JP2001523595A - 紙を接合する方法 - Google Patents

紙を接合する方法

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JP2001523595A
JP2001523595A JP2000520961A JP2000520961A JP2001523595A JP 2001523595 A JP2001523595 A JP 2001523595A JP 2000520961 A JP2000520961 A JP 2000520961A JP 2000520961 A JP2000520961 A JP 2000520961A JP 2001523595 A JP2001523595 A JP 2001523595A
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joint
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ultrasonic welding
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ヴァルデマール サヴァヅキ，
オヴェ ベルダル，
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メールンリユーケ ヘルス ケアー アーベー
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    • B31F—MECHANICAL WORKING OR DEFORMATION OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER
    • B31F5/00—Attaching together sheets, strips or webs; Reinforcing edges
    • B31F5/008—Attaching together sheets, strips or webs; Reinforcing edges by friction, e.g. obtained ultrasonic vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B31—MAKING ARTICLES OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER; WORKING PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER
    • B31D—MAKING ARTICLES OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER, NOT PROVIDED FOR IN SUBCLASSES B31B OR B31C
    • B31D1/00—Multiple-step processes for making flat articles ; Making flat articles
    • B31D1/0006—Multiple-step processes for making flat articles ; Making flat articles the articles being coffee filters

Abstract

(57)【要約】 少なくとも二つの紙シート（１，２）を接合する方法。方法は意図した接合部（９）の領域内で予め決められた量の水を用いて各紙シート（１，２）を湿潤し；互いに当接した湿潤された領域とともに紙シートを置き；適用された水の少なくとも８０重量％が除去されるように超音波溶接装置（７，８）内で組み合わされた紙シートの湿潤された領域を処理する工程を含む。また、本発明は方法を実施するための装置、及び前記方法によって製造される接合部に関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は少なくとも二つの紙シートを接合する方法、その方法を実施するため
の装置、及びその方法によって接続される接合部に関する。
【０００２】 紙シートはステープルの如き様々な接着剤又はファスナーの助けで現在接合さ
れている。また、紙を変形することによって機械的に紙を接合することも知られ
ている（例えばコーヒーフィルター紙）。この後者の性質の接合部は環境的側面
から有益である。なぜならばこのようにして接合される紙製品は接着剤残留物又
は金属要素を最初に除去する必要なしでそれらの存在状態でリサイクルされるこ
とができる。容易に影響されうるこの性質の接合部は従来の接合部と比較してコ
スト節約にも寄与する。なぜならば従来の接合部とは異なり接着剤も金属要素も
使用する必要はないからである。
【０００３】 本発明の目的はまさしく接着剤又は金属要素のない紙接合部を製造することに
ある。
【０００４】 この目的は本発明によれば少なくとも二つの紙シートを接合する方法であって
、意図した接合部の領域内で予め決められた量の水を用いて各紙シートを湿潤し
；互いに当接した湿潤された領域とともに紙シートを置き；添加された水の少な
くとも８０重量％を除去するように超音波溶接装置内でかくして組み合わされた
紙シートの湿潤された領域を処理する工程を含むことを特徴とする方法によって
達成される。このようにして接合される紙シートに添加される唯一の物質は水で
あるので、紙を使用直後にリサイクルすることができる。方法は簡単でコストに
効果的な方法で従来の装置で実施することができる。
【０００５】 一つの好ましい例では、紙シートは超音波溶接装置で処理される前にカレンダ
ー処理される。紙シートの適切な湿潤は紙シートを異なる程度（但し、他の点で
は同じ条件）に湿潤することによって実験的に決定され、そこで接合部の強度が
各湿潤の程度に対して決定される。次に超音波装置における適切な処理の程度は
前記超音波溶接装置に異なるエネルギー入力で同じ程度に湿潤させた紙シートを
処理することによって実験的に決定され、そこで接合部の強度は各エネルギー入
力値に対して決定される。
【０００６】 また、本発明は貯蔵リールからとられた二つの走行紙ウェブの形の少なくとも
二つの紙シートを接合するための装置において、湿潤ユニット、紙ウェブを組み
合わせるための手段、及び超音波溶接装置を含み、これらの装置構成要素がウェ
ブ移動方向に互いの下流に配置されていること、及び湿潤ユニットを越えてウェ
ブ組合せ手段及び超音波溶接装置を通って紙ウェブを供給するための手段を含む
ことを特徴とする装置に関する。
【０００７】 一つの好ましい例では、ウェブ組合せ手段はカレンダー装置である。
【０００８】 また、本発明は結合剤の不存在下で少なくとも二つの紙ウェブを接合する接合
部に関し、前記接合部は耐脂紙状構造及び前記ウェブの組み合わされた厚さの５
０％未満、好ましくは３０％未満の厚さを有する領域を含むことを特徴とする。
【０００９】 本発明は添付図面を参照して記載されるだろう。
【００１０】 図１は紙シートを接合するための本発明装置の概略図である。
【００１１】 図２は図１に示された装置において接合された二つの紙シートから構成される
紙ウェブの透視部分を概略的に示す。
【００１２】 図３は紙シートが進行するスピードの関数として紙シートの引張強度及び湿潤
を示すグラフである。
【００１３】 図４は異なる供給スピード及び湿潤度に関して超音波圧力の関数として引張強
度を示すグラフである。
【００１４】 図５は湿潤の関数として引張強度を示すグラフである。
【００１５】 貯蔵リール３，４からとった二つの紙ウェブ１，２を接合するための図１に示
された装置は湿潤ユニット５、カレンダー装置６、超音波溶接ユニット７、及び
アンビルロール又は対抗圧力ローラ８を含み、これらの構成要素はウェブ１，２
の供給方向に連続的に上の順序で配置されている。
【００１６】 装置の操作方法は下記の通りである： 紙ウェブは湿潤ユニット５を越えるにつれて予め決められた量の水で湿潤され
る。湿潤された紙ウェブ１，２は次いで相互に当接したウェブの湿潤された領域
とともにカレンダー装置６を通過する。かくして組み合わされたウェブ１，２は
次いで超音波ユニット７のホーン(horn)及びアンビルロール８によって規定され
る間隙を通過する。二つの紙ウェブは超音波溶接ユニット及びアンビルロールを
通過した後、ユニット５によって湿潤されるそれらの領域において相互に接合さ
れることを驚くべきことに見出した。
【００１７】 図２は超音波溶接ユニット７を通過するのに続いてウェブ１，２から切断され
た部分を透視的に示す。示された例では、アンビルロールは図２から明らかなよ
うに生じた接合部９において相互に接続された領域１０の列を形成する突起の列
を含む。相互に接合された紙ウェブは領域１０において極めて薄く、いわゆる耐
脂紙状構造を有する。
【００１８】 得られた接合部の強度は紙が湿潤された程度及び超音波処理操作で適用される
機械的エネルギーに依存する。接合部９の大部分が化学結合（その水素結合はお
そらく優位な部分を形成する）によって得られると思われる。但し、接合部はお
そらく機械的結合を含むだろう。領域１０における耐脂紙状構造から超音波ホー
ンが前記領域において短繊維を得るようにアンビルロール上の突起の領域内の紙
繊維を崩壊することが想定される。機械的作用工程によって発生される熱及び水
の存在は接合部を得るために必要な条件に寄与する。紙ウェブ１，２の間の接合
が実際に確立される方法は現時点では適切に理解されていないので、紙が湿潤さ
れる程度及び供給されるエネルギーの量を最適化することはこの瞬間では不可能
である。しかしながら、紙の過剰の湿潤や紙を全く湿潤させないことは紙が前記
超音波作用工程を受けるとき接合を生じないことが知られている。有効な接合部
は紙ウェブの湿分が５％ほどに低いときに得られうること、及び５０％のウェブ
湿分では接合部が全く得られないことが見出された。ウェブの湿分は水を適用す
る前及び後で接合部領域を秤量することによって測定され、適用された水の重量
を水の適用前の紙の重量によって割り、１００倍することによって構成される。
最適強度の接合部が得られる条件はそれゆえ実験的に決定されなければならない
。
【００１９】 図３及び４はArjo Wiggins, Paris, Franceによって製造されかつCREPE PAPER WHITEと称される６０ｇ／ｍ２の単位面積あたり重量を有する紙から構成される
二つの紙ウェブの間で最大強度の接合部を得るために湿潤の程度及びエネルギー
入力がどのように決定されているかを示す。これらの紙ウェブは図１に従って構
成された装置を走行させた。湿潤ユニットは通過する紙ウェブに単位時間あたり
の決められた量の水を送出するように設計された。カレンダー圧力は０．５ｂａ
ｒであり、それはこのタイプの紙のために最適な圧力である。カレンダー処理は
紙中への表面水の吸収を容易にすることを意図される
【００２０】 超音波溶接ユニットは２０Ａ２０００と称されるDukane Corp., Illinois, US
Aからのユニットを含んでいた。超音波ホーンは全ての試験中１５μｍの一定振 幅を有していた。超音波装置に供給されるエネルギーの量はその対抗圧力（ＵＬ
圧力）を変化することによって変化された。
【００２１】 得られた接合部の強度はＳＣＡＮ Ｐ４４：８１によって測定された。
【００２２】 接合部の強度及び湿潤の程度（ｇ／ｍ２）は一定ＵＬ圧力で紙ウェブが進行さ
れる関数としてまず測定された。湿潤ユニットは単位時間あたり一定量の水を送
出し、紙が湿潤される程度を増大する紙供給スピードに合わせた。これらの試験
の結果は図３に示される。曲線Ｆは接合強度（Ｎ）を表し、曲線Ｂは湿潤度（ｇ
／ｍ２）を表す。
【００２３】 第１試験では、紙ウェブは０．０２５ｍの幅にわたって０．８２ｇ水／分で各
々湿潤され、ウェブ供給スピードは５〜２０ｍ／分の増加率で増加された。図３
から明らかなように、最大接合強度は１１ｍ／分のウェブ供給スピード及び２．
９８ｇ／ｍ２の湿潤度で得られた。
【００２４】 １８−３０ｍ／分の範囲のウェブ供給スピードを使用する第２試験では、紙ウ
ェブは１．６６ｇ水／分で湿潤された。このスピード範囲において、最強接合部
は２２ｍ／分のウェブスピード及び３．０２ｇ／ｍ２の湿潤度で得られた。
【００２５】 ２８−４０ｍ／分の範囲のウェブ供給スピードを使用する第３試験では、ウェ
ブは２．５６ｇ水／分で湿潤された。このスピード範囲では、最強接合部は３１
ｍ／分のウェブスピード及び３．３０ｇ／ｍ２の湿潤度で得られた。
【００２６】 ３８−５０ｍ／分の範囲のウェブ供給スピードを使用する第４試験では、ウェ
ブは３．５１ｇ水／分で湿潤された。このスピード範囲では、最強接合部は４２
ｍ／分のウェブスピード及び３．３４ｇ／ｍ２の湿潤度で得られた。
【００２７】 図３に示された試験は得られた接合部の強度は紙が湿潤される程度、即ち湿潤
度に依存する。
【００２８】 図４は紙ウェブの湿潤度及び前記ウェブが前記溶接装置を通して供給されるス
ピードを一定に保持しながらＵＬ圧力（それは超音波ホーンの対抗圧力を意味す
る）が変化される多数の試験を示す。前述のように、曲線Ｆ及びＢはそれぞれ接
合強度及び湿潤度を示し、一方曲線ＵＬはＵＬ圧力を示す。
【００２９】 図４から明らかなように、７Ｎを越える最強接合部は１１ｍ／分、２２ｍ／分
及び３１ｍ／分のウェブ供給スピード、１．６ｂａｒ、２．４ｂａｒ及び１．８
ｂａｒの各ＵＬ圧力で得られ、６Ｎの接合強度は４２ｍ／分のウェブ供給スピー
ド及び３．６ｂａｒのＵＬ圧力で得られた。前記ＵＬ圧力は各ウェブ供給スピー
ドにおいて０．２ｋＷ、０．２１７ｋＷ、０．２２１ｋＷ及び０．４０８ｋＷの
溶接ユニット出力に相当する。
【００３０】 図４に示された試験から接合部の強度が送出されるエネルギーの量に依存する
ことは明らかである。溶接ユニットによって紙ウェブに送出されるエネルギーは
接合部の強度に対して高度に重要であることは明らかである。接合部の強度は送
出されるエネルギーが低すぎたり高すぎるときに減少する。これがそうであると
いう説明はできないが、送出されるエネルギーが小さいとき、化学結合を作る化
学反応（これらは接合部の強度の大部分におそらく対応する）が遅すぎ、一方過
剰なエネルギーは反応が極めて速く起こるか又は全く起こらないだろう。接合部
において生じた結合の幾らかは機械的作用が強すぎるとき破壊されることもあり
得る。
【００３１】 上記試験又は試行は最大接合強度を与える条件が実験的に相対的に容易に決定
されうることを示す。かかる実験試行は最大接合強度より弱い所望の接合強度が
得られることができる条件を決定するために適用されることもできる。この点に
関する例は容易に解放されうる接合部を得ることが望ましいときである。上記方
法は相互に異なる強度の接合部を容易に作ることができる。
【００３２】 図５は紙ウェブの接合領域における湿分の関数として接合強度を示す二つの曲
線Ｉ及びIIを示す。ウェブは３０ｍ／分のスピードで前進され、ＵＬ圧力は曲線
Ｉに関して１．２ｂａｒであり、曲線IIに関して１．８ｂａｒであった。図から
良好な接合は相対的に広い湿分範囲内で達成されうることは明らかであるだろう
。
【００３３】 記載された方法を実施するとき、接合部領域に適用される水の大部分を除去す
ることが重要であることを見出した。例えば、紙に適用される水の２０重量％以
下はウェブが超音波溶接装置を通過した後に接合部領域において残るかもしれな
い。
【００３４】 接合部における耐脂紙状領域１０の厚さを測定すると、元の紙ウェブの３０％
未満であることを見出した。
【００３５】 本発明の記載した例は本発明の範囲内で変更可能であることは理解されるだろ
う。例えば、記載した装置以外のタイプの超音波溶接装置を使用することができ
る。紙シートはもちろん静止させてもよく、湿潤ユニット及び溶接装置は可動で
あってもよい。さらに、他のタイプの紙湿潤又は溶接装置を使用してもよい。方
法は２より多い紙シートを接合するために適用されることもできる。試行中に使
用された紙以外の紙は勿論本発明に従って接合されてもよい。本発明はそれゆえ
特許請求の範囲の内容によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 紙シートを接合するための本発明装置の概略図である。
【図２】 図１に示された装置において接合された二つの紙シートから構成される紙ウェ
ブの透視部分を概略的に示す。
【図３】 紙シートが進行するスピードの関数として紙シートの引張強度及び湿潤を示す
グラフである。
【図４】 異なる供給スピード及び湿潤度に関して超音波圧力の関数として引張強度を示
すグラフである。
【図５】 湿潤の関数として引張強度を示すグラフである。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１１年１２月２１日（１９９９．１２．２１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【請求項７】 結合手段を持たずに少なくとも二つの紙ウェブ（１，２）を
接合する請求項１記載の方法を実施することによって得られる接合部（９）にお
いて、接合部（９）が紙ウェブの組み合わされた厚さの５０％未満、好ましくは
３０％未満の厚さを有する耐脂紙状構造の領域（１０）を含むことを特徴とする
接合部。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１１年１２月２８日（１９９９．１２．２８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００４】 この目的は本発明によれば少なくとも二つの紙シートを接合する方法であって
、意図した接合部の領域内で予め決められた量の水を用いて湿潤後の湿潤された
領域において５−５０重量％の湿分を得るように各紙シートを湿潤し；互いに当
接した湿潤された領域とともに紙シートを置き；添加された水の少なくとも８０
重量％を除去するように超音波溶接装置内でかくして組み合わされた紙シートの
湿潤された領域を処理する工程を含むことを特徴とする方法によって達成される
。このようにして接合される紙シートに添加される唯一の物質は水であるので、
紙を使用直後にリサイクルすることができる。方法は簡単でコストに効果的な方
法で従来の装置で実施することができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】 また、本発明は貯蔵リールからとられた二つの走行紙ウェブの形の少なくとも
二つの紙シートを接合する上記方法を実施するための装置において、湿潤ユニッ
ト、紙ウェブを組み合わせるための手段、及び超音波溶接装置を含み、これらの
装置構成要素がウェブ移動方向に互いの下流に配置されていること、及び湿潤ユ
ニットを越えてウェブ組合せ手段及び超音波溶接装置を通って紙ウェブを供給す
るための手段を含むことを特徴とする装置に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】 また、本発明は結合剤の不存在下で少なくとも二つの紙ウェブを接合する接合
部に関し、前記接合部は前記ウェブの組み合わされた厚さの５０％未満、好まし
くは３０％未満の厚さを有する耐脂紙状構造の領域を含むことを特徴とする。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3E078 BB51 DD13 4L055 AG04 AH37 BE02 BE14 BE20 CF41 CF50 CH16 CH19 FA20 FA30

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも二つの紙シート（１，２）を接合する方法であっ
    て、意図した接合部（９）の領域内で予め決められた量の水を用いて各紙シート
    （１，２）を湿潤し；互いに当接した湿潤された領域とともに紙シートを置き；
    適用された水の少なくとも８０重量％が除去されるように超音波溶接装置（７，
    ８）内で組み合わされた紙シートの湿潤された領域を処理する工程を含むことを
    特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 ５〜５０重量％の湿分を得るように前記接合部領域を湿潤す
    ることを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 超音波溶接装置で処理する前に紙シート（１，２）をカレン
    ダー処理することを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
  4. 【請求項４】 紙シート（１，２）の適切な湿潤を実験的に決定するために
    、紙シートを異なる程度に、しかし他の点に関しては同条件で湿潤（Ｂ）しなが
    ら前記方法を実施し、各湿潤の程度について接合部（Ｆ）の強度を測定すること
    を特徴とする請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記溶接装置（７，８）における処理の適切な程度を実験的
    に決定するために、超音波溶接装置への異なるエネルギー入力（ＵＬ）で紙シー
    トを処理し、各エネルギー入力値について接合部強度（Ｆ）を測定することを特
    徴とする請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】 貯蔵リール（３，４）からとられた二つの走行紙ウェブの形
    の少なくとも二つの紙シート（１，２）を接合するための装置において、湿潤ユ
    ニット（５）、紙ウェブ（１，２）を組み合わせるための手段（６）、及び超音
    波溶接装置（７，８）を含み、前記装置構成要素がウェブ移動方向に相互に連続
    的に配置されていること、及び湿潤ユニットを越えてウェブ組合せ手段及び超音
    波溶接装置を通って紙ウェブを供給する手段を含むことを特徴とする装置。
  7. 【請求項７】 ウェブ組合せ手段（６）がカレンダー装置であることを特徴
    とする請求項６記載の装置。
  8. 【請求項８】 結合手段を持たずに少なくとも二つの紙ウェブ（１，２）を
    接合する接合部（９）において、接合部（９）が耐脂紙状構造及び紙ウェブの組
    み合わされた厚さの５０％未満、好ましくは３０％未満の厚さを有する領域（１
    ０）を含むことを特徴とする接合部。
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