JPWO2004021810A1 - 喫煙用フィルター - Google Patents

Abstract

ろ過材を有する喫煙用フィルターにおいて、前記ろ過材または前記ろ過材周辺を加熱する手段を備える喫煙用フィルター。

Description

本発明は喫煙用フィルターに関する。

従来、たばこ煙中の有害物質を除去するために、フィルターに各種の吸着剤や改質剤を添加することが提案されている。
しかし、高沸点成分（例えばベンツピレンなど）は粒子と同じ挙動をするため、従来のフィルターでは高沸点成分を選択的に除去することが難しいという問題があった。
例えば、特開昭６０−１１０３３３号公報には、たばこ用のアセテート繊維フィルターに顆粒状に形成した藍藻スピルリナを担持させたものが提案されている。この公報には、藍藻スピルリナを担持させたフィルターをパイプに装着してたばこの煙を通し、藍藻スピルリナを担持させていないフィルターを基準にして吸着除去率を求めたところ、ニコチンで４２．４％、タールで５３．２％、３，４−ベンツピレンで７５．１％であったことが記載されている。
また、特開昭６２−７９７６６号公報には、ツリガネダケ／マンネンタケ混合加工綿状体またはカワラタケ粉体・粗綿状体を保留させたシート状担体を巻いたフィルターが提案されている。この公報には、各フィルターによる３，４−ベンツピレンの除去率がそれぞれ６２％、３５％であったことが記載されている。
しかし、これらのフィルターでは、たばこ煙からの高沸点成分の除去性能が不十分である。

本発明の一態様によれば、ろ過材を有する喫煙用フィルターであって、前記ろ過材または前記ろ過材周辺を加熱する手段を備えたものが提供される。
本発明において、ろ過材周辺を加熱する手段とは、ろ過材を直接加熱するものではなく、例えばチップペーパーに巻かれたろ過材を外から間接的に加熱する喫煙物品（シガレットホルダー）を含む。
本発明の喫煙用フィルターにおいては、前記ろ過材が耐熱性繊維からなることが好ましい。耐熱性繊維からなるフィルターは、３００℃程度まで温度をかけても変性しない耐熱性を有することが好ましい。
本発明の喫煙用フィルターにおいては、前記ろ過材が、粒子をほぼ１００％ろ過できる高ろ過フィルターであることが好ましい。高ろ過フィルターとは、たばこ煙中の粒子成分をほぼ１００％除去し、蒸気成分をほとんど透過できるフィルターをいう。高ろ過フィルターの繊維径や通気抵抗は通常のフィルターと同程度でよく、繊維径サブミクロン〜数十ミクロン、通気抵抗２００ｍｍＨ_２Ｏ以下のものが用いられる。
また、本発明では、加熱により煙の気液分配を変えてろ過することに特徴があるので、加熱した煙を加熱してないろ過材に通しても同じような効果を期待できる可能性がある。したがって、ろ過材の手前で煙を加熱して気液分配を変えた後にろ過材に通してもよい。具体的には、燃焼コーンのすぐ後方に高ろ過フィルターを配置してもよい。例えば、エアーズ（登録商標）などのエアロゾルシガレットの場合、煙生成位置が変化しないので、その直後に高ろ過材を配置するだけでよい。また、低延焼性巻紙と組み合わせれば自然燃焼が遅いため、単巻部を十分短くしてろ過材を配置することができる。
本発明の喫煙用フィルターにおいて用いられる加熱手段は、１００〜２００℃の範囲に温度制御可能であることが好ましい。また、フィルター温度は２００℃と１００℃など、２段階以上で制御してもよい。本発明の喫煙用フィルターは、さらに、冷却部を有していてもよい。本発明の喫煙用フィルターは、さらに、吸着剤としてチャコールや層状リン酸塩、その他の添加剤などを併用してもよい。
本発明によれば、たばこ煙中の香喫味寄与成分などの必要な成分は蒸発するが高沸点成分は蒸発しない程度の熱を与えることにより、高沸点成分を選択的にろ過できる。

図１は本発明の一実施例に係る喫煙用フィルターにシガレットを取り付けた状態を示す図。
図２は自動喫煙実験の機器構成を示す図。
図３はフィルター温度と、各成分の流出量との関係を示す図。
図４はフィルター温度と、ニコチン対タールの流出量の比率（Ｎ／Ｔ比）との関係を示す図。
図５はフィルター温度と、各成分の透過率との関係を示す図。
図６は本発明の一実施例に係る喫煙用フィルターに他のシガレットを取り付けた状態を示す図。
図７は各煙成分の蒸気圧と透過率との関係を示す図。
図８は本発明の一実施例に係る喫煙用フィルターにリン酸ジルコニウムを添加した状態を示す図。
図９はリン酸ジルコニウムを添加および未添加の場合でのニコチンおよび芳香族アミン類の流出量を示す図。
図１０は本発明の一実施例に係る喫煙用フィルターを２段階で温度制御した状態を示す図。
図１１は１段階および２段階で温度制御した喫煙用フィルターによるニコチンおよび芳香族アミン類の流出量を示す図。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
図１は本発明の一実施例に係る喫煙用フィルターにシガレットを取り付けた状態を示す図である。図１に示すように、喫煙用フィルター１の内部に、高ろ過材２としてＨＥＰＡフィルター（Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ａｉｒ Ｆｉｌｔｅｒ）およびその周囲に設けられたヒーター３が配置されている。この喫煙用フィルター１の先端にシガレット１０が取り付けられる。喫煙時にはヒーター３により高ろ過材２を加熱する。
以下、図２に示す機器構成で自動喫煙実験を行った。図２に示すように、図１の喫煙用フィルター１の後段に、２２℃に設定されたクーラー２０およびケンブリッジフィルター３０を設け、さらに自動喫煙装置４０に接続した。シガレット１０として市販の両切りシガレットを取り付けた。そして、高ろ過材の温度を２２℃（非加熱）〜３００℃の種々の温度に設定して自動喫煙を行った。フィルター温度は、６分間（６パフ）の自動喫煙中に一定に保持した。
図３に、フィルター温度と、タール（Ｔａｒ）、ニコチン（Ｎｉｃ）、ベンツピレン（ＢａＰ）、芳香族アミン類（Ａａｓ）の流出量との関係を示す。なお、図中のブランクはＨＥＰＡフィルターを取り除いて２２℃で自動喫煙を行ったときの結果である。また、Ｈ２２などの表示は、高ろ過材（ＨＥＰＡフィルター）の設定温度を示している。
図３から、高ろ過材の温度が２２℃の場合、各成分の流出量は少ないが、高ろ過材の温度上昇に伴い各成分の流出量が増加していることがわかる。これは、高ろ過材の特性、すなわち粒子をほぼ１００％ろ過するが蒸気（一部の蒸気成分を除く）をほとんどろ過しないという特性に依存した結果である。タール、ニコチン、ベンツピレン、芳香族アミン類は温度上昇に伴って蒸発量が増加するため流出量が増加する。たばこ煙中の成分ごとに蒸発温度が異なるため、必要な成分は蒸発するが除去したい高沸点成分は蒸発しない程度に高ろ過材を加熱すれば、高沸点成分を選択的に除去できることがわかる。
図４に、フィルター温度と、ニコチン対タールの流出量の比率（Ｎ／Ｔ比）との関係を示す。タールには数千以上の粒子相成分が含まれており、各成分で蒸発する温度が様々である。このため、タールとニコチンとでは、温度による流出量が異なる。図４からわかるように、Ｎ／Ｔ比はフィルター温度を１２５℃に設定した場合に最も高く、ブランクの場合と比較して約８倍であった。
つまり、ろ過材を加熱することによりタール中の難揮発性成分をろ過してニコチン沸点以下の香喫味寄与成分を選択的に透過させることが可能である。
図５に、フィルター温度と、各成分の透過率との関係を示す。この図は、タール（Ｔａｒ）、ニコチン（Ｎｉｃ）、ベンツピレン（ＢａＰ）および芳香族アミン類（Ａａｓ）について、ブランクでの透過率を１として相対値で示している。ニコチンは２２℃ではほとんど透過しないが、１００℃で約０．２、１２５℃で約０．５、２００℃では約０．８と温度に対する透過率の増加が顕著に見られる。温度が２００℃以上の場合、実験後に加熱したＨＥＰＡフィルターからニコチンが検出されなかったことから、ほぼ全量がＨＥＰＡフィルターを透過すると考えられる。しかし、透過したニコチンの一部は配管等に付着してロスするため、２００℃以上では透過率が０．８程度になっていると考えられる。また、タール、ベンツピレン、芳香族アミン類に関しては、３００℃にした場合でも、蒸発が十分でないこと、配管への付着等でロスすること等により透過率が１にならなかったと考えられる。フィルター温度を１２５〜１５０℃に設定すれば、喫煙上好ましくないベンツピレンや芳香族アミン類をほとんど透過せず、ニコチン沸点以下の香喫味寄与成分を選択的に透過させることができる。また、フィルター温度が１００〜２００℃の範囲で、上記のような選択透過の効果を得ることができる。
なお、以上の実験では１パフから６パフまでの間中、常にフィルター温度を一定に制御しているが、各パフ時の短時間のみフィルターを所定温度（例えば１２５℃）に加熱するようにしても同様の効果が得られると考えられる。
次に、図１に示すように喫煙用フィルター１に両切りシガレット１０を取り付けたものと、図６に示すように喫煙用フィルター１にチャコールフィルター１１ａを有するシガレット１１を取り付けたものを用意した。それぞれの構成で、高ろ過材を２００℃に加熱して１パフし、透過したたばこ煙を採取した。採取したたばこ煙をＧＣ／ＭＳで分析し、各蒸気成分の蒸気圧と透過率との関係を調べた。その結果を図７に示す。
高ろ過材の前段にチャコールフィルターがない場合には、蒸気圧が高い成分ほど透過率が高くなる傾向が得られた。一方、高ろ過材の前段にチャコールフィルターがある場合には、ニコチンの透過率は前者とほとんど変わらないにもかかわらず、蒸気圧の高い成分を選択的にろ過できることがわかった。つまり、本発明の加熱手段を具備した喫煙物品とチャコールに代表される吸着剤、添加剤を組み合わせることにより、粒子相成分と蒸気相成分の制御が可能になることが示された。
図７では透過率が１以上のものは認められないので、高ろ過材を２００℃に加熱したとしても、加熱反応によって生成する特異的な成分はこの測定範囲内においては存在しないことがわかる。
次に、図８に示すように層状リン酸塩であるリン酸ジルコニウム４（第一稀元素化学工業（株）製、ＣＰＺ−１００）を２枚のＨＥＰＡフィルターで挟み込むように装填し、図２に示す機器構成で高ろ過材の温度を２００℃に設定して自動喫煙実験を行った。
図９にリン酸ジルコニウムを添加した場合のニコチンと芳香族アミン類の流出量を未添加の場合と比較して示す。図９より、リン酸ジルコニウムのような吸着剤をＨＥＰＡフィルターに添加することで、ニコチンの透過率をほとんど変化させずに芳香族アミン類を選択的に除去できることが示された。また、例えば高温で効果的に働く酸化触媒等をＨＥＰＡフィルターに添加し、喫煙上好ましくない一酸化炭素を二酸化炭素に変換するような利用法も考えられる。
図１０に高ろ過材とその周囲のヒーターとを有する喫煙用フィルターを２つ設けた場合の実施例を示す。ここでは上流のフィルター温度を高温（２００℃）、下流のフィルター温度を低温（１００℃）に設定した。この場合、上流のフィルターではニコチン沸点以下の香喫味寄与成分を高沸点成分に対して選択的に透過させることを目的とし、下流のフィルターでは上流のフィルターを透過した一部の高沸点成分を凝縮により選択的に除去することを考えた。
図１１に２段で温度制御した場合のニコチンおよび芳香族アミン類の流出量をニコチンの流出量がほぼ等しい１５０℃での１段加熱による結果（Ｈ１５０）と比較して示す。図より、ニコチン流出量がほぼ等しいにも関わらず、２段の場合は下流側での高沸点成分の選択的な凝縮により、芳香族アミン類の流出量を抑制できていることがわかる。以上より、多段の温度制御による煙成分制御の有効性が示された。
また、以上の説明では、たばこ煙中の粒子成分をほぼ１００％除去し、蒸気成分をほとんど透過できる高ろ過材（ＨＥＰＡフィルター）を加熱する場合について説明したが、たとえば粒子成分を５０％除去できるろ過材を用いて、これを加熱するようにすれば、ニコチン沸点以下の香喫味寄与成分をほぼ全量透過させてベンツピレンや芳香族アミンなどの喫煙上好ましくない高沸点成分を５０％程度除去できるようになるものと考えられる。

Claims (8)

1. ろ過材を有する喫煙用フィルターにおいて、前記ろ過材または前記ろ過材周辺を加熱する手段を備えることを特徴とする喫煙用フィルター。
2. 前記ろ過材が耐熱性繊維からなることを特徴とする請求項１記載の喫煙用フィルター。
3. 前記ろ過材が、粒子をほぼ１００％ろ過できる高ろ過フィルターであることを特徴とする請求項１記載の喫煙用フィルター。
4. 前記加熱手段は、１００〜２００℃の範囲に温度制御可能であることを特徴する請求項１記載の喫煙用フィルター。
5. 前記加熱手段は１００〜２００℃の範囲に２段階以上で温度制御が可能なことを特徴とする請求項１記載の喫煙用フィルター。
6. さらに、冷却部を有することを特徴とする請求項１記載の喫煙用フィルター。
7. さらに、チャコールフィルターを併用したことを特徴とする請求項１記載の喫煙用フィルター。
8. ろ過材が吸着剤として層状リン酸塩を含有することを特徴とする請求項１記載の喫煙用フィルター。

Images