JP4010942B2 - 棒状物を形成する充填材の充填密度を検出する装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、棒状物内の充填材の充填密度を検出する装置に係わり、とくにシガレット製造機にて製造されたタバコロッド内の刻タバコの充填密度を検出するうえで好適した検出装置に関する。
背景技術
従来、この種の充填密度検出装置は放射線を使用している。より詳しくは、検出装置は、タバコロッドに向けて放射線を照射し、この放射線が刻タバコを通過する際の減衰度に基づき、刻タバコの充填密度を検出する。
ところで、放射線の使用にはその安全対策上、厳しい管理体制が必要となり、放射線型検出装置の取り扱いは容易ではない。
このようなことから放射線に代えて、赤外線を使用した充填密度検出装置が開発され、その一例がたとえば特公昭８−２２８８号公報に開示されている。この公知の検出装置は複数の赤外線光源および複数の受光器を備えており、これら光源および受光器は、シガレット製造機におけるタバコロッドの水平な送出経路に配置されている。なお、送出経路はシガレット製造機の包装セクションから延びている。
検出装置は、各光源からタバコロッドの外周面に向けて赤外線を照射し、一方、タバコロッドを透過した赤外線またはタバコロッド内の空隙にて拡散した後の赤外線を各受光器により受取り、そして、赤外線の受光量に基づき、刻タバコの充填密度を示す密度信号を出力する。
このような密度信号の出力レベルは、赤外線を透過させる透過法式に比べて、赤外線を拡散させる拡散方式の方が高く、拡散方式の検出装置は刻タバコの充填密度の測定に好適する。したがって、拡散方式の検出装置を使用してタバコロッド内の刻タバコの充填密度を測定すれば、タバコロッド内のソフトスポットを検出することもできる。ここで、ソフトスポットは、刻タバコの充填密度が基準レンジよりも低いタバコロッドの部分を示す。
上記公報に開示されている拡散方式の検出装置（第６図参照）は、赤外線の光源および受光器がタバコロッドの周方向に交互に配置され、しかも、光源同士および受光器同士はタバコロッドを挟み、互いに対向して配置されている。
このため、互いに対向する光源は、タバコロッド内の同一の部分のみを照射することになり、タバコロッドの横断面でみて赤外線の照射領域は少ない。それゆえ、タバコロッド内での赤外線の拡散効率は低く、公知の検出装置はタバコロッドの全横断面に亘り、刻タバコの充填密度をより正解に検出できない。
また、対向する各対の光源のうち、その１つは水平面内に配置されているため、これら光源からタバコロッド内に入射する赤外線は、タバコロッド内にてほぼ上下に積層状態にある刻タバコ間を直接的に通過してしまうことになる。したがって、公知の検出装置はタバコロッド内にて赤外線を良好に拡散させることができず、ソフトスポットの検出精度は低い。
発明の開示
本発明の目的は、放射線以外の管理が容易な検出光を使用し、棒状物内の充填材の充填密度を高精度に検出することができる検出装置を提供することにある。
上述の目的は、本発明の検出装置により達成され、検出装置は、棒状物内に検査光を入射させる光入射手段と、前記棒状物からの検査光を受取る受光手段と、受光手段からの出力により充填材の充填物密度を測定する測定手段とを含み、光入射手段は、棒状物を囲む所定の円弧領域内に、棒状物の周方向に隣接して配置され、棒状物の同一の横断面内にて検査光をそれぞれ入射させる複数の光源を有し、一方、受光手段は、棒状物の周方向でみて円弧領域以外の領域内に各光源と対向することなく配置され、棒状物から前記横断面に沿って放射された検査光を受取り、受光量を示す信号を発生する少なくとも１個の受光器を有する。
上述の検出装置によれば、各光源から棒状物内にそれぞれ入射した検査光は、棒状物内の充填材にて反射し、そして、この反射を繰返すことで、棒状物内の空隙内に拡散する。そして、拡散した検査光は棒状物から放射され、受光器に受取られる。受光器は検査光の受光量に応じた信号を測定手段に供給し、測定手段は受取った信号に基づき、充填材の充填密度を測定する。
各光源からの棒状物内に入射した検査光は、棒状物内への入射方向が互いに異なっているので、検査光は棒状物の横断面でみて広い領域を照射し、横断面のほぼ全域に亘って一様に拡散する。この結果、受光器にて受取られた拡散後の検査光の受光量は、棒状物内における充填物の密度を正確に示す。
光入射手段は４つの光源を含み、これら光源は棒状物の周方向に所定の角度を存して離間している。一方、受光手段は２つの受光器を含み、これら受光器もまた棒状物の周方向に所定の角度を存して離間している。
棒状物がシガレット製造機の包装セクションから水平方向に送出されたタバコロッドであるとき、検出装置は、タバコロッド内の刻タバコの充填密度を測定する。この場合、検出装置の各光源は水平方向以外の方向からタバコロッド内に検査光を入射させるのが好ましい。この場合、検査光がタバコロッド内の刻タバコ間の空隙を反射することなく通過することはなく、タバコロッドからは拡散した検査光のみが放射される。
具体的には、４つの光源は、４５°の角度を存して互いに離間しており、一方、２つの受光器は、９０°の角度を存して離間しており、より好ましくは、光源のうちの２つは棒状物の鉛直な縦断面を挟んで配置され、光源の残りは棒状物の水平な縦断面を挟んで配置されている。この場合、各光源からの検査光はタバコロッド内にて一様に拡散し、そして、受光器はタバコロッドから放射された検査光を良好に受取ることができる。
この場合、受光器の一方は鉛直な縦断面上に配置でき、そして、受光器の他方は水平な縦断面上に配置することができる。
光源および受光器はタバコロッドを囲むホルダに取付けることができ、この場合、これら光源および受光器は１つの検出ユニットを形作る。
各光源は、タバコロッドに検査光としての赤外線を入射させることができる。この場合、赤外線はタバコロッド内の拡散性に優れ、また、その管理も容易となる。
発明を実施するための最良の形態
第１図はシガレット製造機の一部、すなわち、タバコロッドＴの水平な送出経路２を示し、送出経路２は製造機の包装セクションから切断セクションを通過して延びている。
包装セクションは、刻タバコが上下に積層されたタバコストリームをペーパにより包み込んでタバコロッドＴを形成し、タバコロッドＴ内の刻タバコはその上下の積層状態を実質的に維持している。一方、切断セクションはタバコロッドＴを所定の長さ毎に切断してシガレットロッドを形成し、シガレットロッドはフィルタシガレットの製造に使用されるシガレットの２本分の長さを有する。
送出経路２は、タバコロッドＴの通過を許容するロッドガイド４，６，８，１０を含み、これらロッドガイドチューブ形状状又はリング形状をなしている。ロッドガイド４〜１０は、タバコロッドＴの送出方向に順次配置されている。
切断セクション側のロッドガイド１０はチューブ形状をなし、ロッドガイド１０の途中に一実施例の拡散式検出ユニット１４が配置されている。
一方、ロッドガイド６，８間には所定のスペースが確保されており、このスペースに前述した公知の拡散式検出ユニット１２が配置されている。検出ユニット１２は検出ユニット１４の出力結果を評価するために使用される。
第２図は検出ユニット１４の詳細を示し、検出ユニット１４はリング形状のホルダ１６を備え、ホルダ１６はロッドガイド１０の外周を囲んでいる。ホルダ１６は、４個の光源１８，２０，２２，２４と、２個の受光器２６，２８とを備えている。各光源はハロゲンランプであって、赤外線を出射する。一方、各受光器は光電変換器である。
第２図から明らかなように、４個の光源および２個の受光器はホルダ１６の同一の横断面内に配置されている。より詳しくは、光源１８〜２４は、ホルダ１６の周方向に間隔を存して配置され、ロッドガイド１０内に突出する赤外線の出射部１８ａ，２０ａ，２２ａ，２４ａを有している。これら出射部はロッドガイド１０内を通過するタバコロッドＴの周方向に４５°の角度を存して離間している。
それゆえ、ロッドガイド１０には径方向孔３０，３２，３４，３６が形成されており、これら径方向孔もまたロッドガイド１０の周方向に４５°ずつの角度を存して離間し、対応する光源１８〜２４の出射部を受け入れている。径方向孔３０〜３６はロッドガイド１０の内周面に開口しており、これにより、光源１８〜２４からの赤外線は対応する径方向孔を通じてタバコロッドＴの外周面に照射される。
第２図から明らかなように、光源１８，２０はホルダ１６の鉛直な縦断面Ｐ_Ｖを挟んで離間し、これに対し、光源２２，２４はホルダ１６の水平な縦断面Ｐ_Ｈを挟んで離間している。したがって、各光源からの赤外線の出射方向は何れも、タバコロッドＴ内の刻タバコの積層方向に対して交差している。
一方、受光器２６，２８は、ホルダ１６の直径方向でみて、光源１８〜２４とは反対側の領域に配置されている。より詳しくは、受光器２６，２８は縦断面Ｐ_Ｖ、縦断面Ｐ_Ｈ上にそれぞれ配置され、ロッドガイド１０内に突出する受光部２６ａ，２８ａを有している。
それゆえ、ロッドガイド１０は２個の径方向孔３８，４０をさらに有し、これら径方向孔３８，４０は対応する受光器の受光部を受け入れている。径方向孔３８，４０もまたロッドガイド１０の内周面に開口しており、受光器２６，２８の受光部はタバコロッドＴを通過した赤外線を受け取ることができる。
しかしながら、第２図から明らかなように受光器２６，２８は光源１８〜２４の何れとも対向していないので、光源１８〜２４からタバコロッドＴに入射した赤外線がタバコロッドＴ内の刻タバコや空隙を透過し、受光器２６，２８に直接的に到達することはない。ここで、タバコロッドＴ内の空隙率は約６５％から７０％の範囲にある。
第２図に示されるように光源１８〜２４は給電回路４２にそれぞれ電気的に接続されており、一方、受光器２６，２８は測定器４４にそれぞれ電気的に接続されている。給電回路４２から光源１８〜２４に電力が供給されると、各光源はその出射部から赤外線をそれぞれ出射し、これら赤外線は対応する径方向孔３０〜３６を通じてタバコロッドＴ内に入射する。入射した赤外線はタバコロッドＴ内の刻タバコにより反射されながら、その空隙内に拡散し、そして、タバコロッドＴから径方向孔３８，４０を通じて放射され、受光器２６，２８の受光部にそれぞれ受け取られる。
一方、受光器２６，２８は赤外線の受光量に比例した電気信号Ｖ_１，Ｖ_２を測定器４４にそれぞれ供給する。測定器４４は受光器２６，２８からの電気信号Ｖ_１，Ｖ_２に基づき、タバコロッドＴ内の刻タバコの充填密度を示す密度信号Ｓ_Ｄを生成し、シガレット製造機に向けて送信する。
測定器４４は、前述の公報に記載された測定器を使用することができ、それゆえ、測定機４４の具体的な説明は省略する。
第３図に示されているように測定器４４から送信された密度信号Ｓ_Ｄは、シガレット製造機のＡＤ変換ボード４６を介してコントローラ４８に供給され、コントローラ４８はマイクロコンピュータを含む。一方、シガレット製造機の遅れ時間発生器５０からは遅れ時間Ｓ_ＴがＡ／Ｄ変換ボード４６を介してコントローラ４８に供給される。
ここで、遅れ時間発生器５０は、検出ユニット１４から切断セクションの下流に設けられたシガレットロッドの排除装置５２までの距離と、タバコロッドＴ、すなわち、シガレットロッドの現在の送出速度とに基づいて遅れ時間Ｓ_Ｔを演算し、この遅れ時間Ｓ_Ｔは検出ユニット１４を通過したタバコロッドＴの部位がシガレットロッドとして排除装置５２に到達するまでに要する時間を示している。
コントローラ４８に密度信号Ｓ_Ｄが供給されると、コントローラ４８は、密度信号Ｓ_Ｄと基準レンジとを比較する。密度信号Ｓ_Ｄが基準レンジよりも小さい場合、つまり、刻タバコの充填密度が基準充填密度よりも低すぎる場合、コントローラ４８はタバコロッドＴ内に刻タバコの充填密度が低いソフトスポットが存在していると判定し、この判定時から遅れ時間Ｓ_Ｔの経過後に、排除信号ＥをＡ／Ｄ変換ボード４６を介して排除装置５２に供給する。
排除装置５２は排除信号Ｅを受け取ると、直ちに作動し、ソフトスポットを含むシガレットロッドを送出経路２の外側に排除する。
前述したように４つの光源１８〜２４は、タバコロッドＴの周方向に４５°ずつの角度を存して離間しているので、各光源からの赤外線は、タバコロッドＴの周方向でみて、約１３５°の外周域からタバコロッドＴ内に入射する。それゆえ、第４図から明らかなように、タバコロッドＴ内に入射する赤外線は、タバコロッドＴのほぼ全横断面をカバーするように、タバコロッドＴ内に向けられている。タバコロッドＴ内に入射した赤外線はその内部の刻タバコにより反射され、そして、この反射が繰り返されることで、タバコロッドＴ内の空隙内に一様に拡散する。
それゆえ、タバコロッドＴ内にて一様に拡散した赤外線はロッドガイド１０の径方向孔３８，４０を通じて漏れ出し、この漏れ出した赤外線が受光器２６，２８にそれぞれ受け取られる。ここで、受光器２６，２８が受け取る赤外線はタバコロッドＴ内にて一様に拡散しているから、受光器２６，２８にて受取った赤外線の受光レベルは刻タバコの充填密度を正確に示し、この結果、タバコロッドＴ内のソフトスポットを高精度に検出することができる。
また、光源１８〜２４からの赤外線はタバコロッドＴ内に水平に入射しないので、赤外線がタバコロッドＴ内の空隙を直接通過して、受光器２６，２８に向かうこともない。したがって、受光器２６，２８は、タバコロッドＴ内にて拡散された赤外線のみを受け取ることができ、この結果、受光器２６，２８が受け取る赤外線の受光量は刻タバコの充填密度を正確に示す。
第５図〜第７図は、本発明の検出ユニット１４および前記公報の検出ユニット１２を同時に使用して、シガレットロッド内の刻タバコの充填密度をそれぞれ測定した結果を示す。第５図〜第７図中、本発明の検出ユニット１４を使用して得られる密度信号波形は実線で示され、一方、公知の検出ユニット１２を使用して得られる密度信号波形は破線で示されている。
第５図〜第７図から明かなように、本発明の検出ユニット１４を使用すれば、公報の検出ユニット１２を使用した場合に比べ、密度信号の出力レベルは全般的に高くなり、高精度な充填密度の測定が可能となる。なお、第５図〜第７図中、１点鎖線のサークルはソフトスポットの存在を示す。
本発明は上述の一実施例に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。
たとえば、光源および受光器の数は例示したものに限られるものではない。
また、本発明の検出装置は、ソフトスポットの検出以外に、シガレットロッド内の平均充填密度の測定にも使用できる。この場合、平均充填密度の測定結果に基づき、タバコストリームのためのトリミング装置を制御することができる。トリミング装置は包装セクションの上流に配置され、タバコストリームにおける刻タバコの積層厚さを調整する。
さらに、本発明の検出装置は刻タバコ以外の充填密度、たとえば第８図に示されるようにフィルタロッドの製造機に組込むことも可能である。フィルタロッドの製造機はその包装セクションにて、繊維状のフィルタ材をペーパにより包み込んでフィルタロッドＦを製造するものであり、包装セクションの構成はシガレット製造機と同様である。
この場合、前述した検出ユニット１４は包装セクションから切断セクションに向けて水平方向に送出されるフィルタロッドＦを案内するロッドガイド５４に配置され、フィルタロッドＦ内のフィルタ材の充填密度を同様にして検出する。
【図面の簡単な説明】
第１図は、シガレット製造機に本発明の検出ユニットが組込まれる場合、検出ユニットの配置位置を示した図、
第２図は、第１図の検出ユニットの横断面、
第３図は、第１図の検出ユニットを使用して、シガレット製造機の排除装置を制御する回路を示した図、
第４図は、各光源からタバコロッド内に入射する赤外線の入射領域を模式的に示した図、
第５図〜図７は、本発明の検出ユニットと公知の検出ユニットとの間での検出性能の比較結果をそれぞれ示したグラフ、
第８図は、フィルタロッドの製造機に本発明の検出ユニットを組込んだ例を示す図である。

Claims (11)

1. 棒状物を形成する充填材の充填密度を検出する装置は、
   前記棒状物内に検査光を入射させる光入射手段であって、前記棒状物を囲む所定の円弧領域内に、前記棒状物の周方向に隣接して配置され、前記棒状物の同一の横断面内にて前記検査光をそれぞれ入射させる複数の光源を含む、光入射手段と、
   前記棒状物からの検査光を受取る受光手段であって、前記棒状物の周方向でみて前記円弧領域以外の領域内に前記各光源と対向することなく配置され、前記棒状物から前記横断面に沿って放射された検査光を受取り、受光量を示す信号を発生する少なくとも１個の受光器を含む、受光手段と、
   前記受光手段からの信号に基づき、前記充填材の充填物密度を測定する測定手段と
   を含む。
2. 請求項１の装置において、
   前記光入射手段は４つの光源を含み、これら光源は前記棒状物の周方向に所定の角度を存して離間し、
   前記受光手段は２つの受光器を含み、これら受光器は前記棒状物の周方向に所定の角度を存して離間している。
3. 請求項２の装置において、
   前記棒状物は、シガレット製造機の包装セクションから水平方向に送出されたタバコロッドであり、
   前記装置は、前記タバコロッド内の刻タバコの充填密度を測定する。
4. 請求項３の装置において、
   前記各光源は水平方向以外の方向から前記タバコロッド内に前記検査光を入射させる。
5. 請求項４の装置において、
   前記４つの光源は、４５°の角度を存して互いに離間している。
6. 請求項５の装置において、
   前記２つの受光器は、９０°の角度を存して離間している。
7. 請求項５の装置において、
   前記光源のうちの２つは前記棒状物の鉛直な縦断面を挟んで配置され、前記光源の残りは、前記棒状物の水平な縦断面を挟んで配置されている。
8. 請求項７の装置において、
   前記受光器の一方は前記鉛直な縦断面上に配置され、前記受光器の他方は前記水平な縦断面上に配置されている。
9. 請求項８の装置において、
   前記光源および前記受光器はタバコロッドを囲むホルダに取付けられている。
10. 請求項３の装置において、
    前記各光源は、前記タバコロッドに検査光としての赤外線を入射させる。
11. 請求項２の装置において、
    前記棒状物は、フィルタロッド製造機の包装セクションから水平方向に送出されたフィルタロッドであり、
    前記装置は、前記フィルタロッド内のフィルタ材の充填密度を検出する。

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