 측정한다.

탄성 쿠션은 다음과 같이 준비한다.: 저밀도(0.03 내지 0.0g/cm³, 0.24kPa 또는 0.035psi에서 측정됨)의 부직포를 탄성 물질로서 사용한다. 부직포를 직사각형 시트(32×14cm)로 절단하고, 이를 약 5cm 높이로 탑재될 때까지 또 다른 시트의 상단에 놓는다. 이어서, 부직포 탑재물을 TUFTANE 필름(제조원: Lord Corp., UK)와 같은 0.01mm 두께의 폴리우레탄 탄성 필름의 한 층으로 포장하고, 이를 뒷부분에서 양면 클리어 테이프로 밀봉한다.

반복 인설트 오리피스 플레이트는 그 중심에 원형 오리피스를 갖는 1.3cm 두께의 폴리카보네이트의 7.6cm×25.4cm 플레이트로 이루어진다. 원형 오리피스의 직경은 2.0cm이다. 오리피스 플레이트를 시험될 샘플의 중심에 놓는다. 시험 유체 2㎖를 함유하는 10cc들이 눈금 주사기를 주사기의 출구가 오리피스보다 1인치 이상이 되도록 오리피스 플레이트 위에서 유지시킨다. 주사기를 시험 플레이트의 표면과 평행하게 수평으로 유지시킨 다음, 유체가 스트림 수직면에서 시험 플레이트로부터 오리피스내로 유동할 수 있게 하는 속도로 유체를 주사기로부터 방출시키고, 샘플의 표면이 오리피스 내에서 처음으로 가시화되면 스톱워치를 작동시킨다. 스톱워치에서 경과된 시간이 제1 유체 침투 시간이다. 5분 간격의 경과 시간 후, 제2 시험 유체 2㎖를 주사기로부터 반복 인설트 오리피스 플레이트의 원형 오리피스내로 방출시키고, 앞서 기술한 바와 같이 시간을 재서 제2 유체 침투 시간을 수득한다. 이러한 순서는 각각 5분 간격으로 나눠진 총 6회의 유체 인설트가 경과할 때까지 반복한다. 6회의 유체 인설트 후 유체 침투 시간의 % 증가율을 다음과 같이 계산한다: 제1 및 제6 인설트 시간 사이의 차이에 100을 곱하고 제1 인설트 시간으로 나눈다. 유체 침투 시간의 평균 % 증가율은 5개 샘플을 시험한 결과로부터 계산한다.

본 발명의 몇몇 양태 및 변형 양태를 본원에 상세히 기술하였으나, 본 발명의 기술 및 교시가 당해 분야의 숙련가에게 다양한 대안적 양태를 제시할 수 있다는 것을 명백할 것이다.

본 발명의 3차원 다공성 필름은, 생리대 등과 같은 개인 보호 용품으로 사용할 수 있고, 초흡수성 물질을 함유하는 흡수성 코어와 함께 사용하는 경우, 안정되고 낮은 침투 속도를 나타낸다.

Claims

제1 표면, 제2 표면, 및 제1 평면 및 제2 평면으로 경계지어진 두께부분을 갖고, 따로 따로 떨어진 다수의 매크로피쳐 및 다수의 공극을 포함하는 것으로서, 공극은 제1 표면에서 시작되어 일반적으로 제2 표면 방향으로 연장되고 제2 평면에서 종결되는 측벽에 의해 경계지워지고, 제1 표면은 매크로피쳐의 제1 평면과 합체되며, 공극과 매크로피쳐의 상대적 배치가 규칙적인 3차원 다공성 필름.
제1항에 있어서, 측벽의 일부 또는 전부가 제1 평면에서 시작되는 제1 부분을 갖는 필름.
제2항에 있어서, 측벽 중의 50% 이상이 제1 평면에서 시작되는 제1 부분을 갖는 필름.
제2항에 있어서, 측벽 중의 일부 또는 전부가 제1 평면과 제2 평면 사이에서 시작되는 제2 부분을 갖는 필름.
제1항에 있어서, 매크로피쳐에 대한 공극의 비가 1 이상인 필름.
제1 표면, 제2 표면, 및 제1 평면 및 제2 평면으로 경계지어진 두께부분을갖고, 따로 따로 떨어진 다수의 매크로피쳐 및 다수의 공극을 포함하는 것으로서, 공극은 제1 표면에서 시작되어 일반적으로 제2 표면 방향으로 연장되고 제2 평면에서 종결되는 측벽에 의해 경계지어지고, 제1 표면은 매크로피쳐 상에서 제1 평면과 합체되며, 공극과 매크로피쳐의 상대적 배치가 규칙적인 3차원 다공성 필름을 포함하는 흡수 제품.
제6항에 있어서, 인체와 접하는 표면을 갖는 흡수성 코어를 추가로 포함하고, 3차원 필름이 흡수성 코어의 인체와 접하는 표면에 인접한 흡수 제품.
제6항에 있어서, 측벽 중의 일부 또는 전부가 제1 평면에서 시작되는 제1 부분을 갖는 흡수 제품.
제6항에 있어서, 측벽 중의 50% 이상이 제1 평면에서 시작되는 제1 부분을 갖는 흡수 제품.
제8항에 있어서, 측벽 중의 일부 또는 전부가 제1 평면과 제2 평면 사이에서 시작되는 제2 부분을 갖는 흡수 제품.
제6항에 있어서, 매크로피쳐에 대한 공극의 비가 1 이상인 흡수 제품.
부직포 커버층, 중간층 및 초흡수성 중합체를 포함하는 흡수성 코어를 포함하고, 6회 인설트에 걸쳐 40% 미만으로 증가하는 반복 인설트 시간을 갖는 흡수 제품.
제12항에 있어서, 반복 인설트 시간이 6회 인설트에 걸쳐 30% 미만으로 증가하는 흡수 제품.
제12항에 있어서, 반복 인설트 시간이 6회 인설트에 걸쳐 20% 미만으로 증가하는 흡수 제품.
제12항에 있어서, 반복 인설트 시간이 6회 인설트에 걸쳐 15% 미만으로 증가하는 흡수 제품.