KR20140136018A - 단일면 골판지 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단일면 골판지를 제조하는 방법 및 기계장치에 관한 것이며, 구체적으로는, 실질적으로 평평한 시트를 주름진 시트에 자동으로 본딩하는 방법으로서 a) 주름진 시트의 접촉 지점에 불연속적 양으로 접착제를 적용하는 단계; 및 b) 상기 시트 사이에 본딩이 형성될 때까지 시트 접촉을 유지하는 단계;로 이루어진다.

Description

단일면 골판지 제조방법{METHOD OF FORMING SINGLE FACED CORRUGATED BOARD}
본 발명은 단열면 골판지를 제조하는 방법이나 기계장치에 관한 것이다.
단일면 골판지(single faced corrugated paper board)는 매우 잘 알려져 있고, 산업상 광범위한 분야에서 이용되고 있으며, 특히 보호용 패딩이나 포장재 등 포장산업 분야에서 활용도가 높다. 또한, 박스나 패널 또는 팔레트 등 구조적인 제품들의 생산에서 기본적인 구성품으로 이용되고 있다.
단일면 골판지의 시트들이 서로 결합되어서, 다양한 두께와 강도를 가지며 여러 층으로 된 골판지를 형성한다. 이러한 소재가 다양한 방면에서 이용되는 이유는 상대적으로 가볍고, 강성이 있으며 동시에 강도도 가지고 있기 때문이다.
단일면 골판지는 주름이 있는 시트를 서로 본딩(bonding)하여 제작한 것이며, 라이너 시트(liner sheet) 위에 일반적으로 재활용 종이를 본딩하여 만든다. 라이너 시트는 일반적으로 크라프트 종이(Kraft paper)를 이용하나 기타 다른 물질이 이용될 수도 있다.
단일면 골판지를 제작하는 일반적인 기계에서는, 종이 재질의 시트를 두개의 주름진 롤러('주름 롤러'라고도 함, corrugated roller) 사이로 통과시켜서 주름진 시트(sheet)를 형성한다. 두 개의 주름 롤러의 외주면에는 서로 맞물리는 치(teeth)가 형성되어 있다. 종이 시트는 롤러의 치 사이에 삽입되어 롤러의 치 사이에서 맞물려서 골이 형성된다. 주름진 시트는, 라이너(liner)에 부착될 때까지 주름이 있는 롤러 중 하나의 외주면 상 치와 접촉을 유지하도록 하며, 이러한 접촉은 롤러의 실린더 내부에 유지되는 진공을 이용한다.
골판지를 만들기 위해, 골을 이루는 형상의 위쪽 부위에 접착제를 도포하고 라이너에 본딩한다. 라이너 시트는 부드러운 롤러를 이용하여 상기 골의 위쪽에서 가압되어 접착제에 부착되어, 단일면의 골판지를 형성한다.
이 과정에서 한계 인자는, 이들 사이의 결합을 위해서 충분한 시간 동안 라이너와 주름진 시트 사이에 접촉을 유지하여야 하는 사항들이다. 일반적인 실내 온도와 압력 하에서, 이 시간은 수초이거나 이보다 좀 더 길 수 있다. 그러나, 이 시간은, 본딩과정에서 온도를 높이거나 또는 이들 사이에 압력을 가함으로서 줄어들 수 있다.
골이 있는 시트나 라이너가 이동하는 실린더를 가열하여 종이의 온도를 높이기 위해서 종종 고압의 스팀이 이용되기도 한다. 일반적인 주름 롤러의 작동온도는 약 200℃ 근처이다.
가압롤러를 이용하여 라이너와 골 사이 결합부위에 압력을 가하여, 접착제가 도포된 골에 라이너를 가압할 수도 있다. 압력롤러와 (주름진 시트를 지지하고 있는) 주름 롤러 사이에 접촉 시간이 상대적으로 짧은 경우, 본딩 과정을 신속하게 하기 위해서는 고압이 요구된다.
이렇게 히팅과 고압을 이용하는 방식에서는, 본딩 시간은 수백 초까지 감소될 수 있어서 골판지의 신속한 제작을 가능하게 한다. 그러나, 하나의 문제점이 있으니, 고압롤러에 의해서 가해지는 고압으로 인해서 종이가 뒤틀리거나 라이너 종이 표면에 미세한 자국을 남겨서 품질을 저하시킬 수 있다는 점이다.
다른 기계장치에서는, 주름 롤러 주위에서 엔드리스 벨트와 같은 장치가 라이너와 주름진 시트를 가압하기 위해 사용된다. 이것은 압력이 가해지는 시간의 주기를 연장시키고, 따라서 종이의 표면 손상을 방지를 위해서 더 낮은 압력이 이용된다.
단일면의 골판지를 제조하는 일반적인 장치의 배열은 미국특허 제5951817호에 개시되어 있다.
미국특허 제5951817호에 개시된 기계는, 라이너와 주름진 시트 사이에 제한된 접촉시간(즉, 본딩 시간)을 가진다. 이것은 주름진 시트와 라이너의 조합이 주름이 있는 휠의 외주면의 1/3 만큼만 접촉하고 있는 것에서 명확하다. 이러한 제한된 접촉시간은 신속히 건조될 수 있는 전분에 기초한 접착제 사용을 요구한다. 불행하게도 이러한 접착제는 작동을 위해서 약 150℃의 열을 가하여야 하며, 이것은 아래에서 설명하는 바와 같은 불리한 점이 있다.
히팅을 하는 것은 주름진 시트와 라이너 사이에 본딩을 위한 시간을 줄이고 따라서 제조 공정의 속도를 높이는 효과는 있으나, 기계장비에 소요되는 비용을 상당히 증가시키고 과정에 소요되는 작동 비용을 또한 증가시키는 문제가 있다. 고압의 스팀을 사용하기 위해서는, 보일러, 파이프, 하우징 등이 필요하며 스팀의 작동을 계속 감시하여야 하는 문제가 있다. 그리고, 스팀이 생성되고 올바르게 동작하며 기계의 작동 중에 안전상의 문제를 야기하지 않는지 등을 보장하기 위한 추가적인 안전 수단를 취하여야 하는 문제도 있다. 일반적으로, 보일러를 가동하고 히팅 시스템을 작동시키기 위해서는 히팅 엔지니어가 필요한데, 이것은 또한 추가적인 숙련된 노동력에 대한 비용을 초래하며, 그러한 엔지니어가 없는 경우 공정이 중단될 수 있는 가능성도 있다.
기계장비의 기본적인 구성에 고압 스팀 시스템을 추가하는 것은, 기계 장비의 크기를 필수적으로 증가시키고 따라서 그 기계를 작동시키기 위한 추가적인 공간도 필요하게 한다. 이러한 추가적인 공간은 또한 골판지의 생산 비용을 증가시키게 된다.
또한, 고압의 스팀은, 스팀에 노출되어 있는 주름 롤러와 같은 많은 기계 장치들이나 물질들을 부식시킬 수 있으므로, 이들은 적절한 재질로 만들어져야만 한다. 이러한 재질로는 스틸 48 CrMo, HRC 58-62 등이 있으나 고가이며 무거운 문제가 있다. 그리고, 이러한 재질의 기계들은 기계장치의 구조적인 복잡성을 유지하기 위해서 지지부재 등이 있어야 한다.
롤러 내지 벨트에 압력을 가하는 방법 상의 문제 중 하나는, 가해진 압력으로 인해 접착제 일부가 라이너와 주름진 시트의 접촉위치로부터 이탈되어 번질 수 있고 이로 인해 주위의 종이를 젖게 할 수 있다는 점이다. 그리고, 이렇게 이탈된 접착제에는 더 이상 압력이 가해지지 않고(접촉 지점에서 벗어났기 때문에) 본딩이 이루어지지 않고, 또한 종이를 건조시키기 위해서는 히팅이 필요해지고, 본딩을 위해 추가적인 접착제가 소요된다. 이것은 생산비용을 증가시키고 공정의 속도를 제한하는 요소가 된다.
그리고, 이탈되어 번진 접착제는 압력을 가하는 장치나 롤러 벨트 등의 표면으로 옮겨질 수 있는데, 이들 장치의 표면을 항상 깨끗한 상태를 유지하여야 하므로 문제가 될 수 있다. 접착제의 일부는 라이너의 외부 표면으로 옮겨질 수 있고, 이것은 보관시에 이웃하는 시트들이 서로 붙어서 제품을 사용할 수 없게 하는 문제를 일으킬 수도 있다. 그리고, 접착제는 표면에 자국을 남겨서 외관 이미지를 나쁘게 하고 제품의 가치를 떨어뜨리게 된다.
또한, 종래의 기계들의 불리한 점은, 이송롤러(feed roller)는 종이(주름진 시트 또는 라이너)를 주름 롤러로 이송하기 위해 사용되고, 주름 롤러는 접착제 도포전에 종이를 건조시키기 위해 가열된다. 이것은 종이의 수분 함량을 감소시키고 신속한 본딩을 위해서이다. 주름 롤러를 가열하고 종이를 예열하기 위한 고압 스팀의 생산은 많은 양의 에너지를 소모시킨다.
위에서 설명한 이러한 요인들은 종래의 공정이나 기계장치를 이용하여 골판지를 생산하는 비용을 상당히 증가시키게 된다.
본 명세서에서 언급된 모든 특허나 특허출원서는 참고로 인용된 것이다. 여기서 인용된 참고문헌들은 종래 기술을 구성하지는 않는다. 본 명세서에 종래 기술에 대한 공개문헌이 인용되고 있으나, 이러한 문헌들이 뉴질랜드나 혹은 다른 나라에서 일상적으로 알려진 주지관용의 기술을 구성하는 것으로 볼 수는 없다.
본 발명의 목적은 이러한 문제점을 극복하고 유용한 선택기준을 제시하기 위한 것이며, 단일면 골판지를 생산하는데 소요되는 비용을 절감하면서도 효율적인 생산방법 및 생산설비 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 실질적으로 평평한 시트를 주름진 시트에 자동으로 본딩하는 방법이며, 이러한 방법은
a) 주름진 시트의 접촉 지점에 불연속적 양으로 접착제를 적용하는 단계; 및
b) 상기 시트 사이에 본딩이 형성될 때까지 시트 접촉을 유지하는 단계;로 이루어진다.
그리고, 바람직하게는 상기 시트 중 적어도 하나는 크라프트 종이로 만들어진다.
크라프트 종이는 통상 단일면 골판지를 제조하는데 이용된다. 그러나, 본 발명에서는 다른 재질의 종이도 이용가능하며, 본 발명이 적용가능한 종이가 크라프트 종이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 주름진 시트는 알루미늄과 같은 얇은 금속으로 만들어질 수도 있고, 또한 재활용 종이 내지 플라스틱으로 만들어질 수도 있다.
평평한 시트(planar sheet)는, 육안으로 보아서 실질적으로 평평한 면을 가진 시트를 의미한다. 반면에 주름진 시트(corrugated sheet)는 표면에 마루와 골이 표면에 형성되어 주름이 진 형상을 가진 시트를 의미한다.
주름진 시트에서 형성된 주름 형상을 플루트(flute)라고 한다. 플루트는, 표면에 주름을 가진 한쌍의 주름 롤러 세트가 있을 때 주름 롤러의 치(teeth)가 서로 맞물리는 사이로 크라프트 종이를 통과시켜서 만들어진다. 플루트의 형상은 주름 롤러의 치의 형상과 크기에 달려있다. 예를 들어, 플루트는 삼각형일 수도 있고, 사인 곡선 모양일 수도 있고, 사다리꼴 모양이거나 톱니 모양이거나 사각형상 등 여러 가지 형상일 수 있다. 유사하게, 플루트의 크기는 상기 치의 크기에 유사하게 되거나 또는 단일면 골판지의 응용에 따라서 약간 변화할 수 있다.
바람직하게는, 주름진 시트는 실질적으로 삼각형 단면을 갖는다.
*이렇게 플루트가 삼각형 단면을 갖도록 하는 것의 장점은, 주름 롤러에 일반적으로 형성되어 있는 치를 이용하여 비교적 간단히 삼각형상을 형성할 수 있기 때문이다.
또한, 삼각 형상의 플루트는 다른 형상에 비해서 강도의 면에서 강하며, 특히 플루트의 길이방향을 따라 가해지는 압축력에 대해 강도가 강하다.
주름진 시트의 마루에 라이너(liner)을 결합(본딩)시키기 위해 사용되는 접착제는, 라이너와 주름진 시트가 모두 크라프트 종이인 경우에, 수계 접착제(water based glue)인 것이 바람직하다.
본 발명의 제1단계에서, 주름진 시트의 접촉 지점에 수계 접착제가 불연속적으로 일정 양씩 적용된다. 다시 말하면, 접착제가 개별적으로 불연속적으로 도포되어, 주름진 시트의 마루를 따라 서로 일정 간격을 두고 이격되어 배치된다.
접착제의 불연속적인 도포양은 형상에 따라 변화할 수 있다. 실시예에 따라서는, 상기 불연속적인 도포는 조금씩 문혀두는 형태이거나 단절된 직선 모양일 수도 있다.
이렇게 불연속적 도포를 함으로써, 주름진 시트에 통상적인 방법보다 적은 접착제가 도포된다. 또한, 불연속적인 양이 도포됨으로써, 라이너와 주름진 시트에 압력이 가해진 후 접착제가 퍼져서 건조가 일어나게 된다.
바람직한 실시예에서는, 상기 접착제는 상기 마루는 따라서 이격된 방울 형태로 도포된다. 상기 방울은 둥근 형상이거나 혹은 배 모양이며 표면에 부착된다.
상기 방울의 바람직한 크기는, 주름진 시트나 라이너의 재질이나 특성 내지 사용되는 접착제 타입 등 여러 가지 요인을 고려하여 결정된다. 그러나, 모든 경우에 방울의 크기는 충분히 작아서 자신의 형상을 그대로 유지할 수 있고 자체의 하중으로 인해 방울이 터지지 않는 정도의 크기이다. 이것은 중요한 점인데, 표면적에 비해서 상대적으로 체적인 큰 경우, 방울로부터 수분의 증발률을 감소시키기 때문에, 상기 접착제의 방울이 좀더 오랜 시간 동안 젖어 있을 수 있어서, 상기 접착제가 건조해지기 전에 주름진 시트의 마루와 라이너를 용이하게 침투할 수 있기 때문이다.
바람직한 상기 방울의 크기는 0.5 m3 이다. 바람직한 접착제 방울 사이의 거리는, 접착제 방울이 퍼져서 서로 만나게 되고 이렇게 접착제가 퍼졌을 때 바람직한 두께를 고려하여 결정된다.
접착제를 방울 형태로 도포하는 것은 적어도 아래에 기재된 것과 같은 유리한 점이 있다.
- 각 방울은 골이 형성된 종이의 마루에 직접적으로 적용되어서, 다른 방법이라면 상기 마루의 측면에 도포될 수 있는 접착제의 양을 감소시키고 따라서 종이를 젖게 하는 양 및 건조에 소요되는 시간을 감소시킨다.
- 접착제를 선 형태로 도포하는 것(종래 기술)이 아니라, 방울 형태를 이용하는 것은 각각의 마루에 도포되는 접착제의 양을 감소시켜서 비용을 절약하게 한다.
- 만약 방울 형태로 도포되는 것과 동일한 양의 접착제가 스트립 형태로 상기 마루를 따라 도포 된다면, (증가된 표면적으로 인해서) 보다 짧은 시간에 건조해져서 본딩을 이루기 위해 유지되어야 하는 라이너의 젖은 상태(wet)를 유지학 어려울 것이다. 기계장치들이 짧은 시간 동안 일시적으로 멈추는 경우, 접착제의 일부 방울들이 상기 주름진 시트의 마루에 수분 동안 노출될 수 있는데, 기계가 재 작동할 때 본딩을 형성할 수 있도록 라이너를 젖은 상태로 유지하는 것도 가능하다. 그런데, 이러한 것은 스트립 형태로 접착제가 도포되는 경우에는 불가능한 일이다.
라이너가 주름진 시트를 향해서 가압되면, 접착제 방울은 퍼져서 상기 마루와 라이너 사이에서 실질적으로 연속적인 줄기(thread) 형상을 이룬다. 이격되어 있던 방울들을 가압하여 형성된 줄기 형상은 종래 기술에서 사용된 방법보다 정교한 라인을 이룬다. 종래에 사용된 방법은 상기 마루를 향해서 가압하는 부드러운 롤러를 이용하여 도포된 스트립 형태의 접착제 도포 방식이었다. 본 발명의 이러한 방법은 상기 마루를 따라서 접착제를 보다 적은 양을 사용하면서 효율적이고 연속적인 본딩을 이룬다.
주름진 시트와 라이너 사이에 본딩을 형성하기 위해 소요된 시간을 '본딩시간(bonding period)'이라고 한다. 특정 접착제에 있어서 상기 본딩시간은 본딩이 이루어지는 곳의 온도 및 상기 마루와 라이너 사이에 가해지는 압력 등에 의해서 결정된다.
그러나, 본 발명에 따른 방법에서는 단일면 골판지를 열을 가하지 않고, 즉 실질적으로 대기온도인 5℃에서 30℃ 사이의 온도에서 제작하도록 하였다. 대기온도에서 본딩시간은 적용된 접착제의 양과 라이너와 플루트의 마루 사이에 적용된 압력의 함수이며, 적용압력이 고압이고 적용된 접착제의 양이 적을수록 본딩시간은 감소한다.
본 발명에서 접착제의 선택은 중요하다. 배경기술에서 언급했듯이, 전분에 기초한 접착제는 약 150℃의 온도에서 원활하게 작동한다. 그러므로, 이러한 접착제는 본 발명에서 이용은 적절하지 않다. 실내온도에서 신속히 작용하고 필요한 강도를 가진 적절한 접착제에 대해서는 본 명세서의 이하에서 설명될 것이다.
열을 가하지 않고 골판지를 생산할 수 있다는 것은 본 발명의 중요한 장점 중의 하나이다. 이것은 고가의 기계설비와 많은 에너지를 요하지 않는다. 그리고, 접착제를 불연속적으로 적용함으로써 대기 온도 하에서 본딩에 필요한 시간을 줄임으로써 아주 유리한 효과가 발생한다.
본 발명의 두번째 단계에서는, 주름진 시트 쪽으로 본딩을 형성할 충분한 시간 동안 라이너가 가압된다. 이것은 다양한 수단을 통해서 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 평평한 시트가 주름진 시트쪽으로 엔드리스 인장벨트를 이용하여 가압된다.
이렇게 엔드리스 벨트를 이용하여 라이너를 가압하는 방법 및 장비에 대해서는 이 분야에서 잘 알려져 있는 내용이므로 이것에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
압력조절은, 먼저 종이(라이너 및 주름진 시트)에 변형이 생기지 않는 한도에서 가해질 수 있는 최대압력을 고려한 후, 이 최대압력과 같거나 조금 낮은 압력을 적용한다. 과도한 압력은 종이를 변형을 가하거나 찢어지게 할 수도 있다. 최대압력은 라이너 또는 주름진 시트에 사용된 재질에 따라 변화할 수 있다.
바람직하게는, 상기 시트 등은 2초 이상 시간 동안 서로 접촉된 상태를 유지한다.
라이너를 변형시키지 않고 주름진 시트의 마루로 라이너를 견고하게 가압하는 엔드리스 벨트를 사용하고 또한 적절한 접착제를 사용하면, 라이너와 주름진 시트가 유효한 본딩을 이루기 위해서는 실내 온도에서 2초 이상의 시간 동안 서로 가압된 상태를 유지하고 있어야 한다.
2초 이하의 시간 동안 가압하거나 또는 시트 사이의 압력이 너무 작으면, 단일면 골판지가 적절히 형성되지 않는다. 이러한 경우에, 주름진 시트에서의 인장력이 본딩된 결합력을 파괴하여 라이너가 주름진 시트와 분리되어 버리기 때문이다.
실제로 실내온도에서 가압시간(pressing time)이 약 3초 정도가 적절하며, 유지시간(holding time)은 2초 내지 4초 정도가 적절하다. 가압시간은 4초 이상도 가능하지만 생산 속도를 저하시키기 때문에 바람직하지는 않다.
약 3초 동안의 가압시간은, 고온과 고압을 사용하는 종래 기술에 따른 기계설비에서 얻는 시간 보다 느리다. 그러나, 본 발명의 장점은 실내온도에서 적절한 속도로 단일면 골판지를 생산할 수 있다는 것이다. 그리고 단일면 골판지를 비용이 절감되고 안전하며 환경친화적인 방법으로 생산할 수 있는 것이다.
본 발명에서 접착제 방울의 불연속적인 도포와 (종래 기술에 비해서) 증가된 유지시간으로 인해서 접착제가 실내 온도에서 작용할 수 있게 한다.
바람직하게는, 상기 접착제는 분산액에 비닐 아세테이트 공중합체(vinyle acetate copolymer in dispersion)을 포함하는 수계 접착제이며, 이것은 통상적인 사용에서 유해한 성분이 아니며, 따라서 통상적인 환기장치가 제공된 곳에서 안전하게 사용할 수 있다.
실내 온도 하에서 비닐 아세테이트 공중합체 분산은 상대적으로 신속히 세팅될 수 있고, 고온의 작동 온도를 요하지 않는데 이점이 종래의 전분계 접착제와 다른 점이다. 본 발명의 접착제는 낮은 점도를 가지고 양호한 접착력 및 긴 노출시간(open time)을 가진다. 상대적으로 낮은 점도는 (도포장치에서 주름진 시트로 전이 되었을 때) 접착제가 용이하게 흐를 수 있도록 하기 위해 필요한 성질이며, 양호한 접착력은 신속히 표면에 부착되는 능력을 제공한다.
상기 노출시간이란, 통상의 온도와 압력하에서, 접착제가 마주하는 표면을 적셔서(wet) 그 표면을 침투할 수 있는 능력을 상실하기까지, 접착제 표면을 노출하고 있는 시간을 측정한 것이다. 접착제가 이렇게 마주보는 표면을 적셔서 침투하는 것은, 주름진 시트와 라이너 사이의 효과적인 본딩을 위해서 필요하다. 접착제는 플루트에 도포되기 전에 얼마간 대기 상태에 노출될 수 있기 때문에, 상대적으로 긴 노출시간을 가진 접착제가 바람직하다.
상기 접착제는 상표명 AdesinTM Z9129W 일 수 있고, 이것은 비닐 아세테이트 공중합체로 헨켈 뉴질랜드(Henkel New Zealand Limited)사에서 공급된다. 상기 AdesinTM Z9129W는 필요한 점도를 가지고 있으며 긴 노출시간을 가지고 있어서 본 발명에 따른 방법에 사용할 수 있다. 예를 들어, AdesinTM Z9129W 는 2100-2200m.Pa.S 범위에서 점도를 갖고 노출시간은 0.5에서 1분 사이이다. 그러나, 다른 접착제도 유사한 성질을 가지고 있으면 사용될 수 있다.
접착제(AdesinTM Z9129W)를 주름진 시트의 마루에 방울 형태로 도포하고 라니너를 상기 마루에 대향하여 약 3초 동안 가압하여 주름진 시트와 라이너 간에 본딩 결합을 이루도록 하는 것은 종래기술에 비해 많은 유리한 장점들을 제공한다. 특히, 이 방법은 단일면 골판지를 실내 온도에서 생산하는 것을 가능하게 한다. 이 때문에 주름 롤러를 히팅하거나 단열면 골판지를 건조하는 과정을 생략할 수 있게 된다. 그리고, 이것은 에너지 이용 면에서 많은 절약이 가능하고 생산 단가가 낮아지는 이점이 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 주름진 시트에 불연속적으로 접착제를 도포하는 도포 장치가 제공되고, 상기 도포장치는 롤러를 포함하고, 상기 롤러의 외주면은 굴곡진 표면을 가진다.
상기 굴곡은 복수개의 형상을 가질 수 있고, 실시예에 따라서는 딤플(dimple)이나 불규칙한 표면일 수도 있다. 또한, 상기 표면은 U 형태의 그루브 일 수도 있다.
그러나, 바람직하게는 상기 굴곡진 표면은 구형파(square wave)형상의 주름일 수 있다.
주름진 표면이란 표면이 일련의 마루와 골로 이루어진 것을 의미한다.
바람직하게는, 상기 무로와 골은 실질적으로 평행하며 롤러의 외주를 따라 연장된다. 바람직하게는, 상기 마루는 스파이럴 형상이다.
나사산을 형성하는 것과 유사한 방법으로 상기 롤러의 표면 주위에 스파이럴 컷을 형성하여, 롤러의 표면을 따라서 일련의 마루가 형성되도록 할 수 있다. 스파이럴 컷, 또는 나사산은 가공하여 롤러의 부드러운 표면으로 하는 것은 상대적으로 용이하다.
다른 실시예에서는 상기 마루들은 동심원들을 형성할 수도 있다.
바람직하게는, 상기 마루와 골은 도포장치의 표면에 V자 형상이나 사각형상의 그루브를 커팅(또는 세이핑)하여 형성할 수 있다. 그루브의 실제 형상은 중요하지 않지만, V자 형상의 그루브가 바람직한데 이것은 상대적으로 부드러운 원통형 표면으로 커팅하는 것이 쉽기 때문이다.
접착제는 부드러운 표면의 픽업롤러(pick up roller)에 의해서 도포장치에 공급된다.
예를 들어, 스프레이 노즐이나 에어 블레이드가 상기 골을 통과하도록 이용될 수 있다.
픽업롤러를 가진 실시예에서, 상기 픽업롤러는 접착제 용기에 인접하여 장착되어서, 상기 픽업롤러가 회전함에 따라 외주면에는 접착제가 코팅된다.
상기 도포장치의 마루가 상기 픽업롤러의 표면과 견고하게 접촉하도록, 상기 도포장치가 픽업롤러에 대한 관계로 장착된다. 이런 방식으로, 접착제는 픽업롤러의 표면으로부터 도포장치의 표면의 그루브로 전해지고, 접착제는 도포장치의 마루로는 거의 전달되지 않는다.
픽업롤러와 도포장치를 이루는 롤러 사이의 갭(gap)은 적용되어야 하는 접착제의 양을 결정한다.
도포장치의 장착은, 또한 주름 롤러 위에 위치하는 주름진 시트의 마루와 도포장치의 마루가 견고하게 접촉하도록 장착된다. 이러한 배치에 의해서, 상기 도포장치가 회전함에 따라, 픽업롤러와 접촉하여 도포장치는 표면의 그루브로 접착제를 전달받고, 그리고 주름진 시트의 마루 위로 상기 접착제를 방울 형태로 전달한다.
각각의 방울에 대한 접착제의 양은 각각의 그루브의 크기(폭과 깊이)로 결정되고, 상기 방울들의 분리는 인접한 그루브의 분리에 의해서 결정된다..
그루브는 충분히 얕아서 너무 많은 접착제가 종이로 도포되는 것을 피할 수 있어야 한다. 바람직하게는, 그루브의 깊이는 단지 0.5mm이고 폭은 1mm인 것이 좋다. 이러한 수치는 물론 본 발명의 다른 요구사항을 고려하여 변경될 수 있다.
바람직하게는, 상기 마루는 날카로은 엣지를 가질 수 있다.
바람직하게는, V자 형상의 그루브가 서로 인접하여 날카로운 엣지를 이루고 상기 그루브의 단면이 지그재그 패턴을 이루도록 할 수도 있다. 이러한 형태는 인접하는 접착제 방울이 (그루브의 폭이 주어졌을 때) 최소한으로 분리되도록 한다.
다른 실시예에서는, 상기 마루는 평평한 단면형상일 수도 있고, 이 경우 접착제 방울들의 분리되는 거리는 더 커질 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 본 발명은 단일면 골판지를 제조하는 기계장치에 관한 것이며, 상기 기계장치는 적어도 하나 이상의 마루를 갖는 주름진 시트를 평평한 시트에 본딩하며, 상기 기계장치는 상기 주름진 시트의 마루에 접착제를 도포하는 도포장치; 및 상기 주름진 시트의 마루에 대향하여 평평한 시트를 가압하는 가압장치;를 포함하고, 상기 도포장치는, 상기 주름진 시트의 마루에 접착제를 불연속적으로 도포하고, 상기 가압장치는, 상기 마루를 향해서 상기 평평한 시트를 가압하여 이들 사이에 본딩이 이루어지도록 한다.
본 발명에 따른 단일면 골판지를 제조하는 기계장치는 종래 기술의 기계장치와 공통점을 가지기도 한다. 특히, 주름진 시트는 시트를 제1 주름 롤러와 제2 주름 롤러의 맞물리는 치 사이로 통과시켜서 형성된다. 그리고, 주름진 시트는 상기 제2 주름 롤러에 의하여 지지되는데, 제2 주름 롤러의 내부에는 이를 위해 진공이 생성되며, 또한 제2 주름 롤러는 제1 주름 롤러보다 큰 지름을 갖는다.
제2 주름 롤러가 회전함에 따라 주름진 시트는 도포장치를 통과하고, 접착제가 상기 주름진 시트의 마루로 도포된다.
바람직하게는, 도포장치는 위에서 설명한 바와 같은 주름진 표면을 가진 롤러를 포함한다.
도포장치의 주름진 표면은 주름진 시트의 마루에 접착제 방울을 도포하기 위해 구비된다. 이것이 종래의 기계설비와 구별되는 점이며, 종래의 기계설비는 도포장치는 볼록볼록한 표면을 가지고 주름진 시트의 마루에 접착제를 상대적으로 넓은 스트립 형태 내지 선형으로 도포하였다.
도포장치는 회전가능하게 장착되어서 도포장치의 외주의 표면은 제2 주름 롤러에 지지되는 주름진 시트의 마루를 가압한다.
바람직하게는, 가압수단은 인장력이 부가된 엔드리스 벨트이다.
엔드리스 벨트는 복수개의 롤러 상을 이동하도록 구비되고, 라이너와 주름진 시트가 제2 주름 롤러의 외주를 따라 이동할 때, 벨트가 라이너와 접촉을 유지할 수 있도록 롤러가 적절히 배치된다.
두 개의 가이드 엔드 롤러를 제2 주름 롤러의 외주에 걸쳐서 일정 거리 이격되도록 배치하고, 이격되는 거리 만큼 라이너에 접촉하는 벨트가 배치된다. 두 개의 가이드 엔드 롤러는 주름진 시트에 최초로 접하는 순간 (벨트를 통해서) 라이너에 압력을 가할 수 있도록 장착되고, 또한 제2 주름 롤러로부터 주름진 시트가 배출되기 직전에도 압력을 가할 수 있도록 장착된다.
벨트는 추가적으로 배치된 하나 이상의 롤러들의 배치에 의해서 인장력을 가질 수 있고, 이로서 벨트는 라이너를 주름진 시트 쪽으로 가압한다.
종래기술에서는 히팅 롤을 사용하기 때문에 특별한 재질의 벨트를 사용하였으나, 본 발명에서는 히팅을 요하지 않기 때문에 표준적인 고무벨트가 사용될 수 있다. 표준적인 고무벨트를 사용하는 것은 라이너 표면에 손상을 덜 생기게 하고 따라서 제품의 품질이 향상된다.
다른 실시예에서는, 엔드리스 벨트는 플라스틱이나 합성재질로 만들 수도 있다.
본 발명에 따른 방법의 이점은 실내온도에서 사용되는 점인데, 엔드리스 벨트가 플라스틱이나 합성수지 또는 고무 등과 같은 열에 민감한 재질로 만들어지는 경우 히팅 과정을 가지는 종래 기술에서는 적절하지 않은 점에 대비된다.
바람직하게는, 엔드리스 벨트는 상기 시트를 2초 이상 동안 가압하도록 배치된다. 바람직하게는, 엔드리스 벨트는 상기 시트를 2초에서 4초 사이의 시간 동안 가압하도록 배치된다.
일반적으로 벨트가 라이너에 대해서 인장력을 가져서 팽팽한 경우, 통상적인 실내 온도 하에서 본딩을 이루는 데 소요되는 시간은 2초 이상이다. 5℃에서 30℃사이의 대기 온도 범위에서 신뢰성 있는 본딩을 얻기 위해서는 약 3초의 시간이 적절하다.
이러한 기계설비를 사용한 단일면 골판지의 생산 속도는 몇몇의 요인에 따라 결정되는데, 제2 주름 롤러의 지름과 제2 주름 롤러의 외주면 중에서 벨트가 가압하는 비율 및 제2 주름 롤러의 회전속도 등이다. 실내 온도에서 본딩을 이루기 위해서 요구되는 시간 동안 라이너와 주름진 시트 사이에 압력이 적용되면, 이러한 요인들이 변경될 수 있다. 제작상 필요한 배치가 완료되면 생산속도는 이러한 요인들에 의해 결정된다. 예를 들어, 제2 주름 롤러의 외주면을 엔드리스 벨트가 감싸는 정도가 결정되면, 생산 속도는 제2 주름 롤러의 적절한 지름이나 회전속도를 선택함으로써 변경가능하다.
본 발명의 주요한 장점은 단일면 골판지를 종래 방법과 비교할 수 있은 정도의 속도로 실내 온도에서 제작할 수 있다는 것이다.
다시 말하면, 본 발명은 단일면 골판지를 생산하는데 있어서 과정 중에 추가적인 히팅을 요구하지 않고 효율적으로 생산할 수 있게 한다.
이 특징은 주름진 시트에 접착제를 방울형태로 떨어뜨리고, 라이너를 주름진 시트로 가압하여 본딩이 이루어지게 하는 것에서 얻어진다. 접착제 방울을 (압력을 가하지 않고) 적용하는 것과 (종래 방법과 같이) 접착제를 스트립이나 선형으로 적용하고 압력을 가하는 것, 이 두 가지 경우는 모두 본딩(단일면 골판지 형성)을 이루기 위해서 소요되는 시간이 너무 길어서 실제 상업적 사용에 부적합하다.
그러나, 위 두 가지 구성을 조합하면, 실내 온도 하에서 본딩을 이루기 위해 소요되는 시간은 3초로 줄일 수 있다.
단일면 골판지를 실내 온도에서 제작할 수 있는 능력은 종래 기술과 비교하여 아래에서 설명하는 하나 이상의 장점을 갖는다.
- 주름 롤러를 가열하고 종이를 건조하는 공정이 생략되어, 종래 기술에 비해서 에너지 비용이 감소하고 이산화탄소 발생량이 줄어들게 된다. 또한, 본 발명은 에너지를 과도하게 소모하는 고압의 스팀이 불필요하게 된다.
- 기계설비 비용이 감소한다. 히팅이 필요하지 않기 때문에, 보일러, 파이프 작업 및 고압의 스팀 수용장치 등을 필요로 하지 않는다. 또한, 기계설비가 실내 온도 하에서 작동되기 때문에, 세라믹이나 플라스틱 또는 목재 등과 같은 간단하고 비교적 저가의 재질로 제작될 수 있다. 이러한 재질의 물질은, 종래 기계설비에서 사용되던 스틸과 같은 재질의 물질보다 제작이 용이하고 가볍기 때문에 제작 비용이 절감되고 이들을 지지하기 위한 프레임 설비 역시 제작 비용이 감소하여 자재 비용이 감소한다.
- 공간이 절약된다. 히팅과 관련한 설비들이 불필요하기 때문에 종래의 히팅 설비들이 요구하던 공간이 불필요하게 되어 공간이 절약된다.
- 안전이 강화된다. 본 발명의 기계설비는 실내 온도에서 작동하므로, 고압의 스팀 사용에서 발생하는 위험성이 존재하지 않는다.
- 동작 및 유지 비용이 절감된다. 에너지 사용량이 감소하는 것과 별개로 본 발명에 따른 방법은 접착제의 소모량 역시 줄어든다.
본 발명에 따른 기계장치의 크기나 비용은 단일면 골판지가 소비되는 현장에서 바로 제작할 수 있도록 한다. 종래의 히팅 수단을 가진 기계장치는 크고 에너지 소비가 많고 고가이어서, 이러한 기계장치들은 중앙집중화된 위치에서 제작공정이 이루어지고, 제품인 단일면 골판지가 소비자에게 배달되어서 사용되어야만 하였다.
본 발명에 따른 기계장치의 크기는 히팅 장치가 불필요하기 때문에 응용이 가능하다. 그러므로, 본 발명에 따른 기계장치는 골판지 소비자의 현장에서 설치 및 운용이 적합한 크기로 응용하는 것이 가능하다. 이것은 생산된 제품을 배송하는 등의 비용이 발생하지 않기 때문에 전반적인 비용이 절감된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일면 기계장치의 일부를 단면도이다.
도 1a는 보 1에 도시된 기계장치의 도포장치의 상세도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도포장치의 엣지 부분을 보여주는 도면이다.
도 3a는 마루에 도포된 접착제 방울과 주름진 시트의 단면을 보여준다.
도 3b는 주름진 시트와 두 개의 마루를 따라 접착제 방울이 서로 떨어져서 있는 모습을 보여준다.
도 1에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일면 골판지을 생산하는 기계장치의 일부를 단면도가 화살표 (1)로 나타나 있다.
제1 주름 롤러(2)는 외주면 상에 치(teeth, 2')를 가지고 있고, 상기 치(2')는 제1 주름 롤러(2)의 길이방향을 따라 연장된다.
제2 주름 롤러(3)는 외주면에 치(teeth, 3')를 가지고 있다. 상기 제2 주름 롤러의 지름은 상기 제1 주름 롤러(2)의 지름 보다 크다.
상기 주름 롤러(2,3)는 제1 주름 롤러(2)의 치(2')와 제2 주름 롤러(3)의 치(3')가 도면 번호 16으로 표시된 영역에서 서로 맞물리도록 배치된다.
도면 상에 화살표로 도시된 것처럼, 제1 주름 롤러(2)는 시계방향으로 회전하고 제2 주름 롤러(3)는 반시계방향으로 회전한다.
크라프트 종이(Kraft paper) 시트(7)가, 치가 맞물리는 영역(16) 사이로 그리고 제1 주름 롤러(2)의 외주면으로 투입된다. 치가 서로 맞물리는 동작에 의해서 크라프트 종이는 일련의 골을 형성하여 주름진 시트(8)가 된다.
상기 크라프트 종이는 재활용된 종이이거나 또는 새 종이일 수 있고, 이상적으로는 90에서 150 gsm 이다.
제2 주름 롤러(3)는 개방된 통로(미도시)를 가지고 있어서, 진공펌프(미도시)를 제2 주름 롤러(3)의 일측 단부에 연결하여, 제2 주름 롤러(3)의 내부에 부분적 진공이 생성되도록 할 수 있다. 제2 주름 롤러(3) 내부의 이 부분적 진공은 골리 형성된 시트(8)를 제2 주름 롤러(3)의 치(3')에 대향하여 적절한 위치에 유지시킨다.
접착 롤러(4)의 형태로 된 도포장치의 외주면에는, 일련의 마루(crest)와 골 형상이 형성되어 있다. 상기 마루는 V형상으로 상기 접착 롤러(4)의 표면을 가로질러 형성된다.
인접한 V형상의 골(21,22)은 서로 만나는 지점에서 롤러(4)의 마루(20)가 형성된다. 각각의 마루(20)는 도 2에서 보이는 것처럼, 날카로운 엣지를 가지고 있어서, 일련의 마루들은 단면 형상이 지그재그 패턴을 이룬다.
접착 롤러(4)는 상기 제2 주름 롤러(3)를 따라 회전가능하게 장착되고, 접착 롤러(4)의 회전축은 제2 주름 롤러(3)의 회전축과 실질적으로 동일하다. 상기 접착 롤러(4)의 축은 제2 주름 롤러(3)의 축으로부터 일정 거리 만큼 떨어져 있는데, 그 거리는 접착 롤러(4)의 마루(20)가 제2 주를 롤러(3)의 치 속에 위치하는 주름진 시트(8)의 마루(crest)에 대향하여 접하는 거리이다.
픽업 롤러(pick-up roller, 5)는 접착 롤러(4)의 축에 실질적으로 평행한 축에 회전가능하게 장착되고, 상기 픽업 롤러(5)의 표면은 접착 롤러(4)의 각 마루에 견고하게 접촉하도록 배치된다.
용기(6)는 접착제를 가지며, 접착제는 상표명 Adesin Z9129W 일 수 있다. 상기 픽업 롤러(5)가 회전함에 따라 상기 접착제가 픽업 롤러(5)의 표면에 코팅될 수 있도록 용기(6)가 배치된다.
제1 주름 롤러(2)와 제2 주름 롤러(3)와 접착 롤러(4)와 픽업 롤러(5)는, 모두 주름진 시트(8)의 폭에 대응되는 폭을 가진다.
접착제는 픽업 롤러(5)의 표면에서부터 접착 롤러(4)의 골(21,22)로 옮겨진다. 접착 롤러(4)는 주름 롤러에 대응하는 원주 속도로 회전함에 따라 접착제를 이동시키고, 이때 상기 접착 롤러는 주름진 시트(8)의 마루에 접하고, 접착제는 골(21,22)에서 마루(18)로 방울(droplet) 형태로 떨어져서 한다
도 3a의 화살표 17에서 도시된 주름진 시트의 측단면을 보면, 방울(19)이 마루(18) 위에 떨어져 있다.
도 3b는, 주름진 시트의 마루(18)를 따라 위치하고 있는 불연속적인 방울(19)들을 보여주는 사시도이다.
다시 도 1을 보면, 인장벨트 어셈블리에 의해서 제2의 평평한 크라프트 종이의 시트(라이너(10)이라 함)가 주름진 시트(8)에 대향하여 가압된다.
엔드리스 벨트(13)가 제2 주름 롤러(3)의 외주에 대향하여 배치되는데, 이것은 제1 가이드 엔드 롤러(11), 제2 가이드 엔드롤러(12), 두개의 가이드 롤러(14) 및 인장 롤러(23)의 작용에 의한다.
제1 가이드 엔드 롤러(11)와 제2 가이드 엔드 롤러(12)를 분리함으로써, 라이너(10)에 압력을 가하는 엔드리스 벨트(13)가 배치되는 길이가 결정된다. 이것은 대략 제2 주름 롤러(3)의 원주의 4분의 3 정도에 해당하며, (제1 주름 롤러(2)와 접착 롤러(4) 공간을 확보하기 위해 필요한) 대략 가능한 최대 길이이다.
(제2 주름 롤러(3)의 축에 대하여) 반경방향으로 상기 인장 롤러(23)의 위치를 조절함으로써, 엔드리스 벨트(13)에 가해지는 인장력을 조절한다.
실제로는, 상기 벨트(13)는, 상기 라이너 및/또는 주름진 시트 등에 주름이 생기거나 훼손되는 등 손상이 발생하는 정도로 인장력이 조절된다. 그리고, 상기 인장 롤러(23)를 움직여서 이러한 손상이 발생하지 않는 지점(손상발생 임계지점 보다 낮은)으로 인장력을 감소시킨다. 제2 주름 롤러(3)에 대한 벨트(13)의 적절한 압력을 얻기 위해서, 벨트(13)에 가해지는 인장력의 양은, 라이너 및 골이 형성되는 시트가 제조되는 물질의 성질 등을 포함하여 많은 요소들을 고려하여 결정된다. 라이너(10)를 주름진 시트(8)에 결합하여 골판지(corrugated board, 15)가 형성된다.
픽업부재(24)가 가이드 엔드 롤러(12)에 바로 근접하여 위치한다. 상기 픽업부재(24)는 본딩된 단일면 골판지(15)가 제2 주름 롤러(3)의 내부 진공의 압력을 이기고 외부로 배출되도록 돕는 역할을 한다.
이러한 배치에서 단일면 골판지(15)의 생산율은 제2 주름 롤러(3)의 지름과 회전 속도에 따라서 결정된다. 엔드리스 벨트(13)가 제2 주름 롤러(3)의 외주면 약 4분의 3 범위에 걸쳐서 연장되면, 제2 주름 롤러(3)의 지름에 무관하게, 1분당 약 20회 회전하는 속도로 회전 시간이 정해진다. 그러나, 생산되는 양은 상기 롤러(3)의 지름(D)에 관계가 있고, 1분당 20πD의 길이로 주어지며, 이것은 1분당 롤러(3) 지름의 약 63배의 길이이다.
예를 들어, 제2 주름 롤러(3)의 지름이 1.6m라면, 단일면 골판지는 1분에 약 100m 정도 생산된다.
도 1a는 도 1의 기계장치의 상세도이며, 접착 롤러(4)상의 골과 마루 등을 상세하게 보여준다.
본 명세서의 내용은 발명의 하나의 예로서 설명된 것이며, 설명된 실시예의 구성 일부를 변경하거나 추가하는 경우에도 청구범위에 규정된 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

Claims (4)

  1. 접착제가 롤러의 외주면으로부터 주름진 시트로 불연속적인 방울들을 전송하기 위해 적용되는 용도의 접착롤러에 있어서,
    상기 접착롤러는,
    일련의 홈과 돌출부가 교대로 형성된 굴곡진 외주면을 구비하고,
    상기 홈의 깊이는 실질적으로 0.5mm이고, 홈의 폭은 실질적으로 1mm이며,
    상기 홈의 축은 시트의 주름의 축과 교차하여 접착제의 불연속적인 방울은 롤러의 골을 통해 주름진 시트의 마루에 접촉에 의해 적용될 수 있는, 접착롤러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접착롤러는 롤러의 회전에 의해 접착제를 픽업하는 것을 특징으로 하는 접착롤러.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 일련의 홈은 서로에 대해 평행하고 롤러의 원주를 둘러싸고 있는 것을 특징으로 하는 접착롤러.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부 및 홈은 나선형인 것을 특징으로 하는 접착롤러.
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