JPH03218438A - 灰分及び塗工量の測定方法及び測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は灰分及び塗工量の測定方法及び測定装置に関す
る。さらに詳細には、紙、プラスチック試料に対してヘ
リウムガス雰囲気中で適当な異なるエネルギーのＸ線を
照射し、その強度減衰をリアルタイム検出器を使って測
定することにより、試料中の灰分及び塗工量を正確かつ
迅速に高解像度で測定する方法及び装置に関する。

【従来の技術及び課題】

紙、プラスチック試料に含まれる無機顔料即ち灰分や、
試料に塗抹された無機顔料の塗工量は試料の強度特性、
光学特性、印刷適性等と密接な関係があるため非常に重
要である。このためこれまでに試料中の灰分や試料に塗
抹された無機顔料の塗工量を測定するいろいろな方法が
開発されてきた。紙、プラスチック試料中の灰分を測定
する方法としては、試料を坩堝に入れて燃焼炉中で燃焼
させ、残った灰の重凝を測定する燃焼重量法や、試料に
Ｘ線を照射して試料中の無機顔料に含まれる金属元素の
特性Ｘ線を発生させ、その特性Ｘ線の強度から灰分を求
める蛍光Ｘ線法（例えば特開昭５６−３７５４３号公報
）等が使用されてきたしかしこれらの方法のうち燃焼重
量法は燃焼時の無機物中の結晶水の遊離、燃焼後の灰分
の吸湿及び飛散等の問題や燃焼炉の加熱、温度保持、冷
却等に長時間を必要とする等の問題がある。また蛍光Ｘ
線法は試料中の灰分量が多いかあるいは試料の坪量が大
きい場合には、試料自身による特性Ｘ線の内部吸収のた
めに定量精度が低下するので、これを補正するために試
料とほぼ同じ組成を持った灰分盪既知の標準試料を調製
して検量線を作成する必要がある。 また紙、プラスチック試料に塗抹された無機顔料の塗工
量を測定する方法としては、前記の燃焼重量法や蛍光Ｘ
線法の他に塗工前後の試料の重電を測定し、その差から
塗工殴を求める方法、塗工前後の試料にβ線あるいはＸ
線を照射して減衰率を測定し、その差から塗工置を求め
る方法、塗工後の試料にβ線とＸ線を照射してそれぞれ
の減衰率を測定し、その差から塗工量を求める方法（例
えば特開昭５９−９９３３９号公報）、塗工後の試料に
エネルギーの異なるＸ線を照射してそれぞれの減衰率を
測定し、その差から塗工量を求める方法（例えば特開昭
５５−１０９９２８号公報）等が使用されてきた。しか
しこれらの方法のうち燃焼重量法と蛍光Ｘ線法について
は前記のような問題点がある。塗工前後の重量差を測定
する方法は、塗工前後の試料の同一部分を必要とするた
め実験室的な試験試料には使用可能であるが、実際の塗
工機で製造された製品に対しては使用が困難である。塗
工前後のβ線やＸ線の減衰率の差から塗工量を求める方
法は主に塗工機上で使用されるが、この方法では正確な
塗工量を求めるために塗工前後の試料の同一位置での測
定が不可欠である。 これを達成するためには複雑なシステムのシーケンス処
理が必要になる。塗工後の試料のβ線とＸ線の減衰率の
差から塗工量を求める方法では、β線とＸ線の２種類の
線源とそれに対応する２つの検出器を必要とするためシ
ステムが高価になる。 またこれまでに開発された塗工後の試料にエネルギーの
異なるＸ線を照射してそれらの減衰率の差から塗工殴を
求める方法では、Ｘ線の検出器としてＸ線フィルムを使
用するため、現像処理や画像濃度のディジタル化等に長
時間を必要とし、さらに使用するＸ線のエネルギーが低
いため、空気によるＸ線の吸収が大きく、露光時間が非
常に長くなる問題がある。 本発明の目的は上記のような従来の方法の問題点を解消
し、安価で正確かつ迅速な解像度の高い、紙、プラスチ
ック試料の灰分及び塗工量の測定方法及び測定装置を提
供することである。

【課題を解決するための手段】

本発明は、Ｘ線管を使用して紙、プラスチック試料中の
無機顔料に含まれる金属元素のエネルギー吸収端よりも
高いエネルギーと低いエネルギーを持つＸ線をヘリウム
ガス雰囲気中において試料の試験領域に照射し、試験領
域の後方に置かれたノアルタイム検出器により試料の試
験領域におけるそれぞれのエネルギーのＸ線の減衰率を
測定し、試料中に含まれる灰分及び試料に塗抹された無
機顔料の塗工量を求めるためにＸ線の減衰率を処理する
方法及び装置である。 以下図面に示す本発明装置の実施例に基づき本発明を詳
細に説明する。第１図はヘリウムガス雰囲気中で試料に
エネルギーの異なるＸ線を照射し、各々のＸ線の減衰率
から試料中の灰分及び試料に塗抹された無機顔料の塗工
量をリアルタイムで測定する装置の例を示している。露
光チャンパー１中に低エネルギーＸ線に感度を持つリア
ルタイム検出器２を置き，広い面積を測定するために前
記リアルタイム検出器の上方に置かれた可動式試料台３
に試料４を固定する。次に真空ボンプ５によって露光チ
ャンパー１を排気した後、ガスボンベ６から供給される
ヘリウムガスで露光チャンパー１を満たす。高電圧発生
装置７により高電圧を、また冷却装置８により冷却水あ
るいは油を供給されたＸ線管９により、試料４中の無機
顔料に含まれる金属元素のエネルギー吸収端よりも高い
エネルギーと低いエネルギーを持つＸ線を試料４の試験
領域に照射する。試料４を透過したＸ線はリアルタイム
検出器２により測定され、Ｘ線透過強度情報は電気信号
に変換されて線１０に沿ってフレームメモリ１１に送ら
れ一時的に保存された後、線１２に沿ってデータ処理用
コンピュータシステム１３に転送され、試料中の灰分及
び試料に塗抹された無機顔料の塗工量を求めるために処
理される。本発明において使用可能な低エネルギーのＸ
線に感度を持つリアルタイム検出器としては、電離箱、
ＧＭ管、比例計数管、シンチレーションカウンター、各
種半導体検出器、フォトダイオードアレー、ＣＣＤのほ
かＣｓｌ　、２ｎＳ等の蛍光板とフォトマルチプライヤ
ーやＴＶカメラを組み合わせた検出器等があるが、試料
の広い面積を高解像度で測定するためには、フォトダイ
オードアレーＣＣＤ等の位置検出機能を持った検出器あ
るいは蛍光板とフォトマルチプライヤーやＴＶカメラを
組み合わせた検出器の使用が望ましい。試料に低エネル
ギーのＸ線を照射する際にヘリウムガス雰囲気を使用す
るのは、低エネルギーのＸ線がＸ線管と試料の間に存在
する空気により吸収されることを防ぎ、試料に対する単
位時間当りのＸ線照射量を高めて測定時間を短縮するた
めである。第２図はＸ線管と試料の間隔を４５ａｎと仮
定した時、その間に空気あるいはヘリウムガスが存在す
る場合のＸ線の透過率を示しているが、例えば４ｋｅＶ
のエネルギーのＸ線については、１気圧のヘリウムガス
が存在する場合には１気圧の空気が存在する場合に比べ
て透過率が約９３倍になるため、測定時間を大幅に短縮
できる。また露光チャンバー内のヘリウムガスの置換速
度を高めるためには、露光チャンバーを真空ポンプで排
気した後、ヘリウムガスを露光チャンバーに導入するの
が望ましい。本発明によれば、試料中の灰分および試料
に塗抹された無機顔料の塗工量を測定するために、無機
顔料に含まれる金属元素のエネルギー吸収端よりも高い
エネルギーと低いエネルギーを持つＸ線を試料に照射す
る。これはエネルギー吸収端において各元素のＸ線質置
吸収係数が大きく変化する性質を利用して以下の様に試
料中の灰分および試料に塗抹された無機顔料の塗工員を
測定するためである。即ち無機顔料に含まれる金属元素
のエネルギー吸収端をＥａ，異なるエネルギーＥ１、Ｅ
ｈ（Ｅｌ＜Ｅａ，　Ｅｈ＞Ｅａ）のＸ線の入射および透
過Ｘ線の強度を各々Ｉ　（ｌ［＋ｌ　　　Ｉ　ｏｌ．ｈ
およびＩｌｌ、ＩＥｈとし、それらのＸ線に対する原紙
および無機顔料の質量吸収係数を各々μ，８１、μ，、
およびμ２８１、μ２！ｈ（イ／ｇ）とすると、坪量Ｗ
１（ｇ／　ｒｄ）の原紙にＷ２　（ｇｌ　ｒｄ）の無機
顔料が充填あるいは塗抹されている場合、次の式が成り
立つ。 １式１］ Ｉｌ！ｔ＝Ｉｎｐｔ　　　ｅＸｐ（−μ＋Ｉ！ＩＷｔ一
μ２ｐ＋Ｗ２）［式２］ Ｉｐｈ＝Ｉｏｔｈ　　　ｅ！ｐｆ−μ＋ＥｈＷ＋一μ２
ＩｌｈＷ２）［式１］及び［式２］は次のような行列式
に変形される。 ［式３］ ［式３］をｗｌ、ｗ２について解くと次式力く得られる
。 ここで各々の物質を構成する元素の数をＮとすると、原
紙および無機顔料の質量吸収係数は各構成元素の質量吸
収係数μ。，（１・１，２，・・，ｎｌ　と重量分率ｆ
，（１・１，２，・・，ｎ）を用いて次の一般式から計
算される。 ［式５］ μ＝　　Σ　　μ・．ｆ １ 但し、 Ｕ式６１ Σ　　ｆ．＝１ また、入射および透過Ｘ線の強度は、リアルタイム検出
器の前面に試料を置いた場合と置かない場合の各々のリ
アルタイム検出器の出力から次のようにして求められる
。Ｘ線強度１とリアルタイム検出器出力■の間には一般
に次式の様な直線的関係かあると仮定する。 ［式７］ ■＝■閃十ｋｌ 但し、Ｖｃｘ３はＸ線強度が０の時のリアルタイム検出
器出力、ｋは定数である。［式７コは次のように変形さ
れ、 ［式８］ ■＝ｖ■ ■　＝ ｋ これを［式４］に代入することによりｗ，、ｗ２？求め
られる。ここで［式４Ｊか解を持つ条件は、μ１■μ２
，，一μ２Ｉ！１　μ１，ｈの値か０にならないことで
あり、この条件は第３図に示した様に試料中の無機顔料
に含まれる金属元素のエネルギー吸収端よりも高いエネ
ルギーと低いエネルギーを持つＸ線を使用することによ
り達成される。本発明において使用される低エネルギー
Ｘ線のエネルギー範囲は１ｋｅＶから１０ｋｅＶ程度で
あり、この様な低エネルギーのＸ線は、ターゲット物質
としてＣａＳＳｃ，　Ｔｉ、Ｖ　，　Ｃ＋，　Ｍｎ，　
Ｆｃ，　ＣｏＳＮｉ、Ｃｕ，Ｗ等を持つＸ線管により容
易に発生される。 本発明により測定可能な無機顔料としては、クレー、炭
酸カルシウム、タルク、サチン白、酸化チタン、石膏、
石綿、シリカ、炭酸マグネシウム、アルミナ、酸化亜鉛
、硫化亜鉛、鉛白、硫酸鉛、酸化アンチモン、硫酸バリ
ウム、炭酸バリウム、酸化鉄等がある。また本発明によ
り測定可能な試料としては、印刷用紙、コート紙、複写
用紙、模造紙、更紙、クラフト紙、板紙、ホール紙、新
聞紙、塗工用原紙、感熱紙、ノーカーボン紙、ノンウー
ブン紙、写真用紙等の紙や、ポリエチレン、ボリブロピ
レン、ボリスチレン、脂肪族ポリエステル、芳香族ポリ
エステル、ポリエチレンオキサイド、ポリ塩化ビニル、
ポリ塩化ビニリデン、ポリイソプレン、ポリアクリル酸
アルキルエステル、ポリカーホネート、脂肪族ボリアミ
ド、芳香族ボノアミド、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルア
ルコール、ポリビニルアルキルエーテル、ポリアクリロ
ニトリル、ポリアミド、セロファン、カルボキシメチル
セルロース、酢酸セルロース、硝酸セルロース、ゼラチ
ン、カゼイン等のフィルムがある。

【実施例】

本発明において試料中の灰分及び試料に塗抹された無機
顔料の塗工員を測定するために使用された装置と測定例
を以下に説明するが、本発明は特にこの範囲に限定され
るものではない。 実施例Ｉ ＣｕターゲットＸ線管と油冷却装置を装備したソフテッ
クスＣＭＲ特型Ｘ線発生装置内にＴｈａｍｓ＋＋ｎＴ｝
１９５８３　　Ｘ線リニア検出器吉可動式試料台を装着
し、坪＠４８．　０ｇ／ｒｒｆの新聞用紙に炭酸カルシ
ウム／′クレー／ＳＢＲラテックス／′酸化澱粉−５０
／５０／１０／５Ｗ１％なる配合の塗液を塗工量かｌＯ
ｇ／ｒｒ？になるように塗抹した試料を５０ｍｍＸ５［
１ｍｍのサイズに裁断し、この試料を可動式試料台に固
定した。Ｘ線露光チャンバー内をヘリウムガスで満たし
た後、Ｘ線管電圧３９及び４．５　ｋｅＶ　、エミッシ
ョン電流３ｍＡの条件で試料を移動させながらＸ線を照
射し、各Ｘ線エネルギーにおける試料によるＸ線の減衰
強度をＸ線リニア検出器により測定した。Ｘ線の減衰強
度データは一時Ｔｈｏｍｓｏｎ　Ｔ［ｆＸｌｌ）８０フ
レームメモリに蓄えられた後、ＩＢＭ　ＰＳ／２　　パ
ーソナルコンピュータに送られた。この装置では０．　
４５ｗ　Ｘ　Ｑ．　．６　Ｍｎのサイズの検出エレメン
トを５１２個直線的に並べたリニアアレータイプの検出
器を使用し試料を検出器のアレーと垂直方向に移動させ
ながら測定しているので、Ｘ線の減衰強度データは試料
の０．４５ｍｍＸｌ）．６ｍのサイズの各点におけるＸ
線の減衰強度を示す画像データとして取り扱うことが可
能である。各エネルギーのＸ線の減衰強度から先に詳述
した方法により試料の０．　４５ｍｍ　：＜　０．　６
　ｍｍのサイズの各点について塗工量を計算して結果を
画像データの形でパーソナルコンピュータのＣＲＴ上に
表示し、第４図に示すように写真に撮影した。ここで試
料中の各点の塗工員は各々２５６段階の濃度値で示され
ており、塗工置が高いほど濃度値が高く、白く表示され
ている。 第４図から本発明による方法を使用すると、試料中の大
きな面積の平均塗工量だけでなく、試料の微小な面積中
の塗工量も高解像度で測定が可能であることか分かる。 実施例２ 灰分として炭酸カルシウムを各々６、１３、１９、２４
　ｇ／　ｆｆｌ含む坪量約６０ｇ／ｒｒｆの中性上質紙
試料（試料イ、口、ハ、二）をＩｏＯｍｍＸ　１００　
ｍｍのサイズに裁断し、この試料について実施例１と同
じ装置及び条件で試料中の各点における灰分量を測定し
た後、これらを平均して各試料の平均灰分量を求めた。 この方法により測定した各試料の灰分量と測定時間は表
１に示した通りである。 比較例１ 実施例２で用いた各試料について燃焼重置法により測定
した灰分量と測定時間は表１に示した通りである。 表１ 表１から本発明による方法を使用すると、従来から一般
的に使用されてきた燃焼重量法に比べて１／１０以下の
測定時間で燃焼重量法と同程度の正確な灰分量が得られ
ることが分かる。 実施例３ 坪量５０ｇ／ｄの親水化表面処理されたＰＥＴフィルム
上に炭酸カルシウム／ＳＢＲラテックス／酸化澱粉−１
００／ＩＱ／５ｗ　ｔ％なる配合の塗液を塗工量が６、
８、１０、１２ｇ＃＋１’になるように塗抹した試料（
試料ホ、へ、ト、チ）をＩｎ　ｍｍＸ　１０Ｇ　＋ｎｍ
ノ＋｛ズに裁断し、これらの試料について実施例１と同
じ装置及び条件で試料中の各点における塗工置を測定し
た後、これらを平均して各試料の平均塗工看を求めた。 この方法により測定した各試料の塗工敬と測定時間は表
２に示した通りである。 比較例２ 実施例３で用いた各試料について燃焼重量法により測定
した塗工量と測定時間は表２に示した通りである。 （以下余白） 表２ 表２から本発明による方法を使用すると、従来から一般
的に使用されてきた燃焼重量法に比べて１／１０以下の
測定時間で燃焼重量法とほぼ同じ正確な塗工量が得られ
ることが分かる。

【発明の効果】

本発明により安価な装置を用いて紙、プラスチック試料
の灰分及び塗工量の測定が迅速かつ正確に高解像度で行
えるようになった。

【図面の簡単な説明】 第１図はヘリウムガス雰囲気中で試料にエネルギーの異
なるＸ線を照射し、各々のＸ線の減衰率から試料中の灰
分及び試料に塗抹された無機顔料の塗工歇をリアルタイ
ムで測定する装置の図例である。 第２図は空気あるいはヘリウムガスがＸ線管乏試料の４
５鼾の間隔中に存在する場合の異なるエネルギーのＸ線
の透過率を示している。 第３図は異なるエネルギーのＸ線に対する紙試料中の各
成分の質量吸収係数を示している。 第４図は無機顔料を含む塗工液を塗抹した新聞用紙試料
における塗工量の分布状態をコンピューターのＣ　Ｒ．
　Ｔ上に表示したものを撮影した写真である。 １：露光チャンバー、２：リアルタイム検出器、３：可
動式試料台、　４・試料、 ５：真空ポンプ、　　６・ガスボンベ、７：高電圧発生
装置、８・冷却装置、 ９：Ｘ線管、　　　　　１０：線、 １１：フレームメモリ、１２：線、 】−３＝データ処理用コンピュータシステム第１図 ０ ２ ４ ６ ８ １０ １２ Ｘ線エネルギー （ｋｅＶ） 第２図 第３図 第・１図 手続補正書（自発） 平成　２年　３月３０日 １．事件の表示平成　２年特許願第　１４６８３号２．
発明の名称 灰分及び塗工量の測定方法及び測定装置３．補正をする
者 事件との関係　　特許出願人 廿　（６００）　２４８１ ４． ５． 補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄 補正の内容 １．事件の表示 平成 ２年 特許願第 １４６８３号 ２．発明の名称 灰分及び塗工量の測定方法及び測定装置浦正をする者 事件との関係

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、紙、プラスチック試料に充填あるいは塗布された無
   機顔料に含まれる金属元素のエネルギー吸収端よりも高
   いエネルギーと低いエネルギーを持つＸ線をヘリウムガ
   ス雰囲気中で前記試料に照射して前記Ｘ線の前記試料に
   よる減衰強度をリアルタイム検出器により測定し、この
   Ｘ線の減衰強度水準から前記試料に充填あるいは塗布さ
   れた無機顔料の量を測定することを特徴とする灰分及び
   塗工量の測定方法。 ２、紙、プラスチック試料に充填あるいは塗布された無
   機顔料に含まれる金属元素のエネルギー吸収端よりも高
   いエネルギーと低いエネルギーを持つＸ線を発生するＸ
   線管、前記Ｘ線を前記試料に照射する際にヘリウムガス
   雰囲気を供給するＸ線露光室、前記Ｘ線の前記試料によ
   る減衰強度を測定するためのリアルタイム検出器、前記
   リアルタイム検出器から出力される前記Ｘ線の減衰強度
   水準を前記試料に充填あるいは塗布された無機顔料の量
   に変換するためのデータ処理装置からなる灰分及び塗工
   量の測定装置。