JP6924157B2 - 加熱ガス検出器を備えたエアロゾル発生装置、システムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、エアロゾル形成基体の加熱により動作するエアロゾル発生装置およびシステムに関連する。特に、本発明は、望ましいエアロゾルの製造を確保するために、エアロゾル形成基体の温度を温度範囲内に維持することが望ましい、エアロゾル発生装置およびシステムに関連する。電気加熱式の喫煙装置は、このタイプの装置の例である。

電気加熱式の喫煙装置での潜在的な一つの問題は、液体エアロゾル形成基体または固体エアロゾル形成基体（紙巻たばこなど）を加熱するよう構成されているかどうかによらず、エアロゾル形成基体の温度が高くなり過ぎた場合にエアロゾル形成基体の燃焼が起こりうることである。これは、発生したエアロゾル内での、不快な味覚でかつ一般的に望ましくない化合物の発生につながりうる。

この問題は、特にユーザーが自分で用意したエアロゾル形成基体を装置に挿入できるシステムにおいて重大である。異なるエアロゾル形成基体は、加熱した時に異なった挙動をする。特に、燃焼が起こる温度は基体の組成およびその含水量に依存して異なる。したがって、単にヒーターの温度を所定の温度範囲内に維持する装置では、その装置と併用できるすべての異なる基体にとって望ましいエアロゾルを生成できないかもしれない。

望ましくない基体または基体燃焼と関連する動作状態を検出することができ、操作の効率がよく、コンパクトで、かつ安価なエアロゾル発生装置およびシステムを提供することが、本発明の一つの目的である。

第一の態様では、エアロゾル形成基体を加熱するよう構成されているエアロゾル発生装置が提供されており、

電源と、
エアロゾル形成基体を加熱してエアロゾルを形成するように配置されるヒーターと、
電源からヒーターへの電力供給を制御するように構成されたコントローラと、
特定のガスに敏感なガス検出器であって、ガス検出器の応答がガス検出器の温度に依存する、ガス検出器とを備え、
コントローラが、ガス検出器に接続され、ガス検出器からの信号を監視するように構成される、エアロゾル発生装置が提供される。

酸化性および還元性のガスなどの特定のガスに敏感であり、かつ温度に依存する応答を有するガス検出器を使用することによって、多種の異なる動作状態が、検出されうる。

ガス検出器は、有利には周囲温度より高い動作温度範囲内で動作するように構成される。ガス検出器は、ヒーターがエアロゾルを形成するためにエアロゾル形成基体を加熱する時にガス検出器をその動作温度範囲内に加熱するように、配置されうる。

ガス検出器は、半導体ガス検出器であってもよい。特に、ガス検出器は、金属酸化物ガス検出器であってもよい。一例では、ガス検出器は、Ｎ形半導体ガス検出器であり、特に、酸化スズガス検出器である。Ｎ形半導体検出器は、一酸化炭素（ＣＯ）またはアンモニアなどの還元性ガスの存在において電気抵抗を減らし、酸素，一酸化窒素（ＮＯ）、または二酸化窒素（ＮＯ₂）などの酸化性ガスの存在において電気抵抗を増やす。Ｐ型半導体ガス検出器がまた、使用されてもよい。Ｐ型半導体ガス検出器は、対向する手法で挙動し、したがって、それらは還元性ガスの存在において電気抵抗を増やし、酸化性ガスの存在において電気抵抗を減らす。

ガス検出器は、２００℃〜４００℃で動作するように構成されてもよい。これは、Ｎ形またはＰ型半導体ガス検出器の標準的な動作範囲である。半導体ガス検出器は、ガスが検出器に直接的に接触した時に起こる、化学反応によって動作する。２００℃〜４００℃の温度では、化学反応速度が増えてより効果的になるので、検出器はより敏感になる。

コントローラは、検出器の電気抵抗または検出器の電気抵抗の変化を監視するように構成されうる。検出器の電気抵抗または検出器の電気抵抗の変化は、還元性または酸化性のガスの存在を示す。

一体型のガス検出器ヒーターが、ガス検出器に提供されてもよい。これは、いくつかの市販の半導体ガス検出器の特徴である。ガス検出器ヒーターは、ガス検出器を加熱するためにエアロゾル発生装置で使用されてもよく、このことに加えてまたは別の方法として、ヒーターは、エアロゾル形成基体を加熱するように配置される。

装置は、複数のガス検出器であって、少なくとも２つのガス検出器が異なるガスに敏感であるように構成される複数のガス検出器を備えてもよい。したがって、一方の検出器は、還元性ガスを検出するように構成されてもよく、別の検出器は、酸化性ガスを検出するように構成されてもよい。別の方法として、両方のガス検出器は、還元性ガスに敏感でありうるが、異なるガスに特に敏感になるように別様に調整（ガス検知層の組成、加工またはドーピングを変えることによる調整）されてもよい。例えば、一方のガス検出器が、ＣＯを感知するように調整されうる一方で、別のガス検出器が、ＮＯ₂を感知するように調整されてもよい。

ヒーターは、電気抵抗性の材料から形成された発熱体を含みうる。適切な電気抵抗性の材料としては、ドープされたセラミックなどの半導体、「導電性」のセラミック（例えば、二ケイ化モリブデンなど）、炭素、黒鉛、金属、合金およびセラミック材料および金属材料でできた複合材料が挙げられるが、これに限定されない。こうした複合材料は、ドープされたセラミックまたはドープされていないセラミックを含んでもよい。適切なドープされたセラミックの例としては、ドープシリコン炭化物が挙げられる。適切な金属の例は、チタン、ジルコニウム、タンタル、プラチナ、金および銀を含む。適切な合金の例は、ステンレス鋼、ニッケル−、コバルト−、クロミウム−、アルミニウム−チタン−ジルコニウム−、ハフニウム−、ニオビウム−、モリブデン−、タンタル−、タングステン−、スズ−、ガリウム−、マンガン−、金−および鉄を含有する合金、およびニッケル、鉄、コバルト、ステンレス鋼系の超合金、Ｔｉｍｅｔａｌ（登録商標）、および鉄−マンガン−アルミニウム系の合金を含む。複合材料では、電気抵抗性の材料は、必要なエネルギー伝達の動態学および外部の物理化学的性質に応じて、随意に断熱材料へ埋込、封入、または塗布されてもよく、あるいはその逆であってもよい。

ヒーターは、内部発熱体または外部発熱体、または内部および外部の両方の発熱体を含みうるが、ここで「内部」および「外部」は、エアロゾル形成基体を意味する。内部発熱体は、任意の適切な形態をとりうる。例えば、内部発熱体は、加熱用ブレードの形態をとりうる。別の方法として、内部ヒーターは、異なる導電性部分または電気抵抗性の金属チューブを持つケーシングまたは基体の形態をとりうる。その他の代替物は、加熱用のワイヤまたはフィラメント、例えばＮｉ−Ｃｒ（ニッケル・クロム）、プラチナ、タングステンまたは金属製のワイヤまたは加熱板を含む。

外部発熱体は、任意の適切な形態をとりうる。例えば、外部発熱体は、ポリイミドなどの誘電性基体上の一つ以上の柔軟性のある加熱ホイルの形態をとりうる。柔軟性のある加熱ホイルは、基体を受けるくぼみの周辺に適合するような形状としうる。別の方法として、外部発熱体は、金属グリッド、柔軟性のあるプリント基板、成形相互接続装置（ＭＩＤ）、セラミックヒーター、柔軟性のある炭素繊維ヒーターの形態をとりうるほか、適切な形状の基体上にプラズマ蒸着などのコーティング技術を利用して形成しうる。外部発熱体はまた、温度と比抵抗との間に明確な関係を持つ金属を使用して形成される。こうした例示的な装置では、金属は２層の適切な断熱材料の間のトラックとして形成される。このように形成された外部発熱体は、動作時の外部発熱体の加熱およびその温度の監視の両方に使用しうる。

ヒーターは、有利なことに、伝導の手段によってエアロゾル形成基体を加熱する。ヒーターは基体と、または基体が付着している担体と、少なくとも部分的に接触する場合がある。別の方法として、内部または外部のいずれかの発熱体からの熱は、熱伝導性要素の手段によって基体に伝導しうる。

ヒーターは、支持基体内にまたは支持基体上に、付着している場合がある。こうした一つの実施形態で、ヒーターは、温度と比抵抗の間で明確な関係を持つ、プラチナなどの金属を使用して形成される電気抵抗性のある発熱体である。こうした模範的装置で、金属は、セラミック材料などの適切な断熱基体材料上にトラックとして形成した後、ガラスなどの別の断熱材料内にはさむことができる。このように形成されたヒーターは、動作中の発熱体の加熱と、その温度の監視の両方に使用しうる。

ヒーターが支持基体上に取り付けられる時、ガス検出器は、有利には支持基体上のヒーター近傍に取り付けられてもよい。このようにして、ヒーターは、ガス検出器の加熱を分離する必要なく、またはガス検出器の特定の目的の加熱より少ない加熱を少なくとも要して、ガス検出器をその最適の動作温度に加熱するために使用されうる。これは、効率的な電力の使用であり、ハンドヘルドの電池式装置における重要な利点である。

支持基体は、エアロゾル形成基体内への挿入のために構成されてもよい。例えば、支持基体はブレードの形態であってもよく、ヒーターは、ブレードの片側または両側に付着する。

ガス検出器は、ヒーターの上にある支持基体上に配置されてもよい。これにより、ガス検出器がヒーターから十分な熱を受け取ることを確実にする。別の方法としてまたは追加的に、ガス検出器は、基体のヒーターに対向する面上に配置されてもよい。これは、ガス検出器により低いがより一様な温度を提供する。別の方法として、ガス検出器およびヒーターは、基体の一方の表面上の単一の層内に配置されてもよい。これは、要求される加工工程の数を減少することができ、したがって費用を節約することができる。

本発明の第二の態様では、エアロゾル形成基体を加熱するよう構成されているエアロゾル発生装置が提供されており、エアロゾル発生装置は、
電源と、
支持基体と、
エアロゾル形成基体を加熱してエアロゾルを形成するように、支持基体上に配置されるヒーターと、
支持基体上に配置される半導体ガス検出器と、
電源からヒーターへの電力供給を制御するように構成されたコントローラとを備え、
コントローラが、ガス検出器に接続され、ガス検出器からの信号を監視するように構成される。

第一の態様の装置の特徴は、本発明の第二の態様の装置に適用されうる。特に、ガス検出器が、金属酸化物ガス検出器などの半導体ガス検出器であってもよいことは明らかである。ヒーターは、本発明の第一の態様と関連して説明されたようなヒーターであってもよく、有利には、プラチナなどの金属を使用して形成された電気抵抗性のある発熱体でありうる。

本明細書で使用される時、「エアロゾル発生装置」は、エアロゾル形成基体と相互作用してエアロゾルを生成する装置に関連する。エアロゾル形成基体は、エアロゾル発生物品の一部、例えば喫煙物品の一部であってもよい。エアロゾル発生装置は、エアロゾル発生物品のエアロゾル形成基体と相互作用してユーザーの肺にユーザーの口を通して直接吸入可能なエアロゾルを発生する喫煙装置であってもよい。

「エアロゾル形成基体」という用語は本明細書で使用される時、エアロゾルを形成することができる揮発性化合物を放出する能力を有する基体に関連する。こうした揮発性化合物は、エアロゾル形成基体の加熱により放出されてもよい。エアロゾル形成基体は、好都合なことにエアロゾル発生物品または喫煙物品の一部であってもよい。

「エアロゾル発生物品」および「喫煙物品」という用語は本明細書で使用される時、エアロゾルを形成することができる揮発性化合物を放出する能力を有するエアロゾル形成基体を含む物品を意味する。例えば、エアロゾル発生物品は、ユーザーの口を通ってユーザーの肺に直接吸入可能なエアロゾルを生成する喫煙物品としてもよい。エアロゾル発生物品は、使い捨てとしてもよい。喫煙物品は、たばこスティックとしうるか、またはそれを備えうる。

本発明の第一の態様または第二の態様による装置は、電気的に動作する装置としうるが、特に電気加熱式の喫煙装置としうる。

本発明の第一および第二の態様の両方において、コントローラは、ガス検出器からの信号に基づいて、ヒーターへの電力供給を停止しまたは減少するように構成されうる。ガス検出器からの信号は、加熱される基体がすでに使用されたものである場合、またはそれが装置に不適当である場合などの障害状態の表示であってもよい。それらの状況では、ヒーターへの電力が停止されうる。本発明の第一および第二の態様の両方において、コントローラは、障害状態を決定するために、ガス検出器からの信号とメモリー内に記憶されたデータとを比較するように構成されうる。

ガス検出器からの信号に基づいて発生した特定のガスレベルを監視することにより、コントローラは、使用されているエアロゾル形成基体に関しては何も知る必要なく、発生しているエアロゾルの組成に関する情報を持つ。ガス検出器は、例えば、一酸化炭素（ＣＯ）または一酸化窒素（ＮＯ_x）を検出するために調整されうる。一酸化炭素は、燃焼および特に不完全燃焼について定評のあるインジケータである。例えば、燃えている紙巻たばこ中では、より高い分子量の揮発性化合物が、低分子量の炭化水素、一酸化炭素および二酸化炭素などのより小さい分子に「分解」される。不完全燃焼は、使用中、特にユーザーの吸煙間に、完全燃焼には不十分な酸素が燃えている紙巻たばこに運ばれるために発生しうる。一酸化窒素が燃焼中に生成されることもよくある。一酸化窒素は、一酸化窒素（ＮＯ）および二酸化窒素（ＮＯ２）の両方を含むが、ＮＯ_xと省略されることがよくある。燃えているバイオマス中では、ＮＯ_xは通常、燃料に結合した窒素に起因する。例えば、たばこ由来の基体など、植物由来の基体は有意な量の硝酸塩を含む。ガス検出器は、液体基体の成分の燃焼の結果として、液体基体を使用する電子紙巻たばこ内で望ましくなく発生しうる（単数または複数の）カルボキシル基、またはアルデヒドを含むガスなど、その他のガスを検出するよう構成されている検出器でもよい。

本発明の第一および第二の態様の両方では、コントローラは、還元性または酸化性のガスレベルが第一の閾値ガスレベルを越えた時に、ヒーターへの電力供給を減少させるように構成されうる。本明細書で使用される場合、「ガスレベル」という用語は、気流内のガスの濃度、または検出されたガスの絶対量を意味しうる。ガスレベルは、ガス検出器の電気抵抗と予期の電気抵抗との差異によって定められうる。コントローラは、ヒーターまたはエアロゾル形成基体の温度を低下させる効果を持つレベルまでヒーターへの電力を減少させるように構成されていることが好ましい。

別の方法として、または追加的に、装置はインジケータを備えてもよく、またコントローラは、障害を発見した時にインジケータを起動するように構成されてもよい。コントローラは、酸化性または還元性のガスレベルが第二の閾値レベルを越えた時にインジケータを起動してもよい。インジケータは、発光ダイオード（ＬＥＤ）など装置上の視覚的指標でもよく、またはスピーカーなど可聴インジケータでもよい。その後、ユーザーは、インジケータが停止されるまで装置の使用を中断することを選択しうる。第一の閾値レベルは、第二の閾値レベルと同一でも異なっていてもよい。

本発明の第一および第二の態様の両方では、コントローラは、還元性のガスレベルまたは酸化性のガスレベルが停止レベルに到達した時に、電源からヒーターへの電力供給を停止するように構成されうる。コントローラは、コントローラがヒーターへの電力供給を停止した後での還元性または酸化性のガスレベルを監視するように構成されてもよく、還元性または酸化性のガスレベルが停止レベルを越えたままである場合、インジケータを起動するように構成されてもよい。このインジケータは、音声または視覚によるものとすることができる。これにより、基体内での自己永続的な燃焼の検出が可能となる。燃焼によって発生した熱がヒーターから追加的な熱がなくてもさらなる還元性または酸化性のガスの発生を起こすのに十分な場合は、ユーザーに警告が出され、基体を装置から取り外す選択ができる。

本発明の第一および第二の態様の両方では、コントローラは、感知されたガスレベルを第一の閾値レベルよりも下に維持するよう電源からヒーターへの電力供給を調整するように構成されうる。検出されたガスレベルに応じてコントローラがヒーターに供給される電力を連続的に調節するように、フィードバックループが使用されてもよい。ヒーターへの電力を低下させることにより、発生する特定のガスレベルを低下させうる。電力低下の量は、所定の量でもよく、感知された温度に基づき制御される低下でもよい。

本発明の第一および第二の態様の両方では、装置は、空気吸込み口および空気出口を備えうるが、使用時に、エアロゾル形成基体は、空気吸込み口と空気出口の間の空気の流れ経路内に位置付けられてもよい。空気は、空気吸込み口を通って、エアロゾル形成基体を通り過ぎるかまたは通って空気出口に吸い込まれる。喫煙システムでは、ユーザーは空気出口で吸煙して、空気および発生したエアロゾル（煙）をユーザーの口内に引き出す。

ガス検出器は、空気吸込み口を通して装置内に引き込まれたガス（本明細書では副流ガスという）を検出するように位置付けられうる。喫煙システムでは、これにより、ユーザーによって直接には吸入されない「副流」煙中の燃焼ガスの検出ができるようになる。

別の方法として、ガス検出器は、エアロゾル形成基体に隣接するかまたはその下流のガス（本明細書では主流燃焼ガスという）を検出するように位置付けられうる。喫煙システムでは、これにより、ユーザーによって直接に吸入される「主流」煙中のガスの検出ができるようになる。

ヒーターへの電力供給を減少または停止させるかを判断するために、またインジケータを起動させるかどうかを判断するために使用されるガスの閾値レベルは、ガス検出器が副流燃焼ガスまたは主流燃焼ガスのどちらを検出するように位置付けられているかに依存する。

本発明の第一および第二の態様の両方では、電源は、例えばＤＣ電圧源などの適切な任意の電源としうる。一実施形態では、電源はリチウムイオン電池である。あるいは、電源は、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、またはリチウムベースの電池、例えばリチウムコバルト、リン酸鉄リチウム、チタン酸リチウム、もしくはリチウムポリマー電池であってもよい。

本発明の第一および第二の態様の両方では、コントローラはマイクロコントローラを備えうる。マイクロコントローラはヒーターに供給される電力を制御するためのＰＩＤ調節器を含みうる。コントローラは、ヒーターへの電力を電力のパルスとして供給するように構成されうる。コントローラは、電力のパルスの負荷サイクルを変化させることにより、ヒーターへの電力供給を変化させるよう構成されうる。

本発明の第一および第二の両方の態様では、エアロゾル発生装置はハウジングを備えうる。ハウジングは細長いことが好ましい。凝縮の形成に利用される表面を含めたハウジングの構造は、エアロゾル属性、および装置からの液体の漏れがあるかどうかに影響することになる。ハウジングは、シェルおよびマウスピースを備えうる。その場合、すべての構成要素は、シェルまたはマウスピースのいずれかに含まれうる。ハウジングは適切な任意の材料または材料の組み合わせを含んでもよい。適切な材料の例としては、金属、合金、プラスチック、もしくはそれらの材料のうちの１つ以上を含有する複合材料、または、例えば、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）およびポリエチレンなど、食品または医薬品の用途に適切な熱可塑性樹脂が挙げられる。材料は軽量であり、脆くないことが好ましい。

本発明の第一および第二の態様の両方では、エアロゾル発生装置は携帯用であることが好ましい。エアロゾル発生装置は、喫煙装置とすることができ、従来型の葉巻たばこや紙巻たばこと匹敵するサイズを有する場合がある。喫煙装置の全長は、およそ３０ｍｍ〜およそ１５０ｍｍである場合がある。喫煙装置の外径は、およそ５ｍｍ〜およそ３０ｍｍである場合がある。

第三の態様では、第一または第二の態様によるエアロゾル発生装置と、装置内に受けられるかまたは装置に結合されるエアロゾル形成基体とを備えた、エアロゾル発生システムが提供されている。

本発明の第一、第二および第三の態様では、作動時に、エアロゾル形成基体はエアロゾル発生装置内に完全に含まれうる。その場合に、ユーザーは、エアロゾル発生装置のマウスピースで喫煙しうる。

別の方法として、動作中、エアロゾル形成基体を含む喫煙物品は、エアロゾル発生装置内に部分的に収容されうる。その場合に、ユーザーは直に喫煙物品で喫煙しうる。発熱体は装置内にあるくぼみ内に位置しうるが、ここでくぼみは、使用時に発熱体がエアロゾル形成基体内にあるように、エアロゾル形成基体を受けるように構成されうる。

喫煙物品は、実質的に円筒形の形状としうる。喫煙物品は、実質的に細長くてもよい。喫煙物品はまた、長さおよび長さと実質的に直交する円周も有してもよい。エアロゾル形成基体は、実質的に円筒形の形状であってもよい。エアロゾル形成基体は、実質的に細長くてもよい。エアロゾル形成基体はまた、長さおよび実質的に長さと直交する円周も有してもよい。

喫煙物品の全長は、およそ３０ｍｍ〜およそ１００ｍｍであってもよい。喫煙物品の外径は、およそ５ｍｍ〜およそ１２ｍｍであってもよい。喫煙物品は、フィルタープラグを含んでもよい。フィルタープラグは、喫煙物品の下流端に位置しうる。フィルタープラグは、酢酸セルロースフィルタープラグであってもよい。フィルタープラグは、一実施形態では長さがおよそ７ｍｍであってもよいが、およそ５ ｍｍ〜およそ１０ ｍｍの長さであってもよい。

一実施形態では、喫煙物品の全長は、およそ４５ｍｍである。喫煙物品の外径は、およそ７．２ｍｍであってもよい。さらに、エアロゾル形成基体の長さは、およそ１０ ｍｍであってもよい。別の方法として、エアロゾル形成基体の長さは、およそ１２ｍｍであってもよい。さらに、エアロゾル形成基体の直径は、およそ５ｍｍ〜およそ１２ｍｍであってもよい。喫煙物品は、外側の紙ラッパーを含んでもよい。さらに、喫煙物品は、エアロゾル形成基体とフィルタープラグとの間の分離部を含んでもよい。分離部は、およそ１８ｍｍであってもよいが、およそ５ｍｍ〜およそ２５ｍｍの範囲であってもよい。分離部は、喫煙物品が基体からフィルタープラグに通過する際にエアロゾルを冷却する熱交換器によって喫煙物品内で充填されることが好ましい。熱交換器は、例えば、ポリマー系のフィルター、例えば捲縮したＰＬＡ材料としうる。

本発明の第一、第二および第三の全ての態様で、エアロゾル形成基体は、固体のエアロゾル形成基体としうる。別の方法として、エアロゾル形成基体は、固体および液体の両方の構成要素を含みうる。エアロゾル形成基体は、加熱に伴い基体から放出される揮発性のたばこ風味化合物を含む、たばこ含有材料を含んでもよい。別の方法として、エアロゾル形成基体は、非たばこ材料を含みうる。エアロゾル形成基体は、エアロゾル形成体をさらに含んでもよい。適切なエアロゾル形成体の例は、グリセリンおよびプロピレングリコールである。

エアロゾル形成基体が固体のエアロゾル形成基体である場合、固体のエアロゾル形成基体は、薬草の葉、たばこ葉、たばこの茎の断片、再構成たばこ、均質化したたばこ、押し出し成形たばこ、キャストリーフたばこ、および膨化たばこのうち１つ以上を含む、例えば、粉末、顆粒、ペレット、断片、スパゲッティ、細片、またはシートのうち１つ以上を含んでもよい。固体エアロゾル形成基体は、容器に入っていない形態にしてもよく、または適切な容器またはカートリッジを提供してもよい。随意に、固体エアロゾル形成基体は、基体の加熱に伴い放出される追加的なたばこまたは非たばこ揮発性風味化合物を含んでもよい。固体エアロゾル形成基体はまた、例えば、追加的なたばこまたは非たばこ揮発性風味化合物を含むカプセルを含みうるが、こうしたカプセルは、固体エアロゾル形成基体の加熱中に溶ける。

本明細書で使用される時、「均質化したたばこ」は、粒子状たばこを凝集することによって形成される材料を意味する。均質化したたばこは、シートの形態であってもよい。均質化したたばこ材料は、エアロゾル形成体含有量が乾燥質量基準で５％より多くてもよい。別の方法では、均質化したたばこ材料は、エアロゾル形成体含有量が乾燥質量基準で約５〜約３０重量パーセントであってもよい。均質化したたばこ材料シートは、たばこ葉ラミナおよびたばこ葉茎のうちの一方または両方を粉砕またはその他の方法で細分することによって得られた粒子状たばこを凝集することにより形成されてもよい。別の方法として、または追加的に、均質化したたばこ材料シートは、例えば、たばこの処理、取り扱いおよび輸送中に形成されたたばこダスト、たばこの微粉およびその他の粒子状たばこ副産物のうち１つ以上を含んでもよい。均質化したたばこ材料シートは、粒子状たばこの凝集を助けるために、１つ以上の本来備わっている結合剤（すなわち、たばこ内在性結合剤）、１つ以上の外来的な結合剤（すなわち、たばこ外来性結合剤）、またはその組み合わせを含みうるが、別の方法として、または追加的に、均質化したたばこ材料シートは、たばこおよび非たばこ繊維、エアロゾル形成剤、湿潤剤、可塑剤、風味剤、フィラー、水性および非水系の溶剤およびその組み合わせを含むが限定されないその他の添加物を含んでもよい。

随意に、固体のエアロゾル形成基体は、熱的に安定な担体上に提供されてもまたはその中に包埋されてもよい。担体は、粉末、顆粒、ペレット、断片、スパゲッティ、細片またはシートなどの形態をとってもよい。別の方法として、担体は、その内部表面上、またはその外部表面上、またはその内部および外部の表面上の両方に配置された固体基体の薄い層を有する、管状の担体であってもよい。こうした管状の担体は、例えば、紙、または紙様の材料、不織布炭素繊維マット、質量の小さく目の粗いメッシュ金属スクリーン、または穴あきの金属箔またはその他の任意の熱的に安定した高分子マトリクスで形成されてもよい。

固体エアロゾル形成基体は、例えば、シート、発泡体、ゲルまたはスラリーの形態の担体の表面上に配置されてもよい。固体のエアロゾル形成基体は、担体の全表面上に沈着してもよく、または代わりに、使用中、均一でない風味送達を提供するために一定のパターンにおいて沈着してもよい。

上記では、固体エアロゾル形成基体を参照したが、当業者には、その他の実施形態でその他の形態のエアロゾル形成基体を使用しうることが明らかであろう。例えば、エアロゾル形成基体は、液体エアロゾル形成基体としうる。液体エアロゾル形成基体はエアロゾル形成体を含みうる。適切なエアロゾル形成体の例は、グリセリンおよびプロピレングリコールである。液体エアロゾル形成基体が提供される場合、エアロゾル発生装置は、液体を保持する手段を含むことが好ましい。例えば、液体エアロゾル形成基体は、容器内に保持されうる。代替的または追加的に、液体エアロゾル形成基体は、多孔性担体材料に吸収されうる。多孔性担体材料は、適切な任意の吸収性のプラグまたは本体、例えば、発泡性の金属またはプラスチック材料、ポリプロピレン、テリレン、ナイロン繊維またはセラミックで作成しうる。液体エアロゾル形成基体は、エアロゾル発生装置を使用する前に、多孔性担体材料内に保持されてもよく、あるいは別の方法として、液体エアロゾル形成基体材料は、使用中またはその直前に多孔性担体材料内に放出されてもよい。例えば、液体エアロゾル形成基体は、カプセル内に提供しうる。カプセルのシェルは、加熱に伴い溶けて、液体エアロゾル形成基体を多孔性担体材料に放出することが好ましい。カプセルは液体と組み合わされて、任意選択的に固体を含む場合がある。

別の方法として、担体は、たばこ成分が組み込まれた不織布繊維または繊維の束としうる。不織布繊維または繊維の束は、例えば、炭素繊維、天然セルロース繊維、またはセルロース誘導体繊維を含みうる。

提供されるヒーターおよびガス検出器は、電源および／またはコントローラから分離可能なヒーター組立品において実行可能である。ヒーターおよびガス検出器は、標準的に電源またはコントローラに対する異なる実用的な寿命を持つので、異なる時間間隔において代用品を要求してもよい。したがって、装置の休止の時の別個の物品としてのヒーター組立品が、販売されうることが望ましい。適宜に、第四の態様では、エアロゾル形成基体を加熱するよう構成されているエアロゾル発生システムのための加熱組立品が提供されており、加熱組立品は、
エアロゾル形成基体を加熱して、エアロゾルを形成するように配置されるヒーターと、
特定のガスに敏感なガス検出器とを備え、ガス検出器の応答は、ガス検出器の温度に依存する。

ヒーター組立品にはエアロゾル発生基体が提供されてもよく、または提供されなくてもよい。

開示について異なる態様を参照することによって説明してきたが、開示の一つの態様に関連して説明した特徴が、開示のその他の態様に適用されうることは明らかである。特に、本発明の第一、第二および第三の態様と関連して説明されたエアロゾル形成基体を加熱するために配置されるヒーターの特徴、ガス検出器の特徴、およびエアロゾル形成基体の特徴は、本発明の第四の態様のヒーター組立品に適用することができる。
本発明は、ほんの例証として、添付図面を参照しながら、さらに説明する。

図１は、本発明による第一の電気加熱式の喫煙装置の概略図である。 図２ａは、図１に示したような装置における使用に適したヒーター組立品の概略横断面図である。 図２ｂは、図２ａのヒーター組立品の概略側面図である。 図３は、図１に示したような装置における使用に適した代替的なヒーター組立品の概略横断面図である。 図４は、図１に示したような装置における使用に適したさらなる代替的なヒーター組立品の概略横断面図である。 図５は、図１に示したような装置における使用に適したなおもさらなる代替的なヒーター組立品の概略横断面図である。 図６ａは、標準的な動作状態に基づくガス検出器の応答を示す図である。 図６ｂは、燃焼ガスに露出された時のガス検出器の応答を示す図である。 図６ｃは、すでに使用されたエアロゾル形成基体の存在に基づくガス検出器の応答を示す図である。 図６ｄは、エアロゾル形成基体の不存在に基づくガス検出器の応答を示す図である。 図６ｅは、不適当なエアロゾル形成基体の存在に基づくガス検出器の応答を示す図である。 図７は、本発明による第二の電気加熱式の喫煙装置の概略図である。

図１で、電気加熱式エアロゾル発生装置１００の実施形態の構成要素を簡略化された方法で示す。特に、電気加熱式エアロゾル発生装置１００の要素は、図１では等尺度では表示されていない。本実施形態の理解に関連性のない要素は、簡略された図１では省略されている。

電気加熱式エアロゾル発生装置１００は、ハウジング１０と、例えば、紙巻たばこといったエアロゾル形成基体１２とを含む。エアロゾル形成基体１２は、ハウジング１０内に押し込まれ、ヒーター１４と熱的に近接するようになる。エアロゾル形成基体１２は、多様な揮発性化合物を異なる温度で放出する。電気加熱式エアロゾル発生装置１００の動作温度を一部の揮発性化合物の放出温度よりも低く制御することにより、これらの煙成分の放出または形成を回避できる。

ハウジング１０内には、電源１６、例えば充電式リチウムイオン電池がある。コントローラ１８は、ヒーター支持１５上のヒーター１４および電源１６に接続される。コントローラ１８は、その温度を調節するためにヒーター１４に供給される電力を制御する。一般に、エアロゾル形成基体は、２５０〜４５０℃の温度に加熱される。

ハウジング１０は、エアロゾル形成基体１２を受けるハウジング内にあるくぼみの基部に空気吸込み口１１を備える。使用時、ユーザーは、紙巻たばこを吸煙し、空気吸込み口１１を通し、基体１２を通し、ヒーター１４を通り過ぎ、口の中に空気を引き込む。

説明した実施形態で、ヒーター１４は、セラミック基体であるヒーター支持１５上に堆積された電気抵抗性のあるトラックである。セラミック基体は、ブレードの形態であり、使用時にエアロゾル形成基体１２に挿入される。

コントローラ１８はまた、ガス検出器２０、この例ではセラミック基体に固定される酸化スズガス検出器にも接続されている。コントローラはまた、説明する通り、視覚的指標２２（この例ではＬＥＤ）と、音声インジケータ２４（この例では警告音を発するように構成されたスピーカー）にも接続されている。

図１に示す例では、ガス検出器は、エアロゾル形成基体内のガスを検出するためにヒーター支持１５上に位置付けられる。

図２ａは、図１と関連して説明したような装置における使用に適したヒーターおよびガス検出器組立品の概略横断面図である。ヒーター支持は、その上に２つのガラス層３２、３３が付着されたセラミック層３０を備える。ヒーターは、一方のガラス層３２の上面上のプラチナトラック３４である。さらなるガラス層３６が、ヒーターの上に形成される。ガス検出器３８は酸化スズガス検出器である。ガス検出器３８におよびそれから電流を運ぶための電極３９が、さらなるガラス層３６上に形成され、酸化スズ検出器が、電極３９の上に付着される。

図２ｂは、図２ａのヒーターおよびガス検出器組立品の側面図である。電流が酸化スズ層を通り抜けて、一方の電極から他方の電極へ通るように、電極３９は、酸化スズ検出器の下に形成されることが分かりうる。プラチナヒータートラックは、ガス検出器の周りに通じる。任意の適切なパターンが、ヒータートラックのために使用されてもよい。図２ｂに示した例は、ほんの一例の説明に過ぎない。

動作中に、ヒーター３４は、セラミック基体３０およびガラス層３２、３３、３６のほか、ガス検出器を加熱する。それらは次に、装置で受けられるエアロゾル形成基体１２を加熱する。ガス検出器の動作の間の最適な温度は、エアロゾル形成基体から望ましいエアロゾルを形成するために要求される温度と適合し、したがって、追加的なガス検出器の加熱は要求されない。

本発明に従うヒーターおよびガス検出器組立品についての代替的な構成が考えられる。図３は、ガス検出器３８およびガス検出器のための電極３９がセラミック層のヒーターに対向する面上に置かれた第一の代替例を図示する。セラミック層のヒーターに対向する面上にガス検出器を置くことにより、この位置におけるガス検出器は、図２に示される位置よりわずかに低い温度に加熱され、かつ均一に加熱されるので、有利でありうる。

図４は、２つのガス検出器を含むさらなる代替例を図示する。第一のガス検出器３８は、図２ａの実施形態のようにヒーターの上方に配置される。電極４９に関連付けられた第二のガス検出器４８が、図３の実施形態のように、セラミック層のヒーターに対向する面上に置かれる。両方のガス検出器は、コントローラ１８に接続されている。第一のガス検出器３８は、第二のガス検出器４８より、異なるガスに対して敏感であるように調整されてもよい。

図５は、ガス検出器３８がヒーター３４と同様のガラス層３２上に配置されたさらなる代替例の断面図である。ヒーターとガス検出器３８（およびガス検出器３９）とが、互いに電気的に分離されるように、ヒーター３４は、ガス検出器３８の周りに延びる。ヒーター３４を覆いかつ保護するさらなるガラス層３６は、そこを通じてガス検出器が露出される開口部を有し、その結果、ガス検出器は特定のガスを検出することができる。この配置は、図２ａの配置よりも少ない堆積工程を要求するので、製造に関する費用がより少なくなる。

動作中、装置が装置上のボタン（図示せず）をユーザーが押すことによって起動される時に、コントローラはヒーターに電力を供給する。ヒーターの温度は、ヒーターのジュール加熱の結果、上昇する。ヒーター１４、３４の電気抵抗は、温度に交換される。コントローラ１８は、ヒーターの温度を目標温度に維持するために、ヒーター１４の電気抵抗を監視し、かつヒーターに供給される電力を調節するように構成される。コントローラはまた、他の感知されたパラメーターに応じて喫煙セッションの経過を通じて目標温度が変化するように、ヒーターからの放熱の変化に応答するより精巧な制御を提供する。

同時に、コントローラ１８は、ガス検出器３８またはガス検出器３８、４８の電気抵抗を監視するように構成される。

図６ａは、挿入された適切なエアロゾル形成基体を有する装置の標準的な動作の間の、図２に示したような酸化スズガス検出器の電気抵抗の時間変化を図示する。ガス検出器２０が、ヒーターの起動に続いて初めの２０〜３０秒の間加熱されるのに従って、その電気抵抗は低下する。ガス検出器の温度は次に、使用の間穏やかな定数を持つ。おそらくエアロゾル形成基体が完全に乾燥するのに従って喫煙セッションの経過を通じて酸化性ガスレベルが増加するので、喫煙セッションを通じた電気抵抗のわずかな増加がある。ユーザーの吸煙の際に一時的にガス検出器を通る空気の流れがガス検出器を冷却するので、電気抵抗におけるわずかなスパイクが発生している。装置が喫煙セッションの経過を通じて可変の温度プロファイルを提供するように構成される場合、コントローラ１８は、その可変の温度の原因となるガス検出器の電気抵抗を正常化することができる。

コントローラ１８は、図６ａに示したようなガス検出器についての標準的な電気抵抗プロファイルを保存する不揮発性のメモリーを含む。このプロファイルは、障害状態が存在しているかどうかを決定するために実際の測定値と比較されうる。

図６ｂは、ガス検出器２０がエアロゾル形成基体１２の燃焼の結果としての還元性ガスに露出された、図２に示したような酸化スズガス検出器の電気抵抗の時間変化を図示する。ガス検出器２０は、起動の後の１１０秒〜１７５秒の時間の間、ＣＯなどの還元性ガスに露出される。ガス検出器が還元性ガスに露出された時、その電気抵抗が下がっていることが分かりうる。図６（ａ）に示したような標準的な動作についての保存された電気抵抗プロファイルと測定されたガス検出器の抵抗とを比較することによって、コントローラは、何らかの「異常」が発生している場合に、次にさらなるヒーターへの電力の供給を防ぐことによって喫煙セッションを中断するかどうかを決定することができる。コントローラは、予期の電気抵抗プロファイルからの偏差のタイプに基づいて、特定のタイプの異常な挙動または障害を診断するように構成されてもよく、その後診断された障害のタイプに応じて、異なる動作をとり、またはユーザーに異なる表示を提供しうる。例えば、コントローラは、低い還元性ガスレベルが感知された時にヒーターの温度を低減させるように構成されてもよいが、しきい値より高い還元性ガスレベルが感知された場合、喫煙セッションを中断するように構成されてもよい。コントローラはまた、診断された障害の性質に応じて、異なる表示またはアラーム信号を提供するように構成されてもよい。

別のタイプの障害は、喫煙セッションにおいてすでに使用された、したがって消耗された基体の使用である。図６ｃは、すでに使用されたエアロゾル形成基体の存在に基づくガス検出器の応答を示す図である。線６０は、エアロゾル形成基体の一回目の使用の間のガス検出器の電気抵抗である。線６２は、同一の基体の二回目の使用の間のガス検出器の電気抵抗であり、線６４は、同一の基体の三回目の使用の間のガス検出器の電気抵抗である。同一の基体の再利用の間のガス検出器の電気抵抗は、一回目の使用の間よりも最初の３０秒において一桁分高いことが分かりうる。エアロゾル形成基体は、エアロゾル形成剤が使い尽くされたような一回目の使用の後、乾燥状態になる。これは、初期段階での酸化性ガスの増大を導く。コントローラはまた、エアロゾル形成基体が完全に乾燥する時に発生するヒーターからの放熱が減少される場合、それがヒーターの温度を低減するように、ヒーターの温度を制御するように構成されてもよい。これは、エアロゾル形成基体の燃焼のリスクを減少するが、ガス検出器の高い抵抗を与えうる。ガス検出器の初期段階での高い電気抵抗は、容易にコントローラによって検出され、喫煙セッションを中断することができる。ガス検出器の抵抗はその後、形成された還元性ガスの量が増大するにつれて、すでに使用された基体を用いた喫煙セッションの間、減少する傾向がある。

図６ｄは、エアロゾル形成基体の不存在に基づくガス検出器の応答を示す図である。ガス検出器の電気抵抗は、適切なエアロゾル形成基体の存在における場合よりも最初の３０秒後に一桁分高い。これは、ヒーターからの放熱が減少される時にヒーターの温度を低くするためのコントローラのヒーターに対する電力の低減の結果としての、ヒーターの低減された温度の結果である。ユーザーの吸煙間のより少ない有意な冷却がまた存在する。

図６ｅは、不適当なエアロゾル形成基体の存在に基づくガス検出器の応答を示す図であり、この例では、基体は、不十分なエアロゾル形成剤を有し、したがってかなり乾燥した状態である。ガス検出器の電気抵抗は、適切なエアロゾル形成基体の存在における場合よりも一桁または二桁分高い。起動の後の２６０〜３１０秒の間に、エアロゾル形成基体の燃焼の表示である、有意な還元性ガスの存在があることがまた分かりうる。

コントローラ１８は、これらの状況のそれぞれに対応する抵抗プロファイルをメモリーに保存することができ、特定の障害を診断するためにガス検出器の測定された電気抵抗と保存されたプロファイルとの関連性を示すことができる。コントローラは次に、喫煙セッションを停止するまたはヒーターへの電力供給を加減するほか、ユーザーへの障害の表示を提供することによって、応答することができる。

図７は、本発明による代替的なタイプの喫煙システムを図示するもので、これにより、ユーザーは装置にルースたばこまたはその他の基体を使用できる。装置４００は、ルースたばこ４１２が装填されるオーブンチャンバー４１５を備える。オーブンは、オーブンチャンバー４１４に裏張りされた柔軟性のあるヒーター４１４によって加熱される。コントローラ４１８は、電池４１０からヒーター４１４への電力供給を制御する。コントローラはまた、図１の装置で説明した通り、ガス検出器４２０、ＬＥＤインジケータ４２２および音声インジケータ４２４にも接続されている。ルースたばこは、リッド４１３を取り外し、ある量のたばこをオーブンチャンバーに装填してからリッドを元の位置に取り付けることにより、オーブンに装填できる。

装置４００は、ユーザーが吸煙し装置を通して空気および発生したエアロゾルを引き出すマウスピース４３２を備える。空気は、空気吸込み口４１１を通して装置内に引き込まれオーブンチャンバーに入りガス検出器４２０を通り過ぎ、その後に空気は、コンジット４３０を通りマウスピース４３２へと流れ、ユーザーの口に入る。フィルター要素（図示せず）は、入口４１１内に、またコンジット４３０の入口で提供され、たばこが気流経路を塞がないようにしうる。

加熱式エアロゾル発生基体からの蒸気は気流と混合され、コンジットを通って引き込まれる。蒸気は気流内で凝縮し、エアロゾルを形成する。

ガス検出器４２０は、金属酸化物ガス検出器であり、オーブンチャンバー４１４内の柔軟性のあるヒーター４１４の上に取り付けられ、したがって、ガス検出器４２０は、ヒーターによりその動作温度に直接的に加熱される。

当然ながら、上述の例示的な実施形態は例証するが限定はしない。上記で考察した例示的な実施形態に照らすことにより、上記の例示的な実施形態と一貫したその他の実施形態は今や当業者には明らかとなろう。

Claims (14)

1. エアロゾル形成基体を加熱するように構成されたエアロゾル発生装置であって、
   電源と、
   前記エアロゾル形成基体を加熱してエアロゾルを形成するように配置されるヒーターと、
   前記電源から前記ヒーターへの電力供給を制御するように構成されたコントローラと、
   特定のガスに敏感なガス検出器であって、前記ガス検出器の応答が前記ガス検出器の温度に依存する、ガス検出器とを備え、
   前記コントローラが、前記ガス検出器に接続され、前記ガス検出器からの信号を監視するように構成され、
   前記ガス検出器が、周囲温度より高い動作温度範囲内で動作するように構成され、前記ガス検出器が、使用時に前記ヒーターが、前記エアロゾル形成基体を加熱してエアロゾルを形成する時に、前記ガス検出器をその動作温度範囲内に加熱するように配置される、エアロゾル発生装置。
2. 前記ガス検出器が、金属酸化物ガス検出器などの半導体ガス検出器である、請求項１に記載のエアロゾル発生装置。
3. 前記ガス検出器が２００℃〜４００℃で動作するように構成される、請求項１又は２に記載のエアロゾル発生装置。
4. 前記コントローラが、前記ガス検出器の電気抵抗または電気抵抗の変化を監視するように構成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のエアロゾル発生装置。
5. 複数のガス検出器を備え、そのうち少なくとも２つのガス検出器が異なるガスに敏感であるように構成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載のエアロゾル発生装置。
6. 前記ヒーターが、支持基体上に取り付けられ、前記ガス検出器が、前記支持基体上のヒーター近傍に取り付けられる、請求項１〜５のいずれか一項に記載のエアロゾル発生装置。
7. 前記支持基体が、前記エアロゾル形成基体内への挿入のために構成される、請求項６に記載のエアロゾル発生装置。
8. 前記ガス検出器が、前記支持基体上に配置され、前記ガス検出器が、前記ヒーターの上に重なる、請求項６または７に記載のエアロゾル発生装置。
9. 前記ガス検出器が、前記支持基体の前記ヒーターに対向する面上に配置される、請求項６または７に記載のエアロゾル発生装置。
10. 前記ガス検出器およびヒーターが、前記支持基体の一方の表面上の単一の層内に配置される、請求項６または７に記載のエアロゾル発生装置。
11. 前記コントローラが、前記ガス検出器からの前記信号に基づいて、前記ヒーターへの前記電力供給を停止または減少させるように構成される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のエアロゾル発生装置。
12. エアロゾル形成基体を加熱するように構成されたエアロゾル発生装置であって、
    電源と、
    支持基体と、
    前記エアロゾル形成基体を加熱してエアロゾルを形成するように、前記支持基体上に配置されるヒーターと、
    前記支持基体上に配置され、特定のガスに敏感な半導体ガス検出器と、
    前記電源から前記ヒーターへの電力供給を制御するように構成されたコントローラとを備え、
    前記コントローラが、前記ガス検出器に接続され、前記ガス検出器からの信号を監視するように構成され、
    前記ガス検出器が、周囲温度より高い動作温度範囲内で動作するように構成され、前記ガス検出器が、使用時に前記ヒーターが、前記エアロゾル形成基体を加熱してエアロゾルを形成する時に、前記ガス検出器をその動作温度範囲内に加熱するように配置される、エアロゾル発生装置。
13. 前記エアロゾル発生装置が、たばこ由来のエアロゾル形成基体を加熱するように構成された電気的に動作する喫煙装置である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のエアロゾル発生装置。
14. エアロゾル形成基体を加熱するよう構成されたエアロゾル発生システムのための加熱組立品であって、前記加熱組立品は、
    前記エアロゾル形成基体を加熱して、エアロゾルを形成するように配置されるヒーターと、
    特定のガスに敏感なガス検出器とを備え、前記ガス検出器の応答が、前記ガス検出器の温度に依存し、
    前記ガス検出器が、周囲温度より高い動作温度範囲内で動作するように構成され、前記ガス検出器が、使用時に前記ヒーターが、前記エアロゾル形成基体を加熱してエアロゾルを形成する時に、前記ガス検出器をその動作温度範囲内に加熱するように配置される、加熱組立品。

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