JP2015503334A - 喫煙物品用の複合熱源 - Google Patents

Abstract

喫煙物品のための複合熱源（６）は、不燃性の多孔性セラミックマトリックス（１６）と、該不燃性の多孔性セラミックマトリックス（１６）内に埋め込まれた粒子状可燃性燃料（１８）と、を備える。不燃性の多孔性セラミックマトリックスは、粒子状可燃性燃料のメジアン粒径Ｄ５０よりも少なくとも５倍小さいメジアン粒径Ｄ５０を有する１又はそれ以上の粒子状材料から形成される。好ましくは、不燃性の多孔性セラミックマトリックス（１６）は、１又はそれ以上の遷移金属酸化物を含む。【選択図】図４

Description

本発明は、熱源、例えば、喫煙物品で使用するのに好適な熱源に関する。本発明は更に、本発明による熱源を備えた喫煙物品に関する。

可燃性熱源から物理的に別個のエアロゾル発生材料に熱を伝達することによってエアロゾルが発生する喫煙物品は、当該技術分野で公知である。エアロゾル発生材料は、熱源の内部、周囲、又は下流側に位置することができる。使用時には、喫煙物品の可燃性熱源が着火されて、可燃性熱源からの熱伝達によりエアロゾル発生材料から揮発性化合物が放出される。放出された揮発性化合物は、吸煙時に空気に同伴されて喫煙物品を通って吸い込まれる。形成されたエアロゾルは、消費者により吸入される。

喫煙物品で使用するのに好適な可燃性熱源において、喫煙体験を可能に又は向上させるような特定の性質を有することが望ましい。

例えば、熱源は、エアロゾル発生材料から香味付きのエアロゾルの放出を可能にするよう燃焼中に十分な熱を発生するべきであるが、それでも従来の着火端シガレットと同程度のサイズのものとすることができる喫煙物品内に収まるほど十分に小さくあるべきである。

更に、熱源は、熱源内の燃料が使い果たされるまで一定限度の量の空気で燃焼することができ、また、燃焼時に一酸化炭素、窒素酸化物、又は他の可能性のある望ましくないガスの生成をできる限り少なく、或いは実質的に生成しないようにすべきである。

加えて、熱源の点火温度は、例えば、マッチ又は従来のシガレットライターを用いた従来の着火端シガレットの通常の着火条件下で熱源が容易に点火可能である程十分に低い温度であるべきである。

熱源はまた、適切な熱伝導率を有するできである。燃焼中に過剰な熱が熱源の燃焼ゾーンから離れて熱源の他の部分に伝導される場合には、温度が熱源の消火温度を下回ったときに熱源の燃焼ゾーンでの燃焼が終わることになる。従って、熱伝導率が高すぎる熱源は、望ましくないことに、点火し難く、点火後に早期の自己消火を生じやすい可能性がある。熱源の熱伝導率は、使用時には、喫煙物品内に収容、装着、又は組み込まれる何らかの手段又は構造に熱が過度に伝導することなく、エアロゾル発生材料に効果的に熱を伝達できるレベルにあるべきである。

熱源はまた、使用前又は使用中に分解すべきではなく、例えば、消費者が喫煙物品を落とした結果として生じる可能性がある僅かな機械的応力に耐えることができるべきである。

ドイツ国特許公開第１０ ２００４ ０５５ ９００号公報 国際特許出願公開第２００９／０２２２３２号

上記の要件の一部又は全てに適合した、喫煙物品での使用に好適な複合熱源を提供することが望ましいことになる。

更に、燃焼中に生成される可能性がある１又はそれ以上の望ましくないガスの分解に触媒作用を及ぼすことができる複合熱源を提供することが望ましいことになる。

また、燃焼中に生成される粒子状物質を保持できる複合熱源を提供することが望ましいことになる。

本発明によれば、複合熱源、例えば、喫煙物品で使用するのに好適な複合熱源が提供され、該複合熱源は、不燃性の多孔性セラミックマトリックスと、不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に完全に埋め込まれた粒子状可燃性燃料と、を備え、不燃性の多孔性セラミックマトリックスは、粒子状可燃性燃料のメジアン粒径Ｄ５０よりも少なくとも５倍小さいメジアン粒径Ｄ５０を有する１又はそれ以上の粒子状材料から形成されている。

本明細書で使用される用語「複合熱源」（単数又は複数）は、少なくとも２つの成分においては単独では存在しない特性が組み合わせた状態でもたらされる少なくとも２つの成分を含む熱源を意味するのに使用される。以下で更に説明するように、本発明による複合熱源の機能は、有利には、不燃性の多孔性セラミックマトリックスと、該不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれた可燃性燃料との間で分離されている。

本明細書で使用される用語「セラミック」は、加熱時に固体のままであるあらゆる非金属固体を意味するのに使用される。

本明細書で使用される用語「完全に埋め込まれた」とは、可燃性燃料の粒子が不燃性の多孔性セラミックマトリックスによって完全に囲まれることを意味するのに使用される。すなわち、不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれた可燃性燃料の粒子の間では実質的に接触がない。

本明細書で使用される用語「メジアン粒径Ｄ５０」とは、粒径分布の体積ベースのメジアン値を意味するのに使用され、累積分布の５０％での粒子直径の値である。

好ましくは、不燃性の多孔性セラミックマトリックスは、記粒子状可燃性燃料のメジアン粒径Ｄ５０よりも少なくとも５倍小さいメジアン粒径Ｄ５０を有する１又はそれ以上の粒子状材料から形成される。

本発明による複合熱源の強度は、主として、不燃性の多孔性セラミックマトリックスによって制御される。可燃性燃料は、その機械的挙動の制御が難しくなる燃焼中に大きな変化を受けるので、不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれた可燃性燃料から本発明による複合熱源の強度を切り離すことが有利である。

本発明による複合熱源内の可燃性燃料の粒子は、互いには実質的に接触せず、不燃性の多孔性セラミックマトリックス内の個々のキャビティ内に埋め込まれる。燃焼中、可燃性燃料の粒子は、これらの個々のキャビティ内で変化を受けるが、不燃性の多孔性セラミックマトリックスの構造は、有利には、実質的に不変のままである。

本発明による不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に粒子状燃料を完全に埋め込むことにより、有利には、不燃性の多孔性セラミックマトリックスと、可燃性燃料の粒子が互いに接触した状態にある粒子状可燃性燃料とを備えた従来技術の熱源に伴う燃焼特性上の幾つかの重大な欠点が回避される。

燃焼中、可燃性燃料の結合した粒子の燃焼の結果として、大きな直径の新しい細孔チャンネルがこのような従来技術の熱源において形成される可能性がある。その結果、可燃性燃料の高温粒子は、不利なことには、新しく形成されたチャンネルを通ってこのような従来技術の熱源から放出される可能性がある。

更に、このような従来技術の熱源の機械的完全性は、不利なことには、可燃性燃料の結合粒子の燃焼の結果としての脆弱ゾーンの形成に起因して燃焼中に臨界レベルにまで低下する可能性がある。

好ましくは、不燃性の多孔性セラミックマトリックスは、一定の歪み速度でサンプルの前面及び後面を押さえつけ、サンプルが破壊されたときの力を測定することによって、標準機械試験装置で測定されたときに約１０メガパスカル（ＭＰａ）以上の圧縮強度を有する。これにより、本発明による複合熱源は、僅かな機械応力に耐えることが可能となり、使用前及び使用中に複合熱源の崩壊が阻止される。

本発明による複合熱源の不燃性の多孔性セラミックマトリックス内の細孔は、複合熱源の燃焼動力学を制御する。

好ましくは、不燃性の多孔性セラミックマトリックスは、実質的に連続した細孔チャンネルを有する。本発明による複合熱源において実質的に連続した細孔チャンネルを有する不燃性の多孔性セラミックマトリックスを使用することにより、有利には、酸素が連続した細孔チャンネルを通って不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれた可燃性燃料に流れることができるようになる。加えて、有利には、可燃性燃料の燃焼中に生成される一酸化炭素又は二酸化炭素が実質的に連続した細孔チャンネルを通って本発明による熱源の外に流出できるようになる。

本発明の好ましい実施形態において、不燃性の多孔性セラミックマトリックスは、該不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれた燃料の燃焼中に生成されるあらゆる粒子状材料を保持するのに十分に小さい細孔を有する。

好ましくは、不燃性の多孔性セラミックマトリックスは、水銀ポロシメトリで測定したときに約０．０１ミクロン（μｍ）と約１０ミクロン（μｍ）の間の直径の細孔を有する。

本発明による複合熱源の伝導率は、主として、不燃性の多孔性セラミックマトリックスによって制御される。低熱伝導率を有するセラミック材料の使用により、有利には、不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれた可燃性燃料の熱伝導率が遙かに高い場合でも、中程度の熱伝導率を有する本発明による複合熱源を生成できるようになる。

好ましくは、不燃性の多孔性セラミックマトリックスは、レーザフラッシュ法を用いて測定したときに約１×１０^-6平方メートル毎秒（ｍ²／ｓ）以下の熱拡散率を有する。より好ましくは、不燃性の多孔性セラミックマトリックスは、レーザフラッシュ法を用いて測定したときに約０．４×１０^-6ｍ²／ｓと約１×１０^-6ｍ²／ｓの間の熱拡散率を有する。本発明による複合熱源において約１×１０^-6ｍ²／ｓ以下の熱拡散率を有する不燃性の多孔性セラミックマトリックスを使用することにより、有利には、不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれた可燃性燃料をマッチ、ライター、又は他の好適な点火手段を用いて約１０秒以内に点火できるようになる。

本発明の好ましい実施形態において、不燃性の多孔性セラミックマトリックスは、該不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれた可燃性燃料の燃焼中に大きな体積変化を受けない。

好ましくは、不燃性の多孔性セラミックマトリックスの熱膨張係数は、不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれた可燃性燃料の熱膨張係数よりも大きい。

好ましくは、不燃性の多孔性セラミックマトリックスは、不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれた可燃性燃料の燃焼中に膨張計測により測定されたときに約５パーセント以下の体積変化を受ける。より好ましくは、不燃性の多孔性セラミックマトリックスは、不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれた可燃性燃料の燃焼中に非接触膨張計測により測定されたときに約１パーセント以下の体積変化を受ける。

本発明による複合熱源の不燃性の多孔性セラミックマトリックスで使用するのに好適な材料は、当該技術分野で公知であり、様々な供給業者から商業的に入手可能である。

好ましくは、不燃性の多孔性セラミックマトリックスは、１又はそれ以上の酸化物を含む。好ましくは、不燃性の多孔性セラミックマトリックスは、少なくとも１つの遷移金属酸化物、より好ましくは、一酸化炭素から二酸化炭素への転化において高い触媒活性を有する少なくとも１つの遷移金属酸化物を含む。好適な遷移金属酸化物は、当該技術分野で公知であり、限定ではないが、酸化鉄、酸化マンガン、及びこれらの混合物を含む。

代替として、又はこれに加えて、不燃性の多孔性セラミックマトリックスは、低熱伝導率の１又はそれ以上の酸化物を含むことができる。低熱伝導率の好適な酸化物は、限定ではないが、ジルコニア、石英、非晶質シリカ、及びこれらの混合物を含む。

本発明による複合熱源で使用するための低熱拡散率を有する不燃性の多孔性セラミックマトリックスは、例えば、ジルコニア（ＺｒＯ₂）及び酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）などの１又はそれ以上の粒子状材料から形成することができる。

不燃性の多孔性セラミックマトリックスの強度は、バインダー、固化処理剤、又はこれらの組み合わせによって提供することができる。固化処理方法は、当該技術分野で公知である。固化処理は、不燃性セラミックマトリックスの粒子間の接触が、例えば、表面拡散により形成される熱プロセスを含むことができる。熱処理は、例えば、最大約７５０°Ｃの所望の最大温度までの漸次的又は段階的加熱と、その後の冷却とを含むことができる。この加熱、冷却、又は有利には加熱及び冷却の両方は、アルゴン又は窒素雰囲気などの不活性雰囲気下で実施されるのが有利である。或いは、固化処理は、ドイツ国特許ＤＥ−Ａ−１０ ２００４ ０５５ ９００で記載されるようなプロセスとすることができる。

固化処理は、有利には、不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれた可燃性燃料に対するガスの流入及び流出のために不燃性の多孔性セラミックマトリックス内の十分な細孔を保持する。

固化処理はまた、不燃性の多孔性セラミックマトリックスの隣接する粒子間の十分な熱抵抗を保持し、不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれた可燃性燃料をマッチ、ライター、又は他の好適な点火手段を用いて約１０秒以内に点火できるようにするべきである。

好ましくは、本発明による複合熱源は、不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれた可燃性燃料の燃焼中に生成されるガスの分解物に対する少なくとも１つの触媒を含む。

不燃性の多孔性セラミックマトリックスは、可燃性燃料の燃焼によって生成されるガスの分解物に対する触媒を含むことができる。例えば、上述のように、不燃性の多孔性セラミックマトリックスは、例えば、酸化鉄又は酸化マンガンなど、一酸化炭素から二酸化炭素への転化において高い触媒活性を有する１又はそれ以上の遷移金属酸化物を含むことができる。

本発明のこのような実施形態において、使用時に、可燃性燃料の燃焼中に生成されるガス分子が不燃性の多孔性セラミックマトリックスにおける細孔を通って複合熱源から流出すると、これらガス分子は、細孔チャンネルの壁と複数回の接触をする。これにより、触媒活性を有する不燃性の多孔性セラミックマトリックスの本発明による複合熱源の使用は、有利には、可燃性燃料の燃焼中に生成される可能性があるあらゆる望ましくないガスの効率的な除去を確実に助けることができる。

代替として、又はこれに加えて、本発明による複合熱源は、不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれた可燃性燃料の燃焼中に生成されるガスの分解物に対して不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれる少なくとも１つの触媒を含むことができる。

代替として、又はこれに加えて、不燃性の多孔性セラミックマトリックスの表面の少なくとも一部は、不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれた可燃性燃料の燃焼中に生成されるガスの分解物に対する触媒層でコーティングすることができる。

本発明による複合熱源の熱伝導率、構造及び寸法、並びに本発明による複合熱源と、該複合熱源が喫煙物品内に固定、装着、又は組み込まれる何らかの手段又は構造との間の熱接触は、使用時の複合熱源の表面温度が、組み込まれるあらゆる触媒が最適に動作する温度範囲内に維持されるように調整すべきである。

使用時には、本発明による複合熱源は、好ましくは、不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれた可燃性燃料の点火碁の約３０秒以下の時間期間内に動作温度に達する。

動作温度に達するのに要する時間を短縮するために、本発明による複合熱源は更に、不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれ且つ不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれた可燃性燃料の点火中に追加の酸素を提供する１又はそれ以上の酸化剤を含むことができる。好適な酸化剤は、限定ではないが、硝酸塩、塩素酸塩、過塩素酸塩、過マンガン酸塩、及びこれらの混合物を含む。

１又はそれ以上の酸化剤は、不燃性の多孔性セラミックマトリックス全体にわたり実質的に均一に分布させることができる。

或いは、１又はそれ以上の酸化剤と可燃性燃料の混合物は、複合熱源の点火時に「ヒューズ」として機能する複合熱源のチャンネル又は他の部分に局所化することができる。例えば、不燃性の多孔性セラミックマトリックスは、少なくとも１つの空気流路を含み、又はそれ以上の酸化剤と可燃性燃料の混合物は、少なくとも１つの空気流路内に局所化することができる。

喫煙物品で使用するための本発明による複合熱源は、好ましくは、不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれた可燃性燃料の燃焼時に約１０分間熱を発生することができる。

不燃性の多孔性セラミックマトリックスは、ガス交換及び熱交換の一方又は両方のための１又はそれ以上の空気流路を含むことができる。

好ましくは、本発明による複合熱源は、約４００°Ｃと約８００°Ｃの間の最高燃焼温度を有する。

使用時には、本発明による複合熱源の燃焼動力学は、不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれた可燃性燃料への酸素の流れによって制御される。本発明の好ましい実施形態において、時間制御機構は、不燃性の多孔性セラミックマトリックスにおける細孔チャンネルを通る酸素分素の拡散率である。

不燃性の多孔性セラミックマトリックスにおける細孔チャンネルを通る酸素分素の拡散率は、温度が上昇するにつれて僅かに増大する。従って、約４００°Ｃと約８００°Ｃの間の安定した燃焼温度を得るためには、本発明による複合熱源は、高温で不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれた可燃性燃料の燃焼速度を制限する追加の機構を含むことができる。

本発明の特定の実施形態において、追加の速度制限機構は、高温で生成されるガス分子の対向流とすることができる。例えば、不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれた可燃性燃料が炭素を含む本発明の実施形態において、炭素の燃焼に起因する一酸化炭素の生成は、高温にて増大する。細孔チャンネルを通って不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれた可燃性燃料に流れる酸素の各分子は、一酸化炭素の２分子の生成をもたらし、その結果、細孔チャンネルを通って複合熱源から流出するはずである。不燃性の多孔性セラミックマトリックスへの別の酸素分子の拡散は、不燃性の多孔性セラミックマトリックスから出る一酸化炭素分子の対向流によって遅延される。

代替として、又はこれに加えて、ガス分子の対向流は、不燃性の多孔性セラミックマトリックスに含まれる追加成分からのガス放出によって高温で生成することができる。例えば、適切な高温にて熱分解する炭酸塩又は水和物を不燃性の多孔性セラミックマトリックスに含めることができる。

本発明の他の実施形態において、追加の速度瀬源機構は、代替として、複合熱源の不燃性の多孔性セラミックマトリックスの多孔率の熱的に活性化された変化とすることができる。例えば、不燃性の多孔性非晶質セラミックマトリックスを焼結することにより、燃焼中の不燃性の多孔性非晶質セラミックマトリックスの細孔サイズが低減される可能性がある。

本発明の更に別の実施形態において、複合熱源の不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれた可燃性燃料の燃焼中に形成された溶融物の再分布を用いて、複合熱源の燃焼動力学を制御することができる。例えば、複合熱源は、低融点を有する可燃性燃料（例えば、アルミニウム又はマグネシウムなど）を含むことができ、使用時には、毛細管力により不燃性の多孔性セラミックマトリックスの細孔チャンネル内に浸漬されて、これにより不燃性の多孔性セラミックマトリックスの反応度及び細孔チャンネルの断面を変えることができる。

好ましくは、多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれた可燃性燃料は、動的走査熱量測定（ＤＳＣ）により測定されたときに４０×１０⁹ジュール毎立方メートル（Ｊ／ｍ³）以上の酸化エンタルピーを有する。

本発明による複合熱源で使用するのに好適な可燃性燃料は、限定ではないが、炭素（例えば、木炭（広葉樹木炭末又はカーボンブラックを含む）など）、低原子量金属（例えば、アルミニウム又はマグネシウムなど）、炭化物（例えば、炭化アルミニウム（Ａｌ₄Ｃ₃）及び炭化カルシウム（ＣａＣ₂））、窒化物、及びこれらの混合物を含む。本発明による複合熱源で使用するのに好適な可燃性燃料は、商業的に入手可能である。

好ましくは、不燃性の多孔性セラミックマトリックスに埋め込まれた可燃性燃料の体積分率は、複合熱源の約２０％以上である。

好ましくは、不燃性の多孔性セラミックマトリックスに埋め込まれた可燃性燃料の体積分率は、複合熱源の約５０％以下である。

本発明による複合熱源で使用するのに好ましい可燃性燃料は、本質的に１又はそれ以上の炭素化合物からなる。

本発明による複合熱源の点火性は、可燃性燃料の粒径及び表面活性度によって制御される。典型的には、小粒径の粒子状可燃性燃料は、点火がより容易である。しかしながら、不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に小粒径を有する粒子状可燃性燃料の高い体積分率を組み込むことは更に困難である。この問題に対処するために、本発明による複合熱源は、異なる粒径の粒子を有する粒子状可燃性燃料の混合物を含むことができる。

本発明による複合熱源が、異なるメジアン粒径Ｄ５０を有する２又はそれ以上の粒子状可燃性燃料を含む場合、不燃性の多孔性セラミックマトリックスは、最大重量で存在する粒子状可燃性燃料のメジアン粒径Ｄ５０よりも少なくとも１／５のメジアン粒径Ｄ５０を有する１又はそれ以上の粒子状材料から形成される。

好ましくは、本発明による複合熱源は、約１ミクロン（μｍ）と約２００ミクロン（μｍ）の間の粒径を有する１又はそれ以上の粒子状可燃性燃料を含む。

可燃性燃料は、該可燃性燃料の点火温度を低下させる１又はそれ以上の添加剤を含むことができる。

代替として、又はこれに加えて、可燃性燃料は、燃焼中に可燃性燃料から場合によっては望ましくないガスのエミッションを低減するため１又はそれ以上の添加剤を含むことができる。

使用時には、本発明による複合熱源の不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれた可燃性燃料は、燃焼に必要な熱を供給する。

可燃性燃料に加えて、不燃性の多孔性セラミックマトリックスの一部もまた、発熱に寄与することができる。例えば、本発明による複合熱源の不燃性の多孔性セラミックマトリックスは、還元状態の１又はそれ以上の酸化物（例えば、Ｆｅ₃Ｏ₄など）を含むことができ、これは、発熱酸化により複合熱源の点火をサポートする。

本発明による複合熱源は、あらゆる望ましい形状を有することができる。有利には、本発明による複合熱源の形状は、例えば、製造検討事項及び性能要件を考慮に入れた所望の利用可能な表面区域を提供するよう設計される。

好ましくは、本発明による複合熱源は、実質的に円筒形である。

好ましくは、本発明による複合熱源は、実質的に円形の横断面のものである。

本発明による複合熱源は、例えば、スリップキャスト、押し出し成形、射出成形、及びダイ圧密などの既知の好適なセラミック形成法を用いて生成することができる。例えば、複合熱源にける濃度勾配が望ましい場合には、共押し出し法及び他の既知の好適な技法を利用してもよい。

粒子状可燃性燃料は、好適な相対粒径を有する不燃性の多孔性セラミックマトリックスを形成するのに好適な量の１又はそれ以上の粒子状原材料と１又はそれ以上の粒子状可燃性燃料を混合することによって、不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込むことができる。

凝集体の形成を排除又は低減するために、１又はそれ以上の粒子状可燃性燃料の粒子は、互いに引き付けられないのが好ましい。

代替として、又はこれに加えて、凝集体の形成を排除又は低減するために、不燃性の多孔性セラミックマトリックスを形成するための１又はそれ以上の粒子状原材料の粒子は、互いに引き付けられないのが好ましい。

好ましくは、１又はそれ以上の粒子状可燃性燃料の粒子は、不燃性の多孔性セラミックマトリックスを形成するための１又はそれ以上の粒子状原材料の粒子に引き付けられる。

形成プロセス中に有機バインダーを用いることができる。また、例えば、例えば潤滑剤などの加工を促進するため（加工助剤）、可能性がある望ましくない燃焼ガスの圧密化（焼結助剤）、燃焼又は除去の促進のために他の添加剤を含めることができる。このような添加剤及びその利用は当該技術分野で公知である。

本発明による複合熱源の圧密化が、熱処理により実施される場合、炉内雰囲気は、複合熱源の要件に適合させるべきである。典型的には、不活性又は還元雰囲気を用いて、多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれた可燃性燃料の早期燃焼を防ぐべきである。

熱処理中、相変化を用いて、本発明による複合熱源の成分の一部の活性化を向上させ、或いは、複合熱源の他の特性を改善することができる。

例えば、本発明による複合熱源は、還元されて燃焼温度が極めて低いＦｅ₃Ｏ₄を形成するＦｅ₂Ｏ₃、或いは、低熱伝導率のＦｅＯを含むことができる。このような相変化は、炉内雰囲気（酸素分圧）及び炉内の時間温度サイクルの制御によって制御することができる。

上記の処理ステップの何れかを許容しない添加剤は、追加の浸潤ステップによって本発明による複合熱源に組み込むことができる。例えば、熱処理中に分解することになる酸化剤は、食塩水からの浸潤と、その後の複合熱源の乾燥とによって本発明による複合熱源に添加することができる。

本発明による複合熱源が可燃性燃料として炭素を含む場合、複合熱源の表面付近の炭素濃度は、有利には、最終処理により低減され、燃焼中の一酸化炭素エミッションを低減することができる。例えば、複合熱源の外面は、火炎又は他の好適な方法により迅速に加熱され、複合熱源を点火させることなく炭素を局所的に燃焼させることができる。

本発明によれば、本発明による複合熱源と、エアロゾル発生基材とを備えた喫煙物品も提供される。

本明細書で使用される用語「エアロゾル発生基材」は、加熱時に揮発性成分を放出してエアロゾルを発生できる基材を指す。

本発明による喫煙物品の複合熱源及びエアロゾル発生基材は、互いに当接することができる。或いは、本発明による喫煙物品の複合熱源及びエアロゾル発生基材は、複合熱源の不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれた可燃性燃料の燃焼中にエアロゾル発生基材の点火を防ぐために好適な手段（例えば、断熱又はエアギャップ）により分離することができる。

本発明の特定の実施形態において、複合熱源は、該複合熱源の下流側に配置されるエアロゾル発生基材と軸方向に整列される。例えば、本発明による複合熱源は、国際特許出願公開第２００９／０２２２３２号において開示されたタイプの加熱式喫煙物品で用いることができ、該特許は、可燃性熱源と、該可燃性熱源の下流側のエアロゾル発生基材と、可燃性熱源の後方部分及びエアロゾル発生基材の隣接する前方部分の周囲で接触している熱伝導要素と、を備える。しかしながら、本発明による複合熱源はまた、他の構造を有する可燃性燃料で用いることもできる点は理解されるであろう。

本明細書で使用される用語「上流側」及び「下流側」は、使用中の喫煙物品を通って吸い込まれる空気の方向に関して、本発明による喫煙物品の構成要素又は構成要素の一部の相対的位置を記述するのに使用される。

本発明の代替の実施形態において、複合熱源は、エアロゾル発生基材によって囲まれる。

本発明の代替の実施形態において、エアロゾル発生基材は、複合熱源によって囲まれる。例えば、本発明による喫煙物品は、エアロゾル発生基材を囲む中空の実質的に円筒形複合熱源を備えることができる。

本発明による喫煙物品は更に、複合熱源及びエアロゾル発生基材の下流側に膨張チャンバを備えることができる。

本発明による喫煙物品は更に、複合熱源、エアロゾル発生基材及び存在する場合には膨張チャンバの下流側にマウスピースを備えることができる。

本発明による喫煙物品のエアロゾル発生基材は、複合熱源を通って流れる高温ガスにより接触したときに揮発性化合物を放出できるあらゆる材料を含むことができる。好ましくは、エアロゾル発生基材は、タバコを含む。

添付図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。

本発明の第１の実施形態による、喫煙物品の長手方向概略断面図である。 本発明の第２の実施形態による、喫煙物品の長手方向概略断面図である。 本発明の第１の実施形態による、複合熱源の長手方向概略断面図である。 本発明の第２の実施形態による、複合熱源の長手方向概略断面図である。 実施例１に従って調製された本発明による複合熱源を示す図である。 実施例２に従って調製された本発明による複合熱源を示す図である。

図１及び２にそれぞれ示す本発明の第１及び第２の実施形態による喫煙物品は、共通の複数の構成要素を有し、これらの構成要素には、同じ参照符号が付与されている。

各喫煙物品は一般に、軸方向に整列した円筒形フィルタ４に一方の端部にて取り付けられた細長い円筒形ロッド２を含む。細長い円筒形ロッド２は、円筒形複合熱源６と、エアロゾル発生基材８とを含み、これらはシガレット紙（図示せず）の外側ラッパーで包まれている。複合熱源６は、以下で複合熱源：実施例１又は複合熱源：実施例２で説明するように作られる。

図１に示す本発明の第１の実施形態による喫煙物品において、複合熱源６及びエアロゾル発生基材８は、軸方向に整列されている。図１に示すように、複合熱源６は、フィルタ４から離れたロッド２の端部に配置され、エアロゾル発生基材８は、フィルタ４に隣接したロッド２の端部にて複合熱源６の下流側に配置される。

図２に示す本発明の第２の実施形態による喫煙物品において、複合熱源６は、エアロゾル発生基材８の内部に配置され且つ囲まれる。

図示していない本発明の第３の実施形態において、複合熱源６は、中空の円筒形管体であり、エアロゾル発生基材８は、複合熱源６の内部に配置され且つ囲まれる。

３つ全ての実施形態において、複合熱源６の不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれた可燃性燃料の燃焼中にエアロゾル発生基材８が点火するのを防ぐために、断熱部又はエアギャップ１０が複合熱源６とエアロゾル発生基材８との間に設けられている。

使用時には、消費者は、複合熱源６の不燃性の多孔性セラミックマトリックス内に埋め込まれた可燃性燃料を点火させ、次いで、喫煙物品のロッド２を通って下流側にフィルタ４に向けて空気を吸い込む。吸い込まれた空気は、ロッド２を通過すると、複合熱源６により加熱され、加熱された空気がエアロゾル発生基材８を通って流れ、例えば、エアロゾル発生基材において細断タバコカットフィラから香味付き蒸気を放出する。エアロゾル発生基材８から放出された香味付き蒸気がロッド２を通って下流側に流れると、蒸気が凝縮してエアロゾルを形成し、これがフィルタ４を通って消費者の口腔内に入る。

図１及び２に示す喫煙物品で使用するための本発明の第１及び第２の実施形態による複合熱源は、図３及び４にそれぞれ示される。図３及び４に示す複合熱源は、共通して複数の構成要素を有し、これらの構成要素は、図面全体を通じて同じ参照符号が付与される。

各複合熱源は、実質的に円形横断面の円筒体であり、一般に、不燃性の多孔性セラミックマトリックス１６と、該不燃性の多孔性セラミックマトリックス１６内に埋め込まれた可燃性燃料１８の複数の粒子とを含む。

図３に示す本発明の第１の実施形態による複合熱源は更に、外側断熱層２０を含み、該外側断熱層２０は、不燃性の多孔性セラミックマトリックス１６を囲み、該不燃性の多孔性セラミックマトリックス１６と同じもしくは異なる材料から形成することができる。

図４に示す本発明の第２の実施形態による複合熱源は、不燃性の多孔性セラミックマトリックス１６を通って軸方向に延びた中央円筒形空気流路２２を含む。図４に示すように、触媒材料２４（例えば、酸化鉄又は酸化マンガンなど）の層が、不燃性の多孔性セラミックマトリックス１６の内面と空気流路２２との間に配置される。

本発明の代替の実施形態において、図面には示されていないが、図３及び４にそれぞれ示す外側断熱層２０及び触媒材料２４の層は省略することができる点は理解されるであろう。

また、本発明の別の実施形態において、図面には示されていないが、本発明による複合熱源は、外側断熱層及び触媒材料の層の両方を含むことができる点は理解されるであろう。

［複合熱源の実施例１］
本発明による複合熱源は、米国マサチューセッツ州所在のＡｌｆａ Ａｅｓａｒから商業的に入手可能な０．１４０μｍのメジアン粒径Ｄ５０を有する酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）を２３６ｇ、オランダ国Ａｍｅｒｓｆｏｏｒｔ所在のＮｏｒｉｔ Ｎｅｄｅｒｌａｎｄ ＢＶから商業的に入手可能な４μｍのメジアン粒径Ｄ５０を有するＮＯＲＩＴ Ａ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｅ１５３粉末活性炭を５２ｇ、ドイツ国Ｈａｍｂｕｒｇ所在のＨｏｌｚｋｏｈｌｅｗｅｒｋ Ｌｕｅｎｅｂｕｒｇから商業的に入手可能な４５μｍのメジアン粒径Ｄ５０を有する広葉樹木炭末を１０４ｇ、及びドイツ国Ｂｉｅｌｅｆｅｌｄ所在のＷｉｌｈｅｌｍ Ｐｒｉｅｍ ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．ＫＧから商業的に入手可能な０．６μのメジアン粒径Ｄ５０を有するジルコニア（ＺｒＯ₂）を１９０ｇを遊星型ミキサーで混合することによって調製される。混合は、小麦粉１２５ｇ、砂糖６５ｇ、コーン油１４ｇ、及びクエン酸カリウム２４ｇを加えて行う。混合物に水を徐々に加え、押し出し可能ペーストを得る。

次いで、ペーストは、実験室スクリュー押出機を用いてダイを通して押し出され、約３０ｃｍの長さ及び約７．８ｍｍの直径を有する円形断面の円筒形ロッドを形成する。円筒形ロッド内には、ダイオリフィス内に装着された円形断面のマンドレルによって約１．６６ｍｍの直径を有する３つの長手方向の空気流路が形成される。

押し出しの後、円筒形ロッドを溝付きプレート上で乾燥させる。乾燥後、円筒形ロッドを約１０ｃｍの長さに切断する。これらの切片をアルゴン雰囲気の炉内で室温から１００°Ｃまで１．３時間にわたり加熱した後、２時間にわたり１００°Ｃから７００°Ｃまで更に加熱する。７００°Ｃで０．３時間の滞留時間の後、室温まで炉を冷却した。

形成された個々の複合熱源は、黄炎ライターを用いて点火することができ、最大燃焼温度７８０°Ｃで１２分の期間燃焼することが分かった。

燃焼後、複合熱源は機械的に堅牢であり、例えば、指で粉砕することはできない。粉化は僅かである。燃焼後、複合熱源は、あまり注意を払うことなく手に持つことができる。

［複合熱源の実施例２］
本発明による複合熱源は、米国マサチューセッツ州所在のＡｌｆａ Ａｅｓａｒから商業的に入手可能な０．１４０μｍのメジアン粒径Ｄ５０を有する酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）を２３６ｇ、オランダ国Ａｍｅｒｓｆｏｏｒｔ所在のＮｏｒｉｔ Ｎｅｄｅｒｌａｎｄ ＢＶから商業的に入手可能な４μｍのメジアン粒径Ｄ５０を有するＮＯＲＩＴ Ａ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｅ１５３粉末活性炭を５２ｇ、ドイツ国Ｈａｍｂｕｒｇ所在のＨｏｌｚｋｏｈｌｅｗｅｒｋ Ｌｕｅｎｅｂｕｒｇから商業的に入手可能な４５μｍのメジアン粒径Ｄ５０を有する広葉樹木炭末を１０４ｇ、及びドイツ国Ｂｉｅｌｅｆｅｌｄ所在のＷｉｌｈｅｌｍ Ｐｒｉｅｍ ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．ＫＧから商業的に入手可能な０．６μのメジアン粒径Ｄ５０を有するジルコニア（ＺｒＯ₂）を１９０ｇを遊星型ミキサーで混合することによって調製される。混合は、小麦粉１２５ｇ、砂糖６５ｇ、コーン油１４ｇ、及びクエン酸カリウム２４ｇを加えて行う。混合物に水を徐々に加え、押し出し可能ペーストを得る。

次いで、ペーストは、実験室スクリュー押出機を用いてダイを通して押し出され、約３０ｃｍの長さ及び約７．８ｍｍの直径を有する円形断面の円筒形ロッドを形成する。円筒形ロッド内には、ダイオリフィス内に装着された円形断面のマンドレルによって約１．６６ｍｍの直径を有する３つの長手方向の空気流路が形成される。

押し出しの後、円筒形ロッドを溝付きプレート上で乾燥させる。乾燥後、円筒形ロッドを約１０ｃｍの長さに切断する。これらの切片を窒素雰囲気の炉内で室温から１００°Ｃまで１．３時間にわたり加熱した後、１．９時間にわたり１００°Ｃから６８０°Ｃまで更に加熱する。６８０°Ｃで０．２時間の滞留時間の後、室温まで炉を冷却させる。

形成された個々の複合熱源は、青炎ライターを用いて点火することができ、最大燃焼温度８００°Ｃで１２分の期間燃焼することが分かった。

燃焼の前後で複合熱源は機械的に堅牢であり、例えば、指で粉砕することはできない。粉化は最小限である。

１６ 不燃性の多孔性セラミックマトリックス
１８ 可燃性燃料
２２ 中央円筒形空気流路
２４ 触媒材料

Claims (15)

1. 喫煙物品のための複合熱源（６）であって、
   不燃性の多孔性セラミックマトリックス（１６）と、
   前記不燃性の多孔性セラミックマトリックス（１６）内に埋め込まれた粒子状可燃性燃料（１８）と、
   を備え、前記不燃性の多孔性セラミックマトリックスは、前記粒子状可燃性燃料のメジアン粒径Ｄ５０よりも少なくとも５倍小さいメジアン粒径Ｄ５０を有する１又はそれ以上の粒子状材料から形成されている、複合熱源（６）。
2. 前記不燃性の多孔性セラミックマトリックス（１６）が、１又はそれ以上の酸化物を含む、請求項１に記載の複合熱源（６）。
3. 前記不燃性の多孔性セラミックマトリックス（１６）が、１又はそれ以上の遷移金属酸化物を含む、請求項２に記載の複合熱源（６）。
4. 前記不燃性の多孔性セラミックマトリックス（１６）が、酸化鉄、酸化マンガン、ジルコニア、石英、及び非晶質シリカからなる群から選択された１又はそれ以上の酸化物を含む、請求項２又は３に記載の複合熱源（６）。
5. 前記不燃性の多孔性セラミックマトリックス（１６）が、約０．０１μｍと約１０μｍの間の直径の細孔を有する、請求項１、２、又は３に記載の複合熱源（６）。
6. 前記不燃性の多孔性セラミックマトリックス（１６）が、約１×１０^-6ｍ²／ｓ以下の熱拡散率を有する、請求項１〜５の何れかに記載の複合熱源。
7. 前記可燃性燃料（１８）が、約４０×１０⁹Ｊ／ｍ³以上の酸化エンタルピーを有する、請求項１〜６の何れかに記載の複合熱源（６）。
8. 前記可燃性燃料（１８）が、炭素、アルミニウム、マグネシウム、１又はそれ以上の金属炭化物、１又はそれ以上の金属窒化物、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１〜７の何れかに記載の複合熱源（６）。
9. 前記不燃性の多孔性セラミックマトリックス（１６）に埋め込まれた前記可燃性燃料（１８）の体積分率が、前記複合熱源（６）の約５０％以下である、請求項１〜８の何れかに記載の複合熱源（６）。
10. 前記燃料の燃焼によって生成されるガスの分解物に対する少なくとも１つの触媒を更に備える、請求項１〜９の何れかに記載の複合熱源（６）。
11. 前記少なくとも１つの触媒が、前記不燃性の多孔性セラミックマトリックス（１６）に埋め込まれる、請求項１０に記載の複合熱源（６）。
12. １又はそれ以上の酸化剤を更に備える、請求項１〜１１の何れかに記載の複合熱源（６）。
13. 前記１又はそれ以上の酸化剤が、硝酸塩、塩素酸塩、過塩素酸塩、及び過マンガン酸塩からなる群から選択される、請求項１２に記載の複合熱源（６）。
14. 少なくとも１つの空気流路（２２）を更に備える、請求項１〜１３の何れかに記載の複合熱源（６）。
15. 請求項１〜１４の何れかに記載の複合熱源（６）と、
    エアロゾル発生基材（８）と、
    を備えた喫煙物品。

Images