JPH07243187A - 繊維配向測定方法及び装置 - Google Patents
繊維配向測定方法及び装置Info
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- JPH07243187A JPH07243187A JP3070694A JP3070694A JPH07243187A JP H07243187 A JPH07243187 A JP H07243187A JP 3070694 A JP3070694 A JP 3070694A JP 3070694 A JP3070694 A JP 3070694A JP H07243187 A JPH07243187 A JP H07243187A
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- Japan
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- light
- fiber orientation
- orientation
- polarized light
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Abstract
(57)【要約】
【目的】紙等の繊維配向性を効率的に測定する。
【構成】直線偏光の偏光透過率の偏光方向に対する角度
依存性を測定して繊維の配向性を求める。互いに偏光方
向が異なり、かつ平行近接したて複数の直線偏光に対す
る試料の透過度を検出すし、これらの検出結果から試料
の配向方向及び配向度を数値計算により導出する。
依存性を測定して繊維の配向性を求める。互いに偏光方
向が異なり、かつ平行近接したて複数の直線偏光に対す
る試料の透過度を検出すし、これらの検出結果から試料
の配向方向及び配向度を数値計算により導出する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、繊維配向測定方法及び
装置、とくに紙の繊維配向性のオンライン測定に適した
方法および装置に関するものである。
装置、とくに紙の繊維配向性のオンライン測定に適した
方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に紙の繊維配向性は、引張り強度や
伸縮率の異方性に関係し、繊維配向が不適切な場合に
は、カールやねじれを起こして、生産工程中のトラブル
要因と成ったり、またノンインパクトプリンタ（ＮＩ
Ｐ）用紙などでは、斜傾の原因となることがよく知られ
ている。
伸縮率の異方性に関係し、繊維配向が不適切な場合に
は、カールやねじれを起こして、生産工程中のトラブル
要因と成ったり、またノンインパクトプリンタ（ＮＩ
Ｐ）用紙などでは、斜傾の原因となることがよく知られ
ている。
【０００３】ここ数年、紙の繊維配向に関する研究が盛
んになり、ヘッドボックスの流動特性と、繊維配向との
関係に関する研究、ワイヤー上のパルプスラリの挙動解
析、繊維配向生成メカニズムに関する研究等が行われて
いる。また紙の配向を測定する方法としては、引張り強
度試験法、超音波法、マイクロ波法などがあるが、引張
り強度試験により配向性を知るにはかなりの時間と労力
を必要とするため、一般的には超音波法、マイクロ波法
が用いられている。しかし、どちらの方式もオフライン
測定であって、生産工程中でのオンライン計測は実現出
来ないのが現状である。
んになり、ヘッドボックスの流動特性と、繊維配向との
関係に関する研究、ワイヤー上のパルプスラリの挙動解
析、繊維配向生成メカニズムに関する研究等が行われて
いる。また紙の配向を測定する方法としては、引張り強
度試験法、超音波法、マイクロ波法などがあるが、引張
り強度試験により配向性を知るにはかなりの時間と労力
を必要とするため、一般的には超音波法、マイクロ波法
が用いられている。しかし、どちらの方式もオフライン
測定であって、生産工程中でのオンライン計測は実現出
来ないのが現状である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、繊維配向測
定方法及び装置、とくに紙の繊維配向性のオンライン測
定可能な測定方法及び装置を提供しようとするものであ
る。
定方法及び装置、とくに紙の繊維配向性のオンライン測
定可能な測定方法及び装置を提供しようとするものであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、直線偏光の偏
光透過率の該偏光方向に対する角度依存性を測定して配
向性を求めることを特徴とする繊維配向測定方法であ
り、とくに紙の繊維配向測定の場合には、測定光として
波長１〜３或いは４〜６．５μｍ前後の赤外光を用いる
ことが好ましい。
光透過率の該偏光方向に対する角度依存性を測定して配
向性を求めることを特徴とする繊維配向測定方法であ
り、とくに紙の繊維配向測定の場合には、測定光として
波長１〜３或いは４〜６．５μｍ前後の赤外光を用いる
ことが好ましい。
【０００６】本発明はまた、赤外光を含む直線偏光光束
を試料に照射する光源と、試料透過光の強度を検出する
検出器と、光路上で試料の前段または後段に配置された
偏光素子と、試料および該偏光素子を透過した光の強度
を検出する手段と、を備えたことを特徴とする繊維配向
測定装置である。本発明装置はまた、具体的な構成とし
て、互いに偏光方向が異なり且つ平行、近接した複数の
直線偏光に対する試料の透過度を検出する手段と、これ
らの検出結果から試料の配向方向及び／または配向度を
算出する手段を備えたこと、複数の直線偏光の光路が試
料の走行方向に１列に配置され、各光路における検出信
号を光路の軸間距離を試料が走行する時間ずつずらせ
て、上流側から順次検出信号のサンプリングを行うよう
に構成したこと等の構成を備えている。
を試料に照射する光源と、試料透過光の強度を検出する
検出器と、光路上で試料の前段または後段に配置された
偏光素子と、試料および該偏光素子を透過した光の強度
を検出する手段と、を備えたことを特徴とする繊維配向
測定装置である。本発明装置はまた、具体的な構成とし
て、互いに偏光方向が異なり且つ平行、近接した複数の
直線偏光に対する試料の透過度を検出する手段と、これ
らの検出結果から試料の配向方向及び／または配向度を
算出する手段を備えたこと、複数の直線偏光の光路が試
料の走行方向に１列に配置され、各光路における検出信
号を光路の軸間距離を試料が走行する時間ずつずらせ
て、上流側から順次検出信号のサンプリングを行うよう
に構成したこと等の構成を備えている。
【０００７】
【作用】まず、近赤外分光光度計を用いて、直線偏光を
入射した場合の紙の透過スペクトル測定結果の１例を示
すと、図３のように、入射直線偏光の偏光方向に対して
試料を光軸まわりに９０度回転した場合、波長１．０〜
２．１μｍの領域で吸光度に差があることがわかる。
入射した場合の紙の透過スペクトル測定結果の１例を示
すと、図３のように、入射直線偏光の偏光方向に対して
試料を光軸まわりに９０度回転した場合、波長１．０〜
２．１μｍの領域で吸光度に差があることがわかる。
【０００８】いま、試料に近赤外光を照射して試料透過
光を検出するように光源、試料、検出器を配置し、光軸
上の試料前段または後段に偏光素子を配置し、紙を試料
として偏光素子を１回転したときの透過光強度を測定す
ると（この方法を「近赤外回転偏光子法」と呼ぶことと
し、ＩＲ法と略称する。）、偏光素子の偏光方向角度θ
に対する透過光強度Ｉの分布は、例えば図４のように、
楕円に近い分布になることが予想される。従って、この
ときの透過光強度分布Ｉ（θ）は、次式で表わされる。
光を検出するように光源、試料、検出器を配置し、光軸
上の試料前段または後段に偏光素子を配置し、紙を試料
として偏光素子を１回転したときの透過光強度を測定す
ると（この方法を「近赤外回転偏光子法」と呼ぶことと
し、ＩＲ法と略称する。）、偏光素子の偏光方向角度θ
に対する透過光強度Ｉの分布は、例えば図４のように、
楕円に近い分布になることが予想される。従って、この
ときの透過光強度分布Ｉ（θ）は、次式で表わされる。
【０００９】 Ｉ（θ）＝ａ・ｂ／｛ａ2 ｃｏｓ2 （θ−φ）＋ｂ2 ｓｉｎ2 θ−φ ｝1/2 ・・・・・（１） ここで、ａ，ｂ：楕円の長軸、短軸 θ ：偏光子または検光子の回転角 φ ：最大吸収係数方向（配向角） ａ／ｂ：配向度 従って、偏光素子を回転して偏光方向を変化させ透過光
強度の偏光方向依存性を測定するか、または偏光方向の
異なる複数個の偏光素子を設けた構成とし（図１，図
２）、それぞれの透過光強度から数値計算により式
（１）中の未知数ａ，ｂ，φを決定する方法をとること
によって、紙等の配向性（配向方向、配向度）を測定す
ることができる。後者の場合には、製紙プラントにおけ
る走行ウェブ等の繊維配向性のオンライン測定が可能と
なる。
強度の偏光方向依存性を測定するか、または偏光方向の
異なる複数個の偏光素子を設けた構成とし（図１，図
２）、それぞれの透過光強度から数値計算により式
（１）中の未知数ａ，ｂ，φを決定する方法をとること
によって、紙等の配向性（配向方向、配向度）を測定す
ることができる。後者の場合には、製紙プラントにおけ
る走行ウェブ等の繊維配向性のオンライン測定が可能と
なる。
【００１０】測定光波長１〜２μｍの領域あるいは４〜
６．５μｍ前後の領域で吸光度または透過度にかなりの
差があることが示されたので、これを利用することが好
ましい。
６．５μｍ前後の領域で吸光度または透過度にかなりの
差があることが示されたので、これを利用することが好
ましい。
【００１１】
【実施例】図１は、本発明の１実施例装置の配向計の概
略構成図であり、測定対象ウェブ（Ｗ）の面に直交し互
いに平行な測定光路が複数個近接配置されている。図で
は光路はウエブの走行方向に平行に３系列（３チャンネ
ル）等間隔に１列配置されているが、４系列以上でもよ
く、また１列配置以外の他の配置関係もあり得るが、こ
れについては図２において詳述する。
略構成図であり、測定対象ウェブ（Ｗ）の面に直交し互
いに平行な測定光路が複数個近接配置されている。図で
は光路はウエブの走行方向に平行に３系列（３チャンネ
ル）等間隔に１列配置されているが、４系列以上でもよ
く、また１列配置以外の他の配置関係もあり得るが、こ
れについては図２において詳述する。
【００１２】図１において、（１）は光源，（２）は光
ファイバー等の光伝送路、（３）は平行な測定光束を形
成するための光学系、例えば集光レンズユニットであ
り、各光路の軸（Ｌ１），（Ｌ２），（Ｌ３）をそれぞ
れ中心とした平行光束を作り出す。（４）は特定の波長
範囲の単色光を取り出すための波長選択部、例えばバン
ドパスィルタであり、各フィルタ素子（４１），（４
２），（４３）は同一の光透過特性を有し、１枚のフィ
ルタ板であってもよい。
ファイバー等の光伝送路、（３）は平行な測定光束を形
成するための光学系、例えば集光レンズユニットであ
り、各光路の軸（Ｌ１），（Ｌ２），（Ｌ３）をそれぞ
れ中心とした平行光束を作り出す。（４）は特定の波長
範囲の単色光を取り出すための波長選択部、例えばバン
ドパスィルタであり、各フィルタ素子（４１），（４
２），（４３）は同一の光透過特性を有し、１枚のフィ
ルタ板であってもよい。
【００１３】（５）は、偏光子であり、円盤（５Ａ）に
互いに偏光方向の異なる複数の偏光素子（５１），（５
２）（５３）が、保持板（５Ａ）に各光軸に対応して設
けられている。（Ｗ）は測定対象のウェブ、例えば走行
紙シートである。（６）は受光部であり、保持板（６
Ａ）上において各偏光素子と対応する位置に、例えばＣ
ＣＤ二次元センサ等の受光素子（６１），（６２）（６
３）がそれぞれ設けて構成されている。
互いに偏光方向の異なる複数の偏光素子（５１），（５
２）（５３）が、保持板（５Ａ）に各光軸に対応して設
けられている。（Ｗ）は測定対象のウェブ、例えば走行
紙シートである。（６）は受光部であり、保持板（６
Ａ）上において各偏光素子と対応する位置に、例えばＣ
ＣＤ二次元センサ等の受光素子（６１），（６２）（６
３）がそれぞれ設けて構成されている。
【００１４】（７）は各受光素子の検出出力をそれぞれ
増幅する増幅回路、（８）はアナログマルチプレクサ、
（９）はＡ／Ｄ変換器であり、所定のプクグラムに従っ
て、増幅された検出出力がチャンネル毎に順次Ａ／Ｄ変
換され、データ処理部（１０）に導入され処理される。
図１の構成においては、各測定チャンネルの検出信号を
同時にサンプリングし、これらの検出信号から配向を求
めることができるが、測定チャンネル間隔（光軸間距
離）を走行ウエブが移動する時間ずつずらせて、先頭
（上流側）の検出器から検出信号をサンプリングしてい
けば、より小さな測定点面積を得ることができ、紙等の
二次元の特性分布の細かいシートの精細な配向測定に適
している。
増幅する増幅回路、（８）はアナログマルチプレクサ、
（９）はＡ／Ｄ変換器であり、所定のプクグラムに従っ
て、増幅された検出出力がチャンネル毎に順次Ａ／Ｄ変
換され、データ処理部（１０）に導入され処理される。
図１の構成においては、各測定チャンネルの検出信号を
同時にサンプリングし、これらの検出信号から配向を求
めることができるが、測定チャンネル間隔（光軸間距
離）を走行ウエブが移動する時間ずつずらせて、先頭
（上流側）の検出器から検出信号をサンプリングしてい
けば、より小さな測定点面積を得ることができ、紙等の
二次元の特性分布の細かいシートの精細な配向測定に適
している。
【００１５】図２は、本発明の他の実施例装置の概略構
成図であり、（１）は光源、（２）は光フアイバー等の
光伝送路、（３）は平行な測定光束を形成するための光
学系、例えば集光レンズユニットであり、軸（Ａ）を中
心とする比較的大きな断面の円形の平行光束を作り出
す。（４）は特定の波長範囲の単色光を取り出すための
波長選択部、例えばバンドパスフイルタである。
成図であり、（１）は光源、（２）は光フアイバー等の
光伝送路、（３）は平行な測定光束を形成するための光
学系、例えば集光レンズユニットであり、軸（Ａ）を中
心とする比較的大きな断面の円形の平行光束を作り出
す。（４）は特定の波長範囲の単色光を取り出すための
波長選択部、例えばバンドパスフイルタである。
【００１６】（５）は偏光子であり、円板（５Ｂ）に互
いに偏光方向の異なる複数の偏光素子（５１），（５
２），・・・（５ｎ）が軸（Ａ）を中心とする円周上に
設けられている。（Ｗ）は紙シートその他の測定対象ウ
エブである。（６）は受光部であり、円板（６Ｂ）上に
おいて各偏光素子と対応する位置に、例えばＣＣＤ２次
元センサ等の受光素子（６１），（６２），・・・（６
ｎ）がそれぞれ設けられている。
いに偏光方向の異なる複数の偏光素子（５１），（５
２），・・・（５ｎ）が軸（Ａ）を中心とする円周上に
設けられている。（Ｗ）は紙シートその他の測定対象ウ
エブである。（６）は受光部であり、円板（６Ｂ）上に
おいて各偏光素子と対応する位置に、例えばＣＣＤ２次
元センサ等の受光素子（６１），（６２），・・・（６
ｎ）がそれぞれ設けられている。
【００１７】（７）から（１０）は図１と同じであり、
（７）は各受光素子の検出出力をそれぞれ増幅する増幅
回路、（８）はアナログマルチプレクサ、（９）はＡ／
Ｄ変換器であり、所定のプログラムに従って、増幅後の
検出出力がチャンネル毎に順次Ａ／Ｄ変換され、データ
処理部（１０）に導入され、処理される。 （実験例１）試料として米坪５２．０ｇ／ｍ2 ，幅３２
００ｍｍの塗工原紙の幅方向から等間隔に８点をとり、
前述の近赤外回転偏光子法（ＩＲ法）により、受光素子
面積５ｍｍφでオフライン測定し、マイクロ波分子配向
測定法（以下ＭＯＡ法と略す）、および超音波法（Ｓｏ
ｎｉｃ Ｓｅｅｔ Ｔｅｓｔｅｒ、以下ＳＳＴ法と略
す）の測定結果と比較すると、配向度、配向角はそれぞ
れ図５（Ａ），図５（Ｂ）のようになった。
（７）は各受光素子の検出出力をそれぞれ増幅する増幅
回路、（８）はアナログマルチプレクサ、（９）はＡ／
Ｄ変換器であり、所定のプログラムに従って、増幅後の
検出出力がチャンネル毎に順次Ａ／Ｄ変換され、データ
処理部（１０）に導入され、処理される。 （実験例１）試料として米坪５２．０ｇ／ｍ2 ，幅３２
００ｍｍの塗工原紙の幅方向から等間隔に８点をとり、
前述の近赤外回転偏光子法（ＩＲ法）により、受光素子
面積５ｍｍφでオフライン測定し、マイクロ波分子配向
測定法（以下ＭＯＡ法と略す）、および超音波法（Ｓｏ
ｎｉｃ Ｓｅｅｔ Ｔｅｓｔｅｒ、以下ＳＳＴ法と略
す）の測定結果と比較すると、配向度、配向角はそれぞ
れ図５（Ａ），図５（Ｂ）のようになった。
【００１８】また異なるＭ／Ｃで抄紙した５種類の品種
の塗工原紙で幅方向に切り出した試料について、同様に
各測定法の数値と比較すると、配向度、配向角はそれぞ
れ図６（Ａ），図６（Ｂ）のようになった。各測定法間
の数値の相関係数を求めると、表１のようになり、配向
度及び配向各について、いずれも０．８５〜０．９５と
高い相関性が得られた。
の塗工原紙で幅方向に切り出した試料について、同様に
各測定法の数値と比較すると、配向度、配向角はそれぞ
れ図６（Ａ），図６（Ｂ）のようになった。各測定法間
の数値の相関係数を求めると、表１のようになり、配向
度及び配向各について、いずれも０．８５〜０．９５と
高い相関性が得られた。
【００１９】これらの結果から、本発明により、紙等の
繊維配向性を測定することができ、そのオンライン測定
も可能であると、考えられる。
繊維配向性を測定することができ、そのオンライン測定
も可能であると、考えられる。
【００２０】
【表１】
【００２１】（実験例２）上記ＩＲ法により、偏光子を
０°，４５°，９０°回転して、それぞれの回転角にお
ける吸光度スペクトルを測定した。これらの結果を図７
〜図８に示す。なお、紙では、測定光波長４〜６．５μ
ｍ前後の領域で、かなりの差があることが示され、これ
を利用するのが好ましい。
０°，４５°，９０°回転して、それぞれの回転角にお
ける吸光度スペクトルを測定した。これらの結果を図７
〜図８に示す。なお、紙では、測定光波長４〜６．５μ
ｍ前後の領域で、かなりの差があることが示され、これ
を利用するのが好ましい。
【００２２】
【発明の効果】本発明により、主として次の効果が得ら
れる。 １）紙等の繊維配向を効率的に測定することが可能とな
った。 ２）紙等の繊維配向のオンライン測定も可能となり、例
えば抄紙機のヘッドボックスの諸条件を変えたときの繊
維配向への影響の調査、配向性の自動制御等も可能とな
り、紙の品質の安定化、高品質化に貢献することができ
る。
れる。 １）紙等の繊維配向を効率的に測定することが可能とな
った。 ２）紙等の繊維配向のオンライン測定も可能となり、例
えば抄紙機のヘッドボックスの諸条件を変えたときの繊
維配向への影響の調査、配向性の自動制御等も可能とな
り、紙の品質の安定化、高品質化に貢献することができ
る。
【図１】本発明の１実施例の繊維配向計の概略構成図で
ある。
ある。
【図２】本発明の他の実施例の繊維配向計の概略構成図
である。
である。
【図３】本発明の原理説明用図である。
【図４】紙の近赤外透過光スペクトルの直線二色性の測
定例図である。
定例図である。
【図５】塗工原紙の本発明による測定結果の他の方法で
の測定結果との比較例図である。
の測定結果との比較例図である。
【図６】他の塗工原紙の本発明による測定結果の他の方
法での測定結果との比較例図である。
法での測定結果との比較例図である。
【図７】ＩＲ法による繊維の吸光度測定例図である。
【図８】ＩＲ法による繊維の吸光度測定例図である。
１ 光源 ２ 光伝送路 ３ 集光レンズ ４ フイルタ ５ 偏光子 ５１ 偏光素子 ５２ 偏光素子 ５３ 偏光素子 ６ 受光部 ６１ 受光素子 ６２ 受光素子 ６３ 受光素子 ７ 増幅回路 ８ アナログマルチプレクサ ９ Ａ／Ｄ変換器 １０ コンピュータ Ａ 軸 Ｌ 光軸 Ｗ 走行ウエブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今川 恭次 兵庫県尼崎市常光寺４丁目３番１号 新王 子製紙株式会社神崎工場内
Claims (5)
- 【請求項１】直線偏光の偏光透過率の該偏光方向に対す
る角度依存性を測定して配向性を求めることを特徴とす
る繊維配向測定方法。 - 【請求項２】測定光として波長１〜３或いは４〜６．５
μｍ前後の赤外光を用いて紙の繊維配向性を測定するこ
とを特徴とする請求光１記載の繊維配向測定方法。 - 【請求項３】赤外光を含む直線偏光光束を試料に照射す
る光源と、試料透過光の強度を検出する検出器と、光路
上で試料の前段または後段に配置された偏光素子と、試
料および該偏光素子を透過した光の強度を検出する手段
と、を備えたことを特徴とする繊維配向測定装置。 - 【請求項４】互いに偏光方向が異なり且つ平行、近接し
た複数の直線偏光に対する試料の透過度を検出する手段
と、これらの検出結果から試料の配向方向及び／または
配向度を算出する手段を備えたことを特徴とする請求項
３記載の繊維配向測定装置。 - 【請求項５】複数の直線偏光の光路が試料の走行方向に
１列に配置され、各光路における検出信号を光路の軸間
距離を試料が走行する時間ずつずらせて、上流側から順
次検出信号のサンプリングを行うように構成したことを
特徴とする請求項４記載の繊維配向測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3070694A JPH07243187A (ja) | 1994-02-28 | 1994-02-28 | 繊維配向測定方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3070694A JPH07243187A (ja) | 1994-02-28 | 1994-02-28 | 繊維配向測定方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07243187A true JPH07243187A (ja) | 1995-09-19 |
Family
ID=12311100
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3070694A Pending JPH07243187A (ja) | 1994-02-28 | 1994-02-28 | 繊維配向測定方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07243187A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7164145B2 (en) * | 2005-05-12 | 2007-01-16 | Honeywell International Inc. | Measuring fiber orientation by detecting dispersion of polarized light |
-
1994
- 1994-02-28 JP JP3070694A patent/JPH07243187A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7164145B2 (en) * | 2005-05-12 | 2007-01-16 | Honeywell International Inc. | Measuring fiber orientation by detecting dispersion of polarized light |
| JP2008541088A (ja) * | 2005-05-12 | 2008-11-20 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド | 繊維配向の測定のための方法および装置 |
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