JP4545790B2 - 基盤材料上に付着要素を製造するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの成形要素に導入される少なくとも１つのプラスチック材料を利用して基盤材料上に付着要素を製造するための方法に関する。

特許文献１により公知の面ファスナー部品を製造するための方法では、主に基盤と一体に結合される多数の柄を備えた基盤が作製される。このように製造された面ファスナー部品の応用可能性として特に乳児用おむつまたは病院服用の面ファスナーの形成が知られている。このような衣類の面ファスナー内で使用することのできる面ファスナー部品を製造するには平方センチメートル当り比較的多数の係止手段が必要であり、そのことから生産費が相応に高くなる。というのも、先行技術において係止手段を形成するのに使用される成形ロールは相応する数の開放空洞を有していなければならず、空洞は手間をかけてはじめて成形できるからである。このように製造された面ファスナー部品は、フィルム状基盤材料上に一体に配置されかつ垂直方向で突出した柄を有し、柄はその自由端に頭側拡張部を備えており、拡張部は着脱可能な面ファスナーを製造するために対応するフリース材料またはループ材料と協動し、この材料は柄材料の頭状拡張部の下面と機械的に係止される。このようなファスナー系はドイツ語圏においてしばしば商標名・ベルクロ面ファスナーでも取得される。これら公知のベルクロ面ファスナー系では欠点として、それらは有効な付着用に、つまり本来の面ファスナーを形成するために対応するファスナー部品（フリース生地またはループ生地）と常に協動しなければならない。最新のファスナー系は今日、一方のファスナー部品の頭側端が他方のファスナー部品の頭側端と柄との間に係合し、柄によりも半径方向に拡張された頭部が次に相向き合うそれらの縁面で相互に係止することによって、同一構成の頭ファスナー部品を互いに接合して面ファスナーを形成する可能性も示しており、このようなファスナー系も着脱可能に構成されている。

さらに、先行技術においてポリプロピレンまたはポリエチレンから繊維化フィルムを製造するための方法が公知であり（特許文献２、特許文献３）、そこでは既存の設備技術（フラットフィルム、インフレートフィルム用またはチルロール法を利用するためのフィルム押出設備）を使用して科学技術における特殊な措置によって、また設備で、帯片に分割されることなくフィルムが複雑に延伸され繊維化され巻き取られ、こうして異なる幅と大きな長さとを有する網状フィルムが製造可能である。この公知解決における一軸延伸に基づいて、改良された繊維分子配向が得られ、このように製造可能な布は地盤用シートとしてまたは土木において補強材として応用される。さらに、特許文献４および特許文献３には渦流ノズルの利用によってもしくは高圧脈動ウォータージェットでフィルム材料を繊維化し、こうして改良されたフィルタ材料とし、または改良された熱的および音響的絶縁特性を有するフィルム状素材とすることが述べられている。

面ファスナー部品に関して接合技術において新規な効果を生じるために、後に公開された特許文献５では面ファスナー部品において、面ファスナー材料の柄の自由端の少なくとも一部に多数の単糸を備えることが提案されており、各繊維の直径がごく細く選択されており、各単糸の自由端で利用可能な接触面はごく小さく、例えば０．２〜０．５μｍのオーダーである。好ましい諸構成では、単糸が結合する柄の形をとる構造体の厚さ範囲はナノメートル範囲内、例えば１００〜４００ナノメートルとすることもできる。これらのオーダーは、面ファスナー部品を固定すべき対応する部品（表面）との相互作用がいわゆるファンデルワールス力によって行われるのに十分である。

ファンデルワールス力とはファンデルワールスによって名づけられた分子間の力であり、不活性原子と飽和分子との間に弱い結合力として現れる。原子間の相互作用ではいわゆる分散力が現れるだけであるのに対して、分子では相互作用を誘発しもしくは場合によっては存在する永久双極子モーメント（配向効果）が付加的引力として有効である。指摘しておくなら、幾人かの著者がファンデルワールス力を分子間力の同義語として言及しているのではあるが、しかし大多数は、そのエネルギーが分子間距離の６乗で減少する中性分子間のごく遠距離の引力がファンデルワールス力として理解される。これらの力を効果的に観察できるのは、例えばホストゲスト関係において、分子格子結晶、包接化合物、分子間化合物において、そしてコロイド化学、界面化学および表面化学の諸現象においてである（非特許文献１参照）。

そのような単糸を得るために、プラスチック材料からなる帯状基盤部品上にまず突出円筒形柄が生成され、柄はスクリーンを用いた成形ロール過程、カレンダー過程、または成形工具なしの液滴塗布過程で得られ、引き続きステム端は化学的、機械的または電気的に単フィラメントもしくは単糸に分割される。このようにして得られた面ファスナー部品または付着要素は自然のなかに、例えば足の造形に基づいて天井の下を、または垂直に延びるガラス面に沿っても動くことのできるヤモリの足に、その相応物を見い出す。ヤモリの足に膨大な数配置されて存在する前記ステムは専門用語で「刺毛」と称され、ステム自由端に続く単繊維または単フィラメントは「へら」と称される。

特許文献６では、面ファスナー部品を構成するために生きた検体から刺毛要素を取り出し、基材としての基盤部品と結合することが既に提案されており、このための補充製造法として既にピペット技術を使った注型法と最新の印刷技術が想定されている。これに匹敵するものとして特許文献７では、第１成形ステンシルを介して刺毛要素を作製し、これに、へら形成用の第２成形ステンシルがぴったり続く。指摘されたステンシル技術における離型問題と並んでこれは実験技術的変換の枠内でのみ適しており、ヤモリ足構造の人工的模造に関する別の前記方法も同様である。大規模工業において面ファスナー部品または付着部品用にファンデルワールス力を利用することは前記方法では可能でない。
国際公開第９４／２３６１０号パンフレット 独国特許出願公開第１９８３７４９９号明細書 米国特許第６４３２３４７号明細書 独国特許出願公告第１１７５３８５号明細書 独国特許出願公開第１０３２５３７２号明細書 国際公開第０１／４９７７６号パンフレット 国際公開第０３／０９５１９０号パンフレット 独国特許出願公開第１００３９９３７号明細書 ROMPPS CHEMIE LEXIKON、第８版、Franckh’sche Verlagshandlung、シュトゥットガルト

この先行技術を前提に、本発明の課題は、ファンデルワールス力に基づいて付着する付着要素を製造するための公知の製造法をさらに改良し、大規模工業において安価に製造可能であり、なおかつ高い程度に付着作用を発揮するようにすることである。

この課題は、請求項１の特徴を有する方法により完全に解決できる。

その付着が主として前記ファンデルワールス力によって実現される拡張端を有する付着要素が本発明に係る方法によって製造可能であるため、ヤモリ足のきわめて良好な付着値が生体力学モデルとして達成することができ、自然界の条件に従って付着ステムの繊維の離解を行う必要がない。ファスナー技術分野の平均的専門家にとって、自然を同一に模造しなければならないとのこれまで歩んできた道から外れて、主としてファンデルワールス力によって生成されるきわめて良好な付着特性を有する、繊維の離解なしにステム端に拡張端面が設けられた付着要素に達することは意外である。

このような粘着部品または付着部品は大規模工業においてごく安価に製造することができ、また基本的にあらゆる表面（下地）と着脱可能に接合することができ、付着要素の拡張端を前記ファンデルワールス力を介して表面と直接相互作用させることによって、例えば付着要素を備えたボデー部品を車両フレームと接合し、または絵画または表示画面を他の接合手段なしに壁に掛けることができる。

本発明に係る方法で製造される付着要素部品が衣料産業で受入れられる限り、ここではそれ以上の変更はもはや必要でなく、特に、その他従来のように、面ファスナー部品（茸または鉤）との係止を確保するために衣服部品にループ材料またはフリース材料を配置する必要がない。むしろここでは付着要素を備えたファスナー部品は拡張自由端を介して衣服材の材料と相互作用して接合を実現することができる。付着要素を表面から解除するために付着要素は主に表面から最良には９０°の角度で剥離され、こうしてファンデルワールス力による付着を解除し、任意性質の表面からファスナーを再び除去することができることが判明した。このような取付過程および解除過程はファスナー系の構成に依存して何度でも、主に数千回行うことができる。

ファスナーまたは好ましい接合を製造するには、本来ステム状の付着要素の拡張自由端で付着要素を平面的に表面に載置すれば十分である。主に、付着要素の長さは柄ごとに付着要素がその自由端にわたって１つの共通する平面までとなるように選択されている。というのも、ファンデルワールス力が著しく短い距離にわたって作用するだけであり、主に、予定された表面に対する個別柄の拡張端の自由接触端の距離は実質一定しているからである。被接触表面から付着要素が折れて外れ得ることを防止するために、付着要素は十分な固有剛性を有する。しかし良好な剥離挙動を確保できるようにするために、拡張端は柄への移行領域における相応する直径を低減して柄と結合されているようにすることができる。こうして移行個所に一種のヒンジが生じ、帯状基盤部品はステム付きで既に剥落され、次になお付着している面端頭は各ヒンジを介した転動運動の意味で剥落運動に追従する。

きわめて良好な付着結果が得られたのは基盤材料１ｃｍ^２当り約１６０００の付着要素が存在するときであり、その場合個々の付着要素がなお有する寸法、特に高さは約１００μｍ以下にすぎず、拡張頭端の直径は約６０μｍ以下である。

本発明に係る方法の他の有利な実施形態はその他の従属請求項の対象である。

以下、本発明に係る方法で得られた付着要素部品に基づいて本発明に係る方法が図面に従って詳しく説明される。図面は寸法どおりではない原理図である。

図３に示す本発明の意味における付着要素の一次製品は、例えば特許文献８に述べられた方法によって得ることができる。

図１が本発明に係る方法を実施するための装置の一部を示す略図である。この装置は塑性または液状のチキソトロピープラスチック用の供給機構としてノズルヘッド１を備えており、プラスチックは製造されるべき付着要素部品の幅に一致した幅の帯材として加圧工具と成形工具との間の隙間に供給される。図１の図示によれば加圧工具として加圧ロール３が役立ち、成形工具は全体に符号５とした成形ロールである。両方のロールが図１に弧矢印７、９で示す回転方向に駆動され、それらの間に移送隙間が形成され、この移送隙間を通してプラスチック帯材が搬送方向に移送される一方、同時に成形ゾーンとしての隙間においてプラスチック帯材は面ファスナー要素の担持材料としての基盤１０へと成形され、基盤１０は成形ロール５に隣接する側が成形ロール５の成形要素によって、付着要素を形成するのに必要な成形を受ける。

この目的のために成形ロール５は周面に、個々の型空洞１２を備えたスクリーン１１を有する。成形要素としてのこのような型空洞１２が図２に例示的に拡大図示されている。プラスチック材料の流入方向は図２の目視方向において加圧ロール３の領域で上から下である。さらに、型空洞１２は詳しくは図示していないがスクリーン１１を有する成形ロール５上に外周側で規則的に分布しており、分布と数は選択可能である。しかしこの型空洞１２は主に１ｃｍ^２当り少なくとも１００００超がスクリーン上に配置されており、１ｃｍ^２当り１６０００の型空洞１２の数が付着要素の構成にとって特別好ましいことが実証された。図２は設けられた型空洞１２を縦断面図で示しており、縦断面図において向き合う境界壁１３は凸面状軌道推移１４を一貫して備えている。自明のことであるが、前記両方の境界壁１３は型空洞１２の回転対称な構造を考慮して基本的に、成端する成形壁１５の一部であり、成形壁は成形ロール５のスクリーン材料１１によって縁づけられる。このような型空洞１２によって、拡張端としての頭部１６をそれぞれ備えた柄部１７の態様で付着要素を製造することが可能である。

図２がさらに示すように、各軌道推移１４の頭部１６の方向において基部１８の方向よりも強く湾曲が成形されており、基部を介して柄部１７は基盤１０と結合されている。軌道推移１４が柄部１７の長手方向から頭部１６の方向に見て中心より上方の主に上１／３から始まる強い湾曲を有するようにすると特別有利であると実証された。

双曲面の態様の回転対称な構造を有する前記型空洞１２を得るのに実証されたのは電気めっき法、特に電気白金めっき法であり、そこではまず円筒形型空洞（図示せず）が被覆材料で、凸面状軌道推移１４が生じるまで被覆もしくは白金めっきされる。さらに、場合によってはレーザ法またはエッチング法を介してもスクリーンまたは格子状中実材料から凸面状軌道推移１４を生成することができる。

図３に示す付着要素は上記方法および装置で得ることができる。対称構造は図２による型空洞１２内で製造することによって直接得られる。図１に示す装置において加圧ロール３をブレード塗工工具（図示せず）に取り替えることもでき、この工具はブレード塗工過程の意味でプラスチック材料を型空洞１２内に直接送り込む。また、円筒形スクリーン構造体は２つの円筒形駆動ロール（図示せず）の間を通過する帯材を形成することができ、その場合やはりプラスチック材料は主に帯材表面でブレード塗工される。さらに、架橋性プラスチック材料である場合、付着要素が型空洞１２から離型されたなら熱源または紫外光（図示せず）で後架橋を可能とすることができる。このような後架橋は一般的であり、ここでそれに詳しく言及することはしない。しかしスクリーン帯材による成形法では主に前記手段を使った架橋が少なくとも片側で型空洞１２において直接行われるのが望ましい。

ファンデルワールス力に関して最善状態を得るために、主に、拡張された自由頭端は頭部１６として外方に平らに延ばすべきである。個々の型空洞１２は内に向かって成形ロール５によって閉鎖されているので、その限りで、成形過程時にそこに閉じ込められた空気が自由頭部端に凹面状空気クッションを押し込むことは排除されていない。これに対処するために、成形ロール５の内部に、空気を逃がすことのできる機構、または例えば真空機構等を介して型空洞１２内の空気の吸引を可能とする機構を設けることを予定することができる。しかし後者の場合、適切に真空化を促すために、そして平らな頭端が成形ロール５の方向に膨らむのを防止するために、相応する制御装置が不可欠である。しかし自由頭端が僅かに凸面状に湾曲しても害はない。ステムおよび頭の形状が横断面でどのようであるかは図２による図示から明らかとなる。プラスチック材料は型空洞１２内に押しやられ、そこで次に静止し、次に平らな頭外面を形成する。その限りでプラスチック材料は型自体のなかで固化し、次に前固化状態で型空洞１２から取り出され、または既に十分に型空洞内で凝固するが、これは離型過程が損なわれない範囲である。回転双曲面の成形に起因した中央くびれ部は、さらに狭まった個所で柄部１７と頭部１６との間に一種のヒンジが生じるようになお継続させることができる。このようなヒンジは、既に述べたようにファンデルワールス・ファスナー系の作用にとって好ましい。

好適なプラスチック材料は無機および有機エラストマー、特にポリビニルシロキサン、付加架橋シリコンエラストマー、二液系の態様でも、そしてアクリレートである。ゴム材料の利用も可能である。

その都度使用されるプラスチック材料がチキソトロピーであるとき、本方法は特別好ましく構成することができる。本発明の意味におけるチキソトロピー挙動は、剪断荷重段階の間の構造厚さの低下、そして後続の静止段階中の多かれ少なかれ迅速な、しかし完全な再構成を意味するものである。この構成／再構成サイクルは完全な可逆過程であり、チキソトロピー挙動は時間に依存した挙動と定義することができる。さらに、回転形粘度計で測定した粘度が１０・１／secの剪断速度において７０００〜１５０００ｍＰａｓ、しかし主に約１００００ｍＰａｓの値であるプラスチック材料が好ましいと実証された。さらに、表面の自動脱塵の意味で、表面エネルギーによる水滴の接触角が少なくとも６０度超の値を有するプラスチック材料を使用すると好ましいことが実証された。事情によっては、このような表面エネルギーは追加的被覆法によってなおさらに変化させることもできる。

得られる付着要素材料の寸法（高さ）条件を明確にするために、図３にＸで長さが示してあり、この長さは約１００μｍの寸法に相当する。付着要素の幾何学寸法が以下に記載されるが、記載されるオーダーは図示改善のために図３に直接には表れていない。その限りで図は基本的に付着要素材料の構造を示すにすぎない。本発明に係る付着要素材料の好ましい実施形態では基盤材料１０のｃｍ２当り１６０００超の付着要素がある。基盤１０の上面から平らな頭上面を経て付着要素の成端部まで計算して各付着要素は約１００μｍの高さを有し、これは図３の寸法尺度Ｘに一致する。平らな頭上面は直径が約５０μｍであり、柄部１７の上端（ヒンジ）の方向で約３０μｍの寸法に低減している。その限りで、頭部１６と柄部１７との間で移行個所にアンダカットが形成されている。頭部１６の高さは約１０μｍ、柄部１７の上端に対する頭部１６の半径方向張出し寸法は約１０μｍである。互いに隣り合って向き合う頭部１６の境界間の距離は３０μｍ〜４０μｍである。柄部１７の直径は約２０μｍ〜３５μｍである。このような寸法条件は単なる例示であり、前記寸法範囲内で変更することができる。付着要素部品が任意種類の表面と接触する限りで、柄部１７に対して頭部１６が、ファンデルワールス力の作用を可能とする平らな表面または僅かに凸面状の表面を有することをいずれにしても確保しておかねばならない。ここで大規模に製造可能な付着要素部品では、付着要素のナノ造形のゆえに付着要素は裸眼ではもはや認めることができず、付着要素構造に基づいてファンデルワールス力を介してきわめて確実な着脱可能な付着が起きることは意外である。
また、各付着要素が高さ５０μｍ〜１５０μｍ、主に約９０μｍ、直径１０μｍ〜４０μｍ、主に約３０μｍの柄部（１７）で形成され、柄部（１７）上の頭部（１８）としての拡張端が１５μｍ〜７０μｍ、主に約５０μｍの直径を有するようにしてもよい。

頭横断面もステム横断面も有角で、特に六角形横断面形状を備えておくことができ、各付着要素の縦横比は主に１：３〜１：５である。本発明に係る方法でもって、ファンデルワールス力によるファスナー特性の付着要素は安価に、確実な機能で大規模工業において提供することができる。

本発明に係る方法を実施するための装置の側面図である。 図１の図示による型空洞の拡大縦断面図である。 本発明に係る方法で製造されて基盤材料上に配置された付着要素の拡大図である。

Claims (10)

1. プラスチック材料を形成要素に導入することにより、基盤材料上に付着要素を形成する方法であって、
   前記プラスチック材料として、回転粘度計で測定した粘度が７０００〜１５０００ｍＰａｓであるポリビニルシロキサンのチキソトロピーを使用し、
   前記付着要素を前記基盤材料上に１ｃｍ ^２ あたり少なくとも１６０００個形成するとともに、前記付着要素に拡張端を形成し、
   前記付着要素の高さを５０〜１５０μｍとし、
   前記付着要素の柄部の直径を１０〜４０μｍとし、
   前記付着要素の拡張端の直径を１５〜７０μｍとすることで、
   前記拡張端がファンデルワールス力によって実現される付着力を有するようにする、方法。
2. 前記拡張端の端面を実質的に平面とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記拡張端の端面を凸状に形成する、請求項１に記載の方法。
4. 前記プラスチック材料の粘度が約１００００ｍＰａｓである、請求項１に記載の方法。
5. 前記形成要素が１ｃｍ ^２ あたり少なくとも１６０００の型空洞を有するドラム状のスクリーンである、請求項１記載の方法。
6. 前記型空洞は双曲面形状を有する、請求項５記載の方法。
7. 前記プラスチック材料は表面エネルギーによる水滴の接触角が６０度以上である、請求項１に記載の方法。
8. 前記接触角が７０度以上である、請求項７に記載の方法。
9. 前記付着要素の高さが約９０μｍであり、前記柄部の直径が約３０μｍであり、前記拡張端の直径が約５０μｍである、請求項１に記載の方法。
10. 前記プラスチック材料を成形した時又は成形した後に架橋する、請求項１に記載の方法。

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