KR20050032520A

KR20050032520A - 입자매립웨브 제작 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20050032520A
Application number: KR1020047007042A
Authority: KR
Inventors: 디비갈피티야란히트; 리빙스톤데이비드이.
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2001-11-09
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2005-04-07
Also published as: CN1289208C; JP2005508746A; EP1441862A1; CN1612786A; WO2003041877A1; US20020119255A1

Abstract

본 발명은 표면(12) 상으로 입자를 분배하는 장치에 관한 것이다. 이 장치는 입자를 저장하는 호퍼(55)를 포함한다. 이 호퍼는 호퍼 개구(55)를 포함한다. 스크린(56)은 이 호퍼 개구 위에 배치되어 개구를 덮는다. 브러시(58)는 이 스크린(56) 근처에 배치되어 브러시 상의 강모가 스크린에 접촉하도록 한다.

Description

입자매립웨브 제작 방법 및 장치 {Method and Apparatus for Making Particle-Embedded Webs}

본 발명은 웨브에 입자를 매립하는 것에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 접착필름에 입자를 매립하는 방법에 관한 발명이다.

입자보유웨브는 널리 공지되어 있다. 이러한 웨브는 대표적으로 필름이나 테입이다. 입자보유필름은 일반적으로 필름 형태로 형성하기 전의 필름 전구체에 입자를 살포하여 만든다. 이 살포기술은 가교 전 상태에서 낮은 점도를 가지는 용매계 수지와 가교가능한 수지에 잘 적용된다. 입자살포에 관한 문제점은 일반적으로 필름 전구체의 점도와 전단율과 같은 가공 파라미터를 적절히 선택함으로 해결될 수 있다.

그러나, 고온-용융 가공 수지에 대해서는 입자살포가 어려울 수 있다. 입자가 가공장비의 간극보다 훨씬 작다면, 문제가 거의 없다. 비등방성 전도성 접착제와 같은 응용례에서는 이러한 소입자의 사용이 언제나 바람직한 것은 아니다. 이러한 응용례에 소입자를 사용하면, 결합시간이 길어질 수 있는데, 이것은 필름두께가 소입자의 지름과 같은 지점까지 접착제가 유동하는데 걸리는 시간 때문이다. 접착필름 두께에 근접하는 사이즈를 가지는 입자를 사용하는 것이 유리하다. 그러나, 입자 사이즈가 가공장비(혼합장비와 코팅장비를 포함)의 다양한 간극의 사이즈에 가까우면, 입자의 원상태를 유지하면서 혼합하는 것이 어렵고, 가공장비의 손상이 발생할 수 있다. 또한, 역반사 필름을 만드는 경우와 같이, 입자를 필름 표면으로부터 돌출시키는 것이 때때로 바람직하다. 경화성 재료가 고온-용융 가공에 사용되는 경우, 혼합가능한 점도를 마련하기에 충분한 고온을 제공하는 한편 조숙한 경화(premature curing)를 방지하기에 충분한 저온을 유지하는 데 균형을 맞춰야 한다.

입자를 필름 상으로 임의 패턴 뿐만 아니라 특정 패턴으로 위치시키는 시스템은 공지되어 있다. 위 시스템의 대부분은 입자를 분리하는 제1 단계와 그것을 웨브로 이송하는 제2 단계를 포함한다. 종래기술로는 포켓에 입자를 집어놓는 것(칼하운 등, 미국특허 제5,087,494호), 입자를 스크린에 통과시키는 것(사카츠 등, 미국특허 제5,616,206호), 강자성 입자를 이용한 자기정렬(진 등, 미국특허 제4,737,112호; 배서밴할리, 미국특허 제5,221,417호), 강자성 유체를 이용한 입자의 자기정렬(맥아들 등, 미국특허 제5,851,644호, 미국특허 제5,916,641호), 촘촘한 입자팩을 가지는 필름의 연신(칼하운 등, 미국특허 제5,240,761호), 그리고 입자인쇄(칼하운 등, 미국특허 제5,300,340호)가 있다. 입자를 이송하는 다른 방법은 고또 등의 EP 0691660에 기재되어 있는데, 이것은 전기 전도성 입자가 정전기로 대전되어 스크린을 통해 접착("실리콘계 교착재료")필름으로 입자를 당기며 이 스크린은 이 필름과 접촉하는 것이다. 이 스크린(또는 마스크)은 전기적으로 대전되어 입자를 당긴다. 이 경우, 입자는 차단되지 않은 그 영역만을 코팅한다. 스크린은 선택적 여과기로 기능하며, 스크린의 개구에 대응하는 패턴에 매치되는 입자만 통과시킨다. 과잉 입자는 스크린에서 쓸거나 진공흡입하여 제거한다. 분포된 전도성 입자 사이의 간극은 광경화성(photocurable) 또는 열경화성(thermally curable) 수지로 채워 입자간의 전기적 연결을 방지한다. 수지의 경화 시, 교착재료는 입자가 채워진 수지에서부터 마스크와 함께 벗겨져 나와 비등방성 전기전도성 수지를 형성한다. 이러한 기술은 모두 장비와 각종 일회용 또는 재활용 부품에 집중적인 투자가 요구되며, 결국 입자매립웨브 생산에 비용을 추가시킨다. 본 발명은 보다 단순한 장치를 구현한다.

입자매립웨브의 입자는 필름의 부착도를 제어하거나 추가적인 실용성을 제공한다. 예를 들어, 입자가 전기전도성이면, 전도성 접착필름을 만들 수 있다. 전도성 접착필름은 인쇄된 회로판 등에 굴곡회로를 부착시키는 것과 같이 전자부품 조립체의 층부로 사용될 수 있다. Z축 전도성 접착필름은 인접한 부품의 측면 절연이 요구되는 다층 구성에서 다중-개별 상호 전기연결을 만드는 데 유용하다. 다른 예시에서, 입자는 역반사성이며, 역반사성 필름을 생산할 수 있다. 입자가 고유한 점착성(tackiness)을 가지지 않는다면, 접착성 웨브의 접착도는 입자가중도(level of particle loading)로 제어될 수 있다. 또한, 입자를 캡슐화된 물질을 가지는 속이 빈 구 형태로 만들어, 사용시 이용되는 표면 상이나 근처에서 캡슐화된 물질을 가지는 웨브를 산출할 수 있다.

본 개시 내용에는 몇몇 장치가 도시된다. 도면 전체를 통해, 유사한 참조번호가 장치의 공통 부품이나 특성을 지시하는데 사용된다.

도1은 본 발명에 따른 장치의 개략도이다.

도1a은 입자매립웨브의 단면도이다.

도1b는 입자매립웨브의 다른 실시예의 단면도이다.

도2는 도1의 장치에 사용될 수 있는 급송 분배기의 사시도이다.

도3은 크레이들이 상향된 도2의 분배기의 측면도이다.

도4는 크레이들이 하향된 도2의 분배기의 측면도이다.

도4a는 스크린의 일 실시예의 사시도이다.

도4b는 호퍼의 사시도이다.

도4c는 호퍼의 사시도이다.

도4d는 호퍼의 단면도이다.

도5는 급송 분배기의 다른 실시예의 사시도이다.

도6은 도5의 분배기의 평면도이다.

도7은 도5의 분배기의 정면도이다.

도8는 고정 맨드릴의 정면도이다.

도9는 스프링-장착 맨드릴의 단면도이다.

도10은 본 발명에 따른 다른 실시예의 개략도이다.

도11은 그래프이다.

도12는 웨브의 부분 평면도이다.

도13는 웨브의 부분 평면도이다.

도14는 가소성 접착제 상으로 매립되는 은도금 유리알을 나타낸 마이크로그래프이다. 시편 면적은 420㎛ x 570㎛이다.

도15는 입자의 분배율을 측정하는데 사용되는 시험 설치기의 개략도이다.

상기 도면이 몇몇 본 발명의 바람직한 실시예를 개시하지만, 설명에서 알 수 있듯이 다른 실시예도 고려된다. 모든 경우, 본 개시는 본 발명을 대표하지만 제한하지는 않는다. 본 발명 원리의 정신과 범위에 속하는 수 많은 다른 실시예와 수정이 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 고안될 수 있다는 것은 이해되어야 한다.

본 발명은 표면 상으로 입자를 분배하는 장치에 관한 것이다. 이 장치는 입자를 보유하는 호퍼를 포함한다. 이 호퍼는 호퍼 개구를 포함한다. 스크린이 이 호퍼 개구 위로 배치되어 개구를 덮는다. 브러시가 스크린 근처에 배치되어 브러시 상의 강모가 스크린과 접촉한다.

본 발명은 표면 상으로 입자를 분배하는 방법을 포함한다. 입자는 개구를 가지는 호퍼에 보유되는데, 이때 스크린은 개구 위에 배치된다. 강모는 스크린을 가로지르며 쓸거나 지나가는데, 이것은 스크린을 통해 입자를 끌어낸다. 입자는 공기중으로 살포되어 표면에 안착된다.

본 발명은 웨브 재료 안에 입자를 매립하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 종이 웨브 및 접착기능을 수행하지 않는 웨브와 같은 기타 웨브에 입자가 매립될 수 있음에도 불구하고, 본 명세서 전체에는, 필름, 특히 필름형태의 수지가 설명된다. 입자는 구형이거나 정규적일 필요가 없으며 완전히 또는 부분적으로 매립될 수 있다. 이 입자는 접착성을 제어하는 것과 같은 기존의 웨브 특성을 향상시키거나 추가적인 실용성를 제공하는 어떠한 입자라도 괜찮다. 위 입자는 배출될 수 있는 약제, 가스 및 기타 캡슐화된 물질을 포함하는 어떠한 종류의 활성용가재를 가지는, 속이 빈 유리알, 팽창가능한 미세구, 코어/쉘 입자, 산화물, 질화물, 또는 (황화물, 산화은이나 질화브론, 산화티타늄, 산화철, 실리카, 황화마그네슘, 황화칼슘, 또는 베릴륨 알루미늄 규산염과 같은) 규산염으로 만든 알, 속이 빈 유리거품, 중합체 구, 세라믹 미세구, 자기입자, 그리고 미소캡슐화된 입자로 할 수 있다. 위 입자는 은, 구리, 니켈, 금, 팔라듐, 또는 백금과 같은 금속이나, 자기코팅, 산화금속, 그리고 질화금속과 같은 기타 물질로 완전히 또는 부분적으로 코팅될 수 있다. 부분 금속코팅은 예를 들어, 역반사성 요소로서 유용한 입자를 만드는 데 사용될 수 있다. 이 입자는 미공성(microporous)이거나 다르게는 넓은 표면적을 가지도록 설계되며, 활성화된 탄소 입자를 포함할 수 있다. 위 입자는 입자 내 또는 상에 잔광 광-발광성(afterglow photo-luminescent pigment) 안료를 포함하는 염료 및 안료를 포함할 수 있다.

예시적인 입자로는 다음의 상표로 상업적으로 판매되는 입자들을 들 수 있다. "Reflective Ink 8010" (3M, St. Paul, MN), "Conduct-O-Fil" (Potters Industries, Valley Forge, PA), "Magnapore" (Biopore Corporation, Los Gatos, CA), 325 mesh boron nitride(Alfa Aesar, Ward Hill, MA), "PLO-PLB6/7 Phosphorescent pigment" (Global Trade Alliance Inc, Scottsdale, AZ), "Zeospheres" or "Scotchlite" (3M and Zeelam Industries Inc., St. Paul, MN), "Paraloid EXL2600" (Rohm & Haas, Philadelphia, PA), 및 "Novamet Nickel Powder" (Novamet Specialty Products Coporation, Wychoff, NJ)이다.

다음은 본 발명이 실용성 있게 사용되는 적용분야의 예시이다. 전도성 입자는 전도성 접착필름을 만들 수 있으며, 이 필름은 인쇄 회로기판 등에 굴곡회로를 부착하는 것과 같이 전자부품을 조립할 때 층부로 사용될 수 있다. 라이너 상의 접착필름으로 만든 Z축 전도성 접착필름(ZAF)은 다층구성에서 전기적 연결을 만드는 데 유용한데, 이 다층구성에서는 인접한 부품의 측면 절연이 요구되는 한편, 층들은 Z방향(필름 평면에 수직한 방향)을 따라 전기적으로 연결되어야 한다. ZAF가 전기적 연결을 만드는데 사용되는 경우, 접촉패드 면적당 적어도 입자가 6개인 입자밀도를 가지는 것이 바람직하다. 통상 최소 패드 사이즈는 0.44㎟이다. 입자가 필름 두께에 상응하는 지름을 갖도록 한다면, 두 개의 전도성 기판과 입자 사이에 전기적 접촉이 만들어지는데 더 적은 접착제 유동이 요구되므로 ZAF의 결합시간이 빨라진다. 본 발명에 따라 ZAF를 만들기 위해, 필름을 제작한 후 전도성 입자를 필름에 매립한다. 입자는 전기장 안에서 분배될 수 있는데, 이 전기장은 입자를 분포시키는 것을 도와 입자가 임의적으로 접착필름에 안착하도록 한다. 위 전기장은 입자들 상호간의 척력을 생성하지만, 필름에 대한 입자의 인력을 생성하는 데도 사용될 수 있다. 그 다음 부품은 두 개의 전동체 사이에 전도성 필름을 끼워넣고 압력 및 때때로 열을 가함으로써 결합된다. 접착제의 종류와 입자의 사이즈 범위에 따라, 결합시간, 온도 및 압력이 변한다.

이 제조공정은 공지된 전도성 접착필름을 만드는 제조공정과 대조적이다. 가장 잘 알려진 필름에서는, 접착제 전구체가 충분히 낮은 밀도의 전도성 입자와 섞여 충분한 입자살포가 보장되어 입자가 섞인 후 형성되는 필름의 x-y 평면에서 전기전도성 경로를 만드는 것을 피하게 한다. 입자가 클수록, 입자나 가공장비에 손상을 입히지 않으면서 입자를 충분히 살포하는 것은 더 어려워진다. 기타 방법은 입자를 운반필름(carrier film)에 위치시키는 것에 관련되는데, 이 결합체(assembly)를 입자가 매립될 필름상에 적층하고, 운반필름을 제거하는 공정이 연이어 실행된다. 이것은 바람직하지 않은 추가공정을 발생시킨다. 미국특허 제5,300,340호는 입자인쇄공정을 개시하는데, 여기서 입자는 최종필름 상으로 바로 인쇄될 수 있다. 그러나, 이것은 균일한 정렬패턴(본 발명에서와 같은 임의정렬이 아님)을 발생시키는 접촉공정이다. 공정속도가 제한적이며, 인쇄영역 내에서 입자의 응집을 피하는 수단을 제공하지 않는다. 이 공정의 단점 중 하나는 결합된 부품 안의 회로선이 가지는 최소 피치가 무응집상태(non-clumping situation)에서보다 커야한다는 점이다. 또한, 두 입자의 응집의 조짐은 더 큰 입자 클러스터(cluster)의 발생가능성이 높다는 것을 나타낸다.

다른 예시에서, 입자는 역반사 특성을 가져, 역반사성 필름을 생성할 수 있다. 이것은 고속도로 표지판이나 기타 산업시설에 유용하게 사용될 수 있다.

입자매립웨브의 제3 예시는 비접착성 입자를 추가함으로써 박리접착을 제어하는 것에 관련된다. 이러한 웨브는 제어된 접착도를 가진 접착제를 만드는데 유용하다.

입자는 또한, 이용시 활성화되는 캡슐화된 물질을 가진 속이 빈 구로 할 수 있다. 미세캡슐화된 향기를 가진 필름은 향수 견본으로 사용될 수 있다. 미세캡슐화된 잉크를 가진 필름은 무탄소 폼페이퍼로 사용될 수 있다. 입자는 자기부품을 포함할 수 있는데, 이것은 입자가 저비용 및 고효율의 방식으로 부착된 품목에 대한 정보를 제공하는 무선주파수조회시스템의 부품으로 사용될 수 있게 한다.

다른 예시에서, 웨브 재료는 입자를 웨브에 매립하는 중 또는 그 후에 열경화하는 실리콘 고무로 할 수 있다. 결과물은 전기전도성 또는 열전도성이 있는 패드로 유용하게 사용될 수 있다.

입자가 덮히는 희망 표면적의 크기는 응용례에 따라 변하는데, 1% 미만에서부터 표면 전체를 덮는 입자단층까지이다. 입자단층이 제공하는 백분율 범위는 입자의 밀집도(packing density)에 의존하며, 이 밀집도는 입자형상에 관계된다. 구형 입자인 경우, 입자단층은 대략 78%의 백분율 단면적 범위에 해당한다. 이 범위 내에 속하는 응용례로는 역반사성 시이팅(sheeting), 접착필름, 그리고 Z축 전도성 접착제를 들 수 있다.

적합한 웨브 재료는 입자가 웨브상에 살포될 때 입자에 대한 수용성(receptive)을 가지는 재료를 포함한다. "수용성"은 입자가 살포된 직후의 위치 근처에서 웨브에 영구히 매립될 수 있을 때까지 남아있는 것을 의미한다. 웨브는 단층 또는 다층구성으로 할 수 있다. 이 웨브는 운반층 상부의 필름층 또는 기타 재료일 수 있다. 운반층이 사용되는 경우, 운반층은 라이너로 할 수 있는데, 이것은 착탈식 코팅(release coated)이 될 수 있다. 다르게는, 연속벨트가 운반층으로서 사용될 수 있다. 입자가 분배되는 웨브는 연속적일 필요는 없으며, 부직포로 할 수 있다.

상온에서 감압접착제인 웨브 재료는 닙 롤러를 통해 웨브를 진행시키는 것과 같은 방법으로, 예열하거나 예열하지 않으며, 입자를 접착제에 영구적으로 매립시킬 수 있다. 닙 롤러는 입자를 어떠한 연화된 웨브 재료에 매립하는 데라도 사용될 수 있다. 닙 롤러로 웨브 재료에 가해지는 압력을 증가시킴으로써 매립깊이를 증가시킬 수 있다. 예열함으로써 웨브 재료를 더 연화시키는 것은 닙 롤러에 의한 입자 매립을 한층 깊이 할 수 있게 한다. 예열된 웨브 재료의 닙 롤러에 대한 잠재적 접착을 해결하기 위해, 라이너가 웨브 재료와 닙 롤러 사이에 개재될 수 있다. 이 라이너는 웨브재료의 닙 롤러에 대한 불필요한 접착을 방지하면서 닙 롤러의 압력을 증가시키게 하는 것 뿐만 아니라 웨브 재료를 예열시키기도 한다. 닙 롤러에 결합된 라이너를 활용하는 것은 입자를 약 100%의 매립도(즉, 실질적으로 웨브재료에 완전히 압입된 입자)까지 다양한 매립도로 매립시킬 수 있게 한다.

감압접착제의 반응성 전구체로 코팅된 라이너로 만든 웨브 상으로 입자를 살포하며 그 입자가 더해진 후 전구체를 경화하는 것이 또한 가능하다. 열가소성 웨브 재료는 수용성이 되기 위해 가열이 요구될 수 있다. 가열한다면, 웨브의 온도는 위 열가소성 재료가 라이너에서 녹아 흘러떨어지는 온도 아래로 유지하는 것이 바람직하다. 유용한 열가소성 필름으로는 열가소성 접착제용으로 설계된 것, 고온-용융 접착제로 알려진 것들을 들 수 있다. 용매로부터 주조될 수 있는 어떠한 필름재료라도 라이너와 같은 운반기 상으로 주조될 수 있으며, 필름을 비수용성이 되게 하기에 충분한 용매의 손실이 일어나기 전에 입자를 매립할 수 있다. 다르게는, 어떤 필름은 용매로 칠해져 입자를 분배하기 전에 수용성을 가지게 할 수 있다.

적합한 감압접착제 재료로는 아크릴, 비닐 에테르, 천연 또는 합성고무 재료, 폴리(알파-올레핀), 그리고 실리콘을 들 수 있다. 감압접착테입협회에서 1985년 8월에 제공한 "감압접착테입산업에 사용되는 용어"에서 정의되어 있는 바와 같이, 감압접착제는 널리 공지되어 있다. 감압접착물질의 예시로는 3M사의 "Scotch^RMagic^TM Tape 810" 상표로 판매되는 아크릴 감압접착테입과 3M사의 "Colored Paper Tape 256" 상표로 판매되는 고무계열 감압접착테입을 들 수 있다.

열가소성 재료는 무결정질이거나 반결정질일 수 있다. 적합한 열가소성 재료는 아크릴, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리페닐렌 에테르, 폴리페닐렌 황화물, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 혼성중합체(ABS), 폴리에스테르, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 폴리우레탄, 폴리아미드, 스티렌-에틸렌/부틸렌-스티렌과 폴리에테르-블록-아미드와 같은 블록 혼성중합체, 폴리올레핀, 그리고 이들의 유도체(derivative)를 들 수 있다. "유도체"는 가교반응이나 중합반응을 하지 않는 추가적인 치환기를 가지는 기본체 분자를 말한다. 열가소성 재료의 혼합체도 또한 사용될 수 있다. 점착제(tackifier)가 또한 열가소성 수지에 포함될 수 있다. 필름 형태를 가지는 열가소성 재료의 예시로는 3M사의 "Thermo-Bond Film 560", "3M Thermo-Bond Film 615", "3M Thermo-Bond Film 770", 그리고 "3M Thermo-Bond Film 870"의 상표로 상업적으로 판매되는 것, Adhesive Films Inc.(Pine Brook, NJ)사의 필름시리즈 "PAF", "EAF", 그리고 "UAF"의 상표로 상업적으로 판매되는 것, Elf Atochem(Philadelphia, PA)사의 "PEBAX 3533"의 상표로 상업적으로 판매되는 것을 들 수 있다. 적합한 점착제 수지로는 Arakawa Chemical(Chicago, IL)의 "TAMINL 135", Arizona Chemical(Panama City, FL)의 "NIREZ 2040", 또는 Hercules Inc.( Wilmington, DE)의 "PICOFYN T"를 들 수 있다.

열경화성 웨브 재료도 또한 사용될 수 있다. 열경화성 수지에 따라서는 경화가 진행된 상태에서도 재료에 입자를 매립할 수 있다. 그러나, 특히 입자가 부분적으로 혹은 완전히 경화된 재료에 매립되지 못한다면, 웨브에 수용성을 주는 가열은 어떠한 경우라도 경화가 너무 많이 진행되지 전에 입자가 매립될 수 있도록 충분히 낮은 웨브 온도에서 이루어져야 한다. 적합한 열경화성 재료로는 잠재성(latency)을 유지하면서 웨브 형태로 만들 수 있는 재료이다. 잠재성은 희망하는 가공이 완료될 때까지 경화가 실질적으로 방지되는 것을 의미한다. 이 잠재성을 얻기 위해 암조건 및/또는 냉조건이 요구될 수 있다. 적합한 열경화성 재료로는 니트릴 페놀을 포함하는, 에폭시, 우레탄, 시안 에스테르, 비스말레이마이드, 그리고 이들의 조합을 들 수 있다. 필름 형태로 상업적으로 판매되는 열경화성 재료의 예로는 3M사의 다음의 "AF" 명칭을 가지는 것을 포함하는 "3M Scotch-Weld Structual Adhesive Film"라는 상표로 판매되는 것을 들 수 있다. "AF42", "AF111", "AF126-2", "AF163-2", "AF191", "AF2635", "AF3002", "AF3024", "AF3030FST", "AF10", "AF30", "AF31", 그리고 "AF32".

하이브리드 재료도 또한 웨브로 사용될 수 있다. 하이브리드 재료는 적어도 둘 이상 성분의 결합체인데, 이때 이 성분들이 용융상태(성분들의 결합체가 액상임)에서 상용성(compatible)이며, 상호침투성 중합체 네트워크 또는 반상호침투성 중합체 네트워크를 형성하고, 가열, 또는 빛과 같은 기타 방법으로 경화된 후 적어도 하나의 성분이 불용해성(그 성분이 용해되거나 녹지 않음)이 되는 재료이다. 제1 성분은 가교할 수 있는 재료로, 제2 성분은 (a)열가소성 재료, (b)열가소성 재료를 형성할 수 있는, 단량체, 저중합체, 또는 중합체(그리고 요구되는 어떠한 경화제), 또는 (c)열경화성 재료, 즉, 열경화성 재료를 형성할 수 있는 단량체, 저중합체, 또는 예비중합체(그리고 요구되는 어떠한 경화제)로 할 수 있다. 제2 성분은 제1 구성성분과 반응하지 않는 것으로 선택한다. 그러나, 제3 성분을 첨가하는 것이 바람직할 수 있는데, 이 제3 성분은 가교가능한 재료와 제2 성분 중 하나 또는 둘 다와 반응할 수 있어, 예를 들어, 결합된 하이브리드 재료의 응집강도를 높인다.

적합한 제1 성분으로는 아크릴과 우레탄과 같은 가교가능한 탄성중합체 뿐만 아니라 상술한 재료와 같은 열경화성 재료도 들 수 있다. 적합한 열가소성 제2 성분은 상술한 재료를 들 수 있다. 원위치에서 형성될 수 있는, 즉, 중요한 가교반응을 거치지 않고 열가소성 재료를 형성할 수 있는 단량체, 저중합체, 또는 중합체(그리고 요구되는 어떠한 경화제)로 형성될 수 있는 열가소성 재료도 적합하다. 제2 성분을 생성하는 하이브리드 재료의 예(a)는 PCT/EP98/06323, 미국특허 제5,709,948호, 그리고 U.S. Serial No. 제09/070,971호에 개시되어 있다. 제2 성분을 생성하는 하이브리드 재료의 예(b)는 미국특허 제5,086,088호에 개시되어 있다. 미국특허 제5,086,088호의 예시1은 현장에서 형성된 열가소성 재료의 예시를 나타낸다. 적합한 열경화성 제2 성분으로는 상술할 재료를 들 수 있다. 제2 성분을 포함하는 하이브리드 재료의 예(c)는 미국특허 제5,494,981호에 개시되어 있다.

웨브 재료는 또한 선택적으로 필름형성재료와 같은 첨가제를 포함할 수 있는데, 이 첨가제는 최종 입자매립웨브의 특성을 처리하는 필름을 개선하도록 의도된 것이다. 첨가제의 기타 예로는 연기 실리카(fumed silica)와 같은 씩소트로픽 작용제(thixotropic agent); 코어쉘 터프너(core-shell toughener); 산화철, 벽돌먼지, 카본 블랙, 그리고 산화티타늄과 같은 안료; 실리카, 마그네슘 황산염, 칼슘 황산염, 그리고 베릴륨 알루미늄 규산염과 같은 용가재; 베토나이트와 같은 진흙; 유리알; 유리나 페놀수지로 만든 거품; 가팽창 미세구, 예를 들어, Expancel Inc./Akzo Nobel, Duluth, GA에서 상표 "Expancel DU"로 상업적으로 판매하는 것; 산화방지제; 자외선 안정제; 부식억제제, 예를 들어, W.R. Grace GmbH, Worms, Germany에서 상표 "Shieldex AC5"으로 상업적으로 판매하는 것; 폴리에스테르 (Technical Fibre Products, Slate Hill, NY Reemay Inc., Old Hickory, TN)와 같은 유기 및 무기 섬유의 단향성, 직포, 그리고 부직포 웨브와 같은 보강재, 폴리이미드, 유리, 폴리(p-phenylene terephthalamide)(E.I, DuPont de Nemours and Co. Inc., Wilmington, DE에서 상표 "Kevlar"로 상업적으로 판매함), 탄소, 그리고 세라믹과 같은 폴리아미드를 들 수 있다. 기타 적합한 첨가제로는 전기적 또는 열역학적으로 전도성인 입자, 전기적 또는 열역학적으로 전도성인 직포나 부직포, 또는 전기적 또는 열역학적으로 전도성인 섬유와 같은 열전도성 또는 전기전도성을 제공하는 재료를 들 수 있다.

본 발명은 입자를 분포 및 매립하는 기술을 이용하여 임의적 비집합형 분포를 제공한다. 입자는 상대적으로 균일한(단위면적당 입자수) 분포로 미리 정해진 밀도로 적용된다. 이것은 어떠한 정교한 스크린이나 마스크의 요구 없이 달성된다(몇몇 응용례에서 바람직하다면 사용될 수 있지만). 정전기 대전을 가해 입자간의 척력작용과 상호배제작용을 촉진하여 입자가 접착필름 상에 임의적으로 안착될 수 있게 한다. 또한, 웨브가 버핑(buffing)되어 입자 분포가 더 촉진될 수 있다.

도1에 도시된 시스템(10)에서, 접착코팅 열가소성 필름과 같은 웨브(12)는 공급 롤(14)에서 풀리고 비수평 방위가 취해질 수 있음에도 불구하고 상대적으로 수평한 경로를 따라 이동한다. 다르게는, 웨브가 가공라인으로부터 직접 공급되거나 기타 다른 공지된 형태로 공급될 수 있다. 어떠한 종류의 웨브 풀림 장치라도 사용될 수 있다. 웨브(12)는 선택적으로 한 쌍의 닙 롤러(도시하지 않음)를 통과할 수 있거나, 하나 또는 그 이상의 드리이브 또는 가이드 롤(16)을 통해 또는 위로 지나갈 수 있다. 다음으로, 웨브(12)는 가열된 표면(18) 위를 지나가면서 연화된다. 서모커플(thermocouple), 비접촉 적외선 감지기, 또는 기타 유사한 장치와 같은 온도감지장치가 온도를 모니터링한다. 가열된 표면(18)의 온도로 웨브 온도를 표시할 수도 있지만, 웨브(12) 온도 자체를 측정하는 것이 더 바람직하다. 가열된 표면(18)은 제어기(20)에 의해 제어될 수 있다. 웨브(12)는 가열된 표면과 접촉하여 접촉에 의해 가열되거나, 가열된 표면 위로 지나가 대류에 의해 가열될 수 있다. 웨브(12)가 가열된 표면(18) 위를 지나가면, 활주접촉에 의해 생성되는 정전기 대전이 최소화될 수 있으나 웨브를 가열하는데 더 많은 에너지가 요구된다. 도시된 바와 같이, 가열된 표면은 전기가열판이다.

다음으로, 웨브(12)는 선택적인 정전기 바(22) 옆을 지나가 웨브 상의 정전 전하 축적을 감소시킨다. 다르게는, 이온화 공기와 기타 공지된 정전기 제거장치가 이용될 수 있다. 정전기는 웨브의 풀림공정 또는 최초의 코팅공정에서부터 웨브상에 존재할 수 있다.

다음으로, 웨브(12)는 입자를 웨브 표면 상에 분배하는 입자 분배기(24)를 지나간다. 도시된 바와 같이, 선택적인 전압 전원(28)이 입자 분배기(24)에 연결되어 웨브 위로 분배되기 전에 입자(26)를 대전시킨다. 전압 전원(28)은 입자(26)를 대전시키기에 충분한 고전압을 공급한다.

입자(26)가 웨브(12) 표면 상으로 안착된 후, 웨브는 제어기(32)에 의해 제어되는 제2 가열표면(30) 위를 지나간다. 다르게는, 단일 제어기가 가열표면(18)과 가열표면(30)을 모두 작동시킬 수 있다. 다른 실시예에서는, 단일한 가열표면이 사용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 가열표면(18) 및 가열표면(30) 각각은 전기가열판이다. 다르게는, 기타 가열장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 웨브는 일반적으로 "뜨거운 캔"으로 알려진 실린더 롤 위로 지나갈 수 있으며, 오븐을 통과할 수도 있고, 또는 적외선 가열기 또는 유도 가열기 위로 지나갈 수 있다. 가열기는 웨브의 하표면 뿐만 아니라 상표면 근처에도 있을 수 있다.

도1에 도시한 바와 같이, 가열표면(18)을 사용하여 웨브(12)를 연화시키거나, 웨브가 코팅된다면 웨브 상의 코팅을 연화시켜 표면을 점착성으로 만든다. 이것은 웨브 상에서 움직이지는 않으나 아직 확실히 고정되지도 않은 입자에 대해 웨브(12)가 수용성을 갖게 한다. 가열표면(18)보다 더 길게 나타낸 가열표면(30)이 사용되어 웨브(12)를 더 가열하며 입자(26)를 코팅 안으로 몰아넣는다. 다중가열표면이 사용되면, 가열표면(18)과 가열표면(30)의 상대적인 길이는 각각의 가열작업을 달성할 수 있도록 변한다. 다르게는, 가열표면(30)은 입자가 분배된 때에 웨브(12)를 가열할 수 있다. 가열표면(30)에서 또는 그 다음에, 다른 선택적인 정전기 바(34), 또는 기타 정전기 제거장치가 사용될 수 있다. 정전기 바(22)와 같이 정전기 바(34)도 웨브(12) 위 또는 아래에 위치할 수 있다.

도시된 실시예에서, 가열표면(30)으로부터 웨브(12)는 선택적으로 구동될 수 있는 한 쌍의 닙 롤러(36)를 통과한다. 닙의 압력은 입자(36)를 웨브(12)로 더 밀어넣는다. 하나 또는 두개의 닙 롤러가 사용되어 입자를 웨브(12)에 매립한다. 예를 들어, 단일 롤러가 평판 위에서 사용될 수 있다. 실리콘 고무, 고무코팅, 금속, 그리고 이들의 조합을 포함하는 어떠한 종류의 롤러라도 웨브(12)의 입자를 분쇄하지 않는 한 사용될 수 있다. 또한, 닙 롤러(36)를 가열함으로써, 가열표면(30)을 짧게 하거나 더 나아가 생략할 수 있다. 이러한 구성을 활용하는 것은 도1a에 도시한 바와 같이 대체로 입자가 그 지름의 대략 60%에 해당하는 부분 만큼상부 표면(12a)(또는 입자 표면) 안으로 매립되게 한다. 운반기 라이너(37a)(상기에 설명되었음)는 도1a에서 웨브(12)와 입자(26)을 따라 도시된다. 닙 롤러를 서로 대항하게 구동시키는 공기 실린더(도시 않음)의 압력을 증가 및 감소시킴으로써, 입자를 웨브(12)에 다양한 매립도로 매립할 수 있다.

이 매립도 백분율은 도1b에서 도시한 바와 같이 약 100%까지 증가할 수 있는데, 이것은 웨브(12)를 더 연화시키는 더 높은 예열에 의해 이루어진다. 웨브의 점착성은 대체로 재료의 연성이 증가함에 따라 증가하므로, 특정한 온도 이상에서 웨브는 닙 롤러(36)에 달라붙을 수 있으며, 이것은 웨브(12)에 손상을 일으킬 수 있다. 이러한 한계성을 극복하기 위해서, 닙 라이너(37b)가 닙 롤러(36)와 웨브(12)의 입자 표면(12a) 사이에 놓인, 가열된 웨브(12) 위로 선택적으로 배치될 수 있다. 이 닙 라이너(37b)는 웨브(12)의 온도가 웨브를 형성하는 중합체가 유동하기에 더 적합한 온도까지 증가될 수 있게 한다. 닙 라이너(37b)는 웨브(12)를 형성하는 재료가 닙 롤러(36)에 접착되는 것을 방지하는 한편, 입자가 여전히 완전하게 매립되게 한다. 닙 롤러(36) 다음에, 웨브(12)는 구동 롤러(38)의 주위를 지나가며(닙 롤러(36)이 구동하지 않는다면), 에어 크러치 와인더를 가지는 것과 같은 와인드업 스테이션에 있는 와이드업 롤러(40)로 이동한다. 다르게는, 웨브(12)가 선택적으로 스테인레스 스틸 페이서 롤(stainless steel pacer roll) 위를 지나간다.

닙 라이너(37b)는 도1의 점선으로 도시한 바와 같이, 웨브(12)를 닙 롤러(36) 아래로 병진시키기 전에 웨브(12) 상으로 도입될 수 있다. 닙 라이너(37b)는 라이너 공급 롤(37c)로부터 웨브(12) 상으로 풀릴 수 있다. 바람직한 일 실시예에서는, 닙 라이너(37b)가 웨브 재료에 높은 친화력을 나타내지 않는 재료로 구성된다. 놀랍게도, 하부 라이너(37a)와 닙 라이너(37b)가 웨브(12)에서 입자를 매립하고 탈착된 후, 웨브(12)의 상표면(또는 입자 표면)(12a)과 하 표면(12b) 모두는 대체로 매끈하다. 또한, 입자(26)를 살포할 때 전하장(charge field)을 이용함으로써(하기에 더 설명됨), 단지 하나의 입자가 웨브(12)의 두께에 이르게 한다.

닙 라이너(37b)의 사용은 또한 상온에서 높은 유동성을 가지는 웨브 재료를 활용하는 경우, 닙 롤러(36)로 입자(26)을 매립할 수 있게 한다. 이러한 형식의 재료의 한 예로는 스티렌과 같은 액상의 단량체가 있다. 또한, 아액상층 형태의 비경화 수지가 웨브로 사용되는 경우, 매립도는 웨브에 예열이 없어도 대단히 높아질 수 있다. 이 수지가 닙 라이너(37b)로 보호된 후, 미경화(uncured) 수지와 입자(26)는 닙 롤러(36)을 통과하며, 입자가 수지에 매립된 후 연이어 방사경화(예를 들어, 자외선과 전자빔)나 열경화와 같은 다양한 방법에 의해 수지가 경화된다.

고밀도로 입자를 매립하는데 유용한 웨브 재료로는 Dow Corning RTV 732 Multipurpose 실리콘 고무 접착 밀봉제, Dow Corning RTV 734 유동성 실리콘 고무 접착 밀봉제, 3M Imprint II Quick Step 9572, 9573(비닐 폴리실록산) 치과용 압흔 재료, GE Silicone All Purpose Silicone Sealer와 같은 실리콘 재료, 그리고 폴리우리탄(Deerfield urethane and Estane^TM from Noveam)와 같은 열가소성 탄성중합체를 들 수 있으나 여기에 제한되지는 않는다.

분배 과정 중 입자의 결집은 균일한 입자 분포를 얻는데 방해가 된다. 입자 클러스터링은 전기적 쇼트, 고르지 않은 역반사성, 고르지 않은 점성, 그리고 균일하지 않은 외관을 일어나게 하는 원인이 되므로 바람직하지 않다. 입자를 웨브 상으로 분배하는 데 이용하는 공지 방법에서, 입자 결집은 일반적인 문제점이다. 본 발명은 이 문제점을 극복한다. 전압 전원(28)은 전압을 분배기(24)에 인가하며 반대 전하 또는 그라운드는 가열된 표면(18)(접지가 도시됨), 정전기 바(34)(접지가 도시됨), 그리고 가열표면(30)의 어떠한 결합에도 인가될 수 있다. 입자(26)를 대전시키는 것은 분배기(24)와 웨브의 가열표면 사이에 전기장을 생성한다. 입자(26)에 전하를 분배함으로써, 같은 전하가 서로 배척하는 원리에 의해 입자가 분리될 가능성이 증가된다. 또한, 전기장은 충분한 운동량을 주며 입자(26)을 웨브(12) 상으로 몰아넣어 입자를 표면 속으로 박히게 한다. 셋째, 전기장의 형상은 웨브 밖으로의 분말 이탈(powder fallout)을 제한하여 입자 낭비를 최소화할 수 있다. 넷째, 대전된 입자는 다른 입자 상에 층을 만들지 않아, 단지 하나의 입자가 웨브를 형성하는 중합체층의 두께에 이른다.

살포를 촉진하는 다른 방법은 입자가 웨브(12) 상에 분배된 후 웨브(12)의 표면을 버핑하는 것이다. 예를 들어, 연성 페인트 패드(EZ Paintr, EZ Paintr, Weston, Canada, 미국특허 제3,369,268호)가 끼워진 임의 궤도 샌더(42)(Finishing Sander Model 505, Porter Cable Company, Jackson TN)를 사용함으로써 접착제 위로 분말을 균일하게 뿌릴 수 있게 한다. 이 버퍼(42)는 또한 도1에 도시된다. 발명자들은 입자의 희망 면적이 커짐에 따라, 버핑이 필름의 입자를 흩뜨리는데 더 바람직하다는 것을 발견했다.

전기적으로 대전된 판(44)은 분배기(24) 가까이 위치하여 분배된 분말을 보관할 수 있다. 이 판(44)은 고전압 전원(28)에 직접 연결되거나, 분리된 전원(도시 않음)에 연결될 수 있다. 전기적으로 접지된 판(46)은 입자 분배기(24)에서 웨브 아래에 두어 사용될 수 있다. 이 판(46)은 전기적으로 가열될 수 있다.

입자 분배기(24)는 널 롤러(knurled roller), 중력공급 저장통, 진동공급기를 포함할 수 있다. 시스템(10)은 공지된 다양한 분배기로 작동될 수 있다. 도2, 도3, 그리고 도4에 자세히 도시된 입자 분배기(24)는 신규한 크레이들 타입 분배기이다. 이것은 두개의 주요 부품인 호퍼(50)로 불리는 저장통과 크레이들(52)로 불리는 피봇하는 분배기헤드를 가진다. 분배되는 입자(26)은 먼저 뚜껑(54)으로 덮을 수 있는 호퍼(50)에 저장된다. 호퍼(50)는 기울어진 하부를 가져 입자(26)가 호퍼의 전방으로 흐르는 것을 촉진할 수 있다. 호퍼(50) 하부의 전면 상에 있는 개구(55)는 스크린(56)으로 덮혀있다. 스크린 개구는 가장 큰 입자(26)가 통과할 수 있을 만큼 충분히 커야 하지만 또한 분배기(24)가 구동하지 않을 때는 입자를 저장할 수 있을 정도로 충분히 작아야 한다. 일 실시예에서, 입자(26)는 43㎛의 평균 사이즈를 가지며 스크린(56)은 80㎛의 개구를 가지지만 개구를 65 내지 105㎛(평균 입자 지름의 1.5 내지 2.5배) 또는 75 내지 86㎛(평균 입자 지름의 1.75 내지 2배)로 할 수도 있다. 스크린(56)은 일관된 개구 사이즈와 간격을 가져 웨브(12) 전체에 입자(26)의 고른 분배를 보장하여야 한다. 스크린을 스크린 인쇄 산업에서 통상 사용되는 폴리에스테르 또는 금속 스크린으로 할 수 있다. 이 실시예에서, 스크린은 Saati American's Majestic Division, Somers NY에서 제조한 모노필라멘트 폴리에스테르 PW -180 x 55 스크린으로 한다.

크레이들(52)은 분배 브러시(58), 조절가능한 크레이들 지지대(60), 피봇 포인트(62), 기어 구동 모터(또는 구동기구)(64), 평형추(66), 단부 판(68), 지지대 (70), 세척 와이어(72), 그리고 구동 베어링(74)를 포함한다. 분배 브러시(58)는 그것을 구동 베어링(74)에 장착시킬 수 있으며 구동 모터(64)에 연결시킬 수 있는 단부를 가지는 실린더 형상으로 할 수 있다. 브러시(58)의 표면은 대단히 미세하고 일정하게 간격을 둔 강모로 덮혀 있으며, 이 강모는 충분히 작은 지름을 가져 스크린(56)의 개구를 통해 뻗을 수 있다. 위 강모를 폴리아미드 수지로 만들거나 흑연으로 코팅하여 전도성을 향상시킬 수 있다. 이 실시예에서, 브러시(58) 상의 강모는 26㎛ 지름의 나일론이며 0.368㎝(0.145 in)의 평균길이를 가진다. 이 강모는 30.5 tufts/cm(12 tufts/in)의 행으로 배열되는데, 이것은 Collins & Aikmen Company(New York, NY)가 제작한 0.038cm(0.015in) 폴리에스테르 천보강부 상으로 생산된 대략 단위 tuft당 약 70개의 강모와 56 rows/cm(22 rows/in)의 배치를 가지는 것이다. 강모가 고른 간격을 가지지 않거나, 강모가 누락 또는 제거되거나, 강모가 불규칙인 패턴으로 놓여지면, 이러한 패턴은 입자가 분배될 때 웨브로 옮겨지는데, 이것은 몇몇 응용례에서는 바람직할 수 있다. 일 실시예에서, 브러시(58)는 평평한 표면을 가지며 회전을 통해 분배기(24) 길이방향 전체를 걸쳐 스크린과 고르게 접촉한다. 브러시(58)가 스크린과 고르게 접촉하지 않으면, 입자의 분배율이 웨브를 따라 변한다. 다르게, 브러시는 기타 구성을 가질 수 있다. 또한, 하기에서 더 설명되는 바와 같이 브러시의 대안물이 사용될 수도 있다.

브러시(58)는 밀봉된 구동 베어링(74)(부싱(bushing)이 사용될 수 있음)으로 장착되어 실회전이 보장된다. 기어 직류 구동 모터(64)(또는 브러시를 회전시키는 구동력을 제공하는 어떠한 균등한 장치 또는 구동 기구)는 브러시(58)를 회전시키며 모터에 인가되는 전압을 변화시켜 브러시의 회전속도를 제어한다. 이것은 입자의 분배율을 결정한다. 브러시의 회전을 변하게 하는 다른 어떠한 방법과 장치라도 사용될 수 있다. 구동 베어링(74), 구동 모터(64), 평형추(66), 그리고 피봇 포인트(62)는 단부 판(68)에 장착되어 함께 보유된다. 피봇 포인트(62)는 밀봉된 베어링으로 하여 크레이들(52)의 마찰이 작은 선회를 보장한다.

도3과 도4에 도시된 바와 같이, 전체 크레이들 조립체는 상향 위치에서부터 아래 방향으로 브러시(58)가 스크린(56)(도4)을 접촉할 때까지 피봇 포인트(62) 상에서 비구속적으로 피봇한다. 크레이들(52)은 피봇 포인트(62)에서 조절가능한 크레이들 장착기(60)에 의해 지지된다. 일 실시예에서, 단부 판들(68)은 지지대(70)에 의해 구조적으로 함께 구속되는데, 이 지지대(70)는 크레이들(52)의 단부들을 함께 움직여 브러시(58)와 스크린(56)의 정렬을 유지한다. 이 실시예에서, 브러시(58)는 조절가능한 크레이들 장착기(60)를 이용하여 스크린(56)과 정밀하게 정렬되어야 한다. 다른 실시예에서, 단부 판은 조절가능한 크레이들 장착기에 장착되지 않고 지지대에 장착되는데, 이 지지대도 또한 그 중심 주위로 피봇할 수 있으며 브러시를 비구속적으로 움직이며 스크린이 자가-정렬을 할 수 있게 한다. 크레이들 조립체는 수동으로 또는 공지된 시스템에 의해 피봇될 수 있다.

크레이들 장착기(60)를 조절하여 스크린(56)에서 브러시(58)의 길이방향 중심축 거리(D1)가 브러시의 반지름과 같아지게 한다. 이것은 크레이들(52)이 비구속적으로 매달린 경우(평형추(66) 없이 매달린 경우), 브러시 표면이 스크린과 접촉하지만 스크린에 작용하는 힘에 중대한 영향을 미치지 않는 것을 보장한다. 크레이들(52)의 전방에서 탈축방향으로 장착된 평형추(66)는 브러시(58)의 스크린(56)을 미는 힘을 결정한다. 이 힘은 회전시 브러시와 스크린의 긴밀한 접촉을 유지시키며 분배속도에 영향을 미친다. 평형추(66)는 브러시 봉에 결합된 피봇 포인트(62) 사이의 피봇 축에서 멀어지거나 가까워지면서 브러시의 압력을 조절할 수 있다. 다르게는, 기타 공지된 편향장치가 사용될 수 있다. 이 실시예에서, 분배기는 0.661 kg/linear meter(0.037 lb/linear inch)의 압력을 사용했으며 0.536 내지 0.929 kg/linear meter(0.030 내지 0.052 lb/linear inch) 범위를 가졌다. 물런 기타 압력도 사용될 수 있다.

피봇 축과 브러시의 길이방향 중심축 사이의 거리(D2)는 피봇 축에서부터 스크린의 중심 높이까지의 수직 거리와 동일하여 브러시(58)가 스크린을 접촉하고 스크린 위나 아래의 금속 호퍼면에 접촉하지 않는 것을 보장해야 한다. 세척기는 브러시에서 과잉 입자를 제거한다. 도시된 바와 같이, 세척기는 브러시(58)의 전방 면 상에 있는 단부 판들(68) 사이에서 인장되는 세척 와이어(72)이어서 와이어가 강모의 끝에 접촉하게만 한다. 브러시(58)가 회전하며 세척 와이어(72)를 문지르면, 브러시 상의 어떠한 과잉 입자(26)라도 제거되어 브러시 상의 입자축적과 웨브(12) 상의 잠재적인 입자결집이 방지된다.

호퍼 개구(55) 위의 스크린 평탄도는 웨브(12)를 걸친 입자(26)의 고른 분배를 달성하는데 중요한 역할을 한다. 스크린(56)에 걸쳐 굴곡을 발생시키는 고르게 인장되지 않은 영역을 있으면, 봉우리가 맨먼저 최대압력으로 브러시(58)와 접촉하므로 시스템(D)은 스크린(56)의 봉우리에서 높은 분배율(즉, 많은 수의 입자가 분배됨)인 영역을 가질 것이다. 고른 인장력과 충분한 평탄도를 만족시키며 스크린을 설치하는 것은 특히 수동으로 스크린(56)을 호퍼와 개구(55) 위로 당기고 그것을 적당한 위치에 부착시키는 방법과 같은 지루하고 긴 작업이 될 수 있다. 수동으로 스크린(56)을 부착시키는 것이 효과적일 것 처럼 보이나 실제로는 모순되며 시간이 많이 소모된다. 본 발명 시스템(10)의 일 실시예에서, 스크린(56)은 도4a, 도4b, 도4c, 그리고 도4d에 도시된 바와 같이, 그 수명동안 그 폭을 걸쳐 고르게 인장된다.

도4a는 스크린(56)의 일 실시예를 도시한다. 스크린(56)은 가요성 스크린부(56a), 제1 지지대(56b), 그리고 제2 지지대(56c)를 포함한다. 제1 지지대(56b)와 제2 지지대(56c)는 대체로 알루미늄(또는 기타 강성 재질)으로 만들어지며 2단 에폭시(two-part epoxy)와 같은 접착제의 사용에 의해 스크린부(56a)에 비구속적으로 고정된다. 접착제의 결합 및 경화과정 동안, 스크린부(56a)는 인장되며 평탄하게 유지되고(즉, 주름이 없음), 지지대(56b)와 지지대(56c)가 실질적으로 평행하게 배치된다. 고정 구(anchor hole)(56d)는 제1 지지대(56b)를 걸쳐 배치되며 고정구(56e)는 제2 지지대(56c)를 걸쳐 배치된다.

호퍼(50)의 일 실시예는 도4b 및 도4c에 도시되어 있으며, 전방 고정기(82)를 포함하는 전방 장착 포인트(80a), 그리고 이동 장착기(84), 고정 장착기(86), 조절 나사(88), 스프링(90) 및 후방 고정기(92)를 포함하는 후방 장착 포인트(80b)를 가진다. 후방 고정기(92)는 이동 장착기(84)에 부착되어 있다. 전방 고정기(82)와 후방 고정기(92)는 훅, 나사, 또는 기타 다른 고정 패스너로 할 수 있다. 이동 장착기(84)는 호퍼(50)에 대해 병진한다. 고정 장착기(86)는 호퍼(50)에 고정된다.

조절 나사(88)는 고정 장착기(86)의 틈새 구멍(clearance hole)을 통해 돌출되며 이동 장착기(84)의 나사 구멍으로 돌아 들어간다. 스프링(90)은 조절 나사(88)의 단부와 고정 장착기(86) 사이에 배치된다. 조절 나사(88)가 이동 장착기(84) 안으로 죄어 들어갈 때, 스프링(90)이 압축되며, 이것은 이동 장착기(84)를 고정 장착기(86) 방향으로 당긴다.

도4d는 호퍼(50)에 장착된 스크린(56)의 일 실시예의 단면도이다. 제1 지지대(56b)의 고정 구(56d)는 전방 장착 포인트(80a)의 전방 고정기(82) 위로 배치된다(즉, 개구(55) 쪽임). 스크린(56)의 스크린부(56a)는 호퍼(50)의 개구(55) 위로 당겨진다. 제2 지지대(56c)의 고정 구(56e)는 이동 장착기(84)의 후방 고정기(92) 위에 배치된다(즉, 개구의 반대 쪽임). 스크린(56)을 후방 고정기(92)에서 이탈시기 위해서, 조절 나사(88)가 화살표(94) 방향으로 병진하며, 이동 장착기(84)를 같은 방향으로 스프링(90)의 편향에 대항해 병진시키며 가요성 스크린부(56a)로부터 인장력을 해제하여, 제2 지지대(56c)나 제1 지지대(56b)가 후방 고정기(92)(또는 전방 고정기(82))로부터 이동하게 한다. 유사하게, 스크린(56)을 호퍼(50)에 고정시키기 위해서, 스프링(90)의 편향을 극복하며 이동 장착기(84)가 화살표(94)의 방향으로 병진한다. 제1 지지대(56b)와 제2 지지대(56c)는 전방 고정기(82)와 후방 고정기(92) 위에 각각 위치한다. 조절 나사(88)와 이동 장착기(84)는 착탈되며 스프링(90)의 편향은 이동 장착기(84)를 화살표(96) 방향으로 병진시키고, 가요성 스크린부(56a)를 개구(55) 위로 인장한다. 스크린(56)은 가요성 스크린부(56a)의 폭를 걸쳐 부착된 강성 지지대(56b)와 강성 지지대(56c) 상으로 당겨짐으로써 인장되므로, 인장력은 스크린의 폭를 걸쳐 고르며, 분배 브러시(58)와의 계면을 위한 대단히 평탄한 표면을 생성하며 웨브의 폭을 걸쳐 고른 분배율을 제공한다. 스프링(90)은 이 인장력을 설치된 스크린(56)의 수명동안 유지되며 제품의 품질을 향상시키고 제조 휴지시간을 줄인다. 또한, 후방 장착 포인트는 퀵릴리스(quick-release) 방식으로 작동하여, 스크린이 재부착되는 경우 스크린(56) 재정렬에 요구되는 최소한의 일 양으로 구동기가 필요에 따라(예를 들어, 세척시) 신속히 스크린에 탈부착할 수 있게 한다. 다중 호퍼 구성이 본 발명의 정신과 범위에서 벗어나지 않으며 제1 장착 포인트(80a)와 제2 장착 포인트(80b)의 위치선정을 포함하는 이러한 퀵-릴리스 개념에 이용될 수 있다는 것은 이해되어야 한다.

설명한 바와 같이, 브러시와 스크린 사이의 압력차는 입자 분배율에 영향을 미친다. 평행한 경우, 브러시와 스크린의 계면은 길이방향을 따라 계면에 고른 압력을 제공하며 따라서 웨브의 폭을 걸쳐 고른 분배를 제공한다. 부적절한 오정렬은 대체로 분배율에 기울기를 발생시키는데, 이것은 브러시가 맨 먼저 접촉한 구역에는 무거운 코팅을 주고 나머지 영역에는 가벼운 코팅을 준다. 몇 그램 수준의 미소한 힘의 차이도 분배율에 변화를 일으킬 수 있으므로, 정렬작업에는 상당한 시간이 소요될 수 있다.

도5에 도시된 일 실시예에서, 브러시(58)는 더 이상 이동 크레이들 장착기(도1의 참조번호 60 참조)를 이용해 장착되지 않고 대신에 크레이들(52)의 단부 판(68) 상의 최초 피봇 포인트 들(62) 사이에 걸친 제2 지지대(100)를 가진다. 이 제2 지지대는 크레이들(52) 전체를 지지하며 대(100)의 길이 중심에 위치한 제2 피봇 장착기(104)를 구비하는 조절가능한 장착기(102)에 의해 호퍼 본체(50)에 장착된다. 스크린에서 브러시(58)의 길이방향 중심축(106)까지의 거리는 조절 나사(108)을 위치시키고 상부 브래켓(110)을 조절가능한 장착기(102)에 대해 병진시킴으로써 조절할 수 있다. 크레이들은 추가적으로 제2 피봇 축(112) 상에서 비구속적으로 움직일 수 있다. 이 제2 피봇 장착기는 브러시를, 도6에 도시된 바와 같이, 화살표(114) 방향으로 피봇할 수 있게 하여 스크린에 대해 자가정렬을 한다. 이 자가정렬은 지루한 셋업 및 정렬 절차 없이 웨브의 폭을 걸쳐 고르고 반복적인 분배율을 제공한다.

브러시에 대한 세척 와이어(72)의 오정렬 효과(스크린(56)에 대한 브러시(58)의 오정렬만큼 현저하진 않지만)는 이와 유사하며 추가적으로 웨브(12) 상의 입자(26) 결집을 일으킬 수 있다. 스크린에 대한 브러시의 오정렬에 대해 설명된 것과 같이 유사한 자가정렬 방법이 세척 와이어와 브러시 사이의 계면에 이용되어 이러한 문제점을 방지하며 지루한 와이어 정렬 절차를 제거한다. 다른 실시예에서, 와이어 정렬에 관한 문제점은 브러시(58)를 크레이들(52)에 고정하는 퀵릴리스 기구를 추가함으로써 해결된다. 이 퀵체인지 시스템은 도7, 도8 및 도9에 도시된 바와 같이, 스프링 장착 맨드릴(120)에 관련되는데, 이것은 브러시(58)가 길이방향 축(106) 상에서 맨드릴(120)에 대항해 화살표(122) 방향으로 힘을 받을 때 압축될 수 있다. 스프링 장착 맨드릴(120)이 압축되면, 브러시(58)의 제1 리셉터클(123)이 브러시(58)의 반대 단부에서 스프링 장착 맨드릴(120)로부터 고정 맨드릴(124)을 활주해 떨어지며 브러시(58)가 아래로 선회하고 스프링 장착 맨드릴(120)이 브러시(58)의 제2 리셉터클에서 탈착되게 한다. 따라서, 브러시(58)는 크레이들(52)에서부터 탈착될 수 있다. 이 구성은 크레이들(52)이 분리되거나 세척 와이어(72)가 탈착될 필요가 없기 때문에 브러시(58)가 교체되야 할 때마다 매번 와이어(12)를 정렬할 필요가 없다. 장착 맨드릴(120) 안의 스프링(128)은 장착 맨드릴(120)이 압축될 수 있게 하나, 또한 작동 중에는 화살표(122) 방향의 편향을 유지하여 세척 와이어(72)가 장착된 단부 판들(68) 사이에 압력을 가함으로 세척 와이어(72) 상의 인장력을 유지하는 것을 보조한다. 도시된 실시예가 크레이들(52)에 부착되며 브러시의 리셉터클에서 활주해 나오는 맨드릴(120)과 맨드릴(124)을 각각 나타내지만, 하나의 또는 양 맨드릴이 다른 방법으로 브러시에 장착되고 크레이들에서 활주해 나올 수 있다는 것은 이해되어야 한다.

도4에 가장 잘 도시된 바와 같이, 분배기(24)는 웨브(12) 위에서 충분히 가까운 거리에서 멈춰 분배 패턴에 대한 기류의 효과를 줄인다. 이 거리는 세척 와이어(72)에서 웨브(12)까지 3cm로 할 수 있다. 호퍼(50)는 분배될 입자(26)로 채워지며 뚜껑(54)은 오염물질이 들어오지 않게 한다. 전압이 호퍼에 인가되어 입자(26)를 대전한다. 구동 모터(64)는 브러시(58)를 회전시켜 강모가 스크린(56)을 걸쳐 아래로 움직이게 한다. 강모가 스크린의 표면 위로 움직이면, 스크린의 개구를 통해 돌출되며 입자를 밖으로 끌어내어, 웨브(12) 상으로 입자를 분배한다. 브러시 표면에 남아 있는 어떠한 입자라도 세척 와이어(72)에 의해 쓸려나간다. 세척 와이어에 의해 브러시에서 쓸려나가는 입자는 제2 분배 구역을 형성하는 웨브 상으로 떨어진다. 두 개의 분배 구역은 서로 독립적이므로, 이것은 입자 살포를 더욱 촉진시키는 경향을 가진다.

주어진 입자 사이즈에 대한 분배율은 스크린 개구 사이즈, 브러시 회전속도, 브러시-스크린 간의 압력, 스크린 인장력, 그리고 거리(D1)의 적합한 조절에 좌우된다. 분배율은 스크린 개구 사이즈가 커질 수록, 브러시 회전 속도가 증가할 수록, 스크린 인장력이 감소할 수록, 그리고 브러시-스크린 간의 압력이 높아질 수록 증가한다. 거리(D1)가 증가할 수록, 분배율은 감소한다. 사용되는 입자(또는 분말)의 배치(batch)에 따라, 입자의 분배율은 시간에 따라 변할 수 있으며, 코팅된 웨브의 입자밀도에 실질적으로 위치에 따른 영향을 미칠 수 있다. 이 편차는 바람직하지 않다. 분배율의 편차는 입자의 유동 특성에 기인할 수 있다. 보다 큰 비구속적 유동을 하는 "끈적한" 입자는 낮을 분배율을 산출한다. 어떤 경우에는 분말 상에 남은 찌꺼기 미세가루와 부스러기가 스크린을 막히게 하고 분배율을 떨어뜨릴 수 있다.

상기에 설명한 인가된 전압의 활용과 더불어, 분배율은 모터의 회전속도를 하기와 같은 모니터링 장치를 채용하는 피드백 루프를 가지고 조절함으로써 제어될 수 있다. (a)무게손실 모니터, (b)분배된 입자에 의해 운반되는 전기 전하에 의한 전류측정, 또는 (c)낙하하는 입자에 의한 빛의 소멸을 측정하는 광검출기, 기타 장치. 계산 장치(또는 피드백 장치)는 모니터링 장치에서 신호를 수신하여, 브러시의 회전속도가 상응하게 변할 수 있게 한다.

피드백 루프(149)의 일 실시례는 도10에서 개략적으로 도시된 바와 같이 분배된 입자기둥을 가로지르는 레이져 빔의 광소멸을 활용한다. 레이져의 조준된 직선 빔(폭 ~4" 그리고 두께 약 2mm)은 소스(152)에서 검출기(154)(예를 들어, 다이오드 레이져 및 광검출기)까지의 경로(150)를 따라간다. 방사(즉, 빛)는 제1 프레넬 렌즈(156)와 입자기둥(159)(스크린/브러시 및 브러시/와이어의 상호작용에 의한 것)의 전방 및 후방을 통해 지나간다. 전방으로 흩어진 빛은 제2 프레넬 렌즈(158)에 의해 채광되며 검출기(예를 들어, 광검출기)로 측정된다. The Art of Electronics(Horowitz and Hill. New York: Cambridge University Press 2^nd ed., 1989)에 설명된 피드백 전자회로, 또는 PLC나 컴퓨터와 같은 계산 장치(160)가 활용되어 측정된 조도로부터 입자살포율을 계산한다. 그 다음 계산 장치가 사용되어 기준치와 측정된 순간조도와의 차이에 비례하는 전압을 출력함으로써 모터(64)의 회전속도를 조절한다. 조도의 편차 반응에 미소한 지연 도입함으로써, 분배율을 안정화시킬 수 있다. 엄격히 보면, 조도는 분배율에 대해 지수형으로 변하지만, 분배율의 함수로서 전방으로 흩어진 조도는 분배율의 제한된 관심영역에서 선형에 가까운 특성을 나타낸다.

다른 실시예에서는, 본 기술분야에 공지된 무게손실 모니터가 모니터링 장치로 사용될 수 있다. 입자 분배기는 하나 이상의 힘 감지기(Model 208C01 PCB Piezotronics, Depew NY)에 장착될 수 있다. 예를 들어, 힘 감지기(또는 저울)가 호퍼 중심에 하나 그리고 각 단부에 하나씩 장착될 수 있다. 입자로 채워진 호퍼에 대해, 감지기는 분배기의 총 무게에 비례하는 신호를 출력할 것이다. 입자가 분배되면, 감지기의 출력은 순간 분배율을 결정하는 계산 장치(예를 들어, 피드백 회로)에 수신된다. 힘 감지기의 출력물은 피드백 회로의 입력물로 사용될 수 있다. 비율이 특정한 웨브 적용에 필요한 것보다 더 낮다면, 피드백 회로(또는 PLC나 컴퓨터)는 직류모터에 인가되는 전압을 변화시켜, 브러시 회전의 RPM을 증가시킨다.

다른 실시예는 전압 전원(상술되었음)에 의해 대전된 입자가 운반하는 전류의 양을 측정하는 모니터링 장치를 이용한다. 분배된 입자에 의해 운반된 전류는 그라운드의 전압 전원에 따라 직렬저항에 걸친 전압으로서 모니터링될 수 있다. 피드백 전자회로(또는 PLC나 컴퓨터, 상술하였음)는 측정된 전류에서 분배율을 계산하는데 사용될 수 있다. 피드백 회로는 그 다음 모터를 제어하는 직류전원과 인터페이스할 수 있다. 회로의 게인과 지연을 변화시킴으로써, 입자 분배율을 미리 정해진 일정한 값으로 유지하는 최적화된 구동 조건을 얻을 수 있다.

피드백 루프(149)의 효과는 도11에 도시되어 있으며, 이것은 시스템이 "끈적한" 유동 특성에 의해 분배 측면에서는 매우 불량한 유동 특성을 가진 입자를 사용한 경우이다. 분배율 대 시간의 함수가 피드백이 없는 경우(164)와 그에 따르는 피드백을 활용하는 시스템(164)에 대해 도시된다. 이것은 개시된 다양한 피드백 방법이 분배율을 결정된 값으로 제어하게 작동되는 것을 분명히 나타낸다.

설명된 바와 같이, 피드백 회로와 같은 계산 장치는 본 발명의 기술분야에서 널리 공지되어 있다. 이러한 장치는 또한 모터의 회전속도를 제어하도록 작동된다(따라서 브러시도 제어됨). 기타 다른 계산 장치는 프로그램가능한 논리 제어기(Programmable Logic Controller(PLC))나 기타 소프트웨어 구동시스템을 포함한다. 이러한 것과 기타 많은 대안물도 효과적인 피드백 계산 및 제어 장치로 사용될 수 있다.

웨브에 걸친 코팅 무게의 균일성과 웨브 상의 입자 살포는 브러시-스크린 간의 정렬, 브러시 세척도, 브러시 표면 정규성, 전압 및 피드백에 다음과 같은 방식으로 영향을 받는다. 브러시와 스크린의 오정렬은 브러시가 최초로 스크린을 접촉하는 곳에 더 무거운 분배를 일으킬 것이다. 브러시 표면 상의 오염된 영역과 브러시 표면 상의 작은 밀도의 강모를 가지는 영역은 그러한 영역에서 분배율을 감소시킬 것이다. 전압 전원이 없다면, 입자 살포성이 감소하며 결집성이 증가한다. 피드백은 분말 특성의 편차에 의한 유동손실을 방지한다.

본 발명의 다른 실시예는 입자가 웨브의 선택된 영역 상으로 분배될 때 편차를 허용한다. 예를 들어, 도12에 도시된 바와 같이, 웨브(12)가 화살표 방향으로 병진될 때, 입자가 웨브의 길이방향을 따라 띠 모양으로 코팅되는 방식으로 웨브(12)를 코팅하는 것이 바람직하다.

다르게는, 도13에 도시된 바와 같이, 웨브(12)의 미리 정해진 길이 만큼이 코팅되도록, 입자(26)가 웨브(26) 상으로 살포되게 변화시키는 것이 바람직하다. 웨브(12)가 화살표(172) 방향으로 병진될 때, 웨브 가로 띠(174)는 웨브를 가로지는 영역이 무코팅으로 남도록 웨브(12) 상으로 코팅된다.

웨브의 선택된 영역에 입자를 매립하는 것은 입자 분배기 안에서 스크린 상의 마스크(도시하지 않음)을 이용함으로써 달성될 수 있는데, 이 마스크는 희망하는 웨브 패턴에 대응한다. 패턴의 기하학적 파라미터는 필요에 따라 변할 수 있다. 스크린 마스크는 포토리소그래피 공정으로 마련하거나, 얇은 금속 또는 강성 플라스틱 박판과 같은 적당한 재료로 만든 마스크를 스크린에 근접하게 위치시켜 마련하여, 이에 따라 입자가 스크린을 통과해 웨브 상으로 나가는 것을 방지한다. 다르게는, 대응하는 패턴을 회전하는 브러시에 잘라넣어 입자가 매립되지 않는 영역에서 강모가 스크린을 건드리지 않게 할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서는, 적합한 치수를 가지는 원형 금속이나 플리스틱 슬리브가 브러시 위에 위치하여 패턴윤곽을 그리게 한다. 관련된 치수는 제한되지 않으며 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 결정될 수 있다.

다른 실시예에서는, 입자를 스크린에 매우 인접한 웨브의 어떤 구역에 입자 저장통 내부의 기계 셔터를 활용함으로써 매립하여, 웨브의 어떤 구역이 무코팅이 되게 할 수 있다. 시간 간격을 선택해 셔터를 개폐함으로써, 웨브의 이동 방향에 횡방향인 패턴을 웨브상에 형성할 수 있다.

다른 실시예에서는, 인쇄산업에서 이용되는 것 처럼 브러시를 널 롤러로 대체할 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 스크린이 호퍼(50)의 하부에 수평으로 위치하며 브러시가 스크린과 접촉하도록 위치한다. 스크린을 통해 입자를 끌어내며 브러시가 스크린과 접촉하며 회전하면, 호퍼 안의 분말(입자)이 분배된다. 이것은 분말 축적과 결국에는 이탈하여 웨브상의 군집으로 떨어지는 강모 기부에서의 임팩션(impaction)을 일으킬 수 있으므로, 다른 스크린도 이 장치의 하부에 수평으로 위치해 브러시와 또한 접촉할 수 있다. 제2 스크린은 브러시 아래에 있으며, 입자가 하부 스크린를 강제로 통과하게 될 때 군집이 부서져 발생하는 입자가 있다면, 제2 스크린은 결집을 줄이는 것을 도울 수 있다.

다른 실시예에서는, 진동 분배기가 사용되어 분말을 분배할 수 있다. 경로를 수정하여 진동 분배기 안의 분말 유동에 저항하도록 함으로써, 분배율을 완화시킬 수 있다. 일 실시예에서는, 분배기 안의 분말의 경로가, (공지된 훅과 루프 패스너에서 발견되는 것과 같은) "훅" 재료를 부착함으로써 수정된다. 이것은 훅에 의해 생긴 분말 유동의 제한으로 분배율을 느리게 한다. 분배율은 다양한 등급의 훅 재료를 이용함으로써 완화될 수 있다. 다양한 미세구조 표면이 훅 재료 대신에 사용되어 입자의 유동을 수정할 수 있다. 진동 분배기의 작동 교류전압과 분말 분배기의 일차함수 관계가 주어진 유동 매체용으로 확립되었다.

본 발명의 장점 중 하나는 입자 결집의 문제점을 해결함으로써 제조 공정을 단순화한 점이다. 이것은 전도성 입자를 매립할 경우 특히 유리하다. 도14는 가소성 접착제 상으로 매립되는 은도금 유리알을 나타낸 현미경사진이다. 시편 면적은 420㎛ x 570㎛이다. 한층 더 균일한 이러한 입자 분포의 부수적인 이점은 마무리된 제품에 균일한 외관을 제공한다는 점이다.

z축 전도성 접착필름을 제작하는 본 발명의 방법을 이용하는 장점은 큰 전도성 입자의 사용이 허용된다는 점이다. 입자의 사이즈가 접착필름의 두께와 매우 가까워 질 수 있으며, 입자가 접착제의 두께에 이르기 때문에, 결합을 만드는 물질 유동량은 최소가 되는데, 이것은 입자가 접착제의 두께에 비해 작은 공지된 열가소성 필름계 시스템과 비교하는 경우 특히 그러하다. 이것은 전도성 표면이 빠르게 결합할 수 있게 한다. 이것은 또한 최종 결합의 두께가 큰 부품에 걸쳐 균일한 것을 보장한다. 이것은 최종 제품의 품질을 유지하는 것을 보조한다.

본 발명에 따른 z축 전도성 접착필름의 다른 장점은 입자매립필름 제품이 열가소성 접착제를 기본으로 할 수 있다는 점이다. 접착제의 점성은 가열에 의해 재활성된다. 이것은 필요한 만큼 여러번 반복할 수 있다. 접착제 재활성의 무제한성은 결합된 부품이 재가공, 탈착, 수리, 또는 재위치되어야 하는 응용예에서 유용하다.

실험방법

박리접착강도

유리기판에 대한 박리접착강도가 측정되었다. IMASS 시험기 Model 3M90(IMSS Instrumentors, Incorporated, Strongville, OH)가 사용되어 180˚각도의 박리접착강도를 다음과 같이 측정하였다. 우선, 박리 시험기의 유리판 테스트 표면을 메틸 에틸 케톤과 KIMWIPES EX-L 티슈(Kimberly-Clark Corporation, Roswell, GA)로 세척하였다. 다음으로, 폭 1.9cm(0.75in) x 길이 25.4cm(10.0in)의 시편을 유리판 상에 길이방향으로 위치시켰다. 이 시편은 2.27kg(5lb) 고무 롤러를 시편 위로 3회 왕복해 지나가게 함으로써 유리 기판에 고정되었다. 다음으로, 센서 아암이 시편 위로 길이방향으로 뻗고 아암 홀더에서 가장 멀리 떨어진 단부가 시편에 부착되었다. 이 때, 센서 아암의 반대 편 단부가 아암 홀더에 위치하며 시험기가 가동되었다. 시편은 유리 기판에서부터 180˚각과 229cm/min(90in/min) 속도로 벗겨졌다.

최초 2초간의 데이타는 이 분석에 포함시키지 않게 해 테스트을 편리하게 시작할 수 있게 하였다. 2초에서 5초간의 데이타는 평균 박리력 측정용으로 분석되며, 박리접착강도 값으로 변환되고, 폭 2.5cm(1 in)로 표준화되었다. 4개의 시편이 측정되며 결과값은 전체 평균 박리접착 강도(in gm/cm(oz/in))와 표준편차를 계산하는데 사용되었다.

표면적 범위

입자가 매립된 표면적은 현미경으로 평가되었다. 표면 상에 매립된 입자를 가지는 제품은 비디오 카메라가 장착된 OLYMPUS BX60 F5(Olympus Optical Company, Ltd., Japan) 현미경을 이용하여 20X 배율로 관찰되었다. 임의적으로 선택된 면적에서 366X 배율로 사진이 찍혔고 이미지는 추후의 조작을 위해 디지탈 포맷에 저장되었다. 0.24㎠ 면적을 각각 가지는 6개의 이미지가 SIGMASCAN PRO 5 이미지 프로세싱 소프트웨어(SPSS, Incorporated, Chicago, IL)을 이용하여 분석되어 임의적으로 선택된 6개의 각 면적에서 입자 카운트가 얻어지며 평균 입자 카운트가 계산되었다. 입자가 덮힌 표면적의 백분율이 입자의 평균 단면적(제조자가 제공한 평균 입자 사이즈로부터 구함)에 이미지된 면적의 평균 총입자 카운트를 곱하고 그 수를 이미지의 총면적으로 나누어 계산함으로써 결정되었다. 이 수에 100을 곱하여 백분율을 구한다.

비저항

전기전도성 입자를 가진 제품은 제품의 두께(z축)를 통한 저항 및 그 표면(x-y 평면, 또는 "판저항"으로 부름) 상의 저항을 측정하기 위해 평가되었다. 좀 더 구체적으로는, z축 비저항 측정용, 폭 약 15.2cm(6in) x 길이 약 25.4cm(10in)의 필름시편이 두께 0.318cm(0.125in)와 지름 2.5cm(1 in)의 두개의 원형 황동판 사이에 놓여졌다. FLUKE 83 III Multimeter(FLUKE Corporation, Everett, WA)의 전극이 이 황동판에 부착되고, 이것은 그후 지압(finger pressure)에 의해 함께 가압된다. z축 비저항은 옴 단위로 기록되었다.

위 치수를 갖는 시편의 x-y 평면(판) 저항을 PROSTAT Surface Resistance & Resistivity Indicator, Model PSI-870(PROSTAT Corporation, Bensenville, IL)을 작동메뉴에 설명된 절차를 따라 이용하여 측정하였다. 이 x-y 평면(판) 저항은 옴/스퀘어(ohms/square)(또는 옴/□)로 기록되었다.

역반사성

코팅된 시편의 역반사성을 Field Retroreflectometer Model 920(Advanced Retro Technology Inc., Spring Valley, CA)을 이용하여 측정하였다. 역반사성은 단위 룩스 단위 제곱미터당 캔들(cd/lx/㎡)로 표현된다. 우선, 제조자가 제공하는 표준 시편(공학 백색)을 이용하여 장비를 이 시편 위에 놓고 계기 상의 디지털 표시를 읽음으로써 계기를 보정(calibrate)한다(그 광학창이 시편에 맞도록 함). 보정 노브는 계기가 101.0 cd/lx/㎡을 가리킬 때까지 조정되었다. 그후 계기는 같은 방법으로 측정되도록 시편 위에 놓여지고 역반사성이 주어졌다. 서로 10cm(4 in)씩 떨어져 있는 코팅된 시편의 3개의 면적이 측정되고 기록 전 평균치가 구해졌다.

입자 매립

웨브에 입자가 매립되는 깊이가 현미경을 이용하여 평가되었다. 매립된 입자를 가지는 제품의 단면적 이미지가 비디오 카메라가 장착된 OLYMPUS BX60 F5(Olympus Optical Company, Ltd., Japan) 현미경를 이용하여 20X 배율에서 관찰되었다. 임의적으로 선택된 면적의 에지온 뷰(edge-on view)에서 366X 배율로 사진이 찍혔고 이 이미지는 추후의 조작을 위해 디지탈 포맷에 저장되었다. 약 0.24㎠ 면적을 각각 가지는 6개의 이미지를 SIGMASCAN PRO 5 이미지 프로세싱 소프트웨어(SPSS, Incorporated, Chicago, IL)를 이용하여 분석하여 임의적으로 선택된 6개의 각 면적에서 입자의 매립깊이 및 지름을 얻었다. 입자의 평균 매립깊이와 평균지름이 계산되었다.

입자매립 백분율을 입자의 평균 매립깊이를 입자의 평균지름으로 나눈 후 그 결과값에 100을 곱하여 결정하였다.

"100% 매립"은 입자가 웨브 재료 안에 완전히 보유되는 것 및/또는 입자가 웨브 표면과 수평이 되는 것 및/또는 실질적으로 입자의 어떠한 부분도 웨브 표면으로부터 돌출되지 않는 것을 의미한다.

예시

다음의 예시1 내지 예시10 및 비교 예시에서는, 코팅된 다양한 웨브에 도1 내지 도4의 장치를 이용하여 입자를 매립하였다. 몇몇 예시에서는, 분배가 버핑, 정전기 대전, 또는 이 둘과 함께 실시되었다. 모든 예시는 습도통제환경에서 행해졌다. 장치 내의 통상적인 상대습도는 10% 미만으로, 주위 온도는 약 30℃로 유지되었다.

예시1

Scotch^RMagic^TM Tape 810(아크릴 감압 접착테입)의 폭 1.9cm x 길이 25.4cm의 시편의 접착표면 상에 평균지름이 43㎛인 무코팅 Conduct-O-Fil^TM S-3000-S3P 유리알(금속코팅 유리알의 중간물)(Potters Industries)이 매립되었다. 사용된 분배기는 도2 내지 도4에 도시된 것과 유사하며 다양한 범위의 표면적이 쓰였다. 다음의 파라미터가 사용되었다. 웨브 속도 6.1 m/min(20ft/min), 약 20 내지 25℃의 전기적으로 접지된 가열판, 브러시 상의 대전 와이어와 가열판의 간격 30mm, 0.4V의 브러시 회전용 작동 전압, 그리고 분배장치에 인가된 마이너스 직류 전위차 7kV. 스크린은 지압으로 감지할 수 있는 슬랙이 없을 때까지 수동으로 분배기 개구 위로 당김으로써 팽팽하게 유지되었다. 결과물 입자가 매립된 제품은 표면적 범위와 박리접착강도 측정을 위해 상기의 "시험 방법"에 설명된 바와 같이 평가되었다. 시험결과는 아래의 표1에 기록하였다.

예시2

웨브 속도 9.1m/min(30ft/min)로 예시1의 시험을 반복하였다. 결과물 입자가 매립된 제품은 표면적 범위와 박리접착강도 측정을 위해 상기의 "시험 방법"에 설명된 바와 같이 평가되었다. 시험결과는 아래의 표1에 기록하였다.

예시3

웨브 속도 12.2m/min(30ft/min)로 예시1의 시험을 반복하였다. 결과물 입자가 매립된 제품이 표면적 범위와 박리접착강도 측정을 위해 상기의 "시험 방법"에 설명된 바와 같이 평가되었다. 시험결과는 아래의 표1에 기록하였다.

비교예시

Scotch^RMagic^TM Tape 810의 시편이 표면적 범위와 박리접착강도 측정을 위해 상기의 "시험 방법"에 설명된 바와 같이 평가되었다. 시험결과는 아래의 표1에 기록하였다.

표 1

예시4

상표 PEBAX 3533의 수지 재료(폴리아미드-폴리에테르 블록 중합체, Elf Atochem, North America, Philadelphia, PA)와 상표 NIREZ 2040의 수지 재료(터펜 페놀, Arizona Chemical Corporation)의 1:1 혼합물이 0.002in 두께의 실리콘코팅 폴리에스테르필름 상으로 사출되어 릴리스 라이너 상에서 두께 0.0025 in를 가지는 열가소성 필름을 마련하였다.

열가소성 필름에 43㎛ 평균지름을 가지는 S-3000-S3P(Potters Industries)인 전도성 은코팅 유리알을 릴리스 라이너 상의 열가소성 필름을 분배기에 통과시켜 매립하였다. 다음의 파라미터가 사용되었다. 웨브 속도 6.1 m/min(20ft/min), 85℃의 가열판(Temperature Controller Model 89810-02, Cole-Parmer Instrument Company, Vernon Hills, IL을 이용하여 온도를 유지함), 브러시 상의 대전 와이어와 가열판의 간격 30mm, 브러시 회전용 작동 전압 0.4V. 스크린은 지압으로 감지할 수 있는 슬랙이 없을 때까지 수동으로 분배기 개구 위로 당김으로써 팽팽하게 유지되었다. 코팅된 웨브는 두개의 실리콘 고무 롤의 닙을 통해 운반되었다. 결과물 입자가 매립된 제품은 표면적 범위와 박리접착강도 측정을 위해 상기의 "시험 방법"에 설명된 바와 같이 평가되었다. 시험결과는 아래의 표2에 기록하였다.

예시5

분배장치에 인가된 마이너스 직류 전위차 7kV로 예시4의 시험을 반복하였다. 결과물 입자가 매립된 제품은 표면적 범위와 박리접착강도 측정을 위해 상기의 "시험 방법"에 설명된 바와 같이 평가되었다. 시험결과는 아래의 표2에 기록하였다.

예시6

EZ Paintr^R 패드를 장착한 피니쉬 샌더(Model 505, Porter Cable Jackson, TN)을 이용하여 입자를 보유하는 표면을 버핑한 입자매립 열가소성 필름을 가지고 예시5의 시험을 반복하였다. 버핑은 웨브의 분말 분배 영역에서 7.5cm(3in) 떨어진 곳에서 일어났다. 결과물 입자가 매립된 제품은 표면적 범위와 박리접착강도 측정을 위해 상기의 "시험 방법"에 설명된 바와 같이 평가되었다. 시험결과는 아래의 표2에 기록하였다.

표 2

예시7

고무접착테입에 반사성 입자가 매립되고 역반사율 측정을 위해 평가되었다. 역반사율은 반사율의 특별한 경우이다. 이것은 입사광이 180˚각으로 다시 반사되는 것을 말한다. 구체적으로는, 3M^TM Colored Paper Tape 256(인쇄가능한 평이면(flatback) 종이테입)의 접착면에 알루미늄이 반구형으로 코팅된 유리알(3M^TM Reflective Ink 8010의 구성품)을 예시1에서 설명된 장치와 파라미터를 쓰되 다음과 같은 수정을 가하여 매립하였다. 브러시 회전용 가동 전압은 1.5V였다. 결과물 입자가 매립된 제품은 표면적의 범위와 역반사율의 측정을 위해 상기의 "시험 방법"에 설명된 바와 같이 평가되었다. 시험결과는 아래의 표3에 기록하였다.

예시8

브러시 회전용 작동 전압 3.0V로 예시7의 시험을 반복하였다. 결과물 입자가 매립된 제품이 표면적 범위와 역반사율 측정을 위해 상기의 시험 방법에 설명된 바와 같이 평가되었다. 시험결과는 아래의 표3에 기록하였다.

예시9

브러시 회전용 작동 전압 6.0V로 예시7의 시험을 반복하였다. 결과물 입자가 매립된 제품이 표면적 범위와 역반사율 측정을 위해 상기의 시험 방법에 설명된 바와 같이 평가되었다. 시험결과는 아래의 표3에 기록하였다.

예시10

3M^TM Colored Paper Tape 2563M^TM 대신에 3M^TM Structural Bonding Tape 9245(열경화성 에폭시/아크릴 하이브리드 감압 접착테입)를 사용하여 예시9의 시험을 반복하였다. 결과물 입자가 매립된 제품이 표면적 범위와 역반사율 측정을 위해 상기의 시험 방법에 설명된 바와 같이 평가되었다. 시험결과는 아래의 표3에 기록하였다.

표 3

아래의 예시11 내지 14에서는, 코팅된 다양한 웨브에 도1의 장치를 이용하여 입자를 매립하였다. 몇몇 예시에서, 분배은 버핑, 정전기 대전, 또는 이 둘과 함께 실시되었다. 모든 예시는 습도통제환경에서 행해졌다. 장치 내의 통상적인 상대습도는 10% 미만으로, 주위 온도는 약 30℃로 유지되었다. 도15는 입자의 분배율 측정용 시험설치를 도시한다.

개량된 분배기(24)가 회전하는 브러시의 하부에 평행한 금속 스크린(182)위에 장착되었다. 이 스크린은 전기적으로 접지되었고 -7kV가 전압 전원(28)을 통해 분배기 본체에 인가되었다. 금속 메시는 입자가 그 아래에서 축적됨이 없이 전자 밸런스(186)(OHAUS Precision Advanced Model GT4100, Ohaus Corporation, Florham Park, N.J.) 상으로 떨어질 수 있게 하였다. 이것은 입자를 이동 웨브 상으로 분배하는 것을 활성화시키는데, 이 웨브에서 입자는 분배기 밑에서부터 운반된다. 밸런스에 연결된 퍼스널 컴퓨터(PC)(184)가 시간에 따라 낙하 입자의 질량을 기록하여 순간분배율을 결정할 수 있게 한다.

입자의 분배율을 제어하기 위해, 650 나노미터 다이오드 레이저(152) 라인 제너레이터(ULL12-3.5G-650-15, World Star Tech of Toronto, Ontario, Canada)가 도시된 바와 같이 레이저와 분배기 사이에 놓인 프레넬 렌즈(156)와 함께 분배기 쪽에 장착되었다. 이것은 입자 기둥의 탐침조사를 할 수 있게 한다. 레이저의 팬 각도는 15˚였다. 레이저는 제1 렌즈의 초점에 계속적으로 위치하며, 렌즈와 분배기의 거리를 조정함으로써, 입자 기둥의 대부부이 레이저 빔에 의해 탐침조사되었다. 이 기둥을 관통하는 빛은 분배기의 다른 쪽에 있는 다른 프레넬 렌즈(158)에 채광되며 광학파워미터(MEWPORT Model 1815-C, Newport Canada, Mississauga. Ontario)에 의해 측정되었다. 이 파워미터의 출력은 피드백 루프(149)(또는 피드백 회로)를 가지는 분배기 모터의 회전속도 제어에 이용되었다.

예시11

입자가 매립된 일련의 시편이 열가소성 접착제인 PEBAX(폴리아미드-폴리에스테르 블록 중합체, Elf Atochem, North America, Philadelphia, PA)로 다음과 같이 마련되었다. 상표 PEBAX 3533의 수지 재료(폴리아미드-폴리에테르 블록 중합체, Elf Atochem, North America, Philadelphia, PA)와 상표 NIREZ 2040의 수지 재료(터펜 페놀, Arizona Chemical Corporation)의 1:1(무게) 혼합물이 0.051mm (0.002in) 두께의 실리콘코팅 폴리에스테르필름 상으로 사출되어 릴리스 라이너 상에서 두께 0.0635mm(0.0025 in)를 가지는 열가소성 필름을 마련하였다.

열가소성 필름에 43㎛ 평균지름을 가지는 S-3000-S3P(Potters Industries)인 전도성 은코팅 유리알을 릴리스 라이너 상의 열가소성 필름을 도5에서 설명한 분배장치와 유사한 것을 포함하는 도1에서 설명한 것과 유사한 장치에 통과시켜 매립하였다. 다음의 파라미터가 사용되었다. 웨브 속도 4.57 m/min(15ft/min), 브러시 상의 대전 와이어와 가열판의 간격 3mm, 브러시 회전용 작동 전압 0.4V, 분배장치에 인가되는 마이너스 직류 전위차 7kV. 입자는 PEBAX 필름 상으로 0.2 g/s의 분배율로 분배되었다. 닙 롤 상의 공기압은 0.138MPa(20psi)에서 0.276MPa(40psi)까지 0.069MPa (10psi) 증분으로 변하였다. 가열판 온도(Temperature Controller Model 89810-02, Cole-Parmer Instrument Company, Vernon Hills, IL을 이용하여 온도를 유지함)는 아래의 표4에 특정된 바와 같이 70℃ ,80℃ , 또는 90℃로 고정되었다. 약 90℃ 위의 온도에서, 필름은 상부 고무 닙 롤에 붙기 시작했다.

결과물 입자가 매립된 제품은 입자 매립의 측정을 위해 상기의 "시험 방법"에 설명된 바와 같이 평가되었다. 시험결과는 아래의 표4에 기록하였다.

표 4

예시12

DOW CORNING White RTV 110 유동성 고무 접착밀봉제(Dow Corning Corporation, Mississauga, Ontario Canada L5N 2M1)가 0.025mm(0.001in) 두께의 폴리에스테르 웨브(Cadillac Plastics, London. Ontario) 상으로 코팅되어 Mayer 바를 이용하는 릴리스 라이너 상에서 0.0635mm(0.0025in) 두께를 가지는 필름을 마련하였다.

전도성 은코팅 유리알을 밀봉제 코팅이 여전히 점착성을 가질 때 예시1의 장치와 절차를 따라 매립하였다.

43㎛ 평균 입자지름을 가지는 Conduct-O-Fil^TMS-3000-S3P(Potters Industries)이 이 예시에서 도1에 설면된 것과 유사한 장치와 함께 사용되었다. 다음의 파라미터가 사용되었다. 웨브 속도 4.57 m/min(15ft/min), 브러시 상의 대전 와이어와 가열판의 간격 3mm, 브러시 회전용 작동 전압 0.4V, 그리고 분배장치에 인가된 마이너스 직류 전위차 7kV. 입자는 필름 상으로 0.2 g/s의 분배율로 분분배된다. 0.025mm(0.001in) 두께의 폴리에스테르(PET) 라이너(Cadillac Plastics, London. Ontario)가 입자가 뿌려진 웨브의 상부에 위치하며 닙 롤을 통과했다.

닙 롤러 상의 공기압은 0.138MPa(20psi)이었다. 코팅은 상온에서 실시되었다.

결과물 입자가 매립된 필름은 공기순환오븐 중에 약 두 시간가량 60℃에서 가열되어 밀봉제를 경화하였다.

결과물 입자가 매립된 제품은 입자매립 측정을 위해 상기의 "시험 방법"에 설명된 바와 같이 평가되었다. 결과물 웨브는 촉감이 매끈하며 시각적으로도 매끈하게 보였다. 현미경 관찰은 입자가 실리콘 밀봉제에 완전히 매립된 것을 보였다.

예시13

DOW CORNING RTV Silicone 734 유동성 실리콘 고무 접착밀봉제(Dow Corning Corporation, Mississauga, Ontario Canada L5N 2M1)가 0.051mm(0.002in)로 맞춰진 코팅간극을 가지고 폴리에스테르 필름 상에서 나이프-코팅되었다. 43㎛ 평균 입자지름을 가지는 Conduct-O-Fil^TMS-3000-S3P 은코팅 유리알이 예시11과 같이 분배되었다.

결과물 입자가 매립된 필름은 약 두 시간가량 상온(약 22℃)에 방치되어 밀봉제를 경화하였다.

결과물 입자가 매립된 제품은 입자매립 측정을 위해 상기의 "시험 방법"에 설명된 바와 같이 평가되었다. 현미경 관찰은 입자가 100% 매립되는 것을 보였다.

예시14

DOW CORNING RTV Silicone 734는 0.025mm(0.001in)로 맞춰진 코팅간극을 가지고 폴리에스테르 필름 상에서 나이프-코팅되었다. 입자는 예시11에서와 같이 분배되었다.

20㎛ 평균 입자지름을 가지는 Conduct-O-Fil^TMS-3000-S3P 은코팅 유리알이 사용되었다. 0.025mm(0.001in) 두께의 PET 라이너가 입자가 뿌려진 웹의 상방에 위치하며 0.138MPa(20psi)로 맞춰진 닙을 통과했다.

결과물 입자가 매립된 제품은 입자매립의 측정을 위해 상기의 "시험 방법"에 설명된 바와 같이 평가되었다. 현미경 관찰은 입자가 100% 매립되는 것을 보였다.

다양한 변경과 수정이 본 발명의 정신과 범위에서 벗어나지 않으면서 본 발명 안에서 만들어 질 수 있다.

Claims

표면(18) 상으로 입자(26)를 분배하는 장치이며,

호퍼 개구(55), 호퍼 개구(55)를 덮도록 배치된 스크린(56) 및 브러시(58) 상의 강모가 스크린(56)에 접촉하도록 스크린(56)에 가깝게 배치된 브러시(58)를 포함하는, 입자를 저장하는 호퍼(50),

길이방향 축을 가지는 브러시(58)를 회전가능하게 지지하는 크레이들(52), 그리고

크레이들(52)에 고정된 피봇 장착기(62)를 포함하고, 상기 피봇 장착기(62)는 브러시(58)의 길이방향 축에 대해 수직하게 배치된 피봇 축을 가져서 브러시(58)가 피봇 장착기(62)의 피봇 축을 중심으로 회전할 수 있도록 하는 입자분배장치.
제1항에 있어서, 피봇 장착기(62)가 호퍼(50)를 상기 크레이들(52)에 지지가능하게 연결하는 입자분배장치.
제1항에 있어서, 브러시(58)를 지지하도록 연결된 크레이들(56) 및 브러시(58)를 크레이들(52)에 고정하는 퀵-릴리스 기구를 더 포함하는 입자분배장치.
제3항에 있어서, 퀵-릴리스 기구가,

상기 브러시(58)와 상기 크레이들(52) 중 하나에 고정된 스프링 장착 맨드릴(120) 및

브러시(58)와 크레이들(52) 중 다른 하나에 배치되어 맨드릴(120)을 지지가능하게 수용하는 적어도 하나의 리셉터클을 포함하는 입자분배장치.
제1항에 있어서, 스크린(56)이,

스크린부(56a),

스크린부(56a)에 부착되어 고정될 수 있으며 제1 장착 포인트(80a)에서 상기 호퍼(50)에 착탈가능하게 고정되는 제1 지지대(56b), 그리고

제1 지지대(56b)에 실질적으로 평행하며 퀵-릴리스 제2 장착 포인트(80b)에서 호퍼(50)에 착탈가능하게 고정되는 제2 지지대(56c)를 포함하며,

상기 제1 장착 포인트(80a)가 상기 호퍼 개구(55)의 일측에 배치되고 제2 장착 포인트(80b)가 호퍼 개구(55)의 타측에 배치되는 입자분배장치.
제1항에 있어서, 제2 장착 포인트(80b)가 호퍼(50)에 대해 이동가능한 스프링 편향 장착기(84)를 더 포함하여 스프링 편향(90)의 극복이 상기 제1 지지대(56b)가 제1 장착 포인트(80a)에 고정 또는 해제되도록 할 수 있는 입자분배장치.
제1항에 있어서, 상기 스크린에 근접 배치되어 입자(26)를 스크린(56)에 선택적으로 통과시키는 셔터를 더 포함하는 입자분배장치.
제1항에 있어서, 모니터링 장치로부터 신호를 수신하며 입자(26)의 분배율을 변화시키도록 배치된 피드백 루프(149)를 더 포함하는 입자분배장치.
제8항에 있어서, 모니터링 장치가,

호퍼(50)에 고정된 적어도 하나의 힘 감지기 및 호퍼(50)의 무게변화를 측정하도록 구성된 계산 장치를 포함하는 입자분배장치.
제1항에 있어서, 상기 표면은 스트리밍 웨브의 입자 표면(12a)이며,

브러시(58)에서부터 웨브(12)를 따라 다운스트림에 배치되는 적어도 하나의 닙 롤러(36) 및

브러시(58)에서부터 웨브(12)를 따라 다운스트림에서 웨브에 고정되는 라이너(37b)를 포함하며,

라이너(37b)가 웨브(12)의 상기 입자 표면(12a)과 닙 롤러(36) 사이에 배치되는 입자분배장치.
표면 상으로 입자(26를 분배하는 방법이며,

개구(55)를 가진 호퍼(50)에 입자(26)를 보유하는 단계,

개구(55) 위로 스크린(56)을 배치하는 단계,

스크린(56)을 가로질러 브러시(58)의 강모를 통과시키는 단계,

브러시(58)로 스크린(56)을 통해 입자(26)를 끌어내는 단계, 그리고

입자(26)를 공기 중으로 살포하여 표면 상에 안착하게 하는 단계를 포함하는 입자분배방법.