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JP2010527628A - 静電気帯電した繊維材料を含むフィルタ - Google Patents

静電気帯電した繊維材料を含むフィルタ Download PDF

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Abstract

シガレットフィルタと粒子突破を潜在的に低減する方法とを提供する。フィルタ10は、フィルタ内に分散された吸着材粒子を含む吸着材12と静電気帯電した繊維のプラグ14とを含む。好ましくは、吸着材は、活性炭である。好ましい実施形態では、静電気帯電繊維材料は、活性炭の下流に位置する。好ましくは、静電気帯電繊維材料は、炭素粒子を静電気的に捕捉する永久静電気帯電を有して炭素粒子突破を低減する。実施形態においては、静電気帯電繊維材料は、主流煙に連行された粒子を機械的に捕捉するために無作為に配向される。また、フィルタを作る方法、フィルタを組み込んだ喫煙物品、喫煙物品を作る方法、及び主流タバコ煙を処理する方法を提供する。
【選択図】図2

Description

関連出願への相互参照
本出願は、本明細書においてその内容全体が引用により組み込まれている2007年5月31に出願の米国特許仮出願第60/924,814号からの優先権を主張する。
シガレットは、典型的には、炭素のような吸着材材料を組み込むことができるフィルタを含む。フィルタシガレットに組み込まれるようになったフィルタは、例えば、活性炭又は活性木炭、及び/又はセルロースアセテートトウ内又はセルロースアセテート材料間の空洞に組み込まれた他の吸着材材料のような炭素の粒子又は顆粒を含むことができる。
米国特許仮出願第60/924,814号 米国特許出願公開第2003/0154993号 米国特許第6,761,174号 米国特許第6,026,820号 米国特許第5,988,176号 米国特許第5,915,387号 米国特許第5,499,636号
シガレットの喫煙中に、吸着材粒子又は吸着材粒子の破片が可能性として主流煙に連行されてシガレットの唇側端部を通って流れ出る(すなわち突破する)ことができると考えられる限り、主流煙中の吸着材粒子の突破の量を低減する技術に関心が持たれるであろう。
吸着材粒子の突破が低減された喫煙物品のためのフィルタアセンブリを提供する。好ましくは、吸着材は、少なくとも1つの香味料を含む。
好ましい実施形態では、フィルタアセンブリは、プラグ−空間−プラグフィルタである。好ましくは、フィルタアセンブリは、静電気帯電した繊維材料のプラグ及び吸着材を含む。最も好ましくは、静電気帯電繊維材料のプラグは、吸着材の下流に位置する。好ましい実施形態では、静電気帯電繊維材料のプラグは、無作為に配向された静電気帯電繊維材料を含む。一部の実施形態では、静電気帯電繊維材料のプラグは、軸線方向に配向された静電気帯電した繊維媒体を含む。一部の実施形態では、セルロースアセテート繊維の少なくとも1つのプラグが、吸着材の上流及び/又は下流に位置し、好ましくは、セルロースアセテート繊維が軸線方向に配向される。一部の実施形態では、軸線方向に配向されたセルロースアセテート繊維の少なくとも1つのプラグは、静電気帯電繊維材料のプラグの下流に位置する。
同じく喫煙物品も提供する。好ましい実施形態では、喫煙物品は、タバコロッド及びフィルタアセンブリを含む。
同じく主流煙中の炭素粒子の突破が低減及び/又は除去された喫煙物品のためのフィルタアセンブリを作る方法を提供する。喫煙物品のためのフィルタロッドを作る本発明による方法は、フィルタ材料の2−アッププラグを離間した関係に置く段階と、1つおきの2−アッププラグの上流端及び下流端に空洞が形成されるように2−アッププラグの間に静電気帯電繊維材料のプラグを置く段階と、空洞に吸着材を置く段階と、フィルタ材料のプラグを中心で切り離して2−アッププラグフィルタアセンブリを形成する段階とを含む。好ましくは、本方法は、更に、タバコロッドを2−アップフィルタアセンブリの各々に取り付ける段階を含む。好ましくは、本方法は、更に、2−アップフィルタアセンブリを中心で切り離して完成シガレットを形成する段階を含む。
同じく、喫煙物品を通して主流煙を吸引する段階と、吸引段階中に主流タバコ煙を吸着材と接触させる段階と、接触させる段階に続いて、主流タバコ煙を静電気帯電した繊維と接触させる段階とを含む、主流タバコ煙を処理する方法を提供する。
喫煙物品のための従来技術のプラグ−空間−プラグフィルタを示す図である。 静電気帯電繊維材料のプラグを含むプラグ−空間−プラグフィルタの実施形態を示す図である。 静電気帯電繊維材料のプラグを含むプラグ−空間−プラグフィルタの第2の実施形態を示す図である。 静電気帯電繊維材料のプラグを含むプラグ−空間−プラグフィルタの第3の実施形態を示す図である。 静電気帯電繊維材料のプラグを含むプラグ−空間−プラグフィルタを含む部分的に未包装の喫煙物品を示す図である。
本明細書で使用される場合、フィルタセグメントと他の特徴部の間の「上流」及び「下流」相対位置は、主流煙がタバコロッドから吸引されて多成分フィルタを通る時の主流煙の方向に関連して説明される。
本明細書で使用される場合、用語「煙連行可能粒子」は、約0.1ミクロンから約10ミクロンのサイズを有し、主流煙に連行される場合があるビーズ、顆粒、塵、微粉、及び粉末などを説明する。
従来技術のプラグ−空間−プラグフィルタ105は、図1に示したように、軸線方向に配向されたセルロースアセテート繊維のプラグ130の間に活性炭112の一部分を含む。煙がタバコロッド160からフィルタ105を通して下流に吸引される時に、一部の炭素粒子が個々のセルロースアセテート繊維間のチャンネルを通過することができる。好ましい実施形態では、プラグ−空間−プラグフィルタ105は、喫煙物品100を形成するために包装紙170を用いて包装されたタバコロッド160に取り付けられる。先端紙165は、フィルタ105を取り囲み、フィルタ105をタバコロッド160に固定する。
本明細書に説明するように、喫煙物品のためのフィルタアセンブリは、粒子を引き付ける静電気帯電、及び/又は粒子を機械的に捕捉する無作為配向の静電気帯電した繊維を使用することにより、喫煙中の粒子突破の低減及び/又は排除の可能性をもたらす。
好ましい実施形態では、吸着材は活性炭である。好ましくは、静電気帯電繊維材料は、フィルタアセンブリを通して煙が吸引される時に、煙に連行された約0.1μm(ミクロン)から約10μmのサイズを有する炭素粒子が静電気帯電繊維材料によって保持されるように、フィルタアセンブリ内に収容された活性炭の下流に位置する。
図2に示した好ましい実施形態では、フィルタアセンブリ10は、プラグ−空間−プラグ配向フィルタアセンブリである。好ましくは、活性炭12の一部分は、フィルタ10の空洞15に位置し、静電気帯電繊維材料14のプラグ16は、主流煙がフィルタアセンブリ10を通過する時に炭素粒子突破を低減するために下流に位置する。好ましくは、活性炭のその部分は、フィルタの空洞にトウフィルタ材料、炭素紙、及び/又は緩い炭素のビーズ、顆粒、及び粒子などの床上の炭素のプラグとして含まれる。静電気帯電繊維材料は、主流煙がフィルタを通って移動する時に炭素粒子を捕捉し、それにより炭素粒子突破を低減又は除去することができる永久静電気帯電を有する。実施形態においては、静電気帯電繊維材料は、煙連行可能粒子を機械的にも捕捉するように無作為に配向される。
好ましい実施形態では、静電気帯電繊維材料は、エレクトレット繊維(例えば、3MのFiltrete(登録商標)繊維)を含む。好ましくは、エレクトレット繊維は、約3マイクロメートルから約30μmの直径と約10g/m2から約500g/m2の範囲の秤量を有する。好ましくは、エレクトレット繊維は、重量が約2.5デニールから約8デニールに分布している。好ましい繊維は、Y字型断面を有する。
同じく好ましくは、フィルタアセンブリは、約30mgから約200mgの吸着材を含む。好ましい実施形態では、フィルタアセンブリ10はまた、約25mgから約75mg、より好ましくは、約25mgから約70mgの静電気帯電繊維材料14を含み、それが、約3mmから約6mm長さのプラグを形成する。好ましくは、使用される静電気帯電繊維材料14の量は、フィルタアセンブリ10内に収容される活性炭のような吸着材の量に応じて決まる。好ましい実施形態では、約1mmのプラグ長さを有する静電気帯電繊維材料14のプラグが、約18mgの活性炭のために使用される。
好ましい実施形態では、吸着材及び/又は煙連行可能な粒子は、いずれかの適切な吸着媒体を含む。例示的吸着材は、ゼオライト、シリカ、珪酸塩、アルミナ、及び/又は炭素(例えば活性炭)のようなモレキュラーシーブを含む。好ましい吸着媒体は、活性炭である。
「活性炭」は、フィルタ内で吸着材として使用することができるいずれかの多孔質で表面積が大きい形態の炭素を意味する。活性炭は、いずれか適切な炭素源の熱処理を介して供給することができる。活性化処理は、一般的に空隙率を増大させ、活性炭には、広い範囲の細孔サイズを設けることができ、又は細孔サイズは、所望の細孔サイズ分布をもたらすように制御することができる。
好ましい実施形態では、炭素は、顆粒などの形態である。好ましくは、好ましい実施形態の炭素は、シガレット産業で使用される代表的なASTMメッシュサイズの又はより細かいココナツシェルベースの炭素のような表面積が大きな活性炭である。特に好ましい活性炭は、ニューメキシコ州の「Truth or Consequences」所在の「PICA USA,Inc.」から市販されている。活性炭はまた、石炭、木材、ピッチ、ピート、セルロース繊維、褐炭、及びオリーブピットの炭化によっても製造することができると考えられる。炭化は、通常、不活性雰囲気中で例えば400℃から1000℃に温度を上げ、続いて還元又は酸化条件下で活性化することによって行われる。
好ましい実施形態では、活性炭は、ビーズの形態とすることができる。他の実施形態では、活性炭は、顆粒及び/又は繊維の形態とすることができる。好ましくは、活性炭は、主流煙の成分、特に、アルデヒド、ケトン、及び他の揮発性有機化合物、及び特に1,3ブタジエン、アクロレイン、イソプレン、プロピオンアルデヒド、アクリロニトリル、ベンゼン、トルエン、スチレン、アセトアルデヒド、及びシアン化水素を含めた気相成分のものを吸着するようになっている。
他の実施形態では、炭素は、トウ上の炭素及び/又は炭素紙の形態とすることができる。
最も好ましくは、活性炭は、サイズが約100μmから約5mmの範囲に分布する顆粒化粒子を含む。実施形態においては、活性炭の粒子は、約0.2mmから約2mm(例えば、約200μm、500μm、1000μm、又は2000μm)の平均サイズを有する。
フィルタアセンブリに収容される活性炭ビーズは、好ましくは、本明細書においてその内容全体が引用により組み込まれている米国特許出願公開第2003/0154993号に説明されているように、0.2mmから約0.7mmのサイズに分布している。
好ましくは、活性炭は、マイクロ細孔、メソ細孔、及びマクロ細孔のような細孔を含むいずれか所望の細孔サイズ分布を有することができる。用語「マイクロ細孔」は、一般的に、約20Å(オングストローム)又はそれ未満の細孔サイズを有する材料に言及する一方で、用語「メソ細孔」は、一般的に、約20Åから500Åの細孔サイズを有する材料に言及する。
実施形態においては、活性炭は、煙からターゲット成分を選択的に吸着するような適切な表面積を有するように選択することができる。例えば、好ましい活性炭は、一般的に、約50m2/gよりも大きい(例えば、少なくとも約100m2/g、200m2/g、500m2/g、1000m2/g、又は2000m2/gの)表面積を有する。一般的に、活性炭の吸着能力は、表面積が増加すると増加する。
更に、表面積は、一般的に粒子サイズが減少すると増加する。シガレットフィルタ材料として使用されると、しかしながら、小さなサイズを有する炭素粒子は、喫煙時に所望の吸引抵抗(RTD)でフィルタを通して煙を流すにはあまりにも密に互いに詰め込まれる場合がある。一方で、粒子サイズが大きすぎる場合、所望の度合いの濾過を達成するには表面積が不十分となる。従って、そのような要素は、主流煙及び/又は副流煙の濾過に適する炭素粒子を選択する際に考慮に入れることができる。
好ましくは、活性炭の全部とは言わないまでも少なくとも一部は、香味担持か又は別様に香味料が含浸され、そのために、活性炭は、煙から1つ又はそれよりも多くの気相煙成分を除去するだけでなく、香味を主流煙ストリーム中に放出するようになっている。好ましくは、香味料は、混合(タンブリング)ドラム中で又は代替的に流動剤として窒素を備えた流動床内で活性炭のバッチ上に香味料をスプレーすることによって炭素に追加され、本明細書においてその全開示内容が引用により組み込まれているJupe他に付与された米国特許第6,761,174号に説明されているように、香味料は、次に、床内の炭素上にスプレーすることができる。
用語「主流」煙は、タバコロッドを下って通過してフィルタ端部を通って流れ出る気体の混合物、すなわち、シガレットの喫煙中にシガレットの唇側端部から流れ出る又は吸引される量の煙に言及する。主流煙は、着火領域、並びにシガレット包装紙の両方を通って吸引される煙を含有する。用語「副流」煙は、静的燃焼中に生成された煙に言及する。
図2に見られるように、好ましくは、フィルタアセンブリ10の口側端部20は、セルロースアセテート繊維30のプラグ25の形態をしている。好ましくは、セルロースアセテート繊維30は、軸線方向に配向されている。好ましくは、プラグ25はまた、活性炭12の同じく下流にある静電気帯電繊維材料14のプラグ16の下流に位置決めされる。実施形態においては、静電気帯電繊維材料14は、無作為に配向される。別の実施形態では、静電気帯電繊維材料14は、軸線方向に配向される。好ましくは、活性炭12は、空洞15に保持される。セルロースアセテート繊維30の第2のプラグ25は、静電気帯電繊維材料14のすぐ上流で、かつ活性炭12のすぐ下流に位置する。
好ましい実施形態では、フィルタアセンブリ10は、約40mgから約70mgのセルロースアセテート繊維を含有する。好ましくは、セルロースアセテート繊維の1つ又はそれよりも多くのプラグが、フィルタの長さを調節するために追加される。
炭素粒子が主流煙に連行された場合、静電気帯電繊維材料は、炭素粒子の突破を低減するために炭素粒子を引き付けて捕捉する。好ましくは、静電気帯電繊維材料は、炭素粒子がフィルタに捕捉されるように永久静電気帯電を有する。
実施形態においては、静電気帯電繊維材料が無作為に配向されると、炭素粒子はまた、炭素粒子が繊維間でチャンネル内を移動できないために機械的に捕捉される。
別の実施形態では、図3に示したように、フィルタアセンブリ10は、活性炭12の一部分を含む。好ましくは、静電気帯電繊維材料14のプラグ16は、活性炭12のすぐ下流に位置する。セルロースアセテート繊維30のプラグ25は、活性炭12のすぐ上流で、かつ静電気帯電繊維材料14のすぐ下流に位置する。
更に別の実施形態では、図4に示したように、フィルタアセンブリ10は、活性炭12の一部分を含む。好ましくは、セルロースアセテート繊維30のプラグ25は、活性炭12が充填された空洞15のすぐ下流とすぐ上流に位置する。
図5に見られるように、フィルタアセンブリ10は、喫煙物品80に組み込まれるようになっている。
用語「喫煙物品」は、シガレット、シガー、パイプ、及びシガリロを含む。米国特許第6,026,820号、米国特許第5,988,176号、米国特許第5,915,387号、及び米国特許第5,499,636号に説明された電気喫煙システムのためのシガレットのような非従来的シガレットも、喫煙物品又はシガレット全般の定義に含まれる。
好ましくは、喫煙物品は、シガレットである。シガレットは、タバコ材料とフィルタを含有することができる。一実施形態では、シガレットはまた、少なくとも1つの吸着材を含有することができる。従来的シガレットは、一般的に、タバコロッドと言及されることがあるタバコ含有部分、及び濾過区域と言及されることがあるフィルタ部分の2つの区画を収容する。先端紙は、一般的に、フィルタを取り囲み、これは、シガレットの口側端部を形成する。先端紙は、フィルタ及びタバコロッドを互いに保持するためにタバコロッドに重なっている。タバコロッド、すなわち、シガレットのタバコ含有要素は、タバコが包装されて接着剤が包装紙の継ぎ目を互いに保持する包装紙を含む。タバコロッドは、フィルタに対して一体に取り付けられた第1の端部と、タバコを喫煙するために着火又は加熱される第2の端部とを有する。タバコロッドが喫煙のために着火又は加熱されると、煙は、着火端部からタバコロッドのフィルタ端部に向かって下流に移動し、更にフィルタを通って下流に移動する。
フィルタの実施形態を例示するために以下の実施例が与えられるが、そのような実施形態の範囲を制約するように解釈すべきではない。
55mgの無作為に配向された静電気帯電繊維材料で構成されたエレクトレット繊維セグメント(例えば、3MのFiltrete(登録商標))が、フィルタを形成するために110mgの活性炭が充填された空洞の下流に置かれた。
55mgの無作為に配向された静電気帯電繊維材料で構成されたエレクトレット繊維セグメント(例えば、「Toyobo Elitolon FA−65S」)が、フィルタを形成するために110mgの活性炭が充填された空洞の下流に置かれた。
実施例1及び2として構成されたフィルタと、活性炭の下流に静電気帯電繊維材料媒体を含まない対照プラグ−空間−プラグフィルタとを使用して、活性炭粒子突破の可能性が、レーザ光散乱粒子カウンタ(カリフォルニア州リッチモンド所在の「Hach Ultra Analytics」の「Met−One」レーザ粒子カウンタモデル237B)を使用して非着火乾燥吸煙条件の下で測定された。
レーザ光散乱粒子カウンタは、シガレットを通る空気流と整列してシガレットホルダの隣に置かれた。フィルタは、約9mm±1mm深さまでシガレットフィルタホルダに挿入され、55ml/吸煙、2秒間吸煙持続時間、12吸煙/シガレットプロフィールを使用して、非着火(乾燥吸煙)条件で機械吸煙された。結果は表1に示す。
(表1)
Figure 2010527628
3MのFiltrete(商標)を含有するフィルタは、シガレット当たり約9粒子の平均炭素粒子突破を示した。粒子突破は、シガレット当たり約0から約54粒子の範囲に分布した。
「Toyobo Elitolon FA−65S」を含有するフィルタは、約3粒子/シガレットの平均炭素粒子突破を示した。粒子突破は、シガレット当たり約0から約27粒子の範囲に分布した。
対照的に、静電気帯電繊維材料を含まない対照フィルタは、シガレット当たり約1097粒子の平均炭素粒子突破を示した。このように、エレクトレット繊維を含むフィルタは、シガレット当たり炭素粒子突破の有意な減少を示した。
また、静電気帯電繊維材料のプラグが空洞の下流に位置しているプラグ−空間−プラグフィルタアセンブリの空洞に活性炭粒子のような吸着材を充填する段階を含むフィルタアセンブリを作る方法を提供する。実施形態においては、静電気帯電繊維材料のプラグは、活性炭のすぐ下流に位置する。別の実施形態では、静電気帯電繊維材料が、活性炭の下流に位置し、セルロースアセテート繊維のプラグが、フィルタの唇側端部に位置する。好ましくは、静電気帯電繊維材料は、プラグ内に無作為に配向される。実施形態においては、静電気帯電繊維材料は、軸線方向に配向される。
好ましい実施形態では、軸線方向に配向されたセルロースアセテート繊維は、活性炭の上流に置かれる。別の実施形態では、軸線方向に配向されたセルロースアセテート繊維はまた、静電気帯電繊維材料のプラグ又は活性炭の下流に置かれる。
使用上、無作為に配向された静電気帯電繊維材料は、炭素粒子を機械的に及び静電気的にその両方で捕らえる。従来的なフィルタでは、軸線方向に配向されたセルロースアセテートが、活性炭の下流に置かれ、炭素粒子は、セルロースアセテート繊維間でチャンネル内を移動をすることによって突破することができる。ここでは、繊維が無作為に配向されるために、炭素粒子は、繊維間をチャンネル内で移動することができない。
更に、軸線方向に配向されかつ無作為に配向された静電気帯電繊維は、付加的な炭素粒子を引き付けて捕捉する静電気帯電を有する。
以上の説明が好ましい実施形態のものであり、従って、単に物品及びそれを製造する方法を例示していることは理解されるであろう。上述の教示に照らして異なる実施形態の変形及び修正が当業者には即座に明白になることを認めることができる。従って、添付の特許請求の範囲に示す物品及び方法の精神及び範囲を逸脱することなく例示的実施形態、並びに代替実施形態を実施することができる。
10 フィルタ
12 吸着材
14 プラグ

Claims (13)

  1. 喫煙物品のためのフィルタアセンブリであって、
    フィルタ内に含有された煙連行可能な吸着材粒子を含む吸着材と、
    前記吸着材の下流の静電気帯電した繊維材料のプラグと、
    を含み、
    前記静電気帯電した繊維材料のプラグは、吸着材粒子突破の低減をもたらす、
    ことを特徴とするフィルタアセンブリ。
  2. 前記静電気帯電した繊維材料のプラグは、前記吸着材のすぐ下流に位置することを特徴とする請求項1に記載のフィルタアセンブリ。
  3. 前記静電気帯電した繊維材料のプラグは、約25mgから約75mgの静電気帯電した繊維材料を含有することを特徴とする請求項1に記載のフィルタアセンブリ。
  4. 前記静電気帯電した繊維材料のプラグは、無作為に配向された静電気帯電した繊維材料、又は軸線方向に配向された静電気帯電した繊維材料、又はその両方を含むことを特徴とする請求項1に記載のフィルタアセンブリ。
  5. 約30mgから約200mgの前記吸着材を含有することを特徴とする請求項1に記載のフィルタアセンブリ。
  6. 前記吸着材は、前記フィルタの空洞においてトウフィルタ材料、炭素紙、及び緩い炭素ビーズ、顆粒、又は粒子などの床のうちの少なくとも1つに置かれた炭素を含むことを特徴とする請求項1に記載のフィルタアセンブリ。
  7. フィルタアセンブリが、プラグ−空間−プラグフィルタであり、
    前記吸着材は、前記空間に位置した活性炭を含み、前記静電気帯電した繊維材料のプラグは、前記プラグ−空間−プラグフィルタの前記下流プラグに組み込まれた無作為に配向された又は軸線方向に配向された静電気帯電した繊維材料又はその両方を含む、
    ことを特徴とする請求項1に記載のフィルタアセンブリ。
  8. 前記煙連行可能な吸着材粒子は、約0.1μmから約10μmのサイズに及んでいることを特徴とする請求項1に記載のフィルタアセンブリ。
  9. 前記静電気帯電した繊維材料のプラグは、前記吸着材粒子を機械的又は静電気的に又は機械的かつ静電気的の両方で捕捉して吸着材粒子突破を低減することを特徴とする請求項1に記載のフィルタアセンブリ。
  10. タバコロッドに取り付けられた請求項1に記載のフィルタアセンブリ、
    を含み、
    静電気帯電した繊維材料を含むプラグの外面が、前記フィルタアセンブリを前記タバコロッドに取り付ける先端紙に接触している、
    ことを特徴とするシガレット。
  11. タバコロッドと、
    煙連行可能な吸着材粒子を含む吸着材と静電気帯電した繊維材料のプラグとを含むフィルタアセンブリと、
    を含み、
    前記静電気帯電した繊維材料のプラグは、前記粒子の突破の低減をもたらす、
    ことを特徴とする喫煙物品。
  12. 前記吸着材は、フィルタの空洞においてトウフィルタ材料、炭素紙、及び緩い炭素ビーズ、顆粒、又は粒子などの床のうちの少なくとも1つに置かれた炭素を含むことを特徴とする請求項11に記載の喫煙物品。
  13. 喫煙物品のためのフィルタロッドを作る方法であって、
    フィルタ材料の2−アッププラグを離間した関係に置く段階と、
    前記2−アッププラグの間に、1つ置きの2−アッププラグの上流端及び下流端に空洞が形成されるように静電気帯電繊維材料のプラグを置く段階と、
    前記空洞に吸着材を置く段階と、
    前記フィルタ材料のプラグを中心で切り離して2−アップフィルタアセンブリを形成する段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
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