JP2001192992A - 抄紙機の繊維配向性制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作業者の経験や勘に頼ることなく、スライス
のリップ開度を定量的に調整できるようにして目標配向
性分布を得る。 【解決手段】 ヘッドボックス１のスライス４の幅方向
複数個所に、リップ開度調整用の作動装置２０を装備さ
せる。流出原料５の繊維配向性を計測する配向計２３
と、配向計２３の信号に基づきリップ開度調整用の作動
装置２０へ制御指令を送る配向性演算装置２２を備え
る。演算装置２２には、スライス４の各種のリップ開度
パターンとそのときの配向性との関係から求めた配向マ
トリックスを基に目標配向性が得られるようにするため
の定量的なリップ変位量を配向性制御データとして入力
しておく。配向性制御データは、設定した抄紙条件毎に
且つ流れ方向複数の計測位置毎に求めておく。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は抄紙機のすき網部で
繊維配向性を制御することができるようにする抄紙機の
繊維配向性制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】抄紙機のすき網部は、図８に概略を示す
如く、紙幅方向に延びるミキシングチャンバ２に、分散
分岐管３を介して原料流出用スライス４を連通させてな
るヘッドボックス１を有し、上記ミキシングチャンバ２
には、メインヘッダー６が多数に分岐された粗分岐管７
を介して接続され、該各粗分岐管７には、濃度調整弁１
０を備えたサブヘッダー８が供給管９にて接続されて、
上記メインヘッダー６からの濃度の高い原料とサブヘッ
ダー８からの濃度の低い原料を各粗分岐管７内で混合し
た後、ミキシングチャンバ２内に移し、該ミキシングチ
ャンバ２内で各粗分岐管７からの原料を均一化させてか
ら分散分岐管３を経てスライス４より原料５をすき網１
１上へ薄い膜状のジェットとして流出させるようにして
ある。１２はヘッドボックス１のエアチャンバ、１３は
ブレストロール、１４はフォーミングボード、１５は脱
水フォイルを示す。

【０００３】紙を構成している繊維の方向は、湿度、温
度変化による寸法安定性、反り特性などに深く係わって
おり、その角度に±１°以内の精度が要求される場合も
ある。繊維配向角決定要因のなかでも、紙の製造工程初
期において、上記の如きヘッドボックス１のスライス４
から流出させる原料５の方向は特に重要である。しか
し、抄紙機によっては、スライス４のリップ開度が幅方
向で一様となるように設定してあっても上記スライス４
からすき網１１上に流出される原料５に斜流が発生して
配向角が変わるものもあり、繊維配向性が悪いと、紙の
強度や地合に重大な影響を与えることになる。

【０００４】そのため、従来では、図９（イ）（ロ）に
一例を示す如く、トップスライス部４ａとボトムスライ
ス部４ｂにより構成されるスライス４の上記トップスラ
イス部４ａの先端に、幅方向に多数分割されたスライス
リップ１６を設けて、各スライスリップ１６に対応させ
て支持フレーム１７に備えた、たとえば、モータ１８と
スクリューロッド１９からなる作動装置２０を、各々ス
ライスリップ１６に連結し、各スライスリップ１６を個
別に作動装置２０で昇降させることにより、リップ開度
を幅方向の任意の個所で調整できるようにしてあり、ス
ライス４の先端に形成される原料流出口２１への上記ス
ライスリップ１６の突出量を各作動装置２０のモータ１
８の駆動で幅方向で変化させ原料流出口２１の開口量
（リップ開度）を変えることにより、スライス４からす
き網１１上に流出される原料５の流れ方向を制御できる
ようにしてある。１６ａは各スライスリップ１６の下端
縁を一連に連結するようにした可撓性を有するリップ片
を示す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、原料５の流
れ方向は、作動装置２０でスライス４のリップ開度を幅
方向で変化させることにより変えることはできるが、こ
れまでは、リップ開度の調整量の決定に明確な指針はな
く、作業者の経験と勘を頼りに配向計測とリップ調整を
繰り返すことで対応していたので、目標とする繊維配向
性分布が得られるまでに多大な労力と時間を要してい
た。又、最終的に製造される紙の厚みはすき網１１上に
流出される原料５の濃度によって決定されるが、流出原
料の濃度が変わると繊維配向性分布も変化することにな
るので、作業者の経験と勘による調整では品質向上に限
界を来している。

【０００６】そこで、本発明は、スライスのリップ開度
の調整量を作業者の経験や勘に頼ることなく定量的に調
整できるようにして、目標とする繊維配向性分布を容易
に得ることができるようにしようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、すき網上に原料を流出させるスライスの
リップを幅方向に複数分割して幅方向の各部でリップ開
度を調整できるようにし、繊維配向角が小さくなるよう
に幅方向の異なる個所でリップ開度を順に少しずつ変化
させたときの流出原料の流速及び流向を基に繊維配向性
分布を計測して配向マトリックスを作成し、且つ該配向
マトリックスを基に目標とする繊維配向性分布が得られ
るようなリップ変位量を定量的に算出してなる配向性制
御データを、製品坪量、抄速、Ｊ／Ｗ比、リップ開度と
流れ方向複数の計測位置毎に求めて蓄積しておき、抄紙
機の運転時に、坪量、抄速、Ｊ／Ｗ比、リップ開度での
繊維配向性分布を、設定された計測位置で計測し、該計
測結果を基に上記配向性制御データの中から選定したリ
ップ変位量の値を用いてスライスの幅方向各部のリップ
開度を調整することにより繊維配向性を制御するように
する抄紙機の繊維配向性制御方法とする。

【０００８】スライスの幅方向各部のリップ開度とその
ときの繊維配向性との関係から求めた配向マトリックス
を基に、目標繊維配向性分布が得られるようにするため
に算出された製品坪量、抄速、Ｊ／Ｗ比、リップ開度と
各計測位置毎の定量的な制御データが蓄積されているた
め、設定されているいずれの計測位置でも流出原料の繊
維配向性が計測され、その信号に対応するリップ変位量
でリップ開度が調整されて最適化されるため、繊維配向
プロファイルが改善されることになる。

【０００９】又、製品坪量、抄速、Ｊ／Ｗ比、リップ開
度により、スライスより噴射される原料の噴射角度及び
すき網上へ原料が着地する原料入射角度が変るので、そ
れに応じた最適計測位置を事前に求めておき、その計測
位置で繊維配向性分布を計測するようにすると、より正
確に繊維配向性を制御できることになる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１１】図１は本発明の抄紙機の繊維配向性制御方
法の実施に用いる装置の一形態を示すもので、図８に示
したと同様な構成としてある抄紙機すき網部において、
図９（イ）（ロ）に示す如きリップ調整用の作動装置２
０をスライス４のトップスライス部４ａ先端に装備させ
た構成とし、又、運転時に、すき網１１上へ流出された
原料５の繊維配向性分布を原料５の流速及び流向から計
測する配向計２３と、該配向計２３からの信号を基に配
向性制御データの中から選定したリップ変位量の値を用
いて各リップ開度調整用の作動装置２０のモータ１８へ
制御指令を送るための配向性演算装置２２とを備えた構
成とする。

【００１２】上記配向計２３の設置位置は、一例とし
て、ヘッドボックス１のスライスリップ１６から原料５
を流出させた直後の位置でボトムリップ部４ｂ上の位置
（Ａ位置）と、ボトムリップ部４ｂの下流で原料５がす
き網１１に着地するまでのフリージェット部（Ｂ位置）
と、原料５がすき網１１上に着地してから初期脱水を促
すフォーミングボード１４に達するまでの位置（Ｃ位
置）と、フォーミングボード１４上の位置（Ｄ位置）
と、フォーミングボード１４の下流の脱水フォイル１５
上を含めた前後（Ｊ（ジェット速度）／Ｗ（すき網設定
速度）＝１になるまで）位置（Ｅ位置）の５個所として
ある。

【００１３】又、上記配向計２３は配向性２次元センサ
としてあり、図２乃至図４に詳細を示すように、原料５
の表面上に測定領域として２つのレーザ光干渉縞Ｓａと
Ｓｂとを交わるように形成させるための２台の投光器２
４ａ，２４ｂと、原料５の表面による反射光（又は散乱
光）を測定して原料５の速さとその方向とに比例する周
波数成分を持つ強度変調信号（レーザドップラ光）を検
出するための２台の受光器２５ａ，２５ｂとを、十字柱
状に形成したホルダーフレーム２６の対角線上の４側面
に取り付けて、原料５の進行方向となるすき網１１の進
行方向Ｘが２つの干渉縞ＳａとＳｂの法線の成す角度の
間となるように配置してある。

【００１４】上記投光器２４ａ，２４ｂは、図２に示す
如く、底面を開放したケーシング２７内に、レーザ光Ｌ
の如き干渉性を有する光を照射するコヒーレント光源２
８と、該コヒーレント光源２８から照射されたレーザ光
Ｌを平行光化させるためのコリメートレンズ２９と、該
コリメートレンズ２９により平行光化されたレーザ光Ｌ
の一部をそのまま通過させると共に一部を水平方向へ反
射させる光分岐素子３０と、該光分岐素子３０により分
岐されたレーザ光Ｌをそれぞれ下方へ向けて反射させる
反射鏡３１と、反射鏡３１にて反射されたレーザ光Ｌを
変向させるプリズム３２とを有する構成とし、一方、上
記受光器２５ａ，２５ｂは、図３に示す如く、底面を開
放したケーシング３３内に、原料５の表面からの反射光
（又は散乱光）Ｌ′を上方へ変向させるプリズム３４
と、該プリズム３４を通過した反射光Ｌ′を集束させる
集光レンズ３５と、迷光を除去する光波長選択素子４７
及びピンホール４８と、該集光レンズ３５にて集束され
た反射光Ｌ′を検出する光検出素子３６とを有する構成
としてある。なお、上記プリズム３２，３４は２つの干
渉縞ＳａとＳｂを互に近接、離反させられるように変位
可能としてある。

【００１５】図４は上記配向計２３の内部回路構成を示
すもので、レーザ光Ｌを照射させるコヒーレント光源２
８にレーザ駆動器３７を接続すると共に、光検出素子３
６により測定している反射光Ｌ′を周波数信号として検
出するために、該光検出素子３６に波形整形器３８と高
速周波数検出演算器３９を順次接続してなり、高速周波
数検出演算器３９の出力側信号線を上記配向性演算装置
２２へ接続するようにする。

【００１６】更に、上記配向計２３は移動機構により幅
方向へ移動させるようにしてあり、移動機構は、図５に
一例を示す如く、幅方向に亘って配置した枠体４６を固
定フレーム４９により支持固定させ、該枠体４６の各隅
にタイミングプーリ４０を取り付けると共に枠体４６の
底辺寄りの位置にテンションプーリ４１を設けて、各プ
ーリ４０，４１間にタイミングベルト４２を掛け回し、
該タイミングベルト４２に取り付け治具４３を介して上
記配向計２３を取り付けて、上記各タイミングプーリ４
０の中の１つを駆動モータ４４により回動させることに
よって配向計２３を幅方向へ移動させるようにしてあ
り、更に、別の１つのタイミングプーリ４０には回転軸
と結合したエンコーダ４５を設けて、該エンコーダ４５
によって配向計２３の移動量を検出できるようにしてあ
る。

【００１７】なお、上記配向計２３は、幅方向へ移動さ
せることに代えて、複数個の配向計２３を、幅方向に任
意の距離で設置し、各配向計２３の出力信号と任意の距
離とで演算処理して幅方向の配向性分布を求めるように
してもよい。

【００１８】本発明では、図６のフローに基づき、予
め、抄紙条件として、製品坪量、抄速、Ｊ／Ｗ比、リッ
プ開度を考慮し且つ図１のＡ〜Ｅで示す複数の計測位置
毎に算出してなる配向性制御データを配向性演算装置２
２に設定入力しておくようにするものであり、この配向
性制御データは、繊維配向角とリップ変位との間に線形
性を仮定して、その関係を実験的に定量化したものであ
る。すなわち、図１に示すすき網部において、すき網１
１上での原料濃度が、たとえば、０．３％から０．１％
刻みで２．０％までの多段階を試験するものとして、先
ず、メインヘッダー６からの高濃度原料とサブヘッダー
８からの低濃度原料をヘッドボックス１のミキシングチ
ャンバ２内で均一化させてから分散分岐管３を経て（以
上、図８参照）スライス４より濃度を０．３％に設定し
た原料５をすき網１１上へ流出させるようにし、又、こ
のとき、Ａ〜Ｅまでの計測位置のいずれかを設定してお
くようにして、目標の配向角とするようスライス４のリ
ップ開度を、幅方向の作動装置２０により順に少しずつ
変化させたときの原料５の繊維配向性分布をその都度計
測して配向マトリックスを作成し、且つ該配向マトリッ
クスを基に、目標とする繊維配向性分布が得られるよう
に配向計測値からリップ変位量を定量的に算出し、算出
された配向性制御データを配向性演算装置２２に蓄積さ
せるようにし、しかる後、原料５の濃度条件をそのまま
として、計測位置を移し、同様に配向性制御データを算
出して蓄積させ、更に、同一濃度によるすべての計測位
置での配向性制御データを算出して蓄積させると、次
に、流出原料５の濃度を０．４％に変えて上記と同様に
して配向性制御データを算出して蓄積させ、同様にし
て、すべての抄紙条件下での配向性制御データを算出し
て蓄積させるようにするものである。

【００１９】具体的なアルゴリズムとしては、たとえ
ば、幅方向に１０個に分割したスライスリップ１６を、
端から順に上下に微少量動かして、動かす前後の全スラ
イスリップ１６の全幅で配向角の二乗和を計算して大小
を比較し、小さくなったら更に同方向に微少量動かすよ
うにし、一方、大きくなったら元の位置に戻すようにす
る。これを隣接スライスリップとの変位差が制限に達す
るまで繰り返し、更に全スライスリップ１６について行
い、すべての位置で配向角が設定値に達するまでこれを
繰り返すようにする。

【００２０】上記配向マトリックスの成分決定方法とし
ては、スライスリップ１６の数と同数の互いに独立な開
度パターン及びこれに対応する繊維配向角分布から、下
記式(1) の如き連立方程式を作成し、これを解いて係数
を決定するようにした。式(1) において、ａの行列は係
数としての配向マトリックス、ΔＳの列はリップ変位
量、Ｂの列は定数としての基準配向角、θの列は計測配
向角を示す。なお、リップ変位量は基準配向角のときの
リップ開度を基準とした場合の変位量である。

【００２１】 上記式(1) を基に具体的に説明すると、先ず、ケース１
の場合のリップ変位量｛ΔＳ₁ ¹ ，ΔＳ₂ ¹ …Δ
Ｓ_n ¹ ｝、及びそのときの配向角｛θ₁ ¹ ，θ₂ ¹ …θ
_n ¹ ｝に対し となる。

【００２２】したがって、式(2) の連立方程式を解くと
｛ａ_1,1 ，ａ_1,2 …ａ_1,n ｝が求められる。

【００２３】同様に、 となるので、式(3) の連立方程式を解くと｛ａ_2,1 ，ａ
_2,2 …ａ_2,n ｝が求められる。

【００２４】以上の手順を繰り返すことにより、ｎ×ｎ
のマトリックス成分がすべて求められる。

【００２５】なお、実機運転中は、最新のリップ変位量
と配向角のデータで、最古の同データを置き換えて連立
方程式を解き、マトリックス成分を更新して行くように
する。

【００２６】抄紙機の運転時に、流出原料５の配向性を
制御する場合は、図７に示すメインフローに基づいて行
うようにする。すなわち、先ず、運転中の原料５の坪
量、抄速、Ｊ／Ｗ比、リップ開度と配向計２３による配
向性分布計測位置Ａ〜Ｅのうちから選定した位置を配向
性演算装置２２に入力した状態において、スライス４か
ら流出させた原料５の繊維配向性分布が配向計２３によ
って計測されると、その信号が配向性演算装置２２に入
れられる。配向性演算装置２２では実験によって決定し
た配向角とリップ変位との関係を利用して配向角計測値
からリップ調整量が求められて制御指令として出力さ
れ、所要のリップ開度調整用の作動装置２０が作動させ
られてスライスリップ１６が変位させられることになっ
て、リップ開度が調整され、原料の流れ方向が制御され
る。これにより、スライス４のリップ開度が定量的に調
整され、配向角を改善させるような原料５の流れ方向が
作り出される結果、製造された紙の配向プロファイルを
良好なものとすることができる。

【００２７】上記において、配向性演算装置２２に蓄積
させる配向性制御データは、坪量、抄速、Ｊ／Ｗ比、リ
ップ開度の各抄紙条件の原料５を対象としたものである
ため、原料５の各抄紙条件が変っても容易に対処するこ
とができて、製品品質の向上化に寄与することができ、
又、配向性分布計測位置は原料５の進行方向に沿って複
数個所設定してあるため、どの位置で計測しても配向性
制御を実施することができて便利である。

【００２８】次に、本発明の繊維配向性制御方法の他の
実施の形態として、スライス４からすき網１１上へ原料
５を流出（噴射）させる際の原料噴射角度及び原料５を
すき網１１上へ着地させる際の原料入射角度であるスラ
イス４のボトムリップ角度をファクタとして加味して配
向性制御データを算出させ、原料噴射角度ファクタとボ
トムリップ角度ファクタを加味した配向性制御データを
用いてリップ開度を調整させるようにする。

【００２９】製品坪量、抄速、Ｊ／Ｗ比、リップ開度に
より原料噴射角度及びボトムリップ角度が変化すると、
脱水率が変化して、繊維配向性分布も微妙に変化するた
め、これらに応じた最適計測位置として、たとえば、図
１における計測位置Ｃ、Ｄ、Ｅでの配向性制御データ
を、原料噴射角度ファクタ及びボトムリップ角度ファク
タを加味したものとしておくと、より正確に繊維配向性
を制御することができる。

【００３０】なお、上記実施の形態では、幅方向に分割
されたスライスリップ１６の個数が１０個として、１０
個所の配向マトリックスを作成するようにした場合を示
したが、配向プロファイルに比較的影響の少ない両端部
を除いた中央部分のみを取り出して制御を行うようにし
てもよいこと、更に、リップ開度調整用作動装置２０の
設置数は任意に選定し得ること、その他本発明の要旨を
逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿
論である。

【００３１】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の抄紙機の繊維
配向性制御方法によれば、すき網上に原料を流出させる
スライスのリップを幅方向に複数分割して幅方向の各部
でリップ開度を調整できるようにし、繊維配向角が小さ
くなるように幅方向の異なる個所でリップ開度を順に少
しずつ変化させたときの流出原料の流速及び流向を基に
繊維配向性分布を計測して配向マトリックスを作成し、
且つ該配向マトリックスを基に目標とする繊維配向性分
布が得られるようなリップ変位量を定量的に算出してな
る配向性制御データを、設定した製品坪量、抄速、Ｊ／
Ｗ比、リップ開度と流れ方向複数の計測位置毎に求めて
蓄積しておき、抄紙機の運転時に、そのときの坪量、抄
速、Ｊ／Ｗ比、リップ開度での繊維配向性分布を、設定
されたいずれかの計測位置で計測し、該計測結果を基に
上記配向性制御データの中から選定したリップ変位量の
値を用いてスライスの幅方向各部のリップ開度を調整す
ることにより繊維配向性を制御するようにするので、流
出原料の繊維配向性分布が計測されると、その信号に対
応する配向性制御データに基づきリップ開度を調整して
最適化することができ、この際、リップ変位量は、配向
マトリックスを基に配向角を改善するために定量化され
たものであるので、作業者の経験や勘に頼ることなくリ
ップ開度を定量的に調整することができ、したがって、
目標とする配向プロファイルを容易に得ることができて
製品品質を向上させることができ、又、上記配向性制御
データは製品坪量、抄速、Ｊ／Ｗ比、リップ開度に求め
られていると共に複数の計測位置で求められていること
から、紙の厚みが変わっても容易に対処することができ
ると共に、計測位置にとらわれることがなくて便利であ
り、更に、スライスより噴出される原料の噴射角度及び
すき網上へ原料が着地する原料入射角度に応じた最適計
測位置を事前に求めておき、その計測位置で計測するこ
とでより信頼性の高い繊維配向性分布が得られる、とい
う優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の抄紙機の繊維配向性制御方法の実施に
用いる装置の一例を示す概要図である。

【図２】配向計の主として投光器の部分を示す一部切断
斜視図である。

【図３】配向計の受光器の部分を示す概略図である。

【図４】配向計の内部回路構成図である。

【図５】配向計の移動機構の一例を示す概略図である。

【図６】配向性制御データの算出方法を示すフローであ
る。

【図７】本発明の繊維配向性制御方法を示すメインフロ
ーである。

【図８】抄紙機すき網部の概要図である。

【図９】ヘッドボックスのスライスの部分を拡大して示
すもので、（イ）は切断側面図、（ロ）は正面図であ
る。

【符号の説明】

１ ヘッドボックス ４ スライス ４ａ トップスライス部 ５ 原料 １１ すき網 １６ スライスリップ ２０ 作動装置 ２３ 配向計 ２４ 配向性演算装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 目黒 直哉 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東京エンジニアリング センター内 (72)発明者 大塚 裕之 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社機械・プラント開 発センター内 (72)発明者 矢ケ部 政宏 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社横浜エンジニアリ ングセンター内 (72)発明者 伊藤 順一 東京都江東区東陽３丁目23番22号 石川島 産業機械株式会社内 Ｆターム(参考） 4L055 BD02 BD20 DA12 DA40 FA23 FA30

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 すき網上に原料を流出させるスライスの
   リップを幅方向に複数分割して幅方向の各部でリップ開
   度を調整できるようにし、繊維配向角が小さくなるよう
   に幅方向の異なる個所でリップ開度を順に少しずつ変化
   させたときの流出原料の流速及び流向を基に繊維配向性
   分布を計測して配向マトリックスを作成し、且つ該配向
   マトリックスを基に目標とする繊維配向性分布が得られ
   るようなリップ変位量を定量的に算出してなる配向性制
   御データを、設定した製品坪量、抄速、Ｊ／Ｗ比、リッ
   プ開度と流れ方向複数の計測位置毎に求めて蓄積してお
   き、抄紙機の運転時に、そのときの坪量、抄速、Ｊ／Ｗ
   比、リップ開度での繊維配向性分布を、設定された計測
   位置で計測し、該計測結果を基に上記配向性制御データ
   の中から選定したリップ変位量の値を用いてスライスの
   幅方向各部のリップ開度を調整することにより繊維配向
   性を制御することを特徴とする抄紙機の繊維配向性制御
   方法。
2. 【請求項２】 スライスより噴射される原料の噴射角度
   及びすき網上へ原料が着地する原料入射角度に応じた最
   適計測位置を事前に求めておき、その計測位置で繊維配
   向性分布を計測するようにした請求項１記載の抄紙機の
   繊維配向性制御方法。