KR20040070217A - 구조화 표면을 갖는 물품용의 나선형 코일을 구비한 툴롤과 이 툴 롤을 이용한 구조화 표면 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 툴 롤과, 이 툴 롤을 이용하여 하나 이상의 구조화 표면을 갖는 물품을 제조하는 방법을 제공한다. 툴 롤은, 적절한 점성 또는 성형성을 갖는 재료와 함께 사용될 때, 물품 상에 구조화 표면을 형성할 수 있는 외면을 포함한다. 툴이 롤 형태로 제조되기 때문에, 이 툴은 연속 제조 공정에 유리하게 사용될 수 있다. 대안으로, 툴 롤을 이용하여 불연속 물품을 가공할 수도 있다. 툴 롤은 원통형 베이스 롤로 구성되고, 변형된 파형의 나선형 패턴으로 하나 이상의 연속 와이어로 권취된다. 변형된 나선형 패턴으로 인하여, 제1 와이어와, 베이스 롤의 종축에 횡방향으로 있는 기준면 사이의 거리는 베이스 롤의 원주 둘레에서 한 방향으로 이동할 때 적어도 한번 순차적으로 증가 및 감소한다. 본질적으로, 와이어는, 툴 롤을 이용하여 가공된 물품에 형성되는 구조화 표면의 네가티브 이미지인 구조화 표면을 툴 롤 상에 형성하도록 사용된다. 베이스 롤의 둘레에 권취된 와이어의 하나 이상은 내부에 보이드가 형성될 수 있고, 이 보이드는 베이스 롤의 둘레에 권취될 때 툴 롤의 외면에 복수의 몰드 캐비티를 형성한다. 대안으로서, 하나 이상의 권취된 와이어의 나선형 패턴을 사용하여, 연속적인 나선형 구조화 표면, 예컨대 나선형 홈을 형성할 수 있다.

Description

구조화 표면을 갖는 물품용의 나선형 코일을 구비한 툴 롤과 이 툴 롤을 이용한 구조화 표면 형성 방법{TOOLING WITH HELICAL COILS FOR STRUCTURED SURFACE ARTICLES}

하나 이상의 구조화 표면을 갖는 물품은 각종 용례에 사용되고 있다. 이 물품은, 예컨대 증가된 표면적과, 기계식 파스너를 제공하도록 사용된 구조 및 광학 성질 등을 갖는 필름으로서 제공될 수 있다. 이들 필름이 기계식 파스너로서 사용되도록 제조된 경우에, 구조화 표면상에서 보이는 돌기는 통상적으로 후크로서 지칭된다. 후크는 곡선 형상으로 형성될 수도 있고, 예컨대 버섯 모양의 헤드를 포함하도록 후속 작업에서 변형되는 실질적으로 직립형 스템(upright stem)일 수도 있다.

기계식 파스너는, 2개의 후크 스트립을 사용하고, 각 스트립을 하나의 물품에 접착한 후에 두 스트립을 상호 맞물리게 함으로써 2개의 물품을 함께 고정할 수있도록 종종 설계된다. 이러한 기계식 파스너는, 상호 맞물릴 때에 헤드 스터드(headed stud)가 암형 및 수형 특징을 모두 갖기 때문에 파스너를 "양성(hermaphroditic)"으로 지칭하는 미국 특허 제3,192,589호(Pearson)에 개시되어 있다. 상기 Pearson의 특허에 개시된 파스너는, 일체의 무헤드(headless) 스터드가 돌출하는 베이스를 성형하고, 그 후 스터드의 선단을 가열 연화시킴으로써 제조될 수 있다.

미국 특허 제5,077,870호(Melbye 등)는 이동 성형면에 형성된 캐비티 내로 용융 재료를 강제 이송함으로써 기계식 파스너의 후크 스트립 부분을 제조하는 한 가지 방법을 개시하고 있다. 그 후, 이동 성형면에 의해 형성된 스템은 원하는 파스너를 형성하도록 피복된다. 캐비티는 드릴링에 의해 성형면에 형성된다. 그 결과, 캐비티는 원통 형상을 갖고, 어느 정도 정확한 깊이, 직경 및 캐비티 사이의 간격을 얻을 수 있지만, 이를 달성하는 데에 어려움이 있고 비용이 많이 소요된다. 더욱이, 성형면이 손상되면, 통상적으로 전체 주형을 폐기해야 한다.

미국 특허 제5,792,411호(Morris 등)는 성형면을 레이저 가공함으로써 제조된 몰딩 툴을 개시하고 있다. 그 후, 용융 재료는 이동 성형면의 캐비티 내로 강제되어 스템을 형성한다. 캐비티가 레이저 절제에 의해 형성되기 때문에, 캐비티의 형상은 캐비티를 형성하는 데 사용된 레이저 빔 내의 에너지 분포를 기초로 한다. 더욱이, 몰드를 구성하는 데 사용된 재료, 레이저 빔의 파워, 레이저 빔 내의 에너지 분포, 빔 포커스 등의 가변성으로 인하여 캐비티의 깊이를 정확하게 제어하는 것이 곤란하다.

미국 특허 제4,775,310호(Fischer) 및 PCT 공보 제WO 97/46129호(Lacey 등)는 후크-앤드-루프 스타일의 기계식 파스너를 위한 후크 스트립을 제조하는 데 사용된 툴을 개시하고 있다. 이 툴은 수냉식 재킷을 구비한 중공 드럼에 의해 형성된다. 일련의 몰드 디스크 또는 교호하는 몰드 디스크 및 스페이서 플레이트는 드럼의 길이를 따라 함께 적층되어, 롤의 면에 원하는 몰드 캐비티를 형성한다. 이들 구조의 단점은, 몰드 캐비티가 동일 깊이, 길이 및 간격 등으로 이루어지는 것을 보장하도록 적절한 정확도로 몰드 디스크를 제조하는 데에 비용이 소요된다는 것이다. 제조의 곤란함에 의해 디스크에 부가되는 사이즈 제한으로 인하여, 툴을 이용하는 공정의 속도가 제한될 수 있다. 이러한 구조의 다른 단점은, 몰드 캐비티가 불균일하게 냉각되고, 적층된 플레이트에 의해 제조된 물품에 불균일성이 야기된다는 것이다.

본 발명은 구조화 표면을 갖는 물품을 제조하는 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로 말하면, 본 발명은 하나 이상의 구조화 표면을 갖는 물품을 제조하기 위한 파형의 나선형 코일을 갖는 툴 롤과, 이 툴 롤을 이용하여 하나 이상의 구조화 표면을 갖는 물품을 제조하는 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 하나의 툴 롤의 평면도이고,

도 1a는 와이어가 감겨 있는 표면의 하나의 표면 텍스쳐를 도시하는, 도 1의 베이스 롤(12)의 표면의 일부를 확대하여 도시한 도면이고,

도 2는 내부에 형성된 캐비티를 예시하는, 도 1의 툴 롤의 표면의 일부를 확대하여 도시한 도면이고,

도 3은 도 2의 선 3-3을 따라 취한 도 2의 툴 롤의 확대 단면도이고,

도 4는 내부에 형성된 캐비티를 예시하는, 도 2의 툴 롤의 표면의 일부를 확대 절결한 사시도이고,

도 5는 본 발명의 툴 롤에 사용될 수 있는 한 가지 대안인 파형의 나선형 코일 프로파일의 개략적인 다이어그램이고,

도 6은 본 발명의 툴 롤에 사용될 수 있는 다른 대안인 파형의 나선형 코일 프로파일의 개략적인 다이어그램이고,

도 7은 본 발명에 따른 툴 롤을 사용하여 형성된 구조화 표면의 확대 사시도이고,

도 8은 본 발명에 따른 다른 툴 롤의 표면의 일부를 확대하여 도시한 평면도이고,

도 9는 도 8의 선 9-9를 따라 취한 횡단면도이고,

도 10은 도 8의 선 10-10을 따라 취한 횡단면도이고,

도 11은 본 발명에 따른 다른 툴 롤의 일부의 평면도이고,

도 12는 본 발명에 따른 툴 롤을 제조하는 한 가지 방법을 도시하고,

도 13은 본 발명에 따른 툴 롤을 이용하여 높은 종횡비의 토폴로지 필름을 제조하는 한 가지 방법을 도시하고,

도 14는 도 13의 선 14-14를 따라 취한 도 13의 장치의 횡단면도이고,

도 15는 본 발명에 따른 2개의 툴 롤을 이용하여 양면에 돌기가 있는 높은 종횡비의 토폴로지 필름을 제조하는 한 가지 방법을 도시하고,

도 16은 본 발명에 따른 다른 툴 롤을 이용하는 공정을 부분적으로 확대하여 도시한 횡단면도이고,

도 17은 길고 불연속적인 나선형의 몰드 캐비티를 포함하는 다른 툴 롤의 평면도이고,

도 18은 도 17의 툴 롤을 이용하여 제조한 필름의 사시도이다.

본 발명은 하나 이상의 구조화 표면을 갖는 물품을 제조하는 툴 롤과, 이 툴 롤을 이용하는 방법을 제공한다. 툴 롤은, 적절한 점성 또는 성형성을 갖는 재료와 함께 사용될 때 물품 상에 구조화 표면을 형성할 수 있는 외면을 포함한다. 툴이 롤 형태로 제조되기 때문에, 툴은 연속 제조 공정에 유리하게 사용될 수 있다. 대안으로서, 본 발명의 툴 롤을 이용하여 불연속 물품을 가공할 수 있다.

"구조화 표면(structured surface)"이라는 것은 물품의 표면이 평평하거나 기타 평활한 표면으로부터 벗어나 있다는 것을 의미하는 것이다. 예컨대, 구조화 표면은 기계식 파스너와 함께 사용되는 스템(stem)과 같이 그 표면으로부터 연장되는 돌기를 포함할 수 있다. 다른 대안의 구조화 표면은 연속 홈 또는 릿지, 긴 구조체 등을 포함하지만, 이들로 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 툴 롤은 원통형 베이스 롤로 구성되며, 파형의 나선형 패턴으로 하나 이상의 연속 와이어가 권취된다. 와이어는 본질적으로, 툴 롤을 이용하여 가공되는 물품에 형성할 구조화 표면의 네가티브인 툴 롤의 구조화 표면을 형성하도록 사용된다. 일 실시예에서, 베이스 롤의 둘레에 권취된 와이어의 적어도 하나는 내부에 복수의 보이드(void)가 형성될 수 있고, 이 보이드는 베이스 롤의 둘레에 권취될 때 툴 롤의 외면상에 복수의 몰드 캐비티를 형성한다. 대안으로서, 하나 이상의 권취된 와이어를 사용하여 연속적인 구조화 표면, 예컨대 연속적인 홈을 형성할 수 있다.

본 발명의 툴 롤에서 와이어에 의해 형성된 파형의 나선형 코일은, 베이스 롤의 종축에 대하여 횡방향으로 있는 기준면과 와이어 사이의 거리가 베이스 롤의 원주 둘레에서 한 방향으로 이동할 때 적어도 한번 순차적으로 증가 및 감소하도록 되어 있는 프로파일 또는 형상을 제공한다. 그 결과, 베이스 롤의 둘레에 권취된 와이어는 롤의 면을 가로질러 진행하지만, 이들 와이어는 기준면과 와이어 사이에 원하는 가변 거리를 얻도록 파형으로 있다. 와이어에 의해 형성된 파형의 나선형 패턴은 베이스 롤의 일단 또는 양단에 인접한 권취면에 의해 제공될 수 있다.

이러한 파형의 나선형 권취 구조의 이점은, 예컨대 작업 중에 툴 롤이 편향되는 임의의 표면(예컨대, 닙 롤)에서의 마모가 보다 균일하게 분포될 수 있다는 것이다. 다른 잠재적 이점은 권취된 와이어에 의해 툴 롤에 형성된 임의의 몰드캐비티의 (기계 방향에 대한) 상대 방위를 변경시킬 수 있다는 것이다. 그에 따라, 몰드 캐비티에 의해 구조화 물품에 형성된 임의의 돌기는 기계 방향에 대한 상대 방위가 또한 변경될 수 있다. 본 발명의 툴 롤 상에 파형의 나선형 권선을 채용할 때의 또 다른 잠재적 이점은 베이스 롤에 대한 권선의 회전을 방지할 수 있다는 것이다.

툴 롤의 다른 장점으로는, 툴 롤의 외면이 손상되거나 마모되는 경우에 베이스 롤 상의 와이어 권선을 교체할 수 있는 능력이 포함되지만, 이 능력으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 툴 롤은, 예컨대 적층 플레이트 또는 몰드면의 직접 드릴링을 이용하여 툴 롤을 제조하는 비용에 비하여 비교적 저렴하게 제조될 수 있다.

다른 이점은 베이스 롤의 둘레에 권취된 와이어의 두께를 변경시킴으로써 롤의 폭을 따른 몰드 캐비티 사이의 간격을 제어하는 능력이다. 또한, 원주 둘레에서 몰드 캐비티의 간격은 베이스 롤의 둘레에 권취된 와이어 내의 보이드 사이의 간격을 제어함으로써 독립적으로 제어될 수 있다. 또 다른 이점은, 와이어의 프로파일 또는 횡단면 형상과, 와이어에 형성된 보이드의 형상을 제어함으로써, 변경된 형상의 몰드 캐비티를 또한 얻을 수 있다는 것이다.

본 발명의 또 다른 이점은 베이스 롤의 둘레에 권취된 와이어의 열 질량이 베이스 롤의 열 질량에 비하여 비교적 작다는 것이다. 그 결과, 몰드 캐비티에 대한 열 제어를 개선할 수 있고, 그에 따라 툴 롤을 이용하여 제조된 물품의 균일성을 상응하게 개선할 수 있다.

본 발명과 관련하여 사용되고 있듯이, "몰드 캐비티(mold cavity)"는, 성형가능한 재료가 성형 공정 중에 흐를 수 있는 평활하지 않거나 평평하지 않은 표면의 임의의 불연속부일 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 툴 롤은 후술하는 바와 같이 높은 종횡비의 몰드 캐비티를 포함할 수 있지만, 몰드 캐비티가 반드시 높은 종횡비를 가질 필요는 없다는 것을 이해해야 한다.

일 양태에 있어서, 본 발명은 종축을 따라 간격을 두고 있는 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 원통형 베이스 롤과; 내부에 복수의 제1 보이드가 형성되어 있는 제1 와이어로서, 상기 베이스 롤의 둘레에 나선형 코일로 감겨 있고, 상기 제1 와이어의 상기 복수의 제1 보이드는 복수의 제1 캐비티를 형성하고, 이들 복수의 제1 캐비티의 각 캐비티는 툴 롤의 외면에 개구를 갖는 것인 제1 와이어를 포함하는 툴 롤(tool roll)을 제공하며, 상기 제1 와이어와, 베이스 롤의 종축에 대하여 횡방향으로 있는 기준면 사이의 거리는 베이스 롤의 원주 둘레에서 한 방향으로 이동할 때, 적어도 한번 순차적으로 증가 및 감소한다.

다른 양태에 있어서, 본 발명은 종축을 따라 간격을 두고 있는 제1 및 제2 단부를 갖는 원통형 베이스 롤과; 내부에 복수의 제1 보이드가 형성되어 있고, 상기 베이스 롤의 둘레에 나선형 코일로 감겨 있는 제1 와이어와: 상기 베이스 롤 둘레에 감겨 있고, 상기 제1 와이어의 인접 나선형 코일 사이에 위치되어 있는 제2 와이어를 포함하는 툴 롤을 제공하며, 상기 제2 와이어와 상기 제1 와이어의 복수의 제1 보이드는 복수의 제1 캐비티를 형성하며, 이들 복수의 제1 캐비티의 각 캐비티는 툴 롤의 외면에 개구를 포함하고, 상기 제1 와이어와, 상기 베이스 롤의 종축에 대해 횡방향으로 있는 기준면 사이의 거리는 베이스 롤의 원주 둘레에서 한방향으로 이동할 때, 적어도 한번 순차적으로 증가 및 감소한다.

또 다른 양태에 있어서, 본 발명은 물품 상에 구조화 표면을 형성하는 방법을 제공하며, 이 방법은, 종축을 따라 간격을 두고 있는 제1 및 제2 단부를 갖는 원통형 베이스 롤과, 내부에 복수의 제1 보이드가 형성되어 있는 제1 와이어로서, 상기 베이스 롤의 둘레에 나선형 코일로 감겨 있고, 상기 제1 와이어의 상기 복수의 제1 보이드는 복수의 제1 캐비티를 형성하고, 이들 복수의 제1 캐비티의 각 캐비티는 툴 롤의 외면에 개구를 갖는 것인 제1 와이어를 포함하며, 상기 제1 와이어와, 베이스 롤의 종축에 대하여 횡방향으로 있는 기준면 사이의 거리는 베이스 롤의 원주 둘레에서 한 방향으로 이동할 때, 적어도 한번 순차적으로 증가 및 감소하는 것인 툴 롤을 제공하는 단계를 포함한다. 이 방법은 상기 툴 롤의 외면을 이용하여 구조화 표면을 형성하도록 성형 가능한 재료를 툴 롤의 외면에 접촉시키는 단계로서, 상기 성형 가능한 재료가 상기 제1 캐비티의 적어도 일부를 적어도 부분적으로 메우는 것인 단계와; 구조화 표면을 툴 롤의 외면으로부터 제거하는 단계로서, 구조화 표면은 상기 복수의 제1 캐비티에 대응하는 복수의 돌기를 포함하는 것인 단계를 더 포함한다.

또 다른 양태에 있어서, 본 발명은 물품 상에 구조화 표면을 형성하는 방법을 제공하며, 이 방법은, 종축을 따라 간격을 두고 있는 제1 및 제2 단부를 갖는 원통형 베이스 롤과, 상기 베이스 롤의 둘레에 나선형 코일로 감겨 있는 제1 와이어로서, 이 제1 와이어와 상기 베이스 롤의 종축에 대해 횡방향으로 있는 기준면 사이의 거리는 베이스 롤의 원주 둘레에서 한 방향으로 이동할 때, 적어도 한번 순차적으로 증가 및 감소하는 것인 제1 와이어와, 상기 베이스 롤의 둘레에 나선형 코일로 감겨 있는 제2 와이어를 포함하는 툴 롤을 제공하는 단계로서, 상기 제2 와이어는 상기 제1 와이어의 인접 나선형 코일 사이에 위치되어 있고, 상기 제1 및 제2 와이어의 나선형 코일은 종축을 따라 교대로 있으며, 베이스 롤 위에서 제1 와이어의 높이는 베이스 롤 위에서 제2 와이어의 높이보다 낮아서, 툴 롤의 외면에 나선형 홈이 형성되고, 이 나선형 홈은 제1 와이어의 형상과 합치되는 것인 툴 롤을 제공하는 단계를 포함한다. 이 방법은, 상기 툴 롤의 외면을 이용하여 물품 상에 구조화 표면을 형성하도록 성형 가능한 재료를 툴 롤의 외면에 접촉시키는 단계로서, 상기 성형 가능한 재료는 상기 제1 및 제2 와이어에 의해 형성된 나선형 홈의 적어도 일부를 적어도 부분적으로 메우는 것인 단계와, 구조화 표면을 툴 롤로부터 제거하는 단계로서, 상기 구조화 표면은 일련의 릿지를 포함하는 것인 단계를 더 포함한다.

본 발명의 이들 및 다른 특징 및 이점은 본 발명의 예시적인 실시예를 참고로 이하에서 설명된다.

본 발명은 툴 롤과, 이 툴 롤을 이용하여 하나 이상의 구조화 표면을 갖는 물품을 제조하는 방법을 제공한다. 툴 롤은, 적절한 점성 또는 성형성을 갖는 재료와 함께 사용될 때 물품 상에 구조화 표면을 형성할 수 있는 외면을 포함한다. 툴이 롤 형태로 제조되기 때문에, 툴은 예컨대 필름, 시트(sheet) 등을 형성하는 연속 제조 공정에 유리하게 사용될 수 있다. 대안으로, 본 발명의 툴 롤을 이용하여 불연속 물품을 가공할 수 있다.

본 발명의 툴 롤은 외면에 복수의 캐비티를 포함할 수 있으며, 이 외면은 적절한 점성 또는 성형성을 갖는 재료와 함께 사용될 때 필름의 적어도 하나의 면에 돌기 또는 구조체(structures)를 형성할 수 있다. 대안으로, 양 주요면에 돌기 또는 구조체가 있는 필름을 형성하도록 그러한 툴 롤을 2개 조합하여 사용할 수도 있다.

도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 툴 롤(10)의 하나의 예시적인 실시예를 도시하고 있다. 도 1은 원통형 베이스 롤(12), 제1 단부 캡(50) 및 제2 단부 캡(60)을 도시하고 있다. 제1 단부 캡(50)은 원통형 베이스 롤(12)의 제1 단부에 인접하게 위치되어 있다. 제2 단부 캡(60)은 원통형 베이스 롤(12)의 제2 단부에 인접하게 위치되어 있다. 원통형 베이스 롤(12)은 사용 시에 툴 롤(10)이 중심으로 회전하는 종축(14)을 또한 형성한다.

도 2는 와이어(20, 40)가 베이스 롤(12; 도 2에는 도시 생략됨)의 둘레에 감겨 있는 상태의 툴 롤(10)의 표면의 일부를 확대하여 도시한 도면이다. 와이어(20, 40)에 의해 형성된 캐비티(30)가 또한 도 2에 도시되어 있다. 도 3은 베이스 롤(12), 와이어(20, 40) 및 단부 캡(50)을 보여주는, 툴 롤(10)의 일부의 횡단면도이다. 도 4는 툴 롤(10)에 있어서 캐비티의 형성을 예시하는 와이어(20, 40)의 사시도이다.

베이스 롤(12)의 둘레에 감겨있는 와이어(20, 40)는 클램프, 용접, 접착제 등(이들로 한정되는 것은 아님)을 비롯한 임의의 적합한 기구에 의해 유지될 수 있다. 이러한 기법은, 예컨대 카딩 롤(carding roll)의 제조 분야에서, 예컨대 미국 특허 제4,272,865호(Schmolke)에 공지되어 있다. 경우에 따라서, 단부 캡(50, 60)은 와이어(20, 40)를 베이스 롤(12) 상의 적소에 유지하는 데 사용된 기구의 일부로서도 작용할 수 있다. 또한, 와이어가 감겨있는 표면에 홈이 형성되어 있는 베이스 롤(12)을 제공하는 것이 유리할 수 있는데, 이 홈은 베이스 롤(12)에 감겨있는 와이어의 위치를 유지하는 것을 돕는다.

다시 도 1을 참고하면, 제1 단부 캡(50)은 바람직하게는 원통형 베이스 롤(12)의 원주 둘레에서 연장되고, 와이어가 변형된 나선형 코일로 감겨있거나 권취될 수 있는 와이어 권취면(52)을 제공한다. 와이어 권취면(52)은 원통형 베이스롤(12)의 제2 단부에 마주하며, 바람직하게는 와이어가 형성될 수 있는 파형면(undulating surface)을 제공한다. 와이어 권취면(52) 대신에 많은 다른 구조체 및 기법을 사용하여, 와이어(20, 40)의 변형된 나선형 코일에 원하는 파형 프로파일 또는 형상을 제공할 수 있다. 예컨대, 일련의 핀 또는 핑거를 사용하여, 와이어(20, 40)를 베이스 롤(12) 상에 감는 중에 원하는 파형 프로파일로 지지할 수 있다.

본 명세서에 사용되고 있듯이, "파형(undulating)"이라는 용어는 와이어〔20, 그리고 와이어(20)와 함께 감겨 있는 임의의 다른 와이어〕와 종축(14)에 대해 횡방향으로 원통형 베이스 롤(12)을 통과하는 기준면〔기준면(15)의 에지가 도 1에 도시되어 있음〕 사이의 거리가 가변적이라는 것을 지칭하는 것이다. 기준면(15)과 와이어(20) 사이의 거리〔본 발명의 원통형 툴 롤과 관련하여 지칭된 거리는 달리 정의하지 않으면 원통형 베이스 롤(12)의 종축(14)에 평행하게 측정한 거리임〕는 베이스 롤(12)의 원주 둘레에서 한 방향으로 이동할 때에 적어도 한번 이상 순차적으로 증가 및 감소한다. 그 결과, d₁으로 지시된 거리는 베이스 롤(12)의 원주 둘레에서 이동할 때에 적어도 한번 증가 및 감소한다. 이는, 상기 거리가 베이스 롤(12)의 원주 둘레에서 한 방향으로 이동할 때 증가 또는 감소하지만, 한 방향으로 이동할 때에 증가 및 감소가 모두 발생하지는 않는 종래의 나선형 패턴과 대조적인 것이다. 기준면(15)과 와이어(20) 사이의 거리는 와이어(20) 상의 일정 위치〔예컨대, 와이어(20)의 면(21, 23) 사이〕를 따라 측정된 것임을 이해할 것이다.

도 2는 와이어(20, 40)가 툴 롤(10)에 감겨져 있는 상태에서 툴 롤(10)의 표면을 확대하여 도시한 도면이다. 와이어(20, 40)는 제1 단부 캡(50)의 와이어 권취면(52)의 형상을 따르며, 이에 따라 와이어 권취면(52)의 프로파일은 원통형 베이스 롤(12)의 둘레에 감길 때 각 와이어(20, 40)에 의해 모사된다. 권취된 와이어(20, 40)의 나선형 성질의 결과로서, 이들 와이어는 베이스 롤(12)의 일단으로부터 반대단으로 베이스 롤(12)의 면을 가로질러 진행한다. 와이어(20, 40)에 의해 형성된 변형된 나선형 코일이 베이스 롤(12)의 원주 둘레에서 진행할 때에 파형을 갖더라도, 와이어는 여전히 베이스 롤(12)의 면을 가로질러 나선형으로 진행한다.

와이어(20)는 내부에 복수의 보이드가 형성되어 있고, 와이어(40)는 와이어(20)의 코일 사이에서 스페이서로서 작용한다. 그 결과, 와이어(20)와 스페이서 와이어(40)의 교번 나선형 코일이 툴 롤(10)의 표면 위에 배치된다. 와이어(20)의 보이드와 스페이서 와이어(40)는 함께 툴 롤(10)의 면에 몰드 캐비티(30)를 형성하도록 작용한다. 몰드 캐비티(30)가 툴 롤(10)의 둘레에서 동일한 사이즈 및 균일한 간격을 두고 배치되는 것이 바람직하지만, 필수적인 것은 아니다. 대안으로, 몰드 캐비티(30)의 사이즈 및/또는 간격에 어느 정도 수준의 불균일성이 제공되는 것이 유리할 수도 있다.

본 발명에 따라 제조된 툴 롤의 한 가지 잠재적 이점은, 몰드 캐비티(30)가 예컨대 툴 롤(10)의 종축에 대하여 상대 방위가 변경될 수 있다는 것이다. 예컨대, 몰드 캐비티는 도 2에 도시된 바와 같이 상이한 방향으로 각도를 이룰 수 있다. 다른 툴 롤에서, 몰드 캐비티는 모두 동일한 방위로 제공될 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 와이어(20)의 내부 에지(24)와 스페이서 와이어(40)의 내부 에지(44)는 베이스 롤(12)의 둘레에 감겨 있는 반면에, 와이어(20, 40)의 외부 에지(22, 42)는 각각 베이스 롤(12)로부터 외측을 향하여 감겨 있다. 와이어(20)와 스페이서 와이어(40) 모두는 바람직하게는 툴 롤(10)을 가로지르는 나선형 코일의 균등한 진행에 적합하게 장방형의 횡단면을 가질 수 있다.

와이어(20)에 마련된 보이드(26)는 와이어(20)의 전폭을 관통하여 형성되며, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 대향 측벽(27, 28) 및 바닥(29)을 포함한다. 와이어(20)의 코일의 외부 에지(22)는, 최종 툴 롤(10)에서 몰드 캐비티(30) 사이의 영역이 실질적으로 평활하도록, 즉 와이어(20, 40) 사이에 현저한 불연속이 존재하지 않도록 스페이서 와이어(40)의 외부 에지(42)와 동일 평면으로 있는 것이 바람직할 수 있다.

대안으로, 와이어(20, 40)의 외부 에지(22, 42)는 각각 베이스 롤(12)의 표면 위에 상이한 높이로 위치될 수도 있다. 상이한 높이를 갖는 와이어(20, 40)는 제조할 물품의 표면에 소정 구조를 부여할 수 있다. 이러한 구조는, 예컨대 몰드 캐비티 및/또는 물품 자체에 의해 형성된 키 큰 돌기를 보강할 수 있는 긴 릿지의 형태일 수 있다.

전술한 바와 같이 베이스 롤(12)의 둘레에 권취될 때 원하는 몰드 캐비티(30)를 제공하는 보이드가 내부에 형성되어 있는 와이어(20)는 대략 장방형의 횡단면을 갖는 와이어 또는 스트립을 이용하여 제조될 수 있다. 보이드(26)는 바람직하게는 와이어(20)의 두께를 관통하게 마련되므로, 각 보이드는 와이어(20)의 길이를 따라 정렬된 단지 2개의 측면(27, 28)과 바닥(29)을 포함한다. 보이드(26)를 포함하도록 와이어(20)를 제조할 수도 있고, 실질적으로 균일한 프로파일을 갖는 와이어를 먼저 제조한 후, 임의의 적합한 기법을 이용하여 내부에 보이드(26)를 형성하도록 가공할 수도 있다. 적절한 기법으로는 펀칭, 스탬핑, 종래의 기계 가공, 레이저 가공, 전자 방사 가공, 수류 가공, 에칭 등을 포함할 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 와이어를 펀칭하여 원하는 형상을 제공하는 것은 예컨대 카딩 롤 산업에 공지되어 있다. 예컨대 미국 특허 제4,537,096호(Hollingsworth) 참조. 와이어(20)는 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있지만, 일부 바람직한 재료로는 강, 보다 바람직하게는 중탄소강 내지 저탄소강이 포함된다.

다른 변형예로서, 와이어(20 및/또는 40)의 측면 중 하나 이상, 즉 와이어(20)의 표면(21, 23) 및 와이어(40)의 표면(41, 43) 중 하나 이상에는 선택된 측면이 평활하지 않도록 약간의 표면 텍스쳐(surface texture)가 마련되는 것이 바람직할 수 있다(도 3 참조). 예컨대, 측면은 널링 패턴에 의해 엠보싱 가공되거나, 연마되거나, 펀칭되거나, 그 외의 방식으로 대략 평활한 표면으로부터 분열될 수 있다. 임의의 그러한 표면 텍스쳐가 와이어(20)의 실질적으로 전체 측면(21, 23)에 걸쳐 연장되는 것이 유리할 수 있다. 이러한 표면 텍스쳐는 가공 중에 캐비티로부터 공기를 제거하는 것을 도와서 캐비티(30)를 매우는 것을 개선할 수 있다.적절한 표면 텍스쳐의 한 가지 예가 도 4에 도시되어 있으며, 여기서 양 와이어(20, 40)의 측면은 널링된 라인의 패턴을 갖는 것으로 도시되어 있다.

이제 도 1a를 참조하면, 본 발명의 툴 롤과 관련하여 또한 제공될 수 있는 다른 선택적 특징은 와이어가 감겨 있는 베이스 롤(12)의 표면에도 표면 텍스쳐가 제공되어, 베이스 롤(12)의 표면이 평활하지 않을 수 있다는 것이다. 베이스 롤(12)의 표면 텍스쳐는 포집된 공기를 배출할 수 있는 추가의 경로를 제공함으로써 캐비티(30)를 메우는 것을 또한 도울 수 있다. 또한, 표면 텍스쳐는 사용 중에 권취된 와이어가 베이스 롤(12)에 대하여 회전 변위되는 것을 줄일 수 있다. 적합한 표면 텍스쳐의 한 가지 예는 도 1a의 확대도에 도시된 바와 같이 베이스 롤(12)의 표면에 형성된 실질적으로 나란하게 널링된 라인의 패턴일 수도 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 파형의 나선형 와이어 코일 프로파일이 피치 및 진폭이 균일하게 변하는 프로파일의 형태로 있지만, 와이어와, 종축(14)에 대하여 횡방향으로 원통형 베이스 롤(12)을 통과하는 기준면 사이의 거리가 가변적인 임의의 프로파일을 사용할 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 일부 대안적인 프로파일의 예가 도 5 및 도 6에 도시되어 있지만, 도시된 예가 본 발명과 관련하여 사용될 수 있는 잠재적 프로파일을 한정하는 것은 아니다.

도 1을 참조하면, 제2 단부 캡(60)은 베이스 롤(12)의 반대측 단부 상의 와이어 권취면(52)의 형상 또는 프로파일과 상보적인 형상 또는 프로파일을 갖는 와이어 권취면(62)을 또한 제공할 수 있다. 와이어 권취면(52)과 유사하게, 와이어권취면(62)은 기준면(15)으로부터 거리 d₂를 두고 위치되는 것을 특징으로 하며, 상기 거리는 베이스 롤(12)의 원주 둘레에서 변한다. 제2 와이어 권취면(62)이 제1 와이어 권취면(52)과 상보적인 경우에, 두 와이어 권취면(52, 62) 사이의 거리(d)는 베이스 롤(12)의 원주 둘레에서 고정되거나 변하지 않는다.

도 1 및 도 2에 도시된 파형 프로파일은 베이스 롤(12)의 원주 둘레에서 순차적으로 증가 및 감소하는, 기준면(15)과 와이어(20) 사이의 거리(d₁)를 제공하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이러한 패턴은 베이스 롤(12)의 원주 둘레에서 한 방향으로 이동할 때 일련의 교호하는 순차적 피크 및 밸리로서 설명될 수 있다. 와이어에 의해 형성된 각 코일은 적어도 하나의 피크와 적어도 하나의 밸리를 포함한다.

도 1 및 도 2에 도시된 파형의 나선형 코일은 라인 세그먼트에 의해 연결되는 순차적 피크 및 밸리에 의해 형성되어 있지만, 변형된 나선형 코일과 관련 와이어 권취면(마련되는 경우)의 프로파일은 다른 형상을 가질 수도 있다. 예컨대, 도 5는 베이스 롤의 원주 둘레에서 기준면과 와이어(120) 사이의 거리(d)가 순차적으로 증가 및 감소하는 패턴을 갖는 다른 예를 도시하고 있다. 도 5에 도시된 프로파일은 사인 곡선의 형상을 특징으로 하고 있으며, 도시된 패턴은 진폭 및 빈도와 관련하여 균일하지만, 진폭 및 빈도 중 어느 하나 이상과 관련한 불균일이 필요한 경우에 제공될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

또한, 본 발명과 관련하여 사용된 파형의 나선형 코일은 기준면으로부터의거리가 가변적인 파형의 나선형으로 권취된 와이어를 얻는 목적을 달성하는 임의의 유리한 방법으로 직선 세그먼트 및/또는 곡선과 병용될 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 도 6은 도 1, 도 2 및 도 5에 도시된 곡선 프로파일로부터의 방향으로 보다 명백한 전이를 제공하도록 와이어(220)가 권축되거나, 그 외의 방식으로 가공되는 한 가지 예시적인 프로파일을 도시한다.

툴 롤(10)과 같이 본 발명에 따라 제조된 툴 롤을 사용할 수 있는 한 가지 바람직한 용례는 높은 종횡비의 토폴로지 구조화 표면의 형성에 적용하는 것이다. 도 7을 참조하면, 툴 롤(10)을 이용하여 형성된 한 가지 예시적인 물품(70)은 복수의 돌기(72)가 형성되어 있는 구조화 표면을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 도시된 돌기는 물품(70)의 표면(74) 위로 높이 h'를 갖고, 표면(74)의 평면에 대략 평행한 평면(I)에서 측정했을 때 최소 폭 w'를 갖는다. 표면(74)이 약간의 곡률을 갖는 경우에, 평면(I)은 바람직하게는 돌기(72)의 영역에서 표면(74)에 대해 접선 방향으로 정향된다.

돌기(72)는 높은 종횡비를 가질 수 있으며, 본 발명에 따른 툴 롤은 높은 종횡비의 토폴로지를 갖는 구조화 표면의 제조에 특히 유리할 수 있다. "높은 종횡비(high aspect ratio)"는, 돌기의 높이 대 최소 폭의 비율(h':w')이 약 0.5:1 이상, 보다 바람직하게는 약 1:1 이상, 가장 바람직하게는 약 2:1 이상이라는 것을 의미한다. 전술한 바와 같은 높은 종횡비 이외에, 또는 그 대신에, 물품의 주요면 위의 돌기 또는 구조체의 높이 h'는, 예컨대 약 0.1㎜ 이상, 보다 바람직하게는 약 0.2㎜ 이상, 가장 바람직하게는 약 0.4㎜ 이상인 것이 바람직할 수 있다.

물품(70)이 시트 또는 필름 형태로 제공되는 경우에, 물품은 기계식 파스너(예컨대, 버섯-타입 또는 후크-타입의 기계식 파스너)를 제조하는 데 유리하게 사용될 수 있다. 물품(70)이 기계식 파스너로서 사용되는 경우에, 돌기(72)는 공통적으로 스템(stem)으로서 지칭될 수 있지만, 그러한 용어를 사용하여 본 발명을 이용하여 제조된 물품의 용도의 범위를 한정하고자 하는 의도는 없다.

본 발명의 툴 롤 및 방법에 의해 제조될 수 있는 물품은 기계식 파스너로서 유리하게 사용될 수 있지만, 물품은 각종의 다른 용례에도 적용될 수 있으며, 본 발명에 따른 구조화 표면을 갖는 물품을 제조하는 툴 롤과, 이 툴 롤을 이용하는 방법은 기계식 파스너의 분야로 한정되어서는 안된다. 예컨대, 본 발명에 따른 물품의 구조화 표면에 형성된 돌기는, 예컨대 필름의 표면적을 증가시킴으로써 접착제 또는 기타 코팅/재료를 유지하는 데에 유리할 수 있다. 툴 롤에 의해 형성된 구조화 표면은 장식 목적을 위하여 유동 채널, 드래그 감소 구조, 연마 배킹(abrasive backing) 등으로 유용하게 사용될 수 있다.

도 2 내지 도 4에 도시된 몰드 캐비티(30)는 툴 롤(10) 표면의 개구로부터 몰드 캐비티의 바닥(29)에 이르는 그들의 깊이를 따라 실질적으로 균일한 횡단면적을 가질 수 있다. 도 8은 일부 유사한 몰드 캐비티(330)의 확대 평면도이고, 도 9 및 도 10은 각각 도 8의 선 9-9 및 선 10-10을 따라 취한 몰드 캐비티(330)의 횡단면도이다. 몰드 캐비티(330)는 그들의 깊이(d)를 따라 대략 직선으로 둘러싸인 접선 방향 횡단면적을 갖는다. 접선 방향이라는 것은 횡단면적이 툴 롤(310)에 대한 접선을 따라 있다는 것을 의미한다. 직선으로 둘러싸여 있다는 것은 접선 방향의횡단면에서 몰드 캐비티(330)의 형상이 실질적으로 평평한 측면에 의해 형성되는 것을 의미한다.

몰드 캐비티(330)의 측면(327, 328)은 평행할 수도 있고, 측면(327, 328)이 몰드 캐비티(330)의 바닥에서보다 몰드 캐비티(330)의 개구에서 더 멀리 떨어져 있게 되는 기울기 각도(draft angle)를 갖도록 형성될 수도 있고, 그와 반대로 형성될 수도 있다.

본 발명의 툴 롤의 한 가지 이점은 와이어(320)의 바닥면 또는 내면(324) 위로 몰드 캐비티(330) 바닥(329)의 높이 h를 정확하게 제어하는 능력이다. 몰드 캐비티(330)의 바닥(329)은 통상적으로 몰드 캐비티의 단부에 해당한다.

바람직한 원통형 베이스 롤(312)은 긴밀하게 제어된 런아웃(runouts)을 갖도록 정확하게 형성될 수 있다. 이러한 정확한 런아웃은 와이어(320)의 높이 치수(h)의 긴밀한 제어와 조합되어, 툴 롤(310)의 외면으로부터 측정했을 때 실질적으로 균일한 깊이(d)를 갖는 몰드 캐비티(330)를 제공할 수 있다. 높이 치수(h)가 제어될 수 있는 공차가 일반적으로 비교적 작고, 베이스 롤(312)의 런아웃이 긴밀하게 제어될 수 있으므로, 최종 툴 롤(310)의 공차를 전체적으로 긴밀하게 제어할 수 있다.

도 11은 툴 롤(410)의 외면 내로 개방되는 복수의 몰드 캐비티(430)를 포함하는 툴 롤(410)의 다른 예시적인 실시예를 도시한다. 툴 롤(410)의 외면에는 2개의 와이어(420, 420')가 권취될 수 있으며, 각 와이어는, 함께 권취될 때 몰드 캐비티(430)를 형성하는 보이드가 내부에 형성되어 있다. 툴 롤(410)과 툴 롤(10;예컨대 도 2 참조)의 한 가지 차이는, 실질적으로 균일한 횡단면을 갖는 스페이서 와이어(40) 대신에, 툴 롤(410)이 내부에 각각 보이드가 형성되어 있는 2개의 와이어를 포함한다는 것이다. 이러한 툴 롤(410) 구조의 한 가지 이점은 보다 조밀한 몰드 캐비티(430)를 제공하는 능력, 즉 몰드 캐비티(430) 사이의 간격을 감소시키는 능력이다.

2개의 와이어(420, 420')를 이용하는 툴 롤(410)이 바람직한 것으로 도시되어 있지만, 툴 롤(410)은 3개 또는 그 이상의 와이어를 이용하여 제조될 수도 있다. 또 다른 대안으로서, 툴 롤(410)은 단일의 와이어를 이용할 수 있으며, 이 경우에 도면 부호 420, 420'는 동일 와이어의 교호하는 권선 또는 코일을 지시하는 것이다. 이 실시예는 와이어의 인접 코일에 형성된 몰드 캐비티(430)의 정렬을 방지하도록 와이어 및 베이스 롤의 치수에 대하여 보다 긴밀한 제어를 필요로 할 수 있다. 그러한 제어를 달성하기가 어렵기 때문에, 전술한 바와 같이 2개 또는 그 이상의 와이어를 이용하는 것이 유리할 수 있다.

본 발명의 툴 롤을 제조할 때 사용될 수 있는 다른 특징은 권취 후에 툴 롤 상에 도금 또는 기타 코팅을 추가로 적용하는 것이다. 이러한 코팅은 미국 특허 제6,190,594호(Gorman 등)에 기재되어 있다. 코팅에 사용된 재료는 원하는 물리적 특성에 따라 변경될 수 있다. 일부 유리한 물리적 특성으로는 내마모성의 증가, 박리 특성의 제어, 표면 거칠기의 제어, 인접 와이어 권선 사이의 접합 등이 포함되지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 일부 바람직한 재료로는, 금속 도금, 보다 바람직하게는 전기 니켈 도금, 크롬 등이 포함될 수 있다.

최종 툴 롤에 개선된 런아웃을 제공하도록 와이어를 권취한 후에 툴 롤의 외면을 기계 가공하는 것이 유리할 수 있다. 기계 가공은 전술한 바와 같은 임의의 도금 또는 코팅을 추가로 적용하기 전에 또는 후에 실행될 수 있다. 바람직한 와이어가 와이어의 내부 에지 위로 고정된 높이로 형성된 보이드를 포함하는 경우에는, 권취 후에 툴 롤의 외면을 기계 가공하는 것이 몰드 캐비티의 깊이의 균일성을 개선시킬 수 있다.

예컨대 와이어를 펀칭하거나 및/또는 권취된 롤을 기계 가공함으로써 남게 되는 임의의 버를 중탄산나트륨(베이킹 소다) 또는 유사한 재료로 롤을 블라스팅(blasting)함으로써 제거하는 것이 또한 유리할 수 있다. 최종의 툴 롤은 몰드 캐비티 내부 및/또는 몰드 캐비티 사이의 툴 롤의 외면에 원하는 표면 마무리를 제공하도록 또한 가공될 수 있다. 예컨대, 툴 롤의 표면을 연마, 화학적 에칭, 샌드블라스트, 도금, 코팅 또는 그 외의 방식으로 개질시키는 것이 유리할 수 있다.

미국 특허 제6,190,294호(Gorman 등)는, 본 발명과 관련하여 사용된 와이어에 전술한 실질적으로 균일한 보이드로부터 변경되는 각종 형상의 보이드를 제공하는 예를 또한 개시한다. 본 발명에 따른 툴 롤의 한 가지 이점은 보이드가 상이한 형상 및/또는 방위로 형성될 수 있어서, 역시 상이한 형상 및/또는 방위를 갖는 몰드 캐비티를 제공할 수 있다는 것이다. 원하는 돌기가 있는 최종 필름을 제조하기 위하여 이들 몰드 캐비티 중 어느 것을 사용할 것인가는 수지 선택 및 공정 조건에 의존한다는 것을 이해할 것이다.

다른 변형예로서, 본 발명에 따른 툴 롤은 몰드 캐비티가 미국 특허 제6,190,294호(Gorman 등)에 개시된 것과 다른 영역을 포함할 수 있다. 일례로서, 하나 이상의 영역에 몰드 캐비티가 마련될 수 있는 한편, 하나 이상의 다른 영역에는 실질적으로 몰드 캐비티가 없을 수 있다. 다른 예로서, 상이한 영역의 몰드 캐비티는 다를 수 있다. 대안으로, 본 발명에 따른 툴 롤은 몰드 캐비티가 다른 영역을 포함할 수 있으며, 이 영역에서 몰드 캐비티는 불균일한 형상이거나 및/또는 툴 롤의 원주 둘레에서 연장되지 않는다.

전술한 와이어가 (와이어의 길이에 대해 횡방향으로 취했을 때) 실질적으로 장방형의 횡단면을 갖고 있지만, 미국 특허 제6,190,294호(Gorman 등)에 개시된 것과 같이 다른 횡단면의 와이어를 이용하는 것이 바람직할 수도 있다.

도 12는 복수의 몰드 캐비티(530)를 포함한 툴 롤(510)을 제공하도록 보이드(526)가 있는 와이어(520)와 스페이서 와이어(540)로 베이스 롤(512)을 권취하는 공정을 도시하고 있다. 필요에 따라 2개의 와이어를 함께 권취할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 권취된 와이어(520, 540)를 와이어 권취면(550)에 대하여 주기적으로 압축하는 압축 몰드(560)를 제공하여, 나선형 코일이 전술한 소정의 파형 프로파일을 취하는 것이 유리할 수 있다. 압축 몰드(560)는 563 방향으로 작용하며, 임의의 원하는 시간 간격으로 사용될 수 있다. 예컨대, 한 권선의 일부만을 감은 후에, 복수의 권선을 감은 후에, 또는 임의의 무작위로 선택된 시간에 권선에 압축을 가하는 것이 유리할 수 있다. 또한, 권선을 원하는 형상으로 유지하도록 임의의 적합한 추가의 압축을 사용하는 것이 유리할 수 있다. 예컨대, 압축 중에권취된 와이어를 주기적으로 스폿 용접하거나, 권취된 와이어에 접착제를 도포하는 것 등이 바람직할 수 있다.

도 13은 본 발명에 따른 툴 롤(610)을 사용하여 높은 종횡비의 토폴로지 필름을 형성할 수 있는 한 가지 공정을 도시하고 있다. 예컨대 압출 또는 캐스트 몰딩에 의해 성형 가능한 재료(660)를 툴 롤(610)의 표면에 피복하여, 툴 롤(610)의 몰드 캐비티의 모사물(replica)인 돌기(672)를 포함한 필름(670)을 제조할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 툴 롤(610)에 대한 성형 가능한 재료(660)의 접착력은 툴 롤(610)로부터 제거할 때에 재료(660) 내의 결합력보다 작다. 툴 롤에 대한 재료(660)의 접착력이 툴 롤(610)을 형성하는 데 사용된 와이어의 인장 강도를 초과하지 않는 것이 더욱 바람직할 수 있다.

실질적으로 임의의 성형 가능한 재료를 본 발명과 관련하여 사용할 수 있다. 성형 가능한 재료가 열가소성 수지인 것이 바람직할 수 있다. 압출 성형될 수 있고 유용한 열가소성 수지로는, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 등의 폴리에스테르, 나일론, 폴리(스티렌-아크릴로니트릴), 폴리(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌) 등의 폴리아미드, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀, 가소성 폴리비닐 클로라이드가 포함된다. 한 가지 바람직한 열가소성 수지로는, 미국 코네티컷주 댄버리에 소재하는 Union Carbide로부터 7C05N으로 입수할 수 있는, 유동성 지수 1.5의 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌의 중충격 코폴리머(medium impact copolymers)가 있다. 또한, 열가소성 수지는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 혼합물, 폴리프로필렌-폴리에틸렌 코폴리머 등의 코폴리머를 비롯한 혼합물을 포함할 수 있거나, 복수의 층으로서 또는 교번 영역에서 동시 압출될 수 있다. 가소제, 충전제, 안료, 염료, 내산화제, 박리제 등과 같은 첨가제를 성형 가능한 재료 내에 배합할 수 있다.

한 가지 바람직한 공정에서, 성형 가능한 재료(66)는 툴 롤(610)과 백업 롤(680)에 의해 형성된 닙 내로 압출된다. 백업 롤(680)은 바람직하게는 성형 가능한 재료(660)를 툴 롤(610)에 마련된 몰드 캐비티(630; 도 12 참조) 내로 강제시키는 것을 돕도록 약간의 압력을 제공한다. 대안으로, 백업 롤(680)은 임의의 연속적인 이동면으로 대체될 수 있고, 이 이동면은 성형 재료를 툴 롤(610)의 몰드 캐비티 내로 강제시키는 것을 도울 수 있다.

툴 롤(610)의 내부는 몰드 캐비티의 완전한 충전을 방해할 수 있는 공기를 제거하는 것을 돕도록 진공이 공급될 수 있다. 그러나, 많은 경우에, 몰드 캐비티 내의 공기가 툴 롤(610)을 제조하는 데 사용된 와이어들 사이를 빠져나가므로, 진공이 공급될 수 없다.

툴 롤(610)과 백업 롤(680) 중 어느 하나 또는 양자를 어느 정도 열적으로 제어하는 것이 또한 유리할 수 있다. 성형 가능한 재료(660)의 온도, 성형 가능한 재료(660)의 성질 등과 같은 공정 조건에 따라서, 롤(610, 680) 중 하나 또는 양자를 가열하거나, 롤(610, 680) 중 하나 또는 양자를 냉각하거나, 롤 중 하나를 가열하고 다른 하나를 냉각하는 것이 유리할 수 있다.

성형 가능한 재료(66)를 툴 롤(610)의 몰드 캐비티 내로 강제시키고 충분히 가열하여, 원하는 형상을 유지할 수 있는 돌기(672)를 구비한 필름(670)을 형성한 후에, 성형 가능한 재료가 추가의 처리를 위하여 툴 롤(610)로부터 박리되거나 필름(670)이 롤에 권취될 수 있다. 예컨대, 기계식 파스너 스트립이 유리한 경우에, 필름(674)은, 돌기를 변형시키고, 접착제를 피복하고, 미국 특허 제5,845,375(Miller 등), 제5,077,870호(Melbye 등), PCT 공보 제WO98/57565호, 제WO98/57564호, 제WO98/30381호, 제WO98/14086호에 개시된 바와 같은 다른 처리를 실행하는 스테이션으로 안내될 수 있다.

필름(670)에 원하는 추가의 성질을 부여하도록 하나 이상의 추가의 재료를 툴 롤(610)과 백업 롤(680)에 의해 형성된 닙으로 안내하는 것이 유리할 수 있다. 예컨대, 직조 또는 부직포 웹이 닙을 안내할 수 있다. 대안으로, 필름(670)은, 예컨대 열, 접착제, 동시 압출 등에 의해 하나 이상의 추가의 층으로 적층될 수 있다.

도 14는 도 13의 선 14-14를 따라 취한, 도 13의 장치의 횡단면도이다. 툴 롤(610)은 필름(670) 상에 돌기(672)를 형성하도록 성형 가능한 재료에 의해 충전되는 몰드 캐비티(630)를 포함한다. 백업 롤(680) 상에 형성되어 있는 2개의 돌출된 구조체(682)가 도 14에 또한 도시되어 있다. 도시된 백업 롤(680) 상의 돌출된 구조체(682)의 한 가지 이점은 각각의 돌출된 구조체가 취약 라인 또는 영역을 형성할 수 있고, 이 라인 또는 영역을 따라 필름(670)이 분리될 수 있다는 것이다. 그러나, 돌출된 구조체(682)는 선택 사항이며, 본 발명과 관련하여 필수적으로 제공될 필요는 없다.

백업 롤(680)에 채용될 수 있는 다른 선택적 특징은 백업 롤의 표면적을 증가시키도록 백업 롤(680)의 표면에 약간의 구조체를 추가하는 것이다. 백업롤(680)의 표면적이 증가되면 필름(670)의 표면적이 증가되고, 이로써 필름(670)의 이면(674)에 제공되는 임의의 접착제의 접착력을 개선할 수 있다. 유용한 구조체의 한 가지 예는, 약 400라인/인치(160라인/cm)의 규모로 선형 프리즘이 미세 엠보싱 가공된 패턴일 수 있다.

도 15는 내부에 몰드 캐비티가 형성되어 있고 와이어가 권취된 툴 롤을 이용하는 다른 공정을 도시한다. 도시된 공정은 필름의 일측으로부터 연장되는 돌기(772)와, 필름(770)의 반대측으로부터 연장되는 돌기(772')를 구비한 필름(770)을 형성한다. 양면 필름(770)은 대향하는 툴 롤(710, 710')에 의해 형성되고, 이들 툴 롤은 모두 내부에 몰드 캐비티가 형성되어 있다. 돌기(772, 772')는 사이즈, 형상, 방위와 관련하여 동일한 특징을 가질 수도 있고, 상이한 특징을 가질 수도 있다.

도 16은 백업 롤(880)과 다른 툴 롤(810)의 계면을 확대하여 도시한 횡단면도이다. 필름(870)은 두 롤(880, 810) 사이에 위치될 수 있고, 필름(870)의 한 면에는 실질적으로 연속된 일련의 릿지가 형성되어 있는데, 이들 릿지는 툴 롤(810) 상에서 본질적으로 네가티브 이미지의 구조체이다.

툴 롤(810)은 베이스 롤(812)의 둘레에 나선형으로 권취되어 있는 와이어(820, 840)에 의해 형성된다. 와이어(840)는 다른 와이어(820)보다 키 큰 프로파일을 가지며, 그 결과 와이어(840)의 권선 사이에 홈이 형성되는 툴 롤(810)을 얻게 된다. 와이어(820, 840)가 대략 장방형의 프로파일을 갖는 것으로 설명되어 있지만, 이들 와이어는 선택적으로 상이한 형상을 가질 수 있으며, 이 경우에필름(870)은 도 14에 도시된 것과 상이한 형상으로 또한 형성될 수 있다. 또한, 도 15에 도시된 공정과 유사한 공정에 2개의 툴 롤을 사용하여, 필름의 양 주요면에 구조체 또는 돌기를 갖는 필름을 형성할 수 있다는 것을 이해할 것이다.

도 16의 툴 롤(810)의 둘레에 권취된 와이어(820, 840)에 의해 형성되는 홈이 툴 롤(810)의 원주 둘레에서 연속적일 수 있지만, 이들 홈은 불연속적일 수도 있다. 도 17은, 툴 롤(810')의 둘레에서 약간의 길이에 걸쳐 연장되지만 도 16과 관련하여 위에서 설명한 바와 같은 연속적인 나선형 홈을 형성하지 않는 몰드 캐비티(830')를 구비한 툴 롤(810')의 평면도이다. 전술한 바와 같이 내부에 보이드가 형성되어 있는 와이어를 이용하여 긴 몰드 캐비티(830')를 형성할 수 있다. 그러나, 툴 롤(810')에 사용된 와이어의 보이드는 와이어의 길이에 걸쳐 보다 긴 거리로 연장된다.

이들 긴 보이드는 상기 툴 롤에 도시된 바와 같이 사이즈 및 간격이 균일하게 형성될 수도 있고, 사이즈 및 간격이 불균일하게 형성될 수도 있다. 툴 롤(810')에는 사이즈 및 간격이 불균일한 보이드가 형성된 와이어가 도시되어 있고, 이들 보이드는 베이스 롤의 둘레에 권취될 때 사이즈 및 간격이 불균일한 몰드 캐비티(830')를 형성한다.

툴 롤(810')과 같은 롤에 의해 제조된 필름은 도 18에 도시된 바와 같이 긴 돌기(872')를 포함한다. 툴 롤(810')의 몰드 캐비티(830')의 형상 및 간격이 불균일하게 때문에, 긴 돌기(872')의 사이즈 및 간격도 또한 불균일하다.

본 명세서에 인용된 모든 특허, 특허 명세서 및 공보는 전체적으로 각각 명세서에 참고로 인용된다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 본 발명에 대한 각종의 변형 및 수정이 당업자에게 명백하며, 본 발명은 명세서에 설명된 예시적인 실시예에 의해 과도하게 한정되지 않는 것을 이해할 것이다.

Claims (27)

1. 종축을 따라 간격을 두고 있는 제1 및 제2 단부를 갖는 원통형 베이스 롤과,

   내부에 복수의 제1 보이드(void)가 형성되어 있는 제1 와이어로서, 상기 베이스 롤의 둘레에 나선형 코일로 감겨 있고, 상기 제1 와이어의 상기 복수의 제1 보이드는 복수의 제1 캐비티를 형성하고, 이들 복수의 제1 캐비티의 각 캐비티는 툴 롤의 외면에 개구를 갖는 것인 제1 와이어

   를 포함하는 툴 롤(tool roll)로서,

   상기 제1 와이어와, 베이스 롤의 종축에 대하여 횡방향으로 있는 기준면 사이의 거리는 베이스 롤의 원주 둘레에서 한 방향으로 이동할 때, 적어도 한번 순차적으로 증가 및 감소하는 것인 툴 롤.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 와이어와 기준면 사이의 거리는 상기 베이스 롤의 원주 둘레에서 한 방향으로 이동할 때, 2번 이상 순차적으로 증가 및 감소하는 것인 툴 롤.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 와이어와 기준면 사이의 거리는 상기 베이스 롤의 원주 둘레에서 한 방향으로 이동할 때, 균일한 패턴으로 순차적으로 증가 및 감소하는 것인 툴 롤.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 와이어와 기준면 사이의 거리는 상기 베이스 롤의 원주 둘레에서 한 방향으로 이동할 때, 불균일한 패턴으로 순차적으로 증가 및 감소하는 것인 툴 롤.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1 와이어는 롤의 원주 둘레에 사인 곡선형의 나선형 패턴을 형성하는 것인 툴 롤.
6. 제1항에 있어서, 상기 베이스 롤 둘레에 감겨 있는 제2 와이어를 더 포함하며, 이 제2 와이어는 상기 제1 와이어의 인접 나선형 코일 사이에 위치되어 있는 것인 툴 롤.
7. 제6항에 있어서, 상기 제2 와이어는 2개의 대향 측벽, 상기 베이스 롤에 마주하는 내부 에지, 상기 베이스 롤의 외측을 향하는 외부 에지를 구비하며, 상기 2개의 대향 측벽 중 적어도 하나는 표면 텍스쳐(texture)를 갖는 것인 툴 롤.
8. 제1항에 있어서, 상기 베이스 롤의 제1 단부에 인접한 와이어 권취면을 더 포함하고, 상기 제1 와이어는 제1 와이어 권취면의 프로파일과 합치되는 것인 툴 롤.
9. 제1항에 있어서, 상기 제1 와이어는 2개의 대향 측벽, 상기 베이스 롤에 마주하는 내부 에지, 상기 베이스 롤의 외측을 향하는 외부 에지를 구비하며, 상기 2개의 대향 측벽 중 적어도 하나는 표면 텍스쳐를 갖는 것인 툴 롤.
10. 종축을 따라 간격을 두고 있는 제1 및 제2 단부를 갖는 원통형 베이스 롤과,

    내부에 복수의 제1 보이드가 형성되어 있고, 상기 베이스 롤의 둘레에 나선형 코일로 감겨 있는 제1 와이어와,

    상기 베이스 롤 둘레에 감겨 있고, 상기 제1 와이어의 인접 나선형 코일 사이에 위치되어 있는 제2 와이어

    를 포함하는 툴 롤로서,

    상기 제2 와이어와 상기 제1 와이어의 복수의 제1 보이드는 복수의 제1 캐비티를 형성하며, 이들 복수의 제1 캐비티의 각 캐비티는 툴 롤의 외면에 개구를 포함하고,

    상기 제1 와이어와, 상기 베이스 롤의 종축에 대하여 횡방향으로 있는 기준면 사이의 거리는 베이스 롤의 원주 둘레에서 한 방향으로 이동할 때, 적어도 한번 순차적으로 증가 및 감소하는 것인 툴 롤.
11. 제10항에 있어서, 상기 제1 와이어와 기준면 사이의 거리는 상기 베이스 롤의 원주 둘레에서 한 방향으로 이동할 때, 2번 이상 순차적으로 증가 및 감소하는 것인 툴 롤.
12. 제10항에 있어서, 상기 제1 와이어와 기준면 사이의 거리는 상기 베이스 롤의 원주 둘레에서 한 방향으로 이동할 때, 균일한 패턴으로 순차적으로 증가 및 감소하는 것인 툴 롤.
13. 제10항에 있어서, 상기 제1 와이어와 기준면 사이의 거리는 상기 베이스 롤의 원주 둘레에서 한 방향으로 이동할 때, 불균일한 패턴으로 순차적으로 증가 및 감소하는 것인 툴 롤.
14. 제10항에 있어서, 상기 제1 와이어는 롤의 원주 둘레에 사인 곡선형의 나선형 패턴을 형성하는 것인 툴 롤.
15. 제10항에 있어서, 상기 제1 와이어는 2개의 대향 측벽, 상기 베이스 롤에 마주하는 내부 에지, 상기 베이스 롤의 외측을 향하는 외부 에지를 구비하며, 상기 2개의 대향 측벽 중 적어도 하나는 표면 텍스쳐를 갖는 것인 툴 롤.
16. 제10항에 있어서, 상기 제2 와이어는 2개의 대향 측벽, 상기 베이스 롤에 마주하는 내부 에지, 상기 베이스 롤의 외측을 향하는 외부 에지를 구비하며, 상기 2개의 대향 측벽 중 적어도 하나는 표면 텍스쳐를 갖는 것인 툴 롤.
17. 물품 상에 구조화 표면을 형성하는 방법으로서,

    종축을 따라 간격을 두고 있는 제1 및 제2 단부를 갖는 원통형 베이스 롤과, 내부에 복수의 제1 보이드가 형성되어 있는 제1 와이어로서, 상기 베이스 롤의 둘레에 나선형 코일로 감겨 있고, 상기 제1 와이어의 상기 복수의 제1 보이드는 복수의 제1 캐비티를 형성하고, 이들 복수의 제1 캐비티의 각 캐비티는 툴 롤의 외면에 개구를 갖는 것인 제1 와이어를 포함하며, 상기 제1 와이어와, 베이스 롤의 종축에 대하여 횡방향으로 있는 기준면 사이의 거리는 베이스 롤의 원주 둘레에서 한 방향으로 이동할 때, 적어도 한번 순차적으로 증가 및 감소하는 것인 툴 롤을 제공하는 단계와,

    상기 툴 롤의 외면을 이용하여 구조화 표면을 형성하도록 성형 가능한 재료를 툴 롤의 외면에 접촉시키는 단계로서, 상기 성형 가능한 재료는 상기 제1 캐비티의 적어도 일부를 적어도 부분적으로 메우는 것인 단계와,

    구조화 표면을 툴 롤의 외면으로부터 제거하는 단계로서, 상기 구조화 표면은 상기 복수의 제1 캐비티에 대응하는 복수의 돌기를 포함하는 것인 단계

    를 포함하는 구조화 표면 형성 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 제1 와이어와 기준면 사이의 거리는 상기 베이스 롤의 원주 둘레에서 한 방향으로 이동할 때, 2번 이상 순차적으로 증가 및 감소하는 것인 구조화 표면 형성 방법.
19. 제17항에 있어서, 상기 제1 와이어와 기준면 사이의 거리는 상기 베이스 롤의 원주 둘레에서 한 방향으로 이동할 때, 균일한 패턴으로 순차적으로 증가 및 감소하는 것인 구조화 표면 형성 방법.
20. 제17항에 있어서, 상기 제1 와이어와 기준면 사이의 거리는 상기 베이스 롤의 원주 둘레에서 한 방향으로 이동할 때, 불균일한 패턴으로 순차적으로 증가 및 감소하는 것인 구조화 표면 형성 방법.
21. 제17항에 있어서, 상기 제1 와이어는 롤의 원주 둘레에 사인 곡선형의 나선형 패턴을 형성하는 것인 구조화 표면 형성 방법.
22. 물품 상에 구조화 표면을 형성하는 방법으로서,

    종축을 따라 간격을 두고 있는 제1 및 제2 단부를 갖는 원통형 베이스 롤과, 상기 베이스 롤의 둘레에 나선형 코일로 감겨 있는 제1 와이어로서, 이 제1 와이어와 상기 베이스 롤의 종축에 대해 횡방향으로 있는 기준면 사이의 거리는 베이스 롤의 원주 둘레에서 한 방향으로 이동할 때, 적어도 한번 순차적으로 증가 및 감소하는 것인 제1 와이어와, 상기 베이스 롤의 둘레에 나선형 코일로 감겨 있는 제2 와이어를 포함하는 툴 롤을 제공하는 단계로서, 상기 제2 와이어는 상기 제1 와이어의 인접 나선형 코일 사이에 위치되어 있고, 상기 제1 및 제2 와이어의 나선형 코일은 종축을 따라 교대로 있으며, 베이스 롤 위에서 제1 와이어의 높이는 베이스 롤 위에서 제2 와이어의 높이보다 낮아서, 툴 롤의 외면에 나선형 홈이 형성되고,이 나선형 홈은 제1 와이어의 형상과 합치되는 것인 툴 롤을 제공하는 단계와,

    상기 툴 롤의 외면을 이용하여 물품 상에 구조화 표면을 형성하도록 성형 가능한 재료를 툴 롤의 외면에 접촉시키는 단계로서, 상기 성형 가능한 재료는 상기 제1 및 제2 와이어에 의해 형성된 나선형 홈의 적어도 일부를 적어도 부분적으로 메우는 것인 단계와,

    구조화 표면을 툴 롤로부터 제거하는 단계로서, 상기 구조화 표면은 일련의 릿지를 포함하는 것인 단계

    를 포함하는 구조화 표면 형성 방법.
23. 제22항에 있어서, 상기 나선형 홈은 상기 툴 롤의 외면을 따라 그 둘레에서 실질적으로 연속적인 것인 구조화 표면 형성 방법.
24. 제22항에 있어서, 상기 제1 와이어와 기준면 사이의 거리는 상기 베이스 롤의 원주 둘레에서 한 방향으로 이동할 때, 2번 이상 순차적으로 증가 및 감소하는 것인 구조화 표면 형성 방법.
25. 제22항에 있어서, 상기 제1 와이어와 기준면 사이의 거리는 상기 베이스 롤의 원주 둘레에서 한 방향으로 이동할 때, 균일한 패턴으로 순차적으로 증가 및 감소하는 것인 구조화 표면 형성 방법.
26. 제22항에 있어서, 상기 제1 와이어와 기준면 사이의 거리는 상기 베이스 롤의 원주 둘레에서 한 방향으로 이동할 때, 불균일한 패턴으로 순차적으로 증가 및 감소하는 것인 구조화 표면 형성 방법.
27. 제22항에 있어서, 상기 제1 와이어는 롤의 원주 둘레에 사인 곡선형의 나선형 패턴을 형성하는 것인 구조화 표면 형성 방법.