JP2623378B2 - 塗工装置及びそれを用いた塗工紙の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、紙及び板紙に各種の要
求適性付与を目的に塗工層を設けた塗工紙において、表
面性と嵩を両立させるための塗工装置およびそれを用い
た塗工紙の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の急速な情報化の進歩に伴ない、各
種ＯＡ機器を始めとする情報産業の進展が目覚しく、情
報伝達メディアの１つである紙の需要も当然著しい伸び
を示している。紙の種類としては、コンピューターの出
力用紙等の情報用紙はもとより、カタログやダイレクト
メール等の商業印刷物及び印刷出版用紙の伸びが特に著
しく今後もその傾向は当分続くことが予想される。

【０００３】これらの各用紙には、品質面ではカラー化
対応や差別化ための高級化の要求が強く、必然的に塗工
紙への依存度が高くなっている。また、経済的には紙及
びその物流コスト低減のための軽量化が望まれており、
これらの各種要求特性を満足できるものとして、外観も
含めた表面性が良好でかつ軽量化した塗工紙が必要とな
っている。塗工紙製造において、製品として単に軽量化
するには、塗工量及び原紙の坪量をそれぞれ単独あるい
は双方を同時に低減させれば良い。しかし、塗工量の低
減は表面性等製品としての性能に影響が大きい事から、
一般的には原紙の坪量低減で行なう方法が採られる。と
ころが、この場合、紙厚の低下も伴なうので印刷作業上
での紙腰不足を招いて問題となる。紙厚確保のために、
叩解度を弱めた原料パルプで原紙を作る事等の対策もあ
るが、こうして得られた原紙は、確かに嵩高ではあるも
のの表面性が著しく低下しているため、塗工紙としての
品質を満足するには塗工量を多くするかあるいは予め原
紙の表面性をカレンダー等で向上させる必要があり、最
終的な製品としては、前者は高坪量化し、後者は紙厚不
足となりそれぞれ規定坪量と紙厚を同時にクリアーする
ことが出来ない。

【０００４】ところで、紙は可塑性であり、特にこの性
質は繊維のＴｇ以上の温度の時や繊維の含水率が高い時
程顕著である。この可塑性を利用し、カレンダー装置で
紙を平滑化する方法は良く知られた技術である。カレン
ダー装置としては、抄紙機のリールエンドにあり、紙の
厚さや平滑性をコントロールするためのマシンカレンダ
ー及びコート紙の光沢や平滑性を向上するためのスーパ
ーカレンダーあるいは近年、世界的に注目されているソ
フトカレンダー等がある。

【０００５】これらのカレンダー処理装置を使用して、
表面性を向上させる際、出来るだけ嵩すなわち紙厚を維
持する方法としては、弾性樹脂ロールと加熱可能なスチ
ールロールを組み合わせたいわゆるソフトカレンダーが
適している事は、「基層の熱成形を利用した紙仕上法
（特公昭６３−５００１８８）」や「シートに平滑と光
沢を生じる方法及びカレンダー装置（特開平１−３２１
９９９）」等にそれぞれ開示されている。ただし、これ
らは紙の仕上げすなわち最終段階で品質向上や規格を満
足させるためにカレンダー処理を施す際に適用出来る技
術であり、塗工紙用原紙の前処理としての利用は考えて
いない。このため、表面性を向上させるには、後述の理
由で嵩が必然的に減少するので表面性と嵩を十分満足の
いくレベルで両立させられない。

【０００６】塗工紙の表面性を向上するための塗工用原
紙の前処理に関する従来技術としては、原紙に下塗りし
かつカレンダーで適度な平滑度にして上塗りすることが
有効であることを述べた「顔料塗工紙及びその製造方法
（特開平２−234998）」や原紙の平滑度を規定し、さら
に使用するブレードの厚みを限定することで良好な塗工
紙が出来るとした「印刷用塗被紙の製造方法（特開平２
−6695、特開平２−6696）」等がある。しかしながら、
これらはともに塗工装置からみてオンラインではなくし
かも塗工紙の表面性は確かに向上するものの、最終製品
としての厚さが減少してしまう。更に、操業面では原紙
の平滑性が高すぎるとストリークが発生すること等の操
業上の問題点から原紙の前処理には適性範囲が存在しか
つそれが狭いことを述べている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、これま
で塗工直前にオンラインで原紙に平滑性を付与するため
の前処理装置を備えた塗工装置は例がなく、かつ従来技
術では、表面性と嵩を十分に両立させた塗工紙を作るこ
とは不可能であった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、塗工紙製造に
おいて、生産性や経済性を低下させずに、表面性と嵩を
両立させた塗工紙を得ることを目的としている。

【０００９】本発明者らは、表面性と嵩を両立させた塗
工紙を得るために鋭意検討を重ねた結果、カレンダー若
しくはそれと類似装置で原紙を圧縮後限られた時間内に
塗工を終了すれば、従来の塗工紙と比べ、表面性レベル
が同等にもかかわらず、嵩が飛躍的に大きい塗工紙ある
いは嵩は同等であるが表面性を著しく向上させた塗工紙
をそれぞれストリーク等の操業トラブル無しに製造出来
る方法を見出し、そのための装置の発明をなすに至っ
た。

【００１０】以下に本発明の詳細について説明する。塗
工紙製造において、コーターや原紙の種類を特定し、同
一塗工液を塗工する場合、マシンカレンダー等で予めカ
レンダー掛けし、表面性を向上させた原紙を使用すると
有効塗工量が増し、同一表面性を有しながら、塗工量を
低減できたり、あるいは同一塗工量にもかかわらず塗工
後の表面性が向上する事等はよく知られている。また、
原紙の表面性向上の手段として通常行なうマシンカレン
ダー処理では、カレンダーのニップ圧力や処理段数を増
加させると原紙はより潰され、厚さが減少し、高密度化
する。紙の密度と平滑度は非常に良く相関し、高密度ほ
ど高平滑となり、このため高平滑な原紙程嵩が小さくな
る。

【００１１】ところで、紙は、カレンダー掛けにより前
述のごとく、塑性変形して、高密度化や高平滑度化する
一方、弾性的性質によって、その厚さが元に戻ろうとす
る。このことは紙の表面性の退化を意味する。この戻ろ
うとする力は、ニップ部で圧縮された直後が最高で、ニ
ップ部を離れるに従って急激に減少していく。このた
め、通常マシンカレンダー等で処理した原紙では、オフ
ラインのコーターで塗工する時には、厚さが戻ろうとす
る復元力がほとんど残っておらず、少なくとも塗工前後
で弾性的性質により厚さが変化することはない。

【００１２】これに対し、本発明の方法では、原紙を圧
縮直後すなわち弾性的性質により厚さを戻そうとする内
部応力が残っている段階で塗工を行なうので、塗工前後
で厚さが変化する。厚さの変化はすなわち密度の変化あ
るいは、平滑度の変化を意味する。したがって、マシン
カレンダー等で予めカレンダー掛けしたものと同等の圧
縮条件で、本発明の方法すなわち塗工部の直前でカレン
ダー若しくはその類似装置を使用すると、従来法よりも
高密度で高平滑度な状態の原紙に塗工出来るため、塗工
直後の表面性は本発明によるものの方が良好となる。塗
工後に厚さが増加し、密度が低下することにより最終的
に得られる塗工紙の表面性への影響は以下のような理由
で問題が少ないことを確認した。

【００１３】すなわち、塗工後の製品としての表面性
は、予めマシンカレンダー等で処理し、少なくとも弾性
的性質により塗工前後で厚さが変化することのない原紙
を使用した従来法の場合でも、塗工液中の水分によって
原紙の、特にその表層の繊維が膨潤し、表層の密度が低
下し、平滑性も低下する現象がある。このため、塗工直
後が表面性が最も良好で、その後徐々に低下することは
良く知られており、特に高圧ニップ下のカレンダー処理
等で、高平滑度とした原紙を用いた場合程、この傾向は
顕著である。この塗工液中の水分による膨潤の方が、原
紙の弾性的性質で厚さが変化する影響よりも塗工紙の表
面性に及ぼす影響が大きい事がわかり、本発明による方
法と従来法を比較した場合、塗工時の原紙の表面性が同
じであれば最終的に得られた塗工紙の表面性はほとんど
同等であることを確認している。

【００１４】紙の表面に平滑性を付与するためにカレン
ダー等により紙を圧縮するが、本発明のごとく、オンラ
ィンにて原紙を圧縮するためのカレンダー若しくはその
類似装置を塗工部の直前に設置し、原紙を圧縮直後に塗
工を終了することは、高密度で高平滑度の状態でかつ厚
さの復元力を保持した状態の原紙に塗工できるため、マ
シンカレンダーのように塗工装置からみてオフラインで
処理したものと同等の平滑度の原紙に塗工すると想定し
た場合、最終的には塗工時よりも原紙の厚さが増すた
め、表面性が良好でかつ崇高な塗工紙が得られることに
なる。カレンダーニップ部における原紙圧縮から塗工ま
での時間としては、目的に応じて選択されるが好ましく
は１秒以内で用いられる。

【００１５】すなわち、軽量塗工紙のように表面性を維
持しながら嵩高化を必要とする場合には、できるだけ低
圧処理でかつ短時間で塗工する事が望ましい。一方、比
較的厚もので嵩高化の必要性があまりない塗工紙でむし
ろ高級化や差別化した製品のために表面性の向上を望む
場合は、予めマシンカレンダー等で処理している従来法
の原紙と最終的に同等の嵩となるような圧縮条件以下で
行なえば良く、塗工までの時間はあまり短くする必要は
なく、圧縮条件によって決めれば良い。

【００１６】また、本発明の方法では、塗工時の原紙は
平滑と同時に密度も高くなっているため、塗工液の紙層
内への浸透が減り、結果的に有効塗工量が増加する。し
たがって、表面性及び嵩の双方が従来と同程度の製品を
得たい場合には、原紙の表面性や密度が高い状態で塗工
できるので、塗工量を低減することが可能となり、コス
トダウンの方法として利用することもできる。また、従
来法と同一塗工量で比較すると原紙が高平滑な状態で塗
工している本発明の方が、より膜厚の均一な塗工層とな
り、これは良好な表面性を与えるばかりか、バインダー
マイグレーションも均一となるため、トラッピングムラ
が少ない等各種印刷適性に優れた塗工紙あるいは原紙の
被覆性やバリヤー性に優れた塗工紙も製造することが可
能である。

【００１７】本発明において、原紙を圧縮するために使
用される塗工前処理装置としては、通常のマシンカレン
ダーのような金属ロールと金属ロールのニップからなる
もの、あるいはスーパーカレンダーやソフトカレンダー
のように弾性ロールと金属ロールからなるものが代表的
であるが、特にこれらに限定するものではなく、例えば
ブレードコーターの様にバッキングロールがある場合
は、それを１つの弾性ロールとして利用し、新たにスチ
ールロール等をこれにニップ出来るように設置すれば一
種のソフトカレンダー装置として使用することも可能で
ある。以上のごとく、原紙を圧縮する装置としては特に
限定されないが、より嵩高な製品を望む場合は高温加熱
可能なスチールロールと弾性ロールの組み合わせによる
いわゆるソフトカレンダー装置が好ましい。

【００１８】なお、ここで対象としている塗工紙とは印
刷用紙分野のような顔料塗工に限定するものではなく、
原紙に目的の特性や機能を持たせるために、各種のコー
ターで塗工液を必要量塗工するものであれば、感熱記録
紙や感圧紙等の情報関連用紙及び剥離紙等の加工原紙等
にも適用出来、塗工液の種類は特に限定しない。これら
の各種塗工紙では、一般に塗工層の単価の方が原紙のそ
れよりも高く、更に塗工液を乾燥させるためのエネルギ
ーコストも塗工量増に伴ない高くなる。従って、この塗
工層は機能を損なわない範囲で必要最小限にすることも
経済性向上のためには重要である。

【００１９】

【作用】塗工直前に原紙を圧縮することで、高平滑化し
かつ厚さを戻そうとする内部応力が残留した状態で塗工
が可能となり、塗工剤の必要量を低下させたり、均一な
膜厚の塗工層を形成でき、しかも塗工部を通過後に原紙
が厚さを増すので、最終的に表面性が良好でかつ嵩高化
した塗工紙となる。

【００２０】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図１は、比較例として示したブレードコーター
の概略図であり、これに本発明の方法によるカレンダー
若しくはその類似装置を組み込んだのが、図２〜図４の
実施例１〜実施例３である。すなわち、図２の実施例１
ではガイドロール６とカラーアプリケータ装置３の間に
加圧できるロール８とロール９からなるカレンダー装置
を導入した場合である。ロール８及びロール９は樹脂ロ
ールやゴムロールあるいはコットンロール等の弾性ロー
ルはもとより金属ロール等特に制約はないが、弾性ロー
ルと加熱可能の金属ロールの組み合わせ、特にロール８
は弾性ロールでロール９が金属ロールであることが好ま
しい。なぜなら、金属ロール側の表面性向上効果の方が
弾性ロール側のそれよりも大きいので、塗工する紙面側
が金属ロールで処理された方が良いためである。塗工液
のレベリング装置１は、図２の実施例１のごとくブレー
ドあるいはエアーナイフ、ロッドバー等在来の装置が用
いられる。また、塗工液のアプリケータ装置３は、ロー
ルタイプ、ファウンテンタイプ、ショートデゥエルタイ
プあるいはロングデゥエルタイプ等特に限定されず、さ
らに、コーターの種類もオンマシンコーターやオフライ
ンコーターはもちろんの事、ゲートロールコーターやサ
イズプレス等の各種のコーターに適用出来、特に限定さ
れるものではない。

【００２１】図３の実施例２及び図４の実施例３は、図
２の実施例１の様に新たにカレンダー装置を導入するの
ではなく、前者はバッキングロール２を、後者はシリン
ダードライヤー７をそれぞれ利用し、新たに１本のカレ
ンダー用ロール８を設置すればよい例である。これらの
場合でも塗工部の形式は特に限定されない。

【００２２】

【発明の効果】本発明の効果を実施例２を用いた試験例
により得られた表１の結果により説明する。ここで用い
た原紙としては、一般塗工印刷用紙用で坪量70ｇ／
ｍ² 、紙厚 100μｍのマシンカレンダーをバイパスした
もので、又塗工液は一級カオリン（ＥＭＣ社製、ＨＴク
レー）50部と重質炭酸カルシウム（富士カオリン製、カ
ービタル90）50部にバインダーとして、スチレン−ブタ
ジエンラテックス（ＪＳＲ製、0804Ａ）10部とリン酸エ
ステル化澱粉（日本食品製、ＭＳ＃4600）４部からなる
固形分が65％のブレードコーター用のものを用いた。

【００２３】従来法としては、この原紙に実験室用のマ
シンカレンダー装置により、ニップ圧力を 10kg/cm、20
kg/cm 及び 30kg/cmの３条件で処理したものと未処理の
ものの計４種類の原紙に、それぞれ図１に示した比較例
の塗工装置で同一カラーを同じ塗工量（約 12g/m² ）に
なるように、速度約500m/minでブレード塗工したのがサ
ンプルＩ〜Ｌである。

【００２４】これに対し、本発明の実施例として、ここ
では図３に示した実施例２の塗工装置すなわちニップロ
ール９を塗工部から約１．５ｍ離れた位置に新たに導入
し、塗工直前に圧縮処理出来るようにした装置を用い、
ニップ圧力を５ｋｇ／ｃｍ、１０ｋｇ／ｃｍ及び２０ｋ
ｇ／ｃｍの３条件で前処理し、ニップから塗工までの時
間が約０．１秒〜約１秒になる様に塗工速度を１０〜９
００ｍ／ｍｉｎの範囲で変更し、その結果得られた塗工
紙がサンプルＡ〜Ｇである。これらの内、サンプルＡは
塗工量低減の可能性を示すために目標塗工量を約２ｇ／
ｍ^２下げたが、その他はすべて従来法と同等の目標塗工
量（約１２ｇ／ｍ^２）とした。こうして得られた各サン
プルの基本特性を表１に示した。

【００２５】表１から、例えば、本発明の方法によるサ
ンプルＢは、従来法で比較的低平滑度の原紙を用いたサ
ンプルＪに比べ、嵩は同等だが表面性が良好であり、従
来法により高平滑度の原紙を用いて得られたサンプルＫ
に比べ、表面性は同等でありながら嵩高化している。同
様に本発明の方法によるＤは、サンプルＬに比べ嵩高で
あり、サンプルＫに比べると良好な表面性となってい
る。すなわち、本発明の方法によるサンプルＢまたはＤ
は、従来法にない表面性と嵩が両立した塗工紙と言え
る。また、サンプルＥのように最終的に嵩が従来法と同
等でよい場合は、本発明の方法では原紙の表面性が非常
に良好な状態で塗工出来るため、比較となる従来法のサ
ンプルＫに比べ、嵩としては同等でありながら非常に良
好な表面性及び印刷適性を有した塗工紙となる。さら
に、塗工量を低減したサンプルＡは、従来法のサンプル
Ｉに比べ、製品としての坪量が低いのでやや嵩は劣るも
のの、原紙の坪量を増やして坪量を合わせると嵩は増す
ため、嵩と表面性が同等以上の塗工紙を、塗工量を低減
しながら達成出来る事を示しており、これはコストダウ
ンの可能性を示すものである。

【００２６】以上の試験例により、本発明によるカレン
ダー若しくはそれと類似の前処理装置が直前に設けられ
た塗工装置を利用すれば、従来技術では不可能な表面性
と嵩を両立させかつ生産性や経済性を低下させずに高級
化や差別化させた塗工紙を得ることが可能となる。

【００２７】

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】 比較例のブレードコーターを示す説明図であ
る。

【図２】 本発明例のブレードコーターを示す説明図で
ある。

【図３】 他の本発明例のブレードコーターを示す説明
図である。

【図４】 更に他の本発明例のブレードコーターを示す
説明図である。

【符号の説明】 １ ブレード ２ バッキングロール ３ ファウンテンアプリケータ装置 ４ ドライヤー ５ 原紙 ６ ガイドロール ７ シリンダードライヤー ８ 弾性ロール ９ 金属ロール

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オンラインにて原紙を圧縮するための少
   なくとも一対のニップを有するカレンダー若しくはそれ
   と類似の原紙前処理装置を塗工部の直前に設け、厚さの
   復元力を保持した状態の圧縮直後の原紙に塗工するよう
   に構成したことを特徴とする塗工装置。
2. 【請求項２】 少なくとも一対のニップを有するカレン
   ダー若しくはそれと類似の原紙前処理装置によりオンラ
   インにて原紙を圧縮処理し、該原紙圧縮から約１秒以内
   で塗工する事を特徴とする塗工紙の製造方法。