JPS60500730A - 移動するウエブの厚さを測定する装置 - 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】 移動するウェブの厚さを測定する装置 本発明は移動するウェブの厚さ測定用の装置に関するもので、軸方向に対向して 配列された二つの測定ヘッドがあり、ウェブはそれらの間に挿入可能になってい て、測定ヘッドは軸方同に移動可能で、加圧された流体を供給されており、加圧 された流体をウェブに向う方向に駆り立てそれぞれの測定ヘッドとウェブとの間 に一定の距離を維持するようにする吐出手段を備えており、電気的変換器手段が ヘッド内に置かれていて、ヘッドらの間の距離に応答していて、それによりウェ ブの厚さへ応答した信号を発生するようになっている。

そうした原理により機能する装置は、米国特許第４１０７６０６号に描かれてい る。この出版物は該原理を非常に略図的に描いているのみであり、二つの測定ヘ ッドの間の電気距離測定用の構造に向けてより特殊的に指向されている。これら が如何に他の具合に設計さるべきか、道具型てされるべきかはスケッチ的に記さ れており、特に空気力的に設けられる距離の保守はそうである。

該種類の他の装置は米国特許明細書第３５２８００２号に示されており、詳しく 記述されたものは実際に固定された測定ヘッドからなり、それヘラニブが一定距 離を維持するようにされており、他方対向するヘッドのみが可動になっている。

距離の保守は多孔性のプラグから発散するようにされていて、エアクッションを 生せしめる圧縮空気により行われると記されており、揚起力は一定の対抗力で中 和されており、その対抗力は比較的重こ重い質量により発生されているように描 かれている。これは、もしも迅速に作用する厚さメーターを得ようと望むならば 大きな不利である。

何故なら、大きな質量は大きな慣性を結果するからである。

厚さを測るため（こ存在する他の方法は単一の移動可動な変換器を利用しており 、ウェブの位置は下にある板、例えば吸込み板に対して固定されて維持されてい て、他方、移動可能な変換器は空気力距離保持によってウェブの他の側から一定 距離に保たれている。そうした道具型ては、米国特許明細書第３８１８３２７号 から知られ、吸込み板と変換器との間の距離は電磁的方法の助けにより測定され る。

類似の道具型ては米国特許明細書第３６１７８７２号から公知である。移動可能 変換器に関しては、双方の場合共に圧紬空気により生じられたエアクッションが 比較的重い構造と共に使われており、それの重力が空気圧に拮抗する。

空気力距離保持を有する変換器１こ対する実質約６こより軽い構造は、発明者の スエーデン出版明細書第７９００７９５−１号から公知１こなっている。この構 造では、軽い移動可能で中空の測定用手段があり、それがエアベアリング自重こ 担われており、ホールグー内で軸方向に可動であり、一端に空気吹出しノズルを 有し、他の端には出向きに開いたシリンダー状室内に環状の透き間をつけて配列 された円盤を有する。円盤により部分的に閉じられている円筒形室の部分は、圧 縮空気が供給されていて、対抗力が測定手段上に作（３） 用して、測定される表面から離れる方向にそれを駆動する。

この構造は比較的よく機能するが、それの平衡状態をとるのをもつと速くし、ノ ズルと測定表面の間の距離を減するようにするのが望ましい。

本発明の一つの目的は、緒論Ｉこ述べる種類の移動するウェブの厚さ測定用の装 置を提案することであって、装置は非常に迅速に反応する能力を有し、双方の測 定ヘッドはウェブに追随することが出来、それの各側に一個あって、たとえウェ ブ自身が平面に対して直角にはためくとしても追随しうるものである。そうする と、ウェブのどちらの側ででも測定ヘッドとウェブとの間に一定距離を保つため に大きな指向力を有することが必要である、すなわち、ウェブ表面と測定ヘッド との間の距離の起り勝ちな変化に対して、ウェブ表面と測定ヘッドとの間に大き な修正力が起らねばならず、測定ヘッドは極めて軽くなければならない。指向す る力はそれによって動く質量の大きさｆこ対して大きくあるべきである。

本発明は、エアノズルにおける「エアクッション力」は別にして、すなわちウェ ブとジェットとの間１こ起る力は別として、ベルヌーイ効果のせいで起るような 比較的太き６ｉ「吹込み」力もあり、そこでは流体はノズルとウェブの間の空間 を層流になって出る。この吹込み力はエアクッション力より小さくあるべきてあ り、その差は外向きの方向にピストンとして作用する測定ヘッド上の流体圧力の 助けて補償される。その上用に、空気力は、距離が一定に維持さく　４　） れるように、また距離の変化が大きな再調整力になる結果になるように調整さる べきである。

上述および他の目的と利点とは本発明によれば、緒論で論じた種類の装置は、測 定ヘッドが各々、二つの半径方向に作用する空気ベアリングを含み、その中に中 空の幹か取付けられていて、それの第一の端にそれぞれの吐出手段。

加圧された流体を幹の内部へ供給する手段、加圧可能であり、その中に幹の第二 の対抗する端が挿入可能である閉じた第−室、とを含むように道具型てすること と、また、それぞれの吐出用手段がヘリにより取巻かれ；へりに対して凹んでい る空間を含み、その空間はくひれを経て加圧された流体源から加圧流体を得るよ うになっており、軸方向に直角な断面で、幹の切断面積よりも大きい面積を有す るものを持っており、閉じられた第−窒出の流体１Ｆは外向きに駆動する方向に 作用しているようにすること１こより達成される。

この道具型てでの特別な利点は、移動可能な装置が、加圧すると自動的にそれら の安定位置をとることである。

本発明を今や、図面に描かれた態様らに結ひつけて詳細に記述する。第１図は本 発明による装置を描いている。第２図はノズルの詳細を描いている。第３Ａ〜３ Ｅ図らは発明の詳細な説明する試みを意図した線図である。第４図は測定の間に 取った圧力カーブを描いている。第５図はノズルの寸法的スケッチである。第６ 図は代替の態様である。

第７図は安全装置である。第８図は電気配線を描いている。

（５） 本発明の一態様を第１図に描いてあり、二つの測定装置２および３が動いていて もよいウェブ１、例えば製紙機内の紙ウェブの上と下にそれぞれ配置されている 。測定装置らはウェブの横方向に移動可能でもよく、例えば米国特許第３５２８ ００２号に描かれている具合にでもよい。

双方の測定装置はむしろ類似であるから、上部測定装置２のみを大体記述する。

ハウジング４の中には回転的に対称な測定ヘッド５がある。この測定ヘッドは薄 いアルミニウム管の形状をした幹６と、ウェブｌに向って面しているノズル部分 １２を有している。幹６は、ハウジング４を経て圧縮空気を供給されている二つ のエアベアリング内で可動になっている。ベアリング７と８との間には室９があ り、これもまた圧縮空気を供給されている。室９を通過している幹６の部分内に は、複数個の孔があり、そのうち孔】０のみを描いである。

ノズル１２から外に面している幹６の端は閉じた室１１中に突出していて開いて いる。ノズル１２は幹６の内部から圧縮空気を得る。

ノズル１２内には電磁的センサー１３があり、はぼ類似の下部装置３内に相等す る具合に置かれている他の感知用手段１３′への距離を感知する。幹６内の可撓 性ワイヤ１４の助けにより、上部センサー１３は引き出し線１５を介して電磁的 測定回路へ接続されている。

本発明の機能原理によって、ノズル１２はウェブ１の表面から小さい特殊距離に 保たれ、もしも距離が変えられる（６）’Ｊｊ表昭６Ｏ−５００７：（ｆｌ　（ ３）と、かなりの力がジェットを特殊化した距離へ戻すような具合に保たれてい る。

ノズルの道具立ては大いに重要であり、また、これは第１図に示されているのみ である。ノズルの一態様は第２図からより良く明らかである。

第２図の切断面図から判るように、ノズルは円錐台２０の全体的形を有し、截頭 端で僅かに丸められた環状表面２１を形成し、それの内部へすに沿って、底面２ ３のついた窪みの壁２２により限られている。この平面内１こ電磁的センサー１ ３が置かれている。後者が平面２３１こ向けて貫通しているところには、幅すを もつ狭い環状のギャップが形成すしている。窪んた平面２３の深さは二で示され ている。

壁２２は直径φ２を有する環状表面を形成し、截頭と円錐２０との間の接合は、 半径／直径／６□を’Ｔｈ−する円に沿って起る。

良く機能した態様においては、幹６の外径は７朗であった。それの内部直径は５ １であり、φ１は１０ｍ、φ２は９顛、深さ九は０２輔、ギヤツブ見は０２０ｆ ｉであった。

移動可能なノズル部分薔こ作用している力は重力、圧縮空気からの空気力で幹６ を室１１の外へ圧しているもの、ウェブ１とノズルの前方端との間の空間内のエ アクッション圧力および空気が表面２１と２０およびウェブ１との間の間隙に側 方に分れる時に起る吸込みの力とであることが判るだろう。後者はベルヌーイの 法則から公知の如くに、間隙内の空気速度の二乗に比例する。

空気供給は良質の減圧バルブ（例えばノルドグレンの精（７） 密調節器）１こよって安定化されたので、１バールの圧力が装置へ供給されてい た。そのときノズルは表面から約８０μｍの距離にあるようにそれら自身を調整 していた。供給された圧力における変化への感度は顕著ではなかった。距離の偏 差は３μｍＨこなる程であることが、０１バールの変更に対して、すなわち、上 方または下方への圧力の１０％ｌこ対して測定される。１バールの出方圧力薯こ 設定された調節器が５および７バールの間の入方圧力の変更に対し、０．３％以 内に圧力を維持するだろうから、この誤差の源は無視しうる。そうすると良好に 再現的な厚さの測定は０５μｍよりも良好に行い得ようし、更に広い限界（±１ ．　Ｏｍ　）内では、紙の軸方向位置は結果に対して重要さを欠くようになると いう利点が伴う。これは紙ウェブの製造の間の測定には非常に有利である。紙ウ ェブの速度は高速に対してさえも、厚さ測定を重大ではない（らいにしか、また 殆ど測定し得ぬくらいにしか影響しないことが注目され得る。双方の変換器から 紙に向っての力はお互いに補償すること１こなろう。

紙工業における従前の公差要求は平均厚み６０μｍの新聞紙の製造５こおいて１ ５μｍであったが、それは本発明の助けＩこよって大いに改良しうる。

第１図１こよっての装置は垂直からの偏差ｌこむしろ不感性であり、０〜４５° 以内のそうした偏差には多かれ少なかれ非応答的であることが見出された、紙は 勿論、相当する角度で連なっているけれども、空気をっけたり切ったり廻す時の 再現性は０１５μｍに該当する（もしも紙が通常の平面（８） に対して一組合せの度だけ傾斜しているならば、測定値に何らの差も経験されな い。多分、エアベアリングが若干の補償を与えうろことのせいであろう）。

使用された近接計１３．１３’は標準型のもので、ＴＳＩ　（変換器装置会社） から持って来たもので、ＸＰＴＯｌ　５−０２２−２５０−７５０Ａ型近接変換 器と名称がついている。

装置は、紙工場において、９００ｍ／分の速度を有する紙ウェブと組合せて試用 して成功であった。

解答の迅速性はかなりのものである。１００μｍ厚さの紙上の接着テープ片の形 にした６０μｍの「段階」は６１１１８の段階への１００％解答の結果になった 。そして、遅延の大部分はエレクトロエックスのせいであると推測される。ただ 一台の変換器での実験における該当する場合Ｅこは、約０．５ｍｓの立上り時間 （全指示の１０〜９０％）が測定された。

もしもそうした段階ヘリが、第１図による二つのノズル間の間隙に続いて挿入さ れるならば、厚み変化に対する全指示が、測定する表面のほぼ５０％がウェブの より厚い部分で覆われた時に達成される（測定用表面は直径ｌＯＴｍの円形表面 として勘定されている）。

圧縮空気の消費は約３５〜４０正規リツトル毎分で、余年について約２０００． ３ｋｒのフル運転の圧縮空気に対するコストという結果になる。先行技術計器で 、単一側部での感知をして稼動しているものは、圧縮空気を約１０倍消費する。

入手しつる完全な理論はないけれども、何故本発明がそ（９） れ程良く稼動するかを説明するのを企てるの１こ少なくとも定性約６ご指示し得 よう。本発明を与えられた説明に束縛することを意図することなく、試みられた 説明を下記の如くに提示しよう： 先行技術の計器では、エアクッション原理に本質的に基いて建設するのが通常で あった。空気は数個のオリフィスを通して動いている表面と静止しているものと の間の中間空間中に吐出され、動いている表面は一定の力を負荷されている。こ の力は加えられた力の表面との倍数よりも少なくなければならす、それでなくば 表面らは相互接触してしまう。空き間が増大すると、エアクッション力は減少し 、かくて、原理的には若干小さい対抗力を持つ安定な空き間が得られる。空き間 を増加すると、エアクッション力は少なくなり、空き間が減少するとより大きい エアクッション力ｆこなる。そして回復力が得られて、それが始めの状態を回復 し易くする。カー距離に対するグラフが第３Ａ図１こより描かれている。

もしも圧縮空気が適当な構造を経て供給されているならば、より急峻なカーブが 得られよう、何故なら、最大の力（直接接触に対する）は不変に留まろうし、他 方、圧力は空気消費が増加するとひどく減少される。これは第３Ｂ図により略図 的に描かれている。

しかしながら、本発明に関連する吸込み力もまたある。

この吸込み力は、空気間隙内の空気速度の自乗に理論的に比例している。毎時間 当り一定量の空気量こ対して、吸込み力は距離旦が減すると急速に増加し、第３ ０図に描かれている如き吸込み力が得られた。そうした刀のカーブはしがしなが ら、それに釣合う対抗力がノズルを紙から放して駆り立てるよう指向されなけれ ば安定性が達成され得ない。

そのような運転原理につぃての困難は更に、毎時間当りの空気量が一定に保たれ ねばならず、圧力ではないことである。ノズルのところに一定圧力を維持するこ とは、装置内のくびれを考慮すると既に困難である。もっと実用的な場合１こは 、減小された距離に対して圧力を増大させるようにすることは難かしい。従って 、正常の場合には、距離がゼロに向って行くと、ゼロに向うところの吸込みカに 対する力曲線があり、第３Ｄ図による方向の変化を有するカーブが得られる。

従って、本発明の機能は、第３Ｂ図と第３Ｄ図とのカーブらの結合に相当するこ とが推測され、吸込み方とエアクッション用力との双方が距離の変化に対［、て 同じ方向に変化されているようにすることであり、種々の刀に対抗作用する力、 および幹６の断面上の空気圧に相当する刀がノズルをウェブに向けて駆り立てる ものと推測される。

第４図には、三つの異る印加圧力に対して測定ヘッド下の測定された静止圧を示 している。グラフらは提出された説明と対立するように見受けられない。それら は、底板内に造られ、圧力ゲージに連結されている０、　８　ｔｅｒａ直径の可 動なオリフィスで記録される。

この理由付けの正しさとくびれの重要性とは、第２図に（１１） よる間隙河の大きさが安定な運転に対して臨界的であることを証明していたとい う事実により支持される。例えば、第２図のギヤツブ甚がＱ、３５ｔｍｌこ造ら れていると、若干大きいにせよ安定な距離は、もしも供給される圧力がひどく増 加されると、するときのみに得られ、安定性はむしろ０、２５　ｍｇの幅量こ対 して良好に得られる。そして、０．２０ｍに対しては、全（非難のない振動なし の運転が得られ、ノズルと測定表面との間の距離も適度である。かくて、くびれ は装置が正しく機能し、振動のない安定した運転を与えるのにむしろ肝要である 。しかしながら、斯界技術熟練者がこの因子の重要性に気付く時は、試験による 測定が特側に大なる困難を伴うものではないことが明らかである。適切な寸法付 けの一例は側に第５図から明白である。

前述の理由付けにおいて、重力の影響は全く無視されている。これは動いている ノズルの質量が低いことから正当化される。記述した態様では、双方の装置内の 動く質量はたたの４．５グラムであった。これは数ニュートンに達する空気量こ より惹起される力と比較さるべきである。

第６図に描かれている別の道具立てで、第１図１こ描かれた装置らとむしろ似て いるものによると、幹６内のオリフィスらは省かれてしまっていて、圧縮空気は 開孔４０を経て直接に閉じられた室１１１こ供給されている。しかしながら、エ アベアリングへの空気供給は前ｌこ示されたのと同じ具合に起り得る。

第７図には特別の安全装置が描かれていて、上部センサ（１２） 一装置ｌこ対し、圧縮空気の故障１こ対し確実化することを意図している。第１ 図から、もしも下部装置への圧縮空気が駄目になったならば、動く部品上に主と して働く力は重力であり、従ってそれは動いている部品上に落下することは明ら かである。しかしながら、上部部分では、ノズルは動いているウェブ上型こ落下 しよう。そのことはもしもウェブが動いているならば明白な問題を惹起する。こ れをなくすためＩこ、第５図の構造は、スプリング５２のバイヤス５こ抗してピ ストン５１を落し下げると同じ圧縮空気源から供給されている、単一作動、スプ リング荷重した圧縮空気シリンダー５０が備えられている。ピストン５１に取付 けられて、小さな棒５３があり、それの下端は横材をつけて形成されている。棒 ５３は、幹６の上端に剛性に取付けられた格子ワッシャー５４内の孔を通過して いる。もしも圧力が駄目になるとすると、棒５３は持ち上げられ、横材を経てそ れの端で幹を持上げよう、それによりノズルが落下するのを防ぐ。

図に描かれている態様らにおいては、変換器１３への電気接続は、−緒に対型こ した細線１４として略図的に描かれているのみである。実施には、これは余りに ぶざま過ぎる方法であり、代りに第８図１こ略図的に描υ１れている道具立てが 使われる。上記により使用される変換器の型は三本の接続線を必要とする。これ らは、柱８０上の室１１（第１図）内の幹６の上部で終っている。室の内側には 、固定された接続柱８１があり、それらは絶縁されて測定用装置へ（１３） 描かれていない具合にして接続されている。狭い燐青銅薄片が柱８０と８１とを 一緒にし、三つの渦巻きを形成するように弧状にカーブされている。か（て、動 く部品上の力は最小になろう。勿論、幹６はその時、回転することを許されず、 これを防ぐために第１図の態様においては、「マツシュルーム」ヘッド（図示せ ず）の端内の窪み内にがたをつけて適合されているスカート１６の内側に、軸方 同に伸びているピンが設けられている。

これまでの記述基こおいては、圧縮空気が問題の流体としてずつと挙げられてき た。適応性に従って、どんなガスを使ってもよいことは明白である。

今までに知られた最良の様子の態様ｔこおいては、注目するのが重要なことは、 有効エアクッション表面がウェブに対して圧している空気圧がその上に働くとこ ろの表面、すなわちほぼ幹の断面よりも大きくあるべきたというような表面らの 間の関係である。かくて力の組合せは、経験からウェブ表面へ迅速で安定した調 整が得られる如くすることであろう。か（して安定性と迅速性とは、スエーデン 特許第７９００７９５−１号による発明者の前の発明におけるよりもほぼより良 好である。位置付は用距離もまたほぼより短く、各側部上で６０〜１００μｍの 大きさの程度であろう。かくて正確な厚さ測定が容易化された、何故なら、セン サーにより測定された距離が一層短いからである。

理論的根拠では、たとえ回復力が大きく、動（質量が小さいとしても、若干の減 衰が出るべきである。ノズルのマ（１４）　１精引１Ｏ−５０ｔ１７’Ｊｌｌ　 （５）ツシュルーム状形状は第１図シこより態様内の固定されたスカート付けと 共に、ここで全く充分であり、好ましい態様においては、スカート付けは孔を備 えられている。

回転することを防ぐように特殊手段が配置されていない限りは、第１図による可 動ノズル部品は双方共、それらの軸の周りに自由に回転しうる。これは少なくと も導体線１４を参照すると不適当であり、「マツシュルーム」のヘリに軸方向に 伸びている溝が設けられ、この溝がスカート付けの内側に配置された半径方向の ピン（図示せず）にがたをつけて適合している。

装置の使用においては、例えば動くウェブの測定に対して、装置をウェブの外側 に規則的間隔で持ち出し、ノズルをしてお互いに吹き合うように出来るようにす ることが適当である。それから、それらの間に決った距離を設定し、それはセン サー１３とそれの対向する部品１３′にて測定出来、そしてこの距離は各場合ご とに、満足すべき機能をするためには同じであるべきである。この距離は、しか しながら、無限基こ薄いウェブ１をつけた場合には該当しないが、それであって さえも良好なチェック用可能性を与える。

（圧力（ハ゛−ル）ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、６ ＦＩＧ、７ ＦＩＧ、　８ 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．二つの測定ヘッドが、それらの間に挿入可能であるべきウェブ（１１に対し 軸方向にお互いに直接対抗して配置されていて、測定ヘッドは軸方同に可動であ り、加圧された流体源からの加圧された流体を供給されており、かつ加圧された 流体をウェブに向っての方向に吹き飛ばして、それぞれの測定ヘッドとウェブと の間に一定距離を維持するための吐出手段が設けられており、測定ヘッドらの中 薔こは電気変換器手段（１３、１３’　）が配置されていて測定ヘッドらの間の 距離に該当し、それによってウェブの厚さに該当する信号を発するようになって いる、移動するウェブの厚さ測定用の装置であって、測定ヘッドらは各々二つの 半径方向に作用するベアリング（７，８）のついたハウジング（４）を含み、ベ アリング内には中空の幹（６）が担われており、それの第一の端にはそれぞれの 吐出手段（１２，１２’）が取付けられており；幹の内部へ加圧された流体を供 給する手段と、加圧可能であり、その中に幹（６）の他の反対の端が突出してい る閉じた第一の室（１１）とがあることと、またそれぞれの吐出手段はヘリ（２ １）に対して窪んでおり、それにより取巻かれている空間を含み、その空間はく びれ（ｂ）を経て加圧流体室から加圧された流体を得ており、窪んだ空間は、幹 の切断面積よりも太き面積を有する。軸方向１こ直角な切断面を有し、閉じた第 −室（１１）内の流体圧力は外方に駆動する方向に作用することとを特徴とする ところの装置。 （１６） ２、幹（６）の内部へ加圧された流体を供給する手段は、幹（６）が通過してい る第二の加圧可能な室（９）と、第二の室（９）を通過しているそれの部分での 幹の壁内に少なくとも一つのオリフィス（１０）を含むこととを特徴とするとこ ろの請求の範囲第１項記載の装置。 ３、加圧された流体を幹（６）の内部へ供給する手段は、第−室（１１）への加 圧された流体の入口（４０）を含んでいることを特徴とするところの請求の範囲 第１項記載の装置。 ４、くびれ（ｂ）はシリンダー状変換器手段（１３、１３’　）と該窪んだ空間 内のオリフィスとの間に、狭い環状間隙として配置されていることを特徴とする ところの請求の範囲第１項記載の装置。 （１）