JPH0153420B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、繊維束を所定の断面に収縮して繊維
束の密度を求める方法および装置に関する。以下
繊維束をスライバとも称する。

繊維工業においては繊維の実質量、特にスライ
バの実質断面太さを求めることは大変重要であ
る。スライバの実質断面太さは、直接糸の太さに
影響し、その断面太さの均一性に影響するので非
常に重要である。

繊維量の実質量を求めることは、繊維が静止し
ていようが、動いていようが、基本的には同一で
ある。走行するスライバの測定は、原理的には静
止状態と変る所はないが、スライバのガイド、走
行路の規制などは、走行に合わせ設計されねばな
らない。

しかしながら、重量を求めるということは直接
的な方法では、特に運動するスライバにおいては
不可能である。したがつて、この問題に対し信頼
できる方法で実質断面を間接的に求める色々な解
決策が提案されている。この問題に対する解決策
の例を挙げれば次の通りである： −溝付ローラとフイーラ・ローラを用いる純機械
的測定、この測定においては、スライバは溝付
ローラの溝を通して導かれ、溝付ローラとフイ
ーラ・ローラの軸間距離が実質部断面の測度と
して評価される。この方法は、機械部分が高価
につき、また機械的に動かされる質量が大きい
ため応答周波数が限定されるため広くは用いら
れていない。

−スライバの吸光性、あるいは反射性を利用する
光学的測定部材も知られている。この測定シス
テムも電気的、光学的な費用が相当かかり、ま
た繊維試料の色による光の吸収、反射に依存す
ることが、かかるシステムの信頼性を決定する
ものである。

−また音波測定部材も公知である。この場合はス
ライバ中の空気を伝播する音波の減すいが測ら
れる。しかしかかる測定部材の精度は不充分で
ある。

−いわゆる動的空気的測定部材も他の例として挙
げることができる。この測定部材は基本的には
１つの漏斗から成り、その側面には圧力測定装
置が接続される。スライバがこの漏斗中を走る
と、スライバの実質断面に対応する圧力がこの
側面接続部に生じ、適当な変換器によつて等価
な信号に変換される。この動的空気的測定部材
自体は単純な構造をしているが、その欠点は測
定値が、繊維の繊度（マイクロネア値）と通過
速度に依存することである。

これらの欠点を除去するため本発明によれば、
繊維束の弾性係数に対応する量を測定し、この測
定値から繊維束の密度を誘導する。

以下に図面を参照して本発明を詳述する。

本発明はまず次の考察にもとづく：繊維試料は
一般に、非常に多くの空気中間層を有する構造を
有する。適度の圧縮を加えても、繊維の純粋な実
質部の割合はかなり小さい。したがつて、この割
合は例えば梳綿機の漏斗部においてはわずかに10
ないし20％にすぎない。よりルーズな繊維を圧縮
すると（第１図）、特殊な歪−応力曲線の経過が
示される（第２図）。繊維塊には引張力が加えら
れないで、圧縮力だけが働くので、圧縮がその
まゝ変形量となる。これは一般的な固体の歪−応
力曲線と異なる所である。第２図のグラフ表示に
おいては、歪−ε（圧縮）を横軸に、応力Ｐを縦
軸にし曲線１で示してある。弾性係数Ｅは公知の
ごとく、曲線上の各点の接線２が水平軸３となす
角αの正接で表わされるであろう： Ｅ＝tanα 〔１〕 観察によれば特定の力、したがつて特定の弾性
係数は、繊維塊の特定の密度に対応することが判
る。この繊維塊の密度とは、繊維試料と、その間
に介在する空気の混合からとられた平均をさす。
したがつて、次のことが成立つ：スライバの純粋
の実質部断面積Qoは（スライバの断面Ｑ）×（空
間フアクタＦ）に等しい。

密度の関数としての力または弾性係数の変化は
極めてはつきりしている。この事実から、繊維塊
全体が一定の容積あるいは断面積をもつ所で直接
あるいは間接に圧縮力、あるいは弾性係数が求め
られ、これから密度が求められるという本発明の
概念が出て来る。試料の純量は上記の密度と容積
または断面積から求められる。

しかしながら、圧縮の関数としての力あるいは
弾性係数は同じ繊維量についてのいくつかの測定
から異なつた結果を生ずるということが指摘され
ねばならない。ルーズな繊維塊を最初に圧縮する
ときは、次の圧縮に比較しより大きな力が必要で
ある。したがつて、繊維塊中の実質量を本発明の
方法により求めるには、最初の圧縮の結果だけ
を、あるいは一定の繰返し圧縮のあとの結果だけ
を評価するのが良い。この手続きの時、管中ある
いは、梳綿機、練条機あるいは同様の機器のの漏
斗（トランペツト）の所で求めるのが特に有利で
ある。何故ならば、かかる部位においては繊維は
通常操作上連続的に、ルーズな状態から導かれ圧
縮され、かくて最初の圧縮が常に起るからであ
る。かかる測定の他の利点は、スライバの外径断
面積は正確に定義しうるという事実にある。この
適用はおそらく本発明の方法による測定部材を最
も頻繁に用いることとなると思われるので、スラ
イバの繊維実質量を求めるため測定法は大部分次
の形で行なわれるであろろう：スライバは特定の
断面積の所に導かれる。しかしこの考察は基本的
には精密に定義された空間中で静止した試料の測
定に対しても有効である。

しかし実際上の理由により、運動するスライバ
における圧縮の力を直接求めることは困難であ
る。したがつて、弾性係数を求める方が有利であ
る。密度はしたがつて弾性係数から結論づけられ
る。本発明の概念は色々な異なつた形で実施する
ことができる：繊維塊をスプリングと考える。

公知の如く、単純な振動システムは質量とスプ
リング（ばね）より成る。共振周波数は質量とば
ね定数とから求められる。もし、今の場合第３図
により、あらかじめ知られた質量の物体４がスラ
イバ５（＝ばね）上に縦に押されたとすると、１
つの振動系が出来上る。固有振動数は物体４とス
ライバのばね定数（弾性係数Ｅ）とから求められ
る。質量に付属する部材のばね定数と質量も同時
に考慮する必要がある。スライバは今、チユーブ
あるいは漏斗６中を移動し、質量４の下をスライ
ドする。この配列においても、もしスライバ５の
密度が変化すると、弾性係数Ｅあるいはばね定数
が変り、したがつて共振周波数も変化する。これ
からスライバの密度が求められる。質量とばねよ
り成る振動系の励起については公知でありここで
は詳しくは触れない。

いかなる固体、液体、あるいは気体も、圧力あ
るいはたわみに対しある伝播速度ｃをもちその減
衰Ｄ（伝送特性）を有する。伝播速度はまたしば
しば“音速”とも呼ばれ次式で計算される： ここでＥ＝弾性係数、Ｄ＝密度である。

上記は一般的な物理法則である。本発明は、均
一な固体、液体あるいは気体の伝播特性と、繊維
塊のそれとが、ある類似性をもつ事実から出発し
ている。しかし均質体中の伝播は分子から分子へ
と分子の領域で起るのに対し、繊維塊中では繊維
から繊維へとマクロな領域で発生する。均質体と
の類似において、異なる他の面は、均質体におい
ては伝播挙動はほとんど固定された物質定数で決
るのに対し、繊維塊においては、すでにのべた如
く、密度となかんづく弾性係数は圧縮に著しく依
存することである。本発明においてはこの点を利
用し、繊維塊の密度したがつて例えば実質断面
は、伝播特性、好もしくは伝播速度を求めること
によつて求められる。

第４図は伝播速度および／または静止あるいは
運動するスライバでの減衰を求めるための方法の
原理を示す。図中６は管あるいは漏斗の断面を示
し、７は機械的変形を生じスライバ５に伝えるこ
とのできる送信器（トランスミツタ）を示す。こ
の目的のためには圧電素子が特に適している。も
し、例えば送信器７からスライバ５に１つのパル
スが送られると、このパルスはスライバ５中に伝
播速度ｃと減すいｄで伝播し、ある時間τの後、
受信器８で受取られる。受信器８も圧電素子で設
計することが出来よう。

この通過時間τ（第５図）は、スライバの正確
に求められた密度Ｄに対応する。スライバが粗だ
と伝播速度もおそく、減衰は大である。スライバ
が密になると、伝播速度も増大し、減衰はへる。
したがつて繊維密度Ｄ、したがつてスライバ純実
質部断面Qoは伝播速度と／または減衰（第５図）
から求められる。

受信パルス１０は、発信パルス９から通過時間
τだけ離れている。

第４図による配置の１つの変形として、第６図
による配置も可能である。第６図において、変換
器１１は送信器および受信器として用いられ、そ
の対向位置には漏斗を一種の反射器１２として作
用するよう設計されている。かくして、パルスは
スライバ５中を２回通過する、すなわち往復す
る。したがつて受信パルスは変換器１１に2τの時
間の後減衰して到達する。

１つの振動系の、フイードバツクで形成される
共振周波数foを用いても、通過時間τ測定するの
と等価である（第７図）。

共振周波数は通過時間τに逆比例するので、ス
ライバ５の密度Ｄは、この方法によつても求めら
れる。

この手続きの間、振動系は、送信器７と受信器
８との間の適当な公知の帰還回路１４により共振
領域において励起される。例えば、受信信号を帰
還のためいわゆる“フエーズロツクトループ”
（PLL）に加える。PLLは受信器８での位相で送
信器７を制御する。

この配列においては、共振系は帰還で生ずるだ
けでなく、繊維塊の中でも生ずる。何故なら共振
はすでに繊維塊の中にあり、上記の帰還でさらに
刺激されるだけである。共振周波数は通過時間τ
の２倍に逆比例する。

この方法は特に移動するスライバに対して有利
である。何故ならば、スライバの移動によつて受
信器に妨害信号となるノイズが生ずるからであ
る。これらの妨害信号は共振システムを用いて基
本的には除去できる。

基本振動の高調波にも他の共振周波数がある。

本発明の方法による測定部材は、繊維機械上に
おいては、試料の流れが大なり小なり連続的であ
り、繊維が明確に定義された断面をもつ通路をを
通る所、したがつて例えば梳綿機、練条機、精梳
綿機などの漏斗（トランペツト）部に用いると有
利である。かかる測定部材は、スライバなどの実
質断面太さの絶対値を求めるのに用いることもで
きるし、したがつてモニタリング用の部材として
も用いられ、あるいはチエツクおよび／または制
御に用いることができる。

第８図ないし第１０図はスライバをガイドする
部材、（例えば漏斗（トランペツト））の例を示
す。送信器７と受信器８はスライバ５で満たされ
る漏斗６の壁中にスライバの流れを直角に挿入さ
れる。これらは円形のものに適合させるのは好ま
しくなく、平行平面状に適合させ、送信器と受信
器の表面１９間の距離が同一であるものが好まし
い。

第９図は長さ方向断面を示したものである。送
信器７と受信器８は試料空間中にわずかに突出
し、スライバ５の運動方向２０に対する方向に傾
斜面１３がつけられスライバの通過を容易にして
いる。

第１０図は角形断面ををもち、送信器７と受信
器８を有する漏斗を示す。しかし他の断面形例え
ば楕円または多角形断面もまた可能である。

第１１図は、例えば梳綿機に用いられるような
漏斗の１実施例を示す。挿入される送信器７と受
信器８を別にして、この漏斗の構造は、すでに梳
綿機に用いられているものと全く同じである。５
は通過するスライバを示す。この形の漏斗におい
ては、送信器７からのパルスは、本発明の方法に
したがつて、スライバ５を通り、受信器８に達す
る。この方法ではスライバの断面外形は正確に定
義され、密度したがつて弾性係数も求められる。
したがつて、スライバの実質断面も伝播特性から
求められる。

第１２図は送信器７の断面の１例である。１１
は第１１図の送信器７の外形に対応する外側部材
である。該部材は圧電素子を保持し保護するため
スライバ５に対して隔壁１２を有するごとく構成
されている。傾斜面１３は、スライバ５の矢印方
向への通過を容易にする。支柱１４は圧電素子の
力を隔壁１２の中央に集中する。二つの圧電素子
１５，１６にはライン１７を通して電圧が印加さ
れ変形を生じさせる。ねじ１８は軽い圧縮を与え
るのに用いられる。

電気的に見て、圧電素子１５，１６は、一方で
はライン１７に対し同じ極性、他方では外側部材
１１、ねじ１８及び支柱１４より成る集団部材に
対しても同じ極性をもつよう注意すべきである。
電圧はライン１７と上記集団部材の間に加えられ
る。かかる隔壁と支柱より成る構造は、スライバ
５と圧電素子１５，１６とが直接接触する構造に
適している。

全く同様な構造が受信器８にも用いられる。こ
の場合、受信信号は集団部材とライン１７の間で
取出される。

本発明による方法およびこれを実施する装置は
特に第１１図の例で示したごとく現存し広く用い
られている機械部品；すなわち漏斗（トランペツ
ト）を測定部材として置かえれば良いので極めて
有利である。かくして、スライバの実質断面を求
める測定部材を取りつけるのに構造上の問題は生
じない。

繊維物の密度を求るため弾性係数を用いる問題
に関しては、弾性係数は静的測定の場合と、動的
測定の場合と必ずしも同一である必要はなく、繊
維物の密度をを求める原理に対しては重要な問題
ではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は測定原理の基本概念の基礎を示す図、
第２図は歪−応力図、第３図は質量とばねより成
る振動系、第４図は測定すべき試料の伝播機能を
求る測定装置、第５図はパルス図、第６図は第４
図による測定方法の第１の変形を示す図、第７図
は第４図の測定法の他の変形を示す図、第８図は
正確に定義された空間をもつ第１の形の断面図、
第９図は第８図の空間の長さ方向の断面図、第１
０図は正確に定義された空間をもつ他の形の断面
図、第１１図は本発明の方法の１実施例の長さ方
向断面図、第１２図は送信器、受信器の長さ方向
の断面図をそれぞれ示す図である。 ５…スライバ、６…漏斗、７…送信器、８…受
信器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 繊維束を所定の断面に収縮して繊維束の密度
   を求める方法において、繊維束の弾性係数に対応
   する量を測定し、この測定値から繊維束の密度を
   誘導することを特徴とする、繊維束の密度を求め
   る方法。 ２ 機械的圧力変化に対する繊維束の伝搬挙動を
   測定することを特徴とする、特許請求の範囲第１
   項に記載の方法。 ３ 機械的圧力変化の伝搬速度を求めることを特
   徴とする、特許請求の範囲第２項に記載の方法。 ４ 断面を限定する送信器７により圧力変化を繊
   維束５へ及ぼし、同様に断面限定する受信器８に
   おいて、圧力変化の送信と受信との間の伝搬時間
   τを求めることを特徴とする、特許請求の範囲第
   ２項に記載の方法。 ５ 断面を限定する送信器７により圧力変化を繊
   維束５へ及ぼし、繊維束の断面の反対側１２でこ
   の圧力変化を反射させて、送信器７により受信す
   ることを特徴とする、特許請求の範囲第２項に記
   載の方法。 ６ 繊維束５に質量４を結合して、振動系を形成
   し、この振動系に生ずる共振周波数ｆから繊維束
   ５の密度を求めることを特徴とする、特許請求の
   範囲第１項に記載の方法。 ７ 励起周波数を伝搬時間の逆数または２倍の伝
   搬時間の整数倍の逆数に従つて設定することによ
   り、繊維束５に共振をおこし、その共振周波数か
   ら密度を求めることを特徴とする、特許請求の範
   囲第６項に記載の方法。 ８ 繊維束の断面を規定する管、漏斗またはトラ
   ンペツトのようなガイド６が設けられて、このガ
   イドを繊維束５が通過せしめられ、ガイド６に、
   繊維束５の弾性係数に対応する量を測定する装置
   と、この量から繊維束５の密度を誘導する装置と
   が設けられていることを特徴とする、繊維束の密
   度を求める装置。 ９ ガイド６の壁に送信器７が挿入されて、繊維
   束５に圧力変化を及ぼし、この圧力変化を測定す
   る受信器８がガイド６に設けられていることを特
   徴とする、特許請求の範囲第８項に記載の装置。 １０ 受信器８が送信器７に対向して設けられて
   いることを特徴とする、特許請求の範囲第９項に
   記載の装置。 １１ 送信器７と受信器８とが同一で、ガイド６
   の反射領域１２に対向していることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第９項に記載の装置。 １２ 送信器７が発振器１３により励起され、受
   信器８および位相測定器１４により送信信号と受
   信信号との位相差が測定されることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第８項に記載の装置。 １３ 発振器１３と位相測定器１４とがフエイズ
   ロツクループを形成していることを特徴とする、
   特許請求の範囲第１２項に記載の装置。 １４ 送信器７と受信器８が圧力変換器として圧
   電素子１５，１６をもつていることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第８項ないし第１２項の１つ
   に記載の装置。 １５ 圧電素子１５，１６が、圧力変化を繊維束
   ５へ伝達する隔壁１２に接続されていることを特
   徴とする、特許請求の範囲第１４項に記載の装
   置。 １６ 所定の断面が送信器７と受信器８とにより
   規定され、繊維束５の進入方向に近い方の送信器
   ７および受信器８の面が傾斜面１３をもつている
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第８項ないし
   第１１項の１つに記載の装置。 １７ ガイドとしての漏斗が梳綿機または精梳綿
   機に設けられていることを特徴とする、特許請求
   の範囲第８項に記載の装置。