JP2007503829A - タバコ煙フィルタ - Google Patents

Abstract

本発明は、紙巻タバコのような喫煙具のタバコの本体に固定したタバコ煙フィルタ（４０）に関する。タバコ煙フィルタは、亜鉛または銅、及び好適には銅亜鉛合金を含む金属細粒（４２）を備える。金属細粒はタバコの本体と繊維状フィルタ（４１）との間に配置するか、または繊維状フィルタ中に分散してもよい。
【選択図】図４

Description

本発明は、紙巻タバコのような喫煙具と共に使用するタバコ煙フィルタに関する。タバコ煙フィルタは、亜鉛または銅、好適には銅亜鉛合金の細粒を含む金属細粒を備える。

現代世界の技術的進歩は社会と環境の問題を伴っている。後者の中では、空気汚染が主要なものである。現在、工業生産及び自動車両の排気ガスを含む発生源に起因する空気の汚れの問題を向上する努力がなされている。社会の健康と環境を保護するため、より厳格な規制管理及び法律が課されている。国際癌研究機構（Ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｇｅｎｃｙ ｆｏｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｃａｎｃｅｒ、ＩＡＲＣ）は現在８８の個別の化学物質を「グループ１ヒト発癌物質」として記載している（ＩＡＲＣモノグラフ、第１−８２巻、１９８７年）。こうした薬剤のうちかなりの数は汚染した空気中に存在するので、汚染の問題を解決する緊急性が強調されている。

喫煙は、喫煙者自ら好んでするものとはいえ、別の空気汚染のリスクを構成する。発癌物質として記載された８８の化学物質のうち、少なくとも９種類は、タール、またはカドミウム、ニッケル、クロム、ベリリウム及び砒素といった金属を含む残留成分の一部として紙巻タバコの主流煙中に発生することが報告されている。他の薬剤には、ベンゼン、塩化ビニル、２−ナフチルアミン、及び４−アミノビフェニルといった有毒有機物質が含まれる。フィルタ付きとフィルタなしの紙巻タバコを使用する喫煙者の間で肺癌の相対的リスクが異なることが示されている。すなわち、フィルタ付き紙巻タバコの喫煙者のリスクはフィルタなしの紙巻タバコの喫煙者より３６％低い。フィルタ付き紙巻タバコは喫煙者が摂取するタールのレベルを低下させるので、タールの摂取レベルと癌のリスクとの間に関係があることが予想される。

最近４０年間にわたって、紙巻タバコ中のタールとニコチンのレベルは低下してきた。しかし、ニコチンのレベルの低下が、より頻繁な喫煙を助長することがあるため、皮肉なことに、タールの摂取レベルを上昇させているとも言える。タバコフィルタの有害物質を除去する能力を改善するいくつかの試みがなされてきた。

サファエフ（Ｓａｆａｅｖ）他への米国特許第５，４０９，０２１号は、セルロース繊維部材と、アセテート繊維部材とを含み、さらに吸収物質としてリグニンを備える紙巻タバコフィルタを提案する。

レッサー（Ｌｅｓｓｅｒ）他への米国特許第５，７４６，２３１号は、フィルタ内部に分散しタバコの煙から水分を吸収してタバコの煙を湿式濾過する、ピログルタミン酸ナトリウムまたは銅含有ポルフィリンといった湿潤剤を有する多孔性基板を備えるタバコ煙フィルタを教示する。

ニコチンレベルに影響を与えずに、タール及び重金属のレベルといった有害物質を大きく低減できるタバコ製品の新しいフィルタシステムに対する必要が今なお存在している。

銅、亜鉛、またはいわゆるＲＡＭという銅亜鉛合金の金属細粒が、タバコの煙から危険な成分を除去する有効なフィルタ剤として機能し得ることが発見された。さらに詳しく言うと、こうした銅亜鉛合金が、発癌物質または毒物として分類される多数の物質を有効に結合できることを発見した。こうした物質には、銀、カドミウム、コバルト、クロム、銅、水銀、マンガン、ニッケル、バナジウム、亜鉛、及び特に鉛といった金属が含まれる。紙巻タバコのようなタバコ製品では、例えば、ＲＡＭの使用後紙巻タバコの重金属成分が５０〜７０％減少することが発見されている。

従って、本発明の第１の態様によれば、本発明は、タバコの本体を備える喫煙具で使用するためのタバコ煙フィルタであって、亜鉛、銅、または銅亜鉛合金を含む金属細粒を備えるタバコ煙フィルタに関する。

好適には、タバコ煙フィルタは繊維状フィルタを備える。

１つの実施形態では、前記繊維状フィルタの一端は吸入端を形成し、前記金属細粒は、前記吸入端の反対側の前記繊維状フィルタの端部に隣接して配置される。

１つの実施形態では、前記金属細粒は前記繊維状フィルタ中に分散する。

１つの実施形態では、前記金属細粒は前記繊維状フィルタの一部に分散する。

１つの実施形態では、前記金属細粒は、前記繊維状フィルタの第１の繊維状フィルタ部分と前記繊維状フィルタの第２の部分との間に配置される。

１つの実施形態では、前記金属細粒は、０．０５〜３ｍｍの粒子サイズ範囲の亜鉛、銅または銅亜鉛合金の粒子を備える。

１つの実施形態では、前記金属細粒は、０．１〜２ｍｍの粒子サイズ範囲の亜鉛、銅、または銅亜鉛合金の粒子を備える。

１つの実施形態では、前記金属細粒は、０．１〜１ｇの範囲の質量で含まれる。

１つの実施形態では、前記金属細粒は酸化還元合金媒体（ＲＡＭ）である。第２の態様によれば、本発明は、タバコの本体を備える喫煙具であって、先行する請求項１〜９の何れかに記載の亜鉛、銅または銅亜鉛合金を含む金属細粒を備えるタバコ煙フィルタが前記タバコの本体に固定された喫煙具に関する。

以下、図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。

銅及び／または亜鉛、または銅と亜鉛の合金を備える細かく分割した金属粒子状物質のベッドを組み込むことによって水の硬度を低下させる流体処理方法を使用することが知られている。金属粒子状物質は、望ましくない成分の酸化還元（ｒｅｄｏｘ）電位と比較して、金属と、細菌を含む望ましくない成分との間の自発的な酸化還元反応に有利な酸化還元電位を有する。こうした方法は、例えばヘスケット（Ｈｅｓｋｅｔｔ）への米国特許第５，４３３，８５６号及び第５，１３５，６５４号から知られている。「酸化還元合金媒体（ＲＡＭ）」として知られるフィルタ媒体は高純度銅亜鉛合金であり、浄水法で利用されてきた。こうしたＲＡＭ物質は、上記の２つの特許の譲受人であるＫＤＦフルイドトリートメント社（ＫＤＦ Ｆｌｕｉｄ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｉｎｃ．）からＫＤＦ（登録商標）の商標の様々な形態で入手可能である。

ＲＡＭを使用した酸化還元反応によって、汚水から塩素、硫化水素、メタンといった溶解ガスを除去することが可能になる。また、ＲＡＭの同じまたは関連する酸化還元反応によって、可溶性重金属を除去し、硬度の上昇を防止することも可能になる。ＲＡＭは一般に他の濾過媒体と共に使用する。さらに、酸化還元反応が行われる時大きな電位の移動が発生し、細胞膜を破壊し微生物を死滅させるので、ＲＡＭが微生物のレベルを除去または低下させることが報告されている。また、例えば第一鉄から第二鉄への酸化の際発生するヒドロキシル基及び過酸化水素は微生物に対して有毒である。

米国特許第５，１３５，６５４号は液体流体媒体及び気体流体媒体の両方に対してＲＡＭを使用する可能性を教示しているが、ＲＡＭの有用な特性は専ら浄水法に適用されてきた。しかし、本発明の発明者は、銅及び／または亜鉛、及び好適には銅亜鉛合金を備える金属粒子状物質はタバコの煙中の望ましくない物質の除去にも卓越していることを発見した。

従って、本発明は、銅または亜鉛、及び好適には酸化還元合金媒体（ＲＡＭ）のような銅亜鉛合金を備える金属粒子または細粒状物質を備えるタバコ煙フィルタに関する。

好適実施形態では、ＲＡＭ合金は粒子または細粒の形態で提供され、米国標準ふるいサイズに基づく約４〜約４００メッシュの変化するメッシュサイズを有してもよい。メッシュサイズの分布は合金細粒中に存在するものと予想される。合金を備える金属粒子状物質は遊離した細粒として供給してもよく、また焼結または結合剤を利用する代替処理といった技術によって形成した何らかの形状の多孔体に粒子状物質を付着させることによって製造する凝集多孔体といった他の代替形態で供給してもよい。

本出願の説明で使用する場合、合金中の銅と亜鉛の重量比は、約２５：７５、約５０：５０、約４０：６０、約２５：７５、またはそれらの間の範囲でよい。通常、合金の粒子サイズは０．０５〜３ｍｍの範囲、好適には０．１〜２ｍｍの範囲であり、かさ密度は２〜３ｇ／ｃｍ³である。合金は空気から汚染物質を結合／吸収／除去できる。特に、タバコ煙フィルタは、銀、カドミウム、コバルト、クロム、銅、水銀、マンガン、ニッケル、バナジウム、亜鉛、及び特に鉛といった金属を結合できる。

合金中の亜鉛は銅よりも反応性が強くより陽性である。合金成分中、銅を永久陰極とし亜鉛を犠牲陽極とした多数の粒状高純度異種金属結合が見られることがある。金属は−０．７６ボルトの値を与えられ銅は＋０．３６ボルトの値を与えられる。亜鉛を電子供与体とした正味結果は１．１２ボルトの差である。多数の要素金属と金属合金は酸化還元電位を提供する。

例えば鉛（Ｐｂ）のような重金属との反応の場合、反応は次のように示してもよい。
Ｃｕ／Ｚｎ_o＋Ｐｂ²⁺（ＮＯ₃）₂＝Ｚｎ／Ｃｕ／Ｐｂ_o＋Ｚｎ²⁺（ＮＯ₃）₂ ^2-
（ここで、Ｃｕは銅を表し、Ｚｎは亜鉛を表し、Ｐｂは鉛を表し、（ＮＯ₃）₂は硝酸塩を表す。）

反応の際、亜鉛は２個の電子を失い（すなわち酸化され）、鉛は２個の電子を得る（すなわち還元される）。従って鉛は銅に付着して亜鉛に取って代わり、亜鉛はイオンとして溶液中に溶解する。

本発明の１つの実施形態はＲＡＭを含むタバコ煙フィルタに関し、ＲＡＭはＲＡＭ成分と、例えば紙巻タバコのタールまたは重金属汚染物質といった、除去を必要とする空気中に見られる汚染物質との間の酸化還元反応を通じて汚染物質を除去し、前記反応の結果汚染物質はフィルタ表面上に付着する。そして、フィルタは、合金を溶解して落とし、望ましい形状に再整形し再使用することによって再生してもよい。

この実施形態の変形では、喫煙具を使用すると共に、好適には蒸気である水を利用する。こうした実施形態では、使用前または使用中に、フィルタに水（加熱したかまたはしていないもの）を供給する。水は、例えば吹き付け、凝結、または滴下によって供給してもよく、フィルタの使用の前に供給してもよく、フィルタの使用中連続して供給してもよく、またフィルタの使用中ある間隔で断続的に供給してもよい。酸化還元反応がある程度加速または増強されることが推測されており、喫煙具の有効性及び生産性の増大につながるかもしれない。しかし、水の存在自体は本発明の機能のため必須ではない。

前に言及したような汚染物質を空気または他の気体から除去すべき場合、銅亜鉛合金を備える空気清浄具をあらゆる種類の空気浄化のために使用してよい。特に、本発明は、濾過したタバコの煙を除去するため、細粒形態の銅、亜鉛、または銅亜鉛合金を備えるフィルタを使用することを伴う。こうしたフィルタは、居室、喫煙室、または自立型喫煙ボックスといった煙を含む場所から出てきた空気を濾過するため、壁取り付け型または天井取り付け型通気口と共に使用してもよい。好適には、通気口に負圧を印加し、煙を含む場所の空気と煙を吸い出し強制的にフィルタを通過させるようにする。

実施した試験は、タバコ製品の使用を通じて吸入した細粒形態の銅、亜鉛、または銅亜鉛合金を備えるフィルタの使用によって、タール中の約５０％〜約７０％、９０％までといった５０％を越える重金属成分の除去が可能になることを示している。従って、煙を含む場所からの空気を濾過するための空気清浄具でこの種のフィルタを使用することは、換気した空気からこうした望ましくない物質を除去するためにも有効であり、それによって換気した空気がこうした物質を別の場所に運び、そこで他の人々がこうした物質にさらされかねないというリスクを除去する。

総タールレベルを低下させる他に、空気清浄具は、銀、カドミウム、コバルト、クロム、銅、水銀、マンガン、ニッケル、バナジウム、亜鉛、及び特に鉛といった特定の重金属を除去できる。こうした物質、特に重金属の中には発癌物質として知られるものや疑われているものがある。すなわち、フィルタは総タールレベルを低下させると共に、発癌物質として知られまた疑われている金属を除去する。

その結果、本発明は一般に、細粒形態の銅及び／または亜鉛、または銅亜鉛合金を含むタバコ煙フィルタに関する。こうしたフィルタは、例えば、換気システムで使用する空気清浄具として使用してもよい。

好適実施形態によれば、本発明は、タバコ製品のタバコと吸入端との間に配置した細粒形態の銅、亜鉛、または銅亜鉛合金を備えるタバコ煙フィルタに関する。図３は、好適には紙で巻いたタバコ充填部分３１と、タバコ充填部分２０の一端に取り付けられ、同様に好適には紙で巻いた繊維状フィルタ３２とを含む、紙巻タバコ３０の形態の喫煙具を例示する。部分２０の反対側のフィルタ３２の外側端部は喫煙具３０の吸入端を画定する。通常、繊維状フィルタ３２はセルロース繊維、アセテート繊維、またはそれらの組み合わせを備えてもよい。フィルタ３２の繊維状成分の実際の特性は本発明にとって重要ではなく、いくつかの種類のこうした繊維状フィルタは当業技術分野で周知である。本実施形態によれば、タバコの煙からタールと重金属を除去する能力は、細粒形態の銅及び／または亜鉛、または銅亜鉛合金を備える金属フィルタ物質を組み込むことによって提供される。

図４は、セルロースまたはアセテートといった繊維状物質を備える、吸入端、すなわち図面の下端の第１のフィルタ部分４１を備えるタバコ煙フィルタ４０の１つの特定実施形態を例示する。タバコ煙フィルタ４０はさらに、銅、亜鉛、または銅と亜鉛の合金を備える金属細粒を含む第２のフィルタ部分４２を備える。第２のフィルタ部分４２は、図３に示すように、第１のフィルタ部分４１と、第２のフィルタ部分４２の上に位置するタバコ部分との間に配置する。金属細粒はタバコと繊維状フィルタとの間に自由に配置してよい。また、金属細粒は、繊維支持体上または多孔性支持体中に支持してもよい。

図５は、タバコ煙フィルタ５０の代替実施形態を例示する。この実施形態では、繊維状物質を備えるフィルタ５０は、吸入端に配置した第１のフィルタ部分５１と、フィルタ５０のタバコに面する端部に向かって配置した第２のフィルタ部分５２とを有する。繊維状物質の第２のフィルタ部分は、繊維状物質中に分散した銅、亜鉛、または銅と亜鉛の合金を備える金属細粒を含む。

図６は、図５の実施形態の変形であるまた別の実施形態を例示する。銅、亜鉛、または銅と亜鉛の合金を備える金属細粒を繊維状フィルタ６０の一部に封じ込める代わりに、金属細粒は繊維状フィルタ６０のほぼ全体に分散している。

図７は、吸入端に配置した第１の繊維状物質フィルタ部分７１と、その反対側のタバコに面する端部に配置した第２の繊維状物質フィルタ部分７２とを有するタバコ製品フィルタ７０の実施形態を例示する。前記第１及び第２の繊維状物質フィルタ部分７１、７２は同じかまたは異なる組成でよく、例えばセルロースまたはアセテートから選択してもよい。さらに、フィルタ７０の第３の部分７３は、前記第１及び第２のフィルタ部分７１、７２の間に配置され、銅、亜鉛、または銅と亜鉛の合金を備える金属細粒を含む。前記金属細粒は繊維状物質中に分散してもよく、また第１及び第２のフィルタ部分７１及び７２の間に自由に配置してもよい。

図３〜図７を参照して説明した実施形態のタバコ煙フィルタでは、銅、亜鉛、または銅と亜鉛の合金を備える金属細粒は好適には０．１〜１ｇの質量範囲で含まれる。

本発明に係る金属細粒フィルタを装備した紙巻タバコから煙を吸入する時、銀、カドミウム、コバルト、クロム、銅、水銀、マンガン、ニッケル、バナジウム、亜鉛、及び特に鉛といった汚染物質はＲＡＭと結合し吸入されない。しかし、同時に、細粒形態の銅、亜鉛、または銅亜鉛合金を備えるフィルタはニコチンを低下させる役割を演じず、紙巻タバコからの吸引の機能に影響しない。従って、このフィルタは、本発明のフィルタを装備しない紙巻タバコと比較して喫煙の増大にはつながらない。

本発明に係るタバコ煙フィルタは、必ずしも図３に例示したようにタバコの本体に固定しなくてもよいことに注意されたい。タバコ煙フィルタは、フィルタ付きの紙巻タバコ、フィルタなしの紙巻タバコ、またはパイプといった喫煙具に取り付けるようにした独立したフィルタスリーブに同様に封じ込めてもよく、またその中に配置するようにしてもよい。

以下、タバコ煙フィルタとしての本発明の実施形態を例示する例を示す。この例は本発明を例示するために提示するが、請求項の対象となる本発明の何らかの意味での制限を意図するものではない。

図１及び図２に実験設定を示す。図では、スリーブ２を通じて紙巻タバコ１に接続したプラスチックチューブ４を使用して紙巻タバコ１の煙を吸入した。図１に示すように、（紙巻タバコ１の）一般的なフィルタだけのものを対照試料として使用した。試験設定はさらに銅亜鉛合金（ＲＡＭ）フィルタ５を備えた。煙は、紙巻タバコの一般的なフィルタと、ＲＡＭフィルタ５が含まれる場合ＲＡＭフィルタ５と、さらに試験フィルタ４を通じて誘導した。試験フィルタ４は喫煙の前後に計量した。喫煙前後のフィルタ重量の差によってタールの近似量を計算した。その結果、銅亜鉛合金の細粒によるＲＡＭフィルタを使用した場合、１本の紙巻タバコの喫煙から吸入されるタールの量が４５％減少することが示された。試験では、０．５ｇのＲＡＭフィルタを使用した。

試験は、紙巻タバコの包装箱によれば１ｍｇのタールを含むと記載された紙巻タバコによって実施した。また、実施した試験は、試験フィルタは喫煙後３〜５ｍｇ重量が増大していることを示しており、これはＲＡＭフィルタを含むことによってタールをかなり吸収することを示している。吸収された水を試験フィルタの質量に追加しないため、計量は数時間後に行い、吸収した水が確実に蒸発するようにした。

その上、ＲＡＭフィルタはタバコの煙から重金属を除去することも証明された。喫煙に使用したものと使用していないもののＲＡＭフィルタ中に存在する重金属の量の比較を以下の表１に示す。

表１に示す結果は、ＲＡＭフィルタを使用する場合、紙巻タバコフィルタに付着する重金属成分、特に鉛（Ｐｂ）の量が喫煙によって増大することを示している。

ＲＡＭを使用する場合としない場合の喫煙に使用したフィルタ膜中に存在する重金属の量の比較を以下の表２に示す。

表２に示す結果は、ＲＡＭを備えるフィルタ膜に捉えられる重金属、特に鉛の量がかなり大きくなることを示している。

銅亜鉛フィルタ物質なしの紙巻タバコに対して行ったフィルタ試験の実験設定を示す。 銅亜鉛フィルタ物質付きの紙巻タバコに対して行ったフィルタ試験の実験設定を示す。 フィルタ付きの紙巻タバコを例示する。 本発明に係るタバコ煙フィルタの実現の様々な実施形態を例示する。 本発明に係るタバコ煙フィルタの実現の様々な実施形態を例示する。 本発明に係るタバコ煙フィルタの実現の様々な実施形態を例示する。 本発明に係るタバコ煙フィルタの実現の様々な実施形態を例示する。

Claims (11)

1. タバコの本体を備える喫煙具で使用するためのタバコ煙フィルタであって、前記タバコ煙フィルタが亜鉛、銅、または銅亜鉛合金を含む金属細粒を備えることを特徴とするタバコ煙フィルタ。
2. 繊維状フィルタを備える、請求項１に記載のタバコ煙フィルタ。
3. 前記繊維状フィルタの一端が吸入端を形成し、前記金属細粒が前記吸入端の反対側の前記繊維状フィルタの端部に隣接して配置される、請求項２に記載のタバコ煙フィルタ。
4. 前記金属細粒が前記繊維状フィルタ中に分散する、請求項２に記載のタバコ煙フィルタ。
5. 前記金属細粒が前記繊維状フィルタの一部に分散する、請求項２に記載のタバコ煙フィルタ。
6. 前記金属細粒が、前記繊維状フィルタの第１の繊維状フィルタ部分と前記繊維状フィルタの第２の部分との間に配置される、請求項２に記載のタバコ煙フィルタ。
7. 前記金属細粒が、０．０５〜３ｍｍの粒子サイズ範囲の亜鉛、銅、または銅亜鉛合金の粒子を備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載のタバコ煙フィルタ。
8. 前記金属細粒が、０．１〜２ｍｍの粒子サイズ範囲の亜鉛、銅、または銅亜鉛合金の粒子を備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載のタバコ煙フィルタ。
9. 前記金属細粒が、０．１〜１ｇの範囲の質量で含まれる、請求項１〜８のいずれか一項に記載のタバコ煙フィルタ。
10. 前記金属細粒が酸化還元合金媒体（ＲＡＭ）である、請求項１〜９のいずれか一項に記載のタバコ煙フィルタ。
11. タバコの本体を備える喫煙具であって、請求項１〜９のいずれか一項に記載の亜鉛、銅または銅亜鉛合金を含む金属細粒を備えるタバコ煙フィルタが前記タバコの本体に固定された喫煙具。

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