(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベルトと少なくとも一つのセンサーとから成るプロセス制御ループに使用される工業プロセス用ベルトであって、
前記センサーが前記ベルト又は布地の表面又は内部の予め選ばれた位置に配設されてなり、かつ、前記センサーは、第一波長とは異なる波長を有するエネルギー源により励起された時に前記第一波長の電磁放射線を放射することを特徴とする、前記工業プロセス用ベルト。
【請求項２】
前記ベルトがフィラメント材料で構成されることを特徴とする、請求項１に記載の前記工業プロセス用ベルト。
【請求項３】
前記センサーはさらにマトリックス材料より成ることを特徴とする、請求項１に記載の前記工業プロセス用ベルト。
【請求項４】
前記マトリックス材料はフィルム又は被膜であることを特徴とする、請求項３に記載の前記工業プロセス用ベルト。
【請求項５】
前記マトリックス材料は、モノフィラメント繊維、マルチフィラメント繊維、二成分繊維、及び短繊維から成る群から選ばれるフィラメント材料であることを特徴とする、請求項３に記載の前記工業プロセス用ベルト。
【請求項６】
前記センサーが、ローダミン、ピロメテン、フルオレセイン、スルホローダミン、フェノキサゾン、キトンレッド、エオシンＹエキス、ランタニド及び蛍光半導体物質から成る群から選ばれる電磁放射線放射化合物から成ることを特徴とする、請求項１に記載の前記工業プロセス用ベルト。
【請求項７】
前記センサーが、更に、二酸化チタン、酸化アルミニウム、及びポリビニリデンフルオライドから成る群から選ばれる散乱物質から成ることを特徴とする、請求項１に記載の前記工業プロセス用ベルト。
【請求項８】
前記センサーが、更に、二酸化チタン、酸化アルミニウム、及びポリビニリデンフルオライドから成る群から選ばれる散乱物質から成ることを特徴とする、請求項６に記載の前記工業プロセス用ベルト。
【請求項９】
前記センサーが、被膜として、前記ベルト又は布地の表面に又は内部に配設されてなることを特徴とする、請求項８に記載の前記工業プロセス用ベルト。
【請求項１０】
前記センサーが、フィルムとして、前記ベルト又は布地の表面に又は内部に配設されてなることを特徴とする、請求項８に記載の前記工業プロセス用ベルト。
【請求項１１】
前記センサーが、モノフィラメント繊維、マルチフィラメント繊維、二成分繊維、及び短繊維から成る群から選ばれ、かつ、前記ベルト又は布地の表面に又は内部に存在するフィラメント材料として、前記ベルト又は布地に組み込まれていることを特徴とする、請求項８に記載の前記工業プロセス用ベルト。
【請求項１２】
前記ベルトが工業プロセス用ベルトであることを特徴とする、請求項１に記載の前記工業プロセス用ベルト。
【請求項１３】
少なくとも第一センサー及び第二センサーから成るプロセス制御ループに使用される工業プロセス用ベルトであって、
前記第一センサーと第二センサーとが前記ベルト又は布地の表面又は内部の予め選ばれた位置に配設され、
前記第一センサーと第二センサーとがエネルギー源から放射されるエネルギーによって励起された時に電磁放射線を放射し、且つ前記第一センサーの電磁放射線の放射が、そのピーク放射波長、強度、又はそのいずれにおいても、前記第二センサーの電磁放射線とは異なることを特徴とする、前記工業プロセス用ベルト。
【請求項１４】
前記少なくとも一つのセンサーが前記ベルト又は布地の機械幅方向に伸長することを特徴とする、請求項１に記載の前記工業プロセス用ベルト。
【請求項１５】
前記第一センサーと第二センサーとが、前記ベルト又は布地の機械幅方向に伸長することを特徴とする、請求項１３に記載の前記工業プロセス用ベルト。
【請求項１６】
前記少なくとも一つのセンサーが前記ベルト又は布地の機械方向に伸長することを特徴とする、請求項１に記載の前記工業プロセス用ベルト。
【請求項１７】
前記第一センサーと第二センサーとが、前記ベルト又は布地の機械方向に伸長することを特徴とする、請求項１３に記載の前記工業プロセス用ベルト。
【請求項１８】
前記第一センサーが前記ベルト又は布地の機械方向に伸長し、且つ、前記第二センサーが前記ベルト又は布地の機械幅方向に伸長することを特徴とする、請求項１３に記載の前記工業プロセス用ベルト。
【請求項１９】
ベルト、
前記ベルト又は布地の表面又は内部の予め選ばれた位置に配設された少なくとも一つのセンサー、；そこにおいて前記センサーは、エネルギー源から来る励起に反応して電磁放射線を自然放射し且つ誘導放射により放射された前記電磁放射線を増幅する手段から成る多相利得媒質の第一相より成る前記多相利得媒質であること、
前記第一相において前記電磁放射線の滞留時間を増すために放射されかつ増幅された前記電磁放射線を散乱するための手段から成る前記多相利得媒質の第二相及び、
少なくとも前記誘導放射の波長において実質的に特定の放射線を通す第三相から成る、プロセス制御ループに使用される工業プロセス用ベルトであって、
前記多相利得媒質は容積を有し、且つ、前記電磁放射線は前記多相利得媒質の前記容積の一部において増幅され、
前第三相は前記多相利得媒質の前記容積において前記第一相及び前記第二相と混合していることを特徴とする、前記工業プロセス用ベルト。
【請求項２０】
前記センサーは、ローダミン、ピロメテン、フルオレセイン、スルホローダミン、フェノキサゾン、キトンレッド、エオシンＹエキス、ランタニド及び蛍光半導体物質から成る群から選ばれる電磁放射線放射化合物から成ることを特徴とする、請求項３に記載の前記工業プロセス用ベルト。
【請求項２１】
前記センサーは、更に、二酸化チタン、酸化アルミニウム及びポリビニリデンフルオライドから成る群から選ばれる散乱物質から成ることを特徴とする、請求項２０に記載の前記工業プロセス用ベルト。
【請求項２２】
ベルト及び少なくとも一つのセンサーから成るプロセス制御ループに使用される工業プロセス用ベルトであって、
前記センサーは前記ベルト又は布地の表面又は内部の予め選ばれた位置に配設され、ピーク放射波長とは異なる波長を有するエネルギー源により励起された時に前記ピーク放射波長を有する電磁放射線を放射することを特徴とする、前記工業プロセス用ベルト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロセス制御ループで使用されるエンドレスベルト又はエンドレス布地に関する。少なくとも前記ベルト又は布地の一部にエネルギーで励起された時に電磁放射線を放射するセンサーがある。なかんずく、紙、板紙、及び衛生用テッシュペーパーや生理用ナプキンなどのような湿式製品の製造；湿式パルプ及び乾式パルプの製造；スラッジ濾過器や化学洗面タオルを使用する工程のような抄紙に関連する工程；通風乾燥工程で生産されるティシュペーパーや生理用ナプキンの製造；段ボール紙の製造、及び水交絡加工（湿式工程）、溶融ブロー成形、スパンボンド成形、及び空気気流ニードルパンチで生産される不織布の製造において、工業プロセス用ベルトとして前記ベルトを使用する。本出願では、工業プロセス用ベルトを用いて生産される上記製品を全て単に“製品”または“製品類”と言う。このような工業プロセス用ベルトには、不織フェルト、転送ベルト、カレンダーベルト、コーターベルト、プレプレスベルト、シュープレスベルト、浮出し製品、搬送用製品及び不織布、濾過布地や濾過生地を生産する工程で使用される支持ベルトが含まれるが、これらに限定されるものではない。“工業プロセス用ベルト”には、製紙工程の全段階を通してパルプスラリーを搬送する他の抄紙機布地（紙層形成用布地、圧搾用布地及び乾燥機用布地）も含まれるが、これらに限定されるものではない。
【０００２】
【従来の技術】
一般に工業プロセス用ベルトは広い形態で役目を分担するが、一般に機械方向と機械幅方向に伸長する経糸と緯糸とから成る型式で形成されること、等にこれらのベルトの特徴がある。一方では、螺旋状に巻いた繊維又は糸でベルトを連結し、又もう一方では、螺旋状に巻いた布地帯からベルト自体を生産してもよい。工業用ベルトの中には単層ベルトもあり、又、これらのベルトは多層ベルトであってもよい。ベルトの中には一層またはこれを上回る数の層を有するものがあり、ニードルパンチングのような工程でこれらの層を積層したり、又は綴じ糸でこれらの層を縫い合わせたりする。圧搾布地のようなのベルト中には、ニードリングや水交絡加工により不織繊維を固着するものがある。これらのベルトは、何れの場合も、ベルトに特性を付与するために又は既存の特性を変更するために、ベルトに樹脂を塗被したり又は含浸したりしてもよい。抄紙機に使用するベルトは工業プロセス用ベルトの一種に過ぎない。抄紙機の紙層形成部、圧搾部、乾燥部及び仕上げ部でこれらのベルトを使用する。
【０００３】
工業プロセス用ベルトを使用する際に、機械のオペレーターは、ベルトの作動状態及び／又はベルト上を搬送する製品に関する情報を要求する。例えば、誘導目標がベルトの歪みを測定するのに使用されるので、ベルト上にその誘導目標を正確に設定することは重要である。ベルトが機械上を走行する間に、機械幅方向のフィラメントは歪んだり、つまり、曲ることがある。機械幅方向のフィラメントの曲りは歪みの特徴である。ベルトの走行方向に対して前方へ歪んだりまたは後方へ歪んだりする。例えば、紙製品から搾水するために使用するベルトにとって、歪みはベルトの透水性に影響を及ぼすものであり、その際ベルト縁部の透水性はベルト中央部の透水性とは異なる。紙製品のような湿式製品の製造ではベルトの透水性は重要であり、それ故に機械のオペレーターにとってベルトの歪みは重大な問題である。オペレーターには、歪みの形態変化から、問題がありそうだと分かることがある。また、歪みは非対称形となることがあるが、その際ベルトの一辺が他辺より前に来る。この歪みは、あるベルト搬送ロールが、そのベルトを支持している他の搬送ロールと比べて、平行な配列から外れていることの徴候である場合がある。その結果、ベルトが不安定になり、またはベルトの誘導に支障をきたし、仮にベルトが機械のフレーム内へ走り込む場合、ベルトの損傷につながり、ベルトの損失と新ベルトの据付けに要する高額の機械停止時間のもととなる。更に、この問題は高い機械速度では複雑になる。機械の速度が毎分２１００ｍに近づいた時、例え不可能でないにしても、裸眼で誘導目標を正確に評価しながら、歪みの形態を見ることは実際上不可能である。
【０００４】
ベルトの走行速度を算定し監視する方法を持つことは望ましい。ベルト速度を計測し監視することにより、機械のオペレーターは、正確に算定し、ドロー（紙の張り）を設定することができる。この紙の張りは、隣接しているかもしくは連接しているベルト間の速度差またはベルトとその他の回転部品間の差である。抄紙工程では、ベルトの速度は機械のドライエンドに向かって増加し、ドライエンドでの紙シートの転送は隣接ベルト間のオープンドローを伴う。隣接ベルト間の速度差により、シートがセクションからセクションへ通過する時に、シートに張力がかかり、その際の張力は紙の張りに依存する。
【０００５】
現在、機械のオペレーターは、コンピューターの支援を受けて、紙の張りを設定する。その情報は抄紙機各部内の機械の駆動部品から得られる。駆動部品からでなくベルトから紙の張りを設定するのに使用する情報を得ることができれば、その正確さと信頼性は改良される、と思われる。
【０００６】
スリップは、ベルトとベルトの運動に寄与する所与の回転部品との間の速度差である。スリップはベルト走行に関連した問題の目安となることがある。ベルトと回転部品との間のスリップは駆動部品の速度から得た情報の正確さに逆の影響を与えることがあるということが知られており、それゆえ、駆動速度は必ずしもベルト速度の信頼できる判断基準ではない。又、支持ロール、プレスロール及び／又は乾燥筒の回転速度に対するベルト速度を調べて、スリップを評価する。過度のスリップは不適当なベルトの張力か回転部品のベアリングの差し迫った故障のどちらかに起因することがある。又、較正不良又はその他の誤差により、コンピューターから与えられた駆動ロール速度の指示値が正確さを欠くことがある。スリップにより、例えば、ベルトが機械から引き剥がされるような、壊滅的なベルト破損が起こることがある。スリップによりベルトの摩耗によってベルト寿命が短くなることがある。何れにせよ、スリップは、機械の運転停止期間とベルト交換による経済的損失をもたらすことがあるという問題である。
【０００７】
製造中の湿式製品または乾式製品の幅を監視することも望ましい。例えば、抄紙のような湿式工程では、層形成された紙シートが抄紙機の各セクションを通って進行する間に、その紙シートは機械幅方向に収縮する。
【０００８】
ベルト上で紙層形成する湿式製品又は乾式製品の破れを検出する手段を持つことも望ましい。既存の方法では、湿式製品と搬送ベルトとの間の反射光の強度差を検知することが必要である。ベルト全体の着色費用、ベルトの色の制限、及び着色により派生するベルトの処理の問題が加わるという点で、この方法にも問題がある。
【０００９】
更にベルト誘導システムを持つことが望ましい。この種のシステムにより、ベルトが走行中に機械幅方向にずれるか否か又は波打つか否かを算定できる。仮に高速で走行しているベルトの位置が機械幅方向に変化すれば、それは調整不良となり、高速で正規の通路から外れて機械のフレーム内に走り込み、人体の安全に有害な要因となるばかりでなく、ベルトの損失や高額な作業停止時間の原因になることがある。ベルトを誘導し且つこの状態を予防する既存の方法では、ベルトを誘導する可動誘導ロールに信号を送るために、ベルト縁部に櫂を設置して使用する。然しながら、櫂とベルトとの間の物理的接触により、ベルトが縁部で摩耗したりまたはほつれたりする。
【００１０】
従来技術で開示されているように、ベルトの表面に又は内部にあるオブジェクト（物体）のおかげで、機械のオペレーターに情報を与えるシステムにベルトを使用できるようにする、という試みがあった。米国特許第５，４０３，４４７号公報で開示しているのは、抄紙機のプレス部におけるシステムであって、プレスフェルトの走行を監視して制御するためのものである。このシステムでは、検出装置がフェルトまたはフェルト群の上に一列に並んだ帯を検知する。
【００１１】
検出器にはプレスロールまたは関連部品の振動の検出が可能な振動検出器が含まれる。光検出器を使用する場合には、識別帯の方向と種類を見極めることが可能であり、この識別帯により各フェルトの走行方向と張力の状態を検知することができる。どの種類の材料が帯を形成するために使用できるかについては何の情報も示されていない。
【００１２】
米国特許第５，４１３，６８０号公報で開示しているのは、抄紙機に使用されるフェルトの微生物学的汚染を検出する方法である。微生物学的沈殿物を含むと見られるフェルトをヨードニトロテトラゾリウムと接触させ、フェルト上のバクテリアの存在を実証する色調変化であって、かつ、予め決められた色調変化の有無を調査する。ヨードニトロテトラゾリウムがフェルトと接触した後３０分以内に、乾燥フェルト１グラム当り、少なくとも１００万個のコロニーを形成する数単位のバクテリアの存在で、このフェルトは赤色を呈する。
【００１３】
米国特許第５，６１４，０６３号公報で開示しているのは、抄紙機用誘導縁部検出器システムである。この縁部検出器システムは、金属粒子を内蔵する縁部添加物を有する連続ベルトと誘導装置に接続され縁部添加物に隣接する誘導センサーとから成る。誘導センサーから誘導装置に連続ベルトの位置を示す信号を送る。誘導装置により、誘導センサーの信号に応じて、機械内部のベルトの走行方向と交差する方向へ、その連続ベルトが移動する。
【００１４】
このエッジドープ（縁部添加物）を縁部に沿って形成し、その内部に複数の金属または金属粒子を配列する。更に、同特許公報に記述された発明は、負荷条件下で連続ベルトの“伸び”の量を測定する能力に関する。
【００１５】
国際特許第ＷＯ９７／２７３６０号公報で開示しているのは重合体マトリックスから成る工業用ロールカバーであり、この重合体マトリックスは、少なくとも一つのサーモクロミズム物質から成る。参照文献のサーモクロミズム物質は、理想的には、可逆的色調変化を引き起こすものであり、一般に、色彩発現化合物が溶融して電子受容物質と接触するように加熱してこの物質を得る。これを用いて布地の動作温度に関する情報を提供することができる。
【００１６】
組成物の中には外部レーザー光源からのエネルギーによる励起に応じてレーザー光を放射するものがあるということが知られている。米国特許第５，４４８，５８２号公報で開示しているのは光学的利得媒質である。これは多相システムである。ここでは、第一相は電磁放射線を放射して増幅する相であり、第二相は電磁放射線を散乱する相であり、また、第三相は特定の放射線を通す相である。例えば、放射相は色素分子から成っていてもよく、散乱相はＡｌ2Ｏ3またはＴｉＯ2粒子から成っていてもよく、また、マトリックス相はメタノール等のような溶媒から成っていてもよい。利得媒質を構成する本体の最小寸法は、散乱相に関連する散乱長より短くてもよい。
【００１７】
米国特許第５，４４８，５８２号公報の具体的な実施例では、レーザーで励起したメタノール溶液中でレーザー状機能が発現している。この溶液にはローダミン等のような色素と、ＴｉＯ2またはＡｌ2Ｏ3等のような高屈折率コントラストのナノ粒子が含まれている。このシステムは米国特許第５，４３４，８７８号公報でも開示されている。この利得媒質は有効なレーザー源の特性を数多く示し、また、殆ど閾値の無い入出力挙動を有する。十分に範囲を限定した励起により、放射の出力線幅を狭くする状態を包含するように、レーザー状機能を作製する。
【００１８】
米国特許第５，４４８，５８２号公報で記載しているように、殆ど閾値の無いレーザー状機能は、高散乱性かつ光学的ポンピングで送りこまれた染料−メタノール溶液であって、コロイド状ＴｉＯ2またはＡｌ2Ｏ3ナノ粒子を含むものの中で実現される。光学的ポンピングで送りこまれた高利得コロイド状媒質からの放射を開示し、臨界ポンプパルスエネルギーより上で、その線形入出力特性の傾斜変化を表している。出力スペクトル線幅の著しい狭隘化がこの歪み変化と同時に起こり、色素によっては二色スペクトルが高圧ポンプエネルギーで現れる。５３２ｎｍで８０ピコ秒パルスを有するコロイド媒質の励起により、光学的検出システムの３００ピコ秒時間分解能よりも短い放射が起こることが分かり、その結果、レーザー状挙動の発現が実証されるものの、単なる蛍光挙動は実証されていない。
【００１９】
前記システムの特性を表しているモノフィラメント繊維又は糸はこの分野では公知のものである。これらの繊維またはモノフィラメントは、重合体宿主の内部に包含されるレーザー色素と散乱粒子から成る（テクスタイル・レンタル（Textile  Rental），３月 1997，ｐ36-40）。好ましい散乱粒子と宿主はそれぞれ二酸化チタンとナイロン６である。このような繊維が亜麻布に含まれる場合、この繊維は符号化手段、追跡手段及び亜麻布損失の予防手段となる。多相システムの組み込みを被膜または塗料の中で具現化して、レーザー状特性を有する被膜を付与することが可能になった。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
工業プロセス用ベルト、なかんずく、抄紙機用ベルトを使用する際に、機械のオペレーターがベルトの走行状態及び／又はベルト上の製品の環境条件に関する情報を入手して操作することは極めて望ましい。ベルト上に誘導目標を設けて走行速度、歪み、スリップの量、伸び、張力などを測定し、また、製品の収縮、傷などを監視して制御することは重要ではあるが、困難な問題である。従来、とりわけ秒速数十メートルに及ぶ高速抄紙機用ベルトでは殆ど不可能であった。
【００２１】
従って本発明の課題は、前記した問題を解決する手段を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的はプロセス制御ループに使用するエンドレスベルトまたはエンドレス布地を提供することにある。
【００２３】
本発明の目的はベルトの誘導目標を正確に識別する手段を提供することにある。
【００２４】
本発明の目的はベルトの歪みを正確に評価する手段を提供することにある。
【００２５】
本発明の目的は走行しているベルトの速度を算定する正確な手段を提供することにある。
【００２６】
本発明の目的はベルトの滑りの度合を監視する手段を提供することにある。
【００２７】
本発明の目的は、抄紙等のような操作の間に、紙製品等のような製品の収縮度を正確に算定する手段を提供することにある。
【００２８】
本発明の更なる目的はベルト用無接触誘導システムを提供することにある。
【００２９】
本発明の更なる目的はベルト上に形成される製品に破損があるか否かを確定する手段を提供することにある。
【００３０】
本発明のその他の目的は以下の開示から明らかになろう。
【００３１】
本発明は前記した製品の生産に使用することができるプロセス制御ループ用エンドレスベルト及び布地に関する。ベルトはエネルギー源による励起の際に電磁放射線を放射する手段を具備する。即ち、そのベルトは、そのベルト自体に向けた外部エネルギー源などのエネルギー源によって励起する時に、電磁放射線を放射するセンサーを具備する。センサーはマトリックス内に分散する電磁放射線放射化合物から成る。蛍光、燐光、及びレーザー色素化合物は電磁放射線放射化合物としてセンサーに好適に使用される。ランタニド系化合物及び蛍光半導体物質等のようなその他の物質は、電磁放射線放射化合物として好適に使用され、且つ、マトリックス内部に分散可能である。代表的なレーザー色素は高い量子効率を有し、普通の励起波長で励起可能である。これらの化合物を熱可塑性重合体または熱硬化性重合体のようなマトリックス材料の内部に組み込む。センサーは、ベルトの表面にまたは内部に組み込むことができるフィラメント材料、被膜またはフィルムの形にすることがある。ここで使用される“繊維状材料”とは、モノフィラメント、マルチフィラメント繊維、二成分繊維、短繊維、および当該分野で知られているその他の糸をいう。織り、ニードリング、水交絡加工などの技術によりフィラメントセンサーをベルトの中に組み込むことができる。
【００３２】
運転中、エネルギー源から放射したエネルギーをベルトに向ける。エネルギーによりセンサーが励起する場合、このセンサーは電磁放射線を放射し、この電磁放射線は付近に設置した検出器で検知される。このセンサーが放射する電磁放射線の強度とピーク波長に基づいて、機械のオペレーターは、ベルトの操作及び、ベルトの速度、ベルトの整列、ベルトの摩耗度、ベルトの温度、ｐＨ、及びシートの状態等のような、走行中の諸条件について有用な情報を知ることができる。
【００３３】
例えば、オペレーターは、誘導目標、即ちベルトの歪みの形状及び／又はベルト速度を確かめて監視することができる。仮に湿式製品等のような製品をベルト上で製造する場合、オペレーターは、製造中に製品の寸法が変ったか、製品が裂けたか、傷がついたか、または破れたか否かを確かめて監視することができる。
【００３４】
特定のベルト上のセンサーの個数、それらの場所、およびそれらの配置は、電磁放射線の放射に基づいて算定すべき前記した部類の情報による。換言すれば、測定すべき前記した部類の情報に基づいて、センサーの位置決め、及びベルトがその上を走行する機械に関してセンサーの方向を指定する。センサーの方向と言えば、測定すべき情報に従って、ベルトの表面にまたは内部において、機械方向、機械幅方向または選定された方向やパターンに、前記センサーまたはセンサー群を設置する。異種の情報が収集できるように、前記センサー群をベルト上の複数箇所に設置することができる。
【００３５】
本発明は工業プロセス用ベルトに関連付けて記載されているが、それはすべての種類のコンベヤーベルトに適用される。例えば、工業プロセス用ベルトの速度を測定するためにここに記載した技術は、他の用途で使用するコンベヤーベルトにも応用できる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、エネルギー源から放射するエネルギーで励起する際に、測定可能且つ検出可能な応答を示す電磁放射線放射化合物を同定した。この特性により、これらの化合物は、エネルギー源で励起した時に電磁放射線を放射するセンサーとして作用することができる。これらのセンサーをベルト上に設置した場合、そのベルト、そのベルト上で紙層形成する製品、およびそのベルトが走行する間に曝される環境に関する情報が得られる。以下に説明するように、プロセス制御ループで測定すべき部類の情報から、布地の中に組み込むセンサーの個数および布地表面上のセンサーの相対的配置を決定する。布地の配置およびそれに関する諸々の量（位置、摩耗度、及び速度）及び布地動作環境（ｐＨと温度）に関連するものは、測定すべき部類の情報の例示にすぎない。測定すべき部類の情報によって、センサーが送る信号のうち、実質的に一定である安定信号を与えるセンサーを選ぶか否か、またはその環境に応じて測定可能なように変化する信号を与えるセンサーを選ぶか否かが左右される。前者は、布地の配置およびそれに関する諸々の量、例えば、布地の整列と布地の速度に関する情報を与えるのに適している。後者は、布地の動作環境、例えば、ｐＨや温度等のようなパラメーターに関する情報を与えるのに適している。
【００３７】
センサーで使用するのに好適な化合物には、ランタニド系化合物や蛍光半導体物質ばかりでなく、ローダミン、ピロメテン、フルオレセイン、スルホローダミン、フェノキサゾン、キトンレッド、及びエオシンＹエキスのような色素も含まれる。
【００３８】
これらのセンサーを多相システムからなる利得媒質として記載することができる。ここにおいて、第一相は電磁放射線放射相であり、第二相は電磁放射線散乱相であり、第三相は特定の放射線を通す相である。例えば、放射相は色素分子から成り、散乱相は高いコントラストの粒子から成り、そしてマトリックス相はポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリエーテルケトン、ポリケトン、フルオロポリマー、ポリフェニレンスルフィドまたはアクリル類等のような重合体から成っていてもよい。利得媒質は被膜、フィルム、またはフィラメント材料の形をしていてもよい。特に、通常の溶液法または溶融押出成型法によりフィラメントセンサーを形成することができ、これらの方法により色素、散乱粒子、および重合体を押出成型してフィラメント材料にする。然しながら、ポリアミド、ポリエステル、およびアクリル類等のような種類の重合体では、ＴｉＯ2を含む繊維が商業規模で利用可能であり、且つ第一相を染色法によりこれら材料中に組み込んでもよい。
【００３９】
本発明での使用に適している一群の蛍光染料はレーザー色素である。レーザー色素は米国特許第５，４４８，５８２号公報および米国特許第５，４３４，８７８号公報に記載されており、それぞれ、参照文献を介してここに取り込む。これらの文献に記載されたレーザー手段により、閾値レベルより高い入力ポンプエネルギーで出力放射が表われる。
【００４０】
センサー内への散乱成分の組み込みによってセンサー信号が変化することがある。好ましい散乱物質には、米国特許第５，４４８，５８２号公報で開示されるように、二酸化チタンと酸化アルミニウムとが含まれる。散乱物質の組み込みにより、センサー信号の帯域幅が狭くなり且つ信号強度が増加することが、実証されている。これらの改良は米国特許第５，４４８，５８２号公報において示されている。
【００４１】
本発明のセンサーに使用されるマトリックス材料は、フィラメント材料、フィルムおよび被膜の製作に好適に使用される熱可塑性材料または熱硬化性材料であればどれでも使用することができる。当業者に公知の工程および方法のうちいずれの工程および方法でフィラメント、フィルム、および被膜を生産してもよい。
【００４２】
電磁放射線放射化合物、マトリックス、および、仮に使用するならば散乱物質を、センサー内部に確実に均一分散するために、溶融工程、マトリックス材料内でのセンサーの溶解、および繊維染色方法等のような公知の技術により、この電磁放射線放射化合物と散乱物質とをこのマトリックス材料内に分散することができる。マトリックス内での分散は、濃度消光効果を避けるために選ばれた濃度で、これらの物質を確実に均一分散するためにも望ましい。
【００４３】
この電磁放射線放射化合物と散乱物質をフィラメントまたはフィルムに成型することができる重合体樹脂の中に混入することができる。押出成型する前の適切な段階で、バージンレジン（始めて使用する樹脂）と乾式混合するための濃縮マスターバッチとして、この電磁放射線放射化合物と散乱媒質を調合してもよい。適切な濃度の散乱媒質と共に供給する樹脂の中に、濃縮マスターバッチとして、この電磁放射線放射化合物を調合してもよい。押出成型する前にこれ以上希釈することがない最終濃度で、この電磁放射線放射化合物と散乱媒質を調合してもよい。押出成型する前にこれ以上希釈することがない段階で、適切な濃度の散乱媒質を含む樹脂の中に、この電磁放射線放射化合物を調合してもよい。押出成型する前に、この電磁放射線放射化合物と散乱媒質とを始めて使用する樹脂に乾式混合してもよい。押出成型する前に、この電磁放射線放射化合物を適切な量の散乱媒質を含む樹脂に乾式混合してもよい。
【００４４】
調合樹脂が希釈したマスターバッチであれ乾式混合品であれ、公知の方法を用いてその調合樹脂を押出成型し、繊維にする。この繊維は、断面が円形のまたは賦形された形状のモノフィラメント、または同様に断面が円形のまたは賦形された形状のマルチフィラメントのいずれでもよい。
【００４５】
工業プロセス用ベルトは厳しい環境で動作する。それゆえ、被包化によりセンサーの耐久性を改良することが望ましい。例えば、前記電磁放射線放射化合物をフィラメント材料中に包含する場合、センサーの耐久性を改良する被膜またはフィルム中に前記フィラメント材料を被包してもよい。
【００４６】
本発明に使用されるセンサーは、電磁放射線放射化合物の特性に依存する周波数で電磁放射線を放射する。ピーク放射波長は、選ばれた電磁放射線放射化合物でセンサー出力を制御するものに依存する。異なるピーク放射波長のセンサーを単一のコンベヤーベルト表面上で使うことができるが、そのコンベヤーベルトは一つより多い種類の情報を測定する状況下で役立つ。電磁放射線放射化合物の選定はセンサー出力を制御する一つの方法である。
【００４７】
ベルトの走行（例えばベルト速度）または動作環境の状態（例えば温度）に関連する情報であって、かつ、一つより多いパラメーターのような多種類の情報を受信するために、複数のセンサーまたはセンサー群をベルト上に備え付けることができる。センサーがエネルギー源から放射されるエネルギーで励起した場合に放射する信号の強度によってこれらのセンサーを区別したり、または、信号の波長によってこれらのセンサー同士を区別することができる。波長と強度の両方に基づいてこれらのセンサーを区別することもできる。例えば、ベルト速度等のような第一プロセスパラメーターに関する情報を与えるために、選ばれた放射強度及び／又は波長を有する第一センサー、または各々が選ばれた放射強度及び／又は波長を有する第一センサー群をベルト上に位置決めすることができる。ベルトの温度等のような第二プロセスパラメーターに関する情報を与えるために、選ばれた放射強度及び／又は波長を有する第二センサー、または各々が選ばれた放射強度及び／又は波長を有する第二センサー群をベルト上に位置決めすることができる。このように、センサー信号出力の強度と波長を予め選定することにより、プロセス制御ループに役立つ情報であって、かつ、一つより多い種類の情報を与えることができるベルトを生産することが可能である。
【００４８】
センサー群から特定のプロセスパラメーターに関する情報が与えられる場合、その群のセンサーには、その群の他のセンサーと同じ放射強度、放射波長、またはその両方が備わっていてもよい。同様に、センサー群により特定のプロセスパラメーターに関する情報が与えられる場合、その群のセンサーには、その群の他のセンサーと同じ放射強度、放射波長、またはその両方が備わっていなくてもよい。然しながら、プロセス制御ループが必要とする検出器の総数を減らすためには、またはさもなければセンサー放射により与えられる情報を容易に処理するためには、前記群の各センサーが同じ強度及び／又は帯域幅で放射するのが有利である。
【００４９】
図１は機械方向と機械幅方向に伸長するフィラメント１２より成る工業プロセス用ベルト１０を表わす。図１に示されたベルトは織りベルトであるが、ここで記載される他のベルト全部と同様に、そのベルトが不織の、螺旋状に巻いた繊維または布地等のような他の構造のものであってもよいし、または当業者に公知のいずれかの他の方法でそのベルトを組み立ててもよい。そのベルトにはその機械幅方向に伸長するセンサー２０がある。センサー２０がフィラメントまたは短繊維である場合、織り作業中にベルト１０の中に機械幅方向にそのセンサーを織り込むことができる。
【００５０】
図１に表わされた実施例は、正確で信頼できるベルト用誘導目標を備えている。前記したように、機械オペレーターはその誘導目標を利用して、透水性に影響を与えるベルトの歪みを評価する。今日では、少なくとも一つの機械幅方向の帯に可視色素を付与することによって誘導目標ができあがる。ベルトの走行中、オペレーターがこの帯を見ることができるように、この帯の幅は（即ち機械方向に）最大３０ｃｍまでとすることができる。毎分２１００ｍに近い速度では、２０ｍの長さのベルト上の誘導目標の通過回数は１分間に１００回を越える。仮に不可能でないにしても、このような条件下で誘導目標を見ることは極めて困難である。典型的な抄紙機には同時に運転されるベルトが１２本程度あるという事実から判断して、その困難さは著しい。これらのベルト全てを同時に見ることは不可能である。ベルトのセンサー２０は誘導目標であり、このようにしてこのセンサー２０は第一波長λ1のエネルギーを放射する第一光源９０によって活性化する。第一光源９０は、本発明のセンサーから電磁放射線を放射するエネルギー源ならいずれのものでもよい。エネルギー源にはレーザー、フラッシュランプ、及び高強度連続光源が含まれる。
【００５１】
実質的には、誘導目標はベルト１０のセンサー２０から放射されるエネルギーであり、この放射エネルギーの波長はλ2である。以下、図２を参照する。センサー２０から放射されるエネルギーは、全スペクトル検出器９４または波長λ2のみを通すフィルターもしくはその他の手段と適合する検出器で受信してもよい。検出器の出力は制御装置９６に接続され、この制御装置９６で波長λ2の検出に応じて出力信号が発信する。制御装置９６で機械制御器９８を制御する。現実の工程では、高い機械速度で走る誘導目標を見ることはできない。本発明は正確なベルトの歪み量を算定する手段を提供するものであり、機械上におけるベルトの走行方法を確定するのにその手段を用いる。
【００５２】
更に、この実施例により具体的な走行張力においてベルト長さに関する情報が得られる。即ち、仮に機械駆動速度またはベルト速度が既知である場合、一本の糸またはフェラメントが工程中の同一地点を通過する時間の測定を利用して、ある通過から他の通過までの間の時間を算定することができる。ある通過から他の通過までの間の時間を利用して、具体的な走行条件下のベルト長さを計算することができる。
【００５３】
図３は図１のベルトを表わし、そこでは第二センサー３０は機械幅方向に伸長している。第一センサー２０から予め決められた距離に第二センサー３０を設置する。第一センサーと同一の波長または強度でこの第二センサー３０からエネルギーを放射してもよいし、又は、しなくてもよい。仮にベルトに張力を加えた状態で第一センサーと第二センサーの間の距離が正確に測定されている場合、第一センサーの放射と第二センサーの放射の間の時間差を測定することにより、図２の装置を用いてベルト速度を算定することができる。更に、一度ベルト速度を算定したら、ベルトのスリップが起こっているか否かを確定するために、その速度を機械の駆動部品の速度と比較することができる。
【００５４】
二つ以上のセンサーを用いることにより、抄紙機の所与の部分に沿って複数箇所の地点で時間差を測定し、ベルトが加速中であるかまたは減速中であるかに関する情報を提供することができる。更に、隣接ベルトの速度または機械の隣接セクションの速度から、紙の張り、即ち隣接ベルト間の速度比を正確に算定することができる。
【００５５】
ベルト速度、および加速の程度又は減速の程度を測定するための前記技術をすべての種類のコンベヤーベルトに応用できることは明らかである。従って、本発明の教示内容の適用は工業プロセス用ベルト以外にも及ぶものである。
【００５６】
図４は抄紙機布地１０を示し、その布地表面にはセンサー４０が配設されており、そのセンサー４０は機械方向に伸長し、ベルトの全長に及んでいる。これらのセンサーをベルトの縁部またはベルトの縁部近傍に配設した場合、機械方向に伸長する一つまたはそれより多いセンサー（即ちセンサー４０と５０）を配設することにより、紙シートの収縮に関する情報を得ることができる。別案として、センサーを被膜６０として布地表面に設置することができる。図５では、被膜６０を布地１０の縁部に形成した。そのシートが収縮するので、そのシートはもはやベルトの縁部上または縁部近傍のセンサーを包み込んだ状態にしない。センサーが放射するエネルギーの強度は、収縮前よりも収縮後の方が大きくなることがある。そのシートが特定の放射線を通さないものである場合、シートの収縮の結果として包み込み状態が解除されるまで、そのセンサーはレーザー状エネルギーを放射しない。このようにして、仮にベルトの縁部からセンサーまでの距離が既知である場合、ベルトの縁部近傍に配設されたセンサーに由来する放射を監視することでシートの収縮を算定することができる。このようにして紙シートの縁部とベルトの縁部の間の距離を算定する。シートの収縮は、紙の張り（加えられた張力）と除水度の両者の相関関係である。抄紙機と紙の等級の殆どの場合、シートの収縮を最小にすれば、売りに出せる量は最大になる。仮に、初めは縁部において、シートが収縮する場合、これらの重い縁部を切り離してパルプに戻さなければならない。このように切り離しをするために時間とエネルギーが浪費される。
【００５７】
ベルトの全長と全幅に亘って機械方向と機械幅方向に伸長するセンサーまたはセンサー群から、紙シートの損傷の有無または破損の有無を確定するのに必要な情報が得られる。シートが連続した状態にあって破れていない場合、エネルギーはシートを通過しないか、またはほんの少しだけ通過する。これらの位置での放射、またはより高い強度の放射により、破損箇所が明白になる。このようにして破損箇所を確定することができる。
【００５８】
シートの孔や裂け目は、抄紙ベルト群のうちの一つのベルトにおけるフィルドエリア（充満領域）等のような、抄紙機不調のしるしである。仮にこれらの孔や裂け目が検出されない場合、製品は拒絶され、転換操作において、かなりの量の紙製品の損失が出る。印刷操作によっては、これにより全生産量が損失することがある。効率の損失に加えて、転換中または印刷中に、孔／裂け目のために、シート全体が破損する。
【００５９】
抄紙機にまつわる破損は、特に高速において、非常に厄介な問題になることがある。破損自体が良質の製品の生産における損失をもたらす。破損の根源をつきとめ修理することは困難な仕事となることがある。機械のどの部分でまたはどのベルト上で破損が生じているかを知ることにより、作業停止時間と生産の損失を減らすことができる。
【００６０】
ベルトの機械方向にセンサーを位置決めすることによりそのベルトの無接触誘導システムを構築することができる。仮にベルトが機械上を適正に走行する場合は、ベルトの機械方向のセンサーは機械方向に平行である。然しながら、仮にベルトが機械幅方向にずれる場合、そのセンサーは機械方向に平行でないかもしれない。従って、機械のオペレーターは、センサーで信号が発生するようにそのセンサーをエネルギーで励起し、機械方向のセンサーの並びを監視し、依然としてそのセンサーが機械方向に平行であることを保証することができる。仮にオペレーターの手で、信号はもはや機械の軸に対応していない、と判断された場合、そのオペレータは状況が悪化する前にベルトを並べ直すことができる。高速では、この問題に対する制御と反応を実際上自動で行なわなければならない。さもなければ、ベルトは損傷するか又は損失する。
【００６１】
前記内容は多くの方法のうち幾つかを代表するものであり、そこではベルトの操作条件及び／又はそのベルト上を搬送する製品に関する情報を正確なものとするために、センサーをそのベルトの一部として使用することができる。同様に、以下の実施例は、本出願で使用することができるセンサーを作るための実施可能な方法を例示しているにすぎない。これらの実施例の開示は何れにせよ本発明の範囲を限定するものではない。
【００６２】
【実施例】
実施例１
バスフ社のウルトラミド（ULTRAMID)  Ｂ３ポリアミド６のベース樹脂において０．７９ｇｍ／ｋｇのローダミンＢ塩基と９．５９ｇｍ／ｋｇの二酸化チタンから成り、且つ、予め調合して、ペレット状にした樹脂から、直径２５０ミクロンのモノフィラメントを製造した。当業者に公知の標準技術を用いて、そのモノフィラメントを製造した。そのモノフィラメントの引張り強さ、モジュラス（係数）、および伸びは、同じ工程で製造し、かつ、染料又は散乱物質を添加していないモノフィラメントから測定された特性と同一でないにしても、両者が類似していることが判明した。そのモノフィラメントをＮｄ−ＹＡＧレーザーを用いて励起した時に、５８７ｎｍにピークを持つ狭い帯域幅の放射が表われた。
【００６３】
実施例２
バスフ社のウルトラミド（ULTRAMID)  Ｂ３ポリアミド６のベース樹脂において１．２１ｇｍ／ｋｇのローダミン６４０過塩素酸塩と３．５３ｇｍ／ｋｇの二酸化チタンから成り、かつ、予め調合して、ペレット状にした樹脂から、直径３００ミクロンのモノフィラメントを製造した。実施例１と同じ標準技術を用いてそのモノフィラメントを製造した。そのモノフィラメントをＮｄ−ＹＡＧレーザーを用いて励起した時に、６２０ｎｍにピークを持つ狭い帯域幅の放射が表われた。
【００６４】
実施例３
バスフ社のウルトラミド（ULTRAMID)  Ｂ３ポリアミド６のベース樹脂中の１．１０ｇｍ／ｋｇにおいてローダミン５９０過塩素酸塩と７．０５ｇｍ／ｋｇの二酸化チタンから成り、かつ、予め調合して、ペレット状にした樹脂から、直径１５０ミクロンのモノフィラメントを製造した。実施例１と同じ標準技術を用いてそのモノフィラメントを製造した。そのモノフィラメントをＮｄ−ＹＡＧレーザーを用いて励起した時に、５５８ｎｍにピークを持つ狭い帯域幅の放射が表われた。
【００６５】
実施例４
デュポン社のクリスター（CRYSTAR) 1995  ＰＥＴポリエステルのベースレジンにおいて０．８８ｇｍ／ｋｇのピロメテン５８０から成り、かつ、予め調合して、ペレット状にした樹脂から、直径２５０ミクロンのモノフィラメントを製造した。ＰＥＴ樹脂には艶消し剤として０．５％の二酸化チタンが含まれる。実施例１と同じ標準技術を用いてそのモノフィラメントを製造した。そのモノフィラメントをＮｄ−ＹＡＧレーザーを用いて励起した時に、５５５ｎｍにピークを持つ狭い帯域幅の放射が表われた。
【００６６】
実施例５
デュポン社のクリスター（CRYSTAR) 1995  ＰＥＴポリエステルのベースレジンにおいて０．８８ｇｍ／ｋｇのピロメテン５９７から成り、かつ、予め調合して、ペレット状にした樹脂から、直径２５０ミクロンのモノフィラメントを製造した。そのＰＥＴ樹脂には艶消し剤として０．５％の二酸化チタンが含まれる。実施例１と同じ標準技術を用いてそのモノフィラメントを製造した。そのモノフィラメントをはＮｄ−ＹＡＧレーザーを用いて励起した時に、５７０ｎｍにピークを持つ狭い帯域幅の放射が表われた。
【００６７】
実施例６
実施例１、２及び３の繊維をそれぞれ回転円筒上に平行に固定した。Ｎｄ−ＹＡＧレーザー、分光計、及びコンピューターから成るシステムによって、その円筒が回転している間に、三本の繊維から出た放射線を検出して識別することができた。そのレーザービームを回転円筒に向けた。そのレーザービームが衝突した繊維から、その繊維内にある色素に特有の波長でエネルギーが放射したであろう。次いで、コンピューターソフトウェアにより、検出された放射線と個々の繊維について予め決められた値とを比較したであろう。このようにしてコンピューターで繊維同士を識別し、次いで、検出装置に対して円筒の幾何的位置に関する情報を伝達することができた。
【００６８】
実施例７
同様な寸法と材質のモノフィラメントを織り込んだ工業用布地内に実施例４と５の繊維をそれぞれ平行に織り込んだ。その布地を回転円筒の上に固定した。Ｎｄ−ＹＡＧレーザー、分光計、およびコンピューターから成るシステムによって、布地が回転している間に、その繊維からの放射線を検出し、識別することができた。そのレーザービームを回転布地に向けた。そのレーザービームが衝突した繊維から、その繊維内にある色素に特有の波長でエネルギーが放射したであろう。次いで、コンピューターソフトウェアにより、検出された放射線と個々の繊維について予め決められた値とを比較したであろう。このようにしてコンピューターで繊維同士を識別し、検出装置に対して円筒の幾何的位置に関する情報を伝達することができた。
【００６９】
実施例８
実施例４と実施例５の両繊維は共に加熱容器の中に配設され、次いでその蛍光信号を容器の温度と共に監視した。両繊維から出る放射ピーク波長は、温度が上昇するにつれて、長波長側に移行することが判明した。２５〜１００℃の温度範囲に亘って、約６ｎｍのピーク波長の線形シフトを観測した。このシフトはモノフィラメントの冷却時に可逆的であり、また、再加熱時に再現可能であることが判明した。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、ベルト上にガイドラインを設けて走行速度、歪み、スリップの量、伸び、張力などを測定し、又、製品の収縮、傷などを監視して制御することができる。これらの作業はとりわけ秒速数十メートルに及ぶ高速抄紙機用ベルトでも可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のベルトの第一の実施例
【図２】  本発明の装置
【図３】  ベルトの第二の実施例
【図４】  ベルトの第三の実施例
【図５】  縁部被膜を有するベルト
【符号の説明】
１０ … 工業プロセス用ベルト
１２ … フィラメント
２０ … センサー
３０ … 第二センサー
４０ … センサー
５０ … センサー
６０ … 被膜
９０ … 第一光源
９４ … 全スペクトル検出器
９６ … 制御装置
９８ … 機械制御器
【図１】
0003726118.tif 000002
【図２】
0003726118.tif 000003
【図３】
0003726118.tif 000004
【図４】
0003726118.tif 000005
【図５】
0003726118.tif 000006