JP6189321B2 - 空気流ノズルを有するエーロゾル発生デバイス - Google Patents

Description

本発明は、エーロゾル形成基体を加熱するためのエーロゾル発生デバイスに関する。特に、以下に限定されるものではないが、本発明は、液体エーロゾル形成基体を加熱するための電気作動式エーロゾル発生デバイスに関する。

ＷＯ−Ａ−２００９／１３２７９３は、電気加熱式喫煙システムを開示している。液体は、液体貯蔵部分に貯蔵され、毛細管芯は、液体貯蔵部分内にそこの液体と接触するように延びる第１の端部と、液体貯蔵部分から外に延びる第２の端部とを有する。加熱要素は、毛細管芯の第２の端部を加熱する。加熱要素は、電源と電気的に接続して毛細管芯の第２の端部を取り囲む螺旋状に巻かれた電気加熱要素の形態である。使用時に、加熱要素は、ユーザが電源のスイッチをオンにすることによって作動させることができる。ユーザがマウスピースを吸引することにより、空気が、毛細管芯及び加熱要素の上を電気加熱式喫煙システムの中に、かつその後にユーザの口の中に引き込まれる。

ＷＯ−Ａ−２００９／１３２７９３

本発明の目的は、エーロゾル発生デバイス又はシステムにおけるエーロゾルの発生を改善することである。

本発明の１つの態様により、エーロゾル形成基体を加熱するための気化器と、複数の空気流ベントと、少なくとも１つの空気出口とを含むエーロゾル発生デバイスを提供し、空気流ベント及び空気出口は、空気流ベントと空気出口の間に空気流経路を形成するように配置され、複数の空気流ベントの各々は、エーロゾル内の粒子サイズを管理するために空気を気化器の近傍に向けて誘導するように配置された開口を含む。

本発明の別の態様により、エーロゾル形成基体を貯蔵するための貯蔵部分と、エーロゾル形成基体を加熱するための気化器と、複数の空気流ベントと、少なくとも１つの空気出口とを含むカートリッジを提供し、空気流ベント及び空気出口は、空気流ベントと空気出口の間に空気流経路を形成するように配置され、複数の空気流ベントの各々は、エーロゾル内の粒子サイズを管理するために空気を気化器の近傍に向けて誘導するように配置された開口を含む。

エーロゾル発生デバイス及びカートリッジは、協働して、エーロゾル形成基体を加熱するためのエーロゾル発生システムを提供する。カートリッジ又はエーロゾル発生デバイスは、エーロゾル形成基体を貯蔵するための貯蔵部分を含むことができる。気化器は、エーロゾル発生デバイスに収容することができる。気化器はまた、カートリッジに収容することができる。複数の空気流ベントは、エーロゾル発生デバイス内又はカートリッジ内のいずれかに設けることができ、又は複数の空気流ベントの一部は、エーロゾル発生デバイス内に設け、複数の空気流ベントの他のものは、カートリッジ内に設けることができる。空気出口は、エーロゾル発生デバイス内又はカートリッジ内のいずれかに設けることができ、又は１つよりも多い空気出口を設ける場合には、１つ又はそれよりも多くの空気出口をエーロゾル発生デバイス内に設けることができ、かつ１つ又はそれよりも多くの空気出口をカートリッジ内に設けることができる。

本発明の別の態様により、エーロゾル形成基体を加熱するための気化器と、複数の空気流ベントと、少なくとも１つの空気出口とを含むエーロゾル発生システムを提供し、空気流ベント及び空気出口は、空気流ベントと空気出口の間に空気流経路を形成するように配置され、複数の空気流ベントの各々は、エーロゾル内の粒子サイズを管理するために空気を気化器の近傍に向けて誘導するように配置された開口を含み、空気流ベントは、空気を気化器の近傍に向けて１つよりも多い方向に誘導する。

本発明の全ての態様に対して、貯蔵部分は、液体貯蔵部分とすることができる。本発明の全ての態様に対して、エーロゾル形成基体は、液体エーロゾル形成基体とすることができる。エーロゾル形成基体は、ニコチンを含有することができる。エーロゾル形成基体は、担体又は支持体上に吸着、被覆、含浸、又はその他の方法で充填することができる。

エーロゾル形成基体は、これに代えて、例えば、ガス状基体又はゲル状基体、又は様々なタイプの基体のあらゆる組合せのような他のあらゆる種類の基体とすることができる。エーロゾル形成基体は、固体基体とすることができる。

エーロゾル発生デバイス又はシステムの気化器は、エーロゾル形成基体を加熱して過飽和蒸気を形成するように配置される。過飽和蒸気は、複数の空気流ノズルから空気出口に向う空気流と混合されかつそこに担持される。蒸気は、凝縮してエーロゾルを形成し、それは、空気出口に向けてユーザの口の中まで運ばれる。エーロゾル発生デバイス又はカートリッジは、更に、複数の空気流ノズルと空気出口の間の空気流経路にエーロゾル形成チャンバを含むことができる。エーロゾル形成チャンバは、エーロゾルの発生を助け又は促進することができる。エーロゾル発生デバイスは、エーロゾル形成基体を含むことができ、又はエーロゾル形成基体を受け入れるように適合される。当業者には公知のように、エーロゾルは、空気のような気体中の固体粒子又は液滴の懸濁物である。

各空気流ベントは、小さな開口、オリフィス、又は孔を含む。各空気流ベントはまた、ノズルを含むことができる。開口、オリフィス、又は孔の小さいサイズは、空気流ベント又はベント又はノズルを通る高速空気流をもたらす。これは、空気流路の横断面積を低減することによって空気流速度を上昇させ、ベンチュリ効果を利用することができるからである。すなわち、空気流の速度は、横断面積が減少する時に上昇し、縮小した横断面を通る空気流は速度が上昇する。各空気流ベント又はノズルは、高速空気を気化器の近傍に向けて推進し、押し進め、又は強制するように配置される。カートリッジに関して、空気流ベント又はノズルは、空気を気化器の近傍に向けて１つよりも多い方向に誘導する。デバイスに関して、空気流ベント又はノズルは、空気を気化器の近傍に向けて１つよりも多い方向に誘導する。高速空気流は、過熱飽和蒸気の冷却速度に影響を及ぼし、それは、エーロゾルの形成に影響を及ぼす。これは、次に、エーロゾルの平均粒子サイズ及び粒子サイズ分布に影響を及ぼす。空気流ベント又はノズルと気化器の間の距離は、短いことが好ましい。それは、流入空気の減速又は空気流内の複雑な乱流パターンの形成の機会が殆どないので、空気流速度の制御を改善する。空気流ベント又はノズルが、空気を気化器の近傍に向けて１つよりも多い方向に誘導するので、気化器の近くの空気流は、比較的均一である。更に、気化器の全ての側面の冷却速度が実質的に均等になり、それは、エーロゾルの小さい粒子サイズ分布をもたらす。

すなわち、本発明は、いくつかの利点を提供する。第１に、増加した冷却速度は、エーロゾル内により小さい平均液滴サイズをもたらす。それは、ユーザに対してより良い感覚体験をもたらす。第２に、均一な空気流は、エーロゾル内に粒子サイズのより小さい範囲をもたらす。それは、より一貫したエーロゾルをもたらし、それは、ユーザに対してより良い一貫した体験をもたらす。第３に、エーロゾルを生産する工程は、冷却速度を上昇させることによって加速される。これは、エーロゾル形成に必要な空気流長さが短くなるので、エーロゾル発生デバイス及びカートリッジをより小さくすることができることを意味する。本発明により、３つの利点の全てを実現することができる。更に、高速空気流により、エーロゾル発生デバイス及びカートリッジ内、特にエーロゾル形成チャンバ内で形成可能な凝縮の量も減少する。凝縮の形成は、エーロゾル発生デバイス及びカートリッジからの液体漏れに影響を及ぼすことがある。すなわち、本発明の更に別の利点は、それを使用して液体漏れを低減することができることである。

一実施形態において、空気流ベント又はノズルは、空気入口ベント又はノズルを有する。すなわち、空気流ベント又はノズルは、周囲空気をエーロゾル発生デバイス又はカートリッジ内に引き込むための第１（最も離れた上流）の導管を提供する。その実施形態において、周囲空気ができる限り直接にエーロゾル発生デバイス又はカートリッジの外側から気化器の近傍に向けて引き込まれるように、空気入口ベント又はノズルの長さは、最小にすることが好ましい。それは、空気流の減速又は複雑な乱流パターンの生成の機会が殆どないので、空気流速度の制御を改善する。その実施形態において、空気入口ベント又はノズルは、エーロゾル発生デバイス又はカートリッジのハウジング内に設けることが好ましい。

しかし、これに代えて、空気流ベント又はノズルは、空気入口ベント又はノズルを含まない場合がある。その実施形態において、空気流ベント又はノズルよりも更に上流にある導管が、周囲空気をエーロゾル発生デバイス及びカートリッジ内に引き込むための入口を提供する。空気流ベント又はノズルは、空気を気化器の近傍に向けて高速で通すに過ぎない。それによって本発明をエーロゾル発生デバイス又はカートリッジ又はシステムの様々な設計と両立させながら、気化器の近くでの速度の制御が可能になる。

一実施形態において、空気流ベント又はノズルのうちの少なくとも１つは、偏位部分を含む。湾曲した部分は、湾曲した又は角度が付いた部分を含むことができる。偏位部分は、湾曲することができる。偏位部分は、空気流ベント又はノズルのうちの１つ、一部、又は全てに設けることができる。これは、空気流ベント又はノズルが空気入口ベント又はノズルを有する場合に、特に空気流ベント又はノズルをエーロゾル発生デバイス又はカートリッジのハウジング内に設ける場合に、特に有利である。次に、ユーザが、エーロゾル発生デバイス又はカートリッジ内の気化器又は他の構成要素を見て、潜在的に気化器又は他の構成要素にアクセスして改ざんすることが可能である場合がある。空気流ベント又はノズル内に偏位部分を含むことにより、エーロゾル発生デバイス又はカートリッジ又はシステムの内部構成要素へのアクセスが防止される。

一実施形態において、空気流ベント又はノズルは、デバイスがカートリッジと共に使用される場合に、空気を気化器の近傍に向けて気化器の表面を横切る方向に誘導するように配置される。この空気流方向は、気化器の表面とほぼ平行な高速空気流を与えるので有利と考えられる。それによって気化工程の速度が速くなると考えられる。これに加えて、一部の実施形態において、この空気流方向により、渦巻く空気流、すなわち、捩り、回転し、又は螺旋運動する空気流が気化器の近くに生成される。それによって冷却速度が増加し、それは、エーロゾル内の平均粒子サイズを縮小することが判明している。これに加えて、気化器が加熱器を含む場合に、空気を気化器上に直接にではなく気化器の表面を横切って誘導することにより、加熱器の不要な冷却が軽減する。一実施形態において、流れノズルは、空気を直接に気化器にではなく、気化器の表面から所定距離だけ離間した経路に沿って誘導するように配置される。それは、高速空気が気化器の表面を有意に冷却することを妨げるが、気化器から離れた蒸気を迅速に冷却する。それは、エーロゾル発生デバイスの効率を改善する。

空気流ベント又はノズルが、高速空気を１つよりも多い方向に誘導するので、空気は、気化器の１つよりも多い部分で気化器の表面を横切って誘導することができる。それは、気化器の全ての側面上の実質的に均等な冷却の可能性を大きくし、それは一貫したエーロゾル形成をもたらす。それはまた、空気流の渦巻効果を増強し、それは冷却速度を増す。

これに代えて、空気流ベント又はノズルは、空気を気化器の近傍に向けて気化器の表面上に直接に誘導するように配置することができる。この空気流方向は、気化器の表面に対して実質的に垂直に誘導することができる。この空気流方向は、それが冷却速度を上昇させ、それはエーロゾル内の平均粒子サイズを縮小するので有利であると考えられる。

空気流ベント又はノズルが、高速空気を１つよりも多い方向に誘導するので、空気は、気化器の１つよりも多い部分上に誘導することができる。それによって冷却速度が増え、また気化器は、全ての側面上の冷却が実質的に均等である可能性が高くなる。

空気流ベント又はノズルは、高速空気を気化器の近傍に向けていずれか他の望ましい１つ又は複数の方向に誘導することができる。例えば、空気流ベント又はノズルは、空気をエーロゾル発生デバイス又はカートリッジの縦方向に誘導することができる。更に、各空気流ベント又はノズルは、空気をその自体のそれぞれの方向に誘導することができる。例えば、１つの空気流ベント又はノズルは、高速空気を気化器の表面を横切るように誘導し、別の空気流ベント又はノズルは、高速空気を直接に気化器の表面上に誘導することができる。

あらゆる適切な数の空気流ベント又はノズルを設けることができる。空気流ベント又はノズルは、気化器の近くで望ましい空気流速度をもたらすあらゆる適切な横断面積又は直径を有することができる。ベント又はノズルの横断面積及び直径はまた、引き込みに対する抵抗に影響を及ぼすことになる。ベント又はノズルは、同じか又は異なる横断面積又は直径を有することができる。ベント又はノズルはまた、あらゆる望ましい横断面形状を有することができ、ベント又はノズルは、同じか又は異なる横断面形状を有することができる。有利な態様においては、空気流ベントの各々は、０．４ｍｍよりも短いか又はそれにほぼ等しい直径を有することができる。これは、高速で誘導される空気流を与える。一実施形態において、空気出口を通る毎秒２７．５ミリリットルの流量に対して、空気入口ベントの各々を通る空気流速度は、毎秒１０と３０メートルの間である。空気流ベント又はノズルと気化器の分離は、エーロゾル発生デバイス内の望ましい冷却速度に応じて設定することができる。ベント又はノズルと気化器の分離はまた、引き込みへの抵抗に影響を及ぼす。ベント又はノズルは、気化器から同じか又は異なる距離だけ分離することができる。空気流ベント又はノズルは、エーロゾル発生デバイス又はカートリッジ内の望ましい空気流パターンをもたらすあらゆる方向に空気流を誘導することができる。ベント又はノズルは、空気流を同じか又は異なる方向に誘導することができる。

空気流ベント又はノズルは、望ましい冷却速度をもたらすあらゆる適切なパターンに配置することができる。空気流ベント又はノズルは、気化器に対して対称に配置することが好ましい。それは、気化器の周りの均一な空気流をもたらし、それは、一貫した冷却速度及び従ってエーロゾル内の一貫した粒子サイズをもたらす。空気流ベント又はノズルは、エーロゾル発生デバイス又はカートリッジの縦軸線に対して対称に配置することが好ましい。ベント又はノズルは、複数の組のベント又はノズルで構成することができる。各組は、他の組から縦方向に離間することができる。しかし、縦方向に離間した１つ、２つ、３つ、４つ、又はそれよりも多くの組のベント又はノズルを設けることができ、各組は、１つ、２つ、３つ、４つ、又はそれよりも多くの空気流ベント又はノズルを含むことができる。

空気流ベント又はノズルが、エーロゾル発生デバイス又はカートリッジのハウジング上に設けられる場合、空気流ベント又はノズルは、ハウジングの周りに周方向に離間することができる。好ましくは、空気流ベント又はノズルは、冷却速度がエーロゾル発生デバイス又はカートリッジを通して実質的に均等である可能性が高くなるように、ハウジングの周りに対称的に離間している。ベント又はノズルは、ハウジングに沿って縦方向に離間した１つ又はそれよりも多くの列に構成することができる。一実施形態において、縦方向に離間した２組の空気流ベント又はノズルが、ハウジング上に設けられ、各組は、ハウジングの円周の周りに対称的に離間した３つの空気流ベント又はノズルを含む。

一実施形態において、エーロゾル発生デバイス又はカートリッジは、更に、液体エーロゾル形成基体を貯蔵するための液体貯蔵部分と、液体エーロゾル形成基体を液体貯蔵部分から気化器に向けて運ぶ細長い毛細管本体とを含み、毛細管本体は、液体貯蔵部分内に延びる第１の端部と第１の端部の反対側の第２の端部とを有し、気化器は、毛細管本体の第２の端部内の液体エーロゾル形成基体を加熱するように配置される。

この実施形態において、使用時に、液体は、毛細管本体の第１の端部から毛細管本体の第２の端部に向けて毛細管作用によって液体貯蔵部分から運ばれる。毛細管本体の第２の端部内の液体は、気化して過飽和蒸気を形成する。毛細管本体は、液体貯蔵部分内の液体エーロゾル形成基体と接触することが好ましい。液体エーロゾル形成基体は、以下に限定するものではないが、液体が毛細管本体を通じて毛細管作用によって運ばれることを可能にする表面張力、粘性、密度、熱伝導率、沸点、及び蒸気圧を含む適切な物理特性を有する。

この実施形態において、好ましくは、空気流ベント又はノズルは、空気入口ベント又はノズルを含む。すなわち、空気流ベント又はノズルは、周囲空気をエーロゾル発生デバイス又はカートリッジ内に引き込むための第１（最も遠い上流）の導管を提供する。空気入口ベント又はノズルは、エーロゾル発生デバイス又はカートリッジのハウジング内に設けることが好ましい。好ましくは、空気入口ベント又はノズルは、周囲空気がエーロゾル発生デバイス又はカートリッジの外側から直接に毛細管本体の第２の端部及び気化器の近傍に向けて引き込まれるように、毛細管本体の第２の端部及び気化器の近くでエーロゾル発生デバイス又はカートリッジのハウジング内に設けられる。

この実施形態において、空気流ベント又はノズルが、空気を気化器の近傍に向けて気化器の表面を横切る方向に誘導するように配置される場合に、空気流ベント又はノズルは、空気を毛細管本体の表面を横切って誘導するように配置することができる。これは、毛細管本体の過剰な乾燥を避けるので有利である。細長い毛細管本体は、エーロゾル発生デバイスの縦軸線に沿って延びることが好ましい。好ましくは、エーロゾル発生デバイス又はカートリッジ、又はデバイス及びカートリッジの両方が円形横断面を有する場合に、細長い毛細管本体は、ほぼエーロゾル発生デバイス又はカートリッジの中心軸に沿って延びる。その場合に、毛細管本体の表面を横切る空気の方向は、毛細管本体に対して接線方向とすることができ、エーロゾル発生デバイス又はカートリッジ及びノズルの円形横断面は、毛細管本体からその最も近い点で、すなわち、毛細管本体の表面の上方の所定高さで、所定距離だけ離れた経路に沿って空気を誘導するように配置することができる。これに代えて、空気流ベント又はノズルは、気化器の表面を横切るが、空気を直接に毛細管本体の表面上に誘導するように配置することができる。

この実施形態において、空気流ベント又はノズルが、気化器の近傍に向けて直接に気化器の表面上に空気を誘導するように配置される場合に、空気流ベント又はノズルは、空気を直接に毛細管本体の表面上に誘導するように配置することができる。細長い毛細管本体は、エーロゾル発生デバイス又はカートリッジの縦軸線に沿って延びることが好ましい。エーロゾル発生デバイス又はカートリッジ、又はデバイス及びカートリッジの両方が円形横断面を有する場合に、細長い毛細管本体は、ほぼエーロゾル発生デバイス又はカートリッジの中心軸に沿って延びることが好ましい。その場合に、直接に毛細管本体の表面上への空気の方向は、毛細管本体と、エーロゾル発生デバイス又はカートリッジの円形横断面とに対して半径方向とすることができる。空気流は、縦軸線に対して実質的に垂直にすることができる。これに代えて、空気流ベント又はノズルは、空気を直接に毛細管本体の表面上に誘導するが、気化器上へ直接ではないように配置することができる。例えば、空気流ベント又はノズルは、空気を気化器に隣接する毛細管本体の部分上に直接に誘導することができる。これは、気化器が加熱器を含む場合に、これが加熱器の冷却を軽減するので特に有利である。

空気流ベント又はノズルが、エーロゾル発生デバイス又はカートリッジのハウジング上に設けられる場合に、空気流ベント又はノズルは、ハウジングの周りに周方向に離間することができる。空気流ベント又はノズルは、冷却速度がエーロゾル発生デバイスを通して実質的に均等である可能性が増すように、ハウジングの周りに対称的に離間することが好ましい。細長い毛細管本体は、エーロゾル発生デバイス又はカートリッジの中心縦軸線に沿って延びることが好ましい。すなわち、空気流ベント又はノズルがハウジングの周りに対称的に離間する場合に、それは、毛細管本体の全ての側面上の実質的に均等な空気流をもたらすことになる。空気流ベント又はノズルは、ハウジングに沿って縦方向に離間した１つ又はそれよりも多くの列に構成することができる。一実施形態において、縦方向に離間した２組の空気流ベント又はノズルが、ハウジング上に設けられ、各組は、ハウジングの円周の周りに対称的に離間した３つの空気流ベント又はノズルを含む。しかし、勿論、空気流ベント又はノズルの他の数及びレイアウトも可能である。

毛細管本体は、液体エーロゾル形成基体を気化器に向けて運ぶことができるあらゆる適切な材料又は材料の組合せを含むことができる。毛細管本体は、多孔性材料を含むことが好ましいが、これは必須ではない。毛細管本体は、芯の形態を有することができる。毛細管本体は、繊維又はスポンジ構造を有することができる。毛細管本体は、好ましくは、１束の毛細管を含む。例えば、毛細管本体は、複数の繊維又はスレッド、又は他の微細内腔チューブを含むことができ、これらは、ほぼエーロゾル発生デバイス又はシステムの縦方向に位置合わせすることができる。これに代えて、毛細管本体は、ロッド形状に形成されたスポンジ状又は発泡体状材料を含むことができる。ロッド形状は、ほぼエーロゾル発生デバイス又はシステムの縦方向に沿って延びることができる。１つ又は複数の特に好ましい毛細管材料は、液体エーロゾル形成基体の物理特性に依存することになる。適切な毛細管材料の例は、スポンジ又は発泡体材料、繊維又は焼結粉体の形態のセラミック又はグラファイト系材料、発泡金属又はプラスチック材料、例えば、酢酸セルロース、ポリエステル、又は結合ポリオレフィン、ポリエチレン、テリレン又はポリプロピレン繊維、ナイロン繊維又はセラミックのような紡績又は押し出し繊維で作られた繊維性材料を含む。毛細管材料は、異なる液体物理特性と共に使用されるように、あらゆる適切な毛細管性を有することができる。

液体貯蔵部分は、液体エーロゾル形成基体を周囲空気から保護することができる（一般的に、空気が液体貯蔵部分に入ることができないので）。液体貯蔵部分は、液の劣化の危険性が有意に低減されるように、エーロゾル形成基体を光から保護することができる。更に、高レベルの衛生状態を維持することができる。液体貯蔵部分は、詰め替え可能ではない場合がある。すなわち、液体貯蔵部分内の液体エーロゾル形成基体が使い果たされた時に、カートリッジは交換される。これに代えて、液体貯蔵部分は、詰め替え可能とすることができる。この場合には、カートリッジは、液体貯蔵部分のある一定の数の詰め替え後に交換することができる。液体貯蔵部分は、所定数の吸煙にわたって液体エーロゾル形成基体を保持するように配置することが好ましい。

別の実施形態において、液体貯蔵部分は、内部通路を含み、気化器は、デバイスをカートリッジと共に使用する時に内部通路の少なくとも一部を通って延び、カートリッジは、更に、液体エーロゾル形成基体を気化器に向けて運ぶための内部通路を少なくとも部分的に裏打ちする毛細管インタフェースを含む。

この実施形態において、使用時に、液体は、内部通路を裏打ちする毛細管インタフェースを通じて液体貯蔵部分から毛細管作用によって運ばれる。毛細管インタフェースの第１の面は、液体貯蔵部分内で液体エーロゾル形成基体と接触することが好ましい。毛細管インタフェースの第２の面は、気化器と接触し又はこれに隣接する。毛細管インタフェースの第２の面の近くの液体は、気化して過飽和蒸気を形成し、これは、内部通路を通る空気流と混合され、かつこの中に担持される。液体貯蔵部分の内部通路は、エーロゾルの発生を容易にするエーロゾル形成チャンバを含むことができる。液体貯蔵部分は、円筒形状を有することができ、内部通路は、円筒の縦軸線に沿って延びることができる。すなわち、液体貯蔵部分は、環状横断面を有することができる。液体エーロゾル形成基体は、以下に限定されるものではないが、液体が毛細管インタフェースを通じて毛細管作用によって運ばれることを可能にする表面張力、粘性、密度、熱伝導率、沸点、及び蒸気圧を含む物理特性を有する。

この実施形態において、空気流ベント又はノズルが、気化器の近傍に向けて空気を直接に気化器の表面上に誘導するように配置される場合に、空気流ベント又はノズルは、空気を直接に毛細管インタフェースの表面上に誘導するように配置することができる。液体貯蔵部分の内部通路は、カートリッジの縦軸線に沿って延びることが好ましい。毛細管インタフェースも、カートリッジの縦軸線に沿って延びることが好ましい。カートリッジが円形横断面を有する場合に、内部通路及び毛細管インタフェースは、カートリッジの中心軸上に中心を有することが好ましい。その場合に、毛細管インタフェースの表面上へ直接の空気の方向は、内部通路と、毛細管インタフェースと、カートリッジの円形横断面とに対して半径方向とすることができる。空気流は、縦軸線に対して実質的に垂直にすることができる。これに代えて、空気流ベント又はノズルは、空気を直接に毛細管インタフェースの表面上に誘導するが、気化器上へは直接でないように配置することができる。例えば、空気流ベント又はノズルは、気化器に隣接する毛細管インタフェースの部分上に空気を直接に誘導することができる。

毛細管インタフェースは、液体エーロゾル形成基体を気化器に向けて運ぶことができるあらゆる適切な材料又は材料の組合せを含むことができる。毛細管インタフェースは、多孔性材料を含むことが好ましいが、これは必須ではない。毛細管インタフェースは、チューブ形状に形成されたあらゆる適切な毛細管材料を含むことができる。毛細管材料のチューブは、液体貯蔵部分内の内部通路の長さの全体又は一部に沿って延びることができる。毛細管インタフェースは、繊維又はスポンジ構造を有することができる。毛細管インタフェースは、複数の繊維又はスレッド、又は他の微細内腔チューブを含むことができる。これに代えて、毛細管インタフェースは、スポンジ状又は発泡体状材料を含むことができる。１つ又は複数の特定の好ましい毛細管材料は、液体エーロゾル形成基体の適切な物理特性に依存することになる。適切な毛細管材料の例は、スポンジ又は発泡体材料、繊維又は焼結粉体の形態のセラミック又はグラファイト系材料、発泡金属又はプラスチック材料、例えば、酢酸セルロース、ポリエステル、又は結合ポリオレフィン、ポリエチレン、テリレン又はポリプロピレン繊維、ナイロン繊維又はセラミックのような紡績又は押し出し繊維で作られた繊維性材料を含む。毛細管材料は、異なる液体物理特性と共に使用されるように、あらゆる適切な毛細管性を有することができる。

液体貯蔵部分は、液体エーロゾル形成基体を周囲空気から保護することができる（一般的に、空気が液体貯蔵部分に入ることができないので）。液体貯蔵部分は、液の劣化の危険性が有意に低減されるように、液体エーロゾル形成基体を光から保護することができる。更に、高レベルの衛生状態を維持することができる。液体貯蔵部分は、詰め替え可能ではない場合がある。すなわち、液体貯蔵部分内の液体エーロゾル形成基体が使い果たされた時にカートリッジが交換される。これに代えて、液体貯蔵部分は、詰め替え可能とすることができる。この場合には、カートリッジは、液体貯蔵部分のある一定の数の詰め替え後に交換することができる。液体貯蔵部分は、所定数の吸煙にわたって液体エーロゾル形成基体を保持するように配置されることが好ましい。

別の実施形態において、デバイス又はカートリッジは、更に、少なくとも部分的に内部通路内に延びる空気入口パイプを含むことができ、空気入口パイプは、複数の空気流ベント又はノズルを含み、空気流経路は、空気流ベント又はノズルを通ってかつ空気出口まで空気入口パイプに沿って延びる。

空気流ベント又はノズルは、空気入口パイプの周りに周方向に離間することができる。好ましくは、空気流ベント又はノズルは、冷却速度がエーロゾル発生デバイス又はカートリッジを通して実質的に均等である可能性が増すように、空気入口パイプの周りに周方向に対称的に離間している。液体貯蔵部分の内部通路と毛細管インタフェースとは、カートリッジの中心縦軸線に沿って延びることが好ましい。空気入口パイプも、カートリッジの中心縦軸線に沿って延びることが好ましい。すなわち、空気流ベント又はノズルが、入口パイプの周りに対称的に離間する場合に、これは、毛細管インタフェース及び気化器の全ての部分で実質的に均等な空気流をもたらすことになる。ベント又はノズルは、空気入口パイプに沿って縦方向に離間した１つ又はそれよりも多くの列に構成することができる。一実施形態において、縦方向に離間した３組の空気流ベント又はノズルが、空気入口パイプ上に設けられ、各組は、空気入口パイプの円周の周りに対称的に離間した３つの空気流ベント又はノズルを含む。しかし、勿論、空気流ベント又はノズルの他の数及びレイアウトも可能である。

エーロゾル発生デバイス又はカートリッジは、更に、空気入口と、空気入口を通る空気流を測定する空気流センサとを含むことができ、２次空気流経路が、空気入口と空気出口の間に形成される。この実施形態において、１次空気流は、空気流ベント又はノズルを通るが、空気入口を通る２次空気流が存在する。２次空気流は、１次空気流と比べて小さいことが好ましい。これは、空気流センサで測定される２次空気流の空気速度を別にして、空気流ベント又はノズルを通る１次空気流の速度を速くさせる。エーロゾル発生デバイス及びカートリッジは、２次空気流経路内の空気流センサが、１次空気流経路内、特に気化器の近くで空気流速度の尺度を与えるように較正することができる。２次空気流経路は、空気流ベント又はノズルを迂回することが好ましい。

気化器は、加熱器である場合がある。加熱器は、熱伝導、対流、及び放熱のうちの１つ又はそれよりも多くによってエーロゾル形成基体手段を加熱することができる。加熱器は、電源によって給電される電気加熱器とすることができる。これに代えて、加熱器は、可燃性燃料のような非電源によって作動することができ、例えば、加熱器は、ガス燃料の燃焼によって加熱される熱伝導要素を含むことができる。加熱器は、熱伝導によってエーロゾル形成基体を加熱することができ、かつ基体又は基体を堆積させた担体と少なくとも部分的に接触することができる。これに代えて、加熱器からの熱は、中間の熱伝導要素を用いて基体に伝導することができる。これに代えて、加熱器は、使用中にエーロゾル発生システムを通じて引き込まれる流入周囲空気に熱を伝達することができ、この空気は、対流によってエーロゾル形成基体を加熱する。

好ましくは、エーロゾル発生デバイスは電気で作動し、気化器は、エーロゾル形成基体を加熱するための電気加熱器を含む。

電気加熱器は、単一の加熱要素を含むことができる。これに代えて、電気加熱器は、１つよりも多い加熱要素、例えば、２つ、又は３つ、又は４つ、又は５つ、又は６つ、又はそれよりも多くの加熱要素を含むことができる。１つ又は複数の加熱要素は、エーロゾル形成基体を最も有効に加熱するように適切に配置することができる。

少なくとも１つの電気加熱要素は、電気抵抗材料を含むことが好ましい。適切な電気抵抗材料は、以下に限定されるものではないが、ドープセラミックのような半導体、電気的「伝導性」セラミック（例えば、二ケイ化モリブデンのような）、炭素、グラファイト、金属、金属合金、及びセラミック材料と金属材料で製造された複合材料を含む。このような複合材料は、ドープセラミック又は非ドープセラミックを含むことができる。適切なドープセラミックの例は、ドープ炭化珪素を含む。適切な金属の例は、チタン、ジルコニウム、タンタル、及び白金族の金属を含む。適切な金属合金の例は、ステンレス鋼、コンスタンタン、ニッケル含有合金、コバルト含有合金、クロム含有合金、アルミニウム含有合金、チタン含有合金、ジルコニウム含有合金、ハフニウム含有合金、ニオブ含有合金、モリブデン含有合金、タンタル含有合金、タングステン含有合金、スズ含有合金、ガリウム含有合金、マンガン含有合金、及び鉄含有合金、並びにニッケル基超合金、鉄基超合金、コバルト基超合金、ステンレス鋼、Ｔｉｍｅｔａｌ（登録商標）、鉄−アルミニウム基合金、及び鉄−マンガン−アルミニウム基合金を含む。Ｔｉｍｅｔａｌ（登録商標）は、コロラド州デンバー市Ｂｒｏａｄｗａｙ Ｓｕｉｔｅ ４３００所在のＴｉｔａｎｉｕｍ Ｍｅｔａｌｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの登録商標である。複合材料において、電気抵抗材料は、エネルギ伝達の動力学及び要求される外部物理化学特性に応じて、任意的に絶縁材料に埋め込まれ、それを用いてカプセル化され、又は被覆することができ、逆も同様である。加熱要素は、不活物質の２つの層の間で絶縁された金属エッチング箔を含むことができる。この場合に、不活物質は、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）、全ポリイミド箔、又はマイカ箔を含むことができる。Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）は、米国デラウェア州１９８９８ Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎの１００７ Ｍａｒｋｅｔ Ｓｔｒｅｅｔ所在のＥ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙの登録商標である。

これに代えて、少なくとも１つの電気加熱要素は、赤外線加熱要素、光子源、又は誘電加熱要素を含むことができる。

少なくとも１つの電気加熱要素は、あらゆる適切な形態とすることができる。例えば、少なくとも１つの電気加熱要素は、加熱ブレードの形態とすることができる。これに代えて、少なくとも１つの電気加熱要素は、異なる導電部分を有するケーシング又は基板、又は電気抵抗性金属チューブの形態とすることができる。これに代えて、少なくとも１つの電気加熱要素は、ディスク（端部）加熱器、又はディスク加熱器と加熱ニードル又はロッドとの組合せとすることができる。これに代えて、少なくとも１つの電気加熱要素は、可撓性のシート材料を含むことができる。他の代替物は、加熱ワイヤ又はフィラメント、例えば、Ｎｉ−Ｃｒ（ニッケル−クロム）、白金、タングステン又は合金ワイヤ、又は加熱板を含む。任意的に、加熱要素は、剛性担体材料の中に又はその上に堆積させることができる。

少なくとも１つの電気加熱要素は、吸熱及び蓄熱し、その後に時間と共に放熱してエーロゾル形成基体を加熱することができる材料を含むヒートシンク又はヒートリザーバを含むことができる。ヒートシンクは、適切な金属又はセラミック材料等のあらゆる適切な材料から形成することができる。材料は、高い熱容量を有する（顕熱蓄熱材料）か、又は吸熱後に高温相変化のような可逆過程によって放熱することができる材料であることが好ましい。適切な顕熱蓄熱材料は、シルカゲル、アルミナ、炭素、ガラスマット、ガラス繊維、無機物、及びアルミニウム、銀、又は鉛等の金属又は合金、並びにセルロース材料を含む。可逆的相変化によって放熱する他の適切な材料は、パラフィン、酢酸ナトリウム、ナフタレン、ワックス、ポリエチレンオキシド、金属、金属塩、共晶塩の混合物、又は合金を含む。

ヒートシンクは、エーロゾル形成基体と直接に接触し、蓄熱を直接にエーロゾル形成基体に伝達することができるように配置することができる。これに代えて、ヒートシンク又はヒートリザーバに貯えられた熱は、金属チューブのような熱伝導体によってエーロゾル形成基体に伝達することができる。

少なくとも１つの加熱要素は、熱伝導によってエーロゾル形成基体を加熱することができる。加熱要素は、エーロゾル形成基体と少なくとも部分的に接触することができる。これに代えて、加熱要素からの熱は、熱伝導要素によってエーロゾル形成基体に伝導することができる。

これに代えて、少なくとも１つの加熱要素は、使用時にエーロゾル発生デバイスを通じて引き込まれた流入周囲空気に熱を伝達することができ、この空気が、対流によってエーロゾル形成基体を加熱する。周囲空気は、エーロゾル形成基体を通過する前に加熱することができる。これに代えて、周囲空気は、最初にエーロゾル形成基体を通って引き込まれた後に加熱することができる。

しかし、本発明は、加熱器気化器に限定されず、機械的気化器、例えば、以下に限定されるものではないが圧電気化器又は加圧液体を用いた噴霧器によって蒸気及び得られるエーロゾルが発生するエーロゾル発生デバイス及びシステムに使用することができる。

特に好ましい実施形態において、エーロゾル発生デバイスは、電気的に作動させることができ、気化器は、電気加熱器を含み、エーロゾル発生デバイス又はカートリッジは、液体エーロゾル形成基体を液体貯蔵部分から電気加熱器に向けて運ぶための細長い毛細管本体を含み、毛細管本体は、液体貯蔵部分内に延びる第１の端部と、第１の端部と反対側の第２の端部とを有し、電気加熱器は、毛細管本体の第２の端部内の液体エーロゾル形成基体を加熱するように配置される。加熱器が作動する場合に、毛細管本体の第２の端部内の液体は、加熱器によって気化されて過飽和蒸気を形成する。

別の特に好ましい実施形態において、エーロゾル発生デバイスは、電気的に作動させることができ、気化器は、電気加熱器を含み、エーロゾル発生デバイスは、マウスピースを有する第１の端部と、第１の端部の反対側の第２の端部と、電気加熱器に接続する電源及び電気回路と、液体エーロゾル形成基体を貯蔵するための貯蔵部分と、エーロゾル形成基体を液体貯蔵部分から電気加熱器に向けて運ぶための細長い毛細管本体とを含み、毛細管本体は、液体貯蔵部分内に延びる第１の端部と、第１の端部と反対側の第２の端部とを有し、電気加熱器は、毛細管本体の第２の端部内の液体エーロゾル形成基体を加熱するように配置され、液体貯蔵部分、毛細管本体、及び電気加熱器は、エーロゾル発生デバイスの第１の端部に配置され、電源及び電気回路は、エーロゾル発生デバイスの第２の端部に配置される。液体貯蔵部分、並びに任意的に毛細管本体及び加熱器は、単一の構成要素としてエーロゾル発生デバイスから取外し可能とすることができる。

別の特に好ましい実施形態において、エーロゾル発生デバイスは、電気的に作動させることができ、気化器は、電気加熱器を含み、エーロゾル発生デバイスは、電気加熱器に接続する電源及び電気回路を含み、カートリッジは、マウスピースと、液体エーロゾル形成基体を液体貯蔵部分から電気加熱器に向けて運ぶための細長い毛細管本体とを含み、毛細管本体は、液体貯蔵部分内に延びる第１の端部と、第１の端部と反対側の第２の端部とを有し、電気加熱器は、カートリッジ内に設けられ、かつ毛細管本体の第２の端部内の液体エーロゾル形成基体を加熱するように配置される。

液体貯蔵部分、並びに任意的に毛細管本体及び加熱器は、単一の構成要素としてエーロゾル発生システムから取外し可能とすることができる。

別の特に好ましい実施形態において、エーロゾル発生システムは、電気的に作動させることができ、気化器は、電気加熱器を含み、液体貯蔵部分は、内部通路を含み、デバイスをカートリッジと共に使用する場合に、電気加熱器は、内部通路の少なくとも一部を通って延び、デバイス又はカートリッジは、デバイスを加熱器と共に使用する場合に、更に、エーロゾル形成基体を気化器に向けて運ぶための内部通路を少なくとも部分的に裏打ちする毛細管インタフェースを含む。加熱器が作動された時に、毛細管インタフェース内の液体は、加熱器によって気化されて過飽和蒸気を形成する。

別の特に好ましい実施形態において、エーロゾル発生デバイスは、電気的に作動させることができ、気化器は、電気加熱器を含み、液体貯蔵部分は、内部通路を含み、電気加熱器は、内部通路の少なくとも一部を通って延び、デバイスは、電気加熱器に接続した電源及び電気回路を含み、カートリッジは、マウスピースと、液体エーロゾル形成基体を電気加熱器に向けて運ぶための内部通路を少なくとも部分的に裏打ちする毛細管インタフェースとを含み、電気加熱器は、カートリッジに配置される。

液体貯蔵部分及び毛細管インタフェース、並びに任意的に加熱器は、単一の構成要素としてエーロゾル発生システムから取外し可能とすることができる。

液体エーロゾル形成基体は、エーロゾル発生デバイス、カートリッジ、又はエーロゾル発生システムで使用するのに適切な物理特性、例えば、沸点及び蒸気圧を有することが好ましい。沸点が高すぎると液体を加熱することができない場合があるが、沸点が低すぎると液体をあまりにも容易に加熱する場合がある。液体は、加熱時に液体から放出される揮発性タバコ香味化合物を含むタバコ含有材料を含むことが好ましい。これに代えて又はこれに加えて、液体は、非タバコ材料を含むことができる。液体は、水溶液、エタノールのような非水溶媒、植物性抽出物、ニコチン、天然又は合成香味、又はこれらのあらゆる組合せを含むことができる。液体は、更に、高濃度で安定したエーロゾルの発生を容易にするエーロゾル形成体を含むことが好ましい。安定したエーロゾル形成体の例は、グリセリン及びグリコールである。

エーロゾル発生デバイス又はエーロゾル発生システムは、電気的に作動させることができ、更に、電源を含むことができる。電源は、ＡＣ電源又はＤＣ電源とすることができる。電源は、バッテリであることが好ましい。エーロゾル発生デバイス又はエーロゾル発生システムは、更に、電気回路を含むことができる。一実施形態において、電気回路は、ユーザの吸煙を示す空気流を検出するためセンサを含む。空気流センサを有する空気入口が２次空気流経路の一部として設けられる場合に、センサを追加して設けることができる。この場合に、電気回路は、センサがユーザの吸煙を検知した時に気化器に電流パルスを提供するよう構成することが好ましい。電流パルスの期間は、気化するのに望ましい液体量に応じて予め設定されることが好ましい。電気回路は、このためにプログラマブルであることが好ましい。これに代えて、電気回路は、ユーザが吸煙を開始するための手動式スイッチを含むことができる。電流パルスの期間は、気化するのに望ましい液体量に応じて予め設定されることが好ましい。電気回路は、このためにプログラマブルであることが好ましい。

エーロゾル発生デバイス又はカートリッジ又はエーロゾル発生システムは、ハウジングを含むことが好ましい。ハウジングは細長いことが好ましい。エーロゾル発生デバイス又はカートリッジが細長い毛細管本体を含む場合には、毛細管本体の縦軸線とハウジングの縦軸線は、実質的に平行にすることができる。ハウジングは、シェル及びマウスピースを含むことができる。この場合に、全ての構成要素は、シェル又はマウスピースのいずれかに収容することができる。一実施形態において、ハウジングは、取外し可能なインサートを含む。取外し可能なインサートは、液体貯蔵部分、毛細管本体、及び気化器を含むことができる。これに代えて、取外し可能なインサートは、液体貯蔵部分、毛細管インタフェース、及び気化器を含むことができる。その実施形態において、エーロゾル生成デバイスのそれらの構成要素は、単一の構成要素としてハウジングから取り外すことができる。これは、例えば、液体貯蔵部分の詰め替え又は交換に有用である。

ハウジングは、あらゆる適切な材料又は材料の組合せを含むことができる。適切な材料の例は、金属、合金、プラスチック、又はこれらの材料の１つ又はそれよりも多くを含有する複合材料、又は食品又は製薬用途に適切な熱可塑性物質、例えば、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、及びポリエチレンを含む。材料は、軽量で非脆性であることが好ましい。

エーロゾル発生デバイス及びカートリッジは、個々に及び協働してその両方で携行可能であることが好ましい。エーロゾル発生デバイスは、ユーザによって再利用可能であることが好ましい。カートリッジは、例えば、液体貯蔵部分内に液体がもはや含まれていない場合に、ユーザによって使い捨てであることが好ましい。エーロゾル発生デバイス及びカートリッジは、協働してエーロゾル発生システムを形成し、これは、喫煙システムであり、かつ従来のシガー又はシガレットに相当するサイズを有することができる。喫煙システムは、約３０ｍｍと約１５０ｍｍの間の全長を有することができる。喫煙システムは、約５ｍｍと約３０ｍｍの間の外径を有することができる。その実施形態において、各空気流ベント又はノズルは、０．４ｍｍよりも短いか又はそれにほぼ等しい直径を有することができる。エーロゾル発生システムによって生成されたエーロゾルは、約１．５ミクロンよりも小さい、より好ましくは約１．０ミクロンよりも小さい、更により好ましくは約０．７ミクロンよりも小さい平均粒子サイズを有することができる。

エーロゾル発生システムは、電気作動式喫煙システムであることが好ましい。本発明により、エーロゾル形成基体を貯蔵するための液体貯蔵部分と、エーロゾル形成基体を加熱してエーロゾルを形成するための気化器と、複数の空気流ベント又はノズルと、少なくとも１つの空気出口とを含むエーロゾル発生デバイスを提供し、空気流ベント又はノズル及び空気出口は、空気流ベント又はノズルと空気出口の間に空気流経路を形成するように配置され、複数の空気流ベント又はノズルの各々は、エーロゾル内の粒子サイズを管理するために空気を気化器の近傍に向けて誘導するように配置された開口を含み、空気流ベント又はノズルは、空気を気化器の近傍に向けて１つよりも多い方向に誘導する。

本発明の１つの態様に関して説明した特徴は、本発明の別の態様にも適用することができる。

単に一例として、添付図面を参照して本発明を以下に更に説明する。

本発明によるエーロゾル発生システムの一実施形態を示す図である。 図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った横断面図である。 図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った代替横断面である。 本発明によるエーロゾル発生システムの別の実施形態を示す図である。 図４の線Ｖ−Ｖに沿った横断面図である。

図１は、本発明によるエーロゾル発生システムの第１の実施形態の斜視図である。図１は、実質的に概略図である。特に、図示の構成要素は、個々でも相互間でも必ずしも縮尺通りではない。図１には明示しないが、エーロゾル発生システムは、好ましくは使い捨てであるカートリッジと共に好ましくは再利用可能であるエーロゾル発生デバイスを含む。図１において、システムは、電気作動式喫煙システムである。喫煙システム１０１は、カートリッジ１０５である第１の端部と、デバイス１０７である第２の端部とを有するハウジング１０３を含む。デバイスには、バッテリ１０９の形態の電源（図１に概念的に示す）と、電気回路１１１（同様に図１に概念的に示す）とが設けられる。カートリッジには、液体１１５を収容する貯蔵部分１１３と、細長い毛細管本体１１７と、加熱器１１９の形態の気化器とが設けられる。この実施形態において、加熱器１１９は、毛細管本体１１７を取り囲むコイルヒーターを含む。図１において、加熱器は、概念的にのみ示すことに注意されたい。図１に示す例示的な実施形態において、毛細管本体１１７の一端は、液体貯蔵部分１１３内に延び、毛細管本体１１７の他端は、加熱器１１９によって取り囲まれる。加熱器は、液体貯蔵部分１１３の外側を沿って通される接続部（図示しない）を通じて電気回路１１１及びバッテリ１０９に接続されるが、これは図１には示されていない。エーロゾル発生システム１０１はまた、複数の空気流ベント１２１と、カートリッジ端部での空気出口１２３と、エーロゾル形成チャンバ１２５とを含む。エーロゾル形成チャンバ１２５を経由する空気流ベント１２１から空気出口１２３への空気流経路１２７は、破線の矢印に示されている。

使用時の作動は以下の通りである。液体貯蔵部分１１３からの液体１１５が、液体貯蔵部分内に延びた毛細管本体１１７の一端から加熱器１１９によって囲まれた毛細管本体１１７の他端に毛細管作用によって運ばれる。ユーザが空気出口１２３を吸引する場合に、空気流ベント１２１を通って周囲空気が引き込まれる。図１に示す実施形態において、電気回路１１１内の吸煙検出デバイスは、タバコの吸引を検知して加熱器１１９を作動する。バッテリ１０９は、電気エネルギを加熱器１１９に供給し、加熱器によって取り囲まれた毛細管本体１１７の端部を加熱する。毛細管本体１１７のその端部内の液体は、加熱器１１９によって気化して過飽和蒸気を生成する。これと同時に、気化された液体は、毛細管作用によって毛細管本体１１７に沿って移動する更に別の液体によって置換される。（これは、時々「ポンプ作用」と呼ばれる。）生成された過飽和蒸気は、空気流ベント１２１からの空気流１２７と混合され、かつその中に担持される。エーロゾル形成チャンバ１２５において、蒸気は、凝縮して吸入エーロゾルを生成し、それは、空気出口１２３に向けて、かつユーザの口の中まで運ばれる。図１に示す実施形態において、電気回路１１１は、好ましくはプログラマブルであり、かつエーロゾル発生作動を管理するのに使用することができる。

図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った横断面図である。図２は、実質的に概略図である。特に、図示の構成要素は、個々でも相互間でも必ずしも縮尺通りではない。この実施形態において、エーロゾル発生システム１０１、エーロゾル発生デバイス、及びカートリッジは、円形横断面を有する。図２は、カートリッジ端部でのハウジング１０３と、毛細管本体１１７と、空気流ベント１２１とを示している。簡単にするために、図２には加熱器１１９は示していない。図２の実施形態には、エーロゾル発生デバイスの円周の周りに均等に離間した３つの空気流ベント１２１が２組存在する。一方の組の空気流ベント１２１は、他方の組から縦方向に離間している（図１参照）。各空気流ベント１２１は、図２に破線の矢印に示すように、空気を直接に毛細管本体１１７の表面に誘導するように配置される。エーロゾル発生システム１０１が円形横断面を有するので、空気流ベント１２１を通過する空気は、エーロゾル発生システム１０１の半径方向に、かつ縦軸線に対して実質的に垂直に誘導される。空気流ベント１２１がエーロゾル発生システムの円周の周りに離間するので、各空気流ベント１２１は、気化器の近傍に向けて他の空気流ベント１２１の少なくともいくつかとは異なる方向に空気を誘導する。図２の実施形態は、高速空気を毛細管本体表面に誘導し、これが実質的に冷却速度を増加させるので有利であることが判明している。

図３は、図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った代替的な横断面図である。図３は、実質的に概略である。特に、図示の構成要素は、個々でも相互間でも必ずしも縮尺通りではない。この実施形態において、エーロゾル発生システム１０１、エーロゾル発生デバイス、及びカートリッジは、円形横断面を有する。図２と同様に、図３は、カートリッジ端部でのハウジング１０３と、毛細管本体１１７と、空気流ベント１２１とを示している。簡単にするために、図３には加熱器１１９は示していない。図３の実施形態には、エーロゾル発生デバイスの円周の周りに均等に離間した３つの空気流ベント１２１が２組存在する。一方の組の空気流ベント１２１は、他方の組から縦方向に離間している（図１参照）。各空気流ベント１２１は、図３に破線の矢印に示すように、空気を毛細管本体１１７の表面を横切る方向に誘導するように配置される。エーロゾル発生システム１０１が円形横断面を有するので、空気流ベント１２１を通過する空気は、エーロゾル発生システム１０１の接線方向に、かつ実質的に縦軸線に対して垂直に誘導される。空気流ベント１２１が、エーロゾル発生システムの円周の周りに離間するので、各空気流ベント１２１は、気化器の近傍に向けて他の少なくとも一部の空気流ベント１２１とは異なる方向に空気を誘導する。図３の実施形態は、高速空気が毛細管本体表面を横切って誘導されるために有利であることが判明している。それによって加熱器１１９の冷却を抑制しながら実質的に冷却速度が増加する。

図１、図２、及び図３を参照して、空気流ベント１２１の各々は、小さな直径の開口を含む。ユーザがエーロゾル発生デバイスの空気出口１２３で吸引する時に、空気が空気流ベント１２１を通って引き込まれる。空気流ベント１２１の直径が小さいので、空気は、ここを通って高速で吸引される。高速空気噴流は、空気流ベント１２１を通って直接に加熱器１１９の内部に引き込まれる。それによって過飽和蒸気の冷却が増加されてエーロゾルを形成する。すなわち、加熱器１１９の近くに向けて誘導されている高速空気は、エーロゾルの形成、特に、エーロゾルの粒子サイズを制御する。増加した冷却により、平均エーロゾル液滴サイズが縮小し、かつエーロゾル液滴サイズの範囲がより小さくなることが判明している。

図１、図２、及び図３を参照して、空気流ベント１２１の各々は、小さな直径又は横断面の開口を含む。ユーザがエーロゾル発生デバイスの空気出口１２３で吸引する時に、空気が空気流ベントを通って吸引される。各ベント空気流ベント１２１の横断面積が狭いので、空気が加熱器１１９及び毛細管本体１１７の近くに向けて高速で押し進められる。エーロゾル形成チャンバ１２５内の高速空気流によって冷却速度が増加し、それがエーロゾルの平均粒子サイズを縮小させる。空気流ベント１２１と加熱器１１９と毛細管本体１１７との間の距離は短いことが好ましい。これは、空気が減速し、又は複雑なパターンの乱流を生み出す機会が殆どないことを意味する。この実施形態において、空気流ベント１２１は、加熱器１１９及び毛細管本体１１７の周りに対称に配置される。これは、空気流ベント１２１が、加熱器１１９及び毛細管本体１１７の近くに向けて１つよりも多い方向に空気を誘導することを意味する。対称的な配置はまた、エーロゾル形成チャンバ１２５にわたって比較的均一な空気流をもたらし、かつ加熱器１１９の全ての側面でほぼ均等な冷却をもたらす。それによってエーロゾル内の粒子サイズの範囲が減少する。

図２及び図３には、３つの空気流ベントの２組が設けられている。しかし、エーロゾル発生デバイスの望ましいエーロゾル特性及び吸引に対する抵抗に従って、空気流ベントは、あらゆる適切な数及びレイアウトで設けることができる。更に、各空気流ベントは、異なるサイズ又は形状を有することができ、又は空気を異なる方向に誘導するように配置することができる。

毛細管本体１１７は、液体エーロゾル形成基体１１５を加熱器１１９に向けて運ぶことができるあらゆる適切な材料又は材料の組合せを含むことができる。適切な毛細管材料の例は、スポンジ又は発泡体材料、繊維又は焼結粉体の形態のセラミック又はグラファイト系材料、発泡金属又はプラスチック材料、例えば、酢酸セルロース、ポリエステル、又は結合ポリオレフィン、ポリエチレン、テリレン又はポリプロピレン繊維、ナイロン繊維又はセラミックのような紡績又は押し出し繊維で作られた繊維性材料を含む。毛細管材料は、異なる液体物理特性と共に使用されるように、あらゆる適切な毛細管性を有することができる。

図４は、本発明によるエーロゾル発生システムの別の実施形態の斜視図である。図４は、実質的に概略図である。特に、図示の構成要素は、個々でも相互間でも必ずしも縮尺通りではない。図４には明示しないが、エーロゾル発生システムは、好ましくは使い捨てであるカートリッジと共に好ましくは再利用可能であるエーロゾル発生デバイスを含む。図４において、システムは、電気作動式喫煙システムである。喫煙システム４０１は、カートリッジ４０５である第１の端部とデバイス４０７である第２の端部とを有するハウジング４０３を含む。デバイスには、バッテリの形態の電源４０９（図４に概念的に示す）と、電気回路４１１（同様に図４に概念的に示す）とが設けられる。カートリッジには、液体４１５を収容する貯蔵部分４１３が設けられる。液体貯蔵部分４１３は、毛細管インタフェース４１７で裏打ちされた内部通路４１６を含む。カートリッジには、液体貯蔵部分４１３の内部通路４１６内に延び、かつ好ましくは毛細管インタフェース４１７と接触する加熱器４１９が更に設けられる。この実施形態において、加熱器４１９は、内部通路４１６にぴったり嵌合するコイルヒーターを含む。図４において、加熱器は、概念的にのみ示すことに注意されたい。加熱器４１９は、接続部（図示しない）を通じて電気回路４１１及びバッテリ４０９に接続される。カートリッジ端部には、内部通路４１６内に延び、かつ空気流経路のための導管を提供する空気入口パイプ４２０が更に設けられる。空気入口パイプ４２０は、複数の空気流ベント４２１を含む。エーロゾル発生システム４０１はまた、少なくとも１つの空気入口４２２と、カートリッジ端部での空気出口４２３と、エーロゾル形成チャンバ４２５とを含む。空気入口４２２から空気入口パイプ４２０に沿って空気流ベント４２１を通り、かつエーロゾル形成チャンバ４２５を通じて空気出口４２３に至る空気流経路４２７は、破線の矢印に示している。

使用時の作動は以下の通りである。液体貯蔵部分４１３からの液体４１５が、液体貯蔵部分内の液体と接触する毛細管本体４１７の表面から、加熱器４１９と接触するか又はこれに隣接する毛細管本体４１７の表面まで毛細管作用によって運ばれる。ユーザが空気出口４２３を吸引する時に、周囲空気は、空気入口４２２を通って空気入口パイプ４２０に沿ってかつ空気流ベント４２１を通って引き込まれる。図５の実施形態において、電気回路４１１内の吸煙検出デバイスは、タバコの吸引を検知して加熱器４１９を作動する。バッテリ４０９は、電気エネルギを加熱器４１９に供給し、毛細管インタフェース４１７内の液体を加熱する。毛細管インタフェース４１７内の液体は、加熱器４１９によって気化して過飽和蒸気を生成する。これと同時に、気化された液体は、液体貯蔵部分４１３から毛細管インタフェース４１７を通じて毛細管作用によって移動する別の液体によって置換される。生成された過飽和蒸気は、空気流ベント４２１からの空気流４２７と混合され、かつその中に担持される。エーロゾル形成チャンバ４２５において、蒸気は、凝縮して吸入エーロゾルを形成し、それは、空気出口４２３に向けて、かつユーザの口の中まで運ばれる。図５に示す実施形態において、電気回路４１１は、好ましくはプログラマブルであり、かつエーロゾル発生作動を管理するのに使用することができる。

図５は、図４の線Ｖ−Ｖに沿った横断面図である。図５は、実質的に概略図である。特に、図示の構成要素は、個々でも相互間でも必ずしも縮尺通りではない。この実施形態において、エーロゾル発生システム４０１、エーロゾル発生デバイス、及びカートリッジは、円形横断面を有する。図５は、ハウジング４０３、液体貯蔵部分４１３、内部通路４１６、及び毛細管インタフェース４１７を示している。簡単にするために、図５には加熱器４１９は示していない。図５はまた、内部通路４１６内に延びる空気入口パイプ４２０を示している。図５の実施形態には、３組の空気入口パイプ４２０の円周の周りに均等に離間した３つの空気流ベント４２１が存在する。各組の空気流ベント４２１は、他の組から縦方向に離間している（図１参照）。各空気流ベント４２１は、図４で破線の矢印に示すように、空気を直接に毛細管インタフェース４１７に誘導するように配置される。エーロゾル発生システム４０１が円形横断面を有するので、空気流ベント４２１を通過する空気は、エーロゾル発生システム１０１の半径方向に、かつ実質的に縦軸線に対して垂直に誘導される。空気流ベント４２１が空気入口パイプ４２０の円周の周りに離間するので、各空気流ベント４２１は、気化器の近傍に向けて他の少なくとも一部の空気流ベント４２１とは異なる方向に空気を誘導する。図５の実施形態は、高速空気を毛細管インタフェースに誘導し、これが実質的に冷却速度を増加させるために有利であることが判明している。

図４及び図５を参照すると、空気流ベント４２１の各々は、小さな直径又は横断面の開口を含む。ユーザが空気出口４２３で吸引する時に、空気流ベントを通って空気が吸引される。各ベント空気流ベント４２１の横断面積が狭いので、加熱器４１９及び毛細管インタフェース４１７の近くに向けて空気噴流が高速で押し進められる。エーロゾル形成チャンバ４２５内の高速空気流によって冷却速度が増加し、それがエーロゾル内の平均粒子サイズを縮小させる。空気流ベント４２１と加熱器４１９と毛細管本体４１７との間の距離は短いことが好ましい。これは、空気が減速し又は複雑なパターンの乱流を生み出す機会が殆どないことを意味する。この実施形態において、空気流ベント４２１は、空気入口パイプ４２０の周りに対称に配置される。これは、空気流ベント４２１が、加熱器４１９及び毛細管本体４１７の近くに向けて１つよりも多い方向に空気を誘導することを意味する。対称的な配置はまた、エーロゾル形成チャンバ４２５にわたって比較的均一な空気流をもたらし、かつ加熱器４１９の全ての側面でほぼ均等な冷却をもたらす。それによってエーロゾル内の粒子サイズの範囲が減少する。

図５には、空気入口パイプ上に３つの空気流ベントの３組が設けられている。しかし、エーロゾル発生デバイスの望ましいエーロゾル特性及び吸引に対する抵抗に従って、空気流ベントは、あらゆる適切な数及びレイアウトで設けることができる。更に、各空気流ベントは、異なるサイズ又は形状を有することができ、又は空気を異なる方向に誘導するように配置することができる。

毛細管本体４１７は、液体エーロゾル形成基体４１５を加熱器４１９に向けて運ぶことができるあらゆる適切な材料又は材料の組合せを含むことができる。適切な毛細管材料の例は、スポンジ又は発泡体材料、繊維又は焼結粉体の形態のセラミック又はグラファイト系材料、発泡金属又はプラスチック材料、例えば、酢酸セルロース、ポリエステル、又は結合ポリオレフィン、ポリエチレン、テリレン又はポリプロピレン繊維、ナイロン繊維又はセラミックのような紡績又は押し出し繊維で作られた繊維性材料を含む。この毛細管材料は、異なる液体物理特性と共に使用されるように、あらゆる適切な毛細管性を有することができる。

図１から図５は、本発明によるエーロゾル発生システムの実施形態を示している。しかし、多くの他の実施例が可能である。エーロゾル発生システムは、液体エーロゾル形成基体を加熱するための気化器、気化器の近傍に向けて１つよりも多い方向に空気を誘導する空気流ベント、及び少なくとも１つの空気出口を単に必要とし、これらの構成要素は、デバイス内又はカートリッジ内のいずれかに設けることができる。例えば、システムは、電気作動式でなくてもよい。例えば、システムは、喫煙システムでなくてもよい。これに加えて、システムは、加熱器を含まなくてもよく、その場合には、液体エーロゾル形成基体を加熱するための別のデバイスを設けることができる。例えば、毛細管材料の構成は異なることができる。例えば、吸煙検出システムを設ける必要はない。代わりに、システムは、手動起動によって作動させることができると考えられ、例えば、吸煙を行う時にユーザがスイッチを作動させる。例えば、ハウジングの全体の形状及びサイズは、変更することができると考えられる。

好ましくは、カートリッジは、使い捨てであり、かつ再利用可能であるエーロゾル発生デバイスと協働するように配置される。カートリッジは、液体が使用された時には、詰め替え又は交換することができる。すなわち、カートリッジ内の液体エーロゾル形成基体が使い果たされた時には、カートリッジは、廃棄して新しいカートリッジと交換することができ、又は空になったカートリッジを詰め替えることができる。しかし、エーロゾル発生デバイスは、個別のカートリッジと関連して作動するようには設計されない場合がある。代わりに、エーロゾル発生デバイスは、貯蔵部分内に液体エーロゾル形成基体を含むか又は受け入れ、かつ液体エーロゾル形成基体を加熱してエーロゾルを形成するための気化器、複数の空気流ベント、及び少なくとも１つの空気出口を含むことができる。これに加えて、エーロゾル発生デバイスは、電源及び電気回路を含むことができる。

１つの特定の実施形態において、エーロゾル発生デバイスは、従来のシガー又はシガレットに相当するサイズを有する携行可能な喫煙デバイスである。喫煙デバイスは、約３０ｍｍと約１５０ｍｍの間の全長を有することができる。喫煙システムは、約５ｍｍと約３０ｍｍの間の外径を有することができる。その実施形態において、各空気流ベントは、０．４ｍｍよりも短いか又はそれにほぼ等しい直径を有することができる。吸煙がほぼ２秒持続し、かつ合計吸煙容積が５５ｍｌ（すなわち、吸煙流量が毎秒ほぼ２７．５ミリリットル）を有する一実施形態において、空気流ベントを通る高速空気流は、１０ｍｓ^-1、又は１０ｍｓ^-1と３０ｍｓ^-1の間とすることができる。エーロゾル発生デバイスによって生成されるエーロゾルの特性は、液体エーロゾル形成基体に依存することになる。エーロゾルは、約１．５ミクロンよりも小さい、より好ましくは約１．０ミクロンよりも小さい平均粒子サイズを有することができる。エーロゾル形成基体がプロピレングリコールである一実施例において、エーロゾルは、約０．７ミクロンよりも小さい平均粒子サイズを有することができる。

上述したように、本発明により、エーロゾル発生デバイス、カートリッジ、又はシステムは、気化器の近くに高速空気流をもたらす空気流ベントを含む。これは、冷却の増加をもたらし、それが、より小さい平均粒子サイズのより均一な空気流をもたらし、それが、エーロゾル内の粒子サイズのより小さい範囲とより速いエーロゾル形成とをもたらし、それは、より小型のエーロゾル発生デバイス又はシステムの可能性をもたらす。図１から図５を参照して多孔性障壁の実施形態を記述した。一実施形態に関連して記述した特徴は、別の実施形態にも適用可能であると考えられる。

１０１ エーロゾル発生システム
１１３ 液体貯蔵部分
１１５ エーロゾル形成基体
１２１ 空気流ベント
１２７ 空気流経路

Claims (15)

1. エーロゾル発生デバイスであって、
   エーロゾル形成基体を加熱するための気化器と、
   複数の空気流ベントと、
   少なくとも１つの空気出口と、
   を含み、
   前記空気流ベント及び前記空気出口は、該空気流ベントと該空気出口の間に空気流経路を形成するように配置され、
   前記複数の空気流ベントの各々が、エーロゾル内の粒子サイズを管理するために空気を前記気化器の近傍に向けて該気化器の表面を横切る方向に且つ前記デバイスの縦軸線に対して実質的に垂直に誘導するように配置された空気入口ベントである、
   ことを特徴とするエーロゾル発生デバイス。
2. 前記空気入口ベントは、前記空気を１つよりも多い方向に誘導することを特徴とする請求項１に記載のエーロゾル発生デバイス。
3. 前記空気流ベントの少なくとも１つが、偏位部分を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエーロゾル発生デバイス。
4. ハウジングを含み、
   前記空気入口ベントは、周囲空気をデバイスの外側から該空気入口ベントを通って引き込ませるように前記ハウジングに形成される、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のエーロゾル発生デバイス。
5. 前記空気入口ベントの各々が、０．４ｍｍよりも短いか又はそれにほぼ等しい直径を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のエーロゾル発生デバイス。
6. 前記空気出口を通る毎秒２７．５ミリリットルの流量に対して、前記空気入口ベントの各々を通る空気流速度が、毎秒１０と３０メートルの間であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のエーロゾル発生デバイス。
7. 前記エーロゾル形成基体を貯蔵するための貯蔵部分と、
   前記エーロゾル形成基体を前記貯蔵部分から前記気化器に向けて運ぶための細長い毛細管本体であって、該毛細管本体が、該貯蔵部分内に延びる第１の端部と該第１の端部の反対側の第２の端部とを有し、該気化器が、該毛細管本体の該第２の端部内の該エーロゾル形成基体を加熱するように配置される前記細長い毛細管本体と、
   を更に含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のエーロゾル発生デバイス。
8. ２次空気入口と該空気入口を通る空気流を測定するための空気流センサとを更に含み、
   ２次空気流経路が、前記２次空気入口と前記空気出口の間に形成される、
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のエーロゾル発生デバイス。
9. カートリッジであって、
   エーロゾル形成基体を貯蔵するための貯蔵部分と、
   前記エーロゾル形成基体を加熱するための気化器と、
   複数の空気流ベントと、
   少なくとも１つの空気出口と、
   を含み、
   前記空気流ベント及び前記空気出口は、該空気流ベントと該空気出口の間に空気流経路を形成するように配置され、
   前記複数の空気流ベントの各々が、エーロゾル内の粒子サイズを管理するために空気を前記気化器の近傍に向けて該気化器の表面を横切る方向に且つ前記カートリッジの縦軸線に対して実質的に垂直に誘導するように配置された空気入口ベントである、
   ことを特徴とするカートリッジ。
10. 前記空気入口ベントは、前記空気を１つよりも多い方向に誘導することを特徴とする請求項９に記載のカートリッジ。
11. ハウジングを含み、
    前記空気入口ベントは、周囲空気をデバイスの外側から該空気入口ベントを通って引き込ませるように前記ハウジングに形成される、
    ことを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載のカートリッジ。
12. 前記空気入口ベントの各々が、０．４ｍｍよりも短いか又はそれにほぼ等しい直径を有することを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載のカートリッジ。
13. 前記空気出口を通る毎秒２７．５ミリリットルの流量に対して、前記空気入口ベントの各々を通る空気流速度が、毎秒１０と３０メートルの間であることを特徴とする請求項９から請求項１２のいずれか１項に記載のカートリッジ。
14. 前記気化器は、前記エーロゾル形成基体を加熱するための電気加熱器を含み、該電気加熱器は、電源に接続可能であることを特徴とする請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載のカートリッジ。
15. エーロゾル発生システムであって、
    エーロゾル形成基体を加熱するための気化器と、
    複数の空気流ベントと、
    少なくとも１つの空気出口と、
    を含み、
    前記空気流ベント及び前記空気出口は、該空気流ベントと該空気出口の間に空気流経路を形成するように配置され、
    前記複数の空気流ベントの各々が、エーロゾル内の粒子サイズを管理するために空気を前記気化器の近傍に向けて且つ前記システムの縦軸線に対して実質的に垂直に誘導するように配置された開口を含み、該空気流ベントは、該空気を該気化器の該近傍に向けて１つよりも多い方向に誘導し、該空気流ベントの各々が、０．４ｍｍよりも短いか又はそれにほぼ等しい直径を有する、
    ことを特徴とするエーロゾル発生システム。

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