(57)【要約】  本発明は、移動している表面の上に所定のパターンで粒子材料を堆積させるためのプロセスに関するものであり、このプロセスは：ホッパーから供給開口部を含む吐出ゾーンへと重力により粒子材料を供給する工程と、ホッパー吐出ゾーン内の粒子材料のバルクに、加圧された気体を供給する工程と、粒子材料を、供給開口部を通して移載デバイスの表面へと移動させる工程であって、この移載デバイスの外側表面が、あるパターンの粒子受容陥凹を備えている、工程と、この移載デバイスを堆積ゾーンへと回転させて、この粒子材料を担体層に移載する工程と、を含む。本発明は更に、吐出ゾーンを含むホッパーであって、この吐出ゾーンが供給開口部を含み、この吐出ゾーンが、吐出ゾーン内の粒子材料に加圧された気体を供給するための気体供給アセンブリを更に含む、ホッパーと、この供給開口部に隣接する移載デバイスであって、この移載デバイスの外側表面が、あるパターンの粒子受容陥凹を含む、移載デバイスと、を含む装置に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
担体層（２４）の上に所定のパターンで粒子材料（１２）を堆積させるためのプロセスであって、
ホッパー（１０）から供給開口部（１６）を含む吐出ゾーン（２０）へと重力により前記粒子材料（１２）を供給する工程と、
前記ホッパー吐出ゾーン（２０）内の前記粒子材料（１２）のバルクに、加圧された気体（５２）を供給する工程と、
前記粒子材料（１２）を、前記供給開口部（１６）を通して移載デバイス（１８）の表面へと移動させる工程であって、前記移載デバイス（１８）の外側表面が、あるパターンの粒子受容陥凹（２２）を備えている、工程と、
前記移載デバイス（１８）を堆積ゾーンへと回転させて、前記粒子材料（１２）を担体層（２４）に移載する工程と、
を含む、プロセス。
【請求項２】
前記ホッパー吐出ゾーン（２０）内の前記粒子材料（１２）のバルク内に、加圧された前記気体（５２）が供給される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
加圧された前記気体（５２）が空気である、請求項１又は２のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項４】
真空により、前記粒子受容陥凹（２２）内に前記粒子材料（１２）を保持する工程を更に含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項５】
前記真空が４ｋＰａ〜２５ｋＰａである、請求項４に記載のプロセス。
【請求項６】
前記移載デバイス（１８）の表面に隣接かつ近接して配置されるプレートにより、前記粒子受容陥凹（２２）内に前記粒子材料（１２）を保持する工程を更に含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項７】
前記ホッパー（１０）を、１０〜５００Ｈｚ、好ましくは３０〜７０Ｈｚの周波数で振動させる工程を更に含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項８】
前記粒子材料（１２）が吸収性ゲル化材料である、請求項１〜７のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項９】
吐出ゾーン（２０）を含むホッパー（１０）であって、前記吐出ゾーン（２０）が供給開口部（１６）を含み、前記吐出ゾーン（２０）が、前記吐出ゾーン（２０）内の粒子材料（１２）のバルクに加圧された気体（５２）を供給するための気体供給アセンブリ（５０）を更に含む、ホッパー（１０）と、
前記供給開口部（１６）に隣接する移載デバイス（１８）であって、該移載デバイス（１８）の外側表面が、あるパターンの粒子受容陥凹（２２）を含む、移載デバイス（１８）と、
を含む、装置。
【請求項１０】
前記気体供給アセンブリ（５０）が、前記ホッパー吐出ゾーン（２０）内に導管を含み、これによりその中の粒子材料（１２）のバルク内に加圧された気体を供給する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
加圧された前記気体（５２）が空気である、請求項９又は１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記粒子材料（１２）を中に保持するための前記粒子受容陥凹（２２）に対する真空源を更に含む、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記移載デバイス（１８）の前記粒子受容陥凹（２２）内に前記粒子材料（１２）を保持するために、前記移載デバイス（１８）の表面に隣接かつ近接して配置されるプレートを更に含む、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
バイブレーターを更に含む、請求項９〜１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記バイブレーターが、前記ホッパー（１０）を振動させるために該ホッパーの壁に接続された電磁バイブレーターを含む、請求項１４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子印刷プロセスに粒子材料を供給するためのプロセス及び装置に関するものであり、特に高速のプロセス速度でのプロセス及び装置に関するものである。本発明は特に、おむつ、幼児用トレーニングパンツ、失禁用製品、女性用衛生製品、生理用ナプキンなどの吸収性物品に使用するのに好適な吸収性コアを形成するために、超吸収性粒子の所定のパターンを配置するためのプロセス及び装置に適用される。
【背景技術】
【０００２】
粒子材料を含む複合材料構造体は当該技術分野において周知である。複合材料構造体は典型的に、湿ったときに固定化される吸収性粒子材料を有する吸収性製品のための吸収性コアを含む。この吸収性コアは、例えば吸収性ポリマー材料などの吸収性材料を伴う基材層を含む。
【０００３】
１９８９年９月５日発行の米国特許第４，８６３，０７６号は、エアレーションホッパーからプロセス流内へと制御された流量で粒子材料を供給するための装置及び方法を開示している。このプロセスは、粒子材料の流量は制御されているものの、形状を描いた粒子材料分配をプロセスの後続段階へと供給することはできない。
【０００４】
２００６年２月１日に公開された欧州特許第Ａ−１  ６２１  １６５号は、吸収性構造体を製造するためのプロセスを開示している。このプロセスは、表面に陥凹を有する移載デバイスによって一定量の粒子材料を事前計量し、これにより数、大きさ及び位置において、その移載デバイスにより採取される粒子材料のパターンを決定する工程と、この移載デバイスを装填位置と合流位置との間で動かす工程と、合流位置で粒子材料を担体層上に放出することにより、形状を描いた粒子材料分配が担体層上に保持される工程とを含む。しかしながら、プロセス速度が高速化し続ける中で、粒子材料をホッパーから移載デバイスの陥凹に確実かつ均一に移動させることは難しくなっている。この場合、陥凹がホッパー下で充填されるたびに毎回同じレベルまで均一な充填が行われない場合があり、担体層上に形状を描いた分配の正確さと再現性が損なわれることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４，８６３，０７６号
【特許文献２】欧州特許第Ａ−１  ６２１  １６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高速プロセスにおいても、正確かつ再現可能に、形状を描いた粒子材料（特に吸収性粒子材料）の分配を担体層に提供するプロセス及び装置に対するニーズが依然として存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、移動している表面の上に所定のパターンで粒子材料を堆積させるためのプロセスに関するものであり、このプロセスは：
ホッパーから供給開口部を含む吐出ゾーンへと重力により粒子材料を供給する工程と、
ホッパー吐出ゾーン内の粒子材料のバルクに、加圧された気体を供給する工程と、
粒子材料を、供給開口部を通して移載デバイスの表面へと移動させる工程であって、この移載デバイスの外側表面が、あるパターンの粒子受容陥凹を備えている、工程と、
この移載デバイスを堆積ゾーンへと回転させて、この粒子材料を担体層に移載する工程と、を含む。
【０００８】
本発明は更に、
吐出ゾーンを含むホッパーであって、この吐出ゾーンが供給開口部を含み、この吐出ゾーンが、吐出ゾーン内の粒子材料に加圧された気体を供給するための気体供給アセンブリを更に含む、ホッパーと、
この供給開口部に隣接する移載デバイスであって、この移載デバイスの外側表面が、あるパターンの粒子受容陥凹を含む、移載デバイスと、
を含む装置に関する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態を示す図である。
【図２】追加的な詳細を示す、図１の実施形態の図解である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、高速のプロセス速度でも正確かつ再現可能な、形状を描いた粒子材料分配を提供する。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態は、図を参照して下記に説明される。
【００１２】
図１は、粒子材料（１２）のバルクが充填されたホッパー（１０）を示す。ホッパー（１０）は、上側に供給開口部（１４）、及び下部に送達開口部（１６）を有する。このホッパーは、本明細書においていわゆる「バルク」の一実施形態を形成する。
【００１３】
印刷ロール（１８）は、開口部（１６）を取り囲むホッパーの下部が、ローラー（１８）の輪郭に密接に沿い、粒子材料の意図しない損失が防止されるように、ホッパー（１０）の開口部（１６）内に入り込む。
【００１４】
印刷ロール（１８）は、表面に穴又は陥凹（２２）を備えて提供され、この穴又は陥凹は、ホッパー（１０）の粒子（１２）のバルクの吐出ゾーン（２０）からの粒子材料（１２）で充填され、一方、ロール（１８）の表面は、ホッパー（１０）内部の粒子材料（１２）の中を通過する。陥凹（２２）の数、大きさ及び位置は、後述されるように、陥凹の容量及びパターンが、印刷ロールにより受容され担体層に移載される粒子材料の、意図されるパターン及び分配形状に対応するように、選択される。
【００１５】
印刷ロール（１８）は、本発明による移載デバイスの一実施形態を形成する。別の一実施形態は、例えば、粒子材料を受容するためにその表面に陥凹を有するベルトにより形成され得る。粒子材料を担体層に移載する別の方法は、例えば、エア支援移載、遠心力による移載、又は電荷による移載を含み得る。しかしながら下記に詳しく述べるように、回転可能な印刷ロールが、好ましい実施形態である。
【００１６】
粒子材料は、移載ロール（１８）上の１つ以上の陥凹（２２）が装填位置にあるときに、印刷ロール（１８）の陥凹（２２）により採取される。吸収性材料は、ホッパー（１０）から、堆積ゾーンと呼ばれる位置までの経路において、これらの陥凹内に保持される。この堆積ゾーンでは、図１で反時計回りに回転している印刷ロール（１８）が、担体層（２４）の表面に間近に隣接する位置にある。担体層（２４）は回転する支持ロール（２５）に支持されている。
【００１７】
担体層は、例えばウェブ材料であり、この上に、吸収性材料が印刷ロールから（重力により）堆積又は配置される。吸収性材料を担体層（２４）上に保持するために、印刷ロール（１８）と担体層（２４）との間の堆積ゾーンの上流側で、担体層（２４）に接着剤が適用され、好ましくはスロットコーティング又はスプレーされる。この上流側位置は、参照番号（２６）で示されている。この接着剤はこの上流位置（２６）で担体層（２４）に適用されるため、粒子材料が担体層（２４）上に保持される。吸収性材料を担体層（２４）上に保持するための特に好ましい接着剤は、ノズルを通して適用されるホットメルト接着剤であり、例えば、Ｎｏｒｄｓｏｎ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｄａｗｓｏｎｖｉｌｌｅ，Ｇｅｏｒｇｉａ，ＵＳＡ）から市販されているものが挙げられる。
【００１８】
支持ロール（２５）（これは別法として、動くベルトによっても提供され得る）はまた、特に、支持ロール（２５）の円筒表面を形成するスクリーンを通して圧力差（真空）を使用することによって、吸収性材料を担体に押し付けて保持することが好ましい。印刷ロール（１８）と担体層（２４）との間で移載位置の下流側にある別の位置（この位置は（２８）として示される）で、任意追加的に、担体層（２４）上の粒子材料の上に接着剤がスプレーされる。好ましい実施形態において、この接着剤はマイクロフィラメント接着剤であり、これが粒子材料の粒の間に繊維のように入り込み、堆積物全体を一緒に保持する。一実施形態において、粒子材料の上に被覆層保持接着剤を適用することもまた可能である。
【００１９】
接着剤残留物を蓄積する傾向が低いか又は傾向がないような、円筒形支持ロール表面用の材料を使用することが有利であり得る。これは、表面のトポロジー的表面改質（例えばナノスケールで）によって、セラミックコーティングによって、又はこれらの組み合わせ（例えばＴｅｆｌｏｎ（商標）コーティングされた表面）、あるいは、支持ロールの代わりにベルトが使用される場合には、シリコンゴム材料によって達成することができる。特に担体層（２４）が支持ロール内部の真空に曝される場合は、支持ロールの表面は、シリコンゴム製スクリーン（好ましくは金属補強入り）で製造することができる。
【００２０】
本発明により、ホッパー吐出ゾーン内の粒子材料のバルクに、加圧された気体が供給される。この気体は、陥凹の充填を支援する。
【００２１】
図２は、ホッパー（１０）及び印刷ロール（１８）の拡大図を示す。供給導管（５０）が、ホッパー吐出ゾーン内の粒子材料のバルクに、加圧された気体（５２）を供給する。この気体によって粒子材料は膨張状態になり、ホッパー吐出ゾーン内の粉末流動性を改善する。好ましくはこの気体は空気であるが、他の気体も同様に良好に使用することができる。本発明において、これは、粒子材料のエア支援充填と呼ばれる。
【００２２】
好ましい実施形態において、加圧された気体（５２）が、ホッパー（１０）内の粒子材料のバルク内に供給される。この状態において、導管（５０）（例えばパイプ）がホッパー（１０）の壁を貫通して粒子材料のバルク内へと気体を運び、この気体（５２）は、粒子材料のバルク内に配置される好適な穴（例えばノズル）を通って導管（５０）から出る。
【００２３】
理論に束縛されるものではないが、粒子材料の供給速度は、機械方向（すなわち、開口部（１６）での印刷ロール（１８）の回転に対して接線の方向）の開口部（１６）の幅にわたって変化すると考えられる。開口部の幅にわたる一部の領域において、粒子材料の速度は、非常に遅い速度、又は速度ゼロ（「停滞状態」）にまでも下がることがある。これは、特に高速のプロセス速度において、印刷ロール（１８）内の陥凹充填を不正確で不均一なものにする可能性がある。エア支援充填気体（５２）の導入により、粉末流動性が改善され、ひいては開口部（１６）の幅にわたる粒子材料の流量がより均一になると考えられる。
【００２４】
これらの陥凹充填を超えた余分な粒子材料が、印刷ロール（１８）の表面と、ホッパーの下部の隣接するエッジとの間に、ホッパーからはみ出る一定の危険性が存在する。図２に示すように、ホッパーの下部エッジに、スクレーパー手段（３２）が設けられ得る。
【００２５】
本明細書で使用されるとき、以下の用語は以下の意味を有する。
「吸収性物品」とは、液体を吸収して収容する装置を指し、より具体的には、身体から排出される種々の滲出物を吸収して収容するために、着用者の身体に接して、又はその近傍に配置される装置を指す。吸収性物品としては、おむつ、成人失禁用ブリーフ、トレーニングパンツ、おむつホルダー及びおむつライナー、生理用ナプキンなどが挙げられるが、これらに限定されない。
【００２６】
「おむつ」とは、一般に幼児及び失禁症者が胴体下部の周りに着用する吸収性物品を指す。
【００２７】
「使い捨て」とは、本明細書では、一般に洗濯又は他の方法で復元又は再使用することを想定していない（すなわち、１回使用した後に廃棄、好ましくはリサイクル、堆肥化、又は環境に適合する方法で処理することを前提としている）物品を説明するために使用する。
【００２８】
「含む」及び「含んでいる」という用語は、その目的語、例えば、構成要素の存在を指定する制限のない用語であるが、当技術分野で既知であるか又は本明細書で開示した他の機構、要素、工程又は構成要素の存在を排除しない言葉である。
【００２９】
好ましくは、担体層はウェブ材料である。用語「ウェブ材料」は、一方向（すなわち、長手方向伸張、又は長さ、又はウェブ材料に対してデカルト座標のｘ方向）に本質的にエンドレスの材料を指す。この用語には、本質的に無制限の断片の連続、又は、本質的にエンドレスの材料から切り離されたものが含まれる。必ずではないにせよしばしば、ウェブ材料は厚さ寸法（すなわちｚ方向）を有し、これは長手方向伸張（すなわちｘ方向）よりも顕著に小さい。典型的に、ウェブ材料の幅（ｙ方向）は、厚さよりも顕著に大きいが、長さよりも小さい。必ずではないにせよしばしば、そのような材料の厚さと幅は、ウェブの長さにわたって本質的に一定である。制限を意図するものではないが、そのようなウェブ材料は、セルロース性繊維材料、薄紙、織布又は不織布などであり得る。必ずではないにせよ典型的に、ウェブ材料はロール形状で、又はスプール上に、又は箱の中に折り畳まれた状態で供給される。この個々の供給物を継ぎ合わせて、本質的にエンドレスの構造体を形成することができる。ウェブ材料は、いくつかのウェブ材料から構成されていてよく、例えば多層不織布、コーティングされた薄紙、不織布／フィルム積層体であってよい。ウェブ材料は他の材料を含んでいてよく、例えば追加の結合材料、粒子、親水性化剤などを含み得る。
【００３０】
本発明において、粒子材料は好ましくは吸収性ゲル化材料を含む。用語「吸収性ゲル化材料」又は「ＡＧＭ」、「超吸収性材料」又は「ＳＡＭ」、「超吸収体」、「吸収性ポリマー材料」は、本明細書において互換可能に使用され、遠心分離保持容量（Centrifuge Retention Capacity）試験（Ｅｄａｎａ  ４４１．２−０２）を使用して測定した場合、０．９％の塩水溶液をその重量の少なくとも１０倍（典型的には、少なくとも１５倍又は少なくとも２０倍）吸収できる、すなわち、少なくとも１０ｇ／ｇ、典型的には少なくとも１５ｇ／ｇ又は少なくとも２０ｇ／ｇのＣＲＣを有するポリマー材料を指す。吸収性ゲル化材料は、他の材料（例えばパルプ繊維又は「綿毛」）と混合することができるが、好ましくは吸収性ゲル化材料は単独で、ホッパーから本発明のプロセスに供給される。
【００３１】
本発明の一実施形態により、粒子材料（１２）は、移載デバイス（１８）の内側に印加される真空と、陥凹（２２）の（下部の）吸引穴と組み合わせて、粒子材料に真空吸引力を適用することによって、陥凹（２２）内に保持され得る。真空は好ましくは、堆積ゾーンの直前又は堆積ゾーンで解放され、例えば、移載デバイス（１８）が担体層（２４）に隣接する点で解放される。真空（６０）は、例えば少なくとも４ｋＰａ、好ましくは少なくとも１０ｋＰａ、又は更には少なくとも２０ｋＰａなどの任意の真空圧であってよい。実際的な上限として２５ｋＰａの真空が予測されるが、この値を超える真空も除外されるものではない。
【００３２】
真空（６０）は、移載デバイス（１８）内に（例えば、その内部に）複数の真空チャンバを設けることによってもたらすことができ、プロセスにおけるその位置に応じて真空を印加又は解除（接続又は切断）することができる。例えば、真空チャンバが堆積ゾーンに達すると真空が切断され、粒子材料（１２）が移載デバイス（１８）から担体層（２４）へと流れることが可能となり、一方で、粒子状材料（１２）がフィーダー（１０）から陥凹（２２）に流れる合流点にこのチャンバが達すると、真空が印加される（接続される）。
【００３３】
理想的には気体流入速度は、印刷ロールを通して真空により吸引される気体の速度とほぼ均衡となる。
【００３４】
更なる空気圧を堆積ゾーンの近く又は堆積ゾーンにおいて粒子材料（１２）に印加することにより、リザーバ（２２）から担体層（２４）へと材料が確実に流れるようにすることができる。
【００３５】
本発明の別の一実施形態において、３次元プレートを採用して、粒子材料（１２）を移載している間に、粒子材料（１２）を陥凹（２２）内に保持することができる。このプレートは、合流点／領域の下流側に、フィーダー（１０）に隣接して配置され、移載デバイス（１８）に隣接かつ近接して配置される。すなわち、フィーダー（１０）は、プロセスの方向、例えば移載デバイス（１８）の運動方向（すなわち機械方向）において、プレートの手前に配置される。したがって、粒子材料（１２）の少なくとも一部は、プレートの第１の表面領域と接触する前に、移載デバイス（１８）の表面と接触することが理解されよう。
【００３６】
この３次元プレートの更なる詳細は、２０１１年７月８日公開の欧州特許第Ａ−２  ３２９  ８０３号に開示されており、参照により本明細書に援用される。
【００３７】
上述の実施形態の両方、すなわち、真空実施形態と３次元プレート実施形態の両方を、単一のプロセス／装置に組み合わせることが、特に好ましい。
【００３８】
本発明の一実施形態において、ホッパー（１０）は、例えばホッパー（１０）の壁に接続された電磁バイブレーターを用いることにより、振動している。ホッパー（１０）の振動は、場合によっては、また特に高速のプロセス速度においては、陥凹の充填を更に改善するのに役立つ。好ましくはこの振動周波数は１０〜５００Ｈｚ、より好ましくは３０〜７０Ｈｚ、最も好ましくは約５０Ｈｚである。
【００３９】
別の実施形態において、粒子材料のバルクが、内部バイブレーターにより振動され得る。
【００４０】
プロセス速度は、担体層（２４）の線形速度を参照することにより便利に定義することができる。担体層（２４）の線形速度は、印刷ロール（１８）の接線速度にほぼ対応していることに注意されたい。これは、印刷ロール（１８）と担体層（２４）とが、必ずしも正確にではないがほぼ、堆積ゾーンでの速度に関して一致しているからである。好ましくは、担体層（２４）の線形速度は、少なくとも４．５ｍ／ｓ、又は少なくとも６ｍ／ｓ、又は少なくとも８ｍ／ｓ、又は少なくとも１０ｍ／ｓである。そのようなプロセス速度により、吸収性物品又はその構成要素を、毎分少なくとも１０００個、又は少なくとも１２００個、又は少なくとも１４００個以上の速度で製造することができる。
【００４１】
試行において、図１及び図２に示し上述したプロセスが、エア支援充填を伴う場合と伴わない場合について実施された。この試行は、毎分１４００個のプロセス速度で、印刷ロール内の真空を２０ｋＰａとして実施された。吸収性物品あたりのＡＧＭの平均装填量は、エア支援充填を使用しない場合で、６．５グラムであった。エア支援充填を使用した場合の、吸収性物品あたりのＡＧＭの平均装填量は、８グラムであった。
【図１】
2017516600.tif 000003
【図２】
2017516600.tif 000004
【国際調査報告】
2017516600.tif 000005
2017516600.tif 000006