JPH09257443A - 物質表面性オンライン測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の測定法は、低平滑被測定物の測定では正
反射方向の光量が極端に減少しピーク光量が得られず、
また正反射光の分散巾も極めて広範囲に拡散するため正
反射方向での検出が不可能となり、低平滑領域の測定は
不可能であった。 【解決手段】印刷用塗被紙の表面光沢性及び平滑性を同
時にオンラインで測定する光学測定方法において、走行
する印刷用塗被紙表面の法線に対する照射光源の照射角
度と正反射光の被測定物の法線に対する受光角を７８度
以上８５度未満の範囲で可変出来る機構を備える事を特
徴とする装置を使用し、被測定物からの反射光をライン
ＣＣＤセンサーで受光及び検出しその反射光の光量の積
分値を被測定物の光沢指標とし、反射光の波形のピーク
高の底辺から１／４位置の分散巾の大きさをもって平滑
性の尺度とし簡便かつ高精度に低平滑領域の印刷塗工紙
の光沢性及び平滑性の同時測定を行う測定方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明はシート、特にパルプ
からなる原紙に顔料を塗布する印刷用塗被紙、中でも光
沢を抑えたマット紙の物質表面性オンライン測定方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】紙は植物体から取った繊維、すなわちパ
ルプを互いに接着し薄くすいた物である。また紙にはク
レーと喚ばれる填料を入れてある。紙はその原料となる
パルプの種類によってまた填料の有無、種類等のほか、
製造方法によって表面の状態が著しく異なる。出来上が
った紙表面に塗工機によって顔料（炭酸カルシウム・カ
オリン）及び接着剤（ラテックス・澱粉）を塗布し、光
沢性及び平滑性を増すためにスーパーカレンダーをかけ
る場合もある。紙の主要な用途は印刷用であるが目的に
よって表面のなめらかな印刷用塗被紙あるいは表面の粗
い印刷用塗工紙もありさまざまである。

【０００３】印刷用塗被紙の製造においてもっとも留意
すべき点はそれぞれの用途に応じた平滑性・光沢性・塗
工面質を保有する紙を効率よく製造することである。そ
の塗工紙にとって重要な紙表面平滑性を検出する測定装
置として、ベック（ＪＩＳＰ ８１１９）・スムースタ
ー・シェフィールド・パーカープリントサーフ・ベント
セン・チャップマン・ウイリアムス・ガーレー・王研式
平滑度計といずれも空気漏れ法に基づいた測定法が一般
的である。平滑の空気漏れ法に基づいた測定法は紙の塗
層表面および塗被紙内部の空隙の影響または紙の透気性
の影響を受け易く、人間の視覚評価を必ずしも的確に反
映しない場合があり、しかも測定時、被測定物を損傷さ
せるため同じ試料での再測定は不可能である。また、ス
ーパーカレンダーで仕上げを行う際、通常生産現場にお
いては目的の平滑性及び光沢性が得られているかを確認
するためにラインを一時停止しウエブをサンプルとして
切り取り上述の平滑測定装置等を用い、測定を行い、品
質管理を行っているが、高速で操業しているラインを停
止するために破損紙が多く発生し効率が良くない。

【０００４】印刷用塗被紙の表面平滑性を的確に非常に
精度よく検出する測定器として触針３次元粗さ測定器も
しくはレーザー光源等を用いた光学的非接触式の表面３
次元粗さ測定器がある。しかし、これらの方法では測定
時間が非常に長くまた測定面積も狭いため作業性が非常
に悪い。

【０００５】このような状況において、簡便な測定を可
能にしたセンサーとして発光ダイオードを光源に用い入
射角を被測定物の法線に対し所定角度に固定し正反射受
光素子にラインＣＣＤセンサーを用いその正反射光のピ
ーク光量と正反射光の分散の大きさをもって光沢性及び
平滑性の尺度としている非接触光学測定方式（例えば特
開昭６３−３１５９３８号公報）がある。この方式を用
いれば紙製造工程において被測定物を傷つけず簡便にし
かも精度よく印刷用塗被紙表面の平滑性と光沢性のオン
ライン測定が可能である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、該方式は光源
の照射角が被測定物の法線に対し所定角度７５゜に固定
であるため、触針３次元粗さ計測定器での測定値（中心
面平均粗さ）Ｒａ＝１０．０μｍ以上のマット紙等の被
測定物では相関性が得られない。その理由として、該方
式での低平滑被測定物の測定では正反射方向の光量が極
端に減少しピーク光量が得られない為であり、また正反
射光の分散巾も極めて広範囲に拡散するため正反射方向
での検出が不可能となり、低平滑領域の測定は不可能で
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は印刷塗被紙の
低平滑領域の光沢性、平滑性をオンラインで簡便に測定
するための鋭意研究を重ねた結果、照射角、及び受光角
を７８度から８５度の範囲で測定する事によって簡便で
精度の良い測定が可能であることを見いだし本発明をな
すに至った。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明に用いられる測定装置の測
定原理及び概略を図１に示す。光源（１）からの光を反
射板（２ａ）を（２ｂ）の様に位置及び角度変更によっ
て被測定物表面（１１）の法線（１０）に対する照射光
角度７８度（６）以上８５度（８）未満で照射し、それ
ぞれの照射角度に対応する７８度（７）以上８５度
（９）未満の正反射光を集光レンズ（４）に当てる様に
反射板（３ａ）を（３ｂ）の様に位置及び角度変更を行
い、集光された光束をラインＣＣＤセンサー（５）にて
反射光の強度分布（１２）を検出し、電気信号として出
力する方式により紙の表面性の測定を行う。また測定装
置を走行する被測定物上に取り付けた場合の全体図を図
２に示すが、走行する被測定物（１３）の上部に図１の
測定原理を有する測定器（１４）を設置し測定を実施す
る。測定装置は被測定物に対して下部に取り付ける事も
可能であり、その場合は被測定物の表面、裏面の表面性
の同時測定が可能となる。

【０００９】印刷塗被紙の光沢性の測定を実施する場
合、被測定物の法線に対する照射角度は７５±０．５゜
とＪＩＳＰ８１４２に規定されているが、マット紙の様
な低平滑紙では充分な反射光量が得られず、被測定物の
法線に対する光源の照射角を７８度以上に高く設定した
場合には触針３次元粗さ測定器での測定値（中心面平均
粗さ）Ｒａ＝１０．０μｍ以上の低平滑塗被紙でも反射
光量が充分に得られ光沢性及び平滑性の測定が可能とな
る。しかし照射角８５度を越えるような測定になると反
射光の散乱が顕著となり正確な反射光が得られず測定精
度が落ちる。また、被測定物面の法線に対する照射光角
度７８度以上８５度未満で光源を設置するためには、該
特開昭６３−３１５９３８号公報に示される様な投光手
段では光源が被測定物と接触する危険性が出てくる為、
光源はウエブの更に上方とし光源から出た光を一端反射
板に照射し反射した光が被測定物に照射され正反射光は
受光側に位置する反射板に反射し受光装置にて受光され
る方式により被測定物に接触する事なく、また装置の大
型化を抑制する事ができる。

【００１０】光源としては経時で光量変化のないものが
望ましく、通常ＪＩＳＰ８１４２に規定しているＣ−光
源とするが、小型電球のようなＡ−光源もしくは赤外発
光ダイオード、レーザー発光素子等を用いても差し支え
ない。光源から照射される光は光学的な集光法によって
被測定物上で境界の明確で有限な照射面積を持つことが
望ましい。この照射面積の大きさは、通常は、照射角度
を大きくすることによって増大するが、縦５〜２０ｍ
ｍ、横１０〜３０ｍｍの楕円形が適当である。被測定物
上で反射した反射光は反射板、集光レンズを経由して受
光素子上に集光する。

【００１１】受光素子は経時で感度変化のないものが望
ましく、本発明で用いたラインＣＣＤセンサーは波長
０．２μｍ〜３０μｍ程度の電磁波を電気信号として検
出するセンサーで動作原理から分類すると、量子効果型
と熱効果型に分類できるが、本発明は物質表面での反射
光量の測定である為、量子効果型のものを用いたが、信
号の取り出し方から更に光電子放出型、光導電型、光起
電力型に大別できる。光電子放出型センサーには光電子
をそのまま信号電流にする光電管と２次電子倍増機能を
組み込んだ光電子倍増管がある。光導電型の代表的なも
のはＣｄＳセルが一般的で、光起電力型センサーにはフ
ォトダイオード・フォトトランジスター・アバランシェ
フォトダイオード等が上げられる。以上のいずれを用い
ても差し支えないが、本発明では形状的な面から光起電
力型センサーのフォトダイオードを多数並べたラインＣ
ＣＤセンサーを用いた。

【００１２】正反射方向に反射した光束はラインＣＣＤ
センサー上に開き角５゜以下をもって集光し光起電力作
用により起電力を発生させ外部端子にとりだす。これを
このままアナログレコーダーに出力することも可能であ
るが、望ましくはコンピューターでＡ／Ｄ変換を行い、
内部のメモリーに格納するか記録媒体にデータを保存す
る。その結果ラインＣＣＤセンサー上に入射した光束は
巾方向に２０４８素子、強度は２５６諧調に分割され光
量に対応する電圧値に変換され、図３の様な紙表面性差
に基づいた反射光強度分布（１４）が得られる。分布の
底辺からピーク位置までの高さをピーク高さ（１５）と
し、その底辺からの高さ位置に対応する分布巾を分散巾
（１６）としたが、分散巾の名称を底辺からの高さ位置
をピーク高さで割った値を位置巾の先頭につけて分散巾
の名称とした。

【００１３】得られた反射光強度分布の積分値をＹと
し、屈折率１．５６７標準板のガラス表面からの正反射
光強度分布の積分値をＸとすると光沢性（％）は次式で
規定される。

【００１４】

【数１】光沢性（％）＝（Ｙ／Ｘ）×１００ Ｘ：屈折率１．５６７標準板のガラス表面からの正反射
光強度分布の積分値 Ｙ：紙からの正反射光強度分布の積分値

【００１５】また、平滑性は得られた反射光強度分布の
１／４位置巾値（ｔ）を分散幅ｔ₀で除した数値をもっ
て平滑性の尺度とした。

【００１６】

【数２】平滑性＝ｔ／ｔ₀ ｔ ： 得られた反射光強度分布の１／４位置巾値 ｔ₀： 分散底辺巾

【００１７】特に反射光ピーク波形のピーク高さの底辺
から１／４位置巾を平滑の指標とした理由は実験的な確
認からである。分散巾の取り方を様々変更して平滑性を
比較したところ、ピーク高さを４等分して底辺から１／
４位置の分散巾を平滑性の指標としたところ、それぞれ
の位置巾に対応するＲａとの相関係数との関係を示した
図４に示す様に、触針３次元粗さ計のＲａ値との相関性
が最も高かったからである。

【００１８】本発明は光源の照射角度及び反射光角度を
７８度以上８５度未満にすることを特徴としているが、
これにより触針３次元粗さ測定器での測定値（中心面平
均粗さ）Ｒａ＝１０．０μｍ以上の印刷用塗被紙の表面
平滑性の測定が可能となった。特にその相関性は非常に
高く、相関係数ｒ＝０．９９以上であった。また、光沢
性に対しても７５度鏡面光沢度試験法との相関性も高
く、今まで煩わしかった低平滑紙の平滑性と光沢性の簡
便な測定が可能となった。

【００１９】

【実施例】以下に本発明の効果を実施例により説明する
が本発明はこれにより限定されるものではない。尚実施
例中の諸測定値は次の方法によってえられたものであ
る。 ア）白紙光沢度：ＪＩＳＰ８１４２ に従い角度７５度
で測定した。（％） イ）三次元表面粗さ：触針３次元粗さ計測定器ＳＥ−３
ＡＫ（小坂研究所）により算出されるＲａ値を用いた。
（μｍ）

【００２０】本発明で使用されるウエブとしては一般に
使用されるマット紙とするが、下記に示されるパルプ配
合のマット原紙にブレード塗布装置によって、絶乾塗布
量が１５ｇ／ｍ²となるように以下の固形分濃度が６２
％の塗工液を塗布速度１０００ｍ／ｍｉｎで塗布し得ら
れた塗被紙を各条件にてスーパーカレンダーによって処
理を行い、それぞれのサンプルを本装置によって表面性
の測定をおこなった。 パルプ配合 ＮＢＫＰ：３００ ＬＢＫＰ：７００ 塗布液配合 市販重質炭酸カルシウム ：２０部 市販軽質炭酸カルシウム ：３０部 市販２級カオリン ：５０部 市販ポリアクリル酸系分散剤 ：０．１部 市販燐酸エステル化澱粉 ： ２部 市販スチレン・ブタジエン・ラテックス ：１５部 水酸化ナトリウム ：０．１５部 固形分濃度 ：６２％ 以下の実施例、比較例において、特に断らない限り塗布
液は上記の配合で調整される。塗布量も通例上記に同
じ。

【００２１】以下に本発明に用いるサンプルの作成を示
す。

【００２２】サンプル１ 上記条件で得られたオフセット印刷用紙の巻き取り品を
下記条件でスーパーカレンダー掛けしたものである。 カレンダー線圧 ：２００ｋｇ／ｃｍ ヒートロール温度 ：９０℃ カレンダー速度 ：８００ｍ／ｍｉｎ ニップ回数 ：１０回

【００２３】サンプル２ 下記条件でスーパーカレンダー掛けした以外は、すべて
サンプル１と同条件でサンプルを作成した。 カレンダー線圧 ：２００ｋｇ／ｃｍ ヒートロール温度 ：６０℃ カレンダー速度 ：８００ｍ／ｍｉｎ ニップ回数 ：１０回

【００２４】サンプル３ 下記条件でスーパーカレンダー掛けした。以外は、すべ
てサンプル１と同条件でサンプルを作成した。 カレンダー線圧 ：２００ｋｇ／ｃｍ ヒートロール温度 ：９０℃ カレンダー速度 ：８００ｍ／ｍｉｎ ニップ回数 ：２回

【００２５】サンプル４ 下記条件でスーパーカレンダー掛けした以外は、すべて
サンプル１と同条件でサンプルを作成した。 カレンダー線圧 ：１８０ｋｇ／ｃｍ ヒートロール温度 ：６０℃ カレンダー速度 ：８００ｍ／ｍｉｎ ニップ回数 ：２回

【００２６】サンプル５ 下記条件でスーパーカレンダー掛けした以外は、すべて
サンプル１と同条件でサンプルを作成した。 カレンダー線圧 ：１６０ｋｇ／ｃｍ ヒートロール温度 ：６０℃ カレンダー速度 ：８００ｍ／ｍｉｎ ニップ回数 ：２回

【００２７】サンプル６ 上記方法にて得られたオフセット印刷用紙をカレンダー
掛けしなかった以外はすべてサンプル１と同条件でサン
プルを作成した。

【００２８】実施例１ スーパーカレンダー最下段出口付近に本発明のセンサー
を定点で取り付けを行い、上記方法にて得られた巻き取
り各サンプルを速度８００ｍ／ｍｉｎで走行させてオン
ラインで平滑及び光沢の測定を行った。センサーの条件
は被測定物表面の法線に対する照射光角度及び受光角度
を７８度に設定し、光沢性は数１により求めた値とし、
平滑性は数２により求めた値とした。

【００２９】実施例２ 被測定物表面の法線に対する照射光角度及び受光角度を
８２度に設定し、光沢性は数１により求めた値とし、平
滑性は数２により求めた値とした以外は実施例１と同様
に測定を実施した。

【００３０】実施例３ 被測定物表面の法線に対する照射光角度及び受光角度を
８５度に設定し、光沢性は数１により求めた値とし、平
滑性は数２により求めた値とした以外は実施例１と同様
に測定を実施した。

【００３１】比較例１ 被測定物表面の法線に対する照射光角度及び受光角度を
７５度に設定し、光沢性は数１により求めた値とし、平
滑性は数２により求めた値とした以外は実施例１と同様
に測定を実施した。

【００３２】比較例２ 被測定物表面の法線に対する照射光角度及び受光角度を
７７度に設定し、光沢性は数１により求めた値とし、平
滑性は数２により求めた値とした以外は実施例１と同様
に測定を実施した。

【００３３】比較例３ 被測定物表面の法線に対する照射光角度及び受光角度を
８７度に設定し、光沢性は数１により求めた値とし、平
滑性は数２により求めた値とした以外は実施例１と同様
に測定を実施した。

【００３４】それぞれのサンプルを上記実施例及び比較
例により測定実施し、表１は各サンプルの触針３次元粗
さ計及びＪＩＳ光沢計測定値であり、表２、表３はそれ
ぞれ触針３次元粗さ計測定値及びＪＩＳ光沢計測定値と
各実施例、比較例における測定値の比較である。表４は
各実施例及び比較例における触針３次元粗さ計及びＪＩ
Ｓ光沢計測定値それぞれの相関係数の比較である。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】

【００３７】

【表３】

【００３８】

【表４】

【００３９】

【発明の効果】本発明で得られた測定値はいずれも印刷
用塗工紙の表面光沢性及び平滑性をよく表わした数値で
あり、従来法では不可能であった低平滑領域のオンライ
ン測定が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】測定原理概略図。

【図２】測定全体図。

【図３】反射光強度分布。

【図４】分散巾の取り方による、触針３次元粗さ計との
相関性の比較。

【符号の説明】

１ 光源 ２ａ 照射側反射板 ２ｂ 移動後の反射板 ３ａ 反射側反射板 ３ｂ 移動後反射板 ４ 集光レンズ ５ ラインＣＣＤセンサー ６ 照射角度７８度 ７ 反射角度７８度 ８ 照射角度８５度 ９ 反射角度８５度 １０ 法線 １１ 被測定物 １２ 反射光強度分布 １３ 走行する被測定物 １４ 本発明に使用した測定器 １５ ピーク高さ １６ 分散巾

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 印刷用塗被紙の表面光沢性及び平滑性を
   同時にオンラインで測定する光学測定方法において、走
   行する印刷用塗被紙表面の法線に対する照射光源の照射
   角度と正反射光の被測定物の法線に対する受光角を７８
   度以上８５度未満の範囲で可変出来る機構を備える事を
   特徴とする装置を使用し、被測定物からの反射光をライ
   ンＣＣＤセンサーで受光及び検出しその反射光の光量の
   積分値を被測定物の光沢指標とし、反射光の波形のピー
   ク高の底辺から１／４位置の分散巾の大きさをもって平
   滑性の尺度とし簡便かつ高精度に低平滑領域の印刷塗工
   紙の光沢性及び平滑性の同時測定を行う測定方法。