JPH01132965A - 紙シート強度の決定方法 - 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」 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ｊ；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
。

「従来技術Ｊ 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］が祇シート表面
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祇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ｒｓＴＦＩ
Ｊ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の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ＴＡ
ＰＰＩｌ［準Ｔ４０４ｏｓ−７６及びＡＳＴＭ標準Ｄ８
２８である。

密度の濃い紙用の５ＴＦＩ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。

この検査用の他の標準仕様は、他のＴＡＰＰ　Ｉ　７８
１８ｏｓ−７６及びＡＳＴＭ　　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）方向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ＴＡＰＰＩ４０
３ｏｓ−７６及びＡＳＴＭ　　０７７４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Ｉ；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、紙の分布状態と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ろ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」 −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ＣＰ　−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
の表示器は波長室カスベ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１■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室カスベクトル間の差が
僅かである。しかし、約ｌｆｆＩｎ〜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Ｉ；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祇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、
従来の核ゲージが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Ａ　Ｃ／Ｄ　Ｃ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
大きい金塊によって発生されＩ；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チヤンネルの低域通
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ンートの
所定長に互って基本重量信号の最大強度或は種々の信号
ピークの平均を指示できる。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１
２は、その分布状態が決定されろ紙シート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、祇シート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１■径のサファイア製の光線パイプ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
ｌＯは、紙シートの１■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の光源半部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がサファイア或は同様の
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、ｌこように、基本重量センサ１０は、検知さ
れたスポツ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１
６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、０紙シートの最も弱い部分或は弱い
部分に各強度及び０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Ｒ
ＭＳ−ＡＣをＤＣに変換するＡＣ／ＤＣ変換器７８〜８
８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人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人
力信号の側波数に比例している。第２人力信号の周波数
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人
力に供給された周波数の半分である。従って、第１チヤ
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チヤンネルの低域通過フィルタ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チヤ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ｌＯは、第２図に示す光線バイブ２６が
ＩＩ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ｌの低域通
過フィルタ５２の第２人力に送られた信号の周波数は、
低域通過フィルタ５２が１）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５４〜６
２の各第２人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２　ａｍ１４１１１１
１％　８１１１１％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５
２〜６２に対する第２人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ｌＯ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。

好ましい本実施例において、各低域通過フィルタ５２〜
６２に対する第２人力信号は、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Ｄ
Ａ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をする信号を出力する。

各チャンネルは、第１チヤンネルを除いて、分周器６８
〜７６を含んでいる。ＶＦＣ６６からの信号は、直接第
１チヤンネルの低域通過フィルタ５２の第２人力に供給
され、勿論第２チヤンネルの分周器６８に供給される。

第２チヤンネルの分周器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チヤンネルの低域通過フィルタ５４の第２人
力に供給され、勿論第３チヤンネルの分局器７０に供給
される。従って、第１チヤンネルの低域通過フィルタ５
２の第２人力が周波数Ｘである。周波数Ｘは、センサ１
ｏ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チヤンネル
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チヤンネルの分周器６８で出力される信号が
第３チヤンネルの分周器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チヤンネルの低域通過フィルタ５６の第２
人力に供給された信号の周波数が周波数Ｘ／４であり、
図示時の第４チヤンネルの低域通過フィルタの第２人力
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チヤンネルの低域通過フィルタ５２の出力
が最小寸法即ちｌｌｌｌｆｆｌ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２
　ａｍ、　’４　ｒａｔｅｓ　８　ｍ＋ｓ、　　１６　
ＩＩＩｍ及び３２＋ｏｍ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。

紙ン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Ａ
Ｃ／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酌量
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Ａ　Ｃ／Ｄ　
Ｃ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Ａ
　Ｃ／Ｄ　Ｃ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Ａ　Ｃ／Ｄ　Ｃ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８■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チヤン
ネルのＡＣ／ＤＣ変換器の出力値から第４チヤンネルの
Ａ　Ｃ／Ｄ　Ｃ変換器の出力値を単純に引算している。

多くの標準ｒＲＭｓＪ　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／ＤＣｆ−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８■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〜ＢＩＩＩ１１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Ａ
　Ｃ／Ｄ　Ｃ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
チヤ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チヤ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
間に互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チヤ
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チヤンネル
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９
２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チヤ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１０ｆｆｉｌである。

分　　　６０秒　３３３３回　塊 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！・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。

Ｃ０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フイートの幅
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２
５フイ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フイ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フイ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１゛２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
を保持するために、種々の機構が使用できる。このよう
な−装置が、例えば紙シート１６の各側に１本づつの図
示時の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
Ｒ器（ウィール）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２β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１０２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、図示時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　−Ａ
Ｃ／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１４２
゜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、ＶＦＣ６６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１０９４ｍ１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
ョッパーウィール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、このウィール１００が動作中のｒ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１２１は、所定の時間間隔に互って平均化される。

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が祇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図の光学帯域
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７オトダイ
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１
２１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１３
２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１３２によっ
て光路に回動させられる。ＮＤ７（ルタ１３０が光路に
あり、増幅された基本重量１ｇ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ＮＤ７４ルタ１３
０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。

０１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ェアプログラムであ
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１２
１．　（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
ば米国特許筒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。

ＴＸＳＰ　　　　　　　Ｔ 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、 ＣＲＯ３Ｓ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＝Ａ、、／Ａ、、　　　　　　　　　　　　　２）但
し、Ａ　、　＋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、Ａｏ、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ボ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、ＲＭ
Ｓｓｚ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。

ＲＭＳｚ２が無次元収であり、ＡＢＷがポンド／１００
０平方フイートであり、Ｔが無次元数であり、ＳＰがフ
ィート７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、
ＳＴＦ　Ｉ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ＣＲＯ５Ｓ／ＴＸＳＰ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ＣＲＯ
５Ｓ／ＴＸＳＰ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式の係数りは負である。従って、祇シートの局所
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。

ＣＲＯ３Ｓ　　　　ＲＭＳ３２ Ｓ＝Ａ＋ＢｘＡＢＷ＋ＸｘＡＢＷ−−十Ｙ−−＋ＴＸＳ
Ｐ　　　　　　　Ｔ Ｌａ＋Ｌｃ　　　　　　　　　　Ｌｂ＋ＬｄＥ−〜十Ｆ
−−３） （Ｃ十Ｚ）ｘ（Ｔ十Ｆ）　　　（Ｄ＋Ｚ）ｘ（Ｔ十Ｇ）
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、 １ｉ）Ａ、Ｂ、Ｘ、Ｙ、Ｅ、Ｆが定数であり、ｉｊ）　
Ｌ　ａ　、Ｌ　ｂ　、Ｌ　ｃ　、Ｌ　ｄ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の１実施例の平面図
、第４図は第２図の基本重量センナ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。 ｌＯ・・・センサ、１２・・・光源部、１４・・・受光
部、１６・・・紙ンート、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、５２〜６
２・・・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。 偏？−” 定数 Ａ、Ｂ、Ｃ，１３０ ｉｇ−５

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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. （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。