カーボンナノホーンを用いた空気浄化部材およびフィルタ
フィルタ（４００）を、本体（４１５）上に、脱臭フィルタ（４０８）、ニコチン除去フィルタ（４０６）、プレフィルタ（４０４）および取り付け枠（４０２）をこの順で積み重ね、固定具（４０１）で固定した構成とする。ニコチン除去フィルタ（４０６）は、カーボンナノホーンのシート状成形体とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノホーンを用いた空気浄化部材およびフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の健康指向にともない、人間が吸い込む空気の浄化、居住空間の空気の清浄化に対する関心が高まりをみせている。空気の汚染の原因となる物質には様々なものがあるが、その一つにたばこの煙がある。
【０００３】
たばこの煙の浄化技術については大きく分けて２つの種類がある。その一つは、喫煙者が直接吸引するたばこ煙、すなわち、主流煙を浄化する技術と、喫煙者の周りの人達が吸い込む副流煙を浄化する技術とである。
【０００４】
主流煙からニコチンやタールを除去する技術は従来から盛んに検討されており（特許文献１）、こうした成分を除去するフィルタが市販されている。代表的なものとして、繊維質フィルタに粒状の活性炭を分散担持させたチャコールフィルタが挙げられる。チャコールフィルタは、フィルタ製造時にシート状に開繊した捲縮繊維束あるいは紙に対して上方から活性炭を添加した後、シート状から円棒状に集束したものである。
【０００５】
ところが、こうしたフィルタでは、上記成分の除去性能は必ずしも充分でなかった。活性炭の添加量を増加させれば除去量も増加するが、この場合、フィルタの通気抵抗が増加することなる。すなわち、所定成分の除去性能と良好な通気抵抗とを両立させることは困難であった。
【０００６】
一方、近年では、喫煙者だけでなく、喫煙者の周りの人達の受動喫煙の害や不快感を低減させることについても関心が高まっており、たばこの主流煙だけでなく、副流煙への対策も要望されるようになってきた。空気清浄機は、たばこ副流煙中の所定物質及び臭気を取り除く機能を有し、業務用、家庭用、車載用等に広く使用されている。
【０００７】
こうした空気清浄機に用いられるフィルタにも、やはり活性炭が頻用されている（特許文献２）。活性炭は、比較的多種類のガスに効果を示しコストも安価であることから、フィルタ材料として好んで用いられてきた。しかしながら、活性炭を用いた空気清浄機では、充分にたばこのヤニ等を除去することが困難である。また、長期にわたり使用していると、たばこヤニ等の臭い物質が付着し、除去性能が低下することがあった。このような問題を解消するため活性炭の担持量を増加させることも考えられるが、その場合、処理風量が低下し空気清浄機自体の除塵効果が低下する。また、風量低下を補うためにファンの能力を上げて風量を増加すると騒音が増大する等の問題が生じる。
【０００８】
特許文献３には、活性炭等に代えカーボンナノチューブを用いた空気清浄フィルタが開示されている。同文献には、カーボンナノチューブを含むフィルタを、半導体製造プロセスに利用されるケミカルフィルタへの適用する技術が記載されている。しかしながら、本発明者らの検討によれば、カーボンナノチューブでは充分な除去性能を得ることは困難であることが判明した。特に、たばこに含まれるニコチンを除去する作用は、充分満足できる水準にはないことが明らかになった。
【０００９】
以上のように、従来、たばこの煙に含まれる物質を除去し空気を清浄化する目的で利用されてきたたばこ煙用フィルタは、除去効率の点でなお改善の余地を有していた。
【特許文献１】特開２００１−９５５５２号公報
【特許文献２】特開平６−３１９７９０号公報
【特許文献３】特開平１１−２２１４１４号公報
【特許文献４】特開２００２−１５９８５１号公報
【特許文献５】特開２００３−２２５５６１号公報
【発明の開示】
【００１０】
【００１１】
本発明は、空気中に含まれる所定の物質を除去する部材、フィルタを提供することを目的とする。具体的には、空気中の汚染物質等の除去効率の高い空気浄化部材を提供すること、たばこの煙からニコチン等の物質を除去するたばこフィルタを提供することを目的とする。
【００１２】
本発明によれば、カーボンナノホーンを含むことを特徴とする空気浄化部材が提供される。
【００１３】
また本発明によれば、カーボンナノホーンを含むことを特徴とするたばこフィルタが提供される。
【００１４】
本発明は、カーボンナノホーンが空気中の汚染物質、特にニコチンを効果的に除去できるとの新たな知見に基づきなされたものである。本発明によれば、カーボンナノホーンの有する空気中の特定成分の除去能力により、顕著な空気浄化作用が得られる。この浄化作用は、従来技術で述べた活性炭やカーボンナノチューブに比べ顕著に優れている。
【００１５】
カーボンナノホーンは、水素等のガスを吸蔵する性質を有し、ガス吸蔵体としての工業的応用が検討された例があった。たとえば特許文献５には、水素ガスなどを吸蔵するエレメントが開示されている（要約等）。このエレメントは、ガス容器内に設置し、水素等の吸蔵に利用される。
【００１６】
こうした用途については検討された例があるが、空気の浄化に利用する提案はこれまでなされたことがなかった。
【００１７】
本発明におけるカーボンナノホーンの配置については様々な態様をとり得るが、たとえば以下の構成を採用することができる。
（ｉ）カーボンナノホーンが充填された室を備える構成
（ｉｉ）空気の通る流路と、該流路中に配して設けられたカーボンナノホーンとを備える構成
（ｉｉｉ）フィルタ構造
（ｉｖ）内部に空気が流通することができる基体と、該基体中に配置されたカーボンナノホーンとを備える構成
（ｖ）カーボンナノホーンを含む成形シートを具備する構成
【００１８】
カーボンナノホーンとは、グラファイトシートにより構成された角（ホーン）状の物質をいう。このカーボンナノホーンが複数集合してウニ状の形態をなすものを、カーボンナノホーン集合体とよぶ。
【００１９】
本発明においては、カーボンナノホーンおよびカーボンナノホーン集合体のいずれを用いることもできる。
【００２０】
本発明において、空気浄化部材とは、外界の空気から所定の成分を除去して浄化する部材をいい、たばこの煙を含む空気を浄化するものも含む。その形態は特に限定されず、種々のものを用いることができる。たばこフィルタとは、空気浄化部材の一形態であり、たばこの一端に装着して、主煙流中に含まれる所定物質を除去するフィルタをいう。たとえば、ニコチン等の成分を除去し、たばこの煙を含む空気を清浄化するフィルタをいう。
【００２１】
本発明によれば、カーボンナノホーンを用いているため、空気中に含まれる所定の物質を効率的に除去することができる。特に、ニコチンの除去作用が顕著であり、たばこ煙フィルタとして好適に適用できる。
【００２２】
また、本発明によれば、前記空気浄化部材を含むことを特徴とする空気清浄機が提供される。本発明の空気清浄機は、カーボンナノホーンを含む空気浄化部材を含むため、外界の空気を効率的に清浄化し、外界に還元することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
【００２４】
【図１】ダリア型カーボンナノホーンの構造を示すＴＥＭ観察結果を示す図である。
【図２】ダリア型カーボンナノホーンの構造を示すＴＥＭ観察結果を示す図である。
【図３】カーボンナノホーンの製造装置の構成例を示す図である。
【図４】図３に示す製造装置における照射角の定義を説明する図である。
【図５】実施例で得られたカーボンナノホーンの構造を示すＴＥＭ観察結果を示す図である。
【図６】実施例で得られたカーボンナノホーンの構造を示すＴＥＭ観察結果を示す図である。
【図７】実施の形態に係るたばこ用フィルタの概略構成図である。
【図８】実施の形態に係るたばこフィルタの構成の一例を示す図である。
【図９】実施の形態に係る空気清浄機の概略構成図である。
【図１０】図９に示す空気清浄機に取り付けられたフィルタの構成を示す図である。
【図１１】たばこフィルタの性能評価方法を説明するための図である。
【図１２】たばこフィルタの性能評価結果を示す図である。
【図１３】たばこフィルタの性能評価結果を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明においては、フィルタ材料としてカーボンナノホーンを用いる。以下、カーボンナノホーンについて説明する。
【００２６】
［カーボンナノホーン］
カーボンナノホーンは、グラファイトシートにより構成された角（ホーン）状の物質をいう。カーボンナノホーンは、従来、その形態的な特徴から、ダリア型、バッド型（ｂｕｄ：つぼみ）等に分類されてきた。
【００２７】
ダリア型のカーボンナノホーンを図１および図２に示す。この構造は、冷却手段を有さない装置を用い、グラファイトロッドをターゲットとして製造されたものである。ダリア型では、図１および図２に示すように、グラファイトシートの重なった密な部分（図中、黒く太い部分）が存在している。また、ホーン構造が重なり合ったり折れ曲がったりしていて、集合体中、多様な形態のホーンが含まれている。
【００２８】
一方、バッド型はアモルファス構造によく似た構造となっている。形態的には、集合体からのホーンの突出がほとんどみられない点が特徴となっている。
【００２９】
これに対し、最近、本発明者は、これらのいずれとも異なる形状を有するカーボンナノホーンを作製することに成功した。こうした特異な形状を有するカーボンナノホーンを、本発明者らは、カーボンナノベビーフィンガー（以下、適宜「ＣＮＢＦ」という）と称し、従来のカーボンナノホーンと区別している。ＣＮＢＦは、ナノホーンの一つ一つが独立した形態を保持しており、ダリア型のようなホーン構造の重なりは比較的少なく、バッド型のような凝集した集合体とも異なる形状を有している。
【００３０】
カーボンナノホーン集合体のサイズは、ダリア型では、カーボンナノホーン集合体の直径が８０〜１２０ｎｍ、バッド型はダリア型に比し１０％程度小さいサイズとなる。これに対しＣＮＢＦでは、直径５０ｎｍ以下であり、上記タイプのカーボンナノホーンに比べて小さなサイズを有する。
【００３１】
ＣＮＢＦは、上記したように従来のカーボンナノホーンとは異なる特有の構造を有しており、フィルタ材料として好適に用いることができる。
【００３２】
次に、カーボンナノホーンの製造方法について説明する。ここでは、ＣＮＢＦの製造方法について説明する。
【００３３】
［カーボンナノホーンの製造方法］
図３は、カーボンナノホーンの製造装置の一例を示す図である。図３の製造装置は、製造チャンバ１０７とカーボンナノホーン回収チャンバ１１９とが回収管１５５を介して連結した構造となっている。
【００３４】
製造チャンバ１０７の内部には、流量計１２９を介して不活性ガス供給部１２７よりアルゴンが導入される。カーボンナノホーンの製造中、アルゴンを所定量、流し続ける。
【００３５】
製造チャンバ１０７内には、ターゲット支持部材１１６によって支持されたグラファイトロッド１０１が配置されている。グラファイトロッド１０１は円筒形状を有し、回転装置１１５によって回転駆動するようになっている。
【００３６】
レーザー光源１１１から出射したレーザー光１０３は、ＺｎＳｅレンズ１２３、ＺｎＳｅ窓１１３を介してグラファイトロッド１０１の側面に照射される。ＺｎＳｅレンズ１２３は、レーザー光１０３を集光する。ＺｎＳｅ窓１１３は、製造チャンバ１０７内にレーザー光１０３を導く窓である。レーザー光１０３が照射されたグラファイトロッド１０１側面からは、炭素が蒸発し、プルーム１０９が発生する。
【００３７】
レーザー光１０３の照射角は、３０°以上６０°以下とすることが好ましい。照射角とは、図４に示すように、グラファイトロッド１０１の長さ方向に垂直な断面において、照射位置と円の中心とを結ぶ線分と、水平面とのなす角と定義する。この照射角を３０°以上とすることにより、照射するレーザー光１０３の反射、すなわち戻り光の発生を防止することができる。また、発生するプルーム１０９がＺｎＳｅ窓１１３を通じてＺｎＳｅレンズ１２３へ直撃することが防止される。このため、ＺｎＳｅレンズ１２３を保護し、またカーボンナノホーン集合体１１７のＺｎＳｅ窓１１３への付着防止に有効である。また、レーザー光１０３を６０°以下で照射することにより、アモルファスカーボンの生成を抑制し、生成物中のカーボンナノホーン集合体１１７の割合、すなわちカーボンナノホーン集合体１１７の収率を向上させることができる。また、照射角は４０°〜５０°とすることが特に好ましい。４５°近辺の角度で照射することにより、生成物中のカーボンナノホーン集合体１１７の割合をより一層向上させることができる。なお、カーボンナノホーンの収率は、以下のようにして測定することができる。すなわち、カーボンナノホーンを液体中で超音波分散した後、当該液体を試料台上に展開し、ＴＥＭ観察する。倍率はたとえば３万倍程度とする。外観観察により、カーボンナノホーン構造を有する部分とそうでない部分とが明瞭に区別されるので、それぞれの部分の面積比から収率を測定することができる。
【００３８】
回収管１５５は、プルーム１０９の発生方向に設けられ、プルーム１０９の一部を覆うように配設されている。回収管１５５の形状はここでは円筒状としたが、これに限られず種々のものを用いることができる。蒸発した炭素は、この回収管１５５を経由してカーボンナノホーン回収チャンバ１１９に導かれ、カーボンナノホーン集合体１１７として回収される。
【００３９】
ここで、液体窒素１５１を含む冷却タンク１５０が回収管１５５内に配置されている。冷却タンク１５０は、プルーム１０９の温度を低く制御するとともに、回収管１５５を通過する際にカーボン蒸気を冷却する。冷却されたカーボン蒸気は、所望の形状、サイズに制御されたカーボンナノホーン集合体１１７として回収される。カーボン蒸気の冷却温度は、たとえば−５０℃以下、好ましくは−１００℃以下とすることができる。こうすることにより、カーボンナノホーン集合体１１７としてＣＮＢＦをより一層安定的に製造することができる。カーボン蒸気を−１００℃以下に冷却する場合、たとえば、冷却タンク１５０に液体窒素１５１（沸点−１９６℃）を充填した冷却部により、グラファイトロッド１０１から発生したカーボン蒸気を、アルゴンの液化する温度（−１１０℃）まで冷却させることができる。また、冷却温度に特に制限はないが、たとえば、−１２０℃以上とすることができる。
【００４０】
このようにして得られるカーボンナノホーンは、たとえば図５、図６のような形態を有している。図示した観察像は、得られたカーボンナノホーンを所定の分散媒中に分散し、透過型電子顕微鏡により観察したものである。
【００４１】
次に、図３の製造装置を用いたカーボンナノホーン集合体１１７の製造方法について具体的に説明する。図３の製造装置において、グラファイトロッド１０１として、高純度グラファイト、たとえば丸棒状焼結炭素や圧縮成形炭素等を用いることができる。また、レーザー光１０３として、たとえば、高出力ＣＯ２ガスレーザー光などのレーザー光を用いる。レーザー光１０３のグラファイトロッド１０１への照射は、Ａｒ、Ｈｅ等の希ガスをはじめとする反応不活性ガス雰囲気、たとえば１０３Ｐａ以上１０５Ｐａ以下の雰囲気中で行う。また、製造チャンバ１０７内をあらかじめ、たとえば１０−２Ｐａ以下に減圧排気した後、不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。また、グラファイトロッド１０１の側面におけるレーザー光１０３のパワー密度がほぼ一定、たとえば２０±１０ｋＷ／ｃｍ２となるようにレーザー光１０３の出力、スポット径、および照射角を調節することが好ましい。
【００４２】
レーザー光１０３の出力は、たとえば３ｋＷ以上５ｋＷ以下、パルス幅はたとえば、２００ｍｓｅｃ以上２０００ｍｓｅｃ以下、好ましくは７５０ｍｓｅｃ以上１２５０ｍｓｅｃ以下とする。また、好ましい照射角度は、図４を用いて前述した通りである。照射時のレーザー光１０３のグラファイトロッド１０１側面へのスポット径は、たとえば０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることができる。
【００４３】
レーザー光１０３照射時に、回転装置１１５によってグラファイトロッド１０１を円周方向に一定速度で回転させる。回転数はたとえば０．０５ｒｐｍ以上５０ｒｐｍ以下とする。
【００４４】
図３の装置では、レーザー光１０３の照射によって得られたすす状物質がカーボンナノホーン回収チャンバ１１９に回収される構成となっているが、適当な基板上に堆積して回収することや、ダストバッグによる微粒子回収の方法によって回収することもできる。また、不活性ガスを反応容器内で流通させて、不活性ガスの流れによりすす状物質を回収することもできる。
【００４５】
図３の装置を用いて得られたすす状物質は、カーボンナノホーン集合体１１７を主として含む。たとえば、カーボンナノホーン集合体１１７が９０ｗｔ％以上含まれる物質として回収される。
【００４６】
上記方法によれば、均一なホーン構造を有し、純度の高いカーボンナノホーン集合体を得ることができる。すなわち、上記方法により得られるカーボンナノホーンは、グラファイトシート構造を有する部分がきわめて少なく、デバイス応用上、有利である。
【００４７】
また、上記方法により得られるカーボンナノホーンは、従来のものに比べてサイズ、形状が大きく異なる。従来型のカーボンナノホーン構造の代表値の範囲は、軸方向に沿うホーン長さが１０〜３０ｎｍ、軸方向に直交する径の大きさは、６ｎｍ以下、代表的には、２〜４ｎｍである。これに対して、上記方法によるカーボンナノホーン構造のホーン長さは、１０ｎｍ以下、代表的には、２〜５ｎｍで、軸方向に直交する径の大きさは、４ｎｍ以下、代表的には１〜２ｎｍである。
【００４８】
以上、ＣＮＢＦを製造する方法を例に挙げて説明した。冷却タンク１５０等の冷却部材を設けなければ、通常のダリア型、バッド型のカーボンナノホーンを作製することができる。
【００４９】
次に、カーボンナノホーンを用いたフィルタについて、図面に基づいて説明する。以下の実施の形態では特にことわりがない限り「カーボンナノホーン」として「カーボンナノホーン集合体」を用いているが、そのような形態でないものを使用することもできる。
【００５０】
（第一の実施の形態）
図７は、本実施の形態に係るたばこ用フィルタの概略構成図である。たばこ用フィルタ２１０は、本体の一端に差込口２０８を有する収納部２０２を備え、この部分にたばこ２００を着脱可能に差し込んで保持するように構成されている。他端側には、喫煙者が口に含んでたばこの煙を吸引するための吸引口２１２が設けられている。収納部２０２から吸引口２１２に至る部分は、本体内を通る煙道２０４により連絡されている。煙道２０４の途中には、ニコチン除去フィルタ２０６が設けられている。ニコチン除去フィルタ２０６の前または後に、他のフィルタを設けても構わない。
【００５１】
ニコチン除去フィルタ２０６は、カーボンナノホーン成形体からなる。カーボンナノホーン成形体は、前述の方法により作製されたカーボンナノホーンを圧縮成形することにより得られる。成形に際し、成形用バインダーを適宜用いることも可能である。
【００５２】
カーボンナノホーンとしては、前述したＣＮＢＦ型、ダリア型、つぼみ型のいずれを用いてもよい。
【００５３】
成形用バインダーとしては、有機系バインダーおよび／または無機系バインダーが用いられる。これらは、単独、あるいは２種類以上を用いてもよい。成形用バインダーとしては、有機系バインダーまたは無機系バインダーが用いられ、両者を併用することもできる。これらは、単独、あるいは２種類以上を用いてもよい。有機系バインダーとしては、たとえば、多糖類；メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロースなどのセルロース系化合物；グリセリン、エチレングリコールなどの多価ヒドロキシ化合物等を用いることができる。無機系バインダーとしては、たとえば天然粘土、カオリン、ベントナイト、セピオライト等の粘土鉱物、アルミナ、水酸化アルミナ、シリカ、チタニア等の無機酸化物あるいは無機含水酸化物等があげられる。
【００５４】
カーボンナノホーン成形体の製造方法としては種々の方法を採用することができるが、たとえば、カーボンナノホーン原料に、水やアルコールなどの溶剤を必要量加え、混合し、押し出し成形法などで目的の形に成形した後、乾燥し、必要により熱処理を行う方法が挙げられる。
【００５５】
図７に戻り、本実施の形態に係るたばこ用フィルタの使用方法について説明する。喫煙時には、図７（ａ）の状態にあるたばこ２００およびたばこ用フィルタ２１０を一体化し、図７（ｂ）に示すように、たばこ２００の一端が収納部２０２に収納された状態とする。たばこの煙は、煙道２０４を通過し、次いでニコチン除去フィルタ２０６を通過することとなる。この結果、喫煙者の体内に摂取されるニコチン量を大幅に低減することができる。
【００５６】
（第二の実施の形態）
本実施の形態に係るたばこフィルタの構成を図８に示す。このたばこフィルタは、ニコチン除去フィルタ３０４と、その前後に配置された繊維質フィルタ３０２、３０６からなる。
【００５７】
ニコチン除去フィルタ３０４は、第一の実施の形態で述べたカーボンナノホーン成形体を用いることができる。
【００５８】
繊維質フィルタ３０２、３０６としては、セルロースアセテートの繊維束あるいは紙からなるフィルタを用いることができる。フィルタ素材は、たとえば、セルロース（フィブリル化されていてもよい木材パルプやリンターパルプなど）、再生セルロース（ビスコースレーヨン、銅アンモニアレーヨンなど）、セルロースエステル、合成高分子（ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレンなど）などで構成でき、フィルター素材の形態は、繊維やシート又は紙（抄紙構造を有するシートなど）などとすることもできる。好ましいフィルタ素材には、セルロース繊維及び／又はセルロースエステル繊維が含まれ、喫味を向上させるため少なくともセルロースエステル繊維を含む場合が多い。セルロースエステル繊維としては、たとえば、セルロースアセテート、セルロースプロピオネート、セルロースブチレートなどの有機酸エステル（たとえば、炭素数２〜４程度の有機酸とのエステル）；セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレートなどの混酸エステル；およびポリカプロラクトングラフト化セルロースエステルなどのセルロースエステル誘導体などが例示される。これらのセルロースエステル繊維も、単独でまたは二種以上混合して使用できる。
【００５９】
（第三の実施の形態）
第一および第二の実施の形態では、フィルタとしてカーボンナノホーンの成形体を用いたが、内部を空気が通過できる基体にカーボンナノホーンを付着させた構成とすることもできる。たとえば、セルロースアセテート繊維などの繊維束にカーボンナノホーンを混入させたものを用いることもできる。この場合、カーボンナノホーンは、バインダーを用いて繊維束に付着させてもよいし、単に繊維束中に混ぜた形態としてもよい。基体の種類は、セルロースアセテート繊維に限定されず、第二の実施の形態で例示したものを用いることができる。また、バインダーとしては、たとえば第一の実施の形態に例示された材料を用いることができる。
【００６０】
（第四の実施の形態）
本実施の形態では、空気清浄器のフィルタにカーボンナノホーンフィルタを適用した例について説明する。図９は本実施の形態に係る空気清浄機４３０の概略構成図である。この空気清浄機４３０は、本体４１５の天面にフィルタ４００を設けた構造を有している。
【００６１】
フィルタ４００から吸引されたたばこの煙は、フィルタ４００で清浄化された後、ファン４２０により発生させた気流によって本体４１５内を移動し、排出口４２５から清浄機外部へ排出される。
【００６２】
フィルタ４００は、図１０のような構造を有している。すなわち、本体４１５上に、脱臭フィルタ４０８、ニコチン除去フィルタ４０６、プレフィルタ４０４および取り付け枠４０２をこの順で積み重ね、固定具４０１で固定した構成となっている。
【００６３】
プレフィルタ４０４は、空気中の塵埃を除去する。脱臭フィルタ４０８は、たばこの臭い成分であるアルデヒド類等を吸着し脱臭する。
【００６４】
ニコチン除去フィルタ４０６は、カーボンナノホーンのシート状成形体により構成されている。原料となるカーボンナノホーンは、すでに述べた方法により得ることができ、ＣＮＢＦ型、ダリア型、つぼみ型のいずれを用いてもよい。これらを圧縮成形することによりシート状成形体を得ることができる。成形に際し、適宜バインダーを用いることもできる。利用できるバインダーの種類は第三の実施の形態で例示したものとすることができる。
【００６５】
図１０において、たばこの煙は、まずプレフィルタ４０４を通過し、空気中の塵埃が除去される。通過した空気は、次にニコチン除去フィルタ４０６を通過し、これによりニコチンが除去される。その後、脱臭フィルタ４０８を経てたばこの臭いが低減され、清浄な空気となる。このようなフィルタ４００の作用により、図９に示す空気清浄機４３０は、たばこの煙を清浄化しきれいな空気を室内に還元する。
【００６６】
本発明は、上記実施の形態の説明に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更しても構わない。
【００６７】
たとえば、上記実施の形態で使用したカーボンナノホーン成形体に代え、カーボンナノホーン集合体を充填した室を利用することもできる。
【００６８】
たとえば、図７におけるニコチン除去フィルタ２０６は、容器内にカーボンナノホーン集合体を充填した構成とすることもできる。また、図８におけるニコチン除去フィルタ３０４は、繊維質フィルタ３０２，３０６および巻紙によって区画された室にカーボンナノホーン集合体を充填した構成とすることもできる。
【００６９】
また、上記実施の形態ではたばこ用フィルタの場合について説明したが、たばこ以外でもニコチンの除去用フィルタとして使用することもできる。たとえば、喫煙室を区画するパーティションに、カーボンナノホーンを含有する空気清浄フィルタをはめ込み、室内の空気を清浄にするシステムを構成することもできる。
【００７０】
また、マスクの通気部に本発明に係る空気浄化部材を適用することもできる。すなわち、布体を複数枚重ね合わせて本体部を形成し、その本体部の両側縁部に、保持用のゴム紐を設置することにより形成されるマスクにおいて、本体部を構成する布体にカーボンナノホーンを混入させた構成とすることができる。このようなマスクを用いることにより、塵埃や花粉の侵入はもとより、ニコチン等の経口侵入を抑制できる。
【実施例】
【００７１】
実施例１
本実施例では、炭素系材料を清浄化剤として用いたたばこ煙用フィルタの評価を行った。図１１に示す装置を用いてたばこの煙を発生させ、その成分の捕集性能を測定した。図１１中、環状炉５０３内にたばこ葉５０２が配置されている。たばこ葉５０２の量は約２０ｍｇである。環状炉５０３の周囲にはヒーター５０１が設置され、これにより、たばこ葉５０２を清浄空気気中流で燃焼できるようになっている。たばこ葉５０２から発生した煙成分はサンプリングチューブ５０６に導かれる。サンプリングチューブ５０６には、フィルタ材料５０４および石英ウール５０５が充填されている。
【００７２】
この装置を用い、たばこ煙成分をフィルタに捕集した。捕集量を増やす為に３回繰り返し行った。サンプリングチューブ内の試料の充填長さＬは約５ｍｍとした。捕集ガス量は約７．５Ｌとした。
【００７３】
評価対象のフィルタ材料５０４は、以下のものを準備し、それぞれ評価した。なお、本実施例で評価したカーボンナノホーンは、いずれもカーボンナノホーン集合体の形態を維持した状態のものである。
【００７４】
（ｉ）アセチレンブラック
（ｉｉ）ケッチェンブラック
（ｉｉｉ）カーボンナノホーン（ＣＮＢＦ）
カーボンナノホーンの形態：カーボンナノベビーフィンガータイプ
ホーンの長さ：４０〜５０ｎｍ
（ｉｖ）カーボンナノホーン（ダリア型）
カーボンナノホーンの形態：カーボンナノホーン（ダリア型等）
ホーンの長さ：８０ｎｍ〜１２０ｎｍ
【００７５】
試料に吸着したたばこ成分をジクロロメタンに浸漬して抽出し、ガスクロマトグラフ−質量分析法によって定量を行った。各試料は４ｍｍφ×５ｍｍＬの容積に充填してたばこ煙を捕集した。この試験の定量下限値は１００μｇ／ｇである。図１２にニコチン吸着量の試験結果を示す。カーボンナノホーンのニコチン吸着量が顕著に大きいことが明らかになった。
【００７６】
実施例２
実施例１と同様にして、炭素系材料を清浄化剤として用いたたばこ煙用フィルタの評価を行った。各試料は４ｍｍφ×５ｍｍＬの容積に充填してたばこ煙を捕集した。この試験の定量下限値は１００μｇ／ｇである。図１３に、評価した材料とともにニコチン吸着量の試験結果を示す。カーボンナノホーンのニコチン吸着量が顕著に大きいことが明らかになった。なお、実施例１よりも全般的に大きな値となっているが、これは、吸着させる時間の大小によるものと考えられる。
【００７７】
なお、カーボンナノチューブを用いて実施例２と同様の試験を行った。同量の供試量１ｍｇにおいて、その吸着量は繰り返し測定誤差が大きく、かつ、いずれもカーボンナノホーンよりも低い値であり、１９００（μｇ／ｇ）程度であった。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノホーンを用いた空気浄化部材およびフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の健康指向にともない、人間が吸い込む空気の浄化、居住空間の空気の清浄化に対する関心が高まりをみせている。空気の汚染の原因となる物質には様々なものがあるが、その一つにたばこの煙がある。
【０００３】
たばこの煙の浄化技術については大きく分けて２つの種類がある。その一つは、喫煙者が直接吸引するたばこ煙、すなわち、主流煙を浄化する技術と、喫煙者の周りの人達が吸い込む副流煙を浄化する技術とである。
【０００４】
主流煙からニコチンやタールを除去する技術は従来から盛んに検討されており（特許文献１）、こうした成分を除去するフィルタが市販されている。代表的なものとして、繊維質フィルタに粒状の活性炭を分散担持させたチャコールフィルタが挙げられる。チャコールフィルタは、フィルタ製造時にシート状に開繊した捲縮繊維束あるいは紙に対して上方から活性炭を添加した後、シート状から円棒状に集束したものである。
【０００５】
ところが、こうしたフィルタでは、上記成分の除去性能は必ずしも充分でなかった。活性炭の添加量を増加させれば除去量も増加するが、この場合、フィルタの通気抵抗が増加することなる。すなわち、所定成分の除去性能と良好な通気抵抗とを両立させることは困難であった。
【０００６】
一方、近年では、喫煙者だけでなく、喫煙者の周りの人達の受動喫煙の害や不快感を低減させることについても関心が高まっており、たばこの主流煙だけでなく、副流煙への対策も要望されるようになってきた。空気清浄機は、たばこ副流煙中の所定物質及び臭気を取り除く機能を有し、業務用、家庭用、車載用等に広く使用されている。
【０００７】
こうした空気清浄機に用いられるフィルタにも、やはり活性炭が頻用されている（特許文献２）。活性炭は、比較的多種類のガスに効果を示しコストも安価であることから、フィルタ材料として好んで用いられてきた。しかしながら、活性炭を用いた空気清浄機では、充分にたばこのヤニ等を除去することが困難である。また、長期にわたり使用していると、たばこヤニ等の臭い物質が付着し、除去性能が低下することがあった。このような問題を解消するため活性炭の担持量を増加させることも考えられるが、その場合、処理風量が低下し空気清浄機自体の除塵効果が低下する。また、風量低下を補うためにファンの能力を上げて風量を増加すると騒音が増大する等の問題が生じる。
【０００８】
特許文献３には、活性炭等に代えカーボンナノチューブを用いた空気清浄フィルタが開示されている。同文献には、カーボンナノチューブを含むフィルタを、半導体製造プロセスに利用されるケミカルフィルタへの適用する技術が記載されている。しかしながら、本発明者らの検討によれば、カーボンナノチューブでは充分な除去性能を得ることは困難であることが判明した。特に、たばこに含まれるニコチンを除去する作用は、充分満足できる水準にはないことが明らかになった。
【０００９】
以上のように、従来、たばこの煙に含まれる物質を除去し空気を清浄化する目的で利用されてきたたばこ煙用フィルタは、除去効率の点でなお改善の余地を有していた。
【特許文献１】特開２００１−９５５５２号公報
【特許文献２】特開平６−３１９７９０号公報
【特許文献３】特開平１１−２２１４１４号公報
【特許文献４】特開２００２−１５９８５１号公報
【特許文献５】特開２００３−２２５５６１号公報
【発明の開示】
【００１０】
【００１１】
本発明は、空気中に含まれる所定の物質を除去する部材、フィルタを提供することを目的とする。具体的には、空気中の汚染物質等の除去効率の高い空気浄化部材を提供すること、たばこの煙からニコチン等の物質を除去するたばこフィルタを提供することを目的とする。
【００１２】
本発明によれば、カーボンナノホーンを含むことを特徴とする空気浄化部材が提供される。
【００１３】
また本発明によれば、カーボンナノホーンを含むことを特徴とするたばこフィルタが提供される。
【００１４】
本発明は、カーボンナノホーンが空気中の汚染物質、特にニコチンを効果的に除去できるとの新たな知見に基づきなされたものである。本発明によれば、カーボンナノホーンの有する空気中の特定成分の除去能力により、顕著な空気浄化作用が得られる。この浄化作用は、従来技術で述べた活性炭やカーボンナノチューブに比べ顕著に優れている。
【００１５】
カーボンナノホーンは、水素等のガスを吸蔵する性質を有し、ガス吸蔵体としての工業的応用が検討された例があった。たとえば特許文献５には、水素ガスなどを吸蔵するエレメントが開示されている（要約等）。このエレメントは、ガス容器内に設置し、水素等の吸蔵に利用される。
【００１６】
こうした用途については検討された例があるが、空気の浄化に利用する提案はこれまでなされたことがなかった。
【００１７】
本発明におけるカーボンナノホーンの配置については様々な態様をとり得るが、たとえば以下の構成を採用することができる。
（ｉ）カーボンナノホーンが充填された室を備える構成
（ｉｉ）空気の通る流路と、該流路中に配して設けられたカーボンナノホーンとを備える構成
（ｉｉｉ）フィルタ構造
（ｉｖ）内部に空気が流通することができる基体と、該基体中に配置されたカーボンナノホーンとを備える構成
（ｖ）カーボンナノホーンを含む成形シートを具備する構成
【００１８】
カーボンナノホーンとは、グラファイトシートにより構成された角（ホーン）状の物質をいう。このカーボンナノホーンが複数集合してウニ状の形態をなすものを、カーボンナノホーン集合体とよぶ。
【００１９】
本発明においては、カーボンナノホーンおよびカーボンナノホーン集合体のいずれを用いることもできる。
【００２０】
本発明において、空気浄化部材とは、外界の空気から所定の成分を除去して浄化する部材をいい、たばこの煙を含む空気を浄化するものも含む。その形態は特に限定されず、種々のものを用いることができる。たばこフィルタとは、空気浄化部材の一形態であり、たばこの一端に装着して、主煙流中に含まれる所定物質を除去するフィルタをいう。たとえば、ニコチン等の成分を除去し、たばこの煙を含む空気を清浄化するフィルタをいう。
【００２１】
本発明によれば、カーボンナノホーンを用いているため、空気中に含まれる所定の物質を効率的に除去することができる。特に、ニコチンの除去作用が顕著であり、たばこ煙フィルタとして好適に適用できる。
【００２２】
また、本発明によれば、前記空気浄化部材を含むことを特徴とする空気清浄機が提供される。本発明の空気清浄機は、カーボンナノホーンを含む空気浄化部材を含むため、外界の空気を効率的に清浄化し、外界に還元することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
【００２４】
【図１】ダリア型カーボンナノホーンの構造を示すＴＥＭ観察結果を示す図である。
【図２】ダリア型カーボンナノホーンの構造を示すＴＥＭ観察結果を示す図である。
【図３】カーボンナノホーンの製造装置の構成例を示す図である。
【図４】図３に示す製造装置における照射角の定義を説明する図である。
【図５】実施例で得られたカーボンナノホーンの構造を示すＴＥＭ観察結果を示す図である。
【図６】実施例で得られたカーボンナノホーンの構造を示すＴＥＭ観察結果を示す図である。
【図７】実施の形態に係るたばこ用フィルタの概略構成図である。
【図８】実施の形態に係るたばこフィルタの構成の一例を示す図である。
【図９】実施の形態に係る空気清浄機の概略構成図である。
【図１０】図９に示す空気清浄機に取り付けられたフィルタの構成を示す図である。
【図１１】たばこフィルタの性能評価方法を説明するための図である。
【図１２】たばこフィルタの性能評価結果を示す図である。
【図１３】たばこフィルタの性能評価結果を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明においては、フィルタ材料としてカーボンナノホーンを用いる。以下、カーボンナノホーンについて説明する。
【００２６】
［カーボンナノホーン］
カーボンナノホーンは、グラファイトシートにより構成された角（ホーン）状の物質をいう。カーボンナノホーンは、従来、その形態的な特徴から、ダリア型、バッド型（ｂｕｄ：つぼみ）等に分類されてきた。
【００２７】
ダリア型のカーボンナノホーンを図１および図２に示す。この構造は、冷却手段を有さない装置を用い、グラファイトロッドをターゲットとして製造されたものである。ダリア型では、図１および図２に示すように、グラファイトシートの重なった密な部分（図中、黒く太い部分）が存在している。また、ホーン構造が重なり合ったり折れ曲がったりしていて、集合体中、多様な形態のホーンが含まれている。
【００２８】
一方、バッド型はアモルファス構造によく似た構造となっている。形態的には、集合体からのホーンの突出がほとんどみられない点が特徴となっている。
【００２９】
これに対し、最近、本発明者は、これらのいずれとも異なる形状を有するカーボンナノホーンを作製することに成功した。こうした特異な形状を有するカーボンナノホーンを、本発明者らは、カーボンナノベビーフィンガー（以下、適宜「ＣＮＢＦ」という）と称し、従来のカーボンナノホーンと区別している。ＣＮＢＦは、ナノホーンの一つ一つが独立した形態を保持しており、ダリア型のようなホーン構造の重なりは比較的少なく、バッド型のような凝集した集合体とも異なる形状を有している。
【００３０】
カーボンナノホーン集合体のサイズは、ダリア型では、カーボンナノホーン集合体の直径が８０〜１２０ｎｍ、バッド型はダリア型に比し１０％程度小さいサイズとなる。これに対しＣＮＢＦでは、直径５０ｎｍ以下であり、上記タイプのカーボンナノホーンに比べて小さなサイズを有する。
【００３１】
ＣＮＢＦは、上記したように従来のカーボンナノホーンとは異なる特有の構造を有しており、フィルタ材料として好適に用いることができる。
【００３２】
次に、カーボンナノホーンの製造方法について説明する。ここでは、ＣＮＢＦの製造方法について説明する。
【００３３】
［カーボンナノホーンの製造方法］
図３は、カーボンナノホーンの製造装置の一例を示す図である。図３の製造装置は、製造チャンバ１０７とカーボンナノホーン回収チャンバ１１９とが回収管１５５を介して連結した構造となっている。
【００３４】
製造チャンバ１０７の内部には、流量計１２９を介して不活性ガス供給部１２７よりアルゴンが導入される。カーボンナノホーンの製造中、アルゴンを所定量、流し続ける。
【００３５】
製造チャンバ１０７内には、ターゲット支持部材１１６によって支持されたグラファイトロッド１０１が配置されている。グラファイトロッド１０１は円筒形状を有し、回転装置１１５によって回転駆動するようになっている。
【００３６】
レーザー光源１１１から出射したレーザー光１０３は、ＺｎＳｅレンズ１２３、ＺｎＳｅ窓１１３を介してグラファイトロッド１０１の側面に照射される。ＺｎＳｅレンズ１２３は、レーザー光１０３を集光する。ＺｎＳｅ窓１１３は、製造チャンバ１０７内にレーザー光１０３を導く窓である。レーザー光１０３が照射されたグラファイトロッド１０１側面からは、炭素が蒸発し、プルーム１０９が発生する。
【００３７】
レーザー光１０３の照射角は、３０°以上６０°以下とすることが好ましい。照射角とは、図４に示すように、グラファイトロッド１０１の長さ方向に垂直な断面において、照射位置と円の中心とを結ぶ線分と、水平面とのなす角と定義する。この照射角を３０°以上とすることにより、照射するレーザー光１０３の反射、すなわち戻り光の発生を防止することができる。また、発生するプルーム１０９がＺｎＳｅ窓１１３を通じてＺｎＳｅレンズ１２３へ直撃することが防止される。このため、ＺｎＳｅレンズ１２３を保護し、またカーボンナノホーン集合体１１７のＺｎＳｅ窓１１３への付着防止に有効である。また、レーザー光１０３を６０°以下で照射することにより、アモルファスカーボンの生成を抑制し、生成物中のカーボンナノホーン集合体１１７の割合、すなわちカーボンナノホーン集合体１１７の収率を向上させることができる。また、照射角は４０°〜５０°とすることが特に好ましい。４５°近辺の角度で照射することにより、生成物中のカーボンナノホーン集合体１１７の割合をより一層向上させることができる。なお、カーボンナノホーンの収率は、以下のようにして測定することができる。すなわち、カーボンナノホーンを液体中で超音波分散した後、当該液体を試料台上に展開し、ＴＥＭ観察する。倍率はたとえば３万倍程度とする。外観観察により、カーボンナノホーン構造を有する部分とそうでない部分とが明瞭に区別されるので、それぞれの部分の面積比から収率を測定することができる。
【００３８】
回収管１５５は、プルーム１０９の発生方向に設けられ、プルーム１０９の一部を覆うように配設されている。回収管１５５の形状はここでは円筒状としたが、これに限られず種々のものを用いることができる。蒸発した炭素は、この回収管１５５を経由してカーボンナノホーン回収チャンバ１１９に導かれ、カーボンナノホーン集合体１１７として回収される。
【００３９】
ここで、液体窒素１５１を含む冷却タンク１５０が回収管１５５内に配置されている。冷却タンク１５０は、プルーム１０９の温度を低く制御するとともに、回収管１５５を通過する際にカーボン蒸気を冷却する。冷却されたカーボン蒸気は、所望の形状、サイズに制御されたカーボンナノホーン集合体１１７として回収される。カーボン蒸気の冷却温度は、たとえば−５０℃以下、好ましくは−１００℃以下とすることができる。こうすることにより、カーボンナノホーン集合体１１７としてＣＮＢＦをより一層安定的に製造することができる。カーボン蒸気を−１００℃以下に冷却する場合、たとえば、冷却タンク１５０に液体窒素１５１（沸点−１９６℃）を充填した冷却部により、グラファイトロッド１０１から発生したカーボン蒸気を、アルゴンの液化する温度（−１１０℃）まで冷却させることができる。また、冷却温度に特に制限はないが、たとえば、−１２０℃以上とすることができる。
【００４０】
このようにして得られるカーボンナノホーンは、たとえば図５、図６のような形態を有している。図示した観察像は、得られたカーボンナノホーンを所定の分散媒中に分散し、透過型電子顕微鏡により観察したものである。
【００４１】
次に、図３の製造装置を用いたカーボンナノホーン集合体１１７の製造方法について具体的に説明する。図３の製造装置において、グラファイトロッド１０１として、高純度グラファイト、たとえば丸棒状焼結炭素や圧縮成形炭素等を用いることができる。また、レーザー光１０３として、たとえば、高出力ＣＯ２ガスレーザー光などのレーザー光を用いる。レーザー光１０３のグラファイトロッド１０１への照射は、Ａｒ、Ｈｅ等の希ガスをはじめとする反応不活性ガス雰囲気、たとえば１０３Ｐａ以上１０５Ｐａ以下の雰囲気中で行う。また、製造チャンバ１０７内をあらかじめ、たとえば１０−２Ｐａ以下に減圧排気した後、不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。また、グラファイトロッド１０１の側面におけるレーザー光１０３のパワー密度がほぼ一定、たとえば２０±１０ｋＷ／ｃｍ２となるようにレーザー光１０３の出力、スポット径、および照射角を調節することが好ましい。
【００４２】
レーザー光１０３の出力は、たとえば３ｋＷ以上５ｋＷ以下、パルス幅はたとえば、２００ｍｓｅｃ以上２０００ｍｓｅｃ以下、好ましくは７５０ｍｓｅｃ以上１２５０ｍｓｅｃ以下とする。また、好ましい照射角度は、図４を用いて前述した通りである。照射時のレーザー光１０３のグラファイトロッド１０１側面へのスポット径は、たとえば０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることができる。
【００４３】
レーザー光１０３照射時に、回転装置１１５によってグラファイトロッド１０１を円周方向に一定速度で回転させる。回転数はたとえば０．０５ｒｐｍ以上５０ｒｐｍ以下とする。
【００４４】
図３の装置では、レーザー光１０３の照射によって得られたすす状物質がカーボンナノホーン回収チャンバ１１９に回収される構成となっているが、適当な基板上に堆積して回収することや、ダストバッグによる微粒子回収の方法によって回収することもできる。また、不活性ガスを反応容器内で流通させて、不活性ガスの流れによりすす状物質を回収することもできる。
【００４５】
図３の装置を用いて得られたすす状物質は、カーボンナノホーン集合体１１７を主として含む。たとえば、カーボンナノホーン集合体１１７が９０ｗｔ％以上含まれる物質として回収される。
【００４６】
上記方法によれば、均一なホーン構造を有し、純度の高いカーボンナノホーン集合体を得ることができる。すなわち、上記方法により得られるカーボンナノホーンは、グラファイトシート構造を有する部分がきわめて少なく、デバイス応用上、有利である。
【００４７】
また、上記方法により得られるカーボンナノホーンは、従来のものに比べてサイズ、形状が大きく異なる。従来型のカーボンナノホーン構造の代表値の範囲は、軸方向に沿うホーン長さが１０〜３０ｎｍ、軸方向に直交する径の大きさは、６ｎｍ以下、代表的には、２〜４ｎｍである。これに対して、上記方法によるカーボンナノホーン構造のホーン長さは、１０ｎｍ以下、代表的には、２〜５ｎｍで、軸方向に直交する径の大きさは、４ｎｍ以下、代表的には１〜２ｎｍである。
【００４８】
以上、ＣＮＢＦを製造する方法を例に挙げて説明した。冷却タンク１５０等の冷却部材を設けなければ、通常のダリア型、バッド型のカーボンナノホーンを作製することができる。
【００４９】
次に、カーボンナノホーンを用いたフィルタについて、図面に基づいて説明する。以下の実施の形態では特にことわりがない限り「カーボンナノホーン」として「カーボンナノホーン集合体」を用いているが、そのような形態でないものを使用することもできる。
【００５０】
（第一の実施の形態）
図７は、本実施の形態に係るたばこ用フィルタの概略構成図である。たばこ用フィルタ２１０は、本体の一端に差込口２０８を有する収納部２０２を備え、この部分にたばこ２００を着脱可能に差し込んで保持するように構成されている。他端側には、喫煙者が口に含んでたばこの煙を吸引するための吸引口２１２が設けられている。収納部２０２から吸引口２１２に至る部分は、本体内を通る煙道２０４により連絡されている。煙道２０４の途中には、ニコチン除去フィルタ２０６が設けられている。ニコチン除去フィルタ２０６の前または後に、他のフィルタを設けても構わない。
【００５１】
ニコチン除去フィルタ２０６は、カーボンナノホーン成形体からなる。カーボンナノホーン成形体は、前述の方法により作製されたカーボンナノホーンを圧縮成形することにより得られる。成形に際し、成形用バインダーを適宜用いることも可能である。
【００５２】
カーボンナノホーンとしては、前述したＣＮＢＦ型、ダリア型、つぼみ型のいずれを用いてもよい。
【００５３】
成形用バインダーとしては、有機系バインダーおよび／または無機系バインダーが用いられる。これらは、単独、あるいは２種類以上を用いてもよい。成形用バインダーとしては、有機系バインダーまたは無機系バインダーが用いられ、両者を併用することもできる。これらは、単独、あるいは２種類以上を用いてもよい。有機系バインダーとしては、たとえば、多糖類；メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロースなどのセルロース系化合物；グリセリン、エチレングリコールなどの多価ヒドロキシ化合物等を用いることができる。無機系バインダーとしては、たとえば天然粘土、カオリン、ベントナイト、セピオライト等の粘土鉱物、アルミナ、水酸化アルミナ、シリカ、チタニア等の無機酸化物あるいは無機含水酸化物等があげられる。
【００５４】
カーボンナノホーン成形体の製造方法としては種々の方法を採用することができるが、たとえば、カーボンナノホーン原料に、水やアルコールなどの溶剤を必要量加え、混合し、押し出し成形法などで目的の形に成形した後、乾燥し、必要により熱処理を行う方法が挙げられる。
【００５５】
図７に戻り、本実施の形態に係るたばこ用フィルタの使用方法について説明する。喫煙時には、図７（ａ）の状態にあるたばこ２００およびたばこ用フィルタ２１０を一体化し、図７（ｂ）に示すように、たばこ２００の一端が収納部２０２に収納された状態とする。たばこの煙は、煙道２０４を通過し、次いでニコチン除去フィルタ２０６を通過することとなる。この結果、喫煙者の体内に摂取されるニコチン量を大幅に低減することができる。
【００５６】
（第二の実施の形態）
本実施の形態に係るたばこフィルタの構成を図８に示す。このたばこフィルタは、ニコチン除去フィルタ３０４と、その前後に配置された繊維質フィルタ３０２、３０６からなる。
【００５７】
ニコチン除去フィルタ３０４は、第一の実施の形態で述べたカーボンナノホーン成形体を用いることができる。
【００５８】
繊維質フィルタ３０２、３０６としては、セルロースアセテートの繊維束あるいは紙からなるフィルタを用いることができる。フィルタ素材は、たとえば、セルロース（フィブリル化されていてもよい木材パルプやリンターパルプなど）、再生セルロース（ビスコースレーヨン、銅アンモニアレーヨンなど）、セルロースエステル、合成高分子（ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレンなど）などで構成でき、フィルター素材の形態は、繊維やシート又は紙（抄紙構造を有するシートなど）などとすることもできる。好ましいフィルタ素材には、セルロース繊維及び／又はセルロースエステル繊維が含まれ、喫味を向上させるため少なくともセルロースエステル繊維を含む場合が多い。セルロースエステル繊維としては、たとえば、セルロースアセテート、セルロースプロピオネート、セルロースブチレートなどの有機酸エステル（たとえば、炭素数２〜４程度の有機酸とのエステル）；セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレートなどの混酸エステル；およびポリカプロラクトングラフト化セルロースエステルなどのセルロースエステル誘導体などが例示される。これらのセルロースエステル繊維も、単独でまたは二種以上混合して使用できる。
【００５９】
（第三の実施の形態）
第一および第二の実施の形態では、フィルタとしてカーボンナノホーンの成形体を用いたが、内部を空気が通過できる基体にカーボンナノホーンを付着させた構成とすることもできる。たとえば、セルロースアセテート繊維などの繊維束にカーボンナノホーンを混入させたものを用いることもできる。この場合、カーボンナノホーンは、バインダーを用いて繊維束に付着させてもよいし、単に繊維束中に混ぜた形態としてもよい。基体の種類は、セルロースアセテート繊維に限定されず、第二の実施の形態で例示したものを用いることができる。また、バインダーとしては、たとえば第一の実施の形態に例示された材料を用いることができる。
【００６０】
（第四の実施の形態）
本実施の形態では、空気清浄器のフィルタにカーボンナノホーンフィルタを適用した例について説明する。図９は本実施の形態に係る空気清浄機４３０の概略構成図である。この空気清浄機４３０は、本体４１５の天面にフィルタ４００を設けた構造を有している。
【００６１】
フィルタ４００から吸引されたたばこの煙は、フィルタ４００で清浄化された後、ファン４２０により発生させた気流によって本体４１５内を移動し、排出口４２５から清浄機外部へ排出される。
【００６２】
フィルタ４００は、図１０のような構造を有している。すなわち、本体４１５上に、脱臭フィルタ４０８、ニコチン除去フィルタ４０６、プレフィルタ４０４および取り付け枠４０２をこの順で積み重ね、固定具４０１で固定した構成となっている。
【００６３】
プレフィルタ４０４は、空気中の塵埃を除去する。脱臭フィルタ４０８は、たばこの臭い成分であるアルデヒド類等を吸着し脱臭する。
【００６４】
ニコチン除去フィルタ４０６は、カーボンナノホーンのシート状成形体により構成されている。原料となるカーボンナノホーンは、すでに述べた方法により得ることができ、ＣＮＢＦ型、ダリア型、つぼみ型のいずれを用いてもよい。これらを圧縮成形することによりシート状成形体を得ることができる。成形に際し、適宜バインダーを用いることもできる。利用できるバインダーの種類は第三の実施の形態で例示したものとすることができる。
【００６５】
図１０において、たばこの煙は、まずプレフィルタ４０４を通過し、空気中の塵埃が除去される。通過した空気は、次にニコチン除去フィルタ４０６を通過し、これによりニコチンが除去される。その後、脱臭フィルタ４０８を経てたばこの臭いが低減され、清浄な空気となる。このようなフィルタ４００の作用により、図９に示す空気清浄機４３０は、たばこの煙を清浄化しきれいな空気を室内に還元する。
【００６６】
本発明は、上記実施の形態の説明に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更しても構わない。
【００６７】
たとえば、上記実施の形態で使用したカーボンナノホーン成形体に代え、カーボンナノホーン集合体を充填した室を利用することもできる。
【００６８】
たとえば、図７におけるニコチン除去フィルタ２０６は、容器内にカーボンナノホーン集合体を充填した構成とすることもできる。また、図８におけるニコチン除去フィルタ３０４は、繊維質フィルタ３０２，３０６および巻紙によって区画された室にカーボンナノホーン集合体を充填した構成とすることもできる。
【００６９】
また、上記実施の形態ではたばこ用フィルタの場合について説明したが、たばこ以外でもニコチンの除去用フィルタとして使用することもできる。たとえば、喫煙室を区画するパーティションに、カーボンナノホーンを含有する空気清浄フィルタをはめ込み、室内の空気を清浄にするシステムを構成することもできる。
【００７０】
また、マスクの通気部に本発明に係る空気浄化部材を適用することもできる。すなわち、布体を複数枚重ね合わせて本体部を形成し、その本体部の両側縁部に、保持用のゴム紐を設置することにより形成されるマスクにおいて、本体部を構成する布体にカーボンナノホーンを混入させた構成とすることができる。このようなマスクを用いることにより、塵埃や花粉の侵入はもとより、ニコチン等の経口侵入を抑制できる。
【実施例】
【００７１】
実施例１
本実施例では、炭素系材料を清浄化剤として用いたたばこ煙用フィルタの評価を行った。図１１に示す装置を用いてたばこの煙を発生させ、その成分の捕集性能を測定した。図１１中、環状炉５０３内にたばこ葉５０２が配置されている。たばこ葉５０２の量は約２０ｍｇである。環状炉５０３の周囲にはヒーター５０１が設置され、これにより、たばこ葉５０２を清浄空気気中流で燃焼できるようになっている。たばこ葉５０２から発生した煙成分はサンプリングチューブ５０６に導かれる。サンプリングチューブ５０６には、フィルタ材料５０４および石英ウール５０５が充填されている。
【００７２】
この装置を用い、たばこ煙成分をフィルタに捕集した。捕集量を増やす為に３回繰り返し行った。サンプリングチューブ内の試料の充填長さＬは約５ｍｍとした。捕集ガス量は約７．５Ｌとした。
【００７３】
評価対象のフィルタ材料５０４は、以下のものを準備し、それぞれ評価した。なお、本実施例で評価したカーボンナノホーンは、いずれもカーボンナノホーン集合体の形態を維持した状態のものである。
【００７４】
（ｉ）アセチレンブラック
（ｉｉ）ケッチェンブラック
（ｉｉｉ）カーボンナノホーン（ＣＮＢＦ）
カーボンナノホーンの形態：カーボンナノベビーフィンガータイプ
ホーンの長さ：４０〜５０ｎｍ
（ｉｖ）カーボンナノホーン（ダリア型）
カーボンナノホーンの形態：カーボンナノホーン（ダリア型等）
ホーンの長さ：８０ｎｍ〜１２０ｎｍ
【００７５】
試料に吸着したたばこ成分をジクロロメタンに浸漬して抽出し、ガスクロマトグラフ−質量分析法によって定量を行った。各試料は４ｍｍφ×５ｍｍＬの容積に充填してたばこ煙を捕集した。この試験の定量下限値は１００μｇ／ｇである。図１２にニコチン吸着量の試験結果を示す。カーボンナノホーンのニコチン吸着量が顕著に大きいことが明らかになった。
【００７６】
実施例２
実施例１と同様にして、炭素系材料を清浄化剤として用いたたばこ煙用フィルタの評価を行った。各試料は４ｍｍφ×５ｍｍＬの容積に充填してたばこ煙を捕集した。この試験の定量下限値は１００μｇ／ｇである。図１３に、評価した材料とともにニコチン吸着量の試験結果を示す。カーボンナノホーンのニコチン吸着量が顕著に大きいことが明らかになった。なお、実施例１よりも全般的に大きな値となっているが、これは、吸着させる時間の大小によるものと考えられる。
【００７７】
なお、カーボンナノチューブを用いて実施例２と同様の試験を行った。同量の供試量１ｍｇにおいて、その吸着量は繰り返し測定誤差が大きく、かつ、いずれもカーボンナノホーンよりも低い値であり、１９００（μｇ／ｇ）程度であった。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノホーンを含むことを特徴とする空気浄化部材。
【請求項２】
請求の範囲第１項に記載の空気浄化部材において、
前記カーボンナノホーンが充填された室を備えることを特徴とする空気浄化部材。
【請求項３】
請求の範囲第１項または第２項に記載の空気浄化部材において、
空気の通る流路と、該流路中に配して設けられた前記カーボンナノホーンとを備えることを特徴とする空気浄化部材。
【請求項４】
請求の範囲第１項乃至第３項いずれかに記載の空気浄化部材において、
フィルタ構造を有することを特徴とする空気浄化部材。
【請求項５】
請求の範囲第１項乃至第４項いずれかに記載の空気浄化部材において、
内部に空気が流通することができる基体と、該基体中に配置された前記カーボンナノホーンとを備えることを特徴とする空気浄化部材。
【請求項６】
請求の範囲第１項乃至第５項いずれかに記載の空気浄化部材において、
前記カーボンナノホーンを含む成形シートを具備することを特徴とする空気浄化部材。
【請求項７】
請求の範囲第１項乃至第６項いずれかに記載の空気浄化部材において、
カーボンナノホーン集合体を含むことを特徴とする空気浄化部材。
【請求項８】
請求の範囲第１項乃至第７項いずれかに記載の空気浄化部材を具備することを特徴とする空気清浄機。
【請求項９】
カーボンナノホーンを含むことを特徴とするたばこフィルタ。
【請求項１０】
請求の範囲第９項に記載のたばこフィルタにおいて、
カーボンナノホーンが充填された室を備えることを特徴とするたばこフィルタ。
【請求項１１】
請求の範囲第９項または第１０項に記載のたばこフィルタにおいて、
空気の通る流路と、該流路中に配して設けられた前記カーボンナノホーンとを備えることを特徴とするたばこフィルタ。
【請求項１２】
請求の範囲第９項乃至第１１項いずれかに記載のたばこフィルタにおいて、
内部に空気が流通することができる基体と、該基体中に配置された前記カーボンナノホーンとを備えることを特徴とするたばこフィルタ。
【請求項１３】
請求の範囲第９項乃至第１２項いずれかに記載のたばこフィルタにおいて、
カーボンナノホーン集合体を含むことを特徴とするたばこフィルタ。
【請求項１】
カーボンナノホーンを含むことを特徴とする空気浄化部材。
【請求項２】
請求の範囲第１項に記載の空気浄化部材において、
前記カーボンナノホーンが充填された室を備えることを特徴とする空気浄化部材。
【請求項３】
請求の範囲第１項または第２項に記載の空気浄化部材において、
空気の通る流路と、該流路中に配して設けられた前記カーボンナノホーンとを備えることを特徴とする空気浄化部材。
【請求項４】
請求の範囲第１項乃至第３項いずれかに記載の空気浄化部材において、
フィルタ構造を有することを特徴とする空気浄化部材。
【請求項５】
請求の範囲第１項乃至第４項いずれかに記載の空気浄化部材において、
内部に空気が流通することができる基体と、該基体中に配置された前記カーボンナノホーンとを備えることを特徴とする空気浄化部材。
【請求項６】
請求の範囲第１項乃至第５項いずれかに記載の空気浄化部材において、
前記カーボンナノホーンを含む成形シートを具備することを特徴とする空気浄化部材。
【請求項７】
請求の範囲第１項乃至第６項いずれかに記載の空気浄化部材において、
カーボンナノホーン集合体を含むことを特徴とする空気浄化部材。
【請求項８】
請求の範囲第１項乃至第７項いずれかに記載の空気浄化部材を具備することを特徴とする空気清浄機。
【請求項９】
カーボンナノホーンを含むことを特徴とするたばこフィルタ。
【請求項１０】
請求の範囲第９項に記載のたばこフィルタにおいて、
カーボンナノホーンが充填された室を備えることを特徴とするたばこフィルタ。
【請求項１１】
請求の範囲第９項または第１０項に記載のたばこフィルタにおいて、
空気の通る流路と、該流路中に配して設けられた前記カーボンナノホーンとを備えることを特徴とするたばこフィルタ。
【請求項１２】
請求の範囲第９項乃至第１１項いずれかに記載のたばこフィルタにおいて、
内部に空気が流通することができる基体と、該基体中に配置された前記カーボンナノホーンとを備えることを特徴とするたばこフィルタ。
【請求項１３】
請求の範囲第９項乃至第１２項いずれかに記載のたばこフィルタにおいて、
カーボンナノホーン集合体を含むことを特徴とするたばこフィルタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０２８１００
【国際公開日】平成１７年３月３１日（２００５．３．３１）
【発行日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５１４０３２（Ｐ２００５−５１４０３２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１３３５６
【国際出願日】平成１６年９月１４日（２００４．９．１４）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１７年３月３１日（２００５．３．３１）
【発行日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１３３５６
【国際出願日】平成１６年９月１４日（２００４．９．１４）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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