JP2022168130A - 非燃焼加熱型喫煙装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】加熱によって発生したエアロゾルが凝縮することを抑制し、十分な量のエアロゾルを喫煙者にデリバリーすることのできる非燃焼加熱型喫煙装置を提供する。【解決手段】非燃焼加熱型喫煙装置は、エアロゾル生成基材を含む喫煙物品を収容するための収容キャビティと、収容キャビティ内に配置され、収容キャビティに挿入される喫煙物品に貫入または挿入するための内部ヒーターであって喫煙物品を内側から加熱することでエアロゾル生成基材を揮発させるための内部ヒーターと、収容キャビティの側面に配置され、喫煙物品の外周部を予熱するための外部ヒーターと、内部ヒーター及び外部ヒーターを制御する制御部を備え、制御部は、内部ヒーター及び外部ヒーターの双方が作動する同時加熱を行う前に外部ヒーターのみを作動、又は、当該同時加熱を行った後に内部ヒーターのみを作動させる。【選択図】図3
Description
本発明は、非燃焼加熱型喫煙装置に関する。
たばこ刻み及びエアロゾル生成基材(グリセリン、プロピレングリコール等)を含むたばこロッドを電気ヒーター等の加熱器によって加熱することで発生させたエアロゾルを喫煙者にデリバリーするタイプの非燃焼加熱型喫煙装置が知られている(例えば、特許文献1等を参照)。
非燃焼加熱型喫煙装置においては、従来から、エアロゾルの生成量(デリバリー量)を増加させて煙量感を高めることが望まれている。そのためには、エアロゾル生成基材を加熱することによって生成したエアロゾルを、無駄なくマウスピースまでデリバリーすることが重要である。
しかしながら、従来の非燃焼加熱型喫煙装置は、たばこロッドの加熱時において部分的に品温が低い部位が存在し易く、一旦揮発したエアロゾル生成基材が当該品温の低い部位によって冷やされることで凝縮してしまう場合があった。その結果、十分な量のエアロゾルを喫煙者にデリバリーすることができずに、煙量感が少なくなる虞があった。本発明は、上記した実情に鑑みてなされてものであって、その目的は、加熱によって発生したエアロゾルが凝縮することを抑制し、十分な量のエアロゾルを喫煙者にデリバリーすることのできる非燃焼加熱型喫煙装置を提供することにある。
上記課題を解決するための本発明に係る非燃焼加熱型喫煙装置は、たばこ刻み及びエアロゾル生成基材を含むたばこロッドを収容するための収容キャビティと、前記収容キャビティ内に配置され、前記収容キャビティに挿入されるたばこロッドに貫入または当該たばこロッドの端面に形成された凹部に挿入するための内部ヒーターであって、前記たばこロッドを内側から加熱することで前記エアロゾル生成基材を揮発させるための内部ヒーターと、前記収容キャビティの側周部に配置され、少なくとも前記たばこロッドの予熱期間に前記たばこロッドの外周部を予熱することで、前記内部ヒーターの作動時に発生したエアロゾルの凝縮を抑制するための外部ヒーターと、を備える。
また、前記内部ヒーター及び前記外部ヒーターを制御する制御部を備え、前記制御部は、前記内部ヒーター及び前記外部ヒーターの双方が作動する同時加熱期間において、前記外部ヒーターの温度が前記内部ヒーターの温度より高くなるように制御してもよい。
また、前記制御部は、前記外部ヒーターによる前記たばこロッドの予熱開始からの経過時間が所定の設定時間に到達し、または前記外部ヒーターの温度が所定の設定温度に到達した時点で当該外部ヒーターの作動を停止させるが、前記内部ヒーターの作動を継続させ
てもよい。
てもよい。
前記制御部は、前記外部ヒーターの作動停止後、前記内部ヒーターの温度を前記外部ヒーターの作動停止前に比べて増加させてもよい。
前記制御部は、前記たばこロッドの予熱を開始する際に前記外部ヒーターのみを作動させることで当該予熱を開始し、前記外部ヒーターの作動に遅れて前記内部ヒーターを作動させてもよい。
また、前記収容キャビティは、前記側周部の先端側に位置すると共に前記たばこロッドを挿入可能に開放された開放端である挿入口と、前記側周部における基端側に位置するキャビティ底部と、を有し、前記側周部は、前記キャビティ底部が設けられる基端を含む第1領域と、前記第1領域に隣接して前記挿入口側に位置する第2領域と、を有し、前記外部ヒーターは、前記第1領域に配置されておらず且つ前記第2領域に配置されていてもよい。
前記外部ヒーターは、前記第2領域における一部の区間または全区間において前記側周部の周方向に沿って全周に亘って配置されていてもよい。
また、前記内部ヒーターは、前記収容キャビティの中心軸に対してn回対称性を有し、nは3以上の整数であってもよい。
また、前記内部ヒーターは円柱形状を有し、且つ、先端側に円錐部が形成されていてもよい。
また、前記内部ヒーターは錐形状または錐台形状を有し、且つ、前記キャビティ底部側から前記挿入口側に向かって先細り形状となっていてもよい。
前記内部ヒーターは円錐形状または円錐台形状を有していてもよい。
前記側周部は、前記第2領域に隣接すると共に前記挿入口を含む第3領域を更に有し、当該第3領域には前記外部ヒーターが配置されていなくてもよい。
前記内部ヒーターの先端位置は、前記側周部における前記第2領域または前記第3領域に対応付けられていてもよい。
なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて採用することができる。
本発明によれば、加熱によって発生したエアロゾルが凝縮することを抑制し、十分な量のエアロゾルを喫煙者にデリバリーすることのできる非燃焼加熱型喫煙装置を提供できる。
ここで、本発明に係る非燃焼加熱型喫煙装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本実施形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
<実施形態1>
図1は、実施形態1に係る非燃焼加熱型喫煙装置1の内部構造を概略的に示す図である。非燃焼加熱型喫煙装置1は、各種構成部品を収容するための筐体であるハウジング2を有する。ハウジング2内には、加熱器3、コントローラ(制御部)4、電源5等が収容されている。
図1は、実施形態1に係る非燃焼加熱型喫煙装置1の内部構造を概略的に示す図である。非燃焼加熱型喫煙装置1は、各種構成部品を収容するための筐体であるハウジング2を有する。ハウジング2内には、加熱器3、コントローラ(制御部)4、電源5等が収容されている。
図2は、非燃焼加熱型喫煙装置1に用いる非燃焼加熱型喫煙物品10の概略構成図である。非燃焼加熱型喫煙物品10は、たばこロッド11及びマウスピース部12を有する。以下、非燃焼加熱型喫煙物品10におけるたばこロッド11側の端部を先端と呼び、マウスピース部12側を基端と呼ぶ。たばこロッド11は、たばこ刻み及びエアロゾル生成基材を含む充填物111及びこの充填物111を巻装する巻紙112によって構成されている。たばこ刻みの材料は特に限定されないが、ラミナや中骨等の公知のものを用いることができる。充填物111には、エアロゾルを生成するエアロゾル生成基材を含む。エアロゾル生成基材の種類は、特に限定されず、用途に応じて種々の天然物からの抽出物質を適宜選択することができる。エアロゾル生成基材としては、グリセリン、プロピレングリコール、トリアセチン、1,3-ブタンジオール、及びこれらの混合物等を例示できる。たばこ刻み及びエアロゾル生成基材を含む充填物111としては、たばこ細粉等のたばこ原料に、結合剤・ゲル化剤・架橋剤・香料・親水性香料・親油性香料・粘度調整剤・保湿剤または補強材などを添加物として含んでいてもよく、例えばシートたばこ、当該シートたばこ刻み、たばこ顆粒等の再構成たばこ原料を例示できる。また、充填物111は、香料を含んでいてもよい。香料の種類は、特に限定されない。
マウスピース部12は、例えば円柱状に成形された酢酸セルロースを巻取紙で巻装したフィルターセグメント等を含んでおり、喫煙時においてたばこロッド11で生成されたエアロゾルの一部を濾過する。勿論、マウスピース部12は、フィルターセグメント以外のセグメントを含んでいてもよい。たばこロッド11及びマウスピース部12は、チップペ
ーパー13によって一体に巻き取られることで、相互に接続されている。
ーパー13によって一体に巻き取られることで、相互に接続されている。
図3は、加熱器3の縦断面の概略図である。具体的には、図1におけるA-A矢視断面における加熱器3の断面構造が図3に示されている。図4は、加熱器3の概略構造を示す斜視図である。
加熱器3は、有底円筒形状を有するヒーターハウジング31を有する。ヒーターハウジング31は、円盤形状を有する底部311及び底部311から立ち上がる円筒状の外筒壁312を有している。ヒーターハウジング31における外筒壁312の開口端は、ハウジング2に設けられた開口部を通じてハウジング2の外部に向けて開放されており、非燃焼加熱型喫煙物品10のたばこロッド11を挿入可能な円柱形状の空洞部である収容キャビティ34を形成する。
ここで、ヒーターハウジング31における外筒壁312の先端側には、他の部位に比べて一段内径が小さな肉厚部313が形成されている。ここでいう外筒壁312の先端とは、外筒壁312のうち、底部311と接続されている基端とは反対側の端部をいう。また、ヒーターハウジング31における外筒壁312の内側には、円筒形状を有するキャビティ側周壁32が設けられている。キャビティ側周壁32の外径は、外筒壁312における肉厚部313の内径と等しくなっている。また、図3に示すように、ヒーターハウジング31における外筒壁312の内面と、キャビティ側周壁32の外周面32bとの間には環状かつ中空の空気断熱部37が形成されている。また、キャビティ側周壁32の先端には、たばこロッド11を挿入可能に開放された挿入口38が形成されている。なお、キャビティ側周壁32のうち、挿入口38が形成される先端側と反対側の端部を基端32cとする。
ヒーターハウジング31の底部311側には、有底円筒形状を有する耐熱カップ33が設けられている。耐熱カップ33は、例えばアルミニウム等といった耐熱材料によって形成されており、円盤形状を有するキャビティ底部331及び当該キャビティ底部331から立ち上がるキャビティ側周壁332を有する。耐熱カップ33のキャビティ底部331は、ヒーターハウジング31の底部311の内側に重ねられた状態で配置されており、収容キャビティ34のキャビティ底部を形成する。また、キャビティ側周壁32及びキャビティ側周壁332によって、収容キャビティ34の側周部が形成される。
図3及び図4に示すように、加熱器3は、耐熱カップ33及びキャビティ側周壁32によって、たばこロッド11を収容するための空洞部である収容キャビティ34が形成される。また、図3及び図4に示すように、キャビティ側周壁32には、環状の外部ヒーター35が収容キャビティ34を臨むようにして設けられている。外部ヒーター35は、キャビティ側周壁32の内周面32aと面一となるように、キャビティ側周壁32の凹部に収容されている。ここで、符号35aは、収容キャビティ34に面する加熱面である。なお、環状の外部ヒーター35は、キャビティ側周壁32の内周面32aに沿って全周に亘って配置されている。言い換えると、外部ヒーター35は、収容キャビティ34の周方向に沿って側周部の全周に亘って配置されている。なお、図3に示す符号CL1は、ヒーターハウジング31の中心軸である。また、中心軸CL1は、同時に、収容キャビティ34及びキャビティ側周壁32の中心軸でもある。
また、図3及び図4に示すように、収容キャビティ34内には、内部ヒーター36が設けられている。内部ヒーター36は、円錐台形状を有し、ヒーターハウジング31における底部311の中央部から垂直に収容キャビティ34側に向かって突設されている。耐熱カップ33におけるキャビティ底部331の中央部には貫通孔が形成されており、内部ヒーター36は貫通孔を挿通することで、キャビティ底部331から収容キャビティ34側
に突出している。内部ヒーター36の中心軸は、ヒーターハウジング31(収容キャビティ34)の中心軸CLと同軸である。符号36aは、内部ヒーター36の基端部であり、符号36bは内部ヒーター36の先端部である。内部ヒーター36は、キャビティ底部331から挿入口38に向かって延伸しており、基端部36aから先端部36bに向かって徐々に先細りとなっている。なお、内部ヒーター36及び外部ヒーター35の種類は特に限定されないが、例えば鋼材に発熱線(例えば、ニクロム、鉄クロム、鉄ニッケル等)を張り巡らせて配置したもの、或いは、セラミックヒーター、シーズヒーター(Sheathed Heater)等を用いることができる。なお、シーズヒーターとは、熱線を充填剤と共に金属
パイプで覆ったヒーターである。
に突出している。内部ヒーター36の中心軸は、ヒーターハウジング31(収容キャビティ34)の中心軸CLと同軸である。符号36aは、内部ヒーター36の基端部であり、符号36bは内部ヒーター36の先端部である。内部ヒーター36は、キャビティ底部331から挿入口38に向かって延伸しており、基端部36aから先端部36bに向かって徐々に先細りとなっている。なお、内部ヒーター36及び外部ヒーター35の種類は特に限定されないが、例えば鋼材に発熱線(例えば、ニクロム、鉄クロム、鉄ニッケル等)を張り巡らせて配置したもの、或いは、セラミックヒーター、シーズヒーター(Sheathed Heater)等を用いることができる。なお、シーズヒーターとは、熱線を充填剤と共に金属
パイプで覆ったヒーターである。
また、本実施形態において、キャビティ側周壁32は、外部ヒーター35の熱に耐え、且つ、外部ヒーター35の熱が拡散しないように、既知の断熱且つ耐熱材料によって形成されている。そのような断熱性能及び耐熱性能を有するキャビティ側周壁32に用いる材料としては、例えばアルミナ・シリカのセラミックや、耐熱性の高いPEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等の樹脂等を挙げることができる。
なお、本実施形態においては、キャビティ側周壁32の内周面32a、耐熱カップ33におけるキャビティ側周壁332の内周面332a、及び、外部ヒーター35の加熱面35aは互いに段差がなく面一であり、従って、収容キャビティ34の内径は中心軸CL1方向に沿って一定である。本実施形態においては、収容キャビティ34の内径は、たばこロッド11の外径と等しくても良いし、たばこロッド11の外径よりも僅かに大きくてもよい。
ここで、図3に示すR1~R3は、キャビティ側周壁32(側周部)における第1領域~第3領域である。キャビティ側周壁32における第1領域R1は、キャビティ底部331が設けられる基端32cを含む領域である。また、キャビティ側周壁32における第2領域R2は、第1領域R1に隣接して挿入口38側に位置する領域であり、その一部の区間又は全区間に外部ヒーター35が配置される領域である。つまり、第2領域R2は、外部ヒーター35が形成される最大範囲を規定する領域としての意義を有しており、第2領域R2の全領域又は一部の領域に外部ヒーター35が配置される。また、キャビティ側周壁32における第3領域R3は、第2領域に隣接すると共に挿入口38を含む領域である。ここで、第1領域R1~第3領域R3は、収容キャビティ34の中心軸CL1に沿って形成される領域であり、キャビティ底部331から挿入口38に向かって第1領域R1、第2領域R2、第3領域R3の順に形成されている。なお、第1領域R1~第3領域R3の各領域における中心軸CL1方向の長さは適宜変更することができる。図3に示すように、キャビティ側周壁32には、第2領域R2のみに外部ヒーター35が配置され、第1領域R1及び第3領域R3には外部ヒーター35が配置されていない。また、図3に示す例では、キャビティ側周壁32における第2領域R2の全区間に外部ヒーター35が配置されているが、第2領域R2の一部の区間だけに外部ヒーター35が設けられていてもよい。
図5及び図6は、加熱器3における挿入口38から非燃焼加熱型喫煙物品10のたばこロッド11を収容キャビティ34に挿入した状態を示す図である。本実施形態における加熱器3の内部ヒーター36は円錐台形状を有しており、先端部36bに向かって先細り形状となっているため、たばこロッド11(充填物111)を収容キャビティ34に差し込む際、内部ヒーター36をたばこロッド11(充填物111)に対して容易に貫入できる。なお、本実施形態においては、たばこロッド11の先端面11a(図2を参照)が、収容キャビティ34の底部、すなわち耐熱カップ33のキャビティ底部331に当接した時点で、収容キャビティ34へのたばこロッド11の挿入が完了する。図5に示すように、
収容キャビティ34に対するたばこロッド11の挿入が完了した状態において、たばこロッド11の後端部11bは、上述したキャビティ側周壁32における第3領域R3に対応して位置付けされる。なお、図3に示す符号P1は、収容キャビティ34に対するたばこロッド11の挿入が完了した状態におけるたばこロッド11の後端部11bに対応する位置(以下、「収容時ロッド後端位置」という)を示している。本実施形態では、収容時ロッド後端位置P1と外部ヒーター35との離間寸法は1mm程度と、比較的小さな寸法に設定されている。
収容キャビティ34に対するたばこロッド11の挿入が完了した状態において、たばこロッド11の後端部11bは、上述したキャビティ側周壁32における第3領域R3に対応して位置付けされる。なお、図3に示す符号P1は、収容キャビティ34に対するたばこロッド11の挿入が完了した状態におけるたばこロッド11の後端部11bに対応する位置(以下、「収容時ロッド後端位置」という)を示している。本実施形態では、収容時ロッド後端位置P1と外部ヒーター35との離間寸法は1mm程度と、比較的小さな寸法に設定されている。
上記構造を有する加熱器3は、収容キャビティ34の側周部に配置される外部ヒーター35と、収容キャビティ34における横断面の中央側に中心軸CL1に沿って配置される内部ヒーター36を備える。加熱器3における外部ヒーター35及び内部ヒーター36は、電源5から電力が供給されることで発熱する。電源5は、特に限定されないが、例えば充電式リチウムイオンバッテリーであってもよい。また、図1には、加熱器3における外部ヒーター35及び内部ヒーター36と電源5との間の接続は図示されていないが、外部ヒーター35及び内部ヒーター36はそれぞれ電源と接続されている。また、コントローラ4は、電源5と電気的に接続されており、コントローラ4は、電源5から外部ヒーター35及び内部ヒーター36に対する電力供給を制御する。なお、非燃焼加熱型喫煙装置1は、ユーザ(喫煙者)によって操作される図示しないユーザインタフェース(例えば、操作ボタン等)が設けられており、コントローラ4はユーザインタフェースと電気的に接続されている。コントローラ4は、ユーザによるユーザインタフェースの操作を検知することで、加熱器3(外部ヒーター35及び内部ヒーター36)の作動に関する制御を行う。以下、非燃焼加熱型喫煙装置1におけるコントローラ4による外部ヒーター35及び内部ヒーター36の制御について説明する。
例えば、非燃焼加熱型喫煙装置1の電源がオフになっている状態から、ユーザによって非燃焼加熱型喫煙装置1の操作ボタンが所定のオン操作がなされると、コントローラ4は電源5から加熱器3へと電力供給を開始させ、図5に示すように加熱器3の収容キャビティ34に収容された状態のたばこロッド11を加熱する加熱制御を行う。図7は、コントローラ4によって実行される加熱器3の加熱制御時における外部ヒーター35及び内部ヒーター36の作動状態を示すタイムチャートである。図8は、加熱制御時における外部ヒーター35及び内部ヒーター36の表面温度の推移を説明する図である。
図7において、時間T0は、非燃焼加熱型喫煙装置1の操作ボタンに対するオン操作をコントローラ4が検知したタイミング(以下、「加熱開始タイミング」という)を表す。図7に示すように、加熱開始タイミングにおいては、コントローラ4は、電源5から外部ヒーター35に対してのみ電力供給を開始させる。そして、時間T1において、コントローラ4は、電源5から外部ヒーター35への電力供給を継続しつつ、電源5から内部ヒーター36に対する電力供給を開始させる。以下、時間T1を「内部加熱開始タイミング」という。そして、時間T2において、コントローラ4は、電源5から内部ヒーター36に対する電力供給を継続しつつ、電源5から外部ヒーター35に対する電力供給を停止させる。以下、時間T2を「外部加熱停止タイミング」という。そして、時間T0(加熱開始タイミング)から所定の喫煙時間が経過した時間T3において、電源5から内部ヒーター36に対する電力供給を停止させる。以下、時間T3を「加熱停止タイミング」という。
上記のように、本実施形態における非燃焼加熱型喫煙装置1は、たばこロッド11に対する加熱を開始する加熱開始タイミングにおいて外部ヒーター35のみを作動させ、たばこロッド11の予熱(初期加熱)を行う。ここで、外部ヒーター35は、収容キャビティ34の外周部(側面)に位置するキャビティ側周壁32に沿って設けられているため、収容キャビティ34に収容されているたばこロッド11の外周部を効率的に加熱することができる。つまり、時間T1(内部加熱開始タイミング)において内部ヒーター36による
たばこロッド11の加熱が開始されるまでに、たばこロッド11の特に外周部を効率的に予熱しておくことができる。ここで、時間T0(加熱開始タイミング)から時間T1(内部加熱開始タイミング)までの期間を「予熱期間」という。なお、予熱期間は、加熱開始タイミング(すなわち、予熱開始)から経過時間が所定の設定時間に到達し、または、外部ヒーター35の温度が所定の設定温度に到達した時点として設定することができる。例えば、予熱期間において、コントローラ4は、外部ヒーター35を制御する際の設定温度を300℃に設定してもよい。
たばこロッド11の加熱が開始されるまでに、たばこロッド11の特に外周部を効率的に予熱しておくことができる。ここで、時間T0(加熱開始タイミング)から時間T1(内部加熱開始タイミング)までの期間を「予熱期間」という。なお、予熱期間は、加熱開始タイミング(すなわち、予熱開始)から経過時間が所定の設定時間に到達し、または、外部ヒーター35の温度が所定の設定温度に到達した時点として設定することができる。例えば、予熱期間において、コントローラ4は、外部ヒーター35を制御する際の設定温度を300℃に設定してもよい。
そして、加熱開始タイミングから経過時間が所定の設定時間に到達し、または、外部ヒーター35の温度が所定の設定温度に到達した時点、すなわち時間T1(内部加熱開始タイミング)から時間T2(外部加熱停止タイミング)までの期間(以下、「同時加熱期間」という)は、外部ヒーター35及び内部ヒーター36の双方によってたばこロッド11の加熱が行われる。内部ヒーター36は、上記のように、収容キャビティ34の中心軸CL1と同軸に配置されている。そのため、たばこロッド11(充填物111)に貫入された内部ヒーター36の熱は、たばこロッド11の中心側から外周側に向かって放射状に伝熱される。その結果、たばこロッド11を効率よく加熱することができ、たばこロッド11の充填物111に含まれるエアロゾル生成基材(例えば、グリセリン等)やたばこ刻みに含まれる香味成分を短時間で揮発させ、香味成分を含むエアロゾルを生成させることができる。
なお、エアロゾル生成基材(例えば、グリセリン等)を含むたばこロッド11の充填物111は、品温の上昇に伴って、まず充填物111中の水(水分)が蒸発する。この蒸発は水の沸点(100℃)近傍で起きる。そして、たばこロッド11における充填物111の品温が更に上昇すると、次いで、大気圧沸点が約250℃のニコチンが揮散し始め、更に品温が高まると大気圧沸点290℃のグリセリンが蒸発し、エアロゾルとして吸煙されることになると考えられる。当業者には明らかなように、たばこ原料中には多種多様の成分が含まれており、これらの成分は化合物として存在することから、上述した水、ニコチンおよびグリセリンのような純粋物質の沸点近傍のみで単純な蒸発現象が起きるわけではないが、科学的には沸点の順番に主要成分が蒸発(揮散)するものと考えられる。
ここで、図8に示すように、同時加熱期間(時間T1~T2)において、コントローラ4は、外部ヒーター35の温度が内部ヒーター36の温度より高くなるように制御する。例えば、同時加熱期間において、コントローラ4は、外部ヒーター35の設定温度を300℃とし、内部ヒーター36の設定温度を250℃として、外部ヒーター35及び内部ヒーター36を制御する。本実施形態においては、たばこロッド11の予熱期間においてたばこロッド11の外周部を当該外周部に当接又は近接する外部ヒーター35によって急速かつ効率的に昇温させ、その後の同時加熱期間においても外部ヒーター35の温度が内部ヒーター36の温度より高温となるように制御する。これにより、内部ヒーター36から離れていることで当該内部ヒーター36の熱が届き難く、且つ、外気の影響(放熱ロス)が起こり易いたばこロッド11の外周部を積極的に昇温させることができる。すなわち、たばこロッド11の横断面における中心側を内部ヒーター36によって効率よく加熱し、内部ヒーター36の熱が伝わり難く且つ外気の影響(放熱ロス)が起こり易いたばこロッド11の外周部を外部ヒーター35によって効率よく加熱することができる。これにより、たばこロッド11の全体をエアロゾル生成基材が十分に揮発する温度まで均一に加熱できる。
また、予熱期間においては外部ヒーター35のみでたばこロッド11の加熱を行い、外部ヒーター35の作動に遅れて予熱期間経過後に内部ヒーター36を作動させることで、予熱期間に外部ヒーター35及び内部ヒーター36の双方を作動させる場合に比べてトータルの消費電力を少なくすることができる。
また、上記のように予熱期間及び同時加熱期間にたばこロッド11の外周部を外部ヒーター35によって積極的に加熱することで、一旦揮発したエアロゾル生成基材がたばこロッド11の外周部において凝縮(結露/液化)することを抑制できる。それゆえ、特に、初期喫煙時におけるエアロゾルのデリバリー量を十分に確保することができ、煙量感を向上させることができる。
特に、本実施形態における非燃焼加熱型喫煙装置1によれば、図5に示すように、外部ヒーター35が、収容キャビティ34に収容されているたばこロッド11の基端側(マウスピース部12側)に位置している。そのため、たばこロッド11における外周部のうち、特に基端側の領域を外部ヒーター35によって集中的に加熱することができる。これによれば、たばこロッド11の先端側(上流側)で生成されたエアロゾルがたばこロッド11の基端側(下流側)で凝縮することを効果的に抑制できるという利点がある。
ここで、外部ヒーター35が、収容キャビティ34の中心軸CL1方向に沿って延在する長さである外部ヒーター幅寸法は、少なくともたばこロッド11の3分の1以上の寸法とすることが好ましい。これによれば、内部ヒーター36による加熱開始に先立って、たばこロッド11の予熱期間にたばこロッド11の外周部を十分に予熱することができる。
そして、上記のように同時加熱期間においてたばこロッド11の全体が十分に昇温した後は、内部ヒーター36による加熱だけで、たばこロッド11の温度をエアロゾルが凝縮しない温度に維持できるため、外部加熱停止タイミング(時間T2)に至った時点でコントローラ4は外部ヒーター35の作動を停止させる。その際、コントローラ4は、内部ヒーター36の温度が外部ヒーター35の温度を追い越す前に外部ヒーター35の作動を停止させる。なお、外部ヒーター35の作動を停止させる外部加熱停止タイミング(時間T2)は、加熱開始タイミング(すなわち、予熱開始)からの経過時間が所定の設定時間に到達し、または、外部ヒーター35の温度が所定の設定温度に到達した時点として設定することができる。或いは、外部ヒーター35の温度が所定の設定温度に到達してからの経過時間が一定時間経過した時点で外部ヒーター35の作動を停止させるようにしてもよく、種々の態様を採用することがきる。
外部加熱停止タイミング(時間T2)の経過後は、内部ヒーター36だけでたばこロッド11の加熱を行うため、外部ヒーター35の温度は成り行きで下降する。したがって、図8に示すように、外部加熱停止タイミング(時間T2)から加熱停止タイミング(時間T3)の期間(以下、「内部加熱期間」という)の途中で、内部ヒーター36の温度が外部ヒーター35の温度を超えることになる。
ここで、収容キャビティ34の外周側に配置される外部ヒーター35に比べて、中心部に配置される内部ヒーター36の方が、たばこロッド11を加熱する際の加熱効率は優れている。そのため、同時加熱期間においてたばこロッド11の全体を十分に昇温させることでエアロゾルの凝縮が起こり難い条件が整った残りの喫煙期間においては、加熱効率の優れる内部ヒーター36のみによってたばこロッド11を加熱することで、安定的に且つ持続的にエアロゾルを生成することができる。
また、コントローラ4は、外部ヒーター35の作動停止後、内部ヒーター36の温度を外部ヒーター35の作動停止前に比べて増加させるように電源5から内部ヒーター36への電力供給を制御してもよい。例えば、コントローラ4は、内部ヒーター36の設定温度を250℃から350℃に変更してもよい。内部加熱期間における内部ヒーター36の設定温度は、内部ヒーター36のみの加熱によって安定的に且つ持続的にたばこロッド11に含まれるエアロゾル生成基材を揮発させることができる適切な温度に設定することが好
ましい。なお、上記のように、外部ヒーター35の作動停止後、内部ヒーター36の設定温度を上昇させる場合には内部ヒーター36の電力消費量は増加するが、外部ヒーター35の作動が停止されるため、トータルとしての電力消費量を少なくすることができる。
ましい。なお、上記のように、外部ヒーター35の作動停止後、内部ヒーター36の設定温度を上昇させる場合には内部ヒーター36の電力消費量は増加するが、外部ヒーター35の作動が停止されるため、トータルとしての電力消費量を少なくすることができる。
そして、加熱開始タイミング(時間T0)からの経過時間が所定の喫煙時間が経過した時間T3(加熱停止タイミング)において、コントローラ4は、電源5から内部ヒーター36に対する電力供給を停止させる。
図9~12は、コントローラ4による加熱器3の加熱制御を行ったときの外部ヒーター35の表面温度、内部ヒーター36の表面温度、たばこロッド11の品温の推移を測定した温度測定試験の結果を示す図である。図13は、たばこロッド11の品温測定位置を示す図である。
温度測定試験において、たばこロッド11の品温は図13に示す第1測定位置MP1~第3測定位置MP3の温度を測定した。収容キャビティ34の径方向における各測定位置MP1~MP3から収容キャビティ34の側周面(キャビティ側周壁32の内周面32a)までの離間寸法は1.5mmとした。また、収容キャビティ34の径方向における各測定位置MP1~MP3及び内部ヒーター36の基端部36aの離間寸法は1.5mmとした。
また、図13に示すように、第1測定位置MP1~第3測定位置MP3は、キャビティ底部331側から第1測定位置MP1、第2測定位置MP2、第3測定位置MP3の順に並んでいる。収容キャビティ34の中心軸CL1方向において、キャビティ底部331と第1測定位置MP1の離間寸法は2mmとした。また、第1測定位置MP1と第2測定位置MP2の離間寸法は5mmとした。また、第2測定位置MP2と第3測定位置MP3の離間寸法は6mmとした。また、第3測定位置MP3と収容時ロッド後端位置P1との離間寸法は2mmとした。また、加熱制御において、加熱開始タイミングから内部加熱開始タイミングまでの経過時間を6秒間に設定し、加熱開始タイミングから外部加熱停止タイミングまでの経過時間を20秒間に設定し、加熱開始タイミングから加熱停止タイミングまでの経過時間を420秒間に設定した。
また、図10~図12において、実線で示す温度推移は、図7及び図8で説明した本実施形態に係る加熱制御を行った時における各測定位置MP1~MP3の温度推移(以下、「実施例」という)を示している。また、破線で示す温度推移は、外部ヒーターを用いずに内部ヒーター36のみを用いて加熱制御を行った時における各測定位置MP1~MP3の温度推移(以下、「比較例」という)を示している。また、図10~図12に示す二点鎖線は、たばこロッド11を加熱する際の目標品温である。目標品温は、例えば150℃である。図10~図12に示されるように、キャビティ側周壁32における第1領域R1に対応する位置にある第1測定位置MP1と第2測定位置MP2においては、加熱制御時において実施例と比較例との間で顕著な差異は見られなかった。第1測定位置MP1と第2測定位置MP2は共に外部ヒーター35との距離が離れており、且つ、内部ヒーター36に対して比較的近いため、外部ヒーター35による影響が小さかったものと考えられる。一方、図12に示すように、第3測定位置MP3においては、実施例と比較例との間で顕著な差異が現れ、比較例に比べて実施例の方が短時間で目標品温まで昇温させることができ、比較例に対する実施例の優位性を確認できた。
以上のように、本実施形態における非燃焼加熱型喫煙装置1によれば、収容キャビティ34内に配置され、たばこロッド11を内側から加熱することでエアロゾル生成基材を揮発させるための内部ヒーター36と、収容キャビティ34の側周部に配置され、少なくともたばこロッド11の予熱期間にたばこロッド11の外周部を予熱することで、内部ヒー
ター36の作動時に発生したエアロゾルの凝縮を抑制するための外部ヒーター35とを備えている。これにより、内部ヒーターから熱が届き難く、且つ、外気の影響(放熱ロス)が起こり易いたばこロッド11の外周部を、予め予熱期間において外部ヒーターによって十分に昇温させることができる。これにより、内部ヒーター36の作動時に発生したエアロゾルの凝縮が起こることを抑制できる。それゆえ、喫煙時におけるエアロゾルのデリバリー量を十分に確保することができ、煙量感を向上させることができる。
ター36の作動時に発生したエアロゾルの凝縮を抑制するための外部ヒーター35とを備えている。これにより、内部ヒーターから熱が届き難く、且つ、外気の影響(放熱ロス)が起こり易いたばこロッド11の外周部を、予め予熱期間において外部ヒーターによって十分に昇温させることができる。これにより、内部ヒーター36の作動時に発生したエアロゾルの凝縮が起こることを抑制できる。それゆえ、喫煙時におけるエアロゾルのデリバリー量を十分に確保することができ、煙量感を向上させることができる。
なお、上記実施形態において、キャビティ側周壁32(側周部)におけるキャビティ底部331が設けられる基端32cを含む第1領域R1及び挿入口38を含む第3領域R3には外部ヒーター35を配置せず、第1領域R1より挿入口38側に位置する第2領域R2に外部ヒーター35を配置するようにしたので、たばこロッド11における外周部のうち、特に基端側の領域を外部ヒーター35によって集中的に加熱することができる。これにより、たばこロッド11の先端側(上流側)で生成されたエアロゾルがたばこロッド11の基端側(下流側)で凝縮することを効果的に抑制できる。
特に、本実施形態における内部ヒーター36は、基端部36a側から先端部36b側に向かって縮径する先細り形状を有しているため、内部ヒーター36の先端部36bは基端側に比べてたばこロッド11に対する放熱量が少なくなる傾向があるが、内部ヒーター36の先端部36bの周囲(内部ヒーター36の先端部36bに対応する位置)に外部ヒーター35を配置することで、内部ヒーター36の先端部36bにおける放熱量の不足分を好適に補うことができる。また、内部ヒーター36からの放熱量が十分に確保できる第1領域R1には外部ヒーター35を配置しないことで、電源5の電力消費を抑えつつ、たばこロッド11の外周部における基端領域を外部ヒーター35によって効率的に加熱することができる。
更に、本実施形態においては、キャビティ側周壁32(側周部)における第3領域R3に外部ヒーター35が配置されていないため、外部ヒーター35を作動させた際に、マウスピース部12の前端部に位置する例えばフィルターセグメントが外部ヒーター35の熱によって焦げたり、溶けたりすることを抑制できる。
また、本実施形態においては、内部ヒーター36の形状を円錐台形状とする例を説明したが、このようにキャビティ底部331側から挿入口38側に向かって先細り形状を有する内部ヒーター36を採用することで、収容キャビティ34に挿入されるたばこロッド11の充填物111に内部ヒーター36を容易に貫入することができる。また、充填物111に内部ヒーター36を貫入させた状態において、内部ヒーター36と充填物111の接触状態を良好に維持することができる。その結果、内部ヒーター36の発熱を充填物111に伝え易くなり、充填物111の加熱効率を向上させることができる。なお、本実施形態においては、収容キャビティ34に挿入されるたばこロッド11の充填物111に内部ヒーター36を貫入させているが、たばこロッド11における先端側(上流側)の充填物111の端面に形成された凹部に内部ヒーター36を挿入するようにしてもよい。
また、内部ヒーター36は種々の形状を採用することができる。例えば、内部ヒーター36は錐形状または錐台形状を有し、且つ、キャビティ底部331側から挿入口38側に向かって先細り形状となっていてもよい。例えば、円錐台形状の代わりに、円錐形状であってもよい。また、内部ヒーター36は、円柱形状を有していてもよい。この場合、内部ヒーター36における円柱部分の先端側に円錐部が形成されていてもよい。また、内部ヒーター36は、収容キャビティ34の中心軸CL1に対してn回対称性を有し、nは3以上の整数であってもよい。
また、図5に示した例では、加熱器3における内部ヒーター36の先端部36bを、キ
ャビティ側周壁32(側周部)における第2領域R2の先端(挿入口38側の端部)に対応する位置に配置しているが、これには限定されない。例えば、図14に示す変形例のように、内部ヒーター36の先端部36bが第2領域R2の中間部に対応する位置に配置されていてもよい。また、図15に示す変形例のように、内部ヒーター36の先端部36bが第3領域R3に対応する位置に配置されていてもよい。また、図16に示す変形例のように、内部ヒーター36の先端部36bが第1領域R1に対応する位置に配置されていてもよい。
ャビティ側周壁32(側周部)における第2領域R2の先端(挿入口38側の端部)に対応する位置に配置しているが、これには限定されない。例えば、図14に示す変形例のように、内部ヒーター36の先端部36bが第2領域R2の中間部に対応する位置に配置されていてもよい。また、図15に示す変形例のように、内部ヒーター36の先端部36bが第3領域R3に対応する位置に配置されていてもよい。また、図16に示す変形例のように、内部ヒーター36の先端部36bが第1領域R1に対応する位置に配置されていてもよい。
以上、本発明に係る実施形態及び変形例を説明したが、本発明に係る非燃焼加熱型喫煙装置はこれらに限られず、可能な限りこれらを組み合わせることができる。
1・・・非燃焼加熱型喫煙装置
2・・・ハウジング
3・・・加熱器
4・・・コントローラ
5・・・電源
10・・・非燃焼加熱型喫煙物品
11・・・たばこロッド
12・・・マウスピース部
34・・・収容キャビティ
35・・・外部ヒーター
36・・・内部ヒーター
2・・・ハウジング
3・・・加熱器
4・・・コントローラ
5・・・電源
10・・・非燃焼加熱型喫煙物品
11・・・たばこロッド
12・・・マウスピース部
34・・・収容キャビティ
35・・・外部ヒーター
36・・・内部ヒーター
Claims (12)
- エアロゾル生成基材を含む喫煙物品を収容するための収容キャビティと、
前記収容キャビティ内に配置され、前記収容キャビティに挿入される喫煙物品に貫入または当該喫煙物品の端面に形成された凹部に挿入するための内部ヒーターであって、前記喫煙物品を内側から加熱することで前記エアロゾル生成基材を揮発させるための内部ヒーターと、
前記収容キャビティの側面に配置され、前記喫煙物品の外周部を加熱するための外部ヒーターと、
前記内部ヒーター及び前記外部ヒーターを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記内部ヒーター及び前記外部ヒーターの双方が作動する同時加熱を行う前に前記外部ヒーターのみを作動、又は、当該同時加熱を行った後に前記内部ヒーターのみを作動させる、
非燃焼加熱型喫煙装置。 - 前記制御部は、前記同時加熱において、前記外部ヒーターによる前記喫煙物品の加熱開始からの経過時間が所定の設定時間に到達し、または前記外部ヒーターの温度が所定の設定温度に到達した時点で当該外部ヒーターの作動を停止させるが、前記内部ヒーターの作動を継続させる、
請求項1に記載の非燃焼加熱型喫煙装置。 - 前記制御部は、前記外部ヒーターの作動停止後、前記内部ヒーターの温度を前記外部ヒーターの作動停止前に比べて増加させる、
請求項1又は2に記載の非燃焼加熱型喫煙装置。 - 前記制御部は、前記外部ヒーターのみを作動させることで前記喫煙物品の予熱を開始し、前記外部ヒーターの作動に遅れて前記内部ヒーターを作動させる、
請求項1から3の何れか一項に記載の非燃焼加熱型喫煙装置。 - 前記収容キャビティは、前記側面の先端側に位置すると共に前記喫煙物品を挿入可能に開放された開放端である挿入口と、前記側面における基端側に位置するキャビティ底部と、を有し、
前記側面は、前記キャビティ底部が設けられる基端を含む第1領域と、前記第1領域に隣接して前記挿入口側に位置する第2領域と、を有し、
前記外部ヒーターは、前記第1領域に配置されておらず且つ前記第2領域に配置されている、
請求項1から4の何れか一項に記載の非燃焼加熱型喫煙装置。 - 前記外部ヒーターは、前記第2領域における一部の区間または全区間において前記側面の周方向に沿って全周に亘って配置されている、
請求項5に記載の非燃焼加熱型喫煙装置。 - 前記内部ヒーターは、前記収容キャビティの中心軸に対してn回対称性を有し、nは3以上の整数である、
請求項5又は6に記載の非燃焼加熱型喫煙装置。 - 前記内部ヒーターは円柱形状を有し、且つ、先端側に円錐部が形成されている、請求項5から7の何れか一項に記載の非燃焼加熱型喫煙装置。
- 前記内部ヒーターは錐形状または錐台形状を有し、且つ、前記キャビティ底部側から前記挿入口側に向かって先細り形状となっている、請求項5から7の何れか一項に記載の非燃焼加熱型喫煙装置。
- 前記内部ヒーターは円錐形状または円錐台形状を有する、請求項5から7の何れか一項に記載の非燃焼加熱型喫煙装置。
- 前記側面は、前記第2領域に隣接すると共に前記挿入口を含む第3領域を更に有し、当該第3領域には前記外部ヒーターが配置されていない、請求項5から10の何れか一項に記載の非燃焼加熱型喫煙装置。
- 前記内部ヒーターの先端位置は、前記側面における前記第2領域または前記第3領域に対応付けられている、請求項11に記載の非燃焼加熱型喫煙装置。
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