シミュレーション方法、繊維配向制御方法、及び繊維配向制御装置
【課題】高精度の繊維配向角制御を可能にするシミュレーション方法、繊維配向制御方法、および繊維配向制御装置を提供する。
【解決手段】抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるエッジフロー流量（またはサイドブリード流量）調整手段の操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルは、前記抄紙原料の流れ方向の速度成分は変化せず、前記流れ方向に直交する速度成分は、端から所定の応答幅だけ前記エッジフロー流量（または前記サイドブリード流量）の変化に比例して変化するとして設定し、前記数式モデルから幅方向の配向角プロファイルの変化を予測演算する。
【解決手段】抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるエッジフロー流量（またはサイドブリード流量）調整手段の操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルは、前記抄紙原料の流れ方向の速度成分は変化せず、前記流れ方向に直交する速度成分は、端から所定の応答幅だけ前記エッジフロー流量（または前記サイドブリード流量）の変化に比例して変化するとして設定し、前記数式モデルから幅方向の配向角プロファイルの変化を予測演算する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維配向角プロファイルを制御する方法に関し、好適な繊維配向角制御を行う、シミュレーション方法、繊維配向制御方法、及び繊維配向制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、原料であるパルプから紙を作る抄紙機において、抄紙機から生成された紙の繊維配向性は寸法安定性や強度などに影響するため、繊維配向性を制御することが重要であることが知られている。特許文献１及び非特許文献１には、繊維配向性を制御する抄紙機が記載されている。
【特許文献１】特開２０００−１４４５９７号公報
【非特許文献１】ジョン・シェークスピア（John Shakespeare）、ユハ・ニヴィラ（Juha Kniivila）、アネリ・コーピネン(Anneli Korpinen)、ティモ・ヨハンソン（Timo Johansson）、「アン・オンライン・コントロール・システム・フォー・シミュルテイネオス・オプティミゼーション・オブ・ベイシス・ウエイト・アンド・オリエンテーション・アングル・プロファイルズ（An On-Line Control System for Simultaneous Optimization of Basis Weight and Orientation Angle Profiles）」、プロシーディング・オブ・ザ・ファースト・エコペーパーテック（Proceeding of the First EcopaperTech）、（フィンランド）、１９９５年、ｐ．３９−５０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特許文献１及び非特許文献１には、エッジフロー流量やスライスリップ開度を変更したときの繊維配向性の定性的な変化の特性については記載されているが、変化を定量的に捉えた知見については記載されていないため、高精度の繊維配向角制御は困難である。
【０００４】
そこで、本発明は、上述の事情を鑑みてなされたものであり、高精度の繊維配向角制御を可能にするシミュレーション方法、繊維配向制御方法、及び繊維配向制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、 抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるエッジフロー流量調整手段とサイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つの操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向に直交する速度成分は、端から所定の応答幅だけエッジフロー流量とサイドブリード流量との少なくともいずれか一つの変化に比例して変化するとして設定し、前記数式モデルから幅方向の繊維配向角プロファイルの変化を予測演算することを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載した発明は、抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるスライスリップ開度調整手段の操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向の速度成分の変化はスライスリップの開度変化に比例し、前記流れ方向に直交する速度成分の変化は前記スライスリップの開度変化の幅方向差分の平均的な値に比例するとして設定し、前記数式モデルから幅方向の繊維配向角プロファイルの変化を予測演算することを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載した発明は、抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるスライスリップ開度調整手段及びエッジフロー流量調整手段とサイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つの操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向の速度成分の変化はスライスリップの開度変化に比例し、前記流れ方向に直交する速度成分の変化は、端から所定の応答幅に渡るエッジフロー流量とサイドブリード流量との少なくともいずれか一つの変化に比例した変化分と、前記スライスリップの開度変化の幅方向差分の平均的な値に比例した変化分との加算であるとして設定し、前記数式モデルから幅方向の繊維配向角プロファイルの変化を予測演算することを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載した発明は、抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるエッジフロー流量調整手段とサイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つの操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向に直交する速度成分は、端から所定の応答幅だけエッジフロー流量とサイドブリード流量との少なくともいずれか一つの変化に比例して変化するとして設定し、前記数式モデルによる幅方向の繊維配向角プロファイルの変化の予測演算手段を用いて計算された評価関数に基づき、最適なエッジフロー流量操作量と最適なサイドブリード流量操作量の少なくともいずれか一つを求めることを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載した発明は、抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるスライスリップ開度調整手段の操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向の速度成分の変化はスライスリップの開度変化に比例し、前記流れ方向に直交する速度成分の変化は前記スライスリップの開度変化の幅方向差分の平均的な値に比例するとして設定し、前記数式モデルによる幅方向の繊維配向角プロファイルの変化の予測演算手段を用いて計算された評価関数に基づき、最適なスライスリップ開度操作量を求めることを特徴とする。
【００１０】
請求項６に記載した発明は、抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるスライスリップ開度調整手段及びエッジフロー流量調整手段とサイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つの操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向の速度成分の変化はスライスリップの開度変化に比例し、前記流れ方向に直交する速度成分の変化は、端から所定の応答幅に渡るエッジフロー流量とサイドブリード流量との少なくともいずれか一つの変化に比例した変化分と、前記スライスリップの開度変化の幅方向差分の平均的な値に比例した変化分との加算であるとして設定し、前記数式モデルによる幅方向の繊維配向角プロファイルの変化の予測演算手段を用いて計算された評価関数に基づき、最適なスライスリップ開度操作量及び最適なエッジフロー流量操作量と最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求めることを特徴とする。
【００１１】
請求項７に記載した発明は、前記最適なスライスリップ開度操作量及び前記最適なエッジフロー流量操作量と前記最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求めるための前記評価関数として、制御偏差の自乗和を用いることを特徴とする。
【００１２】
請求項８に記載した発明は、前記最適なスライスリップ開度操作量及び前記最適なエッジフロー流量操作量と前記最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求める手段として、前記評価関数に関する最急降下法を用いることを特徴とする。
【００１３】
請求項９に記載した発明は、抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるエッジフロー流量調整手段とサイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つの操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向に直交する速度成分は、端から所定の応答幅だけエッジフロー流量とサイドブリード流量との少なくともいずれか一つの変化に比例して変化するとして設定し、前記数式モデルによる幅方向の繊維配向角プロファイルの変化の予測演算手段を用いて計算された評価関数に基づき、最適なエッジフロー流量操作量と最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求め、該最適なエッジフロー流量操作量と該最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つに基づいて前記エッジフロー流量調整手段と前記サイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つが調節されることを特徴とする。
【００１４】
請求項１０に記載した発明は、抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるスライスリップ開度調整手段の操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向の速度成分の変化はスライスリップの開度変化に比例し、前記流れ方向に直交する速度成分の変化は前記スライスリップの開度変化の幅方向差分の平均的な値に比例するとして設定し、前記数式モデルによる幅方向の繊維配向角プロファイルの変化の予測演算手段を用いて計算された評価関数に基づき、最適なスライスリップ開度操作量を求め、該最適なスライスリップ開度操作量に基づいて前記スライスリップ開度調整手段が調節されることを特徴とする。
【００１５】
請求項１１に記載した発明は、抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるスライスリップ開度調整手段及びエッジフロー流量調整手段とサイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つの操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向の速度成分の変化はスライスリップの開度変化に比例し、前記流れ方向に直交する速度成分の変化は、端から所定の応答幅に渡るエッジフロー流量とサイドブリード流量との少なくともいずれか一つの変化に比例した変化分と、前記スライスリップの開度変化の幅方向差分の平均的な値に比例した変化分との加算であるとして設定し、前記数式モデルによる幅方向の繊維配向角プロファイルの変化の予測演算手段を用いて計算された評価関数に基づき、最適なスライスリップ開度操作量及び最適なエッジフロー流量操作量と最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求め、該最適なスライスリップ開度操作量及び該最適なエッジフロー流量操作量と該最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つに基づいて、前記スライスリップ開度調整手段及び前記エッジフロー流量調整手段と前記サイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つが調節されることを特徴とする。
【００１６】
請求項１２に記載した発明は、前記最適なスライスリップ開度操作量及び前記最適なエッジフロー流量操作量と前記最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求めるための前記評価関数として、制御偏差の自乗和を用いることを特徴とする。
【００１７】
請求項１３に記載した発明は、前記最適なスライスリップ開度操作量及び前記最適なエッジフロー流量操作量と前記最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求める手段として、前記評価関数に関する最急降下法を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に記載した発明によれば、エッジフロー流量とサイドブリード流量との少なくともいずれか一つを調整した際の繊維配向角プロファイルの変化を演算することができるため、幅方向の繊維配向角プロファイルの変化を定量的に捉えることができる効果がある。
【００１９】
請求項２に記載した発明によれば、スライスリップ開度を調整した際の繊維配向角プロファイルの変化を演算することができるため、幅方向の繊維配向角プロファイルの変化を定量的に捉えることができる効果がある。
【００２０】
請求項３に記載した発明によれば、スライスリップ開度及びエッジフロー流量とサイドブリード流量との少なくともいずれか一つを調整した際の繊維配向角プロファイルの変化を演算することができるため、幅方向の繊維配向角プロファイルの変化を定量的に捉えることができる効果がある。
【００２１】
請求項４に記載した発明によれば、最適なエッジフロー流量操作量と最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求めることができるため、高精度な繊維配向角制御を行うことができる効果がある。
【００２２】
請求項５に記載した発明によれば、最適なスライスリップ開度操作量を求めることができるため、高精度な繊維配向角制御を行うことができる効果がある。
【００２３】
請求項６に記載した発明によれば、最適なスライスリップ開度操作量及び最適なエッジフロー流量操作量と最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求めることができるため、より高精度な繊維配向角制御を行うことができる効果がある。
【００２４】
請求項７に記載した発明によれば、最適な操作量を算出することができるため、定量的に高精度な繊維配向角制御を行うことができる効果がある。
【００２５】
請求項８に記載した発明によれば、評価関数を最も急激に小さくする操作量を求めることができるため、最適な操作量を算出することができる効果がある。
【００２６】
請求項９に記載した発明によれば、最適なエッジフロー流量と最適なサイドブリード流量との少なくともいずれか一つに調節することができるため、繊維配向が揃った製品を得ることができる効果がある。
【００２７】
請求項１０に記載した発明によれば、最適なスライスリップ開度に調節することができるため、繊維配向が揃った製品を得ることができる効果がある。また、スライスリップ開度は局所的に開度を調整することができるため、局所的に繊維配向を制御することができる効果がある。
【００２８】
請求項１１に記載した発明によれば、最適なスライスリップ開度及び最適なエッジフロー流量と最適なサイドブリード流量との少なくともいずれか一つに調節することができるため、より繊維配向が揃った製品を得ることができる効果がある。これは、スライスリップ開度を制御することにより局所的な繊維配向を制御することができ、エッジフロー流量とサイドブリード流量との少なくともいずれか一つを制御することにより全体的な繊維配向を制御することができるため、両者を組み合わせることでより高精度な繊維配向制御を行うことができるためである。
【００２９】
請求項１２に記載した発明によれば、最適な操作量を算出することができるため、定量的に高精度な繊維配向角制御を行うことができる効果がある。
【００３０】
請求項１３に記載した発明によれば、評価関数を最も急激に小さくする操作量を求めることができるため、最適な操作量を算出することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
次に、本発明の実施形態を図１〜図１０に基づいて説明する。
図１に示すように、抄紙機１は、抄紙原料が供給されるヘッドボックス４１が設けられており、ヘッドボックス４１の抄紙原料の流れ方向下流側には、抄紙原料がワイヤー表面に供給された後に脱水されるワイヤーパート４４が構成されている。ジェットがワイヤーに最初に着地する面を紙のワイヤー面、その反対側の面を紙のフェルト面と呼ぶ。ワイヤーパート４４の下流側には、抄紙原料をフェルトと共にプレスロールでプレスされ搾水されるプレスパート４５が設けられており、更に下流側には製造された紙を乾燥させるためのドライパート５０が構成されている。このドライパート５０は、予熱が付与されるプレドライヤー５１と、プレドライヤー５１に引き続き乾燥を促進させるアフタードライヤー５２とから構成されている。ドライパート５０の更に下流側には、ドライパート５０で乾燥されて紙となった抄紙原料を圧潰するためのカレンダーパート５５が設けられており、カレンダーパート５５の更に下流側には、紙を巻き取るリールパート５３が構成されている。
図１は、長網抄紙機の例を示しているが、本発明は抄紙機の形態（ギャップフォーマ、オントップフォーマなど）に関わらず適用される。
【００３２】
本実施形態では、リールパート５３の直前に、繊維配向角計測手段としての繊維配向計測計７１が配設されている。紙のワイヤー面とフェルト面のそれぞれの繊維配向角を計測する場合にはワイヤー面とフェルト面のそれぞれに対向させて繊維配向計測計７１を配設し、一方の面の繊維配向角を計測する場合には一方の面に対向させて配設する。
全層の繊維配向角を計測する場合には、紙の一方の面に対向させて光源を、他方の面に対向させて検出器をそれぞれ配置する。
【００３３】
本実施形態では、繊維配向計測計７１は抄紙機１の幅方向に往復運動する走査手段に支持されており、走査手段で走行させながら繊維配向角データを取得し、幅方向に関する実繊維配向角プロファイルを取得できるように構成されている。
【００３４】
また、図２に示すように、抄紙機１には複数の操作部を制御するための制御部７２が設けられている。この制御部７２により、スライスボルト操作部８１、エッジフローバルブ操作部８２、サイドブリードバルブ操作部８３、及びその他操作部８４、８５を操作可能に構成されている。
【００３５】
リールパート５３直前に設けられた繊維配向計測計７１は、紙面の配向データを測定し、制御部７２に出力されるように構成されている。制御部７２はこの繊維配向角データから実繊維配向角プロファイルを作成し、予め登録された理想繊維配向角プロファイルと比較するように構成されている。
そして、数式モデルを用いて得られた制御演算結果を基に、スライスボルト操作部８１、エッジフローバルブ操作部８２、サイドブリードバルブ操作部８３、及びその他操作部８４、８５を操作してスライスリップ開度やエッジフローバルブ開度などを変更して、実繊維配向角プロファイルが理想繊維配向角プロファイルに収束するように制御される。
【００３６】
図３に示すように、繊維配向計測計７１によって取得された繊維配向角データは、例えば、工場の一角に設けられた中央制御室などに配置されたＣＰＵを主体として構成された制御部７２に送出されて、実繊維配向角プロファイル生成部９１にて実繊維配向角プロファイルが作成されるように構成されている。
作成された実繊維配向角プロファイルは、制御部７２に接続されたＣＲＴモニタなどの表示装置７３に表示される。また、制御部７２には予めこの抄紙機１で抄造する紙に適した理想繊維配向角プロファイルが登録されており、この理想繊維配向角プロファイルも表示装置７３に表示されるようにしてある。或いは、これら実繊維配向角プロファイルも理想繊維配向角プロファイルも表示せず、制御部７２においてこれら実繊維配向角プロファイルと理想繊維配向角プロファイルとの差を求めて作成された繊維配向角偏差プロファイルを表示装置７３に表示させるようにしても良い。また、この表示装置７３は中央制御室だけでなく、必要となる位置、例えばヘッドボックス４１の近傍や繊維配向計測計７１の近傍などに配設しても良い。
【００３７】
次に、実繊維配向角プロファイルと理想繊維配向角プロファイルとを比較する繊維配向角プロファイル比較部９２で繊維配向角偏差プロファイルが求められる。繊維配向角偏差プロファイルと予め登録されているモデルパラメータ（係数）とから操作変更量を求める制御演算部９３が構成されており、制御演算部９３からエッジフロー出力部（サイドブリード出力部）９４及びスライスボルト出力部９５に操作変更量の情報が伝達され、エッジフロー出力部（サイドブリード出力部）９４からエッジフローバルブ操作部８２（サイドブリードバルブ操作部８３）へ情報が伝達されることによりエッジフローバルブ２２、２４やサイドブリードバルブ３２、３４のバルブ開度が調整されるように構成されている。また、同じようにスライスボルト出力部９５からスライスボルト操作部８１へ情報が伝達されることによりスライスリップ１５の開度が調整されるように構成されている。
【００３８】
制御部７２には、スライスリップ開度調整手段としてのスライスボルト操作部８１、エッジフロー流量調整手段としてのエッジフローバルブ操作部８２、及びサイドブリード流量調整手段としてのサイドブリードバルブ操作部８３などが接続されており、これら各操作部との間で所定のデータが交換可能に構成されている。
【００３９】
次に、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ヘッドボックス４１は、抄紙原料が供給されるテーパヘッダー１１と、抄紙原料の流れを整えるためのチューブバンク１２と、更に下流側にはタービュランスジェネレータ１３と、タービュランスジェネレータ１３の下流にはスライスチャンネル１４とが形成されており、スライスチャンネル１４の抄紙原料の流れ方向先端にスライスリップ１５が形成されている。このスライスリップ１５からワイヤーパート４４に抄紙原料が吐出されるように構成されている。ここで、抄紙原料の流れ方向手前側をＦ（操作）側、奥側をＢ（駆動）側とする。
【００４０】
テーパヘッダー１１の側壁で、Ｆ側とＢ側のそれぞれに一箇所ずつエッジフロー管２１、２３が接続され、エッジフロー管２１、２３を介してテーパヘッダー１１とタービュランスジェネレータ１３とが、チューブバンク１２を介することなく連通されている。また、エッジフロー管２１、２３の途中にはエッジフローバルブ２２、２４が設けられており、エッジフローバルブ２２、２４の開度を調整することにより、タービュランスジェネレータ１３出口の速度分布、すなわちスライスリップ１５からワイヤーパート４４に吐出する抄紙原料の流速分布を調整可能に構成されている。このエッジフローバルブ２２、２４は、エッジフローバルブ操作部８２と接続されており、エッジフローバルブ操作部８２からの電気信号により自動的にエッジフローバルブ２２、２４の開度が調整されるように構成されている。
【００４１】
また、スライスチャンネル１４の側壁で、Ｆ側とＢ側のそれぞれに一箇所ずつブリード管３１、３３が接続されており、スライスチャンネル１４内の抄紙原料をブリード管３１、３３から排出できるように構成されている。このブリード管３１、３３にはサイドブリードバルブ３２、３４が設けられており、サイドブリードバルブ３２、３４の開度を調整することにより、スライスリップ１５出口の流速分布を変えることができるように構成されている。そして、このサイドブリードバルブ３２、３４は、サイドブリードバルブ操作部８３と接続されており、サイドブリードバルブ操作部８３からの電気信号により自動的にサイドブリードバルブ３２、３４の開度が調整されるように構成されている。
なお、一般的にはエッジフロー管２１、２３かブリード管３１、３３のいずれか一方のみが設置されている。
【００４２】
更に、スライスリップ１５の上部にはスライスボルト１６が設けられている。スライスボルト１６によりスライスリップ１５の高さ方向の開度を調整することができるように構成されている。そして、このスライスボルト１６は、スライスボルト操作部８１と接続されており、スライスボルト操作部８１からの電気信号により自動的にスライスボルト１６が動作し、スライスリップ１５の高さ方向の開度が調整されるように構成されている。また、スライスボルト１６は局所的に調整可能に構成されている。
【００４３】
次に、作用について説明する。
抄紙機１のヘッドボックス４１に抄紙原料が供給され、スライスリップ１５から抄紙原料が吐出される。吐出された抄紙原料は、ワイヤーパート４４にて脱水された後、プレスパート４５に搬送される。プレスパート４５にて更に搾水された後、ドライパート５０へと搬送される。ドライパート５０は、プレドライヤー５１とアフタードライヤー５２とに分かれており、プレスパート４５から送られた紙を乾燥する。乾燥された紙は、その後カレンダーパート５５にて圧潰されたのち、リールパート５３にて巻き取られる。
【００４４】
ここで、繊維配向計測計７１がリールパート５３の直前に設けられている。繊維配向計測計７１は幅方向に走査しながら所定位置で繊維配向角データを取得し、制御部７２にデータを送出する。制御部７２では実繊維配向角プロファイル生成部９１にて実繊維配向角プロファイルを作成し、繊維配向角プロファイル比較部９２にて実繊維配向角プロファイルと理想繊維配向角プロファイルとの差分を演算して繊維配向角偏差プロファイルを作成する。ここで、適宜必要な情報を表示装置７３に表示する。
【００４５】
繊維配向角プロファイル比較部９２にて演算された繊維配向角偏差プロファイルより、差分が０であるか否かが判断される。差分が０でない場合には、制御演算部９３にてスライスボルト１６並びにエッジフローバルブ２２、２４若しくはサイドブリードバルブ３２、３４の操作変更量を求める。操作変更量のデータは、エッジフロー出力部（サイドブリード出力部）９４及びスライスボルト出力部９５にて電気信号に変換され、エッジフローバルブ操作部８２（サイドブリードバルブ操作部８３）及びスライスボルト操作部８１へ伝達され、各操作部が調節される。上述の動作を繰り返し、繊維配向角偏差プロファイルが０に収束するように各操作部を調節する。
【００４６】
次に、本実施形態における数式モデルの構成及びモデルパラメータ（係数）の求め方について説明する。
本実施形態では、繊維配向角プロファイルを表すために、次のように定義する。紙の幅方向にＮ個の区画に分割し、それぞれの区画の繊維配向角測定値をＦＯＰＶ（ｉ）とする。ｉは１〜Ｎの値をとる。Ｎは基本的にはスライスボルト１６の本数であるが、実際には一つの区画に複数のスライスボルト１６を含めて平均化を行う。
【００４７】
ＦＯＳＶ（ｉ）を位置ｉにおける制御の繊維配向角制御目標値とする。繊維配向角の表し方には、全層平均値、フェルト面値、ワイヤー面値、及びフェルト面値とワイヤー面値との差分などがあるが、繊維配向角測定値ＦＯＰＶ（ｉ）と繊維配向角制御目標値ＦＯＳＶ（ｉ）とは同じ表し方を採用する。
下記（１）式で繊維配向角偏差ＦＯＤＶ（ｉ）を定義する。制御の目標は、この繊維配向角偏差を０にすることにある。
ＦＯＤＶ（ｉ）＝ＦＯＰＶ（ｉ）−ＦＯＳＶ（ｉ） ・・・ （１）
【００４８】
本実施形態では、数式モデルを用いてスライスリップ１５出口の原料速度成分の変化率を求め、この原料速度成分の変化率から繊維配向角プロファイルの変化を予測演算する。そして、この繊維配向角偏差の自乗和が最小になるように、エッジフローバルブ２２、２４、サイドブリードバルブ３２、３４、及びスライスボルト１６を制御するものである。
【００４９】
そのために、図５に示すように座標を定義する。なお、図４と同じ要素には同一符号を付して、詳細な説明を省略する。スライスチャンネル１４の手前にはスライスリップ１５が、向こう側にはタービュランスジェネレータ１３が配置される。ＭＤ方向は紙が流れる方向、ＣＤ方向は紙の幅方向である。
ここでは、ＭＤ方向に座標Ｘ、ＣＤ方向に座標Ｙ、及び紙の厚さ方向に座標Ｚを定義する。座標Ｘは紙が流れる方向を正とし、座標ＹはＢ側からＦ側に向かう方向を正とする。このような座標系で、Ｘ方向の速度成分をＵ（ｍ／ｓ）、Ｙ方向の速度成分をＶ（ｍ／ｓ）、Ｚ方向の速度成分をＷ（ｍ／ｓ）とする。
【００５０】
スライスリップ１５出口における原料速度成分を用いて、繊維配向角計算値ＦＯ（ｉ）を下記（２）式のように定義する。なお、ｉはスライスリップ１５を紙の幅方向にＮ個の領域に分割したときのｉ番目の領域であることを表す。
【００５１】
繊維配向角はワイヤーパート４４における紙層形成時の脱水作用のばらつき或いはドライパート５０における乾燥による幅方向収縮の影響を受けるが、近似的には（２）式で表すことができる。
ＦＯ（ｉ）＝arctan（Ｖ（ｉ）／ＵＲ（ｉ））×１８０／π ・・・（２）
ここで、Ｖ（ｉ）はｉ番目領域のスライスリップ１５出口におけるＣＤ方向の速度成分（ｍ／ｓ）、ＵＲ（ｉ）は同位置のＭＤ方向の相対速度成分（ｍ／ｓ）である。相対速度とは、ワイヤー面配向角の場合はワイヤー面上の原料の速度とワイヤー走行速度との相対速度を、フェルト面配向角の場合はフェルト面における原料の速度とその直下の紙層との相対速度をいう。前記（２）式により、原料のＭＤ方向及びＣＤ方向の速度を求めることにより、繊維配向角を計算することができる。
【００５２】
エッジフローバルブ２２、２４又はサイドブリードバルブ３２、３４を操作したときのＵ、Ｖ速度成分の変化をモデル化し、（３−１）〜（３−３）式で表す。このモデルをエッジフローモデルという。
【００５３】
【数１】
【００５４】
（３−１）式のｄＵＥＦ（ｉ）はＦ側エッジフローバルブ２４又はＦ側サイドブリードバルブ３４の開度をｄＥＦ％変更したときの、ｉ番目領域におけるＵ速度成分の変化量であり、ｄＵＥＢ（ｉ）はＢ側エッジフローバルブ２２又はＢ側サイドブリードバルブ３２の開度をｄＥＢ％変更したときの、ｉ番目領域におけるＵ速度成分の変化量である。（３−１）式はこれらのバルブ開度を変更してもＵ速度成分は変化しないことを示している。
【００５５】
（３−２）式のｄＶＥＦ（ｉ）はＦ側エッジフローバルブ２４又はＦ側サイドブリードバルブ３４の開度をｄＥＦ％変更したときの、ｉ番目領域におけるＶ速度成分の変化量であり、（３−３）式のｄＶＥＢ（ｉ）はＢ側エッジフローバルブ２２又はＢ側サイドブリードバルブ３２の開度をｄＥＢ％変更したときの、ｉ番目領域におけるＶ速度成分の変化量である。また、ＫＥＦ、ＫＥＢはそれぞれＦ側のバルブ、Ｂ側のバルブの開度を変更したときのＶ速度成分変化量のプロセスゲインを、Ｌは応答幅を表す。
【００５６】
図６には、（３−２）式、（３−３）式で演算したｄＶＥＦ（ｉ）とｄＶＥＢ（ｉ）を示す。横軸は紙の幅方向であり、１、Ｎ−Ｌ、Ｌ＋１、Ｎはそれぞれ１番目、（Ｎ−Ｌ）番目、（Ｌ＋１）番目、Ｎ番目領域を示す。また、縦軸はｄＶＥＦ（ｉ）、ｄＶＥＢ（ｉ）の大きさを表す。
ｄＶＥＦ（ｉ）はｉ＝１のときに最小値−ＫＥＦ、ｉ＝Ｌ＋１のときに０になり、その間直線的に変化する。一方、ｄＶＥＢ（ｉ）はｉ＝Ｎ−Ｌのときに０、ｉ＝Ｎのときに最大値ＫＥＢになり、その間直線的に変化する。すなわち、エッジフロー管２１、２３或いはブリード管３１、３３が設置されている側からＬ番目のスライスボルト１６の位置までの流速成分を直線的に変えることができる。
【００５７】
なお、通常エッジフローバルブ２２、２４の開度を変えたときは係数ＫＥＦ、ＫＥＢ共に正になり、サイドブリードバルブ３２、３４の開度を変えたときは係数ＫＥＦ、ＫＥＢ共に負になる。
【００５８】
次に、スライスボルト１６を操作してスライスリップ１５の開度を変化させたときのＵ、Ｖ速度成分の変化をモデルで表す。このモデルをスライスボルトモデルという。Ｕ速度成分の変化ｄＵＲ（ｉ）は下記（４）式で求めることができる。
ｄＵＲ（ｉ）＝ＫＵ×ｄＳ（ｉ） （ｉ＝１，・・・，Ｎ） ・・・（４）
ここで、ｄＳ（ｉ）はμｍ単位で表したｉ番目領域のスライスリップ１５の開度変化、ＫＵはスライスリップ１５の開度変化からＵ速度成分の変化を求めるプロセスゲインであり、正または負の値をとる。
【００５９】
Ｖ速度成分の変化は下記（５−１）〜（５−４）式で求めることができる。なお、ｄＴ（ｉ）はｉ番目領域のスライスボルト１６を操作したときのスライスリップ１５の開度変化（μｍ）、ｒは移動平均を計算する範囲、ＫＶはスライスリップ１５の開度変化からＶ速度成分の変化を演算するプロセスゲインを表す。
【００６０】
【数２】
【００６１】
まず、（５−１）式によってｉ番目領域のスライスリップ１５の開度変化の幅方向差分ｄＴ（ｉ）を演算する。次に、（５−２）式を用いて開度変化の幅方向差分の移動平均ｄＴｍ（ｉ）を求める。移動平均の範囲は、ｉを中心にして±ｒの範囲で行う。次に、（５−３）式によって移動平均ｄＴｍ（ｉ）の移動平均ｄＴｍｍ（ｉ）を求める。そして、この移動平均の移動平均ｄＴｍｍ（ｉ）を用いて（５−４）式によってｉ番目領域のスライスリップ１５の開度変化によるＶ速度成分の変化ｄＶＳ（ｉ）を演算する。
【００６２】
図７にスライスボルトモデルによるスライスボルト１６を操作したときのＵ、Ｖ速度成分の変化の計算値を示す。この計算値は（４）式、（５−１）〜（５−４）式を用いて計算したものである。なお、（５−２）、（５−３）式のｒ＝３とした。
図７（Ａ）は、スライスリップ１５の開度変化を模式的に示したものである。ここでは山型にスライスリップ１５の開度を変化させている。図７（Ｂ）はスライスリップ１５開度の変化と流体シミュレーションで求めたＵ相対速度の変化ｄＵを表したものである。図７（Ｃ）は（５−２）、（５−３）式で計算したスライスリップ１５開度の差分の移動平均、移動平均の移動平均、及び流体シミュレーションで求めたＶ速度成分の変化量ｄＶを示したものである。
図７（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、スライスリップ１５開度の変化量と流体シミュレーションで求めたｄＵ、及び（５−３）式で求めたスライスリップ１５開度幅方向差分の移動平均の移動平均と流体シミュレーションで求めたｄＶの形はよく一致しており、スライスボルトモデルが有効であることが分かる。
【００６３】
なお、図７（Ｂ）のｄＵとスライスリップ１５開度の変化量とからＫＵ＝―３．１×１０−４（ｍ／ｓ／μｍ）が、図７（Ｃ）のスライスリップ１５開度幅方向差分の移動平均の移動平均とｄＶとからＫＶ＝１．１×１０−３（ｍ／ｓ／μｍ）が得られる。
ｉ番目領域の繊維配向角は（２）式によって求めることができる。したがって、（２）式の微分ｄＦＯ（ｉ）を計算することによって、繊維配向角の変化を得ることができる。この繊維配向角の変化ｄＦＯ（ｉ）を下記（６）式に示す。
【００６４】
【数３】
【００６５】
ここにおいて、ｄＵＲ（ｉ）は（４）式で求めたＵ相対速度成分変化（ｍ／ｓ）、ｄＶ（ｉ）は（３−２）式、（３−３）式及び（５−４）式で求めたＶ速度成分変化の和であり、下記（７）式で与えられる。
ｄＶ（ｉ）＝ｄＶＳ（ｉ）＋ｄＶＥＦ（ｉ）＋ｄＶＥＢ（ｉ） ・・・（７）
また、ＵＲ（ｉ）、Ｖ（ｉ）はそれぞれＵ速度成分、Ｖ速度成分の現在値（ｍ／ｓ）である。Ｕ速度成分の現在値ＵＲ（ｉ）は、（４）式を積分することによって下記（８）式で計算することができる。
ＵＲ（ｉ）＝ＫＵ×Ｓ（ｉ）＋Ｕ０ （ｉ＝１，・・・，Ｎ） ・・・（８）
【００６６】
Ｕ０はＵ相対速度成分の初期値であり、位置ｉにはよらない値であり、全層平均、フェルト面、及び差分配向角の場合には一般に負の値になる。また、ワイヤー面配向角の場合は、例えばＪ／Ｗ比を用いて、近似的に下記（９）式で計算できる。
Ｕ０（ｉ）＝（Ｒ−Ａ）×ＷＳＰＤ （ｉ＝１，・・・，Ｎ） ・・（９）
Ｒはワイヤー面紙層での原料のＵ速度成分とワイヤー走行速度の比であるＪ／Ｗ比、Ａは１．００に近いある値、ＷＳＰＤはワイヤー走行速度である。
【００６７】
Ｖ速度成分の現在値は、（２）式をＶ（ｉ）について解き、かつ繊維配向角計算値ＦＯ（ｉ）を繊維配向角測定値ＦＯＰＶ（ｉ）に置き換えることにより、下記（１０）式で得ることができる。
Ｖ（ｉ）＝tan（ＦＯＰＶ（ｉ）×π／１８０）×ＵＲ（ｉ） ・・・（１０）
ＵＲ（ｉ）はＵ相対速度成分の現在値である。
【００６８】
Ｕ、Ｖ速度成分と繊維配向角との関係は、（２）式で表される。したがって、エッジフローモデル及びスライスボルトモデルから、エッジフローバルブ２２、２４、サイドブリードバルブ３２、３４及びスライスボルト１６を操作したときの繊維配向角の変化は次のような特徴を持つことが分かる。なお、ここでいう繊維配向角プロファイルの平均値ＦＯＡＶＥとは、下記（１１）式で表される値を言う。
【００６９】
【数４】
ＦＯＰＶ（ｉ）は、位置ｉにおける繊維配向角測定値である。
【００７０】
図６から分かるように、エッジフローバルブ２２、２４、サイドブリードバルブ３２、３４を操作したときは、Ｆ側とＢ側のバルブを逆方向に操作することにより、繊維配向角プロファイルの平均値を変化させることができる。また、繊維配向角プロファイルの形状を応答幅Ｌに相当する大きな幅で変化させることができる。
これに対して、図７及び（５−１）〜（５−４）式から明らかなように、スライスボルト１６を操作したときには繊維配向角プロファイルの平均値はほとんど変化しない。しかし、繊維配向角プロファイルの形状を局所的に変化させることができる。
【００７１】
このような特徴から、エッジフローバルブ２２、２４又はサイドブリードバルブ３２、３４の操作とスライスボルト１６の操作とを組み合わせることによって、繊維配向角プロファイル全体形状を変化させ、しかも繊維配向角の平均値を０°に近づけることができる。しかし、用途によってはエッジフローバルブ２２、２４又はサイドブリードバルブ３２、３４の操作のみを使用することもできる。
位置ｉにおける繊維配向角偏差ＦＯＤＶ（ｉ）は（１）式で求められる。したがって、下記（１２）式で示す繊維配向角偏差の自乗和Ｊを評価関数として採用する。
【００７２】
【数５】
【００７３】
エッジフローバルブ２２、２４又はサイドブリードバルブ３２、３４とスライスボルト１６を操作端として、（１２）式の評価関数を最適化する制御方法を考える。そのため、（６）式に（４）式と（５−４）式を代入して、繊維配向角プロファイルの変化ｄＦＯ（ｉ）を計算する。結果は下記（１３）式になる。
【００７４】
【数６】
【００７５】
この（１３）式を、行列を用いて書き直すと下記（１４）式になる。
【００７６】
【数７】
【００７７】
（１４）式のＫＳはスライスリップ１５の開度を変更したことによる繊維配向角プロファイルの変化を表すＮ×Ｎ行列であり、その値は下記（１５）式で与えられる。また、ＫＥはエッジフローバルブ２２、２４又はサイドブリードバルブ３２、３４の開度を変更したことによる繊維配向角プロファイルの変化を表すＮ×２行列であり、その値は下記（１６）式で与えられる。
【００７８】
【数８】
【００７９】
【数９】
【００８０】
ここで、（１４）式を積分すると、下記（１７）式が得られる。
【００８１】
【数１０】
【００８２】
この（１７）式を（１２）式に代入すると、評価関数Ｊは下記（１８）式になる。
【００８３】
【数１１】
【００８４】
【数１２】
【００８５】
とおくと、（１８）式より、下記（１９）式が得られる。
【００８６】
【数１３】
【００８７】
１ステップ先のスライスリップ１５開度とエッジフローバルブ２２、２４又はサイドブリードバルブ３２、３４の開度の操作変更量を、ある正の数εを用いて下記（２０）式で表す。
【００８８】
【数１４】
【００８９】
この(２０)式は、最急降下法によって評価関数Ｊを最も急激に小さくする操作変更量になっている。εは操作ゲインに相当する。（１９）式をこの（２０）式に代入すると、下記（２１）式が得られる。
【００９０】
【数１５】
【００９１】
この（２１）式を変形すると、下記（２２）式になる。ＫＳ、ＫＥは（１５）、（１６）式で与えられる。
【００９２】
【数１６】
【００９３】
この（２２）式を書き直すと、下記（２３）式になる。
【００９４】
【数１７】
【００９５】
実際には、この（２３）式の操作ゲインεをスライスボルト１６の操作ゲインとエッジフローバルブ２２、２４又はサイドブリードバルブ３２、３４の操作ゲインに分けて、下記（２４）式とする。
【００９６】
【数１８】
【００９７】
但し、εＳはスライスリップ１５開度の操作ゲイン、εＥはエッジフローバルブ２２、２４又はサイドブリードバルブ３２、３４の操作ゲインである。
この（２４）式で定義される操作変更量を、（１２）式で定義される評価関数Ｊを最適化するためのスライスボルト１６とエッジフローバルブ２２、２４又はサイドブリードバルブ３２、３４を操作端とする繊維配向角制御における操作変更量とする。
【００９８】
図８（Ａ）、（Ｂ）にスライスボルト１６のみを操作した場合のシミュレーション結果を示す。ここで、繊維配向角制御目標値ＦＯＳＶ（ｉ）＝０、Ｎ＝５６とし、繊維配向角測定値ＦＯＰＶ（ｉ）には初期値が与えられている。なお、ｉ＝１〜Ｎである。
また、プロセスゲインなどは次のように設定した。
ＫＵ＝−０．０００３（（ｍ／ｓ）／μｍ）
ＫＶ＝０．０００６（（ｍ／ｓ）／μｍ）
ＫＥＦ＝０．００１５（（ｍ／ｓ）／％）
ＫＥＢ＝０．００１９（（ｍ／ｓ）／％）
εＳ＝２０（μｍ／°）
εＥ＝０（％／°）
移動平均の範囲 ｒ＝１
シミュレーション回数＝１００回
スライスリップ１５の幅方向の各点における繊維配向角の分布を表した繊維配向角測定値プロファイルの初期値の平均値は−１°である。図８（Ａ）から、スライスボルト１６のみの操作によって、繊維配向角測定値はその初期値の平均値と同じ値に収束することが分かる。また、図８（Ａ）の結果が得られた際のスライスリップ１５の幅方向の開度を表したものが図８（Ｂ）である。
【００９９】
図９は、エッジフローバルブ２２、２４のみを操作したときのシミュレーション結果である。ＫＵ、ＫＶ、ＫＥＦ、ＫＥＢ、ｒ、シミュレーション回数は図５と同じであり、
εＳ＝０（μｍ／°）
εＥ＝０．０１（％／°）
とした。また、エッジフローバルブ２２、２４の操作量の初期値として
ＥＦ＝ＥＢ＝６０％
最終値として、
ＥＦ＝５４．１％、ＥＢ＝６１．３％となった。
【０１００】
図６から分かるように、エッジフローバルブ２２、２４のみの操作によって繊維配向角測定値プロファイルの平均値を０°に近づけることができるが、繊維配向角プロファイルの各点の値は一般に０°に近づけることはできない。
【０１０１】
図１０（Ａ）、（Ｂ）はスライスボルト１６とエッジフローバルブ２２、２４の両方を制御した場合のシミュレーション結果である。ＫＵ、ＫＶ、ＫＥＦ、ＫＥＢ、ｒ、シミュレーション回数は図６と同じであり、
εＳ＝２０（μｍ／°）
εＥ＝０．０１（％／°）
とした。また、エッジフローバルブ２２、２４の操作量の初期値として、
ＥＦ＝ＥＢ＝６０％
最終値として、
ＥＦ＝５６．７％、ＥＢ＝６１．６％となった。
【０１０２】
図１０（Ａ）より、スライスボルト１６とエッジフローバルブ２２、２４の両方を制御することによって、繊維配向角制御目標値であるＦＯＤＶ（ｉ）を各点で０に近づけることが分かる。また、図１０（Ａ）の結果が得られた際のスライスリップ１５の幅方向の開度を表したものが図１０（Ｂ）である。
【０１０３】
本実施形態によれば、エッジフロー流量（サイドブリード流量）やスライスリップ開度を調整することで繊維配向角プロファイルがどのように変化するかを予測演算するための数式モデル及びモデルパラメータを求めることができる。
また、繊維配向角を制御するための各操作部の操作量は、制御演算部に繊維配向角測定値と繊維配向角制御目標値との差分を代入して定量的に求めることができるため、好適な制御をすることができる。また、この制御を継続的に行うことで、繊維配向角測定値を繊維配向角制御目標値に収束させることができる。
【０１０４】
エッジフローバルブ及び／或いはサイドブリードバルブの開度を制御することで繊維配向角の幅方向の平均値を０°に近づけることができるため、高品質の紙を製造することができる。
また、スライスボルトを制御してスライスリップの開度を局所的に調整することにより、繊維配向角を局所的に調整することが可能となり、目標値の値に近づけることができる。
したがって、エッジフローバルブ及び／或いはサイドブリードバルブの開度及びスライスリップの開度の両方を制御することで、繊維配向角の平均値を０°に近づけると共に、局所的に調整することで各点での繊維配向角を０°に近づけることもできるため、より高品質の紙を製造することができる。
【０１０５】
尚、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、例えば以下のような態様も採用可能である。
本実施形態では、繊維配向計測計をリールパート直前に配設した場合の説明をしたが、設置位置はプレドライヤーとアフタードライヤーとの間でも構わない。また、要求される紙質によっては表裏面の繊維配向角の均一化を図る必要が無い場合などには、フェルト面或いはワイヤー面のいずれか一方の繊維配向角あるいは繊維配向角の全層平均値を測定するようにしても構わない。
本実施形態では、実繊維配向角プロファイルと理想繊維配向角プロファイルとの差分を０にする場合の説明をしたが、紙の表裏面の実繊維配向角プロファイルの差分を０にする制御に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の実施形態における抄紙機の概略斜視図である。
【図２】本発明の実施形態における繊維配向制御シミュレーション装置を備えた抄紙機の概略構成図である。
【図３】本発明の実施形態における繊維配向制御シミュレーション装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態におけるヘッドボックスの（Ａ）が平面図、（Ｂ）が断面図である。
【図５】本発明の実施形態における座標の構成図である。
【図６】本発明の実施形態におけるｄＶＥＦ（ｉ）及びｄＶＥＢ（ｉ）の特性図である。
【図７】本発明の実施形態におけるスライスボルト操作時の特性図であり、（Ａ）がスライスリップの開度を示す図、（Ｂ）がｄＵとスライスリップ開度変化量との関係を示す図、（Ｃ）がｄＶとスライスリップ開度の差分の移動平均とスライスリップ開度差分の移動平均の移動平均との関係を示す図である。
【図８】本発明の実施形態におけるスライスボルトのみを操作したときの初期値と制御結果（１００回）とのシミュレーション結果を示す図であり、（Ａ）がスライスリップ幅方向の各点における配向角を示す図、（Ｂ）がスライスリップ幅方向の各点におけるスライスリップ開度を示す図である。
【図９】本発明の実施形態におけるエッジフローバルブのみを操作したときの初期値と制御結果（１００回）とのスライスリップ幅方向の各点におけるシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態におけるスライスボルトとエッジフローバルブとの両方を操作したときの初期値と制御結果（１００回）とのシミュレーション結果を示す図であり、（Ａ）がスライスリップ幅方向の各点における配向角を示す図、（Ｂ）がスライスリップ幅方向の各点におけるスライスリップ開度を示す図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１…抄紙機 １５…スライスリップ １６…スライスボルト（スライスリップ開度調整手段） ２２、２４…エッジフローバルブ（エッジフロー流量調整手段） ３２、３４…サイドブリードバルブ（サイドブリード流量調整手段） ４１…ヘッドボックス ４４…ワイヤーパート（ワイヤー） ７１…繊維配向計測計 ７２…制御部 ８１…スライスボルト操作部 ８２…エッジフローバルブ操作部 ８３…サイドブリードバルブ操作部 ９１…実繊維配向角プロファイル生成部 ９２…繊維配向角プロファイル比較部 ９３…制御演算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維配向角プロファイルを制御する方法に関し、好適な繊維配向角制御を行う、シミュレーション方法、繊維配向制御方法、及び繊維配向制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、原料であるパルプから紙を作る抄紙機において、抄紙機から生成された紙の繊維配向性は寸法安定性や強度などに影響するため、繊維配向性を制御することが重要であることが知られている。特許文献１及び非特許文献１には、繊維配向性を制御する抄紙機が記載されている。
【特許文献１】特開２０００−１４４５９７号公報
【非特許文献１】ジョン・シェークスピア（John Shakespeare）、ユハ・ニヴィラ（Juha Kniivila）、アネリ・コーピネン(Anneli Korpinen)、ティモ・ヨハンソン（Timo Johansson）、「アン・オンライン・コントロール・システム・フォー・シミュルテイネオス・オプティミゼーション・オブ・ベイシス・ウエイト・アンド・オリエンテーション・アングル・プロファイルズ（An On-Line Control System for Simultaneous Optimization of Basis Weight and Orientation Angle Profiles）」、プロシーディング・オブ・ザ・ファースト・エコペーパーテック（Proceeding of the First EcopaperTech）、（フィンランド）、１９９５年、ｐ．３９−５０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特許文献１及び非特許文献１には、エッジフロー流量やスライスリップ開度を変更したときの繊維配向性の定性的な変化の特性については記載されているが、変化を定量的に捉えた知見については記載されていないため、高精度の繊維配向角制御は困難である。
【０００４】
そこで、本発明は、上述の事情を鑑みてなされたものであり、高精度の繊維配向角制御を可能にするシミュレーション方法、繊維配向制御方法、及び繊維配向制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、 抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるエッジフロー流量調整手段とサイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つの操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向に直交する速度成分は、端から所定の応答幅だけエッジフロー流量とサイドブリード流量との少なくともいずれか一つの変化に比例して変化するとして設定し、前記数式モデルから幅方向の繊維配向角プロファイルの変化を予測演算することを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載した発明は、抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるスライスリップ開度調整手段の操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向の速度成分の変化はスライスリップの開度変化に比例し、前記流れ方向に直交する速度成分の変化は前記スライスリップの開度変化の幅方向差分の平均的な値に比例するとして設定し、前記数式モデルから幅方向の繊維配向角プロファイルの変化を予測演算することを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載した発明は、抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるスライスリップ開度調整手段及びエッジフロー流量調整手段とサイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つの操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向の速度成分の変化はスライスリップの開度変化に比例し、前記流れ方向に直交する速度成分の変化は、端から所定の応答幅に渡るエッジフロー流量とサイドブリード流量との少なくともいずれか一つの変化に比例した変化分と、前記スライスリップの開度変化の幅方向差分の平均的な値に比例した変化分との加算であるとして設定し、前記数式モデルから幅方向の繊維配向角プロファイルの変化を予測演算することを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載した発明は、抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるエッジフロー流量調整手段とサイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つの操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向に直交する速度成分は、端から所定の応答幅だけエッジフロー流量とサイドブリード流量との少なくともいずれか一つの変化に比例して変化するとして設定し、前記数式モデルによる幅方向の繊維配向角プロファイルの変化の予測演算手段を用いて計算された評価関数に基づき、最適なエッジフロー流量操作量と最適なサイドブリード流量操作量の少なくともいずれか一つを求めることを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載した発明は、抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるスライスリップ開度調整手段の操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向の速度成分の変化はスライスリップの開度変化に比例し、前記流れ方向に直交する速度成分の変化は前記スライスリップの開度変化の幅方向差分の平均的な値に比例するとして設定し、前記数式モデルによる幅方向の繊維配向角プロファイルの変化の予測演算手段を用いて計算された評価関数に基づき、最適なスライスリップ開度操作量を求めることを特徴とする。
【００１０】
請求項６に記載した発明は、抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるスライスリップ開度調整手段及びエッジフロー流量調整手段とサイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つの操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向の速度成分の変化はスライスリップの開度変化に比例し、前記流れ方向に直交する速度成分の変化は、端から所定の応答幅に渡るエッジフロー流量とサイドブリード流量との少なくともいずれか一つの変化に比例した変化分と、前記スライスリップの開度変化の幅方向差分の平均的な値に比例した変化分との加算であるとして設定し、前記数式モデルによる幅方向の繊維配向角プロファイルの変化の予測演算手段を用いて計算された評価関数に基づき、最適なスライスリップ開度操作量及び最適なエッジフロー流量操作量と最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求めることを特徴とする。
【００１１】
請求項７に記載した発明は、前記最適なスライスリップ開度操作量及び前記最適なエッジフロー流量操作量と前記最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求めるための前記評価関数として、制御偏差の自乗和を用いることを特徴とする。
【００１２】
請求項８に記載した発明は、前記最適なスライスリップ開度操作量及び前記最適なエッジフロー流量操作量と前記最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求める手段として、前記評価関数に関する最急降下法を用いることを特徴とする。
【００１３】
請求項９に記載した発明は、抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるエッジフロー流量調整手段とサイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つの操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向に直交する速度成分は、端から所定の応答幅だけエッジフロー流量とサイドブリード流量との少なくともいずれか一つの変化に比例して変化するとして設定し、前記数式モデルによる幅方向の繊維配向角プロファイルの変化の予測演算手段を用いて計算された評価関数に基づき、最適なエッジフロー流量操作量と最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求め、該最適なエッジフロー流量操作量と該最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つに基づいて前記エッジフロー流量調整手段と前記サイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つが調節されることを特徴とする。
【００１４】
請求項１０に記載した発明は、抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるスライスリップ開度調整手段の操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向の速度成分の変化はスライスリップの開度変化に比例し、前記流れ方向に直交する速度成分の変化は前記スライスリップの開度変化の幅方向差分の平均的な値に比例するとして設定し、前記数式モデルによる幅方向の繊維配向角プロファイルの変化の予測演算手段を用いて計算された評価関数に基づき、最適なスライスリップ開度操作量を求め、該最適なスライスリップ開度操作量に基づいて前記スライスリップ開度調整手段が調節されることを特徴とする。
【００１５】
請求項１１に記載した発明は、抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるスライスリップ開度調整手段及びエッジフロー流量調整手段とサイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つの操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向の速度成分の変化はスライスリップの開度変化に比例し、前記流れ方向に直交する速度成分の変化は、端から所定の応答幅に渡るエッジフロー流量とサイドブリード流量との少なくともいずれか一つの変化に比例した変化分と、前記スライスリップの開度変化の幅方向差分の平均的な値に比例した変化分との加算であるとして設定し、前記数式モデルによる幅方向の繊維配向角プロファイルの変化の予測演算手段を用いて計算された評価関数に基づき、最適なスライスリップ開度操作量及び最適なエッジフロー流量操作量と最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求め、該最適なスライスリップ開度操作量及び該最適なエッジフロー流量操作量と該最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つに基づいて、前記スライスリップ開度調整手段及び前記エッジフロー流量調整手段と前記サイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つが調節されることを特徴とする。
【００１６】
請求項１２に記載した発明は、前記最適なスライスリップ開度操作量及び前記最適なエッジフロー流量操作量と前記最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求めるための前記評価関数として、制御偏差の自乗和を用いることを特徴とする。
【００１７】
請求項１３に記載した発明は、前記最適なスライスリップ開度操作量及び前記最適なエッジフロー流量操作量と前記最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求める手段として、前記評価関数に関する最急降下法を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に記載した発明によれば、エッジフロー流量とサイドブリード流量との少なくともいずれか一つを調整した際の繊維配向角プロファイルの変化を演算することができるため、幅方向の繊維配向角プロファイルの変化を定量的に捉えることができる効果がある。
【００１９】
請求項２に記載した発明によれば、スライスリップ開度を調整した際の繊維配向角プロファイルの変化を演算することができるため、幅方向の繊維配向角プロファイルの変化を定量的に捉えることができる効果がある。
【００２０】
請求項３に記載した発明によれば、スライスリップ開度及びエッジフロー流量とサイドブリード流量との少なくともいずれか一つを調整した際の繊維配向角プロファイルの変化を演算することができるため、幅方向の繊維配向角プロファイルの変化を定量的に捉えることができる効果がある。
【００２１】
請求項４に記載した発明によれば、最適なエッジフロー流量操作量と最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求めることができるため、高精度な繊維配向角制御を行うことができる効果がある。
【００２２】
請求項５に記載した発明によれば、最適なスライスリップ開度操作量を求めることができるため、高精度な繊維配向角制御を行うことができる効果がある。
【００２３】
請求項６に記載した発明によれば、最適なスライスリップ開度操作量及び最適なエッジフロー流量操作量と最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求めることができるため、より高精度な繊維配向角制御を行うことができる効果がある。
【００２４】
請求項７に記載した発明によれば、最適な操作量を算出することができるため、定量的に高精度な繊維配向角制御を行うことができる効果がある。
【００２５】
請求項８に記載した発明によれば、評価関数を最も急激に小さくする操作量を求めることができるため、最適な操作量を算出することができる効果がある。
【００２６】
請求項９に記載した発明によれば、最適なエッジフロー流量と最適なサイドブリード流量との少なくともいずれか一つに調節することができるため、繊維配向が揃った製品を得ることができる効果がある。
【００２７】
請求項１０に記載した発明によれば、最適なスライスリップ開度に調節することができるため、繊維配向が揃った製品を得ることができる効果がある。また、スライスリップ開度は局所的に開度を調整することができるため、局所的に繊維配向を制御することができる効果がある。
【００２８】
請求項１１に記載した発明によれば、最適なスライスリップ開度及び最適なエッジフロー流量と最適なサイドブリード流量との少なくともいずれか一つに調節することができるため、より繊維配向が揃った製品を得ることができる効果がある。これは、スライスリップ開度を制御することにより局所的な繊維配向を制御することができ、エッジフロー流量とサイドブリード流量との少なくともいずれか一つを制御することにより全体的な繊維配向を制御することができるため、両者を組み合わせることでより高精度な繊維配向制御を行うことができるためである。
【００２９】
請求項１２に記載した発明によれば、最適な操作量を算出することができるため、定量的に高精度な繊維配向角制御を行うことができる効果がある。
【００３０】
請求項１３に記載した発明によれば、評価関数を最も急激に小さくする操作量を求めることができるため、最適な操作量を算出することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
次に、本発明の実施形態を図１〜図１０に基づいて説明する。
図１に示すように、抄紙機１は、抄紙原料が供給されるヘッドボックス４１が設けられており、ヘッドボックス４１の抄紙原料の流れ方向下流側には、抄紙原料がワイヤー表面に供給された後に脱水されるワイヤーパート４４が構成されている。ジェットがワイヤーに最初に着地する面を紙のワイヤー面、その反対側の面を紙のフェルト面と呼ぶ。ワイヤーパート４４の下流側には、抄紙原料をフェルトと共にプレスロールでプレスされ搾水されるプレスパート４５が設けられており、更に下流側には製造された紙を乾燥させるためのドライパート５０が構成されている。このドライパート５０は、予熱が付与されるプレドライヤー５１と、プレドライヤー５１に引き続き乾燥を促進させるアフタードライヤー５２とから構成されている。ドライパート５０の更に下流側には、ドライパート５０で乾燥されて紙となった抄紙原料を圧潰するためのカレンダーパート５５が設けられており、カレンダーパート５５の更に下流側には、紙を巻き取るリールパート５３が構成されている。
図１は、長網抄紙機の例を示しているが、本発明は抄紙機の形態（ギャップフォーマ、オントップフォーマなど）に関わらず適用される。
【００３２】
本実施形態では、リールパート５３の直前に、繊維配向角計測手段としての繊維配向計測計７１が配設されている。紙のワイヤー面とフェルト面のそれぞれの繊維配向角を計測する場合にはワイヤー面とフェルト面のそれぞれに対向させて繊維配向計測計７１を配設し、一方の面の繊維配向角を計測する場合には一方の面に対向させて配設する。
全層の繊維配向角を計測する場合には、紙の一方の面に対向させて光源を、他方の面に対向させて検出器をそれぞれ配置する。
【００３３】
本実施形態では、繊維配向計測計７１は抄紙機１の幅方向に往復運動する走査手段に支持されており、走査手段で走行させながら繊維配向角データを取得し、幅方向に関する実繊維配向角プロファイルを取得できるように構成されている。
【００３４】
また、図２に示すように、抄紙機１には複数の操作部を制御するための制御部７２が設けられている。この制御部７２により、スライスボルト操作部８１、エッジフローバルブ操作部８２、サイドブリードバルブ操作部８３、及びその他操作部８４、８５を操作可能に構成されている。
【００３５】
リールパート５３直前に設けられた繊維配向計測計７１は、紙面の配向データを測定し、制御部７２に出力されるように構成されている。制御部７２はこの繊維配向角データから実繊維配向角プロファイルを作成し、予め登録された理想繊維配向角プロファイルと比較するように構成されている。
そして、数式モデルを用いて得られた制御演算結果を基に、スライスボルト操作部８１、エッジフローバルブ操作部８２、サイドブリードバルブ操作部８３、及びその他操作部８４、８５を操作してスライスリップ開度やエッジフローバルブ開度などを変更して、実繊維配向角プロファイルが理想繊維配向角プロファイルに収束するように制御される。
【００３６】
図３に示すように、繊維配向計測計７１によって取得された繊維配向角データは、例えば、工場の一角に設けられた中央制御室などに配置されたＣＰＵを主体として構成された制御部７２に送出されて、実繊維配向角プロファイル生成部９１にて実繊維配向角プロファイルが作成されるように構成されている。
作成された実繊維配向角プロファイルは、制御部７２に接続されたＣＲＴモニタなどの表示装置７３に表示される。また、制御部７２には予めこの抄紙機１で抄造する紙に適した理想繊維配向角プロファイルが登録されており、この理想繊維配向角プロファイルも表示装置７３に表示されるようにしてある。或いは、これら実繊維配向角プロファイルも理想繊維配向角プロファイルも表示せず、制御部７２においてこれら実繊維配向角プロファイルと理想繊維配向角プロファイルとの差を求めて作成された繊維配向角偏差プロファイルを表示装置７３に表示させるようにしても良い。また、この表示装置７３は中央制御室だけでなく、必要となる位置、例えばヘッドボックス４１の近傍や繊維配向計測計７１の近傍などに配設しても良い。
【００３７】
次に、実繊維配向角プロファイルと理想繊維配向角プロファイルとを比較する繊維配向角プロファイル比較部９２で繊維配向角偏差プロファイルが求められる。繊維配向角偏差プロファイルと予め登録されているモデルパラメータ（係数）とから操作変更量を求める制御演算部９３が構成されており、制御演算部９３からエッジフロー出力部（サイドブリード出力部）９４及びスライスボルト出力部９５に操作変更量の情報が伝達され、エッジフロー出力部（サイドブリード出力部）９４からエッジフローバルブ操作部８２（サイドブリードバルブ操作部８３）へ情報が伝達されることによりエッジフローバルブ２２、２４やサイドブリードバルブ３２、３４のバルブ開度が調整されるように構成されている。また、同じようにスライスボルト出力部９５からスライスボルト操作部８１へ情報が伝達されることによりスライスリップ１５の開度が調整されるように構成されている。
【００３８】
制御部７２には、スライスリップ開度調整手段としてのスライスボルト操作部８１、エッジフロー流量調整手段としてのエッジフローバルブ操作部８２、及びサイドブリード流量調整手段としてのサイドブリードバルブ操作部８３などが接続されており、これら各操作部との間で所定のデータが交換可能に構成されている。
【００３９】
次に、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ヘッドボックス４１は、抄紙原料が供給されるテーパヘッダー１１と、抄紙原料の流れを整えるためのチューブバンク１２と、更に下流側にはタービュランスジェネレータ１３と、タービュランスジェネレータ１３の下流にはスライスチャンネル１４とが形成されており、スライスチャンネル１４の抄紙原料の流れ方向先端にスライスリップ１５が形成されている。このスライスリップ１５からワイヤーパート４４に抄紙原料が吐出されるように構成されている。ここで、抄紙原料の流れ方向手前側をＦ（操作）側、奥側をＢ（駆動）側とする。
【００４０】
テーパヘッダー１１の側壁で、Ｆ側とＢ側のそれぞれに一箇所ずつエッジフロー管２１、２３が接続され、エッジフロー管２１、２３を介してテーパヘッダー１１とタービュランスジェネレータ１３とが、チューブバンク１２を介することなく連通されている。また、エッジフロー管２１、２３の途中にはエッジフローバルブ２２、２４が設けられており、エッジフローバルブ２２、２４の開度を調整することにより、タービュランスジェネレータ１３出口の速度分布、すなわちスライスリップ１５からワイヤーパート４４に吐出する抄紙原料の流速分布を調整可能に構成されている。このエッジフローバルブ２２、２４は、エッジフローバルブ操作部８２と接続されており、エッジフローバルブ操作部８２からの電気信号により自動的にエッジフローバルブ２２、２４の開度が調整されるように構成されている。
【００４１】
また、スライスチャンネル１４の側壁で、Ｆ側とＢ側のそれぞれに一箇所ずつブリード管３１、３３が接続されており、スライスチャンネル１４内の抄紙原料をブリード管３１、３３から排出できるように構成されている。このブリード管３１、３３にはサイドブリードバルブ３２、３４が設けられており、サイドブリードバルブ３２、３４の開度を調整することにより、スライスリップ１５出口の流速分布を変えることができるように構成されている。そして、このサイドブリードバルブ３２、３４は、サイドブリードバルブ操作部８３と接続されており、サイドブリードバルブ操作部８３からの電気信号により自動的にサイドブリードバルブ３２、３４の開度が調整されるように構成されている。
なお、一般的にはエッジフロー管２１、２３かブリード管３１、３３のいずれか一方のみが設置されている。
【００４２】
更に、スライスリップ１５の上部にはスライスボルト１６が設けられている。スライスボルト１６によりスライスリップ１５の高さ方向の開度を調整することができるように構成されている。そして、このスライスボルト１６は、スライスボルト操作部８１と接続されており、スライスボルト操作部８１からの電気信号により自動的にスライスボルト１６が動作し、スライスリップ１５の高さ方向の開度が調整されるように構成されている。また、スライスボルト１６は局所的に調整可能に構成されている。
【００４３】
次に、作用について説明する。
抄紙機１のヘッドボックス４１に抄紙原料が供給され、スライスリップ１５から抄紙原料が吐出される。吐出された抄紙原料は、ワイヤーパート４４にて脱水された後、プレスパート４５に搬送される。プレスパート４５にて更に搾水された後、ドライパート５０へと搬送される。ドライパート５０は、プレドライヤー５１とアフタードライヤー５２とに分かれており、プレスパート４５から送られた紙を乾燥する。乾燥された紙は、その後カレンダーパート５５にて圧潰されたのち、リールパート５３にて巻き取られる。
【００４４】
ここで、繊維配向計測計７１がリールパート５３の直前に設けられている。繊維配向計測計７１は幅方向に走査しながら所定位置で繊維配向角データを取得し、制御部７２にデータを送出する。制御部７２では実繊維配向角プロファイル生成部９１にて実繊維配向角プロファイルを作成し、繊維配向角プロファイル比較部９２にて実繊維配向角プロファイルと理想繊維配向角プロファイルとの差分を演算して繊維配向角偏差プロファイルを作成する。ここで、適宜必要な情報を表示装置７３に表示する。
【００４５】
繊維配向角プロファイル比較部９２にて演算された繊維配向角偏差プロファイルより、差分が０であるか否かが判断される。差分が０でない場合には、制御演算部９３にてスライスボルト１６並びにエッジフローバルブ２２、２４若しくはサイドブリードバルブ３２、３４の操作変更量を求める。操作変更量のデータは、エッジフロー出力部（サイドブリード出力部）９４及びスライスボルト出力部９５にて電気信号に変換され、エッジフローバルブ操作部８２（サイドブリードバルブ操作部８３）及びスライスボルト操作部８１へ伝達され、各操作部が調節される。上述の動作を繰り返し、繊維配向角偏差プロファイルが０に収束するように各操作部を調節する。
【００４６】
次に、本実施形態における数式モデルの構成及びモデルパラメータ（係数）の求め方について説明する。
本実施形態では、繊維配向角プロファイルを表すために、次のように定義する。紙の幅方向にＮ個の区画に分割し、それぞれの区画の繊維配向角測定値をＦＯＰＶ（ｉ）とする。ｉは１〜Ｎの値をとる。Ｎは基本的にはスライスボルト１６の本数であるが、実際には一つの区画に複数のスライスボルト１６を含めて平均化を行う。
【００４７】
ＦＯＳＶ（ｉ）を位置ｉにおける制御の繊維配向角制御目標値とする。繊維配向角の表し方には、全層平均値、フェルト面値、ワイヤー面値、及びフェルト面値とワイヤー面値との差分などがあるが、繊維配向角測定値ＦＯＰＶ（ｉ）と繊維配向角制御目標値ＦＯＳＶ（ｉ）とは同じ表し方を採用する。
下記（１）式で繊維配向角偏差ＦＯＤＶ（ｉ）を定義する。制御の目標は、この繊維配向角偏差を０にすることにある。
ＦＯＤＶ（ｉ）＝ＦＯＰＶ（ｉ）−ＦＯＳＶ（ｉ） ・・・ （１）
【００４８】
本実施形態では、数式モデルを用いてスライスリップ１５出口の原料速度成分の変化率を求め、この原料速度成分の変化率から繊維配向角プロファイルの変化を予測演算する。そして、この繊維配向角偏差の自乗和が最小になるように、エッジフローバルブ２２、２４、サイドブリードバルブ３２、３４、及びスライスボルト１６を制御するものである。
【００４９】
そのために、図５に示すように座標を定義する。なお、図４と同じ要素には同一符号を付して、詳細な説明を省略する。スライスチャンネル１４の手前にはスライスリップ１５が、向こう側にはタービュランスジェネレータ１３が配置される。ＭＤ方向は紙が流れる方向、ＣＤ方向は紙の幅方向である。
ここでは、ＭＤ方向に座標Ｘ、ＣＤ方向に座標Ｙ、及び紙の厚さ方向に座標Ｚを定義する。座標Ｘは紙が流れる方向を正とし、座標ＹはＢ側からＦ側に向かう方向を正とする。このような座標系で、Ｘ方向の速度成分をＵ（ｍ／ｓ）、Ｙ方向の速度成分をＶ（ｍ／ｓ）、Ｚ方向の速度成分をＷ（ｍ／ｓ）とする。
【００５０】
スライスリップ１５出口における原料速度成分を用いて、繊維配向角計算値ＦＯ（ｉ）を下記（２）式のように定義する。なお、ｉはスライスリップ１５を紙の幅方向にＮ個の領域に分割したときのｉ番目の領域であることを表す。
【００５１】
繊維配向角はワイヤーパート４４における紙層形成時の脱水作用のばらつき或いはドライパート５０における乾燥による幅方向収縮の影響を受けるが、近似的には（２）式で表すことができる。
ＦＯ（ｉ）＝arctan（Ｖ（ｉ）／ＵＲ（ｉ））×１８０／π ・・・（２）
ここで、Ｖ（ｉ）はｉ番目領域のスライスリップ１５出口におけるＣＤ方向の速度成分（ｍ／ｓ）、ＵＲ（ｉ）は同位置のＭＤ方向の相対速度成分（ｍ／ｓ）である。相対速度とは、ワイヤー面配向角の場合はワイヤー面上の原料の速度とワイヤー走行速度との相対速度を、フェルト面配向角の場合はフェルト面における原料の速度とその直下の紙層との相対速度をいう。前記（２）式により、原料のＭＤ方向及びＣＤ方向の速度を求めることにより、繊維配向角を計算することができる。
【００５２】
エッジフローバルブ２２、２４又はサイドブリードバルブ３２、３４を操作したときのＵ、Ｖ速度成分の変化をモデル化し、（３−１）〜（３−３）式で表す。このモデルをエッジフローモデルという。
【００５３】
【数１】
【００５４】
（３−１）式のｄＵＥＦ（ｉ）はＦ側エッジフローバルブ２４又はＦ側サイドブリードバルブ３４の開度をｄＥＦ％変更したときの、ｉ番目領域におけるＵ速度成分の変化量であり、ｄＵＥＢ（ｉ）はＢ側エッジフローバルブ２２又はＢ側サイドブリードバルブ３２の開度をｄＥＢ％変更したときの、ｉ番目領域におけるＵ速度成分の変化量である。（３−１）式はこれらのバルブ開度を変更してもＵ速度成分は変化しないことを示している。
【００５５】
（３−２）式のｄＶＥＦ（ｉ）はＦ側エッジフローバルブ２４又はＦ側サイドブリードバルブ３４の開度をｄＥＦ％変更したときの、ｉ番目領域におけるＶ速度成分の変化量であり、（３−３）式のｄＶＥＢ（ｉ）はＢ側エッジフローバルブ２２又はＢ側サイドブリードバルブ３２の開度をｄＥＢ％変更したときの、ｉ番目領域におけるＶ速度成分の変化量である。また、ＫＥＦ、ＫＥＢはそれぞれＦ側のバルブ、Ｂ側のバルブの開度を変更したときのＶ速度成分変化量のプロセスゲインを、Ｌは応答幅を表す。
【００５６】
図６には、（３−２）式、（３−３）式で演算したｄＶＥＦ（ｉ）とｄＶＥＢ（ｉ）を示す。横軸は紙の幅方向であり、１、Ｎ−Ｌ、Ｌ＋１、Ｎはそれぞれ１番目、（Ｎ−Ｌ）番目、（Ｌ＋１）番目、Ｎ番目領域を示す。また、縦軸はｄＶＥＦ（ｉ）、ｄＶＥＢ（ｉ）の大きさを表す。
ｄＶＥＦ（ｉ）はｉ＝１のときに最小値−ＫＥＦ、ｉ＝Ｌ＋１のときに０になり、その間直線的に変化する。一方、ｄＶＥＢ（ｉ）はｉ＝Ｎ−Ｌのときに０、ｉ＝Ｎのときに最大値ＫＥＢになり、その間直線的に変化する。すなわち、エッジフロー管２１、２３或いはブリード管３１、３３が設置されている側からＬ番目のスライスボルト１６の位置までの流速成分を直線的に変えることができる。
【００５７】
なお、通常エッジフローバルブ２２、２４の開度を変えたときは係数ＫＥＦ、ＫＥＢ共に正になり、サイドブリードバルブ３２、３４の開度を変えたときは係数ＫＥＦ、ＫＥＢ共に負になる。
【００５８】
次に、スライスボルト１６を操作してスライスリップ１５の開度を変化させたときのＵ、Ｖ速度成分の変化をモデルで表す。このモデルをスライスボルトモデルという。Ｕ速度成分の変化ｄＵＲ（ｉ）は下記（４）式で求めることができる。
ｄＵＲ（ｉ）＝ＫＵ×ｄＳ（ｉ） （ｉ＝１，・・・，Ｎ） ・・・（４）
ここで、ｄＳ（ｉ）はμｍ単位で表したｉ番目領域のスライスリップ１５の開度変化、ＫＵはスライスリップ１５の開度変化からＵ速度成分の変化を求めるプロセスゲインであり、正または負の値をとる。
【００５９】
Ｖ速度成分の変化は下記（５−１）〜（５−４）式で求めることができる。なお、ｄＴ（ｉ）はｉ番目領域のスライスボルト１６を操作したときのスライスリップ１５の開度変化（μｍ）、ｒは移動平均を計算する範囲、ＫＶはスライスリップ１５の開度変化からＶ速度成分の変化を演算するプロセスゲインを表す。
【００６０】
【数２】
【００６１】
まず、（５−１）式によってｉ番目領域のスライスリップ１５の開度変化の幅方向差分ｄＴ（ｉ）を演算する。次に、（５−２）式を用いて開度変化の幅方向差分の移動平均ｄＴｍ（ｉ）を求める。移動平均の範囲は、ｉを中心にして±ｒの範囲で行う。次に、（５−３）式によって移動平均ｄＴｍ（ｉ）の移動平均ｄＴｍｍ（ｉ）を求める。そして、この移動平均の移動平均ｄＴｍｍ（ｉ）を用いて（５−４）式によってｉ番目領域のスライスリップ１５の開度変化によるＶ速度成分の変化ｄＶＳ（ｉ）を演算する。
【００６２】
図７にスライスボルトモデルによるスライスボルト１６を操作したときのＵ、Ｖ速度成分の変化の計算値を示す。この計算値は（４）式、（５−１）〜（５−４）式を用いて計算したものである。なお、（５−２）、（５−３）式のｒ＝３とした。
図７（Ａ）は、スライスリップ１５の開度変化を模式的に示したものである。ここでは山型にスライスリップ１５の開度を変化させている。図７（Ｂ）はスライスリップ１５開度の変化と流体シミュレーションで求めたＵ相対速度の変化ｄＵを表したものである。図７（Ｃ）は（５−２）、（５−３）式で計算したスライスリップ１５開度の差分の移動平均、移動平均の移動平均、及び流体シミュレーションで求めたＶ速度成分の変化量ｄＶを示したものである。
図７（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、スライスリップ１５開度の変化量と流体シミュレーションで求めたｄＵ、及び（５−３）式で求めたスライスリップ１５開度幅方向差分の移動平均の移動平均と流体シミュレーションで求めたｄＶの形はよく一致しており、スライスボルトモデルが有効であることが分かる。
【００６３】
なお、図７（Ｂ）のｄＵとスライスリップ１５開度の変化量とからＫＵ＝―３．１×１０−４（ｍ／ｓ／μｍ）が、図７（Ｃ）のスライスリップ１５開度幅方向差分の移動平均の移動平均とｄＶとからＫＶ＝１．１×１０−３（ｍ／ｓ／μｍ）が得られる。
ｉ番目領域の繊維配向角は（２）式によって求めることができる。したがって、（２）式の微分ｄＦＯ（ｉ）を計算することによって、繊維配向角の変化を得ることができる。この繊維配向角の変化ｄＦＯ（ｉ）を下記（６）式に示す。
【００６４】
【数３】
【００６５】
ここにおいて、ｄＵＲ（ｉ）は（４）式で求めたＵ相対速度成分変化（ｍ／ｓ）、ｄＶ（ｉ）は（３−２）式、（３−３）式及び（５−４）式で求めたＶ速度成分変化の和であり、下記（７）式で与えられる。
ｄＶ（ｉ）＝ｄＶＳ（ｉ）＋ｄＶＥＦ（ｉ）＋ｄＶＥＢ（ｉ） ・・・（７）
また、ＵＲ（ｉ）、Ｖ（ｉ）はそれぞれＵ速度成分、Ｖ速度成分の現在値（ｍ／ｓ）である。Ｕ速度成分の現在値ＵＲ（ｉ）は、（４）式を積分することによって下記（８）式で計算することができる。
ＵＲ（ｉ）＝ＫＵ×Ｓ（ｉ）＋Ｕ０ （ｉ＝１，・・・，Ｎ） ・・・（８）
【００６６】
Ｕ０はＵ相対速度成分の初期値であり、位置ｉにはよらない値であり、全層平均、フェルト面、及び差分配向角の場合には一般に負の値になる。また、ワイヤー面配向角の場合は、例えばＪ／Ｗ比を用いて、近似的に下記（９）式で計算できる。
Ｕ０（ｉ）＝（Ｒ−Ａ）×ＷＳＰＤ （ｉ＝１，・・・，Ｎ） ・・（９）
Ｒはワイヤー面紙層での原料のＵ速度成分とワイヤー走行速度の比であるＪ／Ｗ比、Ａは１．００に近いある値、ＷＳＰＤはワイヤー走行速度である。
【００６７】
Ｖ速度成分の現在値は、（２）式をＶ（ｉ）について解き、かつ繊維配向角計算値ＦＯ（ｉ）を繊維配向角測定値ＦＯＰＶ（ｉ）に置き換えることにより、下記（１０）式で得ることができる。
Ｖ（ｉ）＝tan（ＦＯＰＶ（ｉ）×π／１８０）×ＵＲ（ｉ） ・・・（１０）
ＵＲ（ｉ）はＵ相対速度成分の現在値である。
【００６８】
Ｕ、Ｖ速度成分と繊維配向角との関係は、（２）式で表される。したがって、エッジフローモデル及びスライスボルトモデルから、エッジフローバルブ２２、２４、サイドブリードバルブ３２、３４及びスライスボルト１６を操作したときの繊維配向角の変化は次のような特徴を持つことが分かる。なお、ここでいう繊維配向角プロファイルの平均値ＦＯＡＶＥとは、下記（１１）式で表される値を言う。
【００６９】
【数４】
ＦＯＰＶ（ｉ）は、位置ｉにおける繊維配向角測定値である。
【００７０】
図６から分かるように、エッジフローバルブ２２、２４、サイドブリードバルブ３２、３４を操作したときは、Ｆ側とＢ側のバルブを逆方向に操作することにより、繊維配向角プロファイルの平均値を変化させることができる。また、繊維配向角プロファイルの形状を応答幅Ｌに相当する大きな幅で変化させることができる。
これに対して、図７及び（５−１）〜（５−４）式から明らかなように、スライスボルト１６を操作したときには繊維配向角プロファイルの平均値はほとんど変化しない。しかし、繊維配向角プロファイルの形状を局所的に変化させることができる。
【００７１】
このような特徴から、エッジフローバルブ２２、２４又はサイドブリードバルブ３２、３４の操作とスライスボルト１６の操作とを組み合わせることによって、繊維配向角プロファイル全体形状を変化させ、しかも繊維配向角の平均値を０°に近づけることができる。しかし、用途によってはエッジフローバルブ２２、２４又はサイドブリードバルブ３２、３４の操作のみを使用することもできる。
位置ｉにおける繊維配向角偏差ＦＯＤＶ（ｉ）は（１）式で求められる。したがって、下記（１２）式で示す繊維配向角偏差の自乗和Ｊを評価関数として採用する。
【００７２】
【数５】
【００７３】
エッジフローバルブ２２、２４又はサイドブリードバルブ３２、３４とスライスボルト１６を操作端として、（１２）式の評価関数を最適化する制御方法を考える。そのため、（６）式に（４）式と（５−４）式を代入して、繊維配向角プロファイルの変化ｄＦＯ（ｉ）を計算する。結果は下記（１３）式になる。
【００７４】
【数６】
【００７５】
この（１３）式を、行列を用いて書き直すと下記（１４）式になる。
【００７６】
【数７】
【００７７】
（１４）式のＫＳはスライスリップ１５の開度を変更したことによる繊維配向角プロファイルの変化を表すＮ×Ｎ行列であり、その値は下記（１５）式で与えられる。また、ＫＥはエッジフローバルブ２２、２４又はサイドブリードバルブ３２、３４の開度を変更したことによる繊維配向角プロファイルの変化を表すＮ×２行列であり、その値は下記（１６）式で与えられる。
【００７８】
【数８】
【００７９】
【数９】
【００８０】
ここで、（１４）式を積分すると、下記（１７）式が得られる。
【００８１】
【数１０】
【００８２】
この（１７）式を（１２）式に代入すると、評価関数Ｊは下記（１８）式になる。
【００８３】
【数１１】
【００８４】
【数１２】
【００８５】
とおくと、（１８）式より、下記（１９）式が得られる。
【００８６】
【数１３】
【００８７】
１ステップ先のスライスリップ１５開度とエッジフローバルブ２２、２４又はサイドブリードバルブ３２、３４の開度の操作変更量を、ある正の数εを用いて下記（２０）式で表す。
【００８８】
【数１４】
【００８９】
この(２０)式は、最急降下法によって評価関数Ｊを最も急激に小さくする操作変更量になっている。εは操作ゲインに相当する。（１９）式をこの（２０）式に代入すると、下記（２１）式が得られる。
【００９０】
【数１５】
【００９１】
この（２１）式を変形すると、下記（２２）式になる。ＫＳ、ＫＥは（１５）、（１６）式で与えられる。
【００９２】
【数１６】
【００９３】
この（２２）式を書き直すと、下記（２３）式になる。
【００９４】
【数１７】
【００９５】
実際には、この（２３）式の操作ゲインεをスライスボルト１６の操作ゲインとエッジフローバルブ２２、２４又はサイドブリードバルブ３２、３４の操作ゲインに分けて、下記（２４）式とする。
【００９６】
【数１８】
【００９７】
但し、εＳはスライスリップ１５開度の操作ゲイン、εＥはエッジフローバルブ２２、２４又はサイドブリードバルブ３２、３４の操作ゲインである。
この（２４）式で定義される操作変更量を、（１２）式で定義される評価関数Ｊを最適化するためのスライスボルト１６とエッジフローバルブ２２、２４又はサイドブリードバルブ３２、３４を操作端とする繊維配向角制御における操作変更量とする。
【００９８】
図８（Ａ）、（Ｂ）にスライスボルト１６のみを操作した場合のシミュレーション結果を示す。ここで、繊維配向角制御目標値ＦＯＳＶ（ｉ）＝０、Ｎ＝５６とし、繊維配向角測定値ＦＯＰＶ（ｉ）には初期値が与えられている。なお、ｉ＝１〜Ｎである。
また、プロセスゲインなどは次のように設定した。
ＫＵ＝−０．０００３（（ｍ／ｓ）／μｍ）
ＫＶ＝０．０００６（（ｍ／ｓ）／μｍ）
ＫＥＦ＝０．００１５（（ｍ／ｓ）／％）
ＫＥＢ＝０．００１９（（ｍ／ｓ）／％）
εＳ＝２０（μｍ／°）
εＥ＝０（％／°）
移動平均の範囲 ｒ＝１
シミュレーション回数＝１００回
スライスリップ１５の幅方向の各点における繊維配向角の分布を表した繊維配向角測定値プロファイルの初期値の平均値は−１°である。図８（Ａ）から、スライスボルト１６のみの操作によって、繊維配向角測定値はその初期値の平均値と同じ値に収束することが分かる。また、図８（Ａ）の結果が得られた際のスライスリップ１５の幅方向の開度を表したものが図８（Ｂ）である。
【００９９】
図９は、エッジフローバルブ２２、２４のみを操作したときのシミュレーション結果である。ＫＵ、ＫＶ、ＫＥＦ、ＫＥＢ、ｒ、シミュレーション回数は図５と同じであり、
εＳ＝０（μｍ／°）
εＥ＝０．０１（％／°）
とした。また、エッジフローバルブ２２、２４の操作量の初期値として
ＥＦ＝ＥＢ＝６０％
最終値として、
ＥＦ＝５４．１％、ＥＢ＝６１．３％となった。
【０１００】
図６から分かるように、エッジフローバルブ２２、２４のみの操作によって繊維配向角測定値プロファイルの平均値を０°に近づけることができるが、繊維配向角プロファイルの各点の値は一般に０°に近づけることはできない。
【０１０１】
図１０（Ａ）、（Ｂ）はスライスボルト１６とエッジフローバルブ２２、２４の両方を制御した場合のシミュレーション結果である。ＫＵ、ＫＶ、ＫＥＦ、ＫＥＢ、ｒ、シミュレーション回数は図６と同じであり、
εＳ＝２０（μｍ／°）
εＥ＝０．０１（％／°）
とした。また、エッジフローバルブ２２、２４の操作量の初期値として、
ＥＦ＝ＥＢ＝６０％
最終値として、
ＥＦ＝５６．７％、ＥＢ＝６１．６％となった。
【０１０２】
図１０（Ａ）より、スライスボルト１６とエッジフローバルブ２２、２４の両方を制御することによって、繊維配向角制御目標値であるＦＯＤＶ（ｉ）を各点で０に近づけることが分かる。また、図１０（Ａ）の結果が得られた際のスライスリップ１５の幅方向の開度を表したものが図１０（Ｂ）である。
【０１０３】
本実施形態によれば、エッジフロー流量（サイドブリード流量）やスライスリップ開度を調整することで繊維配向角プロファイルがどのように変化するかを予測演算するための数式モデル及びモデルパラメータを求めることができる。
また、繊維配向角を制御するための各操作部の操作量は、制御演算部に繊維配向角測定値と繊維配向角制御目標値との差分を代入して定量的に求めることができるため、好適な制御をすることができる。また、この制御を継続的に行うことで、繊維配向角測定値を繊維配向角制御目標値に収束させることができる。
【０１０４】
エッジフローバルブ及び／或いはサイドブリードバルブの開度を制御することで繊維配向角の幅方向の平均値を０°に近づけることができるため、高品質の紙を製造することができる。
また、スライスボルトを制御してスライスリップの開度を局所的に調整することにより、繊維配向角を局所的に調整することが可能となり、目標値の値に近づけることができる。
したがって、エッジフローバルブ及び／或いはサイドブリードバルブの開度及びスライスリップの開度の両方を制御することで、繊維配向角の平均値を０°に近づけると共に、局所的に調整することで各点での繊維配向角を０°に近づけることもできるため、より高品質の紙を製造することができる。
【０１０５】
尚、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、例えば以下のような態様も採用可能である。
本実施形態では、繊維配向計測計をリールパート直前に配設した場合の説明をしたが、設置位置はプレドライヤーとアフタードライヤーとの間でも構わない。また、要求される紙質によっては表裏面の繊維配向角の均一化を図る必要が無い場合などには、フェルト面或いはワイヤー面のいずれか一方の繊維配向角あるいは繊維配向角の全層平均値を測定するようにしても構わない。
本実施形態では、実繊維配向角プロファイルと理想繊維配向角プロファイルとの差分を０にする場合の説明をしたが、紙の表裏面の実繊維配向角プロファイルの差分を０にする制御に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の実施形態における抄紙機の概略斜視図である。
【図２】本発明の実施形態における繊維配向制御シミュレーション装置を備えた抄紙機の概略構成図である。
【図３】本発明の実施形態における繊維配向制御シミュレーション装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態におけるヘッドボックスの（Ａ）が平面図、（Ｂ）が断面図である。
【図５】本発明の実施形態における座標の構成図である。
【図６】本発明の実施形態におけるｄＶＥＦ（ｉ）及びｄＶＥＢ（ｉ）の特性図である。
【図７】本発明の実施形態におけるスライスボルト操作時の特性図であり、（Ａ）がスライスリップの開度を示す図、（Ｂ）がｄＵとスライスリップ開度変化量との関係を示す図、（Ｃ）がｄＶとスライスリップ開度の差分の移動平均とスライスリップ開度差分の移動平均の移動平均との関係を示す図である。
【図８】本発明の実施形態におけるスライスボルトのみを操作したときの初期値と制御結果（１００回）とのシミュレーション結果を示す図であり、（Ａ）がスライスリップ幅方向の各点における配向角を示す図、（Ｂ）がスライスリップ幅方向の各点におけるスライスリップ開度を示す図である。
【図９】本発明の実施形態におけるエッジフローバルブのみを操作したときの初期値と制御結果（１００回）とのスライスリップ幅方向の各点におけるシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態におけるスライスボルトとエッジフローバルブとの両方を操作したときの初期値と制御結果（１００回）とのシミュレーション結果を示す図であり、（Ａ）がスライスリップ幅方向の各点における配向角を示す図、（Ｂ）がスライスリップ幅方向の各点におけるスライスリップ開度を示す図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１…抄紙機 １５…スライスリップ １６…スライスボルト（スライスリップ開度調整手段） ２２、２４…エッジフローバルブ（エッジフロー流量調整手段） ３２、３４…サイドブリードバルブ（サイドブリード流量調整手段） ４１…ヘッドボックス ４４…ワイヤーパート（ワイヤー） ７１…繊維配向計測計 ７２…制御部 ８１…スライスボルト操作部 ８２…エッジフローバルブ操作部 ８３…サイドブリードバルブ操作部 ９１…実繊維配向角プロファイル生成部 ９２…繊維配向角プロファイル比較部 ９３…制御演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるエッジフロー流量調整手段とサイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つの操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、
該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向に直交する速度成分は、端から所定の応答幅だけエッジフロー流量とサイドブリード流量との少なくともいずれか一つの変化に比例して変化するとして設定し、
前記数式モデルから幅方向の繊維配向角プロファイルの変化を予測演算することを特徴とするシミュレーション方法。
【請求項２】
抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるスライスリップ開度調整手段の操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、
該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向の速度成分の変化はスライスリップの開度変化に比例し、前記流れ方向に直交する速度成分の変化は前記スライスリップの開度変化の幅方向差分の平均的な値に比例するとして設定し、
前記数式モデルから幅方向の繊維配向角プロファイルの変化を予測演算することを特徴とするシミュレーション方法。
【請求項３】
抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるスライスリップ開度調整手段及びエッジフロー流量調整手段とサイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つの操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、
該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向の速度成分の変化はスライスリップの開度変化に比例し、前記流れ方向に直交する速度成分の変化は、端から所定の応答幅に渡るエッジフロー流量とサイドブリード流量との少なくともいずれか一つの変化に比例した変化分と、前記スライスリップの開度変化の幅方向差分の平均的な値に比例した変化分との加算であるとして設定し、
前記数式モデルから幅方向の繊維配向角プロファイルの変化を予測演算することを特徴とするシミュレーション方法。
【請求項４】
抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるエッジフロー流量調整手段とサイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つの操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向に直交する速度成分は、端から所定の応答幅だけエッジフロー流量とサイドブリード流量との少なくともいずれか一つの変化に比例して変化するとして設定し、
前記数式モデルによる幅方向の繊維配向角プロファイルの変化の予測演算手段を用いて計算された評価関数に基づき、最適なエッジフロー流量操作量と最適なサイドブリード流量操作量の少なくともいずれか一つを求めることを特徴とする繊維配向制御方法。
【請求項５】
抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるスライスリップ開度調整手段の操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向の速度成分の変化はスライスリップの開度変化に比例し、前記流れ方向に直交する速度成分の変化は前記スライスリップの開度変化の幅方向差分の平均的な値に比例するとして設定し、
前記数式モデルによる幅方向の繊維配向角プロファイルの変化の予測演算手段を用いて計算された評価関数に基づき、最適なスライスリップ開度操作量を求めることを特徴とする繊維配向制御方法。
【請求項６】
抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるスライスリップ開度調整手段及びエッジフロー流量調整手段とサイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つの操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向の速度成分の変化はスライスリップの開度変化に比例し、前記流れ方向に直交する速度成分の変化は、端から所定の応答幅に渡るエッジフロー流量とサイドブリード流量との少なくともいずれか一つの変化に比例した変化分と、前記スライスリップの開度変化の幅方向差分の平均的な値に比例した変化分との加算であるとして設定し、
前記数式モデルによる幅方向の繊維配向角プロファイルの変化の予測演算手段を用いて計算された評価関数に基づき、最適なスライスリップ開度操作量及び最適なエッジフロー流量操作量と最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求めることを特徴とする繊維配向制御方法。
【請求項７】
前記最適なスライスリップ開度操作量及び前記最適なエッジフロー流量操作量と前記最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求めるための前記評価関数として、制御偏差の自乗和を用いることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の繊維配向制御方法。
【請求項８】
前記最適なスライスリップ開度操作量及び前記最適なエッジフロー流量操作量と前記最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求める手段として、前記評価関数に関する最急降下法を用いることを特徴とする請求項７に記載の繊維配向制御方法。
【請求項９】
抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるエッジフロー流量調整手段とサイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つの操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向に直交する速度成分は、端から所定の応答幅だけエッジフロー流量とサイドブリード流量との少なくともいずれか一つの変化に比例して変化するとして設定し、
前記数式モデルによる幅方向の繊維配向角プロファイルの変化の予測演算手段を用いて計算された評価関数に基づき、最適なエッジフロー流量操作量と最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求め、
該最適なエッジフロー流量操作量と該最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つに基づいて前記エッジフロー流量調整手段と前記サイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つが調節されることを特徴とする繊維配向制御装置。
【請求項１０】
抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるスライスリップ開度調整手段の操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向の速度成分の変化はスライスリップの開度変化に比例し、前記流れ方向に直交する速度成分の変化は前記スライスリップの開度変化の幅方向差分の平均的な値に比例するとして設定し、
前記数式モデルによる幅方向の繊維配向角プロファイルの変化の予測演算手段を用いて計算された評価関数に基づき、最適なスライスリップ開度操作量を求め、
該最適なスライスリップ開度操作量に基づいて前記スライスリップ開度調整手段が調節されることを特徴とする繊維配向制御装置。
【請求項１１】
抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるスライスリップ開度調整手段及びエッジフロー流量調整手段とサイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つの操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向の速度成分の変化はスライスリップの開度変化に比例し、前記流れ方向に直交する速度成分の変化は、端から所定の応答幅に渡るエッジフロー流量とサイドブリード流量との少なくともいずれか一つの変化に比例した変化分と、前記スライスリップの開度変化の幅方向差分の平均的な値に比例した変化分との加算であるとして設定し、
前記数式モデルによる幅方向の繊維配向角プロファイルの変化の予測演算手段を用いて計算された評価関数に基づき、最適なスライスリップ開度操作量及び最適なエッジフロー流量操作量と最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求め、
該最適なスライスリップ開度操作量及び該最適なエッジフロー流量操作量と該最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つに基づいて、前記スライスリップ開度調整手段及び前記エッジフロー流量調整手段と前記サイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つが調節されることを特徴とする繊維配向制御装置。
【請求項１２】
前記最適なスライスリップ開度操作量及び前記最適なエッジフロー流量操作量と前記最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求めるための前記評価関数として、制御偏差の自乗和を用いることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の繊維配向制御装置。
【請求項１３】
前記最適なスライスリップ開度操作量及び前記最適なエッジフロー流量操作量と前記最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求める手段として、前記評価関数に関する最急降下法を用いることを特徴とする請求項１２に記載の繊維配向制御装置。
【請求項１】
抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるエッジフロー流量調整手段とサイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つの操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、
該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向に直交する速度成分は、端から所定の応答幅だけエッジフロー流量とサイドブリード流量との少なくともいずれか一つの変化に比例して変化するとして設定し、
前記数式モデルから幅方向の繊維配向角プロファイルの変化を予測演算することを特徴とするシミュレーション方法。
【請求項２】
抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるスライスリップ開度調整手段の操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、
該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向の速度成分の変化はスライスリップの開度変化に比例し、前記流れ方向に直交する速度成分の変化は前記スライスリップの開度変化の幅方向差分の平均的な値に比例するとして設定し、
前記数式モデルから幅方向の繊維配向角プロファイルの変化を予測演算することを特徴とするシミュレーション方法。
【請求項３】
抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるスライスリップ開度調整手段及びエッジフロー流量調整手段とサイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つの操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、
該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向の速度成分の変化はスライスリップの開度変化に比例し、前記流れ方向に直交する速度成分の変化は、端から所定の応答幅に渡るエッジフロー流量とサイドブリード流量との少なくともいずれか一つの変化に比例した変化分と、前記スライスリップの開度変化の幅方向差分の平均的な値に比例した変化分との加算であるとして設定し、
前記数式モデルから幅方向の繊維配向角プロファイルの変化を予測演算することを特徴とするシミュレーション方法。
【請求項４】
抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるエッジフロー流量調整手段とサイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つの操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向に直交する速度成分は、端から所定の応答幅だけエッジフロー流量とサイドブリード流量との少なくともいずれか一つの変化に比例して変化するとして設定し、
前記数式モデルによる幅方向の繊維配向角プロファイルの変化の予測演算手段を用いて計算された評価関数に基づき、最適なエッジフロー流量操作量と最適なサイドブリード流量操作量の少なくともいずれか一つを求めることを特徴とする繊維配向制御方法。
【請求項５】
抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるスライスリップ開度調整手段の操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向の速度成分の変化はスライスリップの開度変化に比例し、前記流れ方向に直交する速度成分の変化は前記スライスリップの開度変化の幅方向差分の平均的な値に比例するとして設定し、
前記数式モデルによる幅方向の繊維配向角プロファイルの変化の予測演算手段を用いて計算された評価関数に基づき、最適なスライスリップ開度操作量を求めることを特徴とする繊維配向制御方法。
【請求項６】
抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるスライスリップ開度調整手段及びエッジフロー流量調整手段とサイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つの操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向の速度成分の変化はスライスリップの開度変化に比例し、前記流れ方向に直交する速度成分の変化は、端から所定の応答幅に渡るエッジフロー流量とサイドブリード流量との少なくともいずれか一つの変化に比例した変化分と、前記スライスリップの開度変化の幅方向差分の平均的な値に比例した変化分との加算であるとして設定し、
前記数式モデルによる幅方向の繊維配向角プロファイルの変化の予測演算手段を用いて計算された評価関数に基づき、最適なスライスリップ開度操作量及び最適なエッジフロー流量操作量と最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求めることを特徴とする繊維配向制御方法。
【請求項７】
前記最適なスライスリップ開度操作量及び前記最適なエッジフロー流量操作量と前記最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求めるための前記評価関数として、制御偏差の自乗和を用いることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の繊維配向制御方法。
【請求項８】
前記最適なスライスリップ開度操作量及び前記最適なエッジフロー流量操作量と前記最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求める手段として、前記評価関数に関する最急降下法を用いることを特徴とする請求項７に記載の繊維配向制御方法。
【請求項９】
抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるエッジフロー流量調整手段とサイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つの操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向に直交する速度成分は、端から所定の応答幅だけエッジフロー流量とサイドブリード流量との少なくともいずれか一つの変化に比例して変化するとして設定し、
前記数式モデルによる幅方向の繊維配向角プロファイルの変化の予測演算手段を用いて計算された評価関数に基づき、最適なエッジフロー流量操作量と最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求め、
該最適なエッジフロー流量操作量と該最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つに基づいて前記エッジフロー流量調整手段と前記サイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つが調節されることを特徴とする繊維配向制御装置。
【請求項１０】
抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるスライスリップ開度調整手段の操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向の速度成分の変化はスライスリップの開度変化に比例し、前記流れ方向に直交する速度成分の変化は前記スライスリップの開度変化の幅方向差分の平均的な値に比例するとして設定し、
前記数式モデルによる幅方向の繊維配向角プロファイルの変化の予測演算手段を用いて計算された評価関数に基づき、最適なスライスリップ開度操作量を求め、
該最適なスライスリップ開度操作量に基づいて前記スライスリップ開度調整手段が調節されることを特徴とする繊維配向制御装置。
【請求項１１】
抄紙原料をワイヤー上に供給する際に、ヘッドボックスにおけるスライスリップ開度調整手段及びエッジフロー流量調整手段とサイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つの操作によるスライスリップ出口の原料速度成分の変化を数式モデルに表し、該数式モデルを、前記抄紙原料の流れ方向の速度成分の変化はスライスリップの開度変化に比例し、前記流れ方向に直交する速度成分の変化は、端から所定の応答幅に渡るエッジフロー流量とサイドブリード流量との少なくともいずれか一つの変化に比例した変化分と、前記スライスリップの開度変化の幅方向差分の平均的な値に比例した変化分との加算であるとして設定し、
前記数式モデルによる幅方向の繊維配向角プロファイルの変化の予測演算手段を用いて計算された評価関数に基づき、最適なスライスリップ開度操作量及び最適なエッジフロー流量操作量と最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求め、
該最適なスライスリップ開度操作量及び該最適なエッジフロー流量操作量と該最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つに基づいて、前記スライスリップ開度調整手段及び前記エッジフロー流量調整手段と前記サイドブリード流量調整手段との少なくともいずれか一つが調節されることを特徴とする繊維配向制御装置。
【請求項１２】
前記最適なスライスリップ開度操作量及び前記最適なエッジフロー流量操作量と前記最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求めるための前記評価関数として、制御偏差の自乗和を用いることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の繊維配向制御装置。
【請求項１３】
前記最適なスライスリップ開度操作量及び前記最適なエッジフロー流量操作量と前記最適なサイドブリード流量操作量との少なくともいずれか一つを求める手段として、前記評価関数に関する最急降下法を用いることを特徴とする請求項１２に記載の繊維配向制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−６３６７５（Ｐ２００８−６３６７５Ａ）
【公開日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２４０００１（Ｐ２００６−２４０００１）
【出願日】平成１８年９月５日（２００６．９．５）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【出願人】（０００１８３４８４）日本製紙株式会社 (981)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月５日（２００６．９．５）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【出願人】（０００１８３４８４）日本製紙株式会社 (981)
【Ｆターム（参考）】
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