JPH01162890A - 紙強度の連続測定装置および方法 - 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〕 この発明は、製紙技術に係り、特に、紙の製造工程にお
ける紙強度の連続測定に関する。

［従来の技術］ 製紙産業においては、袋用紙、ライナー、中芯、新聞用
紙、ティシュペーパーなとを含む種々の紙製品の紙の強
度仕様が商業的に重要である。何年にもわたる慣行と発
展の結果、強度仕（よは、通常、破裂強度、引っ張り強
度、伸び、内部引き裂き強度、縁端引き裂き強度、砕は
強度なとの測定特性に対して標準化された実験室方法に
基ついている。

実験室測定法の中で広く使用されている方法は、ミュー
レン破裂試験である。ミューレン試験は、紙のサンプル
をリングに張り渡して固定し、紙が破裂するまでその一
側の圧力をタイアフラムで高めて行うのが普通である。

上記サンプルか破裂する圧力をミューレン破裂強度とい
う。（この１；、（験の標準仕様は、ＴＡＰＩ’ｌ　４
０３ｏｓ−７’６と、１へＳＴＭ　Ｄ７７４とを含んで
いる。） 広く使用されている実験室試験法のもう一つの例は、“
５ＴＦＩ”圧縮試験である。これは、（父爪（ｈｅａｖ
ｙ　ｐａｐｅｒ）に対する試験であり、Ｓｗｅｄｉｓｈ
Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｆｏｒｅｓｔ　Ｉｎ５ｔｉｔｕｔ
ｅで確立されたものである。ＳＴＦ　＋試験においては
、一対の締め具の間にサンプルを保持し、これらの締め
具を互いに近付ける方向に動かしなからその圧縮力を検
査する。

最大圧縮力をその紙のＳＴＦ　ｌ圧縮力と呼ぶ。（この
、１式験の（票（店仕様は、ＴＡＩ’ＰＩ　７８１８ｏ
ｓ−７６と、ＡＳハ）Ｄ１１６４とを含んでいる。） 広く使用されているもう一つの実験室試験法は、（票（
居住された引っ張り強度試験である。これは、抵のサン
プルを反対方向に、サンプルが破れるまで除々に力を増
しながら加え、引っ張るものである。紙が破れたときの
張りを紙の引っ張り強度という。（この試験の標準化さ
れた仕様は、ＴＡＰｒ’ｆ（票幅のＴ４０４ｏｓ−７６
と、ＡＳＴＭｔ票準の０８２８　（こ含まれている。） １発明か解決しようとする課題］ ところで、抵・製造技術における実験室試験法には、そ
れ固有のいくつかの限界かある。重大な限界の一つは、
サンプル採取と分析に相当な期間を要するという点であ
る。この期間に製造条件か大幅に変化することかあり、
このため、実験室試験法毛が利用可能となったときには
、現在の製造生産条件と違っているという点である。

もう一つの限界は、はとんとすべての実験室試験は、紙
が物理的に破れるのを検出しているため、必然的に破壊
試験となるという点である。

さらに他の限界は、実験室試験は、必然的にサンプルを
ともなうが、試験のために採取された比較的小さなサン
プルは、製造された紙の特性を全くあるいは正確には示
していないという点である。

上述した各限界と、紙品質実験室は抄紙機によって製造
された紙のごく一部しか試験てきないという理由から、
品質実験室がΦ′！進上の問題を発見したときには、す
でに重大な量の品質の悪い紙が製造されてしまっている
といった問題がときどき生じる。

実験室試験法を自動化する試みとして知られているもの
は、米国特許４．５５０．６１３号である。これには、
紙の引っ張り強度特性を自動的に測定する装置か示唆さ
れている。この装置は、を票（ｑｘ’幅の紙のサンプル
を切り取るためのカッターと、このサンプルの引っ張り
強度特性を測定するための装置とを備えている。

標準化された実験室法の限界に鑑み、それが自動であろ
うとなかろうと、製紙業の作業員は、オンライン、すな
わち、抄紙機が作動している間に紙強度を連続的に測定
する方法を求めている。オンライン測定は、迅速かつ正
確に行われれば、抄Ｙｌｔ　賎をほとんど直ちに制御す
るようにできる。よって、プロセス条件の修正以前に標
準以下の品質の俄か犬ら１に製造されてしまうのを防ぐ
ことができる。換言すると、オンラインｉｆ１．Ｑ定は
、製紙プロセスにおいて、「狂ったＪ状、態か発生して
からそれをＱ’ｌ　＋−ＩＥするまでの時間を大幅に減
少させることかできる。

しかしながら、実際は、製紙プロセスにおけるオンライ
ン測定は、正確に行うのか困ｆｌであり、標準化された
実験室試験と十分な相関か得られない、二とか多い。

抄紙機において紙を正確に１測定する上での一つの困難
は、現在の抄紙機は大型かつ高速だというｄｌｌ実から
生してくる。た、とえば、抄紙機の多くは、・１００イ
ンチ幅の４（をｆｊｊ　（少２０ないし１００フイート
の［ワイヤースピード〜）で製造する。オンライン測定
に；、す饗するもう一つの難点は、紙の物理的性質はそ
の幅方向にわたって変化し、さらに幅方向よりも縦方向
で大きく変化するという点である。（したがって、実験
室試験では、試験片か縦方向に切られたか幅方向に切ら
れたかによって紙強度が異なるのが普通である。） 紙の特性の実験室試験は、その性質上、破壊試験か普通
であるから、この試験方法をオンライン測定に適応する
のは容易ではない。一方、商取引の慣行から、紙特性の
実験室試験がオンライン測定の容認基準となっているか
ら、オンラインセンサで、その出力が紙特性の実験室試
験とＨｔ関の高いもののみが製紙業界に最も受は入れら
れ易いであろう。

紙の機械的特性をオンラインで測定する点につき一つの
示唆を与える例は、米国特許４．２９１．５７７号で、
これは「オンライン超音波速度ゲージＪという名称で、
　Ｉｎ５ｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｐａｐｅｒ　Ｃｈｅｍｉ
ｓｔｒｙに譲渡されている。この特許は、搬送中の紙匹
を通る超音波の速度を測定する装置について述へている
。これは、搬送中の紙の縦方向に回動する間欠的に配置
された車をもつ装置を用いて測定を行うもので、車はそ
の外周にトランスデユーサをもち、これから紙匹に超音
波信号を供給するようになっている。この特許によれば
、トランスデユーサからの出力信号を用いて、紙匹を通
る超音波の速度を測定することができる。この特許はま
た、超音波測定値はヤングの弾性率と相関させることが
可能であり、それによって、紙の強度を評価できるとい
うことを示唆している。（Ｂａｕｍ、　Ｇ、　Ａ、　“
ＰａｐｅｒＴｅｓｊｉｎｇ　ａｎｄ　Ｅｎｄ−Ｕｓｅ　
Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ”参照のこと。

これは、”Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　Ｓｔｒｅｎｇｔｈ
　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｎｔｈｅ　Ｐａｐｅｒ　
Ｍａｃｈｉｎｅ”、　　Ｉｎ５ｔｉｔｕｔｅ　ｏｒ　Ｐ
ａｐｅｒＣｈｅｍｉｓｔｒｙ、　５−８．１９８４発行
である。）この技術の当業者は、引っ張り強度、破裂強
度、および紙匹を通る音速との間に相関が存在すること
を示唆している。これについては、“’Ｏｎ−１ｉｎｅ
Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｓｔｒｅｎｇｔｈ　Ｃ
ｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｒ　ａＭｏｖｉｎｇ
Ｓｈｅｅｔ：、　Ｎｉｎｇ　Ｔ、　Ｌｕ、　ＴＡＰＰＩ
、　５８（６）：８０（Ｊｕｎｅ　１９７５）”　を参
照されたい。また、３ｅｔｈ、　Ｒ。

Ｓ、、　ａｎｄ　Ｐａｇｅ　Ｄ、ｆｌ、、　　”Ｔｈｅ
　５ｔｒｅｓｓ　５ｔｒａｉｎ　ＣｕｒｖｅｏｒＰａｐ
ｅｒ”を参照されたい。これは、”Ｔｈｅ　Ｒｏｌｅｏ
ｒ　Ｆｕｎｄｕｍｅｎｔａｌ　　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　　
ｉｎ　Ｐａｐｅｒ　Ｍａｋｉｎｇ−ＰＩＲＡ　　Ｓｙｍ
ｐｏｓｉｕｍ　　Ｐｒｏｃｅｄｉｎｇ、　　Ｃａｍｂｒ
ｉｄｇｅ、　　１９８１゜の中にあるもので、それには
、ソートの伸性係数は、繊維の伸性係数さ、繊維の平均
長さと幅と、相対的な結合面積に関係していると報告さ
れている。

同様に、米国特許４．５７４．６３．１号は、紙サンプ
ルの縦方向と幅方向のヤング率を検出するために音トラ
ンスデユーサを用いた装置を開示している。

さらに、Ｂｅｌｏｉｔ社に譲ｄｙされた米国特許４．３
３５゜６０３　　号には、移動中の紙匹の張りは、この
紙匹を通過する音波の搬送時間を測定することによって
検出できることが示唆されている。

ヤング率は、その定義から、応力−びすみ関係の変化率
を示している。この関係を紙の標本に適用した場合、応
力とは紙の標本にかかる荷重力を意味し、ひずみとは印
加された力に応じた標本の伸びを意味する。与えられた
紙の標本に対してヤング率が測定されると、同じ種類の
他の紙の破壊点を予測できる場合があるということが観
察されている。

しかしながら、実際は、ヤング率は、紙強度に影響を与
える製紙プロセス条件にそれほど厳密に関係していない
。ヤング率をほとんど変化させずに、ある種の紙強度を
増加させる工程があること、湿潤ひずみ（ｗｅｔ　ｓｔ
ｒａｉｎｉｎｇ）のような他の工程は、ある種の紙のヤ
ング率に相当な影響を与えるものの、紙強度にはそれほ
との影響を与えないことが知られている。これについて
は、たとえば上述した５ｅｔｈと　Ｐａｇｅの記事を参
照されたい。

この発明の他の背景としては、代表的なラン紙プロセス
の概要を説明するのか有益である。一般に、製紙プロセ
スは、紙料とよばれる繊維のスラリーと水が「ヘッドボ
ックス」とよばれる貯液槽からウェブを支える金網の上
に広げられ、（目当量の水きりがなされる工程から開始
される。繊維の湿紙が形成されると、このｌ兄紙がプレ
スパートに通され、この湿紙がら水分か絞り出される。

次いて、乾燥部に通されてｌ♀紙がら水分か６Ｘ発され
る。乾燥部のあとには、カレンダーローラを通されテ表
面仕上げが施された１（、通常はスキャナーを通って、
リールに送られる。製紙プロセスのうち乾燥部の前の段
階は、プロセスの「ウェットエンドゴといわれることも
ある。オンライン測定か速やかに行われるならば、紙の
製造中にｆｉ　！＋；ａ以下の紙が大量に作られないう
ちに、プロセスを１ｒ圧する制御を早期に行うことがで
きるので、ウェットエンドにおけるオンライン測定か望
ましいということか理解できよう。しかしなから、ウェ
ットエンドにおける測定は、困難かともなう。というの
は、この段階では湿紙に多量の水分か含まれているため
、また、環境条件が厳しいことか多いためである。

この発明のさらに他の背景としては、炒抵機は、七ンサ
碩を含む計器をちっているということを理解しておかな
ければならない。これらのセンサは、ワイヤー速度、坪
量、水分含有量、厚さなとのパラメータを）２紙中に検
出するものである。これらのオンラインセンサの多くは
１．ｉｌフ）丑の幅方向について連続測定を行うために
、搬送中の湿紙を周期的に（Ｗ切る、つまり「スキャン
」するように作られている。（製紙技術においては、搬
送中の湿紙の幅方向全体にわたる各隣接位置での連続測
定は、「プロフィール」とよばれる。）　先にも述へた
ように、紙の諸特性は、その縦方向だけでなく幅方向に
も変化するので、スキャニング装置は有効である。特に
、溝方向の強度特性は、縦方向の強度特性よりも変化か
大きいことがある。

スキャニング装置の例は、メンヤレックス　コーポレー
シヨンに譲渡された米国特許３．６４１．３４９号１３
，６８１，５９５号、３，７５７．１２２号１および３
．８８６．０３６号に記載されている。この技術の当業
者によって提案されたスキャニングゲージの他の好例に
は、俄の組織を検出するものが含まれる。これは、既知
波長の赤外線等のビームを紙の所定領域に照射し、その
とき吸収される照射量を測定して検出する。ｉ（者のタ
イプの装置は、紙によって吸収された照射量は、特定波
長ではその紙の組織の関数になるという一般原理によっ
て動作する。

同様に、ミード株式会社に譲渡された米国特許４、４５
３．、４０４号には、紙の統計的特性を測定するための
スキャニング装置が記載されている。すなわち、この特
許によれば、この装置は、紙のようなシート状材料の坪
量を、その製造中に監視することができる。さらに、米
国特許２．８０６．３７３号には、厚みと不透明度の変
化に対して連続的に応答する少なくとも２つの検出器を
もつ紙の試験装置か開示されている。この特許によれば
、ある製紙工場において、ある原料からつくられる紙に
ついては、その紙の諸特性の間には諸関係が存在し、そ
の特性のあるものについて知れば他の特性については結
論が引き出せるということが述へられている。

特に、有孔度と水分の変化は、厚さと坪量の変化の代数
学的関数として得られると述へている。

さらに他の従来技術として特筆されるのは、米国特許３
．６８７．８０２号に記載された制御方法と装置である
。これは、紙の水分含有量、破裂強度（ミューレン）、
および坪量を制御するもので、これらを測定し、抄紙機
を調節する適切な制御信号をつくり、所望の測定値が近
似されるように制御する。同し策に、米国特許３．９３
６．６６５号はシート材監視装置を開示している。これ
は、シート材の幅方向のテークプロフィールを測定する
ためのセンンングケー／とコンピュータを備えたもので
ある。この特許によれば、監視テークは、シート製造プ
ロセスを制御し、所望のシート材特性を得るための情報
をつくるのに使用できよう。さらに、この特許は、スキ
ャニングゲージを用いなくても／−ト特性のテークプロ
フィールを得ることができることを教示している。

この発明は、このような背景の下になされたもので、そ
の主な目的の一つは、抄紙機で製造中に、その上を搬送
される連続的な紙匹の強度特性を、６Ｊシ壊試験をしな
いで、連続的に測定する装置およびノｊ法の改善をＬＱ
　（ｊｌ、することである。

さらに詳述すると、この発明の目的は、紙製造中に、紙
の強度特性に相当するプロセス測定値の代用値を非破壊
的に検出するオンライン装置および方法の改善を提案す
ることにある。この代用値は、たとえば、製紙プロセス
における諸変動を制御し、生産されつつある紙の強度を
選択的に変化させるのに使用することができる。

［課題を解決するための手段］ 上述した各目的にかなうように、この発明は、紙製造中
に、プロセス測定値の代用値を検出することによって、
連続的かつ非破壊的に紙の強度を測定する方法と装置を
提供する。この代用値とは、紙の強度に関係する次の特
性のうち、少なくとも４つの特性を含んでいる。すなわ
ち、各繊維の強度、繊維の長さ分布、繊維の量、繊維の
分布、織錐の方向、繊維間の結合数、および結合強度の
うちの４つである。少なくとも４つの特性の代用値の測
定値が得られたならば、これらの代用値を紙の強度に相
関付けるための統計的演算か行われる。

また、測定された代用値の変動に基づいて抄紙代の動作
が制御され、生産される紙（シート材）の強度が調整さ
れる。

この発明の好ましい実施例では、個々の繊維の強度に相
当するプロセス測定代用値は、乾燥中に゛　　紙に加え
られる応力である。このような応力は、たとえば、非破
壊的なスキャン型の装置によって検出される。この装置
は、移動中の紙が支持されていない領域で、その紙の一
側を支える支持部材と、上記領域内で紙を変位させる変
位手段と、上記領域内で紙を変位させている力に関連し
た力を検出する力センサと、前記領域内での紙の変位量
を検出する変位センサとを有している。

以下の説明から明らかなように、この発明の方法および
装置は、製造中に移動する連続的な紙匹の強度を非破壊
的に測定する分野において、大きな利点を有している。

この発明の池の利点は、好ましい実施例について行った
以下の説明と付属図面とを参照することによって理解さ
れるであろう。

［実施例１ 以下、図面を参照して、本発明の詳細な説明する。

第１図に概要を示す紙強度の測定方法は、紙強度を決定
する基本的な物理的特性のプロセス測定値の代用値の同
定と検出を前提としている。さらに詳述すると、乾燥し
た繊維マントとしての紙の特性に基づいて、紙の基本的
な強度特性は、２つの大きなカテコリに大別される。す
なわら、繊維に固有な特性と、繊維の構造配列に固有な
特性とである。

第１のカテゴリには、（１）個々の繊維の強度、（２）
それらの繊維の長さ分布とか倉まれる。第２のカテゴリ
には、（１）繊維量、（２）それらの？Ｊｌ　ｆｌｆｌ
ｌの分布、すなわち地合い、（３ンそれらの１Ａ（ｌｆ
ｆｆの方向、（４）繊維間の結合数、（５）結合強度か
倉まわる。

さらに−船釣にいうと、第１図に示すプロセスにおいて
、各種センサは、プロセス測定値の代用値を出力するた
めに使用される。この代用値は、通常、上述した紙強度
を決める基本的な物理的特性のうちの少なくとも４つの
特性に対応する。この結果、第１図に示すプロセスを実
施することによって、紙の製造中に、汎用的かつ連続的
方法で紙強度を測定する、簡単かつ合理的な技術が提供
される。

個々の繊維の強度検出についての最初の問題は、直接的
な測定は、紙を破壊しないとできないという点にあった
。しかしながら、この問題は、第１図のプロセスにおい
て、個々の繊維の強度に相関しているプロセスパラメー
タを検出することによって克服される。さらに詳述する
と、個々のｕ％維強度は、基本的に、繊維の種類、パル
プ化プロセス、および乾燥時に紙に加えられる応力に依
存している。繊維の種類については、針葉樹材は広葉樹
材よりも強い紙をつくるが、針葉樹材の種類によっては
、紙強度はあまり変わらないということか分かっている
。（Ｓｅｊｔｅｒｈｏｌｍ、　Ｖ、Ｃ，、ａｎｄＣｈｉ
ｌｓｏｎ、　Ｗ、Ａ、、　ＴＡＰＰＩ　４ｇ、　Ｎｏ１
ｌ　６３４−６４０．　Ｎｏｖ。

１９６５参照。）　こうして、第１図に示すプロセスに
よれば、針葉樹材パルプにλ・１する広葉樹材パルプの
比は、繊維種類による紙強度のインンケータを与えると
仮定される。よって、個々の９ｊ（ｆｆＡ強度に対応す
るプロセス測定値の代用値は、パルプ中の針葉樹デイに
対する広狛樹材の比を求めることによって与えられ、こ
れは通常流上測定によって求められる。

さらに、個々の繊ｆ１ｔの強度を間接的に１・（り定す
るものとして、パルプ化プロセスの違いかｉ’ｌｔＶ　
ｒｆｌｌ　！ｌ”ｉＴ　度に影響することが知られてい
る。例えば、Ｍ　ａ　ｒ　＋１０　ｎ　。

Ｊ、、　ｅｔ　ａｔ、　”５ｔｏｃｋ　Ｑｕａｌｉｔｙ
　ＦａｃＬｏｒｓ　ＡＩ’ｒｃｃｔｉＢＰａｐｅｒ　Ｍ
ａｃｈｉｎｅ　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ”、　Ｔｅｃｈｎ
ｉｃａｌ　５ｅｃｔｉｏｎＣＰＰＡ、　Ｍｏｎｔｒｅａ
ｌ、　１９７２には、新聞用紙中の化学パルプを増加さ
せると、新聞用紙の強度と弾性−ドを増加させることか
報告されている。代表的なパルプ化プロセスは、砕木、
熱的代（成約プロセス、およびクラフトプロセスをＪ′
引んでいる。′ｉ′’ｊ聞用低を含む、＋＋；通の紙材
料の多くは、２以上の、＜ルブ（ヒ過ｆ′？によって形
成される混合パルプによってつくられる。よって、抄紙
機にｌＩ−給される各パルプの量的な比（つまりパルプ
比）を検出することによって、個々の繊維の強度に対応
するプロセス測定値の他の代用値が得られる。パルプ比
は、普通、＠　ｆｌｉな流量監視によって検出される。

個々の繊維の間接的強度測定については、さらに、乾燥
期間に加えられる応力によって、紙の中のｆｔ、’：１
々の繊維の強度か増すことが示されている。

これについては、Ｃ，Ｋｉｍ　ｅｊ　ａｌ、　　”Ｔｈ
ｅ　ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ
　Ｓｉｎｇｌｅ　Ｗｏｏｄ　Ｐｕ１ｐ　Ｆｉｂｅｒｓ−
Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｏｌｙｍｅ
ｒ　５ｃｉｅｎｃｅ、　Ｖｏｌ、　１４゜ｐｐ、　　１
５４９〜１５６＋　（＋９７５）を参照されたい。この
効果は、ウェットフィブリルに起因する可能性が最も高
い。ウェットフィブリルは、乾燥期に互いにスライドし
、応力が集中した不均一な箇所を緩和する。この効果の
一つの現れとして、製造中に紙の縦方向に代械的に引っ
張られて沖びることにより、紙は幅方向よりも縦方向の
方が強いという意味での異方性をもつことがある。第１
図に示すように、縦方向の引っ張り（伸び）を検出する
ことによって、個々の繊維強度に対応するプロセス測定
値の代用値とすることができる。実際、縦方向の引っ張
りは、抄紙機内で選ばれたロールに取り付けられた従来
型の速度センサ、あるいはタコメータによって容易に検
出される。

さらに、乾燥中に紙の中に応力が形成されることが知ら
れている。これは紙の縮みと機械の引っ張り、および紙
の物理的な移動が規制されているために生じるものであ
る。また、抄紙機上の祇は、その中心部から端部に行く
にしたがって、幅方向の弾性率が減少することが知られ
ている。このような知見は、第１図に示すプロセスにお
いて、応力のプロセス測定値の代用値として弾性率に関
する測定値を使用することの基礎を形成している。

紙の幅方向および縦方向の弾性率を検出するためのセン
シング装置は、第２図ないし第６図に基づいて説明され
る。

再び第１図のプロセスを参照する。紙の強度に影響を与
える繊維特性カテゴリの第２の特性は、繊維の長さ分布
である。この特性は紙の強度にとって重要である。とい
うのは、長い繊維は短い繊ｔ［１°に比較して、１本の
繊維あたりの結合が多いことが知られているからである
。繊維の長さ分布に対応するプロセス測定値の代用値の
一つは、抄紙機のクーチロール上の真空度である。この
測定代用値のも（礎（１けは、次のとおりである。すな
わち、短い繊維は長い繊維よりも紙の隙間をふさぐので
、祇のａ孔度は、繊維が長くなるほど減少し、これかク
ーチロール真空度によって示される。

繊維の長さ分布の他の測定代用値は、光の散乱である。

この測定代用値の基礎付けは、紙に入射した光は、植（
椎長か短くなるほど散乱が多くなるという事実である。

実際、光の散乱は、種々の従来型赤外線スキャニング装
置によって検出できる。

このような装置の例としては、カルフォルニアクペルテ
ィ−７のメジャレックス　コーポレーション製のメジャ
レックス赤外線水分センサかある。

繊維の構造配列のカテゴリに属する特性測定につき、第
１図のプロセスを参照して説明する。このカテゴリに属
する一つの特性は繊維量である。

この特性を、紙強度に影響する特性であるとすることは
、繊維状ンートの強度は、通常、その中の繊維数に比例
するという知見に基つ鴇ている。第１図に示すように、
紙の繊維量のプロセス測定代用値は、紙の乾燥坪量を検
出することによって得られる。乾燥坪量は、通常、水分
を除去した爪の単位面積あたりの重量として定義され、
平方メートルあたりのグラム数で表されるのが芹通であ
る。

したがって、製紙業の分野においては、乾燥坪量は、紙
のある面積を形成する乾燥繊維材の重量と等しいことに
なる。これに関係する測定パラメータは、坪量と紙の単
位面積あたりの水分含有！ｉ（とである。このようなパ
ラメータは、次の事実によって関係付けられている。す
なわち、紙の所定面積にχ・Ｊし、乾燥坪Ｉｎは坪量か
ら水分含有量をひいた値に等しいという事実である。

乾燥坪量は、メジャレソクスの坪量センサをメジャレノ
クスの水分センサおよびメ／ヤレ、クスのＸ線灰センサ
と組み合わせて用いることによって、測定することかで
きる。後の２つの装置は、水分および填料含有量をそれ
ぞれ測定するものである。このような測定によって、乾
燥坪量は、全坪量から水分と填料含有量を引くことによ
って算出できる。また、Ｉｎｔｅｃ　Ｃｏｒｐｏｒａｔ
ｉｏｎに譲渡された米国特許４．２８９．９６４号には
、移動中の紙匹の幅方向にベータ線ゲージをスキャンさ
せることによって、坪量を測定できることか提案されて
いる。

さらに、乾燥坪量の測定装置が、米国特許出願第９０２
、２２５号に教示されている。これは、１９８６年８月
２９日に出願され、カリフォルニア　クベルテイ−７の
メジャレノクス　コーボレー／ヨンに譲渡されたもので
ある。この出願に記載された装置は、紙の乾燥坪量を光
で測定するもので、移動中の紙匹の一表面に光線を照射
し、この紙匹を通過する２種類の異なった光の波長を検
出して測定する。

う２紙技術分野では、紙の中の繊維分布は、「地合い」
と呼ばれている。地合いは、紙の強度と関連付けられる
。なぜならば、地合いの異なる紙は、強度か大きく異な
り、地合いが不均一な紙では、繊維の集中度が最小の箇
所、すなわち「薄いスポット」と呼ばれる箇所が一番弱
い。−船釣にいうと、繊維地合いのプロセス測定代用値
は、移動中の紙匹に収東光を通し、その透過光を水分の
変動にあまり敏感でない光学センサによって検出するこ
とによって得ることかできる。光学センサの好例として
は、約１．３ミクロンのｌ成長の決、：ｉｊ域の良く収
束された光を紙に通して測定するものかｊ）る。この種
の光学センサは、薄いスポットを、透過光が最大となる
箇所として検出する。

繊維地合いのプロセス測定代用値の他のもの：ま、ワイ
ヤースピードに対するシェツトスピードの比率である。

ジェノトスピートは、パルプかへ７１−ボックスを出る
速度である。この測定値を正当化するものは、繊維のか
たまりがつくられるのを解消する乱流は、ワイヤースピ
ード以下のジェットスピードでつくノられるという事実
である。ワイヤースピードは、また、地合いにも影響を
与える。

というのは、通常、ワイヤースピードが増すと、シェツ
トスピードも増加させなければならないからである。ジ
ェットスピードは、従来から行われているヘッド圧の測
定から検出できる。また、ワイヤースピード°は、抄紙
機の適当なロールに連結した従来型タコメータによって
検出てきる。

この関連では、米国特許第３．４３５．２４２号には、
紙の繊維の地合いを検査するといわれる装置か開示され
ている。この装置は、被試験材のす（近くに配置された
細いビームを出す複数のフォトダイオードと、この細い
ビームを検出する検出器と、被試験材の構造的地合いを
示す信号を出力する瞬時比率コンピュータとをもってい
る。また、刊１１物”Ｐｕ１ｐ　＆　Ｐａｐｅｒ”　（
Ａｕｇｕｓｔ　１９８５．　ｐ、　１６３）には、リブ
ケセンサとよばれる装置が記載されており、これは、紙
の地合いや繊維の方向を、３！２紙プロセスのウェット
エンドで監視するものである。リブケセンサ（Ｌｉｐｐ
ｋｅ　５ｅｎｓｏｒ）は、レーザ光と２次元フォトディ
テクタとを使用し、ランタムな方向を向いた繊維と、互
いに平行な方向を向いた＜ｕ　ＩＩＧ　：の光散乱の差
を検出する。

第１図において、さらに、繊維の幾何学的ｒ工方向の検
出につき説明する。この点については、１′：（の強度
は、紙の中の大部分のＵＡ惟か向いている方向の方か、
他の方向よりも強いということをＴｌ＋！　；ｙしてお
かなければならない。繊維方向のプロセス測定代用値を
得るために、２つのマイクロｉ＋、！ｇ　水分センサを
有する装置を用いることかできる。２つのセンサのうち
の一つは縦方向に向けられ、他の一つは幅方向に向けら
れる。また、ｌ’ａ１ｍｃｔ　Ｏｙｉ：譲渡された木国
特許第３．８０７．８６８号には、ｆ氏の中の繊１１を
方向を測定する方法か記載されている。

これは、紙の平面に対して直角（２〕ｊ向）に１′（Ａ
・しされた光を検出する段階、この光をＨｌ−、！］ｉ
：に直角な２平面で反射する段階、および反射された光
に基ついて繊維方向の異方性に対応する２つの値を形成
する段階を含むものである。さらに、１９８６年５月発
行のＴＡＰＰＩ　Ｊｏｕｒｎａｌの１２６−１２８ペー
ジにＪ己載された１、　Ｋｏｒａｎ他の　”Ｎｅｔｗｏ
ｒｋ　５ｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄＦｉｂＣｒ　０ｒｉ
ｅｎｔａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｐａｐｅｒ”には、Ｘ　７９
回折と七ロスパン引っ張り強度によって、紙の中の繊維
方向を検出する方法か記載されている。

しかしながら、上記説明にもかかわらず、繊維方向は、
通常、ヘットボックスの構造の関数であることをいって
おかなければならない。ヘッドボックスの構造は、機械
によって大きく異なるか、繊維方向に与えるヘッドホッ
クスの影響は、一つのｌｆｆ１Ｍではほぼ一定である。

紙の強度に影響を及ぼすさらにもう一つの特性は、紙の
中の繊維によって形成される結合数である。紙の中の結
合数は、一般に、繊維密度か増すほと増加するから、密
度を測定すれば、繊維間の結合数に対応するプロセス測
定代用値を獲ることができる。第１図に示すプロセスを
実現するには、密度は、製紙プロセスのウェットエンド
で測定しなければならない。というのは、ドライエンド
ては、カレンダ掛けによって密度が増す一方、そのため
に、繊維が機械で切られ、紙を弱めることがあるからで
ある。密度は、実際には、坪■と厚さを測定する従来型
のセンサを用いて、オンラインで直接検出することかで
きる。

繊維間の結合強度については、その強度は、主に繊維種
類、パルプ化プロセス、添加剤、圧力、および水分によ
って決まることが知られている。

結合強度とｕＩｔ惟種類との関係は、個々の繊維強度と
繊維種類との関係と基本的には同様である。すなわち、
針葉樹材は、広葉樹材よりも強い結合強度を与えるが、
広葉樹材パルプと針葉樹材パルプとの比が一定に保たれ
る限り、広葉樹材、または針葉樹材の種類によっては、
強度は実質的に変わらない。よって、個々の結合強度に
対応するプロセス測定代用値は、供給されるパルプにお
ける１１葉樹材と広葉樹材との比を調べることによって
得られる。これは、通常、流■監視装置によって行われ
る。また、繊維強度の場合と同様に、結合強度は、抄紙
機へのパルプ供給速度によって変化する。この場合も、
この代用値の測定は、従来型の流量監視装置によって検
出できる。

うり紙プロセスにおいて、ガムや７戦扮なとの添加剤は
、結合強度を増すために使用されることがある。このよ
うな添加剤が１吏用された場合、その量か流量測定装置
によって測定される。また、繊維間の結合強度に対する
添加剤の効宋を表すためにキヤリブレーシヨンが行われ
る。

繊維間の結合強度については、さらに、ウェットプレス
か結合強度を増すことが知られている。

これは、繊維間の接触面積増すことによって結合か増加
するためである。はとんどのウエノ）プレスは、実際に
は、一定圧力で動作するクラウンローラによって行われ
る。このように、ウェットプレスは結合強度に影響する
が、このような処理は通常変動がなく、したがって、紙
の強度に影響をあたえる要因として常時監視するといっ
た必要性はない。

繊維状シートの水分含有量もまた、結合強度に影響を与
える。水分含有量は、乾燥１代の温度とワイヤースピー
ドによって決まる。紙の水分３存４ｊｔは、実際には、
前述したメンヤレックス水分センサのような従来型の水
分センサによってオンラインで容易に測定することがで
きる。第１図に示すように、検出された紙の水分含有バ
ｔは、織ｒ（Ｉｊ詰合の強度を示すもの、つまり、紙の
強度を示すものとして使用できる。

上述した各プロセス測定代用値の、特定の紙の強ｒ、ｆ
に対する侑対的な貢献度は、一般に、ＩＩＥを装造する
抄紙機の特性による。個々の代械のプロセス制御を行う
ために、プロセス測定代用１１１′ｉ　０）　アルもの
は、不変であると見なすことかできる。たとえば、繊維
の方向は紙強度に影響し、ヘッドボックスの構造によっ
て決定されるものの、ヘットボックスの構造による影響
は、現在の抄紙機では、通常、動作中一定である。した
がって、これは、計測器をキャリプレートすることによ
って考慮に入れることかできるから、連続的に測定する
必要はない。

第７図は、紙強度の測定に対する、プロセス測定代用値
とパラメータセンサの相互関係を示す線図である。第７
図に示す７つのパラメータは、第１図について説明した
ものと同一である。さらに、第７図には、７つの特性を
決定するプロセス測定代用値を得るのに用いることので
きるセンサの種類を示しである。たとえば、赤外線（Ｉ
Ｒ）水分センサは、移動中の紙の水分含有量を検出する
のに使用され、したがって、繊維間の結合強度を測定す
るために用いることができる。ある種のセンサは、２つ
以上のプロセス測定代用値を得るのに用いることができ
る。たとえば、赤外線水分センサは、水分含有量と乾燥
繊維の１ｌｆｆｆｉを得るのに使用できる。

次に、第２図を参照すると、スキャニング装置が示され
ている。これは、番号１１１によって指示され、紙匹１
１３の幅方向に伸び、紙匹１１３の応力を検出するセン
サを含んでいる。説明のために選ばれた本実施例のスキ
ャニング装置１１１において、紙匹１１３は、１対の静
止した平行ビーム１２１と１２２との間を水平に通過す
る。これらのビーム１２１，１２２は、紙匹の反対面に
おいて、それを横断して平行に伸びる形で取り付けられ
ている。ビーム１２１，１２２の長、ｌｉ、抄紙機の種
類に応じ、約１００インチから／１００インチの範囲で
ある。スキャニング装Ｆｊ　１１　］　ｉ：ｔ、通常、
紙の動きが比較的安定で、揺れなどの大きな変動がない
抄紙機上の位置に配置される。

さらに、第２図に示されるように、スキャニング装置１
１１は、移動可能なキャリ、ジ１２３と１２４とを有し
ている。これらは、上下のビーム１２］、１２２にそれ
ぞれ取り付けられており、紙匹１１３をスキャンする。

（第２図では、下のキャリッジ１２４が見えるように、
紙匹１１３の一部を切り欠いて示しである。）　図示し
ない従来（１μの駆動機構かキャリッジ１２３と１２４
をビーム１２１と１２２に沿って前後に駆動するように
設けられている。動作にあたっては、この駆動１＝ｉ　
ＦＩＷは、キャリッジ＋２３と１２４を同期させ、斤い
に反対側で常に揃うように動作させる。

第２図において、上のキャリッジ１２３は、符号１２５
によって指示されるセンサの一部を移送し、下のキャリ
ノン１２４は、同じセンサの池の一部を移送する。セン
サ１２５全体は、第３図に示されている。はぼ類似した
セッサは、カリフォルニア　クペルティ−７のメジャレ
ノクス　フーヂレー／ヨンに譲３度された次の米国時１
許出願に示されている。１９８５年５月２日にファイル
された願番７３０、４０６号、１９８５年１０Ｊ１４日
にファイルされた顎番７８４、２１３弼、および、卯番
７８４．２１３号の一部継続出願として１９８６年７月
１８日にファイルされた米国特許出願である。

次に、第３図を参照して、センサ１２５の上部の構造を
最初に説明する。該上部は、Ｕ字状の脚１３０をもつＵ
リンク状ブラケット１２８を有している。ブラケット１
２８は、水平軸ピン１２９にてキャリッジ１２３に結合
され、紙匹１１３の表面に対して垂直に回動できるよう
になついる。

車輪１３１は、Ｕ字状の脚２３０の１１旧こ沖びる水平
回転軸１３３に回動自在に取り付けられ、紙匹１１３の
表面上に載る寸法になっている。」二記ブラケット１２
８の垂直方向の回動は、キャリノ／１２３とブラケット
１２８との間に回動可能に連結されたエヤシリング１３
５によって規制されている。エヤシリンダ１３５には通
常、十分な圧力の圧縮空気が供給され、これによって車
ｆｉ′ｉＩ　３１は、垂直方向の固定位置で紙匹１１３
の表１ｎｊに当接するように位置決めされる。

センサ１２５の下部には、第３図と第４図に示すように
、一般に少なくとも２組の力センサと変位センサ１４５
か含まれている。上記力センサは、図では、１７Ｉ３Ａ
と１４３Ｂの対、および１４／ＩＡと１４４１３の対と
して示されている。力センサと＆　ｆｊ２センサは、下
の牛ヤリノシ１２４に固定されたプレート１４６に堅く
連結されている。さらに、第３図と第４図に示すように
、センサ１２５の下の部分は、それぞれ対をなす接触部
材１４７八と１４７　Ｉ３、および１４８Ａと１４８Ｂ
をイＴしている。これらは、紙匹１１３の下面と接触し
ているためにこのように命名された。

この実施例では、接触部材１４７Δと１４７Ｂは、カン
ナレバｌ　４９　Ａと１４９１３の自由端に取り付けら
れている。これらのカンナレバ１４９Ａと１４９Ｂは、
互に争古合された対をなすフレノキシブルなものであり
、それらと反対の端部は、スペーサ１５０によってプレ
ート１４６に静止状態で取り付けられている。同様に、
接触部材１４８Ａと１４８Ｂは、互いに結合された一対
のカンナレバ１５１Ａと１５１Ｂの自由端に取り付けら
れており、カンナレバ１５］Ａと１５１Ｂの他端は、図
示しないスペーサによって、プレート１４Ｇに静止状態
で取り付けられている。一対の接触部材１４７Ａと１４
７Ｂは、縦方向に並へられており、ここでは縦方向対と
呼ぶことにする。同（王に、接触部材１４８Δと１４８
Ｂは、幅方向に並んでおり、ここでは幅方向ズ・１と呼
ぶことにする。

第３図に最もよく示されているように、接触部材１４７
Δと１４７Ｂの縦方向対は、各力センサ１４３Δと１４
３Ｂにピン１５３Ａと１５３Ｂを介してそれぞれ連結さ
れている。こうして、接触部材の変位は、ビンの垂直方
向の移動を介して、センサに力を加えることになる。可
動の接触部子４１４８Ａと１４８Ｂの幅方向対も同様に
、力センサ１４４Ａと１４／ＩＢにそれぞれ連結されて
いる。

力センサとしては、実際には、従来型のピエゾ抵抗装置
、あるいはストレンゲ−７を用い、それらにかかる力に
比例した（直線的特性のものか好適である）電圧を出力
するようになっている。また、変位センサ１４５は、実
際には、従来型の近接センサであり、この変位センサと
紙匹１１３の表面との距離に比例した（この場合も直線
的特性のものが好適である）電圧を出力する。

第２図ないし第４図のセンサ１２５の動作を説明する。

まず、センサ１２５は、接触部材の縦方向λ・Ｉおよび
幅方向ズ・１の双方か紙匹１１３の下面に当接するよう
につくられている。このため、車（ｌＡｌ　３　］か接
触部材の６対の中間地点、つまり変位センサ１４５の真
上で紙匹１１３の表面に接触するようになっている。ま
た、センサ１２５の好ましい動作モードを理解するため
に、エヤシリンタ＋３５は十分に加圧され、車輪１３１
は垂直方向の一定の位置を占めるものと仮定する。この
ような１．′４成において、力センサ１４３Ａと１４３
Ｂは、移動している紙匹１１３か可動型の接触部ｔイｌ
ｌｌ　７　Ａと１４７・Ｂに及はす［Ｅ力を検出する。

また、変位センサ１４５は、プレート１４６に対する、
紙匹１１３の位置の変動を検出する。

第５図を釡照して、センサ１２５の動作をさらに説明す
る。図において、長さｄは、車輪１３１と紙匹１１３の
表面との接触点から、可動Ｈ２接触部材のひとつ、たと
えば１４７Ｂと紙匹１１３との接触点までの距離を示し
ている。長さＺは、紙匹１１３の表面が車輪１３］によ
って押しやられた垂直方向の距離である。長さＺは、理
想的にｊま一定であるが、スキャニングセンサ１２５の
実際の動作では、その機械的な応力によって多少変動す
る。このような変動を補償するには、長さＺの値を変位
センサ１４５で監視する。センサｊ／１５の出力には、
その振幅が長さＺを表す信号か（’３られる。検出値Ｚ
とｄを知ると、長さｈを決めることができる。幾何学的
には、長さｈは、脚の長さかそれぞれｄとＺの三角形の
斜辺を表している。

この斜辺は、接触部材から車輪１３１の接触点まで仲ひ
る紙匹１１３の表面と同一直線上にあると考えられる。

紙匹１１３の引っ張りに対し、紙匹１１３の距離ｌ）方
向の応力は、紙匹１１３によって力センサ１４３、〜．
ｌ／１３Ｂ、＋４４Ａ、１４４Ｂのうちの一つにかかる
力の関数として検出される。したかって、変ｌ；！ｌｓ
は紙匹１１３の距離り方向の応力を表し、また、変ＩＦ
は車輪１３１と紙匹１１３か接触している、ときに、セ
ンサ１４３Ａ、１４３ＩＬ］４４Δ、１４４Ｂの一つに
よって検出された力を表すとすると、ＳとＦとの関係は
、力の三Ｃ（ｓ　ｑ５によって解くことかでき、Ｓ　　
５ｌｎＯ＝　　Ｆ Ｊ：表現することができる。ここで、θは第５図に示す
ように、ｄとｈとの間の角度である。上の式を変形する
と、 Ｓ＝　　Ｆ／　ｓｉｎθ となる。角θか小さいとき、ｓｉｎθはｔａｎθとほぼ
゛等しいから、ＳとＦの関係は、次の近似式で表現され
る。

Ｓ　　＝　　Ｆ／ｌａｎθ ｔａｎθは２とｄの比であるから、紙匹１１３の応力Ｓ
は、 ５＝Ｆｄ／ｚ と表現することができる。こうして、実際には、紙匹１
１３の応力は、次の３つの測定値の関数となることが分
かる。紙匹１１３の変位２、力センサに対する車輪１３
１の位置ｄ、および力センサの一つによって検出された
力Ｆである。

実際には、力センサ１４３Ａと１４３Ｂとからなる縦方
向対にかかる力は、力センサＩ　４　ｌＩ　Ａと１４４
Ｂとからなる幅方向対にかかる力と、必ずしも同じでは
ない。なぜならば、縦方向と幅方向の応力や張力が異な
るからである。この差異によって、幅方向と縦方向の異
なる力が測定できる。また、幅方向においては、紙の動
きは規制されているが、大きな引っす長り力は、はたら
かないのか晋通である。それにもかかわらず、センサ１
２５からは、幅方向の有意な力が得られる。これは、本
質的には、車輪１３１による紙表面の変位によって、局
部的な応力が生じるからである。

センサ１２５の他の動作モードを説明する。この場合、
エヤ／リンダ１３５は加圧、制御され、車４’Ａ　Ｉ　
３　］は祇四重１３に同けて下方に移動可能で、それに
ほぼ一定の力て当接される。これにより、紙匹１１３は
、通常の張力状態では、変位セン＋＋　Ｉ　＝ｌ　５の
方向にわずかに動かされる。このような動作モードでも
、また、変位センサ１４５は、プレート１４６に対する
紙匹１１３の表面の位置Ｚの変動を検出する。−船釣に
いって、位置２は、紙匹１１３の応力Ｓの関数として変
動する。したかって、実際の動作条件では、紙匹１１３
の応力は、上と同じように次の３つの測定値の関数とし
て表現することができる。すなわち、紙匹１１３の変位
Ｚ、選択された一つの力センサに対する車（−２１３１
の（装置ｄ、および選択された力センサによって９出さ
れた力Ｆである。

センサ１２５の上述した動作によって検出された応力測
定値Ｓは、第１図によるプロセス測定代用値の検出とと
もに、紙匹１１３の強度特性を推測するのに用いること
ができる。ここで、第６図のグラフを参照して、応力Ｓ
とプロセス測定代用値との関係を説明する。第６図にお
いて、縦軸は、紙匹１１３の所定面積にセンサ１２５に
よって加えられた応力を表し、横軸は、紙匹の上記面積
に加わるひずみを表している。ここでちまた、びすみは
、紙匹１１３の伸び、つまり紙の張りと解される。縦方
向のひずみは、紙匹がその上を通過するローラの速度を
連続的に監視することによって、測定することができる
。幅方向では、引っ張り力は通常一定であり、したがっ
て、監視する必要はない。

第６図において、曲線Ａ、Ｂ、Ｃは、秤〕、・のタイプ
やグレートの祇の応力−ひずみの関係を示している。曲
線Ａは、ある特定のタイプの祇；こ加えられた応力と、
その紙の仲ひとの関係を示している。同様に、曲線Ｂは
、他のタイプの紙に舶えられた応力と伸びとの関係を示
している。Ａ、Ｂのタイプ（グレート）の爪を比較する
と、紙Ｂに加えられた応力は、紙Ａに加えられた同一の
応力よりも大きな沖ひを生じることか分かる。曲線Ａ。

Ｂ、Ｃの終点は、破壊点（つまり紙が破れた点）であり
、したがって、それぞれの紙の強度を示している。紙Ａ
、Ｂをもう一度比較すると、紙Ｂの方か祇Ａよりも弱い
ことか分かる。なぜならば、より低い応力で岐れている
からである。

さらに第６図を参照すると、曲線Ａ、Ｂ、Ｃの傾きか谷
グレー１・の紙のヤング率を表していることか分かる。

たとえば、点ａにおける曲線Ａの傾きは、このグレート
のイ氏のヤング率である。

第６図の曲線によって示される各グレードの紙の６成環
点は、通常、経験的に、標準化された実験室方法によっ
て決定される。実際、各種の標準化された方法による実
験室結果の間には、信頼性のある相関か得られることか
多い。たとえば、標準化された張力試験、ＳＴＦ　ｌ圧
縮試験、およびミューレン破裂圧力試験などの標準化さ
れた実験室試験ては、信頼性の高い相関が得られている
。

同一のグレードの紙のサンプルは、一般に、同一の応力
−ひすみ関係をもっている。よって、応力とひずみが測
定されると、紙のグレードを同定できるということが、
第６図から理解される。たとえば、ある紙につき、応力
点ａ′　とひずみ点ａ′′とが測定されると点ａが決定
でき、さらに、描かれた紙のグレードの中から一意的に
、その応力−ひずみ特性をもつものとしてサンプルの同
定かできる。この例では、曲線Ａとして同定できる。

第６図に曲線Ａ、Ｂ、Ｃで示されている各グレードの紙
の破壊点は、各グレートで必ずしも一定ではなく、第１
図で説明した物理的な特性（たとえば、繊維の特性や繊
維の配置構造）によって変化し得るということを理解し
ておかなければならない。実際、所定の抄紙機とグレー
ドでは、紙の強度とプロセス測定代用値との関数関係は
、以下に説明する経験的方法と多変数回帰分析技術によ
って決定することかできる。

第８図は、プロセス測定代用値に基づいて、制御を行う
ための信号を出力する装置を示している。

第８図において、７つのプロセス測定代用値のうちの少
なくとも４つを代表する信号は、コンピュータ２０１へ
の人力として示されている。コンピュータ２０１には、
また、装造中の紙に対応して、その紙強度を示す値か人
力される。これは、１の質の良い実験室技術によって測
定されたものである。コンピュータ２０１は、従来型の
ディジタルコンピュータでよく、これに多変数回帰分析
のアルコリズムを行うプログラムを格納する。プロセス
測定代用値の情報は、アナログ値か普通であるから、こ
の情報は、通常、コンピュータ２０１て使えるようにテ
ィンタル化される。このティンタル化は、従来型のアナ
ログ−デイ／タル変換２ｇ（図示せず）によって行われ
る。相関と回帰アルゴリズムを行う従来型のプログラム
か゛洛Ｎ’（され、図示した人）Ｊか与えられると、テ
イシタルコンビュータ２０１は、紙匹１１３の幅方向の
選択された箇所における、プロセス測定代用値と実験室
で測定された強度値との間の相関を決める演算を行う。

第８図のコンピュータ２０１によって、プロセス測定代
用値を用いた関数関係か決定されると、これ以後、プロ
セス測定代用値を監視することによって４祇制御を行う
ことかできる。たとえば、紙のグレードが同定されると
、センサ１２５は、選択された他のセンサとともに作動
し、プロセス測定代用値をコンピュータ２０１へのデイ
／′タル入力信号として供給する。コンピュータ２０１
は、最終的には、紙匹１１３の強度変化を示す信号を出
力する。すなわち、コンピュータ２０１　ハ、各幅方向
の位置で、製造中の紙について！Ｓｉｉ算さ４ｚだ・序
文か、所望の紙強度からどの程度ずれているかを表す信
号を出力することができる。これらの出力信号は、抄紙
機の制御にも（史用でき、各・幅方向の位置ての、：１
．九Ｉ整を行わせる。

第８図の装置は、第７図にあげた７つの／’ラメータ全
部を（史わなくても、紙匹１１３の有意な強度測定を行
うことかできるか、大きな変化条件をともなうプロセス
を十分な精度で制御するためには、）ｍ常、少なくとも
４つのパラメータに対応する独立のプロセス測定代用値
を得なければならない。プロセス測定代用値の関数を得
るためには、？ＩＹＥ来の（；１〒準回帰分析を用いる
ことかできる。この←トの回帰式の一つの形は、たとえ
ば、次のミューレン強度式である。

Ｓｍｕ　＝　Ａ＊（ＪＷ）↓Ｂ＊（ＶＡＣ）ｆ（Ｊ（Ｓ
）＋Ｄ＊（Ｍｏｌ）＋ｌＥ＊（’％ＣＩＩＩミ’）”Ｆ
（ＢＹ）＋Ｇ＊（ρ　）ト）Ｉここで、Ｓｍｕは、紙の
ミューレン強度であり、Ａ。

１’ｌ、　Ｃ，Ｄ、　Ｅ、　Ｆ、　Ｇ、　　および１１
は、回帰フィツト定数である。また、 ＪＷ＝／ニット・ワイヤ速度 ＶＡＣ−クーチ真空度 Ｓ−紙匹の張力 ＼１０１−水分百分率 ％ＣＩＩＥＭ−化学パルブ百化学 パル−百分 率　−密度 上記の式の定数Ａ〜ＩＩの値は、一般に、６抄紙機と紙
のグレードとに１衣存する。紙のグレートか大きく変わ
ると、上記定数を再計算しなければならないのか普通で
ある。

上の式によれば、ミューレン強度は、製造中に紙匹を幅
方向にスキャニングすることによつ゛Ｃ１選択された各
幅方向の位置で算出することかできる。１回のスキャニ
ングに対する１揃いのミューレン強度データは、紙匹の
プロフィールを与える。

プロセス制御のためには、プロフィールの各測定成分か
幅方向のどこに位置するかを同定することか重要である
。

実際、上述した方法で得られた強度プロフィール測定値
は、始動時、グレード変化時、プロセス障害時に制御上
の利点を与える。また、強度プロフィール測定値は、定
常運転時の縦方向の紙質の変動を減少させるのにも使用
できる。これは、たとえば、縦方向の紙の張りを調整す
る信号を制御することによって行われる。他の例として
、このような強度プロフィール測定値を用いると、新聞
用紙の製造中に、砕木パルプと化学７ＸＩルプの供給混
合比を調整して、紙の強度を制御し、その製造速度をｔ
げることもてきる。また、上述した装置および方法によ
れば、強度についての任意の指（票か与えられるから、
（票・−ｑ；化された装置とは別に、９２　造された紙
の強度を比較することか可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明による方法の概略ブロック図、 第２図は、この発明による方法と装置において使用され
、紙の強度を連続的に測定するスキル・ンＩ（Ｍのセン
シンク装置の一例を示す斜？Ｑ図、第３図は、第２図に
示すセンシンク装置の部分断面側面図、 第４図は、第３図に示すセンシンク装置の下部を示す平
面図であり、第３図の■−■線平面に沿って矢印の方向
にみたもの、 第５図は、第２図、および第３図のセンシンク装置の動
作を説明するための線図、 第６図は、第３図のセンシンク装置の動作を説明するた
めのグラフ、 第７図は、第２図、第３図のセンシング装置を含む各種
センサによって得られた測定値の相互関係を示す線図て
あり、前記センシンク装置は、第１図に概要を示すプロ
セスにおいて紙の強度の測定を行うものである、 第８図は、プロセス測定値の代用値を用いた装置のプロ
、り図てあり、この装置は抄紙機を制御するための信号
を出力するものである。 Ｉｌｌ・・・・・スキャニング装置、１１３・・・紙匹
＋２＋、１２２・・　ビーム、 １２３、　１２４　　・・・キャリア］、１２５・・・
・・センサ、１２８・・・・・・フ゛ラケット、１．３
０・・・脚、１３１・・・・・車輪、１　４３　Δ　、
　　　　ｌ／１３Ｂ、　　　　＋４４Ａ、　　　　１４
４Ｂ　　・・・　・・・　ツノセンサ、 １４５・・・変位センサ、 ｌ　　１Ｉ７Ａ、　　　１４７１３．　　１４８Ａ、　
　　１４８Ｂ　　・・・・・・１妾触部材。 出願人メンヤレノクス　コーボレーンヨン第５図 Ｇ′ を丁　付 第６図 ７０ロＥス 現９　員もイ直 継ａＵ的関係、 づ虱　　　度 年＋ｌ　ｔ’ｌｐ　　イ芭号 第８図 寅、験室 ダ薫度；β・１　定イざ（

Claims (33)

【特許請求の範囲】
1. （１）個々の繊維強度、繊維の長さ分布、繊維量、繊維
   分布、繊維方向、繊維間の結合数、繊維の結合強度など
   の諸特性に関連するプロセス測定代用値を検出すること
   によって、連続紙の強度をその製造中に検出する非破壊
   的な紙強度の連続測定方法であって、次の段階を有する
   ことを特徴とする紙強度の連続測定方法。 １　紙の製造中に抄紙機上で上記諸特性のうちの少なく
   とも４つの代用値を検出する段階、２　選択された抄紙
   機と紙のグレードに対し、前記代用値と紙強度の実験室
   試験との相関を計算する段階、および ３　抄紙機による紙の製造中に、測定代用値を測定し、
   決定された上記相関に基づいて、抄紙機によって製造さ
   れている紙の予測強度を計算する段階。
2. （２）請求項１記載の紙強度の連続測定方法において、
   個々の繊維強度に対応する測定代用値を検出する段階は
   、抄紙機に供給されるパルプ中の針葉樹材と広葉樹材と
   の比率の検出を含むことを特徴とする紙強度の連続測定
   方法。
3. （３）請求項１記載の紙強度の連続測定方法において、
   個々の繊維強度に対応する測定代用値を検出する段階は
   、抄紙機へ供給される種類の異なるパルプの比率検出を
   含むことを特徴とする紙強度の連続測定方法。
4. （４）請求項１記載の紙強度の連続測定方法において、
   個々の繊維強度に対応する測定代用値を検出する段階は
   、縦方向の紙の張りの検出を含むことを特徴とする紙強
   度の連続測定方法。
5. （５）請求項４記載の紙強度の連続測定方法において、
   個々の繊維強度に対応する測定代用値を検出する段階は
   、乾燥中繊維にかかる応力の検出を含むことを特徴とす
   る紙強度の連続測定方法。
6. （６）請求項５記載の紙強度の連続測定方法において、
   乾燥中繊維にかかる応力を検出する段階は、幅方向と縦
   方向の弾性率の検出を含むことを特徴とする紙強度の連
   続測定方法。
7. （７）請求項１記載の紙強度の連続測定方法において、
   繊維の長さ分布に対応する測定代用値を検出する段階は
   、抄紙機のクーチロール真空度の検出を含むことを特徴
   とする紙強度の連続測定方法。
8. （８）請求項１記載の紙強度の連続測定方法において、
   繊維の長さ分布に対応する測定代用値を検出する段階は
   、紙に照射された赤外線の光散乱の検出を含むことを特
   徴とする紙強度の連続測定方法。
9. （９）請求項１記載の紙強度の連続測定方法において、
   繊維量に対応する測定代用値を検出する段階は、抄紙機
   上の紙の乾燥坪量の検出を含むことを特徴とする紙強度
   の連続測定方法。
10. （１０）請求項１記載の紙強度の連続測定方法において
    、繊維分布に対応する測定代用値を検出する段階は、紙
    の透過率の検出を含むことを特徴とする紙強度の連続測
    定方法。
11. （１１）請求項１記載の紙強度の連続測定方法において
    、繊維分布に対応する測定代用値を検出する段階は、抄
    紙機のジェットスピードとワイヤスピードとの比率の検
    出を含むことを特徴とする紙強度の連続測定方法。
12. （１２）請求項１記載の紙強度の連続測定方法において
    、繊維方向に対応する測定代用値を検出する段階は、抄
    紙機上での縦方向と幅方向の双方の水分の検出を含むこ
    とを特徴とする紙強度の連続測定方法。
13. （１３）請求項１記載の紙強度の連続測定方法において
    、繊維間の結合数に対応する測定代用値を検出する段階
    は、抄紙機上での紙の密度の検出を含むことを特徴とす
    る紙強度の連続測定方法。
14. （１４）請求項１３記載の紙強度の連続測定方法におい
    て、前記密度は、抄紙機で製造中の紙の坪量と厚さを測
    定して検出することを特徴とする紙強度の連続測定方法
    。
15. （１５）請求項１記載の紙強度の連続測定方法において
    、繊維間の結合強度に対応する測定代用値を検出する段
    階は、抄紙機に供給される種類の異なるパルプの比率検
    出を含むことを特徴とする紙強度の連続測定方法。
16. （１６）請求項１記載の紙強度の連続測定方法において
    、繊維間の結合強度に対応する測定代用値を検出する段
    階は、抄紙機に供給されるパルプの針葉樹材と広葉樹材
    との比率検出を含むことを特徴とする紙強度の連続測定
    方法。
17. （１７）請求項１記載の紙強度の連続測定方法において
    、繊維間の結合強度に対応する測定代用値を検出する段
    階は、抄紙機で製造中の紙の水分含有率の検出を含むこ
    とを特徴とする紙強度の連続測定方法。
18. （１８）請求項１記載の紙強度の連続測定方法において
    、繊維間の結合強度に対応する測定代用値を検出する段
    階は、抄紙機に供給されるパルプ中の添加剤の量の検出
    を含むことを特徴とする紙強度の連続測定方法。
19. （１９）請求項５記載の紙強度の連続測定方法において
    、弾性率を検出する段階はスキャニング型のセンサ装置
    によって行われ、該センサ装置は、移動中の紙が支持さ
    れていない領域で、その紙の一側を支える支持部材と、
    この領域内で紙を変位させる変位手段と、前記領域内で
    紙を変位させている力に関連した力を検出する第１の検
    出手段と、前記領域内での紙の変位量を検出する第２の
    検出手段とを有することを特徴とする紙強度の連続測定
    方法。
20. （２０）請求項１９記載の紙強度の連続測定方法におい
    て、前記第１および第２の検出手段の出力を、紙の幅方
    向の選択された領域での紙強度の標準測定値と相関させ
    る段階を含むことを特徴とする紙強度の連続測定方法。
21. （２１）抄紙機によって製造された連続紙の強度によっ
    て抄紙機を制御するようにした非破壊的な制御方法であ
    って、次の段階を有することを特徴とする制御方法。 １　個々の繊維強度、繊維の長さ分布、繊維量、繊維分
    布、繊維方向、繊維間の結合数、繊維の結合強度の諸特
    性のうち、少なくとも４つのプロセス測定代用値を検出
    する段階、 ２　選択された抄紙機と紙のグレードに対し、前記測定
    代用値と紙強度の実験室試験との相関を決定する段階、 ３　抄紙機による紙の製造中に、前記少なくとも４つの
    測定代用値を測定するために、紙の幅方向にスキャンす
    る段階、および、 ４　製造中の紙強度を制御するために、前記測定代用値
    の変動に基づいて、抄紙機の動作を調整する段階。
22. （２２）請求項２１記載の制御方法において、個々の繊
    維強度に対応する測定代用値を検出する段階は、縦方向
    の紙の張りの検出を含むことを特徴とする制御方法。
23. （２３）請求項２２記載の制御方法において、個々の繊
    維強度に対応する測定代用値を検出する段階は、乾燥中
    繊維にかかる応力の検出を含むことを特徴とする制御方
    法。
24. （２４）請求項２３記載の制御方法において、乾燥中繊
    維にかかる応力を検出する段階は、幅方向と縦方向の弾
    性率の検出を含むことを特徴とする制御方法。
25. （２５）請求項２２記載の制御方法において、応力を検
    出する段階はスキャニング型のセンサ装置によって行わ
    れ、該センサ装置は、移動中の紙が支持されていない領
    域でその紙の一側を支える支持部材と、この領域内で紙
    を変位させる変位手段と、前記領域内で紙を変位させて
    いる力に関連した力を検出する第１の検出手段と、前記
    領域内での紙の変位量を検出する第２の検出手段とを有
    することを特徴とする制御方法。
26. （２６）請求項２５記載の制御方法において、前記第１
    および第２の検出手段の出力を、紙の幅方向の選択され
    た領域での紙強度の標準測定値と相関させる段階を含む
    ことを特徴とする制御方法。
27. （２７）製造中の紙強度を制御する装置であって、以下
    の手段を有することを特徴とする紙強度の連続制御装置
    。 １　個々の繊維強度、繊維の長さ分布、繊維量、繊維分
    布、繊維方向、繊維間の結合数、繊維の結合強度の諸特
    性のうち、少なくとも４つのプロセス測定代用値を検出
    するために、抄紙機に取り付けられた手段、 ２　検出された測定代用値を示す信号を受信し、選択さ
    れた抄紙機と紙のグレードに対して統計的演算を行い、
    前記測定代用値と紙強度との相関を決定する手段、およ
    び ３　製造中の紙強度を制御するために、前記測定代用値
    の変動に応じて、抄紙機を調整する手段。
28. （２８）請求項２７記載の紙強度の連続制御装置におい
    て、個々の繊維強度に対応する測定代用値は、縦方向の
    紙の張りを検出する手段によって検出されることを特徴
    とする紙強度の連続制御装置。
29. （２９）請求項２８記載の紙強度の連続制御装置におい
    て、個々の繊維強度に対応する測定代用値は、繊維にか
    かる応力を検出する手段によって検出されることを特徴
    とする紙強度の連続制御装置。
30. （３０）請求項２９記載の紙強度の連続制御装置におい
    て、繊維にかかる応力を検出する手段は、幅方向と縦方
    向の弾性率を検出する手段を含むことを特徴とする紙強
    度の連続制御装置。
31. （３１）請求項３０記載の紙強度の連続制御装置におい
    て、前記弾性率を検出する手段はスキャニング型のセン
    サ装置をもち、該センサ装置は、移動中の紙が支持され
    ていない領域で、その紙の一側を支える支持部材と、こ
    の領域内で紙を変位させる変位手段と、前記領域内で紙
    を変位させている力に関連した力を検出する第１の検出
    手段と、前記領域内での紙の変位量を検出する第２の検
    出手段とを有することを特徴とする紙強度の連続制御装
    置。
32. （３２）請求項３１記載の紙強度の連続制御装置におい
    て、前記第１および第２の検出手段の出力を、紙の幅方
    向の選択された領域での紙強度の標準測定値と相関させ
    る手段を含むことを特徴とする紙強度の連続制御装置。
33. （３３）移動中の紙の幅方向の選択された領域にて紙強
    度の標準化された測定値を非破壊的に検出する装置であ
    って、以下の手段を有することを特徴とする紙強度の連
    続測定装置。 １　個々の繊維の強度を間接的に示す検出手段であって
    、移動中の紙が支持されていない領域でその紙の一側を
    支える支持部材と、この領域内で紙を変位させる変位手
    段と、前記領域内で紙を変位させている力に関連した力
    を検出する第１の検出手段と、前記領域内での紙の変位
    量を検出する第２の検出手段とを有する検出手段、 ２　前記検出手段を前記移動中の紙の幅方向に移動させ
    るスキャニング手段、 ３　繊維の長さ分布、繊維量、繊維分布、繊維方向、繊
    維間の結合数、繊維の結合強度の諸特性のうち、少なく
    とも３つのプロセス測定代用値を検出するの代用値検出
    手段、および ４　前記測定代用値および前記第１、第２の検出手段の
    出力信号と紙の幅方向の選択された領域での標準化され
    た紙強度との相関を与える第１の相関手段。