JP2019520787A - 電子エアロゾル供給システム及び電子エアロゾル供給システムのための気化器 - Google Patents

Abstract

電子蒸気供給システム用のサブアセンブリに関する。このサプアセンブリは、気化するための液体の液体源と、使用者による吸引のために液体の一部分を気化させる気化器とを具備し、気化器は、ウィック構成要素と、ウィック構成要素に埋設された電気加熱要素とを備え、ウィック構成要素は、多孔質電気絶縁材料のシートからなり、液体源から埋設された電気加熱要素に隣り合うウィック構成要素の表面へ気化のために液体を吸い上げるように配置されている。【選択図】 図２

Description

本発明は、エアロゾル供給システム、及びエアロゾル供給システムで使用するための気化器に関する。

電子タバコ等の蒸気又はエアロゾルを供給するシステム及びデバイスは、典型的には、おそらくニコチンを含む原料液体（ｓｏｕｒｃｅ ｌｉｑｕｉｄ）のリザーバと、使用者による吸引のために原料液体を気化させるよう機能するバッテリー式のヒータ又は加熱要素とを含む。気化プロセスのために加熱要素へ原料液体を送るために、ウィックが使用される。例えば、加熱要素は、中心ウィックの周りに巻き付けたワイヤコイルとすることができる。

このような構成の目的は、気化した原料液体が簡単な吸引（パフ）によって送られる量を最大にすることである。これは、１回のパフの継続時間中により多くの原料液体が気化するように加熱要素の熱出力を増大させることによって実現することができる。例えば、より低い抵抗のワイヤを使用して加熱要素を形成することによって、ヒータの電気抵抗を低減させることで、所与のバッテリー電圧に対してより多くの電流が流れ、以てヒータによって消費される電力を増大させ、より多くの熱を生成することが可能になる。しかし、この手法は特定の課題を生じさせる。

抵抗を下げるために、加熱ワイヤの直径が大きくされる可能性がある。より高いヒータ電力によって可能になるより高い気化率を満たすには、より多くの原料液体をウィックによって送るべきであり、これにはより大きいサイズのウィックが必要である。しかし、これらの事項は、ヒータからウィックの材料への熱伝導のため、及びより大きい質量のヒータを加熱する必要のため、効率を下げる可能性がある。

また、実現可能な蒸気生成率は、吸引可能な空気流に蒸気が入る速度によって制限される可能性がある。原料液体の気化は、ヒータとウィックとの間の境界面で生じる。中心ウィックがヒータコイル内にある場合、蒸気は、吸引のために集められるよう、境界面からヒータの表面を越えて外に移動しなければならない。境界面の面積を制限しながら、ヒータの抵抗を低減させて電力を増大させると、気化が激しくなりすぎる可能性があり、その結果、蒸気を十分な速さで放出することができなくなり、代わりに液体がヒータに接触することを妨げるポケットが境界面に形成される。これにより、蒸気生成の効率が下がり、電力が気化のために利用されていないことから、ヒータの温度が上昇する。これにより、蒸気の品質が低下するおそれがあり、望ましくない副生成物が生じるおそれがある。

したがって、代替のウィック及びヒータの構成が求められている。

本書に記載するいくつかの実施形態の第１の態様によれば、気化するための液体の源（液体源）と、使用者による吸引のために液体の一部分を気化させる気化器とを具備する電子蒸気供給システム用のサブアセンブリであって、気化器が、ウィック構成要素と、ウィック構成要素に埋設された電気加熱要素とを備え、ウィック構成要素が、多孔質電気絶縁材料のシートからなり、液体源から埋設された電気加熱要素に隣り合うウィック構成要素の表面に、気化のために液体を吸い上げるように配置されている、サブアセンブリが提供される。

多孔質電気絶縁材料は、多孔質セラミックを含むことができる。ウィック構成要素は、３０％〜８５％の範囲内の多孔率を有することができ、ウィック構成要素の最長寸法の大きくとも５０分の１の厚さを有することができる。

加熱要素は、一つ以上の屈曲部と、ウィック構成要素に埋設されている、ウィック構成要素の最長寸法の２〜２０倍の長さとを含む埋設形状となっている。一つ以上の屈曲部は、加熱要素のうち、加熱要素の埋設された幅の２倍以下の中心間間隔を有する隣り合う部分を形成することができる。ウィック構成要素の厚さは、加熱要素の埋設された幅の１０５％〜２５０％の範囲内とすることができる。加熱要素は、ウィック構成要素の厚さに対して実質上中間に埋設することができる。加熱要素は、金属ワイヤを備えることができる。

ウィック構成要素は、略平坦状とすることができる。気化器は、ウィック構成要素の一つ以上の部分が気化チャンバの一つ以上の壁の開口を貫通して液体源内へ延びることによって、気化チャンバ内に支持されることができる。ウィック構成要素のうち、気化チャンバの一つ以上の壁の開口を貫通する一つ以上の部分は、ウィック構成要素の互いに対向する二つの側に位置することができる。気化器は、ウィック構成要素の最も薄いプロファイルが気化チャンバを通る空気流の方向に向けられるように、気化チャンバ内に支持されることができる。液体源は、環状の形状を有し気化チャンバを取り囲むリザーバを備えることができる。気化チャンバの壁は、リザーバの内壁でもあり得る。

サブアセンブリは、電子蒸気供給システム用のカトマイザとすることができる。

本書に記載するいくつかの実施形態の第２の態様によれば、第１の態様によるサブアセンブリを備える電子蒸気供給システムが提供される。

本書に記載するいくつかの実施形態の第３の態様によれば、電子蒸気供給システム用の気化器を作製する方法であって、電気伝導性の加熱要素を形成するステップと、ウィック構成要素のために、所望の形状で加熱要素の周りに粉末状のセラミック材料を配置するステップと、セラミック材料を焼結して、加熱要素が埋設される多孔質セラミックのウィック構成要素を形成するステップとを含む方法が提供される。

本書に記載するいくつかの実施形態の第４の態様によれば、電子蒸気供給システム向けの気化器を作製する方法であって、電気伝導性の加熱要素を形成するステップと、多孔質電気絶縁材料のシートの第１の層と第２の層との間に加熱要素を配置するステップと、第１の層及び第２の層を共に接合して、加熱要素が埋設される多孔質のウィック構成要素を形成するステップとを含む方法が提供される。

方法の態様では、電気伝導性（単に「伝導性」とも称する）の加熱要素を形成するステップは、一つ以上の屈曲部と、ウィック構成要素の意図される最長寸法の２〜３０倍の長さとを有する経路になるように、金属ワイヤを成形すること又は伝導性インクを堆積させることを含むことができる。一つ以上の屈曲部は、ワイヤのうち、ワイヤの幅の２倍以下の中心間間隔を有する隣り合う部分を画定することができる。これらの方法は、ウィック構成要素の一つ以上の縁部を気化チャンバの壁の一つ以上のの開口に通すことによって、完成した気化器を気化チャンバ内に取り付けるステップをさらに含むことができる。

本書に記載するいくつかの実施形態の第５の態様によれば、原料液体のためのリザーバと、原料液体を気化させることができる、リザーバに隣り合う気化チャンバとを含む電子蒸気提供デバイスであって、気化チャンバが、多孔質セラミックのウィック構成要素と、ウィック構成要素に埋設されており、電子蒸気提供デバイス内のバッテリーに接続可能である金属ヒータ要素とを備える気化器を収納し、ウィック構成要素の二つの端部が、気化チャンバの壁の開口を通過して、気化チャンバを横切って気化器を懸架し、二つの端部が、原料液体を吸収して、ウィック構成要素内の細孔を通って毛細管現象によって原料液体を加熱要素へ移送するように、リザーバ内に侵入する、電子蒸気提供デバイスが提供される。

特定の実施形態のこれらの態様及びさらなる態様は、添付の独立請求項及び従属請求項に記載されている。従属請求項の特徴は、特許請求の範囲に明確に記載されている組合せ以外にも、互いに組み合わせることができ、また独立請求項の特徴と組み合わせることができることが理解されよう。さらに、本書に記載する手法は、以下に記載されている実施形態等の特有の実施形態に制限されるのではなく、本書に提示する特徴のあらゆる適当な組合せを含み、そのような組合せが企図される。例えば、本書に記載する手法によって、以下に適当であると記載する様々な特徴のいずれか１つ又は複数を含む電子タバコ、サブアセンブリ、又は気化器を提供することができる。

様々な実施形態について、添付の図面を参照して、例としてのみ次に詳細に説明する。

本発明の実施形態による気化器を使用することができる電子タバコの概略図である。 例示的な気化器の斜視図である 図２の例示的な気化器の横断面図である。 別の例示的な気化器の概略平面図である。 別の例示的な気化器の概略平面図である。 別の例示的な気化器の概略平面図である。 気化器を有する例示的な気化チャンバの分解斜視図である。 図５Ａの気化チャンバの端面図である。 図５Ａの気化チャンバを備える蒸気源の分解斜視図である。 図６Ａの蒸気源の斜視図である。 別の例示的な気化チャンバの概略斜視図である。 さらに別の例示的な気化チャンバの概略斜視図である。

特定の例及び実施形態の態様及び特徴について、本書にて論じ説明する。特定の例及び実施形態のいくつかの態様及び特徴は、従来どおり実施することができ、これらについては、話を簡潔にする目的で、詳細には論ぜず説明もしない。したがって、本書にて言及するが詳細には説明していない装置及び方法の態様及び特徴は、そのような態様及び特徴を実施するための任意の従来の手法によって実施できることを理解されたい。

本開示は、電子タバコ等の蒸気供給システムとも呼ばれるエアロゾル供給システムに関する。以下の説明全体にわたって、「ｅシガレット（ｅ−ｃｉｇａｒｅｔｔｅ）」又は「電子タバコ（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｉｇａｒｅｔｔｅ）」という用語を使用することがあるが、この用語は、エアロゾル（蒸気）供給システム又はデバイスと互換的に使用することができることを理解されたい。

図１は、本発明の実施形態を適用することができるｅシガレット１０等の例示的なエアロゾル／蒸気供給システムの概略的な図（正確な縮尺ではない）である。ｅシガレットは、略円筒形でありし、破線によって示す長手方向軸線に沿って延び（但し、本発明の態様は、他の形状及び配置で構成されたｅシガレットにも適用することができる）、二つの主要な構成要素、すなわち本体２０とカートリッジアセンブリ３０とを備える。

カートリッジアセンブリ３０は、例えばニコチンを含有する、エアロゾルが生成される
液体組成物を含む原料液体を収容するリザーバ又は液体源３８と、原料液体を加熱してエアロゾルを生成するための加熱要素すなわちヒータ３６とを含む。リザーバ３８から加熱要素３６に原料液体を送るために、吸上げ要素（ｗｉｃｋｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）又は吸上げ構成要素（ｗｉｃｋｉｎｇ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）、すなわちウィック３７が設けられている。ウィック３７のうちの一部分又は複数の部分は、リザーバ３８内の原料液体と流体連通しており、吸上げ作用又は毛細管現象によって、原料液体はウィック３７に沿って又はウィック３７を通って、ヒータ３６に接触しているウィック３７の一部分又は複数の部分に吸い上げられる。原料液体の気化は、原料液体に熱エネルギーを与えて蒸発させることによって、ウィック３７とヒータ３６との間の境界面で生じ、その結果、エアロゾルを生成する。原料液体、ウィック３７、及びヒータ３６は集合的に、エアロゾル源又は蒸気源と呼ぶことができる。ウィック３７及びヒータ３６は集合的に、気化器又はアトマイザ１５と呼ぶことができる。アトマイザ／気化器は、チャンバ又はハウジング内に配置することができ、チャンバは、原料液体がチャンバ内へ漏れるのを防止又は制限するために、原料液体のリザーバから実質上封止されている。ウィックは、液体をリザーバからヒータへ進めることが意図された経路である。気化器／アトマイザがカートリッジアセンブリ内に含まれることで、場合により「カトマイザ」という用語が、電子タバコのこの構成要素に適用される。

カートリッジアセンブリ３０は、開口を有する吸い口３５をさらに含み、使用者はこの開口を通して、気化器１５によって生成されたエアロゾルを吸引することができる。吸引のためのエアロゾルは、エアロゾル流又は吸引可能な空気流として説明することができる。一例として、原料液体は、約１〜３％のニコチン及び５０％のグリセロールを含むことができ、残りは、ほぼ等しい量の水及びプロピレングリコールを含み、また場合により他の成分も含む。

本体２０は、ｅシガレット１０に電力を供給するための再充電可能なセル又はバッテリー１４（以下「バッテリー」という）と、ｅシガレット１０を全体として制御するためのプリント回路基板（ＰＣＢ）２８及び／又は他の電子機器とを含む。したがって、本体はまた、バッテリー部分、又は制御ユニット若しくは制御部分と見なすことができる。使用の際、場合により空気圧センサ（図示せず）によって検出される圧力変化に応答して回路基板２８によって制御される如く、ヒータ３６がバッテリー１４から電力を受け取ると、ヒータ３６は、ウィック３７によって送られる原料液体を気化してエアロゾルを生成し、次いでこのエアロゾル流は、吸い口３５の開口を通って使用者によって吸引される。使用者が吸い口で吸引すると、エアロゾル源を吸い口の開口に接続する空気チャネル（図１には示さず）に沿って、エアロゾルがエアロゾル源から吸い口３５へ運ばれる。この目的のため、気化器１５は、ｅシガレット１０を通る空気流路内に含まれている又は他の形でこの流路に接続されている気化チャンバ（図示せず）内に収納することができる。

この特定の例では、本体２０及びカートリッジアセンブリ３０は、図１に示すように、長手方向軸線に対して平行な方向に分離することによって、互いから取外し可能であるが、デバイス１０を使用する場合には、係合要素２１、３１（例えば、ねじ又は差し込み継手）を協働させて本体２０とカートリッジアセンブリ３０との間を機械的に且つ電気的に接続すること、特にヒータ３６をバッテリー１４に接続することによって、共に連結される。カートリッジアセンブリ３０に接続するために使用される本体２０の電気コネクタインタフェースはまた、本体２０がカートリッジアセンブリ３０から取り外されているとき、本体２０を充電デバイス（図示せず）に接続するためのインタフェースとして働くこともできる。充電デバイスの他方の端部は、ｅシガレットの本体２０内のバッテリー１４を充電又は再充電するために、外部電源、例えばＵＳＢソケットに差し込むことができる。他の実施形態では、別個の充電インタフェースを設けることもでき、例えばカートリッジアセンブリ３０に接続されたままで、バッテリー１４を充電することができる。

ｅシガレット１０は、矢印Ａによって示す空気の取り入れのために、一つ以上の孔（図１には示さず）を備える。これらの孔は、本体２０の外壁に配置されており（但し、他の例では、カートリッジアセンブリ３０の外壁に配置することもできる）、ｅシガレット１０を通って吸い口３５へ進む空気流路に接続している。空気流路は、本体２０内に圧力検出領域（図１には示さず）を含むことができ、次いで本体２０からカートリッジアセンブリ３０に入って加熱要素３６の周りの領域（気化チャンバ等）に接続し、したがって使用者が吸い口３５を通して吸引すると、一つ以上の空気入口孔を通って空気流路内へ空気が引き込まれる。この空気流（又はその結果生じる圧力の変化）は、空気流路と連通している圧力センサ（図１には示さず）によって検出され、次いで圧力センサは、ヒータ３６を起動し（回路基板２８の動作を介する）、原料液体のうちウィックとヒータとの境界面に位置する部分を気化させて、エアロゾルを生成する。空気流は、空気流路を通過し、ヒータ３６の周りの領域内で蒸気と混合し、その結果生じるエアロゾル（空気流と凝縮蒸気との混合物）は、ヒータ３６の領域から使用者によって吸引される吸い口３５に接続する空気流路に沿って、エアロゾル流として移動する。

いくつかの例では、原料液体の供給源が消費された場合には、取外し可能なカートリッジアセンブリ３０を廃棄することができ、所望される場合は別のカートリッジアセンブリと交換することができる。他の例では、リザーバは、さらなる原料液体で再充填可能とすることができる。本体２０は、例えば一連の取外し可能な使捨てカートリッジアセンブリの接続によって、１年以上の動作を可能とするために、バッテリーの再充電によって再利用可能であることを意図することができる。他の例では、カートリッジアセンブリと本体との両方を使捨てとすることができ、これらは互いから取り外すことができない。また、様々な構成要素は、図１の例とは異なる形で配置させることができ、カートリッジアセンブリ及び本体は、図１の長手方向の配置の代わりに、横に並べた配置等の異なる構成で接続可能とすることができる。本発明の実施形態は、上記その他の様々な代替手段に適用することができる。

本発明の実施形態によれば、多孔質のウィック構成要素に加熱要素を埋設することによって気化器（アトマイザ）を構成することが提案される。

図２は、第１の例示的な実施形態による気化器１５の斜視図を示す。ウィック又は吸上げ要素若しくは吸上げ構成要素３７は、多孔質セラミック等の電気絶縁性の多孔質材料からなる薄い平坦な平面基板であり、厚さｔ、長さｌ、及び幅ｗを有する。ウィック３７には、伝導性（金属）ワイヤ３９の形態の加熱要素３６が埋設されている。ワイヤ３９は、ウィック内のその位置を示すために、破線で示されている。加熱要素３６の各端部３６ａは、ウィック３７の縁部で接続リード４０にて終端し、以て加熱要素３６は、図１のバッテリー１４等のｅシガレット内の電源に接続することができる（典型的には、接触子並びに他の電気ワイヤ及び接続部の構成を介して接続され、ＰＣＢ又は他の制御電子機器の制御下におかれる）。リード４０及びワイヤ３９は、単一の長さのワイヤから形成することができ、又は別個に製作し、その後、例えば溶接によって接続することができる（製作を容易にするため、若しくは異なるワイヤの特定の特性を利用するため等）。

加熱要素ワイヤ３９は、その二つの端部３６ａ間で、蛇行した形状又はジグザグの形状に形成される。ワイヤの構成は、ウィック３７の主表面である上面３７ａ及び下面３７ｂ（図示の向きに対しての上下）から実質上等距離になるようにウィック３７の厚さｔの実質上中間に位置する単一の面を占める。このような態様では、電流が給電されると、加熱要素３６からの熱は各主表面３７ａ、３７ｂにほぼ等しく送達される。ワイヤ３９のジグザグ部又は隣り合う折返し点が狭い間隔で隔置されており、その結果、ウィック基板の全ての部分がワイヤの部分に比較的近接し、ウィックの全ての部分へ迅速に熱を送ることができる。ワイヤの折返し点間の間隔が大きければ大きいほど、ウィック材料のうち、熱エネルギーを得ても気化にとって十分な温度に到達しない無駄な体積が生じる可能性がある。

図３は、線ＩＩＩに沿って断面した、図２の気化器の横断面図を示す。図３から、ワイヤ３９の隣り合う部分が一塊のウィック３７内で密に包まれていることが分かる。ワイヤ３９は、気化器の総体積のうちの大きな割合を占める。ワイヤの隣り合う部分は、ワイヤの幅ｄ１（直径）より小さい距離ｄ２によって分離されている。したがって、隣り合うワイヤ部分間の中心間間隔ｄ３は、ワイヤ幅の２倍（２×ｄ１）より小さい。また、主表面とワイヤ表面との間のウィック材料の深さ又は厚さｄ４は、ワイヤの幅ｄ１より小さい。この厚さは、気化率を考慮して選択することができ、ウィック材料の深さが大きすぎる場合、気化が妨げられ、十分な蒸気をウィック表面から放出させることができなくなる。本発明は、上記の割合に限定されるものではなく、より大きい又はより小さいサイズ比を使用することもできる。ヒータ及びウィックの相対的な体積及び寸法、ヒータワイヤの上にあるウィック材料の深さ、並びにウィック材料の多孔率は、十分な体積の原料液体を供給して利用可能な気化率を満たしながら、蒸気をウィック材料から十分に速い速度で放出することも可能にするように、様々な形で選択することができる。例えば、埋設されたヒータは、埋設されたヒータとウィックとを組み合わせた体積（ウィック要素の外形寸法によって画定される）の少なくとも５０％、又は４０％〜６０％、若しくは３０％〜７０％の体積を有することができる。或いはまた、組み合わせた体積は、ウィックのうちヒータが延びるゾーン、例えば中央ゾーン又は端部ゾーンに制限することができ、比較的大きいさらなる量のウィックが、このゾーンを越えて延びて、大きなウィック体積がリザーバ内に及ぶことを確実にすることができ、又は蒸発を壁から離しておくことが所望される場合、気化チャンバの壁に及ぶようにすることができる。ウィックのうちヒータが埋設されている部分（組み合わせた体積）を加熱ゾーンと見なすことができ、この加熱ゾーンで気化の全て又はほとんどが生じる。加熱ゾーンは、ウィックの全て若しくはほとんどを含んでもよく、又はウィックの一部分だけを含んでもよい。

この例では、ウィック３７は、剛性の多孔質セラミック材料から形成される。セラミックの細孔により、吸上げ作用が得られ、したがって、ウィックの一部が原料液体リザーバと流体連通して配置されている場合、リザーバ内の原料液体は、細孔を通ってワイヤ３９へと引き込まれる。ヒータ３６が起動されると、ワイヤ３９に直接接触している原料液体へ、また介在するウィック材料を介して、熱が伝達される。その結果生じる蒸気は、細孔を通ってウィック表面３７ａ、３７ｂへ進み、周囲空気に出て、空気流路を流れている空気によって収集される。

ワイヤ３９は、ウィック基板３７に埋設されている。「埋設されている」とは、ウィックの材料がウィックの塊の中でワイヤの外面を完全に覆い、ワイヤの外面の実質上全てに接触していることを意味する（ウィック材料の細孔とワイヤとが直に隣り合っている場所では間隙が生じることがある）。ワイヤに沿ってそれぞれの軸線方向の横断面位置で、多孔質セラミック材料は、ワイヤの外周全体でワイヤに接触しており、ワイヤは、ウィック材料に完全に包まれている。ワイヤとウィックとの間のこの接触箇所が、蒸気形成の大部分が生じる境界面であり、したがって、埋設された構成により、所与の長さのワイヤに対する境界面面積が最大になり、例えばコイル状のヒータワイヤが中心ウィックに巻き付けられる気化器の配置に比べて、境界面面積が大きく増大する。より細いワイヤが、より多くの折返し点又は屈曲部（長さを増大させるため）を有することで、より大きい境界面面積を得ることができるが、この場合、より太いワイヤの利点であるより低い抵抗及びより高い電力出力とのバランスを取ることが必要になり得る。

ウィック材料がワイヤを完全に覆っている完全に埋設された配置構成により、最大の気化境界面が得られるが、状況によっては、加熱要素がウィック基板の一方又は両方の主表面で少なくとも部分的に露出されている部分的に埋設された構成が有用と見なされることもある。

ワイヤ３９の形態の加熱要素は、二つの端部３６ａ間に任意の形状で作ることができる。ウィックの塊内に収容することができるワイヤの長さを最大にする形状により、最大の気化境界面が得られる。これは、二つの端部間の任意の巻回状の経路によって実現することができる。そのような経路は、非線形の形状を有する。例えば、この形状は、角張った若しくは曲線的な蛇行した形状、角張った若しくは曲線的なジグザグの形状、又は角張った若しくは曲線的な螺旋形の形状とすることができ、この形状は、規則的（繰り返し）であっても不規則であってもよい。複数の折返し点、屈曲部、又は角をこの形状に組み込むことで、利用可能な長さが増大する。いくつかの実施形態では、その二つの端部間における加熱要素の埋設された伝導体の長さは、ウィック要素の最長寸法の数倍又は何倍にもなり、これは、加熱要素の長さに沿って複数の折返し点、屈曲部、角、又は折畳みを含むことによって実現される。例えば、加熱要素は、ウィック要素の最長寸法（縁部）の長さの２〜２０倍又は５〜１０倍の長さを有することができる。二つの端部は、ウィックの縁部表面（図２と同じ縁部、又は異なる縁部）、又は一方若しくは両方の主表面（加熱要素がウィック縁部から離れて終端する螺旋形又は他の形状にとって好適となり得る）に配置することができる。ワイヤの隣り合う長さは、使用可能なワイヤの長さを最大にするために、気化器を作るために選択された製造プロセス及び材料で好適に実現可能な限り密に隔置することができる。しかし、電気短絡を避けるために、ワイヤのどの部分もウィック内で互いに接触していないことに注意されたい。しかし、複雑な形状は本質的ではなく、十分な加熱電力を供給すると考えられる場合、又は細長いウィックが好ましい場合、ワイヤは、実質上まっすぐ（線形）とすることができ、又はその二つの端部間で緩やかに湾曲することもできる。これにより、例えばウィックの長辺の長さの１〜２倍の加熱要素を得ることができる。

図４ａ、図４ｂ及び図４ｃは、異なる形状の加熱要素ワイヤを有する気化器の様々な例の概略平面図を示す。図４ａの例は、正方形のウィック要素３７と、２重螺旋として配置された加熱ワイヤ３９とを有し、したがって両方の端部３６ａが、ウィックの同じ縁部に位置することができる。簡単にするため、接続リードは省略されている。図４ｂの例は、矩形のウィック要素３７と、複数回折り返されて角張った角のある形状の加熱ワイヤ３９とを有する。端部３６ａは、ウィック３７の異なる縁部に配置される。図４ｃの例は、その幅より何倍も大きい長さを有する非常に直線的なウィック要素３７と、ウィック３７の両側の短辺に配置されたその二つの端部３６ａ間の簡単なまっすぐな線として構成された加熱ワイヤ３９とを示す。

加熱要素は、伝導性ワイヤから形成（屈曲等による）する必要はない。例えば、所望の長さの伝導性経路を提供する適当な形状は、薄板金属から打抜き、切断、若しくはプレスにより形成することができ、又は金属リボン（ワイヤではない）を適した形状に曲げてもよい。

加熱要素に適した伝導性材料には、任意の抵抗性金属、例えばニクロム、鋼鉄、チタン、又は他の金属及び金属合金がある。また、適切な形状の経路に沿って印刷、延伸、又は堆積した伝導性インク（非金属又は金属系）等の他の材料を使用することもできる。

ウィック要素は、様々な特性を有することができる。ウィック要素は、必要とされる吸上げ又は毛細管現象によりウィック要素を通って原料液体リザーバ（ウィックがリザーバ接触箇所で原料液体に触れる）から気化境界面へ原料液体を引き込むことを可能にするために、多孔質材料から形成される。多孔率は、典型的には、材料全体にわたって、材料の外面に開いている、相互接続された又は部分的に相互接続された複数の細孔（孔又は隙間）によって与えられる。材料、細孔のサイズ、及び必要とされる吸上げ率に応じて、任意のレベルの多孔率を用いることができる。例えば、４０％〜７０％、５０％〜８０％、３５％〜７５％、又は４０％〜７５％等、３０％〜８５％の多孔率を選択することができる。多孔率はウィック全体にわたって均一であっても均一でなくてもよいため、これは、ウィック要素全体に対する多孔率の平均値である。例えば、リザーバ接触箇所での細孔サイズは、ヒータにより近い細孔サイズとは異なる可能性がある。

ウィック要素は、実質上薄く平坦な形状を有する。例えば、ウィック要素は、シート、層、膜、基板等と見なすことができる。これは、ウィックの厚さ（図２の寸法ｔ）が、ウィックの長さ（図２のｌ）及び幅（図２のｗ）のうちの少なくとも１つより小さい又は非常に小さいことを意味する。したがって、ウィック厚さ（その最小寸法）は、最長寸法より小さい又は非常に小さい。これにより、上にあるウィック材料の深さがわずかであり、加熱要素がウィックの主表面に近接することが可能になる。厚さは、実質上均一であっても均一でなくてもよい。例えば、吸上げ率は、リザーバ接触箇所での厚さをウィックの残りの部分と比較して低減又は増大させることによって修正することができる。ウィックは、図２及び図３のように平面とすることができるが、これ関して、ウィックの形状は限定されない。「平坦」な特徴とは、ウィックが、円筒（チューブ）、溝、又は螺旋形の表面若しくは他の皿形の一部等、湾曲した表面を形成することができるというトポロジー定義を有することが意図される。例えば、ウィックの厚さは、ヒータ要素の厚さ（例えば、ヒータ要素として使用されるワイヤの直径）の１０５％〜２００％、又は１０５％〜１５０％、又は１１０％〜２００％、又は１１０％〜１５０％、又は１２０％〜２００％、又は１２０％〜１５０％等、１０５％〜２５０％の範囲内とすることができる。ウィックの厚さは、例えば、ウィックの最長寸法（典型的には、長さ）の５０分の１〜２００分の１の範囲内とすることができる。例えば、長さｌは、厚さｔの５０〜１５０倍、又は５０〜１００倍、又は５０〜１５０倍、又は１００〜１５０倍、又は１００〜２００倍とすることができる。一例として、ウィックは、５ｍｍ〜１５ｍｍの範囲内の長さｌ、５ｍｍ〜１５ｍｍの範囲内の幅ｗ、及び０．１２ｍｍ〜０．２ｍｍ等、０．１ｍｍのワイヤ径をやや超える厚さｔを有する方形とすることができる。しかしこれに関して、本発明は限定されるものではなく、ウィックの他の寸法、形状、及び割合を使用することもできる。

ウィックは、蒸気源内の所望の位置で自身を支持するのに十分な剛性を有することが有用である。例えば、ウィックは、一つ若しくは二つの縁部又はその付近に取り付けられて、実質上撓み、屈曲又は垂下がなく、その位置を維持することが求められることがある。剛性は、選択されたウィック厚さのウィック材料から得ることができ（したがって、この特徴を提供するために適当な厚さが使用される）、ウィックはまた、埋設されているヒータを支持することが可能である。他の例では、ヒータ自体からある程度の構造上の剛性を導き出すことができ、したがってヒータは、取り付けられたウィックをその必要な位置で支持するのを助ける。ウィック及び加熱要素を組み合わせた全体的な剛性に依拠することができ、又はウィックの剛性のみに依拠することができる。剛性という用語は、ウィック又は気化器が実質上可撓性でも又は柔軟でもないことを示唆するとする。

一例として、多孔質セラミックは、ウィック要素として使用するのに有用な材料である。適当な多孔率を有する任意のセラミックを使用することができる。しかし、本発明はそのように限定されるものではなく、同じ又は類似の特性又は特徴を有する任意の電気絶縁材料を使用することができる。概して、多孔質材料とは、自由に流れている液体のリザーバの代わりに大量の原料液体を吸収するためにウィックとして当技術分野で使用されることが多い綿及び他の繊維等の「柔軟」な布及び繊維性の材料に対して、「固体」又は「硬質」の材料と考えるべきである。この文脈では、固体のウィック材料は、実質上非圧縮性である。

本書に記載する種類の気化器は、簡単に作製することができる。多孔質セラミックが多孔質ウィック材料として選択された場合、これは、焼結する（場合により印加圧力下で、加熱して融合させる）ことによって固体に形成することができる粉末として利用可能である。したがって、まず加熱要素を作製することができ（例えば、ワイヤを適当な形状に屈曲させる）、加熱要素が懸架され又は他の形でその内部に配置されている成形型を充填すること等によって、加熱要素の周りに所望の形状でセラミック粉末を配置することができる。次いで焼結により、セラミックを凝固させて、加熱要素が埋設された多孔質ウィックを作製する。このようにして、加熱要素の周りにウィック材料からウィック要素を形成及び成形することによって気化器を作製することで、所望の埋設された配置が実現され、気化境界面で加熱要素とウィックとの間に密接な接触が得られる。

或いはまた、気化器は、二つの別個のウィック材料層から形成することもでき、これら二つの層の間に加熱要素が挟まれる。これらの層を積み重ねた後、選択されたウィック材料に適切であるものに応じた接着、溶接、又は他の接合方法によって、ウィック層を加熱要素の周りに固定することができる。ウィック層は、同じ厚さであっても異なる厚さであってもよい。加熱要素は、上述したように、所望の形状に事前に形成することができ、又は伝導性インクの場合、一つのウィック層の表面へ延伸若しくは印刷してから、その上に第２のウィック層を接合することができる。

本発明の態様による気化器は、（原料液体に浸漬された綿等の柔軟な多孔質材料から形成されるタイプのリザーバと組み合わせることもできるが）自由に流れている原料液体のリザーバと共に使用することができる。気化器は、電子タバコを通る空気流チャネルと連通し又はその一部を形成するが、隣り合うリザーバからの自由な原料液体の侵入に対して実質上封止された気化チャンバ内に収納されることが想定される。気化器のウィックは、原料液体が気化チャンバに入るための経路を形成し、これは、ウィックの一部（例えば、一つ以上の縁部）がチャンバの壁を通ってリザーバ内へ延びるように配置することによって実現される。チャンバ内への漏れを制限するために、ウィックが壁を横切る場所で、ウィックの周りにシールを配置することができる。ウィックのうち埋設された加熱要素を含む部分は、チャンバ内に位置し、したがって、加熱要素が作動されている（加熱要素を電流が通過している）とき、空気流チャネルに沿って流れている空気が、気化器から放たれた気化した原料液体を拾い上げることができる。

図５Ａは、例示的な気化チャンバ５０の斜視側面図を示す。チャンバ５０は、中空のチューブ５２（この例では円筒形であるが、好ましい場合、他の横断面形状を使用することもできる）によって画された壁を有する。チューブ５２は、電子タバコを通る空気流経路の一部であり、気化した原料液体を運ぶエアロゾル流は、矢印Ａによって示すように、チューブの端部から出て、空気流経路の次続の部分に入り、電子タバコの吸い口（図示せず）へ移動する。その下端部（図示）で、チューブ５２は、ベース部分５４に連結することによって封止可能である（小さい矢印によって示す）。ベース部分５４は、バッテリー部分（図示せず）への機械的及び電気的接続のためのねじ山コネクタ５６を有する。ベース部分５４は、空気入口５８を有しており、使用者が電子タバコで吸引したとき、空気入口５８によって、空気が気化チャンバ５０へ引き込まれる。一つ以上の空気入口５８を、場合により別個のベース部分５４以外の場所に設けることもでき、電子タバコへの可変の通気を送るための調節機構を備えることができる。ベース部分５４は、チューブ５２と別個である必要はなく、これら二つの構成要素を一体形成することもできる。

本発明の態様による気化器１５は、気化チャンバ５０内に配置される。気化器１５のウィック要素は、チューブ５２の幅（直径）より長い細長い形状（この例では、長方形）を有する。したがって、ウィックは、チューブの幅全体を横切ってさらに越えて延び、その結果、ウィックの両方の端部１６が、封止された構成でチューブの壁を貫通し、気化チャンバ５０の外側に位置する。したがって気化器は、気化チャンバを横切って懸架されている。図５Ａでは、チャンバ壁から突出する一方の端部１６を見ることができる。ウィックのうちチャンバ内の部分で、電気的接続リード４０が加熱要素に接続され、その結果、ねじ山コネクタ５６を介してバッテリーからの電流を受け取るように、ベース部分５４内で適当に接続することができる。このようにして、空気入口５８を通って引き込まれた空気は、チューブ５２に沿って移動するにつれて気化器１５を通り過ぎ、蒸気を収集してエアロゾル流を形成する。

図５Ｂは、その長さに沿ってチューブ５２の中を見た気化チャンバの図を示す。チューブの壁の両方の開口を通って取り付けられた気化器１５を見ることができ、したがってその中心部分１７がチャンバ内に位置し、チューブ５２を完全に横切って延びており、その両方の端部１６は、チャンバの外側に位置する。一例では、突出端部は、最高２ｍｍ、例えば１〜２ｍｍの突出長さを有する。

ウィックの端部は、加熱要素へ原料液体を運ぶことができるように、気化チャンバの壁を通って突出するように配置される。これは、原料液体のためのリザーバを気化チャンバの外部に配置することによって実現される。

図６Ａは、蒸気源のうちリザーバを含む部分、並びに図５Ａの気化チャンバ５０及び気化器１５の斜視図を示す。気化チャンバ壁を形成するチューブ５２より大きい幅（直径）の外側のチューブ（「アウタチューブ」とも称する）６０が用意され、矢印によって示すようにチューブ５２の周りに嵌り、アウタチューブ６０の内面と内側のチューブ（「インナチューブ」とも称する）５２の外面との間に環状空間を残すようにサイズ設定されている。アウタチューブ６０は、電子タバコの外面の一部を形成しても形成しなくてもよい。アウタチューブ６０は、環状空間の第１の（図示のように、下部の）端部を封止する働きをする気化器ベース部分５４に接続される。アウタチューブ６０は、その第２の（図示のように、上部の）端部で頂壁６１によって閉じられており、頂壁６１を通って出口管６２が延び、出口管６２は、エアロゾル流が気化チャンバを出ることができるように、インナチューブ５２の内部と空気流で連通している。出口管６２は、電子タバコの吸い口を形成することができ、又は吸い口へつながる空気流経路の中間部分とすることができる。

アウタチューブ６０とインナチューブ５２との間に画定される環状空間は、実質上漏れないように封止される。この環状空間は、自由に流れている原料液体のためのリザーバを形成し、原料液体は、気化器１５のウィックに沿って毛細管現象を介してのみ、リザーバを出ることができる（偶発的又は意図しない漏れがないものと想定する）。ウィックの突出端部１６は、リザーバ内に配置され、したがってリザーバ内に貯蔵されている原料液体を吸収する。

図６Ｂは、アウタチューブ６０がインナチューブ５２を覆って配置され、ベース部分５４に接続され、介在する環状空間内にリザーバ６４を形成するときの、組立て状態を示す図６Ａの蒸気源の斜視図を示す。この例では、アウタチューブ６０は、電子タバコの外側を形成し、透明材料から作られており、アウタチューブ６０を通してインナチューブ５２及び気化器１５を見ることができる。この特徴により、リザーバ内の原料液体の視認性も可能になり、したがって使用者は、どれだけ原料液体が存在するかを判定することができる。他の例では、アウタチューブ６０は、不透明な材料から作ること、及び／又はアウタチューブ６０の周りに筐体を有することができ、したがってリザーバの内容物を見ることはできない。

図６Ａ及び図６Ｂのデバイスは、単なる一例であり、気化器は、気化器の少なくとも一部がリザーバに入ってウィック原料液体に到達することを可能にする任意の態様で、気化チャンバ内に取り付けることができる。ウィックは、全体的又は部分的に気化チャンバを横切って延びることができる。どちらの端部又は縁部（一つ又は複数）も、チャンバ壁を通って延びることができる。このため、反対側の端部若しくは縁部、又は隣り合う端部若しくは縁部を使用することができる。少なくとも一つの壁を通って延びることで、気化器に対する支持を提供することが有効であり、ウィックの剛性レベルにより、ウィックの縁部をどの程度又は何個このようにして使用するべきかが決まる。また、ウィックによってリザーバから加熱要素へ原料液体を移送する必要がある速度により、リザーバへ延びるべきウィックの割合が決まる。二つ以上の端部又は縁部が対向して配置される場合又は隣り合っていない場合、リザーバが部分的に空になったとき、例えば電子タバコがある角度で保持されるときに、ウィックと原料液体との間の接触の可能性が増大するため、有用であると考えることができる。気化器は、（図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ及び図６Ｂに示すように）ウィックの面が気化チャンバを通る主空気流方向に直交するように取り付けることができる。或いはまた、気化器は、その面が空気流方向に対して平行になるように取り付けることもでき（図５Ａの気化器をその長手方向の軸線の周りで９０度回転させたと考えられたい）、以てチャンバを通る空気流の方向にウィック要素の最も小さい（最も薄い又は最も細い）輪郭が向けられる。平行に配置することで、気化チャンバ内により大きい気化器を収納し、空気流に対する妨げ（吸引している使用者によって知覚される「吸い込み」に影響を及ぼすはずである）をより小さくすることが可能になる。実際には、平行に取り付けることで、気化チャンバ内のウィック面積を、最大でチャンバの長手方向の横断面積のサイズにし、蒸気を送るために利用可能な表面、したがって１パフ当たりのエアロゾルの生成を最大にすることが可能になる。

図７は、平行に取り付けられた気化器を有する気化チャンバの概略図を示し、「縁部を向けた（ｅｄｇｅ−ｏｎ）」向きとすることにより、チャンバ内のウィック表面積を大きくしながら、空気流方向Ａにおける輪郭を小さくすることが可能になる。空気流方向に対して平行であるウィックの二つの縁部１６は、周囲のリザーバ内の原料液体に接触するように、チャンバ壁を通って突出している。

別の例として、ウィックは、管形状とすることができ、空気が気化チャンバを通って流れるように、気化チャンバ内で空気流方向に対して端部を向けて（縁部を向けて）取り付けることができる。チャンバ壁を通ってリザーバに入るように、一つ以上の径方向アームを設けることができる。ウィックを焼結多孔質セラミックから形成することで、ウィック形状における適応性が得られ、したがってこの例等のより複雑な形態を実現することができる。

図８は、管状の気化器１５を有する気化チャンバの概略図を示し、管状の気化器１５は、周囲のリザーバ内に及ぶことができる端部１６で終端する多孔質の径方向アーム１８によって、チャンバ壁５２の開口を通って取り付けられている。

リザーバは、気化チャンバの周りの環状空間として構成する必要はない。リザーバは、その周りではなく、チャンバに隣り合って配置されることもでき、したがってリザーバ及びチャンバは、横並び又は上下の構成を有する。そのような場合、ウィックの一方の端部又は縁部のみがリザーバ内に及ぶ可能性が高いが、湾曲したウィック形状の場合、二つ以上の縁部がリザーバ内へ及ぶことを可能にすることもできる。いかなる構成でも、リザーバは、気化チャンバに直に隣り合って配置され得る（一つ以上の壁を共有し、したがってリザーバ及びチャンバが共通の壁の両側に配置されることが有効である）。しかし、これは本質的ではなく、ウィックの一部によって橋架するのではなく、リザーバと気化チャンバとの間に空間が介在することもできる。気化チャンバ又はリザーバはどちらも、円筒形の壁によって画成される必要はなく、いずれにも任意の形状を使用することができる。

気化器について、電子タバコのカトマイザ部分内に含まれるという内容で説明を行ってきた。しかし、本発明は、これに関して限定されるものではなく、気化器は、他の形態で電子タバコ内に含むことができ、電子タバコの一部分が、使捨てであることを意図してもしなくてもよく、使用者によって電子タバコの別の一つ以上の部分から分離可能であることを意図してもしなくてもよい。したがって、概して、気化器は、電子タバコのサブアセンブリ内に含まれ、サブアセンブリは、カトマイザであってもなくてもよく、電子タバコの残り部分から分離可能であってもなくてもよい。

一実施形態によれば、電子蒸気供給システム向けのサブアセンブリは、原料液体を保持するリザーバと、カートリッジアセンブリを通って空気流路と空気流が連通している内部を有する気化チャンバと、ウィックの最長寸法の５０分の１〜２００分の１の範囲内等、ウィックの最長寸法のせいぜい５０分の１の厚さを有する多孔質ウィック要素を備える気化器と、ウィック要素に埋設されており、電源に接続可能である加熱要素とを備え、気化器は、ウィック要素の一つ以上の部分が気化チャンバの壁の開口を通過することによって、気化チャンバ内に支持され、前記一つ以上の部分は、リザーバ内へ延び、したがってウィック要素を通って加熱要素へ吸い上げることによって、リザーバ内の原料液体が移送される。

本書に記載する様々な実施形態は、特許請求される特徴の理解及び教示を助けるためだけに提示される。これらの実施形態は、実施形態の代表的なサンプルとしてのみ提供されており、網羅的及び／又は排他的ではない。本書に記載する利点、実施形態、例、機能、特徴、構造、及び／又は他の態様は、特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲に対する限定、又は特許請求の範囲の均等物に対する限定と見なされるべきではなく、特許請求される本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用することができ、修正を加えることができることを理解されたい。本発明の様々な実施形態は、本書に具体的に記載したもの以外に、開示する要素、構成要素、特徴、部分、ステップ、手段等の適当な組合せを適当に含み、これらからなり、又は本質的にこれらからなることができる。加えて、本開示は、本書で現在特許請求されていないが将来特許請求され得る他の発明も含むことができる。

Claims (20)

1. 気化するための液体の液体源と、
   使用者による吸引のために前記液体の一部分を気化させる気化器と
   を具備する、電子蒸気供給システム用のサブアセンブリであって、
   前記気化器が、
   ウィック構成要素と、
   前記ウィック構成要素に埋設された電気加熱要素と
   を備え、
   前記ウィック構成要素が、多孔質電気絶縁材料のシートを備え、前記ウィック構成要素が、前記液体源から前記埋設された電気加熱要素に隣り合う前記ウィック構成要素の表面に、気化のために液体を吸い上げるように配置されている、サブアセンブリ。
2. 前記多孔質電気絶縁材料が多孔質セラミックである、請求項１に記載のサブアセンブリ。
3. 前記ウィック構成要素が３０％〜８５％の範囲内の多孔率を有する、請求項１又は２に記載のサブアセンブリ。
4. 前記ウィック構成要素が、該ウィック構成要素の最長寸法の大きくとも５０分の１の厚さを有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のサブアセンブリ。
5. 前記加熱要素が、一つ以上の屈曲部と、前記ウィック構成要素に埋設されている、前記ウィック構成要素の最長寸法の２〜２０倍の長さとを含む埋設形状となっている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のサブアセンブリ。
6. 前記一つ以上の屈曲部が、前記加熱要素のうち、前記加熱要素の埋設された幅の２倍以下の中心間間隔を有する隣り合う部分を形成している、請求項５に記載のサブアセンブリ。
7. 前記ウィック構成要素の厚さが、前記加熱要素の埋設された幅の１０５％〜２５０％の範囲内である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のサブアセンブリ。
8. 前記加熱要素が、前記ウィック構成要素の厚さに関して実質上中間に埋設されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のサブアセンブリ。
9. 前記加熱要素が金属ワイヤを備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載のサブアセンブリ。
10. 前記ウィック構成要素が略平坦状である、請求項１〜９のいずれか一項に記載のサブアセンブリ。
11. 前記ウィック構成要素の一つ以上の部分が気化チャンバの一つ以上の壁の開口を貫通して前記液体源内へ延びることによって、前記気化器が前記気化チャンバ内に支持されている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のサブアセンブリ。
12. 前記ウィック構成要素のうち、前記気化チャンバの前記一つ以上の壁の開口を貫通する前記一つ以上の部分が、前記ウィック構成要素の互いに対向する側にある、請求項１１に記載のサブアセンブリ。
13. 前記ウィック構成要素の最も薄い輪郭が前記気化チャンバを通る空気流の方向に向けられるように、前記気化器が前記気化チャンバ内に支持されている、請求項１２に記載のサブアセンブリ。
14. 前記液体源が、環状の形状を有し前記気化チャンバを取り囲むリザーバを備える、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載のサブアセンブリ。
15. 前記気化チャンバの前記壁が、前記リザーバの内壁でもある、請求項１４に記載のサブアセンブリ。
16. 当該サブアセンブリが電子蒸気供給システム用のカトマイザである、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のサブアセンブリ。
17. 請求項１〜１６のいずれか一項に記載のサブアセンブリを備える電子蒸気供給システム。
18. 電子蒸気供給システム用の気化器を作製する方法であって、
    電気伝導性の加熱要素を形成するステップと、
    ウィック構成要素のために、所望の形状で前記加熱要素の周りに粉末状のセラミック材料を配置するステップと、
    前記セラミック材料を焼結して、前記加熱要素が埋設される多孔質セラミックのウィック構成要素を形成するステップと
    を含む方法。
19. 電子蒸気供給システム用の気化器を作製する方法であって、
    電気伝導性の加熱要素を形成するステップと、
    多孔質電気絶縁材料のシートの第１の層と第２の層との間に前記加熱要素を配置するステップと、
    前記第１の層及び前記第２の層を共に接合して、前記加熱要素が埋設される多孔質のウィック構成要素を形成するステップと
    を含む方法。
20. 原料液体のためのリザーバと、原料液体を気化させることができる、前記リザーバに隣り合う気化チャンバとを含む電子蒸気提供デバイスであって、
    前記気化チャンバが、
    多孔質セラミックのウィック構成要素と、
    前記ウィック構成要素に埋設されており、当該電子蒸気提供デバイス内のバッテリーに接続可能である金属製の加熱要素と
    を備える気化器を収納し、
    前記ウィック構成要素の二つの端部が、前記気化チャンバの壁の開口を貫通して、前記気化チャンバを横切って前記気化器を懸架し、前記二つの端部が、原料液体を吸収して、前記ウィック構成要素の細孔を通って毛細管現象によって前記原料液体を前記加熱要素へ移送するように、前記リザーバ内に侵入している、電子蒸気提供デバイス。