KR20090050090A - 압출된 재료에 단축 또는 다축 강성을 제공하는 방법 및 이방법을 이용하여 제조된 제품 - Google Patents
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Abstract
홈 또는 횡단면 형태들을 재료의 한 표면 혹은 다수의 표면들에 제공함으로써, 재료의 강성 성질들을 변경시키는 방법이 기술된다. 또한 이 방법으로 제조된 재료 및 비 확장기, 패키징, 건설 재료 및 의료 장치들과 같이 상기 재료로 제조된 제품들도 기술된다.
Description
본 출원서는 2006년 8월 30일에 출원된 미국가출원 60/841,403호를 우선권 주장한다.
본 발명은 요구되는 강성(stiffness)을 가진 재료에 관한 것으로, 상기 강성으로부터 재료의 하나 또는 그 이상의 표면들 위에 제공된 하나의 홈 또는 복수의 홈 혹은 횡단면 형태들이 야기된다. 이러한 홈들은 웹(web)을 가로질러 일정하게 연속적으로 형성될 수 있거나 또는 웹 전체에 걸쳐 교대로 혹은 가변적인 강성이 제공될 경우 불연속적이 될 수 있다. 또한 본 발명은 이러한 재료를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 본 발명의 재료를 사용하여 비강(nasal passage)을 확장하기 위한 비 확장기(nasal dilator)에 관한 것이다. 이 재료는 코에 고정될 때 비강을 상승시키고 확장시키기 위해 충분한 강성을 지니는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은 의료 장치, 패키징, 또는 본 명세서에서 기술된 재료로 제조된 건설 재료에 관한 것이다.
재료 제조 업계는 오랜 기간 동안 플라스틱 폴리머 시팅 재료(sheeting material)를 압출하여 왔다. 이러한 압출은 압출될 때 매트 마감재(matte finish)와 같은 텍스처(texture)를 플라스틱 시팅 위에 각인(imprint)시키기 위하여 에칭 스틸 롤러(etching steel roller)를 포함한다. 예를 들어 시트처리된 폴리머 재료(sheeted polymer material) 위에 "가죽과 유사한" 외형을 각인시킴으로써 차량 내부용 "가죽-유사" 마감재를 가진 플라스틱 재료들이 제조된다.
보다 최근에는, 트럭 침대 라이너를 위해 사용되는 재료들과 같이, 시트처리된 플라스틱 재료들 위에 다이아몬드-형태 패턴과 같이 보다 복잡하게 얽힌 디자인을 제공하기 위하여, 에칭된 또는 기계가공된 롤러들이 사용되어 왔다.
본 발명은 요구되는 강성(stiffness)을 가진 재료에 관한 것으로, 상기 강성으로부터 재료의 하나 또는 그 이상의 표면들 위에 제공된 하나의 홈 또는 복수의 홈 혹은 횡단면 형태들이 야기된다. 이러한 홈들은 웹(web)을 가로질러 일정하게 연속적으로 형성될 수 있거나 또는 웹 전체에 걸쳐 교대로 혹은 가변적인 강성이 제공될 경우 불연속적이 될 수 있다. 또한 본 발명은 이러한 재료를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 본 발명의 재료를 사용하여 비강(nasal passage)을 확장하기 위한 비 확장기(nasal dilator)에 관한 것이다. 이 재료는 코에 고정될 때 비강을 상승시키고 확장시키기 위해 충분한 강성을 지니는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은 의료 장치, 패키징, 또는 본 명세서에서 기술된 재료로 제조된 건설 재료에 관한 것이다.
도 1은 종래의 폴리머 시트 압출을 도시한 다이어그램.
도 2a-2e는 본 발명의 홈형 재료(grooved material)를 도시한 다양한 도면.
도 3a와 도 3b는 본 발명의 홈형 재료를 도시한 횡단면도.
도 4는 본 발명의 재료를 압출하기에 적절한 압출 기구를 도시한 다이어그램.
도 5a와 도 5b는 본 발명의 홈형 재료의 또 다른 실시예를 도시한 다양한 도면.
도 6a는 압출된 재료에 제공된 홈들을 도시한 공정 다이어그램(process diagram).
도 6b는 압출된 홈형 재료에 제공된 접착층(adhesive layer) 및 릴리스 라이너층(release liner layer)을 도시한 공정 다이어그램.
도 7a-7b는 본 발명에 따라 제조된 비 확장기(nasal dilator)의 실시예를 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 따라 제조된 비 확장기의 또 다른 실시예를 도시한 도면.
도 9a-9c는 본 발명에 따라 제조된 비 확장기의 다양한 실시예들을 도시한 도면.
도 10a-10c는 사용자의 코에 착용된 본 발명의 비 확장기를 도시한 다이어그램.
도 11은 본 발명의 비 확장기의 또 다른 실시예를 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 비 확장기의 또 다른 실시예를 도시한 도면.
도 13은 본 발명의 비 확장기의 또 다른 실시예를 도시한 도면.
도 14는 빔 위에서 점하중을 계산할 때 사용되는 변수들을 예시한 다이어그램.
도 15는 빔 위에서 분포하중을 계산할 때 사용되는 변수들을 예시한 다이어그램.
도 16은 관성모멘트를 계산할 때 사용되는 변수들을 예시한 다이어그램.
도 17은 홈을 따라 분리된 홈형 재료를 도시한 도면.
본 발명은 압출된 폴리머 재료에 대해 기능적이고 구조적인 변화를 가하는 예기치 못한 발견에 관한 것으로, 상기 압출된 폴리머 재료는 폴리머의 구조적인 기하학적 형상에 대하여 물리적인 변화를 야기할 수 있으며 이에 따라 시트처리된 재료(sheeted material)에 단축(mono-axial) 또는 다축(multi-axial) 배향 효과(orientation effect)를 제공할 수 있다.
전통적으로, 폴리머 재료 내에서 2축(bi-axial) 및 단축(mono-axial) 배향은 폴리머를 압출시키고 상기 폴리머들이 냉각될 때 폴리머를 연신시킴으로써 구현되어 왔으며, 이는 (일반적으로 오직 기계장치 프로세싱 방향으로만) 연신되는 방향으로 분자 수준(molecular level)에서 폴리머를 배향시킨다. 이 방법을 위하여 종종 고가의 공구와 전문 인력이 요구된다. 종래의 압출 다이어그램이 도 1에서 도식적으로 도시된다. 폴리머 재료(5)는 압출 다이 어셈블리(extrusion die assembly, 6)를 통해 공급된다(pumped). 재료(5)가 다이 어셈블리(6)로부터 배출될 때, 이 재료는 급냉식 또는 닙 롤(chill or nip roll, 7) 상에서 냉각되며 그 뒤 필요시에 추가적으로 처리된다.
놀랍게도, 본 발명은, 냉각될 때 폴리머를 연신시키기 보다는 폴리머 재료가 압출될 때 홈 또는 심지어 불연속 횡단면 형태들을 폴리머 시트 또는 웹 내로 에칭함으로써 폴리머 재료 내에서 단축 배향 효과를 구현할 수 있다. 그 결과로서, 물리적 수단으로 분자 재배향 효과(molecular reorientation effect)를 발생시킬 수 있다. 추가적으로, 재료를 한 방향으로 강화시킴으로써(strengthening), 다른 방향들에서의 강도(strength)가 감소되며, 이는 압출된 재료의 굴곡 성질과 그 외의 다른 성질들을 상당한 수준으로 제어할 수 있게 한다. 본 발명에 따르면, 홈형 재료(grooved material)의 웹을 생성할 수 있는데, 이 홈형 재료 내에서 채널들은 특정 수준으로 약화되어 상기 채널 외측에서는 절단(tearing)되지 않고 실질적으로 날카롭거나 또는 뾰족한 에지 없이 깨끗하게 잘린 에지를 야기시켜 채널을 따라 현저하게 더 적은 힘으로 웹을 절단시킬 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "홈(groove)"은 상기 홈의 상부 도면 또는 횡단 도면 중 하나로부터 임의의 길이 혹은 폭 그리고 임의의 외형 또는 디자인을 가진 골(furrow) 혹은 채널(연속적인 또는 불연속적인)들을 포함하도록 사용되어야 할 것이다. 홈의 형태, 치수 및 빈도(frequency)는 재료에 대해 요구되는 강성(desired stiffness)을 제공하도록 선택되는 것이 바람직하다. 요구되는 강성은 압출되는 재료의 타입, 재료의 두께, 재료의 굴곡탄성계수 및 홈 또는 그에 따른 웹의 횡단면 디자인 혹은 외형에 부분적으로 기초하여 선택될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이 "굴곡탄성계수(flexural modulus)"는, 탄성 한계 내에서, 표본의 최외측 섬유들 내에서 상응하는 변형율(strain)에 대해 굴곡된 실험 표본에 가해진 응력(stress)의 비율을 의미하는 것이다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "단축 배향" 또는 "다축 배향"은 분자 재배향(molecular reorientation)을 야기하는 조건 하에서 하나 또는 그 이상의 방향으로 고온의 폴리머 필름 또는 그 외의 다른 물품(article)을 연신시키는 프로세스를 의미하는 것이다.
본 발명의 홈형 재료의 한 실시예가 도 2a-2e에 도시된다. 도 2e에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 재료(10)는 상기 재료(10)의 표면에 제공된 적어도 하나의 홈(12)을 가진다. 도 3a와 도 3b는 도 2d의 라인(x-x')을 따라 절단된 재료(10)의 횡단 도면을 도시한다. 도 3a와 도 3b에 도시된 바와 같이, 홈(12)은 Ri로 표시된 두께 또는 높이 및 "X"로 표시된 폭을 가지는 리지(ridge, 13)를 포함한다. 홈(12) 은 하나 또는 그 이상의 밸리(valley, 14)를 추가적으로 포함하며, 이에 따라 각각의 리지(13)는 도 3b에서 14a와 14b로 표시된 밸리(14)에 의해 적어도 한 측면 또는 양 측면 상에 배치된다(flanked). 밸리(14)는 두께(R0)와 "Y"로 표시된 대략 0.5X의 폭을 가지는 플로어 또는 베이스(16)를 가지지만, 이 상대적 치수들은 요구되는 강성의 정도에 기초하여 가변될 수 있다.
홈의 밸리들과 피크(peak)들의 두께 또는 높이와 폭들은 기계장치의 프로세싱 방향과 횡단방향으로 정확한 강성을 제공하도록 계산될 수 있다. 균일하고 평평한 재료의 웹을 위한 방정식은 Stiffness = (Fm * T3)(1/12)이며 여기서 Fm은 시작 재료의 굴곡탄성계수이고 T는 재료의 두께이다.
홈들은 기계가공 방향 또는 횡단방향에서 단축 배향 효과를 제공할 수 있다. 기계장치 프로세싱 방향에서 홈들이 재료 상에 만들어진 실시예에서, 두께(T)는 도 3에 도시된 바와 같이 재료의 베이스의 두께와 홈들의 피크들의 합이 된다. 횡단방향에서, 두께는 재료의 베이스의 두께이다.
홈은, 종래의 압출 기술 또는 홈을 재료 내에 캐스팅가공, 가열성형(thermoforming) 또는 진공성형(vacuforming) 하는 것과 같이 재료 내에 홈, 횡단 형태 또는 채널을 생성시킬 수 있는 그 외의 다른 임의의 방법들을 이용하여 재료 위에 제공할 수 있다. 적절한 압출 공정의 예가 도 4에 도시된다. 재료(10)가 압출기(extruder, 20)로부터 배출될 때, 이 재료는 닙 롤러(nip roller, 22 및 24) 내로 공급된다. 본 발명의 한 실시예에서, 닙 롤러(22)는 홈과 같은 재료 상에 제 1 텍스쳐(first texture)를 제공한다. 선택적으로 또 다른 닙 롤러(26)를 추가함으로써 제 2 텍스쳐(second texture)가 재료 상에 제공될 수 있다. 닙 롤러(26)에 의해 제공된 제 2 텍스쳐는 제 1 텍스쳐와 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 제 2 텍스쳐는 제 1 텍스쳐와 동일한 프로세싱 방향으로 또는 제 1 텍셔쳐에 대해 수직과 같이 상이한 방향으로 제공될 수 있다. 위에서 기술된 홈형 텍스쳐(grooved texture)들에 추가하여, 재료의 하나 또는 그 이상의 표면들에 적합한 그 외의 다른 텍스쳐의 예들로서 매트 텍스쳐(matte texture), 직물 텍스쳐(fabric texture), 가죽 텍스쳐(leature texture), 텍스쳐들의 조합 및 이와 유사한 것들이 포함된다.
홈의 치수들을 유의하여 계산함으로써 구현된 요구되는 특성들에 대해서 어떠한 불규칙성도 제공될 수 없기 때문에, 본 발명의 홈형 재료를 제조하도록 사용된 닙 롤러들을 거의 완전히 원형(round)이 되는 것이 바람직하다. 상기 홈의 치수들은 요구되는 치수들로부터 최대한 적은 편차(deviation)로 재료에 제공되는 것이 바람직하다. 사인파(sine wave)와 같은 반복 디자인이 기계가공 방향으로 위치되면, 롤(roll) 주위에 원주방향으로 배열될 때 디자인을 그 자체에 일치시키도록 주의가 기울어져야 한다.
홈은 어떠한 형상으로도 제공될 수 있다. 한 실시예에서, 직선형 홈(straight groove)들이 재료 내에 에칭된다(etched). 또 다른 실시예에서, 사인곡선형 홈(sinusoidal groove)들이 재료 내에 에칭된다. 도면에서 도시된 실시예들에서 홈은 평행한 패턴 또는 사인곡선형 패턴으로 제공된다. 지그-재그형, 조가비형, 플루트(flute)형 및 이 패턴들의 조합들을 포함하지만 이들에만 제한되지 않은 그 외의 다른 패턴들도 본 발명에서 고려된다. 이 패턴들은 연속적 또는 불연속적이 될 수 있고, 재료에 따라 규칙적 또는 불규칙적이 될 수 있으며, 교차점에서 추가적인 강도 또는 강성을 제공하기 위하여 하나 또는 그 이상의 위치들에서 교차할 수 있다.
또한 홈의 형상은 문자, 그림, 상승된 수위선(watermark) 또는 로고와 같이 그 외의 다른 디자인들에 에칭될 수 있다. 홈은 횡단방향에서 가변적인 두께를 가질 수 있으며 홈 또는 일련의 홈들 사이에서 홈이 파지지 않은 부분(ungrooved portion)들이 제공될 수 있다. 가변적인 두께를 가진 재료의 예가 도 5a와 도 5b에 도시된다.
재료에 대해 단축 또는 다축 배향 효과를 제공하는데 추가하여, 홈은 재료의 표면적을 증가시키며, 접착제, 염료, 약제, 향료 및 이와 유사한 것들을 포함하지만 이들에 제한되지는 않는, 추가적인 재료들에 제공하기 위한 홈통(trough)을 제공하도록 사용될 수 있다.
본 발명의 방법에 사용하기에 적절한 재료들은 성형가능한 임의의 재료를 포함한다. 이러한 재료들은, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS); 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 및 고분자량 폴리에틸렌(HMWPE)을 포함하는 폴리에틸렌; 폴리프로필렌; 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 글리콜라이즈드 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PETG)를 포함하는 폴리에스테르; 폴리스티렌; 폴리우레탄; 비닐; 리놀륨; 고무 화합물; 아크릴; 나일론 화합물; 옥수수 전분 유도체; 또는 폴리락틱 액시드 및 폴리하이드록시알카노에이트와 같은 그 외 다른 생분해성 수지; 이들의 조합 및 이와 유사한 것들과 같은 열가소성 폴리머 재료를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
위에서 기술된 성형가능한 재료들에 추가하여, 추가 구성요소(additional component)들이 압출 전에, 압출 동안 또는 압출 후 중 한 과정에서 성형가능한 재료에 첨가될 수 있다. 이러한 구성요소들의 예들로서, 향료, 약제, 동종요법 조성물(homeopathic composition), 아로마테라피 조성물, 항균제, 접착제, 염료, 살충제, 살균제, 제초제 및 이들의 조합을 포함하지만 이들에 제한되는 것은 아니다.
도 6a는 압출된 재료에 제공되는 홈들의 프로세스 다이어그램을 도시한다. 재료가 압출 다이(extrusion die, 31)를 통과한 후에, 압출된 재료(30)는 에칭된 닙 롤러(32)와 매트 마감용(matte finish) 닙 롤러(33) 사이를 통과한다. 에칭된 닙 롤러(32)는 상기 재료 내에 밸리들을 각인(impressing)시킴으로써 압출된 재료(30)에 홈들을 제공한다. 이에 따라 홈형 재료(35)는, 그 뒤, 테이크-업 롤러(take-up roller, 34) 상에서 구를 수 있다.
홈이 재료에 제공된 후, 접착층(adhesive layer)과 릴리스 라이너층(release line layer)이 홈형 재료의 한 측면에 제공될 수 있다. 도 6b는 압출된 홈형 재료(35)에 제공된 릴리스 라이너층(46)과 접착층(40)의 프로세스 다이어그램을 도시한다. 접착 재료는 접착층(40)을 형성하기 위하여 압출 다이(41)를 통과한다. 홈형 재료(35)와 릴리스 라이너층(46)은 접착층(40)의 한 측면 상에 위치된다. 홈형 재료(35)는 상기 재료(35)의 홈이 파진 측면(grooved side)이 접착층(40)을 향하여 하부를 향하도록 위치된다. 홈형 재료(35), 접착층(40) 및 릴리스 라이너층(46)은 층이 파진 제품(layered product, 45)을 생산하기 위하여 닙 롤러(42)들 사이를 통과한다. 상기 층이 파진 제품(45)에서, 접착층(40)으로부터 나온 접착제는 홈형 재료(35)의 홈들과 접촉하고 및/또는 상기 홈형 재료(35)의 홈들 내에서 매립된다. 층이 파진 제품(45)은 테이크-업 롤러(44) 상에서 구를 수 있다.
재료가 압출되고 홈들이 제공되고 난 뒤, 추가적인 프로세스가 발생할 수 있다. 예를 들어, 홈형 재료는 요구되는 형태들로 절단되거나 또는 스탬프 찍힐 수 있으며, 절단된 피스들은 최종 제품 내에서 추가적으로 처리된다. 다이 레이저(dye laser)는 재료의 한 표면 또는 양 표면들 상으로 요구되는 이미지 또는 디자인을 제공하도록 사용될 수 있다.
시작 재료의 공지된 굴곡탄성계수를 이용하여, 요구되는 제품을 제조하기 위한 강성이 예측될 수 있고 (이에 따라 조절될 수 있다). 이러한 제품들의 예들로, 패키징, 의료 장치 및 소비자용 건강 제품 및 건설 재료들이 포함되지만 이들에 제한되지는 않는다. 아래에서 기술되는 본 발명의 한 실시예는 비 확장기(nasal dilator)를 위한 것이다.
본 발명은 제품 내의 하나 또는 그 이상의 재료들의 강성이 특정 수준의 굴곡상태(flexure)에서 조절되고 및/또는 조절가능한 것이 바람직한 임의의 타입의 제품을 제조하도록 사용될 수 있다. 본 발명의 방법은 예를 들어 제조 및 분배 동안 손상되지 않도록 유지시키기에 충분한 강도를 필요로 하지만 필요 시에 사용자가 용이하게 분리시킬 수 있는 양쪽-절단형 제품(tear-apart product)들을 제조하도록 사용될 수 있다. 또 달리, 본 발명은 박스 또는 코너들과 같이 디자인 내로 용이하게 접히는 영역들의 시작부(beginning)가 될 수 있는 홈이 파진 디자인을 각인시키도록 적용될 수 있다. 그 외의 다른 적용분야에서, 한 방향에 대해 또 다른 방향에서 상이한 강성을 제공하도록 하는 기능이 사용된다. 게다가, 웹이 그 자체에서 뒤로 접혀지는 경우에 서로 포개지도록(interdigitate) 홈들이 형성될 수 있다. 폴리머 제재(formulation)는 점착제(tackifier)를 포함할 수 있으며 이에 따라 웹이 그 자체 위에 또는 또 다른 시트 상에서 마주보도록 웹 자체에 둘러붙을 수 있다. 증가된 홈의 표면적은 홈들이 서로에 대해 움푹 들어가고(recessed) 가열될 때 에지들의 열적 밀봉(heat sealing)을 개선시킬 수 있다.
비 확장기(Nasal Dilator)
코골이 또는 코막힘으로부터 완화시키기 위하여 많은 사람들에게 비 확장기가 제공되어 왔다. 미국특허 5,533,499호, 5,706,800호 및 7,114,495호에서 볼 수 있는 것과 같은 비 확장기는 전형적으로 하나 또는 그 이상의 탄성 밴드(resilient band)를 포함한다. 탄성 밴드의 끝 부분들이 서로 더 가깝게 이동하도록 탄성 밴드가 굽혀질 때, 상기 탄성 밴드는 평면 상태로 복원되려는 경향을 가진다. 비 확장기가 사용자의 코에 고정될 때, 평면 상태로 복원되려는 탄성 밴드의 경향은 호흡 동안 사용자의 비강(nasal passage)의 외측벽 조직이 끌어당겨지는 것이 방지되도록 작용한다. 탄성 밴드에 추가하여, 비 확장기는 비 확장기의 편안함과 효율성을 증가시키기 위하여 종종 추가적인 가요성 층들을 포함한다.
Johnson씨에 허여된 미국특허 5,476,091호에 논의된 바와 같이, 탄성 밴드와 사용자의 피부 사이에 위치된 재료의 가요성 스트립(flexible strip)은 그 외의 경우 비 확장기가 사용자의 피부로부터 부주의하게 떼어질 수 있게 하는 확장기의 탄력성으로부터 야기된 박리력(delaminating force)을 흩뜨린다. 사용자의 피부의 부분들로부터 비 확장기가 분리될 때 가려운 느낌이 야기될 수 있다. 따라서 상기 박리력을 흩뜨림으로써 재료의 가요성 스트립은 그 외의 경우 사용자가 느낄 수 있는 가려운 느낌들을 실질적으로 제거할 수 있다.
또한, Johnson씨에 허여된 미국특허 5,611,333호에 논의된 바와 같이, 비 확장기는 탄성 밴드의 최상측 부분을 덮는 최상측 재료(top material)의 가요성 스트립을 포함할 수 있다. 베이스 재료로부터 탄성 밴드가 분리되는 것을 방지하는데 도움을 주기 위하여 최상측 재료의 가요성 스트립이 포함될 수 있다. 또한 비 확장기의 강성을 증가시키기 위해 최상측 재료가 포함될 수 있다.
종종 밤사이의 사용에도 연장되기에 편안하며 비강을 상승시키고 개방하기에 필요한 힘을 제공할 수 있으며 사용자의 코로부터 부드럽고 용이하게 제거될 수 있는 개선된 비 확장기가 지속적으로 요구된다.
본 발명의 방법론을 이용하여, 특정 세트의 홈들을 재료 내에 제공함으로써 특정 굴곡 성질들을 가진 재료를 포함하는 비 확장기를 제조할 수 있다. 본 방법은 비강을 효과적으로 확장하기에 필요한 요구되는 단축 굴곡 강성(mono-axial flexural stiffness)을 가진 비 확장기를 제조하기 위해 플라스틱 폴리머 또는 그 외의 다른 재료들에 압출 기술을 사용할 수 있다.
충분하게 확장시키기 위하여, 비 확장기는 확장기가 처음에 코에 고정될 때 비강의 조직들을 상승시킬 수 있는 것이 바람직하며, 사용자에게 상당한 불쾌감을 주지 않으면서도 사용기간에 걸쳐 비 조직(nasal tissue)들을 지속적으로 상승시킬 수 있는 것이 바람직하다. 요구되는 사용기간이 종료될 때, 비 확장기는 역시 사용자에게 상당한 불쾌감을 주지 않으면서 사용자의 코로부터 용이하게 제거할 수 있는 것이 바람직하다.
바람직하게, 본 발명에 따른 홈형 비 확장기(grooved nasal dilator)는 코의 외측비연골(lateral alar cartilage), 소비익연골(lesser alar cartilage) 및 대비익연골(greater alar cartilage)를 상승시킬 수 있으며 코의 외비공 확장근육(anterior dilator nares muscle)과 내비공 확장근육(posterior dilator nares muscle)을 수월하게 할 수 있다. 홈형 비 확장기는 사용자의 피부를 향하는 표면 상에서 접착제와 같은 특정 타입의 연결 수단(engagement means)을 포함한다. 바람직하게, 접착제는 피부에 가려움증을 유발시키지 않고 피부에 제거가능하게 부착될 수 있다. 선호적인 한 실시예에서, 접착 재료는 피부의 표면으로부터 발산되는 수븐을 흡수하거나 또는 전달할 수 있는 재료이다. 이러한 접착제의 한 예로서 상처 관리(wound care) 또는 오스토미 백 유착(ostomy bag adhesion)에서 통상적으로 이용되는 하이드로콜로이드 접착제(hydrocolloid adhesive)가 포함된다. 홈 내로 하이드로콜로이드를 매립(embedding)함으로써 비 확장기의 전체적인 외형에 상당한 두께 또는 부피를 추가하지 않고도 수분을 축적하기 위한 상대적으로 큰 저장공간이 제공된다. 홈형 비 확장기는, 확장기를 착용하는 동안이나 또는 확장기를 제거할 때 사용자에게 상당한 불쾌감을 주지 않으면서, 오랜 시간에 걸쳐 제자리에 유 지될 수 있다.
호흡 동안 사용자의 비강의 외측벽 조직이 끌어당겨지는 것을 현저히 감소시키기 위하여, 본 발명의 비 확장기는 코에 직접적으로 부착되고 특정 강성으로 제조된 홈형 재료를 사용한다. 홈형 재료의 탄력성에 따라서, 미국특허 5,533,499호, 5,706,800호 및 7,114,495호에 기술된 비 확장기의 탄성 밴드와 같이 하나 또는 그 이상의 탄성 밴드에 대한 필요성이 감소될 수 있거나 또는 제거될 수 있다. 따라서 본 발명의 홈형 재료가 비 확장기에서 사용되는 경우, 개별 탄성 밴드 또는 탄성 밴드들이 필요하지 않을 수도 있다.
개별 탄성 밴드가 본 발명의 홈형 재료와 함께 조합되어 사용되는 경우, 홈형 재료의 강성은 비 조직(nasal tissue)의 안정성과 상승력을 충분하게 제공하기에 필요한 탄성 밴드의 크기를 감소시키게 만들 수 있다. 따라서 홈형 재료와 함께 사용될 때, 탄성 밴드는 훨씬 더 작고, 더 가벼우며 그리고 종래의 비 확장기에 비해 눈에 훨씬 덜 거슬리게 될 수 있다.
본 발명의 또 다른 이점으로, 비 확장기의 전체 구성요소, 다시 말해서 탄성 밴드를 제거함으로써 제조를 간단하게 할 수 있다. 대안으로, 탄성 밴드가 본 발명의 재료와 연계하여 사용되는 경우, 상대적으로 더 작고 더 세련된 탄성 밴드가 사용될 수 있으며 이에 따라 보다 세련되게 조정되고 눈에 덜 거슬리는 비 확장기를 제공할 수 있다.
도 7a-7b는 본 발명에 따라 제조된 비 확장기의 한 실시예를 도시한다. 도 7a는 비 확장기의 투시도이며 도 7b는 비 확장기의 구성요소들을 보여주는 분해 투 시도이다. 이 실시예에서, 어떠한 개변 탄성 밴드도 사용되지 않는다. 비 확장기(50)는 홈형 재료(51)를 포함한다. 홈형 재료(51)는 중간 영역(54)과 끝 부분 영역(53 및 55)들을 포함한다. 홈형 재료(51)는, 중간 영역(54)이 사용자의 코의 브리지(bridge)를 가로지를 수 있고(traverse) 끝 부분 영역(53 및 55)들이 사용자의 비강의 외측벽 조직들을 접촉할 수 있도록 크기가 정해진다. 생체적합성 접착 물질(52)의 층은 홈형 재료(51)의 한 측면 위에 배열된다. 이 접착제는 사용하는 동안 비 확장기를 사용자의 피부에 고정시킨다.
끝 부분 영역(53 및 55)들이 서로 더 가까이 이동하도록 홈형 재료(51)가 굽혀질 때, 상기 홈형 재료(51)는 평면 상태로 복원되려는 경향이 있다. 비 확장기(50)가 사용자의 코에 고정될 때, 홈형 재료(51)가 평면 상태로 복원되려는 경향에 따라 호흡 동안 사용자의 비강의 외측벽 조직이 끌어당겨지는 것이 방지되도록 작용한다.
비 확장기(50)는 접착 물질(52)에 의해 홈형 재료(51)에 부착되는 릴리스 라이너(release liner, 56) 또는 라이너들을 선택적으로 포함할 수 있다. 이렇게 포함되는 경우, 릴리스 라이너 또는 라이너들은 사용 전에 제거된다.
본 발명에 따라 제조된 비 확장기의 또 다른 실시예가 도 8에 도시된다. 도 7의 비 확장기(50)와 같이 이 비 확장기(60)는 홈형 재료(51)와 생체적합성 부착 물질(52)을 포함한다. 홈형 재료(51)는 중간 영역(54)이 사용자의 코의 브리지를 가로지를 수 있고 끝 부분 영역(53 및 55)들이 사용자의 비강의 외측벽 조직들을 접촉할 수 있도록 크기가 정해진다. 또한 비 확장기(60)는 접착제(52)에 의해 홈형 재료(51)에 부착되는 릴리스 라이너 또는 라이너들을 포함할 수 있다.
또한 비 확장기(60)는 홈형 재료(51)의 양 측면 중 하나에 위치된 탄성 밴드(61)를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 복수의 탄성 밴드는 홈형 재료(51)와 함께 사용된다. 끝 부분 영역(53 및 55)들이 서로 더 가까이 이동하도록 비 확장기(60)가 굽혀질 때, 홈형 재료(51)와 탄성 밴드(61)는 둘 다 평면 상태로 복원되려는 경향이 있다. 비 확장기(60)가 사용자의 코에 고정될 때, 홈형 재료(51)와 탄성 밴드(61)가 평면 상태로 복원되려는 경향에 따라 호흡 동안 사용자의 비강의 외측벽 조직이 끌어당겨지는 것이 방지되도록 작용한다.
위에서 기술한 바와 같이 홈형 또는 에칭된 폴리머 재료를 사용함으로써, 본 발명의 비 확장기는 홈을 재료에 제공하기 위해 압출 기술을 이용하여 매우 효율적으로 제조될 수 있다. 본 발명에 따른 비 확장기의 추가적인 실시예들은 도 9a-9c에 도시된다.
재료의 성질들과 함께, 홈의 치수들은 압출된 비 확장기의 굴곡 강성(flexural stiffness)을 결정할 것이다. 본 발명의 방법론을 이용하여, 홈의 치수들은 횡단방향 뿐만 아니라 종방향에서 비등방성 굴곡 성질(anisotropic flexural property)들을 최적화하도록 선택될 수 있다.
홈은 비 확장기 위의 홈들의 위치에 기초하여 서로 다른 강성 또는 탄력성을 위해 제공하기 위하여 비 확장기 내에서 가변적인 횡단면 또는 두께를 가질 수 있다.
예를 들어, 확장기의 측면도를 보면, 홈은 확장기의 중앙 영역을 따라 더 높 게 형성되고 확장기의 에지들을 따라 더 짧게 형성되는 리지들을 가질 수 있다. 대안으로, 더 짧은 하나 또는 그 이상의 홈에 의해 분리되고 더 높게 형성된 형상을 가진 하나 또는 그 이상의 홈들이 있을 수 있으며 그 뒤 더 높게 형성된 또 다른 홈 또는 홈들이 있을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 하나 또는 그 이상의 홈을 가진 홈이 파진 영역(grooved region)은 홈을 가지지 않거나 또는 상기 영역 상에 제공된 서로 다른 윤곽을 가지는 영역에 인접하게 배열될 수 있다. 이런 방식으로, 재료의 상대적인 강성과 가요성은 요구되는 수준의 탄력성, 편안함 및 제거용이성을 제공하도록 유의하여 제어될 수 있다.
비 확장기는 코 위에 또는 비강에 사용하기에 적합한 임의의 형태를 가질 수 있다. 바람직하게, 비 확장기는 중앙 영역 및 상기 중앙 영역으로부터 외부를 향해 연장되는 2개의 연장 영역들을 가진다. 비 확장기에 요구되는 탄력성을 제공함으로써, 연장 영역들이 도 10a-10c에 표시된 바와 같이 코 주위에서 굽어질 때, 잠재적인 평면 형상에서 확장기와 관련된 벗김력(peel force)들을 확장기의 끝 부분들에서 전단력(shear force)들로 변환시키는 것이 가능하다. 도 10a에서 화살표 "A"는 비강이 개방되도록 유지하는 비 확장기의 확장력(dilating force)를 나타내는 반면, 화살표 "B"는 비 확장기를 제자리에 유지시키기 위한 전단력의 효과를 보여준다. 상기 힘들의 조합은 사용 동안 비강을 확장하도록 유지시키기에 필요한 신장력과 상승력을 제공한다. 바람직하게, 비 확장기의 끝 부분들이 대략 1인치 내지 1.5인치 이격되어 서로를 향해 위치될 때, 본 발명의 비 확장기는 대략 10g 내지 대략 50g의 확장력, 보다 선호적으로 대략 12g 내지 대략 40g의 확장력을 제공한다. 선 호적인 한 실시예에서, 수 분으로부터 수 시간까지 가변될 수 있는, 또는 선호적으로 밤사이가 될 수 있는 사용 진행(course) 동안 확장기의 끝 부분들이 대략 1인치 내지 1.2인치 이격되어 배치될 때, 본 발명의 비 확장기는 대략 14g 내지 대략 30g의 확장력을 제공한다. 해당 업계 종사자들은, 확장기가 사용될 때, 다른 것들 중에서, 접착제의 손상과 확장기 재료의 완화(relaxation)로 인해, 사용 중인 비 확장기에 의해 제공된 힘의 양이 저하될 수 있으며 이에 따라 초기에 그리고 비강을 개방하도록 유지시키기 위하여 사용 진행 동안 충분한 확장력이 존재하도록 보장하는 것이 중요하다는 사실을 이해할 것이다. 확장력이 대략 8시간의 기간에 걸쳐 대략 20%보다 더 많이 저하되지 않는 것이 바람직하다. 하지만 본 발명의 비 확장기의 또 다른 실시예는 8-12시간에 걸쳐 급격하게 감소하는 상승력과 초기에 더 큰 확장력을 위해 제공한다. 시간에 걸쳐 비 확장기의 충분한 강성을 유지시키기 위해 특히 PETG 폴리머가 바람직하다고 입증되어 왔다.
전단력은 사용자의 코에 비 확장기를 고정하도록 사용되는 접착제의 타입에 대한 함수이며 이에 따라 비 확장기에 의해 제공된 확장력의 크기에 연관된다. 바람직하게, 전단력은 사용 동안 비 확장기를 제자리에 유지시키기에 충분하며, 비 확장기가 제거될 필요가 있을 때 사용자는 이 전단력을 쉽게 극복(overcome)할 수 있다.
확장기는 미국특허 6,029,658호, 6,318,362호 또는 7,114,495호에 도시된 것들과 같이 또는 도면에서 도시된 바와 같이 임의의 개수의 형태들을 가질 수 있다.
본 발명의 비 확장기는 확장기의 장축(long axis)을 따라 대칭으로 구성될 수 있거나 또는 확장기의 장축을 따라 비대칭적으로 구성될 수 있다. 비대칭적인 장축에 따라 확장기가 수월하게 적절히 배치할 수 있으며 코의 형태에 보다 더 적합하게 제공할 수 있고 이에 따라 사용 시에 비 확장기의 확장성과 편안함을 개선시킬 수 있다. 바람직하게, 비 확장기는 확장기의 단축(short axis)을 따라 대칭적으로 구성된다. 단축을 따라 대칭적으로 구성됨으로써 코의 양 측면들에 실질적으로 균일한 확장력들이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 홈형 재료로 제조된 확장기는 중앙 구멍(center aperture) 또는 개구를 가질 수 있으며 이들의 한 예는 도 11에 도시된다. 이 중앙 구멍은 임의의 크기 또는 형태로 구성될 수 있으며 도 12에 도시된 바와 같이 컷 아웃 부분(cut our portion) 또는 좁다란 슬릿(slit)을 포함할 수 있다. 중앙 구멍은 하나보다 많은 구멍을 포함할 수 있다. 다른 것들 중에서, 중앙 구멍은 최대한의 효율적인 확장력을 위해 적절하게 배치하는 것을 보장하도록 확장기를 사용자의 코 위 중앙에 위치시키기 위한 쉬운 방법을 제공한다. 중앙 구멍 또는 개구는 비 확장기를 다이 커팅(die cutting)과 같이 종래의 임의의 공정에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 비 확장기는 재료의 채널 또는 채널들을 따라 노치(notch) 또는 복수의 노치들을 포함할 수 있다. 이러한 노치들을 제공함으로써, 비 확장기를 제조하도록 사용되는 재료의 크기는 도 13에 도시된 바와 같이 하나 또는 그 이상의 종방향 홈 부분들을 제거함으로써 횡방향에서 용이하게 조절될 수 있다.
비 확장기의 홈형 재료의 강성은 압출 공정 후에 추가적으로 조절될 수 있 다. 한 실시예에서, 하나 또는 그 이상의 주변 에지(peripheral edge)들 상의 재료의 강성은 확장기를 보다 더 편리하게 만들고 사용자에 의해 용이하게 제거될 수 있도록 감소될 수 있다. 상기 강성은, 필요 시에 재료의 부분들을 제거하거나 또는 얇게 만들기(thin out) 위해 레이저 커팅(laser cutting), 워터 젯 커팅(water jet cutting), 초음파 커팅(ultrasonic cutting), 전자 빔 커팅(electron beam cutting), 기계적 연마(mechanical abrasion) 및 이와 유사한 것과 같은 다양한 기술을 사용하여 감소될 수 있다.
본 발명의 비 확장기는 위에서 기술된 바와 같이 추가적인 구성요소 또는 구성요소들을 포함할 수 있다. 추가적인 구성요소는 재료가 압출되기 전 또는 압출 후에 폴리머 재료 내에 일체 구성될 수 있다.
예를 들어, 압출 전에 또는 압출 후에, 확장기와 일체구성된 멘톨향 전달 시스템을 가진 홈형 비 확장기를 제공함으로써, 본 발명에 따라 멘톨처리된(mentholated) 비 확장기가 제조될 수 있다. 적절한 향료 또는 약제 전달 시스템의 예들은 미국특허 5,706,800호; 6,244,265호; 6,276,360호; 6,550,474호; 6,769,428호; 7,011,093호 및 7,013,889호에 기술되며, 이들은 각각 본 명세서에서 참조문헌으로 완전히 통합된다.
본 발명의 비 확장기는 비 확장기 밑에서 사용자의 코와 접촉하는 재료, 커버, 전체 또는 부분적인 접착제 공간(adhesive void), 릴리스 라이너 또는 백킹(backing) 및 이와 유사한 것과 같이 그 외의 다른 비 확장기들과 관련된 양태(feature)들 또는 요소들을 포함할 수 있다. 이러한 양태들과 요소들의 예들은 미국특허 5,476,091호; 5,533,499호; 5,533,503호; 5,549,103호; 5,611,333호; 5,653,224호 및 6,318,362호에 기술되며, 이들은 각각 본 명세서에서 참조문헌으로 완전히 통합된다.
비 확장기의 굴곡 강성(flexural stiffness) 계산
비 확장기의 굴곡 성질들을 최적화 시키기 위해서는 확장기에 가해지는 가변적인 하중들에 기초하여 계산되어야 한다. 비 확장기는 통상적으로 각각의 끝 부분 상에서 하부방향 하중(downward load)과 함께 중앙에서는 상부방향 하중(upward load)을 가진다. 각각의 끝 부분에서 대략 45°정도 휘기 때문에, 빔 해석(beam analysis)에 일반적으로 사용되는 방정식은 유의하여 사용되어야 한다.
여기서 하중은 수직방향에서는 연속적으로 작용하지 않으나 횡방향에서 더 우세하게(predominantly) 유지되기 때문에, 확장기를 모델화하기 위하여 통상적인 빔 방정식(beam equation)들을 사용하여 시작할 수 있다. 이 경우 큰 굴곡 변형율(flexural strain)에서 기계적 설계 주안점은 재료 성질들과 그에 따른 축방향 하중의 효과들에 있게 된다. 상기 축방향 압축은 상부에서 인장하중을 다소 감소시킬 것이며 하중 하의 확장기의 하부 섬유들에서 압축하중을 증가시킬 것이다.
분포하중 보다는 집중하중을 가진 빔으로서의 확장기 모델링(modeling)은 특정 디플렉션(deflection) 각도에서 필요한 전체적인 힘의 크기와 디플렉션의 기하학적 형상 모두에서 오차를 발생시킬 것이다. 예를 들어, 칸틸레버 빔의 끝 부분에서 점하중으로서의 전체적인 힘과 빔을 따라 균일하게 분포된 하중을 비교해 보면, 중앙에서 지지부(support)로부터의 거리에 대한 함수로서, 곡률은 상기 점하중의 3승(third power)이 되고 상기 분포하중의 4승(fourth power)이 된다. 점하중의 끝 부분에서의 디플렉션은 분포하중에서보다 대략 2.7배 더 작다.
방정식들이 확장기의 끝 부분들의 큰 디플렉션에 대해서는 일반적으로 유효하지 않지만, 종래 기술의 해당 업계 종사자는 실질적인 하중 및 디플렉션과 하중 모델링(load modeling)과의 상관관계를 이해할 것이다. 이 하중 모델링과 이에 관련된 하중 시험 방법은 본 발명의 홈형 비 확장기의 요구되는 가요성을 결정하기 위한 수단으로 제공될 수 있다.
하중의 위치에 추가하여, 비 확장기와 같은 빔의 디플렉션은 일반적으로 4개의 변수들 즉 하중의 크기, 빔의 횡단면, 재료의 탄성계수 및 빔의 거리 또는 빔을 따른 거리에 관련된다.
따라서 빔 상에서 한 지점에서의 디플렉션은 일반적으로 다음과 같은 방정식으로 특징지어 진다.
빔 상의 디플렉션=(하중)*(측정된 횡단면)*(측정된 탄성력)*(빔을 따라 측정된 위치)
이는 다음과 같이 y=P*(1/I)*(1/E)*(x의 함수)로 나타나며, 여기서 P는 힘, I는 빔 횡단면의 관성 모멘트(2차 모멘트), E는 탄성계수 그리고 x는 지지부로부터의 거리이며, 하중의 기하학적 형상/하중 분포는 특정 x의 함수를 결정한다.
일단 확장기의 형상이 정해지고 나면, 재료 성질인 E와 I의 기하학적값은 "EI"(강성) 또는 "1/(EI)"(가요성)으로 조합될 수 있다. 그 뒤 다양한 하중 시나리 오가 측정될 수 있다.
(작은 디플렉션을 가진) 빔의 끝 부분에서 하중이 횡방향으로 작용되는 칸틸레버 빔에 대해서, x에서의 디플렉션 y=(Px2)(1/EI)[(1/6)(3L-x)]가 되며, 여기서 L은 빔의 길이이다.
끝 부분(x=L)에서, 최대 디플렉션 ymax=(P)(1/EI)[(1/3)L3]가 된다.
참고로, 강성(stiffness)=(1/12)(Fm*T3) 또는 EI=(1/12)(Fm*T3)이다.
빔 횡단면의 기하학적 형상이 가변될 경우 EI 값이 변경될 것이다. 실질적으로, 위의 방정식은 I=(1/12)*b*h3일 때 직사각형의 단순빔(simple beam) 횡단면으로부터 유도되며, 여기서 b는 직사각형 횡단면의 횡단면 베이스이고 h는 상기 횡단면의 높이이다.
위의 방정식 [강성=(1/12)(Fm*T3)]에서, Fm은 실질적으로 (E*b)이며 T는 h가 된다.
빔 위의 하중 계산
다음의 방정식들은 빔 위에서 점하중 또는 집중하중 및 빔 위의 분포하중의 계산법을 기술한다. 앞서 논의한 바와 같이, 어떠한 접근방법도 비 확장기 상의 실질적인 하중을 완전히 나타내지는 못하지만, 종래 기술의 해당 업계 종사자는 이러 한 접근방법들에 기초한 모델들이 본 발명의 홈형 비 확장기의 요구되는 가요성을 결정하는 데 유용할 것임을 이해할 것이다. 도 14는 점하중을 계산하는데 사용되는 변수 x, y, L, P1 및 P2를 예시하는 다이어그램이다. 도 15는 분포하중을 계산하는데 사용되는 변수 x, y, L, w 1 및 w 2를 예시하는 다이어그램이다.
점하중(P) 계산
분포하중(
w
) 계산
관성모멘트(2차 모멘트, I) 계산
홈형 비 확장기의 횡단면은 직사각형의 단순빔이 아니다. 설계 동안의 변수들은 I값을 현저하게 변화시킬 수 있으며 이에 따라 빔의 강성도 현저하게 변화시킬 수 있다.
특정 디자인의 전체 I값은 합성 횡단 영역의 센트로이드(centroid)를 통과하는 "중립축(neutral axis)"에 대해 계산된다. 센트로이드 위치는 각각의 디자인의 횡단면과 함께 가변될 것이다. 하기는 제품의 "베이스"로부터 중립축까지의 거리()에 대한 방정식을 보여준다. 또한 이 거리를 이용하여 실제 I값을 결정하기 위한 방정식도 보여진다. 도 16은 관성모멘트를 계산하는데 사용되는 h 1 , h 2 , b, b 1 및 b 2 를 예시하는 다이어그램이다.
이 방정식들을 이용하여, 특정 개수의 홈들과 두께 또는 횡단면 영역을 가진 빔들의 예측된 강성을 계산하고 비교할 수 있다. 재료가 정의되면(defined), 합성/전체 I 값(또는 Itotal 값)을 비교하는 것이 충분할 것이다.
실시예 1
홈형 비 확장기의 횡단면 영역의 관성모멘트(2차 모멘트) 결정
위의 방정식들을 이용하여, 도 9a에 도시된 비 확장기 형상값들은 표 I에 나타난다.
표 I
46mm의 길이를 가진 비 확장기를 위한 목표 하중(loading goal)은 대략 27그램이다. 46mm의 길이를 가진 비 확장기 위에서 이를 구현하기 위한 비례적인 Itotal값은 대략 0.0171mm4이다.
표 II는 계산된 몇몇 값들을 보여준다. 첫번째 열은 영국식 단위로 0.0012인치의 리지 높이 및 0.0035인치의 베이스 또는 밸리 두께를 나타낸다. 두번째 열은 폭이 33%로부터 30%로 시험적으로 감소되는(trial reduction) 홈을 나타낸다. 대신 세번째 열은 리지 높이가 0.012인치로부터 0.0105인치로 감소되는 것을 나타낸다. 이 중 어떠한 것도 0.171mm4에 근접한 Itotal을 야기하지 않기 때문에, 둘다 변경되어 0.0173in4의 Itotal값이 된다. 상기 Itotal 값으로 46mm의 길이를 가진 비 확장기 상에서 예측된 비례하중(proportional load)은 대략 27.2그램이 된다.
표 II
요구되는 I값을 구현할 수 있는 다수의 형상(b와 h의 형상들)들이 있다. 이는 그 외의 다른 디자인과 프로세싱 기준을 충족시키는 형상을 찾기 위한 반복적 접근의 한 예이다.
도 9a에 도시된 본 발명의 실시예에서, 전체 두께=R0+Ri가 되며 여기서 R0은 홈의 베이스 또는 밸리의 두께이고 Ri는 홈의 리지의 두께이다. 밸리 폭(valley width)은 이 실시예에서 리지의 폭의 대략 절반이 되도록 정의된다. 비 확장기의 강성은 R0에 관련된 구성요소와 Ri에 관련된 구성요소의 합이 될 것이다. 베이스 또는 밸리 폭은 브래킷의 상승 부분(lifting portion)의 전체 폭으로서 간단히 정의될 수 있다.
바람직하게, 이 방법론을 이용하여, 폴리머 재료로서 350,000의 초기 굴곡탄성계수를 가진 PETG를 사용하여 적절한 비 확장기가 제조될 수 있다고 밝혀졌다.
폴리머 재료는, 도 6a에 도시된 바와 같이 대략 25피트/분의 비율에서, 압축된 닙 롤러 하에서 대략 400℉의 온도에서 압출될 수 있으며, 그 뒤 도 6b에 도시된 바와 같이 25피트/분의 비율에서 압축된 닙 롤러를 통해 대략 180℉ 내지 215℉ 범위의 온도에서 릴리스 층과 접착 재료와 함께 레미네이트될 수 있다(laminated). 레미네이트된 재료가 압출기로부터 배출된 뒤, 이 재료는 요구되는 크기와 형태를 가진 비 확장기를 형성하기 위해 레이저 커팅과 같은 추가적인 프로세싱을 거칠 수 있다.
바람직하게, 접착 재료는 재료의 홈이 파진 표면에 제공되며 이에 따라 접착제는 각각의 홈 내에 제공될 수 있다. 한 실시예에서, 접착제는 홈을 부분적으로 또는 실질적으로 채우기 위해 제공된다. 또 다른 실시예에서, 접착제는 오직 홈의 최상측 부분들에만 제공된다.
본 명세서에서 기술된 바와 같이, 아크릴레이트계 접착제 또는 하이드로콜로이드 접착제와 같은 임의의 적절한 접착 재료가 사용될 수 있다. 제공된 접착 재료의 양은 사용된 접착 재료 또는 재료들의 타입과 홈의 치수들에 기초하여 가변될 것이다. 예를 들어, 본 발명의 비 확장기의 한 실시예에서, 각각의 홈은 고무계 접착제와 같이 대략 10mil 두께의 층을 가진 접착제로 채워진다.
바람직하게, 도 9a-9c에 도시된 것과 같이 중앙 개구가 없는 비 확장기에 대해서, 비 확장기의 길이는 대략 35mm 내지 대략 60mm가 될 수 있으며, 폭은 대략 10mm 내지 대략 25mm 범위가 될 수 있고, 밸리 두께는 대략 3mil 내지 대략 10mil 사이에서 변할 수 있으며, 리지 두께는 대략 8mil 내지 대략 15mil가 될 수 있다. 선호적인 한 실시예에서, 리지 두께는 대략 14mil이었으며, 밸리 두께는 대략 3.5mil이었고, 밸리 두께와 리지의 전체 두께의 합은 대략 17.5mil이었다.
도 11에 도시된 비 확장기와 같은 2개의 상승 브래킷(lifting bracket)들과 중앙 개구를 가진 비 확장기에 대해서, 길이는 대략 40mm 내지 대략 55mm가 될 수 있으며 폭은 대략 25mm 내지 30mm 범위가 될 수 있고, 리지와 밸리 두께는 위에서 기술된 두께 범위와 동일하다.
앞서 논의된 바와 같이, 밸리 폭은 리지 폭의 대략 절반이 되는 것이 바람직하다. 선호적인 한 실시예에서, 리지 폭과 밸리 폭은 각각 대략 0.5mm 내지 대략 1.0mm 범위가 되지만, 이 값들은 사용되는 재료 및 압출된 재료의 요구되는 강성에 부분적으로 기초하여 가변될 수 있다. 또한 리지 폭에 대한 밸리 폭의 비율도 사용되는 재료 및 압출된 재료의 요구되는 강성에 부분적으로 기초하여 가변될 수 있 다.
비 확장기를 위한 홈형 및 레미네이트된 재료(laminated material)는 요구되는 크기와 형태를 가진 비 확장기를 제공하기 위해 레이저 커팅될 수 있다. 추가적으로, 절단된 재료의 에지들은 사용시에 편안함과 용이성을 증가시키기 위해 추가적으로 프로세싱될 수 있다. 바람직하게, 에지들의 강성은 재료의 중앙 부분들에 비해 대략 85%만큼 감소된다. 선호적인 한 실시예에서, 에지들은 두께에 있어서 14mil로부터 4mil로 감소된다. 선호적인 또 다른 실시예에서, 에지들은 두께에 있어서 대략 2mil 내지 3mil로 감소된다.
위에서 기술된 바와 같이 제조된 비 확장기의 크기, 형태 및 강성은 요구되는 시간 기간동안 비강의 조직들을 편안하게 상승시기키에 적합하였다.
본 발명에 따라 제조된 비 확장기의 또 다른 실시예에서, 접착 재료를 각각의 홈 내에 매립하는 대신, 접착제의 얇은 층이 홈의 하나 또는 그 이상의 리지들의 최상측 부분에 제공된다. 예를 들어, 하나 또는 그 이상의 리지들은 아크릴레이트 접착제와 같이 대략 0.5mil 두께의 층을 가진 접착제로 코팅될 수 있다.
비 확장기의 상기 실시예에서, 오직 리지 또는 리지들의 최상측 부분만이 사용자의 피부와 접촉하고 사용자의 피부에 부착되기 때문에, 사용자의 피부와 홈 사이에 부분적으로 또는 실질적으로 개방된 채널이 생길 것이며, 이 개방 채널은 종방향으로 확장기의 한 끝 부분으로부터 다른 끝 부분으로 혹은 확장기의 한 끝 부분으로부터 확장기의 길이를 따라 또 다른 위치로 형성된다. 대안으로 복수의 채널들이 사용자의 피부와 접촉하는 비 확장기의 표면에 "딤플링(dimpling)"을 형성하 기 위하여 종횡으로 배열될 수 있다. 이 접착제는 종횡으로 배열된 채널들에 의해 생성된 리지 이음부(ridge junction) 또는 최상측 부분의 "아일랜드(island)"에만 제공된다.
채널 또는 복수의 채널들에 따라 물, 공기, 오일 또는 땀과 같은 가스, 유체 또는 액체가 비 확장기 밑에서 채널 내로 유입되거나 또는 수집된다. 따라서 채널들로부터 축적된 체수분을 증발시킴으로써 혹은 사용자의 피부로부터 분비된 오일이 피부 표면으로부터 빠져나와 축적될 수 있는 저장소(reservoir)를 제공함으로써, 비 확장기를 착용할 때 채널 또는 채널들은 사용자에게 편안감을 증가시킬 수 있다.
사용자가 비 확장기를 제거하기 위해 사용자의 얼굴에 물을 묻힐 때 물이 채널 또는 채널들로 유입됨으로써, 상기 채널 또는 채널들은 추가적으로 또는 대안으로 비 확장기가 더 용이하게 제거되게 만들 수 있다. 물이 비 확장기 밑의 채널 내의 공간 내로 유입될 때, 그 뒤 공기가 채널 또는 채널들의 위치에 의해 결정되는 바와 같이 확장기 밑으로부터 임의의 방향으로 빠져나갈 수 있다. 채널 또는 채널들은 물과 접촉하도록 배열될 수 있는 비 확장기 밑의 표면적을 증가시킴으로써 이에 따라 사용자의 피부와 접촉하는 접착제를 더 많이 비활성화(deactivating) 시킴으로써, 비 확장기를 용이하게 제거할 수 있도록 도와준다.
패키징 재료(Packaging Material)
위에서 기술한 바와 같이, 본 발명은 개선된 취급 성질(handling property) 들을 가진 패키징 재료들을 제조하도록 사용될 수 있다. 구체적으로, 놀랍게도, 본 명세서에 기술된 홈형 재료를 사용함으로써, 양쪽으로 절단하기 위해 거의 힘이 들 필요가 없는 패키지 개방 영역들이 생성될 수 있으며, 이 패키지 개방 영역들은 PVC 클램셸(clamshell) 패키징과 같이 통상적으로 플라스틱 패키징과 관련된 것처럼 날카롭거나 또는 비정상적인 에지들을 가지지 않는 것으로 밝혀졌다. 한 실시예에서, 본 발명의 홈형 재료를 사용함으로써 패키지를 개방하는데 필요한 힘을 대략 98%만큼 감소시킬 수 있다.
필요한 수지의 양은 패키징과 같이 홈형 재료를 사용함으로써 감소될 수 있고, 몇몇 경우에서는 대략 15% 내지 20%만큼 감소되며 이에 따라 패키징의 환경에 대한 영향(environmental impact)과 비용이 줄어들게 된다. 놀랍게도 홈형 재료는 홈이 파지지 않은 형태(ungrooved form)에서 동일한 재료와 비교할 때 압축 하에서는 무딘 힘 저항력(blunt force resistance)이 감소되는 것을 나타내지 않는다. 홈형 재료는 홈이 파지지 않은 재료와 비교할 때 홈을 가로질러 절단되는 데 대한 재료의 저항력을 유지하지만, 홈을 따라 컷 또는 노치를 시작함으로써, 상기 홈형 재료는 도 17에 도시된 바와 같이 안전하고 용이하게 양쪽으로 절단될 수 있다.
또한 홈형 재료는 개선된 가요성 영역들을 제공할 수 있으며 이에 따라 박스 또는 그 외의 다른 형태로 굽어지도록 적절하게 만들 수 있다.
정사각형 홈보다 "V"자형 홈과 같이 홈의 횡단면 외형을 가변시킴으로써, 홈형 재료는 "투명한 플라스틱" 패키징 재료에 비교할만한 가시적으로 보다 매력적으로 제조될 수 있다. 게다가, 재료의 불투명도(opacity)를 감소시켜 보다 투명하게 만들도록 홈 내의 액시드 에치 매트 마감질(acid etch matte finish)를 감소시키기 위하여 에칭된 롤러 채널을 폴리싱하는 것도 가능하다.
홈형 재료에서 채널 또는 밸리는 유체 또는 가스를 패키지 내로 또는 패키지로부터 혹은 채널의 한 끝 부분으로부터 다른 끝부분으로 이송하도록 사용될 수 있다.
홈형 재료는 더 큰 강체성질(rigidity)을 위해 플루트형 플라스틱 "판지-유사" 재료(fluted plastic cardboard-like material)를 생성하기 위해 2차 필름(second film)으로 덮혀질 수 있다. 끝 부분이 개방된 주름진 플루트형 플라스틱(open-ended fluted corrugated plastic)은 먼지가 쌓이거나 또는 바람직하지 못한 생물학적 재료의 가능성으로 인해 의료 또는 농업 분야에 쉽사리 사용되지 않아 왔다. 본 발명은 반복적 디자인으로 또는 무작위로 재료의 웹 내에 횡단방향의 닫힌 브래킷(closed bracket)을 각인(imprint)시키도록 사용될 수 있다. 재료의 플루트형 끝 부분을 밀폐시킴으로써 이에 따라 먼지 또는 생물학적 오염 가능성을 제거시킴으로써, 상기 닫힌 브래킷의 기능이 수행된다.
의료용 용도
위에 기술된 의료용 패키징 분야에 추가하여, 본 발명의 홈형 재료는 캐스트(cast) 또는 스플린트(splint) 내에서 지지 재료(supportive material)로서 사용될 수 있다. 홈형 재료는 끝단(extremity) 주위에서 말릴 수 있으며(rolled) 그 뒤 금이 그어지고(scored) 크기가 잘려질 수 있다(cut to size). 크기가 용이하게 잘 려질 수 있는 재료의 기능에 따라 부상, 긴급상황 또는 전장(battlefield) 상황에서 사용하기에 적절하게 만들 수 있다. 폴리부텐과 같은 점착제가 첨가될 수 있으며 이에 따라 재료가 다지트(digit) 또는 끝단에 걸쳐 다시 굴절(reflecting)된 뒤 그 자체에 및 그 자체 상에 부착되게 만들 수 있다. 홈에 의해 생성된 채널 또는 채널들에 따라 물, 혈액, 오일 또는 땀과 같은 유체 혹은 액체, 가스가 착용자의 피부와 접촉하는 홈형 재료 밑에서부터 또는 홈형 재료 내로 전달될 수 있다.
건설 재료(construction material)
본 발명의 홈형 재료는 플로어링(flooring)과 같은 건설 재료 또는 봉쇄목적용 시팅 재료(sheeting material)를 제조하도록 사용될 수 있다.
본 발명에 따라 제조될 수 있는 특정 타입의 플로어링의 한 예는 리놀륨 플로어링(linoleum flooring)이다. 홈은 재료 내에서 (위에서 언급한 바와 같이) 플루트(flute) 내에 형성될 수 있으며 플로어링을 가열하거나 또는 냉각시키기 위하여 따뜻한 액체 또는 가스가 통과하는 것을 촉진시킬 수 있다.
현재 봉쇄용 시팅(containment sheeting)은 현장에서 적절하게 배치시키고 크기를 결정하는 데 있어서 취급하기가 매우 어렵다. 본 발명의 홈형 재료에 따라, 벽 또는 플로어와 같은 표면을 따라 재료를 원하는 크기로 펴고(unrolling) 그 뒤 홈을 따라 재료에 금을 긋고 재료를 절단할 수 있다.
홈형 재료는 재료의 사용을 촉진시키기 위한 수준의 점착력 또는 부착력을 재료에 제공하기 위해 폴리부텐 또는 이와 유사한 접착제를 포함할 수 있다.
항진균 또는 안티-스포어(anti-spore) 처리 화합물들과 같은 항균제들이 수분 손실을 제어할 필요가 있는 상황들에서 사용하기 위하여 재료의 웹(web)에 첨가될 수 있다. 그 외의 다른 분야에서는, 지시된 "클린룸(clean room)"을 설치하거나 또는 봉쇄하기 위해 홈형 재료가 사용된다.
임시 수용소 또는 영구적 구조물의 일부분과 같이 벌레들이 들끓는 지역에 사용하기 위해 방충제가 재료에 첨가될 수 있다. 이에 대한 예로서 DEET, 퍼메트린(Permethrin) 또는 피카리딘(Picaridin)이 포함된다.
전술한 예들과 실시예들이 다양한 양태들과 분야들에 대해 기술하고 있으나, 이들이 본 발명의 범위를 제한하려는 의도는 아니며, 본 발명의 범위는 하기 청구항들에서 기술된다.
Claims (24)
- 요구되는 횡단면 형태를 가진 홈을 재료에 제공하기 위한 단계를 포함하는, 재료의 굴곡 성질들을 변경(modifying)하기 위한 방법.
- 제 1항에 있어서,복수의 홈들이 재료에 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서,재료를 압출시킴으로써 홈이 재료에 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서,재료는 초기 굴곡탄성계수를 가지며, 홈을 재료에 제공하는 단계는 재료의 단축 또는 다축 강성(stiffness)을 변경시키는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항의 방법으로 제조된 홈형 재료(grooved material).
- 재료의 제 1 표면 상에서 그리고 제 1 방향을 따라 홈을 포함하는, 요구되는 강성을 가진 재료.
- 제 6항에 있어서,재료의 제 1 방향을 따라 복수의 홈들을 포함하는 것을 특징으로 하는 재료.
- 제 6항에 있어서,재료의 제 2 표면 상에서 제 1 방향을 따라 홈을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 재료.
- 제 6항에 있어서,재료의 제 2 표면 상에서 제 2 방향을 따라 홈을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 재료.
- 제 6항에 있어서,홈은 리지(ridge)와 밸리(valley)를 포함하는 것을 특징으로 하는 재료.
- 제 6항의 재료를 포함하는 비 확장기(nasal dilator).
- 제 11항에 있어서,재료의 제 1 표면 상에 연결 수단(engagement means)을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 비 확장기.
- 제 11항에 있어서,재료는 비강을 상승시키기에 충분한 강성을 가지는 것을 특징으로 하는 비 확장기.
- 제 11항에 있어서,재료의 제 1 표면이 환자의 피부와 연결(engage)될 때 홈은 채널을 형성하며, 상기 채널은 비 확장기에 의해 덮혀진 피부 영역으로부터 또는 상기 피부 영역으로 물질을 전달할 수 있고, 상기 물질은 액체, 유체, 가스, 오일 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 비 확장기.
- 제 11항에 있어서,비 확장기는 재료 내에 복수의 홈들을 포함하며, 각각의 홈은 리지와 밸리를 포함하는 것을 특징으로 하는 비 확장기.
- 제 15항에 있어서,복수의 홈들의 제 1 리지는 복수의 홈들의 제 2 리지의 두께와 동일한 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 비 확장기.
- 제 15항에 있어서,복수의 홈들의 제 1 리지는 복수의 홈들의 제 2 리지의 두께와 서로 다른 두 께를 가지는 것을 특징으로 하는 비 확장기.
- 제 15항에 있어서,리지는 대략 8mil 내지 대략 15mil 사이의 두께를 가지며, 밸리는 대략 3mil 내지 대략 10mil 사이의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 비 확장기.
- 제 6항의 재료를 포함하는 의료 보조 장치(medical support device).
- 제 19항에 있어서,재료의 제 1 표면이 환자의 피부와 연결될 때 홈은 채널을 형성하며, 상기 채널은 의료 보조 장치에 의해 덮혀진 피부 영역으로부터 또는 상기 피부 영역으로 물질을 전달할 수 있고, 상기 물질은 액체, 유체, 가스, 오일 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 의료 보조 장치.
- 제 6항의 재료를 포함하는 플로어링 제품(flooring product).
- 제 6항의 재료를 포함하는 건설용 시팅 제품(construction sheeting product).
- 제 6항의 재료를 포함하는 패키징 제품(packaging product).
- 제 23항에 있어서,재료는 홈의 길이를 따라 제 1 방향으로 분리될 수 있는 것을 특징으로 하는 패키징 제품.
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