KR20060043383A - 3차원 개구 형성 필름 - Google Patents

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윌리엄 지. 에프. 켈리
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맥네일-피피씨, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 제 1 가상 평면 내의 평평한 제 1 표면, 제 2 가상 평면 내의 평평한 제 2 표면 및 제 1 표면에서 제 2 표면까지 연장된 복수개의 개구를 포함하는 3차원 개구 형성 필름에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 복수개의 개구들 각각에 횡단되어 있는 적어도 하나의 부재를 포함하고 이에 따라 복수개의 더 작은 개구들을 한정하되, 개구들 각각에 횡단되어 있는 부재는 제 1 가상 평면 아래에 위치한 상부 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름에 관한 것이다.
3차원, 개구, 필름

Description

3차원 개구 형성 필름{THREE DIMENSIONAL APERTURED FILM}
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 개구 형성 필름의 개략도.
도 1b는 도 1a에 표시된 B라인을 따라 절취된 단면도.
도 1c는 상부 표면을 도시하는, 도 1a에 개략적으로 도시된 3차원 개구 형성 필름의 확대된 현미경 사진.
도 1d는 바닥 표면을 도시하는, 도 1b에 개략적으로 도시된 3차원 개구 형성 필름의 확대된 현미경 사진.
도 2는 본 발명의 필름을 만드는데 유용한 3차원 토포그래피칼(topographical) 지지 부재의 일 형태에 대한 개략적인 도면.
도 3은 본 발명의 필름을 만드는데 유용한 3차원 토포그래피칼 지지 부재를 형성하기 위해 소재를 레이저 조각하기 위한 장치의 개략적인 도면.
도 4는 도 3의 장치를 위한 컴퓨터 제어 시스템의 개략적인 도면.
도 5는 도 1a 내지 도 1d에 도시된 개구 형성 필름을 만들기 위한 3차원 토포그래피칼 지지 부재를 만들기 위해 소재를 레이저 조각하기 위한 화일의 그래픽 도면.
도 5a는 확대된 부분을 도시하는, 도 5에 도시된 화일의 그래픽 도면.
도 6은 도 5의 파일을 이용하여 조각된 후의 소재에 대한 포토마이크로스코 프.
도 7은 필름 형성 장치 상에 제대로 위치한 본 발명에 따른 필름을 만들기 위해 사용되는 지지 부재를 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 개구 형성 필름을 만들기 위한 장치의 개략적인 도면.
도 9는 도 8의 원형 부분에 대한 개략적인 도면.
도 10은 커버층으로서 본 발명에 따른 개구 형성 필름을 갖는 흡수 물품에 대한 얼룩 정도를 나타내는 일반적인 평균 히스토그램.
도 11은 개구 형성 필름을 만들기 위한 3차원 토포그래피칼 지지 부재를 만들기 위해 래스터 스캔 드릴링을 사용하여 소재를 드릴링하기 위한 파일의 그래픽 도면.
본 발명은 일반적으로 생리대, 기저귀, 실금 제품, 탐폰, 외과 드레싱, 상처 드레싱, 언더패드(underpad), 와이핑 천(wiping cloth) 등과 같은 개인 위생 제품의 요소들로서 유용한 3차원 개구 형성 필름 재료에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 1회용 흡수 물품 내의 요소층으로서 사용될 때, 향상된 유체 처리 및 마스킹 특성을 갖는 3 차원 개구 형성 폴리메릭 필름에 관한 것이다.
개인 위생 제품 내의 개구 형성 필름의 사용은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있다. 이 필름들은 신체 접촉면 층, 유체 처리층 또는 개인 위생 제품의 기타 요소로서 사용될 수 있다. 이러한 필름들이 신체 접촉면 층으로서 여성 위생 보호 제품에서 사용될 때, 필름의 개방 영역(open area)이 높을수록 필름이 더 효과적으로 생리 유체를 물품의 아래에 위치한 층(예를 들어 전달층, 흡수 코어) 으로 전달할 것이라고 일반적으로 알려져 왔다. 불행히도 필름의 개방 영역이 높을수록 필름은 일단 생리 유체가 물품의 아래에 위치한 층으로 전달되면 흡수된 생리 유체 얼룩을 얼룩에서 "마스킹"하는 것이 덜 효과적인 사실 또한 알려져 왔다. 즉, 필름의 개방 영역이 높을수록 물품에 의해 생리 유체가 흡수된 후에 생리 유체 얼룩은 더 잘 보이게 된다.
예를 들어 여성 위생 보호 제품과 같은 1회용 흡수 물품에 사용될 때 향상된 유체 처리 특성을 갖는 개구 형성 필름을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 더욱 상세하게는 유체를 아래에 위치한 흡수 구조로 효과적으로 전달하는 동시에 향상된 얼룩 마스킹 특성을 보이는 개구 형성 필름을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
전술한 관점에서, 본 발명의 제 1 실시예는 제 1 가상 평면 내의 평평한 제 1 표면; 제 2 가상 평면 내의 평평한 제 2 표면; 적어도 상기 평평한 제 1 표면에서 상기 평평한 제 2 표면까지 연장된 복수개의 개구; 및 상기 복수개의 개구들 각각에 횡단되어 있는 적어도 하나의 부재를 포함하되, 상기 개구들 각각에 횡단되어 있는 상기 부재는 상기 제 1 가상 평면 아래에 위치한 제 3 가상 평면 내에 위치한 상부 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2 실시예는 제 1 가상 평면에 위치한 실질적으로 평평한 제 1 표면; 제 2 가상 평면에 위치한 실질적으로 평평한 제 2 표면; 각각이 상호간에 대향된 이격 관계로 배열된 적어도 제 1 및 제 2 내부벽을 갖는, 복수개의 상호 연결 프레임 부분; 각각이 상기 프레임 부분들 중 하나의 상기 내부벽들 중 하나로부터 상기 프레임 부분들 중 하나의 상기 대향된 제 2 내부벽까지 연장되고, 상기 제 1 가상 평면 아래에 위치한 가상 평면에 위치한 상부 표면을 갖는 복수개의 횡단 부재; 및 적어도 상기 평평한 제 1 표면으로부터 상기 평평한 제 2 표면까지 연장되고, 각각이 적어도 상기 프레임 부분들 중 하나 및 적어도 상기 횡단 부재들 중 하나에 의해 제한되는 복수개의 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 3 실시예는 제 1 가상 평면 내의 평평한 제 1 표면; 제 2 가상 평면 내의 평평한 제 2 표면; 복수개의 제 1 개구들; 및 상기 복수개의 제 1 개구들 각각에 횡단되어 있고, 이에 따라 복수개의 더 작은 개구들을 한정하며, 상기 복수개의 더 작은 개구들 각각은 상기 복수개의 제 1 개구들 각각과 연결되는 적어도 하나의 부재를 포함하되, 상기 개구들 각각에 횡단되어 있는 상기 부재는 제 3 가상 평면 내에 위치한 상부 표면을 갖고, 상기 제 3 가상 평면은 상기 제 1 가상 평면의 아래에 위치한 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름을 제공하는 것이다.
본 발명은 3차원 개구 형성 필름에 관한 것으로서, 상세하게는 개인 위생 제 품에서 유용한 것이다. 이 필름들은 신체 접촉면 층, 유체 처리층 또는 기타 개인 위생 제품의 요소들로서 사용될 수 있다. 본 발명의 필름들은 예를 들어 여성 위생 보호 제품과 같은 일회용 흡수 물품들에 사용될 때 향상된 유체 처리 특성을 나타내는 것으로 알려져 왔다. 특히, 본 발명의 필름들은 종래의 필름과 비교하여 필름을 통한 유체의 효과적인 이동을 허용하는 동시에, 향상된 얼룩 마스킹 특성을 제공하는 것으로 알려져 왔다.
본 발명의 일 실시예에 따른 개구 형성 필름(10)을 도시한 도 1a 내지 도 1d를 참조한다. 필름(10)은 복수개의 반복적으로 상호 연결된 프레임(12)을 포함한다. 도 1a 내지 도 1e에 도시된 실시예에서 각 프레임(12)은 대향된 종단 영역(12a, 12b) 및 대향된 측벽(12c, 12d)을 포함한다. 각 종단 영역들(12a, 12b)은 상호간에 이격된 관계이며, 각 대향 측벽들(12c, 12d)은 상호간에 이격된 관계이다. 도 1a 내지 도 1d에 도시된 특별한 실시예에서 각 프레임(12)은 인접한 프레임(12)에 상호 연결된다. 더욱 상세하게는, 도시된 바와 같이 각 프레임(12)은 직접적으로 인접한 프레임(12)과 함께 공통 측벽(12c, 12d)을 "공유"한다. 마찬가지로 각 프레임(12)은 직접적으로 인접한 프레임(12)과 함께 공통 종단 영역(12a, 12b)을 공유한다. 개구 형성 필름(10)은 제 1 및 제 2 횡단 부재(cross member)를 더 포함한다. 도시된 바와 같이 횡단 부재(14b)는 제 1 측벽(12c)로부터 프레임(12)의 대향된 측벽(12d)까지 연장된다. 마찬가지로 횡단 부재(14a)는 종단 영역(12a)로부터 대향된 종단 영역(12b)까지 연장된다. 도 1a 내지 도 1e에 도시된 본 발명의 실시예에서 횡단 부재(14a, 14b)는 프레임의 중앙에서 교차한다. 추가적 으로 도 1a 내지 1e에 도시된 본 발명의 실시예에서 횡단 부재들(14a, 14b)은 상호간에 수직으로 되도록 배열된다.
비록 도 1a 내지 도 1d에 도시된 본 발명의 실시예는 개구 형성 필름이 2개의 횡단 부재(14a, 14b)를 갖는 것으로 도시하지만, 횡단 부재가 프레임(12)에 의해 한정된 개방 영역(open area)을 실질적으로 가로지르며 연장되는 한, 단지 1개의 횡단 부재가 적용될 수 있다. 또한, 비록 프레임(12)이 일반적으로 육각형 형상인 것으로 도시되었으나, 다른 형상이 프레임(12)을 위해 사용되는 것이 가능하다. 횡단 부재(14a, 14b)는 바람직하게는 약 0.008 내지 0.024 밀(mil) 범위의 폭을 갖는다. 필름(10)은 도 1a에 가장 잘 도시된 바와 같이 필름의 표면 상에 배열된 복수개의 범프(11) 또는 유사한 요소를 선택적으로 포함한다.
필름(10)은 복수의 개구들(16)을 더 포함한다. 각 개구(16)는 적어도 프레임(12)의 일부 및 적어도 횡단 부재들(14a, 14b) 중 하나의 일부에 의해 제한된다. 도 1b는 도 1a의 라인A를 따라 절취된, 도 1a에 도시된 필름(10)의 단면도를 도시한다. 각 개구는 프레임(12)의 일부에 의해서일 뿐 아니라 적어도 각 횡단 부재(14a, 14b)의 일부에 의해서도 제한된다. 도 1b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 더욱 상세하게는 각 개구(16)는 프레임 부분(12)의 각 측벽(12c, 12d)의 대응되는 내부 벽(22, 24)에 의해 제한된다. 각 개구(16)는 횡단 부재(14b)의 해당되는 내부 벽(26, 28) 및 횡단 부재(14a)의 해당되는 내부 벽(30, 32)에 의해 더 제한된다. 최종적으로 각 개구(16)는 해당되는 종단 영역(12a, 12b)의 각각의 내부 벽(34, 36)에 의해 제한된다.
다시 도 1b를 참조하면, 필름(10)은 일반적으로 가상 평면(23) 내의 전반적으로 평평한 제 1 상부 표면(18) 및 가상 평면(25) 내의 전반적으로 평평하고 대향된 제 2 바닥 표면(21)을 포함한다. 측벽(12c, 12d)의 상부 표면(38) 및 종단 영역(12a, 12b)의 상부 표면(40)은 평면(23)과 동일 평면상에 있다. 그러나 횡단 부재(14a, 14b)의 상부 표면(42, 44)은 평면(23)에 대하여 오목하게 된다. 더욱 상세하게는, 횡단 부재(14a, 14b)의 상부 표면(42, 44)은 평면들(23, 25) 모두의 아래에 위치한 평면(27)에 위치한다. 바람직하게는 횡단 부재(14a, 14b)의 상부 표면(42, 44)은 필름의 상부 표면(18)에 대하여 오목하게, 즉 평면(23)에 대하여 약 5.0 내지 17.0 밀의 범위의 깊이로 오목하게 된다. 횡단 부재(14a, 14b)의 상부 표면(42, 44)은 바람직하게는 가상 평면(23, 25)에 실질적으로 평행하다.
도 1c 및 도 1d에 가장 잘 도시된 바와 같이 측벽(12c, 12d)의 내부 벽(22, 24), 횡단 부재(14a)의 내부 벽(26, 28), 횡단 부재(14b)의 내부 벽(30, 32) 및 종단 영역(12a, 12b)의 내부 벽(34, 36)은 개구(16)를 한정하기 위해 협력하고, 이들 내부 벽들의 각각은 평면(25)의 아래로 연장되어 각 개구(16)의 하부 개구는 필름의 평평한 하부 평면(21)의 아래에, 즉 가상 평면(25)의 아래에 위치한다. 더욱 상세하게는, 측벽(12c, 12d)의 내부 벽(22, 24), 횡단 부재(14a)의 내부 벽(26, 28), 횡단 부재(14b)의 내부 벽(30, 32) 및 종단 영역(12a, 12b)의 내부 벽(34, 36)은 아래를 향하여 연장되어 각 개구의 하부 개구는 가상 평면(23, 25, 27)의 아래에 위치한 가상 평면(29) 내에 위치한다. 가상 평면(23, 25, 27, 29)은 모두 상호간에 실질적으로 평행하다는 것에 주목한다.
횡단 부재(14a, 14b)의 상부 표면(42, 44)은 필름(10)의 상부 표면(18)에 대하여 오목하게, 즉 가상 평면(23)에 대하여 오목하게 되므로, 상대적으로 큰 제 1 개구는 필름(10)의 상부 표면(18)으로부터 횡단 부재의 상부 표면(42, 44)까지 효과적으로 한정된다. 횡단 부재(14a, 14b)는 이러한 더 큰 개구를, 각 개구(16)의 하부 개구를 통하여 횡단 부재(14a, 14b)의 상부 표면(42, 44)로부터 더 큰 개구와 통하는 상대적으로 작은 4개의 개구들로 분할하는 기능을 한다. 다른 방식으로 설명하면, 각 프레임 멤버(12) 내에서 상대적으로 큰 개구가 평면(23)에서 평면(27)까지 한정되고, 더 큰 개구와 통하는 상대적으로 작은 복수의 개구들은 평면(27)으로부터 평면(29)까지 한정된다. 도 1a 내지 도 1d에 도시된 실시예에서, 평면(27)로부터 평면(29)까지 한정된 더 작은 개구들의 각각은 평면(23)으로부터 평면(27)까지 한정된 더 큰 개구의 총 면적의 1/4보다 작은 면적을 갖는다. 하나의 횡단 부재가 사용된 실시예에서, 횡단 부재에 의해 한정된 더 작은 개구들의 각각은 더 큰 개구의 총 면적의 1/2보다 작은 면적을 갖는다. 도면에서의 단순함과 명확함을 위하여 상기 "작은" 및 "큰" 개구들은 일반적으로 도면에서 참조 번호 16에 의해 동일시된다.
본 발명에 따른 개구 형성 필름은 바람직하게는 약 20 내지 30% 범위에서 개방 영역(open area)을 갖는다. 개방 영역은 개구 및 비개구, 즉 부재 면적(land area)의 상대적인 비율을 측정하는 이미지 분석(image analysis)을 사용함으로서 결정될 수 있다. 본질적으로 이미지 분석은 광학 이미지를 빛 마이크로스코프로부터 처리에 적당한 전자 신호로 변환시킨다. 전자 빔은 이미지를 라인 단위로 스캔 한다. 각 라인이 스캔될 때 출력 신호가 조명에 따라 변경된다. 화이트 영역은 상대적으로 높은 전압을 생성하고, 블랙 영역은 상대적으로 낮은 전압을 생성한다. 개구가 형성된 필름의 이미지가 생성되고, 그 이미지에서 구멍은 화이트고, 반면에 열가소성 재료의 솔리드 영역은 다양한 레벨의 그레이다.
솔리드 영역이 더 조밀할 수록 생성된 그레이 영역은 더 어두워 진다. 측정된 이미지의 각 라인은 샘플링 포인트 또는 픽셀로 분할된다. 다음 장비가 상기 분석을 수행하기 위하여 사용될 수 있다: 1.0배의 대물렌즈 및 2.5배의 접안렌즈의 전송된 빛 베이스를 갖는 올림푸스 SZH 마이크로스코프가 장착된, 레이카/캠브리지 인스트루먼트에 의해 판매되는 퀀티멧 Q520 이미지 분석기(5.02B 버전의 소프트웨어 및 그레이 스토어 옵션 장착). 이미지는 다게 MTI CCD72 비디오 카메라로 생성될 수 있다.
분석될 각 재료의 견본 부분은 마이크로스코프 스테이지 상에 위치되고, 10배의 마이크로스코프 줌 세팅에서 비디오 스크린 상에 뚜렷하게 형상화된다. 개방 영역은 견본 면적의 필드 측정으로부터 결정된다. 퀀티멧 프로그램 출력은 각 샘플에 대한 평균값 및 표준 편차를 보고한다.
본 발명에 따른 3차원 개구 형성 필름을 만들기 위한 적절한 시작 필름은 열가소성 폴리메릭 재료로 된, 얇고, 연속적이고, 끊김없는 필름이다. 이 필름은 수증기 침투성 또는 수증기 비침투성일 수 있다; 이것은 엠보스(emboss)되거나 엠보스되지 않을 수 있다; 이것은 주 표면의 한쪽 또는 양쪽에 코로나 방전 처리가 되거나 이러한 코로나 방전 처리가 되지 않을 수 있다; 이것은 필름 상에 표면 활성 약품을 코팅, 스프레잉 또는 프린팅함으로서 필름이 형성된 후에 표면 활성 약품 처리를 하거나 또는 표면 활성 약품은 필름이 형성되기 전에 열가소성 폴리메릭 재료 속으로의 혼합물로서 혼합될 수 있다. 필름은 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀(polyolefin); 에틸렌과 비닐 아세테이트 또는 비닐 클로라이드(vinyl chloride)의 혼성중합체(copolymer)와 같은 올레핀과 비닐 모노머(vinyl monomer)의 혼성중합체; 폴리아미드(polyamide); 폴리에스테르; 에틸렌과 에틸 아크릴레이트의 혼성중합체와 에틸렌메타크릴레이트(ethylenemethacrylate)와 같은 폴리비닐 알코올과 올레핀과 아크릴레이트 모노머(acrylate monomer)의 혼성중합체를 포함하지만 이에 제한되지는 않는 어떠한 열가소성 폴리메릭 재료도 포함할 수 있다. 또한, 이러한 둘 이상의 폴리메릭 재료의 혼합물을 포함하는 필름이 사용될 수 있다. 개구가 형성될 시작 필름의 기계 방향(machine direction; MD)과 횡단 방향(cross direction; CD) 연장은 50인치/분(127 센티미터/분)의 쟈 속도(jaw speed)를 갖는 인스트론 시험 장비에서 수행되는 ASTM 시험 제 D-882호에 따라 결정될 때 적어도 100%가 되어야 한다. 시작 필름의 두게는 바람직하게는 일정하고, 약 0.5 내지 5 밀 또는 0.0005 인치(0.0013 센티미터) 내지 0.005 인치(0.076 센티미터)의 범위를 가질 수 있다. 코익스트루드된(coextruded) 필름이 예를 들면 표면 활성 약품 처리에 의해서 수정된 캔 필름(can film)으로서 사용될 수 있다. 시작 필름은 주조, 사출성형 또는 블로잉(blowing)과 같은 어떠한 공지 기술로도 만들어 질 수 있다.
필름에 개구를 형성하는 방법은 패터닝된 지지 부재의 표면 위에 필름을 위 치시키는 것을 포함한다. 필름은 지지 부재 상에 있을 때 높은 유체 압력 차이에 놓인다. 액체 또는 기체일 수 있는 유체의 압력 차이는 필름이 패터닝된 지지 부재의 표면 패턴을 나타내도록 한다. 개구 형성 필름을 형성하기 위하여 만일 패터닝된 지지 부재가 내부에 개구를 갖는다면, 개구들 위에 덮힌 필름 부분은 유체 압력 차이에 의하여 파열될 수 있다. 개구 형성 필름을 형성하는 방법은 참조 문헌으로 첨부된 제임스 등의 미국 특허 제5,827,597호에 상세하게 기재되어 있다.
이러한 3차원 개구 형성 필름은 바람직하게는 원하는 최종 필름 형상에 대응되는 패턴을 갖는 개구 형성 지지 부재(apertured support member)의 표면 전체에 열가소성 필름을 위치시킴으로서 형성된다. 필름이 부드러워지도록 하는 온도로 상승시키기 위하여 뜨거운 공기의 흐름은 필름에 대하여 향해진다. 이어 필름이 지지 부재의 표면의 형상과 같은 모양이 되도록 하기 위해 진공이 필름에 가해진다. 지지 부재의 개구들 위에 놓인 필름의 부분들은 필름에 개구를 형성하기 위하여 파열될 때까지 더 신장된다.
이러한 3차원 개구 형성 필름을 만들기 위한 적절한 개구 형성 지지 부재는 레이저 소재 조각에 의하여 만들어지는 3차원 토포그래피칼(topographical) 지지 부재이다. 3차원 토포그래피칼 지지 부재로 레이저 조각된 전형적인 소재가 도 2에 개략적으로 도시된다.
소재(102)는 얇은 관형 실린더(110)를 포함한다. 소재(102)는 비처리 표면 영역(111) 및 레이저 조각 중심 부분(112)을 갖는다. 본 발명의 지지 부재를 생산하기 위한 바람직한 소재는 얇은 벽의 이음매 없는, 모든 잔류 내부 응력이 제거된 아세탈 관이다. 소재는 1 내지 8 밀리미터, 더욱 바람직하게는 2.5 내지 6.5 밀리미터의 벽 두께를 갖는다. 지지 부재를 형성하는데 사용되기 위한 전형적인 소재는 1 내지 6 피트의 직경이며, 2 내지 16 피트 범위의 길이를 갖는다. 그러나, 이 크기들은 설계 선택의 문제이다. 레이저 빔에 의해 처리될 수 있는 아크릴릭(acrylics), 우레탄, 폴리에스테르, 고분자량 폴리에틸렌 및 기타 폴리머와 같은 소재를 위해 다른 형상 및 재료 구성이 사용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 지지 부재의 레이저 조각을 위한 장치가 개략적으로 도시된다. 미가공 시작 관 소재(102)는 소재를 실린더 형상으로 고정하고 베어링(122) 내에서 길이 방향 축 중심으로 회전을 허용하는 적절한 아버(arbor) 또는 맨드릴(mandrel; 121) 상에 장착된다. 회전 드라이브(123)는 제어된 비율로 맨드릴(121)을 회전시키기 위해 제공된다. 회전 펄스 제네레이터(124)는 맨드릴에 연결되고, 맨드릴(121)의 회전을 감시하여 정확한 방사상 위치가 항상 알려진다.
소재(102)의 상부 표면(103)과 일정한 여유 공간을 유지하면서 캐리지(carriage; 126)가 맨드릴(121)의 전 길이를 횡단하도록 하는 하나 이상의 안내 통로(guide way)가 맨드릴(121)의 진폭(swing)에 평행하도록 그 바깥쪽에 장착된다. 캐리지 드라이브(133)는 캐리지를 안내 통로(125)를 따라 이동시키는 반면에, 캐리지 펄스 제네레이터(134)는 소재(102)에 대한 캐리지의 측면 위치를 기록한다. 초점 스테이지(127)가 캐리지 상에 장착된다. 초점 스테이지(127)는 초점 안내 통로(128) 내에 장착된다. 초점 스테이지(127)는 캐리지(126)의 이동에 수직인 이동을 허용하며, 상부 표면(103)에 대한 초점 렌즈(129) 수단을 제공한다. 초점 드라이브(132)는 초점 스테이지(127)를 위치시키고 렌즈(129)의 초점을 제공하기 위하여 제공된다.
초점 스테이지(127)에 렌즈(129)가 고정되고, 렌즈는 노즐(130) 내에 고정된다. 노즐(130)은 렌즈(129)를 냉각시키고 청결을 유지하기 위한, 가압 가스를 노즐(130)로 안내하기 위한 수단(131)을 갖는다. 이러한 목적을 위한 바람직한 노즐(130)은 본 명세서에서 참고로 설명된 제임스 등의 미국 특허 제5,756,962호에 기재되어 있다.
또한, 캐리지(126) 상에 최종 벤딩 거울(135)이 장착되며, 이는 레이저 빔(136)을 초점 렌즈(129)로 향하게 한다. 레이저(137)는 선택적인 빔 벤딩 거울(138)과 이격되어 위치하며 빔을 최종 빔 벤딩 거울(135)로 향하게 한다. 레이저(137)를 직접적으로 캐리지(126) 상에 장착하고 빔 벤딩 거울을 제거하는 것도 가능할 것인 반면에, 공간 제한 및 레이저에 대한 실용적인 연결이 이격 장착을 더 바람직하게 만든다.
레이저(137)에 전원이 인가될 때, 방출된 빔(136)은 제 1 빔 벤딩 거울(138)에 의해 반사되고, 그 후 최종 빔 벤딩 거울(135)에 의해 반사되되, 이는 그것을 렌즈(129)로 향하게 한다. 레이저 빔(136)의 경로는 만일 렌즈(129)가 제거되면 빔이 맨드릴(121)의 길이 방향 중심선을 통과하도록 구성된다. 렌즈(129)가 제 위치에 놓이면, 빔은 상부 표면(103), 그 위, 그 아래 또는 그 근처에 초점이 맞추어질 수 있다.
이 장치는 다양한 레이저를 가지고 사용될 수 있는 반면에, 바람직한 레이저 는 2500 와트까지 상승되는 빔을 생산할 수 있는 고속 흐름 CO2 레이저이다. 그러나, 50와트의 저속 흐름 CO2 레이저 역시 사용될 수 있다.
도 4는 도 3의 레이저 조각 장치의 제어 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 레이저 조각 장치의 작동 동안 초점 위치, 회전 속도 및 횡단 속도를 위한 제어 변수들이 메인 컴퓨터(142)로부터 연결부(144)를 통해 드라이브 컴퓨터(140)로 보내진다. 드라이브 컴퓨터(140)는 초점 위치를 초점 스테이지 드라이브(132)를 통하여 제어한다. 드라이브 컴퓨터(140)는 소재(102)의 회전 속도를 회전 드라이브(123) 및 회전 펄스 제네레이터(124)를 통하여 제어한다. 드라이브 컴퓨터(140)는 캐리지(126)의 횡단 속도를 캐리지 드라이브(133) 및 캐리지 펄스 제네레이터(134)를 통해 제어한다. 드라이브 컴퓨터(140)는 또한 드라이브 상태 및 가능한 에러들을 메인 컴퓨터(142)로 보고한다. 이 시스템은 포지티브 위치 제어를 제공하며, 소재(102)의 표면을 픽셀로 불리는 작은 영역들로 효과적으로 분할하되, 여기서 각 픽셀은 회전 드라이브의 고정된 펄스 횟수 및 횡단 드라이브의 고정된 펄스 횟수로 구성된다. 메인 컴퓨터(142)는 또한 레이저(137)를 연결부(143)를 통하여 제어한다.
레이저 조각된 3차원 토포그래피칼 지지 부재는 몇몇 방법에 의해 만들어 질 수 있다. 이러한 지지 부재를 만드는 한 방법은 소재의 표면에 대한 레이저 드릴링 및 레이저 밀링의 결합에 의하는 것이다.
소재의 레이저 드릴링 방법은 진동 드릴링(percussion drilling), 파이어- 온-더-플라이 드릴링(fire-on-the-fly drilling) 및 래스터 스캔 드릴링(raster scan drilling)을 포함한다.
바람직한 방법은 래스터 스캔 드릴링이다. 이러한 접근에서는 패턴은 도 11에 도시된 바와 같이 사각형 반복 요소(141)로 축소된다. 이러한 반복 요소는 원하는 패턴을 생성하는데 필요한 모든 정보를 함유한다. 타일(tile)처럼 사용되고, 끝과 끝을 접하는 동시에 나란히 위치할 때, 더 큰 원하는 패턴이 결과가 된다.
반복 요소(141)는 더 작은 사각 유니트 격자 또는 "픽셀"(142)로 더 분할된다. 전형적으로는 정사각형이지만, 어떠한 목적을 위해서는 균등하지 않은 비율의 픽셀을 사용하는 것이 더 편리할 수도 있다. 픽셀들 그 자체는 매우 작고 이미지의 실제 크기는 공정 중에 형성, 즉 픽셀의 폭(145) 및 픽셀의 길이(146)는 단지 실제 드릴링 작업 동안 형성된다. 드릴링 동안 픽셀의 길이는 캐리지 펄스 제네레이터(134)로부터의 펄스들의 선택된 횟수에 대응하는 크기로 맞추어진다. 유사하게는 픽셀의 폭은 회전 펄스 제네레이터(124)로부터의 펄스의 횟수에 대응하는 크기에 맞추어진다. 따라서, 설명의 편의를 위해서 픽셀들은 도 5a에서 정사각형으로 도시된다; 그러나, 픽셀들은 정사각형으로 요구될 뿐만 아니라, 사각형으로도 요구된다.
픽셀의 각 열은 레이저의 초점 위치를 지나는 소재의 일 패스를 나타낸다. 이 열은 소재(102) 주변에 완벽히 도달하기에 필요한 만큼 수 회 반복된다. 화이트 픽셀은 레이저에 대한 오프(off) 지시를 나타내고, 각 블랙 픽셀은 레이저에 대한 온(on) 지시를 나타낸다. 이것은 1과 0의 단순한 이진 화일(binary file)이며, 여 기서 1, 즉 화이트는 레이저를 차단(shut off)시키는 지시이고 0, 즉 블랙은 레이저를 턴 온(turn on)시키는 지시이다.
다시 도 4를 참조하면, 조각 화일(engraving file)의 내용은 2진수 형태로 보내지며, 여기서 1과 0은 각각 레이저(137)에 대한 오프 및 온이며, 이는 연결부(143)를 통해 메인 컴퓨터(142)에 의한다. 각 지시 사이의 시간을 변경시킴으로서 지시 기간은 픽셀의 크기를 적합하게 하기 위하여 조정된다. 화일의 각 열이 완료된 후에 그 열은 외주 전체가 완료될 때까지 다시 진행되거나 반복된다. 한 열의 지시가 수행되는 동안 횡단 드라이브는 약간 이동된다. 외주의 조각이 완료되자 마자 횡단 드라이브가 초점 렌즈를 한 열의 픽셀들의 폭만큼 이동시키고 그 다음 열의 픽셀들이 진행되도록 횡단 속도가 맞추어 진다. 이것은 화일의 종단이 도달될 때까지 계속되고, 화일은 원하는 전체 폭에 도달할 때까지 축방향으로 다시 반복된다.
이러한 접근에서는 각 패스가 커다란 구멍보다는 재료에 많은 좁은 절개부들을 생성한다. 이러한 절개부들이 나란히 구성되고 어느 정도 중복되도록 정확하게 표시되기 때문에 누적된 효과는 구멍이 된다.
레이저 조각된 3차원 토포그래피칼 지지 부재를 만들기 위한 매우 바람직한 방법은 레이저 변조(laser modulation)를 통하는 것이다. 레이저 변조는 픽셀 단위로 픽셀 상에 점차적으로 변하는 레이저 파워에 의해 수행된다. 레이저 변조에서 래스터 스캔 드릴링의 단순한 온 또는 오프 지시는 레이저 변조 화일의 각 개별 픽셀에 대한 레이저 파워를 점차적인 스케일로 조정하는 지시들에 의해 대체된다. 이 러한 방식으로 3차원 구조는 소재에 대하여 하나의 패스 내의 소재에 부여될 수 있다.
레이저 변조는 3차원 토포그래피칼 지지 부재를 만드는 다른 방법에 대하여 몇몇 이점을 갖는다. 레이저 변조는 이음매의 존재에 의해 유발되는 패턴 불일치 없이 한 조각의 이음매 없는 지지 부재를 생성한다. 레이저 변조에 의해 지지 부재는 여러 번의 작동 대신에 한번의 작동으로 완료되고, 이에 따라 효율이 증가되고 비용이 감소된다. 레이저 변조는 패턴의 표시와 관련된, 다단계의 순서적인 작동에서 문제가 될 수 있는 문제들을 제거한다. 또한, 레이저 변조는 상당한 거리에 대하여 복잡한 형상을 갖고 토포그래피칼 특징의 생성을 허용한다. 레이저에 대한 지시를 변화시킴으로서 지형의 깊이 및 형상은 정확하게 제어될 수 있고, 단면에서 연속적으로 변하는 특징이 형성될 수 있다. 또한, 레이저 조각에 의해 상호간에 대하여 개구들의 정해진 위치가 유지될 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 레이저 변조 동안 메인 컴퓨터(142)는 단순한 "온" 또는 "오프" 형태 외의 형태로 레이저(137)로 지시를 보낼 수 있다. 예를 들어 단순한 이진 화일은 8비트(바이트) 형태로 대체될 수 있으며, 이는 레이저의 256가능 레벨에 의해 발산되는 파워의 변경을 허용한다. 바이트 형태를 이용하면, "11111111"의 지시는 레이저에 턴 오프를 지시하고, "00000000"은 레이저에 풀 파워를 발산할 것을 지시하고, "10000000"과 같은 지시는 레이저에 이용 가능한 전체 레이저 파워의 1/2로 발산할 것을 지시한다.
레이저 변조 화일은 다양한 방법으로 생성될 수 있다. 이러한 하나의 방법은 256 컬러 레벨의 컴퓨터 이미지의 그레이 스케일을 사용하여 시각적으로 화일을 생성하는 것이다. 이러한 그레이 스케일 이미지에서 블랙은 풀 파워를 나타내고 화이트는 파워가 없는 것을 나타내며, 그 사이에서 중간 파워 레벨을 나타내는 변화하는 그레이 레벨을 갖는다. 많은 컴퓨터 그래픽 프로그램들이 이러한 레이저 조각 화일을 시각화하고 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 화일을 이용하면, 레이저에 의해 발산되는 파워는 픽셀 단위로 픽셀 상에 변조되고, 이에 따라 3차원 토포그래피칼 지지 부재를 직접적으로 조각할 수 있다. 여기서는 8 비트 바이트 형태가 설명되었지만, 4비트, 16비트, 24비트 또는 다른 형태와 같은 다른 레벨이 대용될 수 있다.
비록 더 낮은 파워 출력의 레이저가 사용될 수 있지만, 레이저 조각을 위한 레이저 변조 시스템 내에서 사용되기 위한 적절한 레이저는 2500 와트의 파워 출력을 갖는 고속 흐름 CO2 레이저이다. 주된 관심사는 레이저가 가능한한 신속하게 파워 레벨을 변환할 수 있어야만 한다는 것이다. 바람직한 변환율은 적어도 10 kHz이고, 더욱 바람직하게는 20 kHz의 변환율이다. 높은 파워 변환율은 가능한한 1초당 많은 픽셀들을 처리할 수 있기 위해 요구된다.
도 5는 반복 요소(141a)를 포함하는, 도 1에 도시된 개구 형성 필름을 형성하기 위한 지지 부재를 형성하기 위해 사용될 수 있는 레이저 변조 화일의 시각적인 표현이다. 도 5a는 도 5b에 도시된 레이저 변조 화일의 확대된 부분이다. 도 5 및 5a에서 블랙 영역(154a)는 레이저가 풀 파워로 발산하도록 지시된 픽셀들을 가 리키며, 이에 따라 지지 부재에 구멍을 생성하되, 이는 도 1a 내지 도 1d에 도시된 3차원 개구 형성 필름(10) 내의 개구들(16)에 대응된다. 도 5 및 도 5a의 밝은 그레이 영역(155)은 레이저가 매우 낮은 레벨의 파워를 적용하도록 지시를 받고 그에 따라 지지 부재의 표면을 근본적으로 영향받지 않도록 한 픽셀들을 가리킨다. 지지 부재의 이러한 영역들은 도 1a에 도시된 돌출부(protuberance; 11)에 대응한다. 다양한 그레이 레벨로 도시된, 도 5 및 5a에 도시된 다른 영역들은 레이저 파워의 대응되는 레벨을 나타내고, 도 1a 내지 도1d에 도시된 필름(10)의 다양한 지형에 대응한다. 예를 들어 영역(157, 159)는 필름(10)의 횡단 부재(14a, 14b)에 대응한다. 도 6은 도 5에 도시된 화일을 사용하여 지지 부재가 조각된 후에 지지 부재의 부분(161)의 현미경 사진(photomicropgraph)이다. 도 6에 도시된 지지 부재의 부분 상의 패턴은 지지 부재의 표면 전체에 대하여 반복되며, 그에 따라 도 1a 내지 도 1d에 도시된 필름(10)의 반복되는 패턴을 생성한다.
소재의 레이저 조각이 완료되자 마자, 지지 부재로서 사용되기 위한 도 7에 도시된 구조로 결합될 수 있다. 2개의 종단 벨(end bell; 235)은 레이저 조각된 영역(237)을 갖고 소재(236)의 내부에 맞추어 진다. 이 종단 벨들은 수축되어 맞고, 가압되어 맞고, 도시된 바와 같은 스트랩(238) 및 스크류(239)와 같은 기계적인 수단 또는 다른 기계적인 수단에 의해 부착된다. 종단 벨들은 소재를 원형으로 유지하고, 완료된 어셈블리를 구동하고, 개구 형성 장치 내에 완료된 구조를 고정하는 방법을 제공한다.
이러한 3차원 개구 형성 필름을 생성하기 위한 바람직한 장치는 도 8에 개략 적으로 도시된다. 여기서 도시된 바와 같이, 지지 부재는 회전 가능한 드럼(753)이다. 이러한 특별한 장치에서 드럼은 반시계 방향으로 회전한다. 레이저 조각된 지지 부재에 의해 지지되는 필름 상에 직접적으로 작용하기 위해 고온 공기의 커튼을 제공하도록 위치한 고온 공기 노즐(759)은 드럼(753) 외부에 위치한다. 필름의 과도한 가열을 피하기 위하여 그것이 멈추거나 저속으로 이동할 때 고온 공기 노즐(759)을 후퇴시키기 위한 수단이 제공된다. 송풍기(757) 및 히터(758)는 고온 공기를 노즐(759)에 공급하기 위하여 협동한다. 진공 헤드(760)는 노즐(759)에 직접적으로 대향된 드럼(753) 내부에 위치한다. 진공 헤드(760)는 드럼(753)의 내부 표면에 접촉하기 위하여 위치하고, 방사상으로 조절 가능하다. 진공 소스(vacuum source; 761)는 진공 헤드(760)를 계속적으로 비우기 위하여 제공된다.
냉각 영역(762)은 드럼(753)의 내부 표면에 접촉하며 그 내부에 제공된다. 냉각 영역(762)은 냉각 진공 소스(763)를 제공한다. 냉각 영역(762)에서 냉각 진공 소스(763)는 개구 형성 영역 내에 생성된 패턴을 형성하기 위해 필름 내에 만들어진 개구를 통하여 대기를 끌어 당긴다. 진공 소스(763)는 또한 드럼(753) 내의 냉각 영역(762)에 적절히 위치한 필름을 잡는 수단을 제공하고, 개구 형성 후에 필름을 감음으로서 생성된 인장 효과로부터 필름을 분리시키기 위한 수단을 제공한다.
열가소성 폴리메릭 재료의 얇고, 연속적이고 끊어짐 없는 필름(751)은 레이저 조각된 지지 부재(753)의 상부에 위치한다.
도 8의 원형 영역의 확대는 도 9에 도시된다. 본 실시예에 도시된 바와 같이 진공 헤드(760)는 필름의 폭을 따라 연장된 2개의 진공 슬롯(764, 765)을 갖는다. 그러나, 어떠한 목적을 위해 각 진공 슬롯을 위한 분리된 진공 소스를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 도 23에 도시된 바와 같이, 진공 슬롯(764)은 에어 나이프(air knife; 758)에 접근함에 따라 시작 필름을 위한 홀드 다운 영역(hold down zone)을 제공한다. 진공 슬롯(764)은 통로(766)에 의해 진공 소스에 연결된다. 이것은 들어오는 필름(751)을 드럼(753)에 확고하게 고정시키고, 필름의 풀림에 의해 야기되는 들어오는 필름에서의 인장 효과로부터의 분리를 제공한다. 또한 그것은 드럼(753)의 외부 표면 상에 필름(751)을 평평하게 한다. 제 2 진공 슬롯(765)는 진공 개구 형성 영역을 한정한다. 중간 지지바(768)는 슬롯들(764, 765) 에 밀착한다. 진공 헤드(760)는 고온 에어 커튼(767)의 작용점이 직접적으로 중간 지지바(768) 위에 존재하도록 위치한다. 고온 공기는 필름이 작용되는 힘에 의해 부드러워지고 변형 가능해지도록 하기 위해 충분한 온도, 필름에 대한 충분한 충분한 입사각 및 필름으로부터의 충분한 거리에서 공급된다. 장치의 형상은 고온 에어 커튼(767)에 의해 부드러워 질 때 필름(751)이 홀드 다운 슬롯(764) 및 냉각 영역(762)에 의해 인장 효과로부터 분리되는 것을 확실히 한다(도 22). 진공 개구 형성 영역(765)은 고온 에어 커튼(767)에 바로 인접하며, 이는 필름이 뜨거워지는 시간을 최소화하고 지지 부재(753)에 대한 과도한 열전달을 방지한다.
도 8 및 9를 참조하면, 얇고 유연한 필름(751)은 공급 롤(750)으로부터 아이들러 롤(idler roll; 752)에 대하여 공급된다. 롤(752)은 들어오는 필름(751)의 공급 인장을 제어하기 위하여 로드 셀(load cell) 또는 다른 메커니즘에 부착될 수 있다. 그 후 필름(751)은 지지 부재(753)와 밀접한 접촉 하에 놓인다. 그 후 필름 및 지지 부재는 진공 영역(764)을 통과한다. 진공 영역(764)에서 압력 차이는 필름이 지지 부재(753)와 밀접한 접촉을 하도록 더 힘을 가한다. 그 후 진공 압력은 필름을 공급 인장으로부터 분리한다. 그 후 필름 및 지지 부재 결합은 고온 에어 커튼(767) 아래로 통과한다. 고온 에어 커튼은 필름 및 지지 부재 결합을 가열하고, 이에 따라 필름을 부드럽게 만든다.
그 후 열-연화된 필름 및 지지 부재 결합은 진공 영역(765) 내로 통과하며, 여기서 가열된 필름은 압력 차이에 의해 변형되고 지지 부재의 지형을 취한다. 지지 부재 내의 개방 영역 위에 위치한 가열된 필름 영역은 지지 부재의 개방 영역 내로 더 변형된다. 만일 열 및 변형력이 충분하다면, 지지 부재의 개방 영역 위의 필름은 개구를 생성하기 위하여 파열된다.
그 후 여전히 고온인 개구 형성 필름 및 지지 부재 결합은 냉각 영역(762)으로 통과한다. 냉각 영역에서 충분한 양의 대기가 필름 및 지지 부재 모두를 냉각시키기 위하여 개구 형성 필름을 통하여 끌어 당겨진다.
그 후 냉각된 필름은 아이들러 롤(754) 주변의 지지 부재로부터 제거된다. 아이들러 롤(754)은 로드 셀 또는 감는 인장을 제어하기 위한 다른 메커니즘에 부착될 수 있다. 그 후 개구 형성 필름은 최종 롤(756)까지 통과하고, 여기서 감긴다.
실시예
본 발명에 따른 개구 형성 필름은 실질적으로 평행한 제 1 및 제 2 평면에 위치한 실질적으로 평평한 제 1 및 제 2 표면, 복수개의 상호 연결 프레임 요소 및 프레임 요소를 가로 질러 연장된 횡단 부재를 포함하며, 횡단 부재는 제 1 및 제 2 평면 사이에 위치한 상부 표면을 갖고, 복수개의 개구들은 적어도 제 1 표면으로부터 제 2 표면까지 연장되며, 개구들 각각은 적어도 복수개의 프레임 중 하나 및 적어도 상기 횡단 부재 중 하나에 의해 제한된다. 본 발명에 따른 개구 형성 필름은 밑에 놓인 흡수 구조까지의 유체 전달을 향상시키는 동시에 향상된 마스킹 특성을 보여준다.
시험 어셈블리의 제작
시험 어셈블리(1-4)를 본 발명에 따른 개구 형성 필름의 향상된 특성을 설명하기 위하여 제작하였다. 시험 어셈블리 #1-#4를 커버층, 전달층, 흡수 코어 및 경계층을 사용하여 제작하였다. 시험 어셈블리 #1-#4를 뉴저지 스킬만의 맥네일-피피씨의 개인 상품 회사 사업부에 의해 배포된 상업적 이용 가능한 위생 냅킨인 스테이프리 울트라 씬 위드 윙스(Stayfree Ultra Thin with Wings)로부터 제작하였다. 커버층은 열 접착된 폴리프로필렌 섬유이고, 전달층은 부직 재료이고, 흡수 코어는 초강력 흡수 폴리머를 함유하는 재료이고, 경계층은 염색된 폴리에틸렌 필름이다. 커버층은 전달층을 노출시키는 제품으로부터 조심스럽게 벗겨내었다.
시험 어셈블리#1을 도 1a 내지 1d에 도시되고 위에 기재된 바와 같이 본 발 명에 따른 개구 형성 필름(이하 필름#1이라 함)을 첫번째로 생성함으로서 제작하였다. 필름#1은 횡단 부재(14a, 14b)의 상면이 필름의 상면에 대하여 약 15밀만큼 오목하고, 횡단부재(14a, 14b)의 폭은 약 0.01밀이었다. 필름#1은 약 29%의 개방 영역을 갖는 것으로 측정되었다. 시험 어셈블리#1은 스테이프리 울트라 씬 제품의 노출된 전달층의 상부에 필름#1을 적용하고, 이에 따라 커버, 전달층, 코어 및 경계층을 포함하는 어셈블리를 형성함으로서 완료되었다.
시험 어셈블리#2를 횡단 부재(14a, 14b)가 필름의 상부 표면과 같은 평면에 있도록 배열되는, 즉 횡단 부재가 필름의 상부 표면에 대하여 오목하지 않은 사실을 제외하고는 필름#1에 대하여 모두 동일한 개구 형성 필름(이하 필름#2이라 함)을 첫번째로 생성함으로서 제작하였다. 필름#2는 약 27%의 평균 개방 영역을 갖도록 결정하였다. 시험 어셈블리#2는 스테이프리 울트라 씬 제품의 노출된 전달층의 상부에 필름#2를 적용하고, 이에 따라 커버, 전달층, 코어 및 경계층을 포함하는 어셈블리를 형성함으로서 완료되었다.
시험 어셈블리#3을 횡단 부재(14a, 14b)가 완전히 생략된, 즉 필름이 복수의 육각형 형상의 개구를 포함하는 사실을 제외하고는 필름#1에 대하여 모두 동일한 개구 형성 필름(이하 필름#3이라 함)을 첫번째로 생성함으로서 제작하였다. 필름#3은 약 39%의 평균 개방 영역을 갖는 것으로 측정되었다. 시험 어셈블리#3은 스테이프리 울트라 씬 제품의 노출된 전달층의 상부에 필름#3을 적용하고, 이에 따라 커버, 전달층, 코어 및 경계층을 포함하는 어셈블리를 형성함으로서 완료되었다.
시험 어셈블리#4를 존슨앤존슨 인드 이 컴 엘티디에이(Johnson & Johnson Ind. E. Com. Ltda)에 의해 생산된 셈프리 리브레 울트라 씬 위드 윙스(Sempre Livre Ultra Thin with Wings) 제품으로부터 개구 형성 필름 커버층(필름#4)을 제거함으로서 제작하였다. 시험 어셈블리는 스테이프리 울트라 씬 제품의 노출된 전달층의 상부에 필름#4를 적용하고, 이에 따라 커버, 전달층, 코어 및 경계층을 포함하는 어셈블리를 형성함으로서 완료되었다.
위에서 설명한 각 시험 에셈블리#1-4의 5개 샘플을 생성하였고, 유체 침투 시간(Fluid Penetration Time; FPT), 리웨트(Rewet; 그램 단위) 및 마스킹 수치(Masking Value)를 결정하기 위하여 시험하였다. 유체 침투 시간(FPT), 리웨트 및 마스킹 수치를 결정하기 위한 시험 방법은 아래에서 보다 상세하게 논의된다. 동일한 5개의 샘플들이 각 시험에 사용되었다. 즉, 청결한 샘플이 각 시험을 위해 사용되지는 않았지만 다소 동일한 샘플이 유체 침투, 그 후 리웨트, 그리고 그 후 마스킹 수치를 위해 시험되었다.
아래에서 설명되는 시험 절차에 따른 유체 침투 시험, 리웨트 시험 및 마스킹 수치를 위해 사용된 시험 유체는 다음 특성을 갖는 어떠한 합성 생리 유체가 될 수 있다: (1) 약 30 센티푸아즈의 점도; 및 (2) L은 약 17, a는 약 7, b는 약 1.5인 헌터 색상 수치(hunter color value). 시험 유체의 L 헌터 수치는 0.25" 깊이까지 유리 접시 안에 일정 양의 시험 유체를 위치시킴으로서 측정되었다.
유체 침투 시간(FPT)
유체 침투 시간은 샘플을 유체 침투 시간 오리피스 플레이트 아래에서 시험되도록 위치시킴으로서 측정된다. 시험 플레이트는 사각형이고, 렉산(Lexan)으로 만들어지며, 25.4 센티미터(10.0 인치)의 길이, 7.6 센티미터(3.0 인치)의 폭, 1.27 센티미터(0.5 인치)의 두께이다. 동축의 타원형의 오리피스가 플레이트의 길이에 평행한 3.8센티미터의 장축(major axis)을 갖고, 플레이트의 폭에 평행한 1.9센티미터의 단축(minor axis)을 갖는 플레이트를 통해 형성된다.
오리피스 플레이트는 시험되는 샘플 상에 중심을 결정한다. 7밀리리터의 시험 유체를 수용하는 눈금이 표시된 10씨씨 주사기가 오리피스 플레이트 상에 고정되어 주사기의 출구는 오리피스 위로 약 3인치만큼에 위치한다. 주사기는 수평으로, 시험 플레이트의 표면에 평행하게 고정되며, 그 후 유체는 유체가 오리피스 내부로 시험 플레이트에 수직인 흐름으로 흐르도록 하는 속도로 주사기로부터 방출되며, 스톱와치는 유체가 처음으로 시험되는 샘플에 접촉할 때 가동된다. 스톱와치는 샘플의 표면이 오리피스 내에서 처음으로 보여질 때 멈춘다. 스톱와치 상의 경과된 시간이 유체 침투 시간이다. 평균 유체 침투 시간(FPT)는 5개 샘플들의 시험 결과로부터 계산된다.
리웨트 포텐샬(Rewet Potential)
리웨트 포텐샬은 냅킨이 상대적으로 많은 양의 액체를 함유하고 외부 기계적 압력이 가해질 때 이 유체를 그 구조 내에 유지하는 냅킨 또는 다른 물품의 능력에 대한 측정이다. 리웨트 포텐샬은 다음 절차에 의해 결정 및 한정된다.
시험을 위해 요구되는 장치는 1초 단위의 정확성 및 적어도 5분의 지속시간을 갖는 스톱와치, 약 12 밀리미터의 내경을 갖는, 눈금이 표시된 10밀리리터 용량의 유리 실린더, 일정량의 시험 유체 및 유체 침투 시험 오리피스 플레이트를 포함한다.
장치는 ±0.001그램의 정확도로 무게를 측정할 수 있는 무게 계량기(weighing machine) 또는 밸런스(balance), 5.1 × 10.2 센티미터(2인치 × 4인치)의 표면에 대하여 4.14킬로파스칼(0.6 psi)의 압력을 가하는 5.1센티미터(2인치) × 10.2 센티미터(4.0인치) × 약5.4센티미터(2.13 인치)의 크기를 갖는 2.22 킬로그램(4.8파운드)의 표준 웨이트의 존슨앤존슨 메디컬 인크 제품 코드 3634(존슨앤존슨 호스피탈 서비스로부터 이용 가능, 주문 번호 7634)로부터의 일정량의 누가우즈(NuGauze) 일반 사용 스폰지(10센티미터X 10센티미터)(4인치 X 4인치)-4겹을 더 포함한다.
2개의 스폰지는 약 5센티미터 × 10센티미터 × 16 겹의 층 구조를 생성하기 위하여 상호 간에 대향되도록 위치한 주름진 에지를 갖고 접힌다. 그 후 시험되는 각 냅킨 샘플에 대한 16겹 스폰지는 거의 0.001그램까지 무게가 나간다. 미리 조건을 갖춘 생리대 또는 다른 물품은 릴리스 종이(release paper)를 제거하지 않고 상부를 향하는 커버층을 갖도록 하나의 레벨 표면 상에 위치한다.
위에서 설명된 FPT시험에서 시험 유체가 오리피스 플레이트 내에 적용된 후에 냅킨의 커버층이 유체의 상부 표면을 통해 처음으로 나타나자마자 스톱와치는 작동하고 5분간 측정된다. 5분이 경과된 후에 오리피스 플레이트는 제거되고 냅킨은 상부를 향하는 커버층을 갖는 하드 레벨 표면 상에 위치한다. 미리 무게를 잰 하나의 16겹 스폰지는 젖은 영역 위에 위치하고 중심을 결정하며, 2.22 킬로그램의 표준 웨이트는 16겹 스폰지의 상부에 위치한다. 냅킨 상에 스폰지 및 웨이트를 위치시키자 마자 스톱와치는 가동되고 3분이 경과된 후에 표준 웨이트 및 16층 스폰지는 신속히 제거된다. 16층 스폰지의 젖은 무게는 측정되고, 거의 0.001그램까지 기록된다. 그 후 리웨트 수치는 젖은 16겹 스폰지와 마른 16겹 스폰지 사이의 그램 단위의 무게 차이로서 계산된다.
상기 측정은 5개의 샘플에 대하여 반복되고, 필요하다면 각각의 가동 전에 웨이트가 청결하게 닦여 진다. 평균 리웨트 포텐샬은 5개의 샘플로부터 얻어진 수치들을 평균함으로서 얻어진다.
상기 방법을 수행할 때 21±1℃의 온도 및 65±0.2%의 상대 습도에서 시험을 수행하는 것이 중요하다.
마스킹 수치(Masking Value)
다음 절차는 사용 후 제품의 더럽혀진 외관을 감소시키기 위한 접촉 재료의 능력, 즉 마스킹 수치를 결정하기 위하여 적용된다. 각 어셈블리#1-4에 침투 시험 및 리웨트 시험이 수행된 후에, 이들은 유체 시험 후에 스칼라 유에스비 마이크로스코프 모델 UM02-SUZ-01(Scalar USB Microscope model UM02-SUZ-01)을 사용하여 장착된 광원에 의해 50배로 즉시 형상화되었다. 스칼라 스코프는 자동 노출이 가능한 색 순도(hue saturation) 및 명암에서 세팅되었다. 5개의 랜덤 영역이 각 샘플로부터 형상화되었고, "bmp"형식으로 640 x 480 픽셀로 24비트 트루 칼라 이미지 화일로서 저장되었다. 따라서, 총 25개의 이미지(각 5개의 어셈블리에 대하여 5이미지/어셈블리)가 얻어졌다.
그 후 "bmp" 원본 이미지는 미디어 싸이버메틱스 엘피(Media Cybermetics, LP)의 제품인 버전 4.0의 이미지 프로 플러스(Image Pro Plus) 소프트웨어에서 열린다. 그 후 이미지는 이미지 프로 플러스에서 원본 24비트 트루 칼라 형식에서 8비트 그레이 스케일 이미지로 변환된다. 그 후 이미지 프로 플러스의 히스토그램 기능이 이미지에 적용되고 이미지 그레이 수치의 히스토그램이 생성된다. 이것은 특정 그레이 수치에서 픽셀수에 대한 카운트를 제공하며, 그레이 수치는 "0"블랙에서 "255"화이트까지의 범위를 갖는다. 그 후 히스토그램으로부터의 데이터는 DDE(윈도우 다이나믹 데이터 익스체인지; Windows dynamic data exchange)를 사용하여 마이크로소프트 엑셀2000워크시트로 전송된다.
그 후 엑셀2000으로의 DDE는 각각이 256행을 가지는 25열을 갖는 워크시트를 만든다. 워크시트의 각 열은 하나의 이미지에 대한 히스토그램 수치를 갖는다. 각 열은 256 수치로 구성되며, 이는 이미지 내의 픽셀의 수이고, 0에서 255까지의 해당 수치를 갖는다. 그 후 각 열은 특정 재료에 대한 평균 히스토그램을 생성하기 위하여 평균된다.
일반적인 평균 히스토그램은 시험 어셈블리의 더러워진 영역을 나타내는 그 레이 영역 및 시험 어셈블리의 더러워지지 않은 영역을 나타내는 화이트 영역의 바이 모달(bi-modal) 분포를 도시한다. 평균 히스토그램의 검사는 모든 더러워진 영역이 90 이하의 그레이에 의해 한정되는, 그레이 영역과 화이트 영역 사이의 안정기(plateau)를 보여준다. 따라서, 재료의 더러워진 영역은 0과 90 사이의 그레이 수치의 합에 의하여 한정될 수 있으며, 낮은 수치는 낮은 그레이 영역을 나타내고 이에 따라 더 양호한 마스킹을 나타낸다. 90 이하의 그레이 수치의 합이 "마스킹 수치"이다. 도 10은 커버층으로서 본 발명에 따른 개구 형성 필름을 갖는 흡수 물품에 대한 얼룩 정도를 나타내는 일반적인 평균 히스토그램이다.
아래에 기재된 표 1은 시험 어셈블리 #1-#3에 대한 평균 유체 침투 시간, 평균 리웨트(그램 단위) 및 마스킹 수치를 제공한다.
시험 어셈블리 평균 유체 침투 시간 (초) 평균 리웨트 (그램) 마스킹 수치
#1 35.08 .030 84,469.82
#2 45.52 .040 78,587.00
#3 21.55 .052 114,930.20
#4 46.50 .024 111,959.93
상기 표에서 기재된 바와 같이 본 발명에 따른 개구 형성 필름을 사용하여 제작된 시험 어셈블리#1은 유체 처리 능력 및 마스킹 특성의 유일한 조합을 제공한다.
비록 본 발명의 특정 실시예가 위에서 설명되었지만, 첨부된 청구범위 및 그 들의 균등물의 범위와 합치한다면 본 출원이 본 발명의 수정 및 변경을 커버하는 것은 의도된 것이다.

Claims (34)

  1. 제 1 가상 평면 내의 평평한 제 1 표면;
    상기 제 1 가상 평면 아래에 위치한 제 2 가상 평면 내의 평평한 제 2 표면;
    복수개의 제 1 개구들; 및
    상기 복수개의 제 1 개구들 각각에 횡단되어 있고, 이에 따라 복수개의 더 작은 개구들을 한정하며, 상기 복수개의 더 작은 개구들 각각은 상기 복수개의 제 1 개구들 각각과 연결되는 적어도 하나의 부재를 포함하되,
    상기 개구들 각각에 횡단되어 있는 상기 부재는 제 3 가상 평면 내에 위치한 상부 표면을 갖고, 상기 제 3 가상 평면은 상기 제 1 가상 평면의 아래에 위치한 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 복수개의 제 1 개구들은 상기 제 1 가상 평면으로부터 상기 제 3 가상 평면까지 한정되는 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 복수개의 개구들 각각에 횡단되어 있는 상기 부재의 상기 상부 표면은 실질적으로 상기 제 1 가상 평면 및 상기 제 2 가상 평면에 평행한 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 가상 평면은 상기 제 1 및 제 2 가상 평면 아 래에 위치한 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 복수개의 개구들 각각에 횡단되어 있는 상기 적어도 하나의 부재는
    상기 복수개의 개구들 각각에 횡단되어 있는 제 1 횡단 부재; 및
    상기 복수개의 개구들 각각에 횡단되어 있는 제 2 횡단 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  6. 제 5 항에 있어서,상기 제 1 횡단 부재는 상기 제 2 횡단 부재와 교차하는 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 횡단 부재 및 제 2횡단 부재는 상호간에 수직으로 배열된 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 개구 형성 필름은 상기 평평한 제 1 표면 상에 배열된 복수개의 범프를 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 복수개의 제 1 개구들 각각에 횡단되어 있는 상기 각 부재는 약 0.008 밀 내지 0.024 밀 범위의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  10. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 횡단 부재 각각은 약 0.008 밀 내지 약 0.024 밀 범위의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 필름은 약 20% 내지 약 30% 범위의 개방 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  12. 제 1 가상 평면 내에 위치한 실질적으로 평평한 제 1 표면;
    제 2 가상 평면 내에 위치한 실질적으로 평평한 제 2 표면;
    상호간에 대향된 이격 관계로 배열된 적어도 제 1 및 제 2 내부벽을 각각 갖는, 복수개의 상호 연결 프레임 부분;
    각각이 상기 프레임 부분들 중 하나의 상기 내부벽들 중 하나로부터 상기 프레임 부분들 중 하나의 상기 대향된 제 2 내부벽까지 연장되고, 상기 제 1 가상 평면 아래에 위치한 가상 평면 내에 위치한 상부 표면을 각각 갖는 복수개의 횡단 부재; 및
    적어도 상기 평평한 제 1 표면으로부터 상기 평평한 제 2 표면까지 연장되고, 각각이 상기 프레임 부분들 중 적어도 하나 및 적어도 상기 횡단 부재들 중 적어도 하나에 의해 제한되는 복수개의 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 횡단 부재들 각각의 상기 상부 표면은 상기 제 1 가상 평면 및 상기 제 2 가상 평면에 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 횡단 부재들 각각의 상기 상부 표면은 상기 제 1 가상 평면 및 상기 제 2 가상 평면 아래의 제 3 가상 평면 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 프레임 부분들 각각은 이격되어 대향된 종단 영역 및 이격되어 대향된 측벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 복수개의 횡단 부재는
    각각이 상기 프레임의 상기 종단 영역들 중 하나로부터 상기 프레임의 대향된 종단 영역까지 연장된 복수개의 제 1 횡단 부재; 및
    각각이 상기 프레임의 상기 측벽들 중 하나로부터 상기 프레임의 대향된 측벽까지 연장된 복수개의 제 2 횡단 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 복수개의 제 1 횡단 부재들 각각은 상기 복수개의 제 2 횡단 부재들 중 하나와 교차하는 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 복수개의 제 1 횡단 부재들 각각은 상기 복수개의 제 2 횡단 부재들 중 하나에 대하여 수직으로 배열된 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  19. 제 12 항에 있어서, 상기 프레임 부분들 각각은 실질적으로 육각형 형상인 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  20. 제 12 항에 있어서, 상기 3차원 개구 형성 필름은 상기 필름의 상기 평평한 제 1 표면으로부터 상향 연장된 복수개의 범프들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  21. 제 12 항에 있어서, 상기 필름은 약 20% 내지 30% 범위의 개방 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  22. 제 1 가상 평면 내의 평평한 제 1 표면;
    제 2 가상 평면 내의 평평한 제 2 표면;
    적어도 상기 평평한 제 1 표면에서 상기 평평한 제 2 표면까지 연장된 복수개의 개구; 및
    상기 복수개의 개구들 각각에 횡단되어 있는 적어도 하나의 부재를 포함하되,
    상기 개구들 각각에 횡단되어 있는 상기 부재는 상기 제 1 가상 평면 아래에 위치한 제 3 가상 평면 내에 위치한 상부 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 복수개의 개구들 각각에 횡단되어 있는 상기 부재의 상기 상부 표면는 상기 제 1 가상 평면 및 상기 제 2 가상 평면에 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 제 3 가상 평면은 상기 제 1 및 제 2 가상 평면 아래에 위치한 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  25. 제 22 항에 있어서, 상기 복수개의 개구들 각각에 횡단되어 있는 상기 적어도 하나의 부재는
    상기 복수개의 개구들 각각에 횡단되어 있는 제 1 횡단 부재; 및
    상기 복수개의 개구들 각각에 횡단되어 있는 제 2 횡단 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 제 1 횡단 부재는 상기 제 2 횡단 부재와 교차하는 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 제 1 횡단 부재 및 제 2 횡단 부재는 상호간에 수직으로 배열된 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  28. 제 22 항에 있어서, 상기 개구 형성 필름은 상기 평평한 제 1 표면 상에 배열된 복수개의 범프를 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  29. 제 22 항에 있어서, 상기 복수개의 제 1 개구들 각각에 횡단되어 있는 상기 부재들 각각은 약 0.008 밀 내지 0.024 밀 범위의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  30. 제 25 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 횡단 부재들 각각은 약 0.008 밀 내지 약 0.024 밀 범위의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  31. 제 22 항에 있어서, 상기 필름은 약 20% 내지 약 30% 범위의 개방 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  32. 제 1 항에 있어서, 상기 개구 형성 필름은 흡수 물품 내의 커버층인 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  33. 제 12 항에 있어서, 상기 개구 형성 필름은 흡수 물품 내의 커버층인 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
  34. 제 22 항에 있어서, 상기 개구 형성 필름은 흡수 물품 내의 커버층인 것을 특징으로 하는 3차원 개구 형성 필름.
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