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発明の名称 ポリマ一体ネット
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平11−105133
公開日 平成11年(1999)4月20日
出願番号 特願平10−173768
出願日 平成10年(1998)5月18日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹 (外6名)
発明者 ジョン ビー. ロナン / デイヴィッド イー. ニューマン / スコット ディー. ホプキンス / ジェフリー ビー. バーンズ
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 2つの対向する面を有するポリマ(polymeric)材料の格子(lattice)と、前記ネットの一方の面から他方の面に貫通する(traversing)少なくとも1つの穴とを含むことを特徴とする不織(nonwoven)、非押出(nonxtruded)、単層の一体ネット。
【請求項2】 前記ポリマ材料が熱可塑性材料である請求項1記載のネット。
【請求項3】 前記熱可塑性材料がフルオロポリマーである請求項2記載のネット。
【請求項4】 前記ポリマ材料はポリテトラフルオロエチレン−コ−ペルフルオロ(アルキルビニルエーテル)である請求項1記載のネット。
【請求項5】 前記ポリマ材料が超高分子量ポリエチレンである請求項1記載のネット。
【請求項6】 前記ポリマ材料がポリテトラフルオロエチレンである請求項1記載のネット。
【請求項7】 実質的に前記ポリマ材料から構成される(consists essentially of)請求項1から6のいずれかに記載のネット。
【請求項8】 前記格子の1つの面が、前記格子の表面に入る点頭の窪み(punctate depressions)を含む請求項1から7のいずれかに記載のネット。
【請求項9】 窪みが前記ネットの2つの隣接する穴の間に溝(furrow)を形成する請求項8記載のネット。
【請求項10】 ハウジングと、プロセス流体(process fluid)を前記ハウジングの内部に導くように配置されたプロセス流体入口と、透過物(permeate)を前記ハウジングから導くように配置された透過物出口と、前記ハウジングの内部に配置され、請求項1〜9のいずれかに記載の前記ネットを含み、該ネットの一方の面が前記プロセス流体入口と連通(communicateswith)し、前記ネットのもう一方の面が前記透過物出口と連通しているネットと、を含む濾過装置。
【請求項11】 前記プロセス流体を請求項1〜9のいずれかに記載の前記ネットに通すことを含む、粒状物質(particulate matter)をプロセス流体から分離する方法。
【請求項12】 1つ以上の凹部(indentations)を含む表面を有するポリマ材料のエンボス加工ビレットからエンボス加工シートを製造する方法であって、該方法は、前記ビレットを削ることによって、格子を含むエンボス加工シートを前記ビレットから分離する(removed)エンボス加工シートの製造方法。
【請求項13】 前記ポリマ材料が、ポリテトラフルオロエチレン−コ−ペルフルオロ(アルキルビニルエーテル)、超高分子量ポリエチレン、またはポリテトラフルオロエチレンである請求項12記載のエンボス加工シートの製造方法。
【請求項14】 前記ビレットが、実質的に前記ポリマ材料から構成される(consists essentially of)請求項12または13に記載のエンボス加工シートの製造方法。
【請求項15】 さらに、前記ポリマ材料の前記エンボス加工シートを熱処理することを含む、請求項12〜14のいずれかに記載のエンボス加工シートの製造方法。
【請求項16】 さらに、前記エンボス加工シートの表面を親水性にすることを含む請求項12〜15のいずれかに記載のエンボス加工シートの製造方法。
【請求項17】 さらに、前記エンボス加工シートを第2のエンボス・ツールに接触させて、点頭の窪みを前記エンボス加工シートの表面にインプリントする請求項12〜16のいずれかに記載のエンボス加工シートの製造方法。
【請求項18】 前記点頭の窪みが、前記エンボス加工シートの2つの隣接する凹部の間の溝(furrows)である請求項17記載のエンボス加工シートの製造方法。
【請求項19】 前記凹部が、エンボス・ツールの1つ以上の突起を前記ポリマ材料の表面に刻印することによって形成される請求項12〜18のいずれかに記載のエンボス加工シートの製造方法。
【請求項20】 さらに、前記ビレットを前記エンボス・ツールに接触させる前に、前記表面または前記ビレットを加熱する請求項12〜19のいずれかに記載のエンボス加工シート製造方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ポリマ(polymeric)材料の一体(integral)ネット、およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ポリマネットまたはウェブは、ポリマ材料から構成されるシート状有窓(fenestrate)構造である。ポリマネットは、電子工学から医療(medical care)までにわたる多種多様な用途において有用であるため、このようなネットは商業上重要な材料である。これらのネットはそのエンジニアリングの方法に依存して、異なる品質を有することができる。例えば、このようなネットは、種々のポリマから形成され(fashioned)、種々の大きさおよび形状の孔を有し、殆どいかなる所望の厚さにもなることができる。
【0003】多くの用途において、ネット格子(lattice)の完全性(integrity)が傷つくのを防ぐため、またはネットに接触している材料への影響を回避するため、ネットは比較的不活性な物質から形成されることが望ましい。多くのポリマは大部分の化学物質に対して非常に耐性が強いので、これらの用途に採用されるネットとして、ポリマは魅力的な選択肢である。実際、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフルオロポリマーは、最も化学的に不活性な材料の一部として分類される。このため、フルオロポリマーのネットは、ネットをバッテリ、濾過装置等の内部の等の過酷な状況にさらす用途において、非常に有用である。
【0004】他の用途では、最少量の抽出可能な材料を含むネットを形成するのが望ましい。その理由は、このような物質はポリマ格子の物理的/化学的特性に影響を及ぼし、このため、ネットに接触している汚染物質だけでなく、ネットの物理的/化学的特性にも影響を及ぼす可能性があるからである。反応性抽出可能材料を含むネットは、該抽出可能材料がネットから除去されるにつれて、変化ないし劣化する。多分より重要なことには、他の用途、例えば、ネットを濾過材または支持要素として用いる濾過装置の場合、ネット格子中の抽出可能材料の存在は、濾過物(filtrate)の最終的な品質に悪影響を及ぼす。顕著には、抽出可能材料がネット格子から浸出する(leached from)可能性があり、そのため、濾過物および/または濾過された材料(filtered material)を汚染する可能性がある。
【0005】また、多くの場合、非常に薄いポリマネット、および非常に小さく規則的な形状の穴(holes)ないし孔(pores)を有するネットを持つことが望ましい。このようなネットは、濾過装置、特に、非常に小さい粒子(例えば、微生物)を流体から除去する限外濾過装置に有用である。さらに、非常に薄いネットは、濾過時のフィルタを横切る(across)差圧を最小限に抑えるため、ある種の濾過(例えば、動的またはクロスフロー(crossflow)濾過)の効率を向上させる。
【0006】典型的には、多くのタイプのポリマネットは、押出、製織(weaving)、編成(knitting)、または、ポリマ材料シートに穴またはスリットを打ち抜くことによって製造される。特に、非常に小さく均一な穴が必要な場合や非常に薄いネットの場合、これら多くのプロセスで形成されるネットの穴ないし孔の大きさおよび形状を調整することは非常に困難であり、且つコストがかかる。さらに、一般に採用されている多くのネット製造プロセス、特に、押出プロセスは、多量の抽出可能材料(例えば、金属、樹脂等)をポリマ格子に導入しがちである。
【0007】このため、抽出可能材料が実質的に無いネット、および孔の大きさと形状が実質的に均一な非常に薄いネットのニーズがある。本発明は、このようなポリマネット、およびその製造方法を提供する。本発明のこれらおよび他の利点は、本発明の別の特徴とともに、本明細書に記載の発明の説明から明らかになるであろう。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、一体(integral)ネットの一方の面から他方の面に貫通する(traversing)孔によって規定されたポリマ材料の格子を有する一体ネットを提供する。また、本発明は、複数の突起を有するエンボス(embossing)道具にポリマ材料のビレット(billet)を接触させ、該エンボス・ツールがビレットに所定の深さの凹部(indentations)をつけた後、エンボス加工(embossed)ビレットを削る(skiving)ことによって、ポリマ材料のエンボス加工シートを製造する方法を提供する。この方法によって、ポリマ材料のエンボス加工シートはビレットから剥離され、このエンボス加工シートは上記した一体ネットになりうる。
【0009】本発明は、医療用装置または医療用品、ガス交換装置または酸素化(oxygenator)装置、電子装置等のネットまたは繊維を利用する用途、分離の用途、または、ポリマネットまたは繊維の使用を許容する他の用途に有用である。
【0010】本発明は、添付図面を参照するとともに、以下の好適な実施の形態の詳細な説明において最も良く理解される。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明は、穴ないし孔によって規定されたポリマ材料の格子を有する、不織(nonwoven)・非押出(nonextruded)の一体網状(reticulate)ネット(例えば、単層ネット)を提供する。ここで用いるものとして、ネットは、シートの一方の表面から他方の表面に貫通する孔を有する有窓シートであれば何でも良い。抽出可能材料(例えば、金属、樹脂等)のネット格子中の存在を最小限に抑えるため、一体ネットは非押出であることが好ましい。また、延伸は格子構造にばらつき(variation)を生じる可能性があるため、ネットは延伸されていないことが好ましい。
【0012】ネットは(例えば、未使用(virgin)、再生(reprocessed)、再利用(recycled)等の)如何なる適切なポリマ材料を含むことも可能である。好ましくは、一体ネットは熱可塑性ポリマー等のポリマ材料を含み、ポリマネットはフィラー材料(例えば、ガラスフィラー、炭素フィラー、無機フィラー、または、他の適当なフィラー)を含むことができる。多くの用途では、一体ネットは、優れた耐薬品性および剥離性(skivability)を示すポリマ材料、例えば、フルオロポリマー、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、または、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)から構成される。適当なフルオロポリマーの例は、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン−コ−(co)−エチレン(E/CTFEポリマー)、ポリテトラフルオロエチレン−コ−ヘキサフルオロプロピレン(FEP)、ポリテトラフルオロエチレン−コ−ペルフルオロ(アルキルビニルエーテル)(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン−コ−エチレン(E/TFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、およびフッ化ビニリデンのコポリマーである。ポリマは、PTFE、PFA、またはUHMWPEが最も好ましい。さらに、ポリマの性質に関わらず、本発明に係る一体ネットは、汚染物(例えば、抽出可能材料)が実質的に無いことが好ましく、例えば、一体ネットは本質的にポリマ材料から構成される(consisting essentially of)ことが好ましい。例えば、ネットは、約500(part per million;ppm)未満の抽出可能材料、例えば、約100ppm未満または50ppmの抽出可能材料(例えば、約10ppm未満の抽出可能材料)、約1ppm未満の抽出可能材料を含み、また、ネットは約10(part per billion;ppb)未満の金属抽出可能材料(例えば、約1ppbの金属抽出可能材料)を含むのがより好ましい。本発明に係る一体ネット全体が、所望のポリマから構成されるのが最も好ましい。このため、本発明の好適な一体ネットは実際上化学的に不活性になりうるので、一体ネットの格子の構造的完全性(integrity)は非常に強い工業溶媒に長時間接触していても維持され、一体ネットの格子から一体ネットに接触している流体内に浸出する材料は実質的に無い。しかしながら、他の用途(例えば、外科用製品、生分解性包装等として用いる場合)において、ポリマ材料は反応性材料であることが好ましい。
【0013】本発明のポリマ一体ネットは如何なる適当な手段によっても構成することができる。一体ネットは、親水性でも疎水性でもよく、一体ネットは平滑面または粗面のいずれを有してもよく、一体ネットは他の材料(例えば、表面コーティング)でコートないし接合(conjugate)されていてもよい。
【0014】本発明の一体ネットは如何なる寸法(dimension)または形状も有することができるが、但し、一体ネットは有窓シート状構造である。このため、一体ネットは如何なる所望の大きさも有することができ、例えば、幅または長さが数m、幅または長さがわずか数cm、または、それより非常に小さいか又は大きい寸法でもよい。さらに、一体ネットは如何なる形状も取ることができるので、例えば、一体ネットは、長方形、正方形、円形、卵形、楕円形、多角形、不規則な形状、または、他の所望の形状でもよい。
【0015】本発明の一体ネットは如何なる適当な寸法であってもよいが、シート状構造である。このため、一体ネットの格子は、その長さおよび幅と比べて薄いのが好ましいが、一体ネットの格子は如何なる所望の厚さをも有することができる。例えば、格子の厚さは数μmでもよいが、より厚い格子の厚さは1mmないし数mm、または、それより厚くてもよい(例えば、1cm以上の厚さ)。したがって、格子の厚さは約1000μm以下(例えば、約1〜750μm)が望ましく、約500μm以下(例えば、約10〜500μm)が好ましく、約250μm以下(例えば、約50〜250μm)がより好ましく、約200μm以下(例えば、100〜200μm)が最も好ましい。もちろん、格子は、これらの寸法例より大幅に厚くても薄くてもよい。さらに、格子の厚さは異なっても均一でもよく(例えば、ある場所は他の場所より厚い)、異なる格子の厚さは傾斜(gradient)していても不規則でもよい。しかしながら、格子は全体にわたって略均一な厚さを有するのが好ましく、格子は実質的に均一な厚さを有するのが最も好ましい。
【0016】本発明は如何なる適当な形状、大きさおよび厚さも有する一体ネットを含むが(一体ネットがシート状である限り)、本発明の一体ネットは有窓状である。このため、本発明の一体ネットは、ネットの厚さの一方の面から他方の面に貫通する(traversing)1つ以上の穴ないし孔を有する。本発明の一体ネットはこのような孔を如何なる適当な数でも有することができるが、一体ネットはこのような孔を、少なくとも1つ有さなければならない。一体ネットは、その厚さを貫通する孔の配列(array)を有することが好ましく、その配列は規則的でも不規則でもよい。さらに、穴は如何なる寸法または大きさでもよい。例えば、穴の幅は、約数μmでもそれより大きくてもよく、例えば、約1mmまたはそれより大きい幅(例えば、約1cm以上)でもよい。さらに、一体ネットの穴の大きさは、かなり広範囲の幅にわたる複数サイズあってもよい。あるいは、穴の大きさは本発明の一体ネット全体にわたって略均一でもよい。本発明の一体ネット内の穴の正確な寸法は、一体ネットが供されるべき用途にしたがって変動してもよい。このため、例えば、非常に小さい穴(例えば、幅数μm)を有する一体ネットは、粒状物(particulate matter)を流体から分離する良好なフィルタを提供し、一方、より大きな穴(例えば、幅約1000μm未満、特に、幅500〜800μm)を有する一体ネットは、濾過装置に用いられる良好な支持手段を提供する。好適な一体ネットは、規則的なパターンに配列された略均一な形状のテーパ状の穴を有する。該パターンは列および行に配置され、各穴の周囲の格子の幅は実質的に均一であるのが好ましい。このような配置の一例は、図7に示されるダイヤモンド状の開口部を有するパターンである。
【0017】本発明に係る一体ネットは、図1(A)〜図1(C)に模式的に示されている。穴11によって、一体ネット12のポリマ格子13は網状構造を形成する。このため、一体ネット12はポリマ格子13を含むことが好ましく、その構造は、一体ネット12の一方の面から他方の面に貫通する穴11によって規定される。穴11の配置にしたがって、ポリマ格子13を規則的に配列(図1(B))しても、または不規則に配列(図1(C))してもよい。また、穴11の大きさにしたがって、ポリマ格子13は一体ネットの面積の大部分(majority)から構成されてもよいし、ポリマ格子13は一体ネットの面積のごく一部(minority)から構成されてもよい。
【0018】穴およびポリマ格子を有するとともに、一体ネットは別の要素を有することもできる。このため、一体ネットに(例えば、親水性または疎水性のコーティングを一体ネット表面に付与して)表面処理を施したり、表面の輪郭を形成する(surface-contoured)(例えば、流体力学を容易にする)ことも可能である。例えば、図7に示されるように、一体ネット71は、その格子72の片面(または対向する両面)に、点頭窪み(punctate depressions)74を有することができる。窪み74は、隣接する穴73の間に溝(furrows)または流路(channels)を形成することができる。しかしながら、他の用途の場合、ネット面は平滑な方が好ましい。もちろん、一体ネットは、異なる用途でのネットの使用を容易にするために、他の多くの追加的特徴を有することができる(例えば、一体ネットを電荷修正(charge modified)したり、片面または両面に接着剤をコートしたり、延伸する等ができる)。
【0019】本発明の一体ネットは、ポリマネットまたは繊維を許容する種々の用途、例えば、医療用装置または医療用品(例えば、包帯または縫合糸の材料)、ガス交換装置または酸素化装置、電子装置(例えば、バッテリの内部等の絶縁材)、分離の用途(例えば、濾過装置の内部のフィルタまたは支持手段)、ないし、その他の用途に有用である。このため、本発明は本発明の一体ネットを有する濾過装置を提供する。該濾過装置は、ハウジングと、プロセス流体をハウジングの内部に導くように配置されたプロセス流体入口と、透過物をハウジングから送るように配置された透過物出口と、ハウジングの内部に設けられ、本発明に係る一体ネットを含み、ネットの一方の面(すなわち、上流側面)がプロセス流体入口と連通(communicating)し、ネットのもう一方の面(すなわち、下流側面)が透過物出口と連通している少なくとも1つの分離要素とを含む。本発明は、さらに、このような濾過装置を用いて、物質(例えば、粒状物質)をプロセス流体から分離する方法を提供する。
【0020】一体ネットは適当な方法で製造することができるが、本発明は、このようなネットの好適な製造方法とともに他のエンボス加工シート(例えば、無窓シート)の好適な製造方法も提供する。本発明の方法にれば、図2に模式的に示されるように、エンボス加工シート26は、ビレット21から製造される。本方法は、エンボス・ツール22(ビレット21に1つ以上の凹部24を形成するための、突起23を有することが好ましい)と、削り取りを行い(すなわち、ビレット21を接線方向(tangentially)にスライスして)エンボス加工シート26を製造するためのブレード25とを用いることが好ましい。
【0021】図4(A)〜図4(B)に示されるように、この方法によって、ポリマ材料のパターン状エンボス加工シート42はビレット41から剥離(removed)され、エンボス加工シート42は、2つの面49a、49bおよびエンボス・パターン44を有することとなる。
【0022】本明細書(本明細書に添付の請求の範囲を含む)で用いるものとして、ビレットは、ブロック、インゴット、または、その形状または組成物に関わらずエンボス処理を行った後に削り取りを行うのに適した他の素材である。ビレットは、適当な手段、例えば、成形(being molded)または他の所望のポリマビレット形成手段によって形成することができる。抽出可能材料の存在を最小限に抑えるか、実質的に除去する方法によって、ビレットを形成することが最も好ましい。このため、本発明の方法に用いられる好適なビレットは、所望のポリマ材料からなる(consisting essentially of)実質的に純粋な素材(例えば、ビレットの殆どが所望のポリマから構成されている)であり、または、ビレット全体が所望のポリマから構成されている(consisting entirely of)。例えば、ビレットは、約500(ppm)未満の抽出可能材料、例えば、約100ppm未満または50ppmの抽出可能材料(例えば、約10ppm未満の抽出可能材料)、例えば、約1ppm未満の抽出可能材料を含み、また、より好ましくは、ビレットは約10ppb未満の金属抽出可能材料(例えば、約1ppb未満の金属抽出可能材料)を含むことがより好ましい。当然、ビレット形成の正確な手段はポリマ材料の性質にかなり依存し、このような手段は当該技術分野において周知である。ビレットは、本明細書の他の部分に記載の材料のように、(例えば、未使用、再生、再利用等の)適当なポリマ材料を含むことができる。好適なポリマ材料は削り取りが容易なものであり、また、ポリマ材料は、ポリマ材料のビレットを適当な装置でエンボス処理できるように充分に変形可能であることが望ましい。ビレットは実質的にPTFE、PFA、またはUHMWPEから構成されることが最も好ましい。
【0023】本発明の方法に用いられるポリマ材料のビレットは、如何なる適当な形状または寸法も有することができる。例えば、図2に示されるように、ビレット21は円筒でもよい。このようなビレット21は、ベタ(solid)でも、マンドレル27に位置決めするための凹凸があっても(recessed)よい。他の実施の形態において、ビレット31は中空状(図3(F))または平面状(図3(D)〜図3(E))でもよい。さらに、ビレットは他の所望の表面特性(すなわち、輪郭(contoured)、凹状(concave)、凸状(convex)等)を有することができる。さらに、ビレットが平面状の場合、ビレットは如何なる所望の形状をも有することができる。例えば、平面状ビレットの表面は、正方形、円形、卵形、楕円形、多角形等、または、不規則な形状でもよい。
【0024】図3(A)〜図3(G)に示されるように、本発明の方法では、まず、ビレット31にエンボス処理を行い、凹部34がビレット31の表面中に所定の深さまで押し込まれる。ビレット31にエンボス処理を行う如何なる手段も本発明の方法の範囲内である。このため、ビレット31は、例えば、パンチ、1つ以上のエンボス・ツール、他の適当な手段または装置を用いて、凹部34をビレット31に個々に刻印(impressing)して(すなわち、ビレット31の表面をリフォームして)形成された凹部34を有することができる。あるいは、(例えば、ドリルまたは他の装置を用いて、フォトエッチング、化学エッチング、または、他の適当な処理を介して)材料をビレット31から離して、凹部34を形成することができる。エンボス・ツール33を用いて、ビレット31にエンボス処理を行うことが好ましい。
【0025】本発明の方法に用いられるエンボス・ツール33は、凹部34をビレットに刻印するのに適した如何なるタイプであってもよい。エンボス・ツールのタイプは、種々のパラメータ、例えば、ビレット31の表面の輪郭、ポリマの種類およびポリマ・エンボス加工シート製品の所望の品質、等に依存する。適当なエンボス・ツール33の一例は、複数の突起32を有するダイ(例えば、金属製ダイ)である。図3(A)、図3(F)および図3(G)に示されるように、本発明の方法に使用されるためのエンボス・ツール33のいくつかは、回転式拍車(spur)型エンボス・ツール33であり、このエンボス・ツール33は軸回転し、一連の突起32をビレット31の表面に接触させる。図3(B)〜図3(C)に示されるように、他のタイプのエンボス・ツール33は、半径方向の突起32が内側に突起しているさや(sheath)型エンボス・ツール33である。図3(D)および図3(E)に示されるように、他のタイプのエンボス・ツール33は、突起32が一方の面から突出しているプレス型エンボス・ツール33である。図示のエンボス・ツールの他に、他種のエンボス・ツールを本発明の方法の範囲内で用いることができる。
【0026】エンボス処理は適当な技術によって行うことができ、エンボス技術の選択は、ビレット31およびエンボス・ツール33の特性によってかなり支配される。例えば、回転式拍車型エンボス・ツール33をビレット31に沿ってビレット31の表面に対して接線方向に移動させ、ビレットにエンボス処理を行うことができる(図3(A)および図3(G))。あるいは、ビレット31をさや型エンボス・ツール33に入れたり(図3(B)〜図3(C))、ビレット31をプレス型エンボス・ツール33に接触させたり(図3(D)〜図3(E))、中空ビレットの内面にエンボス処理を行ったり(図3(F))、または、他の適当な手段によって、ビレット31にエンボス処理を行うことができる。図3(A)に示されるように、円筒ビレット31は効率的にエンボスされながら、回転式拍車型エンボス・ツール33に対して(例えば、矢印aが示す方向に)軸回転し、このエンボス・ツール33は反対方向(例えば、矢印bが示す方向)に軸回転している。しかしながら、エンボス技術に関係なく、ここで説明したように、エンボス処理が、凹部34をビレット31の表面に導入する。
【0027】エンボス・ツール33は、ビレット31に接触するための突起32を有することが好ましい。突起32は所望の配列(例えば、パターンまたは不規則な配列)をエンボス・ツール33に形成することができる。突起32の間隔は規則的でも不規則でもよく、突起32の配列は所望の如何なる密度をも有することができる(例えば、約1/cm2〜約500/cm2、典型的には、約10/cm2〜約100/cm2)。エンボス・ツール33が回転式拍車型エンボス・ツール33の場合、突起32はエンボス・ツール32の長さに沿って不規則または線形の配列を形成することができ、あるいは、突起32は如何なる所望の角度の螺旋(helical)配列をも形成することができる(約5゜〜75゜、例えば、約15゜〜60゜ないし約30゜〜45゜の螺旋が典型的である)。例えば、図7に示されるようなダイヤモンド開口部を含むパターンを有するエンボス加工シートを形成するための回転式拍車型エンボス・ツールは、約45゜のスパイラル角に配置された突起を有し、突起の反対側は約90゜のねじ山の角度(included angle)を有する(すなわち、図5(A)に示される等の角度θは、約45゜である)。突起32の配置を変更することによって、本発明の方法は品質の異なるエンボス加工シートを製造することができる。
【0028】また、突起32は凹部34をビレット31中に刻印するのに適した寸法を有することができる。ポリマシートのインプレッションないし穴の大きさは(突起の侵入深さだけでなく)エンボス・ツールの突起32の幅にも関係するため、突起32の正確な寸法は、ポリマ・エンボス加工シート製品の所望の品質によって異なる。このため、非常に小さいインプレッションないし穴を有するエンボス加工シート(例えば、微細濾過が可能なポリマ一体ネット)を製造する場合、突起32は侵入レベル(level of penetration)での最大幅が約20μm未満であり、例えば、突起32の侵入レベルでの幅は約10μm未満(例えば、約5μm未満)になる。さらに小さい突起32を有するエンボス・ツール33を用いて、小さいインプレッションを有するポリマ・エンボス加工シート(例えば、非常に小さい穴ないし孔を有する一体ネット)を製造することは、本発明の方法の範囲内である。同様に、大きいインプレッションないし穴を有するエンボス加工シートまたは一体ネットを製造するエンボス・ツール33は、この比較的小さいサイズより大きい(すなわち、侵入レベルでの幅が約20μm以上の)突起32を有する。例えば、多くの応用では、突起32の侵入レベルでの幅は最大約1mmであるが、他の応用では、突起32の侵入レベルでの幅は最大約1cmである。突起32の幅は、ポリマ・エンボス加工シート製品の所望の特性によって、これらの寸法例よりかなり広くなることが理解されるであろう。
【0029】突起32の高さはビレット31中の凹部34の最大深さを制限するため、短い突起32より長い突起32の方が、深い凹部34をエンボスすることができる。もちろん、突起32あh、必ずしも、その全長までビレット31中に挿入する必要はない(すなわち、長い突起32でも、比較的浅い凹部34をエンボスすることができる)。このため、所望の深さの凹部34を形成するために、突起32は如何なる適当な高さをも有することができる。エンボス加工ビレット31を削る深さにしたがって、深い凹部34は、1回だけエンボス処理を施したビレット31から数(several)層のポリマ・エンボス加工シートを形成することができる。さらに、所望のエンボス加工シートが一体ネットの場合、深い凹部34によって厚いネットを削ることができる。このため、多くの応用において、エンボス処理を1回施したビレット31からできるだけ多くの製品を容易に剥離するため、突起32の高さは比較的高い。逆に、他の応用(例えば、異なるパターンの凹部34を用いて、次のエンボス処理を行うためビレット31を取っておく(save)場合)において、突起32は短く、多くの応用において、突起32はビレット31にごく若干侵入するように短い。さらに、エンボス・ツール33は、ビレット31に入る深さが異なる凹部34を形成するため、高さの異なる突起32を有することができる。
【0030】突起32は所望の断面形状を有することができ、したがって、突起32は、四角形(例えば、偏菱形(rhomboids)、長方形、菱形等)、円形、卵形、楕円形、直交形、星形、または、他の如何なる所望の形状でもよい。さらに、エンボス・ツール33は、均一な形状または異なる形状の突起32を有することができる。さらに、突起32は、変化する形状の凹部34を形成するため、突起32は、その長さに沿って形状を変化させることができる(例えば、基部は四角形で先端部は円形、または、他の適当な配置)。このため、エンボス処理を1回施したビレット31を連続的に削り取り、品質の異なるエンボス加工シートを形成することができる。あるいは、溝状の凹部をビレットにエンボスする等の突起32にして、次の削り取りによって、格子を有する一体ネットではなくフィラメント(例えば、繊維状)を形成することができる。
【0031】突起32は如何なる所望の形状を有することもできるが、それらはテーパ状であることが好ましい。図5(A)〜図5(B)に模式的に示されるように、テーパ状突起52は角錐状(図5(A))または円錐状(図5(B))である。図7に示されるダイヤモンド状開口部を有するパターンを形成する突起52の形状は、角錐が最も好ましい。テーパは突起の基部から外側に向いても、内側に向いてもよいが内側に向いている方が好ましく、また、テーパは如何なる角度θ、例えば、約90゜未満(すなわち、約180゜未満のねじ山の角度)、約60゜未満(すなわち、約120゜未満のねじ山の角度)、約45゜未満(すなわち、約90゜未満のねじ山の角度)、約30゜未満(すなわち、約60゜未満のねじ山の角度)、または、15゜未満(すなわち、約30゜未満のねじ山の角度)等の角度をも有することができる。実際、テーパ状突起52は、非常にわずかなテーパ、例えば、約5゜未満の角度θ(すなわち、約10゜未満のねじ山の角度)を有するピンを形成することができ、まったくテーパ状にしなくともよい。しかしながら、エンボス・ツール51の突起52は均一なテーパ状が好ましく、突起は90゜のねじ山の角度を有する(すなわち、内側テーパ角θは約45゜である)ことがより好ましい。突起52がテーパ状である図5(A)、図5(B)および図6の場合、突起52によって形成された凹部62は、反対方向に互いに傾斜(synclinal)していることが分かる。
【0032】エンボス処理工程時に、突起をその最大深さまでビレットに挿入しなくともよいので、テーパ状突起を有するエンボス・ツールは、結果として生じるエンボス加工シートにわたってコントロールのより大きい手段(measure)を与えるので好適である。例えば、突起を挿入する深さを設定して、凹部のサイズを調整することができる。このため、突起をより深く挿入することによって、幅の広い凹部をエンボスすることができる。
【0033】図4(A)〜図4(B)に模式的に示されるように、エンボス処理に続いて、本発明の方法は、好ましくはブレード45にビレット41を切断できるようにあてがい(severably engaging)、エンボス加工ビレット41を削ることを含む。ビレット41を削るいずれの手段も、本発明の方法の範囲内である。このため、ビレット41の表面に対して接線方向にブレード45をビレット41に通過させて、ビレット41を削ることができる。しかしながら、ビレット41を固定ブレード45に対して移動させる方がエンボス加工ビレット41をより均一に削り取り、このようにビレットを削る方法は好適である。このため、図4(A)に示されるように、円筒ビレットは、(矢印aが示すように)軸回転し、固定ブレード45をあてがわれながら、最も均一に削り取られる。同様に、図4(B)に示されるように、平面ビレット41は、(矢印bが示すように)ビレット41を前進させて固定ブレードをあてがうことによって、最も均一に削り取られる。
【0034】ビレット41は、刻印された凹部43の深さに対して、どんな深さにでも削ることができる。多くの応用において、ビレット41は、刻印された凹部43の深さに比べて、より浅い深さに削り取られる。このため、削り取りによってビレット41から剥離されたエンボス加工シート42は、一体ネット(すなわち、有窓シート)であることが分かる。その理由は、エンボス加工シート42は、予めビレット41にエンボス処理を行ってビレット41に導入された凹部43、44のパターンを保持しているからである。他の応用において、ビレット41は、刻印された凹部43の深さを超える深さに削り取られ、有窓状ではなくて、凹部43、44の間の格子での厚さより刻印された凹部43、44の場所での厚さの方が薄いエンボス加工シート42を製造する。必要であれば、このようなエンボス加工シートを次のプロセス(例えば、延伸プロセスを行い、刻印された凹部の領域の薄い部分を破断させる)によって、有窓状にすることができる。
【0035】削り取りは適当な技術によって行うことができ、削り取り技術の選択はエンボス加工ビレット41の特性によってかなりコントロールされる。例えば、図6に示されるように、エンボス処理を1回行った後、凹部62を含むビレット61を、例えば、連続する深さ(例えば、ダッシュ線A、BおよびC)に数回削り取り、穴の大きさが異なる一体ネット(線AおよびB)または無窓エンボス加工シート(線C)を形成することができる。また、図4(A)に示されるように、エンボス処理を1回施した円筒ビレット41をスパイラル状(例えば、同心スパイラル状)に削り取り、ビレットから1枚のエンボス加工シート42を製造することができる。さらに、図2に示されるように、円筒ビレット21は、ブレード25に対して(矢印aが示すように)軸回転されながら、回転式拍車型エンボス・ツール22で連続的にエンボスされるとともに削り取られる。エンボス加工シート26の層がビレット21からスパイラル状に削り取られるにつれて、ビレットの直径は小さくなるので、ブレード25をビレット21に対して連続的に割り出し運動(indexed)させたり、または、ビレット21をブレード25の方向に連続的に割り出し運動させて、所望の深さの削り取りを維持することができる。さらに、エンボス加工シート層を削り取った後に均一なパターン形成を維持するため、エンボス・ツール22をビレット21に対して連続的に割り出し運動させたり、または、ビレット21をエンボス・ツール22の方向に連続的に割り出し運動させることができる。このため、穴の大きさが実質的に均一な連続一体ネットを、ポリマ材料の円筒ビレット21から製造することができる。
【0036】本明細書に記載されるように、本発明の方法はエンボス・ツールのテーパ状突起を用い、ビレット内に反対方向に互いに傾斜した凹部を付けることが好ましい。図6に示されるように、エンボス加工ビレット61をその後に削る深さ(ダッシュ線AおよびB)を変更することによって、反対方向に互いに傾斜した凹部62を有するエンボス加工ビレット61から、寸法が異なる孔または穴を含む一体ネットを形成することができる。例えば、反対方向に互いに傾斜した凹部62を有するエンボス加工ビレット61を比較的浅い深さ(図6の線A)で削ることによって、比較的幅の広い穴ないし孔、および、より幅の狭い格子を有する一体ネットを形成し、一方、ビレット61を深いレベル(図6の線B)で削ることによって、比較的小さい穴ないし孔、および、より幅の広い格子を有する一体ネットを形成する。このように、本発明の方法によれば、連続的に大きくなる深さ(線AおよびB)でビレット61を繰り返し削ることによって、反対方向に互いに傾斜した凹部62を有する同一のエンボス加工ビレット61から、穴の大きさは異なるが孔または穴のパターンおよび間隔が同じである、いくつかの別個の一体ネットを形成することができる。凹部62の深さより深いレベル(図6の線C)でビレット61を削ることによって、無窓シートを形成する。但し、エンボス処理を1回施したビレットを連続的に削る場合、反対方向に互いに傾斜した凹部を有するビレットから削り取られた連続する層の穴の大きさは必ず狭い。また、連続する層の間のように穴の大きさを均一にしたい場合、それぞれの連続削り取りの前に、既存のパターン全体にわたってビレットに再びエンボスを行わなければならない、または、エンボス・ツールの突起をテーパ状にするべきではない。
【0037】ビレットに対するエンボスおよび削り取りを調整することによって、上述したように、如何なる適当な厚さの格子付きエンボス加工シートを形成することができる。例えば、エンボス工程を調整することによって、格子の厚さに影響を及ぼすことができる。ビレット材料を突起で排除することによってビレットの表面は膨張する。その理由は、エンボス工程時にビレットの全体積は大して変化しないからである。このため、エンボス深さとともにエンボス・ツールの突起の寸法を変化させることによって、エンボス工程によってビレットが膨張する度合に影響を及ぼす。さらに、削り取り工程を調整することによって、本発明の方法は、格子の厚さが異なるか、または格子の厚さが均一なエンボス加工シートを製造することができる。種々の深さで削り取りを行うことによって、ある場所の厚さが他の場所の厚さより厚いエンボス加工シートの格子を形成することができ、厚さの変化は傾斜的または不規則かのいずれかである。さらに、ブレードの形状(例えば、のこ歯状、または、それ以外の不均一な形状)は、エンボス加工シートまたはネットの格子の厚さに影響を及ぼすことができる。もちろん、削り取り工程を調整することによって、本発明の方法は、全体が略均一な厚さのエンボス加工シートの格子、および実質的に均一な厚さの格子を形成することができる。
【0038】先ずポリマビレットにエンボス処理を行い、次いで削り取りを行う上記工程に加えて、本発明の方法は他の工程を含むこともできる。例えば、本発明の方法は適当な方法で、ポリマ材料のビレットに前処理を行うことができる。所望の前処理の性質は、ポリマの組成にかなり依存し、このような前処理は当該技術分野の技量の範囲内である。例えば、エンボス工程の前または最中に、ビレットまたはそのいずれかの一部を加熱し、エンボス工程中で、ポリマ材料が凹部に対してより伝導性である(conductive)ようにすることができる。例えば、エンボス処理を行う前に、ビレットをオーブンで均一な温度に加熱することができる。あるいは、エンボス・ツールは、エンボス工程時にビレットの表面を温める加熱要素を含むことができる。ビレットの加熱温度はポリマに依存する。熱可塑性ポリマーの場合、ビレットの表面をガラス転移温度の近くまで加熱する。 PTFEのビレットは、室温を超える(例えば、約25℃を超える)最大約185℃の温度に加熱されることが好ましく、また、約135℃〜約165℃(例えば、約150℃)に加熱されることがより好ましい。同様に、UHMWPEから構成されるビレットの表面は、室温を超えて約60℃までの温度に加熱されることが好ましく、また、約50℃〜約60℃(例えば、約55℃)に加熱されることがより好ましく、一方、PFAから構成されるビレットの表面は、室温を超える約185℃までの温度に加熱されることが好ましく、また、約135℃〜約165℃(例えば、約150℃)に加熱されることがより好ましい。
【0039】エンボス加工ビレットから削り取った後、ポリマ材料のエンボス加工シートは変性する(modified)ことができる。所望の変性の性質は、ポリマの組成物およびエンボス加工シートの応用にかなり依存する。このような変性は、当該技術分野の技量の範囲内である。このため、例えば、エンボス加工シートの片面または両面は、平滑化、熱処理、アニール、コート等を行うことができる。さらに、凹部の深さを超える深さでビレットを削り取って形成したエンボス加工シートは、削り取りの次に、延伸を行い、刻印された凹部の領域の薄い部分を破断することによって、エンボス加工シートを有窓状(すなわち、一体ネット)にすることができる。もちろん、ポリマ材料のエンボス加工シートを、他の適当な方法で変性することもできる。
【0040】いくつかの応用において、本発明の方法は、さらに、一体ネットを第2のエンボス装置(または、2つ以上のエンボス装置、ブレード、のこ歯状エッジ等)に接触させ、図7に示されるように、エンボス加工シートの格子72の表面のいくつかの隣接する穴または凹部73の間に、点頭の窪み74または溝74がインプリントされる。溝74または窪み74は、すべての隣接する穴の間にある必要はない。いくつかの応用では、溝74が格子72を裂いて、隣接する穴または凹部73のいくつかの間に割れ目を形成することが望ましい。
【0041】本明細書の議論は、ビレットにエンボスすることができる手段を示してきたが、本発明の方法は、第1のエンボス工程を用いなくともよい。いくつかの応用において、例えば、ポリマ材料のビレットは、本明細書に記載の凹部等の適当な凹部の配列(array)をすでに含んでいてもよい。もちろん、このようなビレットは、本発明の方法に用いるためにエンボス処理をさらに行う必要はない。このため、このような実施の形態において、本発明は、本明細書に記載されるように、エンボス加工ビレットを削ることによって、ポリマ材料のエンボス加工ビレット(すなわち、ビレットの表面までの深さの凹部を1つ以上有する表面を有するビレット)からエンボス加工シートを製造する方法を提供する。この方法によって、ポリマ材料のエンボス加工シートをビレットから剥離する。
【0042】本方法は、抽出可能材料が実質的に無いポリマ・エンボス加工シートを製造することができる。これは、エンボス加工シートに関連する抽出可能材料を形成または導入すると知られている操作を用いずにエンボス加工シートを製造するので、可能となる。ビレットは本明細書に記載されるように、エンボス・ツールおよび削り取りブレードに接触するが、このような操作ではせいぜいエンボス加工シートの表面にしか汚染物質を導入せず、該物質はエンボス加工シート中には統合(integrated)されない。次に、削り取ったエンボス加工シートを適当な流体に浸すか流体で洗浄し、痕跡材料の付着(deposits)をエンボス加工シートの表面から除去することができる。
【0043】特許、特許出願および公開公報を含む本明細書のレファレンスの全体は、ここに本明細書に取り込まれる。
【0044】本発明について好適な実施の形態を強調して説明してきたが、好適な実施の形態のバリエーションを用いることができるとともに、本発明が本明細書に特に記載されている以外の方法で実施できることは、当業者には明らかである。したがって、本発明は、以下の請求の範囲で規定される発明の精神および範囲内に包含されるすべての変更を含む。




 

 


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