FI80824C - Roekningsartikel. - Google Patents

Description

1 80824

Tupakointituote - Rökningsartikel

Esillä olevan, hakemuksesta 863428 jakamalla erotetun hakemuksen keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen, edullisesti savukkeen muotoinen tupakointituote tai -väline, joka muodostaa tupakansavua muistuttavaa aerosolia ja joka edullisesti sisältää olennaisesti pienempiä määriä epätäydellisiä palamis- ja pyrolyysituotteita kuin tavanomainen savuke normaalisti muodostaa.

Monia tupakointituotteita on kehitelty vuosien, erityisesti viimeksi kuluneiden 20-30 vuoden aikana, mutta yksikään näistä tuotteista ei ole koskaan saavuttanut kaupallista menestystä.

Huolimatta vuosikymmeniä kestäneestä kiinnostuksesta ja yrityksistä ei markkinoilla vieläkään ole tupakointituotetta, jolla on tavanomaisten savukkeiden etunäkökohdat ilman, että ne tuottaisivat huomattavia määriä tavanomaisen savukkeen muodostamia epätäydellisiä palamis- ja pyrolyysituotteita.

Keksinnön kohteena on patenttivaatimus 1 johdanto-osan mukainen tupakointituote, jolle on tunnusomaista patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa esitetyt asiat. Keksinnön mukainen tupakointi-tuote on edullisesti savukkeen muotoinen, jossa käytetään pientä suuritlheyksistä palavaa polttoaine-elementtiä yhdessä fyysisesti erillisen aerosolin muodostusosan kanssa, joka sisältää yhtä tai useampaa aerosolin muodostusmateriaalia. Aerosolin muodostusosa on edullisesti johtavassa lämmönvaihtosuhteessa polttoaine-elementtiin ja/tai ainakin osaa poltto-aine-elementistä ympäröi joustava eristysvaippa säteittäisen lämpöhäviön vähentämiseksi. Sytty-essään polttoaine-elementti kehittää lämpöä, joka käytetään höy-rystämään aerosolin muodostusosassa olevat aerosolin muodostus-materiaalit. Erityisesti imaisun aikana nämä haihtuvat materiaalit vetäytyvät kohti suun puoleista päätä ja edelleen käyttäjän suuhun samalla tavoin kuin tavanomaisen savukkeen savu.

2 80824

Keksinnön mukaiset tupakointituotteet kykenevät muodostamaan huomattavia aerosolimääriä sekä alkuvaiheessa että tuotteen koko käyttöiän ja ne antavat käyttäjälleen savukkeen polton vaikutelmat ja edut. Aerosolin muodostusosan tuottama aerosoli muodostuu ilman huomattavaa lämpöhajoamista ja siirtää käyttäjälle edullisesti huomattavasti pienempiä määriä pyrolyysi- ja epätäydellisiä pala-mistuotteita kuin tavanomainen savuke normaalisti tuottaa.

Keksinnössä käytetyn pienen polttoaine-elementin pituus on alle noin 30 mm, edullisesti alle noin 20 mm ja sen tiheys on ainakin noin 0,5 g/cm^, edullisemmin ainakin noin 0,7 g/cm^ mitattuna esimerkiksi elohopeasiirtymällä. Sopivia polttoaine-elementtejä voidaan valaa muottiin tai suulake puristaa hienonnetusta tai uudelleen sekoitetusta tupakasta ja/tai tupakan korvikkeesta ja ne sisältävät edullisesti palavaa hiiltä. Poltto-aine-elementteihin on muodostettu useampia pitkittäiskanavia, edullisemmin 5-9 kanavaa tai useampiakin, jotka auttavat ohjaamaan lämmön siirtymistä palavasta polttoaine-elementistä aerosolin muodostusosassa oleviin aerosolin muodostusmateriaa-leihin. Kanavat ovat sijoitetut niin lähekkäin, että palamisen aikana ne sulautuvat yhdeksi väyläksi ainakin polttoaine-elementin sytytyspäässä.

Aerosolin muodostusosaan kuuluu edullisesti lämmön kestävää materiaalia oleva substraatti tai kantoaine, joka tukee yhtä tai useampaa aerosolin muodostusmateriaalia. Polttoaineen ja aerosolin muodostajan välinen johtava lämmönvaihtosuhde saadaan edullisesti aikaan järjestämällä mukaan lämpöä johtava osa, kuten metallijohdin, joka on kosketuksessa polttoaine-elementtiin ja aerosolin muodostusosaan ja johtaa tai siirtää tehokkaasti lämpöä palavasta polttoaine-elementistä aerosolin muodostusosaan. Tämä lämmönjohdinosa koskettaa polttoaine-elementtiä ja aerosolin muodostusosaa edullisesti ainakin osalta niiden kehäpintoja ja se on edullisesti vedetty taakse tai erotettu polttoaine-elementin palavasta päästä ainakin noin 3 mm, edullisesti ainakin noin 5 mm, jotta se ei haittai-

II

3 80824 si polttoaineen syttymistä ja palamista sekä lämmönjohdinosan esiintyöntymisen välttämiseksi. Vielä edullisemmin lämmönjoh-dinosa ympäröi myös ainakin osittain aerosolin muodostusmate-riaalien substraattia. Vaihtoehtoisesti voidaan mukaan järjestää erillinen johtava säiliö ympäröimään aerosolin muodostus-materiaaleja.

Lisäksi ainakin osa polttoaine-elementistä on edullisesti varustettu ympäröivällä eristysosalla, kuten eristyskuitujen muodostamalla vaipalla vaipan ollessa edullisesti joustavaa, palamatonta materiaalia ja ainakin 0,5 mm paksu. Tämä osa vähentää säteettäistä lämpöhäviötä ja auttaa lämmön pitämisessä ja ohjaamisessa polttoaine-elementistä kohti aerosolin muodos-tusosaa ja vähentää lisäksi polttoaineen palovaarallisuutta. Edullinen eristysosa ympäröi ainakin osaa polttoaine-elementistä ja edullisesti ainakin osaa aerosolin muodostusosasta, mikä auttaa jäljittelemään tavanomaisen savukkeen tuntua. Polttoaine-elementin ja aerosolin muodostusosan eristämiseksi käytetyt materiaalit voivat olla samoja tai eri aineita.

Koska polttoaine-elementti on suhteellisen lyhyt, kuuma, palava tulikartio, on aina lähellä aerosolin muodostusosaa maksimoiden lämmön siirtymisen siihen ja saadun aerosolituotannon erityisesti suoritusmuodoissa, joissa on monikanavainen tai -tiehyeinen polttoaine-elementti, lämmönjohdinosa ja/tai eristysosa. Suhteellisen suuritiheyksistä polttoainemateriaalia käytetään varmistamaan se, että pieni polttoaine-elementti palaa tarpeeksi kauan tavanomaisen savukkeen palamisajan jäljittelemiseksi ja että se muodostaa riittävästi energiaa tarvittavien aerosolimäärien kehittämiseksi. Koska aerosolin muo-dostusaine on fyysisesti erillään polttoaine-elementistä, se on alttiina olennaisesti alhaisemmille lämpötiloille kuin palavassa tulikartiossa vallitsevat lämpötilat minimoiden siten aerosolin muodostajan lämpöhajoamismahdollisuuden.

4 80824

Esillä olevan keksinnön mukainen tupakointituote on normaalisti varustettu suun puoleisella pääkappaleella, jossa on esimerkiksi pitkittäiskanavan muodostama elin aerosolin muodos-tusosan kehittämän haihtuvan materiaalin siirtämiseksi käyttäjälle. Suukappaleeseen kuuluu edullisesti joustava ulko-osa, kuten rengasmainen selluloosa-asetaattituppo tavanomaisen savukkeen tunnun jäljittelemiseksi. Tuotteen kokonaismitat ovat edullisesti samat kuin tavanomaisen savukkeen ja tästä syystä suukappale ja aerosolin siirto-osa kattavat tavallisesti noin puolet tai enemmänkin tuotteen pituudesta. Vaihtoehtoisesti polttoaine-elementti ja aerosolin muodostusosa voidaan valmistaa ilman sisään rakennettua suukappaletta tai aerosolin siirto-osaa käytettäväksi erillisen, kertakäyttöisen tai uudelleen käytettävän suukappaleen kanssa.

Esillä olevan mukainen tupakointituote voi myös sisältää tupakka-annoksen tai -tulpan, jota voidaan käyttää tupakan maun lisäämiseksi aerosoliin. Tämä tupakka-annos voidaan sijoittaa aerosolin muodostusosan ja tuotteen suun puoleisen pään väliin. Rengasmainen tupakkaosa sijoitetaan edullisesti aerosolin muodostusosan kehän ympärille, jossa se toimii myös eris-tysosana ja edesauttaa tavanomaisen savukkeen maun ja tunnun jäljittelemisessä. Tupakka-annos voidaan myös sekoittaa aerosolin muodostusmateriaalin substraattiin tai sitä voidaan käyttää tällaisena substraattina. Muitakin aineita, kuten aromiaineita voidaan myös lisätä tuotteeseen käyttäjälle tulevan aerosolin maustamiseksi tai muulla tavoin muuttamiseksi.

Keksinnön mukaiset tupakointi tuotteet käyttävät normaalisti tilavuudeltaan ja edullisesti painoltaan olennaisesti vähemmän polttoainetta kuin tavanomaiset savukkeet hyväksyttävien aero-solimäärien tuottamiseksi. Lisäksi käyttäjälle tulevassa aerosolissa on normaalisti vähemmän pyrolyysi- ja epätäydellisiä palamistuotteita johtuen aerosolin muodostusosasta tulevasta hajoamattomasta aerosolista ja koska erityisesti useilla pit-

II

5 80824 kittäiskanavilla varustetuissa suoritusmuodoissa lyhyt, suuri-tiheyksinen polttoaine-elementti muodostaa olennaisesti vähäisempiä määriä pyrolyysi- ja/tai epätäydellisiä palamistuottei-ta kuin tavanomainen savuke myös siinä tapauksessa, että polttoaine-elementissä on tupakkaa tai muuta selluloosamateriaa-lia.

Tässä tekstissä ja vain tämän patenttihakemuksen yhteydessä sanaa "aerosoli" käytetään kattamaan höyryt, kaasut sekä näkyvät että näkymättömät hiukkaset ja vastaavat ja erityisesti ne ainesosat, jotka käyttäjästä tuntuvat "savumaisilta" ja jotka muodostuvat palavasta polttoaine-elementistä tulevan lämmön vaikuttaessa aerosolin muodostusosassa tai muualla tuotteessa oleviin aineisiin. Tällä tavoin määriteltynä termi "aerosoli" kattaa myös haihtuvat aromiaineet ja/tai farmakologisesti tai fysiologisesti vaikuttavat aineet riippumatta siitä, muodostavatko ne näkyvää aerosolia.

Tässä yhteydessä käytettynä termi "johtava lämmönvaihtosuhde" tarkoittaa aerosolin muodostusosan ja polttoaine-elementin fyysistä sijoittelua tai järjestelyä, jolla lämpö siirtyy johtumalla palavasta polttoaine-elementistä aerosolin muodostus-osaan olennaisesti polttoaine-elementin koko palamisjakson ajan. Johtava lämmönvaihtosuhde voidaan saada aikaan sijoittamalla aerosolin muodostusosa kosketukseen polttoaine-elementin kanssa ja hyvin lähelle polttoaine-elementin palavaa osaa ja/ tai käyttämällä hyväksi johdinosaa lämmön siirtämiseksi palavasta polttoaineesta aerosolin muodostusosaan. Edullisesti voidaan käyttää molempia menetelmiä johtavan lämmönsiirron aikaan saamiseksi.

Tässä käytettynä termi "eristysosa" tarkoittaa kaikkia materiaaleja, jotka toimivat pääasiallisesti eristiminä. Edullista on, että nämä materiaalit eivät pala käytön aikana, mutta ne voivat sisältää hitaasti palavia hiiliä ja vastaavia materiaa- 6 80824 leja ja erityisesti materiaaleja, jotka sulavat käytön aikana ja joita ovat esimerkiksi pienilämpötilaiset lasikuitulaadut. Sopivien eristimien lämmönjohtavuus on mittayksikön ollessa g-cal/ (see) (cm2) (c°/cm) vähemmän kuin noin 0,05, edullisesti vähemmän kuin noin 0,02, edullisimmin vähemmän kuin noin 0,005. Katso Hackh's Chemical Dictionary, 34 (4. painos, 1969) ja Lange's Handbook of Chemistry, 10, 272-274 (11. painos, 1973).

Esillä olevan keksinnön mukaista tupakointituotetta kuvataan tarkemmin seuraavassa keksinnön yksityiskohtaisessa selityksessä viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa:

Kuvio 1 on pitkittäisleikkaus tekniikan tason mukaisesta tupakointituotteesta,

Kuvio 1A on leikkauskuva kuvion 1 mukaisesta tupakointituotteesta, pitkin kuvion 1 viivaa 1A - 1A;

Kuviot 2 ja 3 ovat pitkittäisleikkauksia keksinnön mukaisen tupakointituotteen eri suoritusmuodoista;

Kuvio 2A esittää päästä käsin polttoaine-elementin erästä kanava-tai tiehytjärjestelyä, joka sopii käytettäväksi keksinnön suoritusmuodoissa;

Kuvio 3A on pitkittäisleikkauskuva eräästä edullisesta polttoaine-elementin kanavarakenteesta, joka sopii käytettäväksi keksinnön suoritusmuodoissa.

Kuviossa 1 esitetyn tekniikan tason mukaisen suoritusmuodon koko-naismitat ovat edullisesti samat kuin tavanomaisen savukkeen ja siihen kuuluu lyhyt, noin 20 mm pitkä palava polttoaine-elementti 10, siihen rajoittuva aerosolin muodostusosa 12 ja foliovuorattu paperiputki 14, joka muodostaa tuotteen suun puoleisen pään 15. Tässä suoritusmuodossa polttoaine-elementti 10 on suulakepuristet-tu tai valettu seoksesta, joka sisältää hienonnettua tai uudelleen sekoitettua tupakkaa ja/tai tupakan korviketta sekä pienen määrän palavaa hiiltä ja lisäksi polttoaine-elementti on varustettu

II

viidellä pituussuuntaan ulottuvalla reiällä 16, katso kuvio 1A.

Polttoaine-elementin 10 sytytyspää voi olla kavennettu tai hal kaisijaltaan pienennetty syttymisen helpottamiseksi.

7 80824

Aerosolin muodostusosaan kuuluu huokoinen hiilimassa 13, jossa on 1 tai useampia kanavia 17 ja joka on kyllästetty yhdellä tai useammalla aerosolin muodostusmateriaalilla, jollaisia ovat esimerkiksi trietyleeniglykoli, propyleeniglykoli, glyseriini tai niiden seokset.

Tuotteen suukappaleen muodostava foliovuorattu paperiputki 14 ympäröi aerosolin muodostusosaa 12 ja polttoaine-elementin 10 syttymätöntä takapäätä siten, että foliovuorattu putkin on noin 15 mm etäisyyden päässä polttoaine-elementin syttymispäästä. Putki 14 muodostaa myös aerosolin kulkuväylän 18 aerosolin muodostusosan 12 ja tuotteen suun puoleisen pään 15 välille. Polttoaineen 10 syttymättömän pään aerosolin muodostajaan 12 yhdistävän folio-vuoratun putken 14 läsnäolo parantaa lämmön siirtymistä aerosolin muodostajaan. Folio auttaa myös tulikartion sammuttamisessa. Kun jäljellä on vain pieni määrä palamatonta polttoainetta, folion läpi tapahtuva lämpöhäviö toimii lämpönieluna, joka auttaa sammuttamaan tulikartion. Tässä tuotteessa käytetty folio on tyypillisesti alumiinifolio, jonka paksuus on 0,0089 mm, mutta käytetyn johtimen paksuus ja/tai tyyppi voi vaihdella käytännöllisesti katsoen millaisen tahansa halutun lämmönsiirron aikaansaamiseksi.

Kuviossa 1 esitettyyn tuotteeseen kuuluu valinnaisesti myös tupakkamassa tai -tulppa 20 maun tai aromin lisäämiseksi aerosoliin. Tämä tupakka-annos 20 voidaan sijoittaa hiilimassan 13 suun puoleiseen päähän kuviossa 1 esitetyllä tavalla tai se voidaan sijoittaa väylään 18 välimatkan päähän aerosolin muodostajasta 12. Ulkonäön vuoksi tuotteessa voi valinnaisesti olla hyötysuhteeltaan pieni selluloosa-asetaattitäyteaine tai suodatin 22, joka on sijoitettu suun puoleiseen päähän 15 tai lähelle sitä.

β 80824

Kuviossa 2 esitettyyn suoritusmuotoon kuuluu joustava eristys-vaippa, joka ympäröi tai sulkee sisäänsä polttoaine-elementin eristämiseksi ja lämmön keskittämiseksi siihen. Nämä suoritusmuodot vähentävät myös palavan tulikartion tulipalovaaraa ja joissain tapauksissa edesauttavat tavanomaisen savukkeen tunnun saavuttamista.

Kuvion 2 suoritusmuodossa joustava, lasikuitua oleva eristysvaippa ympäröi sekä polttoaine-elementin 10 että aerosolin muodostusosan 12 kehää ja on edullisesti pienilämpötilaista materiaalia, joka sulaa käytön aikana. Tämä vaippa 72 on päällystetty ei-huokoisella paperilla 73, jollaista on esimerkiksi yhtiöltä Kimberley-Clark saatava P 878-5. Tässä suoritusmuodossa polttoaine-elementti on noin 15 - 20 mm pitkä ja edullisesti varustettu kolmella tai useammalla reiällä 16 ilmavirran parantamiseksi polttoaineen läpi. Eräs sopiva kanava- tai väyläjärjestely on esitetty kuviossa 2A.

Tässä suoritusmuodossa aerosolin muodostusosa 12 on metallisäiliö 74, joka ympäröi raemaista substraattia 38 ja/tai tiivistettyä tupakkaa 76, joista toisessa tai molemmissa on aerosolin muo-dostusmateriaalia. Esitetyllä tavalla säiliön 74 avoin pää 75 menee polttoaine-elementin 10 takaosan päälle 3-5 mm:n verran. Vaihtoehtoisesti avoin pää 75 voi asettua polttoaine-elementin 10 takapäätä vasten. Säiliön 74 vastakkainen pää on taitettu tai rypistetty seinämän 78 muodostamiseksi, jossa on useita aukkoja 80 kaasujen, tupakka-aromien ja/tai aerosolin muodostusmateriaalin päästämiseksi aerosolin siirtoväylään 18.

Muoviputki 44 rajoittuu metalisäiliön 74 päätyseinää 78 vasten tai edullisesti menee sen päälle ja sitä ympäröi joustava, suuriti-heyksinen selluloosa-asetaattituppo 42. Tupon 42 polttoaineen puoleiseen päähän voidaan levittää liimaa 82 tai jotakin muuta materiaalia oleva kerros tupon sulkemiseksi ja ilmavirran estämiseksi kulkemasta sen läpi. Pienihyötysuhteinen suodatin 45 on sijoitettu tuotteen suun puoleiseen päähän ja tuppo 42 ja suodatin

II

45 on edullisesti kääritty tavanomaiseen käärepaperiin 85. Toista savukepaperikerrosta 86 voidaan käyttää eristysvaipan 72 takaosan ja tuppo-/suodatinosan liittämiseksi yhteen.

9 80824

Kuvion 2 mukaisen suoritusmuodon eräässä muunnosmuodossa eris-tysvaippaa voidaan myös käyttää selluloosa-asetaattitupon 42 asemesta siten, että vaippa ulottuu suodattimen 45 syttymispään puoleisesta päästä. Tällaisissa suoritusmuodoissa liimakerros levitetään edullisesti suodattimen siihen rengasmaiseen osaan, joka asettuu vasten eristysvaipan päätä tai lyhyt rengasmainen tuppo-tai hahtuvaosa on sijoitettu eristysvaipan ja suodatinkappaleen väliin ja liimaa levitetty molempiin päihin.

Kuvion 3 suoritusmuodossa vaippa 94 sisältää tupakkaa tai tupakan ja eristyskuitujen, kuten lasikuitujen seosta. Esitellyllä tavalla tupakkavaippa tai -kerros 94 ulottuu hieman metallisäiliön 96 suun puoleisen pään yli. Vaihtoehtoisesti se voi ulottua tuotteen koko pituudelta suun puoleisessa päässä olevaan suodattimeen asti. Tällaisissa suoritusmuodoissa säiliön 96 kehä on edullisesti varustettu yhdellä tai useammalla pitkittäisellä raolla 99 (edullisesti kaksi rakoa 180° toisistaan) siten, että aerosolin muodostajasta tulevat höyryt kulkevat aerosolin muodostajaa ympäröivän rengasmaisen tupakkaosan läpi tupakka-aromien uuttamiseksi ennen väylään 18 siirtymistä.

Esitetyllä tavalla vaipan 94 polttoaine-elementin puoleisessa päässä tupakka on puristettu. Tämä vähentää ilmavirtausta tupakan läpi vähentäen siten sen palamisvoimaa. Lisäksi säiliö 96 edesauttaa tupakan sammuttamisessa toimimalla lämpönieluna. Tämä lämpönieluvaikutus auttaa tukahduttamaan kapselia ympäröivän tupakan palamisen ja samoin se auttaa jakamaan lämpöä tasaisesti aerosolin muodostusosan ympärillä olevaan tupakkaan edesauttaen siten tupakan aromiaineisten vapautumista. Lisäksi voi olla edullista käsitellä polttoaineen takapään läheisyydessä oleva savukepaperin 85, 89 osa esimerkiksi natriumsilikaatilla tupakan 10 80824 sammuttamisen edesauttamiseksi, jotta se ei pala huomattavasti polttoaine-elementin näkyvän osan yli. Vaihtoehtoisesti itse tupakka voidaan käsitellä palamisen säätöaineella aerosolin muodostajaa ympäröivän tupakan palamisen estämiseksi.

Sytytettäessä joku yllä kuvatuista suoritusmuodoista polttoaine-elementti palaa kehittäen lämpöä, jota käytetään aerosolin muo-dostusosassa olevan aerosolin muodostusmateriaalin tai materiaalien höyrystämiseksi. Nämä haihtuvat materiaalit vetäytyvät sitten kohti suun puoleista päätä, erityisesti imaisun aikana ja edelleen käyttäjän suuhun samalla tavoin kuin tavanomaisen savukkeen savu.

Koska polttoaine-elementti on suhteellisen lyhyt, kuuma, palava tulikartio on aina lähellä aerosolin muodostusosaa maksimoiden siten lämmön siirtymisen aerosolin muodostusosaan ja mahdollisiin tupakka-annoksiin ja lisäksi aerosolin ja mahdollisen tupakka-aromin tuotannon erityisesti silloin, kun käytetään edullista lämmönjohdinosaa. Koska polttoaine-elementti on lyhyt, tuotteessa ei milloinkaan ole pitkää palamatonta polttoaineosaa, joka toimisi lämpönieluna aikaisemmissa lämpöaerosolituotteissa yleisellä tavalla. Pieni polttoainemäärä tai - lähde minimoi myös epätäydellisten palamis- tai pyrolyysituotteiden määrän erityisesti niissä suoritusmuodoissa, jotka sisältävät hiiltä ja/tai useita kanavia.

Lämmön siirtoa ja tästä syystä aerosolin saantia saadaan parannetuksi käyttämällä polttoaineen läpi ulottuvia kanavia tai väyliä, jotka vetävät kuumaa ilmaa aerosolin muodostajaan erityisesti imaisun aikana. Lämmön siirtoa parantaa myös edullinen lämmön-johdinosa, joka on erillään tai välimatkan päässä polttoaine-elementin syttymispäästä siten, että se ei häiritse polttoaineen syttymistä ja palamista ja samalla vältetään lämmönjohdinosan ruma esiintyöntyminen myös käytön jälkeen. Lisäksi edullinen eristysosa pyrkii sulkemaan, suuntaamaan ja keskittämään lämmön kohti tuotteen

II

keskustaa lisäten siten aerosolin muodostusaineeseen siirtynyttä lämpöä.

11 80824

Koska aerosolin muodostusmateriaali on fyysisesti erillään polttoaine-elementistä, se on alttiina olennaisesti alhaisemmille lämpötiloille kuin palavassa tulikartiossa vallitsee. Tämä minimoi aerosolin muodostajan lämpöhajoamismahdollisuuden ja siihen liittyvän pahan maun. Tämä aikaansaa myös aerosolin muodostumisen imaisun aikana ja lisäksi mahdollisimman vähäisen aerosolin muodostumisen aerosolin muodostusosasta kytemisen aikana.

Keksinnön edullisissa suoritusmuodoissa lyhyt, polttoaine-elementti ja/tai taakse vedetty lämmönjohdinosa ja/tai eristysosa ja/tai polttoaineessa olevat väylät muodostavat yhdessä aerosolin muodostajan kanssa järjestelmän, joka kykenee kehittämään huomattavia määriä aerosolia ja mahdollisesti tupakka-aromia käytännöllisesti katsoen jokaisella imaisulla. Tulikartion läheisyys aerosolin muodostajaan nähden muutaman imaisun jälkeen yhdessä johdinosan ja/tai eristysosan ja/tai polttoaine-elementissä olevien useiden väylien kanssa aikaansaa hyvän lämmönsiirron sekä imaisun aikana että imaisujen välisenä suhteellisen pitkänä kytemisaikana.

Sitoutumatta teoriaan vaikuttaa siltä, että aerosolin muodostusosa pysyy suhteellisen korkeassa lämpötilassa imaisujen välillä ja että imaisujen aikana muodostunut lisälämpö, jota polttoaine-elementissä olevat edulliset väylät huomattavasti lisäävät, tulee pääasiallisesti käytetyksi aerosolin muodostusmateriaalin höyrystämiseksi. Tämä lisääntynyt lämmönsiirto aikaansaa käytettävissä olevan polttoaine-energian entistä tehokkaamman käytön, vähentää tarvittaessa polttoainemäärää ja auttaa alkuvaiheessa aerosolin muodostuksessa.

12 80824

Lisäksi valitsemalla sopivasti polttoaine-elementin koostumus, polttoaine-elementin väylien määrä, koko, muoto ja sijoittelu, eristysvaippa, päällyspaperi ja/tai lämmön-johdinosa on mahdollista olennaisesti valvoa tai säätää polttoainelähteen palamisominaisuuksia. Tällä tavoin saadaan hyvin valvotuksi lämmön siirtymistä aerosolin muodostajaan ja tätä voidaan puolestaan käyttää imaisumäärän ja/tai käyttäjälle tulevan aerosolimäärän muuttamiseksi.

Yleisesti ottaen keksinnön toteuttamisessa käytettävät palavat polttoaine-elementit ovat vähemmän kuin noin 30 mm pitkiä. Polttoaine-elementin pituus on edullisesti noin 20 mm tai vähemmän, edullisemmin noin 15 mm tai vähemmän. Polttoaine-elementin halkaisija on edullisesti noin 8 mm tai vähemmän, edullisesti noin 3 - 7 mm ja edullisemmin noin 4 - 6 mm. Tässä käytettävien polttoaine-elementtien tiheys vaihtelee noin 0,5 g/cm^ noin 1,5 g:aan/cm3 mitattuna esimerkiksi elohopeasyrjäytyksellä. Tiheys on edullisesti suurempi kuin 0,7 g/m^, edullisemmin suurempi kuin 0,8 g/cm^. Useimmissa tapauksissa suuritiheyksinen materiaali on edullista, koska se varmistaa polttoaine-elementin palamisen riittävän kauas tavanomaisen savukkeen palamisajan jäljittelemiseksi ja muodostaa riittävästi energiaa tarvittavan aerosolimäärän kehittämiseksi.

Tässä käytetyt polttoaine-elementit on edullisesti valettu muottiin tai suulakepuristettu hienonnetusta tupakasta, uudelleen sekoitetusta tupakasta tai tupakan korvikemateriaa-leista, kuten esimerkiksi modifioidut selluloosamateriaalit, huononnettu tai esipyrolysoitu tupakka ja vastaavat.

Sopivia materiaaleja on kuvattu esim U.S. patentissa

II

13 80824 nro 4 347 855, Lanzilotti et ai., U.S.patentissa nro 3 931 824, Miano et ai., ja U.S. patenteissa numerot 3 885 574 ja 4 008 723, Bortwick et ai. sekä julkaisussa Sitting, Tobacco Substitutes, Noyes Data Corp.

(1976). Muitakin sopivia palavia materiaaleja voidaan käyttää kunhan ne vain palavat riittävän pitkään tavanomaisen savukkeen palamisajan jäljittelemiseksi ja kehittävät riittävästi lämpöä, jota aerosolin muodostusosa tuottaa halutun määrän aerosolia aerosolin muodostusmateriaalista.

Edullisissa polttoaine-elementeissä on normaalisti palavia hiilimateriaaleja, joita saadaan esimerkiksi pyrolysoimalla tai karbonoimalla selluloosamateriaaleja ja joita ovat esimerkiksi puu, puuvilla, raion, tupakka, kookospähkinä, paperi ja vastaavat. Useimmissa tapauksissa palava hiili on edullista johtuen sen suuresta lämmönkehityskyvystä ja koska se tuottaa vain minimaalisia määriä epätäydellisiä palaraistuotteita. Polttoaine-elementin hiilipitoisuus on edullisesti noin 20 - 40 painoprosenttia tai enemmänkin.

14 80824

Edullisimpia polttoaine-elementtejä tätä keksintöä toteutettaessa ovat hiilipitoiset polttoaine-elementit (eli pääasiallisesti hiiltä sisältävät polttoaine-elementit), joita on kuvattu ja selvitetty tutkittavina olevissa patenttihakemuksisa numero 650 604, jätetty 14.9.1985 ja numero 769 532, jätetty 26.8.1985. Hiilipitoiset polttoaine-elementit ovat erityisen edullisia, koska ne muodostavat mahdollisimman vähän pyrolyysi- ja epätäydellisiä palamistuotteita, muodostavat vähän tai ei lainkaan näkyvää sivuvirtaussavua ja mahdollisimman vähän tuhkaa lisäksi niillä on hyvä lämpökapasiteetti. Erityisen edullisissa suoritusmuodoissa käyttäjälle tulevassa aerosolissa ei ole huomattavaa mutageenista vaikutusta mitattuna Ames-testillä. Katso Ames et ai., Mut. Res., 31:347-364 (1975); Nagas et ai., Mut. Res., 42:335 (1977).

Polttoaineeseen voidaan myös lisätä palamislisäaineita tai palamisen säätöaineita sopivien palamis- ja hehkumisominaisuuksien aikaansaamiseksi. Haluttaessa polttoaineeseen voidaan myös lisätä täyteaineita, kuten piimaata sekä sideaineita, kuten natriumkar-boksimetyyliselluloosaa (SCMC). Polttoaineeseen voidaan myös lisätä maku- ja hajuaineita, kuten tupakkauutteita tupakan tai muun aromin lisäämiseksi aerosoliin.

Polttoaine-elementti on varustettu useammalla pitkittäin ulottuvalla väylällä. Nämä väylät auttavat ohjaamaan lämmön siirtymistä polttoaine-elementistä aerosolin muodostusosaan, mikä on tärkeätä riittävän lämmön siirtämiseksi riittävän aerosolimäärän muodostamiseksi ja myös niin suuren lämmönsiirron välttämiseksi, että aerosolin muodostaja hajoaa. Yleisesti ottaen nämä väylät aiheuttavat huokoisuutta ja lisäävät varhaista lämmönsiirtoa substraattiin lisäämällä substraattiin pääsevien kuumien kaasujen määrää. Ne pyrkivät myös lisäämään palamisnopeutta.

Yleisesti ottaen suuri määrä väyliä tai kanavia, esim. 5-9 tai useampiakin ja erityisesti väylien sijoittelu suhteellisen kauaksi toisistaan kuvion 1A mukaisesti aikaansaa suuren 11 is 80824 konvektiolämpösiirron, joka johtaa suureen aerosolin muodostukseen. Suuri määrä väyliä varmistaa myös yleensä helpon syttymisen.

Hyvä konvektiolänunön siirto muodostaa suuremman CO-tuotoksen päävirtaukseen. CO-määrien pienentämiseksi voidaan käyttää pienempää määrää väyliä tai tiheämpää polttoaine-elementtiä, mutta tällaiset muutokset tekevät yleensä polttoaine-elementin vaikeammaksi sytyttää ja vähentävät konvektiolänunön siirtoa alentaen siten aerosolin kulkunopeutta ja määrää. On kuitenkin havaittu, että esimerkiksi kuviossa 2A esitetyillä lähekkäin sijoitetuilla väylillä, jolloin väylät palavat pois tai yhdistyvät muodostaen yhden väylän ainakin syttymispäässä, CO:n määrä palamistuotteissa on yleensä vähäisempi kuin mitä muodostuu käytettäessä samaa väyläjärjestelyä, mutta väylien ollessa kauempana toisistaan. Polttoaine-elementin väylien optimisi-joittelun, muodon ja määrän pitäisi olla sellainen, että aerosolia muodostuu tasaisesti ja runsaasti, sytytys on helppoa ja CO:ta muodostuu vähän. Erilaisia yhdistelmiä on tutkittu väylien sijoittelemiseksi/muodoksi ja/tai määräksi keksinnön eri suoritusmuodoissa käytetyissä hiilipitoisissa polttoaine-elementeissä. Yleisesti ottaen on havaittu, että polttoaine-elementit, joissa on noin 5-9 väylää suhteellisen lähellä toisiaan siten, että ne palavat pois yhdeksi suureksi väyläksi ainakin polttoaine-elementin syttymispäässä, näyttävät tyydyttävän parhaiten edullisen polttoaine-elementin vaatimukset käytettäväksi tässä keksinnössä erityisesti käytettäessä edullisia hiilipitoisia polttoaine-elementtejä. Vaikuttaa kuitenkin siltä, että tämä ilmiö esiintyy myös käytettäessä erilaisia ei-hiilipitoisia polttoaine-elementtejä, joita voidaan käyttää keksintöä toteutettaessa.

ie 80824

Muuttujiin, jotka vaikuttavat polttoaine-elementin väylien yhtymisnopeuteen elementin palaessa, kuuluvat polttoaine-elementin tiheys ja koostumus, väylien koko, muoto ja määrä, väylien välinen etäisyys ja niiden sijoittelu. Käytettäessä esimerkiksi seitsemällä noin 0,5 mm:n väylällä varustettua tiheydeltään 0,85 g/cm3 olevaa hiilipitoista polttoainelähdettä väylät pitäisi sijoittaa sisähalkaisijän alueelle, eli kyseessä on väylien ulkoreunaa ympäröivän pienimmän ympyrän halkaisija välillä noin 1,6 - 2,5 mm väylin saattamiseksi yhtymään yhdeksi väyläksi palamisen aikana. Kuitenkin, kun näiden seitsemän väylän halkaisija suurennetaan noin 0,6 mm:ksi, palamisen aikana yhdistyvä sisähalkaisija kasvaa noin 2,1 - noin 3,0 mm:ksi.

Keksinnön suoritusmuodoissa käyttökelpoinen toinen edullinen polttoaine-elementin väyläsijoittelu on kuviossa 3A esitetty rakenne, joka on havaittu erityisen edulliseksi vähäisen C0-tuotoksen ja syttymisen helppouden kannalta. Tässä edullisessa järjestelyssä polttoaine-elementin syttymispäässä oleva lyhyt osa on varustettu useilla väylillä tai kanavilla, joita on edullisesti noin 5 - 9 ja jotka sulautuvat suureksi onteloti-laksi 97, joka ulottuu polttoaine-elementin suun puoleiseen päähän. Syttymispäässä olevat useat väylät muodostavat suuren pinta-alan, joka on edullinen syttymisen helppouden ja varhaisen aerosolin tuoton kannalta. Ontelotila voi olla noin 30 -95 %, edullisesti yli 50 % polttoaine-elementin pituudesta ja se varmistaa yhtenäisen lämmönsiirron aerosolin muodostusosaan ja tuottaa vain vähän CO:ta päävirtaukseen.

Keksintöä toteutettassa käytetty aerosolin muodostusosa on fyysisesti erillään polttoaine-elementistä. Seulonnalla fyysisesti erillään tarkoitetaan sitä, että aerosolin muodostusma-teriaalit sisältävä substraatti, säiliö tai kammio ei sekoitu eikä muodosta osaa palavasta polttoaine-elementistä. Kuten aikaisemmin todettiin, tällä järjestelyllä saadaan vähennetyk-

II

17 80824 si tai eliminoiduksi aerosolin muodostusmateriaalin lämpöhajoaminen ja sivuvirtaussavun mukana olo. Vaikka aerosolin muo-dostusosa ei olekaan osa polttoainetta, se on edullisesti johtavassa lämmönvaihtosuhteessa polttoaine-elementtiin ja sijaitsee edullisesti polttoaine-elementtiä vasten tai sen vieressä. Johtava lämmönvaihtosuhde saadaan edullisemmin aikaan lämmönjohdinosalla, joka on esimerkiksi metalliputki tai -folio ja joka on edullisesti vedetty taakse tai erotettu polttoaineen syttymispäästä.

Aerosolin muodostusosa sisältää edullisesti yhtä tai useampaa lämpöä kestävää materiaalia, jotka kantavat tai tukevat yhtä tai useampaa aerosolin muodostusmateriaalia. Tässä yhteydessä lämpöä kestävällä materiaalilla tarkoitetaan sellaista, joka kestää polttoaineen lähellä esiintyviä, esimerkiksi 400 - 600° C olevia korkeita lämpötiloja hajoamatta tai palamatta. Keksinnön piiriin kuuluvat muutkin aerosolin muodostusvälineet, jollaisia ovat esimerkiksi lämpömurtuvat mikrokapselit tai kiinteät aerosolin muodostusaineet edellyttäen, että ne kykenevät vapauttamaan riittävästi aerosolin muodostushöyryjä, jotka muistuttavat tyydyttävästi tupakan savua, mutta nämä eivät ole edullisia.

Aerosolin muodostusmateriaalien substraattina tai kantoaineena käytettävät lämpöä kestävät materiaalit ovat hyvinkin tunnettuja ammattimiehille. Käyttökelpoisten substraattien pitäisi olla huokoisia ja pystyä sitomaan aerosolin muodostusmateriaa-li käyttämättöminä ollessaan ja edelleen niiden pitäisi pystyä vapauttamaan aerosolin muodostushöyry polttoaine-elementin kuumentaessa niitä. Erityisesti hiukkasmaiset substraatit voidaan sijoittaa säiliöön, joka on edullisesti muodostettu johtavasta materiaalista.

is 80824 Käyttökelpoisia lämpöä kestäviä materiaaleja ovat lämpöstabii-lit adsorboivat hiilet, kuten huokoiset hiililaadut, grafiitti, aktiivi- tai ei-aktiivihiilet ja vastaavat. Muita sopivia materiaaleja ovat epäorgaaniset kiinteät aineet, kuten keraamiset aineet, lasi, aluminiumoksidi, vermikuliitti, savet, kuten bentoniitti ja vastaavat. Edullisia hiilisubstraattima-teriaaleja ovat huokoiset hiilet, kuten PC-25 ja PG-60 Union Carbidilta ja SGL-hiili Calgonilta. Edullinen aluminiumoksidi-substraatti on SMR-14-1896, jota saadaan W.R. Grace & Co -yhtiön Davidson Chemical Divisionilta ja joka sintrataan korotetuissa lämpötiloissa, esim. suuremmissa kuin noin 1 000°C, pestään ja kuivataan ennen käyttöä.

On havaittu, että sopivia hiukkasmaisia substraatteja voidaan muodostaa myös hiilestä, tupakasta tai hiilen ja tupakan seoksista tiivistetyiksi hiukkasiksi yksivaiheisella prosessilla käyttämällä japanilaisen Fuji Paudal KK:n valmistamaa konetta, joka myydään tuotenimellä "Marumerizer". Tämä laite on kuvattu saksalaisessa patentissa nro 1 294 351 ja U.S. patentissa nro 3 277 520 (nyt uudelleen julkaistu numerolla 27 214) sekä japanilaisessa hakemusjulkaisussa numero 8684/1967.

Keksinnössä käytetty aerosolin muodostusosa on edullisesti sijoitettu korkeintaan noin 40 mm:n, edullisesti korkeintaan noin 30 mm:n ja edullisimmin korkeintaan 20 mm:n päähän polttoaine-elementin syttymispäästä. Aerosolin muodostajan pituus voi vaihdella välillä noin 2 mm - noin 60 mm, edullisesti noin 5 - 40 mm ja edullisimmin noin 20 - 35 mm. Aerosolin muodos-tusosan halkaisija voi vaihdellä välillä noin 2 mm - 8 mm, edullisesti noin 3-6 mm. Mikäli käytetään ei-hiukkasmaista substraattia, siihen voidaan muodostaa yksi tai useampia reikiä substraatin pinta-alan lisäämiseksi ja ilmavirran ja lämmönsiirron lisäämiseksi.

19 80824

Keksinnössä käytetyn aerosolin muodostusmateriaalin tai -materiaalien pitää kyetä muodostamaan aerosolia aerosolin muodos-tusosassa vallitsevissa lämpötiloissa silloin, kun palava polttoaine-elementti kuumentaa tämän osan. Nämä materiaalit muodostuvat edullisesti hiilestä, vedystä ja hapesta, mutta ne voivat sisältää muitakin aineita. Aerosolin muodostusmateriaa-lit voivat olla kiinteitä, puolikiinteitä tai nestemäisiä. Materiaalin ja/tai materiaalien seoksen kiehumispiste voi olla jopa noin 500°C. Näillä ominaisuuksilla varustettuja aineita ovat polyhydriset alkoholit, kuten glyseriini ja propyleeni-glykoli sekä mono-, di- tai polykarboksyylihappojen alifaatti-set esterit, kuten metyylistearaatti, dodekandioaatti, dime-tyylitetradodekandioaatti ja muut.

Edullisia aerosolin muodostusmateriaaleja ovat polyhydriset alkoholit tai polyhydristen alkoholien seokset. Erityisen edullisia aerosolin muodostajia ovat glyseriini, propyleeni-glykoli, trietyleeniglykoli tai niiden seokset.

Aerosolin muodostusmateriaali voidaan dispergoida aerosolin muodostusosaan tai sen sisään riittävän väkevänä, jotta se kyllästää substraatin, kantoaineen tai säiliön tai leviää niiden pinnalle. Aerosolin muodostusainetta voidaan esimerkiksi käyttää täysivahvuisena tai laimeana liuoksena kasto-, suihku-tus-, höyryerotus- tai vastaavilla menetelmillä. Kiinteät aerosolin muodostusainesosat voidaan sekoittaa substraattiin ja jakaa tasaisesti siihen ennen muodostamista.

Vaikka aerosolin muodostusmateriaalin kuormitus vaihtelee kan-toaineesta ja aerosolin muodostusmateriaalista riippuen, nestemäisten aerosolin muodostusmateriaalien määrä on yleensä välillä noin 20 mg - 120 mg, edullisesti noin 35 mg - 85 mg ja edullisimmin noin 45 mg - 65 mg. Mahdollisimman suuri osa aerosolin muodostusosan kantamasta aerosolin muodostajasta pitäisi saada siirretyksi käyttäjälle WTPM:nä. Edullisesti yli 20 80 824 noin 2 paino-%, edullisemmin yli noin 15 paino-% ja edullisimmin yli noin 20 paino-% aerosolin muodostusosassa olevasta aerosolin muodostajasta siirtyy käyttäjälle WTPM:nä.

Aerosolin muodostusosa voi myös sisältää yhtä tai useampaa haihtuvaa aromiainetta, jollaisia ovat ovat esimerkiksi mentoli, vanilliini, keinotekoinen kahvi, tupakkauutteet, nikotiini, kofeiini, liuokset ja muut aineet, jotka antavat aerosolille aromia. Siihen voi kuulua myös muita haluttuja haihtuvia kiinteitä tai nestemäisiä aineita. Vaihtoehtoisesti nämä valinnaiset aineet voidaan sijoittaa aerosolin muodostusosan ja suun puoleisen pään väliin esimerkiksi erillisenä substraattina tai säiliönä aerosolin muodostusosasta suun puoleiseen päähän johtavaan väylään tai mahdollisena tupakka-annoksena. Haluttaessa näitä haihtuvia aineita voidaan käyttää aerosolin muodostusmateriaalin asemesta tai osana sitä siten, että tuote antaa käyttäjälle ei-aerosolimaisen tai muun materiaalin aromin .

Eräs erityisen edullinen aerosolin muodostusosa käsittää yllä mainitun aluminiumoksidisubstraatin, joka sisältää sumutuskui-vattua tupakkauutetta, tupakan maun säätöaineita, kuten levu-liinihappoa, yhtä tai useampaa aromiainetta ja aerosolin muo-dostusmateriaalia, kuten glyseriiniä. Tämä substraatti voidaan sekoittaa tiivistettyihin tupakkahiukkasiin, jollaisia saadaan esimerkiksi "Marumerizer-laitteella" ja jotka hiukkaset voidaan myös kyllästää aerosolin muodostusmateriaalilla.

Tässä esitetyn kaltaisia tuotteita voidaan käyttää tai ne voidaan muuntaa käytettäviksi lääkkeiden antovälineiksi, niillä voidaan antaa haihtuvia farmakologisesti tai fysiologisesti vaikuttavia aineita, kuten efedriiniä, metaproterenolia, ter-butaliinia tai vastaavia.

Il 21 80824

Kuten esitetyissä suoritusmuodoissa on kuvattu, esillä olevan keksinnön mukaiseen tupakointituotteeseen voi kuulua myös polttoaine-elementin takapuolella oleva tupakka-annos tai tupakkaa sisältävän materiaalin muodostama annos, jota voidaan käyttää tupakan maun antamiseksi aerosoliin. Näissä tapauksissa kuumat höyryt pyyhkäisevät tupakan läpi uuttaen ja höyrystäen tupakassa olevat haihtuvat ainesosat ilman palamista tai olennaista pyrolyysiä. Eräs edullinen tupakka-annoksen sijoituspaikka on aerosolin muodostusosan kehän ympärillä, kuten kuviossa 3 on esitetty, jolloin lämmönsiirto tupakkaan paranee erityisesti niissä suoritusmuodoissa, joissa käytetään lämmönjohdinosaa tai johtavaa säiliötä aerosolin muodostusmateriaalin ja rengasmaisen tupakkakerroksen välillä. Tupakka toimii näissä suoritusmuodoissa myös aerosolin muodostajan eristysosana ja auttaa jäljittelemään tavanomaisen savukkeen tuntua ja aromia. Eräs toinen tupakka-annoksen edullinen sijoituspaikka on aerosolin muodostusosan sisällä, jossa tupakka tai tiivistetyt tupakkahiukkaset voidaan sekoittaa aerosolin muodostusmateriaalien substraattiin tai käyttää niiden asemesta.

Tupakkapitoinen materiaali voi sisältää kaikenlaista ammattiväelle saatavissa olevaa tupakkaa, jollaisia ovat esimerkiksi Burley, savukaasukuivattu tupakka, turkkilainen tupakka, uudelleen sekoitettu tupakka, suulakepuristetut tai tiivistetyt tupakkaseokset, tupakkapitoiset levyt ja vastaavat. Tupakkalaatujen seosta voidaan edullisesti käyttää aromivaihteluiden aikaansaamiseksi. Tupakkapitoinen materiaali voi myös sisältää tavanomaisia tupakan lisäaineita, kuten täyteaineita, kuorlaineita, lujiteaineita, kuten lasikuituja, kostuttavia aineita ja vastaavia. Tupakkamateriaaliin voidaan myös lisätä aromiaineita sekä aromin säätöaineita.

Tätä keksintöä toteutettaessa edullisesti käytetty lämmönjohdinosa on tyypillisesti metallinen (esim. alumiininen) putki, levy tai folio, jonka paksuus vaihtelee alle noin 0,01 mm:stä noin 22 80824 0,2 mm:iin tai ylikin. Johtavan materiaalin (esim. muita metalleja tai grafoil Union Carbidilta) paksuus, muoto ja/tai lajit voi vaihdella käytännöllisesti katsoen minkä tahansa halutun lämmönsiirtoasteen aikaansaamiseksi. Yleisesti ottaen lämmönjohdinosan pitäisi olla riittävän kaukana takana, jotta se ei haittaisi polttoaine-elementin syttymistä, mutta riittävän lähellä syttymispäätä johtavan lämmönsiirron aikaansaamiseksi ensimmäisten ja keskivälillä tapahtuvien imaisujen aikana.

Kuten esitetyissä suoritusmuodoissa on kuvattu, lämmönjohdinosa on edullisesti kosketuksessa polttoaine-elementin takaosaan tai menee sen päälle ja samoin se on kosketuksessa aerosolin muodostuselimen osan kanssa tai menee sen päälle ja tarpeeksi kaukana tai erillään syttymispäästä, jolloin välimatka siihen on ainakin noin 3 mm tai enemmänkin, edullisesti noin 5 mm tai enemmänkin. Lämmönjohdinosa ulottuu edullisesti korkeintaan noin puoliväliin polttoaine-elementin pituutta. Edullisemmin lämmönjohdinosa tulee polttoaine-elementin takapään päälle korkeintaan noin 5 mm:n matkan tai koskettaa sitä muuten. Tällaiset edulliset taaksepäin vedetyt osat eivät estä polttoaine-elementin syttymistä tai palamista. Edulliset välimatkan järjestetyt johdinosat auttavat myös sammuttamaan polttoaineen sen palaessa johtimen kosketuspisteeseen toimimalla lämpönieluna, eivätkä tällaiset johtimet työnny tuotteesta esiin edes sen jälkeen, kun polttoaine on käytetty loppuun.

Lämmönjohdinosa muodostaa myös edullisesti johtavan säiliön, joka sulkee sisäänsä aerosolin muodostusmateriaalit. Vaihtoehtoisesti voidaan mukaan ottaa erillinen johtava säiliö erityisesti niissä suoritusmuodoissa, joissa käytetään hiukkasmaisia substraatteja tai puolinestemäisiä aerosolin muodostusmateriaaleja. Paitsi, että johtava säiliö toimii aerosolin muodostusmateriaalien säiliönä, se lisäksi parantaa lämmön jakautumista aerosolin muodostusmateri-aaleihin ja edulliseen ympäröivään tupakkakerrokseen ja estää aerosolin muodostajan siirtymisen tuotteen muihin ainesosiin.

Säiliö muodostaa myös välineen tuotteen läpi tapahtuvan paineen

K

23 80824 alenemisen ohjaamiseksi muuttamalla niiden väylien lukumäärää, kokoa ja/tai asemaa, joiden läpi aerosolin muodostaja siirtyy tuotteen suun puoleiseen päähän. Lisäksi niissä suoritusmuodoissa, joissa käytetään tupakkakerrosta aerosolin muodostusosan kehän ympärillä, säiliö voidaan varustaa kehäaukoilla tai raoilla tupakan läpi tapahtuvan höyryjen virtauksen säätämiseksi ja ohjaamiseksi. Säiliön käyttö yksinkertaistaa myös tuotteen valmistusta vähentämällä tarvittavien osien ja/tai valmistusvaiheiden määrää.

Keksintöä toteutettaessa käytetyt eristysosat voidaan edullisesti muodostaa yhdeksi joustavaksi vaipaksi yhdestä tai useammasta eristysmateriaalikerroksesta. Tämä vaippa on edullisesti ainakin 0,5 mm paksu, edullisemmin ainakin 1 mm paksu ja edullisimmin noin 1,5 - 2 mm paksu.

Vaippa ulottuu edullisesti polttoaine-elementin päälle yli puoliväliin sen pituudesta. Edullisemmin se ulottuu tai kattaa polttoaine-elementin koko ulkokehän ja aerosolin muodostusosan kokonaan tai osittain.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti käytettävät eristys-osat ovat yleensä epäorgaanisia tai orgaanisia kuituja, jotka on valmistettu esimerkiksi lasista, aluminium-oksidista, piioksidista, lasimaisista materiaaleista, vuorivillasta, hiilistä, piiaineista, boorista, organi-sista polymeereistä, selluloosa-aineista ja vastaavista mukaan luettuna näiden materiaalien seokset.

Samoin voidaan käyttää ei-kuitumaisia eristysmateri- 24 80824 aaleja, kuten piidioksidiaerogeeli, perliitti, lasi ja vastaavat, jotka on muodostettu matoiksi, nauhoiksi tai muihin muotoihin. Edulliset eristysosat ovat joustavia tavanomaisen savukkeen tunnun jäljittelemiseksi. Edullisten eristysmateriaalien pitäisi sulaa käytön aikana ja niiden pehmenemislämpöti-lan pitäisi olla alle noin 650 - 700°. Edulliset eristysmateriaalit eivät myöskään saisi palaa käytön aikana. Hitaasti palavia hiiliä ja vastaavia materiaaleja voidaan kuitenkin käyttää. Nämä materiaalit toimivat pääasiallisesti eristys-vaippana säilyttäen ja ohjaten huomattavan osan palavan polttoaine-elementin muodostamasta lämmöstä aerosolin muodostus-osaan. Koska eristysvaippa kuumenee palavan polttoaine-elementin vieressä, se voi myös rajoitetussa määrin johtaa lämpöä kohti aerosolin muodostusosaa.

Tällä hetkellä edullisia polttoaine-elementin eristysmateriaaleja ovat keraamiset kuidut, kuten lasikuidut. Kahta sopivaa lasikuitua on saatavissa yhtiöstä nimeltä Manning Paper Company, Troy, New York, tuotenimillä Manniglas 1000 ja Manniglas 1200. Edullisilla lasikuitumateriaaleilla on alhainen pehmenemispiste, esim. alle noin 650° käyttämällä ASTM-testimenetelmää C 338-73. Edullisia lasikuituja ovat koemate-riaalit, joita valmistaa yhtiö Owens-Cordning, Toledo, Ohio tuotenimillä 6432 ja 6437, joiden pehmenemispiste on noin 640° ja jotka sulavat käytön aikana.

Useita kaupallisesti saatavissa olevia epäorgaanisia kuituja valmistetaan sideaineen, esim. PVA:n avulla, joka säilyttää rakenteen eheänä käsittelyn aikana. Näistä sideaineista lähtee kitkerä maku lämmitettäessä ja ne pitäisi poistaa esimerkiksi kuumentamalla ilmassa lämpötilassa noin 650° noin 15 minuutin ajan ennen käyttöä. Haluttaessa kuituihin voidaan lisätä noin 3 paino-% pektiiniä vaipan lujittamiseksi mekaanisesti kitkerää makua aiheuttamatta.

Il 25 80824

Vaihtoehtoisesti eristysmateriaali voidaan korvata kokonaan tai osittain joko löysästi pakatulla tai tiukasti pakatulla tupakalla. Tupakan käyttö eristysvaipan korvaamiseksi osittain tai kokonaan aiheuttaa lisäksi tupakan aromien siirtymisen aerosolin päävirtaukseen ja muodostaa tupakan makuisen sivuvirtauksen eristimenä toimimisensa lisäksi. Edullisissa suoritusmuodoissa/ joissa tupakkakerros ympäröi aerosolin muodostusosan/ kerros tai vaippa toimii palamattomana eristeenä antaen samalla tupakan aromit aerosolin päävirtaukseen. Niissä suoritusmuodoissa, joissa tupakka ympäröi polttoainetta, tupakka kuluu edullisesti vain siinä määrin kuin polttoainelähde kuluu, eli polttoaine-elementin ja aerosolin muodostusosan väliseen kosketuskohtaan asti. Tämä voidaan saada aikaan puristamalla tupakka polttoaine-elementin ympärille ja/tai käyttämällä johtavaa lämpönielua kuviossa 3 esitetyn suoritusmuodon tapaan. Tämä voidaan myös saada aikaan käsittelemällä savukepaperipäällys ja/tai tupakkamateriaaleilla, jotka sammuttavat tupakan siinä kohdassa, jossa se tulee aerosolin muodostusosan päälle.

Kun eristysosa muodostuu muista kuitumateriaaleista kuin tupakasta, voidaan eristysosan ja tuotteen suun puoleisen pään välissä käyttää suljinosaa. Eräs tällainen suljinosa on rengasmainen suuritiheyksinen selluloosa-asetaattituppo, joka asettuu vasten kuitumaista eristysosaa ja on molemmista päistä suljettu esimerkiksi liimalla ilmavirran estämiseksi kulkemasta tupon läpi.

Useimmissa keksinnön suoritusmuodoissa polttoaine-/aerosolin muodostusosayhdistelmä kiinnitetään suukappaleeseen, jollaisena voidaan käyttää esimerkiksi kuvioissa esitettyjä foliovuorattuja paperi- tai selluloosa-asetaatti-/muoviputkia, vaikkakin suukappale voidaan muodostaa erikseen esimerkiksi savukkeen pitimen muodossa. Tämä tuotteen osa muodostaa väylän, joka ohjaa höyrystyneet aerosolin muodostusmateriaalit käyttä- 26 80824 jän suuhun. Sen pituus on edullisesti noin 35 - 50 mm tai enemmänkin ja tästä syystä se pitää myös kuuman tulikartion kaukana käyttäjän suusta ja sormista ja antaa kuumalle aerosolille riittävästi aikaa muodostua ja jäähtyä ennen sen tuloa käyttäjälle.

Sopivien suukappaleiden pitäisi olla inerttäjä aerosolin muo-dostusaineiden suhteen, niissä voi olla vesi- tai nestetiivis sisäkerros, niiden pitäisi aiheuttaa mahdollisimman vähäinen kondensaatiosta tai suodatuksesta aiheutuva aerosolin häviö ja niiden pitäisi kyetä kestämään se lämpötila, joka vallitsee niiden ja tuotteen muiden osien rajakohdassa. Edullisiin suu-kappaleisiin kuuluu monissa esitetyissä suodatusmuodoissa käytetty selluloosa-asetaattiputki, joka toimii joustavana ulko-osana ja edesauttaa tavanomaisen savukkeen tunnun jäljittelyä tuotteen suun puoleisessa päässä. Muutkin sopivat suukappaleet ovat ilmeisen selviä tämän alan ammattimiehille.

Keksinnön mukaisissa tuotteissa käyttökelpoisiin suukappaleisiin voi kuulua valinnainen "suodatin", jota käytetään tavanomaisen suodatinsavukkeen ulkonäön antamiseksi tuotteelle. Tällaisia suodattimia ovat pienihyötysuhteiset selluloosa-asetaattisuodattimet ja ontot tai läpällä varustetut muovisuo-dattimet, joita valmistetaan esimerkiksi polypropyleenista. Nämä suodattimet eivät juurikaan häiritse aerosolin tuloa.

Tuote voidaan päällystää koko pituudeltaan tai joku sen osa voidaan päällystää savukepaperilla. Edullisia papereita ovat sellaiset, jotka eivät polttoaine-elementin puoleisessa päässä syty liekkiin polttoaine-elementin palamisen aikana. Lisäksi paperilla pitäisi olla valvotut kytemisominaisuudet ja niiden pitäisi muodostaa harmaata, savukemaista tuhkaa.

Il 27 80824

Eristysvaippaa käyttävissä suodatusmuodoissa, joissa paperi palaa pois vaipoitetusta polttoaine-elementistä, saavutetaan maksimi lämmönsiirto johtuen siitä, että ilmavirtaus polttoai-nelähteeseen ei ole rajoitettu. Voidaan kuitenkin käyttää sellaisia papereita, että ne säilyvät kokonaan tai osittain ehjinä joutuessaan alttiiksi palavasta polttoaine-elementistä tulevalle lämmölle. Tällaiset paperit muodostavat rajoitetun ilmavirran palavaan polttoaine-elementtiin edesauttaen siten valvomaan lämpötilaa, jossa polttoaine-elementti palaa ja tällöin saadaan valvotuksi tai ohjatuksi lämmönsiirtoa aerosolin muodostusosaan.

Polttoaine-elementin palamisnopeuden ja -lämpötilan alentamiseksi ja siis alhaisen CO/COg-suhteen säilyttämiseksi päällys-kerroksena voidaan käyttää ei-huokoista tai nolla-huokoista paperia, joka on käsitelty siten, että se on hieman huokoinen ja jolloin kysymykseen tulee esimerkiksi palamaton kiillepape-ri, jossa on paljon reikiä. Tällainen paperi ohjaa lämmön muodostumista erityisesti puolivälin imaisujen aikana (eli imai-sut 4 - 6).

Aerosolin muodostusosasta suun puoleiseen päähän asti voidaan käyttää ei-huokoista paperia aerosolin tulon maksimoimiseksi, jota tuloa muussa tapauksessa laimentaisi tuotteen läpi tapahtuva säteettäinen (eli ulkopuolelta tuleva) ilman tunkeutuminen tuotteen läpi.

Tällaiset paperit ovat tunnettuja savukepaperialalla ja näiden paperien yhdistelmiä voidaan käyttää erilaisten vaikutusten aikaansaamiseksi. Esillä olevan keksinnön mukaisissa tuotteissa käytettyjä edullisia papereita ovat Ecusta 01788 ja 646 päällyspaperi, jota valmistaa yhtiö nimeltä Ecusta, Pisgah Forest, North Carolina sekä Kimperly-Clarkin KC-63-5, P 878-5, P 878-16-2 ja 780-63-5 paperit.

28 80824

Keksinnön edulliset suoritusmuodot kykenevät toimittamaan ainakin 0,6 mg aerosolia mitattuna märkänä kokonaishiukkasainek-sena (WTPM) ensimmäisellä kolmella imaisulla suoritettaessa tupakointia FTC-tupakointiolosuhteissa. (FTC-tupakointiolosuh-teet käsittävät kahden sekunnin imaisuja (35 ml kokonaistilavuus), joita erottaa 58 sekunnin kyteneminen.) Keksinnön vielä edullisemmat suoritusmuodot kykenevät toimittamaan 1,5 mg tai enemmänkin aerosolia ensimmäisellä kolmella imaisulla. Kaikkein edullisimmat keksinnön suoritusmuodot toimittavat 3 mg tai enemmänkin aerosolia ensimmäisellä kolmella imaisulla suoritettaessa tupakointia FTC-tupakointiolosuhteissa. Edelleen keksinnön edulliset suoritusmuodot tuottavat keskimäärin ainakin noin 0,8 mg märkää kokonaishiukkasainesta imaisua kohti ainakin noin kuuden imaisun ajan, edullisesti ainakin noin 10 imaisun ajan FTC-tupakointiolosuhteissa.

Il

Claims (17)

29 80824

1. Tupakointituote, johon kuuluu palava polttoaine-elementti (10) ja fyysisesti erillinen aerosolin muodostusosa (12), mikä on järjestetty vastaanottamaan lämpö polttoaine-elementistä (10), johon polttoaine-elementtiin (10) kuuluu useita pituussuuntaisia väyliä (16), jotka kulkevat polttoaine-elementin läpi, tunnettu siitä, että väylät (16) ovat niin lähekkäin sijoitetussa järjestyksessä, että palamisen aikana ne sulautuvat yhdeksi väyläksi ainakin polttoaine-elementin (10) sytytyspäässä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tupakointituote, tunnettu siitä, että polttoaine-elementti (10) on hiilipitoi-nen.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen tupakointituote, t u n - n e t t u siitä, että polttoaine-elementti (10) käsittää vähintään 50 paino-% hiiltä.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen tupakointituote, tunnettu siitä, että polttoaine-elementti (10) käsittää vähintään 60 - 70 paino-% hiiltä.

5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen tupakointituote, tunnettu siitä, että polttoaine-elementti (10) käsittää vähintään 80 paino-% hiiltä.

6. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen tupakointituote, tunnettu siitä, että polttoaine-elementti (10) on olennaisesti vapaa orgaanisista haihtuvista aineista.

7. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen tupakointituote, tunnettu siitä, että polttoaine-elementin (10) pituus on vähemmän kuin 30 mm ennen tupakointia. 30 80824

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen tupakointituote, tunnettu siitä, että polttoaine-elementin (10) pituus on vähemmän kuin 20 mm ennen tupakointia.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen tupakointituote, tunnettu siitä, että polttoaine-elementin (10) pituus on vähemmän kuin 15 mm ennen tupakointia.

10. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen tupakointituote, tunnettu siitä, että polttoaine-elementin (10) pituus on noin 5-30 mm.

11. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen tupakointituote, tunnettu siitä, että väylien (16) lukumäärä on noin 5-9 tai enemmän.

12. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen tupakointituote, tunnettu siitä, että polttoaine-elementin (10) halkaisija on välillä noin 3-8 mm.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen tupakointituote, tunnettu siitä, että polttoaine-elementin (10) halkaisija on noin 4 mm - 5 mm.

14. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen tupakointituote, tunnettu siitä , että polttoaine-elementillä (10) on tiheys välillä noin 0.5 g/cm^ - 1.5 g/cm^.

15. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen tupakointituote, tunnettu siitä, että polttoaine-elementin (10) tiheys on vähintään 0.7 g/cm^.

16. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen tupakointituote, tunnettu siitä, että polttoaine-elementti (10) on puristettua tai suulakepuristettua hiilipitoista massaa. 3i 80824

17. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen tupa-kointituote, tunnettu siitä, että polttoaine-elementti (10) ei tuota olennaisesti lainkaan näkyvää sivuvirtaussavua kytemisen aikana. 32 80824 Patentkraven