JPH0646184B2 - サンプリング茶葉の水分計測部構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《発明の目的》 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は茶葉にマイクロ波を照射したときの、その減衰
量と、茶葉の重量から茶葉の水分量を算出する水分測定
装置に関するものであり、時に連続的に茶葉をサンプリ
ングしながら、逐次水分量を測定できるようにした計測
部構造に係るものである。

＜発明の背景＞ 製茶工程の管理上、茶葉水分の監視は極めて大切な作業
であるが、従来この主の作業は熟練した作業者の手によ
る感触によって判断されていた。しかしながら熟練した
作業者の減少に伴い、また更なる生産性の向上あるいは
製品の均質化をねらって、一連の製茶工程の管理が自動
化されてくると、これに伴い水分計測が機械化ないしは
自動化される傾向にある。このため含有水分量の測定に
は作業者のいわゆる「勘」に代え、電気抵抗や静電容量
を測定することにより含有水分量を求めるという手法が
とられるようになってきた。しかしこのような手法を用
いるにしても正確な計測を行うにあたり、茶葉自体の形
状の不定形性とそれらが集合したときの嵩高性に起因
し、茶葉密度が不均一になるという問題を克服しなけれ
ばならない。そのため前記手法の場合にあっては、茶葉
に一定圧力をかけ、加工した状態にして計測を行ってい
る。しかしこれでは茶葉の流れを一時止めることにな
り、時々刻々変化する加工途中の茶葉の性状に応じた計
測値は得られない。また茶葉の流れを止めることなく連
続計測する手法としてマイクロ波を利用する非接触式の
方法があるが、この場合でもサンプルたる茶葉を取り出
し、移送する手段としてベルトコンベヤ等を用いた場合
にはベルトコンベヤ上の茶葉層の厚薄にバラツキが出る
ほか、厚薄にバラツキが生じた部分での茶葉の見かけ密
度（前記茶葉の嵩高性と同義である）の値も相違し、結
局のところサンプルの不均一さは排除できない。このよ
うにして製茶機械では一般に茶葉の水分量によって乾燥
作用を行わせる熱風温度や供給量等を適宜調整する必要
があり、このため茶葉水分量は連続的に計測された上で
その値をフィードバックして熱風供給量を逐次調整する
ことが良質の茶を作る一つの条件として認識されていた
にもかかわらず従来このような要望に応え得る適切な装
置は開発されていない。

＜開発を試みた技術的事項＞ 本発明はこのような背景に鑑みなされたものであって、
サンプリング茶葉に定位置からマイクロ波を連続ないし
は断続的に照射して、その減衰量を測定するとともに、
サンプリング茶葉の移送手段として振動コンベヤを適用
した移送コンベヤを用い、これらを一体として連続的に
重量測定することにより、連続的でしかも正確で即応性
のあるサンプリング茶葉の水分量の算出を行うことので
きる計測部構造の開発を試みたものである。

《発明の構成》 ＜目的達成の手段＞ 即ち本出願のサンプリング茶葉の水分計測部構造の第一
の発明は、移送コンベヤを挟むようにマイクロ波の発信
・受信アンテナを臨ませ、前記移送コンベヤにより移送
される茶葉の水分量を、茶葉の重量と茶葉に照射したマ
イクロ波電圧の減衰量とから算出する水分測定装置にお
いて、前記移送コンベヤを支持する測定部支持フレーム
には移送コンベヤと移送コンベヤ上を移送中の茶葉との
総重量を連続的に計る重量測定装置が具備され、尚且つ
移送コンベヤにおける茶葉の移送面には、高発泡性樹脂
によって形成される底板が設けられていることを特徴と
して成るものである。

また本出願の第二の発明は前記要件に加え、前記移送コ
ンベヤは起振機構を一体としたものであることを特徴と
して成るものである。

更にまた本出願の第三の発明は前記要件に加え、前記重
量測定装置はロードセルであることを特徴として成るも
のである。

これら発明により前記目的を達成しようとするものであ
る。

＜発明の作用＞ 本発明にあっては茶葉が連続的に移動する移送コンベヤ
に重量測定装置を具えたことにより、刻々と変化する移
送コンベヤ上の茶葉重量を連続的に計測することができ
る。そして移送コンベヤ上の茶葉には重量測定と並行し
てマイクロ波が照射されているから、マイクロ波減衰量
と前記測定重量とから茶葉の水分量を算出することがで
き、しかも連続的な水分量測定が可能である。更に本発
明にあっては、移送コンベヤにおけるマイクロ波の照射
部位に高発泡性樹脂から成る底板が設けられているか
ら、この底板によってマイクロ波が吸収、反射されるこ
ともない。

＜実施例＞ 以下本発明を図示の実施例に基づいて具体的に説明す
る。まず本発明のサンプリング茶葉の水分計測部構造を
製茶機械の一つである中揉機に適用した実施例について
説明する。符号１はサンプリング装置であって、中揉機
２に対し取り付け、中揉加工中の茶葉Ａを連続的に移動
させながら水分計測を行う。そしてこのサンプリング装
置１の途中にセンサ本体３を臨ませる。まずサンプリン
グ装置１の説明に先立ち、これを組み付けた中揉機２に
ついて簡単に説明する。このものは適宜の金属角材等か
ら成る機枠５に対し、茶葉Ａを収納する回転胴６を支承
ローラ７を介して回転自在に支持するものであって、回
転胴６は加工後、茶葉を取り出すための取出蓋８を胴部
の一部に形成するとともに、この取出蓋８を含んで回転
胴６の内部には全面的にダク木９を張設する。そしてこ
の回転胴６の投入側端部は投入側鏡板10により閉鎖さ
れ、他方の端部には金網11が設けられており、更にこの
金網11の外側にはファン11ａが設けられている。尚この
ファン11ａは後述するガス火炉15によって熱せられた外
気を回転胴６内に吸引し、ファン11ａの上方に設けられ
る集塵筒11ｂから集塵を排出する働きをする。そして回
転胴６の投入側鏡板10寄りの内周面には掻上片12が多数
設けられている。一例としてこの掻上片12はその設定角
度を何段階かに異ならせた角度のものが組み合わされて
いる。尚この掻上片12は茶葉Ａの取り出しを助けるため
に設けられるものであるが、茶葉Ａがサンプリングする
のに充分な量が取り出される場合には時に設けなくても
よい。更に回転胴６内には揉捻作用を直接担う揉手13が
設けられるものであって、このものは回転胴６とは独立
的で且つ少なくとも回転胴６より速い速度で同方向に回
転するように揉手軸14に取り付けられる。一方、投入側
鏡板10側にはその外部にガス火炉15が設けられ、その熱
風供給用のダクトが投入側鏡板10から回転胴６内に連通
するように構成される。更に投入側鏡板10の上方には茶
葉の送込シュート16を接続させ、前工程を完了した茶葉
を投入するように構成する。更に図示を省略するが、送
込シュート16内にはダンパが設けられており、加工中は
外気が回転胴６内に入らないようにこのダンパは閉鎖さ
れている。このようなガス火炉15あるいは送込シュート
16が取り付けられた投入側鏡板10には更に残余のスペー
スにサンプリング装置１を設けるものであって、サンプ
リング茶葉を取り出すサンプル取込口17を投入側鏡板10
の上下の中心位置より上方であって、且つ回転胴６の掻
上側（第３図中、中心より左側）の領域に開口させ、一
方、茶葉Ａを中揉機２内に戻すためのサンプル戻入口18
を投入側鏡板10の上下方向中心位置より下方であって、
且つ回転胴６の掻上側の領域に設ける。更に中揉機２は
回転胴６の下方に加工を終えた中揉機を次工程に送るた
めのコンベヤ19を設ける。尚、中揉機２はこれらの部材
の制御装置あるいは駆動装置等が当然設けられている
が、これらについては適宜従来公知の機構を適用するも
のであって、詳細な説明は省略する。次にこのような中
揉機２に対し取り付けられるサンプリング装置１につい
て以下詳述する。このサンプリング装置１は機枠５の一
部を構成するサブフレーム20において支持されるもので
あって、このサブフレーム20は上部コンベヤ支持フレー
ム21とその下方に設けられる測定部支持フレーム22を有
する。尚、測定部支持フレーム22は中揉機２本体とは別
個に設けることも可能であり、この場合には回転胴６に
おける振動を受け難くなり、測定精度の向上が期待でき
る。まず上部コンベヤ支持フレーム21に対して取出用の
移送コンベヤ23が支承されるものであって、このものは
一例として振動コンベヤを適用する。この取出用の移送
コンベヤ23は移送作用を直接担うトラフ24が板バネ25を
介して上部コンベヤ支持フレーム21に浮動状態に取り付
けられるものであり、前記トラフ24は上部コンベヤ支持
フレーム21の先端側に設けられたモータＭ_１によって駆
動されるギヤユニット26を駆動減として振動が与えられ
て茶葉の移送を行う。即ちギヤユニット26はその左右に
偏心出力軸27を直接形成し、この偏心出力軸27に対して
接続板28の端部を枢着し、その一端をトラフ24の端部に
接続する。このトラフ24は取入部29をサンプル取込口17
から投入側鏡板10を貫いて回転胴６の加工室内に入り込
んだ位置まで形成し、一方ギヤユニット26側にはその下
方に中継送込口30を開口させ、ここに下方に延びる中継
シュート31を接続させる。更にサンプル取込口17には取
込用のシャッタバルブ33を設けるものであって、このも
のはトラフ24の取入部側に落下集積される茶葉Ａを外側
に導き出すように作用するとともに、サンプル取込口17
が常時開放状態とならないように閉塞させる作用を奏す
る。具体的には取込用のシャッタバルブ33はいわゆるロ
ータリータイプのものを適用するものであって、投入側
鏡板10の外面に対しベアリングによってほぼ水平方向に
支持される駆動軸34に取り付けられたローラ35に対し放
射状に複数枚（本実施例では一例として12枚）の掻込羽
根36を取り付けて形成したものである。尚符号Ｍ_２は取
込用のシャッタバルブ33の駆動用のモータである。また
この取込用のシャッタバルブ33の部分を覆うようにフー
ド37を投入側鏡板10に対して形成する。更に本実施例に
あっては中揉機２内からサンプルとして取り出す茶葉Ａ
が移送されるにあたり、先の取出用の移送コンベヤ23
と、更にその下方にほぼ並行するように設けられた測定
部用の移送コンベヤ39とによって構成された一連の移送
コンベヤによってなされる。勿論、茶葉Ａの戻しをシュ
ート等によって行い、一本の移送コンベヤの途中にセン
サ本体３を臨ませるようにして計測を行うことももとよ
り差し支えない。そして実質的に計測を行う部位に本発
明が適用される。即ち測定部用の移送コンベヤ39は振動
コンベヤを適用するものであって、このものはその駆動
機構を含めて全体がロードセル40によって測定部支持フ
レーム22に対して浮動状態に支持される。勿論、本発明
にあっては水分計測部を通過する茶葉Ａの重量を検出す
るため、移送コンベヤ39ごと重量測定すべくロードセル
が適用されたが、このような構成のほか、全体を吊持し
て重量計測するなど適宜の構成がとり得る。即ちロード
セル40は測定部浮動フレーム41を直接支持するととも
に、この測定部浮動フレーム41に対して測定部用の移送
コンベヤ39の主要部材であるトラフ42を板バネ43を介し
て支持する。尚このトラフ42は後述するが、センサ本体
３の測定値をより正確にするために、トラフ42の底面は
第７図に示すように一部切除され、ここに底板44が設け
られている。この底板44は本発明の特徴的構成の一つを
成す部分であって、一例としてマイクロ波の吸収や反射
等が少ない発泡スチロールによって形成される。尚、底
板44としては誘電率が低く、透過性の高い材料、例えば
発泡倍率の大きい種々の高発泡性樹脂材料が適用でき
る。そしてこのトラフ42の駆動は先の取出用の移送コン
ベヤ23と同様にモータＭ_３によって駆動されるギヤユニ
ット45の偏心出力軸46を駆動源とするものであり、偏心
出力軸46とトラフ42の間が接続板47によって接続されて
いる。そしてこのトラフ42は中継シュート31が臨む位置
を受取部49とするとともに投入側鏡板10におけるサンプ
ル戻入口18に近い部分を送戻部50とする。そして送戻部
50側には戻部ガイドシュート51が投入側鏡板10に対して
取り付けられるとともに、その位置に開口するサンプル
戻入口18には戻用のシャッタバルブ52を設けるものであ
って、これによって茶葉Ａが取込自在で且つサンプル戻
入口18をできる限り閉塞するように構成する。このもの
は投入側鏡板10の内側においてほぼ水平方向に配設され
た駆動軸53に対し丸棒状の芯体54を取り付け、この芯体
54に対して複数枚（本実施例では４枚）の掻込羽根55を
放射状に一例として溶接によって形成したものであり、
これらは戻用のシャッタバルブ52の駆動用のモータＭ_４
によって回転駆動される。尚、掻込羽根55は先端側に充
分可撓性あるゴム板等で形成した先端フラップ56を具え
る。更にこのような測定部用の移送コンベヤ39の主要部
材たるトラフ42を上下から挟むようにセンサ本体３が設
けられるものであって、具体的にはマイクロ波の発信ア
ンテナ57と受信アンテナ58とによって構成される。

本発明は以上述べたような具体的な諸機構を有するもの
であって、次のように作動する。まず中揉機２は常法に
従い、回転胴６内に送込シュート16から投入される茶葉
Ａを一定量収納した状態で適宜の駆動源により回転胴６
と揉手13とを速度を異ならせた状態でそれぞれ同一方向
に回転させる。これによって回転胴６内の茶葉Ａは揉手
13とダク木９との間に押し付けられるような状態となり
ながら、移動してゆき揉捻作用がなされる。そしてこの
ような運転状態において茶葉Ａのサンプリングを行うも
のであって、まず茶葉Ａは加工途中において揉手13、回
転胴６回転とともに、または回転胴６に設けられた掻上
片12によって上方に掻き上げられるとともに、一定高さ
まで掻き上げられた後に下方に落下し、その一部が取出
用の移送コンベヤ23の主要部材たるトラフ24の取入部29
上に落下するようになる。そしてこのトラフ24はそれ自
体振動状態を得ているから、外部側へ茶葉を移動させる
傾向を有しているが、実際には回転胴６内はファン11ａ
の吸引により負圧状態となっており、外気が回転胴６内
に流入し、必ずしも円滑に茶葉Ａが導き出されない場合
がある。このような状況において本装置にあっては、積
極的に取込用のシャッタバルブ33の掻込羽根36が外部側
に茶葉Ａを排出するようにして円滑に送り出す。そして
このシャッタバルブ33は常時作動しながらサンプル取込
口17をほぼ閉塞し、外気の流入を防止して回転胴６内の
加工条件の変化を防止する。このようにして送り出され
た茶葉Ａは、取出用の移送コンベヤ23におけるトラフ24
の振動を受けて漸進し、その茶葉Ａの層を順次平均化し
ながら中継送込口30から中継シュート31内を落下し、本
発明が適用された測定部用の移送コンベヤ39におけるト
ラフ42の受取部49上に落下してゆく。そしてこのときも
トラフ42はモータＭ_３により駆動されるギヤユニット45
の偏心出力軸46と接続した接続板47の作用により常時振
動が生起しており、図示の実施例では投入側鏡板10側に
向かうように順次移動してゆく。そしてこのとき少なく
ともトラフ42上を移動している茶葉Ａの総重量は連続的
にロードセル40により検出され、所定のデータとして例
えばマイクロコンピュータによりコード化されたデータ
として記憶される。そしてこの途中においてセンサ本体
３たるマイクロ波の発信アンテナ57から受信アンテナ５
８に対してマイクロ波が送信され、このとき茶葉Ａによ
って一部吸収された後のマイクロ波の出力値を適宜のマ
イクロプロセッサ等にコード化された信号データとして
供給される。尚、受信アンテナ58の開口部には試料たる
茶葉Ａの欠けら等が受信アンテナ58内部に入り込まない
ように、発泡スチロール等を用いたフィルタ59を設けて
おくのを可とする。ここで簡単にマイクロ波による水分
量の計測について述べると、第９図のフローチャートに
示すようなプロセスでその測定を行う。即ち計測を開始
すると、まずスタートステップ101 からステップ102 に
至り、このステップにおいて各種データの初期化を行
う。この時点では測定部用の移送コンベヤ39上に茶葉Ａ
が無い状態におけるロードセル40の検出重量、マイクロ
波の検出電圧の平均値をそれぞれ基準値ｗ_０、ｍ_０とし
て記憶する。そして次にステップ103 、104 において試
料重量、マイクロ波減衰量のデータを累積する。尚この
累積とは１秒当たり数回〜数10回程度のデータ処理を行
い、これをほぼ１分間累積した状態で平均的な値を算出
するようにしたものである。まずステップ103 において
試料重量のデータ累積を行う。このとき試料重量をＷと
すると、 Ｗ＝Ｗ＋（ｗｉ＋ｗ_０） と設定する（ｗｉは各測定時におけるロードセルの検出
重量である。）因みにこの式は電算機処理のための慣用
数式であって、「Ｗの読み込み済みデータの内容に（Ｗ
ｉ−Ｗ_０）の値を加えてＷとして処理する」という意味
である。厳密に数式として表示すれば一例として、 と示すことができる。次にステップ104 においてマイク
ロ波減衰量のデータ累積を行う。この処理式はマイクロ
波減衰量をＭとして、 Ｍ＝Ｍ＋（ｍ_０−ｍｉ） を用いる（ｍｉは各測定時におけるマイクロ波検出電
圧）。因みにこの式は電算機処理のための慣用数式であ
って、「Ｍの読み込み済みデータの内容に（ｍ_０−ｍ
ｉ）の値を加えてＭとして処理する」という意味であ
る。厳密に数式として表示すれば一例として、 と示すことができる。

このようなデータ累積がされた時点で判別用のステップ
105 において演算タイムが来たか否かを判別する。具体
的には累積データをクリアしてから例えば１分間経過し
たか否かを判別する。因みにこの１分間という設定は通
常、この種の茶葉製造工程における蓄熱負荷等の影響か
ら、極端に小刻みな制御を行っても無意味なことから、
制御の実効が得られて且つより精密な制御が可能な時間
として選択されたものである。勿論この累積データの累
積時間については、この１分間に係らず適宜の時間が選
択できることは言うまでもない。そして演算タイムとな
っている場合には次のステップ106 において含水率Ｇの
算出を行うものであり、この含水率Ｇの算出は本装置と
同様の条件のもので実験的に得られた、 から含水率Ｇを求める。勿論この含水率Ｇはマイクロコ
ンピュータの所定のデータとして保存され、製茶機械た
る中揉機２の加工条件を設定するファン11ａの吸引によ
る外気の流入量、温度等の設定や回転胴６の回転数等、
その他種々の制御要素の選択に供するものである。そし
てこのような含水率の算出がなされた後、ステップ108
において累積データがクリアされ、 Ｍ＝０、Ｗ＝０ とされる。尚ステップ105 において演算タイムが判別さ
れた結果、未だ演算タイムに見ていない場合にはループ
109 を経てステップ110 に至り、ここで初期化の必要を
判断し、未だ初期化の必要がない場合、再びループ111
を経て試料重量データ累積のステップ103 に戻るように
する。勿論、初期化の必要がある場合には再度ループ11
2 を経て、初期化を行うステップ102 にステップを進め
る。尚、一般に製茶装置が回分処理式の場合には、初期
化は茶葉Ａの取り出し後、次の茶葉Ａの投入までの間に
行う。このようにして測定部用の移送コンベヤ39によっ
て移送される茶葉Ａは自動的にその水分計測がなされ、
しかる後トラフ42の終端部である送戻部50から戻部ガイ
ドシュート51を経て戻用のシャッタバルブ52に案内され
ながら、再度サンプル戻入口18から中揉機２の回転胴６
内に戻される。即ちロータリー式タイプの戻用のシャッ
タバルブ52における掻込羽根55が積極的に茶葉Ａを内部
に送り出すようにするとともに、そのサンプル戻入口18
をほぼ閉塞するような状態とすることにより、円滑なサ
ンプルの戻し入れと内部の加工環境の安定化とが可能と
なる。更にこのシャッタバルブ52は外気の流入によりト
ラフ42上の茶葉Ａが吹き飛ばされるのを防ぐとともに、
外気の流入による風圧がトラフ42を押し上げ、または押
し下げることを防止して、ロードセル40による試料重量
の検出精度を向上させる。

《発明の効果》 本発明では振動コンベヤを適用した移送コンベヤに重量
測定装置を具えたことにより、移送コンベヤ上を移動す
る茶葉の重量を、茶葉をコンベヤ上から他へ移動するこ
となく連続的に計測することができる。また本発明では
移送コンベヤにおけるマイクロ波の照射部位に高発泡性
樹脂から成る底板を設けたから、マイクロ波が底板によ
って吸収、反射されることはなく、茶葉のみによるマイ
クロ波の減衰量が得られる。そしてマイクロ波受信アン
テナにより測定されるマイクロ波の減衰量と前記茶葉重
量とから茶葉の水分量を算出するにあたり正確な計測に
寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図はサンプリング装置を具えた中揉機を示す斜視
図、第２図は同上正面図、第３図は同上骨格的に示す左
側面図、第４図はサンプリング装置を拡大して示す斜視
図、第５図は同上他の方向から見た斜視図、第６図は同
上側面図、第７図は測定部用の移送コンベヤ並びにギヤ
ユニット内部の機構を示す側面図、平面図及び第７図
（ａ）のＣ−Ｃ線における端面図、第８図は投入側鏡板
を回転胴内側から見た斜視図、第９図はマイクロ波によ
る水分量の計測プロセスを示すフローチャートである。 １；サンプリング装置 ２；中揉機 ３；センサ本体 ５；機枠 ６；回転胴 ７；支承ローラ ８；取出蓋 ９；ダク木 10；投入側鏡板 11；金網 11ａ；ファン 11ｂ；集塵筒 12；掻上片 13；揉手 14；揉手軸 15；ガス火炉 16；送込シュート 17；サンプル取込口 18；サンプル戻入口 19；コンベヤ 20；サブフレーム 21；上記コンベヤ支持フレーム 22；測定部支持フレーム 23；取出用の移送コンベヤ 24；トラフ 25；板バネ 26；ギヤユニット 27；偏心出力軸 28；接続板 29；取入部 30；中継送込口 31；中継シュート 33；（取込用の）シャッタバルブ 34；駆動軸 35；ローラ 36；掻込羽根 37；フード 39；測定部用の移送コンベヤ 40；ロードセル 41；測定部浮動フレーム 42；トラフ 43；板バネ 44；底板 45；ギヤユニット 46；偏心出力軸 47；接続板 49；受取部 50；送戻部 51；戻しガイドシュート 52；（戻用の）シャッタバルブ 53；駆動軸 54；芯体 55；掻込羽根 56；先端フラップ 57；発信アンテナ 58；受信アンテナ 59；フィルタ Ａ；茶葉 Ｍ_１、Ｍ_２、Ｍ_３、Ｍ_４；モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松下 年治 静岡県榛原郡金谷町横岡新田87―９ (56)参考文献 実開 昭56−128562（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−170767（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭53−4157（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】振動コンベヤを適用した移送コンベヤを挟
   むようにマイクロ波の発信・受信アンテナを臨ませ、前
   記移送コンベヤにより移送される茶葉の水分量を、茶葉
   の重量と茶葉に照射したマイクロ波電圧の減衰量とから
   算出する水分測定装置において、前記移送コンベヤを支
   持する測定部支持フレームには移送コンベヤと移送コン
   ベヤ上を移送中の茶葉との総重量を連続的に計る重量測
   定装置が具備され、尚且つ移送コンベヤにおける茶葉の
   移送面には、高発泡性樹脂によって形成される底板が設
   けられていることを特徴とするサンプリング茶葉の水分
   計測部構造。
2. 【請求項２】前記移送コンベヤは起振機構を一体とした
   ものであることを特徴とする請求項１記載のサンプリン
   グ茶葉の水分計測部構造。
3. 【請求項３】前記重量測定装置はロードセルであること
   を特徴とする請求項１記載のサンプリング茶葉の水分計
   測部構造。