(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦列配置されファイバ配合物の特性に感応する少なくとも３個の検出器ｄ１、ｄ２、ｄ３．．．．を備え、各検出器は（ａ）インピーダンス素子と（ｂ）第１の電極及び第１の電極に対し離間され且つ近接される第２の電極を含むセンサとを含み、水性ファイバ配合物の一部は第１及び第２の電極間且つ近傍にあり、センサは入力信号及び基準信号聞でインピーダンス素子と直列に接続され、特性の少なくとも１の変動によりセンサ間の電圧が変化され、各検出器は入口部及び出口部を有し水性ファイバ配合物の移動する通路を区画するハウジングを具備し、第１の導電率検出器ｄ１の出口部は第２の導電率検出器ｄ２の入口部と連通し、同様にｄ２の出口部は第３の導電率検出器ｄ３の入口部と連通し、少なくとも３個の検出器の通路が異る構成を有してなる、水性状態で分散されたファイバを含む水性ファイバ配合物の電気特性を測定する装置。
【請求項２】
ｄ１の通路の断面積はｄ２の断面積より大きく、ｄ２の通路の断面積はｄ３の断面積より大きく、以下同様の構成をとる請求項１記載の装置。
【請求項３】
各検出器が矩形断面の通路を有し、各通路の高さが異る請求項１記載の装置。
【請求項４】
検出器の少なくとも１に対し、第１の電極がインピーダンス素子と接続され、第２の電極が基準ポテンシャルと接続される請求項１記載の装置。
【請求項５】
検出器の少なくとも１に対し、第１の電極が入力信号と接続され、第２の電極がインピーダンス素子と接続される請求項１記載の装置。
【請求項６】
検出器のそれぞれに対し第１の電極がインピーダンス素子と接続され、第２の電極が基準ポテンシャルと接続され、各検出器は基準ポテンシャルと接続される第３の電極を含み、第１の電極は第２及び第３の電極間で離間されて配置され、材料の別の部分が第１及び第３の電極間且つ近接して配置される請求項４記載の装置。
【請求項７】
検出器の少なくとも一は更に基準ポテンシャルと接続される第３の電極を含み、第１の電極は第２及び第３の電極間に近接して配置され、材料の別の部分が第１及び第３の電極間に近接して配置される請求項１記載の装置。
【請求項８】
フィードバック信号を与えて入力信号を調節し特性の少なくとも一の変動を材料の単一の物理的特性の変動により引き起こすようにする手段を備えた請求項１記載の装置。
【請求項９】
物理的特性には導電率及びセンサに対する材料の部分の近傍性が含まれ、材料の単一の物理的特性が材料重量、化学配合物及び温度の一である請求項８記載の装置。
【請求項１０】
導電率の変動によりセンサ間の電圧が変化される請求項１記載の装置。
【請求項１１】
基準ポテンシャルが接地される請求項１記載の装置。
【請求項１２】
脱水機を動作させ水性ファイバ配合物の電気特性を測定する工程ａと、電気特性測定値を示す信号を発生し信号に基づき電気特性分布を形成する工程ｂと、ファイバ配合物内の添加剤の濃度を調整し電気特性分布を選択された電気特性分布と一致させる工程ｃとを包有し、水性ファイバ配合物は少なくとも３個の検出器ｄ１、ｄ２、ｄ３．．．．を含む装置を有するヘッドボックス内に導入され、検出器は縦列配置されファイバ配合物の特性に感応し、各検出器は（ａ）インピーダンス素子と（ｂ）第１の電極と第１の電極に対し離間され且つ近接配置される第２の電極とを含むセンサとを包有し、水性ファイバ配合物の一部は第１及び第２の間で且つ近接して配置され、センサは入力信号と基準信号との問でインピーダンス素子と直列に接続され、特性の少なくとも１の変動によりセンサ間の電圧が変化され、各検出器は入口部及び出口部を有し水性ファイバ配合物が移動する通路を区画するハウジングを具備し、第１の導電率検出器ｄ１の出口部は第２の導電率検出器ｄ２の入口部に連通し、ｄ２の出口部は第３の導電率検出器ｄ３の入口部と連通し且つ以下同様に接続され、少なくとも３個の検出器の通路は異る構成を有し、水性相で分散されるファイバ粒子を含む水性ファイバ配合物の供給源と水性ファイバ配合物に添加される添加剤の供給源と湿潤シート素材を移動ワイヤ上へ放出するヘッドボックスとを備える脱水機の水を通過する移動ワイヤ上のシート形成を制御する方法。
【請求項１３】
工程ｃにはファイバ配合物に添加される添加剤の量を制御してファイバ粒子のジータポテンシャルを変化させる工程が含まれる請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
湿潤シート素材がペーパシート素材である請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
ｄ１の通路の断面積はｄ２の断面積より大きく、ｄ２の通路の断面積がｄ３の通路の断面積より大きく、以下同様に設定される請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
各検出器は矩形断面を有する通路を有し、各通路の高さが異る請求項１２記載の方法。
【請求項１７】
検出器の少なくとも一に対し、第１の電極はインピーダンス素子と接続され、第２の電極が基準ポテンシャルと接続される請求項１２記載の方法。
【請求項１８】
検出器の少なくとも１に対し第１の電極は入力信号と接続され、第２の電極がインピーダンス素子と接続される請求項１２記載の方法。
【請求項１９】
検出器のそれぞれに対し第１の電極はインピーダンス素子と接続され、第２の電極は基準ポテンシャルと接続され、検出器のそれぞれには基準ポテンシャルと接続される第３の電極が含まれ、第１の電極は第２及び第３の間で離間して配置され、材料の別の部分が第１及び第３の間で近接して配置される請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
検出器の少なくとも１には更に基準ポテンシャルと接続される第３の電極が含まれ、第１の電極は第２及び第３の電極間に離間配置され、材料の別の部分が第１及び第３の電極間に近接配置される請求項１２記載の方法。
【請求項２１】
更にフィードバック信号を与えて入力信号を調節し材料の単一の物理的特性の変動により特性の少なくとも一を変動させる手段を備える請求項１２記載の方法。
【請求項２２】
物理的特性には導電率及び材料のセンサに対する近傍性が含まれ、材料の単一物理的特性が材料重量、化学配合物及び温度の１である請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
導電率の変動によりセンサ間の電圧が変化される請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本願は１９９６年１２月１３日出願された米国特許出願第０８／７６６，８６４号の一部継続出願である。
【０００２】
（技術分野）
この発明は連続シート製造の制御法、特に繊維分散の電気特性を測定する方法及びヘッドボックス内に入る組成物内への化学添加剤の流速の制御法に関する。
【０００３】
（背景技術）
最新の高速装置を用いる従来の抄紙法では、製造工程において裏返しが在ずるとき拒絶される最終製品の量を最小限に抑え確実にシート品質を保証するためには、シート特性が連続的にモニターされ制御する必要がある。測定することの多いシート変数には、製造中の各段階でのシートの基材重量、水分及び厚さが含まれる。これらの工程変数は代表的なもの、例えば工程開始時における原料供給速度を調整する、工程の中間付近でのペーパに供給するスチームの量を調整する、あるいは工程の終端でのカレンダーロール間のニップ圧を変更することにより制御される。当業者に周知の抄紙装置が例えばアングス  ウイルド  パブリケイション社１９９２年のジー．エイ．スモークによる「パルプとペーパ技術」第２版、及びマグロウ  ヒル１９７０年、アール．マクドラルドによる第３巻「パルプ及びペーパ製造」（抄紙及びペーパーボード製造）に開示されている。シート製造システムも例えば、米国特許第５，５３９，６３４号、第５，０２２，９６６号、第４，９８２，３３４号、第４，７８６，８１７号及び第４，７６７，９３５号に開示されている。
【０００４】
連続抄紙機によるペーパ製造において、ペーパウエブは移動中のメッシュ抄紙繊維上の水性ファイバ懸濁液（湿潤シート素材）から作られ、水分は繊維を経て重力及び真空吸入により排水される。ウエブは次にプレス部へ送られ、ここで乾燥フェルト及び圧力により更に多量の水分が除去される。次いでウエブはドライヤ部に入り、そこでスチーム加熱されたドライヤ及び高温エアにより乾燥工程が完了される。抄紙機は実質的には脱水装置である。シート製造法において、用語「機械方向（ＭＴ）」とは製造中のシート材料が移動する方向を指し、一方用語「横断方向（ＣＤ）」とは機械方向に対し垂直なシートの幅を横断する方向を指す。
【０００５】
特定のシート特性を与える、あるいは高めて他の必要な目的を満足させるため、抄紙シート素材組成内に広範囲に化学薬品が利用される。みようばん、サイズ剤、ミネラル充填剤、スターチ、及び染料のような添加剤が通常使用される。制御のため排水補助剤、脱泡剤、保持剤、ピッチ分散剤、スリミサイド、腐食防止剤のような化学薬品も必要に応じ添加される。誤った時間での相互作用を避けペーパシートの保持性を高めるため、添加順序を考慮する必要がある。
【０００６】
湿潤最端化学上で抄紙機の湿潤終了で生じる組成材料と化学的・物理的工程との間のすべての相互作用を扱う。分子及びコロイドレベルでの主な相互作用は表面荷電、凝集、凝固、加水分解、時間依存の化学反応及び微生物活動である。これらの作用は抄紙工程には基本的なものである。例えば有効な保持、排水、シート形成及びシート特性を得るために、充填剤粒子、ファイバ微粉、サイズ及びスターチが大きなファイバ間での凝集が最小限にされ、大きなファイバ上に凝集ないしは吸着する必要がある。
【０００７】
湿潤終端化学上、大きく３グループに、即ち固形体、コロイド体及び可溶体に別けられる。主に固形体及びその保持性に注目される。保持性を最大にするため、微粉及び充填剤が互いに接近し、結合あるいは凝集して、抄紙機のヘッドボックス及び接近システムでの剪断力に対し安定させることが重要である。最新の抄紙工程においては、これは通常合成ポリマーを用いることにより達成される。
【０００８】
湿潤終端化学上の制御は、確実に均一なペーパ製品を製造するために重要である。システムが（例えばカチオンポリマーを使い過ぎることにより）バランスが崩れる場合、ファイバ自体が凝集しシート形成が損害を受ける。また基本添加剤（例えば、サイズ剤、湿潤強度剤）が湿潤終端で添加される場合が多く、化学反応が制御されなければ、官能価が十分に与えられず製品が粗悪品となる。
【０００９】
分子及びコロイドレベルでの基本相互作用に影響を与える広範囲の現象が存在することは明らかである。これらの要素の１は動電学である。この場合、用語「ジータポテンシャル」は細かな分散体に存在する電荷に使用される。図６を参照するに、抄紙シート素材に懸濁される固形粒子（例えば、ファイバ、スターチ、ミネラル）は特定の電荷を有するイオンの密な層により囲まれる。この層は別の層により囲まれ、それ自体が電荷を有する最初の層よりより拡散している。懸濁液容積自体は電荷を有している。粒子を囲むイオンの密な層と懸濁液の容積との間の電荷差がジータポテンシャルであり、通常ミリボルト単位で測定される。ジータポテンシャルζは以下の式で定義される。
ζ＝４πδｑ／Ｄ
ここにｑは粒子上の電荷、δは粒子上の電荷の影響領域の厚さ、Ｄは懸濁液の誘電率である。ジータポテンシャルを測定すると、コロイド間のエネルギバリヤをさげる際加えられる電解液の有効性が示され、従って凝固の最適条件選択の目安とすることができる。
【００１０】
抄紙システムでの細かな粒子及びコロイドの最良保持性は通常、ジータポテンシャルがゼロの近くになるときに生じる。パルプファイバ、充填剤、サイズ粒子は通常負の電荷を帯びているが、ジータポテンシャルは溶液から正イオンを吸収することにより制御され得る。アルミニウム及び第２鉄のような多価のカチオンが最有効である。
【００１１】
抄紙メーカではみょうばんＡｌ２（ＳＯ４）３は、負に荷電されたファイバ及び顔料留意を中和してゼロのジータポテンシャルにするので、湿潤終端化学上で通常使用される。適切なペーハー値では、みようばんはまた加水分解してイオンポリマーが形成され、このポリマーは粒子間を架橋することにより大きく凝集する効果があり、これによりイオン吸引された大きな凝集塊が形成される。
【００１２】
（発明の開示）
本発明は水性ファイバ配合物の電気特性を測定する装置の開発に一部基づいている。この装置は複数の検出器を備え、各検出器は材料の少なくとも特性（導電性（あるいは抵抗性）、誘電率、及びセンサに対する材料（例えばファイバ配合物の近傍）に感応するセンサを有している。この装置は水性ファイバ配合物内のファイバ粒子のジータポテンシャルを測定する間接方法を与える。
【００１３】
本発明は一の実施形態によれば、水性状態に分散されたファイバを含む水性ファイバ配合物の電気特性を測定する装置に関し、この装置は縦列配置されファイバ配合物の特性に感応する少なくとも３個の検出器ｄ１，ｄ２，ｄ３．．．を備え、各検出器は（ａ）インピーダンス素子と（ｂ）第１及び第２の電極を有するセンサとを含み、第２の電極は第１の電極に対し離間され且つ隣接して設けられ、水性ファイバ配合物の一部は第１及び第２の電極間に且つそれらに近接しており、センサは入力信号と規準ポテンシャルとの間でインピーダンス素子と直列接続され、特性の少なくとも一の変動によりセンサ間の電圧が変動し、各検出器はハウジングを備え、ハウジングは入口部及び出口部を有していて水性ファイバ配合物が移動する流路を区画し、第１の導電率検出器ｄ１の出口部は第２の導電率検出器ｄ２の入口部と連通し、検出器ｄ２の出口部は第３の導電率検出器ｄ３の入口部と連通し、他も同様に導通し、少なくとも３個の検出器の流路が異なる構成を有している。
【００１４】
抄紙機の動作を最適化し特定の等級のペーパを製造する方法は３工程を包有し、第１の工程は抄紙機の工程パラメータを調整して許容品質のペーパを直接測定して製造される最適化構成を得る工程を含む。次にこの最適化された構成に相当するジータポテンシャル測定分布が本発明による装置を用いて測定され記録される。次いでこの最適分布は標準曲線適合技術を用いてパラメータとして表された各種機能（例えば、指数）に当てはめられる。この曲線適合技術は分布上のノイズ効果を平滑にし測定された点の補完を行う効果がある。
【００１５】
抄紙機の次の製造駆動中、目的は以前に決定された最適分布を再生することである。測定されたジータポテンシャルが最適分布の上あるいは下にあれば、化学添加剤流速のような工程パラメータが必要に応じて調整され、最適分布へ測定値を近づける。
【００１６】
（発明を実施するための最良の形態）
本発明はシートを作成する原料としての湿潤シート素材の電気特性を測定する装置を含むシート製造システムに関する。本発明は長網抄紙機の一部として説明するが、本発明は例えば２ワイヤ・マルチヘッドボックス式機械を含む他の抄紙機に＜またシリンダマシーンあるいはコバヤシ成形機のようなペーパボード二次成形機にも適用可能であることは理解されよう。抄紙機のいくつかの従来部品は、本発明の部品説明を明確にするため、以下の説明では省略される。
【００１７】
図１には連続するシート材を製造するシステムが示されており、このシステムはヘッドボックス１、ウエブワイヤ７、ドライヤ２、カレンダスタック３及びリール４を含む処理段階を包有している。ヘッドボックス１内の作動器（図示せず）は複数ののスライス１１を経て湿潤シート素材（例えばパルプスラリ）をローラ５、６間で回転する支承ワイヤ７上へと放出する。フォイル及び真空ボックス（図示せず）はワイヤ上の湿潤シート素材からリサイクル用のワイヤピット８内へ水を除去する（通常「ホワイト水」と呼ばれる）。走査センサ１４は最終シート（例えばペーパ）を連続的に横断し最終シートの特性を測定する。マルチプル固定センサも使用できよう。走査センサは当業者には周知であり、例えば参考のため米国特第５，０９４，５３５、第４，８７９，４７１号、第５，３１５，１２４号、及び第５，４３２，３５３号に開示されるものを採用され得る。最終シートは次にリール４上に集められる。以下に使用する用語、システムの「湿潤終端」部分はヘッドボックス、ウエブ、及びドライヤの直前の部分を含み、「乾燥端部」はワイヤから下流の部分を含む。用語「乾重量」あるいは「乾シート素材重量」は単位面積当たりの（水による重量を含む）材料の重量を示す。
【００１８】
通常抄紙組成体である原料が計量され、希釈され、必要な添加剤と混合され、最期にヘッドボックス１からファンポンプ５０内に導入されるに伴いスクリーン処理し洗浄する。ヘッドボックスに導入されるシート素材、即ち組成体は通常約０．５〜５重量％のファイバ材を含んでいる。チェスト５４からのシート素材は不純物を含まないようにする必要があるが、抄紙機接近システムは通常圧力スクリーン５１及び遠心クリーナ５２を利用して汚染を防止している。チェスト５４内のシート素材は異なるウッドファイバ、例えば硬質ウッド及び軟質ウッドの組み合わせた混合物である場合が多い。このシステムに示すように、ファイバ供給源７０はライン７７を経てファイバスラリをチェスト５４内へ供給する。ライン７７の流速は制御装置９６により制御される弁９２により調整される。同様に第２のファイバ供給源７２はライン７９を経てファイバスラリをチェスト５４内に供給する。ライン７７の流速は制御装置９４により制御される弁９０により調整される。ファイバ供給源７０、７２からのファイバスラリはそれぞれ通常約２〜５重量％のファイバ材を含んでいる。最終的に化学薬品添加剤がライン８４を経て供給源８２からシート素材に添加され、ライン８４は制御装置８０により制御される弁８８により調整される。
【００１９】
化学薬品の添加剤は異なる工程で添加される。湿潤終端の化学添加剤及びミネラル添加剤には例えば酸、塩基、みょうばん、サイズ剤、乾燥強度接着剤、湿潤強度樹脂、充填剤、カラー剤、保持補助剤、ファイバ凝集剤、脱泡剤、排水補助剤、光学増白剤、ピッチ制御化学薬品、スリミサイダ及び特殊化学薬品が含まれる。シート素材内のファイバ粒子のジータポテンシャルを変更するために、これらの化学薬品の一部、例えばみようばんが使用できる。ファンポンプ５０はシート素材をホワイト水と混合しこの混合物をヘッドボックス１供給するために使用される。シート素材に対し確実に均一な分散を与えるため、シート素材は通常スタッフボックスと呼ばれる一定ヘッドタンク５３からライン５５Ａを経て供給され、ライン５５Ａは（坪量弁とも呼ばれる）制御弁５５Ｂにより調整される。制御弁５５Ｂは乾燥終端で走査センサ１４により実行される坪量測定に応動する第１の制御装置６５により制御される。用語「坪量」とは単位面積当たりの材料の全重量を指す。システムには更に一以上の装置が含まれ、各装置はここではジータポテンシャル装置あるいはセンサと呼ばれ、スタッフ内のファイバ粒子のジータポテンシャルを間接的に測定する。図示のようにシステムにはジータポテンシャル装置７４、７６、８６が含まれる。ジータポテンシャル装置７４、７６はそれぞれファイバ供給源７０、７２からの水性ファイバスラリを測定する。同様に装置８６はヘッドボックスに導入される直前の水性シート素材を測定する。それぞれの構成において、マインラインからの流量の一部は装置内に分岐される。例えばライン９５からの湿潤シート素材の一部はライン９６を経て装置内に分岐され、ライン９５に戻る前にラインを９８を経て送出される。
【００２０】
各ジータポテンシャル装置は一連の検出器を含み、各検出器は図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄに示すように異る断面形状を有している。ここで使用する通路の断面に関する用語「形状」とは幾何学形状あるいは寸法を指す。従って例えばすべての検出器が同じ方形断面を有する場合でも、方形断面の側辺の長さが異るときはこれらの形状が異ると識知される。
【００２１】
図２Ａは一つの検出器１００の斜視図であり、検出器のベース１０１によりハウジング１０２が支承され、ハウジング１０２により入口部１０３及び出口部１０４を有する通路が区画される。ハウジング及ベースは電気的に非導通性材料、例えばプラスチックで造られる。ベースにより検出器の電極が被せられ、電極は材料の３特性に、即ち導電率あるいは抵抗、誘電率及び材料の電極に対する近傍度に感応する。水性ファイバ配合物の場合、電極は特に導電率あるいは抵抗に感応する。好ましくは通路の断面積は入口部から出口部へ検出器の全長Ｌに沿って一定であり、従って通路を移動する流体の流速分布が一様になる。通路の断面は、他の幾何学形状、例えば半円断面を持つようにすることもできるが、好ましくは矩形にされる。
【００２２】
図２Ｂは電気特性を検出するジータポテンシャル装置１５０の断面図であり、縦列配置される５個の検出器１１１、１１２、１１３、１１４、１１５を含む。ジータポテンシャル装置は少なくとも３個の、好ましくは４〜６個の検出器を含む。また好ましくは各検出器は矩形断面を有する。この実施形態の場合検出器１１１は検出器１１２と近接しており、従って出口部１１１Ｂを経て検出器１１１の通路を出る流体は入口部１１２Ａから検出器１１２の通路に入る。検出器は好ましくは次の検出器の断面積が前の検出器の断面積より小さいように構成される。通常次の検出器の通路の断面積は前の通路の断面積の約２０％〜４０％、好ましくは約２５％〜３０％である。このように、流体サンプル平均流速は流体が図２Ｂの装置内の連続する検出器を経て移動するに伴い増加する。
【００２３】
５個の検出器内の通路の異る高さ即ち間隙サイズはそれぞれＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５で示される。通常最大の通路を有する第１の検出器の場合、その高さは約１０ｍｍ〜１５ｍｍ、好ましくは約１２ｍｍに、第５の検出器の通路の高さは約１ｍｍ〜３ｍｍ、好ましくは約２ｍｍにする必要がある。図２Ｂに示す好ましい実施形態では、各検出器は長さＬが約２０ｍｍ、幅Ｗが約２０ｍｍで、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５がそれぞれ、１０、８、６、４、２ｍｍである。明らかなように、好適ではあるが、間隙サイズが次第に増加あるいは減少ことは重要なことではないことは明らかである。例えば各検出器が別の間隙高さを有する５個の検出器からなる装置の場合、検出器は順序通りに配置可能である。
【００２４】
検出器１１１の平面図を示す図２Ｃは電極１４１、１４２、１４３を含む３個の電極構成を示し、５個の検出器のそれぞれの３電極の寸法は好ましくは同一である。電極１４１、１４３は接地される。通路を経て流れる流体はこれらの電極と接触している。
【００２５】
図２Ｂに示す実施形態は通路内に流れが中断される「デッドゾーン」を形成する。例えば検出器１１１の出口部１１１Ｂの近傍における領域１１５では、流体の流れが検出器１１２内の間隙サイズが小さいのでこの流体で中断される。この悪影響を改良する方法は各検出器の出口部の近傍の通路の縁部を丸くすることである。
【００２６】
図２Ｄは１検出器から次の検出器へ移項を円滑にするため隣接する検出器間に導管を区画するカプラを有するジータポテンシャル装置の一実施形態の断面図である。この実施形態では検出器１２１、１２２、１２３、１２４、１２５はそれぞれ図２Ｂに示す装置の検出器１１１、１１２、１１３、１１４、１１５と同一であり、カプラ１３１、１３２、１３３、１３４は隣接する検出器間に配設される。カプラは好ましくは全てが同一の全体形状を有しているがサイズは異る。例えばカプラ１３１は輪郭が検出器１２１の出口部１２１Ｂの輪郭と一致する出口部を有し輪郭がセル１２２の入口部１２２Ａの形状と一致する入口部を誘動するジョウロ状に構成される。
【００２７】
ここに説明するように図２Ｂに示す検出器の１の通路を移動するとき、ファイバ粒子を含む水性混合液により、電極１４１、１４２、１４２によって形成される電磁界が乱される。従って図２Ｂのジータポテンシャル装置の場合、ファイバ粒子を含む水性混合液が検出器の５個の通過を連続的に移動するとき、各検出器の電磁界が乱される。更に通過構成が検出器毎に異るので、連続するセルにより測定される導電率（あるいは抵抗）が異る。この現象を高めるため、間隙サイズが隣接する電極間の距離に対し匹敵させることが好ましい。図２Ｃに示すように好ましい実施形態では、電極１４１、１４２、１４３が実質的に同一の寸法を有している。更に詳述するに各電極の幅Ｅ４は好ましくは約４．８ｍｍ〜８ｍｍであり、各電極Ｅ３の長さは好ましくは約１９ｍｍ〜３２ｍｍであり、電極Ｅ１、Ｅ２間の距離は好ましくは同一であり好ましくは約２．４ｍｍ〜４ｍｍの範囲にある。好ましい実施形態の場合、Ｅ１及Ｅ２はそれぞれ約０．１２５インチ（３．２ｍｍ）であり、Ｅ３は約１．０インチ（２５．４ｍｍ）であり、Ｅ４は約０．２５インチ（６．４ｍｍ）である。電極のこれらの寸法に対し、間隙高さは好ましくは約１５ｍｍより小さく、好ましくは１５ｍｍ〜１ｍｍの範囲にある。
【００２８】
図２Ｅは図２Ｂのジータポテンシャル装置と等価にできるジータポテンシャル装置１５１を示してあり、ジータポテンシャル装置１５１は入口部ライン１６１及び出口部ライン１６２を備えたチャンバ１６８を有するハウジング１６０内に内蔵されている。必要ならばポンプ１６５はシート素材あるいはファイバスラリを所定速度でチャンバ内に導入するために使用される。好ましくはジータポテンシャル装置１５１はチャンバ１６８内に配置され、シート素材は入口部１５１Ａを経て装置内に流入し、出口部１５１Ｂの間隙が出口部１５１Ｂの間隙より小さい出口部１５１Ｂから流出する。装置の位置は上述と逆にでき、この場合装置を流れる芳香は逆方向になることは理解されよう。
【００２９】
シート素材であるファイバスラリはジータポテンシャル装置１５１を経て移動するに伴い乱流特性を示すことが好ましい。これによりシート素材が検出器の通路を移動するに応じファイバは凝集あるいは共に結合する傾向が低減される。凝集によりファイバ粒子の表面特性が変化されてファイバ粒子のジータポテンシャルが変化される。シート素材であるファイバスラリ内のファイバ粒子は乱流条件下でジータポテンシャル装置により測定されるので、ファイバ粒子は測定のために分岐される前のシート素材即ちファイバスラリとして実質的に同一の物理的特性、例えばジータポテンシャルを示すことが予想される。好ましくはシート素材即ちファイバ粒子は少なくとも約１．６ｍ／ｓｅｃ〜２．６ｍ／ｓｅｃの速度、より好ましくは約７フィート／ｓｅｃの速度で通路を流れる。
【００３０】
ジータポテンシャル装置の動作を説明するに、各検出器の３個の電極は実質的に同一のファイバ粒子のサイズ分布及びイオン強度を有するシート素材即ちスラリに晒される。例えば一連の検出器の導電率あるいは抵抗を測定することにより、ジータポテンシャル装置はイオン強度若しくは粒子サイズ分布の変化とイオン移動度の変化との間を区別する。更に詳述するにイオン強度あるいは粒子サイズが変化すると各検出器の導電率測定値が定常量だけ変化され、一方イオン移動度が変化すると導電率が間隙サイズの変化により差動変化される。装置は連続的にジータポテンシャルデータを与え、このデータは化学薬品の流速及びシート素材添加剤の流速若しくは他の工程パラメータを制御するために採用可能である。
【００３１】
図５は図２Ｂに示すように５個の検出器を有するジータポテンシャル装置からの代表的なデータによるグラフであり、この場合通路は検出器１１１から１１５へ順次現象する間隙サイズを有している（グラフには検出器１〜５が示される）。シート素材流の方向は最大間隙サイズを有する検出器から最小間隙サイズを有する検出器への方向である。シート素材が各セルを流れるに応じ、各検出器の電極がシート素材の抵抗を測定する。図５の曲線Ａで示すように、測定された抵抗は検出器１から５へ進むに伴い非線型的に増加する。標準曲線適合技術により得られる曲線Ａ（あるいは分布）の形状はシート素材内のファイバ粒子のジータポテンシャルに関連することが考えられる。
【００３２】
ジータポテンシャル装置からの情報は例えばシート素材内への化学添加剤（例えば、みょうばん）の流速を制御するために使用可能である。例えば抄紙機の動作中得られた１あるいはそれ以上のポテンシャル分布は抄紙機をモニタするために採用可能である。用語「ジータポテンシャル分布」はジータポテンシャル装置により測定される個々の測定値の組を指す。装置が５個の検出器を含む場合、１組の測定値は５個の抵抗読み値を有する。
【００３３】
またジータポテンシャル分布は標準曲線適合技術により５個の読み値から得られる曲線にできる。ジータポテンシャル分布のデータベースは異る外部条件（例えば、温度及湿度）を含む異る動作条件下で作られるペーパの異る等級に対し形成される。例えば図１の装置が動作しており走査センサにより実験分析、測定により決定される所望の物理的特性を有する特定等級のペーパを製造しているとき、ジータポテンシャル装置を用いて測定がなされる。
【００３４】
特定の条件下でペーパの特定等級に対する基本あるいは最適ジータポテンシャル分布を形成するために採用される。各種の動作条件下で製造される異る等級のペーパに対する基本ジータポテンシャル分布（あるいは基本分布）を含むデータベースが形成される。基本ジータポテンシャル分布のデータベースを形成し維持する他に、化学添加剤に関する動作パラメータ（例えば添加速度）、各分布に対するシート素材ジェット速度とワイヤ速度との比も記録されることは理解されよう。この比は１に近いが等しくはない。このようにデータベースからの基本分布が抄紙機を動作させるために使用するとき、最初に抄紙機は記録された動作パラメータで動作を開始する。この後基本分布を再生するために化学添加剤は調節される。
【００３５】
特に抄紙機の始動中オペレータはデータベースから適切な基本分布を選択する。ジータポテンシャル装置は基本ジータポテンシャル分布と比較するジータポテンシャル分布を連続的に発生する。化学添加剤は測定された分布が基本分布と一致するまで調整される。測定されたジータポテンシャル分布を連続してモニタして、測定された基本分布が所定範囲を超えて変位される場合、オペレータは化学薬品の添加速度を調整する。この最初の始動段階中装置の湿潤終端のみが動作する必要がある。この期間中材料は再循環される。
【００３６】
更に詳述するに最初の動作段階中、ジータポテンシャル装置８６はジータポテンシャルを測定し、ジータポテンシャル分布を連続的に生成するコンピュータ９９へ信号を伝送する。これらの測定された水重量分布はデータベースから作られている特定等級のペーパに対し選択された基本あるいは最適ジータポテンシャル分布と比較される。図５を参照するに曲線Ａは製造中のペーパの等級に対するデータベースから前以て選択された基本あるいは最適の分布を示す。始動状態中ではワイヤでのジータポテンシャル測定がジータポテンシャル装置により行われ、これらの測定値から曲線Ｂが標準曲線適合法を用いて形成される。
【００３７】
図５に示すようにこの例では測定されたジータポテンシャル値は基本分布のジータポテンシャル値より高いことは明らかである。この結果コンピュータは適切な信号を制御装置８０へ伝達し、制御装置８０は弁８８を介し化学添加剤の流速を増加（減少）する。この曲線比較作業は測定されたジータポテンシャル分布が前以て選択された最適分布と一致するまで続けられる。実際上１００％一致は実用上必要なく、偏差レベルがオペレータにより設定可能である。従って用語「一致」あるいは「一致している」とは測定されたジータポテンシャル分布が前以て設定されたジータポテンシャル分布と同一あるいはほぼ同一の値を有することを意味することは理解されよう。図５を参照するに測定されたジータポテンシャル値を基本分布のジータポテンシャル値と比較する別の方法は２個の曲線を比較するのではなく、各分布に対する５個の検出器の５個の測定値を比較することにある。更にペーパの等級により検出器１の測定値は他の検出器の測定値よりより有為にすることができる。この場合オペレータは他の検出器の場合より検出器１に対してより高いレベルでの一致を要求する。適切な化学添加剤流速に達した後、即ち測定された分布が基本分布と一致すると、乾燥終端工程がオンラインになり最終製品が作られる。
【００３８】
化学添加剤の流速を制御するために、ジータポテンシャルセンサ７４、７６を同様に使用可能である。
【００３９】
ジータポテンシャル装置の個々の検出器での電極の構造
以下ジータポテンシャル装置の好ましい検出器あるいはセンサについて説明する。図３は参考のためここに示す米国特許出願第０８／７６６，８６４号に示され、シート素材材料内の水分の導電率あるいは抵抗を測定する導電率若しくは抵抗測定システムを示す。水分の導電率は水分重量に比例する。センサアレイには２個の長手の電極２４Ａ、２４Ｂとセグメント化された電極２４Ｃが含まれる。測定されたセル（セル１、セル２、．．．）にはそれぞれ、電極２４Ｃのセグメントとセグメントと対向する接地された電極（２４Ａ及び２４Ｂ）の対応部分とが含まれる。各セルはペーパシート素材の導電率を、特にセグメントと接地された電極の対応する部分との間の空間に存在するシート素材の水分の導電率を検出する。
【００４０】
センサアレイは多くのセルからなるが、ジータポテンシャルの各検出器が１個のみのセル構造、即ち図３のセル２を必要とすることは理解されよう。確かに好ましい検出器は３個の電極を備えていてもその内の２個は接地され、電極の必要な数は２個のみであり、１個は接地されている。
【００４１】
各セルは固定されたインピーダンス素子Ｚｆを経て信号発生器２５からの入力電圧（Ｖｉｎ）と独立的に連結され、バスＶｏｕｔ上の電圧検出器２６に対し出力電圧を与える。信号発生器２５はＶｉｎを与える。
【００４２】
装置２６には電極２４Ｃ内の各セグメントから電圧変化を検出する回路と電圧変化を水性混合液の物理的特性に関する有用な情報に変換する変換回路とが含まれる。光学フィードバック回路２７には、センサアレイ内の単一セルとして同様に構成された電極を有する基準セルが含まれる。基準セルはアレイにより測定されることが望ましい水性混合液の物理的特性ではなく水性混合液の不都合物理的特性変化に応動するように機能する。例えばセルが重量変化のため電圧変化を検出している場合、基準セルは重量が一定となるように構成される。従って基準セルにより示された電圧・導電率変化（温度及び化学配合のような）は重量変化より他の水性混合液の物理的特性に因る。フィードバック回路は基準セルにより発生される電圧変化を使用してフィードバック信号を発生し、不都合の水性混合液の特性変化（以下に更に詳述する）を補償しＶｉｎを調節する。基準セルにより与えられ、非重量に関連する水性混合液の導電率情報がまた抄紙工程で有用なデータを与えることも理解されよう。
【００４３】
センサアレイは検出された材料の３個の物理的特性、即ち導電率あるいは抵抗、誘電率及び材料のセンサとの近傍性に応動する。材料によってはこの特性の１あるいはそれ以上が支配的となる。材料容量は電極の形状、材料の誘電率及びそのセンサに対する近傍性に左右される。純粋な誘電材料の場合、材料の抵抗は電極間で無限（Ｒｍ＝∞）であり、センサは材料の誘電率を測定する。あるいは導電率の高い材料の場合、材料の抵抗は容量性インピーダンスより大幅に小さく（即ちＲｍ∝Ｚｃｍ）、センサは材料の導電率を測定する。
【００４４】
図４は水性材料の導電率を測定するためセンサアレイ２４のセル１〜ｎを含む測定装置の電気回路を示す。図示のように各セルはインピーダンス素子を経て信号発生器２５からのＶｉｎと接続され、インピーダンス素子は本実施形態では抵抗性素子Ｒｏである。セルｎを参照するに抵抗器Ｒｏは中央セグメント２４Ｄ（ｎ）と連結され、部分２４Ａ（ｎ）、２４Ｂ（ｎ）（セグメント２４Ｄ（ｎ）と対向する）は接地される。また抵抗器Ｒｓ１、Ｒｓ２がセグメントと接地された部分との間の水性混合液の導電率を示すことが図６から明らかであろう。抵抗器Ｒｏ、Ｒｓ１、Ｒｓ２はＶｉｎと接地特性の間に分圧回路を形成している。
【００４５】
図４に示す測定装置は水性混合液の分圧回路Ｒｓ１、Ｒｓ２の導電率及び水性混合液の重量・量が反比例するという概念に基づく。
【００４６】
従って重量が増加または減少するに伴い、Ｒｓ１とＲｓ２の組み合わせは減少または増加する。Ｒｓ１及びＲｓ２が変化すると、分圧回路により示される電圧Ｖｏｕｔがそれに応じて変動される。各セルからの電圧Ｖｏｕｔは検出器２６と接続される。従って水性混合液の導電率の変化に逆比例する電圧変動は検出器２６により検出され、各セル全体の近傍内の水性混合液の重量及び量に関する情報を与える。検出器２６はまた通常、セルからの出力信号を水性混合液の特定特性を示す情報に変換する別の回路を含む。
【００４７】
図４はまた基準セル２８及びフィードバック信号発生器２９とを含むフィードバック回路２７を示す。フィードバック回路２７の概念は、基準セルを絶縁し、システムにより検出されることが望ましい物理的特性以外の水性混合液の特性の変化により影響されるようにすることにある。例えば重量が検出されることが望ましい場合重量は一定に保持され、基準セルにより発生される電圧変化は重量変化以外の物理的特性による。一の実施形態においては基準セル２８はセンサアレイ２４が浸漬される水と同一の化学的及び温度特性を有する再使用される水の水性混合液内に浸漬される。従ってアレイ２４の受ける導電率に影響を与える化学的あるいは温度変化も基準セル２８により検出される。更に基準セル２８は水の重量が一定に維持されるように構成される。この結果基準セル２８により発生される電圧変化Ｖｏｕｔ（ｒｅｆ．ｃｅｌｌ）は重量以外の特性変化から生じる水性混合液の導電率変化による。フィードバック信号発生器２９は基準セルから発生される不都合な電圧変化をフィードバック信号に変換し、このフィードバック信号はＶｉｎを増加あるいは減少して検出システムの誤差のある電圧変化の影響を打ち消す。例えばアレイ内の水性混合液の導電率が温度増加に伴なって増加すると、Ｖｏｕｔ（ａｒｅｆ．ｃｅｌｌ）が減少してフィードバック信号がそれに応じて増加する。Ｖｆｅｅｄｂａｃｋが増加するとＶｉｎが増加し、これにより温度変化により水性混合液の導電率の最初の増加が補償される。この結果水性混合液の重量が変化するとき、セルからのＶｏｕｔのみが変化する。
【００４８】
以上本発明の原理、好ましい実施形態及び動作モードについて説明したが、本発明はこれらの特定の実施形態に限定されるものではない。しかして上述した実施形態は本発明を制限するものではなく説明上のものとして見なすべきであり、設計変更物が本発明の範囲を離れることなく以下の請求項により定義される範囲内において可能であることは当業者には理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明の構成を実現するシート製造システムを示す。
【図２Ａ】  図２Ａはジータポテンシャル装置の一実施例を示す。
【図２Ｂ】  図２Ｂはジータポテンシャル装置の一実施例を示す。
【図２Ｃ】  図２Ｃはジータポテンシャル装置の一実施例を示す。
【図２Ｄ】  図２Ｄはジータポテンシャル装置の一実施例を示す。
【図２Ｅ】  図２Ｅはジータポテンシャル装置の一実施例を示す。
【図３】  図３はセンサアレイを含む測定装置のブロック図である。
【図４】  図４は図３のブロック図の電気回路である。
【図５】  図５はジータポテンシャル装置の検出器の数とシート素材抵抗との関係を示すグラフである。
【図６】  図６はジータポテンシャルの説明図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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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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