図1と2を参照して、本発明の好ましい実施例は部分的に充填された充填シガレット(filler cigarette)23と再使用可能ライター25を含む喫煙装置21を提供する。シガレット23はライター25の正面端部29における口27に入れられたりそこから除去されたりするようになされている。一度シガレット23が挿入されると、喫煙装置21は従来のシガレットと多分に同じ態様で使用されるが、シガレットを着火またはくすぶらせることはない。シガレット23は一またはそれ以上のふかし(puff)サイクル後に捨てられる。好ましくは、各シガレット23は各喫煙につき総計8つのふかし(ふかしサイクル)またはそれ以上を提供する;しかし利用できるふかしの総数の増減の調節は設計的事項の方便である。
ライター25は正面および後方ハウジング部33と35を有するハウジング31を含む。一つまたはそれ以上のバッテリ35aが後方ハウジング部35内に除去可能に配置されておりそして口27に隣接して正面ハウジング部33内に配列された複数の電気抵抗加熱素子37へエネルギを供給する。正面ハウジング部33における制御回路41はバッテリ35aと加熱素子37との間の電気的連絡を樹立する。好ましくは、後方部35はバッテリの交換を容易にするために、ねじまたはスナップ嵌合要素の如きで容易に開閉されるようになされている。望ましくは、電気的ソケットまたは接触はバッテリを家庭電流または同様のもので再充電するために設けられてもよい。
好ましくは、正面にハウジング部33は後方ハウジング部35へあり継ぎまたはソケット嵌めの如きで除去可能に接続されている。ハウジング31は好ましくは硬い耐熱性材料から作られる。好ましい材料は金属または、一層好ましくは高分子材料を含む。好ましくは、ハウジング31は約10.7cm×3.8cm×1.5cmの全体的寸法を有し、かくしてそれは喫煙者の手に快適に合う。
バッテリ35aは意図された様に機能すべくヒータ37のために十分なパワーを提供するような大きさになされて好ましくは交換可能かつ再充電可能タイプからなる。別のパワー源はコンデンサーの如きが適している。好ましい実施例においては、パワー源は直列に接続されて合計で約4.8乃至5.6ボルトの非負荷電圧を有する四つのニッケル−カドミウム電池からなる。しかし、パワー源の要求された特性は喫煙装置21における他の要素、特に加熱素子37の特性を見て選択される。U.S.特許第5144962号(PM1345)は、ここに参考として組み入れられるが、本発明の喫煙装置に関して有用なパワー源の種々なタイプ、例えば再充電可能なバッテリ源およびバッテリにより再充電されるコンデンサを含むパワー設備を説明している。
図3を参照して、ライター25の正面ハウジング33はシガレット23を摺動的に収容する実質的に円筒形のヒータ設備39を支持する。ヒータ設備39はヒータ素子37を収容しヒータ素子37に関して固定して挿入されたシガレット23を支持するようになっていて、かくして、ヒータ素子37は各シガレットに沿ってほぼ同じ配列におけるシガレットに横づけにして位置される。各ヒータ素子37が十分に挿入されたシガレット23を抗して受ける(または熱的に接触する)場所はここではヒータのフットプリント(footprint)と呼ぶ。
シガレットからシガレットの各シガレット23に対して加熱素子37の堅実な配置を確実にするために、ヒータ設備39にはストップ182が設けられておりこれにシガレットはライター25中への設置中に押圧される。ライター25に対してシガレット23を整列させるために他の諸手段が代って使用されうる。
ライター25の正面ハウジング部33はパワー源35aから加熱素子37へ所定量のエネルギーを送出する電気的制御回路41をも含む。好ましい実施例において、ヒータ設備39は8つの円周方向に間隔を置かれた加熱素子37を含み、これは口27と同心状に整合されそして蛇行形である。ヒータ37の詳細は共通譲渡U.Sシリアル第07/943504(PM1550)、これと共に係属しかつ共通譲渡されたU.S.特許第5388594号(PM1697)に図示されかつ説明されていて、これら文献の両者はここに組み入れられてそっくりそのまま参照される。ライター25の部分として作動できる付加的ヒータ設備37は1995年1月6日出願の共通譲渡係属中U.S.特許出願シリアル番号 (アトーニイ・ドケット番号第PM1729B CIP II)に;1994年8月16日出願の共通譲渡係属中U.S.シリアル第08/291690(アトーニイ・ドケット番号第PM1719)に開示されたものを含み、これらの文献すべてはここに組み入れられそっくりそのまま参照され;かつ図13乃至23に関して与えられたこの説明の後の部分において開示されたものを含む。好ましくはヒータ37は回路41の制御下でパワー源により個々に付勢されてシガレット23の周辺のまわりに間隔を置かれた場所で好ましくは8回シガレット23を加熱する。一層伝統的なシガレットの喫煙で通常達成されるように前記加熱はシガレット23から8つのふかしを与える。ふかしの1つまたはそれ以上に対して一つよりも多くのヒータを同時に着火することが好ましい。
他の好ましいヒータ配列は1994年4月8日出願の係属中共通譲渡U.S.特許出願シリアル番号08/224848に開示されており(PM−1729B)、ここに組み入れられそっくりそのまま参照される。
図2に戻って、好ましくは、回路41はふかし作動センサー45により作動される。センサー45は喫煙者によるシガレット23への吸引の開始時に発生する空気の流れの速さの変化または圧力変化のいずれかに感応する。ふかし作動センサー45は好ましくはライター25の正面ハウジング部分33内に配置されシガレット23に隣接したヒータ設備39内の空間へヒータ設備39の基部におけるスペーサおよび望ましくはふかしセンサー管(図示せず)を介して連通する。喫煙装置21において使用するのに適するふかし作動センサー45は共通譲渡U.S.特許第5060671(PM1337)に述べられており、その開示はここに組み入れられて参照される。ふかしセンサー45は好ましくはFreeport,IllinoisのHoneywell社のMicroSwich部門により製造されたModel 163PCO1D35シリコンセンサーからなる。熱線風速計原理を用いたものの如き流れ感知装置は空気流れの変化の検出でヒータ素子37の適当な一つを作動させるために有用であることが十分に証明された。センサー45で一度作動されると、制御回路41は電流をヒータ素子37の適当な一つへ指し向ける。
指示器51はライター25の外側に沿って、好ましくは、正面ハウジング部分33において設けられていて、シガレット23の喫煙において残っているふかしの数を表示する。指示器51は好ましくは七セグメント液晶ディスプレイを含む。好ましい実施例において、指示器51はシガレット検知器53がヒータ設備39においてシガレットの存在を検出すると数字8を表示する。検知器53はヒータ設備39の底における光センサーから好ましくはなり、光ビームが反射されない時に挿入シガレット23を検出する。そのときシガレット検出器53は信号を回路41へ提供し、次いで回路はこれに応答して信号を指示器51へ提供する。指示器51上の数字8の表示は各シガレット23に与えられた8つのふかしが有用であること、すなわち、ヒータ素子37のいずれもがシガレット23を加熱すべく作動されていないということを反映する。シガレット23が十分に喫煙された後は、指示器は数字0を表示する。シガレット23がライター25から除去されると、シガレット検知器53はもはやシガレット23の存在を検出せずそして指示器51は消される。シガレット検知器53は光ビームを定常的に放出させないように調節され、そうしないとパワー源に不必要な流出を発生させることになる。喫煙システム21で使用するのに適した好ましいシガレット検知器53は米国75006テキサス Carrollton,West Crosby Road 1215のOPTEX Technology社により製造された Type OPR5005 ライトセンサーである。
ふかし数の残りを表示する別の態様において、検知器の表示は代りに装置が作動か非作動(“on”または“off”)を指示するように配列されてもよい。
上記のシガレット検知器53を使用することに対する幾つかの可能な別の態様の一つとして、機械的スイッチ(図示せず)がシガレット23の存在または不在を検知するために設けられてもよくそして新しいシガレットがライター25中に挿入される時に回路41をリセットするためのリセットボタン(図示せず)が設けられて例えば指示器51に数字8等を表示させるようにする。本発明の喫煙装置21に有用なパワー源、回路、ふかし作動センサーおよび指示器は共通譲渡U.S.特許第5060671(PM1337)および共通譲渡U.S.特許出願シリアル第07/943504(PM1550)に述べられており、これら両者は組み入れられて参照される。
さて図4Aと4bを参照して、本発明の好ましい実施例により構成された様なシガレット23はタバコ棒60とフィルタ吸い口62とからなり、これらは吸い口紙64で互いに接続されている。
部分的に充填された充填シガレット23は好ましくはその長さに沿って基本的に一定の直径を有しそして、伝統的なシガレットと同様に、好ましくは約7.5mmと8.5mmの間の直径を有しかくして喫煙装置21は喫煙者に親しい口感覚を与える。好ましい実施例において、シガレット23は全長が62mmであり、これによりシガレット23の包装において従来の包装機械を使用することを容易にする。マウスピースフィルタ104と自由流動フィルタ102の組み合わされた長さは好ましくは30mmである。吸い口紙は好ましくはタバコ棒60上へ約6mm延びている。タバコ棒62の全長は好ましくは32mmである。他の比率、長さ並びに直径が好ましい実施例のために上述のものに代えて選択できる。シガレット23のタバコ棒60は好ましくはタバコウエブ66を含みこれは筒状(円筒状)形に包まれている。
上包み71はタバコウエブ66を密接に囲みそして伝統的なシガレットの構成において共通していると同じように縦継ぎ目に沿って共に保持されている。上包み71はタバコウエブ66を自由流動フィルタ71およびタバコプラグ80のまわりに包まれた状態で保持する。
好ましくは、シガレットの上包み紙71は一層伝統的なシガレットの外観と感じを与えるようにタバコウエブ66のまわりに密接に包まれている。より良好な試し喫煙は上包み紙71が標準タイプのシガレット紙、好ましくは約20乃至50 CORESTA(1.0キロパスカルの圧力降下において1分間に一平方センチメータの材料、例えば紙シートを通って通過した空気の立方センチメートルで測った量として定義される)の、一層好ましくは約30乃至45 CORESTAの亜麻紙(flax paper)であり、一平方メータにつき約23乃至35グラム(g/m2)の基本重量、より好ましくは約23乃至30g/m2を有し、約23乃至35重量%の、一層好ましくは28乃至33重量%の充填負荷(好ましくは炭酸カルシウム)を有する。上包み紙71はこの紙の重さで0乃至約2.6%の範囲の、一層好ましくは1%よりも少ないシトレートの好ましいレベルで、シトレートまたは他のバーンモデファイヤ(burn modifier)を少ししか含まないか又は全く含まないのが好ましい。
タバコウエブ66自体はベースウエブ68とこのベースウエブ68の内側表面に沿って配置されたタバコ香味材料70の層とからなるのが好ましい。タバコ棒60の吸い口端72において、タバコウエブ66は上包み71と共に筒状自由流動フィルタプラグ74のまわりに包まれている。自由流動フィルタ74はタバコ棒60の吸い口端72で構造的明確性と支持とを与えそして最小の圧力降下でタバコ棒60の内側からエアロゾルが引かれるのを許容する。自由流動フィルタ74はまたタバコ棒60の吸い口端72における流れ絞り部として作用し、これはシガレット23への吸引の間にエアロゾルの形成を助けて促進させると信じられる。自由流動フィルタは好ましくは機械の取扱いを容易にすべく少なくとも7ミリメートルの長さが好ましく、環状であるのが好ましいが、他の形やタイプの低効率フィルタは、円筒状フィルタプラグを含めて、適する。
タバコ棒60の自由端78で、タバコウエブ66は上包み71と共に円筒状タバコプラグ80のまわりに包まれる。好ましくはタバコウエブ66から分離して構成され、プラグ包み84内に包まれかつ保持されたきざみ充填タバコの比較的短い円柱からなる。
好ましくは従来のシガレット棒製造機で形成され、この製造機ではきざみ充填材(好ましくはブレンドされる)が移行ベルト上のタバコの連続棒中へ空気形成されそしてプラグ包み84の連続リボンで囲まれ、次いで包み84はその縦継ぎ目に沿って接着されそしてヒートシールされる。しかし、本発明の好ましい実施例に従って、プラグ包み84は好ましくはセルロースウエブから形成され、充填材、サイジングまたはバーンアディティブ(burn additive)のないまたは少ししかなく、そして好ましくはサイジング(sizing)は全くないか少ししかない。好ましくは、タバコプラグ包み84は平方メートルあたり15グラムより下の、一層好ましくは平方メートルあたり約13グラムの低基本重量を有する。タバコプラグ包み84は好ましくは約20000乃至35000 CORESTAの範囲の、一層好ましくは約25000乃至35000 CORESTAの範囲の高い気体透過性を有し、好ましくは軟材繊維パルプ、アバカ型(abaca−type)セルロースまたは他の長繊維パルプから構成される。このような紙は独国Gernsback D−76584 Postfach1155のPapierfabrik Schoeller and Hoescht GMBHから入手できる。プラグ包み84として使用するために適した他の紙は2.5重量パーセントのレベルでカルボキシメチルセルロースの添加物のある、DeMauduit of Euimperle FRANCEからのTW2000の紙である。
タバコ棒製造機は立方センチメートルあたり.17乃至.30グラム(g/cc)のおおよそのタバコ棒密度を与えるように操作されるが、一層好ましくは少なくとも.20乃至.30g/ccの範囲であり、最も好ましくは約.24乃至.28g/ccである。高められた密度はタバコ棒60の自由端78でのゆるやかな端を避けるために好ましい。しかし、低い棒密度はエアロゾルおよび香味のより大きな部分が喫煙に寄与するのをタバコ柱に許容させることになることが理解される。従ってエアロゾル送出(これはタバコ柱82における低い棒密度が好都合)とゆるやかな端の回避(これは高められた範囲の棒密度が好都合)との間でバランスがぶつかるのである。
タバコ柱84は好ましくは伝統的シガレット香味を含む、随意に再構成されたタバコおよび他のブレンド成分と共にブライト、バーリ、およびオリエンタル・タバコからなるブレンドを含む当業界の典型的なタバコのブレンドのきざみ充填材を含む。しかし、好ましい実施例において、タバコ柱84のきざみ充填剤は再構成タバコまたはきざみ風味付け後の物を含まないブライト、バーリ、オリエンタル・タバコのブレンドでU.S.マーケットのためのおおよそ45:30:25の比のブレンドからなる。随意に、棒密度を調節するためにブレンドの中には膨張タバコ成分が入れられてもよく、そして香味が加えられてもよい。
上に述べた如くに形成された連続タバコ棒はタバコプラグ80のために所定のプラグ長さに従って切断される。この長さは機械の取扱いを容易にするために好ましくは少なくとも7mmである。しかし、長さは以下の説明で特に図4Aと4bを参照したものにおいて明白になるシガレットの設計の選択に応じて約7mm乃至25mmあるいはそれ以上に変えてもよい。
一般的な事項として、タバコプラグ80の長さ86は空洞90がタバコ棒60に沿って自由流動フィルタ74とタバコプラグ80との間で規定されるようにタバコ棒60の全長88に関して設定されるのが好ましい。空洞90はタバコ棒60の非充填部分に対応しそしてタバコ棒60の自由流動フィルタ74を介して吸い口62と即時流体連通している。
図4Aを特に参照して、タバコプラグ80の長さ86とタバコ棒60に沿ったその相対的位置はヒータ素子37の特徴に関してまた選択される。シガレットがヒータ設備39のストップ182に対して適正に位置せしめられると、各ヒータ素子37の部分92はタバコ棒60の領域に沿ってタバコ棒60と接する。この接触領域はヒータのフットプリント94として参照される。ヒータのフットプリント94(図4Aにおいて二重矢で示される如き)はシガレットの構造自体の部分ではなく、その代りにシガレット23の喫煙の間に操作加熱温度に達することが期待されるヒータ素子37のところでのタバコ棒60の領域を表わす。加熱素子37はヒータ設備39のストップ182から決まった距離96があるので、ライター25の中へ十分に挿入されたシガレット23毎に対してタバコ棒60の自由端78から同じ所定距離96を置いてタバコ棒60に沿ってヒータのフットプリント94は一貫して位置する。
好ましくは、タバコプラグ80の長さ、ヒータのフットプリント94の長さおよびヒータのフットプリント94とストップ182の間の距離はヒータ・フットプリント94がタバコプラグ80を越えて延びかつ距離98だけ空洞90の部分に重なるように選択される。ヒータ・フットプリント94が空洞90(タバコ棒60の非充填部分)に重なる距離98は“ヒータ空洞オーバラップ”98としても参照される。ヒータ・フットプリント94の残りがタバコプラグ80と重なる距離は“ヒータ充填材オーバラップ”99として参照される。
吸い口62は好ましくはタバコ棒60に隣接して配置された自由流動フィルタ102とタバコ棒60から吸い口62の末梢端における吸い口フィルタプラグ104からなる。好ましくは自由流動フィルタ102は筒状であり非常に小さな圧力降下で空気を伝達する。しかし、標準の輪郭をした他の低効率フィルタが代りに使用できる。自由流動フィルタ96のための内側直径は好ましくは2乃至6ミリメートルであり好ましくはタバコ棒60の自由流動フィルタ74のそれよりも大きい。
吸い口フィルタプラグ104は見ばえの目的で吸い口62の自由端を閉め切り、そして望まれるならば、幾分かの濾過作用を行うが、吸い口フィルタプラグ104は好ましくは約15乃至25パーセントの効率の低効率フィルタからなるのが好ましい。
自由流動フィルタ102および吸い口フィルタプラグ104はプラグ包み112で組み合せプラグ110として共に接続されるのが好ましい。プラグ包み112はシガレット製造技術のものに対して従来的に入手できる通り多孔質の低重量のプラグ包みであるのが好ましい。組み合わせプラグ110はシガレット工業全体にわたって普通に使用されかつ標準である仕様の吸い口紙64によりタバコ棒60へ取り付けられる。吸い口紙64は装飾的好みが教示する通りコーク、ホワイトあるいは他の色のいずれかでよい。
好ましくは、好適実施例に従って構成されたシガレット23は約62mmの全長を有しそのうちの30mmは吸い口62の組み合せプラグ110を含む。従ってタバコ棒60は32mmの長さである。タバコ棒60の自由流動フィルタ74は少なくとも7mm長でありそして自由流動フィルタ74とタバコプラグ80の間の空洞91は好ましくは少なくとも7mm長である。好ましい実施例において、ヒータのフットプリント94は約12mm長でありそして3mmのヒータ空洞オーバラップ98を与えるように配置され、タバコプラグ80と重なるヒータのフットプリント94の9mmを残す。
空洞91の長さおよびタバコプラグ80の長さは製造を容易にするためにそして一層重要にはシガレット23の喫煙特性を調節するために、その風味、吸引および送出における調節を含めて、調節されるということは理解されよう。空洞91の長さおよびヒータ−充填材オーバラップ(およびヒータ−空洞オーバラップ)の量も送出における一貫性(シガレット間と同じくふかしとふかし基礎において)を促進すべくそしてヒータにおけるまたはそのまわりのエアロゾルの凝縮を制御すべく手で操作もされうる。
好ましい実施例においては、空洞(タバコ棒60の充填剤のない部分)はヒータ・フットプリント94と自由流動フィルタ74の間の十分なクリアランスを確実にすべくおおよそ7mm延びる。このようにして、喫煙中にヒータ・フットプリント94が自由流動フィルタ74を加熱しないように辺縁が与えられる。他の長さが、例えば製造許容誤差が許すなら、適し、空洞91はおおよそ4mmまたはやや少しの短さに輪郭形成され、他の極端では、タバコ棒60に沿って細長い充填剤のない部分を樹立するように7mmを十分に越して延される。充填剤のない部分(空洞91)に対する長さの好ましい範囲はおおよそ4mmから18mmであり、一層好ましくは5乃至12mmである。
ベースウエブ68は加熱素子37をタバコ香味材料から物理的に分離し、ヒータ素子37により発生された熱を香味材料70へ伝達し、ライター25中への挿入および喫煙後の除去の間のタバコ棒の物理的結合を維持する。
続く記述において、或るパーセンテージのレベルおよび/または相対的な重さはタバコウエブ66を構成する種々な要素に対して述べられる。別に表明されないなら、さもなくば当業者に逆であることが明白であるなら、重量パーセントの列挙は乾燥重量に基づく。すなわち、列挙されたパーセンテージのレベルおよび/または相対的な重さは湿分含有に対して(含まない)調節される。
タバコウエブ66を製造するためのプロセスは好ましくは続く文章において述べられる如く炭素繊維の付加のないものである。好ましい製造プロセスの結末において、ベースウエブ68自体ほぼ35乃至45g/m2の好ましい全体の基本重量を、一層好ましくはほぼ40g/m2を有する。40g/m2では、ベースウエブ68は好ましくはおおよそ28g/m2のタバコ繊維とほぼ12g/m2の木材パルプまたは亜麻からの如きセルロース繊維を含む。セルロース繊維はベースウエブ68の組成におけるセルロース系補強剤として働く。シガレットの風味に対するペーパリ・ノート(papery note)の樹立を回避すべく主観的理由のためにベースウエブにおけるセルロース系繊維の量を最小にすることが望ましい。総括的に、乾燥重量基本でベースウエブ68におけるセルロース系繊維に対するタバコ繊維の比はほぼ2:1乃至4:1の範囲である。好ましいセルロース系材料は未ざらしのクラフト軟材セルロースである、とはいえたいていの木材および亜麻パルプは利用できる。
ベースウエブ68に対する別の補強剤は生産されたタバコ茎からのセルロース系繊維である。
好ましくはないとはいえ、アルギン酸塩がほぼ1g/m2のレベルでベースウエブ68の一側面に沿って被覆されてもよい。もしアルギン酸塩が施与されるなら、タバコ香味材料70を受ける側面とは反対のベースウエブ68の側面に施与されるのが好ましい。
タバコ材料70は好ましくはベースウエブ68の重さの少なくとも2倍、一層好ましくは約3乃至4倍の乾燥重量レベルでベースウエブへ施与される。好ましい実施例において、タバコ材料はおおよそ130g/m2の基本重量を有して好ましくはタバコウエブ66の全体の総重量はほぼ170g/m2である。乾燥重量を基礎に、タバコ材料70は重さでほぼ3.5対1(3.5:1)乃至5対1(5:1)の範囲の比で抽出された固形物および粉砕タバコの部分を含むが、この比はほぼ3:1から9:1までの範囲で変えられてもよい。好ましい実施例において、この比はほぼ4:1である。
グリセリンがタバコ材料70の乾燥重量で約10−14%、最も好ましくはおおよそ12%のレベルでタバコ材料70に保湿剤としてそしてエアロゾル先駆物質として添加されるが、この添加レベルはタバコ材料70の乾燥重量でほぼ5%から20%またはそれ以上の高さまでのどこにでも変えられてもよい。グリセリンがほんの約5乃至7%の構成の乾燥重量まで減ぜられると、タバコウエブ66は幾分かより硬くなり筒状形に巻かれるときに折られることに対して一層抵抗する。
ペクチンも約.5から2%、好ましくは約1.4%の範囲の乾燥重量パーセント割合のレベルでタバコ材料70に添加される。ペクチンは被覆剤として加えられる。その欠如においては、タバコ材料70はコーティング操作の間に過剰にベースウエブ68中に排出(侵入)する傾向があり、タバコウエブ66の被覆側面に粒状表面テキスチャ(texture)を与える。多すぎるペクチンは侵入をじゃまし、タバコ材料70とベースウエブ68との間の結合を弱める。おおむね1%において、ペクチンは十分な侵入および層間の結合を促進し、かくしてベースウエブ68は自動化されたシガレット作りの厳しさに耐える。
最も好ましくは、ベースウエブ68上のタバコ材料70はおおよそ16−20乾燥重量%の抽出タバコ固形物、66−71乾燥重量%のタバコ粒、8−14%のグリセリン、およびほぼ1.4%のペクチンを含む。U.S.市場に対して、タバコ材料70に組み入れられる粉砕タバコは好ましくはブライト(bright)、バーリ(burley)およびオリエンタル(oriental)タバコのブレンドを含むことが好ましく、ブレンドの大半はブライトタバコであり、ほぼ1/3がバーリであり、残りがオリエンタルである。ブレンド要素の成分および相対的な量はU.S.または他のマーケットの消費者の好みに合うように有利に調節されてもよい。
図5Aと5Bを参照して、シガレット23の自動化された製造に対して適する形にタバコウエブ66のストックを製造する好ましい方法はタバコ原料、好ましくはタバコストリップをタバコウエブ66の連続シートへの転換のための第一の一連のステップ120(図5Aに示されている)およびタバコウエブ66sの連続シートをシガレット23の自動化された製造において使用するための状態であるタバコウエブの一つまたはそれ以上の巻かれたボビン66bへ変える第二の一連のステップ122(図5Bに示されている)を含む。
図5Aを特に参照して、タバコ原料をタバコウエブシート66sの連続シートへの転換のプロセス120はオリジナルの原料のタバコ可容性物からタバコ繊維を分離すべくタバコ原料に抽出ステップ124(好ましくは水で)で始まる。タバコ原料は好ましくはタバコストリップを構成するが、タバコの他の形および/またはタバコ層がこのプロセスにおいて使用するのに適する。好ましくはタバコストリップはブライトおよびバーリタバコのブレンドを含み、そして随意にオリエンタルまたは他の種々なものを含んでもよい。
抽出プロセス124から集められたタバコ繊維はベースウエブの連続シート68sを形成すべく製紙タイプのプロセス126をそれ自体が受ける。
プロセス126において、抽出ステップ124からのタバコ繊維はベースウエブ68の組成において補強剤として働く予め決められた量のセルロース系繊維の付加で水により分散される。好ましくは、セルロース系繊維は木材、亜麻および/またはタバコ茎からのパルプセルロースを含む。一度組み合されると、タバコ繊維とセルロース系繊維の混合分散は流し込みステップ130における成形に適するウエブスラリー128を形成するように洗練され、そのウエブスラリー128はウエブ形成機の流し込み箱配列へ指向され長網抄紙ワイヤまたは無端スチールベルト、好ましくは前者の上で注型される。
タバコ繊維と補強剤の分散混合物をこれら二つの成分を共に混合した後に洗練するのが一層好都合である。代りにそれらは別々に精製されてそれで組み合せられてもよい。
流し込みステップ130の後に、その結果のウエブ132は次いで乾燥ステップ134における一つまたはそれ以上の乾燥器を通って指向される。このステップは好ましくはヤンキードライヤおよび一つまたはそれ以上の缶ドライヤ上をウエブが通過することを含むが、乾燥ステップ134を遂行するために他の多くの別の配列および装置が当業界で知られており有用である。ウエブ乾燥ステップ134の結末において、乾燥ウエブの湿分含量および重量の測定が監視ステップ136において遂行される。続く被覆操作144の目的のためにベースウエブ68sのシートにおける所望の最終的湿分レベルを達成しかつ維持するために湿分含有量の測定に関する出力138が乾燥操作134を調節すべく使用される。ベースウエブ68sのシートは好ましくは被覆操作144において重量で約15%のまたはその湿分である。
監視ステップ136を戻って参照して、ベースウエブ68sのシートの重さに関する出力140は先に述べた通りベースウエブ68の好ましい基本重量を達成するように流し込みステップ130の操作を調節すべく使用される。このような調節は流し込みステップ130におけるウエブ形成機の流し込み箱中へウエブスラリー128が導入される速度を変化させることを含む。
ウエブ形成ステップ126は随意的に更に被覆ステップ142を含んでもよく、これはタバコ香味材料70を受ける側とは反対のベースウエブ68sの一側面に沿って先に述べたレベルでアルギン酸塩でベースウエブ68sの一側面を被覆する。しかしながらアルギン酸塩を施与することなく進めることが好ましい実施である。
ウエブ形成プロセス126の結末において、ベースウエブは連続シート68sの形をしており、それは被覆操作144を受けることに対して役に立つのである。別の例では続く被覆操作オフラインのためにそれは集められてもよい。しかし、ベースウエブ68sのシートを形成すると被覆操作144へ直ぐに進めることが望ましい。
好ましくは、ベースウエブ68sはおおむね12乃至17%、一層好ましくは14.5乃至15.5%の湿分含有量で被覆操作144に入る。
抽出ステップ124を戻って参照して、タバコ可溶性物は抽出ステップ124を希釈溶液の形で去る。希釈溶液はほぼ5乃至10パーセントの溶存タバコ成分(可溶物)、一層好ましくは7乃至8パーセントの溶存タバコ成分を含む。好ましくは、希釈溶液は溶液への熱の施与を最少にすべく何らの蒸発性処理を受けさせない。熱の施与はシガレット23の一部として喫煙される時のタバコ可溶物により寄与される香味に影響を与えるのである。
抽出ステップ124からのこれらの可溶物(“抽出液”として知られている)は混合ステップ146において付加的な、細かく粉砕されたタバコ、グリセリンおよびペクチンと水と共に混合される。これらすべての相対的な量はタバコ材料70の乾燥状態に対して先に述べた如き最終的比例含量を終局的には与える。混合ステップ146に関して、ほぼ20乃至35パーセントの固形物含量、一層好ましくはほぼ24乃至26パーセントの固形物含量の分散を混合ステップ124の結末において与えるに十分な量の水が加えられる(又は保留される)。混合物の粉砕タバコ粒子は好ましくは60乃至400メッシュの範囲にある。なお“メッシュ”という用語は平方インチあたりにつき与えられた数の開口を有するメッシュを通るタバコ粒子の95%の通過率を参照する。一層好ましくは、付加の粉砕タバコ粒子はほぼ100乃至200メッシュの範囲そして最も好ましくはほぼ120メッシュである。
もし粉砕タバコ粒子のメッシュ寸法が120メッシュ以上、一層特定的には約180乃至220メッシュまたはそれであるなら、混合ステップ146の結末におけるスライー化されたタバコ材料の固形物含量は高められてほぼ28乃至31%のレベルの如きになる。
混合ステップ146の結末時に、結果のスラリー化タバコ材料は直ぐに被覆操作144へ指向されるが、被覆操作はオフラインを基本にして或るその後の時を置いて選択的に遂行されてもよい。被覆操作144において、スラリー化されたタバコ材料は重量でほぼ22乃至27%の、一層好ましくは約24乃至25%のまたはそれの固形物含量を有する。
被覆ステップ144において、スラリー化されたタバコ材料は4乃至8パーセンのタバコ可溶物の目標重量パーセント、より好ましくはタバコ可溶物の5.5乃至6.5重量パーセントを有する。好ましくは、スラリー化されたタバコ材料は被覆操作144へほぼ70乃至130 Fの範囲、一層好ましくは約90 Fプラス・マイナス5 Fまたはその温度で入る。
被覆ステップ128はヤンキードライヤーの後で無端ベルトまたは長網抄紙ワイヤを越えて配置された標準の逆ロールの塗装機で遂行されるのが好ましい。被覆ステップはウエブ形成操作の技術において普通の技能を有するものに知られておりかつ利用できる他の適当な塗付装置で遂行できる。タバコ材料70は代りにベースウエブ68の上へ流し込まれるか押し出されてもよい。別の態様として、施与ステップ128はベースウエブ68sのシートの生産から離れたオフラインで遂行されうる。被覆ステップ128中または後に、シガレット産業において普通である香味が望まれるなら加えられる。
被覆操作144の結末において、タバコウエブ66sの連続シートが生ぜしめられる。
さて図5aを参照して、タバコウエブ66sのシートをシガレット23の自動化された生産のために適するタバコウエブの巻かれたボビン66bに変えるステップ122を通してプロセスは今や進む。好ましくはこの変換ステップ122はタバコウエブ66sの連続シートの生産と共にオンラインで遂行される。変換ステップ122の遂行中、オペレータはタバコウエブの連続巻回体が少しのあるいは全くスプライスのないボビン66bの状態で得られるようにタバコウエブシート66sに破れ、裂けあるいは他の不完全性を生ぜしめる条件を回避すべきである。加うるに、タバコウエブ66sのシートは転換ステップ122の結末においてタバコウエブがそれ自身に結合しないようにそして破断することなく迅速に巻かれかつボビン66bから巻き解かれるように調制される。
変換ステップ122は乾燥ステップ146で開始し、そこでは好ましくはタバコウエブ66sのシートはStroughton,MaineのAirtech Systems Corp.から得られうるタイプの如きガス火の熱い空気の衝突ドライヤーを通して、あるいは蒸気加熱の熱空気ドライヤーで連続的に供給される。ウエブ形成技術において知られている他の乾燥機が代って採用できる。乾燥ステップ146は熱の付与を最少にして行われるべきであるが、タバコウエブ68sをその初期の状態(ベースウエブにおいてほぼ15%の湿分含量およびそれ自体の被覆においてほぼ75%の湿分含量)から乾燥ステップ146の結末における全体の約8.5乃至12%湿分含量へ乾燥するのに十分な量においてである。一層好ましくは、乾燥されたタバコウエブシート66dはほぼ10乃至11%の湿分含量の範囲にある。この最終湿分含量は幾つかの理由:変換プロセス122における後段でのスリッター操作を容易にするため;材料が貯蔵されおよび/または製作設備へ送られる時に材料がほぼ平衡する湿分レベルに設計するため;およびボビン66bにおいてそれ自体へのベースウエブ材料の結合および粘着性を回避する湿分レベルを樹立するために好ましいのである。
乾燥ステップ126に続いて、乾燥タバコウエブシート66dは周囲の温度で、好ましくは貯蔵および/または関連した製作設備のような場所の温度、通常は65乃至80 Fの範囲にある温度で冷却される。この冷却ステップ148はタバコウエブ66の操作環境に対する平衡を容易にするばかりでなく、さもなくば自熱式加熱を引き起こすかもしれない熱がボビン66b内に保持される危険を回避する。検査されないままにされると、自己加熱は極端な温度とタバコウエブ66の主題特性の劣化に導くであろう。好ましくは、冷却ステップはStroughton,MaineのAirtech Systems Corp.から入手できる冷却水冷却の空気衝突冷却器で遂行されるが、ウエブ形成技術において普通の技能を有する人に知られている他の多くの冷却装置がある。
ウエブ乾燥および冷却ステップ146と148後に、Auburn,MaineのThermo Electron Web Systems,Inc.により提供されるものの如き扁平化装置あるいはウエブ形成に関連する技術において通常の技能を有する人に既に知られて用いられうる或る種の他の適当なウエブ扁平化装置を前記の乾燥され冷却されたウエブシート66dcが通される。扁平化ステップ150の結末において、タバコウエブ66はその縁に沿った熱的に誘起されたそりが実質的に無くそして続く巻回および切り込みステップ152と154のための状態にある。しかし、これらのステップの遂行の前に、タバコウエブのシート66sの温度、湿分レベルおよび全重量を、それが扁平化ステップ150を去るときに、モニターすることが好ましく、かくしてタバコウエブ66sは巻回および切り込みのための状態に確実にしそしてボビン66bに対しての所望の目標値の温度、湿度、全重量を確実に結果させるべくプロセスをフィードバックして制御するようにする。
特に、タバコウエブのシート66の監視において、その全重量の読みは被覆操作144を、塗装機のニップにおけるギャップまたは逆ロール塗付器へのスラリー化タバコ材料の供給速度における如く、調節するために使用される。監視ステップ151における湿分レベルの読みは先に述べた様にシートにおける目標湿分レベルを達成するために乾燥操作を制御すべく使用される。同様に、冷却ステップ148は監視ステップ151におけるタバコウエブ66のシートの温度の読みに応答して制御される。
その後、巻回ステップ152においてタバコウエブのシート66はウエブ処理技術において普通の技能を有する人に既に知られて用いられるウエブ巻回機により遂行されて巻かれる。これに続いて、巻かれたウエブシート68sは切られて個々のボビン66bになされ、各ボビンのための切断幅はシガレット23の所望の周囲のそれぞれになされる。
変換ステップ122の結末において、ボビン66bは1992年9月11日出願の共通譲渡同時係属U.S.シリアル第07/943504号でありそっくりここに組み入れられて参照される特許出願の図6を参照して開示された組み合せ操作における如くシガレット23の自動製作プロセスのための状態にある。
タバコ材料70におけるグリセンリンはシガレット23の喫煙中に見えるエアロゾルの形成を容易にしエアロゾル先駆物として働く。加えて、グリセリンは大気に解放されるとき、典型的に期待されるシガレット煙の外観を与え凝縮する。タバコ産業において使用するのに適する他の保湿剤はその場において使用されよう。
随意に、流し込みステップ123後、アルギン酸塩がウエブ68の一側面に沿って被覆ステップ126の前、中、または後に塗装されてもよい。アルギン酸塩被覆はベースウエブ68の一側面に沿う付加的強さおよびフィルム形成を提供する。しかし、ベースウエブ68はアルギン酸塩なしで十分な強さを有し、そしてベースウエブ68をそれなしで構成することが好ましい実施である。
本発明は同時係属共通譲渡U.S.特許出願シリアル第07/943504(PM1550);シリアル第07/943747(PM1655);および共通譲渡のU.S.特許第5388594(PM1697);および我々の伝達欧州特許出願EP−A−0615411の文献でありこれらすべてはそっくりここに組み入れられて参照されるものにおいて述べられたメタリックまたはスクリーンマットあるいは炭素繊維マットを含む他のタイプのベースウエブ68(キャリア)で実施される。
EP−A−0615411および共通譲渡U.S.特許第5388594(PM1697)でありその継続は1995年9月30日出願のシリアル第08/380718(PM1697 Cont)としてこれと共に同時係属であるものに開示されているような炭素繊維マットについて、このようなマットの好ましい成分は20−30g/m2の範囲、一層好ましくはほぼ24乃至28g/m2、最も好ましくは26g/m2のタバコ繊維;2−9g/m2の範囲、一層好ましくは2乃至4g/m2、そして最も好ましくはほぼ3g/m2の炭素繊維;およびほぼ.5乃至1.5g/m2の範囲、そして最も好ましくはほぼ1g/m2のペクチンを含むベースウエブ68を構成する。好ましくはこれらの構成物質はバランスされてほぼ30g/m2の全体の基本重量を有するベースウエブ68を樹立する。プロセスのスラリー形成部の間の分散を容易にするために1/4インチのストランド長の炭素繊維を使用することはまた好ましいのである。U.S.特許第4007083および4234379に開示されたものの如き手順が使用されるとき炭素繊維供給ストックの分散の開始が容易になされる。
タバコのベースウエブ66(すなわち炭素繊維マット)の別の実施例においては、全仕上げ乾燥シートの重さは好ましくは約160g/m2であり、そのうちの30g/m2はベースウエブ68を構成し、そして130g/m2はタバコ材料70を構成する。対比して、炭素繊維を含まないタバコベースウエブ66の一層好ましい実施例はほぼ170g/m2の乾燥シート重量を有し、そのうちの40g/m2はベースウエブ68を構成し130g/m2はタバコ材料70を構成する。
どちらのタイプのベースウエブ68(またはキャリア)が使用されるにしろ、タバコ材料70はベースウエブ68の内方表面に配置されるのが好ましく、加熱されたとき(応答して)タバコ香味のエアロゾルを自由にする。このような材料はタバコ材料の連続シート、泡、ゲル、乾燥スラリー若しくは乾燥噴霧付着スラリーをも含んでもよい。
図3を参照してかつ共通譲渡U.S.特許第5388594(PM1697)から参照により組み入れられて教示されるものと共に好ましい実施例のシガレット23がソケット27に挿入されるとき、ヒータ設備39の基部に固定的に配列されたストップ182にシガレット23の自由端78が対接するまでシガレットは加熱設備39中へ案内される。シガレットが所定場所に一度置かれると、喫煙が始まってもよく、その際に喫煙者によるシガレットのふかし作用がふかしセンサー45により検出され、これは制御回路41と協働して、予め選択された一つのヒータ37へ電流を送出させる。電力は各ヒータ37の一端におけるリード183、各ヒータ37の他端における共通リング184、およびこの共通リング184からリード183の近くまで延びる共通リード186を含む電気回路を介して出される。各ヒータ37が作動されると、タバコウエブ66のタバコ香味材料70がタバコ棒60の境界内でタバコエアロゾルを解放させるのに十分な量だけ上包み71とタバコウエブ68とを通って熱エネルギが伝達され、シガレット23の吸い口端への喫煙者のふかし作用に応答してシガレット23からエアロゾルは吸われる。
シガレット上の喫煙者の吸いは典型的にはほぼ1.5乃至2.0秒持続し、一方FTCシガレット試験手順は2.0秒のふかし持続時間を仮定している。
ヒータのフットプリント94が空洞91とオーバラップする所で、加熱されたタバコ香味材料70中へエアロゾルが直接に、非常に小さな圧力降下で吸い口62中へそしてそこを通って引かれる際に、空洞91へ解放される。他方、ヒータのフットプリント94がタバコプラグ80とオーバラップする所(ヒータ/充填剤オーバラップ99)でタバコプラグ80の近接部分がタバコウエブ66の近接部分と共に加熱されるようになる。従って、タバコプラグ80のブレンドされたタバコは全部のエアロゾルのうちのそれら自身の割合に寄与してそれらの風味および他の主題属性に寄与する。ヒータ/充填剤オーバラップ99であるいはそのまわりでのタバコプラグ80からの解放エアロゾルはタバコプラグ80を通って空洞91へ引かれるときに幾分かの濾過と圧力降下を受ける。
タバコプラグ80の加熱から生まれたエアロゾルはタバコのブレンドにより並びにヒータのフットフリント94がタバコプラグ80にオーバラップする程度を調節することにより変えることができる風味と特性を有する。空洞91の近傍で生まれるエアロゾルの成分はシガレットから一層瞬間的に解放されるのであるが、それは空洞91において熱的慣性がほとんどないからであり、そして空洞91において熱的に蒸発したタバコ物質はタバコプラグ80の圧力降下を受けず、代りに一層直に自由流動フィルタ74を通って吸い口62へ連通されるからである。しかし、それはタバコプラグ80から解放されたものとは違う特性を有する。なぜなら、それはベースウエブ68上のタバコ香味材料70から優勢的に解放されるからである。以下に一層詳細に説明される通り、喫煙者の満足のためにシガレット23から出るエアロゾルは喫煙者への直接送出を確実にするエアロゾルの成分とブレンドきざみ充填剤タバコに帰因する香味ノート(note)を含むエアロゾルの成分の両方を好ましくは含む。以下に続く教示においても明らかになる通り、空洞91(および最初の送出のイメーディアシィ(immediacy))の存在はシガレット23の一貫性のあるふかし対ふかし喫煙を確実にしかつシガレット間の一貫性を促進する。好ましい実施例(きざみ充填剤80のプラグと空洞91を有する)に従って構成された部分的に充填されたシガレット23の比較的なふかし対ふかし属性において産み出し、巻かれたタバコウエブ内できざみ充填剤を有しない第1の別の設計(図6a)のシガレット23′ときざみ充填剤で全体的に充填された巻きタバコウエブを有する第2の別の設計(図7a)との比較において。これらの代替の設計の説明において、タバコウエブ66′と66″は好ましい実施例におけるようにベースウエブ68とタバコ材料70の層を含む。これら代替設計のタバコ棒60′はまた上包み71において含まれている。
15ジュールエネルギー設定での蛇行形状タイプのヒータ素子がそれぞれ図6Aと7Aに示されたシガレットでの図6Bと7Bに呈されたような比較データを発生させるために使用された。
図6Aを参照して、第1の別の設計の電気喫煙システムにおける喫煙に適応したシガレットはタバコ棒60′と吸い口62′を含み、その各々は図4Aに示された好ましい実施例の要素との対応性を有するダッシュ付の数で指定される要素を含む。しかし、シガレット23′のタバコ棒60′はそのタバコウエブ66′内に何らのきざみ充填剤を囲まず、そしてタバコ棒60′の自由端78′には逆流フィルタ200′が設けられる。タバコウエブ66′のベースウエブ68′は先に述べた様に炭素繊維を含むタイプであった。シガレット23′の構成は共通譲渡のU.S.特許第5388594(PM1697)であり、ここに組み入れられてそっくりそのまま参照される特許においても詳細になされている。続く記述の目的のために、このシガレット23′への参照は充填剤のないシガレット23′としてなされる。
図6Cを参照して、実験は喫煙装置21と協働して喫煙機を用いて指揮された。喫煙機の出力は各ふかしの間透明室6vを有する煙測定装置6yを通して指向され、透明室では光源6wからの光ビーム6uが透明室6vを通って透明室6vの反対の側にある光検出器6zへ通された。光感知器6zの出力はそれが感知器6zを打つときに光ビーム6uの強さを決めるべく処理される。室6vを通過する何らかのタバコエアロゾルは光ビーム6u上で光拡散効果を有し、かくして光検出器6zにおいて検出された光強度における何らかの結果の変化は逆にエアロゾル中の全粒子物体(TPM)を指示するのである。FTCシガレット試験実施に従って、喫煙機は喫煙装置21から標準の2秒のふかしを引く。
図6Bにおいてグラフ的に呈示された情報は喫煙機が充填剤のないシガレット23′での一連のふかしの各々を進めたときの時間に関しての煙測定装置に登録された強さを示す。そのデータは次の傾向を指示する:すなわち、充填剤のないシガレット23′では、第1と第2のふかしは残りの三つのふかしと一貫性がなく、後者の三つのふかしはより一層互いに一貫性がある;そしてエアロゾルは各ふかしのための2秒の時間の経過以前に十分に出される。充填剤のないシガレット23′は最初の幾つかのふかしにおける送出において一貫性が少なく一貫性は後のふかしにおいてのみ優勢である。最初のふかしに関連したデータはタバコ棒60′に孔をあける如き改善処置あるいはU.S.特許第5388594(PM1697)に教示された他の処置が履行されないなら充填剤のないシガレット23′を喫煙する機械は最初のふかしの間少ししかエアロゾルを送出しないという総括的観察とかなり一貫性がある。
図7Aを今参照して、電気的に作動するシガレット23″の他の設計は図4Aに示された好ましい実施例のそれに似た配列と要素とを有する吸い口62″とタバコ棒60″を含み、同じ要素には二重ダッシュ符号が設けられている。しかしながら、図7Aのシガレット23″は自由端78″における逆流フィルタ200″及びタバコ棒60″の自由流動フィルタ74″と逆流フィルタ200″の間のタバコ棒60″の全長に沿って延びたきざみ充填剤220″の柱を含む。シガレット23″のタバコ柱220″はバーリ、ブライトおよびオリエンタルタバコのブレンドを立方センチメートルあたり、.275グラムの棒密度で含む。続く議論において、シガレット23″は十分に充填された充填シガレット23″として参照される。
さて図7Bを参照して、煙測定装置6yからの光強度における測定は十分に充填された充填シガレット23″上の番号を付した1から7の一連のふかしに各々のふかしの時間経過進行と関連させられた。図7Bに呈示されたデータは十分に充填された充填シガレット23″に従って構成されたシガレットの性能における二つの認めうる傾向を象徴している:すなわち、最初の幾つかのふかしはかなりのエアロゾル送出を与えるが、その後の送出は後の三つのふかしが最初の幾つかのふかしよりも実質的に少ない送出を与える(修正処置が取られないならば)程度にまで衰える;そして十分に充填された充填シガレット23″では、エアロゾル送出は遅延されて当初のふかし(ふかし1,2および3)は2秒の期間の実質的な部分が経過した後になるまでは最大送出を達成しない。
最初の幾つかのふかしの間、十分に充填されたシガレット23″は充填剤のないシガレット23′よりも大なるエアロゾルの総量を送出する傾向がある。図7Bと6Bに呈示されたデータの比較はこの総括的観察を実証し、十分に充填された充填シガレット23″に対する図7Bにおける最初の幾つかのふかし線よりも上の全面積は充填剤のないシガレット23′に対する図6Bにおける最初の幾つかのふかし線よりも上の全面積より大きい。図7Bと6Bにおける各ふかし線より上の面積はそのふかしの間の全送出を示す。
しかし、十分に充填された充填剤シガレット23″の送出における遅延はシガレット23″からの直ぐの香味応答を得ない彼または彼女に対する反動として喫煙者に長く一層強い吸いを誘発させる。一層強調された吸いは次いで上包み71″とタバコウエブ66″の加熱された部分がそれを通じて引かれた追加の空気により一層十分に消費(酸化)されるようになされてタバコ柱220″の一層顕著な破れおよび恐らくは局所的なつぶれが最初の幾つかのふかしの間に生じる。加えて、一度パイロリシスが十分に充填されたシガレットにおいて開始されると、一層自己維持なる傾向がある。なぜなら燃焼できるタバコの大きな塊体の存在および/またはそれの一層詰められた状態のためである。いずれにしろ、空気が最初の幾つかのふかしの違反“燃焼”位置を通ってタバコ棒中に一層容易に引かれる故に、これらの局所の違反は続くふかしの望ましい空気流径路を短絡させると信じられる。従って、十分に充填された充填シガレット23″における後のふかしの間は送出は衰える。
図7Bに呈示されたデータおよび以上の説明は、十分に充填された充填シガレット23′または伝統的なシガレットは、それらが電気ライターで喫煙されるとき、それはのふかしが進むにつれて送出を減じさせる傾向があるという総括的観察と一貫性がある。
その遅延された、なおも多くの自己維持熱分解で、十分に充填されたシガレット23′はふかしの後の段階で多量のエアロゾルを発生する傾向があり、そして時には、喫煙者が実際にシガレットを吸っている時の期間を越えて或る量のエアロゾルを発生しつづける。後者の場合は“ふかし後”のエアロゾルの生産になり、エアロゾルはライター25のハウジング33内で、特にヒータ設備39にまたはそのまわりでぶらつくのである。このような“ふかし後”のエアロゾルの幾分かはヒータ素子33に問題となる凝縮をするか次のふかしの間にシガレット23″中に引かれるに十分に長くぶらついている。いずれの結果も気に入った一貫性のある風味の送出に反目するものである。
図6Bを戻って参照して、充填剤のないシガレット23′のふかし線は、標準化されたふかしの2秒の間の持続が経過し了る十分前にエアロゾルの送出は最大になり(ふかし線が最も沈む所で)、そしてふかしの後の段階で送出は最少であり、かくして充填剤のないシガレット23′では“ふかし後”のエアロゾルの生産は問題となるものではないということを立証する。しかし、先に記された通り、充填剤のないシガレット23′は十分に充填された充填シガレット23″よりも少ない総量のエアロゾルを送出し、それは時には最初の幾つかのふかしの間の送出において不一致をこうむり、もしブレンド(あるいはブレンドされていなくても)されたきざみ充填剤が含まれるならば楽しまれる主題属性並びに多様性を欠くのである。
充填剤のないシガレット23′に従って構成されたシガレットに対して上述された通りの煙測定装置を用いる喫煙機での比較喫煙からのデータを図8は示し;十分に充填された充填シガレット23″;および本発明の好ましい実施例(図4Aに示された通り)の教示に従って構成された部分的に充填された充填シガレット23を比較したものである。炭素繊維はベースウエブとしてすべてこれらのシガレットにおいて使用された。図8は本発明の部分的に充填された充填シガレット23は一喫煙全体を通して一層一貫性のある送出をもたらすことを開示するであろう。それは十分に充填された充填シガレット23″の後のふかしで生じる送出の降下を回避しそして最初の幾つかのふかしの間に充填剤にないシガレット23′よりも送出において一層一貫性がある。
図8に用いたデータを集めるために試験された部分的に充填された充填シガレット23はシガレット設計における空洞に重なるヒータの重なりが比較的に大きくほぼ6mmであるようにきざみ充填剤で半分充填された。図8に示されたデータを発生させるために用いたヒータ素子37は加熱サイクルにつき15ジュールのエネルギでの蛇行形タイプであった。
図8を特に参照して、そこに示されたデータはシガレットの各々特別なタイプのものを喫煙している間のふかしの進行における各ふかしの最初の2秒の間に生ぜしめられたエアロゾルの量(ミリグラム)である。図6Bと7Bに示されたデータに関して、図8に指示されたエアロゾルの量は図6Bと7Bにおいて0から2秒の各ふかし線の(上に規定された面積)の集積に分析的に対応するであろう。
図8におけるデータの呈示は十分に充填された充填シガレット23″で人が最初のふかしから続くふかしへ進めるときに経験される送出の降下を明白に図示している。対照的に、充填剤のないシガレットは十分に充填された充填シガレット23″でのような送出の降下をこうむらなかった。
図8におけるデータの呈示はまた、部分的に充填された充填シガレット23が六つのふかし全体を通じての充填剤のないシガレット23′のそれと比較できる送出における一貫性を与えることを明白に図示している。更に、それは風味および主題効果へのきざみ充填剤の寄与でそのように役立つ。
表IIを参照して、シガレット23に従って構成されたシガレットにおける空洞でのヒータのオーバラップの量の変化が送出にどのように影響するかを指示するために集められた。表IIに呈示されたデータは32mmタバコ棒、このタバコ棒の吸い口端における7mm自由流動フィルタ、および30mm長吸い口を有した部分充填シガレットを喫煙する機械から生まれ、ヒータのフットプリントは12cm長であり各シガレットのタバコ棒の中央点に中心を合された。
表 II
空洞の長さ(mm) 4 7 10
空洞に沿ってのヒータの 1 4 7
オーバラップ(mm)
タバコプラグに沿っての 11 8 5
ヒータのオーバラップ
平均TPM 4.9 5.5 7.0
調節された平均TPM 5.2 5.9 7.3
(最底の読みは省略された) 調節された平均の標準偏差 .34 .53 .50
図9は送出された全粒子物質(TPM)対ヒータ−充填剤オーバラップの量(ミリメータで示す)のグラフ表示を与える。そこに示されたデータは標準喫煙機における2秒ふかし間隔とケンブリッヂパッドを用いるFTC“タール”のレベルを決めるための標準試験技術を用いて発生されたものである。試験されたシガレットは部分的に充填された充填シガレットであり、炭素繊維のベースウエブ及び58mmの全長を有し、図9における縦座標に沿って現れるデータは炭素繊維ベースウエブ及び同じ全長を有する充填剤のないシガレットから得られたものであることは除外する。ヒータ−タバコオーバラップが変えられたとき、ヒータフットプリントは一定の長さにとどまりそしてタバコ棒の中間点に心合せされたままになされる。従ってヒータ−タバコオーバラップの増加はヒータ−空洞オーバーラップの比例する減少を生ぜしめた。ヒータはほぼ10mmのヒータフットプリントを有する蛇行形のタイプであった。共に取られたすべてのデータは送出された全粒子物質とヒータ充填剤オーバラップの量との間のこれら環境に二次の関係が存在することを指示する。図9に示されたデータおよび表IIに示された別の組のデータは部分的に充填された充填シガレット23において所望(目標)レベルの送出を得るためにヒータ−充填剤オーバラップの量が調節されてもよいということを示す。
ヒータ−充填剤オーバラップの量の調節は部分的に充填された充填シガレットにおいて所望の“タール”レベルを達成する好ましい方法であり、ヒータ充填剤オーバラップにおける変化はタバコプラグ80における棒密度の変化をなすよりも送出において一層強調されたそして制御できる影響を有しているということを見いだしたことを含めての理由である。またこれは人にタバコプラグ80の棒密度をタールレベルよりも他の目的のために、ゆるい端を制御しおよび/または圧力降下の望ましい程度を生ぜしめおよび/またはタバコ棒60の自由端における濾過の所望の程度を生ぜしめるために、さもなくば製作を容易にするための如きの目的のために、選択するのを許容するのである。それはまた、タバコウエブ66またはタバコプラグ80のいずれかを必然的に変えなくてはならないということをなくして関連したシガレット製品中のタール送出を変えるキャパシティを提供する。
部分的に充填された充填シガレット23とライター21のヒータ設備のそれの相対的寸法を次のように形成することもまた有利である。すなわち、シガレット23をライター21中に挿入すると、各ヒータ素子37がタバコ棒60に横づけに位置し、かくしてヒータのフットプリントのすべてではないにしても少なくとも幾分かはタバコ棒60の充填された部分にのみ(タバコプラグ80上に)重なるようにする。このような輪郭において、空洞91はなおもエアロゾル形成を容易にしかつ喫煙の冷却を助ける。自由流動フィルタ74はエアロゾル成分が広い空洞91から引かれている時にエアロゾル成分に対して流動絞りを呈することによりエアロゾル形成の促進を助けるということが信じられている。これに関して、タバコ棒60の自由流動フィルタ74はそれぞれそれと一側における空洞91の間およびそれと他方における自由流動フィルタ102の間の遷移部において縁73および75を呈するということが記されるべきである。これらの縁73および75は他の二つの隣接区域(自由流動フィルタ102内に包まれた空間と空洞91)のいずれかよりも小さな内径を有する自由流動フィルタ74の結果である。これらの縁73と75(および可能な他の自由流動フィルタ74の隣接部分)はタバコ棒60の加熱されたタバコ部分から解放された気相並びに粒状相の成分からエアロゾルを形成するのに適した乱流または他の流れ状態を促進すると信じられる。
さて図10を参照して、シガレット23aは図4Aを見てのシガレット23の論議において開示されたと同じであるがタバコ棒60aの自由端78aに配置された逆流フィルタ200aを付加している構成要素と配列を有する本発明の他の好ましい実施例に従って構成されている。逆流フィルタ200aは自由端78aでタバコプラグ80aからタバコが逃げるのを阻止する。一層伝統的なシガレットでの様にマッチまたは従来のシガレットライターで着火される代わりにシガレット23aが電気喫煙装置において使用するためのものであることを指示するように自由流動フィルタ200aは着色されてもよい。逆流フィルタ200aは包まれたタバコプラグ80aの別体要素として図示されているが、シガレット23aの製作における便宜のためにプラグ包み(図示せず)でタバコプラグ80aと逆流フィルタ200aとを組み合わせてもよい。逆流フィルタプラグで、タバコ棒60aからのタバコの落下あるいはゆるい端の如き恐れのある問題のない低い棒密度を有するタバコプラグ80aがシガレット23aに設けられてもよい。EP−A−0615411に開示されている通り、そして1992年9月11日出願の同時係属共通譲のU.S.特許出願シリアル第07/943504(PM1550)および共通譲渡のU.S.特許第5388594(PM1697)における如く、逆流フィルタ200aはふかしの結末においてタバコ棒60aの自由端78aからのエアロゾルの解放を制限または全く阻止すべくそしてタバコ棒60aの側面に沿って入った空気の量に比例した関係で自由端78aからシガレット23aの中に引かれる空気の量を都合よく制限するような自由端78aでの圧力降下を生ぜしめるべく輪郭づけられる。
好ましい実施例の部分的に充填された充填シガレット23のための設計技術に関して、ヒータのエネルギーおよびヒータ−充填剤オーバラップの量は所望の“タール”レベルへ送出を調節および/または樹立すべく使用されうる。従って、新たな部分的に充填された充填シガレット23の設計の間に、タバコプラグ80における棒密度の選択は自由端における圧力降下の所望の程度を達成するためにおよび/または別の実施例23aの逆流フィルタ200aで達成されるのと同じ態様で逆流を制御するために全体的に利用できる。
図11を参照して、本発明の他の好ましい実施例に従って構成された他のシガレット23bは空洞91bに隣接した低密度部分320bとシガレット棒60bの自由端78bに隣接した高密度部分320bを含んだタバコプラグ80bを含む。シガレット23bはより低い棒密度で達成可能な強化送出を得るためにヒータのフットプリント94Bがタバコプラグ80bの低密度部分310bとオーバラップするように輪郭づけられる。きざみ充填剤320bの高密度領域はゆるい端を回避するためかつ逆流フィルタ200aと相似の態様で棒60bを軸方向に通る空気の伝達を制限すべく配列されている。
現在好ましいヒータの実施例は図12−21に図示されている。これらのヒータはこれまでに述べたシガレットの実施例のいずれにも、すなわち図4a,4b,6a,7a,10および11の十分に充填された、部分的に充填された、および充填剤のないシガレット、並びにこれらシガレットの改変物にも適する。
これらのヒータはシガレット23の繰り返し挿入、調節および除去に対して改良された機械的強度を与え、そしてエネルギ要求はそのままにして加熱されたシガレットからのエアロゾルの発生を顕著に改良する。発生されたエアロゾルはパルスヒータから半径方向内方へ流れ去る傾向があることが見いだされている。
総括的に、ヒータブレード121の引き続く着火で8つのふかしを与えるために好ましくは8つのヒータブレード121があり、これにより従来のシガレットのふかし数に似る。特に、ヒータブレード121は挿入されたシガレット23を受けるべくヒータブレードの円筒形配列を形成するためにハブ110から延びている。好ましくは、隣接ヒータブレード121間にギャップ129が規定されている。
シガレットが円筒状ソケトCRに挿入された時に達成されるふかしの数、そしてそれ故にヒータブレード121の数を変えることが望まれるかもしれない。この所望の数はヒータブレード121の所望数を形成することにより達成される。これは等しいまたは不等寸法のブレードを与えることにより達成される。
ヒータ設備はライター25内のオリフィス27に配置される。シガレット23は、随意の逆流フィルタ200に第一に、ライター25のオリフィス27に挿入されてヒータ設備39の実質的に円筒状空間に入り、設備39はシガレットを受けるための開口を有するリング形になされたキャップ83、円筒状空気チャンネルスリーブ87、ヒータブレード121を含むヒータ集合体100、ヒータ集合体のヒータ素子のための共通リードとして働く導電性ピンまたは共通リード104A、導電性の正のピンまたはリード104B、およびスペーサにより規定される。スペーサの底の内方表面81はシガレット23をヒータ設備39の所望の位置に停止させてヒータブレード121がシガレットのくぼみ79に隣接して配置され、そして好ましい実施例においては図1乃至11に関して先に述べたように配置されるようにする。
実質的にすべてのヒータ設備39はライター25の正面33のハウジング31にぴったりした嵌合により所定位置に内側に固定されて配置される。キャップ83の前方縁93は好ましくはライター25の第1端29に若くは外側へ少し延びて配置されそして好ましくはシガレット23のヒータ設備39へ出し入れの案内を容易にするために内方に斜角になされたまたは丸められた部分を含む。ピン104Aと104Bは好ましくは対応するソケット(図示せず)内に好ましくは受け入れられており、これにより、ライター25内のヒータ設備39のための支持を与え、そして導体または印刷回路はソケットから種々の電気素子に導く。他のピンはピン集合体を強化すべく追加の支持を提供できる。ピン104Aと104Bは適当な材料からなり好ましくはすずめっきされたリン青銅からなる。スペーサとベース50内の通路47はふかし作動センサー45と連通しており、光センサー53はライター25にシガレット23が存るかないかを感知する。
図12と13に見られるように、ヒータ集合体100は好ましくは一体式構造であり8つのヒータブレード121を含み、これらは中央ハブ1110から対称配列に、あるいは図19を参照して以下に論議されるように、非対称配列に延びている。図13に最もよく見られる通り、ヒータ集合体はほぼ円形の挿入開口360を規定し、これはのど365を有し、これは挿入されたシガレットを同軸に形成された円筒ソケットCRに指し向ける。ソケットCRは挿入開口360よりも小さな直径を有する。挿入開口360はヒータブレード121の接続区分118のそれぞれの端部118Bにより規定され、のど区分365は接続縁118Aと端118Bとの間の区分118の部分により規定される。挿入端360は好ましくは挿入されるシガレット23よりも大きな直径を有してシガレットをソケットCRの方へ案内し、ソケットCRはシガレット23にほぼ等しい直径を有して熱エネルギの良好な伝達のためにぴったりとした嵌合を確実にする。シガレット23は当技術において知られた直径の範囲にほぼ等しい直径を有する。シガレット23に対する与えられた受容製造公差で、末梢端とソケットCRとの間の遷移部における徐々に狭くなるエリアまたはのど365はソケットの内側壁として働く包囲ブレード121との熱的接触を増すべくシガレットを少し圧縮する役目をもする。非制限の例として、挿入端360は好ましくはほぼ0.356インチ±0.02インチの内径を有し、そしてソケットCRは好ましくはほぼ0.278インチ±0.02インチの内径を有する。ブレード120は円筒状ソケットの直径を絞ることによりシガレットとの熱的接触を増すべく内方へ弓なりになされうる。
各U字形ヒータブレード121は第1端でハブ111から延びた第1区分または脚116A、第1区分の反対の第2端または脚116Aに接続された接続区分118、および第1端で接続区分118からハブ111の方へ延びた第2区分または脚116Bを含む。第1および第2脚116Aと116Bはギャップ125で分離され、ギャップは比較的一定であり、以下に論議される図18と19におけるような何ら巻かれていない状態で好ましくは実質的に平行であり、シガレット挿入方向に連続しておりシガレットの望ましくない破損を減じ、そして挿入シガレット23のための円筒状ソケットCRを規定すべく配向されている。接続区分118はブレード脚116Aと116Bの対向する内方縁を連結するための弯曲された連結縁118Aを有して、細長いU字形抵抗的径路が形成されこれは挿入シガレットの縦軸線と実質的に平行であり以下に一層詳細に論議されるようにシガレットに横づけで延びる。弯曲された連続縁118Aは好ましくはほぼ180°±20°の曲りを有し、それでU字形ブレードは形成され、ハブ111に向って凹でありかつ挿入開口360に向って凸である曲りを有する。ハブ111における第1ブレード脚116Aの第1端は部分115において電力密度並びに電流密度を低くして部分115のオーム加熱を減ずべく第1脚116Aの残余部に比して部分115で、ほぼ同じ厚みで、増大された幅を有する。またこの拡大はハブ111におけるブレード121の機械的保全性を増す。
第2ブレード脚116Bの第2端122は第2ブレード区分116Bの主たる部分に対して階段形に高められているのが好ましくこれにより各々の正のピン104Bとの電気的接続を容易にする。より詳しくは、図12と13に示される通り、端122は三つの区分、すなわち、第2ブレード脚116Bの主区分の実質的平面継続部である区分122A、図示の如く角度でもって隆起した遷移区分122B、および区分122Aとおおむね平行である接続端区分122Cを含む。端122の区分は増大された強さのための第2ブレード脚122Bよりも広い幅を有することができて、接続端区分122Cでの正接続に対して十分な接触面積を与え、そして電流密度を低くしかくして端122のオーム加熱を低くする。端区分122Cは正のピン104Bへ好ましくは仮着け溶接されるかあるいは他の技術で電気的並びに機械的に接続される。
ヒータブレード121のための正接続を達成するための他の実施例は図14と15に示されている。接続端122は図12と13に示される段階形になされていないのが好ましく、むしろそれは第2ヒータ脚116Bの実質的平面延長であり、これは以下に述べられる製作を簡単にする。挿入されたシガレットがねじられるかさもなくば喫煙者により調節される時のように正端122とハブ111および/または第1脚116Aの区分115の間の接触から生じる短絡の可能性を減じるために、電気絶縁セラミック300が端122、ハブ111および区分115へ、特にこれら素子のそれぞれ向き合う縁に施与される。
好ましくは、セラミック被覆は任意の従来の技術、例えばプラズマスプレイにより、ハブ111、接続端122、および第1脚116Aの区分115へ施与される。セラミックは好ましくは比較的高い誘電率を有する。アルミナ、ジルコニア、ミュライト、コージェライト、スピネル、フォステライト、それらの組み合せ等の如き任意の適当な電気絶縁材料が採用できる。好ましくは、下層の金属ヒータ構造体の熱膨張係数と近密に合う熱膨張係数を持つジルコニアまたは他のセラミックが採用されて、加熱と冷却の間の膨張と収縮率における差を回避し、これにより操作中のクラックおよび/または剥離を回避する。セラミックはヒータ素子が加熱されるとき、物理的にかつ化学的に安定した状態にとどまる。例えばほぼ0.1乃至10ミル、あるいは0.5−6ミル、そして一層好ましくは1−3ミルの厚さは電気絶縁のために好ましい。好ましくは、端122の一部は被覆されない。正ピン104Bはそれで論議される如くこの露出された部分へ接続される。マスキングを簡単にするため、区分115の対応部は同様にセラミックで被覆されない。
セラミックは図15に示される通りヒータ集合体の機械的保全性を増すべくセラミックハブ構造体を形成するために端122と第1脚116Aの区分115の間のギャップ127において、かつ端122とハブ110の間のギャップ126において、同じプラズマスプレイ段階でセラミックが施与されうる。このセラミックハブの寸法は図示されたものよりも大きくできる。この追加的なセラミックの施与つきであるいはなしで、セラミック被覆は正接続端122を電気的に絶縁し、幅ギヤップ127および125は減少でき一方短絡に対する保護が与えられる。従って、第1脚116Aの区分115と端区分122は増大したエリアを持つことができ、それで更にソケットを強化し、そしてセラミックハブの場合には、骨組み構造を増しそして更にヒータ集合体を強化する。加えて、このようなセラミック被覆はギャップ125と127を規定する鋭い縁を滑めらかにして、特にシガレットの挿入および除去並びに喫煙者による何らかの調節の間にシガレットを切ったり損傷させたりする可能性を減少させる。別の態様として、全ブレード121そして特に第1および第2脚116Aと116Bが例えば約2ミルのジルコニアのセラミック層で一表面、例えばシガレットから離れる方に面している外方面、両内外方面、および/またはギャップを規定する縁に完全に被覆され、ヒータブレードを強化し、もし望まれるならばギャップを維持する。ブレード121は従って、例えばほぼ2乃至ほぼ6ミルの如く一層薄くされうる。これによりヒータ径路の抵抗を増大させ挿入されたシガレット23との増大された熱的接合面のためにブレードがより広くなるのを許す一方で同じ全ブレード抵抗を維持する。この増大されたブレード幅は、セラミック層と共に、更にヒータ構造体を強化する。また挿入シガレットから離れる方に面するブレード121の外方面上のセラミック被覆は加熱されたブレードか周囲への熱的損失を阻止するかもしれない。セラミックはプラズマスプレイまたは関連出願に述べられた他の方法により好ましくは施与され、好ましくはプラズマスプレイにおける処理の間に表処理および/または粒子衝突により誘導されるかもしれない残留応力の誘因を回避するために電子ビーム物理的蒸着により施与される。
各ブレード121は抵抗加熱素子を形成する。より一層詳しくは、第1ブレード区分116Aの第1端115は電源の負端子へ電気的に接続され、そして更に詳しくは、ハブ111の一体的延長部でありまたはハブ111に機械的にかつ電気的に接続され、次いでハブ111はろう付けまたは半田付けのような他の技術または仮着け溶接を介して負端子ピン104Aに電気的にかつ機械的に接続されている。好ましくは、二つの端子ピン104Aが用いられて平衡になされた支持を与える。というのは負および正の接続はヒータを機械的に支持する働きもする。ハブ111はかくしてすべてのヒータブレード121に対する電気的共通として機能する。いずれの実施例において、各ヒータに対する負接続は個々に例えばそれぞれの正接触エリア122とは反対のヒータの端に置かれた適当な負接触によりなされうる。
各ヒータブレードのためのそれぞれの正接続は論議された通り第2ブレード区分116Bの接続端区分122Cにおいてなされる。接続端区分122Cは共通ハブ110からギャップ127により;関連のヒータブレード120の第1ブレード区分116A、そして特に第1端115からギャップ125により;および燐接ヒータブレードからギャップ131により電気的に分離または絶縁されて短絡を回避しかつ熱膨張を許容する。加えて、論議されたセラミック被覆は随意的に施与される。別の態様として、接続端区分122Cはそれぞれアースに接続される。
論議された正および負接続は、喫煙者の吸いによる喫煙装置の作動時に電気エネルギー源から例えば制御回路を介して特定のブレード(複)120へ付与された電流のための抵抗路、そしてより詳細には回路を提供する。ブレードの基本被加熱エリアは第1ブレード脚116A、縁部分118A、および第2ブレード脚116Bを含む。従って、横づけに延びた作動ブレード121と接触し下に位置する挿入シガレット23の一部はブレードの被加熱部分に相応する外方表面パターンで、すなわち、上に位置するブレードに相応する細長いU字形に、基本的に伝導と輻射により、ありうる幾分かの対流で、加熱される。加えて、脚の間の、すなわちギャップ125の下に位置する、挿入シガレットの部分は両脚116Aと脚116Bからの累積的輻射および伝導熱伝達のオーバラップまたは交差により加熱される。もしギャップ125が大きすぎると、所望のオーバラップは発生せずギャップ125の下に位置する挿入シガレットの部分は十分に加熱されないであろう。また、輻射的および伝導的加熱はヒータブレード脚116Aと116Bの外方縁を少し越した挿入シガレットのストリップ部を加熱するであろう。種々の加熱された部分は共にシガレットの被加熱領域を構成し、それは脚116Aの外方縁を少し越えてから脚116Aの下を、ギャップ125を横切って、脚116Bの下を、そして作動されたブレード121の脚116Bをわずかに越えて延び、そして1ふかしの発生タバコ香味に対応する。加熱された部分の寸法はエネルギーパルスの量および持続時間と同様にブレード幾何学的形状および加熱特性に依存する。好ましくはふかし作動エネルギーパルスに応答して喫煙者に対して受容しうるふかしを発生すべく十分な寸法例えば18平方mmを有する挿入シガレットのセグメントを最終的に加熱するようヒータブレードは寸法づけられかつ熱的に設計される。
電流経路の一部を形成する比較的大きなブレード端エリア115と122はこれら作動温度へ加熱されない、というのはそれらの比較的大きな容積は電流密度を低下させ、それでかくしてオーム加熱を低めるのである。また、接続端区分118のセクションもこれらの作動温度へ加熱されない。というのは加熱径路は縁118Aに従う傾向がありそしてこのセクションは比較的大容積を構成し従って低電流密度を有し、かくして縁118Aや直ぐ隣りのセクションよりも低いオーム加熱を有するからである。接続部分118の残りの好ましくない加熱を更に減ずるために、(1)図5において示される通り、電流密度とオーム加熱を一層減少すべく領域118Cにおける弯曲縁118Aに対して部分118のモノリシック材料の厚みを増す、(2)オームおよび/または熱伝導径路を減少すべく部分118を穿孔する、および/または(3)図6に示される通り、熱移動を減少すべく部分118に追加的ヒートシンク材料119を加える。このヒートシンク機能を達成するために、熱的に非伝導性の材料、すなわち、セラミックの如き熱絶縁材料が付与される。適当なセラミックの例はアルミナ、ジルコニア、アルミナとジルコニアの混合物、ミュライト(mulite)等−−−−−を含み、ヒータブレード被覆の場合のようなものである。これら改変のいずれもはヒータ集合体100を支持しシガレットのための挿入引出し開口を規定する接続部分118の機械的保全性への何らかの逆影響に対して評価されるべきである。
ヒータブレード121が脈動された後、次のふかしが許される前に所定の最小時間がある。シガレットの一部の時ならぬ加熱は望まれた加熱以前の望ましくないおよび/または部分的なエアロゾルの発生もしくはシガレット部分の加熱誘起退廃という結果にもなるであろう。先に加熱された部分の続く再加熱は望ましくない香味および風味が展開される結果になる。
単一のヒータブレードの脈動により得られるよりも長いふかしが望まれるならば、制御ロジックは最初のヒータブレードの脈動後ただちに、あるいは最初の脈動の最終部分の間に、シガレットの他のセグメントを加熱すべく、他のヒータまたは追加ヒータブレードを点火するように形成される。追加ヒータブレードは半径方向に続くヒータブレードまたは他のヒータブレードでありうる。ヒータブレードは所望持続時間のふかしの全所望数を得るように寸法づけられるべきである。
一実施例において、ヒータブレード121の数は所望のふかし数例えば8に対応する。他の実施例においては、形成されたヒータブレード121の数はふかし数の2倍であり、例えば8ふかしシガレットに対してヒータには16の部分がある。このような輪郭づけはほぼ2秒の通常連続点火、そして好ましくはふかし計数に対応する加熱ブレード121の数を有する実施例のための半径方向の引き続く点火シーケンスよりも別の点火シーケンスを許容する。例えば、論理回路はその二つの円周方向に対向したヒータブレード121、すなわちそのチューブ上の180°分離されたヒータブレードが一つのふかしを生ずべくシガレットの十分な量を連帯的に同時に点火するよう指揮できる。別の態様として、一つのシガレットに対して一つおきのヒータブレード121の第1点火シーケンスは次のシガレットに対して介在するヒータブレード121の第2点火シーケンスが従われる。別の態様としてこの第1点火シーケンスが多くのシガレットの所定のライフサイクルに対して繰り返えされ得て、次いで第2点火シーケンスが開始される。任意のヒータブレードの組み合せが採用できる。ヒータブレードの数は一つの採用されたシガレットのふかしの数よりも少ないか、等しいか、または多くできる。例えば、6ふかしシガレットに対して9ブレードシステムが採用でき、6ヒータの異なる組が各引き続くシガレットに対して点火され、残りの3ヒータの関連する組は点火されない。
ヒータ集合体はピン104Aのハブ110へのそしてピン104Bの端122への溶接を介して一端に電気的かつ機械的に相対固定される。ピン104Aと104Bは好ましくはプラスチツのハブに予成形され、さもなくばそれに固定的接続され、好ましくは空気漏れを最小にする態様で行われる。好ましくは、この固定端は挿入開口360と対向する。接続区分118、および詳細的に接続縁118Aに対向する両端118Bは挿入開口360を規定する。端区分118Bはのど区分365を規定すべく外へ朝顔形に拡がることができる。ブレード121はそれでこののど区分から狭まくブレードとシガレットの間で所望の熱接触、すなわち押圧力を提供すべく例えばブレードの中央点で挿入シガレット23の外径よりも少し小さな内径を規定する。各セクション118Bは加熱されたとき自由に膨張する。すなわち、端区分118は固定されていない。より詳しくは、各端118はライター端キャップ83の内方壁201に配置された対応するチャンネル210内に位置する。更に詳しくは、内方にバイアスされたブレード121の端区分118Bの半径方向外方運動はチャンネル210の半径方向外方壁に接触する端118Bにより拘束され、これによりバイアスのための境界を樹立し内方バイアスを限定する。この内方バイアスは述べられた通り内方製作バイアスにより補足されてもよい。示される通り、内方壁201はブレード端118Bの部分の挿入を許すべく外方へ朝顔形に拡げられている。端118Bに接するチャンネル200の半径方向外方壁はブレード端118Bの十分な量の挿入を許すように寸法づけられかつ形状づけられていて、ブレードの加熱または冷却の間若しくはシガレットの挿入または引き出しの間にブレード端がチャンネル210を出ないようにする。もし望まれるなら、この半径方向外方チャンネル壁には端118Bと接する休止、例えば台形、が設けられる。別の実施例においては、ブレード端118Bの一部118Dは挿入端部分118Bに先立って丸められ、そして一層詳しくは楕円的になされる。この丸められた部分118Dは挿入部分がチャンネル210内で熱的又は機械的に誘起されたモーメントに応答して枢動するのを許容し、かくして、ブレード端の挿入部をチャンネル210内に維持する。追加的に又は別の態様で、ブレード端118Bは一層丸められる。
図3において示された第1実施例において、チャンネル210はシガレット23および/またはブレードの加熱の際に、並進態様で、すなわちチャンネル210の端面202に向かって膨張できるように寸法づけられ、かくしてシガレットとブレードとの間の所望の接触が達成される。ブレードの一端が対向配置ハブに関して自由であるこのような配列はそれぞれシガレットの挿入/引き出しおよびまたはブレード加熱/冷却時に縦方向にヒータブレードの機械的移動および/または熱膨張並びに収縮するのを許容し、これにより応力を減少させる。図14に示された第2実施例では、ヒータブレードが加熱時に熱膨張するかまたはシガレット23が挿入された時に変位されるときに、端118Bが対接部204に接触し枢支点を樹立してブレード121が挿入シガレット23に向かって内方へバイアスするのを許容するようにチャンネル210内に台形でもよい対接部204が配置されている。これにより、ブレード上の応力を減じそしてブレードとシガレットとの間の所望の熱的接触、すなわち、押圧力を増すのである。枢支点により次のことを意味する。すなわち、ブレード121はこの対接部204で自由に回転するが、好ましくは並進移動しない。
ヒータ集合体100はかくして論議された如きセラミックで随意的に被覆されるモノリシック構造体であるのが好ましい。ハブ111およびヒータブレード121は所望の電気抵抗および強度を有する材料から作られる。例えば、ほぼ50乃至ほぼ500マイクロオームセンチメートルの範囲の、そして一層好ましくはほぼ100乃至200マイクロオームセンチメートルの電気抵抗を有する材料が好ましくて、かくして、ほぼ200℃乃至ほぼ1000℃、そして好ましくは400℃乃至ほぼ950℃、そして一層好ましくはほぼ300℃乃至ほぼ850℃の温度が、ほぼ10乃至ほぼ50ジュール、一層好ましくはほぼ10乃至ほぼ25ジュール、そしてなお一層好ましくは20ジュールでもって、ほぼ0.2乃至2.0秒作動されたブレード120により達成られる。前記材料はほぼ1800乃至ほぼ10000の如き脈動にブレード121の望ましからぬたるみまたは故障、顕著な退化をこうむることなく耐えることができるものである。
ヒータブレード121が作られる材料は故障することなく少なくとも1800回のオン/オフサイクルの信頼できる繰り返しの使用を確実にすべく選択されるのが好ましい。ヒータ設備39はパワー源37と回路を含むライターから分離して捨てうることが好ましく、好ましくは3600サイクルまたはそれ以上の後に捨てられる。ヒータ材料および他の金属の要素はまたそれらの耐酸化性並びに反応性の全般的欠如に基づいて選択されてそれらが酸化しないということを確実にし、さもなくば遭遇しがちなどんな温度においてもシガレット23と反応することをなくす。もし望まれるなら、ヒータブレード121と他の金属性要素は酸化並びに反応を更に回避するに適するセラミック材料のような不活性熱伝導の材料中に封入される。
一層好ましくは、しかし、高い温度で表面酸化、侵食並びに退化に対する抵抗性と高い機械的強度の組み合せを示す耐熱合金からヒータブレード121および他の金属要素が作られる。好ましくは、ヒータブレード121はその融点の約80パーセントにまで達する温度で高い強度と表面安定性を呈する材料から作られる。このような合金は超合金として共通して参照されるものを含み、一般的にニッケル、鉄、またはコバルトを主成分にしている。例えば、アルミニウムとイットリウムを有する基本的に鉄またはニッケルの合金が適当である。好ましくは、ヒータブレード121の合金はヒータ素子の性能を例えば耐酸化性を与えることにより更に改善すべくアルミニウムを含む。
好ましい材料は鉄およびニッケル・アルミナイド(aluminide)を含み、最も好ましくは1994年12月29日出願の共通譲渡同時係属U.S.特許出願シリアル第08/365952に開示、そして特に“Iron Aluminide Alloys Useful as Electrical Resistance Heating Elements”と題する本願と同時に出願されたシリアル第 (アットーニイ ドケット第PM1769)に開示された合金を含む。なお前記両出願はそっくりそのまま組み入れられて参照される。
幾つかの元素がNi3Al合金に対する添加物として使用できる。BとSiはヒータ層122のための合金に対する基本的添加物である。Bは粒界強度を強めると考えられ、Ni3Alがニッケルリッチ、例えば%でAl≦24であるとき最も有効である。SiはNi3Al合金に多量には加えない。というのは、最大で3重量パーセントを越えるSiの添加はニッケルのケイ化物を形成しそして酸化時にSiOxへ導くようになるからである。Moの添加は低並びに高温度で強度を改善する。ジルコニウムは熱サイクル中の耐酸化物はく離性を改善するのに役立つ。またHfは高温度強度を改善するために加えることができる。基体300および抵抗ヒータ122として使用するための好ましいNi3Al合金は指定されたIC−50であり、Van Nestrand Reinhold ニューヨーク1994年表4のStoloff等編Intermetallic Metallurgy and Processing Intermetallic Compounds V.Sikk“Processing of Intermetallic Alumindes”においてほぼ77.92% Ni、27.73% Al、0.34% Zrおよび0.01%Bを含むと報告されている。種々の元素が鉄アルミナイド(Aluminide)に加えることができる。可能な添加物はNb,Cu,Ta,Zr,Ti,Mn,Si,MoおよびNiを含む。ヒータ材料はHaynes(登録商標)214合金(Haynes(登録商標)合金第214:ニッケルを主体とした合金で16.0パーセントのクロム、3.0パーセントの鉄、4.5パーセントのアルミニウム、微量のイットリウムおよび残余(ほぼ75パーセント)を含有し、Kokomo,IndianaのHaynes Internationalから商業的に入手可能)でありえて、Inconel 702合金、MCrAlY合金、FeCrAlY,Nichrome(登録商標)ブランド合金(54−80%ニッケル、10−20%クロム、7−27%鉄、0−11%銅、0−5%マンガン、0.3−4.6%シリコン、および時には1%モリブデン並びに0.25%チタニウム;ニクロムIは60%ニッケル、25%鉄、11%クロム、および2%マンガンを含有すると述べられており;ニクロムIIは75%ニッケル、22%鉄、11%クロム、および2%マンガンを含有し;ニクロムIIIは85%ニッケルと15%クロムを含有する耐熱性合金である)は1995年1月30日出願の共通譲渡特許出願シリアル第08/380718およびU.S.特許第5388594に開示されているように、あるいは同様の特性を有する材料でありうる。
図12において示される通り、ヒータブレード121はハブ111から対照的に延びるように配列されている。別の態様として、非対称配列が採用される。例えば、複数の、6または8の、ヒータブレード121は例えば二つの等しい数、たとえば3または4のヒータブレードの副グループに分けられてもよい。各副グループにおけるヒータブレードは先に論議された通りギャップ131により分離されている。副グループは巻かれていない扁平な状態において図19に示される通り広いギャップ135により分離される。ギャップ135は隣接副グループの隣接ブレード121からギャップ135の下に位置するシガレット23の部分への伝導的そして特に輻射的熱移動が最小になされるように規定される。従ってギャップ135は狭くなったギャップ131の下に位置するシガレットの未加熱部分よりも強いシガレットの広い未加熱のたくましい部分を提供し、しかして、シガレット23の柱強度は改善されて喫煙し部分の引き続く加熱そして弱化の後のシガレットの除去において助けとなる。もし望まれるなら、ロジックは対称的または非対称的配列において一つより多くのヒータを同時に作動させうる。
ギャップ125により分離された二つのヒータ脚116Aと116Bを有する本発明は中実ヒータ素子により発生された量に比較して発生されるエアロゾルの量において顕著に改善される結果となる。中実ヒータはシガレットとの良好な熱伝達を達成する;しかし、引かれた空気流中へのエアロゾルの質量移動は、特にもし喫煙装置ハウジングの囲いにその外側の空気をシガレット外側表面に連通させるための穿孔が設けられるなら、シガレットの外側に位置した空気のシガレット中への最良伴送を阻止する中実構造により妥協させられる。中実ヒータと同じ容積を持ちかつ大きな周囲を有する本発明のヒータは例えばギャップ125のため伴送の一層高い機会を結果し、そして従ってブレード121へのエネルギーの単位あたりについて改善された香味送出を結果する。論議された通り、ギャップ125は与えられたブレード幾何形状のために最良の輻射オーバラップを提供すべく寸法づける。一層高い量のエアロゾルが発生されるので、ブレードの要求質量は減少され得る一方、同じ所望量の香味を発生させ、ライターユニットにおいてヒータブレード121と挿入シガレットを十分に加熱するに要するエネルギーの減少の結果となり、これは更にユニットの重さを減じるのである。というのはパワー源、例えばバッテリをより小さくできるからである。非制限的な例として、ギャップ125はほぼ0.020インチ±ほぼ.005インチの広さであり;ブレード脚116Aと116Bはほぼ0.0125インチ乃至ほぼ0.017インチ±ほぼ.005インチの広さであり、かつほぼ0.55インチ±ほぼ.005インチの長さであり、かつほぼ.008インチ乃至ほぼ.010インチ厚、±ほぼ.005インチであり;そしてハブ110の縁から接続区分118の先端までの長さはほぼ1.062インイチ±ほぼ0.625インチである。
挿入シガレットに対する基本的横断または半径方向空気流は基本的縦方向流よりも一層望ましい喫煙発生の結果となることが判明した。ギャップ125,127および131は空気が挿入シガレットに接触するように引かれるための径路を与える。追加の空気通路がヒータブレードの穿孔区分による横断空気流を最良にするために設けられる。
ブレード幾何形状の他の実施例が図16に示され、第1脚116Aと第2脚116Bの両方は蛇行形になされている。脚116Aと116Bの蛇行形状の形は脚が均一に間隔を置かれるように平行になされギャップ125も蛇行形状になされている。このような蛇行形状はブレードの周囲を増し、そしてかくしてエアロゾル伴送を改善する。この蛇行形状は記述されたようなEP−A−0615411に、そして1995年1月30日出願の共通譲渡親特許出願シリアル第08/380718およびU.S.特許第5388594に一層十分に記述されている。
第1の好ましい製作方法が図18と19を参照して以下に述べる。ここに規定された製作諸ステップは製造速度、材料節約等を達成するために幾分か望まれて遂行される。
例えばほぼ2乃至20ミル、例えば10ミルの厚みを有する適当な材料のシートまたはストリップが形成されてくし状配列における概ね直線の区分111Aからそれぞれ第1ブレード区分116Aを介して、そして特にそれぞれの第1端区分115を介してほぼ垂直に延びた複数のフレード121を規定する。ブレード121は一つのブレードの第2ブレード区分116Bと隣接するブレードの第1ブレード区分116Aの対向縁間に配置されたギャップ131を有して実質的に互いに平行になされている。論議された通り、ブレード121は図18に示される通りそれらの間に等しいギャップ131を有して対称的に配列されるか、図19に示される通り幅Xを有する二つの副グループ間に大きな距離133とブレードの副グループ121Aと121Bを規定する隣接ブレード121間の等しいギャップ131を例えば有して非対称的に配列される。巻回時に第2距離133を形成するために一半分Xの長さの少なくとも半分の長さを有する二つの端部を直線の区分111Aは備えるということを注記する。これらの端部は接続のためのオーバラップを提供するためにXよりも長くあるべきである。非制限的例として、ギャップ131はいずれの実施例においてもほぼ0.040インチ±.005インチの広さであり、ギャップ135は非対称の実施例においてはほぼ0.125インチ±.005インチの広さでありうる。
ブレードは先に論議された如く接続区分118および脚116Aと116Bを形成するように輪郭づけられている。
シートまたはストリップ材料を記述した輪郭へのこの形成は例えばCO2 またはヤグ・レーザを用いるスタンピングまたはカッティングの如き何らかの従来技術により達成される。もし、ストリップ・フォーマットが採用されるならば、このストリップから形成されたヒータブレード121の数は単一の円筒状ヒータ配列のために要求された数を越えうる。直線のストリップは、必要ならば、切断されて区分111Aを形成する。これはそこから延びた所望数のヒータブレード121を有す。採用されるならば、区分122A,122Bおよび122Cの段階的形状がスタンピングを介して形成される。
採用されるなら、セラミック被覆300は論議されたような所望のパターンを形成すべく区分111A,115,122またはブレード全体またはその任意の一部上へ被覆を刻印輪郭をマスキングし、かつ例えば熱的にスプレイすることにより施与される。別の態様として、セラミック被覆はこの手順による巻回ステップ後に、望まれるなら、ブレードの形成前に施与される。知られている通り、適当なマスキングが施与区域を規定すべく各ヒータおよびセラミック付着のステックを遂行する前に適用される。
区分111Aは丸いハブ111を形成すべく、それで、巻回される。区分111Aはいずれの方向にも巻回されうる。好ましくは区分111Aはピン104Bとの接続を簡単にしかつシガレットの挿入および除去の間の損傷を回避すべく形成円筒ヒータの外方表面すなわちシガレットとは反対の側面に端区分122での正接触122Cがあるように巻回される。巻回区分は最終の所望直径よりも小さな直径に巻回されえて設備中へ挿入される。巻回区分は次いで膨張し更に電気接続により形が保持される。別の態様として、巻回区分は例えばスポット溶接またはレーザ溶接の如き何らかの溶接技術を介して接合されてハブ111を形成する。
好ましくは、図13に示される如くヒータ集合体が形成されると脚116Aと116Bおよび接続縁118Aが挿入シガレットに押圧力を与えるように各ブレード121にバイアスが与えられる。このバイアスは好ましくは巻回前に起きるが、巻回後に実施されてもよい。このバイアスはヒータブレードと挿入シガレットとの間の熱的接触を増大し熱移動効率を改善する。
熱移動効率は下に位置するシガレットとの効果的熱的関係にあるブレード脚116Aと116Bの表面積の量を最適にすることによっても改善される。図17Aに見られる通り、脚116Aと116B(脚116Aが例として示されている)の下側面117は論議された実施例においてブレード脚の横断方向において平ら、すなわち、扁平である。熱移動の関係を改善するために、それぞれ図17Bと17Cに説明された通り、容積を非所望的に増大させることなく、そして、それ故ヒータ脚の電流密度および結果するオーム加熱を非所望に低下させることなく、シガレットに関する加熱脚の表面積を最大にすべく、下側面117は種々の非扁平幾何学的形状に、例えば角度または弯曲を付されて形成されている。この形成下側面117は挿入、調節または除去の間にシガレットを弱めたり、ありうるほころび発生を回避するためにシガレットのいずれの部分にも突き刺さらないようにするのが好ましい。むしろ、下側面117の中央点または頂点はシガレット23に接触するかまたは熱的にきわめて近接しており、下側面117の残りの部分はシガレット23と輻射的熱的関係にある。
好ましくは、この下側面の形は未巻回状態においてブレード121の脚116Aと116Bを刻印することにより達成される。この刻印は上述のバイアスを達成する刻印と同じ時に起こしうる。下側面を形状づけるこの刻印はまた、脚116Aと116Bの強さを増大させ、これにより望ましかぬ短絡および変形を回避する。
製作の第2の方法を以下に説明する。適当な材料のチューブが与えられる。レーザ切断の如き任意の技術によりブレード121が次いで形成される。別の態様として、ブレードはスェージング技術により形成され、そのスェージングにおいては、内方マンドレルがチューブの中に挿入されて論議したブレード輪郭を形成し、次いで内方または外方のいずれかのすえ込みが採用されて前記輪郭をカットする。セラミック被覆300は、所望ならば、論議された如く輪郭づけられたチューブに与えられる。
本発明はまた潜在的に損傷を与える熱的に誘起される応力を最少にする。ヒータブレード121およびハブ111はモノリシックであるので、ヒータ素子の不連続部の相互接続から生じる応力が避けられる。
本発明の種々な実施例は標準の使用状態で喫煙者に応答して香味タバコの有効な量を送出するのを許容すべくすべて設計されている。特に、各ふかしが2秒の持続時間を有する35mlのふかしである8つのふかしに対して喫煙者へ5と13mgの間、好ましくは7と10mgの間のエアロゾルを送出することが望ましいと現在考えられている。このような送出を達成するためには、ヒータ素子121はシガレット23との熱移動関係における時に論議した通りの温度を運べるべきであるということが判明した。更に、ヒータブレード121は好ましくは論議されたエネルギを消費すべきである。低エネルギ要求は熱移動の関係を改善すべくシガレット23に向って内方へ弓なりになされたヒータブレード121により享受される。
勿論、ヒータの抵抗もヒータブレード121を加熱するに必要とする電気的エネルギを与えるべく使用される特別のパワー源37により指し図される。例えば、上のヒータ素子の抵抗は直列に接続されてほぼ4.8乃至5.8ボルトの全無負荷電源電圧を有する四つのニッケルカドミウム電池によりパワーが供給される実施例に対応する。別の態様において、もし6つまたは8つのこのような直列接続バッテリが使用されるなら、ヒータブレード121は好ましくは約3Ωと約5Ωの間、あるいは約5Ωと約7Ωの間の抵抗をそれぞれ有する。
本発明の他の実施例450は図20と21に示されており、複数の加熱素子451を含む。各加熱素子451は細長いU字形をしており、各々はくぼみ430の端壁443に隣接したくぼみ430の側壁にそれぞれの脚を接続した両端452,453を有する。各々のそれぞれの端452は個々に制御回路に、最終的には電気エネルギ源へ、加熱素子451の個々の作動のために接続されており、一方、端453は共通してアースへ接続されている。くぼみ430の口端に隣接する端454は電気的に接続されておらず、かくしてくぼみ430の側壁に触れる必要はない一方、彼らはそれにもかかわらず図20と21の両方に図示されるように、くぼみ430の側壁に向かって方向が変えられており、以上に論議された如く使い捨て部、すなわち挿入シガレットのための引き込みを提供する。図21においては、U字形先端454を通って切断された最上方と最下方の素子451が図示されていることを注記しておく。
図22と23において示された他の実施例470においては、加熱素子471はくぼみ430の壁から幾分か更に間隔を置かれていて、そして各々にはその剛性を増すために折り重ね473と同様に幾分鋭いV字形先端472が設けられる。このようにして、加熱素子471は所望の親密な熱的接触を与えるために使い捨て部中に突き刺し延入する。上に述べられた連続気泡構造は特にかかる実施例に対して良く適合する。この実施例においては、加熱素子430がくぼみ430の側壁から更に間隔を置かれているので、端452,453はくぼみ430の側壁へ取り付けられず、その端壁443に取り付けられる。好ましくは、端壁443に対する端452,453の接続は熱および電気のいずれも導かないスペーサ480によりなされる。このようにして、ワイピング作用は端452,453を通りすぎてスペーサ480上へ残り部をぬぐい、その残り部はU.S.特許第5249586に十分に述べられている通り、再加熱されない。穿孔412は壁に設けられて、U.S.特許第5249586に一層十分に述べられている通り、部分420を通って外側の空気が引かれるのを許容する。なお、前記特許はそっくりそのまま組み入れられて参照される。
多くの修正、置き換え、および改善はここに述べられ続く請求の範囲において規定される本発明の範囲並びに精神から離れることなく当業者には明らかであろう。例えば扁平化ステップは図5を参照して先に述べたプロセスの一部を修正して冷却ステップの前に遂行されてもよい。