JP5876220B2 - 喫煙物品の発火性特性を低減するための巻紙上の処理領域 - Google Patents

Description

関連出願
本出願は、２００８年２月２２日出願の米国仮特許出願番号第６１／０３０，７４０号に基づき、その優先権を主張する。

たばこ産業には、喫煙物品の発火性、すなわち喫煙物品が、点火された喫煙物品と接触する面に着火する性質を低減させる巻紙を有するシガレットを生産するという継続的な問題がある。シガレットの燃焼に起因する炎が可燃物に接触するという報告がなされている。業界では、シガレットまたは他の喫煙物品が家具、寝具等に接触したときに、表面及びそれらに用いられている材料に着火する傾向を低減させることへの当然の関心がある。

このように、喫煙物品、特にシガレットの望ましい特徴は、落下又は可燃物上で自由燃焼状態で放置されたときに自己消火しようとすることである。

たばこ業界では、シガレット巻紙が、シガレットの燻り特性に著しい影響を与える可能性があることが長年にわたり認識されてきた。これに関して、当技術分野では、シガレット巻紙を改質又は改変して、シガレットが自己消火するという所望の傾向を達成するための、すなわち言い換えれば、シガレットの発火性特性を低減させるためのさまざまな試みがなされてきた。

従来技術は、紙の通気性を低減させて燃焼率を制御するようなシガレット紙のためのフィルム形成手法の出願を説明している。これらの材料が、シガレットの長さに沿って離散した領域に適用されている場合、シガレットは、支持体に着火する傾向が低減されたことを示し、自己消火しようとすることが示されている。

Petersonの米国特許第５，８７８，７５３号、Hotalingらの米国特許第５，８２０，９９８号、Krakerの米国特許第６，７７９，５３０号及びPetersonの米国特許第６，７２５，８６７号は、参照により本明細書に組み入れられ、たとえば、喫煙物品の巻紙がフィルム形成手法で処理されて、発火性を低減していることを説明している。Petersonの米国特許第５，８７８，７５４号は、やはり参照により本明細書に組み入れられ、喫煙物品の巻紙が、非水性溶液に溶解している溶剤可溶性ポリマーによる非水性手法で処理されて、発火性を低減していることを説明している。

当技術分野では数多くの改善がなされてきたが、依然として、低減された発火性性質を有する喫煙物品を生産するための改善された方法に対する要望がある。たとえば、製造業者が抱えてきた１つの課題は、均一な性質を有する離散した領域を作り出す能力である。これに関して現在、各巻紙上の処理領域と巻紙から巻紙までの処理領域とが、その性質及び特性において実質的に変わらない、巻紙上に処理領域を形成するためのプロセスに対する要望が存在する。処理領域の性質を制御することが可能であるプロセスは、より予測可能な燃焼特性を有する喫煙物品の形成につながる。

本開示は概して、低減された発火性を有する喫煙物品のための巻紙、及び巻紙を作り出すためのプロセスに向けられる。

たとえば、１つの実施形態では、巻紙は、セルロース系繊維及びフィラー粒子で作ることができる。セルロース系繊維は、たとえば亜麻繊維、針葉樹繊維、及びそれらの混合物を含んでもよい。一方、フィラー粒子は、任意の好適なフィラー粒子、たとえば炭酸カルシウム又は金属酸化物、たとえば酸化マグネシウム及び／又は酸化チタンを含むことができる。フィラー粒子は、約１０重量％〜約５０重量％、たとえば約２０重量％〜約４０重量％の量で巻紙中に存在していてもよい。

巻紙は、第１の面及び第２の対向面を含む。本開示によれば、巻紙は、フィラー粒子が巻紙の厚さ全体にわたって濃度勾配を形成するように形成される。具体的には、第２の面に存在するフィラー粒子の濃度と比較して、より高い濃度のフィラー粒子が第１の面に存在する。たとえば、１つの実施態様では、約６５重量％を上回る、たとえば約７５重量％を上回る、たとえば約８０％重量％を上回るフィラー粒子が、巻紙中央部と第１の面との間の巻紙に含有されている。このように、第１の面は第２の面よりも概してより平滑である。たとえば、第１の面は、約６００を下回る、たとえば５５０を下回る、たとえば５００を下回る、たとえば４５０を下回る、たとえば４００を下回る、たとえば３５０を下回る、たとえば３００を下回る、たとえば２５０を下回る、たとえば２００を下回るシェフィールド平滑度を有することができる。

巻紙の第１の面上には、少なくとも１つの処理領域が配置される。処理領域は、巻紙を組み込んでいる喫煙物品の発火性特性を低減させる発火低減配合物を含む。発火低減配合物は、たとえばフィルム形成材料、たとえばアルギン酸、グアーガム、ペクチン、ポリビニルアルコール、セルロース誘導体、でんぷん、でんぷん誘導体、又はそれらの混合物を含有することができる。

より高い濃度のフィラー粒子を有する巻紙の表面上に、処理領域を形成することによって、さまざまな利益及び利点が得られるであろう。たとえば、フィラー粒子の存在は、特に印刷プロセスの間に、発火低減配合物を受けるためにより良好な面を提供する、より平滑な表面を作り出すことができる。結果として、処理領域は、より均一な性質を有するように形成される。たとえば、処理領域は、約２７％を下回る、たとえば約２５％を下回る、たとえば約２３％を下回る、たとえばさらに約２０％を下回る多孔度変動係数を有していてもよい。

また、処理領域は、比較的高い平均多孔度を有することができる。たとえば、バンド内の多孔度は、約１６コレスタを上回り、たとえば約２０コレスタを上回り、たとえば約２４コレスタを上回ることができる。

さらに、いくつかの用途では、本開示に従って作られた巻紙を組み込んでいる喫煙物品は、低減された一酸化炭素排出量を有することが予想外に発見された。たとえば、１つの実施態様では、本開示に従って作られた喫煙物品は、約１５．５ｍｇを下回る、たとえば約１５ｍｇを下回る、たとえば約１４ｍｇを下回る一酸化炭素排出量を有する場合がある。

巻紙上に形成された処理領域は、約５ｃｍ^−１を下回る、たとえば約３ｃｍ^−１を下回る燃焼モード指数（Burn Mode Index）を有することができる。巻紙を組み込んでいる喫煙物品は、少なくとも約７５％、たとえば少なくとも約９０％のＡＳＴＭ試験番号Ｅ２１８７−０４パスレーティングを有することができる。また、喫煙物品は、約５０％を下回る、たとえば約２５％を下回る「自由空気自己消火」（free air self-extinguish: ＦＡＳＥ）レーティングを有することができる。

また、本開示は、喫煙物品のための巻紙を形成するためのプロセスに向けられる。本プロセスは、セルロース繊維及びフィラー粒子の水性懸濁液からペーパーウェブを形成する工程を含む。水性懸濁液は、少なくとも１つの有孔面上に被着し、フィラー粒子がペーパーウェブの厚さ全体にわたって濃度勾配を形成するような方法で排水される。たとえば、ペーパーウェブは、第１の面及び第２の面を含むことができる。ウェブの形成中、第２の面は有孔面に面する可能性がある。排水後、第１の面には、第２の面のフィラー粒子濃度と比較して、より高い濃度のフィラー粒子が存在する場合がある。所望であれば、排水は吸水力下で生じることができ、これはさらに、フィラー粒子の濃度勾配の形成を支援する場合がある。

いったんペーパーウェブが形成されると、ウェブを乾燥させることができ、ペーパーウェブ上の離散した領域に発火低減配合物を適用することができる。ウェブは、たとえば１以上の加熱ドラム上を通過させることによって乾燥させることができる。発火低減配合物は、任意の好適な技法、たとえば印刷又は噴霧を用いて、巻紙に適用することができる。本配合物は、巻紙上に印刷される場合、フレキソ印刷機又はグラビア印刷機を用いて適用することができる。

本開示の他の特徴及び態様は、以下により詳細に述べられる。

本開示に従って作られた喫煙物品の斜視図である。 図１に図示された喫煙物品の分解図である。 本開示のペーパーウェブを製造するためのプロセスの一実施形態の側面図である。 本開示のペーパーウェブを処理するためのシステムである。

本開示の、当業者にとってのその最良の形態を含む完全かつ有効な開示は、添付の図面の参照を含む、本明細書の残りの部分でより詳細に記述される。

本明細書及び図面中で繰り返し用いられる参照番号は、本発明の同じ又は類似の特徴又はエレメントを表すことが意図されている。

ここで、本発明の実施形態についてより詳細に述べ、その１以上の例が以下に記述される。各例は、本発明の限定ではなく、本発明の説明を目的として提供される。実際、当業者においては、本発明の範囲及び本質から逸脱することなく、本発明においてさまざまな改変及び変形を作ることができる。たとえば、１つの実施形態の一部として図示又は説明された特徴を別の実施形態に用いて、よりさらなる実施形態を生み出すことができる。このように、本発明は、そのような改変及び変形を対象に含むことが意図される。

本発明の説明を目的として、シガレットに関する本発明の実施形態及び原理が述べられる。しかし、これは本発明の説明のみを目的とし、本発明をシガレットのみに限定することを意向していない。あらゆる種類の喫煙物品が、本発明の範囲及び本質の範囲内である。

本開示は、改善された発火性制御特性を有する喫煙物品及び喫煙物品のための巻紙に関する。「発火性」とは、燃焼しているシガレットが可燃性物質上に落下あるいは放置された場合に、喫煙物品又はシガレットが可燃性物質を発火させる傾向の程度である。シガレットの発火性のための試験は、ＮＩＳＴ(National Institute of Standards and Technology:国立標準技術研究所）によって確立され、一般的に「モックアップ発火試験」と呼ばれる。この試験は、燻っているシガレットを可燃性試験布の上に置き、シガレットが試験布を発火させるか、布の標準炭化ラインを超えて試験布を燃焼させるか、布を発火させることなくその全長を燃焼させるか、又は試験布を発火させるか又はその全長を燃焼させる前に自己消火する傾向を記録することを含む。

発火性に関する別の試験は、「シガレット消火試験」と呼ばれる。シガレット消火試験は、ＡＳＴＭ試験番号第Ｅ２１８７−０４であり、１０層のフィルタ紙を用いる。シガレット消火試験では、点火されたシガレットが１０層のフィルタ紙の上に置かれる。シガレットが自己消火した場合、シガレットは試験に合格である。しかし、シガレットがフィルタ上で端までずっと燃焼した場合、シガレットは不合格である。本発明に従って作られた喫煙物品は、これらの試験の１つ又は両方に合格するように設計することができる。

さらに上記試験に加えて、通常は、低減された発火性シガレットを有する喫煙物品は、「自由大気自己消火」（ＦＡＳＥ）に関して試験される。自由空気消火試験の間、喫煙物品は、煙が吹き出されたり、隣接面上に置かれたりすることなく、自由大気中（ピンによって保持されている換気フード内）で燃焼することが可能になる。大部分の用途では、喫煙物品がモックアップ発火試験又はシガレット消火試験に合格する一方で、自由大気中で燃焼したままにされたときに自己消火しないことが好ましい。このように、低ＦＡＳＥ率が望ましい。特に有利には、本発明の原理に従って構成された喫煙物品は、隣接面上に置かれたときに自己消火するが、それでも比較的低ＦＡＳＥ率を有するように構成されてもよい。

過去には、本発明の被譲渡人は、低減された発火性特性を有する喫煙物品に向けられたさまざまな特許を取得している。たとえば、米国特許第６，７７９，５３０号及び第６，７２５，８６７号には、巻紙上に処理された離散領域を形成するフィルム形成配合物で処理される巻紙が開示されており、これらは両方とも参照により本明細書に組み入れられる。

５３０特許及び８６７特許の両方ともに、１つの実施形態で円周横方向帯として適用されているフィルム形成配合物が説明されている。帯は、シガレット巻紙上で、シガレットの長さに沿って互いに間隔を空けられている。両特許は、巻紙の外面又は巻紙の内面にフィルム形成配合物を適用して、処理領域がたばこフィラーに隣接するようにすることを述べている。

しかし、大部分の商業用途では、処理領域は、巻紙の内面に適用されている。帯は内面に適用されてその可視性が低減されている。しかし、本発明は、処理領域が、下記により詳細に説明されるような喫煙物品の外面を形成する巻紙の側面に適用された場合、さまざまな利益及び利点を得ることができることを発見した。

また、本開示は、発火低減配合物、たとえばフィルム形成配合物を受けるために特によく適した巻紙の構成に向けられる。特に、巻紙は、１以上のフィラーと組み合わせたセルロース系繊維を含有する。本開示によれば、フィラーは巻紙に組み込まれて、フィラー粒子が巻紙の厚さ全体にわたって濃度勾配を形成する。このように、第１の面で、反対面でのフィラー粒子とは対照的なより高い濃度のフィラー粒子を有する巻紙が形成される。第１の面で比較的高い濃度のフィラー粒子を有することによって、第１の面は反対面よりも全体として平滑であるため、巻紙上に処理領域を形成するための発火低減配合物を受けるのにより良好に適する。

たとえば、本発明者は、比較的高い濃度のフィラー粒子を有する巻紙面に発火低減配合物を適用することにより、巻紙上の処理領域の特性及び性質がより良好に制御できることを発見した。さらに、各処理領域内でより均一な性質を得ることができ、より均一な性質は、各処理領域で得ることができる。処理領域の均一性を改善することによって、巻紙を組み込んだ喫煙物品は、低減された発火性及び自由大気自己消火試験のときに、より予測可能な結果を呈する。

たとえば、本開示によって作られた処理領域は、改善された多孔度変動係数を示す。特に、本開示によって作られた処理領域は、約３０％を下回る、たとえば約２７％を下回る、たとえば約２５％を下回る、たとえば約２３％を下回る、そして１つの実施形態では約２１％をも下回る多孔度変動係数を有することができる。

本開示に適用された処理領域は、巻紙の内面に適用することができ、処理領域は、喫煙物品内に包含されたたばこフィラーに面する。これに代えて、処理領域を巻紙上に形成して、喫煙物品の外面上に配置されるようにすることができる。実際、上述のように、処理領域が外面に適用された場合、他のさまざまな利益及び利点を得ることができる。

たとえば、数多くの発火低減配合物、たとえばアルギン酸を含むフィルム形成材料は、高温で熱劣化する。しかし、処理領域が喫煙物品の外面上に配置される場合、処理領域は、処理領域が喫煙物品の内面に位置付けられる場合よりも低温に曝される。高温に曝された場合、発火低減配合物は、より早く熱劣化し、効率が劣化する傾向を有する場合がある。しかし、喫煙物品の外面上に処理領域を位置付けることによって、処理領域はより低温に曝される場合があり、このため、喫煙物品が隣接面上に放置された場合により高い自己消火効率を有する場合がある。たとえば、巻紙の内面と巻紙の外面との間の温度差は、喫煙物品が燃焼するときは１５０Ｆ°を超える可能性があると考えられる。

本発明者はさらに、巻紙の外面上での処理領域の位置付けが、主流煙中のより低い一酸化炭素レベルにつながることを予想外に発見した。周知ではないが、処理領域が巻紙の内面に適用されるのではなく巻紙の外面上に適用された場合、巻紙を通した気体拡散率が増加すると考えられる。より高い拡散率を有することによって、喫煙物品が吹かされたとき、吸い込まれる代わりに、巻紙を通してより大量の一酸化炭素を逃がすことができる。

たとえば、本開示に従って作られたシガレットは、主流煙中で約１５．５ｍｇを下回る、たとえば１５ｍｇを下回る、たとえば１４．５ｍｇを下回る、たとえば１４ｍｇをも下回る一酸化炭素排出量を有することができる。言い換えれば、巻紙の外面に発火低減配合物を適用することによって、一酸化炭素排出量を、発火低減配合物を巻紙の内面に適用したときと比較して約５％を上回って、たとえば約１０％を上回って減少させることができる。

一般的に、本開示に従って作られた巻紙は、フィラー粒子と組み合わせたセルロース系繊維を含有する。セルロース系繊維は、たとえば亜麻繊維、針葉樹繊維、広葉樹線維及びそれらの混合物を含むことができる。ペーパーウェブの性質を所望のように変化させるために、セルロース系繊維のさまざまな混合物を用いることができ、繊維が精製される範囲もまた変化させることができる。

ペーパーウェブに組み込まれたフィラー粒子は、特定の用途に依存して変化させることができる。一般に、任意の好適なフィラーを用いてもよい。フィラーは、たとえば炭酸カルシウム又は金属酸化物粒子にすることができる。好適な金属酸化物粒子は、酸化マグネシウム粒子又は酸化チタン粒子を含む。ペーパーウェブに加えられた総フィラー使用量は、約１０重量％〜約５０重量％、たとえば約２０重量％〜約４０重量％にすることができる。

巻紙の厚さ全体にわたってフィラー粒子の濃度勾配を形成するために、任意の好適な技法又はプロセスを用いてもよい。１つの実施形態では、たとえば巻紙は、ウェットレイド製紙プロセスで形成することができる。巻紙の形成中に、巻紙は、所望のフィラー粒子濃度勾配を形成させるさまざまな力を受ける可能性がある。

たとえば、図３を参照すると、本開示に従って用いられてもよい製紙システムの１つの代表的な実施形態が示される。図示されるように、製紙システムは、セルロース系繊維及びフィラー粒子の希釈した水性懸濁液を受けるように構成されたヘッドボックス３０を含む。ヘッドボックス３０は、第１の有孔面３２と第２の有孔面３４との間に、水性懸濁液を注入するように構成される。示されるように、第１の有孔面３２及び第２の有孔面３４は、エンドレス走行コンベアを含んでもよい。コンベアは、布、フェルト、又はそれらの混合物を含んでもよい。

有孔面２６は、複数のロール３６によって支持されて駆動される。一方、有孔面３４は、複数のロール３８によって支持されて駆動される。有孔面３４に関連して有孔面３２が駆動される速度は、特定の用途に依存することができる。１つの実施形態では、たとえば第１の有孔面３２の速度は、第２の有孔面３４の速度とほぼ同じにすることができる。

有孔面３２及び３４は、上述のように、任意の好適な多孔質材料、たとえば布及び／又はフェルトから作ることができる。布から構成される場合、布は金属線又はポリマーフィラメントを含むことができる。一方、フェルトは、一般的に不織基材層を含む。１つの実施形態では、たとえば有孔面３４は、ペーパーウェブを形成するために比較的平滑な面を提供するフェルトを含んでもよい。

図３に示されるように、いったん繊維及びフィラー粒子の水性懸濁液が第１の有孔面３２と第２の有孔面３４との間に注入されると、水性懸濁液は形成ロール４０の周囲に伝わる。形成ロール４０は任意であるが、存在する場合には、水性懸濁液から水を排水することを可能にする排水ロールを含む。１つの実施形態では、形成ロール４０は、ペーパーウェブ１４を形成するための吸引力を与えるバキュームロールを含むことができる。

形成ロール４０の後、第１の有孔面３２は、第２の有孔面３４から分離して分かれる。ペーパーウェブ１４はさらに、単独で有孔面３４上の下流に運ばれる。図３に示されるように、有孔面３４上にある間、ペーパーウェブ１４は、１以上のバキューム装置４２に隣接して置かれる。たとえば、図に示されるように、製紙システムは、３つのバキューム装置を含む。しかし、それ以上又はそれ以下のバキューム装置を含んでもよいことが理解されるべきである。

バキューム装置４２は、ペーパーウェブ１４に吸引力を与えて、さらに有孔面３４を通してウェブを排水する。本開示では、バキューム装置４２を形成ロール４０と併用して、フィラー粒子に、ペーパーウェブ１４内部の濃度勾配を形成させる。特に、水に加えて、有孔面３４に面しているペーパーウェブ１４の側面は、フィラー粒子が欠乏して精細になる。このように、有孔面３４に面するペーパーウェブ１４の面上には、より少量のフィラー粒子が存在する。一方、有孔面３４から離れて面するペーパーウェブ１４の面上には、より高い濃度のフィラー粒子が存在する。

ペーパーウェブ１４が排水された後、ペーパーウェブはさらに下流に運ばれて乾かされる。所望であれば、１以上の移送用布又はフェルト４４がプロセス内に存在してもよい。最終的に、ペーパーウェブ１４を乾燥している布４６と接触させて乾かす。ペーパーウェブは、いずれかの適切な工程に従って乾かすことができる。図３に図示された実施形態では、たとえばペーパーウェブ１４は、１以上の加熱ドラム４８と接触する。図３では、たとえば、３つの加熱ドラム４８が連続して示される。しかし、より多くの又はより少ない加熱ドラムを用いてもよいことが理解されるべきである。ドラムは、任意の好適なエネルギ源を用いて加熱することができる。たとえば、ドラムは、電気抵抗を通して、又はドラム内部に高温流体、たとえば蒸気を循環させることによって、加熱することができる。１以上の加熱ドラム４８は、実質的にペーパーウェブ１４を乾かす。

上述のように、図３に図示されたプロセスを通して、フィラー粒子の濃度勾配が，ペーパーウェブの厚さ全体にわたって形成される。たとえば、１つの実施形態では、巻紙の中心部と、有孔面３４から離れて面する巻紙の表面との間の巻紙には、約６５重量％よりも高いフィラー粒子が含有される。他の実施形態では、巻紙の中心部と、有孔面３４と接触していない面との間の巻紙には、約７０重量％よりも高い、たとえば約７５重量％よりも高いフィラー粒子が含有される。いったんペーパーウェブが形成されると、本開示に従って、発火低減配合物はその後、より大量のフィラー粒子を含有する巻紙の表面に与えられる。

特に有利には、より大量のフィラー粒子を含有するペーパーウェブの表面は、一般的に反対面よりも平滑である。たとえば、より高い濃度のフィラー粒子を含有する面は、反対面よりも少なくとも約２％平滑な、たとえば少なくとも約４％平滑な、たとえば少なくとも約６％平滑な、たとえば少なくとも約８％平滑な、たとえば少なくとも約１０％平滑なシェフィールド平滑度を有することができる。より平滑な面は、特に配合物がペーパー上に印刷される場合に、発火低減配合物を受けるようにより良好に適合される。最終的に、より平滑な面は、結果として処理領域のより均一な性質をもたらす。

本開示に従って作られた巻紙は、特定の用途に基づいて、所望のように任意の好適な通気性及び基本重量を有することができる。たとえば、巻紙の通気性は、一般的に約１０コレスタ単位〜約２００コレスタ単位にすることができる。いくつかの用途では、通気性は、約１５コレスタ単位〜約５５コレスタ単位の間にすることができる。しかし、本発明の１つの実施形態では、巻紙の初期通気性は比較的高い。たとえば、１つの実施形態では、巻紙の通気性は、約６０コレスタ単位〜約１１０コレスタ単位にすることができる。さまざまな実施形態では、たとえば巻紙の初期通気性は、約７０コレスタ単位を上回り、約８０コレスタ単位を上回り、約９０コレスタ単位を上回り、又は約１００コレスタ単位を上回ってもよい。

シガレット巻紙の基本重量は、普通は約１８ｇｓｍ〜約６０ｇｓｍの間であり、より詳細には約１５ｇｓｍ〜約４０ｇｓｍの間である。本発明の巻紙は、これらの範囲内のいずれかで作ることができる。

図３に示されるようなペーパーウェブ１４がいったん形成されると、発火低減配合物が、ウェブの一側に適用されてもよい。たとえば、１つの実施形態では、発火低減配合物は、ウェブを組み込んでいる喫煙物品の発火性特性を低減させるウェブの離散領域に適用することができる。

一般的に、ペーパーウェブ１４には、任意の好適な発火低減配合物を適用することができる。１つの実施形態では、たとえば発火低減配合物は、フィルム形成材料を含有する。たとえば、本発明に従って用いられることができるフィルム形成材料は、たとえばアルギン酸、グアーガム、ペクチン、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、エチルセルロース、メチルセルロース及びカルボキシメチルセルロース等のセルロース誘導体、でんぷん、でんぷん誘導体等を含有する。

１つの特定の実施形態では、フィルム形成材料はアルギン酸を含む場合がある。一般的に、アルギン酸は、褐藻類の海草内のカルシウム、ナトリウム、カリウム及びマグネシウム塩の不溶性混合物として生じる酸性多糖類又はガムの誘導体である。一般的に言えば、これらの誘導体は、さまざまな割合のＤ−マンヌロン酸及びＬ−グルロン酸からなる高分子量の多糖類のカルシウム、ナトリウム、カリウム及び／又はマグネシウム塩である。代表的な塩又は誘導体は、アルギン酸アンモニウム、アルギン酸カリウム、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸プロピレングリコール、及び／又はそれらの混合物を含む。

１つの実施形態では、比較的低い分子量のアルギン酸を用いてもよい。たとえば、アルギン酸は、２５℃で３重量％の水溶液中に含有される場合、約５００ｃＰを下回る粘度を有していてもよい。より詳細には、アルギン酸は、上記の条件で、２５０ｃＰを下回る、特に１００ｃＰを下回る、及び１つの実施形態では約２０〜６０ｃＰの粘度を有していてもよい。本明細書で用いられる粘度は、ブルックフィールドＬＶＦ粘度計によって決定される。用いられてもよい市販のアルギン酸は、ケルギン（ＫＥＬＧＩＮ）ＲＬ、マヌコール（ＭＡＮＵＣＯＬ）ＬＤ及びマヌコールＬＢを含み、これらは全て、ＦＭＣ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの一部であるＩＳＰ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能である。

上記の低粘度レベルでは、アルギン酸配合物は、より高い固形分であるが、それでもやはり従来の技法を用いた巻紙への配合物の適用を可能にするために十分に低い溶液粘度で形成することができる。たとえば、本発明に従って作られたアルギン酸溶液の固形分は、約６重量％を上回り、特に約１０重量％を上回り、より詳細には１０〜２０重量％を上回ることができる。

上記の固形レベルでは、本発明に従って用いられるアルギン酸配合物は、約２５０ｃＰを上回る、特に約５００ｃＰを上回る、より詳細には約８００ｃＰを上回る、及び１つの実施形態では、２５℃で約１，０００ｃＰを上回る濃度で、溶液濃度を有することができる。通常、アルギン酸フィルム形成配合物の溶液濃度は、配合物が紙に適用される方法に依存して調整することができる。たとえば、配合物の溶液濃度は、配合物が紙の上に噴霧されるか、又は紙の上に印刷されるか否かに依存して調整することができる。

他の実施形態では、用途に依存して、比較的高い分子量のアルギン酸を用いてもよいことが理解されるべきである。たとえば、アルギン酸は、２５℃で３重量％の水溶液中に含有される場合、約５００ｃＰを上回る粘度を有していてもよい。

１以上のフィルム形成材料に加えて、発火低減配合物は、所望であれば燃焼促進剤をさらに含有することができる。燃焼促進剤の例は、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、及びそれらの混合物を含む。１つの実施形態では、燃焼促進剤は、カルボン酸塩を含んでもよい。特定の例では、たとえば燃焼促進剤は、酢酸塩、クエン酸塩、リンゴ酸塩、乳酸塩、酒石酸塩、炭酸塩、蟻酸塩、プロピオン酸塩、グリコール酸塩、フマル酸塩、シュウ酸塩、マロン酸塩、コハク酸塩、硝酸塩、リン酸塩、及びそれらの混合物を含んでもよい。１つの特定の用途では、たとえば燃焼促進剤は、クエン酸カリウム、クエン酸ナトリウム、コハク酸カリウム、コハク酸ナトリウム、又はそれらの混合物を含んでもよい。

フィルム形成材料及び燃焼促進剤に加えて、巻紙に適用されるフィルム形成配合物は、他のさまざまな成分を含有することができる。

たとえば、１つの実施形態では、フィラーは配合物内に含有されることができる。フィラーは、たとえば炭酸カルシウム、塩化カルシウム、乳酸カルシウム、グルコン酸カルシウム等にすることができる。カルシウム配合物に加えて、酸化マグネシウム等のマグネシウム配合物、粘度粒子等の他のさまざまな粒子を用いてもよい。

さらに別の実施形態では、発火低減配合物内に燃焼遅延剤がさらに存在してもよい。好適な燃焼遅延剤は、たとえばリン酸アンモニウム、たとえばリン酸２アンモニウムを含んでもよい。米国特許第６，８３７，２４８号には他の燃焼遅延剤が記載され、これは参照により本明細書に組み入れられる。

１つの実施形態では、発火低減配合物は水性であることができる。特に、発火低減配合物は、水分散液又は水溶液を含んでもよい。これに代えて、巻紙は適用される前の発火低減配合物は、非水溶液又は非分散液を含んでもよい。本実施形態では、たとえば巻紙に配合物を適用するためのアルコールが存在していてもよい。

いったん発火低減配合物が配合されると、配合物を巻紙の離散した領域に適用することができる。巻紙に配合物を適用する方法は、多様にすることができる。たとえば、配合物は、巻紙上に噴霧するか、刷毛で塗るか又は印刷することができる。処理領域を形成するために、配合物はシングルパス又はマルチプルパス操作で適用することができる。たとえば、配合物を連続的な工程で巻紙に適用して、低減された発火性を有する紙の上に領域を形成することができる。一般的に、マルチプルパスプロセスの間に、処理領域は、約２〜約８パス間に配合物を適用することによって形成することができる。

発火低減配合物に加えて、巻紙は、他のさまざまな薬剤で処理することもできる。たとえば、１つの実施形態では、上述のような燃焼促進剤を、実質的に巻紙の全表面領域にわたって適用してもよい。燃焼促進剤は、巻紙に発火低減配合物が適用される前又はその後に適用されてもよい。たとえば、燃焼促進剤は、約０．３重量％〜約５重量％、たとえば約０．３重量％〜約２．５重量％の量で、巻紙の表面領域全体に非均一に適用されてもよい。

本発明の記載及び説明を支援するために、本発明の喫煙物品の一実施形態が図１及び２に全体的に図示される。改善された発火性特性を有する喫煙物品（シガレット）は、概して１０であり、巻紙１４内部にタバコカラム１２を含む。物品１０はフィルタ２６を含む場合がある。

ペーパーウェブ１４は、タバコカラム１２の周囲に巻きつけられたときに、外周面１６を画定する。外周面１６の離散領域１８は、発火低減配合物で処理される。処理領域１８は、巻紙１４の内面に配設することもできることが理解されるべきである。言いかえれば、巻紙１４は、タバコカラム１２の周囲に巻かれて、処理領域１８がタバコに隣接するようにする。

しかし、上述のように、処理領域が喫煙物品の外面上に配置された場合、さまざまな利点及び利益が得られる場合がある。たとえば、喫煙物品の外面に処理領域を適用することにより、主流煙中の一酸化炭素量を低減させることができることが見出された。さらに、発火低減配合物に依存して、配合物の外面への適用により、喫煙物品の発火性特性を低減させる配合物の有効性をより良好に保つことができる。たとえば、本発明は、処理領域が巻紙の外面上にある場合、喫煙物品が燃焼するにしたがって処理領域が低温に曝されることを見出した。処理領域が低温に曝されることにより、発火低減配合物の熱劣化を引き延ばすことができる。

たとえば、アルギン酸は、セルロースが燃焼する温度よりも約華氏７０度低い温度で熱劣化することが既知である。喫煙物品が燃焼すると、高温のコールが処理領域に接近して、アルギン酸が熱劣化し始め、これにより処理領域の有効性が低減される。一方、喫煙物品の外面上に発火低減配合物を置くことによって、処理領域が低減された温度に曝されて、処理領域がより長期間にわたって有効性を維持することが可能になり、その結果より良好に低減された発火性特性を提供することができる。

図１及び２に図示された実施形態では、処理領域１８は、円周横方向帯２４として画定される。帯２４は、シガレット１０の長さに沿って、長手方向に互いに間隔を空けられている。帯２４は、図２では仮想的に図示される。しかし、図１に示されるように、処理領域は、形成されたシガレットで基本的に見えない可能性があることが理解されるべきである。言いかえると、喫煙者は、あらゆる外的兆候から、巻紙１４が離散した領域１８で処理されていることを認識しないかもしれない。この点で、処理領域１８は、非処理領域２８と基本的に同じである平滑で一様なテクスチャを有することができる。

帯２４の幅及び間隔は、変数、たとえば巻紙１４の初期通気性、タバコカラム１２の密度等に依存する。帯２４は、好ましくは、酸素が、コールを消火するために十分な長さ又は期間にわたり、燃焼しているコールに限定されるような幅を有する。言いかえると、帯２４が狭すぎる場合、燃焼しているコールは、自己消化する前に帯２４を通って燃焼する。大部分の用途向けには、最小帯幅３ｍｍが望ましい。たとえば、帯幅は、約４ｍｍ〜約１０ｍｍにすることができる。

帯２４間の間隔は、変数の要因でもある。間隔は、コールがそれまでに処理領域１８を燃焼させる前に、基材を発火させるために十分な時間にわたってシガレットが燃焼するほどに広くするべきではない。また、帯２４間の間隔は、燃焼しているコールの熱慣性、又はコールが自己消化することなく処理帯２４を通して燃焼する能力に影響する。試験されたシガレットで、出願人は、５〜５０ｍｍの、特に約１０ｍｍ〜４０ｍｍの間隔を置いた帯が適切であることを見出した。しかし、帯間隔は、変数によって決定されるような任意の好適な幅にすることができることが理解されるべきである。大部分の用途向けに、喫煙物品は、上記の間隔を用いて、１〜約３個の帯を含むことができる。

処理領域１８の通気性は、巻紙の基本的な通気性、及び用いられる発火低減配合物のタイプを含むさまざまな要因に依存して変化させることができる。いくつかの用途では、喫煙者が、喫煙物品を吹かして前進するコールが処理領域を燃焼させたときに、味又は他の特性の違いを認識しないことを可能にする程度に高い処理領域の通気性を有することが望ましいことがある。特定の利点について、本プロセスによって処理領域の性質を正確に制御することができるため、処理領域の通気性を比較的高くすると同時に、喫煙物品に適当に低減された発火性性質を提供することができる。たとえば、処理領域は、約１５コレスタを上回る、たとえば約１８コレスタを上回る、たとえば約２０コレスタを上回る、たとえば約２４コレスタをも上回る通気性を有することができる。

低減された発火性性質を示すために用いることができる１つの方法は、燃焼モード指数（Ｂｕｒｎ Ｍｏｄｅ Ｉｎｄｅｘ）である。実際、巻紙の燃焼モード指数は、単に紙の通気性を測定することとは対照的に、紙の燃焼特性をより正確に示すことができる。燃焼モード指数を判定するための試験は、Ｈａｍｐｌの米国特許第４，７３９，７７５号に説明され、参照により本明細書に組み入れられる。

低減された発火性性質を表すために、処理領域１８の燃焼モード指数（ＢＭＩ）は、一般的に約８ｃｍ^−１を下回り、特に約５ｃｍ^−１を下回る可能性がある。たとえば、１つの実施形態では、処理領域１８の燃焼モード指数は、約１ｃｍ^−１〜約３ｃｍ^−１にすることができる。

紙に加えられる配合物量は、用いられる配合物のタイプ及び所望の結果を含むさまざまな要因に依存する。大部分の用途向けに、発火低減配合物は、帯が形成されて乾かされた後、帯区域内の紙の約１重量％〜約３０重量％、及び特に帯区域内の紙の約２重量％〜約２０重量％の量で、紙に加えることができる。いつもそうとは限らないが、通常、紙に適用された配合物量は、一般的に紙の通気性が増大するに従って増大する。たとえば、約３０コレスタ単位を下回る通気性を有する巻紙では、配合物は、約１重量％〜約１５重量％の量で紙に適用することができる。約６０コレスタ単位を上回る通気性を有する巻紙では、配合物は、約８重量％〜約３０重量％の量で紙に適用することができる。

上述のように、配合物は、紙の上に噴霧するか、刷毛で塗るか又は印刷することができる。一般に、本開示に任意の好適な印刷プロセスを用いることができる。出願人は、好適な印刷技法は、グラビア印刷又はフレキソ印刷を含むことを見出した。１つの実施形態では、図４に図示されるように、巻紙１４は供給ロール５０に巻かれておらず、それに関連する矢印によって示される方向に走行する。これに代えて、巻紙１４は、１以上の製紙プロセスによって形成され、最初に供給ロールで保存されることなくプロセスに移行されてもよい。

図４に示されるように、巻紙１４は、反Ｓ通路のＳロール機構５２の一部を通過する。巻紙１４は、Ｓロール機構５２からグラビア印刷機構５４に進む。グラビア印刷プロセスは、たとえばオフセットプリンタを用いることによる直接印刷プロセス又は非直接印刷プロセスであってもよい。図４は、非直接印刷プロセスを図示する。

グラビア印刷機構は、配合物タンク５６と、グラビアロール６４に配合物６２を適用するために用いられるドクターブレード５８とを含む。

グラビアロール６４は、各帯間に非浮き出し領域を有する、ロール幅にわたって平行な帯で整列した従来の連続セルパターン（たとえば四角系セルパターン）で浮き出し印刷されてもよい。各グラビアセルは少量の配合物を保持し、これがゴムアプリケータロール６６上に一定のパターンで放出される。巻紙１４は、ゴムアプリケータロールロール６６と、協働するバックアップロール６８との間の部分を通過する。配合物は、アプリケータロール６６から、巻紙１４の表面に移送され、これによってコーティング紙７０が形成される。グラビアロール６４及びアプリケータロール６８の速度は、同じか又は配合物の適用に影響を及ぼすようなわずかな分だけ相違するように制御されてもよい。いったん巻紙１４に配合物が適用されると、所望であれば巻紙を乾かすことができる。

たとえば、図４に示されるように、グラビア印刷機構５４を離れた後、ペーパーウェブ１４は乾燥作業７２を通過する。乾燥作業７２の間、処理された紙は、さまざまな装置及び方法を用いて乾かすことができる。たとえば、１つの実施形態では、乾燥作業７２は、ペーパーウェブ全体にわたって高温のガス、たとえば空気を送る乾燥装置を含む。空気の温度は、約華氏１００度〜約華氏６００度に及ぶことができる。代替の実施形態では、乾燥装置は蒸気缶にすることができる。グラビア印刷装置によって配合物で処理された後、ペーパーウェブは、配合物を乾かすために蒸気缶に接触させて置かれることができる。

紙を高温ガスの蒸気又は蒸気缶で乾かすことに加え、本発明の別の実施形態では、紙を赤外線に接触させることによって紙を乾かすことができる。たとえば、１つの実施形態では、紙を赤外線加熱ランプ下に通すことができる。

本発明のさらに別の代替の実施形態では、ペーパーウェブ１４は、乾燥作業７２中に単に空気乾燥させることができる。

図４に図示されたプロセスは、単に巻紙に配合物を適用するための１つの実施形態を表すものであることが理解されるべきである。たとえば、配合物をマルチパスプロセスで適用するために、より多くの印刷ステーションを任意の場所に含んでもよい。

本開示に従って作られた巻紙は、いったん喫煙物品に組み込まれると、物品の発火性特性を低減させるために大変適している。たとえば、本開示に従って作られた喫煙物品は、ＡＳＴＭ試験番号第Ｅ２１８７−０４（シガレット消火試験）の合格レーティングの、少なくとも約７５％、たとえば少なくとも約８０％、たとえば少なくとも約９０％、たとえば少なくとも約１００％もの合格レーティングを有することができる。加えて、そのような喫煙物品はまた、約５０％を下回る、たとえば約３０％を下回る、たとえば約２０％を下回る、たとえば約１０％をも下回る自由大気自己消化（ｆｒｅｅ ａｉｒ ｓｅｌｆ−ｅｘｔｉｎｇｕｉｓｈｍｅｎｔ：ＦＡＳＥ）レーティングを有することもできる。

本開示は、以下の実施例を参照してよりよく理解されるであろう。

実施例１
本開示の教示を実証するために、以下の試験が行われた。

フィラーと組み合わせてセルロース繊維を含有するさまざまな巻紙が作られた。本実施例では、フィラーには炭酸カルシウムが含まれていた。

巻紙の形成中、有孔面上に、セルロース繊維を含有する水性懸濁液及びフィラー粒子を付着させた。吸引を用いて、有孔面を通して水分が排水された。巻紙の厚さを通して、フィラー粒子が濃度勾配を形成した。特に、有孔面と接触していない巻紙面（以下、上面）上に、より高い濃度のフィラー粒子が存在した。巻紙の反対面、すなわち底面は、有孔面と接触して置かれ、より低い濃度のフィラー粒子を有していた。

そして、帯状の巻紙に、発火低減配合物が適用された。ある実施形態では、紙の底面に帯が置かれた。しかし、他のサンプルでは、巻紙の上面に帯が置かれた。

そして、タバコフィラーのカラムの周辺に巻紙が巻きつけられた。巻紙及び喫煙物品には、帯平均多孔度、帯多孔度変動係数、及び一酸化炭素排出量に関する試験がなされた。また、喫煙物品には、ＡＳＴＭ試験番号第Ｅ２１８７−０４に従って、及びＦＡＳＥ試験に従って試験がなされた。

以下の結果が得られた。

帯の平均多孔度及び帯の多孔度変動係数を計算するために、２５０の測定がなされた。上記に示されるように、上面で処理されたサンプルは、より高い帯平均多孔度と、より低い帯多孔度変動係数とを有していた。また、上面を処理された巻紙は、喫煙物品に組み込まれた場合、より低い一酸化炭素排出量を示した。

実施例２
実施例１で述べられた試験が繰り返された。本実施例では、巻紙は再び炭酸カルシウムを含有していた。

巻紙は実施例１で述べられたように作られ、フィラー粒子が巻紙の厚さを通して濃度勾配を形成した。以下の結果が得られた。

上記に示されるように、上面で処理されたサンプルは、より高い帯の平均多孔度と、より低い帯多孔度変動係数とを有していた。また、ＣＯ排出量が約５％〜約１０％低減された。より均一な帯に起因して、上面が処理された巻紙を含む喫煙物品は、自己消化試験及びＦＡＳＥ試験に関してより良好に機能した。

本発明に対するこれら及び他の改変及び変形が、本発明の本質及び範囲から逸脱することなく当業者によって実践されてもよく、このことは添付の特許請求の範囲により詳細に記載されている。加えて、さまざまな実施形態の態様が、全体又は部分的に置き換えられてもよいことが理解されるべきである。さらに、当業者においては、前述の記載は例示のみを目的とし、それらの添付の特許請求の範囲にそのようにさらに記載された発明に限定することを意図しない。

Claims (21)

1. 喫煙可能なタバコを含むカラムと、
   喫煙可能なタバコのカラムを取り囲み、セルロース繊維とフィラー粒子とを含み、５００を下回るシェフィールド平滑度を有する第１の外側表面と、第２の内側かつ反対側表面とを含み、第２の内側表面が喫煙可能なタバコのカラムに面するように位置づけられた巻紙であって、フィラー粒子が巻紙の厚さ全体にわたって濃度勾配を形成して、フィラー粒子が第２の内側表面のフィラー粒子の濃度に比して、第１の外側表面により高い濃度で存在するようにされ、第１の外側表面と第２の内側表面との中間と第１の外側表面との間の巻紙には、６５重量％を上回るフィラー粒子が含有され、第１の外側表面が第２の内側表面よりも平滑である巻紙と、
   巻紙の第１の外側表面上に配置され、フィルム形成材料を含有する発火低減配合物を含み、喫煙物品の発火性特性を低減し、２７％を下回る多孔度変動係数を有する少なくとも１つの処理領域と、
   を含む喫煙物品。
2. 喫煙可能なタバコを含むカラムと、
   喫煙可能なタバコのカラムを取り囲み、セルロース繊維とフィラー粒子とを含み、５００を下回るシェフィールド平滑度を有する第１の外側表面と、第２の内側かつ反対側表面とを含み、第２の内側表面が喫煙可能なタバコのカラムに面するように位置づけられた巻紙と、
   巻紙の第１の外側表面上に配置され、フィルム形成材料を含有する発火低減配合物を含み、喫煙物品の発火性特性を低減し、５ｃｍ^−１を下回る燃焼モード指数を有する少なくとも１つの処理領域と、
   を含む喫煙物品。
3. 喫煙物品が、巻紙の第１の外側表面上に配置され、非処理領域によって分離された複数の処理領域を含む、請求項１又は２記載の喫煙物品。
4. 発火低減配合物が、アルギン酸を含む、請求項１、２又は３に記載の喫煙物品。
5. 処理領域が、２５％を下回る多孔度変動係数を有する、請求項３記載の喫煙物品。
6. 有孔面上にウェットレイドペーパーウェブを形成することを含み、第２の内側表面が、ペーパーウェブ形成中に有孔面に面する、請求項１、２、３、４又は５記載の喫煙物品のための巻紙を形成するためのプロセス。
7. 巻紙が、２０重量％〜４０重量％の量のフィラー粒子を含有する、請求項１、２、３、４、又は５記載の喫煙物品。
8. 少なくとも１つの処理領域が、５ｃｍ^−１を下回る燃焼モード係数を有する、請求項１、２、３、４、５、又は７記載の喫煙物品。
9. 喫煙物品が、少なくとも７５％のＡＳＴＭ試験番号第Ｅ２１８７−０４に従った合格レーティングを有する、請求項１、２、３、４、５、７又は８記載の喫煙物品。
10. 巻紙が、２０コレスタ〜１２０コレスタの通気性を有する、請求項１、２、３、４、５、７、８又は９記載の喫煙物品。
11. 発火低減配合物が、グアーガム、ペクチン、ポリ酢酸ビニル、セルロース誘導体、でんぷん、でんぷん誘導体、又はそれらの混合物を含む、請求項１又は２記載の喫煙物品。
12. 複数の処理領域が、喫煙物品に沿って長手方向に整列した外周帯を含む、請求項３記載の喫煙物品。
13. セルロース繊維とフィラー粒子とを含み、５００を下回るシェフィールド平滑度を有する第１の外側表面と、第２の内側かつ反対側表面とを含む巻紙であって、フィラー粒子が巻紙の厚さ全体にわたって濃度勾配を形成して、フィラー粒子が第２の内側表面のフィラー粒子の濃度に比して、第１の外側表面により高い濃度で存在するようにされ、第１の外側表面と第２の内側表面との中間と第１の外側表面との間の巻紙には、６５重量％を上回るフィラー粒子が含有され、第１の外側表面が第２の内側表面よりも平滑であり、
    少なくとも１つの処理領域が、巻紙の第１の外側表面上に配置され、巻紙を組み込んでいる喫煙物品の発火性特性を低減する発火低減配合物を含み、２７％を下回る多孔度変動係数を有し、巻紙が、２０重量％〜４０重量％の量のフィラー粒子を含有し、処理領域が、５ｃｍ^−１を下回る燃焼モード指数を有する、喫煙物品のための巻紙。
14. 喫煙物品が、巻紙の第１の外側表面上に配置され、非処理領域によって分離された複数の処理領域を含む、請求項１３記載の巻紙。
15. 発火低減配合物が、アルギン酸を含む、請求項１３又は１４に記載の巻紙。
16. 有孔面上に付着させて、フィラー粒子がペーパーウェブの厚さ全体にわたって濃度勾配を形成するように排水させた、セルロース繊維及びフィラー粒子の水性懸濁液から、５００を下回るシェフィールド平滑度を有する第１の外側表面と、有孔面に面する第２の内側表面とを含むペーパーウェブを形成することであって、第２の内側表面のフィラー粒子に比して第１の外側表面により高い濃度のフィラー粒子が存在し、第１の外側表面と第２の内側表面との中間と第１の外側表面との間の巻紙には、６５重量％を上回るフィラー粒子が含有されるペーパーウェブを形成することと、
    乾かした後に第１の外側表面が第２の内側表面よりも平滑であるペーパーウェブを乾かすことと、
    第１の外側表面上の少なくとも１つの、巻紙を組み込んでいる喫煙物品の発火性特性を低減させる処理領域を形成するように、ペーパーウェブの第１の外側表面に発火低減配合物を適用し、前記処理領域が２７％を下回る多孔度変動係数を有することと、
    を含む、喫煙物品のための巻紙を形成するためのプロセス。
17. ペーパーウェブが、吸引力下で、有孔面上で排水される、請求項１６記載のプロセス。
18. 発火低減配合物が、ペーパーウェブの第１の外側表面上に印刷される、請求項１６又は１７記載のプロセス。
19. 発火低減配合物が、アルギン酸を含む、請求項１６、１７又は１８記載のプロセス。
20. 発火低減配合物が、グアーガム、ペクチン、ポリ酢酸ビニル、セルロース誘導体、でんぷん、でんぷん誘導体、又はそれらの混合物を含む、請求項１６、１７又は１８記載のプロセス。
21. ペーパーウェブが、少なくとも１つの加熱ドラム上にペーパーウェブを置くことによって乾かされる、請求項１６、１７、１８、１９又は２０記載のプロセス。

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