Smoking article having activated carbon and sodium bicarbonate-treated fibers

関連出願への相互参照
本出願は、本明細書においてその全内容が引用により組み込まれている２００５年１２月１３日出願の米国特許仮出願第６０／７４９、５９５号に対して「３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）」に基づく優先権を請求する。

タバコ煙を処理するためにシガレットフィルタに組み込む様々なフィルタ材料が提案されている。 そのような材料は、例えば、セルロースアセテート綿、紙、及び合成繊維を含む。 異なる形態の炭素も説明されている。

米国特許仮出願第６０／７４９、５９５号

ＵＳ−Ａ−４、９６６、１７１

ＵＳ−Ａ−６、０２６、８２０

ＵＳ−Ａ−５、９８８、１７６

ＵＳ−Ａ−５、９１５、３８７

ＵＳ−Ａ−５、６９２、５２６

ＵＳ−Ａ−５、６９２、５２５

ＵＳ−Ａ−５、６６６、９７６

ＵＳ−Ａ−５、４９９、６３６

ＵＳ−Ａ−６、０３０、６９８

米国特許番号第２００４／０１２９２８０号

ＵＳ−Ａ−６、０５３、１７６

ＵＳ−Ａ−５、９３４、２８９

ＵＳ−Ａ−５、５９１、３６８

ＵＳ−Ａ−５、３２２、０７５

「Ｐｕｒｅ Ａｐｐ１． Ｃｈｅｍ．」、第７３巻、第２号、３８１−３９４ページ（２００１年）

フィルタ、喫煙物品、及び活性炭及び重炭酸ナトリウムを使用して主流煙から選択された成分を除去する方法を提供する。 フィルタの好ましい実施形態は、主流煙から成分を選択的に除去することができる活性炭及び重炭酸ナトリウム処理繊維を含む。 活性炭は、重炭酸ナトリウム処理繊維からフィルタの上流側に設けられる。
別の実施形態では、重炭酸ナトリウム処理繊維の下流側、及び／又は活性炭と重炭酸ナトリウム処理繊維の間に香味料区画が設けられる。

別の好ましい実施形態では、喫煙物品は、活性炭及び重炭酸ナトリウム処理繊維を含む。 香味料区画は、任意的に喫煙物品のフィルタに沿って設けることができる。 喫煙物品は、好ましくは、従来的な着火端部シガレット又は非従来的なシガレットである。
シガレットフィルタを作る方法の好ましい実施形態は、フィルタ内に活性炭、重炭酸ナトリウム処理繊維、及び香味料区画を組み込む段階を含む。
シガレットを作る方法の好ましい実施形態は、タバコ列の周りに包装紙を配置する段階、及び活性炭、重炭酸ナトリウム処理繊維、及び香味料区画を含むシガレットフィルタをタバコ列に取り付けてシガレットを形成する段階を含む。

主流煙を処理する方法の好ましい実施形態は、シガレット内のタバコを加熱するか又は着火して煙を形成する段階、及びシガレットを通して煙を吸引する段階を含む。 シガレット内の活性炭及び重炭酸ナトリウム処理繊維は、主流煙から選択された成分を除去する。 任意的に、煙が重炭酸ナトリウム処理繊維を通過した後に、シガレットの香味料区画において、香味料が煙に追加される。
本発明はまた、タバコの列の周りに包装紙を配置する段階と本発明によるフィルタを列に取り付ける段階とを含むシガレットを製造する方法を提供する。
本発明はまた、煙を活性炭に接触させた後に煙を１つ又はそれよりも多くの重炭酸ナトリウム処理繊維に接触させることによって煙成分を除去する段階を含む主流シガレット煙を処理する方法を提供する。

主流煙から選択された成分を除去することができる吸着材料を含むシガレットフィルタ及びシガレットを説明する。 フィルタ及びシガレットを作る方法、並びにフィルタを含むシガレットの主流煙を処理する方法も説明する。
好ましい実施形態では、吸着材料は、活性炭及び重炭酸ナトリウム処理繊維を含む。 活性炭は、重炭酸ナトリウム処理繊維から上流側、すなわち、活性炭よりもシガレットフィルタの唇側端部により近いシガレットフィルタ内に配置される。 活性炭は、主流煙からある一定の成分を除去することができる。 しかし、活性炭は、単に完全に満足するものとは言えない煙の主観的特性をもたらす可能性があると判断されている。 煙の主観的特性に対するこの影響は、活性炭が、ある一定の主流煙成分を除去し、結果的に煙の主観的特性に影響を及ぼす主流煙内の成分の均衡を変えることからもたらすことができる。

重炭酸ナトリウム処理繊維（すなわち、ＮａＨＣ０ ₃処理繊維）は、活性炭によって部分的に除去された主流シガレット煙から選択された成分を選択的に除去することができると更に判断されている。 更に、煙は、活性炭を通過することによって活性炭風味を作り出すことができる。
シガレットフィルタは、任意的に、香味料区画を収容することができる。 主流煙は、香味料区画で香味を取り上げ、それによって煙の主観的（感覚刺激的）特性に影響を与える。

本明細書で使用する場合、用語「吸着」は、吸着及び／又は吸収による濾過を含む。 吸着は、吸着剤の外面上の相互作用、並びに吸着剤の孔隙及びチャンネル内の相互作用を含む。 換言すれば、「吸着剤」は、その表面上に他の物質の分子を凝縮させるか又は保持することができ、及び／又は他の物質を取り込み、すなわち、その内部構造内又はその孔隙内への他の物質の浸透を通して取り込むことができる物質である。 従って、本明細書で使用される時の用語「吸着剤」は、吸着剤、吸収剤、又は吸着剤及び吸収剤の両方として機能することができる物質のいずれかを意味する。
本明細書で使用される場合、用語「除去する」は、主流煙の少なくとも一成分の少なくとも何らかの部分の吸着及び／又は吸収を意味する。
用語「主流」タバコ煙は、吸煙中にタバコ列を通って下り、シガレットのフィルタ端部を通して吸引される気体、固体粒子、及びエアロゾルの混合物を含む。

活性炭は、その孔隙構造に応じて、微孔性、メソ多孔性、及び／又はマクロ多孔性として特徴付けることができる。 用語「微孔性」は、一般的に孔隙サイズが約２ナノメートル（ｎｍ）又はそれ未満の小さな材料を意味する。 用語「メソ多孔性」は、一般的に孔隙サイズが約２ｎｍから５０ｎｍの材料を意味する。 ５０ｎｍ又はそれよりも大きな孔隙サイズの材料は、「マクロ多孔性」と呼ぶことができる。 例えば、「Ｐｕｒｅ Ａｐｐ１．Ｃｈｅｍ．」、第７３巻、第２号、３８１−３９４ページ（２００１年）を参照されたい。 微孔性、メソ多孔性、及び／又はマクロ多孔性の活性炭は、主流煙から除去されることが望ましい選択された成分に基づいて選択することができる。

図１は、タバコ列１２とタバコ列に先端紙によって取り付けられたフィルタ１４とを含むシガレット１０の好ましい実施形態を示している。 フィルタ１４は、第１のプラグ１６、活性炭１８、及び活性炭１８の下流側の重炭酸ナトリウム処理繊維２０を含む。 実施形態では、フィルタ１４はまた、重炭酸ナトリウム処理繊維から下流側に香味料区画２２及び唇側端部プラグ２４を含む。
図１に示すシガレットの実施形態は、従来的なシガレットである。 しかし、活性炭、重炭酸ナトリウム処理繊維、及び香味料区画はまた、非従来的シガレットに組み込むことができる。 非従来的シガレットは、例えば、本出願人に譲渡されたＵＳ−Ａ−４、９６６、１７１に説明の喫煙物品のような可燃性熱源を有する喫煙物品と、本出願人に譲渡されたＵＳ−Ａ−６、０２６、８２０、ＵＳ−Ａ−５、９８８、１７６、ＵＳ−Ａ−５、９１５、３８７、ＵＳ−Ａ−５、６９２、５２６、ＵＳ−Ａ−５、６９２、５２５、ＵＳ−Ａ−５、６６６、９７６、及びＵＳ−Ａ−５、４９９、６３６に説明の電気式喫煙システムのシガレットとを含み、これらの各々は、本明細書においてその全内容が引用により組み込まれている。

活性炭は、フィルタ内のあらゆる適切な形態とすることができる。 例えば、活性炭は、繊維、ビーズ、顆粒、１つ又はそれよりも多くのモノリシック構造体とすることができ、及び／又は基体上のコーティングとして設けることができる。 シガレット内のビーズ状活性炭の量は、好ましくは、約５０ｍｇから約２５０ｍｇである。
好ましい実施形態では、活性炭は、望ましい吸引抵抗（ＲＴＤ）を達成するために球形ビーズの形態である。 ビーズは、一般的に、約０．２ｍｍから約１ｍｍの平均直径を有することができ、望ましいＲＴＤを達成するために、０．３ｍｍから０．５ｍｍのビーズが好ましい。

別の好ましい実施形態では、活性炭のモノリシック構造体は、円筒形状、並びに楕円形又は多角形断面形状、シート状、球面、ハニカム、又は他のモノリシック構造体などを含む様々な他の形状を有することができる。 モノリシック構造体は、異なるサイズを有することができる。 例えば、シガレットフィルタ内のモノリシック構造体の形態で使用される場合、活性炭は、円盤形状又は円筒形状とし、好ましくは、約２ｍｍから約２０ｍｍの長さと、シガレットのフィルタ部分の直径よりも僅かに小さな直径とを有することができる。 モノリシック構造体は、好ましくは、シガレットの喫煙中に適度に低いＲＴＤ値をもたらす孔隙サイズ分布及びサイズ、例えば、長さ又は厚さを有する。

好ましい実施形態では、モノリシック構造体は、構造体がシガレットの長さ方向に沿って長さ的に延びるようにシガレットフィルタ内に配向される。 活性炭のそのような配向は、主流煙が移動する活性炭を通る流れ経路の長さを増加させ、従って、活性炭の孔隙の増加した全表面積に煙を露出させる。 円盤形状のモノリシック構造体の場合、円盤の入口及び出口（すなわち、対向する主要表面）は、好ましくは、シガレットの縦軸線に対して垂直に配向される。

好ましい実施形態では、炭素は、約１０ミクロン（μｍ）から約２５μｍの直径と、約１００μｍから約１０００μｍ、好ましくは、約１００μｍから約５００μｍの長さとを有する繊維の形態である。 繊維は、紙に組み込まれた繊維トウ材料と混ぜ合わされるか、又はプラグを形成することができる。
好ましい実施形態では、活性炭は、例えば、紙、繊維、及び他の材料のような様々な材料の使用を含む様々な方法でシガレットのフィルタ部分に組み込むことができ、及び／又は活性炭は、空間及び／又は空隙（空洞）に組み込むことができる。 例えば、炭素含有紙をシガレットフィルタの中空部分に挿入することができる。 紙は、好ましくは、クレープ紙、濾紙、又は先端紙のようなシート材料の形態である。 しかし、有機又は無機シガレット適合材料のような他の適切な材料も使用することができる。

活性炭は、適切な炭素質材料又は炭素産出前駆物質を処理することによって生成することができる。 例えば、活性炭は、炭素ビーズ又は天然又は合成有機材料から生成することができる。 別の好ましい実施形態では、活性炭は、適切な等方性ピッチ前駆物質から派生する等方性繊維を使用して生成することができる。 そのような炭素繊維の製造は、例えば、本明細書においてその全内容が引用により組み込まれているＵＳ−Ａ−６、０３０、６９８に説明されている。 コールタールピッチ、レーヨン、又は重油から得られる繊維などの他の種類の炭素繊維も使用することができる。 適切な炭素繊維は、ケンタッキー州アッシュランド所在の「Ａｓｈ１ａｎｄ Ｐｅｔｒｏ１ｅｕｍ Ｃｏｍｐａｎｙ」及び中国アンシャン所在の「Ａｎｓｈａｎ Ｅａｓｔ Ａｓｉａ Ｃａｒｂｏｎ Ｃｏｍｐａｎｙ」から市販されている。

炭素質材料は、望ましい孔隙構造を有する活性炭を生成するために活性化処理を受ける。 多孔性炭素材料は、活性化されて付加的な孔隙を形成し、かつ既存の孔隙サイズ分布を変えることによってそれらの既存の孔隙構造を改良する。
活性化の段階は、例えば、約４００℃から約９００℃の高温、蒸気、二酸化炭素、酸素、又は水酸化カリウム溶液のようなあらゆる適切な酸素含有環境を利用する。 環境はまた、窒素のような他のガスを含有することができる。 これらのガスは、炭素と反応して望ましい多孔性炭素構造を生成する。 酸素及び窒素も、炭素の表面に化学的に結合し、化学吸着、すなわち、共有結合の形成に基づいてガス濾過選択性を高めることができる。

好ましい実施形態では、炭素質材料は、バーンオフの所望レベルまで活性化される。 「バーンオフ」は、活性化処理中に発生する炭素の重量損失を表している（すなわち、重量損失＝最初の重量−最後の重量）。 活性化中に、バーンオフは、好ましくは、活性炭の孔隙サイズ及び孔隙表面積を制御するように制御される。 活性炭のＢＥＴ（Ｂｒｕｎａｕｅｒ、Ｅｍｍｅｔｔ、及びＴｅｌｌｅｒ）表面積は、好ましくは、約１０００ｍ ² ／ｇから約３０００ｍ ² ／ｇである。

重炭酸ナトリウム処理繊維がシガレットフィルタに設けられて、煙が活性炭を通過した後に主流煙内に残っている選択された成分を除去する。 例えば、主流煙に存在する場合がある硫黄化合物及び酸性化合物は、活性炭によって実質的に除去できず、結果的として活性炭を通過した後に主流煙内に残ると判断されている。 更に、重炭酸ナトリウム処理繊維は、特に、シガレットフィルタ内で繊維が活性炭の下流側に置かれた時に、主流煙からそのような成分を除去することができると判断されている。

繊維上に重炭酸ナトリウムを設けることにより、シガレット内で主流煙が露出される重炭酸ナトリウムの表面積を増大させることができる。 重炭酸ナトリウムが設けられた繊維は、あらゆる適切な材料とすることができる。 例えば、繊維は、以下に限定されるものではないが、セルローストウ、セルロースアセテートトウ、モノセルロース、モノアセテート、プロピレン、ポリエステル、ポリスルフォン、又はポリプロピレン（例えば、ニュージャージー州モリスタウン所在の「Ｈｏｎｅｙｗｅ１１ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａ１ Ｉｎｃ．」から市販されているＴｒｉａｄ（登録商標）ポリプロピレン微小空洞繊維）を含む材料とすることができる。 ポリマー繊維は、好ましくは、微小空洞を含有する。

繊維は、あらゆる適切な形態でフィルタに設けることができる。 例えば、繊維は、連続した束、マットの形態とすることができ、又は繊維は、約０．５ｍｍから約５ｍｍの望ましい長さに切断することができる。 繊維は、好ましくは、約１ミクロンから約１００μｍ、より好ましくは、約３０μｍから約６０μｍの直径を有する。
フィルタ内の処理された繊維上の重炭酸ナトリウムの量は、好ましくは、アメリカ人の喫煙者により活性炭に関連して知覚される風味不足を少なくとも部分的に有効に打ち消すのに十分な量である。 更に、処理繊維上に設けられる重炭酸ナトリウムの量は、好ましくは、選択された成分、例えば、硫黄化合物（例えば、硫化水素及び／又は硫化カルボニル）及び酸性化合物の望ましい量を除去することができるのに十分な量である。 繊維上に設けられる重炭酸ナトリウムの量は、好ましくは、シガレットフィルタ当たり約５ｍｇから約１００ｍｇであり、より好ましくは、５ｍｇから３０ｍｇであり、更に好ましくは、５ｍｇから１５ｍｇである。 理論に制限されることは望まないが、シガレットフィルタ内の活性炭は、主流煙の硫黄含有成分に対してより低い選択性（より低い親和性）を有し、その結果、活性炭が濾過された煙内の硫黄化合物の相対的な量（割合）を変えて（増大し）、その成分変化がアメリカ人の喫煙者によって活性炭に関連して知覚される風味不足の要因になると考えられる。 従って、フィルタ内で重炭酸ナトリウムを活性炭の下流側に置くことによってタバコ煙内の硫黄化合物の相対的な量を低減し、喫煙者に対して煙をより満足できるものにすることができると考えられる。

好ましい実施形態では、シガレットフィルタは、任意的に、香味料（香味放出）区画を収容する。 煙は、香味料区画で香味料を取り上げ、それによって煙の主観的（感覚刺激的）特性に影響を及ぼす。 好ましい実施形態では、香味料区画は、重炭酸ナトリウム処理繊維の下流側に配置される。 この実施形態では、香味料は、香味料区画を通る主流煙の通路を通じて放出され、それによって主流煙の主観的特性に影響を及ぼす。
他の好ましい実施形態では、香味料は、フィルタ及び／又はタバコ列の１つ又はそれよりも多くの異なる場所に設けることができる。 例えば、香味料区画は、活性炭と重炭酸ナトリウム処理繊維の間、及び／又はタバコ列内に配置することができる。

シガレットフィルタ内に設ける任意的な香味料は、好ましくは、メンソール及びミントの少なくとも一方である。 香味料の量は、好ましくは、煙に望ましい香味をもたらすように、シガレットの喫煙中に香味料区画を通過する主流煙に所望量の香味料を与えるのに十分な量である。 例えば、好ましい実施形態では、香味料区画は、メントールのような約５ｍｇから５０ｍｇの香味料を含有することができる。

好ましい実施形態では、香味料は、例えば大気条件において、喫煙前に好ましくはシガレット内の香味料の放出及び移行を最小にし、かつ好ましくは香味料による活性炭及び重炭酸ナトリウム処理繊維の不活性化を最小にする形態で香味料区画に組み込むことができる。 従って、香味料は、好ましくはシガレットの主観的特性を高める一方、主流煙から気相成分を除去する吸着材料の機能に悪影響を及ぼさない。 例えば、香味料は、本明細書においてその全内容が引用により組み込まれている２００３年１０月３０日出願の本出願人に譲渡された米国特許出願第２００４／０１２９２８０号に説明されているように、カプセル封入して香味料放出添加物の形態で設けることができる。 香味料放出添加物は、ビーズ、フィルム、及び包接錯体の形態にすることができ、香味料放出添加物は、異なる最低温度において放出させることができる。 従って、好ましい実施形態では、１つ又はそれよりも多くの香味料放出添加物は、喫煙中に香味料の放出のために少なくとも最低温度が達成されるシガレット内の１つ又はそれよりも多くの位置に配置することができる。

フィルタを作る方法の例示的実施形態は、シガレットフィルタ及び／又はタバコ列に活性炭及び重炭酸ナトリウム処理繊維を組み込む段階を含む。 好ましい実施形態では、香味料もフィルタに組み込まれる。 活性炭、重炭酸ナトリウム処理繊維、及び香味料をシガレットに組み込むために、シガレットフィルタを作るあらゆる従来の方法又は改良された方法を使用することができる。
シガレットを作る方法の実施形態は、タバコロッドの周りに先端紙を置く段階と、シガレットを形成するためにタバコ列にシガレットフィルタを取り付ける段階とを含む。 シガレットフィルタは、活性炭及び重炭酸ナトリウム処理繊維を収容する。 好ましい実施形態では、フィルタも香味料を含有する。

使用することができる適切な種類のタバコ材料は、火力乾燥したもの、Ｂｕｒ１ｅｙ、Ｍａｒｙ１ａｎｄ又は０ｒｉｅｎｔａ１タバコ、レア又は特殊タバコ、及びそれらの配合物を含む。 タバコ材料は、タバコ葉、体積膨張又はパフタバコのような加工タバコ材料、カット−ロール又はカット−パフ状茎のような加工タバコ茎、再構成タバコ材料、又はそれらの配合物の形態で提供することができる。 タバコ代用品も使用することができる。

タバコ製造では、タバコは、通常は、切断した充填物の形態、すなわち、約２．５ｍｍ（１／１０インチ）から約１．２ｍｍ（１／２０インチ）まで又は更には０．６ｍｍ（１／４０インチ）までの範囲の幅に切断した細片又はストランドの形態である。 ストランドの長さは、約６ｍｍ（０．２５インチ）から約７５ｍｍ（３インチ）の範囲に及んでいる。 シガレットは、１つ又はそれよりも多くの香味料又は他の添加物（例えば、燃焼性添加物、燃焼改良剤、着色剤、及び結合剤など）を更に含むことができる。

得られるシガレットは、標準的な又は改良したシガレット製造技術と装置を使用してあらゆる望ましい仕様に製造することができる。 シガレットの長さは、約５０ｍｍから約１２０ｍｍに及ぶことがある。
他の好ましい実施形態は、上述のシガレットにおける主流煙の処理方法に関し、これは、主流煙を炭酸水素処理繊維に接触させることにより、主流煙から硫黄含有化合物及び／又は酸性化合物を選択的に除去する段階を伴っている。 シガレットは、主流煙内に放出される香味料を含有することができる。

シガレットの「喫煙」は、タバコ煙を生成するシガレットの加熱又は燃焼を意味する。 シガレットの喫煙は、一般的に、シガレットの一端に着火する段階とシガレットの唇側端部を通じてシガレット煙を吸引する段階とを伴い、一方、タバコ列に含有されたタバコは、燃焼反応を受ける。 しかし、シガレットはまた、例えば、各々が本明細書においてその全内容が引用により組み込まれている、本出願人に譲渡されたＵＳ−Ａ−６、０５３、１７６、ＵＳ−Ａ−５、９３４、２８９、ＵＳ−Ａ−５、５９１、３６８、及びＵＳ−Ａ−５、３２２、０７５のいずれか１つに説明されているように、電気加熱器を使用してシガレットを加熱することによって喫煙することができる。

主流煙からある一定の気相成分を除去するために活性炭及び重炭酸ナトリウム処理繊維を含有した改良シガレットの効果を明らかにする試験が行われた。 見本のシガレットは、ココナッツ殻から採取した１８０ｍｇの活性炭をシガレットに組み込むことによって作られた。
モデル１のシガレットは、重炭酸ナトリウムの固体を溶解して２０％水溶液にし、次に、水溶液をフィルタの唇側端部プラグに隣接配置したプラグ内のセルロースアセテートトウ繊維に加えて作られた。 プラグの長さは９ｍｍであった。 過剰の液体は、プラグから除去され、プラグは、対流式オーブン中で２４時間にわたって室温で乾燥させた。 プラグの重量は、約３３ｍｇから３７ｍｇだけ増加した。 処理したプラグは、同じシガレットに再挿入された。

モデル２のシガレットは、フィルタ内で１８０ｍｇの活性炭から下流側に５０ｍｇの重炭酸ナトリウム粉末を組み込むことによって作られた。
１Ｒ４Ｆシガレット、基準シガレット、及びモデル１及び２シガレットが標準のＦＴＣ条件下で試験された。 モデル１及び２シガレットのＲＴＤ及び希釈率に関して有意な変化は観察されなかった。 表１は、ある一定のタバコ成分の４番目の吸煙に対する試験結果を示している。 基準シガレットの平均送出値は、１Ｒ４Ｆシガレット全送出量の百分率である。 例えば、基準シガレットは、１Ｒ４Ｆシガレットの４２．６％の１、２プロパジエン送出量をもたらした。 表１に示すように、重炭酸ナトリウム粉末を含有するモデル２シガレットは、基準シガレットに関して選択された成分に対していかなる有意な変化も生じなかった。 対照的に、重炭酸ナトリウム処理繊維を含有するモデル１シガレットの煙組成は、基準シガレットに対して有意に改良された。 特に、モデル１シガレットは、様々な煙成分、特に、硫化水素及び硫化カルボニルのような硫黄含有化合物を有意に低減した。 煙からそのような硫黄含有化合物を実質的に除去した結果、煙の主観的特性が改善されたと考えられる。

（表１）

本発明をその好ましい実施形態に関連して詳細に説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく様々な変更を行い、かつ均等物を使用することができることは当業者には明らかであろう。

重炭酸ナトリウム処理繊維と、活性炭と、任意的な香味料区画とを有するフィルタ要素を含むシガレットの好ましい実施形態を示す図である。

符号の説明

１０ シガレット １４ フィルタ １８ 活性炭 ２０ 重炭酸ナトリウム処理繊維 ２２ 香味料区画