(57)【要約】対象物または製品の破砕試験に際して見られる現象において、弾性変形、塑性変形及び弛緩が考慮されたモデル化により物理的モデルを得る工程と、該モデルを実験データで調整する工程と、破砕度合い値のほか、変形の際のエネルギ散逸、負荷弛緩さらには変形の際のエネルギ蓄積をも考慮したパラメータを使って調整済み該モデルにより対象物または製品の特性を特定する工程と、からなる方法。本方法により、対象物または製品の力学的特性に関して、より高い識別力を有し、かつ、より詳細に記述された情報が得られる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
紙巻タバコやフィルタ等の対象物の圧密特性や、タバコ等の製品によって充填される容量を特定する方法であって、
前記対象物または前記製品の破砕工程における、弾性変形、塑性変形及び弛緩が考慮された現象の物理的モデル化工程と、
前記モデル化工程において得られた実験データにより、前記モデルを調整する工程と、
破砕度合いのほか、変形の際のエネルギ散逸、応力弛緩、さらには変形の際のエネルギ蓄積をも考慮したパラメータを使って、前記調整済みモデルにより前記対象物または前記製品の特性を特定する工程と、からなることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記モデルは、電圧ｕ（ｔ）が印加される２つの端子間に設けられ、かつ、第１の電気抵抗Ｒ１と電気抵抗Ｒ２が並列接続されている第２のコンデンサとが直列に接続された電気回路であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記調整工程及び前記特定工程が、
狭さく部を含んだ装置、前記狭さく部に力を与える装置及び前記狭さく部の相対運動を記録するシステムを用いて既知の破砕力を前記製品に与える工程と、
一定時間にわたって前記運動を記録するデータ取得工程と、
多重回帰ツールを援用することにより、実験データを用いて前記モデルを調整する物理的特性特定工程と、
弾性変形、塑性変形及び弛緩現象を特徴とする少なくとも３つのパラメータを用いて前記製品を記述する工程と、からなることを特徴とする前記請求項のうちいずれか１記載の方法。
【請求項４】
所定の値Ｆを有したステップ状の力が与えられた場合に前記モデルは、
【外１】2004512024.tif 000009
と記述され、
ここにおいて、ｐ１は変形の際の前記散逸の特性を示すパラメータであり、
ｐ２は前記応力弛緩の特性を示すパラメータであり、
ｐ３は変形の際の前記エネルギ蓄積の特性を示すパラメータであり、
ｄ（ｔ）は時間に依存した運動であり、
Ｆは前記与えられた力Ｆ（ｔ）の最大値であることを特徴とする前記請求項に記載の方法。
【請求項５】
前記実験データによる前記モデルの前記調整は、最大傾斜を用いたニュートンラプソンアルゴリズムや前記モデルの３つのパラメータｐ１、ｐ２及びｐ３に関する不明確さを表現することができるレーベンベルグ・マルカート（Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔ）アルゴリズム等の多重回帰アルゴリズムに基づいた非線型多重回帰コンピュータツールの利用により具体化されるものであることを特徴とする請求項３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、紙巻タバコやフィルタ等の対象物の圧密特性を特定する方法に関するものであり、さらにタバコ等の製品の充填容量に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
一般的に、紙巻タバコやフィルタの圧密特性を特定したり充填容量を特定したりする従来の方法は、所与の物理的原理に基づいていることが知られており、製品の特性を特定するために、製品を２つの狭さく部（ｊａｗｓ）間に設置し、破砕可能な力がかけられるものである。所定の時間経過後、破砕により生じた変形の度合いを測定し、これを特徴的特性すなわち圧密度及び充填容量として直接相関させている。すなわち、従来の方法は破砕度合いをこれらの特徴的特性とみなしている。
【０００３】
狭さく部の形状、与える力の大きさ及び破砕度合いを測定するまでの時間は、個々の装置によって大きく異なっているが、原理は同じである。
破砕度合いにより圧密特性を特定したり充填容量を特定したりする工程は、単純な装置により構成されるものであるが、応力条件下での製品の挙動についての精密な説明は全くなされていない。実際には、破砕工程において製品には弾性及び塑性変形並びに応力弛緩が関与している。しかるに所定時間後の破砕度合いでは、これら３つの物理現象に関する情報が示されていない。よって、従来の方法は製品の力学的特性に関してほとんど識別がなされておらず、説明も不十分である。
【０００４】
【発明の開示】
本発明の目的は、特にこれらの欠点を除去するものである。
上記の趣旨のもと、本出願は、現象の物理的モデル化に基づいたうえで該モデルを実験データにより調整することで特性を特定する方法に関するものであって、これにより製品の圧密度または充填容量に関する特性が特定される。
【０００５】
より詳細にいえば、本方法は以下の工程を含んでいる。
破砕工程の一時期においてみられる現象の物理的モデル化工程。本モデル化には、弾性変形、塑性変形及び応力弛緩が考慮される。
モデル化工程において得られた実験データによる前記モデルの調整工程。
破砕度合いのほか、変形の際のエネルギ散逸、応力弛緩、さらには変形の際のエネルギ蓄積をも考慮したパラメータを使った、調整済みモデルにより製品の特性を特定する工程。
【０００６】
前記調整工程においては、以下を含むことが有益である。
狭さく部を含んだ装置、前記狭さく部に力を与える装置及び前記狭さく部の相対運動を記録するシステムを用いて既知の破砕力を製品に与えること。
一定時間にわたって前記運動を記録するデータ取得工程。
多重回帰ツールを援用することにより、実験データを用いて前記モデルを調整する物理的特性特定工程。
【０００７】
弾性変形、塑性変形及び弛緩現象を特徴とする少なくとも３つのパラメータを用いて製品を記述する工程。
本方法は、従来用いられてきた方法に比べてより高い識別力を有している。
さらに、本方法によれば、破砕工程の初期の数秒で情報が引き出されるため、破砕度合い測定に基づく従来の方法に比べて情報がより迅速に得られることとなる。
【０００８】
本発明の方法は、添付図面を参照すると共に非限定的な例として以下に記述される説明を読むことによりさらに容易に理解できる。
【０００９】
【発明を実施するための最良の形態】
上述の通り、本発明の方法は破砕力を受けた検査対象物の挙動のモデル化を含んでいる。
そのため、出願人は、破砕工程における物理現象と電気法則についてよく知られているため容易に活用できる電気現象との類似点を調査した。
【００１０】
この点において、本モデル化は以下の事実に基づいている。
与えられたエネルギの損失を誘発する塑性変形は、電流が通り抜けた際にエネルギを散逸させる電気抵抗Ｒ１として表現することができる。
エネルギの蓄積を表わす弾性変形は、電圧の変化に伴い充放電されるコンデンサＣとして表現することができる。
【００１１】
エネルギ損失の蓄積である応力弛緩は、前記コンデンサに並列に接続された電流の漏れを誘発する電気抵抗Ｒ２として表現することができる。
次に示す表１は、上述の物理現象と電気現象との類似を示している。
【００１２】
【表１】
2004512024.tif 000002
【００１３】
破砕力を受けた、紙巻タバコやフィルタやタバコサンプル等の対象物と等価な電気モデルを図１に示す。
本モデルは、電圧ｕ（ｔ）が印加される２つの端子間に設けられ、かつ、電気抵抗Ｒ１と電気抵抗Ｒ２が並列接続されているコンデンサＣとが直列に接続された電気回路の形態で表わされている。
【００１４】
紙巻タバコやタバコの力Ｆ（ｔ）に対する応答計算は、電圧ｕ（ｔ）に対する電気回路の応答計算となる。一般的に、本計算はラプラス変換を用いることにより行ない得る。
所定の値を有した力Ｆが瞬時に与えられたと仮定した場合、すなわち、電圧ｕ（ｔ）がステップ状の電圧としてかけられた場合、電気抵抗Ｒ１を流れる電流ｉ（ｔ）は以下となる。
【００１５】
【式１】
2004512024.tif 000003
【００１６】
すなわち、以下に示す運動速度と類似している。
【００１７】
【式２】
2004512024.tif 000004
【００１８】
さらに、以下に示す運動と類似している。
【００１９】
【式３】
2004512024.tif 000005
【００２０】
【式４】
2004512024.tif 000006
【００２１】
ここにおいて、ｐ１は変形の際のエネルギ散逸の特性を示すパラメータであり、
ｐ２は応力弛緩の特性を示すパラメータであり、
ｐ３は変形の際のエネルギ蓄積の特性を示すパラメータである。
上記の電気モデルは、与えられる力の別なく運動の計算が可能である。他の例を次に示す。もし、力Ｆ（ｔ）が瞬時に与えられるのではなく、時間ｔ０経過時点で最大値Ｆに到達するように線形に増加するように与えられる場合は、以下に示すようなより複雑な式となる。
【００２２】
【式５】
2004512024.tif 000007
【００２３】
ここにおいて、ａはｔ＝０とｔ＝ｔ０との間の電圧の増加速度であり（ａ＝Ｆ／ｔ０）、
Ｈ（ｔ）はへ−ビサイド（Ｈｅａｖｉｓｉｄｅ）あるいはステップ関数である。
Ｆ＝３５５、ｐ１＝４、ｐ２＝４００、ｐ３＝０．４及びｔ０＝３秒において運動をモデル化した２つのケースを図２にプロットした。ここにおいて、曲線Ｃ１はステップ状の力が与えられた場合に対応し、曲線Ｃ２は徐々に力が与えられた場合に対応する。
【００２４】
大きく変形した後、弛緩現象により線型運動が誘発されることが図２に示されている。
一旦モデルが構築されると、次は製品の特性を特定するために活用していくことが問題となる。
圧密度または充填容量を測定する実験装置は、従来の方法において使用されてきたものと同等のものを使用する。一方、前記提案した方法においては、与えられた力及び破砕工程における運動を把握して記録することが必須となる。一定時間与えられた力を把握することにより、測定された運動に基づき調整されたモデルを用いて理論的運動がシミュレートされる。しかし、ステップ状の力などの単一の力を与えることによる法則では、運動のモデル化がかなり簡素化されてしまうので、調整工程が必要となる。
【００２５】
従って、実験データの利用が図られ、これによって理論モデルが調整される。実験データによる理論モデルの調整には、非線型多重回帰コンピュータツールの利用が有効である。本ツールは、ニュートンラプソンアルゴリズム等の最大傾斜を用いた種々の最小化アルゴリズムやレーベンベルグ・マルカート（Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔ）アルゴリズムに基づいている。後者のケースでは、モデルの３つの不明確なパラメータｐ１、ｐ２及びｐ３を表現することができる。ステップ状の力が与えられた１例が図３に示されており、記録された測定結果が下記の表２に示されている。
【表２】
2004512024.tif 000008
図３においては、曲線Ｃ３がモデルに相当し、Ｐ点が実験で得られた値に対応する。
【００２６】
９５％における実験データにより調整されたモデルのパラメータ値は以下の通りである。
ｐ１＝４．４±０．２
ｐ２＝４８±５
ｐ３＝０．４０±０．０１
ここで、Ｆ＝３００である。
【００２７】
これら３つのパラメータが、製品が破砕される際の製品の挙動の特性を特定している。
ｐ１は塑性変形に関するパラメータである。前記パラメータが大きくなると、塑性変形はより大きくなる。ｐ２は応力弛緩に関するパラメータである。前記パラメータｐ２が大きくなると、該現象はより弱くなる。最後に、ｐ３は弾性変形に関するパラメータである。前記パラメータｐ３が大きくなると、弾性変形はより大きくなる。
【００２８】
新しい測定方法によって得られたこれら３つのパラメータにより、所定時間後の破砕度合いを示す値に比べて製品の特性をより完全に特定することが可能となる。さらに、この新しい方法は従来方法により得られた結果を用いて経験に基づき計算することが可能である。これと反対の場合は可能ではない。このことが、本発明の方法の特記すべき特徴を明確に表わしている。
【００２９】
パラメータに関する不明確さは測定回数を増やすことにより、低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
破砕力条件下での紙巻タバコまたはタバコサンプルの挙動を示すモデルを構成する電気回路図である。
【図２】
破砕力が与えられて紙巻タバコまたはタバコサンプルが破砕される際の狭さく部の時間管理下における運動モデル曲線を示す図である。
【図３】
モデルを実験で記録された破砕測定により調整したことを示す時間管理下における破砕曲線図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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