(57)【要約】【課題】計測ビームをウェブ上に放出し、ウェブから反射されたビームを受け取り、ここからウェブの性質を導出する一つ又はそれ以上の反射率センサを使用して紙ウェブの性質を計測する。【解決手段】ウェブは、計測中、受動又は作用エアフォイル又はファブリック等のウェブ支持体上に支持される。一つ又はそれ以上の計測センサを作用エアフォイルと一体化できる。これらのセンサは複数の光ファイバを含み、これらの光ファイバの検出端は、移動する紙ウェブに対し、エアフォイルのウェブ支持パネルの一つ又はそれ以上の穴を通して面するように、エアフォイルに配置されている。【選択図】図１
2007284863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製紙機のための装置において、
製紙機内を移動する紙ウェブが隣接するウェブ支持面を画成する壁を有する作用エアフォイルであって、前記壁は、前記紙ウェブを支持し且つ安定化させるために、空気を放出して前記ウェブ支持面に沿って空気層を形成する開口部を画成する、作用エアフォイル、及び
前記作用エアフォイルと一体化した複数の固定されたセンサであって、これらのセンサは、前記紙ウェブに沿って間隔が隔てられた複数の位置の各々で前記紙ウェブの少なくとも一つの性質を計測するために前記ウェブ支持面から前記紙ウェブ上に差し向けられており、前記ウェブの一方の側のみから前記ウェブの性質を計測するように作動できる、センサ、を備えた装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記固定されたセンサは、検出端を各々有する複数の光ファイバを持つ光ファイバ計測デバイスを含み、前記光ファイバの前記検出端は、前記ウェブ支持面上を移動する紙ウェブに面する、装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、前記光ファイバの前記検出端は、前記作用エアフォイルの前記ウェブ支持面を通して形成された一つ又はそれ以上の穴に配置されている、装置。
【請求項４】
請求項２に記載の装置において、前記光ファイバの前記検出端は、前記紙ウェブの性質をその様々な幅方向位置で計測するために、機械方向に対して横方向で間隔が隔てられている、装置。
【請求項５】
請求項２に記載の装置において、各光ファイバによって伝達された光信号を検出するように作動できるデバイスが、前記光ファイバの前記検出端とは反対側の端に配置されている、装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置において、前記デバイスは、前記光ファイバの前記光信号を順次サンプリングするように作動できるサンプリングデバイスを含む、装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置において、前記サンプリングデバイスは、検出器を支持する部材を含み、前記部材は、前記検出器を前記光ファイバのうちの任意の一つの光ファイバの前記反対側の端に接続された関係に置くように移動できる、装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置において、前記検出器を支持する前記部材は回転自在である、装置。
【請求項９】
請求項５に記載の装置において、前記光ファイバからの前記光信号のサンプルを表す信号を前記デバイスから受け取るように前記デバイスに接続されたプロセッサを更に含み、このプロセッサは、前記デバイスから受け取った前記信号から前記紙ウェブの性質を導出するように作動できる、装置。
【請求項１０】
請求項２に記載の装置において、前記光ファイバ計測デバイスは、前記ウェブの秤量を計測するための反射率計測デバイスを含む、装置。
【請求項１１】
製紙機のドライエンドにおいて、
紙ウェブを乾燥するためのドライヤー、
前記ドライヤーの下流に配置された、前記紙ウェブをその上に巻き取るための回転自在の被駆動リールスプール、
前記ドライヤーと前記リールスプールとの間に配置された作用エアフォイルであって、製紙機内を移動する紙ウェブが隣接するウェブ支持面を画成する壁を有し、前記壁は、前記紙ウェブを支持し且つ安定化させるために、空気を放出して前記ウェブ支持面に沿って空気層を形成する開口部を画成する、作用エアフォイル、及び
前記作用エアフォイルと一体化した計測デバイスであって、前記紙ウェブの少なくとも一つの性質を計測するために、前記ウェブ支持面から前記紙ウェブに差し向けられており、前記ウェブの一方の側のみから前記性質を計測するように作動できる、計測デバイス、を備えた、ドライエンド。
【請求項１２】
請求項１１に記載のドライエンドにおいて、前記計測デバイスは光ファイバ計測デバイスを含む、ドライエンド。
【請求項１３】
請求項１２に記載のドライエンドにおいて、前記光ファイバ計測デバイスは、検出端を各々有する複数の光ファイバを含み、前記光ファイバの前記検出端は、前記ウェブ支持面上を移動する前記紙ウェブに面する、ドライエンド。
【請求項１４】
請求項１１に記載のドライエンドにおいて、前記計測デバイスは、前記作用エアフォイル内に収容されており且つウェブをその幅に亘って計測するために機械方向に対して横方向に沿って移動するように作動できる横断計測ヘッドを含む、ドライエンド。
【請求項１５】
請求項１１に記載のドライエンドにおいて、前記エアフォイルは、前記ドライヤーと隣接した上流端及び前記リールスプールと近接した下流端を有する、ドライエンド。
【請求項１６】
製紙機用の装置において、
製紙機内を移動する紙ウェブが隣接するウェブ支持面を画成する壁を有する作用エアフォイルであって、前記壁には、加圧空気が供給される内部を画成する閉鎖体を形成するように複数の追加の壁が接合されており、前記ウェブ支持面を持つ前記壁は、前記紙ウェブを支持し且つ安定化させるために、空気を放出して前記ウェブ支持面に沿って空気層を形成する開口部を画成する、作用エアフォイル、及び
前記紙ウェブの少なくとも一つの性質を計測するために前記作用エアフォイルの内部内に収容された横断計測デバイスであって、前記エアフォイル内で機械方向に対して横方向に沿って横断でき、前記ウェブ支持面を持つ前記エアフォイルの前記壁は、一つ又はそれ以上の開口部を画成しており、これらの開口部を通して前記計測デバイスがウェブの計測を行う、横断計測デバイス、を備えた装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の装置において、前記計測デバイスは前記ウェブの性質をその一方の側のみから計測するように作動できる、装置。
【請求項１８】
製紙機のドライエンドにおいて、
紙ウェブを乾燥するためのドライヤー、
前記ウェブを巻き取って紙ロールを形成するため、前記ドライヤーの下流に配置されたリールアップ、
前記ドライヤーと前記リールアップとの間に配置されたウェブ支持体であって、前記ウェブの第１側が露呈され且つ前記ウェブの反対側の第２側が前記ウェブ支持体と向き合うように前記ウェブに対して支持を提供する、ウェブ支持体、及び
前記ウェブの前記第１側と近接して配置された反射率計測デバイスであって、前記ウェブ支持体上の前記ウェブに計測ビームを放出し、反射された計測ビームを前記ウェブから受け取り、前記ウェブの少なくとも一つの性質を反射された計測ビームに基づいて導出する、ドライエンド。
【請求項１９】
請求項１８に記載のドライエンドにおいて、前記ウェブ支持体はファブリックを含む、ドライエンド。
【請求項２０】
請求項１９に記載のドライエンドにおいて、前記ファブリックは、前記リールアップで前記紙ロールと共にニップを形成し、ウェブを前記ニップ内に案内する、ドライエンド。
【請求項２１】
製紙機内で移動する紙ウェブの性質を計測するための方法において、
前記ウェブの第１側が露呈され、前記ウェブの反対側の第２側がウェブ支持体と向き合うように、前記ウェブを前記ウェブ支持体上で支持する工程、
前記ウェブ支持体上の前記ウェブの前記第１側上に計測ビームを放出し、この計測ビームを前記ウェブから反射させる工程、
前記ウェブから反射された前記計測ビームを受け取る工程、及び
前記反射された計測ビームを分析し、紙の性質を計測する工程を含む、方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法において、前記ウェブの計測中、前記ウェブは、移動するファブリック上に支持されている、方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法において、前記ファブリックは、スルーエアー乾燥ファブリックを含み、前記ファブリックは、少なくとも一つのスルーエアードライヤーを通して前記ウェブを搬送し、前記スルーエアードライヤーの外側の前記ファブリックは、前記ウェブを前記ファブリックの外方に面する表面上で搬送し、放出工程、受け取り工程、及び分析工程を行うために反射率計測センサが配置された計測ステーションを通過させる、方法。
【請求項２４】
請求項２１に記載の方法において、前記計測ビームは、前記ウェブに差し向けられ、前記ウェブを複数の別個の間隔が隔てられた位置で計測するように、前記ウェブの機械方向に対して横方向に間隔が隔てられた複数の固定位置の各々でウェブから受け取られる、方法。
【請求項２５】
請求項２１に記載の方法において、前記計測ビームは、前記ウェブに差し向けられ、前記ウェブをその幅に亘って計測するように、前記ウェブの機械方向に対して横方向に沿って移動する横断センサによって前記ウェブから受け取られる、方法。
【請求項２６】
製紙機のドライエンドにおいて、
スルーエアードライヤー、及びこのドライヤーを通して紙ウェブを搬送する無端ループをなして配置されたスルーエアー乾燥ファブリックを含み、前記ドライヤーの外側の前記ファブリックの前記無端ループは、計測ステーションを通過する前記ファブリックの外方に面する表面上で前記ウェブを搬送するように構成されており、
前記計測ステーションに配置された少なくとも一つの反射率計測センサを含み、このセンサは、前記ファブリック上の前記ウェブ上に計測ビームを放出し、前記ウェブから反射された計測ビームを受け取り、前記反射された計測ビームに基づいて前記ウェブの性質を決定する、ドライエンド。
【請求項２７】
紙ウェブを乾燥するためのドライヤーを持つ、製紙機のドライエンドのための装置において、
前記ドライヤーを出る前記紙ウェブを支持し且つ安定化させるための安定化フォイル、及び
前記紙ウェブの一つ又はそれ以上の性質を前記ドライヤーの下流で計測するための、前記フォイルと一体化した計測センサであって、前記計測センサは、機械方向に対して横方向に間隔が隔てられた様々な位置で前記紙ウェブの性質を計測するために、機械方向に対して横方向に横断でき、前記フォイルは、機械方向に対して横方向に延びるスロットをそこに画成し、前記計測センサは前記スロットと整合しており且つ前記スロットに沿って横断でき、更に、前記計測センサが使用されない場合に前記スロットを覆うための移動自在のカバーを含む、計測センサを備えた装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製紙機及び製紙方法に関する。本発明は、更に詳細には、ティッシュ機械の短縮ドライエンドで移動するカバーウェブの性質を計測するための計測構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
紙の製造において、製紙機を通るウェブ通路に沿った特定の箇所で紙ウェブの状態を監視し、ウェブの状態に応じて必要な場合に製紙プロセスを調節することが一般的に行われている。例えば、製紙機のドライエンドでは、代表的には、秤量や含水量等の性質を計測するために機械の最終乾燥区分から出るウェブを監視する。詳細には、このような性質の機械方向（ＭＤ）及び機械方向に対して横方向（ＣＤ）での分布を計測値から導出する。
理想的なウェブは、関連した全てのパラメータが機械方向（ＭＤ）及び機械方向に対して横方向（ＣＤ）で平坦である。実際には、このような分布が常に平坦であることはあり得ない。しかしながら、分布を監視し、製紙プロセスを閉ループ制御で適切に調節することにより、分布を所望の平坦な状態近くに維持できる。
【０００３】
移動する紙ウェブの性質を監視するため、様々な種類のセンサデバイスが使用されてきた。これらのセンサデバイスは、代表的には、ウェブを透過させた光及び／又はウェブから反射した光を使用し、透過光又は反射光を検出する光学式センサを含み、ここから所望の性質を導出する。多くの種類のセンサに関し、従来、センサを計測フレームに取り付けることが行われてきた。この計測フレームの唯一の又は主要な目的はこれらのセンサを支持することである。例えば、最終のヤンキードライヤーを使用する従来のティッシュ機械では、ヤンキードライヤーの直ぐ下流に及びリールアップの上流に配置された計測フレームが、最終的に乾燥したウェブの秤量及び含水量を計測するためのセンサを支持する。
【０００４】
幾つかの製紙機では、センサは機械方向に対して横方向に横切る。横方向は、通常は、ウェブの移動方向に対して実質的に垂直方向である。従って、センサは、ウェブの斜めサンプルの性質を計測するのであって、ウェブ全体の性質を計測するのではない。計測は、各横断中、マシンに亘ってほぼ同じ複数の位置で行われ、センサがウェブを横切って一方又は両方の方向に横断するときに計測を行うことができる。ウェブの所望の性質の計測された変化を、一般的には、数値アルゴリズムによってＭＤ変化及びＣＤ変化の概算値に分離する。通常の分離方法は、ＭＤ変化を確認し、これを走査したデータから分離し、残った変化がＣＤ変化及びランダム変化であると考えられる。高周波数のＭＤ変化は分離できず、これは、一般的にはランダム変化であると見なされる。ランダム変化と表される変化は、多くの場合、フィルタに通すことによって除去できる。低周波数のＭＤ変化は、幾つかの数値アルゴリズムのうちの任意のアルゴリズムで実質的に同定でき且つ分離できる。
このようなアルゴリズムには、平均化アルゴリズム、指数関数的フィルタリングアルゴリズム、又はカルマンフィルタリングアルゴリズムが含まれ、セルに適用される。
【０００５】
従来の構成の一つの欠点は、計測フレームが機械方向で空間を占有し、及び従って、ヤンキードライヤー又は他の最終ドライヤーとリールアップとの間のドローを幾分長くしてしまうということである。このようにドローが長いため、紙ウェブを最終ドライヤーとリールアップとの間で支持しなければならず、さもなくばウェブが不安定になりウェブ自体の重量を支持できなくなり、場合によっては切れてしまう。かくして、高度な支持装置が必要とされる。
【０００６】
更に、横断センサには繊維や屑が集まりがちであり、及び従って適正に作動するようにするため、及び火災の危険をもたらす塵埃の蓄積が起こらないようにするため、清掃を定期的に行わなければならない。
【０００７】
代表的な計測構成の更に別の欠点は、秤量の計測が、放射性同位元素源をウェブの一方の側に置き、検出器をウェブの他方の側に置くことによって行われるということである。
検出器はウェブを通過した放射線を受け取り、ウェブが放射線をどの程度吸収したのかに基づいて秤量を導出する。放射能が人間に対して危険であることばかりでなく、ウェブ透過技術においては、ウェブが計測構成の領域のオープンドロー(open draw)を横切る必要がある。ティッシュ機械では、これは、ティッシュウェブが弱いため、及び従ってオープンドローでは切れ易いため、欠点である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、ティッシュ機械のドライエンドを短くするのを容易にし、オープンドローを必要とせずに紙の性質を計測できる計測構成を提供することによって上述の必要に対処しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、紙ウェブを、秤量及び他のパラメータについて計測すると同時に、ファブリック又は他のウェブ支持体上に支持する。この目的のため、反射率計測技術を使用する。この技術では、計測ビーム（例えば電磁波、超音波エネルギ等の音響波、可視スペクトル又は不可視スペクトルの光波、等）をウェブ支持体上のウェブに放出し、ウェブから反射されたビームをセンサに戻す。かくして、ビームを放出し受け取るセンサがウェブの一方の側だけに配置されるためオープンドローが必要とされない。
【００１０】
本発明の幾つかの特徴では、横断センサをなくし、その代わり、横断センサと関連した問題点がない固定センサを使用する。本発明の別の特徴では、横断センサを使用するが、これらの横断センサは、塵埃や屑等で汚損しないように収容されており、センサを支持するために計測フレームを必要としない。
【００１１】
かくして、本発明の一つの特徴は、光ファイバ計測デバイスをエアフォイルと一体化した製紙機用作用エアフォイルを提供する。作用エアフォイルは、全体として、ウェブ支持面を画成するパネル、及び加圧空気が供給される内部チャンバを形成するようにこのパネルに接合された複数の他の壁を含む。エアフォイルは、空気をチャンバからウェブ支持面に沿って排出し、ウェブ支持面に沿って移動する紙ウェブを支持する空気層を形成する一つ又はそれ以上の空気出口を画成する。光ファイバ計測デバイスは、検出端を持つ複数の光ファイバを含む。光ファイバは、ファイバの検出端が、エアフォイルのウェブ支持パネルに設けられた一つ又はそれ以上の穴を通して紙ウェブに面するようにエアフォイルに配置されている。ファイバの検出端は、ウェブに沿った複数の幅方向位置で紙の性質を検出できるように機械方向に対して横方向に間隔が隔てられている。光ファイバは、好ましくは反射率計測技術を使用し、この技術では、光ファイバのうちの幾つかの端から光波が放出され、反射された波を他の光ファイバの端で受け取る。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態によれば、光ファイバの反対端はエアフォイルから遠方に配置されたサンプリングデバイスに接続されている。サンプリングデバイスは、光ファイバからの光学的出力信号を順次サンプリングし、信号サンプルをコンピュータ等の別の装置に提供し、この別の装置がこれからＭＤ分布及びＣＤ分布を決定する。サンプリングデバイスは、ウェブの全幅に亘って全ての光ファイバのサンプリングを、横断センサを幅に亘って移動できるよりも遙かに高速で行うことができ、これによって高周波数及び低周波数のＭＤ変化を検出できる。サンプリングデバイスは、円形の経路をなして配置された光ファイバの端部に回転によって順次連結される回転装置等の機械的なデバイスであってもよく、別の態様では、サンプリングデバイスはサンプリングを電子的に行ってもよい。
【００１３】
本発明の別の実施形態では、作用エアフォイルは、エアフォイルのウェブ支持壁の一つ又はそれ以上の開口部を通して放出され且つ受け取ることによって反射率の計測を行う横断センサを収容する。横断機構は、従来の態様で取り付けられた横断センサを汚損する塵埃及び他の屑からエアフォイルによってシールドされる。
【００１４】
本発明によれば、ウェブを作用エアフォイル、受動エアフォイル、ファブリック、又は他のウェブ支持体上に支持でき、反射率計測センサをウェブ支持体上のウェブの露呈側と隣接して取り付けることができる。
【００１５】
本発明の一実施形態では、作用エアフォイルは、センサを収容していようといまいと、好ましくは、ウェブを最終乾燥装置からティッシュ機械のリールアップまで支持し、そのためオープンドローがなく、最大でもフレームとリールアップとの間に非常に短いオープンドローがあるに過ぎない。作用エアフォイルを、エアフォイル内に又はエアフォイルと隣接してのいずれかで取り付けられた反射率センサと組み合わせた場合、特にコンパクトなドライエンドが提供される。
【００１６】
更に詳細には、ティッシュ機械のドライエンド用の装置は、紙ウェブが巻付けられて紙ロールを形成する回転自在のリールスプール、及びドライエンドから紙ロールまで延びる作用エアフォイルを含む。作用エアフォイルの下流縁部は、幾つかの実施形態では、紙ウェブが通過して紙ロール上に案内されるニップを紙ロールとともに形成する。他の実施形態では、エアフォイルは、紙ロールとニップを形成せず、その場合、エアフォイルの下流縁部と紙ロールとの間の自由ドローを非常に短くできる。作用エアフォイルが紙ロールと共にニップを形成する場合、作用エアフォイルは、ニップでのニップ荷重を制御するためにリールスプールに対して移動できる。有利には、作用エアフォイルは、ニップ荷重を制御するために、枢軸を中心として回転できる。別の態様では、又は追加として、作用エアフォイルは、紙ロールに当接してニップを形成する可撓性下流縁部分を含んでもよい。
【００１７】
ウェブをエアフォイル上に支持することの変形例として、リールアップまで延びるベルト又はファブリック上にウェブを支持してもよい。この場合、ベルト又はファブリックと隣接した適当な支持体に反射率計測センサが取り付けられる。ウェブは、センサとベルト又はファブリックとの間に位置決めされる。
【００１８】
本発明により、従来の製紙機を越える多くの利点を得ることができる。光ファイバ計測デバイスを一体に備えたエアフォイルは、横断計測壁を必要とせず、及び従って、複雑な横断機構及びこのような計測壁と関連した振動及び清掃の問題点がなくなる。計測デバイスを別体の計測フレーム等に取り付けるのでなく、作用エアフォイルと一体化することにより、空間を節約しマシンのフットプリントを減少するのに役立つ。光ファイバを作用エアフォイルの内部に通すことができ、及びかくして火災の危険をもたらす塵埃の蓄積が起こらないようにする。更に、ウェブに沿った所与の幅方向位置で各センサを監視することにより、ＭＤ変化を高周波数で、場合によっては連続的に容易に検出できる。
【００１９】
反射率計測センサが作用エアフォイルに一体化されていない場合、これらのセンサは、ファブリックやエアフォイル等の支持体上に支持された紙ウェブに対して直接整合するように取り付けることができる。例えば、センサを、ウェブを乾燥区分に搬送するスルーエアー乾燥ファブリックと隣接して、ウェブに対して直接整合するようにファブリックの外方に面する表面上に紙ウェブが支持される位置に取り付けることができる。かくして、本発明により、センサの配置を大幅に自由にできる。
【００２０】
本発明の以上の及び他の目的、特徴、及び利点は、本発明の特定の好ましい実施形態の以下の説明を、添付図面を参照して読むことにより更に明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明の好ましい実施形態を示す添付図面を参照して本発明を以下に詳細に説明する。しかしながら、本発明は多くの様々な形態で実施でき、本明細書中に記載した実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示を完全にするため、及び本発明の範囲を当業者に完全に提示するために提供されるものであると解釈されるべきである。本明細書中に亘り同様の構成要素に同じ参照番号が付してある。
【００２２】
図１は、本発明の第１実施形態による、ティッシュ製造に適した製紙機のドライエンドを示す。紙ウェブは、従来のように、矢印２２の方向に回転する加熱したドライヤーロール２０を持つヤンキードライヤー上で乾燥される。ウェブをロール２０から取り外し、好ましくはドクターブレード２６を持つクレーピングドクター２４によってクレープされる。クレーピングドクターの後方に配置したクリーニングドクター２８がロールの表面をきれいにする。別の態様では、交換又は保守のためにドクター２６が使用されない場合、紙ウェブをロールから取り外してクレープするのにドクター２８を使用できる。ドライヤーロール２０からクレープされて取り外されたウェブは、短いドロー上を、ドライヤーロール２０と同じ方向に回転する被駆動リールスプール３０まで進む。クレーピングドクター２４とリールスプール３０との間のドローでは、ウェブは作用エアフォイル３２によって安定化される。エアフォイル３２は、上流縁部がクレーピングドクターブレード２６と隣接しており、下流縁部がリールスプール３０上に形成された紙ロール３４と近接している。エアフォイル３２は、有利には、機械方向に対して横方向で紙ウェブの全幅に亘って延びている。エアフォイル３２は、エアフォイルの上流縁部近くに配置された、機械方向に対して横方向と平行に延びる枢軸３６を中心として回転自在に取り付けられている。かくして、エアフォイルの下流縁部を大きくなっていく紙ロール３４に対して所望の位置に保持するため、エアフォイルを枢動させることができる。アクチュエータ４０が、紙ロールが大きくなっていくに従ってエアフォイル３２を枢動させる作動力を提供する。エアフォイル３２は、特に低秤量のウェブが高速で移動する場合に生じ易いウェブのフラッターを抑えるのに役立つ。
【００２３】
エアフォイルは、ウェブの移動を支持し且つ補助するための指向性のある空気流を発生するために加圧空気を使用する作用エアフォイルを含む。このような作用エアフォイルは、例えば、米国特許第５，７３８，７６０号に開示されている。同特許に触れたことにより、この特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。簡単に述べると、エアフォイルは、ウェブ支持面４４を画成するパネル４２を有し、紙ウェブがウェブ支持面４４に沿って移動し、更に、加圧空気が供給される内部チャンバをパネル４２とともに画成する複数の他の壁４６、４８を含む。パネル４２の開口部４９が空気をチャンバからパネルのウェブ支持面４４とほぼ平行な方向に排出し、かくして、紙ウェブを支持する移動する空気層を形成する。
【００２４】
図２は本発明の変形例を示す。この変形例は、リールスプール３０が作用エアフォイル３２に対して上の位置に配置されており、そのため、ヤンキードライヤー２０とは逆方向に回転する大きくなっていく紙ロール３４の下側に紙ウェブが巻き付けられること以外は図１の実施形態と同様である。
【００２５】
エアフォイル３２は、更に、光ファイバ計測デバイス６０を一体に備えている。光ファイバ計測デバイス６０は、図３に概略に示す複数の光ファイバ６２を含む。これらの光ファイバは、エアフォイルの内部又はウェブ支持面４４以外の外面に沿ってのいずれかでエアフォイル３２に沿って敷設してある。各光ファイバ６２は、光を検出端で受け取ってこれをファイバに沿ってその反対端まで伝達する。反対端では、伝達された光を検出し、紙ウェブの性質をそこから導出する。ファイバ６２の検出端は、エアフォイルのウェブ支持面４４に沿って移動する紙ウェブに面する。この目的のため、エアフォイルのパネル４２には複数の貫通穴４６が設けられており、ファイバの検出端がウェブ支持面と実質的に面一であるように光ファイバ６２の端部がこれらの穴に受け入れられている。別の態様では、ファイバの検出端がウェブ支持面４４の下方に凹所をなしていてもよい。この場合、例えば光ファイバが繊維や屑で汚損されないように穴４６をガラスやプラスチック製の透明カバー（図示せず）で覆うことができる。カバーは、ウェブ支持面４４と面一であるように配置される。更に、各ファイバ毎に別々の穴を設けるのでなく、エアフォイルパネル４２でスロット状の一つの穴（又は一つ以上のこのような穴）を使用し、複数の光ファイバを単一の穴に配置することができる。
【００２６】
ファイバ６２及び穴４６がどのように構成されるのかに拘わらず、ファイバの検出端は、図２Ａに示すように機械方向に対して横方向に沿って間隔が隔てられていてもよい。これらのファイバ端は、紙ウェブの実質的に全幅に亘って、又は紙ウェブの幅の一部に亘って、例えば約５０−１５０ｍｍ、好ましくは約１００ｍｍの所定間隔で間隔が隔てられている。ファイバ端を図２Ａに直線状の列をなし且つ等間隔で配置してあるように示してあるが、本発明は、ファイバ端の任意の特定の形体及び配置に限定されず、紙ウェブのいずれの部分を監視するのかに応じて別の構成を使用できる。
【００２７】
図３は、光ファイバ６２の反対端が受け入れられ且つ各ファイバによって伝達された光を検出するサンプリングデバイス７０を示す。各ファイバによって伝達される光は連続していてもよいが、サンプリングデバイスは、任意の特定のファイバによって伝達された光を定期的に検出するだけであってもよい。かくして、例えば、サンプリングデバイスは、図３に示す回転デバイス等の機械的な装置であってもよく、この場合、検出器７４が設けられた部材７２が、検出器７４を各光ファイバ６２の端部と順次整合させるように回転する。各光ファイバのサンプリングは、かくして、部材７２の一回転で一度行われる。次いで、各ファイバからサンプリングされた信号をプログラムされたコンピュータ等のプロセッサ８０に通信する。プロセッサ８０は、紙ウェブの性質を信号から導出するように作動する。サンプリングデバイス７０は、プロセッサ８０に信号を光信号として光ファイバケーブルを通して送出できる。その場合、プロセッサ８０は、光信号を電気信号に変換するように作動できる。次いでこれらの電気信号を定量し、紙ウェブの性質を計算する上で使用する。別の態様では、サンプリングデバイスは、ファイバからの光信号を電気信号に変換し、変換した電気信号をプロセッサに送出できる。
【００２８】
回転式サンプリングデバイスが示してあるけれども、別の態様では、直線的に移動するサンプリングデバイスを使用してもよい。更に、機械的サンプリングでなく電子的サンプリングによって光ファイバ信号のサンプリングを行うサンプリングデバイスを使用できる。更に、所望であれば、サンプリングデバイス及びプロセッサを同じデバイスに一体化することができる。更に、全てのファイバの全ての光信号が電気信号に同時に変換され、これらの電気信号が連続的又は定期的のいずれかで監視されるように、光信号を電気信号に連続的に変換する導出装置が各光ファイバに夫々設けられていてもよい。
【００２９】
図２に示すように、製紙機のドライエンドには、光ファイバ計測デバイス６０の他に、ウェブの性質を計測するための別のセンサ６１−６４が様々な位置に設けられていてもよい。有利には、センサ６１は、ウェブがドライヤーロール２０からクレープされる前のウェブの温度を計測するため、クレーピングドクター２４の上流に配置された赤外線温度センサを含む。ウェブの含水量と赤外線温度センサによって計測したウェブ温度との間には良好な相関があることがわかっている。従って、センサ６１が計測したウェブ温度を、ドライエンドに進入するウェブの含水量の決定に使用できる。センサ６３及び６４は、ウェブの速度を検出するために使用できる。
【００３０】
センサ６０は、紙の性質を、好ましくは反射率技術を使用して計測する。センサは、電磁波、超音波エネルギ、可視スペクトル又は不可視スペクトルの光線等の計測ビームを放出し、エアフォイルを通過するウェブに当て、ウェブから反射した計測ビームをセンサが受け取り、演算処理してウェブの性質を導出する。詳細には、紙の含水量及び／又は秤量を決定する。ウェブの含水量は、赤外線センサ及び技術を使用して計測できる。このような技術は既知である。
【００３１】
本発明以前には、秤量の計測は、放射性同位元素源をウェブの一方の側に配置し、検出器を他方の側に配置することによって行われてきた。検出器は、ウェブを通過した放射線を受け取り、ウェブの放射線吸収量に基づいて秤量を導出する。しかしながら、本発明によれば、赤外線等の計測ビームがウェブから反射され、反射された計測ビームを受け取り、スペクトル分析法を使用して分析する。秤量は、反射された計測ビームのスペクトル成分の変化と相関し、そのため、紙の秤量をスペクトル分析に基づいて導出する。
【００３２】
本発明は固定されたセンサに限定されない。図４は、計測ヘッド５０を収容した作用エアフォイル３２の一実施形態を示す。計測ヘッド５０は、紙ウェブの一つ又はそれ以上の性質、例えば秤量を計測するための少なくとも一つのセンサを含む。ヘッド５０には、秤量センサ及び含水量センサ又は温度センサ等の一つ以上のセンサを組み込むことができる。有利には、計測ヘッド５０は、レール５２等に沿って機械方向に対して横方向に並進できる。エアフォイルは、機械方向に対して横方向に沿って延びる、移動ヘッド５０と整合したスロット５４を含む。エアフォイルは、ウェブの性質の計測に計測ヘッド５０が使用されていない場合にスロット５４を覆うための移動自在のカバー５６を備えていてもよい。計測ヘッド５０のセンサは、好ましくは、上文中に説明した反射率計測技術を使用する。
【００３３】
図５は、複数の案内ロール１０２、１０４、及び１０６の周囲に掛けたベルト１００を含むリールアップを備えた本発明の更に別の実施形態を示す。ベルトを駆動するため、案内ロール１０６が回転自在に駆動される。案内ロール１０６は、大きくなっていく紙ロール３４と隣接して配置される。案内ロール１０２は、紙ロール３４から上流に間隔が隔てられており且つクレーピングドクター２４から下流に短い距離だけ間隔が隔てられている。ベルトのループの案内ロール１０２と案内ロール１０６との間の部分は、ウェブがクレーピングドクターからベルト１００と紙ロール３４との間に画成されたニップまで移動するとき、ウェブを安定化させるように作用する。図６は、負圧を発生器するデバイス１０８がベルト１００のループ内に配置された変形例を示す。この実施形態では、ベルト１００は透過性でなければならない。デバイス１０８は、真空ボックスであってもよく、別の態様では、空気を送出することにより、コアンダ効果で負圧を発生する、メスト社がブローボックスの商標で販売しているデバイス等であってもよい。
【００３４】
図５及び図６の実施形態では、反射率計測センサ１１０は、支持ベルト１００と隣接したビーム等の適当な支持体１１２に、ウェブがセンサとベルトとの間に配置されるように取り付けられている。センサ１１０は定置センサであってもよいし移動センサであってもよい。これらのセンサは、秤量を計測するために上文中に説明した反射率技術を使用し、含水量等の一つ又はそれ以上のパラメータを計測することもできる。
【００３５】
図５及び図６のベルト１００は、ウェブ及び紙ロールに関して上位置にあるが、別の態様では、ウェブがベルト上に支持され、ベルトによって紙ロールの下側に案内されるように、ウェブ及び紙ロールに関して下位置にあってもよい。紙ロールは、反時計廻り方向（即ち図５及び図６に示す方向と逆方向）に回転する。
【００３６】
本発明の原理は、ヤンキードライヤーを最終ドライヤーデバイスとして使用する製紙機に適用されることに限定されず、一つ又はそれ以上のスルーエアードライヤー（ＴＡＤ）ユニットを最終ドライヤーデバイスとして使用する製紙機等の他の種類の機械にも適用できるということは当業者には理解されよう。一例として、図７は、好ましい実施形態による製紙機２００を示す。この機械２００は、ツインワイヤフォーマーを持つフォーミング区分２１０を含む。フォーマーは、フォーミングロール２１２、フォーミングロールのセクタの周囲を通過するように案内ロール２１６の周囲で無端ループをなして形成された内ワイヤ２１４、内ワイヤの頂部でフォーミングロールのセクタの周囲を通過するように案内ロール２２０の周囲で無端ループをなして形成された外ワイヤ２１８、及び製紙用繊維の水性懸濁液をフォーミングロールの直ぐ上流で内ワイヤと外ワイヤとの間に送出し、水分を含んだ紙ウェブをこれらのワイヤ間に形成するヘッドボックス２２２を含む。水分を含んだ紙ウェブは、フォーミングロールの周囲を通過するときにワイヤ間でプレスされることにより部分的に脱水され、この部分的に脱水されたウェブは外ワイヤから分離され、フォーミングロールの下流の内ワイヤ２１４上で支持され、ウェブ移行箇所まで搬送される。ウェブ移行箇所では、ウェブは、ＴＡＤファブリック２２４のループの内側に配置した吸引デバイス２２６の作用で内ワイヤ２１４からＴＡＤファブリック２２４上に移行される。ＴＡＤファブリック２２４は、案内ロール２２８の周囲を無端ループをなして移動する。ウェブを載せて搬送するＴＡＤファブリックは、一対の外方に流れるＴＡＤユニットの各々のフォラミナスドライヤーロール２３０の周囲を通過する。ＴＡＤファブリック及びウェブが周囲を通過する各ドライヤーロール２３０の部分を排気フード２３２が取り囲んでいる。従来の方法では、各ドライヤーロール２３０の内部から乾燥空気を半径方向外方にロールのフォラミナスマントルを通して、及びかくしてウェブ及びＴＡＤファブリックを通して供給し、排気フードを通して排気する。
【００３７】
第２ＴＡＤユニットの下流のＴＡＤファブリックは、ウェブをファブリックの外方に面する表面上に支持する。ファブリックは、この位置では、リールアップ２４０の巻取りステーションの上流及び下流の夫々に配置された一対の案内ロール２３４、２３６間を延びる。リールアップは、紙ウェブが巻付けられるリールスプール２４２を掴んで回転自在に駆動するように作動できる、回転自在に駆動されたリールスプールをＴＡＤファブリック２２４に押し付けてこれらの間にニップを形成するように作動できる適当な機器（図示せず）を含む。ＴＡＤファブリック上に支持された紙ウェブはこのニップに入り込み、かくしてリールスプールに巻付けられ、紙ロールを形成する。リールアップは、紙ロールが大きくなるに従ってリールスプールを移動し、ロールの直径の増大を補償するように作動できる。図７による製紙機は多くの利点を提供するということは理解されよう。第１に、紙ウェブは全ての時点でワイヤ又はファブリック上に支持されており、フリードローがない。第２に、リールアップ２４０を最後のＴＡＤユニットにぴったりと連結できるため、機械の全長及びフットプリントを小さくできる。
【００３８】
本発明によれば、反射率計測センサ２５０は、ＴＡＤファブリック２２４の下面に支持体された紙ウェブの性質を計測するため、図７に示す任意の位置又は全ての位置に配置できる。このようにして、紙ウェブの性質は、従来の透過型計測方法のようなオープンドローを全く必要とせずに計測される。センサ２５０は、定置センサであってもよいし移動センサであってもよい。
【００３９】
本発明により、従来の製紙機を上回る多くの利点を得ることができる。紙の秤量及び他のパラメータを反射率で計測することにより、オープンドローをなくすことができ、リールアップを乾燥区分に近付けることができ、これによってウェブを切れ難くすると同時に機械の全長を短くし、コンパクトな装置を提供する。光ファイバ計測デバイスを持つ作用エアフォイルを使用する実施形態に関し、デバイスは横断計測ヘッドを必要とせず、及び従って、複雑な横断機構を必要とせず、このような計測ヘッドと関連した振動及びクリーニングの問題点が無くなる。計測デバイスを別体の計測フレーム等に設けるのでなく作用エアフォイルと一体化することにより、空間を節約し、機械のフットプリントを小さくする。光ファイバは、作用エアフォイル内に通すことができ、及びかくして火災の危険を生じる塵埃が積もらないようにする。
【００４０】
更に、本発明は、機械方向でのウェブの性質の大きな及び小さな変化を比較的容易に検出する。これは、光ファイバ信号を、機械方向での考えられる最も短い変化よりも早い速度でサンプリングできるため、又は所望であれば連続的に監視できるためである。
【００４１】
本発明が属する技術分野の当業者は、以上の説明及び関連した図面に示す教示の利点を含む本発明の多くの変形例及びその他の実施形態を考えつくであろう。例えば、本明細書中にヤンキードライヤーを持つものとして例示し且つ説明した実施形態は、その代わりに、スルーエアードライヤー等の他の種類の乾燥デバイスを備えていてもよい。従って、本発明は開示の特定の実施形態に限定されず、変形例及び他の実施形態は、特許請求の範囲の範疇に含まれるということは理解されるべきである。本明細書中で特定の用語を使用したが、これらの用語は、単に説明の目的で使用したものであって、限定を目的としたものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】クレーピングドクターと密接した被駆動リールスプール、及びこれらの間の枢動自在の作用エアフォイルを持ち、リールスプールがエアフォイルに関して下位置にある、本発明の一実施形態による製紙機のドライエンドの概略図である。
【図２】リールスプールがエアフォイルに関して上位置にある、図１と同様の図である。
【図２Ａ】図２の２Ａ−２Ａ線に沿った、作用エアフォイルの概略平面図である。
【図３】エアフォイルの光ファイバに接続されたサンプリングデバイスの概略図である。
【図４】本発明の別の実施形態による、移動センサを収容した作用エアフォイルの図である。
【図５】ベルトの形態のウェブ支持体がウェブをリールアップに搬送し、反射率計測センサがベルトと隣接して取り付けられた、本発明の別の実施形態によるドライエンドの図である。
【図６】負圧を発生するためのデバイスがベルトのウェブとは反対側に配置された、図５と同様の実施形態を示す図である。
【図７】スルーエアードライヤーを持ち、このドライヤーを通してウェブがスルーエアー乾燥ファブリックに載せて運ばれ、ファブリック上のウェブを計測するため、反射率計測センサがファブリックと隣接して配置された、本発明の更に別の実施形態による製紙機の概略図である。
【図１】
2007284863.tif 000003
【図２】
2007284863.tif 000004
【図２Ａ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年5月23日(2007.5.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製紙機のドライエンドにおいて、
紙ウェブを乾燥するためのドライヤー、
前記ウェブを巻き取って紙ロールを形成するために、前記ドライヤーの下流に配置されたリールアップ、及び
前記ドライヤーと前記リールアップとの間に配置された移動ベルト又は移動ファブリックの形体のウェブ支持体であって、前記ウェブの第１側が露呈され且つ前記ウェブの反対側の第２側が前記ウェブ支持体と向き合うように前記ウェブに対して支持を提供し、前記ドライヤーと前記紙ロールとの間で前記ウェブに対して支持を提供する、ウェブ支持体、を備え、
前記ドライエンドは、更に、前記ウェブの少なくとも一つの性質を測定するための計測デバイスを有し、前記計測デバイスが、前記ウェブの前記第１側と近接して配置された反射率計測デバイスであり、前記反射率計測デバイスが、前記ウェブ支持体上の前記ウェブ上に計測ビームを放出し、前記ウェブから反射された計測ビームを受け取り、前記反射された計測ビームに基づいて前記ウェブの少なくとも一つの性質を導出する、ことを特徴とする製紙機のドライエンド。
【請求項２】
前記ドライヤーがスルーエアードライヤーであり、前記ウェブ支持体が、前記ドライヤーを通して紙ウェブを搬送する無端ループにて構成されたスルーエアー乾燥ファブリックである、請求項１記載の製紙機のドライエンド。
【請求項３】
前記ドライヤーがヤンキードライヤーであり、前記ウェブ支持体が、前記ドライヤーと前記リールアップとの間で紙ウェブを搬送する無端ループにて構成されたベルトである、請求項１記載の製紙機のドライエンド。
【請求項４】
前記ウェブ支持体が、少なくとも一つの反射率計測デバイスが配置された計測ステーションを通過する前記ウェブを搬送する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の製紙機のドライエンド。
【請求項５】
前記計測デバイスが、光ファイバ計測デバイスを含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の製紙機のドライエンド。
【請求項６】
前記光ファイバ計測デバイスが、検出端を各々有する複数の光ファイバを含み、前記光ファイバの前記検出端が前記紙ウェブに面する、請求項５記載の製紙機のドライエンド。
【請求項７】
前記ウェブ支持体が、前記リールアップで前記紙ロールと共にニップを形成し、前記ウェブを前記ニップ内に案内する、請求項１記載の製紙機のドライエンド。
【請求項８】
移動する紙ウェブの性質を製紙機のドライエンドで計測するための方法において、
前記ドライエンドにて前記製紙機のドライヤーとリールアップとの間に配置された移動ベルト又は移動ファブリックの形体のウェブ支持体上に、前記ウェブを、このウェブの第１側が露呈され且つ前記ウェブの反対側の第２側が前記ウェブ支持体と向き合うように支持し、前記ウェブ支持体が、前記ドライヤーと、前記リールアップに保持された紙ロールとの間で、前記ウェブに対して支持を提供する、工程、を備え、更に、
前記ウェブ支持体上の前記ウェブの前記第１側上に計測ビームを放出し、この計測ビームを前記ウェブから反射させる工程、
前記ウェブから反射された前記計測ビームを受け取る工程、及び
前記反射された計測ビームを分析し、前記紙の性質を計測する工程、を備えたことを特徴とする方法。
【請求項９】
前記ドライヤーがスルーエアードライヤーであり、前記ウェブ支持体が、無端ループにて構成されたスルーエアー乾燥ファブリックであり、前記ファブリックが、前記スルーエヤードライヤーを通して前記ウェブを搬送し、前記スルーエアードライヤーの外側の前記ファブリックの前記無端ループが、前記ウェブを、前記ファブリックの外方に面する表面上で搬送し、放出工程、受け取り工程、及び分析工程を行うために反射率計測センサが配置された計測ステーションを通過させる、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記ドライヤーがヤンキードライヤーであり、前記ウェブ支持体がベルトである、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
前記ウェブを、間隔が隔てられた複数の別個の位置で計測するように、前記計測ビームが、前記ウェブに差し向けられ且つ前記ウェブの機械方向に対して横方向に間隔が隔てられた複数の固定位置の各々で前記ウェブから受け取られる、請求項８記載の方法。
【請求項１２】
前記ウェブをその幅に亘って計測するように、前記計測ビームが、前記ウェブに差し向けられ且つ前記ウェブの機械方向に対して横方向に沿って移動する横断センサによって前記ウェブから受け取られる、請求項８記載の方法。