JP6026556B2 - 温度分布が改善されたエアロゾル発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、加熱式エアロゾル発生装置に関し、詳細には、エアロゾル発生装置内でエアロゾル形成基材を加熱するための加熱装置及び方法に関する。

従来から、エアロゾル形成基材を加熱してエアロゾルを生成するようになったエアロゾル発生装置が知られている。特定のエアロゾル形成基材に関して、該エアロゾル形成基材を加熱できる許容可能な温度範囲が存在する。不所望の燃焼又は熱分解が起こる可能性がある最高温度を越えないことが重要である。しかしながら、最低温度未満では、所望のエアロゾルが形成されないことになる。基材は、該基材の外部又は基材の内部に位置する加熱器を用いて加熱することができる。内部加熱器を使用すると、外部加熱器よりも少ない熱損失で熱が基材に効率的に供給される利点がある。しかしながら、内部加熱器の使用による１つの問題点は、熱を基材全体に均一に供給すること、従って基材全体を最適な温度範囲内に加熱するのが難しい点にある。

エアロゾル形成基材を均一な温度分布を有するように、又は基材の全ての温度が少なくとも所望の温度範囲となるように加熱することが望ましい。

本開示は、エアロゾル形成基材を収容するように構成されると共に、基材の内部に配置された内部加熱器及び基材の外部に配置された外部加熱器の両方を用いてエアロゾル形成基材を加熱するように構成されたエアロゾル発生装置に関する。内部及び外部加熱器の両方を用いることで、各加熱器は、内部又は外部加熱器の何れかを単独で用いた場合に必要とされるよりも低い温度で作動することが可能となる。外部加熱器を内部加熱器よりも低い温度で作動させることによって、装置の外部温度を許容可能な低レベルに維持しながら、基材を比較的均一な温度分布を有するように加熱することができる。例えば、エアロゾル発生装置の作動時に、加熱器により高い温度が必要とされる場合に危険を伴うか又は不快なホットスポットが発生する可能性があるので、このことは手持ち型装置にとっては重要な論点である。

１つの実施形態において、エアロゾル形成基材を収容するように構成された基材収容キャビティと、基材収容キャビティ内に配置される内部加熱器と、基材収容キャビティの周囲の周りに配置される外部加熱器と、外部加熱器の温度が内部加熱器よりも低くなるように、内部加熱器又は外部加熱器の一方又は内部加熱器及び外部加熱器の両方への電力供給を制御するように構成されたコントローラとを備える、エアロゾル発生装置が提供される。

本明細書で用いる場合、「エアロゾル発生装置」は、エアロゾル形成基材と相互作用してエアロゾルを発生させる装置を意味する。エアロゾル形成基材は、例えば喫煙物品の一部であるエアロゾル発生物品の一部とすることができる。エアロゾル発生装置は、エアロゾル発生物品のエアロゾル形成基材と相互作用して、ユーザの口腔を通してユーザの肺に直接吸入されるエアロゾルを形成する喫煙装置とすることができる。エアロゾル発生装置は容器とすることができる。

本明細書で用いる場合、用語「エアロゾル形成基材」は、エアロゾルを形成できる揮発性化合物を放出することができる基材を意味する。そのような揮発性化合物は、エアロゾル形成基材を加熱することによって放出させることができる。エアロゾル形成基材は、エアロゾル発生物品又は喫煙物品の一部とすることが好都合である。

本明細書で用いる場合、「エアロゾル発生物品」又は「喫煙物品」は、エアロゾルを形成できる揮発性化合物を放出することができるエアロゾル形成基材を備える物品を指す。例えば、エアロゾル発生物品は、ユーザの口腔を通してユーザの肺に直接吸入されるエアロゾルを形成する喫煙物品とすることができる。エアロゾル発生物品は、廃棄することができる。用語「喫煙物品」は、以下で一般に用いる。喫煙物品は、タバコスティックであり又はこれを含むことができる。

外部加熱器は、内部加熱器と共に、キャビティの周囲の周りに実質的に均一な温度分布をもたらすように形作ること又は制御することができる。実質的に均一な温度分布は、例えば赤外線カメラ測定又は熱電対等の公知の種々の方法によって測定することができる。当業者であれば温度分布を測定する他の方法を理解できるはずである。外部加熱器の最も好都合な形状は、内部加熱器の形状並びにエアロゾル形成基材の形状に依存する。例えば、外部加熱器は、内部加熱器から最も遠い、又はそこから受ける熱が最小であるエアロゾル形成基材の部位に近接して形作ること及び配置することができる。

特に、内部加熱器が基材収容キャビティ内に対称的に又はその中央に配置された場合、外部加熱器は、好都合には基材収容キャビティの周囲の周りに実質的に対称的に配置することができる。外部加熱器は、１つ又はそれ以上の外部加熱要素を備えることができる。用語「外部加熱要素」は、エアロゾル形成基材を少なくとも部分的に取り囲むものを指す。

喫煙物品がキャビティ内に収容された場合、内部加熱器は、喫煙物品のエアロゾル形成基材内に少なくとも部分的に挿入するようにブレードの形態の内部加熱要素を備えることができる。「内部加熱要素」は、エアロゾル形成材料内に挿入するのに好適なものである。

外部加熱器は、各々が、キャビティの周囲の周りに少なくとも部分的に延び、内部加熱ブレードの最も大きな表面に対向するように位置決めされる２つの加熱要素を備えることができる。

コントローラは、電力源、並びに内部加熱器及び外部加熱器の一方又は両方に接続するように構成された電子回路の形態とすることができる。電子回路は、内部及び外部加熱器を独立して制御可能とすること、或いは内部又は外部加熱器の一部を形成する別個の加熱要素を独立して制御可能とすることができる。電子回路は、プログラム可能とすることができる。

コントローラは、温度が１００℃から２００℃の間となるように外部加熱器を制御するように構成することができる。コントローラは、温度が３２０℃から４２０℃の間となるように内部加熱器を制御するように構成することができる。１つの実施形態では、コントローラは、内部加熱器の表面領域全体の平均温度が約３７５℃であり、局所の最高温度が４２０℃であるように構成することができる。

さらに、エアロゾル発生装置は、内部及び外部加熱器を収容するハウジングを備えることができる。ハウジングは、ユーザが把持又は保持できるデザインとすることができる。

外部加熱器は、ハウジングから空隙又は絶縁層によって離間することができる。詳細には、外部加熱器の周りに支持構造部を設けることができ、支持構造部は、１つ又はそれ以上のリブ又は突起を有する内面を備え、リブ又は突起は外部加熱器に接触する。支持構造部は、ハウジング内に収容すること、又はハウジングの一部を形成することができる。外部加熱器をリブ又は突起上に支持することによって、外部加熱器から支持構造部及びハウジングへの熱伝導が比較的少なくなる。外部加熱器は、キャビティの内面に配置すること又は内面を形成することができるので、使用時、外部加熱器は、エアロゾル形成基材に接触するか、又は該エアロゾル形成基材の外側ラッパー又はケーシングに接触する。従って、外部加熱器は、エアロゾル形成基材を熱伝達によって直接加熱することができる。エアロゾル形成基材を収容するキャビティを参照したが、当業者であれば、エアロゾル形成基材は、該エアロゾル形成基材を有するロッドを含む喫煙物品を備える要素、並びにフィルタ及び移送部分等の他の要素とすることができることを理解できるはずである。従って、当業者であれば、ハウジングの変形形態、外部加熱器デザイン、及び喫煙物品によって基材を加熱できるように、外部加熱器をハウジング内に設けることができることも理解できるはずである。支持構造部は、熱質量を小さくするためにメッシュを備えること又は複数の孔を備えることができる。

外部加熱器は、装置のハウジングに対して移動可能なスリーブに設けることができる。エアロゾル形成基材は、スリーブ内に収容することができる。スリーブは、装置に対するエアロゾル形成基材の挿入及び取出しを助けるために用いることができる。スリーブは、基材を収容するためのスライド容器を備えることができ、スライド容器は、第１の位置と第２の位置との間で摺動可能である。摺動容器の第１の位置は、内部及び外部加熱器がエアロゾルを形成するためにエアロゾル形成基材を加熱できる作動位置である。スリーブは、該スリーブが第１の位置にある場合に、外部加熱器を装置の電力源に接続するための電気接点を備えることができる。

さらに、エアロゾル発生装置は空気入口を備えることができる。さらに、エアロゾル発生装置は空気出口を備えることができる。さらに、エアロゾル発生装置は、所望の特性を有するエアロゾルが形成できる凝縮チャンバを備えることができる。

エアロゾル発生装置は、電気加熱式喫煙システムとすることができ、電気式内部及び外部加熱器を備えることができる。

電気加熱要素は、電気抵抗材料を含むことができる。適切な電気抵抗材料としては、限定されるものではないが、ドープセラミックスのような半導体、導電性セラミックス（例えば、二珪化モリブデン）、炭素、グラファイト、金属、金属合金、及びセラミック材料及び金属材料から作られる複合材料を挙げることができる。このような複合材料は、ドープ又は非ドープセラミックスを含むことができる。適切なドープセラミックスの例としてはドープ炭化ケイ素を挙げることができる。適切な金属の例としては、チタニウム、ジルコニウム、タンタル、金、銀、及び白金族金属を挙げることができる。適切な金属合金の例としては、ステンレス鋼、ニッケル−、コバルト−、クロム−、アルミニウム−チタニウム−ジルコニウム−、ハフニウム−、ニオビウム−、モリブデン−、タンタル−、タングステン−、錫−、ガリウム−、マンガン、金−、及び鉄含有合金、及びニッケル、鉄、コバルト、ステンレス鋼、Ｔｉｍｅｔａｌ（登録商標）、及び鉄−マンガン−アルミニウムベースの合金をベースにした超合金を挙げることができる。複合材料において、随意的にエネルギ伝達の動力学及び所要の外部物理化学的特性に基づいて、電気抵抗材料は、絶縁材料に埋め込むこと、封入すること、又はそれでコーティングすること、又はその逆とすることができる。代替的に、電気加熱器は、赤外線加熱要素、光学的ソース、又は誘導加熱要素を含むことができる。

内部加熱器は、任意の適切な形態とすることができる。例えば、内部加熱器は、加熱ブレードの形態とできる。代替的に、内部加熱器は、異なる導電性部分を有するケーシング又は基材、又は電気抵抗性の金属管体の形態とすることができる。代替的に、内部加熱器は、エアロゾル形成基材の中心を貫通する１つ又はそれ以上の加熱ニードル又はロッドとすることができる。別の代替例として、例えば、Ｎｉ−Ｃｒ（ニッケル−クロム）、白金、金、銀、タングステン、又は合金ワイヤである加熱ワイヤ又はフィラメント、又は加熱プレートを含む。随意的に、内部加熱要素は、硬質担体材料上に堆積させることができる。このような１つの実施形態において、電気抵抗加熱器は、温度と抵抗率との間に所定の関係を有する金属を用いて形成することができる。このような例示的な装置において、セラミック材料のような適切な絶縁材料上に金属トラックを形成し、次にガラスのような他の絶縁材料でサンドイッチすることができる。このようにして形成された加熱器は、作動時に加熱器を加熱すると共に温度を監視するために使用することができる。

外部加熱器は、任意の適切な形態とすることができる。例えば、外部加熱器は、ポリイミドなどの誘電体基材上の１つ又はそれ以上の可撓性加熱ホイルの形態とすることができる。可撓性加熱ホイルは、基材収容キャビティの外周と一致する形状とすることができる。代替的に、外部加熱器は、１つ又はそれ以上の金属グリッド、可撓性プリント回路基板、成形回路部品（ＭＩＤ）、セラミック加熱器、可撓性炭素繊維加熱器の形態とすること、又は適切な形状の基材上にプラズマ蒸着などのコーティング技術を用いて形成することができる。また、外部加熱器は、温度と抵抗との間に所定の関係を有する金属を用いて形成することができる。そのような例示的装置において、金属は、適切な絶縁材料の二層間にトラックとして形成することができる。このようにして形成された外部加熱器は、作動時に加熱器を加熱すると共に温度を監視するために使用することができる。外部加熱器は、誘電加熱器とすることができる。

内部又は外部加熱器は、吸熱及び蓄熱して、後で経時的にエアロゾル形成基材に対して放熱して加熱することができる材料を備える、ヒートシンク又はヒートリザーバを備えることができる。ヒートシンクは、好適な金属又はセラミック材料等の何らかの好適な材料から形成することができる。１つの実施形態において、材料は、高い熱容量を有する（顕熱蓄熱材料）か、又は吸熱後に高温相変化のような可逆プロセスによって放熱できる材料であることが好ましい。好適な顕熱蓄熱材料には、シルカゲル、アルミナ、炭素、ガラスマット、ガラス繊維、無機物、及びアルミニウム、銀、もしくは鉛等の金属又は合金、並びに紙などのセルロース材料が挙げられる。可逆的相変化によって放熱する他の好適な材料には、パラフィン、酢酸ナトリウム、ナフタレン、ワックス、ポリエチレンオキシド、金属、金属塩、共晶塩の混合物、又は合金が挙げられる。

内部又は外部加熱器は、好都合にはエアロゾル形成基材を熱伝導で加熱することができる。加熱器は、少なくとも部分的に基材、又は基材が堆積された担体に接触することができる。代替的に、内部又は外部加熱器からの熱は、熱伝導要素によって基材に伝達することができる。

作動時、エアロゾル形成基材は、完全にエアロゾル発生装置内に収容される。この場合、ユーザは、エアロゾル発生装置のマウスピース上で吸煙することができる。マウスピースは、エアロゾル発生物品又はエアロゾル発生装置が発生するエアロゾルを直接ユーザの口腔内へ吸入するためにユーザの口腔内に入れられる、エアロゾル発生装置の任意の部分とすることができる。エアロゾルは、マウスピースを通過してユーザの口腔内に運ばれる。代替的に、作動時、エアロゾル形成基材を含む喫煙物品は、エアロゾル発生装置内に部分的に収容することができる。この場合、ユーザは、喫煙物品のマウスピースで直接吸煙することができる。

喫煙物品は、ほぼ円筒形とすることができる。喫煙物品は、ほぼ細長い形状とすることができる。喫煙物品は、長さ及び該長さにほぼ直交する外周を有することができる。エアロゾル形成基材は、ほぼ円筒形とすることができる。エアロゾル形成基材は、ほぼ細長い形状とすることができる。また、エアロゾル形成基材は、長さ及び該長さにほぼ直交する外周を有することができる。

喫煙物品の全長は、約３０ｍｍから約１００ｍｍとすることができる。喫煙物品の外径は、約５ｍｍから約１２ｍｍとすることができる。喫煙物品はフィルタプラグを備えることができる。フィルタプラグは、喫煙物品の下流端に設けることができる。フィルタプラグは、セルロースアセテートフィルタプラグとすることができる。１つの実施形態において、フィルタプラグの長さは約７ｍｍであるが、約５ｍｍから約１０ｍｍの長さをもつことができる。

１つの実施形態において、喫煙物品の全長は約４５ｍｍである。喫煙物品の外径は、約７．２ｍｍとすることができる。さらに、エアロゾル形成基材の長さは、約１０ｍｍとすることができる。代替的に、エアロゾル形成基材の長さは、約１２ｍｍとすることができる。さらに、エアロゾル形成基材の外径は、約５ｍｍから約１２ｍｍとすることができる。喫煙物品は、外側紙ラッパーを含むことができる。さらに、喫煙物品は、エアロゾル形成基材とフィルタプラグとの間に離隔距離を含むことができる。離隔距離は、約１８ｍｍとすることができるが、約５ｍｍから約２５ｍｍの範囲とすることができる。

エアロゾル形成基材は、固形のエアロゾル形成基材とすることができる。代替的に、エアロゾル形成基材は、固形及び液体成分を含むことができる。エアロゾル形成基材は、加熱時に基材から放出された揮発性タバコ香味化合物を含有する、タバコ含有材料を含むことができる。代替的に、エアロゾル形成基材は、非タバコ材料を含むことができる。エアロゾル形成基材は、高濃度で安定したエアロゾルの生成を助長するエアロゾル生成物をさらに含むことができる。適切なエアロゾル生成物の例はグリセリン及びプロピレングリコールである。

エアロゾル形成基材が固形エアロゾル形成基材である場合、固形エアロゾル形成基材は、例えば、１つ又はそれ以上の、粉体、粒体、ペレット、細断片、スパゲティ、ストリップ、又はシートを含むことができ、これらは１つ又はそれ以上のハーブ葉、タバコ葉、タバコ茎の断片、再構成タバコ、均質化タバコ、押し出しタバコ、及び膨張タバコを含むことができる。固形エアロゾル形成基材は、容器に入っていない形態とすること、又は適切な容器又はカートリッジで提供することができる。随意的に、固形エアロゾル形成基材は、追加のタバコ又は非タバコ揮発性香味化合物を含むことができ、基材の加熱時に放出される。また、固形エアロゾル形成基材は、例えば、追加のタバコ又は非タバコ揮発性香味化合物を含むカプセルを有することができ、このカプセルは、固形エアロゾル形成基材の加熱時に溶融する。

本明細書で用いる場合、均質化タバコは、凝集粒子状タバコで形成された材料を指す。均質化タバコは、シートの形態とすることができる。均質化タバコ材料のエアロゾル生成物の含有量は、乾燥重量ベースで５％よりも多い。代替的に、均質化タバコ材料のエアロゾル生成物の含有量は乾燥重量ベースで５％から３０％とすることができる。均質化タバコ材料シートは、タバコ葉身及びタバコ葉柄の一方又は両方を破砕又は粉砕することによって得られる凝集粒子状タバコで形成することができる。代替的に又は追加的に、均質化タバコ材料シートは、例えば、タバコの処理時、搬送時、及び配送時に生じる１つ又はそれ以上のタバコの灰、タバコの粉末、及び他の粒子状タバコ副生成物を含むことができる。均質化タバコ材料シートは、粒子状タバコの凝集を助けるために、タバコ内因性のバインダである１つ又はそれ以上の内因性バインダ、タバコ外因性のバインダである１つ又はそれ以上の外因性バインダ、又はこれらの組み合わせを含むことができる。代替的に又は追加的に、限定されるものではないが、均質化タバコ材料シートは、タバコ及び非タバコ繊維、エアロゾル生成物、湿潤剤、可塑剤、香味料、増量剤、水性溶媒又は非水溶媒、及びこれらの組み合わせを含む他の添加物を含むことができる。

特に好ましい実施形態において、エアロゾル形成基材は、均質化タバコ材料のギャザー付き皺寄せシートを含む。本明細書で用いる場合、用語「皺寄せシート」は、複数のほぼ平行な***部又は皺部を有するシートを指す。好ましくは、エアロゾル発生物品が組み立てられた場合、ほぼ平行な***部又は皺部は、エアロゾル発生物品の長手方向軸に沿って又はそれに平行に延在する。これは、エアロゾル形成基材を形成するために、好都合に均質化タバコ材料の皺寄せシートのギャザー寄せを助長する。しかしながら、代替的に又は追加的に、エアロゾル発生物品内に包含する均質化タバコ材料の皺寄せシートは、エアロゾル発生物品が組み立てられた場合に、エアロゾル発生物品の長手方向軸線に対して鋭角又は鈍角でもって配置されるほぼ平行な複数の***部又は波形部を有し得ることを理解されたい。特定の実施形態において、エアロゾル形成基材は、全表面上にほぼ均一に凹凸を付けた均質化タバコ材料のギャザー付きシートを含むことができる。例えば、エアロゾル形成基材は、シートの幅を横切ってほぼ均一に離間した複数のほぼ平行な***部又は波形部を備える、均質化タバコ材料のギャザー付きの皺寄せシートを含むことができる。

随意的に、固形エアロゾル形成基材は、熱的に安定した担体上に設けること又はそれに組み込むことができる。担体は、粉体、粒体、ペレット、細断片、スパゲティ、ストリップ、又はシートの形態とすることができる。代替的に、担体は、その内面、外面、又は内面及び外面の両面に堆積された薄層の固形基材を有する管状担体とすることができる。このような管状担体は、例えば、紙又は紙状材料、不織布炭素繊維マット、低質量の目の荒いメッシュの金属スクリーン、又は有孔金属箔、又は耐熱性ポリマーマトリクスの形を成すことができる。

固形エアロゾル形成基材は、例えば、シート、発泡体、ゲル、又はスラリーの形態で担体表面に堆積することができる。固形エアロゾル形成基材は、担体の全表面に堆積すること、又は代替的に使用時に不均一な香味送出をもたらすために所定のパターンで堆積することができる。

前述の固形エアロゾル形成基材を参照したが、他の実施形態において当業者には他の形態のエアロゾル形成基材を利用できることは明らかである。例えば、エアロゾル形成基材は液体エアロゾル形成基材とすることができる。液体エアロゾル形成基材を設ける場合、エアロゾル発生装置は、液体を保管する手段を備えることが好ましい。例えば、液体エアロゾル形成基材は、容器内に保管することができる。代替的に又は追加的に、液体エアロゾル形成基材は、多孔性担体材料内に吸収することができる。多孔性担体材料は、何らかの適切な吸収プラグ又は吸収体で作られており、例えば、発泡金属又はプラスチック材料、ポリプロピレン、テリレン、ナイロン繊維、又はセラミックである。液体エアロゾル形成基材は、エアロゾル発生システムの使用前に多孔性担体材内に保持すること、又は代替的に、液体エアロゾル形成基材材料は、使用中又は直前に多孔性担体材料内に放出することができる。例えば、液体エアロゾル形成基材は、カプセル内に設けることができる。カプセルの殻は、加熱されると溶けて液体エアロゾル形成基材を多孔性担体材料内に放出することが好ましい。随意的に、カプセルは、液体エアロゾル形成基材と一緒に固形エアロゾル形成基材を含むことができる。

代替的に、担体は、タバコ成分が組み込まれた不織布又は繊維束とすることができる。不織布又は繊維束は、例えば、炭素繊維、天然セルロース繊維、又はセルロース誘導体繊維を含むことができる。

エアロゾル発生装置は、内部及び外部加熱器に電力を供給する電力源をさらに備えることができる。電力源は、例えば直流電圧源といった任意の適切な電力源とすることができる。１つの実施形態において、電力源はリチウムイオンバッテリである。代替的に、電力源は、ニッケル水素バッテリ、ニッケルカドミウムバッテリ、又は例えば、リチウムコバルト、リン酸鉄リチウム又はリチウムポリマーバッテリ等のリチウム系バッテリとすることができる。

１つの実施形態において、エアロゾル発生装置は、ユーザ吸煙を示す空気流を検出するセンサをさらに備え、これにより吸煙に基づいて電気加熱器を作動させること又は電気加熱器のエネルギ管理を改善することができる。センサは、機械機器、電気機械機器、光学機器、光学機械機器、及びマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）ベースセンサーの何れかとすることができる。そのような実施形態において、センサは電力源に接続することができ、システムは、センサがユーザの吸煙を検知した場合に電気加熱器を作動させるように構成されている。代替的な実施形態において、システムは、ユーザが吸煙を開始する又は長く続く喫煙体験を可能にする手動操作スイッチをさらに備える。

エアロゾル発生装置は、ユーザが片手の指の間に楽に保持することができる、手持ち型エアロゾル発生装置であることが望ましい。エアロゾル発生装置は、ほぼ円筒形であることができる。エアロゾル発生装置は、多角形横断面を有し、一面には突出ボタンが形成されている。この実施形態において、エアロゾル発生装置の外径は、平坦面から反対側の平坦面まで測定した場合、約１２．７ｍｍから約１３．６５ｍｍの間、縁部から反対側の縁部まで（即ち、エアロゾル発生装置の片側の２つの表面の交差部から他方側の対応する交差部まで）測定した場合、約１３．４ｍｍから約１４．２ｍｍの間、及び底部の頂部から反対側の底部平坦面まで測定した場合、約１４．２ｍｍから約１５ｍｍの間とすることができる。エアロゾル発生装置の長さは、約７０ｍｍから約１２０ｍｍの間とすることができる。

別の態様において、エアロゾル形成基材の内部領域に第１の加熱器を準備する段階と、エアロゾル形成基材の外面に又はその近くに第２の加熱器を準備する段階と、第２の加熱器の温度が第１の加熱器よりも低くなるように第１の加熱器及び第２の加熱器の温度を制御する段階とを含む、エアロゾル形成基材を加熱する方法が提供される。

外部加熱器は、温度が１２５℃から１７５℃の間になるように制御することができる。内部加熱器は、温度が２００℃から４５０℃の間となるように制御することができる。使用時、外部加熱器の温度は、エアロゾル形成基材の温度よりも低いが、周囲温度よりも高くすることができる。

明細書は、以下に添付図面を参照して例示的に詳細に説明される。

１つの実施形態によるエアロゾル発生装置の基本的な構成要素を示す概略図である。 １つの実施形態による加熱器構成の概略長手方向断面である。 図２の内部加熱要素を示す。 図２の内部及び外部加熱要素を示す。 支持構造部を備えた図３ｂの構成を示す。 図１に示すタイプの装置で使用する基材取出器を示す。 図２の配置の概略半径方向断面であり、図４に示す取出器が挿入されている。 別の実施形態による加熱器構成の概略長手方向断面であり、外部加熱要素が基材取出器の一部となっている。

図１には、電気加熱式エアロゾル発生システム１００の実施形態の内部が簡易的に示されている。詳細には、電気加熱式エアロゾル発生システム１００の各構成要素は、図１には縮尺通りには示されていない。図１を単純化するために、この実施形態の理解に無関係な構成要素は省略されている。

電気加熱式エアロゾル発生システム１００は、ハウジング１０及び例えばシガレットであるエアロゾル形成基材２を備える。エアロゾル形成基材２は、ハウジング１０の内部に押し込まれて加熱器２０に熱的に近接した状態になる。エアロゾル形成基材２は、異なる温度でさまざまな揮発性化合物を放出することになる。エアロゾル形成基材２から放出されるいくつかの揮発性化合物は、加熱プロセスを通してのみ形成される。各揮発性化合物は、特有の放出温度以上で放出されることになる。エアロゾル発生システム１００の最大作動温度を一部の揮発性化合物の放出温度未満に制御することによって、これらの煙成分の放出又は形成を避けることができる。

さらに、ハウジング１０は、例えば充電式リチウムイオンバッテリである電気エネルギ供給部４０を含む。コントローラ３０が、加熱要素２０、電気エネルギ供給部４０、エアロゾル形成基材検出部３２、及び例えば表示部である図形ユーザインタフェース３６に接続される。コントローラ３０は、加熱器２０に供給される電力を制御してその温度を調節する。一般的に、エアロゾル形成基材は、約２５０℃から４４０℃の間の温度に加熱される。

エアロゾル形成基材検出部３２は、加熱器２０に熱的に近接した状態のエアロゾル形成基材２の存在及び識別情報を検出して、エアロゾル形成基材２の存在をコントローラ３０に信号で伝えることができる。

コントローラ３０は、ユーザインタフェース３６を制御して、例えば、バッテリ電力、温度、エアロゾル形成基材２の状態、他のメッセージ、又はこれらの組み合わせ等のシステム情報を表示するようになっている。

図２は、１つの実施形態による加熱器構成の概略断面図である。図２は、基材が挿入される装置の前側部分のみを示す。ハウジングは、端部が開放され、エアロゾル形成基材２（破線で示す）を挿入できる基材収容キャビティを規定する。キャビティは、ユーザが吸煙する喫煙物品の形態とされた円筒形基材を収容するように構成されている。

加熱器は、３つの別体の加熱要素である、内部加熱要素２２及び２つの外部加熱要素２４、２６を備える。内部加熱器２２は、基部２１に支持されたブレードの形態であり、図３ａにより明確に示されている。内部加熱要素２２は、基材の内部に収容されるように構成されている。図３ｂにより明確に示された外部加熱要素２４及び２６は、喫煙物品の外面に近接又は接触する状態で配置される。外部加熱要素２４、２６は、弓形の横断面を有し、キャビティの周囲の周りに延びる。

外部加熱器は、ハウジング１０内の支持構造部５０に取り付けられる。支持構造部は、図３ｃにより明確に示され、内部に形成された複数の孔を有する円筒形シェル５２を備える。外部加熱要素２４及び２６は、該加熱要素２４、２６から支持構造部５０及びハウジング１０への伝熱損失を抑制するために、シェル上のらせん内部リブ構造部５６上に支持される。キャップ構造部５８は加熱器を所定位置に固定するために設けられる。

図３ａには、支持基部２１の内部加熱要素２２が示されている。内部加熱器は、白金トラックが堆積されたセラミック材料で形成されたブレードの形態である。加熱器は、白金トラックの両端に電圧を流すことで作動する。ブレードは、エアロゾル形成基材２に対して容易に挿入及び除去できるような形状とされる。

図３ｂは、図３ａの内部加熱要素２２の斜視図であり、外部加熱要素２４、２６が内部加熱要素２２及び基部２１の一部の周りに配置されている。図３ｂに示すように、外部加熱要素は、基材収容キャビティの周囲の周りに延びる湾曲した又は弓形のシートから形成される。外部加熱要素は、可撓性ポリイミドシートから形成され、該ポリイミドシート間に抵抗加熱トラックが形成される。このタイプの可撓性加熱器は、米国ミネソタ州ミネアポリス市コマースレーン７３００所在のＭｉｎｃｏから入手することができる。

図３ｂに示された外部加熱要素は、キャビティの周囲全体の周りには延びず、内部加熱要素２２の形状と一致するように配置される。外部加熱要素は、キャビティ内にできる限り均一な温度分布をもたらすために、内部加熱要素から最も遠いキャビティの周囲の領域をカバーするように配置及び形作られる。しかしながら、このことは、キャビティの周囲全体の周りに１つ又はそれ以上の外部加熱要素を設けて、可能な限り均一な温度分布を得るように外部加熱要素の異なるセクションに供給する電力を制御することによって実現することもできる。もちろん、異なる形状の１つ又は複数の内部加熱要素を用いることも可能である。

明確化にするために、内部及び外部加熱要素と電力源との間の接続は示されていない。しかしながら、内部及び外部加熱要素の両方をコントローラ３０及びバッテリ４０に電気的に接続することは明らかである。

図３ｃは、図３ｂの加熱器構成を示し、外部加熱要素２４、２６の周りに支持構造部５０が配置されている。支持構造部は、ＰＥＥＫなどの熱可塑性材料又は他の適切な耐熱材料で形成された円筒形シェル５２を備える。シェルには、質量、特に熱質量を低減するために該シェルを貫通する孔５４が形成される。説明するように、シェル５２は、この実施例では内部らせんリブであるパターン付き内面を有し、このパターン付き内面は、熱接触を最小にしながら外部加熱要素を支持するようになっている。これは図３ｃでは見えない。シェル５２は基部２１上に嵌合される。同様にプラスチック又はセラミックなどの耐熱材料で形成されたキャップ５８は、シェル及び外部加熱要素２４、２６の頂部に嵌合され、支持構造が完成する。一般に、不所望の揮発性化合物の放出を防止する十分に高い融解／分解温度を有する任意の材料を用いることができる。

使用時、内部加熱要素２２の温度は、外部加熱要素の温度よりも高くなるように制御される。この実施形態において、内部加熱要素の最高温度は３５０℃に制御され、使用時にはその最高温度近くに維持される。外部加熱要素２４、２６の最高温度は１５０℃に制御され、使用時はその最高温度近くに維持される。

外部加熱器２４、２６は、能動的な絶縁の形態を提示する。換言すれば、これらは加熱された基材を横切る温度勾配を小さくする。使用時、エアロゾル形成基材は、一般的に、外部加熱要素よりもはるかに高い温度に到達するが、基材を横切る温度勾配を小さくすることによって基材をより均一に加熱することができ、結果的に内部加熱要素に対してより低い温度を用いることができる。

図４は、図１及び図２に示したタイプの装置で用いることができる取出スリーブを示す。取出スリーブは、装置に対するエアロゾル形成基材の挿入及び取出しを助長する。取出スリーブは中空であり、円筒形のエアロゾル形成基材を保持する。取出スリーブの両端は開放しており、末口から基材をスリーブ内に挿入すること、及び元口から内部加熱器２２を基材内に挿入することができる。取出プロセス時に基材を保持するために、取出スリーブ６０の元口にはリップ６１が形成される。取出スリーブは、基材収容キャビティ内に矢印６６の方向に挿入されるように構成することができる。

エアロゾル形成基材は、取出器の脚部６２及び窓部６４の領域に配置される。窓部６４は、外部加熱器２４、２６に対応する形状である。窓部６４は、単純に取出スリーブの開口とすること、又はアルミニウムなどの熱伝導性材料から形成することができる。

図５は、図２に示すタイプの装置の概略半径方向断面であり、取出スリーブが挿入されている。取出スリーブの脚部６２は、外部加熱要素２４、２６の間の空間に位置決めされた状態で示されている。また、図示のように、外部加熱要素に関する支持スリーブ５２は、取出スリーブの脚部を収容する切欠き部を有する。これにより、外部加熱要素は、エアロゾル形成基材に接触すること又はこれに隣接して配置することができる。

別の実施形態において、外部加熱器は、図４に示すタイプの取出スリーブの一部として形成することができる。これは図６に概念的に示されている。図６は、エアロゾル形成基材が挿入できるキャビティを規定するエアロゾル発生装置のハウジング７０を示す。キャビティ内には、図３ａに示すようなブレードの形態であり、基部７１に支持された内部加熱器７２がある。取出スリーブ７３はキャビティに挿入されている。取出スリーブは、実質的に中空な管状構造体であり、一端に形成された保持リップ７７を有する。取出スリーブは、円筒形エアロゾル形成基材（図示せず）を保持し、キャビティ内に及びキャビティ外に摺動することができる。リップ７７は、スリーブ７３がキャビティから引き出される際に円筒形エアロゾル形成基材を保持する。

内部加熱要素７４は、スリーブ７３の内面上に形成され、スリーブの周囲の周りに延びる。内部加熱要素は、取出スリーブ上に形成された電気抵抗性トラックであり、白金製とすることができる。外部加熱要素７４に電力を供給するために電気接点７５が設けられており、この電気接点７５により、スリーブ７３の内面上の抵抗性トラックと、スリーブ７３の外面の接触領域との間が電気的に接続される。接点７５は、スリーブ７３が完全に挿入位置にある場合にハウジング接点７６と接触する。ハウジング接点７６は、図１を参照して説明したエアロゾル発生装置のコントローラ及びバッテリに電気的に接続される。

前記の実施形態を参照して説明したように、外部加熱器は、１つ又は複数の別体の加熱要素から形成することができ、１つ又は複数の内部加熱器の形状に対応するように形作ること又は制御することができる。

上述した例示的な実施形態は例示であり限定するものではない。上述した例示的な実施形態に照らし、当業者には、上述した例示的な実施形態と一致する他の実施形態が明らかになるはずである。

２ 基材
１０ ハウジング
２２ 内部加熱器
２４、２６ 外部加熱器
３０ コントローラ
４０ 電気エネルギ供給部
５０ 支持構造部
６０ 取出スリーブ
６２ 脚部
６４ 窓部
７０ ハウジング
１００ エアロゾル発生システム

Claims (15)

1. エアロゾル発生装置であって、
   エアロゾル形成基材を収容するように構成された基材収容キャビティと、
   前記基材収容キャビティ内に配置される内部加熱器と、
   前記基材収容キャビティの周囲の周りに配置される外部加熱器と、
   前記外部加熱器の温度が前記内部加熱器の温度よりも低いように、前記内部加熱器又は前記外部加熱器の一方に又は前記内部加熱器及び前記外部加熱器の両方に電力を供給するように構成されたコントローラと、
   を備えるエアロゾル発生装置。
2. 前記外部加熱器は、前記内部加熱器と一緒に、前記キャビティの周囲の周りに実質的に均一な温度分布をもたらすように形作られるか又は制御される、請求項１に記載のエアロゾル発生装置。
3. 前記コントローラは、温度が１００℃から２００℃となるように前記外部加熱器を制御するように構成された、請求項１又は２に記載のエアロゾル発生装置。
4. 前記コントローラは、温度が３２０℃から４２０℃となるように前記内部加熱器を制御するように構成された、請求項１又は２に記載のエアロゾル発生装置。
5. 前記外部加熱器は、前記基材収容キャビティの周囲の周りに実質的に対称に配置される、請求項１から４の何れかに記載のエアロゾル発生装置。
6. 前記外部加熱器は複数の外部加熱要素を備える、請求項１から５の何れかに記載のエアロゾル発生装置。
7. 前記外部加熱器は、各々が前記基材収容キャビティの周囲の周りに部分的に延びる２つの加熱要素を備える、請求項６に記載のエアロゾル発生装置。
8. 使用時、前記外部加熱器の温度が、前記エアロゾル形成基材の温度よりも低いが、周囲温度よりも高いように構成された、請求項１から７の何れかに記載のエアロル発生装置。
9. 前記外部加熱器の周りの支持構造部をさらに備え、該支持構造部は、前記外部加熱器に接触する１つ又はそれ以上のリブ又は突起を有する内面を備える、請求項１から８の何れかに記載のエアロゾル発生装置。
10. 使用時、前記外部加熱器が前記エアロゾル形成基材に接触するように、前記外部加熱器は、前記キャビティの内面上に配置されるか又は前記キャビティの内面を形成する、請求項１から９の何れかに記載のエアロゾル発生装置。
11. 前記外部加熱器は、前記装置のハウジングに対して移動可能なスリーブに設けられる、請求項１から１０の何れかに記載のエアロゾル発生装置。
12. 前記装置は電気加熱式喫煙装置である、請求項１から１１の何れかに記載のエアロゾル発生装置。
13. エアロゾル形成基材を加熱する方法であって、
    前記エアロゾル形成基材の内部領域に接触できる第１の加熱器を準備する段階と、
    前記エアロゾル形成基材の外面に接触できる第２の加熱器を準備する段階と、
    前記第２の加熱器の温度が前記第１の加熱器の温度よりも低くなるように、前記第１の加熱器及び前記第２の加熱器の温度を制御するように構成されたコントローラを準備する段階と、
    を含む、エアロゾル形成基材を加熱する方法。
14. 前記外部加熱器の温度は１００℃から２００℃の間となるように制御される、請求項１３に記載の方法。
15. 前記内部加熱器の温度は３２０℃から４２０℃の間となるように制御される、請求項１３又は１４に記載の方法。

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