JPH03108590A - 紙の層を結合するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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のわずかな例
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（Ｓｃａｆｅ）またはフレークストリ
ーム（ｆｌａｋｅ　　ｓｔｒｅａｍ）またはフｏ−（ｆ
ｌｏｗ）での小冊子の結束にはより適当ではない。

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１ｉｌＩｉｔ８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
のような方法を追及するとき、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のプランゾンシャル
クラフト・ゲ・エム・べ−・バ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
ｏＪ、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Ｊ　　（Ｕｌｔｒａ
ｓｃｈａｌｌ　　ｆ’ｕｒ　　ｄａｓ　　Ｋｕｎｓｔｓ
ｔｏｆｆ−Ｆｕｇｅｎ）への参照がなされる。

初めは、紙、ボール紙、４４木、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紙綴じに類似し
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および変成器１３の入力に正帰
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−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
機械的慣性を有しがっ溶着材料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を含むシステムは合音共振で作動する。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１１００ｕで
あり４０ＫＨｚでは約５０μｍ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「プラスチック損性のための超音波」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、後者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
び抑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では溝方向に境界決めさ
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
ダフオームもしくはアート印刷物が挿入されるべき紙６
１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
ニ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Ｉイ料の適用は最小
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「紙の層の損性剤による結
束のための方法」という名称の特許出願スイス特許節０
１１５５／８９−３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
プレートであっちでよい。

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、印刷機構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図はたとえばブ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ーブースターソノトロ
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、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、４１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 (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）超音波結束が使用されることを特徴とする、紙の
   層を小冊子、仮とじ本または本の形に結合するもしくは
   挿入シートに結束するための方法。 （２）超音波動作の前に、紙の層が表面全体のまたは局
   部的な事前処理を受けることを特徴とする、請求項１に
   記載の方法。 （３）事前処理が結合剤を付与することからなることを
   特徴とする、請求項２に記載の方法。 （４）事前処理が湿り気を与えることを含むことを特徴
   とする、請求項２に記載の方法。（５）事前処理が紙製
   造の間等、印刷の前に実行されることを特徴とする、請
   求項２または請求項３に記載の方法。 （６）事前処理が印刷工程の間に実行されることを特徴
   とする、請求項２または請求項３に記載の方法。 （７）事前処理が印刷の後に、任意にはスケールフロー
   で実行されることを特徴とする、請求項２ないし請求項
   ４の１つに記載の方法。 （８）事前処理が印刷動作からなり、結合剤が印刷イン
   クの中に含まれ、または印刷インク自体が結合剤である
   ことを特徴とする、請求項６に記載の方法。 （９）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５または請求項７の１つに記載の方法。 （１０）事前処理が紙の層への結合剤または水の注入か
   らなることを特徴とする、請求項７に記載の方法。 （１１）紙の層への超音波動作が点状でまたはストリッ
   プ状の態様で行なわれることを特徴とする、請求項１な
   いし請求項１０の１つに記載の方法。 （１２）紙の層を小冊子、仮とじ本または本の形に結合
   するまたは挿入頁に結束するための請求項１に記載の装
   置であって、結束手段が制御手段（１０）および超音波
   発生器（２０）を含み、それは順に超音波トランスジュ
   ーサ（２１）と、任意には振幅変成器、いわゆるブース
   タ（２３）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
   合せ点（２７、２７′）が設けられることを特徴とする
   、装置。 （１３）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１２に記
   載の装置。 （１４）ソノトロード（２４）の端部（３１、４１）が
   ナイフの刃状（４１）でありかつ任意には切込み（５３
   ）を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の装置。 （１５）突合せ点がプレート状（２７）、竿状または手
   首状（２７′）であることを特徴とする、請求項１２に
   記載の装置。 （１６）超音波結束装置（１０、２０）が印刷機械装備
   の中へ統合されていることを特徴とする、請求項１２に
   記載の装置。 （１７）超音波結束装置（１０、２０）がスケールフロ
   ー（９３）に置かれることを特徴とする、請求項１２に
   記載の装置。