JP7089058B2

JP7089058B2 - 気化が最適化された電子タバコ

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Publication number: JP7089058B2
Application number: JP2020559473A
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Inventors: カイルアデール，; アンドリューロバートジョンローガン，; サミュエルポール，
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Filing date: 2019-04-24
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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。特に、本発明は、電子タバコ及び電子タバコ用の消耗品カプセルに関する。

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（霧化）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、液体収容部、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。気化は、液体が蒸気に変化するまで加熱器が芯（ウィック）内の液体を加熱する時に起きる。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領するように構成される。液体収容部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、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設けることが一般的である。米国特許第２０１７／０２１５４８１号明細書の文献は、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。

しかしながら、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。メッシュの開口が縮小されたとしても、関連する流量制限が増加し、マウスピースからの蒸気の満足な流れを達成することが困難である。

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収容部と、加熱器及び流体移送要素を含み、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部内の蒸気出口に延在する主蒸気経路と、液体収容部及び気化ユニットを囲う筐体と、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収容部に流体連結され、液体移送要素は、その中に受容さ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する位置、又は液体入口とマウスピース部との間の位置に設けられている。

液体入口に実質的に隣接する位置、又は液体入口とマウスピース部との間の位置（つまり、カプセルがデバイス内にあり、「通常」の配向である場合に、一般に液体入口の「上」）に加熱器を配置することは、加熱器の周囲の液体の量が流体移送要素の毛細管圧によりある程度調整されるという利点を有する。特に、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収容部と、加熱器及び流体移送要素を含み、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部内の蒸気出口に延在する主蒸気経路と、液体収容部及び気化ユニットを囲う筐体と、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、液体収容部は、内部筐体と外部筐体との間の間隙内に配置され、封止部は内部と外部との間に設けられ、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収容部と、加熱器及び流体移送要素を含み、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部内の蒸気出口に延在する主蒸気経路と、液体収容部及び気化ユニットを囲う筐体と、を更に含み、加熱器は、流体移送要素の高さの２５％～５０％に対応する高さを有し、加熱器の対流は、４０００～７０００Ｗ／ｍ^２Ｋであり、電力密度は、１．１０～２．３５０ワット／ｍｍ^２、好ましくは１．２２０～２．３２０ワット／ｍｍ^２、及びより好ましくは１．１５～１．１６ワット／ｍｍ^２である。

好ましくは、流体移送要素は主蒸気経路内に配置され、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、流体移送要素内の液体の毛細管現象は、重力の影響に反作用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収容部から流体移送要素に調整する。流体移送要素は、液体入口から遠ざかる液体を結合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設けられ、したがって、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、気化しなかった液滴を気流に発生することが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収容部に流体連結され、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、通常使用時には流体移送要素の底部から０～１ｍｍの距離に設けられてもよい。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設けることにより、流体移送要素内で毛細管現象によって液体を上昇させる。これにより、液体収容部内の液体の量に関わらず加熱器に供給する液体が制御される。

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配置され、液体収容部は、好ましくは内部筐体と外部筐体との間の間隙内に配置される。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配置されてもよい。第２の継手は、内部筐体及び外部筐体の相対軸位置が変化することができるように、カプセルの軸方向における内部筐体と外部筐体との間での移動を可能にする。

内部筐体は、溝を間に画定する第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、深さを変化して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設けられてもよく、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、封止部の圧縮可能な軸方向を横切る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、液体収容部は、流れが調整され、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／ｍ^２Ｋ、好ましくは５５００～６５００Ｗ／ｍ^２Ｋ、及び最も好ましくは５８００Ｗ／ｍ^２Ｋ～６２００Ｗ／ｍ^２Ｋである。このように、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は流体移送要素内で気化を引き起こし、液体収容部内の液体の温度を上昇させるより、むしろ蒸気を放出することが見出された。

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、蒸気内の液滴が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（はみ出し）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。しかしながら、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。したがって、本発明の一態様の特徴は、本発明の他の任意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収容部と、加熱器及び流体移送要素を含み、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蒸気経路と、液体収容部及び気化ユニットを囲う筐体と、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収容部に流体連結され、流体移送要素はその中に受容された液体に毛細管現象を提供し、流体移送要素は、主蒸気経路に沿って加熱器の拡張を超える量により、液体入口から遠ざかる一方向又は両方向に主蒸気経路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配置される。このように、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、デバイスが通常使用の配向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、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加熱器の一部が乾燥するのを防ぎ、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、これにより空気は大気圧で液体リザーバの中に漏れることができるので、「乾燥」した流体移送要素を通って液体の表面より上の空間に入り、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を破壊し、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設けられる。これは、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のに有利である。結果として、液体は、液体補給の効率を最大にするために、加熱器と接触した流体移送要素の一部に移動する異なる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（ウィック）の一部自体が補給されるまで、液体収容部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、パフ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、電子タバコに良く機能する。こうして、これらの離れた領域は、パフ中に芯のある特定の部分に迅速に補給できる緩衝物として作用することができ、次いで緩衝物はパフとパフとの間に再充填される。

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。

本発明の例示的な一実施形態に係る吸入器及びカプセルの概略斜視図である。吸入器の正面パネルが取り除かれた図１ａの吸入器及びカプセルの概略斜視図である。吸入器の裏面パネルは取り除かれた図１ａ及び１ｂの吸入器の概略斜視図である。本発明の一実施形態に係るカプセルの概略正面断面図である。本発明の一実施形態に係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係るカプセルの概略垂直断側面図である。本発明の一実施形態に係るカプセル封止部の断面図である。本発明の一実施形態に係るカプセル封止部の断面図である。本発明の一実施形態に係るカプセル封止部の断面図である。本発明の一実施形態に係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。本発明の一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もよい。喫煙用のエアロゾルは、０．５～７ミクロンの粒子の大きさを有する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。

図面及び特に図１ａ～１ｃを参照すると、液体Ｌを気化（霧化）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を受容するように構成される。

カプセル封止部１２は、カプセル１６を受容するように構成された空洞の形である。カプセル封止部１２には、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、液体収容部３２、気化ユニット（霧化ユニット）３４及び電力端子４５を含む。筐体１８は、蒸気出口２８が設けられたマウスピース部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が配置される。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を液体収容部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（ウィック）などの繊維又は多孔質要素であることが可能である。あるいは、流体移送要素３８は、他の任意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の下端に設けられる。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の遠位端に配置される。気化チャンバ３０からマウスピース部２０内の蒸気出口２８までには、主蒸気経路（チャネル）２４が形成され、管状断面を有してもよい。つまり、主蒸気経路２４は、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面４６を有する。該底面は、気化チャンバ３０を閉鎖する液体不透過性の面である。

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を使用して液体収容部３２に流体連結される。液体入口４８は、液体収容部３２の底面４６に、底面４６の０～２ｍｍ、好ましくは０～１ｍｍ上の距離に配置される。液体収容部３２の底面４６に近い液体入口４８の位置は、液体収容部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の近くにも配置される。つまり、液体入口４８は、流体移送要素３８の下遠位端３８ｂから１～３ｍｍ、好ましくは１～２ｍｍに配置される。加熱要素３６は、その第１の接触部が液体開口とほぼ位置合わせされるように、即ち、液体入口と一直線に又は液体入口より１ｍｍ下又は液体入口より１～２ｍｍ上に位置決めされることが有利である。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。液体入口が液体収容部３２の底面４６に近いことにより、気化中に液体収容部３２が空になるまで液体収容部３２内に負圧を形成することができる。これは、カプセル１６が枯渇に近づくまで、液体入口４８がカプセル１６内の液体面Ｓの下に垂直に位置決めされるからである。枯渇に近づくことは、カプセル１６内の液体Ｌの体積が元の体積から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が実質的に直立位置にある時、従って電子タバコ２の通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。つまり、カプセル１６は、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、カプセル１６の短側部に設けられることが有利でありうる。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収容部３２内に負圧を維持する。この効果は、少なくとも液体収容部３２の充填が約半分になるまで続く。加えて、液体収容部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、流体移送要素を通過し、負圧を低減する空気を効果的に封止する。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だけであるだろう。したがって、液体収容部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流体移送要素の上部に配置されないように液体入り口を配置することは、依然として負圧を維持することを支援する。

液体収容部３２の底表面４９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も設けてもよい。下方に傾斜する表面４９は、液体収容部３２内の液体Ｌ全てが液体入口４８に向かって移送され、主経路２４の内側で流体移送要素３８により更に吸収されることを可能にする。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つの空気取入経路（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との間の間隙に配置された液体収容部３２と一緒に組み立てられた内部筐体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の底部に配置され、超音波溶接によって達成されることが有利でありうる。

第２の継手１９は、カプセル１６の内側に配置され、内部筐体１８ａ内の円形溝５２の内側に収納された封止部５０によって達成されうる。内部筐体１８ａは、溝５２を間に画定する第１の肩部６２及び第２の肩部６４を有する。外部筐体１８ｂは、可変の深さで溝５２の中に延在するように構成された突出部５４を備える。突出部５４は、封止部５０に当接するように配置される。封止部５０は、カプセル１６の軸方向Ａに圧縮可能であるので、突出部５４は溝５２に可変の深さで入ってもよい。

内部筐体１８ａは、先に記載されたように、気化チャンバ３０の底面４６から延在する主経路２４内に配置された気化ユニット３４を収納するように構成される。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、それが流体移送要素３８に構造的支持を提供するように、流体移送要素３８の半径方向外方に設けられる。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（支柱）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、管状の流体移送要素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。特に図２ａから認識できるように、第１の肩部６２は、管柱８０の一部として設けられる。第２の肩部６４は、環状の溝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になることである。しかしながら、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、製造工程に変形があってもよい。つまり、封止部５０は、製造工程での変形を収容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、流体が液体収容部３２の外に流出する際に液体収容部３２内に負圧が生じる。負圧は、液体収容部３２から流体移送要素３８への流体の流れを調整する。つまり、負圧は、気化チャンバ３０の中における流体Ｌの自由な流れに抵抗を生成し、そのようにして液体の流れを調整する。少なくとも１つの流体入口４８は、カプセル１６の基部に対するその最近接点で、加熱要素３６の端部に設けられうる。

図３ａは、円形断面を有する従来のＯリングを例示する。図３ａの封止部５０は、本発明に係るカプセル１６に使用されうる。しかしながら、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、横方向にコンパクトな形状を維持しながら、外部筐体１８ｂに対する内部筐体１８ａの位置の間のより長い軸方向の変化に適応するように構成され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、軸の違いに対する長い適用の点で同じ利点を提供する。追加効果として、横方向突起部５８は、封止部５０が第１の肩部６２及び第２の肩部６４に追加の封止をすることを可能にする。

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の大きさ及び液体収容部内の液体含有量Ｌが最適化されうるように、封止部５０の空間を水平方向に低減する。

円形断面を有する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。超音波溶接工程での変形のため、封止部は、±０．５ｍｍの差異に適応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が達成される。

円形、楕円形、長方形及びＴ字形封止部は、異なる圧縮作用を示す、即ち、封止部は、軸変形力Ｆ_ｃに対して異なる抵抗を表す。この作用は、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連する。それゆえ、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変換する。封止部のバネ定数は、封止部の断面がその軸方向の異なる断面積を表す際に非線形性も変化する。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。しかしながら、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、主経路２４の軸長手方向と一致する軸長手方向を有しうることが例示されている。管状の形は、流体移送要素３８の内側に蒸気経路４０を提供し、それを通って、蒸気は、気化チャンバ３０を出て蒸気出口部２８に移動することができる。また、流体移送要素３８の管状の形は、主経路２４の内壁に滑り嵌めも提供し、加熱要素３６を受容するためにその中に空間を形成する。

加熱要素３６は、コイル形状の加熱器３６の形であり、且つ、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ることが有利になりうる。それゆえ、コイル形状の加熱器３６は、流体移送要素３８との密接な接触を提供しながら、流体移送要素３８の内側に画定された蒸気流路４０の中に嵌合することができる。このようにして、流体移送要素３８は、主経路２４の内壁と加熱要素３６との間に保持されうる。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、若しくは他の任意の繊維、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の毛管上昇高の割合に対応する高さを備える。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備える場合、加熱要素３６は、液体収容部３２内の液位が枯渇する際に流体移送要素３８の乾燥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、周囲の液体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（はみ出し）を形成する可能性がある。気化ユニット３４からの熱は、液体収容部３２の内側及びカプセル１６の一部に移動する。したがって、局所的な変形の形成、及び加熱要素３６と接触した流体移送要素３８の乾燥面積の存在を回避するのに有利である。

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。これもやはり、気泡の形成及び液体の突出（はみ出し）をもたらしうる一方で、温度が液体収容部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、液体の表面の下での液体の沸騰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の飽和の基準が理想的な基準に保たれる場合、沸騰は、液体の大きい突出を生成しないが、その代わりに、液体の均一な加熱を生成して液体を直接的に蒸気状態に進めることを可能にする。

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及び周囲の任意の材料の温度を上昇させるより、むしろ沸点温度で液体を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される傾向がある。加熱要素３６の温度を測定することにより、気化温度は、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。

理想的な気化は、蒸気の体積が大きいこと、液体収容部に移動する熱の量が最小であること、及び液体突出の存在が少ないことを特徴とする。

第１の例示的プロトタイプは、既知の構成及び加熱要素３６と流体移送要素３８と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：８５．４５ｍｍ^２
電力密度：０．１８７Ｗ／ｍｍ^２
対流加熱：１０４０Ｗ／ｍ^２Ｋ
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。

しかしながら、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。コイルは一致し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。測定可能な抵抗の合計は、コイルの全長にわたる抵抗の総和に対応するので、温度は、温度がコイルの全長にわたって一貫していなかったので抵抗測定に基づいて調整することができなかった。

コイルの第１の実施例の問題の背景の下で、発明者らは、流体移送要素３８の下部は液体収容部３２内に液体が残っている限り浸漬高さｈ_ｗを備えて構成することができることを見出した。浸漬高さは、毛細管現象が起こる距離に対応する。したがって、加熱要素３６は、流体移送要素３８の上（乾燥）部より上に伸びないために比較的短くあるべきである。しかしながら、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。それゆえ、液体供給率は、気化中に制御する必要があった。液体入口は、流体移送要素３８の底部であり、毛細管現象により流体移送要素３８内で液体を上昇させる。これにより、液体収容部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。

また、発明者らによって見出された有利な寸法は、４．５～６．５ｍｍの間の流体移送要素３８の高さ、及び１．８～２．５ｍｍの間の加熱コイルの高さを含む。好ましくは、当該高さはそれぞれ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の実施例の最初の且つ標準の構成及び流体移送要素３８の構成に比べると、加熱要素３６の高さは、最初の高さのほぼ半分に低減した。高さは、異なる試料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）の高さは少なくとも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るため、緩衝物（バッファ）として作用することである。したがって、芯は、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、上述したように、緩衝物は、電子タバコ２が通常の配向で保持されている時であっても、パフ中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、液体収容部３２から流れる液体は、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収容部３２内の液体の過熱を回避するために、電力密度に正確に一致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、液体収容部３２内の液体温度は低減することを見出したことは驚くべき結果であった。試験中に、対流を１９００Ｗ／ｍ^２Ｋから６０００Ｗ／ｍ^２Ｋに、電力密度を０．１８７Ｗ／ｍｍ^２から１．１５２Ｗ／ｍｍ^２に増加することにより、液体収容部内の温度が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した。

流体移送率と電力密度と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の高さが低減した時、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。それゆえ、当該高さは、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。しかしながら、加熱コイル３６を形成する熱線は、２つの主な理由で非常に薄くなることは許可できないことを示した。１番目は、コイル３６は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を支持し、それが主蒸気経路４０に変形するのを防ぐことができなくなる。これは、蒸気経路の直径が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、したがって、このパラメータを一貫して制御することが重要であり、このパラメータは、流体移送要素３８が蒸気経路を部分的に遮断する場合に達成することが難しいので望ましくない。また、２番目に、熱線がより薄くなるにつれて、線の厚さの製造公差の効果はより大きい影響を有し、線の一部は非常に薄くなる可能性があり、次いで、これらの部分は線の他の部分に関連して過熱し、恐らく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。次いで、最適なコイル径は、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：２０．８２ｍｍ^２
電力密度：１．１５２～２．３１９ワット／ｍｍ^２、好ましくは１．１５２ワット／ｍｍ^２
対流加熱：５０００～７０００Ｗ／ｍ^２Ｋ、好ましくはおよそ６０００Ｗ／ｍ^２Ｋ、Ｗ／ｍ^２Ｋ
流体移送要素の高さ：４．５～６．５ｍｍ、好ましくは５．８ｍｍｍｍ
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、液体収容部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は、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の一部への液体の補給経路に関して非常に有効である。特に、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。中間及び下部コイル巻線によって気化された液体の大部分を補給する際に、液体入口から少量の液体のみが、この部分に補給するために上方に移動するので、補給液体のほとんどは上部コイル巻線の上の緩衝部から供給される。次いで、これは、パフとパフとの間に毛細管現象によって補給される。

加熱要素３６より大きい高さを有し、対応する高さの毛管上昇高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を通過する液体を捕捉することができるので、パフ中に気化する液体の一部をただ補給すればよいように液体入口を構成することができるので、液体入口４８の大きさは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、液体収容部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）との混合物（即ち、ＶＧ：ＰＧ＝４０：６０からＶＧ：ＰＧ＝６０：４０の範囲）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は実質的に１００％までで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、液体収容部３２の下に全体が位置決めされる。液体入口４８は、液体収容部３２の基部に設けられ、液体収容部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、液体収容部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、液体が排出された時に液体収容部３２内に形成する負圧により、この配置で調整される。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の半径方向内方に設けられる。

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

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、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収容部と、
加熱器及び管状の流体移送要素を含み、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部内の前記蒸気出口に延在する主蒸気経路と、
前記液体収容部及び前記気化ユニットを囲う筐体と、
を更に含み、
前記流体移送要素は、管状の前記流体移送要素の外部表面に当接する少なくとも１つの液体入口により前記液体収容部に流体連結され、前記流体移送要素は、その中に受容さ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する位置に、又は前記液体入口と前記マウスピース部との間の位置に、管状の前記流体移送要素の内部表面と接触して設けられ、前記筐体は、一緒に組み立てられる内部筐体及び外部筐体を含み、前記気化チャンバは前記内部筐体内に実質的に配置され、前記液体収容部は前記内部筐体と前記外部筐体との間の間隙内に配置され、前記内部筐体は、前記流体移送要素が前記気化チャンバに崩れ込むのを防ぐために、管状の前記流体移送要素の内周を取り囲むフランジを備え、前記内部筐体は、前記流体移送要素の前記外部表面の全体を取り囲むように構成されている、カプセル。
前記流体移送要素は、前記流体移送要素内の液体の前記毛細管現象が、重力の影響に反作用して前記マウスピース部に向かい、それによって前記液体の流れを前記液体収容部から前記流体移送要素に調整するように、前記主蒸気経路内に配置されて前記主蒸気経路に沿って延在している、請求項１に記載のカプセル。
前記液体入口は、前記流体移送要素の底部に、前記流体移送要素の前記底部から０～１ｍｍの距離に設けられている、請求項１又は２に記載のカプセル。
前記少なくとも１つの液体入口は、０．８～１．３ｍｍの直径を有する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のカプセル。
前記内部筐体は、前記流体移送要素の半径方向外方に設けられた管柱と、前記主蒸気経路に沿って前記管柱から延在した第１の肩部と、前記第１の肩部の半径方向内方に設けられた第２の肩部と、を含み、前記第１の肩部と前記第２の肩部との間に溝が画定され、
前記外部筐体は、前記溝内に配置された圧縮可能な封止部に当接するように前記溝内に延在する突起部を含む、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のカプセル。
前記内部筐体及び前記外部筐体は、第１の継手及び第２の継手で互いに接合され、前記第２の継手は、前記第１の継手の半径方向内方に配置され、前記第２の継手は、前記第１の肩部と前記第２の肩部と前記突起部とによって構成されている、請求項５に記載のカプセル。
前記第１の継手は、前記カプセルの底部に配置され、前記第２の継手は、前記カプセルの内側に配置されている、請求項６に記載のカプセル。
前記封止部は、前記主蒸気経路に沿った第１方向における長さを示す断面高さと、前記第１方向に直交する第２方向における長さを示す断面幅とによって規定される断面形状を有し、前記断面高さは、前記断面幅より大きい、請求項５乃至７のいずれか１項に記載のカプセル。
前記封止部は、前記内部筐体内に画定された前記溝内に設けられている、請求項５乃至８のいずれか１項に記載のカプセル。
前記封止部は、前記封止部の圧縮可能な軸方向を横切る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ている、請求項５乃至９のいずれか１項に記載のカプセル。
前記加熱器は、前記流体移送要素の半径方向内方に配置された加熱コイルによって構成され、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１乃至１０のいずれか１項に記載のカプセル。
前記加熱器は、前記流体移送要素の半径方向内方に配置された加熱コイルによって構成され、前記加熱コイルは、前記流体移送要素の高さの２５％～５０％に対応する高さを有する、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のカプセル。
前記流体移送要素は、前記流体移送要素の実際の高さに等しい毛管上昇高を有する、請求項１２に記載のカプセル。
前記加熱器の対流は、４０００～７０００Ｗ／ｍ^２Ｋであり、電力密度は、１．１０～２．３５０ワット／ｍｍ^２である、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のカプセル。