JP4751189B2 - 煙草充てん密度の図示方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、煙草の充てんプロファイルを明確に図示し、その密集度（strengthening amplitude）および煙草の軸部分（ステム）の断面に対する密集端（strengthened tip）の位置を管理する方法および装置に関する。

一般的に煙草製造業者は、経済的な理由により煙草の密度の低減を行ってきたことが知られている。

その結果、以下の２つの問題が挙がった。
先端の抵抗力をいかに維持するか。
製造品質をいかに維持するか。

これらの双方の問題を解決するために実施されてきた解決策は、最初の（又はすでに増量された）先端の密度を維持し、煙草の中央部の密度のみを減らすというものであった。

その結果、密集度（strengthening amplitude）および断面に対する密集端（strengthened tip）の位置を管理することが必要となった。

この要求に応じるため、出願人はＡＲＣと称される煙草の充てん状態を分析する装置を開発した。

この装置は、反対向きに対向する２つの同軸ポートからなるチューブ状の構成部品の中に置かれた煙草を軸方向に移動できるように設計された。

すなわち、ストロンチウム９０からの放射線（β線）を放出する第１のポートおよび、測定回路に接続されたイオン化チャンバーに向かい合って設けられたこの放射線を受けるポートであり、β線が煙草を通過した後にβ線の減衰が測定され得る。この減衰は、透過した物質の密度の作用によるものであることが理解される。

この装置においてステッピングモータ駆動装置は、チューブ状の構成部品の中の煙草の移動を行う。測定回路は、各段階において双方のポートの中心軸における放射線によって透過された物質の密度を記録する。

この技術は、放射性物質の取り扱いに関する規定による制約によってその後中断された。

本出願人は、比較的厚みの薄い（例えば３ｍｍ）、煙草が通過する超周波調整キャビティからなる他の解決方法を開発した。煙草がキャビティを通過する際の同調周波数のシフトおよび放射された信号の減衰を併用することによって、煙草領域の密度プロファイルをプロットすることが可能となる。

他の場合においては、測定された密度の値が煙草の密度プロファイルのプロットを得るために使用される。

いずれにしても、十分な精度を持ってステムの断面に対する密集端の位置および密集度を判定する手段としての密度プロファイルのプロットの視覚的な表示は困難であり、オペレータに依存するため不確実であると思われる。

故に本発明の目的は、特にこれらのパラメータを機械的に判定することにある。

この目的に対して、本発明は概して２つの対称な密集端および単一の密集端又は、２つの非対称な密集端を有する煙草の密度プロファイルの状態が周期的であり、正弦曲線形状としてモデル化し得るという観測結果に基づく方法を提案している。

この観測結果を検討すると、本発明による方法は、以下の運用手順よりなる。

軸方向の位置ｘに対する密度ｙを示す数学的な正弦波形モデルを構成する。このモデルは、その計算において、煙草領域Ｌ、煙草の全長ＬＴ、フィルタ長ＬＦといったパラメータを使用し、実験的に決定される少なくとも３つの定数Ａ₀、Ａ₁、およびφを使用している。

煙草の長手方向の軸に沿った複数のポイントにおける平均密度Ｄおよび平均湿度Ｈを判定するべく実験的な測定を行う。

測定値から回帰係数Ｒ²を算出する。

位相φおよび上記のパラメータから密集端の位置Ｐを算出する。

先に算出された位置Ｐから断面に対する密集端の変位を算出する。

上記の定数Ａ₁の値から密集指数（strengthening index）を算出する。

発明を実施するための形態

以下に本発明の具体例について添付した図面を参照しつつ説明する。本発明は実施例に限定されない。

図１に示された実施例において、充てんプロファイルを図示し、密集度およびステムの断面に対する密集端の位置を判定する装置は、以下の主要構成部品より成る。

ホッパー１は分配装置２と協働して煙草を１本ずつ供給する。

超周波（hyper frequency）モジュールは、電子ラック３（ウォブレータ）および煙草を導入するチューブと交差するキャビティ４からなり、キャビティ４を通過する煙草５の点密度および湿度の測定を行う。

キャビティ内を通過している間の煙草の定速移動手段は、本実施例において電気モータ７により駆動されるウォームスクリュー６およびこのウォームスクリュー６によって変換駆動されるスプロケットホイール８からなり、このスプロケットホイール８は、回転支持アーム９を有し、その回転運動は電気機械式アクチュエータ１０によってもたらされる。

マイクロコントローラ１１は、超周波モジュール３の制御およびこのモジュール３から供給される情報の前処理を行う。

プロセッサ１２は、例えばＲＳ２３２タイプのリンク１３を介してマイクロコントローラ１１に接続され、またアクチュエータ１０およびスプロケットホイール８の移動工程の両端に位置する２つの終端接点１５、１６に接続する入出力インターフェース１４に接続され、さらにホッパー１と協働する分配装置２のモータに接続する電源回路１７に接続される。このプロセッサ１２は、図示しない従来のインターフェース（表示、印刷、入力等）と協働する。プロセッサ１２は、装置の管理を行い、マイクロコントローラ１１から供給された測定に関連する情報の処理を実行する。

一例として、瞬時の密度および湿度の値は、マイクロコントローラ１１から５０ｍｓ毎にプロセッサ１２に転送され、それは煙草の１ｍｍの移動量に相当し、よって移動速度は２０ｍｍ／ｓに相当する。

この一連の測定の実行の前に、煙草５は図２に図示される如く２つの系に振り分けられる。

すなわち、第１の系Ｆ₁は、設置方向に対して煙草領域の前方にフィルタが位置する。第２の系Ｆ₂は、設置方向に対して煙草領域の後方にフィルタが位置する。

２つの系の測定がなされた後、系Ｆ₂の平均結果は、系Ｆ₁において処理するべく反転される。（設置方向の再設定）

２つの対称な密集端ＢＳ₁、ＢＳ₂を有する煙草の場合、密度プロファイルは周期的であり、その周期は煙草領域の長さに等しい。

この周期性は図３に現れており、密度ｇ／ｌのグラフは、２本の煙草からなるステムとの関連における位置（ｍｍ）に対して図示され、フィルタＦＲは、互いに反対向きに置かれている。実質的な断面Ｃ₁（密集端ＢＲの位置）およびより密度の高い中央部まで伸長している理論上の断面Ｃ₂は、それぞれ実線および破線で示されている。

このグラフは、密度の正弦曲線モデルＭＳ₁のプロットおよび測定された密度の値を結んだ曲線ＭＤ₁からなる。周期的な密度プロファイルは、その周期が煙草領域の長さに等しく示され、以下の等式に適合する。
ｙ＝Ａ₀＋Ａ₁×ｃｏｓ[２×π×（ｘ−φ）／Ｌ]
ここで
ｙ＝密度
ｘ＝位置
Ｌ＝煙草の長さすなわち、全長ＬＴ−フィルタ長ＬＦ
Ａ₀、Ａ₁、φ＝定数

測定点における正弦曲線回帰によって（回帰係数Ｒ²）、密集度および断面Ｃ₂に対する密集端の変位を機械的に判定することが可能となる。（実質的な断面Ｃ₁は、通常、基本的にはステムＴに対応している密集領域の中央に位置する理論上の断面Ｃ₂に対して変位している。）

判定されるパラメータは、
平均湿度Ｈ
平均密度Ｄ
回帰係数Ｒ²

密集端の位置Ｐは、例えば、以下の手順によって取得される。
Ａ₁＜０のときφ＝φ＋０．５×Ｌ
Ｐ＝ｍｏｄｕｌｏ（φ／Ｌ）
Ｐ＜ＬＴ−Ｌ／２のときＰ＝Ｐ＋Ｌ×[ｉｎｔ（（ＬＴ−Ｌ／２−Ｐ）／Ｌ）＋１]

密集端ＢＲの変位は例えば以下の式によって取得される。
ＢＲ＝Ｐ−ＬＴ

密集指数ＩＲは、以下の関係によって取得される。
ＩＲ＝２×｜Ａ₁｜

２つの異なるタイプの煙草が市場に出荷されていると思われ、すなわち、単一の密集端を有する煙草と、２つの対称な密集端を有する煙草である。

前者の場合において、煙草は、その終端に位置する単一の密集端ＢＤを含んでいる。

密度プロファイルおよび断面に対する密集端の位置を判定するために本発明は、このプロファイルが常に周期的であり、この場合その周期は煙草領域の長さの２倍に等しいという観測結果に基づいている。

この周期性は図４に現れており、密度ｇ／ｌのグラフは、図３と同様に、端部と端部が接してフィルタＦＲが互いに反対向きに置かれている２本の煙草からなるステムＴとの関連における位置ｍｍに対して示されている。

ここでもまた、実質的に機能する断面Ｃ１および理論上の断面Ｃ２は実線および破線で示されている。

このグラフは、その周期が煙草領域の長さの２倍に等しい密度の正弦曲線モデルＭＳ₂のプロットと、測定された密度を結んだ曲線ＭＤ₂からなる。

正弦曲線モデルＭＳ₂は以下の等式に適合する。
ｙ＝Ａ₀＋Ａ₁×ｃｏｓ[２×π×（ｘ−φ）／（２×Ｌ）]
ここで
ｙ＝密度
ｘ＝位置
Ｌ＝煙草領域の長さ＝煙草の全長ＬＴ−フィルタ長ＬＦ
φ＝位相

ここでもまた測定点における正弦曲線回帰（回帰係数Ｒ²）によって、密集度および断面に対する密集端の変位を機械的に判定することが可能となる。

判定されるパラメータは、
平均湿度Ｈ
平均密度Ｄ
回帰係数Ｒ²

密集端の位置Ｐは、以下の手順によって取得される。
Ａ₁＜０のときφ＝φ＋Ｌ
Ｐ＝ｍｏｄｕｌｏ[φ／（２×Ｌ）]
Ｐ＜ＬＴ−ＬのときＰ＝Ｐ＋２×Ｌ×[ｉｎｔ（（ＬＴ−Ｌ−Ｐ）／(２×Ｌ)）＋１]

密集端ＢＲの変位は、以下の式によって取得される。
ＢＲ＝Ｐ−ＬＴ

密集指数は以下の式で取得される。
ＩＲ＝２×｜Ａ₁｜

密集端ＢＤを有する煙草製造は、フィルタ側における煙草領域の一定の柔軟性により、繊細であると思われる。

これが、図３に示される２つの対称な密集端を有する煙草と、図４に示される単一の密集端を有する煙草の中間の煙草が出荷されている理由であり、終端側の顕著な密集部と、フィルタ側の平均的な密集部からなる２つの非対称な密集端ＢＡ₁、ＢＡ₂を含む煙草が製造されている。

ここでも、本発明は、この密度プロファイルが周期的であり、その周期は煙草領域の長さの２倍に等しいという観測結果に基づいている。

それは、煙草の長さの２倍に等しい周期における２次の正弦曲線回帰法により、密集度および断面に対する密集端の変位を機械的に判定することを提案している。

正弦曲線モデルは以下の等式に当てはまる。
ｙ＝Ａ₀＋Ａ₁×ｃｏｓ[２×π×（ｘ−φ）／（２×Ｌ）]＋Ａ₂×ｃｏｓ[４×π×（ｘ−φ）／(２×Ｌ)]
ここで
ｙ＝密度
ｘ＝位置
Ｌ＝煙草領域の長さ

判定されるパラメータは、
平均湿度Ｈ
平均密度Ｄ
回帰係数Ｒ²

密集端の位置Ｐは以下の手順によって取得される。
Ａ₁＜０のときφ＝φ＋Ｌ

高密集端（high-strength tip）の最大密度ｙ_Fの式は
ｙ_F＝Ａ₀＋Ａ₂−Ａ₁
低密集端（low-strength tip）の最大密度ｙ_fの式は
ｙ_f＝Ａ₀＋Ａ₁＋Ａ₂
Ａ₁＞０のとき
ｙ_F＝Ａ₀＋Ａ₁＋Ａ₂（高密集端の最大密度）
ｙ_f＝Ａ₀＋Ａ₂-Ａ₁（低密集端の最大密度）

密集端の位置Ｐは以下の手順によって取得される。
Ｐ＝ｍｏｄｕｌｏ[φ／（２×Ｌ）]
Ｐ＜ＬＴ−ＬのときＰ＝Ｐ＋２×Ｌ×[ｉｎｔ（（ＬＴ−Ｌ−Ｐ）／(２×Ｌ)）＋１]

密集端の変位は、以下の関係よって取得される。
ＢＲ＝Ｐ−ＬＴ

最小値 ｍｉｎ＝ｙ（ｘ） ｘ＝φ＋Ｌ／π×Ａｒｃｃｏｓ（−Ａ₁／４／Ａ₂）
高密集指数（High strengthening index）ＩＲ_F＝ｙ_F−ｍｉｎ
低密集指数（Low strengthening index）ＩＲ_f＝ｙ_f−ｍｉｎ

図１に示された装置によって実行された測定の範囲において、図３から図５に図示された実施例によって、優れた結果をもたらし得る。

いずれにしても、本発明はこの解決方法に限定されず、密度測定は、例えば電離放射線技術等（β線技術が制御方法として専ら用いられている。）の他の技術によって実行し得ることが理解される。

本発明による方法を適用した装置の概略図である。 設置方向に沿って示された２本の煙草の斜視図である。 ２つの対称な密集端を有する２本の煙草からなるステムとの関係における密度／位置グラフである。 単一の密集端を有する煙草における図３と同様のグラフである。 ２つの非対称の密集端を有する煙草における図３および図４と同様のグラフである。

Claims (10)

1. 煙草の製造中に実行される密集度（strengthening amplitude）およびステムの断面に対する密集端（strengthened tip(s)）の位置の管理を行いつつ、前記煙草の充てんプロファイルを図示する方法であって、
   軸方向の位置ｘに対する密度ｙの関係を示す数学的正弦波モデルを構成（前記正弦波モデルはその算出において煙草領域Ｌ、煙草の全長ＬＴ、フィルタ長ＬＦをパラメータとし、実験的に決定される少なくとも３つの定数Ａ₀、Ａ₁、およびφを使用している）するステップと、
   前記煙草の長手軸方向に沿った複数のポイントにおいて平均密度Ｄおよび平均湿度Ｈを判定するべく実験的測定を実行するステップと、
   その測定値から回帰係数Ｒ²を算出するステップと、
   前記位相φおよび前記パラメータから前記密集端の位置Ｐを算出するステップと、
   算出された前記位置Ｐから断面に対する前記密集端の変位を算出するステップと、
   前記定数の値から密集指数（strengthening index）を算出するステップと、からなることを特徴とする方法。
2. ２つの対称な密集端を有する煙草の場合において、前記正弦波モデルのプロットが周期的であり、その周期が煙草領域の長さに等しく、前記正弦波モデルのプロットが以下の等式
   ｙ＝Ａ₀＋Ａ₁×ｃｏｓ[２×π×（ｘ−φ）／Ｌ]
   （ｙ＝密度、ｘ＝位置、Ｌ＝煙草の長さすなわち、全長ＬＴ−フィルタ長ＬＦであり、Ａ₀、Ａ₁、φ＝定数）に適合することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記密集端の位置Ｐが
   Ａ₁＜０のときφ＝φ＋０．５×Ｌ
   Ｐ＝ｍｏｄｕｌｏ（φ／Ｌ）
   Ｐ＜ＬＴ−Ｌ／２のときＰ＝Ｐ＋Ｌ×[ｉｎｔ（（ＬＴ−Ｌ／２−Ｐ）／Ｌ）＋１]
   なる手順により取得され、
   前記密集端の変位ＢＲが
   ＢＲ＝Ｐ−ＬＴ
   により取得され、
   前記密集指数ＩＲが
   ＩＲ＝２×｜Ａ₁｜
   により取得されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記煙草がその終端に位置する単一の密集端ＢＤを含む場合において、前記正弦波形モデルＭＳ₂が以下の等式
   ｙ＝Ａ₀＋Ａ₁×ｃｏｓ[２×π×（ｘ−φ）／（２×Ｌ）]
   （ｙ＝密度、ｘ＝位置、Ｌ＝煙草領域の長さ＝煙草の全長ＬＴ−フィルタ長ＬＦ、φ＝位相）に適合することを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記密集端の位置Ｐが
   Ａ₁＜０のときφ＝φ＋Ｌ
   Ｐ＝ｍｏｄｕｌｏ[φ／（２×Ｌ）]
   Ｐ＜ＬＴ−ＬのときＰ＝Ｐ＋２×Ｌ×[ｉｎｔ（（ＬＴ−Ｌ−Ｐ）／(２×Ｌ)）＋１]
   なる手順により取得され、
   前記密集端の変位ＢＲが
   ＢＲ＝Ｐ−ＬＴ
   により取得され、
   前記密集指数ＩＲが
   ＩＲ＝２×｜Ａ₁｜
   により取得されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記煙草が終端側の顕著な密集と、フィルタＦＲ側の平均的な密集とを含む場合において、前記正弦波形モデルが以下の等式
   ｙ＝Ａ₀＋Ａ₁×ｃｏｓ[２×π×（ｘ−φ）／（２×Ｌ）]＋Ａ₂×ｃｏｓ[４×π×（ｘ−φ）／(２×Ｌ)]
   （ｙ＝密度、ｘ＝位置、Ｌ＝煙草領域の長さ）に適合することを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記密集端の位置Ｐが
   Ａ₁＜０のときφ＝φ＋Ｌ
   により取得され、
   高密集端（high-strength tip）の最大密度ｙ_Fが
   ｙ_F＝Ａ₀＋Ａ₂−Ａ₁
   により取得され、
   低密集端（low-strength tip）の最大密度ｙ_fが
   ｙ_f＝Ａ₀＋Ａ₁＋Ａ₂
   により取得され、
   Ａ₁＞０のとき
   ｙ_F＝Ａ₀＋Ａ₁＋Ａ₂（高密集端の最大密度）
   ｙ_f＝Ａ₀＋Ａ₂-Ａ₁（低密集端の最大密度）
   により取得され、
   前記密集端の位置Ｐが
   Ｐ＝ｍｏｄｕｌｏ[φ／（２×Ｌ）]
   Ｐ＜ＬＴ−ＬのときＰ＝Ｐ＋２×Ｌ×[ｉｎｔ（（ＬＴ−Ｌ−Ｐ）／(２×Ｌ)）＋１]
   なる手順により取得され、
   前記密集端の変位が
   ＢＲ＝Ｐ−ＬＴ
   により取得され、
   最小値ｍｉｎが
   ｙ（ｘ）（ｘ＝φ＋Ｌ／π×Ａｒｃｃｏｓ（−Ａ₁／４／Ａ₂））
   により取得され、
   高密集指数（High strengthening index）ＩＲ_Fが
   ＩＲ_F＝ｙ_F−ｍｉｎ
   により取得され、
   低密集指数（Low strengthening index）ＩＲ_fが
   ＩＲ_f＝ｙ_f−ｍｉｎ
   により取得されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 請求項１乃至７のいずれか１に記載の方法を適用する装置であって、
   分配装置（２）と協働して煙草（５）を１本ずつ供給するポッパー（１）と、
   電子ラック（３）（ウォブレータ）と前記煙草（５）を導入するチューブと交差するキャビティ（４）とを含み、前記煙草（５）が前記キャビティ（４）を通過する際に前記煙草（５）の点密度および湿度を測定する超周波（hyper frequency）モジュールと、
   前記煙草が前記キャビティ内を通過する際の前記煙草の定速移動手段と、からなることを特徴とする装置。
9. 前記定速駆動手段が、電気モータ（７）により駆動されるウォームスクリュー（６）と、前記ウォームスクリュー（６）により変換駆動されるスプロケットホイール（８）とを含み、
   前記スプロケットホイール（８）が、電気機械式アクチュエータ（１０）によってもたらされる回転運動を行う回転支持アーム（９）を有することを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 前記超周波モジュール（３）の制御および前記超周波モジュール（３）から供給される情報の前処理を行うマイクロコントローラ（１１）と、
    前記マイクロコントローラ（１１）にＲＳ２３２タイプ等のリンク（１３）を介して接続され、前記アクチュエータ（１０）および前記スプロケットホイール（８）の移動工程の両端に位置する終端接点（１５、１６）に接続する入出力インターフェース（１４）に接続され、前記ホッパー（１）と協働する前記分配装置（２）のモータに接続する電源回路１７に接続されるプロセッサ（１２）をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の装置。

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