JPH03272675A - 金属窒化物を含有する熱源体及びその製造方法 - 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】 本発明は金属窒化物熱源体及び熱源体を製造するための
改良方法に関する。本発明の方法及び熱源体は特開平２
−８４１６５号に記載されている如き喫煙物品に使用す
るのに特に好適である。熱源体は低発火及び高燃焼温度
を有し、喫煙者による吸入のためフレーバー床カラフレ
ーバー付与エアロゾルを放出するのに充分な熱を発生す
る。燃焼したとき、本発明の熱源体は実質的に一酸化炭
素又は酸化窒素を実質的に生成しない。

本発明によれば、金属種を炭素源と混合し、混合物を窒
化材料と接触させて加熱し、金属窒化物に変換する。好
ましい実施態様によれば、金属種／炭素源混合物は所望
の形に予備酸形し、混合物の形を実質的に変えることな
くその場で金属窒化物に変換する。

喫煙物品用熱源体を提供するための計画が従来よりあっ
た。熱源体は提供されたが、これらの計画は本発明の利
点の全てを有する熱源体を作らなかった。

例えばシーゲルの米国特許第２９０７６８６号には、燃
焼中不透過性層を形成する濃厚糖溶液で被覆した木炭棒
体が記載されている。この層は喫煙中形酸されるガスを
含有し、かくして形成される熱を集中すると考えられた
。

エリス等の米国特許第３２５８０１５号及び米国特許第
３３５６０９４号には、ニコチン源及び煙草熱源を含有
する喫煙具が記載されている。

ボイド等の米国特許第３９４３９４１号には、燃料及び
燃料を含浸する少なくとも１種の揮発性物質からなる煙
草代用物が記載されている。

燃料は、少なくとも８０重量％の炭素を含有する炭素質
材料から作られた燃焼性、可撓性そして自己凝集性繊維
から本質的になる。炭素は、炭素、水素及び酸素のみを
含有するセルロース基繊維の制御された熱分解の生成物
である。

ボルト等の米国特許第４３４００７２号には、煙草、煙
草代替物、煙草代替物及び炭素の混合物、他の燃焼性材
料例えば木材パルプ、藁及び熱処理セルロース又はナト
リウムカルボキシメチルセルロース（ｓｃＭＣ）及び炭
素混合物から押し出し又は銭形された環状燃料棒体が記
載されている。

シェラ−等の米国特許第４７０８１５１号には、炭素質
燃料源を有する置換しうるカートリッジを有するパイプ
が記載されている。燃料源は少なくとも６０〜７０％、
最も好ましくは８０％以上の炭素を含有し、木、木綿、
レーヨン、煙草、ココナツツ、紙等の如きセルロース系
材料の熱分解又は炭化によって作られる。

バナージー等の米国特許第４７１４０８２号には０．５
９／ＣＣより大なる密度を有する燃焼性燃料素子が記載
されている。燃料素子は微粉化又は再構成された煙草及
び／又は煙草代替物からなり、好ましくは２０〜４０重
量％の炭素を含有する。

バーン等の公開されたヨーロッパ特許出願第０１１７３
５５号には、熱分解した煙草又は他の炭素質材料例えば
ビーナツツ殻、コーヒー豆殻、紙、カードボード、竹又
はオークの葉から形成した炭素熱源が記載されている。

ファリアー等の公開されたヨーロッパ特許出願第０２３
６９９２号には炭素燃料素子及び炭素燃料素子を作る方
法が記載されている。炭素燃料素子は炭素粉末、結合剤
及び他の追加成分を含有し、６０〜７０重量％の炭素か
らなる。

ホワイト等の公開されたヨーロッパ特許出願第０２４５
７３２号には、変化する密度の炭素材料を含有する急燃
焼セグメント及び低燃焼セグメントを利用した二重燃焼
速度炭素質燃料素子が記載されている。

これらの熱源は欠陥がある。何故ならばそれらはフレー
バー床への満足な熱伝達を与えず、結果として不満足な
喫煙物品、即ち従来のシガレットのフレーバー、感触及
び多数のふかしに擬することの失敗したものを生せしめ
るからである。

特開平２−８６７５９号では、フレーバー床への熱伝達
を最大にし、喫煙者による吸入に対しフレーバー床から
フレーバ付与エアロゾルを放出し、しかも生成する一酸
化炭素の量を最少にした木炭から形成した炭素質熱源を
提供することによってこの問題を解した。

しかしながら従来の炭素質熱源の全てが発火したとき若
干量の一酸化炭素ガスを遊離する。

更にこれらの熱源に含有された炭素は比較的高い発火温
度を有し、従来のシガレットに対する通常の点火条件下
では従来の炭素質熱源の発火を困難にする。

熱を電気的に発生させるようにした喫煙物品用の非燃燃
性熱源体を作ることが計画された。

例エハバーラツス・ジュニアの米国特許第４３０３０８
３号、バーラツスの米国特許第４１４１３６９号、ギル
バートの米国特許第３２００８１９号、マツクコ−ミッ
クの米国特許第２１０４２６６号、及びワイス等の米国
特許第１７７１３６６号参照。これらの導具は実際的で
なく、何れも商業的に成功していない。

非燃焼性非炭素質熱源を作る計画がなされた。

特開平２−２１５３７３号は金属炭化物熱源の使用に関
する。金属炭化物熱源の燃焼は、従来の炭素質熱源の燃
焼より１０倍以下少ない一酸化炭素を生威するが、なお
少しの一酸化炭素が生成する。

熱探査ミサイルのためのデコイとして使用するための金
属アルミナイドを含む発火性材料を作ることが計画され
た。例えばパルデイの米国特許第４７９９９７９号参照
。しかしながらこれらのものは燃焼が早すぎ、喫煙物品
における熱源として使用するには強力すぎる熱を生威す
る。

酸化鉄を窒化鉄に変換することによって窒化鉄を作るこ
とは知られている。これらの方法は一般に水素／アンモ
ニア／分子状窒素混合物で金属鉄を処理することを含む
。例えばケイ・エッチ・ジャックのＰｒｏｃｅｅｄｉｎ
ｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｒｏｙａｌｓｏｏｉｅｔ７％Ａ、
１９５巻、３４〜４０頁（１９４８年）：ケイ・エッチ
・ジャックのＡｃｔａＣｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉ
ｃａ　５巻、４０４−４４１頁（１９５２年）：ケイ・
エッチ・ジャックのＰｒｏｃｏ＝ｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔ
ｈｓ　Ｒｏｙａｌ　５ｏｃｓｉｔｙ　％Ａ、　２０８巻
、２００〜２１５頁（１９５２年）：ナウフの米国特許
第３６８１０１８号参照。これらの方法は一連の非連続
工程で窒化鉄を生成した、これらの方法は窒化鉄の大規
模生産には不適当にしている。更にこれらの方法によっ
て作られた窒化鉄は高熱安定性及び低化学反応性を有す
る、従って発火させるのが困難であり、それを熱源体と
して使用するには不適当にしている。

窒化鉄を作るための既知の方法の別の欠点は、窒化鉄が
粒状の形でのみ作られ、熱源体として使用するのに好適
な形に成形しなければならないことである。窒化鉄は本
来脆い取り扱い難い材料であり、これは−皮形成される
と好適な形に成形することが困難で、費用がかかる。

本発明によれば、熱源体が実質的な金属窒化物含有量を
有する材料から形成される。好ましくは熱源体は実質的
な金属窒化物と、少量の炭素及び金属酸化物を含有する
。完全燃焼を促進し、他の望ましい燃焼特性を与えるた
め触媒及び燃焼添加剤を加えてもよい。

金属窒化物は高融点を特性とした硬く、脆い化合物であ
る。金属窒化物は親金属格子の細隙で結合した原子窒素
を有する侵入型合金である。

窒化物格子は立方又は六方高密バッキング純金属格子に
近似している。金属窒化物は広い範囲の化学量論を有す
ることができる。例えば窒化鉄はＦｅ、ＮからＦ　ａｌ
、Ｎ、までの範囲の式を有しうる（ロンドンのバッター
ワース１９６７年発行、コールドシュミット著、インタ
ーステイシャル・アロイズ２１４〜２３１頁参照）。

燃焼したとき、本発明の金属窒化物熱源体は実質的に一
酸化炭素及び酸化窒素を遊離しない。

金属窒化物は従来の炭素質熱源体の発火温度より実質的
に低い発火温度を有し、従って容易に点火する。−度発
火すると、熱源体の炭素酸分は燃焼したとき追加の熱を
生威し、これによって早すぎる自己消火を防止する。理
論に拘束されるのは好まぬが、金属窒化物の燃焼は著し
い量の酸化窒素の形成なしに金属酸化物及び分子状窒素
を生成する。金属酸化物は一酸化炭素（ｃＯ）の二酸化
炭素（ｃＯ，）への変換を促進する触媒として作用する
。

本発明の方法によれば、金属種及び炭素源は一緒になり
、加熱されて金属種を還元する。好ましくは金属種／炭
素源は加熱する前に所望の形に予備成形する。混合物は
次いで、還元された金属と選択的に反応する窒化材料と
接触させる。窒化反応の生成物は金属窒化物、金属酸化
物及び炭素を含有する熱源体であり、これは金属種／炭
素源出発材料の形を保持した。

本発明の熱源体は喫煙具に特に有用であるが、それらは
、ここに示した特性を有することが所望される他の用途
の熱源体としても有用である。

本発明の上記及び他の目的及び利点は添付図面を参照し
た以下の詳細な説明から明らかになるであろう、図面に
おいて全体を通し同じ部分には同じ参照番号を付した。

第１図は本発明の熱源体の一例の端面図である。

第２図は本発明の熱源体を使用できる喫煙物品の長手方
向断面図である。

第３図は鉄種を窒化鉄に化学変化させる熱対反応時間を
示す。第３図における原点は熱を鉄種／炭素混合物に供
給する点である。

喫煙物品１０は、シガレット巻紙１４で上包みされた活
性素子１１、膨張室チューブ１２、及びマウスピース素
子１３からなる。活性素子１１は金属窒化物熱源体２０
及び熱源体２０を通って流れる熱ガスによって接触され
たときフレーバー蒸気を遊離するフレーバー床２１を含
む。蒸気は膨張室チューブ１２中に通り、マウスピース
素子１３に通るエアロゾルを形威し、次いで喫煙者の口
に通る。

熱源体２０は喫煙物品を満足できるようにするため幾つ
かの要件に合致すべきである。それは喫煙物品１０の内
側に嵌合するに充分な小さいものであるべきであり、さ
らに喫煙者にフレーバーを与えるためフレーバー床２１
から充分なフレーバーを遊離するためそれを通って流れ
るガスを充分に加熱すること確実にするに充分な熱さで
燃焼すべきである。熱源２０はまた熱源体中で燃焼する
金属が消費されるまで限定された量の空気で燃焼可能で
あるべきである。燃焼したとき熱源体２０は実質的に一
酸化炭素を生成せず、何れの酸化窒素も生成してはなら
ない。燃焼、熱及び光を発生させるため一服中に熱源体
と酸素の相互作用は火炎がなく赤熱発光する。

熱源体２０は、好ましくは約６５ｍ２／ｇ〜約１５０ｙ
ｍ２／ｇ、更に好ましくは約１１５ｍ２／ｇ〜約１３０
ｙｍ２／ｇの範囲の表面積を有すべきである。更に本発
明により作った熱源体は、マクロポア（約１〜約５μの
孔）、メソポア（約２０Ｘ〜約５００Ｘの孔）及びミク
ロポア（約２０Ｘ以下の孔）を含有する。

熱源体２０は適切な熱伝導性を有すべきである。多すぎ
る熱が燃焼帯域から熱源体の他の部分へ導き出されると
、その点での燃焼は、温度が熱源体の消火温度以下に下
ったとき止まり、発光することが困難であり、発光後事
すぎる自己消火を受ける喫煙物品を形成する。かかる自
己消火は、本質的に１００％燃焼を受ける熱源体を有す
ることによっても防止される。熱伝導性は、燃焼したと
き熱源体が装着構造物２４に熱を導くことなく中を通っ
て流れる空気に熱を伝達できるレベルであるべきである
。燃焼熱源体と接触するようになる酸素は殆んど完全に
熱源体を酸化し、膨張室チューブ１２中に戻る酸素を制
限する。装着構造物２４は熱源体２０の背面部分に酸素
が到達するのを遅らせるべきであり、これによってフレ
ーバー床が消費された後に熱源体を消火するのを助ける
。又これは喫煙物品の終りに熱源体の落下も防止する。

本発明の熱源体を作るため使用する金属窒化物は： （１）金属種を炭素源と混合して混合物を形成し；（２
）混合物に熱を供給し、そして （３）混合物を窒化材料と接触させて金属窒化物を形成
する ことによって製造できる。

金属種は金属窒化物に変換できる任意の金属含有分子で
あることができる。好ましくは金属種は酸化ジルコニウ
ム、酸化鉄、金属ジルコニウム、金属鉄又はそれらの混
合物である、更に好ましくは金属種はオキシ水酸化鉄、
Ｆｅ、Ｏい又はＦｅＯであり、最も好ましくはＦ　ｅ、
ｏ、である。種々の金属種の異なる相を、実質的に本発
明の方法又は窒化反応コースに影響を与えることなく使
用できる。天然産又は合成金属種の何れも使用できる。

炭素源は実質的に純粋な炭素の形で加える、しかし引き
続いて炭素に変換されうる材料も使用できる。好ましく
は炭素源はコロイド状グラファイト、更に好ましくは活
性炭又は薬用炭である。

金属種を炭素源と混合するに当っては、窒化工程に続い
て組成物中に若干の炭素が残るよう充分な量の炭素を金
属種に加えるべきである。

好ましくは約５％〜約４５Ｘ、更に好ましくは約１５％
〜約３５％（重量）の炭素を加えて金属種／炭素源混合
物を形成する。

金属種／炭素源は粒゛子の形であるべきである。

好ましくは金属種及び炭素源の粒度は約３００μ以下の
範囲である。更に好ましくは、金属種の粒子は約サブミ
クロン〜２０μの粒度範囲であるべきであり、−万炭素
源の粒度は約サブミクロン〜約４０μの粒度範囲である
べきである。

粒子は所望の粒度で作っても良、又はそれらは大きい粒
度で作り、適切な粒度に粉砕してもよい。

金属種及び炭素源粒子の表面積には厳密な規制がある。

表面積が大になればなる程、金属種と炭素源の反応性は
大となり、より効率的な変換を生せしめる。好ましくは
金属種粒子の表面積は約０．２　ｔｄ／　ｆ〜約３００
ｙｍ２／ｇの範囲であるべきである。更に好ましくは、
粒子は約１−／ｇ〜約１５０ｄ１ｇの表面種を有すべき
である。好ましくは炭素粒子は約０．５　ｄ　／　９〜
約２０００ｗｆ／９の表面積範囲であるべきである。

更に好ましくは炭素粒子表面積は約１００ｍ２／ｇ〜約
６００ｍ２／ｇの範囲であるべきである。

金属種及び炭素源は溶媒中で一緒にできる。

金属種／炭素源混合物の流動性を増大し、個々の成分の
化学反応性に影響を与えない任意の溶媒を使用できる。

好ましい溶媒にはメタノール、エタノール及びアセトン
を含み、最も好ましくは水である。

金属種／炭素源混合物は次いで、金属種／炭素源混合物
により大なる機械的安定性を与える炭素質結合剤と組合
せるとよい。混合物の金属窒化物への変換中、結合剤は
炭素、二酸化炭素及び−酸化炭素に分解する。金属種／
炭素源混合物は、当業者に知られている任意の方法を用
いて結合剤と混合するとよい。

金属種／炭素源混合物の粒子を結合するため任意の数の
結合剤を使用できる。結合剤材料は他の添加剤、例えば
クエン酸カリウム、塩化ナトリウム、ひる石、ベントナ
イト、炭酸カルシウム、風味剤、又は燃焼添加剤と組合
せて使用できる。加熱した時、ＣＯ及びＣＯｌに分解す
る任意の結合剤を使用できる。好ましい結合剤は炭素質
のものであり、ガム例えばグアーガム、セルロース誘導
体例えばメチルセルロース、カルボキシメチルセルロー
ス、及びヒドロキシプロピルセルロース、小麦粉、澱粉
、糖、アルギネート、ポリ・ビニルアルコール及び植物
油又はそれらの混合物を含む。特に好ましい炭素質結合
剤材料はとうもろこし油と組合せた小麦粉及び糖の混合
物であり、好ましくは小麦粉約２００部、糖約１０３部
及びとうもろこし沖釣２６部の割合である。前述した金
属酸化物／炭素混合物は、混合物が押出しに好適な稠度
を有するように、溶媒と共に小麦粉／糖／とうもろこし
油結合剤系と組合せるのが好ましい。

金属種／炭素源混合物は次いで所望の形に予備成形する
とよい。混合物を所望の形に予備成形しつる任意の方法
を使用できる。好ましい方法にはスリップキャスティン
グ、射出成形、及びダイ圧縮を含み、最も好ましいのは
押出しである。

本発明の方法において任意の形を使用できる。

個々の用途がそれぞれの形を要しうることは当業者に判
るであろう。好ましい実施態様において、混合物は細長
棒体に成形する。好ましくは棒体は長さ約３（ｌｆｆｔ
＋である。熱源体の直径は約３、　Ｏｔｍ　〜約８．　
Ｏｔａｒ　、好ましくは約４．　Ｏｘｍ　〜約５，０覇
の範囲であるとよい。約４．０　ｍの最終直径は、喫煙
物品の直径を通常のシガレットの直径より大きくするこ
となく熱源体の周囲をとりまく環状空気空間を可能にす
る。ベーキング前の棒体を生柿体と称する。何故なら棒
体の寸法における変動がベーキング中（後述する）に生
じつるから、熱源体の最終直径よりも僅かに大なる直径
で生柿体を形成するのが好ましい。

熱源体からフレーバー床２１への熱の伝達を最大にする
ため、米国特許出願第２２３２３２号に記載されている
如く、一つ以上の空気流通路を熱源体２０の周囲を通っ
て又はそれに沿って形成するとよい。空気流通路は、熱
源体を通って流れる空気への熱伝達を改良するため大き
な幾何学的表面積を有すべきである。通路の形および数
は熱源体２０の内部幾何学的表面積を最小にするよう選
択すべきである。或いは熱源体は、熱源体を通って熱を
流すことができるに充分な多孔性を有するように成形し
てもよい。

熱源体が点火され、空気が喫煙物品を通って弓かれると
き、空気は、それが熱源体の周囲又はそれを通過するに
従って、又は空気流通路を通り、その上又は周囲を通る
に従って加熱される。

加熱された空気はフレーバー床を通って流れ、喫煙者に
よる吸入のためフレーバー付与されたエアロゾルを放出
する。充分な数のふかしを生ぜしめ、喫煙者が作りうる
ＦＴＣ’条件下又はより烈しい条件下に生成するＣＯを
最少にする任意の配置（構成）は本発明の範囲内である
。好ましくは第１図に示したものの如く長手方向空気流
通路を使用するとき、フレーバー床への熱伝達の最大化
は、多頂点星形の形で各長手方向空気流通路２２を形成
することによって達成される。

更に好ましくは、第１図に示す如く、各多頂点星形は、
長く狭い頂点及び星の最も内側の縁によって規定される
小さい内側周辺を有すべきである。これらの星形縦長空
気流通路は燃焼のために利用しうる熱源体２０の大きな
面積を与え、燃焼に当って含まれる組成物の大容量を生
ぜしめ、従ってより熱い燃焼熱源体をもたらす。

次に生柿体を不銹鋼容器又は不銹鋼枠内に一つを他の上
に重ねたグラファイトシート上に置く。重ねたグラファ
イトシートを含む容器は次いでマツフル炉又は匣鉢（Ｓ
ａｇｇａｒ　）の如き加熱又はベーキング装置中に置く
。加熱装置内で一度、棒体を金属種を金属窒化物に変換
できる雰囲気に曝す。好ましくは外部大気から加熱装置
内にガスが拡散するのを防ぐため、加熱装置は僅かに１
気圧より上に加圧する。

化学変換は生柿体に熱を供給することによって達成でき
る。熱は次の如き種々の方法で＝（１）一定温度を保つ
ように；（２）一連の間隔で：（３）−定又は変化しつ
る増大する速度で；又は（４）それらの組合せで供給で
きる。更に棒体を冷却できる工程を使用できる。しかし
ながら好ましくは、熱は結合剤を燃焼し、続いて窒化す
ることを含む多段ベーキング法で、第３図に示す如く供
給する。

時間（１）に対して温度（Ｔ）をプロットした第３図に
おいて、ベーキング処理の各段階は次の如く示しである
： Ｓ−溶媒の蒸発 Ｂ−結合剤の完全燃焼 Ｃ−冷却 Ｎ−窒化 轟業者には、熱処理（溶媒蒸発及び結合剤完全燃焼の如
き）は広い範囲の温度及び圧力で生ぜしめうることは判
るであろう。

結合剤完全燃焼は、神体中に存在する溶媒の蒸発及び炭
素質結合剤の蒸発及び炭化を含む。

更に金属種のいくらかの還元を生せしめる。結合剤完全
燃焼は、ヘリウム、窒素、又はアルコンの如き不活性雰
囲気下に又は真空中で棒体に徐々に熱を供給することに
よって達成する。第一の低増大速度で、続いて第二のよ
り犬なる増大速度で棒体に熱を供給するのが好ましい。

第一の温度増大低速塵は、棒体中に破壊又は亀裂を形成
することなく棒体中に存在する溶媒の蒸発を可能にする
。更に温度増大の低速度は棒体の反り及び曲がりを最小
にする。初期増大速度は約０．１℃／分〜約１０℃／分
、好ましくは約０．２℃／分〜約５℃／分の範囲にすべ
きである。この増大速度は、約１００℃〜約２００℃の
温度、より好ましくは温度が約１２０℃になるまで、そ
して全ての溶媒が蒸発されるまで保つ。

一度棒体中の溶媒が蒸発したら、加熱速度を増大させて
更に棒体中の炭素質結合剤を分解させ、金属種を還元さ
せる。炭素質結合剤は約り００℃〜約３００℃の範囲の
温度で分解を開始して一酸化炭素及び二酸化炭素を含む
ガス混合物になる。従って加熱速度は、棒体の構造保全
性に悪影響を与えることのあるガス状生成物の微小爆発
を最小にするため、棒体からのガス状生成物の発生を充
分に遅くするようにすべきである。好ましくは温度増大
速度は約り℃／分〜約２０℃／分の範囲にあるべきであ
り、更に好ましくは約り℃／分〜約１０℃／分の範囲に
あるべきである。温度はこの速度で最高温度に達し、炭
素質結合剤が分解するまで増大させる。

好ましくは最高温度は約り５０℃〜約９００℃であり、
更に好ましくは約り７５℃〜約８２５℃の範囲である。

棒体が最高温度を維持する時間の長さ及び最高温度が神
体の強度及びその化学組成を決定する。強度は個々の用
途にマツチするよう調整できるが、棒体の強度は高速製
造工程に耐えるに充分であるべきである。

金属種の還元は加熱処理中に還元ガスと接触させること
によって生せしめる。加熱中に炭素質結合剤が分解して
中でも一酸化炭素、還元ガスを生成する。更に活性炭を
炭素源として用いるとき、それは金属種と反応して一酸
化炭素を発生し、部分的に還元された金属種を発生する
。

例えば金属種が酸化鉄であるとき、続けてＦｅ、０３を
Ｆｅ３Ｏ４にＦｅ、Ｏ，をＦｅＯに、そしてＦｓＯをＦ
ｅに還元する。金属種の各還元でＣｏはごＯ３に酸化さ
れる。金属種を還元するため全体的に炭素及び発生する
ＣＯに依存するのでなく、加熱装置の雰囲気に水素の如
き還元ガスを加えてもよい。好ましくはＣＯ及びＣＯ，
を加熱装置雰囲気に直接加えることができる。

Ｃｏ対コＯ３の比を最終生製物分布を制御するために巧
みに使用できる。約０．１６〜約６、好ましくは約０．
３〜約２．５のＣｏ対Ｃ○、の比の存在が、棒体の強度
を増大し、最終金属窒化物含有生成物の点火性（最終熱
源体を点火するのに要する時間）を改良することが見出
された。更に金属生成物の和物質性はＣｏ／ＣＯ１比に
よって決る。

それぞれの用途にとって好ましいＣｏ／ＣＯ２比は、Ｉ
ｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｈｅａｔｉｎｇ第５２巻（１９８
４年）第２４頁〜第２６頁にＨ，Ｌ、　Ｆａｉｒｂａｎ
ｋｓによて発表された方法にを用いて見出することがで
きる。

結合剤燃焼段階中の金属種の還元の程度は、ベーキング
温度及びベーキング時間によって制御する。例えば金属
種の還元は一度最高温度に達する完了できる。そうでな
ければ金属種が充分に還元されるまで最高温度を維持す
べきである。結合剤完全燃焼段階の終了時に、好ましい
金属生成物は、実質的に低原子価の金属酸化物と完全に
還元された金属の混合物である。低原子価金属酸化物は
、金属が完全に酸化された状態でない金属酸化物である
。低原子価酸化鉄の例にはＦｅ、０４及び更に好ましく
はＦｅＯを含む。

ＦｅＯが低原子価金属酸化物であるとき、それは加熱装
置中に存在するＣＯ；ＣＯｌの比を調整することによっ
て安定化することができる。

結合剤完全燃焼段階が完了したとき、棒体を冷却し、次
いで窒化材料と接触させて金属窒化物を作る。生成する
金属窒化物の窒化度及び相が熱源体の点火性に影響を与
える。好ましい窒化材料はアンモニアである。理論に拘
束されるは好まぬのであるが、アンモニアは選択的に完
全に還元された金属成分と反応し、低原子価金属酸化物
を実質的に反応せずに残すと信じられる。好ましくは窒
化温度範囲は約り００℃〜約６００℃であり、更に好ま
しくは約り５０℃〜約５５０℃である。好ましくは窒化
段階の時間は約１５０分以下、更に好ましくは約３０〜
約１２０分の範囲である。

上記方法で作られる金属窒化物は、増大した反応性を有
する局在発火性部位含有しうる、これは不動態化しなけ
ればならぬ。不動態化は熱原体の酸化体に対する制御さ
れた曝露を含む。

好ましい酸化体には稀薄酸素、又は更に好ましくは稀薄
空気を含む。理論に拘束されるのを好まぬのであるが、
酸化体の低濃度は、熱源体の制御されない燃焼を防止し
ながら、発火性部位を除くと信ぜられる。

前述した如く棒体の寸法の変動がベーキング中に生ずる
。一般に結合剤完全燃焼の結果として、容積で約１０％
〜約２０％の変化が生ずるであろう。この容積変化は反
り又は曲げを生ぜしめうる。又棒体は直径の不一致で悩
まされることがある。従って窒化に続いて、棒体を前述
した寸法に加工又は粉砕する。次に約８Ｍ〜約２０厘、
好ましくは約１０ｍｍ〜約１４１ｗの短くしたセグメン
トに切断する。

この方法によって作られた棒体は、（１）約３０％〜約
４０％の炭素：（２）約４０％〜５０％の金属窒化物；
及び（３）約１０％〜約２０％の低原子価金属酸化物を
含有する。棒体は更に痕跡量の高原子価金属酸化物を含
有してもよい。棒体の化学組成は、（１）約３０％〜約
４０％の炭素：（２）約０．４６％〜約０．６２％の水
素；〈３）約２．０８〜約４．３％の窒素：（４）約６
０％〜７０％の金属；（５）約３％〜約６０５Ｘの酸素
である。

熱源体の金属窒化物酸分は通常のシガレットを点火する
ための条件下に発火できるのに充分である発火温度を有
する。燃焼するとき、炭素成分は追加熱を提供する、従
って熱源体が早期自己消火することはない。低原子価金
属酸化物成分の燃焼は、燃焼時に熱を提供し、ＣＯのＣ
Ｏ３への酸化を促進する触媒として作用する。

熱源体の発火温度は約り７５℃〜約４５０℃の範囲であ
るのが好ましく、約り９０℃〜約４００℃が更に好まし
い。発火したとき熱源体は好ましくは約り００℃〜約９
５０℃に、更に好ましくは約り５０℃〜約８５０℃の最
高温度に達する。最高温度は一部喫煙条件により、そし
て酸素の利用可能性に影響を与える熱源体と接触してい
る材料によって決る。例えば金属窒化物は、通常の炭素
質熱源体より実質的ｌこ容易に点火し、自己消火するこ
とが少ない、しかし同時に低い温度でくすぶることがで
き、これによって火災の危険を最低にする。

本発明方法により作られた熱源体は広い相対湿度範囲で
安定であり、時間経過に対して安定である。例えば約０
％の相対湿度から約１００％の相対湿度までの範囲の種
々の相対湿度条件下に３ケ月までの経時は燃焼製品に実
質的な影響を有してはならない。更に熱源体は経時した
とき寸法に実質的に変化を受けない。

本発明の熱源体において、酸化窒素を発生することなく
燃焼できる任意の金属窒化物を使用できる。好ましくは
金属窒化物は窒化ジルコニウムであり、更に好ましくは
弐ＦｅｘＮ　（Ｘは２〜４である）を有する窒化鉄であ
る。金属窒化物の混合物を使用できる。

実施例　１ ７１０ｇのＦｅ、Ｏ，，２５０ｇの活性炭、１７５９の
水及び３７、５　ｇのクエン酸カリウムを、２００９の
小麦粉、１０３ｇの糖及び２２９のとうもろこし油から
作った結合剤と混合した。

Ｆｅ２　Ｏ＠　／活性炭／結合剤混合物を次いで押し出
して、単一星形空気流通路を有する長さ３０の、直径５
．０５ａａｍの主棒体を形成した。主棒体をグラファイ
トシート上に置き、室温で固定床反応器中で重ねた。反
応器のガス状含有物を掃去するため、キャリヤーガスと
して１／／分の流速を有するアルゴンを使用した。棒体
を１００℃の温度に達するまで１℃／分の速度で加熱し
；次いで７５０℃の温度に達するまで温度を５℃／分の
速度で増大させた。温度は７５０℃で６０分間保った。

次に反応器を１０℃／分の速度で４５０℃の温度まで冷
却した。反応器を乾燥アンモニアでパージし、棒体を４
５０℃で６０分間窒化させた。次いで反応器を周囲温度
に冷却し、反応器をアルゴンでパージした。次に棒体を
、５％の濃度ｌど達するまで０２を導入して不動態化し
た。次に窒化鉄含有棒体を鋸で１４關のセグメントに切
って熱源体を形成した。

実施例　２ 加熱段階中、アルゴンを、７５％のアルゴンと２５％の
Ｃ○／Ｃｏ、　２　：　１混合物の雰囲気で置換して実
施例１で用いた条件と同じ条件を使用して熱源体を作っ
た。

実施例　３ 実施例１に記載した方法で作った窒化鉄熱源体の化学組
成： 炭素　：３２．６％ ＦｅｘＮ　：　　４８．８％ ＦｅＯ：　　１８．５％ 実施例　４ ＦＴＣ条件下実施例１に記載した方法で作った熱源体の
燃焼を行い、下記の分析が得られた二発火温度　＝　２
４０℃ 発生全ｃｏ：　　０．３８ｑ／熱源体 発生全Ｃｏ、：　　１４．８２■／熱源体発生全ＮＯ＋
０．０１■／熱源体 本発明は、燃焼したとき実質的に一酸化炭素ガス又は酸
化窒素を形成せず、そして従来の炭素質熱源体よりも充
分に低い発火温度を有し、通常のシガレットにとって代
表的な条件下に容易に点火することができ、一方で同時
にフレーバー床からフレーバーを放出するに充分な熱を
提供するに充分な高さの燃焼温度を有しうる金属窒化物
：金属酸化物°及び炭素の実質的な含有量を有する熱源
体を提供する。

上記熱源体は早期自己消火性でなく、周囲温度及び湿度
で安定である。

本発明は又、目的生成物分布の制御を可能にし、出発材
料を所望の形に予備成形でき、その場で金属窒化物に変
換できる金属窒化物の安価な方法も提供する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の熱源体の一例の端面図であり、第２図
は本発明の熱源体を使用できる喫煙物品の長手方向断面
図である。第３図は鉄種を窒化鉄に化学変化させる熱対
反応時間を示す。 １０・・・喫煙物品、１１・・・活性素子、１２・・・
膨張室チューブ、１３・・・マウスピース素子、１４・
・・シガレット巻紙、２０・・・金属窒化物熱源体。 ２１・・・フレーバー床、２２・・・空気流通路、２４
・・・装着構造物。 ド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属窒化物を含有する熱源体。 ２、金属窒化物、低原子価金属酸化物、及び炭素を含有
   する請求項１記載の熱源体。 ３、金属窒化物が窒化鉄であり、低原子価金属酸化物が
   ＦｅＯである請求項２記載の熱源体。 ４、喫煙物品に使用する請求項１記載の熱源体。 ５、１７５℃〜４５０℃、好ましくは１９０℃〜４００
   ℃の発火温度を有する請求項４記載の熱源体。 ６、燃焼時に、熱源体が６００℃〜９５０℃、好ましく
   は６５０℃〜８５０℃の最高温度に達する請求項４記載
   の熱源体。 ７、熱源が実質的にシリンダー状棒体（２０）の形であ
   り、それを通る一つ以上の流体通路（２２）を有する請
   求４記載の熱源体。 ８、シリンダー状棒体（２０）が直径３．０ｍｍ〜８．
   ０ｍｍ、好ましくは４．０ｍｍ〜５．０ｍｍ、及び長さ
   ８ｍｍ〜２０ｍｍ、好ましくは１０ｍｍ〜１４ｍｍを有
   する請求項７記載の熱源体。 ９、流体通路が多頂点星形に形成されている請求項７又
   は８記載の熱源体。 １０、流体通路がシリンダー状棒体の周囲をとりまく溝
   として形成されている請求項７又は８記載の熱源体。 １１（ａ）金属種及び炭素源を混合して混合物を形成し
   ； （ｂ）混合物に熱を供給し； （ｃ）混合物を窒化材料と接触させて金属窒化物を形成
   する 工程を含む金属窒化物の製造方法。 １２、工程（ａ）からの混合物を結合剤と混合し、形成
   した混合物成形する追加工程を含む請求項１１記載の方
   法。 １３、金属種が鉄種である請求項１１記載の方法。 １４、金属種がＦｅ＿２Ｏ＿３、ＦｅＯＯＨ、Ｆｅ＿３
   Ｏ＿４、ＦｅＯ又はＦｅである請求項１１、１２又は１
   ３記載の方法。 １５、炭素源がコロイド状グラファイト又は活性炭であ
   る請求項１１、１２又は１３記載の方法。 １６、熱を、金属種の還元を可能にする雰囲気中に供給
   する請求項１１〜１５の何れか１項記載の方法。 １７、雰囲気がヘリウム、アルゴン、窒素、又はそれら
   の混合物から選択した不活性ガスを含む請求項１６記載
   の方法。 １８、一酸化炭素及び二酸化炭素を雰囲気に、０．１６
   〜６、好ましくは０．３〜２．５の比で加える請求項１
   ７記載の方法。 １９、窒化材料が窒素含有ガスである請求項１１記載の
   方法。 ２０、窒素含有ガスがアンモニアである請求項１９記載
   の方法。 ２１、結合剤が炭素質材料を含有する請求項１２記載の
   方法。 ２２、炭素質材料が、穀粉、糖及び植物油を含有する混
   合物を含む請求項２１記載の方法。 ２３、熱を一定増大速度でこの混合物に供給する請求項
   １１記載の方法。 ２４、増大速度が２０℃／分以下である請求項２３記載
   の方法。 ２５、熱を複数の間隔で混合物に供給する請求項１１記
   載の方法。 ２６、熱を、６５０℃〜９００℃の温度に達するまで混
   合物に供給する請求項２３、２４又は２５記載の方法。 ２７、熱を二つの間隔で混合物に供給する請求項２５記
   載の方法。 ２８、熱を混合物に、第一増大速度での第一間隔及び第
   二増大速度での第二間隔で供給する請求項２７記載の方
   法。 ２９、第一増大速度が０．１℃／分〜１０℃／分、好ま
   しくは０．２℃／分〜５℃／分である請求項２８記載の
   方法。 ３０、熱を混合物に、第一間隔で温度１００℃〜２００
   ℃、好ましくは約１２５℃の温度に達するまで供給する
   請求項２９記載の方法。 ３１、第二増大速度が１℃／分〜２０℃／分、好ましく
   は５℃／分〜１０℃／分である請求項２８、２９又は３
   ０記載の方法。 ３２、熱を第二間隔で、６５０℃〜９００℃、好ましく
   は６７５℃〜８２５℃の温度に達するまで供給する請求
   項２８記載の方法。 ３３、混合物をシリンダー状棒体に成形する請求項１２
   、２１又は２２記載の方法。 ３４、金属種及び炭素源を極性溶媒中で混合する請求項
   １１記載の方法。 ３５、極性溶媒が水である請求項３４記載の方法。 ３６、金属種が３００μ以下、好ましくはサブミクロン
   〜２０μの粒度を有する粒状の形である請求項１１、１
   ２又は１３記載の方法。 ３７、金属種が０．２ｍ＾２／ｇ〜３００ｍ＾２／ｇ、
   好ましくは１ｍ＾２／ｇ〜１５０ｍ＾２／ｇの表面積を
   有する請求項１１、１２又は１３記載の方法。 ３８、炭素源が３００μ以下、好ましくはサブミクロン
   〜２０μの粒度を有する粒状の形である請求項１１、１
   ２又は１３記載の方法。 ３９、炭素源が０．５ｍ＾２／ｇ〜２０００ｍ＾２／ｇ
   、好ましくは１００〜６００ｍ＾２／ｇの表面積を有す
   る請求項１１、１２又は１３項記載の方法。 ４０、窒化材料を、４００℃〜６００℃、好ましくは４
   ５０℃〜約５００℃の温度で混合物と接触させる請求項
   １１、１２又は１３記載の方法。 ４１、窒化材料を１５０分以下、好ましくは３０分〜１
   ２０分混合物と接触させる請求項１１、１２又は１３記
   載の方法。