(57)【要約】【課題】触媒にタールが付着しにくい（被毒しにくい）構造であるとともに、主流煙と触媒との有効接触時間が長くなるように工夫がなされた、タバコの喫煙時の主流煙を改質するための喫煙具を提供する。【解決手段】タバコの喫煙時の主流煙を改質するための喫煙具であって、両端が開口し、内部にタバコ煙流路を規定する筒状本体（１２）を備え、前記タバコ煙流路は、直径０．０１ｍｍ〜０．６５ｍｍの狭窄部（１３１）を有し、該狭窄部（１３１）に、煙成分に有効な改質材を配置したことを特徴とするタバコ喫煙具。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タバコの喫煙時の主流煙を改質するための喫煙具であって、両端が開口し、内部にタバコ煙流路を規定する筒状本体を備え、前記タバコ煙流路は、直径０．０１ｍｍ〜０．６５ｍｍの狭窄部を有し、該狭窄部に、煙成分に有効な改質材を配置したことを特徴とするタバコ喫煙具。
【請求項２】
マウスピースであることを特徴とする請求項１に記載のタバコ喫煙具。
【請求項３】
前記タバコ煙の入口にフィルターを具備していることを特徴とする請求項１または２に記載のタバコ喫煙具。
【請求項４】
前記改質材が酸化還元触媒であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のタバコ喫煙具。
【請求項５】
前記狭窄部を流れるタバコ煙流が２３００以上のレイノルズ数を示すことを特徴とする請求項１〜４に記載のタバコ喫煙具。
【請求項６】
前記タバコ煙流路を横断して少なくとも１つの板状体が設けられ、該板状体には、前記狭窄部を構成する少なくとも１つの貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のタバコ喫煙具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タバコ喫煙時の主流煙を改質するための喫煙具に係り、特に、タバコ主流煙中の一酸化炭素（ＣＯ）、酸化窒素類（ＮＯ、ＮＯｘ）を効果的に除去し得る喫煙具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、タバコ喫煙時のタバコ主流煙中の一酸化炭素（ＣＯ）、一酸化窒素類（ＮＯ、ＮＯｘ）の濃度を下げるため、タバコフィルターに酸化還元触媒を添加することが知られている（特許文献１、特許文献２等）。
【０００３】
酸化触媒を使ったシガレット付きフィルターとして、特許文献３にはゼオライトや活性炭等の細粒を基体にして白金を被覆した喫煙用品用フィルターも開示されているが、特許文献４に開示されているように各種金属を多孔質体に被覆して使用する方法が一般的である。このような金属触媒をタバコのフィルターやタバコ刻みに各種手法で添加して、喫煙時に発生した一酸化炭素（ＣＯ）、酸化窒素類（ＮＯ、ＮＯｘ）を酸化還元反応により除去しようとしている。
【０００４】
ゼオライトや活性炭等の細粒を基体にして触媒を被覆した添加剤を通常のシガレット用フィルターに適用する方法としては、フィルター内部を一部空洞にして添加剤を充填する方法、またはこの添加剤をフィルター繊維にまぶして適用する方法、さらには、接着剤を用いてフィルターの特定位置に固定する方法が知られている。さらに、特許文献５には、フィルター開孔位置を特定してシガレットに付設されたフィルター内の主流煙速度を下げて、触媒の作用効果を上げることが開示されている。
【特許文献１】特開昭５４−２２２７６号公報
【特許文献２】特開昭５６−１５６８３号公報
【特許文献３】特開平７−２５０６６６号公報
【特許文献４】特開平１１−２３５１６９号公報
【特許文献５】特開２０００−２１００６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、喫煙時の主流煙は喫煙者の口腔に入るまでシガレット用フィルター内部で最も抵抗の低い部分を煙が流れようとするため、その最も抵抗の低い部分に触媒が存在していないと触媒効果が得られにくいこと、さらに通常はフィルターでは主流煙中のタールがろ過されるが、そのタールによって触媒表面が覆われて触媒作用が激減（被毒）することもある。また、触媒活性炭やシリカゲルに被覆してフィルター内のタバコ主流煙と接触しやすい特定の位置（フィルター内部で最も抵抗の低い部分）に固定化する方法では、固定化剤である接着剤によって触媒の有効比表面積が減少する。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、触媒にタールが付着しにくい（被毒しにくい）構造であるとともに、主流煙と触媒との有効接触時間が長くなるように工夫がなされた、タバコの喫煙時の主流煙を改質するための喫煙具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、タバコの喫煙時の主流煙を改質するための喫煙具であって、両端が開口し、内部にタバコ煙流路を規定する筒状本体を備え、前記タバコ煙流路は、直径０．０１ｍｍ〜０．６５ｍｍの狭窄部を有し、該狭窄部に、煙成分に有効な改質材を配置したことを特徴とするタバコ喫煙具が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る喫煙具は、タバコフィルターと一体化した場合においても、またキセルやタバコパイプとして用いた場合でも、喫煙時の主流煙を効果的に改質することができる。本発明に係る喫煙具は、特に、主流煙中の一酸化炭素（ＣＯ）、酸化窒素類（ＮＯ、ＮＯｘ）の除去に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明者らは上記課題を解決しようとして、煙の流体解析を行った。
【００１０】
タバコの主流煙は、エタバコアロゾルとはいえ、空気とほぼ同じ密度であり、粘性については、煙の状態にもよるが、高い温度では空気と大きな差がない。
【００１１】
流体の流れは、流動機構の差異によって層流域と乱流域に分けられる。流れが乱流か層流かは、レイノルズ数という無次元数によって決まる。レイノルズ数が２３００以下ならば、層流、レイノルズ数が３０００〜４０００以上ならば乱流になるということが経験則で知られている。
【００１２】
管を流れる気体のレイノルズ数は、以下の式（式１）で求められる。
【００１３】
式１：  レイノルズ数（Ｒｅ）＝管径（Ｄ）×平均速度（ｕ）×気体の密度（ρ）／気体の粘度（μ）。
【００１４】
流量は、１７．５ｍＬ／秒（タバコのＩＳＯ法による標準喫煙状態）であり、円管として計算すれば管を流れる気体の流速ｕは以下の式（式２）で求められる。
【００１５】
式２：  ｕ＝１７．５×１０-6×４／π×Ｄ2（ｍ／ｓ）
ここで、気体（タバコの主流煙）の粘度（μ）として、１．８０（Ｐａ・ｓ・ｋｇ／ｍ・ｓ）（常温の空気）を、気体の密度（ρ）として、１．２０（ｋｇ／ｍ3）を式１に代入し、レイノルズ数（Ｒｅ）を２３００以上とするための管径（Ｄ）を求めると、０．６５ｍｍ以下となる。
【００１６】
ここで、諸条件の変動を考慮して（Ｒｅ）を３０００以上とするには、管径（Ｄ）は０．５ｍｍ以下とする必要がある。
【００１７】
乱流状態では、気体は方向に規則性がなくなることから、気体をタバコの主流煙、管の内壁を触媒とすれば、層流状態よりもはるかに主流煙と触媒との有効接触時間が長くなる。
【００１８】
ＩＳＯ法による標準喫煙状態は、測定される１７．５ｍＬ／秒で喫煙者の口腔に主流煙が入るので、式１で計算すると管径が０．６５ｍｍ以下であれば、その細管を流れる主流煙は層流にはならない。さらに管径が０．５ｍｍ以下ならば、その細管を流れる主流煙はほぼ確実に乱流となる。管径は０．０１ｍｍ未満ではタール等による目詰まりが起こりやすく、０．１ｍｍ以上が好ましい。
【００１９】
従って、タバコ煙の入口および出口を有し、内部にタバコ煙流路を規定する筒状本体に、直径０．０１ｍｍ〜０．６５ｍｍの狭窄部を設け、この狭窄部に酸化還元触媒等のタバコ煙成分に有効な改質材を配置して、主流煙を流せば効率のよい主流煙改質構造となる。かかる狭窄部では、基本的にタールの沈着が起きにくいので、その狭窄部に配置された触媒の被毒が起きにくい。
【００２０】
さらに、主流煙中のタールが触媒に沈着（被毒）して触媒能が低下することを防止するために、喫煙具の触媒の上流域にフィルターを設けると、タールが事前にろ過されて被毒しにくくなる。
【００２１】
つまり、流体の流れる管を絞る（狭窄部を設ける）と圧力が増し、それにより流速も増す。本発明では、このオリフィス効果の原理を利用する。すなわち、太い管から細い管を経て流れる気体（タバコ主流煙）の流量を一定（１７．５ｍＬ／秒）にして気体を流すならば、気体の平均速度（線速度）は、管の断面積に反比例して上昇する（ベルヌーイの定理）。このような高圧状態では、タバコ主流煙中のタール成分は管に付着しにくいことになる。そして該細管（狭窄部）の出口にタールが沈着する。これは該細管（狭窄部）で増加された圧力が該細管（狭窄部）の出口で該タバコ主流煙の圧力が急に下がることによるためであろう。
【００２２】
実際に口腔に入る前の主流煙をこのような狭窄部を有する構造の喫煙具に通過させるとタールは改質材が配置された該狭窄部内にはほとんど沈着せずに、該狭窄部の出口にタールが沈着する。
【００２３】
本発明の改質材として触媒を用いる場合は、無機触媒として、ＣＯ、ＮＯｘ、ＣＮ等を酸化（分解）・除去でするものとして知られている銅アルミナイド、酸化銅、塩化第一銅、酸化鉄、酸化亜鉛、コバルト・アルミン酸塩、パラジウム化合物、モリブデン酸アンモニウム、白金、硝酸銀、金、ルテニウム、ロジウム、二酸化マンガン、チタン酸系化合物、鉄とジチオール含有リガンド等が使用できる。
【００２４】
本発明の改質材として酸化酵素（助剤）を用いる場合はラジカルやＣＯ等を除去ものとして知られている、グルタチオンペルオキシダーゼ、チロシナーゼ、ペルオキシダーゼ、スーパーオキシドジスムターゼ、カタラーゼ、エンザイム・カタラーゼ、グルタチオン、セレニウム、システイン、Ｎ−アセチルシステイン、メスナ、アスコルベート、Ｌ−グルタチオン、Ｌ−セレノメチオニン、Ｌ−セレノシステイン、タカラーゼが有効である。
【００２５】
本発明の改質材に酸化剤を用いる場合は、ラジカルやＣＯ、有害な過酸化水素の除去材として知られている過酸化カルシウム、セリウム、過炭酸ナトリウム、過ホウ酸ナトリウム、過炭酸塩、過ホウ酸塩、過硫酸塩、安息香酸が使用できる。
【００２６】
また酸化防止剤としてラジカルやＣＯ等を除去するものとして知られているメルカプタン類、チオエーテル、ＢＨＴ、ＢＨＡ、エルソルビン酸塩、アスコルビン酸、トコフェロール、ビタミンＥ（ｄ−アルファ・トコフェリル酸コハク酸エステル）、ポリフェノール類、エビガロカテキンガレード、リグニン、プロアントシアニジン類、プロポリス（フラボノイドとして）、ポリフェノール類没食子、油酸化防止剤、Ｌ−アスコルビン酸ステアリン酸エステル等を用いてもよい。
【００２７】
本発明の喫煙具はマウスピースであるタバコパイプやキセルのような形態でもよいし、フィルター付きシガレットのフィルターと一体化させてもよい。
【００２８】
タバコ煙流路の狭窄部に配置されたタバコ煙成分の改質に有効な改質材は、酸化還元触媒が望ましいが、この改質材の上流域（タバコ燃焼部方向）にフィルターを設けると、上にも述べたように、触媒の被毒等が減少して好ましい。
【００２９】
煙改質材が配置されたタバコ煙流路の狭窄部を流れるタバコ煙流のレイノルズ数は２３００以上が好ましく、３０００以上がより好ましい。
【００３０】
タバコ煙流路の狭窄部は、板状体に設けられた直径０．０１ｍｍ〜０．６５ｍｍの貫通孔（オリフィス板）、ノズル、ベンチュリー管、スパイラル管で構成することができる。
【００３１】
以下、図面を参照して、本発明の喫煙具をより具体的に説明する。全図にわたり、同様または類似の要素には、同じ符号が付されている。
【００３２】
図１は、本発明の一態様に係る喫煙具を示す。この喫煙具は、喫煙パイプ１０として構成されている。図１（Ａ）に示すように、喫煙パイプ１０は、両端が開口する円筒体１２を備え、第１の開口部１２１からシガレット（図示せず）の端部が挿入される。円筒体１２は、タバコ煙の下流端部は、吸口部１２２を構成するように漸次縮径している。円筒体１２の内部には、それぞれ中心から離間した位置に貫通孔１３１を有する複数（図１（Ａ）では、４つ）の円板体１３が円筒体内に規定されるタバコ煙流路を横断するように互いに離間して設けられている。円板体１３の平面を示す図１（Ｂ）をも参照すると、貫通孔１３１は、本発明に従い、０．０１ｍｍ〜０．６５ｍｍの直径を有し、タバコ煙流路内に狭窄部を構成し、その内壁に煙成分に有効な改質材（図示せず）が配置されている。複数の円板１３は、透孔１３１が順次上部、下部に位置するように配置されている。
【００３３】
図２は、本発明の別の態様に係る喫煙パイプ２０を示す。図２（Ａ）に示すように、この喫煙パイプ２０では、円筒体１２の内部を横断するように２種類の円板体２１および２２が交互に離間して設けられている。円板体２１は、その平面を示す図２（Ｂ）に示すように、円板２１１の中央部に貫通孔を有し、この貫通孔にメッシュ２１２が形成されている。メッシュの直径（貫通孔の内径）は、この部分で狭窄部を構成するように、０．０１ｍｍ〜０．６５ｍｍであり、メッシュ２１２に煙成分に有効な改質材（図示せず）が配置されている。円板体２２は、その平面を示す図２（Ｃ）に示すように、中央部にタバコ煙の流通を阻止する小円板２２が設けられたメッシュ体２２１からなる。タバコ煙は、メッシュ体２１１を通過する。
【００３４】
図３は、本発明のさらに他の態様に係る喫煙パイプ３０を示す。この喫煙パイプ３０は、円筒体１２の内部に螺旋溝３１１を設けた円柱体３１が設けられている。円柱体３１の外周は、円筒体の内壁に当接している。螺旋溝３１１と円筒体１２の内壁により、タバコ煙の狭窄流路が規定され、この狭窄流路の断面の円相当径は、０．０１ｍｍ〜０．６５ｍｍである。
【００３５】
なお、図３の構成の喫煙パイプにおいて、円筒体１２の内壁に螺旋溝３１１と同様の螺旋溝を設け、溝のない円柱体を円筒体１２内に配置することによっても同様の狭窄流路を構成することができる。
【００３６】
図４および図５は、複雑な迷路状のタバコ煙流路を示す。各図中、タバコ煙の流れを矢印で示す。
【００３７】
なお、上にも述べたように、図を参照して説明した喫煙パイプは、最上流側の狭窄部の上流がわにタバコ煙フィルターを設けることができる。また、図を参照して説明した喫煙パイプと同様の構成をタバコフィルタとして構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の喫煙具の１つの態様を示す図。
【図２】本発明の喫煙具の他の態様を示す図。
【図３】本発明の喫煙具の他の態様を示す図。
【図４】タバコ煙流路の構成を示す図。
【図５】タバコ煙流路の構成を示す図。
【符号の説明】
【００３９】
１２…円筒体
１３，２１，２２…円板体
１３１…狭窄部を構成する貫通孔
２１２…メッシュ
２２１…メッシュ体
２２２…小円板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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