JP2934276B2 - 紙の層を結合するための方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は紙の層を結合する方法に関しかつその方法
を達成するための装置に関する。

紙の層を結合はまた接続するための方法は数十年にわ
たって知られており、製本技術の本質的な部分を形成す
る。１時間に10万部までの印刷製品を製作できる高性能
印刷機械装備の到来とともに、紙の層の結合に関する刷
新が必要となった。

印刷作業において生じるような紙の層を多量に綴じる
作業のために、特に接着剤による結束、糸綴じおよび針
金綴じまたは留め金で止めることが大変満足のいくやり
方であることが証明されてきた。

接着剤による結束は好ましくは本、カタログおよび雑
誌を綴じるために使用される。しばしば種々の接着剤に
よる方法が相互に組合わされる。たとえば第１に低粘性
の湿り気の高いコーティングが適用され、続いて接着力
を改善するコーティングがなされる。これはより単純な
方法に比べて結束の品質を多大に改善することを可能に
する。

接合剤による接着の場合には、接合剤を付与する幅は
一般的には4mmである。接合により１時間あたり約１万
５千部を綴じることが可能であり、生産ラインにおいて
はかなりの区域が接合剤の乾燥のために提供されなけれ
ばならない。この方法の重大な不利益は結合された製品
に与えられなければならない乾燥時間である。

要約すれば、接着剤による結束は本、カタログおよび
雑誌を綴じるためには上首尾な方法として考えられ得
る。しかしながら必要な長い乾燥時間のために、わずか
な例外を除いては、この方法は印刷製品の加工機械の別
々の紙の層のスケール状またはフレーク状のストリーム
またはフロー中での小冊子の結束には適当ではない。

紙の層の結合のためのさらなる証明された方法は糸綴
じであるが、それは接着剤による結合により背景へと追
いやられた。縫製能力におけるかなりの向上の結果とし
てのみ、この方法は再び重大性を獲得した。糸綴じは接
着剤による結束に比べると数々の利点および不利な点を
有する。接着剤による結束の品質は紙のタイプに大いに
依存するが、糸綴じは紙質にはあまり関係がない。

比較的遅い方法として、糸綴じは本の高品質な結束の
ために適当なものとして考えられ得る。

しかしながら、仮とじ本または小冊子の形式での印刷
物の縫製または留め金で止めることに関して最大の重要
性が与えられたのは針金綴じまたは留め金で綴じること
であった。回転ワイヤスティッチャは高容量を有するが
比較的高価格である。綴じられた１冊は100頁までを有
することができる。回転ワイヤで綴じる場合には針金の
クリップまたは留め金が突合せ点に対抗して広げられた
紙の束に押し入れられかつそれはロック機構を有しな
い。

単一ワイヤのスティッチャは回転ワイヤスティッチャ
より１時間あたりの容量は小さく、また比較的高価格で
ある。しかしながら、その製品は300頁を越える頁を有
することができる。単一ワイヤのスティッチャはロック
機構を有する綴じ突合せ点を有する。

針金綴じの利点は小冊子を完全に開く可能性である。
印刷された情報の部分を覆う、閉じられ折畳まれた端は
ない。しかしながら、針金綴じの不利な点は背後の留め
金を介しての材料の適用であり、それが製品の積層能力
を制限する。その上、適切な針金材料の選定、保管およ
び加工から付加的な費用が生じる。針金綴じの信頼性に
もまた限界があり、200頁を越える厚い紙の層の場合に
は特にそうである。

こうして、高性能印刷プレスの印刷製品加工動作へ統
合され得る方法に関心が寄せられる、すなわちそれは針
金綴じ方法の能率に比較し得る能率を有ししかしながら
金属の使用等その不利益を被ることがないものである。
そのような方法を追求するとき、個々の紙が接合剤のス
トリップの適用等複雑な準備を個別に受ける必要がない
ことを確実にしかつまた長い乾燥期間のために緩衝また
は中間の保管時間を必要としないことを確実にするよう
特別の注意が払われた。

したがってこの発明の問題は紙の層を結合するための
方法を提供しかつ知られている紙綴じまたは結束の方法
の不利な点を避けることである。この問題は結合される
紙の層が本件の請求項１に従い、超音波の作用の下に結
合されることで解決される。

超音波で紙の層をともに溶着することは自明ではな
い。超音波溶着は金属およびプラスチックを結合するた
めの方法として明白に知られている。この方法に従え
ば、溶着材料は、結合されるべき材料の溶解が存在しそ
れゆえ溶着が得られるようにその接触領域における内部
の摩擦による超音波運動のもとに加熱される。これに関
連してＤ−6056 ホイゼンシュタム、インダスツリエー
ストラーセ 48のブランゾンシャルクラフト・ゲ・エム
・ベー・ハーにより出版されたR.アルテナ、W.−R.ベー
ンケ、L.ホルファート、H.−J.ラインハルトおよびW.ル
ーランドによる出版物「プラスチック接着のための超音
波」（Ultraschall ｆｒ das Kunststoff−Fuge
n）への参照がなされる。

初めは、紙、ボール紙、木材、織布および不織布等の
有機繊維材料を結合するために超音波を使用することが
適切だとは思われなかったが、これはこれら材料が一般
的には超音波加熱作用のもとでは分解しかつ酸素がある
と火がつくことさえ可能だからである。特に、それらは
溶着に必要な、液相にもたらされ得ない。

しかしながら、我々の研究は紙の層の間の十分な接着
を確実にするためには大変薄いコーティングしか必要と
されないことを立証した。このコーティングはたとえば
印刷工程の間に与えられる印刷用インクでもよいしまた
は薄い、急速に乾燥するプラスチックのフィルムでもよ
い。任意には適当な結合剤が紙の製造の間に組込まれ得
る。同時に起こる熱、圧力および振動性の動きの作用
が、結合剤の量が大変少ないときでさえ、紙の層の十分
な接着へと導く。

ボンディングによる紙の層の結合が知られているが、
前記の方法はボンディングの直前に接着される製品への
接着剤の付与を必要とする。しかしながら、このことは
紙が個々に接着剤を与えられかつまた結合されるために
準備される紙の間に尚早の接触がないことを確実にしな
ければならないという付加的な動作を必要とする。しか
しながら、提案される超音波による方法は後の結合目的
のために実際の印刷と同時に紙に事前処理を施すことを
可能にする、すなわち事前処理方法が印刷工程に統合さ
れることが可能で、特に印刷された製品のさらに他の加
工、たとえば個々の紙の裁断、整頓および紙の層を折畳
むことが結合の事前処理により妨害されたりより困難に
されたりしない。紙の層が針金綴じまたは糸綴じに類似
した態様で結合され得ることは特に有利である。

この発明は非限定の実施例および添付の図面に関連し
て下記により詳細に述べられる。

第１図は例示的な態様で、プラスチックの溶着のため
に使用され得る超音波装置の構造を示す。制御手段10は
主要部分11、増幅器12、高周波変成器13、および増幅器
12と変成器13の入力とに正帰還キー15により接続された
同調可能な正帰還手段14を含む。超音波発生器20の周波
数決定要素は高周波変成器に接続される。この回路は超
音波発生器20がソースから動作点への振動量の良好な伝
送のために必要な、音響共振で動作され得ることを確実
にする。正帰還手段14を同調することにより、高周波発
振器の位相位置が最適化され得る。

第２図は超音波発生器20の基本的構造を示す。それは
一般的には超音波変成器21および振動する工具またはい
わゆるソノトロード24を含む。超音波変成器21は一重ね
の並列に接続されたピエゾセラミックのプレート22を含
む。音振幅変成器またはブースタ23が任意に超音波トラ
ンスジューサおよびソノトロードの間に介在させられ
る。この受動素子23は発振振幅における増加または減少
へ導く。実際の接続または結合工具であるソノトロード
がそのチップ25において結合される溶着材料26への超音
波パワーの伝送を確実にする。突合せ点27は材料26上へ
ソノトロード端部により放たれた接触圧力を吸収する。
突合せ点27は与えられる超音波パワーの最小のものを吸
収するような態様で組立てられなければならない、すな
わち大変高い機械的慣性を有しかつ溶着材料26に関して
大変変形しにくいものでなければならない。

超音波トランスジューサ21、ブースタ23およびソノト
ロード24を含むシステムは音響共振で作動する。縦方向
の振動が多くの応用において励起させられる。超音波溶
着装置は一般的には20ないし40KHzの周波数で作動す
る。ソノトロード24のチップ25での縦方向の振動振幅は
典型的には20KHzでは約100μｍであり40KHzでは約50μ
ｍである。

制御手段10および超音波発生器20を含む装置は一般的
には溶着材料26によるダンプニングとは無関係に、ソノ
トロード端部25での機械的振幅が一定の予め定められた
値を有するような態様で制御システムにより作動させら
れる。より有利な超音波溶着機械装置の場合には、超音
波パワーに加え、溶着材料26上にソノトロード端部25よ
り放たれる接触圧力および超音波動作時間を予め定める
ことが可能である。

ブースタ23の選択およびソノトロード24の形状決定は
溶着材料26および実行される溶着の性質の関数である。
最も標準的なソノトロードの形および形式の例がＲ・ア
ルテナ、Ｗ・−Ｒ・ベーンケ、Ｌ・ホルファート、Ｈ・
−Ｊ・ラインハルトおよびＷ・ルーランドによる前記の
著作「プラスチック接着のための超音波」に記載され
る。

第３図ないし第５図は以下に議論される使用のために
特に適切なソノトロードのいくつかの例を示す。こうし
て、第３図は点状のまたはスポット溶着を得るために適
当な、円錐31のソノトロード24を示す。

第４図は平坦なソノトロード端部41およびナイフの刃
状の溶着端部42を有するソノトロードを示す。ソノトロ
ード24のこの実施例は長く幅の狭い溶着を作るために特
に適当である。

第５図は第３図および第４図の２つの実施例を組合わ
せたものである。平坦なソノトロード端部41は第４図の
42のように、ナイフの刃状である。しかしながら、ソノ
トロード24と突合せ点27の間の局部接触圧力を増加する
ために、溶着端部42に切込み53が設けられる。こうして
溶着点は同時に長く幅の狭い溶着シームに製作され得
る。

第１図ないし第５図に示されるような装置を使用し
て、乾燥した印刷されていない紙の層を結合することは
不可能である。対応するテストは超音波により引き起こ
される熱の動作が原因で暗くなったり黒くなったりする
ことを明らかにしたにすぎない。さらなるステップは超
音波動作の間に個々の紙の繊維が共にもつれることを可
能にするであろうし、超音波動作が紙表面に対して横方
向に向けられたときには特にそうである。このようなも
つれは縦方向の動きの場合にもわずかに検知された。

紙の層をわずかに湿らせることによってさらにより良
い結果が得られ得る。この場合には紙の構造がわずかに
損傷され紙の製造において生じるように、局部的に紙作
製ストックを形成する。紙製造方法において多くがそう
であるように、次の超音波により引き起こされる加熱お
よび押圧が紙の繊維のもつれおよび接合に導く。このこ
とが本質的に紙の層の制限された接着を可能にする。

しかしながら、紙に、大変薄いフィルムで十分なのだ
が、溶解可能なコーティングが与えられればさらにより
良い結果さえ得られ得る。一方が標準印刷インクを使用
して印刷されており、他方が印刷されていない分離する
２つの紙の層の上でさえ、超音波動作の後に、印刷され
ていない頁への印刷インクの部分的移動がある。このこ
とは印刷されていない頁への印刷インクの接着が本来の
適用の間における接着とちょうど同じぐらいに良好であ
ることを意味する。たとえばイラスト入り雑誌に局部的
にあるような、光沢のある紙の上に濃い茶色の影等を強
く印刷することは超音波動作のもとでは大変良好な接着
へ導く。

信頼できる接続を確実にするために、紙が事前に処理
されることが勧められる。これに関しては異なる可能性
が存在する。

第６図は超音波溶着のために事前に処理される１枚の
紙を示す。紙61の折目領域62では横方向に境界決めされ
たストリップ63が規定され、印刷インクまたはより高い
温度で溶解するプラスチックを与えられる。そのような
ストリップ63は後に挿入頁、エントリまたはオーダフォ
ームもしくはアート印刷物が挿入されるべき紙61の領域
64に付加的にまたは代替的に適用され得る。ストリップ
領域63、64はいずれも印刷工程の間にたとえば印刷イン
ク、特に多量の結合剤を含む印刷染料を使用しての多重
コーティングにより、または付加的な加工ステップにお
いて紙61へ適用され得る。

紙61の後の超音波溶着のためのもう１つの事前処理の
可能性はたとえば大変薄いプラスチックフィルムなどの
無色結合剤のはっきりとは規定されていない適用からな
る。このような事前処理はたとえば特別の印刷染料を使
用することによる、印刷工程への変更を必要としない。
事前処理はたとえば結束領域での印刷された頁にスプレ
ーすることにより成し遂げられ得るであろう。いずれの
場合でも一般的に折目領域で生じる材料の適用は最小の
材料の適用によりほとんど不利な効果を持たないであろ
う。

さらなる紙の処理はその製造工程の間もしくは印刷工
程の間またはその後のいずれかに超音波溶着のためにそ
の表面全体にわたって紙が事前処理されることからな
る。たとえば、付加的には所望の光沢効果、湿り気の保
護、またはその他同様ものが紙の製造の間または直後も
しくは印刷工程の前または間に達成され得るであろう。

さらなる事前処理の手順として、既に重ねられた紙の
層の折目領域63へ結合剤または水が注入され得るであろ
う。紙の層は事前に穿孔され得るし、同時にまたはその
後に中空のまたは管状の針により結合剤または水が与え
られ得る。また紙の層へ液体の小滴を浴びせることも可
能である（同時に出願された「紙の層の接着剤による結
束のための方法」という名称の特許出願スイス特許第01
155/89−３を参照）。

述べられたとおり、溶着材料26上にソノトロード24に
より放たれた接触圧力を吸収するために突合せ点27が必
要である。この突合せ点は第７図に示されるようにプレ
ートであっもてよい。

もう１つの可能性は突合せ点が第８図に示されるよう
に、その上に紙の層が印刷プレスのスケールフローで置
かれる、手首状の装置27であることである。この場合に
は突合せ点は竿または手首状であってもよい。

第９図は紙の層のための統合された超音波溶着装置を
有する例示的な印刷機械装備を示す。紙は紙積載装置90
からいくつかの印刷段階を含み得る、印刷機械91へ至
る。それから印刷物は縦に裁断されかつ任意には裁断機
構92へ供給される。印刷物はそれからたとえば結合剤が
押圧されまたはスプレーされる、溶着事前処理手段94へ
進む。印刷材料はその後束ねられさらに運ばれる。任意
には結合剤を浴びせることによる溶着事前処理は束ねら
れた紙の層で行なわれ得る。それから印刷物は紙の層が
結合される、超音波溶着装置95の中へ進む。たとえばス
ケールフロー93として、束ねられた製品はそれから除去
手段96により受取られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はたとえばプラチックを結合するために使用され
るような、超音波溶着装置の図である。 第２図は超音波トランスジューサ−ブースタ−ソノトロ
ード手段の原理を示す図である。 第３図はソノトロードのチップの第１の可能な円錐形を
示す図である。 第４図はナイフの刃の形でのソノトロードの第２の形を
示す図である。 第５図は切込みを有するナイフの刃としての第３の可能
なソノトロードの形を示す図である。 第６図はストリップ状の事前処理を有する紙を示す図で
ある。 第７図はプレート状の突合せ点による紙の層の超音波溶
着のための装置を示す図である。 第８図はバー状の突合せ点による背の上での紙の層の対
応する溶着を示す図である。 第９図は超音波溶着装置が統合された印刷機械装備の例
を示す図である。 図において11は主要部分、12は増幅器、13は変成器、14
は正帰還手段、15は正帰還キー、20は超音波発生器、21
は超音波トランスジューサ、22はピエゾセラミックプレ
ート、23は受動素子、24はソノトロード、25はチップ、
26は溶着材料、27は突合せ点、31は円錐、32はチップ、
42は平坦なソノトロードの端部、42は溶着端部、53は切
込み、61は紙、62は折目領域、63、64はストリップ領
域、90は紙積載装置、91は印刷機構、92は裁断機構、93
はスケールフロー、94は溶着事前処理手段、95は超音波
溶着装置、96は除去手段である。

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超音波結束が使用されることを特徴とし、
   紙の層を小冊子、仮綴本もしくは本の形に結合しまたは
   挿入シートに結束するための方法であって、 超音波動作の前に紙の層が表面全体または局部的な事前
   処理を受け、 その事前処理は湿り気を与えることを含むことを特徴と
   する方法。
2. 【請求項２】事前処理は印刷の後に実行されることを特
   徴とする請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】事前処理がスプレー動作からなることを特
   徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 【請求項４】事前処理は紙の層への水の注入からなるこ
   とを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
5. 【請求項５】紙の層への超音波動作が点状またはストリ
   ップ状の態様で行なわれることを特徴とする請求項１か
   ら４のいずれかの項に記載の方法。
6. 【請求項６】請求項１に記載の方法に使用するための装
   置であって、紙に湿り気を与える手段と結束手段を含
   み、結束手段は制御手段（10）と超音波発生器（20）を
   含み、超音波発生器は超音波トランスデューサ（21）
   と、チップ（32）またはナイフの刃（42）に向かってテ
   ーパするソノトロード端部（25、31、41）を有するソノ
   トロード（24）とを含み、かつ突き合わせ点（27、2
   7′）が設けられていることを特徴とする装置。
7. 【請求項７】超音波トランスデューサ（21）とソノトロ
   ード（24）との間に振幅変成器、いわゆるブースタ（2
   3）が設けられていることを特徴とする請求項６に記載
   の装置。
8. 【請求項８】ソノトロード（24）の端部（31、41）が円
   錐（31）であることを特徴とする請求項６または７に記
   載の装置。
9. 【請求項９】ソノトロード（24）の端部（31、41）がナ
   イフの刃状（41）であることを特徴とする請求項６また
   は７に記載の装置。
10. 【請求項１０】ソノトロード（24）のナイフ状（41）の
    端部（31、41）が切込（53）を含むことを特徴とする請
    求項９に記載の装置。
11. 【請求項１１】突き合わせ点がプレート状（27）、また
    は竿状もしくは手首状（27′）であることを特徴とする
    請求項６から10のいずれかの項に記載の装置。
12. 【請求項１２】超音波結束装置（10、20）が印刷機械装
    備の後部に連結されていることを特徴とする請求項６か
    ら11のいずれかの項に記載の装置。