タバコ用パッケージ印刷紙のカール発生原因の分析

タバコ用パッケージ印刷の製造では、紙のカールが後加工や使用時に深刻な問題を引き起こすことがあります。たとえば、カールしたシートは断裁、箔押し、型抜き加工などの下流工程で位置ずれを増加させ、紙詰まりや機械の停止を招き、後工程の効率と品質に大きく影響します。印刷されたシートが個々の完成したタバコ用パッケージに加工されると、カールは製箱機や自動包装機での給紙を困難にします。一般に、坪量の低い紙（コート紙など）は、坪量の高い紙（白板紙など）よりもカールしやすいです。したがって、加工および保管段階で印刷用紙の平坦性を確保することは、取り組むべき重要な課題です。

1. 紙の剛度とカールの関係

同じ坪量の紙の剛度は、製造時に使用されるパルプ繊維の種類（太さや長さ）に依存します。粗く長い繊維の紙は、一般に細く短い繊維の紙よりも剛度が高いです。また、製紙プロセスや構造も剛度に影響します。たとえば、3層の「サンドイッチ」構造の紙は、「ソリッド」構造の紙よりも剛度が高いです。巻き取り時に外力によって生じるカールは、平坦化工程で修正するのが難しく、特に小径の巻芯を使用する場合、巻芯に近い紙ほどカールがひどくなる傾向があります。

巻き取りによるカールの特徴は、繊維方向に発生することであり、これにより製品がこの種のカールを持っているかどうかを識別する明確な方法が得られます。

2. 紙の含水率とカールの関係

一般に、抄紙機から出た直後の紙の標準含水率は約7% ± 2%です。しかし、保管や印刷の過程で含水率は変化し、これが紙のカールの主な原因となります。カール問題の90%以上はこの要因によるものです。水分は主に紙の繊維間に保持されています。そのため、水分の増加や損失は繊維間の距離の変化を引き起こし、主に紙の横方向の寸法に影響します。含水率が均一に変化する場合は横方向の寸法変化のみが生じ、これは印刷の見当合わせでは避ける必要がありますが、カールは発生しません。カールは、紙内部の含水率変化が不均一な場合に発生します。

含水率の不均一な変化は、主に2つの状況で発生します。例えば、枚葉紙や巻取紙の端が不均一に水分を吸収または放出すると、「端部吸湿」によるカール（端が水分を吸収する場合）や「端部乾燥」によるカール（端が水分を失う場合）といった問題が生じることがあります。さらに、紙の片面に印刷インキが塗布され、印刷面の毛細管孔が塞がれる一方で、非印刷面が未処理のままである場合、両面の吸湿能力に大きな差が生じます。不適切な湿度環境に長時間さらされると、横方向のカールは避けられません。吸湿時には、非印刷面の繊維が印刷面の繊維よりも多く膨張し、紙は印刷面側にカールします。逆に、水分が失われると、非印刷面が印刷面よりも多く収縮し、非印刷面側にカールします。

また、現在のパッケージで広く使用されているアルミ箔転写紙は、印刷面の層構造（アルミ層、接着剤層など）が印刷面からの水分放出を妨げるため、カールの問題を引き起こす可能性があります。低湿度環境では非印刷面側にカールし、高湿度環境では印刷面側にカールしやすくなります。したがって、横方向のカールは含水率の不均一な変化の必然的な結果であり、横方向のカールの原因を診断するための有用な方法を提供します。

紙の生産地と使用地が異なる場合、特に地域や季節が異なる場合、または空調の有無や湿度レベルが異なる環境を比較する場合、カールの問題が発生しやすくなります。

複合紙や転写紙で一般的に使用される湿式複合生産プロセス（表面に水性接着剤を塗布し、裏面に防水接着剤を塗布して乾燥させる）では、接着剤の含水率、複合速度、乾燥段階の管理が不適切だと、複合紙または転写紙の両面間に大きな水分差が生じ、予測不能な方向にカールすることがあります。

さらに、複合材料で製造された紙では、他のカール原因も発生する可能性があります。例えば、紙をプラスチックとラミネートする場合、ラミネート温度が高すぎたり、プラスチックフィルムの引張力が過大だったりすると、プラスチックが変形し、複合材の固化後や切断・フィルム除去時にカールが生じることがあります。

カール防止対策

巻き取りに起因するカールを解消するには、発注時に大口径の巻芯を用いた巻き取り紙を選ぶ方法があります。また、印刷機に加湿装置やカール防止装置を装着することで補正できます。加湿により水分が紙の繊維間の隙間へ浸透し、繊維間の距離が広がります。この繊維の緩みによって剛直性が急速に低下し、カールしていた繊維が平らになります。ただし、印刷機の加湿装置の効果を制御するのは難しく、高速運転時には印刷紙の表面コーティングが水分の速やかな吸収を妨げるため、平坦性の確保が困難になります。コストも、この方法を業界で採用する上での大きな障壁となっています。

もう一つの方法は、カールした紙の裏面を直径50 mm未満でラップ角の大きいガイドローラーに通し、機械的な力で変形した繊維を反転させて平坦化するものです。さらに、カール防止装置はロール内の紙の位置に応じてラップ角を自動調整できるため、カールの程度に応じて反転力を加減し、過剰な補正を防ぐことができます。