JP2580472B2 - 段ボール初期接着強度測定方法及びそれに用いる測定装置 - Google Patents

段ボール初期接着強度測定方法及びそれに用いる測定装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、紙、板紙、積層シート
等のシート状物と、その波型成型品とを接着剤で貼合し
て段ボールを製造するに当たり、貼合時におけるシート
状物と波型成型品の初期の接着強度を測定する、段ボー
ル接着強度測定方法及びそれに用いられる測定装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】周知のように段ボールの強度は、波型に
成形された中芯とライナーとが貼合糊により強固(実用
上充分)に接着されて、はじめて生じるものである。す
なわち接着が完全でなければ構造体として所定の強度を
発揮しないし、また最終製品である段ボール箱としての
品質に大きなバラツキを与える。従って、段ボールの品
質を管理するためにも容易に接着強度を評価し、速やか
に製造ラインに情報をフィードバックする必要がある。
しかしこれまでは、上記ニーズに答える方法及びそのた
めの装置について実用的な提案がなく、後述するような
評価方法により接着強度を評価していた。
【0003】即ちこれまでは、引張試験機等により製品
から小さく切り出した試料の接着部両側の紙を引張り、
接着強度を測定する方法が行われている。しかし段ボー
ルのようにライナーと波型に成形した中芯とをデンプン
系接着剤で貼合する場合には、接着強度が貼合せてから
経時的に発現されていくので、貼合後、剥離までの接着
剤乾燥時間等のファクターを加味しないと、得られた評
価結果に対する信頼度が低く、また接着力が飽和した後
に評価するのでは、速やかなフィードバックが困難とな
る問題がある。
【0004】上記状況にあって、Michelle Marcille-Lo
renze らは、Tappi .May 1990 pp137 において、接着
メカニズム、評価方法及び評価装置に関する論文を発表
している。上記論文では、接着、加熱、剥離を連続して
行いながら剥離力を測定し、この剥離力から接着初期に
おける初期接着強度を算出する方法が開示されている。
この場合、少なくとも接着、加熱、剥離といった諸条件
が一定の条件下で行えるので、従来に比較して信頼性が
向上し、かつ、速やかなフィードバックが可能である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Michel
le Marcille-Lorenze らが開示している評価方法及びそ
のための装置においては、剥離する際に付与する力のバ
ラツキや機械系の摩擦等が考慮されず、また一定の速度
で接着剥離が行えなず、このためライナーに加わるテン
ションの変動により測定データが大きくバラツく問題が
あり、測定データの信頼性が乏しかった。そこで本発明
は、機械系等の外部要因を考慮した、信頼性のある評価
が可能な段ボールの初期接着強度測定方法及びそれに用
いる測定装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、連続的に片面段ボールの中芯段頂部に糊付し、ライ
ナーを貼合せた後、加熱接着して両面段ボールを製作
し、この後貼合せた前記ライナーを連続的に剥離し、前
記片面段ボールの前記中芯段頂部に対応して周期的に変
動する剥離力を測定して接着直後の初期接着強度を求め
る段ボール初期接着強度測定方法において、前記ライナ
ーに前記剥離力より緩慢に変動するテンションを付与し
て、前記両面段ボールから前記ライナーを剥離させると
共に、付与した前記テンション及び剥離時に加わる真の
テンションを計測し、該真のテンションと前記付与した
テンションとの差分から前記剥離力を算出して接着直後
の初期接着強度を演算・表示する、ことを特徴とする。
上記方法を達成するための装置としては、前記片面段ボ
ールの中芯段頂部に貼合糊を付着し、前記ライナーを貼
合せた後、熱板上を移動させながら加熱接着せしめて前
記両面段ボールとする接着部と、該接着部により接着さ
れた前記ライナーを前記両面段ボールから剥離し、その
剥離力を計測する剥離部と、を有して接着初期の接着強
度を測定してなる装置において、前記剥離部が、前記ラ
イナーに前記テンションを付与しながら巻取る巻取り速
度可変な巻取り部と、該巻取り部により付与される前記
テンションを計測してテンション信号として出力すると
共に、前記テンションの変動が前記剥離力の変動より緩
慢に変動すべく前記テンション信号に基づき前記巻取り
部の巻取り速度を制御するテンション制御部と、前記ラ
イナーが剥離される際に加わる真のテンションを計測し
て剥離力信号として出力をする剥離力測定部と、前記剥
離力信号と前記テンション信号との差分から前記剥離力
を算出して接着直後の初期接着強度を演算・表示する演
算部とを有してなることを特徴とする。例えば、前記剥
離部が、前記ライナーの剥離速度を計測する剥離速度計
測部を有し、前記演算部が前記剥離速度又は該剥離速度
から演算された接着部での加熱時間を表示してなる。ま
た、前記演算部が、前記片面段ボールの前記中芯段頂部
に対応して周期的に変動する前記剥離力の極大値又は該
極大値と極小値の絶対値を平均化して前記段ボールの初
期接着強度を演算・表示してなる。また、前記演算部
が、複数の前記剥離力を記憶する記憶部を有して、該記
憶部に記憶された剥離力の極大値の少なくとも10点又
は該極大値と極小値の絶対値の平均値の少なくとも10
点を平均化して前記段ボールの初期接着強度を演算・表
示してなる。さらに、前記接着部が、対向する上段ベル
トと熱板とを有し、該熱板面に貼合された前記ライナー
が当接すると共に前記上段ベルトにより押圧搬送され
て、前記ライナーと前記片面段ボールとを接着させてな
る。
【0007】
【作用】上記構成に基づき、剥離すべきライナーに付与
するテンションが、片面段ボールの中芯段頂部に対応し
て周期的に変動する剥離力より緩慢に変動するようにコ
ントロールする。勿論、付与されるテンションが一定若
しくは略一定であれば更に良い。そして、剥離時にライ
ナーに加わる真のテンションと付与したテンションとの
差分から剥離力を求める。この剥離力は上述したように
片面段ボールの中芯段頂部に対応して周期的に変動する
ので極大値又は極大値と極小値の絶対値とを平均化する
ことで初期接着力を求める。このような方法を実現する
ために、ライナーを巻き取る巻取り部を設けると共に、
テンション制御部によりライナーのテンションを計測し
て、この計測値に基づき巻取り部の巻取り速度制御する
ことで付与するテンションの変動を剥離力の変動より緩
慢な変動とする。さらに、剥離時にライナーに加わる真
のテンションを剥離力測定部において別途計測し、演算
部で真のテンションと付与したテンションとの差分から
剥離力を求めて初期接着強度を演算する。この際の演算
には、周期的に変動する剥離力の極大値又は極大値と極
小値の絶対値の平均値が用いられる。
【0008】
【実施例】本発明の実施例を図に基づき具体的に説明す
る。本発明の段ボール貼合時の初期接着強度測定方法
(以下単に測定方法と称す)の基本プロセスは、以下の
3ステップからなっている。 <1> 連続的に片面段ボールに糊付けし、ライナーを貼
合わせた後、加熱接着させて両面段ボールとする。 <2> ライナーにテンションを付与して、両面段ボール
からライナーを剥離する。その際ライナーに加わるテン
ションを計測し、このテンションに基づき片面段ボール
の中芯段頂部に対応して周期的に変動する剥離力に比
べ、十分緩慢な変動となるようにライナーに付与するテ
ンションをコントロールする。この状態の下で剥離時に
ライナーに実際に加わるテンション(真のテンション)
を計測する。 <3> 真のテンションと付与したテンションとの差分か
ら剥離力を算出し、これにより初期接着強度を演算し
て、その結果を表示する。剥離力は上述したように片面
段ボールの中芯段頂部に対応して周期的に変動するの
で、その極大値又は極大値と極小値の絶対値とを平均化
することにより初期接着強度を演算する。図1は、この
ような基本コンセプトに基づき作成した初期接着強度測
定装置の構成を示す図である。
【0009】接着部100は、糊付け部A、ライナーの
供給部B及び加熱部Cからなり、また剥離部200は、
剥離ローラー部D、回収部E、剥離力測定部I、テンシ
ョン制御部J、巻取り部K、剥離速度計測部H、増幅部
G、演算部Fから構成される。接着部100において、
片面段ボール11aは糊付け装置12により糊付けさ
れ、供給部Bから供給されたライナー13と貼合わされ
て両面段ボール11bとした後、加熱部Cに搬送されて
熱板21及び上段ローラ20により所定圧力で押圧され
て接着される。このように糊付けされた両面段ボール1
1bが加熱部Cに搬送されて加熱されるのは、糊がデン
プンを主成分とし、加熱により接着力を発現する接着剤
であるためである。従って、加熱温度、加熱時間及び押
圧力に依存して接着強度が決定される。これらの条件は
適宜調整可能に設けられいるが、少なくとも評価中は固
定状態になるような構成となっている。一方剥離部20
0では、加熱部Cから搬出された両面段ボール11bは
ローラ剥離部Dに搬送され、該ローラ剥離部Dでライナ
ー13が両面段ボール11bから剥離されて片面段ボー
ル11cとなる。なお、剥離された片面段ボール11c
は、回収部Eで回収される。この際、剥離された片面段
ボール11cは、回収部Eの上下ベルト22,23に挟
持されて回収されるが、このときの挟持力はローラ剥離
部Dでライナー13が両面段ボール11bから剥離され
ず、引き込まれないように十分な力に設定されている。
剥離されたライナー13は、剥離力測定部IのローラR
1、R2、R3及びテンション制御部JのローラR4、
R5を通り巻取り部KのワインダーWにより巻き取られ
る。なお、ローラR1、R2、R3はローラR2を中心
に左右対称に取り付けられている。また、ライナー13
の剥離速度は剥離速度計測部Hで測定される。そして、
剥離時に実際に加わる真のテンションを本実施例ではロ
ーラR2に加わる荷重として、剥離力測定部Iにおける
荷重変換器SGにより計測し、ローラ荷重(剥離力信
号)として出力される。このローラ荷重は図1において
下方向に加わる荷重である。また、テンション制御部J
では、ワインダーWによりライナー13に付与されるテ
ンションをテンションピックアップTPにより計測して
テンション信号を出力する。このテンションが先のロー
ラ荷重の変動に比べ十分に緩慢な変動となるように、テ
ンション信号に基づきテンションコントローラTCがク
ラッチCRを制御してモータMにより回動しているワイ
ンダーWの回転速度を制御している。また演算部Fでは
巻取り部Kでライナー13に付与したテンションと、実
際に剥離時に加わる真のテンションとを後述する方法で
演算して初期接着強度を演算する。
【0010】以下初期演算接着強度算出の詳細な説明を
する。剥離時にライナー13に付与されるテンション
は、変動せず常に一定であれば理想的であるが、ワイン
ダーWによる巻取力の変動や機械系の摩擦力等が必ず存
在するので変動してしまう。そこで、テンション制御部
Jによりテンションが滑らかに、少なくとも片面段ボー
ルの中芯段頂部に対応して周期的に変動する剥離力に比
べ、十分緩慢な変動となるようにライナー13に付与す
るテンションをテンションコントローラTCによりコン
トロールする。このときライナー13に付与されるテン
ションT1は、機械系の摩擦力をFμ、ローラ等の回転
バランスのバラツキ等によるアンバランス力をFρ、ワ
インダーWによる巻取力Fwの和で表せる。
【数1】 T1=Fμ+Fρ+Fw [式1] 一方、剥離時には、剥離力Fがライナー13に加わるの
で、真のテンションTは、
【数2】 T=F+T1 =Fμ+Fρ+Fw+F [式2] と書くことができる。なお、アンバランス力Fρは、
【数3】 F》Fρ [式3] となる様に設定されているので、式2は、
【数4】 T≒F+Fμ+Fw [式4] と近似できる。従って剥離力測定部Iにおいて、荷重変
換器SGが計測するローラ荷重F1は、
【数5】 F1≒2T cosθ+Rw [式5] と近似できる。ここで、2θはローラR2をまたぐライ
ナー13のなすラップ角、Rwはローラ2の重量で、共
に設計及び製造段階で知ることのできる値である。演算
部Fでは、上述したローラ荷重F1に対応する剥離力信
号及びテンションTに対応するテンション信号が、増幅
部Gにより増幅されて入力し、剥離力Fが算出される。
式4,5よりローラ荷重F1は、
【数6】 F1≒2(F+Fμ+Fw) cosθ+Rw =2F cosθ+2(Fμ+Fw) cosθ+Rw [式6] と書き下せる。図2はローラ荷重F1を時間に関して示
した式5に対応する模式図であり、図3は図2の一部を
拡大してしたものである。図3において包絡線aの値
は、式6における第2項及び第3項(FA ≡2(Fμ+
Fw) cosθ+Rw)に対応し、包絡線bと包絡線cに
挟まれる振動曲線が式6における第1項(FB ≡2F c
osθ)に対応している。また、包絡線bは剥離力の極大
値を示し、包絡線aと包絡線cの間は、剥離により一旦
ライナー13のテンションTが緩んだ状態を示してい
る。従って、剥離力Fは、
【数7】 F=(F1/2coθ)−((Rw/ 2 cosθ)+Fμ) [式7] となる。式7の右辺第1項は真のテンションに関する項
であり、第2項は付与したテンションに関する項で、剥
離力Fはこれらの差分により与えられる。図4は、式7
に従って求めた剥離力Fを示す図である。
【0011】この演算に際し、図4にも見られるように
剥離力Fは常に一定の値を取らないので、演算部Fでは
剥離力を記憶する記憶部25を設け、この記憶部25
記憶されたデータを平均化することにより剥離力を設け
ている。本実施例では、複数10点の極大値又は極大値
と極小値の絶対値の平均値を用いている。初期接着強度
は、熱板21に接している時間と強く相関するので、演
算部Fでは剥離速度計測部Hからの剥離速度或は剥離速
度から熱板21を通過する時間(即ち加熱時間)も併せ
て表示可能となっている。図5及び図6は上述した方法
によって製作した装置の評価結果を示したもので、図5
は貼合わせた段ボールの熱板接触時間を変えた時の初期
接着強度を示し、図6はデンプン濃度が25%及び33
%の貼合糊について熱板接触時間を3,1 秒、3.5 秒に変
えた時の初期接着強度を示している。これらの測定値
は、従来の方法による評価値と同等の値を示し、本方法
の妥当性及び有用性が実証された。なお、初期接着強度
が30cm単位の値として示されているのは、評価した
段ボール幅によるもので本質的ではないことを付言して
おく。
【0012】
【効果】以上説明したように、本発明により段ボールの
初期接着強度が正確に評価することが容易、かつ、短時
間で行うことが可能になり、確かな情報として生産ライ
ンにフィードバックでき、製品の信頼性が向上した。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る初期接着強度測定装置の構成を示
す図である。
【図2】ローラ荷重の荷重波形を示す図である。
【図3】図2におけるローラ荷重の荷重波形の拡大図で
ある。
【図4】剥離力を示す図である。
【図5】図1の装置に基づき熱板の接触時間を変えたと
きの初期接着強度を示す実験結果である。
【図6】貼合糊の濃度及び熱板接触時間を変えたときの
初期接着強度を示す実験結果である。
【符号の説明】
11a 片面段ボール 11b 両面段ボール 12 糊付け装置 13 ライナー 20 上段ベルト 21 熱板 25 記憶部 100 接着部 200 剥離部 A 糊付け部 B ライナー供給部 C 加熱部 D ローラ剥離部 F 演算部 H 剥離速度計測部 I 剥離力測定部 J テンション制御部 W 巻取り部 CR クラッチ SG 荷重変換器 TP テンションピックアップ TC テンションコントローラ

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 連続的に片面段ボールの中芯段頂部に糊
    付し、ライナーを貼合せた後、加熱接着して両面段ボー
    ルを製作し、この後貼合せた前記ライナーを連続的に剥
    離し、前記片面段ボールの前記中芯段頂部に対応して周
    期的に変動する剥離力を測定して接着直後の初期接着強
    度を求める段ボール初期接着強度測定方法において、 前記ライナーに前記剥離力より緩慢に変動するテンショ
    ンを付与して、前記両面段ボールから前記ライナーを剥
    離させると共に、付与した前記テンション及び剥離時に
    加わる真のテンションを計測し、該真のテンションと前
    記付与したテンションとの差分から前記剥離力を算出し
    て接着直後の初期接着強度を演算・表示する、 ことを特徴とする段ボール初期接着強度測定方法。
  2. 【請求項2】 前記片面段ボールの中芯段頂部に貼合糊
    を付着し、前記ライナーを貼合せた後、熱板上を移動さ
    せながら加熱接着せしめて前記両面段ボールとする接着
    部と、該接着部により接着された前記ライナーを前記両
    面段ボールから剥離し、その剥離力を計測する剥離部
    と、を有して接着初期の接着強度を測定してなる装置に
    おいて、 前記剥離部が、前記ライナーに前記テンションを付与し
    ながら巻取る巻取り速度可変な巻取り部と、 該巻取り部により付与される前記テンションを計測して
    テンション信号として出力すると共に、前記テンション
    の変動が前記剥離力の変動より緩慢に変動すべく前記テ
    ンション信号に基づき前記巻取り部の巻取り速度を制御
    するテンション制御部と、 前記ライナーが剥離される際に加わる真のテンションを
    計測して剥離力信号として出力をする剥離力測定部と、 前記剥離力信号と前記テンション信号との差分から前記
    剥離力を算出して接着直後の初期接着強度を演算・表示
    する演算部とを有してなる、 ことを特徴とする、 請求項1記載の段ボール初期接着強度測定方法に用いら
    れる測定装置。
  3. 【請求項3】 前記剥離部が、前記ライナーの剥離速度
    を計測する剥離速度計測部を有し、前記演算部が前記剥
    離速度又は該剥離速度から演算された接着部での加熱時
    間を表示してなる、 請求項2記載の段ボール初期接着強度測定装置。
  4. 【請求項4】 前記演算部が、前記片面段ボールの前記
    中芯段頂部に対応して周期的に変動する前記剥離力の極
    大値又は該極大値と極小値の絶対値を平均化して前記段
    ボールの初期接着強度を演算・表示してなる、 請求項2記載の段ボール初期接着強度測定装置。
  5. 【請求項5】 前記演算部が、複数の前記剥離力を記憶
    する記憶部を有して、該記憶部に記憶された剥離力の極
    大値の少なくとも10点又は該極大値と極小値の絶対値
    の平均値の少なくとも10点を平均化して前記段ボール
    の初期接着強度を演算・表示してなる、 請求項4記載の段ボール初期接着強度測定装置。
  6. 【請求項6】 前記接着部が、対向する上段ベルトと熱
    板とを有し、該熱板面に貼合された前記ライナーが当接
    すると共に、前記上段ベルトにより押圧搬送されて、前
    記ライナーと前記片面段ボールとを接着させてなる、 請求項2記載の段ボール初期接着強度測定装置。
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