JP2021528950A - 電子タバコのための光学的気化システム - Google Patents

Abstract

レーザ（１４）と導光体（１６）とを備える電子タバコ（２）が開示される。気化可能な液体（Ｌ）を貯蔵するためのリザーバ（８）が設けられる。吸収体（１０）が、レーザ（１４）によって放射された光を吸収して熱を発生させるために設けられる。光学界面が導光体の第２の端面（１８）に設けられ、気化可能な液体がリザーバ（８）から第２の端面（１８）にある光学界面及び吸収体（１０）に向かって流れるための流路が提供される。光学界面が、光学界面に液体が存在する場合には、レーザ（１４）によって放射された光が吸収体（１０）に向かって結合されるように、また光学界面に液体が存在しない場合には、レーザ（１４）によって放射された光が吸収体（１０）から離れるように結合されるように、レーザ（１４）によって放射された光を選択的に反射又は屈折させる。

Description

本発明は、電子タバコにおいてレーザなどの光源を使用して液体を気化させるためのシステム及び方法に関する。

電子タバコは、ますます人気のある消費者向けデバイスになってきている。一部の電子タバコには、気化可能な液体を貯蔵する液体リザーバが設けられている。液体リザーバから噴霧器と呼ばれる場合もある気化器まで流路が設けられている。多くの場合、噴霧器には、リザーバからの液体を吸収できる芯又は吸収体と、吸収体に受け入れられた液体を気化できる加熱コイルとが設けられている。これらの加熱コイルは、吸収体の周囲に巻き付けられた電気抵抗線として設けられることが多い。

液体を気化させるための別の技法には、レーザの使用が含まれる。このための１つの技法が、国際公開第２０１７／１８２５５４号パンフレットに説明されている。この構成では、レーザエミッタが、ターゲットに向かって光を結合する導光体内に光を出射する。この例におけるターゲットは、液体リザーバ内に延びるいくつかの吸収体を含む。

電子タバコでは、レーザからの放射線を吸収するターゲットが乾燥すると、問題が生じ得る。このような状況では、乾燥している吸収体の温度が通常の動作範囲である２００〜４００℃を超えて上昇する場合があり、これにより、望ましくない揮発性化合物が生成される場合がある。この問題は、乾燥吸収体又は「燃焼吸収体」と呼ばれる場合もある。

本発明の目的は、上記の問題に対処してこれを克服することである。

本発明の一態様によれば、気化光源と、気化可能な液体を貯蔵するためのリザーバと、気化光源からの光を吸収することにより熱を発生するように構成された第１の吸収体と、第１の吸収体と気化光源との間に設けられた光学界面であって、リザーバから光学界面及び第１の吸収体に向かって気化可能な液体が流れるための流路が設けられる、光学界面とを備える電子タバコであって、光学界面が、光学界面に液体が存在する場合には、気化光源によって放射された光が第１の吸収体に向かって結合されるように、及び光学界面に液体が存在しない場合には、気化光源によって放射された光が第１の吸収体から離れるように結合されるように、気化光源によって放射された光を選択的に反射又は屈折させる、電子タバコが提供される。

このように、気化光源は、気化可能な液体が光学界面に存在する場合にのみ気化に使用され得る。リザーバから第１の吸収体に向かう液体の流路を、光学界面に液体も存在する場合にのみ気化光が光学界面で受け取られるように構成することにより、このような状況では光が第１の吸収体から離れるように結合されるため、気化光源が乾燥している吸収体を加熱して望ましくない蒸気を発生するのを防ぐことができる。一方、光学界面に液体が存在する場合には、気化光源からの光が第１の吸収体に向かって結合されることにより、電子タバコでの蒸気の生成が促進され得る。流路は、液体が適切な液体搬送機構によってリザーバから光学界面に向かって第１の光吸収体を介して概して搬送されるように構成され得る。或いは、液体が液体リザーバから第１の吸収体に向かって光学界面を介して搬送される。搬送機構は、例えば、毛細管芯であり得る。

第１の吸収体は、気化光源からの光を吸収するように構成された放射線吸収体である。いくつかの実施形態では、第１の吸収体はまた、リザーバからの液体を吸収するように構成され得る、又はこの光学的吸収体は、毛細管芯などの液体吸収体内に一体化及び分散され得る。液体吸収体（例えば綿、ガラスファイバ、及び／若しくはケブラーなどの繊維材料から作られた、又は例えば多孔質セラミック材料などの非繊維多孔質材料から作られた毛細管芯）は、リザーバからの液体が放射線吸収体のすぐ近くに供給され得る条件では、すべての実施形態で必要とされるわけではない。

好ましくは、気化光源によって放射された光は、光学界面に液体が存在する場合には、第１の吸収体に向かって透過され、気化光源によって放射された光は、光学界面に液体が存在しない場合には、第１の吸収体から離れるように反射される。光学界面における屈折により、第１の吸収体に向かって光が透過され得る。

好ましくは、電子タバコは、気化光源によって放射された光を受け取るように構成された導光体を備え、光学界面は、好ましくは、第１の吸収体と導光体との間に設けられる。したがって、気化光源は、第１の吸収体からある程度離れた場所に設けられ得る。導光体は、気化光源から第１の吸収体に向かって光を結合し得る。

導光体は中実の角柱（これは、少なくともその長さの大部分に沿って実質的に均一な断面の光学的に透明な中実の細長い構造、例えばロッドを意味する）であり、光は角柱内を伝播し得る。導光体はガラス又はなんらかの他の透明な材料で作られ得る。導光体は、中実な角柱の内部に反射面を備え得る。或いは、導光体は、気化光源からの光が、少なくとも部分的に反射面の間の自由空気（又は（部分的な）真空）を伝播し得るように反射面を備え得る。

光学界面は、好ましくは、導光体の表面に設けられる。光学界面は、導光体の外面にある固気界面又は固液界面であり、界面に液体が存在するか否かによって変わり得る。光学界面の反射率は、導光体、気化可能な液体、及び空気の屈折率、並びに入射角に応じて変わり得る。これらのパラメータの値は、固気界面が存在する場合には光が反射されるように、また固液界面が存在する場合には光が第１の吸収体に向かって透過又は屈折されるように選択される。

気化光源は、好ましくは、その放射光が、光学界面として機能する導光体の表面に対してある入射角を形成するように配置され、入射角は、好ましくは、光学界面に液体がない場合には全反射の臨界角よりも大きい。

光学界面からの全反射光は、好ましくは、導光体の第２の表面に向けられ、第２の表面における入射角は、好ましくは、光が第２の表面で屈折して導光体から離れるように透過するように、全反射の臨界角よりも小さい。

この角度は、光学界面に液体が存在する場合には、全反射の臨界角よりも小さくなり得る。このように、全反射の条件は、光学界面における液体の存在に依存する。液体が存在する場合には、液体が効果的に気化し得るように、光は屈折されて第１の吸収体に向かって透過され、液体が存在しない場合には、乾燥している吸収体が燃焼しないように、光は第１の吸収体から離れるように反射される。

一構成では、導光体は、電子タバコの長手方向軸に対してある角度をなす主軸を有し得る。好ましくは、導光体の端面は、電子タバコの長手方向軸に平行である法線ベクトルを備える。換言すれば、導光体の端面は、好ましくは、電子タバコの長手方向軸に垂直な平面を形成する。これが意味することは、導光体が、好ましくは、棒状の電子タバコ内で非対称であり、この非対称性は、吸収体が乾燥しており、光学界面に液体がない場合に端面において全反射の条件を形成するために与えられているということである。

導光体と第１の吸収体との間には間隙が設けられてもよく、流路により気化可能な液体が間隙に流入し得る。気化可能な液体は重力又は毛細管現象によって間隙に流入し得る。追加的又は代替的に、間隙内への液体の流れを促進するためにポンプが設けられてもよい。

電子タバコは、光学界面で吸収体から離れるように反射された光を受けるための第２の吸収体を備え得る。第２の吸収体は、望ましくない蒸気や生成物を生成することなしに光を効果的に吸収するための光ダンプとして機能し得る。第２の吸収体は、ヒートシンクに接続されて効果的な吸収を可能にし得る。

光学界面から離れるように結合された光の存在を検出するために、及び気化光源によって放射された光を制御するために、センサが設けられ得る。このようにして、センサは、液体が存在しないことにより光が光学界面から離れるように結合されているか否かを検出し得る。このことは、気化光源によって光が放射されることを防いだり、気化光源への電力供給を遮断したりするために使用され得る。センサは光学センサであり得る。或いは、温度センサが第２の吸収体に設けられ得る。

気流チャネルが空気入口とマウスピースとの間に設けられてもよく、第１の吸収体が気流チャネル内に又は気流チャネルに隣接して設けられて、気化液体をユーザが吸入できるようにしてもよい。気化光源は、好ましくは、気流チャネル内に又は気流チャネルに隣接して、吸収体と空気入口との間の位置に設けられて、気化光源が気流を加熱できるようにする。このようにして、気流は気化チャンバに入る前に予熱され得る。このことは、好都合にも、液体を気化させるのに必要なエネルギーの量を減らし得る。このことは、より速く、より効率的な気化につながり得る。加えて、気流は気化光源を冷却でき、気化中に必要なエネルギーが少なくて済むように廃熱を再利用できる。これにより、有益にも、電子タバコのバッテリリソースを節約できる。気化光源はヒートシンクに接続されてもよく、気化光源又はヒートシンクのいずれかが気流内に又は気流に隣接して設けられ得る。

好ましくは、気化光源はレーザである。レーザは、液体の気化に良く適した特定の波長の光線を提供できる。別の構成では、気化光源がＬＥＤである場合があり得る。レーザの代わりにＬＥＤを使用する利点は、ＬＥＤは安価であり、ＬＥＤによって放射される光にユーザが不注意で曝された場合に害を及ぼす可能性が低い傾向があるということである。欠点は、高密度にコリメートされたビームを提供することが難しく、そのために第１の吸収体で高いエネルギー密度を提供することがより困難であることであり、これが意味することは、同様の気化効果を得るために、より高いエネルギーをＬＥＤに提供する必要があり、レーザが光源として使用される場合と比較して、デバイス全体のエネルギー効率が低下することであり得る。

本発明の別の態様によれば、気化可能な液体をリザーバに貯蔵するステップと、気化光源及び気化光源と第１の吸収体との間にある光学界面を提供するステップと、リザーバの液体のための第１の吸収体及び光学界面に向けた流路を提供するステップと、気化光源から光学界面に向かって光を放射するステップと、光学界面に液体が存在する場合には、気化光源によって放射された光が第１の吸収体に向かって結合されるように、及び光学界面に液体が存在しない場合には、気化光源によって放射された光が第１の吸収体から離れるように結合されるように、気化光源によって放射された光を光学界面において選択的に反射又は屈折させるステップであって、第１の吸収体が気化光源からの光を吸収することによって熱を発生する、ステップとを含む、電子タバコを動作させる方法が提供される。

本発明のさらなる態様によれば、電子タバコデバイスと係合するように構成された底部を有するハウジングと、気化可能な液体を貯蔵するためのリザーバと、リザーバと流体連通状態に構成された流体透過可能な吸収体と、ハウジングの開口部から蒸気出口に延びる貫通チャネルであって、吸収体が、空気がハウジングの開口部から蒸気出口に吸収体を通って又は通過して流れるように貫通チャネルに配置される、貫通チャネルとを備える電子タバコのための構成要素が提供される。

一実施形態では、吸収体は、液体リザーバの入口内に延びる延長突出部を設けられる。突出部分の断面積は、貫通チャネルの断面積よりも小さくし得る。

一実施形態では、ハウジングは、カプセルの底部が電子タバコの内面から距離をおいて配置されるように環状フランジを設けられ得る。これにより、吸収体の底部の周囲に気流を受け入れるスペースができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を例として説明する。

本発明の実施形態における電子タバコの概略図である。 本発明の実施形態における気化チャンバを示す概略断面図である。 本発明の実施形態における気化チャンバを示す概略断面図である。 本発明の実施形態における電子タバコの断面図である。 図３の電子タバコの細部を示す断面図である。 本発明の別の実施形態における電子タバコの断面図である。 本発明の別の実施形態における電子タバコの断面図である。 図６の電子タバコの細部を示す断面図である。 図６の電子タバコの細部を示す断面斜視図である。 ＬＥＤを使用した電子タバコのための加熱システムの概略図である。 別のタイプのＬＥＤを使用した電子タバコのための加熱システムの概略図である。 ＬＥＤを使用する加熱システムを示す電子タバコの断面図である。 ＬＥＤを使用した電子タバコのための加熱システムの概略図である。 別のタイプのＬＥＤを使用した電子タバコのための加熱システムの概略図である。 本発明の実施形態による使い捨てカートリッジの概略図である。

本明細書で使用する場合、「吸入器」又は「電子タバコ」という用語は、喫煙用のエアロゾルを含むエアロゾルをユーザに送達するように構成された電子タバコを含み得る。喫煙用のエアロゾルは、０．５〜７ミクロンの粒径のエアロゾルを指し得る。粒径は、１０又は７ミクロン未満であり得る。電子タバコは携帯可能であり得る。

図１は、本発明の実施形態における電子タバコ２の概略図を示している。電子タバコ２は、刻み煙草を含む従来のタバコの代替品として使用され得る。電子タバコ２は、電源又はバッテリ部分４を備える細長い本体と、気化可能な液体Ｌを貯蔵するためのリザーバ８を備えるマウスピース部分６とを有し得る。気化可能な液体は、目に見える蒸気を生成できるプロピレングリコール又はグリセリンなどであり得る。気化可能な液体Ｌは、ニコチン及び香料などの他の物質をさらに含み得る。マウスピース部分６は、蒸気チャネル５と蒸気出口９とを備えたマウスピース７が設けられている。マウスピース７は、ユーザの口のエルゴノミクスに対応する吸い口形状の形態を有し得る。電子タバコは、蒸気出口９と流体連通する空気入口４４をさらに備え、それにより、ユーザが出口９で吸い込むことにより、デバイス内に空気入口４４を介して気化チャンバ１１を通って出口９まで空気が流入する。リザーバは、詰替可能な「オープンタンク」リザーバ又は取り外し可能なカートリッジ若しくは消耗品として構成され得る。

図３から最もよく分かるように、電子タバコ２は、光源１４と、導光体１６と、吸収体１０とを備える気化システムを備える。光源１４は、電子タバコのバッテリ部分４に配置され、吸収体１０を放射により加熱するように構成される。吸収体１０は、気化チャンバ１１に配置され、少なくとも１つの液体出口１３を介して液体リザーバに流体的に接続される。液体出口１３は、リザーバ８と吸収体１０との間に流路を提供して、毛細管現象により気化可能な液体Ｌが吸収体１０に向かって流れ得るようにする。気化可能な液体Ｌが吸収体１０に向かって流れるのを助けるために重力も用いることもできる、及び／又はポンプ（図示せず）が存在し得る。

液体リザーバ８は蒸気チャネル５を備え、第１の近位端が蒸気出口９として構成された開放端である。吸収体１０は、蒸気チャネルの第２の遠位端に配置され、蒸気チャネルは空気入口４４と流体連通して、空気入口４４と出口９との間に通過経路を提供する。吸収体１０は、少なくとも部分的に蒸気チャネル５内に収容される。気化チャンバ１１は吸収体１０の近くに配置される。通常、気化チャンバ１１は、吸収体１０の部分の上方にあり、吸収体１０の加熱温度が光源１４からの光によってエネルギーを与えられると気化の起こる温度を超え、この気化の結果として蒸気が内部に形成される蒸気チャネル５内の領域として定義される。典型的な気化温度は摂氏１５０度〜摂氏３５０度である。吸収体１０は、この構成では２つの独立した機能を行い得る。第１に、吸収体１０は、リザーバ８からの液体Ｌを吸収又は保持し得る。第２に、吸収体１０は、吸収体１０の材料が加熱されるようにレーザ１４から放射された放射線を吸収し得る。熱は、気化可能な液体Ｌが気化されるように吸収体１０から気化可能な液体Ｌに伝達され得る。

吸収体１０で使用するためにいくつかの材料が選択され得る。一般に、吸収体１０の材料は、レーザ光の放射線吸収体として選択される。レーザ光は、吸収体１０におけるレーザ光に吸収され得、これにより気化可能な液体を気化させる加熱が生じ得る。気化可能な液体は、一般に光学的に透明である。一例では、吸収体１０は、多孔質金属として設けられ得る。吸収体１０は、吸収体が一体にされた綿、金属ワイヤメッシュ、吸収体が一体にされた多孔質セラミック、又はケブラー繊維などの他の光吸収多孔質材料から形成され得る。吸収体１０が液体を染み込まされているときに空気の流れを促進するために、吸収体１０に空気孔が組み込まれ得る。金属メッシュなどの吸収体１０は、光吸収特性を備え得るが、液体吸収特性を持たないか限られており、この場合、別個の機構（例えば、別個の芯）が、好ましくは、液体エアロゾル形成物質（すなわち、気化可能な液体）の効率的な加熱、ひいては気化を可能にするために液体が吸収体１０の近くに存在することを確保するために使用される。

電子タバコ２は、レーザ１４の形態の光源１４と導光体１６とをさらに備える。レーザダイオードは、コンパクトなサイズ内で高い光エネルギーを供給できるため、レーザダイオードをレーザ１４として設けると好都合であり得る。放射される光の一般的な波長の範囲は、７８５ｎｍ〜１０６４ｎｍである。マルチモードレーザは、より高い出力を供給でき、通常はより低コストで入手可能であるため好ましい。ただし、シングルモードレーザも使用できる。

レーザ１４は、バッテリ源４から電力を供給され、導光体１６に向かって光を放射するように配置される。導光体は、光源１４と吸収体１０との間に配置され、光を透明な導光体１６内で吸収体１０に向けて伝播させるように構成される。導光体は第１の端面１７と第２の端面１８とを有する。第１の端面１７は光源に動作可能に結合され、第２の端面１８は吸収体１０に動作可能に結合される。

導光体１６は、ガラス又はポリカーボネートなどの光学的に透明な材料から作られ、ガラス及びポリカーボネートの屈折率はそれぞれ約１．５及び１．５８１である。図３に示す実施形態では、導光体１６は、電子タバコ２の長手方向軸に対して角度αで設けられる主軸Ａを有する。したがって、導光体１６は、電子タバコ２内で非対称に設けられる。レーザ１４は、光が導光体１６内を伝播するように、光を導光体１６内に結合する。

液体リザーバは、詰替可能なリザーバとして構成され得る。しかしながら、図１２に示すように、リザーバ８は取り外し可能なカートリッジ６０又は消耗品に含めることもできる。カートリッジ６０は、液体貯蔵部８と、蒸気チャネル５と、吸収体１０とを備える。液体出口１３はカートリッジの底部に配置される。好ましくは、液体開口部は、液体が吸収体１０を通って強制的に流れるように吸収体と接触する。吸収体１０は蒸気チャネル５内に配置される。蒸気チャネル５は、吸収体１０の下のハウジングの開口部４４から蒸気出口９まで延びる貫通チャネルとして構成される。

吸収体１０は、リザーバ８と流体連通状態で構成される。吸収体１０には、蒸気チャネル５に配置された第１の表面３ａと、結合面３ｂ導光体１６として設けられた第２の表面とが設けられる。吸収体１０にはまた、液体リザーバ８の液体出口１３内に延びる延長突出部３ｃが設けられ得る。吸収体１０は、気化可能な液体Ｌがリザーバ８から流れ出て、結合面３ｂに溜まることを可能にする。

ユーザは、マウスピース７で吸入することにより、空気入口４４を介してデバイス内に空気を引き込むことができる。気流経路Ｐは、レーザ１４の近くを、気化チャンバ１２に向かって通過すると好都合であり得る。このようにして、レーザ１４は、吸収体１０に到達する前に気流を予熱できる。

図２ａ及び図２ｂは、導光体１６及び吸収体１０の動作原理を示している。これらの例示のための図では、図２ａは液体で満たされた液体貯蔵部を示し、図２ｂは空の場合の液体貯蔵部を示している。よって、図２ａは吸収体１０に液体が存在する場合の状況を示し、図２ｂは液体が存在しない場合の状況を示している。

吸収体１０は導光体１６の第２の端面１８の上方に設けられ、間隙２０が導光体１６の第２の端面１８と吸収体１０との間に設けられる。吸収体１０が乾燥しているとき、間隙２０は通常空気で満たされている。これらの状況では、導光体１６内を伝播する光が当たる導光体１６の第２の端面１８に販売空気（ｓｏｌｄ−ａｉｒ）光学界面がある。吸収体１０が湿っている場合、吸収体１０の液体は間隙２０に向かって流れることができ、導光体１６の第２の端面１８に溜まり得る。これらの状況では、導光体１６内を伝播する光が当たる導光体１６の第２の端面１８に固液光学界面が存在する。

第２の端面１８の反射率は、スネルの法則にしたがって決定される。特に、全反射の臨界角θ_ｃは、θ_ｃ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ_２／ｎ_１）により決定され、ｎ_１は導光体１６の屈折率であり、ｎ_２は間隙２０中の媒体の屈折率であり、この媒体は空気又は液体であり、これは吸収体１０が湿っているか否かに依存する。レーザ１４、導光体１６、及び吸収体１０の幾何学的配置は固定されている。したがって、入射角θは、導光体１６内を第２の端面１８に向かって伝播する光については同じままである。しかしながら、臨界角θ_ｃは、液体が存在する場合と存在しない場合とで異なる。これは、液体が存在する場合、光が屈折して吸収体１０に向かって透過することを意味する。逆に、液体が存在しない場合、光は第２の端面１８で全反射する。これにより、レーザ１４が乾燥している吸収体１０を加熱して、望ましくない化合物を生成するのを防ぐことができる。

第２の端面１８で反射した光は、導光体１６の側面２２に入射する。固気界面が、側面２２の間隙２０によって提供され、第２の端面１８から伝播する光の入射角は臨界角θ_ｃよりも低い。したがって、光は側面２２で屈折して、ビームダンプ２４に向かって透過する。ビームダンプ２４は、望ましくない揮発性物質を生成することなくレーザ光を吸収できる放射線吸収体である。

ビームダンプ２４は、熱センサ又は光学センサなどのセンサ２５を備え得る。センサは、ビームダンプ２４で受けたレーザ光の存在を直接又は間接的に検出でき、レーザ１４に電気的フィードバック信号を供給できる。このようにして、ビームダンプ２４が光を受けると、レーザ１４がスイッチオフにされ得る。これにより、気化可能な液体Ｌを気化させることにつながらないレーザ１４の動作によって生じるエネルギーの浪費を最小化できる。

導光体１６の屈折率は、好ましくは、ガラスの屈折率である、又はガラスの屈折率に類似し、その場合、個別の材料に応じてｎ_１は約１．５である。一構成では、導光体１６は、同様の範囲の屈折率を有する透明なプラスチックであり得る。気化可能な液体の屈折率も、使用される化合物に応じて約１．５である。プロピレングリコールの屈折率はｎ＝１．４４であり、グリセロールの屈折率はｎ＝１．４７である。これらの化合物の混合物が使用される場合、気化可能な液体の屈折率は１．４４〜１．４７であり得る。何もない空間の屈折率は１であり、屈折率又は空気は室温及び常圧でこれよりわずかに高い。

導光体１６は、光源１４から放射された光が導光体１６内で屈折し、所望の入射角で吸収体１０に到達するように構成される。図３〜図８は、望ましい入射角を実現する光源１４及び導光体１６の異なる実施形態を示している。

図３の実施形態では、レーザ１４は、電子タバコ２の長手方向軸Ａに対してずらされた位置に設けられている。レーザ１４は、電子タバコ２の回転軸に平行な方向に光を放射する。好ましい光源１４はレーザダイオードであり、これらは、レーザ素子の出射面でかなりのビーム拡がりを呈し得る。一般的な拡がりは、ファスト軸沿いでは２５°、スロー軸沿いでは８°である。これらの角度拡がりの値の違いにより、楕円形のビームプロファイルが得られる。レーザ１４からの出力光線を集光してコリメートするために、レーザ１４と導光体１６との間にレンズ２６が設けられる。代替的に、レンズ２６は、導光体１６と一体にされ得る、又は導光体１６に固定され得る。この例では、レンズ２６は、ファスト軸沿いの光がより大きなビーム拡がりを経るため、レーザ１４のファスト軸沿いの光のみをコリメートする。

本実施形態における導光体１６は、光源１４に結合された第１の端面１７と吸収体１０に結合された第２の端面とを有するように菱形又は平行四辺形形状の縦断面を有する。したがって、導光体１６は、光源１４からの光を吸収体１０の近くに橋渡しするように構成される。レーザ光は、導光体１６の基部で受け取られ、導光体１６の第１の表面２１で全反射される。次に、光は第２の端面１８に向かって伝播し、第２の端面１８において、光は反射又は屈折し、これは気化可能な液体が間隙２０に存在するか否かに依存する。反射光は、導光体１６内を第２の表面２２に向かって伝播する。第２の表面２２における入射角は、このガラスと空気との界面における臨界角θ_ｃよりも高い。したがって、光は、導光体１６から屈折して出て、自由空気中をビームダンプ２４に向かって伝播する。導光体１６の第１の表面２１及び第２の表面２２は平面である。本実施形態では、導光体１６は、平行六面体形状の角柱である。

図５は、導光体１６の別の可能な形状を示している。上述のように、導光体１６の機能は、ある入射角で光を屈折させて吸収体１０に運ぶことである。図５の実施形態では、導光体１６は、合成された幾何学的形状を有する。この例では、レーザ１４は、電子タバコ２の長手方向軸に垂直な方向に光を放射するように配置されている。導光体１６の幾何学的形状は、垂直な光線の向きを変えて、吸収体１０に所望の入射角で到達するように構成される。導光体１６は、吸収体１０に向かって光を結合するために、略三角形の形状を有する。この例では、別個の集光レンズはないが、レーザ１４に面する導光体１６の表面２８が、円柱レンズとして機能し、且つレーザのファスト軸１４に沿って屈折力を与えるために湾曲している。レーザ１４から入射された光は、導光体１６に結合され、第１の表面２１で全反射する。次に、全反射光は導光体１６内で第２の端面１８に向かって伝播する。間隙２０に液体が存在する場合、光は、吸収体１０に向かって伝播するように第２の端面１８で屈折する。反射光は、導光体１６内を第１の表面２１に向かって伝播する。間隙２０に液体が存在しない場合、光は第２の端面１８で反射する。この反射光は、屈折して導光体からビームダンプ２４に向かって出るように異なる入射角で第１の表面２１に入射する。

図６〜図８は、本発明の別の実施形態における電子タバコ２の断面図を示している。この例では、レーザ１４はここでも、電子タバコ２の回転軸に垂直な方向に配置されている。導光体１６は、レーザ１４から吸収体１０に向かって光を結合できるようにする形状を有する。レーザ１４から出射された光線をコリメートするためにレンズ２６が設けられる。光は、第２の端面１８に入射する前に、導光体１６内で２回、すなわち第１の表面４０及び第２の表面４２において全反射する。図６〜図８に示すように、レンズは導光体１６から分離されてもよい。或いは、レンズ２６は、単一の部品を形成するように導光体１６と一体にされてもよい。リザーバ８からの液体が存在しない場合には、光は、導光体１６から第１のビームダンプ２４ａに向かって屈折して出るように第２の端面１８で反射する。第２の端面１８に液体が存在する場合には、光が吸収体１０に向かって伝播して、そこに受け入れられた液体を蒸発させるように光は導光体１６から屈折して出る。

第２のビームダンプ２４ｂは、導光体１６が存在しない場合にレーザ１４からの光を直接受ける位置に設けられる。よって、導光体１６が除去されることがあっても、レーザ１４から放射される光は第２のビームダンプ２４ｂによって安全に吸収される。

レーザ１４は、熱くなりすぎることを防ぐためにヒートシンク２３に接続される。加えて、気化空気流のために空気入口４４が設けられ、空気流はレーザ１４及び／又はヒートシンク２３を通過するように向けられる。このようにして、環境からの空気を使用してレーザ１４を冷却できる。加えて、レーザ１４は、デバイスに引き込まれる空気を加熱できる。これにより、気化可能な液体を気化させるためにレーザが必要とするエネルギー量が削減される。これにより、レーザ１４を動作させるのに必要なエネルギーがさらに削減され、このことによりレーザの熱出力も低減される。ヒートシンク２３はビームダンプ２４ａ、２４ｂにも接続される。アルミニウム製のヒートシンク２３を約０．０１５ｋｇの質量で設けることができることが判明している。いくつかの実施形態では、円形のヒートシンク２３は、直径２０ｍｍ、高さ３５ｍｍ、及び約５０％の充填率（つまり、ヒートシンクの体積の約５０％が空気で満たされている）で設けられ得る。

図９〜図１０は、レーザの代わりにＬＥＤの形態の光源が使用される、本発明のさらなる例示的な実施形態を示している。近赤外線（８５０ｎｍ）及び紫外線（４０５ｎｍ）の高出力ＬＥＤが知られている。ＬＥＤは、通常、レーザと比べて広い発光角度に対処するために、ビーム成形用の光学構成要素の追加を必要とする。一構成では、図９ａに示すように、一体のレンズを備えたＬＥＤ４６が、吸収体１０のすぐ近くに配置される。ＬＥＤを汚れから保護するために、保護窓４８が、ＬＥＤパッケージ４６と吸収体１０との間に配置される。図９ｂは、ＬＥＤ４６がレンズなしで設けられる別の可能な構成を示している。これらの実施形態では、間隙（図示せず）を吸収体１０と窓４８との間に設けることができ、気化可能な液体が間隙内に流入するための流路を設けることができる。ＬＥＤ４６は、レンズに対して、光が窓４８と間隙との間の光学界面で角度をなすような位置に設けられ得る。これにより、間隙に液体が存在するか否かに応じて、選択的な屈折又は反射が可能になる。

図１０に示す構成では、一体にされたレンズを備えたＬＥＤ４６が、テーパーを付けられた導光体４６を備える。これにより、ＬＥＤ４６からの光線を急角度で効果的に集光できる。導波路１６の入口は発光チップよりわずかに大きく、第２の端面１８は吸収体１０のサイズに一致している。導波路は、第２の端面１８において吸収性コーティングでコーティングされ得る。導波路１６がテーパーを付けられていることは、受容角が直線導波路の場合よりも大きいという効果を有する。これは、ＬＥＤ４６の放射角度プロファイルが大きいため有用である。一定の入射面及び出射面の場合、導波路１６の長さはテーパー角度の影響を有し、したがって、非常に長い導波路は、真っ直ぐな導波路のように概ね振る舞い、短い導波路は、大きなテーパーのために大きな角度で光線を効率的に補足し得る。上記のように、ＬＥＤ４６は、光が第２の端面１８の光学界面で角度をなすような位置に設けられ得る。これにより、第２の端面１８に液体が存在するか否かに応じて、選択的な屈折又は反射が可能になる。図１０に示す構成では、導波路１６は、紙面の平面に対してある角度で設けられる。このようにして、ＬＥＤ４６によって放射された光は、導波路１６によって捕捉され、導波路１６の第２の端面１８で角度をなす。

さらなる構成では、図１１ａ及び図１１ｂに示すように、ＬＥＤ４６は、放物面表面を使用してＬＥＤからのすべての光線を効率的に集光する放物面反射体システムを備え得る。このようなシステムは、反射体がミラーコーティングされた基材５０であり、且つ光が自由空気中を伝播する反射体の幾何学的配置で実現され得る。図１１Ｂに示すように、導光体５２は、放物面形状の全反射導光体であり得る。これらの反射体の幾何学的配置は、高い集光効率を有する。図１１Ｂの例では、導光体５２の第２の端面１８が、導光体５２と吸収体１０との間の光学界面として機能する。ＬＥＤ４６は、光が第２の端面１８の光学界面で角度をなすような位置に設けられ得る。これにより、第２の端面１８に液体が存在するか否かに応じて、選択的な屈折又は反射が可能になる。図１１ａの例では、液体の存在に応じて、選択的な反射又は屈折を提供するために、反射体５０と吸収体１０との間に透明な物体が設けられ得る。

Claims (18)

1. 気化光源と、
   気化可能な液体を貯蔵するためのリザーバと、
   前記気化光源からの光を吸収することにより熱を発生するように構成された第１の吸収体と、
   前記第１の吸収体と前記気化光源との間に設けられた光学界面であって、前記リザーバから前記光学界面及び前記第１の吸収体に向かって気化可能な液体が流れるための流路が設けられる、光学界面と
   を備える、電子タバコであって、
   前記光学界面が、前記光学界面に液体が存在する場合には、前記気化光源によって放射された光が前記第１の吸収体に向かって結合されるように、及び前記光学界面に液体が存在しない場合には、前記気化光源によって放射された光が前記第１の吸収体から離れるように結合されるように、前記気化光源によって放射された光を選択的に反射又は屈折させる、電子タバコ。
2. 前記気化光源によって放射された光が、前記光学界面に液体が存在する場合には、前記第１の吸収体に向かって屈折され、前記気化光源によって放射された光が、前記光学界面に液体が存在しない場合には、前記第１の吸収体から離れるように反射される、請求項１に記載の電子タバコ。
3. 前記気化光源と前記第１の吸収体との間に設けられた導光体をさらに備え、前記導光体が、前記気化光源によって放射された光を受け取り、前記光を前記第１の吸収体と前記導光体との間に設けられた前記光学界面に送るように構成される、請求項１又は２に記載の電子タバコ。
4. 前記光学界面が、前記導光体の表面に設けられる、請求項３に記載の電子タバコ。
5. 前記気化光源は、その放射光が、前記光学界面として機能する前記導光体の前記表面に対してある入射角を形成するように向けられ、前記入射角が、前記光学界面に液体が存在しない場合には全反射の臨界角よりも大きい、請求項４に記載の電子タバコ。
6. 前記導光体は、前記気化光源からの光が、前記導光体によって反射され、前記入射角で前記光学界面に向けられるように配置される、請求項５に記載の電子タバコ。
7. 前記光学界面からの全反射光が、前記導光体の第２の表面に向けられ、前記第２の表面における前記入射角は、光が前記導光体から離れるように前記第２の表面で屈折するように、全反射の臨界角よりも小さい、請求項５又は６に記載の電子タバコ。
8. 前記角度が、前記光学界面に液体が存在する場合には、全反射の臨界角よりも小さい、請求項５に記載の電子タバコ。
9. 前記導光体と前記第１の吸収体との間で前記光学界面において間隙が設けられ、前記流路は、気化可能な液体が前記間隙に流入できるようにし得る、請求項３〜８のいずれか一項に記載の電子タバコ。
10. 前記光学界面において前記芯から離れるように反射された光を受けるための第２の吸収体を備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の電子タバコ。
11. 前記光学界面から離れるように結合された光の存在を検出するための、及び前記気化光源のためのフィードバック制御信号を供給するためのセンサをさらに備える、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電子タバコ。
12. 空気入口とマウスピースとの間に設けられた気流チャネルを備え、前記第１の吸収体は、気化液体が、前記気流チャネルを通過し、ユーザによって吸入される気流に供給され得るように前記気流チャネル内に又は前記気流チャネルに隣接して設けられ、前記気化光源は、前記気流が前記気化光源によって加熱され得るように前記第１の吸収体と前記空気入口との間の位置で前記気流チャネル内に又は前記気流チャネルに隣接して設けられる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電子タバコ。
13. 前記気化光源がレーザである、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電子タバコ。
14. 気化可能な液体をリザーバに貯蔵するステップと、
    気化光源及び前記気化光源と第１の吸収体との間にある光学界面を提供するステップと、
    前記リザーバの液体のための前記吸収体及び前記光学界面に向けた流路を提供するステップと、
    前記気化光源から前記光学界面に向かって光を放射するステップと、
    前記光学界面に液体が存在する場合には、前記気化光源によって放射された光が前記第１の吸収体に向かって結合されるように、及び前記光学界面に液体が存在しない場合には、前記気化光源によって放射された光が前記第１の吸収体から離れるように結合されるように、前記気化光源によって放射された光を前記光学界面において選択的に反射又は屈折させるステップであって、前記第１の吸収体が前記気化光源からの光を吸収することによって前記気化可能な液体を気化させ得る熱を発生する、ステップと
    を含む、電子タバコを動作させる方法。
15. 電子タバコデバイスと係合するように構成された底部を有するハウジングと、
    気化可能な液体を貯蔵するためのリザーバと、
    前記リザーバと流体連通状態に構成された流体透過可能な吸収体と、
    前記ハウジングの開口部から蒸気出口に延びる貫通チャネルであって、前記吸収体は、空気が前記ハウジングの前記開口部から前記蒸気出口に前記吸収体を通って又は通過して流れるように前記貫通チャネルに配置される、貫通チャネルと
    を備える、電子タバコのための消耗品。
16. 前記吸収体が、前記液体リザーバの入口内に延びる延長突出部を設けられる、請求項１５に記載の消耗品。
17. 前記突出部分の断面積が、前記貫通チャネルの断面積よりも小さい、請求項１６に記載の消耗品。
18. 前記ハウジングが、カプセルの底部が前記電子タバコの内面から距離をおいて配置されるように環状フランジを設けられる、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の消耗品。

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