(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状の穴あけしたフィルムを製造するための、穴あけした支持部材を形成するための方法であって、
ａ）ワークピースを備える工程と、
ｂ）前記ワークピースに対してレーザービームを向ける工程と、
ｃ）集光点が前記ワークピースの上面にあるように前記レーザービームを集光する工程と、
ｄ）前記ワークピースの表面上に一連のラスター走査で前記レーザービームを移動し、前記レーザービームで、前記ワークピースを貫通する、所定パタンの穴を穴あけする工程とを備え、
各走査の間、前記レーザービームは所定のオン／オフ状態のシーケンスでパルス駆動され、前記穴の各々の１個以上の別個の部分を穴あけし、それによって、結果として得られる支持部材の上面に、各穴を取り囲む高台を形成する方法。
【請求項２】
前記ワークピースは円筒形であり、
前記レーザービームを移動する工程は、前記ワークピースをその長手軸の回りに回転する工程と、前記ワークピースの各回転の後、前記レーザービームを前記長手軸に沿って標示する工程とを備えた請求項１記載の方法。
【請求項３】
各穴は実質的に平行な側壁を有する請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記高台はなめらかな表面を有する請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
不織布が多年にわたり知られているが、不織布を製造する方法の一つに繊維バットまたはウエブを水流で処理して繊維を互いに絡み合わせてバットに一定の強度を持たせる方法がある。このように繊維バットを処理して織物の物性や外観を二重にするために多くの方法が開発されている。
米国特許第５，０９８，７６４号および５，２４４，７１１号は不織布を製造する間に繊維ウエブを支持するための裏地部材を開示している。このうち、米国特許第５，０９８，７６４号に開示される支持部材は一定の地形形状と該形状内に所定パタンの開口部を有している。すなわち、特定の一実施形態において、この裏地部材は三次元構造であり、該裏地部材の一方の表面上に一定のパタンに配置される複数のピラミッド構造部を備えている。この特定の裏地部材はさらに複数の開口部を備えており、これらは上述のピラミッド部の間の「谷間」と称される空間に配置されている。この方法においては、初期段階の繊維ウエブが形状支持部材上に配置される。その後、該繊維ウエブを備えた支持部材は水等の高圧流体の噴射下を通過する。この水の噴射によって繊維が互いに絡み合って支持部材の地形形状に基づく特定のパタンを形成する。
この支持部材における表面の形状と穴のパタンは結果物として得られる不織布の構造の決定的要素となる。加えて、該支持部材は流体ジェットが繊維を並べ変えてそれらを絡み合わせることにより安定な布にする間中、繊維ウエブを支持するに充分な程に構造的に完全で強度を備えていることが必要である。また、該支持部材は効果的な絡み合わせを阻害する繊維ウエブの「氾濫」を防ぐために比較的大量の絡み合わせ用流体を除去するための手段を備えている必要がある。例えば、この支持部材は繊維ウエブの完全性を維持しかつ形成する表面からの繊維の損失を防ぐのに充分な程に小さいドレイン孔を含んでいる。加えて、該支持部材は絡み合った繊維の除去に支障をきたすようなぎざぎざやフック状またはこれに類する凹凸があってはならない。同時に、該支持部材はその上で処理される繊維ウエブから成る布が流体ジェットの影響で流出しない構造であることが必要である。
このような地形形状の支持部材を形成するために機械処理を採用することができるが、そのような製造方法は極めてコスト高となり、上述のぎざぎざやフックおよび凹凸が生じる場合があった。従って、安価でぎざぎざやフックおよび凹凸の少ない特定の地形形状の支持部材を形成するための方法が必要であった。
真空穴あけ処理したプラスチックフィルムが当該技術分野において周知であり、多年にわたって衛生ナプキン、使い捨ておむつおよび包帯用の吸収剤用のカバーストックとして用いられてきた。
穴あけされていないポリエチレンフィルム等の熱可塑性樹脂フィルムの真空穴あけの方法および装置の一例が１９８９年２月２１日にBianco他に発行された米国特許第４，８０６，３０３号に開示されている。なお、同文献は参考文献として本明細書に含まれる。このBianco他の穴あけ装置は内部に複数の穴を有する大略円筒形の金属成形ダイから構成されている。一般に、この成形ダイの複数の穴は熱可塑性フィルムに形成される穴あけパタンに対応している。さらに、このような成形ダイは一般に写真製版、ニッケル電着および機械的穴あけ処理に関連する技法により形成される。このタイプの成形ダイは厚さが１ミリメートルあるいはそれ以下であり、５００ミリメートル程度の直径および１メートル以上の長さを有している。このような寸法ゆえに、当該成形ダイは固有の剛性に欠けていた。Bianco他の開発に先立って、このような成形ダイは内部剛性化ドラムまたはシリンダーによって支持されていた。他のものと比べると、このような内部に配置する支持部材は成形ダイに設ける穴あけパタンを制限する傾向があり、穴あけしたフィルムの製造中に当該真空成形装置を通過する空気の流れを妨げる。そこで、Bianco他は上記の成形ダイとして機能する穴あけ帯６と、円形のフランジ端部９をそれそれ備える一対の環状端部体５とから成る回転可能な円筒体４を提供している。各円形フランジ端部９はモータ駆動ホイール１１に歯合しかつ係合する。さらに、該回転可能な円筒体４の各端部における軸方向に調節可能なジョー部材１３，１４が上記一対のフランジ端部と係合して、該円筒体を引っ張ってダイ６の「ダイナミック」剛性化として記述される作用を及ぼす。このようなダイナミック剛性化によって、ダイ６は剛体として作用してねじれの応力を被ることなくその長手方向の回りに回転することができる。また、このダイナミック剛性化によってダイ６の真空成形装置における真空スロット内への過剰な曲がりが防げる。しかしながら、当該Biancoにおいて円筒体をダイナミック剛性化するジョー部材の配列構成は維持調節を必要とするだけでなく、成形ダイにかかる応力が大きくなってその寿命が短縮するという問題があった。
発明の要旨
本発明は不織布および有孔フィルムの製造に使用できる成形支持部材に関する。当該支持部材は滑らかな表面でも一定の地形形状を持っていてもよい。本発明はまたトリコットのような不織布の製造に使用できる本発明の方法により形成される一定の上面または地形形状の支持部材に関する。
本発明の方法によれば、ワークピースにレーザービームが当てられる。実施の一例においては、レーザービームはビーム焦点がワークピース上面より下方となるように集光される。このように表面上の代わりにワークピースの上面とは異なる点、例えば上面より下方の点にレーザービームを集光することを「デフォーカシング（defocusing）」と言う。その後、このデフォーカスしたレーザービームをワークピース内の傾斜した穴の所定パタン形成に用いて、山頂部とワークピースの各穴を囲む谷部から成る地形形状の配列を形成する。穴は傾斜または円錐状の上部を有しており、穴の大径部が支持部材の上面に存する。この山頂部と谷部の表面配列形状は穴の上部の大径部よりも小さい隣接する穴の中心と中心との間隔によって決まる。すなわち、このような間隔によってワークピースの初期の厚さ内に交差する隣接穴の傾斜が形成される。
また、他の実施形態においては、レーザービームはワークピースの上面に集光され、一定パタンの穴を有する滑らかで平坦な上面の支持部材が形成される。
また、他の実施形態においては、ラスター走査式のレーザー穴あけ処理を用いて支持部材を形成する。この実施形態においては、レーザービームがワークーピースの表面上を一連のラスター走査状に移動する。各走査の間、レーザーは各穴の１個以上の別個の部分を穴あけするのに充分な時間と強度の所定間隔で折り返す。この方法においては、穴を完全に開けるために多重の走査を行ってもよい。
また、他の実施形態においては、複数の山頂部、谷部および穴から成るパタンがトリコットニット布の外観を有する不織布を形成するために構成される。さらに、他の実施形態においては、穴あけしたフィルムが滑らかな上面を有する穴あけした支持部材を用いて形成される。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による一定の地形形状を有する支持部材の斜視図である。
第２図は第１図のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
第３図は第１図の地形形状の支持部材を形成するためにワークピース内にあけられる穴のパタンを決めるレーザーインストラクションのビットマップである。
第４図は本発明の支持部材を形成するための装置の概略図である。
第５図は第３図に示すパタンの縦２５画素および横１５画素の最小方形リピート素子を現している。
第６図は本発明の支持部材を用いて不織布を製造する種々の処理工程を示すブロック図である。
第７図は本発明の支持部材を用いて不織布を製造するための装置の一例の概略的断面図である。
第８図は本発明の支持部材を用いて不織布を製造するための装置の他の一例の概略的断面図である。
第９図は本発明の支持部材を用いて不織布を製造するための装置の好ましい一例の概略的断面図である。
第１０図はトリコット状の不織布の上面から観た約２０倍の顕微鏡写真であり、第１図の地形形状の支持部材を用いて形成されている。
第１１図は第９図のトリコット状の不織布の下面から観た顕微鏡写真である。
第１２図はレーザーインストラクションの異なる群から成る第３図に示したものと類似のビットマップである。
第１３図は走査電子顕微鏡による本発明の支持部材のデジタル化画像である。
第１４図は第１３図に示す支持部材の別のデジタル化画像である。
第１５図は本発明の支持部材の第２の例を示す斜視図である。
第１６図は第１５図の１６−１６線に沿う断面図である。
第１７図は本発明の支持部材を用いて有孔フィルムを製造するための装置の好ましい一例の概略図である。
第１８図は第１７図における円形領域の拡大図である。
第１９図は本発明の支持部材の第３の例を示す斜視図である。
第２０図は第１９図の２０−２０線に沿う断面図である。
第２１図は第１９図の支持部材を形成するために穴あけされる穴のパタンを決めるビットマップのリピート素子である。
第２２図は実施例４において作られる有孔フィルムの上面の顕微鏡写真である。
発明の詳細な説明
以下図面に基づいて説明する。まず、一定地形形状を有する本発明の支持部材を第１図において斜視的に示す。
すなわち、支持部材２は上面３と下面４とを有する本体１から成る。上面３には谷部６により分離された山頂部５のアレイが所定パタンで構成されている。さらに、この支持部材の厚さを貫通する複数のドレイン孔７は該部材内に一定パタンで配置されている。つまり、この実施例では、各ドレイン孔７は６個の山頂部５と６個の谷部６とから成る群により囲まれている。このドレイン孔７は上部７ａと下部７ｂとから構成されている。さらに、第１図から分かるように、穴７の上部７ａは壁１０を備えており、ほぼ「ベルロ状」または「フレア状」の形状をしている。さらに、上部７ａは傾斜しており、支持部材２の上面に近い部分で断面積が大きく、点１０ａにおいてはより小さな断面積を有している。なお、点１０ａにおいて該上部の底部は下部７ｂに接続している。この以下に述べる特定の実施例における下部７ｂは幾分傾斜した円筒形状を有している。さらに、穴７の下部７ｂの断面積は支持部材の下面４よりも点１０ａにおける方が大きい。第２図に穴７が断面で示されている。線９は上面３よりも小さい穴の半径の壁１０の上の対向点における接線である。なお、角度１１は支持部材２の厚さ１２に対応して所望値となるように調整する必要がある。例えば、この角度が大きすぎると、穴が小さすぎて充分なドレイン効果が得られない。また、角度が小さすぎると、山頂部と谷部の数が極めて少なくなり全く無くなることもある。
繰り返しパタン（第１図参照）における隣接孔の中心対中心の間隔Ｓもまた重要な要素である。すなわち、山頂部５と谷部６は傾斜状の円錐孔７の交差によって形成される。この隣接孔の中心対中心の間隔が上面３における穴７の大径よりも大きければ、交差はまったく起こらず、当該部材は円錐形の貫通孔を有する滑らかで平坦な上面を有するものになる。第１３図において、穴Ａ’の大径部は山頂部５０１と５０４との間に延出しており、二方向矢印５２１によって示されている。同様に、穴Ｂ’の大径部は山頂部５０３と５１２との間に延出しており、二方向矢印５２２によって示されている。つまり、任意の穴の大径部は穴の上部を決める山頂部の任意の対の間で支持部材の上面において計測される山頂部対山頂部の最大距離と同じである。従って、隣接する穴の中心対中心の間隔が該中心対中心の線に沿って計測される穴の直径よりも小さければ円錐形状の表面が交差して谷部を形成する。
次に第３図に基づいて説明する。穴７は集合アレイ状の複数の６角形で表現できるが、本発明はこの６角形に制限されない。すなわち、所望の地形形状に従って、他の形状、例えば、円形、方形、多角形、または不規則形状（第１２図参照）またはこれらの組み合わせが使用できる。
第３図において、列１３および１４は矢印Ａと平行であり、各々複数の６角形１５０から構成されている。各列の中の６角形は横が７画素で縦が１１画素であり、８画素の間隔で並んでいる。また、６角形の列１３は６角形の列１４と近接している。特に、第３図から分かるように、列１３内の各６角形の下端部は線１７に接しており、この線１７はまた列１４における各６角形の上端部に接している。また、列１５と１６は列１３と１４のパタンおよび間隔を複写している。しかしながら、列１５は列１４から離間している。すなわち、第３図に示すように、列１４における６角形の下端部は線１８に接しているが、列１５内の６角形の上端部は線１９に接している。さらに、線１８および線１９は間隔ｄで互いに離間しており、第３図に示されるパタンにおいては３画素に対応する。このような列１３，１４，１５および１６のパタンが第３図のビットマップにおいて繰り返される。さらに、６角形の間隔も任意列または近接列間において均一でなくてもよいことも分かる。
ただし、第３図のビットマップにおいて示す２個の近接する６角形の２個の近接する壁２０の間の距離は支持部材が液体の圧力や通常の処理に耐．えるのに要する強度を持つ程度に充分でなければならない。
第１図に戻って、各穴７は６個の穴７で囲まれている。もしもこれらすべての穴７かそれそれの中心対中心の間隔よりも大きい直径を成すに足るテーパー部を備えていれば、各穴７はその隣接孔と６個の交差部を有することになり、これらの交差部によって６個の谷部が形成される。それそれの深さによって、これらの谷部６は上面３と交差して小さな高台により分離されるか、互いに交差して山頂部５を形成する。
第４図に一定地形形状の支持部材を作成する本発明の装置が示されている。この支持部材の開始材料は任意の所望の形状または組成であってよい。ただし、該一定地形形状の支持部材は好ましくはアセタールから構成されるものであり、アクリル酸樹脂が充分な適合性を有する。加えて、開始材料の好ましい形状は、円筒形、好ましくはシームレスの、残存内部応力を除去した管である。なお、後述するように、当該円筒形の形状は不織布を製造する好ましい装置に適合する。
支持部材の形成用に今日製造されている管は２ないし６フィート（１８２．８８ｃｍ）の直径で２ないし１６フィート（６０．９６ないし４８７．６８ｃｍ）の長さのものである。また、壁の厚さは公称１インチ（２．５４ｃｍ）であるが、これらの大きさは選択の問題である。
初めのブランク管状のワークピースをアーバーまたはマンドレル２１に取り付ける。該マンドレルはワークピースを円筒形状に固定し、ベアリング２２間においてその長手方向に回転可能である。また、回転駆動装置２３がマンドレル２１を一定の制御速度で回転するように備えられている。さらに、回転パルス発生器２４がマンドレル２１に接続されてその回転をモニターすることにより常にその半径方向の正確な位置が分かるようになっている。
マンドレル２１の回転領域外に１個以上の案内路２５が平行に取り付けられており、該案内路によって往復台２６は管２’の上面３に一定のクリアランスを保ちながらマンドレル２１の全長に沿って移動する。すなわち、往復台駆動部３３が往復台を案内路２５に沿って移動する一方で、往復台パルス発生器３４が支持部材２に対する往復台の横方向の位置を知らせる。さらに、往復台上には集光ステージ２７が載置されている。この集光ステージ２７は集光案内路２８に取り付けられていて往復台２６の移動と直角方向に移動することができ、上面３に対してレンズ２９を集光させる手段を提供する。さらに、集光駆動装置３２が集光ステージ２７の位置決めとレンズ２９の集光のために備えられている。
集光ステージ２７に固定されるレンズ２９はノズル３０の中に固定されている。さらに、ノズル３０は高圧ガスを該ノズル３０内に導入して、レンズ２９を冷却しかつその清浄度を維持するための手段３１を備えている。
また、往復台２６には最終偏向ミラー３５が取り付けられており、該ミラーはレーザービーム３６を集光レンズ２９に向ける。さらに、遠隔位置にレーザー３７と付属のビーム偏向ミラー３８がビームを最終ビーム偏向ミラー３５に向けるように備えられている。この場合、レーザー３７を往復台２６上に直接取り付けてビーム偏向ミラーを省略できるが、スペースの制限とレーザーへの接続部品の利用性から遠隔取り付けの方がはるかに好ましい。
この状態で、レーザー３７を始動すると、レーザービーム３６がビーム偏向ミラー３８にまず反射して最終ビーム偏向ミラー３５に達した後にレンズ２９に向かう。なお、このレーザービーム３６の経路は、仮にレンズ２９を取り除いた場合に、ビームがマンドレル２１の長手方向の中心線を通過するように構成されている。
また、レンズ２９が配備されていると、ビームは上面３よりも下方でその近傍に集光する。既に指摘したように、ビームを上面よりも下方に集光させることは管の表面に対してレーザービームを「デフォーカシング」すると認識されている。
なお、本発明は種々のレーザーを用いて利用できるが、好ましいレーザーは２５００ワットまでの定格ビームを生成できるファーストフローＣＯ２レーザーである。ただし、支持部材の表面は５０ワットで定格のスローフローＣＯ２レーザーによって充分に穴あけができるので、この処理はこのような高出力レーザーを必ずしも必要としない。
集光レンズ２９をビーム３６が通過するとエネルギーがビームの中心近くに集中する。ただし、光線は単一点に偏向するのではなく小径のスポットになる。この場合、最小径となる点が焦点と言われる。さらに、この現象はレンズから焦点距離と呼ばれる距離において生じる。従って、該焦点距離よりも短いか長い距離において計測したスポットの大きさは当該最小径よりも大きい。
集光位置の選択は焦点距離に反比例する。すなわち、最小スポットの大きさは焦点距離に比例するので、短い焦点距離ではより小さな大きさにできるが、より正確に位置決めする必要があり、表面のばらつきに大きく影響される。また、長い焦点距離の場合は目的物の位置の裕度が大きいがスポットサイズが幾分大きくなる。従って、穴あけした傾斜状の部分に分配される強度に加えて、表面下のビームデフォーカシングがそのテーパー部分の角度と長さに反映して、山頂部と谷部の形と大きさの決定要因となる。
支持部材を形成するために、初期集光処理を行う必要がある。ブランク管状のワークピース２をマンドレル２１上に設置して、レーザーをしばらくの間パルス駆動し、一連の小さな窪みができるようにパルス間でマンドレルを少しずつ回転する。その後、集光ステージ２７をマンドレルの中心線に対して移動して別の一連の窪みを形成する。一般的には、２０列の２０個の窪みのマトリクスをそれぞれ穴あけする。この窪みは顕微鏡で検査し、最小径の窪みの縦列によって該ブランク管状ワークピースの上面３にビームを集光する集光ステージの位置が認識される。
このようにして、第３図に示すような所望のパタンが選択される。このパタンはワークピースの外周を覆って縫い目の無い完全な表面となるに要する繰り返し数を決定するために検査される。同様に、一回の繰り返しおよび全繰り返し数に対する管状ワークピースの長手方向に沿う進行度が設定される。これらのデータはコンピュータ制御装置に入力されてレーザー穴あけ機械の操作に用いられる。
動作においては、マンドレルは、その上に備えた管状ワークピースと共に、レンズの前方で回転する。往復台が、第１の穴の位置がレンズ２９の焦点位置に対応するようにモーター駆動で移動する。次いで、集光ステージがモータ駆動により内側に移動して、穴あけする材料の内部の内側に焦点位置が入るようにする。
その後、レーザーが一定の強度と持続時間の組み合わせでパルス駆動される。第２図に示すように、上面３における穴の直径は下面４における穴の直径よりもかなり大きい。この場合、所望の地形形状を得るには２種のファクターを計測制御する必要かある。第１に、レンズがワークピースの内部に集光処理されて円錐の角度１１を増大する度合い、第２に、深さと直径を増大する強度とパルス持続時間の増加の割合である。このようにして適当な直径とテーパーの穴が選られると、回転駆動と往復台駆動の条件が支持部材の再位置決めのために標示できるようになり、次の穴の位置が焦点に対応して決められるようになる。その後、完全なパタンが穴あけされるまでこの処理が繰り返される。なお、この技法は「衝撃式（percussion）」試すい（drilling）として知られている。
選択されるレーザーが充分な強度であれば、マンドレルおよび往復台をレーザーのパルス駆動時に停止する必要がない。なお、パルスの持続時間は穴あけ処理時のワークピースのいかなる移動も影響を及ぼさない程度に短い。このことは業界において「ファイア−オン−ザ−フライ（fire-on-the-fly）」穴あけとして知られている。
レーザーの回復が充分に速ければ、ワークピースは一定速度で回転でき、レーザーは各穴を形成するのに一回のパルス処理で行える。第３図に示すようなパタンにおいて、レーザーは、通常、１本の完全な縦列を形成するためにパルス駆動され、往復台が次の標示の縦列位置に移動して次の穴の列を形成するようにビームのパルス駆動が行われる。
穴のパタンの材料および密度の種類によって生じる問題として、成形処理表面の小さな領域に大量の熱がかけられることが挙げられる。また、全体的な変形やパタンの整合の低下なども挙げられる。さらに、一定の条件下において、部品の主体の三次元構造が変化したり、表面が円筒形でなくなったり適正な大きさから外れたりする。また、極端な場合は管にクラックが生じる。
本発明の好ましい実施形態の一例はこの問題を解消するものであり、ラスター走査式穴あけ処理と呼ばれる処理を採用している。
この実施形態においては、パタンは第５図に示すように最小の方形リピート素子４１に減少される。
このリピート素子は第３図のパタンを生成するに要する情報をすべて含んでいる。タイルのように使用され端から端および側面から側面まで配置されればより大きなパタンが得られる。
このリピート素子はさらに分割されてより小さな方形ユニットすなわち「画素」４２の格子になる。また、画素は一般に正方形であるが、目的に応じて、不均等な割合の画素を用いる場合の方が便利なこともある。
各縦列の画素はレーザーの焦点位置を通り過ぎたワークピースの一経路を示す。この縦列が支持部材２の全体に及ぶに要する回数だけ繰り返される。この画素のうちレーザーが当たって穴があく部分は黒になっている。また、レーザーが当たらない画素は白で示されている。
第５図の画素の第１列の一番上にまず穴をあけるためには、マンドレルを一定速度で回転させながら、レーザーを起動して、１１画素に対応する強度に保持したのちスイッチを切る。これらの画素は第４図におけるパルス発生器２４により計数される。レーザーはそれから次の１４画素の間オフに保たれる。レーザーのオン／オフシーケンスは最初の回転の間繰り返され、その時点において、マンドレルが始動状態に戻り、往復台駆動部３３が往復台ユニットを位置決めし直してコンピュータが縦列４３ａの処理を準備する。
縦列４３ａの処理中、レーザーはより短い「オン時間」（この場合９画素）とより長い「オフ時間」（この場合１６画素）である。ただし、パタンの高さに基づくオン／オフ時間の合計は一定である。
この処理はすべての縦列が各回転のすべてにわたって行われるまで繰り返され、第５図の場合には、マンドレルの１５回転に相当する。この時点で、処理は縦列４３に復帰する。
この処理で注意すべきことは、各処理経路が大きな穴というよりは多数の狭い切り込みを形成していることである。また、これらの切り込みは側面対側面での配列で精度よく整合されて幾分重なっているので、その累積効果によって穴が形成される。第５図のパタンにおいて、各６角形の穴４４は７経路を実際に必要としており、その各々は完全な回転により分離されているので、管の周りにエネルギーが分配されて局所的な加熱を最小にできる。
この穴あけ処理中において、レンズの焦点は材料の上面になっているので、６角形の穴はそれそれ平行な壁を有している。しかしながら、このようなラスター走査とデフォーカス処理したレンズの組み合わせによる方法は第１図の表面を形成する。
さらに、本発明においては、穴７が極めて小さく多数である。典型的なパタンでは１平方インチ（６．４５１６ｃｍ2）あたり８００ないし１４００の範囲の穴がある。
なお、本発明の支持部材を用いる不織布の製造方法は米国特許第５，９８０，７６４号と５，２４４，７１１号に記載されており、両特許とも本明細書において参考文献として含まれている。
第６図は本発明による新規な不織布を製造する方法における種々の工程を示すブロック図である。当該方法における第１の工程は一定地形形状の支持部材上に繊維ウエブを配置することである（ボックス１）。この繊維ウエブを支持部材上で予備浸漬または湿潤（ボックス２）させて処理時に支持部材上に保持されるようにする。この繊維ウエブを有する支持部材を高圧流体噴射ノズル下に通過させる（ボックス３）。なお、好ましい流体は水である。水を支持部材から、好ましくは真空処理を用いて、除去する（ボックス４）。繊維ウエブを脱水する（ボックス５）。脱水した成形ウエブを支持部材から取り外す（ボックス６）。成形した繊維を繊維乾燥用の一連の乾燥ドラム上に通過させる（ボックス７）。繊維を仕上げるかさらに所望の処理を行う（ボックス８）。第７図は本発明による繊維製造方法を実施するための装置の一例の概略図である。当該装置においては、有孔コンベアベルト７０が２基の離間する回転ロール７１および７２の周りを連続的に移動する。このベルトは往復動または時計方向および反時計方向に駆動できる。該ベルトの一定の位置、すなわち、ベルトの上側の到達点７３以内に、適当な水噴射マニホールド７４がベルトの上方に配置されている。このマニホールドは複数の極細の直径、例えば、１０００分の７インチ（０．０１７７８ｃｍ）の穴を１インチ（２．５４ｃｍ）あたり約３０個有している。これらの穴を介して圧力下に水が処理される。ベルトの上に一定地形形状の支持部材７５が配置されており、該部材の上には成形される繊維ウエブ７６が載置されている。さらに、水噴射マニホールドの直下でベルトの上部の下に水を除去して繊維ウエブの氾濫を防ぐための吸引マニホールド７７が備えられている。このマニホールドからの水は繊維ウエブ上に衝突してから、該一定地形形状の支持部材を通過して、吸引マニホールドにより除去される。なお、推察できることであるが、本発明に従って布を製造するために、上記繊維ウエブを上部に備える一定地形形状の支持部材は必要なだけ何回でもマニホールドの下を通過させることができる。
第８図は本発明に従って布を連続的に製造するための装置を示している。この概略図の装置は本発明に従う一定地形形状の支持部材として実際に作用する有孔コンベアベルト８０を備えている。このベルトは当業界において周知の離間する回転ロールの周りを反時計方向に連続的に移動する。このベルトの上方には、複数のオリフィス管または群８１に接続する液体供給マニホールド７９が配置されている。この各群は１インチ（２．５４ｃｍ）あたり３０個以上の極細径穴の１個以上の列を備えている。さらに、該マニホールドは圧力ゲージと制御バルブ８７を備えており、各１個または群のオリフィスにおける流体の圧力を調整するようになっている。また、各オリフィス管または群の下方には過剰の水を除去して該領域における氾濫を防ぐための吸引部材８２が配置されている。さらに、本発明の不織布に形成される繊維ウエブ８３が当該一定地形形状の支持部材のコンベアベルト上に供給される。適当なノズル８４を介して繊維ウエブ上に水が噴霧され、該ウエブを予備的に湿潤させて液体供給マニホールド下に繊維を通過させる時にこれを制御する。さらに、この水ノズルの下方に吸引スロット８５が配置されていて過剰の水を除去するようになっている。これにより繊維ウエブが流体供給マニホールド下を通過し、マニホールドは好ましくは増加された圧力を有している。例えば、第１のオリフィスの管または穴は１００ｐｓｉ（１４２０ｋｇ／ｃｍ2）の圧力で流体を供給でき、次のオリフィスの管は３００ｐｓｉ（４２６０ｋｇ／ｃｍ2）の圧力で流休を供給でき、さらに、最後のオリフィスの管は７００ｐｓｉ（９９４０ｋｇ／ｃｍ2）の圧力で流体を供給できる。この場合、６基の流休供給オリフィス管が示されているが、当該オリフィスの管または列の数はこれに限られるものではなく、ウエブの重量、動作速度、使用する流体圧力、各管の穴の列の数等によって決まる。流体供給用マニホールドと吸引用マニホールドの間を通過した後に、成形された繊維はウエブから過剰の水を除去するための付加的な吸引スロット８６を通過する。
さらに、本発明に従って布を製造するための好ましい装置の一例を第９図に概略的に示す。この装置においては、一定地形形状の支持部材は回転可能なドラム９０であり、該ドラムは反時計方向に回転する。このドラム９０は連続的な円筒形ドラムでもよく、該ドラムの外形を形成するように配置される複数の湾曲板９１から構成されてもよい。どちらの場合においても、ドラム９０の外形または湾曲板９１の外形は所望地形形状の支持構造から成っている。さらに、該ドラムの外周の周りに複数のオリフィス部９２と接続するマニホールド８９が配置されている。なお、このオリフィス部は湾曲板の表面上に配置した繊維ウエブ９３に水や他の流体を供給するために作用する。各オリフィス部は１個以上の直径がおよそ１０００分の５インチ（０．０１２７ｃｍ）ないし１０００分の１０インチ（０．０２５４ｃｍ）の極細径の穴から構成できる。また、必要に応じて、１インチ（２．５４ｃｍ）あたり５０または６０個以上の穴にすることができる。従って、水や他の流体を当該オリフィスから放出することができる。なお、各オリフィス群の圧力は第１の群から増加され、該第１の群の下部を通過してから繊維ウエブは最後の群に向かう。
この圧力は適当な制御バルブ９７によって制御されて圧力ゲージ９８によりモニターされる。さらに、ドラムには真空に引かれる液だめ９４か接続しており、水を除去して当該領域における氾濫を防止するようになっている。動作時においては、繊維ウエブ９３が水噴射マニホールド８９の前方で一定地形形状支持部材の表面上に置かれる。その後、繊維ウエブはオリフィス部の下を通過してトリコット状の不織布に成形される。さらに、この成形された布は装置の部分９５の上を通過し、ここではオリフィス部が無いが真空吸引処理は続けられている。その後、脱水処理された繊維がドラムから取り外され、一連の乾燥管９６を通過して乾燥される。
上述したように、第１図に示す支持部材はトリコット状の不織布を製造する。第１０図は約２０倍に拡大したトリコット状不織布の顕微鏡写真のコピーである。布１００は複数の繊維から形成されている。顕微鏡写真から分かるように、繊維が絡み合って布において開口部１１０のパタンを形成している。これらの複数の開口部には、繊維セグメントから形成されるループ部１２０が含まれる。さらに、各ループは複数のほぼ平行な繊維セグメントから形成されている。また、該ループはU字Ｕをしており、顕微鏡写真に見られるように、そのＵ字の閉端部が布の表面から上方に向いている。第１１図は約２０倍に拡大した第１０図の布１００の反対面すなわち底面の顕微鏡写真のコピーである。この布の繊維も互いに絡み合って布に開口部１１０のパタンを形成している。これらの開口部のいくつかにはほぼ平行な繊維セグメントから形成されたＵ字形状のループ１２０が存在している。ただし、当該布の底面から見た場合、該Ｕ字形状のループの開口端部がこの顕微鏡写真において見える布の面に向かっている。
上述したように、貫通する穴を有する平坦で滑らかな表面の支持部材もレーザー処理で形成できる。このような支持部材は、参照番号７００で示され、第１５図および第１６図に記載されている。第１５図および第１６図に示すように、該支持部材７００は上面７０３と底面７０４を有する本体７０１から構成されている。さらに、本体７０１の厚さｔを貫通する穴７０７のアレイが上面７０３に所定パタンで設けられている。
この支持部材７００は上述した「デフォーカス式（defocused）」レーザー穴あけ処理によって形成できる。このようなデフォーカス処理の場合、穴７０７は傾斜した円筒形の形状を有する。また、底面７０４における穴７０７の断面積は上面７０３における穴７０７の断面積よりも小さい。
この場合、隣接する穴７０７の中心対中心の間隔Ｓはかなり重要である。すなわち、該中心対中心の間隔が上面７０３における穴７０７の直径よりも小さければ、傾斜した幾分円錐形の穴７０７が交差して山頂部と谷部により囲まれる穴が形成される。このような山頂部と谷部のアレイによって最終の有孔フィルムにおける山頂部と粗さが形成される。従って、滑らかで平坦な上面の有孔支持部材を形成するためには、中心対中心の距離Ｓを上面７０３における穴の大径部よりも大きくする必要がある。
好ましい実施形態においては、滑らかで平坦な上面の支持部材は「フォーカス式（focused）」レーザー穴あけ処理によって形成される。この「フォーカス式」レーザー穴あけ処理はレーザービームを管状ワークピースの上面上に集光させる処理である。該ワークピースはポリマー材とすることができ、好ましくはアセタールである。また、アクリル酸樹脂も充分適している。このフォーカス式レーザー穴あけ処理においては、第４図の装置を用いて、まず管状ワークピースを取り付けたマンドレルをレンズの前方で回転する。次いで、往復台をモーター駆動して、最初の穴の位置をレンズ２９の集光位置に対応するようにする。その後、集光ステージを内側にモーターで、上述のフォーカス式処理により設定された基準直径で管状のワークピースを穴あけするように、該管状ワークピースの上面上のレンズ２９の集光点位置に向けて移動する。この穴あけ処理は前述の各処理、すなわち、衝撃式試すい、フォイア−オン−ザ−フライ穴あけ処理およびラスター走査式穴あけ処理と同一にすることができる。なお、ラスター走査式穴あけ処理は第３図、第４図および第５図に基づいて説明したような処理が好ましい実施形態である。
また、第１９図および第２０図に示す支持部材８００はフォーカス式レーザー穴あけ処理により作成されたものである。第１９図および第２０図に示すように、支持部材８００は上面８０３と下面８０４を有する本休８０１から構成されている。さらに、本体８０１の厚さｔを貫通する穴８０７のアレイが上面８０３に所定のパタンで設けられている。上述したように、レンズをワークピースの上面上に集光した場合、穴８０７はほぼ平行な壁を有する。穴８０７の頂上部にわずかなテーパーがあるので、その中心対中心の間隔Ｓは山頂部と谷部の形成を避けるために充分な大きさにする必要がある。しかしながら、この間隔Ｓはデ「フォーカス式」のレーザー穴あけ処理の場合よりも小さくできるので、支持部材の表面積をより小さくすることができ穴の数を多くすることができる。従って、より多数の穴を有するフィルムを形成することが可能になり、それだけ開口面積の割合を増やせる。
本発明に従う有孔フィルムを形成するための好ましい装置を第１７図に概略的に示す。この装置においては、支持部材は回転可能なドラム７５３であり、このドラムは反時計方向に回転する。このドラム７５３の外側にはホットエアノズル７５９が配置されており、該エアノズルは複数の穴７５３ａから成るドラム７５３の外面により支持されるフィルム上にホットエアカーテンを直接噴射するように構成されている。さらに、ホットエアノズル７５９を後退させるための手段が備えられていて停止時または低速時のフィルムの加熱を防ぐようになっている。
さらに、ブロア７５７およびヒータ７５８がノズル７５９にホットエアを供給するべく協働する。
また、ドラム７５３の内側には真空ヘッド７６０がノズル７５９の丁度内側に配置されている。この真空ヘッド７６０は半径方向に調節可能であり、ドラム７５３の内部表面に接触するように配置されている。さらに、真空供給源７６１が真空ヘッド７６０を連続的に排気するように備えられている。
加えて、ドラム７５３の内部で該ドラム７５３の内部表面に接して、冷却真空供給源７６３を有する冷却領域７６２が設けられている。この冷却領域７６２の中では、真空供給源７６３がホットフィルムにおける穴から周囲空気を排気して該フィルムを固化すると共に、穴あけ領域に形成したパタンを設定する。このように支持部材からフィルムを取り外す前に冷却処理することは変形を避けるために重要である。また、真空供給源７６３は冷却領域７６２にあるフィルムをドラム７５３上に保持する手段も提供し、ワインダーにより作成されるフィルムの張力の影響をホットフィルムが受けないようにするための手段も提供する。
さらに、第１７図はフィルム供給ロール７５０と仕上げフィルムロール７５６を示している。
支持部材の上部には熱可塑性ポリマー材の薄くて連続的で中断部のない伸縮性フィルムが配置されている。このフィルムは通気性または非通気性のいずれでもよく、エンボス処理されていてもいなくてもよく、また、必要に応じて、その一方または両方の面にコロナ放電処理がされていてもいなくてもよい。また、該伸縮性フィルムは、例えば、ポリエチレン（高密度、鎖状低密度または低密度）およびポリプロピレン等のポリオレフィン、エチレンとビニルアセテートまたはビニルクロライドとの共重合体等のオレフィンとビニルモノマーとの共重合体、ポリアミド、ポリエステル、ポリビニルアルコールおよびエチレンとエチルアセテートとＥＭＡ（エチレンメチルアクリレート）の共重合体等のオレフィンとアクリレートモノマーとの共重合体を含む任意の熱可塑性ポリマー材から構成できる。また、これらのポリマー材の２種以上の混合物から成るフィルムを使用してもよい。穴あけする開始フィルムの機械方向（ＭＤ）とクロス方向（ＣＤ）の延伸率は５０インチ／分（１２７ｃｍ／分）のジョースピード（jaw speed）の走行速度のインストロン（Instron）試験機により行うＡＳＴＭ試験番号Ｄ−８８２に従って少なくとも１００％にする必要がある。また、開始フィルム（すなわち、穴あけ処理するフィルム）の厚さは好ましくは均一であって、約０．５ないし３ミルまたは約０．０００５インチ（０．００１３ｃｍ）ないし０．００５インチ（０．０７６ｃｍ）の範囲とすることができる。さらに、例えば界面活性材による処理により改変したフィルムのように同時押出フィルムを使用できる。また、この開始フィルムはキャスティング、押出または吹込成形によって形成できる。
第１７図のまるで囲った部分の拡大図を第１８図に示す。真空ヘッド７６０はフィルムの幅方向に延伸する２本の真空スロット７６４と７６５を備えている。この真空スロット７６４は開始フィルムがヒータ７５８に近付いた時に該フィルムの下方保持領域を形成する。また、真空スロット７６５は連通路７６６による真空供給源に接続している。このことによって、到来するフィルム７５１はドラム７５３にしっかり吸着され、巻取り解除により到来フィルム内に生じる張力の影響を無くしている。また、この作用はドラム７５３の外面上のフィルム７５１を平坦にする効果もある。さらに、第２の真空スロット７６５は真空穴あけ領域を決定する。これらのスロット７６４および７６５の間には中間支持バー７６８が配置されている。
真空ヘッド７６０はホットエアカーテン７６７の噴射位置が中間支持バー７６８の直上になるように配置される。この場合、ホットエアの供給はフィルムを該フィルムの軟化点よりも高い温度とするのに充分な程度に行われる。
この場合、当該装置の構造により、フィルム７５１がホットエアカーテン７６７により軟化した時に、真空スロット（下方保持領域）７６４と冷却領域７６２によって当該フィルムへの張力作用を無くしている。また、真空スロット（真空穴あけ領域）７６５がホットエアカーテン７６７の直ぐ近傍にあるために、フィルムが加熱状態にある時間を最短にすると共に支持ドラム７５３への過剰な熱の伝達を防げる。
実施例１
以下の条件下で、デフォーカス式ラスター走査レーザー穴あけ処理を採用して平均厚さ６ｍｍでアセタール製の山頂部と谷部とを有する支持部材を作成した。
集光位置：材料表面下２．５ｍｍ
レンズタイプ：正メニスカス
レンズの焦点距離：５インチ（１２．７ｃｍ）
レーザー強度：１３００ワット
マンドレル上の管の表面速度：２０．３ｍ／分
長手方向の往復台の進度／回転：０．０５ｍｍ
画素サイズ：０．０５ｍｍ
列内の中心対中心の間隔：０．７５ｍｍ（１５画素）
実施例１において作成した支持部材を第１３図および１４に示す。また、第１２図は実施例１において使用したコンピュータ制御にプログラムしたオン／オフレーザー強度パタンの画素対画素表現である。このパタンはＡ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２等に標識した穴の列の繰り返しの対から構成されている。この時、各Ａの列における穴は第１の不規則な形状を有しており、各Ｂの列における穴は第２の不規則な形状を有している。直径約３フィート（９１．４４ｃｍ）、長さ１２フィート（３６５．７６ｃｍ）および厚さ６ｍｍの管状ワークピースを用いて、第１３図および１４に示す支持部材を形成するべく第１２図に含まれる指示に従って第４図の装置を作動してレーザー穴あけ処理を行った。このレーザー穴あけ処理は完了まで約７日かかった。
第１３図において、支持部材は穴の第１の列Ａ（第１３図の上側部分に見える）と、次に近接する穴の列Ｂと該穴の列Ｂの下方の第２の穴の列Ａとから構成されている。この次に近接する穴の列Ｂには穴Ａ’に近接する穴Ｂ’が含まれる。この穴Ａ’の上部は山頂部５０１，５０２，５０３，５０４，５０５および５０６により囲まれて範囲を定められている。また、穴Ｂ’の上部は山頂部５１０，５１１，５１２，５１３，５０４および５０３により囲まれて範囲を定められている。山頂部５０４と５０３は両方の穴Ａ’とＢ’に共通していることが分かる。線５２１（二方向矢印）は山頂部５０１と５０４の間に延出して穴Ａ’の上部の大径部を構成しており、この大径部はこの支持部材において０．０８５インチ（０．２１５９ｃｍ）である。同様に、山頂部５０３と５１２の間に演出する線５２２は穴Ｂ’の上部の大径部を構成しており、該大径部はこの支持部材において０．０７５インチ（０．１９０５ｃｍ）である。
上述の支持部材における穴Ａ’に伴う種々の山頂部対山頂部の距離を表１に記載する。また、支持部材における穴Ｂ’に伴う種々の山頂部対山頂部の距離を表２に記載する。
表１
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表２
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第１４図は第１３図に示すようなデジタル化画像と同じものであるが、２個の隣接する山頂部間の谷部における底部間の距離と同じ２個の山頂部を接続する線を示すために標識付けと番号付けが行われている。例えば、第１４図における線５３０は穴Ａ’に伴う山頂部５０３と５０４を接続している。さらに、穴Ａ’に伴う山頂部５０１ないし５０６の間の谷部の深さを表３の上部に示し、穴Ｂ’に伴う２個の谷部、すなわち山頂部５１０と５１１の間の谷部と山頂部５０４と５１３の間の谷部の深さを表３の下部に示す。なお、穴Ｂ’にともなう残りの山頂部の間、すなわち山頂部５１１と５１２の間および５１２と５１３の間の谷部は表３の山頂部５０１と５０６および５０１と５０２の間の谷部に構造的に類似している。
表３
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実施例２
以下の条件下で、デフォーカス式ラスター走査レーザー穴あけ処理を採用して平均厚さ６ｍｍでアセタール製の滑らかで平坦な上面を有する支持部材を作成した。
集光位置：材料表面下２．５ｍｍ
レンズタイプ：正メニスカス
レンズの焦点距離：５インチ（１２．７ｃｍ）
レーザー強度：１３００ワット
マンドレル上の管の表面速度：２０．４ｍ／分
長手方向の往復台の進度／回転：０．０５ｍｍ
画素サイズ：０．０５ｍｍ
列内の中心対中心の間隔：１．５ｍｍ（３０画素）
第１５図および第１６図に示される実施例２の支持部材は異なるラスター走査パタンを用いる他は実施例１のデフォーカス式ラスター走査穴あけ処理により作成した。この実施例２において使用したラスター走査パタンは第２１図に示されており、ここでは、レーザーにより穴を形成する部分に対応する画素７１０を黒で示し、レーザーをオフにした画素７１２を白で示している。
実施例３
以下の条件下で、フォーカス式ラスター走査レーザー穴あけ処理を採用して平均厚さ３ｍｍでアセタール製の滑らかで平坦な上面を有する支持部材を作成した。
集光位置：０（上面位置）
レンズタイプ：正メニスカス
レンズの焦点距離：５インチ（１２．７ｃｍ）
レーザー強度：１３００ワット
マンドレル上の管の表面速度：１７．４ｍ／分
長手方向の往復台の進度／回転：０．０５ｍｍ
画素サイズ：０．０５ｍｍ
列内の中心対中心の間隔：１．５ｍｍ（３０画素）
第１９図および第２０図に示すような実施例３の支持部材を第４図の装置を用いて上述したラスター走査穴あけ処理により第３図および５に示すパタンを使用して作成した。
実施例４
第１７図に示す装置と組み合わせて実施例３で作成した支持部材を用いて有孔フィルムを形成した。この装置はBiancoに発行された米国特許第４，８０６，３０３号に開示されるものと類似している。
１ミルの低密度ポリエチレンキャストフィルムである開始フィルム７５０のロールをおむつおよび衛生ナプキンの業界において共通に使用されている張力制御された巻取り解除スタンド上に配置する。次いで、このフィルムを第１７図における支持部材７５３の周りに巻いて、張力制御した巻取り機に導いて、仕上げ製品をロール７５６上に回収した。
この場合、ノズル７５９を後退させて動作条件が設定されるまでフィルムの加熱を回避している。次いで、エアブロア７５７を始動し、ヒーター７５８を起動してノズル７５９から出る空気の温度が２２５℃に到達するまで調整する。
その後、真空供給源７６１を始動して支持部材上にフィルムがしっかり保持されるように調整する。さらに、駆動システムを始動し、支持部材が２５メートル／分の表面速度で回転する。
次に、ノズル７５９を前進させて真空スロット（下方保持領域）７６４と真空スロット（真空穴あけ領域）７６５の間のフィルム表面にノズル７５９から出るホットエアが直接当たるようにする。
その後、ホットエア７６７の温度を穴あけの度合いが所望の程度になるまで上げる。なお、最終の空気の温度は３０５℃である。
さらに、真空ヘッドが動作条件下に計測されて、３６５ｍｍＨｇの吸引になっているかを検査する。
この結果、熱くて穴のあいたフィルムが支持部材７５３上に冷却領域７６２まで連続し、当該冷却領域において周囲空気がフィルムの穴すなわち支持部材の穴を介して冷却真空供給源７６３まで吸引される。
このフィルムが冷却領域７６２の端部に到達するまでに、支持部材から取り外してロール７５６上に巻くのに充分に冷却されている。
実施例４において作成した有孔フィルムの上面を第２２図の顕微鏡写真に示す。
以上、本発明の幾つかの実施形態とその変形例を詳細に説明したが、当業者においては、本発明の開示および教示が多くの変更構成を示唆していることが明らかである。
【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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【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図１６】
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【図１７】
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【図２２】
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