JP2542985B2 - 製紙工程中で紙の寸法安定性を予測する方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、抄紙機を使用した製紙
工程中において紙のクロスマシン方向での収縮率から抄
造中の紙の寸法安定性を予測する方法とこの方法を実施
するのに好適な装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】紙の寸法安定性は種々の紙において重要
な性質である。即ち、紙の寸法安定性とは、紙が置かれ
た環境における相対湿度が変化したり紙の含有水分が変
化したときに紙に発生する寸法の変化である。紙が置か
れた環境における相対湿度や紙の含有水分が増加したと
きに紙は伸びるが、この伸びは紙のマシン方向では小さ
く、クロスマシン方向では大きいため、紙の使用時に種
々のトラブルを引き起こすことが知られている。

【０００３】例えば印刷工程において、多色刷り時に紙
は吸水と乾燥とを繰り返す場合があるが、このときの寸
法変化により色ずれが発生する。壁紙原紙では、吸水に
よる寸法変化は壁紙施工時のカール，縁部のまくれ上が
りの原因となる。剥離紙原紙や工程紙原紙などの加工原
紙では、吸脱湿による寸法変化はカールや平面性の悪化
であるボコツキの原因になる。また、ＮＩＰ用紙やＰＰ
Ｃ用紙では、吸湿による寸法変化が積層時の波打ちの原
因となり、コピー時の加熱による紙の含有水分の変化が
カールの原因となる。

【０００４】このように紙の寸法安定性はその紙の使用
時における重要な性質であるので、従来より抄造された
紙製品の寸法安定性を把握する方法として種々の方法が
実施されている。例えば、紙製品が置かれた環境下での
湿度変化による紙の寸法変化を想定した伸縮率試験，コ
ピー機などで紙が加熱されることによる含有水分の変化
による寸法変化等を想定した加熱収縮試験，印刷工程や
壁紙などのように吸水による紙の寸法変化を想定した浸
水伸度試験などがある。以上の試験方法は互いに相関す
るが、このうち品質管理としての紙の寸法安定性の代表
的な評価方法としては浸水伸度試験を利用することが一
般的に行われている。

【０００５】この浸水伸度試験方法は紙パルプ技術協会
においてもＪＡＰＡＮ ＴＡＰＰＩNo.27-78「紙及び板
紙の浸水伸度試験方法」として規格化していて広く利用
されている。この浸水伸度試験方法は、一定の長さで裁
断された試験片について予め寸法を測定した後に、水中
に浸漬させた時の試験片の伸びから伸び率を測定する方
法であって、Ａ法ではこの浸漬時間は通常１５分間と規
定されているが、強サイズ紙などのようにこの浸漬時間
内に試験片が伸びきらない場合には試験片が伸びきるま
で浸漬させることになっているため、浸漬時間が１時間
或いは２時間という長時間になることもあるので、サン
プリング時間も含めると寸法安定性を得るためには２時
間ないし３時間が必要な場合もある。

【０００６】紙製品を出荷する場合には、紙の寸法安定
性を試験して評価し、品質上問題ないことを確認しなけ
ればならないが、前述した浸水伸度試験方法ではその測
定に多大な時間を必要とし、結果として多大な製品ロス
を伴う場合もある。例えば、新聞用紙製造マシンにおい
て抄速８６０ｍ／分で４５０００ｍ巻のジャンボロール
が抄き上がるまでには約５２〜５３分の時間を要し、更
にこのロールから紙を裁いて紙のマシン方向に対して正
確に直角なクロスマシン方向を決め、少なくともクロス
マシン方向６点の浸水伸度試験用サンプルを得るまでに
約１時間を要し、また６個のサンプルの浸水伸度試験結
果を得るのに約２０分を必要とするから、抄造条件が変
更されてから実に２時間以上も経過した後に、その条件
で抄造された紙の寸法安定性が把握出来ることになる。
従って、従来から一般に実施されていた浸水伸度試験方
法では実機操業中に迅速に寸法安定性を把握出来ないと
いう問題点があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の紙の寸法安定性を測定する方法が非常に手間と結
果を得るまでに長時間を要するという欠点を克服し、紙
の寸法安定性を非常に短時間で且つ製紙工程中において
予測し得ることで、工業的に紙の品質を向上させ且つ管
理を容易にするため、抄紙機を使用した製紙工程中にお
いて紙のクロスマシン方向での収縮率から抄造中の紙の
寸法安定性を予測する方法とこの方法を実施するのに好
適な装置を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らはかかる課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、製紙工程中におけ
る紙のクロスマシン方向の幅を変更させるための切断を
行うことの無い区間において、紙の水分が１０％以下の
部位を２回目の測定部位とし、該測定部位以前の製紙工
程で紙の水分が３５％以上の部位を１回目の測定部位と
して紙のクロスマシン方向の長さを測定し、この紙のク
ロスマシン方向の長さの変化より紙のクロスマシン方向
の収縮率を算出し、この算出収縮率より予め対応を求め
ておいた該収縮率と寸法安定性との関係より紙の寸法安
定性を予測すれば、寸法安定性を迅速に把握することが
できることを究明して本発明を完成したのである。

【０００９】以下、先ず本発明に係る製紙工程中で紙の
寸法安定性を予測する方法について詳細に説明する。図
１は代表的な抄紙機である長網式抄紙機の構成模式図と
このとき抄造される紙の水分の代表的な値を示す図、図
２は図１の構成中サイズプレスの無い抄紙機の構成模式
図とこのとき抄造される紙の水分の代表的な値を示す図
である。図面中、１はヘッドボックス、２はワイヤパー
ト、３はプレスパート、４はプレドライヤ、４’はドラ
イヤ、５はサイズプレス、６はアフタドライヤ、７はカ
レンダ、８はポープリールである。このような製紙工程
中において、紙はドローや乾燥に伴って収縮する。本発
明者らはこのような製紙工程中を走行する紙のクロスマ
シン方向の幅を紙の水分が所定範囲にある２ヵ所の部位
で測定して紙の収縮率を算出し、この紙の収縮率と製品
の寸法安定性の関係とについて鋭意研究した結果、両者
が良く相関することを究明して本発明を完成したのであ
る。

【００１０】即ち、図３はプレスパート３の出口直後と
アフタドライヤ６の出口直後とで測定した紙のクロスマ
シン方向の長さより算出した収縮率とこのとき抄造され
た種々の加工原紙についてＪＡＰＡＮ ＴＡＰＰＩNo.2
7-78「紙及び板紙の浸水伸度試験方法」Ａ法により測定
して得られた結果とを示すもので、製紙工程におけるク
ロスマシン方向の収縮率と製品の寸法安定性の指標であ
る浸水伸度が極めて良く相関している。

【００１１】また、図４は抄紙機のプレドライヤ４の入
口直前とプレドライヤ４の出口直後とで測定した紙のク
ロスマシン方向の長さより算出した収縮率とこのとき抄
造された種々の加工原紙についてＪＡＰＡＮ ＴＡＰＰ
ＩNo.27-78「紙及び板紙の浸水伸度試験方法」Ａ法によ
り測定して得られた結果とを示すもので、製紙工程にお
けるクロスマシン方向の収縮率と製品の寸法安定性の指
標である浸水伸度が極めて良く相関している。

【００１２】また、図５は抄紙機のアフタドライヤ６の
入口直前とアフタドライヤ６の出口直後とで測定した紙
のクロスマシン方向の長さより算出した収縮率とこのと
き抄造された種々の加工原紙についてＪＡＰＡＮ ＴＡ
ＰＰＩNo.27-78「紙及び板紙の浸水伸度試験方法」Ａ法
により測定して得られた結果とを示すもので、製紙工程
におけるクロスマシン方向の収縮率と製品の寸法安定性
の指標である浸水伸度が良く相関している。

【００１３】このように製紙工程中における紙のクロス
マシン方向の幅を変更させるための切断を行うことの無
い区間において、製紙工程中を走行する紙のクロスマシ
ン方向の幅を紙の水分が所定範囲にある２ヵ所の部位で
測定して紙の収縮率を算出して予め対応を求めておいた
この紙の収縮率と寸法安定性との関係より紙の寸法安定
性を迅速に予測できるのであるが、この紙の水分が所定
範囲にある２ヵ所の部位をどのように設定するかについ
て以下に説明する。

【００１４】一般に、紙製品の水分は殆ど１０％以下で
製造されており、且つこれ以下の水分では紙は殆ど収縮
しない。また紙の水分が０％以上１０％以下の部位とそ
れより以前の製紙工程で水分が３５％以上の部位の区間
で紙の収縮の大部分が発生する。従って、紙の水分が１
０％以下の部位と、紙の水分が３５％以上好ましくは４
０％以上６０％以下の部位との２ヵ所の部位にて紙のク
ロスマシン方向の長さを測定し、その長さの差より収縮
率を算出し、予め対応を求めておいたこの収縮率と寸法
安定性との関係より抄造中のその紙の寸法安定性が予測
できるのである。

【００１５】ここで図１に示すようにサイズプレス５が
存在する場合には、紙の水分が１０％以下の測定部位と
はプレドライヤ４の出口直後からサイズプレス５の入口
直前までの間又はアフタドライヤ６の出口以降の位置で
あり、紙の水分が３５％以上の測定部位とはワイヤパー
ト２からプレドライヤ４の入口直前までの間又はサイズ
プレス５の出口直後からアフタドライヤ６の入口直前ま
での間の位置であって、前記紙の水分が１０％以下の部
位より以前の製紙工程内に位置する部位であることが必
要である。しかしながら、紙の水分が３５％以上の測定
部位として、サイズプレス５の出口直後からアフタドラ
イヤ６の入口直前までの間の位置を選定した場合には、
プレドライヤ４による紙のクロスマシン方向の収縮挙動
が測定されないため、図５に示す如く求められる収縮率
の値が図３や図４の場合に比べて小さくなるため紙の寸
法安定性の予測精度が悪くなるから、ワイヤパート２か
らプレドライヤ４の入口直前までの間で測定することが
好ましい。

【００１６】また図２に示すようにサイズプレスが存在
しない場合には、紙の水分が１０％以下の部位とはドラ
イヤ４’の出口以降の位置であり、紙の水分が３５％以
上の部位とはワイヤパート２からドライヤ４’の入口直
前までの間の位置である。

【００１７】このような本発明方法を実施するに当って
は、製紙工程中における紙のクロスマシン方向の幅を変
更させるための切断を行うことの無い区間において、紙
の水分が１０％以下の部位を２回目の測定部位とし、該
測定部位以前の製紙工程で紙の水分が３５％以上の部位
を１回目の測定部位として紙のクロスマシン方向の長さ
を測定し、この紙のクロスマシン方向の長さの変化より
紙のクロスマシン方向の収縮率を算出することが必要で
ある。この紙のクロスマシン方向の長さの変化を測定す
るのに狭幅の低速抄紙機では人手で測定することも可能
であるが、紙を抄造している間連続して測定を続けるこ
とは困難であり、しかも測定値の信頼性も不充分であ
り、しかも製紙工程の紙に定規を接近させるため作業者
の安全上や製品の品質を損うなどの問題があるので、以
下に示す本発明方法を実施するのに好適な本発明に係る
製紙工程中で紙の寸法安定性を予測する装置を使用する
ことが好ましい。

【００１８】以下、本発明に係る製紙工程中で紙の寸法
安定性を予測する装置の１実施例について図面により詳
細に説明する。図６は本発明に係る製紙工程中で紙の寸
法安定性を予測する装置の１実施例の構成を説明する概
略図、図７は本発明装置のオンライン測定時の設置例を
示す斜視説明図である。

【００１９】図面中、１１は寸法測定装置の検出器であ
って、抄紙機のクロスマシン方向で且つ走行紙面２３に
対して平行に移動できるように駆動回路１７からの指令
により駆動される少なくとも一軸方向に移動でき任意位
置に正確に位置決め可能なリニアモータ方式，ボールネ
ジ方式，エアシリンダ方式等の駆動部１４により走行紙
面２３に対して平行に移動される架台１３に設けられて
いる。この検出器１１はその検出領域内の被測定物であ
る走行紙面２３の大きさを信号処理回路１２にて出力す
るもので、例えばレーザ光を走行紙面２３の端部付近で
紙面に平行に走査させその透過光又は反射光強度とレー
ザ光走査とのタイミングの比較により被測定物の大きさ
を計測する外径測定器（例えばキーエンス社製の外径測
定器ＬＳシリーズ）や、ＣＣＤカメラのような画像情報
により走行紙面２３の大きさを検出する検出器や、投射
光量の透過量又は反射量により大きさ又は基準サイズよ
りの大小の比較をする光学的寸法検出手段などを利用で
きる。この検出された走行紙面２３の大きさの信号は、
入出力インタフェース１８を介してマイクロプロセッサ
１９へ送られ、更にマイクロプロセッサ１９から入出力
インタフェース１８を介して駆動制御部１６へ移動位置
目標値を送ることで駆動制御部１６が架台位置検出器１
５の信号を用いて架台１３をマイクロプロセッサ１９が
指示した位置へ正確に位置決めするように構成されてい
る。

【００２０】従って、マイクロプロセッサ１９は検出器
１１の検出領域内に抄造中の走行紙面２３のクロスマシ
ン方向の端部が存在するように架台１３を抄紙機のクロ
スマシン方向の外側から内側に向かって移動させ、その
検出領域内に走行紙面２３の端部が入った位置で信号処
理回路１２の出力と架台１３の移動量とにより走行紙面
２３の端部の位置を求める。この動作は、前述したよう
に紙の水分が１０％以下の部位及びそれより以前の製紙
工程で水分が３５％以上の部位であって、紙のクロスマ
シン方向の両端部の計４ヶ所で行われ、マイクロプロセ
ッサ１９により１回目（紙の水分が３５％以上の測定部
位）及び２回目（紙の水分が１０％以下の測定部位）そ
れぞれの測定部位でのクロスマシン方向の紙幅を算出す
る。そしてこの紙幅の抄紙機上での差より、マイクロプ
ロセッサ１９により以下の式にて走行紙面２３の収縮率
は算出される。

【００２１】 Ｗａ：２回目の測定部位におけるクロスマシン方向の紙
幅 Ｗｂ：１回目の測定部位におけるクロスマシン方向の紙
幅 以上の構成により、抄紙機内の走行紙面２３の収縮前後
のクロスマシン方向の端部の位置検出によりクロスマシ
ン方向の紙幅測定とそれによる収縮率の算出とを瞬時
（例えば、収縮率算出所要時間約１秒／回）に行えるの
であるが、この測定を連続して行いその結果を記憶部２
０に蓄積すると共に予め対応を求めておいた前記収縮率
と紙の寸法安定性との関係も記憶部２０に記憶させてお
き、この記憶部２０に予め記憶させておいた前記収縮率
と紙の寸法安定性との関係のデータと記憶部２０に蓄積
した算出収縮率のうちの平均値又は所定時間毎の値とを
マイクロプロセッサ１９を介して比較して紙の寸法安定
性として表示部２１に表示され、必要に応じて印刷装置
（図示なし）にて印刷出力される。

【００２２】また抄紙工程において、断紙事故が発生し
た場合には抄紙機の制御装置からの信号が断紙信号受信
器２４にて受信され、入出力インタフェース１８を介し
てマイクロプロセッサ１９に送られ、マイクロプロセッ
サ１９は入出力インタフェース１８を介して図７に示す
退避装置２５を動作させて、断紙後の通紙時に検出器１
１が通紙作業の妨げとならないように端部検出部２２を
紙の走行する空間上の同一平面より退避させることがで
きるようになっている。

【００２３】

【作用】上述した構造の本発明装置により本発明に係る
製紙工程中で紙の寸法安定性を予測する方法を実施する
には、先ず製紙条件を設定して紙の抄造を開始し、製紙
工程中における紙のクロスマシン方向の幅を変更させる
ための切断を行うことの無い区間における紙の水分が１
０％以下の測定部位とこの測定部位以前の製紙工程で紙
の水分が３５％以上の測定部位とで駆動回路１７からの
指令により駆動される駆動部１４により抄紙機のクロス
マシン方向で且つ走行紙面２３に対して平行に移動する
架台１３に設けられている検出器１１により走行紙面２
３のクロスマシン方向の両端部の位置を検出するように
架台１３を駆動制御部１６によりクロスマシン方向に平
行に移動して位置決めし、検出器１１から信号処理回路
１２を経た出力と架台１３の移動量とにより走行紙面２
３の端部の位置を求めて各測定部位での走行紙面２３の
紙幅を算出しその紙幅の差より走行紙面２３の収縮率を
算出しこの算出収縮率を予め対応を求めておいた収縮率
と紙の寸法安定性との関係を記憶させてある記憶部２０
のデータとマイクロプロセッサ１９よりの指令により比
較して紙の寸法安定性として表示部２１に表示させるの
である。

【００２４】この表示部２１に表示された製紙工程中の
紙の寸法安定性が予測した値と異なっている場合には、
例えばろ水度やＪ／Ｗ比やドロー等の製紙条件を変更
し、早期に希望した紙の寸法安定性における品質規格を
満たした紙を製造できるのである。

【００２５】

【発明の効果】以上に詳細に説明した如く本発明によれ
ば、製紙工程中における紙のクロスマシン方向の幅を変
更させるための切断を行うことの無い区間において、製
紙工程中の紙がクロスマシン方向に収縮する前後で紙の
水分が所定範囲にある２ヵ所の部位で紙幅を測定して紙
の収縮率を算出し、この算出収縮率より製品の寸法安定
性を迅速に予測することが可能となったので、従来のよ
うに紙の抄造においてジャンボロールの親巻取りが完了
しなければ寸法安定性を測定出来なかった欠点が一挙に
解決でき、製紙工程中に連続して寸法安定性を測定出来
るため安定した品質の製品を供給でき、製紙業界に貢献
するところの非常に大きなものである。そして、狭幅の
低速抄紙機では人手で本発明方法を実施することも可能
であるが、紙を抄造している間連続して測定を続ける事
は困難であり、しかも測定値の信頼性も不充分である
が、本発明装置を使用すれば簡単に且つ連続して製紙工
程中で紙の寸法安定性を予測して直ちに製紙中の製品の
寸法安定性を所望の値に変更できるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】代表的な抄紙機である長網式抄紙機の構成模式
図とこのとき抄造される紙の水分の代表的な値を示す図
である。

【図２】図１の構成中サイズプレスの無い抄紙機の構成
模式図とこのとき抄造される紙の水分の代表的な値を示
す図である。

【図３】プレスパートの出口直後とアフタドライヤの出
口直後とで測定した紙のクロスマシン方向の長さより算
出した収縮率とこのとき抄造された種々の加工原紙につ
いてＪＡＰＡＮ ＴＡＰＰＩNo.27-78「紙及び板紙の浸
水伸度試験方法」Ａ法により測定して得られた結果とを
示すグラフである。

【図４】抄紙機のプレドライヤの入口直前とプレドライ
ヤの出口直後とで測定した紙のクロスマシン方向の長さ
より算出した収縮率とこのとき抄造された種々の加工原
紙についてＪＡＰＡＮ ＴＡＰＰＩNo.27-78「紙及び板
紙の浸水伸度試験方法」Ａ法により測定して得られた結
果とを示すグラフである。

【図５】抄紙機のアフタドライヤの入口直前とアフタド
ライヤの出口直後とで測定した紙のクロスマシン方向の
長さより算出した収縮率とこのとき抄造された種々の加
工原紙についてＪＡＰＡＮ ＴＡＰＰＩNo.27-78「紙及
び板紙の浸水伸度試験方法」Ａ法により測定して得られ
た結果とを示すグラフである。

【図６】本発明に係る製紙工程中で紙の寸法安定性を予
測する装置の１実施例の構成を説明する概略図である。

【図７】本発明に係る製紙工程中で紙の寸法安定性を予
測する装置のオンライン測定時の設置例を示す斜視説明
図である。

【符号の説明】

１ ヘッドボックス ２ ワイヤパート ３ プレスパート ４ プレドライヤ ４’ ドライヤ ５ サイズプレス ６ アフタドライヤ ７ カレンダ ８ ポープリール １１ 検出器 １２ 信号処理回路 １３ 架台 １４ 駆動部 １５ 架台位置検出器 １６ 駆動制御部 １７ 駆動回路 １８ 入出力インタフェース １９ マイクロプロセッサ ２０ 記憶部 ２１ 表示部 ２２ 端部検出部 ２３ 走行紙面 ２４ 断紙信号受信器 ２５ 退避装置

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 製紙工程中における紙のクロスマシン方
   向の幅を変更させるための切断を行うことの無い区間に
   おいて、紙の水分が１０％以下の部位を２回目の測定部
   位とし、該測定部位以前の製紙工程で紙の水分が３５％
   以上の部位を１回目の測定部位として紙のクロスマシン
   方向の長さを測定し、この紙のクロスマシン方向の長さ
   の変化より紙のクロスマシン方向の収縮率を算出し、予
   め対応を求めておいた該収縮率と寸法安定性との関係よ
   り紙の寸法安定性を予測することを特徴とする製紙工程
   中で紙の寸法安定性を予測する方法。
2. 【請求項２】 ２回目の測定部位を抄紙機のアフタドラ
   イヤ出口以降の部位とし、１回目の測定部位をワイヤパ
   ートからプレドライヤ入口直前までの間の部位とする請
   求項１に記載の製紙工程中で紙の寸法安定性を予測する
   方法。
3. 【請求項３】 ２回目の測定部位を抄紙機のプレドライ
   ヤ出口直後からサイズプレス入口直前までの間の部位と
   し、１回目の測定部位をワイヤパート出口からプレドラ
   イヤ入口直前までの間とする請求項１に記載の製紙工程
   中で紙の寸法安定性を予測する方法。
4. 【請求項４】 製紙工程中における紙のクロスマシン方
   向の幅を変更させるための切断を行うことの無い区間に
   おける紙の水分が１０％以下の測定部位と該測定部位以
   前の製紙工程で紙の水分が３５％以上の測定部位とで駆
   動回路(１７)からの指令により駆動される駆動部(１４)
   により抄紙機のクロスマシン方向で且つ走行紙面(２３)
   に対して平行に移動する駆動される架台(１３)に設けら
   れていて走行紙面(２３)のクロスマシン方向の両端部の
   位置を検出する検出器(１１)と、前記架台(１３)をクロ
   スマシン方向に平行に移動して位置決めする駆動制御部
   (１６)と、該検出器(１１)から信号処理回路(１２)を経
   た出力と前記架台(１３)の移動量とにより走行紙面(２
   ３)の端部の位置を求めて各測定部位での走行紙面(２
   ３)の紙幅を算出し該紙幅の差より走行紙面(２３)の収
   縮率を算出すると共に該算出収縮率と予め対応を求めて
   おいた該収縮率と紙の寸法安定性との関係を記憶させて
   ある記憶部(２０)のデータと比較して紙の寸法安定性と
   して表示部(２１)に表示させるマイクロプロセッサ(１
   ９)とを備えていることを特徴とする製紙工程中の紙の
   寸法安定性を予測する装置。
5. 【請求項５】 表示部(２１)に表示させる紙の寸法安定
   性を印刷出力させる印刷装置が設けられている請求項４
   に記載の製紙工程中の紙の寸法安定性を予測する装置。