JPS6037151B2 - 粒子被覆基板を硬化する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、粒子被覆基材の未硬化接着剤を硬化する方法
に関する。

本発明は、本明細書中においては、ほとんどフロック加
工物質の接着剤を硬化するのに使用されるものとして説
明される。

しかしながら、本発明は、紙やするり使用される粒子の
ごとき他の細長い粒子にも等しく応用できる。ブロック
加工物質、さらには級やすりのごとき物質を製造する十
分に確立された方法においては、細長い粒子が基板に付
着され、接着剤によりこれに固定されるのであるが、そ
の際基材がまず接着剤で被覆される。しかる後、機械的
または静電手段により、フロック繊維が基板上に付着さ
れる。各繊維は一端にて基板上に立ち、そして繊維の端
部は未硬化の接着剤中に埋め込まれる。この結果、フロ
ック繊維または粒子は、一時的にのみ（接着剤の硬化前
）基板に取り付けられているから、使用された特定の接
着剤は硬化されねばならない。硬化作業は一般に大型加
熱炉中で行なわれる。加熱炉中においては、フロック物
質の付着した基板は、接着剤が硬化または重合状態で出
口端に現われるまで前後に回わしながら送られる。この
ような処理は、比較的非効率的であり、緩慢であり、多
量のェネルギを必要とする。

後者の１例として、代表的硬化炉は、例えば３０ないし
９０フィート長ほどの長さを有し、水を基材とする接着
剤が使用される場合、その高水含分に起因して、物質が
炉中を通過中代表的例として単位時間当り６百万旧ＴＵ
の熱を使用する。溶剤形式の接着剤が使用される場合、
汚染、燃焼の問題等が起こる。（本発明は、接着剤とし
て、電子ビーム放射により重合される単量体の使用を可
能にする。）触感のある基板の場合、物質が処理されら
る硬化炉内の温度は２４００Ｆないし３２５０Ｆの間で
変るが、ビニルおよびスチレンのごとき熱プラスチック
基板に対する温度は、上述の温度のはゞ１／２である。

１７５ｏより高い温度は、歪やしわをもたらすことがあ
り、あるいは処理されっ）ある感熱物質に他の有害な作
用を及ぼすこともある。

その結果、このような感熱怪物質の場合には、硬化動作
は緩慢であ、製造を制限する。例えば、厚さが約千分の
数ィンチのビニル基板が従来の方法でフロツク付着され
、ついで硬化炉の熱を受ける場合、ビニル基板が接着剤
の硬化中しわになる傾向がある。得られた物質は一般に
販売に適当でなく、したがってこのような物質をフロッ
ク加工することは不可能であると考えられて来た。硬化
の時間について見ると、使用される温度が低温であるた
め、炉中のフロック物質の通常の横断は、２船ごまたは
それよりも長くか）る可能性がある。

後者の数字は、単なる例示にすぎない。加えて、硬化さ
れたフロック加工物質に欠陥が検出された場合、それが
炉から現われた後はじめて分ることがいまいまある。硬
化炉中においてどの位後の方で欠陥が生ずるのは分らな
いから、処理が適当近続されうる前の数百フィートのフ
ロツク加工物質が浪費されることになる。従来の接着剤
硬化作業に関連するさらに他の問題は、炉を浄化するに
必要な製造休止時間の問題である。

したがって、本発明の基本的目的は、細長い繊維または
粒子が付着された基板上の接着剤を硬化する方法であっ
て、使用されるェネルギが小さく、きれいであり、最小
の休止時間しか要せず、感熱基板の厚さが０．００２−
０．００４インチ程に薄くでき、（ただし、粒子の高さ
は１なし、し３倍である）、そしてあらゆる場合におい
て、接着剤が電子ビーム放射によりほべ数ミリ秒で硬化
される、簡単かつ迅速な態様で基板上の接着剤を硬化す
る方法を提供することである。

したがって、本発明の１つの目的は、フロツク加工工業
における多くの従来の技術上の問題を解決し、かつ基板
およびフロック物質自体に有害な影響を及ぼすことなく
高速度の接着硬化を可能ならしめる新規な電子ビーム硬
化法を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、より一般的な応用性をも有
する新規にして改良されたフロック加工および関連せる
硬化法を提供することである。

さらに、本発明は、広い面から見ると、基板に接着され
たフロツク物質を硬化する方法であって、蟹電子ビーム
で硬化可能な接着材層を基板上に適用する段階と、接着
剤層上に繊維物質を付着する段階と、基板および接着さ
れたフロック物質の組合せを予定された領域を通過させ
る段階と、フロック物質および接着層上に電子ビームヱ
ネルギを（前記の予定された領域にて）当て、それによ
って接着剤層を硬化する段階とを含む硬化方法を内包す
る。他の目的、特徴および利点は、一部明らかであり、
一部は迫つ指摘されるであろう。

本発明は、後述される諸方法に例示される諸段階および
段階順序および動作上の特徴、ならびに特許請求の範囲
に特定されるような適用範囲を相応に含むものである。

以下、図面を参照して本発明を実施例について説明する
。図面に示される部分の特定の部品の寸法は、図示を明
瞭にし本発明の理解を容易にするため変更ないし誇張さ
れたものである。第１図を参照すると、フロック加工さ
れるべき織物物質、プラスチックまたはその他のシート
がその上を移送される製造ライン供給入口ローフ、移送
される物質がその上を通過し、被加工物質層に接着剤を
適用する手段を提供するローラ、フロック物質を接着剤
被覆基板上に直立態様で付着する静電フロック付着装置
、基板上に使用される接着剤を硬化する電子ビーム放射
装置、および巻取り。

ーヤが示されている。入口ローラ２は従来形式のもので
よく、その上にフロック加工される物質が移送される、
次いで、被加工物質はローラ６上を通過し、そこで、電
子ビームにより「硬化」されうる種類の接着剤１０が、
従来形式の供総合管またはその他の手段８により基板上
に付着される。

基板４に適用される接着剤１４の厚さを制御するため、
ドクトルブレード１２が従来の態様でローラ６とともに
使用される。（図面において、接着剤１４の存在は、ロ
ーラ６およびドクトルブレード１２から出る太い線で示
されている。）このように被覆された被加工物質は、次
いで、容器１６を有するものとして略示された従来形式
のフロッケ付着装置を通される。

容器１６は、基板上に付着されるべき物質のフロック物
質１８が装填されている。容器１６の下端には、従釆の
性質の付勢用スクリーン２０（静電フロック付着の場合
）が設けられ、そして基板層の下には収集部材２２が設
けられている。図示はしないが、代表的態様においては
、基板４上に落ちる繊維フロツク物質を配向したりその
落下を推進したりするため、交流または直流いずれかの
高圧が容器１６および底部ないしトラフ収集部材２２間
に印加される。フロック加工工業において周知のように
、電圧印加の結果として、ほゞ直立の素子２３の下端部
が未だ未硬化の接着剤に埋め込まれるように、フロック
１８が接着剤被覆基板１４上に付着される。

残ることは、フロック素子を基板に固定するため接着剤
を硬化することである。問題が生ずるのはこ〉である。

何故ならば、主として、感熱基板４またはフロック物質
１８，２３自体に有害な影響を及ぼすことなく適用され
うる熱ェネルギの適用速度および量に対する従来技術の
制限のため、感熱基板に接着されるフロック繊維または
同等物の硬化が、比較的低速度、例えば約３０ないし６
０／分で行なわれたからである。（この速度は、２００
フィート／分を越える速度が可能であることが実験的に
分った本発明の硬化速度と比較したものである。）先に
記載したように、通常の方法においては、被加工物質は
接着剤でフロツクが付着され、次いで温度が１５０ない
し３２００Ｆに維持された硬化炉中を横断する。

被加工物質がフロック付着装置から出るとき接着剤はま
だ未硬化のま）である。代表的硬化炉は、被加工物質層
が、最後に炉室から出て巻取りローラに至る前に回りな
がら前後に移送されるように構成されており、前述のご
とく、被加工物質はこの代表的硬化炉中を横断する。加
熱室の温度が低温であり、また一般に使用される基板お
よび有機接着剤ならびにフロック物質の熱伝導性が高く
ないため、接着剤に対する熱の伝達は非常に緩慢である
。この結果、被加工物質は、毎分約２０ヤードの速度で
加熱炉の出口端部から現われる。本発明は、従来技術の
方法に比較されるとき、電子ビームにより接着剤の殆ん
ど瞬間的硬化を企画するものである。

工業上、低ェネルギレベルの電子ビーム放射によりフロ
ック層の下の接着剤を硬化することに下可能であると考
えられて来た。薄層の被覆が電子ビームにより硬化でき
ることは知られている。このような表面被覆の厚さは普
通０．００５インチを越えることはない。この理由のた
め、フ。ツク物質が電子の接着剤への到達を防ぐような
高さ（したがって垂直「厚さＪを有するため、低ェネル
ギの電子ビーム放射によりフ。ツク付着物質の接着剤を
硬化するのに電子ビーム放射を使用することは下可能で
あると思われていた。第２図を参照すると、１．０６の
密度を有するポリスチレンのごとき所与の厚さのプラス
チックを通すために電子ビーム電圧条件を計算する基準
である曲線を使用すると、従来技術では、０．０５０イ
ンチのフロツク（粒子）高さの場合、必要とされる電子
ビーム電圧（繊維が上述の物質より成る場合）は５０皿
ｅｖより大であると思われる。

フロック加工工業が、多くの問題の解決にあたって函子
ビーム放射を考慮するに至らなかったのは、技術的に周
知のこの教示によるものである。１５０■Ｋｅｖの装置
が使用されなかった理由は、高価であり、フロックおよ
び基板上にこのようなェネルギの有害な影響が及ぼされ
、またか）るェネルギの消散のたの装置に多量の遮蔽が
必要とされることによるものである。

仮りに、この曲線を考慮して、フロック付着物質の樹脂
を硬化するため低ェネルギ電子ビーム装置の使用の可能
性を検討したものがいたら、実際的でなく下可能である
としてこの考えを直ちに放棄したであろう。フロック繊
維の長さが例えば０．０９０インチまでありうると考え
らると、従来技術によれば、実効厚さは０．０９０イン
チであり、電子ビーム放射はこれを貫通し得ないであろ
う。他方、本発明にしたがえば、フロツク物質２３が付
着された基板は、フロック付着装置１６一２２を出た後
、参照番号２４により総括的に指示された電子ビーム放
射装置を横切る。

装置は遮蔽ハウジング２６内の包閉される。電子ビーム
装置は従来形式のもので、例えば、マサチューセッツ・
バーリントン所在のェナジ・サイエンス・インコ−ボレ
ーテッドにより製造されたＣＢ１５個型装置としうる。
か）る装置は、１例として、１弦ｅｖ±３０％の電子ビ
ームェネルギおよび約２メガラド土３０％の電子放射線
量、又はもし望むならばそれ以上の電子放射線量を生ず
るように調節できる。硬化されるべき物質により必要と
される実際の放射線量は使用される接着剤の関数であり
、そして受け取られる実際の放射線量は、電子ビームの
適用の時間およびビームの強度により決定される。上の
調節にて、フロツク付着物質が約１５０一２００フィー
ト／分の速度で電子ビームを通過するとき、フロック付
着用接着剤は基板に影響を及ぼすことなく硬化されるこ
とが試験により観察された。１例として、電子ビーム装
置が米国特許第３７６９００び号および第３７４５３９
６号に記載されており、そしてこの装置は、そのェネル
ギを予定された領域にて細長い粒子繊維物質に当てるよ
うに容易に設計される。

その結果、意外にも従来技術の教示に反して、電子ビー
ム放射がフロック物質を貫通し（上に記載される比較的
低いＫｅｖ電位で）、基板上のフロックが埋め込まれて
いる電子ビーム硬化性接着剤上に当たることが分つた。
上に挙げたパラメータ内において、フロック物質を基板
に接着する接着剤をきわめて効率的にかつ実際上瞬間的
に硬化することが可能である。上述の結果は、約１イン
チ士２０％の電子発射口対物体間隔で得られた。参照番
号３２で総括的に指示される電子ビーム装置は、市場で
入手できる電子ビーム発生銃３４および遮蔽体３６を含
む。遮蔽ハウジング２６は、ファン３０が装着された出
口ダクト２８を有する。ファンを設けた目的は、電子ビ
ームにより発生されるオゾンを遮蔽ハウジング２６から
消散させることである。放射線遮蔽ハウジング２６は入
口スリット３８および出口スリットを有しており、その
中をフロック付着物質が電子銃３２の電子ビームの下を
通るように通される。物質が電子により衝撃され、遮蔽
ハウジング２６内において接着剤の硬化が行なわれた後
、接着剤がすでに硬化されたフロツク加工物質は、巻取
りローラ４２により巻き取られる。第１の実施例として
、レーヨンシャリ織基板が０．００４インチ厚のダウ７
３３１．０１の接着剤で被覆され、そして３デニール、
ほゞ０．０３０インチ長のナイロンフロック繊維が従来
のやり方で静電的に付着された。

この組合せ体の接着剤がェナジ・サイエンス・インコー
ポレーテッド製ＣＢ−１５項塾の袋層により硬化された
。ＣＢ−１５槌型の電子ェネルギは、放射線量が約１７
雌ｅｖでほべ２メガラドとなるように調節された。第２
の実施例として、ゴム製の自動車窓用みぞ材料が約０．
００４インチのホーサウヱイＸＪ２一４雌一Ｅ接着剤で
被覆され（マサチューセッツ所在のシー・エル・ホーサ
ウエイ・アンド・サンズ・コーポレーションにより供給
される）、この上に約０．００３０インチ長で、３デニ
ールのポリエステル繊維が静電的に付着された。

このフロック付着物質は、放射線量が４メガラドで電子
ェネルギ１７皿ｅｖの上述の電子ビーム発生装置からの
放射線中を通すことにより、接着剤が硬化された。

ＣＢ−１５項型装置が使用された。第３の実施例として
、ビニル基板が約０．００４インチのホーサウェィＸＪ
３一１４９一Ｂ型接着剤でナイフ被覆され、その上に約
０．５０インチ長で５，５デニールのレーヨン繊維が静
電的に付着された。

このフロック付着された物質が、放射線量が８メガラド
で電子ェネルギが約１７皿ｅｖの上述の電子ビーム発生
装置からの放射線中を通すことにより、接着剤が硬化さ
れた。同じようにＣＢ−１５０型装置が使用された。フ
ロック加工物質は、硬化されてフロック付着および硬化
装置を出た後、巻取りローラ４２および本発明の一部で
ない特定の動作を遂行する他の装置に移送される。

特定の動作としては、例えば、フロック加工物質を所定
の長さに切断すること、フロック加工物質からフロック
付きの模様を打ち抜くこと等が挙げられる。他の例とし
て、感熱性スチレン基板上における接着剤の同様の硬化
が、同じ装置および調節を使って成功裡に行なえた。

木や紙の基板も、電子ビーム硬化性フロック接着剤被覆
を被着し、その中に粒子を鼓層するのに使用された。ア
クリルェポキシ、スチレン、塩化ビニル、禾飽和ポリエ
ステルのごとき他の形式の電子ビーム硬化性接着剤、お
よびレーヨンおよびポリエステルのごとき他の形式のフ
ロック物質も、すべて、上述の範囲内における放射線量
およびェネルギレベル調節で使用されて成功を納めた。
接着剤は、０．００１−０．００８インチの範囲、すな
わち上述の範囲内としうる。フロック加工法またはその
他の方法で付着された直立粒子の比較的薄い層の下にあ
る接着剤を竜子ピームにより硬化できる理由は、この時
点では完全に理解できない。しかしながら、直接電子放
射線および電子散乱から生ずる放射線の組合せの機能で
あると考えられる。散乱の結果、散乱された電子の方向
が各粒子の軸に関してある角度をもち、その結果、各粒
子に隣接する接着剤そしておそらくは各粒子の下にある
接着剤が硬化される。さらに、本発明の利点として、未
硬化の樹脂を伴なつたフロック付着物質が従釆技術の炉
に入るときは、物質中におけるフロックの配列を乱し、
フロック加工物質の不合格をもたらすような不連続を導
入することがないように、これが炉中を通過中接着剤が
硬化されるまで格別の注意が必要とされるが、本発明で
はこれが必要でないということもある。実際的かつ商業
的に意味のある他の利点は、上に短かく述べた。

すなわち、もしも、例えば、被加工物質が従来技術の硬
化炉から現われる際、欠陥が発見されると、どこから欠
陥がはじまったか、また何がその理由であるかを判断す
るため、炉中の流れを止めて、数百フィートにも及ぶこ
とがある炉内にある全物質を検査することが必要である
。この結果、欠陥は、硬化炉の加工物質の出口において
のみ観察されるから、数百フィートの物質が欠陥のため
浪費されねばならないことがありうる。これに対し、本
発明の方法においては、加工物質が接着剤硬化装置２４
から現われ）ば直ちに検査できか、検出が発見された場
合、浪費されねばならぬ物質は、接着剤硬化装置の入口
側から出口側まで延びる約１０フィートの物質だけであ
る。この結果、製造ラインから除去される物質はずっと
少しであるから、非常に実用的経済性がもたらされる。
また、休止時間も非常に減少されるであろう。上述のご
とく、主たる利点は、｛ａ｝硬化に必要とされるェネル
ギの節約、および【ｂ’１００％固体の汚染を生じない
接着剤を使用できることである。前者に関しては、接着
剤硬化装置２４により必要とされる実際のェネルギは、
代表的炉使用の硬化装置に必要とされるェネルギの約１
％一１０％である。本発明の他の利点は簡単に上述され
ている。

すなわち、厚さが例えば０．００４インチまたはそれ以
下の非常に薄いピニルまたはその他の熱硬化性物質が基
板として使用されるフロック加工物質を経済的かつ迅速
に製造する方法が長らく必要とされて釆た。この種の物
質は接着剤で被覆され、従来の方法でフロックが付着さ
れ、そして典型的炉中で硬化されると、炉の温度が低く
てさえ、ビニル物質は出口端部からかなりしわの付いた
歪んだ形態で現われることが実際の経験から分っている
。もちろん、殆んどの場合、このようなしわ付きの物質
は販売に適当でない。これに対し、本発明に依ると、こ
の種のビニル物質にフロックに付着し、次いで上述の方
方法により基板に全々しわを付けることなく接着剤を硬
化することが可能である。フロック付着装置１６一２２
自体に関しては、ロードアイランド所在のィンデブ・イ
ンコーポレーテツド、マシナリ・アンド・エクイツプメ
ントディビジョンにより製造されたＭｉｏｒｏ−Ｓｔａ
恥．２紙型フロック付着装置のごとき装置が適当である
ことが分った。

上において、装置中の製造速度は、特定の装置から発射
される有効電子ビーム流で測定される有効電子ビームェ
ネルギ、および特定の接着剤の条件に依存する。

電子ビーム放射により硬化される多くの接着剤があり、
そしてこれらの接着剤は、それらの組成がいろいろであ
るから、硬化のために種々の放射線量を必要とする。し
かして、これらの放射線量はメガラドで測定される。利
用できる接着剤は多くあるから、本明細書においてこれ
らの接着剤および特定の接着剤に必要とされる放射線量
を列挙することは不可能である。しかしながら、特定の
物質に対して必要な放射線量は、装置の操作者により発
明的努力を要せずして見出されうる。米国においては、
毎年１億５千万ヤードのフロック加工物質が製造されて
いると見積もられている。

本発明を使用することにより、フロツク加工物質の製造
原価に、かなりの商業上意味のある減少をもたらすであ
ろう。この節約は、上述のごとく、‘ａー接着剤樹脂を
硬化するため電子ビーム放射を使用するに必要とされる
ェネルギレベルが低いこと、‘ｂ｝接着剤を硬化する製
造速度が著しく増大されたこと（現在の硬化速度に比し
て）、および｛ｃ｝欠陥が起こった場合浪費される物質
が減少されたことによるものである。以上の説明から、
本発明の種々の目的が達成されるとともに、他の利益あ
る結果が得られたことが分ろう。

本発明は、他の具体例が可能であり、種々の方法で実施
できるから、図面に例示される構造および部品配置の詳
細にその応用が制限されるものでないことを理解された
い。

また、明細書中に使用される術語ないし用語は説明のた
めのものであり、制限的意図をもたないことを理解され
たい。本発明の範囲から逸脱することなく上述の構造か
ら種々の変更をなしうるであろうから、上の説明に含ま
れ図面に示されるすべての内容は例示として解釈される
べきであり、制限的意味において解釈されるべきではな
い。また、特許請求の範囲は、本発明の精神および範囲
内にあるすべての等価的変形を保護することが意図され
る。なお、本発明は下記の態様で実施される。

０１ 特許請求の範囲に記載の方法において、電子が約
１５０Ｋｅｖ±３０％のエネルギーを有するもの。

■ 特許請求の範囲に記載の方法において、粒子が、そ
の間を電子が通過して接着剤に当たることができるよう
な通路を提供するような断面形状を有しかつ互に離間さ
れているもの（３｝ 特許請求の範囲に記載の方法にお
いて、電子が約１５０Ｋｅｖ±３０％のェネルギを有し
、前記層上の電子ビームの放射線量が１桁のメガラド範
囲内にあるもの。

｛４） 特許請求の範囲に記載の方法において、接着剤
が、アクリルェポキシ、、スチレン、塩化ビニル、未飽
和ポリエステル、から選択された合成樹脂プラスチック
および硬化のため遊離基反応を使用するような他の接着
剤および接着剤としての被覆より成るもの。

（５’特許請求の範囲に記載の方法において、前記繊維
が接着剤層の厚さの約２ないし５の音の長さであるもの
。

（６ー 前記‘珂項に記載の方方において、前記繊維長
さが０．００２インチないし０．２５インチの範囲にあ
り、そのデニールが０．１なし、し１００の範囲にある
もの。

‘７｝ 特許請求の範囲に記載の方法において、感熱基
板が感熱性合成プラスチック、木製品、布、金属被覆プ
ラスチックおよびその組合せから選択されたもの。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を利用した製造ラインの一部断面の側面
図、第２図は１．０６の密度を有する物質（ポリエチレ
ン）中の電子の侵入を電子ボルトの関数として表わした
一般に認められている関数を示すグラフである。 本発明の主要構造は次の通りである。 ２：入口ロ」ラ、４：基板または被加工物質、６：ロー
ラ、８：接着剤供給管、１０．１４：接着剤、１６：容
器、１８．２８：フロック、２４：電子ビーム放射装置
、２６：遮蔽ハウジング、３４：電子ビーム発生銃、３
６：遮蔽体、４２：巻取りロ−−フ。 ＦＩＧ．ｌ ＦＩＧ．２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 予定された物質および長さの細長い粒子であつて、
   粒子の長さと殆んど同じ厚さで、粒子間に空隙を有する
   層を形成し、その下端が接着剤中に埋め込まれた複数の
   ほゞ直立の細長い粒子が排置された基板上の未硬化接着
   剤を硬化する方法において、電子が、前記粒子と同じ物
   質より成りかつその長さに等しい厚さを有する非粒子層
   に必要とされるよりも小さいが、前記粒子をもたない接
   着剤を硬化するに必要とされるエネルギレベルに少なく
   とも等しいエネルギレベルにて、接着剤に向う方向で粒
   子層に入るように電子ビームを粒子に当てる段階を含む
   粒子被覆基板上の未硬化接着剤を硬化する方法。