(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧ウォータジェットを使用して無パターン化不織クロスを製造するための方法であって、
基本ファイバから形成されたベースクロスを、多孔性無端コンベヤベルト上へと搬送し；
前記ベルトを駆動し；
前記ベルトに対して接線的に配置され前記ベルトの移動速度と同期させて駆動されるとともに表面上に多数の微小孔が分散配置されている回転円筒孔開きドラム上にわたって、前記ベースクロスを通過させ；
前記ドラム内に適用した真空吸引力によって前記ベースクロスを前記ドラムの表面上にわたって搬送し；
前記ドラム上の前記ベースクロスに対して加圧ウォータジェットを適用し；
これにより、無パターン化不織クロスを得る；
という方法において、
前記微小孔の直径は、０．１〜０．５ｍｍの範囲であり、
前記ドラムの前記表面上には、前記多数の微小孔が、ランダムに分散配置されていることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ドラムの内部圧力は、水柱において、１００〜１０００ミリメートルの範囲であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
ランダムに分散された微小孔を備えた前記回転ドラムの空隙率は、１〜１５％の範囲であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記回転ドラムの空隙率は、３〜１２％の範囲であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
ウォータジェットを使用して無パターン化不織布クロスを製造するための装置であって、
基本ファイバから製造されたファイバ状ベースクロスを受容可能に構成された多孔性無端コンベヤベルトと、
この多孔性ベルトを駆動するための駆動手段と、
表面に多数の微小孔が設けられている回転円筒孔開きドラムと、
該回転ドラムに対して接線的に位置する前記多孔性コンベヤベルトの移動速度と同期させて駆動する駆動手段と、
前記回転ドラムの内側に固定されるとともに、真空源に接続され、さらに、前記回転ドラムと前記多孔性コンベヤベルトとの当接点近傍に配置されるよう構成された第１のスロットを備える中空円筒ドラムと、
湿潤水のカーテンを形成し得るように、前記多孔性コンベヤベルトの前記回転ドラムに関する反対側に配置され、かつ、前記第１のスロットと位置合わせされて配置されたウォータジェットの第１の列と、
前記回転ドラムの近傍に配置され、かつ、前記中空ドラムに配置された少なくとも１つの第２のスロットに対向して配置された少なくとも１つのウォータジェットの第２の列と、
得られた圧縮済み湿潤済みクロスを受容するための手段と、
を具備してなり、
前記回転ドラムの前記微小孔は、前記回転ドラムの表面上にランダムに分散されていることを特徴とする装置。
【請求項６】
隣接する微小孔の端縁どうしの間の間隔は、０．３〜２ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記微小孔の直径は、０．１〜０．５ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項８】
前記微小孔の寸法は、ランダムに分散されていることを特徴とする請求項７記載の装置。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は、加圧ウォータジェットを使用した技術により、軽量で無パターン化されている不織布ウェブの完璧な製造方法に関するものである。また、本発明は、この方法を具体化した装置に関するものである。
ＵＳ特許３，２１４，８１９号、３，５０８，３０８号、および、４，１９０，６９５号においては、機械的ではなく、孔開き支持体上のベールまたは布地を挿通する多数の高圧ウォータジェットを使用することにより、基本ファイバの結合力および相互織り交ぜが得られる不織布ウェブの製造方法が開示されている。
針の場合と同様に、通常は少なくとも３０ｂａｒ、時には１００ｂａｒ、あるいはそれ以上にもなる圧力のウォータジェットは、基本ファイバ間に相互織り交ぜを引き起こし、得られる不織ウェブに結合力をもたらす。これら不織ウェブは、文献において、”スパンレースクロス（spunlace cloth）”または”スパンレース（spunlace）”という英語の用語で公知である。したがって、ここでは、この水圧相互織り交ぜ技術に関しては詳細に説明する必要はない。
一般的に説明すれば、この方法においては、まず最初に、基本ファイバから形成されたベースクロスを製造する。次に、このクロスの基本ファイバを、孔開き無端シート上を移動させて、隣接配置された高圧（５０〜２００ｂａｒ）ウォータジェットの列により、もつれさせる。ジェットからの水は、クロスを挿通し、シート上から跳ね戻る。このようにして、直接のジェットと戻りのジェットとの組合せにより、基本ファイバを乱したり整えたりする攪拌効果がもたらされる。効率的な相互織り交ぜを得るために、無端シートは、通常、１５〜２５％の空隙率とされた金属またはポリエステルから形成される。
ＦＲ−Ａ−２ ４８８ ９２０においては、基本クロスのための無端孔開きシートベースを、例えばステンレス鋼からなる多数の円滑な水非透過性の回転シリンダにより置き換えることが提案されている。しかしながら、この手段は、ジェットから放出される水を適正に除去することが困難であることに基づいて、ウォータジェットの速度が制限されること、したがって、相互織り交ぜエネルギーが制限される点において不適切である。さらに、この手法は、製造されるクロスの表面に多数の欠陥を出現させてしまう。
ＵＳ特許３，４８５，７０６号においては、シートを、約１ｍｍのサイズの多数の孔を並列状にあるいは千鳥状に適切なパターンで開けた回転ドラムにより置き換えることが提案された。このような置き換えにより、ドラムの中央パターンに対応した中央パターンを備えたクロスを製造することができる。しかしながら、孔が秩序だった配置であることにより、”シャドーマーキング（shadow marking）”と称される周知の課題が引き起こされる。すなわち、できあがったクロス上に選択的なラインが出てしまう。シャドーマーキングの問題を抑制するために、ジェットの圧力を下げる必要があり、このため、プロセスの効率が下がり、製品の機械的性能が下がってしまう。圧力が同一に維持された場合には、クロスの質が、急激に落ちてしまう。
発明の概要
本発明は、上記欠点を解決するものである。本発明の主目的は、上記問題点を克服することであり、加圧ウォータジェットを使用して、無パターン化されている不織布ウェブの改良された製造方法を提供することであり、また、この方法を実行するための装置を提供することである。
したがって、本発明は、加圧ウォータジェットを使用して無パターン化不織クロスを製造するための方法を提供するものであって、基本ファイバから形成されたベースクロスを、内部が減圧とされかつ表面に多数の微小孔が設けられている孔開き回転ドラム上に搬送する工程と、クロスを保持している回転ドラムに加圧ウォータジェットの列を適用する工程と、を具備してなり、ドラムの微小孔は、ランダムに分散されている。
言い換えれば、本発明においては、クロスを支持するものであって、秩序だった様式ではなくランダムな様式に分散された多数の微小孔を備える回転ドラムを使用している。”ランダムな様式”という用語は、ドラムの表面全体にわたって微小孔が偶然的な様式で配置されていること、すなわち、ドラム表面上の微小孔がいかなる方向においても何ら特別の様式によらず無秩序に配置されていることを意味するものとして理解されるべきである。しかしながら、効果的な水圧の作用、および、ドラムの機械的強度の理由により、隣接する微小孔の端縁どうしの間の間隔は、少なくとも０．３ｍｍとすべきであり、実用的には、大きくとも２ｍｍである。
第１実施形態においては、孔の寸法が同じであるけれども、本発明においては、また、寸法が以下に定義する範囲内においてランダムに変化するような孔を使用することもできる。同様に、孔は、通常、円形の形態であるけれども、また、孔としては、先端が切り取られたような形態、あるいは、放物線状の形態、あるいは、トランペット状の形態さえも、使用することができる。
回転ドラムにランダムな態様で微小孔を設けるという単純な構成により、一方においては、以下の比較例に示されるように、得られるクロスの機械的特性に３０％あるいはそれ以上の程度の実質的な改良がもたらされること、他方においては、ウォータジェットの圧力を３０％あるいはそれ以上増加させ得ることは、未だかつて開示されてはいない。回転ドラムに規則的に微小孔が設けられている場合には、必然的にクロスが破壊されることにより、そのような圧力増加は不可能である。
微小孔がランダムな様式で設けられていることにより、ウォータジェットのすべての方向における偏向が最適化され、シャドーマーキングの発生が防止される。さらに、圧力を増大させて使用することができることにより、したがって、クロスに対する水の衝撃速度を増大させ得ることにより、流れの効率をしたがってファイバの相互織り交ぜ効率を向上させることができる。微小孔の直径は、０．１〜０．５ｍｍの範囲であることが好ましい。
実用的には、ドラムの内部圧力は、水柱において、１００〜１０００ｍｍの範囲であり、好ましくは約５００ｍｍである。回転ドラムの直径は、３００〜１０００ｍｍの範囲であり、好ましくは５００ｍｍ付近である。
最良の結果のために、典型的なドラムの空隙率、すなわち、孔開き表面と非孔開き表面との間の関係は、水の良好な吸込と所望の水圧流れとを両立させるために、１〜１５％の範囲であり、約３〜１２％の範囲であることが好ましい。
好ましい実施態様においては、ベースクロスは、無端孔開きシート上において、まず圧縮されて、予備湿潤される。その後、高圧ウォータジェットにより相互織り交ぜされる。これらについては、本出願人により１９９５年２月３日に出願された仏国特許出願第９５．０１４７３号に開示されている。
本発明は、また、ウォータジェットを使用して無パターン化不織布クロスを製造するための装置を提供するものであって、基本ファイバから製造されたファイバ状ベースクロスを受容可能に構成された多孔性無端コンベヤベルトと、この多孔性ベルトを駆動するための駆動手段と、表面に多数の微小孔が設けられている回転円筒孔開きドラムと、この回転ドラムに対して接線的に位置する多孔性コンベヤベルトの移動速度と同期させて駆動する駆動手段と、回転ドラムの内側に固定されるとともに、真空源に接続され、さらに、回転ドラムと多孔性コンベヤベルトとの当接点近傍に配置されるよう構成された第１のスロットを備える中空円筒ドラムと、湿潤水のカーテンを形成し得るように、多孔性コンベヤベルトの回転ドラムに関する反対側に配置され、かつ、第１のスロットと位置合わせされて配置されたウォータジェットの第１の列と、回転ドラムの近傍に配置され、かつ、中空ドラムに配置された少なくとも１つの第２のスロットに対向して配置された少なくとも１つのウォータジェットの第２の列と、得られた圧縮済み湿潤済みクロスを受容するための手段とを具備しており、回転ドラムの微小孔は、回転ドラムの表面上にランダムに分散されている。
実用的には、回転ドラムへのランダムな孔形成は、シルクスクリーン技術により得られる。この場合、ニッケルあるいは他の金属が、次のようにして、導体表面上に電解成膜される。すなわち、写真フィルム上に微小孔のランダム分散を得るために、適切なソフトウェアが使用される。そして、フィルムが、製造されるべきドラムの内径を正確に構成するマトリクス上に配置される。このマトリクスには、まず、感光性層がコーティングされる。その後、分離されたマトリクスは、電解槽に浸漬される。約８時間後、成膜は最適の厚さとなる。そして、シリンダが枠から外される。
上記方法の変形としては、ソフトウェアを彫刻用レーザーに直接的に接続することができる。
本発明において利用することができる方法、および、それによってもたらされる利点は、添付図面を参照した以下の実施形態の説明により、一層明瞭となるであろう。
図面の説明
図１は、本発明による装置を概略的に示す図である。
図２は、本発明における典型的なドラムの一部を写真で示すものあって、微小孔がランダムに配置されている様子が示されている。
図３は、本発明の方法により製造された不織布を上面側から写真で示すものである。
図４は、本発明において使用されるドラムの一部を図２と同じ縮尺で写真で示すものあって、微小孔がコンピュータ的に千鳥状に配置されている様子が示されている。
図５は、図４に示すドラムを使用して製造された不織布を上面側から写真で示すものである。
好ましい実施形態の説明
本発明による装置は、無端多孔性コンベヤベルト１を備えている。無端多孔性コンベヤベルト１は、ポリエステル単繊維シートから形成されているものであって、空隙率は約５０％である。つまり、孔開き表面と非孔開き表面との間の比が、約１：１である。この無端コンベヤ１は、例えば非同期モータにより駆動される供給ローラ２により駆動される。そして、案内ローラ３、４、５を通過する。従来と同様に、ベルト１の張力は、張力ジャック（図示せず）を使用することにより得られている。
コンベヤベルト１上には、ベースクロス１０が配置される。このベースクロス１０は、従来のカードあるいはクロス材料（図示せず）により製造されたものである。クロスは、矢印Ｆ１により示される方向に搬送される。
装置は、また、孔開き回転円筒ドラム２０を備えている。孔開き回転円筒ドラム２０は、供給ローラ２と案内ローラ３との間において、ベルト１の近傍においてベルト１の下り部に当接して配置されている。この孔開き回転円筒ドラム２０は、非同期モータ（図示せず）により、ベルト１の速度と同じ周縁直線速度でもって回転駆動される。この回転ドラムは、ニッケル製とすることができ、厚さが０．４ｍｍであって、直径が５００ｍｍである。回転ドラムは、ドラム表面上にランダムに分散された多数の微小孔２１を有している。微小孔の分散は、既述のようにシルクスクリーン印刷および電解成膜により得られ、図２に示されている。
各微小孔２１は、平均直径が０．４０ｍｍであり、やや先端を切ったような形状とされている。孔どうしの間の間隔は、（端縁から端縁までの距離が）０．８ｍｍである。よって、ドラム２０の空隙率は、約１０％である。
図１に示すように、孔開き回転円筒ドラム２０は、円弧の一部に沿ってベルト１に対して当接状態にある。つまり、孔開き回転円筒ドラム２０とベルト１との間には、参照符号Ａで示す円弧の一部にわたっての、例えば、１０〜２０°にわたっての密接な接触が存在する。この密接な接触により、ウェブ１０の漸次的な圧縮が確実になされる。
孔開き回転円筒ドラム２０は、直径が５００ｍｍであり、内部に、同軸に固定された第２の中空円筒ドラム２５を有している。第２の中空円筒ドラム２５は、吸込ボックスを形成するよう、真空発生源（図示せず）に接続されている。ドラム２５内の減圧は、水柱で約５００ｍｍである。
装置は、また、ウォータジェット３０の第１の列を備えている。第１の列は、領域Ａに対して直交させて水カーテン３１を形成するように、領域Ａに関してベルト１の左側に配置されている。水は、ウォータジェット３０の列から５ｂａｒの圧力でもって放出される。
固定された中空ドラム２５は、吸込ボックスを形成しており、水カーテン３１から来る過剰の水を吸い込むために、水カーテン３１と位置を合わせて、中空ドラム２５の延在方向全体にわたって幅２０ミリメートルのスロット３２を有している。よって、多孔性コンベヤベルト１に沿って搬送されるクロス１０は、共に同一直線速度でもって前進するコンベヤベルト１と孔開き回転円筒ドラム２０との間において挟みつけられることにより、次第に圧縮される。そして、クロスは、水カーテン３１により湿潤される。圧縮済みベースクロスにより保持されない過剰の水は、中空ドラム２５内に吸い込まれる。得られた圧縮済み湿潤クロス４０は、ドラム２５によりもたらされる減圧により孔開き回転ドラム２０の表面に対して保持される。
クロス４０は、矢印Ｆ２の方向に搬送され、その後、３つの注入列４１、４２、４３の作用を受ける。３つの注入列４１、４２、４３は、このクロス４０に対して、４０ｂａｒの圧力でもって、隣接する多数のウォータジェットを放射する。中央ドラム２５には、スロット３２と同様のスロット４５、４６、４７が設けられている。スロット４５、４６、４７は、相互織り交ぜのための水を吸い込んで除去するために、高圧ウォータジェットの各列に対向配置されている。
本発明においては、高圧ウォータジェットは、回転ドラム２０の表面上にランダムに分散された微小孔２１と相互作用し、これにより、基本クロスファイバの混合およびもつれを引き起こす。
得られた混合済みのスパンレースクロスは、場所５０において、取出ローラ５１を通過することにより、回転ドラム２０から脱離される。その後、装置の出口５２に向けて搬送される。
参照符号６０（図３）は、本発明の方法により得られた最終無パターン化クロスを示している。
実験例１
ベースクロス１０は、３８ｍｍ長さでありかつ１．７ｄｔｅｘのグレードを有するビスコースファイバから形成された５０ｇｓｍのクロスである。圧縮されかつ予備湿潤されたクロスは、５０ｍ／ｍｉｎの速度で搬送される。孔開き回転ドラム２０の表面は、図２に示すように、平均で１ｃｍ2あたり約８０個の孔を有している。孔は、本発明により分散されており、全体的にランダムである（空隙率は１０％の程度である）。
場所５０において得られたクロスは、図３に示すようなものであって、標準的なＥＤＡＮＡ２０．２．８９による測定によれば、以下の特性を有している。
−長さ方向（Ｌ）：５３ニュートン／５０ｍｍ
−幅方向（Ｂ）  ：４６ニュートン／５０ｍｍ
実験例２
実験例１が繰り返された。ただし、ランダムに孔開けされた回転ドラムは、従来タイプのものであって、微小孔２２（図４）を備えた回転ドラムに置き換えられた。この場合、微小孔２２は、寸法が同じ（０．４ｍｍ）であるものの、図示のように規則的なジグザク状に配置されている。孔の密度は、１ｃｍ2あたり約８０個である。得られたクロス６０は、図５に示されており、以下の機械的特性を有している。
−Ｌ：２９Ｎ／５０ｍｍ
−Ｂ：２７Ｎ／５０ｍｍ
このクロスは、いかなる応用に対しても不適切であるシャドーマーキング効果６１と称される基本的な欠点を有している。
実験例３
実験例１が（ランダムに孔開けされた回転ドラムを使用して）繰り返された。ただし、ビスコースクロスは、３８ｍｍ長さでありかつ１．７ｄｔｅｘのグレードを有する基本ファイバから形成された４０ｇｓｍのポリエステルファイバクロスに置き換えられた。
場所５０（図１）において得られたクロスは、以下の特性を有している。
−Ｌ：４８Ｎ／５０ｍｍ
−Ｂ：２１Ｎ／５０ｍｍ
このクロスは、シャドーマーキング効果を一切示さず、よって、現行の応用に対して好適である。
実験例４
実験例２が（規則的配列に孔開けされた回転ドラムを使用して）、実験例３において使用されたものと同一のポリエステルクロスを使用して繰り返された。以下の特性が示された。
−Ｌ：２５Ｎ／５０ｍｍ
−Ｂ：１０Ｎ／５０ｍｍ
得られたクロスは、許容範囲ぎりぎりのものであり、顕著なシャドーマーキング効果を有している。
実験例５
実験例３が（ランダムに孔開けされた回転ドラムを使用して）繰り返された。ただし、注入器の圧力が７０ｂａｒｓに上げられた。得られたクロスは、なお、シャドーマーキング効果を一切示しておらず、逆に、表面が高度に規則的である。クロスは、以下の機械的特性を有している。
−Ｌ：５９Ｎ／５０ｍｍ
−Ｂ：２７Ｎ／５０ｍｍ
回転ドラムの表面上に微小孔をランダムに分散させるという本発明の方法によれば、シャドーマーキング効果という欠点を、予想以上に劇的に抑制することができる。よって、ウォータジェットの圧力を増大することができ、その結果、相互織り交ぜの効率を向上させることができる。さらに、本発明の方法によれば、得られたクロスの機械的特性を、３０％およびそれ以上、向上させることができる。単純な構成でもって、製品の機械的特性、および、シャドーマーキングの抑制の双方において劇的な改良をなし得るとともに、上記のように、並ぶもののないレベルの結合効率をもたらすような技術は、未だかつて開示されたことがない。一言でいえば、ランダム配置が、失敗と成功との間の予想し得ない差異をもたらしている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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