JP7153798B2 - ヒトの紙巻きタバコの喫煙過程及び喫煙環境をシミュレーションするマニピュレータ及びそのシミュレーション方法 - Google Patents

Description

本発明は、紙巻きタバコの喫煙検出分野に関し、特に、ヒトの紙巻きタバコの喫煙過程及び喫煙環境をシミュレーションするマニピュレータ及びそのシミュレーション方法に関する。

紙巻きタバコの燃焼中に灰柱が形成され、紙巻きタバコの葉の成分、材料の成分、物理的指数などの違いにより、紙巻きタバコの灰柱は、燃焼前のタバコに比べて異なる程度に収縮されるとともに、灰のひびや灰の割れ（灰の割れとは紙巻きタバコの燃焼時に灰片が灰柱の本体から脱落して外方に破裂することを指す）が生じることもある。紙巻きタバコの灰収斂性は、紙巻きタバコ製品が燃焼するときに喫煙者が直観的に感じられる重要な外観形態であり、灰収斂性の優劣は喫煙者の紙巻きタバコ製品の品質に対する判断に直接影響を与える。また、紙巻きタバコの喫煙中に、灰の落下や灰の飛散が頻繁に発生し、深刻な時には燃焼コーンの脱落が発生したため、環境を汚染するだけでなく、喫煙者や受動喫煙者の置かれた環境に対する不快感や不満感を引き起こす要因の１つでもあり、また、紙巻きタバコのブランドに対する喫煙者のロイヤルティにも影響を及ぼし、さらに安全上の危険をもたらすこともある。

現在、紙巻きタバコサンプルの燃焼時の灰収斂性に対する検出設備及び技術には、主に静的燃焼画像分析法、吸引モード画像分析法、ＣＴスキャン法などが含まれており、採用されている技術的手段はいずれも紙巻きタバコサンプルを固定位置に配置して検出を行うことであるが、検出データは、喫煙者の実際の喫煙過程におけるタバコ燃焼時の灰収斂性を正確に反映することができない。その具体的な原因としては次の２つが考えられる。１つは、タバコの静的燃焼試験はヒトの典型的な喫煙動作を反映することができず、すなわち、ヒトの喫煙過程において吸引点を出発点とし、灰皿を終点とする腕の移動経路をシミュレーションすることができない。燃焼中にタバコが移動すると、空気流がタバコの灰柱の性能に大きな影響を与える。もう１つは、喫煙者の典型的な喫煙過程において、喫煙者は、一服の吸引が完了した後、手に持ったタバコを灰皿に近づけて灰を叩き落とすが、この動作は紙巻きタバコの灰収斂性の測定に対して特に重要であるので、静的測定は、測定サンプルを製造や生活に適用した場合の優劣を正確に反映することができない。また、ヒトによる紙巻きタバコの喫煙の多くは実際屋外環境において行われ、風速が灰柱に大きな影響を与えるが、静的燃焼試験は環境が相対的に安定した室内で行われることが多いので、実際のヒトによる紙巻きタバコの喫煙をよりリアルにシミュレーションするには、喫煙環境のシミュレーションも重要である。

以上の問題を解決するために、本発明を提案する。

本発明の目的は、従来の静的燃焼検出方法の欠陥を解決するために、ヒトの紙巻きタバコの喫煙過程及び喫煙環境をシミュレーションするマニピュレータを提供することにあり、該マニピュレータは、順次接続されるベース１、第１アーム３、第２アーム４、ハンド５、及びタバコクランプ６を備え、タバコクランプ６は、タバコ挿入口６１と、吸引シミュレーターに接続されるタバコ吸引管６２とを含み、マニピュレータは、タバコクランプ６の周囲に位置し、吸気管路を介して吸気機に連通する少なくとも１つの吸気口８をさらに備える。

好ましくは、ベース１と回転台２との間の接続位置が第１接続部１１であり、回転台２と第１アーム３との間の接続位置が第２接続部２２であり、第１アーム３と第２アーム４との間の接続位置が第３接続部３３であり、第１アーム４とハンド５との間の接続位置が第４接続部４４であり、
第２接続部２２、第３接続部３３、第５接続部５５が回動式接続であり、第１接続部１１、第４接続部４４が回転式接続である。

回転台２は、第１接続部１１が位置する平面に沿ってベース１に対して回転し、ハンド５は、第４接続部４４が位置する平面に沿って第１アーム４に対して回転し、これにより、実際の喫煙過程における喫煙者の肩の回転、肘の回転及び手首の曲げなどの動作をシミュレーションする。典型的な喫煙者の喫煙過程は、一服の吸引が完了した後、喫煙者がタバコを持ったまま、肘を中心とし、口を出発点とし、灰皿を終点とする腕の移動動作、灰皿に到達した後の手首関節を中心とした手首曲げ動作、又は、腕の移動動作と同時に行われる手首曲げ動作、最後に行われる灰叩き動作を含む。

好ましくは、吸気口８にフィルター９を有し、煙を吸い取ると同時に灰をろ過することができる。

好ましくは、マニピュレータは、支持部材７２と叩き片７１とを含み、タバコクランプ６に固定されるか又は作業台に単独で配置される灰叩き機構７をさらに備える。

本発明の第２の態様は、マニピュレータによって、ヒトの紙巻きタバコの喫煙過程及び喫煙環境をシミュレーションする方法であって、具体的には、
（１）タバコに点火し、吸引シミュレーターを吸引モードに設定して吸引を作動させるステップと、同時に又はその後、
（２）マニピュレータを作動させるとともに制御パラメータを設定し、タバコクランプ６がタバコを持ったまま吸引位置から灰叩き位置に到達するようにアームを移動させるステップと、
（３）灰叩き位置に到達した後、叩き片７１がタバコを叩いて灰落としを行い、灰落としが終了した後、タバコクランプ６がタバコを持ったまま灰叩き位置から吸引位置に到達するようにアームを移動させ、１回の喫煙動作を完了させるステップと、
（４）ステップ（２）～（３）を繰り返して、複数回の喫煙動作を完了させるステップと、を含む。

好ましくは、ステップ（２）におけるタバコクランプ６がタバコを持ったまま吸引位置から灰叩き位置に到達するようにアームを移動させるプロセスにおいて、下ろし位置を通過し、ここで所定時間停留することによって、ヒトによる吸引後の、灰叩き動作を行わないときのタバコの停留状態をシミュレーションする。

吸引位置からベース１の底部までの高さを第１高さとし、下ろし位置からベース１の底部までの高さを第２高さとし、灰叩き位置からベース１の底部までの高さを第３高さとすると、第１高さが第２高さよりも大きく、第２高さが第３高さよりも大きい。

好ましくは、ステップ（１）における吸気機の吸気速度は１０ｍ／ｓ未満（０ｍ／ｓを含まない）である。

好ましくは、ステップ（１）における吸引シミュレーターの吸引モードはＩＳＯ、ＦＴＣ、Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ吸引モードである。

従来技術に比べて、本発明は次の有益な効果を奏する。
１、本発明のマニピュレータは、支持部材７２と叩き片７１とを含み、タバコクランプ６に固定されるか又は単独で配置される灰叩き機構７を備える。タバコクランプ６がタバコを持ったまま吸引位置から灰叩き位置に到達した後、叩き片７１がタバコを叩いて灰落としを行い、ヒトの紙巻きタバコの喫煙過程をよりリアルにシミュレーションする。
２、本発明のマニピュレータは、タバコクランプ６がタバコを持ったまま吸引位置から灰叩き位置に到達するようにアームを移動させる。典型的な喫煙者の喫煙過程は、一服の吸引が完了した後、喫煙者がタバコを持ったまま、肘を中心とし、口を出発点とし、灰皿を終点とする腕の移動動作、灰皿に到達した後の手首関節を中心とした手首曲げ動作、又は、腕の移動動作と同時に行われる手首曲げ動作、最後に行われる灰叩き動作を含む。本発明のマニピュレータは、燃焼中にタバコが移動した場合の灰柱に対する空気流の影響をよりリアルにシミュレーションする。
３、本発明のマニピュレータは、タバコクランプ６の周囲に位置し、吸気管路を介して吸気機に連通する少なくとも１つの吸気口８をさらに備える。吸気機によって吸気口８の位置で吸気することにより、（１）タバコの燃焼により発生した煙を吸い取ること、（２）吸気の形で吸気口８の付近に気流を形成させ、吸気機の吸気速度を調整することで、ヒトが実際紙巻きタバコを喫煙するときの屋外環境における風の灰柱への影響をシミュレーションすることができる。さらに、吸気口８にフィルター９を有し、煙を吸い取ると同時に灰をろ過することできる。
４、本発明の好ましい実施形態において、タバコクランプ６がタバコを持ったまま吸引位置から灰叩き位置に到達するようにアームを移動させるプロセスにおいて、下ろし位置を通過し、ここで所定時間停留することによって、ヒトによる吸引後の、灰叩き動作をしないときのタバコの停留状態をシミュレーションする。
５、本発明のマニピュレータは、喫煙者が紙巻きタバコを吸う際の動作過程をシミュレーションし、毎回動作過程をシミュレーションする時の一致性を確保して、紙巻きタバコ燃焼時の灰収斂性の検出精度を効果的に向上させることができる。

本発明の実施例１においてマニピュレータが吸引位置にある状態を示す図である。 本発明の実施例１においてマニピュレータが下ろし位置にある状態を示す図である。 本発明の実施例１においてマニピュレータが灰叩き位置にある状態を示す図である。 本発明の実施例２においてマニピュレータが吸引位置にある状態を示す図である。 本発明の実施例２におけるマニピュレータの吸気口８の構造概略図である。 本発明の実施例２におけるマニピュレータの吸気口８の構造概略図である。 本発明の実施例２においてマニピュレータが下ろし位置にある状態を示す図である。 本発明の実施例２においてマニピュレータが灰叩き位置にある状態を示す図である。 設定された収集燃焼長さに達したときに収集した対応画像である。 設定された収集燃焼長さに達したときに収集した対応画像である。

実施例１
本実施例では、本発明のマニピュレータを使用して、ヒトの実際の紙巻きタバコの喫煙環境及び喫煙過程をシミュレーションすることにより、喫煙過程におけるタバコの灰収斂性をより正確に検出する。具体的な測定プロセスは次の通りである。
（１）タバコに点火し、吸引シミュレーターを吸引モードに設定して吸引を作動させるステップと、同時に又はその後、
（２）マニピュレータを作動させるとともに制御パラメータを設定し、タバコクランプ６がタバコを持ったまま吸引位置から灰叩き位置に到達するようにアームを移動させるステップと、
（３）灰叩き位置に到達した後、叩き片７１がタバコを叩いて灰落としを行い、灰落としが終了した後、タバコクランプ６がタバコを持ったまま灰叩き位置から吸引位置に到達するようにアームを移動させ、１回の喫煙動作を完了させるステップと、
（４）ステップ（２）～（３）を繰り返して、複数回の喫煙動作を完了させるステップと、を含む。

ステップ（２）におけるタバコクランプ６がタバコを持ったまま吸引位置から灰叩き位置に到達するようにアームを移動させるプロセスにおいて、下ろし位置を通過し、ここで所定時間停留することによって、ヒトによる吸引後の、灰叩き動作をしないときのタバコの停留状態をシミュレーションする。

吸引位置からベース１の底部までの高さを第１高さとし、下ろし位置からベース１の底部までの高さを第２高さとし、灰叩き位置からベース１の底部までの高さを第３高さとすると、第１高さが第２高さよりも大きく、第２高さが第３高さよりも大きい。

ステップ（１）における吸引シミュレーターの吸引モードはＦＴＣ吸引モードである。

２組の同じロットの紙巻きタバコサンプル１～５（２組中、サンプル１は同じロットであるが、サンプル１とサンプル２～５は同じロットではない）を取り、それぞれ本発明の動的吸引シミュレーション及び静的吸引を行った。吸引中において検出サンプルの画像に対してリアルタイム記録分析を行い、検出サンプルが設定された収集燃焼長さに達した後、検出を終了し、収集燃焼長さ範囲内の指数データの平均値をサンプルの検出指数結果とした。表１は、異なる条件における、ある紙巻きタバコサンプルの収集燃焼長さを３０ｍｍに設定した場合の灰凝固指数の検出結果である。図９は、設定された収集燃焼長さに達したときに収集した対応画像である。

灰凝固指数の計算式：紙巻きタバコ燃焼時の灰凝固指数ＡＩは、下記式：

（式中、Ｓｒは灰柱のひび割れ部分の面積であり、Ｓｔは灰柱の全体面積である）により算出される。
被検出紙巻きタバコの燃焼時の灰凝固指数ＡＩは、複数のカメラにより収集された画像の計算結果の平均値である。

図９の検出結果より分かるように、ヒトの喫煙のシミュレーションは、喫煙シミュレーション中において一部の画像がタバコの灰を落とした後に収集された画像であるため、画像処理において紙巻きタバコの燃焼コーンに対して画像比較処理が行われ、燃焼コーンが除去された場合に実際の喫煙過程では灰落とし部分の画像収集が行われない。したがって、同じロットのサンプルにおいて、動的吸引シミュレーション時の灰凝固指数は静的吸引時に収集された灰凝固指数よりも高い。実際の喫煙過程において喫煙者が腕を移動してタバコを移動させるときに、空気流がタバコの灰柱に影響を与えるので、本実施例における動的吸引シミュレーション時の紙巻きタバコの灰凝固指数は、実際の喫煙時の紙巻きタバコの灰凝固指数の研究にとって参考の価値がある。
実施例２

本実施例では、本発明のマニピュレータを使用して、ヒトの実際の紙巻きタバコの喫煙環境及び喫煙過程をシミュレーションすることにより、喫煙過程におけるタバコの灰収斂性をより正確に検出する。具体的な測定プロセスは次の通りである。
（１）タバコに点火し、吸引シミュレーターを吸引モードに設定して吸引を作動させるとともに、吸気機を作動させるステップと、同時に又はその後、
（２）マニピュレータを作動させるとともに制御パラメータを設定し、タバコクランプ６がタバコを持ったまま吸引位置から灰叩き位置に到達するようにアームを移動させるステップと、
（３）灰叩き位置に到達した後、叩き片７１がタバコを叩いて灰落としを行い、灰落としが終了した後、タバコクランプ６がタバコを持ったまま灰叩き位置から吸引位置に到達するようにアームを移動させ、１回の喫煙動作を完了させるステップと、
（４）ステップ（２）～（３）を繰り返して、複数回の喫煙動作を完了させるステップと、を含む。

ステップ（２）におけるタバコクランプ６がタバコを持ったまま吸引位置から灰叩き位置に到達するようにアームを移動させるプロセスにおいて、下ろし位置を通過し、ここで所定時間停留することによって、ヒトによる吸引後の、灰叩き動作をしないときのタバコの停留状態をシミュレーションする。

吸引位置からベース１の底部までの高さを第１高さとし、下ろし位置からベース１の底部までの高さを第２高さとし、灰叩き位置からベース１の底部までの高さを第３高さとすると、第１高さが第２高さよりも大きく、第２高さが第３高さよりも大きい。

ステップ（１）における吸気機の吸気速度はそれぞれ０ｍ／ｓ、２ｍ／ｓ、４ｍ／ｓである。

ステップ（１）における吸引シミュレーターの吸引モードはＩＳＯ吸引モードである。

２組の同じロットの紙巻きタバコサンプル１～５（２組中、サンプル１は同じロットであるが、サンプル１とサンプル２～５は同じロットではない）を取り、それぞれ本発明の吸気速度０ｍ／ｓ、２ｍ／ｓ、４ｍ／ｓの動的吸引シミュレーションを行った。吸引中において検出サンプルの画像に対してリアルタイム記録分析を行い、検出サンプルが設定された収集燃焼長さに達した後、検出を終了し、収集燃焼長さ範囲内の指数データの平均値をサンプルの検出指数結果とした。表２は、異なる条件における、ある紙巻きタバコサンプルの収集燃焼長さを３５ｍｍに設定した場合の灰凝固指数の検出結果である。図１０は、設定された収集燃焼長さに達したときに収集した対応画像である。

灰凝固指数の計算式：紙巻きタバコ燃焼時の灰凝固指数ＡＩは、下記式：

（式中、Ｓｒは灰柱のひび割れ部分の面積であり、Ｓｔは灰柱の全体面積である）により算出される。
被検出紙巻きタバコの燃焼時の灰凝固指数ＡＩは、複数のカメラにより収集された画像の計算結果の平均値である。

表２及び図１０から分かるように、吸気速度の増加に伴い、紙巻きタバコサンプル１～５の灰凝固指数がいずれも異なる程度に低下し、これは、実際の喫煙時の屋外環境における風の灰柱への影響を考慮しなければならないことを示している。本実施例は、吸気の形で吸気口８の付近に気流を形成させ、吸気機の吸気速度を調整することで、ヒトの実際の紙巻きタバコの喫煙時の屋外環境における風の灰柱への影響をシミュレーションした。したがって、本実施例における吸気速度２ｍ／ｓ又は４ｍ／ｓの場合の紙巻きタバコの灰凝固指数は、実際の喫煙時の紙巻きタバコの灰凝固指数の研究にとって参考の価値がある。本実施例では、紙巻きタバコサンプル１、３、４は、屋外で風のある実際の喫煙の状況において、紙巻きタバコサンプル２、５よりも紙巻きタバコの灰凝固性が良好である。

１：ベース
２：回転台
３：第１アーム
４：第２アーム
５：ハンド
６：タバコクランプ
７：灰叩き機構
８：吸気口
９：フィルター
１１：第１接続部
２２：第２接続部
３３：第３接続部
４４：第４接続部
５５：第５接続部
６１：タバコ挿入口
６２：タバコ吸引管
７１：叩き片
７２：支持部材

Claims (1)

1. ヒトの紙巻きタバコの喫煙過程及び喫煙環境をシミュレーションするマニピュレータによって、ヒトの紙巻きタバコの喫煙過程及び喫煙環境をシミュレーションする方法であって、
   ヒトの紙巻きタバコの喫煙過程及び喫煙環境をシミュレーションするマニピュレータは、順次接続されるベース（１）、第１アーム（３）、第２アーム（４）、ハンド（５）及びタバコクランプ（６）を備え、
   前記タバコクランプ（６）は、タバコ挿入口（６１）と、吸引シミュレーターに接続されるタバコ吸引管（６２）とを含み、
   前記マニピュレータは、前記タバコクランプ（６）の周囲に位置し、吸気管路を介して吸気機に連通する少なくとも１つの吸気口（８）をさらに備え、
   前記マニピュレータは、支持部材（７２）と叩き片（７１）とを含み、前記タバコクランプ（６）に固定されるか又は作業台に単独で配置される灰叩き機構（７）をさらに備え、
   前記方法は、
   （１）タバコに点火し、吸引シミュレーターを吸引モードに設定して吸引を作動させるとともに、吸気機を作動させるステップと、同時に又はその後、
   （２）マニピュレータを作動させるとともに制御パラメータを設定し、前記タバコクランプ（６）がタバコを持ったまま吸引位置から灰叩き位置に到達するようにアームを移動させるステップと、
   （３）灰叩き位置に到達した後、前記叩き片（７１）がタバコを叩いて灰落としを行い、灰落としが終了した後、前記タバコクランプ（６）がタバコを持ったまま灰叩き位置から吸引位置に到達するようにアームを移動させ、１回の喫煙動作を完了させるステップと、
   （４）ステップ（２）～（３）を繰り返して、複数回の喫煙動作を完了させるステップと、を含み、
   ステップ（２）における前記タバコクランプ（６）がタバコを持ったまま吸引位置から灰叩き位置に到達するようにアームを移動させるプロセスにおいて、下ろし位置を通過し、ここで所定時間停留することによって、ヒトによる吸引後の、灰叩き動作をしないときのタバコの停留状態をシミュレーションし、
   前記吸引位置から前記ベース（１）の底部までの高さを第１高さとし、前記下ろし位置から前記ベース（１）の底部までの高さを第２高さとし、前記灰叩き位置から前記ベース（１）の底部までの高さを第３高さとすると、前記第１高さが前記第２高さよりも大きく、前記第２高さが前記第３高さよりも大きく、
   ステップ（１）における吸気機の吸気速度が１０ｍ／ｓ未満であり且つ０ｍ／ｓを含まないことを特徴とする、方法。

Images