(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速エンボシングおよび粘着剤印刷方法であって、
（ａ）前記粘着剤を、コンフォーマブルなグルー塗布加熱ロールに塗布する工程と、
（ｂ）前記グルー塗布加熱ロール上の粘着剤を、第１のパターン付きエンボシングロールに塗布し、前記第１のエンボシングロールを、第１のエンボシングロールに対して相補的なパターンを有する第２のエンボシングロールと噛み合わせる工程と、
（ｃ）シート材料ウェブを、前記第１および第２のエンボシングロールの間に所定の接線速度で通過させて、前記ウェブにエンボスすると同時に前記ウェブに前記粘着剤を塗布して、前記粘着剤によって浮き出し部間の凹部内に外方へ露出する粘着剤パターンを形成する工程と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
（ａ）粘着剤をロールに塗布する工程と、
（ｂ）複数の隣接するグルーロール間の一連のメータリングギャップに通して、前記粘着剤をミリングして厚みを低減する工程と、
（ｃ）前記粘着剤を、前記コンフォーマブルなグルー塗布ロールに塗布する工程と
をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
（ａ）前記ウェブを、前記第２のエンボシングロールから前記第１のエンボシングロールヘ移す工程と、
（ｂ）前記ウェブを、前記第１のエンボシングロールから取り去る工程と
をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記エンボス工程の後に前記ウェブを冷却する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記粘着剤がホットメルト粘着剤であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記ロールが加熱されていることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
（ａ）粘着剤を、初期接線速度で回転するロールに塗布する工程と、
（ｂ）複数の隣接するグルーロール間の一連のメータリングギャップに通して、前記粘着剤をミリングして厚みを低減し前記粘着剤を加速する工程と、
（ｃ）前記粘着剤を、前記初期接線速度を上回る前記接線速度で回転する前記コンフォーマブルなグルー塗布ロールに塗布する工程と
をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記粘着剤が加熱スロットダイから押出しされることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記第１のパターン付きエンボシングロールが雌エンボシングロールであり、前記第２のパターン付きエンボシングロールが雄エンボシングロールであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のパターン付きエンボシングロールが、表面に離型コーティングを備えることを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄いフィルムウェブに対するエンボシングおよび粘着剤塗布の方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
不慮の接触から保護されている感圧粘着剤が設けられた薄い層を含む３次元シート材料、ならびにこのような材料を製造する方法および装置が開発されている。これらは、以下の文献に詳細に記載されている。本発明の譲受人に譲渡された米国特許第5,662,758号（1997年9月2日にHamiltonとMcGuireに付与。発明の名称「Composite Material Releasably Sealable to a Target Surface When Pressed Thereagainst and Method of Making」）、米国特許第5,871,607号（1999年2月16日にHamiltonとMcGuireに付与。発明の名称「Material Having A Substance Protected by Deformable Standoffs and Method of Making」）、本発明の譲受人に譲渡された、同時係属中の米国特許出願第08/745,339（allowed）（出願日1996年11月8日、McGuire、Tweddell、Hamiltonnの名義。発明の名称「Three-Dimensional, Nesting-Resistant Sheet Materials and Method and Apparatus for Making Same」）、米国特許出願第08/745,340（出願日1996年11月8日、HamiltonとMcGuireの名義。発明の名称「Improved Storage Wrap Materials」）。以上の文献はすべて、本明細書において参照により取り入れられている。
【０００３】
これらの出願／特許に記載された、このような材料を製造するプロセスおよび装置は、このような材料を比較的小規模で製造することには適している。しかしこのプロセスおよび装置の特性は、デザインによって速度制限されていることが分かっている。言い換えれば、このようなプロセスおよび装置を運転してこのような材料を製造できる最高速度は、可動部品のサイズまたは重量、変形可能な支持体材料に熱を加えられる速度、支持体に力を加えて支持体を所望の形状に変形できる速度、ならびに／または粘着剤を支持体および／もしくは装置の中間部材に塗布できる速度によって制限される。このようなプロセスおよび装置を運転できる速度は、このような材料を工業規模で製造する経済学的に重要な要因である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、高速でこのような３次元シート材料を形成し粘着剤を塗布することに適した方法および装置を提供することが望ましい。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によって、好ましい実施形態において以下の工程を含む方法が提供される。（ａ）ホットメルト粘着剤を、初期接線速度で回転する加熱ロールに塗布する工程と、（ｂ）複数の隣接する加熱されたグルーロール間の一連のメータリングギャップに通して、粘着剤をミリングして厚みを低減し前記粘着剤を加速する工程と、（ｃ）粘着剤を、初期接線速度を上回る接線速度で回転するコンフォーマブル（順応性のある：conformable）なグルー塗布ロールに塗布する工程と、（ｄ）粘着剤を、第１のパターン付きエンボシングロールに塗布し、前記第１のエンボシングロールを、第１のエンボシングロールに対して相補的なパターンを有する第２のパターン付きエンボシングロールと噛み合わせ、両エンボシングロールを加熱する工程と、（ｅ）シート材料ウェブを、第１および第２のエンボシングロール間に、所定の接線速度で通過させて、ウェブにエンボスすると同時にウェブに粘着剤を塗布して、粘着剤によって浮き出し部間の粘着剤パターンを形成する工程と、（ｆ）ウェブを、第２のエンボシングロールから第１のエンボシングロールへ移す工程と、（ｇ）ウェブを、第１のエンボシングロールから取り去る工程と、（ｈ）ウェブを冷却する工程。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本明細書には、本発明を特に示して明瞭にクレームする請求の範囲が含まれるが、本発明は以下の好ましい実施形態の説明と添付した図面とから、より良く理解されると考えられる。図面においては、同一の部材は同じ参照数字によって識別する。
【０００７】
（方法および装置）
図１に、本発明の方法および装置１０を概略的な形態で示す。装置は基本的に、互いに噛み合う２つのエンボシングロール１５および１６と、複数のグルーメータリング（metering）／塗布ロール１１〜１４と、圧力ロール１７と、剥離（strip-off）ロール１８と、冷却Ｓ字ラップ１９とからなる。両エンボシングロールは鋼製で、マッチングするエンボシングパターンが両ロールに刻まれている。エンボシングパターンは噛み合って、両ロール間を通るシート材料ウェブにエンボスする。ポケットと凸部ランド（raised lands）とを有するロールを雌エンボシングロール１５と呼び、凸部ナブ（raised nubs）と凹部ランド（recessed lands）とを有するロールを雄エンボシングロール１６と呼ぶ。雌エンボシングロールは好ましくは、その表面に離型コーティングが塗布されている。グルー塗布／メータリングロール１１〜１４は典型的に、交互に普通鋼およびラバーコート鋼である。グルー塗布ロール１４（グルーシステムの最後のロール）は、必ずラバーコート鋼である。圧力ロール１７と剥離ロール１８もラバーコート鋼である。冷却Ｓ字ラップは、外面に離型コーティングが施された中空の鋼製ロール１９と、このロール内を通って流れる冷媒とからなる。ロールの回転方向を、図１に矢印で示す。
【０００８】
より具体的には、図１を参照して、粘着剤（たとえばホットメルト感圧粘着剤）４０が、最初の回転ロール１１の表面に、加熱スロットダイ９を通して押出しされている。スロットダイには、ホットメルト供給システム（加熱されたホッパーと変速ギアポンプとを有する。図示せず）から、加熱されたホースを通して供給される。最初のグルーメータリングロール１１の表面速度は、エンボスされ粘着剤がコートされるシート材料ウェブ５０の公称接線速度よりも著しく小さい。メータリングニップを、位置１、２、３として図１に示す。残りのグルーメータリングロール１２〜１４は段々と速く回転し、グルー塗布ニップ、位置４では表面速度が一致する。グルー４０は、位置４において、グルー塗布ロール１４から雌エンボシングロール１５へ移る。グルー４０は、雌エンボシングロール表面とともに位置５まで移動して、そこで、ポリマーウェブ５０（雄エンボシングロール１６によって位置５まで運ばれる）と組み合わさる。
【０００９】
位置５において、ポリマーウェブ５０にエンボスすると同時にポリマーウェブ５０をグルー４０と組み合わせて、粘着剤がコートされたウェブ６０を作製する。ウェブ６０は、グルーによってロール１５の表面に接着したまま、ロール表面とともに位置６まで移動する。位置６では、ラバーコートされた圧力ロール１７によって、ウェブのグルー部分に圧力が印加される。ウェブ６０は、まだグルーによって雌エンボシングロール１５に接着したまま、位置７まで移動する。位置７では、ウェブ６０が、剥離ロール１８によって雌エンボシングロール１５から剥ぎ取られる。次に、完成した粘着剤コートウェブ６０は、位置８の冷却Ｓ字ラップ１９まで移動して、強度を増すために冷却される。
【００１０】
粘着剤（またはグルー）４０を、雌エンボシングロール１５のランド領域のみに塗布する。これは、雌エンボシングロールを、位置４におけるグルー塗布ロールのクリアランスと振れ（runout）とに対して注意深く制御することによって行なわれる。これらのロール間のギャップを制御して、グルーで覆われたラバーロール１４によってグルーがランドのみに塗布され、グルーがランド間の凹部すなわちポケットの内部に押し込まれないようにする。
【００１１】
グルー塗布ロール１４はラバーコート鋼ロールである。ラバーコーティングを特別な方法で研磨して、ほぼ０．００１インチのＴＩＲ振れ許容誤差を実現する。ニップは、精密ウェッジブロックを用いて装置内で制御する。ラバーコーティングを用いることで、（１）雌エンボシングロール１５上のコーティングが、金属−金属接触によるダメージから保護され、（２）グルー塗布ロールを、雌エンボシングロールに非常に軽く押し付けることが可能になり、その結果、ラバーの歪みによって、エンボシングロールおよびグルー塗布ロールの実際の振れが補償されるため、グルーを雌エンボシングロールのランド上のどの部分にも均一に塗布することが可能になる。
【００１２】
グルー塗布ロール１４を、雌エンボシングロール１５に軽く押し付けて、ラバー表面の歪みによってエンボシングロールおよびグルー塗布ロールの振れが補償されるようにする。しかし歪みは、グルーを雌エンボシングロール１５表面のポケット内部に押し込むほどには大きくない。グルーを、雌エンボシングロール１５のランド上のみに堆積させることは、グルーがウェブの浮き出し部頂部に移ることを防ぐためには不可欠である。浮き出し部頂部に粘着剤が存在すると、浮き出し部を押しつぶしてウェブを活性化する前に、浮き出し部頂部が粘着剤の性質を示すことになる。
【００１３】
使用する粘着剤またはグルーは、非常に弾性的な性質を有している。そのため、静止するスロットダイ９から最大の接線速度へ移そうとすると、グルーは伸びてちぎれるか、そうでなければ最初のメータリングロールに全く付着しない可能性がある。グルーが伸びる程度を小さくするために、最初に、低速回転するロールにグルーを塗布し、それから一連のメータリングギャップ（位置１、２、３）へ通して、グルーをミリングして非常に薄いグルーフィルムにするとともに、所望の接線速度で加速する。
【００１４】
グルーロールを、直径および振れに対する厳密な許容誤差で研磨して、グルーのメータリングおよび加速に必要なロール間ギャップ寸法を正確に維持しなければならない。典型的な振れの許容誤差は、０．００００５インチＴＩＲである。グルーロールを、円周方向におよび流れ方向と直角に均一に加熱して、熱的に誘発されるロールのクラウンまたは振れを回避しなければならない。電気加熱ロールの場合、たった１つのヒーター故障によって、ウェブ上への均一なグルー印刷を妨げるのに十分大きな振れが生じ得ることが分かっている。このような場合、ヒーター故障を知らせるために電流計を用いる。ベアリングとロールシャフトを通しての熱損失によってロールクラウンが生じて、やはり均一なグルー印刷が妨げられる可能性がある。多くの場合、流れと直角な方向における温度勾配を防ぐために、ロールのベアリングブロックを加熱しなければならない。
【００１５】
雌エンボシングロール１５は好ましくは、離型コーティングが、ランド表面と、ランド間のポケットすなわち凹部の表面との両方に塗布されている。離型コーティングとグルー特性とを注意深くバランスして、粘着と離型との最良の組み合わせを実現しなければならない。コーティングは、非常に高温（典型的に３００〜３５０°Ｆ）のグルーが雌エンボシングロールへ移ることを可能にし、また粘着剤コートされたポリマーフィルムウェブがエンボシングロール温度（典型的に１６０〜１８０°Ｆ）で離型することを可能にしなければならない。離型コーティングが粘着をほとんど助長しない場合、グルーはグルー塗布ロールから雌エンボシングロールへは移らない。しかし離型コーティングが粘着を助長しすぎると、粘着剤コートされた最終的なウェブを、ポリマーフィルムを引き裂いたり引き延ばし過ぎたりすることなく、雌エンボシングロールの表面から取り去ることはできない。
【００１６】
固くて（crisp）厚みの大きい（high-caliper）浮き出し部を促進し、グルー塗布されたフィルムウェブを雌エンボシングロールから離型する剥離力をより小さくできるように、可能な最も高いエンボシング温度でフィルムにエンボスしなければならない。しかし粘着コートされた最終的なウェブが、雌エンボシングロールから離すのに十分な引張り強さを有するように、エンボシングロールの温度をフィルムウェブの軟化点よりも下に維持しなければならない。離型温度とフィルム軟化点との間のバランスが、高速運転に対する好結果な動作条件を規定する際の重要なパラメータであることが分かっている。
【００１７】
剥離ロールによって、最終製品を雌エンボシングロールからフィルムにダメージを与えることなく取り去ることが助けられている。製品（フィルムウェブ）は、グルーによって雌エンボシングロール表面に接着されているため、非常に大きな力が剥離点で発生する可能性がある。剥離ロールによって、この大きな力がウェブの非常に短い長さに集中するため、ウェブの歪みが小さくなり、剥離角度がより制御できるようになる。最終製品の歪みを防ぐことは、一貫したフィルム特性を実現し、活性化して粘着剤の性質を示すのが早すぎる領域がフィルムにできるのを防ぐためには、不可欠である。
【００１８】
雄エンボシングロールと雌エンボシングロールとの間の噛み合い量または噛み合い程度を注意深く制御して、ロールまたはフィルムウェブへのダメージを防ぐようにしなければならない。エンボシングロールの外面を研磨して、０．００００５インチＴＩＲ振れ許容誤差にする。噛み合いは、精密ウェッジブロックを用いて装置内で制御する。エンボシングロールの噛み合いによって、フィルムの最終的な厚み（すなわち、浮き出し部の最終高さ）が決定される。
【００１９】
他の重要な基準として、雄浮き出し部と雌浮き出し部との間のはめ合い、または一致がある。有用な技術の１つは、一方のロールをフォトエッチングプロセスで形成した後、このロールを「原版」として用いて、他方のロールをネガ像として形成することである。また装置を、噛み合いエンボシングロールの正確な同期が維持されるように、設計しなければならない。
【００２０】
エンボシングロールとグルーロールとをすべて個別に加熱および制御して、グルー移転温度とエンボシングロールの離型温度とを精密に制御できるようにする。
【００２１】
相補的なパターン形状を有する噛み合い雄および雌エンボシングロールを用いることによって、薄いフィルムウェブが、エンボシングおよび粘着剤プロセス工程の間じゅう完全に支持され、フィルム材料内の力の適切な分布が保証される。ウェブを完全に支持することによって、フィルムの熱成形または真空成形（開放型支持構造、たとえば開口部を有するベルトまたはドラムが使用され、変形されて開口部または凹部内へ入れられるウェブの部分が支持されていない）とは対照的に、ウェブにダメージを与えずにウェブに歪みを与える速度を上げることができるため、生産速度が上がると考えられる。エンボシング工程の間に同時に粘着剤をフィルムに塗布することによって、粘着剤を、浮き出し部間のウェブの未変形部分に正確に位置合わせすることができる。
【００２２】
粘着剤の精密な制御、特に、雌エンボシングロールに塗布される粘着剤層の厚みおよび均一性の精密な制御は、高品質な製品を高速で製造するための重要な因子である。特に、粘着剤の付加レベルが非常に低い場合、ロールからロールへ移転する間に粘着剤の厚みがわずかでも変動すると、粘着剤がエンボシングロールに塗布されるまでに、被覆の隙間（coverage gaps）が発生する可能性がある。加えて、このような変動によって、粘着剤がエンボシングロールの特定の領域で過剰になり、その結果、ロールの凹部が汚れるか、またはウェブへの粘着剤の移転が不完全になってエンボシングロール上に粘着剤が蓄積する可能性がある。
【００２３】
（パターン生成）
図３および図４は、本発明の譲受人に譲渡され、同時出願され、同時係属中の米国特許出願第[  ]号（Kenneth S. McGuireの名義、発明の名称は「Method of Seaming and Expanding Amorphous Patterns」、この文献の開示は本明細書において参照により取り入れられている）で詳細に説明されているアルゴリズムを用いて生成されたパターン２０を示す。図３および図４より、タイル２０に接近してみても、タイル２０の境界に合わせ目が全く見られないことが明らかである。同様に、１つのパターンまたはタイルの対向する端を（たとえばパターンをベルトまたはロールの回りに巻いて）一緒にしても、同様に合わせ目は見た目には容易に認識できないだろう。
【００２４】
本明細書で用いる場合、用語「アモルファス」は、容易に認知できる構成要素の構造、規則性、配向を何ら示さないパターンを指す。用語「アモルファス」のこの定義は、用語の通常の意味とほぼ一致しており、これはウェブスターのニューカレッジエイトディクショナリー（第９版）における対応する定義によって証明される。このようなパターンにおいては、ある要素の、隣接する要素に対する配向および配列と、その向こう側に続く次の要素のそれとの間には、予測できる関係は全くない。
【００２５】
対照的に用語「アレイ」は、本明細書においては、規則的な秩序あるグループ分けまたは配列を示す構成要素パターンを指すために用いる。用語「アレイ」のこの定義も、同様に、用語の通常の意味とほぼ一致しており、これはウェブスターのニューカレッジエイトディクショナリー（第９版）における対応する定義によって証明される。このようなアレイパターンにおいては、ある要素の、隣接する要素に対する配向および配列と、その向こう側に続く次の要素のそれとの間には、予測できる関係がある。
【００２６】
３次元突起部のアレイパターン中に秩序が存在する度合いは、ウェブが示す入れ子性（nestability）の度合いと直接的な関係を有する。たとえば、最密六方アレイにおける、一様なサイズおよび形状の中空突起物の高度に秩序だったアレイパターンにおいては、各突起物は事実上、他の突起物の繰り返しである。このようなウェブの領域の入れ子は、実際上ウェブ全体でなければ、ウェブ配列を、重ね合わせたウェブまたはウェブ部分の間で、１つの突起物間隔を超えずに何れかの所定の方向にシフトすることで実現できる。秩序の度合いが小さいほど、低い入れ子傾向を示すであろうが、秩序の度合いがわずかでもあれば、ある程度の入れ子性の度合いがあると考えられる。従って、アモルファスで無秩序な突起物パターンであれば、可能な最も大きい度合いの入れ子耐性を示す。
【００２７】
また、実質的に性質がアモルファスである２次元パターンの３次元突起物を有する３次元シート材料も、「同形（isomorphism）」を示すと考えられる。本明細書で用いる場合、用語「同形」とその語根「同形である」は、境界線で囲まれた所定の領域における幾何学的特性および構造的特性の実質的な均一性を指すために用いる（このような領域の輪郭がパターン内のどこで描かれているかに依らない）。用語「同形」のこの定義は、用語の通常の意味とほぼ一致しており、これはウェブスターのニューカレッジエイトディクショナリー（第９版）における対応する定義によって証明される。例として、統計的に有意な数の突起物をアモルファスパターン全体について備える規定領域であれば、統計的に実質的に等価な値が、突起物領域、突起物の数密度、突起物壁の全長などのウェブ特性に対して生じる。このような相関は、ウェブ表面に均一性が求められるときに、物理的、構造的なウェブ特性について好ましいものであると考えられ、特に、ウェブ平面の法線方向に測定されるウェブ特性、たとえば突起物の圧縮抵抗などについてそうであると考えられる。
【００２８】
アモルファスパターンの３次元突起物を用いることには、他の利点もある。たとえば、最初は材料平面内で等方的である材料から作られた３次元シート材料は、材料平面内の方向の物理的ウェブ特性については、ほぼ等方的なままであることが観察されている。ここで用いる場合、用語「等方的」は、材料平面内の全ての方向において実質的に等しい程度を示すウェブ特性を指すために用いる。用語「等方的」のこの定義は、同様に、用語の通常の意味とほぼ一致しており、これはウェブスターのニューカレッジエイトディクショナリー（第９版）における対応する定義によって証明される。理論に拘束されることを望まないが、現時点では、これはアモルファスパターン内の３次元突起物の無秩序で無配向の配列に起因すると考えられる。反対に、ウェブ方向によって変化するウェブ特性を示す指向性のウェブ材料は典型的に、アモルファスパターンをウェブ材料上に取り入れた後に、このような特性を同様に示す。例として、このようなシート材料は、出発材料が引張り特性において等方的であったならば、材料平面内のどの方向においても実質的に均一な引張り特性を示すことができるであろう。
【００２９】
物理的な意味でのこのようなアモルファスパターンは、パターン内の何れかの所定の点から射線（ray）として何れかの所定の方向に外側に引いた線に沿う単位長さ測定値当たりの突起物の統計的に同値な数に変換される。その他の統計的に同値なパラメータとしては、突起物壁の数、平均突起物面積、平均突起物間総空間などを挙げることができる。ウェブ平面内の方向についての構造的幾何学的特徴における統計的同値は、指向性ウェブ特性における統計的同値に変換されると考えられる。
【００３０】
アレイの概念に再び戻って、アレイパターンとアモルファスパターンとの間の違いを強調する。アレイは、物理的な意味で文字どおり「秩序ある」ため、ある程度の規則性を、突起物のサイズ、形状、間隔、および／または配向において示す。そのため、パターン内の所定の点から引いた線または射線によって、統計的に異なる値が、射線が延びる方向に依存して、突起物壁の数、平均突起物面積、平均突起物間総空間などのパラメータに対して生じ、対応して指向性ウェブ特性の変動を伴う。
【００３１】
好ましいアモルファスパターン内においては、突起物は好ましくは、そのサイズ、形状、ウェブに対する配向、および互いに隣接する突起物中心間の間隔について不均一である。理論に拘束されることを望まないが、互いに隣接する突起物の中心−中心間の間隔が異なることは、フェイストゥバック（face-to-back）の入れ子シナリオで入れ子が発生する可能性を減らす上で重要な役割を果たすと考えられる。パターン内の突起物の中心−中心間の間隔が異なることによって、物理的な意味で、突起物間の間隔がウェブ全体に対して異なる空間的位置で配置されることになる。そのため「マッチング」が、１または複数のウェブの重なり合う部分の間で、突起物／空間の位置に対して生じる可能性は極めて低い。さらに「マッチング」が、重なり合うウェブまたはウェブ部分上の複数の隣接する突起物／空間の間で生じる可能性は、突起物パターンのアモルファスの性質のせいで、さらに低い。
【００３２】
完全にアモルファスなパターン（現時点では好ましいであろう）では、中心−中心間の間隔は、少なくとも設計者によって指定された境界ある範囲においてはランダムである。そのため、所定の突起物に最も近い隣接突起物は、同程度の可能性で、何れかの所定の角度位置でウェブ平面内で見出される。また、ウェブの他の物理的幾何学的な特徴も好ましくは、パターンの境界条件（たとえば突起物の面の数、各突起物に含まれる角、突起物のサイズなど）の範囲内で、ランダム、そうでなければ少なくとも不均一である。しかし、隣接する突起物間の間隔が不均一および／またはランダムであることは、可能であるだけでなく、状況によっては好ましいことではあるが、互いに噛み合うことが可能な多角形形状を選択しようとすると、隣接する突起物間の間隔は均一であることがふさわしい。これは、本発明の３次元の入れ子耐性シート材料のいくつかの用途に対して、特に有用である。これについては後述する。
【００３３】
本明細書で用いる場合、用語「多角形」（および形容詞形「多角形の」）は、３つ以上の辺を有する２次元図形を指すために用いる。というのは、１または２つの辺の多角形では線が規定されるからである。従って、三角形、四角形、五角形、六角形などは、用語「多角形」の範囲に含まれ、曲線形状、たとえば円、楕円など（辺の数が無限）もそうであろう。
【００３４】
不均一な、特に円でない形状と、不均一な間隔とからなる２次元構造の性質を説明する場合、「平均的な」量および／または「等価な」量を用いると有用であることが多い。たとえば、２次元パターン（間隔が、中心−中心間ベースまたは個々の間隔ベースである）の物体間の直線距離関係を特徴づける場合、「平均」間隔という用語が、結果として生じる構造を特徴づけるのに有効であり得る。平均値で表せる他の量としては、物体が占める表面積の割合、物体の面積、物体の外周、物体の直径などが挙げられる。物体の外周、物体の直径などの他の寸法は、円でない物体の場合には、仮想的な等価直径を作ることによって近似できる。これは、水力学の状況でしばしば行われている。
【００３５】
ウェブ内の完全にランダムなパターンの３次元中空突起物は、理論上は、決してフェイストゥバックの入れ子を示すことはない。というのは、各錐台の形状と配置は唯一つしかないからである。しかし、このように完全にランダムなパターンのデザインは、非常に時間のかかる複雑な提案だが、好適な成形構造の製造方法である。本発明においては、非入れ子の属性は、隣接するセルまたは構造物の互いに対する関係が、これらのセルまたは構造物の全体的な幾何学的特徴と同様に指定される構造パターンをデザインすることによって得ることができる。しかし、セルまたは構造物の正確なサイズ、形状、および／または配向は、不均一で非反復である。用語「非反復」は、本明細書で用いる場合、同一構造または同一形状が、注目する規定領域内のどの２つの場所にも存在しないパターンまたは構造物を指すためのものである。注目するパターンまたは領域内に、所定のサイズおよび形状の突起物が２つ以上存在するかも知れないが、それらの回りに不均一なサイズおよび形状の他の突起物が存在することによって、事実上、同一のグループ分けの突起物が複数の場所に存在する可能性が排除される。言い換えれば、突起物のパターンは注目する領域の至るところで不均一であり、そのため全体のパターン内では、ある突起物のグループ分けが他の何れかの同様な突起物のグループ分けと同じであるということは全くない。３次元シート材料の梁（beam）強度によって、所定の突起物を囲むどの材料領域の著しい入れ子も防げる。これは、たとえその突起物が、マッチングする１つの凹部の上に自分自身が重なっていると見出した場合でもそうである。というのは、注目する１つの突起物を囲む突起物は、サイズ、形状、結果として生じる中心−中心間の間隔において、他の突起物／凹部を囲む突起物と異なっているからである。
【００３６】
マンチェスター大学のディヴィス教授によって、多孔性気泡セラミックメンブレンについての研究が行われ、より詳細には、このようなメンブレンの分析モデルが作られて、現実世界での性能をシミュレートするための数学的モデリングが可能になっている。この研究は、刊行物「Porous cellular ceramic membranes : a stochastic model to describe the structure of an anodic oxide membrane」（著者はJ.BroughtonとG.A.Davies）（Journal of Membrane Science、Vol. 106 (1995)、pp. 89-101）において、より詳細に説明されている。なおこの文献の開示は、本明細書において参照により取り入れられている。その他の関係する数学的モデリング技術は、「Computing the n-dimensional Delaunay tessellation with application to Voronoi polytopes」（著者はD. F. Watson）（The Computer Journal、Vol.24、No.2 (1981)、pp. 167-172）と、「Statistical Models to Describe the Structure of Porous Ceramic Membranes」（著者はJ. F. F. Lim、X. Jia、R. Jafferali、およびG. A. Davies）（Separation Science and Technology、28(1-3) (1993)、pp. 821-854）に、より詳細に説明されている。なおこれらの文献の開示は、本明細書において参照により取り入れられている。
【００３７】
この研究の一部として、ディヴィス教授は、２−空間の拘束ヴォロノイ（Voronoi）モザイク配列に基づく２次元多角形パターンを開発した。このような方法においては、上で確認した刊行物を再び参照して、核生成点を、境界が定められた（事前に決定された）平面にランダム位置で配置する。配置位置の数は、完成時のパターンで必要とされる多角形の数と同じである。コンピュータープログラムによって、各核生成点を、円として同時にかつ放射状に、各生成点から同じ速度で「成長」させる。隣接する核生成点からの成長面がぶつかったときに、成長が停止して境界線が形成される。この境界線は、それぞれ多角形の端を形成し、境界線の交点によって頂点が形成される。
【００３８】
このような理論的な背景は、このようなパターンがどうやって生成され得るのかを理解し、このようなパターンの性質を理解する上では有用である。しかし、上述した数値反復をステップごとに実行して核生成点を外側に広げ、注目する所望領域の全体に行き渡らせて終了させる問題が残る。従って、迅速にこのプロセスを行なうためには、コンピュータープログラムを好ましくは、適切な境界条件および入力パラメータを仮定してこれらの計算を実施し、所望する出力を出すように書く。
【００３９】
本発明に係る有用なパターンを生成する第１のステップは、所望するパターンの寸法を定めることである。たとえば、幅１０インチ、長さ１０インチのパターンを作製し、随意にドラムまたはベルト、さらに平板に形成することが求められる場合には、Ｘ−Ｙ座標システムを設定して、最大Ｘ寸法（Ｘmax）を１０インチ、最大Ｙ寸法（Ｙmax）を１０インチにする（またはその逆）。
【００４０】
座標システムと最大寸法とを特定したら、次のステップは、規定されたパターンの境界内で所望の多角形になる「核生成点」の数を決定することである。この数は、０と無限大との間の整数であり、完成時のパターンにおいて所望する多角形の平均サイズと間隔とを考慮して選択しなければならない。数字が大きくなれば、対応して多角形が小さくなる（逆もまた同様である）。核生成点または多角形の適切な数を決めるための有効なアプローチは、所望する成形構造を満足させるために必要となるであろう人工的で仮想的で均一なサイズおよび形状の多角形の数を、計算することである。この人工的なパターンが規則的な六角形のアレイ３０（図５）である場合には、Ｄを端−端間の寸法、Ｍを六角形の間の間隔として、六角形の数密度Ｎは以下のようになる。
【００４１】
Ｎ＝２（３）1/2／３（Ｄ＋Ｍ）2
この方程式を用いて、本明細書で説明したように生成されるアモルファスパターンに対して核生成密度を計算すると、平均サイズが仮想的な六角形のサイズ（Ｄ）に非常に近い多角形が得られることが分かっている。いったん核生成密度が分かれば、パターンで使用すべき核生成点の総数を、パターン面積（この例の場合には８０ｉｎｃｈ2）を掛けることによって計算できる。
【００４２】
乱数発生器が、次のステップでは必要となる。当業者に周知であるどんな好適な乱数発生器も用いることができ、たとえば「シード数」を必要とするものや、客観的に決まっている出発値たとえば年代時間（chronological time）を用いるものが挙げられる。多くの乱数発生器は、０ないし１（０〜１）の数を発生させるように動作する。以後の説明においても、このような発生器を用いることを前提とする。結果を変換して０ないし１の数にするか、適切な変換因子を用いるならば、異なる出力の発生器を用いても良い。
【００４３】
コンピュータープログラムを書いて、望ましい反復回数で乱数発生器を走らせる。望ましい反復回数は、上で計算した「核生成点」の所望の数の２倍に等しくなるのに必要な乱数を発生させるものである。乱数を発生させたら、乱数を１つ置きに最大Ｘ寸法または最大Ｙ寸法と掛け合わせて、ＸおよびＹ座標のランダムな組を発生させる。すべての組において、Ｘ値は０ないし最大Ｘ寸法であり、Ｙ値は０ないし最大Ｙ寸法である。次にこれらの値を、「核生成点」数と同数の（Ｘ、Ｙ）座標の組として格納する。
【００４４】
この点において、本明細書で説明される発明は、以前のMcGuireらの特許出願に記載されたパターン生成アルゴリズムとは異なる。パターンの左端および右端を「合わせること」、すなわち一緒に「タイル張り」できることが必要であると仮定して、幅Ｂの縁を１０”正方形の右端に付け加える（図６を参照）。必要とする縁のサイズは、核生成密度に依存する。核生成密度が大きいほど、必要とする縁サイズは小さくなる。縁の幅Ｂを計算する簡便な方法は、前述し図５に示した仮想的な規則的六角形アレイを再び参照することである。概略的に言って、少なくとも３つの仮想的な六角形の柱を縁内部に含めなければならない。そのため、縁の幅は以下のように計算できる。
【００４５】
Ｂ＝３（Ｄ＋Ｈ）
次に、ｘ＜Ｂである座標（ｘ、ｙ）を有する全ての核生成点Ｐを縁内部にコピーして、新しい座標（ｘmax＋ｘ、ｙ）を有する新たな核生成Ｐ’とする。
【００４６】
これまでの段落で説明した方法を用いて、結果として生じるパターンを生成すれば、パターンは全くランダムとなる。この全くランダムなパターンは本質的に、多角形サイズおよび形状の広い分布を有し、これは場合によっては好ましくないかも知れない。「核生成点」位置の発生に関係するランダム度に対してある程度の制御を行なうために、制御因子すなわち「制約」を選択する。これを以後β（ベータ）と呼ぶ。制約によって、隣接する核生成点位置の近傍を、排除距離Ｅを導入して制限する。排除距離Ｅは、隣接する２つの核生成点間の最小距離を表す。排除距離Ｅは以下のように計算される。
【００４７】
Ｅ＝２β／（λπ）1/2
ここで、λ（ラムダ）は点の数密度（単位面積あたりの点）であり、βは０ないし１である。
【００４８】
「ランダム度」の制御を行なうために、最初の核生成点を前述したように配置する。次にβを選択して、上式からＥを計算する。β、従ってＥは、核生成点を配置する間ずっと一定であることに注意されたい。次の核生成点の（ｘ、ｙ）座標が生成される度に、その核生成点から、すでに配置された他の全ての核生成点までの距離を計算する。この距離が何れかの核生成点に対してＥを下回るときには、新しく発生させた（ｘ、ｙ）座標を削除して、新しい組を発生させる。このプロセスを、全てのＮの点がうまく配置されるまで繰り返す。本発明に係る有用なタイル張りアルゴリズムにおいては、ｘ＜Ｂである全ての点（ｘ、ｙ）に対して、最初の点Ｐとコピーされた点Ｐ’の両方を他の全ての点に対してチェックしなければならない。ＰまたはＰ’のどちらかが、他の何れかの点にＥよりも近い場合には、ＰおよびＰ’の両方を削除して、ランダムな（ｘ、ｙ）座標の新しい組を発生させる。
【００４９】
β＝０ならば、排除距離はゼロであり、パターンは全くランダムである。β＝１ならば、排除距離は、六方最密アレイにおける最隣接距離と等しくなる。βを０ないし１で選択することによって、「ランダム度」をこれら２つの極端な状態の間で制御することができる。
【００５０】
パターンをタイル状にして、左端および右端が両方とも適切にタイル張りされ、かつ上端および下端が両方とも適切にタイル張りされるためには、縁を、Ｘ方向およびＹ方向の両方において用いなければならない。
【００５１】
いったん核生成点の完全な組を計算して格納したら、デローネイ（Delaunay）の三角形分割を、完成時の多角形パターンを生成するための準備ステップとして行なう。デローネイの三角形分割をこのプロセスで用いることで、より簡単だが数学的に等価な代替案が、前述の理論モデルで述べたような多角形を核生成点から同時に円として繰り返して「成長させること」に対して、構成される。三角形分割を行なう背景にある基本概念は、三角形を形成する３つの核生成点の組を作り、その際、これら３点を通過するように作図した円の内部には、他のどの核生成点も含まれないようにすることである。デローネイの三角形分割を行なうために、コンピュータープログラムを、３つの核生成点の可能な組み合わせを全て集めるように書く。また、それぞれの核生成点には、単に識別のために、１つの番号（整数）を割り当てる。次に、三角形に配置された３点の各組を通過する円に対して、半径および中心点座標を計算する。次に、特定の三角形を規定するために用いられていない各核生成点の座標位置を、円（半径および中心点）の座標と比較して、他の核生成点の何れかが、注目する３点の円の内部に入っているかどうかを決定する。これら３点に対して作図した円がテストにパスした場合（他の核生成点が円の中に全く入っていない）、３点の番号、それらのＸおよびＹ座標、円の半径、円の中心のＸおよびＹ座標を格納する。これら３点に対して作図した円がテストにパスしなかった場合、結果は保存せず、計算を次の３点の組に進める。
【００５２】
いったんデローネイの三角形分割が完了したら、次に２−空間のヴォロノイモザイク配列を行なって完成時の多角形を生成する。このモザイク配列を行なうために、デローネイ三角形の頂点として保存した各核生成点によって、多角形の中心を構成する。次に多角形の外形を、各デローネイ三角形に外接する円（頂点が含まれる）の中心点を順次右回りに結んで作図する。これらの円の中心点を繰り返し順に、たとえば右回りに保存することによって、各多角形の頂点の座標を、核生成点領域の至るところで順次格納することができる。多角形を生成するときに、比較を行なって、パターンの境界にある三角形の頂点はどれも計算から除外するようにする。というのは、これらの頂点は完全な多角形を規定しないからである。
【００５３】
容易に同じパターンの複数のコピーを同時にタイル張りして大きなパターンを形成したいときには、核生成点を計算縁（computational border）にコピーした結果生成される多角形を、パターンの一部として保持して、隣接するパターンの同じ多角形と重ねれば良い。こうすることで、多角形の間隔をマッチングして登録することが助けられる。その代わりに、図３および４に示すように、核生成点を計算縁にコピーした結果生成される多角形を、三角形分割およびモザイク配列を行なった後に削除して、隣り合うパターンが好適な多角形間隔で隣接できるようにしても良い。
【００５４】
いったん、互いに噛み合う多角形の２次元形状の完成パターンが生成されたら、本発明においては、このような互いに噛み合う形状のネットワークを、材料ウェブの１つのウェブ表面に対するデザインとして使用し、そのパターンによって、出発材料の初期平面ウェブから形成される３次元中空突起物のベースの形状を規定する。この出発材料の初期平面ウェブからの突起物の形成を行なうために、所望する完成時の３次元構造のネガを有する好適な成形構造を作製する。出発材料に適切な力を加えて恒久的に変形させることによって、この構造に従わせる。
【００５５】
多角形の頂点座標の完全なデータファイルから、物理的な出力たとえば線画を、多角形の完成パターンで作ることができる。このパターンを、メタルスクリーンエッチングプロセスに対する入力パターンとして通常の方法で用いて、３次元成形構造を形成しても良い。より大きな間隔が多角形間に要求される場合には、１または複数の平行線を各多角形の辺に加えて、間隔の幅を大きくする（従って多角形のサイズが対応する量だけ小さくなる）ように、コンピュータープログラムを書けば良い。
【００５６】
本発明の特定の実施形態について例示し説明してきたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく種々の変更および修正を行なえることが、当業者にとっては明らかであり、添付の請求の範囲においては、本発明の範囲内にあるこのような修正の全てを包含することが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る方法および装置を示す概略図
【図２】  エンボシングロール間の粘着剤移行工程を示す図１の装置の拡大部分図。
【図３】  本発明において有用なアモルファスパターンの代表的な実施形態の４つの等価な「タイル」を示す平面図。
【図４】  図３の４つの「タイル」を、パターン端のマッチングを示すために接近して示した平面図。
【図５】  本発明において有用なパターン発生方程式で参照される寸法を示す概略図。
【図６】  本発明において有用なパターン発生方程式で参照される寸法を示す概略図。
【符号の説明】
１、２、３、４…メータリングニップ
９…加熱スロットダイ
１１、１２、１３、１４…グルーメータリング／塗布ロール
１５、１６…エンボシングロール
１７…圧力ロール
１８…剥離ロール
１９…冷却Ｓ字ラップ
２０…パターン
４０…粘着剤
５０…シート材料ウェブ
６０…粘着剤コートウェブ
【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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【図６】
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