JP3577713B2

JP3577713B2 - 繊維配向特性の測定装置とその測定方法

Info

Publication number: JP3577713B2
Application number: JP31368799A
Authority: JP
Inventors: 健二磯崎
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1999-11-04
Filing date: 1999-11-04
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2019-11-04
Also published as: JP2001140187A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、紙などの繊維配向特性を測定する繊維配向特性の測定装置とその測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来の繊維配向特性の測定装置の一部側面図である。図７は、従来の繊維配向特性の測定装置によって照射された光が紙の繊維によって反射された状態を示す図である。
【０００３】
図６に示すように、特開平１０−４６４８３号公報には、図中矢印方向に移動する被測定紙１０１の表面に垂直方向から光を照射するハロゲンランプなどの光源ランプ１０３ａと、この光源ランプ１０３ａが照射する光を平行な入射光線Ｌ_０にするレンズ１０３ｂと、被測定紙１０１の表面で反射した反射光線Ｌ_２を検出するフォトダイオードなどの光検出器１０４ａとを備える紙の繊維配向測定装置が記載されている。ここで、光検出器１０４ａは、被測定紙１０１に入射する入射光線Ｌ_０を中心とする円周上に、所定の間隔を空けて１２個配置されており、被測定紙１０１上の入射法線に対して所定の角度θで反射する反射光線Ｌ_２を検出する。
【０００４】
図７に示すように、被測定紙１０１の一本の繊維１０１ａに入射した入射光線Ｌ_０は、繊維１０１ａの表面で一部が反射し、この反射光線には方向依存性がある。繊維１０１ａの長さ方向（以下、繊維方向という）に反射する反射光線Ｌ_１は、繊維１０１ａの外周頂端部で反射するものであるために僅かであるが、繊維１０１ａと直交する方向に反射する反射光線Ｌ_２は、繊維方向に沿って反射面が広く存在するために多くなる。
【０００５】
図８は、従来の紙の繊維配向測定装置における光検出器が検出した反射光線の強度分布を示す図である。
図８に示す縦軸は、被測定紙１０１の移動方向（ＭａｃｈｉｎｅＤｉｒｅｃｔｉｏｎ（以下、ＭＤ方向という））であり、横軸は、ＭＤ方向と直交する方向（ＣｒｏｓｓＤｉｒｅｃｔｉｏｎ（以下、ＣＤ方向という））であり、原点Ｏは、光源ランプ１０３ａ（図６参照）から照射された光が被測定紙１０１に入射する入射点である。
【０００６】
一般に、紙の繊維は、一本一本がまちまちの方向に向いており、曲がったり上下左右に互いに絡み合って存在しており、一方向に配列していない。しかし、紙全体では、ＭＤ方向に向いている繊維のほうが、ＣＤ方向に向いている繊維よりも相対的に多い。このために、被測定紙１０１に入射する入射光線Ｌ_０は、ＣＤ方向に反射する傾向が強くなる。その結果、図８に示すように、１２個の光検出器１０４ａが出力する強度信号に基づいて、それぞれの光検出器１０４ａ毎に反射光線Ｌ_２の強度分布を求めると、この強弱分布を楕円状に近似することができる。ここで、原点Ｏと各点との距離は、各光検出器１０４ａによって検出された反射光線Ｌ_２の強さを示し、この距離の最も短い方向（楕円の短軸）は、紙全体としての繊維方向と略一致し、繊維がＭＤ方向に並ぶ傾向（以下、繊維配向という）を示す。その結果、図８に示す角度αは、楕円の短軸とＭＤ方向との角度を表わし、繊維配向の向き示す配向角であり、楕円の長軸の長さと短軸の長さとの比は、紙全体としての繊維配向の強さ（以下、配向指数という）を表わす。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の紙の繊維配向測定装置では、被測定紙１０１の表面と光源ランプ１０３ａとの間の距離が変化すると、光検出器１０４ａに入射する反射光線Ｌ_２の角度θが変化して、配向指数の感度が変わってしまう問題があった。また、被測定紙１０１が傾いて移動するような場合には、光検出器１０４ａに入射する反射光線Ｌ_２の角度θが変化して、配向指数の感度が変わってしまう問題があった。
【０００８】
この発明の課題は、繊維内を伝搬する光の方向依存性を利用して、測定対象物の繊維配向特性を高精度に測定することができる繊維配向特性の測定装置とその測定方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定するものではない。請求項１の発明は、測定対象物（１）に光を照射して前記測定対象物の繊維配向特性を測定する繊維配向特性の測定装置において、前記測定対象物に照射された光であって、前記測定対象物の繊維（１ａ）方向に伝搬されて繊維外に出た光（Ｌ3）を検出するために、照射手段が照射する光線軸と略平行でかつ、前記照射手段が照射する光線軸を中心とする仮想円周（Ｒ）から漏れ出す光を検出する検出手段（４）を設け、前記検出手段で検出した光に基づいて前記測定対象物の繊維配向特性を測定することを特徴とした繊維配向特性の測定装置（２）である。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の繊維配向特性の測定装置において、前記検出手段は、前記照射手段が照射する光線軸（Ｉ）に対して略平行な方向に出た光を検出することを特徴とした繊維配向特性の測定装置である。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の繊維配向特性の測定装置において、前記検出手段は、前記照射手段が照射する光線軸（Ｒ）を中心とする仮想円周上に、所定の間隔を空けて複数配置された光検出器（４ａ）であり、前記光検出器の出力信号に基づいて、前記測定対象物の繊維配向の向き及び／又は繊維配向の強さを演算する演算手段（６）を設けたことを特徴とした繊維配向特性の測定装置である。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２に記載の繊維配向特性の測定装置において、
複数個の光検出器は仮想円周上に等間隔に配置されていることを特徴とした繊維配向特性の測定装置である。
請求項４の発明は、測定対象物に光を照射して前記測定対象物の繊維配向特性を測定する繊維配向特性の測定方法において、
前記測定対象物に照射された光であって、前記測定対象物の繊維方向に伝搬されて繊維外に出た光を検出するために、照射手段が照射する光線軸と略平行でかつ、前記照射手段が照射する光線軸を中心とする仮想円周から漏れ出す光を検出する検出手段で検出した光に基づいて前記測定対象物の繊維配向特性を測定することを特徴とした繊維配向特性の測定方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の実施形態に係る繊維配向特性の測定装置の一部側面図である。図２は、この発明の実施形態に係る繊維配向特性の測定装置の一部平面図である。図３は、この発明の実施形態に係る繊維配向特性の測定装置によって照射された光が繊維内を伝搬する状態を示す図である。図４は、この発明の実施形態に係る繊維配向特性の測定装置のブロック図である。
【００１４】
測定対象物１は、植物繊維、鉱物繊維、動物繊維又は合成繊維若しくはこれらの混合物を膠着させて製造した紙、繊維状無機材料を配合した紙、合成高分子物質などを素材として製造した合成紙、木材パルプ又は古紙などを原料として製造した板紙、織機を使わずに天然繊維、再生繊維又は合成繊維などを処理して製造した不織布などである。この測定対象物１は、例えば、抄紙機のドライヤパートなどから搬出されて、図１に示す矢印方向（ＭＤ方向）に移動する。
【００１５】
測定装置２は、測定対象物１の繊維配向特性を測定するものであり、図１及び図４に示すように、照射手段３と、検出手段４と、処理回路５と、演算回路６と、表示手段７と、印刷手段８とを備えている。この測定装置２は、測定対象物１の上方及び下方に設けられた図示しないガイドレールにそれぞれ移動自在に取り付けられており、このガイドレールに沿って互いに同期しながら往復移動（走査）して、ＭＤ方向及びＣＤ方向の繊維配向特性を測定する。
【００１６】
照射手段３は、測定対象物１に光を照射する装置であり、図１に示すように、光を発光する光源ランプ３ａと、この光源ランプ３ａが照射する光を平行な入射光線Ｌ_０にするレンズ３ｂとを備えている。この照射手段３は、測定装置２が往復移動すると、移動する測定対象物１に対してジグザグ状の測定軌跡を描きながら光を照射する。
【００１７】
検出手段４は、図１及び図３に示すように、測定対象物に照射された光（入射光線）Ｌ_０であって、この測定対象物１の繊維方向に伝搬（透過）されて繊維１ａ外に出た光Ｌ_３を検出する装置である。この検出手段４は、図１に示すように、照射手段３が照射する光線軸Ｉと略平行な方向に出た光Ｌ_３を検出する光検出器４ａを備えている。
【００１８】
光検出器４ａは、図１及び図２に示すように、照射手段３が照射する光線軸Ｉを中心とする仮想円周Ｒ上に、所定の間隔を空けて１２個配置されたフォトダイオードなどである。図１に示すように、光検出器４ａは、繊維１ａの表面で反射した反射光線を検出しないように、測定対象物１の表面に対して垂直方向に有感領域が設定されている。光検出器４ａは、検出した光をこの光の強さに応じた検出信号（光強度信号）に変換して、図４に示す処理回路５にこの検出信号を出力する。
【００１９】
処理回路５は、光検出器４ａが出力する検出信号を処理する回路であり、それぞれの光検出器４ａが検出した光の強さなどに関する光強度情報（処理信号）を演算回路６に出力する。
【００２０】
演算回路６は、処理回路５が出力する光強度情報に基づいて、測定対象物１の配向角や配向指数などの繊維配向特性を演算する回路である。この演算回路６は、例えば、フーリエ級数を利用した周期関数によって繊維配向を近似して計算したり、フォン・マイス（ＶｏｎＭｉｓｅｓ）関数や楕円関数などによって繊維配向を計算する。
【００２１】
図５は、この発明の実施形態に係る繊維配向特性の測定装置における演算回路が演算した繊維配向特性を示す図である。
ここで、縦軸はＭＤ方向であり、横軸はＣＤ方向であり、原点Ｏは測定対象物１に入射する光の入射点であり、角度αは配向角である。
一般に、測定対象物１が紙などである場合には、全体としてＭＤ方向に向いた繊維１ａが多い。その結果、繊維１ａ内を伝搬する光はＭＤ方向に伝搬して、図５に示すような楕円状の強弱分布を得ることができる。なお、この測定装置２と図８に示す従来の測定装置とでは、配向角αは略一致するが、それぞれの測定原理の相違に起因して、楕円の長軸の長さと短軸の長さとの比（配向指数）は一致しない。しかし、配向指数には、公的な基準が設定されていないので、測定原理によって数値が異なっていても問題はない。
【００２２】
図４に示す表示手段７は、演算回路６が演算する繊維配向の向きや繊維配向の強さを表示する装置である。この表示手段７は、例えば、測定対象物１のＣＤ方向における複数箇所で測定した配向角を、各測定位置毎に表示するＣＲＴ表示装置などである。印刷手段８は、表示手段７に表示されたデータやグラフなどを印刷するプリンタやプロッタなどである。
【００２３】
次に、この発明の実施形態に係る繊維配向特性の測定方法を説明する。
図１及び図２に示すように、照射手段３は、ＣＤ方向に往復移動（走査）しながら、矢印方向に移動する測定対象物１に光を照射する。図３に示すように、繊維１ａ内に入射した光は、繊維１ａの半径方向には境界面があるために、この境界面で反射したり散乱して、隣接する繊維１ａに伝搬しにくいが、境界面のない繊維方向には遠くまで伝搬する。受光手段４は、測定対象物１に照射された入射光線Ｌ_１であって、この繊維方向に伝搬して繊維１ａ外に出た光Ｌ_３を検出し、演算回路６は、受光器４ａの出力信号に基づいて、測定対象物１の繊維配向の向き及び繊維配向の強さを演算する。そして、この演算結果は、例えば、抄紙機のワイヤパートにフィードバックされて、このワイヤパートへの原料の供給量やワイヤパートの移動速度などが変更される。
【００２４】
この発明の実施形態に係る繊維配向特性の測定装置には、以下に記載するような効果がある。
（１）この発明の実施形態では、照射手段３から測定対象物１に照射された光であって、この測定対象物１の繊維方向に伝搬してこの繊維１ａ外に出た光Ｌ_３を検出手段４が検出し、この検出結果に基づいて、この測定対象物１の繊維配向特性を演算回路６が演算する。このために、測定対象物１の表面だけではなく、厚さ方向（深さ方向）に入射し繊維１ａ内を通過してこの繊維１ａから出た光も検出するので、例えば、絡み合った紙層内などの繊維配向特性も演算することができる。その結果、従来の紙の繊維配向測定装置に比べて、測定対象物１の繊維配向特性を広範囲に精度よく演算することができる。
【００２５】
（２）この発明の実施形態では、照射手段３が照射する光線軸Ｉに対して略平行な方向に出た光Ｌ_３を検出手段４が検出する。このために、測定対象物１の表面と照射手段３との間の距離が変化しても、光検出器４ａに一定方向から常に光が入射するので、配向指数の感度の変動を小さくすることができる。また、測定対象物１と測定装置２との間の距離を自由に設定することができる。
【００２６】
（３）この発明の実施形態では、照射手段３が照射する光線軸Ｉを中心とする仮想円周Ｒ上に、所定の間隔を空けて光検出器４ａが複数配置されている。このために、照射手段３から照射され、測定対象物１の繊維１ａ内を伝搬し、この繊維１ａ外に出て、光検出器４ａによって検出される光の伝搬距離を一定にすることができる。
【００２７】
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
例えば、測定対象物１は、光を透過可能な布などであってもよいし、照射手段３は、レーザ光を照射ずる半導体ダイオードなどであってもよい。特に、レーザ光は光パワーが大きいので、繊維１ａ外に出た光Ｌ_３の強さを大きくすることができる。また、演算回路６は、繊維配向の向き又は繊維配向の強さのいずれか一方を演算するだけでもよいし、光検出器４ａの設置個数は１２個に限定するものではない。さらに、測定装置２は、抄紙機の幅方向に走査して紙の坪量、水分、厚さ及び灰分などを連続的に計測する計測装置に搭載してもよいし、実験室で単独で使用するようなオフライン用の測定器として利用してもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によると、測定対象物に照射された光であって、この測定対象物の繊維方向に伝搬されて繊維外に出た光を検出するために、照射手段が照射する光線軸と略平行でかつ、前記照射手段が照射する光線軸を中心とする仮想円周から漏れ出す光を検出する検出手段で検出した光に基づいてこの測定対象物の繊維配向特性を測定するので、繊維内を伝搬する光の方向依存性を利用して、測定対象物の繊維配向特性を高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態に係る繊維配向特性の測定装置の一部側面図である。
【図２】この発明の実施形態に係る繊維配向特性の測定装置の一部平面図である。
【図３】この発明の実施形態に係る繊維配向特性の測定装置によって照射された光が繊維内を伝搬する状態を示す図である。
【図４】この発明の実施形態に係る繊維配向特性の測定装置のブロック図である。
【図５】この発明の実施形態に係る繊維配向特性の測定装置における演算回路が演算した繊維配向特性を示す図である。
【図６】従来の繊維配向特性の測定装置の一部側面図である。
【図７】従来の繊維配向特性の測定装置によって照射された光が紙の繊維によって反射された状態を示す図である。
【図８】従来の紙の繊維配向測定装置における光検出器が検出した反射光線の強度分布を示す図である。
【符号の説明】
１測定対象物
１ａ繊維
２測定装置
３照射手段
４検出手段
６演算回路
Ｉ光線軸
Ｌ_３繊維外に出た光
Ｒ仮想円周

Claims

測定対象物に光を照射して前記測定対象物の繊維配向特性を測定する繊維配向特性の測定装置において、
前記測定対象物に照射された光であって、前記測定対象物の繊維方向に伝搬されて繊維外に出た光を検出するために、照射手段が照射する光線軸と略平行でかつ、前記照射手段が照射する光線軸を中心とする仮想円周から漏れ出す光を検出する検出手段、を設け、前記検出器で検出した光に基づいて前記測定対象物の繊維配向特性を測定することを特徴とした繊維配向特性の測定装置。
請求項１に記載の繊維配向特性の測定装置において、
前記検出手段は、前記照射手段が照射する光線軸を中心とする仮想円周上に、所定の間隔を空けて複数配置された光検出器であり、前記光検出器の出力信号に基づいて、前記測定対象物の繊維配向の向き及び／又は繊維配向の強さを演算する演算手段を設けたことを特徴とした繊維配向特性の測定装置。
請求項２に記載の繊維配向特性の測定装置において、
複数個の光検出器は仮想円周上に等間隔に配置されていることを特徴とした繊維配向特性の測定装置。
測定対象物に光を照射して前記測定対象物の繊維配向特性を測定する繊維配向特性の測定方法において、
前記測定対象物に照射された光であって、前記測定対象物の繊維方向に伝搬されて繊維外に出た光を検出するために、照射手段が照射する光線軸と略平行でかつ、前記照射手段が照射する光線軸を中心とする仮想円周から漏れ出す光を検出する検出手段で検出した光に基づいて前記測定対象物の繊維配向特性を測定することを特徴とした繊維配向特性の測定方法。