JP7008148B2 - 気化が最適化された電子タバコ - Google Patents

Description

本発明は、電子タバコのような個人用気化装置に関する。詳細には、本発明は、電子タバコ及び電子タバコ用の使い捨て可能なカプセルに関する。

電子タバコは、従来のタバコの代替品である。燃焼煙を発生する代わりに、電子タバコは、使用者が吸い込むことができる液体を気化する。液体は、典型的には蒸気を生成するグリセリン又はプロピレングリコールなどのエアロゾル形成物質を含む。液体内の他の一般的な物質は、ニコチン及び様々な香料である。

電子タバコは、マウスピース部、液体貯槽、電源ユニットを含む、携帯型吸引システムである。気化は、典型的には加熱コイルの形の加熱要素及び流体移送要素を含む、気化器又は加熱ユニットによって達成される。液体が蒸気に変化するまで加熱器が芯内の液体を加熱すると気化が起きる。電子タバコは、マウスピース部内にチャンバを含んでもよく、チャンバは、カプセルの形の使い捨て可能な消耗品を受け入れるように構成される。液体貯槽及び気化器を含むカプセルは、「カートマイザ」と呼ばれることが多い。

電子タバコに関する問題は、液体の一部が蒸気に変化する一方で、別の部分は沸騰状態になるように加熱器が液体を加熱することがあることである。これにより、気化されなかった液体は液体のより大きい突出又は液滴に変化し、マウスピースを通って漏れ出る。使用者はこのような大きい液滴を吸入することは不快である可能性があり、そのためにこの問題を軽減する様々な方法が提案されてきた。

この問題を軽減するために、大きい粒子が使用者の口に到着しないようにマウスピース内にメッシュを提供するのが一般的である。米国特許第２０１７０２１５４８１号明細書の文書は、液体の大きい滴がマウスピースを通って出るのを妨げるメッシュを有する電子タバコの例を示している。

しかしエアロゾル内の蒸気液滴の所望の大きさは非常に小さいので、メッシュは依然として満足な結果を与えない。メッシュの開口が低減された場合であっても、関連した流量制限が増すはずであり、マウスピースからの蒸気の満足な流れは達成することが難しい。

先行技術の上述の欠点を考慮すると、電子タバコの蒸気内の液滴の形成を低減することが本発明の目的である。

本発明の第１の態様によれば、電子タバコ用のカプセルが提供され、カプセルは、電子タバコデバイスと係合するための第１の端部、及び蒸気出口を有するマウスピース部として構成された第２の端部を有し、カプセルは、気化される液体を含有するように構成された液体貯槽と、加熱器及び流体移送要素を含む気化ユニットであって、気化ユニットは気化チャンバ内に配置される、気化ユニットと、気化チャンバからマウスピース内の蒸気出口に延在する主気化チャネルと、液体貯槽及び気化ユニットを囲む筐体とを更に含み、流体移送要素は、少なくとも１つの液体入口により液体貯槽に流体連結され、液体移送要素は、その中に受け入れた液体に毛細管現象を提供し、加熱器は、液体入口に実質的に隣接した位置、又は液体入口とマウスピースとの間の位置に提供される。

加熱器を液体入口に実質的に隣接した位置、又は液体入口とマウスピースとの間の位置（それ故にカプセルがデバイス内で「正常な」向きである場合に液体入口の概ね「上」）に置くことは、加熱器の周囲の液体量が流体移送要素の毛細管圧によりある程度規制されるという利点を有する。具体的には過剰量の液体は、液体入口に隣接して又は液体入口の上より、むしろ液体入口の下で流体移送要素内に（毛細管圧と重力の組合せの結果として）生じる傾向があるはずである。

本発明の第２の態様によれば、電子タバコ用のカプセルが提供され、カプセルは、電子タバコデバイスと係合するための第１の端部、及び蒸気出口を有するマウスピース部として構成された第２の端部を有し、カプセルは、気化される液体を含有するように構成された液体貯槽と、加熱器及び流体移送要素を含む気化ユニットであって、気化ユニットは気化チャンバ内に配置される、気化ユニットと、気化チャンバからマウスピース内の蒸気出口に延在する主気化チャネルと、液体貯槽及び気化ユニットを囲む筐体とを更に含み、筐体は、一緒に組み立てられる内部筐体及び外部筐体からなり、液体貯槽は、内部筐体と外部筐体との間の間隙内に置かれ、内部と外部との間に封止部が提供され、封止部は断面幅より大きい断面高さを有する断面形状を有する。

本発明の第３の態様によれば、電子タバコ用のカプセルが提供され、カプセルは、電子タバコデバイスと係合するための第１の端部、及び蒸気出口を有するマウスピース部として構成された第２の端部を有し、カプセルは、気化される液体を含有するように構成された液体貯槽と、加熱器及び流体移送要素を含む気化ユニットであって、気化ユニットは気化チャンバ内に配置される、気化ユニットと、気化チャンバからマウスピース内の蒸気出口に延在する主気化チャネルと、液体貯槽及び気化ユニットを囲む筐体とを更に含み、加熱器は、流体移送要素の高さの２５％～５０％に相当する高さを有し、加熱器の対流は、４０００～７０００Ｗ／ｍ２Ｋであり、電力密度は、１．１０～２．３５０ワット／ｍｍ２、好ましくは１．２２０～２．３２０ワット／ｍｍ２、及びより好ましくは１．１５～１．１６ワット／ｍｍ２である。

好ましくは、流体移送要素は主気化チャネル内に置かれ、カプセルの長手方向軸と一致する長手方向構成要素を有する。このようにして、流体移送要素内の液体の毛細管現象は、重力の影響に抗してマウスピースに向かうことができ、それによって液体の流れを液体貯槽から流体移送要素へとなるように規制する。流体移送要素は、液体入口から遠ざかる液体を捕捉するために毛細管現象を使用することができる。加熱器は、液体入口の上又は液体入口に隣接して提供され、従って、加熱器は、毛細管効果を使用して流体移送要素内で移動する液体を気化することができる。毛細管現象は、重力と反対方向に作用することができ、これにより流体移送要素内に存在する液体の量を制限することができる。これにより液体を効率的に気化することができ、未気化の液滴を気流へ向けて生じさせることのある飽和した流体移送要素の気化を防ぐことができる。

好ましくは、流体移送要素は、少なくとも１つの液体入口により液体貯槽に流体連結され、管状流体移送要素の外部表面は少なくとも１つの液体入口に当接し、管状流体移送要素の内部表面は加熱器と接触する。

液体入口は、流体移送要素の底部に、正常使用時には流体移送要素の底部から０～１ｍｍの距離に提供されてもよい。液体入口は、０．８～１．３ｍｍ、好ましくは０．９５～１．１５及びより好ましくは１．０３～１．１４ｍｍの直径を有してもよい。流体移送要素の底部に液体入口を提供することにより、液体は流体移送要素内で毛細管現象によって上昇することを強いられる。これにより、液体貯槽内の液体の量に関わらない加熱器への液体供給の制御がなされる。

筐体は、好ましくは一緒に組み立てられる内部筐体及び外部筐体を含む。気化チャンバは、好ましくは内側部内に実質的に置かれ、液体貯槽は、好ましくは内部筐体と外部筐体との間の間隙内に置かれる。内部筐体及び外部筐体は、第１の継手及び第２の継手を使用して組み立てられてもよく、第２の継手は、第１の継手の半径方向内方に置かれてもよい。第２の継手は、内部筐体及び外部筐体の相対的な軸方向位置を変化させ得るように、内部筐体と外部筐体との間のカプセルの軸方向の移動を可能としてもよい。

内部筐体は、その間に溝を画定する第１の肩部及び第２の肩部を有してもよい。外部筐体は突起部を有してもよく、突起部は、可変的な深さで溝の中に延在するように構成されてもよい。好ましくは、内部筐体及び外部筐体は、断面幅より大きい断面高さを有する圧縮可能な封止部により一緒に封止される。封止部は内部筐体内に画定された溝内に提供されてもよく、封止部は楕円形である断面形状を有してもよい。他の実施形態では、封止部は、封止部の軸方向に圧縮可能な方向に対して横方向に突出する、横方向突出部を備えた断面形状を有してもよい。横方向突出部は、一旦圧縮閾値に達すると、内部筐体又は外部筐体に対して封止するように構成されてもよい。

好ましくは、液体貯槽は、流れが規制され、流体移送要素の中に自由に流れるのを制限するように、負圧を維持するように構成される。

流体移送要素は中空の管形状を有してもよく、加熱器は加熱コイルの形で、流体移送要素の半径方向内方に配置されてもよい。流体移送要素の毛管上昇高は、好ましくは加熱コイルの軸方向高さを超える。一部の実施形態では、加熱コイルは、流体移送要素の高さの２５％～５０％、好ましくは２５％～４５％又は最も好ましくは３５％に対応する高さを有する。流体移送要素は、流体移送要素の実際の高さに対応する毛管上昇高を有してもよい。流体移送要素の高さは４．５～６．５ｍｍであってもよく、加熱コイルの高さは１．８～２．５ｍｍであってもよく、それぞれは５．８ｍｍ及び２．０４ｍｍが好ましい。

好ましくは、加熱器の対流は４０００～７０００Ｗ／ｍ２Ｋ、好ましくは５５００～６５００Ｗ／ｍ２Ｋ、及び最も好ましくは５８００Ｗ／ｍ２Ｋ～６２００Ｗ／ｍ２Ｋである。このようにして、気化の潜熱に起因して、加熱器によって生成されたエネルギーが流体移送要素内で気化を引き起こし、液体貯槽内の液体の温度を上昇させるよりもむしろ蒸気を放出することがわかっている。

加熱器は、２～４の巻数、好ましくは３巻の加熱コイルであってもよい。一部の実施形態では、加熱コイルはチタニウムであってもよい。

本発明は、蒸気内の液滴を電子タバコの気化能力を向上することによって低減することができるという、本発明者らの認識に基づく。液滴の突出は、液体が気化状態の代わりに沸騰状態に入る時に生じることが多い。気化チャンバ内の沸騰効果を低減し、気化能力を増加することにより、より多くの液体が気化段階になることが可能である。

本発明の各態様は、液体の突出の形成を低減する所望の特性を有する。しかし解決策が組み合わせて使用される場合、特徴の機能群からの効果は互いに追加され、相乗効果を達成することができる。従って本発明の一態様の特徴は、本発明のあらゆる他の態様と組み合わせることができる。

一実施形態によれば、電子タバコ用のカプセルが提供され、カプセルは、電子タバコデバイスと係合するための第１の端部、及び蒸気出口を有するマウスピース部として構成された第２の端部を有し、カプセルは、気化される液体を含有するように構成された液体貯槽と、加熱器及び流体移送要素を含む気化ユニットであって、気化ユニットは気化チャンバ内に配置される、気化ユニットと、１つ又は複数の空気入口と、一端で１つ又は複数の空気入口と、且つ他端でマウスピース内の蒸気出口と流体連通し、気化チャンバを組み込む主気化チャネルと、液体貯槽及び気化ユニットを囲む筐体とを更に含み、流体移送要素は少なくとも１つの液体入口により液体貯槽に流体連結され、流体移送要素はその中に受け入れた液体に毛細管現象を提供し、流体移送要素は、主気化チャネルに沿った加熱器の伸長を超える量だけ、液体入口から遠ざかる一方向又は両方向に主気化チャネルに沿った方向に延在する。

好ましくは、流体移送要素は管として構成され、管の外部表面は少なくとも１つの液体入口に当接し、管の内部表面は加熱器と接触する。好ましくは、加熱器は、少なくとも１つの液体入口に隣接した流体移送要素内に置かれる。このようにして加熱器に隣接した流体移送要素は、気化される液体が加熱器によって気化される結果として乾燥する時、液体は、その液体入口若しくは各液体入口から流体移送要素を通って半径方向の両方への毛細管現象によって、加えて流体移送要素の他の部分から流体移送要素を通って軸方向及び／又は周方向への毛細管現象によって（一部の実施形態では好ましくは、デバイスが正常使用の向きに保持される場合に重力の助けで）流れ、こうして気化される液体を加熱器と接触した流体移送要素の一部に迅速に及び効率的に補充することができる。これにより、加熱要素と接触し、気化される液体の補給源（それらの補給源は、流体移送要素（の他の部分）であろうと、又は１つ若しくは複数の液体入口であろうと）から離れた流体移送要素の一部に液体の補充が不十分である結果として加熱器の一部が乾燥するのを、非常に多い又は大きい（表面積に関して）入口を必要とすることなく防ぐ。これが好都合であるのは、多くの又は大きい入口を使うことは、流体移送要素を通る液体が漏れる問題を引き起こす可能性があるからであり、特にこの場合に流体移送要素は液体入口の一方の側面上の液体入口（若しくは液体入口の一部）の近隣を乾燥させ、液体リザーバ内の液体の表面も液体入口の他方の側面上の液体入口（若しくはその一部）より下がり、これにより、空気が「乾燥」した流体移送要素を通って大気圧で液体リザーバへ漏入し、液体の表面より上の空間に入ることを許してしまい、こうして液体リザーバ内の液体面より上の空間内の負圧が破壊され、これにより流体移送要素を通って気化チャンバの中に液体の望ましくない漏れが生じる（増加する）可能性がある。

一部の実施形態では、加熱器は、液体入口に実質的に隣接した位置に提供される。これが好都合であるのは、これにより液体が入口から加熱器に移動する必要がある距離を最小にするからである。結果として、液体は、液体補給の効率を最大にするために、加熱器と接触する流体移送要素の部分へ移動する様々な補給経路に沿って移動することができる。これは、流体移送要素を通る補給経路が融合して補給をより遅くさせることが多い従来の配置とは対照的である。加熱器よりも液体入口からより離れた流体移送要素の他の部分からの液体補給は、加熱器に隣接した芯の一部自体が補給されるまで、液体貯槽からの液体を備えた流体移送要素の他の部分自体は補給されない傾向がある（先行技術の配置と対照的に）ことが認識されよう。この配置は、通常タバコを吹かす間に液体が流体移送要素全体に補給されるのに十分な時間があるので、電子タバコにおいて良好に機能する。こうしてこれらの離れた領域は、一服の間に芯のある特定の部分に迅速に補給できるバッファとして作用することができ、次いでバッファはタバコを吹かす間に再充填される。

次に本発明が添付図面を参照に記載され、添付図面は例として本発明の実施形態を例示し、図面において同様の特徴は同じ参照番号で表されている。

本発明の例示的実施形態による、吸入器及びカプセルの概略斜視図である。 図１ａの吸入器及びカプセルの概略斜視図であり、吸入器の正面パネルは取り除かれている。 図１ａ及び１ｂの吸入器の概略斜視図であり、吸入器の裏面パネルは取り除かれている。 本発明の実施形態による、カプセルの概略正面断面図である。 本発明の実施形態による、カプセルの概略垂直断側面図である。 本発明の別の実施形態による、カプセルの概略垂直断側面図である。 本発明の実施形態による、カプセル封止部の断面図である。 本発明の実施形態による、カプセル封止部の断面図である。 本発明の実施形態による、カプセル封止部の断面図である。 本発明の実施形態による、カプセル封止部の断面図である。 本発明のカプセルの概略分解図である。 図３ｃのカプセルの内部筐体の概略断面図である。 本発明の実施形態における、カプセルの断面図である。

本明細書で使用する場合、用語「吸入器」又は「電子タバコ」は、喫煙用のエアロゾルを含む、エアロゾルを使用者に送達するように構成された電子タバコを含んでよい。喫煙用のエアロゾルは、粒子の大きさが０．５～７ミクロンのエアロゾルを指してもよい。粒子の大きさは、１０又は７ミクロン未満であってもよい。電子タバコは携帯式であってもよい。

図面及び具体的に図１ａ～１ｃを参照すると、液体Ｌを気化するための電子タバコ２が例示されている。電子タバコ２は、従来のタバコの代替品として使用することができる。電子タバコ２は、電源ユニット６、電気回路８及びカプセル封止部１２を含む、本体４を有する。カプセル封止部１２は、気化する液体Ｌを含む、取り外し可能なカプセル１６を受け入れるように構成される。

カプセル封止部１２は、カプセル１６を受け入れるように構成された空洞の形である。カプセル封止部１２は、カプセル１６をカプセル封止部１２に堅固に保持するように構成された連結部２１が設けられる。連結部２１は、例えば締り嵌め、スナップ嵌合、ネジ嵌合、バヨネット嵌合又は磁気嵌合であることが可能である。カプセル封止部１２は、カプセル１６上の対応する電力端子４５と係合するように構成された１対の電気コネクタ１４を更に含む。

図２ａ及び２ｂに最も良く見られるように、カプセル１６は、筐体１８、液体貯槽３２、気化ユニット３４及び電力端子４５を含む。筐体１８は、蒸気出口２８を設けたマウスピース部２０を有する。マウスピース部２０は、使用者の口の人間工学に対応する先端形状の形を有してもよい。マウスピース部２０の反対側には、連結部２１が置かれる。連結部２１は、カプセル封止部１２内のコネクタと連結するように構成される。図２ａ及び２ｂの例示された実施形態では、カプセル１６上の連結部２１は、カプセル封止部１２内の磁気面に連結するように構成された金属板である。カプセル筐体１８は透明材料であってもよく、それによってカプセル１６の液位が使用者に明瞭に見える。筐体１８は、高分子又はプラスチック材料、例えばポリエステルなどで形成されてもよい。

気化ユニット３４は、加熱要素３６及び流体移送要素３８を含む。流体移送要素３８は、液体Ｌを液体貯槽３２から加熱要素３６に毛細管現象によって移送するように構成される。流体移送要素３８は、撚綿若しくはシリカから作成された芯などの繊維又は多孔質要素であることが可能である。別法として、流体移送要素３８は、あらゆる他の適切な多孔質要素であることが可能である。

気化チャンバ３０は、液体気化が起きる領域に画定され、加熱要素３６及び流体移送要素３８が互いに接触する近位領域に対応する。流体移送要素３６は、上遠位端３８ａ及び下遠位端３８ｂを有する。下遠位端３８ｂは、気化チャンバ３０の下端に提供される。気化チャンバ３０は、マウスピース部２０と反対のカプセル１６の遠位端に置かれる。気化チャンバ３０からマウスピース部２０内の蒸気出口２８まで主気化チャネル２４が形成され、管状断面を有し得る。主気化チャネル２４は、こうして気化チャンバ３０からマウスピース部２０内の蒸気出口２８まで延在する。気化チャンバ３０は、蒸気出口２８の反対側に配置された底表面４６を有する。底表面は、気化チャンバ３０を閉鎖する液体不透過性表面である。

液体Ｌは、プロピレングリコール又はグリセロールなどのエアロゾル形成物質を含んでもよく、ニコチンなどの他の物質を含有してもよい。液体Ｌは、例えばタバコ、メントール又は果実風味などの香料も含んでもよい。

図４ａ及び４ｂに見られるように、気化チャンバ３０は、少なくとも１つの液体入口４８を使用して液体貯槽３２に流体連結される。液体入口４８は、液体貯槽３２の底表面４６に底表面４６の０～２ｍｍ、好ましくは０～１ｍｍ上の距離に配置される。液体貯槽３２の底表面４６に近い液体入口４８の位置は、液体貯槽３２から液体Ｌが気化チャンバ３０の中に自由に流れるのを妨げる。液体入口４８は、流体移送要素３８の下遠位端３８ｂの近くにも置かれる。液体入口４８は、こうして流体移送要素３８の下遠位端３８ｂから１～３ｍｍ、好ましくは１～２ｍｍに置かれる。加熱要素３６は、好都合なことに液体入口と並んで又は液体入口より１ｍｍ下又は液体入口より１～２ｍｍ上にある、液体開口とほぼ位置合わせされたその第１の接触部で位置決めされる。好ましくは、加熱要素３６は、流体移送要素３８と接触する。液体Ｌが自由に流れる場合、流体移送要素３８を過飽和する危険性がある。液体入口が液体貯槽３２の底表面４６に近いことにより、気化中に液体貯槽３２が空になるまで液体貯槽３２内に負圧を形成することができる。これは、カプセル１６がほぼ枯渇するまで、液体入口４８がカプセル１６内の液体面Ｓの垂直下方に位置付けられるからである。ほぼ枯渇することは、カプセル１６内の液体Ｌの容量が元の容量から９０％ほど低減した時と定義することができる。これは、電子タバコ２が基本的に直立位置にある時、従って電子タバコ２を正常使用中に達成される。

図１ａ及び１ｂに例示されたように、カプセル１６は、軸方向に回転対称ではない形状を有してもよい。カプセル１６は、従って平坦な長側部及び短側部を備えた長方形基部を有してもよい。この形状は、電子タバコ２の形状にも対応してもよい。液体入口４８は、好都合なことにカプセル１６の短側部に提供されてもよい。これは、電子タバコが静止位置にある（テーブルなどの表面上に平らに置いている）時に、液体入口４８が液体面の表面より下に留まるように液体貯槽３２内に負圧を維持する。この効果は、少なくとも液体貯槽３２の充填が約半分になるまで続く。加えて、液体貯槽３２の充填が半分未満の時であっても、流体移送要素が「湿っている」間は、空気が流体移送要素を通過すること及び負圧が低下することに対して効果的な封止を行う。典型的には、重力のために、流体移送要素又は芯の「乾燥」は、芯の上部で始まり、下方にゆっくりと移動するに過ぎない。従って液体貯槽の充填が半分未満の時であっても、電子タバコが静止位置にある時に液体入口を流体移送要素の上部に置かないように位置付けることが、依然として負圧を維持する助けとなる。

液体貯槽３２の底表面４９には、少なくとも１つの液体入口４８に対して下方に傾斜する表面４９が設けられてもよい。下方に傾斜する表面４９により、液体貯槽３２内の液体Ｌ全てを液体入口４８に向かって移送し、主チャネル２４の内側で流体移送要素３８によって更に吸収することができる。カプセル１６は、カプセル１６内の第１の開口から気化チャンバ３０に延在する少なくとも１つの空気取入チャネル２６を更に備える。

図２ａ、２ｃ及び４ａに最も良く見られるように、カプセル筐体１８は、内部筐体１８ａと外部筐体１８ｂの間の間隙に置かれる液体貯槽３２と一緒に組み立てられる、内部筐体１８ａ及び外部筐体１８ｂから形成されてもよい。内部筐体１８ａ及び外部筐体１８ｂは、第１の継手１７及び第２の継手１９を使用して組み立てられてもよい。第１の継手１７は、カプセル１６の底部に置かれ、好都合なことに超音波溶接によって達成されてもよい。

第２の継手１９はカプセル１６の内側に置かれ、内部筐体１８ａ内の円形溝５２の内側に収納された封止部５０によって達することができる。内部筐体１８ａは、第１の肩部６２及び第２の肩部６４を有し、それらの間に溝５２が画定される。外部筐体１８ｂは突出部５４を備え、突出部５４は溝５２の中に可変的な深さで延在するように構成される。突出部５４は、封止部５０に当接するように配置される。突出部５４は、封止部５０がカプセル１６の軸方向Ａに圧縮可能であることから、溝５２に可変的な深さで入り得る。

内部筐体１８ａは気化ユニット３４を収納するように構成され、気化ユニット３４は、先に記載されたように気化チャンバ３０の底表面４６から延在する主チャネル２４内に置かれる。流体移送要素３８が気化チャンバ３０に崩れ込むのを回避するために、内部筐体１８ａは、流体移送要素３８の内周を取り囲むフランジ５６を備えてもよい。

内部筐体１８ａは、少なくとも１つの流体入口４８から第１の肩部６２に延在する管柱又は排煙部８０を含む。管柱８０は、管柱８０が流体移送要素３８に構造的支持を提供するように、流体移送要素３８の半径方向外方に提供される。流体移送要素３８の内周を取り囲むフランジ５６は、半径方向ストラット８２により管柱に取り付けられる。このようにして管柱８０は、管状流体移送要素３８の内部表面及び外部表面に構造的支持を提供することができる。具体的には図２ａから認識できるように、第１の肩部６２は管柱８０の一部として提供される。第２の肩部６４は、環状溝５２が第１の肩部６２と第２の肩部６４との間に画定されるように、半径方向ストラット８２により管柱８０に連結される。

内部筐体１８ａ及び外部筐体１８ｂを含む２つの部分の筐体１８を有する利点は、気化ユニット３４の内側部分の組立てが容易であることである。しかし、カプセル１６が第１の筐体１８ａ及び第２の筐体１８ｂによって組み立てられる際に、製造工程におけるばらつきがある可能性がある。封止部５０は、従って、製造工程のばらつきを吸収するように構成される。

内部筐体１８ａ及び外部筐体１８ｂは一緒に封止されるので、流体が液体貯槽３２から流出する時に液体貯槽３２内に負圧が生じる。負圧は、液体の流れを液体貯槽３２から流体移送要素３８へとなるように規制する。負圧は、こうして気化チャンバ３０の中の液体Ｌの自由な流れに対する抵抗を生み出し、そのようにして液体の流れを規制する。少なくとも１つの流体入口４８は、加熱要素３６の端部でカプセル１６の基部へのその最近接点に提供することができる。

図３ａは、円形断面を持つ従来のＯリングを例示する。図３ａの封止部５０は、本発明によるカプセル１６に使用することができる。しかし図３ｂ、３ｃ及び３ｄに見られるように、封止部５０は、断面幅ｗ_ｓより大きい断面高さｈ_ｓを有してもよい。これは、封止部５０が外部筐体１８ｂに対する内部筐体１８ａの位置の間により長い軸方向の変化を収容するように構成される一方で、小型形状の横方向を維持するという利点を提供する。

図３ｂ、３ｃ及び３ｄに例示された実施形態では、封止部５０は、封止部が軸方向（カプセル１６の軸方向と一致する）により長いように非円形形状を備える。封止部５０は、図２ｃ及び３ｄに例示されたように長方形断面を有することができる。

図３ｂに例示された実施形態では、封止部５０はＴ字形を有する。Ｔ字形は、軸の差異のための長い収容部に関して同じ利点を提供する。追加効果として、横方向突起部５８により、封止部５０は第１の肩部６２及び第２の肩部６４に追加の封止をすることができる。

楕円形及びＴ字形封止部５０の長い断面高さｈ_ｓは、長い変形長さ及び長い距離を提供し、それを通って封止部５０は内部筐体１８ａ及び外部筐体１８ｂを互いに封止することができる。加えて封止部５０の比較的小さい幅は、カプセル１６の大きさ及び液体貯槽内の液体含有量Ｌを最適化できるように、封止部５０の水平方向の空間を低減する。

円形断面を持つＯリングは、内部筐体１８ａと外部筐体１８ｂとの間に封止効果を提供する。超音波溶接工程のばらつきのために、封止部は±０．５ｍｍの差異を収容するように構成される。楕円形封止部及びＴ字形封止部は、より長い圧縮距離を提供し、それを通して封止効果は達成される。

円形、楕円形、長方形及びＴ字形封止部は、異なる圧縮の振る舞いを呈し、すなわち封止部は、軸変形力Ｆ_ｃに異なる抵抗を表す。この振る舞いは、封止部の水平方向断面積及び垂直高さの幾何形状の差に関係する。それ故、幾何形状の差は、円形、楕円形及びＴ字形封止部の間の異なるバネ定数に解釈される。封止部に対するバネ定数は、封止部の断面がその軸方向で異なる断面積を表すために、非線形的に変化する。圧縮力Ｆ_ｃを断面積で割ると、力は断面積全体に分散し、ニュートン／ｍ^２で測定することができる。

楕円形封止部を円形封止部と比較すると、断面積は垂直高さに対してより小さい。これは、楕円形封止部が円形封止部より低い弾性率を有することを意味し、従ってはるかに柔軟に作用する。

Ｔ字形封止部も、楕円形封止部と同様の断面積を有する。しかしＴ字形封止部は、高い圧縮率（低いバネ定数）の第１の領域、及び（より高いバネ定数の）より硬い領域を持つ水平のＴ字形突起部の上の第２の領域を提供する。Ｔ字形突起部は、側面に追加の封止をするという別の利益を提供する。

次に図２ａ及び２ｂを参照すると、流体移送要素３８は管状の形を有し、主チャネル２４の軸長手方向と一致する軸長手方向を有し得ることが例示されている。管状の形は、流体移送要素３８の内側に気化チャネル４０を提供し、蒸気は気化チャネル４０を通り、気化チャンバ３０から出て蒸気出口部２８に移動することができる。その上、流体移送要素３８の管状の形は、主チャネル２４の内壁に滑り嵌めも提供し、加熱要素３６を受け入れるためにその中に空間を形成する。

加熱要素３６は、好都合なことにコイル形状の加熱器３６の形であってもよく、流体移送要素３８の長手方向と一致するその軸方向に位置合わせされてもよい。それ故にコイル形状の加熱器３６は、流体移送要素３８の内側に画定された気化チャネル４０の中に嵌合することができる一方で、流体移送要素３８と緊密に接触させる。このようにして流体移送要素３８を、主チャネル２４の内壁と加熱要素３６との間に保持することができる。これは、流体移送要素３８がその形状を維持して崩れるのを回避する助けにもなる。流体移送要素３８の材料は、綿、シリカ、若しくはあらゆる他の繊維、又は多孔材料が可能である。

加熱要素３６は、流体移送要素３８の毛管上昇高のある割合に相当する高さを有する。発明者らは、加熱要素３６が流体移送要素３８の毛管上昇高を大きく超える高さを有する場合、加熱要素３６は、液体貯槽３２内の液位が枯渇する際に流体移送要素３８の乾燥した上部と接触する傾向があることを見出した。カプセル１６の底部における流体移送要素３８は、液体に浸されることが多く、又は過飽和状態でさえある一方で、流体移送要素３８の上部は乾燥したままである。熱が流体移送要素３８に加えられる場合、流体移送要素３８の乾燥部における加熱要素３６の温度は、包囲する液体Ｌによって冷却されず、それによって乾燥部は過度に加熱される。流体移送要素３８の過飽和部では、温度は下がり、沸騰気泡及び突出部を形成する可能性がある。気化ユニット３４からの熱は、液体貯槽３２の内側及びカプセル１６の一部に移動する。従って局所的なばらつきの形成、及び加熱要素３６と接触した流体移送要素３８の乾燥領域の出現を回避することが好都合である。

一方、流体移送要素３８の毛管上昇高が加熱要素３６の高さを大きく超える場合、加熱要素３６は、その全軸長に沿って過飽和になり、加熱要素３６の温度は液体の効率的な気化を達成するより、むしろ冷却される。これはやはり気泡の形成及び液体の突出を生じさせることがあるが、温度は液体貯槽部３２及びマウスピース部２０の筐体内で上昇する。電子タバコの典型的な気化工程において、気化は液体の表面下で液体が沸騰することによって達成される。加熱要素３６が少量の液体Ｌのみで覆われるように加熱要素３６の飽和のレベルが理想的なレベルに保たれる場合、沸騰により液体の大きい突出は生じず、その代わりに液体の均一の加熱をもたらし、液体を直接気化状態に進めることができる。

流体移送要素３８が乾燥すると加熱要素３６の温度が上昇するので、加熱要素３６の温度を検出するのが一般的である。加熱要素３６の周りに液体がない場合、加熱要素３６の温度は上昇する。これは、加熱要素３６の周りにある流体が、気化状態になった時に加熱要素３６からエネルギーを吸収するからであり、その結果加熱要素３６に冷却効果をもたらす。つまり加熱要素３６からの熱は、加熱要素３６及びあらゆる周囲の材料の温度を上昇させるより、むしろ液体を沸点温度で気体に変えるために必要な気化の潜熱を提供するために使用する傾向がある。加熱要素３６の温度を測定することにより、気化温度を、流体移送要素３８が過熱されないように制御することができる。

理想的な気化を特徴付けるのは、蒸気の体積が大きいこと、液体貯槽へ伝わる熱の量が最小限であること、及び液体の突出の程度が低いことである。

第１の例示的プロトタイプが、既知の構成及び加熱要素３６と流体移送要素３８を組み合わせた相対寸法に基づいて設計された。第１の実施例では、以下のパラメータが選択された。
実施例１
直径：０．４ｍｍ
抵抗の長さ：７０ｍｍ
抵抗：０．２９４Ω
総有効長：６８ｍｍ
ピッチ：０．７ｍｍ
加熱コイルの高さ：４．７５ｍｍ
総有効面：８５．４５ｍｍ２
電力密度：０．１８７Ｗ／ｍｍ２
対流加熱：１０４０Ｗ／ｍ２Ｋ
流体移送要素の高さ：５．８ｍｍ

加えて、流体移送要素３８に入出する液体入口は、十分な液体供給を加熱要素３６の全長に沿って提供するために、流体移送要素３８の軸方向に広げられた。

しかし第１の例示的カプセルは、加熱要素３６に液体を十分に良好に分配して供給し、流体移送要素３８を浸したにも関わらず、不満足な結果を提供した。コイルは一貫性のない加熱プロファイルを表し、加熱コイルの下部は３００Ｋまで達したに過ぎず、コイルの上部は約９００Ｋまで達した。総可測抵抗は、コイルの全長にわたる抵抗の総和に相当する。そのため、抵抗測定結果に基づいて温度を規制することができなかった。なぜなら、温度がコイルの全長にわたり一貫しなかったからである。

コイルの第１の実施例の問題の背景の下で、発明者らは、液体貯槽３２内に液体が残っている限り流体移送要素３８の下部が浸漬高さｈ_ｗとなるように構成できるはずであることを見出した。浸漬高さは、毛細管現象が起こる距離に対応する。加熱要素３６は、従って流体移送要素３８の上側の（乾燥）部分より上に伸びないために比較的短くあるべきである。しかし加熱要素３６は、依然として満足な量の蒸気を生成するように構成する必要がある。流体移送要素３８は、制御された定量の液体を供給されるべきである。それ故に気化中に液体供給率を制御する必要があった。液体入口は、毛細管現象により流体移送要素３８内に液体を上昇させるよう流体移送要素３８の底部であった。これにより、液体貯槽内の液の量に関わらず加熱要素３６に供給する液体が制御される。

その上、発明者らによって発見された好都合な寸法は、流体移送要素３８の高さ４．５～６．５ｍｍ、及び加熱コイルの高さ１．８～２．５ｍｍを含む。好ましくは、高さはそれぞれ５．８ｍｍ及び２．０４ｍｍである。

好ましくは、流体移送要素に対する加熱コイル３６の高さは、流体移送要素３８の高さの２０～５０％、好ましくは２５％～４５％、及び最も好ましくはおよそ３５％である。流体移送要素３８の多孔材料は、流体移送要素の毛管上昇高が流体移送要素の実際の高さに等しいように選択されることが好ましい。流体移送要素３８の毛管上昇高は、流体移送要素の実際の高さを超えることさえ可能である。この場合、理論上の毛管上昇高を参考にすることができる。

加熱コイル３６の第１の実施例の最初の標準構成及び流体移送要素３８の構成に比べて、加熱要素３６の高さを最初の高さのほぼ半分に低減した。高さは異なるサンプルにおいて様々な基準に低減した。絶対尺度で、加熱要素（すなわち加熱コイル３６）の高さを少なくとも３ｍｍほど低減した。長い芯を有する利点は、液体の蓄えを維持することができ、結果としてバッファとして作用することができることである。芯は、従って例えば電子タバコが逆に保持された場合に、加熱器領域内の芯に液体を供給するように適合することができる。加えて上に論じたように、バッファは、電子タバコ２が正常な向きで保持されている時であっても、一服の間に液体を流体移送要素３８の一部に補給するために流体移送要素３８を通る独立した補給経路も提供する。

発明者らは、高水準の蒸気を生成し、流体移送要素３８の乾燥、気泡の形成及び液体貯槽３２内の液体の過熱を回避するために、液体貯槽３２から流れる液体を、電力密度に正確にマッチさせる必要があることを見出した。電力密度を増加することにより、液体貯槽３２内の液体温度が減少することが分かったことは驚くべき作用であった。試験中に、対流を１９００Ｗ／ｍ^２Ｋから６０００Ｗ／ｍ^２Ｋに、電力密度を０．１８７Ｗ／ｍｍ２から１．１５２Ｗ／ｍｍ２に増加することにより、液体貯槽内の温度が１０８℃から５４℃に低減したことがわかった。対流及び電力密度の増加は、加熱コイル径を低減することによりその抵抗を増加することによって達成された。

流体移送率と電力密度の相互関係を確認するために、多数のカプセルのプロトタイプを試験した。加熱要素３６の目標対流は、５０００～７０００Ｗ／ｍ^２Ｋ、好ましくは５５００Ｗ／ｍ^２Ｋ～６５００Ｗ／ｍ^２Ｋ及び最も好ましくは６０００Ｗ／ｍ^２Ｋであることがわかった。

加熱要素３６の高さが低減された時、加熱コイル径も、所望の対流６０００Ｗ／ｍ^２Ｋを得るために低減した。それ故に、高さを、加熱コイルに加えた電力と同じ量に対して加熱コイルの電力密度を更に増加するために低減した。しかし加熱コイル３６を形成する熱線を過度に薄くすることは、２つの主な理由で許容し得ないことが示された。第一に、コイル３６が機械的に弱くなる可能性があり、そのために組立てが難しくなり、流体移送要素３８を支持すること及び主気化チャネル４０へ向けて変形するのを防ぐことができなくなる。これは望ましくないことであり、なぜなら、気化チャネルの直径はデバイスの性能に影響を及ぼす重要なパラメータであり、従ってこのパラメータを一貫して制御することが重要であり、それは流体移送要素３８が気化チャネルを部分的に遮断する場合には達成困難となる。第二に、熱線がより薄くなるにつれて、線の厚さの製造公差の作用はより大きい影響を有し、線のいくつかの部分が非常に薄くなる可能性があり、すると、これらの部分は線の他の部分に対して過熱し、場合によっては溶ける危険性がある。

高さを低減し、依然として同じ電力密度を達成するために、コイル径はそれでも低減し、異なる値が評価された。最適なコイル径は、次いで０．４、０．３、０．２５４及び０．２２６ｍｍの値の中から選択された。

評価の結果は、以下を有することが可能な実施例２のような最適化されたカプセルであった。
実施例２
直径：０．２２６～０．３ｍｍ、好ましくは０．２５４ｍｍ
抵抗の長さ：２６．９２ｍｍ
抵抗：０．２９１～０．２９５Ω
総有効長：２６．０９ｍｍ
ピッチ：０．５～１．０ｍｍ、好ましくは１．０ｍｍ
加熱コイルの高さ：２．４～３．２ｍｍ
総有効面：２０．８２ｍｍ２
電力密度：１．１５２～２．３１９ワット／ｍｍ２、好ましくは１．１５２ワット／ｍｍ２
対流加熱：５０００～７０００Ｗ／ｍ^２Ｋ、好ましくはおよそ６０００Ｗ／ｍ^２Ｋ、Ｗ／ｍ２Ｋ
流体移送要素の高さ：４．５～６．５ｍｍ、好ましくは５．８ｍｍ ｍｍ
流体移送要素の毛管上昇高：流体移送要素の実際の高さ以上
封止の型：幅より大きい高さの非円形封止部が、液体貯槽３２内の負圧を維持するために最も好都合であることを示した。

巻線の最適なピッチは、満足な熱分布を確保するために、好ましくは０．５～１．０ｍｍの範囲内であることがわかった。

第２の例示的カプセル用の目標加熱温度は、第１の例示的カプセルと同じであり、２７０℃であった。

加熱コイル３６の巻線の数は、好ましくは２～４、及び最も好ましくは３であるべきであるということもわかった。２～４の巻線を有することにより、あまり薄くなく、加熱コイル３６の製造工程で一緒により良好に保持することができる加熱コイル３６を提供する。加えて３巻きのコイル巻線を有することは、加熱要素３６と接触する流体移送要素３８の部分への液体の補給経路に関して非常に有効である。具体的には、液体入口４８を半径方向に通って加熱器の中心コイルに向かう直通経路がある。加えて液体入口４８からの一部の液体は、加熱要素３６の底部コイル巻線に向かって下方に移動することができる。同時に副補給経路は、流体移送要素３８の一部から底部コイルの真下に提供される。主補給経路は、上部コイルの上の流体移送要素の一部から加熱要素３６の上部コイルに接触した流体移送要素までである。液体入口からの少量の液体のみがこの部分への補給のために上方に移動し、なぜならその大部分は中間及び下部コイル巻線によって気化された液体を補給するからであり、そのため、補給液体のほとんどは上部コイル巻線の上のバッファに由来する。この場合、その補給はパフの合間の毛細管現象によってなされる。

加熱要素３６より大きい高さを有し、それに応じて高い毛管上昇高をも有する流体移送要素３８を有する利点は、流体移送要素３８内の液体がパフの最中に気化した液体を補給するために液体入口４８を通過する液体を補うことができるため、液体入口を、パフの最中に気化する液体の一部をただ補給すればよいように構成することができることから、液体入口４８の大きさを最小にすることができることである。当然のことながら、液体入口の大きさは、液体貯槽３２内で使用する液体の粘度を考慮して決定する必要がある。この実施形態における寸法は、ほとんどが４０～６０％の割合の植物性グリセリン（ＶＧ）とプロピレングリコール（ＰＧ）（すなわちＶＧ：ＰＧ＝４０：６０からＶＧ：ＰＧ＝６０：４０の範囲）の混合物を含む液体と共に使用するために最適であるように選択される。入口の寸法は、ＰＧに比べてＶＧの粘度が大きいことに起因して、より高い割合のＶＧ（例えばＶＧは最高が実質的に１００％でＰＧは無し）を使用する場合に、当然わずかに増加するはずである。

図５は、本発明の別の実施形態におけるカプセル１６の断面図である。カプセル１６は、気化チャンバ３０の位置における図２Ａに示された配置とは異なる。この配置では、気化チャンバ３０は、液体貯槽３２の下に全体が位置付けられる。液体入口４８は、液体貯槽３２の基部に提供され、液体貯槽３２を流体移送要素３６と流体連結する。流体移送要素３６内の毛細管現象は、重力の下向きの力と共に液体貯槽３２内の液体を流体移送要素３６の中に流すように促すことができる。液体の流れは、この配置においては、液体が送出される際に液体貯槽３２内に形成する負圧により規制される。加熱コイル３６はこの配置に３つのコイルを含み、流体移送要素３８の半径方向内方に提供される。

本発明は、記載された例示的実施形態に決して限定されないことが当業者には認識されよう。ある特定の測定値が互いに異なる従属請求項に列挙されているという事実だけで、これらの測定値の組合せは好都合に使用することができないということを示すものではない。更に、表現「含む」は、他の要素又はステップを排除するものではない。他の非限定表現は、「ａ」又は「ａｎ」が複数を排除しないこと、及び単一ユニットが数個の手段の機能を遂行してもよいことを含む。特許請求の範囲におけるいかなる参照符号も、その範囲を限定すると解釈されるべきできはない。最後に、本発明は図面及び前の説明に詳細に例示されているが、このような例示及び説明は、例証又は代表例であり、限定とみなすべきではなく、本発明は開示された実施形態に限定されない。

Claims (15)

1. 電子タバコ用のカプセルであって、前記カプセルは、電子タバコデバイスと係合するための第１の端部、及び前記電子タバコデバイスのマウスピースの一部として構成された第２の端部を有し、前記マウスピースの前記一部は、蒸気出口を有し、前記カプセルは、
   気化される液体を含有するように構成された液体貯槽と、
   加熱器及び流体移送要素を含む気化ユニットであって、前記気化ユニットは気化チャンバ内に配置される、気化ユニットと、
   前記気化チャンバから前記マウスピース内の前記蒸気出口に延在する主気化チャネルと、
   内部筐体及び外部筐体を含む筐体であって、前記筐体は前記液体貯槽及び前記気化ユニットを囲む、筐体とを更に含み、
   前記内部筐体は、その間に円形溝を画定する第１の肩部及び第２の肩部を含み、前記外部筐体は、前記内部筐体及び前記外部筐体が一緒に組み立てられる時に前記円形溝の中に延在するように構成された突出部を含み、前記液体貯槽は、前記内部筐体と前記外部筐体との間にある間隙内に置かれ、前記内部筐体と前記外部筐体との間の前記円形溝の内側に封止部が提供され、前記封止部は、断面幅より大きい断面高さを有する断面形状を有する、カプセル。
2. 前記流体移送要素は、少なくとも１つの液体入口により前記液体貯槽に流体連結され、前記流体移送要素は、その中に受け入れた液体に毛細管現象を提供し、前記加熱器は、前記液体入口に実質的に隣接した位置、又は前記液体入口と前記マウスピースとの間の位置に提供される、請求項１に記載のカプセル。
3. 前記流体移送要素は、前記主気化チャネル内に置かれ、前記カプセルの長手方向軸と一致する長手方向構成要素を有し、それによって前記流体移送要素内の液体の前記毛細管現象は、重力の影響に抗して前記マウスピースに向かい、それによって前記液体の流れを前記液体貯槽から前記流体移送要素へとなるように規制する、請求項２に記載のカプセル。
4. 前記液体入口は、前記流体移送要素の底部に、使用時には前記流体移送要素の前記底部から０～１ｍｍの距離に提供される、請求項２又は３に記載のカプセル。
5. 前記少なくとも１つの液体入口は、０．８～１．３ｍｍ、好ましくは０．９５～１．１５及びより好ましくは１．０３～１．１４ｍｍの直径を有する、請求項２～４のいずれか一項に記載のカプセル。
6. 前記内部筐体及び前記外部筐体は、第１の継手及び第２の継手を使用して組み立てられ、前記第２の継手は、前記第１の継手の半径方向内方に置かれ、前記第２の継手は、前記内部筐体及び前記外部筐体の相対的な軸方向位置を変化させ得るように、前記内部筐体と前記外部筐体との間で前記カプセルの軸方向の移動を可能とする、請求項１～５のいずれか一項に記載のカプセル。
7. 前記突出部は、可変的な深さで前記円形溝の中に延在するように構成された突起である、請求項６に記載のカプセル。
8. 前記封止部は、楕円形である断面形状を有する、請求項１～７のいずれか一項に記載のカプセル。
9. 前記封止部は、前記封止部の軸方向に圧縮可能な方向に対して横方向に突出する、横方向突出部を備えた断面形状を有し、前記横方向突出部は、一旦圧縮閾値に達すると、前記内部筐体又は前記外部筐体に対して封止するように構成される、請求項１～８のいずれか一項に記載のカプセル。
10. 前記流体移送要素は中空の管形状を有し、前記加熱器は加熱コイルの形で、前記流体移送要素の半径方向内方に配置される、請求項１～９のいずれか一項に記載のカプセル。
11. 前記流体移送要素の毛管上昇高は、前記加熱コイルの軸方向高さを超える、請求項１０に記載のカプセル。
12. 前記加熱コイルは、前記流体移送要素の高さの２５％～５０％、好ましくは２５％～４５％又は最も好ましくは３５％に相当する高さを有する、請求項１０又は１１に記載のカプセル。
13. 前記流体移送要素は、前記流体移送要素の実際の高さに相当する毛管上昇高を有する、請求項１２に記載のカプセル。
14. 前記流体移送要素の高さは４．５～６．５ｍｍであり、前記加熱コイルの高さは１．８～２．５ｍｍであり、それぞれ５．８ｍｍ及び２．０４ｍｍであることが好ましい、請求項１０～１３のいずれか一項に記載のカプセル。
15. 前記加熱器の対流は、４０００～７０００Ｗ／ｍ２Ｋであり、電力密度は、１．１０～２．３５０ワット／ｍｍ２、好ましくは１．２２０～２．３２０ワット／ｍｍ２、及びより好ましくは１．１５～１．１６ワット／ｍｍ２である、請求項１～１４のいずれか一項に記載のカプセル。

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