JP2012503583A - 圧力均等化バッフルおよびコアンダ空気クランプ - Google Patents

Abstract

平行で、反対方向を向く２つのコアンダノズルを備える空気安定化システムが開示される。各ノズルは、ガスを反対方向に排出し、移動する可撓性のウェブに反対方向の力を付与し、ウェブ内に局所的な張力を形成する。各ノズルは、移動するウェブの経路に直行する細長いスロットを含む。ノズルは、ウェブの高さを制御するための機械方向に沿う分離ポイントとして機能する。ノズルを備える動作表面は、面一の表面を備える。ノズルは、動作表面上の高くなった構造上に形成することができる。動作表面は、透明基板でカバーすることができ、移動するウェブの形状ねじれを最小化し、且つ、センサの周りのデブリを防止する。ノズル内で空気流を方向付けるために、内部バッフルが採用される。バッフルは、ノズルにわったってガス圧力を均等化させ、また、空気流をノズルに向かって方向付ける。ノズルを出るガスの速度を調整することにより、ウェブの形状を操作することができ、平坦な輪郭を備えるようにすることができる。空気安定化システムは、カリパススキャナ内に組み込むことができる。
【選択図】図１Ａ

Description

[0001]本願は、２００８年９月２６日に出願された米国仮出願第６１／１００６７７号の利益を主張する。

[0002]本発明は、全体として、移動する材料の可撓性連続ウェブの非接触式支持のための空気スタビライザに関する。空気スタビライザは、２つの反対方向に向くノズルを採用し、２つのノズルは移動するウェブにガスジェットを向けてウェブに張力を付与する。各ノズル内で空気流を導くために、内部バッフルが採用される。バッフルは、ノズルにわたってガス圧を均等化させ、空気流をそこに向ける。反対方向に向くノズルから排出される２つのガスジェットのスピードを規制することにより、ウェブが空気スタビライザの上を通過するときにウェブのプロファイルを制御することができる。

[0002]連続的な製紙機で紙を製造するに際して、紙のウェブは、移動するメッシュ製紙ファブリック上にファイバーの水性懸濁液（ストック）から形成され、水が重力および吸引によりファブリックを通じて排出される。ウェブは、押し圧セクションに移動され、ここでさらに水が圧力および吸引により取り除かれる。ウェブは次にドライヤセクションに入り、ここで蒸気加熱ドライヤおよび熱空気が乾燥プロセスを完成させる。製紙機は、本質的に水除去システムである。製紙機の典型的な形成セクションは、端部の無い移動する製紙ファブリックまたはワイヤを含み、これは、テーブルロール、フォイル、真空フォイル、および吸引ボックスのような水除去要素の列にわたって移動する。ストックは、製紙ファブリックの頂部表面に運ばれ、紙を形成するために、ストックが連続する脱水要素上を移動するときに脱水される。最後に、濡れたシートは、製紙機の圧縮セクションに移動され、ここで十分な水が除去されて紙のシートを形成する。

[0003]最終製品の品質を監視するために、紙材料の何らかの特性を連続的に測定することはよく知られている。これらのオンライ測定は、しばしば、連量（basis weight）、水分含有量、シートカリパス（厚さ）を含む。出力品質を維持し、製造プロセスにおける障害により排除されなければならない製品の量を最小化することを目標に、測定はプロセス変数を制御するのに用いることができる。オンラインシート特性測定は、しばしば定期的にシート材料の端から端まで移動するスキャニングセンサにより達成される。主ドライヤセクションを出るときに、または、スキャニングセンサを備える巻き取りリールのところでシート材料のカリパスを測定することは慣習的なことであり、たとえば、Kingらの米国特許第６９６７７２６号明細書、Dahlquistらの米国特許第４６７８９１５号明細書に説明されている。

[0004] 多くの測定技術の正確さは、ウェブが所定の範囲内の平坦さ、高さ変位、ばたつきであることを必要とするので、紙の特性のいくつかを正確に測定するためには、高速で移動する紙を測定ポイントにおいて均一なプロファイルとなるように安定化させることが重要である。Graeffeらの米国特許第６７４３３３８号明細書は、複数の穴が形成された参照表面を備える測定ヘッドを有するウェブ測定装置を説明している。参照部は、開放空間またはチャネルが参照部の下になるように構成される。開放空間に負圧を生成することにより、ウェブに吸引力が付与され、実質的に測定領域の全体にわたって参照表面に対してウェブを支持する。このような接触式の方法では、残骸や汚染物が検出素子上に蓄積する傾向にあり、参照表面の穴を塞ぎ、測定装置の正確さに悪影響を与える。さらに、紙の品質低下を避けるために、安定化は最小限で、または、安定化装置に接触しないように行われなければならない。これは、紙のようなウェブ材料が製造される高速度においては決定的である。

[0005]Kingらの米国特許第６２８１６７９号明細書は、移動するウェブの両側に配置されるデュアルセンサヘッドを備える非接触式のウェブ厚さ測定システムを説明している。このシステムは、移動する空気の渦に基づくウェブスタビライザを含み、また、安定化されるべきウェブ付近に取り付けられるクランププレートを含み、上表面に一致するクランププレート内の円形空気チャネルを含む。円形空気チャネル内に空気が導入されるとき、引く圧力の場がチャネルにわたって形成され、この低圧のリングに向かってウェブが引っ張られる。これらの渦タイプの空気クランプは、十分な空気ね亜リング支持を提要するが、一方で、ウェブ材料の有効領域の中心に「ソンブレロタイプ（sombrero-type）」のプロファイルを形成し、そのため、測定のために十分な平坦なプロファイルを生成しない。紙の厚さを測定するにおいて、このスタビライザシステムは十分な平坦なシートプロファイルを生成しないことが分かった。

[0006]Moellerらの米国特許第６９３６１３７号明細書は、移動するウェブを支持するための線形空気クランプまたはスタビライザを説明しており、これは、ノズルから下流への窪みである「バックステップ」を備える単一のコアンダノズル（Coanda nozzle）を採用する。ウェブが空気スタビライザの上で下流に移動すると、ガスジェットがノズルから、ウェブの運動に平行な下流方向に排出される。このスタビライザに関し、ウェブが、厚さ測定装置が配置されている、空気クランプ表面の上を通過するとき、ウェブ材料の画定された領域が空気ベアリングに乗る。

[0007]製紙機において採用される場合、巻き取りリール付近で完成した紙の厚さを測定するのに非接触カリパスセンサが特に適している。センサのヘッドは、スキャナシステム上に位置決めされ、スキャナシステムは一般に水平に延びるガイドトラックのペアを含み、このガイドトラックは紙の幅にわたる。上ヘッドおよび下ヘッドは、それぞれ測定が行われるときにトラック上で紙の上で前後に動く台に固定される。ガイドトラックは、垂直に間隔が隔てられ、紙がセンサヘッドの間で移動する間隙のために十分な距離だけ離れている。上ヘッドは、上ヘッドとウェブの上表面との間の高さを測定する装置を含み、また、下ヘッドは、下ヘッドとウェブの下表面との間の高さを測定する装置を含む。

[0008]下ヘッドまたは上ヘッドは、移動する紙を支持する空気スタビライザを含む。理想的には、レーザー三角測量装置の問合せスポットは、たがいに直接的に上である。２つのヘッドが整合しているときに正確且つ精密な測定が達成されるが、スキャナヘッドは完全なアライメントから時間とともにはずれ得る。不整合のあるセンサヘッドを備えるカリパスセンサは、平坦でないシートを正確に測定せず、現在の空気スタビライザは、移動するシートを、測定のために十分な平坦なプロファイルを示すように十分には支持しない。

[0009]本発明は、部分的に、コアンダ空気クランプまたは安定化システムの発展に基づき、機械方向に移動するウェブ内に局所的な張力を形成するのに十分な対向する力を移動する可撓性ウェブに付与する。これは、２つの平行な、反対方向を向いた細長いコアンダノズルを採用することにより達成することができ、コアンダノズルは移動するウェブの上または下に位置決めされ、各ノズルは反対方向にガスを排出する。各ノズルは、移動するウェブの通路に垂直な細長いスロットを含む。さらに、各コアンダノズルは、内部バッフルを備え、ガス流を、ノズルの湾曲表面と同一の側部に沿う領域へ方向付けまたは制限し、これはノズルの下流側と呼ばれる。バッフルは、明らかに、ノズルにわたって内部ガス圧を均等化する。

[0010]２つのコアンダノズルの配置は、移動するウェブの高さを調整するための、機械方向上での分離位置として機能する。ノズルを出るジェットのスピードまたは圧力を規制することにより、正確な厚さおよび他の測定を可能にするために、ウェブの輪郭は、２つのコアンダノズルの間で平坦な輪郭となるように操作される。さらに、空気安定化システムのクランプ性能は、各ノズルの後で必要な圧力領域を形成するように、２つの排出されるガスの空気圧力を最適化することで改善することができる。

[0011]従来技術において、単一のコアンダスロットが用いられ、コアンダノズルの下に配置されるプレナムは十分に大きく、内部空気圧は有効に均等化される。しかし、２つの空気クランプおよびフラグ機構を同一の直径のドームに嵌めるために、各スロットのプレナムは、減少させなければならない。サイズの減少により、入口から出口への直径と、交差方向との間の比は、実質的に大きくなり、また、出口における空気の流れが不均一になり、シートの制御に問題を生じさせることが分かった。空気を、バッフルのエッジにおける狭いスロットを空気が通るようにすることで、コアンダスロットにおいて圧力がより等しくなる。流れがコアンダ輪郭の前の表面に追従するようにすることにより引き出されるいくつかの利益がある。フラグは、典型的にはプラスチックの部品であり、これは、センサを較正しまた定期的にセンサが正しく動作しているかをチェックするのに採用される機構の上に取り付けられる。動作において、フラグが測定開口に挿入され、読みが行われる。

空気スタビライザシステムの実施形態の断面図である。 コアンダノズルの拡大断面図である。 コアンダノズルの拡大断面図である。 バッフルの拡大断面図である。 バッフルの拡大断面図である。 バッフルの動作を示す図である。 バッフルの動作を示す図である。 ２つのコアンダノズルの上を移動するときにシートプロファイルを示す図である。 ノズルからのガスジェットの垂直プロファイルを示す概略図である。 空気スタビライザシステムの分解された形態での斜視図である。 センサヘッドの部品としての空気スタビライザシステムを示す図である。 カリパス測定装置の断面概略図である。 フラッシュ動作表面を備える空気スタビライザシステムの実施形態の断面図である。 コアンダノズルの拡大断面図である。 コアンダノズルの拡大断面図である。 シートの高さに関する、平均高さ対スキャナ変位のグラフである。 カリパスプロファイル対スキャナ変位のグラフである。 それぞれバックステップ付きのコアンダノズルを備える空気スタビライザシステムの実施形態の断面図である。 コアンダノズルの拡大断面図である。 コアンダノズルの拡大断面図である。 動作表面におけるチャネルを備える空気スタビライザシステムの実施形態の断面図である。 動作表面上に透明な滑らかな基板を備える空気スタビライザの実施形態の断面図である。 凹部動作表面を備える空気スタビライザの実施形態の断面図である。

[0029]図１Ａは、空気スタビライザシステム１９の実施形態を示し、これは、中央領域１２、側方領域１４Ａ、および側方領域１４Ｂに領域が分けられるステンレス鋼本体を含む。各ノズルは、本体のベースから突き出すドーム形状構造部内に形成され、ノズルは、動作表面３２に対して高くなっている。ドーム構造部は、好ましくは、ノズルの長さに沿って延びるスロープ曲率（slope curvatures）を備える。好ましい構成において、空気スタビライザシステム１０は、下に位置決めされるレーザー三角測量変位測定装置（図示せず）を備える。移動するウェブ２２上に入射するレーザービームおよび反射光は、中央領域１２内に形成される光学チャネルまたはオリフィス２０を通過する。本体は、中央領域１２およびバッフル７を支持する下部６を含む。下開口８は、カリパス装置と光学通路チャネル２０との間の光学アクセスを可能にする。プレート部材は、方持ち梁構造１７Ａ、１７Ｂを備え、これらは以下でより詳細に説明される内部バッフルとして機能する。

[0030]空気スタビライザシステム１０は、システムの左から右へ移動するウェブ材料の下に位置決めされる。この方向は機械方向（machine direction, ＭＤ）の下流と言及され、反対方向は、機械方向の上流と言及される。交差方向（cross direction, ＣＤ）はＭＤを横断する方向である。上側方表面３４Ａ、３４Ｂは、好ましくは動作表面３２と同一平面である。

[0031]さらに本明細書で説明されるように、ウェブ２２の輪郭は、動作表面３２を通るときに、空気安定化システムにより制御できる。空気安定化システムの好ましい応用において、ウェブ２２のプロファイルは実質的に平坦である。さらに、ウェブ２２と動作表面２２との間の垂直高さは、コアンダノズル１６Ａ、１６Ｂを通って排出されるガスのスピードを制御することにより規制することができる。ガスのスピードが速くなると、ノズルにより生成されるウェブ２２に付与される吸引力は大きくなる。

[0032]空気安定化システム１０の本体はさらに、コアンダノズル１６Ａの開口部として機能するチャンバ１８Ａと、コアンダノズル１６Ｂの開口部として機能するチャンバ１８Ｂとを画定する。バッフル１７Ａは、チャンバ１８Ａをプレナムチャンバ４０Ａから分離し、プレナムチャンバ４０Ａは導管３０Ａを介してガス源２４Ａに接続される。プレナム４０Ａへのガスの流速は、圧力コントローラ２８Ａおよび流れ制御バルブ２６Ａを含む従来の手段により規制することができる。チャンバ４０Ａの交差方向に沿って測定される長さは、好ましくは、コアンダノズル１６Ａの長さに一致する。プレナム４０Ａは、本質的にリザーバとして機能し、ここで、チャンバ１８Ａを介してコアンダノズル１６Ａの長さに沿って均一に分配される前に高圧ガスを平衡させる。導管３０Ａは単一のチャネルを含むことができ、これは、ガス源２４Ａをプレナム４０Ａに接続し、代替的に、本体の下表面にドリル加工された複数の穴を採用することができる。プレナム４０Ａ内にガスを均一に分配するために、複数の穴は本体の交差方向に沿って間隔が隔てられる。

[0033]同様に、チャンバ１８Ｂはバッフル１７Ｂを通ってプレナムチャンバ４０Ｂにガス連通し、プレナムチャンバ４０Ｂは導管３０Ｂを介してガス源２４Ｂに接続される。バッフル１７Ｂは、プレナム４０Ｂ内のガス圧力を均等化するように機能する。プレナム４０Ｂへ流れるガスは、圧力コントローラ２８Ｂおよび流れ規制バルブ２６Ｂにより規制される。チャンバ４０Ｂおよび導管３０Ｂの構成は、好ましくは、チャンバ４０Ａおよび導管３０Ａの構成とそれぞれ同一である。実際、測定される流速が同一になるように圧力が規制される。

[0034] ガス源２４Ａ、２４Ｂにおいて任意の適当なガスを用いることができ、たとえば、空気、ヘリウム、アルゴン、二酸化炭素を含むことができる。多くの用途に関して、採用されるガスの量は、コアンダノズルを通して約２０ｍ／ｓから約４００ｍ／ｓの速度で排出されるように十分な量である。コアンダノズル１６Ａ、１６Ｂを出るガスジェットの速度を規制することにより、移動するウェブ２２が動作表面３２上で維持される距離を調整することができる。空気安定化システムは、様々な可撓性ウェブ製品を支持するのに用いることができ、可撓性ウェブ製品は、たとえば、紙、プラスチック等を含む。大規模な商業用製紙機で連続的に製造される紙に関して、ウェブは、２００ｍ／ｍｉｎから１８００ｍ／ｍｉｎまたはそれ以上の速度で移動することができる。動作に関して、空気安定化システムは、好ましくは、コアンダノズル１６Ａ、１６Ｂの上に約１００μｍから約１０００μｍの範囲の距離で、紙のウェブ２２を維持する。

[0035]図１Ｂに示されるように、コアンダノズル１６Ａはノズル開口部７０を備え、ノズル開口部７０は、上流上表面７２および下流上表面７４を備える突き出し構造上に形成される。上流表面７２は、ノズル開口部７０のところで正確に湾曲した内側表面として構成され、下流表面７４は、ノズル開口部７０のところで概ね角度の付いた平坦な内側表面を備える。ノズル開口部７０から出るガスは、コアンダ効果により、表面部７２のカーブに沿って流れ、右から左に上側部表面３４Ａに沿って上流に流れる。プロセス中において、周りのガスは、ノズル開口部７０から出る空気流に引っ張られる。

[0036]同様に、図１Ｃに示されるように、コアンダノズル１６Ｂはノズル開口部６０を備え、ノズル開口部６０は、上流上表面６２および下流上表面６４を備える突き出し構造上に形成される。下流表面６２は、ノズル開口部６０のところで正確に湾脚した内側表面として構成され、下流表面６４は、概ね、ノズル開口部６０のところで角度の付いた平坦な内側表面を備える。ノズル開口部６０から出るガスは、表面部６２のカーブに沿い、左から右へ上側方表面３４Ｂに沿って下流に流れる。周りのガスは、ノズル開口部６０から出る空気流に引っ張られ吸引力を形成する。

[0037]図１Ｄは、バッフル１７Ａを示し、ノズル１６Ａの機械方向の上流側に向かって側方に延びる。一実施形態において、バッフル１７Ａの遠位端部は、垂直内側壁とほぼ同一平面にある。同様に、図１Ｅに示されるように、バッフル１７Ｂは、ノズル１６Ｂの機械方向の下流側に向かって側方に延びる。動作において、図１Ｆに示されるように、プレナムチャンバ４Ａからの加圧ガスは、ガスが壁およびコアンダノズル１６Ａの湾曲面上に沿って上方に導かれるときに、可撓性バッフル１７Ａをエッジのところで曲げる。図１Ｇは、バッフル１８Ｂに関して同様の効果を図示し、ガスが壁に沿ってコアンダノズル１６Ｂの湾曲面上に導かれるときに、プレナムチャンバ４０Ｂからの加圧ガスがエッジのところで可能性バッフル１７Ｂを曲げる。

[0038]図２Ａは、コアンダノズル１６Ａ、１６Ｂの上を通過するときのシート２２の側面図を示す。各ノズルは、ガスジェットを反対方向に噴射する。ノズルは、間に平坦な表面３２を画定するように十分に広げて設定される。シートの運動は、ウェブ入口端部に配置される上流コアンダノズル１６Ａにより付与される力に対抗し、また、シートの運動は、ウェブ出口端部に配置される下流コアンダノズル１６Ｂにより付与される力に平行である。同時に反対方向の力は、移動するシートに張力を付与し、シートが動作表面上を通過するときに、ノズルの間に所望のシートプロファイルを形成する。２つのノズルからの空気速度が大きくなると、発生するクランプ力は大きくなる。空気安定化システムに関して、デュアルノズルからのクランプ力を増加または減少させることにより、移動するウェブ２２と表面３２との間の距離をそれにしたがって減少または増加させることができる。

[0039] ノズルの動作表面から測定した下流コアンダノズル１６Ｂの高さは、典型的には、上流コアンダノズル１６Ａの高さと同一であり、また、これらの高さを異なるものとすることもできる。高さの差を維持することにより、ノズルの間のシートプロファイルを修正することができる。好ましくは、各コアンダノズルの高さは、０．５ｍｍから２．５ｍｍの範囲である。

[0040]図２Ｂは、コアンダノズルを出るガスジェットの対応する速度プロファイルを示している。図示の目的のために、シートはノズルを出るガスのスピードに対して遅いスピードで移動しているものとしている。コアンダノズル１６Ａに関して、ガスは上流方向に出て、カーブ１は、垂直経路または機械方向に移動するシートに向かうコアンダノズル１６Ａの間の高さ（Ｈ）に沿うガスの速度（Ｖ）プロファイルを示す。ガス速度は、徐々に減少し、シート付近の位置で反対方向になる。ガス速度は、ウェブ表面におけるウェブの速度に一致する。コアンダノズル１６Ｂに関して、ガスは下流方向に出る。カーブ１１は、ノズルから移動するウェブまで速度が徐々に減少することを示している。シート速度が無視できる場合、シートが２つのノズルの空気クランプ特性により本質的に支持されるとき、空気動力学は対称となる。

[0041]図３に示されるように、空気安定化システムは、５つの基本的なユニットから形成することができ、これは、中心本体部材８０、上本体部材４６、プレート部材１７、および側部支持部４２、４４を含む。これらは、ドエルおよびネジのような従来の方法により互いに取り付けられる。概ね矩形の上本体部材４６は、両端部に外側周辺部を備え、これらは、下流上表面７４および上流表面６４を画定する。中心領域１２は、測定オリフィス４８を備え、これは、レーザー三角測量カリパス装置のための光学経路チャネルとして機能する。中心本体部材８０は、中間部６および側部１４Ａ、１４Ｂを含み、オリフィス４８内に取り付けられる装置へのアクセスのための開口部５８を画定する。側方部１４Ａの内側に面するエッジは上流上表面７２を画定し、側方部１４Ｂの内側に面するエッジは下流上表面６２を画定する。プレート１７は、好ましくは、ステンレス鋼、真鍮、またはアルミニウムのような金属から形成され、典型的には７５ミクロンから１２５ミクロンの厚さであり、対応する開口部５７を備える。金属シートのサイズは、好ましくは、空気クランプの各側部上のガス入口ノズルとガス出口ノズルとの間の全体の空間を満たすような寸法である（一方で、エッジが６２、７２の下の垂直面上に当たらないように十分な空間を残す。）。上本体部材４６を中心本体部材８０上に固定し、これらの間にプレート１７を配置し、上側部表面３４Ａ、３４Ｂが、上本体部材４６の表面と同一平面になるようにすることで、空気安定化システムを形成することができる。

[0042]空気安定化システムは、オンライデュアルヘッドスキャニングセンサシステムに統合することができ、Dahlquistの米国特許第４８７９４７１号明細書、Dahlquistらの米国特許第５０９４５３５号明細書、Dahlquistの米国特許第５１６６７４８号明細書に開示されている製紙機に適用することができる。これらの文献は参照により本明細書に組み込まれる。製紙機における紙の幅は、概ね５から１２メートルの範囲であり、典型的には約９メートルである。同期運動のために設計されるデュアルヘッドは、シートの上に位置決めされる上ヘッドと、シートの下に位置決めされる下ヘッドとを有する。好ましくは下ヘッド上に取り付けられる空気安定化システムは、移動する紙をクランプし、上ヘッドおよび下ヘッドが紙の幅にわたって交差方向に往復移動するときに、測定のために紙が本質的に平坦なプロファイルとなるようにする。

[0043]実際に、空気クランプは、スキャニングセンサの下ヘッドまたは上ヘッドに配置することができる。図４は空気安定化システムを示し、これは、スキャニングセンサのヘッド５０の一部である基板５２内の凹部区画内に統合される。測定オリフィス４８は、コアンダノズル１６Ａ、１６Ｂの間に位置する。ウェブ製品が、空気安定化システム上を、細長いコアンダノズルの長さに直交する機械方向５４に移動するように、基板５２が位置決めされる。動作において、基板５２は、交差方向に沿って往復スキャンし、交差方向に沿って紙の測定値を生成する。紙のカリパスを測定するために採用される場合、一実施形態において、ノズル１６Ａおよび１６Ｂの間の距離は約７５ｍｍであり、各ノズルの交差方向に沿う長さは約５０ｍｍである。

[0044]Kingらの米国特許第６２８１６７９号明細書に開示されているような非接触カリパスセンサは、レーザー三角測量装置を備える上下のヘッドを備える。この文献は参照により本明細書に組み込まれる。２つのヘッドの間を移動するシートのカリパスは、レーザー三角測量装置でシートの上下の表面の位置を同定し、上下のヘッドの分離距離の測定からこれらを引くことにより決定される。

[0045]図５は非接触式のカリパスセンサシステムの概略図を示し、これは、第１スキャナヘッド１３および第２スキャナヘッド１５を備え、これらは、符号３で示される移動するウェブ材料の品質、特性、特徴等を測定するための様々なセンサを含む。ヘッド１３、１５は、ウェブまたはシート３の両側に位置し、測定が交差方向においてウェブを走査して行われる場合、ヘッドは、機械方向に移動するウェブを横断するように、互いに直接的に移動するように整合される。第１ソース／検出器４は第１ヘッド１３に配置される。第２ソース／検出器５は第２ヘッド１５に配置される。ソース／検出器４、５は、近接して離間される第１および第２のソース４ａ、５ａをそれぞれ有し、また、第１および第２の検出器４ｂ、５ｂをそれぞれ有し、第１ソース４ａからの測定エネルギーがウェブ３の第１表面と相互作用して少なくとも部分的に第１検出器４ｂに戻り、第２ソース５ａからの測定エネルギーがウェブ３の反対の表面つまり第２表面と相互作用して、少なくとも部分的に第２検出器５ｂに戻るように構成される。

[0046]ソースおよび検出器は、好ましくは、レーザー三角測量ソースおよび検出器を有し、集合的に問合せレーザーと言及される。ソース／検出器の構成は、全体として距離決定手段と言及される。ソースから検出器への測定される経路長から、各距離決定手段と、測定またはウェブ表面の１つの上の問合せスポットとの間の距離の値が決定される。ヘッド１３、１５は、典型的には、ヘッドが交差方向にスキャンされるときでも問合せスポットが機構方向に移動しないように固定される。

[0047]第１距離決定手段４に関して、距離決定手段とウェブ表面上の第１測定スポットとの間の検出された距離の値（ｌ_１と言及される）が検出され、および、第２距離決定手段５に関して、距離決定手段と反対側のウェブ表面上の第２測定スポットとの間の検出された距離の値（ｌ_２と言及される）が検出される。正確な厚さ決定に関して、第１および第２の測定スポット（問合せスポット）は、好ましくは、ウェブの反対側の表面であるがｘ−ｙ平面上で同一の点であり、つまり、測定スポットはウェブの厚さの分だけ離間されていることになる。理想的な静的な状況において、第１距離決定手段４と第２距離決定手段５との間の分離ｓは固定され、ウェブの厚さｔの計算される値は、ｔ＝ｓ−（ｌ_１−ｌ_２）により計算される。実際には、分離距離ｓは変化し得る。この分離距離２の変化を修正するために、スキャニングヘッド間の空間の動的な測定がｚセンサ手段により提供され、これは距離ｚ、すなわち、第１ヘッド１３に配置されるｚセンサソース／検出器６と、第２ヘッド１５に配置８されるｚセンサ参照部７との間の距離、が測定される。

[0048]スキャナヘッドは、スキャナヘッド間でシートがスキャンされるときに互いに完全なアライメントを維持しないので、本発明の空気安定化システムが下ヘッド、上ヘッドまたは両ヘッドにおいて採用され、シートを平坦に維持し、小さなヘッドの不整合がカリパス測定値に誤差、つまりヘッドの不整合およびシートの角度によりカリパス誤差、として混入しないようにする。

[0049]図６Ａは、空気安定化システム１１０の実施形態を示し、移動するウェブ２２を支持する滑らかなフラッシュ動作表面を備える。このスタビライザは、中央領域１２、側方領域１４Ａ、および側方領域１４Ｂに区分けされる本体を含む。中央領域１２は、動作表面１３２を有し、これは、コアンダノズル１１６Ａ、１１６Ｂの間に配置される。コアンダノズル１１６Ａ、１１６Ｂは、それぞれチャンバ１８Ａ、１８Ｂにガス連通する。コアンダノズル１１６Ａ、１１６Ｂは、反対方向にガスジェットを排出する。ノズル内の内部ガス流は、プレート１７のバッフル１７Ａおよびバッフル１７Ｂによりそれぞれ制限される。図１の空気安定化システム１０において上述した独立に規制される加圧ガス源を採用することができ、また、チャンバ１８Ａ、１８Ｂに接続される。中央領域１２は、光学チャネル２０を画定し、チャネル２０の上表面は動作表面１３２と同一平面にあり動作表面１３２の一部をなす。本体部はさらに、中央領域１２を支持する下部６を含む。開口部８は、光学チャネル２０へのアクセスを可能にする。上即部表面１３４Ａ、１３４Ｂは、好ましくは、動作表面１３２と同一表面であり、本体上に滑らかな平らな表面を画定する。

[0050]図６Ｂに示されるように、コアンダノズル１１６Ａは、上表面１３４Ａと動作表面１３２との間にコアンダスロット１７０を画定する。コアンダスロット１７０は、下流側に湾曲した凸表面１７２を備える。好ましくは、この表面は、約１．０ｍｍから１０ｍｍの曲率半径（Ｒ）を備える。コアンダスロット１７０からのガス流は、湾曲表面１７２の下流の軌道に追従し、移動するウェブに対してＭＤ上流に流れる。好ましくは、スロット１７０は、約３ミル（７６μｍ）から約５ミル（１２７μｍ）の幅（ｗ）を備える。空気クランプの吸引力は、ウェブがスタビライザに近づくときにウェブをスタビライザの近くに引き寄せる。しかし、ウェブは、ノズルに極端に近づくことは許容されない。これは、ノズルからのガス流を遮断するからである。これは、局所的な圧力が上昇する原因となり、増加した力がウェブをスタビライザから遠くへ押しやる原因になる。

[0051]同様に、図６Ｃに示されるように、コアンダノズル１１６Ｂは上表面１３４Ｂと動作表面１３２との間にコアンダスロット１６０を備える。コアンダスロット１６０は、下流側に湾曲した凸表面１６２を備える。コアンダスロット１６０からのガス流は、湾曲表面１６２の軌道の下流に追従し、ＭＤ下流に流れる。コアンダノズル１１６Ｂの寸法は、コアンダノズル１１６Ａの寸法と同一とすることができる。

[0052] 図６Ａ、６Ｂ、６Ｃに示される構成を備えるステンレス鋼の空気クランプスタビライザは、レーザー三角測量スキャニングセンサを備える。２つの各コアンダノズルは、幅（ｗ）が０．１ｍｍのスロットを備え、また、１．５ｍｍの曲率半径（Ｒ）を備える。ノズルは、各ノズルスロットから測定して約４３ｍｍ離れている。空気クランプは、約１５００ｍ／ｍｉｎで移動し、４５グラム毎平方メートル（ｇｓｍ）の連量（basis weight）を備える、紙のウェブを支持するために採用される。「連量（basis weight）」との語は、紙の単位面積当たりの質量または重量を示す。紙の上表面と空気スタビライザの動作表面の中心との間の距離が測定され、紙シートが空気クランプスタビライザの表面上を水平に移動するときに、レーザー三角測量センサで、センサが８．５ｍシートにわたってスキャンされた。

[0053]図７Ａは、平均距離の周りのシートの高さを、移動するシートの交差方向におけるスキャナ変位または位置との関係で示している。曲線は、シートの輪郭が実質的に平坦であることを示している。シートの高さの２シグマ偏差は、２．７ミクロンである。図７Ｂは、紙の一方の側部から他方の側部への１０の交差方向スキャンから得られる、対応するレーザーカリパスプロファイルを示す。

[0054]図８Ａは、空気安定化システム２１０の実施形態を示し、これは、移動するウェブ２２に付与される吸引力を増加させるバックステップを備えるように構成される、対向して面するノズルを含む。スタビライザは、中央領域１２、側部領域１４Ａ、および側部領域１４Ｂに区画される本体を含む。中央領域１２は、コアンダノズル２１６Ａ、２１６Ｂの間に位置する動作表面２３２を備え、コアンダノズル２１６Ａ、２１６Ｂは、それぞれチャンバ１８Ａ、１８Ｂにガス連通する。コアンダノズル２１６Ａ、２１６Ｂは、それぞれ表面２３４Ａ、２３４Ｂに向かって反対方向にガスジェットを排出し、これらの方向はノズルのバックステップの下流方向である。プレート１７のバッフル１７Ａ、１７Ｂの存在は、プレナムチャンバ内のガス圧力を均等にする。図１Ａの空気安定化システム１０に関して上述した独立に規制される加圧ガス源を採用することができ、チャンバ１８Ａ、１８Ｂに接続される。中央領域１２は、光学チャネル２０を含む。本体はさらに、中央領域１２を支持する下部６を含む。開口８は光学チャネル２０へのアクセスを可能にする。

[0055]図８Ｂに示されるように、コアンダノズル２１６Ａは、好ましくはは同一平面にある上表面２７４と動作表面２３２との間にコアンダスロット２７０を備える。コアンダスロット２７０は下流側に湾曲した凸表面２７２を備える。好ましくは、この表面は、約１．０ｍｍから約１０ｍｍの範囲の曲率半径（Ｒ）を備える。コアンダスロット２７０からの空気流は、湾曲表面２７２の軌道に追従する。「バックステップ」との語は、コアンダスロット２７０から下流の離間した位置にあるスタビライザ表面上の凹部を包含し、好ましくは渦を形成するのに十分なものである。コアンダスロットおよびバックステップは、増幅された吸引力および広範囲な空気ベアリングを生成する。

[0056]特に、バックステップ２２０は、コアンダジェットが膨張し、追加の吸引力を形成することを可能にする。ジェットの膨張は、吸引力の形成に必要であるが、渦の形成には不可欠ではないことに注意されたい。実際、渦の形成は、バックステップから下流で常に発生するわけではなく、空気クランプスタビライザの動作に必ずしも必要ではない。スタビライザの吸引力は、最初は、ウェブがスタビライザに近づくときにスタビライザの近くにウェブを引き寄せる。その後、空気ベアリングがウェブを支持し、再形成し、ウェブがバックステップ上を通過するときに相対的に平坦なプロファイルを備えるようにする。バックステップ２２０は、最も好ましくは、９０°の垂直な壁のように形成されるが、バックステップが、上下の表面が滑らかに結合して凹状の湾曲表面になるように、より漸進的な輪郭になるようにすることができる。好ましくは、コアンダスロット２７０は、約３ミル（７６μｍ）から約５ミル（１２７μｍ）の幅（ｂ）を備える。上表面２７４から下表面２３４Ａまでの距離（ｄ）は、好ましくは互いに平行であり、また、好ましくは約１００μｍから１０００μｍの間である。好ましくは、バックステップの位置（Ｌ）は、コアンダスロット２７０から約１ｍｍから約６ｍｍであり、好ましくは約２ｍｍから３ｍｍである。

[0057]同様に、図８Ｃに示されるように、コアンダノズル２１６Ｂは、上表面２６４と動作表面２３２との間にコアンダスロット２６０を備える。コアンダスロット２６０は、下流側に湾曲表面２６２を備える。バックステップ２３０および下表面２３４Ｂを含むコアンダノズル２１６、を形成する構造の寸法は、コアンダノズル２１６Ａのものと同一にすることができる。

[0058]図９は、空気安定化システム３１０の実施形態を示し、ここで、動作表面３３２は、スタビライザの本体内に形成されるチャネル３３６の下表面上に位置する。したがって、動作表面３３２は、移動するウェブ２２からさらに離れて位置し、ウェブ２２が動作表面３３２に接触する可能性を減らす。スタビライザは、中央領域１２、上表面３３４Ａを備える側方領域１４Ａ、および上表面３３４を備える側方領域１４Ｂ、に区画される本体を含む。プレート１７は、バッフル１７Ａ、１７Ｂを形成する。中央領域１２は、反対方向に向くコアンダノズル３１６Ａ、３１６Ｂの間に位置する動作表面３３２を備え、コアンダノズル３１６Ａ、３１６Ｂはそれぞれチャンバ１８Ａ、１８Ｂにガス連通する。中央領域１２は、光学チャネル２０を画定する。中央領域１２内のチャネル３３４の深さは、１４００μｍから２０００μｍまたはそれ以上の範囲とすることができる。スタビライザの残りの構造は、図６Ａに示されたものと同一とすることができる。しかし、移動するウェブと動作表面との間の追加の間隙を提供するために、チャネルは、上述の任意の空気安定化システムに組み込むことができることを理解されたい。

[0059]図１０は、光学チャネル２０を覆うためにチャネル３３４内に挿入される、ガラスのような透明基板４２０を備える図９の空気安定化システムを示す。基板４２０は、光学チャネル２０内に、センサの測定に悪影響を与え、また、ウェブのプロファイルをゆがめ得るデブリが蓄積するのを防止する。なめらかな表面を備える基板４２０の上表面４３２は、これらの潜在的な問題を取り除く。透明基板は、上述の任意の空気安定化システムに採用することができる。スタビライザの表面が面一になるように、上表面４３２は、好ましくは上表面３３４Ａ、３３４Ｂと同一平面内にある。

[0060]最後に、図１１は、空気安定化システム５１０の実施形態を示し、これは、中央領域１２、上表面３３４Ａを備える側方領域１４、および上表面３３４Ｂを備える側方領域１４Ｂに区画される本体を含む。上表面３３４Ａ、３３４Ｂは、好ましくは平行且つ同一平面にある。中央領域１２は、移動するウェブが上表面３３４Ａ、３３４Ｂよりもさらに離れるように、中央動作表面５３２が後退しおており、ウェブ２２が動作表面５３２に接触する可能性を低減させる。プレート１７は、バッフル１７Ａ、１７Ｂを形成する。中央動作表面５３２は、好ましくは、上表面３３４Ａ、３３４Ｂにより形成される側方動作表面よりも約０．０２５インチ（０．６４ｍｍ）から約０．０１１インチ（０．２８ｍｍ）低い。対向して面するコアンダノズル５１６Ａ、５１６Ｂは、それぞれ、チャンバ１８Ａ、１８Ｂにガス連通している。スタビライザの残りの構造は、図６Ａに示されたものと同一とすることができる。実際、凹状の中央部品は、しばしば図８に示されるバックステップ設計に組み合わせられる。

[0061]以上のように、本発明の原理、好ましい実施形態および動作モードが説明された。しかし、本発明は、上述の具体的な実施形態に限定されると解釈されるべきではない。上述の実施形態は、限定的なものではなく説明的なものであると解釈されるべきである。添付の特許請求の範囲により画定される本発明の範囲から逸脱することなく、当業者はこれらの実施形態内で様々な変形が可能である。

Claims (10)

1. 機械方向（ＭＤ）の下流に移動する可撓性の連続するウェブ（２２）を支持するための空気安定化装置（１０）であって、前記装置は、
   （ａ）前記ウェブ（２２）に面する動作表面（３２）を備える本体（１２）を有し、前記動作表面（３２）は、ウェブ入口端部と、前記ウェブ入口端部から下流にあるウェブ出口端部とを備え、
   （ｂ）前記装置はさらに、前記ウェブ入口端部のところで前記動作表面（３２）上に位置決めされる第１ノズル（１６Ａ）を有し、前記第１ノズル（１６Ａ）は、実質的にＭＤを横切る第１方向に沿って前記動作表面（３２）にわたって延びる第１スロット（７０）を画定し、前記第１ノズル（１６Ａ）は、ＭＤ上流側に出口を画定する第１バッフル（１７Ａ）を含み、前記第１スロット（７０）を通って排出される前に、加圧ガスの第１の細長いジェットが前記出口を通って流れ、前記加圧ガスの第１の細長いジェットは、ＭＤ上流に向かって移動して前記ウェブ（２２）に第１の制御された力を付与し、
   （ｃ）前記装置はさらに、前記ウェブ出口端部のところで前記動作表面（３２）上に位置決めされる第２ノズル（１６Ｂ）を有し、前記第２ノズル（１６Ｂ）は、実質的にＭＤを横切る第２方向に沿って前記動作表面（３２）をにわたって延びる第２スロット（６０）を画定し、前記第２ノズル（１６Ｂ）は、ＭＤ下流側に出口を画定する第２バッフル（１７Ｂ）を有し、同時に第２スロット（６０）を通って排出される前に、加圧ガスの第２の細長いジェットが前記出口を通って流れ、前記加圧ガスの第２の細長いジェットは、ＭＤ下流に向かって移動して前記ウェブ（２２）に第２の制御された力を付与し、
   前記第１の力および前記第２の力は、前記ウェブ入口端部と前記ウェブ出口端部との間に位置する、移動する前記ウェブ（２２）の少なくとも一部を、前記動作表面（３２）に対して実質的に固定された距離に維持する、装置。
2. 請求項１に記載のシステムであって、前記第１バッフル（１７Ａ）は前記第１スロット（７０）にわたってガス圧力を均等にし、前記第２バッフル（１７Ｂ）は前記第２スロット（６０）にわたってガス圧力を均等にする、システム。
3. 請求項１に記載のシステムであって、前記第１バッフル（１７Ａ）は、前記第１ノズル（１６Ａ）のＭＤ上流側に沿ってガス流を規制する第１側方延伸プレートを有し、前記第２バッフル（１７Ｂ）は、前記第２ノズル（１６Ｂ）のＭＤ下流側に沿ってガス流を規制する第２側方延伸プレートを有する、システム。
4. 請求項３に記載のシステムであって、前記第１側方延伸プレートは、前記第１ノズル（１６Ａ）のＭＤ上流側と同一平面にある遠位端部を備え、前記第２側方延伸プレートは、前記第２ノズル（１６Ｂ）のＭＤ下流と同一平面にある遠位端部を備える、システム。
5. 請求項１に記載のシステムであって、前記第１ノズル（１６Ａ）は前記本体（１２）内にスロット（７０）を有し、前記スロット（７０）は、第１ガス源（２４Ａ）と流体連通し、また、前記本体（１２）の第１表面において第１の細長い開口部を備え、前記第１スロット（７０）は、上流側における前記第１の細長い開口部のところに第１の湾曲した凸表面を備え、
   前記第２ノズル（１６Ｂ）は、前記本体（１２）内にスロット（６０）を有し、前記スロット（６０）は、第２ガス源（２４Ｂ）と流体連通し、また、前記本体（１２）の第２表面において第２の細長い開口部を備え、前記第２スロット（６０）は、下流側において前記第２の細長い開口部のところに第２の湾曲した凸表面を備える、システム。
6. 請求項５に記載のシステムであって、前記第１の細長い開口部は、前記動作表面の第１セグメントに配置され、前記第１セグメントは、第１上部（２７４）および前記第１上部（２７４）から上流にある第１下部（２３４Ａ）を備え、
   前記第２の細長い開口部は、前記動作表面の第２セグメントに配置され、前記第２セグメントは、第１上部（２６４）、および前記第１上部（２６４）から下流にある第１下部（２３４Ｂ）を備える、システム。
7. 請求項１に記載のシステムであって、前記本体（１２）はチャネル（３３６）を備え、前記チャネル（３３６）は、前記ウェブ入口端部と前記ウェブ出口端部との間に位置し、また、前記動作表面（３３２）を形成する上表面を備える、システム。
8. 請求項１に記載のシステムであって、前記動作表面は、平行且つ同一平面にある側方動作表面（３３４Ａ、３３４Ｂ）を有し、前記動作表面は、前記ウェブ（２２）からさらに遠くなるように低くなった中央動作表面（５３２）を備える、システム。
9. 経路に沿って機械方向（ＭＤ）下流に移動する可撓性の連続ウェブ（２２）を支持する方法であって、前記方法は、
   （ａ）前記可撓性の連続ウェブ（２２）の上または下に空気スタビライザ（１０）を前記経路に沿って位置決めするステップを有し、前記空気スタビライザ（１０）は、
   （ｉ）前記ウェブ（２２）に面する動作表面（３２）を備える本体（１２）を有し、前記動作表面（３２）は、ウェブ入口端部、および前記ウェブ入口端部から下流にあるウェブ出口端部を備え、
   （ｉｉ）前記空気スタビライザ（１０）はさらに、前記ウェブ入口端部のところで前記動作表面（３２）上に位置決めされる第１ノズル（１６Ａ）を有し、前記第１ノズル（１６Ａ）は、ＭＤを実質的に横切る第１方向に沿って前記動作表面にわたって延びる第１スロット（７０）を画定し、前記第１ノズル（１６Ａ）は、ＭＤ上流に出口を画定する第１バッフル（１７Ａ）を含み、前記第１スロット（７０）を通って排出される前に、第１の細長い加圧ガスジェットが該出口を通って流れ、第１の細長い加圧ガスジェットは、ＭＤ上流に向かって移動して前記ウェブ（２２）上に第１の制御された力を付与し、
   （ｉｉｉ）前記空気スタビライザ（１０）は、前記ウェブ出口端部のところで前記動作表面（３２）上に位置決めされる第２ノズル（１６Ｂ）を有し、前記第２ノズル（１６Ｂ）は、ＭＤを実質的に横切る第２方向に沿って前記動作表面にわたって延びる第２スロット（６０）を画定し、前記第２ノズル（１６Ｂ）は、ＭＤ下流上に出口を画定する第２バッフル（１７Ｂ）を含み、前記第２スロット（６０）を通って同時に排出される前に、第２の細長い加圧ガスジェットが該出口を通って流れ、第２の細長い加圧ガスジェットはＭＤ下流に向かって移動して、前記ウェブ（２２）に第２の制御された力を付与し、
   前記第１の力および前記第２の力は、前記ウェブ入口端部と前記ウェブ出口端部との間に位置する、前記移動するウェブの少なくとも一部を、前記動作表面（３２）に対して実質的に固定された距離に維持し、
   （ｂ）前記方法はさらに、前記第１スロット（７０）からの第１ガスジェットを、ＭＤ上流に向かって導き、前記連続ウェブ（２２）上に第１の力を付与するステップと、
   （ｃ）同時に、前記第２スロット（６０）からの第２ガスジェットをＭＤ下流に向かって導き、前記連続ウェブ（２２）上に第２の力を付与するステップと、を有し、前記第１の力および前記第２の力は、前記ウェブ入口端部と前記ウェブ出口端部との間に位置する、移動する前記ウェブ（２２）の少なくとも一部を、前記動作表面（３２）に対して実質的に固定された距離に維持する、方法。
10. 機械方向（ＭＤ）下流に移動する可撓性の連続ウェブ（２２）を監視するシステムであて、前記監視システムは、
    （ａ）前記可撓性の連続ウェブ（２２）を支持するための、第１表面および第２表面を備える、空気安定化システム（１０）を有し、前記空気安定化システム（１０）は、
    （ｉ）前記ウェブ（２２）に面する動作表面（３２）を備える本体（１２）を有し、前記動作表面（３２）は、ウェブ入口端部、および前記ウェブ入口端部から
    下流のウェブ出口端部を備え、
    （ｉｉ）前記空気安定化システム（１０）はさらに、前記ウェブ入口端部のところで前記動作表面（３２）上に位置決めされる第１ノズル（１６Ａ）を有し、前記第１ノズル（１６Ａ）は、ＭＤを実質的に横断する第１方向に沿って前記動作表面（３２）にわたって延びる第１スロット（７０）を画定し、前記第１ノズル（１６Ａ）は、ＭＤ上流に出口を画定する第１バッフル（１７Ａ）を含み、前記第１スロット（７０）を通って排出される前に第１の加圧ガスが該出口を通って流れ、前記第１の加圧ガスはＭＤ上流に向かって移動し、前記ウェブ（２２）上に第１の制御された力を付与し、
    （ｉｉｉ）前記空気安定化システム（１０）はさらに、前記ウェブ出口端部のところで前記動作表面（３２）上に位置決めされる第２ノズル（１６Ｂ）を有し、前記第２ノズル（１６Ｂ）は、ＭＤを実質的に横断する第２方向に沿って前記動作表面（３２）にわたって延びる第２スロット（６０）を画定し、前記第２ノズル（１６Ｂ）は、ＭＤ下流に出口を画定する第２バッフル（１７Ｂ）を含み、前記第２スロット（６０）を通って排出される前に、該出口を通って第２の細長い加圧ガスジェットが流れ、前記第２の細長い加圧ガスジェットはＭＤ下流に向かって移動し、前記ウェブ（２２）上に第２の制御された力を付与し、前記第１の力および前記第２の力は、前記ウェブ入口端部と前記ウェブ出口端部との間に位置する、移動する前記ウェブ（２２）の少なくとも一部を、前記動作表面（３２）に対して実質的に固定された距離に維持し、
    （ｂ）前記監視システムはさらに、前記ウェブ（２２）の第１表面に隣接して配置される第１センサヘッド（１３、１６）と、
    （ｃ）前記第１ガスジェットを規制する手段（２６Ａ、２８Ａ）、および、前記第２ガスジェットを規制する手段（２６Ｂ、２８Ｂ）を有し、前記動作表面（３２）の上のプロセス経路に沿って前記ウェブのプロファイルを制御する、監視システム。

Images