JPH07502116A - 多層被覆測定及び制御 - 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】 多層被ｆｆｌ測定及び制御 発明の背景 本発明は基材に被覆された多層被覆材料の量を測定し、制御するための装置と方 法に関し、特にボール紙などの紙シートに被覆された異なる成分を含有する多層 被覆材料の坪量を監視し、調節する装置と方法に関するものである。

白い印字可能な表面を得るためにボール紙を種類の異なる被覆材料で被覆するこ とが望ましいことがよくある。ボール紙は実に様々な材料で被覆することができ るが、主として炭酸カルシウム（Ｃａ　ＣＯｓ　）から成る塗料状の物質と、ラ テックス結合剤と、場合によっては多少の粘土を含むような基層被覆でまず被覆 されることが多い。次に、主として粘土・ラテックス結合剤と必要ならば多少の ＣａＣ０を含む上層被覆で被覆される。Ｃａ　ＣＯａと粘土は共に白色顔料とし て使われる。Ｃａ　ＣＯ３は顔料としてもっとも安価であるが、粘土はどボール 紙の印刷性を高めることはできない。したがってＣａ　ＣＯａは基層被覆の基本 成分として推奨され、粘土は印刷が行われる上層被覆の基本成分として推奨され る。被覆は穀類の箱、靴箱、及びその他の包装用の箱に白色表面を提供する。そ の代わりに、あるいはそれに加えて、このような被覆はボール紙に防水性を持た せるのにも使用できる。

これらの被覆は製紙工場で製紙過程の一部としてボール紙を被覆することができ る。代案として、ボール紙の大きなロールから予め製造したボール紙を「コータ ー」と呼ばれる別の被覆機械に供給しても良い。いずれの工程でも、未被覆のボ ール紙は通常「横断方向」の幅（即ち、ボール紙機械を通る紙の移動方向に対し て横方向）が１５フィート以上のシートとしてコーターに順に送られる。

基材に均一な「坪量」　（即ち、シートの単位表面積あたりの被覆材料の重量） の被覆をほどこすことが望ましいことが多い。例えば、ボール紙の印刷性は艶出 し被覆の均一な層によって向上し、艶出し被覆はラテックス及び、またはＴｉＯ ２などの比較的高価な材料の少なくとも一方を含んでいることがある。もちろん 、均一な被覆層はこれらの材料の浪費を防止することができる。工程によっては 、被覆の均一性を１グラム／ｍ２の数分の１に制御しなければならない。

ボール紙の比較的広い横断方向の幅と均一な被覆の要求条件を満たすために各種 の複雑なコーターが設計されてきた。コーターの一種であるブレードコーターは 移動するシートの片側に隣接して位置する回転裏打ちドラムと、シートの反対側 に隣接して位置する可撓性のブレードを備えている。そのドラムとブレード端が 、シートが通過する狭い隙間を形成し、シートが隙間を通るときにシートを被覆 する被覆材料の留まりを保持する。ブレード端は余分な被覆剤を除去するために 隙間を通過するシートを押さえつける。

ドラムからブレード端までの距離は重要なファクタである。したがって、ドラム は高い精度の許容誤差で製造し、設置しなければならない。シートに被覆される 被覆層の厚みを制御するためにコーターは、被覆されたシートに対するブレード 端の圧力及びドラムに対するブレード端の位置を調節するためのアクチュエータ との少なくとも一方を備えている。ブレードはわずかに曲げるか撓ませることの できる薄い鋼鉄製部材で通常作られている。アクチュエータは、アクチュエータ の近傍においてブレードによって加えられる圧力をそれぞれのアクチュエータが 制御し、シートに被覆される被覆剤の量を制御するようにブレードの長さに沿っ て間隔を置いて設置される。それぞれのアクチュエータの近傍にあるブレードの 横断方向の長さを「スライス」と呼ぶ。Ｍｅａｓｕｒｅｘ社に譲渡された、以前 のＢｏｉｓｓｅｖａｉｎに対する米国特許第４，７３２，７７６号である、米国 参照番号第３３．７４１号は、この種の被覆ブレードアクチニエータを含むコー ターを記載している。この再発行特許は参照文献として本書に含められている。

シート温度及び厚みの局所的な変動、及び可能性としてその他の要因は、補償し ない限り、被覆が不均一になる傾向がある。したがって、シート上の様々な場所 で被覆剤の量を測定し、その測定値に基づいて複数の横断方向の位置でシートに 対するブレードの圧力を制御する能力を持つことが重要である。

Ｍｅａｓｕｒｅｘ社に譲渡された、Ｈｏｗａｒｔｎに対する米国特許第４，９５ ７．７７０号は単一の被覆成分の量を検出することによって紙の上の被覆の坪量 をＩＪＩ定するための被覆センサを記載している。この特許は参照文献として本 書に含められている。しかしながら出願者らは、自分たち自身のものを除いて、 基材上の多重被覆の量を決定するために複数の被覆成分の量を測定する単一のセ ンサを使用する装置や方法は承知していない。多重被覆制御のもつとも困難な面 の一つは、特に被覆を１グラム／ｍ２の数分の１の精度で１ｌｌＪ定しなければ ならないとき、シートに被覆された被覆層のそれぞれの量を正確に測定すること である。

し力化ながら、６個のセンサを使用することによって紙のシートに被覆された二 層の被覆の量を測定する方式がある。この方式によれば、紙シートは最初に基層 被覆を施す第一のコーターを通過し、次いで基層被覆を乾かす加熱ドラムのスタ ックを通って走行する。シートは次に基層被覆の上に上層被覆を施す第二のコー ターを通過し、その後上層被覆を乾かす加熱ドラムのスタックを通過する。

第一の坪量センサと水分センサは第一のコーターの上流に配置する。第一の坪量 センサは未被覆シート（即ち、紙の繊維と水分）の坪量を測定する。β線坪量セ ンサはシートを通過して伝達されたβ線の量を検出するこ゛とによってシートの 坪量を決定する。赤外線水分センサは水分吸収ピークの前後を中心とするスペク トル帯域内でシートを通って伝達された、あるいはシートから反射された赤外線 の量を検出することによってシートの水分含有量を決定する。

第二の坪量センサと水分センサは第一のコーターの下流、第２のコーターの上流 に配置する。第２の坪量センサは紙繊維の坪量と、基層被覆と、紙繊維によって 吸収された水分を含む、第一のコーターから出てくるシートの総坪量を測定する 。

シートを形成する紙繊維の量は未被覆シートの坪量から水分の坪量を差し引くこ とによって決定される。同様に、基層被覆したシートの坪量から基層被覆したシ ートの水分の坪量をさし引くことによって、基層被覆と（水分のない）紙繊維の 坪量が決定できる。最後に、（水分のない）基層被覆したシートの坪量から紙繊 維の坪量を引くことによって、基層被覆の坪量が決定できる。

それぞれのスライスにおける基層被覆の坪量を所望の値と比較し、所望の基層被 覆プロフィールを実現するためにそれぞれのスライスにおいて被覆ブレードアク チュエータを制御するための対応する信号を発生するために、プロセス制御コン ビ二一夕を使用することができる。しかしながら、以下に説明するごとく、この 方式では上層被覆の坪量を決定するために第三の坪量センサと水分センサを必要 とする。

第三の坪量センサと水分センサは第一と第二の両方のコーターの両方の下流に配 置する。第三の坪量センサは、第二のコーターから出てくるシートの紙繊維と、 基層被覆と、上層被覆と含を水分を含む。総坪量を測定する。基層被覆を乾燥（ 及び紙から水分を除去）するために加熱ドラムを使用するときは、第三の水分セ ンサが必要である。なぜならば第一のコーターから出てくる紙の水分含有量は第 二のコーターから出てくる紙の水分含有量にもはや等しくないからである。

上層被覆の坪量は次のように計算する。最初に第二のコーターから出てくる紙の 水分含４−Ｑを第三の坪量センサで測定したシートの総坪量から差し引く。これ によって上層被覆、基層被覆と（水分を含まない）紙繊維の総坪量が得られる。

次に、上層被覆の坪量は第二のコーターから出てくるシートの総坪量から紙繊維 と基層被覆の坪量を差し引いて決定される。

次にプロセス制御コンピュータを使用して、シートの幅を横切るそれぞれのスラ イスにおいて上層被覆の坪量と所望の値を比較し、所望の上層被覆のプロフィー ルを実現するためにそれぞれのスライスにおいて被覆ブレードアクチュエータを 制御するための対応する信号を発生させることができる。

しかしながら、上述の方式では６台のセンサが必要であり、センサは検定して、 良好な作動状態に維持しなければならない。その上、これら６台のセンサのそれ ぞれから得られた測定値につきものの誤差が上層被覆と基層被覆の坪量を決定す るのに必要な数学的計算を介して伝わってしまう。

シートに被覆された被覆材料の量を測定するための別の方式では、被覆されたシ ートを、原子が蛍光を発するように被覆内の原子を励起させる非常に高いエネル ギのＸ線で照射する必要がある。蛍光発光原子は被覆内の元素に固有の波長を有 するＸ線を放射する。Ｘ線は特性波長における蛍光強度によって被覆の量を決定 することができる。

さらに別の技術において、シートの一部がＸ線によって照射され、シートを通っ て伝達されたＸ線の強度が検出される。しかしながら、Ｘ線は木材バルブ繊維、 水分、または紙シートによく使用されている無機充填剤によって吸収される。Ｘ 線の透過は被覆材料だけに影響されるのではないので、センサはコーターの前後 に配置しなければならない。そしてシートの被覆及び未被覆部分を通るＸ線の透 過の差を測定し、シートに被覆された被覆材料の量に関係付けなければならない 。

この技術は複数個のＸ線源とセンサを必要とする。さらに、それぞれのセンサに よってなされる測定に固有の誤差が決定された被覆量の誤差の一因となることが ある。

したがって、本発明は基材に被覆された多重被覆層の量を測定し、制御するため のもっと容易で、安価で、もっと正確なセンサ、システム及び方法を提供する。

発明の要約 本発明は電磁スペクトルの少なくとも三つの別個の波長帯域で、基材から反射さ れた、あるいは基材を透過した放射線の測定を使用して基材上の多重被覆層の量 を測定し、制御するのに使用することができる。本発明は主として移動する紙シ ートのオンライン被覆測定のための赤外線センサと共に使用することを意図する が、それに限るものではない。したがって、簡潔にするために、本発明をこの文 脈によって説明する。しかしながら、本発明はプラスチックなどの他の基材、さ らには基材がシート状でない場合にさえも適用可能であることを理解しなければ ならない。

一つの実施態様において、本発明は移動するシートの横断方向に前後に走査され る被覆センサを備えている。被覆センサはシートの縦横方向に沿って基礎シート 上の被覆の坪量を測定し、シートを透過する赤外線またはシートからの反射に影 響するシートの坪量と水分含有量の変化を補償する。したがって、その測定値は 、シートの幅方向、長手方向の坪量またはその水分含有量が均一でないときにも 精度を保つ。

被覆センサは移動するシートに向かって放射線を放射する電磁放射源を含んでい る。便宜上、本発明は本明細書を通じて主として赤外線を使用するものとして記 載される。しかしながら、本発明は他の形の電磁放射線を使用できることを理解 しなければならない。いずれの場合にも、電磁放射線がシートに達すると、まず 被覆を透過して、基村内に入る。ビーム（またはエネルギ）の一部は次にシート を透過する。さらに、エネルギの一部はシートから反射される。それぞれの被覆 成分はその固有の吸収スペクトルを持つ。例えば、赤外線は広い範囲の波長を包 含する。しかしながら、特定波長の赤外線はそれぞれの被覆成分及び／または未 被覆シート自体によって選択的に吸収される。

被覆センサはさらに受信器を備え、受信器はソースに対してシートの反対側に配 置することができる。この場合、受信器はシートを透過したビームの部分の強度 を測定する。その代わりに、ビームの反射された部分の強度を測定するために、 受信器は放射源に対してシートの同じ側に置（こともできる。いずれの場合にも 、受信器は一般的に、少なくとも一個のビームスプリッタと、帯域フィルタを組 み合わせた少なくとも三つの検出器とを備えている。ビームスプリッタはビーム の一部を別個の検出器に向ける。帯域フィルタが帯域内に当たるスペクトルの部 分を通過させるためにそれぞれの検出器に組み合わされる。

第一検出器と組み合わされた第一の帯域フィルタは第一の被覆成分（例えば、ラ テックス）によって強く吸収されるスペクトルの波長を通過させる。このスペク トル帯域、第一の成分測定帯域（例えば、ラテックス測定帯域）は第一の被覆成 分の吸収ピークの周囲に位置づけられる。したがって、第一の検出器を第一の成 分測定検出器と称する。

第二検出器と組み合わされる第二帯域フィルタは、第二被覆成分（例えば粘土） により強く吸収されるスペクトルの波長を通す。このスペクトル帯域、すなわち 第二成分測定帯域（例えば粘土測定帯域）は、第二被覆成分の吸収ピーク前後に 置かれている。この帯域は、第一、第二被覆成分で被覆されたシートが、以下に 述べる第一、第二成分の基準帯域内の同一シートよりも多くの放射線を吸収する よう選択される。第二検出器は、第二成分の測定検出器として知られている。

第三検出器と組み合わされる第三帯域フィルタは、放射線がベースシートにより 強く吸収されるが、第一、第二被覆成分によっては弱くしか吸収されない（言い 換えれば第一、第二被覆成分に対して敏感でない）スペクトル波長を通す。この スペクトル帯域は第一、第二成分基準帯域として、また、組み合わされる検出器 は第一、第二成分基準検出器と、それぞれ称される。第一、第二成分基準用に同 一スペクトル帯域を選ぶことにより、第−被覆成分は、第二被覆成分の吸収がら の干渉を最小化しながら、また逆に、測定することもできる。

反射センサの場合、第一、第二成分基準帯域は被覆力測定帯域とも称され、また 、組み合わされる検出器は被覆力測定検出器とも称される。第三被覆成分が第二 被覆成分より高い被覆力（つまり、後方散乱力）を有することから、この帯域は 、第三被覆成分に対する方が第二被覆成分に対するよりも敏感である。第三成分 は、放射線を第三フィルタと、さもなければ第三波長で強く吸収される基材によ り吸収されていたであろう第三検出器とに後方散乱する。つまり、第三検出器か らの出力信号は、主に、ベースシートや、第三被覆成分（例えばＣａ　Ｃ０３な ど）の強い後方散乱かまたは被覆による吸収に敏感である。検出されたエネルギ がシートを通じシートの片側から反対側へ透過した時、透過センサの吸収量は主 にベースシートのセルロース繊維の坪量次第となる。従って被覆力測定検出器（ 第一、第二基準検出器としても用いられる）からの信号の大きさの、水分と被覆 力基準検出器からの信号の大きさに対する比率は、ベースシートの紙繊維の坪量 を示す。

さらに、仮に受信器と放射源がシートの同じ側に配置されている場合でも、第一 、第二基準検出器の出力がなおもベースシートの坪量変化に敏感である可能性が ある。これは、放射線がシート表面で部分的にのみ反射されるからである。放射 線の殆どは、シート内部へと次第に浸透し、そして（または）さらに多くのシー ト材に遭遇していくに連れ、反射されるビーム全体の比率が益々高まり、シート に浸透する。このように他のすべてが一定である場合、坪量が大きなシートは坪 量が小さいシートよりも多くのエネルギを反射する。勿論、坪量の大きいシート を使用すると、シートを通じて透過される放射線が低下するようになっている透 過被覆センサでは、これと逆の結果が生じる。

可能な場合、第一成分測定帯域は、ベースシートによる平均吸収が、第一、第二 成分基準帯域内のベースシートによる平均吸収と同等となるよう、あるいは、は ぼ同等となるよう、選ばれる。同時に、第一成分測定帯域と第一、第二成分基準 帯域は、各自の第一被覆成分に対する感度が別々になるように選ばれる。従って 、第一、第二成分基準検出器からの出力信号の大きさを、第一成分測定検出器か らの信号の大きさで割った比率が、第一被覆成分の量を示す。

対照的に、第二成分測定帯域は、第二成分測定帯域内のベースシートによる平均 吸収が第一、第二成分基準帯域内のベースシートによる平均吸収と同等となるよ う選ぶことはできない。同時に、第二成分測定帯域と第一、第二成分基準帯域は 、第二被覆成分に対する各自の感度が異なるよう、選ぶことができる。従って、 第二成分測定検出器からの信号の大きさで割った第一、第二成分基準検出器から の出力信号の大きさの比率は、第二被覆成分の量を示すが、以下に述べるように 、ベースシートの坪量の変化に対し補正を必要とする。

また、第四帯域フィルタも、ここで便宜上水分として述べられる干渉成分に対し 補正が必要となることがあり得る。第四帯域フィルタは、第四検出器と組合わさ れており、シート内の水分により強く吸収されるスペクトルの波長を通す。この スペクトル帯域は、水分測定帯域と呼ばれ、水分吸収ピーク付近に置かれる。

組み合わされる検出器は水分測定検出器と呼ばれ、水分吸収が第一、第二成分基 準帯域に対して持つあらゆる影響の補正に使われる出力信号を提供する。

第五検出器と組み合わされる第五帯域フィルタは、未被覆シート、強い後方散乱 性のある第三被覆成分で被覆されたシート、および、第一、第二被覆成分で被覆 されたシートにより、はぼ同等に吸収されるスペクトル帯域を通す。このスペク トル帯域は、水分および被覆力基準帯域と呼ばれる。水分基準検出器からの出力 信号の大きさの、水分測定検出器からの信号の大きさに対する比率は、シート内 に含まれる水分の量を示す。代表的な紙製品が含む水分は様々であるが、水分が ゼロもしくは安定しているシート製品は、水分補正を必要としないこともあり得 る。

また、第五帯域フィルタは、坪量あるいは被覆力測定用の基準帯域として用いら れるスペクトル帯域を通すためにも用いられる。既に述べたように、第三検出器 からの出力信号は、主に、ベースシートによる吸収と第三被覆成分に依存してい る。従って、被覆力基準検出器からの出力信号の大きさの、被覆力測定検出器か らの信号の大きさに対する比率は、ベースシートの坪量の変化を示す。この比率 は、次に、第二成分測定帯域と第一、第二の成分基準帯域の間のベースシート感 度における不均衡の補正に用いることができる。

本発明によれば、様々な検出器からの出力信号の比率（あるいは相違）は、様々 な選択被覆成分と、おそらくは水分とを決定するために用いられる。既に述べた ように、測定および基準帯域フィルタ双方の通過帯域内の波長を持つ放射線は選 択成分に対し感度が異なることから、測定および基準検出器からの出力信号の比 率（または相違）は、被覆成分や水分の量を示す。通常の場合、被覆成分は既知 の一定比率において被覆内で混合される故、各被覆成分の量は、被覆材の相応す る量に対し相関性を示すことができる。

さらに、電気的に加熱したワイヤにより、簡単に赤外線放射源を作ることができ るから、また、放射線が健康への影響を殆ど持たないか、あるいは害があるとは 知られていないから、表面積や加熱されたワイヤの温度を高めることにより簡単 に必要な限りまで信号を強めることができる。

前述のように、被覆センサからの信号は、シート上の被覆材の各々の量の１ｔ） Ｉ定を提供するため、以下に提示されている数学的計算を遂行するプロセス制御 コンピュータに伝達可能となる。コンピュータは、これらの測定を望ましい被覆 量と比較する。その後、コンピュータは、被覆ブレード制御アクチュエータを、 そして、引き続き、各横断方向の位置でシートに被覆された各被覆量の調節に使 用され得る制御信号を生成する。もし、被覆実施中に、いずれかの横断方向の位 置で、施された被覆を望ましい量に維持するためにコーターブレードの調節を要 する状況が発生した場合、調節は、プロセス制御コンピュータから−または複数 のブレードアクチュエータに適切な信号を伝達することにより行うことができる 。

従って、本発明は、シートに施された複数の被覆の量および（または）坪量に対 する高度な横断方向的制御を達成するために、システム内で複数の被覆成分を検 出する能力を備えた安全でしかも精度が高い被覆センサを提供するものである。

図面の簡単な説明 図１ａは、シートをモニタし、二層の被覆層を施するためのシステムの概略的な 透視図である。本発明による走査反射型赤外線被覆センサがシートに被覆された 二層の被覆の量をモニタする。

図１ｂは、図１ａのシートの被覆されていない部分の拡大図である。

図１ｃは、図１ａのシートの基層被覆が施された部分の拡大図である。

図１ｄは図１ａのシートの上層と基層の被覆が施された部分の拡大図である。

図２は、図１ａの反射型赤外線被覆センサの断面の概略図である。

図３は、ＣａＣＯ３とラテックスで被覆されたシート、粘土とラテックスで被覆 されたシートおよび非被覆紙のシートのための赤外線後方散乱反射スペクトルの 説明図である。

図４は、ラテックス型結合剤や典型的な被覆の粘土成分のための赤外線透過スペ クトルの説明図である。

好適な実施態様の詳細説明 以下の説明は、本発明の現在考えられる最良の実施態様に関するものである。

この説明は、本発明の一般原則を説明する目的で行われているものであり、制限 的意味で受け止められるべきものではない。本発明の範囲については、添付され た請求の範囲を参照することにより定められる。

図１ａは、二層の被覆層の被覆を測定し制御するための紙のシートの被覆システ ム１０について例示している。例示の通り、非被覆紙のシート１２（図１ｂ）が 先ず、パツキングロール１６とブレード１８の中間に備えられている基層被覆１ ４のサプライを通じて、引き出される。前述のように、基層被覆１４は主に炭酸 カルシウム（ＣａＣＯ３）、ラテックス結合剤とおそらくは多少の粘土でできた 塗料状の物質であり得る。シート１２用の出口スロット２０は、シート１２のス ロット２ｏ上の基層被覆２４（図１ｃ）の厚さがブレード１８とロール１６の距 離と圧力により決定されるよう、ロール１６とブレード１８の隣接するエツジの 中間に形成されている。

アクチュエータ２６は、ブレード１８の長さ方向に沿って、一定間隔で設置され 、各アクチュエータ２６の周辺でのブレード１８の屈曲を、アクチュエータ２６ がブレード１８をロール１６の方向や逆方向へと動かすに連れ、シート１２上の 基層被覆２４がそれぞれ薄くなったり厚くなったりするよう制御する。アクチュ エータ２６は、３インチか６インチの間隔を開けて設置されることが望ましい。

基層被覆が施されたシート１２は、スロット２０を出た後、多数の加熱されたド ラム３ｏの上を通過し、ドラム３０が基層被覆２４を乾燥させる。次に、乾燥し た基層被覆シート１２が、パツキングロール１７とブレード１９の中間に備えら れている上層被覆２２のサプライを通じて、引き出される。上層被覆２５（図１ ｄ）は、主に粘土、ラテックス結合剤、および、多分いくらかのＣａ　ＣＯａで 構成することができる。

基層被覆２４を被覆する場合、ブレード１９の端部とロール１７の間の距離と圧 力が、スロット２１から出てくる上層被覆２５の厚さを決定する。ブレード１９ に沿って一定間隔を置いて設置されたアクチュエータ２３は、各アクチュエータ ２３の周辺でブレード１９の屈曲を制御する。アクチュエータ２３は、ブレード １９をロール１７の方向やそれと逆の方向へと動かし、この夫々の移動に応じて 上層被覆２５はだんだん薄くなりまた厚くなる。次に、上層被覆が被覆されたシ ート１２は上層被覆２５を乾燥させる加熱ドラム３０の第二セットの方向に通っ ていく。

次に、上層と基層の被覆を施されたシート１２は、反射型赤外線被覆重量センサ ３２の傍を通過する。センサ３２は、移動する上層被覆と基層被覆を施されたシ ート１２の幅を横切る矢印２８の方向を走査動作で往復する。従って、センサ３ ２は、シート１２の幅と長さを横切る様々なスライスの位置でシート１２がら反 射した赤外線放射量を測定することができる。

センサ３２からの信号は次に、信号処理回路３５を経由し、プロセス制御コンピ ュータ３４へ伝達される。そこでは、その信号は、分割されている。信号がシー ト１２の幅全体の特定スライス位置に関連付けられるよう、時間的にデマルチプ レクス（分割）される。以下に説明するように、コンピュータ３４は次に、これ らの信号に基づき、各スライス位置での上層被覆２４と基層被覆２５の両方の坪 量を決定するために、各種計算を実行する。次に、コンピュータ３４は、測定さ れた坪量を各スライス用にあらかじめ決定された望ましい値と比較し、各スライ ス用の基層被覆２４や上層被覆２５の望ましい坪量を提供するために、アクチュ エータ２Ｇと２３の少なくとも一方にそれぞれに各スライス位置でブレード１８ や１９を曲げさせる制御信号の生成をアクチュエータ制御器３６に指示する。代 表的な目標は、上層被覆２５と基層被覆２４の坪量がシート１２の幅や長さの方 向全体に均一であることである。

図１ａの赤外線被覆ｆｆ１ｊｌセンサ３２は、図２にさらに詳しく説明されてい る。センサ３２は、シート１２を覆っている被覆２４と２５の量を測定するため に用いられており、シート１２の坪量や水分含有量の変化から生ずるどんな影響 に対しても自動的に補償する。センサ３２は、赤外線放射源３８として使われる 白熱灯１個と、焦点レンズ３９を通じシート１２に向けて放射源３８から赤外線 放射４３のビームを方向付ける楕円反射鏡４０とを含む。図２に示されるように 、反射型赤外線被覆センサ３２は、シート表面に対する垂直＆Ｉ８０から１０度 の角度で赤外線放射ビーム４３を被覆済みシート１２方向へと導く。

好適な実施態様において、センサ３２は、シート１２の赤外線源３８と同じ側に 配置された受信器４２を含み、それが入射赤外線ビーム４３の一部である反射光 ４５を検出する。被５Ｉ２５の表面からの赤外線放射の強い反射を避けるため、 被覆済みシートから反射された赤外線放射を検出するためのセンサ３２の受信器 ４２は垂直線８０に対し赤外線源３８と同じ側に２０度の角度で設置されること が望ましい。

しかし、軽量紙のシートを測定する場合、赤外線放射がかなりの割合でシート１ ２を突き抜けて透過する。センサ３２の受信器４２は、シート１２で放射［３８ からは反対側に配置することができ、透過測定を可能にしている。この場合、入 射赤外線ビーム４３が、レンズ４７に入射する前および入射後、検出器５８．５ ９．６０．６１および６２により検出される前に、放射源とセンサ３２の受信器 側の間を前後に反射することは、本発明にとり望ましいものの、必ずしも必要と いうわけではない。ビーム４３が赤外線源３８から受信器４２へと移動するにあ たり、シート１２を通して繰り返し反射される時それは被覆２４や２５、および シート１２と相互作用する複数の機会を持ち、従って、被覆坪量の決定にあたり より大きな感度を与える。

そうした複数回の反射は、受信器４２を放射源３８に関してシート１２の反対側 に、ただし受信器４２を放射源３８に対し一直線上の反対側に置くよりもむしろ 、受信器４２を放射［３ｇから横方向にずらして配置することにより、達成する ことができる。

シート１２の反対側に対して平行な反射表面（明示されていない）は、放射源３ ８から受信機４２へと移動するにあたりシート１２と被８！２４．２５を通じビ ーム４３を繰り返し反射する機能を果たす。Ｈｏｗａｒｔｈに与えられＭｅａＳ ｕｒｅＸ社にｊ渡された米国特許第３，７９３，５２４号に、シート１２を通じ て複数の反射を達成するための様々な配置が記載されている。この特許は参考ま でにここに組み入れられている。

図２に説明されている通り、受信器４２は、反射された赤外線ビーム４５を５本 の別々のビーム４Ｂ、４７．４８．４９、および５０へと、共に分割するビーム スプリッタ４４とビームスプリッタ６３を備えている。これらのビームは各々、 検出器（硫化鉛検出器であることが多（９５８，５９，６０，６１および６２直 前の各ビームの各経路に配置された別々の帯域フィルタ５２．５３．５４．５５ および５６で検出される。各フィルタ５２．５３．５４．５５および５６は、入 射するビーム４６．４７．４８．４９および５０に関連して選択され、配列され 、そして、これらのフィルタの各々が、赤外線スペクトルの分割された帯域の赤 外線放射を透過する。各種フィルタ５２．５３．５４．５５および５Ｂの通過帯 域外の赤外線放射は、これらのフィルタによりビームスプリッタ４４か６３のい ずれかの方向にはねかえり、反射されるため、検出器には到達しない。

その結果、単一反射光線４５がレンズ４７からビームスプリッタ４４と６３へと 導かれるが、ビームスプリッタ４４およびＢ３とフィルタ５２．５３．５４．５ ５および５６の組み合わせが、異なる赤外線検出器５ｇ、５９．６０．６１およ び６２によりそれぞれ検出される５種類のビーム４６．４７．４８．４９および ５０へとビーム４５を分割する。以下に、様々な帯域フィルタや検出器の目的を さらに詳しく述べる。

特定の状況の下では、放射源３８からシート１２に入射される赤外線放射を既知 の周波数で変調することが望ましい場合がある。この変調は、いくつかの装置の いずれか一つで遂行できる。例えば、図２に例示される通り、音叉８４の叉８２ をビーム４３の経路に配置することができる。叉８２がビーム４３の経路を出入 りを繰り返すに連れ、振動する叉８２がビーム４３を変調することになる。ある いは、ビーム４３がスロット内を透過したりディスクの不透明部分では阻止され たりを交互にできるよう、均等に間隔をあけた半径方向のスロットを複数個備え た不透明なディスク（図示されていない）をビーム４３の経路内で回すこともで きる。いずれの装置を使ってもビーム４３はある周波数で変調される。従って、 各赤外線検出器５８．５９．６０．６１およびＢ２は、ビーム４３と同一周波数 で正弦的に変調される。さらに、検出器の出力はビーム４３の反射成分４５に直 接依存していることら、検出器出力の位相は変調されたビーム４３の位相に依存 する。しかし、シート１２、基層被覆２４、上層被覆２５、およびその他の外部 源（図示されていない）から発する赤外線エネルギも、検出器５８．５９．６０ ．６１および６２へと到達する。それ故、各検出器信号は交流成分（ＡＣ）と直 流成分（Ｄ　Ｃ）の両成分を含む。

検出器５８．５９．６０．６１および６２の各出力は、信号処理回路３５（図１ ａ）に送られる。この回路は、検出器信号のＤＣ成分を濾過し除くよう設計され ている。濾過されたＡＣ検出器信号は、次に、信号処理回路３５に含まれている 位相同期復調回路へと伝達される。位相同期復調回路の目的は、シ一トｌ２また は、シ一ト１２上の基層被ａｌ２４か上層被覆２５の赤外線吸収の変化により引 き起こされるものではない検出器信号内の変化を濾過することである。例えば、 検出器信号内の６０Ｈ　ｚラインノイズは、以下に説明される通り、復調器回路 により濾過することができる。

音叉８４の叉８２を音叉８４の共振振動数で駆動するため、正弦波発振器８Ｂが 使われる。この正弦波発振器８６の出力は、音叉８Ｇの駆動に加えて、ライン６ ５に沿って、検出器５８、５９、６０、６ｌおよび６２からの出力信号と同一位 相を持つ方形波に正弦波を変換する信号処理回路３５へと伝達される。この方形 波は次に、検出器５８、５９、θ０、６１およびＢ２のそれぞれから濾過された 信号と共に、信号処理回路３５の位相同期復調器部分へと送られる。検出器５８ 、５９、６０、６ｌおよび６２からの信号は、無論、正弦波発振器８６の出力と 同一周波数で変調される。従って、検出器５Ｂ、５９、６０、６ｌおよび６２の それぞれからの出力を同一周波数及び位相を持つ方形波で復調し、次に、復調さ れた出力を多くのサイクルにわたり平均することにより、外部赤外線源や６０Ｈ ｚライン電圧のような外部信号の強度の変化から生ずる検出器信号内の変化が被 覆坪量測定値から除去される。他の外部源や、電源からの６０Ｈ　ｚラインノイ ズに発し、検出器５８、５９、６０、８１および６２に到達する赤外線エネルギ 強度の変化は、誤った被覆測定値を導き兼ねない。

検出器５８、５９、８０，　６１および６２のそれぞれからの復調された信号の 平均振幅は、各検出器５８、５９、６０、６１および６２とそれぞれ組み合わさ れるフィルタ５２、５３、５４、５５および５Ｇの通過帯域内の上層および基層 被覆を施されたシ一ト１２の様々な部分から反射される赤外線放射量を示す。こ れらの振幅を平均し、変調した検出器信号の振幅は、次に、信号処理回路３５に より測定され、ディジタル化され、処理制御コンピュータ３４へと送られる。コ ンピュータ３４は、以下に述べる式と技術を用い、基層被覆２４と上層被覆２５ の坪量を算出する。

図３は、非被覆紙シートの赤外線反射スペクトル６５、ＣａＣｏ３とラッテクス で被覆されたシートのスペクトル６Ｇ、および粘土・ラテックスで被覆されたシ ートのスペクトル６７を図示したものである。また、図３は、水分基準検出器６ ２、水分量検出器６１，粘土・ラテックス基準検出器５８、粘土量検出器５９、 およびラテックス測定検出器ＢＯ（図２）とそれぞれ組み合わされる水分基準５ ６、水分量５５、粘土φラテックス基準５２、粘土量５３、およびラテックス量 ５４フィルタのための通過帯域の位置も示している。粘土・ラテックス基準５２ およびラテックス量５４の帯域フィルタは、それぞれの通過帯域内でのシ一ト１ ２による赤外線放射の平均吸収が同等またはほぼ同等となるよう、選ばれる。こ の方法で、粘土・ラテックス基準検出器５８およびラテックス量検出器６０で生 成された信号は、非被覆シ一ト１２に関し、同等になる（あるいは、殆ど同等に なる）。

水分基準５６、水分量５５、粘土・ラテックス基準５２、粘土量５３およびラテ ックス量５４フィルタの通過帯域のための望ましい中心波長は、それぞれ、約１ ．８４μｍ１１．９４μｍｓ　２．０９μｍｓ２−２１μｍ，および２．３０μ ｍである。これらのフィルタのそれぞれのための帯域幅は、それぞれ約０．０４ 、０．０２、０．０４、０．０１および０．０１μｍが望ましいが、検出器で必 要に応じて望ましい信号強度やバランスを得るために拡大や縮小することが可能 である。

図４は、ラテックス用の赤外線放射スペクトル７２を示す。ラテックス測定フィ ルタ５４の通過帯域は、約２．３１μｍにおける強吸収ピーク（または、最低放 射）付近におちる。従って、被覆シートの場合には、ラテックス測定検出器６０ からの出力信号はシ一ト１２と被覆２４と２５に含まれるラテックスとにより生 じる赤外線吸収を示す。

その吸収ピークにおいてさえも、代表的な濃度においては、ラテックスのみでは 赤外線放射を僅かしか吸収しない。従って、ラテックス成分に起因する吸収量に ついては、ラテックス測定検出器００からのシグナル・ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）は 非常に低いので、ラテックス測定検出器６０はそれだけでは、反射した赤外線４ ５が遭遇するラテックス量を決定するのに使用することはできない。それにもか かわらずラテックス測定検出器６０と、粘土・ラテックス基準検出器５８とは同 等または実質的に同等に未被覆シ一ト１２に対して敏感であるので、粘土・ラテ ックス基準信号の大きさを、ラテックス量信号の大きさで割った比は、被覆２４ と２５のラテックス含有量を示す。同様に、粘土・ラテックス基準信号とラテッ クス量信号の大きさの差もまた、被覆材料２４と２５のラテックス含有量を示す 。更に、ラテックス量信号と粘土・ラテックス基準信号は、同じエラーの主な原 因になり易いので（例えば、光学距離内の、シート坪量、水分含有量及び塵埃の 変化）、ラチックス量信号と粘土・ラテックス基準信号との比または差は、たと え上記で検討した位相同期化復調フィルタリング技術を使用しな《でも、シ一ト １２の被８ｌ２４と２５のラテックス量を、正確に示すことになる。

被覆重量センサ３２を設定する場合には、ラテックス測定通過帯域と粘土・ラテ ックス基準帯域内の未被覆シートによる赤外線放射の吸収を、できるだけ「バラ ンスさせる」又は、均等化することが重要である。既知の赤外線通過帯域フィル タは、主として絶縁被覆により石英基材を被覆することにより作られる。絶縁被 覆の膜厚がフィルタ用の通過帯域の中心を決定する。絶縁膜厚を変えることによ り、フィルタはいかなる所望の帯域においても、通過帯域を有するようになる。

その代わりに、入射赤外線が垂直表面からある角度でフィルタに当たる程度にフ ィルタを傾けることにより、少なくともある程度まで、通過帯域をより短い波長 にシフトすることができる。この方法で、ラテックス測定帯域と粘土・ラテック ス基準帯域内のシ一ト１２による放射線の吸収を均等化するように、通過帯域を 微調整することができる。

更に受信器４２、に達する反射光線４５は主として下にある紙シ一ト１２から反 射し、または後方散乱するが、これはセルローズ繊維製であるので、強い散乱特 性を有する。このようにして、赤外線放射は少なくとも二度、被覆２４と２５を 通過し、かつラテックス測定帯域におけるより大きな吸収により、ラテックス測 定検出器６０からの出力信号は粘土・ラテックス基準検出器５８からのもの以下 にさえなる。

図３は、Ｃ　ａ　Ｃ　Ｏ　ａとラテックスにより被覆したシートのスペクトル６ Ｇ及び粘土・ラテックスにより被覆したンートのスペクトル６７が、ラテソクス 測定帯域においては、粘土・ラテックス基準帯域におけるよりも大きさが小さい ことを示す。

粘土・ラテックス基準検出器５８からの信号の大きさを、ラテックス測定検出器 ８０からの信号の大きさで割ると、被覆２４と２５のラテックスの量を示す。Ｒ ｌｔｘ　−　１１ｒｅｆ／ｌｌｔｘを、ラテックス比と称する。

図４は、約２．２μｍにおける粘土用発信スペクトル７３の強い吸収ピーク（ま たは最低発信）を示す。従って、粘土測定フィルタ５３の通過帯域は、この吸収 ピーク付近に落ちるように選択される。故に、図３において、粘土・ラテックス で被覆したシートのスペクトル６７の強さは、約２．１μｍにおける粘土・ラテ ックス基準帯域におけるよりも約２．２μｍにおける粘土測定帯域における方が 低い。これは、未被覆シートのスペクトル８５とよい対照をなし、その粘土測定 帯域における強さは粘土・ラテックス基準帯域におけるよりも大きい。故に、粘 土・ラテックス基準検出器５８からの信号の大きさを、粘土測定検出器５９から の信号の大きさで割った比は、彼覆２４と２５に含まれる粘土の量を示す。この 比、Ｒｅｌａ　”　Ｉｌｒｅｆ／Ｉｃｌａを、粘土比と称する。

図３はまた、被覆２４と２５により後方散乱する赤外線放射の部分があることを 示す。これは、粘土・ラテックス基準帯域における未被覆シートのスペクトル６ ５よりも大きい強さを有する、両被覆シートの反射スペクトル６６と６７により 示される。

更に、ＣａＣＯ３とラテックスにより被覆されたシートのスペクトル６Ｂは、Ｃ ａＣ０３が粘土よりも高い後方散乱力、いいかえれば「カバリング・パワー」を 有するので、粘土・ラテックスにより被覆したシートのスペクトル６７よりも大 きな強さを有する。

粘土・ラテックス基準帯域を選択して、後方散乱力を測定する、なぜならばこれ らの波長においては紙は強い吸収効果を有するが、一方ラテックス、粘土及びＣ 　ａ　Ｃ　Ｏ　ａは有しない。それ故、紙は被覆よりも本質的に放射の後方散乱 が少ないので、被覆の効果をより顕著にする。ラテックス、粘土及びＣ　ａ　Ｃ 　Ｏ　ａは、この帯域内では実質的に放射を吸収しないので、これらの存在は後 方散乱測定を妨げない。水分基準帯域もまた、後方散乱測定のための基準として 選択される、なぜなら、紙、ラテックス、粘土及びＣ　ａ　Ｃ　Ｏ　ｓに対する この帯域内の吸収が比較的低いからである。従って、粘土・ラテックス基準検出 器５８からの信号と、水分基準検出器６２からの信号との比は、被覆２４と２５ 内のＣ　ａ　Ｃ　Ｏ　３または粘土の量を示し、かつ粘土に対してよりも、Ｃａ ＣＯ３に対してのほうがより敏感である。

この比Ｒｅｅｌ　＝　Ｉｌｒｅｆ／ｌｉｒｅｆは、セルローズまたはカバリング ・パワー比と称する。

ある場合には、赤外線被覆センサ３２を設定することが困難となることがあるの で、粘土・ラテックス基準検出器５８とラテックス測定検出器６０からの出力信 号は、未被覆シートに対して同一の大きさを有する。同様に、粘土・ラテックス 基準検出器５８と粘土測定検出器５９からの出力信号は、未被覆紙に対しては一 般にレベルの大きさが同一でない。これらの値もまたシート１２の坪量により、 特により軽い坪量紙シートに対しては、影響されることがある。これらの場合に は、比Ｒｅｅｌは未被覆シート１２の坪量により影響されるので、−組の適切な 重み定数と共に、ラテックスの測定のための比Ｒ１ｔＸとＲｅｅｌ及び、粘土測 定用のＲｃｌａとＲｅｅｌを組み合わせることにより、坪量の依存関係の修正を 行うために使用することができる。

図３は、シート水分に起因する強い吸収ピーク（または、最低放射）が、全三個 のスペクトル６５．６６及び６７に対して約１．９４μｍにおいて存在すること を示す。

故に、水分ｎ１定帯域５５はこの位置付近に配置される。水分基準帯域５６は波 長による散乱力変化の影響及びシート’１１度の影響を最小にするために、水分 測定帯域の近くに配置する。水分基準帯域は、水分、紙、ラテックス、粘土及び Ｃａ　ＣＯ３による吸収が低いその他の波長に交互に配置してよい。水分を全部 除去するために乾燥させた紙シートについては、水分基準帯域と水分測定帯域内 の吸収はほぼ同等であり、シートの水分含有量の補償をする必要はない。けれど も、多くの紙製品は少なくも若干の水分を含有する。従って、水分基準検出器６ ２からの信号の大きさを、水分ｎ１定検出器６１からの信号の大きさにより割っ た比は、被覆シートの水分含有量を示す。粘土・ラテックス基準帯域は水分吸収 帯域の近くにあるので、水分含ｆｆｆｉの変化は粘土・ラテックス基準検出器５ ８が受け取る赤外線放射量に影響する。それ故上記の水分表示比は水分含有量の 変化の影響に対する被ｒＩｉ測定を補償するために使用される。このＲ■ｏｌ　 −１■ｒｅｌ’／Ｉ■ｏｆは、水分比と称する。

特に、放射センサを有するオプションとして、粘土基準として約２．２３μｍに おいて追加通過帯域を使用することができる。未被覆シートにおいては、この波 長での吸収はほぼ、２．２１μｍにおけるものと同一であり、粘土量と粘土基準 のバランスはこの選択により最適化されて、Ｒｅｅｌによる修正の必要性を低減 する。

このように、主として二回被覆の紙シートの四つの成分に対して敏感な四つの比 を決定した。（１）　Ｒｌｔｘ、主としてラテックスに対して敏感。（２）　Ｒ ｃｌａ、主として粘土に対して敏感。（３）Ｒｅｅｌ、主として放射形状用セル ローズ繊維坪量に対して敏感、かつ主としてＣａ　ＣＯａまたはその他強く散乱 するけれども反射率形状に対して、スペクトル的には中立材料である。（４）　 Ｒｓｏｌ、主として水分に対して敏感であり、修正係数として使用する。しかし これらの比のそれぞれは他の成分によって少なくとも部分的に影響される。それ 故、個々の成分は公式を用いて上記に定義した種々の比を組み合わせることによ り、がっ既知の被覆、水分及びシート坪量を有する物理的サンプルに関する実際 の測定に使用する多重線型回帰により決定した重み係数を用いて決定される。

そのような決定を行うための一つの公式は、下記の通りである。

被覆重量　−成分／部分（ｆｒａｃｔｉｏｎ）成分　−＾０＋＾１本（Ｒｌｔｘ −１）十＾２＊（Ｒｃｌａ−１）　十Ａ３＊（Ｒｅｅｌ−１）　＋　Ａ４本（Ｒ ｓｏｌ−１）　＋　Ａ５＊（Ｒｌｔｘ−１）／（Ｒｅｅｌ−Ａ８）。

被覆重量　−ｍｉｎ／被覆の単位 成分　−重量／特定被覆成分の単位面積、例えば、ラテックス部分　−特定成分 である被覆の部分、もし被覆が１２％ラテックスである場合には、ラテックスの 部分は０．１２であるＡＯは切片である。Ａ１〜Ａ５は傾斜である。Ａ６は偏り である。

公式の最後の項は、強く散乱する被覆成分（例えば、ＣａＣ０）が、若干の入射 赤外線放射をそれが被覆２４と２５を通過［、得ないうちにレシーバ４２の方へ 後方散乱させるということを、考慮している。強く散乱する成分は、ラテックス 成分に対する赤外線センサ３２の感度を低下させるということが評価されるべき である。

上記公式は、シート上の一層被覆の坪量、シート上の二被覆の個々の坪量、及び 二被覆のシートの合計坪量を決定するために使用することができる。

上記のように、目盛り補正定数ＡＯ，＾ｌ、Ａ２．Ａ３及びＡ５は、多重線型回 帰により決定する。Ａ６には、未被覆シート用のＲｅｅｌの値よりもゎずかに大 きい値がわりあてられる。Ａ４は、数個の異なった既知の水分レベルを有する物 理的サンプルの測定から決定する。Ａ４の試行値を選択する。次に、ＡＯ，Ａ１ ．Ａ２．Ａ３及びＡ５の値が線型回帰により決定される。次に水分含有量への測 定の依存度が計算される。この手順はＡ４の値の範囲にわたり反復され、ついで 最低の水分依存度を与える値が選択される。

コンピュータ（示してない）は被覆重量センサ３２と結合され、また各スライス 毎の坪量計算を行うことだけに専念させられる。しがし、最近の製紙工場は高度 に自動化されており、プロセス制御コンピュータ３４（図１ａ）を備えている。

これらの工場においては、赤外線被覆センサ３２が発生した信号は、上述の各横 断方向のスライス位置でシート１２に被覆する被覆材料２４と２５の量を計算す るために、信号処理回路３５を経由してコンピュータ３４へ供給される。次にこ れらの計算に基づいて、コンピュータ３４はアクチュエータコントローラ３Ｂに 指示して、各横断方向位置でシート１２に被覆する被覆材料２４と２５の量を選 択的に変更して、それぞれブレード１８と１９に沿って各スライスに取り付けた 被覆制御ブレードアクチュエータ２６と２３を選択的に作動させる信号を発生さ せる。

経済的及び環境上の関心のゆえに、製紙工業はますますリサイクル紙を使用する ようになっている。リサイクル紙には、元々シート被覆として被覆されたが、リ サイクル工程中にリサイクル基礎シート材料に組み込まれたと思われるラテック スの他、元々のシート材料に印刷するために使用したインクからのカーボンが含 まれていることがある。

本発明の利点は、インクに伴うカーボンが、赤外線スペクトルの全帯域にわたり 、均等な効率で赤外線放射を吸収するということである。従って本発明の実施中 に、カーボンベースのインクをふくむリサイクル紙が製造工程で使用される場合 、粘土・ラテックス基準検出器５８とラテックス検出器Ｇｏのバランスを取り直 す必要はない。

一方、ラテックスもまたシート１２に組み入れられることもあるであろう。この 状態では、上述の一次赤外線センサ３２と同様かまたは同一の二次赤外線センサ （明示してない）は、被覆材料２４をシートに被覆する前に、紙被覆工程の位置 に配置する。この二次センサは未被覆基礎シートに隣接して配置し、−次センサ について上述したのとまったく同じ方法で、基礎シートのラテックスの量を測定 するのに使用する。この状態で、コンピュータ３４は二次センサからの信号をう けとり、基礎シートに組み込まれたラテックスの量を計算して、このラテックス 量を、−次被覆センサ３２によりコンピュータ３４に供給した信号から生じるラ テックス量から差し引く。この差引から生じた差は、リサイクルベース紙シート に被覆した被覆材料内のラテックス量を示す。同様の技術を使用して、被覆材料 内にある基礎シート内のその他の成分を補償することもできる。被覆管理は前述 したのと同一の方法で行われる。

最後に、前述のようにラテックスは通常、染料、充填材等その他多くの化学成分 を含むことのある被覆材料のバインダとして使用される。これらの成分は被覆の ラテックス成分と正確な既知の割合で混合される。したがって、シートに被覆す るラテックス成分の量を決定することにより、コンピュータはまた被覆材料のそ の他成分とラテックス成分との既知の割合から、シート上の全被覆混合物の総量 を決定することができる。

本発明の実施態様の一つを詳細に上述した。其にもかかわらず、誰でも、本発明 の意図と範囲から逸脱することなく、種々の変更を行う事ができる。例えば、被 覆材料が種々の吸収ピークを有するその他被覆成分を含む場合には、本発明の原 則は、やはり上述の通りカプセル入り材料内ラテックスの測定に基づくような紙 に施された被覆量を測定し管理するために使用することができる。

さらに本発明は、・紙への適用に限らず、ラテックスをベースとする被覆材料に も、赤外線放射にも限るものではない。本発明はまた赤外線以外の電磁スペクト ルの帯域の他、その他の下地材料やその他被覆材料にも適用可能である。さらに 、基準帯域以内の放射は、選択した被覆成分により僅かに吸収される程度に基準 波長帯域を選択することが一般に望ましいけれども、本発明を具体化する装置の 操作には、基準及び測定の波長帯域の放射は選択した被覆成分による吸収に対し て、単に一様に敏感でないということで、十分である。故に、本発明の範囲は本 明細書に詳述した実施態様に限定されるものではない。

波長１ミクロン ＦＩＧ、４ フロントページの続き （５１）　Ｉｎｔ、　Ｃ１，６識別記号　庁内整理番号Ｄ２１Ｈ２３／３４ ＧＯＩＢ　１１１０６　Ｚ　７５２９−２ＦＧ　ＯＩ　Ｊ　３１５１　７３７０ −２ＧＧＯＩＮ　２１／３５　Ｚ　９１１８−２ＪＩ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．基材上の被覆材料を感知するための被覆センサであって、前記被覆材料は少 なくとも２種類の成分を含み、前記センサが、被覆を施された前記基材に放射線 ビームを投射するように配置された一個の放射線源と、 被覆を施された前記基材から発生するビームの少なくとも一部を検出するように 配置された放射線受信器であって、前記受信器が前記放射線のスペクトルの第一 、第二、第三の個別の帯域の各放射線量を検出するとともに、それから第一、第 二、第三の帯域の検出放射線量をそれぞれ表す第一、第二、第三の信号を生成す るように構成され、前記第一の帯域は第一の成分の量に敏感な放射線が得られる ように選択され、前記第二の帯域は第二の成分の量に敏感な放射線が得られるよ うに選択され、前記第三の帯域は基材の量に敏感な放射線が得られるように選択 されている受信器と、 を含むことを特徴とする被覆センサ。 ２．特許請求の範囲１に記載の被覆センサであって、前記第一の成分の量に対し て前記第一の帯域と前記第三の帯域の感度は別個の値であり、前記第二の成分の 量に対して前記第二の帯域と前記第三の帯域の感度は別個の値であることを特徴 とする被覆センサ。 ３．特許請求の範囲２に記載の被覆センサであって、前記第一の成分の量に対し て、前記第一の帯域の方が前記第三の帯域より敏感であることを特徴とする被覆 センサ。 ４．特許請求の範囲２に記載の被覆センサであって、前記第二の成分の量に対し て、前記第二の帯域の方が前記第三の帯域より敏感であることを特徴とする被覆 センサ。 ５．特許請求の範囲２に記載の被覆センサであって、前記第一の成分に対して前 記第一の帯域の方が前記第三の帯域より敏感であり、前記第二の成分の量に対し て前記第二の帯域の方が前記第三の帯域より敏感であることを特徴とする被覆セ ンサ。 ６．特許請求の範囲１に記載の被覆センサであって、前記第一と第三の帯域が前 記基材の量に対してほぼ同等に敏感であるか、または同等に敏感であることを特 徴とする被覆センサ。 ７．特許請求の範囲１に記載の被覆センサであって、前記第三の帯域が第三の成 分の量に対しても敏感であるように選択されていることを特徴とする被覆センサ 。 ８．特許請求の範囲７に記載の被覆センサであって、前記第三の成分が前記第二 の成分より高い被覆能力を持ち、前記第三の帯域が第二の成分の量より前記第三 の成分の量に対してより敏感であることを特徴とする被覆センサ。 ９．特許請求の範囲７に記載の被覆センサであって、前記第一の成分がラテック スであり、前記第一の帯域が約２．３０μｍを中心としてその前後を占め、前記 第二の成分が粘土であり、前記第二の帯域が約２．２１μｍを中心としてその前 後を占め、さらに前記基材が紙であり、前記第三の成分がＣａＣＯ３であって、 前記第三の帯域が約２．０９μｍを中心としてその前後を占めることを特徴とす る被覆センサ。 １０．特許請求の範囲１に記載の被覆センサであって、前記放射線が赤外線であ ることを特徴とする被覆センサ。 １１．特許請求の範囲１に記載の被覆センサであって、前記受信器がさらに第四 と第五の帯域の放射線の量を検出して、それらからそれぞれ第四と第五の信号を 生成するように構成され、それらの信号は前記第四と第五の帯域の放射線の検出 量を表すものであり、前記第四の帯域が、前記基材に付随する介在成分の量に対 して前記第五の帯域よりもっと敏感な放射線を得るように選択されることを特徴 とする被覆センサ。 １２．特許請求の範囲１１に記載の被覆センサであって、前記基材が紙であり、 前記第五の帯域が約１．８４μｍを中心としてその前後を占め、さらに前記介在 成分が水であり、前記第四の帯域が約１．９４μｍを中心としてその前後を占め ることを特徴とする被覆センサ。 １３．特許請求の範囲１に記載の被覆センサであって、前記受信器がさらに第五 の帯域の放射線の量を検出して、前記第五の帯域の放射線の検出量を表す第五の 信号を生成するように構成され、前記第五の帯域が、前記基材と、前記第一の成 分と第三の成分の被覆を施された前記基材と、前記第一および第二の成分の被覆 を施された前記基材とに対して、実質上同等に敏感であるかまたは同等に敏感で ある放射線を得るように選択されていることを特徴とする被覆センサ。 １４．特許請求の範囲１３に記載の被覆センサであって、前記第五の帯域が約１ ．８４μｍを中心としてその前後を占めることを特徴とする被覆センサ。 １５．特許請求の範囲１に記載の被覆センサであって、さらに、少なくとも前記 第一と第三の信号から前記第一の成分の量を計算するために、前記受信器と有効 に接続された計算手段を含むことを特徴とする被覆センサ。 １６．特許請求の範囲１に記載の被覆センサであって、さらに、少なくとも前記 第二と第三の信号から前記第二の成分の量を計算するために、前記受信器と有効 に接続された計算手段を含むことを特徴とする被覆センサ。 １７．特許請求の範囲１３に記載の被覆センサであって、さらに、少なくとも前 記第三と第五の信号から前記基材の量を計算するために、前記受信器と有効に接 続された計算手段を含むことを特徴とする被覆センサ。 １８．特許請求の範囲１３に記載の被覆センサであって、さらに、少なくとも前 記第三と第五の信号から前記第三の成分の量を計算するために、前記受信器と有 効に接続された計算手段を含むことを特徴とする被覆センサ。 １９．特許請求の範囲１１に記載の被覆センサであって、さらに、少なくとも前 記第四と第五の信号から前記介在成分の量を計算するために、前記受信器と有効 に接続された計算手段を含むことを特徴とする被覆センサ。 ２０．特許請求の範囲１１に記載の被覆センサであって、さらに、１個の走査機 構であって、それに前記受信器を取付け、その受信器を１本のラインに沿って前 後に走査するための走査機構と、前記受信器と有効に接続された１個のコンピュ ータであって、前記第一、第二、第三、第四および第五の信号を受信し、前記走 査センサが横断する前記基材の様々な位置において、前記基材上の少なくとも一 つの成分の量を前記第一、第二、第三、第四および第五の信号から決定するため のコンピュータと、を含むことを特徴とする被覆センサ。 ２１．移動する一つの基材に、その被覆量を制御しながら少なくとも二層の被覆 層を施するための被覆形成システムであって、前記基材に二層の被覆層を形成す るための１個の基材被覆装置であり、第一の被覆層の量を調整するための第一の 計測要素と、第二の被覆層の量を調整するための第二の計測要素とを含み、それ らの被覆材料は、前記基材が前記第一と第二の計測要素をそれぞれ通過した後に 、その基材上に残存しているものである基材被覆装置と、 被覆された前記基材に近接して配置されている第一の被覆センサであり、前記基 材に第一の放射線ビームを前記基材に投射するように配置された第一の放射線源 と、被覆された前記基材から出てくる前記第一のビームの少なくとも一部分を検 出するように配置された第一の放射線受信器とを含み、前記受信器は、前記放射 線のスペクトルの第一、第二、第三、第四、第五の帯域の放射線量を検出して、 それらから前記第一、第二、第三、第四、第五の帯域の検出放射線量を表す第一 、第二、第三、第四、第五の信号をそれぞれ生成するように構成され、ただしそ の受信器については、前記第一の帯域は第一の成分の量に敏感な放射線が得られ るように選択され、前記第二の帯域は第二の成分の量に触感な放射線が得られる ように選択され、前記第三の帯域は基材の量と第三の成分の量に敏感な放射線が 得られるように選択され、前記第四の帯域は前記基材に付随する介在成分の量に 敏感な放射線が得られるように選択され、前記第五の帯域は、前記基材、前記第 一と第三の成分による被覆層を施された基材、および前記第一と第二の成分によ る被覆層を施された基材に対して、実質上同等に敏感な放射線、または同等に敏 感な放射線が得られるように選択されており、前記第一と第三の帯域の感度は前 記第一の成分の量に対して異なるものであり、前記第二と第三の帯域の感度は前 記第二の成分の量に対して異なるものであり、前記第三と第五の帯域の感度は前 記第三の成分の量に対して異なるものであり、前記第四と第五の帯域の感度は前 記介在成分の量に対して異なるものである被覆センサと、前記第一、第二、第三 、第四および第五の信号から前記基材上の前記第一と第二の被覆層の量を計算す るために、前記第一の受信器と有効に接続された１個のコンピュータであって、 前記第一と第二の被覆層の計算量を表す第一と第二の制御信号をそれぞれ生成す るコンピュータと、前記基材上の前記第一被覆層の量を調整するために、前記第 一の制御信号に応答しながら前記第一の計測要素を調整する目的で、前記コンピ ュータおよび前記第一の計測要素と有効に接続された第一のアクチュエータと、 前記基材上の前記第二の被覆層の量を調整するために、前記第二の制御信号に応 答しながら前記第二の計測要素を調節する目的で、前記コンピュータおよび前記 第二の計測要素と有効に接続された第二のアクチュエータと、を含むことを特徴 とする被覆形成システム。 ２２．特許請求の範囲２１に記載の被覆形成システムであって、前記放射線が赤 外線であること特徴とする被覆形成システム。 ２３．特許請求の範囲２２に記載の被覆形成システムであって、前記第一の成分 がラテックスであり、前記第一の帯域が約２．３０μｍを中心としてその前後を 占め、前記第二の成分が粘土であって、前記第二の帯域が約２．２１μｍを中心 としてその前後を占め、さらに、前記基材が紙であり、前記第三の成分がＣａＣ Ｏ３であって、前記第三の帯域が約２．０９μｍを中心としてその前後を占め、 前記介在成分が水であり、前記第四の帯域が約１．９４μｍを中心としてその前 後を占め、さらに、前記第五の帯域は前記第三の成分および水分基準の帯域であ って、約１．８４μｍを中心としてその前後を占めることを特徴とする被覆形成 システム。 ２４．特許請求の範囲２３に記載の被覆形成システムであって、さらに、１個の 走査機構を含み、その走査機構は前記第一のセンサを付属させて、その第一のセ ンサを１本のラインに沿って前後に走査させること目的とし、前記被覆形成シス テムにおいては、前記走査動作中の第一センサが横断する前記基材の進行方向に 直交する禄々な位置における前記基材上の前記第一および第二の被覆層の量を、 前記第一、第二、第三、第四および第五の信号から計算するように、前記コンピ ュータのプログラムが作成されていることを特徴とする被覆形成システム。 ２５．基材に付随する多層被覆の材料を検出するための方法であって、前記被覆 材料が少なくとも二つの成分を含み、電磁波のスペクトルの第一、第二、第三の 別個の帯域の波長を含む放射線によって被覆された前記基材を照射するステップ と、前記の基材および被覆材料から放射される放射線の量を前記第一、第二、第 三の帯域ごとに検出し、前記第一と第三の帯域の放射線が前記基材の量に対して ほぼ同等に敏感であるか、または同等に敏感であるように、しかも、前記第一の 成分の量に対しては異なる感度であるように、前記第一と第三の帯域が選択され 、さらに、前記第二と第三の帯域の放射線が、前記第二の成分の量に対しては異 なる感度であるように、前記第二と第三の帯域が選択されるステップと、を含む ことを特徴とする検出方法。 ２６．前記放射線が赤外線であることを特徴とする特許請求の範囲２５に記載の 方法。 ２７．特許請求の範囲２５に記載の方法であって、前記第一の成分がラテックス であり、前記第一の帯域が約２．３０μｍを中心としてその前後を占め、前記第 二の成分が粘土であって、前記第二の帯域が約２．２１μｍを中心としてその前 後を占めることを特徴とする方法。 ２８．特許請求の範囲２５に記載の方法であって、さらに、少なくとも前記第一 と第三の帯域の放射線の検出量から第一の成分の量を計算するステップを含むこ とを特徴とする方法。 ２９．特許請求の範囲２５に記載の方法であって、さらに、少なくとも前記第二 と第三の帯域の放射線の検出量から第二の成分の量を計算するステップを含むこ とを特徴とする方法。 ３０．特許請求の範囲２５に記載の方法であって、さらに、前記基材および被覆 材料から放射される第四の帯域の放射線を検出するステップを含み、前記第四の 帯域は、その帯域の放射線が介在成分の量に敏感であるように選択されているこ とを特徴とする方法。 ３１．特許請求の範囲３０に記載の方法であって、前記介在成分の検出量がその 介在成分の量の変化を補償するために使用されることを特徴とする方法。 ３３．特許請求の範囲２５に記載の方法であって、さらに、前記電磁波のスペク トルの第五の個別の帯域の放射線を用いて、被覆された前記基材を照射するステ ップを含み、 前記の基材および被覆材料から放射される第五の帯域の放射線の量を検出し、前 記第三の帯域の放射線のほうが前記第五の帯域の放射線より前記第三の成分の量 に対して敏感であるように、前記第三と第五の帯域が選択されること、を特徴と する方法。 ３４．特許請求の範囲３３に記載の方法であって、前記基材に対しても、前記第 一と第三の成分で被覆を施された前記基材に対しても、前記第一と第二の成分で 被覆を施された前記基材に対しても、ほぼ同等に敏感であるか、同等に敏感であ る放射線が得られるように、前記第五の帯域が選択されることを特徴とする方法 。 ３５．特許請求の範囲３３に記載の方法であって、前記第三の成分がＣａＣＯ３ であり、前記第三の帯域が約２．０９μｍを中心としてその前後を占めることを 特徴とする方法。 ３６．特許請求の範囲３３に記載の方法であって、さらに、少なくとも前記第三 および第五の帯域の放射線の検出量から、第三の成分の量を計算するステップを 含むことを特徴とする方法。