JPS63228048A - 基礎重量センサおよびシート状物質の組成を特徴づける方法 - 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、シート紙の品質を特徴づける装置および方法
に関するものであり、更に詳しくいえば、シート紙が細
い光ビームを垂直に横切って動く時にそのシート紙を透
過するその光ビームの強さの変化を監視することにより
、そのシート紙中のセルローズ繊維の分布を測定する装
置および方法に関するものであ゛る。

〔従来の技術〕

紙は懸濁された繊維から製造される。紙は、主として木
材およびぼろから製造されたセルローズで通常製造され
る。シート紙の光学的性質、機械的性質および印刷性の
面にとっては、シート紙中にそれらの繊維が一様に分布
していることが極めて重要である。したがって、製紙業
における主な目標の１つは製紙法を開発し、製造された
シート紙中でのそれらの繊維の「基礎重量」すなわち分
布をできるだけ一様にするために製紙法のパラメータを
調整することである。従来の製紙技術においては、「基
礎重量」という用語はシート表面の単位面積当りの紙を
構成している繊維の重量を指していた。繊維が一様に分
布され、紙が一様な基礎重量を有している時は、シート
紙の強度は最大で、平滑な見かけおよび手ざわりを有し
、印刷が鮮明に行われる。それとは逆に１．基礎重量が
部分的に異なるシート紙の場合には強度が低い。その理
由は、繊維数が少ないシート部分に応力が集中して、そ
れらのシート部分が最初に裂けるためである。更に、基
礎重量が不均一であるシートは見かけおよび手ざわりが
粗く、印刷が不鮮明である。

シート紙の品質を特徴づけるために、製紙業者はシート
の「組成」を参照する。その「組成」の標準的な定義は
ないことが明らかである。しかし、本発明の目的のため
に、ここでは「組成」を紙シートを構成している繊維が
シート中で分布され、配置され、かつ相互に混合される
態様を示すものであると定義することにする。あらゆる
紙シートにおいて、紙を構成している繊維は、少なくと
もある範囲までは、「フロック」と呼ばれている束に不
均一に分布される。しかし、全体として一様に分布され
て、相互にからみ合っている繊維は良い組成を持ってい
るといわれる。それとは逆に、シートを構成している繊
維が許容できないほど不均一にフロックで分布されてい
る場合には、紙シートは平滑ではなくて粗く、組成が悪
いといわれる。

紙シートの組成の種々の特性を測定するために各種の装
置が存在する。それらの装置の１つ、基礎重量センサ（
または微小濃度計）と呼ばれるものにおいては、光ビー
ムを垂直に横切ってシートが動く時にその光ビームがシ
ートを透過させられる。そのシートを透過した光ビーム
の強さが光検出器により測定される。その光検出器はシ
ートを中心として光源の反対側に設けられる。光検出器
は透過した光ビームの強度を示す電気信号を発生する。

光ビームが透過するシート部分の基礎ｆｒｌｌが増加す
ると、シートを透過した光ビームの強度が低下する。し
たがって、光検出器からの電気信号はそのシートの、基
礎重量を示す。

先に述べたように、紙シートを構成する繊維はフロック
状に集まる傾向がある。任意の１枚のシートにおいては
、それらのフロックの寸法はまちまちである。したがっ
て、紙シートが先ビームを垂直に横切って動くにつれて
、光検出器により発生される電気信号は、フロック寸法
の分布および紙シートが光ビーム中を動（速さに対応す
る複数の周波数で変調される。シートが動く速さが増す
と、フロックが電気的基礎重量信号を変調する周波数が
高くなる。同様に、小さいフロックは大きいフロックよ
りも高い周波数で信号を変調する。

それらの変調の振幅は基礎重量の部分的な変化に対応し
、またはフロックを構成している繊維の分布の部分的な
変化に同程度に対応する。

１つの技術においては、組成を特徴づける装置は、基礎
重量センサにより発生された電気信号の平均ビークビー
ク値を指示する。電気信号の平均ビークビーク値はシー
トの基礎重量の変化の大きさを示すものといわれる。し
かし、後で述べる理由から、この技術はシートの組成に
ついて誤った指示を行うことがある。

多くの場合に、製紙業者はできるだけ一様な繊維分布を
有するシート、すなわち、良い組成を有するシートを製
造したいと望んでいる。これを行うだめに、製紙業者は
、基礎重量の変化の大きさばかりでなく、フロックの寸
法分布も知ろうとする。また、製紙業者はシートの最適
基礎重量部分の強度を知ることも望んでいる。しかし、
基礎重量信号の平均ビークビーク値だけを生ずる前記技
術は、基礎重量信号のそれらの変化を生ずるフロックの
寸法、またはシートの最も弱い部分の強度は指示しない
。したがって、この技術はシートのフロックを完全に特
徴づけることができない。

シートのフロックを特徴づける別の技術においては、ベ
ータ放射線写真が紙シートの標本にされる。それから、
光がその放射線写真を透過させられ、またはその放射線
写真から反射される。その放射線写真がその光の細いビ
ームに対して垂直に一様な速さで動くにつれて、そのビ
ームの強度の変化が電気信号に変換される。その電気信
号の変調の振幅がその信号を構成している波長の関数と
してグラフ表示される。その表示は波長パワースペクト
ラムと呼ばれる。第１図は上、中、下の各組成を有する
紙のいくつかの等級についてのそのような表示の一例を
示すものである。この技術は、ノーマン（Ｎｏｒｎ＋ａ
ｎ）およびウォーレン（Ｗａｈｒｅｎ）のシンポジウム
における論文「マス・ディストリビニ−ジョン・アンド
・シート・プロパーティース伊オブ・ペーパー（Ｍａｓ
ｓ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ａｎｄＳｈｅｅｔ　Ｐ
ｒｏｐｃｒｔｌｃｓ　ｏｆ　Ｐａｐｅｒ　）　Ｊを含め
たいくつかの論文において論じられている。

〔発明か解決しようとする問題点〕

ある種の商業的な製紙状況においてはノーマンとウォー
レンの技術は適切ではないことがある。

第１図に示されているように、約１１以下の波長におい
ては、良く製造されたシートと、粗雑に製造されたシー
トの波長パワースペクトルの間には差がほとんどない。

しかし、約１〜３２關の波長においては大きい差が存在
する。しかし、ノーマンおよびウォーレンの技術は、製
紙業者がシートの組成を決定するために必要なものより
多くの情報を生ずる。この技術の別の起り得る欠点は、
専門家でない者にとっては解釈が困難であるような非常
に多くの情報を生ずることである。多くの商業的製造状
況においては、全てのスペクトル表示よりも、シートの
組成を完全に特徴づけるほんの僅かな情報を与える装置
および技術を好む。更に、基礎重量信号の平均ビークビ
ー　り値を測定する前記技術と同様（ピ、この技術はシ
ートの最も弱い部分の強度を製紙業者へ与えることがで
きない。したがって、それら両方の技術が同時に用いら
れたとしても、シートの組成を完全に特徴づｌするため
に必要な全ての情報を製紙業者は依然として与えられな
い。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、次のようなシート組成・パラメータ（１）所
定の最小寸法または最小寸法範囲のフロックによりひき
起されたシートの基礎重量の変化の大きさ、（２）シー
トの最も弱い部分の強度、（３）シートを構成している
フロックの寸法、を示す１組の電気的出力信号を与える
方法および装置を提供するものである。それらの出力信
号を数値に変えて、製紙機械のオペレータに対して表示
できる。オペレータはそれらの数値を用いて、製造され
たシートの組成を監現し、希望の特性を持った紙シート
を製造するために製紙法のパラメータを調整する。ある
いはそれらの電気信号をコンピュータまたはその他の装
置へ与えることができる。そうすると、コンピュータま
たはその他の装置はそれらの与えられた電気信号を用い
て、希望の特性を有する紙を得るために製紙法を自動的
に調整する。

本発明の装置は、紙シートの基礎重量の部分的な変化を
正確に測定する基礎重量センサを含む。

そのセンサは、シートの一方の側に配置された光ビーム
源と、シートの光ビーム源とは反対の側に配置された「
受光器」とを含む。この受光器は細いサファイヤ棒のよ
うな光パイプを含む。その棒の一端がシートの光ビーム
源とは反対の側でシートに接触する。このシートがセン
サの中を先ビームに対して動くと、シートを透過した光
だけが棒に入射できるように、そのシートは棒の端部に
対して保持される。その棒は光ビームの少なくとも一部
を光ダイオードのような光検出器へ向ける。

そうすると光ダイオードは、光ビームがシートを透過し
た後のその先ビームの強度に比例する電気出力を発生す
る。

紙シートが基！！重量センサの中を動くにつれて、その
紙シートめ基礎重量の部分的な変化によって、シートを
透過した光ビームの強度を変化させる。

センサの受光器部分における光検出器が、透過したビー
ムの強度に比例する、したがってビームの検出された部
分が通るシート部分の基礎重量に逆比例する電気信号を
発生する。紙は各種の寸法のフロックで構成されている
から、紙シートが光源とセンサの受光器半分の間を動く
につれて、センサからの電気信号はいくつかの周波数で
変調される。それらの周波数は、紙がセンサの中を動く
速さと、シートを構成している種々のフロックの寸法と
に依存する。しかし、本発明の信号処理回路は、紙がセ
ンサの中を動く速さの変化を考慮に入れる。したがって
、組成を特徴づける出力信号の紙の動く速さとは独立し
ている。

本発明の信号処理回路は複数の電気的チャネルを有する
。各チャネルは、種々の所定の最小フロック寸法と、そ
の最小寸法より大きいフロック寸法に対応する基礎重量
センサからの基礎重量信号を処理する。この処理は、各
チャネルの入力端部に低域フィルタを置くことにより行
われる。基礎玉量センサからの信号はそれらの各低域フ
ィルタへ与えられる。しかし、引続く各チャネルの低域
フィルタの遮断周波数は先行するチャネルの低域フィル
タの遮断周波数より低い。また、それらの各低域フィル
タの遮断周波数は可変であり、紙がセンサの中を動く速
さに比例するように制御される。したがって、各チャネ
ルの低域フィルタの遮断周波数は特定の所定最小寸法の
フロックに対応し、センサの中を紙が動く速さが変化し
てもその所定最小寸法のフロックに対応し続ける。

各低域フィルタの出力信号は別々の交流−直流変換器へ
与えられる。その交流−直流変換器は関連する低域フィ
ルタからの濾波された信号を、その信号の実効値（ＲＭ
Ｓ値）に比例する直流出力する。したがって、各交流−
直流変換器の出力は、ある最小寸法のフロック（すなわ
ち、遮断周波数のすぐ下の周波数で基礎重量信号を変調
するフロック）と、その最小寸法より大きい全てのフロ
ックにより製造されたシートの基礎重量の変化の大きさ
を示す。゛ また、第１のチャネルの低域フィルタ（第１のチャネル
の低域フィルタは最窩の遮断周波数を有する）からの信
号はピーク検出器回路へ与えることができる。その回路
は、基礎重量センサの中を通った紙の所定の長さにわた
る基礎重量信号の最大強度、またはいくつかの信号ピー
クの平均値を指示するように製作できる。より強い送ら
れる光ビームはより軽い基礎重量に対応する。したがっ
て、ピーク検出器が基礎重量信号の最大強度を指示する
ように製作されると、ピーク検出器回路の出力の大きさ
がシートの最も弱い点の強度を特徴づける。あるいは、
いくつかの信号ピークの平均値を指示するようにピーク
検出器回路が製作されると、そのピーク検出器回路の出
力はシートのいくつかの最も弱い点の強度の平均値を特
徴づける。

更に、第１のチャネルの低域フィルタからの信号をフロ
ック寸法測定回路へ与えることができる。

フロック寸法測定回路は比較回路を含む。この比較回路
はその低域フィルタの出力信号の値をシートの平均基礎
重量を示す値と比較する。比較回路の出力は、第１のチ
ャネルの低域フィルタの信号がシートの平均基礎重量に
対応する値を得るシートを示す。第１のチャネルの低域
フィルタの出力信号が平均基礎重量に対応する線を比較
的まれに横切るものとすると、シートは比較的大きい寸
法のフロックで構成されている。あるいは、基礎重量信
号が平均基礎重量線を頻繁に横切ると、シートは比較的
小さいフロックで構成されている。したがって、紙シー
トが基礎重量センサを通る速さは既知であるから、フロ
ック寸法測定回路は、シートの動く速さと比較回路の出
力から、そのシートを構成されているフロックの寸法を
計算できる。

以上述べた３つの各パラメータ、すなわち、基礎重量の
変化の大きさ、シートの最も弱い部分の強度、およびフ
ロック寸法、は組成すなわち紙シートを構成している繊
維の分布の一様さに関連する。先に述べたように、紙シ
ートの組成はそれの光学的特性、機械的特性および印刷
性にとって極めて重要であるから、繊維を一様に分布さ
せて、良く構成された紙シートを製造する助けとするた
めに、製紙業者は本発明の装置の３種類の出力電気信号
を使用できる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

Ａ、基礎重量センサ 第２図は本発明の基礎重量センサ１０の好適な実施例を
示す。この基礎重量センサ１０は「光源」半分１２と「
受光器」半分１４の２つの半分で構成されているものと
考えることができる。紙シート１６の一方の側に配置さ
れている光源半分１２は、組成を決定するべき紙シート
１６に光ビームを透過させる。受光器半分１４は紙シー
ト１６の光源半分１２とは反対側に配置され、紙シート
１６を透過した光の強度に比例する電気信号を発生する
。光源半分１２は、高輝度白熱灯２０のような光源１８
と、白熱灯２０からの光のビームをシート１６へ送る反
射器２２とを含む。シート１６へ向って進む光は拡散器
２４を通る。この拡散器はそれを通った光の向きをでた
らめにする。

拡散光源を使用することが重要である。非拡散光源を使
用したとすると、センサ１０の受光器半分１４が、シー
ト１６の基礎重量の部分的な変化によりひき起される送
られた光の強度の変化ではなく、１つの特定の方向から
来る光に対するシート表面の反射率の変化によりひき起
される送られたビームの強度の変化を測定できる。

センサ１０の受光器半分１４は、レンズ系２８へ向って
シート１６を透過して送られた拡散光ビームの小さい光
点を送る直径１ｎ＋＋ｓのサファイヤ光パイプ２６を含
む。そのレンズ系２８は光バイブ２６からの光を光検出
シリコン光ダイオード３０上に集束する。その光ダイオ
ード３０は、送られた光の点の強度に比例する電気的出
力信号を発生する。

光パイプの端部３６に入射した光がシート１６を透過し
たものであるようにするように、シート１６がセンサ１
０の所を動く間はシート１６を光パイプの端部３６に強
く保持することが重要である。そのために、組成センサ
１０の光源半分１２には光パイプ２゛６の両側に「スキ
ッド板」と呼ばれる突出部３２が形成される。また、光
パイプの端部３６はシート１６へ向って延び、光源とセ
ンサ１０の受光器半分の間を矢印３８の向きに動いてい
るシート１６が光パイプの端部３６に対して保持される
ように、光パイプ２６を囲む別のスキッド板３４により
検出される。

紙シート１６がスキッド板３２．３４と光パイプ３６の
端部の間を通って、それらのスキッド板と光パイプの端
部に接触すると、それらのスキッド板と光バイブの端部
が摩耗される。したがって、スキッド板３２．３４は合
金鋼のような耐摩耗材料で製作され、光バイブ２６はサ
ファイヤその他それに類似の透明な耐摩耗材料で製作さ
れる。

Ｂ、信号処理回路 前記したように、基礎重量センサ１０は、シ−ト１６の
うち、検出された光ビームの点が透過した部分の基礎重
量に逆比例する大きさを有する電気信号を発生する。シ
ート１６はフロックで構成されているから、シート１６
がセンサ１０の中を通ると、そのシート１６を透過した
光の強度、したがってセンサの信号は変化する。そのセ
ンサ信号は増幅されてから信号処理回路へ与えられる。

その信号処理回路は、（１）所定の最小寸法または最小
寸法範囲のフロックによりひき起されたシートの基礎重
量の変化の大きさ、（２）シートの最も弱い部分の強度
、（３）シートを構成しているフロックの寸法、を示す
電気的出力信号を発生するためにセンサ信号を処理する
ために構成されている。

信号処理回路５０の好適な実施例が第４図にブロック図
で示されている。この信号処理回路５０は複数の低域フ
ィルタ５２〜６２を有する。各低域フィルタ５２〜６２
は特定の電気チャネルに組合わされる。各チャネルはそ
れらの低域フィルタ５２〜６２を１つと、ＲＭＳ−交流
−直流変換器７８〜８８の１つとを含む。本発明の装置
は任意の数のチャネルを持つことができる（図示を簡単
にするためにチャネル４，５は省略しである）。

第４図に示されている実施例においては、本発明の装置
はチャネ゛ルを６個有する。６個の各低域フィルタ５２
〜６２は２個の人力信号を受ける。各低域フィルタ５２
〜６２へ与えられる第１の入力信号は前記基礎重量セン
サ１０から与えられる。

その第１の入力信号は各低域フィルタ５２〜６２の第１
の入力端子へ与えられる。

各低域フィルタ５２〜６２の遮断周波数は第２の入力信
号の周波数に比例する。第２の入力信号の周波数は各低
域フィルタ５２〜６２ごとに同じではない。その代りに
、各低域フィルタ５２〜６２への第２の入力信号の周波
数は、先行するチャネルの低域フィルタの第２の入力端
子へ与えられる信号の周波数の２分の１である。したが
って、第１のチャネルの低域フィルタの遮断周波数は最
高であり、６番目のチャネルの低域フィルタの遮断周波
数は他の任意の低域フィルタ５２〜６２の遮断周波数よ
り低い。いいかえると、第１のチャネルの低域フィルタ
５２は基礎重量センサ１０からの信号を通す。その信号
の最高周波数成分はある最小フロック寸法に対応する。

基礎重量センサ１０の光パイプ２６（第２図）の直径が
１■であるから、基礎重量センサ１０は１順以下で起る
基礎重量の変化を検出できない。したがって、低域フィ
ルタへ与えられた最高周波数の基礎重量信号は１ｍｍの
フロックに対応する。したがって、この実施例において
は、第１のチャネルの低域フィルタ５２の遮断周波数は
１龍のフロックによりひき起された基礎重量の変化に対
応するように、その低域フィルタ５２の第２の入力端子
へ与えられた信号の周波数が調整される。チャネル２〜
６の低域フィルタ５４〜６２の遮断周波数がフロック寸
法２ｍｍ、　４ｍｍ、　８ｍｍ、　　１６ｍｍ、　　３
２ｍｍにそれぞれ対応するように、それらの低域フィル
タの第２の入力端子へ与えられる信号の周波数が調整さ
れる。

各低域フィルタ５２〜６２の遮断周波数はシートが基礎
重量センサ１０を通る速さにも比例する。

したがって、シートが基礎ｆｆ１ｆｆｌセンサ１０を通
る速さが変化しても、各低域フィルタ５２〜６２の遮断
周波数は上記寸法のフロックの基礎重量信号の周波数特
性に対応し続ける。

ここで説明し゛ている実施例においては、各低域フィル
タ５２〜６２への第２の人力信号は、シートがセンサ１
０を通る速さをまず測定することにより得られる。シー
トの動く速さを測定する装置はこの分野において良く知
られている。多くの最近の製紙機械は高度に自動化され
ており、製紙法の種々のパラメータを監視および制御す
るコンピュータを含む。したがって、ここで説明してい
る実施例においては、製紙機械のコンピュータからの紙
の動く速さを示すデジタル信号を用いて、各チャネルの
低域フィルタ５２〜６２の遮断周波数を制御する。その
デジタル速さ信号はデジタル−アナログ（Ｄ−Ａ）変換
器６４へ与えられる。このＤ−Ａ変換器はそのデジタル
速さ信号をそれに比例した電圧に変換する。その電圧は
電圧−周波数変換器（ＶＦＣ）６６へ与えられる。その
ＶＦＣ６６はＤ−Ａ変換器６４の出力電圧に比例し、し
たがってセンサ１０を通る紙シートの速さに比例する周
波数を有する信号を出力する。第１のチャネルを除く各
チャネルは分周器６８〜７６を含む。ＶＦＣ６６の出力
信号は第１のチャネルの低域フィルタ５２の第２の入力
端子と第２のチャネルの分周器６８へ与えられる。その
分周器６８はＶＦＣ６６から与えられた信号の周波数を
分周し、それにより得られた低い周波数の信号が第２の
チャネルの低域フィルタ５４の第２の入力端子と第３の
チャネルの分周器７０へ与えられる。したがって、第１
のチャネルの低域フィルタ５２への第２の入力の周波数
はＸである。その周波数Ｘは紙シートがセンサ１０を通
る速さに対応する。ここで説明している実施例において
は２分の１分周器が用いられているから、第２のチャネ
ルの低域フィルタ５４への入力信号の周波数はＸ／２で
ある。

第２のチャネルの分周器６８の信号出力は第３のチャネ
ルの分周器７０の入力端子へも与えられる。

引続く各チャネル４，５．６も分周器、たとえば分周器
７６、を有する。それらの分周器は先行するチャネルの
分周器からの信号を受け、受けた信号の周波数の２分の
１の周波数を有する信号を出力する。したがって、第３
のチャネルの低域フィルタ５６の第２゛の入力端子へ与
えられる信号の周波数はＸ／４であり、第４のチャネル
の低域フィルタ（図示せず）の第２の入力端子へ与えら
れる信号の周波数はＸ／８である、等である。このよう
にして、第１のチャネルの低域フィルタ５２の出力は、
最小寸法すなわちｌｌ１ｌ＋１より大きい、またはそれ
に等しいフロック寸法に対応する周波数を含む。各引続
くチャネルの低域フィルタの出力信号の最高周波数は、
しだいに大きくなるフロックの最小寸法、すなわち、２
關、　４ｍｍ、　８ｍｍ、　　１６ｍｔｍ、　　３０ｍ
ｍ、に対応する。各チャネルの低域フィルタ５２〜６２
の出力は処理されて、特定のチャネルの最小フロック寸
法である、またはその最小フロック寸法より大きいフロ
ック寸法に対して検出されたシートの種々の組成パラメ
ータを指示する。

シートの基礎玉量の変化の大きさを示す出力信号を得る
ために、各低域フィルタ５２〜６２の出力信号は関連す
る交流−直流変換器７８〜８８へ与えられる。各交流−
直流変換器７８〜８８は関連する低域フィルタ５２〜６
２からの交流信号出力の実効値に等しい直流電圧を発生
する。各交流−直流変換器７８〜８８により発生された
直流電圧の実効値は、特定の最小寸法のフロックにより
ひき起されたシートの基礎重量の変化の大きさに比例す
る。各引続くチャネルの低域フィルタ５２〜６２の遮断
周波数はしだいに低くなる周波数にセットされているか
ら、各引続くチャネルの直流出力電圧の実効値の大きさ
は、しだいに大きくなる最小フロック寸法によりひき起
されるシートの基礎重量の変化の大きさに対応する。

ある状況においては、ある特定の寸法範囲のフロックに
よりひき起されたシートの基礎重量の変化の大きさを製
紙機械のオペレータが知りたいことがある。本発明の装
置は、あるチャネルの交流−直流変換器の直流出力の実
効値から別のチャネルの交流−直流変換器の直流出力の
実効値を差引くだけでその情報を得ることができる。そ
れらの値の差は、２つのチャネルの低域フィルタの遮断
周波数の間の寸法範囲のフロックによりひき起された基
礎重量の変化の大きさに対応する。

任意の２つの選択された交流−直流変換器の出力を入力
端子１，２に受けるために減算回路１２２を設けること
ができる。この減算回路は、選択された２つの交流−直
流変換器の出力の差に対応する出力電圧を発生する。あ
るいは、種々の交流−直流変換器の出力を数値で表示す
るものとすると、製紙機械のオペレータは減算により任
意の２つのそのような出力の差を得ることができる。

たとえば、４〜８龍のフロックによりひき起された基礎
重量の変化の大きさを決定するために、製紙機械のオペ
レータは第３のチャネルの交流−直流変換器の出力の値
から第４のチャネルの交流−直流変換器の出力の値を単
に差引く。

多くの標準的なｒＲＭｓＪ交流−直流変換器は入来信号
のピークピーク電圧を実際に測定し、それから、入来信
号が正弦波であるならば、入力信号の真の実効値に対応
する出力直流信号を与える。

しかし、基礎重量信号の波形は一般に正弦波ではない。

したがって、本発明の交流−直流変換器７８〜８８は基
礎玉量信号の真の実効値に対応する直流電圧を出力する
ことが重要である。さもないと、それらの交流−直流変
換器７８〜８８の出力信号は基礎重量の変化の不正確な
、０１定値を与えることがある。

１つのチャネルの交流−直流変換器の出力が別のチャネ
ルの交流−直流変換器の出力から差引かれて、特定の寸
法範囲のフロックによりひき起された基礎重量の変化へ
の寄与を決定する場合には、真のＲＭＳ−交流−直流変
換器を使用することがとくに重要である。基礎重量信号
の実効値への種々の寸法のフロックの寄与が異なるとし
ても、種々の寸法のフロックは基礎重量信号に同じビー
クビーク変化を行なわせることがある。したがって、た
とえば、最小フロック寸法８關に対応する周波数を含ん
でいる基礎重量信号から得た交流−直流変換器の出力を
、最小フロック寸法４ｍｍに対応する周波数を含んでい
る基礎重量信号から得た交流−直流変換器の出力から差
引（と、真のＲＭＳ−交流−直流変換器が使用されてい
るならば、４〜８ｍ＋ｓの寸法範囲のフロックによりひ
き起された基礎重量の変化への寄与を示す信号を必ず生
じ、かつ生ずるであろう。しかし、ビークビーク信号値
の測定からｒＲＭＳＪ信号が実際に得られ、種々の寸法
のフロックが基礎重量信号に同じピークビーク変化を行
わせるものとすると、２つの交流−直流変換器の出力の
差は零である。しかし、これは、４〜８龍の範囲のフロ
ックによりひき起される基礎重量の変化への寄与の正し
い指示ではない。

したがって、標準的なビークビーク交流−直流変換器を
本発明の装置を使用すると誤った指示が行なわれること
がある。

第１のチャネルの低域フィルタ５２の出力をピーク検出
回路９０の入力端子へ与えることにより、シートの最も
弱い部分の強度を示す第２のパラメータが得られる。先
に述べたように、送られたビームの強度の大きさはシニ
トの基礎重量に逆比例するから、この低域フィルタ５２
の出力端子における交流信号の大きさも、その時にセン
サ１０により検出されているシート部分の部分的な基礎
重量に逆比例する。ピーク検出回路９０は、所定の時間
中すなわちセンサ１０を通る所定の長さのシートの間に
第１のチャネルの低域フィルタ５２を通る最大の電圧ピ
ークに比例する直流出力を与えるように設計できる。あ
るいは、ある設定された時間すなわちセンサ１０を通る
ある設定された長さのシートに対するいくつかの信号ピ
ークの平均に比例する出力を発生するように構成される
。後の場合には、ピーク検出回路９０の出力はシート中
の゛ド均の弱い点を特徴づける。

本発明の信号処理回路５０は紙シートの別の特徴、すな
わち、平均フロック寸法、を示す更に第３の出力信号を
製紙業者へ与える。このパラメータを得るために、第１
のチャネルの低域フィルタ５２の出力がフロツク寸法ｎ
１定回路９２へ与えられる。このフロック寸法測定回路
は、所定の時間中に、第１のチャネルの低域フィルタ５
２の出力信号がシートの平均基礎重量に対応する値を得
る回数をカウントする。この信号がこの平均基礎重量値
を横切る頻度を、センサを通るシートの速さで除したち
のｉよ、シートを構成しているフロックの平均寸法を示
す。フロック寸法測定回路９２はこの除算を電子的に行
い、平均フロック寸法に対応する信号を出力する。たと
えば、紙シートが１０００ｍ／分の速さで動いており、
第１のチャネルの低域フィルタの出力が１秒間に平均基
礎重量の３３３３倍に対応する値を得たとすると、シー
トの平均フロック寸法は１０ｍｍ＋（１０００ｍ／分°
１分／６０秒１１秒／３３３３交差゛２交差／フロック
）である。したがって、シートの表面に沿う直線または
曲線（まとめて「線」と呼ぶ）に沿う紙シートの基礎重
量を検出することにより、本発明の装置および方法は、
シートを構成しているフロックの寸法を示す出力信号を
製紙業者へ与えることができる。

Ｃ４装置の使用および較正 製紙機械においては、紙は約７．６ｍ（約２５フイート
）の幅のシートで製造されるのが普通である。シート全
体を特徴づけるために、シートが「機械方向」　（すな
わち、長手方向）に沿って動く時にシートの「交差方向
」　（すなわち、シートの幅を横切る方向）に１つの基
礎重量組成センサを前後に動かす、すなわち「走査」で
きる。あるいは、複数のセンサを、シートの幅の一部だ
けを横切って交差方向に前後に走査できる。たとえば、
約７．６ｍ　（２５フイート）幅のシートに５０個の基
礎重量センサを用いられたとすると、各センサは約１５
．２ｃｍ（６インチ）幅のシート条を横切って前後に走
査させられる。典型的には、製紙機械はそのようなシー
トを１分間に約３０５ｍ（１０００フイート）より長く
製造し、ここで説゛明している実施例においては、セン
サが前後に走査する速さは１分間当り約１８．３ｍ　（
６０フイート）に設定できる。したがって、低域フィル
タの遮断周波数は、出力指示に大きな誤差を導入するこ
となしに、シートが機械方向に動く速さのみに比例させ
ることかできる。センサの交差方向の動きによりひき起
される、センサの紙シートが動く速さへの付加寄与は最
小であり、通常は無視できる。　　　　　゛ 基礎重量センサ１０の受光器半分１４（第２図）を正し
く動作させるためにはセンサの光源半分１２からの光を
シートの受光部側とは反対側で受光器半分に直接整列さ
せねばならない。しかし、受光器半分１４と光源半分１
２の間を紙シート１６が動くから、受光器半分と光源半
分を一緒に直接接続させることはできない。受光器半分
と光源半分が紙シート１６を横切って前後に走査してい
る間に、それらを直接向き合わせておくために、何種類
かの機構を使用できる。そのような機構の１つが、たと
えば、紙シート１６の両側に配置された２つのトラック
（図示せず）で構成される。

センサの光源半分１２は一方のトラックの上にのり、受
光器半分１４が他方のトラックの上にのる。

歯車機構またはプーリ機構が光源半分と受光器半分を向
き合わせつつ、紙シート１６の幅を横切って連動して前
後に動かす。このようにして、光源半分１２と受光器半
分１４は、連結部材を紙シートに貫通させる必要なしに
、向き合わせたままとされる。

本発明の装置の較正は「紙シートを離れて」、すなわち
、センサの光源半分と受光器半分の間に紙シートを存在
させることなしに行うことができる。低域フィルタの出
力を較正するために、センサの光源１８と光ダイオード
の間にチョッパ輪１００（第２図、第３図）が設けられ
る。ここで説明している実施例においては、チョッパ輪
１００は先パイプ２６の下端部に位置させられる。

チョッパ輪１００は不透明な飼料の円板１０２で作られ
、その円板の周囲に複数の半径方向スロット１０４が設
けられる。先ダイオード３０がパルス状の光を受けるよ
うに、チョッパ輪１００は既知の回転速度で駆動される
。パルス率は円板１００の所定の回転速度により決定さ
れる。それから、全てのチャネルの低域フィルタ５２〜
６２（４図）が信号を関連するＲＭＳ−交流−直流変換
器（７８〜８８）へ送るように紙シート速さ信号をセッ
トできる。次に、より低い紙シート送り速さを順次人力
することにより、低域フィルタの遮断周波数を較゛正で
きる。たとえば、第３図に示されている半径方向スロッ
トのように４個の半径方向スロット１０４が設けられて
いるチョツノく輪１００が１秒間当り１４２．５回転の
速さで回転させられたとすると、チョッパ輪１００は光
検出器に入射した光を５７０１１ｚで変調する。ＶＦＣ
６６からの紙シート速さ信号が１０９４ｍ／分より高い
とすると、全てのチャネルはその信号を見る。しかし、
紙シートの速さが１０９４ｍ／分より低くなると、チャ
ネル１〜５だけが出力を与える。紙シートの送り速さを
更に低くすると、更に多くの低域フィルタが基礎重量セ
ンサ１０からの信号を遮断させられる。

光検出器に到達する光の強さを変調できるものであれば
どのような装置でもチョッパ輸１００の代りに使用でき
る。たとえば、音叉をチヨ・ソック輸１００の代りに使
用できる。この場合には、音叉のアームが既知の振動数
で振動して光ビームの光路に入ったり、光路から出たり
する。

紙は種類によっである振動数の光をとくに吸収したり、
反射したりする。したがって、基礎重量の変化に対する
基礎玉量センサの感度を最適にするために、光ビームの
光路中に光帯域フィルタ１１０（第２図）を置くことが
できる。この光帯域フィルタ１１０はとくにある振動数
の光を光ダイオード３０まで透過させる。

紙シートの基礎重量の変化を正しく測定するためには、
増幅器１２０（第４図）により増幅された基礎重量信号
が紙シートの基礎重量に逆比例させることが重要である
。低域フィルタ５２〜６２へ与えられた基礎重量信号の
振幅を基礎重量の変化に対して直線的に応答させるため
に、光ビームの光路中に置かれたニュートラル密度フィ
ルタ１３０（第２図）を用いて、または用いることなし
に、増幅された検出器信号を測定できる。そのニュート
ラル密度フィルタ１３０は光ビームの強さを既知の割合
だけ減衰させる。増幅された基礎重量信号の振幅は、ピ
ボット１３２がニュートラル密度フィルタ１３０を光ビ
ームの光路から外している間に最初に測定すべきである
。ニュートラル密度フィルタ１３０が光ビームの光路中
にある間に、増幅された基礎重量信号を再び測定すべき
である。それから、先ビームの光路中にニュートラル密
度フィルタ１３０を置くことによりひき起された増幅さ
れた基礎ｆｆ１ｉｔ信号の振幅の変化が、先ビームの光
路中にニュートラル密度フィルタ１３０を置くことによ
りひき起された光ビームの強さの既知の変化に直線的に
対応するように、増幅器１２０（第４図）を調整するこ
とによりセンサの出力の非直線性を補償できる。

本発明の装置のここで説明している実施例においては、
製紙における次の３つの重要なパラメータ、すなわち、
（１）所定の最小寸法または最小寸法範囲のフロックに
よりひき起された紙シートの基礎重量の変化の大きさ、
（２）紙シートの最も弱い部分の強度、（３）紙シート
を構成しているフロックの寸法、に対応する出力信号が
製紙業者へ与えられるそれらのパラメータを監視するこ
とにより、繊維が一様に分布した紙シートを製造するた
めに製紙業者は製紙プロセスを調整できる。

このようにして良く製造された紙シートは強く、光学的
性質、地質および印刷性が良い。

以上、基礎重量センサおよび信号処理回路の１つの好適
な実施例について説明した。しかし、ここで説明した基
礎重量センサまたは信号処理回路を、本発明の要旨を逸
脱することなしに種々変更できることがわかるであろう
。たとえば、基礎重量センサの先パイプの直径が、製紙
業者が調べることを希望している最小フロック寸法に一
致する場合には、基礎重量センサからの信号の最高周波
数成分は、光パイプの直径に等しい最小寸法フロックに
対応する。したがって、光パイプの直径に等しい最小寸
法を何するフロックに対応する第１のチャネルからの信
号を調べることだけを希望するものとすると、第１のチ
ャネル中の低域フィルタは不要である。その代りに、増
幅された基礎重量センサ信号を第１のチャネルのＲＭＳ
−交流−直流変換器へ直接与えることができる。更に、
希望によっては、第１のチャネルの以外のチャネルの低
域フィルタの出力信号がピーク検出回路またはフロック
寸法゛測定回路へ送られるように信号処理回路を変更で
きる。あるいは、ピーク検出回路およびフロック寸法測
定回路への入力を希望する任意のチャネル中の低域フィ
ルタから選択できるように信号処理回路を構成できる。

これが第４図にオプションとして示されている。更に、
紙シート以外のシート物質をセンサの中を通し、本発明
の装置により特徴づけることができる。したがって、本
発明はここで説明した好適な実施例に限定されない。

【図面の簡単な説明】

第１図は等級の異なる何種類かの紙についての波長パワ
ースペクトルを示すグラフ、第２図は本発明の基礎重量
センサの一実施例の概略線図、第３図は本発明の装置を
較正するチョッパ輪の平面図、第４図は第２図に示され
ている基礎重量センサからの信号を処理するために用い
られる本発明の回路の一実施例のブロック図である。 １０・・・基礎重量センサ、１２・・・光源半分、１４
・・・受光器半分、１８・・・光源、２６・・・先パイ
プ、３０・・・先ダイオード、５０・・・信号処理回路
、５２〜６２・・・低域フィルタ、６８，７０．７６・
・・分周器、７８〜８８・・・ＲＭＳ−交流−直流変換
器、９０・・・ピーク検出回路、９２・・・フロック寸
法測定回路、１２２・・・減算回路。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 −人の浄書（＾容に１更なし） ？〜 手続補正書（′ｊ５均 昭和６３年３月ｇ日 寺許庁長官　小川邦夫殿 昭和６２年特許願第２８２２９８号 ２、発明の名称 基礎重量センサおよびシート状物質の 組成を特徴づける方法 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 メジュアレックス、コーポレーション ↓３代　理　人　（郵便番号１００） 昭和６３年２月３日 （発送日　昭和６３年２月２３日） ５、補正の対象

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）シート状物質すなわち薄板状物 質の光を透過させる光源手段と、 （ｂ）シート状物質を透過した光を検 出し、その検出した光の強さを示す信号を発生する光検
   出器手段と、 （ｃ）光源手段と光検出器手段の間に 配置され、光源手段からの光を光検出器手段へ導くよう
   に、光を受けるために前記光源手段に向けられた第１の
   端部と、この第１の端部とは反対側で、前記光検出器手
   段へ向けられた第２の端部とを有する光パイプと、 （ｄ）動いているシート状物質を光パ イプの前記第１の端部に対して保持する保持手段を備え
   ることを特徴とする基礎重量センサ。 ２、特許請求の範囲第１項記載の基礎重量センサにおい
   て、光検出器手段により検出された光の強さを所定の周
   波数で変調する変調手段を更に備えることを特徴とする
   基礎重量センサ。 ３、特許請求の範囲第２項記載の基礎重量センサにおい
   て、変調手段は、少なくとも１つの貫通開口部を有する
   回転可能な不透明円板で構成されたチョッパ輪を含み、
   前記開口部は前記円板の中心から隔てられることを特徴
   とする基礎重量センサ。 ４、特許請求の範囲第１項記載の基礎重量センサにおい
   て、前記光パイプはサファイヤで製作されることを特徴
   とする基礎重量センサ。 ５、特許請求の範囲第１項記載の基礎重量センサにおい
   て、前記光源手段は拡散光源であることを特徴とする基
   礎重量センサ。 ６、シート状物質の一部の基礎重量を検出して、そのシ
   ート状物質の一部の基礎重量を示す基礎重量信号を発生
   する基礎重量センサ手段と、基礎重量信号を受けて、そ
   の基礎重量信号の実効値を示す出力信号を発生する第１
   の交流−直流変換器を含む第１のチャネルと、 を備えることを特徴とする薄板形成特徴づけ装置。 ７、特許請求の範囲第６項記載の装置において、少なく
   とも１つの付加チャネルを更に備え、各付加チャネルは
   低域フィルタを含み、この低域フィルタは基礎重量信号
   を受ける入力端子と出力端子を有し、この低域フィルタ
   は基礎重量信号の成分のうち、所定の遮断周波数より高
   い周波数成分を除去し、濾波された基礎重量信号を出力
   端子へ送り、各付加チャネルは低域フィルタの出力端子
   へ作動的に接続された第２の交流−直流変換器を更に含
   み、この第２の交流−直流変換器は濾波された基礎重量
   信号の実効値を示す出力信号を発生することを特徴とす
   る装置。 ８、特許請求の範囲第７項記載の装置において、各付加
   チャネルの低域フィルタの遮断周波数を、薄板が基礎重
   量センサの近くを動く速さに関して直接変える手段を更
   に備えることを特徴とする装置。 ９、特許請求の範囲第７項または第８項記載の装置にお
   いて、複数の付加チャネルを有し、各付加チャネルの低
   域フィルタの遮断周波数は各地の付加チャネルの低域フ
   ィルタの遮断周波数とは異なることを特徴とする装置。 １０、特許請求の範囲第９項記載の装置において、２つ
   の交流−直流変換器からの出力信号を選択して、選択さ
   れた交流−直流変換器の出力の差を示す信号を発生する
   手段を更に備えることを特徴とする装置。 １１、シート状物質の一部の基礎重量を検出して、その
   シート状物質の一部の基礎重量を示す基礎重量信号を発
   生する基礎重量センサ手段と、基礎重量センサへ作動的
   に接続され、所定の時間中に受けた基礎重量信号中の少
   なくとも１つのピーク値を示す出力信号を発生するピー
   ク検出器手段と、 を備えることを特徴とする薄板形成特徴づけ装置。 １２、シート状物質の一部の基礎重量を検出して、その
   シート状物質の一部の基礎重量を示す基礎重量信号を発
   生する基礎重量センサ手段と、基礎重量センサへ接続さ
   れ、所定の時間中に受けた基礎重量信号が所定の値を得
   た回数を示す出力信号を発生するフロック寸法測定手段
   と、を備えることを特徴とするシートの組成を特徴づけ
   る装置。 １３、シート状物質の基礎重量の変化を測定する過程と
   、 薄板の基礎重量の測定された変化の実効値を示す出力信
   号を発生する過程と、 を備えることを特徴とするシート状物質の組成を特徴づ
   ける方法。 １４、シート状物質の基礎重量の変化に従って第１の信
   号を変調する過程と、 第１の信号を濾波して、第１の信号のうち所定の周波数
   より高い全ての周波数成分を濾波することによりおのお
   のが前記第１の信号から得られるような複数の濾波され
   た出力において、前記所定の周波数は各濾波された出力
   ごとに異なるようなものである、前記複数の濾波された
   出力を発生する過程と、 各濾波された出力信号に対する所定の周波数の値を第１
   の信号の変化に従って変化させる過程と、を備えること
   を特徴とするシート状物質の組成を特徴づける方法。 １５、特許請求の範囲第１４項記載の方法において、各
   濾波された出力から別々の直流出力を発生する過程を更
   に備え、各直流出力は濾波された出力の実効値を示すこ
   とを特徴とする方法。 １６、特許請求の範囲第１５項記載の方法において、 ２つの直流出力を選択する過程と、 選択された直流出力のうちの一方の直流出力の値を、選
   択された直流出力のうちの他方の直流出力の値から差引
   く過程と、 とを更に備えることを特徴とする方法。 １７、シート状物質の基礎重量の変化を基にして信号を
   変調する過程と、 所定の時間中に得た変調された信号の少なくとも１つの
   信号ピークを示す出力信号を発生する過程と、 を備えることを特徴とするシート状物質の組成を特徴づ
   ける方法。 １８、シート状物質を通る線に沿うそのシート状物質の
   基礎重量の変化を示す第１の信号を発生する過程と、 第１の信号が所定値を得る周波数を示す第２の信号を発
   生する過程と、 を備えることを特徴とするシート状物質の組成を特徴づ
   ける方法。 １９、特許請求の範囲第１８項記載の方法において、所
   定値はシート状物質の平均基礎重量を示すことを特徴と
   する方法。