JP6515530B2 - 記録材特性測定装置及び記録材特性測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、記録材特性測定装置及び記録材特性測定方法に関するものである。

複写機、ファクシミリ、プリンタ、或いはこれらの複合機等の画像形成装置には、この画像形成装置に用いられる記録紙等の記録材の搬送経路に、複数のローラ対、搬送ガイド部材が設けられ、記録材はこれらの部材によって搬送される。この記録材の搬送に際し、記録材が搬送経路に詰まったり、記録材にジャムが発生する。

これを防止するために、各種の記録材について各種の環境条件のもとで搬送確認を行っているが、このことが、新製品開発の負担となっている。
一方、従来から、画像形成装置に用いられる記録紙等の記録材では、温度、湿度の環境条件の変化による記録材の含水率の変化、記録材に加わる張力等によって、記録材の寸法、カール等の形状、剛性等の環境依存特性が変化することが知られている。

そこで、記録材の含水分量と記録材の厚さとの関係である厚さ特性値を評価する技術（例えば、特許文献１参照）、記録材を変形させてその変形前と変形後の剛性の変化から記録材の残留変形量を予測する技術（例えば、特許文献２参照）が提案されている。

しかし、特許文献１に開示の技術は、記録材の厚さ等の一部の特性に特化した技術であり、特許文献２に開示の技術は、特定の変形形状から記録材の特性を類推する技術であり、いずれも記録材のマクロ的な環境依存特性を評価する技術である。

このため、従来技術のようなマクロ的な環境依存特性の評価では、現象を的確に評価できず、装置製品の機種ごとに異なる搬送経路の形状に対応し得る特性、カール、皺等の現象に共通して用いることのできる環境依存特性を得ることが困難であるという不都合がある。

なぜなら、記録材として用いられる代表的な記録紙等は、微細なバルブ繊維が複雑に絡まり合った構造体であり、その記録材のマクロ的な環境依存特性は、バルブ繊維の配向等のミクロ的な構造と、水分の分布等の影響とが複雑に影響して発現されるものであるからである。

本発明は、紙などの記録材のミクロ的な環境依存特性を効率的に評価できる記録材特性測定装置を提供することを目的とする。

本発明の記録材特性測定装置は、記録材に張力を付与する張力付与部材と、前記記録材に付与する張力を計測する張力計測部材と、前記張力が付与された記録材の外形寸法を計測する外形寸法計測装置と、前記張力が付与された記録材の構造を計測する構造計測装置と、を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、記録材を構成する構造を測定できるので、記録材のミクロ的な環境依存特性を評価でき、ひいては、各種の記録材に対するマクロ的な環境依存特性とミクロ的な環境依存特性との関係を取得することができる。

本発明の実施例１に係る記録材特性測定装置の概略構成を示す模式図であって、記録材に評価用試薬を滴下する前の状態を示す説明図である。 本発明の実施例１に係る記録材特性測定装置の概略構成を示す模式図であって、記録材に評価用試薬を滴下した状態を示す説明図である。 図１、図２に示す構造計測装置の詳細構成の一例を示す図である。 図３に示す測定光学系の一部を拡大して示した部分拡大図である。 記録材に評価用試薬を滴下する前でかつ記録材への張力付与前に取得された記録材の断層画像の一例を模式的に示す説明図である。 記録材に評価用試薬を滴下する前でかつ記録材への張力付与後に取得された記録材の断層画像の一例を模式的に示す説明図である。 記録材に評価用試薬を滴下する前でかつ記録材への張力付与後、この張力を一定時間保持した状態で取得された断層画像の一例を模式的に示す説明図である。 記録材への評価用試薬滴下後でかつ記録材への張力付与前に取得された記録材の断層画像の一例を模式的に示す説明図である。 記録材に加える張力の大きさ（荷重）と記録材の変形量との関係を示す特性図であって、記録材への評価用試薬滴下前の特性を示す説明図である。 記録材に加える張力の大きさ（荷重）と記録材の変形量との関係を示す特性図であって、記録材への評価用試薬滴下後の特性を示す説明図である。 記録材のミクロ構造モデルの等価回路図である。 本発明の実施例２に係る記録材特性測定装置の概略構成を示す模式図であって、記録材に評価用試薬を滴下する前の状態を示す説明図である。 本発明の実施例２に係る記録材特性測定装置の概略構成を示す模式図であって、記録材に評価用試薬を滴下した状態を示す説明図である。

（実施例１）
以下に、本発明に係る記録材特性測定装置及び記録材特性測定方法の実施例を図面を参照しつつ説明する。
（記録材特性測定装置の概略構成）
図１、図２は、本発明の実施例１に係る記録材特性測定装置の概略構成を示す模式図である。

その図１、図２において、１、２は張力付与部材、３は構造計測装置、４は記録材、５は吐出ノズル（塗布手段）、６はモニタである。
張力付与部材１、２は、記録材４を挟持して互いに反対方向に可動される。

記録材４には、画像形成装置に用いられる紙、フィルム等のシート状物体が含まれ、この実施例では、記録紙が用いられている。構造計測装置３には、この実施例では、光干渉計が用いられているが、その詳細については、後述する。

吐出ノズル５は、記録材４の内部構造の寸法変化を計測するために評価用試薬７を記録材４に向けて吐出するものであり、記録材４に対向して設けられる。その評価用試薬７は、浸透性を有する物質、例えば、液体であり、具体的には、純水や、インク等の記録材４に利用される塗料が用いられる。つまり、評価用試薬７とは、記録材４に用いられた際に記録材４の状態の変化を確認するために用いられる液体である。
また、純水を利用するのは、記録材４と湿度との関係を評価するためである。

その張力付与部材１、２には、例えば、公知のロードセル８（張力計測部材）が固定されている。このロードセル８により記録材４に付与される張力が測定される。その記録材４の張力付与による外形寸法の測定には、外形寸法計測装置として例えば変位センサ１０が用いられる。この変位センサ１０には、ここでは、公知の光学センサが用いられ、変位センサ１０は張力付与部材１、２の基準位置からの移動量をパルス計測することにより、間接的に記録材４の外形寸法の変化量を測定する。

その張力付与部材１、２は、制御部９によって制御される。その制御部９には、取得すべき特性に応じて、適宜プログラムがロードされ、記録材４に加える張力の大きさ、張力付与部材１、２の移動速度が制御される。

その制御部９には、ロードセル８からのデータと変位センサ１０からのデータとが入力され、付与する張力の大きさ（荷重）に対応する記録材４の外形寸法の変化量が測定される。また、評価用試薬７を塗布前の記録材４の内部構造を可視化して測定する。

（構造計測装置３の構成）
構造計測装置３には、光干渉断層法を用いて画像を取得する光干渉計装置が用いられる。
その光干渉計装置は、図３に示すように、光源部２１と、光合成・分割部２２と、測定光学系２３と、参照光学系２４と、干渉信号検出部２５と、信号処理制御部２６とから概略構成されている。

光源部２１は、光源２１ａ、集光レンズ２１ｂとから概略構成される。光源２１ａは、例えば、中心波長が０.７マイクロメートル〜２.０マイクロメートルの近赤外の波長領域にあり、かつ、可干渉距離が２０マイクロメートル以下の広帯域光Ｐ１を発生する。この光は、部分干渉性を持つ低コヒーレンス光である。

その広帯域光Ｐ１は、集光レンズ２１ｂにより集光され、かつ、導光ファイバ２１ｃの入射端面２１ｄに集束され、この導光ファイバ２１ｃ内を伝播して光合成・分割部２２に導かれる。

光合成・分割部２２は例えばファイバカップラにより構成されている。導光ファイバ２１ｃに導かれた広帯域光Ｐ１は、この光合成・分割部２２により測定光Ｐ２と参照光Ｐ３とに分割される。

例えば、広帯域光Ｐ１はそのファイバカップラにより、その光量が１：１に分割される。測定光Ｐ２は測定光路としての導光ファイバ２１ｅに導かれる。参照光Ｐ３は、参照光路としての導光ファイバ２１ｆに導かれる。

その光合成・分割部２２は、光源部２１からの光の光路を測定光Ｐ２の光路と、参照光Ｐ３の光路とに分割する光分割部としての機能を有する。また、計測対象媒体としての記録材４からの反射・散乱光である測定光Ｐ２と参照光Ｐ３とを合成して合成光を生成する光合成部としての機能とを有する。

測定光学系２３は、コリメートレンズ２３ａと、ガルバノミラー（ガルバノスキャナ）２３ｂ、２３ｃと、コリメートレンズ２３ｄと、試料台２３ｅとを備えている。その試料台２３ｅには観察窓２３ｆが形成され、記録材４はその観察窓２３ｆに臨むように設けられている。

コリメートレンズ２３ａは導光ファイバ２１ｅの入射出射端面２１ｅ'に臨むように設けられている。このコリメートレンズ２３ａは導光ファイバ２１ｅから射出された測定光Ｐ２を集光して平行光束Ｐ４に変換する。その平行光束Ｐ４はガルバノミラー２３ｂ、２３ｃに導かれる。
なお、この図３においては、張力付与部材１，２、ロードセル８、変位センサ１０、制御部９は説明の便宜のため、捨象している。

ガルバノミラー２３ｂ、２３ｃは、ここでは、両方共に往復駆動され、これによって、後述する３次元の断層画像データが取得される。なお、いずれか一方のガルバノミラー２３ｂ、２３ｃを駆動することにすれば、一次元の断層画像が得られる。

その平行光束Ｐ４は、走査光としてコリメートレンズ２３ｄに導かれる。このコリメートレンズ２３ｄは、図４に拡大して示すように、走査光をスポット光Ｐ５に変換する役割を果たす。

この実施例では、平行光束Ｐ４の主光線がコリメートレンズ２３ｄの光軸に対して平行、すなわち、記録材４の表面４ａに対して垂直に入射する構成であるので、断層画像の正確な取得の容易化が図られる。

記録材４の表面４ａは、図４に拡大して示すように、観測窓２３ｆを通じてスポット光Ｐ５により二次元的に走査される。その図４において、矢印Ｚはコリメートレンズ２３ｄの光軸方向を示し、矢印Ｘ、Ｙはその光軸方向Ｚと直交する走査方向を示している。

吐出ノズル５は、記録材４に評価用試薬７を吐出する。評価用試薬７には、記録材４に対して浸透性を有する物質が用いられる。ここでは、この評価用試薬７は既述したように純水である。その吐出ノズル５は、記録材４に向けて評価用試薬７を液滴７ａとして定量的に吐出する役割を果たす。

記録材４に液滴７ａが付着すると、時間の経過に伴ってその液滴７ａが記録材４の内部に浸透する。その図４において、界面４ｄは記録材４の裏面４ｂに液滴７ａが付着した時刻をｔ１として時間がΔｔだけ経過した時刻ｔ２における浸透領域４ｃの界面を示している。

また、その図４において、界面４ｆは時刻ｔ１から時間Δｔ'（Δｔ'＞Δｔ）だけ経過した時刻ｔ３における浸透領域４ｅの界面を示している。浸透領域４ｃ、４ｅは液滴７ａが記録材４の裏面４ｂに付着してからの時間の経過に伴って広がると共に、その記録材４の厚さ方向に浸透し、浸透領域４ｃ、４ｅの深さが深くなる。その記録材４への液滴７ａの浸透状態の計測について後に詳述する。

なお、ここで、浸透領域４ｃ、４ｅとは記録材４の内部における空隙が評価用試薬７によって満たされた状態の領域をいう。また、界面４ｄ、４ｆとは記録材４の内部における空隙が評価用試薬７によって満たされた状態の領域（浸透領域４ｃ、４ｅ）と、記録材４の内部における空隙が評価用試薬７によって満たされていない状態の領域との境界面をいう。

スポット光Ｐ５は、その一部が記録材４の表面において散乱反射され、残りの一部は記録材４の内部に到達する。また、スポット光Ｐ５の一部は記録材４に吸収される。

その記録材４の内部に到達したスポット光Ｐ５は、その一部が浸透領域４ｃ（４ｅ）の界面４ｄ（４ｆ）において反射され、残りの一部はその界面４ｄ（４ｆ）において屈折され、その浸透領域４ｃ（４ｅ）の内部に到達する。

その浸透領域４ｃ（４ｅ）の界面４ｄ（４ｆ）で反射された反射光、その記録材４の表面４ａで反射された反射・散乱光は、コリメートレンズ２３ｄにより集光され、平行光束（戻り光ともいう）Ｐ４又は測定光Ｐ２としてガルバノミラー２３ｂ、２３ｃに導かれる。

そのガルバノミラー２３ｂ、２３ｃに導かれた測定光Ｐ２は、コリメートレンズ２３ａにより集束されて導光ファイバ２１ｅの入射出射端面２１ｅ'に導かれ、この導光ファイバ２１ｅを伝播して光合成・分割部２２に導かれる。

参照光学系２４は、コリメートレンズ２４ａ、２４ｂと参照ミラー２４ｃとを備えている。コリメートレンズ２４ａは導光ファイバ２１ｆの入射出射端面２１ｆ'に臨んでいる。

コリメートレンズ２４ａは入射出射端面２１ｆ'から射出された参照光Ｐ３を平行光束に変換する役割を果たす。この参照光Ｐ３はコリメートレンズ２４ｂにより集光されて、参照光Ｐ３を全反射する参照ミラー２４ｃに導かれる。

この参照ミラー２４ｃにより反射された参照光Ｐ３は、コリメートレンズ２４ｂにより集光され、元の光路を通ってコリメートレンズ２４ａに導かれる。そして、参照光Ｐ３はこのコリメートレンズ２４ａにより導光ファイバ２１ｆの入射出射端面２１ｆ'に集束され、この導光ファイバ２１ｆを伝播して光合成・分割部２２に導かれる。

導光ファイバ２１ｅにより光合成・分割部２２に導かれた測定光Ｐ２と導光ファイバ２１ｆにより光合成・分割部２２に導かれた参照光Ｐ３とは合成されて干渉光Ｐ６として導光ファイバ２１ｇを経由して干渉信号検出部２５に導かれる。

なお、ここでは、光合成・分割部２２から記録材４の表面４ａまでの光路長と光合成・分割部２２から参照ミラー２４ｃまでの光路長とは互いに等しいものとするが、記録材４の断層画像を取得できる範囲内でその光路長に差異を持たせても良い。

干渉信号検出部２５は、集光レンズ２５ａ、２５ｂ、光電変換部材２５ｃを備えている。その干渉光Ｐ６は導光ファイバ２１ｇの射出端面２１ｇ'から射出され、集光レンズ２５ａにより集光されて平行光束とされた後、集光レンズ２５ｂにより集束されて光電変換部材２５ｃに照射される。

その光電変換部材２５ｃは、その干渉光Ｐ６を光電変換する。その光電変換部材２５ｃにより光電変換された光電変換信号Ｓ１は信号処理制御部２６に入力される。

その信号処理制御部２６は、制御部２６ａと、信号処理部２６ｂと、記憶部２６ｃと、表示部２６ｄとを備えている。
制御部２６ａは、光源２１ａの発光制御と、ガルバノミラー２３ｂ、２３ｃの振動制御と、吐出ノズル５による液滴７ａの吐出制御と、光電変換信号の取得タイミング制御と、信号処理部２６ｂ、記憶部２６ｃ、表示部２６ｄの表示制御とを行う。

その制御部２６ａは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のハードウエアと、所定の制御プログラムとを備えている。信号処理部２６ｂは、光干渉断層法に従ったソフトウエアプログラムにより光電変換信号Ｓ１を処理し、光電変換信号Ｓ１に基づく画像強度データ（輝度データ）を用いて、記録材４の断層画像を構築する機能を有する。

（断層画像取得の基本原理）
光干渉断層法においては、光電変換部材２５ｃとして、分光素子とラインセンサからなる光検出素子が用いられる。
この光検出素子は、光源２１ａから射出された光の波長帯域の全域にわたるスペクトルを検出できる。

干渉光Ｐ６には記録材４の表面４ａ及び記録材４の内部からの戻り光である測定光Ｐ２と参照光Ｐ３とが含まれている。ここで、測定光学系２３の記録材４において、光合成・分割部２２から参照ミラー２４ｃまでの光路長と等しい光路長の位置からのみの戻り光が発生した場合を仮定すると、光検出素子においてスペクトル干渉光が観測される。

この状態において、光合成・分割部２２から参照ミラー２４ｃまでの光路長を固定したまま、測定光学系２３において、戻り光の発生する位置を光軸方向に変化させると光路差が生じる。すなわち、光合成・分割部２２から参照ミラー２４ｃまでの光路長と光合成・分割部２２から戻り光の発生する位置までの光路長とに差が生じる。そして、この光路差が増大するほど、干渉縞の間隔が狭くなる。
言い換えると、観測される干渉縞の間隔は、戻り光の発生位置によって決まる。

干渉光Ｐ６には、記録材４の表面４ａ及び記録材４の内部の各部位からの戻り光が合成されているので、観測されるスペクトル干渉光に基づく干渉縞の縞間隔もこれに応じたものとなる。

そのスペクトル干渉光による光電変換信号Ｓ１を信号処理部２６ｂにおいてフーリエ変換すると、干渉縞の間隔に応じてスペクトル分解され、これにより、戻り光の発生位置が特定される。

そのスペクトル干渉光の振幅は、戻り光の強度に対応して決定され、フーリエ変換後の信号（フーリエ変換信号）のスペクトル強度は、その発生位置からの戻り光の強度が大きいと大きくなる。

すなわち、ある戻り光の発生位置に対応するフーリエ変換信号のスペクトル強度が相対的に大きいということは、その戻り光の発生位置における反射又は散乱光の強度が相対的に大きいことを意味する。

したがって、フーリエ変換信号のスペクトル強度に応じて、戻り光の発生位置に対応する輝度分布を決定すれば、記録材４の厚さ方向の一次元断層画像を取得できる。
これらの処理を、ガルバノミラー２３ｂ、２３ｃを二次元的に走査しながら行えば、記録材４の二次元的な断層画像を得ることができる。

記憶部２６ｃは、その断層画像を時系列順に記憶する機能と、信号処理部２６ｂが信号処理を行うのに必要なソフトウエアプログラムを格納する機能を有する。また、記憶部２６ｃは、界面の推定に必要なデータ、浸透速度を計算するのに必要なデータ、例えば、断層画像のスケールや断層画像取得時刻等を記憶する機能をも有する。表示部２６ｄは少なくとも断層画像を表示する機能を有する。

この実施例では、記録材４の表面４ａに散乱抑制透明物体２７が設けられている。この散乱抑制透明物体２７には、記録材４に浸透しにくい物質、例えば、広帯域光Ｐ１に対して透明性の高い粘着性シートを用いる。

その理由は、記録材４の表面４ａからの反射や散乱を避けるためである。このような反射・散乱を避けることにより、透過光量の割合が増加し、断層画像のＳ/Ｎ比を向上させることができる。なお、粘着性シートには柔軟性を有する材料を用いるのが望ましい。

すなわち、記録材４の表面４ａからの散乱光、反射光等の戻り光が過度に大きい場合には、記録材４の内部に侵入するスポット光Ｐ５の光量が相対的に少なくなり、断層画像の構築の際に支障が生じるおそれがある。

これに対して、散乱抑制透明物体２７を記録材４の表面４ａに設けると、記録材４の表面４ａからの散乱自体が抑制されるため、記録材４の内部に導かれるスポット光Ｐ５の光量が増加する。

また、散乱抑制透明物体２７の表面２７ａからの反射・散乱光と記録材４の表面４ａからの反射・散乱光とは、表面４ａと表面２７ａとが離間しているので、分離が容易であり、したがって、記録材４の表面４ａからの戻り光に基づく画像強度のデータ取得が容易となる。

なお、散乱抑制透明物体２７を記録材４の表面４ａに張り付けるのが困難な場合、散乱抑制透明物体２７を用いる代わりに、記録材４の表面４ａを滑らかに仕上げ処理して、記録材４の表面４ａからの散乱光を減少させるようにしても良い。

このように、この実施例では、記録材４の表面４ａからの戻り光の強度を減少させることにより、記録材４の内部からの反射・散乱光がその記録材４の表面４ａからの戻り光に埋もれるのを防止でき、したがって、計測精度が向上し、断層画像を鮮明に構築できる。

（構造寸法変化の測定）
以下、この構造計測装置３を用いて得られた内部構造の変化を図５〜図８を参照しつつ説明する。

記録材４は、主として、パルプ等の繊維状構造体４ｐとこの繊維状構造体４ｐの隙間を充填する充填物質４ｑとから構成されている。図５〜図８にはその繊維状構造体４ｐと充填物質４ｑとが模式的に示されている。

繊維状構造体４ｐは、複雑に絡まり合って構成されているが、ここでは、模式的に記録材４の厚さ方向に対して直交する方向に延びる繊維体４ｐ'とこの繊維体４ｐ'に直交する方向に延びる繊維体４ｐ"とからなるものとして説明する。また、この図５〜図８には、繊維体４ｐ'、４ｐ"の配向方向も簡略化して示されている。

構造計測装置３は、図５に示すように、記録材４に張力を付与する前の断層画像Ｇ１を取得する。この図５に示す断層画像Ｇ１から記録材４の幅Ｗ₀、厚さｄ₀の評価領域内における繊維状構造体４ｐの直径φＤ₀、繊維状構造体４ｐの長さＬ₀、繊維状構造体４ｐが水平と為す角度（記録材４の表面４ａに対して繊維状構造体４ｐの配向角度）θ₀を測定する。

なお、記録材４の繊維状構造体４ｐには、主としてパルプ等の天然素材が用いられているため、繊維状構造体４ｐの直径φＤ₀、長さ（寸法）Ｌ₀、角度θ₀等を複数の任意の評価領域にわたって求め、これら値の分布状態を求める。

また、これらから、繊維状構造体４ｐの密度や、繊維状構造体４ｐの平均的配向方向を求め、これらを総合的に考慮して、記録材４のミクロな特性を評価する。これらのミクロな特性の結果として、記録材４のマクロ的な特性が発現される。

記録材４に張力を付加すると、図６に示すように、記録材４が張力を付加された方向に延びて変形する。
この張力の作用により、断層画像Ｇ１の評価領域が幅Ｗ₀、厚さｄ₀から幅Ｗ_T、厚さｄ_Tに変化する。
また、繊維状構造体４ｐの長さはＬ₀からＬ_Tに変化し、その直径はφＤ₀からφＤ_Tに変化する。

その図６では、その記録材４の張力の付加により張力付加方向と直交する繊維体４ｐ'と充填物質４ｑとの間に剥離が生じ、空隙４ｒが生じている状態が模式的に示されている。

このような場合、繊維体４ｐ'と直交する方向に延びる繊維体４ｐ"と充填物質４ｑとで、張力付与方向の荷重を負担することとなる。
記録材４に所定の張力を付加した状態で、張力付与部材１、２を固定し、所定時間（一定時間）Δｔだけ保持した状態が経過すると、図７に示すように、繊維体４ｐ"と充填物質４ｑとの間に空隙４ｓが生じる。また、記録材４の評価領域は幅Ｗ_Tから幅Ｗ_TΔ_tに変化し、厚さはｄ_Tからｄ_TΔ_tに変化する。

さらに、繊維状構造体４ｐの直径はφＤ_TからφＤ_TΔ_tに変化し、繊維状構造体４ｐの長さはＬ_TからＬ_TΔ_tに変化する。この記録材４の繊維体４ｐ"の長さの変化、繊維体４ｐ"と充填物質４ｑとの間の空隙４ｓの発生により、記録材４の伸びを保持するのに要求される荷重が減少する。これは、記録材４のマクロ的な特性としては応力緩和として現れるものである。

（記録材４に評価用試薬７を塗布した場合）
記録材４に張力を付与しない状態で、評価用試薬７としての純水を滴下すると、記録材４が膨潤し、記録材４の評価領域が図５に示す幅Ｗ₀から図８に示すように幅Ｗ_Wに変化し、図５に示す厚さｄ₀から図８に示す厚さｄ_Wに変化する。

また、繊維状構造体４ｐの直径は、図５に示す直径φＤ₀から図８に示すφＤ_Wに変化し、その長さはＬ₀からＬ_Wに変化する。この記録材４を膨潤させた状態で、記録材４に張力を付与することにより、図６、図７に対応する特性値を得ることができる。すなわち、内部構造の変化を可視化して測定できる。

（記録材４の特性の解析の一例）
図９は記録材４に付加する張力（荷重）と記録材４の伸び量（変位量）との関係を模式的に示す特性図である。

記録材４に荷重を加えて徐々に荷重を増加させると、図９の０−Ａで示すように記録材４の変位量が荷重に比例して増加する。この０−Ａを記録材４の弾性変形領域という。

記録材４に加える荷重が所定値Ｆｘ近傍のＡ点に達すると、記録材４の内部構造をミクロ的にみると剥離による空隙４ｒが生じ、加える荷重の変化に対して変位量が増大し、荷重を示すＡ点からＢ点（所定値Ｆｘ）の間で塑性変形領域（Ａ−Ｂ）となる。

ついで、記録材４に加える荷重を所定値Ｆｘに固定して、所定時間Δｔが経過すると、記録材４の内部構造をミクロ的にみると、剥離による空隙４ｓが生じ、記録材４の変位量が一定のまま徐々に記録材４に加わる荷重が減少し、応力緩和領域Ｂ−Ｃとなる。

ここで、記録材４に加える荷重を徐々に減少させると、記録材４の変位量が減少し、荷重を取り除いた状態で、記録材４は荷重を加える前の長さに対して一定量伸びた状態となる。その記録材４の荷重を取り除いたときに記録材４が縮む領域Ｃ−Ｄをスプリングバック領域という。
このスプリングバック領域の測定は、張力付与部材１、２に加える荷重を徐々に減少させ、その荷重の減少に伴う評価領域の幅Ｗ_TΔ_tの変化（縮み量）を測定することにより行う。

その弾性変形領域０−Ａの傾きにより記録材４のマクロ的なヤング率を求めることができ、応力緩和領域Ｂ−Ｃの時間変化により記録材４のマクロ的な応力緩和率を求めることができる。

記録材４に評価用試薬７を滴下して、記録材４に加える荷重を徐々に増加させて、図９に示すと同様の特性を求めると、図１０に示す特性図が得られる。

その図１０において、０−Ａ_Wはその弾性変形領域を示し、Ａ_W−Ｂ_Wは塑性変形領域を示し、Ｂ_W−Ｃ_Wは応力緩和領域を示し、Ｃ_W−Ｄ_Wはスプリングバック領域を示す。

記録材４に評価用試薬７を滴下すると、記録材４が膨潤して柔らかくなり、かつ、伸び易くなるため、加える荷重に対して記録材４の変形量は大きくなるから、ヤング率は小さくなる。また、記録材４の膨潤のため記録材４に加える荷重を除去したときの縮み量も小さくなるから、スプリングバック量も小さくなる。

（環境条件としての湿度の影響による記録材４の特性の取得）
評価用試薬７の滴下量を変化させて、記録材４の湿度データを取得することで、環境の湿度による記録材４の含水率の影響を評価することができる。また、各種の湿潤条件における引っ張り荷重と記録材４の変形量との関係データを取得し、図５〜図８に示す内部構造と引っ張り荷重と記録材４の変位量とを関連づけることにより、記録材４のマクロ的な特性とミクロ的な特性とを関連づけることができる。

図１１は、その記録材４のミクロ構造モデルを等価回路図で示したものである。この図１１において、ｋ１は張力付与方向に配向されている繊維状構造体４ｐの繊維が伸びる方向の弾性項、ｄ１はその繊維状構造体４ｐの粘性項である。また、ｋ２は張力付与方向と直交する方向に配向されている繊維状構造体４ｐの弾性項、ｄ２はその張力付与方向と直交する方向に配向されている繊維状構造体４ｐの粘性項である。また、ｋ３は充填物質４ｑの弾性項、ｄ３は充填物質４ｑの粘性項である。

これらの弾性項ｋ１、ｋ２、ｋ３、粘性項ｄ１、ｄ２、ｄ３は記録材４に引っ張り荷重を付与したときの記録材４の変位量と荷重との関係と、このときの記録材４の内部構造の変化とから求めることができる。

なお、記録材４の繊維状構造体４ｐは、記録材４の厚さ方向と直交する二軸方向（記録材４の縦方向及び横方向）に配向されているので、この両方向に引っ張り荷重を加えてミクロ的な特性を求めるのが望ましい。

また、記録材４を構成する繊維状構造体４ｐ、充填物質４ｑの組成、量、密度等に応じて、弾性項ｋと粘性項ｄとの組の個数を増減させることにより、モデルの複雑さと特性値の精度とのバランスをとることが望ましい。

（従来技術に対して有利な点）
記録材４は、その搬送方向に応じて変形方向が異なるため、従来の技術では、それぞれの変形方向に対して全ての環境条件で記録材４の変形に対する特性を評価する必要があった。

このような従来の評価では、記録材４の微細な構造のバラツキや不均一性、環境条件のバラツキ等の外乱因子が相互に影響し、開発に有用な特性値を取得することが困難であった。

その結果、全ての紙種、印刷モード及び環境条件における確認試験を省くには至っていない。
これに対して、本発明の実施例によれば、評価用試薬７を用いて環境依存性を模擬的に実現でき、記録材４のミクロ構造に対応づけてマクロ的な特性値を計測し、これに基づいて記録材４のマクロな特性値を評価できるので、効率的な製品開発を実現できる。

すなわち、本発明の実施例は、記録材４に張力を付与する前の構造を測定する構造測定ステップと、記録材４の外形寸法の測定後に記録材４に張力を付与する張力付与ステップとを含むものである。そして、張力付与ステップにより付与された張力を測定し、その張力に対応する記録材４の外形寸法及び構造を測定するものである。

記録材４に評価用試薬７を塗布して、各ステップを実行して張力を測定し、その張力に対応する記録材４の外形寸法及び構造を測定することにより記録材４の特性を評価すれば、記録材４のミクロ的な環境依存特性を測定できる。
記録材４に加える張力を増加させながら記録材４に張力を付与することにより、記録材４の外形寸法の変化量と構造の変化量とを測定することにすれば、記録材４のミクロ的なヤング率、マクロ的なヤング率を測定できる。

記録材４に加える張力を一定時間Δｔだけ保持した状態で記録材４に加えた荷重の変化を計測することにすれば、記録材４のマクロ的な応力緩和率を測定できる。
また、記録材４に加える荷重を除去した状態で記録材４の縮み量を測定することにすれば、記録材４の塑性変形率を測定できる。

更に、評価用試薬として純水とインク液等の二種類の液体を用いて環境依存特性の評価を行うことにすれば、片面にインク液等で印字されかつ他面が白紙の記録材４に印字を行う、いわば記録材４を裏紙で使用する場合の環境依存特性の評価も行うことができる。

また、この実施例では、評価用試薬７を用いて記録材４の含水率を変化させているが、本発明はこれに限られるものではない。
例えば、記録材特性測定装置全体を、温度と湿度とを管理可能な環境槽に設置し、記録材４を環境槽に一定時間放置して記録材４が環境槽に十分になじんだ状態のもとで、環境依存特性の測定を行うことにしてもよい。
この場合には、記録材４の含水率の測定が可能な含水率計測装置を用いて、含水率の測定を行うのが望ましい。

（実施例２）
（記録材特性測定装置の概略構成）
図１２、図１３は、本発明の実施例２に係る記録材特性測定装置の概略構成を示す模式図である。

実施例２は、本発明の実施例１に係る記録材特性測定装置に、湿度計測装置２００を備えるものである。その他の構成については、実施例１と同様であるので、説明を省略する。
湿度計測装置２００は、記録材４を介して吐出ノズル５と反対側に設けられている。

本実施例では、吐出ノズル５からの滴下量によって記録材４の含水分を変化させ、その際の記録材４の湿度を記録材４の近傍に設けられた湿度計測装置２００により計測する。この湿度計測装置２００を設けると、記録材４の環境変化の影響を定量的に評価することができる。
このように湿度計測装置２００を設けると、記録材４が搬送の際に詰まらないような最適な湿度を測定することができ、その適切な湿度を管理することも可能となる。

なお、本実施例において湿度計測装置２００は、記録材４を介して吐出ノズル５と反対側に設けられているが、評価用試薬７の浸透速度の影響が大きい場合などは、吐出ノズル５側や、記録材４を介して吐出ノズル５側とその反対側の双方に設けてもよい。
また、湿度計測装置２００の位置を固定する必要はなく、例えば、記録材４の面に並行に移動可能な位置に設けることで、評価用試薬７の塗布時や記録材４の内部構造観察時に退避可能な構成とすることも考えられる。

１、２…張力付与部材
３…構造計測装置
４…記録材
８…ロードセル（張力計測部材）
１０…変位センサ（外形寸法計測装置）
２００…湿度計測装置

特許第５２１２１６７号公報 特許第４８０３０１８号公報

Claims (11)

1. 記録材に張力を付与する張力付与部材と、
   前記記録材に付与する張力を計測する張力計測部材と、
   前記張力が付与された記録材の外形寸法を計測する外形寸法計測装置と、
   前記張力が付与された記録材の構造を計測する構造計測装置とを備えていることを特徴とする記録材特性測定装置。
2. 請求項１に記載の記録材特性測定装置において、
   前記記録材の湿度を計測する湿度計測装置と、
   前記記録材に浸透性を有する物質を塗布する塗布手段とを備えていることを特徴とする記録材特性測定装置。
3. 請求項２に記載の記録材特性測定装置において、
   前記塗布手段によって前記記録材に浸透性を有する物質を塗布した後に、少なくとも、前記張力付与部材によって付与する張力を変化させ、その変化に対応する前記記録材の外形寸法及び構造を計測するか、又は、前記記録材の外形寸法を固定し前記記録材に作用する張力及び前記記録材の構造を計測することを特徴とする記録材特性測定装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載の記録材特性測定装置において、
   前記塗布手段によって前記記録材に塗布する浸透性を有する物質が少なくとも二種類であることを特徴とする記録材特性測定装置。
5. 請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の記録材特性測定装置において、
   前記湿度計測装置は前記記録材の面と並行に移動可能であることを特徴とする記録材特性測定装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の記録材特性測定装置において、
   前記構造計測装置が光干渉断層法を用いて画像を取得する光干渉計装置から構成されていることを特徴とする記録材特性測定装置。
7. 請求項２ないし請求項６のいずれか１項に記載の記録材特性測定装置において、
   前記構造計測装置は、前記張力の付与の前後における前記記録材の湿度に応じた記録材の構造を計測することを特徴とする記録材特性測定装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の記録材特性測定装置において、
   前記張力付与部材によって付与する張力を変化させ、その変化に対応する前記記録材の外形寸法及び構造を計測し、
   前記記録材の外形寸法を固定し前記記録材に作用する張力及び前記記録材の構造を計測することを特徴とする記録材特性測定装置。
9. 記録材に張力を付与する前の構造を測定する構造測定ステップと、
   前記記録材の外形寸法の測定後に前記記録材に張力を付与する張力付与ステップとを含み、
   前記張力付与ステップにより付与された張力を測定し、該張力に対応する前記記録材の外形寸法及び構造を測定することを特徴とする記録材特性測定方法。
10. 請求項９に記載の記録材特性測定方法において、
    前記記録材に加える張力を保持した状態で前記記録材に加えた荷重の変化を計測することを特徴とする記録材特性測定方法。
11. 請求項９又は請求項１０に記載の記録材特性測定方法において、
    前記記録材に加えた荷重を除去した状態で前記記録材の縮み量を測定することを特徴とする記録材特性測定方法。