(57)【要約】  本発明は、第１超音波発振装置（１６，４３，５５）と少なくとも１つの対向部材（１０，４４，５０）との間の第１間隙（１５，４２，５４）において超音波により多層材料ウエブ（６，７）を結合する装置に関する。本発明によれば、第１の平板な原材料ウエブ（２，４，６ａ）が第１給送装置（１２，１４）を介して、第２の平板な原材料ウエブ（３ａ、３，６）が第２給送装置（１３，１０）を介して、第１間隙（１５，４２，５４）内へ導入される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの平板に形成された第１原材料ウエブ（２，６１）を給送するための第１給送装置（１２，１４；６２，６７）と、平板に形成された第２原材料ウエブ（３，３ａ，６５ａ）を第１超音波発振装置（１６；７０，７１）と少なくとも１つの第１対向部材（１０；７０，７１）との間の第１間隙（１５，６９）に給送するための第２給送装置（１３，１０；７３，６６）とを有し、第１間隙（１５，６９）において超音波により多層材料ウエブを結合する装置において、第２給送装置（１３，１０；７３，６６）によって給送される第２原材料ウエブ（３，６５）が賦形され、超音波発振装置（１６；７０，７１）によって第１原材料ウエブ（２，６１）に結合され、耐荷重性のある軽量構造になされることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記多層材料ウエブが段ボール紙であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
第１の超音波発振装置（１６；７０，７１）が第１原材料ウエブ（２，６１）に隣接して配置され、対向部材（１０；７０，７１）が第２原材料ウエブ（３，３ａ；６５，６５ａ）に隣接して配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
第２給送装置（１３，１０；７３，６６）が、第２原材料ウエブ（３，６５）を賦形するための賦形ロール対（１０，１１；６６）を有していることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の装置。
【請求項５】
賦形ロール対（１０，１１；６６）が２つの溝付ロールを有していることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
賦形ロール対の第１賦形ロール（１０）が対向部材として作用することを特徴とする請求項４又は５に記載の装置。
【請求項７】
第１賦形ロール（１０）の突出部又は頭頂部（２１）が超音波反射面又は超音波反射コーティング層を有しており、この反射面又は反射コーティング層が、少なくとも一部の超音波が第１超音波発振装置（１６）へ向けて反射するように特に構成されていることを特徴とする請求項４，５又は６に記載の装置。
【請求項８】
第１超音波発振装置（１６；７０，７１）に第１給電ユニット（２０，７２）が配属されており、この第１給電ユニットにより第１超音波発振装置（１６；７０，７１）へ時間的に変化可能の電力が供給されることを特徴とする先行請求項の１つに記載の装置。
【請求項９】
電力変調の周期長（Ｐ）が第２原材料ウエブ（３，６５）のパターン変化の周期長（ｒ）と、間隙（１５，６９）及び／又は間隙幅調整（Ｈ）において第１賦形ロール（１０）を介して同期せしめられることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
賦形された第２原材料ウエブ（３）が第１原材料ウエブ（２）に接合したとき、及び／又は第１賦形ロール（１０）の１つの頭頂部が第１超音波発振装置（１６）に対向したときに、第１給電装置（２０）が最大出力を出すことを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
うなりが周期長（Ｐ）及び／又は間隙幅調整（Ｈ）と重なり合うような超音波放射を行うために、第１超音波発振装置（１６；７０，７１）が第１給電装置（２０，７２）によって励振可能であることを特徴とする先行請求項の１つに記載の装置。
【請求項１２】
平板に形成された第３原材料ウエブ（４，６ａ，５，６３）を第１間隙（６９）又は第２間隙（４２，４２ａ，４２ｂ，５４）において特に第２原材料ウエブ（３）の面上に供給するための第３供給装置（４０，４１；５２，５０；６４，６８）が設けてあることを特徴とする先行請求項の１つに記載の装置。
【請求項１３】
材料ウエブ（２，３；６）を第３原材料ウエブ（４，６ａ，５）と結合するために、第２超音波発振装置（４３，５５）と第２対向部材（４４，４１，４８；５０）との間に第２間隙（４２，４２ａ，４２ｂ，５４）が設けてあることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
第２超音波発振装置（４３）が第３原材料ウエブ（４）に隣接して配置され、第２対向部材（４４）が第１原材料ウエブ（２）に隣接して配置されていることを特徴とする先行請求項の１つに記載の装置。
【請求項１５】
第２対向部材（４４，４１，４８；５０）が、少なくとも一部の超音波を第２超音波発振装置（４３，５５）へ向けて反射させる少なくとも１つの超音波反射面を有していることを特徴とする先行請求項の１つに記載の装置。
【請求項１６】
少なくとも１つの超音波反射面がウエブ長さ方向及び／又はウエブ横断方向に凹状に形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
少なくとも１つの凹所（４４１，２１１）が、超音波反射面の材料よりも超音波反射度の低い材料によって充填されていることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
第２対向部材（４１，４８，５０）が第３のロール、特に賦形ロールであることを特徴とする先行請求項の１つに記載の装置。
【請求項１９】
第３ロール（４８）のパターン間隔が第２賦形原材料ウエブ（３）及び／又は第１賦形ロール（１０）のパターン間隔と一致していることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
第２原材料ウエブ（３）が第３原材料ウエブ（４）に接合したときに第３ロール（４８）の頭頂部が第１原材料ウエブ（１）と対面するように、第３ロール（４８）の回転速度が材料ウエブ速度と同期していることを特徴とする先行請求項の１つに記載の装置。
【請求項２１】
第２超音波発振装置（４３，５５）に時間的変化可能の電力を供給可能な第２給電装置（４５，５６）が、第２超音波発振装置（４３，５５）に配属されていることを特徴とする先行請求項の１つに記載の装置。
【請求項２２】
賦形された第２原材料ウエブ（３）が第３原材料ウエブ（４）に接合したとき、及び／又は第３賦形ロール（４８）の突出部（２１）又は頭頂部が第２超音波発振装置（４３）に対向したときに、第２給電装置（４５，５６）が最大出力を出すことを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
うなりが周期長（Ｐ）及び／又は間隙幅調整（Ｈ）と重なり合うような超音波放射を行うために、第２超音波発振装置（４３，５５）が第２給電装置（４５，５６）によって励振可能であることを特徴とする請求項２１又は２２に記載の装置。
【請求項２４】
第２間隙（４２，５４）に入る前に第２原材料ウエブ（３）のパターンを検知する検出装置（４６）、及び第２給電装置（４５，５６）による時間的変調電力出力の同期及び／又は第３賦形ロール（４８）の回転の同期のための同期装置が設けてあることを特徴とする先行請求項の１つに記載の装置。
【請求項２５】
第１及び第２超音波発振装置（７０，７１）が並んで配置されていることを特徴とする先行請求項の１つに記載の装置。
【請求項２６】
第１及び／又は第２間隙幅（Ｈ，ｈ）を調節するための第１及び／又は第２調節ユニットが設けてあることを特徴とする先行請求項の１つに記載の装置。
【請求項２７】
第１及び／又は第２間隙幅（Ｈ，ｈ）は、第１及び／又は第２間隙（１５，４２，５４，６９）において少なくとも一時的に超音波共鳴が与えられるように選択されていることを特徴とする先行請求項の１つに記載の装置。
【請求項２８】
第１及び／又は第２間隙幅（Ｈ，ｈ）が、間隙（１５，４２，５４，６９）における超音波の四分の一波長（λ／４）の複数倍、特に半波長又はそれの複数倍であることを特徴とする先行請求項の１つに記載の装置。
【請求項２９】
第１及び／又は第２動作間隙（１５，４２，５４，６９）が実質的に少なくともウエブ全幅に亘って延びていることを特徴とする先行請求項の１つに記載の装置。
【請求項３０】
第１超音波発振装置（１６；７０，７１）により第１及び第２原材料ウエブ（２，３）が、及び／又は第２超音波発振装置（４３，５５）により、特に第１及び第２原材料ウエブ（２，３）より成る少なくとも２層の材料ウエブが、第３の原材料ウエブ（４）と広い面で連続的に相互に結合可能であり、又は材料ウエブ全体に分散した範囲（８０，８１）に亘って不連続的に互いに結合可能であることを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
第１、第２、及び／又は第３原材料ウエブ（２，３，３ａ，４，６ａ，６）へ液体、特に水又は水含有液体を施与するための施与装置（１８，１７）が、第１、第２、及び／又は第３供給装置（１２，１４；１３，１０；４０，４１；５２，５０；６２，６７；７３，６６；６４，６８）に付設されていることを特徴とする先行請求項の１つに記載の装置。
【請求項３２】
液体が結合材、特に糊のような水溶性の結合材を含有していることを特徴とする請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
第１及び／又は第３原材料ウエブ（２，４）が被覆ウエブであり、第２原材料ウエブ（３，５）が波形ウエブ、特にダンボール紙製造のためのペーパーウエブであることを特徴とする先行請求項の１つに記載の装置。
【請求項３４】
先行請求項による装置のダンボール紙製造のための使用法。
【請求項３５】
第１被覆ウエブ（２）と波形ウエブ（３）、及び／又は第２被覆ウエブ（４）と波形ウエブ（３，５）とを結合するために結合剤、特に接着剤を使用しないことを特徴とする請求項３４に記載の使用法。
【請求項３６】
第１及び第２原材料ウエブが繊維片、特にセルロース繊維を含有し、及び／又は第２及び第３原材料ウエブが繊維片、特にセルロース繊維を含有する、材料ウエブ製造のための先行請求項に記載の装置の使用法。
【請求項３７】
第１及び第２原材料ウエブ及び／又は第２及び第３原材料ウエブが熱可塑性合成樹脂成分を含んでいる請求項３６に記載の装置の使用法。
【請求項３８】
少なくとも１つの平板に形成された第１原材料ウエブ（２，６１）及び平板に形成された第２原材料ウエブ（３，３ａ，６５ａ）を第１間隙（１５，６９）において超音波発振装置（１６；７０，７１）に供給し、超音波によって多層材料ウエブを結合する方法において、第２原材料ウエブ（３，６５）が賦形され、続いて超音波発振装置（１６；７０，７１）により第１原材料ウエブ（２，６１）と結合して耐久性のある軽量構造にすることを特徴とする方法。
【請求項３９】
賦形された第２原材料ウエブ（３，６５）が第２超音波発振装置（４３，５５）によって第３原材料ウエブ（４）と結合されることを特徴とする請求項３８による方法。
【請求項４０】
第１及び／又は第２及び／又は第３原材料ウエブ（２，６１；３，６５；４）として紙及び／又はボール紙が使用されることを特徴とする先行請求項の一つによる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層材料ウエブを超音波発振装置と対向部材との間の間隙において超音波により結合するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドイツ特許第４４３９２８４号明細書（ＤＥ ４４ ３９ ２８４ Ｃ３）は、超音波振動ユニットと対向部材により材料ウエブを連続的に超音波加工する装置を記載している。この材料ウエブは様々に異なった数の層を含むことができるが、これは既に互いに重ね合わされた一様な材料ウエブとして上記間隙に供給される。上記間隙における超音波強度に応じて材料ウエブは加工処理により互いに結合され又は裁断される。材料ウエブの幅に相関して加工幅は狭い。
【０００３】
ドイツ特許第１００２７７３５号明細書（ＤＥ １００ ２７ ７３５ Ｃ１）は、既に互いに重ね合わされた多層材料ウエブが超音波振動ユニットと対向部材との間の間隙に導入される超音波加工装置を示している。材料ウエブ間の結合は材料ウエブの幅に相関して狭い幅内で行なわれる。材料ウエブが間隙を通過する際、各層は互いに溶着され、従って層の一つは溶結可能の可撓性層である。このために、超音波領域における熱放出により溶融し、個々の層の相互の接着を行う熱可塑性層が必要である。
【０００４】
【特許文献１】ドイツ特許第４４３９２８４号明細書
【特許文献２】ドイツ特許第１００２７７３５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、種々の材料ウエブのための広範な適用範囲を可能にする、多層材料ウエブを超音波結合するための装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は請求項１の特徴によって達成される。
【０００７】
要約すれば、請求項１又は下位請求項の一つに従う装置によって以下の可能な適用範囲がもたらされる。
・実質的に材料ウエブの全幅にかけての、材料ウエブの個々の層の広範な連続的又は不連続的結合
・熱可塑性補助材なしでの材料ウエブの結合
・同様の器具或いはその器具の同様の部分による材料ウエブの１つ又は複数の層の加工処理、及びそれに続く材料ウエブの結合
・不連続であるが分散する結合範囲における超音波結合によるエネルギー使用の最適化
・繊維含有材料ウエブの互いに接触する境界面のマイクロ結合
【０００８】
請求項の一つに従う装置によるダンボール紙の製造により、以下の１つ又は複数の利点が得られる。
・ダンボールペーパーウエブ製造の際の湿気供給の軽減
・ウエブ層結合の際の熱供給の軽減
・結合されたダンボールペーパーウエブの乾燥の際の必要エネルギー量の軽減
・結合剤（接着剤）の軽減又は省略
・ダンボール紙製造装置寸法のかなりの縮小
・例えば必要な予熱段の省略又は縮小による迅速な装置転換
・装置再始動後のウォームアップの省略又は短縮
【０００９】
請求項１による装置の場合、材料ウエブの複数の層は、第１超音波発振装置と少なくとも一つの第１対向部材との間の第１間隙において超音波によって結合される。少なくとも１つの平らに形成された第１原材料ウエブと平らに形成された第２原材料ウエブは、第１及び第２給送装置により、第１間隙内へ給送される。第１及び第２原材料ウエブは間隙の直前で又は間隙内でセットされることが有利である。
【００１０】
１つの形態では、給送された第２原材料ウエブが賦形される。給送された第１又は更なる原材料ウエブが賦形されてもよい。賦形というのは、原材料ウエブが、立体的で規則的又は不規則的な表面構造を有することを意味する。第２原材料ウエブの上側面及び／又は下側面は平らではなく、隆起及び窪みを有している。賦形は材料ウエブに対して長手方向又は横断方向に行うことが有利である。賦形は、例えば直線的、ジグザグ形又は波形であることができる。耐久性のある結合構造を形成するために、賦形原材料ウエブは、第１原材料ウエブによって耐久性のある軽量構造が得られるように、波形にされ或いは折曲される。
【００１１】
特に、第１超音波発振装置は第１原材料ウエブに隣接して配置され、対向部材は第２原材料ウエブに隣接して配置される。その場合、超音波発振装置は第１原材料ウエブの表面に密接し、又は直近に配置することができる。そのとき、第１超音波発振装置の超音波放射表面と、第１及び第２賦形原材料ウエブ間の接合領域との間の距離は最小である。
【００１２】
第２給送装置は第２原材料ウエブを賦形するための賦形ロール対を有しており、従って１つの装置において第１及び第２原材料ウエブを製造することができ、同様に第２原材料ウエブを賦形することができる。賦形ロール対は、例えば第２原材料ウエブの上記の溝パターンを形成する。材料ウエブに対して横方向に延びている溝パターンの場合、賦形ロールは軸線方向へ賦形されており、材料ウエブに対して縦方向に延びている溝パターンの場合、ロール対は周方向に賦形されている。特に有利であるのは、賦形ロール対が、例えばダンボール紙の波形ウエブの製造に関して公知であるように、２つの溝付ロールを有していることである。
【００１３】
特に有利な形態の場合、賦形ロール対の賦形ロールは超音波発振装置の対向部材として作用する。それによって、最初に第２原材料ウエブに進行の際に賦形ロール対によって溝パターンが付刻され、引き続いて第１原材料ウエブと第２原材料ウエブとの間の結合向上のための溝パターン付けが行なわれる。従って、第１超音波発振装置のための別途の特別な加工用対向部材は必ずしも必要ない。
【００１４】
第１賦形ロールの頭頂部又は突出部は第１超音波発振装置の超音波放射面に極めて接近する。超音波反射面によって強い超音波が賦形ロールから反射され、賦形ロールにおける超音波損失は減少する。特に、超音波反射面は、賦形ロールの頭頂部又は突出部の領域において、超音波が間隙内で折り返し反射するように構成されている。それによって間隙内の音圧は高められる。特に、第１超音波発振装置への音は、間隙内における場が更に高められるように折り返し反射される。それによって、間隙内の定常波の形成も向上する。
【００１５】
第１超音波発振装置に第１給電ユニットが付設されていて、この給電ユニットの出力は、達成されるべき結合のために必要とされるものに給電が時間的に適合するように、時間的に変化可能である。需要電力は減少せしめられ、材料ウエブにおける熱損失も同様である。それによって、例えば材料ウエブ間の不連続的結合領域が形成可能である。材料ウエブの大面積結合が達成されるべき場合には、この不連続的結合領域が材料ウエブの幅及び長さに関して平たく広がって配分される。
【００１６】
第２原材料ウエブは長手方向に周期的な溝パターンを有しており、従って第１給電ユニットによる電力変調の時間的変化の周期は、材料ウエブが間隙を通過する際の溝パターンの周期に相当していることが有利である。電力変調の周期は、材料ウエブの通過速度が変化する場合に周期が互いに同期するように、変化可能であることが有利である。給電装置は、第２原材料ウエブが第１原材料ウエブに当接する材料ウエブ領域が間隙を正に通過するときに、その最大出力をもたらすことが有利である。その際に、材料間の結合が実質的に行なわれるべき上記のウエブ領域において出力が行なわれ及び／又は材料ウエブにエネルギーが与えられることが好ましい。
【００１７】
電力変調はうなりの形で生じ得る。それによって、出力跳びが発生することなく、従って超音波発振装置の調波振動が回避されるので、超音波発振装置の材料保護的作動がもたらされる。このうなりは第１給電ユニット自体内での変調によって達成される。或いはこの変調は、超音波発振装置のための励起周波数と超音波発振装置の固有周波数との間の離調によって達成される。うなりの周波数は超音波発振装置の励振周波数と固有周波数との間の周波数弁別により調節せしめられる。それにより、間隙における材料ウエブの通過速度にうなりの周期を整合させることができる。
【００１８】
有利な実施形態の場合、平板に形成された第３の原材料ウエブが、第３の給送装置により、第２超音波発振装置と少なくとも１つの第２対向部材との間の第２間隙を通して給送される。この第２間隙において、（例えば第１及び第２原材料ウエブから成る）材料ウエブが第３又は更なる原材料ウエブと結合される。一形態の場合、第３原材料ウエブが第２原材料ウエブの面上に給送される。例えば第２原材料ウエブが賦形され、平板な第３原材料ウエブの給送により、例えばダンボール紙から公知であるようなサンドイッチ構造が形成される。
【００１９】
第２超音波発振装置が第３原材料ウエブに隣接して配置され、第２超音波発振装置の超音波放射面が第２及び第３原材料ウエブ間の接触領域の直ぐ近くに位置するようになされる。実施形態では、第２超音波発振装置と共に共同作用する第２対向部材は、平滑なロールであるか、或いは第１賦形ロールの溝パターンに相当する溝パターンを特に有している賦形ロールである。
【００２０】
実施形態では、賦形ロールの超音波反射面及び／又は超音波反射面の頭頂部及び／又は突出部における凹所は、超音波反射面の材料よりも低超音波反射性の材料によって充填されている。それにより、間隙の超音波は充填材料を透過し、主として下側の超音波反射面によって反射せしめられる。凹所を充填することにより、扁平な面或いは前方に湾曲した面が形成され、凹所には埃が堆積することはない。また一方では、頭頂部又は突出部の反射面の充填によって、反射が行なわれている間の、対向賦形ロールに従う賦形の際の型形状が保持される。
【００２１】
実施形態では、本装置は、第１及び／又は第２間隙幅を変更するための第１及び／又は第２調節ユニットを有している。それによって、異なった材料厚さの通過が可能である。間隙幅調節は、第１及び第２超音波発振装置の選択された振動周波数の場合に、不変の波或いは共鳴が形成されるように行なわれてもよい。共鳴条件或いは不変の波は、変化しない間隙幅の場合、振動周波数を変化させることによっても発生する。共鳴の場合、圧力波腹の範囲において音圧が最大であり、一方、圧力節の範囲において空気運動又は材料運動が最大である。間隙幅及び／又は励振周波数を変えることにより、圧力波腹或いは圧力節の位置が移動せしめられる。結合面の範囲において圧力節の位置がずらされ、それによってその箇所で最大の材料運動が発生せしめられる。
【００２２】
更に別の実施形態の場合、第１及び／又は第２処理間隙は少なくとも実質的に多層材料ウエブのウエブ全幅に及んでいる。特に、第１及び／又は第２超音波発振装置は部分毎に区分され、複数の超音波発振器を有し、従って個々の発振器又は発振器グループのスイッチオン及びスイッチオフによって、材料幅に応じて処理間隙が調節可能である。それによって、少なくとも２つの材料層が、連続的な又は分散する不連続な広い面の範囲で互いに結合される。
【００２３】
実施形態の場合、施与装置により第１、第２及び／又は第３原材料ウエブ上に液体が塗布又は施与される。例えば、材料ウエブの表面に沿って転動するロール又はスプレー装置等によって行なわれる。その場合、材料ウエブ間の接着すべき領域上への施与で十分である。例えば、間隙において第１及び／又は第２原材料ウエブと結合される、賦形された第２原材料ウエブの山頂部に湿潤フィルムが被覆される。
【００２４】
更に別の実施形態の場合、更なる原材料ウエブの賦形のための更なる賦形ロール対を有する更なる給送装置が設けられる。それによって、賦形された第２原材料ウエブに隣接して、更なる賦形原材料ウエブが、更なる超音波発振装置と更なる対向部材との間の更なる間隙内へ送入される。それによって、少なくとも２枚の賦形原材料ウエブを備えた多層材料ウエブがもたらされる。特に、更なる原材料ウエブの賦形はずらして、例えば横断方向へ伸延して形成される。それによって、例えば、２層の波形ウエブを備えたダンボール紙が形成される。
【００２５】
ここに記載された装置はダンボール紙の製造のためにとりわけ適している。ペーパーウエブの相互結合のために結合剤を用いることは不可欠ではない。特に、接着剤は不可欠ではない。しかしながら、場合によっては少量の接着剤を入れてもよい。
【００２６】
ここに記載された装置は繊維片を含む材料ウエブ間の結合を行うためにも特に適している。例えばペーパーウエブ等である。相互に結合されるべき原材料ウエブが熱可塑性成分、特に熱可塑性合成樹脂成分を含んでいること、及び／又は接着剤を塗布することは不可欠ではない。それによって、材料の適合性が改善され、及び／又は再利用（リサイクル）のためのその適正が改善される。
【００２７】
繊維片を含む材料ウエブの場合、以下の結合作用（効果）が単独で又は作用のための様々な部分との組み合わせで得られる。
・原材料ウエブの繊維片の別の原材料ウエブの繊維片とのマイクロ接合。その場合、超音波場における機械的運動によって繊維片はその当初の結合を解消し、そのように解消された周囲の繊維片と一緒に新規の結合を形成する。
・材料ウエブ内又は材料ウエブ上の液体が超音波によって飛散せしめられ、原材料ウエブの機械的分解が制限された作用範囲で発生せしめられ、分解領域を新たに形成することができる。
・熱作用により原材料ウエブの結合剤が（例えば水の作用のもとで）溶解し、二つの相隣接する原材料ウエブ間の新規の結合の発生の下に新たに硬化する。
【００２８】
ダンボール紙の製造の場合、ペーパーウエブの結合のために接着剤を必ずしも必要としないことが確認された。結合前に水を施与することは不可欠ではないが、少量の液体（水）の施与は、ペーパーウエブ相互間の付着を更に良くする。従来のダンボール紙製造方法に比較して、結合装置に乾燥装置を付設しなければならないことはない。乾燥装置を全くなしで済ませてもよく、或いは乾燥装置をかなり縮小してもよい。隣接するペーパーウエブの繊維のマイクロ接合により、そのように製造された段ボール紙の湿度安定性はかなり良好になる。従来の接着されたダンボール紙に比較して、ペーパーウエブは長時間にわたる湿度の影響を受けた後に初めて剥がれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の実施形態が図に基づいて説明される。
【００３０】
図１は、ユニット化された段ボール紙製造装置１の図式的横断面図を示している。段ボール紙製造装置１の３個のモジュールＡ，Ｂ，Ｃが示されている。モジュールＡにおいて第１被覆ウエブ２が第１波形ウエブ３と結合される。モジュールＢにおいて第２被覆ウエブ４が結合ウエブ２，３と結合される。モジュールＣにおいて、モジュールＢから出た単層段ボール紙６上に第２波形ウエブ５が載置される。図示されていないモジュールＤが後続しており、このモジュールは第２波形ウエブ５上に第３被覆ウエブを載置し、その結果３枚の被覆ウエブを有する２層段ボール紙７が製造される。モジュールＡにおいて、第１溝付ロール対１０，１１はペーパーウエブ３ａから第１波形ウエブ３を形成する。第１波形ウエブ３はウエブ移動方向に対して横方向に溝が付けられる。モジュールＣにおいて、溝付ロール対５０，５１はペーパーウエブ５ａから第２波形ウエブ５を形成する。第２波形ウエブ５の波形又は溝パターンはウエブの長手方向に延伸しており、従って２層段ボール紙７の場合、波形ウエブ３，５の波形は交差している。下から上に延びている矢印は段ボール紙の送り方向を示している。ペーパーウエブ又は被覆ウエブに係合又は接触しているロールは、ウエブの送り速度に相当する又は略相当する周速度で回転する。
【００３１】
ペーパーウエブ２，３ａ，４，５ａは、第１ペーパーロールストック１２、第２ペーパーロールストック１３、第３ペーパーロールストック４０、及び第４ペーパーロールストック５２の順に供給される。モジュールＡにおいて、第１ペーパーロールストック１２によって供給される第１被覆ウエブ２は、案内ローラ１４によって方向変換され、第１溝付きロール１０と第１行列振動ユニット１６との間の第１間隙１５に導入される。必要に応じて第１ペーパーロールストック１２と第１間隙１５の間、特に第１案内ローラ１４と第１ペーパーロールストック１２との間に接着剤付与装置１７を配置してもよい。接着剤付与装置１７は、塗布ロール、押圧ロール、及び接着剤貯蔵容器を有しており、接着剤付与ロールは前記接着剤貯蔵容器を経る。接着剤付与は第１被覆ウエブ２に対して横方向に行なわれる。必要に応じて第２ペーパーロールストック１３と溝付きロール対１０，１１との間に、ペーパーウエブ３ａ上に湿潤層を付着させる湿潤装置１８を配置してもよい。湿潤装置１８を、第１間隙１５と第１ペーパーロールストック１２との間に、接着剤付与装置１７の代わりに、或いは湿潤装置１８に追加して、ペーパーウエブ３ａ及び２の湿潤のために設けることができる。
【００３２】
モジュールＡにおいて、第１行列振動ユニット１６は配線１９を介して超音波発生器２０と接続されている。第１間隙１５に隣接する面から超音波が第１行列振動ユニット１６によって間隙１５に発せられる。間隙１５の反対側で超音波が溝付きロール１０の表面に当たる。
【００３３】
図７Ａは、ロール１０に対向している行列振動ユニット１６の斜視図を示している。行列振動ユニット１６は並んで配置された複数の振動セクション１６ａ−ｄから構成されている。各振動セクション１６ａ−ｄの放射面は縦長であって、ロール軸線の方向に伸びて形成されている。各振動セクション１６ａ−ｄは配線１９ａ−ｄを介して超音波発生器２０の電気的励振器２０ａ−ｄと接続されている。電気的励振器の位相、振幅、周波数が一致するように超音波発生器２０を作動させることができる。しかしながら、振幅、電力、周波数及び位相は、各振動セクション１６ａ−ｄの作動の最適化のために振動セクション毎に一部異なっていてもよい。例えば、電力出力を一定に調節する一方、第１間隙１５における共振発生周波数が最適化される。段ボールペーパーウエブ、又は被覆ウエブ及び／又は波形ウエブが実質的に走行する箇所のみに超音波動力を与えるために、一つ又は複数の振動セクション１６ａ−ｄをスイッチオン又はスイッチオフさせる。スイッチオン又はスイッチオフによって、必要な段ボール紙幅に対する活動間隙長さが調節される。下記の行列振動ユニット４３、７０及び／又は７１は同様に構成することができ、駆動させることができる。
【００３４】
モジュールＢにおいて、第２被覆ウエブ４は、第２案内ロール４１により、第１被覆ウエブ２及び第１波形ウエブ３から成る結合ウエブへ向けて案内され、第２行列振動ユニット４３と反射列４４との間の第２間隙４２に一体化のためにもたらされる。第２行列振動ユニット４３は第２超音波発生器４５によって駆動され、第１行列振動ユニット１６と同様のものであることができる。第２間隙４２において、第２被覆ウエブ４は第１波形ウエブ３と接触せしめられ、接触面が互いに結合される。距離センサー４６は第１波形ウエブ３の山と谷を検出し、山及び谷の順番及び位置に依存する時間的電力変調を発生させるために、第２超音波発生器４５に信号を送る。この領域における波形ウエブの送り速度に基づいて、第２行列振動ユニット４３からの超音波の出力最大値は、第１波形ウエブ３と第２被覆ウエブ４との間の接触範囲において最大出力インパルスが発生せしめられるように、時間をずらして与えられる。第３ペーパーロールストック４０と第２間隙４２との間に、湿潤装置４７又は図示されていない接着剤付与装置を配置してもよい。これらはモジュールＡにおける湿潤装置１８又は接着剤付与装置１７に相当する。
【００３５】
単層段ボール紙６はモジュールＣへ向けて更に移送され、そこで段ボール紙は第３間隙５４に至る。第３及び第４溝付きロール５０，５１の協働により形成される第２波形ウエブ５は同じ速度で第３間隙５４内に供給される。第３間隙５４は、一方の側をスライド振動ユニット５５により、他方の側を第３溝付きロール５０により限定されている。スライド振動ユニット５５は超音波発生器５６により駆動される。第３間隙５４において、第２波形ウエブ５及び第２被覆ウエブ４は互いに結合され、２層の段ボール紙７が形成される。
【００３６】
図７Ｂは、スライド振動ユニット５５の斜視図を示している。スライド振動ユニット５５は振動セクション５５ａ−ｎから構成されている。個々の振動セクション５５ａ−ｎの放射面は、ロールの周方向方面に縦長に伸びて形成されている。更に、放射面は、ロールの半径に間隙幅を加えたものに略相当する半径で屈曲されている。振動セクションの放射面の幅は、第３溝付きロール５０の数個の波状突起に及んでいてもよい。しかしながら振動セクションを溝付きロール５０の波状突起毎に設けてもよいし、或いは波状突起幅の何倍かの間隔を置いて設けてもよい。図７Ａに示すユニットの場合のように、図７Ｂにおける個々の振動セクション５５ａ−ｎは同期的に、即ち同じ位相、周波数、電力で駆動される。或いは各振動セクションは、図７Ａに関連して既に記載されたように個々的に最適化される。
【００３７】
図２Ａ及び図２ＢはモジュールＢの実施形態を示している。異なった説明がなされていない限り同じ構成部材を指している。図２Ａの場合、第２行列振動ユニット４３と案内ロール４１との間に第２間隙４２ａが形成されている。これによって反射列４４は省略される。他方、第２行列振動ユニット４３の出力は、第２被覆ウエブ４が第１波形ウエブ３に接触したときに最大出力が与えられるように同期調整される。
【００３８】
図２Ｂによる実施形態によれば、反射列４４の代わりに、第１波形ウエブ３のラスター寸法に相当する溝を有する溝付ロール４８が設けてある。この溝付ロール４８は、第１波形ウエブ３が第２被覆ウエブ４と整合したときにおける溝付きロール４８の突出部が第２間隙４２ｂの間隙面として作用するように、第１波形ウエブ３の走行と同期調整される。図２Ａにおける案内ロール４１の代わりに、溝付ロール４８を設けてもよい。
【００３９】
図３は統合された段ボール紙製造装置６０の実施形態を示している。第１被覆ウエブ６１は第１ペーパーロールストック６２から第１案内ロール６７へ給送される。第２被覆ウエブ６３は第２ペーパーロールストック６４から第２案内ロール６８へ給送される。第１波形ウエブ６５はペーパーウエブ６５ａから溝付きロール対６６によって製造される。ペーパーウエブ６５ａは第３ペーパーロールストック７３により溝付きロール対６６へ給送される。ウエブ６１、６５、６３は、対向する２つの行列振動ユニット７０、７１によって限定される間隙６９内に至る。行列振動ユニット７０、７１は超音波発生器７２によって駆動される。行列振動ユニット７０、７１は、図７Ａに図示された行列振動ユニットに実質的に相当したものであることができる。行列振動ユニット７０、７１は、第１波形ウエブ６５の半波パターンだけ互いに離れてウエブ６１及び６３に隣接するように互いに配置される。この場合、第１波形ウエブ６５は第１行列振動ユニット７０の超音波発生面の範囲において被覆ウエブ６１と接触し、その際第１波形ウエブ６５は第２行列振動ユニット７１の超音波発生面の範囲において第２被覆ウエブ６３と接触する。行列振動ユニット７０、７１の一つを、他方の行列振動ユニットの超音波によって振動励振させるように、受動的に作用させることもできる。
【００４０】
間隙６９において、ウエブ６１、６３及び６５は、統合段ボール紙製造装置６０の寸法を著しく減少させるように、狭小空間で重なり合って互いに結合される。図１に示されているように、湿潤装置及び接着剤付与装置によって、湿気及び接着剤を、第１被覆ウエブ６１、第２被覆ウエブ６３及び／又は第１波形ウエブ６５の片面又は両面に適当に施与することができる。Ｃ，Ｂ，Ｄ又はＢ，Ｄ順に更にモジュールを接続することができる。
【００４１】
図４Ａは、第１溝付ロール１０、間隙幅Ｈの第１間隙１５、及び第１行列振動ユニット１６の前方部分、の拡大尺横断面図を示している。行列振動ユニット１６の音響放出前方面は凹形状、特に放物線形状又は円弧状に形成されており、従って超音波は第１溝付ロールの表面方向へ集束される。凹所はペーパーウエブを横切る方向（図の面に対して垂直の方向）へ伸延している。図４Ｂは第１溝付ロール１０の実施形態を示しており、この実施形態の場合、歯２１は先端を切られている。先端切りは扁平、凹形状、放物線形状又は円形に行うことができる。
【００４２】
図４Ｃは、図３に示す対向行列振動ユニット７０，７１の一部を詳細に示している。間隙６９の画定面は、扁平、凹形状、放物線形状又は円弧形状に形成されている。凹所は、同様に、行列振動ユニット或いはその振動部分の全幅に亘って図の面に対して垂直に伸延している。周波数又は間隙幅ｈを変えることによって、間隙６９に定常の超音波波長が発生せしめられる。定常波長は半波長又は半波長の何倍かの値にすることができる。行列振動ユニット７１は、既に述べたように、行列振動ユニット７０から放射される音響を単に反射し、場合によりそれ自体振動するように、場合により共振するように、受動的に形成してもよい。
【００４３】
図５Ａは、図１におけるモジュールＢの反射列４４の詳細図を示している。反射列４４の間隙画定表面は同様に凹所４４１として形成されている。この凹所は同様に凹形状、放物線形状又は円弧形状に形成可能である。汚れの堆積を回避するために、凹所４４１は特に、空気／材料境界面における超音波反射性が少ない材料で充填されている。従って、間隙側の衝突超音波の大部分は材料４４１を透過し、凹所４４１の湾曲面で最も反射する。従って、衝突した超音波の指向性のある反射が達成される。図５Ｂは、図４Ｂ中の歯の拡大尺横断面図を示しており、この場合、本来の歯頭部２１は、材料４４１と同様の材料から成る付着物２１１を有している。
【００４４】
図６は、超音波発生器２０，４５及び／又は７２の出力の時間特性の態様を示している。材料ウエブが間隙１５，４２，４２ａ，４２ｂ，５４及び/又は７２を通して引き動かされる間、この材料ウエブが他のウエブと接合する時に常に最大出力が放出される。これが図６において、第１又は第２被覆ウエブ２，４に接触する第１波形ウエブ３により明確に説明されている。上側の時間ダイアグラムは出力Ｉのパルス形出力を示し、下側の時間ダイアグラムは振動増幅Ａの時間変化変調をうなりの形で示している。その際、期間Ｐはｒ／ｖと同じであり、ここでｖは段ボール紙の移動速度であり、ｒは第１波形ウエブ３のラスター寸法である。
【００４５】
図８Ａは、図７Ａの装置により図６に従う電力変調が実行された際の段ボール紙の表面部分を示している。ダンボール紙面上に、振動セクション１６ａ−ｄの間隔に相当してウエブ横断方向に間隔を置いた結合領域８０が生じる。ウエブ長手方向において、結合領域８０はラスター寸法ｒに相当して互いに離間している。
【００４６】
図８Ｂは、例えば図７Ｂの装置によって発生せしめられる結合線を示している。結合線８１間の間隔は、第２波形ウエブ５のラスター寸法、或いは振動セクション５５ａ−ｎの間隔に相当する。櫛形振動ユニット５５への連続的な給電の場合には結合線８１は連続的になり、電力変調の場合には部分的に中断する。
【００４７】
ダンボール紙製造装置は超音波結合モジュールのみで構成しなくてもよい。モジュールＡ，Ｂ，Ｃ又はＤの１つ又は複数個のものは、従来のダンボール紙製造装置の場合、従来のモジュールの１つ又は複数個のものと交換可能である。図３のダンボール紙製造装置に１つ又は複数の従来のモジュールＢ，Ｃ及び／又はＤを接続することもできる。従来のモジュールは、例えば搬送ロール、接続装置、予熱器、モジュール線条（ベルトリーダー）、接着剤施与装置、加熱器、牽引部材、及び／又は切断装置及び折曲げ装置のような更なる加工装置である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】モジュール化されたダンボール紙製造装置の図式的横断面図である。
【図２Ａ】第３ペーパー層用結合ユニットの実施形態である。
【図２Ｂ】第３ペーパー層用結合ユニットの実施形態である。
【図３】第２実施形態によるダンボール紙製造装置の図式的横断面図である。
【図４Ａ】超音波放射面及び超音波反射面の実施形態である。
【図４Ｂ】超音波放射面及び超音波反射面の実施形態である。
【図４Ｃ】超音波放射面及び超音波反射面の実施形態である。
【図５Ａ】超音波反射面の充填部を示している。
【図５Ｂ】超音波反射面の充填部を示している。
【図６】出力変調の時間ダイアグラム及び連続ダンボール紙横断面に対する割付けである。
【図７Ａ】ペーパーウエブに対して横向きの超音波発信器配列の実施形態である。
【図７Ｂ】ペーパーウエブに対して横向きの超音波発信器配列の実施形態である。
【図８Ａ】図７Ａの配列によって発生した結合領域模様である。
【図８Ｂ】図７Ｂの配列によって発生した結合領域模様である。
【符号の説明】
【００４９】
１  段ボール紙製造装置
２  第１被覆ウエブ
３  第１波形ウエブ
３ａ  ペーパーウエブ
４  第２被覆ウエブ
５  第２波形ウエブ
５ａ  ペーパーウエブ
６  単層ダンボール紙
７  ２層ダンボール紙
１０  溝付ロール
１１  溝付ロール
１２  第１ペーパーロールストック
１３  第２ペーパーロールストック
１４  案内ローラ
１５  第１間隙
１６  第１行列振動ユニット
１７  接着剤付与装置
１８  湿潤装置
１９  配線
２０  超音波発生器
４０  第３ペーパーロールストック
４１  第２案内ロール
４２  第２間隙
４３  第２行列振動ユニット
４４  反射列
４５  第２超音波発生器
４６  距離センサー
４７  湿潤装置
５０  溝付ロール
５１  溝付ロール
５２  第４ペーパーロールストック
５４  第３間隙
５５  スライド振動ユニット
５６  超音波発生器
Ａ，Ｂ，Ｃ  モジュール
【図１】
2005509545.tif 000003
【図２Ａ】
2005509545.tif 000004
【図２Ｂ】
2005509545.tif 000005
【図３】
2005509545.tif 000006
【図４Ａ】
2005509545.tif 000007
【図４Ｂ】
2005509545.tif 000008
【図４Ｃ】
2005509545.tif 000009
【図５Ａ】
2005509545.tif 000010
【図５Ｂ】
2005509545.tif 000011
【図６】
2005509545.tif 000012
【図７Ａ】
2005509545.tif 000013
【図７Ｂ】
2005509545.tif 000014
【図８Ａ】
2005509545.tif 000015
【図８Ｂ】
2005509545.tif 000016
【国際調査報告】
2005509545.tif 000017
2005509545.tif 000018
2005509545.tif 000019
2005509545.tif 000020
2005509545.tif 000021
2005509545.tif 000022