JP7280365B2 - 誘導加熱ヒータを有する微細粒子発生装置 - Google Patents

誘導加熱ヒータを有する微細粒子発生装置 Download PDF

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Description

本発明は、誘導加熱ヒータを有する微細粒子発生装置に関する。
図１は、従来技術の国際公開第２０１５／１７７２５５号に記載されたエアロゾル形成基材を加熱するための誘導加熱装置を示す図である。誘導加熱装置１は、プラスチックからなることができる装置ハウジング１０、及び、充電式バッテリ１１ａを有するＤＣ電源を含む。
誘導加熱装置１は、充電式バッテリ１１ａを充電するための充電ステーション（charging station）や充電装置に、誘導加熱装置１をドッキングするためのピン１２ａを有するドッキングポート(docking port)１２を含む。また、誘導加熱装置１は、所望の周波数、例えば５ＭＨｚの周波数で作動するように構成された電力供給電子機器１３を含む。電力供給電子機器１３は、適切な電気連結部１３ａを介して充電式バッテリ１１ａに電気的に連結される。
サセプタ（susceptor）２１を含むタバコ－含有固体エアロゾル形成基材２０は、装置ハウジング１０の近位末端で空洞１４内に受容され、作動の間に、インダクタ(inductor)Ｌ２（螺旋形状で巻線された円筒形インダクタコイル）が喫煙物品２のタバコ－含有固体エアロゾル形成基材２０のサセプタ２１に誘導結合される。喫煙物品２のフィルター部２２は、誘導加熱装置１の空洞１４の外部に配列され、作動の間に、消費者がフィルター部２２を介してエアロゾルを吸引することもできる。
誘導加熱装置はエアロゾル形成基材に熱的に隣接して配列されるインダクタを含み、エアロゾル形成基材はサセプタを含む。インダクタの交番磁場は、サセプタにヒステリシス損失(hysteresis loss）及び渦電流(eddy current)を発生させることで、サセプタが、エアロゾルを形成する揮発性成分が放出できる温度までエアロゾル形成基材を加熱させることになる。サセプタの加熱は非接触式で遂行されるので、エアロゾル形成基材の温度を直接的に測定できない。かかる理由により、喫煙実行の間にユーザがいつパフ(puff)を行うかを決定することも難しい。
国際公開第９５／２７４１１号 国際公開第２０１５／１７７２５７号 国際公開第２０１５／１７７２５５号
本発明の目的は、サセプタを装置の一部として含み、サセプタの温度を直接的に測定することで、サセプタの発熱を容易に制御できる誘導加熱式微細粒子発生装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、励磁コイルにより発熱する磁化発熱体が発熱し、励磁コイルに熱を伝達することで、効率の低下が改善できる誘導加熱式微細粒子発生装置を提供することにある。
本発明は、励磁コイルと、励磁コイルと反応して渦電流損失により誘導加熱を発生させるサセプタと、サセプタ及び励磁コイル間の熱を遮蔽する断熱部材とを含む誘導加熱式微細粒子発生装置を提供する。
また、本発明は、励磁コイルと、液状保存空間と液状を気化させるための発熱部材とがサセプタにより具備される誘導加熱式微細粒子発生装置を提供する。
本発明に係る誘導加熱式微細粒子発生装置は、サセプタを装置の一部として含み、サセプタの温度を直接的に測定することで、サセプタの発熱を容易に制御できる。
本発明に係る誘導加熱式微細粒子発生装置は、円筒形で巻線された１ピースの励磁コイルにより磁化発熱体が加熱でき、磁化発熱体及び励磁コイル間に断熱パイプを備えることで、励磁コイルの過熱を防止して磁化発熱体の発熱効率を向上させることができる。
従来技術に係るエアロゾル形成基材を加熱するための誘導加熱装置を示す図である。 本発明に用いられる喫煙物品の好適な一例を示す概略分解断面図である。 本発明に用いられる喫煙物品の好適な他の例を示す概略分解断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る微細粒子発生装置の分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る微細粒子発生装置の分解断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る微細粒子発生装置に用いられる断熱パイプの斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る微細粒子発生装置に用いられる第１のインナーパートを示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る微細粒子発生装置に用いられるヒットスティックを示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る微細粒子発生装置に用いられる第２のインナーパートを示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る微細粒子発生装置の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る微細粒子発生装置の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る微細粒子発生装置の分解斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る微細粒子発生装置の一部を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る微細粒子発生装置の一部を示す断面図である。 本発明に係る微細粒子発生装置における誘導加熱のための回路ブロック図の一実施形態を示す図である。 本発明に係る微細粒子発生装置における誘導加熱のための回路ブロック図の他の実施形態を示す図である。
本発明は、内部にエアロゾル形成基材（aerosol-forming substrate）を含み、外部がラッピングペーパー（wrapping paper）でラッピングされた喫煙物品（smoking article）が挿入できる空洞を有し、空洞に挿入された喫煙物品のエアロゾル形成基材を加熱してエアロゾルを形成させる、把持及び携帯が可能なサイズの微細粒子発生装置において、装置内に提供され、数回巻線された励磁コイルと、装置内において励磁コイルにより囲まれるように励磁コイル内に提供され、空洞を定義する中空円筒形状の薄板からなり、励磁コイルと反応して渦電流損失による誘導加熱によって４００℃以下の温度まで加熱される金属材質のサセプタであって、サセプタの内表面が空洞内に挿入された喫煙物品のラッピングペーパーの外表面の少なくとも一部と接触し、誘導加熱されたサセプタが熱伝逹によりラッピングペーパー内のエアロゾル形成基材を加熱して、エアロゾルを形成させるサセプタと、装置内においてサセプタ及び励磁コイル間に提供され、サセプタの熱が励磁コイルに伝達されることを防止する断熱部と、装置内に提供され、サセプタ及び励磁コイルの一つ以上の少なくとも一部を支持する構造物と、装置内に提供され、サセプタの温度を得るためのサセプタ温度獲得部と、装置内に提供され、直流電源として働く再充電可能なバッテリと、励磁コイル、サセプタ温度獲得部及びバッテリと電気的に連結され、バッテリから供給される直流電源を受信して、サセプタの温度に応じて、共振周波数の交流電流又は共振周波数と差がある周波数の交流電流を励磁コイルに供給して、サセプタを所望の温度に誘導加熱する制御部とを含むことを特徴とする、誘導加熱ヒータを有する把持及び携帯が可能なサイズの微細粒子発生装置を提供する。
ここで、空洞に挿入される喫煙物品の下部の中央を挿通して、喫煙物品内のエアロゾル形成基材と直接的に接触して加熱させるサセプタをさらに含むことが望ましい。
また、サセプタは、ステンレス鋼の薄板からなることが望ましい。
また、断熱部は、サセプタ及び励磁コイル間に提供される空気層であることが望ましい。
また、サセプタ及び励磁コイルの一つ以上の少なくとも一部を支持する構造物が、耐熱プラスチックで作られてサセプタ及び励磁コイル間に提供されることで、サセプタの熱が励磁コイルに伝達されることを防止する断熱部として働く断熱プラスチック構造物であり得る。
また、断熱プラスチック構造物は、サセプタの外側でサセプタの少なくとも一部を支持し、構造物の外側面に励磁コイルが巻線される断熱パイプであり得る。
また、断熱プラスチック構造物は、サセプタとの間に熱伝導率が低いセラミックパウダーで作られた熱絶縁体リングを別に介在してサセプタを支持することで、サセプタからの熱が外側に漏出されることが防止できる。
また、励磁コイルの外側面には、励磁コイルと接触するようにフェライトシート（ferrite sheet）がラッピングされることで、励磁コイルの外側に磁束が漏出されることが防止できる。
また、励磁コイルの外側面にグラファイトシート（graphite sheet）がラッピングされることで、励磁コイルの熱を外部に放熱させることができる。
また、励磁コイルの外側面に、フェライトシート及びグラファイトシートの合紙がラッピングされることで、励磁コイルの外側に磁束が漏出されることを防止すると同時に、励磁コイルの熱を外部に放熱させることができる。
また、空洞と連通する気流パスに、空洞内に挿入された喫煙物品に対するユーザのパフによる音圧を感知する圧力センサをさらに含むことができる。
また、サセプタ温度獲得部は、サセプタの温度変化によって変化するインダクタンス又はリアクタンスの値に応じて、サセプタを加熱する電流及び電圧の変化を測定する電流センサ及び電圧センサからの電流及び電圧の変化によってサセプタの温度が計算できる。
また、サセプタ温度獲得部は、サセプタの外側面に接触され、サセプタの温度変化による抵抗値の変化を感知して温度を測定する温度センサであり、温度センサのリード線は制御部と電気的に連結できる。
また、温度センサ及び温度センサのリード線は、サセプタの外面を囲む耐熱性収縮チューブにより取り囲まれてサセプタの外側面と接触できる。
ここで、喫煙物品は、内部に液状カートリッジを含むことができる。
また、液状カートリッジは、グリセリンＶＧを含む液状又はゲル状組成物を含むことが望ましい。
また、喫煙物品内において、液状カートリッジの上流又は下流にタバコ体をさらに含むことができる。
また、喫煙物品は、フィルター及びチューブをさらに含み、フィルター、チューブ及び液状カートリッジが一つのラッピングペーパーでラッピングされて形成されることが望ましい。
また、喫煙物品は、グリセリンＶＧが含まれたタバコ体を含むことができる。
また、喫煙物品は、フィルター及びチューブをさらに含み、フィルター、チューブ及びタバコ体が一つのラッピングペーパーでラッピングされて形成されることが望ましい。
本発明は、多様な変換が可能であり、色々な実施形態を持つが、特定の実施形態を図に例示し、詳細な説明に詳しく説明する。本発明の効果及び特徴、そしてそれらを達成する方法は、図と共に詳細に後述する実施形態等を参照すれば明確になる。ところが、本発明は、以下で開示する実施形態等に限定されず、多様な形態で具現できる。
以下の実施形態において、単数の表現は、文脈上において明確に特定しない限り、複数の表現を含む。
以下の実施形態において、「含む」又は「有する」などのような用語は、明細書上に記載された特徴や構成要素が存在することを意味し、一つ以上の異なる特徴や構成要素が付加される可能性を予め排除するものではない。
以下の実施形態において、「上流」及び「下流」とは、ユーザが喫煙物品を用いて空気を吸引する方向を基準として、喫煙物品を構成するセグメント等の相対的な位置を示すために使用された用語である。喫煙物品は、上流端部（即ち、空気が入る部分）及びこれに対向する下流端部（即ち、空気が出る部分）を含む。喫煙物品の使用時、ユーザは喫煙物品の下流端部を銜えることができる。下流端部は上流端部の下流に位置し、一方、「端部」という用語も「末端」として記述できる。
図では、説明の便宜上、構成要素らがその大きさが誇張又は縮小され得る。例えば、図に示す各構成の大きさ及び厚さは、説明の便宜のために任意に示すので、本発明は、必ずしも示したものに限定されない。
以下では、添付図面に基づき、本発明の実施形態に関して、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。ところが、本発明は、ここで説明する実施形態に限定されず、多様な異なる形態で具現できる。
以下では、本発明の好適な一実施形態に係る微細粒子発生装置に用いられる、加熱によりエアロゾルを発生させる喫煙物品に挿入可能な液状カートリッジと、このような液状カートリッジを含む加熱式喫煙物品とを添付図面に基づいて説明するが、説明の便宜上、加熱式喫煙物品の構成要素を各々説明しながら、それに含まれる液状カートリッジを説明する。ここで、加熱式喫煙物品とは、燃焼によらず、電気抵抗方式や誘導加熱方式などにより喫煙物品を加熱することで、喫煙物品からエアロゾルを生成させ、ユーザがこのようなエアロゾルを吸入して使用する形態である。このような喫煙物品は、従来の喫煙物品のタバコ一本と類似な回数の吸入行為をするのに適当な量のエアロゾル形成基材及び／又はタバコ刻葉を喫煙物品内に含み、既定の量だけエアロゾルが発生した後には、それ以上有意味な量のエアロゾルを発生させず、ユーザによって使い捨てられる。
図２及び図３に一例を示す本発明の微細粒子発生装置に用いられる加熱式喫煙物品５０は、エアロゾル形成基材として、後述するように、通常のタバコ刻葉及びグリセリンなどのような液状組成物を含む。本発明の好適な第１の実施形態に係る加熱式喫煙物品５０は、上流端部にエアロゾル形成基材としてタバコ刻葉５８、その直下流にもう一つのエアロゾル形成基材として液状組成物カートリッジ５６、その直下流にエアロゾル移動通路を提供するチューブ５４、及び、マウスピースとして働くフィルター５２が積層された構造を持つ。液状組成物カートリッジ５６及びタバコ刻葉やタバコ体５８の相対的な位置は反対になり得、これとは異なり、図３に示すように、タバコ刻葉やタバコ体５８が省略されるか、或いは、現在市販中の加熱式喫煙物品５０と同様に液状組成物カートリッジ５６が省略されることもできる。
本発明に係る液状カートリッジ５６は、液状又はゲル状組成物と、液状又はゲル状組成物が吸湿された液状又はゲル状吸湿体と、液状又はゲル状吸湿体を７乃至２０ｍｍの長さ及び５乃至８ｍｍの直径を有するシリンダ形状で側面をラッピング（wrapping）するラッピングペーパーとを含み、液状又はゲル状吸湿体は、液状カートリッジ内の液状又はゲル状吸湿体に７０乃至１２０ｍｇの液状組成物を吸湿して液状カートリッジ内に維持するのに充分な吸湿率を持つ。７乃至２０ｍｍの長さ及び５乃至８ｍｍの直径を有するシリンダ形状は、現在使用されている通常のタバコ又は加熱式喫煙物品の規格に符合するサイズであって、このような規格を持つ液状カートリッジ５６は、加熱式喫煙物品に挿入されて別途のラッピングペーパー６０でラッピングされる場合、ユーザの立場から見れば、通常のタバコ又は加熱式喫煙物品と差異がない。
本発明は、このような規格を持つ液状カートリッジ５６の液状吸湿体に７０乃至１２０ｍｇの液状又はゲル状組成物を吸湿させることを特徴とするが、このような数値範囲は、一本の加熱式喫煙物品に提供されるタバコ刻葉からエアロゾルをユーザが吸入する時、液状組成物から由来するエアロゾルを共に提供できる量の液状組成物の量を示す。前記下限値（７０ｍｇ）未満の液状又はゲル状組成物が液状吸湿体に吸湿される場合には、ユーザが加熱式喫煙物品に提供されるタバコ刻葉から由来するエアロゾルを吸入する過程において、液状組成物から由来するエアロゾルが不足になり得るため、液状カートリッジに吸湿される液状組成物が、前記下限値（７０ｍｇ）以上にならなければならない。前記上限値（１２０ｍｇ）を超過する液状又はゲル状組成物が液状吸湿体に吸湿される場合には、液状組成物が前記の規格を持つ液状カートリッジ内の液状吸湿体が液状組成物を吸湿したままに維持し難いため、液状組成物が液状カートリッジから流出される恐れがある。したがって、液状カートリッジ５６に吸湿される液状又はゲル状組成物は、前記上限値（１２０ｍｇ）以下にならなければならない。望ましい範囲は８０乃至１１０ｍｇであり、より望ましい範囲は９０乃至１０５ｍｇである。
本発明のもう一つの特徴は、前記の規格を持つ液状カートリッジ５６内の液状吸湿体が、前記のような範囲を持つ液状組成物を液状カートリッジ内に維持させるのに充分な吸湿率を持つことにある。すなわち、液状組成物は、液状カートリッジ内の液状吸湿体に吸湿されたままに維持され、液状カートリッジの外部に流出されない。ここで、吸湿とは、吸湿体が液状組成物により吸湿されるが、これが外部に流出されないことを示す。後述するように、フィルター－チューブ－液状カートリッジ－タバコ体は、ラッピングペーパーでラッピングされて加熱式喫煙物品を形成し、液状カートリッジは、上流又は下流の方に別個の部材なしにタバコ体やチューブやフィルターと直接的に接触するようになるが、液状カートリッジ内の液状吸湿体に吸湿された液状組成物は、液状吸湿体に吸湿されて保存されるだけであり、タバコ体やチューブやフィルターの方に流出されない。このために、液状組成物は、液状吸湿体の単位体積当たり０．１３乃至０．３２ｍｇ／ｍｍ３の量で液状吸湿体に吸湿されることが望ましい。この数値限定の理由は、本発明の液状吸湿体に吸湿される液状組成物の量に対する数値限定の理由と類似する。すなわち、前記下限値（０．１３ｍｇ／ｍｍ３）未満である場合には、液状吸湿体に吸湿された液状組成物の量が不充分になるため、ユーザが加熱式喫煙物品に提供されるタバコ刻葉から由来するエアロゾルを吸入する過程において、液状組成物から由来するエアロゾルが不足になり得るので、液状カートリッジに吸湿される液状組成物は、前記下限値（０．１３ｍｇ／ｍｍ３）以上にならなければならない。前記上限値（０．３２ｍｇ／ｍｍ３）を超過する液状組成物が液状吸湿体に吸湿される場合には、液状組成物が前記の規格を持つ液状カートリッジ内の液状吸湿体が液状組成物を吸湿したままに維持し難いため、液状組成物が液状カートリッジから流出される恐れがある。
液状組成物は、グリセリンＶＧを含み、選択的にグリセリンＰＧ、水、香味剤を含むが、液状組成物は、重量％として、７０乃至１００％のグリセリンＶＧ、０乃至２０％のグリセリンＰＧ、０乃至１０％の水を含み、このように得られた液状組成物の全体重量対比１０％以下に加味される香味剤をさらに含む。好適な一実施形態によれば、本発明は、重量％として、１００％のグリセリンＶＧからなる液状組成物を使用する。好適な他の実施形態によれば、本発明は、重量％として、８０％のグリセリンＶＧ及び２０％のグリセリンＰＧからなる液状組成物を使用する。好適なまた他の実施形態によれば、本発明は、重量％として、７５％のグリセリンＶＧ、２０％のグリセリンＰＧ及び５％の水からなる液状組成物を使用する。好適なまた他の実施形態によれば、本発明は、このように得られた液状組成物の全体重量対比１０％以下に加味する香味剤をさらに含む。例えば、香味剤（flavorant）としては、甘草、蔗糖、果糖シロップ、イソスイート（isosweet）、ココア、ラベンダ、シナモン、カルダモン、セロリ、コロハ、カスカリラ、白檀、ベルガモット、ゼラニウム、ハニーエッセンス、ローズオイル、バニラ、レモンオイル、オレンジオイル、ミントオイル、キャラウェー、コニャック、ジャスミン、カモマイル、メントール、カッシア、イランイラン、セージ、スペアミント、ジンジャー、コリアンダー又はコーヒーなどを含むことができる。さらに、液状組成物はニコチンを含んでもよく、含まなくてもよい。
好適な一実施形態によれば、本発明に係る液状吸湿体は、メラミン系発泡樹脂からなる厚さ２乃至３ｍｍの帯を折り又は巻きによりシリンダ形態で作ったものであり、好適な他の実施形態によれば、本発明に係る液状吸湿体は、メラミン系発砲樹脂をシリンダ形状で加工して作られたものであるが、メラミン系発泡樹脂からなる液状吸湿体は、より望ましくは０．０１乃至０．０１３ｍｇ／ｍｍ３である単位体積当たりの重量を有する。１００ｍｇの液状組成物が吸湿された液状吸湿体を有する液状カートリッジを含む加熱式喫煙物品に対して行なった実験の結果によれば、実験中に液状組成物が外部に流出される問題なしに液状吸湿体に吸湿されたままに維持され、液状組成物から由来する充分なエアロゾルが確認された。
好適な他の実施形態によれば、本発明に係る液状吸湿体は、パルプ又はパルプを含む生地を折り又は巻きによりシリンダ形状で作ったり、シリンダ形状で加工して作ったりしたものであるが、パルプ又はパルプを含む生地で作られた液状吸湿体は、より望ましくは０．２５乃至０．４ｍｇ／ｍｍ３の単位体積当たりの重量を有する。１００ｍｇの液状組成物が吸湿された液状吸湿体を有する液状カートリッジを含む加熱式喫煙物品に対して行なった実験の結果によれば、実験中に液状組成物が外部に流出される問題なしに液状吸湿体に吸湿されたままに維持され、液状組成物から由来する充分なエアロゾルが確認された。
好適な他の実施形態によれば、本発明に係る液状吸湿体は、綿の織造生地又は不織布生地を折り又は巻きによりシリンダ形状で作ったり、シリンダ形状で加工して作ったりしたものであるが、綿の織造生地又は不織布生地で作られた液状吸湿体は、より望ましくは０．２乃至０．３５ｍｇ／ｍｍ３の単位体積当たりの重量を有する。１００ｍｇの液状組成物が吸湿された液状吸湿体を有する液状カートリッジを含む加熱式喫煙物品に対して行なった実験の結果によれば、実験中に液状組成物が外部に流出される問題なしに液状吸湿体に吸湿されたままに維持され、液状組成物から由来する充分なエアロゾルが確認された。
好適な他の実施形態によれば、本発明に係る液状吸湿体は、竹繊維の織造生地又は不織布生地を折り又は巻きによりシリンダ形状で作ったり、シリンダ形状で加工して作ったりしたものであるが、竹繊維の織造生地又は不織布生地で作られた液状吸湿体は、より望ましくは０．１５乃至０．２５ｍｇ／ｍｍ３の単位体積当たりの重量を有する。１００ｍｇの液状組成物が吸湿された液状吸湿体を有する液状カートリッジを含む加熱式喫煙物品に対して行なった実験の結果によれば、実験中に液状組成物が外部に流出される問題なしに液状吸湿体に吸湿されたままに維持され、液状組成物から由来する充分なエアロゾルが確認された。
本発明に係る微細粒子発生装置に適用できる喫煙物品は、また、ゲル状エアロゾル形成基材カートリッジであって、常温でゲル状又は固体状で存在し、１５０乃至３００℃の温度範囲でエアロゾルに気化する、グリセリンＶＧ、水、ゼラチンを含み、選択的にグリセリンＰＧを含むゲル状エアロゾル形成基材と、ゲル状エアロゾル形成基材が受容されるゲル受容体と、ゲル受容体を７乃至２０ｍｍの長さ及び５乃至８ｍｍの直径を有するシリンダ形状で側面をラッピングするラッピングペーパーとを含むこともできる。７乃至２０ｍｍの長さ及び５乃至８ｍｍの直径を有するシリンダ形状は、現在使用されている通常のタバコ又は加熱式喫煙物品の規格に符号するサイズであって、このような規格を持つゲル状エアロゾル形成基材カートリッジは、加熱式喫煙物品に挿入されて別途のラッピングペーパーでラッピングされる場合、ユーザ立場から見れば、通常のタバコ又は加熱式喫煙物品と差異がない。
ここで、ゲル状エアロゾル形成基材は、重量％として、８０乃至１００％のグリセリンＶＧ、０乃至２０％のグリセリンＰＧからなる状組成物を含むが、６０乃至８０％の液状組成物及び２０乃至４０％の水の体積割合で混合された混合物１００ｍｌ対比１乃至６ｇの重量のゼラチンを含み、選択的に液状組成物の全体重量対比１０％以下に加味される香味剤を含むことができる。ここで、望ましくは、液状組成物はゲル受容体内に７０乃至１２０ｍｇの量で含まれる。これとは異なり、液状組成物は、ゲル受容体の単位体積当たり０．１３乃至０．３２ｍｇ／ｍｍ３の量でゲル受容体に含まれることもできる。
好適な一実施形態によれば、ラッピングペーパー６０は、アルミニウムフォイルが紙に付着されて形成され、アルミニウムフォイルが液状吸湿体に接触するようにシリンダ形状でラッピングされる。図２乃至図３に示す液状カートリッジの構成から分かるように、液状吸湿体はラッピングペーパーによりラッピングされるが、このとき、ラッピングペーパーはアルミニウムフォイルが紙に付着された形態で提供でき、アルミニウムフォイルが液状吸湿体に接触するようにシリンダ形状でラッピングされることが望ましい。結果として、望ましくは、液状カートリッジ５６をラッピングする（アルミニウムフォイルが紙に付着されて形成される）ラッピングペーパーが必要であり、喫煙物品５０を形成するためにフィルター５２、チューブ５４、液状カートリッジ５６及び／又はタバコ体５８（前述したように、両者の順序は変化でき、その一つが省略されることもできる）を直列に配列してラッピングするための図２及び図３に示すラッピングペーパー６０が必要である（ラッピングペーパーの種類に関しては後述する）。
本発明に係る微細粒子発生装置に用いられる加熱式喫煙物品５０は、図２及び図３に示すように、エアロゾルの移動通路を提供するチューブ５４を含むことができるが、チューブ５４には、ＰＬＡが挿入されてエアロゾルの温度を低下させて、ユーザがエアロゾル吸入時に火傷を負うことを防止することもできる。
マウスピースの役割を果たすフィルター５２は、図２及び図３に示すように、エアロゾルは通過し、液流入は防止する役割を果たす。フィルターはパルプで製作されることができ、円筒形状又はチューブ形状で製作できる。一方、フィルターは香味剤を含み、ユーザの満足感を向上させることができる。香味剤は、例えば、甘草、蔗糖、果糖シロップ、イソスイート、ココア、ラベンダ、シナモン、カルダモン、セロリ、コロハ、カスカリラ、白檀、ベルガモット、ゼラニウム、ハニーエッセンス、ローズオイル、バニラ、レモンオイル、オレンジオイル、ミントオイル、キャラウェー、コニャック、ジャスミン、カモマイル、メントール、カッシア、イランイラン、セージ、スペアミント、ジンジャー、コリアンダー又はコーヒーなどを含むことができる。
場合に応じては、タバコ刻葉からなるタバコ体５８なしに液状組成物がニコチンを含み、液状カートリッジにチューブ及びフィルターを順次積層し、ラッピングペーパーでラッピングして、加熱式喫煙物品５０を製造することもできる。
加熱式喫煙物品５０は、通常、複数層のラッピングペーパー６０でラッピングされるが、液状カートリッジが位置した部分をラッピングする第１のラッピングペーパー、その下流又は上流に液状カートリッジとタバコ刻葉によるタバコ体とを共にラッピングする第２のラッピングペーパー、その上にチューブを共にラッピングする第３のラッピングペーパー、及び、その上に加熱式喫煙物品の全ての部分をラッピングする第４のラッピングペーパーのように、複数層のラッピングペーパーでラッピングできる。このように、色んな段階のラッピングにより加熱式喫煙物品が得られるが、場合に応じては液状カートリッジを形成する工程が別個に行われてもよく、連続ラインを介して行われてもよい。
これとは異なり、製造時間の短縮且つ製造コストの節減のために、加熱式喫煙物品の全ての部分をラッピングする最外周に位置したラッピングペーパー内に、互いに異なる材質又は互いに異なる厚さの包装材を重ねて一度にラッピングすることもできる。
図２及び図３に示すように、本発明の一実施形態に係る微細粒子発生装置に適用できる液状カートリッジは、液状組成物が吸湿された液状吸湿体をハウジングの役割を果たすラッピングペーパーがラッピングされる。また、液状カートリッジの下流端部にはチューブ及びフィルターが順次積層されるように設置される。フィルター及びチューブは、液状カートリッジと共にラッピングペーパーでラッピングされる。液状カートリッジ内の液状組成物は、液状吸湿体に吸湿されたままに液状カートリッジ内に維持され、液状カートリッジから流出されず、加熱により気化してエアロゾルを発生させる。ラッピングペーパーは、高熱及び液状との接触によって変形されない、或いは、人体に有害な成分を発生させない、素材で製造されることが望ましい。又は、ラッピングペーパーは、金属薄膜や金属薄板（foil）で製造することも可能であり、前述したように、紙材質のラッピングペーパーに金属薄膜や金属薄板が重畳した形態であり得る。
液状カートリッジ５６の下流側に提供されるフィルター５２は、気流形成のために中空部を有するが、中空部を有していない形態のフィルターを使用してもよい。フィルターは少なくとも一つのセグメントからなり、例えば、チューブフィルター、冷却構造物及びリセスフィルターの少なくとも一つを含むことができる。チューブフィルターは内部に中空を含む形態を持つ。チューブフィルター及びリセスフィルターは酢酸セルロースで製作でき、冷却構造物として働くチューブは純粋なポリ乳酸で製作されたり、異なる分解性ポリマとポリ乳酸とを組合せて製作されたりできる。より具体的に、フィルターは酢酸、紙、ＰＰなどの材質で製造でき、フィルターをラッピングするフィルターのラッピングペーパーは、一般紙、多孔紙、穿孔紙及びＮＷＡ(Non Wrapped Acetate)などに分類できる。また、フィルターの形態は一つのセグメントからなるモノフィルター、多数のセグメントからなる複合（二重や三重等）フィルターに分類できる。フィルターは酢酸トウ（acetate tow）、可塑剤、活性炭、Ｘ－ＤＮＡ、巻紙で製造できる。酢酸トウは、酢酸セルロースの連続フィラメントの集合体と言い、フィルターの最も重要な特性である吸引抵抗を決定するのに決定的な役割を果たす。酢酸トウの性質はデニアにより決定される。可塑剤は、酢酸セルロース繊維を軟らかくて柔らかくすることで、繊維間の接触点で結合を形成し、繊維束を一層堅固になるようにする。タバコフィルター用可塑剤はトリアセチンを使用する。吸着剤の一つである活性炭は炭素を主成分とする物質であり、粒子の大きさ及び性状によって区分できる。活性炭に使用される原料としては、植物性原料として木材、木粉、果実殻（ヤシ殻、竹、桃の種）などが挙げられる。Ｘ－ＤＮＡは海藻類から抽出した後に濃縮加工した機能性粒子である。タバコフィルターに主に用いられる活性炭に比べてタバコ味に影響を及ぼさず、各種発癌物質の除去機能に優れる。
ラッピングペーパー６０の機能は、フィルター製造の際に、フィルターフロックの形状を維持させる。ラッピングペーパー製造の際には、気孔度、引張強度、伸び率、厚さ、粘着性などの物性を満足させなければならない。例えば、液状カートリッジ５６の長さは１４．０ｍｍであり、フィルター５２又はチューブ５４の長さは各々２．５ｍｍであり、タバコ刻葉を含むタバコ体５８の長さは９．０ｍｍであり得る。これらの望ましい数値は、前述したように、液状カートリッジ５６又はタバコ体５８の省略によって異なることになる。
図４は、本発明の第１の実施形態に係る微細粒子発生装置の分解斜視図、図３は本発明の第１の実施形態に係る微細粒子発生装置の分解断面図である。
本発明の第１の実施形態に係る微細粒子発生装置は、内部にエアロゾル形成基材（aerosol-forming substrate）を含み、外部がラッピングペーパー６０でラッピングされた喫煙物品（smoking article）５０が挿入できる空洞１００を有し、空洞に挿入された喫煙物品５０のエアロゾル形成基材を加熱してエアロゾルを形成させる、把持及び携帯が可能なサイズの微細粒子発生装置である。このような微細粒子発生装置は、示していない下部ケース、上部ケース内で電装品等が配置される。下部ケース及び上部ケースにより定義される空間内において、下部に本発明から直流電源として働く再充電可能なバッテリ２１０と、本発明で制御部を構成する制御基板２２０とが配置され、その上部に実際の発熱に用いられる電装品等が配置される。上部ケースには、カバーケースが結合されて上部ケースを取り囲むようになる。本発明は、把持及び携帯が可能なサイズの微細粒子発生装置を対象とする。再充電可能なバッテリ２１０は、一例としてＵＳＢケーブルのような充電手段を介して再充電可能であり、ユーザは充電済みの微細粒子発生装置の空洞１００に喫煙物品５０を挿入し、後述するように誘導加熱によりサセプタを加熱させて喫煙物品５０内でエアロゾルを発生させ、これを吸入できるようになる。この場合、バッテリ２１０は直流電源として働き、後述するように、制御部２２０を介して交流電流として励磁コイル３００に供給される。本発明に係る微細粒子発生装置は、把持可能なサイズでユーザが簡便に携帯して使用可能である。
発熱に用いられる電装品等は、誘導加熱のための部品等であり、円筒形で数回巻線された励磁コイル３００と、励磁コイル３００と反応して渦電流損失により誘導加熱されるサセプタ（susceptor；磁化発熱体)４００、８００とが具備される。ここで、サセプタは、装置内において励磁コイル３００が囲むように励磁コイル３００内に提供され、喫煙物品５０が挿入できる空洞１００を定義する中空円筒形状の薄板からなり、励磁コイル３００と反応して渦電流損失による誘導加熱によって４００℃以下の温度まで加熱される金属材質のヒートパイプ４００であることが望ましい。励磁コイル３００に印加される交流電流の大きさにより、サセプタの温度は１０００℃以上の温度まで加熱できるが、本発明はサセプタを４００℃以下の温度まで加熱することを特徴とする。サセプタは、励磁コイル３００に印加される交流電流の大きさによって１００乃至４００℃の温度まで加熱されて、空洞１００内に挿入される喫煙物品５０内に提供されるエアロゾル形成基材を加熱させてエアロゾルを発生させる。望ましい一例によれば、そのターゲット温度は２００乃至３５０℃の範囲になり得、より望ましい一例によれば、そのターゲット温度は２５０乃至３２０℃の範囲になり得る(一例として２８０℃をターゲット温度とする)。場合に応じては、そのターゲット温度が１５０乃至２５０℃の範囲であり得るが(一例として１８０℃をターゲット温度とする)、これは、エアロゾルを発生させようとする対象が、液状又はゲル状グリセリンであるか、タバコ体であるか、もしくはグリセリンが吸湿されたタバコ体であるかによって変化し得る。どのような場合でも、喫煙物品５０内で発生したエアロゾルは、チューブ５４及びフィルター５２を介してユーザの口の中に吸入されるので、吸入過程で冷却されることを考慮しても、発生したエアロゾルの温度が過度に高くなると、ユーザに不快感を与えるか、或いは、火傷の危険があり、過度なエアロゾルの発生による数回のパフに困難があるので、このような点を勘案してサセプタのターゲット温度が予め決定されなければならない。しかしながら、前記理由のため、サセプタのターゲット温度の上限が前記のように制限される。
好適な実施形態によれば、発生したエアロゾルがチューブ５４及びフィルター５２を経て出る温度がマウスエンド温度（mouth end temperature）として測定できるが、ユーザに不快感を与えないために、エアロゾルの温度は５０℃未満、望ましくは４５℃以下の温度にならなければならない。望ましいエアロゾルのマウスエンド温度は２５乃至４５℃の温度範囲を有し、より望ましいエアロゾルのマウスエンド温度は３０乃至４０℃の温度範囲を有する。
サセプタは一つ又は複数個が具備でき、本発明の第１の実施形態では、ケース内に具備されるヒートパイプ４００と、ヒットスティック８００とがサセプタの役割を果たす。ヒートパイプ４００は、略円筒形状である喫煙物品５０の外部でサセプタであるヒートパイプ４００の内表面が空洞１００内に挿入された喫煙物品５０のラッピングペーパー６０の外表面に少なくとも一部と接触し、誘導加熱されたサセプタが熱伝逹によりラッピングペーパー６０内のエアロゾル形成基材を加熱し、ヒットスティック８００は、喫煙物品５０内に挿入されて喫煙物品５０内でエアロゾル形成基材を加熱する形態である。このとき、ヒートパイプ４００及びヒットスティック８００は、全部薄形で製造され、ヒットスティック８００は薄形の中空棒で上端部が尖端形状となって閉鎖される。
第１の実施形態に具備されたヒートパイプ４００のみを単独に備えるか、或いは、ヒットスティック８００のみを単独に備えることができる。ヒートパイプ４００のみを単独に備える場合（後述する第２の実施形態に対応する）、前述したように、ヒートパイプ４００は、略円筒形状である喫煙物品５０の外部でサセプタであるヒートパイプ４００の内表面が空洞１００内に挿入された喫煙物品５０のラッピングペーパー６０の外表面に少なくとも一部と接触し、誘導加熱されたサセプタが熱伝逹によりラッピングペーパー６０内のエアロゾル形成基材を加熱するので、喫煙物品５０内にあるタバコ体５８又は液状カートリッジ５６と直接的に接触せず、誘導加熱されたヒートパイプ４００が熱伝逹により喫煙物品５０内にあるタバコ体５８内のタバコ刻葉やグリセリンのようなエアロゾル形成基材又は液状カートリッジ５６内のグリセリンのようなエアロゾル形成基材を加熱してエアロゾルを発生させるので、エアロゾル形成基材から充分にエアロゾルが発生した後に喫煙物品５０を空洞１００から除去しても、空洞１００内に喫煙物品５０から由来するカスなどが残存する可能性が少ない。
ヒートパイプ４００が形成する空洞１００は、喫煙物品５０が挿入できる空間であって、喫煙物品５０が空洞１００内に挿入された後、誘導加熱されたサセプタにより加熱され、所定量のエアロゾルが形成された後、ユーザがそれ以上喫煙物品５０からエアロゾルを吸入したくない場合、使用した喫煙物品５０を空洞１００から除去して捨てるようになる。空洞１００の大きさは喫煙物品５０が挿入できる程度に大きい必要があるが、空洞１００を形成するヒートパイプ４００の内表面から喫煙物品５０の外表面まで間隔が大きい場合、誘導加熱されたヒートパイプ４００から喫煙物品５０内のエアロゾル形成基材への熱伝逹が不充分になる。したがって、本発明では、ヒートパイプ４００の内表面が空洞１００内に挿入された喫煙物品５０のラッピングペーパー６０の外表面に少なくとも一部と接触することが望ましい。
本発明は、サセプタとして働いて中央に空洞１００を形成するヒートパイプ４００の外表面に温度センサ４２０を提供することを特徴とする。温度センサ４２０はサセプタの温度を得るためのサセプタ温度獲得部として働くが、サセプタであるヒートパイプ４００の外側面に接触されて、サセプタの温度変化による抵抗値の変化を感知して温度を測定する温度センサ４２０であり、温度センサのリード線４４０は制御部として働く制御基板２２０と電気的に連結される。温度センサ４２０及び温度センサのリード線４４０は、サセプタであるヒートパイプ４００の外面を囲む耐熱性収縮チューブにより取り囲まれて、サセプタであるヒートパイプ４００の外側面と接触するようになる。このように、温度センサ４２０及び温度センサのリード線４４０が収縮チューブを用いてヒートパイプ４００に取り囲まれることになるため、温度センサ４２０及びヒートパイプ４００の確固な面接触が保証できるようになり、ヒートパイプ４００の温度変化による抵抗値の変化を温度センサ４２０が読み取るのに困難がなくなる。本発明は、サセプタを誘導加熱により４００℃以下の温度まで加熱することを特徴とするので、この温度範囲で耐熱性収縮チューブが劣化しないと同時に、充分な弾性により温度センサ４２０及び温度センサのリード線４４０を定位置に固定できるようになる。このような方式により温度センサ４２０をヒートパイプ４００の外側面に固定するので、温度センサ４２０のサセプタの表面に対する接触を保証すると同時に、作業工程の効率を高めることができ、別途に温度センサ４２０を設置するための機構物や加工が不要であるという長所がある。前述した従来技術では、サセプタが喫煙物品内に提供されるので、サセプタの温度を直接的に測定できないが、本発明では、温度センサ４２０により直接的にサセプタの温度を測定するか、或いは、後述するように励磁コイルに印加される電流及び電圧を測定することで、サセプタの温度が計算できるので、サセプタの誘導加熱時にサセプタの温度によって励磁コイルに供給される交流電流が制御できるという長所がある。
励磁コイル３００は、数回巻線されたコイル巻線体であって、サセプタに交流電流を供給してサセプタに渦電流損失による誘導加熱を起こすが、励磁コイル３００にサセプタから発生する高熱が伝達される場合、励磁コイル３００自体の抵抗が高まるという問題点がある。したがって、後述するように、サセプタ及び励磁コイル間に提供されてサセプタの熱が励磁コイル３００に伝達することを防止することが必要になるが、一方、サセプタから励磁コイル３００に伝達される熱を外部に放熱させて励磁コイル３００の温度を低下させる必要がある。このために、励磁コイル３００の外側面にはグラファイトシート（graphite sheet）３６０がラッピングされることが望ましい。グラファイトシート３６０は、励磁コイル３００の熱を外部に放熱させる機能をする。合わせて、励磁コイル３００の外側面にフェライトシート（ferrite sheet）３４０をラッピングする場合、励磁コイル３００の外側への磁気漏れ（magnetic leakage）が遮断でき、励磁コイル３００からの磁気力線が励磁コイル３００内のサセプタに集中する結果が得られることになる。以上のように、励磁コイル３００の外側面でグラファイトシート又はフェライトシートの一つ以上をラッピングして以上の効果が得られるが、より望ましくはグラファイトシート３６０及びフェライトシート３４０を図に示すように合紙して、合紙したシートを励磁コイル３００の外側にラッピングすることもできる。
励磁コイル３００及びサセプタ、特にヒートパイプ４００間には、誘導加熱されたサセプタの熱が励磁コイル３００に伝達されることを防止する断熱部が提供されるが、望ましい一例として断熱部は、別個に提供される空気層５３０(図１３及び図１４参照)になり得、図４乃至図６に示すような断熱パイプ５００の形態になり得る。図６は、本発明の第１の実施形態に係る誘導加熱式微細粒子発生装置が備える断熱パイプの斜視図である。断熱パイプ５００の外周は滑らかな形状であり、励磁コイル３００の巻線を支持する役割を兼ね、断熱パイプ５００の内周には軸方向に形成された溝５１０が円周方向に向かって全領域にわたって配置され、また断熱のための空気層を形成し、ヒートパイプ４００が断熱パイプ５００の内表面に接合する面積を最小化する。第１の実施形態が備える断熱パイプ５００の内部の形状は軸方向の溝５１０が形成された形状であるが、溝は楔形状、螺旋形状、リング形状及び網形状など、接触面を最小とする構造であればどのような形状であっても構わない。接触面を最小化することが誘導加熱されたサセプタから断熱パイプに伝導熱伝逹を最小化する構造になるはずである。
断熱パイプ５００を励磁コイル３００及びサセプタ間に配置することで、サセプタから発生する誘導熱が励磁コイル３００に伝達されることが防止できる。励磁コイル３００にサセプタから発生する高熱が伝達される場合、励磁コイル３００自体の抵抗が高まるため、結果として励磁コイル３００が誘導する磁場の強度が弱くなり、サセプタから発生する誘導発熱量が低くなる。したがって、断熱パイプ５００又は空気層のような断熱部を励磁コイル３００及びサセプタ間に配置することで、サセプタから発生する発熱量を向上させることができる。また、エネルギー損失が少ないため、サセプタの発熱温度の制御が容易になるという長所がある。
ヒートパイプ４００及びヒットスティック８００は、励磁コイル３００により磁化可能な金属材質で形成される。本発明の望ましい一例はステンレス鋼である。ステンレス鋼は比較的低価に入手可能であり、優れた加工性を持つため、薄板シリンダタイプで容易に加工され、サセプタとして働いて発熱するため、優れた磁化特性を持つ。ヒートパイプ４００の下端部を支持し、ヒットスティック８００を固定するための第１のインナーパート６００が具備され、第２のインナーパート７００は第１のインナーパート５００の下部に結合されて、第１のインナーパート６００と共にヒットスティック８００を固定する。第１のインナーパート６００及び第２のインナーパート７００は耐熱プラスチックで製造され、ヒートパイプ５００及びヒットスティック８００の発熱を耐えることができる。一例として、ＰＥＥＫのようなエンジニアリングプラスチックが射出成形により第１のインナーパート６００及び第２のインナーパート７００のような構造物が形成できる。
断熱のために適用される断熱パイプ５００の外壁に断熱遮蔽機能付きのフィラーを利用する断熱フィルムを付着することで、断熱パイプ５００の断熱効果を上昇させることができる。断熱フィラーとしては、熱伝導率が低いジルコニアのようなセラミックパウダー、多孔性シリカゲル、多孔性アルミナ、エアロゲルなどのようなセラミックパウダーが用いられる。
又は、断熱のために適用される断熱パイプ５００の外壁に断熱遮蔽機能付きのフィラーを利用する断熱塗料を塗って付着することで、インシュレーターの断熱効果を上昇させることができる。断熱フィラーとしては、熱伝導率が低いジルコニアのようなセラミックパウダー、多孔性シリカゲル、多孔性アルミナ、エアロゲルなどのようなセラミックパウダーが用いられる。
また、他の例として、断熱パイプは内部に溝の代りに中空チューブに代替できる。中空チューブを用いてサセプタから発生した熱をエアロゾル発生部位に限定することで、効率性を期することができる。中空チューブの内部は空気層を持つ形態が最も望ましいが、エアロゾルパウダーやゼオライトのような多孔性材質の断熱材で充填できる。また、充填しない状態の中空構造にも空気層による断熱効果を充分に得られる。
図７は、本発明の第１の実施形態に係る誘導加熱式微細粒子発生装置が備える第１のインナーパートを示す図である。図４、図５及び図７を参照すれば、第１のインナーパート６００は、上部に円形溝６１０を備え、円形溝６１０内にヒートパイプ４００の下端の一部が挿入されて支持される。このとき、ヒートパイプ４００の断熱のために、円形溝６１０には複数個のリブ（rib）６１２が形成され、円形溝６１０の底面から所定間隔をおいて配置される。すなわち、円形溝６１０の底面及びヒートパイプ４００の底面間に空気層が形成される。また、円形溝６１０の側面を貫通する貫通孔６１４を備えることで、後述する気流パスを通じて流入した空気の出入が可能になる。このような気流パスは、ヒートパイプ４００により定義される空洞１００と連通する気流パスを形成するが、空洞１００に挿入される喫煙物品５０に対するユーザのパフによる音圧を感知する圧力センサ（図示せず）が気流パス上の適切な位置に提供される。圧力センサは、空洞１００内に挿入された喫煙物品５０に対するユーザのパフによる音圧を感知して、望ましくは後述する制御部でパフ回数をカウントしたり、より望ましくは累積パフ量を計算したりすることに用いられる。圧力センサは、本実施形態だけでなく他の実施形態でも空洞１００に連通する気流パス上の適切な位置に提供され、空洞１００に挿入された喫煙物品５０に対するユーザのパフによる音圧を感知することに用いられる。
また、円形溝６１０の底面の中央にはホール６１６が形成されが、これをヒットスティック８００の上部が貫通し、ヒットスティック８００の上部の一部はヒートパイプ４００内に位置することになる。また、第１のインナーパート６００の外側の一側には、励磁コイル３００のリードワイヤをガイドする案内部６２０が具備される。案内部６２０を介して励磁コイル３００のリードドワイヤ３２０が引出されることで、制御基板２２０と電気的な接点が形成できる。また、第１のインナーパート６００を、バッテリ２１０及び制御基板２２０を固定するブラケットなどに固定するための固定部６３０が具備される。本発明の第１の実施形態では、第１のインナーパート６００及びブラケットは螺合し、これにより、固定部６３０はネジ孔である。一方、第１のインナーパート６００の下部にはヒットスティック８００の一部が位置し、ヒットスティック８００を固定させる第２のインナーパート７００が挿入されて固定されるための受容部６４０（図５参照）を備える。選択的には、ヒットスティック８００が提供されない場合、第２のインナーパート７００が不要になり、その場合に後述する第２の実施形態のように、中央のホール６１６が形成されないように構成できるが、これとは異なり、中央のホール６１６及び第２のインナーパート７００を受容するための受容部６４０の空間を気流パスのための空間及び圧力センサ設置のための空間として適用できる。勿論、どのような場合でも、圧力センサは、空洞１００に挿入される喫煙物品５０と連通する気流パス上に設置されなければならない。
図８は、本発明の第１の実施形態に係る誘導加熱式微細粒子発生装置が備えるヒットスティックを示す図である。図４、図５及び図８を参照すれば、ヒットスティック８００は、前述したように、第１のインナーパート６００を貫通してヒートパイプ４００内に位置する上部棒８１０と、ヒットスティック８００の所定長さだけ第１のインナーパート６００を貫通してヒートパイプ４００内に位置するようにし、ヒットスティック８００の固定を助けるフランジ部８２０と、フランジ部８２０の下部に突出された下部棒８３０とを含む。このとき、ヒットスティック８００は中空棒であって、上部棒８１０の上端が尖端形状となって閉鎖された形態である。ヒットスティック８００の中央は空気層が形成されて断熱効果が与えられ、中空形態でないものに比べて容易に誘導加熱が可能であるという長所がある。図に示すように、ヒットスティック８００は棒状で形成されてもよく、図８に示す棒の中が充填されたものとして想定する場合、その中央断面と同様な形状の板状材料で製造されてもよい。これとは異なり、このような板状材料が十字形態で交差する形状で製作されることができる。どのような場合でも、ヒットスティック８００は、但し磁化可能な金属材料、望ましい一例としてステンレス鋼の薄板を加工して作られるもので、被加工物であるヒットスティック８００に追加的に他の構成要素（例えば、ヒータパターン等）を設置するものでないため、所望の形状で製造してこれを固定するための構造物に固定するだけで充分である。他の部分で説明した通り、ヒットスティック８００は、喫煙物品５０内に挿入されて喫煙物品５０内にあるエアロゾル形成基材に直接的に接触した状態において、誘導熱により加熱させることができるという長所がある。すなわち、喫煙物品内で直接的に接触して熱伝逹が可能となる。しかしながら、使用した喫煙物品５０を空洞１００から除去する場合、喫煙物品５０内にあるエアロゾル形成基材のカスが空洞１００内に残存する危険が高まるため、清掃の必要性があり得るという短所がある。つまり、長所を維持しながら短所を最小化できると、ヒットスティック８００を使用する必要性は高まるが、これは、ヒットスティック８００の形状が喫煙物品５０内に容易に挿入されると同時に、除去時に喫煙物品５０からカスが空洞１００内に残存しないようにすることにある。このような挿入及び除去が可能な形状でヒットスティック８００が提供されると、前述した長所を維持しながら短所が最小化できる。
図９は、本発明の第１の実施形態に係る誘導加熱式微細粒子発生装置が備える第２のインナーパートを示す図である。図４乃至図９を参照すれば、第２のインナーパート７００は、第１のインナーパート６００の下部に形成された受容部６４０（図５参照）に挿入されて固定され、ヒットスティック８００のフランジ部８２０及び下部棒８３０が係合してヒットスティック８００を固定する役割を果たす。第２のインナーパート７００の上部７１０は、ヒットスティック８００のフランジ部８２０と係合する形状を備える。また、上部７１０の中央には、ヒットスティック８００の下部棒８３０が挿入される挿入溝７２０を備える。また、下部には第１のインナーパート６００と締結するための締結部７３０が具備される。第１の実施形態では、第１のインナーパート６００及び第２のインナーパート７００が螺合されるので、締結部７３０はネジ溝が形成された締結ボスである。
図１０は、本発明の第１の実施形態に係る誘導加熱式微細粒子発生装置の断面図である。本発明の第１の実施形態に係る誘導加熱式微細粒子発生装置は、示していないカバーケースに形成された孔を通じて流入された外気が、上部ケースに形成された気流孔１４０を経由して、第１のインナーパート６００の貫通孔６１４（図７参照）及び気流パス空間１２０を通じてヒートパイプ４００内に流入され、ヒートパイプ４００に挿入された喫煙物品５０の加熱により発生した微細粒子又はエアロゾルをユーザが吸入できるようになる。
一方、第１の実施形態では、ヒートパイプ４００及びヒットスティック８００が全部サセプタとして用いられたが、また他の実施形態において、ヒートパイプ４００を磁化が不可な材質に変更することで、発熱することなく喫煙物品５０の受容のみが可能なパイプとして用い、サセプタとしてヒットスティック８００のみを用いることも可能である。
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る誘導加熱式微細粒子発生装置の断面図、図１２は、本発明の第２の実施形態に係る誘導加熱式微細粒子発生装置の分解斜視図である。本発明の第２の実施形態に係る誘導加熱式微細粒子発生装置は、サセプタとしてヒットスティックは含まず、喫煙物品５０が挿入されるヒートパイプ４００のみを備える。したがって、インナーパートもヒートパイプ４００を支持するための第１のインナーパート６００のみを備え、第１の実施形態とは異なり、第２のインナーパートは含まない。第２の実施形態が備える第１のインナーパート６００ａは、ヒットスティックが貫通する必要がないので、底面に貫通孔を備えない。以外は第１の実施形態と同様に、ヒートパイプ４００の下端が係止されるように複数個のリブが形成され、空気が流入できる貫通孔を側面に備える。
喫煙物品５０の構成要素がよく表現されるように誇張して示しているが、サセプタとして働くヒートパイプ４００内の空洞１００の中に喫煙物品５０のエアロゾル形成基材５６、５８が挿入可能なサイズでなければならない。これにより、ヒートパイプの加熱によりエアロゾル形成基材５６、５８の加熱が行われ、喫煙物品５０内でエアロゾルが発生される。
前述したように、ヒットスティックを含まない差異点の以外は、第２の実施形態が第１の実施形態の構成を全部含む。特に、気流パス空間１２０を通じて喫煙物品５０によりユーザが吸入する音圧を適切な位置に設置される圧力センサにより感知できる。
図１３は、本発明に係る誘導加熱式微細粒子発生装置の第３の実施形態を示す断面図、図１４は、本発明に係る誘導加熱式微細粒子発生装置の第４の実施形態を示す断面図である。第３の実施形態及び第４の実施形態は、サセプタとして働くヒートパイプ４００が、第１の実施形態及び第２の実施形態とは異なり、断熱パイプ５００内に位置せず、断熱パイプ５２０（図１４参照）及びサセプタとして働くヒートパイプ４００間に空気層５３０が明確に提供される例を示す。空気層５３０が断熱部として働いてヒートパイプ４００から励磁コイル３００に向かう熱を遮断する役割を果たす。
ヒートパイプ４００の下端は、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様に、第１のインナーパートにより支持されるが、その形状を多少異にするため、図面番号を異にして第１のインナーパート支持部６５０として記載した。しかしながら、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様に、ヒートパイプ４００の下端部を支持している。
ヒートパイプ４００の上端は、第１の実施形態及び第２の実施形態の断熱パイプに対応する断熱構造物５２０により支持される。断熱構造物５２０は、ヒートパイプ４００の上端を支持すると同時に、その外周に励磁コイル３００が巻線される空間を提供する。前述したように、空気層５３０及び断熱構造物５２０によりサセプタであるヒートパイプ４００から励磁コイル３００に伝達される熱が最小化できる。
その他、ヒートパイプ４００の外面には、前述した収縮チューブ４６０が提供されることで、温度センサ４２０及び温度センサのリード線４４０をヒートパイプ４００に接触するように固定する役割を遂行し、励磁コイルの外側面には、グラファイトシート３６０及びフェライトシート３４０を合紙したシートを励磁コイル３００の外側にラッピングした。
その他、第４の実施形態に示すように、全部断熱プラスチック構造物である第１のインナーパート支持部６５０及び断熱構造物５２０がサセプタであるヒートパイプ４００を支持する位置に、熱伝導率が低いセラミックパウダーで作られた熱絶縁体リング５６０、５６２を別に介在してヒートパイプ４００を支持することで、ヒートパイプから熱が構造物を介して外部に伝達されることが防止できる。
図１５は、本発明に係る誘導加熱式微細粒子発生装置における誘導加熱のための回路ブロック図の一実施形態を示す図である。
図１５を参照すれば、本発明に係る誘導加熱式微細粒子発生装置は、インダクションヒーティングを用いてサセプタ２００７を加熱するが、具体的に説明すれば、ＭＣＵ２００１は、電源昇圧回路２００２を制御して、バッテリ２００３から供給された直流電圧を電源昇圧回路２００２がインダクションヒーティングのために増幅させて、インダクションヒータコントロールロジック２００４に直流電流を供給する。電源昇圧回路２００２は、誘導加熱のための電源としてバッテリ２００３を用いる時、サセプタ２００７を誘導加熱するのに必要な安定した電源供給のために適用される。また、ＭＣＵ２００１は、インダクションヒータコントロールロジック２００４にＰＷＭ信号を入力する。インダクションヒータコントロールロジック２００４は、ＭＣＵ２００１から入力するＰＷＭ信号によってスイッチング動作をしながら、電源昇圧回路２００２から供給された直流電流を交流電流に変換し、コイル２００６に供給して、サセプタ２００７が誘導加熱されるようにする。
ＭＣＵ２００１では、初期駆動の際、サセプタ２００７の温度を上昇させるために、コイル２００６及びキャパシタ２００５の値により得られた共振周波数を伝達するように、ＰＷＭ信号をインダクションヒータコントロールロジック２００４に入力し、インダクションヒータコントロールロジック２００４は、共振周波数で交流電流をコイル２００６に供給する。
ＭＣＵ２００１では、既定の所定時間が経過すれば、サセプタ２００７の温度がもう上昇しないように、共振周波数よりも遠い周波数になるようにＰＷＭ信号をインダクションヒータコントロールロジック２００４に入力し、インダクションヒータコントロールロジック２００４は、これにより共振周波数よりも遠い周波数で交流電流をコイル２００６に供給する。
前記のように、ＭＣＵ２００１が既定の通り、時間によって周波数を調節するようにＰＷＭ信号をインダクションヒータコントロールロジック２００４に入力でき、実施形態に応じては、電流センサ２００８及び電圧センサ２００９により感知された値によってサセプタ２００７の温度を計算し、必要な温度によってＰＷＭ信号の周波数を調節し、インダクションヒータコントロールロジック２００４に入力して、インダクションヒータコントロールロジック２００４からコイル２００６に供給される交流電流の周波数が制御できるが、具体的に説明すれば、インダクションヒータコントロールロジック２００４からコイル２００６に交流電流を供給すれば、サセプタ２００７の誘導加熱によりサセプタ２００７の温度が変化し、インダクタンス又はリアクタンスの値が変化することで、サセプタ２００７を加熱する電流及び電圧が変更される。電流センサ２００８はコイル２００６に供給される電流を測定してＭＣＵ２００１に入力し、電圧センサ２００９はコイル２００６に供給される交流電圧を直流電圧に変換してＭＣＵが確認可能な電圧レベルに変換してＭＣＵ２００１に入力し、ＭＣＵ２００１では電流センサ２００８及び電圧センサ２００９を介して入力された電流及び電圧の値の変化によってサセプタ２００７の温度を計算し、サセプタ２００７の温度変化を感知し、必要な温度によってＰＷＭ信号の周波数を調節して、インダクションヒータコントロールロジック２００４に入力し、インダクションヒータコントロールロジック２００４は、ＭＣＵ２００１から入力されたＰＷＭ信号により周波数を調節しながら、コイル２００６に交流電流が供給できる。
図１６は、本発明に係る誘導加熱式微細粒子発生装置における誘導加熱のための回路ブロック図の他の実施形態を示す図である。図１６では、図１５と同一の符号の構成はその動作が同一であり、図１６を参照すれば、サセプタ２００７の温度を感知する温度センサ２０１０を備え、温度センサ２０１０で感知された値をＭＣＵ２００１に入力し、これに応じて、ＭＣＵ２００１ではサセプタ２００７の温度変化を感知して、必要な温度によってＰＷＭ信号の周波数を調節し、インダクションヒータコントロールロジック２００４に入力し、インダクションヒータコントロールロジック２００４は、ＭＣＵ２００１から入力されたＰＷＭ信号によって周波数を調節しながら、コイル２００６に交流電流が供給できる。
本発明によれば、誘導加熱式微細粒子発生装置がサセプタを装置の一部として含み、サセプタの温度を直接的に測定することで、サセプタの発熱を容易に制御できる。
本発明によれば、誘導加熱式微細粒子発生装置が円筒形で巻線された１ピースの励磁コイルにより磁化発熱体が加熱でき、磁化発熱体及び励磁コイル間に断熱パイプを備えることで、励磁コイルの過熱を防止して、磁化発熱体の発熱効率を向上させることができる。

Claims (20)

  1. 内部にエアロゾル形成基材を含み、外部がラッピングペーパーでラッピングされた喫煙物品が挿入できる空洞を有し、空洞に挿入された喫煙物品のエアロゾル形成基材を加熱してエアロゾルを形成させる、把持及び携帯が可能なサイズの微細粒子発生装置において、
    装置内に提供され、数回巻線された励磁コイルと、
    装置内において励磁コイルにより囲まれるように励磁コイル内に提供され、空洞を定義する中空円筒形状の薄板からなり、励磁コイルと反応して渦電流損失による誘導加熱によって４００℃以下の温度まで加熱される金属材質のサセプタであって、サセプタの内表面が空洞内に挿入された喫煙物品のラッピングペーパーの外表面の少なくとも一部と接触し、誘導加熱されたサセプタが熱伝逹によりラッピングペーパー内のエアロゾル形成基材を加熱して、エアロゾルを形成させる第１のサセプタと、
    装置内において第１のサセプタ及び励磁コイル間に提供され、第１のサセプタの熱が励磁コイルに伝達されることを防止し、その外側面に励磁コイルが巻線されて励磁コイルの巻線を支持する役割を果たす断熱パイプと、
    装置内に提供され、第１のサセプタを支持する構造物と、
    装置内に提供され、第１のサセプタの温度を得るためのサセプタ温度獲得部と、
    装置内に提供され、直流電源として働く再充電可能なバッテリと、
    励磁コイル、サセプタ温度獲得部及びバッテリと電気的に連結され、バッテリから供給される直流電源を受信して、第１のサセプタの温度に応じて、共振周波数の交流電流又は共振周波数と差がある周波数の交流電流を励磁コイルに供給して、第１のサセプタを所望の温度に誘導加熱する制御部とを含むことを特徴とする、誘導加熱ヒータを有する把持及び携帯が可能なサイズの微細粒子発生装置。
  2. 空洞に挿入される喫煙物品の下部の中央を挿通して、喫煙物品内のエアロゾル形成基材と直接的に接触して加熱させる第２のサセプタをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の微細粒子発生装置。
  3. 第１のサセプタ及び／又は第２のサセプタは、ステンレス鋼の薄板を加工して作られることを特徴とする、請求項１又は２に記載の微細粒子発生装置。
  4. 断熱パイプと第１のサセプタとの間に提供される第１の空気層、及び／又は第２のサセプタの中空内に提供される第２の空気層をさらに含むことを特徴とする、請求項１乃至３の何れか一項に記載の微細粒子発生装置。
  5. 断熱パイプ及び構造物は、第１のサセプタの熱が励磁コイルに伝達されることを防止するように構成される断熱プラスチック構造物であることを特徴とする、請求項１乃至４の何れか一項に記載の微細粒子発生装置。
  6. 断熱プラスチック構造物は、第１のサセプタの外側で第１のサセプタの少なくとも一部を支持することを特徴とする、請求項５に記載の微細粒子発生装置。
  7. 断熱プラスチック構造物は、第１のサセプタとの間に熱伝導率が低いセラミックパウダーで作られた熱絶縁体リングを別に介在して第１のサセプタを支持することで、第１のサセプタからの熱が外側に漏出されることを防止することを特徴とする、請求項５に記載の微細粒子発生装置。
  8. 励磁コイルの外側面には、励磁コイルと接触するようにフェライトシートがラッピングされることで、励磁コイルの外側に磁束が漏出されることを防止することを特徴とする、請求項１乃至７の何れか一項に記載の微細粒子発生装置。
  9. 励磁コイルの外側面にグラファイトシートがラッピングされることで、励磁コイルの熱を外部に放熱させることを特徴とする、請求項１乃至８の何れか一項に記載の微細粒子発生装置。
  10. 励磁コイルの外側面に、フェライトシート及びグラファイトシートの合紙がラッピングされることで、励磁コイルの外側に磁束が漏出されることを防止すると同時に、励磁コイルの熱を外部に放熱させることを特徴とする、請求項１乃至９の何れか一項に記載の微細粒子発生装置。
  11. 空洞と連通する気流パスに、空洞内に挿入された喫煙物品に対するユーザのパフによる音圧を感知する圧力センサをさらに含むことを特徴とする、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の微細粒子発生装置。
  12. サセプタ温度獲得部は、第１のサセプタの温度変化によって変化するインダクタンス又はリアクタンスの値に応じて、第１のサセプタを加熱する電流及び電圧の変化を測定する電流センサ及び電圧センサからの電流及び電圧の変化によってサセプタの温度を計算することを特徴とする、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の微細粒子発生装置。
  13. サセプタ温度獲得部は、第１のサセプタの外側面に接触され、第１のサセプタの温度変化による抵抗値の変化を感知して温度を測定する温度センサであり、温度センサのリード線は制御部と電気的に連結されることを特徴とする、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の微細粒子発生装置。
  14. 温度センサ及び温度センサのリード線は、第１のサセプタの外面を囲む耐熱性収縮チューブにより取り囲まれることで、第１のサセプタの外側面と接触することを特徴とする、請求項１３に記載の微細粒子発生装置。
  15. 喫煙物品は、内部に液状カートリッジを含むことを特徴とする、請求項１乃至１４の何れか一項に記載の微細粒子発生装置。
  16. 液状カートリッジは、グリセリンＶＧを含む液状又はゲル状組成物を含むことを特徴とする、請求項１５に記載の微細粒子発生装置。
  17. 喫煙物品内において、液状カートリッジの上流又は下流にタバコ体をさらに含むことを特徴とする、請求項１５に記載の微細粒子発生装置。
  18. 喫煙物品は、フィルター及びチューブをさらに含み、フィルター、チューブ及び液状カートリッジが一つのラッピングペーパーでラッピングされて形成されることを特徴とする、請求項１５に記載の微細粒子発生装置。
  19. 喫煙物品は、グリセリンＶＧが含まれたタバコ体を含むことを特徴とする、請求項１乃至１８の何れか一項に記載の微細粒子発生装置。
  20. 喫煙物品は、フィルター及びチューブをさらに含み、フィルター、チューブ及びタバコ体が一つのラッピングペーパーでラッピングされて形成されることを特徴とする、請求項１９に記載の微細粒子発生装置。
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