JP6041415B1 - フィルタ付シガレットのフィルタにおいて吸引時タール成分１ｍｇ以下にする方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】喫煙時におけるタール成分１mg以下になるような仕組みを構築すること及びフィルタ製造コストを低減する。【解決手段】フィルタ付シガレットのフィルタ部において、濾過材２は竹を原料とした繊維を束ねたものであり竹を原料とした炭化温度700℃にて炭化した竹炭粒子を分布していることを濾過材を活用する。また、竹炭粒子は電気抵抗値10オーム〜1000オームの範囲のものであり、その分量がフィルタ部における濾過材の容積の5％〜65％の範囲に調製したものである。【選択図】図１

Description

本発明は竹を素材とした、口付シガレットのフィルタ内部に関し、喫煙時吸引される主流煙中のタールの成分1mg以下にする方法、及びフィルタ製造コスト低減する方法。

シガレット喫煙時における主流煙中のニコチン、タール、アセトアルデヒド、アセトン、ベンゼン、酢酸、ピリジン、硫化水素などの有害物質の低減を目的として、フィルタ内部にセルロースアセテート束に、活性炭を分布をしていることは知られ、又シガレットのさや紙は麻、大麻を素材としていた。(ライスペーパ)しかしながら喫煙における二次喫煙の煙り、及び吸引における主流煙にはガンを発生する物質タールが発ガン物質の元凶である。にもかかわらず吸引時に１mg以下のタール成分のフィルタ付シガレットは見当たらない。

特許第３４２４０４２ 特許第５４８６１１５

内村悦三著、KK創森社発行（2004年3月23日）竹の魅力と活用 岸本定吉監修、池嶋庸元編集 株式会社DHC2001年11月28日 炭博士にきく木炭小史炭人たちへ 著者奥井真司、発行者桑波田直人 毒草大百科 2001年5月15日 岸本定吉監修、池嶋庸元著、社団法人農山漁村文化協会発行（1999年4月5日）竹炭、竹酢液のつくり方つかい方。 上田弘一郎著、堀川豊弘発行者、KK明玄書房発行所（昭和45年4月15日）竹と人生。 著者代表 上野和義、発行者 平河喜美男、発行所 財法人日本規格協会 繊維のおはなし（1988年6月29日） 著者上田弘一郎、発行者藤根井和夫 発行所日本放送著者出版協会 昭和54年3月20日 竹と日本人 紙、パルプの実際知識(6版)著者王子製紙株式会社 発行者浅野純次 発行所東洋経済新報社 2001年2年7日 著者三和良一 鈴木俊夫監修由井常彦編集 財団法人日本経済史研究所 版行日本たばこ産業株式会社(JT)2009年9月15日 日本たばこ産業―100年のあゆみ

従来の技術において喫煙時における主流煙には発ガン物質が含まれていて、その主な物質はタール成分中に含まれていることは周知の事実である。にもかかわらずタール成分を吸引時に１mg以下の低減を成し得ていないのが現状であるが、しかしながらニコチンはシガレット喫煙の目的には必要なものあり。だがタール成分は不必要なものでタール成分をいかにして吸引時に１mg以下にできるかの方法、及びフィルタ製造コスト低減する方法。

従来の技術においてニコチン、タールの低減を計る手段としてフィルタ材に活性炭をセルロースアセテートに活性炭を分布しフィルタ及びさや紙に微細な孔を具備して通気を調整することでニコチン、タールの低減を計っていたがタール成分１mg以下の低減は計れなかった。その最大の原因はフィルタ内部のセルロースアセテートの機能不足、ましてや活性炭を使用していた事であり活性炭の機能は不十分でありました。

本発明においてフィルタ部にもっとも適性である竹の持つ機能に着目し、フィルタ部と構成する束に竹素材を活用したことは従来使用しているものとは機能が異なるものでありその根拠は竹の組織はセルロースアセテートより維管束に形成層がなくひとつづつまとまり材部一面に散在し道官も大きくガスをよく吸うのであり又、従来使用している活性炭は使用せず竹素材である炭化温度700℃の竹炭粒子に切り換えることにてタール成分を１mg以下に低減できるのであり、それを成し遂げるには竹炭粒子（炭化温度700℃）、の機能を活用することが必要条件であり、又フィルタ内部を通過する通気温度がキーポイントとなる。

古代では水パイプにてタバコを吸引していたことに着目し、吸引時におけるニコチン、タール成分は、通気温度が深く係りがあると考え、この原理は炭焼に係る者達は煙の通気温度によってタール成分と竹酢液が分離する原理は認識している。この原理を基に吸引時におけるタール成分１mg以下のものができることを発見したのである。
上記課題を解決するには本発明の必要条件である請求項１、２、３通りに対処すれば課題は解決できるが、それを成し遂げるには適性な竹素材を選択し消臭、調湿、ガス、ニコチン、タール有害物質の吸着機能は優れている素材を活用する。

本発明において、もっとも適正であるて竹のもつ機能に着目し従来使用していた活性炭は使用せず、竹を原料とした炭化温度700℃の竹炭粒子を活用したことは、竹炭粒子において最も効率的に働く炭化温度が700℃が電気抵抗値の変位点であり、電気抵抗値１０オーム〜１０００オームのものは、均一に炭化した証しでもあるのです。炭化温度を限定した竹炭は他の炭化温度で炭化したものとは全く性状は異なり界面的性状が現れ酸性でなく、塩基性でもなく、竹炭粒子の化学反応性はピークとなり炭化温度がそれより高くても低くても竹炭粒子の機能は低下、省エネの目的にもかなうからフィルタ付シガレットの内部において濾過材となる束に分布した竹炭粒子の炭化温度を限定しニコチン、タールのみならず有害化学物質の除去できる論理は下記にて記載。

活性炭の機能効果として吸着する有害物質の種類は限られていてフィルタ内部に木を素材としたセルロースアセテートに活性炭を分布している活性炭の吸着力の機能は竹炭粒子よりすぐれている。しかしながら吸引時における主流煙は熱が加わるとか他のエネルギー(通気)とか加えることにより折角吸着したものを離脱すると言う大きな欠点を思い出しのであります。竹炭粒子は熱を加えても、他のエネルギー(通気)加えても依然として吸着している。活性炭を用いても活性炭の機能は不十分なので活性炭を使用することは無意味なことであります。

喫煙時における煙中のタール成分の含有は燃焼時において燃焼温度が深く関係しているからフィルタ内部の通気温度がキーポイントである。しかし従来通りの方法では吸引時のタール成分１mg以下にすることはできなっかた。
その通気温度を措置することである。しかしながら本発明者はフィルタ内部の濾過材の吸引時の主流煙の温度が１２０℃以下とすることにおいて主流煙中に含まれるタール成分を１mg以下にすることを発見し、この発見に基づいて本発明を完成するに至ったものである。
つまりフイルタ付シガレットの濾過材の繊維を竹を原料としての繊維を束ねたものに竹を原料とした炭化温度７００℃にて炭化した竹炭粒子を分布することでタバコを吸引した際の濾過材を通過する主流煙の温度１２０℃以下にすることができ、このため吸引時における主流煙中に含まれるタール成分を１mg以下にすることができる。

本発明に係る資料として非特許文献１、２、３、４、５、６、７、８、９に記載されている本発明に必要な記述を下記に記載する。(竹素材の機能の特質を認識に必要なもの)
「竹紙はその言葉どうりの竹100％の和紙です。竹の桿や皮の繊維を煮潰して紙にしますが材料や加工の仕方によって様々な異なる色合いや風合いが生まれ時に繊細な紙ができあがります。」と記載。
「工業的な利用は紙やレーヨンなどのパルプ作りである。」と記載 。

「竹紙の歴史は古く中国では10世紀頃、宋の時代から使われていたと聞きます。15世紀、明の時代に書かれた中国の技術者とも言うべき天工開物と言う書物を見ますと製紙の製
法です。数ある紙作りの中の代表として竹紙の作り方が出ているのですから当時の中国ではポピラーな紙だろうと思います。にもかかわらず日本ではコウゾウ、ミツマタを原料とした和紙に比べ竹紙はあまり知られていません。竹は日本各地にこれほど生えているのに紙の利用は昔も今もいまひとつと言うのが実情です。近ごろ竹が瓦斯を吸着する力の強いのに目付けられて脱臭に優れこれは竹の持つ吸着性による。」と記載。

「竹の組織は木と違い維管束には形成層がなくひとつづつまとまって材部一面に散在している。道管も大きいし水を吸いにくいがガスをよく吸う。」記載。
「竹の繊維は長く紅葉樹より優れパルプに適する。ところが広葉樹は繊維が短いので竹をまぜて良質な紙を作りだそうと研究が進められている。竹の繊維は木よりも細長く良質な紙になる。」と記載。
だから従来の木を原料とした繊維を使用した濾過材と本発明竹を原料とした繊維を使用したフィルタとではガスの吸着力はまったく異なり、しかも本発明において通気温度の措置として竹炭粒子６５メッシュ〜１５０メッシュの範囲のものを使用それぞれの役割分担があり分布の仕方に工夫し、竹を原料とした繊維と竹を原料とした竹炭粒子の機能は従来のものとは異なるものである。

(竹炭と活性炭と異なることの記載)
「BET法とよばれる分析法で竹炭の吸着力を調べると備長炭(ウバメガシ白炭)の場合が２〜５平方メートルであるのに対して約８００度の高温でやいた竹炭は５０〜６０平方メートルで備長炭の数倍から１０倍の吸着力があることを示している。実験の結果では備長炭(白炭)のように高温で炭化され炭窯の外で急冷されて組織がしまった白炭より低温で炭化されゆっくり冷やされた竹炭(黒炭)の方が多孔質となり吸着力も大きくなる。」と記載。

「活性炭はこの吸着力を人工的に強くした炭素材で、内部表面積は１グラムあたり８００平方メートル以上もある。吸着力だけなら活性炭がすぐれているが竹炭には次に述べるようにその孔の表面の形状に特徴がある。」と記載。

「竹炭が吸着した水や空気中の有機物やニオイのもとになっている不純物をはじめ有害な化学物質など分解する吸着作用は通常物理的なものと化学的なものの二つに分類され物理的な吸着は分子が分子間の引力によって、そのまま吸着される現象で表面積の大きい活性炭がすぐれている。しかし、この吸着は加熱するなど外からのエネルギーを加えると簡単に分子が離れる。」と記載。

「化学的吸着のばあいは外からエネルギーを加えても容易に離れることはない。しかし人工的につくられた活性炭の孔径はミクロサイズにほぼ均一化され、その大きさに合った種類の微生物しか着生しない。活性炭は木材、製材くず、ヤシ殻など植物性炭素質や竹炭、木炭、コークスなどを原料として、表面積、活性(吸着性)を高めた炭素材である。活性炭の形状は粉状または粒状で竹炭や木炭に比べて一般的には取扱いにくく加工工程が多い。
活性炭は、コストも高く孔径の範囲もかぎられ吸着した成分も分解する種類も限定される。」と記載。

これらのことにより活性炭の機能の大きな弱点は加熱などにより活性炭の機能が大きく低下することは、タバコを喫煙する際には必ず熱が加わり、しかも他のエネルギーが加わることにより(通気)必然的に活性炭の機能は低下するのであり、活性炭の孔径はミクロサイズに均一化しているから有害物質の吸着する範囲は限られ、竹炭よりコストは高いのであります。
「竹炭はいろいろな種類の竹を炭窯に入れて空気を遮断しながら800℃〜700℃程度の高温で焼いて作ります。
竹は木よりも組成が細かいため繊細な孔のたくさん開いた炭ができます。窯の中の上下で200℃位の温度差があるので見た目は同じでも性質が全く逆の炭になっていることもある」と記載され、「焼成温度700℃〜1000℃で炭化した竹炭は白炭である。400℃〜750℃で炭化されたものは黒炭である。」と記載。
「炭やきの仕上げ段階で窯の中の温度を上げ炭材からでたガスを燃焼させる一連の作業をネラシとよぶが(精錬)、炭全体の炭化温度を均一にする。」と記載。炭の製錬度はその炭の電気的特性つまり電気抵抗値で見分けることができ炭化温度700℃で炭化したものだけに界面的性状が現われるのであります。

「焼成温度等の条件によって熱分解の進み方が異なってくるため残った灰に含まれる炭素の割合も異なり高い温度で焼かれたものほど高い炭素率を示します。600℃で焼成、炭素率85％、800℃で焼成、炭素率は90％程度」と記載。
「火の消し方よって白炭と黒炭に区別され白炭の焼き方は窯の温度がほぼ終わる約400℃に上昇した段階で窯口を開いた釜の中に空気を送り込み釜のたまっているガスを燃焼させて温度を一気に1000℃上げると炭材の温度もまんべんなく上昇する。そこですばやく炭を釜からかき出し消粉をかぶせて急冷させながら消す。黒炭の焼き方は同じように400℃まで温度上げほぼ炭化が終了した段階で釜を密着しそのまま空気を遮断して火を消し自然に冷却してから取り出す。調湿用、竹炭が完全に水分の吸着を繰り返すには微細な多孔性組織を多く必要とされ、それには700℃以上で焼き炭素含有量も80％をこえる竹炭が最適である。」と記載。

「竹炭を拡大してみると目では見えないほどのちいさな孔がたくさん開いた多孔性の構造になっています。竹炭が持つ微細な多孔性組織は好気性のバクテリアの繁殖のための住みかとなります。炭化することにより多孔性となり吸着は大きくなり着生した分子はそのまま微生物によって分解する。この構造のために竹炭にはいろんな分形と大きさの分子を分離したり包みこんだりすることかでき、このような現象を包格と言います。包格は実に多くの分子間で行われ食品工業、化粧品や香料、医薬品の領域などで重用なテーマになって
きていますと記載され、つまり、臭い吸着作用、調湿、保湿作用、環境ホルモン等の吸着効果のことであります。」と記載。(竹炭粒子作製工程において粉炭ができるが食品工業、化粧品や香料、医薬品の領域などに転用できる。)

「土窯で生産した竹炭には土窯でしかできない素晴らしい特徴がありますが、土窯では均質的な再現性に乏しい言う致命的な欠点があります。利用目的に合致した機能を持ち温度を特定した高精度な温度制御が可能な実用窯が不可欠であると考えました。土窯の中温度(650℃〜750℃)が商品化に一番適した竹炭、竹炭はアンモニア系のガスを吸着しやすくタバコの臭いなどよく吸着する。」と記載。

「竹炭を炭化する際に出る煙の温度75℃〜120℃までの温度で出る煙を急冷してできた竹酢液やタールに含まれている成分は竹材を構成するが熱分解されて生じたもので(120℃以上の煙についてはタール分が含まれる)窯の中の温度400℃以上になる煙にはタールがではじめる。」と記載。

吸引時における主流煙がフィルタ内部の通過温度は現在の技術においても120℃以下であり、はっきり言い切れることは竹炭粒子の機能は温度には左右されず仮りに120℃以上になっていたとしても竹炭の吸着機能は衰えることはなく機能は十分に働く。

「食材をこがすと発ガン性物質ベンズピレンなど発生します。この実験から直火の強火といわれる焼きもの料理の原則が裏づけられました。」と記載。
このことから、通気温度調整がタール成分低減のカギがあります。それには何をすべきか？関連記述として（０００９）（００１１）（００１４）（００２３）（００２４）にて記述している。

(エコロジーな素材を活用することによりコストに関連する)
「尚、アジア各国では竹の特徴を利用して竹紙、パルプ、竹炭、日用雑貨など作り又東南アジア各国、中国、ブラジル、コスタリカなどは資源不足を解消するために植林が行なわれ竹を利用することにより地球にやさしいエコロジーな材料を使用することによって地球環境の改善に役立ち」ただ付則として記述すれば「竹の機能は科学的にはまだ解明されていない部分がたくさんあり今後の研究が待たれ地球全体の資源や生活環境、地域活性等の今後ますます重要な課題でありめす。」と記載。

(タバコについて関連したもの)
WHOたばこ規制枠組条約第8条のガイドラインには「二次煙の煙は発ガン物質であることがいくつもの権威ある学術団体によって確認されている。たばこ煙にさされることの危険に取り組まねばならない場合がある。」と記載。

「巻き紙の気孔度とは通気性の度合を示す言葉で、のちには通気と言い換えられたが巻紙に電気的に微細な孔を開けたり、抄紙法を改良して作った通気性の高い巻紙を用いることによって吸煙時の空気流入量を増やして喫味を暖和させる効果を得ることができたのであります。」と記載。

「初めてフィルタ付きたばことして1957年4年に発売されたホープ」と記載。「最初は輸入プラグを使用していたが1957年7月からセルロイドを製造するアセテート、トウを用いてプラグの国産化を開始した。日本フィルタは1959年7月にコダック社と技術提携を行った。そして1959年末には国産フィルタで全需要をまかなうことができるようになった。ニコチン、タールの低減を計るのにフィルタのチップの長さを変えたりしていた。」と記載。

「新しいタイプのフィルタ付たばこの開発が望まれた。輸入品の中でチャコールフィルタを装着したラークの人気が高いことに着目して活性炭を付加した新しいタイプのチャコールフィルタ付きたばことしてセブンスターを1969年2月に発売した。」と記載。

「石炭を原料とした活性炭を使用し脱臭力を強化した製品であった。セブンスターはやし殻炭を使用した多孔加工で表面積を増やし吸着力を強化した活性炭粒子をアセテート繊維にまぶしたチャコールフィルタを、従来のアセテートフィルターと刻みの中間に挟み込んだ二重構造のチャコールフィルタ付きたばこである。」と記載。

「シンガポールの対岸、ジョホール地区にある活性炭工業をつくりました。この工場でアブラヤシガラ活性炭を生産したばこのフィルタに使うと、従来の活性炭とくらべてすぐれていることがわかりました。こうした過程を経て、やがて日本製のたばこキャビンに大量に使われるようになったのです。ちなみにパームヤシガラ炭はたばこのキャビンのフィルタに使用活性炭の(前出)のくず炭です。」と記載。

「アセテートステップルはタバコフィルタとして多量に使われています。1953年にアメリカのタバコ会社がタバコフィルタとしてアセテートを使用して以来、フィルタ素材として大きく発展し、現在では衣料用の約2倍のアセテート繊維がタバコフィルタに使われます。アセテートタバコフィルタはニコチン、タールを数10％減少させるとともに、煙の成分バランスを調整し、しかも香りを通す機能を兼ね備えています。軽くてマイルドなタバコが好まれるようになったことと、タバコの健康への害がクローズアップされたため、タバコのフィルタ化率が上がり、国内のほぼすべてのタバコがフィルタ付きとなり、世界中でも70％以上のタバコにフィルタが付いています。」と記載。
「たばこ製造における材料コストの中で最大の割合を占めるのはフィルタである。」とも記載。

「(ライスペーパ)紙巻きタバコ用の紙であり、直接口に入れる紙であるため、外観のほかに上手に煙えること、加工しやすいことなど要求される。原料は亜麻、大麻などが最適であるが、木材パルプも若干使用される。」と記載。

「アサの持っている特徴は興奮剤と抑制材の作用を持ったニュートラルドラグということだ。喫煙すると普通は気分が陽気になって活動意欲が高まる。その一方で身体が重くなって幻覚剤として働くこともあり、どんな症状が現れるかはその人次第だ。副作用として目の充血、心拍数上昇、悪寒、嘔吐、判断能力の低下などあるが、数ある向精神物質の中でも心身に与える害は最も少ないと言われている。」と記載。

「ニコチンは青酸に匹敵する毒性、しかし煙草を吸っても死ぬようなことがないのはニコチンは燃えてしまえば毒性の100分の1以下まで減ってしまうからだ、おまけに代謝も早いからである。」と記載。

「タバコに含まれているニコチンは鎮静作用と興奮作用を持ったユニークな向精神物質である。そのためイライラした気持ちを静めたりぼんやりとした頭脳を覚醒するなど、使用者の目的に沿った効果を楽しむことができる。またニコチンにはストレスを軽減したり、知的作業効果を高める働きを待っていることが確認されている。ところがニコチンの精神依存性は予想以上に高い。」と記載。

「煙草に含まれているタールにはヒドラジンやペンゾピレンなどの発ガン性物質が含まれているための使用には十分に注意することである。」と記載。

フィルタ素材としてアセテート束に第二次世界大戦後アメリカ発の石炭を活性化したものを分布しフィルタを形成した、その後日本独自にパームヤシガラ炭の活性炭の代用として使用、その後にヤシガラ炭を活性化したものを以前より使用していたアセテート束に分布しこのような事情を変遷して来て現在に至っている。

そもそもなぜ活性炭が不適であるか、活性炭の持つ機能として吸着力は竹炭より大きいが熱が加わるとか他のエネルギーが加わること(通気)により活性炭の持つ機能が低減し活用しても効果は悪く竹炭粒子は熱が加はても他のエネルギー加わろうとも少しも機能は低減せず、ましてや竹炭粒子は他の有害物質も吸着する機能を持ち合わせていることを思い出し、第一の目的は活性炭を変更して竹を素材としたフィルタ部の素材及び竹炭粒子に変改した方が効率的にも良く、竹炭粒子の製作工程も複雑でなくコストも安くすることであり竹の育成期間も短かく地球の自然環境にも良いのです。

第二の着目点はシュガレットのさや紙であり、書籍によるとシュガレットの亜麻、大麻を素材としていたことを知り亜麻、大麻の持つ機能をシュガレット吸引本来の目的としていた。本来の亜麻、大麻の成分を改良していると言えども吸引時において燃焼すれば発ガン物質が発生すると推測される。

世間の人達の認識としては吸引時における煙りは特にさや紙が燃える際に出る煙りに発ガン成分が含まれていると、たびたび耳にしたことがあり、人達はシュガレットのさや紙には良くないイメージを持っているならば変革すればいいので、竹の機能を発揮する竹紙に着目したのであります。なお竹紙の持つ機能に良くガスを吸着する性質があり、尚且つ竹を素材としたフィルタ内部の濾過材に分布した竹炭粒子の方がニコチン、タールの吸着効率は良い。

客観的に考えれば二次煙公害の元凶は、吸引による主流煙が主であり煙の成分中タールに含まれているヒドラジン、ペンゾピレン等であり、吸引におけるこの煙りの成分タールを1mg以下に低減することが急務で、これを成し遂げることを考慮すべきである。

結論として、タール成分を１mg以下にすには適性な素材を使用することでありニコチン、タールの成分を適性にコントロールする条件として通気、温度、湿度が関係するからさや紙、及びフィルタ内部の質と量の操作が必要で対応できる適性な素材でなければならない。

本発明において従来のフィルタ付シガレットの欠点は従来の技術である活性炭とフィルタ内部の素材と構成にあり、特にシガレット吸引時における竹素材の竹炭粒と活性炭とは有害物質タール成分低減効果は雲泥の差を生じる事を認知することであるから活性炭を使用せず、竹炭粒子に改革することで欠点は払拭され又電気抵抗の変位点である炭化温度700℃の竹炭粒子の分量を調製し活用することにより吸引時において主流煙成分、特にタールの成分を１mg以下に効率的低減を計ることができ、しかも燃料コスト低減などでフィルタ製造コストを大巾に削減できる。

本発明に係る基本図のフィルタ付シガレットの横方向の断面図。

以下、本発明の実施の形態について説明する。従来のフィルタシガレット製造工程とほぼ同じであり、しかし除かなければならない所もあるが、本発明は竹を原料とした繊維を束ねたものに竹を原料とした炭化温度７００℃にて炭化した竹炭粒子を分布して形成する。しかし吸引時タール成分を１mg以下にするには竹炭粒子の分量とフィルター内部の構成と濾過材の質と量の措置により通気温度がキーポイントとなる。

１さや紙
２濾過材
３竹炭粒子
４口紙

Claims (3)

1. フィルタ付シガレットの内部のフィルタ部において濾過材は竹を原料とした繊維を束ねたものであり竹を原料とした炭化温度700℃にて炭化した竹炭粒子を分布していることを特徴とするフィルタ付シガレット。
2. 請求項１の記載の竹炭粒子は電気抵抗値10オーム〜1000オームの範囲のものであることを特徴とするフィルタ付シガレット。
3. 請求項１記載の竹炭粒子はその分量がフィルタ部における濾過材の容積の5％〜65％の範囲に調製したものであることを特徴とするフィルタ付シガレット。