KR102516171B1 - 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구의 연속 제조 방법, 그러한 연속 제조 방법에 의해 제조된 종이제 지철구 및 그러한 종이제 지철구가 보빈에 와인된 제품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노트, 스케치북, 카렌다, 플래너와 같이 타공된 구멍을 통해 바인딩하기 위한 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구의 연속 제조 방법, 그러한 연속 제조 방법에 의해 제조된 종이제 지철구 및 그러한 종이제 지철구가 보빈에 와인된 제품에 관한 것으로서, 본 발명은 평편한 빗살 형상(comb)의 종이제 지철구의 연속 제조 방법에 있어서, 양쪽 측면이 편평한 종이 롤 원지의 내측면에 핫멜트를 도포하여 핫멜트층을 형성하는 단계; 상기 도포 처리된 종이 롤 원지를 소정 폭으로 슬리팅(slitting)하는 단계; 적어도 하나의 상기 슬리팅된 종이 롤 원지의 상기 소정 폭 방향의 일측 단부가 상기 핫멜트층이 형성된 내측을 향해 연속적으로 감기면서 겹쳐져 수렴 및 고정될 수 있도록, 상기 슬리팅된 종이 롤 원지를 회전시킴과 동시에, 인발 성형(pultrusion) 공정을 행함으로써, 상기 편평한 종이 롤 원지를 단면이 원형인 종이제 원사로 제조하는 단계; 상기 종이제 원사에 열을 가하여 상기 핫멜트층을 녹여 액체화시키는 단계; 내부의 핫멜트층이 녹아 있는 상기 종이제 원사를 빗살 형상 성형 장치에 의해 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구로 성형함과 동시에, 또는 성형 후에 냉각시키는 단계; 상기 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구를 재가열하여 연화시키는 단계; 및 밀착 성형 장치에 의해 상기 종이제 지철구의 인접한 빗살 형상의 갈래를 연속적으로 밀착함으로써, 빗살 형상의 갈래 사이의 벌어진 공간이 제거된 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구를 성형함과 동시에, 또는 성형 후에 냉각시키는 단계를 포함하도록 구성된다.

Description

평편한 빗살 형상의 종이제 지철구의 연속 제조 방법, 그러한 연속 제조 방법에 의해 제조된 종이제 지철구 및 그러한 종이제 지철구가 보빈에 와인된 제품{A continuous manufacturing method of a flat, comb-shaped paper-made binding tool, a paper-made binding tool manufactured by such a continuous manufacturing method, and a product in which such a paper-made binding tool is wound on a bobbin}

본 발명은 노트, 스케치북, 카렌다, 플래너와 같이 타공된 구멍을 통해 바인딩하기 위한 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구의 연속 제조 방법, 그러한 연속 제조 방법에 의해 제조된 종이제 지철구 및 그러한 종이제 지철구가 보빈에 와인된 제품에 관한 것이다.

일반적으로, 종전의 노트, 스케치북, 카렌다, 플래너 등과 같이 타공된 구멍을 통해 바인딩하는 방법은 코일 링(coil ring) 및 트윈 링(twin ring)의 2 종류이며, 철사 또는 플라스틱제(PVC, PET) 링을 사용하였다. 코일 링에 의한 바인딩 방법은 타공된 구멍 마다 한줄로 이루어진 코일 링을 연속적으로 삽입하여 사선형으로 바인딩하는 방법이며, 트윈 링에 의한 바인딩 방법은 각각의 타공 구멍에 두줄의 링이 삽입되어 서로 맞물리면서 O 링 형태로 바인딩하는 방법이다.

최근들어, 제품의 친환경화 추세/요구 및 폐기시 분리 수거 문제 등을 감안할 때, 상기와 같은 종래의 철사 또는 플라스틱제 링을 이용한 제품은 폐기시 재활용 등을 위해 철사와 플라스틱을 종이로부터 별도로 분리하여 배출해야만 하는 번거러움이 있었고, 철사 또는 플라스틱제 링 그 자체가 친환경적이지 못한 문제점 또한 있었다.

나아가, 철사 또는 플라스틱제 링으로 바인딩된 노트, 스케치북, 카렌다, 플래너, 플래너 등의 사무 및 문구 제품의 경우, 제품의 코일 링 양단에 돌출된 철사 또는 플라스틱의 끝단이 날카로와서 제품 사용시 손이 찔리거나 베는 등의 안전 사고가 종종 발생하는 문제점 또한 있었다.

종래 기술(특허 제10-1124063호)은 트윈 링 바인딩 제본시 철사를 종이로 대체할 수 있는 제품을 개시하고 있다. 그러나, 트윈 링 제본시 사용되는 종래기술의 종이 제품은 생산 공정이 복잡하고, 연속 생산이 어려워 제조 단가가 아주 높고, 노트 또는 책 제본시 열 융착에 의해 완성되므로, 별도의 고가의 기계가 필요하고, 열 융착 공정 등에 상당한 시간이 소요되어, 결과적으로 제본 제조 원가 또는 비용을 크게 상승시키는 문제점이 있었다.

특히, 상기 트윈 링을 이용한 바인딩 방법에 사용되는 트윈 링은 제본 공장 또는 업자에 납품되기 전에 복잡한 공정을 반드시 거쳐야만 하는 한계가 있었다. 이하 종래의 트윈 링의 제조 공정 및 문제점을 설명하기로 한다.

(1) 철사를 빗살 형상으로 성형하는 공정

먼저, 예컨대 도 1에 도시된 빗살 성형 장치에 의해 공급되는 철사를 도 2(a)에 도시된 평편한 빗살 형상의 갈래로 성형하는 공정이다. 도 1에 도시된 빗살 성형 장치는 공급되는 철사(5)가 회전하는 휠의 단부에 돌출된 핀에 연속적 및 반복적으로 걸려서 빗살 형상의 갈래(6)를 성형할 수 있다. 이와 같은 빗살 성형 장치는 미국 특허 제4,047,544호에 이미 공지된 기술이며, 돌출핀에 철사를 거는 방식에 따라 다양한 특허들이 이미 개시되어 있다.

(2) 편평한 빗살 형상의 갈래를 C 형상의 지철구로 프레스 가공하는 공정

도 2(a)에 도시된 평편한 빗살 형상의 갈래(6)를 도 3에 도시된 프레스 공정에 의해 도 2(b)에 도시된 C 형상의 지철구(8)로 성형하는 공정이다. 도 3(a)를 참조하면, 빗살 형상의 갈래(6)는 제1 프레스(P1)에 의해 프레스 가공되어, 도 3(b)에 도시된 형상(7)으로 1차 프레스 가공된 다음, 다시 도 3(c)에 도시된 제2 프레스(P2)에 의해 프레스 가공되어, 도 3(d)에 도시된 C 형상의 지철구(8)로 최종 성형된다.

(3) C 형상의 지철구를 "U" 형상으로 제작된 종이로 감싼 후, 보빈에 와인딩하는 공정

입체적인 C 형상의 지철구(8)를 보빈에 와인딩할 때, 좌/우 및 상/하간에 상호 꼬임과 엉클어짐이 발생할 수 있다. 따라서, 이와 같은 꼬임 및 엉클어짐을 방지하기 위해 먼저 "U" 형상으로 별도 제작된 종이(4)로 C 형상의 지철구(8)를 감싼 후에 와인딩하는 공정이 반드시 필요하다. 참고로, 도 4(a)는 U 형상의 종이(4)로 감싸진 C 형상의 지철구(8)가 보빈에 와인딩 상태를 보여주며, 도 4(b)는 C 형상의 지철구(8)가 U 형상의 종이(4)로 감싸져 있는 구조를 보다 상세하게 보여준다.

(4) C 형상의 지철구가 와인딩된 보빈을 제본 공장 또는 업자에게 공급하는 단계

제조 공장으로부터 C 형상의 지철구가 와인딩된 보빈을 납품받은 제본 공장 등에서는 C 형상의 지철구를 타공된 지제품에 삽입한 후, C 형상의 지철구 양단을 소정 압력으로 가압함으로써, 책, 노트, 카렌다 등의 제품의 바인딩/제본을 완료한다.

이와 같은 종래의 트윈 링 제조 공정 및 와인딩된 제품 공급 단계에서는 다음과 같은 문제점이 있다.

(1) 평편한 빗살 형상의 갈래(6)를 입체적인 C 형상의 지철구(8)로 성형하기 위해서는 도 3(a) 내지 도 3(d)에 도시된 바와 같이, 많은 단계의 프레스 공정을 거쳐야 하므로, 공정 효율이 저하됨과 동시에, 제조 비용 또한 상승하는 문제점이 있다.

(2) 입체적인 C 형상의 지철구(8)는 입체적인 형상이기에, 그러한 입체적인 C 형상의 지철구를 보빈에 와인딩함에 있어서 상대적으로 많은 부피를 차지할 수밖에 없다. 따라서, 하나의 보빈에 많은 양의 C 형상의 지철구를 감을 수 없게 되어, 하나의 보빈에 감겨지는 C 형상의 지철구가 짧아 연속적인 제조 공정에서 보빈을 자주 교체해 주어야 하고, 결과적으로 불필요하게 C 형상의 지철구의 공급이 중단되어 생산성을 저하시키는 문제점이 있다.

(3) 입체적인 C 형상의 지철구는 보빈에 와인딩될 때, 좌/우 및 상/하간에 상호 꼬임과 엉클어짐이 발생할 수 있기 때문에, 반드시 U 형상으로 제작된 종이를 감싸서 와인딩해야 한다. 따라서, U 형상의 종이를 별도로 생산하기 위한 제작 비용이 추가적으로 발생함과 동시에, U 형상의 종이를 입체적인 C 형상의 지철구에 감싸는 공정 또한 추가적으로 필요하기에, 원가가 상승하며 공정 효율이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 제본 공장에서는 U 형상의 종이를 별도의 언와인딩 공정을 통해 분리하면서 제본해야 하기에, 자원 손실은 물론 폐기물이 추가적으로 발생하는 문제점 또한 있다.

(4) 입체적인 C 형상의 지철구 그 자체가 평편한 빗살 형상의 갈래에 비해 아주 큰 부피를 가지기에, 그에 맞게 보빈 자체의 크기도 커져야 하고, 이에 보빈의 제작비도 많이 소요됨과 동시에, 커다란 부피로 인한 물류비 또한 상승하게 되는 문제점이 있다.

(5) 입체적인 C 형상의 지철구는 철사로 제작되었기에, 외부 충격 등에 의해 C 형상이 변형되거나 꼬임현상이 발생할 수 있다. 따라서, 실제 제본 과정에서 특별한 주의를 요하고, C 형상의 변형시 연속 공정에서 상당한 양을 폐기해야만 하는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1124063호 '종이제 바인더, 및 그 제조 시스템과 제조 장치'

본 발명의 목적은 C 형상으로 만들기 위한 복잡한 프레스 공정이 불필요하여 원가가 절감되고, 꼬임 및 엉클어짐 방지를 위한 U 형의 종이가 불필요하여 원가가 절감되고, 제본 공장 납품 이전의 완성된 제품이 C 형상이 아닌, 평판하게 이루어진 빗살 형상이기에 부피가 적어지고, 그에 따라 보빈의 크기가 작아져 보빈 제작비용이 절감되며, 물류비 또한 절감되고, 동일한 보빈에 C 형상 보다 5 내지 7배 더 많은 양을 와인딩할 수 있어, 하나의 보빈으로 연속적으로 제조할 수 있는 시간이 길어짐에 따라 생산성이 향상되고, 평편형이기에 입체적인 C 형상 보다 충격에 의한 변형이나 꼬임에 강하여 불량률이 대폭 감소되고, 철사 및 플라스틱 사용 없이 생분해성인 종이제 코일 링을 이용하기에 제품 그 자체가 친환경적이고, 종이로 이루어진 링 자체를 별도로 분리하는 번거러운 작업 없이 용이하게 폐기할 수 있고, 나아가 일련의 순차적 공정에 의해 연속 제조할 수 있기에 제조 단가가 저렴하게 할 수 있도록 하는 것에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는 평편한 빗살 형상(comb)의 종이제 지철구의 연속 제조 방법에 있어서, 양쪽 측면이 편평한 종이 롤 원지의 내측면에 핫멜트를 도포하여 핫멜트층을 형성하는 단계; 상기 도포 처리된 종이 롤 원지를 소정 폭으로 슬리팅(slitting)하는 단계; 적어도 하나의 상기 슬리팅된 종이 롤 원지의 상기 소정 폭 방향의 일측 단부가 상기 핫멜트층이 형성된 내측을 향해 연속적으로 감기면서 겹쳐져 수렴 및 고정될 수 있도록, 상기 슬리팅된 종이 롤 원지를 회전시킴과 동시에, 인발 성형(pultrusion) 공정을 행함으로써, 상기 편평한 종이 롤 원지를 단면이 원형인 종이제 원사로 제조하는 단계; 상기 종이제 원사에 열을 가하여 상기 핫멜트층을 녹여 액체화시키는 단계; 내부의 핫멜트층이 녹아 있는 상기 종이제 원사를 빗살 형상 성형 장치에 의해 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구로 성형함과 동시에, 또는 성형 후에 냉각시키는 단계; 상기 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구를 재가열하여 연화시키는 단계; 및 밀착 성형 장치에 의해 상기 종이제 지철구의 인접한 빗살 형상의 갈래를 연속적으로 밀착함으로써, 빗살 형상의 갈래 사이의 벌어진 공간이 제거된 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구를 성형함과 동시에, 또는 성형 후에 냉각시키는 단계를 포함하도록 구성된다.

본 발명의 다른 실시예는 평편한 빗살 형상(comb)의 종이제 지철구의 연속 제조 방법에 있어서, 양쪽 측면이 편평한 종이 롤 원지를 소정의 폭으로 슬리팅(slitting)하는 단계; 상기 슬리팅된 종이 롤 원지의 내측면에 핫멜트를 도포하여 핫멜트층을 형성하는 단계; 적어도 하나의 상기 슬리팅된 종이 롤 원지의 상기 소정 폭 방향의 일측 단부가 상기 핫멜트층이 형성된 내측을 향해 연속적으로 감기면서 겹쳐져 수렴 및 고정될 수 있도록, 상기 슬리팅된 종이 롤 원지를 회전시킴과 동시에, 인발 성형(pultrusion) 공정을 행함으로써, 상기 편평한 종이 롤 원지를 단면이 원형인 종이 원사로 제조하는 단계; 상기 종이제 원사에 열을 가하여 상기 핫멜트층을 녹여 액체화시키는 단계; 내부의 핫멜트층이 녹아 있는 상기 종이제 원사를 빗살 형상 성형 장치에 의해 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구로 성형함과 동시에, 또는 성형 후에 냉각시키는 단계; 상기 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구를 재가열하여 연화시키는 단계; 및 밀착 성형 장치에 의해 상기 종이제 지철구의 인접한 빗살 형상의 갈래를 연속적으로 밀착함으로써, 빗살 형상의 갈래 사이의 벌어진 공간이 제거된 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구를 성형함과 동시에, 또는 성형 후에 재냉각시키는 단계를 포함하도록 구성된다.

바람직하게는, 상기 제조된 종이제 원사를 와인딩한 다음, 상기 종이제 원사를 언와인딩하면서 상기 종이제 원사에 열을 가하도록 구성된다.

보다 바람직하게는, 상기 빗살 형상 성형 장치에 의한 평편한 빗살 형상의 종지제 지철구 성형 단계에서, 상기 종이제 원사의 내부에서 열에 의해 액체화된 핫멜트층은 상기 빗살 형상 성형 장치에 의해 가해지는 힘에 의해 겹쳐 감겨진 종이 사이의 공극을 메우면서, 겹쳐 감겨진 여러 겹의 종이를 서로 접착하고, 상기 냉각에 의해 상기 핫멜트층이 결정화되면서 비정형의 종이제 원사가 강성 또는 경성의 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구로 성형된다.

가장 바람직하게는, 상기 빗살 형상의 갈래를 밀착시키는 성형 단계에서, 상기 재가열에 의해 연화된 핫멜트층은 밀착 성형 장치에 의해 가해지는 힘에 의해 빗살 형상의 갈래가 서로 밀착됨과 동시에, 겹쳐 감겨진 종이 사이의 공극을 재차 메우면서, 겹쳐 감겨진 여러 겹의 종이를 서로 재차 접착하고, 상기 재냉각에 의해 상기 핫멜트층이 다시 결정화되면서 최종적으로 빗살 형상의 갈래 사이의 벌어진 공간이 제거된 강성 또는 경성의 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구로 성형된다.

바람직하게는, 상기 밀착 성형 장치는 평편한 종이제 지철구의 빗살 형상의 갈래가 서로 맞물려 회전하는 한 쌍의 기어의 일측 기어 요홈부에 안착되도록 연속적으로 공급됨과 동시에, 타측 기어 돌출부가 상기 일측 기어 요홈부와 맞물려 회전하면서, 상기 일측 기어 요홈부에 안착된 빗살 형상의 갈래를 가압하도록 구성되고, 상기 일측 기어 요홈부는 요홈부 폭이 깊이 방향으로 좁아지도록 형성되어, 상기 가압시 빗살 형상의 갈래가 서로 밀착되면서 빗살 형상의 갈래 사이의 벌어진 공간이 제거된 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구를 성형할 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 슬리팅된 종이 롤 원지는 10cm 당 4 내지 8 회전수(4~8turns/10cm)로 회전되면서, 단면이 원형인 종이제 원사로 연속 성형되고, 상기 종이제 원사의 지름은 1mm 내지 4mm이다.

본 발명의 또 다른 실시예는 상술한 연속 제조 방법에 의해 제조된 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구를 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시예는 상술한 연속 제조 방법에 의해 제조된 상기 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구가 그 평편한 평면을 따라 보빈에 와인딩된 제품을 제공한다.

본 발명에 따르면, C 형상으로 만들기 위한 복잡한 프레스 공정이 불필요하여 원가가 절감되고, 꼬임 및 엉클어짐 방지를 위한 U 형의 종이가 불필요하여 원가가 절감되고, 제본 공장 납품 이전의 완성된 제품이 C 형상이 아닌, 평편하게 이루어진 빗살 형상이기에 부피가 적어지고, 그에 따라 보빈의 크기가 작아져 보빈 제작비용이 절감되며, 물류비 또한 절감되고, 동일한 보빈에 C 형상 보다 5 내지 7배 더 많은 양을 와인딩할 수 있어, 하나의 보빈으로 연속적으로 제조할 수 있는 시간이 길어짐에 따라 생산성이 향상되고, 평편형이기에 입체적인 C 형상 보다 충격에 의한 변형이나 꼬임에 강하여 불량률이 대폭 감소되고, 철사 및 플라스틱 사용 없이 생분해성인 종이제 코일 링을 이용하기에 제품 그 자체가 친환경적이고, 종이로 이루어진 링 자체를 별도로 분리하는 번거러운 작업 없이 용이하게 폐기할 수 있고, 나아가 일련의 순차적 공정에 의해 연속 제조할 수 있기에 제조 단가가 저렴하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래의 빗살 성형 장치로서, 공급되는 철사를 빗살 형상의 갈래로 성형하는 공정을 도시한다.
도 2(a)는 철사가 도 1의 빗살 성형 장치에 의해 성형된 평편한 빗살 형상의 갈래를 도시하고, 도 2(b)는 평편한 빗살 형상의 갈래가 도 3(a) 내지 도 3(d)의 프레스 공정에 의해 성형된 C 형상의 지철구를 도시한다.
도 3(a) 내지 도 3(d)는 평편한 빗살 형상의 갈래를 C 형상의 지철구로 성형하는 일련의 프레스 공정을 도시한다.
도 4(a)는 U 형상의 종이로 감싸진 C 형상의 지철구가 보빈에 와인딩 상태를 도시하고, 도 4(b)는 C 형상의 지철구가 U 형상의 종이로 감싸져 있는 구조를 보다 상세하게 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 종이 롤 원지의 내측면에 핫멜트층이 형성되고 외측면에 코팅층이 형성된 것을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라, 핫멜트층 및 코팅층이 형성된 종이 롤 원지를 소정의 폭으로 슬리팅하는 것을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라, 적어도 하나의 슬리팅된 종이 롤 원지의 상기 소정 폭 방향의 일측 단부가 핫멜트층이 형성된 내측을 향해 연속적으로 감기면서 겹쳐져서 수렴 및 고정되는 것을 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라, 종이 롤 원지가 수렴 및 고정될 수 있도록, 슬리팅된 종이 롤 원지를 회전시킴과 동시에 인발 성형함으로써, 편평한 종이 롤 원지를 단면이 원형인 종이제 원사로 성형하고, 상기 성형된 종이제 원사를 와인딩하는 것을 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 종이제 원사의 단면을 도시하는 도면이다.
도 10a은 본 발명의 일 실시예에 따라 종이제 지철구의 인접한 빗살 형상의 갈래를 연속적으로 밀착시킬 수 있는 밀착 성형 개념을 도시하고, 도 10b는 밀착 성형 이전과 밀착 성형 이후의 빗살 형상의 갈래 구조를 대비적으로 도시한다.
도 11a는 갈래들이 밀착되어 그 사이에 벌어진 공간이 없는 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구를 도시하고, 도 11b는 별도의 트윈 링 성형 장치에 의해 평편한 빗살 형상의 지철구가 최종적으로 바인딩하도록 성형된 O-링 형태를 도시한다.
도 12은 본 발명의 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구를 이용하여 최종 제본 완료한 제품을 도시한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

1. 종이제 원사의 제조

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 종이제 원사의 제조방법에 있어서 종이 롤 원지(10)의 내측면에 핫멜트층(12)이 형성되고 외측면에 코팅층(14)이 형성된 것을 도시한다.

바람직하게는, 양쪽 측면이 편평한 종이 롤 원지(10)는 연속 제조 공정이 가능하도록, 롤 형태로 감긴 상태에서 연속적으로 공급될 수 있으며, 핫멜트층(12)이 형성된 상태로 다시 롤 형태로 감길 수 있다. 바람직하게는, 종이 롤 원지의 두께는 20㎛ 내지 60㎛이다. 종이 롤 원지의 두께가 너무 얇아 20㎛ 미만이면, 공정 중 찢어짐이 발생하고, 너무 두꺼워 60㎛ 초과하면, 여러 겹의 원형 종이제 원사를 제조하는 인발 성형(pultrusion) 공정에서 종이제 원사 자체가 꺽어지는 문제점이 있다.

종이 롤 원지(12)의 내측면에는 핫멜트가 도포되어 핫멜트층(12)이 형성되는데, 바람직하게는 상기 핫멜트는 생분해성 핫멜트이다. 핫멜트는 용제형 접착제나 수분산형 접착제 등에 비하여 열에 의하여 용융되어 액체화가 용이하며, 별도의 건조 과정 없이 냉각에 의해 접착과 성형이 가능하기에, 공정 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 용제형 접착제나 수분산형 접착제 등은 단지 접착성은 있으나, 성형성이 현격히 낮아서, 본 발명에 적용 자체가 어렵고, 실질적으로는 종이제 원사 제조에 사용될 수 없다. 바람직하게는, 본 발명의 내측면에 도포된 핫멜트층의 두께는 20㎛ 내지 50㎛이다. 핫멜트층이 너무 얇아 20㎛ 미만이면, 후속 종이제 원사를 이용한 코일 성형 공정에서 연화된 핫멜트층이 서로 겹쳐지는 종이 롤 원지 사이의 공극을 메우지 못할 수 있고, 너무 두꺼워 50㎛ 초과하면, 코일 성형 공정 중 회전 공정이 원활하지 못하고 핫멜트가 외측으로 넘쳐 나와 외측의 미관을 손상시키는 문제점이 있다.

핫멜트의 종류로는 eva 계열, 폴리아미드 계열, 폴리에스테르 계열, 폴리우레탄 계열 등이 있는데, 이러한 핫멜트는 피부에 닿아도 해가 없는 친환경 소재이며, 또한 인체에 유해한 용제 없이 접착 및 성형이 가능한 장점을 갖기에, 상기 모든 종류의 핫멜트가 본 발명에 적용 가능하다. 다만, 폐기물에서는 잔류 핫멜트가 문제가 될 수 있기에, 본 발명에 생분해성 핫멜트를 사용하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명에서 핫멜트층의 주요 기능은 접착 작용보다는 열과 압력, 그리고 냉각에 의한 성형성 확보 측면에서 아주 중요한 역할을 하며, 특히 짧은 냉각 시간에 결정화(고체화)가 되는 특성을 가져 본 발명의 연속 제조 공정에서 아주 중요한 구성요소이다.

바람직하게는, 연화점 80도 내지 160도를 갖는 핫멜트를 이용하여 종이 롤 원지의 내측면에 도포하는 것이 바람직하다.

가장 바람직하게는, 겹쳐 감겨진 종이 롤 원지와 핫멜트층의 비율은 1:0.5 내지 1이다. 겹쳐 감겨진 종이가 핫멜트층에 비해 너무 적으면 경성 및 강성을 가진 코일 링 또는 트윈 링의 성형이 어렵고, 핫멜트층이 너무 많으면 압박 롤러에 의해 압력이 가해질 때 핫멜트층이 외부로 넘쳐 나와 미관을 해치는 문제점이 있다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 종이 롤 원지(10)의 외측면에는 코팅층(14)이 형성될 수 있는데, 이러한 코팅층은 추후 최종 완성된 코일 링 또는 트윈 링의 외측면 노출 부위가 내수 또는 내유 기능을 가지도록 하기 위함이다. 일반적으로, 종래의 종이 제품의 내수 및 내유를 위한 코팅액으로는 가격이 저렴한 폴리에틸렌(PE)이 주로 사용되었으나, 폴리에틸렌은 친환경적이 않은 문제점이 있었다. 이에, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 생분해 가능한 친환경 수용성 코팅액을 이용하여 코팅층(14)을 형성하였다. 나아가, 본 발명의 다양한 실시 예에 따라, 상술한 바와 같이, 종이 롤 원지의 외측면에 코팅층을 형성한 다음 슬리팅할 수도 있고, 또는 후술하는 바와 같이 슬리팅된 종이 롤 원지의 외측면에 코팅층을 형성할 수도 있고, 또는 인발 성형에 의해 종이제 원사를 제조한 후, 종이제 원사 자체에 코팅층을 형성할 수도 있다. 즉, 당업자라면, 상기 종이 롤 원지의 외측면, 상기 슬리팅된 종이 롤 원지의 외측면 또는 상기 종이제 원사의 외측에, 생분해 가능한 친환경 수용성 코팅액을 선택적으로 코팅 처리할 수 있을 것임은 자명하다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 종이제 원사의 제조방법에 있어서 핫멜트(12) 및 코팅층(14)이 형성된 종이 롤 원지(10)를 소정의 폭으로 슬리팅하는 것을 도시한다. 도 6을 참조하면, 롤 형태로 제공되는 종이 롤 원지(10)는 슬리터(22)에 의해 소정의 폭으로 슬리팅된 종이 롤 원지(20)로 연속적으로 처리된다. 도 2에서는 종이 롤 원지(10)가 3개의 슬리팅된 종이 롤 원지(20) 형태로 롤에 감겨지는 것을 도시하고 있지만, 최초 종이 롤 원지(10)의 폭에 따라 수개 내지 수십개의 슬리팅된 종이 롤 원지 롤로 처리될 수 있다.

선택적으로는, 종이 롤 원지를 먼저 소정의 폭으로 슬리팅한 다음, 슬리팅된 종이 롤 원지의 내측면에 핫멜트를 도포하여 핫멜트층을 형성할 수 있다. 이 경우, 종이 롤 원지의 외측면에 내수층을 선택적으로 형성할 수 있다. 바람직하게는, 상기 슬리팅된 종이 롤 원지의 폭은 15mm 내지 70mm이다. 상기 슬리팅된 종이 롤 원지를 인발 성형 가공하여 제조되는 종이제 원사의 지름은 1.0mm 내지 4mm인 것이 바람직하다. 따라서, 슬리팅된 종이 롤 원지의 폭이 너무 작으면, 추후 인발 성형 공정에 의해 원형 종이제 원사의 두께가 너무 얇아 1.0mm 미만이 될 수 있고, 너무 크면 원형 종이제 원사의 지름이 너무 두꺼워 4mm를 초과할 수 있다.

도 7은 적어도 하나의 슬리팅된 종이 롤 원지(20)의 소정 폭의 일측 단부가 핫멜트층(12)이 형성된 내측을 향해 연속적으로 감기면서 서로 겹쳐져서 종이제 원사(30) 형태로 수렴 및 고정되는 과정을 도시한다. 도 8은 슬리팅된 종이 롤 원지를 다이(또는, 다이스, 금형)(22A)에서 회전시킴과 동시에, 인발 성형 공정을 행함으로써, 편평한 종이 롤 원지를 단면이 원형인 종이제 원사(30)로 성형하고, 상기 성형된 종이제 원사를 보빈(40)에 와인딩하는 것을 도시한다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 슬리팅된 종이 롤 원지의 상기 소정 폭 방향의 단부가 핫멜트층이 형성된 내측을 향해 연속적으로 감기면서 서로 겹쳐져 수렴 및 고정될 수 있도록, 슬리팅된 종이 롤 원지(20)를 다이(또는, 다이스, 금형)에서 회전시킴과 동시에, 인발 성형 공정이 이루어짐으로써, 슬리팅된 종이 롤 원지를 단면이 원형인 종이제 원사로 제조할 수 있다. 이와 같이 제조된 종이제 원사는 다시 보빈(40)에 와인딩된다. 선택적으로, 종이제 원사 제조 후 그 외측에 코팅층을 형성할 수 있는데, 이 경우 보빈에 와인된 종이제 원사를 언와인드하면서 종이제 원사 자체에 코팅액을 도포하게 된다.

한편, 선택적으로, 슬리팅된 종이 롤 원지를 2장 이상을 동시에 겹쳐 인발 성형할 수도 있다.

바람직하게는, 상기 슬리팅된 종이 롤 원지는 다이(또는, 다이스, 금형)에서 10cm 당 4 내지 8 회전수(4~8turns/10cm)로 회전되어, 단면이 원형인 종이제 원사로 제조된다. 회전수가 4 미만이면, 감겨 겹쳐진 종이 사이에 공극이 너무 많고, 헐거운 수렴 및 고정을 초래하여, 후속 코일 링 또는 트윈 링 성형시 열에 의해 연화된 핫멜트가 공극층을 다 메우지 못한 상태로 성형되어, 원하는 강성과 경성을 가진 코일 링 또는 트윈 링의 성형을 어렵게 하고, 회전수가 8 초과하면, 종이제 원사 자체의 인장 강도를 넘어 종이제 원사가 끊어지게 되는 문제점이 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 종이제 원사의 단면을 도시한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 상술한 슬리팅된 종이 롤 원지의 회전 및 인발 성형 공정에 의해 핫멜트층(12)이 서로 겹쳐 감겨진 종이(10) 사이의 공극을 메우면서, 겹쳐 감겨진 여러 겹의 종이를 서로 접착하고, 종이들 사이에서 핫멜트층이 결정화되면서 강성 또는 경성의 종이제 원사로 성형됨을 알 수 있다.

2. 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구 성형

상기 종이제 원사는 먼저, 종래의 공지된 빗살 성형 장치에 의해 도 2(a)에 도시된 빗살 형상의 종이제 지철구로 성형된다. 이러한 성형 공정은 종이제 원사에 열을 가하여 핫멜트층을 녹여 액체화시키는 단계 및 내부의 핫멜트층이 녹아 있는 종이제 원사를 빗살 형상 성형 장치에 의해 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구로 성형함과 동시에, 또는 성형 후에 냉각시키는 단계를 포함하도록 구성된다.

상기 빗살 형상 성형 장치에 의한 평편한 빗살 형상의 종지제 지철구 성형 단계에서, 상기 종이제 원사의 내부에서 열에 의해 액체화된 핫멜트층은 상기 빗살 형상 성형 장치에 의해 가해지는 힘에 의해 겹쳐 감겨진 종이 사이의 공극을 메우면서, 겹쳐 감겨진 여러 겹의 종이를 서로 접착하고, 상기 냉각에 의해 상기 핫멜트층이 결정화되면서 비정형의 종이제 원사가 강성 또는 경성의 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구로 성형된다.

다만, 상기 공정에 의해 종이제 원사가 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구로 성형됨에 있어서, 종이제 지철구의 인접한 빗살 형상의 갈래 사이에 벌어진 공간이 생기게 된다. 이와 같은 벌어진 공간은 추후 제본 단계에서 O-링 구조를 형성하면서 바인딩될 때, 중간에 벌어진 공간으로 인해 상대적으로 사이즈가 커지게 되는 갈래 구조로 말미암아 제본 시 지제품의 구멍을 보다 크게 타공해야 하는 문제점이 있고, 또한 빗살 형상의 갈래가 중간에 벌어진 공간 때문에 서로 밀착 지지될 수 없고, 나아가 단지 갈래 끝단만 서로 연결된 구조로 제본되기에, 제본 후 내구성 등이 저하될 수 있는 문제점이 있다.

3. 빗살 형상의 갈래 사이의 벌어진 공간이 제거된 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구 성형

본 발명자는 상기 문제점을 인식하고, 밀착 성형 장치에 의해 종이제 지철구의 인접한 빗살 형상의 갈래를 연속적으로 밀착시킴으로써, 빗살 형상의 갈래 사이의 벌어진 공간이 제거된 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구를 성형하는 방법을 개발하였다.

먼저, 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구(40)를 재가열하여 핫멜트층을 연화시킨 다음, 밀착 성형 장치에 의해 종이제 지철구의 인접한 빗살 형상의 갈래를 연속적으로 밀착함으로써, 빗살 형상의 갈래 사이의 벌어진 공간이 제거된 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구를 성형함과 동시에, 또는 성형 후에 냉각시킨다.

특히, 상기 빗살 형상의 갈래를 밀착시키는 성형 단계에서, 상기 재가열에 의해 연화된 핫멜트층은 밀착 성형 장치에 의해 가해지는 힘에 의해 빗살 형상의 갈래가 서로 밀착됨과 동시에, 겹쳐 감겨진 종이 사이의 공극을 재차 메우면서, 겹쳐 감겨진 여러 겹의 종이를 서로 재차 접착하고, 상기 재냉각에 의해 상기 핫멜트층이 다시 결정화되면서 최종적으로 빗살 형상의 갈래 사이의 벌어진 공간이 제거된 강성 또는 경성의 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구로 성형된다.

도 10a를 참조하면, 본 발명의 밀착 성형 장치는 평편한 종이제 지철구(40)의 빗살 형상의 갈래(40a)가 서로 맞물려 회전하는 한 쌍의 기어(50a, 50b)의 일측 기어 요홈부(52)에 안착되도록 연속적으로 공급됨과 동시에, 타측 기어 돌출부(54)가 상기 일측 기어 요홈부(52)와 맞물려 회전하면서, 상기 일측 기어 요홈부(52)에 안착된 빗살 형상의 갈래(40a)를 가압하도록 구성된다.

이 경우, 상기 일측 기어 요홈부(52)는 요홈부 폭이 깊이 방향으로 좁아지도록 형성되어, 상기 타측 기어 돌출부(54)가 빗살 형상의 갈래(40a)가 안착된 일측 기어 요홈부(52)와 맞물려 가압할 경우, 빗살 형상의 갈래(40a)가 폭이 좁아지는 요홈부를 따라 방사상으로 가압됨과 동시에 좁아진 폭에 의해 서로 밀착되게 된다. 이와 같은 일련의 연속적인 공정에 의해 빗살 형상의 갈래 사이의 벌어진 공간이 제거된 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구를 성형할 수 있다.

4. 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구를 보빈에 와인딩

도 11a는 갈래들이 밀착되어 그 사이에 벌어진 공간이 없는 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구를 도시한다. 본 발명의 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구(42)는 도 11a에 도시된 바와 같이 평편한 빗살 형상으로 이루어지기에, C 형상에 비해 부피가 적어져 보빈에 더 많은 양을 와인딩할 수 있고, 부피가 작아 물류비 또한 절감되고, 하나의 보빈에 와인딩하는 양이 증가하여 하나의 보빈으로 연속적으로 제조할 수 있는 시간이 길어짐에 따라 생산성이 향상되고, 평편형이기에 입체적인 C 형상 보다 충격에 의한 변형이나 꼬임에 강하여 불량률이 대폭 감소될 수 있다.

본 발명에 따른 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구(42)는 보빈에 와인딩된 상태로 제본 공장 등에 납품되게 된다. 이 경우, 제본 공장에서는 보빈에 와인딩된 종이제 지철구를 언와인딩하면서 열을 가하여 내측의 핫멜트층을 녹여 액체화시킴과 동시에, 별도의 트윈 링 성형 장치에 의해 평편한 빗살 형상의 지철구를 O-링 형태(도 11b 참조)로 성형하여 지제품을 제본 완료할 수 있다. 도 12은 최종 제본 완료된 제품을 도시한다.

본 발명은 상기에서 도면을 참조하여 특정 실시 예에 관련하여 상세히 설명하였지만 본 발명은 이와 같은 특정 구조에 한정되는 것은 아니다. 당 업계의 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술 사상 및 권리범위를 벗어나지 않고서도 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이다. 그렇지만 그와 같은 단순한 설계적인 재료 수정 또는 변형 구조들은 모두 명백하게 본 발명의 권리범위 내에 속하게 됨을 미리 밝혀 두고자 한다.

Claims (9)

1. 평편한 빗살 형상(comb)의 종이제 지철구의 연속 제조 방법에 있어서,
   양쪽 측면이 편평한 종이 롤 원지의 내측면에 핫멜트를 도포하여 핫멜트층을 형성하는 단계;
   상기 도포 처리된 종이 롤 원지를 소정 폭으로 슬리팅(slitting)하는 단계;
   적어도 하나의 상기 슬리팅된 종이 롤 원지의 상기 소정 폭 방향의 일측 단부가 상기 핫멜트층이 형성된 내측을 향해 연속적으로 감기면서 겹쳐져 수렴 및 고정될 수 있도록, 상기 슬리팅된 종이 롤 원지를 회전시킴과 동시에, 인발 성형(pultrusion) 공정을 행함으로써, 상기 편평한 종이 롤 원지를 단면이 원형인 종이제 원사로 제조하는 단계;
   상기 종이제 원사에 열을 가하여 상기 핫멜트층을 녹여 액체화시키는 단계;
   내부의 핫멜트층이 녹아 있는 상기 종이제 원사를 빗살 형상 성형 장치에 의해 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구로 성형함과 동시에, 또는 성형 후에 냉각시키는 단계;
   상기 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구를 재가열하여 연화시키는 단계; 및
   밀착 성형 장치에 의해 상기 종이제 지철구의 인접한 빗살 형상의 갈래를 연속적으로 밀착함으로써, 빗살 형상의 갈래 사이의 벌어진 공간이 제거된 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구를 성형함과 동시에, 또는 성형 후에 재냉각시키는 단계;
   를 포함하는 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구의 연속 제조 방법.
2. 평편한 빗살 형상(comb)의 종이제 지철구의 연속 제조 방법에 있어서,
   양쪽 측면이 편평한 종이 롤 원지를 소정의 폭으로 슬리팅(slitting)하는 단계;
   상기 슬리팅된 종이 롤 원지의 내측면에 핫멜트를 도포하여 핫멜트층을 형성하는 단계;
   적어도 하나의 상기 슬리팅된 종이 롤 원지의 상기 소정 폭 방향의 일측 단부가 상기 핫멜트층이 형성된 내측을 향해 연속적으로 감기면서 겹쳐져 수렴 및 고정될 수 있도록, 상기 슬리팅된 종이 롤 원지를 회전시킴과 동시에, 인발 성형(pultrusion) 공정을 행함으로써, 상기 편평한 종이 롤 원지를 단면이 원형인 종이제 원사로 제조하는 단계;
   상기 종이제 원사에 열을 가하여 상기 핫멜트층을 녹여 액체화시키는 단계;
   내부의 핫멜트층이 녹아 있는 상기 종이제 원사를 빗살 형상 성형 장치에 의해 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구로 성형함과 동시에, 또는 성형 후에 냉각시키는 단계;
   상기 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구를 재가열하여 연화시키는 단계; 및
   밀착 성형 장치에 의해 상기 종이제 지철구의 인접한 빗살 형상의 갈래를 연속적으로 밀착함으로써, 빗살 형상의 갈래 사이의 벌어진 공간이 제거된 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구를 성형함과 동시에, 또는 성형 후에 재냉각시키는 단계;
   를 포함하는 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구의 연속 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제조된 종이제 원사를 와인딩한 다음, 상기 종이제 원사를 언와인딩하면서 상기 종이제 원사에 열을 가하는 것을 특징으로하는 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구의 연속 제조 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 빗살 형상 성형 장치에 의한 평편한 빗살 형상의 종지제 지철구 성형 단계에서, 상기 종이제 원사의 내부에서 열에 의해 액체화된 핫멜트층은 상기 빗살 형상 성형 장치에 의해 가해지는 힘에 의해 겹쳐 감겨진 종이 사이의 공극을 메우면서, 겹쳐 감겨진 여러 겹의 종이를 서로 접착하고, 상기 냉각에 의해 상기 핫멜트층이 결정화되면서 비정형의 종이제 원사가 강성 또는 경성의 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구로 성형되는 것을 특징으로 하는 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구의 연속 제조 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 빗살 형상의 갈래를 밀착시키는 성형 단계에서, 상기 재가열에 의해 연화된 핫멜트층은 밀착 성형 장치에 의해 가해지는 힘에 의해 빗살 형상의 갈래가 서로 밀착됨과 동시에, 겹쳐 감겨진 종이 사이의 공극을 재차 메우면서, 겹쳐 감겨진 여러 겹의 종이를 서로 재차 접착하고, 상기 재냉각에 의해 상기 핫멜트층이 다시 결정화되면서 최종적으로 빗살 형상의 갈래 사이의 벌어진 공간이 제거된 강성 또는 경성의 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구로 성형되는 것을 특징으로 하는 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구의 연속 제조 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 밀착 성형 장치는 평편한 종이제 지철구의 빗살 형상의 갈래가 서로 맞물려 회전하는 한 쌍의 기어의 일측 기어 요홈부에 안착되도록 연속적으로 공급됨과 동시에, 타측 기어 돌출부가 상기 일측 기어 요홈부와 맞물려 회전하면서, 상기 일측 기어 요홈부에 안착된 빗살 형상의 갈래를 가압하도록 구성되고, 상기 일측 기어 요홈부는 요홈부 폭이 깊이 방향으로 좁아지도록 형성되어, 상기 가압시 빗살 형상의 갈래가 서로 밀착되면서 빗살 형상의 갈래 사이의 벌어진 공간이 제거된 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구를 성형할 수 있는 것을 특징으로 하는 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구의 연속 제조 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 슬리팅된 종이 롤 원지는 10cm 당 4 내지 8 회전수(4~8turns/10cm)로 회전되면서, 단면이 원형인 종이제 원사로 연속 성형되고, 상기 종이제 원사의 지름은 1mm 내지 4mm인 것을 특징으로 하는 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구의 연속 제조 방법.
8. 제1항 또는 제2항에 기재된 연속 제조 방법에 의해 제조된 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구.
9. 제1항 또는 제2항에 기재된 연속 제조 방법에 의해 제조된 상기 평편한 빗살 형상의 종이제 지철구가 그 평편한 평면을 따라 보빈에 와인딩된 제품.

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