(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波の送信機と受信機との間にマイクロストリップ線路から成る伝送路を形成し、この伝送路をサンプリング装置における茶葉収容部内に位置させ、茶葉収容部内にサンプリングされた茶葉の含水率を測定する装置を用いた茶葉含水率測定方法において、
前記装置における前記茶葉収容部は、底板と、この底板の両側に立ち上がる一対の側板と、前記底板に対向して設けられる天板と、前記天板の前後に立ち上がるシャッター板及び背板とを要素とする板枠部材により構成され、前記茶葉収容部における底板の上面に前記マイクロストリップ線路を配設し、
更に前記背板を茶葉収容部をシャッター板側に移動可能することで排出作用板とし、また前記天板を底板に向って移動可能することで、押圧作用板としたものであり、
含水率の測定あたっては、前記茶葉収容部にサンプリングされた茶葉を、サンプリング途中において天板によって押圧することにより嵩密度を高める一方、その上方には、茶葉の受入余裕空間を広げ、この受入余裕空間に更に茶葉を受け入れることにより、サンプリング途中に押圧しない場合と比較して多量の茶葉を茶葉収容部内に受け入れ、その後更に茶葉を天板により押圧した状態でマイクロストリップ線路にマイクロ波を送出し、茶葉は取り込まれた茶葉収容部から移動することなく茶葉収容部内で含水率を測定されることを特徴とするマイクロ波による茶葉含水率測定方法。
【請求項２】
前記背板は、その下辺にクリーニング機構を設け、排出作用時における移動の際に、前記マイクロストリップ線路上に付着した茶葉、水分等を除去することを特徴とする請求項１記載のマイクロ波による茶葉含水率測定方法。
【請求項３】
マイクロ波の送信機と受信機との間にマイクロストリップ線路から成る伝送路を形成し、この伝送路をサンプリング装置における茶葉収容部内に位置させ、茶葉収容部内にサンプリングされた茶葉の含水率を測定する装置において、
前記装置における前記茶葉収容部は、底板と、この底板の両側に立ち上がる一対の側板と、前記底板に対向して設けられる天板と、前記天板の前後に立ち上がるシャッター板及び背板とを要素とする板枠部材により構成され、前記茶葉収容部における底板の上面に前記マイクロストリップ線路を配設し、
更に前記背板を茶葉収容部をシャッター板側に移動可能することで排出作用板とし、また前記天板を底板に向って移動可能することで、押圧作用板としたものであり、
更に前記天板は、前記茶葉収容部にサンプリングされた茶葉を、サンプリング途中において、押圧することにより嵩密度を高めて、茶葉の受入余裕空間を広げるように押圧作用を行い、また茶葉収容部は、出現した前記受入余裕空間に更に茶葉を受け入れることにより、サンプリング途中に押圧しない場合と比較して多量の茶葉を茶葉収容部内に受け入れるものであり、
含水率の測定にあたってはその後更に茶葉を天板により押圧した状態でマイクロストリップ線路にマイクロ波を送出し、茶葉は取り込まれた茶葉収容部から移動することなく茶葉収容部内で含水率を測定されることを特徴とするマイクロ波による茶葉含水率測定装置。
【請求項４】
前記背板は、その下辺にクリーニング機構を設け、排出作用時における移動の際に、前記マイクロストリップ線路上に付着した茶葉、水分等を除去することを特徴とする請求項３記載のマイクロ波による茶葉含水率測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロ波を用いた製茶途中の茶葉等の含水率測定の手段に関するものであり、特にその測定精度を向上させるための方法並びに装置に係るものである。
【０００２】
【発明の背景】
従来から製茶加工中の茶葉の含水率の測定を行い、この測定値に応じた製茶機の自動制御が行われている。このための茶葉の含水率測定装置としては、電気抵抗式の水分計、マイクロ波式の水分計、近赤外線式の水分計等が用いられているが、それぞれ以下に示すような点で改良の余地があった。
【０００３】
まず電気抵抗式の水分計は電極間に茶葉を位置させ、茶葉の電気抵抗を計測するというものであり、原理的に茶葉表面の水分の計測しかできないため、測定結果は表面抵抗に依存しがちで不正確で茶葉全体の水分を把握することが困難であり、製茶ラインの制御を行うためのデータとして用いるのには不充分である。
また茶葉の含水率によって一定以上の電圧がかかると、絶縁破壊を引き起こして測定不能な状態となってしまうため、例えば粗揉機では６Ｖ、中揉機では１２Ｖの電圧で測定を行っており、測定及びデータ処理を複雑化させている。
【０００４】
またマイクロ波式の水分計については、茶葉重量の測定装置であるロードセル等を必須とするため、測定系の構成の複雑化は否めない。
【０００５】
また近赤外線の水分計は、前記電気抵抗式の水分計よりも若干茶葉内部までの水分測定が行えるものの、原理的にはやはり茶葉表面水分の計測しかできない。また近赤外線の照射範囲は非常に狭いため、試料のごく一部しか計測対象とならないという欠点があった。更にまた近赤外線水分計は高価であるため汎用性に乏しい。
【０００６】
そこで本出願人は上述したような不具合を解消した含水率測定装置として、マイクロストリップラインを用いた含水率測定装置を発明し、すでに特願平１０−２１２６５２号「マイクロ波による含水率測定方法及びその装置並びにこれらを用いた製茶工程制御方法」として特許出願に及んでいる。
このものは、マイクロ波の送信機と受信機との間にマイクロストリップ線路から成る伝送路を形成し、前記マイクロストリップ線路におけるストリップ導体を、適宜の厚さの保護板で被覆するとともに、前記マイクロストリップ線路に付着した茶葉、水分等を除去するためのクリーニング機構を具えて成るものである。
【０００７】
そしてこのようなマイクロ波による含水率測定装置を用いることで、製茶機器によって加工中の茶葉の含水率測定を高精度で行い、この値に基づいて当該製茶機器からの茶葉の取り出し時期を判定するため、当該製茶機器による茶葉の加工度合いを最適のものとすることができ、高品質の加工茶葉を得ることを可能としたものである。
【０００８】
しかしながらこのようなマイクロ波による含水率測定装置にも、サンプリングを更に効率よく行うことや、サンプリング時間の短縮、更に安定したサンプリング量を得ること等の点で更なる改良の余地があった。
【０００９】
【解決を試みた技術課題】
本発明はこのような背景を認識して成されたものであって、茶葉収容部にサンプリングされた茶葉を、サンプリング途中において高密度状態に整えることにより、サンプリングを効率よく行い、サンプリング時間の短縮を図り、また安定したサンプリング量を得ることにより、精度の良い水分計測が行える新規なマイクロ波による含水率測定方法及び装置の開発を試みたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
すなわち請求項１記載のマイクロ波による茶葉含水率測定方法は、マイクロ波の送信機と受信機との間にマイクロストリップ線路から成る伝送路を形成し、この伝送路をサンプリング装置における茶葉収容部内に位置させ、茶葉収容部内にサンプリングされた茶葉の含水率を測定する装置を用いた茶葉含水率測定方法において、前記装置における前記茶葉収容部は、底板と、この底板の両側に立ち上がる一対の側板と、前記底板に対向して設けられる天板と、前記天板の前後に立ち上がるシャッター板及び背板とを要素とする板枠部材により構成され、前記茶葉収容部における底板の上面に前記マイクロストリップ線路を配設し、更に前記背板を茶葉収容部をシャッター板側に移動可能することで排出作用板とし、また前記天板を底板に向って移動可能することで、押圧作用板としたものであり、含水率の測定あたっては、前記茶葉収容部にサンプリングされた茶葉を、サンプリング途中において天板によって押圧することにより嵩密度を高める一方、その上方には、茶葉の受入余裕空間を広げ、この受入余裕空間に更に茶葉を受け入れることにより、サンプリング途中に押圧しない場合と比較して多量の茶葉を茶葉収容部内に受け入れ、その後更に茶葉を天板により押圧した状態でマイクロストリップ線路にマイクロ波を送出し、茶葉は取り込まれた茶葉収容部から移動することなく茶葉収容部内で含水率を測定されることを特徴として成るものである。
【００１１】
また請求項２記載のマイクロ波による茶葉含水率測定方法は、前記要件に加え、前記背板については、その下辺にクリーニング機構を設け、排出作用時における移動の際に、前記マイクロストリップ線路上に付着した茶葉、水分等を除去することを特徴として成るものである。
【００１２】
更に請求項３記載のマイクロ波による茶葉含水率測定装置は、マイクロ波の送信機と受信機との間にマイクロストリップ線路から成る伝送路を形成し、この伝送路をサンプリング装置における茶葉収容部内に位置させ、茶葉収容部内にサンプリングされた茶葉の含水率を測定する装置において、前記装置における前記茶葉収容部は、底板と、この底板の両側に立ち上がる一対の側板と、前記底板に対向して設けられる天板と、前記天板の前後に立ち上がるシャッター板及び背板とを要素とする板枠部材により構成され、前記茶葉収容部における底板の上面に前記マイクロストリップ線路を配設し、更に前記背板を茶葉収容部をシャッター板側に移動可能することで排出作用板とし、また前記天板を底板に向って移動可能することで、押圧作用板としたものであり、更に前記天板は、前記茶葉収容部にサンプリングされた茶葉を、サンプリング途中において、押圧することにより嵩密度を高めて、茶葉の受入余裕空間を広げるように押圧作用を行い、また茶葉収容部は、出現した前記受入余裕空間に更に茶葉を受け入れることにより、サンプリング途中に押圧しない場合と比較して多量の茶葉を茶葉収容部内に受け入れるものであり、含水率の測定にあたってはその後更に茶葉を天板により押圧した状態でマイクロストリップ線路にマイクロ波を送出し、茶葉は取り込まれた茶葉収容部から移動することなく茶葉収容部内で含水率を測定されることを特徴として成るものである。
【００１３】
更にまた請求項４記載のマイクロ波による茶葉含水率測定装置は、前記請求項３記載の要件に加え、前記背板については、その下辺にクリーニング機構を設け、排出作用時における移動の際に、前記マイクロストリップ線路上に付着した茶葉、水分等を除去することを特徴として成るものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下にまず本発明のマイクロ波による茶葉含水率測定装置についてその構成を説明し、次いでこのものの作動態様を説明するとともに、併せて本発明のマイクロ波による茶葉含水率測定方法について説明する。
本発明に係る含水率測定装置１は発明の背景で述べたように、本出願人による特許出願である特願平１０−２１２６５２号「マイクロ波による含水率測定方法及びその装置並びにこれらを用いた製茶工程制御方法」において開示したものに多少の改良を加えたものである。
【００１５】
本実施の形態の含水率測定装置１は、具体的には図１に示すように、一例として製茶工場における製茶装置２０（一例として粗揉機）の側板部２１に具えるサンプリング装置２と一体的に構成される。もちろん含水率測定装置１の配設個所においては、製茶装置２０の前面等適宜の位置を選択し得るものである。また更に具体的な製茶装置２０としては、粗揉機のほか、葉打機、中揉み機、中揉機等の各種製茶装置や茶葉の搬送機上に設けることも可能である。
【００１６】
前記サンプリング装置２には茶葉収容部３を形成するものであって、この茶葉収容部３は、底板４と、この底板４の両側に立ち上がる一対の側板５と、前記底板４に対向して設けられる天板８と、前記底板４の前後に立ち上がるシャッター板６及び背板７とを要素とする板枠部材により区画された方形空間である。
なお以下の説明において前方とは、シャッター板６側を意味し、また後方とは背板７側を意味するものである。
【００１７】
そして前記背板７を、前記側板５及び底板４に沿って前後に移動可能に構成することで排出作用板とし、且つ天板８を背板７に沿って、底板４に接近離反するように移動可能に構成することで押圧作用板としている。
このため適宜のブラケットを用いて筐体９に対して排出シリンダ７ａ、計測シリンダ８ａを固定し、これらのロッドをそれぞれ背板７の裏面、天板８の裏面に固定して成る。
【００１８】
また前記背板７の下辺（底板４側）には、クリーニング機構の一例としてナイロンブラシ１７を具えるものとする。このクリーニング機構としては前記ナイロンブラシ１７や、ゴムヘラ、布等、前記背板７の移動によって底板４の上面をワイプするもののほか、適宜圧搾空気を噴出するノズル等を具えたエアパージ機構を採用することもできる。
【００１９】
また前記シャッター板６は、対向した一対の側板５の前端面に沿って上下に移動することで茶葉収容部３の開閉を行うものであり、筐体９に対して固定したシリンダ６ａのロッドを上端面に固定して成る。
【００２０】
更に前記底板４の茶葉収容部３側の面（上面）には、マイクロストリップ線路１０を配設するものであり、このマイクロストリップ線路１０におけるストリップ導体１２側の面を、絶縁材から成る適宜の保護板１６で被覆する。本実施の形態では保護板１６として、厚さ０．４ｍｍのアクリル板を用いた。
【００２１】
以下上述のマイクロストリップ線路１０について詳細に説明する。
マイクロストリップ線路１０は図４に示すように、導体板１１の上方に帯状のストリップ導体１２を位置させるものであって、このストリップ導体１２を保持するために、導体板１１と、ストリップ導体１２との間に誘電体１３をスペーサとして挿入して成るものである。
【００２２】
前記導体板１１及びストリップ導体１２の素材としては、銅、鉄等導電率の高い金属を用いることが好ましいが、ステンレススチール等の耐蝕性に優れた金属を用いることもできる。また前記誘電体１３としてはシリコーン、フッ素樹脂、エポキシ樹脂等を含んだグラスファイバー、セラミック等を用いる。
【００２３】
また本実施の形態においては、電磁波のうち、特に３〜５ＧＨｚ帯（λ≒１０〜６ｃｍ）の一例として４ＧＨｚ（λ≒７．５ｃｍ）のマイクロ波を扱うため、この周波数におけるマイクロストリップ線路１０の特性インピーダンスが、送信機１９ａ及び受信機１９ｂとマッチングするように寸法等を適宜設計する。本実施の形態では、一例として誘電体１３として比誘電率εr ≒４．７のガラス繊維入りエポキシを用い、ストリップ導体１２の幅を２〜５ｍｍ、ストリップ導体１２と導体板１１との間隔を１〜１．５ｍｍとした。もちろんこれらの数値は誘電体１３の比誘電率εr の値、使用するマイクロ波の周波数等によって変化するものである。
また、使用する電磁波の周波数は、前記３〜５ＧＨｚ帯のマイクロ波に限定されるものではなく、要は水分に吸収される周波数であれは適宜の高周波を選択することができる。
【００２４】
本実施の形態におけるストリップ導体１２の形状は、一例として図５（ａ）に示すように底板４のほぼ対角線上を引き廻すようにした。
なおこのようなストリップ導体１２の引き廻しパターンについては、図５（ｂ）に示すように底板４の各辺に沿ってほぼ全域にわたって引き廻すようにしたり、図５（ｃ）に示すように数カ所で折り返すことで底板４の全面を通るようにする等、種々の実施の形態が採り得るものである。
【００２５】
そして前記ストリップ導体１２の入力端１２ａ及び出力端１２ｂにはそれぞれ、図５に示すようにＳＭＡ、ＢＮＣ等の高周波用のコネクタ１４ａ、コネクタ１４ｂを取り付け、同軸ケーブルＣ等によって送信機１９ａ、受信機１９ｂに接続される。
【００２６】
上述のようなマイクロストリップ線路１０を伝播するマイクロ波の減衰は、導体損失、誘電体損失及び放射損失となる。つまり図５に示す測定系において、送信機１９ａからの出力値と、受信機１９ｂへの入力値との差は、前記導体損失、誘電体損失及び放射損失を合わせたものとなり、マイクロストリップ線路１０上に試料（茶葉Ａ）が位置しない状態で、送信機１９ａから所定レベルのマイクロ波を送出すると、前記損失の分だけ減衰したレベルのマイクロ波が受信機１９ｂに到来するものであり、この受信レベルを基準値とする。
【００２７】
そして送信機１９ａから送出したマイクロ波のレベルと、受信機１９ｂに到来したマイクロ波のレベルとの差異は、試料たる茶葉Ａによるマイクロ波の吸収分と、前記損失分による減衰量分との合計になるものであり、このときの値から損失分による減衰量（基準値）を差し引いた値が茶葉Ａによるマイクロ波の吸収分Ｍ（ｄＢ）となる。
そしてこの値Ｍ（ｄＢ）から、下式によって試料（茶葉Ａ）の含水率Ｇ（％）を求めることができる。
Ｇ＝ａＭ＋ｂ  （ａ、ｂは補正値）
なお補正値ａ、ｂについては、事前に実験によって求められる値であって、上記測定系を用いた測定によって得られたＭ値と、重量計を用いて乾燥前後の茶葉Ａの重量値から得た水分値（実測値）との間に相関関係が見出せることから、決定されるものである。
【００２８】
本発明に係る含水率測定装置１の基本的な実施の形態は上述した通りであって、以下この作動態様と併せて本発明に係るマイクロ波による茶葉含水率測定方法について説明する。
（１）サンプリング
図６（ａ）に示すようにシリンダ６ａを収縮してシャッター板６を退却させて、茶葉収容部３の前面を開口すると、製茶装置２０の葉ざらい等によって掻き上げられた茶葉Ａが、茶葉収容部３内に取り込まれる。
【００２９】
（２）茶葉の押圧
所定の時間、開口部２１ａを開口してサンプリングしていると、図６（ｂ）に示されるように茶葉Ａが茶葉収容部３に高く積まれ、茶葉Ａが茶葉収容部３内に入らなくなる。そこで図６（ｃ）に示されるように、計測シリンダ８ａを伸張して天板８を下降させ、茶葉Ａを押圧し圧縮する。次に図６（ｄ）に示すように計測シリンダ８ａを収縮して、天板８を元の位置に上昇させると、茶葉Ａの山が圧縮され嵩密度が大きくなり、換言すれば茶葉Ａの山が小体積化したため茶葉収容部３内に広い茶葉の受入余裕空間Ｓが得られる。従って図６（ｅ）に示されるようにこの受入余裕空間Ｓに茶葉Ａがスムーズに投入されるし、茶葉Ａのサンプリング量も多くなる。従って測定精度が向上するとともに、サンプリング時間も短くすることが可能となる。
【００３０】
（３）茶葉の測定準備
２０秒等の所定のサンプリング時間が経過したら、図６（ｆ）に示すようにシリンダ６ａを伸張してシャッター板６を進行させ、茶葉収容部３の前面を閉鎖する。次いで図６（ｇ）に示すように再度計測シリンダ８ａを伸長して、天板８を底板４に向けてあらかじめ設定した茶葉Ａの加工状態に応じた圧力（一例として２ｋｇ／ｃｍ2 ）で進行させる。
天板８と底板４とによって挟まれた茶葉Ａは、茶葉Ａ間の空気が排除されて密度が均一になるとともに、底板４に配設したマイクロストリップ線路１０に対して保護板１６を介在させて密接して臨んだ状態になる。
【００３１】
（４）測定及び含水率の算出
次いで適宜の時間が経過した後、この状態でマイクロストリップ線路１０に送信機１９ａからマイクロ波を供給すると、茶葉Ａに含まれた水分によるマイクロ波の吸収が行われる。
このためマイクロストリップ線路１０へ向けて送信機１９ａから送出されたマイクロ波のレベルと、受信機１９ｂによって受信されるマイクロ波のレベルとは一致しなくなるのであり、このときの値と前記基準値との差から茶葉Ａの含水率を算出するのである。
【００３２】
（５）製茶装置等の運転条件の設定
そして前記茶葉Ａの含水率測定結果に応じて製茶装置２０の運転条件の設定を適宜変更するものであって、熱風温度、熱風量または揉み手、葉浚いを具えた主軸の回転速度を調整する。
因みに前記含水率の測定結果は、生葉流量計、蒸熱機等の他の製茶機の運転条件の変更のためのデータとして供することもできる。
【００３３】
（６）茶葉の排出
次いで、図６（ｈ）に示すように計測シリンダ８ａを収縮して天板８を上昇させ、更にシリンダ６ａを収縮してシャッター板６を退却させて茶葉収容部３の前面を開口させる。そして、排出シリンダ７ａを伸長して背板７を進行させて茶葉収容部３内に位置する茶葉Ａを開口部２１ａから製茶装置２０の揉胴内に戻すのである。このときクリーニング機構たるナイロンブラシ１７が保護板１６の表面をワイプするため、茶葉収容部３内に位置するすべての茶葉Ａを排出することができ、次回以降の測定を正確に行うことができる。
【００３４】
【他の実施の形態】
本発明は上述した実施の形態を基本の実施の形態とするものであるが、本発明の技術的思想に基づいて以下に示すような実施の形態を採ることもできる。
例えば、サンプリング途中における押圧の回数は、前記基本実施の形態のように一回とするほか、二回、三回と、複数回としてもよい。
また茶葉収容部３には、積載される茶葉Ａを均すため、図２中仮想線に示されるように振動機構１８を設けるようにしてもよい。この振動機構１８としては一例としてモータの回転軸に、重心を偏心させて分胴を具えたバイブレーションモータや、クランク機構とモータとを組み合わせたものなど、公知の構成を採り得る。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１、３記載のマイクロ波による茶葉含水率測定方法並びに装置によれば、茶葉収容部３にサンプリングされた茶葉Ａを、サンプリング途中において、押圧することにより嵩密度を高めて、茶葉Ａの受入余裕空間Ｓを広げ、この受入余裕空間Ｓに茶葉Ａを投入するため、常に安定した多量のサンプリング量にて水分計測でき、測定精度が向上する。また受入余裕空間Ｓが広がり茶葉Ａが茶葉収容部３内に入りやすくなるため、サンプリング時間が例えば３０秒から２０秒へと短縮できる。
【００３６】
また請求項２、４記載のマイクロ波による茶葉含水率測定方法並びに装置によれば、マイクロストリップ線路１０に付着した茶葉Ａ、水分等を除去するためのクリーニング機構を設けたため、前回測定分の茶葉Ａがマイクロストリップ線路１０上に残らないため、精度の高い測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の茶葉含水率測定装置を製茶装置の側板に対して取り付けた状態を示す側面図である。
【図２】  含水率測定装置を示す縦断側面図である。
【図３】  同上茶葉収容部を形成する底板、側板、シャッター板、背板及び天板の位置関係並びに可動の様子を骨格的に示す斜視図である。
【図４】  マイクロストリップ線路を示す断面図である。
【図５】  マイクロストリップ線路の種々の形態を示す平面図である。
【図６】  含水率測定の様子を段階的に示す説明図である。
【符号の説明】
１      含水率測定装置
２      サンプリング装置
３      茶葉収容部
４      底板
５      側板
６      シャッター板
６ａ    シリンダ
７      背板
７ａ    排出シリンダ
８      天板
８ａ    計測シリンダ
９      筐体
１０    マイクロストリップ線路
１１    導体板
１２    ストリップ導体
１２ａ  入力端
１２ｂ  出力端
１３    誘電体
１４ａ  コネクタ
１４ｂ  コネクタ
１６    保護板
１７    ナイロンブラシ
１８    振動機構
１９ａ  送信機
１９ｂ  受信機
２０    製茶装置
２１    側板部
２１ａ  開口部
Ａ      茶葉
Ｃ      同軸ケーブル
Ｓ      受入余裕空間
【図１】
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【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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