JPWO2012147867A1 - たばこ原料処理装置 - Google Patents

Abstract

たばこ原料処理装置は、たばこ原料を内部に有する円筒形のシリンダと、前記たばこ原料に対して霧を噴射する噴射口と、前記噴射口の近傍に設けられるとともに、前記噴射口の前方に突出して前記噴射口の開口面積を小さくしたり、前記噴射口の前方から退避して前記噴射口の開口面積を大きくしたりする一対の可動板と、を備える。

Description

本発明の実施形態は、霧の噴射口を有するたばこ原料処理装置に関する。

たばこの製造工程において、葉たばこやその他たばこ原料の悪癖除去、柔軟性付与、香料の付与、物性改善、或いは原料同士の混合等に使用される、回転シリンダ型のたばこ原料処理装置が存在する。このようなたばこ原料処理装置は、例えば、架台と、架台上に回転可能に設けられた円筒形の回転シリンダと、回転シリンダ内に突出するように設けられた噴霧ノズルと、大きさの異なる複数の穴を設けたベルトと、噴霧ノズルのノズル面に対してベルトを摺動させるローラと、を備えている。

このたばこ原料処理装置では、ベルトの穴の内側を通るように噴霧ノズルから蒸気や香料を噴霧することで、噴霧量に応じた噴霧ノズルの開口面積を確保して噴出し速度を維持していた。このため、装置の稼働中に噴霧量を変更する必要を生じた場合には、一旦稼働を停止してベルトの位置をずらして穴の大きさを変更する。そして、装置を再稼働した後に、噴霧量を変化させて所定の噴出し速度を確保するようにしていた（例えば、特許文献１参照）。

特開平２−６２２２６号公報

しかしながら、上記従来型のたばこ原料処理装置では、噴霧量を変更する場合には、上記のように一旦装置の稼働を停止させる必要があり、製造効率が悪くなっていた。

本発明は、製造効率を向上したたばこ原料処理装置を提供することを目的とする。

たばこ原料処理装置は、たばこ原料を内部に有する円筒形のシリンダと、前記たばこ原料に対して霧を噴射する噴射口と、前記噴射口の近傍に設けられるとともに、前記噴射口の前方に突出して前記噴射口の開口面積を小さくしたり、前記噴射口の前方から退避して前記噴射口の開口面積を大きくしたりする一対の可動板と、を備える。

第１の実施形態にかかるたばこ原料処理装置を一部破断して示した側面図。 図１に示すたばこ原料処理装置の可動機構を拡大して示した断面図。 図２に示すたばこ原料処理装置の可動機構を示した斜視図。 図３に示すたばこ原料処理装置の可動機構の第１の可動板および第２の可動板を上方に回動させた状態を示した斜視図。 図３に示すたばこ原料処理装置の可動機構の第１の可動板および第２の可動板を下方に回動させた状態を示した斜視図。 図３に示すたばこ原料処理装置の噴射口の開口面積を小さくする方向に第１の可動板および第２の可動板を回動させた状態を示した斜視図。 たばこ原料処理装置の変形例の可動機構の第１の可動板および第２の可動板を示した断面図。 図７に示す可動機構の第１の可動板および第２の可動板を第１の位置に移動させた状態を示した断面図。 第１の実施形態のたばこ原料処理装置を利用して、第１の条件で実験を行った結果を示すグラフ。 第１の実施形態のたばこ原料処理装置を利用して、第２の条件で実験を行った結果を示すグラフ。 第１の実施形態のたばこ原料処理装置を利用して、第３の条件で実験を行った結果を示すグラフ。 第１の実施形態のたばこ原料処理装置を利用して、第４の条件で実験を行った結果を示すグラフ。 第１の実施形態のたばこ原料処理装置を利用して、第５の条件で実験を行った結果を示すグラフ。

図１から図６を参照して、たばこ原料処理装置の第１の実施形態について説明する。本実施形態では、例えば、たばこ原料（たばこの葉）の水分量を調整するための回転シリンダ型たばこ原料調和機に適用した場合を例に説明する。

図１、図２に示すように、たばこ原料処理装置１１は、架台１２と、架台１２上に回転可能に設けられた円筒形のシリンダ１３と、シリンダ１３内に保持されるたばこ原料１４と、シリンダ１３を回転可能に支持する支柱１５および側壁１６と、シリンダ１３の外周面からフランジ状に突出した突出部１７と、突出部１７を掴んでシリンダ１３を回転駆動する駆動機構１８と、シリンダ１３内部にたばこ原料１４を供給するために側壁１６の上部に設けられた供給口２１と、シリンダ１３内部のたばこ原料１４に蒸気等の霧１９（霧状の液）を噴射するために側壁１６の下部の近傍に設けられた噴射口２２と、側壁１６と噴射口２２との間に設けられ噴射口２２の開口面積を調整する可動機構２３と、噴射口２２に蒸気等を供給する供給源２４と、供給源２４と噴射口２２との間に介在された弁２５と、シリンダ１３内部で処理された後のたばこ原料１４がシリンダ１３内部から排出される排出部２６（ベルトコンベヤ）と、排出部２６の近傍に設けられるセンサ２７と、たばこ原料処理装置１１の全体を統括的に制御する制御装置２８と、可動機構２３の後述する第１の可動板３１および第２の可動板３２に付着した液滴を吸引して除去するためのドレン機構と、を備えている。なお、ここで霧とは、例えば、無数の微小な水滴が空気等の気体中で浮遊し、煙のように見えるものをいう。

シリンダ１３は、その内周面に中央部に向けて突出した複数のピンが設けられており、これら複数のピンを介して内部にあるたばこ原料１４を混ぜ合わせることができる。側壁１６は、例えば円盤形をなしてシリンダ１３の端部の内側に嵌るように設けられており、支柱１５に対して固定的に設けられている。側壁１６の下部に可動機構２３を介して噴射口２２が接続されている。噴射口２２および可動機構２３は、シリンダ１３の外部に設けられている。

センサ２７は、本実施形態では、例えば熱電対で構成されており、排出部２６に排出されたたばこ原料１４の状態、例えば、その温度を検知することができる。なお、センサ２７の種類としては、これに限定されるものではなく、例えば、赤外線温度センサ等の他の種類のセンサであってもよいし、水分計等のセンサによって直接水分を検知してもよい。なお、本実施形態では、排出部２６の近傍にセンサ２７を設けているが、センサ２７の設置位置としてはこれに限定されるものではなく、例えば、センサ２７をシリンダ１３内に設置してもよいし、たばこ原料を送るための配管内に設置してもよい。

制御装置２８は、例えば、コンピュータで構成されている。制御装置２８は、第１の可動板３１および第２の可動板３２の位置を操作して噴射口２２の開口面積を調整する可動板操作部２８Ａと、弁２５の解放量を調整して霧（蒸気）の量を調節する弁開閉部２８Ｂと、を有している。可動板操作部２８Ａおよび弁開閉部２８Ｂは、例えば、制御装置２８にインストールされたソフトウェアで構成されている。

図２に示すように、可動機構２３は、シリンダ１３と噴射口２２との間に介在された方形のダクト３３と、ダクト３３内部で噴射口２２の近傍に回動可能に設けられた第１の可動板３１および第２の可動板３２と、第１の可動板３１が取り付けられる第１の回転軸３４と、第２の可動板３２が取り付けられる第２の回転軸３５と、第１の回転軸３４に固定されるとともに第１の可動板３１と一緒に回動する第１のガイドアーム３６と、第２の回転軸３５に固定されるとともに第２の可動板３２と一緒に回動する第２のガイドアーム３７と、第１のガイドアーム３６のピン３６Ａおよび第２のガイドアーム３７のピン３７Ａに係合する一対の長孔３９を有し、第１の可動板３１および第２の可動板３２の開閉角度を規制する開閉角度規制片３８と、第１の回転軸３４を回転駆動する第１のモータ４１と、第２の回転軸３５を回転駆動する第２のモータ４２と、開閉角度規制片３８の移動を駆動する第３のモータ４３と、を有する。

第１の可動板３１および第２の可動板３２は、例えば、１枚の板金を「Ｖ」字状をなすように中央部で折り曲げて形成されている。第１の可動板３１は、第１の回転軸３４に支持される一端３１Ａと、一端３１Ａとは反対側の他端３１Ｂと、を有している。同様に、第２の可動板３２は、第２の回転軸３５に支持される一端３２Ａと、一端３２Ａとは反対側の他端３２Ｂと、を有している。第１の可動板３１は、第１の回転軸３４に対して例えばボルト、ナット等の固定手段４４で固定されている。また、第２の可動板３２は、第２の回転軸３５に対して例えばボルト、ナット等の固定手段４４で固定されている。

第１から第３のモータ４１、４２、４３は、例えばサーボモータ等でそれぞれ構成されており、サーボアンプを介して制御装置２８の可動板操作部２８Ａによって回転角度が制御される。また、第３のモータ４３の駆動力は、例えば、ピニオン４５と、開閉角度規制片３８の一辺に形成したラック４６と、を介して開閉角度規制片３８に伝達され、開閉角度規制片３８を上下方向に沿って略直線運動させることができる。なお、第１の可動板３１、第２の可動板３２、および開閉角度規制片３８を移動させるための駆動源としてそれぞれサーボモータを利用しているが、駆動源としてはこれに限定されるものではなく、例えばソレノイド等の他の種類のアクチュエータであってもよい。また、図３から図６において、ピニオン４５およびラック４６の図示を省略している。

本実施形態では、方形のダクト３３を使用しているので、円筒形のダクトを使用した場合に比して、ダクト３３と、一対の可動板３１、３２との間の隙間が小さくなり、この隙間から漏れ出す霧の量が少なくなっている。このため、霧の噴射速度を増減する際の反応性は良好であり、第１の可動板３１および第２の可動板３２の位置を操作することで、噴射口２２の開口面積を調整し、簡単に霧の噴射速度を制御することができる（すなわち、一定の噴射速度に維持することができる。）。

続いて、図１、図３から図６を参照して、本実施形態のたばこ原料処理装置１１によるたばこ原料の処理（たばこ原料の水分量の調整）について説明する。

まず、図１に示す供給口２１を介してシリンダ１３内にたばこ原料１４が供給される。シリンダ１３内部に供給されたたばこ原料１４は、シリンダ１３の回転によって内部で混ぜ合わされる。そして、弁２５を経由して供給源２４から供給された蒸気が、噴射口２２からシリンダ１３内部に霧として噴射される。このとき、ダクト３３内部の第１の可動板３１および第２の可動板３２は、通常、図２、図３に示すように、他端３１Ｂ、３２Ｂが噴射口２２の前方から退避した第２の位置Ｐ２にあり、噴射口２２を開放した状態にある。そして、シリンダ１３内部に霧を噴射する際には、第１の可動板３１および第２の可動板３２は、一定の時間間隔で、例えば図４に示すように上方向に回動（第２の可動板３２が噴射口２２の前方に突出し、第１の可動板３１が噴射口２２の前方から退避）したり、例えば図５に示すように下方向に回動（第１の可動板３１が噴射口２２の前方に突出し、第２の可動板３２が噴射口２２の前方から退避）したりする。このとき、第１の可動板３１および第２の可動板３２の上下方向への回動は、制御装置２８の可動板操作部２８Ａの制御下で、例えば第３のモータ４３の駆動によってなされる。このような、一定の時間間隔中の第１の可動板３１および第２の可動板３２の回動によって、シリンダ１３内部のたばこ原料１４に対して均一に霧（蒸気）が噴射される。

シリンダ１３内部で水分量が調整されたたばこ原料１４は、排出部２６に排出される。排出部２６においてセンサ２７によってたばこ原料１４の温度又は水分量が検知される。センサ２７が検知した温度は、制御装置２８に向けて信号として送信される。このとき、例えば、検知された温度が所定の温度よりも高い場合には、制御装置２８は、霧（蒸気）の量が多いものと判断する。そして、制御装置２８の弁開閉部２８Ｂは、フィードバック制御を行って、霧（蒸気）の量を少なくする。同時に制御装置２８の可動板操作部２８Ａは、図２、図６に示すように、第１の可動板３１および第２の可動板３２の他端３１Ｂ、３２Ｂが噴射口２２の前方に位置するように、第１の可動板３１および第２の可動板３２を噴射口２２の軸線２２Ａに対して斜めになった第１の位置Ｐ１に回動させて、噴射口２２の開口面積を小さくするようにする。これによって、霧（蒸気）の噴射量（流量）が少なくなっても、霧（蒸気）の噴射速度が一定に維持される。これによって、シリンダ１３内部の横方向（奥行き方向）において、常に一定の距離まで霧（蒸気）が届くようにしている。また、側壁１６の下部にある噴射口２２から噴射された霧（蒸気）は、シリンダ１３の高さ方向において、常に一定の高さまで届くように噴射される。

一方、逆に、排出部２６に排出されたたばこ原料１４の温度が所定の値よりも低かった場合には、例えば、制御装置２８は、霧（蒸気）の量が少ないものと判断する。そして、上記と同様に、制御装置２８の弁開閉部２８Ｂは、フィードバック制御を行って、霧（蒸気）の量を多くする。これと同時に、制御装置２８の可動板操作部２８Ａは、図３に示すように噴射口２２の前方から退避する方向（第２の位置Ｐ２）に第１の可動板３１および第２の可動板３２を回動させて、噴射口２２の開口面積を大きくする。これによって霧（蒸気）の噴射速度が一定に維持される。

続いて、図９から図１３を参照して、上記のたばこ原料処理装置１１を利用した実験結果について説明する。図９から図１３は、それぞれ第１から第５の条件に対応した実験結果である。横軸（Ｘ）は噴射口２２からの水平方向の距離（すなわち、シリンダ１３の奥行き方向）に対応している。縦軸（Ｙ）は噴射口２２からの鉛直方向の距離（すなわち、シリンダ１３の高さ方向）に対応している。このため、図９から図１３のグラフは、シリンダ１３を内部の温度分布を横方向から見たものに相当する。

第１の条件では、噴射口２２から噴射される蒸気等の霧１９の流量は、２００ｋｇ／ｈである。また、第１の条件では、第１の可動板３１の他端３１Ｂと、第２の可動板３２の他端３２Ｂと、の間の隙間（開口高さ）は、８０ｍｍである。この実験結果を図９に示す。この実験結果では、蒸気等の霧１９の流量が十分に大きいため、霧１９はシリンダ１３の奥行き方向の中程よりも奥側（噴射口２２とは反対側、図１および図９の紙面右側）に十分に到達する。

第２の条件では、噴射口２２から噴射される蒸気等の霧１９の流量は、１００ｋｇ／ｈである。また、第２の条件では、第１の可動板３１の他端３１Ｂと、第２の可動板３２の他端３２Ｂと、の間の隙間（開口高さ）は、８０ｍｍである。この実験結果を図１０に示す。この実験結果では、第１の条件に比して、蒸気等の霧１９の流量が半分になるため、霧１９の流速が落ちて、霧１９の大部分はシリンダ１３の奥行き方向の中程に噴射される。

第３の条件では、噴射口２２から噴射される蒸気等の霧１９の流量は、１００ｋｇ／ｈである。また、第３の条件では、第１の可動板３１の他端３１Ｂと、第２の可動板３２の他端３２Ｂと、の間の隙間（開口高さ）は、４０ｍｍである。この実験結果を図１１に示す。この実験結果では、第１の条件に比して、蒸気等の霧１９の流量が半分になるが、第１の可動板３１の他端３１Ｂと、第２の可動板３２の他端３２Ｂと、の間の隙間も半分になるため、霧１９の流速が維持される。その結果、霧１９はシリンダ１３の奥行き方向の中程よりも奥側（噴射口２２とは反対側、図１および図１１の紙面右側）まで十分に到達する。

第４の条件では、噴射口２２から噴射される蒸気等の霧１９の流量は、５０ｋｇ／ｈである。また、第４の条件では、第１の可動板３１の他端３１Ｂと、第２の可動板３２の他端３２Ｂと、の間の隙間（開口高さ）は、８０ｍｍである。この実験結果を図１２に示す。この実験結果では、第１の条件に比して、蒸気等の霧１９の流量が１／４になるため、霧１９の流速が落ちて、霧１９の大部分はシリンダ１３の奥行き方向の中程よりも手前側（噴射口２２の近傍、図１および図１２の紙面左側）噴射される。

第５の条件では、噴射口２２から噴射される蒸気等の霧１９の流量は、５０ｋｇ／ｈである。また、第５の条件では、第１の可動板３１の他端３１Ｂと、第２の可動板３２の他端３２Ｂと、の間の隙間（開口高さ）は、２０ｍｍである。この実験結果を図１３に示す。この実験結果では、第１の条件に比して、蒸気等の霧１９の流量が１／４になるが、第１の可動板３１の他端３１Ｂと、第２の可動板３２の他端３２Ｂと、の間の隙間も１／４になるため、霧１９の流速が維持される。その結果、霧１９はシリンダ１３の奥行き方向の中程よりも奥側（噴射口２２とは反対側、図１および図１３の紙面右側）に十分に到達する。

本実施形態によれば、たばこ原料処理装置１１は、たばこ原料１４を内部に有する円筒形のシリンダ１３と、たばこ原料１４に対して霧を噴射する噴射口２２と、噴射口２２の近傍に設けられるとともに、噴射口２２の前方に突出して噴射口２２の開口面積を小さくしたり、噴射口２２の前方から退避して噴射口２２の開口面積を大きくしたりする一対の可動板３１、３２と、を備える。

この構成によれば、一対の可動板の操作によって、噴射口２２の開口面積を増減させることができる。これによって、霧の噴射量を増減した場合でも、開口面積を操作することによって、霧の噴射速度を一定に維持することができる。これによって、霧の噴射量の変更の前後において、噴射される霧の状態（噴霧領域、噴霧位置）を一定にすることができる。このため、シリンダ１３内のたばこ原料１４に十分に霧を行き渡らせて、品質を一定にすることができる。また上記構成によれば、たばこ原料処理装置１１の稼働を停止せずに、稼働状態のままで連続的に噴射口２２の開口面積を操作することができるため、たばこ原料１４の処理効率を向上できるとともに、噴射口２２の開口面積の微妙な調節も可能にできる。

たばこ原料処理装置１１は、噴射口２２を間に挟むように設けられる一対の回転軸３４、３５を備え、回転軸３４、３５のそれぞれは、可動板３１、３２の一端３１Ａ、３２Ａを支持するとともに、可動板３１、３２のそれぞれは、一端３１Ａ、３２Ａとは反対側の他端３１Ｂ、３２Ｂが噴射口２２の前方に位置するように、噴射口２２の軸線２２Ａに対して斜めになった第１の位置Ｐ１と、他端３１Ｂ、３２Ｂが噴射口２２の前方から退避した第２の位置Ｐ２と、の間で回転軸３４、３５を中心に回転できる。

この構成によれば、霧の噴射方向を可動板の方向に沿わせて自由に変更することができ、シリンダ内部にあるたばこ原料に対して均一に霧を噴射することができる。また上記の構成によれば、噴射口２２の開口面積を小さくする場合でも、霧が通る流路の断面積を徐々に小さくすることができるため、霧の流れが乱流状に乱れることがなく、霧の流れを円滑にすることができる。また、霧を導く際に一対の可動板３１、３２に付着してしまう液滴を最小限にすることができる。

噴射口２２および一対の可動板３１、３２は、シリンダ１３の外部に設けられる。例えば、シリンダ１３の内部に噴射用のノズル等を設置すると、ノズルの上部にたばこ原料１４が蓄積してしまう恐れがある。そして、このように蓄積したたばこ原料が後になって排出部に排出されると、処理後のたばこ原料１４の品質にばらつきを生ずることとなる。この構成によれば、噴射口２２および可動板の上部にたばこ原料１４が蓄積することがなく、品質の均一なたばこ原料１４を得ることができる。また、噴射口２２および一対の可動板がシリンダ１３外に配置されれば、これらのメンテナンス性も向上する。

さらに、たばこ原料処理装置１１は、シリンダ１３からたばこ原料１４が排出される排出部２６と、排出部２６の近傍に設けられるとともに、たばこ原料１４の状態を検知するセンサ２７と、センサ２７からの信号に基づいて一対の可動板を操作して噴射口２２の開口面積を制御する制御装置２８と、を備える。この構成によれば、制御装置２８を介したフィードバック制御が可能となり、たばこ原料１４の水分量をより一層厳密に管理することができる。これによって、処理後のたばこ原料１４の品質をさらに向上することができる。

また、一対の可動板は、その一方の他端が噴射口２２の前方に突出するとともに、その他方が噴射口２２の前方から退避することで、霧の噴射方向を一方の可動板に沿った方向に変更可能である。この構成によれば、シリンダ１３の内部のあらゆる方向に向けて霧を噴射することができ、シリンダ１３内部にあるたばこ原料１４に均一に霧を行き渡らせることができる。

本発明のたばこ原料処理装置１１は、上記した、たばこ原料の水分量を調整するたばこ原料調和機の例に限定されるものではない。本発明のたばこ原料処理装置は、例えば、シリンダ内に香料等を噴霧してたばこ原料に香料を付加することができる加香機や、種類の異なるたばこ原料同士を混ぜ合わせるとともに水分量を調節することができる混合機にも、当然に適用することができる。加香機では、香料等を霧１９（霧状の液）として噴射口２２からたばこ原料１４に向けて噴射する。

また、本発明を適用したたばこ原料処理装置１１では、可動機構２３は、上記の構造に限定されるものではない。可動機構は、例えば、図７、図８に示すような構造であってもよい。

具体的には、可動機構２３は、噴射口２２の近傍にスライド移動可能に設けられた第１の可動板３１および第２の可動板３２と、第１の可動板３１および第２の可動板３２のスライド移動を駆動するサーボモータ等の駆動源と、を有する。この変形例では、第１の可動板３１および第２の可動板３２は、噴射口２２の軸線２２Ａの方向と交差する方向に沿って配置されており、軸線２２Ａの方向と交差する方向に沿ってスライド移動することができる。第１の可動板３１および第２の可動板３２は、駆動源の駆動によって、噴射口２２の前方に突出するように移動して噴射口２２の開口面積を小さくしたり（第１の位置Ｐ１、図８参照）、噴射口２２の前方から退避する方向（開方向）に移動して噴射口２２の開口面積を大きくしたりする（第２の位置Ｐ２、図７参照）。このように、第１の可動板３１および第２の可動板３２をシャッターのような構造にしても、霧（蒸気）の噴射速度をある程度一定に維持することができる。また、第１の可動板３１および第２の可動板３２の構造を簡略化することができる。

このほか、発明の要旨を逸脱しない範囲で本発明を種々変形実施可能であるのは勿論である。

１１…たばこ原料処理装置、１３…シリンダ、１４…たばこ原料、１９…霧、２２…噴射口、２３…可動機構、２６…排出部、２７…センサ、２８…制御装置、３１…第１の可動板、３２…第２の可動板

Claims (7)

1. たばこ原料を内部に有する円筒形のシリンダと、
   前記たばこ原料に対して霧を噴射する噴射口と、
   前記噴射口の近傍に設けられるとともに、前記噴射口の前方に突出して前記噴射口の開口面積を小さくしたり、前記噴射口の前方から退避して前記噴射口の開口面積を大きくしたりする一対の可動板と、
   を備えるたばこ原料処理装置。
2. 前記噴射口を間に挟むように設けられる一対の回転軸を備え、
   前記回転軸のそれぞれは、前記可動板の一端を支持するとともに、
   前記可動板のそれぞれは、前記一端とは反対側の他端が前記噴射口の前方に位置するように、前記噴射口の軸線に対して斜めになった第１の位置と、前記他端が前記噴射口の前方から退避した第２の位置と、の間で前記回転軸を中心に回転できる請求項１に記載のたばこ原料処理装置。
3. 前記噴射口、前記一対の可動板、および前記一対の回転軸は、前記シリンダの外部に設けられる請求項２に記載のたばこ原料処理装置。
4. 前記シリンダから前記たばこ原料が排出される排出部と、
   前記排出部の近傍に設けられるとともに、前記たばこ原料の状態を検知するセンサと、 前記センサからの信号に基づいて前記一対の可動板を操作して前記噴射口の開口面積を制御する制御装置と、
   を備える請求項３に記載のたばこ原料処理装置。
5. 前記一対の可動板は、これらの間を通る前記霧の初速を一定にするように前記開口面積を調整する請求項４に記載のたばこ原料処理装置。
6. 前記一対の可動板は、その一方の前記他端が前記噴射口の前方に突出するとともに、その他方の前記他端が前記噴射口の前方から退避することで、前記霧の噴射方向を前記一方の可動板に沿った方向に変更可能である請求項５に記載のたばこ原料処理装置。
7. 前記一対の可動板は、前記噴射口を間に挟んだ両側に設けられるとともに、前記噴射口の軸線方向と交差する方向に沿ってスライド移動可能である請求項１に記載のたばこ原料処理装置。