(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元シート材であって、前記シート材が第１側面と第２側面を有し、前記第１側面が、前記第１側面から外向きに延びる複数の離間した３次元突出部を持つ少なくとも１つの領域を含み、複数の前記突出部が、制約付きの２スペースのボロノワモザイク模様から得られる無定形パターンであって、前記モザイク模様が、互いに組み合う形状の中心間のとりうるスペースの範囲を制御する制約係数によって制御されている２次元形状の無定形パターンを形成している、３次元シート材。
【請求項２】
前記パターンが、複数の異なる２次元形状を含む、請求項１記載のシート材。
【請求項３】
前記突出部が、前記シート材から一体的に形成されている、請求項１記載のシート材。
【請求項４】
前記第２側面が、複数の前記突出部に対応する複数の離間した３次元の中空くぼみを含み、その結果、前記突出部が中空となっている、請求項１記載のシート材。
【請求項５】
前記くぼみの各々のサイズと形状は、対応する前記突出部の各々のサイズと形状に実質的に対応している、請求項４記載のシート材。
【請求項６】
前記シート材が、前記シート材の平面内のどの方向においても等方的構造のウエブ特性を示す、請求項１記載のシート材。
【請求項７】
前記シート材が、前記パターンの全体を通しての任意の区画域に対して、形状的および構造的特性において実質的に同形である、請求項１記載のシート材。
【請求項８】
前記無定形パターンでの複数の前記突出部の各々が、１８０°を超える内角が存在しない互いに組み合う多角形で、隣接する多角形の向きあう辺が実質的に平行な状態で、各多角形が実質的に線形の辺を有限数備えている、請求項１記載のシート材。
【請求項９】
前記シート材が、等方性のウエブ材から形成されており、前記シート材が、前記シート材の平面内のどの方向においても等方的構造のウエブ特性を示す、請求項１記載のシート材。
【請求項１０】
複数の前記突出部が、隣接する突出部間の３次元スペースの互いに接続されたネットワークによって分離されている、請求項１記載のシート材。
【請求項１１】
前記スペースが、前記パターン全体を通して実質的に同じ幅を有する、請求項１０記載のシート材。
【請求項１２】
前記スペースが、物質で部分的に埋められている、請求項１１記載のシート材。
【請求項１３】
前記物質が、接着剤を含む、請求項１２記載のシート材。
【請求項１４】
前記くぼみの各々が、物質で部分的に埋められている、請求項４記載のシート材。
【請求項１５】
前記物質が、接着剤を含む、請求項１４記載のシート材。
【請求項１６】
複数の前記突出部が、前記シート材の平面に平行に測定して、前記シート材の前記第１側面の面積の約３０％から約７０％を占める、請求項１記載のシート材。
【請求項１７】
３次元シート材であって、前記シート材が第１側面と第２側面を有し、前記第１側面が、前記第１側面から外向きに延びており且つ前記シート材から一体的に形成された複数の離間した３次元突出部を持つ少なくとも１つの領域を含み、複数の前記突出部が、制約付きの２スペースのボロノワモザイク模様から得られる無定形パターンであって、前記モザイク模様が、互いに組み合う形状の中心間のとりうるスペースの範囲を制御する制約係数によって制御されている複数の異なる２次元形状の無定形パターンを形成し、前記第２側面が、複数の前記突出部に対応する複数の離間した３次元の中空くぼみを含み、その結果、前記突出部が中空となっている、３次元シート材。
【請求項１８】
複数の前記突出部が、隣接する突出部間の３次元スペースの互いに接続されたネットワークによって分離されており、前記スペースが、前記パターン全体を通して実質的に同じ幅を有し且つ接着剤で部分的に埋めされている、請求項１７記載のシート材。
【請求項１９】
３次元シート材を作る方法において、
（a）成形可能な材料のシートを、制約付きの２スペースのボロノワモザイク模様から得られる無定形パターンであって、前記モザイク模様が、互いに組み合う形状の中心間のとりうるスペースの範囲を制御する制約係数によって制御されている、３次元形状の無定形パターンを有する３次元の成形構造体上に導く工程、及び
（b）前記シート材を前記成形構造体となじむように成形して、前記シート材の第１側面から外向きに延びる複数の離間した３次元突出部を生成する工程であって、複数の前記突出部が、制約付きの２スペースのボロノワモザイク模様から得られる無定形パターンであって、前記モザイク模様が、互いに組み合う形状の中心間のとりうるスペースの範囲を制御する制約係数によって制御されている２次元形状の無定形パターンを形成する、前記シート材を成形する工程
を備えた方法。
【請求項２０】
複数の前記突出部が、隣接する突出部間の３次元スペースの互いに接続されたネットワークによって分離されており、前記方法が、物質で前記スペースを部分的に埋める工程を更に有する、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記スペースを部分的に埋める前記工程が、前記シート材を成形する前記工程と実質的に同時に起こる、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
実質的に同時の前記工程の両方が、共通の成形構造体上で一緒に達成される、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記シート材を前記成形構造体上に導く前記工程が、前記シート材を前記成形構造体上に押し出す工程を含む、請求項１９記載の方法。
【請求項２４】
前記シート材を前記成形構造体上に導く前記工程が、予備成形されたシート材を前記成形構造体上に置く工程を含む、請求項１９記載の方法。
【請求項２５】
前記成形する工程が、機械的エンボス加工、減圧熱成形、ヒドロフォーミング、及びこれらの組合せの群から選択された成形方法によって実施される、請求項１９記載の方法。
【請求項２６】
前記成形構造体が、連続した柔軟なベルトを含む、請求項１９記載の方法。
【請求項２７】
前記成形構造体が、３次元のくぼみの無定形パターンおよび互いに接続された地を含む、請求項１９記載の方法。
【請求項２８】
前記くぼみの各々が、１８０°を超える内角が存在しない多角形形状を有する、請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
３次元シート材を作る方法において、
（a）制約付きの２スペースのボロノワモザイク模様から得られる無定形パターンであって、前記モザイク模様が、互いに組み合う形状の中心間のとりうるスペースの範囲を制御する制約係数によって制御されている、複数の２次元形状を互いに組み合わせた無定形の２次元パターンを有するコンピュータグラフィックを生成する工程であって、前記パターンが、互いに組み合わせた前記２次元形状間の実質的に一定な幅のラインを有する、工程、
（b）前記無定形の２次元パターンを成形構造体に転写して、互いに組み合わせた前記２次元形状に対応する３次元のくぼみと、実質的に一定の幅の前記ラインに対応する互いに接続された地と、を有する３次元成形構造体を成形する、工程、
（c）前記互いに接続された地を物質で被覆する工程、
（d）成形可能な材料のシートを、前記物質の上から、前記成形構造体上に導く工程であって、前記材料のシートが、前記成形構造体に対するよりも前記物質に対する方が親和力が大きい、工程、及び
（e）前記材料のシートを成形して前記成形構造体となじませて、前記材料のシートの第１側面から外向きに延びる複数の離間した３次元の突出部を生成する工程であって、複数の前記突出部が、制約付きの２スペースのボロノワモザイク模様から得られる無定形パターンであって、前記モザイク模様が、互いに組み合う形状の中心間のとりうるスペースの範囲を制御する制約係数によって制御されている２次元形状の無定形パターンを形成する、工程
を備えた方法。
【請求項３０】
成形構造体を作る方法において、
（a）制約付きの２スペースのボロノワモザイク模様から得られる無定形パターンであって、前記モザイク模様が、互いに組み合う形状の中心間のとりうるスペースの範囲を制御する制約係数によって制御されている、２次元形状を互いに組み合わせた無定形の２次元パターンを有するコンピュータグラフィックを生成する工程であって、前記パターンが、互いに組み合わせた前記２次元形状間の実質的に一定な幅のラインを有する、工程、及び
（b）前記無定形の２次元パターンを成形構造体に転写して、互いに組み合わせた前記２次元形状に対応する３次元形状を有する３次元成形構造体を形成する、転写する工程、
を備えた方法。
【請求項３１】
前記転写する工程が、互いに組み合わせた前記２次元形状に対応する３次元のくぼみと、実質的に一定の幅の前記ラインに対応する互いに接続された地と、を有する３次元成形構造体を形成する、請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
前記モザイク模様が、前記形状の中心から中心への間隔の取りうる範囲を制御する制約係数によって制約されている、請求項３０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、重ねられた層が互いにネスティングをおこしにくい３次元シート材に関する。より詳しくは、本発明は３次元シート材において、少なくともそのシート材の一方の側面から外側に延びる３次元突出部を有して、無定形パターンを成すものに関する。さらに本発明はこのような３次元シート材を成形する方法と装置に関する。
背景技術
３次元表面を有するシート材は、本技術分野ではよく知られており、これまでも実際に数多く適用されてきた。このようなシート材は、平面シート式でこのまま取り扱うようになっているか、連続ウエブ式でロールに巻いて取り扱うようになっている。平面シート式の場合、シートがネスティングをおこしていると嵩的に低くなって有用かもしれない。しかし、ロール状に巻いたとき、ネスティングはしばしば重大な問題を引き起こす。たとえば、ひとつのロール内で、３次元表面を有する層がネスティングをおこすと、摩擦性の引っ掛かりが生じてロールをほどくのが困難になる。また、ロールの一端のほうが他端よりネスティングが深くおきている場合は、ロールがわん状変形を起こすおそれもでてくる。
３次元シート材において、重ねられたウエブとウエブもしくはウエブの一部分と一部分における突出部間が、サイズ、形状、位置、および／または構造上の並び方を原因として互いに組み合う（interlock）と、どんなものでもネスティングをおこしうる。ネスティングあるいは互いに組み合う動作には２つのタイプがある。すなわち表面同士のネスティングと表面と裏面のネスティングである。表面同士のネスティングは次のようにしておきる。つまり、あるひと巻きのウエブの表面における同類部分同士が接触してその一方の部分の突出部が他方の部分の隣り合う突出部間の谷ないしはスペースに入り込む。あるいは、数巻きのウエブのそれぞれの表面同士が接触して、あるウエブの突出部が、他のウエブの隣り合う突出部間の谷ないしはスペースに入り込む。いっぽう表面と裏面のネスティングは次のようにしておこる。あるひと巻きのウエブの対向しあう面が接触してその一方の面の突出部が他方の面の突出部の中空の「ネガティブ（negative）」側に入り込む。あるいは数巻きのウエブの違う側の面同士が接触して一方のウエブの突出部が他方のウエブの突出部の中空の「ネガティブ」側に入り込む。このような表面と裏面のネスティングは、本発明におけるシート材のような中空の３次元突出部を有する３次元シート材で特に問題となる。ウエブが３次元表面特性を表面にのみ示している場合、すなわち裏面が全体を通じて平滑面であると、表面と裏面のネスティングは起こりえないので、表面同士のネスティングを第１に考慮することになる。表面同士のネスティングは、突出部間のスペースをもっとも小さい突出部の幅よりさらに小さくすることによって、表面と裏面のネスティングより容易にネスティング修正できる。しかし、このような小さい突出部間スペースは、適用が無理な場合もあって、結果的に生ずる構造は、甚だしく多様性に欠けたものとなる。
巻いた状態の連続ウエブの隣り合う層や隣り合う巻きでネスティングが起こると、表面と裏面のネスティングによって生じる摩擦性の引っ掛かりのせいでウエブ端がほどきにくくなることがある。また、３次元ウエブ材の積み重ねられた個々の層やパイルでネスティングが起きると、容器から１枚だけシートを取りたいときも何枚も取ってしまうこともある。さらに、ウエブがそれ自体であるいは他のウエブとネストするのは、ウエブ自体にとってそれほど簡単なことではないものの、たとえば接着剤のような活性物質のキャリヤーに３次元ウエブ構造体を利用する場合には、ネスティングによってその活性物質が使う前から接着してしまうおよび／または汚れてしまうなどの問題をさらに引き起こすおそれがある。
接着剤で被覆された表面を被適用表面に接着する感圧接着剤を用いる、テープ、ラベルおよび他の物品の技術分野において、使う前から接着してしまうということが、ずっと問題になっていた。つまり、接着剤で被覆された表面を被適用表面上に適切に配置する前に、接着剤がその被適用表面にうっかり接触して一箇所あるいは数箇所で使う前から接着し、適切な配置を妨げてしまうのである。この問題を、最初に接触することになる表面を接着剤が被覆された表面からはなしておくことによって、解決しようという試みがなされた。最初に接触する表面は接着表面から被適用表面を隔絶するものとして機能することになる。これは、たとえば、フィルムに円すい状の突出部を成形し、その突出部間の谷を突出部の先端より下のレベルまで接着剤で埋めるという方法で、達成される。このような３次元シート材と、これを製造する方法と装置とについて、Peter W.Hamilton、Kenneth S.McGuireによって、１９９６年１月１０日に出願された、共同で譲渡され審査中の米国特許出願番号０８／５８４、６３８”Composite Material Releasably Sealable to a Target Surface When Pressed Thereagainst and Method of Making（被適用表面が押圧されたときこの被適用表面に貼って剥がせる複合材およびその製造方法）”に、詳しく説明されている。なお、この米国出願の内容は参考として本願に組み込まれている。
このような３次元シート材はその意図をよくかなえているものの、製造中や保管しているときあるいは使おうとして小出しするときなどに、このようなシート材の隣り合う層や隣り合う巻きでネスティングがおこるという解決すべき問題が残っている。
３次元構造体では、特に中空になった３次元突出部を有する積み重ねられたシート材では、相互にネストしやすいという問題を解決しようとする試みとして、ウエブ上に同じサイズと形状の突出部をランダムにあるいは少なくとも不均一に設けることが以前より行われてきた。しかしこの方法は、ある種のウエブ構造体には有効であるが、地の部分（突出部が設けられていないフリースペース）の総量が小さくなるにつれ、その効果も小さくなる。というのは、突出部のサイズおよび形状が必須的に一定であるため、突出部の個数密度が高くなっていくと、間隔や配置に変化をつけにくくなる。限界的なケースでは、突出部があまりにも密に詰まっているので、均一なスペースで密に詰まった整列状態と同じことになる。さらに、突出部が均一に配置されていなかったときは、その結果のウエブの物性もまた不均一になって、その配置の予想がつかないときは適切に作り上げるのが困難になる。
したがって、３次元シート材では、それが平面式であろうがロール式であろうが、ひとつの層が他の積み重ねられた層とネスティングをおこさないようなものが望まれる。
さらに、そのような３次元シート材を成形する方法において、そのシート材がその特定材料の要求を満たすように適切に作られ、また容易に経済的に実用化できるようになっている方法が望まれる。
そしてまた、そのような３次元シート材を適切に成形する装置において、その３次元シート材が、特定材料の必要性に応じて適切に作られ、産業界において容易に経済的に利用できるようにする装置が望まれる。
発明の概要
本発明は、第１側面と第２側面を有した、耐ネシスト性の３次元シート材である。この第１側面はスペースをとって設置された複数の３次元突出部を有した域が少なくともひとつあり、この突出部は、好ましくはシート材から一体的に成形された第１側面から外向きに延びている。本発明に耐ネシスト特性を与えるために、この突出部は、複数の異なる２次元形状の無定形パターンを成形する。第２側面が、スペースをおいて配された前記突出部に対応する３次元の中空くぼみを複数含んで、突出部が中空になるようにしていると好ましい。
接着剤のキャリヤーのような特定の機能を果たす適用方法に対しては、突出部群は、隣接する突出部間の３次元スペースが互いに接続されたネットワークによって、区分されている。これらのスペースは、そのパターン全体を通して実質的に同じ幅を有し、接着剤で部分的に埋められていると好ましい。
好適な耐ネシスト性３次元シート材は、本発明にしたがって、スペースをおいて配された３次元くぼみの無定形パターンを含む３次元成形構造体を利用して製造される。このくぼみが、２次元形状の無定形パターンを形成し、このパターンは互いに組み合うようになっている。
成形構造体は、本発明にしたがって次のような工程の方法で作ることができる。つまり、（a）互いに組み合う２次元形状の無定形２次元パターンを有するコンピューターグラフィックを作り、そのときこのパターンには互いに組み合う形状間に一定の幅を有したラインが設けられており、そして（b）無定形の２次元パターンを成形構造体に転写し、互いに組み合う形状に対応する３次元くぼみと、実質的に一定の幅を有するラインに対応する互いに接続された地を成形する。この互いに組み合う形状の無定形パターンが、本発明によって、制約付きの２スペースのボロノワモザイク模様（Voronoi tessellation）から得られたもので、さらにこのモザイク模様が、互いに組み合う形状の中心間のとりうるスペースの範囲を制御する制約係数によって制御されていると好ましい。
耐ネシスト性３次元シート材を本発明にしたがって製造するために、変形可能シート材を成形構造体上に導いてから、シート材の第１側面から外向きに延びてスペースをおいて配された複数の３次元突出部が、２次元形状の無定形パターンを成形するように、成形構造体にあわせて永久変形する。必要ならば、成形構造体の互いに接続された地の部分を物質で被覆したあと、変形可能シート材を成形構造体上に導くようにする。ここでこのシート材は、その被覆物質について成形構造体より大きな粘着性を有しているので、シート材をはがせば、この被覆物質がシート材と共に成形構造体から取り除かれることになる。
【図面の簡単な説明】
この明細書は、本発明を特定的に指摘し明確に請求する請求の範囲を備えているが、好適な態様の以下の説明から、添付図面を参照して、本発明をより理解できることを確信している。なお、図面において同一構成要素を同一符号で示す。図面中、
第１図は、本発明による代表的な耐ネシスト性３次元シート材の斜視図の顕微鏡写真である。
第２図は、本発明による他の代表的な耐ネシスト性３次元シート材の平面図である。
第３図は、本発明による耐ネシスト性３次元シート材のひとつの態様の平面図である。
第４図は、本発明による耐ネシスト性３次元シート材の他の態様の平面図である。
第５図は、本発明による耐ネシスト性３次元シート材の好適な態様の平面図である。
第６図は、第３図および第５図のシート材の多角形面積の分布を比較したグラフである。
第７図は、第３図および第５図のシート材の多角形面積の変化を比較したグラフである。
第８図は、第５図の耐ネシスト性３次元シート材の部分断面立面図である。
第９図は、第８図と同様の部分断面立面図であるが、物質がウエブの３次元構造体内に含まれた本発明の一態様を示したものである。
第１０図は、第５図で示したような耐ネシスト性３次元シート材の成形に適した、３次元成形構造体の平面図である。
第１１図は、第１図で示したような耐ネシスト性３次元シート材の成形に適した、代表的な３次元成形構造体の斜視図の顕微鏡写真である。
第１２図は、第１０図の３次元成形構造体の部分断面立面図である。
第１３図は、本発明による耐ネシスト性３次元シート材を成形するのに適した代表的な装置を略図的に描いたものである。
発明の詳細な説明
第１図は、本発明の現在のところ好適な態様による３次元シート材１０の顕微鏡写真である。本発明のシート材は、各々が中空の３次元突出部が複数、連続するベース構造体から、上方に延びた３次元構造体を示す。複数のウエブやシートが各々互いに表面と表面あるいは表面と裏面という向きで相互に重なり合ってもネスティングがおきないという本発明の利点を達成するために、中空の３次元突出部は、ウエブ平面上で、少なくとも一つのウエブ方向において、それぞれで不均一な台がたに形成されている。そして中空の３次元突出部が、ウエブ平面上の相互に直交する２つのウエブ方向において、それぞれで不均一な多角形の台がたに形成されているとより好ましい。
シート材をコンパクトに貯蔵するために、マンドレルにシート材を巻き付けるあるいはシート材だけで巻き付ける（芯のないロール）意図で、シート材を伸びたウエブに成形する場合、本発明においては、ウエブは、少なくともローリングの方向で、最も好ましくはローリングの方向およびそれに直交する方向で、不均一パターンを示す。適用方法によってはシート材が非反復パターンで無限に続くことが望ましい場合もあるが、最小では、本発明のシート材は、製品ロール１個について最大に予期されたロール円周分の長さ以上のウエブ距離分だけ不均一パターン特性を示す。
耐ネシスト性をできるかぎり高度にするために、本発明の耐ネシスト性３次元シート材は、本来ほぼ無定形である３次元突出部の２次元パターンを示すと好ましい。ここで使われている用語「無定形（amorphous）」は、パターンの成分要素が、容易に知覚可能な構成、規則性、あるいは方向性をいっさい示さないことをいう。用語「無定形」に対するこの定義は、WebsterのNinth New Collegiate Dictionaryのこの用語の定義によって明らかにされたもとの意味におおよそしたがっている。このようなパターンでは、ある構成要素の隣の構成要素に対する方向や並び方をもとに、そのあとの構成要素がその方向や並び方についてどのような関係を有して続いていくのかを予測することは無理である。
以上とは対照的に、ここで使われている用語「整列（array）」は、パターンの成分要素が、規則的で順序づけられたまとまりあるいは並び方を示すことをいう。用語「整列」に対するこの定義もやはり、WebsterのNinth New Collegiate Dictionaryのこの用語の定義によって明らかにされたもとの意味におおよそしたがっている。このようなパターンでは、ある構成要素の隣の構成要素に対する方向や並び方をもとに、そのあとの構成要素がその方向や並び方についてどのような関係を有して続いていくのかを予測できる。
３次元突出部の整列パターンの順序づけがどの程度のものであるかということと、ウエブのネスティングのおこしやすさがどの程度のものであるかということは、直接的に関係している。たとえば、均一のサイズで均一の形状の中空突出部が密に詰まって六角形を描いて整列されている場合、突出部はすべて、他の突出部いずれをも厳密に反復していることになる。ウエブでこのようなところが部分的にでもあると、実際に全体のウエブがそうなっていなくとも、重ねられたウエブ同士もしくはウエブの一部分同士の間のウエブ配列シフトにおいて、方向にかかわりなく突出部のスペースの置き方が単一であるということによって、ネスティングがおきるのである。どの程度の順序づけであってもネスティングはそれなりにおきるものだが、順序づけが厳密でなければないほど、ネスティングはおきにくくなる。したがって、無定形で順序づけがまったくされていない突出部のパターンであれば、耐ネシスト性は可能なかぎり高いことが明確となろう。
これまでのところ本発明のウエブの全表面がそのような無定形パターンを示すのが好適ということになっている。しかし、周辺状況によっては、ウエブの全表面がそのようなパターンを示さないほうがよいという場合もあるであろう。たとえば、ウエブの比較的小さな部分だけが突出部のいくらか規則的なパターンを示す、つまり実際には、突出部のないところが多く、全体的にみれば平らな表面となっているということである。さらに、シート材が比較的大きなシート材として成形されていて、および／または、シート材自体をたたんだり巻いたりするために長く伸びた連続ウエブとして形成する場合には、製造上の制約から、無定形パターンがそのウエブ内で定期的に繰り返さざるをえない。ウエブ内でどのようなパターンの反復があってもネスティングの可能性はたしかにいくらかある。ただし、このネスティングのおきる可能性は、ウエブ同士もしくはウエブの一部分同士がパターンを１回繰り返しては重ねられて（ないしは、ウエブがパターンを整数回繰り返しては連続的に巻かれてもしくはたたまれて）正確に配列されているときだけなのである。以上とは対照的なのが、すべての突出部が均一な形状で隣の突出部の反復でありしかもその反復距離が１個の突出部のスペースとなった整列パターンで成形されているウエブのネスティング特性である。
３次元突出部がつくる無定形パターンを有するウエブでは、条件によっては突出部がパターンの範囲内で個々に特異ではなく同一の突出部が存在する場合はたしかに考えられる。しかし、隣の突出部複数をどのようなものを選択するかということについては、そのパターンの範囲内では特異なものになるはずである。無定形パターンを用いることによって、３次元シート材は（中空の３次元突出部を有したシートの場合）全く同じ無定形パターンを有するシート材が正確に重なるというようなことがない限り、決してネスティングはおこさないのである。
本来はほぼ無定形である３次元突出部の２次元パターンを有する３次元シート材はさらにまた、「同形（isomorphism）」を示すことが明言できる。ここで使われている用語「同形」、およびそのもととなる用語「同形の（isomorphic）」は、パターン内に描かれたものであればいずれでもよい任意の区画域（circumscribed area）に対する形状的および構造的特性における実質的均一性のことをいう。用語「同形」に対するこの定義は、WebsterのNinth New Collegiate Dictionaryのこの用語の定義によって明らかにされたもとの意味におおよそしたがっている。具体的にいうと、全体としては無定形であるパターンに関して、突出部が統計的に有意な個数備わっている領域を任意に規定すると、そこでは、突出部面積、突出部の個数密度、突出部の壁部長さなどのようなウエブ特性に対して、統計的、実質的に同じ値になるということである。このような相関性は、ウエブ表面全体を通して均一性が必要とされている場合に、ウエブの物理的、構造的特性に関して望ましいものであることが明言できる。突出部の圧縮抵抗などのような、ウエブ平面に対してノーマルである測定ウエブ特性に関しては特にそうである。
３次元突出部の無定形パターンを利用するとほかにも利点がある。たとえば、ある材料から成形された３次元シート材において、その材料が材料平面において当初等方的であると、方向性におけるウエブの物理特性に関してそのシート材の平面内ではほぼ等方的なままである。ここで使われている用語「等方的（isotropic）」は、その材料平面内のすべての方向においてほぼ同程度に示されるウエブ特性をいう。用語「等方的」に対するこの定義はやはり、WebsterのNinth New Collegiate Dictionaryのこの用語の定義によって明らかにされたもとの意味におおよそしたがっている。厳密な理論づけにこだわらなければ、これまでのところ、このように等方性が維持されるのは、順序づけも方向づけもされていない３次元突出部の無定形パターン内の並び方のせいであることが確信されている。逆に、ウエブ特性がウエブ方向で変化する方向性ウエブ材では普通、方向性におけるウエブの物理特性が同じやりかたで変化したうえで、無定形パターンがウエブ材に導かれる。具体的にいうと最初の材料が強度特性において等方的なシート材ならば、そのシート材の平面内ではいかなる方向においても均一の強度特性を示せるということである。
物理的な意味でこのような無定形パターンは、パターン内のある点からの射線として外側にむかって任意の方向でひいたラインに載ってくる単位長さあたりの突出部の数が統計的に同じ値になることで表される。他に統計的に同じ値になるパラメーターとしては、突出部の壁部の数、平均突出部面積、突出部間のトータルスペース平均などがある。ウエブ平面における方向に関した構造的特徴が統計的に同じ値をとれば、ウエブの方向性も統計的に同じ値をとることが明言できる。
整列と無定形パターンの違いをはっきりさせるために、もういちど整列の概念にあたってみる。整列とは、定義によれば、物理的な意味で「順序づけられて（ordered）」いるということなので、突出部のサイズ、形状、間隔、および／または方向性において、ある程度の規則性を示すはずである。したがって、整列パターン内のある点からひかれた線、射線は、その射線が伸びる方向に応じて、統計的に異なっていく値を出す。というのは、突出部の壁数、平均突出部面積、突出部間のトータルスペース平均などのパラメーターが、ウエブの方向性変化に対応するからである。
好適な無定形パターン内では、突出部はそれらのサイズ、形状、ウエブに対する方向性および隣り合う突出部の中心間の間隔が、不均一である。厳密な理論づけにこだわらなければ、表面と裏面とがネスティングをおこすという過程のなかで、隣り合う突出部の中心間の間隔の違いがネスティングをおこしにくくするために重要な役割を果たすことが確信されている。パターン内の突出部の中心間の間隔の違いによって、突出部間のスペースは物理的な意味で全体のウエブに対して異なる空間配置で位置づけられる。したがって、突出部／スペース配置による、１個もしくはそれより多くのウエブの重ねられた部分同士の「突き合わせ（match）」の確率は極めて低い。さらに、重ねられたウエブ同士もしくはウエブの一部分同士の複数の隣り合う突出部／スペース同士では、突出部パターンの無定形性により、「突き合わせ」の確率はさらに低くなる。
これまでのところ好適とされている完全に無定形のパターンにおいては、少なくとも設計者が特定した有界範囲内においては中心間の間隔がランダムで、その結果、ウエブ平面内においていずれの角度位置であっても任意の突出部に対する最隣接の確率は同じとなる。突出部の辺の数、各突出部が有する角度、突出部のサイズなどのような、ウエブの他の物理的構造特性も、パターンの境界条件を満たす範囲であれば、やはりランダム、あるいは少なくとも不均一なのが好適である。隣り合う突出部間の間隔を不均一および／またはランダムにすることが可能であり、またある種の状況ではそうあることが望ましいのではあるが、互いに組み合うことのできる多角形状をとった場合には、隣り合う突出部間のスペースを均一にとってもよい。これは、以下に説明するように、本発明の耐ネシスト性の３次元シート材のいくつかの適用方法において特に有用である。
同一シートもしくはウエブ内に意図的に無定形領域を複数集めてシートもしくはシート材のウエブを作ることができる。このとき、２つもしくはそれより多くの無定形領域で、同じ無定形パターンを複製してもよい。設計者は、規則的な定義どおりの定形パターンすなわち整列を用いて、もしくは、まったく突出部のない「ブランク（blank）」領域を用いて、あるいはこれらを組み合わせて、無定形領域をわざわざ区分してもよい。無定形領域内に含まれたこのフォーメーションは、個数密度、高さ、形状は特に限定しない。さらに、この無定形領域自体の形状や寸法も望みどおりにきめることができる。フォーメーションの形状の例を追加すると、先のとがった楔、平頭楔、多角形、曲線形状、あるいはこれらの組み合わせがある。ただしこれらに限定されるものではない。
さらに、１つの無定形領域内に、１つもしくはそれより多くの定形領域を、完全に包含する、もしくはかかえこむことがある。ひとつの連続無定形領域で、定形パターンが完全に包含されてそのシートもしくはウエブの中心付近にあるものを一例としてあげることができる。このように中にとりこまれたパターンは、ブランド名称、製造者、指示書、原料の側面もしくは表面表示、その他の情報を伝えることができる、あるいは単にそのまま装飾にもなる。
複数の定形領域を実質的に連続的なやりかたで、接触させると、もしくは重ねると、１個の無定形パターンを複数の領域に区分する、つまり複数の無定形領域に分離する。これらの区分された領域は、以前の大きい１個の無定形領域の一部分と同じものではない。
以上の説明から明らかなように、３次元突出物の無定形パターンの利用によって、整列パターンの長所、たとえば、領域／配置という面におけるウエブ特性の統計的均一性などを有しながら、かつ、そのような適用方法で整列パターンを用いたときのネスティングや非等方性という重大な短所をともなうことなく、ウエブの製造が可能になった。
本発明によるウエブは、第２図に示したように、事実上、３次元形状で成形された突出部を有する。したがって、このウエブはすべてが凸型多角形である必要はない。第２図は代表的なウエブ１０の平面図である。ウエブ１０の有する突出部１２はさまざまな構造形状を取りシート材表面から上方に延びて、そしてシート材表面は谷１４によって区分されている。またこの突出部は、サイズ、形状、および間隔がすべて、視界のかぎり不均一となって、無定形パターンをつくっている。しかし、現在のところ好ましいとされている突出部は、シート材の表面において凸型の多角形のベースを有し、隣り合う側壁部が互いに組み合って平行となって、実質的に同じ高さの台の形となっている。このような代表的な構造が第１図に描かれており、このなかで突出部１２および谷１４が示されている。しかし適用方法によっては、突出部が多角形でなくてもよい場合もある。
ここで使われている用語「多角形（polygon）」（およびその形容詞「多角形の（polygonal）」）は、１本または２本の辺を有する多角形は単に線であるから、３本あるいはそれより多くの辺を有する２次元形状のことを言う。したがって、３角形、４角形、５角形、６角形、などが、用語「多角形」に含まれる。円や楕円などの曲線でできた形状も、無限大数の辺を有しているということでやはり含まれる。
３次元構造体を設計するとき、結果的に生じた構造体に必要とされる物性に合わせて、その材料および成形技術の選択のみならず３次元形状特徴におけるサイズや形状そして間隔を決める。たとえば、変形可能な３次元突出部は一般的に、断面形状や平均相当直径に応じて、変形の程度、特に粉砕性がいろいろに変化する。ウエブ全体を通しての曲げ弾性率および／または柔軟性は、３次元突出部間の２次元シート材の相対的な割合で決まる。
不均一、特に非円形の３次元構造体の特性を説明するとき、「平均（average）」量および／または「相当（equivalent）」量を使うと役にたつことがよくある。たとえば、中心から中心の間隔に基づいて、あるいは個々の間隔に基づいて、２次元パターンにおける３次元突出部間の直線的な距離関係を特徴づけるという点で、「平均」間隔なる用語が結果的に生じた構造体を特徴づけるのに有用である。平均という点で説明可能な他の量には、突出部の占める表面積割合、突出部面積、突出部の円周、突出部の直径、その他が含まれる。円形でない突出部の場合、その円周や直径といった実際にはない寸法については、流体関係でよく行われるように相当直径を想定して近似させることができる。
個々の突出部の３次元形状は、ウエブ全体の特性と個々の突出部の物性の両方を決定するうえで重要な役割を果たすことが明言されている。突出部の耐衝撃性（つまり、シート材の平面に対して実質的に直交する衝撃および／または反転によって生じる変形に耐える能力）が、適用方法によっては、特に重要となる。厳密な理論づけにこだわらなければ、任意の突出部の耐衝撃性は、突出部の境界に沿って切り取られた面を成す個々のパネルセグメントの衝撃強度によってきまる。つまり、チェーンでつながりの最も弱いところがその長いチェーンの強度を決めるのと同じように、衝撃強度が最も低いパネルセグメントが突出部の衝撃強度を限定する。
個々のパネルの座屈強さは、衝撃方向に直交する平面上のパネルを曲面化することによって、高めることができる。そしてその曲率半径が減少するにつれ座屈強度は高くなる。個々のパネルの座屈強さは、パネルの高さを一定としたときの幅を減少させること（つまり、縦横比の減少）によっても増加する。これらの原理を適用すると、実質的には平面形状からできたつまり辺の数が有限である曲面のない突出部では、「最も弱いつながり（weakest link）」効果を最小化することによって、辺の長さや含まれる角度が増加するにつれ一般的に耐衝撃性は大きくなるであろうということがわかる。したがって、１辺がどの他辺より実質的に長くなった突出部は、その最も長い辺が座屈して、衝撃強さにおいて限定されることになる。結果的に、境界線および壁厚みを任意とすると衝撃強さは短い辺を数多くもっている突出部に対するほうが大きくなり、そしてその辺をほぼ同じ寸法にして「最も弱いつながり」効果を最小化すると耐衝撃性は最大になる。
これまでの議論では、理想の形状の成形構造体からの３次元構造体の形状的再現を仮定していることに留意すべきである。最終的には、示される物性に関して、曲率、成形可能性、角のまるみ、その他のような「リアルワールド（real world）」効果を考慮に入れていかなければならない。
台が互いに組み合って成したネットワークを使用すると、第１および２図に示したように、ウエブ構造全体を通していくらかの均一性が提供される。これはウエブの伸び、引張り強さ、ロールの外形や厚み、その他のようなウエブ全体を通しての物性制御や設計の際にも、一方で、パターンの無定形性を必要なレベルに維持するのにも役立つ。さらに、既に参照して共同で譲渡され審査中の米国特許出願番号０８／５８４、６３８に述べたような接着剤や他の活性物質に適用するためのベース構造体に使われるときは、互いに組み合う多角形のベースパターンを突出部に使用することによって、突出部間の谷の幅および間隔が制御可能となり、その結果、活性剤と被適用表面との接触はそれが必要な場で行なわれるようになる。台の側面がそこから上方向に伸びた凸型多角形ベースを使用することによって、圧縮力を受けたときの突出部のつぶれについてある程度予測したり均一性を与えることができ、さらに対応する成形構造体から成形材料をはがしやすくなる。
互いに組み合う関係を有して配列された無定形パターンに辺の数が有限である多角形を使用した場合も、円形もしくはほとんど円形を用いた構造体より、すぐれたものとなる。密につまった円形を用いた整列のようなパターンでは、隣り合う円形間の非円形部分の面積に比較して、その円が占めることのできる面積の量という点で限界がある。より詳しくは、隣り合う円同士が互いに接するようなパターンですら、ひとつの接点と次の接点との間の「コーナー（corner）」に「はまった（trapped）」スペースの量が存在する。したがって、無定形パターンでさえ円形を使用したときは、その構造体にどれほど非円形の面積を少なくできるかという点で限界がある。逆に、辺の数が有限の多角形（つまり側面が曲面である形状がない）が互いに組み合っていれば、密にパックし、限定された意味では、隣り合う多角形の隣り合う側面が全長で接触するようにパックされて、その結果、コーナー間にはまったスペースをなくすデザインが可能である。したがってこのようなパターンは、多角形面積全体でとりうる範囲をおよそ０％からおよそ１００％までひろげ、これはフリースペースの下端が機能上重要な適用方法では特に望ましい。
必要とされる突出部のサイズ、形状、とがりぐあい、間隔、反復距離などの点からみて適切な設計可能性を提供できる方法を使って、中空の台が互いに組み合う多角形配列をデザインできる。手作業設計でもよい。このようなパターンを、手作業や突出部を個々に形成する方法も含めた、何らかの適切な方法で最初のウエブ材に供することができる。
しかし、このような突出部を設計および形成するために開発されてきた本発明の方法によれば、必要とされる突出部のサイズ、形状、とがりぐあい、および無定形パターン内の間隔、無定形パターンの反復距離などが得られ、このような突出部を含んだウエブをオートメーションプロセスのなかで継続的に成形することも可能になる。
第２図に示されたような中空の３次元突出部でつくる全体を通してランダムなパターンであれば、理論的には、表面と裏面とのネスティングは決して起こさないはずである。なぜなら、それぞれの台の形状や配列が他にないものだからである。しかし、このような全体を通してランダムなパターンの設計は、大変時間がかかり複雑な命題である。そして適切な成形構造体を製造する方法も同様である。本発明においてネスティングをおきないようにさせるために、隣り合うセルないしは構造体の相互の関係を特定化し、セルないしは構造体の全体的な形状的特徴を特定化し、但し、セルないしは構造体の正確なサイズ、形状、および方向は、不均一で非反復であるような、パターンあるいは構造体を設計する。ここで使われている用語「非反復」は、該当する定められた領域内で２箇所に同一の構造や形状が存在しないことをいう。該当するパターンや領域内に、あるサイズおよび形状の突出部がひとつ以上あってもかまわない、しかしその突出部のまわりに存在する他の突出部のサイズおよび形状は不均一なので、実際には、突出部の同一の組み分けが複数の箇所に存在することは無理となる。別の言い方をすれば、突出部のパターンは該当領域内では全部不均一であるため、パターン全体を通じて突出部の組み分けで同じものがひとつもないということである。３次元シート材のビーム強さによって、突出部が単一の突き合わせの相手であるくぼみの上に重なっている場合でさえ、突出部のまわりのシート材のどの領域もめだったネスティングを起こさない。これは、該当する単一突出部のまわりの突出部が、サイズ、形状およびその結果の中心と中心との間隔が、他の突出部／くぼみのまわりの突出部のそれらとは異なるからである。
Manchester大学のDavies教授は多孔性の細胞状セラミック膜の研究を行なってきた。より詳しくは、そのような膜の分析モデルを作成して、数学的モデリングでリアルワールドの実演をシミュレートした。この研究は、Journal of Membrane Science、Vol.１０６（１９９５）のpp.８９−１０１に、J.BroughtonおよびG.A.Daviesによって著された”Porous Cellular ceramic membranes:a stochastic model to describe the structure of an anodic oxide membrane（多孔性の細胞状セラミック膜:陽極酸化膜の構造を説明するための確率モデル）”に詳しい。尚、この開示内容は参考のために本願に組み込まれている。その他にこれに関連した数学的モデリング技術については、The Computer Journal、Vol.２４、No.２（１９８１）のpp.１６７−１７２に、D.F.Watsonによって著された”Computing the n-dimensional Delaunay tessellation with application to Voronoi polytopes（ボロノワpolytopesへの適用を伴う、n次元ドローネー モザイク模様の演算）”およびSeparation Science and Technology、２８（１−３）（１９９３）のpp.８２１−８５４に、Ｊ.F.F.Lim、X.Jia、R.Jafferali、G.A.Daviesによって著された”Statistical Models to Describe the Structure of Porous Ceramic Membranes（多孔性セラミック膜の構造を説明するための統計モデル）”に、より詳しい説明がされている。尚、このふたつの開示内容も、参考のために本願に組み込まれている。
この研究の一部として、Davies教授は、制約付きの２スペースのボロノワモザイク模様をもとにした２次元の多角形のパターンを開発した。このような方法では、上記の出版物を再度参照すると分かるように、核形成ポイントが有界平面（決定前の表面）のランダムな位置に配されている。ここでその数は最終パターンに必要な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、各々のポイントを、それぞれの核形成ポイントから、円として、同時に放射状に同一速度で「成長（grows）」させる。隣り合う核形成ポイントの成長前面がぶつかったとき、成長が止り境界線ができる。これらの境界線はそれぞれが多角形のエッジを形成しており、頂点（vertice）が境界線の交差によって形成されている。
この理論背景はこのようなパターンやそのパターン特性がどのようにできたかということを理解するのに有用ではあるが、核形成ポイントを必要とされる該当の場全部に最後まで外側に広げるために、上記の数値的反復を段階的に行なわなければならないことは未だ問題である。そこで、このプロセスを迅速に行なうために、コンピュータープログラムが適切な境界条件とインプットパラメーターを与えられてこれらの計算を実行するように、そして必要とされるアウトプットを提供するように作られているのが好ましい。
３次元成形構造体を作るためのパターン生成の第１工程は、成形構造体の必要な寸法を確定することである。例えば、プレートのみならずドラムないしはベルト型に成形するために、幅８インチ長さ１０インチの成形構造体を作りたい場合には、X−Y座標軸を作り、X軸の最大寸法（Xmax）を８インチ、Y軸の最大寸法（Ymax）を１０インチにする（軸の寸法は逆の設定も可）。
座標軸と最大寸法を特定したあと、次の工程では多角形になる「核形成ポイント」の数を決める。ここで多角形は、成形構造体が作る境界内に必要とされる突出物の数に対応するもので、それから核形成ポイントの数が決まることになる。この数は０と無限大の間の整数で、最終的なパターンに必要とされる多角形の平均サイズと間隔から選択される。この数字が大きくなればなるほど多角形は小さくなり、この大きさの関係では逆もなりたつ。核形成ポイントないしは多角形の適切な数字を決定するための有用な方法は、望ましい成形構造体を満たすのに必要となる人工の仮定上の均一サイズおよび形状である多角形の数を計算することである。測定に共通単位を仮定すると、成形構造体の面積（長さに幅をかけたもの）を、多角形径と多角形の間隔の合計の平方で割ったものが、数値N（最も近い数字にまるめたもの）となる。式にあらわすと：
N＝XmaxYmax／（多角形径＋多角形間隔）2
次の工程では乱数発生器がいる。「シードナンバー」を必要とするものや、年代表のような目的にあわせて決定されているスターティングバリューを用いたもの等、当業者にとって公知の乱数発生器でいずれでも適当なものが使える。多くの乱数発生器が機能して０と１の間（０−１）の数を提供する。今後の議論はそのような発生器の使用を前提とする。アウトプットが異なる発生器であっても、適当な換算係数を用いることによって０と１の間（０−１）の数に換算される場合には、利用できる。
上記で計算された「核形成ポイント」の望ましい数の２倍にあたる数の乱数を発生させるのに必要な反復数で、乱数発生器を動かすコンピュータプログラムを作る。このようにして数を発生させ、別の数に最大X寸法または最大Y寸法のいずれかをかけて、XおよびY座標のランダム対を生成する。このときどの座標のXもゼロと最大X寸法のあいだの値で、Yもゼロと最大Y寸法のあいだの値を取る。これらの値は、「核形成ポイント」の数と同じ数だけ、対の（X、Y）座標として保存される。
直ぐ上のパラグラフに述べられている方法を用いてその結果としてパターンが生成されると、このパターンはまさしくランダムである。このまさしくランダムなパターンは、もともと多角形のサイズや形状の分布が広く、これはいくつかの実例においては好ましくない。たとえば多角形のサイズ分布が広いと、ウエブ内の種々の領域でのウエブ特性に種々の変化を引き起こす。そして、フォーメーションの方法によってはウエブ成形が困難になる。「核形成ポイント」の生成位置に関してランダムの程度をいくらか制御できるようにするため、制御係数ないしは「制約条件」を選択してそれを今後β（ベータ）と呼ぶ。この制約条件から、ふたつの隣り合う核形成ポイント間の最小距離を表す排他距離Eを導入して、近隣核形成ポイント配置への近接が制限される。排他距離Eは次のようにして計算される：
E＝２β／（λπ）1/2
ここでλ（ラムダ）はポイントの数密度（単位面積あたりのポイント数）で、ベータは０から１の範囲である。
「ランダム程度」の制御を行なうために、最初の核形成ポイントを上述したように配する。βを選択し、それから上記の式を用いてEを計算する。核形成ポイントの配置のあいだ、βは、ひいてはEも一定に保たれることに留意されたい。生成される核形成ポイント（X、Y）座標すべてに対して、このポイントからすでに配置されたあらゆる他の核形成ポイントへの距離を計算する。どこかのポイントにおいてこの距離がEより小さい時、このとき新たに生成された（X、Y）座標を削除し、新たにセットを生成する。このプロセスを、N個のポイントが正しく配置し終わるまで繰り返す。もしβ＝０ならば、当然、排他距離はゼロとなるので、パターンは真にランダムとなる。もしβ＝１ならば、排他距離は６角形状で密にパックされた整列の最近切距離と等しい。０と１の間でβを選択することによって、この両極端のあいだで「ランダム程度」を制御できる。
核形成ポイントの完全セットを計算し保存したら、完成した多角形パターンの生成に先立つ前駆工程として、ドローネー（Delaunay）三角測量が行なわれる。このプロセスにおいてのドローネー三角測量を使用するということは、上記の理論モデルで述べたような、多角形を核形成ポイントから同時に反復的に円のように「成長させる」ことの替わりに行なうことであり、これより簡単でありながら数学的には同じ効果を有する工程である。三角測量を行なう背景にある主題は、三角形をつくる３つの核形成ポイント３個のセットをいくつも形成し、これら３つのポイントを通過するように作られた円は、その円内部にその３つ以外の他のポイントを決して含まないようになっている。ドローネー三角測量を実行するために、コンピュータプログラムで、これら３つの核形成ポイントで構成できるあらゆる組み合わせを出し、このときそれぞれの核形成ポイントに、単に識別のために、独自の番号（整数）を付与する。三角形状に並べられた３つのポイントのセットを通過する各円に対して、その半径と中心座標を計算する。それぞれの核形成ポイントの座標上の位置は、特定の三角形を成すのに使用するものではない。円の座標（半径と中心）と比較して、該当する３つの核形成ポイントでつくる円内に、入ってしまう核形成ポイントがないかどうかを判断するためのものである。これら３つの核形成ポイント用に作られた円がこの判断にパスしたら（つまり円内に他の核形成ポイントが入っていなければ）、３つの核形成ポイントの番号、X、Y座標、円の半径、円の中心のX、Y座標を保存する。この３つの核形成ポイント用に作られた円がこの判断にパスしなかった場合には、いずれの結果も保存せず３つの核形成ポイントの次のセットに計算を進ませる。
ドローネー三角測量が終わったら、２スペースのボロノワモザイク模様の演算を行ない、完成した多角形を生成する。モザイク模様を完遂するために、ドローネー三角の頂点として保存されているそれぞれの核形成ポイントが多角形の中心を形成していく。そして、それぞれのドローネー三角を取り囲みこの三角形の頂点を時計回りに続けて含んでいる円を設定し、その円の中心を次々とつないで多角形の輪郭を作る。これらの円の中心点を時計回りに繰り返して保存すれば、各多角形の頂点の座標を核形成ポイントの領域内全体を通じて次々と保存できる。多角形の生成において、三角形の頂点でパターンの境界上にあるものは、完全多角形をなさないので、計算から外す。
本発明によれば、互いに組み合う２次元形状の完成したパターンを作り終わったら、互いに組み合う形状のこのようなネットワークを用いて、最初の材料としての平面状であるウエブから形成された、中空の３次元突出部でベースの形状を成したパターンを有するウエブ材のウエブ表面をデザインする。最初の材料としての平面状であるウエブから突出部の形成を完遂するために、必要な完成した３次元構造体のネガティブとなる部分を有する適切な成形構造体で、この成形構造体に対して開始材料を永久に変形するのに充分で適切な力をかけることによってその材料がぴったりなじむようにできているものを作る。
多角形の頂点の座標の完全データファイルから、完成した多角形のパターンを描くラインのような物理的アウトプットが得られる。このパターンは、本発明のシート材を成形するのに適した３次元成形構造体を成形するための、メタルスクリーンエッチングプロセス用のインプットパターンとして、従来の方法に利用することもできる。多角形の間隔をより広くする必要がある場合には、それぞれの多角形の辺に１本もしくはそれより多くの平行線を加えて幅を広げ（そしてそれゆえに広げた分だけ多角形のサイズを減少させ）るように、コンピュータープログラムを作れば良い。
上述したコンピュータプログラムが、アウトプットとしてコンピュータグラフィック（.TIFF）ファイルを提供すると好ましい。このデータファイルから、フォトグラフィックネガを作って、フォトエッチングプロセスで使用し、完成したウエブ材に必要な多角形台形に対応するように、ネガティブインプレッションをベース材にエッチングする。或いは、完成ウエブを成形するためのネガティブ成形構造体を生成するのに必要なプロセスに応じて、コンピュータプログラムのアウトプットを合わせて、多角形のくぼみの座標ポイントなどを付与するのが望ましいことがある。たとえばメカニカルプロセスを利用することになっているときにはこうするのが有用であることがわかっている。さらにまた、雄（male）パターンを成形するのが望ましいとしたら、そのコンピュータアウトプットは、ネガティブ（雌）パターンと異なるところまで、成形装置に必要な情報を提供できるように、合わせられるはずである。
βの値の変化によって制約条件レベルが増加する効果をより詳しく説明するために、第３図乃至第５図の示す３次元シート材１０の平面図で、βの値をそれぞれ０．２５、０．５、および０．７５にしている。第３図乃至第５図に示したように、βが０．２５のとき（すなわち０から１の範囲の下端）、核生成ポイント間の中心から中心への間隔の変化、ひいては、結果的に生じる多角形の変化も、βが０．７５（すなわち０から１の範囲の上端）のときより大きくなる。形状的意味においても、この中心から中心への間隔の変化の程度は、結果的に生じる多角形の辺の数と多角形サイズのこれに対応した変化の程度に置き換えられる。多角形の辺の数と多角形サイズの変化の効果は既に述べたとおりである。結果的に生じた多角形のパターンの無定形のレベルを望ましいものにするために、現在のところβに対する好適な値は０．７５である。しかしこの値はもちろん特定の適用方法に合わせて必要に応じて変更できる。第１図は、βの値を０．７５として生成したパターンを用いて成形された３次元シート材を示した顕微鏡写真である。
第６図は、第３図および第５図の３次元シート材（βはそれぞれ０．２５と０．７５である）における、多角形の面積（平方ミリ）に対する、ある領域に存在する多角形の数を示したグラフである。第６図に示されたように、多角形面積の分布は、制約条件（β）が増加するにつれ減少する。言い換えると、制約が少ないパターンのほうが多いパターンよりも、多角形のサイズの幅が広くなる。これらのシート材は共に、１平方インチあたり７１１個の多角形で、隣接する多角形の間隔は０．０１５インチという設計条件で、上記方法を用いて製造された。第３図および第５図に示されたパターンはそれぞれ第６図に示されたデータを生成するために用いられたパターンの一部である。
第７図は、第６図と同様の比較を示したグラフであるが、第３図および第５図の３次元シート材（βはそれぞれ０．２５と０．７５である）について、そのパターン全体を通してあるサンプルないしは「ボックス」面積のサイズ（平方インチ）に対する、シート材に対する多角形面積の上限および下限の％を示したものである。第６図に対して使われたのと同じパターンが第７図でも使われた。第７図に示されたように、テストボックスの面積変化は、そのときのパターンに対する多角形の面積のパーセント範囲に影響を与える。テストボックスの面積が減少するにつれ、多角形面積の％の変化は増加する。逆に、テストボックスの面積が増加するにつれ、多角形面積の％はある点を境にパターン全体を通じて一定となる。この変化に対する制約条件の効果が第７図に示されている。つまり、制約条件がより大きい第５図のシート材のほうが多角形面積の％範囲は狭く、ボックス面積がおよそ４平方インチに達したとき多角形面積の％は一定になる。一方、制約条件がそれほど大きくない第３図のシート材のほうが多角形面積の％範囲は広く、ボックス面積が少なくともおよそ８平方インチに達するまでは多角形面積の％は一定にならない。さらに、ウエブ全体を通して物性が一貫しているため、制約条件の大きいモザイク模様ほど、アエリアル（aerial）密度つまり、単位面積あたりの突出部とそれに対応する突出部側壁部の配置数の変化は小さい。
第６図および第７図に示されたデータを基に明らかなことは、本発明の好適な方法により生成されたパターンに、そのパターン内の無定形性は保ちながらも、予測可能なレベルの一貫性が、織り込まれているということである。したがって、無定形パターンの耐ネシスト性の３次元シート材が、統計的に予測可能な形状的および物理的物性をともなって成形できる。
再び図面を、特に第５図を、参照すると、全体を番号１０で表した本発明の代表的な耐ネシスト性３次元シート材の平面図が示されている。第５図は、上述の方法で制約条件が０．７５で生成した無定形の２次元パターンを表している。シート材１０は、不均一の形状およびサイズの、好ましくは中空の、突出部１２を有しており、突出部間のスペースないしは谷１４に囲まれている。そしてこの谷が互いに接続されて無定形パターンのなかにスペースの連続ネットワークを形成していると好ましい。第５図はまた寸法Aを示している。これは、スペース１４の幅を表したものだが、突出部のベースで隣り合うほぼ平行な側壁部間の実質的な垂線距離である。好適な態様では、スペース１４の幅は、突出部のパターン全体を通して実質的に一定であるのが好ましい。
本発明の突出部１２は不均一のサイズおよび形状で作られているので、シート材１０は、ロール内のシート材の層間で起こるネスティングなしに、ロールに巻き付けられる。上述したように、突出部の無定形パターンでは、ひとつの層の表面がもうひとつの層の裏面となじむと、それによってひとつの層の突出部が隣接する層のそれぞれの突出部の裏側に形成されたくぼみに入り込むが、それを限定することによって、耐ネシスト性という特徴が達成できる。突出部間のスペースを一定の狭い幅にすることによって、シート材１０の層が面を突き合わせていても突出部１２がスペース１４内に入り込めないという、有利性がもたらされる。
突出部１４を配置するときその中心と隣の突出部の中心との平均距離は、およそそれらの突出部のベース径２つ分、もしくはそれより小さいのが好ましい。これは、突出部間の谷の容積、ひいては突出部間に配される物質の量を最小化するためである。突出部を変形可能にしようとする適用方法に対しては、突出部１４の高さが直径よりも小さいのが好ましい。そうすると、突出部が変形したとき、シート材の平面にほぼ垂直な軸に沿って実質的に逆向きになっておよび／または潰れて変形する。この突出部形状と変形の仕方によって、突出部１４がシート材の平面と平行な方向にたたみにくい状態となり、その結果、突出部が突出部間の谷のなかの（あるとしたら）物質を塞いで被適用表面との接触を阻止する事態はありえなくなる。
第１図の顕微鏡写真を簡単に参照すると、代表的な突出部１２が代表的に成形されたままの状態で示されている。いっぽうの代表的な突出部１３はその上方中心部分が下向きに押し込まれてその結果突出部はつぶれて実質的に突出部自体に逆向きになる。このような変形はしたがって、突出部間にありこの突出部１２に隣接する谷もしくはスペースを越えて外向きに広がらなくとも、突出部の高さを減少させる。
第８図および第９図は、シート材１０について、完全突出部１２およびこの突出部１２の両隣のスペースないしは谷１４が断面でみえるようなところで切り欠いた断面立面図を示している。第８図はそれ自体で第５図の３次元構造体を示しており、ベースとなるシート材に接着剤や他の物質を付けていない。この図において、第５図を観ているものに向き合うほうの面であり、そして、突出部の突き出した部分を含んだ、ウエブの上側表面を参照数字１５で識別し、今後はシート材の雄側と呼ぶことにする。これに対応して、第５図を観ているものに向き合わないほうの面で、そして、突出部の中空部分の開口部を含んだ、ウエブの下側表面を参照数字１７で識別し、今後はシート材の雌側と呼ぶことにする。
第９図は、第８図と同様に、第５図の構造体を示している。ただし、物質１６がスペース１４と突出部１２と突出部の中空の裏側に設けられている。これは、アトーニーDocket番号Case ５９２２RでPeter W.Hamilton、Kenneth S.McGuireによって、１９９６年１１月８日に出願された、共同で譲渡され審査中の米国特許出願番号［        ］”Material Having A Substance Protected By Deformable Standoffs and Method of Making（変形可能な孤立部によって保護されている物質を有する材料およびその製造方法）”の教唆するところにしたがったものである。なお、この開示内容は参考のために本願に組み込まれている。物質１６はスペース１４を部分的に埋めて、突出部１２の外側面が物質１６の表面レベルより常に外側になるように維持している。その結果、突出部はシート材の雄側の物質１６が外側表面と接触しないようになっている。シート材の雄側に関して、物質１６は部分的に中空の突出部を埋めて、突出部間の谷ないしはスペースの反対側が、同様の機能を有して、突出部内の物質１６が外側面と接触しないようになっている。シート材１０の異なる側の物質および／またはシート材１０の同じ側でも構造上明確に別々の領域内の物質同士で、同じものである必要はなく、実際に顕著に異なった機能を果たすまったく別の物質であっても良い。
本発明では「物質（substance）」の定義を、３次元構造体の開口している谷および／またはくぼみ内に保持可能ないかなる材料でもよいとしている。たとえば本発明では、用語「物質」は、被適用表面に供する前は実質的に流動しないが必要なときには流動可能な物質のことでもよい。さらに「物質」は、繊維質や他の互いに組み合う物質のように全く流動しない物質のことでもよい。つまり「物質」は流体でも固体でもよい。たとえば、接着材、静電気、機械的に組み合うこと、毛管現象、表面吸着、および摩擦などが、谷および／またはくぼみのなかに物質を保持するために利用できる。物質は、谷および／またはくぼみのなかに永久に保持されていてもよい。また物質は、露出されて外側面に接触しているときや３次元構造体が変形、加熱、あるいは他の作用を受けたときに、谷および／またはくぼみからはがすことにしておいてもよい。本発明で現在のところこの物質に含まれるものとしては、ゲル、ペースト、フォーム、粉末、凝集された粒子、噴射造粒物、マイクロカプセルに入った液体、ワックス、懸濁物、液体、およびそれらの組み合わせなどがある。
本発明における３次元構造体のスペースは通常開口している。従って、物質は平面を成して留まり、活性化ステップがないかぎり構造体からあふれることがないようになっているのが望ましい。本発明では、この活性化ステップとして、圧縮による３次元構造体を変形させることが好ましい。しかし、物質を流れ出させる活性化ステップとして、シート材を室温以上に加熱するあるいは室温以下に冷やすということでもよい。もしくは、ステップとして、地球の重力を越える力をかけることでもよい。さらに、引張り力のような他の変形させる力をかけることでもよく、これらの活性化現象を組み合わせてもよい。
用語「変形可能材」とは、ホイル、ポリマーシート、布地、織物または不織物、紙、セルロース繊維シート、同時押し出し成形体、積層体、およびこれらを組み合わせたものなどを含むものである。選択された変形可能材の特性としては、多孔性、微孔性、気体もしくは液体透過性、非透過性、親水性、疎水性、湿性、親油性、疎油性、高表面張力、低表面張力、予め表面にテキスチャーをつけておくこと、弾性的降伏可能性、可塑的降伏可能性、電導性、非電導性そしてこれらの特性をいろいろな程度に含んで組み合わせたものなどがあるが、これらに限定されるものではない。変形可能材の実例としては、木、金属、剛性ポリマーストック、セラミック、ガラス、硬化樹脂、熱硬化性材、架橋材、ゴム、凍結液体、コンクリート、セメント、石、人工物、その他があげられる。このような材料は、均質でもよいし組成物を組み合わせたものでもよい。
特に好適な態様において、突出物１４の平均ベース径は、およそ０．０１５インチ（０．０３８cm）からおよそ０．０３０インチ（０．０７６cm）、さらに好ましくは、およそ０．０２５インチ（０．０６４cm）である。そして突出部の中心から中心への平均間隔は０．０３インチ（０．０８cm）から０．０６インチ（０．１５cm）、さらに好ましくは、およそ０．０５インチ（０．１３cm）である。この結果突出部の数密度は高くなる。単位面積あたりの突出部が多ければ多いほど、そのときの変形力に耐するために、材片の厚みや突出部の壁は薄くなる。好適な態様では、１平方インチあたりの突出部の数は２００を越えており、材片の突出部のある側に対しておよそ３０％からおよそ７１％を占める。突出部の高さは、およそ０．００４インチ（０．０１０cm）から０．０１２インチ（０．０３０cm）、さらに好ましくはおよそ０．００６インチ（０．０１５cm）である。好適なシート材は、０．０００３インチ（０．００７６mm）の代表的な厚みを有する、高密度ポリエチレン（high density polyethylene;HDPE）である。
接着剤を含んだ耐ネスティング３次元シート材の製造のために、好適な物質層１６には、およそ０．００１インチ（０．０２５mm）の厚みを有するラテックス感圧接着剤がある。さらに好ましいのは、溶融接着剤のおよそ０．０００５インチ（０．０１３mm）の厚みの層からおよそ０．００２インチ（０．０５１mm）の厚みの層で、ミシガン州、Vadnais HeightsのH.B.Fuller社製の、仕様記号がFuller HL−２１１５Xである。シート材の適用方法において必要なことを満たすものであればどのような接着剤でも使用できる。また接着剤は、はり直しができるもの、何度も剥がせるもの、永久にはれるものなど、特に限定されない。突出部のまわりに連続した接着路を提供し被適用表面との間が気密的に密封されるように、突出部のサイズと間隔を選択するのが好ましい。
フィルム材は、均質の樹脂類あるいはそれらを混合したものから作ることができる。フィルム構造体内の単一または複数の層は、同時押し出しされているか、押し出し被覆されているか、積層されているか、あるいは他の公知の方法で結合されているかどうか考慮される。フィルム材の重要な有利点は、成形可能で突出部と谷ができるということである。有用な樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、PET、PVC、PVDC、ラテックス構造体、ナイロンなどがあげられる。一般的に、ポリオレフィンは、低価格で成形しやすいことから好適である。好ましいフィルム材の厚さは、およそ０．０００１インチ（０．００２５mm）からおよそ０．０１０インチ（０．２５mm）、さらに好ましくは、およそ０．０００２インチ（０．００５mm）からおよそ０．００２インチ（０．０５１mm）である。さらにまた好ましい厚さは、およそ０．０００３インチ（０．００７６mm）からおよそ０．００１インチ（０．０２５mm）である。
フィルムの弾性係数を使用中のフィルムの伸びを最小化するほど高くすると、被適用表面にフィルム材をシールするのに有用である。伸びたフィルムは接着材の接触する平面に平行な力を残し、接着剤の結合が弱くなってはがれてしまう。突出部が大きくなって間隔がつまってくればくるほど、そのときのフィルムで伸びがおきる確率は大きくなる。フィルム材１０の弾性は、容器にシールする容器ラップとして使うには望ましくないといわれているが、物質のパターンをつけた弾性を有するフィルム材として多くの使用方法が潜在している。突出部の間隔を製造可能な範囲で最も近付けられる間隔まで縮めると、材料の伸びを増加させるが、突出部間の物質の容積を小さくできるという点で有利である。本発明の成形材には様々な適用方法があるが、突出部間の物質の選択ばかりでなく、突出部の理想的なサイズおよび密度も、これらの適用方法から定まっていく。
３次元シート材の物性「ビーム強さ」については、突出部が、単一の突き合わせの相手であるくぼみ、ないしは、互換性のある形状の突出部より大きいくぼみの上に重なっている場合でさえ、突出部のまわりのシート材のどの領域もめだったネスティングを起こさないが、これは、該当する単一突出部のまわりの突出部が、サイズ、形状およびその結果の中心と中心との間隔が、他の突出部／くぼみのまわりの突出部のそれらとは異なるからであるという説明を上述した。したがって、ビーム強さはシート材の種類や厚みを選択するとき、さらに突出部の密度やパターンを選択するときも、重要な要因となる。シート材の種類や厚みを任意に決めると、一般的に、小型の突出部が数多くある場合のほうが、大型の突出部が少ない数しかない場合よりも、ビーム強さのレベルは高いことが観察されている。言い方をかえると、比較的小さく比較的高い数密度の突出部の無定形パターンを用いることによって、薄くてよりなじみやすい材料を利用して、ネスティングがないという本発明の利点を獲得しているのである。
突出部のサイズや形状ならびに間隔、ウエブの曲げ係数、材料の剛性、材料の厚みなどの特性、硬さ、たわみ温度、さらに成形プロセスによって、突出部の強度が決められることが明言されている。高い温度で行なわれる熱成形によって製造されるものよりも、「冷間成形」すなわちエンボス加工のほうが、残留圧力と種々の壁厚み分布を生成するといったように、成形プロセスはたとえば高分子フィルムなどにおいても重要である。ある種の適用方法では、物質が外部表面に接触するところにおいても突出部が実質的な変形をおこすことなく、少なくとも１平方インチあたり０．１ポンド（０．６９kPa）の圧力に耐えられるだけの剛性（耐変形性）を提供するのが望ましい。このような一例としての要求事項は、運送および／または小出しのためにロールにウエブを巻き付ける際に必要となる。たとえ、１平方インチあたり０．１ポンド（０．６９kPa）という極めて低い圧で巻きつけられていたとしても、ロール内部に残った巻き付けられるときの圧によって、ウエブ内の突出部を変形させて、上に重なるウエブの層を物質に接触させてしまう。突出部の剛性としての「しきい値」は、この巻き付けによる損傷がおきないようにするために必要なものである。同様に、ウエブがバラのシートとして保管もしくは小出しにされるとき、シートの上に重なる層の重みや、その他、積み荷のときの揺れ、取り扱いミス、落下などによって生ずる力によって、製品を使う前に作用してしまわないようにするために、やはりこの突出部の剛性としての「しきい値」が必要となる。
本発明の３次元構造体を、たとえばテープや保存ラップとして使用する場合、外部に接触する表面は、なじみやすいか剛性が高いか、そして面が平らか平らでないかである。３次元構造体を変形させると、被適用表面の剛性が高いときに好適である。もし物質が接着剤で、目的物がこの構造体の変形後に被適用表面にはって剥がせるように付けるならば、接着程度が重要となる。付けたあとに剥がせることが必要な保存ラップの場合、接着剤の剥離強度はPressure Sensitive Tape Council Method（粘着テープ協議会方法）PSTC−１によって測定すると好ましい。長さ１２インチ（３０．５cm）ｘ幅１インチ（２．５cm）のフィルムストリップを平滑なステンレススチール表面に毎分１２インチ（３０．５cm）の速度で４．５ポンド（２．０４kg）ローラーを使ってロールしてしらべたところ、接着剤の剥離強度のピークは、およそ１からおよそ５０オンス／インチ（０．０１２から０．６００kg／cm）ストリップ幅であった。およそ１からおよそ２．５オンス／インチ（０．０１２から０．０２７kg／cm）であるとより好ましい。
保存ラップには、シールを維持するためだけの最小の接着力で、保存された品物を得るために簡単にはがして開けられるようになっているのが好ましい。突出部が逆転すると、特にHDPEで製造された突出部では、突出部の戻りを最小化するので、比較的弱いシールがはがれないようにするための高度の接着力は不要である。この態様では、突出部は「デッド状態（dead）」ないしは弾性のない状態を維持することが必要とされる。しかし、弾性を有する突出部であっても、たとえば、永久結合が意図されている場合、強力な接着性が戻りに勝るような場合には、利用することができる。
変形モードおよび変形力は、側壁部厚みの断面形状の影響を受けてさらに望ましい結果を提供することができる。突出部の側壁部は、突出部の最外側部を、突出部のベース周囲に隣接する成形前のシート材に、接続させるものである。側壁部はまた、定義によれば実質的に最外側部内の周縁域を含み、これは、最外側部の内側の領域よりも実質的に薄くなっている。少なくとも側壁部の一部がベース周囲に隣接した成形前のシート材より実質的に薄くなっているところの突出部は、使用者が変形する場合に好適である。側壁部において少なくともその一部で突出部の最外側部のシート材に比べ実質的に薄くなっている場合もまた、主な変形が側壁部構造体内で優位に起きるようにさせる。
比較的小さい突出部を含む構造体において、数密度が高い突出部のパターンでわかったように、側壁部の厚さがこのように薄いのが特に有用である。
突出部１２は側壁部２２を有しており、この側壁部２２は突出部１２が成形されるときに薄くなって、突出部１２が意図どおりに確実に変形するように働く。高密度のポリエチレンは、低密度のポリエチレンより好ましい。というのは、突出部の変形強さは同じでも、高密度のほうは低密度のほうより薄く作られており、一度変形するとHDPE突出部は変形前の最初の構造に戻りにくく、一方LDPE突出部のほうは戻りやすいからである。
突出部１２は、凸型の多角形ベース形状を有しているのが好ましい。このフォーメーションについて以下に述べる。凸型の多角形ベース形状によって、突出部のベースは複数の（３個もしくはそれより多くの）線形の辺を有し、この辺は、隣接する辺との間に、外角で測って１８０°以下の角度を形成しない。もちろん他のベース形状でも同様に有用である。しかし、好適なベース形状は最も容易に生成されることが確信されている。多角形は下方ないしは雌側の表面１７の平面で、モザイク模様を描いて突出部間の間隔が一定の幅をたもちながら、互いに組み合っているのが好ましい。スペース１４の幅Aは、突出部間に必要とされる物質の容積に応じて選択すればよい。幅Aは、いずれでも複数の突出部１２をとりあげたときにその最小の突出部寸法より常に小さいのが好ましい。複数の突出部１２によって占められる面積は、平面２０に平行に測定して、シート材１０のシートへの適用可能面積に対して、およそ３０％からおよそ７０％が好ましく、およそ５０％がさらに好ましい。
第１０図乃至第１３図は、シート材１０を製造するための適当な方法と装置を開示したものである。そしてこの方法全体を３０とする。方法３０は、代表的なものということで、結果的に生ずるシート材１０の特定のサイズ、組成などに合わせて変更や適合されてもよい。方法３０は、くぼみ３４とくぼみ３４の間の地３６を有する成形表面３２を利用する。このような成形構造体は、使用に際して成形されたシート材の構造体と接触する側に対応する雄突出部を成形している、雌型成形構造体を構成する。あるいは、成形表面３２が、ピン３４の間あるいはピン３４の周りにくぼみ３６を有する望ましい多角形状でそのピン３４が持ち上がって、変形雄型３次元成形構造体になっていてもよい。
より詳しくは、第１０図は、第５図に示されたような対応３次元シート材１０を成形するのに使用できる成形表面を示している。シート材１０が成形表面３２の上に熱成形される場合、突出部１２は、シート材１０が融点まで加熱されたときに減圧で突出部をくぼみ３４内に引き込むことによって成形されて、シート材１０が凝固点まで冷却するあいだ突出部１２がくぼみ３４内に引き込まれたままとなっていると好ましい。この方法では、地３６は、突出部１２間のスペース１４のベースを成す。突出部１２は、平面２０に対して可能な範囲でほぼ垂直な、ただし普通はある程度先細になっているが、側壁部２２が形成されているのが好ましい。突出部１２の最外端部は、中高になって、ないしは、さらに頭切りをして対応する多角形の台を形成するとよい。
シート材１０は、減圧下で熱成形、エンボス加工、あるいはヒドロフォーム、もしくは、薄い材料を永久変形するための本技術分野で知られている他の成形手段で、成形される。
第１０図は、多角形のくぼみ３４のまわりの互いに接続された地３６を含んだ好適な成形スクリーン３２を示す。地３６は、ステンレススチールで作られて剥離材で被覆されているのが好ましい。最も好ましいのは、第１３図のように、スクリーン３２が連続ベルト３８に作られているものである。あるいは、スクリーン３２がプレートで使われているかもしくは剛性ドラムに成形されていてもよい。第１２図は、２つの連続した地を通って断面を示したところでの成形スクリーン３２の部分断面図を示したものである。地３６は地の幅を表す寸法Bを有しており、この寸法はほぼ平行な隣接する地の淵と淵との間で測定されて一定であると好ましい。そして地３６はスクリーンの厚さを示す寸法Tも有する。
成形スクリーンの無定形パターンは以下に示すような方法で生成されていると好ましい。一例として、第１１図は、第１図のような耐ネシスト性３次元シート材を成形するのに適した、くぼみ３４と地３６を有する３次元の代表的な成形構造体３２の斜視図を示した顕微鏡写真である。
製品のなりかたによって側壁部厚みの断面形（profile）は変わる。たとえば、必須的にまっすぐなスクリーン壁を有する成形スクリーンの使用においてはスクリーン壁は成形スクリーンホールを成す。このようなプロセスでは突出部がベース周縁部から自由に成形スクリーンのくぼみに引き込まれて内側のバックアップスクリーンと接触するところまでいくので、側壁部の厚さが実質的に薄くなる。内側のバックアップスクリーンの目的は、突出部がそれ以上引き込まれないようにすることである。この方法で、側壁部内での厚さ断面形がさらに変化するようになる。
本発明を実施させる過程で、物質として溶融接着剤を使用したときに、他の物質を処理したときとは違った熱成形をおこすということが発見された。違いというのは、溶融接着剤を成形表面に適用させたとき形成される突出部は、その側壁部がさらに薄くなりやすいということである。溶融接着剤は金属成形表面に接触すると冷却し固化するので、接着剤と接触しているウエブ材はくぼみ内に入り込まなくなり、その結果、谷は均一の厚さとなる。ラテックス接着剤のような他の物質では、ウエブ材には成形表面の地やピントップ上の接着剤と接触する部分があって熱成形中にくぼみに流れこむので、突出部の側壁部が薄くならないことが予想される。
第１３図は、本発明のシート材１０のような材料を作るための、適切で現在のところ好適である方法と装置を示したものである。装置全体を１８０としている。成形された材料は透明か半透明であると、変形前に迅速に位置決めできるので好ましい。しかし透明であるということは、３次元構造体のどちらの側を被適用表面に向けて配置すべきかを知るために、どちらの側に物質を適用するのか判断しなければいけないという問題が発生する。とはいえ、どちらの側に物質を適用するかの識別は、たとえば、３次元構造体の表面上に印をつけることによって、物質に３次元構造体とは違う色を付けることによって、あるいは違う色の層から成る積層材料構造体にすることによって、解決できる。
材料の一方の側と他方の側に違いをつけるために、成形中に材料に微細なテキスチャーをつけておくのも有用である。本発明において、３次元構造体の最外側の表面特徴として微細なテキスチャーをつけるには、たとえば、材料片を成形スクリーンのくぼみに引き込み、小さい穴を内部に有した減圧ドラムのような、微細なテキスチャーをつけた表面に対向させる。
成形スクリーン１８１をあそび車１８２を通して減圧ロール１８４まで駆動させる。成形スクリーン１８１は、厚さ０．００５インチ（０．０１３cm）、幅１２．５インチ（３１．８cm）、６フィート（１８３cm）のステンレススチール製のベルトで、そのベルトにくぼみをエッチングしてつくった突出部のパターンがあると好ましい。減圧ロール１８４の外側表面を、直径８．６３インチ（２１．９cm）で１９５メッシュの継ぎ目なしニッケルスクリーンで被っており、これは成形スクリーン１８１用の多孔性バッキング表面として機能する。
感圧接着剤を含有する材料を製造するには、成形スクリーン１８１を毎分およそ２０フィート（６１０cm）の速度で移動させながら、物質１８６、好ましくは溶融接着剤を、物質アプリケーター１８８によって成形スクリーン１８１上に被覆する。材料１９０、たとえば厚さ０．０００５インチ（０．００１３cm）のHDPEフィルムウエブを、物質で被覆された成形スクリーンと、材料切り込み（infeed）遊びロール１９２のところで接触させる。高温空気源１９４を用いて、およそ６００°Ｆ（３１６℃）でおよそ１１．２５SCFM（０．３２立方メートル／分）で流れる高温空気を材料１９０に放射状に発する。そのとき、材料１９０は減圧ロール１８４を通過し、そして減圧源（図示せず）からの減圧が、取り付けられた減圧マニホールドを介して減圧ロール１８４を通り成形スクリーン１８１に適用されている。材料が高温空気源１９４によって加熱されているあいだ、水銀柱およそ１２インチ（４０．６kPa）の減圧を適用している。成形された物質で被覆された材料１９８は、ストリッピングロール２００で成形スクリーン１８１から離れる。
ステンレススチール製の成形スクリーン１８１は、加工されつなぎあわされたベルトである。上記の方法にしたがったコンピュータプログラムによって、くぼみのパターンができていると好ましい。また、透明画上に印刷されていてフォトエッチング用のフォトマスクが提供できると好ましい。フォトマスクを使ってエッチングされたところとされていないところとを作る。エッチングされる材料は普通ステンレススチールであるが、真鍮、アルミニウム、銅、マグネシウム、および合金を含んだ他の材料でもよい。フォトエッチングでメタルスクリーンを作る方法について共同で所有している、RadelとThompsonによるUSP４、３４２、３１４号、Radelらによる４、５０８、２５６号、およびMullane、Jr.による４、５０９、９０８号に詳しく説明されている。なお、これらの米国出願の内容は参考として本願に組み込まれている。
さらに、くぼみのパターンを金属のかわりに感光ポリマーにエッチングしてもよい。その例が、共同で所有している、JohnsonらによるUSP４、５１４、３４５号、Smurkoskiらによる５、０９８、５２２号、Trokhanによる４、５２８、２３９号、およびTrokhanによる５、２４５、０２５号に詳しく説明されている。なお、これらの米国出願の内容は参考として本願に組み込まれている。
つぎに、成形スクリーンを連続ベルトにするのに、レーザー溶接か電子ビーム溶接を使って、端部を突き合わせ溶接する。これによって、くぼみパターンの破壊を最小限におさえるのに必要なつなぎ目はほとんどわからなくなる。最終工程は、このエンドレスのベルトの被覆を、テネシー州Memphisに位置するPlasma Coatings of TN社で製造販売されている剥離塗料、Series２１０００（登録商標）のような、臨界表面張力の低い（非粘着性の）塗料で行うことである。この被覆は、主にオルガノ−シリコンエポキシである。本発明の方法で用いられたステンレススチール成形スクリーンに適用するとき、この塗料はおよそ１８ダイン／センチメートルの臨界表面張力を提供する。提供する臨界表面張力が低くて適切であることが明らかな他の材料としては、パラフィン類、シリコン類、PTFE類などが含まれる。この塗料によって、伸びたり裂けたりすることなくベルトから成形材料に移ることができる。
ベルトの成形スクリーンは、ベルトのスクリーンパターンおよびパターン長さを簡単に変えられ、さらにかさばる回転部材がなくとも大きなパターンを使えるため、平らなプレートやドラム成形スクリーンよりも確実に有利である。しかし成形されるシート材１０の必要量や必要寸法によっては、成形構造体を平らなプレートや剛性のドラムとして加工しても、および／または本技術分野で知られた他の成形構造体や方法でも良好に適用できる。
突出部を作るのに使ったものと同じ共通の成形スクリーンを使って、物質をシート材に転写するので、物質のパターンは突出部と便宜よく位置合わせできる。好適な態様では、成形スクリーン３２のトップ面は、くぼみ３４の部分を除いて連続している；かくして物質のパターンはこの構造においてはすべてに互いに接続されている。しかし、もし成形スクリーン３２上に被覆された物質のパターンに途切れがあると、突出部間に途切れのある物質のパターンができることになる。
耐ネシスト性３次元シート材１０を製造する好適な方法によれば、３次元の突出部は、それ自体で変形可能な材料からできたシートから単一的に成形され、また一方の側にくぼみを有した中空構造であり、これらのくぼみは、それぞれの突出部のサイズと３次元形状に実質的に対応するサイズと３次元形状を、好ましくは各々が、有するようになっている。しかし、適用方法によっては、変形可能もしくは変形可能でないシート材から単一的に、一体的に、あるいは別個に、形成される（そしてシート材に適用される）中実な突出部を用いるのが望ましいこともある。
本発明を成すのは一般的に、シート材において、外側表面で不用意な接触をしないようにある物質を保持するのに適した無定形パターンの耐ネシスト性３次元シート材である。本発明のシート材は、圧縮力をかけることによって実質的に２次元構造体に転換可能であり、その結果、つぶれてその物質を剥離ないしは露出させて外側表面と接触させる、構造体の一部として利用することもできる。しかし、本発明の範囲はまた、不用意な接触から物質を保持するための３次元構造体で、圧縮以外の手段で２次元構造体に転換されるものにも適用される。たとえば、本発明者らは、同じ３次元構造体にかけた引張り力が、その構造体を可塑的に長手方向に変形させ、それによって厚さ方向で縮んで、同様に物質を剥離ないしは露出させることになることをみいだした。引張り力が十分大きいところでは、突出部間のシート材はシート材の平面内の力に応じて変形すること、そして、突出部はそれによって同じ方向に伸ばされることが確信されている。突出部が伸びると、高さが減る。十分に伸びると、突出部の高さは、突出部間の物質が、突出部内で、もしくは突出部と物体両方が露出されるところまで、減少する。
０．０００３インチ（０．００７６mm）厚さのHDPEから作られて、０．００６インチ（０．１５２mm）高さと０．０３０インチ（０．７６２mm）の径でスペース０．０４５インチ（１．１４mm）だけ離れている突出部を有するように成形された、１インチ幅のシート材ストリップに対して、突出部間の谷のなかに０．００１インチ（０．０２５mm）厚さの塗料を露出させるのに必要な張力は、１インチのストリップ幅に対しておよそ０．８０ポンド（０．３６kg）であることがわかった。
本発明のシート材に、３次元構造体内から物質を露出させるのに、圧縮力と引張り力とを組み合わせて適用してもよい。本発明の好適な態様では、３次元構造体を十分に変形させて物質を外側面に露出させるために必要な引張り力は、同じ結果を得るために必要な圧縮力より、甚だしく大きいのだが、この構造体は特定の平面方向で引張り力を適用することによって、さらに簡単に変形できるように設計されている。引張り反応構造体およびこのような構造体の背景となる原理は、共同で譲渡された、ChappellらによるUSP５、５１８、８０１号に開示されている。なお、これは参考として本願に組み込まれている。
別の実例においては、収縮可能なフィルムでできた同じ構造体を加熱して、その厚さを減少させ、物質を同じ様に剥離もしくは露出させた。
テープ、ラベル、および保存ラップ以外の本発明の３次元シート材の使用例は、ローションを染み込ませたフェイスティッシュ、マイクロカプセルに入った香水を含んだ芳香ストリップ、接着剤を染み込ませた棚紙や壁紙、絆創膏、薬味をパターン化して表面につけたもの、２成分接着剤、洗濯前の薬剤、研磨材のデリバリーシステム、その他にも、何かの作用があるまでは、基体内に保持されている物質に接触できないようになっていなければならない適用方法がある。物質を露出させるために、２次元構造体に変化させることができるようになった３次元構造体を有するシート材の別の利用方法は、上記のアトーニーDocket番号Case ５９２２Rの共同で譲渡され審査中の米国特許出願番号［        ］により詳細に説明されている。
本明細書で述べているように、成形されたシート材の両面で異なる種類の物質が設けられていてもよい。また、複数の種類の物質がシート材の同じ面に配されていてもよく、そのときこれらの物質は互いに離れていてもよく、また混じりあっていてもよい。そして物質は部分的に層状になっていてもよい。一例をあげると、接着材の層がシート材表面に隣接して、そのとき固体の粒子が接着剤の層の露出された側に固着している。さらに、適用方法によっては、突出部が成形されたシート材の両面から外向きに向かって延びており、両面ともに変形可能な突出部で活性化されているのが望ましいものもある。
突出部のパターンは、同じ寸法スケールの上に重なっていてもよいし、単一あるいは複数の「微細突出部」パターンで他の大きな突出部の上に配置されているもののように異なる寸法スケールの上に重なっていてもよい。
以上の議論のほとんどは、シート自体がそこから成形されている材料と、それに加えて、接着剤のような物質を含有する３次元シート材に注目してきた。しかし、そのような加える物質を含有しない３次元シート材であっても、本発明の範囲であると考えられる。たとえば、包装用のラップとして使用するための３次元間隔を有したシートは、積荷容器内の空間を埋めて容器内の商品が絶対に動かないようにできる。このような３次元シート材の他の例としては、ワイプ（wipe）類、布地類、スポンジ類、パッド、その他がある。３次元構造体内の溝は、清掃洗浄仕事のあいだに、ほこり、固体、こぼれた液体あるいはそれらを組み合わせたものを、集め、摂取し、拾いあげるために使われる。溝やくぼみが無定形パターンを描くことによって、そのパターンのいくつかの有利な特徴から、効率的な清掃ができる。つまり、この無定形パターンによって、拭う方向に関して効果的な清掃ができ、および／または、清掃される表面や商品に触れるパターン部分の選択ができる。物質は使用する前から３次元シート材内に含まれていてもよい。そうすることによって、清掃や洗浄するのに有利な特性がもたらされる。
本発明の特定の態様を説明し述べてきたが、当業者であれば、本発明の本質と範囲から離れることなく種々の変化や変更が可能であり、本発明の範囲内であるこのようなすべての変更を、添付請求の範囲がカバーするものであることが、明らかであろう。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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