JP2010201794A - エンボス中芯を有する段ボール紙、その製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】折り曲げに対する強度および加工性に関して方向性がないか、または所望により若干の方向性をもった、新規な段ボール紙を提供する。
【解決手段】紙面に対し垂直な一方の方向に一定の高さで突出したエンボス（１１）を多数有する中芯（１）を挟んで、表側に表ライナ（２）を、裏側に裏ライナ（３）をそれぞれ貼り合わせてなる段ボール紙（４）。中芯原紙（１Ａ）を加湿して変形可能にした上で、一対のエンボス形成ロール（Ｆ）で挟んでエンボス中芯（１）とする。このエンボス中芯の表裏に、表ライナおよび裏ライナを貼り付ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンボス中芯を有する段ボール紙に関する。本発明は、この新規な段ボール紙を製造する方法および装置にも関する。本発明の段ボール紙は、従来のコルゲート中芯を有する段ボールとちがい、強度および折り曲げ加工容易性に関して、ほとんど方向性を持たないか、または若干の方向性をもった製品が、必要により選択できることがその特徴である。

常用の段ボール紙は、コルゲート加工を施した中芯の表裏にライナ紙を貼り合わせた構造であるが、ライナが１枚だけの「片面段ボール紙」とよばれる製品もあり、それとの対比では、常用のものは「両面段ボール紙」と呼ばれる。別に、片面段ボール紙を２枚、コルゲートの側を向かい合わせ、中間にライナを挟んで一体化した「複両面段ボール紙」、さらには３枚重ねた「複々面段ボール紙」または「三層段ボール紙」と呼ばれる製品もあって、それぞれの用途に向けられている。コルゲートの寸法も数種あって、Ａフルート、Ｂフルートなどの規格があることも、よく知られている。

従来の段ボール紙に共通の特性は、中芯に対向する方向の座屈強度が高いことであるが、一方で折り曲げに対する強度は、折り曲げ線がコルゲートと平行な方向には弱く、交差する方向には強いという方向性が明確である。これは同時に、加工性に関しても同様な方向性があることを意味する。

発明者らは、中空で、ある程度の厚さがある割には軽量であり、強度が高いという段ボール紙の特性を保持した上で、折り曲げに対する強度および加工性に関して方向性を持たないものが実現できないかと考え、試行錯誤の結果、段ボール紙を構成する中芯原紙が、水に濡れると容易に変形させることができ、いわゆるエンボス加工が可能であること、そしてエンボス形状が中芯原紙を乾燥することによって維持されることを確認するとともに、得られたエンボス成形体が、面方向の力に対して、かなりな圧縮強度を発揮することを見出した。

本発明の目的は、発明者らが得た上記の新しい知見を利用し、折り曲げに対する強度および加工性に関して方向性がないか、または所望により若干の方向性をもった、新規な段ボール紙を提供することにある。この新規な段ボール紙を製造する方法および装置を提供することもまた、本発明の目的に含まれる。

本発明のエンボス中芯を有する段ボール紙は、図１にその代表的な例について一部を切り欠いて内部を示し、図２にその拡大した断面を示すように、紙面に対し垂直な一方の方向に一定の高さで突出したエンボス（１１）を多数有する中芯（１）を挟んで、表側に表ライナ（２）を、裏側に裏ライナ（３）をそれぞれ貼り合わせてなる段ボール紙（４）である。

上記のエンボス中芯を有する段ボール紙（４）を製造する本発明の方法は、下記の諸工程からなる：
［中芯原紙加湿工程］
中芯原紙（１Ａ）を加湿して変形可能にする工程、
［型押工程］
加湿されて変形可能になった中芯原紙（１Ａ）を一対のエンボス形成ロール（Ｆ）で挟んでエンボス中芯（１）とする工程、
［エンボス中芯糊付け・糊化工程］
エンボス中芯（１）のエンボスの頭（１２）にデンプンスラリ（５）を塗布し、塗布されたデンプンスラリを加熱して接着能力を発揮させる工程、
［表ライナ原紙糊付け・糊化工程］
上記エンボス中芯糊付け・糊化工程と平行して実施する、表ライナ原紙（２Ａ）への糊付・糊化工程、
［裏ライナ原紙加湿工程］
上記エンボス中芯糊付け・糊化工程および表ライナ原紙糊付け・糊化工程と平行して実施する、裏ライナ原紙（３Ａ）を加湿する工程、
［接着工程］
エンボス中芯（１）、表ライナ原紙（２Ａ）および裏ライナ原紙（３Ａ）を一対のロール（Ｌ１，Ｌ２）からなる一体化手段（Ｌ）で挟んで一体化し、加熱して接着させて段ボール紙（４）を形成する工程、および
［引取り・裁断工程］
形成された段ボール紙（４）を引取り、一定の寸法に裁断する工程。

エンボス中芯を有する段ボール紙（４）を製造する本発明の装置は、図３に全体の構成を示すように、下記の構成部分からなる：
・中芯原紙の供給手段（Ｄ１）、表ライナ原紙の供給手段（Ｄ２）および裏ライナ原紙の供給手段（Ｄ３）、
・中芯原紙（１Ａ）の加湿手段（Ｅ）、
・加湿された中芯原紙（１Ａ）をエンボス加工するための、彫刻ロール（Ｆ１）およびゴムロール（Ｆ２）の組（Ｆ）、
・中芯原紙にデンプンスラリ（５）を塗布するための、スラリ浴（Ｈ１）、糊付けロール（Ｈ２）、ドクターロール（Ｈ３）およびガイドロール（Ｈ４）からなる糊付け機（Ｈ）
・表ライナ原紙（２Ａ）にデンプンスラリ（５）を塗布するための、スラリ浴（Ｇ１）、
糊付けロール（Ｇ２）、ドクターロール（Ｇ３）およびガイドロール（Ｇ４）からなる糊付け機（Ｇ）、
・中芯原紙に塗布したデンプンスラリ（５）を加熱して糊化させるための、過熱水蒸気の吹き出しノズルを備えた糊化機（Ｊ）、
・表ライナ原紙に塗布したデンプンスラリ（５）を加熱して糊化させるための、過熱水蒸気の吹き出しノズルを備えた糊化機（Ｉ）、
・裏ライナ原紙（３Ａ）を加湿するための水蒸気吹き出しノズルをそなえた加湿器（図示してない）、
・エンボス中芯（１）、表ライナ原紙（２Ａ）および裏ライナ原紙（３Ａ）を挟んで一体化するための一対のロール（Ｌ１，Ｌ２）からなる一体化手段（Ｌ）、
・一体化したものを加熱し、接着を確実にして、エンボス中芯を有する段ボール紙を形成するための、熱盤（Ｍ１）の列からなる加熱手段（Ｍ）、ならびに
・形成されたエンボス中芯を有する段ボール紙を引き取り、一定の寸法に裁断するための引取り手段（Ｎ）および裁断手段（図示してない）。

本発明のエンボス中芯を有する段ボール紙は、在来のコルゲート中芯を有する段ボール紙とちがって、中芯が一定方向に走るコルゲートでなく、紙面に垂直な方向に一定の高さで突出したエンボス（１１）を多数有するため、折り曲げ強度および加工性に関して、方向性が全くないものとすることができる。すなわち、個々のエンボスの形状がその中心軸に対して回転対称であり、かつ、エンボスの配置が縦横の両方向に均等であるか、またはランダムであれば、方向性は皆無である。エンボスの形状が回転対称でなくても、エンボスの配置が全体として非対称性を打ち消すように構成されていれば、やはり方向性はない。一方、エンボスの形状をその中心軸に対して非対称に形成し、または対称であっても配置に方向性をもたせることによって、製品段ボールとしての強度および折り曲げ特性に関して、方向性を生じさせることができる。

方向性の有無にかかわらず、本発明のエンボス中芯を有する段ボール紙は、面方向の圧縮に対しては、かなりな抵抗を示すので、軽量で強度が高いという段ボール紙に共通の利益は、常に備えている。

本発明のエンボス中芯を有する段ボール紙のエンボスは、さまざまな形状のものから選択することができる。代表的な形状は、図２に示したような半球形のものであるが、突起の下部が裾を引くようにした形状も好ましい。エンボス中芯とライナとの接着を良好にするためには、エンボスの頂きが平面状であることが好ましく、この観点からは、エンボスの形状を円錐台または角錐台形としたものがある。円錐台の場合、横断面が楕円形であってもよい。角錐台の場合、三角錐台、四角錐台、六角錐台、八角錐台など可能である。さらに所望であれば、エンボスの横断面形状を、その中心軸に関して非対称なもの、たとえば楕円形にすることもできる。

エンボスの高さ、すなわち加工時の深さは、１個のエンボスの大きさにもよるが、常用のコルゲート中芯原紙を本発明の中芯原紙に使用した場合、最大５ｍｍ程度は問題なく実現できる。これは、在来の段ボール紙のＡフルートの高さに相当する。エンボスの大きさ、すなわち広さは、直径（円形でない場合はそれに相当する大きさ）にして、最小３ｍｍから１０数ｍｍの範囲に及ぶ。エンボス加工に際して、彫刻ロールの突起に対するゴムロールの反発力によって、絞られた紙は圧縮されるが、これはエンボスの強度を高める上で有利に作用する。いずれにせよエンボスの形状・寸法は、中芯原紙が破れずに変形できる限度によって決定されるが、その限度内で、広さと高さのバランスを考慮して決定すべきである。たとえば、面方向に働く圧縮応力によく耐える段ボール紙を製造するためには、その側壁の傾斜角度を大きくすることが有利であるが、急な傾斜を与えると、中芯原紙が破れる危険が高くなるから、妥協点を見出さなければならない。

エンボスの配置は、基本的に格子状と千鳥配置とがあり、同じ寸法・形状のエンボスを格子状に配置し、その間隔を均等にすれば、製品段ボール紙は、強度に関して、ＭＤ方向にもＷＤ方向にも、まったく方向性のないものとなる。間隔を縦方向と横方向で異ならせれば、それに応じた若干の方向性が生じる。容易に理解されるように、折り曲げ加工性に関しても同様であり、ＭＤに平行または垂直の線に沿って折り曲げやすい製品である。

同様に、千鳥配置においても、ピッチを縦横で同じにすれば、格子状の配置で間隔を均等にしたものと同じ特性が見られる。折り曲げ加工性については、ＭＤおよびＷＤに沿う線上にエンボスが重なっているか否かで、差異が出る。そのほかに、製造時のＭＤ（流れ方向）に対して特定の角度で傾斜させた配置もあり得、その角度の選択に応じて、傾斜した特性を有する製品が得られる。エンボスが中芯原紙の面積に占める割合は、通常、３０〜７０％の範囲から選ぶ。エンボス底部が表ライナに接着し、エンボス頂部が裏ライナに接着するので、連なった底部の面積と、個々の頂部の面積を合計した面積とが、あまり差がないように設計するとよい。

中芯のエンボスの形成手段は、前記のように、エンボス形状を裏から与える突起をもった彫刻ロールと、それと共同して働く、つまり突起を受けて凹み、中芯原紙に形を与えるゴムロールとの組み合わせが好都合である。上記した深さ５ｍｍ程度の突起を有する彫刻ロールは、直径にして３０ｃｍ程度の大きさが、製作および運転に有利である。これと対向するゴムロールは、その２倍、つまり直径６０ｃｍ程度が適切になる。彫刻ロールの製作には、つぎのようなさまざまな手段が採用できる。
・金属円筒の表面を放電加工して所望の形状を与える。
・エンボス形状のチップを円筒上に、接着またつき合わせ溶接などの手段で配置する。
・円筒のエンボスの位置に穴を開けておき、脚をもったエンボス素材を打ち込んで固定した後、素材の頭を切削加工してエンボス形状を与える。

エンボス中芯とライナとの接着には、任意の接着剤が使用できるが、在来の段ボール紙の製造において一般に使用されているデンプン糊の使用が、コスト面でも、また操業技術が確立されている点からいっても、最も有利であり、推奨すべきものである。よく知られているとおり、デンプン糊は、デンプンを水に分散させたスラリの状態で適用し、そこへ過熱水蒸気を吹き当ててゲル化することにより、接着剤としての機能を発揮させる。本発明のエンボス中芯を有する段ボール紙の製造においても、この点に変りはなく、既知の技術に従って実施すればよい。

ただし、注意すべき点を挙げれば、エンボス中芯は、エンボス加工に先だって、大きな変形が容易に実現するよう、十分に水で濡れている必要があり、そのような水の存在を考えると、エンボスの頂きに適用したデンプンスラリを糊化するには、十分な過熱水蒸気の吹き当てが必要であるということである。図３の装置に関していえば、中芯原紙に塗布したデンプンスラリ（５）を加熱して糊化させるための糊化機（Ｊ）の能力を、十分高いものにする必要がある。

接着工程において、エンボス中芯（１）、表ライナ原紙（２Ａ）および裏ライナ原紙（３Ａ）を一体化した後の加熱接着の工程もまた、上述の理由で、中芯原紙が依然として多量の水分を含んでいるので、その乾燥のために、十分な加熱を要する。

直径３０ｃｍの鋼製円筒の表面に、ピッチが縦１０ｍｍ、横１０ｍｍの千鳥配置で、径が６ｍｍの穴を開けた。一方、直径６ｍｍの鋼棒を切削加工して、上記の穴に適合する脚を備えた杵状の部品を多数用意し、上記の円筒の穴に脚を打ち込んで固定した。固定されたそれぞれの部品を、回転する切削工具で削って頭を丸くすることにより、基部の径が６ｍｍで、高さが３ｍｍの半球形の突起を有する彫刻ロールとした。別に、この彫刻ロールを受ける、直径６０ｃｍで厚さ２０ｍｍのゴム層を有するゴムロールを用意した。

常用の段ボール紙製造用の中芯原紙、表ライナ用紙および裏ライナ用紙を材料とし、上記の彫刻ロールとゴムロールとの組みを備え、図３に示した構成の装置を使用して、本発明のエンボス中芯を有する段ボール紙を製造した。

得られたエンボス中芯を有する段ボール紙は、面方向の圧縮強度が在来のコルゲート中芯を有する段ボール紙の２〜３倍であった。折り曲げ強度は、在来の段ボール紙における、フルートに対して直角の方向の折り曲げ強度に、ほぼ匹敵するものであった。折り曲げ強度の方向性は、実質上認められなかった。

本発明に従うエンボス中芯を有する段ボール紙の一例について、ライナの一部を切り欠いて内部の構造を示した平面図。 図１に示した段ボール紙の、Ｉ−Ｉ方向の拡大断面図。 本発明のエンボス中芯を有する段ボール紙を製造する方法および装置についてその構成を示す、概念的な説明図。 本発明に従うエンボス中芯を有する段ボール紙の製造装置における、彫刻ロールの一例を示す図であって、Ａは彫刻ロールの一部分の平面図、Ｂは断面図。

１ 中芯
１Ａ 中芯原紙 １１ エンボス １２ エンボスの頭
２ 表ライナ
２Ａ 表ライナ原紙
３ 裏ライナ
３Ａ 裏ライナ原紙
４ エンボス中芯を有する段ボール紙
５ デンプンスラリ
Ｄ１ 中芯原紙の供給手段
Ｄ２ 表ライナ原紙の供給手段
Ｄ３ 裏ライナ原紙の供給手段
Ｅ 加湿器
Ｆ エンボス形成ロール
Ｆ１ 彫刻ロール Ｆ２ ゴムロール
Ｇ 糊付け機
Ｇ１ スラリ浴 Ｇ２ 糊付けロール
Ｇ３ ドクターロール Ｇ４ ガイドロール
Ｈ 糊付け機
Ｈ１ スラリ浴 Ｈ２ 糊付けロール
Ｈ３ ドクターロール Ｈ４ ガイドロール
Ｉ 糊化機
Ｊ 糊化機
Ｌ 一体化手段
Ｌ１，Ｌ２ 一体化ロール
Ｍ 加熱手段
Ｍ１ 熱盤
Ｎ 引取り手段

Claims (5)

1. 紙面に対し垂直な一方の方向に一定の高さで突出したエンボス（１１）を多数有する中芯（１）を挟んで、表側に表ライナ（２）を、裏側に裏ライナ（３）をそれぞれ貼り合わせてなるエンボス中芯を有する段ボール紙（４）。
2. エンボスが截頭円錐台形のものである請求項１のエンボス中芯を有する段ボール紙。
3. エンボスが半球形のものである請求項１のエンボス中芯を有する段ボール紙。
4. 請求項１に記載のエンボス中芯を有する段ボール紙（４）を製造する方法であって、下記の諸工程からなる製造方法：
   ［中芯原紙加湿工程］
   中芯原紙（１Ａ）を加湿して変形可能にする工程、
   ［型押工程］
   加湿されて変形可能になった中芯原紙（１Ａ）を一対のエンボス形成ロール（Ｆ）で挟んでエンボス中芯（１）とする工程、
   ［エンボス中芯糊付け・糊化工程］
   エンボス中芯（１）のエンボスの頭（１２）にデンプンスラリ（５）を塗布し、塗布されたデンプンスラリを加熱して接着能力を発揮させる工程、
   ［表ライナ原紙糊付け・糊化工程］
   上記エンボス中芯糊付け・糊化工程と平行して実施する、表ライナ原紙（２Ａ）への糊付・糊化工程、
   ［裏ライナ原紙加湿工程］
   上記エンボス中芯糊付け・糊化工程および表ライナ原紙糊付け・糊化工程と平行して実施する、裏ライナ原紙（３Ａ）を加湿する工程、
   ［接着工程］
   エンボス中芯（１）、表ライナ原紙（２Ａ）および裏ライナ原紙（３Ａ）を一対のロール（Ｌ１，Ｌ２）からなる一体化手段（Ｌ）で挟んで一体化し、加熱して接着させて段ボール紙（４）を形成する工程、および
   ［引取り・裁断工程］
   形成された段ボール紙（４）を引取り、一定の寸法に裁断する工程。
5. 請求項１に記載のエンボス中芯を有する段ボール紙（４）を製造する装置であって、下記の構成部分からなる製造装置：
   ・中芯原紙の供給手段（Ｄ１）、表ライナ原紙の供給手段（Ｄ２）および裏ライナ原紙の供給手段（Ｄ３）、
   ・中芯原紙（１Ａ）の加湿手段（Ｅ）、
   ・加湿された中芯原紙（１Ａ）をエンボス加工するための、彫刻ロール（Ｆ１）およびゴムロール（Ｆ２）の組（Ｆ）、
   ・中芯原紙にデンプンスラリ（５）を塗布するための、スラリ浴（Ｈ１）、糊付けロール（Ｈ２）、ドクターロール（Ｈ３）およびガイドロール（Ｈ４）からなる糊付け機（Ｈ）
   ・表ライナ原紙（２Ａ）にデンプンスラリ（５）を塗布するための、スラリ浴（Ｇ１）、糊付けロール（Ｇ２）、ドクターロール（Ｇ３）およびガイドロール（Ｇ４）からなる糊付け機（Ｇ）、
   ・中芯原紙に塗布したデンプンスラリ（５）を加熱して糊化させるための、過熱水蒸気の吹き出しノズルを備えた糊化機（Ｊ）、
   ・表ライナ原紙に塗布したデンプンスラリ（５）を加熱して糊化させるための、過熱水蒸気の吹き出しノズルを備えた糊化機（Ｉ）、
   ・裏ライナ原紙（３Ａ）を加湿するための水蒸気吹き出しノズルをそなえた加湿器（図示してない）、
   ・エンボス中芯（１）、表ライナ原紙（２Ａ）および裏ライナ原紙（３Ａ）を挟んで一体化するための一対のロール（Ｌ１，Ｌ２）からなる一体化手段（Ｌ）、
   ・一体化したものを加熱し、接着を確実にして、エンボス中芯を有する段ボール紙を形成するための、熱盤（Ｍ１）の列からなる加熱手段（Ｍ）、ならびに
   ・形成されたエンボス中芯を有する段ボール紙を引き取り、一定の寸法に裁断するための引取り手段（Ｎ）および裁断手段（図示してない）。

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