JP7483629B2 - 貫通された搬送材料を有するヒーター組立品 - Google Patents

Description

本発明は、エアロゾル発生システム用のヒーター組立品、およびエアロゾル発生システム用のヒーター組立品を製造する方法に関する。特に、本発明は、加熱によって液体エアロゾル形成基体を気化して、ユーザーによる吸入のためのエアロゾルを発生する手持ち式エアロゾル発生システムに関する。

電池および制御電子機器を備える装置部分と、液体貯蔵部分の中に保持された液体エアロゾル形成基体の供給を備えるカートリッジ部分と、気化器として働く電気的に作動するヒーター組立品とから成る、手持ち式の電気的に作動するエアロゾル発生システムが周知である。液体貯蔵部分の中に保持されたエアロゾル形成基体の供給と気化器の両方を備えるカートリッジは、時に「カトマイザー」と呼ばれる。気化器は典型的に、液体エアロゾル形成基体に浸された細長い芯の周りに巻かれたヒーターワイヤのコイルを備える。エアロゾル形成基体に浸された毛細管材料は、液体を芯に供給する。カートリッジ部分は典型的に、液体エアロゾル形成基体の供給および電気的に作動するヒーター組立品だけでなく、マウスピースも備え、ユーザーはこのマウスピースを通してエアロゾルを口の中に引き出しうる。

「乾燥加熱」の状況、すなわち不十分な液体エアロゾル形成基体しか存在しない状態で流体透過性発熱体が加熱される状況を避けるために、最小限の量の液体エアロゾル形成基体が毛細管材料に存在することを確実にすることが一般的に望ましい。この状況はまた、「ドライ吸煙」として知られていて、また過熱、および潜在的に液体エアロゾル形成基体の熱分解をもたらす可能性があり、これはホルムアルデヒドなどの望ましくない副産物を生成する可能性がある。

本出願の第一の態様によると、エアロゾル発生システム用のヒーター組立品が提供されていて、ヒーター組立品は、液体エアロゾル形成基体を気化するように構成された流体透過性発熱体と、液体エアロゾル形成基体を流体透過性発熱体に搬送するように構成された搬送材料と、搬送材料の第一の表面と搬送材料の反対側の第二の表面との間に画定された厚さを有する搬送材料とを備え、第一の表面は流体透過性発熱体と流体連通して配設されていて、かつ第二の表面は液体エアロゾル形成基体を受容するように配設されていて、搬送材料の第二の表面には、液体エアロゾル形成基体用の形成された流体チャネルを画定するために、搬送材料の厚さの少なくとも一部に対応する深さまで搬送材料の中に延びる少なくとも一つの穴が提供されている。

製造中、搬送材料は流体透過性発熱体と流体連通して定置されている。搬送材料は、ハウジングまたはヒーターマウント内に位置してもよく、これはカートリッジ部分の一部を成すことができ、また小さい細孔またはマイクロチャネルのネットワークを有する多孔性または流体透過性材料を典型的に含み、この小さい細孔またはマイクロチャネルのネットワークを通して液体エアロゾル形成基体が搬送される、または透過する。搬送材料の寸法は一般的に、ヒーターマウントと搬送材料の間に締まり嵌めを提供するために、ヒーターマウントの内部寸法よりわずかに大きく、これは搬送材料の縁の周りの漏れの可能性を低減するのに役立つ。結果として、挿入中に、搬送材料は、搬送材料の厚さ方向と直交するように、かつ搬送材料の中心に向かって圧縮されていて、これは搬送材料の細孔またはマイクロチャネルの閉鎖または少なくともある割合のサイズの減少を生じさせる場合がある。その結果として、搬送材料を通した液体エアロゾル形成基体の搬送は、中断または低減される場合があり、これは流体透過性発熱体にて不十分な液体エアロゾル形成基体しか存在しない状態およびドライ吸煙をもたらす場合がある。

上述の本発明の第一の態様において、液体エアロゾル形成基体のための形成された流体チャネルを画定する搬送材料の中に少なくとも一つの穴が提供されている。少なくとも一つの穴は、ハウジングの中に挿入された時に搬送材料が圧縮された時でさえも、開いたままであり、これによって液体エアロゾル形成基体は穴に自由に入ることができる。少なくとも一つの穴は、材料の厚さの少なくとも一部に対応する深さまで搬送材料の中に延び、これによって搬送材料の厚さ、よって流体流れに対する抵抗は、穴の領域において低減される。これは、液体エアロゾル形成基体が流体透過性発熱体に到達するのを支援し、またドライ吸煙およびホルムアルデヒドの生成の可能性を低減する。出願人は、特許請求される配設が、搬送材料内に提供された穴を有しないヒーター組立品と比較して、ホルムアルデヒド生成の９０％の低減をもたらすことができることを見いだした。

本明細書で使用される「形成された流体チャネル」という用語は、搬送材料、すなわち少なくとも一つの穴の中に提供されていて、またその多孔性または流体透過性特性のおかげで搬送材料に属する細孔またはマイクロチャネルとは異なる流体チャネルを指す。言い換えれば、形成された流体チャネルは、搬送材料に固有の細孔またはマイクロチャネルとは異なる。さらに、形成された流体チャネルは、搬送材料の厚さ全体を通過する必要はない。形成された流体チャネルは、液体エアロゾル形成基体がチャネルに入ることができるように十分に延びる必要があるのみである。

搬送材料は、流体透過性発熱体と接触していてもよい。これは、液体エアロゾル形成基体を搬送材料から発熱体に搬送するのに役立つ。別の方法として、搬送材料と流体透過性発熱体の間に介在層があってもよく、介在層は搬送材料と流体透過性発熱体の間の流体連通の提供を支援する。

流体透過性発熱体は実質的に平坦であってもよく、また導電性フィラメントを備えてもよい。これは、毛細管芯の周りのヒーターワイヤコイルの巻線の必要性を回避する。導電性フィラメントは、単一の平面内に置かれてもよい。平面状の発熱体は、製造中に簡単に取り扱うことができ、かつ頑丈な構造を提供する。他の実施形態において、実質的に平坦な発熱体は一つ以上の寸法に沿って湾曲していてもよく、例えばドーム形状またはブリッジ形状を形成してもよい。

導電性フィラメントはフィラメント間の隙間を画定してもよく、隙間は１０μｍ～１００μｍの幅を有してもよい。フィラメントは、隙間内に毛細管作用を生じさせる場合があり、これによって使用時に、気化される液体が隙間の中に引き出されて、発熱体と液体の間の接触面積を増大する。

導電性フィラメントは１６０～６００メッシュＵＳ（±１０％）（すなわち、１インチ当たりのフィラメント数が１６０～６００本（±１０％））のサイズのメッシュを形成してもよい。隙間の幅は７５μｍ～２５μｍであることが好ましい。隙間の面積とメッシュの総面積の比であるメッシュの開口面積の割合は２５～５６％であることが好ましい。メッシュは、異なるタイプの織り構造または格子構造を使用して形成されてもよい。別の方法として、導電性フィラメントは、互いに平行に配設されたフィラメントのアレイから成る。

導電性フィラメントは１０μｍ～１００μｍの直径を有してもよく、８μｍ～５０μｍの直径を有することが好ましく、また８μｍ～３９μｍの直径を有することがより好ましい。フィラメントは丸い断面を有してもよく、または扁平な断面を有してもよい。ヒーターフィラメントは、シート材料（箔など）のエッチングによって形成されてもよい。これは、ヒーター組立品が平行のフィラメントのアレイを備える時に、特に有利である場合がある。ヒーター組立品がフィラメントのメッシュまたは織物を備える場合、フィラメントは個別に形成され、まとめて編まれてもよい。

流体透過性発熱体の面積は小さくてもよく、例えば５０平方ミリメートル以下であってもよく、２５平方ミリメートル以下であることが好ましく、約１５平方ミリメートルであることがより好ましい。サイズは、発熱体を手持ち式システムの中に組み込むように選ばれる。５０平方ミリメートル以下の発熱体のサイズ設定は、発熱体を加熱するために必要とされる総電力量を減少させ、一方で発熱体の液体エアロゾル形成基体への十分な接触を依然として確実にする。発熱体は、例えば長方形であってもよく、また２ミリメートル～１０ミリメートルの長さ、および２ミリメートル～１０ミリメートルの幅を有してもよい。メッシュは、約５ミリメートル×３ミリメートルの寸法を有することが好ましい。

発熱体のフィラメントは、適切な電気特性を有する任意の材料で形成されてもよい。適切な材料としては、ドープされたセラミックなどの半導体、「導電性」のセラミック（例えば、二ケイ化モリブデンなど）、炭素、黒鉛、金属、合金、およびセラミック材料と金属材料とで作製された複合材料が挙げられるが、これらに限定されない。こうした複合材料は、ドープされたセラミックまたはドープされていないセラミックを含んでもよい。適切なドープされたセラミックの例としては、ドープ炭化ケイ素が挙げられる。適切な金属の例としては、チタン、ジルコニウム、タンタル、および白金族の金属が挙げられる。

適切な合金の例としては、ステンレス鋼、コンスタンタン、ニッケル含有、コバルト含有、クロム含有、アルミニウム含有、チタン含有、ジルコニウム含有、ハフニウム含有、ニオビウム含有、モリブデン含有、タンタル含有、タングステン含有、スズ含有、ガリウム含有、マンガン含有、および鉄含有合金、ならびにニッケル、鉄、コバルト、ステンレス鋼系の超合金、Ｔｉｍｅｔａｌ（登録商標）、鉄－アルミニウム系合金、鉄－マンガン－アルミニウム系合金が挙げられる。Ｔｉｍｅｔａｌ（登録商標）は、Ｔｉｔａｎｉｕｍ Ｍｅｔａｌｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの登録商標である。フィラメントは一つ以上の絶縁体で被覆されていてもよい。導電性フィラメント用の好ましい材料はステンレス鋼および黒鉛であり、ＡＩＳＩ ３０４、３１６、３０４Ｌ、３１６Ｌなどの３００シリーズのステンレス鋼であることがより好ましい。追加的に、導電性発熱体は上記の材料の組み合わせを含んでもよい。流体透過性発熱体の抵抗の制御を改善するために、材料の組み合わせが使用されてもよい。例えば、固有抵抗が高い材料を、固有抵抗が低い材料と組み合わせてもよい。これは、材料のうちの一つが他の観点、例えば価格、機械加工性、またはその他の物理的および化学的パラメータの観点から、より有益である場合に、有利である場合がある。有利なことに、増加した抵抗を有する実質的に平坦なフィラメント配設は、寄生損失を低減する。有利なことに、抵抗が高いヒーターは、電池エネルギーのより効率的な使用を可能にする。

フィラメントはワイヤで作製されることが好ましい。ワイヤは金属で作製されることがより好ましく、ステンレス鋼で作製されることが最も好ましい。

発熱体の導電性フィラメントのメッシュ、アレイ、または織物の電気抵抗は、０．３オーム～４オームであってもよい。電気抵抗は０．５オーム以上であることが好ましい。導電性フィラメントのメッシュ、アレイ、または織物の電気抵抗は、０．６オーム～０．８オームであることがより好ましく、約０．６８オームであることが最も好ましい。導電性フィラメントのメッシュ、アレイ、または織物の電気抵抗は、導電性接点区域の電気抵抗よりも少なくとも１桁大きいことが好ましく、また少なくとも２桁大きいことがより好ましい。これは、発熱体に電流を通過させることによって発生した熱が、導電性フィラメントのメッシュまたはアレイに局在化されることを確実にする。システムが電池によって電力供給される場合、発熱体に対する全体抵抗が低いことは有利である。低抵抗で大電流のシステムは、発熱体に高電力を送達することを可能にする。これは、発熱体が導電性フィラメントを望ましい温度に素早く加熱することを可能にする。

少なくとも一つの穴の深さは、搬送材料の厚さの半分より大きくてもよい。これは、液体エアロゾル形成基体が、少なくとも一つの穴の領域内で搬送材料の厚さの半分未満しか通過する必要がないことを意味し、これは少なくとも一つの穴の領域内で流体透過性発熱体への液体エアロゾル形成基体の搬送を支援する。

少なくとも一つの穴は、搬送材料の中央領域に形成されてもよい。少なくとも一つの穴は、搬送材料の第二の表面の中心または質量中心に形成されてもよいことが好ましい。搬送材料がハウジングの中に挿入されている時に、圧縮は搬送材料の中心に向かって最大になる傾向がある。従って、搬送材料の中央領域に少なくとも一つの穴を位置させることは、最も必要とされるところに、形成された流体チャネルを提供し、かつ搬送材料の中央領域の中で液体エアロゾル発生基体を搬送することを支援する。

少なくとも一つの穴は、搬送材料の第二の表面にて０．５ｍｍ～２．５ｍｍの入口直径、より具体的には０．８ｍｍ～２ｍｍの入口直径、なおより具体的には１．３ｍｍの入口直径を有してもよい。これらの穴サイズは、吸い出し、すなわち毛細管作用によって穴の中に引き出される液体エアロゾル形成基体を搬送するために適切であることが分かっている。さらに、このサイズの穴は、搬送材料がハウジングの中に挿入されている時に、開いたままであり、すなわち強制的に閉じられないことが分かっている。

少なくとも一つの穴は、搬送材料の第一の表面に向かってテーパー付きであってもよい。収斂するチャネルの中に吸い出すことによる液体吸収は、円筒状のチャネルまたは分岐チャネルと比較してより速いことが分かっている。さらに、テーパー付きの穴の壁は必ずしも真っ直ぐである必要はなく、湾曲していてもよい。湾曲した壁、特に内向きに湾曲する壁（すなわち壁が凸状である）は、液体の表面張力が相互作用するチャネルの壁の表面積を増大するので、液体が吸収される速さをさらに増加させることが分かっている。湾曲の程度は、液体の特性、特にその表面張力に依存する。

少なくとも一つの穴は、搬送材料の厚さ全体を通って延びて、搬送材料内に貫通穴を提供してもよい。この配設は、搬送材料全体を最初から最後まで通る、形成された流体チャネルを提供し、このチャネルを通って液体エアロゾル形成液体が搬送されうる。

少なくとも一つの穴は、搬送材料の第一の表面にて０．２ｍｍ～０．４ｍｍの出口直径、より具体的には０．２８ｍｍ～０．３２ｍｍの出口直径、なおより具体的には０．３ｍｍの出口直径を有してもよい。これらの出口の直径の範囲は、液体エアロゾル形成基体を流体透過性発熱体に搬送するために適切なサイズであることが分かっている。

搬送材料の第一の表面は、凸状であってもよく、特に凸状のドームであってもよい。この形状は、第一の表面に追加されてもよく、または少なくとも一つの穴を有する搬送材料の製造の（例えば打ち抜き加工および貫通による）副産物であってもよい。上記で考察した通り、搬送材料の第一の表面は、流体透過性発熱体と流体連通して配設されていて、これによって凸状表面は発熱体に向かう向きにされる。発熱体は、一部の製造プロセスの結果として残留するたわんだ形状を有する場合があり、従って凸状の第一の表面は発熱体の形状に、より良好に適合する。これは、特に搬送材料が流体透過性発熱体と接触している配設において、発熱体への液体エアロゾル発生基体の搬送を改善する場合がある。

搬送材料はディスクを備えてもよい。ディスクは、打ち抜き加工によって製造することが簡単であり、かつ管状ハウジングの中に適合するため、特に好都合な形状であることが分かっている。しかしながら、当然のことながら、搬送材料は、正方形、長方形、または楕円形、または別の湾曲した形状、または多角形形状、または不規則な形状など、その他の適切な形状で形成されることができる。搬送材料の厚さは、搬送材料の長さまたは幅または直径より小さくてもよい。搬送材料の長さまたは幅または直径と、搬送材料の厚さとのアスペクト比は、３：１より大きくてもよい。

搬送材料は毛細管材料を含んでもよい。毛細管材料は、毛細管作用によって材料を通して液体を運ぶ材料である。搬送材料は線維状の構造または多孔性の構造を有してもよい。搬送材料は毛細管の束を含むことが好ましい。例えば、搬送材料は複数の繊維もしくは糸、またはその他の微細チューブを含んでもよい。搬送材料は、搬送材料の厚さ方向と直交する、またはこれと垂直な方向に液体を主に搬送するように構成されてもよい。

毛細管材料は、細長い繊維を含むことが好ましく、これによって毛細管作用が繊維間の小さい空間またはマイクロチャネルの中で生じる。細長い繊維の平均的な方向は、第一の表面および第二の表面と実質的に平行な方向であってもよく、また少なくとも一つの穴は、細長い繊維の平均的な方向と実質的に直角を成す方向に延びてもよい。細長い繊維のこの配設は、毛細管作用が主に第一の表面および第二の表面と実質的に平行に起こり、これによって液体エアロゾル形成基体が搬送材料および流体透過性発熱体にわたって広がることを意味する。その結果として、搬送材料の厚さを通した液体エアロゾル形成基体の移動は比較的低い。しかしながら、少なくとも一つの穴を、細長い繊維の平均的な方向と実質的に直角を成す方向に延びるように提供することは、形成された流体チャネルが少なくとも部分的に搬送材料の厚さを通して延び、かつ搬送材料の厚さを通して流体透過性発熱体に流体を運ぶのを支援することを意味する。

搬送材料は、少なくとも摂氏１６０度以上（摂氏約２５０度など）の熱分解温度を有する耐熱材料を含んでもよい。搬送材料は、綿または処理された綿（例えばアセチル化綿）の繊維または糸を含んでもよい。その他の適切な材料、例えばセラミック系もしくは黒鉛系の繊維状材料、または繊維ガラス、セルロースアセテート、もしくは任意の適切な耐熱性のポリマーなどの紡糸繊維、延伸繊維、または押出成形繊維から作製された材料も使用することが可能である。搬送材料の繊維は各々、１０μｍ～４０μｍの厚さ、より具体的には１５μｍ～３０μｍの厚さを有してもよい。搬送材料は異なる液体物理特性で使用されるように、任意の適切な毛細管および空隙率を有してもよい。液体エアロゾル形成基体は粘性、表面張力、密度、熱伝導率、沸点および蒸気圧を含むがこれに限定されない物理的特性を有し、これら特性は液体エアロゾル形成基体が毛細管作用によって搬送材料を通して移動するのを可能にする。

搬送材料には、複数の穴が提供されてもよい。二つ以上の穴を提供することによって、搬送材料の厚さを通した液体エアロゾル発生基体の移動を増大させる場合がある追加的な形成された流体チャネルが作り出される。複数の穴は、第二の表面に形成されてもよく、また第二の表面から搬送材料の中に延びてもよい。別の方法として、第一の穴は、第二の表面に形成されてもよく、また第二の表面から搬送材料の中に延びてもよく、および第二の穴は、第一の表面に形成されてもよく、また第一の表面から搬送材料の中に延びてもよい。第一の穴および第二の穴は、搬送材料の中に貫通穴を作り出すように接続されていてもよい。別の方法として、第一の穴および第二の穴は、穴が接続されていないように、第一の表面および第二の表面と平行な方向で離隔していてもよい。しかしながら、流体は毛細管作用によって第一の穴と第二の穴の間を通ることができてもよい。

ヒーター組立品は、搬送材料および流体透過性発熱体を据え付けるために、ヒーターマウントをさらに備えてもよい。加えて、ヒーター組立品は、液体エアロゾル発生基体を保持するために、かつ搬送材料に運ぶために保持材料をさらに備えてもよい。保持材料はまた、複数の小さい穴またはマイクロチャネルを形成する繊維状または多孔性の構造を有する毛細管材料も備えてもよく、この複数の小さい穴またはマイクロチャネルを通して液体エアロゾル形成基体を毛細管作用によって搬送することができる。保持材料は、毛細管の束、例えば複数の繊維もしくは糸、またはその他の微細チューブを含んでもよい。繊維または糸は、液体エアロゾル形成基体を搬送材料に向かって運ぶために概して整列していてもよい。別の方法として、保持材料は、海綿体様または発泡体様の材料を含んでもよい。保持材料は、任意の適切な材料または材料の組み合わせを含んでもよい。適切な材料の例は、海綿体材料もしくは発泡体材料、繊維もしくは焼結粉末の形態のセラミック系またはグラファイト系の材料、発泡性の金属材料もしくはプラスチック材料、繊維状材料、例えば紡糸繊維または押出成形繊維（セルロースアセテート、ポリエステル、または結合されたポリオレフィン、ポリエチレン、テリレンもしくはポリプロピレン繊維、ナイロン繊維またはセラミックなど）で作製された繊維状材料である。保持材料は、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）またはポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）を含んでもよい。保持材料は、搬送材料と比較して優れた吸い出し性能を有してもよく、これによって保持材料は搬送材料よりも単位体積当たりの液体を多く保持する。さらに、搬送材料は、保持材料より高い熱分解温度を有してもよい。

本発明の第二の態様によると、エアロゾル発生システム用のヒーター組立品の製造方法が提供されていて、方法は、流体透過性発熱体を提供することと、搬送材料を提供することであって、搬送材料が搬送材料の第一の表面と搬送材料の反対側の第二の表面との間に画定された厚さを有する、提供することと、少なくとも一つの穴を搬送材料の第二の表面に形成することであって、少なくとも一つの穴が搬送材料の厚さの少なくとも一部に対応する深さまで搬送材料の中に延びる、形成することと、搬送材料の第一の表面を流体透過性発熱体と流体連通して配設することとを含む。

搬送材料は、搬送材料の切片からポンチを用いてディスクを切断することによって提供されてもよい。打ち抜き加工は、それ自体が大量製造技法に役立つ適切な製造プロセスである。さらに、打ち抜き加工動作は、搬送材料の第一の表面に凸状の形状を付与するのに役立つ場合がある。

ポンチの切断端は、少なくとも一つの穴を形成するための円錐貫通部を備えてもよい。円錐貫通部は、穴を形成するための適切なツールであることに加えて、円錐形状が穴にテーパー付きの形状を付与するために役立つ場合があることが分かっている。しかしながら、当業者であれば、必要とされる穴の形状に応じて他の形状の貫通部を使用することが可能であることを理解するであろう。その上、穴を形成するために他の技法、例えば成形、ドリル加工、打ち抜き加工、およびレーザードリル加工などを使用することができる。ポンチおよび貫通部を組み合わせることによって、少なくとも一つの穴を形成する工程は、搬送材料のディスクを切断する工程中に実行することができ、これは製造効率を改善する。

円錐貫通部は、その最も広い部分にて０．５～２．５ｍｍの直径、より具体的には０．８～２ｍｍの直径、そしてなおより具体的には１．３ｍｍの直径を有してもよい。この寸法の範囲は、少なくとも一つの穴を形成するために適切な直径であることが分かっている。

本発明の第三の態様によると、エアロゾル発生システム用のカートリッジが提供されていて、カートリッジは、上述の第一の態様のヒーター組立品と、液体エアロゾル形成基体を貯蔵するための液体貯蔵区画または部分とを備える。

カートリッジは、ヒーター組立品の構成要素および液体エアロゾル発生基体を保持するためのキャップまたは保持部をさらに備えてもよい。

本発明の第四の態様によると、主本体部と、上述の第三の態様のカートリッジとを備えるエアロゾル発生システムが提供されていて、カートリッジは主本体部に取り外し可能に連結されている。

一態様に関して説明された特徴は、本発明の他の態様にも等しく適用されてもよい。

ここで、例証としてのみであるが、以下の添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるエアロゾル発生システムの概略図である。 図２は、本発明によるカートリッジ（マウスピースを含む）の第一の断面の概略図である。 図３は、図２のヒーターマウントを図示する。 図４は、搬送材料の内部構造の区域の拡大図を示す、図２および図３の搬送材料の断面図である。 図５は、本発明の様々な実施形態による搬送材料の断面図である。 図６は、本発明の様々な実施形態による搬送材料の断面図である。 図７は、本発明の様々な実施形態による搬送材料の断面図である。 図８は、本発明の様々な実施形態による搬送材料の断面図である。 図９は、本発明の一実施形態による搬送材料を製造するために使用されるポンチ工具の断面図である。

図１は、本発明の一実施形態によるエアロゾル発生システムの概略図である。システムは、二つの主構成要素、カートリッジ１００、および主本体部２００を備える。カートリッジ１００の接続端１１５は、主本体部２００の対応する接続端２０５に取り外し可能に接続されている。主本体部２００は、電池２１０（この例では再充電可能リチウムイオン電池である）と、制御回路２２０とを包含する。エアロゾル発生システムは携帯型であり、また従来の葉巻たばこまたは紙巻たばこに匹敵するサイズを有する。マウスピースは、接続端１１５とは反対側のカートリッジ１００の端に配設されている。

カートリッジ１００は、ヒーター組立品１２０と、第一の部分１３０および第二の部分１３５を有する液体貯蔵区画とを包含するハウジング１０５を備える。液体エアロゾル形成基体は液体貯蔵区画の中に保持されている。図１には図示していないが、液体貯蔵区画の第一の部分１３０は、第一の部分１３０の中の液体が第二の部分１３５に移動することができるように、液体貯蔵区画の第二の部分１３５に接続されている。ヒーター組立品１２０は、液体貯蔵区画の第二の部分１３５から液体を受容する。この実施形態において、ヒーター組立品１２０は流体透過性発熱体を備える。

気流通路１４０、１４５は、ハウジング１０５の側面に形成された空気吸込み口１５０からヒーター組立品１２０を通り過ぎ、そしてヒーター組立品１２０から、接続端１１５とは反対のカートリッジ１００の端にてハウジング１０５の中に形成されたマウスピース開口１１０に、カートリッジ１００を通って延びる。

カートリッジ１００の構成要素は、液体貯蔵区画の第一の部分１３０がヒーター組立品１２０とマウスピース開口１１０の間にあるように配設されていて、また液体貯蔵区画の第二の部分１３５は、マウスピース開口１１０とは反対の、ヒーター組立品１００の側に位置付けられている。言い換えれば、ヒーター組立品１２０は、液体貯蔵区画の二つの部分１３０、１３５の間に置かれ、液体を第二の部分１３５から受容する。液体貯蔵区画の第一の部分１３０は、液体貯蔵区画の第二の部分１３５よりもマウスピース開口１１０に近い。気流通路１４０、１４５はヒーター組立品１１０を通り過ぎ、また液体貯蔵区画の第一の部分１３０と第二の部分１３５の間に延びる。

システムは、ユーザーがカートリッジのマウスピース開口１１０を吸煙するかまたはそれを吸って、エアロゾルを自分の口の中に引き出すことができるように構成されている。動作時、ユーザーがマウスピース開口１１０を吸煙する時に、空気は空気吸込み口１５０から気流通路１４０、１４５を通して、ヒーター組立品１２０を通り過ぎて、マウスピース開口１１０に引き出される。制御回路２２０は、システムが起動された時に、電池２１０からカートリッジ１００への電力の供給を制御する。これは結果として、ヒーター組立品１２０によって生成されるベイパーの量および特性を制御する。制御回路２２０は気流センサー（図示せず）を含んでもよく、また制御回路２２０は、ユーザーによるカートリッジ１００の吸煙が気流センサーによって検出された時に、ヒーター組立品１２０に電力を供給してもよい。このタイプの制御配設は、吸入器およびｅシガレットなどのエアロゾル発生システムで良好に確立される。そのため、ユーザーがカートリッジ１００のマウスピース開口１１０を吸煙する時に、ヒーター組立品１２０が起動されて、気流通路１４０を通過する気流中に同伴されるベイパーを発生する。ペイパーは通路１４５の中の気流内で冷めてエアロゾルを形成し、次いでこれはマウスピース開口１１０を通してユーザーの口の中に引き出される。

動作時、マウスピース開口１１０は典型的に、システムの最高点である。カートリッジ１００の構造、および特に液体貯蔵区画の第一の部分１３０と第二の部分１３５の間のヒーター組立品１２０の配設は、液体貯蔵区画が空になり始めていてさえも重力を活用して液体基体がヒーター組立品１２０に送達されることを確実にし、それでも気流通路１４０の中への液体の漏れにつながる場合があるヒーター組立品１２０への液体の過剰供給を防止するので、有利である。

図２は、本発明の実施形態によるカートリッジ１００の概略断面である。カートリッジ１００は、マウスピース開口１１０を有するマウスピースを有する外部ハウジング１０５と、マウスピースとは反対側の接続端１１５とを備える。ハウジング１０５内には液体エアロゾル形成基体１３１を保持する液体貯蔵区画がある。液体貯蔵区画は、第一の部分１３０および第二の部分１３５を有し、また液体は、三つのさらなる構成要素、すなわち上方貯蔵区画ハウジング１３７、ヒーターマウント１３４、および端部キャップ１３８によって、液体貯蔵区画の中に包含されている。流体透過性発熱体１２２および搬送材料１２４を備えるヒーター組立品１２０は、ヒーターマウント１３４の中に保持されている。保持材料１３６は、液体貯蔵区画の第二の部分１３５の中に提供されていて、かつヒーター組立品１２０の搬送材料１２４に当接する。保持材料１３６は、液体をヒーター組立品１２０の搬送材料１２４に搬送するように配設されている。

液体貯蔵区画の第一の部分１３０は、貯蔵区画の第二の部分１３５より大きく、かつヒーター組立品１２０とカートリッジ１００のマウスピース開口１１０との間の空間を占める。貯蔵区画の第一の部分１３０の中の液体は、ヒーター組立品１２０の両側の液体チャネル１３３を通して液体貯蔵区画の第二の部分１３５に移動することができる。この実施例では二つのチャネルが提供されていて、対称的な構造を提供するが、一つのチャネルのみが必要である。チャネルは、上方貯蔵区画ハウジング１３７とヒーターマウント１３４の間に画定された囲まれた液体流路である。

流体透過性発熱体１２２は概して平面状であり、かつ液体貯蔵区画の第一の部分１３０およびマウスピース開口１１０に面するヒーター組立品１２０の側の上に配設されている。搬送材料１２４は、流体透過性発熱体１２２と保持材料１３６の間に配設されている。搬送材料１２４の第一の表面は、流体透過性発熱体１２２と接触し、また搬送材料の第二の表面は、保持材料１３６および貯蔵区画の中の液体１３１と接触する。搬送材料１２４の第二の表面は、カートリッジ１００の接続端１１５に面する。ヒーター組立品１２０は接続端１１５により近くにあり、これによって電源へのヒーター組立品１２０の電気的接続を、簡単かつ頑丈に達成することができる。

気流通路１４０は、貯蔵区画の第一の部分と第二の部分の間に延びる。気流通路１４０の底部壁は、流体透過性発熱体１２２を備える。気流通路１４０の側壁はヒーターマウント１３４の部分を備え、また気流通路の上部壁は上方貯蔵区画ハウジング１３７の表面を備える。気流通路は、液体貯蔵区画の第一の部分１３０を通して、マウスピース開口１１０に向かって延びる垂直部分（図示せず）を有する。

当然のことながら、図２の配設は、エアロゾル発生システム用のカートリッジの単なる一例である。その他の配設も可能である。例えば、液体貯蔵区画をもう一方の端に配設して、流体透過性発熱体、搬送材料、および保持材料を、カートリッジハウジングの一方の端に配設することが可能である。

図３は、図２のヒーターマウント１３４の断面図であり、その特徴をより詳細に示す。搬送材料１２４および保持材料１３６の一部は、ヒーターマウント１３４の中に形成された管状陥凹部１３２内に位置する。流体透過性発熱体１２２は、管状陥凹部１３２を横切って延びる。搬送材料１２４の第一の表面１２４ａは、液体エアロゾル発生基体用の搬送材料１２４と発熱体１２２の間の流体連通を提供するように、流体透過性発熱体１２２の下側と接触する。保持材料１３６の第一の部分は、管状陥凹部１３２内に位置し、かつ搬送材料１２４の第二の表面１２４ｂに当接し、これによって搬送材料１２４は保持材料１３６から液体エアロゾル発生基体を受容することができる。保持材料１３６の第二の部分は、管状陥凹部１３２の外側に延び、かつ液体チャネル１３３と流体連通していて、これによって保持材料１３６の第二の部分は液体チャネル１３３から液体エアロゾル発生液体を受容することができる。保持材料１３６の第二の部分は、ヒーターマウント１３４の下方端を密封する端部キャップ１３８に当接する。ヒーターマウント１３４は射出成形され、かつポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）またはＬＣＰ（液晶ポリマー）などのエンジニアリングポリマーで形成されている。

流体透過性発熱体１２２は、複数のフィラメントから形成された平面状のメッシュヒーター要素を備える。このタイプのヒーター要素構造の詳細は、公開ＰＣＴ特許出願番号第ＷＯ２０１５／１１７７０２号において見いだすことができる。発熱体は、管状陥凹部１３２の外側に、図２の平面の中および外への方向に延び、これによって発熱体の対向する両端はヒーターマウント１３４の外側に位置する。発熱体１２２に電力を供給するために、接点パッドが、発熱体１２２の対向する両端の各々に提供されている。

搬送材料１２４と保持材料１３６の両方は、液体エアロゾル形成基体を保持し、かつ運ぶ毛細管材料から形成されている。上述の通り、搬送材料１２４は、発熱体１２２と直接接触し、かつ保持材料１３６より高い熱分解温度（少なくとも摂氏１６０度以上、摂氏約２５０度など）を有する。搬送材料１２４は、発熱体１２２を保持材料１３６から分離するスペーサーとしての役目を効果的に果たし、これによって保持材料１３６はその熱分解温度を上回る温度に曝露されない。搬送材料１２４を横切る熱勾配は、保持材料１３６がその熱分解温度を下回る温度に曝露されるのみであるような熱勾配である。保持材料１３６は、搬送材料１２４より優れた吸い出し性能を有するように選ばれてもよく、これによって搬送材料１２４よりも単位体積当たりの液体を多く保持する。この例において搬送材料１２４は、綿または処理された綿を含有する材料などの耐熱材料であり、また保持材料１３６は、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）またはポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）などのポリマーである。

搬送材料１２４は、約５．８ｍｍの直径および約２．５ｍｍの厚さを有するディスクとして形成されている。この直径は管状陥凹部１３２の内径よりわずかに大きく、これによって搬送材料１２４が管状陥凹部１３２の中に挿入されている時に、搬送材料１２４はディスクの中心に向かって半径方向内向きに圧縮される。これは、搬送材料１２４の外側の周りの液体エアロゾル発生基体の漏れを抑止するために、ディスクの外周と管状陥凹部１３２の内周との間の密封を提供するために行われる。しかしながら、ディスクを圧縮することは、搬送材料１２４が作製される毛細管材料のマイクロチャネルを圧縮する。これは、搬送材料１２４を通した液体エアロゾル形成基体の搬送を阻害することができるので、問題となる可能性がある。

この問題を軽減しようとするために、搬送材料１２４の第二の表面１２４ｂには、搬送材料１２４の厚さ全体を通って、すなわち第二の表面１２４ｂから第一の表面１２４ａに延びる穴１２６が提供されている。穴１２６は、圧縮が最大である搬送材料１２４の中心に提供されていて、また液体エアロゾル発生基体用の形成された流体チャネルを画定する。これは、圧縮が最大である搬送材料１２４の中央領域を液体が通過するのを支援する。穴は搬送材料１２４の第一の表面１２４ａに向かってテーパー付きであり、搬送材料１２４および液体エアロゾル発生基体の特徴に応じて様々な異なるサイズを有することができる。この実施例において、穴１２６は、管状陥凹部１３２の中に圧縮される前に、第二の表面１２４ｂにて１．３ｍｍの入口直径と、第一の表面１２４ａにて０．３ｍｍの出口直径を有する。穴１２６は、下記に説明する円錐形の貫通ツールを用いて搬送材料１２４を貫通することによって提供されている。

図４は、図２および図３の搬送材料１２４の断面図を示す。搬送材料１２４の断面積は１００倍に拡大されていて、その内部構造を示す。搬送材料１２４は、搬送材料１２４の第一の表面１２４ａおよび第二の表面１２４ｂと実質的に平行に整列されている細長い繊維で形成されている。液体は、搬送材料１２４を通して、細長い繊維１２４ｃの間の小さい空間またはマイクロチャネルの中で毛細管作用によって運ばれる。一部の液体は搬送材料１２４の厚さを通して搬送されるが、液体搬送の主たる方向は、繊維に沿っている、すなわち搬送材料１２４の第一の表面１２４ａおよび第二の表面１２４ｂと実質的に平行である。この配設は、気流通路の中に堆積されている液体エアロゾル形成基体の漏れと滴りをもたらす場合がある、過多な液体が流体透過性発熱体に搬送されることを防止する。さらに、発熱体の均一な湿潤を支援するために、液体エアロゾル形成基体を流体透過性発熱体の面積にわたって広げるのに役立つ。しかしながら、上述の搬送材料１２４の圧縮に起因して、搬送材料１２４の中心にあるマイクロチャネルは締め付けられる可能性があり、これは、搬送材料１２４を通る、すなわち保持材料から流体透過性発熱体への液体エアロゾル発生基体の搬送を阻害する。穴１２６は、ドライ吸煙の状況を回避するために十分な液体エアロゾル発生基体が流体透過性発熱体に到達することを可能にするために、搬送材料の中央領域に、形成された流体チャネルを提供することによって、この問題の克服しようとする。穴１２６は、細長い繊維１２４ｃの平均的な方向と実質的に直角を成す方向に延びる。

図５は、本発明の別の実施形態による搬送材料２２４を示す。搬送材料２２４は、凸状の第一の表面２２４ａ、特に凸状のドーム形状を有することを除き、図４に示すものと類似している。この形状は、搬送材料２２４を製造するために使用される打ち抜き加工および貫通プロセスからもたらされる場合があり、このプロセスは第二の表面２２４ｂに適用され、また打ち抜き加工力および貫通力の加力に起因して第一の表面２２４ａを外向きに撓ませる傾向がある。別の方法として、例えば成形型の中に押し込むことによって、搬送材料２２４に追加されることができる。この配設は、搬送材料２２４が、湾曲した流体透過性発熱体の形状に適合するのに役立ち、この形状は、流体透過性発熱体を作製するために使用される一部の製造プロセスの副産物である場合がある。テーパー付きの穴２２６は、搬送材料２２４の厚さ全体を通過する。搬送材料は、約５．８ｍｍの直径およびその最も厚い点にて約２．５ｍｍの厚さを有するディスクとして形成されている。

図６は、本発明の別の実施形態による搬送材料３２４を示す。搬送材料３２４は、穴３２６が搬送材料３２４の厚さを通して部分的にのみ延びることを除き、図５に示すものと類似している。この例において、穴３２６は、搬送材料３２４の厚さの半分より大きい深さまで搬送材料３２４の中に延びる。この配設は、液体が通って流れるための貫通穴を搬送材料３２４の中に提供しないものの、液体が通って流れる必要がある穴の領域内の搬送材料の厚さを、この例において、厚さの半分未満に低減することによって、搬送材料を通した液体エアロゾル発生基体の流れを依然として増大させる。言い換えれば、穴３２６の中に流れる液体は、厚さ全体を通して浸透する必要がある場合と比較して、搬送材料３２４の厚さの残りの部分を通して、より簡単に透過することができる。

図７は、本発明の別の実施形態による搬送材料４２４を示す。この場合も、搬送材料４２４は、約５．８ｍｍの直径および約２．５ｍｍの厚さを有するディスクとして形成されている。搬送材料４２４は、複数の穴を備え、第一の穴４２６ａは第一の表面４２４ａに提供されていて、また第二の穴４２６ｂは第二の表面４２４ｂに提供されている。第一の穴４２６ａおよび第二の穴４２６ｂの各々は、搬送材料４２４の厚さの半分より大きい深さまで搬送材料４２４の中に延びる。第一の穴４２６ａおよび第二の穴４２６ｂは整列されていて、これによってこれらの穴は接続して搬送材料４２４の中に貫通穴を形成し、この貫通穴を通して液体エアロゾル発生基体が通ることができる。

図８は、本発明の別の実施形態による搬送材料５２４を示す。搬送材料５２４は、第一の穴５２６ａおよび第二の穴５２６ｂが整列されていないが、第一の表面５２４ａおよび第二の表面５２４ｂと平行な方向で離隔していることを除き、図７に示すものと類似している。第一の穴５２６ａおよび第二の穴５２６ｂの各々は、搬送材料５２４の厚さの半分より大きい深さまで搬送材料５２４の中に延びる。穴５２６ｂの中に流れる液体エアロゾル発生基体は、毛細管作用によって搬送材料５２４の細長い繊維に沿って、第一の表面５２４ａおよび第二の表面の５２４ｂに平行な方向で、流体透過性発熱体に通ることができる穴５２６ａの中に移動することができる。

本発明の実施形態によるヒーター組立品を製造する方法は、流体透過性発熱体と流体連通する搬送材料を配設することを含む。流体連通を達成する一実施例は、流体透過性発熱体と接触する搬送材料を配設することである。搬送材料は、より大きい一片の搬送材料からディスクを打ち抜き加工することによって提供することができる。

図９は、搬送材料のディスクを提供するためのポンチ６００の実施例を示す。ポンチ６００は、ポンチをプレス（図示せず）に取り付けるための内部ねじ６５２を一方の端に有する円筒状のカラム６５０を備える。長軸方向のねじ６５２は、円筒状のカラム６５０の中に長軸方向に延びる。円筒状のカラム６５０のもう一方の端は、搬送材料のディスクを切断するように構成されているポンチ６００の切断端６５４を備える。切断端は、搬送材料のディスクと同一の直径、すなわち約５．８ｍｍの直径を有する。搬送材料を貫通して穴を形成するように構成されている円錐貫通部６５６は、切断端に位置する。円錐貫通部６５６は、その最も広い部分にて１．３ｍｍの直径を有し、約４．３ｍｍの長さである。円錐貫通部６５６をポンチ６００の切断端に定置することによって、搬送材料のディスクを切断する工程中に、搬送材料を貫通することが可能である。

Claims (16)

1. エアロゾル発生システム用のヒーター組立品であって、
   液体エアロゾル形成基体を気化するように構成された流体透過性発熱体と、
   液体エアロゾル形成基体を前記流体透過性発熱体に搬送するよう構成された搬送材料であって、前記搬送材料の第一の表面と前記搬送材料の反対側の第二の表面との間に画定された厚さを有し、前記第一の表面が前記流体透過性発熱体と流体連通して配設されていて、また前記第二の表面が液体エアロゾル形成基体を受容するように配設されていて、
   前記搬送材料の前記第二の表面には、液体エアロゾル形成基体のための形成された流体チャネルを画定するために、前記搬送材料の前記厚さの少なくとも一部に対応する深さまで前記搬送材料の中に延びる少なくとも一つの穴が提供されていて、
   前記搬送材料が、細長い繊維を有する毛細管材料を含み、前記細長い繊維の平均的な方向が、前記第一の表面および第二の表面と実質的に平行な方向であり、
   前記少なくとも一つの穴が、前記細長い繊維の前記平均的な方向と実質的に直角を成す方向に延びる、搬送材料と、を備える、ヒーター組立品。
2. 前記少なくとも一つの穴の前記深さが、前記搬送材料の前記厚さの半分より大きい、請求項１に記載のヒーター組立品。
3. 前記少なくとも一つの穴が前記第二の表面の中心に形成されている、請求項１または請求項２に記載のヒーター組立品。
4. 前記少なくとも一つの穴が、前記搬送材料の前記第二の表面にて、０．５ｍｍ～２．５ｍｍの入口直径を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載のヒーター組立品。
5. 前記少なくとも一つの穴が前記搬送材料の前記第一の表面に向かってテーパー付きである、請求項１～４のいずれか一項に記載のヒーター組立品。
6. 前記少なくとも一つの穴が前記搬送材料の厚さ全体を通って延びて、前記搬送材料内に貫通穴を提供する、請求項１～５のいずれか一項に記載のヒーター組立品。
7. 前記少なくとも一つの穴が、前記搬送材料の前記第一の表面にて、０．２ｍｍ～０．４ｍｍの出口直径を有する、請求項５または請求項６に記載のヒーター組立品。
8. 前記搬送材料の前記第一の表面が凸状である、請求項１～７のいずれか一項に記載のヒーター組立品。
9. 前記搬送材料がディスクを含む、請求項１～８のいずれか一項に記載のヒーター組立品。
10. 前記搬送材料には複数の穴が提供されている、請求項１～９のいずれか一項に記載のヒーター組立品。
11. エアロゾル発生システム用のヒーター組立品の製造方法であって、
    流体透過性発熱体を提供する工程と、
    搬送材料を提供する工程であって、前記搬送材料が、前記搬送材料の第一の表面と前記搬送材料の反対側の第二の表面との間に画定された厚さを有し、前記搬送材料が、細長い繊維を有する毛細管材料を含み、かつ前記細長い繊維の平均的な方向が前記第一の表面および第二の表面と実質的に平行な方向である、提供する工程と、
    前記搬送材料の前記第二の表面に、液体エアロゾル形成基体のための形成された流体チャネルを画定するために、少なくとも一つの穴を形成する工程であって、前記少なくとも一つの穴が、前記搬送材料の前記厚さの少なくとも一部に対応する深さまで前記搬送材料の中に延び、前記少なくとも一つの穴が、前記細長い繊維の前記平均的な方向と実質的に直角を成す方向に延びる、形成する工程と、
    前記搬送材料の前記第一の表面を、前記流体透過性発熱体と流体連通するように配設する工程と、を含む、方法。
12. 前記搬送材料が、移動材料のセクションからポンチを用いてディスクを切断する工程によって提供されている、請求項１１に記載の方法。
13. 前記ポンチの切断端が、前記少なくとも一つの穴を形成するための円錐貫通部を備え、これによって前記少なくとも一つの穴を形成する前記工程が、搬送材料の前記ディスクを切断する前記工程中に実行される、請求項１２に記載の方法。
14. 前記円錐貫通部が、その最も広い部分にて０．５～２．５ｍｍの直径を有する、請求項１３に記載の方法。
15. エアロゾル発生システム用のカートリッジであって、
    請求項１～１０のいずれかに記載のヒーター組立品と、
    液体エアロゾル形成基体を貯蔵するための液体貯蔵部分と、を備える、カートリッジ。
16. エアロゾル発生システムであって、
    主本体部と、
    請求項１５に記載のカートリッジと、を備え、
    前記カートリッジが前記主本体部に取り外し可能に連結されている、エアロゾル発生システム。

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