(57)【要約】【課題】帯状のシートの重量をその移送中に精度よく安定的に計測することが可能なインライン式シート重量計測方法を提供すること。【解決手段】本発明は、荷重計に接続された、水平軸回りに回転可能な一対の荷重計測用ロール２、３に帯状のシート１０を巻き掛け、シート１０を長手方向に移送しながらその重量を計測する方法である。シート１０の移送中に、ロール２、３の回転方向が互いに逆向きとなり、ロール２、３間をシート１０が鉛直に移送し、且つロール２、３に掛かる荷重の方向が鉛直で互いに逆向きとなるように、ロール２、３を配置してシート１０の移送経路Ｒを形成し、移送経路Ｒを通してシート１０を移送しているときに、ロール２、３に掛かる荷重に基づいてシート１０の重量を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重計に接続された、水平軸回りに回転可能な一対の荷重計測用ロールに帯状のシートを巻き掛け、該シートを長手方向に移送しながらその重量を計測する方法であって、
前記シートの移送中に、前記ロールの回転方向が互いに逆向きとなり、該ロール間を前記シートが鉛直に移送し、且つ該ロールに掛かる、シート張力に起因する荷重の方向が鉛直で且つ、互いに逆向きとなるように、該ロールを配置して前記シートの移送経路を形成し、前記移送経路を通して前記シートを移送しているときに、前記ロールに掛かる荷重に基づいて前記シートの重量を算出するインライン式シート重量計測方法。
【請求項２】
請求項１に記載のインライン式シート重量計測方法を実施するための装置であって、
一対の第１及び第２荷重計測用ロールと、該一対の荷重計測用ロールとともに前記シートの前記移送経路を形成するように配置された第１及び第２補助ロールと、前記シートの移送中に前記第１及び第２荷重計測用ロールに掛かる各荷重をそれぞれ計測する第１及び第２荷重計と、前記第１及び第２荷重計からの出力に基づいて、前記移送経路を移送している前記シートの重量を算出する演算器とを備えており、
前記第１補助ロールがシートの移送方向に対して第１荷重計測用ロールの入口側に離間配置され、前記第２補助ロールがシートの移送方向に対して第２荷重計測用ロールの出口側に離間配置され且つ第１荷重計測用ロールから第２荷重計測ロールへ前記シートを鉛直に移送するように、第１及び第２荷重計測用ロールが配置されているインライン式シート重量計測装置。
【請求項３】
前記一対の荷重計測用ロールに対し、第１荷重計測用ロールの軸芯と第１補助ロールの軸芯との鉛直方向の距離と、第２荷重計測用ロールの軸芯と第２補助ロールの軸芯との鉛直方向の距離とが異なるように前記各ロールが配置されている請求項２に記載のインライン式シート重量計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯状のシートの重量をその移送中にインラインで計測することが可能なインライン式重量計測方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
帯状のシートの連続的な製造ラインにおいては、一般に、当該シートの厚さ、重量、密度、坪量等を適時計測し、計測された値が許容範囲に入るように製造ラインを制御することによって、シートの品質管理を行っている。このうち重量の計測には、Ｘ線等の放射線を使用する方法がこれまで一般的であったが、計測対象となるシートの電磁波の吸収係数等が変動すると計測誤差の原因となる。そこで、放射線を使用しないで簡便に計測する方法が求められていた。その計測方法の一つとして、下記特許文献１に記載の技術が提案されている。
【０００３】
この技術は、図４に示すように、帯状のシート１０の移送方向において所定間隔をおいて配置された第１及び第２の荷重計測用ロール２、３と、第１及び第２の荷重計測用ロール２、３に掛かる荷重を計測する第１及び第２の荷重計２１、３１と、第１及び第２の荷重計測用ロール２、３の両側に配置されて前記シート１０の張力によって第１及び第２の荷重計測用ロール２、３に掛かる荷重が等しく且つ逆向きとなるように、前記シート１０を第１及び第２の荷重計測用ロール２、３を通して掛けられるようにするための第１及び第２の補助ロール４、５と、第１及び第２の荷重計２１、３１の計測出力に基づいて前記シートの重量を算出する演算手段とを備えているインラインシート重量計によって、シートの重量をその移送中に計測するものである。
【０００４】
この装置における荷重計２１、３１に掛かる荷重（Ｆ２１、Ｆ３１）は、下記式（１）及び（２）で表される。ただし、ロールの動摩擦は含まず、第１荷重計測用ロール２を基点としたシート張力がＴ1、第２荷重計測用ロール３を基点としたシート張力がＴ2である。ＷＬ1、ＷＬ2、ＷＬ3は、それぞれのロール間にかかるシート重量であり、第１補助ロール４と第１荷重計測用ロール２の間がＷＬ1、第１荷重計測用ロール２と第２荷重計測用ロール３の間がＷＬ2、第２荷重計測用ロール３と第２補助ロール５の間がＷＬ3である。また、θ1、θ2、θ3は水平面を基準とした各荷重計測用ロール２、３へのシート１０の進入及び進出角度を表している。よって、実際に計測される荷重（Ｆ２１＋Ｆ３１）は、下記式（４）で表される。
Ｆ２１＝−Ｔ1ｓｉｎθ1−Ｔ1ｓｉｎθ2＋（ＷＬ1／２）ｃｏｓ2θ1＋（ＷＬ2／２）ｃｏｓ2θ2・・（１）
Ｆ３１＝Ｔ2ｓｉｎθ2＋Ｔ2ｓｉｎθ3＋（ＷＬ2／２）ｃｏｓ2θ2＋（ＷＬ3／２）ｃｏｓ2θ3・・（２）
Ｔ2-Ｔ1  ＝  ＷＬ2ｓｉｎθ2・・（３）
Ｆ２１＋Ｆ３１＝Ｔ1（ｓｉｎθ3−ｓｉｎθ1）
+ＷＬ2（１＋ｓｉｎθ2ｓｉｎθ3）＋（１／２）ＷＬ1ｃｏｓ2θ1＋（１／２）ＷＬ3ｃｏｓ2θ3・・（４）
ここで、Ｔ1ｓｉｎθ3、Ｔ1ｓｉｎθ1、Ｔ1ｓｉｎθ2、Ｔ2ｓｉｎθ2、Ｔ2ｓｉｎθ3はシート張力に起因した荷重である。
【０００５】
【特許文献１】特許第３０４１２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、この技術は、図４に示すように、第１荷重計測用ロール２、第２荷重計測用ロール３におけるシート１０の巻付角θを同等とすることにより張力変動の影響を小さくさせるために、第１荷重計測用ロール２へのシート１０の進入角度（θ1）、第２荷重計測用ロール３からのシート１０の進出角度（θ3）を同じ角度にする（θ1＝θ3）ことが重要であるが、特許文献１には該角度に関する記載は見当たらない。特許文献１に記載技術の条件は、各荷重計測用ロールの軸芯と各補助ロールの軸芯との距離Ｌ1とＬ3を同一とすることの記載があるのみである。そのため実際には、特許文献１に記載のように該距離Ｌ1とＬ3を同一としても、特許文献１に記載技術では、シートの重量によるたわみ（坪量の大きいシートの場合、たわみ量が大きくなる）や移送時のばたつき等の外乱によって、例えば第１荷重計測用ロールへのシートの進入角度（θ1）に変動が生じた場合には、移送中にシートに掛かるシート張力（Ｔ1）の変動の影響（式４のＴ1（ｓｉｎθ3−ｓｉｎθ1）項）を考慮する必要があった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、帯状のシートの重量をその移送中に精度よく安定的に計測することが可能なインライン式シート重量計測方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、各荷重計測用ロールへのシートの進入進出角度が同じ場合（θ1＝θ3）には、シートの張力変動の影響を無視できること（式４のＴ1（ｓｉｎθ3−ｓｉｎθ1）項が０）、並びにこれらの方向と、各荷重計測用ロール間を移送するシートの移送方向が同じであり、特にシートを鉛直に移送した場合（θ1＝θ3＝９０°）に、シートの荷重を精度よく計測できることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【０００９】
本発明は、上記知見に基づきなされたものであり、荷重計に接続された、水平軸回りに回転可能な一対の荷重計測用ロールに帯状のシートを巻き掛け、該シートを長手方向に移送しながらその重量を計測する方法であって、前記シートの移送中に、前記ロールの回転方向が互いに逆向きとなり、該ロール間を前記シートが鉛直に移送し、且つ該ロールに掛かる、シート張力に起因する荷重の方向が鉛直で且つ、互いに逆向きとなるように、該ロールを配置して前記シートの移送経路を形成し、前記移送経路を通して前記シートを移送しているときに、前記ロールに掛かる荷重に基づいて前記シートの重量を算出するインライン式シート重量計測方法を提供することにより、前記目的を達成したものである。
【００１０】
また、本発明は、前記本発明のインライン式シート重量計測方法を実施するための装置であって、一対の第１及び第２荷重計測用ロールと、該一対の荷重計測用ロールとともに前記シートの前記移送経路を形成するように配置された第１及び第２補助ロールと、前記シートの移送中に前記第１及び第２荷重計測用ロールに掛かる各荷重をそれぞれ計測する第１及び第２荷重計と、前記第１及び第２荷重計からの出力に基づいて、前記移送経路を移送している前記シートの重量を算出する演算器とを備えており、前記第１補助ロールがシートの移送方向に対して第１荷重計測用ロールの入口側に離間配置され、前記第２補助ロールがシートの移送方向に対して第２荷重計測用ロールの出口側に離間配置され且つ第１荷重計測用ロールから第２荷重計測ロールへ前記シートを鉛直に移送するように、第１及び第２荷重計測用ロールが配置されているインライン式シート重量計測装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、移送中のシートの重量を精度よく安定的に計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明をその好ましい実施形態に基づいて図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、本発明のインラインシート重量計測装置（以下、単に重量計測装置ともいう。）の一実施形態を示す模式図である。図１において、符号１は装置、１０はシートを示している。
【００１４】
図１に示したように、本実施形態の重量計測装置１は、水平軸回りに回転可能な一対の第１荷重計測用ロール２、第２荷重計測用ロール３及び第１補助ロール４、第２補助ロール５と、シート１０の移送中に前記各荷重計測用ロール２、３に掛かる各荷重をそれぞれ計測する第１荷重計２１、第２荷重計３１からの出力に基づいて、後述する移送経路Ｒを移送している前記シートの重量を算出する演算器６とを備えている。
【００１５】
本実施形態の重量計測装置１では、シート１０の移送中に、各荷重計測用ロール２、３の回転方向が互いに逆向きとなり（図１では第１荷重計測用ロールは時計方向に回転し、第２荷重計測用ロールは反時計方向に回転している様子を例示している）、各荷重計測用ロール２、３間をシート１０が鉛直に移送し、且つ各荷重計測用ロール２、３に掛かるシート張力に起因する各荷重の方向が鉛直方向で互いに逆向きとなるように、これらの各荷重計測用ロール２、３及び各補助ロール４、５が配置され、シート１０の移送経路Ｒが形成されている。
【００１６】
ここで鉛直とは、正確には水平面に対して垂直方向（角度９０°）つまり物体を吊り下げた糸が示す方向のことであるが実用上、水平面に対して角度が９０±５°の範囲であれば、重量計測に影響を与えない。
【００１７】
具体的には、図２に示すように、シート１０の移送中に、第１補助ロール４から第１荷重計測用ロール２に向かうシート１０の進入角度θ1、各荷重計測用ロール２、３間のシート１０の進入進出角度θ2、及び第２荷重計測用ロール３から第２補助ロール５に向けてのシート１０の進出角度θ3が９０°（すなわち、各ロール２〜５間のシートの移送方向が鉛直）となるように、シート１０が各ロールに巻き掛けられて移送経路Ｒが形成される。
【００１８】
ここで、各荷重計測用ロールへのシートの進入角度θ1及び進出角度θ3を同一にするということは重要な意味を持つ。すなわち図４において、第１荷重計測用ロール２へのシートの進入角度θ1と第２荷重計測用ロール３からのシートの進出角度θ3を同一にすれば、前記特許文献１に記載のように、第１荷重計測用ロール２の軸芯と第１補助ロール４の軸芯との距離Ｌ1と、第２荷重計測用ロール３の軸芯と第２補助ロール５の軸芯との距離Ｌ3を同一にしなくとも計測の精度に影響がないことになる。つまり、必ずしもＬ1とＬ3の長さを等しくする必要がなく、装置設計の自由度を上げることができる。またシートの進入角度θ1、シートの進出角度θ3をそれぞれ９０°とすることで、前記ＷＬ1、ＷＬ3の重量の影響を受けなくすることができる。
なお、本願発明の実施形態を示す図２において、距離Ｌ1は、第１荷重計測用ロール２の軸芯と第１補助ロール４の軸芯との鉛直方向の距離となり、距離Ｌ3は、第２荷重計測用ロール３の軸芯と第２補助ロール５の軸芯との鉛直方向の距離となる。
以上のことは、装置設計上の誤差が、ＷＬ2とθ2、θ3の変動の影響しか受けないことを意味する。具体的には、装置に掛かる荷重は、前記式（４）より、
Ｆ２１＋Ｆ３１＝ＷＬ2（１＋ｓｉｎθ2ｓｉｎθ3）・・・（５）
となる。このため、θ2、θ3が変動したとしても、正弦関数の角度変動は９０°近辺においては小さいので、前記式（５）より、Ｆ２１＋Ｆ３１の誤差が小さくなる。
【００１９】
さらに、前記式（５）において、θ1＝θ3＝θ2＝９０°となるため、荷重計２１、３１に掛かる荷重（Ｆ２１＋Ｆ３１）は、下記式（６）で表される。
Ｆ２１＋Ｆ３１  ＝  ２ＷＬ2・・（６）
従って、ＷＬ2の２倍の重量を検出でき、分解能を上げることができる。さらに、本実施形態の重量計測装置１では、従来技術におけるような、シート１０の張力変動の影響を無視することができる。
【００２０】
なお、荷重計が水平に対して、斜めに取付けられた場合であっても、Ｆ２１＋Ｆ３１は、荷重計に引加する鉛直成分を指す。
【００２１】
各ロールには、周面の摩擦抵抗の低いロールを使用することが計測精度を高める上でより好ましい。ロールの直径等は、計測するシート幅やシート張力に応じて設定される。各ロールは、図示しないフレームに水平軸回りに回転自在に固定される。ロールの形態としては、金属、プラスチック等材質は問わない。またベアリング部も接触、非接触を問わない。また直接ロールを介しないエアーによる方法も採用が可能である。
【００２２】
各荷重計２１、３１には、磁歪式やロードセル等の荷重計が使用される。また、前記演算器６には、各荷重計２１、３１の出力を加算する加算器が使用される。ロードセルは、ビーム型、コラム型、ダイヤフラム型などがあるが、形式は問わない。
【００２３】
次に、本発明のインライン式シート重量計測方法について前記重量計測装置１を使用した重量計測方法に基づいて説明する。
【００２４】
前述のような移送経路Ｒでシート１０を各ロールに巻き掛ける。そして、上流側からシート１０を繰り出し、移送経路Ｒを経由して下流側の巻取装置で巻き取る。そして、この移送経路Ｒを経由したシート１０の移送中に、前記各荷重計２１、３１の出力を演算器６で算出してシート１０の重量を計測する。シート１０の移送速度は、計測されるシートの材質に応じて設定されるが、移送時の外乱の影響を考慮すると、２０〜３０ｍ／分が好ましい。
【００２５】
このように、本実施形態の重量計測装置１及びそれを使用したシート重量の計測方法によれば、移送中のシート１０に掛かる張力の影響を受けずに済むため、移送中のシート１０の重量を精度よく安定的に計測することができる。
【００２６】
本発明のインライン式シート重量計測方法及び装置は、前記実施形態に制限されない。
【００２７】
また、本発明の計測装置をシート移送経路中に複数設置し、各計測結果から平均値を算出しても良い。
【００２８】
本発明のインライン式シート重量計測方法及び装置は、その重量計測に適用されるシートは、各荷重計測用ロール２、３間に移送できれば、樹脂、金属などの材質や、多孔、非多孔の形態等、特に制限はない。また、特許文献１に記載の技術は前述のように坪量が大きいシートの場合には、シートがたわむことによって測定精度が低下するが、本発明では坪量が大きいシートでも測定精度を低下させることがなく、坪量が３００ｇ／ｍ2を超えるシートの重量計測に特に好適である。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。なお、本発明は本実施例により何ら制限されない。
【００３０】
下記実施例及び比較例のように、図２及び図４に示す装置について、下記のそれぞれの条件で、本出願人が提案した特許第３７０３４６９号公報に記載の抄紙シートと同様な下記構成のシートを移送速度２０．５ｍ／分で約２ｍ移送し、その際におけるシート重量を計測し、実際の重量計測結果（実測値）との相関を調べた。その結果を図３に示す。
【００３１】
〔シートの構成〕
鉄粉：４５μｍメッシュ分級品、同和鉄粉鉱業（株）製、商品名「ＲＫＨ」、８４質量％
パルプ繊維：ＮＢＫＰ、Ｐｏｐｅ ＆ Ｔａｌｂｏｔ（株）製、商品名「マッケンジー」、平均繊維長さ＝２．１ｍｍ、８質量％
活性炭：４５μｍメッシュ分級品、日本エンバイロケミカルズ（株）製、商品名「カルボラフィン」、８質量％
幅：９８ｍｍ
坪量：４００〜５００ｇ／ｍ2
【００３２】
〔実施例〕
図２の装置において、第１荷重計測用ロールの軸芯と第１補助ロールの軸芯との距離Ｌ1、第２荷重計測用ロールの軸芯と第２補助ロールの軸芯との距離Ｌ3、各荷重計測用ロールの軸芯間距離Ｌ2、及び前記各ロールへの進入・進出角度θ1、θ2、θ3を下記のように設定し、インラインでシートの重量を計測した。
Ｌ1＝２０５０ｍｍ
Ｌ2＝２０００ｍｍ
Ｌ3＝１８００ｍｍ
θ1＝θ3＝９０°
θ2＝９０°
【００３３】
〔比較例〕
図４の装置において、第１荷重計測用ロールの軸芯と第１補助ロールの軸芯との距離Ｌ1、第２荷重計測用ロールの軸芯と第２補助ロールの軸芯との距離Ｌ3、各荷重計測用ロールの軸芯間距離Ｌ2、及び前記各ロールへの進入・進出角度θ1、θ2、θ3を下記のように設定し、実施例１と同様にしてシートの重量を計測した。
Ｌ1＝Ｌ3＝２８０ｍｍ
Ｌ2＝１４０ｍｍ
θ1＝θ3＝１０°
θ2＝２０°
【００３４】
図３に示したように、実施例においては、実測値に対する計測誤差は９５±２ｇ（±２％）、相関係数Ｒ2は０．７７２であった。これに対し、比較例においては、実測値に対する計測誤差は９８±７ｇ（±７％）、相関係数Ｒ2は０．４５５であった。よって、実施例のシート重量計測装置及び方法によれば、抄紙シートの重量を精度良く安定的に計測できることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明のインライン式シート重量計測方法に使用される装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】同実施形態のシート重量計測装置における移送経路の条件を示す図である。
【図３】インラインによるシート重量計測装置及び方法による重量計測結果と、実測値との相関を示す図であり、（ａ）実施例における相関図、（ｂ）は比較例における相関図である。
【図４】従来技術のシート重量計測装置における移送経路の条件を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  インライン式シート重量計測装置
２  第１荷重計測用ロール（荷重計測用ロール）
３  第２荷重計測用ロール（荷重計測用ロール）
２１  第１荷重計
３１  第２荷重計
４  第１補助ロール（補助ロール）
５  第２補助ロール（補助ロール）
６  演算器
１０  シート
【図１】
2008249629.tif 000003
【図２】
2008249629.tif 000004
【図３】
2008249629.tif 000005
【図４】
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