JP2005114469A - 紙の吸油度試験方法及び吸油度試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 紙及び板紙の吸油度を短い時間で測定し、且つ終点判定の誤差による測定誤差を生じない紙及び板紙の吸油度試験方法及び吸油度試験装置を提供する。
【解決手段】 紙の表面に一定量の油を付与する機構と、前記紙表面の油膜に光を照射する機構と、前記光の反射光量を電圧値に変換するための電気回路を有する機構と、前記油を付与した瞬間からの経過時間を求める計時手段と、前記油の吸収による電圧低下の任意の終点電圧（A）の入力手段を有し、前記油を付与した瞬間の電圧値（V₀）と、前記油の吸収により電圧値がV_T ＝V₀ε^-1（ただしεは自然対数の底）となるまでの時間（T_１）の値を自動で計測し、次の数式
ｔ ＝ T_１ｌｎ（V₀／A）
により前記油の吸収による電圧低下の終点に達するまでの時間（ｔ）を算出する演算機構を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、紙及び板紙の印刷時のインキ吸収性を評価するための、紙及び板紙の吸油度試験方法及び吸油度試験装置に関する。

従来より、紙及び板紙の吸油度を測定する方法としては、ＪＡＰＡＮ ＴＡＰＰＩ 紙パルプ試験方法 ＮＯ．６７（紙及び板紙−吸油度試験方法）に規格化されている。即ち、装置としては油塗布部と正反射光量測定部とからなる油吸収メータを用い、決められた操作手順に従って測定を行う。試験用紙に油を転移させ、油の用紙内部への吸収による用紙表面の油量の減少を光の反射量の減少により捉えている。光の反射量は、反射光を積層光電池からなる受光部で受け電流量として計測している。また、吸油度の定義としては、用紙上に油が転移した瞬間から前記電流量が用紙のみの際の電流量に５μＡを加算した値に低下するまでの秒数としている（例えば、非特許文献１参照。）。

上記秒数の具体的測定方法は、秒時計により用紙上に油が転移した瞬間から上記電流量が用紙のみの際の電流量に５μＡを加算した値に低下するまでの時間を測定する。そのため、吸油性能が著しく低い用紙の場合は測定時間が長くかかる点が問題であった。

また、計測の終点付近では検流計の指針の動きが非常に遅くなり、人による終点の判断が曖昧になり、秒計時に誤差が生じるという問題があった。

また、測定の終点を機械的に判断する油吸収メータが東洋精機製作所から市販されているが、該油吸収メータを用いた測定の方法は、用紙のみの際の電流量に５μＡを加算した値に検流計付属の電流検知用指針をセットする。この電流検知用指針は人が手で回してセットする構造となっており、その為僅かな設定の誤差がでて、終点付近での検流計の指針の動きが非常に遅いことと重なり、大きな秒計時の誤差を生じる可能性がありこれも問題であった。

ＪＡＰＡＮ ＴＡＰＰＩ 紙パルプ試験方法 ＮＯ．６７（紙及び板紙−吸油度試験方法）

上述したように紙及び板紙の吸油度を測定する方法としては、ＪＡＰＡＮ ＴＡＰＰＩ 紙パルプ試験方法 ＮＯ．６７（紙及び板紙−吸油度試験方法）に規格化され紙パルプ及び関連業界において広く使用されているが、上述したような問題点がある。本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、本発明の目的とするところは、ＪＡＰＡＮ ＴＡＰＰＩ 紙パルプ試験方法 ＮＯ．６７（紙及び板紙−吸油度試験方法）に定められた装置としての規定を満足すると共に、短い時間で測定し、且つ終点判定の誤差による測定誤差を生じないで測定することが可能な紙及び板紙の吸油度試験方法及び吸油度試験装置を提供することである。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、本発明の紙及び板紙の吸油度試験方法は、紙の油吸収性を評価する吸油度試験方法であって、
紙の表面に一定量の油を付与し、前記油を付与した紙表面の油膜に光を照射し、
前記光の反射光量変化を電圧値に変換し、前記油を付与した瞬間の電圧値（V₀）と、前記油の吸収により電圧値がV_T ＝V₀ε^-1（ただしεは自然対数の底）となるまでの時間（T_１）の値から、次の数式
ｔ ＝ T_１ｌｎ（V₀／A）
により油の吸収による電圧低下の終点電圧（A）に達するまでの時間（ｔ）を算出し、この値をもって吸油度とすることを特徴とする。

また、本発明の紙及び板紙の吸油度試験装置は、紙の油吸収性を評価する吸油度試験装置であって、
紙の表面に一定量の油を付与する機構と、前記紙表面の油膜に光を照射する機構と、前記光の反射光量を電圧値に変換するための電気回路を有する機構と、前記油を付与した瞬間からの経過時間を求める計時手段と、前記油の吸収による電圧低下の任意の終点電圧（A）の入力手段を有し、前記油を付与した瞬間の電圧値（V₀）と、前記油の吸収により電圧値がV_T ＝V₀ε^-1（ただしεは自然対数の底）となるまでの時間（T_１）の値を自動で計測し、次の数式
ｔ ＝ T_１ｌｎ（V₀／A）
により前記油の吸収による電圧低下の終点に達するまでの時間（ｔ）を算出する演算機構を備えたことを特徴とする。

以上詳述したように、本発明の紙及び板紙の吸油度試験方法及び吸油度試験装置によれば、用紙への油の吸収をデジタル電圧値として捉え、初期電圧Ｖ_０、初期電圧Ｖ_０が０．３６７９Ｖ_０＝Ｖ_１に達するまでの秒数Ｔ_１とした場合、電圧と時間の関係が自然対数の底の指数関数であるＶ_ｔ＝Ｖ_０ε^−ｔ／Ｔ _１に近似していることを利用し、電圧値が０．００３ボルトまで低下する時間を、上記Ｖ_ｔ＝Ｖ_０ε^−ｔ／Ｔ _１をｔについて解くことにより、ＪＡＰＡＮ ＴＡＰＰＩ 紙パルプ試験方法 ＮＯ．６７（紙及び板紙−吸油度試験方法）の規格による測定に比較して終点判断が明確となり、終点判定の誤差による測定誤差が少なくなり、測定時間の短縮化が可能となる。

本発明の紙及び板紙の吸油度試験方法及び吸油度試験装置では、用紙上に試験用油が転移した瞬間から、用紙に試験用油が転移した瞬間の電圧値Ｖ_０が０．３６７９Ｖ_０＝Ｖ_Ｔになるまでの時間Ｔ_１を計時し、上記Ｖ_０、Ｔ_１より
Ｔ_１ｌｎ（Ｖ_０／０．００３）＝ｔを計算して、ｔ（秒）を吸油度としている。

本発明の紙及び板紙の吸油度試験装置及び該装置を用いた試験方法で求めた吸油度は、ＪＡＰＡＮ ＴＡＰＰＩ 紙パルプ試験方法 ＮＯ．６７（紙及び板紙−吸油度試験方法）により測定した吸油度とほぼ同じ値となる。

本発明で用いる原理は、時間の経過とともに変化する物理量のなかで、自然対数の底の指数関数で表現できる事象が数多く存在することを利用している。最も一般的な例としては、電荷容量の定格がＣファラッドのコンデンサと抵抗値がＲオームの微分回路が挙げられる。この回路に入力電圧Ｖ_０をかけた瞬間からｔ秒後の電圧Ｖ_ｔとの関係はＶ_ｔ＝Ｖ_０ε^{−ｔ／ＲＣ}（εは自然対数の底）という自然対数の底の指数関数である。Ｖ_ｔは０にはならないので、仮に電圧低下の終点を０．００３ボルト（限りなくゼロに近づけた相対値を任意に設定）とすると、それまでに要する時間はＶ_ｔに０．００３を代入し、０．００３＝Ｖ_０ε^{−ｔ／ＲＣ}の関係式をｔについて解き、ｔ＝ＲＣｌｎ（Ｖ_０／０．００３）と求めることが出来る。

上記関数の指数部がｔ／ＲＣ＝１になる時のＶ_ｔの値は、Ｖ_０ε^−１となり初期電圧Ｖ_０に約０．３６７９を懸けた値である。ここで、ｔ／ＲＣ＝１を満たすときはｔ＝ＲＣの関係が成立する。このことから、逆にＶ_ｔの値が初期電圧Ｖ_０に約０．３６７９を懸けた値に低下するまでの時間は両者とも定数であるＲとＣの積であるＲＣ秒後であると言える。

本発明に係わる紙及び板紙の吸油度試験装置を用いて用紙表面に残存する油量に比例して反射される光量を電圧値として捉えた場合、時間と電圧の関係が自然対数の底の指数関数に近似していれば、上記微分回路と同様にある任意の電圧値に低下するまでの時間を計算により求めることが出来る。上記微分回路のＲＣに相当する定数は、電圧値が初期電圧Ｖ_０に約０．３６７９を懸けた値になるまでの時間である。そこで、本発明に係わる紙及び板紙の吸油度試験装置を用いて、用紙に試験用油が転移した瞬間の電圧値Ｖ_０が０．３６７９Ｖ_０＝Ｖ_Ｔになるまでの時間Ｔ_１を計時し、前記Ｖ_０、Ｔ_１よりＴ_１ｌｎ（Ｖ_０／０．００３）＝ｔを計算すれば吸油度ｔ（秒）を得ることが出来る。

また測定にかかる時間は、用紙に試験用油が転移した瞬間から電圧値Ｖ_０が０．３６７９Ｖ_０＝Ｖ_ＴになるまでのＴ_１秒であり、電圧値が低下しほぼ平衡状態となるまで測定するＪＡＰＡＮ ＴＡＰＰＩ 紙パルプ試験方法 ＮＯ．６７（紙及び板紙−吸油度試験方法）を用いて吸油度試験をするよりも、本発明の紙及び板紙の吸油度試験装置を用いて吸油度試験をする方が測定時間の短縮化を計ることが出来る。

さらに、終点の判断もデジタル変換された電圧値が０．００３ボルトまで低下するまでの時間を計算により求めるので終点判断が統一され、終点の判定誤差による測定誤差は生じないこととなる。

図１は、ＪＡＰＡＮ ＴＡＰＰＩ 紙パルプ試験方法 ＮＯ．６７（紙及び板紙−吸油度試験方法）に規格化されている装置に改良を加えた本発明の紙及び板紙の吸油度試験装置を用いて、用紙の吸油度の試験をした際の、時間と電圧の関係を示したものである。この図より、用紙中への試験用油の吸収に伴う電圧の低下は、上記微分回路と同様に自然対数の底の指数関数に近似していることは明らかである。具体的には上記微分回路と同様に、初期電圧０．１６８４ボルト、電圧値が初期電圧値に約０．３６７９を懸けた値に低下するまでの時間Ｔ_１＝４３から時間と電圧値の関係式Ｖ_ｔ＝０．１６８４ε^{−ｔ／４３}が得られ、この式と測定値との重相関係数は０．９９８４と高いことから、本発明の紙及び板紙の吸油度試験装置を用いた吸油度の測定は、ＪＡＰＡＮ ＴＡＰＰＩ 紙パルプ試験方法 ＮＯ．６７（紙及び板紙−吸油度試験方法）の規格による測定値と同等な測定値が得られる。

本発明で吸油度を評価する用紙は、印刷用紙全般が考えられる。以下の実施例では、吸油性が比較的良好な印刷用紙（Ａ）坪量６４ｇ／ｍ^２紙厚７８μｍ、印刷用紙（Ｂ）坪量８５ｇ／ｍ^２紙厚９５μｍ、印刷用紙（Ｃ）坪量１０５ｇ／ｍ^２紙厚１１５μｍ、印刷用紙（Ｄ）坪量１２８ｇ／ｍ^２紙厚１４３μｍと、吸油性が低いコート紙である印刷用紙（Ｅ）坪量６４ｇ／ｍ^２紙厚５８μｍ、印刷用紙（Ｆ）坪量７５ｇ／ｍ^２紙厚８０μｍ、印刷用紙（Ｇ）坪量８４ｇ／ｍ^２紙厚７５μｍ、印刷用紙（Ｈ）坪量１０５ｇ／ｍ^２紙厚１０８μｍを測定する場合について説明する。

（実施例） 図２は、ＪＡＰＡＮ ＴＡＰＰＩ 紙パルプ試験方法 ＮＯ．６７（紙及び板紙−吸油度試験方法）に規格化されている装置に電流プローブ、ＡＤ変換器及び演算装置を付設した構成の本発明の紙及び板紙の吸油度試験装置を示すものであり、図２（a）は該装置の全体概略図、図２（ｂ）は該装置の暗箱内部と電流プローブ、ＡＤ変換器及び演算装置を示す。

上記装置を用いて、用紙の吸油度を測定して評価する手順を以下に記す。まず、吸油度を評価する印刷用紙（Ａ）を、扉２を開いて転動路３上で且つ投光部４と受光部５とを結ぶ直線上に動かぬように配置し、扉２を閉じビュレット６から試験用油を転動路３上に滴下し、扉７を開けローラ保持器８を解放し、ローラ９を転動路３上に転がし、前記試験用油がローラ９表面に転移し、ローラ９が暗箱１０内に達した時に扉７を閉じ、暗箱１０内でローラ９上の上記試験用油が印刷用紙（Ａ）上に再転移し、上記油が印刷用紙（Ａ）上に再転移した瞬間に投光部４から印刷用紙（Ａ）上の油に照射された光が受光部５に反射されて発生する検流計１１の電流値を電流プローブ１２により電圧に変換し、該電圧値をＡＤ変換器１３によりデジタル値Ｖ_０に変換し、該電圧値Ｖ_０を１０ｍｓｅｃの分解能の計時機能を持つ演算装置１４に入力し、油の吸収による反射光量の減少に伴い低下する電圧のデジタル値を前記Ｖ_０入力後１０ｍｓｅｃの時間間隔で演算装置１４に入力し、電圧値が０．３６７９Ｖ_０＝Ｖ_Ｔに達するまでの秒数Ｔ_１及び、前記Ｖ_０、Ｔ_１よりＴ_１ｌｎ（Ｖ_０／０．００３）＝ｔとを検出及び計算するプログラムが記録された演算装置１４により検出及び計算を行い、計算値ｔ（秒）が吸油度として算出される。経験的に測定値がバラツクことが予想されるため、同じ用紙を用いてｎ数が５になるように測定を繰り返す。

次に測定対象を印刷用紙（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）及び（Ｈ）に順次換え、前記手順と同様に一連の測定を行う。

（比較例） 比較例として、上記印刷用紙（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）及び（Ｈ）の吸油度を、ＪＡＰＡＮ ＴＡＰＰＩ 紙パルプ試験方法 ＮＯ．６７（紙及び板紙−吸油度試験方法）により測定を行う。試験に用いた油吸収メータは、ＪＡＰＡＮ ＴＡＰＰＩ ＮＯ．６７（紙及び板紙−吸油度試験方法）に規定されているものを用いるが、本発明の図２に示す吸油度試験装置と共通する部分が多いため図２を用いて説明する。

印刷用紙（Ａ）を、扉２を開いて転動路３上で且つ投光部４と受光部５とを結ぶ直線上に動かぬように配置し、扉２を閉じる。検流計１１から試験用油を転移させる前の電流値を読みとり、その値に５μＡ足した値を測定終了の電流値として把握する。ビュレット６から試験用油を転動路３上に滴下し、扉７を開けローラ保持器８を解放し、ローラ９を転動路３上に転がし、前記試験用油がローラ９表面に転移し、ローラ９が暗箱１０内に達した時に扉７を閉じ、暗箱１０内でローラ９上の上記試験用油が印刷用紙（Ａ）上に再転移し、上記油が印刷用紙（Ａ）上に再転移した瞬間に投光部４から印刷用紙（Ａ）上の油に照射された光が受光部５に反射されて発生する電流により検流計１１の指針が最大に振れた瞬間に秒時計をオンにする。油の吸収による反射光量の減少に伴い低下する電流値を読みとり、電流値が前記測定終了電流値にまで低下した瞬間に秒時計を止め、計測時間が吸油度として得られる。経験的に測定値がバラツクことが予想されるため、同じ用紙を用いてｎ数が５になるように測定を繰り返す。

次に測定対象を印刷用紙（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）及び（Ｈ）に順次換え、前記手順と同様に一連の測定を行う。

図３は、実施例と比較例に用いた各印刷用紙の吸油度測定値と吸油度測定に要した時間の一覧表である。この図より本発明の紙及び板紙の吸油度試験方法及び吸油度試験装置を用いた試験方法で吸油度を測定すると、ＪＡＰＡＮ ＴＡＰＰＩ 紙パルプ試験方法 ＮＯ．６７（紙及び板紙−吸油度試験方法）の規格による測定値とほぼ同等な値が得られ、且つ測定時間が大きく短縮できることが明らかである。

本発明の紙及び板紙の吸油度試験装置を用いて試験した際の時間と電圧の関係を示す図である。 本発明の紙及び板紙の吸油度試験装置の概略図を示す。 実施例と比較例に用いた各印刷用紙の吸油度測定値と吸油度測定に要した時間の一覧表を示す。

符号の説明

１ 印刷用紙
２ 扉
３ 転動路
４ 投光部
５ 受光部
６ ビュレット
７ 扉
８ ローラ保持器
９ ローラ
１０ 暗箱
１１ 検流計
１２ 電流プローブ
１３ ＡＤ変換器
１４ 演算装置

Claims (2)

1. 紙の油吸収性を評価する吸油度試験方法であって、
   紙の表面に一定量の油を付与し、前記油を付与した紙表面の油膜に光を照射し、前記光の反射光量変化を電圧値に変換し、前記油を付与した瞬間の電圧値（V₀）と、前記油の吸収により電圧値がV_T ＝V₀ε^-1（ただしεは自然対数の底）となるまでの時間（T_１）の値から、次の数式
   ｔ＝T_１ｌｎ（V₀／A）
   により油の吸収による電圧低下の終点電圧（A）に達するまでの時間（ｔ）を算出し、この値をもって吸油度とすることを特徴とする紙の吸油度試験方法。
2. 紙の油吸収性を評価する吸油度試験装置であって、
   紙の表面に一定量の油を付与する機構と、前記紙表面の油膜に光を照射する機構と、前記光の反射光量を電圧値に変換するための電気回路を有する機構と、前記油を付与した瞬間からの経過時間を求める計時手段と、前記油の吸収による電圧低下の任意の終点電圧（A）の入力手段を有し、前記油を付与した瞬間の電圧値（V₀）と、前記油の吸収により電圧値がV_T ＝V₀ε^-1（ただしεは自然対数の底）となるまでの時間（T_１）の値を自動で計測し、次の数式
   ｔ＝T_１ｌｎ（V₀／A）
   により前記油の吸収による電圧低下の終点に達するまでの時間（ｔ）を算出する演算機構を備えたことを特徴とする紙の吸油度試験装置。
   
   
   
   
   
   
   
   

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