JP2023530745A - エアロゾル化可能材料を加熱するための装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明は、エアロゾル化可能材料を加熱してエアロゾル化可能材料の少なくとも1つの成分を蒸発させるように構成された新規な装置を提供することを目的とする。【解決手段】 本発明による置は、電流の印加に応答して前記エアロゾル化可能材料に伝達するための熱を生成するように構成された導電性ワイヤを備え、導電性ワイヤは0.9オームmm2/m~1.6オームmm2/mの間の抵抗率を有する。【選択図】図6a
Description
本発明は、エアロゾル化可能材料を加熱するように構成された装置に関する。
紙巻タバコ、葉巻タバコなどのような物品は、使用時にタバコを燃焼させてタバコの煙を作り出す。燃焼させることなしに化合物を放出する製品を作り出すことにより、タバコを燃焼させるこれらの物品の代替物を提供することが試みられてきている。こうした製品の例は、材料を燃焼させずに加熱することによって化合物を放出させる、タバコ加熱製品又はタバコ加熱デバイスとしても知られているいわゆる非燃焼加熱式の製品である。材料は、例えばタバコでもよく、他の非タバコ製品でもよく、ニコチンを含有してもよいし含有しなくてもよいブレンドされた混合物などの組合せでもよい。
本発明の第1の態様によれば、エアロゾル化可能材料を加熱してエアロゾル化可能材料の少なくとも1つの成分を蒸発させるように構成された装置が提供され、この装置は、電流の印加に応答してエアロゾル化可能材料に伝達するための熱を生成するように構成された導電性ワイヤを備え、導電性ワイヤは0.9オームmm2/m~1.6オームmm2/mの間の抵抗率を有する。
例示的な一実施態様では、本装置は、エアロゾル化可能材料を含む消耗品を受け入れるように構成された受入れ部分を更に備え、導電性ワイヤは受入れ部分の周囲に配置される。
例示的な一実施形態では、受入れ部分は、エアロゾル化可能材料を含む円筒形の消耗品を受け入れるように構成された管である。
例示的な一実施形態では、導電性ワイヤは受入れ部分の周りにらせん状に配置される。
例示的な一実施形態では、導電性ワイヤは、第1のゾーン及び第2のゾーンを含む1つ又は複数のゾーンを備え、第1のゾーンは、遠位端部から中間部分へと延在し、第2のゾーンは、中間部分から近位端部へと延在する。
本装置は、裏張りシートを備える消耗品であり、導電性ワイヤは裏張りシートに付着され、エアロゾル化可能材料は導電性ワイヤに設けられる。
例示的な一実施形態では、導電性ワイヤは、電流入口、中央部分、及び電流出口を含む。
例示的な一実施形態では、エアロゾル化可能材料は中央部分に提供される。
例示的な一実施形態では、裏張りシートはカード又は紙から形成される。
例示的な一実施形態では、中央部分は円盤形状であり、エアロゾル化可能材料は円盤形状である。
例示的な一実施形態では、導電性ワイヤは、電流入口、受入れ部分、及び電流出口を含む。
例示的な一実施形態では、記受入れ部分は、エアロゾル化可能材料を含む消耗品を受け入れるようになっている。
例示的な一実施形態では、受入れ部分は円盤形状である。
例示的な一実施形態では、導電性ワイヤは、Fecralloy(登録商標)、ニクロム、Alkrothal(登録商標)、Kanthal(登録商標)及びNikrothal(登録商標)のうちの少なくとも1つから形成される。
次に、添付図面を参照して、単なる一例として本発明の実施形態について説明する、
エアロゾル化可能材料を燃焼又は燃やすことなしにエアロゾル化可能材料を加熱してエアロゾル化可能材料の少なくとも1つの成分を蒸発させ、通常はそれによって吸入することのできるエアロゾルを形成する装置が知られている。こうした装置は、「非燃焼加熱式」装置、又は「タバコ加熱製品」、又は「タバコ加熱デバイス」、又はこれらと似た形で述べられることがある。同様に、ニコチンを含有してもよく含有しなくてもよい液体の形をとるエアロゾル化可能材料を通常は気化させる、いわゆるeシガレットデバイスも存在する。一般に、エアロゾル化可能材料は、装置に挿入することができるロッド、カートリッジ、若しくはカセットなどの一部の形をとることができるか、又はそれらの一部として提供され得る。エアロゾル化可能材料を加熱及び蒸発させるための加熱材料は、装置の「永久的な」部分として提供される場合もあり、使用後に廃棄及び交換される消耗品の一部として提供される場合もある。この文脈での「消耗品」は、使用時にエアロゾル化可能材料を含むか又は含有するデバイス若しくは物品、又は他の構成要素であり、これは使用時に加熱されてエアロゾル化可能材料を蒸発させる。
本明細書において、用語「エアロゾル化可能材料」は、通常は蒸気又はエアロゾルの形をとる、加熱されると蒸発成分を提供する材料を含む。「エアロゾル化可能材料」はタバコ非含有材料でもよく、タバコ含有材料でもよい。「エアロゾル化可能材料」は、例えばタバコそれ自体、タバコ派生物、膨化タバコ、再生タバコ、タバコ抽出物、均質化タバコ、又はタバコ代替品のうちの1つ又は複数を含んでもよい。エアロゾル化可能材料は、挽きタバコ、刻みラグタバコ、押出タバコ、再生タバコ、再生エアロゾル化可能材料、液体、ゲル、ゲル化シート、粉末、又は集塊物(agglomerate)などの形をとってもよい。「エアロゾル化可能材料」は、製品に応じてニコチンを含有する場合もあり含有しない場合もある、他の非タバコ製品も含んでもよい。「エアロゾル化可能材料」は、グリセロール又はプロピレングリコールなどの1つ又は複数の保湿剤を含んでもよい。
図1を参照すると、本発明の一実施形態による装置100の一例の概略断面図が示してある。装置100は、エアロゾル化可能材料を加熱してエアロゾル化可能材料の少なくとも1つの成分を蒸発させるためのものである。
装置100は、これ以降本体102と呼ばれる装置ハウジング102を備える。本体102は、加熱すべきエアロゾル化可能材料を含む消耗品の少なくとも一部を受け入れるための受入れ部分104を備える。
装置100は、使用時に消耗品が加熱されているときにエアロゾル化可能材料の蒸発した成分が受入れ部分104から装置100の外部へと出て行くことを可能にする出口106を有する。
装置100は、受入れ部分104を装置100の外部に流体連結する空気入口108を有する。使用者は、消耗品から(1つ又は複数の)蒸発した成分を吸い込むことにより、エアロゾル化可能材料の(1つ又は複数の)蒸発した成分を吸入することが可能になり得る。(1つ又は複数の)蒸発した成分が消耗品から除去されるにつれて、装置100の空気入口108を介して、空気が受入れ部分104へと吸い込まれ得る。
この実施形態では、受入れ部分104は円筒形(すなわち断面が円形)であり、消耗品の少なくとも一部を受け入れるための凹部又は空洞を形成する。受入れ部分104は、5~10mmの範囲の直径を有することができる。この実施形態では、受入れ部分104はフレア開口124を備える。
受入れ部分104は、アルミニウム、銅、マンガニン、鋼、コンスタンタン、ニクロム、ステンレス鋼、ニッケル、fecralloy(登録商標)などの金属材料から作成され得る。この実施形態では、受入れ部分104は円筒形の形態を有する消耗品を受け入れるように構成された管状構造のものである。しかし、他の実施形態では、受入れ部分104は他の形態(すなわち非円筒形)を有する消耗品を受け入れるように構成されることがあり、したがってこうした消耗品を受け入れるように構成された他の幾何形状を有することがある。例えば、受入れ部分104は長方形の断面を有してもよい。他の実施形態では、受入れ部分104は棚状部、表面、又は突起部などの凹部以外のものでもよく、消耗品と協働するか又は消耗品を受け入れるために消耗品との機械的かみ合わせを必要とすることがある。この実施形態では、受入れ部分104は細長く、消耗品の一部を収容するようにサイズ設定及び形状設定されており、したがって消耗品の別の部分は本体102から突出する。他の実施形態では、受入れ部分104は消耗品全体を受け入れるように寸法設定されてもよい。通常は、受入れ部分104は0.05~0.15mmの範囲の壁厚を有する。例えば、受入れ部分104は約0.1mmの壁厚を有する管でもよい。
受入れ部分104の周りには、電流の印加に応じて抵抗加熱によって熱を生成するように構成された導電性ワイヤ110が存在する。導電性ワイヤ110は、任意の適した形態をとることができる。この実施形態では、導電性ワイヤ110は、らせん構成で受入れ部分104の周りに巻き付けられた、電気伝導性のワイヤのコイルである。コイルは、受入れ部分104の長手方向軸線と実質的に整列する長手方向軸線に沿って延在する。
コイルのそれぞれの巻きは、隣り合う巻きから電気的に隔離される。この実施形態では、コイルのそれぞれの巻きは、空気間隙によって隣り合う巻きから隔てられている。いくつかの実施形態では、コイルは誘電性材料に囲まれることがある。コイルの巻きが隣り合う巻きから電気的に隔離されていることにより、普通ならコイルの抵抗に影響を及ぼし、導電性ワイヤ110の加熱特性を変化させるはずの、コイルの巻きの間の短絡が防止される。
図2aにはワイヤ200の概略断面図が示してあり、ワイヤ200から導電性ワイヤ110が形成されて受入れ部分104と協働することができる。この実施形態では、ワイヤ200は実質的に長方形の断面を有するように引き抜き加工され又は別の方法で形成され得る。理解されることになるように、ワイヤの実質的に長方形の断面が受入れ部分104に接触する限り、実質的に長方形の断面は、製造から存在するものなどの他のアーチファクトを包含してもよい。例えば、ワイヤはC形状又はL形状の断面を有してもよく、又は別法として、平坦ヘム(縁部)、オープンヘム、涙形ヘム、又はロープヘムなどの図2bに見て取れる断面のうちのいずれかを有してもよい。こうしたアーチファクトは両側に存在してもよい。特に、ワイヤ200は幅202及び厚さ204を有する。いくつかの実施形態では、ワイヤの幅202は2.75mm±30%~5.95mm±30%の範囲である。いくつかの実施形態では、ワイヤの厚さは0.05mm±30%~0.1mm±30%の範囲である。さらに、ワイヤは0.01mm±30%~0.1mm±30%の範囲でより薄くてもよい。図6a及び図6bに示されている(以下でさらに議論される)単回巻きの実施形態などの他の実施形態では、単一の巻きで受入れ部分104全体を覆うことができるように、ワイヤは最大20mm±30%など、より幅広であってもよい。長方形でない断面を有するワイヤ(例えば円形の断面を有するワイヤ)に関しては、ワイヤ200は受入れ部分104と接触する面積の増加を実現し、その結果、ワイヤ200と受入れ部分104との間の熱の熱伝達が改善する。ワイヤ200と受入れ部分104との間の接触面積の増加、及びワイヤ200と受入れ部分104との間の熱接触の結果的な改善により、ワイヤ200と受入れ部分104との間の熱伝達の改善が実現され、したがって装置100の加熱効率が改善する。したがって、図2aを参照して説明したワイヤ200の寸法を有するワイヤにより、導電性ワイヤ110が所望の温度に達するのに要する時間を短縮(すなわち改善)することができる。
装置内に設置されると(すなわち受入れ部分104の周りに巻き付けられると)、ワイヤの実質的に長方形の形態は、その長方形の断面が受入れ部分104の外側表面に合致するように変形することができる。例えば、下方面206は受入れ部分104の外側表面の半径に合致することができ、したがって、外側面208は、受入れ部分104の半径によって画定される半径に対応するように変形することができる。導電性ワイヤ200がらせんを形成する実施形態では、導電性ワイヤ200は、複合曲線、すなわち受入れ部分104の長手方向軸線に平行な軸線での曲線に合致する曲線と、受入れ部分104の長手方向軸線に対して垂直な軸線での曲線に合致する曲線とを形成するように変形することができる。
この実施形態では、導電性ワイヤ110は実質的に受入れ部分104の長さ全体に沿って延在する。しかし、他の実施形態では、導電性ワイヤ110は(すなわち受入れ部分104の全長に沿ってではなく)受入れ部分104の一部のみに沿って延在してもよい。
受入れ部分104の外側表面は、導電性ワイヤ110と受入れ部分104との間に電気的隔離をもたらす絶縁層112を備える。絶縁層112は、例えば誘電性材料を備えてもよい。いくつかの実施形態では、絶縁層112は受入れ部分104の外側表面に接着されてもよく、例えば、絶縁層112は受入れ部分104の外側表面に接着されたポリイミドフィルムの層でもよい。他の実施形態では、絶縁層112は受入れ部分104の外側表面に形成された酸化層でもよく、例えば、受入れ部分104は金属材料で形成することができ、絶縁層112はその金属の酸化物で形成されてもよい。一例では、受入れ部分104はアルミニウムで形成されてもよく、絶縁層112は、酸化アルミニウムで形成された陽極酸化処理層でもよい。いくつかの例では、陽極酸化処理層はいわゆる硬質陽極酸化処理によって形成されてもよい。
この実施形態では、導電性ワイヤ110は受入れ部分104に支持された絶縁層112の周りに巻き付けられる。導電性ワイヤ110が作成される材料によって提供される弾性により、受入れ部分104の表面で絶縁層112と接触した状態で導電性ワイヤ110を保持する圧縮力が提供され、したがって導電性ワイヤ110と受入れ部分104との間の熱接触を改善することができる。別法として、又は追加的に、受入れ部分104の定位置に導電性ワイヤ110を保持するために、別の構成要素、例えば追加の管、又はばねクリップなどの1つ若しくは複数の弾性部材が、導電性ワイヤ110の周りに配置されてもよい。例えば、受入れ部分104と接触した状態で導電性ワイヤ110を物理的に保持し、それによって導電性ワイヤ110と受入れ部分104との間の熱接触を改善するために、熱収縮スリーブなどのスリーブが導電性ワイヤ110の周りに提供されてもよい。こうした材料の1つは、PEEK熱収縮でもよい。追加的に、又は別法として、導電性ワイヤラップの張力を維持して導電性ワイヤ110と受入れ部分104との間の良好な接触を確実にするための他のシステムが利用されてもよい。例えば、摩擦ベースの張力システムが使用されてもよい。
他の実施形態では、導電性ワイヤ110は誘電性材料の層の間に形成された電気的トレースを備えてもよい。例えば、電気的トレースは、ポリイミドのシートの間に形成されたエッチングされたトレースでもよい。
いくつかの実施形態では、受入れ部分104は導電性ワイヤ110自体によって画定されてもよい。つまり、導電性ワイヤ110と消耗品を受け入れるべき空間との間に別個の受入れ部分104は存在しなくてもよい。例えば、導電性ワイヤ110(例えばコイル)の外側に向いた表面が、支持構造体の内側表面に支持及び/又はマウントされてもよく、したがって、導電性ワイヤ110と支持構造体とは、熱伝導性の別個の内部支持体の必要なしに加熱チャンバを形成する。こうした実施形態は、導電性ワイヤ110から、受け入れられた消耗品内のエアロゾル化可能材料への熱エネルギーの伝達を改善することができる。いくつかの実施形態では、支持構造体は、エアロゾル化可能材料の1つ又は複数の成分を蒸発させるのに必要な温度に耐えることができるプラスチック材料で作成されてもよい。例えば、支持構造体はポリエーテルエーテルケトン(PEEK)を含んでもよい。
図1に示された実施形態では導電性ワイヤ110はコイル状に配置されているが、他の実施形態では、導電性ワイヤ110は他の構成を有してもよく、例えば、導電性ワイヤ110は受入れ部分104の長手方向軸線に沿って延在する「ジグザグ」パターンで構成されてもよい。
導電性ワイヤ110は任意の適した材料で形成されてもよい。いくつかの実施形態では、導電性ワイヤ110は金属材料で形成され、例えば、導電性ワイヤ110は、アルミニウム、銅、マンガニン、鋼、コンスタンタン、ニクロム、ステンレス鋼、ニッケル、並びに導体向けに比較的高い抵抗率を有する鉄、クロム、及びアルミニウムの合金であるfecralloy(登録商標)のうちの1つ又は複数を含むことができ、比較的迅速に目標温度までランプアップ(ramp up)することができる。他の実施形態では、導電性ワイヤ110はセラミックス材料で形成されてもよい。
装置100は、使用時に導電性ワイヤ110に電流を印加するための電源114も備える。電流の印加に応じて、導電性ワイヤ110の抵抗加熱により、導電性ワイヤ110の温度が上昇する。この実施形態の電源114は充電式バッテリーである。他の実施形態では、電源114は、非充電式バッテリー、コンデンサ、バッテリーとコンデンサとの複合型、又は商用電源若しくはUSB給電される電源などの外部電源への接続などの、充電式バッテリー以外のものでもよい。
電源114の第1の端子114aは、導電性ワイヤ110の第1の端部110aに電気的に接続される。電源114の第2の端子114bは、導電性ワイヤ110の第2の端部110bに電気的に接続される。この実施形態では、電源114の第2の端子114bと、第1の端部110aと第2の端部110bとの間にある導電性ワイヤ110の中間地点110cとの間にも電気的接続がなされる。電気的接続のこうした構成により、導電性ワイヤ110の異なるゾーンに電力を印加することが可能になる。特に、この実施形態では、(本明細書ではゾーン1と呼ばれる)第1のゾーン116が、第1の端部110aと、第1の端部110aと第2の端部110bとの間にある中間地点110cとの間に画定され、(本明細書ではゾーン2と呼ばれる)第2のゾーン118が、第2の端部110bと、第1の端部110aと第2の端部110bとの間にある中間地点110cとの間に画定される。他の実施形態では、導電性ワイヤ110は単一のゾーンを画定するように電源114に電気的に接続されてもよく、3つ以上のゾーンを画定するように電源114に電気的に接続されてもよい。ゾーンは、実質的に等しい長さのものでもよく、異なる加熱ゾーンに異なる加熱特性を提供するために異なる長さのものでもよい。いくつかの実施形態では、ゾーン1 116は10~20mmの範囲の長さにわたって導電性ワイヤ110(したがって受入れ部分104)に沿って延在し、ゾーン2 118は25~30mmの範囲の長さにわたって導電性ワイヤ110(したがって受入れ部分104)に沿って延在する。図1に示した実施形態では、ゾーン1 116は14~16mmの範囲の長さにわたって導電性ワイヤ110(したがって受入れ部分104)に沿って延在し、ゾーン2 118は27~28mmの範囲の長さにわたって導電性ワイヤ110(したがって受入れ部分104)に沿って延在する。上記のことに加えて、1つ又は複数のゾーンのそれぞれが独立して動作可能であることができるように導電性110が電源114に接続されることが望ましい。例えば、図1の実施形態では、必要に応じてゾーン1 116のみが加熱されてもよく、ゾーン2 118のみが加熱されてもよく、両方のゾーンが共に加熱されてもよい。これは、任意の長さのゾーン及び/若しくは任意の長さの受入れ部分104、又は任意の数のゾーンに等しく適用可能である。
図3は、導電性ワイヤ110が受入れ部分104の周りに巻かれた状態の装置100の斜視図を示す概略図である。特に、図3には、導電性ワイヤ110の第1の端部110aに接続する(電源に接続された)第1のワイヤ302と、導電性ワイヤ110の第2の端部110bに接続する(それによってゾーン1 116を画定する)(電源に接続された)第2のワイヤ304と、導電性ワイヤ110の中間地点110cに連結する(それによってゾーン2 118を画定する)(電源に接続された)第3のワイヤ306とが示してある。
導電性ワイヤ110の温度が上昇する速度は、導電性ワイヤ110に印加される電力及び導電性ワイヤ110の抵抗に依存する。電源114が充電式バッテリーである実施形態では、バッテリーによって提供される電圧は、通常は最低約2.7ボルトであるが、最大で4.2ボルトの電圧であることがあり、最大約8.6アンペアまでの電流を送り出すことができる。したがって、こうした充電式バッテリーによって供給することができる最大電力は、通常は約23ワットである。したがって、こうした充電式バッテリーによって給電されたときの、導電性ワイヤ112の目標抵抗は、約0.32オーム(0.35オーム±5%)でもよい。目標抵抗は、0.31オーム±5%~1オーム±5%の範囲でもよい。こうした抵抗により、導電性ワイヤ110の温度を約3秒(「ランプアップ」時間)で室温(すなわち約23℃)から約280℃の目標温度へと上昇させること、すなわち1秒当たり約90℃の速度で上昇させることが可能になり、これはエアロゾル化可能材料を含む消耗品を加熱するように構成された誘導ワイヤの加熱速度に匹敵する。
導電性ワイヤ110の抵抗は、材料の抵抗率に依存する。密度がより小さい材料は質量がより小さく、したがって必要とするエネルギー及び/又は加熱時間がより少ない。同様に、比熱がより小さい材料は必要とするエネルギー及び/又は加熱時間がより少ない。しかし、密度は比熱に反比例するので、両方を少なく選択することはできず、兼ね合いを見つけ出さなければならない。
材料の抵抗率に関しては、加熱に必要とされるエネルギー及び/又は時間と加熱すべき表面の被覆率との間の兼ね合いを見つけ出さなければならない。抵抗率がより高い材料は必要とする材料がより少なく、したがってより少ない質量を有する(したがって加熱するのに必要とするエネルギー及び/又は時間がより少ない)が、加熱すべき表面の被覆がより狭くなり、一方抵抗率がより低い材料は必要とする材料がより多く、したがってより多くの質量を有する(したがって加熱するのに必要とするエネルギー及び/又は時間がより多い)が、加熱すべき表面の被覆がより広くなる。
目標とする温度上昇が約257℃、利用可能な最大電力が約23ワットである場合、(s/mm3の単位を有する)所与の材料体積について所望の温度に達するのに要する時間tvは、この式を使用して様々な材料について計算することができる。
tv=(温度上昇×比熱×密度)/電力
制御装置120も電源114に電気的に接続される。制御装置120は、電源114から導電性ヒーター110への電力の供給を制御するためのものである。制御装置120は、例えば、プリント回路板(PCB)上のICなどの集積回路(IC)を備えてもよい。
制御装置120も電源114に電気的に接続される。制御装置120は、電源114から導電性ヒーター110への電力の供給を制御するためのものである。制御装置120は、例えば、プリント回路板(PCB)上のICなどの集積回路(IC)を備えてもよい。
制御装置120は、ユーザインタフェース122の使用者による操作によって動作する。ユーザインタフェース122は本体102の外部に位置付けられる。ユーザインタフェース122は、例えば押しボタン、トグルスイッチ、ダイヤル、タッチスクリーンなどを備えてもよい。他の実施形態では、ユーザインタフェース122は遠隔性でもよく、Bluetoothを介するなどにより装置の他の部分にワイヤレスで接続されてもよい。
使用者によってユーザインタフェース122が操作されることにより、制御装置120が電源114に導電性ヒーター110へと電流を流させることが可能になり、それによって導電性ヒーター110は抵抗加熱によって熱を生成する。
いくつかの例では、使用時、装置100は、導電性ワイヤ110が第1のゾーン116を第1のゾーンの目標温度まで加熱し、第2のゾーン118を第2のゾーンの目標温度まで加熱するように構成される。第1のゾーン116の目標温度は、約250℃~約280℃の間など、約240℃~約300℃の間の範囲でもよい。同様に、第2のゾーン118の目標温度も、約250℃~約280℃の間など、約240℃~約300℃の間の範囲でもよい。いくつかの例では、装置100は、導電性ワイヤ110が最初に第1のゾーン116を第1のゾーンの目標温度まで加熱し、次いでその後に第2のゾーン118を第2のゾーンの目標温度まで加熱する(又はその逆にする)ように構成される。
いくつかの例では、使用時、装置100は、導電性ワイヤ110が2~10秒の間、例えば2~5秒の間など、2~40秒の間のランプアップ時間で第1のゾーン116を第1のゾーンの目標温度まで加熱するように構成される。同様に、使用時、装置100は、導電性ワイヤ110が2~10秒の間、例えば2~5秒の間など、2~40秒の間のランプアップ時間で第2のゾーン118を第2のゾーンの目標温度まで加熱するように構成される。
図4には、消耗品400が受入れ部分104に挿入された状態で使用されている、図1を参照して上述した装置100が示してある。上述のように、消耗品400は装置100に挿入されて加熱され、それによって消耗品400に存在するエアロゾル化可能材料に存在する成分を放出する(すなわち蒸発させる)ことができる。消耗品400の端部402は、いくつかの実施形態ではマウスピースとして機能することができ、エアロゾル化可能材料から蒸発した成分をこのマウスピースから吸い込むことができる。
消耗品が受入れ部分104に存在し、制御装置120が導電性ワイヤ110に電流を流すよう電源114を制御しているとき、導電性ワイヤ110からの熱がエアロゾル化可能材料を加熱して、エアロゾル化可能材料の成分を蒸発させる。
図5は、本発明の一実施形態による装置500の別の例の斜視図である。図5に示されている装置は図3に示されている装置と類似しているが、異なる加熱ゾーンを画定する複数のコイル、この例では第1のコイル502及び第2のコイル504を含む。
第1のコイル502は、第1の端部502a及び第2の端部502bを有し、これらは(例えば圧着結合部又ははんだ結合部によって)第1の給電ワイヤ506a及び第2の給電ワイヤ506bにそれぞれ電気的に接続されている。同様に、第2のコイル504は第1の端部504a及び第2の端部504bを有し、これらは(例えば圧着結合部又ははんだ結合部によって)第1の給電ワイヤ506c及び第2の給電ワイヤ506dにそれぞれ電気的に接続されている。第1のコイル502及び第2のコイル504のそれぞれは、らせん構成で受入れ部分104の周りに巻き付けられる。給電ワイヤ506a~506dのそれぞれは、電気絶縁シースで被覆された導電性コアを備えることができる。いくつかの例では、絶縁シースはポリエーテルエーテルケトン(PEEK)から形成することができる。
使用時、第1のコイル502は受入れ部分104の第1の加熱ゾーンを加熱するように構成され、第2のコイル504は受入れ部分104の第2のゾーンを加熱するように構成される。第1の加熱ゾーンは受入れ部分104の遠位端部から境界地点へと受入れ部分104に沿って延在することができ、第2の加熱ゾーンは境界地点から受入れ部分104の近位端部へと延在することができる。いくつかの例では、第1の加熱ゾーンは10~15mmの範囲の長さだけ延在する。いくつかの例では、第2の加熱ゾーンは20~30mmの範囲の長さだけ延在する。
この例では、第2のコイル504は第1のコイル502よりも幅広であり、これにより、第2のコイル504の異なる加熱プロファイルを促進することができる。例えば、第2のコイルが第1のコイルよりも速いか又は遅い加熱プロファイルを有するのが望ましいことがある。コイルがより幅広になると、加熱をより遅くすることができる。
第1のコイル及び第2のコイルの端部はタブを備え、このタブは、給電ワイヤ506a~506dを介した電源との電気接続部を(例えば圧着結合部又ははんだ結合部によって)形成する空間を提供する。
導電性ワイヤには、その機能を実現するために任意の数の巻きが提供されてもよい。例えば、図6aに見て取ることができるように、導電性ワイヤは受入れ部分の周りに単一の巻きを形成して円筒形の要素を提供する。このように、導電性ワイヤ610は、上述の受入れ部分104などの受入れ部分の周りに巻き付くように構成された単一のシートで形成されてもよい。したがって、図6bに見て取ることができるように、導電性ワイヤ610には、受入れ部分の周りに曲げられ、巻き付けられ、又はその他の方法で設置され得る所与の厚さを備えた、長方形又は正方形などの単純な形状が与えられてもよい。導電性ワイヤ610には、完全な円筒を形成することなく所望の量の受入れ部分の周りに巻き付けることができるように寸法x及びyを与えることができ、したがって、導電性ワイヤ610の両端部の間に間隙620が提供される。こうした間隙620により、導電性ワイヤ610の両端部の間で電気的接続/短絡が生じることが避けられる。
別法として、導電性ワイヤと消耗品を受け入れるべき空間との間に配置される別個の受入れ部分の必要性なしに、こうした単回巻きの導電性ワイヤ610が受入れ部分自体を画定してもよい。やはり、こうした実施形態により、導電性ワイヤ110から、受け入れられた消耗品内のエアロゾル化可能材料への熱エネルギーの伝達を改善することができる。別個の受入れ部分を省略することにより、装置の全体的な熱質量を減少させることが可能になり、これにより、加熱すべきエアロゾル化可能材料を含む消耗品がより迅速に加熱されるので有利である。
こうした場合、図7に見て取れるように、単回巻きの導電性ワイヤには外部支持構造体730が提供されてもよい。このように、導電性ワイヤ610の外側に向いた表面は支持構造体7300の内側表面に支持及び/又はマウントされてもよく、したがって、導電性ワイヤ610と支持構造体730とは、熱伝導性の別個の内部支持体の必要なしに加熱チャンバを形成する。支持構造体730の開口740内で導電性ワイヤ610を所定の位置に保持するこうした手段の1つは、支持構造体730の開口740の内側にワイヤを付勢する、導電性ワイヤ610の固有の弾性を頼りにすることである。追加的に、定位置で曲げられたときに単回巻きの導電性ワイヤ610によって提供される間隙620を維持するために、支持構造体には突出部750が提供されてもよく、突出部750は、導電性ワイヤ610の両端部の間の物理的障壁を形成する。こうした突出部は、受け入れられた消耗品を配置するための支えとしても利用できることが有利である。このように、開口740から導電性ワイヤ610によって画定される受入れ部分へと導入された消耗品は、導電性ワイヤ610と直接接触しないように保持され得る。
いくつかの実施形態では、支持構造体730はエアロゾル化可能材料の1つ又は複数の成分を蒸発させるのに必要な温度に耐えることができる材料で作成されてもよい。例えば、支持構造体はプラスチック材料で作成されてもよく、PEEKを含んでもよい。追加的に、又は別法として、支持構造体はセラミック材料を含んでもよい。
別法として、導電性ワイヤは、図8aの導電性ワイヤ810に見て取れるような2回の巻き、図8bの導電性ワイヤ811に見て取れるような3回の巻き、又は図1~図5に見て取れるようなそれより多い巻きなどの、2回以上の巻きを含んでもよい。2回以上の巻きが提供されるとき、コイルのそれぞれの巻きは、隣り合う巻きから電気的に隔離される。こうした実施形態では、コイルのそれぞれの巻きは空気間隙によって隣り合う巻きから隔てられている。いくつかの実施形態では、コイルは誘電性材料に囲まれることがある。
本明細書で議論された導電性ワイヤなどの導電性ワイヤは、必ずしも実質的に円筒形のヒーターとして提供される必要はない。理解されることになるように、こうした導電性ワイヤは所望の平面状の領域を加熱するように構成された平坦な平面状のヒーターとして使用することができる場合がある。
導電性ワイヤには、電流が流れたときに所望の加熱特性を提供するように寸法を与えることができる。本質的に、導電性ワイヤの加熱速度は導電性ワイヤの抵抗によって左右され、導電性ワイヤの抵抗は以下の式を使用して計算することができる。
R=ρl/A 式1
R=ρl/A 式1
上式で、Rは導電性ワイヤの抵抗であり、ρは導電性ワイヤの材料の抵抗率であり、lはワイヤの長さであり、Aはワイヤの断面積である。導電性ワイヤの実質的に長方形の断面においては、断面積はワイヤの厚さにワイヤの幅を掛けることによって与えられる。
式1を使用して、知られている抵抗率を備えた知られている材料に関して、所望の抵抗を与えるように導電性ワイヤの形状及び厚さを修正し、加熱すべき関連付けられた領域での導電性ワイヤの被覆率を修正することが可能である。例えば、デバイスの電源によって動作可能である間、所望の加熱速度を提供するために導電性ワイヤの抵抗が約0.3Ωになることが所望される場合がある。ここから、導電性ワイヤの構成を設計することが可能になる。
理解されることになるように、より薄い導電性ワイヤを提供することにより、熱質量がより小さい導電性ワイヤを提供することが可能になり、したがって、導電性ワイヤはより速く加熱され、その結果、導電性ワイヤ内に配置された消耗品を最速で加熱することが可能になる。しかし、より厚い導電性ワイヤは製造がより簡単であり、より頑強であることがある。
これらのパラメータに基づいて、その所望の特性をもたらすように導電性ワイヤを設計することができる。例えば、単回巻きの導電性ワイヤ610には、所望の面積を覆いながら所与の抵抗を提供するために、図6bに見て取れるような所望の幅及び長さ(a及びb)、並びに所望の厚さが与えられ得る。2回巻き構成又は3回巻き構成の導電性ワイヤは、c又はdである幅、及び対応する厚さを備えた導電性ワイヤ810、811を使用して、所望の面積を覆うように設計され得る。
より厚い材料から所望の抵抗率を与えるこうした手段の1つは、図9に見て取れるような1つ又は複数のトレース910を利用することである場合がある。こうした(1つ又は複数の)トレースは、式1を再構成することにより、適した加熱面積(又はいくつかの加熱面積)、すなわちトレースの面積を提供するように設計され得る。例えば、約100mm2の面積を加熱することが所望される場合があり、このために異なる寸法e、f及びgを計算することができる。こうした導電性ワイヤは平面状のヒーターに使用されてもよく、上述のように消耗品の周りに巻き付けられてもよい。
上述のように、導電性ワイヤ110、610、810、811、911は金属材料で形成されてもよく、例えば、導電性ワイヤはアルミニウム、銅、マンガニン、鋼、コンスタンタン、ニクロム、ステンレス鋼、ニッケル、及びfecralloy(登録商標)のうちの1つ又は複数を含むことができる。他の実施形態では、導電性ワイヤ110、610、810、811、911はセラミックス材料で形成されてもよい。しかし、比較的高い抵抗率を備えた材料を導電性ワイヤに提供することが有益な場合があることが分かっている。これにより、所望の抵抗を与えるために導電性ワイヤの幾何形状を縮小することが可能になり、したがって、抵抗率がより低い材料のワイヤと比較してより短くより薄いヒーターが可能になる。例えば、所望の最小抵抗率は0.9オームmm2/mでもよい。これにより、より小さい消耗品を使用することが可能になるので、これはタバコ加熱製品の分野では特に有益である。同様に、電源を使用して効果的に給電することがより困難になるので、抵抗率が高すぎないことが所望されることがある。したがって、所望の最大抵抗率は1.6又は1.5オームmm2/mでもよい。この所望の範囲に入る非網羅的なリスト材料を表1において以下に提示する。
抵抗熱係数が可能な限り低いことも望ましく、これは、材料の抵抗率が温度に応じて変化しないことを意味する。例えば、fecralloy(登録商標)は、その抵抗熱係数が0.0001Ω/K程度であるので特に望ましいことがある。
理解されることになるように、上述のすべての導電性ワイヤは、複数の加熱ゾーンが複数のコイルによって提供された、図5のものに類似した構成においても認められることがある。図5の例を取り上げると、第1のコイル502及び/又は第2のコイル504は、図5に関して上で議論したのと同じ方式で接続された、図6の導電性ワイヤ610などの単回巻きの構成体によって与えられてもよい。同様に、第1のコイル502及び第2のコイル504は、それらの各加熱ゾーンの所望の加熱プロファイルに応じて長さ、巻きの数、幅、及び厚さが異なる導電性ワイヤによって形成されてもよい。
複数の加熱ゾーンが提供されているとき、個々のゾーンの間で熱が流れ出すことを防止するために、いくつかの異なる対応する熱的に独立したゾーンHZ1及びHZ2を備えた受入れ部分1004、1005を提供することが有益な場合がある。例えば、第1のコイル502がHZ1の周りに設置され、第2のコイル504がHZ2の周りに設置されてもよい。HZ1の長さxとHZ2の長さvは、第1のコイル502及び第2のコイル504のそれぞれの長さに対応するように異なっていてもよい。
図10に見て取れるように、受入れ部分1004のHZ1及びHZ2は、熱ストッパ1006によって間隔を開けて配置することができる。熱ストッパ1006は、HZ1とHZ2との間で熱が流れ出ず、したがってこれらのゾーンを熱的に独立したままにすることができるように、熱伝導率が著しく低い材料から作成することができる。これにより、受入れ部分の内部に提供された消耗品の2つのセクションを独立して加熱する2つの別個の加熱ゾーンを効果的に作り出すことが可能になる。HZ1及びHZ2は、同じ材料から作成されてもよく、異なる材料から作成されてもよい。例えば、HZ1及びHZ2は陽極酸化処理アルミニウム、又は高炭素鋼から作成されてもよく、一方熱ストッパ1006はPEEKから作成されてもよい。熱ストッパ1006は、HZ1とHZ2との相対的な熱的独立性を依然として提供しながら、可能な限り薄くするべきである。例えば、熱ストッパ1006は1mmの幅wを有することができ、これはHZ1の幅u及びHZ2の幅vと組み合わせられて、受入れ部分1004の全長zを形成する。HZ1、HZ2、及び熱ストッパ1006は、任意の適した連結部によって一緒に提供されてもよい。例えば、熱ストッパ1006は、HZ1及びHZ2がそれらの間に圧縮状態で熱ストッパ1006を保持するように、HZ1及びHZ2の位置を保持することにより、定位置に保持されてもよい。追加的に、又は別法として、HZ1、HZ2と、熱ストッパ1006との間に機械的連結部が存在してもよい。こうした構成により、受入れ部分1004の全体を通して熱伝導率が高い材料を使用することが可能になり、また熱が流れ出すのが物理的に止められ、それによって完全に独立した加熱ゾーンを作り出すことができる。
別法として、図11に見て取れるように、受入れ部分1104のHZ1及びHZ2は間隔を開けて配置されなくてもよく、むしろ一緒に提供されてもよい。この実施形態では、HZ1には比較的高い水準の熱伝導率を有する材料が提供されてもよく、HZ2には比較的低い水準の熱伝導率の材料が提供されてもよい。例えば、HZ1は陽極酸化処理アルミニウムで作成されてもよく、一方HZ2は軟鋼又は高炭素鋼から作成されてもよい。消耗品を受け入れることができる全長zを形成するように、HZ1には幅xが与えられてもよく、HZ2には幅yが与えられてもよい。こうした場合、HZ1は、最小限のエネルギー使用量で、受け入れた消耗品を最初に吹かすまでの時間を最速にすることを可能にするように設計されてもよく、一方HZ2は、寿命を延ばすために、温度に達するのにより時間がかかる独立したゾーンを促進するように設計されてもよい。許容されることになるように、受入れ部分1014のHZ1とHZ2との間に熱ストッパが存在しないので、これらの部分の間で限定的な量の熱が流れ出すことになるが、これはHZ1とHZ2との間の熱伝導率の相対的な差によって緩和されることになる。やはり、HZ1とHZ2とは任意の適した方法で連結されてもよい。例えば、HZ1とHZ2とは単に圧縮状態で保持されてもよく、又は別法として重複部分が与えられ、次いで溶接されてもよく、例えば、HZ1とHZ2とは互いにレーザ溶接されてもよい。こうした構成により、受入れ部分の中に提供される消耗品を加熱するために受入れ部分全体を使用することが可能になる。
図12に示してあるように、全体として1200で示されている消耗品を、タバコ加熱デバイス(図示せず)で使用するために提供することができる。消耗品1200は、裏張りシート1203に設けられたトレースを含むことができる。トレースは、例えば、タバコ加熱デバイス(図示せず)に設置されたときに電流を伝える材料を含む。トレースは、電流入口1201、中央部分1204、及び電流出口1202を含むことができる。消耗品1200がタバコ加熱デバイスに設置されたとき、電流がトレースに流れて消耗品1200を加熱することができるように、電流入口1201及び電流出口1202はタバコ加熱デバイスに接続するはずであることが想定されている。トレースの中央部分1204は、使用時に使用者によって摂取されることになる平面状のエアロゾル化可能材料1205を含むことができる。例えば、エアロゾル化可能材料1205は、トレースの中央部分1204に提供されたエアロゾル化可能ゲル又は堅く詰まった粉末の形をとることができる。
図12に示された例では、トレースの中央部分1204及びエアロゾル化可能材料1205は円盤形状である。しかし、任意の形状、例えば長方形、正方形、三角形などが消耗品1200に使用されてもよいことが想定される。トレース及びエアロゾル化可能材料1205が提供される裏張りシート1203は、一例として厚紙又は紙である。当然、電流を伝えない任意の他の材料が裏張りシート1203に使用されてもよい。
図12に示した例では、消耗品上に1つの導電性トレースが示してある。しかし、独立して動作可能であり、エアロゾル化可能材料の一部を加熱するように構成された2つ以上のトレースが存在してもよいことが想定される。一例では、エアロゾル化可能材料の2つ以上の部分を加熱する2つ以上の中央部分が存在してもよい。追加的に、又は別法として、2つ以上のトレースが存在する場合、それぞれのトレースは、エアロゾル化可能材料の別個のそれぞれの部分を加熱するように構成されてもよい。例えば、エアロゾル化可能材料の対応する円盤形状の3つの部分を加熱する、円盤形状の3つのトレースが存在してもよい。
電流入口1201、電流出口1202、及び中央部分1204を含むトレース(又は複数のトレース)は、アルミニウム、銅、マンガニン、鋼、コンスタンタン、ニクロム、ステンレス鋼、ニッケル、fecralloy(登録商標)などの金属材料から形成されてもよい。所望の最小抵抗率は0.9オームmm2/mであり得ることが好ましい。所望の最大抵抗率は1.6又は1.5オームmm2/mでもよい。この所望の範囲に入る非網羅的なリスト材料は、表1において上に提示されている。
図13には、消耗品1200の代替物が示してある。図13に示してあるように、電流入口1301、電流出口1302、及び受入れ部分1304を含むトレースがタバコ加熱デバイス(図示せず)に提供される。取外し可能消耗品1300は、裏張りシート1303と、裏張りシート1303に取り付けられた平面状のエアロゾル化可能材料1305とを含むことができる。タバコ加熱デバイス内のトレースの受入れ部分1304は取外し可能消耗品1300を受け入れるように構成されており、すなわち、裏張りシート1303及び平面状のエアロゾル化可能材料1305がタバコ加熱デバイス内でトレースの受入れ部分1304によって受け入れられ得る。取外し可能消耗品1300がタバコ加熱デバイスへと挿入されると、摂取するためにエアロゾル化可能材料1305を加熱するために、電流が電流入口1301から受入れ部分1304へと流れることができる。
図13に示してあるように、トレースの受入れ部分1304及びエアロゾル化可能材料1305は円盤形状でもよい。しかし、任意の形状、例えば長方形、正方形、三角形などが消耗品1300又はトレースの受入れ部分1304に使用されてもよいことが想定される。エアロゾル化可能材料1305が提供される裏張りシート1303は、一例として厚紙又は紙である。当然、電流を伝えない任意の他の材料が裏張りシート1303に使用されてもよい。
図13に示した例では、タバコ加熱デバイス用の1つの導電性トレースが示してある。しかし、独立して動作可能であり、エアロゾル化可能材料の一部を加熱するように構成された2つ以上のトレースが存在してもよいことが想定される。一例では、エアロゾル化可能材料の2つ以上の部分を加熱する2つ以上の受入れ部分が存在してもよい。電流入口1301、電流出口1302、及び受入れ部分1304を含むトレース(又は複数のトレース)は、アルミニウム、銅、マンガニン、鋼、コンスタンタン、ニクロム、ステンレス鋼、ニッケル、fecralloy(登録商標)などの金属材料から形成されてもよい。所望の最小抵抗率は0.9オームmm2/mであり得ることが好ましい。所望の最大抵抗率は1.6又は1.5オームmm2/mでもよい。この所望の範囲に入る非網羅的なリスト材料は、表1において上に提示されている。
本明細書に記載の種々の実施形態は、特許請求された特徴の理解及び教示を助けるためだけに提示されている。これらの実施形態は、実施形態の単なる代表的なサンプルとして提供されており、網羅的及び/又は排他的ではない。本明細書に記載の利点、実施形態、例、機能、特徴、構造、及び/又は他の側面は、特許請求の範囲によって定義された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考えられるべきではなく、特許請求された発明の範囲から逸脱しない限り、他の実施形態が利用されてもよく、修正が加えられてもよいことを理解されたい。本発明の種々の実施形態は、本明細書に具体的に記載されたもの以外の開示された要素、構成要素、特徴、部品、ステップ、手段などの適当な組合せを適切に備えるか、それらから構成されるか、又は本質的にそれらから構成されてもよい。加えて、本開示は、現在特許請求されていないが将来的に特許請求され得る他の発明を含んでもよい。
Claims (14)
- エアロゾル化可能材料を加熱して前記エアロゾル化可能材料の少なくとも1つの成分を蒸発させるように構成された装置であって、
電流の印加に応答して前記エアロゾル化可能材料に伝達するための熱を生成するように構成された導電性ワイヤを備え、
前記導電性ワイヤが、0.9オームmm2/m~1.6オームmm2/mの間の抵抗率を有する、装置。 - 前記エアロゾル化可能材料を含む消耗品を受け入れるように構成された受入れ部分を更に備え、
前記導電性ワイヤが前記受入れ部分の周囲に配置されている、請求項1に記載の装置。 - 前記受入れ部分が、前記エアロゾル化可能材料を含む円筒形の消耗品を受け入れるように構成された管である、請求項2に記載の装置。
- 前記導電性ワイヤが前記受入れ部分の周りにらせん状に配置されている、請求項2又は3に記載の装置。
- 前記導電性ワイヤが、第1のゾーン及び第2のゾーンを含む1つ又は複数のゾーンを備え、前記第1のゾーンが、遠位端部から中間部分へと延在し、前記第2のゾーンが、前記中間部分から近位端部へと延在する、請求項1~4のいずれか一項に記載の装置。
- 当該装置は、裏張りシートを備える消耗品であり、前記導電性ワイヤが前記裏張りシートに付着され、前記エアロゾル化可能材料が前記導電性ワイヤに設けられている、請求項1に記載の装置。
- 前記導電性ワイヤが、電流入口、中央部分、及び電流出口を含む、請求項6に記載の装置。
- 前記エアロゾル化可能材料が前記中央部分に設けられている、請求項7に記載の装置。
- 前記裏張りシートがカード又は紙から形成されている、請求項6~8のいずれか一項に記載の装置。
- 前記中央部分が円盤形状であり、前記エアロゾル化可能材料が円盤形状である、請求項7~9のいずれか一項に記載の装置。
- 前記導電性ワイヤが、電流入口、受入れ部分、及び電流出口を含む、請求項1に記載の装置。
- 前記受入れ部分が、前記エアロゾル化可能材料を含む消耗品を受け入れるようになっている、請求項11に記載の装置。
- 前記受入れ部分が円盤形状である、請求項11又は12に記載の装置。
- 前記導電性ワイヤが、Fecralloy(登録商標)、ニクロム、Alkrothal(登録商標)、Kanthal(登録商標)及びNikrothal(登録商標)のうちの少なくとも1つから形成されている、請求項1に記載の装置。
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