JP2019531059A - 吸入器及び吸入器用の液体貯蔵部 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術の欠点の１つ又は複数を回避する、吸入器及び吸入器用の液体貯蔵部を提供する。【解決手段】吸口端部３２と、空気入口開口部３１と、空気入口開口部３１と吸口端部３２の間で延びる空気通路３０とを有するハウジング１１と、液体貯蔵部１８のための収容部と、電気的なエネルギー貯蔵部１４と、液体貯蔵部１８から取り出される成分混合物５０の蒸気・エアロゾルを生成し、蒸気・エアロゾル４０を空気通路３０において流れる空気流３４へ添加する添加装置２０とを含む吸入器であって、添加装置２０が蒸発器を備えており、添加装置２０を制御する制御装置２９を有する、前記吸入器において、制御装置２９がデータメモリ５３；５９に接続可能であり、該データメモリには、蒸発器において成分混合物を蒸発させるために、あらかじめ設定された蒸発パラメータの少なくとも１つのセットが読み出し可能にメモリされている。

Description

本発明は、吸口端部と、少なくとも１つの空気入口開口部と、ハウジング内で前記少なくとも１つの空気入口開口部と前記吸口端部の間で延びる空気通路とを有するハウジングと、液体貯蔵部のための収容部と、電気的なエネルギー貯蔵部と、前記液体貯蔵部から取り出される成分混合物の蒸気及び／又はエアロゾルを生成し、蒸気及び／又はエアロゾルを前記空気通路において流れる空気流へ添加する添加装置とを含む吸入器であって、前記添加装置が、別々に作動可能な蒸発器を備えており、前記添加装置を制御する制御装置を有する、前記吸入器に関するものである。

実際に市場に存在する電子たばこ製品の主な部分は、いわゆるウィックコイル原理に基づいている。ウィック、例えばガラスファイバは、部分的に加熱コイルによって巻かれているとともに、液体貯蔵部と接触している。加熱コイルの加熱時には、ウィックに存在する、リキッドとも呼ばれる液体が加熱コイルの範囲で蒸発する。毛細管作用により、蒸発された液体は、液体貯蔵部から補充される。このような電子たばこは、例えば特許文献１に記載されている。

このシステムでは、一連の問題が生じる。第１に、毛細管作用による液体補充が、蒸発された液体量及び成分混合物の個々の成分の物理的な特性に関連付けられている。したがって、最大の供給出力及び蒸発出力が物理的に制限されているため、加熱出力が供給出力を上回る場合に、過熱（「ｈｏｔ ｐｕｆｆ」）のおそれがある。

第２に、これらシステムにおいて、温度が、加熱コイルにわたって、あるいはこの箇所において、及び蒸発の時間にわたって、物理的に左右されて一義的に調整可能でないため、システム全体において均等な蒸発を達成することができない。

第３に、温度を局所的に制限可能でなく、これにより、吸入前又は吸入中の不均等な液体使用により過熱のおそれが生じ、これに関連して、有害物質放出及び爆発的な液体遊離が生じてしまう。

第４に、システムの構成及び液体組成に依存する分離と、したがって成分混合物の濃度変化とが行われ、これにより、吸入ごとに、不都合な変化する作用物質遊離が生じてしまう。

米国特許出願公開第２０１６／００２１９３０号明細書

本発明の課題は、上述の欠点の１つ又は複数を回避する、吸入器及び吸入器用の液体貯蔵部を提供することにある。

この課題は、本発明により、独立請求項の特徴によって解決される。

したがって、本発明により、制御装置は、データメモリに接続されており、該データメモリには、蒸発器において成分混合物を蒸発させるために、あらかじめ設定された蒸発パラメータの少なくとも１つのセットが読み出し可能にメモリされている。

本発明では、液体組成、蒸発中の、特に用いられる蒸発器技術により生じる温度特性及び作用物質遊離の間の一義的かつ一般的な関係が存在することが、理論的な考察に基づき認識され、実際には、測定により実験的に実証された。

本発明の一態様は、データメモリにメモリされた、蒸発パラメータのセットを用いて成分混合物の蒸発の制御にこの認識を転換することにある。既知の蒸発温度及び既知のシステム状態は、成分混合物の特性について互いに直接的な関係にある。したがって、蒸発の各時点で読み出される加熱出力により、現時点での液体組成あるいは蒸気組成を直接逆推定することが可能である。この認識は、ここでも、成分混合物の蒸発の制御に用いられることが可能である。

本発明の別の一態様は、蒸発器の所定の、あるいは設定された限界温度（最大温度）において作用物質遊離に影響を与えるための目的に合った液体組成にある。これにより、成分混合物の濃度変化は、完全にコントロールされることができ、及び／又は液体組成の分離を阻止することが可能である。加えて、過熱の回避及びこれに付随する有害物質放出の回避を達成することが可能である。

本発明の別の態様は、液体搬送及び／又は蒸発に関する。液体搬送は、有利には、例えばマイクロメカニカルなポンプを用いてアクティブに、又は例えばミクロ流体の毛細管作用によりパッシブに行われる。蒸発は、有利には、特にＭＥＭＳ（微小電気機械システム）に基づき、それぞれ必要な（最大）蒸発温度へ開ループ制御又は閉ループ制御される、供給とは無関係な加熱装置、例えば加熱面を用いてなされる。

あらかじめ設定された蒸発パラメータの少なくとも１つのセットは、特に液相−気相−平衡グラフから導出されることができるか、又はこれに対応することが可能である。

好ましくは、あらかじめ設定された蒸発パラメータのセットは、以下の量のグループ：設定されるべき温度、特に蒸発器あるいは加熱装置の温度；蒸発器における個々の蒸発ステップ及び／又は蒸発過程全体の設定されるべき継続時間；特に噴霧器における設定されるべき圧力；蒸発器に提供されるべき蒸発エネルギーのうち１つ又は複数についてのデータを含んでいる。更に好ましくは、あらかじめ設定された蒸発パラメータの少なくとも１つのセットが、以下の量のグループ：最小温度及び／又は最大温度；最小圧力及び／又は最大圧力；個々の蒸発ステップ及び／又は蒸発過程全体の最小継続時間及び／又は最大継続時間；のうち１つ又は複数についてのデータを含んでいる。あらかじめ設定された温度を調整するために、蒸発器は、好ましくは加熱装置を含んでいる。好ましくは、蒸発器は、加熱装置の温度を測定するための、及び／又は加熱装置の温度の開ループ制御又は閉ループ制御のための温度センサを含むことができる。

本発明の好ましい一実施形態では、あらかじめ設定された温度が、蒸発インターバル内で可変であり、特に蒸発インターバルの継続時間にわたって一時的に上昇し、及び／又は一時的に低下し、及び／又は一時的に不変である。これにより、特に吸入にわたって、不都合に変化する作用物質遊離を妨害することが可能である。

本発明の別の一実施形態では、蒸発器あるいは加熱装置の温度が、少なくとも吸入に対応する蒸発インターバルにわたって、第１の特徴的な温度、特に成分混合物の１つの成分の沸点よりも高い温度に維持される。このとき、あらかじめ設定された温度値は、前記第１の特徴的な温度を１〜９０％、好ましくは３〜７０％、特に好ましくは５〜５０％の範囲で上回る。この態様は、場合によっては、独立して、すなわち、請求項１の前提部分のみを引用する形態で保護可能である。

蒸発器の最大温度は、好ましくは最大で３５０℃、更に好ましくは最大で３００℃、特に好ましくは最大で２９０℃である。この措置により、過熱による有害物質の発生を妨害することが可能である。

本発明の別の一実施形態でも同様に、蒸発器あるいは加熱装置の温度は、少なくとも蒸発インターバルにわたって、第２の特徴的な温度、特に成分混合物の１つの成分の沸点よりも低い温度に維持される。このとき、第２の特徴的な温度は、好ましくは作用物質成分よりも高い沸点の成分の沸点、好ましくは成分混合物の最高の沸点の成分の沸点である。この態様は、場合によっては、独立して、すなわち、請求項１の前提部分のみを引用する形態で保護可能である。この実施形態では、吸入ごとの作用物質供給の強さを配量し、例えば、成分混合物における作用物質の質量割合に基づき純粋に計算により得られる強さに対して高めるために、作用物質成分よりも高い沸点の成分の割合が、調整ネジの態様で目的に合わせて用いられることが可能である。この作用は、作用物質より高い沸点の（ダミー）成分が対して蒸発することがないことに基づいて得られ、その結果、蒸発出力が、作用物質を含む低い沸点の成分へ集中される。

このとき、蒸発インターバルは、１〜１２秒、更に好ましくは２〜８秒の継続時間を有している。

本発明の別の実施形態では、成分混合物の機械により読み取り可能な識別部が液体貯蔵部に割り当てられている。制御装置は、識別部を読み出すことができることができるとともに、関連する蒸発パラメータのセットをデータメモリから読み出すことができ、また、成分混合物の蒸発制御を基礎とすることが可能である。識別部は、液体箇所、ニコチン割合、喫煙者プロファイル、ロット番号、生産日及び／又は最短消費期限の日付についての表示を含むことが可能である。

特に電子たばこ製品における応用時には、成分混合物は、有利には、作用物質としてのニコチンを、成分混合物の重量に対して、０．１〜２％、好ましくは１〜２％、特に好ましくは２％の重量割合又は質量割合で含んでいる。ニコチンの作用物質の場合には、上述のより高い沸点の成分は例えばグリセリンである。

好ましくは、成分混合物は、エアロゾル発生剤としてグリセリン及び／又は１，２−プロプレングリコールを含んでいる。グリセリン及び／又は１，２−プロピレングリコールの重量割合は、好ましくは５０〜９８％の範囲にある。いくつかの実施形態では、グリセリンの重量割合は、成分混合物の重量に対して、それぞれ１８〜９８％、好ましくは２６〜８７％、特に好ましくは２６〜５０％の範囲にあり、及び／又は好ましくは少なくとも４４重量％、更に好ましくは少なくとも５０重量％、更に好ましくは少なくとも５５重量％、特に好ましくは少なくとも６０重量％である。１，２−プロピレングリコールの重量割合は、好ましくは、成分混合物の重量に対して、０〜９８％、好ましくは２０〜８０％、特に好ましくは４０〜７０％の範囲にある。

有利には、成分混合物は、水を、成分混合物に対して、好ましくは０〜３０％の重量割合、好ましくは２〜２０％、特に好ましくは４〜１３％で含むことが可能である。

好ましくは、データメモリは、場合によっては段階的な成分の蒸発について、１つの、場合によっては互いに連続する蒸発ステップの、調整されるべき温度、調整されるべき圧力及び／又は調整されるべき時間インターバルを含んでいる。有利には、あらかじめ設定された蒸発パラメータの少なくとも１つのセットは、時間にわたって段階的に段付けされた部分的に上昇するか、又は低下する温度プロファイルについての、段階的に段付けされた部分的に上昇又は低下する時間インターバルプロファイルについての、及び／又は段階的に段付けされた部分的に上昇又は低下する圧力プロファイルについてのデータを備えている。

好ましくは、蒸発インターバルは少なくとも２つの段階に分割されており、第１の段階では、第２の段階とは異なる量及び蒸発エネルギーが蒸発器へ拠出される。好ましくは、このとき、第１の段階は、蒸発インターバルの継続時間の１／５０〜２／３、好ましくは１／１０〜１／２に及ぶ。好ましくは、蒸発のための温度は、１つの段階内又は両段階内で可変にあらかじめ設定されており、特に、１つの段階又は両段階のうち各段階内の継続時間にわたって、一時的に上昇するように、及び／又は一時的に低下するように、及び／又は一時的に不変であるようにあらかじめ設定されている。

特に、電子たばこ製品、略してＥ−シガレットとしての応用においては、本発明による吸入器は、完全に携帯可能に使用可能であり、特に片手で携帯可能に使用可能であり、特にバッテリ動作式に持ち運び可能及び時給式のものである。

以下に、本発明を、好ましい実施形態に基づき、添付の図面を参照しつつ説明する。

本発明の一実施形態における、電子たばこ製品の断面図である。 電子たばこ製品用のカートリッジの断面図である。 例示的な位置実施形態における電子たばこ製品用の添加装置の断面図である。 基準成分混合物の蒸発特性についてのグラフである。 基準成分混合物の蒸発特性についてのグラフである。 基準成分混合物の蒸発特性についてのグラフである。 基準成分混合物の蒸発特性についてのグラフである。 異なる成分割合を有する、及び／又はカートリッジ排出の異なる時点での成分混合物の蒸発特性についてのグラフである。 タンクから添加装置への液体の搬送に関する、異なる実施形態を示す概略的な図である。 タンクから添加装置への液体の搬送に関する、異なる実施形態を示す概略的な図である。 タンクから添加装置への液体の搬送に関する、異なる実施形態を示す概略的な図である。

電子たばこ製品１０は、本質的に棒状又は円筒状のハウジング１１を含んでいる。ハウジング１１内には、少なくとも１つの空気入口開口部３１とたばこ製品１０の吸口端部３２の間で空気通路３０が設けられている。このとき、たばこ製品１０の吸口端部３２は、消費者が吸入の目的で吸い込み、これによりたばこ製品１０が負圧を受け、空気流３４が空気通路３０内で生じる端部を意味する。少なくとも１つの空気入口開口部３１は、ハウジング１１のジャケット側に配置されることが可能である。これに加えて、又はこれに代えて、少なくとも１つの空気入口開口部３１Ａをたばこ製品１０の離れた端部３３に配置することが可能である。たばこ製品１０の離れた端部３３は、たばこ製品１０における吸口端部３２とは反対側の端部を意味する。入口開口３１を通して吸入される空気は、空気通路３０において、場合によっては分離箇所あるいは分離面５７を越えて添加装置２０へ導かれる。添加装置２０は、液体タンク１８からの液体５０を霧／エアロゾルとしての小さな液滴の形態及び／又は蒸気としての気体状の形態で添加物４０として空気流３４へ加える。

たばこ製品１０は、吸口端部３２における引張抵抗が好ましくは５０〜１３０水柱ｍｍ、更に好ましくは８０〜１２０水柱ｍｍ、更に好ましくは９０〜１１０水柱ｍｍ、最適には９５〜１０５水柱ｍｍの範囲にある。ここで、引張抵抗は、２２℃かつ１０１ｋＰａ（７６０トル）において空気をたばこ製品１０の全長を通して１７．５ｍｌ／ｓの割合で引っ張るのに必要であり、ＩＳＯ６５６５：２０１１に従って測定される圧力に関するものである。

たばこ製品１０は、有利には、電気的なエネルギー貯蔵部１４及び電気的／電子的なユニット１５を有する電子的なエネルギー供給ユニット１２が配置されている、たばこ製品１０の離れた端部３３において、第１の（軸方向）部分１３を含んでいる。エネルギー貯蔵部１４は、有利には、たばこ製品１０の軸方向において延在している。電気的／電子的なユニット１５は、有利には、側方においてエネルギー貯蔵部１４の近傍に配置されている。エネルギー貯蔵部１４は、特に電気化学式の使い捨てバッテリ又は再充電可能な電気化学式の電池、例えばリチウムイオン電池であってよい。

たばこ製品１０は、有利には、液体タンク１８、電気的なユニット１９及び点火装置２０を有する消費ユニット１７が配置されているか、あるいは配置可能な、たばこ製品１０の吸口端部３２において、更に第２の（軸方向）部分１６を含んでいる。液体タンク１８は、有利には、たばこ製品１０の軸方向において延在している。

別々の電気的／電子的なユニット１５，１９の代わりに、エネルギー供給ユニット１２又は消費ユニット１７に配置され得る統合された電気的／電子的なユニットを設けることも可能である。たばこ製品１０の電気的／電子的なユニット全体は、以下において制御装置２９という。

ハウジング１１内には、有利には、センサ、例えば圧力センサ又は圧力スイッチ若しくは流れスイッチが配置されており、制御装置は、センサから発出されるセンサ信号に基づき、消費者がたばこ製品１０の吸口端部３２において吸入のために吸い込むたばこ製品１０の動作状態を確定することが可能である。この動作状態では、液体タンク１８からの液体５０を霧／エアロゾルとしての小さな液滴の形態及び／又は蒸気としての気体状の形態で添加物４０として空気流３４へ加えるために、制御装置２９が添加装置２０を作動させる。

流れスイッチに加えて、又は流れスイッチに代えて、たばこ製品は、例えば機械的なスイッチ、消費者のハウジング１１若しくは吸口端部３２への接触を感知する容量型のスイッチ又はタッチスクリーンを用いて、消費者によってオン及びオフ可能であり得る。

液体タンク１８に貯蔵された配量されるべき液体（すなわち液体状の成分混合物）は、例えば１．２−プロピレングリコール、グリセリン及び／又は水の混合物であり、この混合物には、１つ又は複数のアロマ（フレーバー）及び／又は例えばニコチンのような作用物質が混合されていることが可能である。

液体タンク１８を含む部分１６又は消費ユニット１７は、有利には、消費者によって交換可能なカートリッジ２１として、すなわち使い捨て部分として構成されている。たばこ製品１０の残りの部分、特にエネルギー貯蔵部１４を含む部分１３は、有利には消費者によって再利用可能な本体部５６として、すなわち再利用可能な部分として構成されている。カートリッジ２１は、消費者によって本体部５６に結合可能であるとともに本体部５６から取り外し可能に形成されている。したがって、カートリッジ２１と再利用可能な本体部５６の間には分離面あるいは分離箇所５７が形成されている。カートリッジハウジング５８は、たばこ製品１０のハウジング１１の一部を形成することが可能である。

他の実施形態（図２参照）では、消費ユニット１７は、消費者によってたばこ製品１０の再利用可能な本体部５６へはめ込み可能であり、この本体部から取り出し可能なカートリッジ２１として構成されている。この場合、カートリッジハウジング５８は、たばこ製品１０のハウジング１１から分離されたハウジングである。

カートリッジ２１は、少なくとも液体タンク１８を含んでいる。図２に示されているように、カートリッジ２１は、電気的／電子的なユニット１９を含むことが可能である。他の実施形態では、電気的／電子的なユニット１９は、全体として、又は部分的に本体部５６の固定された構成部分である。同様に、添加装置２０は、カートリッジ２１の一部であり得るか、又は本体部５６内に配置されることが可能である。したがって、カートリッジ２１は、いくつかの実施形態では、本質的に液体タンク１８のみ及び場合によっては更にカートリッジハウジング５８で構成されており、このカートリッジハウジング５８は、代替的に液体タンク１８のハウジングによって形成されることができ、その結果、別々のカートリッジハウジング５８を不要とすることが可能である。好ましくは、充填状態監視部及び／又は充填状態表示部が設けられており、当該充填状態監視部及び／又は充填状態表示部は、消費者が液体タンク１８の充填状態を特定することができるようにするものである。

カートリッジ２１は、棒状のたばこ製品１０における使用のほか、他の製品、例えば電子パイプにおいても用いられることが可能である。通常、エネルギー貯蔵部１４は、カートリッジ２１の一部ではなく、再利用可能な本体部５６の一部である。

有利な実施形態では、液体タンク１８は、フレキシブルな袋である。これにより、液体タンク１８が位置にかかわらずかつ漏れることなく完全に空にされ得ることが単純な手段によって達成される。液体タンク１８の典型的なタンク体積は、０．５〜２ｍｌの範囲にある。有利には、たばこ製品１０は、液体タンク１８についての充填状態管理部を含んでおり、この充填状態管理部は、例えば吸入回数に関連付けられることが可能である。好ましくは、液体タンク１８は、不活性な、及び／又は食品用あるいは薬学的に適当な材料、特に合成樹脂で形成されており、この材料は、視覚的に透明であり得るか、又は不透明であり得る。

液体タンク１８は、添加装置２０に機械的に結合されることができ、又はこの添加装置から結合解除されることが可能である。機械的に結合されている場合には、添加装置２０は、有利には液体タンク１８用のカバー又は流出保護部としての役割を果たす。連結解除されている場合には、特に液体管路あるいは液体タンク１８と添加装置２０の間の毛細管式の結合が設定されている。液体タンク１８が添加装置２０から分離可能に構成されている限り、これは、漏れがないように可能である必要がある。すなわち、液体タンク１８は、添加装置２０からの液体タンク１８の分離により、例えばバネ付勢されたボール、逆止弁又はこれに類するものを用いて、液体タンク１８の排出開口部を自動的に液密に閉鎖する閉鎖機構を備えている。液体タンク１８から添加装置２０への液体の搬送についての異なる実施形態については、図６Ａ〜図６Ｃに基づいて後述する。

添加装置２０（図１参照）の範囲における本質的に棒状のハウジング１１の中央の（平均の）直径Ｄに対するマイクロシステム技術的なユニット４５（図３参照）の最大の延長部ａの割合は、有利には０．５よりも小さい。

本発明による添加装置２０の有利な実施形態が図３に示されている。添加装置２０は、噴霧器４８を有する噴霧器部材２２と、蒸発器４９を有する蒸発器部材２３とを含んでおり、これら部材は、チャンバ２４に関して添加装置２０の内部に配置されている。

噴霧器４８は、液体通路２７に配置されたアクチュエータ２５と、つづいて配置され、チャンバ２４へ開口するノズル２６とを有する、好ましくはインクジェット方式又はバブルジェット方式による自由流噴霧器である。典型的にはｋＨｚの範囲の、例えば１０Ｈｚ〜５０ｋＨｚ、好ましくは１００Ｈｚ〜３０ｋＨｚ、特に好ましくは１〜２５ｋＨｚの適切な作動周波数により電気的に作動されるアクチュエータ２５は、圧電素子又は加熱要素であり得る。空気通路３０を通る消費者の吸入により生じる空気流３４の特定する際に、制御装置２９がアクチュエータ２５を作動させ、（加熱要素の場合の）突然の加熱又は（圧電素子の場合の）衝撃により、液体通路２７にある液体が小さい液滴の形態でノズル２６からチャンバ２４へ射出される。噴霧器４８は、同時に、液体５０を液体タンク１８から液体通路２７を通して搬送する機能を果たすとともに、チャンバ２４へ液体を配量する機能を果たす。したがって、噴霧器４８は、自由噴流配量装置と呼ぶことも可能である。

噴霧器／配量装置４８は、有利な液体量が消費者の吸入につき１〜１０μｌの範囲において、典型的には４μｌで配量されるように調整されている。好ましくは、噴霧器／配量装置４８は、吸入ごとの液体量に関して調整可能であってよい。

蒸発器４９は加熱装置３６を備えており、この加熱装置は、エネルギー源からの電流によって加熱し、ノズル２６から出る液滴を蒸発させるため、すなわち気体状又は蒸気状の状態へもたらすために、消費者の吸入により生じる、空気通路３０を通る空気流３４を特定する際に制御装置によって作動される。最適な蒸発を得るために、加熱装置３６は、好ましくはノズル２６に対向して配置されている。電気的な加熱装置３６は、特に１つ又は複数のプレート状の加熱要素を含むことができる。

加熱装置３６は、制御装置２９、特に電気的／電子的なユニット１９によって、蒸発温度について開ループ制御又は閉ループ制御される。これについて、以下においてより詳細に説明する。このことは、有利には、加熱出力又は供給される加熱エネルギーの開ループ制御又は閉ループ制御によって行うことが可能である。有利な温度閉ループ制御は、温度センサ８０、例えば白金測温抵抗体又は抵抗変化を導く加熱要素３６のコーティングの測定信号に基づいてなされ得る。これに代えて、加熱装置３６の温度は、間接的に特定され、例えば加熱装置３６の抵抗の温度依存性を介して温度閉ループ制御に用いられることが可能である。蒸発出力は、好ましくは１〜２０Ｗの範囲、好ましくは２〜１０Ｗの範囲にある。蒸発温度は、好ましくは１００〜４００℃の範囲にある。加熱装置３６の有効面積は、好ましくは０．０１〜９ｍｍ^２、好ましくは０．０５〜７ｍｍ^２、特に好ましくは０．１〜５ｍｍ^２である。

液体の蒸発は、加熱装置３６において、時間遅延なく、又はできる限りわずかな時間遅延をもって、局所的な過熱のおそれなく、正確に調整可能かつ閉ループ制御可能な加熱温度でなされる。これは、有利には、電子的に開ループ制御又は閉ループ制御された加熱装置３６の温度限界、例えば有効成分よりも高い沸点の構成要素の沸点、ここでは２９０℃に到達し得る。

有利には、液体量は、正確に調整可能であるとともに、蒸発出力とは無関係に配量可能である。有利には、監視装置が、設定された液体量のみが蒸発されることを保証する。可能な閉ループ制御ストラテジは、液体搬送体積の設定又は吸引についての適当な追跡を伴う体積流量プロフィルの設定を含んでいる。このとき、有利には、各吸引に対して配量された液体量は、加熱装置３６における濃縮を避けるために、常に完全に蒸発される。液体成分の分解作用による有害物質の発生を避けるために、液体及び／又は気体相においていかなる時間においてもあらかじめ設定された温度限界を上回らない。有利には、蒸発プロセスにおける上述の要求が損なわれることなく、液体搬送について異なる蒸気量を設定し、蒸発させることが可能である。有利には、監視装置が、正確に調整された、配量されるべき液体量のみが蒸発されることを保証する。この目的のために、有利には、たばこ製品１０の規定どおりの機能を監視するためのセンサが設けられている。

噴霧器／蒸発器の組合せは、有利には、０．５〜５μｍの範囲の直径、好ましくは１〜３μｍの範囲の直径を有する液体粒子が主に生じるように調整されることが可能である。０．５〜２ＭＭＡＤ（ｍａｓｓ ｍｅｄｉａｎ ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｄｉａｍｅｔｅｒ（空気力学的質量中央径））の範囲、好ましくは０．７〜１．５ＭＭＡＤ、例えば約１ＭＭＡＤの粒径が最適であり得る。ＭＭＡＤは、ＥＵ（欧州連合）規格に適合するとともにμｍの単位で記述される。

１μｍよりも小さな直径、例えば０．７〜１μｍの範囲の直径は、典型的には、純粋な霧化によって得ることができず、後続の気相からの逆凝縮による液体の蒸発を必要とする。しかしながら、（予備）霧化は、事情によっては蒸発を促進する。一実施形態では、できる限り均等な作用物質遊離が各吸入について補償され得る。異なる喫煙者プロファイルを可能とするために、有利には、蒸発出力における予備が設けられている。

チャンバ２４が、ノズル２６から出る液滴の蒸発に寄与するため、チャンバ２４を蒸発チャンバと呼ぶこともできる。チャンバ２４は、例えば図３に示されているように断面において有利には細長く、ノズル２６及び加熱要素３６は、有利には対向する長手側に配置されている。好ましくは、ノズル２６からの液体噴流の方向に対して垂直又は側方に出口孔３７が設けられており、この出口孔を通って、蒸発器４９により生じる蒸気が蒸気チャンバ２４から出て、ここでは、蒸気は、好ましくは孔３７に対して垂直に延びる空気流３４によって連行され、受け取られる。

噴霧器２２のアクチュエータ及び蒸発器２３の加熱要素３６が、別々に制御装置２９に電気的に接続されているとともに、互いに別々に作動されるため、一方では搬送／配量／霧化の間の有利な機能的な分離と、他方では蒸発が実現されている。

液体通路２７は、好ましくは、添加装置２０と液体タンク１８の間に配置され、液体通路２７の開口部を外方へ包囲するシール２８を用いて密閉されている。

空気流が外部で蒸発チャンバ２４の出口開口部４２の傍らを流れることで（図１及び図３参照）、蒸気あるいはエアロゾル４０が空気流３４へ供給される。代替的な実施形態では、空気流３４が添加装置２０を通過し、蒸気あるいはエアロゾル４０は、蒸発チャンバ２４において空気流３４によって連行され、受け取られる。図１による実施例のように、添加装置２０は、たばこ製品１０の吸口端部３２から離れて、特にカートリッジ２１と本体部５６の間の分離箇所５７の範囲に配置されることができる。これに代えて、添加装置２０は、たばこ製品１０の吸口端部３２近傍に配置されることが可能である。特に電気的／電子的なユニット１８の範囲における、液体タンク１８に対して側方の配置も可能である。

図３による実施形態では、噴霧器部材２２も、また蒸発器部材２３も、マイクロシステム技術において、例えばポリマー、ガラス、セラミック、金属、半金属、例えばケイ素、ケイ素化合物又は金属酸化化合物から成る基質３８に構成されている。マイクロシステム的なユニットは、マイクロメートルあるいはマイクロメートル未満の範囲の寸法を有する電気的及び／又は機械的な構造を備えており、この構造は、単一的な加工過程において、１つの基質へ加工されることが可能である。噴霧器部材２２の場合には、特に液体通路２７、電気的なアクチュエータ２５及び場合によっては噴霧器部材２２に設けられたセンサが、マイクロシステム−技術の単一的な加工過程において基質３８へ加工される。蒸発器部材２３の場合には、特に加熱要素３６及び場合によっては加熱要素３６を振動させる圧電素子並びに蒸発器部材２３に設けられたセンサが、マイクロシステム−技術の単一的な加工過程において基質３８へ加工される。したがって、図３による実施形態では、添加装置２０全体が単一的なマイクロシステム技術的なユニット４５として構成されている。

図３による実施形態では、加熱要素３６は、平坦かつ基質３９の表面に対して平行に、したがっていわば「横たわるように」配置されている。他の実施形態も可能である。液体通路２７には、電気的な予熱要素及び予熱チャンバを有する予熱部を配置することが可能である。

不図示の一実施形態では、噴霧器部材２２のみがマイクロシステム技術的なユニット４５として形成されている一方、蒸発器部材２３の基質３９が不導体材料、特にガラス、セラミック又は合成樹脂で形成されている。この構造は、より安価であり、したがって有利であり得る。

有利には、蒸発器ユニット１７あるいはカートリッジ２１は、蒸発器ユニット１７あるいはカートリッジ２１に関する情報あるいはパラメータをメモリするための、例えばＥＥＰＲＯＭ、ＲＦＩＤとしての構成での、又は他の適切な形態での不揮発性の情報メモリ５３（図１参照）を含んでいる。情報メモリ５３は、電気的／電子的なユニット１９の一部であり得るか、又はこの電気的／電子的なユニットとは別に形成されることが可能である。情報メモリ５３内には、有利には、含有物質についての情報、すなわち、液体タンク１８内に貯蔵されている液体の組成についての情報、プロセスプロフィール（Ｐｒｏｚｅｓｓｐｒｏｆｉｌ）、特に出力制御／温度制御についての情報、状態監視あるいはシステム検査、例えば密度検査についてのデータ、コピー保護及び偽造防止に関する、特に消費ユニット１７あるいはカートリッジ２１を一義的に特徴付けるためのＩＤを含むデータ、通し番号、製造年月日及び／若しくは有効期限並びに／又は吸入数（消費者による吸入の数）あるいは使用時間がメモリされている。有利には、データメモリ５３は、コンタクト及び／又は配線を介して本体部５６の制御装置１５に接続されているか、又は接続可能である。

消費ユニット１７あるいはカートリッジ２１とエネルギー供給ユニット１２の間には、有利には電気的な接続部５４が、カートリッジの交換を可能とする適当な電気的なインターフェース５５を介して設けられている。電気的な接続部５４は、一方では消費ユニット１７あるいはカートリッジ２１とエネルギー供給ユニット１２の間のデータ交換の機能を果たし、他方では、電気的なエネルギー貯蔵部１４による消費ユニット１７あるいはカートリッジ２１の電流供給の機能を果たす。

エネルギー供給ユニット１２あるいは本体部５６は、有利には、エネルギー貯蔵部１４の充電のための充電インターフェース６０を備えることができる。充電インターフェース６０は、例えば誘電又は直接的な電気的な接続によって充電を可能とするものであり得る。エネルギー貯蔵部は、充填インターフェースに代えて、交換用蓄電池又は交換用バッテリとしても形成することが可能であり、放電されたエネルギー貯蔵部１４を消費者によってたばこ製品１０から取り出すことが可能であり、充電されたエネルギー貯蔵部１４を再びはめ込むことが可能である。充電インターフェース６０を有さない、使い捨てエネルギー貯蔵部１４、特にバッテリを有する実施形態も考えられ、本体部は、エネルギー貯蔵部１４の放電後処分される。

図に示された全ての実施形態においては、消費ユニット１７あるいはカートリッジ２１は、電気的な制御ユニット１９及び別の電気的な構成要素、特にアクチュエータ２５及び加熱要素３６を備えている。しかし、電気的な制御ユニット１９及び／又は別の電気的な構成要素が再利用可能な本体部５６に完全に配置された実施形態も可能であり、その結果、消費ユニット１７あるいはカートリッジ２１における電気的な構成要素の数が低減されるか、又は消費ユニット１７あるいはカートリッジ２１が多くともパッシブな電気的な構成要素（ＲＦＩＤ、トランスポンダ又はこれに類するもののようなパッシブなデータメモリ５３）を含むか、若しくは電気的な構成要素を有さない。これら実施形態は、有利には電気的なインターフェース５５を介したカートリッジ２１の電気的な接触部を省略することが可能であるという利点を有している。

以下に、本発明により見いだされた液体組成と、蒸発中の温度特性と、作用物質遊離との間の一般的な関係を、図４Ａ〜図４Ｄにおけるグラフに基づいて説明する。これら曲線は、６３質量％のプロピレングリコール（ＰＧ）、２９．８５質量％の純粋なグリセリン（Ｇｌ．）、５．１５質量％の水（Ｈ_２Ｏ）及び２質量％のニコチン（Ｎ）を有する基準組成混合物について、開放された蒸発、すなわち蒸気（気相）が連続的に離れるという仮定の下で例示的に演算されたものである。さらに、図４Ａ〜図４Ｄは、最初の液体質量が完全に蒸発される場合に該当する。（このことは、液体質量が更なる液体の搬送によって一定に維持される「ｒｅｆｉｌｌ（リフィル）」と呼ばれる場合とは区別されるべきである。）

全ての曲線は、液体全体の初期質量ｍ_Ｌ，０に対する蒸発された質量ｍ_Ｇの割合ｍ_Ｇ／ｍ_Ｌ，０によって記入されている。図４Ａには、液体全体の初期質量ｍ_Ｌ，０に対するプロピレングリコール（ＰＧ）、グリセリン（Ｇｌ．）、水（Ｈ_２Ｏ）、ニコチン（Ｎ）及び全ての成分（ｔｏ．＝ｔｏｔａｌ）についての液相における残りの質量ｍ_Ｌ，ｉ（ｉ＝成分インデックス）が示されている。図４Ｂには、プロピレングリコール（ＰＧ）、グリセリン（Ｇｌ．）、水（Ｈ_２Ｏ）及びニコチン（Ｎ）についての気相における質量割合ｗ_Ｇ，ｉがパーセントで示されている。図４Ｃには、液相における同一の質量割合ｗ_Ｌ，ｉがパーセントで示されている。図４Ｄには、等圧蒸発の仮定の下での成分混合物の沸点Ｔ_Ｂが℃で示されている。

図４Ｂは特に有益なものである。なぜなら、当該図には、消費者により吸い込まれる蒸気（気相）の組成の変化が示されているためである。図４Ｂから、成分である水、プロピレングリコール及びグリセリンの蒸発が本質的に共沸でなく、主に連続的になされることが明らかであり、順序は、各沸点によって決定される。ニコチンの蒸発は、プロピレングリコールの蒸発に関連付けられることができ、及び／又はプロピレングリコールの蒸発とグリセリンの蒸発の間で最大であり得る。いずれにしても、時間的に最後の部分では、本質的にグリセリンが蒸発されるときに、ニコチンが本質的にあらかじめ完全に蒸発されている（図４Ｃも参照）。作用物質であるニコチンの濃縮及び効力並びに作用物質添加の時間が成分混合物におけるグリセリン（一般的により高い沸点の成分）についての割合によって制御され得ることが分かる。

蒸発温度（加熱要素３６の温度）が有利にはほぼ作用物質の沸点とより沸点の高い成分の沸点の間の範囲で選択される場合、ここでは２５０〜２９０℃の範囲、好ましくは２６０〜２９０℃の範囲、更に２７０〜２９０℃の範囲、例えばおよそ２８０℃に選択される場合、加熱装置３６の温度経過が、設定された最大温度（例えば２８０℃）に達するまで、図４Ｄに示された曲線に従い、最大温度は、より高い沸点の成分（ここではグリセリン）を効果的に蒸発させるにはもはや十分でない。消費者は、蒸気成長の欠如において、カートリッジユニットにおける作用物質の割合が増大されていることに気づき、より高い沸点の（ダミー）成分（グリセリン）のかなりの割合を含み得る消費されたカートリッジ２１を新たなカートリッジ２１と交換する。

図４Ａ〜図４Ｄに示された一般的な曲線は、関係する各成分混合物について演算され得るか、又はキャリブレーションごとに測定され得る。最適な蒸発パラメータは、関連する各成分混合物について、一般的な蒸発曲線から導出可能であり、製造者側で本体部５６のデータメモリ５９にメモリされる。データメモリ５９は、有利には、本体部５６の電子的なユニット１５に設けられている。新たなカートリッジ２１をたばこ製品１０へはめ込む際には、本体部５６の電子的なユニット１５が、カートリッジ２１のデータメモリ５３にメモリされているとともにカートリッジ２１に含まれる成分混合物を一義的に記述するカートリッジ２１の識別部をデータメモリ５３から読み取り、識別部に一義的に割り当てられた蒸発パラメータセットを本体部のデータメモリ５９から取り出し、読み取られた蒸発パラメータセットに基づき噴霧器４８及び／又は蒸発器４９を制御する。このようにして、各成分混合物について最適な蒸発が自動的に保証される。カートリッジ２１のデータメモリ５３における蒸発パラメータを電子的なユニット１５によって読み取り可能にメモリすることも可能である。この場合、本体部５６のデータメモリ５９における記憶が不要であり得る。

図５におけるグラフは、一方では、蒸発器の所定の、あるいは設定された限界温度（最大温度）における作用物質遊離に影響を与える液体組成の意図的な使用が示されている。図５の下側部分には、異なる３つの成分混合物が示されている。左の場合には、成分Ｋ１が成分Ｋ２に対して優勢となっている。中央の場合には、成分Ｋ１及びＫ２がほぼ同等の割合を有している。右の場合には、成分Ｋ２が成分Ｋ１に対して優勢となっている。成分Ｋ１は作用物質よりも高く沸騰し得るとともに、成分Ｋ２は作用物質よりも低く沸騰し得る。図５の上側の部分から、蒸発器の最大温度Ｔ_ｍａｘが成分混合物の各割合に応じて変化することが分かる。いずれの場合でも、蒸発器の最大温度Ｔ_ｍａｘは、有害物質遊離についての限界を示す臨界温度Ｔ_ｃ未満にある。

図５の下側部分の曲線経過は、作用物質遊離の時間的な経過を示している。左の場合には、作用物質（例えばニコチンＮ）が主に比較的早期に遊離され、中央の場合には作用物質遊離の最大値が時間的な中央の範囲にある一方、右の場合には、作用物質は主に比較的遅く遊離される。このことは、作用物質遊離の時間的な経過が成分混合物の成分の割合を選択することでどのように調整あるいは制御され得るかを明確に示している。

他方、図５には、成分混合物の部分的な分離によるカートリッジの排出中の成分割合の時間的な変化も図示され得る。この場合、図５の横軸は、ここでは、時間と共に上昇する最大温度Ｔ_ｍａｘに対応した右から左へ延びる時間軸である。

後述するように、図５には、図６Ａ〜図６Ｃに関連した、吸入器の、本質的に異なる３つの動作態様あるいは技術が記載されている。

図６Ａ〜図６Ｃには、液体タンク１８から添加装置２０あるいは蒸発器４９への液体の異なる搬送により、蒸発特性及び作用物質遊離がどのように目的に合わせて影響を受け得るかが明らかに示されている。

図６Ａは、液体タンク１８から蒸気４０を生成する蒸発器４９への液体の液滴精密でアクティブな搬送に関するものである。これについての典型的な実施例は、インクジェット方式又はバブルジェット方式による自由噴流−噴霧器４８である。この態様は、特に各液体組成にかかわらず、吸引ごとに所定の均等な作用物質遊離あるいは作用物質配量をもたらすものである。一回で、又はパルス式に供給される液体量は、完全に蒸発される。液体の最大に沸騰する個々の成分を蒸発させるのに最大限必要な温度Ｔ_ｍａｘへの加熱装置３６の有利な開ループ制御又は閉ループ制御により、個々の成分は、蒸発過程後、液体残留物を有さないままである。各吸引において、蒸気の組成は、液体の初期組成に相当する。

したがって、これに対応して、図５には、作用物質遊離が、より高い沸点の成分の体積割合に依存して、３つの互いに無関係な液体について示されている。吸入／喫煙者の吸い込みごとに液体組成が常に一定に維持されていれば、作用物質遊離も各吸入ごとに同一に維持される。技術的な実施においては、これは、理想的に構成された液滴が蒸発に供給される図６Ａに対応する。したがって、実際のリザーバでは、混合は起きない。

図６Ｂは、カートリッジ２１又は本体部５６に配置された中間リザーバ７０を介した蒸発器４９へのアクティブな搬送に関するものである。この態様により、中間リザーバ７０からの蒸発時に所定の吸入数にわたる制御された作用物質遊離につながる。中間リザーバ７０では、液体組成及び蒸発器の許容される最大温度Ｔ_ｍａｘに依存した液体の分離が行われる。この態様では、蒸発器は、有利には液体の最大の沸点の個々の成分を蒸発させるのに必要な温度Ｔ_ｍａｘ以下の温度へ開ループ制御又は閉ループ制御される。液体組成は、蒸気における作用物質の濃度及び時間的な遊離を特定するものである。一回で、又はパルス式に中間リザーバ７０へ供給される液体量は、所定の吸入数の間に完全に蒸発される。

図６Ｃは、搬送装置７１、例えばパイプ管路を介した、添加装置２０あるいは蒸発器４９へのパッシブな搬送に関するものである。この態様により、特に、液体の最大の沸点の個々の成分を蒸発されるのに必要な温度Ｔｍａｘを下回る値への蒸発温度の閉ループ制御による、コントロールされた作用物質遊離につながる。液体タンク１８では、液体組成及び蒸発器の許容される最大温度Ｔ_ｍａｘに依存した液体の分離が行われる。これにより、作用物質は、液体リザーバの全内容物が蒸発されることなく、目的に合わせて追い出される。蒸気における作用物質濃度は、液体における作用物質濃度に比べて高められる。最大の沸点の個々の成分が気相へ移行する前に、液体タンク１８にはもはや作用物質は存在しない。蒸発温度を制限することで、有害物質が放出され得る前にシステムがオフする。

したがって、（中間）リザーバ７０，１８において分離が行われ得るとすぐに（図６Ｂあるいは図６Ｃ）、この場合、図５は、３つの例示的な状態点において液体の時間的に緩慢な分解（図５では右から左）を示し、したがって、上位の水平な時間の尺度において吸入ごとの作用物質遊離の時点の変化と、これに並行した、蒸発に必要なシステム温度の上昇とを示す。なぜなら、図４Ｃ及び図４Ｄに類似するように、温度は、最大の沸点の個々の成分の割合の上昇に比例して経過するためである。

これにより、図４Ａ〜図４Ｄに記載された認識によって、存在するハードウェア（図６Ａ〜図６Ｃ）において、それぞれ対応するハードウェアについての３つの異なる制御コンセプトを実行することが許容される。

Claims (19)

1. 吸口端部（３２）と、少なくとも１つの空気入口開口部（３１）と、ハウジング内で前記少なくとも１つの空気入口開口部（３１）と前記吸口端部（３２）の間で延びる空気通路（３０）とを有するハウジング（１１）と、
   液体貯蔵部（１８）のための収容部と、
   電気的なエネルギー貯蔵部（１４）と、
   前記液体貯蔵部（１８）から取り出される成分混合物（５０）の蒸気及び／又はエアロゾルを生成し、蒸気及び／又はエアロゾル（４０）を前記空気通路（３０）において流れる空気流（３４）へ添加する添加装置（２０）と
   を含む吸入器であって、前記添加装置（２０）が、別々に作動可能な蒸発器（４９）を備えており、前記添加装置（２０）を制御する制御装置（２９）を有する、前記吸入器において、
   前記制御装置（２９）がデータメモリ（５３；５９）に接続されているか、又は接続可能であり、該データメモリには、前記蒸発器（４９）において前記成分混合物を蒸発させるために、あらかじめ設定された蒸発パラメータの少なくとも１つのセットが読み出し可能にメモリされていることを特徴とする吸入器。
2. あらかじめ設定された蒸発パラメータの前記少なくとも１つのセットが、以下の量のグループ：
   −設定されるべき温度；
   −個々の蒸発ステップ及び／又は蒸発過程全体の設定されるべき継続時間；
   −設定されるべき圧力；
   −提供されるべき蒸発エネルギー
   のうち１つ又は複数についてのデータを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の吸入器。
3. あらかじめ設定された蒸発パラメータの前記少なくとも１つのセットが、以下の量のグループ：
   −最小温度及び／又は最大温度；
   −最小圧力及び／又は最大圧力；
   −個々の蒸発ステップ及び／又は蒸発過程全体の最小継続時間及び／又は最大継続時間；
   のうち１つ又は複数についてのデータを含んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載の吸入器。
4. あらかじめ設定された蒸発パラメータの前記少なくとも１つのセットが、前記成分混合物の液相−気相−平衡グラフから導出されているか、又は当該グラフに対応していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の吸入器。
5. 前記蒸発器（４９）の温度が、少なくとも吸入に対応する蒸発インターバルにわたって、第１の特徴的な温度、特に成分混合物の１つの成分の沸点よりも高い温度を維持するように、前記制御装置（２９）が調節されていることを特徴とする請求項１の前提部分又は請求項２〜４のいずれか１項に記載の吸入器。
6. あらかじめ設定された温度値が、前記第１の特徴的な温度を１〜９０％、好ましくは３〜７０％、特に好ましくは５〜５０％の範囲で上回ることを特徴とする請求項５に記載の吸入器。
7. 前記蒸発器（４９）の温度が、少なくとも蒸発インターバルにわたって、第２の特徴的な温度、特に成分混合物の１つの成分の沸点よりも低い温度を維持するように、前記制御装置（２９）が調節されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の吸入器。
8. 前記第２の特徴的な温度が、前記成分混合物の最大の沸点の成分の沸点であることを特徴とする請求項７に記載の吸入器。
9. 前記蒸発インターバルが、１〜１２秒、好ましく２〜８秒の継続時間を有していることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の吸入器。
10. 前記蒸発器（４９）が、あらかじめ設定された温度へ調整可能な加熱装置（３６）を含んでいることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の吸入器。
11. 前記蒸発器（４９）が、前記加熱装置（３６）の温度を測定するための、及び／又は前記加熱装置（３６）を温度開ループ制御若しくは温度閉ループ制御するための温度センサ（８０）を備えていることを特徴とする請求項１０に記載の吸入器。
12. 前記あらかじめ設定された温度が、前記蒸発インターバル内で可変であり、特に前記蒸発インターバルの継続時間にわたって一時的に上昇し、及び／又は一時的に低下し、及び／又は一時的に不変であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の吸入器。
13. 前記蒸発器の最大温度が、最大で３５０℃、好ましくは最大で３００℃、特に好ましくは最大で２９０℃であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の吸入器。
14. 好ましくは前記データメモリ（５３）にメモリされているか、又はメモリ可能な、前記成分混合物の機械により読み取り可能な識別部が、前記液体貯蔵部（１８）に割り当てられていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の吸入器。
15. 蒸発特性及び作用物質遊離の目的をもった作用が、液体タンク（１８）から前記添加装置（２０）への液体の適切に設定された搬送を用いて行われることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の吸入器。
16. 前記液体タンク（１８）から前記添加装置（２０）への液体の搬送が、中間リザーバ（７０）を介してなされることを特徴とする請求項１５に記載の吸入器。
17. 前記蒸発器（４９）が、管路（７１）を介して永続的に、若しくはあらかじめ設定された液体割り当て分を形成するために断絶可能に液体を導くように、前記液体貯蔵部（１８）と接続可能であるか、又は接続されていることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の吸入器。
18. 前記添加装置（２０）が、離れて配置された前記加熱装置（３６）へ液体を液滴状に導く液滴噴霧器（４８）を備えていることを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の吸入器。
19. 成分混合物を含む、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の吸入器のための液体貯蔵部において、
    前記成分混合物における、作用物質成分、例えばニコチンよりも大きな沸点の成分、例えばグリセリンの割合が、１５〜９８質量％の範囲にあり、及び／又は少なくとも４４質量％であることを特徴とする液体貯蔵部。

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