JP2002514697A - 抄紙機のウェット・エンド制御 - Google Patents

抄紙機のウェット・エンド制御

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JP2002514697A JP2000548742A JP2000548742A JP2002514697A JP 2002514697 A JP2002514697 A JP 2002514697A JP 2000548742 A JP2000548742 A JP 2000548742A JP 2000548742 A JP2000548742 A JP 2000548742A JP 2002514697 A JP2002514697 A JP 2002514697A
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ワトソン，ジョン・ディ
ハガート−アレグザンダー，クロード
ゴス，ジョン・ディ
プレストン，ジョン・ジイ
ヒュー，ハン−ツォウ
デューダス，ラズロ
Original Assignee
ハネウエル−メジャレクス・コーポレーション
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    • D21G9/0027—Paper-making control systems controlling the forming section
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21D—TREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
    • D21D1/00—Methods of beating or refining; Beaters of the Hollander type
    • D21D1/002—Control devices
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F1/00—Wet end of machines for making continuous webs of paper
    • D21F1/08—Regulating consistency
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S162/00—Paper making and fiber liberation
    • Y10S162/06—Moisture and basic weight

Abstract

(57)【要約】 紙を製造するためのシステムと方法を提供する。このシステムは、脱水機の移動透水性ワイヤ（７）上における繊維を含む湿潤素材の形成を制御する。脱水機は、少なくとも１つの供給源からある量のパルプを供給する手段と、ある量の非繊維質添加剤を湿潤素材に加える手段と、可変負荷を受けるリファイナ（２０）と、少なくとも１つのスライス（１１）を有するヘッドボックス（１）とを具備し、各スライス（１１）は１つの開口を有し、この開口を通って湿潤素材はワイヤ（７）上に排出される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】発明の分野 本発明は、一般に連続シート製造制御に関し、特に抄紙機におけるウェット・
エンドの化学的性質の監視および制御に関する。
【０００２】発明の背景 近代的な高速機械による抄紙技術では、シートの品質を保証し、かつ製造工程
において乱れがあった場合に排除される最終製品の量を最小限に抑えるために、
シートの特性を連続的に監視し、制御しなければならない。最も頻繁に測定され
るシートの変数としては、製造工程のさまざまな段階におけるシートの坪量、含
水率、および紙厚（すなわち厚さ）がある。これらの工程変数は一般的には、例
えば工程開始時において原料送り速度を調節すること、工程の中央付近において
紙に加える蒸気の量を調整すること、または工程の終段においてカレンダ・ロー
ラー間のニップ圧を変えることによって制御される。当技術分野で周知の抄紙装
置は、例えばＧ．Ａ．Ｓｍｏｏｋの「Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｆｏｒ Ｐｕｌｐ ＆
Ｐａｐｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｓｔｓ」第２版（１９９２年、Ａｎｇｕｓ
Ｗｉｌｄｅ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ社）、およびＲ．ＭａｃＤｏｎａｌｄの
「Ｐｕｌｐ ＆ Ｐａｐｅｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ」第ＩＩＩ巻（Ｐａｐｅ
ｒｍａｋｉｎｇ ａｎｄ Ｐａｐｅｒｂｏａｒｄ Ｍａｋｉｎｇ）（１９７０年
版、ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ）に記載されている。さらにシート製造システムは
例えば米国特許第５５３９６３４号、同第５０２２９６６号、同第４９８２３３
４号、同第４７８６８１７号、および同第４７６７９３５号に記載されている。
【０００３】 連続抄紙機における紙の製造では、移動メッシュ・ワイヤすなわち編地構造に
おいて繊維の水性懸濁液（加工素材）から紙匹が形成され、水は重力または真空
吸引によって編地構造を通って排出する。それから紙匹はプレス部門に移され、
ここでさらに水は乾燥フェルトまたは圧力によって除去される。次に紙匹は乾燥
機部門に入り、ここで蒸気加熱式乾燥機と熱風によって乾燥工程は完了する。抄
紙機は本質的に脱水すなわち水除去システムである。シート製造技術では、縦方
向（ＭＤ）という用語は、製造工程中にシート材料が移動する方向を呼び、横方
向（ＣＤ）という用語は、縦方向と直角をなすシートの幅を横切る方向を呼ぶ。
【０００４】 抄紙原料の供給ではさまざまな化学剤が利用されて、特定のシート特性を付与
または強化し、また他の必要な目的に役立たせる。明礬、糊剤、鉱物性充填剤、
デンプン、および染料などの添加剤が通常使用される。排水補助剤、脱泡剤、保
留補助剤、ピッチ拡散剤、殺変形菌剤、および腐食防止剤などの制御目的の化学
剤が必要に応じて添加される。上質紙の製造には、これらの化学剤を適切な量だ
け加えることが必要であった。
【０００５】 ウェット・エンドの化学的性質は、抄紙機のウェット・エンドで発生する供給
材料と化学的／物理的工程との間のあらゆる相互作用に関係する。分子およびコ
ロイドのレベルにおける主な相互作用は、表面電荷、凝集、凝結、加水分解、時
間の経過に伴う化学反応、および微生物の活動である。これらの相互作用は抄紙
工程には基本的なものである。例えば、効果的な保留、排水、シート形成、およ
びシート特性を達成するには、充填剤粒子、繊維微粉、糊剤、デンプンが大きな
繊維の上に凝集および／または吸着されて、かつ大きな繊維自体の間の凝集は最
小限に抑えられることが必要である。
【０００６】 ウェット・エンドの化学的性質には、固体、コロイド、および可溶物という３
つの主要グループが関与する。固体とその保留が最も注目される。保留を最大限
にするためには、微粉と充填剤とを互いに接近させて、抄紙機のヘッドボックス
とアプローチ・システムにおいて発生するせん断力に安定的な接着物すなわち凝
集体を形成することが重要である。近代的な抄紙では、これは合成重合体を使用
して達成されるのが普通である。
【０００７】 ウェット・エンドの化学的性質は、均一な紙製品を確実に製造するために極め
て重要である。システムが（例えば陽イオン重合体の過剰使用によって）均衡か
ら逸脱できる場合には、繊維自体は凝集してシートの形成は悪影響を受ける。ま
た、ウェット・エンドに機能添加剤（例えば糊剤、湿潤強力剤）が添加されるこ
とが多く、したがって化学的性質が制御下にない場合には、機能性が適切に付与
されない可能性があり、粗悪品が製造されることになる。
【０００８】 抄紙機のウェット・エンドは、機械の長期安定性と、最終的には結果として得
られる製品の品質を決定する上で重要である。ヘッドボックスからの体積流にお
ける、および／またはヘッドボックスから出てゆくパルプ・スラリーすなわち紙
素材の組成（例えば固体、微粉、および化学剤）の動揺は、乾燥機部門へ送られ
る湿潤繊維マットの固体パーセントに影響する。これらの変化はリール・スキャ
ナによって検出されるが、搬送時間の遅れとスキャナ応答時間があるために、ド
ライ・エンド含水率制御システムはこれらの負荷の乱れを補償するためには適切
ではない。 抄紙機が正常な安定状態で稼動している間は、短いおよび長い加工素材循環ル
ープの材料収支において平衡条件が成立している。短い加工素材循環ループにつ
いては、これは、紙匹の微粉と充填剤の保留が白水循環におけるこれらの材料の
濃度と平衡状態にあることを意味し、長い加工素材循環ループについては、これ
は、繊維捕汁作業、損紙充填剤濃度、保留化学剤濃度、および供給組成が安定し
ていることを意味する。
【０００９】 製造される紙の坪量を制御するための従来の方法には、スタッフ・ボックスか
ら坪量バルブすなわち濃厚素材バルブを通じてヘッドボックスへ流れる紙素材流
量を調整することが含まれている。このバルブは、リール直前の紙の走査センサ
測定に応じて作動される。しかしながら、乱れを取り除くためのこのフィードバ
ック制御技法の能力は、濃厚素材バルブからリールへの機械を通る長い時間のず
れのために制限される。
【００１０】発明の概要 本発明は、一部分はアンダーワイヤ水重量センサ（以下「ＵＷ3 」センサと呼
ぶ）の開発に基づき、ＵＷ3 センサは、３つの材料特性、すなわち導電率または
抵抗、誘電率、および材料のＵＷ3 センサに対する接近度に敏感である。ＵＷ3 センサは抄紙機の中でＭＤ方向に置かれ、抄紙システムにおける水性混合物（湿
潤素材と呼ぶ）の導電率を測定するために使用される。この場合、湿潤素材の導
電率は高く、ＵＷ3 センサの測定を特色づけるものである。接近度は、抄紙シス
テムにおいて支持ウェブを湿潤素材の下に接触させることによって一定に保持さ
れる。湿潤素材の導電率は湿潤素材内部の全水重量に正比例し、したがってセン
サは、抄紙システムによって製造される紙シートの品質を監視し制御するために
使用できる情報を提供する。
【００１１】 本発明によれば、長網抄紙機の紙匹上のＭＤ方向における水重量を測定して、
水重量または排水の分布を作るために、ＵＷ3 センサの配列が使用される。これ
らのセンサは非常に速い応答時間（１ミリ秒）を有し、紙の坪量に関係する水重
量の正確な価を提供することができる。実際に、水重量測定値は毎秒６００回ア
ンダーワイヤ重量センサから計算することができる。配列におけるＭＤセンサの
各々のＭＤ傾向を監視することによって、これらの各センサ間で水重量の変化を
表に落として相関させることが可能である。
【００１２】 長網抄紙機の動作を調整して特定の紙等級を作るための方法は、３段階の手順
を含む。第１段階は、直接測定によって決定されるような許容品質の紙を製造す
る最適化された構成形態を得るために、長網抄紙機の工程パラメータを調整する
ことを含む。次に、この最適化された構成形態に対応する排水分布を、縦方向に
沿って分布した水重量センサによって測定し、記録する。
【００１３】 それから、この最適排水分布を標準曲線当てはめ技法を使用して（指数関数な
どの）種々のパラメータ付き関数に当てはめることができる。この曲線当てはめ
手順は、分布に対するノイズの影響を取り除いて、測定された点の間を補間する
効果を有する。
【００１４】 長網抄紙機の次の生産実行中においては、目的はすでに決定された最適排水分
布を再生することである。所定の位置における測定された含水率がこの位置のた
めの最適値以上かまたは以下のいずれかである場合には、リファイナまたはウェ
ット・エンド添加剤の機械的作用などの機械パラメータを必要に応じて調節し、
この測定値を最適値に向けて近づける。
【００１５】 一態様においては、本発明は繊維を含む湿潤素材のシートの形成を制御する方
法であって、湿潤素材は脱水機の透水性移動ワイヤの上に形成され、脱水機は、
少なくとも１つの供給源からある量のパルプを供給する手段と、ある量の非繊維
質添加剤を湿潤素材に加える手段と、繊維を機械的作用にかけかつ可変負荷を受
けるリファイナと、少なくとも１つのスライスを有するヘッドボックスとを具備
し、各スライスは１つの開口を有し、この開口を通って湿潤素材はワイヤの上に
導かれ、 （ａ）ワイヤの下にありかつこれに隣接して少なくとも２つの水重量センサを
置くステップであって、これらのセンサは異なる位置でワイヤの移動方向に、か
つ機械の動作中に展開する乾燥ラインから上流に位置するステップと、 （ｂ）機械を操作して、水重量センサによって湿潤素材シートの水重量を測定
するステップと、 （ｃ）水重量測定値を示す信号を発生させ、信号に基づいて水重量分布を作る
ステップと、 （ｄ）リファイナの前記可変負荷、湿潤素材への非繊維質添加剤の量、または
少なくとも１つの供給源から供給されるパルプの量のうち少なくとも１つを調節
して、水重量分布が予め選択された水重量分布と合うようにするステップとを含
む方法に向けられる。
【００１６】 本発明はとりわけ、製紙業者が特定の紙等級のために適正なリファイナ変数お
よび／または非繊維質添加剤の量を早急に決定することができるので、生産性を
向上させることになる。
【００１７】好ましい実施形態の詳細な説明 本発明は、抄紙機例えば長網抄紙機のウェブすなわちワイヤ上における紙素材
の坪量を測定する１つまたは複数のセンサを含むシステムを使用する。これらの
センサは、坪量の本質的に瞬間の分布を得ることができるように非常に速い応答
時間（１ミリ秒）を有するセンサであることが好ましい。本発明を長網抄紙機の
一部として説明するが、本発明が、例えばツイン・ワイヤ機および複数ヘッドボ
ックス機を含む他の抄紙機に、さらに丸網抄紙機または小林圧搾脱水装置などの
板紙成形装置に適用できることは理解される。本発明の各要素の説明を混乱させ
ないように、下記の開示では抄紙機の従来の要素で省いたものもある。
【００１８】 第１図は、ヘッドボックス１、ウェブすなわちワイヤ７、乾燥機２、カレンダ
・スタック３、およびリール４を含む処理段階を含む連続シート材料を製造する
ためのシステムを示す。ヘッドボックス１内のアクチュエータ（図示せず）は、
複数のスライス１１を通じて湿潤素材（例えばパルプ・スラリー）をローラー５
、６の間を回転する支持ワイヤ７の上に放出する。フォイルと真空ボックス（図
示せず）は、通常「白水」と呼ばれる水をリサイクルのためにワイヤ上の湿潤素
材からワイヤ・ピット８の中へ移す。ピットからの湿潤素材の一部分は管路７２
、７６を通じてヘッドボックスへ直接リサイクルされ、湿潤素材の他の部分は捕
汁器９０に分流され、ここでこれは貯蔵されるか管路９４を通って再使用される
水に分離される。リサイクルされる湿潤素材すなわち白水は主として繊維、充填
剤（例えば粘土）、および水を含む。このリサイクル・ループは通常、短循環ま
たは白水ループと呼ばれる。捕汁器によって回収される繊維は一般的に、管路９
２を通る水性混合物としてパン・ポンプの後端にリサイクルされる。このシステ
ムはまた、製造または仕上げ工程のいずれかの点から放棄された部分的または完
全に製造された紙または板紙として定義される損紙を回収するための機構も含む
。例えば、シート破損または運転開始中に、ウェブを出る材料はリサイクルされ
る。損紙は貯槽８０に回収され、管路８２を通じてヘッド・タンク５３に送られ
る。通常このループは長循環ループと呼ばれる。
【００１９】 走査センサ１４が連続的に仕上げシート（例えば紙）を横切って、仕上げシー
トの性質を測定する。複数の定置センサを使用することもできる。走査センサは
当技術分野では周知のものであり、例えば米国特許第５０９４５３５号、同第４
８７９４７１号、同第５３１５１２４号、および同第５４３２３５３号に記載さ
れ、これらは本明細書に組み込まれている。それから仕上げシートはリール４に
集められる。本明細書では、このシステムの「ウェット・エンド」部分はヘッド
ボックス、ウェブ、および乾燥機直前の部分を含み、「ドライ・エンド」部分は
乾燥機から下流となる部分を含む。
【００２０】 システムはさらに、ワイヤ上の湿潤素材シートの坪量を測定する手段を含む。
１つの好ましい装置は、単独または組み合わせて使用されるアンダーワイヤ水重
量センサすなわちＵＷ3 センサであり、これについてはここで更に説明する。一
実施形態において、ＵＷ3 センサの配列はワイヤの下にＣＤまたはＭＤ方向に位
置づけられる。例えば、ウェット・エンドにおける坪量を、ワイヤ７の下に位置
するＵＷ3 センサのＣＤ配列１２によって測定することができる。これは、各セ
ンサが湿潤素材を支持するワイヤの一部分の下に位置することを意味する。ここ
でさらに説明するように、センサの各々は、シート材料が配列の上を通過すると
きにシート材料の水重量を測定するように構成されている。配列は、シート材料
が配列を通過する点においてＣＤ方向に沿ってシート材料全体の連続測定を行う
。ＣＤ方向でのさまざまな位置における多数の水重量測定値で作られた分布が展
開する。一実施形態では、これらの測定値の平均が得られてウェット・エンド坪
量に変換される。
【００２１】 代替方法では、３つのＵＷ3 センサ９Ａ、９Ｂ、９Ｃから構成されるＭＤ配列
をワイヤ７の下に置く。ＭＤ方向でのさまざまな位置における多数の水重量測定
値で作られた水重量分布が得られる。配列は少なくとも２個のセンサを持たなけ
ればならない。一般的には３個ないし６個のセンサが縦列で使用され、ワイヤの
縁部から約１メートルの位置にある。一般的に、センサは互いに約３０ｃｍない
し６０ｃｍ離れて置かれている。ＣＤ配列センサおよびＭＤ配列センサは両方と
も、ワイヤ上の位置１０において生ずる乾燥ラインから上流に位置することが好
ましい。
【００２２】 「水重量」という用語は、ワイヤの上にある湿潤紙素材の単位当たり水の質量
すなわち重量を言う。一般的には、ＵＷ3 センサは、ワイヤの下に置かれたとき
に較正されて、平方メートル当たりグラム（ｇｓｍ）の単位を有する。近似値と
して、１０，０００ｇｓｍの読みは織地上に１ｃｍの厚さを有する紙素材に相当
する。「坪量」すなわち「ＢＷ」という用語は、単位面積当たりの材料の総重量
を言う。「乾燥重量」すなわち「乾燥素材重量」という用語は、単位面積当たり
の材料の（水による重量をすべて除いた）重量を言う。
【００２３】 一般的に、抄紙原料すなわち原料は計量され、希釈され、必要な添加剤と混合
され、最終的にファン・ポンプ５０からヘッドボックス１中に導かれるときにふ
るいにかけられかつ清浄化される。とりわけ、機械密閉容器５４からの素材は妥
当に不純物を含まないものでなければならないが、抄紙機アプローチ・システム
は通常、汚染を防止するために圧力スクリーン５１および遠心クリーナ５２を利
用する。
【００２４】 ファン・ポンプ５０は、素材を白水と混合し、かつその混合したものをヘッド
ボックス１へ送る働きをする。ヘッドボックスへの均一な分散を保証するために
、素材を通常「スタッフ・ボックス」と呼ばれる定水位タンク５３から、制御バ
ルブ５５Ｂ（坪量バルブとも呼ばれる）によって調整される管路５５Ａを通じて
供給する。
【００２５】 素材は、調節可能な機械的エレメント例えば紙繊維表面を研磨するためのモー
タ付きディスク・エレメントまたはプレートを含むリファイナ２０から、機械密
閉容器５４へ供給する。一般にリファイナは、満足できる紙シートを製造できる
ようにパルプすなわち素材を準備し、調節し、および／または処理する素材調合
システムの一部である。リファイナに対する負荷は制御装置２１によって調整さ
れる。負荷を調節すると、リファイナにおける機械的エレメントによるパルプに
対する機械的作用の度合いは増減することになる。リファイナは濃厚素材源と水
源に連結されている。上質紙のためには複数のパルプ源を使用するのが一般的で
ある。第１図に示すように、リファイナ２０は、バルブ２０６、２０７、２０８
を通じてそれぞれ３つの供給源２０１、２０２、２０３に連結されている。そし
てバルブはそれぞれ制御装置２０６Ａ、２０７Ａ、２０８Ｂによって調整される
。パルプ源はさまざまなタイプの木材（例えば軟材または硬材）および／または
さまざまなパルプ化機構（例えば機械式、化学式、または複合式）を代表させて
いる。これらの供給源は単一のリファイナに連結されているが、各供給源を機械
密閉容器５４に連結された個別のリファイナに連結してもよいことは理解される
であろう。明らかに、各パルプ源の流量を調節することはできる。リファイナの
中で紙素材を勢いよくすり砕くことは、ワイヤ・メッシュを通じて排水される水
の流速を減ずる。したがって、急速排水素材を普通は「自由」である、すなわち
高い濾水度を有するという、さらにひどくすり潰された素材は遅い、すなわち低
い濾水度を有すると言う。
【００２６】 システムはさらに、非繊維質添加剤を抄紙素材に加える手段を含む。工程のさ
まざまな段階において化学添加剤が加えられる。ウェット・エンド化学剤および
鉱物質添加剤には、例えば酸、塩基、明礬、糊材、乾燥紙力増強用接着剤、湿潤
紙力増強用樹脂、充填剤、着色剤、保留補助剤、繊維凝集剤、脱泡剤、排水補助
剤、蛍光増白剤、ピッチ調整化学剤、殺変形菌剤、および特殊化学剤がある。こ
れらの化学剤のいずれかを、例えば明礬を原料における繊維粒子のゼータ（ζ）
電位を変えるために使用することができる。使用される特定のタイプの添加剤は
、とりわけ製造される紙の等級に依存する。供給源１４０には、ヘッド・タンク
５３内の原料に加えられる凝固剤、例えば明礬が入っている。明礬は繊維への微
粉と充填剤の保留を向上させるために役立つ。添加される明礬の量は制御装置１
５０によって調整される。供給源１２０には、繊維質材料と充填剤との接着を容
易にすることによってシート形成を向上させる凝集剤が入っている。ヘッド・タ
ンク５３を出る管路に加えられる凝集剤の量は制御装置１３０によって調整され
る。最後に、供給源１００には特殊な化学剤、例えば腐食防止剤および殺変形菌
剤が入っている。これらの成分の量は制御装置１１０によって調整される。上記
は、実施することのできるさまざまな戦略の例としてのみ述べたものである。明
らかに、他の化学剤を添加することができ、代替案として工程のさまざまな段階
で化学剤を添加することができる。
【００２７】 長網ワイヤ上の排水分布は、主として排水エレメントの配置と性能、ワイヤの
特性、ワイヤにかかる張力、原料の特性（例えば濾水度、ｐＨ、添加剤）、原料
の厚さ、原料の温度、原料に調和したワイヤの速度、およびリファイナの負荷と
出力に依存する複雑な関数である。システムの１つまたは複数の動作パラメータ
を制御することによって、製造される紙の品質を調整することができる。概して
特定の等級の紙について、添加剤の濃度を調節して最終製品を調整し、および／
または複数の供給源が使用されているときにリファイナへのパルプの流れを調整
することもできるが、いったん最適レベルが設定されると、その添加剤の濃度と
パルプ流量とを維持することが好ましい。好ましい実施形態では、システムは他
の工程パラメータの１つまたは複数を制御するために使用され、同時に添加剤と
パルプの流量をある一定の設定点に保つ。１つのこのようなパラメータはリファ
イナの出力である。これは、リファイナ・プレート位置制御システムを有するリ
ファイナを使用して達成することができる。繊維をさまざまなレベルの機械的作
用に当てることによって、ワイヤの上を流れる紙素材はさまざまな性質、例えば
排水特性を示すことになる。
【００２８】 抄紙織地に沿って戦略位置に置かれた水重量センサは、脱水工程の輪郭（以下
、「脱水分布」と呼ぶ）をたどるために使用することができる。上述の工程パラ
メータを変え、脱水分布における変化を測定することによって、ウェット・エン
ド紙工程の動力学をシミュレートするモデルを作ることができる。逆に、排水分
布において特定の変化を維持または生成するためにどのように工程パラメータを
変えるべきかを決めるために、モデルを作ることができる。
【００２９】 ワイヤ上の紙素材の水重量を測定するための３個の水重量センサ９Ａ、９Ｂ、
９Ｃを図示する。３個のセンサが位置する織地に沿った位置をそれぞれ「ｈ」、
「ｍ」、「ｄ」で示す。４個以上の水重量センサを使用することもできる。セン
サが縦列に整列している必要はなく、唯一の要件は、これらのセンサが異なる縦
方向位置であってワイヤの下に位置することである。センサはワイヤに隣接して
いることが好ましい。一般的には、ヘッドボックスに最も近い位置「ｈ」におけ
る水重量センサからの読みは、乾燥原料の変化よりも原料の濾水度の変化によっ
てより多く影響を受けるが、これは後者の変化が大量の自由に移動する水の重量
と比較すれば小さいからである。中央の位置「ｍ」では、水重量センサは通常は
乾燥原料の量の変化よりも自由に移動する水の量の変化によってより多く影響を
受ける。原料重量の変化と濾水度の変化の両方に敏感であるように位置「ｍ」が
選択されることが最も好ましい。最後に、乾燥部門に最も近い位置「ｄ」は、水
重量センサが乾燥原料の変化に敏感であるように選択される。これは、脱水工程
のこの位置では繊維に結合または付着する水の量が繊維の重量に比例するからで
ある。この水重量センサは程度は低いがワイヤの濾水度の変化にも敏感である。
位置「ｄ」においては十分な量の水が除去されて紙原料が有効なコンシステンシ
ーを有し、これによって本質的にさらなる織地を通過する繊維の損失がないこと
が好ましい。
【００３０】 紙素材の測定では、混合物の導電率は高くてセンサの測定を支配する。紙素材
の導電率はその中の水の総重量に正比例し、したがって、抄紙システムによって
製造される紙シートの品質を監視し制御するために使用できる情報を提供する。
このセンサを使用して、紙素材混合物における繊維の重量をこの導電率を測定す
ることによって決定するために、紙素材を、水の全量または大部分が繊維によっ
て保持されるような状態にする。この状態では、紙素材の水重量は繊維の重量に
直接関係し、水重量の導電率を測定して紙素材の中の繊維の重量を決定するため
に使用することができる。
【００３１】 第１図に示すようなシステムの初期動作中には、湿潤原料は、部分脱水生成物
９１を生じさせるウェット・エンドにおいて部分脱水される。この始動段階にお
いて、部分脱水生成物９１がリサイクルのために収集される。この始動段階が完
了すると、部分脱水生成物９１は、リール４で収集される完成紙を出すドライ・
エンド工程に入る。走査センサ１４がドライ・エンド坪量を測定して、工程パラ
メータが正しく選択されたことを確認する。
【００３２】 初期段階中に、センサ９Ａ、９Ｂ、９ＣのＭＤ配列はウェット・エンドにおい
て水重量を測定して、信号をコンピュータ１６０に伝送し、コンピュータはウェ
ット・エンド工程の水重量分布を作り出す。これらの測定された水重量分布は、
データベースから製造中の紙の特定等級について選択された基本すなわち最適水
重量と比較される。第４図は、工程の実施を図解するワイヤ位置と水重量の関係
を示すグラフである。図示するように、曲線Ａは製造中の紙の等級についてデー
タベースから予め選択された基本すなわち最適分布を示す。始動段階中に、ワイ
ヤにおける水重量測定値はＭＤ配列のセンサによって作られ、測定値から曲線Ｂ
が標準曲線当てはめ法を使用して作り出される。
【００３３】 明らかに、この場合には実測水重量値は基本分布のそれよりも高い。結果とし
て、コンピュータは適切な信号を制御装置２１に伝送し、制御装置２１はリファ
イナにおける機械的エレメントを調整、例えばモータ速度を測定するための回転
速度計も備えたリファイナ２０におけるリファイナ・プレートのギャップを増減
する。この曲線比較手順は、実測水重量分布が予め選択された最適化された分布
と合致するまで続く。実際には、１００％の合致は必要なく、すなわち実用的で
はなく、偏差のレベルはオペレータによって設定することができる。したがって
、「合致」または「マッチング」という用語は、実測水重量分布が予め選択され
た水の基本重量分布のそれと同じ値か近似した価を有することと理解される。第
４図には、実測水重量値を基本分布の価と比較する好ましい方法が、２つの曲線
ではなく各分布について位置ｘ、ｙ、ｚにおける３つの測定値の比較を内含して
いる。さらに、紙の等級に応じて、位置ｚにおける乾燥ラインにより近い測定値
は位置ｘにおけるヘッドボックスに近い測定値よりも有意であると思われる。こ
の場合には、オペレータは位置ｘにおけるよりも位置ｚにおいてより高い一致度
を要求することができる。適正なリファイナ負荷に達すると、すなわち実測分布
が基本分布に合致すると、ドライ・エンド工程は稼動し始めて、完成品が作られ
る。適正なリファイナ負荷を維持するためにコンピュータが使用される。こうし
て、実測水重量値が基本分布の値よりも高い場合には、コンピュータ１６０は適
切な信号を制御装置２１に伝送し、制御装置２１はリファイナ上の負荷を変化さ
せる。
【００３４】 制御システムは、工程がはるかに動的で抄紙機のウェット・エンドの安定性と
状態を監視する方法がほとんどないときのシート破損の場合に特に適している。
シート破損中は、制御システムは安定した排水モデルを維持して、シートの形成
と全体的品質が決して大きく劣化しないようにする。これを実施する場合、制御
システムは、損紙レベルの変化がある場合でもシート破損条件の終了中に紙を差
し込むことを容易にするようなシート品質を維持する。一般的には排水モデルを
維持するために、仕上げ負荷を損紙の流れが増えるにつれて減少させる。
【００３５】ＵＶ3 センサの構造 第２図は、本明細書に参照により組み込まれ、原料における水の導電率または
抵抗を測定する、米国特許出願第０８／７６６８６４号に記載の導電率または抵
抗測定センサを示す。（センサはまた湿潤原料の誘電率およびセンサに対する材
料、例えば湿潤素材の接近も測定することができる。）水の導電率は水重量に比
例する。センサの配列は２個の細長い接地された電極２４Ａ、２４Ｂおよび分割
された電極２４Ｃを含む。測定セル（セル１、セル２、・・・セルｎ）はそれぞ
れ、電極セグメント２４Ｃおよびこのセグメントに対向する接地された電極（２
４Ａ、２４Ｂ）の対応部分を含む。各セルは紙原料、特にセグメントと接地され
た電極の対応する対向部分との間の空間に在る原料の水部分の導電率を検出する
。センサ配列は複数のセルを備えることもできるが、各ＵＷ3 センサにはただ１
個のセル構造、例えば第２図のセル２のみが必要であることを理解されたい。実
際に、好ましい検出器が３個の電極含んでいても、このうちの２個が接地され、
電極の必要数は２個のみであり、１つはアースである。
【００３６】 各セルは個別に、信号発生器２５からの入力電圧（Ｖｉｎ）にインピーダンス
素子Ｚｆｉｘｅｄを通じて接続され、それぞれ出力電圧をバスＶｏｕｔ上の電圧
検出器２６に供給する。信号発生器２５はＶｉｎを供給する。
【００３７】 装置２６は、電極２４Ｃにおける各セグメントからの電圧の変動を検出する回
路構成、および電圧変動を水性混合物の物理的特性に関係する有用な情報へ変換
するための何らかの変換回路を含む。任意選択のフィードバック回路２７は、セ
ンサ配列内の単一セルのように、類似に構成された電極を有する基準セルを含む
。基準セルは、配列によって測定されることを望む水性混合物の物理的特性以外
の、水性混合物における望ましくない物理的特性変化に応答して機能する。例え
ば、センサが重量の変化による電圧変化を検出している場合には、基準セルは重
量が一定のままになるように構成される。したがって、基準セルによって示され
るあらゆる電圧／導電率の変化は、（温度や化学組成などの）重量変化以外の水
性混合物の物理的特性によるものである。フィードバック回路は基準セルによっ
て発生する電圧変化を使用して、フィードバック信号（Ｖｆｅｅｄｂａｃｋ）を
発生させ、これらの望ましくない水性混合物の特性変化（さらに詳しく後述する
）のためにＶｉｎを補償し調節する。基準セルによって提供される重量に関係し
ない水性混合物の導電率情報もまた、シート製造工程において有用なデータを提
供することができることにも注目すべきである。
【００３８】 センサ配列は、検出されている材料の３つの物理的特性、すなわち導電率また
は抵抗、誘電率、および材料とセンサとの接近に敏感である。材料に応じて、こ
れらの特性の１つまたは複数が支配的となる。材料のキャパシタンスは、電極の
形状寸法、材料の誘電率、および材料のセンサへの接近に依存する。純粋な誘電
材料については、材料の抵抗は電極間で無限大（すなわち、Ｒｍ＝∞）であり、
センサは材料の誘電率を測定する。代わりに、高導電性材料については、材料の
抵抗は容量性インピーダンスよりもはるかに小さく（すなわち、Ｒｍ＜＜ＺCm）
、センサは材料の導電率を測定する。
【００３９】 第３図は、水性材料の導電率を測定するためのセンサ配列２４のセル１〜ｎを
含む測定装置の電気系統図である。図示するように各セルは、この実施形態では
抵抗素子Ｒｏであるインピーダンス素子を通じて、信号発生器２５からのＶｉｎ
に接続されている。セルｎを見ると、抵抗器Ｒｏは中央セグメント２４Ｄ（ｎ）
に接続され、部分２４Ａ（ｎ）、２４Ｂ（ｎ）（対向セグメント２４Ｄ（ｎ））
はアースに接続されている。セグメントと接地された部分との間の水性混合物の
導電率を示す抵抗器Ｒｓ１、Ｒｓ２は第６図にも示されている。抵抗器Ｒｏ、Ｒ
ｓ１、Ｒｓ２はＶｉｎとアースとの間の分圧器ネットワークを形成する。
【００４０】 第３図に示す測定装置は、水性混合物の分圧器ネットワークＲｓ１、Ｒｓ２の
導電率と水性混合物の重量／量とは反比例するという概念に基づく。この結果、
重量が増加／減少すると、Ｒｓ１、Ｒｓ２の組合せは減少／増加する。Ｒｓ１、
Ｒｓ２の変化は、分圧器ネットワークによって指示されるように電圧Ｖｏｕｔに
対応する動揺を起こさせる。各セルからの電圧Ｖｏｕｔは検出器２６に接続され
る。このため、水性混合物の導電率の変動に反比例する電圧変化は検出器２６に
よって検出され、これによって、各セルの一般の近傍における水性混合物の重量
と量に関する情報を提供する。また検出器２６は一般的には、セルからの出力信
号を水性混合物の特定の特性を表す情報に変換するための他の回路構成を含む。
【００４１】 第３図はまた、基準セル２８とフィードバック信号発生器２９とを含むフィー
ドバック回路２７を示す。フィードバック回路２７の概念は、システムによって
感知することを望む物理的特性以外の水性混合物の物理的特性の変化によって影
響されるように、基準セルを絶縁することである。例えば、重量が感知されるこ
とを望む場合には、基準セルによって発生するいかなる電圧変化も重量変化以外
の物理的特性によるように、重量を一定に保つ。ある実施形態では、基準セル２
８は、センサ配列２４が浸されている水と同じ化学的および温度特性を有するリ
サイクル水の水性混合物の中に浸される。こうして、配列２４によって経験され
る導電率に影響するいかなる化学的変化または温度変化も、基準セル２８によっ
て感知される。さらにまた、基準セル２８は水の重量が一定に保たれるように構
成されている。結果として、基準セル２８によって発生する電圧変化Ｖｏｕｔ（
基準セル）は、重量以外の特性変化に起因する水性混合物の導電性の変化による
ものである。フィードバック信号発生器２９は、基準セルから生じる望ましくな
い電圧変化を、Ｖｉｎを増加または減少させるフィードバック信号に変換し、こ
れによって感知システムに対する誤った電圧変化の影響を抹殺する。例えば、配
列における水性混合物の導電率が温度上昇によって増加する場合には、Ｖｏｕｔ
（基準セル）は低下し、フィードバック信号の対応する増加を引き起こす。Ｖｆ
ｅｅｄｂａｃｋの増加はＶｉｎを増加させ、温度変化による水性混合物の導電率
の初期増加を補償する。結果として、セルからのＶｏｕｔは、水性混合物の重量
が変化するときだけ変化する。
【００４２】 以上、本発明の原理、好ましい実施形態、および動作様式を説明した。しかし
ながら、本発明は検討した特定の実施形態に限定されるものであると解釈される
べきではない。したがって、上に説明した実施形態は限定的なものではなく例示
的なものと見なすべきであり、また下記の請求の範囲によって定義される本発明
の範囲を逸脱することなく当業者によって実施形態に変更を加えることができる
ことを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の技法を実施するシート製造システムを示す図である。
【図２】 センサ配列を含む測定装置のブロック図である。
【図３】 第２図に示すブロック図の電気系統図である。
【図４】 抄紙機のワイヤ位置と水重量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ ヘッドボックス、２ 乾燥機、３ カレンダスタック、リール、５，６
ローラ、７ ワイヤ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハガート−アレグザンダー，クロード カナダ国・ブイ６エス １エイ４・ブリテ ィッシュ コロンビア州・ヴァンクーバ ー・ウエスト 17ティエイチ アベニュ ウ・3820 (72)発明者 ゴス，ジョン・ディ アメリカ合衆国・95123・カリフォルニア 州・サン ホゼ・ハンコック アベニュ ウ・6151 (72)発明者 プレストン，ジョン・ジイ アメリカ合衆国・94022・カリフォルニア 州・ロス アルトス・ドウド ドライブ・ 169 (72)発明者 ヒュー，ハン−ツォウ アメリカ合衆国・95070・カリフォルニア 州・サラトガ・メリーブルック ドライ ブ・19786 (72)発明者 デューダス，ラズロ アメリカ合衆国・08816・ニュージャージ ー州・イースト ブランズウィック・ハド ソン ロード・24 Ｆターム(参考） 2G060 AA20 AC01 AE17 AE40 AF08 AF11 FA01 FA15 HC10 4L055 AH09 AH18 BB03 BD02 BD03 BD11 DA12 DA13 DA16 DA17 DA19 DA30 DA33 FA08 FA23

Claims (33)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 繊維を含む湿潤素材のシートの形成を制御する方法であって
    、湿潤素材は脱水機の透水性移動ワイヤの上に形成され、脱水機は、少なくとも
    １つの供給源からある量のパルプを供給する手段と、ある量の非繊維質添加剤を
    湿潤素材に加える手段と、繊維を機械的作用にかけかつ可変負荷を受けるリファ
    イナと、少なくとも１つのスライスを有するヘッドボックスとを具備し、各スラ
    イスは１つの開口を有し、この開口を通って湿潤素材はワイヤの上に導かれ、 （ａ）ワイヤの下にかつこれに隣接して少なくとも２つの水重量センサを置くス
    テップであって、これらのセンサは異なる位置でワイヤの移動方向に、かつ機械
    の動作中に展開する乾燥ラインから上流に位置するステップと、 （ｂ）機械を操作して、水重量センサによって湿潤素材シートの水重量を測定す
    るステップと、 （ｃ）水重量測定値を示す信号を発生させ、信号に基づいて水重量分布を形成す
    るステップと、 （ｄ）リファイナの前記可変負荷、湿潤素材への非繊維質添加剤の量、または少
    なくとも１つの供給源から供給されるパルプの量のうち少なくとも１つを調節し
    て、水重量分布が予め選択された水重量分布と合うようにするステップと を含む方法。
  2. 【請求項２】 ステップ（ｄ）がリファイナの可変負荷を調節することを含
    む請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 湿潤素材に加えられる非繊維質添加剤の量が予め選択された
    範囲内に維持される請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 少なくとも１つの供給源から供給されるパルプの量が予め選
    択された範囲内に維持される請求項２に記載の方法。
  5. 【請求項５】 ステップ（ｄ）が湿潤素材に加えられる非繊維質添加剤の量
    を調節することを含む請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 ステップ（ｄ）が少なくとも１つの供給源からのパルプの量
    を調節することを含む請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記各センサが第１電極と、前記第１電極と離間してその近
    くにある第２電極とを含み、前記湿潤素材は前記第１電極と前記第２電極との間
    にあってこれらの近くにあり、前記センサは入力信号と基準電位との間でインピ
    ーダンス素子に直列に接続され、前記湿潤素材の少なくとも１つの性質の動揺が
    前記センサの両端間で測定された電圧の変化を起こさせる請求項１に記載の方法
    。
  8. 【請求項８】 前記第１電極が前記インピーダンス素子に接続され、前記第
    ２電極が前記基準電位に接続されている請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記第１電極が前記入力信号に接続され、前記第２電極が前
    記インピーダンス素子に接続されている請求項７に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記インピーダンス素子が複数の抵抗素子を含み、前記第
    １電極が電気絶縁された複数の副電極を含み、各副電極は前記複数の抵抗素子の
    １つに接続されている請求項８に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記第２電極は１組の電気絶縁された副電極を含み、前記
    インピーダンス素子は複数の抵抗素子を含み、前記第１電極は前記入力信号に接
    続され、前記１組の副電極がそれぞれ前記複数の抵抗素子の１つに接続されてい
    る請求項９に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記基準電位に接続された第３電極をさらに含み、前記第
    １電極は前記第２電極と前記第３電極から離間し、かつ前記第２電極と前記第３
    電極との間に存在し、前記材料シートの他の部分は前記第１電極と前記第３電極
    の間にあってかつこれらの近くにある請求項８に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記性質の少なくとも１つの前記動揺が前記湿潤素材の単
    一の物理的特性の動揺によるものとなるように、フィードバック信号を与えて前
    記入力信号を調節する手段をさらに含む請求項７に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記物理的性質が、誘電率、導電率、前記湿潤素材の前記
    部分の前記センサへの近接を含み、前記湿潤素材の前記単一の物理的特性が重量
    、化学組成、および温度の１つを含む請求項１３に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記インピーダンス素子が誘導素子と容量素子の１つであ
    り、それぞれ関連するインピーダンスを含み、前記入力信号は関連する周波数を
    有し、前記誘導素子と容量素子の前記１つの前記関連インピーダンスは、前記関
    連周波数を所定の大きさに調節することによって、特定の大きさに設定すること
    ができる請求項７に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記センサが関連するインピーダンスを有し、前記関連周
    波数は、前記センサ・インピーダンスと、前記容量素子と前記誘導素子の前記１
    つの前記インピーダンスとが、ほぼ同じになるように調節される請求項１５に記
    載の方法。
  17. 【請求項１７】 少なくとも２個の水重量センサがほぼ縦列に位置づけられ
    る請求項１に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 ステップ（ａ）が少なくとも３個のセンサを置くことを含
    む請求項１７に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 脱水機の移動透水性ワイヤ上における繊維を含む湿潤素材
    の形成を制御するシステムであって、脱水機が、少なくとも１つの供給源からあ
    る量のパルプを供給する手段と、ある量の非繊維質添加剤を湿潤素材に加える手
    段と、繊維を機械的作用にかけかつモータ負荷制御装置を有するリファイナと、
    少なくとも１つのスライスを有するヘッドボックスとを具備し、各スライスは１
    つの開口を有し、この開口を通って湿潤素材はワイヤ上に排出され、 （ａ）ワイヤに隣接して置かれた少なくとも２個の水重量センサであって、異
    なる位置でワイヤの移動方向に、かつ機械の動作中に展開する乾燥ラインから下
    流に位置づけられ、多数の水重量測定値によって作られる水重量分布を示す信号
    を発生させる、少なくとも２個の水重量センサと、 （ｂ）モータ負荷制御装置、湿潤素材に加えられる非繊維質添加剤の量、また
    は少なくとも１つの供給源から供給されるパルプの量のうち少なくとも１つを調
    節して、水重量分布を予め選択された水重量分布と一致させる手段と を含むシステム。
  20. 【請求項２０】 湿潤素材に加えられる非繊維質添加剤の量が予め選択され
    た範囲内に維持される請求項１９に記載のシステム。
  21. 【請求項２１】 少なくとも１つの供給源から供給されるパルプの量が予め
    選択された範囲内に維持される請求項１９に記載のシステム。
  22. 【請求項２２】 前記各センサが第１電極と、前記第１電極と離間してこの
    近くにある第２電極とを含み、前記湿潤素材は前記第１電極と前記第２電極との
    間にあってこれらの近くにあり、前記センサは入力信号と基準電位との間でイン
    ピーダンス素子に直列に接続され、前記湿潤素材の少なくとも１つの性質の動揺
    が前記センサの両端間で測定された電圧の変化を起こさせる請求項１９に記載の
    方法。
  23. 【請求項２３】 前記第１電極が前記インピーダンス素子に接続され、前記
    第２電極が前記基準電位に接続されている請求項２２に記載のシステム。
  24. 【請求項２４】 前記第１電極が前記入力信号に接続され、前記第２電極が
    前記インピーダンス素子に接続されている請求項２２に記載のシステム。
  25. 【請求項２５】 前記インピーダンス素子が複数の抵抗素子を含み、前記第
    １電極が電気絶縁された複数の副電極を含み、各副電極は前記複数の抵抗素子の
    １つに接続されている請求項２３に記載のシステム。
  26. 【請求項２６】 前記第２電極は１組の電気絶縁された副電極を含み、前記
    インピーダンス素子は複数の抵抗素子を含み、前記第１電極は前記入力信号に接
    続され、前記１組の副電極がそれぞれ前記複数の抵抗素子の１つに接続されてい
    る請求項２５に記載のシステム。
  27. 【請求項２７】 前記基準電位に接続された第３電極をさらに含み、前記第
    １電極は前記第２電極と前記第３電極から離間しかつ前記第２電極と前記第３電
    極との間に存在し、前記材料シートの他の部分は前記第１電極と前記第３電極の
    間にあってかつこれらの近くにある請求項２３に記載のシステム。
  28. 【請求項２８】 少なくとも１つの前記性質の動揺が前記湿潤素材の単一の
    物理的特性の動揺によるものとなるように、フィードバック信号を提供して前記
    入力信号を調節する手段をさらに含む請求項２２に記載のシステム。
  29. 【請求項２９】 前記物理的性質が、誘電率、導電率、前記湿潤素材の前記
    部分の前記センサへの近接を含み、前記湿潤素材の前記単一の物理的特性が重量
    、化学組成、および温度の１つを含む請求項２８に記載のシステム。
  30. 【請求項３０】 前記インピーダンス素子が誘導素子と容量素子の１つであ
    り、それぞれ関連するインピーダンスを含み、前記入力信号は関連する周波数を
    有し、前記誘導素子と容量素子の前記１つの前記関連インピーダンスは、前記関
    連周波数を所定の大きさに調節することによって、特定の大きさに設定すること
    ができる請求項２２に記載のシステム。
  31. 【請求項３１】 前記センサが関連するインピーダンスを有し、前記関連周
    波数は、前記センサ・インピーダンスと、前記容量素子と前記誘導素子の前記１
    つの前記インピーダンスとが、ほぼ同じになるように調節される請求項３０に記
    載の方法。
  32. 【請求項３２】 複数の水重量センサがほぼ縦列に位置づけられる請求項１
    ９に記載のシステム。
  33. 【請求項３３】 ワイヤの下でかつワイヤに近接する少なくとも３個のセン
    サを具備する請求項３２に記載のシステム。
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