JP2578944B2 - 紙シート強度の決定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、紙シート強度の決定方法に関し、特に紙シ
ートが透過光線に対して直角に移動している時に、投射
された光の狭帯域ビームの強度変化を監視することに基
づいて強度を決定する紙シート強度の決定方法に関す
る。

「従来の技術」 紙は繊維の懸濁液から作られる。これら繊維は、通常
木材及び布くずから誘導されるセルロースから作られ
る。紙シートは、これら繊維の分布の均一性が光学的、
機械的及び印刷特性に最も重要である。従って、製紙業
界の主な終着点の１つは、仕上った紙シート材の繊維分
布を可能な限り均一な「基本重量」を達成するための製
紙工程を開発し、この工程のパラメータを調整すること
である。製紙業界においては、用語「基本重量」が紙シ
ート表面の単位領域当たりの製紙用の繊維重量を参照し
ている。

製造者及び使用者にとって重要な紙シートの臨界特性
は強度である。過去において、強度を計測する種々の方
法が提案されたが、それらの略全部が破壊検査で、オン
ライン（実時間）で使用されない重大な欠点を持ってい
た。種々の標準検査は、紙の運搬及び販売を可能とする
基礎仕様を形成するために考案された。これら検査は、
自由裁量に任せられているが、種々の紙の強度を比較す
る強度指数を形成することが有用である。不幸にして、
全検査が破壊的で、どれも実時間に使用されなかった。
最も共通の検査は、標準化張力検査、いわゆる「STFI」
圧縮検査、及び「バースト圧力」即ち「ミューレン」検
査である。

標準張力検査においては、帯状の紙が２個のクランプ
間に保持され、所定の速度で張力負荷が印加される。破
壊時の負荷は、紙シートの張力強度測定値としてみなさ
れる。この検査の形成に適合した標準手順が例えばTAPP
I標準T404os−76及びASTM標準D828である。

密度の濃い紙用のSTFI圧縮検査は、スキャンP46カラ
ム83の識別子によって特定されるように、スエーデンの
技術森林協会で確立されている。この検査においては、
検査中の紙の帯は、一定速度で移動する１組のクランプ
間に保持され、一方圧縮力が監視される。圧縮力がピー
ク値を通過して下降し始めた時には、「破談」が発生す
る。この破談時の力が紙の圧縮強度としてみなされる。
この検査の他の標準仕様は、他のTAPPI7818os−76及びA
STM D1164である。

前述の検査で測定された紙の強度は、代表的に、検査
帯が機械（紙送り）方法或は交差方向への切断に依存し
た種々の値を持っている。

ミューレン即ちバースト圧力検査は、特定の標準内径
を持つ２個の円形クランプ・リング間に紙のサンプルを
挟むことによって実施され、ゴム製の薄膜及び液体圧を
使用して、紙が破れるまで紙の片側に圧力を印加してい
る。紙の破談に要求される圧力が「バースト圧力」とし
て知られ、要求強度を特定するためにしばしば使用され
た形態である。共通のバースト圧力仕様がTAPPI403os−
76及びASTM D774である。

言うまでもなく、いずれの検査も紙の強度を連続して
測定できない。しかし、広範囲の集団の故に、紙シート
強度の測定に使用されたどの方法も認識された標準検査
の１つと相関する結果を形成することが好ましい。

強度の外に、紙の重要なパラメータは紙シートの「分
布状態」である。明らかに「分布状態」の標準の定義が
存在しない。しかし、本目的の「分布状態」は、紙シー
トを形成する繊維が紙シート内に分配、配置及び混合さ
れる工程として定義される。全部の紙シートは、シート
形成用の繊維が少なくともある範囲「塊」と呼ばれるこ
ぶで不均一に配合されている。しかし、通常均一に分配
され、撚り合った繊維を持つ紙シートは良好な分布状態
を持っている。これと反対に、紙シートの繊維が塊とな
って許容できない程度不均一に分配された時には、紙シ
ートが均一のそれよりむしろ粗く、貧弱な分布状態を持
っている。

幾つかの研究者は、紙の分布状態の強度との間の相関
を発見した。しかし、これらの研究は一次の理論のみに
留どまり、製紙機械で製造される紙強度を測定する実務
的応用に発展しなかった。更に、種々の装置が後述する
ように紙の分布状態を測定するために検査されたが、大
半が紙の正確な分布状態を測定できず、どれもが強度を
測定できなかった。

基本重量センサ或はマイクロ自動濃度記録計と呼ばれ
る分布状態測定装置においては、紙シートが光線方向と
直交する方向に移動した時に、光線が紙シートを透過し
ている。この光線の強度は、光線が紙シートを透過した
後、光検知器によって測定される。この光検知器は、光
源から紙シートの反対側に配置されている。光検知器
は、透過光の強度を示す電気信号を発生する。光線が透
過した領域の紙シートの部分の基本重量が増加すると、
紙シートを透過した光線の強度が減少する。従って、光
検知器からの電気信号が紙シートの基本重量を示してい
る。

既に述べたように、どの紙シートの繊維も塊に凝集す
る傾向がある。どのシートにおいても、これら塊が種々
の寸法を持っている。従って、紙シートが光線を貫通し
て直交方向に移動した時には、光検知器によって発生さ
れた電気信号が塊の寸法分布、勿論紙シートの移動速度
に対応した複数の周波数で変調される。紙シートの速度
が増加すると、塊が基本重量電気信号を変調する周波数
が増加する。同様に、より小さい塊は、より大きい塊に
よる周波数より高い周波数で変調させる。これら変調度
は、基本重量の局所変動、或は基本重量が同じであって
も、塊を形成する繊維の局所分布変動に対応する。

「発明が解決しようとする問題点」 一技術において、特徴となる分布状態は、基本重量セ
ンサによって発生された電気信号における平均ピーク・
ピーク（Ｐ−Ｐ）変動を表示している。電気信号の平均
Ｐ−Ｐ変動値は、紙シートの基本重量の変動度を示すと
主張している。しかし、この技術は、後述する理由によ
って、シート材の分布状態を間違って指示している。

多くの例において、製紙業者は、可能な限り均一な繊
維分布、即ち良好な分布状態の紙シートを製造したがっ
ている。これを達成するためには、製紙業者は基本重量
の変動幅のみならず、塊の寸法分布も知りたがってい
る。勿論、製紙業者は、紙シートの最も弱い基本重量部
分の強度も知りたがっている。しかし、基本重量信号の
平均Ｐ−Ｐ値のみが得られた公知技術は、紙の強度或は
基本重量信号におけるこれら変動を発生する塊の寸法を
支持しなかった。

紙シートの分布状態を特徴とする他の技術において
は、β線による放射線写真が紙の試料シートから作られ
る。光線は、その後、放射線写真から貫通或は反射して
外れている。この狭い光線の強度における変動は、放射
線写真が均一速度で光線に対して直角に移動した時に、
電気信号に変換されている。図形表示器は、信号を備え
た波長の関数として、電気信号を変調度を発生させる。
この表示器は波長電力スペクトルと呼ばれている。第１
図は、良好、中間及び貧弱な分布状態を持つ種々の等級
の紙を示している。この技術は、ノーマン及びワーレン
氏によって、彼らのシンポジウム論文「紙の大量分布及
びシート特性」を含む多くの文献において、詳細に議論
されている。

幾つかの商業紙の製造環境にとっては、ノーマン及び
ワーレン氏の技術が不適当である。第１図に示すよう
に、約1mm以下の波長では、良好に形成されたシート
と、貧弱に形成されたシートとの波長電力スペクトル間
の差が僅かである。しかし、約1mm〜32mmの波長では重
大な違いが存在する。従って、ノーマン及びワーレン氏
の技術は、紙シートの分布状態を決定するために、製紙
業者の必要以上に情報を発生している。この技術の他の
有り得る欠点は、非熟練者にとって解読が困難な多くの
情報を提供していることである。多くの商業紙製造環境
にとっては、製紙業者が全体のスペクトル表示よりも紙
シートの分布状態を完全に相互に特徴づけた数点の情報
のみを非熟練者に提供する装置及び技術が好ましいと思
っている。更に、基本重量信号の平均Ｐ−Ｐ値を測定す
るための既述技術と同様のこの技術は、紙シートの最も
弱い部分の強度の表示を製紙業者に提供することが欠け
ている。

「問題点を解決するための手段」 本発明は、紙シートの強度を示す１組の電気出力信号
を形成する装置及び方法を指向している。これら出力信
号は、数値に変換して、製紙操作者に対して表示しても
よい。操作者は、その後、これら数値を使用して製造シ
ートの分布状態を監視でき、製紙工程のパラメータを調
整して所望の特性を持つ紙シートを達成している。これ
の代りに、これら電気出力信号は、これら出力信号を使
用して、製紙工程を自動的に調整して、所望の特性を持
つ紙シートを達成するコンピュータ或は他の装置に供給
できる。

本発明の装置は、紙シートの基本重量における局所変
動を正確に測定する基本重量センサを含んでいる。この
センサは、紙シートの片側に配置された光源と、光源に
対面して紙シートの他の側に配置された受光部とを含ん
でいる。受光部は細いサファイヤ製の棒のような光線パ
イプを含んでいる。この棒の一端が光源から紙シートの
反対側の紙シートに当接している。紙シートが光線と直
交する方向に通過した時に、紙シートを通過する光線の
みが棒に入るように棒の端部に対して保持されている。
この棒は、光電ダイオードのような光線検知器に光線の
少なくとも部分を指向させている。この光電ダイオード
は、その後光線が紙シートを透過した後、光線の強度に
比例した電気出力を発生する。

紙シートが基本重量センサを通過すると、紙シートの
基本重量における局所変動が紙シートを通過する光線の
強度の変動を発生させる。センサの受光部における光線
検知装置は、透過光線の強度に比例し、従って光線の検
知部分が通過した紙シートの部分の基本重量に反比例す
る電気信号を発生する。紙が種々の寸法の塊からなるの
で、紙シートがセンサの光源及び受光半部間を通過する
ので、センサからの電気信号が種々の周波数で変調され
る。これら周波数は、センサを通過する紙シートの速度
及び紙シートを形成する種々の塊の寸法の両者に依存し
ている。しかし、本発明の信号処理回路は、紙シートが
センサ間を通過する速度の変化も計算に入れている。従
って、分布状態を特徴とする出力信号が紙シートの速度
に影響されない。

前述の基本重量センサは、従来の核基本重量ゲージに
よって測定されるので、同じ「基本重量」を正確に測定
できないことを理解すべきである。ここで教示した基本
重量センサは、核基本重量ゲージで測定された基本重量
に影響しない種々の木繊維、紙の添加物或は他のファク
タの紙シートの光学透過率を基本にしている。しかし、
この応用の目的のためには、本ゲージが基本重量即ち局
所基本重量を測定するのであって、従来の核ゲージ平均
基本重量を測定するものと言わなければならない。

本発明の信号処理回路は複数の電気チャンネルを持っ
ている。各チャンネル異なった所定の最小塊寸法及びそ
の最小より大きい塊寸法に対応する基本重量センサから
の基本重量信号を処理している。これは、各チャンネル
の入力端部に低域通過フィルタを配置することによって
達成される。基本重量センサからの信号は、これら低域
通過フィルタの各々に供給される。しかし、各連続チャ
ンネルの低域通過フィルタが先のチャンネルにおける低
域通過フィルタのそれより低い遮断周波数を持ってい
る。更に、これら低域通過フィルタの各々毎に遮断周波
数が可変でき、紙シートがセンサを通過する速度に比例
して制御される。従って、各チャンネルの低域通過フィ
ルタ毎の遮断周波数が特定の所定最小寸法の塊に対応
し、センサ間を移動する紙シートの速度が変化しても、
この所定の最小寸法の塊に対応して続行している。

各低域通過フィルタの出力は、関連の低域通過フィル
タからの濾過信号を低域通過フィルタからの信号のRMS
値に比例する直流出力に変換する別々のAC/DC変換器に
供給される。それ故、各AC/DC変換器の出力は、ある最
小寸法の塊、（即ち遮断周波数直下の周波数で基本重量
信号を変調した塊）及びその最小寸法より大きい全塊に
よって発生された紙シートの基本重量の変動幅を示して
いる。

更に、最高の遮断周波数を持つ第１チャンネルの低域
通過フィルタからの信号がピーク検知回路に指向でき
る。この検知回路は、基本重量センサを通過した紙シー
トの所定長に亙って基本重量信号の最大強度或は種々の
信号のピーク平均を指示できる。より強い透過光線はよ
り低い基本重量に対応している。それ故、ピーク検知器
が最大強度の基本重量信号を指示した時には、ピーク検
知回路の出力の大きさが紙シートの最も弱い点の強度を
特徴としている。これの代りに、ピーク検知回路が種々
の信号ピークの平均を示した時には、この検知回路の出
力が紙シートにおける種々の最も弱い点の平均強度を特
徴としている。

紙シートの最弱点の強度が製紙業者にとって有用であ
るが、最重点は全体の強度である。全体の強度の追加情
報を決定することが必要である。特に、紙シートの平均
基本重量が従来の核ゲージで決定され、紙シートの透過
率が局所基本重量センサで決定され、製紙機械の線速度
が適宜手段で決定されなければならない。このデータが
一度供給された時には、紙シートの強度を決定するため
に局所基本重量センサの他のデータと共に用いられる。

「実施例」 本発明の特徴は、以下に添付図面を参照して詳述す
る。

A.基本重量センサ 第２図は本発明の基本重量センサ10の現在好ましい実
施例を示している。このセンサ10は、２個の半部、即ち
光源半部12及び受光半部14からなるものとして考慮され
る。紙シート16の一側に配置された光源半部12は、その
分布状態が決定される紙シート16に光線が透過するよう
に指向させられている。紙シート16の反対側には、紙シ
ート16を透過した光線強度（照度）に比例した信号を発
生する受光半部14が配置される。光源半部12は、高強度
白熱灯20と、この白熱灯20からの光線を紙シート16方向
に指向させる反射器22とのような光源18を含んでいる。
光線は、紙シート16方向に放射されると、通過時に光子
の方向を任意化する拡散器24を通過する。拡散光源を使
用することが重要である。もし、非拡散光源器が使用さ
れるならば、センサ10の受光半部14は、紙シート16の基
本重量における局所変動に起因する透過光の強度変動よ
りむしろ、特定方向から入射した光線が紙シートの表面
で反射した変動に起因する送信光の強度変動を測定する
こととなる。

センサ10の受光半部14は、紙シート16からレンズシス
テム28に通過した拡散光線の小スポットを指向させる1m
m径のサファイヤ製の光線パイプ26を含んでいる。この
レンズシステム28は、光線パイプ26からの光線を感光シ
リコン製光電ダイオード30に合焦させている。この光電
ダイオード30が透過光のスポットの強度に比例した電気
出力信号を発生する。従って、センサ10は、紙シートの
1mm直径の円の基本重量を測定することが理解される。

紙シート16は、光線パイプの端部36に衝突した光線が
紙シート16から入射してくるように、紙シート16が光線
パイプの端部36に対して確実に保持されることが重要で
ある。この終着点を達成するためには、分布状態検知セ
ンサ10の光源部14が光線パイプ26の対岸に「滑板」と呼
ばれる突起32が形成されている。更に、光線パイプの端
部36は、紙シート16方向に突出し、光線パイプ26を囲む
別の滑板34で保護されて、センサ10の光源及び受光半部
間を矢印38方向に移動する紙シート14が光線パイプの端
部36に対して滑板32,34で保持されている。

紙シート16は、滑板32,34間を滑りながら通過し、光
線パイプの端部36に摺動すると、滑板32,34及び光線パ
イプの端部36によって摩耗する恐れがある。従って、滑
板32,34が鉄合金のような耐摩耗性材料から作られ、光
線パイプ26がサファイヤ或は同様の透明な耐摩耗性の材
料から作られている。

B.信号処理回路 既に述べたように、基本重量センサ10は、検知された
スポット光が通過する紙シート16の部分の基本重量に反
比例した規模の電気信号を発生する。紙シート16は、透
過光強度、従ってセンサ信号が紙シート16によるセンサ
10を通過時に変化するように、塊から形成されている。
センサ信号はその後増幅され、増幅されたセンサ信号が
信号処理回路に供給される。この回路は、所定の最小
寸法或は寸法幅の塊に起因する紙シートの基本重量の変
動幅、紙シートの最も弱い部分或は弱い部分に各強度
及び紙シートを形成する塊の寸法を示す電気出力信号
を得るようにセンサ信号を処理するようになっている。

信号処理回路50の現在好ましい実施例は、第４図のブ
ロック図で示されている。この信号処理回路50は、複数
の低域通過フィルタ52〜62を備えている。各フィルタ52
〜62が特定の電気チャンネルと協働している。各チャン
ネルは、低域通過フィルタ52〜62及びRMS.ACをDCに変換
するAC/DC変換器78〜88の各１つを備えている。本発明
の装置は、多くのチャンネルを備えてもよいが、図面を
簡略化するためにチャンネル４〜５が省かれている。第
４図の実施例において、装置が６個のチャンネルを備え
ている。６個の低域通過フィルタ52〜62の各々が２個の
入力信号を受信している。６個の低域通過フィルタ52〜
62の各々の第１入力信号が既に記載した基本重量センサ
10から供給される。この信号が各低域通過フィルタ52〜
62の第１入力に指向される。

各低域通過フィルタ52〜62の遮断周波数は、第２入力
信号の周波数に比例している。第２入力信号の周波数は
各低域通過フィルタ52〜62毎に同一でない。これの代り
に、各低域通過フィルタ52〜62の第２の入力の周波数が
先のチャンネルの低域通過フィルタの第２入力に供給さ
れた周波数の半分である。従って、第１チャンネルの低
域通過フィルタ52の遮断周波数が最も高く、第６チャン
ネルの通域通過フィルタ62の遮断周波数は、他の低域通
過フィルタ52〜62のどの遮断周波数より低い。換言すれ
ば、第１チャンネルの低域通過フィルタ52は、基本重量
センサ10から、ある最小の塊寸法に対応する最高周波数
成分の信号を通過させる。この基本重量センサ10は、第
２図に示す光線パイプ26が1mmの直径を持っているの
で、1mm以下で発生した基本重量の変化が検知できな
い。従って、低域通過フィルタに送られた最高周波数基
本重量信号が1mmの塊に対応している。本実施例におい
て、チャンネル１の低域通過フィルタ52の第２入力に送
られた信号の周波数は、低域通過フィルタ52が1mmの塊
に起因する基本重量の変動に対応する遮断周波数を持つ
ように調整されている。また、チャンネル２〜６の低域
通過フィルタ54〜62の各第２入力に送られた信号の周波
数は、低域通過フィルタ54〜62の遮断周波数が2mm、4m
m、8mm、16mm及び32mmの塊寸法に対応するように調整さ
れる。勿論、各低域通過フィルタ52〜62に対する第２入
力の周波数が紙シートがセンサ10を通過する速度に比例
している。従って、各低域通過フィルタ52〜62の遮断周
波数は、紙シートがセンサ10を通過する速度が変化して
も、前述の寸法の塊の基本重量信号周波数特性に対応し
て変化できる。

好ましい本実例において、各低域通過フィルタ52〜62
に対する第２入力信号は、紙シートがセンサ10を通過す
る速度を測定することによって誘導される。紙シートの
速度を測定する装置は当該分野で公知である。多くの製
紙工場が高度に自動化され、製紙工程の種々のパラメー
タを監視し、制御するコンピュータを含んでいる。従っ
て、好ましい本実施例において、紙シートの速度を示す
製紙コンピュータからのデジタル信号が各チャンネルの
低域通過フィルタ52〜62の遮断周波数を制御するために
適宜使用される。このデジタル速度信号がDA変換器64に
指向される。このDA変換器64は、デジタル速度信号を受
信して、紙シートの速度に比例した電圧を出力する。こ
の電圧がその後電圧周波数変換器（以後VFCと言う）66
に入力される。このVFC66は、その後DA変換器64の出力
電圧、従ってセンサ10を通過する紙シートの速度に比例
した周波数を有する信号を出力する。各チャンネルは、
第１チャンネルを除いて、分周器68〜76を含んでいる。
VFC66からの信号は、直接第１チャンネルの低域通過フ
ィルタ52の第２入力に供給され、勿論第２チャンネルの
分周器68に供給される。第２チャンネルの分周器68は、
VFC66から受信した信号の周波数を分周し、この結果、
より低い周波数の信号が第２チャンネルの低域通過フィ
ルタ54の第２入力に供給され、勿論第３チャンネルの分
周器70に供給される。従って、第１チャンネルの低域通
過フィルタ52の第２入力が周波数Ｘである。周波数Ｘ
は、センサ10を通過する紙シートの速度に相当する。1/
2分周器が好ましい本実施例に使用されたので、第２チ
ャンネルの低域通過フィルタ54の入力周波数がX/2であ
る。勿論、第２チャンネルの分周器68で出力される信号
が第３チャンネルの分周器70の入力に供給される、更
に、次のチャンネル4,5及び６は、前のチャンネルの分
周器から信号を受信し、受信信号の半分の周波数で信号
を出力する複数の分周器、例えば分周器76を持ってい
る。従って、第３チャンネルの低域通過フィルタ56の第
２入力に供給された信号の周波数が周波数X/4であり、
図示略の第４チャンネルの低域通過フィルタの第２入力
に供給された信号の周波数がX/8である。この方法にお
いて、第１チャンネルの低域通過フィルタ52の出力が最
小寸法即ち1mm以上の塊寸法に対応する周波数を備えて
いる。各連続するチャンネルにおいて、低域通過フィル
タの出力を貫通する最高周波数は、漸増的な最小寸法、
即ち2mm、4mm、8mm、16mm及び32mmの塊寸法に対応して
いる。各チャンネルの低域通過フィルタ52〜62の出力
は、その後特定のチャンネル毎の最小塊寸法以上で塊寸
法毎に検知された紙シートの種々の分布状態パラメータ
を指示するために処理される。

紙シートの基本重量の変動幅を示す出力信号を誘導す
るためには、各低域通過フィルタ52〜62の出力が関連の
AC/DC変換器78〜88に指向させられる。各AC/DC変換器78
〜88は、関連の低域通過フィルタ52〜62からのAC信号出
力のRMS値に等価であるDC電圧を発生する。各AC/DC変換
器78〜88で発生されたDC電圧のRMS値が特定の最小寸法
に起因する紙シートの基本重量における変動幅に比例し
ている。各連続するチャンネルにおいては、低域通過フ
ィルタ52〜62の遮断周波数が連続的により低い周波数に
設定されるので、RMS−DC出力電圧の規模が漸増的最小
塊寸法に起因する紙シートの基本重量の変動幅に対応し
ている。

ある設定においては、製紙機械が特定の寸法範囲の塊
に起因する紙シートの基本重量の変動を知ることが求め
られる。本発明の装置は、他のチャンネルのAC/DC変換
器のRMSDC出力電圧を単純に引算することによって、こ
の情報が形成される。これら出力間の差は２個のチャン
ネルの低域通過フィルタの遮断周波数間の寸法範囲にお
ける塊に起因する基本重量の変動幅に対応している。

引算回路122は、入力１及び２で２個の選択されたAC/
DC変換器の出力を受信してもよい。この引算回路は、２
個の選択されたAC/DC変換器の出力間の差に相当する出
力電圧を発生する。これの代りに、もし、種々のAC/DC
変換器の出力が数値表示されたならば、製紙機械操作者
が２個のどの出力間の差を引算で得ることができる。例
えば、4mm及び8mm間の塊に起因する基本重量の変動幅を
決定するためには、製紙機械操作者が第３のチャンネル
のAC/DC変換器の出力値から第４チャンネルのAC/DCの変
換器の出力値を単純に引算している。

多くの標準「RMS」AC/DC変換器は、実際入力信号のＰ
−Ｐ電圧を測定し、入力信号が正弦波である時に、入力
信号の真のRMS値に対応するDC出力信号を供給してい
る。しかし、基本重量の信号波形が通常正弦波でない。
それ故、本発明のAC/DC変換器78〜88が基本重量の信号
が真のRMS値に対応するDC電圧を出力することが重要で
あり、そうでなければ、AC/DC変換器78〜88の出力信号
が基本重量の変動の不正確な測定を形成する。

真のRMS・AC/DC変換器の使用は、チャンネルの変換器
の出力が他のチャンネルの変換器の出力から引算され
て、特定の寸法範囲における塊に起因する基本重量の変
動の分担を決定することが特に重要である。異なった寸
法の塊は、基本重量信号のRMS値に対するその分担が異
なっていても、基本重量信号における同じＰ−Ｐ変化を
誘導してもよい。従って、例えば8mmの最小塊寸法に対
応する周波数を含む基本重量信号から誘導されるAC/DC
変換器の出力から、4mmの最小塊寸法に対応するものを
引算することは、もし真のRMS・AC/DC変換器が使用され
たならば、４〜8mm寸法の範囲における塊に起因する基
本重量変動の分担を示す信号が得られる。しかし、もし
RMS信号が実際Ｐ−Ｐ信号値の測定から誘導され、異な
った寸法の塊が基本重量信号の同じＰ−Ｐ変動を起こし
たならば、２個のAC/DC変換器の出力間の差がゼロにな
る。しかし、これは、４〜8mm範囲における塊に起因す
る基本重量変動に対する分担の正確な表示ではない。従
って、標準Ｐ−Ｐ・AC/DC変換器は、本発明の装置とし
て使用された時に、間違った読みが得られる。

紙シートの最弱部の強度を示す他のパラメータは、第
１チャンネルの低域通過フィルタ52の出力をピーク検知
回路90の入力に供給して得られる。既に述べたように、
伝送光線の強度の大きさが紙シートの基本重量に反比例
するので、低域通過フィルタ52の出力でAC信号の規模が
センサ10で検知された紙シートの部分の局所基本重量に
反比例している。ピーク検知回路90は、センサ10を通過
する紙シートの所定長毎に、或は所定の時間周期に第１
チャンネルの低域通過フィルタ52を通過する最大電圧ピ
ークに比例したDC出力を形成するようになっている。こ
の信号の大きさが紙シートの最弱部を示している。これ
の代りに、勿論ピーク検知回路90がセンサ10を通過する
紙シートの長さ或は時間の設定期間に亙って種々の信号
ピークの平均に比例した出力を発生するようにもなって
いる。この後者の場合、ピーク検知回路90の出力が紙シ
ートにおける平均弱いスポットを特徴づけている。

本発明の信号処理回路50は、紙シートの他の特徴、平
均塊寸法を示す第３出力信号によって製紙製造者に提供
してもよい。このパラメータを得るためには、第１チャ
ンネルの低域通過フィルタ52の出力が塊寸法測定回路92
に供給される。この回路92は、所定の時間間隔中に、第
１チャンネルの低域通過フィルタ52からの出力信号が紙
シートの平均基本重量に対応した値を達成した回数を計
数する。この信号がセンサを通過する紙シートの速度に
よって分周された平均基本重量値を交差した周波数は、
紙シートを形成する塊の平均寸法を示している。塊寸法
測定回路92は、この分周を形成して、平均塊寸法に対応
した信号を出力する。例えば、もし紙シートが1000m/分
で移動して、第１チャンネルの低域通過フィルタからの
出力が１秒の時間間隔において3333回の平均基本重量に
対応した値を達成したならば、紙シートの平均塊寸法が
10mmである。

従って、本発明の装置及び方法は、紙シート面及び線
或は曲線（以後まとめて線と言う）に沿って紙シートの
基本重量を検知することによって、紙シートを形成する
塊の寸法を示す出力信号を紙製造者に提供できる。

C.装置の使用及び校正 製紙機械においては、紙が代表的に約25フィートの幅
のシートで製造される。全シートを特徴づけるために、
１つの基本重量分布状態センサは、紙シートが機械方向
（以後長手方向と言う）に沿って移動した時に、紙シー
トの交差方向即ち紙シートの幅を横断して、前後に「走
査」或は移動できる。これの代りに、複数のセンサは、
紙シートの幅の部分のみを交差する交差方向に前後に走
査できる。もし、例えば50個の基本重量センサが約25フ
ィート幅の紙シート上で使用されたならば、各センサが
紙シート帯の６インチ幅を交差して前後に走査するだけ
でよい。代表的に、製紙機械は、このような紙シートを
１分間に約1000フィート以上の割合で発生し、本実施例
におけるセンサの前後の走査速度が１分間当たり60フィ
ートに設定してもよい。従って、低域通過フィルタの遮
断周波数は、出力の読みにかなりの誤差を生じないで機
械方向に紙シートが移動した速度のみに比例してよい。
センサの交差方向の移動に起因して、紙シートがセンサ
を通過する速度に対する追加分担は最小であり、通常無
視できる。

第２図の基本重量センサ受光部14を好ましく操作する
ためには、センサの光源側12からの光線が紙シートを挟
んで反対側にある受光部14と位置合わせされなければな
らない。しかし、基本重量センサ10の２個の半部は、こ
れら半部間に紙シート16が通過するので直接接続できな
い。このセンサが紙シート16を交差して前後に走査した
時にはセンサ10の２個の半部を相互に直に対面すること
を保持するため、種々の機構が使用できる。このような
一装置が、例えば紙シート16の各側に１本づつの図示略
の２本のトラックからなっている。センサは、光源側12
が１本のトラックに乗り、受光部14が他のトラックに乗
っている。これら２個の半部は、歯車或はプーリシステ
ムによって、紙シート16の幅を交差して前後に対面しな
がら同調して移動させられる。この方法によって、光源
12及び受光部14の半部が接続部材で紙シートを貫通しな
いで相互に直に対面しながら保持される。

本発明の校正装置は、「オフシート」即ち２個のセン
サ半部間に紙シートがない状態で実施される。低域通過
フィルタの出力を校正するためには、第２〜３図の回転
断続器（ウイール）100がセンサの光源18及び光電ダイ
オード30間に配置されている。本実施例においては、こ
の断続器100が光線パイプ26の基部に配置されている。
この回転断続器100は、第３図の平面図に示すように、
周辺に複数の放射状スロット104を持つ不透明材の円盤1
02から作られる。この断続器100は、光源からの光が交
互に不透明部分で阻止され、スロット104を通過した時
に、光電ダイオード30が光線パルスを受光するように、
図示略のモータによって公知の回転速度で駆動される。
パルス比が断続器100の所定の回転速度及び断続器100内
のスロット104の数によって決定される。従って、紙速
度信号は、第４図の全チャンネルの低域通過フィルタ52
〜62が関連のRMS・AC/DC変換器78〜88に信号を各々伝送
するように設定される。その後、連続的より低い紙速度
を入力することによって、低域通過フィルタの遮断周波
数が校正できる。例えば、もし、第３図に示すように４
個の放射状スロット104をもつ断続器100が１秒当たり14
2.5回転の速度で回転したならば、断続器100が光線検知
器に入射される光線を570Hzで変調している。もし、VFC
66からの紙速度信号が1094m/分より早いならば、全チャ
ンネルが信号を認識する。しかし、紙速度信号が1094m/
分以下であるので、チャンネル１〜５のみが出力を発生
する。更に、紙速度信号における減少は、基本重量セン
サ10から信号を追加の低域通過フィルタで遮断させる。

光線検知器に到達する光線強度を変調するどの装置も
チョッパーウイール100の代りに使用できる。例えば、
アームが公知の周波数で光路の内外で発振する音叉が断
続器100に置換して使用できる。

追加の情報は、このウイール100が動作中の「オフシ
ート」位置の基本重量センサ10で生成されるデータを使
用して発生される。特に、増幅器120からのセンサ信号1
21は、所定の時間間隔に亙って平均化される。この信号
は、センサ10のオフシート状態中に同じ信号で割算さ
れ、結果の値Ｔが紙シートの平均透過率を示している。
この平均透過率Ｔは、後述するように、種々の木の繊
維、消化剤或は添加剤の変化につれて発生する紙の色或
は透過率の長期間の変動の効果のための、補償係数とし
て使用される。

種々の型の紙は、ある周波数の光線を優先的に吸収或
は反射している。それ故、基本重量変化に対する基本重
量センサの感度を最適化するためには、第２図の光学帯
或通過フィルタ110が光路に配置されてもよい。この帯
域透過フィルタ110がある周波数の光線をフォトダイオ
ード30に優先的に通過させる。

紙シートの基本重量の変動を好ましく測定するために
は、第４図の増幅器120からの増幅されたセンサ信号121
が紙シートの基本重量に反比例していることが重要であ
る。低域通過フィルタ52〜62に供給された基本重量信号
の増幅度が基本重量の変化に直線的に対応することを保
証するためには、増幅された検知信号が光路に配置され
た第２図の中立濃度（ND）フィルタ130の有無で測定し
ている。この中立濃度フィルタ130は、光線の強度を公
知の百分率で減衰させる。増幅された基本重量信号の増
幅度はまず、ピボット132がNDフィルタ130を光路外に回
動させて測定される。次に、NDフィルタ130がピボット1
32によって光路に回動させられる。NDフィルタ130が光
路にあり、増幅された基本重量信号が再び測定される。
その後、センサの出力における非直線性が第４図の増幅
器120で調整されて補償されて、光路NDフィルタ130を配
置させることに起因する増幅された基本重量信号の増幅
度の変化がNDフィルタ130を光路に位置したことに起因
する光線の強度における公知の変化に直線的に対応して
いる。

D.強度の決定 第５図は、紙シートの強度を決定する本コンピュータ
システムを示している。この強度コンピュータ130は、
単独コンピュータ或は他のプログラムと同様に動作する
コンピュータ内で動作するソフトウエアプログラムであ
る。このコンピュータ130は、（ｉ）デジタル紙速度信
号61、（ii）増幅器120からのセンサ信号121（iii）RMS
・AC/DC変換器88からのチャンネル６の出力、（iv）塊
寸法92からの信号及び（ｖ）図示しない核基本重量ゲー
ジからの平均基本重量信号を受信している。この核基本
重量ゲージは、例えば米国特許第3,757,122号による従
来のゲージである。勿論、コンピュータ130には定数も
入力される。このようなデータに基づいて、コンピュー
タ130は、後述するように紙シートの強度を決定してい
る。

本実施例によれば、このコンピュータは、次のアルゴ
リズムを使用して強度を決定している。

但し、Ｓはミューレン強度であり、 RMS₃₂はRMS・AC/DC変換器88からのチャンネル６の出
力（＞32mm）であり、 ABWは、平均基本重量信号134であり、 SPは、紙速度61であり、 A,B,C,Dは各々定数であり、 CROSSは、回路92（即ち交差方向の）の出力である。

透過率Ｔは、次の式で決定される。

Ｔ＝A₀₁/A₀₃ ２） 但し、A₀₁は、センサ10が実時間の紙シートを測定し
ている最中の信号121であり、 A₀₃は、センサ10が校正中の「オフシート」にある最中
の信号121である。

42〜69ポンド線形ボードのミューレン強度の決定にお
ける第１式の応用例としては、第１式が研究所内の測定
で良好な相関を示している。この例においては、RMS₃₂
を使用して、回路50のチャンネル６の出力は、他のチャ
ンネル１〜５のどの出力を使用したものより良好な結果
を達成した。しかし、幾つかの例においては、他のチャ
ンネルの出力の使用が良好な結果となり、幾つかの例に
おいては、32mmより大きい最小寸法を持つ塊のみを測定
するチャンネルを回路50に追加して、このような塊寸法
に関連する信号を使用するように変形することが好まし
い。

この例においては、測定値の単位が次の通りである。

RMS₃₂が無次元数であり、ABWがポンド/1000平方フィ
ートであり、Ｔが無次元数であり、SPがフィート／分で
ある。

この例においては、定数が線形回帰法で決定されて、
次の通りである。

Ａ＝99.4 Ｂ＝0.419 Ｃ＝0.113 Ｄ＝−177 実際、定数A,B,C,Dは、本システムが実際の測定或は
制御のために使用される前に決定すべきである。これ
は、従来の研究所内の方法を使用した研究所において、
紙シートを測定するために本装置を操作し、同じ紙シー
トの部分を分析して達成される。その後、定数が本シス
テムからのデータに関して研究所内のデータの線形回帰
によって計算される。

第１式は、種々の方法で変形され、強度を決定するた
めに更に使用できることを理解すべきである。例えば、
前述のように、Ｓはミューレン強度であるが、張力強
度、STFI等のような他のパラメータも定数A,B,C,D（幾
つかの例における他のパラメータ）を最適に選択するこ
とによって使用できる。

第１式は、紙シートの強度を決定するために、局所基
本重量及び塊寸法データにおいて操作するために使用で
きる等式の分類の構成員であるも理解すべきである。

式CROSS/T×SPは、塊寸法に反比例している。より大
きい塊寸法がより弱い紙の結果となる。式CROSS/T×SP
は、紙シートを交差した局所基本重量の変動に比例的で
ある。局所基本重量におけるより大きい変動が弱くなる
局所基本重量領域を示している。従って、第１式の係数
Ｄは負である。従って、紙シートの局所基本重量の変動
及び塊寸法に基づいて移動中の紙シートの強度を決定す
る方法が発見された。

幾つかの応用例において、第１式がより精度を得るた
めに変形できる。例えば幾つかの場合において、強度が
次のように決定できる。

但し、ｉ）第３式のパラメータは、同じ符号が第１式
のそれと同じであり、 ii）A,B,X,Y,E,Fが定数であり、 iii）La,Lb,Lc,Ld及びC,D,F,G,Z,Tが1986年10月16日
に出願された米国特許出願第920,107号、発明の名称
「シート材料の強度決定方法及びシステム」で定義され
ている。

「発明の効果」 以上、説明したように、本発明によれば、移動中の紙
シートの強度をオンラインで計測でき、従って、この計
測量を直ちに製紙機械に負帰還して、従来より均一な強
い製品が製造できる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】 第１図は種々の等級の紙の波長スペクトル図、第２図は
本発明の基本重量センサの１実施例の側面図。第３図は
本発明の装置を校正する回転断続器１の実施例の平面
図、第４図は第２図の基本重量センサからの信号を処理
するために使用される本発明の回路の１実施例のブロッ
ク図、第５図は第４図のからの信号を使用するコンピュ
ータシステムの一実施例のブロック図である。 10……センサ、12……光源部、14……受光部、16……紙
シート、18……光源、20……白熱灯、22……反射器、24
……拡散器、26……光線パイプ、28……レンズシステ
ム、30……光電ダイオード、50……信号処理回路、52〜
62……低域通過フィルタ、78〜88……RMS・AC/DC変換
器、90……ピーク検知回路、92……塊寸法回路。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）紙シートの平均基本重量を測定し、 （ｂ）この紙シートの局所基本重量を測定し、 （ｃ）前記紙シートの透過率を測定し、 （ｄ）前記紙シートの線速度を測定し、 （ｅ）前記紙シートの塊寸法を測定し、 （ｆ）これら平均基本重量、局所基本重量、透過率、線
   速度及び塊寸法に基づいて前記紙シートの強度を決定す
   る段階を備えた移動中の紙シート強度の決定方法。
2. 【請求項２】（ａ）紙シートの局所基本重量の変動性を
   測定し、 （ｂ）この紙シートの塊寸法を測定し、 （ｃ）これら局所基本重量の変動性及び塊寸法に基づい
   て前記紙シートの強度を決定する段階を備えたことを特
   徴とする移動中の紙シート強度の決定方法。