水流交絡加工繊維における噴流線条を減少させるためのシステムおよび方法
布地材料を、その中の噴流線条の発生を減少させながら水流交絡加工するためのシステムが提供されている。本発明の様々な実施形態は、前記布地材料から間隔が開けられた、加工方向に垂直な実質的に布地の全幅にわたって伸びる細長い水流交絡加工用ジェットストリップを提供している。前記ストリップは、各々が第１径を有する第１列の開口部を画定している。前記第１複数の開口部は、前記細長いストリップの全幅に沿って間隔が開けられている。前記ストリップは、加工方向において前記第１複数の開口部から下流に配置され、前記細長いストリップの全幅に沿ってそれらから片寄っている第２複数の開口部を画定している。前記第２複数の開口部の各々は、それによって生成される流体流が前記第１複数の開口部によって生成される流体流より対応して小さな衝撃力を前記布地材料に付与するように、前記第１径より小さな第２径を画定している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の様々な実施形態は、概して、不織布を製造するための水流交絡加工プロセスの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
水流交絡（ｈｙｄｒｏｅｎｔａｎｇｌｅｍｅｎｔ）もしくは「スパンレーシング」は、布地を直接的に形成するためにばらばらな繊維のウェブを機械的にボンディングさせるために使用されるプロセスである。そのようなクラスの布地は、人工的に作り出される布地の「不織布」ファミリーに属している。水流交絡加工の基礎にある機序は、繊維に高速の流体流の連続的な塊によって作り出される不均質な圧力場を受けさせることである。繊維が隣接繊維と接触している間に流体流が繊維に及ぼす衝撃は、隣接繊維を移動させるとともに回転させ、それによって繊維の交絡を引き起こすことである。これらの繊維の相対移動中に繊維の一部は他の繊維に巻き付き、および／または他の繊維と絡み合って、少なくとも一部には相互作用している繊維間の摩擦力に起因して、強力な構造を形成するものである。結果として生じる生成物は、交絡加工繊維から形成される高度に圧縮された均質な布地である。そのような水流交絡加工布は、しばしば高度に柔軟性でありながら、極めて強度があり、概して織物およびニット布に比して性能の優れた対応物である。そこで水流交絡加工プロセスは、布地を製造する他の方法にとっての高速かつ低コストの代替法である。水流交絡加工機械は、例えば、１分間当たり約７００メートル以上という高速で布地を製造できるが、このとき布地の幅は約１〜約６メートルであってよい。作動中、水流交絡加工プロセスは、流体流を形成すべく、開口部（オリフィス）を通して選択された圧力で水を分注するためのマニホールドと係合したストリップ内に規定された開口部を通して加圧水を方向付けることによって生成されるコヒーレント高速流体流の特性に左右されることになる。
【０００３】
従来型の水流交絡加工システムでは、単一マニホールドストリップが、実質的に同一の流体流を作り出すために同一サイズの２列の開口部を画定している。さらに、一連のマニホールドを利用するのが典型的であるが、このとき各マニホールドは、先行流体流より高い圧力によって駆動される水流交絡加工用流体流を生じさせている。しかし、そのような従来型システムでは、整列した流体流は不織布において「噴流線条（ｊｅｔ ｓｔｒｅａｋ）」を作り出している。詳細には、最終列の流体流は不織布において線条を作り出すが、なぜなら最終列の流体流は最大圧力で作動し、したがって不織布に最大力で衝撃を与え、完成布地１１０において流体流の衝撃領域間の間腔において畝（リッジ）３００（すなわち、「噴流線条」）（図３を参照）を作り出すからである。同様に、そのような従来型システム内の最終マニホールドの後には加工要素および／または流体流が存在しないので、最終セットの流体流によって作り出された噴流線条は乱されないままで残存し、そのようなシステムによって生成された完成不織布製品中に存在することになる。
【０００４】
従来型水流交絡加工システムによって作られる畝３００および／または噴流線条は、製造された布地の審美性および構造的完全性が重要であるほとんどの用途において望ましくない。例えば、畝は、例えばウィンドトリートメント（窓廻り装飾）または室内装飾用途におけるように、布地が光線に曝されると明白に目に見ることが可能である。しかし、水流交絡加工布における噴流線条を排除および／または減少させることは、不織布の製造業者にとって依然として厄介な問題であった。水流交絡加工布上に一様な表面を得るための１つの従来方法は、流体流カーテン内に規則的間隔で横振動を導入することを含んでいる（例えば、米国特許第６，１０５，２２２号を参照）。この方法は、マニホールドを横方向（布地の加工方向に垂直）に振動させる工程を含んでいる（本明細書でより詳細に説明されている）。そのような技術における振動運動は、マニホールドを往復運動装置（例えば、振動器）に接続することによって調節されることになる。この方法は、高額の資本投資ならびに重いマニホールドを振動させるための追加のエネルギー源を必要とする。さらに、そのような技術の最終的結果は、線状隆起もしくは噴流線条を「ジグザグ」パターンへ変化させはするが、現実にはそのような線条を排除することなく、および／または高さを低下させることはない。業界において実践されているまた別の従来法は、ねじれ形配列にある、同一径のノズルを有する４列式ノズルストリップの導入を含んでいる（例えば、米国特許第６，５７１，４４１号を参照）。この方法にもまた、幾つかの技術的問題がある。第１に、すべてのノズルが同一径を有しているので、結果として生じる流体流は同一衝撃エネルギーを有し、最終列のノズルによって惹起される噴流線条は永続的に布地上に残ったままになる。また第２に、そのような技術は、指定マニホールドの水消費量を４倍に増加させることになる。
【０００５】
完成不織布における噴流線条を減少させ、および／または防止する追加の試みについてはほんの少数の報告がある。しかし、これらの水流交絡加工システムは、商業的に実行するには非効率であるか、または費用がかかり過ぎるかのいずれかであることが実証されている。これらには、米国特許第６，８７７，１９６号（垂直方向に対して（布地の両側に向かって）２つの反対オフセット角を備える流体流が開示されている）；米国特許第６，２５３，４２９号（布地が、布地に対して様々な角度に配置されたマニホールドを備える一連の回転ドラム上を移動するシステムを開示している）；および米国特許第６，５５７，２２３号（振動マニホールドと結合されたドラムの上方で布地を横に移動させるシステムを開示している）に開示された方法が含まれている。
【０００６】
そこで従来型水流交絡加工システムに固有の技術的問題を考慮に入れると、不織布製品における噴流線条の発生および／または大きさを確実に減少させる経済的かつ実践的システムおよび方法に対する必要性が存在する。
【発明の開示】
【０００７】
本発明の実施形態は、上記に列挙した必要を満たし、以下に記載する他の長所を提供するものである。本発明の実施形態は、不織布を形成するために加工方向に移動する１シートの布地材料を水流交絡加工するためのシステムを含むことが可能である。詳細には、一部の実施形態では、本システムは、複数のノズル開口部を含む細長い水流交絡加工用ジェットストリップを備えており、前記複数のノズル開口部の各々は、水流交絡加工用流体の流れを前記シートの布地材料に向けるために動作可能に配置することが可能である。前記複数のノズル開口部は、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って間隔が開けられた第１列のノズル開口部を備えている。さらに、第１列のノズル開口部内のノズル開口部の各々は第１径を有している。
【０００８】
複数のノズル開口部は、加工方向において前記第１列のノズル開口部から下流に配置された第２列のノズル開口部をさらに備えている。一部のシステム実施形態では、前記第２複数の開口部は、加工方向において前記第１複数の開口部から前記第１複数の開口部の隣接対の各中心間の距離の約２分の１の距離で間隔が開けられて（すなわち、下流に配置されて）いてよい。第２列のノズル開口部もまた、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って間隔が開けられているが、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って前記第１列のノズル開口部から選択された距離で片寄っている。さらに、第２列のノズル開口部のノズル開口部の各々は、前記第１径より小さい第２径を有している。本明細書に記載するように、前記第１列のノズル開口部から出る水流交絡加工用流体の流れは、前記シートの布地材料に畝（「噴流線条」としても知られる）を作り出している。本発明の様々な実施形態によると、第２列のノズル開口部は、前記第２列のノズル開口部から出る水流交絡加工用流体の流れが畝の高さを低下させ、それによって完成不織布における「噴流線条」の発生を低下させるように、動作可能に配置されている。
【０００９】
本発明の様々なシステムの実施形態によると、第１および第２径（各々、第１列および第２列のノズル開口部に対応する）は、様々な径および／または径関係で提供することが可能である。例えば、このような実施形態は、第２径が第１径の少なくとも約３０％である実施形態、第２径が第１径の少なくとも約５０％である実施形態、第２径が第１径の少なくとも約６５％である実施形態、第２径が第１径の少なくとも約９５％である実施形態、第２径が第１径の約９０％以下である実施形態、および第２径が第１径の約８５％以下である実施形態を含むことが可能であるが、それらに限定されない。様々なシステム実施形態は、開口部が選択された最適な径によって画定される第１および第２列のノズル開口部もまた提供することが可能である。例えば、このような実施形態には、第１径が約１２０μｍ〜１６０μｍであり、かつ第２径が８０μｍ〜１４０μｍである実施形態、第１径が約１３０μｍであり、かつ第２径が約１１０μｍである実施形態、および第１径が約１１０μｍであり、かつ第２径が約９０μｍである実施形態が含まれるが、それらに限定されない。
【００１０】
一部のシステムも実施形態によると、第２列のノズル開口部は、前記第２列のノズル開口部の各々の中心が第１列の最も近い対のノズル開口部の中心間と実質的に等距離であるように、前記第１複数の開口部から選択された距離で片寄っていてもよい。他の実施形態では、選択された距離（本明細書で記載するように、第２列のノズル開口部の片寄りを決定する）は、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って、前記第１列のノズル開口部の少なくとも１つの開口部の中心から、前記第２列のノズル開口部の最も近い１つの開口部の中心から加工方向に延びる線まで測定可能である。より詳細には、一部の実施形態では、選択された距離は、前記第１列のノズル開口部の各々の中心を通って延びる第１線および前記第２列のノズル開口部の各々の中心を通って延びる第２線の間で規定された距離と実質的に同等であってよい。一部の実施形態では、選択された距離は、第１径の２分の１および第２径の２分の１の和以上である選択された距離、第１径以上の選択された径、第１径および第２径の和以上である選択された径を含むことができるが、それらに限定されない数値を含んでいてよい。
【００１１】
さらに、一部のシステムの実施形態では、複数のノズル開口部は、加工方向において第２列のノズル開口部から下流に配置された複数の列のノズル開口部をさらに備えていてもよい。本明細書でさらに説明するように、複数の列のノズル開口部の各々は、同様に細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って間隔が開けられていてもよい。さらに、連続的複数の列のノズル開口部の各々は、細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って上流列のノズル開口部から選択された距離で片寄っていてもよい。さらに、複数の列のノズル開口部の各々は、第２径以下である第３径を有していてもよい。
【００１２】
また、本発明の様々な実施形態は、不織布を形成するために加工方向に移動する１シートの布地材料を水流交絡加工するための方法をさらに提供することが可能である。一部の実施形態では、本方法が、布地材料を加工方向に前進させる工程と、前記布地材料に第１複数の流体流を受けさせる工程とを含んでいる。第１複数の流体流は、加工方向に対して実質的に垂直に前記布地材料の全幅に沿って相互から間隔が開けられている。さらに、第１複数の流体流は、前記第１複数の流体流の各々の間で前記不織布の全長に沿って延びる複数の畝を有する不織布を形成するために第１力の強度で前記布地材料に衝撃を与えるために構成されている。様々な方法の実施形態は、前記不織布に第２複数の流体流を受けさせる工程をさらに含んでいてよい。前記第２複数の流体流は、前記加工方向において前記第１複数の流体流から下流に配置され、前記布地材料の全幅に沿って前記第１複数の流体流から選択された距離で片寄っている。そこで、そのような実施形態によると、前記第２複数の流体流は、前記不織布における前記複数の畝の各々の高さを少なくとも部分的に低下させることができるように、前記第１力の強度より小さい第２力の強度で前記複数の畝に衝撃を与えていてもよい。
【００１３】
本明細書で本発明の様々なシステムの実施形態に関して概して説明するように、布地材料に第１複数の流体流を受けさせる工程は、前記布地材料の全幅にわたって延びる細長い水流交絡加工用ジェットストリップにおいて規定された第１複数の開口部を通して流体を強制的に流す工程をさらに含むことが可能である。さらに、前記不織布に第２複数の流体流を受けさせる工程は、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップ内に画定されて前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って前記第１複数の開口部から選択された距離で片寄っている第２複数のノズル開口部を通して前記流体を強制的に流す工程をさらに含むことが可能である。一部のそのような実施形態によると、第１複数の開口部の各々は第１径を含んでおり、この場合、第２複数の開口部の各々は前記第１径より小さい第２径を含んでいる。様々な方法の実施形態は、第１および第２力強度を各々有する流体流を発生させるために、上記で言及した前記第１および第２径間の特定の関係を利用してもよい。
【００１４】
そこで、本発明の様々な実施形態は、その中に形成される畝および／または噴流線条の発生が減少した不織布を形成すべく、布地材料を水流交絡加工するためのシステムおよび方法を提供し、改良された頑丈さおよび／または引裂強度を有する不織布を形成すべく、布地材料を水流交絡加工するためのシステムおよび方法を提供し、および前記不織布の全幅にわたって概してより平滑なテクスチャを有する不織布を形成すべく、布地材料を水流交絡加工するためのシステムおよび方法を提供すること、を含むことが可能であるが、それらに限定されない多数の長所を提供する。
【００１５】
これらの長所および当業者には明白である他の長所は、本発明の様々なシステムおよび方法の実施形態において提供されている。
【００１６】
本発明を一般的用語で説明してきたが、以下では添付の図面を参照されたい。これらの図面は、必ずしも縮尺では描かれていない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下では、本発明の全部ではないが一部の実施形態が図示されている添付の図面を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。実際に、これらの発明は多数の相違する形態で具体化することが可能であるので、本明細書に記載した実施形態に限定されると見なすべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が適用可能な法的要件を満たすように提供されている。類似の番号は、本明細書を通して類似の要素を指している。
【００１８】
本発明の様々な実施形態は、細長い水流交絡加工用ジェットストリップ（例えば、図１Ａ、図１Ｂおよび図２の要素１０を参照）のための有利な設計であって、ノズル開口部は２つ以上の（例えば）列１２，１４に配列され、完成不織布１１０において畝３００（すなわち、「噴流線条」）を最小限に抑えるために構成されている設計を提供することを理解されたい。一部の実施形態では、各列１２，１４内のノズルは、固定キャピラリー径（例えば、図２に示したようなｄ１）を有していてもよい。本明細書で詳細に説明するように、これらの径は、第１列のノズル開口部１２（布地材料１００へ最初に衝撃を与える流体流を作り出す列）から第３および第４列１６（例えば、図１Ａを参照）（布地材料１００へ最後に衝撃を与える列）に向かって減少するが（すなわち、例えば、ｄ１＞ｄ２＞ｄ３＝ｄ４）、このときｄ１〜ｄ４は、各々第１〜第４列におけるノズルのキャピラリー径を表している。
【００１９】
さらに、ノズル開口部の列１２，１４，１６を形成する個々のノズルは、様々な実施形態では、「コーンダウン（ｃｏｎｅ−ｄｏｗｎ）」（概して、例えば図８Ｂおよび図４を参照）または「コーンアップ（ｃｏｎｅ−ｕｐ）」配置で構成されていてもよく、好ましくは概して図１Ａに示すように「ねじれ形（ｓｔａｇｇｅｒｅｄ）」構成で配列されている。実験によって、畝３００（および／または「噴流線条」）は、水流交絡加工において布地材料１００が対応する列のノズル開口部（例えば、要素１２を参照）にて生成される流体流の特定の「カーテン」により衝撃を与えられる度に再形成されることが観察されている。したがって、完成不織布１１０において明白になる可能性がある畝３００は、水流交絡加工システムにおける最終マニホールド４０によって引き起こされる可能性がある（例えば、図３のマニホールド５を参照）。この結果は、最終マニホールドが「上流」マニホールドの圧力より高い圧力で作動する（およびそれによって布地材料１００へ最高圧力で衝撃を与える流体流を作り出す）従来型プロセスにおいては特に明白である。このため、本発明の様々なシステムおよび方法実施形態は、流体流を作り出すために細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０と協働する、実質的に「下流」（すなわち、（例えば、図１Ｂに示したように）加工方向５に沿って）に配置された１つまたは複数のマニホールドと併せて使用可能となる。
【００２０】
本明細書に記載した様々な水流交絡加工システムおよび方法の実施形態は、１組の畝３００および谷（例えば、流体流と同一場所に位置する）を作り出すものであり、対応する流体流を生成する第１列のノズル開口部１２を画定する細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０を提供している。さらに、本明細書で詳細に説明するように、第２列のノズル開口部１４（より小さいノズル開口部径を有し、ねじれ形の「オフセット」構成で配列されている（例えば、図１Ａ、図１Ｂおよび図２に示した））によって作り出される流体流は、第１列のノズル開口部１２の流体流によって形成される畝３００の「ピーク」に衝撃を与えている。より小さい径を有するノズル開口部は、新しい顕著な線条を全く作り出すことなく最初の畝３００を緩和することを理解されたい（例えば、本発明の実験例に提示した、ならびに例えば図１１Ａ、図１１Ｂ、図１３Ａおよび図１３Ｂに示した共起（ｃｏ−ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ）分析の結果を参照）。さらに、他の実施形態（概して図１Ａに示した実施形態など）は、第２列のノズル開口部１４内のノズル開口部より小さな径を有する第３および第４列のノズル開口部１６を含んでいてよく、さらに第２列のノズル開口部１４から生じる可能性がある既に減少した畝３００および／または噴流線条をさらに減少させることが可能である。
【００２１】
図１Ｂに示したように、一部の実施形態は、不織布１１０を形成するために加工方向５に移動する１シートの布地材料１００を水流交絡加工するためのシステムを提供している。図１Ａに示したように、本システムは、各々のノズル開口部が水流交絡加工用流体の流れを前記シートの布地材料１００に向けるために動作可能に配置されている（概して、複数のノズル構成に対応する複数の相違する流れプロファイルを示している図６を参照）、複数の列のノズル開口部１２、１４、１６を含む細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０を備えている。図２に示したように、細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０内に画定された複数のノズル開口部は、一部の実施形態では、細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０の全幅に沿って間隔が開けられている第１列のノズル開口部１２を含んでいてもよい。第１列のノズル開口部１２のノズル開口部の各々は、第１径ｄ１を有している。前記複数のノズル開口部は、加工方向５における第１列のノズル開口部１２から下流に配置された第２列のノズル開口部１４をさらに含んでいる。第２列のノズル開口部１４もまた、細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０の全幅に沿って間隔が開けられていてもよい。さらに、図２に示したように、第２列のノズル開口部１４は、細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０の全幅に沿って第１列のノズル開口部１２から選択された距離（例えば、Ｓ／２）で片寄っていてよいが、これは第２列の各ノズル開口部の中心が前記第１列の各ノズル開口部の中心に比較して前記水流交絡加工用ジェットストリップ１０の全幅に沿って横方向に片寄っていることを意味している。これを言い換えると、加工方向に平行である第２列１４のノズル開口部の中心を通る線は、第１列１２の最も近いノズル開口部の中心を通る類似の線から選択された距離で横方向に片寄っている。さらに、第２列のノズル開口部１４の各々は、前記第１径ｄ１より小さい第２径ｄ２を有している。
【００２２】
様々な従来型水流交絡加工システムに関して本明細書で説明するように、第１列のノズル開口部１２から出る水流交絡加工用流体の流れ（例えば、図６を参照）は、加工中に１シートの布地材料１００内に畝３００を作り出す可能性がある。しかし、本発明の様々な実施形態によると、第２列のノズル開口部１４は、第２列のノズル開口部１４から出る水流交絡加工用流体の流れが畝３００の高さを低下させるように、（例えば、選択された距離Ｓ／２によって特徴付けられる片寄りで）動作可能に配置されている。例えば、図１０Ａ〜図１０Ｂは、例えば本発明の１つまたは複数のシステム実施形態を用いて製造されたサンプル不織布１１０ｂと比較した、コントロール不織布１１０ａ（その中に複数の畝３００を呈している）を示している。
【００２３】
一部のシステム実施形態では、概して図２に示したように、第２列のノズル開口部１４は、当該第２列のノズル開口部１４の各々の中心が第２列のノズル開口部１４の各々に最も近く位置する第１列１２の１対のノズル開口部の各々の中心から実質的に等距離にあるように、第１複数の開口部１２から選択された距離Ｓ／２で片寄っていてもよい。したがって、そのような実施形態によると、第１列のノズル開口部１２内の１対の隣接ノズル開口部の各中心間の距離を距離Ｓであると特徴付けると、第２列のノズル開口部１４の片寄りの選択された距離は選択された距離Ｓ／２であると特徴付けることが可能である。さらに、図２に示したように、一部の実施形態では、第２複数の開口部１４は、加工方向５において第１複数の開口部１２から、当該第１複数の開口部１２の隣接対の各中心間の距離Ｓの約２分の１の距離Ｌで間隔が開けられていてもよい。
【００２４】
一部の追加のシステムの実施形態（概して図１Ａ、図１Ｂおよび図２に示したもの）では、選択された距離（例えば、Ｓ／２）は、細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０の全幅に沿って第１列のノズル開口部１２の少なくとも１つの中心から、第２列のノズル開口部１４の最も近い１つのノズル開口部の中心から加工方向５に延びる線まで測定することが可能である。より詳細には、一部の実施形態において、選択された距離は、第１列のノズル開口部の各々の中心を通って延びる第１線と、第２列のノズル開口部の各々の中心を通って延びる第２線との間で規定された距離と実質的に同等であってもよい（例えば、図２に示したもの）。一部の実施形態では、選択された距離は、実質的にＳ／２（例えば、Ｓは、隣接ノズル開口部間の距離に対応している）より短くてもよい、または長くてもよい。例えば、一部の実施形態では、選択された距離は、加工方向５に平行に伸びる線が第１列のノズル開口部１２の１つの開口部の最も右の限度への接線であり、同様に第２列のノズル開口部１４の１つの最も左の限度への接線であるように、第１径ｄ１の２分の１および第２径ｄ２の２分の１の和以上であってよい。他のシステム実施形態では、選択された片寄りの距離は、第１径ｄ１以上、および第１径ｄ１および第２径ｄ２の和以上であってもよい距離を含むことが可能であるが、それらに限定されない。
【００２５】
本明細書で図２に関して説明するように、例えば、第１列のノズル開口部１２の各々は第１径ｄ１を有し、第２列のノズル開口部１４は第１径ｄ１より小さな第２径ｄ２を有している。第１列１２および第２列１４のノズル開口部におけるノズル開口部の様々な径ｄ１，ｄ２は、少なくとも一部には、不織布１１０を形成するためにノズル開口部によって生成される各流体流が布地材料１００に衝撃を与える衝撃力を決定するものである。本明細書で詳細に説明するように、第２（および横方向に片寄った）列のノズル開口部１４内のノズル開口部の径ｄ２は、第２列のノズル開口部１４が、例えば畝３００の高さおよび／または振幅を低下させられるように第１列のノズル開口部１２によって形成されるそのような畝３００のほぼ側方の場所で布地材料１００に衝撃を与える流体流を生成できるように、好ましくは対応する第１列のノズル開口部１２内のノズル開口部の径ｄ１より小さい。方程式(２)に対して本明細書で説明するように、流体流の衝撃力は流体流が発生させられる対応するノズル開口部の径の二乗に比例していることを見て取ることができる。さらに、本明細書で考察するように、ノズル開口部径と結果として生じる流体流の衝撃力との比例関係を使用すると、不織布１１０の表面上に形成される畝３００（「噴流線条」）を最適に水平にし、および／または低下させることが可能である（例えば、従来型水流交絡加工システムを使用して製造された（およびその中に明確に視認できる畝３００を呈している）コントロール不織布１１０ａを示している図１０Ａおよび本発明の１つの実施形態による４列システム（概して図１Ａに示した）を用いて製造された不織布１１０ｂを示している図１０Ｂを参照）。
【００２６】
一部の実施形態では、例えば図２に示したように、第１列のノズル開口部１２の各々は約１３０μｍの径ｄ１を有することが可能であり、第２列のノズル開口部１４の各々は約１００μｍ〜１３０μｍの径ｄ２を有することが可能である。図２に示した径の寸法ｄ１，ｄ２は単なる典型であることを理解されたい。一部の実施形態において、第１径ｄ１および第２径ｄ２は、第２径ｄ２が第１径ｄ１の少なくとも約３０％である実施形態、第２径ｄ２が第１径ｄ１の少なくとも約５０％である実施形態、第２径ｄ２が第１径ｄ１の少なくとも約６５％である実施形態、第２径が第１径ｄ１の約９５％以下である実施形態、第２径ｄ２が第１径ｄ１の約９０％以下である実施形態、および第２径ｄ２が第１径ｄ１の約８５％以下である実施形態を含むことができるが、それらに限定されない関係を用いてサイズ設定されている。他のシステム実施形態において、第１径ｄ１は、約１２０μｍ〜１６０μｍ（１２０μｍ、１２１μｍ、１２２μｍ、１２３μｍ、１２４μｍ、１２５μｍ、１２６μｍ、１２７μｍ、１２８μｍ、１２９μｍ、１３０μｍ、１３１μｍ、１３２μｍ、１３３μｍ、１３４μｍ、１３５μｍ、１３６μｍ、１３７μｍ、１３８μｍ、１３９μｍ、１４０μｍ、１４１μｍ、１４２μｍ、１４３μｍ、１４４μｍ、１４５μｍ、１４６μｍ、１４７μｍ、１４８μｍ、１４９μｍ、１５０μｍ、１５１μｍ、１５２μｍ、１５３μｍ、１５４μｍ、１５５μｍ、１５６μｍ、１５７μｍ、１５８μｍ、１５９μｍ、および１６０μｍの第１径ｄ１を含む）であってもよい。さらに、一部の実施形態において、第２径ｄ２は、約８０μｍ〜１４０μｍ（８０μｍ、８１μｍ、８２μｍ、８３μｍ、８４μｍ、８５μｍ、８６μｍ、８７μｍ、８８μｍ、８９μｍ、９０μｍ、９１μｍ、９２μｍ、９３μｍ、９４μｍ、９５μｍ、９６μｍ、９７μｍ、９８μｍ、９９μｍ、１００μｍ、１０１μｍ、１０２μｍ、１０３μｍ、１０４μｍ、１０５μｍ、１０６μｍ、１０７μｍ、１０８μｍ、１０９μｍ、１１０μｍ、１１１μｍ、１１２μｍ、１１３μｍ、１１４μｍ、１１５μｍ、１１６μｍ、１１７μｍ、１１８μｍ、１１９μｍ、１２０μｍ、１２１μｍ、１２２μｍ、１２３μｍ、１２４μｍ、１２５μｍ、１２６μｍ、１２７μｍ、１２８μｍ、１２９μｍ、１３０μｍ、１３１μｍ、１３２μｍ、１３３μｍ、１３４μｍ、１３５μｍ、１３６μｍ、１３７μｍ、１３８μｍ、１３９μｍ、および１４０μｍの第２径ｄ２を含む）であってもよい。他のシステム実施形態において、第１径ｄ１は、より好ましくは約１３０μｍであってもよく、第２径ｄ２は、より好ましくは約１１０μｍであってもよい。他のシステム実施形態において、第１径ｄ１は、より好ましくは約１１０μｍであってもよく、第２径ｄ２は、より好ましくは約９０μｍであってもよい。
【００２７】
図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、一部のシステム実施形態では、細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０内に規定された複数のノズル開口部は、加工方向５において第２列のノズル開口部１４から下流に配置された複数の列のノズル開口部１６をさらに含んでいてもよい。複数の列のノズル開口部１６の各々内のノズル開口部の各々は、細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０の全幅に沿って（例えば、距離Ｓで）間隔が開けられていてもよい。さらに、複数の列のノズル開口部１６の各々は、細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０の全幅に沿って上流列のノズル開口部から選択された距離（例えば、Ｓ／２）で片寄っていてもよい。図１Ａに示したように、複数の列のノズル開口部１６の各々は、第２径以下である径ｄ３，ｄ４を有していてもよい。したがって、第２列のノズル開口部１４から（加工方向５における）実質的に下流に配置された複数の列のノズル開口部１６は、直前（すなわち、上流）列のノズル開口部によって布地材料１１０内に形成された畝３００を減少させることのできる対応する流体流を生成可能である。
【００２８】
本発明の様々な実施形態は、不織布１１０を形成するために加工方向５に移動する１シートの布地材料１００を水流交絡加工するための方法をさらに提供している。１つの実施形態において、本方法は、布地材料１００を加工方向５に前進させる工程を含んでいる。概して図３に示すように、前進させる工程は、布地材料１００を運ぶために構成されたコンベヤーベルト２５を用いて遂行してもよい。また、布地材料１００（およびそこから結果として生じる不織布１００）は、完成不織布１１０をドライヤーまたは他の下流加工工程へ運ぶことのできる一連のドラム２０上に取り上げる工程によって前進させることも可能である。本方法は、布地材料１００に第１複数の流体流を受けさせる工程をさらに含んでいる。様々なシステムの実施形態に関して本明細書に記載したように、第１複数の流体流は、対応する第１列のノズル開口部１２によって生成することが可能である（図２を参照）。したがって、第１複数の流体流は、加工方向５に対して実質的に垂直に前記布地材料１００の全幅に沿って相互から間隔が開けられていてよい。第１複数の流体流は、前記第１複数の流体流の各々の間で前記不織布１１０の全長に沿って延びる複数の畝３００（例えば、図９を参照）を有する不織布１１０を形成するために、第１力強度で前記布地材料１００に衝撃を与えるように構成されていてもよい。
【００２９】
本発明の方法の実施形態は、加工方向５において第１複数の流体流から下流に配置された第２複数の流体流を不織布１１０に受けさせる工程をさらに含んでいる。第２複数の流体流は、不織布１１０における複数の畝３００の各々の高さを少なくとも部分的に減少させられるように、前記第２複数の流体流が、前記複数の畝３００に第１力強度より低い第２力強度で衝撃を与えるように、前記布地材料１１０の全幅に沿って前記第１複数の流体流から選択された距離で横方向に片寄っている。
【００３０】
本明細書に記載した様々な方法の実施形態の工程は、例えば、本明細書に記載したシステムの実施形態を用いて遂行可能である。例えば、一部の方法実施形態では、布地材料に第１複数の流体流を受けさせるための工程は、布地材料１００の全幅にわたって伸びる細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０内に画定された第１複数の開口部１２を通して流体を強制的に流す工程をさらに含んでいてもよい（例えば、典型的な細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０を示している図２を参照）。さらに、前記不織布に第２複数の流体流を受けさせる工程は、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０内に画定されて前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０の全幅に沿って前記第１複数の開口部１２から選択された距離（例えば、図２における距離Ｓ／２を参照）で片寄っている第２複数のノズル開口部１４を通して前記流体を強制的に流す工程をさらに含んでいてもよい。本発明の様々なシステムの実施形態に関して上記で記載したように、第２複数のノズル開口部１４は、第１複数のノズル開口部１２から前記第１複数のノズル開口部１２（および／または（加工方向５において）実質的に上流に配置された他の流体流「カーテン」）にて生成される流体流により形成される様々な畝３００（「噴流線条」）の高さを減少させ、および／または最小限に抑えることができるように、第１複数のノズル開口部１２（図２を参照）に対して（選択された距離（例えば、Ｓ／２）で規定された片寄りで）動作可能に配置されていてもよい。
【００３１】
本明細書に記載するように、本発明の様々な実施形態は、そのような流体流カーテンを利用して水流交絡加工プロセスを遂行するものである。流体流から布地材料１００の表面への効率的エネルギー移動は、総合的繊維交絡加工プロセスにおける効率性に寄与することを理解されたい。効率的エネルギー移動のためには、「高品質」流体流を生成できるノズルおよびノズル開口部を提供することは有用な可能性がある。本明細書の状況では、「高品質」流体流は、概して、相当に長い無傷長さ（長い崩壊長さ）を呈す流体流、および／または例えば３０〜４００ｂａｒの水流交絡加工において使用できる範囲のマニホールド圧に対して平行化されたままである流体流を意味している（図６Ａ〜図６Ｆを参照）。そのような高品質流体流は、実質的層流および外見上はガラス状外観を特徴とする「圧縮されたウォータージェット」を生成するために構成され、分離されたノズル流の結果として生じることが多い。必要な圧範囲にわたり実質的に層流のままである流体流を入手するためには、ノズルを通る水流をかき乱す大部分が壁誘発性の摩擦および／または渦度を軽減および／または緩和しなければならない。これは、ノズル内の流れがノズルの内壁から分離されている場合に可能である（図４を参照）。そのような分離は、流体の流れが水流交絡加工用ジェットストリップ１０内に画定されたノズルに進入すると、突然強制的に９０度回転させられる場合に達成可能となる。動作圧範囲にある圧縮されていない流体流は、それらがノズル開口部を出るとすぐにそれらのエネルギーが容易に分散されるように、急速に噴霧に変化させてもよいことに留意されたい。
【００３２】
本発明の様々な実施形態によると、様々な列のノズル開口部１２，１４，１６を構成するノズル開口部は、高品質および／または高度に平行化された流体流（例えば、図６Ａ〜図６Ｆに描かれた流体流など）を生じさせる「圧縮された流体流」を生成するために構成されている水流交絡加工用ジェットストリップ１０（例えば、図８Ｂに示したノズル断面を参照）内に画定されたノズルと流体連絡していてもよい。そのような一部の実施形態において、ノズルは、参照により全体として本明細書に組み込まれる、「Ｈｙｄｒｏｅｎｔａｎｇｌｉｎｇ Ｊｅｔ Ｓｔｒｉｐ Ｄｅｖｉｃｅ Ｄｅｆｉｎｉｎｇ Ａｎ Ｏｒｉｆｉｃｅ」と題する米国特許公開第２００６−０１２４７７２号に開示されている構成などのノズル構成を含んでいてもよい。
【００３３】
さらに、圧縮された流体流の径ｄｊは、
【数１】
（式中、Ｃｄ≒０．６２は、圧縮された流体流を生成する好ましくは縁の薄いキャピラリーノズルの吐出係数であり、ｄｎはノズル入口径である）と表すことができる。従来型の最も多く使用されるノズルの入口径ｄｎは、約１００μｍの径の流体流を生じさせる１３０μｍである（例えば、図５を参照）。上述したように、高品質水流交絡加工用流体流は、相当に長い崩壊長さを備えて生成できる。それらが布地材料１００に衝突する瞬間の流体流の径（例えば、ノズル開口部の出口から約５ｃｍ）は、ノズル開口部の出口平面での流体流の径
【数２】
とほぼ同一である。流体流の衝撃力Ｆは、それが噴霧に崩壊しない限り、その速度Ｖおよび流量
【数３】
に対して線形比例している可能性がある。
【数４】
（式中、
【数５】
である）。圧縮された流体流の速度は十分な精度で、Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉの方程式
【数６】
によってその岐点圧（ｓｔａｇｎａｔｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）から計算できる。ここでｐおよびρは各々、マニホールドのゲージ圧および液体比重である。方程式（２）から、流体流によって付与される衝撃力はその径の二乗に比例している（およびそれによりノズル開口部の径の二乗に比例している）ことを見て取ることができる。本明細書で考察するように、この流体流の衝撃力と流体流の径との関係を使用すると、水流交絡加工不織布１１０の表面上に形成された畝３００の高さを減少させることができる。詳細には、本発明の様々な実施形態は、噴流線条を形成する畝３００に衝撃を与え、連続的により小さな径を有する流体流を含む一連の流体流カーテンを生成するように構成されている。
【００３４】
しかし、ノズル開口部の径（および結果として生じる流体流）を減少させるとより短い崩壊長さを有する流体流の形成を生じさせる可能性があることに留意されたい。本明細書で考察するように、噴流の無傷長さは、一部の実施形態では、崩壊する前に布地材料１００に到達するためには少なくとも５ｃｍでなければならない。このため、効果的な水流交絡加工用ジェットストリップ１０を設計するために使用できる径の範囲を試験するために、単一流体流プロファイルの製造およびイメージングを可能にする試験セットアップを設計かつ構築した。この試験セットアップを使用すると、様々なノズル開口部（およびそれと連絡しているノズル）からそれらの軸に沿った相違する圧力ならびにそれらの衝撃力で流出する流体流のプロファイルを試験することが可能となる。図５Ａ〜図５Ｂは、１００ｂａｒの圧力で６５μｍ（図５Ａを参照）および１３０μｍ（図５Ｂを参照）の相違する入口径を有する２つの類似ノズルから流出する２つの相違する流体流のプロファイルを示している。６５μｍの入口径を備えるノズルから流出する流体流は５ｃｍを超える見掛けの崩壊長さを有することを見て取ることができる。したがって、約６５μｍを超えるほとんどのノズル入口径は、使用可能なノズル入口径の範囲内に含まれるはずである。
【００３５】
布地材料１００に与える様々な流体流の衝撃力を測定して運動量方程式（方程式（２））によって本発明者らの理論予測値を比較するため、実験装置には、（１）圧縮ロードセル、（２）正確な高さ調節能力を有するロードセルホルダー、および（３）パーソナルコンピューターもしくは他のコンピューター装置によって制御されるデータ収集システム、を備えることが可能である。様々な典型的な流体流の衝撃力をそれによって測定し、図７にプロットした。平板（移動する布地材料１１０の相当に平坦な面を表す）を用いた衝撃後に流体流が９０度偏向することを想定して、これらの流体流の理論的衝撃力を計算し、比較のために図７にプロットした。上述したように、噴流が崩壊すると、その運動量は何千個もの微細液滴に分割され、その衝撃力は分散される。図７に示した結果は、ノズル出口から特定距離だけ離れた後の６５μｍの径を有するノズルからの噴流の衝撃力における低下を明らかにしていることを留意されたい。それでもなお、この噴流の衝撃力は依然としてその長さの最初の１０ｃｍ（すなわち、その「無傷」長さ）については方程式（２）の理論的結果と一致している。
【００３６】
布地材料１００への流体流の衝撃力は、平板について入手された上記のデータとは数値的に相違することを理解されたい。しかし、上記の衝撃力とノズル開口部径との比例関係は依然として有効であり、これらの結果は１つまたは複数の列１２，１４，１６のノズル（対応するノズル開口部と連絡している）を画定する最適な細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０を設計するために定性的に使用可能である。
【００３７】
また、本発明は、本発明の方法によって調製された水流交絡加工不織布１１０をさらに提供している。本発明の布地は、噴流線条の減少した高さ、したがって噴流線条の減少した光学視認性によって特徴付けられている。これらの布地は、公知の水流交絡加工不織布と比較して長所である引張強度特性および引裂強度特性もまた有している。例えば、一部の実施形態では、様々な方法および／またはシステムの実施形態において、少なくとも１つの水流交絡加工用ジェットストリップ１０に隣接させて加工方向５に１シートの布地材料１００を移動させることによって製造された不織布を提供することが可能である。そのような一部の実施形態において、それによって製造された不織布１１０は、加工方向５に対して実質的に平行に延び、減少した高さ（例えば、不織布１１０の光学的「スジむら（ｓｔｒｅａｋｉｎｅｓｓ）」における５０％〜８０％の減少（例えば、図１６および１７に図示した）によって指示できる）を有する複数の畝３００を含んでいてもよい。この「スジむら」の減少は、各畝３００と前記畝３００の横方向に隣接して配置された各「谷」との間のグレースケールコントラストの減少として視認および／または定量することが可能である。より特別には、典型的には「明るい」畝３００と、布地材料１００に衝撃を与える１つまたは複数の流体流によって「谷」の指標となることがある隣接する「暗い」領域との間のコントラストの減少を定量するためには共起分析を実施することが可能である。本発明の一部の実施形態によって達成される畝３００の減少の定量的尺度を入手するためには、共起テクスチャ分析法を利用可能である。例えば、不織布１１０サンプルは、イメージして、例えば、参照により全体として本明細書に組み込まれるＳｈｉｍ，Ｅ．，ａｎｄ Ｐｏｕｒｄｅｙｈｉｍｉ，Ｂ．，（２００５）によるＴｅｘｔｉｌｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｊｏｕｒｎａｌ ７５（７）：５６９−５７７に記載された共起法を用いて分析することができる。そのような典型的な分析の結果は、（本明細書に提示した実験例に記載したように）図１１Ａ、図１１Ｂ、図１３Ａ、および図１３Ｂに示した。
【００３８】
一部の実施形態では、不織布１１０は、（従来型水流交絡加工法を用いて製造されたコントロール布地と比較した場合に）引裂強度の実質的増加を示す可能性がある。例えば、実験例に関して本明細書において記載したように、本発明の様々な実施形態を用いて製造されたサンプル不織布１１０は、従来型水流交絡加工法を用いて製造されたコントロール不織布より約１５％〜約５０％高い引裂強度を示した。さらに、そのような一部の実施形態では、不織布１１０は従来型水流交絡加工法を用いて製造された不織布が示した匹敵する引張強度より実質的に小さくない、加工方向５に対して実質的に平行な方向の引張強度を示すことが可能である。
【００３９】
以下の実験例は、例として提示するものであり、限定するためではない。
【実施例】
【００４０】
本発明の様々なシステムおよび方法の実施形態の性能を試験するために、１５μｍの平均径を有するナイロン／ＰＥＴ複合繊維のスパンボンドウェブは、ノースカロライナ州ローリーに所在するノースカロライナ州立大学（ＮＣＳＵ）の不織布共同研究センター（ＮＣＲＣ）の不織布研究室において調製された。スパンボンディングは、繊維製造および布地製造が結合されているので、原料１００（熱可塑性ポリマー）から完成不織布１１０を製造するための一段階プロセスを提供する製造技術である。スパンボンド布地の基本重量Ｗｂ（単位面積質量として規定された）は、典型的には１０〜２００ｇ／ｍ２の間にある。ここで製造された布地１１０は、約１５０ｇ／ｍ２の基本重量を有している。
【００４１】
本発明の１つの特定の実施形態の概念を証明するために、布地材料１００が通過する最終マニホールド（例えば、図２におけるマニホールド３番）内の４列の細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０であった（例えば、図１Ａに示したジェットストリップなど）（このとき、ｄ１＝１３０μｍ、ｄ２＝１１０μｍ、ｄ３＝ｄ４＝１００μｍ）。このマニホールドのために考察された動作圧は２００ｂａｒであった。スパンボンドウェブは、概して図３に示したシステムを通る３回の通過について４つのマニホールド（図２に示したマニホールド２番から５番）およびそれと係合する、対応する水流交絡加工用ジェットストリップを用いて１５０ｂａｒの圧力で予備交絡させた。本実施例では、マニホールド１番（図３を参照）は、より良好な交絡加工のために布地材料１００を「予備湿潤」させるために使用され、全実験ランを通して３０ｂａｒの動作圧で作動させたことに留意されたい。約１５０ｇ／ｍ２の基本重量を有する商業的水流交絡加工布地は、通常は、許容できる交絡度を達成するために１０〜１５個のマニホールドを用いて処理されることを理解されたい。このため、布地材料１００を予備交絡させるために３×４個のマニホールドが含まれた。この実験例（コントロール布地およびサンプル布地が比較された）に使用した動作圧は、２００ｂａｒ（図３におけるマニホールド５番）であった。図１０は、４列の細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０（概して図１Ａに示した）を用いた処理の前（コントロール布地）および後の結果として生じる不織布１１０を示している。細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０を使用すると、完成不織布１１０内の畝３００（「噴流線条」）が顕著に減少することを見て取ることができる。
【００４２】
本発明の一部の実施形態によって達成される畝３００の減少の定量的尺度を入手するために、テクスチャ分析法を利用した。例えば、各不織布１１０のサンプルの５つの相違する領域をイメージして、例えば、参照により全体として本明細書に組み込まれるＳｈｉｍ，Ｅ．，ａｎｄ Ｐｏｕｒｄｅｙｈｉｍｉ，Ｂ．，（２００５）によるＴｅｘｔｉｌｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｊｏｕｒｎａｌ ７５（７）：５６９−５７７に記載された共起法を用いて分析することが可能である。不織布１１０は、より良好な視認性を得るためにマクロ暗視野照明を用いて照明した。畝３００の周期性を評価するためには、空間的共起分析を実施した。共起分析を実施する前に、画像をグレースケールに変換させ、分析のために４００ピクセル×４００ピクセルのサイズを有する中心部分を選択した。
【００４３】
共起分析の結果（例えば、図１１Ａ〜図１１Ｂに示した）、コントロール不織布において畝３００について約６００μｍの期間で発生する主ピークの存在を明らかにしている。図１１に示したように、本発明の１つの実施形態によるシステムを用いて処理したサンプル不織布１１０から入手した対応する共起分析の結果は、統計的有意に減少した高さおよび／または振幅を有する畝３００を示す共起分析の結果を示している。
【００４４】
本明細書で記載するように、連続列のノズル開口部１２，１４，１６内のノズル開口部の径（ｄ１，ｄ２）の様々な組み合わせを使用すると、完成不織布１１０内の畝３００（「噴流線条」）の高さの全体的減少を最適化することが可能である。噴流線条の除去を改善する径の組み合わせを調査するために、単純化された２列の細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０（例えば、図２を参照）について考察した。この特定の実験例の目的で、第１列のノズル開口部１２内のノズル開口部の径ｄ１はｄ１＝１３０μｍで一定に維持したが、第２列のノズル開口部１４内のノズル開口部の径ｄ２は１０μｍの増分で１００μｍ〜１３０μｍに変動させた（例えば、図２を参照）。
【００４５】
便宜性のために、本発明のシステムの２列実施形態を用いて製造された完成不織布１１０を以下では「サンプル」と呼ぶ。図１２Ａ〜図１２Ｅは、「２列」の細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０（概して、図２に示した）を用いて製造されたサンプル不織布１１０の一連の画像を示している。図１２Ａ〜図１２Ｅに図示したように、畝３００の噴流線条の減少は裸眼で視認できる。さらに、図１３Ａに示した共起分析の結果は、不織布１１０内の畝３００の高さにおける定量的減少が有意であることを確証している（例えば、「サンプル１１０」内の各畝３００と隣接「谷」との間の光学的コントラストにおける実質的減少を参照）。図１３Ｂに示した出力値は、概して、完成不織布１１０内の畝３００の噴流線条の強度を表している。入手した出力曲線は、不織布１１０内の畝３００の周期性（例えば、６００μｍ毎に発生する）を表し、各曲線の高さはその優勢性を示している。これを要約すると、「出力」は、概して対応するコントラスト曲線から入手した振幅を示している。したがって、図１３Ｂは、本発明の典型的な実施形態が完成不織布１１０内の「噴流線条」の強度を顕著に減少させたことを強く示している。
【００４６】
一般に、不織布内の噴流線条の存在が布地の引裂抵抗を弱化させる可能性があることは知られている。図１４Ａ〜図１４Ｄは、不織布の断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示している。これらのＳＥＭ画像は、繊維がこれらの領域から押し出されるにつれて布地の厚さが隣接畝３００（「噴流線条」）間に配置された「谷」内で減少することを明白に示している。さらに、ノズル開口部によって生成された流体流の衝撃によって作り出される約６００μｍの間隔を備えるコントロール布地内の深い溝（図１４Ａ〜図１４Ｂ）にもまた注目されたい。６００μｍは、さらに本研究で使用したノズル開口部間の間隔でもあることに留意されたい。これらの谷もしくは溝は、不織布１１０内で応力集中を引き起こし、これにより、加工方向５における布地１１０の引裂抵抗を減少させる可能性がある。そのような不均質性は、不織布１１０の繊維がより良好に拡散させられるので、本発明のシステムおよび方法実施形態を用いて製造される「サンプル１１０」内では非常に減少させられることになる（例えば、図１４Ｃ〜図１４Ｄを参照）。
【００４７】
不織布１１０の強度を改善する際の本発明の実施形態の定量的効果について試験するために、加工方向５においてサンプルの引裂抵抗を評価し、コントロール布地の対応する引裂強度と比較した。引裂試験は、試験前に引裂が開始されている布地試料を引裂くために必要とされる力を測定するものである。より特別には、ＡＳＴＭ Ｄ２２６１−９６の「タング（シングルリップ）法による布地の引裂強度の標準試験方法（定速伸長引張試験機）」に従って、不織布１１０の長方形の試験片（７５ｍｍ×２００ｍｍ）は、２枚舌形または「ズボン形」試験片を形成するために長縁の中央をプレカットした。１枚の舌は機械の下つかみ具内にクランプし、他方の舌は上つかみ具内にクランプした。測定中に、つかみ具間の距離は増加し、布地に適用される力は、つかみ具が移動するために、引裂を伝播させる。図１５Ａ〜図１５Ｂは、コントロールおよび「サンプル１１０」の不織布１１０内の破断伝播を表している２枚の試験片を示している。破断は、コントロール布地の場合には畝３００（「噴流線条」）に沿って伝播することを見て取ることができる（図１５Ａを参照）。これは、噴流線条が、概して加工方向５に整列している最小抵抗の領域を作り出すためである。しかし、サンプル１１０（図１５Ｂを参照）の場合には破断フロントは直線状で伝播しなかった。この場合の引裂は、必ずしも加工方向５にはない最小抵抗の進路に従う傾向がある。
【００４８】
引裂試験中には、クランプを移動させるために必要とされる力もまた記録した。図１６は、コントロールおよび「サンプル１１０」の不織布１１０の５つの複製物について引裂試験を実施する工程から入手した力歪み曲線を示している。結果は、より良好に比較するためにコントロール布地の平均抵抗を用いて標準化した。本発明の実施形態を用いて製造された布地の引裂抵抗における約２５％（および、一部の場合には５０％まで）の改良は明白である。類似の試験は、同様に本発明の様々な実施形態を用いて製造された「サンプル１００」、「サンプル１２０」、および「サンプル１３０」についても実施した。これらの結果は、概して共起実験の結果と一致し、「サンプル１１０」が最も一様な表面および最高の引裂抵抗を有することを明らかにしている。荷重値は歪みとともに急速に増加し、約１００％の伸長後にプラトーに達し、そこから試験片の不織布１１０が完全に破断されるまで変動し始める。荷重値における初期増加は、破断フロントの移動を伴わずに布地に張力をかけるために必要とされる力である。引裂抵抗は、破断が発生するまで、破断フロントが試験片の末端（すなわち、約１００％の伸長）に向かう移動を開始する点から平均化される。コントロール布地の平均荷重値を使用すると、よりよく比較するために全サンプルの引裂抵抗を標準化することができる。サンプルの平均標準化引裂抵抗および対応する標準偏差は、以下の表１に示される。
【００４９】
【表１】
【００５０】
当業者であれば理解できるように、水流交絡加工布地は引張荷重に対する強さを保持することが重要である。布地の引裂抵抗を改良することが布地の引張特性を損なわせないことを保証するのに重要である。この理由から、本発明の典型的な実施形態を用いて製造された全不織布１１０サンプルは、「繊維製品の破断荷重および伸長についての標準試験方法（ストリップ法）」と題するＡＳＴＭ Ｄ５０３５−９５に記載された引張試験方法を用いて試験した。この試験は、引張方向に繊維製品試験片を引裂くために必要とされる力を報告するものである。本方法に従うと、不織布１１０の長方形の試験片（２５ｍｍ×１５０ｍｍ）は、長手を加力の方向に平行にして引張試験機の上および下つかみ具上に取り付けられている。つかみ具間の距離は、試験片に加えられる力によって引き起こされる布地の破断が発生するまで増加させられる。繊維製品試験片を破断させるために必要とされる力および試験片の伸長が測定中に報告される。
【００５１】
図１７は、コントロールおよびサンプル１１０の不織布１１０の５つの複製物について上記に参照した引裂試験を実施する工程から入手した力歪み曲線を示している。これらの結果は、より良好に比較するためにコントロール不織布の最大平均引張強度を用いて標準化した。図１７は、加工方向５におけるサンプル１１０の引張特性に実質的変化はないことを明らかにしている。サンプル１１０、サンプル１２０、およびサンプル１３０の標準化平均引張強度を比較のために表２に示した。これらの数値は、より良好に比較するためにコントロール布地の平均最大（破断時）引張強度を用いて標準化した。サンプル布地が引張特性における実質的な減少を全く示していないことは明白である。
【００５２】
【表２】
【００５３】
上記の説明および関連する図面に提示した教示の利点を有する、本明細書に記載した本発明の多数の変形およびその他の実施形態は、これらの発明が関係する当業者であれば思いつく。このため、本発明は、本明細書に開示した特定の実施形態には限定されないこと、変形およびその他の実施形態は添付の特許請求項の範囲内に含まれることが意図されると理解されたい。本明細書では特定の用語を使用しているが、それらは包括的かつ説明的意味でのみ使用され、限定する目的で使用されているものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１Ａ】本発明の１つの実施形態によるもので、不織布を形成するために加工方向に移動している１シートの布地材料を水流交絡加工するためのシステムの非限定的な略上面図である。
【図１Ｂ】本発明の１つの実施形態によるもので、不織布を形成すべく、加工方向に移動している１シートの布地材料を水流交絡加工するためのシステムの非限定的な略上面図である。
【図２】本発明の１つの実施形態によるもので、複数のノズル開口部を含む細長い水流交絡加工用ジェットストリップの非限定的な概略図である。
【図３】本発明の１つの実施形態による、不織布を形成するために様々な水流交絡加工用流体の流れを１シートの布地材料に向けるための対応する複数の水流交絡加工用ジェットストリップと流体連絡していてよい複数のマニホールドを含む水流交絡加工もしくは「スパンレーシング」システムの非限定的な概略図である。
【図４】本発明の１つの実施形態によるもので、水流交絡加工ノズル内の典型的な高品質流体流の流れの非限定的な概略図であり、この場合、前記流れはノズルの内壁から分離されている。
【図５Ａ】本発明の１つの実施形態によるもので、１００ｂａｒの圧力で実質的には約６５μｍの入口径を有するノズルから出てくる流体流の非限定的プロファイルを示した図である。
【図５Ｂ】本発明の１つの実施形態によるもので、１００ｂａｒの圧力で実質的には約１３０μｍの入口径を有するノズルから出てくる流体流の非限定的プロファイルを示した図である。
【図６】（ａ）３５ｂａｒ、（ｂ）７０ｂａｒ、（ｃ）１００ｂａｒ、（ｄ）１３５ｂａｒ、（ｅ）１７０ｂａｒ、および（ｆ）２００ｂａｒを含む様々な圧力で１３０μｍの径を有する典型的な水流交絡加工ノズル開口部によって生成される流体流（すなわち、「ウォータージェット（ｗａｔｅｒｊｅｔ）」）の非限定的プロファイルを示した図である。
【図７】本発明の１つの実施形態によるもので、１００ｂａｒの圧力で、各々６５μｍおよび１３０μｍの径を有するノズル開口部によって生成される流体流（すなわち、「ウォータージェット」）によって付与される衝撃力強度の非限定的プロットを示した図である。
【図８Ａ】実質的に約１３０μｍの入口径を有する水流交絡加工ノズルの非限定的な走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示した図である。
【図８Ｂ】水流交絡加工ノズルの非限定的な走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示した図である。
【図８Ｃ】所定の出口径を有する水流交絡加工ノズルの非限定的な走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示した図である。
【図９】従来型の水流交絡加工システムによって形成される可能性があり、その表面上で視認可能な畝および／または噴流線条を有する水流交絡加工布の非限定的な写真である。
【図１０Ａ】従来型水流交絡加工システムを使用して製造されたコントロール不織布の非限定的な画像である。
【図１０Ｂ】本発明の様々なシステムおよび方法実施形態の１つを用いて製造されたサンプル不織布の非限定的な画像である。
【図１１Ａ】図１０Ａ〜図１０Ｂに示したコントロールおよびサンプル不織布に対応する非限定的な共起曲線を示した図である。出力値は、コントロール不織布の出力値を用いて標準化されている。
【図１１Ｂ】図１０Ａ〜図１０Ｂに示したコントロールおよびサンプル不織布に対応する周期性曲線を示した図である。出力値は、コントロール不織布の出力値を用いて標準化されている。
【図１２Ａ】従来型水流交絡加工システムを使用して製造されたコントロール不織布で非限定的な画像である。
【図１２Ｂ】本発明の様々なシステムおよび方法の実施形態の１つを用いて製造されたサンプル不織布１００の非限定的な画像である。
【図１２Ｃ】本発明の様々なシステムおよび方法の実施形態の１つを用いて製造されたサンプル不織布１１０の非限定的な画像である。
【図１２Ｄ】本発明の様々なシステムおよび方法の実施形態の１つを用いて製造されたサンプル不織布１２０の非限定的な画像である。
【図１２Ｅ】本発明の様々なシステムおよび方法の実施形態の１つを用いて製造されたサンプル不織布１３０の非限定的な画像である。
【図１３Ａ】コントロール不織布ならびにサンプル不織布１００、サンプル不織布１１０、サンプル不織布１２０、およびサンプル不織布１３０の非限定的な共起曲線を示した図である。出力値は、コントロール不織布の出力値を用いて標準化されている。
【図１３Ｂ】コントロール不織布ならびにサンプル不織布１００、サンプル不織布１１０、サンプル不織布１２０、およびサンプル不織布１３０の非限定的な周期性曲線を示した図である。出力値は、コントロール不織布の出力値を用いて標準化されている。
【図１４Ａ】「コントロール不織布」および「サンプル不織布」の非限定的な倍率３０倍のＳＥＭ画像であって、「コントロール不織布」の断面画像および等角画像が示されている。
【図１４Ｂ】「コントロール不織布」および「サンプル不織布」の非限定的な倍率３０倍のＳＥＭ画像であって、「コントロール不織布」の断面画像および等角画像が示されている。
【図１４Ｃ】「コントロール不織布」および「サンプル不織布」の非限定的な倍率３０倍のＳＥＭ画像であって、「サンプル不織布」の断面画像および等角画像が示されている。
【図１４Ｄ】「コントロール不織布」および「サンプル不織布」の非限定的な倍率３０倍のＳＥＭ画像であって、「サンプル不織布」の断面画像および等角画像が示されている。
【図１５Ａ】加工方向における引裂試験後のコントロール不織布の非限定的な画像である。
【図１５Ｂ】加工方向における引裂試験後のサンプル不織布１１０の非限定的な画像である。
【図１６】コントロール不織布およびサンプル不織布１１０の５回の反復実験についての標準化した引裂強度試験結果対歪みの非限定的プロットであり、データは、コントロール不織布の平均引裂抵抗を用いて標準化されている。
【図１７】コントロール不織布およびサンプル不織布１１０の５回の反復実験についての標準化した引張強度試験結果対歪みの非限定的プロットであり、結果は、コントロール不織布の平均最高引張抵抗を用いて標準化されている。
【図１】
【技術分野】
【０００１】
本発明の様々な実施形態は、概して、不織布を製造するための水流交絡加工プロセスの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
水流交絡（ｈｙｄｒｏｅｎｔａｎｇｌｅｍｅｎｔ）もしくは「スパンレーシング」は、布地を直接的に形成するためにばらばらな繊維のウェブを機械的にボンディングさせるために使用されるプロセスである。そのようなクラスの布地は、人工的に作り出される布地の「不織布」ファミリーに属している。水流交絡加工の基礎にある機序は、繊維に高速の流体流の連続的な塊によって作り出される不均質な圧力場を受けさせることである。繊維が隣接繊維と接触している間に流体流が繊維に及ぼす衝撃は、隣接繊維を移動させるとともに回転させ、それによって繊維の交絡を引き起こすことである。これらの繊維の相対移動中に繊維の一部は他の繊維に巻き付き、および／または他の繊維と絡み合って、少なくとも一部には相互作用している繊維間の摩擦力に起因して、強力な構造を形成するものである。結果として生じる生成物は、交絡加工繊維から形成される高度に圧縮された均質な布地である。そのような水流交絡加工布は、しばしば高度に柔軟性でありながら、極めて強度があり、概して織物およびニット布に比して性能の優れた対応物である。そこで水流交絡加工プロセスは、布地を製造する他の方法にとっての高速かつ低コストの代替法である。水流交絡加工機械は、例えば、１分間当たり約７００メートル以上という高速で布地を製造できるが、このとき布地の幅は約１〜約６メートルであってよい。作動中、水流交絡加工プロセスは、流体流を形成すべく、開口部（オリフィス）を通して選択された圧力で水を分注するためのマニホールドと係合したストリップ内に規定された開口部を通して加圧水を方向付けることによって生成されるコヒーレント高速流体流の特性に左右されることになる。
【０００３】
従来型の水流交絡加工システムでは、単一マニホールドストリップが、実質的に同一の流体流を作り出すために同一サイズの２列の開口部を画定している。さらに、一連のマニホールドを利用するのが典型的であるが、このとき各マニホールドは、先行流体流より高い圧力によって駆動される水流交絡加工用流体流を生じさせている。しかし、そのような従来型システムでは、整列した流体流は不織布において「噴流線条（ｊｅｔ ｓｔｒｅａｋ）」を作り出している。詳細には、最終列の流体流は不織布において線条を作り出すが、なぜなら最終列の流体流は最大圧力で作動し、したがって不織布に最大力で衝撃を与え、完成布地１１０において流体流の衝撃領域間の間腔において畝（リッジ）３００（すなわち、「噴流線条」）（図３を参照）を作り出すからである。同様に、そのような従来型システム内の最終マニホールドの後には加工要素および／または流体流が存在しないので、最終セットの流体流によって作り出された噴流線条は乱されないままで残存し、そのようなシステムによって生成された完成不織布製品中に存在することになる。
【０００４】
従来型水流交絡加工システムによって作られる畝３００および／または噴流線条は、製造された布地の審美性および構造的完全性が重要であるほとんどの用途において望ましくない。例えば、畝は、例えばウィンドトリートメント（窓廻り装飾）または室内装飾用途におけるように、布地が光線に曝されると明白に目に見ることが可能である。しかし、水流交絡加工布における噴流線条を排除および／または減少させることは、不織布の製造業者にとって依然として厄介な問題であった。水流交絡加工布上に一様な表面を得るための１つの従来方法は、流体流カーテン内に規則的間隔で横振動を導入することを含んでいる（例えば、米国特許第６，１０５，２２２号を参照）。この方法は、マニホールドを横方向（布地の加工方向に垂直）に振動させる工程を含んでいる（本明細書でより詳細に説明されている）。そのような技術における振動運動は、マニホールドを往復運動装置（例えば、振動器）に接続することによって調節されることになる。この方法は、高額の資本投資ならびに重いマニホールドを振動させるための追加のエネルギー源を必要とする。さらに、そのような技術の最終的結果は、線状隆起もしくは噴流線条を「ジグザグ」パターンへ変化させはするが、現実にはそのような線条を排除することなく、および／または高さを低下させることはない。業界において実践されているまた別の従来法は、ねじれ形配列にある、同一径のノズルを有する４列式ノズルストリップの導入を含んでいる（例えば、米国特許第６，５７１，４４１号を参照）。この方法にもまた、幾つかの技術的問題がある。第１に、すべてのノズルが同一径を有しているので、結果として生じる流体流は同一衝撃エネルギーを有し、最終列のノズルによって惹起される噴流線条は永続的に布地上に残ったままになる。また第２に、そのような技術は、指定マニホールドの水消費量を４倍に増加させることになる。
【０００５】
完成不織布における噴流線条を減少させ、および／または防止する追加の試みについてはほんの少数の報告がある。しかし、これらの水流交絡加工システムは、商業的に実行するには非効率であるか、または費用がかかり過ぎるかのいずれかであることが実証されている。これらには、米国特許第６，８７７，１９６号（垂直方向に対して（布地の両側に向かって）２つの反対オフセット角を備える流体流が開示されている）；米国特許第６，２５３，４２９号（布地が、布地に対して様々な角度に配置されたマニホールドを備える一連の回転ドラム上を移動するシステムを開示している）；および米国特許第６，５５７，２２３号（振動マニホールドと結合されたドラムの上方で布地を横に移動させるシステムを開示している）に開示された方法が含まれている。
【０００６】
そこで従来型水流交絡加工システムに固有の技術的問題を考慮に入れると、不織布製品における噴流線条の発生および／または大きさを確実に減少させる経済的かつ実践的システムおよび方法に対する必要性が存在する。
【発明の開示】
【０００７】
本発明の実施形態は、上記に列挙した必要を満たし、以下に記載する他の長所を提供するものである。本発明の実施形態は、不織布を形成するために加工方向に移動する１シートの布地材料を水流交絡加工するためのシステムを含むことが可能である。詳細には、一部の実施形態では、本システムは、複数のノズル開口部を含む細長い水流交絡加工用ジェットストリップを備えており、前記複数のノズル開口部の各々は、水流交絡加工用流体の流れを前記シートの布地材料に向けるために動作可能に配置することが可能である。前記複数のノズル開口部は、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って間隔が開けられた第１列のノズル開口部を備えている。さらに、第１列のノズル開口部内のノズル開口部の各々は第１径を有している。
【０００８】
複数のノズル開口部は、加工方向において前記第１列のノズル開口部から下流に配置された第２列のノズル開口部をさらに備えている。一部のシステム実施形態では、前記第２複数の開口部は、加工方向において前記第１複数の開口部から前記第１複数の開口部の隣接対の各中心間の距離の約２分の１の距離で間隔が開けられて（すなわち、下流に配置されて）いてよい。第２列のノズル開口部もまた、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って間隔が開けられているが、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って前記第１列のノズル開口部から選択された距離で片寄っている。さらに、第２列のノズル開口部のノズル開口部の各々は、前記第１径より小さい第２径を有している。本明細書に記載するように、前記第１列のノズル開口部から出る水流交絡加工用流体の流れは、前記シートの布地材料に畝（「噴流線条」としても知られる）を作り出している。本発明の様々な実施形態によると、第２列のノズル開口部は、前記第２列のノズル開口部から出る水流交絡加工用流体の流れが畝の高さを低下させ、それによって完成不織布における「噴流線条」の発生を低下させるように、動作可能に配置されている。
【０００９】
本発明の様々なシステムの実施形態によると、第１および第２径（各々、第１列および第２列のノズル開口部に対応する）は、様々な径および／または径関係で提供することが可能である。例えば、このような実施形態は、第２径が第１径の少なくとも約３０％である実施形態、第２径が第１径の少なくとも約５０％である実施形態、第２径が第１径の少なくとも約６５％である実施形態、第２径が第１径の少なくとも約９５％である実施形態、第２径が第１径の約９０％以下である実施形態、および第２径が第１径の約８５％以下である実施形態を含むことが可能であるが、それらに限定されない。様々なシステム実施形態は、開口部が選択された最適な径によって画定される第１および第２列のノズル開口部もまた提供することが可能である。例えば、このような実施形態には、第１径が約１２０μｍ〜１６０μｍであり、かつ第２径が８０μｍ〜１４０μｍである実施形態、第１径が約１３０μｍであり、かつ第２径が約１１０μｍである実施形態、および第１径が約１１０μｍであり、かつ第２径が約９０μｍである実施形態が含まれるが、それらに限定されない。
【００１０】
一部のシステムも実施形態によると、第２列のノズル開口部は、前記第２列のノズル開口部の各々の中心が第１列の最も近い対のノズル開口部の中心間と実質的に等距離であるように、前記第１複数の開口部から選択された距離で片寄っていてもよい。他の実施形態では、選択された距離（本明細書で記載するように、第２列のノズル開口部の片寄りを決定する）は、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って、前記第１列のノズル開口部の少なくとも１つの開口部の中心から、前記第２列のノズル開口部の最も近い１つの開口部の中心から加工方向に延びる線まで測定可能である。より詳細には、一部の実施形態では、選択された距離は、前記第１列のノズル開口部の各々の中心を通って延びる第１線および前記第２列のノズル開口部の各々の中心を通って延びる第２線の間で規定された距離と実質的に同等であってよい。一部の実施形態では、選択された距離は、第１径の２分の１および第２径の２分の１の和以上である選択された距離、第１径以上の選択された径、第１径および第２径の和以上である選択された径を含むことができるが、それらに限定されない数値を含んでいてよい。
【００１１】
さらに、一部のシステムの実施形態では、複数のノズル開口部は、加工方向において第２列のノズル開口部から下流に配置された複数の列のノズル開口部をさらに備えていてもよい。本明細書でさらに説明するように、複数の列のノズル開口部の各々は、同様に細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って間隔が開けられていてもよい。さらに、連続的複数の列のノズル開口部の各々は、細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って上流列のノズル開口部から選択された距離で片寄っていてもよい。さらに、複数の列のノズル開口部の各々は、第２径以下である第３径を有していてもよい。
【００１２】
また、本発明の様々な実施形態は、不織布を形成するために加工方向に移動する１シートの布地材料を水流交絡加工するための方法をさらに提供することが可能である。一部の実施形態では、本方法が、布地材料を加工方向に前進させる工程と、前記布地材料に第１複数の流体流を受けさせる工程とを含んでいる。第１複数の流体流は、加工方向に対して実質的に垂直に前記布地材料の全幅に沿って相互から間隔が開けられている。さらに、第１複数の流体流は、前記第１複数の流体流の各々の間で前記不織布の全長に沿って延びる複数の畝を有する不織布を形成するために第１力の強度で前記布地材料に衝撃を与えるために構成されている。様々な方法の実施形態は、前記不織布に第２複数の流体流を受けさせる工程をさらに含んでいてよい。前記第２複数の流体流は、前記加工方向において前記第１複数の流体流から下流に配置され、前記布地材料の全幅に沿って前記第１複数の流体流から選択された距離で片寄っている。そこで、そのような実施形態によると、前記第２複数の流体流は、前記不織布における前記複数の畝の各々の高さを少なくとも部分的に低下させることができるように、前記第１力の強度より小さい第２力の強度で前記複数の畝に衝撃を与えていてもよい。
【００１３】
本明細書で本発明の様々なシステムの実施形態に関して概して説明するように、布地材料に第１複数の流体流を受けさせる工程は、前記布地材料の全幅にわたって延びる細長い水流交絡加工用ジェットストリップにおいて規定された第１複数の開口部を通して流体を強制的に流す工程をさらに含むことが可能である。さらに、前記不織布に第２複数の流体流を受けさせる工程は、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップ内に画定されて前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って前記第１複数の開口部から選択された距離で片寄っている第２複数のノズル開口部を通して前記流体を強制的に流す工程をさらに含むことが可能である。一部のそのような実施形態によると、第１複数の開口部の各々は第１径を含んでおり、この場合、第２複数の開口部の各々は前記第１径より小さい第２径を含んでいる。様々な方法の実施形態は、第１および第２力強度を各々有する流体流を発生させるために、上記で言及した前記第１および第２径間の特定の関係を利用してもよい。
【００１４】
そこで、本発明の様々な実施形態は、その中に形成される畝および／または噴流線条の発生が減少した不織布を形成すべく、布地材料を水流交絡加工するためのシステムおよび方法を提供し、改良された頑丈さおよび／または引裂強度を有する不織布を形成すべく、布地材料を水流交絡加工するためのシステムおよび方法を提供し、および前記不織布の全幅にわたって概してより平滑なテクスチャを有する不織布を形成すべく、布地材料を水流交絡加工するためのシステムおよび方法を提供すること、を含むことが可能であるが、それらに限定されない多数の長所を提供する。
【００１５】
これらの長所および当業者には明白である他の長所は、本発明の様々なシステムおよび方法の実施形態において提供されている。
【００１６】
本発明を一般的用語で説明してきたが、以下では添付の図面を参照されたい。これらの図面は、必ずしも縮尺では描かれていない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下では、本発明の全部ではないが一部の実施形態が図示されている添付の図面を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。実際に、これらの発明は多数の相違する形態で具体化することが可能であるので、本明細書に記載した実施形態に限定されると見なすべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が適用可能な法的要件を満たすように提供されている。類似の番号は、本明細書を通して類似の要素を指している。
【００１８】
本発明の様々な実施形態は、細長い水流交絡加工用ジェットストリップ（例えば、図１Ａ、図１Ｂおよび図２の要素１０を参照）のための有利な設計であって、ノズル開口部は２つ以上の（例えば）列１２，１４に配列され、完成不織布１１０において畝３００（すなわち、「噴流線条」）を最小限に抑えるために構成されている設計を提供することを理解されたい。一部の実施形態では、各列１２，１４内のノズルは、固定キャピラリー径（例えば、図２に示したようなｄ１）を有していてもよい。本明細書で詳細に説明するように、これらの径は、第１列のノズル開口部１２（布地材料１００へ最初に衝撃を与える流体流を作り出す列）から第３および第４列１６（例えば、図１Ａを参照）（布地材料１００へ最後に衝撃を与える列）に向かって減少するが（すなわち、例えば、ｄ１＞ｄ２＞ｄ３＝ｄ４）、このときｄ１〜ｄ４は、各々第１〜第４列におけるノズルのキャピラリー径を表している。
【００１９】
さらに、ノズル開口部の列１２，１４，１６を形成する個々のノズルは、様々な実施形態では、「コーンダウン（ｃｏｎｅ−ｄｏｗｎ）」（概して、例えば図８Ｂおよび図４を参照）または「コーンアップ（ｃｏｎｅ−ｕｐ）」配置で構成されていてもよく、好ましくは概して図１Ａに示すように「ねじれ形（ｓｔａｇｇｅｒｅｄ）」構成で配列されている。実験によって、畝３００（および／または「噴流線条」）は、水流交絡加工において布地材料１００が対応する列のノズル開口部（例えば、要素１２を参照）にて生成される流体流の特定の「カーテン」により衝撃を与えられる度に再形成されることが観察されている。したがって、完成不織布１１０において明白になる可能性がある畝３００は、水流交絡加工システムにおける最終マニホールド４０によって引き起こされる可能性がある（例えば、図３のマニホールド５を参照）。この結果は、最終マニホールドが「上流」マニホールドの圧力より高い圧力で作動する（およびそれによって布地材料１００へ最高圧力で衝撃を与える流体流を作り出す）従来型プロセスにおいては特に明白である。このため、本発明の様々なシステムおよび方法実施形態は、流体流を作り出すために細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０と協働する、実質的に「下流」（すなわち、（例えば、図１Ｂに示したように）加工方向５に沿って）に配置された１つまたは複数のマニホールドと併せて使用可能となる。
【００２０】
本明細書に記載した様々な水流交絡加工システムおよび方法の実施形態は、１組の畝３００および谷（例えば、流体流と同一場所に位置する）を作り出すものであり、対応する流体流を生成する第１列のノズル開口部１２を画定する細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０を提供している。さらに、本明細書で詳細に説明するように、第２列のノズル開口部１４（より小さいノズル開口部径を有し、ねじれ形の「オフセット」構成で配列されている（例えば、図１Ａ、図１Ｂおよび図２に示した））によって作り出される流体流は、第１列のノズル開口部１２の流体流によって形成される畝３００の「ピーク」に衝撃を与えている。より小さい径を有するノズル開口部は、新しい顕著な線条を全く作り出すことなく最初の畝３００を緩和することを理解されたい（例えば、本発明の実験例に提示した、ならびに例えば図１１Ａ、図１１Ｂ、図１３Ａおよび図１３Ｂに示した共起（ｃｏ−ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ）分析の結果を参照）。さらに、他の実施形態（概して図１Ａに示した実施形態など）は、第２列のノズル開口部１４内のノズル開口部より小さな径を有する第３および第４列のノズル開口部１６を含んでいてよく、さらに第２列のノズル開口部１４から生じる可能性がある既に減少した畝３００および／または噴流線条をさらに減少させることが可能である。
【００２１】
図１Ｂに示したように、一部の実施形態は、不織布１１０を形成するために加工方向５に移動する１シートの布地材料１００を水流交絡加工するためのシステムを提供している。図１Ａに示したように、本システムは、各々のノズル開口部が水流交絡加工用流体の流れを前記シートの布地材料１００に向けるために動作可能に配置されている（概して、複数のノズル構成に対応する複数の相違する流れプロファイルを示している図６を参照）、複数の列のノズル開口部１２、１４、１６を含む細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０を備えている。図２に示したように、細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０内に画定された複数のノズル開口部は、一部の実施形態では、細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０の全幅に沿って間隔が開けられている第１列のノズル開口部１２を含んでいてもよい。第１列のノズル開口部１２のノズル開口部の各々は、第１径ｄ１を有している。前記複数のノズル開口部は、加工方向５における第１列のノズル開口部１２から下流に配置された第２列のノズル開口部１４をさらに含んでいる。第２列のノズル開口部１４もまた、細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０の全幅に沿って間隔が開けられていてもよい。さらに、図２に示したように、第２列のノズル開口部１４は、細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０の全幅に沿って第１列のノズル開口部１２から選択された距離（例えば、Ｓ／２）で片寄っていてよいが、これは第２列の各ノズル開口部の中心が前記第１列の各ノズル開口部の中心に比較して前記水流交絡加工用ジェットストリップ１０の全幅に沿って横方向に片寄っていることを意味している。これを言い換えると、加工方向に平行である第２列１４のノズル開口部の中心を通る線は、第１列１２の最も近いノズル開口部の中心を通る類似の線から選択された距離で横方向に片寄っている。さらに、第２列のノズル開口部１４の各々は、前記第１径ｄ１より小さい第２径ｄ２を有している。
【００２２】
様々な従来型水流交絡加工システムに関して本明細書で説明するように、第１列のノズル開口部１２から出る水流交絡加工用流体の流れ（例えば、図６を参照）は、加工中に１シートの布地材料１００内に畝３００を作り出す可能性がある。しかし、本発明の様々な実施形態によると、第２列のノズル開口部１４は、第２列のノズル開口部１４から出る水流交絡加工用流体の流れが畝３００の高さを低下させるように、（例えば、選択された距離Ｓ／２によって特徴付けられる片寄りで）動作可能に配置されている。例えば、図１０Ａ〜図１０Ｂは、例えば本発明の１つまたは複数のシステム実施形態を用いて製造されたサンプル不織布１１０ｂと比較した、コントロール不織布１１０ａ（その中に複数の畝３００を呈している）を示している。
【００２３】
一部のシステム実施形態では、概して図２に示したように、第２列のノズル開口部１４は、当該第２列のノズル開口部１４の各々の中心が第２列のノズル開口部１４の各々に最も近く位置する第１列１２の１対のノズル開口部の各々の中心から実質的に等距離にあるように、第１複数の開口部１２から選択された距離Ｓ／２で片寄っていてもよい。したがって、そのような実施形態によると、第１列のノズル開口部１２内の１対の隣接ノズル開口部の各中心間の距離を距離Ｓであると特徴付けると、第２列のノズル開口部１４の片寄りの選択された距離は選択された距離Ｓ／２であると特徴付けることが可能である。さらに、図２に示したように、一部の実施形態では、第２複数の開口部１４は、加工方向５において第１複数の開口部１２から、当該第１複数の開口部１２の隣接対の各中心間の距離Ｓの約２分の１の距離Ｌで間隔が開けられていてもよい。
【００２４】
一部の追加のシステムの実施形態（概して図１Ａ、図１Ｂおよび図２に示したもの）では、選択された距離（例えば、Ｓ／２）は、細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０の全幅に沿って第１列のノズル開口部１２の少なくとも１つの中心から、第２列のノズル開口部１４の最も近い１つのノズル開口部の中心から加工方向５に延びる線まで測定することが可能である。より詳細には、一部の実施形態において、選択された距離は、第１列のノズル開口部の各々の中心を通って延びる第１線と、第２列のノズル開口部の各々の中心を通って延びる第２線との間で規定された距離と実質的に同等であってもよい（例えば、図２に示したもの）。一部の実施形態では、選択された距離は、実質的にＳ／２（例えば、Ｓは、隣接ノズル開口部間の距離に対応している）より短くてもよい、または長くてもよい。例えば、一部の実施形態では、選択された距離は、加工方向５に平行に伸びる線が第１列のノズル開口部１２の１つの開口部の最も右の限度への接線であり、同様に第２列のノズル開口部１４の１つの最も左の限度への接線であるように、第１径ｄ１の２分の１および第２径ｄ２の２分の１の和以上であってよい。他のシステム実施形態では、選択された片寄りの距離は、第１径ｄ１以上、および第１径ｄ１および第２径ｄ２の和以上であってもよい距離を含むことが可能であるが、それらに限定されない。
【００２５】
本明細書で図２に関して説明するように、例えば、第１列のノズル開口部１２の各々は第１径ｄ１を有し、第２列のノズル開口部１４は第１径ｄ１より小さな第２径ｄ２を有している。第１列１２および第２列１４のノズル開口部におけるノズル開口部の様々な径ｄ１，ｄ２は、少なくとも一部には、不織布１１０を形成するためにノズル開口部によって生成される各流体流が布地材料１００に衝撃を与える衝撃力を決定するものである。本明細書で詳細に説明するように、第２（および横方向に片寄った）列のノズル開口部１４内のノズル開口部の径ｄ２は、第２列のノズル開口部１４が、例えば畝３００の高さおよび／または振幅を低下させられるように第１列のノズル開口部１２によって形成されるそのような畝３００のほぼ側方の場所で布地材料１００に衝撃を与える流体流を生成できるように、好ましくは対応する第１列のノズル開口部１２内のノズル開口部の径ｄ１より小さい。方程式(２)に対して本明細書で説明するように、流体流の衝撃力は流体流が発生させられる対応するノズル開口部の径の二乗に比例していることを見て取ることができる。さらに、本明細書で考察するように、ノズル開口部径と結果として生じる流体流の衝撃力との比例関係を使用すると、不織布１１０の表面上に形成される畝３００（「噴流線条」）を最適に水平にし、および／または低下させることが可能である（例えば、従来型水流交絡加工システムを使用して製造された（およびその中に明確に視認できる畝３００を呈している）コントロール不織布１１０ａを示している図１０Ａおよび本発明の１つの実施形態による４列システム（概して図１Ａに示した）を用いて製造された不織布１１０ｂを示している図１０Ｂを参照）。
【００２６】
一部の実施形態では、例えば図２に示したように、第１列のノズル開口部１２の各々は約１３０μｍの径ｄ１を有することが可能であり、第２列のノズル開口部１４の各々は約１００μｍ〜１３０μｍの径ｄ２を有することが可能である。図２に示した径の寸法ｄ１，ｄ２は単なる典型であることを理解されたい。一部の実施形態において、第１径ｄ１および第２径ｄ２は、第２径ｄ２が第１径ｄ１の少なくとも約３０％である実施形態、第２径ｄ２が第１径ｄ１の少なくとも約５０％である実施形態、第２径ｄ２が第１径ｄ１の少なくとも約６５％である実施形態、第２径が第１径ｄ１の約９５％以下である実施形態、第２径ｄ２が第１径ｄ１の約９０％以下である実施形態、および第２径ｄ２が第１径ｄ１の約８５％以下である実施形態を含むことができるが、それらに限定されない関係を用いてサイズ設定されている。他のシステム実施形態において、第１径ｄ１は、約１２０μｍ〜１６０μｍ（１２０μｍ、１２１μｍ、１２２μｍ、１２３μｍ、１２４μｍ、１２５μｍ、１２６μｍ、１２７μｍ、１２８μｍ、１２９μｍ、１３０μｍ、１３１μｍ、１３２μｍ、１３３μｍ、１３４μｍ、１３５μｍ、１３６μｍ、１３７μｍ、１３８μｍ、１３９μｍ、１４０μｍ、１４１μｍ、１４２μｍ、１４３μｍ、１４４μｍ、１４５μｍ、１４６μｍ、１４７μｍ、１４８μｍ、１４９μｍ、１５０μｍ、１５１μｍ、１５２μｍ、１５３μｍ、１５４μｍ、１５５μｍ、１５６μｍ、１５７μｍ、１５８μｍ、１５９μｍ、および１６０μｍの第１径ｄ１を含む）であってもよい。さらに、一部の実施形態において、第２径ｄ２は、約８０μｍ〜１４０μｍ（８０μｍ、８１μｍ、８２μｍ、８３μｍ、８４μｍ、８５μｍ、８６μｍ、８７μｍ、８８μｍ、８９μｍ、９０μｍ、９１μｍ、９２μｍ、９３μｍ、９４μｍ、９５μｍ、９６μｍ、９７μｍ、９８μｍ、９９μｍ、１００μｍ、１０１μｍ、１０２μｍ、１０３μｍ、１０４μｍ、１０５μｍ、１０６μｍ、１０７μｍ、１０８μｍ、１０９μｍ、１１０μｍ、１１１μｍ、１１２μｍ、１１３μｍ、１１４μｍ、１１５μｍ、１１６μｍ、１１７μｍ、１１８μｍ、１１９μｍ、１２０μｍ、１２１μｍ、１２２μｍ、１２３μｍ、１２４μｍ、１２５μｍ、１２６μｍ、１２７μｍ、１２８μｍ、１２９μｍ、１３０μｍ、１３１μｍ、１３２μｍ、１３３μｍ、１３４μｍ、１３５μｍ、１３６μｍ、１３７μｍ、１３８μｍ、１３９μｍ、および１４０μｍの第２径ｄ２を含む）であってもよい。他のシステム実施形態において、第１径ｄ１は、より好ましくは約１３０μｍであってもよく、第２径ｄ２は、より好ましくは約１１０μｍであってもよい。他のシステム実施形態において、第１径ｄ１は、より好ましくは約１１０μｍであってもよく、第２径ｄ２は、より好ましくは約９０μｍであってもよい。
【００２７】
図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、一部のシステム実施形態では、細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０内に規定された複数のノズル開口部は、加工方向５において第２列のノズル開口部１４から下流に配置された複数の列のノズル開口部１６をさらに含んでいてもよい。複数の列のノズル開口部１６の各々内のノズル開口部の各々は、細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０の全幅に沿って（例えば、距離Ｓで）間隔が開けられていてもよい。さらに、複数の列のノズル開口部１６の各々は、細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０の全幅に沿って上流列のノズル開口部から選択された距離（例えば、Ｓ／２）で片寄っていてもよい。図１Ａに示したように、複数の列のノズル開口部１６の各々は、第２径以下である径ｄ３，ｄ４を有していてもよい。したがって、第２列のノズル開口部１４から（加工方向５における）実質的に下流に配置された複数の列のノズル開口部１６は、直前（すなわち、上流）列のノズル開口部によって布地材料１１０内に形成された畝３００を減少させることのできる対応する流体流を生成可能である。
【００２８】
本発明の様々な実施形態は、不織布１１０を形成するために加工方向５に移動する１シートの布地材料１００を水流交絡加工するための方法をさらに提供している。１つの実施形態において、本方法は、布地材料１００を加工方向５に前進させる工程を含んでいる。概して図３に示すように、前進させる工程は、布地材料１００を運ぶために構成されたコンベヤーベルト２５を用いて遂行してもよい。また、布地材料１００（およびそこから結果として生じる不織布１００）は、完成不織布１１０をドライヤーまたは他の下流加工工程へ運ぶことのできる一連のドラム２０上に取り上げる工程によって前進させることも可能である。本方法は、布地材料１００に第１複数の流体流を受けさせる工程をさらに含んでいる。様々なシステムの実施形態に関して本明細書に記載したように、第１複数の流体流は、対応する第１列のノズル開口部１２によって生成することが可能である（図２を参照）。したがって、第１複数の流体流は、加工方向５に対して実質的に垂直に前記布地材料１００の全幅に沿って相互から間隔が開けられていてよい。第１複数の流体流は、前記第１複数の流体流の各々の間で前記不織布１１０の全長に沿って延びる複数の畝３００（例えば、図９を参照）を有する不織布１１０を形成するために、第１力強度で前記布地材料１００に衝撃を与えるように構成されていてもよい。
【００２９】
本発明の方法の実施形態は、加工方向５において第１複数の流体流から下流に配置された第２複数の流体流を不織布１１０に受けさせる工程をさらに含んでいる。第２複数の流体流は、不織布１１０における複数の畝３００の各々の高さを少なくとも部分的に減少させられるように、前記第２複数の流体流が、前記複数の畝３００に第１力強度より低い第２力強度で衝撃を与えるように、前記布地材料１１０の全幅に沿って前記第１複数の流体流から選択された距離で横方向に片寄っている。
【００３０】
本明細書に記載した様々な方法の実施形態の工程は、例えば、本明細書に記載したシステムの実施形態を用いて遂行可能である。例えば、一部の方法実施形態では、布地材料に第１複数の流体流を受けさせるための工程は、布地材料１００の全幅にわたって伸びる細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０内に画定された第１複数の開口部１２を通して流体を強制的に流す工程をさらに含んでいてもよい（例えば、典型的な細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０を示している図２を参照）。さらに、前記不織布に第２複数の流体流を受けさせる工程は、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０内に画定されて前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０の全幅に沿って前記第１複数の開口部１２から選択された距離（例えば、図２における距離Ｓ／２を参照）で片寄っている第２複数のノズル開口部１４を通して前記流体を強制的に流す工程をさらに含んでいてもよい。本発明の様々なシステムの実施形態に関して上記で記載したように、第２複数のノズル開口部１４は、第１複数のノズル開口部１２から前記第１複数のノズル開口部１２（および／または（加工方向５において）実質的に上流に配置された他の流体流「カーテン」）にて生成される流体流により形成される様々な畝３００（「噴流線条」）の高さを減少させ、および／または最小限に抑えることができるように、第１複数のノズル開口部１２（図２を参照）に対して（選択された距離（例えば、Ｓ／２）で規定された片寄りで）動作可能に配置されていてもよい。
【００３１】
本明細書に記載するように、本発明の様々な実施形態は、そのような流体流カーテンを利用して水流交絡加工プロセスを遂行するものである。流体流から布地材料１００の表面への効率的エネルギー移動は、総合的繊維交絡加工プロセスにおける効率性に寄与することを理解されたい。効率的エネルギー移動のためには、「高品質」流体流を生成できるノズルおよびノズル開口部を提供することは有用な可能性がある。本明細書の状況では、「高品質」流体流は、概して、相当に長い無傷長さ（長い崩壊長さ）を呈す流体流、および／または例えば３０〜４００ｂａｒの水流交絡加工において使用できる範囲のマニホールド圧に対して平行化されたままである流体流を意味している（図６Ａ〜図６Ｆを参照）。そのような高品質流体流は、実質的層流および外見上はガラス状外観を特徴とする「圧縮されたウォータージェット」を生成するために構成され、分離されたノズル流の結果として生じることが多い。必要な圧範囲にわたり実質的に層流のままである流体流を入手するためには、ノズルを通る水流をかき乱す大部分が壁誘発性の摩擦および／または渦度を軽減および／または緩和しなければならない。これは、ノズル内の流れがノズルの内壁から分離されている場合に可能である（図４を参照）。そのような分離は、流体の流れが水流交絡加工用ジェットストリップ１０内に画定されたノズルに進入すると、突然強制的に９０度回転させられる場合に達成可能となる。動作圧範囲にある圧縮されていない流体流は、それらがノズル開口部を出るとすぐにそれらのエネルギーが容易に分散されるように、急速に噴霧に変化させてもよいことに留意されたい。
【００３２】
本発明の様々な実施形態によると、様々な列のノズル開口部１２，１４，１６を構成するノズル開口部は、高品質および／または高度に平行化された流体流（例えば、図６Ａ〜図６Ｆに描かれた流体流など）を生じさせる「圧縮された流体流」を生成するために構成されている水流交絡加工用ジェットストリップ１０（例えば、図８Ｂに示したノズル断面を参照）内に画定されたノズルと流体連絡していてもよい。そのような一部の実施形態において、ノズルは、参照により全体として本明細書に組み込まれる、「Ｈｙｄｒｏｅｎｔａｎｇｌｉｎｇ Ｊｅｔ Ｓｔｒｉｐ Ｄｅｖｉｃｅ Ｄｅｆｉｎｉｎｇ Ａｎ Ｏｒｉｆｉｃｅ」と題する米国特許公開第２００６−０１２４７７２号に開示されている構成などのノズル構成を含んでいてもよい。
【００３３】
さらに、圧縮された流体流の径ｄｊは、
【数１】
（式中、Ｃｄ≒０．６２は、圧縮された流体流を生成する好ましくは縁の薄いキャピラリーノズルの吐出係数であり、ｄｎはノズル入口径である）と表すことができる。従来型の最も多く使用されるノズルの入口径ｄｎは、約１００μｍの径の流体流を生じさせる１３０μｍである（例えば、図５を参照）。上述したように、高品質水流交絡加工用流体流は、相当に長い崩壊長さを備えて生成できる。それらが布地材料１００に衝突する瞬間の流体流の径（例えば、ノズル開口部の出口から約５ｃｍ）は、ノズル開口部の出口平面での流体流の径
【数２】
とほぼ同一である。流体流の衝撃力Ｆは、それが噴霧に崩壊しない限り、その速度Ｖおよび流量
【数３】
に対して線形比例している可能性がある。
【数４】
（式中、
【数５】
である）。圧縮された流体流の速度は十分な精度で、Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉの方程式
【数６】
によってその岐点圧（ｓｔａｇｎａｔｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）から計算できる。ここでｐおよびρは各々、マニホールドのゲージ圧および液体比重である。方程式（２）から、流体流によって付与される衝撃力はその径の二乗に比例している（およびそれによりノズル開口部の径の二乗に比例している）ことを見て取ることができる。本明細書で考察するように、この流体流の衝撃力と流体流の径との関係を使用すると、水流交絡加工不織布１１０の表面上に形成された畝３００の高さを減少させることができる。詳細には、本発明の様々な実施形態は、噴流線条を形成する畝３００に衝撃を与え、連続的により小さな径を有する流体流を含む一連の流体流カーテンを生成するように構成されている。
【００３４】
しかし、ノズル開口部の径（および結果として生じる流体流）を減少させるとより短い崩壊長さを有する流体流の形成を生じさせる可能性があることに留意されたい。本明細書で考察するように、噴流の無傷長さは、一部の実施形態では、崩壊する前に布地材料１００に到達するためには少なくとも５ｃｍでなければならない。このため、効果的な水流交絡加工用ジェットストリップ１０を設計するために使用できる径の範囲を試験するために、単一流体流プロファイルの製造およびイメージングを可能にする試験セットアップを設計かつ構築した。この試験セットアップを使用すると、様々なノズル開口部（およびそれと連絡しているノズル）からそれらの軸に沿った相違する圧力ならびにそれらの衝撃力で流出する流体流のプロファイルを試験することが可能となる。図５Ａ〜図５Ｂは、１００ｂａｒの圧力で６５μｍ（図５Ａを参照）および１３０μｍ（図５Ｂを参照）の相違する入口径を有する２つの類似ノズルから流出する２つの相違する流体流のプロファイルを示している。６５μｍの入口径を備えるノズルから流出する流体流は５ｃｍを超える見掛けの崩壊長さを有することを見て取ることができる。したがって、約６５μｍを超えるほとんどのノズル入口径は、使用可能なノズル入口径の範囲内に含まれるはずである。
【００３５】
布地材料１００に与える様々な流体流の衝撃力を測定して運動量方程式（方程式（２））によって本発明者らの理論予測値を比較するため、実験装置には、（１）圧縮ロードセル、（２）正確な高さ調節能力を有するロードセルホルダー、および（３）パーソナルコンピューターもしくは他のコンピューター装置によって制御されるデータ収集システム、を備えることが可能である。様々な典型的な流体流の衝撃力をそれによって測定し、図７にプロットした。平板（移動する布地材料１１０の相当に平坦な面を表す）を用いた衝撃後に流体流が９０度偏向することを想定して、これらの流体流の理論的衝撃力を計算し、比較のために図７にプロットした。上述したように、噴流が崩壊すると、その運動量は何千個もの微細液滴に分割され、その衝撃力は分散される。図７に示した結果は、ノズル出口から特定距離だけ離れた後の６５μｍの径を有するノズルからの噴流の衝撃力における低下を明らかにしていることを留意されたい。それでもなお、この噴流の衝撃力は依然としてその長さの最初の１０ｃｍ（すなわち、その「無傷」長さ）については方程式（２）の理論的結果と一致している。
【００３６】
布地材料１００への流体流の衝撃力は、平板について入手された上記のデータとは数値的に相違することを理解されたい。しかし、上記の衝撃力とノズル開口部径との比例関係は依然として有効であり、これらの結果は１つまたは複数の列１２，１４，１６のノズル（対応するノズル開口部と連絡している）を画定する最適な細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０を設計するために定性的に使用可能である。
【００３７】
また、本発明は、本発明の方法によって調製された水流交絡加工不織布１１０をさらに提供している。本発明の布地は、噴流線条の減少した高さ、したがって噴流線条の減少した光学視認性によって特徴付けられている。これらの布地は、公知の水流交絡加工不織布と比較して長所である引張強度特性および引裂強度特性もまた有している。例えば、一部の実施形態では、様々な方法および／またはシステムの実施形態において、少なくとも１つの水流交絡加工用ジェットストリップ１０に隣接させて加工方向５に１シートの布地材料１００を移動させることによって製造された不織布を提供することが可能である。そのような一部の実施形態において、それによって製造された不織布１１０は、加工方向５に対して実質的に平行に延び、減少した高さ（例えば、不織布１１０の光学的「スジむら（ｓｔｒｅａｋｉｎｅｓｓ）」における５０％〜８０％の減少（例えば、図１６および１７に図示した）によって指示できる）を有する複数の畝３００を含んでいてもよい。この「スジむら」の減少は、各畝３００と前記畝３００の横方向に隣接して配置された各「谷」との間のグレースケールコントラストの減少として視認および／または定量することが可能である。より特別には、典型的には「明るい」畝３００と、布地材料１００に衝撃を与える１つまたは複数の流体流によって「谷」の指標となることがある隣接する「暗い」領域との間のコントラストの減少を定量するためには共起分析を実施することが可能である。本発明の一部の実施形態によって達成される畝３００の減少の定量的尺度を入手するためには、共起テクスチャ分析法を利用可能である。例えば、不織布１１０サンプルは、イメージして、例えば、参照により全体として本明細書に組み込まれるＳｈｉｍ，Ｅ．，ａｎｄ Ｐｏｕｒｄｅｙｈｉｍｉ，Ｂ．，（２００５）によるＴｅｘｔｉｌｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｊｏｕｒｎａｌ ７５（７）：５６９−５７７に記載された共起法を用いて分析することができる。そのような典型的な分析の結果は、（本明細書に提示した実験例に記載したように）図１１Ａ、図１１Ｂ、図１３Ａ、および図１３Ｂに示した。
【００３８】
一部の実施形態では、不織布１１０は、（従来型水流交絡加工法を用いて製造されたコントロール布地と比較した場合に）引裂強度の実質的増加を示す可能性がある。例えば、実験例に関して本明細書において記載したように、本発明の様々な実施形態を用いて製造されたサンプル不織布１１０は、従来型水流交絡加工法を用いて製造されたコントロール不織布より約１５％〜約５０％高い引裂強度を示した。さらに、そのような一部の実施形態では、不織布１１０は従来型水流交絡加工法を用いて製造された不織布が示した匹敵する引張強度より実質的に小さくない、加工方向５に対して実質的に平行な方向の引張強度を示すことが可能である。
【００３９】
以下の実験例は、例として提示するものであり、限定するためではない。
【実施例】
【００４０】
本発明の様々なシステムおよび方法の実施形態の性能を試験するために、１５μｍの平均径を有するナイロン／ＰＥＴ複合繊維のスパンボンドウェブは、ノースカロライナ州ローリーに所在するノースカロライナ州立大学（ＮＣＳＵ）の不織布共同研究センター（ＮＣＲＣ）の不織布研究室において調製された。スパンボンディングは、繊維製造および布地製造が結合されているので、原料１００（熱可塑性ポリマー）から完成不織布１１０を製造するための一段階プロセスを提供する製造技術である。スパンボンド布地の基本重量Ｗｂ（単位面積質量として規定された）は、典型的には１０〜２００ｇ／ｍ２の間にある。ここで製造された布地１１０は、約１５０ｇ／ｍ２の基本重量を有している。
【００４１】
本発明の１つの特定の実施形態の概念を証明するために、布地材料１００が通過する最終マニホールド（例えば、図２におけるマニホールド３番）内の４列の細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０であった（例えば、図１Ａに示したジェットストリップなど）（このとき、ｄ１＝１３０μｍ、ｄ２＝１１０μｍ、ｄ３＝ｄ４＝１００μｍ）。このマニホールドのために考察された動作圧は２００ｂａｒであった。スパンボンドウェブは、概して図３に示したシステムを通る３回の通過について４つのマニホールド（図２に示したマニホールド２番から５番）およびそれと係合する、対応する水流交絡加工用ジェットストリップを用いて１５０ｂａｒの圧力で予備交絡させた。本実施例では、マニホールド１番（図３を参照）は、より良好な交絡加工のために布地材料１００を「予備湿潤」させるために使用され、全実験ランを通して３０ｂａｒの動作圧で作動させたことに留意されたい。約１５０ｇ／ｍ２の基本重量を有する商業的水流交絡加工布地は、通常は、許容できる交絡度を達成するために１０〜１５個のマニホールドを用いて処理されることを理解されたい。このため、布地材料１００を予備交絡させるために３×４個のマニホールドが含まれた。この実験例（コントロール布地およびサンプル布地が比較された）に使用した動作圧は、２００ｂａｒ（図３におけるマニホールド５番）であった。図１０は、４列の細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０（概して図１Ａに示した）を用いた処理の前（コントロール布地）および後の結果として生じる不織布１１０を示している。細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０を使用すると、完成不織布１１０内の畝３００（「噴流線条」）が顕著に減少することを見て取ることができる。
【００４２】
本発明の一部の実施形態によって達成される畝３００の減少の定量的尺度を入手するために、テクスチャ分析法を利用した。例えば、各不織布１１０のサンプルの５つの相違する領域をイメージして、例えば、参照により全体として本明細書に組み込まれるＳｈｉｍ，Ｅ．，ａｎｄ Ｐｏｕｒｄｅｙｈｉｍｉ，Ｂ．，（２００５）によるＴｅｘｔｉｌｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｊｏｕｒｎａｌ ７５（７）：５６９−５７７に記載された共起法を用いて分析することが可能である。不織布１１０は、より良好な視認性を得るためにマクロ暗視野照明を用いて照明した。畝３００の周期性を評価するためには、空間的共起分析を実施した。共起分析を実施する前に、画像をグレースケールに変換させ、分析のために４００ピクセル×４００ピクセルのサイズを有する中心部分を選択した。
【００４３】
共起分析の結果（例えば、図１１Ａ〜図１１Ｂに示した）、コントロール不織布において畝３００について約６００μｍの期間で発生する主ピークの存在を明らかにしている。図１１に示したように、本発明の１つの実施形態によるシステムを用いて処理したサンプル不織布１１０から入手した対応する共起分析の結果は、統計的有意に減少した高さおよび／または振幅を有する畝３００を示す共起分析の結果を示している。
【００４４】
本明細書で記載するように、連続列のノズル開口部１２，１４，１６内のノズル開口部の径（ｄ１，ｄ２）の様々な組み合わせを使用すると、完成不織布１１０内の畝３００（「噴流線条」）の高さの全体的減少を最適化することが可能である。噴流線条の除去を改善する径の組み合わせを調査するために、単純化された２列の細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０（例えば、図２を参照）について考察した。この特定の実験例の目的で、第１列のノズル開口部１２内のノズル開口部の径ｄ１はｄ１＝１３０μｍで一定に維持したが、第２列のノズル開口部１４内のノズル開口部の径ｄ２は１０μｍの増分で１００μｍ〜１３０μｍに変動させた（例えば、図２を参照）。
【００４５】
便宜性のために、本発明のシステムの２列実施形態を用いて製造された完成不織布１１０を以下では「サンプル」と呼ぶ。図１２Ａ〜図１２Ｅは、「２列」の細長い水流交絡加工用ジェットストリップ１０（概して、図２に示した）を用いて製造されたサンプル不織布１１０の一連の画像を示している。図１２Ａ〜図１２Ｅに図示したように、畝３００の噴流線条の減少は裸眼で視認できる。さらに、図１３Ａに示した共起分析の結果は、不織布１１０内の畝３００の高さにおける定量的減少が有意であることを確証している（例えば、「サンプル１１０」内の各畝３００と隣接「谷」との間の光学的コントラストにおける実質的減少を参照）。図１３Ｂに示した出力値は、概して、完成不織布１１０内の畝３００の噴流線条の強度を表している。入手した出力曲線は、不織布１１０内の畝３００の周期性（例えば、６００μｍ毎に発生する）を表し、各曲線の高さはその優勢性を示している。これを要約すると、「出力」は、概して対応するコントラスト曲線から入手した振幅を示している。したがって、図１３Ｂは、本発明の典型的な実施形態が完成不織布１１０内の「噴流線条」の強度を顕著に減少させたことを強く示している。
【００４６】
一般に、不織布内の噴流線条の存在が布地の引裂抵抗を弱化させる可能性があることは知られている。図１４Ａ〜図１４Ｄは、不織布の断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示している。これらのＳＥＭ画像は、繊維がこれらの領域から押し出されるにつれて布地の厚さが隣接畝３００（「噴流線条」）間に配置された「谷」内で減少することを明白に示している。さらに、ノズル開口部によって生成された流体流の衝撃によって作り出される約６００μｍの間隔を備えるコントロール布地内の深い溝（図１４Ａ〜図１４Ｂ）にもまた注目されたい。６００μｍは、さらに本研究で使用したノズル開口部間の間隔でもあることに留意されたい。これらの谷もしくは溝は、不織布１１０内で応力集中を引き起こし、これにより、加工方向５における布地１１０の引裂抵抗を減少させる可能性がある。そのような不均質性は、不織布１１０の繊維がより良好に拡散させられるので、本発明のシステムおよび方法実施形態を用いて製造される「サンプル１１０」内では非常に減少させられることになる（例えば、図１４Ｃ〜図１４Ｄを参照）。
【００４７】
不織布１１０の強度を改善する際の本発明の実施形態の定量的効果について試験するために、加工方向５においてサンプルの引裂抵抗を評価し、コントロール布地の対応する引裂強度と比較した。引裂試験は、試験前に引裂が開始されている布地試料を引裂くために必要とされる力を測定するものである。より特別には、ＡＳＴＭ Ｄ２２６１−９６の「タング（シングルリップ）法による布地の引裂強度の標準試験方法（定速伸長引張試験機）」に従って、不織布１１０の長方形の試験片（７５ｍｍ×２００ｍｍ）は、２枚舌形または「ズボン形」試験片を形成するために長縁の中央をプレカットした。１枚の舌は機械の下つかみ具内にクランプし、他方の舌は上つかみ具内にクランプした。測定中に、つかみ具間の距離は増加し、布地に適用される力は、つかみ具が移動するために、引裂を伝播させる。図１５Ａ〜図１５Ｂは、コントロールおよび「サンプル１１０」の不織布１１０内の破断伝播を表している２枚の試験片を示している。破断は、コントロール布地の場合には畝３００（「噴流線条」）に沿って伝播することを見て取ることができる（図１５Ａを参照）。これは、噴流線条が、概して加工方向５に整列している最小抵抗の領域を作り出すためである。しかし、サンプル１１０（図１５Ｂを参照）の場合には破断フロントは直線状で伝播しなかった。この場合の引裂は、必ずしも加工方向５にはない最小抵抗の進路に従う傾向がある。
【００４８】
引裂試験中には、クランプを移動させるために必要とされる力もまた記録した。図１６は、コントロールおよび「サンプル１１０」の不織布１１０の５つの複製物について引裂試験を実施する工程から入手した力歪み曲線を示している。結果は、より良好に比較するためにコントロール布地の平均抵抗を用いて標準化した。本発明の実施形態を用いて製造された布地の引裂抵抗における約２５％（および、一部の場合には５０％まで）の改良は明白である。類似の試験は、同様に本発明の様々な実施形態を用いて製造された「サンプル１００」、「サンプル１２０」、および「サンプル１３０」についても実施した。これらの結果は、概して共起実験の結果と一致し、「サンプル１１０」が最も一様な表面および最高の引裂抵抗を有することを明らかにしている。荷重値は歪みとともに急速に増加し、約１００％の伸長後にプラトーに達し、そこから試験片の不織布１１０が完全に破断されるまで変動し始める。荷重値における初期増加は、破断フロントの移動を伴わずに布地に張力をかけるために必要とされる力である。引裂抵抗は、破断が発生するまで、破断フロントが試験片の末端（すなわち、約１００％の伸長）に向かう移動を開始する点から平均化される。コントロール布地の平均荷重値を使用すると、よりよく比較するために全サンプルの引裂抵抗を標準化することができる。サンプルの平均標準化引裂抵抗および対応する標準偏差は、以下の表１に示される。
【００４９】
【表１】
【００５０】
当業者であれば理解できるように、水流交絡加工布地は引張荷重に対する強さを保持することが重要である。布地の引裂抵抗を改良することが布地の引張特性を損なわせないことを保証するのに重要である。この理由から、本発明の典型的な実施形態を用いて製造された全不織布１１０サンプルは、「繊維製品の破断荷重および伸長についての標準試験方法（ストリップ法）」と題するＡＳＴＭ Ｄ５０３５−９５に記載された引張試験方法を用いて試験した。この試験は、引張方向に繊維製品試験片を引裂くために必要とされる力を報告するものである。本方法に従うと、不織布１１０の長方形の試験片（２５ｍｍ×１５０ｍｍ）は、長手を加力の方向に平行にして引張試験機の上および下つかみ具上に取り付けられている。つかみ具間の距離は、試験片に加えられる力によって引き起こされる布地の破断が発生するまで増加させられる。繊維製品試験片を破断させるために必要とされる力および試験片の伸長が測定中に報告される。
【００５１】
図１７は、コントロールおよびサンプル１１０の不織布１１０の５つの複製物について上記に参照した引裂試験を実施する工程から入手した力歪み曲線を示している。これらの結果は、より良好に比較するためにコントロール不織布の最大平均引張強度を用いて標準化した。図１７は、加工方向５におけるサンプル１１０の引張特性に実質的変化はないことを明らかにしている。サンプル１１０、サンプル１２０、およびサンプル１３０の標準化平均引張強度を比較のために表２に示した。これらの数値は、より良好に比較するためにコントロール布地の平均最大（破断時）引張強度を用いて標準化した。サンプル布地が引張特性における実質的な減少を全く示していないことは明白である。
【００５２】
【表２】
【００５３】
上記の説明および関連する図面に提示した教示の利点を有する、本明細書に記載した本発明の多数の変形およびその他の実施形態は、これらの発明が関係する当業者であれば思いつく。このため、本発明は、本明細書に開示した特定の実施形態には限定されないこと、変形およびその他の実施形態は添付の特許請求項の範囲内に含まれることが意図されると理解されたい。本明細書では特定の用語を使用しているが、それらは包括的かつ説明的意味でのみ使用され、限定する目的で使用されているものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１Ａ】本発明の１つの実施形態によるもので、不織布を形成するために加工方向に移動している１シートの布地材料を水流交絡加工するためのシステムの非限定的な略上面図である。
【図１Ｂ】本発明の１つの実施形態によるもので、不織布を形成すべく、加工方向に移動している１シートの布地材料を水流交絡加工するためのシステムの非限定的な略上面図である。
【図２】本発明の１つの実施形態によるもので、複数のノズル開口部を含む細長い水流交絡加工用ジェットストリップの非限定的な概略図である。
【図３】本発明の１つの実施形態による、不織布を形成するために様々な水流交絡加工用流体の流れを１シートの布地材料に向けるための対応する複数の水流交絡加工用ジェットストリップと流体連絡していてよい複数のマニホールドを含む水流交絡加工もしくは「スパンレーシング」システムの非限定的な概略図である。
【図４】本発明の１つの実施形態によるもので、水流交絡加工ノズル内の典型的な高品質流体流の流れの非限定的な概略図であり、この場合、前記流れはノズルの内壁から分離されている。
【図５Ａ】本発明の１つの実施形態によるもので、１００ｂａｒの圧力で実質的には約６５μｍの入口径を有するノズルから出てくる流体流の非限定的プロファイルを示した図である。
【図５Ｂ】本発明の１つの実施形態によるもので、１００ｂａｒの圧力で実質的には約１３０μｍの入口径を有するノズルから出てくる流体流の非限定的プロファイルを示した図である。
【図６】（ａ）３５ｂａｒ、（ｂ）７０ｂａｒ、（ｃ）１００ｂａｒ、（ｄ）１３５ｂａｒ、（ｅ）１７０ｂａｒ、および（ｆ）２００ｂａｒを含む様々な圧力で１３０μｍの径を有する典型的な水流交絡加工ノズル開口部によって生成される流体流（すなわち、「ウォータージェット（ｗａｔｅｒｊｅｔ）」）の非限定的プロファイルを示した図である。
【図７】本発明の１つの実施形態によるもので、１００ｂａｒの圧力で、各々６５μｍおよび１３０μｍの径を有するノズル開口部によって生成される流体流（すなわち、「ウォータージェット」）によって付与される衝撃力強度の非限定的プロットを示した図である。
【図８Ａ】実質的に約１３０μｍの入口径を有する水流交絡加工ノズルの非限定的な走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示した図である。
【図８Ｂ】水流交絡加工ノズルの非限定的な走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示した図である。
【図８Ｃ】所定の出口径を有する水流交絡加工ノズルの非限定的な走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示した図である。
【図９】従来型の水流交絡加工システムによって形成される可能性があり、その表面上で視認可能な畝および／または噴流線条を有する水流交絡加工布の非限定的な写真である。
【図１０Ａ】従来型水流交絡加工システムを使用して製造されたコントロール不織布の非限定的な画像である。
【図１０Ｂ】本発明の様々なシステムおよび方法実施形態の１つを用いて製造されたサンプル不織布の非限定的な画像である。
【図１１Ａ】図１０Ａ〜図１０Ｂに示したコントロールおよびサンプル不織布に対応する非限定的な共起曲線を示した図である。出力値は、コントロール不織布の出力値を用いて標準化されている。
【図１１Ｂ】図１０Ａ〜図１０Ｂに示したコントロールおよびサンプル不織布に対応する周期性曲線を示した図である。出力値は、コントロール不織布の出力値を用いて標準化されている。
【図１２Ａ】従来型水流交絡加工システムを使用して製造されたコントロール不織布で非限定的な画像である。
【図１２Ｂ】本発明の様々なシステムおよび方法の実施形態の１つを用いて製造されたサンプル不織布１００の非限定的な画像である。
【図１２Ｃ】本発明の様々なシステムおよび方法の実施形態の１つを用いて製造されたサンプル不織布１１０の非限定的な画像である。
【図１２Ｄ】本発明の様々なシステムおよび方法の実施形態の１つを用いて製造されたサンプル不織布１２０の非限定的な画像である。
【図１２Ｅ】本発明の様々なシステムおよび方法の実施形態の１つを用いて製造されたサンプル不織布１３０の非限定的な画像である。
【図１３Ａ】コントロール不織布ならびにサンプル不織布１００、サンプル不織布１１０、サンプル不織布１２０、およびサンプル不織布１３０の非限定的な共起曲線を示した図である。出力値は、コントロール不織布の出力値を用いて標準化されている。
【図１３Ｂ】コントロール不織布ならびにサンプル不織布１００、サンプル不織布１１０、サンプル不織布１２０、およびサンプル不織布１３０の非限定的な周期性曲線を示した図である。出力値は、コントロール不織布の出力値を用いて標準化されている。
【図１４Ａ】「コントロール不織布」および「サンプル不織布」の非限定的な倍率３０倍のＳＥＭ画像であって、「コントロール不織布」の断面画像および等角画像が示されている。
【図１４Ｂ】「コントロール不織布」および「サンプル不織布」の非限定的な倍率３０倍のＳＥＭ画像であって、「コントロール不織布」の断面画像および等角画像が示されている。
【図１４Ｃ】「コントロール不織布」および「サンプル不織布」の非限定的な倍率３０倍のＳＥＭ画像であって、「サンプル不織布」の断面画像および等角画像が示されている。
【図１４Ｄ】「コントロール不織布」および「サンプル不織布」の非限定的な倍率３０倍のＳＥＭ画像であって、「サンプル不織布」の断面画像および等角画像が示されている。
【図１５Ａ】加工方向における引裂試験後のコントロール不織布の非限定的な画像である。
【図１５Ｂ】加工方向における引裂試験後のサンプル不織布１１０の非限定的な画像である。
【図１６】コントロール不織布およびサンプル不織布１１０の５回の反復実験についての標準化した引裂強度試験結果対歪みの非限定的プロットであり、データは、コントロール不織布の平均引裂抵抗を用いて標準化されている。
【図１７】コントロール不織布およびサンプル不織布１１０の５回の反復実験についての標準化した引張強度試験結果対歪みの非限定的プロットであり、結果は、コントロール不織布の平均最高引張抵抗を用いて標準化されている。
【図１】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不織布を形成すべく加工方向に移動する１シートの布地材料を水流交絡加工するためのシステムであって、前記システムは、水流交絡加工用流体の流れを前記シートの布地材料に向けるように各々が動作可能に配置された、複数のノズル開口部を含む細長い水流交絡加工用ジェットストリップを備え、前記複数のノズル開口部は、
前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って間隔が開けられた第１列のノズル開口部であって、前記第１列内の前記ノズル開口部の各々が第１径を有するノズル開口部と、
前記加工方向において前記第１列のノズル開口部から下流に配置され、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って間隔が開けられた第２列のノズル開口部であって、前記第２列のノズル開口部は前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って前記第１列のノズル開口部から選択された距離で片寄り、前記第２列内の前記ノズル開口部の各々は前記第１径より小さい第２径を有する第２列のノズル開口部とを含んでいるシステム。
【請求項２】
前記第１列のノズル開口部から出る前記水流交絡加工用流体の流れは前記シートの布地材料内に畝を作り出し、前記第２列のノズル開口部は、前記第２列のノズル開口部から出る前記水流交絡加工用流体流が前記畝の高さを減少させるように動作可能に配置されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第２列のノズル開口部は、前記第２列のノズル開口部の各々の中心が前記第２列のノズル開口部の各々に最も近く位置する前記第１列の１対のノズル開口部の各々の中心から実質的に等距離にあるように、前記第１複数の開口部から選択された距離で片寄っている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第２径は、前記第１径の少なくとも約３０％である、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第２径は、前記第１径の少なくとも約５０％である、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第２径は、前記第１径の少なくとも約６５％である、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記第２径は、前記第１径の約９５％以下である、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記第２径は、前記第１径の約９０％以下である、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記第２径は、前記第１径の約８５％以下である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１径は約１２０μｍ〜１６０μｍであり、前記第２径は約８０μｍ〜１４０μｍである、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１径は約１３０μｍであり、前記第２径は約１１０μｍである、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１径は約１１０μｍであり、前記第２径は約９０μｍである、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第２複数の開口部は、前記加工方向において前記第１複数の開口部から、前記第１複数の開口部の隣接対の各中心間の距離の約２分の１の距離で間隔が開けられている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記複数のノズル開口部は、前記加工方向において前記第２列のノズル開口部から下流に配置された１つまたは複数の追加列のノズル開口部をさらに含んでおり、前記１つまたは複数の追加列のノズル開口部の各々は前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って間隔が開けられ、前記１つまたは複数の追加列のノズル開口部の各々は前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って最も近い上流列のノズル開口部から選択された距離で片寄り、前記１つまたは複数の追加列のノズル開口部の各々は前記第２径以下の径を有している、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記選択された距離は、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って前記第１列のノズル開口部の少なくとも１つの中心から、前記第２列のノズル開口部の最も近い１つの中心から前記加工方向に延びる線まで測定され、かつ前記選択された距離は前記第１径の２分の１および前記第２径の２分の１の和以上である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記選択された距離は、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って前記第１列のノズル開口部の少なくとも１つの中心から、前記第２列のノズル開口部の最も近い１つの中心から前記加工方向に延びる線まで測定され、かつ前記選択された距離は前記第１径以上である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記選択された距離は、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って前記第１列のノズル開口部の少なくとも１つの中心から、前記第２列のノズル開口部の最も近い１つの中心から前記加工方向に延びる線まで測定され、かつ前記選択された距離は前記第１径および前記第２径の和以上である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記選択された距離は、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って前記第１列のノズル開口部の少なくとも１つの中心から、前記第２列のノズル開口部の最も近い１つの中心から前記加工方向に延びる線まで測定され、かつ前記選択された距離は、前記第１列のノズル開口部の各々の中心を通って延びる第１線と、前記第２列のノズル開口部の各々の中心を通って延びる第２線との間に画定された距離と同一である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
不織布を形成すべく加工方向に移動する１シートの布地材料を水流交絡加工するための方法であって、
前記布地材料を前記加工方向に前進させる工程と；
前記布地材料に第１複数の流体流を受けさせる工程であって、前記第１複数の流体流は前記加工方向に実質的に垂直である前記布地材料の全幅に沿って相互から間隔が開けられ、前記第１複数の流体流は前記第１複数の流体流の各々の間で前記不織布の全長に沿って延びる複数の畝を有する前記不織布を形成すべく前記布地材料に第１力強度で衝撃を与えるように構成されている工程と、
前記不織布に第２複数の流体流を受けさせる工程であって、前記第２複数の流体流は前記加工方向において前記第１複数の流体流から下流に配置され、前記第２複数の流体流は、前記不織布内の前記複数の畝の各々の高さを少なくとも部分的に減少させられるように、前記第２複数の流体流が前記複数の畝に前記第１力強度より小さい第２力強度で衝撃を与え、前記布地材料の全幅に沿って前記第１複数の流体流から選択された距離で片寄っている工程とを含む方法。
【請求項２０】
前記布地材料に前記第１複数の流体流を受けさせる工程は、前記布地材料の全幅にわたって延びる細長い水流交絡加工用ジェットストリップ内に画定された第１複数の開口部を通して流体を強制的に流す工程をさらに含み、かつ前記不織布に前記第２複数の流体流を受けさせる工程は、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップ内に画定され、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って前記第１複数の開口部から前記選択された距離で片寄っている第２複数のノズル開口部を通して前記流体を強制的に流す工程を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１複数の開口部の各々は第１径を有しており、前記第２複数の開口部の各々は前記第１径より小さい第２径を含んでいる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第２径は、前記第１径の少なくとも約３０％である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第２径は、前記第１径の少なくとも約５０％である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記第２径は、前記第１径の少なくとも約６５％である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記第２径は、前記第１径の約９５％以下である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記第２径は、前記第１径の約９０％以下である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記第２径は、前記第１径の約８５％以下である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１径は約１２０μｍ〜１６０μｍであり、前記第２径は約８０μｍ〜１４０μｍである、請求項２１に記載の方法。
【請求項２９】
前記第１径は約１３０μｍであり、前記第２径は約１１０μｍである、請求項２１に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１径は約１１０μｍであり、前記第２径は約９０μｍである、請求項２１に記載の方法。
【請求項３１】
前記選択された距離は、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って前記第１列のノズル開口部の少なくとも１つの中心から、前記第２列のノズル開口部の最も近い１つの中心から前記加工方向に延びる線まで測定され、かつ前記選択された距離は前記第１径の２分の１および前記第２径の２分の１の和以上である、請求項２０に記載の方法。
【請求項３２】
前記選択された距離は、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って前記第１列のノズル開口部の少なくとも１つの中心から、前記第２列のノズル開口部の最も近い１つの中心から前記加工方向に延びる線まで測定され、かつ前記選択された距離は前記第１径以上である、請求項２０に記載の方法。
【請求項３３】
前記選択された距離は、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って前記第１列のノズル開口部の少なくとも１つの中心から、前記第２列のノズル開口部の最も近い１つの中心から前記加工方向に延びる線まで測定され、かつ前記選択された距離は前記第１径および前記第２径の和以上である、請求項２０に記載の方法。
【請求項３４】
前記選択された距離は、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って前記第１列のノズル開口部の少なくとも１つの中心から、前記第２列のノズル開口部の最も近い１つの中心から前記加工方向に延びる線まで測定され、かつ前記選択された距離は、前記第１列のノズル開口部の各々の中心を通って延びる第１線と、前記第２列のノズル開口部の各々の中心を通って延びる第２線との間に画定された距離と同一である、請求項２０に記載の方法。
【請求項１】
不織布を形成すべく加工方向に移動する１シートの布地材料を水流交絡加工するためのシステムであって、前記システムは、水流交絡加工用流体の流れを前記シートの布地材料に向けるように各々が動作可能に配置された、複数のノズル開口部を含む細長い水流交絡加工用ジェットストリップを備え、前記複数のノズル開口部は、
前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って間隔が開けられた第１列のノズル開口部であって、前記第１列内の前記ノズル開口部の各々が第１径を有するノズル開口部と、
前記加工方向において前記第１列のノズル開口部から下流に配置され、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って間隔が開けられた第２列のノズル開口部であって、前記第２列のノズル開口部は前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って前記第１列のノズル開口部から選択された距離で片寄り、前記第２列内の前記ノズル開口部の各々は前記第１径より小さい第２径を有する第２列のノズル開口部とを含んでいるシステム。
【請求項２】
前記第１列のノズル開口部から出る前記水流交絡加工用流体の流れは前記シートの布地材料内に畝を作り出し、前記第２列のノズル開口部は、前記第２列のノズル開口部から出る前記水流交絡加工用流体流が前記畝の高さを減少させるように動作可能に配置されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第２列のノズル開口部は、前記第２列のノズル開口部の各々の中心が前記第２列のノズル開口部の各々に最も近く位置する前記第１列の１対のノズル開口部の各々の中心から実質的に等距離にあるように、前記第１複数の開口部から選択された距離で片寄っている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第２径は、前記第１径の少なくとも約３０％である、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第２径は、前記第１径の少なくとも約５０％である、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第２径は、前記第１径の少なくとも約６５％である、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記第２径は、前記第１径の約９５％以下である、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記第２径は、前記第１径の約９０％以下である、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記第２径は、前記第１径の約８５％以下である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１径は約１２０μｍ〜１６０μｍであり、前記第２径は約８０μｍ〜１４０μｍである、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１径は約１３０μｍであり、前記第２径は約１１０μｍである、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１径は約１１０μｍであり、前記第２径は約９０μｍである、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第２複数の開口部は、前記加工方向において前記第１複数の開口部から、前記第１複数の開口部の隣接対の各中心間の距離の約２分の１の距離で間隔が開けられている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記複数のノズル開口部は、前記加工方向において前記第２列のノズル開口部から下流に配置された１つまたは複数の追加列のノズル開口部をさらに含んでおり、前記１つまたは複数の追加列のノズル開口部の各々は前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って間隔が開けられ、前記１つまたは複数の追加列のノズル開口部の各々は前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って最も近い上流列のノズル開口部から選択された距離で片寄り、前記１つまたは複数の追加列のノズル開口部の各々は前記第２径以下の径を有している、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記選択された距離は、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って前記第１列のノズル開口部の少なくとも１つの中心から、前記第２列のノズル開口部の最も近い１つの中心から前記加工方向に延びる線まで測定され、かつ前記選択された距離は前記第１径の２分の１および前記第２径の２分の１の和以上である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記選択された距離は、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って前記第１列のノズル開口部の少なくとも１つの中心から、前記第２列のノズル開口部の最も近い１つの中心から前記加工方向に延びる線まで測定され、かつ前記選択された距離は前記第１径以上である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記選択された距離は、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って前記第１列のノズル開口部の少なくとも１つの中心から、前記第２列のノズル開口部の最も近い１つの中心から前記加工方向に延びる線まで測定され、かつ前記選択された距離は前記第１径および前記第２径の和以上である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記選択された距離は、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って前記第１列のノズル開口部の少なくとも１つの中心から、前記第２列のノズル開口部の最も近い１つの中心から前記加工方向に延びる線まで測定され、かつ前記選択された距離は、前記第１列のノズル開口部の各々の中心を通って延びる第１線と、前記第２列のノズル開口部の各々の中心を通って延びる第２線との間に画定された距離と同一である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
不織布を形成すべく加工方向に移動する１シートの布地材料を水流交絡加工するための方法であって、
前記布地材料を前記加工方向に前進させる工程と；
前記布地材料に第１複数の流体流を受けさせる工程であって、前記第１複数の流体流は前記加工方向に実質的に垂直である前記布地材料の全幅に沿って相互から間隔が開けられ、前記第１複数の流体流は前記第１複数の流体流の各々の間で前記不織布の全長に沿って延びる複数の畝を有する前記不織布を形成すべく前記布地材料に第１力強度で衝撃を与えるように構成されている工程と、
前記不織布に第２複数の流体流を受けさせる工程であって、前記第２複数の流体流は前記加工方向において前記第１複数の流体流から下流に配置され、前記第２複数の流体流は、前記不織布内の前記複数の畝の各々の高さを少なくとも部分的に減少させられるように、前記第２複数の流体流が前記複数の畝に前記第１力強度より小さい第２力強度で衝撃を与え、前記布地材料の全幅に沿って前記第１複数の流体流から選択された距離で片寄っている工程とを含む方法。
【請求項２０】
前記布地材料に前記第１複数の流体流を受けさせる工程は、前記布地材料の全幅にわたって延びる細長い水流交絡加工用ジェットストリップ内に画定された第１複数の開口部を通して流体を強制的に流す工程をさらに含み、かつ前記不織布に前記第２複数の流体流を受けさせる工程は、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップ内に画定され、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って前記第１複数の開口部から前記選択された距離で片寄っている第２複数のノズル開口部を通して前記流体を強制的に流す工程を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１複数の開口部の各々は第１径を有しており、前記第２複数の開口部の各々は前記第１径より小さい第２径を含んでいる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第２径は、前記第１径の少なくとも約３０％である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第２径は、前記第１径の少なくとも約５０％である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記第２径は、前記第１径の少なくとも約６５％である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記第２径は、前記第１径の約９５％以下である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記第２径は、前記第１径の約９０％以下である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記第２径は、前記第１径の約８５％以下である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１径は約１２０μｍ〜１６０μｍであり、前記第２径は約８０μｍ〜１４０μｍである、請求項２１に記載の方法。
【請求項２９】
前記第１径は約１３０μｍであり、前記第２径は約１１０μｍである、請求項２１に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１径は約１１０μｍであり、前記第２径は約９０μｍである、請求項２１に記載の方法。
【請求項３１】
前記選択された距離は、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って前記第１列のノズル開口部の少なくとも１つの中心から、前記第２列のノズル開口部の最も近い１つの中心から前記加工方向に延びる線まで測定され、かつ前記選択された距離は前記第１径の２分の１および前記第２径の２分の１の和以上である、請求項２０に記載の方法。
【請求項３２】
前記選択された距離は、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って前記第１列のノズル開口部の少なくとも１つの中心から、前記第２列のノズル開口部の最も近い１つの中心から前記加工方向に延びる線まで測定され、かつ前記選択された距離は前記第１径以上である、請求項２０に記載の方法。
【請求項３３】
前記選択された距離は、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って前記第１列のノズル開口部の少なくとも１つの中心から、前記第２列のノズル開口部の最も近い１つの中心から前記加工方向に延びる線まで測定され、かつ前記選択された距離は前記第１径および前記第２径の和以上である、請求項２０に記載の方法。
【請求項３４】
前記選択された距離は、前記細長い水流交絡加工用ジェットストリップの全幅に沿って前記第１列のノズル開口部の少なくとも１つの中心から、前記第２列のノズル開口部の最も近い１つの中心から前記加工方向に延びる線まで測定され、かつ前記選択された距離は、前記第１列のノズル開口部の各々の中心を通って延びる第１線と、前記第２列のノズル開口部の各々の中心を通って延びる第２線との間に画定された距離と同一である、請求項２０に記載の方法。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１２Ｅ】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
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【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１２Ｅ】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公表番号】特表２００９−５３１５６３（Ｐ２００９−５３１５６３Ａ）
【公表日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５０３２５１（Ｐ２００９−５０３２５１）
【出願日】平成１９年３月２８日（２００７．３．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０６５３７５
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１１２４４１
【国際公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【出願人】（５０７３２６８３６）ノース・キャロライナ・ステイト・ユニヴァーシティ (6)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２８日（２００７．３．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０６５３７５
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１１２４４１
【国際公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【出願人】（５０７３２６８３６）ノース・キャロライナ・ステイト・ユニヴァーシティ (6)
【Ｆターム（参考）】
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