JPH06218813A - 圧力感応型バルブおよびその製造方法 - Google Patents

圧力感応型バルブおよびその製造方法

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JPH06218813A
JPH06218813A JP4283448A JP28344892A JPH06218813A JP H06218813 A JPH06218813 A JP H06218813A JP 4283448 A JP4283448 A JP 4283448A JP 28344892 A JP28344892 A JP 28344892A JP H06218813 A JPH06218813 A JP H06218813A
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film material
elastomeric
layer
valve
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Lee Kirby Jameson
カービー ジェムソン リー
Bernard Cohen
コーエン バーナード
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Kimberly Clark Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 平方インチ当たり少なくとも約１００個のバ
ルブを有するエラストマー性でポリマー性の薄膜素材を
提供し、またバルブはマイクロバルブでも良く、それぞ
れの最大機能時の開口面積は、約１０平方マイクロメー
トル以上約１００，０００平方マイクロメートル以下で
ある。また、これらを用いて１ウェイバルブシステムを
提供する。 【構成】 ２ウェイバルブ７４が形成されたエラストマ
ー性でポリマー性の薄膜素材１４の内面８６と、支持シ
ート８２の内面８４とを接合することによって、１ウェ
イバルブシステムが構成でき、支持シート８２の方向に
有る加圧された流体７６のみが、バルブ７４を通って外
部に逃がされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧力感応型弁に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】超音波は基本的に可聴範囲の限界を越え
た音波周波数の効果の科学である。超音波は、種々の用
途に用いられている。例えば、超音波は、（１）塵、煙
およびミストの沈殿のため、（２）コロイド状の散布の
準備のため、（３）金属部分やファイバーのクリーニン
グのため、（４）摩擦溶接のため、（５）触媒作用の形
成のため、（６）溶融金属の脱気および凝固のため、
（７）醸造において香油を抜き取るため、（８）電気メ
ッキのため、（９）固い素材にドリルするため、（１
０）フラックスを使用しない半田付けのため、（１１）
診断医療等の非破壊検査のために用いられる。
【０００３】高出力の超音波を用いる際の問題として
は、超音波によって処理された素材に永続的な物理的変
化を与えることがあることである。このようなプロセス
においては、面積当たり、あるいは体積当たりに振動力
を注ぎ込むことが必要とされる。用途によっては、この
力の密度は、１平方センチメートル当たり１ワット以下
から数千ワットの範囲となる。初期の超音波発振装置
は、ラジオの周波数帯で稼働していたが、今日において
は２０〜６９ｋＨｚで殆ど稼働している。
【０００４】電子力の供給によって駆動されるピエゾ電
子サンドイッチ型のトランスデューサーは、最もよく超
音波源として用いられるものであり、このような装置の
効率（ネットの音波としてのパワーと電気として供給さ
れたパワーの比）は、一般には７０％を越える。従来の
トランスデューサーからの最大出力は、周波数の二乗に
反比例する。洗浄等の幾つかの用途においては、通常の
負荷内で作動する多くのトラスデューサーを備えていれ
ば良い。
【０００５】他の、超音波の振動力が有用なもっと特定
の分野は、薄い不織布および薄膜の分野である。例え
ば、超音波は、不織布を接着あるいは溶接するために用
いられる。例えば、カーペンター（Ｃａｒｐｅｎｔｅ
ｒ）に付与された米国特許３，５７５，７５２、サジャ
ーら（Ｓａｇｅｒ ｅｔ ａｌ）に付与された米国特許
３，６６０，１８６、ミッシェルら（Ｍｉｔｃｅｌｌ
ｅｔ ａｌ）に付与された米国特許３，９６６，５１
９、およびサヨビットら（Ｓａｙｏｖｉｔｚ ｅｔａ
ｌ）に付与された米国特許４，６９５，４５４は、不織
布の接合または溶接への超音波の使用に付いて開示して
いる。ロバート（Ｒｏｂｅｒｔｓ）に付与された米国特
許３，４８８，２４０は、配向されたポリエステル等の
薄膜の接合または溶接について開示している。
【０００６】超音波は、不織布を穿孔するためにも用い
られる。例えば、オスターメイヤーら（Ｏｓｔｅｒｍｅ
ｉｅｒ ｅｔ ａｌ）に付与された米国特許３，９４
９，１２７およびミッシェルら（Ｍｉｔｃｅｌｌ ｅｔ
ａｌ）に付与された米国特許３，９６６，５１９があ
る。また、超音波は薄膜を穿孔するためにも用いられ
る。例えば、グレクジック（Ｇｒａｃｚｙｋ）に付与さ
れた米国特許３，７５６，８８０がある。
【０００７】薄膜に穿孔する他の方法も開発されてい
る。例えば、ドーグラス（Ｄｏｕｇｌａｓ）に付与され
た米国特許４，８１５，７１４においては、高速で膜を
擦ることによって薄膜に穿孔することについて述べられ
ており、この方法では詰まった儘で開いていないため、
その膜をコロナ放電処理する必要がある。超音波を用い
て素材に孔を形成する上での困難あるいは問題となるこ
との１つは、作用させる力の総量を制御することが難し
かったということである。このような未制御では、小さ
な微小孔と反対に、大きな孔を形成するような超音波し
か発振できないこととなる。このような適用について
は、ブレイラー（Ｂｌａｉｒ）に付与された英国特許
２，１２４，１３４に言及されている。微小孔を形成す
る分野において超音波を活用することができなかった理
由の１つは、微小孔を形成するために必要な振動エネル
ギーの量は、膜を溶かし貫通してしまうことにある。
【０００８】前述したように、不織布に孔を形成するた
めに超音波が有用であることは認識されていた。ミッシ
ェルらに付与された米国特許が参照できる。さらに、ミ
ッシェルらの特許は、不織布に照射される超音波のエネ
ルギーの量は、超音波のエネルギーを与えようとする領
域に十分なある流体を与えることによって制御でき、そ
の流体は、不織布と結合しないことを開示している。重
要なことは、ミッシェルらの特許は、超音波の力によっ
てその流体が不織布の中を動き、繊維を再配列しもつれ
させることによって孔を形成する要因となることを述べ
ていることである。ミッシェルらの特許は、不明瞭な見
解ではあるが、このような効果は、先ず、繊維が物理的
に動いたことによって得られることから、彼らの発明に
係る方法は、種々の繊維性織物の強度の向上および接着
に有用であろうと述べている。
【０００９】ミッシェル等の特許に開示されている発見
は、疑いなくこの技術分野に重要な貢献をしたが、非繊
維性の弾性ポリマー性の薄膜素材に穿孔する可能性を指
摘していないことは明確である。この事実は、ミッシェ
ル等の特許に孔を形成するメカニズムが繊維の再配列に
よると考えていることが明確に記載されていることから
も明らかである。勿論、非繊維性の弾性ポリマー薄膜素
材は、繊維を含んでおらず、再配列すべき繊維はない。
従って、非ファイバーの弾性ポリマー性の薄膜素材に、
その非ファイバーの弾性ポリマー性の薄膜素材の超音波
を当てる箇所にある流体を置き、その流体と共に超音波
のエネルギーを用いて穿孔する方法に関する出願は、ミ
ッシェル等の特許には包含されないと確信を持って言う
ことができる。さらに、ミッシェル等の特許は、孔を形
成するためには、再配列すべき可動性の繊維の存在を必
要としていると考えられると述べていることからも、こ
のような適用方法とは異なった方向を示している。
【００１０】この分野の技術において、興味が持たれる
他の領域は、圧力感応弁の構成である。圧力感応弁およ
びその応用は、良く知られており、実際数が多いために
リストアップできない。興味が持たれる領域の一は、圧
力感応弁、特に、圧力感応型のマイクロバルブに関する
ものである。マイクロバルブとは、圧力が加わった場合
にこれに応答して開く開口面積の最大が、１００，００
０平方マイクロメーターあるいはそれ以下のオーダーの
ものである。この分野において、マイクロバルブを安
く、廉価に製造する方法が、勿論、マイクロバルブ自体
の構成についても探索されている。しかしながら、現状
まで、それはあまり成功していないと思われる。 定義 「エラストマー性の」とは、以降において、力が開放さ
れた状態の、あるいはバイアスされていない状態の素材
であって、バイアス力が加わると少なくとも約１２５％
の伸長された、あるいはバイアスされた長さに伸長可能
なもの、すなわち力が開放された状態あるいはバイアス
されていない状態の約１・１／４倍となり、さらに、バ
イアスされていない長さの１２５％に伸ばされた後、伸
長力が開放されていから１分以内にその伸長の少なくと
も約９０％が回復されるものを示す。
【００１１】エラストマー性の素材として、この定義を
満足する仮定のサンプルは、１インチのある素材の試料
で、少なくとも約１．２５インチまで伸び、少なくとも
約１．２５インチまで伸びた後に力が開放されると、伸
ばすための力が途切れてから１分以内に約１．０２５イ
ンチ未満の、力から開放された長さに回復するものであ
る。
【００１２】多くのエラストマー性素材は、開放され
た、あるいはバイアスされていない長さから約２５％よ
り非常に大きく伸びるであろう。また、これらの多く
は、本発明に用いることができる程十分に回復するであ
ろう。例えば、幾つかのエラストマー性素材は、それら
の開放された、あるいはバイアスされていない長さの少
なくとも約５０％は伸び、また、それらが伸びた状態か
ら少なくとも約７５％まで回復でき、例えば、伸長力が
開放されてから１分以内に少なくとも約９０％に回復す
る。さらに特定すると、幾つかのエラストマー性素材
は、それらの開放された、あるいはバイアスされていな
い長さの少なくとも約１００％は伸び、また、伸長力が
開放されてから１分以内にそれらが伸びた長さの少なく
とも約７５％まで回復でき、例えば、少なくとも約９０
％に回復する。もっと特定すると、幾つかのエラストマ
ー性素材は、それらの開放された、あるいはバイアスさ
れていない長さの少なくとも約２００％は伸び、また、
伸長力が開放されてから１分以内にそれらが伸びた長さ
の少なくとも約７５％まで回復でき、例えば、少なくと
も約９０％に回復する。いっそう特定すると、幾つかの
エラストマー性素材は、それらの開放された、あるいは
バイアスされていない長さの少なくとも約３００％は伸
び、また、伸長力が開放されてから１分以内にそれらが
伸びた長さの少なくとも約７５％まで回復でき、例え
ば、少なくとも約９０％に回復する。
【００１３】以降において、「回復」とは、伸長力によ
って伸ばされた状態の素材が、伸長力が開放され、伸ば
された素材が萎縮することをいう。例えば、力から開放
された、あるいはバイアスされていない長さが１インチ
の素材が、２５％伸ばされ、１．２５インチに伸長され
ると、この素材は、力から開放された長さの１２５％の
伸長性を備えている。この例において、伸長された素材
が萎縮すると、すなわち、伸長力が途絶えた後に１．０
２５インチの長さに回復すると、その伸びた状態（０．
２５インチ）の９０％（０．２２５インチ）が回復され
たこととなる。
【００１４】他に規定がなく、さらに、定義あるいは限
定されていない限り、「ポリマー性」とは、以降におい
て、一般に次の、もっともこれに限定されないが、ホモ
ポリマー、コポリマー、例えば、例として、ブロック、
グラフト、ランダム、および相互性コポリマー、テラポ
リマー等を示し、これらの混合、変形も含む。さらに他
に限定して記述されていない限り、「ポリマー」あるい
は「ポリマー樹脂」とは、可能なすべての素材の幾何学
的配列を含む。このような配列には、以下に限定されな
いが、アイソタクチック、シンジオタクチックおよびラ
ンダムシンメトリック（アクタクチック）を含む。
【００１５】エラストマー性でポリマー性の素材の例と
しては、以下に限定されないが、若干クロスリンクした
天然ゴム、ブロックコポリマー、例えば、Ａ−Ｂ−Ａ’
ブロックコポリマー、ポリエステル、ポリウレタン、エ
ラストマー性のポリオレフィン、およびクロスリンクさ
れたジメチルシロキサンを含む。「エラストマー性のシ
ート材」とは、エラストマー性でポリマー性の素材で形
成された、ほぼ凹凸のないものであって、エラストマー
性でポリマー性の素材が略平坦とされ、本発明によって
加工されなる前は、開口が形成されていない状態のもの
を言い、その静水圧（ハイドロヘッド）は、連邦試験方
法第５５１４の標準第１９１Ａに基づき計測された最低
約１００ｃｍのものである。エラストマー性のシート材
には、少なくとも１層の上記エラストマー性でポリマー
性の素材が含まれた多層素材も含まれる。
【００１６】以降において「エラストマー性でポリマー
性の薄膜素材」とは、エラストマー性でポリマー性のシ
ート材であって、その平均厚みがほぼ１０ミル程度以下
であるものを示す。平均厚みは、そのシート素材のラン
ダムに選択された５つの場所において、そのシート素材
の厚みが、それぞれの場所毎に、０．１ミル単位で計測
され、５つの値の平均（５つの値の合計を５で割ったも
の）として決定される。
【００１７】以降において、「メッシュカウント」と
は、ある単位面積のワイヤーメッシュスクリーンのマシ
ン（ＭＤ）およびクロスマシン（ＣＤ）の両方の方向の
ワイヤーの数の積を示す。例えば、マシン方向にインチ
当たり１００ワイヤーで、クロスマシン方向にインチ当
たり１００ワイヤーのワイヤーメッシュスクリーンは、
平方インチ当たり１０，０００メッシュカウントである
ことになる。これらのワイヤーの織りこみによって、そ
のメッシュスクリーンの両側に盛り上がった領域が存在
する。そのメッシュスクリーンの一方の面の盛り上がっ
た領域の数は、メッシュカウントの略１／２である。
【００１８】以降において「開口」とは、一般的な直線
状の孔、あるいは貫通孔を示す。開口は、曲がりくねっ
たような孔、あるいは貫通孔、また、薄膜に発生するよ
うな貫通孔とは区別され、これらのものは含まない。以
降において「微細開口」とは、面積が略１００，０００
平方マイクロメーター以下の開口を示す。微細開口の面
積は、直線状の貫通孔、あるいは孔の最も狭い箇所を測
定したものである。
【００１９】圧力感応型のバルブとは、閉じた状態で、
水蒸気が殆ど通過せず、圧力が加わるととそれに反応し
て開く弁である。本発明に係る圧力感応弁とは、最大能
力時の開口が概略、約３００，０００平方マイクロメー
ター以下のものをいう。例えば、この圧力感応型バルブ
としては、最大の機能用の開口が約２００，０００平方
マイクロメーター以下のであっても良い。
【００２０】圧力感応型のマイクロバルブは、閉じた状
態で、水蒸気が略通過せず、圧力が加わるとそれに反応
して開となり、約１００，０００平方マイクロメーター
またはそれ以下のオーダーの最大能力時の開口を備えて
いる弁である。以下において、「殆ど水蒸気を通過させ
ない」とは、１気圧において水蒸気を殆ど通さない弁を
言う。
【００２１】以下において、「最大能力時の開口」と
は、圧力感応弁が開いたときの最大の開口で、圧力を逃
がし続けている状態の開口を言い、閉まった状態に復帰
すると、水蒸気を殆ど通過させない。すなわち、バルブ
の最大開口とは、バルブの機能を発揮し続け、バルブと
して破壊されない状態での開口である。以降において、
「超音波振動」とは、秒当たり約２０，０００サイクル
以上の周波数を有する振動を示す。超音波振動の周波数
は、秒当たり略２０，０００から略４００，０００サイ
クルあるいはそれ以上の範囲である。
【００２２】以降において、「流体が通過できる」と
は、液体および気体が通過可能な素材を指す。以降にお
いて、「気体あるいは気体状のものが通過できる」と
は、気体状のもののみが、例え微量であっても認識でき
る範囲ないで通過可能な素材を指す。以降において、
「ハイドロソニック」とは、素材に超音波振動を与える
際に、その超音波を与える領域にある液体があり、その
液体は、超音波ホーンのチップとその素材の表面との間
のギャップを略満たすだけの量を持っている場合の超音
波振動の適用方法を示す。
【００２３】以降において、「シェフィールド」のポロ
シティー試験とは、ＴＡＰＰＩ試験番号Ｔ５４７、１９
８９年５月８日改定を示す。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主な目的は、
エラストマー性でポリマー性の薄膜素材からなる圧力感
応型の２ウェイバルブを提供することである。本発明の
もう一つの主な目的は、圧力感応型の２ウェイバルブが
形成されるエラストマー性でポリマー性の薄膜素材を含
む、圧力感応型の多層の１ウェイバルブを提供すること
である。
【００２５】本発明の他の目的および本発明に適用され
る幅広い技術範囲は、以下に示す詳細な部分の技術的手
段によって明らかにされる。しかしながら、本発明に係
る望ましい実施例に詳細に述べられていることは、説明
のために示しているものであり、本発明の範囲および真
意に係る種々の変更、改造は、本詳細な説明による本技
術分野の手段として開示されたものとされる。
【００２６】
【課題を解決するための手段】上述したような本技術分
野における問題あるいは困難に鑑みて、薄膜素材のイン
チ当たり少なくとも約１００個の圧力感応型２ウェイバ
ルブを有するエラストマー性でポリマー性の薄膜素材を
開発した。例えば、そのエラストマー性でポリマー性の
薄膜素材は、薄膜素材の平方インチ当たりに少なくとも
約１，０００個のバルブを有するものであっても良い。
さらに特定すると、そのエラストマー性でポリマー性の
薄膜素材は、薄膜素材の平方インチ当たりに少なくとも
約５，０００個のバルブを有するものであっても良い。
もっと特定すると、そのエラストマー性でポリマー性の
薄膜素材は、薄膜素材の平方インチ当たりに少なくとも
約２０，０００個のバルブを有するものであっても良
い。いっそう特定すると、そのエラストマー性でポリマ
ー性の薄膜素材は、薄膜素材の平方インチ当たりに少な
くとも約９０，０００個のバルブを有するものであって
も良い。ある例においては、そのエラストマー性でポリ
マー性の薄膜素材は、薄膜素材の平方インチ当たりに少
なくとも約１６０，０００個のバルブを有するものであ
っても良い。もちろん、平方インチ当たりのバルブの数
が増加すると、可能なバルブの最大寸法は一般に減少す
る。
【００２７】このようなエラストマー性でポリマー性の
薄膜素材は、以下に示すような上記の定義に見合う素
材、すなわち、エラストマー性の素材から構成される。
例えば、エラストマー性でポリマー性の薄膜素材は、若
干クロスリンクした天然ゴム、ブロックコポリマー、例
えば、Ａ−Ｂ−Ａ’ブロックコポリマー、ポリエステ
ル、ポリウレタン、エラストマー性のポリオレフィン、
およびクロスリンクされたジメチルシロキサンを含むグ
ループから選択された１またはそれ以上の素材のからな
る。
【００２８】エラストマー性でポリマー性のシートが約
１ミル以下の厚さであると困難なため、エラストマー性
でポリマー性の薄膜素材の平均厚みは、約１ミル以上で
あることが望ましい。本例においては、エラストマー性
でポリマー性の薄膜素材の平均厚みは、約３ミル以上か
ら約８ミルの範囲である。特定すれば、エラストマー性
でポリマー性の薄膜素材の平均厚みは、約３ミル以上か
ら約６ミルの範囲であっても良い。さらに特定すれば、
エラストマー性でポリマー性の薄膜素材の平均厚みは、
約４ミル以上から約５ミルの範囲であっても良い。
【００２９】幾つかの実施例において、バルブは、マイ
クロバルブである。例えば、マイクロバルブの最大機能
時の微細開口は、約１０平方マイクロメートル以上から
約１００，０００平方マイクロメートルの概略範囲であ
る。すなわち、マイクロバルブの最大機能時の微細開口
は、約１０平方マイクロメートル以上から約１０，００
０平方マイクロメートルの概略範囲である。もっと特定
すると、マイクロバルブの最大機能時の微細開口は、約
１０平方マイクロメートル以上から約５，０００平方マ
イクロメートルの概略範囲である。さらに特定すると、
マイクロバルブの最大機能時の微細開口は、約１０平方
マイクロメートル以上から約１，０００平方マイクロメ
ートルの概略範囲である。
【００３０】幾つかの実施例において、これらのバルブ
は、エラストマー性でポリマー性の薄膜素材の予め設定
された１または２以上の領域に限定して形成できる。こ
れらのバルブが形成されたエラストマー性でポリマー性
の薄膜素材は、多層の１ウェイバルブシステムにおい
て、バルブの形成された層として用いられる。このシス
テムにおいては、（１）外面と内面とを備え、エラスト
マー性でポリマー性の薄膜素材のインチ当たり少なくと
も約１００の圧力感応型２ウェイバルブが形成されたバ
ルブ層と、（２）外面と内面とを備えた流体が通過可能
な、あるいは気体が流体可能な支持層とを有している。
バルブ層の内面が、並列な状態で、支持層の内面と接合
し以下の通りとなる。（ａ）支持層の内面に加圧状態と
なった流体が存在すると、バルブ層のバルブが開とな
り、その流体をバルブ層を通して逃し、（ｂ）加圧され
た状態の流体がバルブ層の外面から供給された場合は、
支持層がバルブ層のバルブが開となるのを禁止する。
【００３１】１ウェイバルブシステムのバルブ層は、以
下に示すような上記の定義に見合う素材、すなわち、エ
ラストマー性の素材から構成される。例えば、バルブ層
は、若干クロスリンクした天然ゴム、ブロックコポリマ
ー、例えば、Ａ−Ｂ−Ａ’ブロックコポリマー、ポリエ
ステル、ポリウレタン、エラストマー性のポリオレフィ
ン、およびクロスリンクされたジメチルシロキサンを含
むグループから選択された１またはそれ以上の素材のか
らなる。
【００３２】１ウェイバルブシステムの支持層は、流体
が適当に通過可能な素材から形成でき、加圧された流体
がバルブ層の外面から供給された場合に、バルブの開放
に対して十分なる抵抗を与えられるものである。例え
ば、支持層は、メルトブローされた織物、スパンボンド
された織物、織られたファイバー、ボンドキュアーされ
た織物、あるいは穿孔されたフィルムを含むグループか
ら選択された素材から構成できる。
【００３３】幾つかの実施例において、多層バルブシス
テムは、さらに層が追加される。勿論、追加された層
は、バルブの開閉に干渉しないように配置される。従っ
て、バルブ層の外面がこのシステムの最外面となってい
ることが望ましい。１ウェイバルブシステムの幾つかの
実施例のバルブは、マイクロバルブである。このマイク
ロバルブは、上述した２ウェイバルブエラストマー性シ
ートのマイクロバルブの何れかの範囲内の最大機能時の
開口を備えている。
【００３４】幾つかの実施例において、多層のバルブシ
ステムは、支持層とバルブ層のみを備えているものもあ
る。幾つかの実施例において、流体が通過可能な支持層
は、空気等のガス状のもののみが通過可能なものであ
る。他の実施例において、流体が通過可能な支持層は、
水と小便等のガス状と液体の両方が通過可能なものであ
る。
【００３５】
【実施例】図面には、参照番号がそれぞれの構成に付さ
れて、図１は、本発明の方法を実現する機器の概要を示
すものであり、その機器が、参照番号１０で表されてい
る。作動すると、バルブが形成されるエラストマー性で
ポリマー性の薄膜素材１４の供給ロール１２が備わって
いる。上述したように、エラストマー性でポリマー性の
薄膜素材は、平均厚みが約１０ミルあるいはそれ以下の
シート材を示す。従って、エラストマー性でポリマー性
の薄膜素材１４の平均厚みは、約１ミル以上であるのか
一般的である。例えば、エラストマー性でポリマー性の
薄膜１４の平均厚みは、約３ミルから約８ミルの範囲で
あっても良い。さらに特定すると、エラストマー性でポ
リマー性の薄膜素材１４の平均厚みは、約３ミルから約
６ミルの範囲であっても良い。もっと特定すると、エラ
ストマー性でポリマー性の薄膜素材１４の平均厚みは、
４ミルから約５ミルの範囲であっても良い。
【００３６】エラストマー性でポリマー性の薄膜素材１
４は、以下に示すような上記の定義に見合う素材、すな
わち、エラストマー性の素材から構成される。例えば、
エラストマー性でポリマー性の薄膜素材は、若干クロス
リンクした天然ゴム、ブロックコポリマー、例えば、Ａ
−Ｂ−Ａ’ブロックコポリマー、ポリエステル、ポリウ
レタン、エラストマー性のポリオレフィン、およびクロ
スリンクされたジメチルシロキサンを含むグループから
選択された１またはそれ以上の素材のからなる。
【００３７】このエラストマー性でポリマー性の薄膜素
材１４は、第１の移動ロール１８および第１のニップロ
ール２０からなる第１のニップ１６に、矢印２４の方向
に動くエンドレス移動装置２２によって送られる。幾つ
かの実施例において、供給ロール１２を第１のニップロ
ール２０の回転より遅い速度で緩めていく必要がある。
この動作によって、供給ロール１２とニップロール２０
との間の素材１４が伸ばされる。幾つかの素材に本発明
のプロセスを効果的に施すには、素材１４を伸ばす必要
がある。一般的には、このような場合に適用するノーハ
ードアンドファストルールが知られているが、この素材
１４の厚さおよびエラストマー性の特性がいずれか、あ
るいは両方が増加するため、さらに伸長することが必要
となるのである。移動装置２２は、第２の移動ローラー
２６と共に第１の移動ローラー１８によって駆動され、
これらは、図示されていない従来のパワーソースによっ
て回転駆動される。
【００３８】図２は、移動装置２２を図１のＡ−Ａ線で
切った断面図である。図２は、移動装置２２が、メッシ
ュカウントが約４００以下（すなわち、マシン方向（Ｍ
Ｄ）とクロスマシン方向（ＣＤ）のワイヤーカウントが
同じであれば、ＭＤのメッシュスクリーンがインチ当た
り２０ワイヤー以下、ＣＤのメッシュスクリーンがイン
チ当たり２０ワイヤー以下）が通例の丈夫な移動用ワイ
ヤーメッシュスクリーン２８を備えていることを示して
いる。この型の丈夫なメッシュワイヤースクリーンは、
例えば、プラスチック、ナイロンまたはポリエステル等
のこの技術分野において、通常用いられる種々の素材を
用いて製造することができる。移動用スクリーン２８の
上部には、エンドレスシムプレート３０が取り付けられ
ている。このシムプレート３０は、ステンレススチール
で形成されていることが望ましい。しかしながら、この
技術分野において適用可能なものであれば、他の素材を
用いるても良い。このシムプレート３０の上部には、フ
ァインメッシュワイヤースクリーン３２が取り付けられ
ており、このファインメッシュワイヤースクリーン３２
は、一般に約１００以上のメッシュカウント（すなわ
ち、ＭＤとＣＤのワイヤーカウントが等しい場合は、Ｍ
Ｄ方向がインチ当たり１０ワイヤー以上、ＣＤ方向がイ
ンチ当たり１０ワイヤー以上のメッシュスクリーンであ
る）である。この型のファインメッシュワイヤースクリ
ーンは、本技術分野において通常用いられるものであ
る。このファインメッシュスクリーン３２は、複数の盛
り上がった領域あるいは拳骨（ナックル）３４を備えて
おり、これらが後述するパターン化された金床の役目を
果たす。
【００３９】第１のニップ１６からエラストマー性でポ
リマー性の薄膜素材１４が移動装置２２によって、テン
ションロール３６の上を通って領域３８に搬送される。
この領域３８（図１において、破線の円で示されてい
る）は、エラストマー性でポリマー性の薄膜素材１４に
超音波振動が与えられる領域である。このエラストマー
性でポリマー性の薄膜素材１４を超音波振動させる組立
体（アッセンブリー）は、従来と同様のものであり、４
０として示すように一般的なデザインのものである。こ
のアッセンブリー４０は、パワーサプライ４２を備え、
このパワーサプライ４２からパワーコントロール４４を
介してパワーがピエゾエレクトリックトランスデューサ
ー４６に供給される。本技術分野において良く知られて
いるように、ピエゾエレクトリックトランスデューサー
４６は、電気エネルギーを機械的な動きに変換し、この
動きが入力される電気エネルギーに対応したトランスデ
ューサーの振動となる。このピエゾエレクトリックトラ
ンスデューサー４６で作られた振動が、機械的振動のブ
ースター（メカニカルムーブメントブースター）あるい
はアンプ４８に従来と同様の方法で伝達される。本分野
において知られているように、メカニカルムーブメント
ブースター４８は、振動（機械的振動）の振幅を、ブー
スター４８の構成に依存したファクターで増幅するよう
に設計されている。さらに、従来と同様に、機械的振動
（振動エネルギー）は、メカニカルムーブメントブース
ター４８から、従来と同様のナイフエッジ超音波ホーン
５０に伝達される。もちろん、他の型の超音波ホーンも
用いることは可能である。例えば、ロータリー型の超音
波ホーンも用いることができる。超音波ホーン５０は、
エラストマー性でポリマー性の薄膜素材１４に照射され
る機械振動（振動）の振幅をもう１段増幅あるいは増加
させるために設計されている。最後に、このアッセンブ
リーは、アクチュエーター５２を備えており、このアク
チュエーター５２は、図示していない空気作動のシリン
ダーを具備している。このアクチュエータ５２は、アッ
センブリー４０を上下に動かす機構となっており、これ
によって、アッセンブリー４０が下げられると、超音波
ホーン５０のチップ５４が移動装置２２に向かってテン
ションを与えながら押しつけることができる。エラスト
マー性でポリマー性の薄膜素材１４に開口を形成するた
めに、振動エネルギーを適当に供給するには、このアッ
センブリー４０を下げ、エラストマー性でポリマー性の
薄膜素材１４にある程度のテンションを与える必要があ
ることが判った。このようなテンションを与えるための
方法としては、ホーン５０のチップ５４と、ファインメ
ッシュワイヤースクリーン３２の盛り上がった領域ある
いはナックル３４との間で最終的に誤差を吸収するギャ
ップが必要としなくなるものが望ましい。
【００４０】図３は、領域３８の概略説明図であり、こ
の領域３８においてエラストマー性でポリマー性の薄膜
素材１４に超音波振動が照射される。図３において判る
ように、移動装置２２は、超音波ホーン５０のチップ５
４との間に角度５６をなしている。角度５６が４５度以
上であっても開口が形成される場合もあるが、この角度
５６を約５度から１５度の範囲とすることが望ましいこ
とが判っている。例えば、角度５６は、約７度から１３
度の範囲である。さらに特定すると、角度５６は、約９
とから約１１度の範囲である。
【００４１】図３は、さらに、移動装置２２が第１のテ
ンションロール３６と第２のテンションロール５８とに
よって下方から支持されていることを示している。超音
波ホーン５０のチップ５４の若干手前にスプレーノズル
６０が設置されており、このスプレーノズル６０は、あ
る流体６２を、エラストマー性でポリマー性の薄膜素材
１４に超音波ホーン５０のチップ５４によって超音波振
動が与えられる直前に、そのエラストマー性でポリマー
性の薄膜素材１４に吹きつけるように配置されている。
この流体６２は、水、鉱物油、塩化された炭化水素、エ
チレングリコール、あるいは、５０体積％の水および５
０体積％の２プロパノールの内、１つあるいはそれ以上
からなるグループから選択することが望ましい。塩化さ
れた炭化水素は１，１，１トリクロロエチレンあるい
は、カーボンテトラクロライドである。超音波ホーン５
０のチップ５４と、移動装置２２とで形成された楔形の
領域６４は、この流体６２で樹分に満たされ、この流体
６２がヒートシンクおよびカップリングエージェントの
両方の役目を果たすことが、最も望ましい結果に繋がる
ことを述べておく必要がある。超音波ホーン５０のチッ
プ５４の位置する場所の移動装置２２の下には、流体回
収タンク６６が設置されている（図１を参照）。この流
体回収タンク６６は、エラストマー性でポリマー性の薄
膜素材１４の表面に吹きつけられ、薄膜素材１４あるい
は移動装置２２と共に移動した、あるいは、超音波ホー
ン５０のチップ５４の振動の効果によって移動装置２２
の端部を越えてしまった流体６２を回収する役目を果た
す。この回収タンク６６に回収された流体６２は、チュ
ーブ６８によって流体ホールドタンク７０に移動され
る。
【００４２】図１は、流体ホールドタンク７０がポンプ
７２を備えていることを示しており、追加されたチュー
ブ７４によって、流体６２が流体のスプレーノズル６０
に供給される。これによって、流体６２は、かなりの期
間リサイクルできる。その働きのメカニズムは、完全に
理解されていないが、また、本発明における適用方法が
いずれの特定の理論あるいは作用のメカニズムと結びつ
くものではないが、超音波ホーン５０が稼働する間、楔
形の領域６４にその流体６２が存在することは、２つの
分離され、また、異なった役目を果たす。第１は、流体
６２が存在すると、その流体６２はヒートシンクとして
働き、エラストマー性でポリマー性の薄膜素材１４に、
エラストマー性でポリマー性の薄膜素材１４が溶融する
ことによって変化したり破壊したりすることなしに、超
音波振動を照射することできることである。第２は、楔
型の領域６４に流体６２が存在すると、超音波ホーン５
０から振動をエラストマー性でポリマー性の薄膜素材１
４に照射する際のカップリングエージェントとして流体
６２が働けることである。
【００４３】エラストマー性でポリマー性の薄膜素材１
４の上の超音波ホーン５０が、ミッシェル等の場合のよ
うに開口を形成するために再配列するファイバーがない
という事実にも係わらず、そのエラストマー性でポリマ
ー性の薄膜素材１４に開口を形成することが発見され
た。開口は、エラストマー性でポリマー性の薄膜素材１
４がファインメッシュパターンスクリーン３２の盛り上
がった領域あるいはナックル３４のパターンに従って穴
開け、貫通されたものである。通常は、形成された開口
の数は、ファインメッシュスクリーン３２の上面の盛り
上がった領域あるいはナックル３４の数と等しくなる。
このことは、開口の数が、パターンスクリーン３２のそ
の領域のメッシュカウントの略半分となることである。
例えば、パターンスクリーン３２がＭＤ方向にインチ当
たり１００ワイヤー、ＣＤ方向にインチ当たり１００ワ
イヤーであると、パターンワイヤー３２の一面にあるナ
ックルあるいは盛り上がった領域の合計の数は、平方イ
ンチ当たり１００かける１００割る２となる。これは、
平方インチ当たり５，０００の開口があることと等し
い。ＭＤ方向にインチ当たり２００ワイヤー、ＣＤ方向
にインチ当たり２００ワイヤーのパターンスクリーン３
２では、計算上、平方インチ当たり２０，０００個の開
口となる。エラストマー性でポリマー性の薄膜素材１４
の厚さにいくらか依存するので、メッシュカウントが９
０，０００の場合は（ＭＤ方向にインチ当たり３００ワ
イヤー、ＣＤ方向にインチ当たり３００ワイヤー）、ワ
イヤーが薄いため、十分な力が加えられるとエラストマ
ー性でポリマー性の薄膜素材１４にナックル３４が両側
から開口の形成を可能とすることとなる。従って、ＭＤ
方向にインチ当たり３００ワイヤー、ＣＤ方向にインチ
当たり３００ワイヤーのメッシュスクリーンは、平方イ
ンチ当たり９０，０００の開口をもたらす。ＭＤ方向に
インチ当たり４００のワイヤー、ＣＤ方向にインチ当た
り４００のワイヤーのメッシュにおいては、平方インチ
当たり１６０，０００の開口をもたらす。勿論、ワイヤ
ーメッシュのＭＤ方向およびＣＤ方向のワイヤーの数
は、等しくなくとも良い。
【００４４】開口を行なうプロセスは、エラストマー性
の素材に開口を形成するためにもちいられるので、開口
は、開口からワイヤーのナックルを取り除いた後に、エ
ラストマー性でポリマー性の薄膜素材１４が回復する結
果として再び閉じてしまう。プロセスを行なっている
間、薄膜素材１４は、伸長された状態であり、伸長させ
ている力が取り除かれることは開口を閉じる方向に働
く。従って、開口がエラストマー性でポリマー性の薄膜
素材１４のいずれの面に加圧された流体７６が与えられ
た場合であってもそれに呼応して開口が再び開くので、
図６に示すように、２ウェイの圧力感応バルブ７４がそ
れぞれの開口によって構成される。バルブ７４は、加圧
された流体７６に呼応して開口し、エラストマー性の薄
膜素材１４の面が伸長され、あるいは伸びて円錐形の頭
を切ったような頂点７８と大きなベース８０を備えた略
円錐状のバルブが形成される。
【００４５】本発明の幾つかの実施例において、１ウェ
イバルブシステムを提供するのに適したものがある。図
５に示すように、このようなシステムは、流体が通過で
きる支持素材８２が、オーバラップした並列な配列で、
バルブ７４が形成されたエラストマー性でポリマー性の
薄膜素材１４との結合によって形成される。この流体が
通過できる支持シート８２は、以下の実施例において示
すように、適当な流体が通過可能なシート素材で、必要
な支持力が提供できるものであれば良い。例えば、流体
が通過可能な支持シートは、メルトブローされた織物、
スパンボンドされた織物、織られたファイバー、ボンド
キュアーされた織物、あるいは穿孔されたフィルムを含
むグループから選択された素材から構成できる。幾つか
の実施例において、流体が通過可能な支持シート８２
は、ガス状のもののみが通過可能なシートであっても良
く、他の実施例においては、流体が通過可能な支持シー
ト８２は、液状のものとガス状のものの両方が通過可能
なシートであっても良い。この流体が通過可能な支持シ
ート材８２は、十分な強度を有している必要があり、そ
の内面８４がエラストマー性の薄膜素材１４の内面８６
と結合した時に、支持シート８２は、エラストマー性の
薄膜素材１４の内面８６を十分に支持でき、加圧された
流体７６がエラストマー性でポリマー性の薄膜素材１４
の外面８８に与えられた時に、バルブ７４がエラストマ
ー性でポリマー性の薄膜素材１４の面から突出せずに閉
じた状態の儘とする必要がある。これと逆に、加圧され
た流体７６が流体が通過可能な支持シート８２の外面か
ら与えられた時は、流体が支持シート８２を通過し、エ
ラストマー性でポリマー性の薄膜素材１４の内面に圧力
が加えられる。エラストマー性でポリマー性の薄膜素材
１４の外面８８には、支持シートが貼られていないの
で、バルブ７４は、エラストマー性の薄膜素材１４の平
面から遠くなるように、外側に向かって開く。従って、
このシステムは１ウェイバルブとなる。
【００４６】形成されるバルブの数は、規定時間に単位
面積に照射される超音波振動の回数によって変化する。
この要素は、多くのやり方によって変化する。例えば、
バルブの数および大きさは、エラストマー性でポリマー
性の薄膜素材１４が超音波ホーン５０のチップ５４の下
部を通過するラインスピードによって変わる。一般的
に、ラインスピードが増加すると、先ずバルブの大きさ
が小さくなり、次にバルブの数が減少する。バルブの数
が減少すると、パターンスクリーン３２の盛り上がった
領域３４のパターンに似た開口／バルブのパターンは少
なくなる。通常のバルブを形成するラインスピードの範
囲も、エラストマー性でポリマー性の薄膜素材１４を構
成するエラストマー性でポリマー性の素材および流体６
２に用いられる素材によって変化する。厚みが約４．０
ミルの若干クロスリンクした天然ゴムにおいては、流体
が幅広く変化する場合にバルブを形成する代表的なライ
ンスピードは、分当たり約７から約１０フィートであ
る。例えば、水を流体として用いた場合の若干クロスリ
ンクした天然ゴムにおいて、バルブを形成する代表的な
ラインスピードは、分当たり約７から約１０フィートの
範囲である。形成されたバルブの数およびサイズの変動
は、ある範囲において、ファインメッシュパターンスク
リーン３２の盛り上がった領域あるいはナックル３４の
高さの微小な変動によるものと考えられる。毎日用いら
れたファインメッシュパターンスクリーンは、金物店等
の従来からの日常の供給源から得られたものである。パ
ターンスクリーン３２が、スクリーン３２の盛り上がっ
た領域３４が全く同じ高さとなるように作ることができ
るとすれば、上記の変動は、ラインスピードの変動に一
律に従って起きるであろう。
【００４７】上述したように、形成されたバルブの面積
あるいは大きさは、上記のパラメータに従って変動す
る。バルブの面積は、さらに、ファインメッシュワイヤ
ースクリーン３２のナックル３４のようなパターン化さ
れた金床の盛り上がった領域の面積によっても変動す
る。エラストマー性でポリマー性の薄膜素材１４を形成
するのに用いられているエラストマー性でポリマー性の
素材のタイプによっても、他のすべてのパラメータが同
じであったとしてもバルブの面積は変化すると考えられ
る。例えば、柔らかいエラストマー性でポリマー性の薄
膜素材１４においては、ファインメッシュパターンスク
リーン３２の盛り上がった領域を通ってこのエラストマ
ー性でポリマー性の薄膜素材１４を押すことはより容易
となる。ファインメッシュスクリーンの盛り上がった領
域（ナックル）は、一般にピラミッドのような形をして
いるため、盛り上がった領域がエラストマー性でポリマ
ー性の薄膜素材１４を深く貫通するほど、開口は大きく
なる。勿論、盛り上がった領域の高さは、開口が形成さ
れるためには、薄膜素材１４の厚みより高い必要があ
り、その程度は、必要によっては、バルブが形成される
エラストマー性でポリマー性の素材のタイプによって変
化する。一般に、伸びやすい素材には、盛り上がった領
域３４の高さを大きくし、エラストマー性の薄膜素材１
４の厚みを必ず越えるようにしなければならない。
【００４８】幾つかの実施例において、エラストマー性
でポリマー性の薄膜素材１４に開口／バルブを形成する
ために、エラストマー性でポリマー性の薄膜素材１４を
装置１０に何度か通す必要があった。しかしながら、パ
ターン化された金床に対して同じ位置に設定し、２回あ
るいはそれ以上装置１０を通過させると、バルブが形成
される。他の方法として、ファインメッシュワイヤーの
直径が、メッシュカウントが減少すると増加するので、
ファインメッシュスクリーン３２のワイヤの直径が増加
させ、これに伴って増加し、バルブが形成される。
【００４９】本発明の他の特徴は、バルブが、エラスト
マー性でポリマー性の薄膜素材１４の予め設定された１
または複数の領域に形成可能であることである。これ
は、幾つかのやり方で実現することができる。例えば、
エラストマー性でポリマー性の薄膜素材１４には、薄膜
素材のある領域に超音波振動を与えることができ、この
場合、その領域のみにマイクロバルブが形成される。他
の方法としては、盛り上がった領域がある場所にのみあ
り、他は平面であるパターン化された金床を用いて、エ
ラストマー性でポリマー性の薄膜素材の全てに超音波振
動を与えることもできる。これによって、エラストマー
性でポリマー性の薄膜素材のパターン化された金床の盛
り上がった領域に対応した領域にのみにバルブが形成さ
れる。
【００５０】１回の振動エネルギーの照射では、与えら
れたエラストマー性でポリマー性の薄膜素材に形成され
るバルブの数にある限界がある。ここで１回の振動エネ
ルギーの照射とは、ワイヤーメッシュスクリーンをパタ
ーン化された金床として用いた場合に装置を１回通過さ
せることである。このことは、上述したように、盛り上
がった領域の高さがエラストマー性でポリマー性の薄膜
素材１４の厚みを越えている必要があるという事実およ
び、一般的に言えることであるが、メッシュカウントが
増加すれば、盛り上がった領域あるいはナックルの高さ
が減少するという事実とから導き出される。このような
事態において、単位面積当たりに欲しいバルブの数が、
装置を１回通した時に形成可能なバルブの数より大きい
場合は、エラストマー性でポリマー性の薄膜素材１４
を、それぞれの通過毎に変化させた、あるいは若干シフ
トさせた盛り上がった領域に対応して設定し、何度も通
過させることが必要となる。
【００５１】幾つかの実施例において、バルブは、マイ
クロバルブである。例えば、それぞれのマイクロバルブ
の最大能力時の微細開口は、約１０平方マイクロメータ
ー以上から約１００，０００平方マイクロメーターの範
囲である。例えば、それぞれのマイクロバルブの最大能
力時の微細開口は、約１０平方マイクロメーター以上か
ら約１０，０００平方マイクロメーターの概略範囲であ
る。さらに特定すると、それぞれのマイクロバルブの最
大能力時の微細開口は、約１０平方マイクロメーター以
上から約１，０００平方マイクロメーターの概略範囲で
ある。もっと特定すると、それぞれのマイクロバルブの
最大能力時の微細開口は、約１０平方マイクロメーター
以上から約１００平方マイクロメーターの概略範囲であ
る。
【００５２】このプロセスにおける多くの重要な観察が
今回なされた。例えば、流体６２の存在は、この流体６
２をカップリングエージェントとして用いる本発明のプ
ロセスにとって非常に重要なことであることが判った。
カップリングエージェントが存在するために、薄膜素材
１４に、溶融して形成されるのではなく、このような開
口が孔開けされる。さらに、エラストマー性でポリマー
性の薄膜素材１４がそれの上で超音波ホーン５０のチッ
プ５４の作用によってワークされる、すなわち、開口が
形成される金床の機構を提供するため、シムプレート３
０あるいは同等のものの存在が不可欠である。超音波ホ
ーン５０の振動チップ５４は、丈夫なメッシュスクリー
ン２８／シムプレート３０／ファインワイヤーメッシュ
３２の組合せとともに働くことによって、ハンマーと金
床のような作用をするので、超音波ホーン５０の下方へ
移動によって移動装置２２にある程度のテンションをか
けることが必要となるのである。移動装置２２に小さな
テンション与えられ、あるいは全くテンションが与えら
れていないとすると、シムプレート３０は、金床として
の役割を果たすことができず、マイクロバルブは形成さ
れない。シムプレート３０とファインメッシュパターン
ワイヤー３２の両方が超音波ホーン５０が働くための抵
抗となっているので、これらがパターン化された金床と
して働く組合せとして考えることができる。この技術分
野において、パターン化された金床の機能は、丈夫なメ
ッシュスクリーン２８／シムプレート３０／ファインメ
ッシュスクリーン３２の組合せ以外でも容易に実現でき
る。例えば、パターン化された金床が、超音波ホーン５
０の穿孔する力が直接作用する盛り上がった部分を備え
た平板であっても良い。他には、パターン化された金床
が盛り上がった領域を備えたシリンダー状のローラーで
あっても良い。金床が盛り上がった領域を備えたシリン
ダー状のローラーの場合は、パターン化された金床を弾
力性のある素材で形成するか、弾力性の有る素材でコー
トあるいは覆うことが望ましい。パターン化された金床
がメッシュスクリーンの場合は、弾力性は、スクリーン
が、メッシュスクリーンに超音波振動が照射される場所
の下部が直接支持されていないことで実現されている。
【００５３】以降に、本発明の完全に、全て理解するた
めに、この分野における技術を用いた個々の実施例につ
いて説明する。 〔実施例１〕ソルトラスチックラバーＴＳ３０００とし
て販売されている厚さ４．０ミルの若干クロスリンクし
た天然ゴムのシートを、マサチューセッツ州ノーザンプ
トンのＪ．Ｐ．スチーブンス社から入手し、長さ約１８
インチ、幅約１０インチにカットした。ゴムの部分は、
以下に述べるように、伸長するプロセスにおいてジグに
取り付けるために使用するので、天然ゴムの約１５イン
チの長さのみに開口を形成した。ハイドロソニック処理
を行う前の天然ゴムのハイドロヘッドが計測され、水頭
１３７インチ以上であった。（この値が用いた機器で計
測できる最大の値である。）このサンプルに、本発明に
従ってハイドロソニック処理を行なった。
【００５４】コネチカット州ダンベリーのブランソン
（Ｂｒａｎｓｏｎ）社から入手したモデル１１２０パワ
ーサプライが用いられた。このパワーサプライは、１，
３００ワットの電力供給能力があり、１１５ボルト、６
０サイクルの電気エネルギーが変換され２０キロヘルツ
の交流電流として供給される。モデル１１２０パワーサ
プライの全出力を０から１００％まで制御可能なブラン
ソン社タイプＪ４のパワーレベル制御装置が、モデル１
１２０パワーサプライに接続されている。本例において
は、パワーレベルは１００％に設定される。実際のパワ
ー消費量は、ブランソン社モデルＡ４１０Ａワットメー
ターに表示される。消費量は、約９００ワットであっ
た。
【００５５】このパワーサプライの出力は、ブロンソン
社のモデル４０２ピエゾエレクトリック超音波トランス
デューサーに供給される。このトランスデューサーは、
電気エネルギーを機械的振動に変換する。１００％のパ
ワーにおいて、トランスデューサーの機械的振動の総量
は約０．８マイクロメーターである。このピエゾエレク
トリックトランスデューサーは、ブロンソン社の機械的
振動のブースター部に接続される。このブースターは、
２０キロヘルツに共鳴する振動の波長の半分と等しい長
さのソリッドチタニウム金属製シャフトである。ブース
ターは、トランスデューサーの振動の総量と比較し、そ
の出力端の振動の総量が増加、あるいは減少するよう
に、調整することができる。本例においては、ブースタ
ーは、振動を増加させ、ゲイン比は、約１：２．５であ
る。すなわち、ブースターの出力端における機械的振動
の量は、トランスデューサーの振動の量の約２．５倍で
ある。
【００５６】ブースターの出力端は、ブランソン社の超
音波ホーンに接続される。本実施例において、このホー
ンは、約９インチ×約１／２インチの振動面を備えたチ
タニウム製である。このホーンの振動面のリーディング
およびトレーディングの端部は、それぞれ約１／８イン
チの曲率でカーブしている。このホーンのステップ領域
は、エクスポーネンシャル型の形状で、ブースターの機
械的振動を約２倍に増加する。すなわち、ホーンステッ
プ領域は、約１：２のゲイン比を備えている。ブースタ
ーおよびホーンステップの重複した増幅によって、トラ
ンスデューサーによって発振されたオリジナルの機械的
振動は、約４．０マイクロメーターの機械的振動とな
る。
【００５７】製造用のテーブル配置は、開口が形成され
る天然ゴムシートを支持し、搬送するために用いられる
小形の製造用テーブルを備えている。この製造用テーブ
ルは、直径２インチのアイドルーローラーを２つ備えて
おり、これらが約１２インチの間隔で、製造用テーブル
の表面に設置されている。搬送用のメッシュベルトがこ
の２つのローラーを巻いており、連続的な輸送、あるい
は搬送面が作られている。この搬送用メッシュベルト
は、直径０．０２０インチのプラスチックフィラメント
によって、直角に織られた２０×２０メッシュの織物で
ある。このベルトは、幅約１０インチで、製造用テーブ
ルの表面から上に出るように設定される。
【００５８】トランスデューサー／ブースター／ホーン
の組立体、以降はアッセンブリーとする、はブロンソン
社のシリーズ４００アクチュエーターとして保障されて
いる。スイッチがオンされトランスデューサーにパワー
がかかると、ピストン面積が約４．４平方インチのエア
ーシリンダーを手段とするアクチュエータがこのアッセ
ンブリーを下げ、開口が形成される天然ゴムシートにホ
ーンの出力端が接する。スイッチが切られパワーがオフ
した時は、このアクチュエータによってアッセンブリー
が上げられ、ホーンの出力端が天然ゴムシートから離さ
れる。
【００５９】アッセンブリーは、下がることによって、
ホーンの出力端が２つのアイドルローラーの間の搬送メ
ッシュベルトと接触可能なように配置されている。幅８
インチ、厚さ０．００５インチでステンレススチール製
のシムストックで長さが約６０インチのものが、プラス
チック製のメッシュ搬送ベルトの上に、パターンスクリ
ーンのための堅固な支持の役目を持ち、このパターンス
クリーンは、ステンレススチール製のシムの上に配置さ
れる。本例において、パターンスクリーンは、ＭＤおよ
びＣＤ方向にインチ当たり１２０×１２０のワイヤーサ
イズに織られたステンレススチール製のスクリーンであ
る。開口が形成される天然ゴムシートは、１００パーセ
ント伸ばされ、ジグに伸ばされた状態で保持され、この
ジグがテープによってワイヤーに固定される。
【００６０】製造用テーブル配置は、さらに、流体循環
システムを備えている。循環システムは、流体リザーバ
ータンク、このタンク内に設置されるほうが都合が良い
流体循環ポンプ、流体をタンクからスロットブームに輸
送するのに必要な配管を備え、スロットブームは、ホー
ンに出力端とバルブが形成される天然ゴムシートとの接
合部に流体のカーテンを作るように設計されている。
【００６１】運転中は、アッセンブリーは、ホーンの出
力端が、バルブが形成される天然ゴムシートと約１０か
ら１５度の角度となるように配置される。従って、ホー
ンの出力端とバルブが形成される天然ゴムシートとの間
に楔形のチェンバーが形成される。この楔形のチェンバ
ーに流体が、本実施例においては水が室温で、スロッテ
ィドブームによって注がれる。
【００６２】アッセンブリーが下がった時に、アクチュ
エータは、アクチュエータがそのストロークの限界に達
する前に、搬送メッシュのテンションからホーンの出力
端が下がる動作が停止されるような高さに配置される。
本例においては、アクチュエータによる圧力は、平方イ
ンチ当たり７ポンドは調整され、アクチュエータのエア
ーシリンダーに装着された圧力ゲージによって読み取ら
れる。この調整によって、下方への力は全体として３
０．８ポンドとなる（７ポンド×ピストン面積４．４平
方インチは、３０．８ポンドの力となる。）。
【００６３】運転の手順は、（１）流体ポンプがスイッ
チオンされ、伸長された天然ゴムシートのホーンの出力
端に接触する領域が水に浸される。（２）搬送用メッシ
ュコンベアーシステムがスイッチオンされ、伸長された
天然ゴムがが毎分４フィートの速度で動き出す。さらに
（３）アッセンブリーへのパワーが供給され、アッセン
ブリーが下がり、ホーンの出力端が伸長された天然ゴム
シートに接触し、このシートが、ホーンの出力端の下を
シートの終わりに達するまで連続して通過する。このプ
ロセス中のＡ４１０Ａワットメータの読みは、水、天然
ゴムシート、パターンワイヤー、シムストック、および
搬送ワイヤーからなる質量に働き掛ける際の、ホーンの
出力端に最大の機械的振動を保持するために必要なエネ
ルギーを示す。
【００６４】本実施例において、１００％伸長された状
態で、最大開口密度が平方インチ当たり約７，２００個
であるエラストマー性の薄膜素材が得られた。従って、
伸ばす力から開放された場合には、最大のバルブ密度
は、平方インチ当たり約１４，４００個である。これら
のバルブは、最大機能時の開口面積が、１００，０００
平方マイクロメートルを越えている。
【００６５】シェフィールドのポロシティーテストを用
いると、バルブの開口圧力は、ゲージ圧水頭約４．２セ
ンチメートルであり、開口圧力が約０．００４気圧とな
る。この値は、２回の測定の平均である。このバルブが
形成されたシートの水蒸気伝達率は、平方メートル１日
当たり水約５６２グラムであった。バルブが形成される
前のエラストマー性薄膜素材のＷＶｔｒは、平方メート
ル１日当たり水約４０グラムであった。従って、水蒸気
の圧力がたつと、バルブが開閉していることが判る。こ
の値は、２回の計測の平均値である。
【００６６】バルブが形成されたハイドロヘッドは水頭
約９８センチメートルであった。（一回の計測である）
従って、バルブが形成された素材は、その強度の大部分
を保持していることが判る。図６および図７は、実施例
１に用いた天然ゴムシートの２枚の顕微鏡写真である。
図６の顕微鏡写真は、プロセスを行う前のシートのもの
である。図７の顕微鏡写真は、プロセスを行ったもので
あり、１００％の伸長力を取り去った状態である。プロ
セスを行った顕微鏡写真には、バルブが存在することを
示す証拠はなにもない。
【００６７】図８は、実施例１によってバルブが形成さ
れた天然ゴムシートの顕微鏡写真であり、バルブが存在
することを示すために、１００％伸ばされた状態のもの
である。図９の顕微鏡写真は、スケールを写したもので
あり、スケールの１単位は、それぞれ１０ミクロン（マ
イクロメートル）である。 〔実施例２〕クロスハッチ状に組み編み（ｂｒａｉｄｅ
ｄ ｃｒｏｓｓ−ｈａｔｃｈ）された１８×２３ワイヤ
ーのパターンスクリーンを用いて、天然ゴムに６回プロ
セスが行われた以外は、実施例１のプロセスが繰り返さ
れた。
【００６８】本実施例においては、最大開口密度が、１
００％伸ばされた状態で、平方インチ当たり約１，８０
０個のエラストマー性薄膜素材が得られた。組み編みさ
れたものを用いているため、開口の数は、メッシュカウ
ントの半分を越えている。従って、伸ばしている力がな
くなった状態においては、最大バルブ密度は、平方イン
チ当たり約３，６００個である。これらのバルブは、最
大機能時の開口面積が３００，０００平方マイクロメー
トルを越える。
【００６９】シェフィールドのポロシティーテストを用
いると、バルブの開口圧力は、ゲージ圧水頭約４．２セ
ンチメートルであり、開口圧力が約０．００４気圧とな
る。この値は、２回の測定の平均である。このバルブが
形成されたシートの水蒸気伝達率は、平方メートル１日
当たり水約３４３グラムであった。バルブが形成される
前のエラストマー性薄膜素材のＷＶｔｒは、平方メート
ル１日当たり水約４０グラムであった。従って、水蒸気
の圧力がたつと、バルブが開閉していることが判る。こ
の値は、２回の計測の平均値である。
【００７０】バルブが形成されたハイドロヘッドは水頭
約２４センチメートルであった。（一回の計測である）
従って、バルブが形成された素材は、その強度の大部分
を保持していることが判る。 〔実施例３〕シラスチック（Ｓｉｋａｓｔｉｃ）として
市販されているジメチルシロキサンの厚さ５ミルのシー
トに試験素材を変更し、このシートをプロセスが行われ
ている間伸ばさずに、プロセスを８回繰り返した以外、
実施例１のプロセスが繰り返された。パターンスクリー
ンは、クロスハッチ状に組み編み（ｂｒａｉｄｅｄｃｒ
ｏｓｓ−ｈａｔｃｈ）された１８×２３ワイヤーであ
る。さらに、ラインスピードは毎分４フィートとされ、
消費されたワット数は約８００〜１，０００であった。
【００７１】本実施例においては、最大開口密度が平方
インチ当たり約１，７００バルブのエラストマー性薄膜
素材が得られた。組み編みされたものを用いているた
め、開口の数は、メッシュカウントの半分を越えてい
る。これらのバルブは、最大機能時の開口面積が約１０
０，０００平方マイクロメートルを越える。シェフィー
ルドのポロシティーテストを用いると、バルブの開口圧
力は、ゲージ圧水頭約１３センチメートルであり、開口
圧力が約０．０１２４気圧となる。
【００７２】このバルブが形成されたシートの水蒸気伝
達率は、平方メートル１日当たり水約３９６グラムであ
った。バルブが形成される前のエラストマー性薄膜素材
のＷＶｔｒは、平方メートル１日当たり水約２１８グラ
ムであった。従って、水蒸気の圧力がたつと、バルブが
開閉していることが判る。この値は、２回の計測の平均
値である。
【００７３】バルブが形成されたハイドロヘッドは水頭
約２０センチメートルであった。（一回の計測である）
この素材の処理が行われる前の計測されたハイドロヘッ
ドは、１３７センチメートルを越えていた。従って、バ
ルブが形成された素材は、その強度のかなりの部分を保
持していることが判る。 〔実施例４〕厚さ１．０ミルの、Ｊ．Ｐスチーブンス社
からＸＰＲ−８２４として市販されているポリエチレン
ポリウレタンシートが用いられ、プロセスの間伸ばされ
ない状態とされた以外、実施例１のプロセスが繰り返さ
れた。さらに、ラインスピードは毎分３．８フィートと
され、消費されたワット数は約８００で、アクチュエー
タの圧力は、平方インチ当たり約１０ポンドであった。
【００７４】本実施例においては、最大バルブ密度が平
方インチ当たり約７，２００個のエラストマー性薄膜素
材が得られた。これらのバルブは、最大機能時の開口面
積が約１００，０００平方マイクロメートルを越える。
シェフィールドのポロシティーテストを用いると、バル
ブの開口圧力は、ゲージ圧水頭約１９センチメートルで
あり、開口圧力が約０．０１８１気圧となる。
【００７５】このバルブが形成されたシートの水蒸気伝
達率は、平方メートル１日当たり水約５６６グラムであ
った。バルブが形成される前のエラストマー性薄膜素材
のＷＶｔｒは、平方メートル１日当たり水約４４７グラ
ムであった。従って、水蒸気の圧力がたつと、バルブが
開閉していることが判る。この値は、２回の計測の平均
値である。
【００７６】バルブが形成されたハイドロヘッドは水頭
約３７センチメートルであった。（一回の計測である）
この素材の処理が行われる前の計測されたハイドロヘッ
ドは、１３７センチメートルを越えていた。従って、バ
ルブが形成された素材は、その強度のかなりの部分を保
持していることが判る。本発明に係るバルブあるいはマ
イクロバルブが形成されたエラストマー性でポリマー性
の薄膜素材の用途は、数多い。例えば、マイクロバルブ
が形成されたエラストマー性でポリマー性の薄膜素材
は、使い捨て可能なおしめの外カバー、フェミニンケア
ー製品のカバー、食料品の覆い、１気圧近傍の狭い圧力
範囲に保持するのに適した圧力開放システムがある。
【００７７】本発明の変化および変更は、本発明の範囲
から分離されずに行うことは勿論可能である。例えば、
幾つかの実施例においては、並列に、あるいは直列に多
数の超音波ホーンを並べることが望ましい場合もある。
また、本発明の範囲は、ここに開示された個々の実施例
に限定して解釈されるべきではなく、以上に開示したも
のに照らして読まれる特許請求の範囲の記載に基づいて
解釈される。
【図面の簡単な説明】
【図１】エラストマー性でポリマー性の薄膜素材にバル
ブを形成するために超音波振動を与える機器の概略を示
す説明図である。
【図２】超音波振動を与える領域へエラストマー性でポ
リマー性の薄膜素材を移動する移動機械の断面図であ
る。
【図３】エラストマー性でポリマー性の薄膜素材に超音
波振動を与える領域の詳細を示す図である。この領域
は、図１において破線のサークルで示された領域であ
る。
【図４】本発明のプロセスによって形成された２ウェイ
バルブの構成を示す断面図である。
【図５】図４の２ウェイバルブを１つの層として用いた
１ウェイバルブシステムの構成を示す断面図である。
【図６】処理前の天然ゴムの顕微鏡写真である。
【図７】厚さ４ミルの天然ゴムのエラストマー性でポリ
マー性の薄膜シートで、開口が形成されており、約１０
０％に伸長された後伸長されない状態に戻されたものの
顕微鏡写真である。
【図８】図６に示す天然ゴムの顕微鏡写真であって、バ
ルブが開となった状態で存在することを示すために、１
００％に伸長させた状態を撮ったものである。
【図９】スケースを示す図であり、スケールの単位は、
１０ミクロンである。
【符号の説明】
１０・・ハイドロソニック装置 １２・・供給ロール １４・・エラストマー性でポリマー性の薄膜素材 ２２・・移動装置 ３０・・シムプレート ３６、５８・・テンションロール ４０・・アッセンブリー ５０・・超音波ホーン ５４・・超音波ホーンのチップ ５６・・チップと移動装置との角度 ６０・・ノズル ６２・・流体 ６４・・楔形の領域 ７４・・２ウェイバルブ ７６・・加圧された流体 ８２・・支持シート ８４・・支持シートの内面 ８６・・エラストマー性でポリマー性の薄膜素材の内面
フロントページの続き (72)発明者 バーナード コーエン アメリカ合衆国 ジョージア州 30136 バークレー レイク レイクショア ドラ イヴ 381

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１ミルの平均厚さのエラスト
    マー性でポリマー性の薄膜素材であって、この薄膜素材
    の平方インチ当たりに少なくとも１００個の圧力感応型
    の２ウェイバルブを有することを特徴とするエラストマ
    ー性でポリマー性の薄膜素材。
  2. 【請求項２】 請求項１において、前記平方インチ当た
    りに少なくとも１，０００の前記圧力感応型の２ウェイ
    バルブを有することを特徴とするエラストマー性でポリ
    マー性の薄膜素材。
  3. 【請求項３】 請求項１において、前記平方インチ当た
    りに少なくとも５，０００の前記圧力感応型の２ウェイ
    バルブを有することを特徴とするエラストマー性でポリ
    マー性の薄膜素材。
  4. 【請求項４】 請求項１において、前記平方インチ当た
    りに少なくとも２０，０００の前記圧力感応型の２ウェ
    イバルブを有することを特徴とするエラストマー性でポ
    リマー性の薄膜素材。
  5. 【請求項５】 請求項１において、前記平方インチ当た
    りに少なくとも９０，０００の前記圧力感応型の２ウェ
    イバルブを有することを特徴とするエラストマー性でポ
    リマー性の薄膜素材。
  6. 【請求項６】 請求項１において、前記平方インチ当た
    りに少なくとも１６０，０００の前記圧力感応型の２ウ
    ェイバルブを有することを特徴とするエラストマー性で
    ポリマー性の薄膜素材。
  7. 【請求項７】 請求項１において、前記エラストマー性
    でポリマー性の薄膜素材は、若干クロスリンクした天然
    ゴム、ブロックコポリマー、例えば、Ａ−Ｂ−Ａ’ブロ
    ックコポリマー、ポリエステル、ポリウレタン、エラス
    トマー性のポリオレフィン、およびクロスリンクされた
    ジメチルシロキサンを含むグループから選択された１ま
    たはそれ以上の素材から形成されることを特徴とするエ
    ラストマー性でポリマー性の薄膜素材。
  8. 【請求項８】 請求項１において、前記薄膜素材の平均
    厚さが、約３ミル以上約８ミル以内であることを特徴と
    するエラストマー性でポリマー性の薄膜素材。
  9. 【請求項９】 請求項１において、前記薄膜素材の平均
    厚さが、約３ミル以上約６ミル以内であることを特徴と
    するエラストマー性でポリマー性の薄膜素材。
  10. 【請求項１０】 請求項１において、前記薄膜素材の平
    均厚さが、約４ミル以上約５ミル以内であることを特徴
    とするエラストマー性でポリマー性の薄膜素材。
  11. 【請求項１１】 請求項１において、前記バルブはマイ
    クロバルブであることを特徴とするエラストマー性でポ
    リマー性の薄膜素材。
  12. 【請求項１２】 請求項１１において、前記マイクロバ
    ルブの最大機能時の開口面積は、少なくとも約１０平方
    マイクロメートルから約１００，０００平方マイクロメ
    ートルの概略範囲であることを特徴とするエラストマー
    性でポリマー性の薄膜素材。
  13. 【請求項１３】 請求項１１において、前記マイクロバ
    ルブの最大機能時の開口面積は、少なくとも約１０平方
    マイクロメートルから約１０，０００平方マイクロメー
    トルの概略範囲であることを特徴とするエラストマー性
    でポリマー性の薄膜素材。
  14. 【請求項１４】 請求項１１において、前記マイクロバ
    ルブの最大機能時の開口面積は、少なくとも約１０平方
    マイクロメートルから約５，０００平方マイクロメート
    ルの概略範囲であることを特徴とするエラストマー性で
    ポリマー性の薄膜素材。
  15. 【請求項１５】 請求項１１において、前記マイクロバ
    ルブの最大機能時の開口面積は、少なくとも約１０平方
    マイクロメートルから約１，０００平方マイクロメート
    ルの概略範囲であることを特徴とするエラストマー性で
    ポリマー性の薄膜素材。
  16. 【請求項１６】 請求項１において、前記バルブが、前
    記エラストマー性でポリマー性の薄膜素材の予め定めら
    れた１または２以上の領域に限定して形成されているこ
    とを特徴とするエラストマー性でポリマー性の薄膜素
    材。
  17. 【請求項１７】 エラストマー性でポリマー性の薄膜素
    材であって、その厚さが約４ミルから約５ミルであり、 密度が平方インチ当たり少なくとも約１００，０００個
    のマイクロバルブを有し、 このマイクロバルブのそれぞれの最大機能時の開口面積
    が、約１０平方マイクロメートル以上約１，０００平方
    マイクロメートル以下の概略範囲であることを特徴とす
    るエラストマー性でポリマー性の薄膜素材。
  18. 【請求項１８】 内面と外面とを具備し、厚さが少なく
    とも約１ミルで、平方インチ当たり少なくとも約１００
    個の２ウェイバルブを具備するエラストマー性でポリマ
    ー性の薄膜素材からなるバルブ層と、 内面と外面を具備し、流体が通過可能なシート素材から
    なる支持層とを備えた多層１ウェイバルブシステムであ
    って、 前記バルブ層の内面が、並列した状態で、前記支持層の
    内面と結合しており、 加圧された流体が、前記支持層の内面に存在した場合
    は、前記バルブ層の前記バルブが開となって、前記流体
    の圧力を前記バルブ層を通って逃がし、 前記加圧された流体が、前記バルブ層の外面から供給さ
    れた場合は、前記支持層が前記バルブ層の前記バルブが
    開となるのを禁止することを特徴とする多層１ウェイバ
    ルブシステム。
  19. 【請求項１９】 請求項１８において、前記バルブ層
    は、若干クロスリンクした天然ゴム、ブロックコポリマ
    ー、例えば、Ａ−Ｂ−Ａ’ブロックコポリマー、ポリエ
    ステル、ポリウレタン、エラストマー性のポリオレフィ
    ン、およびクロスリンクされたジメチルシロキサンを含
    むグループから選択された１またはそれ以上の素材から
    形成されていることを特徴とする多層１ウェイバルブシ
    ステム。
  20. 【請求項２０】 請求項１８において、前記支持層は、
    メルトブローされた織物、スパンボンドされた織物、織
    られたファイバー、ボンドキュアーされた織物、あるい
    は穿孔されたフィルムを含むグループから選択された素
    材から構成されていることを特徴とする多層１ウェイバ
    ルブシステム。
  21. 【請求項２１】 請求項１８において、前記バルブ層の
    外面が前記多層バルブシステムの最外面であることを特
    徴とする多層１ウェイバルブシステム。
  22. 【請求項２２】 請求項２１において、前記多層バルブ
    システムは、２層から形成されていることを特徴とする
    多層１ウェイバルブシステム。
  23. 【請求項２３】 請求項１８において、前記バルブはマ
    イクロバルブであることを特徴とする多層１ウェイバル
    ブシステム。
  24. 【請求項２４】 請求項２３において、前記エラストマ
    ー性でポリマー性の薄膜素材は、その薄膜素材の平方イ
    ンチ当たりに少なくとも前記マイクロバルブが約１，０
    ００個形成されていることを特徴とする多層１ウェイバ
    ルブシステム。
  25. 【請求項２５】 請求項２３において、前記エラストマ
    ー性でポリマー性の薄膜素材は、その薄膜素材の平方イ
    ンチ当たりに少なくとも前記マイクロバルブが約５，０
    ００個形成されていることを特徴とする多層１ウェイバ
    ルブシステム。
  26. 【請求項２６】 請求項２３において、前記エラストマ
    ー性でポリマー性の薄膜素材は、その薄膜素材の平方イ
    ンチ当たりに少なくとも前記マイクロバルブが約２０，
    ０００個形成されていることを特徴とする多層１ウェイ
    バルブシステム。
  27. 【請求項２７】 請求項２３において、前記エラストマ
    ー性でポリマー性の薄膜素材は、その薄膜素材の平方イ
    ンチ当たりに少なくとも前記マイクロバルブが約９０，
    ０００個形成されていることを特徴とする多層１ウェイ
    バルブシステム。
  28. 【請求項２８】 請求項２３において、前記エラストマ
    ー性でポリマー性の薄膜素材は、その薄膜素材の平方イ
    ンチ当たりに少なくとも前記マイクロバルブが約１６
    ０，０００個形成されていることを特徴とする多層１ウ
    ェイバルブシステム。
  29. 【請求項２９】 請求項１８において、前記流体が通過
    可能な支持層は、液状物ではなく、ガス状物が通過可能
    であることを特徴とする多層１ウェイバルブシステム。
  30. 【請求項３０】 請求項１８において、前記流体が通過
    可能な支持層は、ガス状物と液状物が通過可能であるこ
    とを特徴とする多層１ウェイバルブシステム。
JP4283448A 1991-09-30 1992-09-30 圧力感応型バルブおよびその製造方法 Pending JPH06218813A (ja)

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