JP3205178B2 - 燃焼試験装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、紙巻たばこ等の検体の
燃焼速度を測定するための燃焼試験装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、紙巻たばこに対する消費者の嗜好
の変化に伴って、紙巻たばこの形態、香喫味も多様化し
ている。一方、紙巻たばこの香喫味を左右するたばこの
煙は、複雑な燃焼過程を経て生成され、その生成量や化
学組成は個々の原料葉たばこ本来の性質だけではなく、
燃焼速度などの燃焼特性に依存するため、紙巻たばこの
商品設計などのために紙巻たばこの燃焼試験が行われて
いる。

【０００３】従来、紙巻たばこの燃焼速度の測定は、自
然燃焼のように燃焼が定常的な場合は、紙巻たばこの中
心軸上に挿入した２本の熱電対によって記録される任意
の一定温度に着目して、その温度の伝播時間と距離、す
なわち２本の熱電対間の距離と、そこにおける温度変化
の時間的なずれから、線燃焼速度を求めるようにしてい
る。

【０００４】しかし、間欠喫煙燃焼のように燃焼が非定
常的な場合は、上記のような方法では個々の間欠喫煙毎
に燃焼速度を表すことが極めて困難なため、従来は、一
定の長さまで燃え尽きるまでのパフ回数（吸引回数）で
燃焼速度を評価するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、紙巻たばこ
等の燃焼速度を測定するにあたり、紙巻たばこの間欠喫
煙燃焼の場合のように、燃焼状態が一定でない場合でも
容易に燃焼速度を測定できるようにすることを課題とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになした本発明の燃焼試験装置は、着火されたたばこ
の放射熱を感知して該たばこと平行な面に対応する２次
元の温度分布を検出する温度分布検出手段と、上記温度
分布検出手段で検出される瞬時の温度分布における予め
設定された特定温度についての等温部分の平均位置を検
出する燃焼位置検出手段と、上記燃焼位置検出手段で検
出される前記等温部分の平均位置を時系列な情報として
出力する出力手段と、を備えたことを特徴とする。

【０００７】

【作用】温度分布検出手段が検出する２次元の温度分布
はたばこと平行な面に対応し、着火されたたばこの側面
方向から放射熱を感知して検出され、この温度分布はた
ばこと平行な面に対応する分布となる。この温度分布検
出手段で検出される瞬時の温度分布における予め設定さ
れた特定温度についての等温部分の平均位置が燃焼位置
検出手段で検出され、この燃焼位置検出手段で検出され
る平均位置は出力手段によって時系列な情報として出力
される。

【０００８】したがって、たばこに着火すると、この温
度分布における予め設定された特定温度の等温部分は温
度分布を検出する毎に位置を変え、この等温部分の平均
位置は燃焼する方向に移動していくので、出力手段から
出力される平均位置の時系列な情報により、燃焼速度を
把握することができる。

【０００９】また、前記温度分布検出手段を２次元の直
交座標系上に前記温度分布を検出するように構成すると
ともに該直交座標系の縦軸または横軸が前記たばこの軸
と平行となるように設定し、前記燃焼位置検出手段が前
記等温部分の平均位置を上記温度分布検出手段の直交座
標系の座標値で表すようにすると、たばこの軸方向の座
標値により平均位置を表すことができるので処理が容易
になる。

【００１０】さらに、たばこに着火する前に、前記温度
分布検出手段の前記直交座標系に対応する画面上に未燃
焼状態のたばこの熱画像をたばこの背後に人の手をかざ
すことにより表示し、この燃焼画像におけるたばこの画
像の基準位置を設定するようにすると、たばこの絶対位
置に対する燃焼位置を容易に把握することができる。な
お、温度分布検出手段のドット画面に対してたばこが常
に所定位置になるようにたばこの取り付け位置を設定し
ておけば、上記のような基準位置を設定しなくてもたば
この絶対位置に対する燃焼位置を容易に把握することが
できる。

【００１１】

【実施例】図１は本発明実施例のたばこの燃焼試験装置
を示すブロック図である。吸煙器１０はヘッド１０ａに
吸引力を発生する装置であり、この吸煙器１０の吸引力
は吸煙制御装置１によって制御され、ヘッド１０ａに取
り付けられた紙巻たばこＴの切り口（フィルタ部）を吸
引して紙巻たばこＴに対する喫煙動作をシミュレートす
る。

【００１２】また、吸煙制御装置１の吸煙器１０に対す
る制御動作、すなわち、紙巻たばこＴに対する一回の吸
煙動作（以後、「パフ」という。）の吸引力の時間的な
変化、パフの間隔および回数などは、第１のパーソナル
コンピュータ２から入力される吸煙条件の情報に応じて
設定される。

【００１３】サーマルビデオシステム３は内蔵されたマ
イクロコンピュータ３ａによって動作する装置であり、
赤外線領域の画像を選択的に撮像するセンサヘッド３
ｂ、カラー画像を表示するＣＲＴ画面３ｃおよび操作キ
ー群３ｄを備えている。また、リアルタイムレコーダ４
は、操作キー群４ａを備えている。なお、図２に示した
ようにセンサヘッド３ｂの光軸Ｌは吸煙器１０のヘッド
１０ａに取り付けられた紙巻たばこＴの軸ｑと直交する
ように設定され、さらに、ヘッド１０ａで撮像した紙巻
たばこＴの軸ｑが画面の横方向と平行になるように設定
されており、このセンサヘッド３ｂは紙巻たばこＴと平
行な面に対応する２次元画像を撮像するようになってい
る。

【００１４】そして、サーマルビデオシステム３は、セ
ンサヘッド３ｂで撮像した紙巻たばこＴの燃焼状態の赤
外線領域の画像を２次元の温度分布を示す熱画像に変換
してその画像データをリアルタイムレコーダ４に記録
（録画）する。また、ＣＲＴ画面３ｃとそのビデオメモ
リは画面の横方向（Ｘ方向）と縦方向（Ｙ方向）の分解
能が各々所定のドット数に設定されており、サーマルビ
デオシステム３は、リアルタイムレコーダ４に記録した
画像データを読み出し、熱画像をＣＲＴ画面３ｃにデジ
タルカラー画像で表示する。

【００１５】また、サーマルビデオシステム３は、セン
サヘッド３ｂで選択的に撮像した未燃焼状態のたばこの
熱画像をＣＲＴ画面３ｃに表示し、このときＣＲＴ画面
３ｃに表示した紙巻たばこＴのＣＲＴ画面３ｃ上での表
示位置が操作キー群３ｄの操作によってマーキングされ
ると、マーキングされた位置の位置情報をＣＲＴ画面３
ｃ上の画素の２次元座標（ＸＹ座標）により記憶する。
このマーキングは、例えば、ＣＲＴ画面３ｃ上に未燃焼
状態のたばこの熱画像とカーソルを合成して表示し、カ
ーソルを紙巻たばこの画像の端部に一致させてこのとき
のカーソルの表示位置の情報をマーキングの位置情報と
して取り込むなどの処理を行うことにより実現すること
ができる。

【００１６】さらに、サーマルビデオシステム３は表示
する熱画像の表示色と温度表示範囲との関係をＣＲＴ画
面３ｃに表示するとともに、この表示色のデータ（１〜
２５６の数値で表現されたデータ）と温度表示範囲との
関係は操作キー群３ｄの操作によって設定可能になって
おり、操作キー群３ｄの操作によって設定された温度表
示範囲を記憶する。

【００１７】第２のパーソナルコンピュータ５は内蔵さ
れたマイクロコンピュータ５ａ、ＣＲＴ画面５ｂおよび
操作キー群５ｃを備えており、ハードディスクで供給さ
れる制御プログラムに基づいて動作し、制御条件の入
力、サーマルビデオシステム３の制御、測定データのデ
ータ処理、測定結果の表示等を行う。なお、第３のパー
ソナルコンピュータ６は第２のパーソナルコンピュータ
５で得られた測定データをフロッピディスクを介してプ
リントアウトするために使用される。

【００１８】なお、この実施例では、サーマルビデオシ
ステム３によって温度分布検出手段が構成され、第２の
パーソナルコンピュータ５によって燃焼位置検出手段と
出力手段が構成されている。

【００１９】図５は紙巻たばこの燃焼状態の温度分布の
一例を示す図である。紙巻たばこの巻紙が炭化し始めて
いる所は摂氏４００度付近の巻紙炭化線として現れ、燃
焼が進むとこの巻紙炭化線が紙巻たばこの吸い口側に移
動し、この移動速度が燃焼速度に相当する。サーマルビ
デオシステム３のＣＲＴ画面３ｃに表示される熱画像
は、このような温度分布を温度に応じた色の分布で表し
た画像であり、その熱画像の表示色が一致する画素は等
温部分に対応する。

【００２０】図３はサーマルビデオシステム３における
ＣＲＴ画面３ｃに表示される紙巻たばこＴの燃焼状態の
熱画像の一例を示す図である。なお、この実施例では紙
巻たばこの側面の所定位置（端部から例えば５２ミリの
位置）に蛍光ペンで印を付けてマーキングし、このマー
キングした紙巻たばこの熱画像をＣＲＴ画面３ｃに表示
する。

【００２１】図において、Ｐ１はマーキングされた紙巻
たばこＴの端部の初期位置であり、Ｐ２は蛍光ペンでマ
ーキングされた表面の印の初期位置である。Ｐ１_X ，Ｐ
２_Xは、Ｐ１とＰ２に対応するＸ座標、Ｐ１_Y ，Ｐ２_Y
は、紙巻たばこＴの巻表面に対応するＹ座標を示す。ま
た、Ｑは摂氏４００度付近の巻紙炭化線を示し、Ｑ_Xは
巻紙炭化線Ｑの平均位置のＸ座標を示している。

【００２２】そして、予めマーキングされた紙巻たばこ
Ｔの端部と表面の初期位置のＸ座標Ｐ１_X ，Ｐ２_X の差
と実際のＰ１とＰ２の距離（この例では５２ミリ）か
ら、このＣＲＴ画面３ｃ上の距離（座標値の差）と実際
の距離との変換係数が求められる。なお、この紙巻たば
こＴの巻表面に対応するＹ座標Ｐ１_Y ，Ｐ２_Y の差と実
際の紙巻たばこＴの直径から、変換係数を求めることも
できる。この場合は、上記の場合よりよ変換係数の精度
が劣が、マーキングを必要としない。

【００２３】サーマルビデオシステム３は、上記のよう
な熱画像を一定の周期のフレーム単位で取り込み、各フ
レームの熱画像データをフレーム番号順に時系列にリア
ルタイムレコーダ４に記録する。なお、この実施例のサ
ーマルビデオシステム３は１秒間に３０フレームの熱画
像データを取り込む。

【００２４】そして、第２のパーソナルコンピュータ５
は、サーマルビデオシステム３に熱画像データの送信を
要求し、リアルタイムレコーダ４に記録されている熱画
像データがサーマルビデオシステム３から送信される
と、その熱画像データをフレーム番号と共に取り込み、
この熱画像データの各フレーム毎に摂氏４００度となる
巻紙炭化線Ｑの平均位置Ｑ_X を求め、この平均位置Ｑ_X
から紙巻たばこＴの燃焼距離を求める。

【００２５】例えば図３に示したように、全てのＹ座標
の走査線について摂氏４００度に相当する巻紙炭化線に
対応する画素のＸ座標をそれぞれ求め、このＸ座標を巻
紙炭化線が検出された全ての走査線の数で平均し、この
平均値を巻紙炭化線の平均位置のＸ座標Ｑ_X として求め
る。次に、マーキングしたときのＸ座標Ｐ１_X をこの平
均位置座標から減算し、減算結果をそのフレームにおけ
る燃焼距離Ｄとして記憶する。

【００２６】なお、等温部分を求めるときは熱画像の表
示色のデータが目的の温度に対応する表示色のデータと
一致する画素を抽出する。また、上記のように摂氏４０
０度となる等温部分は全て巻紙炭化線の位置とは限ら
ず、例えば図５に示したように紙巻たばこの先端側（灰
の部分）にも等温部分が現れることがあるが、紙巻たば
この吸い口側の等温部分を目的の画素として抽出するこ
とにより巻紙炭化線に対応する画素を抽出する。

【００２７】上記のようにして、第２のパーソナルコン
ピュータ５は、リアルタイムレコーダ４に対する再生条
件に応じて読み出した各フレーム毎に燃焼距離Ｄを求
め、この燃焼距離Ｄを距離の変換係数により燃焼長に換
算し、この燃焼長のデータを各フレーム番号に対応つけ
ることにより時系列データとして記憶する。そして、こ
のフレーム番号から経過時間を演算し、この経過時間と
燃焼長の関係を燃焼長トレンドグラフとしてＣＲＴ画面
５ｂにグラフ表示する。

【００２８】また、第２のパーソナルコンピュータ５
は、各フレーム毎に熱画像データから最高温度を求め、
経過時間と最高温度の関係を最高温度トレンドグラフと
してＣＲＴ画面５ｂにグラフ表示する。

【００２９】さらに、第２のパーソナルコンピュータ５
は、上記のようにして求めた燃焼距離ｘおよび最高温度
の情報から、次のような各種のデータ処理と表示を行
う。すなわち、パフ毎の吸煙時、非吸煙時、一吸煙時の
燃焼長の推移を示す燃焼長図の表示、パフ毎の吸煙直
前、吸煙直後、吸煙時、非吸煙時、一吸煙時の燃焼長を
一覧表で示す燃焼長データ表の表示、経過時間毎の燃焼
長・最高温度と測定条件を一覧表で示す生データの表
示、固定ディスクに保存されているグループ情報（生デ
ータの名称）を一覧表で示すグループ名称一覧表の表示
をそれぞれ行う。

【００３０】第２のパーソナルコンピュータ５は図５の
フローチャートに示したように操作キー群５ｃの操作に
応じて各種の処理を行う。すなわち、ステップＳ１で操
作キー群５ｃの操作の有無を判定し、ステップＳ２で操
作された操作キーの種類を判定し、この操作された操作
キーの種類に応じてステップＳ３〜ステップＳ８の各処
理を行う。

【００３１】この実施例においては、次のような手順で
燃焼試験を行う。先ず、第１のパーソナルコンピュータ
２で吸煙器１０の吸煙条件を入力し、第２のパーソナル
コンピュータ５で所定のキー操作を行ってステップＳ３
で準備処理を開始し、測定環境および制御情報の入力を
行う。

【００３２】次に、紙巻たばこＴを吸煙器１０のヘッド
１０ａに取り付け、サーマルビデオシステム３において
操作キー群３ｄの操作により、紙巻たばこＴの画像の位
置のマーキングを行うとともに、温度表示範囲の設定を
行う。

【００３３】次に、第２のパーソナルコンピュータ５で
所定のキー操作を行ってステップＳ４で情報読取り処理
を開始し、マーキングされた初期位置の座標情報と温度
表示範囲の情報を取り込む。

【００３４】次に、リアルタイムレコーダ４において操
作キー群４ａの操作によりリアルタイムレコーダ４の録
画条件の設定を行い、人手により紙巻たばこＴに着火し
た後、第２のパーソナルコンピュータ５で所定のキー操
作を行い、ステップＳ５で吸煙制御装置１に対して吸煙
器１０の作動開始を指示するとともに、サーマルビデオ
システム３に対してリアルタイムレコーダ４への録画の
開始を指示する。

【００３５】以上のようにして録画が終了すると、先
ず、リアルタイムレコーダ４において操作キー群４ａの
操作によりリアルタイムレコーダ４の再生条件の設定を
行う。次に、第２のパーソナルコンピュータ５で所定の
キー操作を行い、ステップＳ６でサーマルビデオシステ
ム３に対してリアルタイムレコーダ４に記録された熱画
像データに基づく熱画像の再生を指示するとともに、こ
のリアルタイムレコーダ４に記録された熱画像データの
送信を指示する。そして、サーマルビデオシステム３か
ら送信された熱画像データに基づいて、前記のように
「経過時間」、「燃焼長」、「最高温度」を算出し、生
データとして固定ディスクに保存する。

【００３６】また、第２のパーソナルコンピュータ５で
所定のキー操作により、ステップＳ７のデータ処理で、
前記燃焼長トレンドグラフの表示、最高温度トレンドグ
ラフの表示、燃焼長図の表示、燃焼長データ表の表示、
生データの表示、グループ名称一覧表の表示等を行う。

【００３７】なお、第２のパーソナルコンピュータ５で
所定のキー操作によりその他の処理を開始すると、例え
ばプリントアウト用のデータをフロッピディスクに書き
込む等の処理を行う。また、所定のキー操作により終了
が指定されると、処理を終了する。

【００３８】以上のように、紙巻たばこの側面方向から
放射熱、すなわちこの例では放射される赤外線エネルギ
ーを感知して温度分布を検出し、この温度分布におい
て、例えば巻紙燃焼線に対応する所定温度などの燃焼温
度についての等温部分の平均位置を検出し、この平均位
置を時系列な情報としてグラフ表示するようにしている
ので、紙巻たばこの燃焼速度等の燃焼状態を容易に測定
することができる。

【００３９】なお、巻紙燃焼線は、紙巻たばこの火の付
き方によっては紙巻たばこの軸に対して斜めになったり
波打つようになったり変動することがあるが、上記のよ
うに平均位置を求めているので、理想的な燃焼位置を求
めることができる。

【００４０】また、上記実施例のように、紙巻たばこの
軸方向をサーマルビデオシステム３におけるＣＲＴ画面
３ｃの直交軸のいずれか一方の軸（この実施例ではＸ
軸）と平行となるようにすると、等温部分の位置を座標
自体（例えばＸ座標）で表現できるので処理が容易にな
る。

【００４１】なお、実施例の場合よりも演算は複雑にな
るが、紙巻たばこの軸方向と座標軸とが平行になってい
なくても、紙巻たばこの軸方向はある程度の時間間隔を
採った等温部分の位置情報から求めることができ、この
軸方向を求めておいて移動する等温部分の平均位置を演
算により求めるようにしてもよい。

【００４２】また、前記の実施例では紙巻たばこの可視
画像の位置をマーキングして基準位置を設定するように
しているが、サーマルビデオシステム３のヘッド３ｂに
対して、吸煙器１０のヘッド１０ａに取り付ける紙巻た
ばこＴの位置を正確に一定位置に取り付けられるように
しておき、マーキングの手間を省略するようにしてもよ
い。

【００４３】また、紙巻たばこが燃焼するとき巻紙燃焼
線付近でまだ燃焼していない部分にたばこ葉の成分によ
って染みが生じることがあるが、単に可視画像によって
燃焼位置を求めるようにすると、この染みによって測定
誤差が生じる可能性があるが、上記のように温度分布の
熱画像によって燃焼位置を求めるとこのような染みの影
響もなく、正しい燃焼位置を求めることができる。

【００４４】上記の実施例ではサーマルビデオシステム
３で熱画像を表示するようにしているので燃焼状態が把
握し易いが、熱画像は表示しなくてもよいことはいうま
でもない。また、熱画像の表示色を表すデータから巻紙
炭化線の位置を検出するようにしているが、単に温度分
布の情報が得られれば巻紙炭化線の位置と平均位置を検
出することができることはいうまでもない。

【００４５】上記の実施例では、紙巻たばこＴの燃焼状
態を録画し、録画が終了した後、再生を行い、「燃焼
長」等の算出を行っているが、リアルタイムレコーダを
使用せず、燃焼状態を測定中に同時に第２のパーソナル
コンピュータ５で「燃焼長」等の算出を行ってもよい。

【００４６】

【００４７】なお、放射熱を感知するものとしては、赤
外線エネルギーを感知するものの他に紫外線エネルギー
を感知するものであってもよい。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の燃焼試験装
置によれば、着火されたたばこの側面方向から放射熱を
感知して２次元の温度分布を検出し、瞬時の温度分布に
おける予め設定された特定温度についての等温部分の平
均位置を検出し、この平均位置を時系列な情報として出
力するようにしたので、燃焼状態が一定でない場合でも
容易に燃焼速度を測定することができ、紙巻たばこの燃
焼状態を測定するにあたり、間欠喫煙燃焼の場合でも容
易に燃焼速度を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例のたばこの燃焼試験装置を示すブ
ロック図である。

【図２】本発明実施例におけるセンサヘッドの光軸と紙
巻たばこの軸との位置関係を示す図である。

【図３】本発明実施例におけるサーマルビデオシステム
のＣＲＴ画面に表示される紙巻たばこの燃焼状態の熱画
像の一例を示す図である。

【図４】本発明実施例における第２のパーソナルコンピ
ュータの制御プログラムのフローチャートである。

【図５】本発明に係わる紙巻たばこの燃焼状態の温度分
布の一例を示す図である。

【符号の説明】

１…吸煙制御装置、３…サーマルビデオシステム、４…
リアルタイムレコーダ、５…第２のパーソナルコンピュ
ータ、Ｔ…紙巻たばこ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−2841（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−346353（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−194788（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−45210（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−138057（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A24C 5/34 G01J 5/48

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 着火されたたばこの放射熱を感知して該
   たばこと平行な面に対応する２次元の温度分布を検出す
   る温度分布検出手段と、 上記温度分布検出手段で検出される瞬時の温度分布にお
   ける予め設定された特定温度についての等温部分の平均
   位置を検出する燃焼位置検出手段と、 上記燃焼位置検出手段で検出される前記等温部分の平均
   位置を時系列な情報として出力する出力手段と、 を備えたことを特徴とする燃焼試験装置。
2. 【請求項２】 前記温度分布検出手段は２次元の直交座
   標系上に前記温度分布を検出するように構成されるとと
   もに該直交座標系の縦軸または横軸が前記たばこの軸と
   平行となるように設定され、前記燃焼位置検出手段は前
   記等温部分の平均位置を上記温度分布検出手段の直交座
   標系の座標値で表すように構成されていることを特徴と
   する請求項１記載の燃焼試験装置。
3. 【請求項３】 前記温度分布検出手段の前記直交座標系
   に対応する前記たばこの基準位置を設定する基準位置設
   定手段を備えたことを特徴とする請求項２記載の燃焼試
   験装置。