JP2006132013A

JP2006132013A - 塗工紙の製造方法及び製造設備

Info

Publication number: JP2006132013A
Application number: JP2004319298A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Matsushima; 忠洋松島
Original assignee: Daio Paper Corp
Current assignee: Daio Paper Corp
Priority date: 2004-11-02
Filing date: 2004-11-02
Publication date: 2006-05-25
Anticipated expiration: 2024-11-02
Also published as: JP4996821B2

Abstract

【課題】抄紙速度が１３００ｍ／分以上の高速抄紙でありながら、近年特に厳しい塗工紙に要求される印刷適性を示す塗工紙を得る。
【解決手段】次記の連続的な工程が順に組み込まれた塗工紙の製造方法である。（１）ギャップタイプのツインワイヤーフォーマで抄紙する工程、（２）サクション（フォーミング）ロール及び／またはブレードによる脱水手段にて湿紙を形成する工程、（３）湿紙を乾燥する工程、（４）接着剤及び顔料を主成分とする水性塗工液を塗工する工程６１、（５）水性塗工液塗工後においてその塗工面を赤外線乾燥する予備乾燥工程６８、（６）赤外線乾燥後において熱風ドライヤーを含む乾燥手段により乾燥する工程、（７）少なくとも２ニップを有する複数段に構成された金属ロール５１と弾性ロール５２の組み合わせからなる熱ソフトカレンダーにて平坦化処理する工程。
【選択図】図３

Description

本発明は、塗工紙の製造方法及び製造設備に関する。
特に、本発明は、ギャップタイプのツインワイヤーフォーマを有する抄紙機を使用し、抄速１３００ｍ／分以上、より望ましくは１４００ｍ／分以上の高速で、塗料のオンマシン塗工、表面仕上げを行うことで、一貫した塗工紙の生産を効率的に、高品質に行うことができる塗工紙の製造方法及び製造設備に関する。

近年、製紙業界では省力化・製造コスト削減を目的として抄紙機の広幅化・高速化が進んでいる。特に、ワイヤーパートにおいては、長網フォーマから、高速化に伴う表裏差の悪化や地合の悪化などを改善するために、オントップフォーマの採用、さらにツインワイヤーフォーマへの移行が顕著である。

特に、ヘッドボックスから噴出された紙料ジェットを２枚のワイヤーで直ちに挟み込むギャップタイプのギャップフォーマが多く採用される傾向にある。このギャップフォーマは、紙料を上方に噴出し、両面から脱水するので、きわめて表裏差が少ない利点がある。

かかる基本的な利点をもつギャップフォーマであるものの、塗工紙を高速で製造する場合においては、種々の問題が顕在化し、ワイヤーパートあるいはギャップフォーマでの改善のみでは解決に至らない。

すなわち、ギャップフォーマでは、ヘッドボックスを出た紙料ジェットを直ちに両ワイヤー面側に強力な脱水を行うものであるために、高速になればなるほど、ワイヤーに接する湿紙表面の微細繊維の抜けによる原料のリテンションの低下や、両ワイヤー面からの脱水比率の差によっては表裏面の性状に差が生じるといった欠点も持っている。そのため、ワイヤーパートに、このギャップフォーマを有する抄紙機で製造した原紙を用いて、高速抄紙する場合は、高精細な印刷用途への適用には不向きであり、ギャップフォーマにて印刷用塗工紙を製造することは、製品の表面の平滑性、印刷後の光沢の劣化および表裏差などのトラブルを引き起こす問題を生じていた。

また、ワイヤーパートでの脱水において、脱水ブレードによるパルス力で湿紙層にマイクロタービュランスを与え、繊維の分散を推進し、地合（シートフォーメーション）を向上させ印刷適性を向上させる方策が試まれてきたが、湿紙内部への微細なパルス力により、湿紙内部の微細な繊維が抜け出し、歩留まりが低下するという問題を発現し、湿紙内部における繊維同士の絡み合いが少なくなるため、層間強度（インターナルボンド）が低下し、印刷時の層間剥離や印刷後の乾燥工程において火ぶくれ問題（ブリスター）の原因になっている。

近年のビジュアル化の推進、マルチメディア化の流れに対応して、出版・広告・宣伝等の媒体として幅広く利用されてきた印刷物についても、ビジュアル化やカラー化など高品位化のニーズが急速に増加している。このようなユーザーの要求の変化に伴って、従来の非塗工の印刷用紙から印刷用塗工紙への切り替えが増加し、印刷用塗工紙の需要が急速に増加している。

加えて、印刷工程からは作業性改善や効率化につながる印刷用紙のハンドリング性や印刷機上での走行安定性についての品質要請もますます厳しくなってきている。

このように、ギャップフォーマの持つ高速運転可能な特性を活かしたままで、より優れた印刷特性を備えた印刷用塗工紙の製造方法を見出すことが強く求められているのである。

これらの品質要請に対し、近年高い平滑性と光沢を得ることができる熱ソフトカレンダーが注目されてきている。この熱ソフトカレンダーは、通常金属ロールを１００℃以上に加温して塗工紙を加圧・平滑化する方法である。この方法は、従来のスーパーカレンダーに比較して少ないニップ数で高い表面平滑および印刷光沢を得ることができ、さらに製品剛度も相対的に高い値に維持できるといった利点を有している。これは金属ロールと弾性ロールからなるニップを通過する間に、塗工層に接着剤として使用されているラテックス等の熱可塑性物質が高い温度と圧力によって可塑化され、塗工層中の顔料を効果的に配向させて塗工層表面の平滑化をはかることができるため、少ないニップ数で内部の原紙層を比較的嵩高に保持することができるためである。

しかし、より高速な１３００ｍ／分、より望ましくは１４００ｍ／分を超える高速抄紙機の出現においては、前記熱ソフトカレンダーを使用しても、十分な平坦化処理が行えず、多段やスタック数を増加させる方法による平坦化処理にて対応せざるを得ず、設備投資費用が莫大なものになる問題が生じている。

また、熱ソフトカレンダーを利用する特許文献１の技術に知られているが、十分な平坦化処理とは言い難い。
特開平１１―１００７８７号公報

したがって、本発明の主たる課題は、抄紙速度が１３００ｍ／分以上の高速抄紙であっても、近年特に厳しい塗工紙に要求される印刷適性を示す塗工紙を得ることにある。

本発明者は、第１に、ギャップフォーマを使用した抄紙設備と熱ソフトカレンダーとの組み合わせからなる塗工紙製造方法において、ギャップフォーマ直後のワイヤーパートでの脱水を、ヘッドボックスから吐出させた原料をフォーミング（サクション）ロールにて緩やかに行うことで微細繊維を湿紙中に留め、及び又はブレードによる脱水手段にて脱水を進めることでインターナルボンドの低下を防ぐようにすること、第２に、接着剤及び顔料を主成分とする水性塗工液を塗工した後に熱風ドライヤーにより乾燥するに際し、予め赤外線により予備乾燥することで、熱風ドライヤーによる乾燥における急激な表面からの水分蒸発によるマイグレーションが発生するのを防止して、塗膜内部からの均一な乾燥を促し、特に幅方向に乾燥速度を分割して制御することで、高速塗布における幅方向の乾燥速度の不均一を解消することで幅方向の光沢ムラを解消できること、第３に、平坦化処理を熱ソフトカレンダーにて行うことで、抄紙速度が１３００ｍ／分以上の高速抄紙でありながら、従来の塗工紙に要求される印刷適性を示す塗工紙を得ることができるとともに、優れた操業安定性を得ることが可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、上記課題を解決した本発明は次記のとおりである。
＜請求項１項記載の発明＞
オンマシン内で次記の連続的な工程が順に組み込まれ、かつ抄紙速度１３００ｍ／分以上であることを特徴とする塗工紙の製造方法。
それぞれループをなす２つのワイヤー間にヘッドボックスから紙料を噴出して紙層を形成するギャップタイプのツインワイヤーフォーマで抄紙する工程、
ワイヤーパートにおいてサクション（フォーミング）ロール及び／またはブレードによる脱水手段にて湿紙を形成する工程、
湿紙を乾燥する工程、
接着剤及び顔料を主成分とする水性塗工液を塗工する工程、
水性塗工液塗工後においてその塗工面を赤外線乾燥する予備乾燥工程、
赤外線乾燥後において熱風ドライヤーを含む乾燥手段により乾燥する工程、
少なくとも２ニップを有する複数段に構成された金属ロールと弾性ロールの組み合わせからなる熱カレンダーにて平坦化処理する工程。

＜請求項２項記載の発明＞
オンマシン内で次記の連続的な工程が順に組み込まれ、かつ抄紙速度１３００ｍ／分以上であることを特徴とする塗工紙の製造方法。
それぞれループをなす２つのワイヤー間にヘッドボックスから紙料を噴出して紙層を形成するギャップタイプのツインワイヤーフォーマで抄紙する工程、
ワイヤーパートにおいてサクション（フォーミング）ロール及び／またはブレードによる脱水手段にて湿紙を形成する工程、
湿紙を乾燥する工程、
接着剤及び顔料を主成分とする水性塗工液を第１の面に塗工する工程、
第１の面に対する水性塗工液塗工後においてその第１の面を赤外線乾燥する第１予備乾燥工程、
赤外線乾燥後において熱風ドライヤーを含む乾燥手段により第１の面を乾燥する第１乾燥工程、
接着剤及び顔料を主成分とする水性塗工液を第２の面に塗工する工程、
第２の面に対する水性塗工液塗工後においてその第２の面を赤外線乾燥する第２予備乾燥工程、
赤外線乾燥後において熱風ドライヤーを含む乾燥手段により第２の面を乾燥する第２乾燥工程、
少なくとも２ニップを有する複数段に構成された金属ロールと弾性ロールの組み合わせからなる熱カレンダーにて平坦化処理する工程。

＜請求項３項記載の発明＞
第２乾燥工程が、熱風ドライヤー乾燥工程及び続くカンバスドライヤー乾燥工程を含み、さらに熱風ドライヤー乾燥後でシリンダ乾燥前における中間赤外線乾燥工程を有する請求項２記載の塗工紙の製造方法。

＜請求項４項記載の発明＞
予備乾燥工程が、幅方向に複数分割して乾燥速度を制御する請求項１〜３のいずれか１項に記載の塗工紙の製造方法。

＜請求項５項記載の発明＞
予備乾燥工程が、幅方向に赤外線ランプを複数有する設備により、幅方向に分割して乾燥速度を制御する請求項１〜３のいずれか１項に記載の塗工紙の製造方法。
水性塗工液を塗工する工程がブレード塗工により行う請求項１〜４のいずれか１項に記載の塗工紙の製造方法。

＜請求項６項記載の発明＞
予備乾燥工程後において、表面温度計により塗工面の表面温度が４５〜８５度となるように乾燥速度を制御する請求項１〜４のいずれか１項に記載の塗工紙の製造方法。

＜請求項７項記載の発明＞
水性塗工液の塗布工程が、ジェットファウンテン方式でブレード塗工する請求項１〜５のいずれか１項に記載の塗工紙の製造方法。

＜請求項８項記載の発明＞
熱カレンダーの金属ロールの表面温度が１３０℃以上の加熱温度とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の塗工紙の製造方法。

＜請求項９項記載の発明＞
オンマシン内で次記の連続的な手段が順に組み込まれていることを特徴とする塗工紙の製造設備。
それぞれループをなす２つのワイヤー間にヘッドボックスから紙料を噴出して紙層を形成するギャップタイプのツインワイヤーフォーマで抄紙する手段、
ワイヤーパートにおいてサクション（フォーミング）ロール及び／またはブレードによる脱水手段にて湿紙を形成する手段、
湿紙を乾燥する手段、
接着剤及び顔料を主成分とする水性塗工液を塗工する手段、
水性塗工液塗工後においてその塗工面を赤外線乾燥する予備乾燥手段、
赤外線乾燥後において熱風ドライヤーを含む乾燥手段により乾燥する手段、
少なくとも２ニップを有する複数段に構成された金属ロールと弾性ロールの組み合わせからなる熱ソフトカレンダーにて平坦化処理する手段。

本発明による塗工紙の製造方法により、１３００ｍ／分以上（設計速度では１８００ｍ／分以上）の高速抄紙を行うにおいて、きわめて良好な操業性を確保できるとともに、光沢度、平滑性、印刷適性に優れた塗工紙を、製紙原料から製品に至る一貫した抄紙装置（オンラインマシン）にて製造することができる。
特に、接着剤及び顔料を主成分とする水性塗工液を塗工した後に熱風ドライヤーにより乾燥するに際し、予め赤外線により予備乾燥することで、熱風ドライヤーによる乾燥における急激な表面からの水分蒸発によるマイグレーションが発生するのを防止して、塗膜内部からの均一な乾燥を促し、特に幅方向に乾燥速度を分割して制御することで、高速塗布における幅方向の乾燥速度の不均一を解消することで幅方向の光沢ムラを解消できる。

本発明は、たとえば原紙米坪が２８〜８０ｇ／ｍ²（特には３９〜４８ｇ／ｍ²）、製品米坪が４０〜１０５ｇ／ｍ²（特には５４〜６４ｇ／ｍ²）の塗工紙あるいは微塗工紙を、抄紙速度１３００ｍ／分以上、たとえば平均抄紙速度で１６００ｍ／分、設計抄紙速度で１８００ｍ／分の高速で抄紙から巻き取りまで連続的かつ一貫で製造することを意図している。

まず、本発明の実施の形態の全体的な概要を図１〜図４によって説明する。
それぞれループをなす２つのワイヤー（第１ワイヤー１と第２ワイヤー２との）間にヘッドボックス３から紙料Ｊを噴出して紙層を形成するギャップタイプのツインワイヤーフォーマ１０で抄紙する抄紙機が設置されている。紙料Ｊは、ワイヤーパートにおいて、サクション（フォーミング）ロール４Ａと対向するロール４Ｂとの間にワイヤー間に吐出されて紙層が形成され、その紙層はサクション（フォーミング）ロール４Ａ、ブレード５、サクションクーチロール６、サクションボックス７などを通りながら、たとえば２０％程度まで脱水される。

ここで、脱水機構として、図示例ではロール手段及びブレード脱水手段の併用形態を示したが、好ましくは両方であるが、一方のみでも可能である。

ヘッドボックス３は、鉛直または下流側に傾斜した状態で上向き設置され、図５に拡大で示すように、紙料吐出方向線が水平線となすと吐出角度θが、５０度〜９０度であるのが望ましい。本発明が意図する高速抄紙の下では、地合、Ｚ軸強度、表裏差、繊維配向角などの点から、繊維重量の影響が小さくなる上向きヘッドボックスであることが望ましい。ギャップタイプのツインワイヤーフォーマにおいて、ヘッドボックスが水平などであると、高速抄紙の下で、求める特性が得難い。

ワイヤーパートでの紙層は、プレスパートに移行され、さらに脱水が行われる。実施の形態でのプレスパートは、第１プレス２１及び第２プレス２２のそれぞれがシュープレス２１ａ、２２ａを有し、オープンドローを無くし断紙を防止するために、紙層をストレートでニップする形態としてある。また、ダブルフェルトの第１プレス２１に対し、第２プレス２２ではボトム側にベルトを採用し、再湿防止を脱水の向上を図る構成となっている。坪量が６０ｇ／ｍ²以上と高くなり、脱水量が多くなる場合には、ダブルフェルトが望ましい。

プレスパートを通った水分５０％程度の湿紙は、プレドライヤーパートに移行し、乾燥が図られる。図示のプレドライヤーパートは、ノーオープンドロー形式のシングルデッキドライヤーで、上側が加熱ロール３１、下側が真空ロール３２の適宜本数のロール構成である。ドライヤー初期ではドロー調整のために群分けを細かくし、また、通紙性及びシート走行性向上のためにサクションボックス３３を設置するのが望ましい。

プレドライヤーパートにて乾燥された紙匹は、アフタードライヤーパートとの間のフィルムトランスファー（方式）によるサイズプレス４０において、澱粉などのサイズ剤やピグメント塗工液などの下塗り塗工液が両面に塗布される。サイズプレス４０としては、図示のロッドメタリングサイズプレスコータのほか、ゲートロールコータ４０Ａなどでもよい。

下塗り塗工液としては、前述のように澱粉のほか、酸化デンプン、エステル化デンプン、酵素変性デンプン、エーテル化デンプンなどのデンプン誘導体、大豆蛋白、酵母蛋白、セルロース誘導体等の天然接着剤などを使用することができ、他方、必要により、ピグメントを添加してもよく、そのピグメントとしては、カオリン、クレー、硫酸バリウム、軽質炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、サチンホワイト、二酸化チタン、亜硫酸カルシウム、硫酸亜鉛、プラスチックピグメント等通常の塗工紙用顔料がそれぞれの顔料性質に応じて配合される。さらに接着剤として、スチレン・ブタジエン共重合体、メチルメタクリレート・ブタジエン共重合体などの共役ジエン系共重合体ラテックス、アクリル及び／又はメタクリル酸エステルの重合体又は共重合体などのアクリル系重合体ラテックス、エチレン・酢酸ビニル共重合体などの酢酸ビニル共重合体ラテックスといったアルカリ非感応性或いはアルカリ感応性の合成樹脂エマルジョンなどの合成樹脂接着剤等通常の塗工紙用接着剤を使用できる。必要により、分散剤、流動変性剤、消泡剤、染料、滑剤、耐水化剤、保水剤等の各種助剤を配合することができる。下塗り剤の塗布量としては、３〜１５ｇ／ｍ²が好ましい。

前述のように、本発明においてフィルムトランスファー方式の塗布手段は、ゲートロールコータ、シムサイザ、ブレードメタリングサイズプレスあるいはロッドメタリングサイズプレスなどが使用できる。特の望ましいのはロッドメタリングサイズプレスであり、このロッドメタリングサイズプレスコータを使用する場合には、操業上ストリーク発生を避ける上で、表面が平滑なロッドを用いることが望ましい。そのロッドの径を１５〜５０ｍｍにすることにより、より好ましい操業性と品質を得ることができる。直径が１５ｍｍより小さいロッドでは、フィルムの形成能が低下し面状が劣る傾向にあり、５０ｍｍより大きいロッドでは効果が変わらないため、特に大きくする必要がない。ロッドとして、溝付きロッド、ワイヤ線巻き付けロッドなども使用できる。

下塗り塗工液の塗布後、アフタードライヤーにおいて表面汚れが生じないように、予めエアーターンバー４１及び赤外線を使用した補助乾燥装置４２を設置するのが望ましい。

図示のシングルデッキのアフタードライヤーパートでは、サイズ剤やピグメント塗工液の乾燥が行われる。

その後に、コータパートにて接着剤及び顔料（クレーなど）を主成分とする水性塗工液を塗工する。この場合、１３００ｍ／分以上の抄紙速度が条件の下で、しかも高い平滑性及び光沢性の塗工紙が求められるから、水性塗工液をブレード塗工とするのが得られる塗工紙の品質で望ましい。

しかるに、水性塗工液のブレード塗工に先立って、より高い平滑性を確保するために、サイズ剤を塗布した表面を、プレカレンダー５０により平滑化するのが望ましい。実施の形態のプレカレンダー５０は、上側が金属ロール５１で下側が弾性ロール５２である。

コータパートにおいては、上面への第１塗工機６１、ガス式熱風ドライヤー６２、第１カンバスドライヤー６３、下面への第２塗工機６４、ガス式熱風ドライヤー６６、第２カンバスドライヤー６７が順に設置されている。本発明では、第１塗工機６１の後段に幅方向の乾燥ムラを防止するために、幅方向に温度制御可能な第１予備赤外線乾燥装置６８を設ける。また、第２塗工機６４の後段に主に水分率調整のための、幅方向に温度制御可能な第２予備赤外線乾燥装置６９を設けるのが望ましい。必要により、ガス式熱風ドライヤー６６の後段で、第２カンバスドライヤー６７の前に、第３の中間赤外線乾燥装置６９Ａを設けることが望ましい。
ここで、赤外線乾燥装置としては、近赤外、中間赤外及び遠赤外のいずれの波長でもよいが、２．５〜６．０μｍ程度の波長が水への吸収性に優れ望ましい。また、ガス燃焼式バーナーを使用するものより、高速塗布に伴う光沢ムラの解消を図るためには、幅方向の乾燥速度を制御できる赤外線ランプを幅方向に複数装備したものが特に好ましい。幅方向の乾燥速度の制御に際しては、表面温度計（図示せず）により塗工面の表面温度が４５〜８５度となるように乾燥速度を制御するのが好ましい。したがって、幅方向中間、両側部の少なくとも３つのゾーンにおいて、乾燥速度を制御するのが望ましい。

第１塗工機６１及び第２塗工機６４では、ロール塗工を必ずしも排除するものではないものの、高速抄紙の場合、片面７ｇ／ｍ²以上の塗工量が必要な場合には、アプリケータとして高速供液を可能とするジェットファウンテン方式で、掻き落しがブレードによるものであるのが望ましい。片面７ｇ／ｍ²未満の塗工量が必要な場合は、高速用に改良された、ショートドゥエルブレードコーターでもよい。

ブレード塗工において、ロール塗工の場合における流れ方向及び幅方向の塗工ムラを解消するために、図１０に示すように、ジェットファウンテン方式の塗工が採用する場合におけるアプリケータ９０のファウンテン角αは、３０〜９０度、より望ましくは４０〜６０度である。ファウンテン角αが前記範囲外であると、肌荒れや塗布ムラを生じる。ブレード刃先部分は、３０〜５０度のベベル角θを有するものが望ましい。ブレードの厚みは０．４５〜０．６０ｍｍが望ましい。高い硬度を持たせるために、ブレード刃先部分はタングステンを主原料とする素材で構成する、たとえばブレードの刃先部分を構成する母材にタングステンを溶射した構成とし、１０００〜１７００Ｈｖのビッカース硬度を有しているものが、塗布性に優れる条件である。

この場合、ブレード交換後において、新たなブレードタッチ時における、高抄速でのブレードの焼け防止のために、水シャワー冷却などの冷却手段を設けるのが望ましい。

最後に熱ソフトカレンダーからなるオンマシンカレンダー７０が設置されており、カレンダー処理が行われる。図示のカレンダー７０は、７ニップの１スタック型であり、ロール自重の影響を少なくしたヤヌスタイプの傾斜配置となっている。もちろん、オプチロードタイプの垂直配置でもよい。

カレンダー７０は最終的な平滑性及び光沢性を左右する。したがって、この観点及び高抄速の観点から種々の配慮が必要である。

カレンダー７０の段数は、少なくとも２ニップを有する限り限定はされないが、複数段に構成された金属ロールＭと弾性ロールＤの組み合わせからなる熱カレンダーにて平坦化処理するのが望ましい。特にはマルチニップカレンダー、より望ましくは６段、８段、１０段のマルチニップカレンダーが最適である。図４に１０段のマルチニップカレンダー例を併示してある。さらに、全段独立してニップ圧を調整可能なマルチニップカレンダーが最適である。

他方、熱カレンダーは、オイルなどの熱媒体を流通させて加熱するものでもよいが、これでは表面温度１８０℃程度が限界である。高速での抄紙を図るためには、図６〜図８に示すように、前記金属ロールＭは、その幅方向に分割温度制御可能な電磁誘導作用による内部加熱装置が装備され、金属ロールＭの表面温度が２３０℃以上、特に２３０〜５００℃にて処理するものが望ましい。具体例では、シェル７４内の鉄心７２の周囲に誘導コイル７１が巻回され、ジャケット室７３を通る熱媒体を加熱するものである。

金属ロールＭの温度を２５０℃〜３８０℃で、特には３００℃を超え３８０℃以下の温度での表面処理をし、できる限り低いニップ圧で紙が全層に渡って潰れないようにすることにより、嵩の低下を防ぎ、不透明度の低下を抑えることが可能となる操業も行うことができる。要すれば、いわば極高温のアイロンを短時間で当てる形態である。

金属ロールの表面温度のコントロールとしては、前述のように、金属ロール内部に温水や油を循環させる方法のほか、非回転部としての内側に設けた鉄芯の周囲に誘導コイルを設け、その誘導コイルに交流電流を流すことで、コイルに磁束を発生させ回転部としての外側のシェル（外筒）の内側に誘導電流を誘起させ、その抵抗熱によって外側のシェル（外筒）自身を自己発熱（誘導発熱）させる、「電磁誘導作用による内部加熱装置」によるものが、本発明の高温処理のために特に優れる。また、この電磁誘導作用による内部加熱装置によれば、誘導コイルをロールの幅方向（ロール自体の長手方向）に分割（たとえば３〜６分割）し、シェルに設けた温度センサによる温度信号に基づき、対応する誘導コイルに流す交流電流量を制御することで、ロールの幅方向の特に表面の温度制御が高精度で可能である利点がある。

この場合、特にシェル内部に長手方向に延びるジャケット路を、周方向に間隔を置いて多数１０本〜９０本程度設け、これらを相互に連通させ、内部に熱媒体を封入しておく構造のものが、シェルの自己発熱による熱を吸収し、熱をロール表面全体において均一化できる点がより優れる。

本発明に従って、高温で表面処理すると、紙の表層部だけでなく、内層部の温度も高くなり、その結果、紙が表層部だけでなく、全層に渡って潰れ易くなるため、嵩が低下する。しかるに、はるかに高い高温処理で、短時間の通紙を図る場合には、内層部への熱移動は極力防止でき、もって嵩の低下を防止できるものである。

他方、金属ロールの表面温度の高温化に伴って、金属ロールのシェルに厚み方向の応力が発生し、ロールプロフィールが崩れがちとなり、もって紙厚プロフィールの制御性が低下する。また、電磁誘導作用による内部加熱装置に依存する場合には、金属ロール表面温度の時間当たりの温度応答性が良好とは言えない、さらにこれを原因として幅方向の温度応答性が悪いので、温度制御性が悪いことによる歩留まり低下の原因となる。そこで、金属ロールＭの近傍には、ロール幅方向に分割温度制御可能な電磁誘導作用による外部加熱装置及びロール幅方向に冷却温度制御可能なクーリング設備の少なくとも一方が装備されているのが望ましい。

この例を図７に沿って説明すると、金属ロールＭは、シェル７４、誘導コイル７１、鉄芯７２、温度センサ７５、交流電源７６、及びジャケット路７３を有する。この金属ロールＭに対して、幅方向に分割制御可能な外部電磁誘導作用による外部加熱装置７７を金属ロールＭ近傍に設けて各段において、基紙の高温ニップ域を構成する。

外部加熱装置７７は、電磁誘導加熱に原理を応用したもので、図示のように、ワークコイル７７Ａに交流電源（インバータ）７７Ｂからの交流電流（たとえば３〜２０ｋＨｚの高周波）を流し、磁界を発生させて、シェル７４表面部に渦電流を生成させ、自己発熱させるものである。ワークコイル７７Ａとシェル７４表面との離間距離は、２〜２０ｍｍ、特に２〜５ｍｍ程度が望ましい。また、単位ワークコイルは、金属ロールＭの軸心に対して交差する斜め配置とするのが、加熱用プロフィールの均一化のために望ましい。ロール幅方向のゾーン制御ピッチは、７５〜１５０ｍｍ程度であり、ゾーン当たりの定格電力は４〜２０ｋＷとすることができる。

ロール幅方向に冷却温度制御可能なクーリング設備７８の例としては、図８に示すように、ファン７８ａからのエアをヘッダ７８ｂに送り、連通孔が形成された調整板７８ｃを通して温度調節室７８ｄ内に送入し、この温度調節室７８ｄ内に設けたコイル７８ｅを温度調節手段７８ｆにより冷却することにより小孔を有する分散板７８ｇを通る送風温度を制御するものである。

カレンダー７０でのニップ圧としては、２００ＫＮ／ｍ〜４５０ＫＮ／ｍ、特に３００ＫＮ／ｍ〜４５０ＫＮ／ｍが望ましい。カレンダー７０にて平滑処理された紙は最終的にリール８０にて巻き取りが行われ、小分け用の巻取りを仕上げるワインダー（図示せず）がマシンの最終部分に設置される。

実施例により本発明の効果を明らかにする。
本発明のワイヤーパート形式、ヘッドボックスの配置角度、サクションの形態、サイズプレス、熱カレンダー、加熱温度及びその加熱形態、冷却手段、及び抄紙速度の要因を変えて、紙の品質評価を行った。また、各実施例は各要因のすべてについて個々のラインを新設したものではなく、テストプラントによるテスト例であることを断っておく。

紙の品質評価は次記のとおりである。
１．地合評価：実施例で規定する地合評価は、東洋精機社製、シートフォーメーションテスターを用い透過光量の変動を時系列信号としてとらえ評価される。この測定機では、ムラの波長約０．１６〜８０ｍｍの範囲で２８点が測定が可能であるが、実施例では、４．０〜８０ｍｍの範囲の１４点について、官能検査での透かし地合で、大きな濃淡として表れる地合と密接な関係があることから、この範囲での変動率の和を測定した。ムラ指数が６％未満の場合には、地合は非常に均一であり、地合ムラに起因する塗工紙表面の光沢ムラも起こりにくく、塗工層の形成も均一となり、印刷時の印刷ムラ、印刷光沢ムラ等がなくなり、印刷適性は向上する。
２．比容積：ＪＩＳＰ８１１８号に準拠して測定。
３．光沢：ＪＩＳＰ８１４２号に従い、角度７５度で測定した。
４．光沢ムラ：Ａ４サイズの試験紙を調整し、女性５人、男性５人にて目視にて５段階評価した。評価３以上が許容レベルとした。
５．印刷ムラ：四六版サイズの試験紙を調整し、ローランドオフセット印刷機にて印刷し、恒室にて２４時間放置後、サンプルのブラック、マゼンタ、シアン、イエローの４色重ね刷りベタ印刷部について、女性５人、男性５人にて目視にて５段階評価した。評価３以上が許容レベルとした。
６．黄変化：Ａ４サイズの試験紙を調整し、女性５人、男性５人にて目視にて５段階評価した。評価３以上が許容レベルとした。
７．生産性：テストマシンにおける各実施例でのウエットエンドの安定性、プレスパートでの脱水性、ドレネージ、ストリークの発生状況などを操業者５人で観察し、それぞれの評価結果を集約し５段階評価した。評価３以上が許容レベルとした。
８．綜合評価：品質項目全てを４段階で綜合評価した。

原紙条件は次記のとおりである。
＜紙基材の作成＞
下記のパルプ、内添薬品配合で６０ｇ／ｍ²の坪量（絶乾）の原紙を抄造し、紙基材を作成した。
＜パルプの配合＞
・ＬＢＫＰ（瀘水度３５０ｍｌｃｓｆ）：３０重量部
・ＮＢＫＰ（瀘水度４２０ｍｌｃｓｆ）：７０重量部
紙基材は上記のパルプ配合と下記の内添薬品配合で調成された。
＜内添薬品の配合＞
・軽質炭酸カルシウム：１０重量部（平均粒径；３．４μ、カルサイト系）
・市販アルキルケテンダイマー系内添サイズ剤（ＡＫＤ）：０．０３重量部
・市販カチオン化澱粉：０．２重量部
・市販カチオン系ポリアクリルアミド歩留り向上剤：０．０３重量部
＜塗工紙の作成＞
ブレードコーターで下記の配合の塗液を上記の紙基材上に、片面９ｇ／ｃｍ²塗布して、乾燥した。
＜上塗り塗液配合＞
下記のとおりである。
（顔料）
・紡錘形軽質炭酸カルシウム（奥多摩工業製ＴＰ１２１、３．４μｍ）：３０重量部
・市販微粒カオリン（アマゾン８８、平均粒子径：０．８μｍ）：７０重量部
（バインダー及び添加剤）
・市販燐酸エステル化澱粉（日本食品化工製ＭＳ４４００）：１重量部
・スチレンブタジエンラテックス（日本合成ゴム製０６１７）：１２重量部
・市販ポリアクリル酸系分散剤：０．１重量部
・市販ステアリン酸カルシウム：０．３重量部
・水酸化ナトリウム：０．１５重量部

「考察」
本発明に従って実施例は、比較例に比較して、高速抄紙でありながら、高い品質の紙が得ることができることが判る。

抄紙機の設備構成例の第１のゾーンを示す概要説明図である。抄紙機の設備構成例の第２のゾーンを示す概要説明図である。抄紙機の設備構成例の第３のゾーンを示す概要説明図である。抄紙機の設備構成例の第４のゾーンを示す概要説明図である。抄紙機の設備構成例の第４のゾーンにおける変形例を示す概要説明図である。ヘッドボックスの紙料の噴出を示す概要説明図である。加熱金属ロールを示す概要説明図である。電磁誘導作用による内部加熱装置例を示す概要説明図である。クーリング設備例を示す概要説明図である。ブレード塗工機の例を示す概要説明図である。

符号の説明

１…第１ワイヤー、２…第２ワイヤー、３…ヘッドボックス、５…ブレード、１０…ツインワイヤーフォーマ、２１…第１プレス、２２…第２プレス２２、４０…サイズプレス、４１…エアーターンバー、５０…プレカレンダー、５１…金属ロール、５２…弾性ロール、６１…第１塗工機、６４…第２塗工機６４、７０…オンマシンカレンダー、Ｍ…金属ロール、Ｄ…弾性ロール、８０…リール、９０…アプリケータ、９１…ブレード。

Claims

オンマシン内で次記の連続的な工程が順に組み込まれ、かつ抄紙速度１３００ｍ／分以上であることを特徴とする塗工紙の製造方法。
それぞれループをなす２つのワイヤー間にヘッドボックスから紙料を噴出して紙層を形成するギャップタイプのツインワイヤーフォーマで抄紙する工程、
ワイヤーパートにおいてサクション（フォーミング）ロール及び／またはブレードによる脱水手段にて湿紙を形成する工程、
湿紙を乾燥する工程、
接着剤及び顔料を主成分とする水性塗工液を塗工する工程、
水性塗工液塗工後においてその塗工面を赤外線乾燥する予備乾燥工程、
赤外線乾燥後において熱風ドライヤーを含む乾燥手段により乾燥する工程、
少なくとも２ニップを有する複数段に構成された金属ロールと弾性ロールの組み合わせからなる熱カレンダーにて平坦化処理する工程。
オンマシン内で次記の連続的な工程が順に組み込まれ、かつ抄紙速度１３００ｍ／分以上であることを特徴とする塗工紙の製造方法。
それぞれループをなす２つのワイヤー間にヘッドボックスから紙料を噴出して紙層を形成するギャップタイプのツインワイヤーフォーマで抄紙する工程、
ワイヤーパートにおいてサクション（フォーミング）ロール及び／またはブレードによる脱水手段にて湿紙を形成する工程、
湿紙を乾燥する工程、
接着剤及び顔料を主成分とする水性塗工液を第１の面に塗工する工程、
第１の面に対する水性塗工液塗工後においてその第１の面を赤外線乾燥する第１予備乾燥工程、
赤外線乾燥後において熱風ドライヤーを含む乾燥手段により第１の面を乾燥する第１乾燥工程、
接着剤及び顔料を主成分とする水性塗工液を第２の面に塗工する工程、
第２の面に対する水性塗工液塗工後においてその第２の面を赤外線乾燥する第２予備乾燥工程、
赤外線乾燥後において熱風ドライヤーを含む乾燥手段により第２の面を乾燥する第２乾燥工程、
少なくとも２ニップを有する複数段に構成された金属ロールと弾性ロールの組み合わせからなる熱カレンダーにて平坦化処理する工程。
第２乾燥工程が、熱風ドライヤー乾燥工程及び続くカンバスドライヤー乾燥工程を含み、さらに熱風ドライヤー乾燥後でシリンダ乾燥前における中間赤外線乾燥工程を有する請求項２記載の塗工紙の製造方法。
予備乾燥工程が、幅方向に複数分割して乾燥速度を制御する請求項１〜３のいずれか１項に記載の塗工紙の製造方法。
予備乾燥工程が、幅方向に赤外線ランプを複数有する設備により、幅方向に分割して乾燥速度を制御する請求項１〜３のいずれか１項に記載の塗工紙の製造方法。
水性塗工液を塗工する工程がブレード塗工により行う請求項１〜４のいずれか１項に記載の塗工紙の製造方法。
予備乾燥工程後において、表面温度計により塗工面の表面温度が４５〜８５度となるように乾燥速度を制御する請求項１〜４のいずれか１項に記載の塗工紙の製造方法。
水性塗工液の塗布工程が、ジェットファウンテン方式でブレード塗工する請求項１〜５のいずれか１項に記載の塗工紙の製造方法。
熱カレンダーの金属ロールの表面温度が１３０℃以上の加熱温度とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の塗工紙の製造方法。
オンマシン内で次記の連続的な手段が順に組み込まれていることを特徴とする塗工紙の製造設備。
それぞれループをなす２つのワイヤー間にヘッドボックスから紙料を噴出して紙層を形成するギャップタイプのツインワイヤーフォーマで抄紙する手段、
ワイヤーパートにおいてサクション（フォーミング）ロール及び／またはブレードによる脱水手段にて湿紙を形成する手段、
湿紙を乾燥する手段、
接着剤及び顔料を主成分とする水性塗工液を塗工する手段、
水性塗工液塗工後においてその塗工面を赤外線乾燥する予備乾燥手段、
赤外線乾燥後において熱風ドライヤーを含む乾燥手段により乾燥する手段、
少なくとも２ニップを有する複数段に構成された金属ロールと弾性ロールの組み合わせからなる熱ソフトカレンダーにて平坦化処理する手段。