JP3392138B2 - フレーバ送出物品 - Google Patents

フレーバ送出物品

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気加熱フレーバ送出物品に関し、さらにこ
の物品からフレーバを送出するためフレーバ源を電気的
に加熱する方法および装置に関する。
加熱して煙草その他の化合物からフレーバを放出する
ため電力を利用する喫煙物品は在来の喫煙物品に優る若
干の利点を有する。例えば電気加熱喫煙物品は煙草を燃
焼させずに喫煙の味と感覚を出す。また、電気加熱喫煙
物品は煙草を吹かす間に目に見えるエアロゾルを発生し
ない。しかし、前記加熱喫煙物品には種々の技術的問題
がある。
煙草を一吹かしし次の一吹かしまでの間フレーバを比
較的一定に少量を放出するため動作中は喫煙物品を実質
的に一定の或る温度に維持することが望ましい。喫煙物
品は速やかに作動温度に達することが必要で、過熱があ
ってはならないし、所定のフレーバ、蒸気およびエアロ
ゾル（以下単に「フレーバ」と称す）を発生／放出する
に十分な長さの時間にわたり動作温度を維持していなけ
ればならない。喫煙物品は電力消費の点からも効率のよ
いことが必要である。
叙上の事実に鑑みて、本発明はフレーバを発生するた
めの電気加熱装置を提供することを目的としている。
本発明は加熱するとフレーバを発生／放出することが
できるフレーバ発生媒体と、加熱素子と、電源と、フレ
ーバ発生媒体の温度または加熱素子に加えられる電力量
を調整する制御装置とを有する電気装置を提供せんとす
るものである。
本発明によれば、フレーバ発生媒体に熱接触している
電気加熱素子と、電気エネルギを電気加熱素子に送出し
てフレーバ発生媒体を加熱させてこのフレーバ発生媒体
からフレーバを放出させる装置と、エネルギ送出装置に
よって送出される電気エネルギ量を調整する調整装置と
よりなり、フレーバ発生媒体からフレーバを引出す装置
が提供される。
本発明の喫煙物品は燃焼副産物を減少または除去する
電気加熱物品を提供する利点を有する。本発明の喫煙物
品は一吹かしから次の一吹かしの間少量であるが一定し
てフレーバが放出される利点をも有する。本発明の喫煙
物品のさらに別の利点はフレーバの送出が最小量の入力
エネルギに制御できることである。本発明の一実施例が
加熱素子の温度を予報的に制御する受動装置の利点を有
する。
本発明の好ましい実施例の喫煙物品はフレーバを制御
された量だけ放出する。加熱素子はフレーバ発生媒体の
温度を燃焼温度以下の或る所定の温度まで上昇させる。
この非燃焼の喫煙物品は例えば、次の如くにして形成さ
れる；正温度係数のサーミスタをフレーバ発生媒体で包
み、これらをチューブ（典型的には箔で裏打ちされてい
る）内に入れ、フィルタを取付け、最後に外側包装体が
施される。電気エネルギをサーミスタに与えることによ
ってフレーバ発生媒体は加熱される。サーミスタは自分
自身の温度がある所定の「転移」温度に達するまで電流
を流す。この転移温度はサーミスタの組成物によって決
まる公知の温度であり、この温度で加熱装置の温度は安
定する。
別の実施例では、制御装置は予め定められた時間間隔
で電圧を加熱素子に与えるか、またはフレーバ発生媒体
を加熱して、媒体の温度をフレーバが発生するに好まし
い温度にする。この多段動作が電力消費削減となる。そ
の理由はフレーバ発生装置が極く短時間だけ上昇温度に
あるからである。
本発明の喫煙物品はフレーバを楽しむことに加えて、
フレーバの送出を調整する装置を備えている。フレーバ
発生媒体から放出されるフレーバ送出量はフレーバ発生
媒体が加熱される温度に応じて変化する。加熱素子、電
源、および所定の動作特性を有する制御装置を選択する
ことによって種々異なるフレーバ送出量の喫煙物品が製
造できる。
以下に本発明の実施例を添付の図面を参照して例とし
て説明する。
さて図１に示す本発明の喫煙物品10は典型的にはフレ
ーバ発生媒体12と、加熱素子14と、電源16とからなる。
これらは上包み紙18で包まれている。フレーバ発生媒体
12は典型的には押出成形棒として形成され加熱素子14の
周りに配置されている。このフレーバ発生媒体12は断熱
性チューブ20内に入れられるのが典型的である。断熱性
チューブ20内のフレーバ発生媒体12は有孔前側クリップ
22と有孔後側クリップ24とによって断熱性チューブ内に
捕捉されている。電源16からの電気エネルギは加熱素子
14に与えられフレーバ発生媒体12を加熱してフレーバを
発生させる。空気孔26は上包み紙18に設けられて外気が
フレーバ発生媒体内に引き込まれるのを許容する。外気
はフレーバと混合する。この混合物は喫煙者がこの喫煙
物品を吸うと有孔前側クリップ22からフィルタ28を通っ
て喫煙者の口に吸い込まれる。喫煙物品10は断面線Ａ−
Ａに沿って分離可能であり、喫煙者は使用済みのフレー
バ発生媒体12（フィルタ28と共に）を取り替えて新しい
ものを電源16に接続できる。
図２は電気エネルギが内部電源16よりも外部電源から
加熱素子14へ供給される場合の喫煙物品10の実施例を示
す。電気エネルギはコネクタピン30を介して加熱素子14
の接点に伝達される。断熱性チューブ20内に一部分が入
っているヒータ基部32はコネクタピン30を支えている。
電気エネルギは外部電源へ延びる線を介してコネクタピ
ン30に供給される。外部電源に接続されている間、喫煙
物品10を動作可能とすることができる。あるいはこれに
代わって、喫煙物品10を加熱する間は直接外部電源のプ
ラグに差し込み、フレーバを吸引するために電源プラグ
から取り外すようにすることもできる。このように当業
技術者は本文に記載の喫煙物品の各実施例を改変して内
部電源を利用するかまたは外部電源を利用することがで
きる。
フレーバ発生媒体12は典型的には加熱素子14の周りに
配置される。別の方法としては、加熱素子をフレーバ発
生媒体の周りに配置することもできる。フレーバ発生媒
体12の温度が約100℃乃至500℃に上昇するとフレーバが
媒体12から放出される。フレーバを発生する好ましい温
度範囲は120℃乃至400℃で、最も好ましい範囲は200℃
乃至350℃である。喫煙物品10が発生させるフレーバ成
分の量（従って放出フレーバ量）はフレーバ発生媒体12
の温度、体積、濃縮度により変化する。フレーバ発生媒
体12は1988年７月22日出願の米国特許申請書番号07/222
831号に開示されたフレーバペレットと同類のものであ
ってもよい。フレーバ発生媒体12は煙草または煙草に由
来する材料を含むことができる。あるいはこれに代わっ
て、はっか、果実フレーバ、あるいはその他同類のフレ
ーバにすることもできる。
加熱素子14は種々の材料を使用して形成されている。
好ましい実施例では加熱素子14は絶縁性チューブ（典型
的には紙、箔、カーボン、プラスチックまたはガラスか
ら作られる）内に配置された抵抗線コイル（例えば、タ
ングステン、タンタル、またはニクロムなど）である。
またこれとは違って、ヒータを黒鉛またはセラミックス
で形成してもよい。セラミックスの材料で保護鞘を形成
することもできる。
加熱素子14はフレーバ発生媒体12を直接加熱するか、
またはフレーバ発生媒体12内に引き込む前の外気を加熱
するように設計されている。さて図３に示された喫煙物
品34はフレーバ発生媒体12に接触する第１加熱素子14
と、断熱性チューブ20内に引き込まれフレーバ発生媒体
12に入る前の空気を予熱する第２加熱素子14′とを含
む。一吹かしのためにフィルタ28を吸うと、外気は上包
み紙18の空気孔26に吸い込まれる。空気は上包み紙18と
断熱性チューブ20との間の通路36（スペーサリング38お
よび40により形成される）を通って引き込まれ、空気孔
42（断熱性チューブ20に形成されている）を経て断熱性
チューブ20内に這入り、第２加熱素子14′を通り過ぎ、
フレーバ発生媒体12（第１加熱素子14により加熱されて
いる）を通る。次いで加熱空気とフレーバ成分との混合
物がフィルタ28を通って喫煙者の口に吸い込まれる。
実質的に一定のフレーバ成分の放出／発生を保証する
ためにはフレーバ発生媒体の温度（または加熱装置の一
定加熱温度）の制御が必要である。典型的には制御装置
によってフレーバ発生媒体12は制御温度に維持される。
本発明に適した制御装置は「受動」装置か、あるいは
「能動」装置のどちらでもよい。受動制御装置とは加熱
素子14または電源16そのものを用いてフレーバ発生媒体
12の温度を調整するか、または加熱素子に加えられる電
力量を調整するものである。能動制御装置とはフレーバ
発生媒体を一定に加熱するために電子制御回路などの部
品を用いるか、または喫煙者が参加して自らの操作によ
って一定に加熱することを必要とするものである。
本発明の好ましい実施例の喫煙物品10は加熱過程を制
御してフレーバの発生量を制御する受動的組合せ装置を
利用している。この受動的組合せ装置の諸構成部品の特
性は喫煙物品の動作中、フレーバ発生媒体12を制御温度
に維持するように選ばれている。この受動的組合せ装置
の受容な構成部品の中にはフレーバ発生媒体12、加熱素
子14および電源16が含まれる。この形式の受動的組合せ
制御装置は内蔵電源を有する喫煙物品において最も効果
的である。
この受動的組合せ装置は次のごとく作動する。電源16
は電気エネルギを加熱素子14へ出す。加熱素子14は与え
られた電気エネルギを熱に変換する。加熱素子14および
フレーバ発生媒体12の熱質量および材料特性は速やかに
熱を吸収し喫煙物品10の過熱を防止する。電源16を完全
に充電した場合には、初期の動作時にはより多くのエネ
ルギが放出される。短い動作期間後に、電源16からの電
気出力が減少するのは電源がその位置エネルギの大部分
を放電するため及び電源16の内部抵抗が上昇する（自己
加熱特性の故に）ためである。電源16の放電特性は加熱
素子14へのエネルギの放出の故に、また電源の内部損の
故に変化する。フレーバ発生媒体12と加熱素子14は電源
16の初期の高エネルギ放出中に発生した熱を保持するの
で、電源16の電気エネルギ出力が減少してもフレーバ発
生媒体12の温度は実質的に不変である。フレーバ発生媒
体が涸渇すると取り外されて新たなフレーバ発生媒体12
に取り替えられる。他方再使用に先だち電源16が再充電
されてもよい。
受動的組合せ装置のいずれか一つの構成部品に変化が
あると、他の構成部品の機能は影響を受ける。フレーバ
発生媒体12と、加熱素子14と電源16は喫煙物品10が所望
動作温度となるように経験的に選択、設計される。例え
ば、低い抵抗および低質量（Lower mass）を有する加熱
素子ならもっと多くの電流が流れ、フレーバ発生媒体12
がもっと速やかに加熱されるのを可能にするだろう。フ
レーバ発生媒体12の熱特性はフレーバ発生媒体を形成す
るペレットの寸法および量に応じて変化する。ペレット
寸法をより小さくしたことから生ずる表面積の増加は加
熱素子および隣接の粒子との接触をより多くすることに
よってフレーバ発生媒体12がより速い速度で熱エネルギ
を吸収することを可能にする。
与えられたフレーバ発生媒体12から放出される粒状物
質（TPM）の量はフレーバ発生媒体の時間温度暦（time
temperature history）に比例する。例えば100mgの材料
サンプルを120℃で加熱すると典型的には所定の時間で2
mgのTPMが放出される。同じサンプルを280℃で同じ時間
加熱すると22mgのTPMが放出される。従って、TPMの送出
は、受動的組合せ装置の構成部品を予め決められた温度
を達成するように選ぶことによって、調整できる。
上記と同様の好ましい実施例において、加熱素子14は
温度係数が正のサーミスタである。サーミスタは受動温
度制御を提供する温度感知抵抗器である。サーミスタは
予め決められた温度（即ち、サーミスタの所謂「転移温
度」）に達すると、その電気抵抗は大きく増加し、サー
ミスタを通る電流の流れが減少し、従って加熱を減少さ
せる。一方、サーミスタ温度が低下すると、電気抵抗も
また減少し、電流の流れを大きくさせて加熱を増加させ
る。サーミスタはサーミスタの温度（およびフレーバ発
生媒体温度）に応じて電流の流量を絶えず調整すること
によって一定の温度を維持する。本発明に適したサーミ
スタは例えばジョージア州30080スマーナレークパーク
ドライブ220のムラタエリー社（北アメリカ）（サーミ
スタ部品No.PTH 420 AG 100 NO 32）から市販されてい
る。
図４は正温度係数サーミスタの温度特性の典型的なグ
ラフである。適当なサーミスタを選ぶことによって転移
または安定温度が選ばれて喫煙物品に対する所望のフレ
ーバ強度を達成することができる。図４はサーミスタの
急速な加熱能力を説明する。正温度係数サーミスタはそ
の化学成分の故に、自己調整加熱素子の役目をする。
在来の抵抗ヒータよりもサーミスタで喫煙物品を加熱
すると、幾つかの利点がある。サーミスタを有する喫煙
物品は過熱を防止するためのサーモスタットまたは制御
回路を必要としないし、周囲の条件には関係なく制御さ
れた表面温度を提供し、且つ供給電圧とは殆ど関係なく
安定した温度を提供する。これらの特徴により、喫煙物
品内のフレーバ発生媒体を加熱するために、サーミスタ
装置を採用するのが優れているのである。その理由は煙
草の次々の一吹かしにおいて喫煙者に比較的に一定した
フレーバを送出するからである。
図５は図４に示した温度になるためにサーミスタが消
費する電力のグラフである。
本発明の喫煙物品はその動作温度を調整するために能
動制御装置を利用することもできる。一つの好ましき能
動制御装置は複式ヒータ／パルス設計であり、図６に示
す第１加熱素子14はフレーバ発生媒体12の温度を実質的
に不変の温度（フレーバ発生媒体12が所望のエアロゾル
を発生する温度よりも下の温度）に維持し、第２加熱素
子14′は電気エネルギをパルス的に受けてフレーバ発生
媒体の温度を上昇させ所望のフレーバ成分を発生させ
る。
フレーバ発生媒体12はチューブ20から落ちないように
装着されている。図６のチューブ20は金属その他、熱伝
導性容器であればよい。チューブ内の内容物を加熱する
ため加熱要素14はチューブ20を囲みチューブと熱接触状
態にしておく。加熱素子14は好ましくは空気が通路36を
通ってチューブ20内に吸い込まれる空気を加熱する。加
熱素子14′（典型的にはフレーバ発生媒体12内に配置さ
れる）は吹かし毎にフレーバ成分を発生／放出するため
に所定時間だけ電源16からの電気エネルギで賦勢される
（図10についての説明を参考）。
図６の複式ヒータ／パルス設計は二つの明確な利点を
提供する。第１は、単式恒温装置と同じフレーバ発生能
力を提供するのに電源16からはより少ないエネルギしか
用いない。フレーバ発生媒体の動作期間の大部分はフレ
ーバ発生媒体は低い温度に維持され、高温度には維持さ
れない。フレーバ発生媒体12は短い期間だけ高い温度に
賦勢されるので、エネルギの消費が小さい。第２は、フ
レーバは一吹かしする直前に、および／または一吹かし
中の短い時間で発生する。少量のフレーバが吹かしと吹
かしの間に蓄積される。これがフレーバの送り出しを改
良することになる。
喫煙物品10のもう一つの好ましい実施例ではフレーバ
発生媒体12に接する加熱素子は一個のみである。この加
熱素子は吹かし間の低レベル加熱と各一吹かしに必要な
高レベル加熱との両方を提供する。
第２形式の能動制御装置（図７の喫煙物品44に含まれ
ているもの）は電子制御回路46であり、これは単一加熱
素子14に送出される電力を調整する。電子制御回路46は
フレーバ発生媒体12の温度を制御するために加熱素子14
に供給する電圧および電流を制御する方法を提供する。
制御回路46は効率的に電力を使用するために二つの操作
モードを持っている。即ち、各吹かし間では所定の低レ
ベル温度（気化温度以下）にフレーバ発生媒体12を維持
する「低電力」モードと、加熱素子14を高い動作温度に
速やかに上昇させる「高電力」モードとである。なお頻
繁な「高電力」動作によってフレーバ発生媒体12が不用
意に過熱されるのを防止するため回路46は「高電力」動
作と次の「高電力」動作との間に一定の締め出し時間を
用意している。
回路46の詳細は図８に示されている。この回路46は図
８の二極形双投スイッチ48（図では「オフ」位置）によ
り電源16に接続される。スイッチ48を「オン」位置にす
ると、電源16の正端子は電圧調整器56および58の入力端
子（ピン１）に接続される。電圧調整器56および58は市
販の標準の集積回路（例えばテクサス州フォートワース
在のタンデイ社のレイヂオシャックから販売のモデル75
08およびLM317Tのごとき）である。電源16の負端子は回
路46に対する接地基準を形成している。
喫煙物品44を作動させるためには、使用者は電力スイ
ッチ48を「オン」位置にする。喫煙物品44は先ず初めに
「高電力」モードにおいて動作する。フレーバ発生媒体
12は急速にその好ましい高い温度まで加熱されて、喫煙
者が喫煙物品44を一服吹かすことができる。この「高電
力」モードの時間が過ぎると、制御回路46は「低電力」
モードに移ってフレーバ発生媒体12を所定の低レベル温
度に維持する。喫煙者は一定の締め出し時間の間だけ
「高電力」モードの開始を阻止される。かくして喫煙物
品の過熱が防止される。締め出し期間が経過すると、喫
煙者はスイッチ50を作動させて「高電力」モードを取り
得る。このサイクルはスイッチ50を作動させる度に繰り
返される。喫煙者が喫煙を終了すると、消費されたフレ
ーバ発生媒体12は新しいものに取り替え次回の喫煙に備
えることができる。
回路46は二つの時限回路60および62を含む。これらの
時限回路は標準（低電力）集積回路（IC）のタイマ64お
よび66（例えば、レヂオシャック社から市販されている
TLC555型など）に基づくものである。時限回路60および
62はそれぞれ「低電力」および「高電力」モードを制御
する。電圧調整器56はピン３を接地して「高電力」モー
ドの締め出し期間の継続を決定する抵抗器−コンデンサ
（RC）の回路網への電圧を調整する。
抵抗器68は電圧調整器58の出力および電圧調整ピン
（それぞれピン２および３）を接続し、回路46が「低電
力」モードにおいて動作する時に調整器58の電流制限器
の役目をさせる。調整器58の出力には「高電力」モード
にある間はバイパスがつけられる。
電圧調整器56の調整された出力電圧（ピン２）はタイ
マ64の正電力端子（ピン８）に接続されると共にRC回路
網に接続される。RC回路網は可変抵抗器70、固定抵抗器
72、およびコンデンサ74を含む。タイマ64の負電力端子
（ピン１）は接地される。タイマ64の出力（ピン３）は
RC回路網によって制御され、ピン２における負パルス
（スイッチ50を介してピン２を接地することによって生
起される）によって駆動される。充電時間は抵抗器70お
よび72とコンデンサ74との数値によって決定され、これ
らを選択することにより適当な充電時間（約５乃至30
秒、好ましくは10乃至20秒、最も好ましくは15秒の充電
時間）を得ることができる。
スイッチ50は一側が抵抗器72とコンデンサ74との間の
RC回路網に接続され、他側が接地されている。スイッチ
50は作動時はコンデンサ74を放電し、時限回路60の充電
時間をゼロに再設定し、タイマ64のピン３において出力
を発生する。コンデンサ74の電圧が供給電圧の2/3を超
過すると、「高電力」モードの締め出し期間が経過し、
喫煙者は再び回路を「高電力」モード（フレーバ成分を
発生するため）に入らせることができる。
電圧調整器56のピン２（調整された出力電圧）は継電
器76の常開接点を介して時限回路62に接続している。タ
イマ64のピン３からの出力が高いと、継電器76のコイル
が通電され、継電器接点は閉じられる。それで電力は時
限回路62に供給される。時限回路62はタイマ66および第
2RC回路網を含む。この第2RC回路網は可変抵抗器78、固
定抵抗器80、およびコンデンサ82を含む。この第2RC回
路網の充電時間は抵抗器78および80とコンデンサ82の数
値によって決定され、これらを選択することにより適当
な充電時間（約0.2乃至4.0秒、好ましくは0.5乃至2.0
秒、最も好ましくは1.2乃至1.6秒の充電時間）を得るこ
とができる。この充電時間は「高電力」モードの継続を
制御する。タイマ66のピン３における出力は第2RC回路
網によって制御され、タイマ66のピン２における電圧が
供給電圧の1/3以下に低下すると、高くなる。タイマ64
のピン７はコンデンサ82に放電路を提供してタイマ66の
ピン３における出力を誘発し時限回路62を再セットす
る。
可変抵抗器70および78はそれぞれ時限回路60および62
に対する充電時間の調整を可能にする。別の実施例で
は、抵抗器70,72を単一固定抵抗器にし、かつ抵抗器78,
80を単一固定抵抗器にする。所望の充電時間が知られて
いて決まっているなら各対に単一固定抵抗器を用いて制
御回路46を簡潔かつ小寸法にするのがよい。
タイマ66の出力（ピン３）は継電器86のコイルに接続
されていて、継電器88のコイルの電圧を制御する。継電
器88は出力端子90の電圧を制御することによって、加熱
素子14が「低出力」モードで加熱するか「高電力」モー
ドで加熱するかを制御する。継電器88は出力端子90を電
圧調整器58の調整された電流出力（低電力モード）か電
源16の正電圧（高電力モード）のどちらかへ切り換え
る。継電器88の接点は端子ａ（調整器58の調整された電
流出力（ピン２）に接続）へ常時接続されている。継電
器88の端子ｂは電力スイッチ48を介して電源16の正端子
に接続されている。継電器86が通電されると、電流は電
源16から継電器86を通って流れ、継電器88のコイルを励
磁する。そうすると、継電器88の接点が端子ｂに切り換
わる。LED54は継電器88の共通接点を直列の抵抗器92に
接続し、抵抗器92の他端は接地している。高電力モード
に入っている間だけLED54が発光するように抵抗器92は
選ばれている。
制御回路46のいずれかの構成部品を変えると回路全体
の性能が影響され、従って喫煙物品44の動作が影響され
る。特に、時限回路60,61の第１、第2RC回路網を形成す
る抵抗器およびコンデンサの数値を変えると、これらの
RC回路の充電時間が変わり、従って高電力モード動作の
持続時間を変え且つ高電力モード締め出し時間を変え
る。各時間の最適の持続はフレーバ発生媒体12と加熱素
子14との特性によって主として決定される。例えば、低
い電気抵抗を有する加熱素子はより多くの電流が流れる
のを可能にし、フレーバ発生媒体がより速く加熱される
ことを可能にするであろう。従って、高電力モード動作
期間を短くすることを可能にするであろう。
第３形式の能動制御装置（図8aに示す）では温度感知
フィードバック・ループが用いられフレーバ発生媒体12
に加えられる加熱サイクルを制御する。例えば、サーモ
カプル、サーミスタ、RTDなどの温度感知装置を用いて
温度を感知し、所定の温度を維持するように加熱素子に
流れる電力を調整する。
図8aについて述べると、加熱素子14は電源に直結さ
れ、単極双投継電器接点81の常閉接点を介して接地され
る。この継電器は切換え出力設定値制御装置83（switch
ed output set point controller:マサチュセッツ州ノ
ーアウッドのアナログデバイセス社製造のAD595型）に
よりピン９を介して制御される。制御装置83はピン11を
介して電源V+に接続され、ピン1,4,7および13を介して
接地される。「Ｋ」型サーモカプル85は鉄ピンとコンス
タンタン・ピンを有する。これらのピンはそれぞれ制御
装置83のピン１および14に接続されている。制御装置83
は電圧調整器87（マサチュセッツ州ノーアウッドのアナ
ログデバイセス社製造のAD580型）のピン２からの約2.5
Vの出力電圧に（ピン８を介して）接続されている。電
圧調整器87はピン１を介して電源V+に接続され、ピン３
を介して接地されている。
先ず初めに電源V+を電圧調整器87に接続すると、ピン
８における基準の電圧によって設定された所定の温度に
達するまで、電流はヒータ内を流れる。もし基準の電圧
が2.5Vであれば、目標値温度は250℃（この温度設定値
はボルト当たり約100℃に相当する）である。温度が設
定値に達すると、制御装置83の出力は供給電圧と等しく
なり、継電器81は通電される。この時点で、常閉継電器
接点は開き、ヒータを流れる電流を停止させる。そうす
ると温度は設定値温度以下に低下し、継電器81を消勢
し、常閉接点を閉じる。このフィードバックサイクルが
くり返されて、ヒータ温度を設定値温度に維持する。
図8aの回路の設定値温度は制御装置83のピン８におけ
る設定値電圧を変えることによって変化する。この回路
の構成部品を変えても同じ目標を達成することができ
る。例えば、継電器81の代わりにソリッドシテート継電
器またはトランジスタを用いることもできよう。また、
それぞれの回路の機能の全てを組み入れたカスタムICを
造ることもできよう。この形式の回路を修正してRTDそ
の他の温度センサおよびトランスデューサをサーモカプ
ル85に変えて使用することもできよう。
本発明の喫煙物品への給電は種々の方法でおこなうこ
とができる。大別して、電源16は内部電源でも、あるい
は外部電源でもよい。内部電源は喫煙物品内に配置して
（図１参照）、電源内蔵システムとなす。外部電源は喫
煙物品より外部に配置され典型的には接続ピン30（図
２、図14参照）を介して喫煙物品に接続される。
内部電源16は典型的には再充電可能なニッケルカドミ
ウム（NiCd）電池である。その理由はNiCd電池はその全
放電期間を通じて比較的電圧が不変的に放電するからで
ある。しかし、電源16は再充電可能なリチウム二酸化マ
ンガン電池、または使い捨てアルカリ電池といったどの
ような再充電可能なまたは使い捨て可能な電池でもよ
い。電源16は典型的には20〜500mAHの電力を供給し2.4V
の電圧を発生させるに足るだけの容量を有する。好まし
き実施例では電源16は1.2V80mAの電池を二個直列接続し
たものである。この容量の電池は「10回吹かし」の喫煙
物品一本に給電することができる。これらの電池は約５
分間の動作に対し十分なエネルギを供給する。
図９に別の実施例の喫煙物品95を示す。電源16はコン
デンサ94とこのコンデンサを充電するための電池96とか
らなる。電池96は吹かしと吹かしの間の期間中ではゆっ
くりコンデンサ94を充電する。電池96はコンデンサとは
違って、蓄電エネルギを急速に放出するには適していな
い。電池96は急速に放電するよりはむしろ徐々に放電す
る時の方が吹かし回数を著しく多くできる。電池／コン
デンサの組合せによって寸法と容量のより小さい電池を
使用でき、かつ頻繁に電池を充電しなくてすむ（コンデ
ンサの場合と比較して）。
また別の実施例では磁気誘導または電磁誘導結合によ
ってエネルギは喫煙物品へ伝達され、整流され調整され
た後にコンデンサを充電する。この外部電源は適当な誘
導子と発電機を含み、これを灰皿に特別に組み込んだも
のが典型的であり、磁気エネルギまたは電磁エネルギを
喫煙物品に供給する。
コンデンサ94は所定量のエネルギを加熱素子14に送出
して一吹かしに対し制御された送出をおこなう。コンデ
ンサ94は各吹かし間に充電されて必要な充電の蓄電容量
を最小限にする。コンデンサ94は放電サイクルにおいて
早い時期に最大エネルギを放出し、フレーバ発生媒体12
の温度を賦活温度まで急速に上昇させる。コンデンサ94
が放電するにつれて、コンデンサの動作電圧は低下し、
これに対応したエネルギ放出の低下をおこす。この低下
したエネルギの放出で加熱素子の温度が維持されフレー
バ成分の発生が維持される。
コンデンサ94は一回の吹かしのための加熱パルスを供
給するに十分なエネルギを蓄えるだけの充分な静電容量
を持たなければならない。この静電容量と加熱素子14の
抵抗は所望のコンデンサ放電時定数になるように選ばれ
る。本発明に適したコンデンサは次式により選ばれる。
Ｃ＝2E/V2 上記式においてＣはコンデンサ94の静電容量、Ｅは所
定の吹かし数のための電力を供給するに必要なエネルギ
量、Ｖは所定の電池電圧である。
加熱素子14の適正な抵抗は所望の時定数（コンデンサ
94の放電率）をコンデンサ94の静電容量で割ることによ
って得られる。
図９および図10について述べると、電池96はコンデン
サ94を充電する。制御回路98（図10）は制御スイッチ10
0を介してコンデンサ94と、電池96と、加熱素子14とを
接続している。スイッチ100を先ず初めに作動させてポ
ールｂとｃを接続してコンデンサ94を充電する。スイッ
チ100は同時にポールａとｄを接続し電流（または電
圧）制限装置104を介して電池を加熱素子14に接続して
ヒータ温度を上昇させ、フレーバ発生媒体12の温度をフ
レーバ成分発生温度を超えない待機低温度まで上昇させ
る。
喫煙物品95を吹かすために、喫煙者はスイッチ100を
操作してポールａとｄを切り離し、ポールｂとｃとを切
り離す（スイッチ100のかかる操作は吹かし動作の始ま
りを感知する圧力センサまたは流量センサによって自動
的に始めることができる）。次いでスイッチ100はポー
ルｃとｄとを接続してヒータ14を通しコンデンサ94を放
電する。喫煙物品95はコンデンサ94の放電が加熱素子14
の電気的要求と合致するように設計されていて、別に余
分の制御回路構成部品を設けることなく所望の加熱が達
成される。なお、ポールｃとｄとの間に追加の電力制御
または整形回路構成部品を挿入してコンデンサの放電特
性を修正してもよい。コンデンサ94が放電されると、ポ
ールｃとｄは互いに切り離され、ポールａがｄにおよび
ポールｂがｃにそれぞれ再び接続される。
図10の回路に抵抗器、ヒューズ、またはスイッチなど
の追加素子を加えて回路内のエネルギ移動を修正または
制御することもできる。例えば、回路のコンデンサ充電
特性を改変すべく抵抗器102を電池96とポールｂとの間
に直列に、かつポールａへのリード線に並列に接続す
る。抵抗器102は充電回路の時定数を増加するように選
ばれているので、コンデンサ94の充電速度を低下させ
る。ヒューズ104は加熱素子14とスイッチ100のポールｄ
との間に配置されて過剰なエネルギが一度に加熱素子に
送出されないことを保証する。喫煙者が操作するメイン
スイッチ106を電池96に設けることにより電池からの不
用意な放電を防止することができる。
喫煙物品95からのフレーバ成分の送出は種々の方法
（先に述べた方法に加えて）で調整される。コンデンサ
の再充電のレベルを調整することにより、加熱素子14に
供給できるエネルギを制御する。またこれとは別な方法
として、制御回路を用いてコンデンサに流れるまたはコ
ンデンサから出る電流または全電力を調整することがで
きる。
図11は喫煙物品の電池（電源16）を充電するための充
電装置を示す。この充電装置108はケース114内に配置さ
れた大容量の電池110と制御回路112を含む。制御回路11
2は電池110から電源16へ送出されるエネルギ量を調整す
る。スイッチ116は喫煙者が充電装置108の動作を手動で
制御できるようにしている。
喫煙物品の一部分（即ち電源16）を充電のために収容
する凹所118がケース114に設けられている。凹所118の
入口の縁部は斜面にされていて凹所内に電源16を挿入し
易くしている。喫煙物品10は電源16の正端子が電池110
の正端子へ電気的に接続されるように方向づけされるこ
とが必要である。喫煙物品が充電のため凹所118に配置
されたとき、凹所118に対して喫煙物品が適正な配向位
置を確実に取るようにする装置が設けられている。図示
の実施例では、この装置は凹所118と喫煙物品とに設け
られた視覚的マーキングである。この視覚的マーキング
が正しく整合されると、電源16は充電のため正しく位置
決めされるのである。
充電装置108の電池110は充電接点120,122に直列に接
続されている。充電接点120,122は電源16へ充電電力を
供給するための通路を提供する。電池110はこれが再充
電される（または取り替えられる）までに10乃至20個の
喫煙物品に電力を供給するに十分な容量を有する（即
ち、電源110は10乃至20回電源16の電池を再充電するに
十分な容量を有する）。電池110は電源16を急速に再充
電するために高電圧を有する。電池110は典型的には再
充電可能なリチュウムまたはニッケルカドミウム電池で
ある。
喫煙者が充電装置108の凹所118内に喫煙物品の電源16
を正しく位置決めすると、電源16は充電され始める。最
適の充電を達成するためには、充電率および回路構成部
品は充電中の電源16の特性に合わされなければならな
い。喫煙者の待ち時間と不便を少なくするために、充電
率の速いことが望ましい。本発明の好ましき実施例で
は、電池110は容量率の約1/3（即ち、250mAHの電池パッ
クに対し83mAの率）で電源16を充電する。この速い率、
あるいはもっと早い率（適当な制御回路を備えた場合は
可能）において充電するには電源16の過充電と損傷を防
止する制御回路構成部品が必要になる。
制御回路112は電池110から電源16へ移送される電気エ
ネルギを調整する。制御回路112は電源16（例えば、ニ
ッケルカドミウム電池）が高速で充電されることを可能
にする。回路112は種々の方法で動作する。一実施例で
は、回路112は継電器を含み、電源16が所定のレベルま
で充電されると接点120,122への給電を断つか、完全充
電のための細流充電へ切り換える。電源16はその最大容
量よりは小さい（典型的には容量の約90％である）レベ
ルまで充電される。別の実施例では、回路112は過剰な
電器エネルギを熱エネルギに変換する（即ち、回路112
は熱カットオフの役目をする）。本発明に適した他の制
御回路は三洋カドニカ・テクニカル・データ・パブリケ
ーションNO.SF6235の35〜40頁に記載されている。
図12の充電装置では、ケース114の外部に配置された
外部充電接点124,126を有する。この外部充電接点124,1
26は電池110をケース114から外さずに電池110の充電を
可能にするものである。また図12の充電装置108はケー
ス114の外面に取り付けられたクリップ128を含む。クリ
ップ128は充電装置108を喫煙者のポケット、ベルトまた
はポケットブック等に取り付けることによって喫煙者が
充電装置108を携行することを可能にする。
本発明の喫煙物品は図13および図14に示す設置型の給
電ユニット130を用いて充電されるかまたは電力供給を
受けることができる。電源ユニット130は喫煙物品内の
電池またはコンデンサを充電するか、または喫煙物品の
加熱素子に直接給電する（なおショックの危険を防止す
るため適当な安全対策技術を用いる）ことができる。こ
の安全対策技術に加えてさらに誘電結合によるか、また
は加熱素子が到達した温度のキュリー点制御を利用した
エネルギ移動技術を含めることもできよう。給電ユニッ
ト130は例えば集会室や卓上など携行を必要としない所
において用いるとよい。給電ユニット130は喫煙物品の
接続ピン30（図１）か電源16（図２）を受け入れるため
の一つ以上の穴部132を有する（図13）。あるいは、給
電ユニット130は喫煙物品へ（ピン30を介して）電気接
続するための導線134を含む（図14）。導線134は喫煙者
が喫煙物品を吹かしている間これに電気を送る。
給電ユニット130のスイッチ136は喫煙物品への電力の
供給および中止をおこなう。給電ユニット130そのもの
への電力供給は在来の120V電源から在来の電気コードお
よびプラグ138を介しておこなわれる。給電ユニット130
は変圧器および在来の電圧調整の回路構成部品を含み喫
煙物品へ適当な電圧で電力を供給する。穴部132の喫煙
物品を過充電することを防止するために給電ユニット13
0は制御回路112と同様な制御回路構成部品を含むことが
できる。
フレーバ発生媒体12がその有効期限の終了に達した時
に取り替える必要のあることを示す表示装置を本発明の
喫煙物品は所望によっては含むことができる。この表示
装置は喫煙物品の終了を示すため所定の色に変化する色
表示器であってもよい。またこれに代わって、表示装置
は所定の動作期間（好ましくはフレーバ発生媒体12の有
効寿命に相当する）後には溶けて加熱素子14への電力供
給を中止する可溶接点にしてもよい。
図15は本発明の喫煙装置に使用する非燃焼性喫煙物品
の実施例を示す。非燃焼性喫煙物品139は金属筒143とチ
ューブ141とフィルタ28を含む。金属筒143（好ましくは
アルミニュウムよりなる）内にはフレーバ発生媒体12が
充填され、有孔金属クリップ140によって内方端が閉じ
られている。チューブ141および金属筒143は形が円筒状
である。金属筒143は外方末端に孔142があけられていて
これらの孔142から空気が引き込まれ、空気は次いでチ
ューブ141内に入りフィルタ28から出てゆく。金属筒143
の前方縁は図16の加熱装置144内へ非燃焼性喫煙物品139
の前端を差し込むのに使用者の助けになるように斜角が
つけられている。
図15の喫煙物品139は加熱素子を有さず、喫煙物品139
は動作中は図16の加熱素子144内に保持されるように設
計されている。フレーバ発生媒体12は金属筒143内に充
填されていて加熱素子150とフレーバ発生媒体12との間
の熱移動を容易にしている。
チューブ141はカードボードなどの断熱性硬質材料で
構成されている。チューブ141は動作中フレーバが逃げ
るのを防止するため箔で裏打ちされている。外方末端の
孔142から吸い込まれた空気は加熱素子150で加熱された
フレーバ発生媒体中を通って使用者の口に入る。その前
に、空気はチューブ141の空間145で受容できる温度にま
で冷却される。
図16は図15の喫煙物品139を加熱するための装置を示
す。加熱素子144のハウジングは空気が喫煙物品139へ通
るために管状通路146,148を有する。加熱装置144は加熱
素子150を有する。この加熱素子150は典型的には中空で
円筒形である。加熱素子150は自己調整の正温度係数サ
ーミスタまたは在来の抵抗素子である。加熱装置144の
ハウジングに設けたスイッチ152（図16）は電気エネル
ギを電源154から加熱素子150へ操作者が選択的に加える
ようになっている。別の実施例では、喫煙物品139を通
路146に挿入すると自動的に電源154から加熱素子150に
通電されるように、通路146内に配置された圧力作動ス
イッチ152（図17）とすることもできる。また別の実施
例では、喫煙物品139が通路146内に正しく位置決めされ
ると喫煙物品139の金属筒143が導電通路を提供して電力
が加熱素子に付与されるようにする。
スイッチ152が閉じられると、導電線156を介して電源
154、スイッチ152、加熱素子150間に電気回路が形成さ
れる。喫煙物品139の金属筒143を通路146内に入れると
金属筒143は加熱素子150の内面に接触して、加熱素子15
0は金属筒143およびフレーバ発生媒体12を所定温度まで
加熱する。喫煙物品139からのフレーバ発生の送出は加
熱素子150の温度を変化させることによって調整でき
る。しかしながら、フレーバ発生媒体の量または成分を
変えることによってフレーバの強度を調整することもで
きる。
喫煙物品139は通路146内に受け入れられて加熱され、
全動作中この通路内に在る。通路146の内端を加熱装置1
44のハウジングの反対側の側面に開口させるために小直
径通路148がある。小直径通路148は空気を喫煙物品139
中へ引き込むためにある。これと同じ結果を達成するの
に他にも種々な形を取ることができる。効果的な熱移動
を得るため通路146内の加熱素子150の内面が金属筒143
の周りにきちんとはまり込む寸法につくられている。小
直径通路148は好ましくは直径寸法が通路146より小さく
なされ、金属筒143の挿入をここで停止し金属筒143を加
熱素子150に対して適正に位置決めする。加熱装置144は
空気が小直径通路148内に吸い込まれるとこれを予熱す
るために第２加熱素子を含むことができる。第２加熱素
子は任意所望の形または寸法にすることができ小直径通
路148内の任意の便利な箇所に配置することができる。
前記の説明は本発明の原理を単に説明したに過ぎず、
当業者には本発明の範囲を逸脱することなく種々の改変
が可能であることは理解されよう。例えば、喫煙物品10
（図２）はヒータ基部32の外面に配置され周面に延びる
環状充電接点を介して電力供給を受けることもできよ
う。なお、これに対応して充電装置108の接点120および
122を喫煙物品10の外面の環状充電接点に接触するよう
にしたばねクリップと取り替える。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の原理に従って製造された喫煙物品の説明
的実施例の部分展開的斜視図、 図２は図１の喫煙物品の別の実施例を示す図、 図３は本発明の喫煙物品の別の説明的実施例の縦断面
図、 図４は本発明の喫煙物品の熱源として用いられるサーミ
スタの典型的な温度特性のグラフ、 図５は図４に示した温度を達成し維持するためにサーミ
スタにより消費される電力を示すグラフ、 図６は本発明の喫煙物品の更に別の説明的実施例の縦断
面図、 図７は能動制御回路を有する本発明の喫煙物品の説明的
実施例の部分断片的縦断面図、 図８は図７の喫煙物品の能動的制御回路の説明的実施
例、 図8aは別の能動的制御回路の概略図、 図９は電源としてコンデンサとバッテリを用いる喫煙物
品の説明的実施例の縦断面図、 図10は図９の喫煙物品のための電気回路の概略図、 図11は本発明の喫煙物品に電気エネルギを供給するため
の充電装置の概略図、 図12は充電装置の別の実施例の概略図、 図13および図14は本発明の喫煙物品に電力エネルギを供
給する設置型装置の斜視図、 図15は本発明の喫煙装置における非燃焼性喫煙物品の縦
断面図、 図16は図15の非燃焼性喫煙物品を加熱する加熱装置の概
略断面図、 図17は図16の加熱装置の別の実施例である。 なお図において、符号12はフレーバ発生媒体、14は電気
加熱素子、16は電気エネルギ送出装置または電池、20は
中空チューブ、28はフィルタ、46は調節装置、48はスイ
ッチ装置、54は表示装置、56は高電圧付与装置、58は低
電圧付与装置、74,82,94はコンデンサ、85は温度感知装
置、110,130は電気エネルギを蓄積しこのエネルギを加
熱装置に付与する装置、114は電気エネルギ蓄積装置を
含むための装置、106は圧力作動装置、120,122は電気接
点、139は非燃焼性喫煙物品、141は中空チューブ、144
は加熱装置、143は金属筒、146は凹所、150は加熱素
子、152,154はフレーバ発生媒体に電気エネルギを選択
的に付与する装置である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 コンスタンス・エイチ・モーガン アメリカ合衆国ヴアージニア州23112、 ミドロシアン、クウエイル、ヒル、コー ト 3508 (72)発明者 ユリシーズ・スミス アメリカ合衆国ヴアージニア州23113、 ミドロシアン、ピー、オー、ボツクス 1834 (72)発明者 フランシス・エム・スプリンケル アメリカ合衆国ヴアージニア州23060、 グレン、アレン、ボツクス 347、ルー ト ４ (72)発明者 フランシス・ブイ・ウツチユ アメリカ合衆国ヴアージニア州23114、 ミドロシアン、ロビアス、ロード 13000 (56)参考文献 特表 昭62−501050（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A24F 47/00

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】フレーバ発生媒体（12）、電気的加熱素子
    （14）、およびこの加熱素子に電気エネルギを付与する
    電気エネルギ手段（16）を含む喫煙物品において、 前記電気的加熱素子は前記フレーバ発生媒体と熱的に接
    触しており、前記加熱素子への電気エネルギ付与が前記
    加熱素子をして前記フレーバ発生媒体を加熱してフレー
    バ発生媒体からフレーバ成分を放出させ、かつ前記電気
    エネルギ付与手段により付与される電気エネルギ量を調
    整するための調整手段（46）を具備し、この調整手段は
    約0.2秒乃至４秒の間の時間間隔で加熱素子に比較的高
    電圧サイクルを付与する手段と、所定の時間間隔中、比
    較的高電圧を付与する手段が動作するのを抑止する手段
    とを含んでいることを特徴とする喫煙物品。
  2. 【請求項２】前記所定時間間隔が約５秒と約30秒の間で
    ある請求項１に記載の喫煙物品。
  3. 【請求項３】前記電子回路が、さらに、比較的高い電圧
    を付与する手段が動作していない場合に比較的低い電圧
    を前記加熱素子に付与する手段（58）を含む請求項１又
    は２に記載の喫煙物品。
  4. 【請求項４】フレーバ発生媒体の温度を感知する手段
    （85）を含み、前記エネルギ付与手段が該感知手段に応
    答して前記フレーバ発生媒体の加熱を制御するようにし
    た請求項１〜３のいずれか一に記載の喫煙物品。
  5. 【請求項５】前記エネルギ付与手段は電気エネルギを蓄
    積すると共に、前記加熱素子が比較的低温を有するよう
    に該加熱素子が比較的高温を有するときは該素子により
    小さいエネルギが付与されるように該加熱素子に電気エ
    ネルギを付与する手段（110,130）を含み、これによっ
    て前記フレーバ発生媒体を加熱し該フレーバ発生媒体を
    比較的一定した温度に維持してフレーバ成分を実質的に
    恒常的に放出するようにした請求項１〜４のいずれか一
    に記載の喫煙物品。
  6. 【請求項６】前記加熱素子が前記フレーバ発生媒体の温
    度を約100℃乃至約500℃の温度に上昇させる請求項１〜
    ５のいずれか一に記載の喫煙物品。
  7. 【請求項７】前記フレーバ発生媒体（12）が煙草のフレ
    ーバ源である請求項１〜６のいずれか一に記載の喫煙物
    品。
  8. 【請求項８】前記加熱素子に付与するための電気エネル
    ギを蓄積する手段を含む請求項１〜７のいずれか一に記
    載の喫煙物品。
  9. 【請求項９】前記電気エネルギを蓄積する手段が電池
    （16）を含む請求項８に記載の喫煙物品。
  10. 【請求項１０】前記電池が約20乃至約500mAHの定格を持
    つ請求項９に記載の喫煙物品。
  11. 【請求項１１】前記電池が再充電可能である請求項９ま
    たは10に記載の喫煙物品。
  12. 【請求項１２】前記フレーバ発生媒体および加熱素子が
    中空のチューブ（20）内に配置されて非燃焼加熱物品を
    形成する請求項１〜11のいずれか一に記載の喫煙物品。
  13. 【請求項１３】前記蓄積手段は喫煙物品の一部を形成す
    る請求項８乃至12のいずれか一に記載の喫煙物品。
  14. 【請求項１４】前記蓄積手段が前記中空チューブ内に配
    置された請求項13に記載の喫煙物品。
  15. 【請求項１５】さらに、前記フレーバ発生媒体がその有
    効寿命の終りに達したことを表示する手段を含む請求項
    12乃至14のいずれか一に記載の喫煙物品。
  16. 【請求項１６】前記フレーバ発生媒体はフレーバ成分を
    含む押し出し成形された棒を含む請求項１乃至15のいず
    れか一に記載の喫煙物品。
  17. 【請求項１７】前記加熱素子が前記フレーバ発生媒体の
    外表面を包囲している請求項１乃至15のいずれか一に記
    載の喫煙物品。
  18. 【請求項１８】前記喫煙物品が電気接点およびこの電気
    接点に電気エネルギを供給する手段を有しており、この
    電気エネルギを供給する手段は、電気エネルギを蓄積す
    る手段（110）、この電気エネルギを蓄積する手段を収
    容する手段（114）、および前記の電気エネルギを蓄積
    する手段と前記電気接点とを電気的に接触させる手段
    （120,122）を含んでいることを特徴とする請求項１乃
    至17のいずれか一に記載の喫煙物品。
  19. 【請求項１９】さらに、付与する電気エネルギの量を制
    御する手段（112）を含んでいる請求項18に記載の喫煙
    物品。
  20. 【請求項２０】付与する電気エネルギの量を制御する手
    段は前記喫煙物品内の電池の過充電を、この電池が所定
    のレベルへ充電された時に余分の電気エネルギを熱に換
    えることにより、阻止するようになっている請求項19に
    記載の喫煙物品。
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