JP7062088B2 - エアロゾル発生デバイスのための消耗品カートリッジ - Google Patents

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Description

本発明は、エアロゾル発生デバイスと共に使用するための消耗品カートリッジに関する。
従来の巻き煙草の代替品を提供しようするいくつかの新世代喫煙デバイスが導入されてきた。1つのそのようなデバイスは欧州特許第2772148A2号明細書において説明されている。この配置構成において、喫煙デバイスには、マウスピース、ケーシング、電気加熱器、及びバッテリが設けられる。消耗品カートリッジは、喫煙デバイスの加熱器に隣接してデバイス内に設置され得る。消耗品カートリッジは、タバコ材料を包み込むケーシングを有する。加熱器はカートリッジのケーシングを加熱することができ、中に含まれるタバコを燃焼させずに加熱し、これによりエアロゾルが放出される。次いで、このエアロゾル又は蒸気はマウスピースを通じてユーザにより吸入され得る。
上述のように、当該技術分野で既知の消耗品カートリッジは通常ケーシングを加熱し、それにより、ケーシング内のエアロゾル形成材料を加熱する。喫煙デバイス及び消耗品をより効果的且つ効率的に使用するためにタバコ材料に伝達される熱を最大化し、より簡単に取り扱うことができるケーシングを提供することが望ましい。
本発明の一態様によれば、エアロゾル発生デバイスのための消耗品カートリッジが提供され、消耗品カートリッジが、ケーシングと、ケーシング内に設けられ、エアロゾル発生デバイスからエネルギーを受け取ることによって加熱されるように構成された加熱要素であって、加熱要素が、複数の熱的又は電気的に伝導性のワイヤ及び/又はファイバを備える、加熱要素と、ケーシング内に設けられ、加熱要素からの熱を受け取るとエアロゾルを形成するように適合された固体又は半固体のエアロゾル形成材料とを備える。
このように、タバコなどのエアロゾル形成材料を収容しているケーシング内で熱を発生させることが可能である。カートリッジは、円形の断面を備えた略円筒形を有し得る。ケーシングは、容易に取り扱うことができ、エアロゾル形成材料を容易に運搬できる。ケーシングは、ユーザがケーシングの内部を見ることができるように、ガラスなどの絶縁材料から作られてもよい。ケーシングはまた、紙、厚紙、セラミック、又は金属などの他の材料から作られてもよい。複数の熱的又は電気的に伝導性のワイヤ及び/又はファイバは、鋼鉄などの金属から作られてもよい。ケーシング内に加熱要素を設けることは、加熱要素が、エアロゾル形成材料に熱を効率的に供給できるようにエアロゾル形成材料の近くにあり得ることを意味する。したがって、ケーシングと別個の加熱要素とを設けることにより、加熱要素によって発生された熱がエアロゾル形成材料を直接加熱し得る。さらに、加熱器の材料に複数の金属ワイヤの組み合わせを使用することにより、加熱器は、安価に提供されている(すなわち、エアロゾル形成材料に効果的に熱を伝えるために)広い外側表面を有する。
好ましくは、加熱要素は複数のファイバを備え、各ファイバが少なくとも1本のさらなるファイバと接触している。ファイバは、絡み合わされ得る及び/又は重ねられ得るため、絡み合わされた/重ねられたファイバはケーシングよりも長い。このように、複数のファイバにより、相互に接続されたファイバのネットワーク又は束を提供することが可能である。ファイバは、加熱要素がケーシングの全長にわたってケーシング内に熱を供給するように、円筒形(シリンドリカル形状)ケーシングの一端から他端まで延びることができる。ファイバは、スチールウールなどの熱伝導性材料で作られてもよい。したがって、個々のファイバ間の接触により、熱エネルギー又は電気エネルギーなどのエネルギーが、相互に接続されたファイバのネットワーク全体を効果的に移動でき、エアロゾル形成材料を加熱できる。
好ましくは、複数のファイバの平均ファイバ長はケーシングの長さより短い。このように、エアロゾル発生デバイスから受け取ったエネルギーが、複数のファイバを通してより効果的に分配され得る。これは、複数のファイバのごく一部のみが加熱されることに比べて、複数のファイバが加熱要素としての目的のためによりよく利用されることを意味する。ケーシングの長さより長い長さを有する個々のファイバがある場合もあり、より長い個々のファイバは、折り畳まれた、又は湾曲した構成をして、相互に接続されたファイバの密度の分布を高くする。
エアロゾル形成材料は、ケーシングと加熱要素との間に配置され得る。このように、加熱要素によって供給される熱の大部分をエアロゾル形成材料に伝達することが可能である。例えば、エアロゾル形成材料は、加熱要素からの熱がケーシングに到達する前にエアロゾル形成材料を通過しなければならないように、加熱要素を包み込む。ケーシングの内面は、熱をケーシング内に保つために、絶縁性及び/又は熱反射性材料から作られてもよい。エアロゾル形成材料は、ケーシングと加熱要素との間に配置される2枚より多いシートの形態であり得る。シートは、互いに対して層状にでき、ケーシングの円筒内面の大部分を覆う。
加熱要素は、ケーシングとエアロゾル形成材料との間に配置され得る。このように、エアロゾル形成材料を加熱要素内に収容させることが可能である。ケーシングの内面は、熱をケーシング内にさらに保つために、絶縁性及び/又は熱反射性材料から作られてもよい。
エアロゾル形成材料及び加熱要素は、単一の束に散在する複数のそれぞれのファイバを備え得る。このように、エアロゾル形成材料をより均一に加熱することが可能である。個々のファイバの周囲の空間は、隣接するファイバ及び/又は空気ではなく、エアロゾル形成材料で満たすことができる。例えば、エアロゾル形成材料は、複数の加熱要素ファイバ内又はその周囲に散在させることができる。エアロゾル形成材料は、各ファイバからの熱がエアロゾル形成材料を加熱するために使用され得るように、各ファイバの大部分の周囲に分配され得る。エアロゾル形成材料は、複数のファイバに挿入及び/又は分散させ得る条片及び/又は粉砕粒子の形態であってもよい。加熱要素に関連するエアロゾル形成材料の分布は、よりランダムな配置で提供される。したがって、エアロゾル形成材料が存在しない複数のファイバの間の加熱空間で無駄になる熱が少なくなる。エアロゾル形成材料を加熱要素に組み合わせる代替的な方法は、遊離タバコ粒子床においてスチールウール片をプレス又は圧延することを含む。
エアロゾル形成材料と加熱要素とが一緒に巻かれてもよい。このように、エアロゾル形成材料を加熱するために、加熱要素の表面積をより大きくすることが可能である。例えば、エアロゾル形成材料の層と加熱要素層とがケーシング内に設けられるスパイラル配置に巻かれるように、加熱要素に対して(例えば、加熱要素のシートの上又は下に)エアロゾル形成材料を層状にすることができる。また、加熱要素の隣接する層の間が接続されないように、加熱要素の隣接する層をエアロゾル形成材料で隔てることにより、加熱効率を改善することも可能である。エアロゾル形成材料はまた、加熱要素とケーシングとの間に設けられてもよく、それにより、エアロゾル形成材料は、加熱要素によって生成された熱をカートリッジ内に保持することによって断熱材として機能する。
消耗品カートリッジのケーシング内にエアロゾル形成材料及び加熱要素を配置するための代替的な構成は、エアロゾル形成材料の同心円状の層と加熱要素のメッシュとの交互配置、又はエアロゾル形成材料の領域内に設けられたメッシュシートの3次元格子の作成を含む。
好ましくは、消耗品カートリッジは2つの電極をさらに備え、2つの電極がエアロゾル発生デバイスから電気エネルギーを受け取るように構成され、2つの電極が電気エネルギーを加熱要素に供給する。このように、加熱要素は電気抵抗器として機能し、熱は抵抗加熱によって発生され、ファイバが、加熱要素と接触しているカートリッジの正極と負極との間に電気抵抗を提供する。ファイバの電気抵抗は、ファイバの重量によって調整でき、ファイバの重量が大きいほど電気抵抗は低くなる。例として、エアロゾル発生デバイスは、約0.5Ωの電気抵抗を提供する100mgのファイバ量を持つ複数のファイバを備えるカートリッジで良好に動作することができる。
正極と負極とはカートリッジのどちらかの端部に配置でき、エアロゾル発生デバイスのバッテリから電気エネルギーを受け取るように構成される。別の例では、複数のファイバを撚ることができ、電極がカートリッジの同じ端部に配置され得る。
好ましくは、加熱要素の外側表面は酸化されている。これにより、加熱要素の表面は導電性ではなく、熱は、加熱要素から酸化された外側の層を通してエアロゾル形成材料に伝導によって伝達される。安定な外側表面を提供することにより、エアロゾル形成材料が燃焼する可能性が低減される。例えば、複数のファイバの外側表面は、ファイバの所望の配置が実現された後に酸化されてもよい。別の例では、エアロゾル形成材料の方を向いているメッシュの表面又は複数の表面が酸化される。
加熱要素はメッシュを備え得る。
メッシュゲージ及びメッシュサイズは、エアロゾル形成材料が実質的に加熱要素内に収容され得るように適切に選択され得る。或いは、メッシュサイズ及びメッシュゲージは、エアロゾル形成材料の遊離粒子がケーシングと加熱要素との間に落ち得るように選択され得る。
メッシュシート加熱要素は、抵抗加熱によって加熱するように構成されたステンレス鋼メッシュであり得、メッシュはカートリッジの正極と負極とを接続する。メッシュの電気抵抗は、メッシュ片の幅によって調整でき、メッシュ片の幅が広いほど、電気抵抗が低くなる。例として、エアロゾル発生デバイスは、約0.65Ω未満の電気抵抗を提供する65mmの長さ及び10mmの幅を有するメッシュシート加熱要素を備えるカートリッジで良好に動作することができる。
或いは、1つ又は複数の加熱器がエアロゾル発生デバイスに設けられてもよく、カートリッジは、加熱要素(すなわち、ファイバ及び/又はワイヤ)が伝導によって加熱されるように1つ又は複数の加熱器と接触するように配置された1つ又は複数の接点をさらに備える。エアロゾル発生デバイス上での加熱器の配置に応じて、1つ又は複数の接点はカートリッジの一端又は両端に配置され得る。
エアロゾル形成材料、又は気化可能な物質(例えば、タバコ)は、蒸気を形成し得る任意の好適な物質であり得る。物質は固体又は半固体の物質であり得る。物質は、植物由来の材料を含み得、特に、物質はタバコを含み得る。一般に、気化可能な物質は、固形又は半固形のタバコ物質である。例示のタイプの蒸気発生固体としては、粉末、顆粒、ペレット、破片、より糸、多孔性材料、発泡体、又はシートが挙げられる。
好ましくは、気化可能な物質は、エアロゾルフォーマ又はキャリア材料を含み得る。エアロゾルフォーマの例としては、多価アルコール及びその混合物、例えばグリセリン又はプロピレングリコールが挙げられる。一般に、気化可能な物質は、乾燥重量ベースで約5%~約50%のエアロゾルフォーマ含量を含み得る。好ましくは、気化可能な物質は、乾燥重量ベースで約15%のエアロゾルフォーマ含量を含み得る。エアロゾル形成材料はまた、例えば香味料及び水など他の材料を含み得る。
本発明の別の態様によれば、バッテリと、先行する請求項のいずれかに記載の消耗品カートリッジであって、エアロゾル形成材料が、バッテリからエネルギーを受け取る加熱要素によって形成された熱を受け取るとエアロゾルを形成し得る、消耗品カートリッジと、を備える、エアロゾル発生デバイスが提供される。
エアロゾル発生デバイスは、カートリッジホルダ部とコントローラセクションとを有し得る。カートリッジホルダ部は、エアロゾル発生デバイスのユーザがエアロゾルを吸入し得る出口を有し得る。カートリッジホルダ部はまた、カートリッジを挿入できる空洞を有し得る。カートリッジホルダ部はまた、カートリッジの正極をバッテリの正極端子に接続するための正極接続を有し得る。
バッテリはコントローラセクションに配置され得る。バッテリはまた、カートリッジの負極に直接接続されるように構成された負極端子を有し得る。コントローラセクションは、組み立てられたエアロゾル発生デバイスに空気が流れ込み得る入口を有し得る。エアロゾル発生デバイスは、空気が入口を介してエアロゾル発生デバイスに入り、空気がカートリッジの穴又は孔を介してカートリッジに流れ込んで通り抜け、カートリッジからの空気及びエアロゾルがエアロゾル発生デバイスから出口を介して出る、気流の通路を与え得る。
本発明の別の態様によれば、ケーシング、加熱要素、及びエアロゾル形成材料を備える消耗品カートリッジをエアロゾル発生デバイスのチャンバ内に挿入するステップであって、加熱要素及びエアロゾル形成材料がケーシング内に設けられる、ステップと、加熱要素が加熱されるようにエアロゾル発生デバイスからエネルギーを供給するステップと、消耗品カートリッジ内のエアロゾル形成材料を加熱するステップとを含む、エアロゾルを発生する方法が提供される。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を例として説明する。
本発明の一実施形態におけるカートリッジの断面図である。 本発明の別の実施形態におけるカートリッジの断面図である。 本発明の別の実施形態におけるカートリッジの断面図である。 本発明の別の実施形態におけるカートリッジの断面図である。 本発明の一実施形態における2つの電極を備えるカートリッジの側面図である。 エアロゾル発生デバイスの図5に示すカートリッジの分解側面図である。 エアロゾル発生デバイスの図5に示すカートリッジの組み立て後の側面図である。
図1は本発明の第1実施形態におけるカートリッジ10を示す。カートリッジ10は、円形の断面を備えた略円筒形を有する。カートリッジ10は、加熱要素14及びタバコなどのエアロゾル形成材料16を内部に収容するケーシング12を有する。当業者には理解されるように、いくつかの他の製品及び成分がケーシング12内に設けられてもよい。
ケーシング12は、ユーザがケーシング12の内部を見ることができるように、ガラスなどの絶縁材料から作られてもよい。ケーシング12はまた、紙、セラミック、又は金属などの他の材料から作られてもよい。
加熱要素14は複数のファイバを備え、各ファイバがさらなるファイバと接触して、相互に接続されたファイバのネットワーク又は束を形成する。ファイバは、加熱要素14がケーシング12の全長にわたってケーシング12内に熱を供給するように、円筒形のケーシング12の一端から他端まで延びる。ファイバは、スチールウールなどの熱伝導性材料で作られてもよい。当業者には理解されるように、いくつかの他の熱伝導性材料が加熱要素14に使用されてもよい。
加熱要素14は抵抗加熱によって加熱するように構成され、ファイバが、加熱要素14と接触しているカートリッジ10の正極と負極と(図示せず)の間に電気抵抗を提供する。ファイバの電気抵抗は、ファイバの重量によって調整でき、ファイバの重量が大きいほど電気抵抗は低くなる。例として、エアロゾル発生デバイスは、約0.5Ωの電気抵抗を提供する100mgのファイバ量を持つ複数のファイバを備えるカートリッジ10で良好に動作することができる。
正極と負極とはカートリッジ10のどちらかの端部に配置でき、エアロゾル発生デバイスのバッテリから電気エネルギーを受け取るように構成される。或いは、複数のファイバを撚ることができ、電極がカートリッジ10の同じ端部に配置され得る。
加熱要素14を加熱することにおける代替的な方法又はシステムは、当業者には容易に想到されるはずである。例えば、1つ又は複数の加熱器がエアロゾル発生デバイスに設けられてもよく、カートリッジ10は、加熱要素14が伝導によって加熱されるように1つ又は複数の加熱器と接触するように配置された1つ又は複数の接点(図示せず)をさらに備える。エアロゾル発生デバイス上での加熱器の配置に応じて、1つ又は複数の接点はカートリッジ10の一端又は両端に配置され得る。
エアロゾル形成材料16は、ケーシング12と加熱要素14との間に配置される2枚のシートの形態をしている。シートは、互いに対して層状にされ、ケーシング12の円筒内面の大部分を覆う。当業者には理解されるように、エアロゾル形成材料は、異なる数のシートから構成されてもよいし、条片又は粉砕されたタバコ粒子などの他の形態をとってもよい。
図2は、本発明の第2実施形態におけるカートリッジ110を示す。カートリッジ110は、加熱要素114及びエアロゾル形成材料116を内部に収容するケーシング112を有する。
この構成では、加熱要素114は、ケーシング112とエアロゾル形成材料116との間に配置される。加熱要素114はメッシュシートの形態をしている。エアロゾル形成材料116は、条片又は遊離粒子の形態をしている。当業者には理解されるように、エアロゾル形成材料は、シートなどの他の形態をとることができる。
メッシュゲージ及びメッシュサイズは、エアロゾル形成材料116が実質的に加熱要素114内に収容され得るように適切に選択される。或いは、メッシュサイズ及びメッシュゲージは、エアロゾル形成材料116の遊離粒子がケーシング112と加熱要素114との間に落ち得るように選択され得る。
メッシュシート加熱要素116は、抵抗加熱によって加熱するように構成されたステンレス鋼メッシュであり得、メッシュはカートリッジ110の正極と負極とを接続する。メッシュの電気抵抗は、メッシュ片の幅によって調整でき、メッシュ片の幅が広いほど、電気抵抗が低くなる。例として、エアロゾル発生デバイスは、約0.65Ω以下の電気抵抗を提供する65mmの長さ及び10mmの幅を有するメッシュシート加熱要素116を備えるカートリッジ110で良好に動作することができる。
或いは、メッシュシートは、エアロゾル発生デバイスの1つ又は複数の加熱器を使用して熱伝導により加熱されてもよく、カートリッジ110は、1つ又は複数の加熱器と接触するように配置された1つ又は複数の接点(図示せず)をさらに備える。
図3は、本発明の第3実施形態におけるカートリッジ210を示す。カートリッジ210は、加熱要素214及びエアロゾル形成材料216を内部に収容するケーシング212を有する。
この構成では、加熱要素214はスチールウールなどの複数のファイバを備え、エアロゾル形成材料216は加熱要素214を散在させて、単一のファイバの束を形成する。エアロゾル形成材料216は、複数のファイバに挿入及び/又は分散させ得る条片及び/又は粉砕粒子の形態をしている。加熱要素214に関連するエアロゾル形成材料216の分布は、よりランダムな配置で提供される。エアロゾル形成材料216を加熱要素214に組み合わせる代替的な方法は、遊離タバコ粒子床においてスチールウール片をプレス又は圧延することなど、当業者には容易に想到されるはずである。加熱要素214は、上述のように、抵抗加熱又は伝導加熱によって加熱されるように構成され得る。
図4は、本発明の第4実施形態におけるカートリッジ310を示す。カートリッジ310は、加熱要素314及びエアロゾル形成材料316を内部に収容するケーシング312を有する。
この構成では、エアロゾル形成材料316は、加熱要素314のシートの上又は下に層状にされたシート、条片、又は遊離粒子の形態であり得、そのため、加熱要素314のシートが巻かれると、エアロゾル形成材料316が加熱要素314内で巻かれる。エアロゾル形成材料316は、加熱要素314の隣接する層の間が接続されないように効率的に加熱するために、加熱要素314の隣接する層を隔てる。エアロゾル形成材料316はまた、加熱要素314とケーシング312との間に設けることもでき、それにより、エアロゾル形成材料316は、加熱要素314によって生成された熱をカートリッジ310内に保持することによって断熱材として機能する。スパイラル構成又は「スイスロールケーキ」又はルーラード構成を形成するための代替的な方法は、当業者には容易に想到されるはずである。加熱要素314は、上述のように、抵抗加熱又は伝導加熱によって加熱されるように構成され得る。
消耗品カートリッジのケーシング内にエアロゾル形成材料及び加熱要素を配置するための代替的な構成は、エアロゾル形成材料の同心円状の層と加熱要素のメッシュとの交互配置、又はエアロゾル形成材料の領域内に設けられたメッシュシートの3次元格子の作成など、当業者には容易に想到されるはずである。
図5は本発明の実施形態におけるカートリッジを示す。カートリッジ410は、加熱要素(図示せず)及びエアロゾル形成材料(図示せず)を収容するケーシング412を有する。カートリッジ412は、円形の断面を備えた略円筒形を有し、カートリッジ412は、両端に正極414及び負極416を有し、電極414及び416は、バッテリ(図示せず)から電気エネルギーを受け取るように構成される。
図6Aは、エアロゾル発生デバイス500における本発明の第5実施形態に示したカートリッジを示す。エアロゾル発生デバイス500は、カートリッジホルダ部510とコントローラセクション512とを有する。
カートリッジホルダ部512は、エアロゾル発生デバイスのユーザがエアロゾルを吸入し得る出口514(又はマウスピース)を有し得る。カートリッジホルダ部512はまた、カートリッジ410を挿入し得る空洞516を有し得る。当業者には理解されるように、カートリッジホルダ部512は、ガラス又はプラスチックなどのいくつかの材料から作られてもよい。
カートリッジホルダ部512はまた、カートリッジ410の正極414をバッテリ522の正極端子520に接続するための正極接続518を有する。バッテリ522はコントローラセクション512に配置される。バッテリ522はまた、カートリッジ410の負極416に直接接続されるように構成された負極端子524を有する。図6Bは、エアロゾル発生デバイス500を組み立てられた状態で、バッテリ522の正極端子520と負極端子524とをカートリッジ410の正極414と負極416とに接続する仕方を示している。
コントローラセクション512は、組み立てられたエアロゾル発生デバイス500に空気が流れ込み得る入口526を有する。図6Bは、空気が入口526を介してエアロゾル発生デバイス500に入り、空気がカートリッジ410の穴又は孔(図示せず)を介してカートリッジ410に流れ込んで通り抜け、カートリッジ410からの空気及びエアロゾルがエアロゾル発生デバイス500から出口514を介して出る、気流の通路528を示している。
バッテリと消耗品カートリッジ上の電極との間に電極接続を設ける代替的な構成は、当業者には容易に想到されるはずである。

Claims (8)

  1. エアロゾル発生デバイスのための消耗品カートリッジであって、前記消耗品カートリッジが、
    ケーシングと、
    前記ケーシング内に設けられ、前記エアロゾル発生デバイスからエネルギーを受け取ることによって加熱されるように構成された加熱要素ここで、前記加熱要素、複数の熱的又は電気的伝導性を有する複数のファイバを含み、前記複数のファイバのそれぞれは、少なくとも1本のさらなるファイバと接触しており、
    前記ケーシング内に設けられ、前記加熱要素からの熱を受け取るとエアロゾルを形成するように適合された固体又は半固体のエアロゾル形成材料と、
    前記エアロゾル発生デバイスから電気エネルギーを受け取り、前記電気エネルギーを前記加熱要素に供給する2つの電極と、
    を備え
    前記エアロゾル形成材料及び前記加熱要素は、単一の束に散在する複数の個別のファイバを含み、または、前記エアロゾル形成材料と前記加熱要素とが一緒に巻かれている、消耗品カートリッジ。
  2. 前記複数のファイバの平均ファイバ長が前記ケーシングの長さより短い、請求項に記載の消耗品カートリッジ。
  3. 前記エアロゾル形成材料が、前記ケーシングと前記加熱要素との間に配置されている、請求項1または2に記載の消耗品カートリッジ。
  4. 前記加熱要素が、前記ケーシングと前記エアロゾル形成材料との間に配置されている、請求項1または2に記載の消耗品カートリッジ。
  5. 前記加熱要素の外側表面が酸化されている、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の消耗品カートリッジ。
  6. 前記加熱要素がメッシュを備える、請求項1乃至のいずれか1項に記載の消耗品カートリッジ。
  7. エアロゾル発生デバイスであって、
    バッテリと、
    請求項1乃至のいずれか1項に記載の消耗品カートリッジであって、前記エアロゾル形成材料が、前記バッテリからエネルギーを受け取る前記加熱要素によって形成された熱を受け取るとエアロゾルを形成し得る、消耗品カートリッジと、
    を備える、エアロゾル発生デバイス。
  8. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の消耗品カートリッジをエアロゾル発生デバイスのチャンバ内に挿入するテップと、
    前記加熱要素が加熱されるように前記エアロゾル発生デバイスから電気エネルギーを供給するステップと、
    前記消耗品カートリッジ内の前記エアロゾル形成材料を加熱するステップと、
    を含む、エアロゾルを発生する方法。
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EP18171673 2018-05-10
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