(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タバコを紙巻きたばこメーカーの近傍でマイクロ波放射線にさらして、タバコ密度に関する信号ＳDとタバコ湿度に関する信号ＳFの両方を生成する、紙巻きたばこ中の異物を検出および選択する方法であって、
密度信号ＳDと湿度信号ＳFの同時に得られた測定値から、密度信号ＳDと湿度信号ＳFを互いに組み合わせてデータ処理することにより複合信号ＳKが算出され、
調整可能な閾値を複合信号ＳKが超えたかどうか評価することによりタバコ中の異物の有無を検出することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
前記調整可能な閾値を複合信号ＳKが超えると、異物信号が生成され、突出し装置を制御して異物を突出すのに用いられることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれかの方法を実施するための装置であって、誘電体が充填された共振空洞を持つマイクロ波共振器からなり、上記誘電体はタバコストランドが連続的に進行する通路を有し、上記装置はさらに無線周波数放射線を共振空洞に送り込み通過させる、電極が接続された少なくとも１つのマイクロ波アンテナを備えた装置であって、
マイクロ波共振器は突出し装置に連結され、異物を検出すると突出し装置に信号が適用されて突出し装置を駆動し、異物を含有するタバコストランドの部分を除去するように突出し装置を制御することを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項３記載の装置において、
マイクロ波共振器からの信号を処理して突出し装置用の作動信号を生成する電子または電気機械式制御回路が設けられていることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紙巻きたばこ中の異物を検出・選択する方法に関する。この方法においては、タバコを紙巻きたばこメーカー（すなわち紙巻きたばこ製造機）の領域においてマイクロ波放射にさらし、タバコ密度に関する信号ＳＤとタバコ湿度に関する信号ＳＦの両方を生成する。
【０００２】
【従来の技術】
ドイツ特許ＤＥ１９７０５２６０Ａ１から、ある物質の存在により引き起こされるマイクロ波共振器のアンバランスを評価することにより、タバコの水分質量および／または乾燥質量のような当該物質の少なくとも１つの特性を検出する方法と装置が知られている。これによれば、２つの異なった周波数を持つマイクロ波が共振器に当てられ、共振器の周波数シフトと減衰が当該物質を持たない共振曲線と比較して分析される。
【０００３】
ヨーロッパ特許０８８９３２１Ａ１には、試料の長手方向の密度プロファイルおよび／または湿度プロファイルを高精度かつ局所的解像度で測定するマイクロ波共振器が開示されている。これによれば、共振器は誘電体が充填され、空洞は直角の寸法で測定した横方向の寸法より実質的に小さい厚みを持つ。
【０００４】
タバコ産業においては、製品の品質を維持するため、原料タバコに含有される異物を検出し除去することが必要である。“異物”という用語は全ての非タバコ物質を意味するものとする。
【０００５】
米国特許４７０７６５２は、電磁迷放射線を当てて分析することにより、紙巻きたばこ用タバコの中の異物を検出する方法を開示している。
【０００６】
米国特許５４７６１０８も紙巻きたばこ用タバコ中の異物の検出に関するものである。これによれば、タバコは近赤外線で調べられ、異物が検出されると、加圧空気ノズルを含む突出し装置に信号が出され、このノズルは異物を含有する紙巻きたばこに空気を噴射し、作業工程から外す。
【０００７】
最後に、ドイツ実用新案ＤＥ２９７１９６００Ｕ１は、物質層中の不均質部分と異物を検出する装置を開示している。この装置においては、物質層が粒子ビームまたは電磁線で処理され、透過または反射された強度が分析される。
【０００８】
紙巻きたばこメーカーにおける上記の異物検出・除去方法は限られた範囲でしか使用できないので、混入する恐れのある全ての異物に対しては効率が不十分である。
【０００９】
純粋に金属を検出する装置または空気およびふるい分級方法を別にすれば、従来技術はタバコ加工分野における画像評価方法を特に使用している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
これらの方法では以下の欠点がある：
−  そのような装置の効果は異物の光学的検出に基づいている。したがって、タバコ素材の流れを細くして単層にしなければならないが、これは設備とスペースに高いコストをかけなければ達成できない。
−  検出率は物質に特異的で、異物の色と大きさに特に依存することが多い。タバコに似た色をもつ小さい異物は事実上検出不能である。
−  実際の異物を別にすれば、方法的には常に良好なタバコ物質も排出される。これは望ましくないタバコ損失を増大させ、コストの追加につながる。
−  従来の素材流れの中の異物の検出と除去が成功の可能性を持つためには、紙巻きたばこ用の異物検出設備がタバコ切断工程より上流に置かれるのが好ましい。しかしながら、原料タバコが異物で汚染されるだけでなく、タバコ加工操作中に異物がタバコに入り込むおそれがある。したがって、異物捜索設備の設置にかかわらず、異物が紙巻きたばこメーカーに混入する危険性が依然として存在する。
−  明らかに紙巻きたばこメーカーには、粗雑な部分（例えば望ましくない小さい茎断片や、いわゆる吹き分け茎、等）を分離するための機能的ユニットが存在するが、このようなユニットは異物を充分な効率で除去できないので、最終的に異物が紙巻きたばこに混入する危険性がある。
【００１１】
したがって、本発明の目的は完成したタバコロッド中の異物を検出する方法であって、紙巻きたばこメーカーで使用でき、放射能を持つ放射線を必要とせず、既知の方法と比べ改善されている方法を提供することである。異物を含有する紙巻きたばこロッドは検出されることになっており、その検出器の直後に製造工程から自動的に駆出される。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、上記タイプの方法を用いる。この方法は、密度信号ＳDと湿度信号ＳFを組み合わせた形で評価し、タバコ中の異物の有無を検出することを特徴とする。具体的には、密度信号ＳDと湿度信号ＳFの同時に得られた測定値から、密度信号ＳDと湿度信号ＳFを互いに組み合わせてデータ処理することにより複合信号ＳKが算出され、調整可能な閾値を複合信号ＳKが超えたかどうか評価することによりタバコ中の異物の有無を検出する。
【００１３】
したがって、本発明は紙巻きたばこ完成品を作成する紙巻きたばこメーカーにおいて異物を直接検出するという課題を解決し、効率が高く、タバコ加工域における異物捜索設備の上記欠点をなくすものである。
【００１４】
本発明に係る紙巻きたばこ中の異物を検出する方法において、形成された連続ロッドは、個々のロッドに切断される前に紙巻きたばこメーカーの領域でマイクロ波放射線にさらされ、ロッド密度に関する信号ＳＤとロッド湿度に関する信号ＳＦが生成され、その後データ処理により複合信号ＳＫが算出される。この信号は有意で、紙巻きたばこロッド中に存在する可能性のある異物を高感度で検出する。“ロッド湿度”という用語は、ロッドの乾燥重量に対するロッド中の水分比率を表すものとする。
【００１５】
本発明は以下の着想に基づいている：
マイクロ波測定装置で紙巻きたばこロッドのタバコ密度を求めることは、ある時期可能であった。このマイクロ波測定装置の信号を根拠に紙巻きたばこの重量を規制できる。
【００１６】
この測定法は物理的に、湿った物質試料中の水分子の双極子緩和の評価に基づいている。このため、測定物質は共振器の場に導入される。測定すべき物質が共振器の電磁場に置かれると、共振器の共振周波数が空の共振器のそれと比べて減少するが、共鳴線のピーク幅は空の共振器のそれより大きい。物質の水分含有量が高くなればなるほど、これら２つの作用は大きくなる。
【００１７】
測定により決定できる上記２つのパラメータは物質の水分含有量だけでなく、共振器の場の範囲内の試料物質の充填密度からも影響を受ける。したがって、この方法は、２つの測定値を互いに独立に、すなわち、対照の測定値により湿度の検量がなされるなら物質湿度を充填密度と独立に、また、対照の測定値を用いて密度の検量がなされるなら物質密度を物質湿度と独立に、同時測定するのに適している。
【００１８】
マイクロ波共振測定原理によりタバコロッドの密度を測定すると、自動的に、また事実上廃棄物として物質湿度の測定値が得られ、この測定値は“水分含有率（％Ｈ２Ｏ）”で表され、さらに用いられることはない。
【００１９】
タバコロッド中に存在する異物は、その密度とその物質湿度が残りのタバコロッドのそれとは異なることで同定される。両信号、すなわち密度と湿度、の複合評価によってのみ、異物を高感度および高精度で検出でき、問題の紙巻きたばこを次の段階で排出できる。もしも密度だけまたは湿度だけを評価したならば、解釈ミスが起こる筈である。異物のない正常なタバコロッドが何らかのでたらめで不規則な密度および湿度の変動に見舞われるからである。
【００２０】
紙巻きたばこメーカーにおけるこの異物検出の原理は、タバコ密度および湿度を測定するための市販のマイクロ波測定装置を用いている検査室で既に認められ、試験されてきた。このため、手作業で非タバコ部分または粒子を添加させた紙巻きたばこロッドで測定を行った。
【００２１】
本発明はさらに、望ましくない異物を含有するタバコの部分が除去できる上記の方法を実施するための装置に関する。この装置はＥＰ０８８９３２１Ａ１に開示されたようなマイクロ波共振器、すなわち上部金属壁と下部金属壁を持ち、その間にセラミック物質が挟み込まれているマイクロ波共振器に基づいている。通路が金属板または金属壁とセラミック物質を通って延びており、チェックするべき物質をこの通路を通って移動させる。マイクロ波共振器により発された信号は処理回路に適用され、ある基準が満たされると処理回路は突出し装置を制御してタバコストランドから所定の部分を除去する。通常、突出し装置はマイクロ波共振器から離されて紙巻きたばこメーカーまたは紙巻きたばこ製造機上に装着されているので、マイクロ波共振器と突出し装置との間の信号はタイミングを計らなければならない。しかしながら、そのようなタイミングを計ることは当業者には問題とならない。例えば、紙巻きたばこ機の作業速度を明らかに同定する信号を生成するエンコーダを紙巻きたばこメーカーの主軸に設けることが可能である。１つの例では、このエンコーダは、紙巻きたばこメーカーの主軸と同一の速度で常に回転するよう紙巻きたばこメーカーの主軸に強固に結合された回転円板である。もちろん、紙巻きたばこメーカーの主軸の速度より高速または低速で円板を回転するようにさせることは可能である。必要なことは、これら２つの速度の間の関係が常に一定に維持されることだけである。回転円板の周辺に規則的間隔をおいて穴またはスリットまたは隙間を設ける、例えば３６０個の穴または隙間を設けると、円板の片側に設けられた光源から発され、円板の他側に設けられた光電池に向けて照射される光線は、それらの穴または隙間を通過するとき円板の１周ごとに３６０パルスを生成するので、各パルスは回転運動の１度を表す。これらの電気パルスは電子回路内で処理され、突出し装置をマイクロ波共振器とタイミング関係をもって制御するのに用いられる。突出し装置が作動されるまで幾つのパルスが数えられるかを設定するのは当業者には問題にならない。エンコーダパルスの数“ｎ”は、突出し装置に除去信号が適用されなければならない時まで必要であり、この数“ｎ”は紙巻きたばこ機の各種因子、例えば測定センサの位置付けや紙巻きたばこのサイズ、に依存し、フィルタ接続機の設計パラメータにも依存する。
【００２２】
突出し装置は様々に設計できる。例えば、作動信号（“除去信号”とも呼ばれる）により作動されると、強い空気噴流を出す単純な加圧空気ノズルでもよい。この空気噴流はタバコストランドに対し側方から当てられ、タバコストランドから規定の領域を吹き飛ばす。
【００２３】
他の実施態様では、突出し装置は紙巻きたばこメーカーの切断装置の背後であって、紙巻きたばこが既に完成されている位置に装着される。この実施態様においては、紙巻きたばこ全体が製造工程から取り出され、タバコ回収場に移されることがある。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明を以下のグラフでより詳細に説明する：
図１：  正常紙巻きたばこの密度・湿度曲線。
図２：  異物が木部分である図１にしたがう曲線。
図３：  異物が硬質プラスチック部分である図１の曲線。
図４：  異物がゴム部分である図１の曲線。
図５：  異物がガラス断片である図１の曲線。
図６：  異物が金属部分である図１の曲線。
図７：  異物が石である図１の曲線。
図８：  正常紙巻きたばこの複合信号のデータパターン。
図９：  異物が木部分である図８にしたがうデータパターン。
図１０：  異物が硬質プラスチック部分である図８のデータパターン。
図１１：  異物がゴム部分である図８にしたがうデータパターン。
図１２：  異物がガラス断片である図８のデータパターン。
図１３：  異物が金属部分である図８のデータパターン。
図１４：  異物が石である図８のデータパターン。
【００２５】
図１は正常なタバコロッドの密度および湿度の測定点を示す。測定は１ｍｍ間隔で行われ、重畳してプロットした。上方の曲線は正常紙巻きたばこの湿度分布を示し、水分１０．０％と１０．５％との間にある。同様の測定範囲で、正常紙巻きたばこの密度は２０５〜２５５ｍｇ／ｃｍ３で変動し、平均値は約２２０ｍｇ／ｃｍ３である。
図２によれば、タバコロッドに木部分が存在すると、この領域では密度と湿度の両方に変化があり、１８〜２８ｍｍの区域に明らかなピークが現れる。
図３は硬質プラスチック部分の曲線経過を示しており、１２〜２０ｍｍの範囲に明らかな密度ピークが現れ、この１２〜２０ｍｍの範囲に相当する湿度密度ピークが現れている。
図４は異物がゴム部分である曲線を示しており、８〜２５ｍｍの範囲に明らかなピークが現れている。
図５は異物がガラス断片であるタバコロッドの曲線を示している。密度曲線、湿度曲線の双方とも２２〜３３ｍｍの範囲に明らかなピークが現れているので、異物が存在するという結論を下せる。
図６は異物が金属部分である曲線を示し、２７〜３８ｍｍの範囲により顕著なピークが現れている。
【００２６】
タバコロッドに石が異物として存在する場合にも、同様に明らかなピークが現れ、１５〜２５ｍｍの範囲に検出される。これは、図７から明らかに推量できるとおりである。
【００２７】
ロッド密度ＳＤおよびロッド湿度ＳＦの同時かつ並行して得られた測定値から、データ処理により複合信号ＳＫが例えば以下の式にしたがって算出される：
ＳＫ＝ＡＢＳ（モードｘ−測定値ｘｉ）ｎ密度＊ＡＢＳ（モードｘ−
測定値ｘｉ）ｎ湿度
【００２８】
複合信号ＳＫは、密度信号のモードとｉ番目の測定値との差の量と湿度信号のモードとｉ番目の測定値との差のｎ乗の量との積であり、紙巻きたばこロッド中の異物を有意かつ高感度に同定する。変数ｎは１〜５の値をとることができる。
【００２９】
複合信号ＳＫは以下の式を用いても算出できる：
ＳＫ＝（モードｘ−測定値ｘｉ）ｎ密度＊ＡＢＳ（モードｘ−
測定値ｘｉ）ｎ湿度
または
ＳＫ＝ＡＢＳ（モードｘ−測定値ｘｉ）ｎ密度＊（モードｘ−
測定値ｘｉ）ｎ湿度
または
ＳＫ＝（モードｘ−測定値ｘｉ）ｎ密度＊（モードｘ−
測定値ｘｉ）ｎ湿度
【００３０】
複合信号ＳＫはさらに、グラフの助けをかりて以下に図示され、その根拠は図１〜７にしたがう一次的に得られた測定信号である。
【００３１】
図８は正常タバコロッドの複合信号のデータ点を示し、強度はゼロ線から最大値１まで変化している。
【００３２】
図９によると、タバコロッドに木部分があると、２２〜２６ｍｍの範囲に最大強度値１１までの有意なピークがある。
【００３３】
図１０は異物が硬質プラスチック部分であるデータパターンを示し、１４〜１８ｍｍの範囲に最大強度値９までの複合信号のピークを表している。
【００３４】
図１１は異物がゴム部分であるデータパターンを示し、１４〜１８ｍｍの範囲に最大強度値６５０までの明らかなピークが得られている。
【００３５】
図１２は異物がガラス断片であるタバコロッドのデータパターンを示している。２５〜３０ｍｍの範囲に最大強度値７００までの明らかなピークがあり、この異物が存在するという結論が下せる。
【００３６】
図１３は異物が金属部分であるデータパターンを示し、２９〜３５ｍｍの範囲に最大強度値２０、０００までのより明らかなピークが現れている。
【００３７】
タバコロッドに石が異物として存在する場合にも、３、５００の最大強度値までの同様に明らかなピークが得られ、１８〜２２ｍｍの範囲に検出される。これは、図１４から明らかに推量できるとおりである。
【００３８】
設定すべき閾値、例えば数値５、を複合信号が超えると、異物信号が生成され、突出し装置を制御するのに用いられる。その結果、確実に、異物を含有する紙巻きたばこロッドが製造工程から除去され、別個の廃棄手段に供給される。
【００３９】
本発明は、ロッド状の連続または分割されたバルク材単位にも同様に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  正常紙巻きたばこの密度・湿度曲線。
【図２】  異物が木部分である図１にしたがう曲線。
【図３】  異物が硬質プラスチック部分である図１の曲線。
【図４】  異物がゴム部分である図１の曲線。
【図５】  異物がガラス断片である図１の曲線。
【図６】  異物が金属部分である図１の曲線。
【図７】  異物が石である図１の曲線。
【図８】  正常紙巻きたばこの複合信号のデータパターン。
【図９】  異物が木部分である図８にしたがうデータパターン。
【図１０】  異物が硬質プラスチック部分である図８のデータパターン。
【図１１】  異物がゴム部分である図８にしたがうデータパターン。
【図１２】  異物がガラス断片である図８のデータパターン。
【図１３】  異物が金属部分である図８のデータパターン。
【図１４】  異物が石である図８のデータパターン。
【図１】
0004679034.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0004679034.tif 000013
【図１３】
0004679034.tif 000014
【図１４】
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