(57)【要約】【課題】紙の表面に接着層を形成する等の特別な工程を必要とせずに、紙同士を溶着することが可能な溶着紙及び溶着紙の製造方法を提供すること。【解決手段】溶着紙は、複数の繊維を樹脂を介して結着して成形した紙同士を超音波により溶着したものである。溶着紙は、紙の厚み方向に樹脂が分散し、紙の表面に接着層を有さず、樹脂の一部を用いて溶着される。溶着紙において、繊維と樹脂の合計量に対する樹脂の量は１５〜５０％である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の繊維を樹脂を介して結着して成形した紙同士を超音波により溶着された溶着紙。
【請求項２】
前記紙の厚み方向に前記樹脂が分散し、前記紙の表面に接着層を有しない、請求項１に記載の溶着紙。
【請求項３】
前記樹脂の一部を用いて溶着される、請求項１または２に記載の溶着紙。
【請求項４】
前記紙に対する前記樹脂の量は１５〜５０％である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶着紙。
【請求項５】
複数の繊維を樹脂を介して結着して成形した紙同士を超音波により溶着する溶着紙の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶着紙及び溶着紙の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シートの重ね合わせ面に接着剤層が形成され、所定の圧力を印加することで、シートの重ね合わせ面同士を再剥離可能に接着された再剥離性シートが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１４４３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された再剥離性シートでは、シートの重ね合わせ面に接着剤層を塗布して乾燥させる必要があり、余計な工程を要する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。
【０００６】
（１）本発明に係る溶着紙の一態様は、
複数の繊維を樹脂を介して結着して成形した紙同士を超音波により溶着された溶着紙である。
【０００７】
本発明によれば、繊維を樹脂を介して結着して成形した紙同士を超音波溶着することで、繊維同士を結着する樹脂が超音波により溶融して当該紙同士が溶着するため、紙の表面に接着層を形成する等の特別な工程を必要とせずに紙同士を溶着した溶着紙を提供することができる。
【０００８】
（２）本発明に係る溶着紙において、
前記紙の厚み方向に前記樹脂が分散し、前記紙の表面に接着層を有しなくてもよい。
【０００９】
本発明によれば、厚み方向に樹脂が分散し接着層を有しない紙を用いることで、接着層を形成する工程を必要とせずに紙同士を溶着した溶着紙を提供することができる。
【００１０】
（３）本発明に係る溶着紙において、
前記樹脂の一部を用いて溶着されてもよい。
【００１１】
本発明によれば、繊維同士を結着する樹脂の一部が超音波により溶融することで紙同士が溶着されるため、紙の表面に接着層を形成する等の特別な工程を必要とせずに紙同士を溶着した溶着紙を提供することができる。
【００１２】
（４）本発明に係る溶着紙において、
前記紙に対する前記樹脂の量は１５〜５０％であってもよい。
【００１３】
本発明によれば、前記紙に対する前記樹脂の量を１５〜５０％とすることで、紙同士の剥がれがなく紙同士が強固に溶着された溶着紙を提供することができる。
【００１４】
（５）本発明に係る溶着紙の製造方法の一態様は、
複数の繊維を樹脂を介して結着して成形した紙同士を超音波により溶着する溶着紙の製造方法である。
【００１５】
本発明によれば、繊維を樹脂を介して結着して成形した紙同士を超音波溶着することで、繊維同士を結着する樹脂が超音波により溶融して当該紙同士が溶着するため、紙の表面に接着層を形成する等の特別な工程を必要とせずに紙同士を溶着した溶着紙を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態に係る溶着紙に用いる紙を製造する紙製造装置を模式的に示す図。
【図２】溶着紙の製造を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００１８】
１．紙製造装置の構成
まず、本実施形態に係る溶着紙に用いる紙を製造する紙製造装置の構成について説明する。図１は、紙製造装置１００を模式的に示す図である。紙製造装置１００は、繊維を含むものを原料として、複数の繊維を樹脂を介して結着して成形した紙（樹脂を含む紙）を製造する。紙製造装置１００は、粗砕部１０と、解繊部２０と、樹脂供給部５０と、ほぐし部６０と、紙成形部７０と、を含む。
【００１９】
粗砕部１０は、パルプシートや投入されたシート（例えばＡ４サイズの古紙）などの繊維を含む原料を、空気中で裁断（粉砕）して細片にする。細片の形状や大きさは、特に限定されないが、例えば、数ｃｍ角の細片である。図示の例では、粗砕部１０は、粗砕刃１１を有し、粗砕刃１１によって、投入された原料を裁断することができる。粗砕部１０には、原料を連続的に投入するための自動投入部（図示せず）が設けられていてもよい。
【００２０】
粗砕部１０によって裁断された細片は、ホッパー１５で受けてから第１搬送部８１を介して、解繊部２０へ搬送される。第１搬送部８１は、解繊部２０の導入口２１と連通している。第１搬送部８１および後述する第２搬送部８２の形状は、例えば管状である。
【００２１】
解繊部２０は、細片（被解繊物）を解繊処理する。解繊部２０は、細片を解繊処理することにより、繊維状に解きほぐされた繊維を生成する。
【００２２】
ここで、「解繊処理」とは、複数の繊維が結着されてなる細片を、繊維１本１本に解きほぐすことをいう。解繊部２０を通過したものを「繊維物」という。「繊維物」には、解きほぐされた繊維の他に、インク、トナー、にじみ防止材等のインク粒を含んでいる場合もある。この後の記載において、「繊維物」は解繊部２０を通過したものの少なくとも一部であり、解繊部２０を通過した後に添加されたものが混ざっていてもよい。
【００２３】
解繊部２０は、回転刃によって、導入口２１から導入された細片を、解繊処理する。解繊部２０は、空気中において乾式で解繊を行う。解繊部２０は、気流を発生させる機構を有していることが好ましい。この場合、解繊部２０は、自ら発生する気流によって、導入口２１から、細片を気流と共に吸引し、解繊処理して、排出口２２へと搬送することができる。排出口２２から排出された繊維物は、第２搬送部８２を介して、ほぐし部６０の導入口６６に搬送される。第２搬送部８２には、繊維同士を結着させる樹脂が供給されるための供給口５１が設けられている。
【００２４】
樹脂供給部５０は、供給口５１から第２搬送部８２に空気中で樹脂を供給する。すなわち、樹脂供給部５０は、繊維物が解繊部２０からほぐし部６０に向かう経路に、樹脂を供給する。樹脂供給部５０としては、第２搬送部８２に樹脂を供給することができれば特に限定されないが、スクリューフィーダー、サークルフィーダーなどを用いる。樹脂供給部５０から供給される樹脂は、複数の繊維を結着させるための樹脂である。樹脂が第２搬送部８２に供給された時点では、複数の繊維は結着されていない。樹脂は、後述する紙成形部７０を通過する際に硬化して、複数の繊維を結着させる。樹脂は、ポリエステル樹脂やポリエチレン樹脂等の熱可塑性樹脂であり、繊維状であってもよく、粉末状であってもよい。樹脂供給部５０から供給される樹脂の量は、製造される紙において、樹脂と繊維の比率（重量比）が、１５：８５〜５０：５０（繊維と樹脂の合計重量（紙の重量）に対する樹脂の重量の割合が１５〜５０％）となるように設定される。なお、繊維を結着させる樹脂の他、製造される紙の種類に応じて、繊維を着色するための着色剤等を供給してもよい。
【００２５】
樹脂供給部５０から供給された樹脂は、第２搬送部８２内に設けられた混合部（図示省略）によって、排出口２２から排出された繊維物に万遍なく行き渡るように混合される。混合部は、繊維物と樹脂とを、混合させながら、ほぐし部６０に搬送するための気流を発生する。
【００２６】
ほぐし部６０は、絡み合った通過物をほぐす。さらに、ほぐし部６０は、樹脂供給部５０から供給される樹脂が繊維状である場合、絡み合った樹脂をほぐす。また、ほぐし部６０は、後述する堆積部７２に、通過物や樹脂を均一に堆積する。つまり、「ほぐす」という言葉は、絡み合ったものをバラバラにする作用や均一に堆積させる作用を含むものである。なお、絡み合ったものが無ければ均一に堆積させる作用となる。ほぐし部６０としては、篩を用いる。ほぐし部は、モーター（図示せず）によって網部が回転する回転式の篩である。ここで、ほぐし部６０として用いられる「篩」は、特定の対象物を選別する機能を有していなくてもよい。すなわち、ほぐし部６０として用いられる「篩」とは、複数の開口を有する網部を備えたもの、という意味であり、ほぐし部６０は、ほぐし部６０に導入された繊維物および樹脂の全てを、開口から外部に排出してもよい。なお、紙製造装置１００の構成としてほぐし部６０を省略してもよい。
【００２７】
ほぐし部６０が回転している状態で、繊維と樹脂との混合物は、導入口６６からほぐし部６０に導入される。ほぐし部６０に導入された混合物は、遠心力によって網部側に移動する。上記のように、ほぐし部６０に導入される混合物は、絡み合った繊維や樹脂を含んでいる場合があり、絡み合った繊維や樹脂は、回転している網部によって空気中でほぐされる。そして、ほぐされた繊維や樹脂は、開口を通過する。
【００２８】
ほぐし部６０の開口を通過した繊維物および樹脂は、紙成形部７０の堆積部７２に、樹脂が繊維物全体に分散された状態で堆積される。このため、樹脂は堆積物の厚み方向に分散する。また、堆積物の表面に沿った方向において、繊維物に樹脂が分散する。紙成形部７０は、堆積部７２と、張架ローラー７４と、ヒーターローラー７６と、テンションローラー７７と、切断部７８と、を有している。紙成形部７０は、ほぐし部６０を通過した繊維物および樹脂を用いて、紙を成形する。
【００２９】
紙成形部７０の堆積部７２は、ほぐし部６０の開口を通過した繊維物および樹脂を受けて堆積させて堆積物を生成する。堆積部７２は、ほぐし部６０の下方に位置している。堆積部７２は、例えば、メッシュベルトである。メッシュベルトには、張架ローラー７４によって張架されるメッシュが形成されている。堆積部７２は、張架ローラー７４が自転することによって移動する。堆積部７２が連続的に移動しながら、ほぐし部６０から繊維物および樹脂が連続的に降り積もることにより、堆積部７２上に厚さの均一なウェブが形成される。
【００３０】
堆積部７２の下方には、堆積物を下方から吸引するサクション装置７９が設けられている。サクション装置７９は、ほぐし部６０の下方に堆積部７２を介して位置し、下方に向く気流（ほぐし部６０から堆積部７２に向く気流）を発生させる。これにより、空気中に分散させた繊維物および樹脂を吸引することができ、ほぐし部６０からの排出速度を大きくすることができる。その結果、紙製造装置１００の生産性を高くすることができる。また、サクション装置７９によって、繊維物および樹脂の落下経路にダウンフローを形成することができ、落下中に繊維物や樹脂が絡み合うことを防ぐことができる。
【００３１】
紙成形部７０の堆積部７２上に堆積された繊維物および樹脂は、堆積部７２の移動にともない、ヒーターローラー７６を通過することによって加熱および加圧される。加熱により、樹脂は、結着剤として機能して繊維同士を結着させ、加圧により薄くし、さらに図示しないカレンダーローラーを通過させて表面を平滑化し、紙Ｐが成形される。なお、カレンダーローラーを通過後にヒーターローラー７６を通過することによって加熱および加圧してもよい。
【００３２】
ヒーターローラー７６よりも下流側には、紙Ｐを切断する切断部７８として、紙Ｐの搬送方向と交差する方向に紙Ｐを切断する第１切断部７８ａと、紙Ｐの搬送方向に沿って紙Ｐを切断する第２切断部７８ｂが配置されている。第１切断部７８ａは、カッターを備え、連続状の紙Ｐを所定の長さに設定された切断位置に従って枚葉状に裁断する。第２切断部７８ｂは、カッターを備え、紙Ｐの搬送方向における所定の切断位置に従って裁断する。これにより、所望するサイズの紙が形成される。切断された紙Ｐはスタッカー９９等に積載される。なお、紙Ｐを切断せずに、連続状のまま巻き取りローラーによって巻き取るように構成してもよい。
【００３３】
以上のように、本実施形態に係る溶着紙用の紙Ｐを製造する方法は、繊維を含む原料を気中で解繊する工程と、解繊された繊維と樹脂を混合する工程と、繊維と樹脂との混合物を加熱して紙Ｐを成形する工程とを含む。
【００３４】
２．溶着紙の製造
本実施形態に係る溶着紙は、紙製造装置１００によって製造される紙Ｐ同士を超音波により溶着（超音波溶着）することで製造することができる。紙Ｐ同士を超音波溶着する手段として、超音波溶着器を用いることができる。超音波溶着器は、振動子による微細な超音波振動と加圧力によって、２つの熱可塑性樹脂の接合面に摩擦熱を発生させ樹脂を溶融し結合させるものである。
【００３５】
紙Ｐでは、その厚み方向および表面に沿う方向に樹脂が分散している。紙Ｐ同士を重ねた部分に対して超音波溶着を行うと、それぞれの紙Ｐの溶着面側に存在する樹脂が瞬時に溶融し、加圧によって溶融した樹脂が繊維の間に広がっていくことで、一方の紙Ｐの溶着面側に存在する樹脂が他方の紙Ｐの溶着面側に存在する繊維に絡み付くとともに、他方の紙Ｐの溶着面側に存在する樹脂が一方の紙Ｐの溶着面側に存在する繊維に絡み付く。すなわち、一方の紙Ｐの繊維と他方の紙Ｐの繊維が一方の紙Ｐの樹脂を介して結着するとともに、一方の紙Ｐの繊維と他方の紙Ｐの繊維が他方の紙Ｐの樹脂を介して結着することで、一方の紙Ｐと他方の紙Ｐが溶着される。
【００３６】
超音波溶着によって紙Ｐ同士を確実に溶着するためには、溶着紙（紙Ｐ）において、繊維と樹脂の合計重量に対する樹脂の重量の割合を、１５〜５０％の範囲内とする必要がある。繊維と樹脂の合計重量に対する樹脂の重量の割合が１５％未満である場合は、紙Ｐ同士の溶着力が弱くなり、紙Ｐ同士が剥がれ易くなる。一方、繊維と樹脂の合計重量に対する樹脂の重量の割合が５０％よりも大きい場合は、紙としての質感（紙らしさ）が損なわれる。
【００３７】
溶着紙（紙Ｐ）に含まれる樹脂は、熱可塑性樹脂である必要があり、熱可塑性樹脂として、ポリエステル樹脂、ナイロン樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等を選択することができる。なお、超音波溶着によって紙Ｐ同士を強固に溶着するために、紙Ｐに含まれる熱可塑性樹脂として、非晶性の樹脂（例えば、非晶性ポリエステル樹脂）を選択することが好ましい。また、紙Ｐを製造する際に繊維に混合する樹脂は、繊維状であっても粉末状であってもよいが、紙Ｐを製造する際の加熱によって樹脂は溶けて薄く延びるため、粉末状の樹脂を用いることが好ましい。
【００３８】
超音波溶着では、瞬時に溶着が終了するため、紙Ｐに含まれる樹脂の溶融温度が高い場合であっても、紙Ｐに対するダメージ（焦げ等）を最小限に抑えながら紙Ｐ同士を溶着することができる。なお、紙Ｐに対するダメージを考慮すると、紙Ｐに含まれる樹脂の軟化温度は２１０℃以下であればよい。
【００３９】
また、超音波溶着は、紙Ｐ同士を小面積で溶着する場合に適しており、線状、曲線状に溶着する場合にも適している。例えば、複数の紙Ｐを重ね合わせた状態で、紙Ｐの表面の一部（隅部、端部）に対して超音波溶着を行って紙Ｐ同士を部分的に溶着することで、複数の紙Ｐが綴じられた状態とした溶着紙を製造することができる。このようにすると、ステープラーやクリップなどを使わずに複数の紙Ｐを綴じることができる。
【００４０】
本実施形態の溶着紙では、複数の繊維を樹脂を介して結着して成形した紙Ｐを用いて、繊維同士を結着する樹脂の一部が超音波により溶融することで紙Ｐ同士が溶着されるため、紙の表面に接着層を形成する（糊を塗布する、フィルムを圧着する、ニスを塗布する）等の特別な工程を必要とせずに、紙同士を溶着して製造可能な溶着紙を実現することができる。また、接着剤や糊を塗布した後の乾燥工程を必要とせず、１秒前後の短時間で溶着可能なため、生産性を向上することができる。
【００４１】
３．実験例
以下に実験例を示し、本発明をさらに説明するが、本発明は以下の例によって限定されるものではない。
【００４２】
熱可塑性樹脂を含む紙を製造し、製造した紙同士を超音波溶着により溶着して溶着紙を製造した。また、製造した溶着紙について引張試験を行った。
【００４３】
紙の原料としては、パルプ（乾式解繊処理した針葉樹晒クラフトパルプ）と、ポリエチレン粉末（旭化成ケミカルズ株式会社製、商品名「ＬＨ６００」、平均粒径：８６μｍ、融点：１３０°）を用いた。これらパルプとポリエチレン粉末の混合物１００ｇを、ブレンダー（Ｗａｒｉｎｇ社製、商品名「ワーリングブレンダー」）に投入し、回転数３０００ｒｐｍで６０秒間撹拌して混合する処理を行った。当該処理を行った混合物を、１０メッシュ（１インチあたりの網目の数が１０）の篩により平板上に堆積させた。堆積させた混合物を、平面プレスにより圧力３０ＭＰａ、温度１５０℃で１５秒間加圧および加熱して、坪量１００ｇ／ｍ2、紙厚１８０μｍのシート（紙）を得た。
【００４４】
得られたシートを幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍに切り出した。図２に模式的に示すように、切り出した２枚のシートＳＴを１０ｍｍの長さで重ねた部分に対して、超音波溶着器ＵＷ（本多電子株式会社製、商品名「ＳＯＮＡＣ−３７」）により超音波溶着を行って、２枚のシートＳＴを溶着して溶着紙を得た。
【００４５】
超音波溶着を行った２枚のシートＳＴ（溶着紙）について引張試験を行い、溶着した部分の強度（溶着力）を測定した。本実験では、樹脂（ポリエチレン粉末）とパルプの重量比を５：９５としてシートを製造した場合を実施例１とし、当該重量比を１０：９０としてシートを製造した場合を実施例２とし、当該重量比を１５：８５としてシートを製造した場合を実施例３とし、当該重量比を２０：８０としてシートを製造した場合を実施例４とし、当該重量比を３０：７０としてシートを製造した場合を実施例５とし、当該重量比を５０：５０としてシートを製造した場合を実施例６とした。各実施例について引張試験を行って、破断強度（シートを破断させるために必要な引張強度）を測定した。
【００４６】
測定結果を表１に示す。なお、表１では、シート同士を溶着した部分（溶着部）で剥がれた場合には「溶着部剥がれ」と表記し、シート自体が破断した場合には「非溶着部破断」と表記している。
【００４７】
【表１】
2015183296.tif 000003
実施例１、２では、溶着部での剥がれが見られた。これは、シートに含まれる樹脂が少なくシート同士の接合面に十分な樹脂が存在しないため、溶着が阻害されるためと考えられる。一方、実施例３〜６では、溶着部での剥がれが見られず、溶着していない部分が破断した。つまり、溶着部の破断強度が紙の破断強度を上回ったことになる。また、１５ＭＰａ以上でも溶着部は剥がれることがなく、良好であった。これらの結果から、樹脂とパルプ（繊維）の重量比を１５：８５〜５０：５０として製造したシートに対して超音波溶着を行うことで、シート同士を強固に溶着できることが確認できた。
【００４８】
４．変形例
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【００４９】
なお、紙製造装置１００によって製造される紙は、パルプや古紙を原料とし薄いシート状に成形した態様などを含み、筆記や印刷を目的とした記録紙や、壁紙、包装紙、色紙、画用紙、ケント紙などを含む。なお、原料としてはセルロースなどの植物繊維や、羊毛、絹などの動物繊維であってもよい。
【００５０】
また、堆積部７２に堆積された堆積物に、水分を噴霧添加するための水分噴霧器が設けられていてもよい。これにより、紙Ｐを成形した際の水素結合の強度を高くすることができる。水分の噴霧添加は、ヒーターローラー７６を通過する前の堆積物に対して行われる。水分噴霧器で噴霧する水分には、澱粉やＰＶＡ（ポリビニルアルコール）等が添加されていてもよい。これにより、さらに紙Ｐの強度を高くすることができる。
【００５１】
紙製造装置１００には、粗砕部１０は無くても良い。例えば、既存のシュレッダーなどで粗砕したものを原料とするなら粗砕部１０は不要となる。
【００５２】
なお、紙製造装置１００によって製造される紙を用いて紙箱を製造することもできる。この場合、超音波溶着により貼合をして箱組を行うことで、接着剤等を用いずに短時間で紙箱を製造することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１０  粗砕部、１１  粗砕刃、１５  ホッパー、２０  解繊部、２１  導入口、２２  排出口、５０  樹脂供給部、５１  供給口、６０  ほぐし部、６６  導入口、７０  紙成形部、７２  堆積部、７４  張架ローラー、７６  ヒーターローラー、７７  テンションローラー、７８  切断部、７９  サクション装置、８１  第１搬送部、８２  第２搬送部、９９  スタッカー、１００  紙製造装置
【図１】
2015183296.tif 000004
【図２】
2015183296.tif 000005