JPH07311142A - 紙の繊維配向測定方法及び繊維配向測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 静止したあるいは抄紙機上などを走行する紙
の繊維配向特性を、少なくとも１個の受光手段によって
迅速かつ正確に測定して、紙質調査や品質管理に便利な
紙の繊維配向測定方法及び繊維配向測定装置を提供す
る。 【構成】 投光手段10より繊維配向特性を測定すべき紙
１の紙面1aに垂直な方向から検出光を照射する。紙面1a
によって反射した光を、入射光軸を中心として旋回する
受光手段20によって、その旋回軌道上の適宜位置の少な
くとも８ヵ所で捕捉する。検出光に直線偏光を用いる場
合には受光手段20の旋回に同期させて投光手段10を回転
させ、受光手段20で該直線偏光に対応した直線偏光を捕
捉する。受光手段20で得られた光情報信号に基づいて所
定の演算を行ない、繊維配向指数や繊維配向角などの繊
維配向特性を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、静止または抄紙工程
中にある紙の繊維配向特性を測定するのに適した繊維配
向測定方法及び繊維配向測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高品質な紙を製造するためには、製造さ
れた紙の紙質や繊維配向特性を測定する必要がある。従
来のこの種の繊維配向測定装置として、特開平４−５７
９８３号公報に記載された非接触式配向計や特開平４−
１１３２０５号公報に記載された繊維配向測定装置など
があり、これらの装置は紙面における光の入反射を利用
したものである。

【０００３】しかしながらこれら従来の装置は、裁断さ
れた試料について繊維配向特性を測定するのに適してい
るが、抄紙工程における紙匹の繊維配向特性を測定する
のには不都合がある。このため、本願出願人は抄紙工程
中における紙匹についてオンラインで繊維配向特性を測
定することができるようにした繊維配向測定方法及び繊
維配向測定装置を既に提案した（特願平５−６２５８１
号）。

【０００４】この紙の繊維配向測定方法は、静止または
走行中の紙の紙面に対して垂直に無偏光を照射し、該紙
面の前記検出光の入射側であって紙面に平行な面と入射
光軸との交点を中心とする該平行な面内の円周上の８ヵ
所以上において、ほぼ同時に該紙面によって反射した光
を捕捉し、該反射光の強度から繊維配向指数や繊維配向
角などの繊維配向特性を算出することを特徴としてお
り、この方法を実現した繊維配向測定装置は、静止また
は走行中の紙の紙面に対して垂直に無偏光を照射する投
光手段と、該紙面の前記検出光の入射側であって紙面に
平行な面と入射光軸との交点を中心とする該平行な面内
の円周上に配設し、受光部が該紙面と入射光軸との交点
を臨んで該紙面によって反射した光を捕捉する８個以上
の受光手段と、前記それぞれの受光手段により測定され
た反射光強度が入力され、該入力信号を適宜に処理して
光強度情報を出力する光情報処理回路と、前記光情報処
理回路の出力信号から繊維配向指数や繊維配向角などを
算出する演算回路とを備えたことを特徴とするものであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に、長網式などの
抄紙機で製造される紙の繊維配向は、ワイヤーパートで
ほぼ決定される。また、ワイヤーパートへの原料供給状
態やワイヤーパートの運転状況などの抄造条件が一定で
あれば、繊維配向は紙流れ方向（マシン方向）でほぼ一
定値を示す。したがって、抄紙機上で紙の繊維配向を測
定しようとする場合、紙流れ方向の繊維配向はほぼ一定
であるため、走行する紙匹が移動してずれた紙面上の測
定点から反射した光強度を測定しても、繊維配向を算出
することが可能である。このような方式で測定を行う場
合には、走行する紙匹の同一部分の反射光強度を同時に
測定する必要がない。すなわち、本願出願人が既に出願
した繊維配向測定装置のように複数個の受光手段を必要
としない。

【０００６】しかし、繊維配向特性を把握するためには
360°に対して繊維の配向を測定する必要がある。

【０００７】そこで、この発明では、抄紙機上を走行す
る紙匹に対しても同一部分の繊維配向を厳密に同時に測
定する必要がないことに鑑みて、単一の受光手段であっ
ても紙匹の繊維配向特性を検出することができるように
した紙の繊維配向測定方法及び繊維配向測定装置を提供
することを主たる目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の主たる目的を達成
するための技術的手段として、この発明に係る紙の繊維
配向測定方法は、静止または走行中の紙の紙面に対して
垂直に無偏光からなる検出光を照射し、該紙面の前記検
出光の入射側であって紙面に平行な面と入射光軸との交
点を中心とする該平行な面内の円周上の少なくとも８ヵ
所において該紙面によって反射した光を順次に捕捉し、
該反射光の強度から繊維配向指数や繊維配向角などの繊
維配向特性を算出することを特徴としている。

【０００９】また、無偏光を照射する場合に、捕捉し測
定する反射光強度が、紙面により反射した光のうち入反
射面に対して平行方向に振動する偏光、あるいは垂直方
向に振動する偏光のいずれか一方に係るものであること
を特徴としている。

【００１０】さらに、測定の際に紙の繊維で反射された
光から、より繊維配向を反映した反射光を取り出し、こ
の反射光でデータを処理することによって、極力正確な
配向特性を把握できるように、前記検出光に無偏光の代
りに直線偏光を用いて、静止または走行中の紙の紙面に
対して垂直に直線偏光からなる検出光を照射するととも
に、該直線偏光の振動方向を入射光軸を中心として回動
させ、該紙面の前記検出光の入射側であって紙面に平行
な面と入射光軸との交点を中心とする該平行な面内の円
周上の少なくとも８ヵ所において該紙面によって反射し
た光を前記直線偏光の振動方向と等しい方向に振動する
直線偏光を分離する偏光子を透過させて該直線偏光を順
次に捕捉し、該反射光の強度から繊維配向指数や繊維配
向角などの繊維配向特性を算出することを特徴としてい
る。

【００１１】また、直線偏光のうち繊維の表面でよく反
射し、紙層内に入射する光を極力減じるものは、入反射
面に対して垂直方向に振動するする偏光であることか
ら、検出光に直線偏光を用いる場合に、前記検出光であ
る直線偏光が入反射面に対して垂直方向に振動する偏光
であることを特徴としている。

【００１２】また、無偏光と直線偏光のいずれを照射す
る場合であってもより正確に繊維配向特性を把握できる
ように、紙面によって反射した光の捕捉を、前記紙面に
平行な面と入射光軸との交点を中心とする前記円周上で
ほぼ等間隔にある位置において行なうことを特徴として
いる。

【００１３】そして、この発明に係る紙の繊維配向測定
方法を実施するのに適した繊維配向測定装置としては、
静止または走行中の紙の紙面に対して垂直に無偏光から
なる検出光を照射する投光手段と、該紙面の前記無偏光
の入射側に配され、入射光軸を中心として旋回するとと
もに、受光部が該紙面と入射光軸との交点を臨んで該紙
面によって反射した光を捕捉する少なくとも１個の受光
手段と、前記受光手段により測定された反射光強度が入
力され、該入力信号を適宜に処理して光強度情報を出力
する光情報処理回路と、前記光情報処理回路の出力信号
から繊維配向指数や繊維配向角などを算出する演算回路
とからなり、前記受光手段によって該受光手段の旋回中
に旋回軌道上の少なくとも８ヵ所において該紙面によっ
て反射した光を順次に捕捉することを特徴としている。

【００１４】また、静止または走行中の紙の紙面に対し
て垂直に無偏光からなる検出光を照射する投光手段と、
前記投光手段から照射され紙面で反射した反射光を入射
光軸上の定点を通る方向に反射させる環状反射鏡と、前
記環状反射鏡で反射した反射光を前記入射光軸の方向に
反射させるとともに、該光軸を中心として回動する測定
光反射鏡と、前記測定光反射鏡で反射した反射光を捕捉
する受光手段と、前記受光手段により測定された反射光
強度が入力され、該入力信号を適宜に処理して光強度情
報を出力する光情報処理回路と、前記光情報処理回路の
出力信号から繊維配向指数や繊維配向角などを算出する
演算回路とからなり、前記測定光反射鏡の１回転中に前
記環状反射鏡の少なくとも８ヵ所に対して前記紙面によ
って反射された光を前記受光手段で順次に捕捉すること
を特徴としている。

【００１５】さらに、また、無偏光を照射する場合に、
捕捉し測定する前記受光手段が、反射光から入反射面に
対して平行方向または垂直方向のいずれか一方に振動す
る偏光を分離する偏光子を備えたことを特徴としてい
る。

【００１６】また、検出光に直線偏光を用いる繊維配向
測定装置とするため、静止または走行中の紙の紙面に対
して垂直に直線偏光からなる検出光を照射するととも
に、光軸を中心として回転する投光手段と、該紙面の前
記直線偏光の入射側に配され、入射光軸を中心として前
記投光手段の回転に同期して旋回するとともに、受光部
が該紙面と入射光軸との交点を臨んで該紙面によって反
射した光を前記直線偏光の振動方向と等しい方向に振動
する直線偏光を分離する偏光子を透過させて該直線偏光
を捕捉する少なくとも１個の受光手段と、前記受光手段
により測定された反射光強度が入力され、該入力信号を
適宜に処理して光強度情報を出力する光情報処理回路
と、前記光情報処理回路の出力信号から繊維配向指数や
繊維配向角などを算出する演算回路とからなり、前記受
光手段によって該受光手段の旋回中に旋回軌道上の少な
くとも８ヵ所において該紙面によって反射した光を順次
に捕捉することを特徴としている。

【００１７】また、静止または走行中の紙の紙面に対し
て垂直に直線偏光からなる検出光を照射するとともに、
光軸を中心として回転する投光手段と、前記投光手段か
ら照射され紙面で反射した反射光を入射光軸上の定点を
通る方向に反射させる環状反射鏡と、前記環状反射鏡で
反射した反射光を前記入射光軸の方向に反射させるとと
もに、該光軸を中心として前記投光手段の回転と同期し
て回転する測定光反射鏡と、前記測定光反射鏡で反射し
た反射光を、前記直線偏光に対応し投光手段と同期して
回転する偏光子を透過させて該直線偏光を捕捉する受光
手段と、前記受光手段により測定された反射光強度が入
力され、該入力信号を適宜に処理して光強度情報を出力
する光情報処理回路と、前記光情報処理回路の出力信号
から繊維配向指数や繊維配向角などを算出する演算回路
とからなり、前記投光手段と前記偏光子との１回転中に
少なくとも前記環状反射鏡の８ヵ所に対して、前記紙面
によって反射された光を前記受光手段で順次に捕捉する
ことを特徴としている。

【００１８】さらに、前記検出光である直線偏光が入反
射面に対して垂直方向に振動する偏光であること、ある
いは前記受光手段の旋回軌道または環状反射鏡をほぼ等
間隔に分割する位置において該受光手段によって反射光
を捕捉することを特徴としている。

【００１９】

【作用】前記投光手段により検出光を紙面に対して垂直
方向から照射し、その反射光を紙面の検出光の入射側で
あって紙面に平行な面と入射光軸との交点を中心とする
平行な面内の円周上で、少なくとも８ヵ所において捕捉
するから、全ての測定位置に関して入射光軸と反射光軸
のなす角度が等しくなる。

【００２０】検出すべき紙が静止している場合には、紙
面の同一部分について 360°の範囲で繊維配向を測定で
きるから、それぞれの位置において捕捉された反射光強
度のバラツキは、紙面の配向特性に応じた傾向を示すこ
とになる。このため、この反射光強度のバラツキから繊
維配向指数や繊維配向角などの配向特性が求められる。

【００２１】また、検出すべき紙が抄紙機上などを走行
している場合には、紙匹の面の同一部分に関する反射光
強度を測定することはできない。しかし、抄紙機上を走
行する紙匹の繊維配向はほぼ一定であるから、受光手段
の測定角度が等しい場合にはほぼ等しい反射光強度を示
すことになる。したがって、反射光強度を常時測定する
ことにより、紙匹の配向特性の傾向が得られ、この傾向
から外れるような場合には、所定の紙質を維持していな
い状態になったことが判断できる。

【００２２】

【実施例】以下、図示した実施例に基づいて、この発明
に係る紙の繊維配向測定方法及び繊維配向測定装置を具
体的に説明する。

【００２３】図２はこの繊維配向測定装置の概略を示す
正面図で、繊維配向特性を測定すべき紙１の紙面1aの上
方に投光手段10が配設されている。この投光手段10は半
導体レーザー11とレンズ12、偏光子13、１／４波長板14
とによって構成されており、半導体レーザー11により発
せられたレーザー光をレンズ12、偏光子13、１／４波長
板14を透過させて、円偏光Ｌｉが得られるようにしてあ
る。円偏光は、偏光方向が回転しながら進行する光であ
り、偏光特性をもたない無偏光とは異なるが、偏光方向
の回転周期が10^-15 秒程度と極度に短いため、無偏光と
みなすことができる。もちろん、無偏光を発するハロゲ
ンランプ等と無偏光を平行光にする光学系を備えた投光
手段を用いてもよい。そして、投光手段10はこの円偏光
Ｌｉを紙面1aに垂直方向から照射する位置に配設されて
いる。

【００２４】他方、受光手段20、図１および図２に示す
ように偏光子21と光の強度を電気信号に変換する受光素
子22とから構成されている。そして、この受光手段20
は、その受光部が上記円偏光Ｌｉの入射光軸と紙面1aと
の交点を臨んだ状態を維持しながら、入射光軸を中心と
して旋回するよう設けられている。したがって、前記投
光手段10から発せられたレーザー光は紙面1aで反射し、
その反射光Ｌｒは、受光手段20によって捕捉されること
になる。

【００２５】受光手段20によって捕捉された反射光Ｌｒ
は上記偏光子21を透過することによって所定の偏光に分
離されたのち上記受光素子22に入射する。このとき、円
偏光Ｌｉと反射光Ｌｒとのなす入反射光角度θｒは、０
°＜θｒ＜９０°の範囲となるが、繊維配向を算出する
ためには繊維配向を反映した光の反射率が高い方が望ま
しく、そのためには入反射角度θｒを大きくすることが
望ましい。

【００２６】図７は前記受光手段20を入射光軸を中心と
して旋回させるための機構の一実施例を説明する概略の
斜視図である。受光手段20は、回動自在なギヤ23の一部
に形成された透孔部23a に収容され、その受光部が上記
円偏光Ｌｉの入射光軸と紙面1aとの交点を臨んだ状態で
固定されている。このギヤ23にはピニオン24が噛合して
おり、該ピニオン24に図示しない駆動装置から動力が伝
達されて、ギヤ23を回動するようにしてある。このギヤ
23の上方には投光手段10が配設され、この投光手段10の
入射光軸とギヤ23の回動中心軸とが一致させてある。そ
して、ギヤ23のボス部23b は中空としてあり、投光手段
10からは該中空部を透過させて紙面1aに対して前記円偏
光Ｌｉを照射するようにしてある。

【００２７】なお、受光手段20を、その受光部を入射光
軸と紙面1aとの交点を臨んだ状態で旋回させる機構は、
図７に示す機構以外に遊星歯車装置やリンク装置を利用
した機構その他であっても構わない。

【００２８】そして、上記ギヤ23の回転角度を検出する
エンコーダ（図示せず）を設け、該ギヤ23が所定角度回
転したことを検出するようにしてある。なお、このエン
コーダは光学式などの非接触形のものが望ましい。この
エンコーダの出力信号によって、例えばギヤ23が45°回
転した状態を検出し、該検出信号が出力された時に受光
手段20で順次に反射光Ｌｒを捕捉するようにしておけ
ば、受光手段20が１旋回する間に旋回軌道を８等分に分
割した位置で反射光Ｌｒの捕捉を行なうことができる。
また、ギヤ23とピニオン24の速比を１／８とし、ピニオ
ン24にエンコーダを配設しておけば、ピニオン24の１回
転ごとに受光手段20の旋回軌道を８等分に分割した位置
で反射光Ｌｒを捕捉することができる。

【００２９】また、受光手段20での反射光Ｌｒの捕捉位
置を上記旋回軌道上で局所的に密集させると、紙面1aの
偏った方向に対するデータが採取されることになり、正
確な繊維配向特性を取得することができなくなってしま
う。したがって、受光手段20の旋回軌道上のほぼ等間隔
の位置で捕捉することが望ましい。なお、抄紙機上の紙
匹について配向特性を測定する場合のように、紙匹の繊
維配向がほぼ抄紙機の流れ方向に沿っていると推測でき
るような場合には、反射光Ｌｒを捕捉しやすい位置で捕
捉するようにしても差し支えない。

【００３０】さらに、受光手段20の上記偏光子21は、反
射光Ｌｒから、入射光Ｌｉと反射光Ｌｒを含む入反射面
に対して垂直方向に振動する偏光を分離するものとして
あるか、あるいは該入反射面に対して平行方向に振動す
る偏光を分離するものとしてある。したがって、配設さ
れた偏光子21に応じて前記受光素子22では、垂直方向に
振動する偏光、あるいは平行方向に振動する偏光のいず
れかのみが捕捉される。なお、これら偏光子21を用いず
に上記偏光を分離することなく、反射光Ｌｒを受光素子
22で捕捉するようにしたものであっても構わない。ま
た、繊維配向を反映した光の反射率が最も高くなるの
は、入反射面に対して垂直方向に振動する偏光であるか
ら、該偏光を分離する偏光子21を用いて反射光Ｌｒの強
度を測定することが望ましい。

【００３１】図７に示した実施例では受光手段20を１個
とした構造について説明したが、受光手段20は２個以上
であっても構わない。そして、例えば２個の受光手段20
を用いる場合には、これらを 180°の関係に位置させ
る。また、３個の場合にはそれぞれ 120°の間隔を設け
る。なお、受光手段20の個数が多くなれば測定精度を向
上させることができる。

【００３２】そして、図５に示すように、受光素子22の
出力端子は光情報処理回路31の入力端子31a に接続され
ており、該受光素子22で捕捉された反射光Ｌｒの強度が
電気信号に変換されて該光情報処理回路31に入力され
る。この光情報処理回路31では入力された光強度信号を
適宜に信号処理して、受光素子22で捕捉された反射光Ｌ
ｒの強度Ｆと、当該受光素子22の受光手段20の旋回軌道
上における測定位置角度θとを含む光情報信号として出
力する。光情報処理回路31の出力側には演算回路32が接
続されており、該演算回路32では、入力された光情報信
号を、

【数１】Ｆ(θ) ＝ Ｃ（１＋ηＣＯＳ２（θ−α）） に適用して、紙面1aの繊維配向の強さを表わす配向指数
ηと、紙面1aの繊維配向の方向を表わす配向角αを算出
する。なお、数１において、Ｆは光強度、θは受光手段
20の測定位置角度、Ｃは反射光強度の平均値をそれぞれ
表わす。また、数１はフーリエ級数の一部であり、採取
データから紙の繊維配向を近似して計算する周期関数と
して知られているものであるが、この演算式の他に、フ
ォン・マイス（Ｖｏｎ Ｍｉｓｅｓ）関数や楕円関数な
どを用いることもできる。

【００３３】上記演算回路32で算出された配向指数ηと
配向角αなどは、該演算回路32に接続されたＣＲＴ表示
装置などの表示手段33で表示されたり、また該演算回路
32に接続されたプリンタやプロッタなどによって印刷さ
れる。

【００３４】図８は紙面の反射光強度を測定する場合
に、１個の受光手段20により 360°の測定角度で測定を
行なうようにした他の実施例に係る繊維配向測定装置の
概略を説明する斜視図である。投光手段10の下方には内
側面に反射鏡部25a が形成された環状反射鏡25が配設さ
れており、投光手段10から照射された円偏光Ｌｉは紙面
1aで反射し、反射光Ｌｒが該環状反射鏡25の反射鏡部25
a で反射して投光手段10の上方であって入射光軸上の点
を通過するようにしてある。そして、この光軸上の上記
通過点に該光軸を中心として回動自在に測定光反射鏡26
が設けられており、上記環状反射鏡25で反射し上記通過
点に入射した光を、該光軸に沿って上方に反射するよう
にしてある。この測定光反射鏡26の上方に偏光子21と受
光素子22とからなる受光手段20が配設され、測定光反射
鏡26で反射した光を捕捉するようにしてある。そして、
上記測定光反射鏡26が所定の角度回転するごとに受光手
段20によって反射光を捕捉するようにしてある。例え
ば、測定光反射鏡26が45°回転するごとに反射光を捕捉
するようにすれば、紙面1aの所定点について 360°を８
等分に分割した角度位置で繊維配向を測定することがで
きる。

【００３５】さらに、図３に示す実施例は、受光手段20
が想像線で示すａ₀ の位置とｄ₀ の位置との間を、入射
光軸を中心とした円弧に沿って往復運動する場合につい
て説明したもので、図１に相当する図である。なお、図
１に示す実施例と同一の部位は同一の符号を付してその
説明を省略する。一般に、長網式などの抄紙機で製造さ
れた紙について反射光の光強度を測定すると図４に示す
ように、紙面1aからの反射光強度は周期πの周期関数と
して表わされるから、 180°の範囲で測定すれば紙の繊
維配向特性を確定することができる。すなわち、紙匹の
繊維配向特性は光強度に関連しているから、周期πにお
いて測定して得られた結果から紙匹の繊維配向特性をほ
ぼ確定することができる。このため、この実施例では受
光手段20を往復運動させて、その運動中に４ヵ所で紙面
1aからの反射光を測定するものを示している。測定位置
ａ₀ の測定位置角度θを０°とした場合、測定位置角度
θが 180°の測定位置における光強度は測定位置ａ₀ の
データから推定できるから、θが 180°の測定位置にお
けるデータを採取することは不要である。したがって、
180°の範囲で４ヵ所で反射光を捕捉する場合には 180
°を４等分した45°の間隔で反射光を捕捉する。すなわ
ち、受光手段20を 135°の範囲で往復運動させ、その運
動中に45°ごとに反射光を捕捉する。そして、採取され
た反射光強度は、図４においてａ₀、ｂ₀、ｃ₀、ｄ₀の測
定位置角度θにおけるデータであるから、このデータを
180°ずらすことによって同図上ａ₁、ｂ₁、ｃ₁、ｄ₁の
データを推測することができる。

【００３６】なお、受光手段20を円弧上で往復運動させ
るには、例えば図７に示す機構において、ピニオン24を
駆動する駆動装置のモータに可逆回転モータを用いて、
135°の回転角度で反転させるようにすればよい。

【００３７】前述した実施例では、投光手段10から照射
する検出光を無偏光（円偏光）として説明したが、偏光
のうちには、反射光強度が大きく従って反射光強度に関
するデータの捕捉と処理を行ない易い直線偏光があり、
さらに紙の繊維配向を最もよく反映する直線偏光が入反
射面に対して垂直方向に振動する偏光である。したがっ
て、投光手段10から入反射面に対して垂直方向に振動す
る偏光を紙面1aに向けて垂直方向から照射し、その反射
光から入反射面に対して垂直方向に振動する偏光を分離
して捕捉するようにすれば、繊維配向を最もよく反映し
た反射光を捕捉でき、繊維配向に寄与する反射光を確実
に捕捉することができる。

【００３８】検出光に直線偏光を用いる場合には、図６
に示すように、図２に示す投光手段10の１／４波長板14
の次に偏光子15を配設し、１／４波長板を透過した光
を、さらにこの偏光子15を透過させるようにする。そし
て、受光手段20の偏光子21に、投光手段10から照射され
る直線偏光の振動方向と等しい方向に振動する直線偏光
を透過するものを用いる。

【００３９】また、１個の受光手段20で円周上の複数箇
所における反射光を捕捉するためにには、該受光手段20
を入射光軸を中心として旋回させることになる。ところ
で、投光手段10からは直線偏光が照射されるから、該直
線偏光が入反射面に対して所定の方向に振動しなければ
ならない。このため、投光手段10を光軸を中心として回
転させるとともに、受光手段20の旋回を投光手段10の回
転に同期させることが必要となる。

【００４０】そして、図７に示す機構を用いる場合に
は、投光手段10をギヤ23のボス部23bに固定した構造と
すれば、投光手段10と受光手段20とを同期させることが
できる。また、図８に示す機構では、投光手段10の回転
と測定反射鏡26の回転とを同期させ、さらに偏光子21を
これらに同期させて回転させる。

【００４１】また、直線偏光を照射する場合にも、受光
手段20の旋回軌道上において少なくとも８ヵ所で反射光
を捕捉するようにする。

【００４２】また、投光手段10から直線偏光を照射する
場合に、受光手段20を入射光軸を中心とした円弧に沿っ
て往復運動させながら反射光を捕捉することもできる。
この場合には投光手段10を所定角度で回動させ、この回
動に同期させて受光手段20を往復運動させる。

【００４３】以上により構成したこの発明に係る紙の繊
維配向測定方法及び繊維配向測定装置の作用を以下に説
明する。

【００４４】図７に示す実施例では、図示しない駆動装
置からピニオン24に動力が伝達されると、該ピニオン24
とこれに噛合しているギヤ23とが回転する。このギヤ23
には受光手段20が固定されているから、ギヤ23の回転に
よって受光手段20が旋回することになる。また、ギヤ23
は入射光軸を中心として回転するから、受光手段20は同
じく入射光軸を中心として旋回する。しかも、受光手段
20の受光部は繊維配向を測定すべき紙１の紙面1aと入射
光軸との交点を臨んだ状態で旋回するから、紙面1aで反
射した反射光Ｌｒは受光手段20によって捕捉される。そ
して、受光手段20の旋回中に適宜位置にて反射光Ｌｒの
捕捉を行なう。

【００４５】反射光Ｌｒの捕捉は、例えばギヤ23の回転
角度を検出する図示しないエンコーダの出力信号を受け
て行なうようにしてある。また、反射光Ｌｒの捕捉は、
受光手段20の旋回軌道の少なくとも８ヵ所において行な
うようにし、旋回軌道を８等分する位置で捕捉すること
が好ましい。旋回軌道を８等分する位置で反射光Ｌｒを
捕捉した場合には、図４に示すａ₀、ｂ₀、ｃ₀、ｄ₀、ａ
₁、ｂ₁、ｃ₁、ｄ₁の反射光データが採取されることにな
る。反射光Ｌｒが受光素子22で捕捉されると光電変換さ
れて光情報処理回路31に入力され、この光強度信号を適
宜に信号処理して演算回路32に送出する。演算回路32で
は前記数１による演算が実行されて、繊維配向指数η
と、配向角αとが算出される。

【００４６】測定位置は８ヵ所に限らずそれ以上であっ
てもよく、反射光Ｌｒを捕捉した角度位置と反射光強度
とが検出されるものであれば、旋回中に連続して捕捉を
行なうようにしたものであっても構わない。すなわち、
捕捉位置が多くなれば測定された繊維配向特性の精度が
向上する。

【００４７】１枚の小判に裁断された試料（紙）の配向
特性を測定する場合には、試料を試料台に固定し受光手
段20を１回転旋回させて該試料の所定点について 360°
の範囲で反射光強度に関するデータを採取し、該試料台
または繊維配向測定装置を移動させて順次試料上の所定
点についてデータを採取すれば、試料の２次元的な繊維
配向分布を測定できる。また、試料の表裏について測定
を行なえば、試料のワイヤー面とフェルト面についての
繊維配向分布を測定でき、試料の表裏差に関する繊維配
向分布を測定できる。

【００４８】また、抄紙工程中の紙匹の繊維配向特性を
測定する場合には、抄紙機の幅方向の両側に支柱を設
け、この支柱にガイドレールを掛け渡し、この繊維配向
測定装置を該ガイドレールに案内させて移動自在となる
よう支持させて、抄紙機上に設置すればよい。そして、
この繊維配向測定装置をガイドレールに沿ってクロスマ
シン方向に走査させれば、マシン方向及びクロスマシン
方向に対する紙匹の繊維配向特性を測定することができ
る。この場合、紙匹が移動しているため、紙面の１点に
ついて 360°での測定を行なえない。しかし、抄紙機上
の繊維配向は一定の方向にあるべきであるから、抄紙機
の幅方向の等しい位置では等しい繊維配向が得られるは
ずであり、紙の幅方向に対して所定の繊維配向データが
得られる。すなわち、この繊維配向データから外れるよ
うなデータ得られた場合には、製造されている紙の品質
が所定のものと異なってしまうことになる。さらに、抄
紙工程中の紙匹のワイヤー面側とフェルト面側とにこの
装置を設置して、クロスマシン方向に走査させれば、マ
シン方向及びクロスマシン方向における繊維配向特性の
表裏差を測定できる。なお、走査させない場合には、紙
匹のマシン方向に対する繊維配向特性を測定することが
できる。

【００４９】また、図３に示すように、受光手段20を入
射光軸を中心として所定角度の範囲で往復運動するよう
にした場合には、その往復運動中の適宜位置にて反射光
Ｌｒを捕捉する。そして、前述したように 180°の範囲
で反射光Ｌｒを捕捉すれば、そのデータから 360°にわ
たった繊維配向特性を推定することができる。また、測
定箇所は、前述した実施例において受光手段20が１旋回
する間に等間隔で８ヵ所のデータを採取することに対応
させれば、 180°の間で等間隔で４ヵ所の測定位置でデ
ータを採取することになる。すなわち、受光手段20を 1
35°の範囲で往復運動させ、45°ごとにデータを採取す
ればよい。なお、測定位置の数が多くなれば測定精度を
向上させることができるが、受光手段20を往復運動させ
る角度範囲が大きくなる。

【００５０】さらに、投光手段10から直線偏光を紙面1a
に照射する場合であっても、該投光手段10を回転または
所定角度の範囲で回動させるとともに、受光手段20の旋
回または円弧に沿った往復運動を該投光手段10の回転ま
たは回動に同期させることにより、受光手段20で常に所
定の直線偏光を捕捉することができる。また、この直線
偏光に入反射面に対して垂直方向に振動する偏光を用い
ることによって、繊維配向を最も反映した反射光で測定
処理を行なうことができる。

【００５１】また、直線偏光を照射する装置であって
も、紙１のフェルト面とワイヤー面のそれぞれについて
繊維配向特性を測定することができる。さらに、抄紙機
上を走行中の紙匹についても十分な精度で繊維配向を測
定することができる。

【００５２】次に、図９に示した実施例を説明する。図
９は図２に相当する概略正面図であり、前述した実施例
と同一の部分は同一の符号を付して説明を省略する。。
前記受光手段20が配設されている位置には、受光部とし
て偏光子21と反射光入力部41が配設されている。この反
射光入力部41には光ファイバ42が接続されており、この
光ファイバ42の出力側には受光素子（図示せず）が接続
され、光ファイバ42を透過した光が該受光素子に入射す
るようにしてある。

【００５３】そして、紙面1aで反射した反射光は偏光子
21を透過し、入射光軸Ｌｉと反射光軸Ｌｒとを含む面に
対して垂直方向に振動する偏光または平行方向に振動す
る偏光に分離されて反射光入射部41に入射される。そし
て、光ファイバ42を透過して図示しない受光素子に入射
され光電変換され、前述のものと同様に光情報処理回路
31に入力され、演算回路32により配向指数ηと配向角α
とが算出される。

【００５４】また、図10に示す実施例では、反射光入力
部41に光ファイバ42を接続し、該光ファイバ42の出力部
43を偏光子21に臨ませ、該偏光子21を透過した直線偏光
が受光素子22に入射するようにしてある。なお、図10も
図２に相当する概略正面図であり、前述した実施例と同
一の部分は同一の符号を付して説明を省略する。この構
造によるものでは、紙面1aで反射した光の偏光特性が出
力部43まで保存される必要があるから、光ファイバ42に
は単一偏波面保存モードのものが用いられている。

【００５５】したがって、紙面1aで反射した反射光は反
射光入力部41から入射し、光ファイバ42内を、偏光特性
が保持された状態で透過する。そして、出力部43から射
出した反射光は偏光子21を透過することによって入射光
軸Ｌｉと反射光軸Ｌｒとを含む面に対して垂直方向に振
動する偏光または平行方向に振動する偏光に分離され、
該分離された偏光が受光素子22で捕捉される。次いで、
受光素子22で光電変換されて、前述と同様に光情報処理
回路31に入力され、演算回路32により配向指数ηと配向
角αとが算出される。

【００５６】この光ファイバ42を用いた構成とするもの
では、当該繊維配向測定装置の紙１の近傍に設置される
部分には該光ファイバ42の入力端が配されるだけである
から、当該部分の小型化、軽量化が図られる。このた
め、クロスマシン方向に走査してオンライン測定を行な
う場合に、当該部分を設置するスペースを小さくした
り、装置をクロスマシン方向に駆動する動力を小さくす
ることができる。

【００５７】なお、図９に示す実施例には受光手段20に
光ファイバを用いた構成について説明したが、投光手段
10に光ファイバを用いる構成、あるいは投光手段10と受
光手段20のいずれにも光ファイバを用いる構成とするこ
ともでき、上記部分の小型化、軽量化をさらに図ること
ができる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る紙
の繊維配向測定方法及び繊維配向測定装置によれば、少
なくとも１個の受光手段で紙の繊維配向特性を測定する
ことができるから、繊維配向測定装置の小型化や軽量化
を図ることができる。

【００５９】また、繊維配向特性を測定すべき紙の紙面
に対して直線偏光を照射し、紙面からの反射光のうちの
該直線偏光に対応する直線偏光を捕捉するようにしたか
ら、繊維配向の測定に寄与する偏光によってデータを採
取することができる。しかも、この直線偏光を入反射面
に対して垂直方向に振動する偏光とすることにより、繊
維配向を最もよく反映した反射光によってデータを採取
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る繊維配向測定装置の一の実施例
について測定部の概略の構造を示す平面図である。

【図２】この発明に係る紙の繊維配向測定装置の測定部
の概略の構造を示す図であり、図１の概略正面図であ
る。

【図３】この発明に係る繊維配向測定装置の他の実施例
について測定部の概略の構造を示す平面図である。

【図４】一般的な紙の表面における光強度の特性を説明
するためのグラフである。

【図５】この発明に係る繊維配向測定装置の光情報信号
を演算処理する構成を示す概略の回路ブロック図であ
る。

【図６】この発明に係る紙の繊維配向測定装置の他の実
施例に係る測定部の概略の構造を示す図であり、図２に
相当する概略正面図である。

【図７】この発明に係る繊維配向装置の機構の一の実施
例を説明するための概略斜視図である。

【図８】この発明に係る繊維配向装置の機構の他の実施
例を説明するための概略斜視図である。

【図９】この発明に係る繊維配向測定装置の別の実施例
を説明するための図で、図２に相当する概略正面図であ
る。

【図１０】この発明に係る繊維配向測定装置のさらに別
の実施例を説明するための図で、図２に相当する概略正
面図である。

【符号の説明】

１ 紙 1a 紙面 10 投光手段 11 半導体レーザー 12 レンズ 13 偏光子 14 １／４波長板 15 偏光子 20 受光手段 21 偏光子 22 受光素子 23 ギヤ 24 ピニオン 25 環状反射鏡 26 測定光反射鏡 31 光情報処理回路 32 演算回路 33 表示手段 41 反射光入力部 42 光ファイバ Ｌｉ 入射光 Ｌｒ 反射光 θｒ 入反射光角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畑野 昭夫 東京都北区王子５丁目21番１号 日本製紙 株式会社中央研究所内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静止または走行中の紙の紙面に対して垂
   直に無偏光からなる検出光を照射し、 前記紙面の前記検出光の入射側であって紙面に平行な面
   と入射光軸との交点を中心とする該平行な面内の円周上
   の少なくとも８ヵ所において該紙面によって反射した光
   を順次に捕捉し、 前記反射光の強度から繊維配向指数や繊維配向角などの
   繊維配向特性を算出することを特徴とする紙の繊維配向
   測定方法。
2. 【請求項２】 測定する反射光強度が、紙面により反射
   した光のうち入反射面に対して平行方向に振動する偏
   光、あるいは垂直方向に振動する偏光のいずれか一方に
   係るものであることを特徴とする請求項１に記載の紙の
   繊維配向測定方法。
3. 【請求項３】 静止または走行中の紙の紙面に対して垂
   直に直線偏光からなる検出光を照射するとともに、該直
   線偏光の振動方向を入射光軸を中心として回動させ、 前記紙面の前記検出光の入射側であって紙面に平行な面
   と入射光軸との交点を中心とする該平行な面内の円周上
   の少なくとも８ヵ所において該紙面によって反射した光
   を前記直線偏光の振動方向と等しい方向に振動する直線
   偏光を分離する偏光子を透過させて該直線偏光を順次に
   捕捉し、 前記反射光の強度から繊維配向指数や繊維配向角などの
   繊維配向特性を算出することを特徴とする紙の繊維配向
   測定方法。
4. 【請求項４】 前記検出光である直線偏光が入反射面に
   対して垂直方向に振動する偏光であることを特徴とする
   請求項３に記載の紙の繊維配向測定方法。
5. 【請求項５】 紙面によって反射した光の捕捉を、前記
   紙面に平行な面と入射光軸との交点を中心とする前記円
   周上でほぼ等間隔にある位置において行なうことを特徴
   とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の紙の
   繊維配向測定方法。
6. 【請求項６】 静止または走行中の紙の紙面に対して垂
   直に無偏光からなる検出光を照射する投光手段と、 前記紙面の前記無偏光の入射側に配され、入射光軸を中
   心として旋回するとともに、受光部が該紙面と入射光軸
   との交点を臨んで該紙面によって反射した光を捕捉する
   少なくとも１個の受光手段と、 前記受光手段により測定された反射光強度が入力され、
   該入力信号を適宜に処理して光強度情報を出力する光情
   報処理回路と、 前記光情報処理回路の出力信号から繊維配向指数や繊維
   配向角などを算出する演算回路とからなり、 前記受光手段によって該受光手段の旋回中に旋回軌道上
   の少なくとも８ヵ所において該紙面によって反射した光
   を順次に捕捉することを特徴とする紙の繊維配向測定装
   置。
7. 【請求項７】 静止または走行中の紙の紙面に対して垂
   直に無偏光からなる検出光を照射する投光手段と、 前記投光手段から照射され紙面で反射した反射光を入射
   光軸上の定点を通る方向に反射させる環状反射鏡と、 前記環状反射鏡で反射した反射光を前記入射光軸の方向
   に反射させるとともに、該光軸を中心として回動する測
   定光反射鏡と、 前記測定光反射鏡で反射した反射光を捕捉する受光手段
   と、 前記受光手段により測定された反射光強度が入力され、
   該入力信号を適宜に処理して光強度情報を出力する光情
   報処理回路と、 前記光情報処理回路の出力信号から繊維配向指数や繊維
   配向角などを算出する演算回路とからなり、 前記測定光反射鏡の１回転中に前記環状反射鏡の少なく
   とも８ヵ所に対して前記紙面によって反射された光を前
   記受光手段で順次に捕捉することを特徴とする紙の繊維
   配向測定装置。
8. 【請求項８】 前記受光手段が、反射光から入反射面に
   対して平行方向または垂直方向のいずれか一方に振動す
   る偏光を分離する偏光子を備えたことを特徴とする請求
   項６または請求項７のいずれかに記載の紙の繊維配向測
   定装置。
9. 【請求項９】 静止または走行中の紙の紙面に対して垂
   直に直線偏光からなる検出光を照射するとともに、光軸
   を中心として回転する投光手段と、 前記紙面の前記直線偏光の入射側に配され、入射光軸を
   中心として前記投光手段の回転に同期して旋回するとと
   もに、受光部が該紙面と入射光軸との交点を臨んで該紙
   面によって反射した光を前記直線偏光の振動方向と等し
   い方向に振動する直線偏光を分離する偏光子を透過させ
   て該直線偏光を捕捉する少なくとも１個の受光手段と、 前記受光手段により測定された反射光強度が入力され、
   該入力信号を適宜に処理して光強度情報を出力する光情
   報処理回路と、 前記光情報処理回路の出力信号から繊維配向指数や繊維
   配向角などを算出する演算回路とからなり、 前記受光手段によって該受光手段の旋回中に旋回軌道上
   の少なくとも８ヵ所において該紙面によって反射した光
   を順次に捕捉することを特徴とする紙の繊維配向測定装
   置。
10. 【請求項１０】 静止または走行中の紙の紙面に対して
    垂直に直線偏光からなる検出光を照射するとともに、光
    軸を中心として回転する投光手段と、 前記投光手段から照射され紙面で反射した反射光を入射
    光軸上の定点を通る方向に反射させる環状反射鏡と、 前記環状反射鏡で反射した反射光を前記入射光軸の方向
    に反射させるとともに、該光軸を中心として前記投光手
    段の回転と同期して回転する測定光反射鏡と、 前記測定光反射鏡で反射した反射光を、前記直線偏光に
    対応し投光手段と同期して回転する偏光子を透過させて
    該直線偏光を捕捉する受光手段と、 前記受光手段により測定された反射光強度が入力され、
    該入力信号を適宜に処理して光強度情報を出力する光情
    報処理回路と、 前記光情報処理回路の出力信号から繊維配向指数や繊維
    配向角などを算出する演算回路とからなり、 前記投光手段と前記偏光子との１回転中に少なくとも前
    記環状反射鏡の８ヵ所に対して、前記紙面によって反射
    された光を前記受光手段で順次に捕捉することを特徴と
    する紙の繊維配向測定装置。
11. 【請求項１１】 前記検出光である直線偏光が入反射面
    に対して垂直方向に振動する偏光であることを特徴とす
    る請求項９または請求項１０のいずれかに記載の紙の繊
    維配向測定装置。
12. 【請求項１２】 前記受光手段の旋回軌道または環状反
    射鏡をほぼ等間隔に分割する位置において該受光手段に
    よって反射光を捕捉することを特徴とする請求項６ない
    し請求項１１のいずれかに記載の紙の繊維配向測定装
    置。