JPS63112973A - シガレット製造機の中味たばこ量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はシガレット製造機の中味たばこ量制御装置、よ
シ詳細には、中味たばこの量を一定に保持し、所期の平
均量目でかつ均一な中味たばこ量を保証するための中味
たばこ量制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

シガレット生産者にとって、生産するシガレットの原価
を引き下げることは利益の増大を図る上で極めて重要で
あり、このために多大の努力が傾注されている。

原価を引き下げる方法の１つは、シガレットｉ造機の生
産性を向上することであり、現在では１分間に実に８０
００本のシガレットを生産することのできるシガレット
製造機が実用に供されようとしている。

原価を引き下げる他の方法は、生産される個々のシガレ
ットの中味たばこの重量のバラツキを減することである
。

すなわち、近年、葉たばこの価格が高騰しているため、
シガレットの中味たばこ量を僅かでも少なくすることが
できれば、それによって生じる利益は莫大なものとなる
。しかし、中味たばこ量を余り減じると、シガレットと
して所定の品質を保つことができなくなる。そこで、シ
ガレットの中味たばこ重量のバラツキを＋１１１１定し
、その標準偏差を統計的に求めて、不良のシガレットが
ほとんどでないように、シガレットの中味たばこ重量の
バラツキに比例した情を良品としての最低限の重量に加
えた重量を目標値としてシガレットを製造することが行
われている。

換言すると、シガレットの中味たばこ重量のバラツキを
減少することは、目標値を下げることに通じる。従って
、シガレット生産者がシガレットの中味次げこ重量のバ
ラツキの減少に多大な努力を払う理由はまさにここにあ
る。

シガレットの中味たばこ量のバラツキを減する九めには
、シガレット製造機を充分に保持して摩耗によるガタつ
きなどの減少に努めることも重要なことであるが、最良
の方法は、性能の良い中味たばこ量制御装置をシガレッ
ト製造機に付加することであり、従来から多くの装置が
考案されて実用に供されていた。

その１つは、特公昭４０−１４５６０号公報により開示
されているように、刻たばこの重量と空気透過性との間
に相関があることを利用し、空気透過性を指標として中
味たばこ量を制御するようにし友ものであるが、この方
法では、吸引元圧の変動や刻危げこの粒度組成の影響を
受けて刻たばこの重量と空気透過性との相関性が乱れる
ため、シガレットの中味たばこ量のバラツキをそれ程減
少させることができなかった。

他の１つは、米国特許第２９３７２８０号、同第２８６
１６８３号に開示されているように、刻たばこ量と静電
容量との間に相関があることを利用し、静電容量を指標
としたものである。しかし、この方法では、刻たばこの
水分や温度の影響を受は易く、刻たばこの重量と静電容
量との相関性が乱れるため、シガレットの中味次ばこ量
のバラツキの減少に余り寄与せず、はとんど実用に供さ
れていない。

更に他の１つは、放射線、特にストロンチウム９０の発
するβ線と刻たばこの密度との間に相関があることを利
用し、放射線の透過性を指標として刻たばこの晴を制御
するようにしたものである。

この方法には、放射線を取扱う関係で安全性の確保の間
列や、検出手段であるイオン箱から出力される電流が極
めて微弱であることに由来する後段の増幅器のドリフト
やその応答性の問題などがあるが、放射線の透過性と刻
たばこの密度との間に極めて良好な相関を有するので、
現在ではほとんどのシガレットａ造機において中味たば
こ量を検出するのにこの方法が用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

シガレットの中身たばこ量のバラツキを発生させる原因
は、例えば刻みたばこの供給ドラムの偏芯や、有孔サク
ションベルトに吸着する際のすべり、トリマー装置イの
がた、刻みを積層する壁の不均一な磨滅、シガレットに
成型する際のすべｐなど数多く存在するので、棒状シガ
レットの密度信号の周波数分析を行うとＯ，０Ｏ１１１
ｚというような長周期のものからｌ　０１１ｚ　、　１
００　）１ｚというような短い周期のものまで各周波数
成分が連続的に含まれ、いわゆる「ホワイトノイズ」に
近いものであることが知られている。

従って、シガレットの中身タバコ量のバラツキを減少さ
せるには、より応答の早い制御を行い、それより遅い成
分のバラツキを除去することとなるが、その九めに１９
５０年代に放射線密度検出器によるシガレットの中身タ
バコ量制御装置が考案され、以来、応答性の向上に多大
な努力が傾けられて来た。

シガレットの中身タバコ量の制御装置としては、米国特
許２９５４７７５号明細書に見られるように、放射線密
度検出器の信号に応じて刻みたばこの供給装置の速度を
制御する装置が考案されたが、おおきな慣性を持つ供給
装置全体の速度を変更する方式でちる友め、応答速度が
上げられず、おおむね０．　ＯＩ　Ｈｚより長い周期の
変動しか除去できなかった。

よυ早い応答を実現するため、日本国特公昭３８−１５
９４９号明細書に見られるように、放射線密度検出器の
信号により、刻みタバコの層の厚さを加減するトリマー
を駆動するモーターを正転または逆転して制御する方式
が考案された。

この方式は、運動部分がトリマーのみで慣性が小さく、
また、重量の変更信号を発してから放射線密度検出器で
その変化が検出されるまでの時間（無駄時間と称する）
が短いので、前記方式に比してはるかに早い応答速度が
得られ、おおむね０、１　Ｈｚよｐ長い周期の変！Ｊｈ
を除去できるようになシ、殆どすべてのシガレット製造
機に搭載され実用に供されている。

さらに早い応答を実現するため、前記方式がトリマーを
モーターにより駆動しているのに対し日本国特開昭５１
−９５１９８号明細書に見られるように、電気油圧サー
ボ装置により高速度でトリマーを上下する方式が考案さ
れ、この方式によりおおむね０．５　Ｈｚよシ長い周期
の変動を除去できるようになった。

さらに早い応答を実現するため、日本国特開昭６０−２
４５７４号明細書にみられるように、第２の放射線密度
検出器をトリマーの直後に配置して、前記無駄時間を極
小にする方式が提案され、この方式によれば、おおむね
１１１ｚよυ長い周期の変動を除去できるようになっ友
。

しかしながら、かかる高速度の制御装置の登場後も、機
械の高性能化は留まる所を知らず、より一層早い応答を
持つシガレットの中身たばこ量の制御装置が求められて
いる。

本発明はかかる要求に応じて創出されたものであシ、お
おむね１０Ｈｚよシ長い周期の変動を除去する性能を持
ち、従来の制御装置とは格段の性能格差を有するもので
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、 空気透過性のコンベアバンドに保持して中味たばこを移
送する手段と、上記コンベアバンド上の中味たばこにト
リミング操作を施すトリミング手段と、上記中味たばこ
を巻紙で包被して連続棒状紙巻たばこに成形する手段を
備えてなるシガレット製造機において、上記トリミング
操作を施す直前に配置されて中味たばこの密度を検知す
る第１の放射線密度検出器と、上記連続棒状紙巻たばこ
の密度を検知する第２の放射線密度検出器とを備え、上
記第２の放射線密度検出器出力の積分値と第１の放射線
密度検出器の出力との和の信号によシ上記トリミング手
段を制御するようにしたシガレット製造機の中味たばこ
制御装置を特徴とする。

〔作用〕 本発明の骨子は、棒状シガレットの密度を検出する第二
の放射線密度検出器によりフィードバックの閉ループ制
御系と、層状たばこの密度を検出する第一の放射線密度
検出器をフィードフォワードの開ループ制御系の信号を
高速度で作動する電気油圧サーボ−装置にて構成するこ
とにある。

この構成によれば、放射線密度検出器のフィードバック
制御の特長とフードフォワードの特長を有利に結合し高
速度で応答する理想的な制御系となることを見出した。

〔実施例〕

本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明による中味たばこ量制御装置を具備す
るシガレット製造機を示す。図において、刻たばこはチ
ムニ１００内を吸引されて上昇し、吸気室１０２の下面
に配置された有孔シガレットコンベア１０３の下面に吸
着されて積層される。

積層された刻たばこは同図において左方向に運ばれ、ト
リミング装置１０４の直前に設けられた第１の放射線密
度検出器１０６によりその密度が計測された後、トリミ
ング装置１０４により適当な層厚に調整される。つづい
て、 巻紙ロール１０Ｂから供給され布テープ１１０上に重ね
られた巻紙上に移されて巻紙によって包み込まれ、かつ
の夛付は器１１２により付けされる。

このの９付は部分がヒータ１１４により乾燥されること
により、棒状のシガレットに成形される。

成形された棒状シガレットは、第２の放射線密度検出器
１１６を通過され、ここで密度が測定された後、切断器
１１８によって個々のシガレットに切断される。この切
断されたシガレットは、図示しないコンベアに移されて
運搬され、最後にトレイにつめ込まれる。

第２図は第１の放射線密度検出器１０６の構造を示し、
該検出器１０６は放射線を発生する放射線源１０６ａと
、該放射線源１０６ａからの放射線が入射されるイオン
箱１０６ｂとからなシ、これらは所定距離離間されたそ
れぞれのケースに穿たれ九窓孔１０６ｃ、１０６ｄを介
して対向されている。

各窓孔１０６ｃ、１０６ｄには好ましくはチタン箔から
なる金属薄膜１０６ｅ、１０６ｆがそれぞれ貼られて、
これら金属薄膜１０６ｅ及び１０６　ｆ間には、有孔シ
ガレットコンベア１０３上の刻たばこＴがトリミング後
通過されるチャンネルが形成されている。なお、放射線
＠１０６ａと窓孔１０６ｃとの間にはシャッタ１０６ｇ
が設けられ、放射線を必要としないとき、不要の放射線
が外部に漏れないようにされている。

以上の溝底において、放射線源１０６ａからの放射線は
、シャッタ１０６ｇが開いているとき、窓孔１０６ｃの
金属薄膜１０６ｅを介して層状の刻たばこＴを貫通し、
窓孔１０６ｄの金属薄膜１０６ｆを通じてイオン箱１０
６ｂに入射する。イオン箱１０６ｂは高圧電源１０６ｈ
により外周に電圧が印加されていて、刻たばこＴの密度
が高い場合には小さく、密度が低い場合には大きな電流
が増幅器１０６１に供給される。すなわち、増幅器１０
６ｉの出力には、巻紙により巻かれる前の層状の刻九ば
この密度を表わす信号が得られる。

第３図は第２の放射線密度検出器１１６の構造を示し、
該検出器は既に多くのシガレット製造機において使用さ
れていることは先に述べた通りである。放射線源１１６
ａから発せられる放射線は棒状シガレットＳを貫通して
イオン箱１１６ｂに入射するが、棒状シガレツ）Ｓの密
度が高い場合、該シガレットＳを貫通してイオン箱１１
６ｂに入射する放射線量が減少してイオン箱１１６ｂに
発生する電離電流が減少するのに対し、シガレットＳの
密度が低い場合には、イオン箱１１６ｂに入射する放射
線量が増えて電離電流も多くなる。なお、放射線源１１
６ａとシガレットＳとの間に開閉自在のシャッタ１１６
Ｃが設けられている。

上記放射線源１１６ａに隣接して別の放射線源１１６ｄ
が設けられているが、該放射線源１１６ｄからの放射線
は標準密度物体１１６ｅを貫通してイオン箱１１６ｆに
入射され、該イオン箱１１６ｆに標準の電離電流が発生
されるようになっている。通常イオン箱１１６ｂには負
の電圧が印加され、イオン箱１１６ｆには正の電圧が印
加されているため、棒状シガレットＳが標準の密度であ
るとき、入力に両イオン箱１１６ｂ、１１６ｆの電離電
流が印加されている増幅器１１６ｇの出力は零となるの
に対し、棒状シガレットＳの密度の高、低に応じ増幅器
１１６ｇの出力がそれぞれ負、正となる。従って、増幅
器１１６ｇの出力には、標準密度に対する棒状シガレッ
トＳの密度の偏差に相当する大きさの信号が得られる。

第４図は本発明による装置の制御回路を示すが、第１図
乃至第３図中の部分と同一の部分には同一の符号を付し
である。

第１図について上述し友ように、刻友ばこＴはチムニ１
００内を吸引されて上昇し、吸気室１０２の下面に配置
された有孔シガレットコンベア１０３の下面に吸着され
て積層され、図中矢印方向に、第１の放射線密度検出器
１０６に運ばれ、ここで密度が計測される。すなわち、
第５図について上述したように放射線源１０６ａより発
せられる放射線は、該たばこＴを貫通してイオン箱１０
６ｂに入射する。イオン箱１０６ｂには高電圧が加えら
れており、微弱な電離電流がその出力に発生される。

この微弱電流は増幅器１０６１により増幅された後、標
準電圧発生器２００からの標準信号と加え合わされて増
幅器２０２により増幅される。該増幅器２０２の出力に
発生される信号は、標準の密度に対する実測密度の偏差
に応じた極性と大きさの電圧信号である。その後、トリ
ミング円板１０４ａで層厚を調整された刻たばこＴは巻
紙によって包み込まれ、のシ付けされて棒状シガレット
に成形され、この棒状シガレットＳの状態で第１の放射
線密度検出器１１６に入る。

第３図について上述し友ように検出器１１６においては
、放射８９．源１１６ａから発せられる放射線は棒状シ
ガレットＳを貫通してイオン箱１０６ｂに入射する。ま
た、別の放射線源１１６ｄからの放射線は、標準密度物
体１１６ｅを貫通してイオン箱１０６ｆに入射する。イ
オン箱１０６ｂ、１０６ｆには逆極性の電圧がそれぞれ
印加されているので、増幅器１１６ｇの出力には、標準
密度に対する棒状シガレッ）Ｓの実測密度の偏差に応じ
た極性と大きさの電圧信号が発生される。この増幅器１
１６ｇの出力は増幅器２０４において増幅器２０４の信
号は積分器２２２によって積分される。すなわち、積分
器２２２の出力は、棒状シガレットの密度と標準密度の
差の合計を示し、これを常に零とするように後段の操作
端を作動せしることにより、シガレットの密度を常に一
定にすることができる。

積分器２２２の出力は増幅器２２４によって増幅され、
加算器２２６に導びかれる。

一方、増幅器２０２の出力はコンデンサ２５１と抵抗２
５２とボルテージフォロア２５３によって構成されるバ
イパスフィルタを通過する。このフィルタは第１の放射
線密度検出器と第２の放射線密度検出器との検出値のさ
けられない値を取除くものである。いいかえるなら、平
均値の制御は第２の放射線密度検出器のみによるように
なされるのである。このフィルタの時定数はおおむね１
公租度が好ましい。ス「ツテ２５０はキャリプレー７１
７時にフィルタ機能を取る際に用いられるものである。

このように直流成分を切り取られた信号は増幅器２５４
、増幅器２５５で増幅され、加算器２６６に導びかれる
。

上記加算器２２６の出力は増幅器２２８で増幅された後
、さらに増幅器２３０で増幅されて、電気油圧サーボ弁
２３２に入力される。電気油圧サーボ弁２３２は、ギヤ
デフ１２３４０発生する油の流れを、そ、れに印加され
る電圧に応じてシリンダ２３６内の上下に選択的に供給
して、シリンダ２３６内のピストン２３８を上下動させ
る。このピストン２３８の上下動は、リンク２４０、軸
２４２、リンク２４４及び連結棒２４６を介して　”ト
リミング装置１０４のトリミング円板１０４ａに伝達さ
れて、トリミング円板１０４ａを上下させる。

上記トリミング円板１０４ａの位置は、差動変圧器２４
８により検出される。差動変圧器２４８には、発振器２
５０が発生する数ｋ　Ｈｚの信号が印加され、かつその
中央コアにはシャツ）２４２、リンク２４０を介してピ
ストン２３８が連結されてイル。従って、ピストン２３
８の上下動に応じて差動変圧器２４８の出力に信号が現
われ、これが増幅器２５２により増幅される。増幅器２
５２の出力は、発振器２５０の出力信号により作動され
るスイッチ２５４により半波部分がアースに落され、残
すのみがローパスフィルタ２５６により平滑されて増幅
器２５８により直流増幅される。この増幅器２５８の出
力は第３の入力信号として加算器２２６に印加される。

以上の構成により、加算器２２６の第１の入力と第２の
入力の和が正のとき、すなわち中味たばこ量が少ないと
きには、加算器２２６の出力に電圧が発生するので、増
幅器２３０の出力は徐々に正の方向に増加し、電気油圧
サーボ弁２３２は除徐に油の流れを変えてピストン２３
８を押し上げ、リンク２４０、軸２４２、リンク２４４
及び連結棒２４６を介してトリミング円板１０４ａを下
げて中味次ばこ量を増加させる。そして、第３の信号が
第１の信号と第２の信号の和に等しくなるまでトリミン
グ円板１０４ａが下げることになる。中味たばこ量が多
いときには、上記の場合とは逆の極性で動作する。

以上の構成によれば、第２の信号、すなわち放射線密度
検出器１１６に係る信号は密度信号を積分器２２２で積
分したものである。これに対し、第１の信号、すなわち
放射線密度検出器１０６に係る信号は密度信号に比例す
るものである。従って、第２の信号と第１の信号との間
に差がある場合、短い時間では第１の信号が第２の信号
に比べて優勢であっても、第２の信号は積分されて徐々
に増加し、ついには第１の信号を圧倒する大きさになる
。この九め、周期の短い変動に関しては第１の信号によ
り、また周期の長い変動に関しては第２の信号によりシ
ガレットの中味たばこ量が決定され、制御される。

第５図はトリミング円板１０４ａを駆動するための駆動
装置の詳細を示す。図において、ピストン２３８は外函
に固定して設けられたシリンダ２３６内を上下摺動可能
に設けられていて、油圧がパイプ３００を通してシリン
ダ室２３６ａに加圧されるときはピストン２３８を下方
に押下げ、このときピストン２３８の反対側のシリンダ
室２３６ｂにある油はパイプ３０２を通りリターンパイ
プ３０４を通してタンク内に排出される。同様にして、
パイプ３０２を通してシリンダ室２３６ｂに加圧される
ときにはピストン２３８を上方に押上げ、シリンダ室２
３６ａ内の油はパイプ３００．ｌｊターンパイプ３０４
を通してタンク内へ排出される。リターンパイプ３０４
の出口にはフィルタ３０８が設けられている。

上記油圧系は一定の油圧が保持される。設定された圧力
を越える油圧がギヤポンプで与えられるときは、ギヤポ
ンプ２３４から電気油圧サーボ弁２３２に至るパイプ３
１０の途中に分岐されて設けられたパイプ３１２を通し
てレリーフパイプ３１４を作動させリターンパイプ３１
６、フィルタ３０８を通してタンクに排出される。油圧
系内の油圧は圧力調整ねじ３１８を調整することによっ
て設定される。

ピストン２３８の上下の移動は、ピストン２３８に枢着
された連結杆３２０により取出される。連結杆３２０の
他端はリンク２４０に軸支されていて、ピストン２３８
の上下移動はリンク２４０をＱＩ１２４２とともに回転
揺動させる。リンク２４０は軸２４２に固着され、軸２
４２は外函３０６に軸支されている。軸２４２に伝えら
れた回転揺動け、軸２４２の端に固着されているリンク
２４４を介して該アームの他端に軸支された連結軸２４
６を縦方向に上下移動させる。連結軸２４６の上下移動
によってトリミング円板１０４ａが上下動される。

軸２４２の他端には、リンク３３０が固着されており、
軸２４２の回動はリンク３３０を回転揺動する。リンク
３３０にはリンク３３２が取り付けられていてリンク３
３０の回転揺動によってリンク３３２は上下に運動させ
られる。リンク３３２には、差動変圧器２４８の中央コ
アが固定して設けられ、該コアはリンク３３２の上下動
により移動する。

差動変圧器２４８はコアが上に移動すると例えば移動量
に比例して正電圧を発生し、下に移動すると負電圧を発
生するように構成されている。本例では、連結！ｋｌｌ
　２４６が上方に移動されるとき差動変圧器２４８から
正電圧が、連結軸２４６が下方に移動されるとき負電圧
がそれぞれ発生される。

なお、３３６はギヤポンプ２３４に自在継手３３８を介
して連結されたモータである。

〔発明の効果〕

上記の如く、本発明によれば、放射ｆｌＪ密度検出器の
フィードバック制御の長所とフィードフォワードの特徴
を有利に結合し高速度で応答する理想的な制御系を得る
ことができる。

放射線密度検出器は、他の空気透過性による密度検出器
や、静電容量型密度検出器と異なり、検出信号が正確で
、極めて安定した計測が可能であるので、生産されるシ
ガレットの平均密度の制御には最適であシ、それは制御
によって生じる誤差を積分し、フィードバック制御を行
うことにより達成される。

しかし一方、操作端であるトリマーと検出端である放射
線密度検出器との間を刻みたばこが移動する無駄時間が
制御性能を悪化させる欠点がある。

すなわち、制御系全体の応答を目安として無駄時間の％
以上早くすると、制御系が発振してしまうためである。

日本国特開昭６０−２３４５７４号明細書にみる装置は
この無駄時間を極小にすることにより系の応答を向上さ
せんとするものであった。

一方、フィードフォワード制御は開ループとして使用さ
れるので、目標値に対する誤食を把握し積分するような
ことは出来ないが、制御系の応答速度は検出端である放
射線密度検出器と操作端であるトリマーとの間を刻みた
ばこが移動する時間程度に早くすることができる。

日本国特公昭４０−１４５６０号明細書に見るように空
気小室の圧力変動をベローズにより位置の変動に変換し
油圧装置によりフィードフォワードの制御を試み比例は
あるが、信号の信頼性にとほしく、油圧装置の速度も機
械式のもので十分でなく大きな効果をあげられなかった
。

本発明によれば、この第二の“フィードフォワードの部
分にも検出制度の高い放射線密度検出器を用い、フィー
ドバックとして作動する第一の放射線密度検出器との和
の信号を、操作端として高速で作動する電気油圧サーボ
機構と組合せることが極めて有効である。

その結果、従来の約１０倍の速度で制御がなされ、結果
として、シガレットの中身たばこ量のバラツキは、通常
２．５％程度あるものが、本発明を実施することによＦ
）２．０％にも低下することができる。

通常、シガレットの重量は、 重量＝不良品限界−３．０×バラツキ で決定されるので、おおよそ１．５％の中身たばこ量を
節減することが可能となる。

上記の如く、極めて速い応答をもつ制御系が構成され、
シガレットの重量のバラツキを最小ならしめることが可
能で、その効果は絶大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による制御装置を用いたシガレット製造
機を示す正面図、第２図及び第３図は第１図中の一部分
の拡大断面図、第４図は本発明による制御装置の電気回
路を示す回路図及び第５図は第１図中の他の部分の詳細
を示す斜視図である。 １０６．１１６・・・・・・・・・・・・　放射線密度
検出器２００　　・・・・・・・・・・・・　標準電圧
発生器２２２　　・・・・・・・・・・・・　積分器２
２６　　・・・・・・・・・・・・　加算器２３２　　
・・・・・・・・・・・・　電気油圧サーボ弁特許出願
人　日本たばこ産業株式会社 手　続　補　正　書（方式） 昭和６２年　２月１２日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 空気透過性のコンベアバンドに保持して中味たばこを移
   送する手段と、上記コンベアバンド上の中味たばこにト
   リミング操作を施すトリミング手段と、上記中味たばこ
   を巻紙で包被して連続棒状紙巻たばこに成形する手段を
   備えてなるシガレット製造機において、上記トリミング
   操作を施す直前に配置されて中味たばこの密度を検知す
   る第１の放射線密度検出器と、上記連続棒状紙巻たばこ
   の密度を検知する第２の放射線密度検出器とを備え、上
   記第２の放射線密度検出器出力の積分値と第１の放射線
   密度検出器の出力との和の信号により上記トリミング手
   段を制御することを特徴とするシガレット製造機の中味
   たばこ制御装置。