JPH05209819A

JPH05209819A - 表面エネルギーの測定方法

Info

Publication number: JPH05209819A
Application number: JP26467992A
Authority: JP
Inventors: Gerhard Arlt; アールトゲルハルト; Bertram Dr Rapp; ラップベルトラム
Original assignee: A F S ENTOBITSUKURUNGUSU FUERU; A F S ENTOBITSUKURUNGUSU FUERUTORIIBUSU GmbH; AFS ENTWICKL VERTRIEBS GmbH
Current assignee: A F S ENTOBITSUKURUNGUSU FUERU; A F S ENTOBITSUKURUNGUSU FUERUTORIIBUSU GmbH; AFS ENTWICKL VERTRIEBS GmbH
Priority date: 1991-10-04
Filing date: 1992-10-02
Publication date: 1993-08-20
Also published as: DE4132950C1; EP0535517A2; EP0535517A3

Abstract

(57)【要約】【目的】箔の表面エネルギーを連続的に簡単に測定す
る方法を提供する。【構成】表面力を測定することによって一方向（４）
に移動する箔の表面エネルギーを測定する方法であっ
て、表面力を測定するために少なくとも第一ローラー
（１）上にそして次にガイドユニット上に箔（３）を導
き、該第一ローラーと該ガイドユニットとの間で最も短
い可能な箔の通路（７）からの実際の箔の通路（８）の
偏差を少なくとも１点において測定し、そして該第一ロ
ーラー（１）と接触する箔（３）の側の表面エネルギー
の測定値として該偏差を使用することを特徴とする方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一方向に移動する箔の
表面エネルギーを、表面力の測定により測定する方法に
関する。本発明は特に、高エネルギー処理によって影響
される箔の表面特性を測定手段により決定する方法に関
する。以下においてポリマー箔についてのみ言及する
が、本発明に他のウエブ材料の表面特性を測定手段によ
って決定するためにも同様に使用することができる。こ
れらは例えば紙又は金属から成る。

【０００２】箔、特にポリオレフィルから製造されたも
のは、それらの製造の後比較的わずかな表面エネルギー
を有する。これは例えばその表面上に置かれた１つの液
滴の球状外観により知覚される。多くの場合、特に包装
工等において、これらの表面はインクにより印刷される
か又は接着剤で被覆されると予想される。このことは、
表面の低い表面エネルギーによりその揆水性の結果とし
て、直接行うことができない。被覆液又はインクは表面
上のビーズを形成し、そして一緒になって滴を形成す
る。

【０００３】プラスチック箔を湿潤性又は印刷許容性に
するためにはその表面エネルギーを上昇させなければな
らない。このことは通常表面の高エネルギー処理により
行われる。例えば、箔を強力な紫外線で照射し、火炎処
理し、又はプラズマ環境に暴露する。広く一般に行われ
ておりそして箔製造工程に組み込まれ得る１つの方法は
コロナ処理である。この場合、押出器又はローラーから
直接来る箔は、その全長にわたって伸びるコロナ放電の
中を通過する。

【０００４】この種の高エネルギー処理のため、箔は湿
潤性で且つ印刷適性となる。この印刷適性の程度を測定
するための非常に一般的な方法はいわゆる試験インクを
用いて行われる。試験インクは特定の表面張力を有する
液体である。測定のためには、試験されるべき箔に低下
する界面活性を有する複数の試験インクを次々に付着さ
せる。正しい値が得られるまで線を引いて滴を形成せし
める。現在の定義によれば線は少なくとも２秒間保持さ
れなければならない。次に、この試験インクの表面張力
が箔の所望の界面エネルギーを生成する。

【０００５】この方法は満足すべき測定結果を与える
が、非常に不便である。実際、技術者は規則的なできる
だけ短かい間隔で、進行する箔に対してこの測定を行
う。試験インクの挙動を評価するため、技術者は箔にそ
って動かなければならず、このことは、数メートル／秒
の箔速度及び種々のインクの逐次適用にあたっては非常
に便利でありそして時間を要する。しかも、箔はこの方
法における試験インクにより汚れ、これはしばしばその
後の使用を妨げる。しかしながら、処理された箔の表面
エネルギーが所望の価を有するように前処理装置、すな
わち例えばコロナ発生器の性能を設定するために、前処
理の期間中の連続測定が必要である。

【０００６】

【従来の技術】ＤＥ−ＯＳ２２２５９４６は、材料の表
面の接着性の連結的相対的測定のため、特にポリマーフ
ィルムのコロナ処理における使用のための器機を記載し
ている。この装置はコロナ発生器を制御する制御器及び
この制御器に付加された２個のプローブから成る。ポリ
マー箔がコロナ処理装置を通過する前又は後にこれらの
プローブが適用される。これらのプローブのそれぞれの
測定された値を加工してコロナ発生器を制御するための
結果を得る。コロナ処理の間に変化する材料温度、又は
静電的張力又は力が測定された変数として記録される。

【０００７】ＤＥ−ＯＳ２２２５９４６に記載されてい
る方法は、幾つかの理由により、表面エネルギー、又は
コロナ処理による生ずる箔の表面エネルギーの差異を測
定するために適当でない。表面エネルギーを測定するた
めの実際の問題、すなわちセンサーの構造の記載は存在
しない。箔の表面エネルギーの変化及びその温度の上昇
との間に定義できる関連が存在しないので、記録される
温度速度は適当でない。静電張力又は力の測定によって
表面エネルギーの変化を確かめることは適当な方法では
ない。なぜなら、このために必要な非常に鋭敏な方法
を、高速箔及び多くの電磁気的攪乱を伴う製造環境にお
いて使用することができないからである。

【０００８】ＤＥ３２１６０５３Ａ１は加工機械におい
て材料変形を測定するための光電子測定法を記載してお
り、この方法においては、光ビーム、例えばレーザービ
ームが加工された材料上で反射し、そして例えばダイオ
ードラインカメラにより検出される。検出器により測定
される光ビームの位置は材料の変更についての測定であ
る。検出器の出力がマイクロプロセサーに供給され、次
にこのマイクロプロセサーは変形具を制御する。いかに
材料の変形が光学的に見出できるかはＤＥ３２１６０５
２Ａ１に見られるが、しかしこれは、この様な方法が箔
の表面エネルギーを測定するために使用され得ることを
示すものを含まない。

【０００９】米国特許Ｎｏ．４，９１０，６８８は幾つ
かの検出器による材料ウエブの材料特性の同時測定のた
めの方法及び装置を記載している。米国特許Ｎｏ．４，
９０１，６８８は表面エネルギーを測定するための何ら
の示唆も与えていない。ＤＥ−ＡＳ１０１２７６０は２
つのドラムの間で下がる紙ウエブを記載している。さら
に、このたれ下がりを測定するための電気的ピックアッ
プを記載している。しかしながら、この場合も箔の表面
エネルギーを測定するためにそれを使用することを示し
ていない。

【００１０】

【発明の概要】従って本発明は、表面力を測定すること
によって一方向（４）に移動する箔の表面エネルギーを
測定する方法であって、表面力を測定するために少なく
とも第一ローラー（１）上にそして次にガイドユニット
上に箔（３）を導き、該第一ローラーと該ガイドユニッ
トとの間で最も短い可能な箔の通路（７）からの実際の
箔の通路（８）の偏差を少なくとも１点において測定
し、そして該第一ローラー（１）と接触する箔（３）の
側の表面エネルギーの測定値として該偏差を使用するこ
とを特徴とする方法を提供しようとするものである。

【００１１】本発明はさらに、一方向に移動する箔
（３）の表面エネルギーを表面力の測定により測定する
方法であって、表面力を測定するために該箔（３）を該
箔（３）の速度とは異なる周速度を有する第一ローラー
（１）上に導き、該箔（３）と該第一ローラー（１）と
の間の滑り摩擦力を測定し、そして該第一ローラー
（１）と接触する箔（３）の側の表面エネルギーの測定
値として該滑り摩擦力を用いることを特徴とする方法を
提供する。

【００１２】本発明はまた、一方向に移動する箔（３）
の表面エネルギーを表面力の測定により測定する方法で
あって、表面力を測定するために、該箔（３）を試験片
（１９）の表面にそって摩擦するように滑らせ、そして
該箔の方向と平行に作用し且つ該箔（３）から該試験片
（１９）に伝達される滑り摩擦力を測定しその測定値を
該試験片（１９）と接触する箔（３）の側の表面エネル
ギーの測定値として使用することを特徴とする方法を提
供する。

【００１３】

【具体的な説明】次に、図面に言及しながら本発明をさ
らに具体的に説明する。本発明の第一の態様を図１及び
図２に示す。図１は２つのローラー、すなわち第一ロー
ラー１及び第二ローラー３、並びにこれらの上を通る箔
３の断面を示す。この箔３の動く方向を矢印４により示
す。通常、ローラー１及び２はそれらの周速度が箔３の
通過速度と同一となる回転速度で回転する。この回転の
動きは矢印５及び６で示される。第一ローラー１は測定
ローラーとして使用され、他方第二ローラー２はガイド
ローラーとして使用される。

【００１４】第一ローラー１と箔表面との間に牽引相互
作用が存在しなければ、箔は破線で示されるように、２
個のローラー１及び２の上を最も短い可能な箔の通路７
を通って動くであろう。２個のローラー１及び２の間
で、この箔通路７はローラー１及び２の両者に共通の接
線を有する直線である。しかしながら、第一ローラー１
と箔表面との間に牽引相互作用が存在すれば、箔３は、
点９で示される最も早い可能な点において第一ローラー
を離れないであろう。

【００１５】むしろ、それは点９の後においても第一ロ
ーラーの表面に付着し続け、そして臨界点１０において
前記ローラー１から離れるであろう。点１０の正確な位
置はローラー１及び箔３の表面の仕上がり並びに引取り
力により影響されるであろう。箔３は本質上点１１にお
いて第二ローラー２に再び達しなければならないから、
それはローラー１及び２の間に曲った実際の箔通路８を
有する。

【００１６】引取り力が一定に保持されそしてローラー
１の表面上で変化がなければ、ローラー１及び２の間の
最も短い可能な箔の通路７からの実際の通路８の偏差
は、箔の表面エネルギーの測定値である。第一ローラー
１の表面への箔３の付着は、Ｖａｎ−ｄｅｒ−Ｗａｏｌ
ｓ力である分散力（ｄｓｐｅｒｓｉｖｅｆｏｒｃｅ
ｓ）に帰せられる。さらに双極子力（ｄｉｐｏｌｏｒ
ｆｏｒｃｅ）も付着中に役割を演じ得る。

【００１７】ともかく、箔３の表面上又は第一ローラー
１上に遊離電荷が存在しないことに注意すべきである。
これらの遊離電荷は、存在すれば、静電的吸引力のため
に測定結果を害するかも知れない。箔３の表面エネルギ
ーが高くなるに従って、この箔が第一ローラー１に付着
する距離が長くなる。従って、他のパラメーターがすべ
て一定に保持された場合、実際の箔の通路８は箔３の表
面エネルギーの測定結果である。幾つかのパラメータ
ー、例えば湿度、温度又は引取り力が一定に保持されな
くても、これらのパラメーターが検出されそして測定シ
グナルの調製において考慮されれば、この方法はなお使
用可能である。例えば金属又はプラスチックが第一ロー
ラー１の表面を被覆するための材料として適当である。

【００１８】実際の箔の通路８は最も短い可能な箔の通
路７に対して種々の方法で検出され得る。図２に光学的
方法が示されており、この方法においては、箔３が第一
ローラー１を離れた後にレーザー１２のレーザービム１
３が該箔３を照射し、そしてその上で反射される。この
場合、入射面はローラー１及び２の軸に対して直角であ
る。背後から斜めに来るレーザービーム１３は１４の方
向に反射され、そして適当な間隔で配置された光ダイオ
ードの列により検出される。箔の通路の変化は反対角
α′又はα″にかなりの影響を与える。

【００１９】しかしながら、各反射角αは光ダイオード
の列の特定の光ダイオードに帰属される。箔３の２つの
異なる表面エネルギーに対応する２つの可能な光路が図
２に示されている。第一ローラー１の表面と箔３との間
に牽引相互作用が全く又はわずかしか存在しない場合、
最も短い可能な箔通路７が妥当する。レーザービーム１
３はビーム１５として反射され、そして光ダイオードの
例１６中の光ダイオード２０に当る。牽引相互作用の場
合、箔３の実際の箔通路８が妥当する。この場合、入射
レーザービーム１３はビーム１４として反射され、そし
て光ダイオードの列１６中の光ダイオード２１に当る。

【００２０】すべての中間ケースにおいて、反射の角度
は２つの値α′及びα″の間であり、そして反射された
ビームは光ダイオードの列中の光ダイオード２０と２１
との間の光ダイオードの１つに当る。こうして、箔３の
表面エネルギーと光ダイオードの列１６中の個々の光ダ
イオードの作動との関係が達成される。光ダイオードの
出力シグナルはシグナル処理ユニット１７に導かれ、こ
のシグナル処理ユニット１７はさらにこの方法に意味の
ある他の上記のパラメーター（温度、湿度、引取り力
等）の一次要素を含むことができる。測定シグナルはこ
こで処理され、そして標示され又は処理された形で制御
目的のために使用される。

【００２１】光学的測定法の類似の態様（示していな
い）において、入射面は箔３の通路に対して本質的に直
角である。すなわち、レーザービームは上から及び側方
から箔３の表面に当り、そして箔３の他の面に上方に再
び反射される。箔の曲った実際の通路８のため、入射面
は最も短い可能な箔通路７に向う傾向があり、これは今
度は箔３の表面エネルギーの測定結果を示す。入射面の
傾斜、そしてそれ故に反射したビームの傾斜は上記のよ
うにして光ダイオードの列により検出することができ
る。

【００２２】図３に示す本発明の他の態様においては、
実際の箔の通路８は、最も短い可能な箔の通路７との比
較において間接的に、箔３と第一ローラー１との接触表
面の測定により間接的に測定される。箔表面と第一ロー
ラー１の表面との間に相互作用が存在しなければ、箔３
は点９において第一ローラーを離れ、そして最も短い箔
の通路７を通って次のローラーに達する。箔３の幅は一
定であるから、この接触表面は図３中の扇形Ａの弧に対
応する。後の箔３は第一ローラー１の表面を離れる。

【００２３】すなわち、付着効果が大きくなるに従っ
て、箔３の表面と第一ローラー１の表面との接触面積が
大きくなる。箔３がより大きな表面エネルギーを有する
場合、それは点１０まで第一ローラーを離れず、その結
果接触表面に対応する弧は扇形Ｂの弧だけ増加する。こ
の増加は例えば点１０の光学的決定により測定すること
ができる。他の可能性は接触表面の静電容量測定であ
り、この場合第一ローラー１が１つの電極を構成し、そ
して追加の電極（示されていない）がその反対側に置か
れる。この場合、箔３はこれら２つの電極の間を通り、
そして誘電体を構成する。

【００２４】記載すべきすべての方法において、ローラ
ー１及び２は好ましくは、これらのローラーの周速度が
箔３の速度に相当する回転速度で回転するのが好まし
い。しかしながら、これは前提条件ではない。記載され
た付着効果はまた、ローラーが回転しない時、又はそれ
らの周速度が箔３の速度より低い時にも観察されるべき
である。

【００２５】測定中に目的とする値「箔の表面エネルギ
ー」のみが検出されるように、測定に影響を与える可能
性のあるすべての他の量が決定され、そして測定シグナ
ルを処理する際に考慮されなければならない。このこと
を達成するため、シグナル処理ユニットにそれらのアウ
トプットシグナルを供給する装置の領域に種々の検出器
が用意される。例えば温度及び湿度をセンサーにより検
出することができる。例えば、引取り速度をローラーの
回転速度を介して測定することができ、引取り速度の測
定のためにいわゆる力量計ローラー（ｄｙｎａｍｏｍｅ
ｔｅｒ）が使用される。

【００２６】さらなる他の態様においては、箔３は第一
ローラー１上に導かれそしてその案内行動によりこの第
一ローラー１から離れる。箔３から第一ローラー１に伝
達されるトルクが第一ローラー１において測定される。
例えばこれは常に、箔３の移動速度が特定の量だけ第一
ローラー１の周速度と異なる程度に第一ローラー１を遅
くすることにより達成され得る。第一ローラー１を制動
するために必要な制動力又は対応するトルクが伝達され
たトルクの測定値である。ローラー表面の滑り摩擦は箔
３のより高い表面エネルギーそしてそれ故に伝達された
トルクにおいて増加する。従って、このトルク検出器の
アウトプットシグナルは箔３の表面エネルギーの測定値
として使用され得る。

【００２７】やはり滑り摩擦の測定に基く測定原理が図
４に示される態様において使用される。試験片１９、好
ましくはフラップ極物体、例えば追加の箔が、箔３がほ
とんど直線的に進む時に箔３に密接に接触される。好ま
しくは、これは試験片１９の重力により生ずる。試験片
１９の端に力量計１８が存在し、これが箔３から試験片
１９に伝達される摩擦力を測定する。

【００２８】これは、連続的に動く箔３に基く滑り摩擦
力である。この滑り摩擦力の大きさは試験されるべき箔
の表面エネルギーのレベルと共に増加する。力量計１８
のアウトプットシグナルはシグナル処理ユニット１７に
供給され、ここでやはり既知の方法で処理され、そして
箔の表面エネルギーの測定値として使用される。

【００２９】記載したすべての測定方法は箔に対する前
処理、例えばコロナ放電、の影響を決定するために使用
され得る。コロナ放電の影響のより良い決定のために、
コロナステーションの前の測定装置の１つの後に第二の
装置を置くことができる。次に、個々の測定装置のアウ
トプットシグナルは、シグナル処理ユニットによる処理
の後、表面エネルギーが調整可能な値に一定に保持され
るように、コロナ発生器の出力を制御するためにその調
節器に供給される。

【００３０】特に幅の広い箔の場合、該箔の幅にわたっ
て複数の点において測定を行うことが推奨される。これ
は同時に又は逐次に行うことができる。例えば光学測定
法において、レーザービームが箔の表面をその幅にわた
って走査することができ、言うまでもなくその後に検出
器が存在しなければならない。機械的方法において、幾
つかの測定装置を箔の幅にそって配置することができ
る。この場合も測定をコロナステーションの前及び後に
おいて行うことができる。

【００３１】得られるアウトプットシグナルのすべてが
シグナル処理ユニットに供給され、そしてそこで処理さ
れる。箔の幅にわたって種々の表面エネルギーが測定さ
れる場合、コロナ発生器の出力を制限された領域におい
て調整することができ、又はコロナ放電の放電のすき間
を配列することができる。

【００３２】非ポリマー箔の表面特性を、記載した方法
による測定によって決定することができる。例えば、そ
れを改良された被覆能力の高エネルギー測定にかけられ
る低のウエブにおいて使用することができる。金属箔、
例えばアルミ箔の表面を試験することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、２個のガイドローラー上の箔の通路の
断面を示す。

【図２】図２は、図１の断面を光学測定装置と共に模式
的に示す。

【図３】図３は、図１と同じ断面図であり、箔の通路へ
の接触面積の依存性を示す。

【図４】図４は、２つのガイドローラー上の箔の通路及
び滑り摩擦測定装置の断面図である。

【符号の説明】

１…第一ローラー２…第二ローラー３…箔４…箔３の移動方向５…第一ローラー１の回転方向６…第二ローラー２の回転方向７…最も短い可能な箔の通路８…実際の箔の通路１２…レーザー光源１３…レーザービーム１８…力量計１９…滑り摩擦測定片

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面力を測定することによって一方向
（４）に移動する箔の表面エネルギーを測定する方法で
あって、表面力を測定するために少なくとも第一ローラ
ー（１）上にそして次にガイドユニット上に箔（３）を
導き、該第一ローラーと該ガイドユニットとの間で最も
短い可能な箔の通路（７）からの実際の箔の通路（８）
の偏差を少なくとも１点において測定し、そして該第一
ローラー（１）と接触する箔（３）の側の表面エネルギ
ーの測定値として該偏差を使用することを特徴とする方
法。
【請求項２】前記ガイドユニットが第二ローラー
（２）であることを特徴とする、請求項１に記載の方
法。
【請求項３】前記最も短い可能な箔の通路（７）から
の実際の箔の通路（８）の偏差の測定を、箔（３）が前
記第一ローラー（１）を去った後に該箔の表面の一点に
おける光ビームの反射によって行うことを特徴とする、
請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】前記光ビームとしてレーザービーム（１
３）を使用することを特徴とする、請求項３に記載の方
法。
【請求項５】前記最も短い可能な箔の通路（７）から
の実際の箔の通路（８）の偏差を、箔（３）と第一ロー
ラー（１）との接触表面を測定することにより行うこと
を特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項６】前記接触表面の測定を静電容量的に行う
ことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】測定の間前記第一ローラー（１）が停止
することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に
記載の方法。
【請求項８】測定の間第一ローラー（１）が回転して
いることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に
記載の方法。
【請求項９】前記第一ローラー（１）の周速度が前記
箔（３）の速度と等しいことを特徴とする、請求項８に
記載の方法。
【請求項１０】前記箔（３）の引取り力を検出しそし
て表面エネルギーの計算の際に考慮することを特徴とす
る、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】力量計の引取り力を測定するために前
記第一ローラー（１）又は第二ローラー（２）が設計さ
れていることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】一方向に移動する箔（３）の表面エネ
ルギーを表面力の測定により測定する方法であって、表
面力を測定するために該箔（３）を該箔（３）の速度と
は異なる周速度を有する第一ローラー（１）上に導き、
該箔（３）と該第一ローラー（１）との間の滑り摩擦力
を測定し、そして該第一ローラー（１）と接触する箔
（３）の側の表面エネルギーの測定値として該滑り摩擦
力を用いることを特徴とする方法。
【請求項１３】前記箔（３）から前記第一ローラー
（１）に伝達されるトルクを測定することにより前記滑
り摩擦力を測定することを特徴とする、請求項１２に記
載の方法。
【請求項１４】前記箔（３）上に作用する引取り力を
測定することにより前記滑り摩擦力を測定することを特
徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】前記箔（３）の速度と前記第一ローラ
ー（１）の周速度との差が一定値であると仮定される点
でのトルクにより該第一ローラーを制動し、そして該箔
（３）から該第一ローラー（１）に伝達されるトルクの
測定値として前記トルクを用いることを特徴とする請求
項１３に記載の方法。
【請求項１６】一方向に移動する箔（３）の表面エネ
ルギーを表面力の測定により測定する方法であって、表
面力を測定するために、該箔（３）を試験片（１９）の
表面にそって摩擦するように滑らせ、そして該箔の方向
と平行に作用し且つ該箔（３）から該試験片（１９）に
伝達される滑り摩擦力を測定しその測定値を該試験片
（１９）と接触する箔（３）の側の表面エネルギーの測
定値として使用することを特徴とする方法。
【請求項１７】前記試験片（１９）として箔片又はフ
ラップ状物体を用いることを特徴とする、請求項１６に
記載の方法。
【請求項１８】所望により処理された測定シグナルを
実際の値としてコロナステーションに導き、そこで各目
値と比較し、そして次にコロナ発生器の出力を得られた
偏差に基いて調整することを特徴とする請求項１〜１６
のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】前記箔（３）の動きの方向に対して斜
めに、複数の点において測定を行い、そしてこれらの測
定シグナルをコロナ発生器に供給して、次に位置に依存
して出力を調整することを特徴とする、請求項１８に記
載の方法。
【請求項２０】ポリマー性の箔（３）の表面エネルギ
ーを測定する、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の
方法。
【請求項２１】低のウエブの表面エネルギーを測定す
るための、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の方
法。