JP7404544B2 - タバコロッド温度測定装置及びタバコロッド温度測定方法 - Google Patents
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Description
本発明は、タバコの技術分野に属し、具体的には、タバコロッド温度測定装置及びタバコロッド温度測定方法に関する。
タバコロッドの成形プロセスにおいて、巻紙で刻みタバコを包み込んで、糊付けしてヒータで乾燥接着させた後、成形セクションにより成形されたタバコロッド連続体を、重量の測定、カッタによる切断を経てフィルタ接合工程に送り、フィルタと巻き合わせて完成品タバコを得る。
成形セクションにより成形されたタバコロッドは現在、重量又は密度の測定のみが行われているが、温度などの他のパラメータの測定は行われていない。しかし、タバコロッド内の刻みタバコの水分含有量、ヒータの温度などはタバコロッドの品質に大きな影響を及ぼす。タバコロッドの温度は、各タバコ製造機におけるヒータの温度設定が一致しているかどうか、発熱管とヒータとの間の伝熱速度が一致しているかどうか、タバコロッドとヒータの接触度が異なるため、ヒータとタバコロッドとの間の熱伝達量が一致しているかどうかなどの要因の影響を受ける。
上記の要因の差異は完成品タバコの喫煙品質に影響を与えており、異なる機器で或いは同じ機器の異なる時間で同じタバコを製造してもある程度品質の差が生じるので、タバコロッドの成形プロセスにおいてタバコロッドの温度測定が特に必要となり、タバコロッドの温度を効果的に測定することで、接着不良による品質問題を減らすことができる。タバコに対する品質要求が高まるにつれて、タバコ製造機の成形セクションの出口におけるタバコロッドのパラメータの測定や正確な制御がより多く求められており、特に、完成品タバコの品質の安定性や均一性を確保するために、タバコロッドの温度の正確な測定や制御が求められている。
タバコロッドの製造は連続的に行われる。タバコロッドが連続的かつ迅速に移送される際に、タバコロッドが接着用ヒータに接触する位置によって、タバコロッドの周面には異なる温度分布が形成される。従来技術では、タバコ製造機におけるタバコロッドの温度測定は赤外線サーモグラフィ又はスポット赤外線放射温度計を使用して手作業で行うしかなかったが、タバコロッドが円柱状であり、その形状の影響を受けて、赤外線サーモグラフィではタバコロッド周面の一部領域の温度しか測定できず、他部領域の温度を測定することはできないので、タバコロッド周面全体の温度測定の精度が低下してしまう。
以上の問題を解決するために本発明を提出する。
本発明は、タバコロッド温度測定装置及びこのタバコロッド温度測定装置を用いてタバコロッドの温度を測定する方法を開示した。本発明のタバコロッド温度測定装置は、環状温度測定法を採用して温度を測定し、タバコロッドの周面全体の各位置の温度を測定し、処理を経てタバコロッド周面の３６０°環状線の平均温度を得ることができる。均一な速度で連続的に通過するタバコロッドに対して、タバコロッド温度測定装置は、所定期間内のタバコロッド連続体の周面全体の温度を測定することができる。このタバコロッド温度測定装置を使用することにより、タバコロッドの周面全体の温度を正確に測定することができ、測定結果に基づいてヒータの温度設定を正確に制御することができ、タバコの品質を安定させることができる。
本発明の第１の態様は、複数の円筒状凸レンズを備え、円筒状凸レンズの構造は、円形凸レンズ面の垂直中心線を通る平面により切断された近似楕円断面が、この近似楕円断面の長軸の所定距離離れた平行線を中心に一周することで形成された、中間部が最も厚く両端部が最も薄い筒状体であるタバコロッド温度測定装置を開示した。
好ましくは、複数の円筒状凸レンズが同軸に配置され、複数が２つ以上であり、円筒状凸レンズは両凸レンズ又は平凸レンズであり、その曲率半径が２～６０ｍｍである。
好ましくは、円筒状凸レンズが３つであり、内側から外側にそれぞれ第１円筒状凸レンズＴ１、第２円筒状凸レンズＴ２及び第３円筒状凸レンズＴ３であり、第１円筒状凸レンズＴ１の内径が７～１５ｍｍ、第２円筒状凸レンズＴ２の内径が１５～６０ｍｍ、第３円筒状凸レンズＴ３の内径が２０～１２０ｍｍである。
好ましくは、タバコロッド温度測定装置は、円筒状回折格子Ｓ及び円筒状赤外線検出器Ｄをさらに備え、円筒状回折格子Ｓは、複数の円筒状凸レンズの外周に配置され、円筒状赤外線検出器Ｄは、複数の円筒状凸レンズの環状焦点に位置するように、円筒状回折格子Ｓの外周に配置され、複数の円筒状凸レンズ、円筒状回折格子及び円筒状赤外線検出器が同軸に配置される。
好ましくは、円筒状回折格子の内径が最も外側の円筒状凸レンズの外径より１ｍｍ以上大きく、円筒状赤外線検出器の内径が円筒状回折格子の外径より１ｍｍ以上大きい。
好ましくは、円筒状赤外線検出器は、波長５～１０μｍの赤外線を検出して温度を測定する。
好ましくは、タバコロッド温度測定装置は、タバコロッド通路側内殻Ｋｎ及び外殻Ｋｗをさらに備え、タバコロッド通路側内殻Ｋｎは、最も内側の円筒状凸レンズ内に円筒状凸レンズ、円筒状回折格子及び円筒状赤外線検出器と同軸に配置され、外殻Ｋｗは円筒状赤外線検出器の外周を囲む。
好ましくは、円筒状凸レンズ及びタバコロッド通路側内殻Ｋｎの材質が遠赤外線石英ガラス、赤外線透過ポリエステル（ＰＣ）、透明アクリル、その他透明樹脂又は８－１４ＵＭシリコンレンズのいずれかであり、円筒状回折格子の材質が赤外線サーモグラフィ用回折格子材料であり、円筒状赤外線検出器の材質がアモルファスシリコンである。
本発明の第２の態様は、上述したタバコロッド温度測定装置を使用し、
タバコ製造機の成形セクションの出口におけるタバコロッドをタバコロッド通路側内殻Ｋｎに挿入し、複数の円筒状凸レンズでタバコロッド周面のある３６０°環状線の赤外線を合焦した後、円筒状回折格子Ｓで他の干渉光を除去して、波長５～１０μｍの赤外線を円筒状赤外線検出器Ｄに投射して環状焦点を形成し、環状焦点上で複数の温度測定点を等間隔に選択し、処理を経てタバコロッド周面の３６０°環状線の平均温度を得る段階と、
均一な速度で連続的に通過するタバコロッドに対して、タバコロッド温度測定装置は、連続的な環状焦点として、所定期間内のタバコロッド連続体の周面全体の温度を赤外線検出器Ｄで測定して、１フレーム／１２秒以上の周波数の環状焦点の環状線を選択して温度を測定した後、処理を経て連続的な平均温度曲線を得、即ち所定期間内のタバコロッド連続体の周面全体の温度を得る段階と、を含むタバコロッド温度測定方法を開示した。
タバコ製造機の成形セクションの出口におけるタバコロッドをタバコロッド通路側内殻Ｋｎに挿入し、複数の円筒状凸レンズでタバコロッド周面のある３６０°環状線の赤外線を合焦した後、円筒状回折格子Ｓで他の干渉光を除去して、波長５～１０μｍの赤外線を円筒状赤外線検出器Ｄに投射して環状焦点を形成し、環状焦点上で複数の温度測定点を等間隔に選択し、処理を経てタバコロッド周面の３６０°環状線の平均温度を得る段階と、
均一な速度で連続的に通過するタバコロッドに対して、タバコロッド温度測定装置は、連続的な環状焦点として、所定期間内のタバコロッド連続体の周面全体の温度を赤外線検出器Ｄで測定して、１フレーム／１２秒以上の周波数の環状焦点の環状線を選択して温度を測定した後、処理を経て連続的な平均温度曲線を得、即ち所定期間内のタバコロッド連続体の周面全体の温度を得る段階と、を含むタバコロッド温度測定方法を開示した。
１、本発明は円筒状凸レンズをはじめて構成し、構成した円筒状凸レンズに基づいてタバコロッド温度測定装置を設計し、タバコロッド周面の温度を正確に測定するために有効な技術的手段を提供し、オンラインで製造されるタバコロッドの周面全体の温度測定という空白を埋め、測定結果が正確で信頼できる。
２．本発明のタバコロッド温度測定装置の原理及び構造に基づいて、食品、円柱状流体、ストリップ状流動物のような環状製品の周面の温度測定に適する装置を開発することができる。したがって、本発明の装置は幅広い用途に使用可能である。
２．本発明のタバコロッド温度測定装置の原理及び構造に基づいて、食品、円柱状流体、ストリップ状流動物のような環状製品の周面の温度測定に適する装置を開発することができる。したがって、本発明の装置は幅広い用途に使用可能である。
本発明の構造的特徴及び達成される効果をさらに理解し認識するために、以下、実施例により図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
図３の本発明のタバコロッド温度測定装置の円筒状凸レンズの中心軸に沿った軸方向断面図（上）、及び円筒状凸レンズの中心軸に垂直な径方向断面図（下）に示されるように、本発明のタバコロッド温度測定装置は、タバコ通路側内殻Ｋｎ、第１円筒状凸レンズＴ１、第２円筒状凸レンズＴ２、第３円筒状凸レンズＴ３、円筒状回折格子Ｓ及び円筒状赤外線検出器Ｄを備える。
本実施例のタバコロッド温度測定装置は、２つの円筒状両凸レンズが同軸に配置され、内側から外側にそれぞれ第１円筒状凸レンズＴ１、第２円筒状凸レンズＴ２であり、第１円筒状凸レンズＴ１の内径が１２ｍｍ、外径が１９．６ｍｍ、第２円筒状凸レンズＴ２の内径が２０ｍｍ、外径が２７．６ｍｍであり、曲率半径がいずれも２５ｍｍである。
図１及び図２に示されるように、円筒状凸レンズの構造は、円形凸レンズ面の垂直中心線を通る平面により切断された近似楕円断面が、この近似楕円断面の長軸の所定距離離れた平行線を中心に一周することで形成された、中間部が最も厚く両端部が最も薄い筒状体である。
図３に示されるように、第２円筒状凸レンズＴ２の外周に、他の干渉光を除去するための、内径が８９．６ｍｍ、外径が９０．６ｍｍである円筒状回折格子Ｓが設けられ、円筒状回折格子Ｓの外周に、内径が９５．６ｍｍ、外径が９７．６ｍｍである円筒状赤外線検出器Ｄが設けられる。即ち、円筒状回折格子Ｓが２つの円筒状凸レンズの外周に配置され、円筒状赤外線検出器Ｄが円筒状回折格子Ｓの外周に配置され、２つの円筒状凸レンズ、円筒状回折格子及び円筒状赤外線検出器が同軸に配置され、円筒状赤外線検出器Ｄが複数の円筒状凸レンズの環状焦点に位置する。タバコロッド通路側内殻Ｋｎは、最も内側の円筒状凸レンズ内に２つの円筒状凸レンズ、円筒状回折格子及び円筒状赤外線検出器と同軸に配置され、内径が１０ｍｍ、外径が１１ｍｍであり、外殻Ｋｗは円筒状赤外線検出器の外周を囲む。
本発明は、波長１０μｍの赤外線を検出して温度を測定する。本発明のタバコ通路側内殻Ｋｎ、第１円筒状凸レンズＴ１、第２円筒状凸レンズＴ２、円筒状回折格子Ｓ及び円筒状赤外線検出器Ｄの筒状体の長さがいずれも３０ｍｍである。本発明に係る装置は、図示されていないコントローラ、ディスプレイなどの部品をさらに備え、合焦要件又は装置の体積要件に応じて、第３円筒状凸レンズＴ３、第４円筒状凸レンズＴ４などを配置することもできる。使用される円筒状凸レンズの数が多くなると、タバコロッド温度測定装置の体積を減らすことができるが、温度測定結果の精度も低下する。
本発明のタバコロッド通路側内殻Ｋｎの材質は赤外線が透過可能なポリエステル（ＰＣ）であり、第１円筒状凸レンズＴ１及び第２円筒状凸レンズＴ２の材質は８－１４ＵＭシリコンレンズであり、円筒状回折格子の材質は赤外線サーモグラフィ用回折格子材料であり、円筒状赤外線検出器はアモルファスシリコンフォトレジスターであり、外殻Ｋｗの材質はステンレス鋼である。
本発明のタバコロッド温度測定装置を使用してタバコロッドの温度を測定する方法は、
タバコ製造機の成形セクションの出口におけるタバコロッドをタバコロッド通路側内殻Ｋｎに挿入し、複数の円筒状凸レンズでタバコロッド周面の赤外線を合焦した後、円筒状回折格子Ｓで他の干渉光を除去して、波長５～１０μｍの赤外線を円筒状赤外線検出器Ｄに投射して環状焦点を形成し、環状焦点上で複数の温度測定点を等間隔に選択し、処理を経て平均温度を得、
処理方法は、タバコ製造機の成形セクションの出口で、巻装直後のタバコロッドの周面のある３６０°環状線から複数の温度測定点を等間隔に選択して温度を測定し、下記式：
（式中、Ｔ平均はタバコロッド周面のある環状線の平均温度であり、ｎは温度測定点の数であり、Ｔｉは各温度測定点の温度であり、Ｋ１は温度損失補正係数であり、Ｋ２は重み補正係数である。）で計算して、タバコロッド周面のある環状線の平均温度を得る段階と、
均一な速度で連続的に通過するタバコロッドに対して、タバコロッド温度測定装置は、連続的な環状焦点として、所定期間内のタバコロッド連続体の周面全体の温度を赤外線検出器Ｄで測定して、１フレーム／１２秒以上の周波数の環状焦点の環状線を選択して温度を測定した後、処理を経て連続的な温度曲線を得、即ち所定期間内のタバコロッド連続体の周面全体の温度を得る段階と、を含む。
タバコ製造機の成形セクションの出口におけるタバコロッドをタバコロッド通路側内殻Ｋｎに挿入し、複数の円筒状凸レンズでタバコロッド周面の赤外線を合焦した後、円筒状回折格子Ｓで他の干渉光を除去して、波長５～１０μｍの赤外線を円筒状赤外線検出器Ｄに投射して環状焦点を形成し、環状焦点上で複数の温度測定点を等間隔に選択し、処理を経て平均温度を得、
処理方法は、タバコ製造機の成形セクションの出口で、巻装直後のタバコロッドの周面のある３６０°環状線から複数の温度測定点を等間隔に選択して温度を測定し、下記式：
均一な速度で連続的に通過するタバコロッドに対して、タバコロッド温度測定装置は、連続的な環状焦点として、所定期間内のタバコロッド連続体の周面全体の温度を赤外線検出器Ｄで測定して、１フレーム／１２秒以上の周波数の環状焦点の環状線を選択して温度を測定した後、処理を経て連続的な温度曲線を得、即ち所定期間内のタバコロッド連続体の周面全体の温度を得る段階と、を含む。
実施例１
上述したタバコロッド温度測定装置を使用してタバコロッドの温度を測定する方法は、
タバコ製造機の成形セクションの出口における直径７．７ｍｍのタバコロッドをタバコロッド通路側内殻Ｋｎに挿入し、２つの円筒状凸レンズでタバコロッド周面の赤外線を合焦した後、円筒状回折格子Ｓで他の干渉光を除去して、波長１０μｍの赤外線を円筒状赤外線検出器Ｄに投射して環状焦点を形成し、環状焦点上で複数の温度測定点を等間隔に選択し、処理を経てタバコロッド周面のある環状線の平均温度を得る段階と、
タバコロッドが均一な速度で連続的にタバコロッド通路側内殻Ｋｎを通過し、タバコロッド温度測定装置は、連続的な環状焦点として、３５５ｓ以内のタバコロッド連続体の周面全体の温度を赤外線検出器Ｄで測定して、１フレーム／６秒の周波数の環状焦点の環状線を選択して温度を測定した後、処理を経て連続的な温度曲線（図４に示される）を得、即ち３５５ｓ以内のタバコロッド連続体の周面全体の温度を得る段階と、を含む。
上述したタバコロッド温度測定装置を使用してタバコロッドの温度を測定する方法は、
タバコ製造機の成形セクションの出口における直径７．７ｍｍのタバコロッドをタバコロッド通路側内殻Ｋｎに挿入し、２つの円筒状凸レンズでタバコロッド周面の赤外線を合焦した後、円筒状回折格子Ｓで他の干渉光を除去して、波長１０μｍの赤外線を円筒状赤外線検出器Ｄに投射して環状焦点を形成し、環状焦点上で複数の温度測定点を等間隔に選択し、処理を経てタバコロッド周面のある環状線の平均温度を得る段階と、
タバコロッドが均一な速度で連続的にタバコロッド通路側内殻Ｋｎを通過し、タバコロッド温度測定装置は、連続的な環状焦点として、３５５ｓ以内のタバコロッド連続体の周面全体の温度を赤外線検出器Ｄで測定して、１フレーム／６秒の周波数の環状焦点の環状線を選択して温度を測定した後、処理を経て連続的な温度曲線（図４に示される）を得、即ち３５５ｓ以内のタバコロッド連続体の周面全体の温度を得る段階と、を含む。
図４から、タバコロッド連続体の周面全体の温度が均一ではないことが分かる。従って、本発明のタバコロッド温度測定装置によりタバコロッドの温度を測定することで、タバコロッド連続体の周面全体の温度分布状況を全面的に反映することができる。しかし、従来技術における赤外線サーモグラフィではタバコロッド周面の一部領域の温度しか測定できず、他部領域の温度は測定することができないので、タバコロッド周面の温度測定の精度が低く、所定期間内のタバコロッド連続体の周面全体の温度分布状況を正確に反映することができない。
以上は本発明の具体的な実施形態のみであり、本発明を限定するためのものではない。当業者は本発明の基本的な思想に基づいて修正や改良を行うことができるが、本発明の基本的な思想から逸脱しない限り、いずれも本発明の保護範囲内に含まれる。
Ｋｎ：タバコ通路側内殻
Ｔ１：第１円筒状凸レンズ
Ｔ２：第２円筒状凸レンズ
Ｔ３：第３円筒状凸レンズ
Ｓ：円筒状回折格子
Ｄ：円筒状赤外線検出器
Ｔ１：第１円筒状凸レンズ
Ｔ２：第２円筒状凸レンズ
Ｔ３：第３円筒状凸レンズ
Ｓ：円筒状回折格子
Ｄ：円筒状赤外線検出器
Claims (7)
- 複数の円筒状凸レンズを備え、前記円筒状凸レンズの構造は、円形凸レンズ面の垂直中心線を通る平面により切断された近似楕円断面が、前記近似楕円断面の長軸の所定距離離れた平行線を中心として一周することで形成された、中間部が最も厚く両端部が最も薄い筒状体である、タバコロッド温度測定装置であって、
前記タバコロッド温度測定装置は、円筒状回折格子（Ｓ）及び円筒状赤外線検出器（Ｄ）をさらに備え、前記円筒状回折格子（Ｓ）は、複数の前記円筒状凸レンズの外周に配置され、前記円筒状赤外線検出器（Ｄ）は、複数の前記円筒状凸レンズの環状焦点に位置するように、前記円筒状回折格子（Ｓ）の外周に配置され、複数の前記円筒状凸レンズ、前記円筒状回折格子（Ｓ）及び前記円筒状赤外線検出器（Ｄ）が同軸に配置され、
前記タバコロッド温度測定装置は、タバコロッド通路側内殻（Ｋｎ）及び外殻（Ｋｗ）をさらに備え、前記タバコロッド通路側内殻（Ｋｎ）は、最も内側の前記円筒状凸レンズ内に前記円筒状凸レンズ、前記円筒状回折格子（Ｓ）及び前記円筒状赤外線検出器（Ｄ）と同軸に配置され、前記外殻（Ｋｗ）は前記円筒状赤外線検出器（Ｄ）の外周を囲む、ことを特徴とする、タバコロッド温度測定装置。 - 前記円筒状凸レンズ及び前記タバコロッド通路側内殻（Ｋｎ）の材質が遠赤外線石英ガラス、赤外線透過ＰＣ、透明アクリル、その他透明樹脂、又は８－１４ＵＭシリコンレンズのいずれかであり、前記円筒状回折格子（Ｓ）の材質が赤外線サーモグラフィ用回折格子材料であり、前記円筒状赤外線検出器（Ｄ）の材質がアモルファスシリコンである、ことを特徴とする、請求項１に記載のタバコロッド温度測定装置。
- 複数の前記円筒状凸レンズが同軸にともに配置され、前記複数が２つ以上であり、前記円筒状凸レンズが両凸レンズ又は平凸レンズであり、その曲率半径が２～６０ｍｍである、ことを特徴とする、請求項１に記載のタバコロッド温度測定装置。
- 前記円筒状凸レンズが３つであり、内側から外側にそれぞれ第１円筒状凸レンズ（Ｔ１）、第２円筒状凸レンズ（Ｔ２）及び第３円筒状凸レンズ（Ｔ３）であり、前記第１円筒状凸レンズ（Ｔ１）の内径が７～１５ｍｍ、前記第２円筒状凸レンズ（Ｔ２）の内径が１５～６０ｍｍ、前記第３円筒状凸レンズ（Ｔ３）の内径が２０～１２０ｍｍである、ことを特徴とする、請求項３に記載のタバコロッド温度測定装置。
- 前記円筒状回折格子（Ｓ）の内径が最も外側の前記円筒状凸レンズの外径より１ｍｍ以上大きく、前記円筒状赤外線検出器（Ｄ）の内径が前記円筒状回折格子（Ｓ）の外径より１ｍｍ以上大きい、ことを特徴とする、請求項１に記載のタバコロッド温度測定装置。
- 前記円筒状赤外線検出器（Ｄ）は、波長５～１０μｍの赤外線を選択して温度を測定することを特徴とする、請求項１に記載のタバコロッド温度測定装置。
- 請求項１～６のいずれか１項に記載のタバコロッド温度測定装置を使用する、タバコロッド温度測定方法であって、
タバコ製造機の成形セクションの出口におけるタバコロッドをタバコロッド通路側内殻（Ｋｎ）内に挿入し、複数の前記円筒状凸レンズでタバコロッド周面のある３６０°環状線の赤外線を合焦した後、前記円筒状回折格子（Ｓ）で他の干渉光を除去してから、波長５～１０μｍの赤外線を前記円筒状赤外線検出器（Ｄ）に投射して環状焦点を形成し、環状焦点上で複数の温度測定点を等間隔に選択し、処理を経て前記タバコロッド周面の３６０°環状線の平均温度を得るステップと、
均一な速度で連続的に通過する前記タバコロッドに対して、前記タバコロッド温度測定装置が、連続的な環状焦点として、所定期間内のタバコロッド連続体の周面全体の温度を前記円筒状赤外線検出器（Ｄ）で測定するステップと、
１フレーム／１２秒以上の周波数の環状焦点の環状線を選択して温度を測定した後、処理を経て連続的な平均温度曲線を得、即ち所定期間内の前記タバコロッド連続体の周面全体の温度を得るステップと、を含むことを特徴とする、タバコロッド温度測定方法。
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