JP7104111B2 - ファブリックの特徴を決定するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、製紙用ファブリック（織物）の表面を特性評価することに関する。特定の例では、本発明は、製紙プロセスにおけるウェブの３次元構造の形成に使用されるファブリックの接触表面の特性を決定するための装置、方法、およびシステムに関する。

ティッシュペーパーおよびペーパータオルなどのような紙製品を形成するプロセスでは、製紙ウェブ（製紙原料）が依然として高い変形性を持つ間に、すなわち、製紙ウェブが高い水分含有量を有しているときに、３次元成形が行われる。多くの場合、ウェブのこの３次元成形は、織物であるストラクチャリングファブリック（ｓｔｒｕｃｔｕｒｉｎｇ ｆａｂｒｉｃ）の上で行われる。ファブリックは、ファブリックの糸の中のナックル（経糸が緯糸と交差して組織に織り込まれる交差部であって表面に露出される部分）から構成される接触表面を提供し、ポケットは、ナックル間のファブリック中に形成されている。製紙ウェブがファブリックに適用されるときに、ウェブの一部分がナックルに接触し、ウェブの他の部分がポケットの中へ引き込まれる。ファブリックから除去される前に、ウェブは、その形状が固定またはロックされるような程度まで乾燥させられる。それによって、ウェブがファブリックの中のポケットの中へ引き込まれた場所であるドームが、乾燥したウェブの中に形成され、ドームが、完成した紙製品の中に存在している。したがって、紙製品は、ストラクチャリングファブリックのナックルおよびポケット特性によって部分的に形成された独特な３次元構造を有する。

ストラクチャリングファブリックの接触表面は、完成した製品の形状に直接的に関係するので、ストラクチャリングファブリックの選定は、望まれている製品の形状に基づくことが多い。しかし、ファブリックの単純な目視検査に基づいて、ストラクチャリングファブリックの接触表面を特性評価することは困難である。ファブリックのナックルは容易に見ることができるが、ナックルのサイズを正確に決定することは困難であり、ナックル間のポケットの面積を決定することは困難であり、製紙プロセスの間に製紙ウェブが引き込まれるポケットの深さを決定することは困難であることが多い。そのため、たとえば、ファブリックの糸パラメータに基づく公式を使用して、ファブリックの接触表面の特性を定量化しようと試みる以前の技法が存在している。しかし、そのような公式は、ファブリックによって形成されることになる紙製品構造の正確な予測を可能にするように、ファブリックの接触表面を特性評価するには十分に正確でないことが多いことが見出されている。さらに、接触領域特性は、ファブリックが製紙機械の上で走らされるときに、変化することになることが多い。たとえば、ファブリックの表面上の摩耗は、一般的に、ナックルの長さを増加させることになり、それによって、ファブリックによってウェブの上に与えられることになる構図を変化させる。したがって、最初のファブリック構成に適用される接触表面特性を決定するための公式は、時間の経過とともに摩耗したファブリックに必ずしも適用されることにはならない。

したがって、製紙プロセスにおいて使用されるストラクチャリングファブリックの接触領域特性を正確に特性評価するための技法を提供することが有益であることになる。そのうえ、ファブリックが製紙機械の上に装着されながら、ファブリックが時間の経過とともに摩耗するときの接触領域特性を容易に決定することができる技法を提供することが有益であることになる。

米国特許第７，４９４，５６３号明細書 米国特許第６，３５０，３３６号明細書

第１の態様によれば、本発明は、ファブリックの特徴を決定する方法を提供する。当該方法は、ファブリックの表面の一部分の表現を形成するステップであって、当該表現は、ファブリックの表面の中のナックル（経糸が緯糸と交差して組織に織り込まれる交差部であって表面に露出される部分）およびポケットの場所およびサイズを示す、ステップと、表現に基づいて、ファブリックの表面の一部分のイメージを生成するステップと、プロセッサを有するコンピュータに関連付けられた画面上に、イメージの少なくとも一部分を表示するステップと、表示されたイメージ内でナックルのうちの少なくとも１つの周りに輪郭を描くステップとを含む。方法は、表示されたイメージ内にガイドラインを描くステップであって、ガイドラインが（ｉ）輪郭を描かれたナックルの中心を通過し、（ｉｉ）他のナックルを通過し、（ｉｉｉ）ポケットがナックル間に形成されている場所に対応するイメージの領域を取り囲む形状を形成するように描く、ステップをさらに含む。輪郭およびガイドラインは、非一時的なコンピュータ可読媒体内に保存されているイメージ解析プログラムを使用して描かれる。

第２の態様によれば、本発明は、ファブリックの特徴を決定する方法を提供する。当該方法は、ファブリックの表面の一部分の表現を形成するステップであって、表現は、ファブリックの表面の中のナックルおよびポケットの場所およびサイズを示しており、表現は、ファブリック表面のプリント、および、ファブリックの表面の写真のうちの１つである、ステップを含む。方法は、表現に基づいて、ファブリックの表面の一部分のイメージを生成するステップと、プロセッサを有するコンピュータに関連付けられた画面上に、イメージの少なくとも一部分を表示するステップと、表現の表示内のナックルのサイズおよび場所を決定するステップと、表現の表示内のポケットのサイズおよび場所を決定するステップとをさらに含む。また、方法は、表示されたイメージ内に、ファブリックの表面の一部分に関する単位セルを描くステップであって、単位セルは、ガイドラインによって画定されており、ガイドラインは、（ｉ）ナックルの中心を通過し、（ｉｉ）ポケットがナックル間に形成されている場所に対応するイメージの領域を取り囲む形状を形成する、ステップを含む。ガイドラインによって形成された単位セルの性質に基づいて、ファブリックの表面の少なくとも１つの性質が計算され、輪郭およびガイドラインは、非一時的なコンピュータ可読媒体内に保存されているイメージ解析プログラムを使用して描かれる。

ストラクチャリングファブリックを使用する抄紙機の概略ダイアグラムである。 ストラクチャリングファブリックのセクションの上面図である。 本発明による接触表面プリンティング装置の図である。 本発明による接触表面プリンティング装置の図である。 図３Ａおよび図３Ｂに示されているプリントフォーミング装置のプレスセクションの詳細図である。 本発明によって作製されたストラクチャリングファブリックのプリントの例である。 本発明によって作製されたストラクチャリングファブリックのプリントの例である。 本発明によって作製されたストラクチャリングファブリックのプリントの例である。 本発明によって作製されたストラクチャリングファブリックのプリントの例である。 ストラクチャリングファブリックプリントに関する座標系を確立するステップを示す図である。 ストラクチャリングファブリックプリントに関する座標系を確立するステップを示す図である。 ストラクチャリングファブリックプリントに関する座標系を確立するステップを示す図である。 ストラクチャリングファブリックプリントに関する座標系を確立するステップを示す図である。 ストラクチャリングファブリックプリントに関する座標系を確立するステップを示す図である。 ファブリックのナックルの写真に適用された本明細書の解析技法の適用を示す図である。 ファブリックのナックルの写真に適用された本明細書の解析技法の適用を示す図である。 ファブリックのナックルの写真に適用された本明細書の解析技法の適用を示す図である。 ファブリックのナックルの写真およびプリントに適用される代替的な解析技法を示す図である。 ファブリックのナックルの写真およびプリントに適用される代替的な解析技法を示す図である。 ストラクチャリングファブリックの中のナックルによって取り囲まれたポケットを決定するための解析技法の適用を示す図である。 図８に示されているポケットの深さを決定するための解析技法の適用を示す図である。 紙製品のイメージおよびそのストラクチャリングファブリックに適用された解析技法の適用を示す図である。 紙製品のイメージおよびそのストラクチャリングファブリックに適用された解析技法の適用を示す図である。

本発明は、製紙プロセスにおいて使用されるファブリックの接触表面の特性を決定するための装置、方法、およびシステムに関する。下記の議論から明らかになるように、「ファブリックの接触表面の特性」は、ファブリックの接触表面を構成するナックルおよびポケット構成から結果として生じる接触表面の特性を表している。特定の実施形態では、本発明は、製紙プロセスの中の、ウェブの３次元構造形成に使用されるストラクチャリングファブリックとともに使用するように適合されている。そのようなストラクチャリングファブリックは、たとえば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエステル、ポリアミド、およびポリプロピレンなどから作製される糸によって構築されることが多い。さらに下記に説明されるように、ストラクチャリングファブリックの特定の接触表面は、紙製品の構造に重要な影響を有することになり、本発明は、接触表面の態様を特性評価するための技法を利用する。しかし、本発明は、ウェブの構造形成以外の目的のために使用されるファブリックを含む、製紙プロセスにおいて使用される任意のタイプのファブリックに適用可能であることに留意されたい。

図１は、通風乾燥（ＴＡＤ）製紙プロセスの例を示している。通風乾燥（ＴＡＤ）製紙プロセスでは、ストラクチャリングファブリック４８が、紙製品の３次元構造を形成するために使用されている。プロセスを開始するために、ヘッドボックス２０を通して供給される製紙原料（ｆｕｒｎｉｓｈ）が、フォーミングファブリック２４とトランスファファブリック２８との間に形成されるニップ（ｎｉｐ）の中へジェットで方向付けされる。フォーミングファブリック２４およびトランスファファブリックは、フォーミングロール３２とブレストロール３６との間を通る。フォーミングファブリック２４およびトランスファファブリック２８は、フォーミングロール３２とブレストロール３６との間を通った後に分かれる。次いで、トランスファファブリック２８は、脱水ゾーン４０を通過し、脱水ゾーン４０では、サクションボックス４４が、ウェブおよびトランスファファブリック２８から湿分を除去し、それによって、ストラクチャリングファブリック４８へのウェブの移送の前に、ウェブの濃度を、たとえば、約１０％から約２５％へ増加させる。いくつかの場合では、とりわけ、トランスファファブリック２８がストラクチャリングファブリック４８よりも速く移動する、いわゆるラッシュトランスファによって、ちりめん状となった（ｃｒｅｐｅ）ファブリックのかなりの量がトランスファゾーン５６の中のウェブに与えられるときに、真空アシストボックス５２を通して示されているように、トランスファゾーン５６において、いくらかの量の真空を印加することが有利であることになる。

ウェブは、ストラクチャリングファブリック４８へ移送されるときに、依然として高い含水率を有しているので、ウェブは変形可能であり、ウェブの一部分が、ストラクチャリングファブリック４８を構成する糸間に形成されたポケットの中へ引き込まれ得る（ファブリックの中のポケットの構造は、詳細に下記に説明されることになる）。ストラクチャリングファブリック４８が通風乾燥機６０および６４の周りを通るとき、ウェブの濃度が、たとえば、約６０％から約９０％へ増加させられる。それによって、ウェブは、ストラクチャリングファブリック４８によって、おおむね永久的に形状を与えられ、それは、ドームを含む。ドームは、ウェブがストラクチャリングファブリック４８のポケットの中へ引き込まれた場所である。したがって、ストラクチャリングファブリック４８は、３次元形状をウェブに提供（転写）し、それは、ドーム構造を有する紙製品を結果として生じさせる。

紙形成プロセスを完了するために、平行移動するウェブに接触する直前にヤンキーシリンダー６８の上にスプレーされた接着剤とウェブを接触させることによって、その性質の大きな劣化なしに、ウェブは、ストラクチャリングファブリック４８からヤンキーシリンダー６８へ移送される。ウェブが少なくとも約９６％の濃度に到達した後で、ライトクレーピング（ｌｉｇｈｔ ｃｒｅｐｉｎｇ）が、ヤンキーシリンダー６８からウェブを取り除くために使用される。

図１は、ストラクチャリングファブリックが３次元形状を紙製品に与えるために使用されている１つのタイプのプロセスを示すが、ストラクチャリングファブリックが３次元構造を紙製品に与えるために使用され得る多くの他の製紙プロセスが存在している。たとえば、ストラクチャリングファブリックは、通風乾燥（ＴＡＤ）を利用しない製紙プロセスにおいて使用され得る。そのような非ＴＡＤプロセスの例は、米国特許第７，４９４，５６３号に開示されており、その開示は、その全体が参照により組み込まれている。当業者によって理解されるように、本明細書で開示されている本発明は、任意の特定の製紙プロセスにおいて使用されることに限定されず、むしろ、多種多様な製紙プロセスにおいて使用されるファブリックに適用され得る。

図２は、ストラクチャリングファブリック２００の、ウェブに面する側の一部分の図である。ファブリック２００は、経糸２０２および緯糸２０４を含み、経糸２０２は、ファブリック２００が製紙プロセスにおいて使用されるときに、マシン方向（ＭＤ）に走ることになり、緯糸２０４は、ファブリック２００が製紙プロセスにおいて使用されるときに、クロスマシン方向（ＣＤ）に走る。経糸および緯糸２０２および２０４は、ファブリック２００の構造を形成するように一緒に織られている。図２を見下ろしたときに、ストラクチャリングファブリック２００のウェブに接触する表面において、示されている糸２０２および２０４のいくつかは、製紙プロセスの間にウェブに接触する平面、すなわち、ファブリック２００の接触表面よりも下（奥）にあることに留意されたい。接触表面の平面を画定する糸２０２および２０４の最も上側のポイントは、ナックル２０６および２０８である。すなわち、ナックル２０６および２０８は、フォーミングファブリック２００の実際の接触表面を形成する。ポケット２１０（図２の中に輪郭を描かれている領域として示されている）が、ナックル２０６および２０８の間の領域の中に画定されている。製紙動作の間に、ウェブの一部分は、ポケット２１０の中へ引き込まれ得、上記にも説明されているように、完成した紙製品の中のドームに対応するのは、ポケット２１０の中へ引き込まれるウェブの一部分である。

ストラクチャリングファブリックは、最初は、図２のナックル２０６および２０８などのようなナックルを備えて製造されなくてもよいことに留意されたい。その代わりに、ナックルは、ストラクチャリングファブリックの表面のうちの一方をサンディング（ｓａｎｄｉｎｇ）または研磨することによって形成されることが多い。さらに、ストラクチャリングファブリックが製紙動作において使用されるときに、ストラクチャリングファブリックの表面の上の摩耗が、ナックルの長さをさらに増加させる可能性がある。下記に説明されるように、本発明は、ファブリックが摩耗を受けているときのナックルの特性を含む、ナックルの特性を決定することを提供する。

また、たとえば、経糸および緯糸の織目、ならびに、糸のサイズに応じて、ストラクチャリングファブリックは、多数の形態をとることが可能であることに留意されたい。図２に示されているストラクチャリングファブリック２００は、経糸２０２の上に形成されているナックル２０６と、緯糸２０４の上に形成されているナックル２０８とを含む。これは、ファブリック２００がサンディングされることから、または、ナックルが経糸および緯糸２０２および２０４の両方の上に形成される時点までファブリック２００が摩耗することから、結果として生じさせられる可能性がある。しかし、より少ないサンディングにより、ファブリック２００は、経糸２０２の上にナックル２０６だけを有し、緯糸２０４の上にはナックル２０８を有さないことも可能であり、または、その逆も同様である。ストラクチャリングファブリックの中の緯糸および経糸の多数の構成が当技術分野で知られており、多数の構成が、異なる形状の紙製品がファブリックによって形成されることを可能にする。

ファブリックのナックルによって形成される接触表面のプリント（転写物）を形成するための装置および技法が、図３Ａおよび図３Ｂに示されている。図３Ａは、接触表面プリンティング装置３００の側面図であり、図３Ｂは、接触表面プリンティング装置３００の正面図である。この装置３００は、第１および第２のアーム３０３および３０５を備えるＣ字形状のフレーム構造３０２を含む。第１のプレート３０４が、第１のアーム３０３によって移動可能に支持されており、静止した第２のプレート３０６が、第２のアーム３０５によって支持されている。ファブリックのナックルのプリントが、詳細に下記に説明されるように、第１のプレート３０４と第２のプレート３０６との間に形成される。

第１のプレート３０４は、第２のプレート３０６に向けての第１のプレート３０４の移動を作動させるための液圧式ポンプ３０８に動作可能に接続されている。いくつかの実施形態では、液圧式ポンプ３０８は、手動式であり、第１のプレート３０４が第２のプレート３０６から後退させられることを可能にするためのリリース弁を備える。しかし、ポンプ３０８は、第１のプレート３０４の移動を実現するために、多くの他の形態をとることが可能である。ポンプ３０８は、第１のプレート３０４が第２のプレート３０６に対してプレスされるときにポンプ３０８によって第１のプレート３０４に印加される圧力を測定するためのトランスデューサおよびトランスデューサインジケータ３１０に接続され得る。特定の例として、Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷｉｓｃｏｎｓｉｎのＡｃｔｕａｎｔ Ｃｏｒｐ．によるＥＮＥＲＰＡＣ（登録商標）Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｈａｎｄ Ｐｕｍｐ Ｍｏｄｅｌ ＣＳＴ－１８３８１が使用され得る。圧力トランスデューサの特定の例として、Ｔｅｍｅｃｕｌａ，ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，Ｉｎｃ．製の、対応するインジケータを備えるＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ Ｌｏａｄ Ｃｅｌｌ Ｍｏｄｅｌ ＤＳＭ－５Ｋが使用され得る。当然のことながら、他の実施形態では、ポンプ３０８、ならびに、トランスデューサおよびトランスデューサインジケータ３１０は、単一のユニットへと組み合わせられ得る。

接触表面プリンティング装置３００のフレーム３０２は、フレーム３０２のフロントエンドに隣接するホイール３１２、ならびに、ポンプ３０８および／またはトランスデューサ３１０を保持するために使用され得るマウント３１３を含む。フレーム３１２に設けられる１つまたは複数のホイールは、フレーム３０２が移動することをより容易にする。本発明の実施形態によれば、接触表面プリンティング装置３００の有利な特徴は、その可搬性である。たとえば、図３Ａおよび図３Ｂに示されているような構成によって、プリント装置３００は、製紙機械の上に装着されているファブリックのセクションの周りに容易に移動させられ得る。当業者によって確実に理解されるように、ファブリックが製紙機械に装着されている間にファブリックの接触表面のプリントを形成する能力、および、したがって、下記に説明されている技法にしたがってファブリックを特性評価する能力は、多数の利益を提供する。１つの例としてではあるが、製紙機械の上のファブリックの摩耗は、接触表面プリンティング装置３００を使用することによって容易に監視され、製紙機械の動作の異なる期間の後に、ファブリックのナックルのプリント（転写物）をとることができるように描く。

図３Ａおよび図３Ｂに示されている接触表面プリンティング装置３００は、第１のプレート３０４および第２のプレート３０６を接続するフレーム構造３０２を含むが、他の実施形態では、接触表面プリンティング装置は、そのような単一のフレーム構造３０２を含まなくてもよい。その代わりに、第１および第２のプレート３０４および３０６は、接続されていない構造であってもよく、それは、ファブリックのプリントを形成するために個別に整合させられる。さらなる他の実施形態では、プレート３０４および３０６は、図３Ａおよび図３Ｂに示されているものとは非常に異なる形態をとることが可能である。たとえば、プレート３０４および３０６のうちの一方は、拡大された表面として形成され得るが、他方のプレートは、拡大された表面を横切って転がされる円形構造として形成されている。「プレート」という用語は、本明細書で使用されているように、ファブリックのプリントを作製するためのコンポーネントに接触および／または支持するのに十分な任意の構造を包含する広義の用語である。さらに、上記の説明から明確であるように、任意の実施形態の第１および第２のプレート３０４および３０６の相対運動は反転させられ得、第１のプレート３０４が静止した状態に維持される間に、第２のプレート３０６が移動可能にされるように描く。図４は、図３Ａに示されている接触表面プリンティング装置３００のセクションＡの詳細図であり、装置３００は、ファブリック３１２のセクションのプリントを作製するためにセットアップされている。ファブリック３１２は、プレート３０４とプレート３０６との間に位置決めされており、圧力測定フィルム３１４のストリップが、ストラクチャリングファブリック３１２に対向して位置決めされている。圧力測定フィルム３１４と第１のプレート３０４との間に、１つまたは複数のシートの紙３１６がある。ファブリック３１２と第２のプレート３０６との間に、ゴム３１８のストリップがある。

圧力測定フィルムは、フィルムに力を印加することがフィルムの中のマイクロカプセルを破裂させるように構造化された材料であり、瞬間的で永久的な高分解能イメージを、フィルムの接触された領域の中に作り出す。そのような圧力測定フィルムの例は、日本の東京の富士フィルムホールディングス株式会社によってＰｒｅｓｃａｌｅフィルムとして販売されている。圧力測定フィルムの別の例は、Ｍａｄｉｓｏｎ，Ｎｅｗ ＪｅｒｓｅｙのＳｅｎｓｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．によるＰＲＥＳＳＵＲＥＸ－ＭＩＣＲＯ（登録商標）である。当業者は、他のタイプの圧力測定フィルムが、本明細書で説明されているプリンティング技法において使用され得ることを理解することになる。この点において、下記に説明されている解析技法に関して、圧力測定フィルムは、ファブリックによってフィルムに印加される実際の圧力の指示を提供する必要がないが、むしろ、圧力測定フィルムは、ファブリックのナックルによって形成される接触表面を示すプリントイメージを提供することだけが必要であることに留意されたい。

プレート３０４に印加される圧力は、圧力測定フィルム３１４の上のファブリック３１０のプリントを形成するときに、実際の製紙プロセスにおいてファブリック３１２に対向するウェブに印加されることになる圧力をシミュレートするために選択され得る。すなわち、ポンプ３０８は、プレート３０４の上に（トランスデューサ３１０によって測定されるような）圧力を生成するために使用され得、それは、製紙プロセスにおいてファブリック３１２に対向するウェブに印加されることになる圧力をシミュレートする。図１に関連して上記に説明されている製紙プロセスにおいて、シミュレートされた圧力は、ファブリック４８からヤンキーシリンダー６８に対向するウェブに印加される圧力であることになる。上述の米国特許第７，４９４，５６３号に説明されている方法などのような、いくつかの製紙プロセスでは、ファブリックに対向するウェブに印加される圧力は、一般的に６００ｐｓｉの範囲にある。したがって、この製紙プロセスをシミュレートするために、圧力測定フィルム３１４の中にファブリック３１２のナックルのイメージを形成するときに、６００ｐｓｉの圧力が、液圧式ポンプ３０８によってプレート３０４に印加されることになる。そのような動作に関して、富士フィルムによる中圧１０～５０ＭＰａ用Ｐｒｅｓｃａｌｅフィルムは、ストラクチャリングファブリックのナックルの良好なイメージを提供することが可能であることが見出された。

再び図４を参照すると、紙３１６は、圧力測定フィルム３１４の上に形成されるファブリック３１２のプリントを改善するために、クッションとしての役割を果たす。すなわち、紙３１６は、圧縮性および滑らかな表面を提供し、その結果、ファブリック３１２のナックルが、圧力測定フィルム３１４の中へ「沈む」ことが可能であり、それは、フィルム３１４の中のナックルの高分解能イメージを形成する。これらの性質を提供するために、コンストラクションおよびクラフトは、紙３１６に関して使用され得る紙のタイプの例である。

ゴム３１８のストリップは、ファブリック３１４を支持するための水平な接触表面を生成させる。本発明の実施形態では、プレート３０４および３０６は、鋼などのような金属材料から作製されている。鋼板は、圧力測定紙３１６の中に形成されるファブリックのナックルのプリントの品質を低減させる不完全性を有する可能性が最も高くなる。しかし、プレート３０４とプレート３０６との間で使用される紙３１６およびゴム３１８、ならびに、圧力測定フィルム３１４およびファブリック３１２は、金属製プレート３０４および３０６の表面よりも水平な接触表面を提供し、それによって、より良好なイメージが圧力測定フィルム３１４の中に形成される。紙３１６およびゴム３１８に対する代替例として、他の材料が、装置３００のプレート３０４とプレート３０６との間に水平な表面を提供する構造体として使用され得ることを、当業者は理解することになる。

他の実施形態では、プリントは、圧力測定フィルム以外の材料の中のファブリックのナックルから作製される。フィルムのプリントを形成するために使用され得る材料の別の例は、ワックスペーパーである。ファブリックの接触表面のプリントは、ファブリックの接触表面をワックスペーパーに対してプレスすることによって、ワックス表面の中に作製され得る。ワックスペーパーの中のプリントは、上記に説明されているプリントフォーミング装置３００の中のプレート３０４および３０６を使用して作製され、または、プレートの他の構成によって作製され得る。次いで、ワックスペーパープリントは、下記に説明されるように、圧力測定フィルムプリントと同じように解析され得る。

図５Ａから図５Ｄは、接触表面プリンティング装置３００を使用して、圧力測定フィルムの中に形成されるナックルのプリントの例を示す。これらのプリントでは、ファブリックのナックルの独特な形状およびパターンを見ることが可能である。上記に議論されているように、ナックルは、ファブリックのための接触表面を形成する。したがって、図５Ａから図５Ｄに示されているものなどのような、圧力測定フィルムの中のナックルの高分解能プリントは、ファブリックの接触表面の優良な表現を提供する。

次に、図５Ａから図５Ｄに示されているものなどのような、ナックルのプリントを解析するためのシステムが説明されることになる。システムの中では、グラフィカルな解析が、従来のコンピュータシステムの上で行われることになる。そのようなコンピュータシステムは、通信インフラストラクチャ（たとえば、通信バス、クロスオーバーバーデバイス、またはネットワーク）に接続されている少なくとも１つのコンピュータプロセッサ（たとえば、中央処理装置または複数の処理ユニット）などのような、周知のコンポーネントを含むことになる。コンピュータシステムのさらなるコンポーネントは、表示画面上での表示のためにビデオグラフィック、テキストなどを転送するディスプレイインターフェース（または、他の出力インターフェース）である。コンピュータシステムは、キーボード、マウスデバイス、メインメモリ、ハードディスクドライブ、リムーバブルストレージドライブ、ネットワークインターフェースなどのような、共通のコンポーネントをさらに含むことが可能である。

解析における第１のステップとして、ファブリックのナックルの接触領域のプリントが、フォトスキャナを使用して、コンピュータ可読のイメージへ転換される。任意のタイプのフォトスキャナが、コンピュータ可読のイメージを生成するために使用され得る。しかし、特定の実施形態では、少なくとも２４００ｄｐｉを有するフォトスキャナが、解析のために良好なイメージを提供することが見出された。イメージのスキャンの分解能によって、（下記に説明されるような）イメージング解析プログラムは、正確なスケールをイメージに適用することが可能である。下記に説明されるように、正確なスケーリングが、ストラクチャリングファブリックの表面特性の計算において使用されることになる。

スキャンされたイメージは、下記に説明されている解析を容易にするために、非一時的なコンピュータ可読媒体内に保存され得る。本明細書で使用されているように、非一時的なコンピュータ可読媒体は、一時的な伝搬信号を除いて、すべてのコンピュータ可読媒体を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、たとえば、ディスクドライブ、磁気テープドライブ、光ディスクドライブなどを表すハードディスクドライブおよび／またはリムーバブルストレージドライブを含む。

スキャンされるイメージ、ならびに、下記に説明されている技法にしたがって決定される接触表面スキャンされるイメージの特性は、データベースに関連付けられ得る。本明細書で使用されているように、「データベース」は、コンピュータプログラムが、たとえば、電子ファイリングシステムなど、データの所望のピースを迅速に選択するような方式で組織されたデータの収集を意味している。いくつかの実装形態では、「データベース」という用語は、「データベース管理システム」の省略表現として使用され得る。

スキャンされたプリントイメージの定量的な解析を行うために、イメージ解析プログラムが、ファブリックのナックルのスキャンされたイメージとともに使用される。そのようなイメージ解析プログラムは、たとえば、グラフィカルなイメージとともに働く計算ソフトウェアによって開発される。そのような計算開発ソフトウェアの１つの例は、Ｃｈａｍｐａｉｇｎ，ＩｌｌｉｎｏｉｓのＷｏｌｆｒａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，ＬＬＣによるＭＡＴＨＭＡＴＩＣＡ（登録商標）である。下記に説明されるように、イメージ解析プログラムは、ストラクチャリングファブリックのファブリックプリントイメージ内のナックルを具体的に識別するために使用されることになり、また、ファブリックプリントイメージの公知のスケーリングによって、イメージ解析プログラムは、ナックルのサイズを計算し、ポケットのサイズを推定することが可能である。

スキャンされたイメージを解析するときには、複数のナックルおよびポケットを含む任意のサイズ領域が、下記に説明されている解析のために使用され得る。特定の実施形態では、ファブリックのイメージの１．２５インチ×１．２５インチ（３．１７５×３．１７５センチメートル）の領域が、本明細書で説明されている技法を使用して、ポケットサイズなどのような性質の良好な推定を可能にすることが見出された。とりわけ、イメージが２４００ｄｐｉ分解能（上記に議論されている）を用いて形成されているときに、および、解析のためのイメージの１．２５インチ×１．２５インチ（３．１７５×３．１７５センチメートル）の領域を使用するときに、接触表面の良好な特性評価が行われ得ることが見出された。当然のことながら、他の分解能および／または領域も、良好な結果を提供することが可能である。

図６Ａから図６Ｅは、イメージ解析プログラムを使ったプリントのスキャンイメージの拡大部分において、ナックルを識別するステップを示す。最初に、図６Ａに示されているように、イメージ６００の拡大された部分が、解析プログラムを走らせているコンピュータシステムの表示画面上に見られる。イメージ６０２は、上記に説明されているプリント技法を使用して形成され得、イメージ６０２は、ナックル６０２を示す。解析プログラムによってイメージ６００を使用することともに、イメージ６００のスケーリングが、解析プログラムの中へ入力され得る。そのようなスケーリングは、たとえば、２４００ｄｐｉとして入力され得、それから、解析プログラムはスケールＳＣをイメージ６００に適用することが可能である。次いで、解析プログラムは、下記に説明されているように、スケールを使用して、ナックルのサイズおよび位置を計算することになる。

図６Ｂおよび図６Ｃは、解析プログラムを使用して、特定のナックル６０２Ａを識別するためのステップを示す。ナックル６０２Ａは、拡大されたイメージ６００の中央領域におけるその場所に基づいて最初に選択される。このステップでは、ナックル６０２Ａの粗い輪郭が適用される。長方形ボックス６０４は、解析プログラムの中に保存された形状であることが可能であり、長方形ボックス６０４は、最初に、ナックル識別プロセスを開始させるために、ナックル６０２Ａの周りに適用される。次いで、最初の長方形ボックス６０４形状は、図６Ｃに示されているように、ナックル６０２Ａの形状にマッチングするように、より念入りに精密化させられ得る。このケースでは、端部６０６および６０８は、より丸みを帯びるように、および、したがって、ナックル６０２Ａの端部により正確に対応するように、再度、形決めされる。示されてはいないが、さらなる精密化が、十分なマッチングが行われるまで、ナックル６０２Ａの輪郭に対して行われ得る。そのような精密化は、イメージ６００をさらに拡大することによって行われ得る。

図６Ｄに示されているように、ナックル６０２Ａが輪郭によって識別された後に、ガイドライン６１０および６１２が描かれる。ガイドライン６１０および６１２は、ナックル６０２Ａの中心を通過し、他のナックルの中心を通る真線で延在するようにそれぞれ描かれる。また、特に、ガイドライン６１０および６１２は、ポケットがファブリックの中に形成されている領域を交差しないように描かれており、その領域は、ナックルのグループの間の領域に対応することが知られている。ガイドライン６１０および６１２をナックルの中心の間に真っ直ぐに描くことによって、ガイドライン６１０および６１２は、ナックル間に形成されているポケットの領域を交差しない。

ガイドライン６１０および６１２が描かれた後に、図６Ｅに示されているように、さらなるガイドラインが描かれる。これらのガイドラインは、ガイドライン６１０および６１２と同様に、すなわち、ナックルの中心を通して描かれており、ポケットが形成されている領域を通過しない。ガイドラインを描くプロセスを支援するために、より低い倍率が使用され得る。ガイドラインによって、座標系が、事実上、ナックルの位置に関して確立される。したがって、解析プログラムは、ここで、輪郭６０２Ａに基づいて、ナックルのサイズおよび形状を識別することが可能であり、ガイドラインが交差するポイントによって決定されるものとして、ナックルの場所を識別することが可能である。解析プログラムは、イメージ６００入力のスケールＳＣをさらに有している。したがって、解析プログラムが、輪郭ナックル６０２Ａおよびナックル位置決めにスケールを適用し、ナックルの実際のサイズおよびスペーシングを計算することが可能であることになる。同様に、解析プログラムは、単位長さ当たりにガイドライン６１２がガイドライン６１０に交差するときの数などのような、ガイドラインの頻度を計算することが可能であることに留意されたい。ガイドライン６１０および６１２のそれぞれのセットの頻度は、ファブリックの性質の計算において使用されることになり、本発明の他の態様では、下記に説明されるように使用されることになる。

図６Ｄおよび図６Ｅに示されているように、ナックルは、すべてで同じサイズであり、かつ、すべてで同じ形状であり、ナックルは、ガイドラインに沿って規則的に間隔を置いて配置されていることに留意されたい。これは、驚くことではない。その理由は、製紙機械に関するほとんどのファブリックは、高度に一貫した糸パターンで製造されており、それは、一貫したナックルサイズおよび位置を結果として生じさせるからである。ナックルのサイズ、形状、および設置の一貫性は、単一の選択されたナックルに基づいて、または、識別されたナックルの限定された数に基づいて、ファブリックの接触表面の上のすべてのナックルのサイズおよび形状の正確な推定を可能にしており、また、ナックルのサイズおよび場所の精密な推定が、それぞれのナックルを識別することなく実現され得る。当然のことながら、さらなる精度を実現するために、２つ以上のナックルが、識別され得、輪郭およびガイドラインが、イメージの異なる部分で描かれ得る。

図６Ｅに示されているように、ガイドライン６１０および６１２は、複数の単位セルを画定している。特定の単位セル６１３が、ガイドラインセグメント６１０Ａ、６１０Ｂ、６１２Ａ、および６１２Ｂの間に示されている。単位セル６１３は、事実上、ファブリックの中の最小繰り返しパターン、および、最大許容可能なポケットサイズを示す。図６Ａから図６Ｅに示されているファブリックは、単位セル当たりに約１つの経糸方向ナックルを有しているが、他のファブリックは、単位セル当たりに２つ以上の経糸方向ナックルおよび／または２つ以上の緯糸方向ナックルを有することも可能であることに留意されたい。換言すれば、ナックルパターンによって画定される単位セルは、異なるファブリックパターンによって変化することになる。

当業者には容易に明らかになるように、図６Ａから図６Ｅに示されているステップのいずれかまたはすべては、表示画面上でユーザによって行われ得るか、または、代替として、解析プログラムの実行により行われるように自動化され得るかのいずれかであることが可能である。すなわち、解析プログラムは、イメージの黒ずんだ領域としてナックルを自動的に識別し、ナックルの輪郭を描き、次いで、上記に説明されているように、識別されたナックルに基づいてガイドラインを描くように構成され得る。

選択されたナックルが識別された後に、および、ガイドラインがナックルを通して確立された後に、ファブリックの複数の性質が、解析プログラムによって決定されるナックルサイズおよび位置を使用して計算され得る。そのような計算を行うために、ナックルサイズおよび位置決めデータは、解析プログラムから従来のスプレッドシートプログラムへエクスポートされ、ファブリックの性質を計算することが可能である。解析プログラムによってなされる決定、および、そのような決定から続く計算の例が、表１に示されている。

イメージ６００から得られたファブリックは、経糸条の上のナックル６０２だけを含んでいた。しかし、他のファブリックは、図５Ｂおよび図５Ｄのプリントを形成したファブリックなどのような、緯糸条の上のナックルを含むことが可能である。そのようなファブリックによって、緯糸条の上のナックルは、上記に説明されている輪郭を描く技法を使用して識別され得、ガイドラインは、上記に説明されている技法を使用して、緯糸方向ナックルを通して描かれ得る。

ファブリックの接触表面は、たとえば、接触表面プリンティング装置３００によって形成されるファブリックのナックルのプリント（転写物）を使用することによって特性評価され得るが、他の実施形態では、ファブリックの接触表面のイメージは、異なるように得られ得る。ファブリックのナックルのプリントを形成することの代替例は、ファブリックのナックルを写真に撮り、次いで、写真から形成されたイメージを解析するための上記に説明されている手順および技法を使用することである。この点において、２４００ｄｐｉを有する写真が、本明細書で説明されている技法によって解析されるのに十分に高く低い分解能を提供することが見出されている。

ナックル７０２ａを備える製紙ファブリックの一部分の写真７００の例が、図７Ａに示されており、上記に説明されている解析技法を、写真７００から生成されたイメージに適用することが、図７Ｂおよび図７Ｃに示されている。図７Ａの写真７００は、定規Ｒの隣にファブリック７０１を示す。写真が、解析プログラムとともに使用するためのイメージに転換されるときに、イメージ７００Ａのためのスケールは、写真を撮られた定規Ｒに基づいて入力され得る。すなわち、イメージ７００Ａの中の定規Ｒは、入力を提供し、解析は、その入力から、スケールをイメージに適用することが可能である。表示されるイメージ７００Ａが、スケールＳＣとともに、図７Ｂに示されている。

ファブリックの写真から得られたイメージ内のナックルのサイズおよび場所を識別するために、ファブリックのプリントからのイメージを用いて上記に説明されている同じ技法が使用され得る。たとえば、輪郭を描かれたナックル７０２Ａ、ならびに、ガイドライン７１０および７１２が、図７Ｃのイメージ７００Ａの上に示されている。解析プログラムからのナックルサイジングおよび場所データによって、上記に説明されている計算のすべてが実施され、写真を撮られたファブリック７００の接触表面を特性評価することが可能である。

下記の表２は、ファブリックに関する表面特性の計算の結果を示しており、計算の１つのセットは、ファブリックのプリントから導出されており、第２のセットの計算は、ファブリックの写真から導出されている。

表２に示されている結果は、写真技法を使用して実現される接触表面特性評価計算が、ファブリックのプリントを使用して実現される計算に緊密に対応していることを示す。

上記に説明されている技法は、とりわけ、ガイドラインセグメントによって形成される単位セルの形状が実質的に長方形であるときに、ファブリックの性質の良好な推定を提供する。しかし、ガイドラインによって形成される単位セルの形状が非長方形の平行四辺形である場合には、代替的な技法が、ファブリックの性質のより正確な推定を提供するために使用され得る。この代替的な技法の例が、図８Ａに示されており、それは、上記に説明されているイメージ解析プログラムを使用して、ファブリックの表面の写真から生成されたイメージである。この図では、単位セル８１３は、ガイドラインセグメント８１０Ａ、８１０Ｂ、８１２Ａ、および８１２Ｂによって画定されている。ガイドラインセグメント８１０Ａ、８１０Ｂ、８１２Ａ、および８１２Ｂによって形成される単位セル８１３は、実質的に非長方形の平行四辺形形状である。この平行四辺形において、角度θが、ガイドラインセグメント８１０Ａおよび８１２Ｂが交差する角部Ａにおいて定義され、また、角度θが、ガイドラインセグメント８１０Ｂおよび８１２Ａが交差する角部Ｂで定義される。この角度θは、ガイドラインの配向角度の相違に基づいて、イメージ解析プログラムを使用して、容易に決定され得る。さらに、イメージ解析プログラムは、全体的に上記に説明されているようにイメージのスケールに基づいて、ガイドラインセグメント８１０Ａと８１０Ｂとの間の距離（「ＤＩＳＴ１」）およびガイドラインセグメント８１２Ａと８１２Ｂとの間の距離（「ＤＩＳＴ２」）を決定することが可能である。交差角度θ、ＤＩＳＴ１、およびＤＩＳＴ２を決定すると、単位セル（ＵＣＡ）の面積が、公式（１）または公式（２）のいずれかを使用して計算され得る。
ＵＣＡ＝（ＤＩＳＴ１／ｓｉｎθ）×ＤＩＳＴ２ （１）
ＵＣＡ＝（ＤＩＳＴ２／ｓｉｎθ）×ＤＩＳＴ１ （２）
公式（１）および（２）は、平行四辺形の面積を計算するための標準的な公式、すなわち、面積＝底辺長さ×高さから導出され、ここで、ＤＩＳＴ１またはＤＩＳＴ２は、平行四辺形の高さとして使用されており、次いで、底辺長さは、角度θの正弦、および、ＤＩＳＴ１またはＤＩＳＴ２のうちの他方から計算される。

表３は、非長方形の平行四辺形単位セルの面積計算に基づく代替的な技法を使用するときの、解析プログラムによってなされる決定、および、そのような決定から続く計算の例を示す。

表３の中の特性のいくつかは、表１において上記に説明されているものと同じように決定または計算されているが、ナックル密度、経糸方向または緯糸方向ナックル接触面積の合計、接触面積比、パーセント面積寄与率、ポケット面積推定、およびポケット密度特性は、表１におけるものとは異なって、表３で計算されていることに留意されたい。単位セルの非長方形の平行四辺形形状を考慮することによって、これらの異なる計算は、非長方形の平行四辺形形状の単位セルを有するファブリックの特性のより正確な推定を提供する。

図８Ｂは、上記に説明されている技法を用いて作製されたファブリックのプリントである。このケースでは、ファブリックは、過度に非長方形の単位セルを有しており、単位セルを画定する平行四辺形の角部における角度θの１つは、約１４０度である。説明された第１の技法（それは、平行四辺形形状の単位セルに特別には適合されていない）と、非長方形の平行四辺形単位セルのための技法との間の相違を実証するために、２つのセットの計算が、ファブリックに対して行われ、その結果は、表４に示されている。

表４に示されている性質のいくつかは、２つの計算に関して同じであるが、合計面内接触面積およびポケット密度は異なっていることに留意されたい。非長方形の平行四辺形単位セルに適合された計算方法は、図８Ｂに示されているファブリックの実際に内在する形状および構造により緊密にマッチングする測定を利用することを考慮すると、非長方形の平行四辺形単位セルに特別に適合された計算技法によって決定される合計面内接触面積（すなわち、ナックルに対応するファブリックのパーセンテージ）およびポケット密度は、より正確であることになる。当業者は理解するように、ファブリックの合計面内接触面積およびポケット密度は、ファブリックの製紙性質に大きな影響を及ぼす。したがって、非長方形の平行四辺形計算は、所定のファブリックの重要な性質に関して、より正確な推定を提供する。

製紙ファブリックの別の重要な特性は、製紙プロセスの間にウェブがファブリックの中のポケットの中へ引き込まれ得る深さである。上記に議論されているように、ドームが、最終紙製品の中に形成されており、それは、ファブリックの中のポケットの中へ引き込まれたウェブの一部分に対応している。したがって、製紙ファブリックのポケット深さは、ファブリックを使用して形成される紙製品に直接的に影響を及ぼす。ファブリックのポケット深さを決定するための技法が、ここで説明されることになる。

図９は、ストラクチャリングファブリックの拡大された写真を示す。写真を用いて、および、上記に説明されているイメージ解析プログラムを使用して、４つのナックルＫ１～Ｋ４が識別される。平行四辺形は、ナックルＫ１～Ｋ４を接続するように描かれており、平行四辺形のラインは、ナックルＫ１～Ｋ４の間に形成されているポケット面積を通過しないように描かれている。平行四辺形が描かれた状態で、ナックルＫ１から、ポケットの中心を通って、ナックルＫ３へ至るプロファイル方向ラインＰＬが描かれ得る。プロファイル方向ラインＰＬは、下記に説明されているように、深さ測定器具を使用してポケット深さを決定するために使用されることになる。ナックルＫ１およびナックルＫ３からのプロファイル方向ラインＰＬは、ポケットの中心を通過することに留意されたい。下記に説明されるように、ストラクチャリングファブリックのポケット深さは、製紙プロセスにおいてセルロース系繊維が到達することができるポケットの中の深さとして決定される。図９に示されているファブリックの場合は、最大繊維移行深さは、ポケットの中心にある。したがって、プロファイル方向ラインが、代替として、ナックルＫ２からナックルＫ４へポケットの中心を通って描かれ得、代替的なプロファイル方向ラインが、下記に説明されているポケット深さ決定のために使用され得ることになる。また、異なるストラクチャリングファブリックは、ナックルおよびポケットの異なる構成を有することになるが、プロファイル方向ラインは、プロファイル方向ラインが図９に示されているように決定されるのと同じように、異なるストラクチャリングファブリックに関して容易に決定され得ることを当業者は理解することになる。

図１０は、図９に示されているストラクチャリングファブリックのポケットのプロファイルを決定するために使用されるプログラムのスクリーンショットである。スクリーンショットは、日本の大阪の株式会社キーエンスによって製造されているＶＨＸ－１０００デジタル顕微鏡を使用して形成された。顕微鏡は、これもまた株式会社キーエンスによって提供されるＶＨＸ－Ｈ３Ｍアプリケーションソフトウェアを装備していた。ポケットの顕微鏡イメージが、図１０の上部部分に示されている。このイメージでは、ナックルＫ’１およびＫ’３、ならびに、ナックル間のポケットを容易に見ることが可能である。深さ決定ラインＤＬが、ポイントＤからポイントＣへ描かれており、深さ決定ラインＤＬが、ナックルＫ’１およびＫ’３、ならびに、ポケットの中心を通過している。深さ決定ラインＤＬは、図８に示されているプロファイル決定ラインＰＬを緊密に近似するように描かれている。すなわち、図９に示されているナックルおよびポケットイメージを使用して導出される深さ決定ラインＤＬの検査に基づいて、ユーザは、図１０に示されている顕微鏡イメージ内に深さ決定ラインＤＬを描くことが可能であり、深さ決定ラインＤＬは、ナックルＫ’３およびＫ’１、ならびに、ポケットの中心部分に対応する領域を通過する。

深さ決定ラインＤＬが描かれることにより、デジタル顕微鏡は、次いで、図１０の底部部分に示されているように、深さ決定ラインＤＬに沿って、ポケットの深さプロファイルを計算するように指示され得る。ポケットのプロファイルは、ナックルＫ’３およびＫ’１に対応する領域において最も高くなり、プロファイルは、ポケットの中心においてその最も低いポイントまで落ちる。ポケット深さは、ナックルＫ’３およびＫ’１の高さから開始するものとして、このプロファイルから決定され、ナックルＫ’３およびＫ’１の高さは、深さプロファイルの上のラインＡによってマークを付けられている。この程度の精度に測定されるストラクチャリングファブリックの任意の２つのナックルと同様に、ナックルＫ’３およびＫ’１は、正確に同じ高さを有していない。したがって、高さＡは、ナックルＫ’３およびＫ’１の２つの高さの間の平均として決定される。ポケット深さは、深さプロファイルの最も低いポイントの直ぐ上方のポイントで終了するものとして決定され、それは、深さプロファイルの上にラインＢによってマークを付けられている。当業者は理解するように、ラインＡからラインＢへのポケットの深さは、ウェブの中のセルロース系繊維が製紙プロセスにおいて移行することができるポケットの中の深さにおおよそ対応している。ＶＨＸ－Ｈ３Ｍソフトウェア（上記に議論されている）は、ファブリックの厚さ方向の複数のスライスから完全な深さプロファイルを形成することに留意されたい。また、深さプロファイルを形成する際に、ＶＨＸ－Ｈ３Ｍソフトウェアは、フィルタリング関数を用い、厚さスライスから形成される深さプロファイルを滑らかにすることにも留意されたい。測定されるポケット深さは、ファブリックの中のポケットごとにわずかに変化することになることに留意されたい。しかし、我々は、ストラクチャリングファブリックに関する５つの測定されたポケット深さの平均が、ポケット深さの良好な特性評価を提供することを見出した。

デジタル顕微鏡が、ポケット深さを決定するために、上記に説明されている実施形態において使用されているが、他の器具が、代替として、本明細書で説明されている技法によってポケット深さを決定するために使用され得る。たとえば、他の実施形態では、レーザプロフィロメータ（または、「レーザプロファイラ」）が使用され、上記に説明されているデジタル顕微鏡と同様に、ポケット深さを決定することが可能である。レーザプロファイラは、ポケットの深さプロファイルを決定することが可能であり、ポケットの深さプロファイルは、上記に説明されているように、デジタル顕微鏡を使用して生成された深さプロファイルがポケット深さを決定するために使用されるのと同じように、ポケット深さを決定するために使用され得る。そのようなレーザプロファイラの例は、Ｌｅｉｃｅｓｔｅｒ，Ｕｎｉｔｅｄ ｋｉｎｇｄｏｍのＴａｙｌｏｒ Ｈｏｂｓｏｎ，Ｌｔｄ．によって製造されているＴＡＬＹＳＵＲＦ（登録商標）ＣＬＩ高分解能３Ｄ表面プロファイリングシステムである。さらなる他の実施形態では、インラインレーザプロファイル測定デバイス（「レーザラインスキャナ」）が使用され、本明細書で説明されている技法によって、ファブリックのポケット深さを決定することが可能である。そのようなレーザラインスキャナの例は、株式会社キーエンスによって製造されているＬＪ－Ｖ７０００シリーズ高速インラインプロファイル検査デバイスである。

レーザプロファイラまたはレーザラインスキャナを使用するとき、デジタル顕微鏡に関連して上記に説明されているものと同じステップが、ポケット深さを決定するために使用され得る。すなわち、図９に示されているように、ナックルおよびポケットは、ストラクチャリングファブリックの表面の表現に基づいて決定される。次いで、レーザプロファイラまたはレーザラインスキャナは、１つのナックルから別のナックルへポケットを横切る深さプロファイルを決定するように設定され、すなわち、レーザプロファイラまたはレーザラインスキャナは、図９のラインＰＬのように配向されているラインを横切ってスキャンする。この測定されたプロファイルから、ポケット深さが、図１０に関連して上記に説明されているその方法と同様に決定され得る。レーザプロファイラまたはレーザスキャナによって測定される深さプロファイルの解析を行うために、様々な解析ソフトウェアプログラムが使用され得る。１つの例は、Ｎｏｒｔｈ Ｈｕｎｔｉｎｇｄｏｎ，ＰｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａのＴｒｕｅＧａｇｅによって提供される表面計量ソフトウェアである。

代替的な深さ測定器具のそれぞれ、すなわち、デジタル顕微鏡、レーザプロファイラ、またはレーザラインスキャナは、特定の利点を提供することが可能である。たとえば、デジタル顕微鏡は、ポケット深さの高度に正確な測定を提供することが可能である。他方では、レーザプロファイラは、一般的に、それを用いて作業するのに容易な器具であり、それによって、ポケット深さの迅速な測定を提供することが可能である。別の例として、レーザラインスキャナは、大容量のデータを迅速に収集し、したがって、多くの深さプロファイルを短期間に測定する能力を有している。この点において、本発明の実施形態は、製紙機械の上を走っているストラクチャリングファブリックのポケット深さプロファイルを決定するためにレーザラインスキャナを使用することを含む。この実施形態では、レーザラインスキャナは、マシンの上のストラクチャリングファブリックに隣接して位置決めされ、レーザラインスキャナは、ファブリックがスキャナを通過して進行するときに、ポケット深さプロファイルを測定する。当業者によって理解されるように、製紙機械の中のストラクチャリングファブリックは、毎分３，０００フィート（９１４．４ｍ／ｍｉｎ）よりも速い速度で進行することが可能である。しかし、株式会社キーエンスによる上述のＬＪ－Ｖ７０００シリーズ検査システムなどのようなレーザラインスキャナは、毎秒数千の深さプロファイルを測定する能力を有している。したがって、レーザラインスキャナは、迅速に移動するストラクチャリングファブリックの中のポケット深さを測定する能力を有しており、それによって、ストラクチャリングファブリックが製紙機械の上で実際の使用されている状態で、高度に有用なポケット深さデータを提供する。

ポケット深さを決定するために使用される測定器具および技法にかかわらず、測定されるポケット深さは、ファブリックの中のポケットごとにわずかに変化することになることに留意されたい。一般的に言えば、ストラクチャリングファブリックに関する５つの測定されたポケット深さの平均が、ポケット深さの良好な特性評価を提供することを見出した。当然のことながら、たとえば、測定において望まれる精度のレベルに応じて、平均ポケット深さを決定するために、より多くのまたはより少ない測定が行われ得る。

上記に説明されているポケット深さ決定技法において、ストラクチャリングファブリック自体が、ポケット深さを決定するために使用される。いくつかのケースでは、ファブリックの表現を形成し、次いで、その表現からポケット深さを決定することが、より容易である可能性がある。たとえば、ファブリックのナックルおよびポケット構造の表現は、上記にも説明されているように、ファブリックの接触表面をワックスペーパーに対してプレスすることによって形成され得る。次いで、ファブリックのワックス表現は、上記に説明されている技法のうちの１つを使用してスキャンされ得る。たとえば、レーザラインスキャナが使用され、ワックスプリントの中のナックル間で、ワックスプリントの中の深さを決定することが可能である。

ストラクチャリングファブリックのポケットの有効体積は、ストラクチャリングファブリックの重要な性質であり、それは、上記に説明されている技法のうちの１つにしたがってポケットサイズが計算されると、容易に決定され得ることを当業者は理解することになる。ポケットの有効体積は、ストラクチャリングファブリックの表面におけるポケットの断面積（すなわち、ナックル表面の間）に、製紙プロセスの間にウェブの中のセルロース系繊維が移行することができるポケットの深さを乗じた積である。ポケットの断面積は、上記の表１または表２において説明されているような、ポケット面積（ＰＡ）の推定と同じである。したがって、有効ポケット体積は、ポケット面積推定値と測定されたポケット深さとの積として簡単に計算され得る。

ストラクチャリングファブリックの別の重要な性質は、ファブリックに関する平面的なボリュームインデックス（ｐｌａｎａｒ ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｉｎｄｅｘ）として定義され得る。一般的に言えば、ファブリックを使用して作製される紙製品の柔軟性、吸収性、および厚さ（ｃａｌｉｐｅｒ）は、ファブリックの接触面積、すなわち、製紙プロセスにおいてウェブが接触するファブリックのナックル表面によって形成される面積によって影響を受ける可能性がある。さらに、紙製品の柔軟性、吸収性、および厚さは、ファブリックの中のポケットのサイズによって影響を受ける可能性がある。平面的なボリュームインデックスは、（上記の表１または表２において述べられているような）接触面積比（ＣＡＲ）に有効ポケット体積（ＥＰＶ）を乗じ、それに、１００を乗じたもの、すなわち、ＣＡＲ×ＥＰＶ×１００として計算されるので、平面的なボリュームインデックスは、接触面積およびポケットサイズの指示を提供する。接触面積比および有効ポケット体積は、上記に説明されている技法を使用して計算され得、その後に、ファブリックに関する平面的なボリュームインデックスが、容易に計算され得る。

当業者によって確実に理解されるように、ナックルおよびポケットのサイズおよび密度などのような、ファブリックのナックルおよびポケットの特性を知ることは、ファブリックの深い理解を提供する。特性を使用する用途の１つの例は、特定の接触表面特性と結果として生じる紙製品との間の相関関係を開発することに関与する。相関関係によって、さらなるファブリック構成が開発され得、それらの構成は、製紙機械の上でフルスケールファブリックをテストすることなく特性評価され得る。したがって、ファブリックの接触表面特性を決定するための上記に説明されている技法は、異なるファブリックを試しているファブリック製造業者および／または製紙業者の両方にとって、時間および資源を節約することが可能である。

また、上記に説明されている技法は、製紙ファブリックの上の摩耗を解析する方法においても使用され得る。１つのそのような方法では、ファブリックの一部分の中のナックルの第１の表現が、媒体内で形成される。この第１の表現は、圧力測定フィルムの上のプリントであることが可能であり、または、その表現は、ファブリックの一部分の写真であることが可能であり、カメラの中に保存され得る。ファブリックのナックルの第１のイメージは、たとえば、圧力測定フィルムをスキャンすることによって、または、カメラから写真をダウンロードすることなどによって、第１の表現に基づいて生成される。生成されたイメージから、ファブリックの接触領域に関する少なくとも１つの特性は、上記に説明されているように決定され得る。次いで、ファブリックは、摩耗を受ける可能性がある。ファブリックが製紙機械の上に装着されている場合には、摩耗は、製紙機械を動作させることによって簡単に起こる可能性がある。代替として、摩耗のシミュレーションが、サンディングまたは研磨することによって、ファブリックの上で行われ得る。

ファブリックが摩耗した後で、ファブリックの一部分のイメージを得て、接触表面特性を決定するプロセスが、再び行われる。すなわち、ファブリックの一部分の中のナックルの第２の表現が、媒体内で形成され、それは、第２のイメージを生成するために使用され、第２のイメージは、フィルムの表面特性を決定するために解析される。この点において、第２の表現は、第１の表現と同じファブリックの部分から取られてもよいし、または取られなくてもよい。ファブリックの中のナックルは、摩耗の結果としてサイズが増加することになることが予期されることになる。さらに、新しいナックルが、ファブリックの中に形成され得る。接触表面特性評価の一部として、ナックルサイズの増加は、摩耗の後の第２のイメージの解析と摩耗の前の第１のイメージの解析とを比較することによって定量化され得る。ファブリックを摩耗させ、その後に接触表面特性を決定するというようなプロセスが、任意の回数だけ、および、それぞれの解析の間の任意の所与の量の摩耗を用いて、繰り返され得る。

ファブリックの上の摩耗を解析するさらなる一部は、ファブリックを使用して作製される紙製品を、摩耗に起因する接触表面の変化に相関させることを含む。たとえば、ファブリックの第１の表現がとられる前に、紙製品が、ファブリックを使用して形成される。製品の中のドームのサイズ、または、製品の厚さなどのような、紙製品の性質が、次いで、第１の表現によって形成される第１のイメージの解析を通して決定される接触表面特性と相関させられる。次いで、ファブリックが摩耗を受けた後に、および、ファブリックの第２の表現がとられる前に、第２の紙製品が、ファブリックを使用して形成される。次いで、第２に形成された紙製品の性質は、第２のイメージの解析を通して決定された接触表面特性と相関させられる。したがって、特定のファブリック構成が摩耗するにつれて、形成される紙製品がどのように変化するかの理解が実現され得る。

本発明のさらなる態様では、上記に説明されている技法および方法は、とりわけ、ファブリックが長い期間にわたって製紙機械の上を走った後に、ファブリックの異なる部分を比較するために使用され得る。ファブリックの異なる部分は、ファブリックが製紙機械の中で辿るトラックの中の非一貫性に起因して異なる摩耗を示すことになることが知られている。異なる実施形態によれば、表面特性評価技法は、たとえば、ファブリックが製紙機械の上を走らされる前および後に、ファブリックの異なる部分に適用され得る。代替として、表面特性評価技法は、ファブリックが製紙機械の上に依然として装着されている間に、ファブリックの異なる部分に適用され得る。したがって、ファブリックの異なる部分が製紙機械の中でどのように摩耗するかことの理解が実現され得る。

本発明のさらに別の態様によれば、接触表面特性評価は、特定の３次元構造を備える紙製品を作製するためのファブリックを得るために使用され得る。図１１Ａおよび図１１Ｂは、そのようなプロセスを示す。図１１Ａは、上記に説明されている技法を使用して解析される紙製品のイメージ８００の例を示す。特に、紙製品は、３次元構造を有しており、３次元構造は、ランド領域によって分離されている複数のドームを含む。上記に説明されているように、そのような紙製品は、ストラクチャリングファブリックを使用して作製され得る。しかし、そのような製品を作製するために使用された特定のストラクチャリングファブリック構成が知られていない場合には、本発明による方法が使用されて、ストラクチャリングファブリック構成を識別することが可能である。図１１Ａに示されているように、輪郭８０２Ａは、紙製品のランド領域において解析プログラムを使用することによって、紙製品のイメージの上に描かれ得、それは、紙製品を作製するために使用されたストラクチャリングファブリックのナックルの位置に対応している。さらに、ガイドライン８１２および８１４を含む座標系が、輪郭８０２Ａを通して、および、他のナックルに対応する位置を通して、描かれ得る。紙製品の中のドームは、ストラクチャリングファブリックの中のポケットに対応しており、したがって、座標系は、ドームを通過することなく描かれることに留意されたい。

輪郭８０２Ａが形成され、ガイドライン８１２および８１４を備える座標系が描かれた後に、図１１Ａに示されているように、輪郭８０２Ａおよび座標系は、紙製品の３次元構造を作り出す構成を決定するように、ファブリックのイメージにマッチングさせられ得る。そのようなマッチングの例が、図１１Ｂに示されており、図１１Ｂでは、輪郭８０２Ａ、ならびに、ガイドライン８１２および８１４を備える座標系は、ファブリックのイメージ８００Ａの上に重ね合わせられている。輪郭８０２Ａは、ファブリックの中のナックルのサイズおよび形状にマッチングしており、ガイドラインは、ナックルを通過するが、ファブリックの中のポケットに対応する領域を通過しないことに留意されたい。このマッチングは、イメージ８００Ａに示されているファブリックが、イメージ８００に示されているものと同様の紙製品を作り出すために使用され得ることを示す。

紙製品からの輪郭および座標系を特定のファブリックにマッチングさせることは、公知のファブリックの検索可能なデータベースを生成させることによって容易にされ得る。そのようなデータベースは、ナックルサイズ、場所、ポケットサイズなどのような、ファブリックの以前に決定された接触表面特性を含むことになる。紙製品から形成された輪郭および座標系からのファブリックのナックルおよびポケットに関するサイズおよび位置を決定した後に、データベースは、同様のナックルおよびポケットのサイズおよび位置を備えるファブリックを求めて検索され得る。

紙製品の解析されたイメージをファブリックとマッチングさせるプロセスを容易にするために、紙製品の解析の中で開発された追加的なパラメータが使用され得る。１つのそのような追加的なパラメータは、一方のセットのガイドラインが他方のセットのガイドラインからのガイドラインと交わる頻度である。ガイドラインの「セット」は、平行なガイドラインを表しており、たとえば、ガイドライン８１２、および、それに平行なすべてのガイドラインが、セットを形成することに留意されたい。図１１Ａでは、ガイドライン８１２を含むガイドラインのセットの頻度が計算されることになり、たとえば、１つのガイドライン８１０に沿って測定されるときに、ガイドライン８１０と交わるガイドラインのうちの２つの間の距離を解析プログラムに決定させる。たとえば、ガイドライン８１０と交わるガイドラインが、ガイドライン８１０に沿って測定されるときに、０．１３０ｃｍだけ間隔を離して配置されている場合には、交わるガイドラインは、７．７ｃｍ^－１（１／０．１３０ｃｍ）の頻度を有することになる。ガイドライン８１２のうちの１つに沿ったこのセットのガイドライン間のスペーシング（間隔）を測定することによって、同様の頻度計算が、ガイドライン８１２と交わる他方のセットのガイドラインに関して行われ得る。決定されると、紙製品に関するガイドラインスペーシングの頻度は、ファブリックに関するガイドラインスペーシングの以前に決定された頻度にマッチングさせられ得、それは、検索可能なデータベースの中に保存されてきた。

紙製品から輪郭を描かれたナックルおよびガイドラインを特定のファブリックにマッチングさせるプロセスを容易にするように計算され得る別のパラメータは、基準ラインからのセットのガイドラインに対する角度である。たとえば、図１１Ａの中のスケールラインＳＣは、基準として使用され得、角度αは、スケールラインＳＣとガイドラインの一方のセットとの間で決定され得る。また、スケールラインＳＣからガイドラインの他方のセットへの角度も決定され得る。決定されると、紙製品に関する基準からガイドラインのセットへの角度は、ファブリックに関する基準からガイドラインのセットへの以前に決定された角度にマッチングさせられ得、その以前に決定された角度は、検索可能なデータベースの中に保存されてきたものである。

上記に説明されている方法は、紙製品を公知のファブリックにマッチングさせる観点から説明されているが、他の実施形態は、望まれているがまだ作り出されていない３次元の紙構造の上に作製された公知のファブリックを選択することを含むことが容易に理解されることになる。すなわち、１つまたは複数の輪郭ナックルが、ブランクイメージ内に生成され得、また、ナックルおよびポケットパターンが、ブランクイメージ内にガイドラインを描くことによって生成され得る。次いで、生成されたイメージは、上記に説明されているように、公知のファブリックにマッチングさせられ得る。

さらに別の実施形態では、ファブリックは、紙製品イメージの解析に基づいて、または、ナックルおよびポケット構成を表す生成されたイメージに基づいて、設計および製造され得る。この方法では、経糸および緯糸が、紙製品イメージの解析によって決定されるように、または、ブランクイメージ内に生成されるように、所望のナックルおよびポケット構成に対応するように選ばれる。経糸および緯糸の特定の織目を備えるファブリックを作り出すための技法が、当技術分野で周知である。したがって、ファブリックは、選ばれた経糸および緯糸構成によって作り出され得る。

本発明の他の実施形態では、本明細書で説明されているファブリック特性評価技法が使用され、異なる特性を有する新しい第２の製紙ファブリックを作り出すために、第１の製紙ファブリックの構成を修正することが可能である。これらの実施形態では、第１の製紙ファブリックの少なくとも１つのナックルまたはポケット特性が、上記に説明されている技法によって決定される。特性は、たとえば、上記の表１または表２において説明されている特性のうちの１つまたは複数であることが可能である。さらに、特性は、ポケット深さまたは有効ポケット体積であることが可能であり、それは、上記に説明されている技法にしたがって決定される。決定された特性に基づいて、修正されたファブリック設計が生成され、特性が変化させられる。たとえば、ポケット深さは、第１の製紙ファブリックの中で測定されるポケット深さから増加させられ得る。当業者は、製紙ファブリックの特性を決定する要因を理解することになり、また、そのため、第１の製紙ファブリックの設計が、異なる特性を有する新しい製紙ファブリックを作り出すために、どのように変更させられ得るかことを理解することになる。たとえば、糸直径、糸密度、糸形状、織目、および、糸を一緒に結合させるために使用される熱設定のうちの１つまたは複数などのような、ファブリックの態様は、修正された特性を有する第２の製紙ファブリックを作り出すために変更させられ得る。これらの要因のうちのいくつかを利用する製紙ファブリック製造技法の多くの例のうちの１つは、米国特許第６，３５０，３３６号に見ることが可能であり、その開示は、その全体が参照により組み込まれている。

製紙ファブリック設計の構成を修正するための実施形態に加えて、または、それとともに、ストラクチャリングファブリックを使用して作製された紙製品の特性が、特定の特性を有する製紙ファブリックの開発において使用され得る。たとえば、第１の製紙ファブリックの特性は、上記に説明されている技法を使用して決定され得る。また、第１の製紙ファブリックは、たとえば、上記に説明されている製紙方法を使用して、製紙製品を作製するために使用され得る。次いで、紙製品の特性が決定され得、その後に、第１の製紙ファブリックの決定された特性と相関させられ得る。たとえば、紙製品の中に形成されたドームの密度および高さは、顕微鏡によってドームを調べることによって測定され得る。上記に議論されているように、ドームは、製紙ファブリックのポケットの中に形成される。したがって、製紙ファブリックの中に決定されるポケット密度およびポケット深さは、製紙ファブリックを使用して作製された紙製品の中に見出されるドーム密度およびドーム高さに相関させられ得ることになる。次いで、そのような相関関係が使用され、どのような紙製品が、比較可能な特性を有する別の製紙ファブリックによって作製されることが予期され得るかことを決定することが可能である。さらに、上記に説明されているように、必要に応じて修正された特性を備えた紙製品を作り出すために、調節された特性を備える、新しい製紙ファブリック設計が開発され得る。

本発明は、ある特定の例示的な実施形態において説明されてきたが、本開示を考慮して、多くの追加的な修正例および変形例が、当業者に明らかであることになる。したがって、本発明は、具体的に説明されているもの以外にも実施され得ることが理解されるべきである。したがって、本発明の例示的な実施形態は、すべての観点において、例証的なものであり、制限的なものではないことが考慮されるべきであり、本発明の範囲は、先述の説明によってというよりも、本出願によってサポート可能な任意の特許請求の範囲およびその均等物によって決定されるべきである。

Claims (3)

1. ファブリックを取得する方法であって、
   ３次元構造を有する紙製品のイメージを取得するステップと、
   前記紙製品の前記３次元構造に対応するパターンを決定するステップであって、前記パターンは、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体に保存されたイメージ解析プログラムを使用して前記紙製品の前記イメージを解析することによって決定され、前記パターンには、前記紙製品の製作に用いられたファブリックのナックルに対応する前記紙製品内の複数の位置を示す輪郭の配置パターンを含む、ステップと、
   前記パターンに対応した表面を備えるファブリックを取得するステップであって、前記紙製品の前記輪郭の配置パターン及びファブリックに形成された複数のナックルの輪郭の配置パターンを用いたマッチングにより、決定された前記紙製品の前記パターンに対応するパターンを有するファブリックを選択することによって取得されるステップと、を含む方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記パターンが、前記ファブリック内のナックルのサイズおよび場所、ならびに前記ファブリック内のポケットのサイズおよび場所に対応する、方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、前記ファブリックが、前記パターンと、データベースに格納されている前記ファブリックに関する情報とのマッチングを行うことによって選択される、方法。

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