JP2002532700A - ラテックス被覆の厚さを測定し制御する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 基材上にラテックスを含む被覆材料の基本重量を決定するセンサ及び方法が開示され、決定された基本重量は被覆の下部の基材材料の量の変化に対し敏感ではなく、センサからの信号は被覆機構を制御し一様の基本重量を有する被覆を与えるために使用し得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （技術分野） この発明はペーパシート若しくは他の物体上に塗布された被膜量を測定し制御
する装置及び方法、特に移動中のペーパシート上の被膜の基本重量をペーパシー
トに塗布している間にモニターし調製する装置及び方法に関する。

【０００２】 （背景技術） 製紙工程では、広い範囲の各種材料のいずれか一でペーパシート（基本シート
と呼ばれる）を被覆することが望ましい場合が多い。無論、世界の製紙が増加し
被覆ペーパ及び被覆パーパボードに向けられている。被覆は通常塗布されて、雑
誌の紙面、ギフトラッピング、靴箱等用の輝く白面を与える。あるいはまた更に
、この被覆はペーパシートを耐水性にすることも意図可能である。被覆材料の別
の例として、ミクロエンカプスレーテッドインクをカーボンレスコピーペーパシ
ートの片側に被覆として塗布可能である。

【０００３】 多くの被覆配合物が存在し、その多くは１０あるいはそれ以上の多くの成分か
らなる。これらの成分は顔料、結合剤及び添加剤に大別され、殆ど通常は水性分
散液である。通常の顔料にはクレー、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）、硫酸バリ
ウム及び二酸化チタン（ＴｉＯ_２）が含まれる。硫酸バリウム及び二酸化チタン
はそれぞれ印画紙及び特殊ペーバに対してのみに使用される。ＣａＣＯ_３及びＰ
ＣＣ（沈降炭酸カルシウム）がより一般的になりつつあるが、概してクレーは最
大に一般的な顔料であった。結合剤により顔料粒子を互いに保持しペーパに対し
接着させるため、ラテックスの各種の配合物が通常使用される。代表的な被覆配
合物は８０〜９０％の顔料、３〜１０％のラテックス、残りが添加剤や他の成分
からなる。

【０００４】 上述したような被覆はペーパミルの製紙工程の一部としてペーパに塗布される
。製紙及び被覆技術は当業者には周知であり、例えばＲ．ＭａｃＤｏｎａｌｄ，
Ｅｄ．，１９７０，Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｆｏｒ Ｐｕｌｐ＆Ｐａｐｅｒ Ｔｅｃ
ｈｎｏｌｏｇｉｓｔ，Ｇ．Ａ．Ｓｍｏｏｋ，２^ｎｄＥｄ．，１９９２，Ａｎｇｕ
ｓＷｉｌｄｅ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ巻ＩＩＩ（製紙及びペーパボード製造
）、「パルプ及びペーパの製造」に説明されている。あるいは前以て製造された
ペーパがペーパシートの大きなロールからコーターと呼ばれる塗布マシーンへ供
給可能である。いずれの場合も、被覆されていないペーパが通常コーターへ複数
シート単位で供給され、このシートは「断面方向」（即ち、製紙ないしは被覆マ
シーンに沿いペーパの移動方向に対し横断する方向）に沿って測定する幅が約１
０フィートである。

【０００５】 塗布する「基本重量」即ち塗布重量（即ち、ペーパの単位表面積上に塗布され
る材料の質量）の均質性は種々の理由から必要であり望ましい場合が多い。例え
ば光沢紙の印刷適性は光沢被覆を一様に塗布することにより改良可能である。ま
た光沢被覆はラテックスないしはＴｉＯ_２のような比較的高価な材料を含む。従
ってメーカは被覆を正確にモニターしこの被覆の塗布を制御してできるだけ一様
に被覆を塗布することが望まれる。ある場合には被覆の均一性はｇｒａｍ／ｍ^２
−の分数内に制御する必要がある。一方シートの横断方向の横程度（１０フィー
ト以上）及び被覆をシートに正確且つ均一に塗布する必要があるため、複雑なコ
ータが設計され製造された。

【０００６】 コータは各種の構成のものが存在する。ある種のコータは「ブレードコータ」
と呼ばれ、移動中のペーパシートの片側と隣接して配置される回転中の支承ドラ
ムと、シートの反対側に隣接して配置される柔軟なブレードとを備える。ドラム
及びブレードの縁部はシートの横断方向へ延びており、ペーパシートの通過する
細いスロットを形成する。被覆材料のプールが支承ドラムとブレードとの間に保
持され、従ってその間を通過するに伴いシートが被覆される。ブレードがペーパ
に対し押し付けられペーパに被覆が塗布され、シートがスロットを出るに伴い余
分な被覆が除去される。

【０００７】 ブレードの圧力及びペーパの厚さの局部的変動及び補償されてなければ他の要
素のため、不均一な被覆が形成される傾向にある。従って被覆されたシート上の
被覆材料の量を測定する能力、及びこの測定に基づく被覆手順中の横断方向の複
数のスライス位置でのシートに対するブレードの圧力を制御する能力も製紙メー
カにとって重要であることは上述から理解されよう。

【０００８】 シートに塗布する被覆量を測定し制御する各種の方法が提供されている。塗布
制御工程の最も異なる見地の一は、特に被覆量がｇｒａｍ／ｍ^２の分数の精度ま
で測定する必要があるとき、シートに塗布する被覆量の正確な測定を行うことに
ある。

【０００９】 この方法によればシート基本重量用のセンサ及びシート湿度用のセンサがコー
タの前の製紙工程の上流に配置される。基本重量センサは単位表面積当たりの質
量の単位でシートの全材料を測定する。従って測定された基本重量はペーパ繊維
及び繊維に吸収された水分を含む。周知の基本重量センサはベータ光線がシート
を通過することを利用して、このシートの基本シートを決定する。シートの含有
水分は例えば、同様にシートの単位用面積当たりのシート内の水分質量の単位で
シートの含有水分を決定する周知の赤外線湿度センサにより決定可能である。次
に被覆工程後コータの下流点に基本重量センサ及び湿度センサが更に配置される
。

【００１０】 シートを構成する繊維の量は被覆されていないシートの基本重量から水分量を
減算することにより決定できる。同様に被覆されたシートの基本重量から被覆さ
れたシートの水分量を減算することにより、被覆材料量及びペーパ繊維量の総合
重量が決定できる。最期に被覆されたシートの被覆及び繊維基本重量の総合測定
値から被覆されていないシートの繊維量を減算することにより、シートに塗布す
る被覆の基本重量が決定される。次にシートの幅を横切る各スライスでの被覆基
本重量の測定値に基づき、システム処理制御コンピュータはこの測定値を所定の
被覆基本重量値と比較して信号を発生し、各スライスでの被覆ブレード作動器を
制御して、シートの全幅を横切る所望の被覆基本重量を得る。

【００１１】 不都合にも上述した方法は被覆材料の基本重量を決定するために比較的高価な
４個のセンサ（即ち被覆されていないシートと隣接して配置される湿度センサ及
び基本重量センサ、更にシートの被覆された部分に隣接して配置される湿度セン
サ及び基本重量センサ）を必要とするので、完全には満足するものにならない。
更にこの４個のセンサの各測定に固有の誤差は被覆重量を決定するに必要な数学
的計算を経て加算的に伝播し、この結果被覆基本重量の理想的測定から程遠くな
る。

【００１２】 シートに塗布する被覆材料の量を測定する別の方法によれば、被覆されたシー
トに対し極めて高いエネルギのＸ線が照射される。この高いエネルギのＸ線は被
覆されたシート材料内の原子を励起し、この原子が蛍光を発生する。蛍光を発生
する原子は被覆内の元素に固有の波長のＸ線を発する。従って被覆材料内の元素
に特有の１あるいはそれ以上の波長にＸ線センサを調整することにより、製紙メ
ーカは特性波長での蛍光の強度により塗布材料の量を減少可能である。

【００１３】 この蛍光発生技術も多くの場合に満足できるものではなく不都合である。例え
ば蛍光を発生する原子は強度の低いＸ線のみを発光するので、この技術は比較的
低い信号／ノイズ比を生じる。従って満足できる程度の強い信号がＸ線センサか
ら得られる前に長時間保つ必要がある。更に高いエネルギの励起Ｘ線及び被覆さ
れたシートの蛍光発生からのＸ線はペーパミルの作業員にとって危険である。

【００１４】 別の技術によればシートの一部がＸ線で照射され、シートを通過したＸ線の強
さが検出される。一方Ｘ線はペーパシート、シート内のウッドパルプ繊維及び水
分に多用されるミネラル充填材料により吸収される。従ってシートのＸ線通過は
被覆材料に応動するだけではないので、センサはコータの上流及び下流に配置す
る必要があり、シートの被覆された部分及び被覆されない部分を通過するＸ線伝
達の差が決定され、シートに塗布される被覆材料量と関連付けされる。一方この
技術は比較的高価な複数のＸ線光源及びセンサが必要であり、各センサによる測
定に固有な誤差が決定された被覆量の誤差に寄与し、更にＸ線の使用はペーパミ
ル作業員に対し潜在的に危険であるという欠点がある。

【００１５】 本願と同一の譲渡人に譲渡された米国特許第５，７９５，３９４号には、基材
から反射される放射線の測定値や少なくとも２個の分離した電磁光波長領域での
基材を通過する放射線の伝達測定値を用いて基材上の塗布材料量を決定可能な装
置及び方法が開示されている。本願で説明するシステムはＣａＣＯ_３測定に対し
最適化され、選択された波長領域はラテックス測定については最適ではない。

【００１６】 本願と同一の譲渡人に譲渡された米国特許第４，９５７，７７０号には、上述
の米国特許第５，７９５，３９４号と同様の方法で塗布材料からの放射線を測定
することにより、塗布材料の基本重量を決定可能な装置及び方法が開示されてい
る。米国特許第４，９５７，７７０号に開示されるセンサは被覆材料内のラテッ
クス濃度を測定する。一方選択された波長領域は図示され、以下に説明する領域
とは区別され、当業者に明らかでもない。

【００１７】 （発明の開示） 本発明はラテックスを含む被覆のオンライン、非接触ペーパ被覆重量の測定に
関する。本発明は約３．３０〜３．３２ミクロン間の赤外線領域は水、ＣａＣＯ
_３、セルロース、クレー及び他の被覆顔料若しくはペーパ充填剤からの干渉が実
質的になく、ペーパ被覆重量測定の精度及び信頼性が高いという視点に一部基づ
いている。

【００１８】 本発明は基材から反射される放射線の測定値若しくは電磁光線の少なくとも２
個の分離した波長領域での基材の放射線通過の測定値を用いて基材上の塗布材料
の量を決定可能な装置及び方法を含む。この装置及び方法は主に赤外線を用いて
移動中のペーパシートの被覆をオンライン測定するよう構成されるが、これに限
定するものではない。従って簡単化のため、本発明は製紙に関連して説明する。
一方基材はプラスティックのようなペーパ以外のシート材料を使用し得、また基
材はシート形態でなくとも良いことは理解されよう。

【００１９】 製紙において、本発明の赤外線被覆センサは移動中の被覆されたシートの横断
方向に前後に走査され、シートの長さ及び幅に沿った各位置での基本シート上の
被覆の基本重量を測定可能である。センサはシートを通過する赤外線及びシート
から反射される赤外線により基本シートの基本重量及び水分の変化効果に対し被
覆測定値を自動的に補償するように構成される。従って基本シートの基本重量若
しくはその水分がシートの幅及び長さに亘って一様でない場合も移動中のシート
を横断してセンサが走査される際、被覆の基本重量測定の精度が極めて高い。

【００２０】 本発明の赤外線被覆センサは赤外線光源を含む。赤外線はこの赤外線源から移
動中のシートへ向けられる。赤外線がシートに達すると、まず被覆材料を通過し
次に基本ペーパシート内を通過する。この赤外線の位置部はシート内を通過され
るか、あるいはシートにより吸収される。また基本シートに導入した後の赤外線
のエネルギの一部は赤外線源の通常の方向へ逆に反射される。赤外線は広範囲の
波長を含む。一方ある波長での赤外線は塗布ないしは基本シート自体により優先
的に吸収される。

【００２１】 被覆センサはまた赤外線受信部を含む。この受信部はシートの赤外線源の反対
側に配置され、発信された赤外線の強度を測定する。またセンサの赤外線受信部
はシートの赤外線源と同一の側に配置し赤外線の反射光の強度を測定可能にし得
る。いずれの場合においてもこの受信部はビームスプリッタと、少なくとも２の
赤外線検出器と、各検出器と関連する赤外線バンドパスフィルタとを備えている
。ビームスプリッタは赤外線の一部を２以上の検出器のそれぞれへ向ける。分離
した赤外線バンドパスフィルタは各検出器の上流に配置される。このように赤外
線検出器のそれぞれは関連するフィルタの通過帯域内に入る赤外線の一部のみの
強度を測定する。

【００２２】 ２個の赤外線バンドパスフィルタの一は赤外線が下部層の基本ペーパシートに
より吸収あるいは散乱されるが被覆材料により極めて弱く吸収される赤外線の所
定領域内の波長を有する赤外線を単に通過させる。この最初の領域は「基準」領
域と呼ばれ、関連する検出器は「基準」検出器と呼ばれる。従って基準検出器か
らの出力信号は主に基本シートによる吸収あるいは散乱に左右される。例えば検
出された赤外線エネルギがシートの一方の側から他方の側へシートを経て伝達さ
れたとき、吸収量は基本ペーパシートの基本重量に左右される。更に受信部及び
赤外線光源がシートの同一側に配置され、受信部が反射された赤外線のみを検出
する場合でも、基準検出器の出力はシートの基本重量の変化に対し依然として敏
感である。これは赤外線が基本シートの表面で一部のみが反射されるためである
。赤外線の多くはシート内に浸透し、赤外線がシート内に深く浸透する、ないし
はより多くのシート材料に遭遇するに伴い全赤外線の反射の割合は次第に増加す
る。従って他のすべては一定に維持し、シートの基本重量が高くなるに伴い低い
基本重量のシートより多くの赤外線エネルギが反射される。シートの基本重量が
低い場合、赤外線エネルギのより多くがシートを経て伝達される。

【００２３】 第２のバンドパスフィルタは第２の赤外線検出器と連係され、被覆材料内のラ
テックスにより強く吸収される赤外線の領域内の波長のみを通過させる。この第
２の波長領域は「目安」領域と呼ばれ、基本シートによるこの領域内の赤外線の
平均吸収が基準領域内の赤外線の基本シートによる平均吸収と等価となるように
選択される。従って目安バンドパスフィルタ及び基準バンドパスフィルタは、そ
れぞれの通過領域が下層の基本ペーパシートによる同一程度まで吸収される赤外
線の領域に相当するように選択される。赤外線の目安領域と関連する検出器は目
安検出器と呼ばれる。

【００２４】 本発明によれば基準検出器及び目安検出器からの出力信号の比（あるいは差）
が決定される。上述したように目安バンドパスフィルタ及び基準バンドパスフィ
ルタの両方の通過帯域内の波長を有する放射線は基本ペーパシートにより等しく
吸収されるので、目安検出器及び基準検出器からの信号の比（あるいは差）は被
覆内の選択された成分の量を示す。通常の場合選択された成分は周知の固定割合
で被覆配合物内に混合されるので、選択された成分の決定量は相当する量の被覆
材料と関連付けできる。更にシートの目安波長及び基準波長の吸収が等しいか、
あるいは「バランスがとれている」ので、目安検出器及び基準検出器からの信号
の比（あるいは差）が基本シートの基本重量に左右される。

【００２５】 被覆センサからの信号は処理制御コンピュータへ送られ、コンピュータは上述
した数学的計算を実行してシート上の被覆の量を測定する。コンピュータはこの
測定値を前に入力した所望被覆量と比較する。次にコンピュータは制御信号を発
生し、この制御信号は被覆ブレード制御作動器を調整し各横断方向の位置での基
本シートに塗布する被覆量を調整するために使用できる。被覆処理中横断方向の
位置でのコータブレードを調整して、塗布する被覆を所定量に維持する必要のあ
る事態が生じると、処理制御コンピュータからの適切な信号を一以上のブレード
作動器に対し伝達することによりこの調整が自動的に実行され得る。

【００２６】 本発明においてはペーパシートに塗布する被覆の厚さないしは基本重量の高い
レベルの均一性が単一で安全且つ極めて正確な被覆センサを用いて得られる。

【００２７】 （発明を実施するための最良の形態） 図１ａはペーパシート被覆システム１０を示す。図示のように被覆されていな
いペーパシート１２が支承ロール１６とブレード１８との間の被覆材料１４から
引き出されて供給される。ペーパシート１２の出口スロット２０は支承ロール１
６とブレード２２の隣接する縁部との間に形成され、出口スロット２０を出た直
後のペーパシート１２上の被覆の厚さはブレード縁部２２と支承ロール１６との
間の距離及び圧力により決定される。

【００２８】 作動器２６はブレード１８上に一定間隔で装着され、各作動器２６の近傍のブ
レード１８の曲げを制御し、これにより作動器２６が支承ロール１６に対し接近
及び離間してブレード１８を移動させるに応じ、それぞれシート２４上の被覆材
料が次第に薄くか厚くなる。作動器２６はブレード１８に沿って３〜６インチの
間隔で離間されることが好ましい。上述したように各作動器２６を囲む各３〜６
インチ間隔は「スライス」と呼ばれる。

【００２９】 ペーパシート１２の被覆厚さ制御のスロット２０を出た後、被覆されたペーパ
シート１２は多くの加熱されたドラム３０上を通過し被覆２４が乾燥される。乾
燥された被覆ペーパシート１２は次に反射率型赤外線被覆重量センサ３２の下部
に通過される。これについては以下に詳述する。

【００３０】 センサ３２は走査動作において矢印２８の方向にペーパシート１２の幅を横断
して前後に駆動され、センサはシート１２の幅及び長さを横切る各スライス位置
でシート１２から反射された赤外線の量を測定可能である。

【００３１】 次にセンサ３２からの信号は信号処理回路３５を経てシステム処理制御コンピ
ュータ３４へ送られ、コンピュータでは信号を時間に関し多重分離処理しこれら
のセンサ信号をシート１２の幅を横切る特定のスライス位置と関連付けされる。
以下に説明するようにコンピュータ３４はこれらの信号に基づき各種の計算を行
い、各スライスでの被覆２４の基本重量を決定する。コンピュータ３４は各スラ
イスに対する測定された基本重量を所定の所望値と比較し、作動器コントローラ
３６が制御信号を発生し、作動器２６により各スライスの所望被覆基本重量を与
えるに必要な各スライス位置でブレード１８が曲げられるよう指示を与る。通常
一様の被覆基本重量が所望される。

【００３２】 図１ａの赤外線被覆重量センサ３２の詳細が図２に示される。このセンサ３２
はペーパシート１２に塗布される被覆材料２４の量を測定し、シート１２の基本
重量及び湿度の変化から生じるシート１２への赤外線吸収効果の測定を補償する
ために使用される。

【００３３】 センサ３２は検出装置８８の一部であり、検出装置８８は可視領域及び赤外線
領域での放射線連続放出するタングステン・ハロゲン光源５０と６個の赤外線検
出器とを備え、６個の検出器は温度制御された閉鎖体内に収納される。ブロード
バンドの赤外線源のエネルギ５０はフラター（ｆｌｕｔｔｅｒ）及び面特性に対
する感度を最大にする角度でシート１２で向けられる。拡散された反射モードが
好ましい。この角度は代表的には法線に対し約１０度から約２５度の範囲である
。検出装置はラテックスセンサ、クレーセンサ及び湿度センサを含む。ラテック
スセンサはラテックス目安フィルタ・検出器３２Ａ及びラテックス基準フィルタ
・検出器３２Ｂを含む。クレーセンサはクレー目安フィルタ・検出器５１Ａ及び
クレー基準フィルタ・検出器５１Ｂを含む。湿度センサは湿度目安フィルタ・検
出器５２Ａ及び湿度基準フィルタ・検出器５２Ｂを含む。シートから反射された
エネルギは赤外線をビームスプリッタ５５、５６、５７及び好適なフィルタを経
て個々の検出器へ送ることにより波長分析される。ビームスプリッタ、フィルタ
及び検出器からなる光分析器のこの構成により、確実に検出器信号のすべてがシ
ートの同一の位置から発せられ、これにより正確な測定に必要な情報すべてが任
意の時間で得られる。

【００３４】 ラテックスセンサによる正確な測定は一部約３．３０μｍ領域でのラテックス
の強度吸収に対するラテックス濃度の相互関係に基づいている。ラテックスを測
定するため、目安及び基準のバンドパスフィルタの通過帯域の好ましい中心波長
はそれぞれ約３．３０μｍ〜３．３２μｍ及び３．６０μｍ〜３．８０μｍの範
囲内にある。これらの各フィルタの帯域幅は好ましくは約０．１５μｍであるが
、検出器での所望信号強度及びバランスを得るための必要に応じてより広くある
いは狭くできる。測定チャンネル及び基準チャンネルの検出器出力信号の比はペ
ーパの被覆重量値に比例する。

【００３５】 ラテックスセンサはこのましくは４チャンネルセンサあるいは６チャンネルセ
ンサとして構成される。より好ましい構成によれば、図２に示すように６チャン
ネルセンサがＣａＣＯ_３、ラテックス、クレー及び湿度を測定する。好ましい４
チャンネルセンサはラテックス及びクレーを測定する。検出装置は更に周知の赤
外線エネルギ変調器６０を含み、変調器は例えば１７０Ｈｚで動作する回転光チ
ョッパからなり、例えば高レベルの赤外線エネルギ変調を与える。光チョッパは
好適には対向する２側から開口される中空方形プリズムとして構成される。光チ
ョッパが回転するに応じ、光チョッパは光源のパラボラ反射器からの直径２５ｍ
ｍの光線の全幅にわたり遮断する。これにより低ワットのタングステン・ハロゲ
ン光源を使用でき、安定した長寿命のランプを保証できる。フィラメントサイズ
が小さいと、スポットサイズ（シート上で測定される面積）が直径約２０ｍｍと
確実に小さくし得る。ラテックスセンサは好ましくは全体が自蔵式の内部光（反
射）標準を採用するので、センサはシートと干渉せずオフシートを移動して標準
化する必要がない。

【００３６】 赤外線エネルギ変調器６０は赤外線源５０からシート１２に当たる赤外線の量
を既知の周波数で変調する。従って各赤外線検出器の出力も入射赤外線６２と同
一の既知周波数で変調される。更に検出器の出力が変調された入射赤外線６２の
反射された部分６３に直接左右されるので、検出器出力の位相は変調された赤外
線６２の位相に左右される。一方基本ペーパシート１２、シート２４上の被服及
び他の外部光源（図示せず）から発する赤外線エネルギもまたすべての検出器に
達する。従って各検出器信号は交流及び直流成分の両方を含んでいる。

【００３７】 検出器（目安検出器と基準検出器）のそれぞれの出力は信号処理回路３５（図
１ａ参照）へ送られる。この回路は検出器信号の直流成分を濾波するように構成
される。濾波された交流検出器信号は次に信号処理回路３５内に含まれる位相同
期復調回路に通過される。位相同期の復調回路の目的は基本シート１２または基
本シート１２の基本ペーパ１２に塗布される被覆材料２４の変化する赤外線吸収
により引き起こされない検出器信号の変化を濾波することである。

【００３８】 ラテックスセンサに関し、各検出器３２Ａ、３２Ｂからの復調された信号の平
均振幅は各検出器と関連するフィルタの通過帯域内の被覆されたシートの各部か
ら反射される赤外線の量をそれぞれ示している。復調され振幅平均化された検出
器信号は次に信号処理回路により測定され、ディジタル化され処理制御コンピュ
ータ３４へ送られる。コンピュータ３４は以下に詳述する式及び技術を用いて基
本シート１２上の被覆材料２４の基本重量を測定する。

【００３９】 図３は（番号４で示す）ラテックスの赤外線吸収スペクトル、及びラテックス
ラテックスセンサの基準赤外線検出器及び目安赤外線検出器とそれぞれ関連する
基準フィルタ６及び目安フィルタ７の通過帯域を示している。（図３のグラフに
は基準帯域の一部のみが図示される。）基準フィルタ及び目安フィルタはそれぞ
れの通過帯域内の基本シート１２による赤外線の平均吸収が等しいか、あるいは
実際上ほぼ等しくなるように選択される。このように基準検出器及び目安検出器
からの出力信号は被覆されていないシート１２に対し等しい（あるいはほぼ等し
い）。目安検出器フィルタの通過帯域はラテックスに対し強い吸収ピーク（ある
いは最少伝達）内に入り、（グラフ５として示す）セルロースの強い吸収ピーク
及び他のペーパ材料吸収ピークを避けるるように選択される。従って被覆された
シートの場合、目安検出器からの出力は基本ペーパシート及び被覆材料のラテッ
クス成分の両方により生じる赤外線吸収を示す。

【００４０】 一方その吸収ピークでも代表的濃度でのラテックスは赤外線を極めて弱く吸収
する。従って目安検出器３２Ａからラテックス被覆成分に寄与する信号量は低い
ため、反射された赤外線６３を受けるラテックス量を決定するために目安検出器
が実際には使用されない。これはシートの他の成分の変化により生じる信号変化
から区別し得ない。一方本発明によれば目安検出器３２Ａ及び基準検出器３２Ｂ
は下層の基本ペーパシート１２に対する感度が等しいので、目安信号の大きさに
対する基準信号の大きさの比により、被覆材料内のラテックス成分に対し良好な
感度の信号が発生される。同様に基準信号及び目安信号の大きさの差もまた被覆
材料内のラテックス成分を示す。更に基準信号及び目安信号は同一の主要誤差供
給源（例えばシート基本重量、湿度成分、光路内の埃の背景変化）の影響を受け
るので、目安信号及び基準信号間の比あるいは差は、上述した位相同期化復調フ
ィルタ技術を使用しない場合でも、基本ペーパシートの上のラテックス量を表わ
す。

【００４１】 被覆重量センサ３２を設定するとき、目安及び基準の通過帯域内で基本シート
１２による赤外線吸収の「バランスをとる」即ち赤外線吸収を等しくすることが
重要である。既知の赤外線バンドパスフィルタは基材に対し一連の複数の誘電体
被覆塗布することにより作成される。誘電体被覆の厚さはフィルタの通過帯域の
中心を決定する。従って誘電体フィルムの厚さを変化することにより、フィルタ
が赤外線スペクトルの所望領域で通過帯域を有するように製造可能である。

【００４２】 基準検出器及び目安検出器からの信号は以下の式に従い基本重量を数学的に計
算するために使用可能である。

【００４３】

【式１】 ＢＷ_Ｃ＝Ａ（Ｉ_ＭＥＳ−Ｉ_ＲＥＦ） （１）

【００４４】 ここで、ＢＷ_Ｃは基本シート上の被覆材料の基本重量を、Ｉ_ＭＥＳは目安検出
器からの出力信号の値を、Ｉ_ＲＥＦは基準検出器からの出力信号の値を、Ａは定
数であり実験的に決定され、各検出器の出力と塗布する基本重量とを関連付けす
る。定数の値は周知の曲線フィッティング技術により決定可能である。Ｉ_ＭＥＳ
及びＩ_ＲＥＦの値はそれぞれ目安通過帯域及び基準通過帯域内の被覆されたシー
トによる赤外線の反射率に比例する。

【００４５】 式（１）は被覆材料の基本重量を決定するための基準検出器及び目安検出器か
らの出力信号間の差による。一方これらの２信号の比をもちいて被覆基本重量を
決定することも可能である。

【００４６】

【式２】 ＢＷ_Ｃ＝Ｃ（（Ｉ_ＭＥＳ／Ｉ_ＲＥＦ）−１） （２）

【００４７】 ここに、Ｃは実験的に決定される定数であり、各種の検出器出力と被覆基本重
量とを関連付けする。

【００４８】 コンピュータ（図示せず）が被覆重量センサ３２と関連付けされ、各スライス
に対する基本重量計算を実行することにだけ使用可能である。一方現在の多くの
ペーパミルは高度に自動化されており、処理制御コンピュータ３４（図１ａ参照
）を含む。これらのミルでは本発明の赤外線被覆センサ３２からの出力信号は好
ましくは信号処理回路３５を経てミルの中央処理制御コンピュータ３４へ送られ
、横断方向の各スライス位置でのシート１２に塗布されている被覆材料２４の量
を計算する。次にこの計算に基づき処理制御コンピュータ３４は作動器コントロ
ーラ３６を指示して、信号を発生し各スライスでブレード１８に沿い装着された
被覆制御ブレード作動器２６を選択的に作動し、横断方向の各位置での基本シー
ト１２に塗布される被覆材料１４の量を選択的に変更する。

【００４９】 一方ラテックスが基本シート内に含まれることも生じる。この場合上述した主
赤外線センサ３２と同様あるいは同一の従赤外線センサ２３が基本シートに対し
被覆材料１４を塗布する前にペーパ被覆処理の位置に配置される。この従センサ
は被覆されていない基本シートと隣接して配置され、主センサに対し上述したも
のと全く同一の方法で基本シート内のラテックス量を測定するために使用される
。このとき処理制御コンピュータ３４は従センサから信号を入力し、基本シート
内に含まれるラテックス量を計算し、ラテックス測定値を、主被覆センサ３２に
よりコンピュータ３４へ供給される信号から生じるラテックス測定値から減算す
る。この減算から得られる差はリサイクルされた基本ペーパシートへ塗布される
被覆材料内のラテックス量を示す。次に上述したと同一の方法で被覆制御が行わ
れる。

【００５０】 最後に、上述したようなラテックスは通常、ＣａＣＯ_３、染料、充填剤等の他
の多くの化学成分を含む被覆材料内で結合剤として使用される。これらの成分は
被覆材料のラテックス成分に対し周知の所定の正確な割合で共に混合される。従
ってシートを覆うラテックス成分の量を決定することにより、システム処理制御
コンピュータはまたラテックス成分に対する被覆材料の他の成分の既知の割合か
らシート上の被覆材料混合物の全体量を決定可能である。

【００５１】 湿度センサ及びクレーセンサはラテックスセンサと実質的に同一の方法で動作
する。湿度センサの場合、この目安バンドパスフィルタ及び基準バンドパスフィ
ルタの通過帯域の好ましい中心波長はそれぞれ、１．８９μｍ〜１．９５μｍ及
び１．７０μｍ〜１．８６μｍの範囲内にある。クレーセンサの場合目安バンド
パスフィルタ及び基準バンドパスフィルタの通過帯域の好ましい中心波長はそれ
ぞれ、２．２０μｍ〜２．２５μｍ及び２．０８μｍ〜２．３０μｍの範囲内に
ある。

【００５２】 実験例： 図２に示すラテックスセンサをペーパボードミルでテストした。３．３０μｍ
フィルタを測定チャンネルに対し使用し、３．３０μｍフィルタを基準チャンネ
ルに対し使用した。設置前に水性ラテックスサンプルを作成し、サンプルの被覆
重量を校正のため実験室内のセンサで測定した。図４は約７０％のラテックスと
残りが固形のクレーを含むサンプルに対する結果を示し、図５は約４０％のラテ
ックスと残りがクレーを含むサンプルに対する結果を示す。グラフ上の点を通る
線の線形関係はセンサ校正の基礎である。

【００５３】 本発明の好ましい実施形態のみが詳しく上述されたが、本発明の多くの設計変
更物若しくは変化物が本発明の精神及び範囲から離れることなく教示及び添付の
請求項の範囲内で可能であることは理解されよう。

【図面の簡単な説明】

【図１ａ】 図１ａは本発明による走査反射率型赤外線被覆センサを用いたペーパ被覆走査
の簡略斜視図である。

【図１ｂ】 図１ｂは図１ａのシートの被覆されていない部分の拡大図である。

【図１ｃ】 図１ｃは図１ａのシートの被覆されている部分の拡大図である。

【図２】 図２は図１ａの反射率型赤外線被覆センサを含む検出装置の簡略断面図である
。

【図３】 図３は代表的なシート被覆材料のラテックス成分の赤外線吸収スペクトルを示
す。

【図４】 図４は異なる被覆重量に対するラテックスセンサと実験被覆重量との関係を示
す校正曲線である。

【図５】 図５は異なる被覆重量に対するラテックスセンサと実験被覆重量との関係を示
す校正曲線である。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ラテックスを含む被覆材料を被覆されていない移動中のシー
   トの表面に対し塗布するシート被覆装置と、被覆されたシートと近接して配置さ
   れる第１の被覆センサと、第１の受信器と連係して接続され第１及び第２の信号
   からシート上の被覆材料の量を計算するコンピュータと、コンピュータ及び計量
   素子と連係可能に接続され第３の信号に応動して計量素子を調整し基準信号上の
   被覆材料の量を調整する少なくとも一の作動器とを備え、被覆されていないシー
   トは基本シートを含み、シート被覆装置は移動中の被覆されていないシートが計
   量素子を通過した後被覆されたシート上に残る被覆材料の量を調整する計量素子
   を含み、第１の被覆センサは被覆されたシート内に第１の放射線を向けるよう配
   置される第１の放射線光源と被覆されたシートから出る第１の放射線の少なくと
   も一部を検出するよう配置された第１の放射線受信器とを含み、第１の受信器は
   赤外線電磁スペクトルの第１及び第２の分離した波長領域内の放射線の量を検出
   しそこから第１及び第２の信号を発生するように構成され、第１及び第２の信号
   はそれぞれ第１及び第２の領域内の検出された放射線の量を示し、第１の領域は
   基本シートの基本重量に対し敏感である放射線に対し選択され、第２の領域は第
   １の領域内の放射線として基本シートの基本重量に対し実質的に等しく敏感であ
   るが被覆材料のラテックスに対しても敏感である放射線に対し選択され、第１の
   領域内の放射線のラテックスに対する感度が第２の領域内の放射線のラテックス
   に対する感度と異なり、第１の領域は実質的に３．６〜３．８μｍの範囲であり
   、第２の領域が実質的に３．３０〜３．３２μｍの範囲であり、コンピュータは
   被覆材料内の被覆材料の計算された量を示してなる被覆システム。
2. 【請求項２】 放射線が赤外線である請求項１記載の被覆システム。
3. 【請求項３】 移動中の被覆されたシートがその基本シート内にラテックス
   を含み、システムが更に被覆されていないシートと隣接して配置される第２の被
   覆センサを備え、第２の被覆センサは被覆されていないシート内に第２の放射線
   を向けるべく配置される第２の放射線光源と被覆されていないシートから発生す
   る第２の放射線の少なくとも一部を検出するよう配置された第２の放射線受信器
   とを含み、第２の受信器が電磁スペクトルの第３及び第４の分離した波長領域内
   の放射線量を検出しそこから第４及び第５の信号を発生するように構成され、第
   ４及び第５の信号はそれぞれ第３及び第４の領域内の検出された放射線の量を示
   し、第３の領域は被覆されていないシートの基本重量に対し敏感である放射線に
   対し選択され、第４の領域は第３の領域の放射線と実質的に同程度被覆されてい
   ないシートの基本重量に対し敏感であるが被覆されていないシートの基本シート
   内に含まれるラテックスに対しても敏感である放射線に対し選択され、コンピュ
   ータは第２の受信器と連係して接続され基本シート内のラテックス量を示す第４
   及び第５の信号に基づき第６の信号を計算し、コンピュータは第３及び第６の信
   号からシート上の被覆材料内のラテックス量を計算してなる請求項２記載の被覆
   システム。
4. 【請求項４】 第１の領域が第３の領域と同一であり第２の領域が第４の領
   域と同一である請求項３記載の被覆システム。
5. 【請求項５】 被覆されていないシートがペーパであり、第１の領域のほぼ
   中心が実質的に３．８μｍであり、第２の領域のほぼ中心が実質的に３．３μｍ
   である請求項１記載の被覆システム。
6. 【請求項６】 ラインに沿い第２のセンサを前後に走査する第２のセンサを
   付設した走査機構を備え、コンピュータは第３及び第４の信号に基づき走査する
   第２のセンサにより横断されるシートの横断方向の各位置での基本シート内のラ
   テックス量を検出するようプログラムされる請求項１記載の被覆システム。
7. 【請求項７】 被覆材料がＣａＣＯ_３、染料、充填剤、ラテックス及びクレ
   ーからなる群から選択された一の化学成分を含む請求項１記載の被覆システム。
8. 【請求項８】 第１の放射線受信器が被覆されたシートを経て伝達される第
   １の放射線の少なくとも一部の強度を検出するように配置された請求項１記載の
   被覆システム。
9. 【請求項９】 第１の放射線受信器が被覆されたシートから反射された第１
   の放射線の少なくとも一部の強度を検出するよう配置される請求項１記載の被覆
   システム。
10. 【請求項１０】 第２の放射線受信器が被覆されていないシートを経て伝達
    される第２の放射線の少なくとも一部の強度を検出するよう配置される請求項３
    記載の被覆システム。
11. 【請求項１１】 第２の放射線受信器が被覆されていないシートを経て伝達
    される第２の放射線の少なくとも一部の強度を検出するよう配置される請求項３
    記載の被覆システム。
12. 【請求項１２】 ラインに沿い第２のセンサを前後に走査する第２のセンサ
    を付設した走査機構を備え、コンピュータは第３及び第４の信号に基づき走査す
    る第２のセンサにより横断されるシートの横断方向の各位置での基本シート内の
    ラテックス量を検出するようプログラムされる請求項３記載の被覆システム。
13. 【請求項１３】 ラインに沿い第２のセンサを前後に走査する第２のセンサ
    を付設した第２の走査機構を備え、コンピュータは第３及び第４の信号に基づき
    走査する第２のセンサにより横断されるシートの横断方向の各位置での基本シー
    ト内のラテックス量を検出するようプログラムされる請求項６記載の被覆システ
    ム。