JP7359512B2 - 電子エアロゾル供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子エアロゾル供給装置に関する。

典型的な電子エアロゾル供給装置は、１つ以上の入口と１つ以上の出口との間にチャネルを提供する内部空気経路を含む。電子エアロゾル供給装置のユーザは、チャネルに沿って空気入口から空気出口まで装置を通る空気流を生成するために、空気出口を吸入する。

電子エアロゾル供給装置は、一般に、蒸気またはエアロゾルを形成するために使用される供給源（前駆体）材料も含む。例えば、いくつかの装置は、液体のリザーバと、リザーバから液体を気化させるために使用されるヒータとを含む。他の装置では、固体材料から揮発性物質を生成するためにヒータを使用することができ、これらは蒸気または液体を形成する。場合によっては、液体または固体材料は、交換可能なカートリッジ内に設けられてもよい。蒸気またはエアロゾルは、通常、空気入口から空気出口までチャネル内で生成されるか、またはチャネル内に移動し、チャネルに沿って空気流によって運ばれ、ユーザによる吸入のために空気出口を通って出る。

そのような電子エアロゾル供給装置のユーザ体験は、吸入のために装置を出る蒸気またはエアロゾルに依存する。

本発明は、添付の特許請求の範囲において定義される。

本明細書に記載の手法は、空気入口と空気出口との間の空気経路と、空気経路内に蒸気を発生させる気化器とを備える電子エアロゾル供給システムを提供する。空気入口と気化器との間の空気経路は、層流空気流を支持するように構成される。

本明細書に記載の手法は、空気入口と空気出口との間の空気経路と、空気経路内に蒸気を生成する気化器と、空気経路内の乱流を制御するために空気経路を調整するための設備とを備える電子エアロゾル供給システムを提供する。

本発明の第１及び他の態様に関連して上述した本発明の特徴及び態様は、上述した特定の組み合わせだけでなく、本発明の他の態様による本発明の実施形態にも同様に適用可能であり、適宜組み合わせることができることが理解されよう。

本発明の様々な実施形態を、添付の図面を参照して、単なる例として以下に説明する。
図１は、例示的な電子エアロゾル供給システムを示す。 図２は、本明細書に記載の手法による層流空気流を支持するように構成された線形空気流チャネルを有する電子エアロゾル供給システムを示す。 図３は、図１に示すような電子エアロゾル供給システムによって生成されるエアロゾル粒径の分布を示す。 図４は、図２に示されるような電子エアロゾル供給システムによって生成されるエアロゾル粒径の分布を示す。 図５は、本明細書に記載の手法による層流空気流を支持するように構成された滑らかに湾曲した気流チャネルを有する電子エアロゾル供給システムを示す。 図６は、本明細書に記載の手法による乱流を制御するために空気経路を調整するための設備を有する電子エアロゾル供給システムを示す。 図７は、本明細書に記載の手法に従って乱流を制御するために空気経路を調整するための設備を有する別の電子エアロゾル供給システムを示す。

様々な例の態様および特徴が本明細書で説明される。これらの態様および特徴のいくつかは、従来通りに実装され得、これらは、簡潔さのために詳細に説明されないことがある。詳細に説明されないそのような態様および特徴は、適切な従来の技法に従って実装され得ることが理解されよう。

本開示は、電子蒸気供給システム、ｅ－シガレット等とも呼ばれる電子エアロゾル供給システムに関する。以下の説明では、「ｅ－シガレット」、「電子タバコ」、「電子エアロゾル供給システム」、及び「電子蒸気供給システム」という用語は、文脈上他の意味に解すべき場合を除き、互換的に使用することができる。同様に、「デバイス」および「システム」という用語は、互換的に使用されてもよく、例えば、「電子エアロゾル供給システム」は、文脈上他の意味に解すべき場合を除き、「電子エアロゾル供給デバイス」と同じと見なされるべきである。さらに、この技術分野において一般的であるように、「蒸気」および「エアロゾル」という用語、ならびに「気化する」、「エアロゾル化する」、および「揮発する」などの関連する用語は、文脈がそうでないことを要求しない限り、同様に互換的に使用され得る。

このような電子エアロゾル供給システム／デバイスは、例えば、制御ユニットとカトマイザ（カトマイザはカートリッジと気化器の組み合わせである）とを備えるモジュール形式で提供されることが多い。電子エアロゾル供給システム／デバイスという用語は、本明細書では、エアロゾルまたは蒸気を生成するように作用する（構成要素を備える）１つまたは複数のモジュール（制御ユニットなど）を示すために使用される。そのようなシステム／デバイスは、１つ以上の追加のモジュール、例えば、気化される液体または他の前駆体を含有するモジュール（カートリッジ）を受容するように構成されてもよく、または１つ以上の追加のモジュールと組み合わせて提供されてもよい。

モジュール式アセンブリを有する電子エアロゾル供給システム／デバイスの１つの一般的な構成は、再使用可能部品（主制御ユニット）と、消耗品とも呼ばれる交換可能な（使い捨ての）カートリッジ部品とを備えることである。交換可能なカートリッジ部品は、蒸気（エアロゾル）前駆体材料を収容することが多く、カトマイザを形成するために気化器（エアロゾライザ）を収容することもできる（いくつかの実施態様では）。再使用可能部品は、多くの場合、電源、例えば、再充電可能バッテリと、デバイス／システムのための制御回路とを含有する。これらの部品は、機能に応じてさらなる構成要素を含んでもよい。例えば、再使用可能部品は、ユーザ入力を受信し、動作状態特性を表示するためのユーザインターフェースを含むことができ、交換可能カートリッジ部品は、気化器の温度を制御するのを助けるための温度センサを含むことができる。

カートリッジ部品は、通常、使用のために制御ユニットに電気的および機械的に結合される。カートリッジ内の蒸気前駆体材料が使い尽くされた（完全に消費された）とき、又はユーザが（例えば）異なる蒸気前駆体材料を有する異なるカートリッジに切り替えたいと望むとき、カートリッジは制御ユニットから取り外され、交換カートリッジがその場所に提供され得る。２つの部品のモジュール構成であるこのタイプに適合する装置は、２部品装置と呼ばれることもある。

本明細書に記載の例示的な装置／システムのいくつかは、使い捨てカートリッジを利用する細長い２部品装置／システムに基づいている。しかしながら、本明細書に記載される手法は、電子エアロゾル供給システム／デバイスの異なる構成、例えば、単一部品装置、又は２より多い部品を含むモジュール式装置、詰め替え可能装置、及び単回使用使い捨て装置にも採用され得ることが理解されるであろう。加えて、本明細書で説明されるアプローチは、例えば、典型的にはより箱状の形状を有する、いわゆる箱型高性能デバイスに基づく、他の幾何学形状（必ずしも細長くない）を有するデバイス／システムに適用されてもよい。

図１は、第１の電子エアロゾル供給装置２０の概略断面図である。電子タバコ２０は、２つの主要なセクション、すなわち制御部２２およびカートリッジ部２４を備える。いくつかの実施態様では、カートリッジ部および制御部は、互いに取り外し可能な別個の部品である。通常の使用において、制御部２２およびカートリッジ部２４は、インターフェース２６において互いに解放可能に結合される。カートリッジ部分２４が使い尽くされたとき（その中のエアロゾル前駆体材料の枯渇後）、またはユーザが異なるカートリッジに切り替えたいと望むとき、カートリッジ２４は、制御部２２から取り外され得る。次に、取り外されたカートリッジが廃棄され（完全に消耗した場合）、交換カートリッジを制御部に結合することができる。別の可能性は、同じカートリッジ部分２４が再充填され、制御部分２２に再び取り付けられ得ることである。他の実施形態では、カートリッジ部２４は、その場で、すなわち制御部２２に取り付けられたままで再充填可能であってもよい（この場合、カートリッジ部２４は、制御部２２に永久的に取り付けられる可能性がある）。

インターフェース２６は、一般に、制御部２２とカートリッジ部２４との間の構造的（機械的）、電気的、および空気流路接続を提供する。例えば、インターフェース２６は、２つのセクション間の様々な電気的接続を確立するための適切に配置された電気接点を提供することができる。同様に、インターフェースは、必要に応じて、２つのセクション間の空気流チャネル（経路）を支持（画定）してもよい。

電子エアロゾル供給システム２０の他の実施形態は、異なる構成を有してもよいことが理解されよう。さらに、本明細書に記載の異なる実施態様からの異なる特徴は、必要に応じて互いに混合されてもよい。例えば、いくつかの実装形態では、制御部２２およびカートリッジ部２４は、（取り外し可能であるのではなく）一緒に固定され得る。上述のように、これは、カートリッジセクション２４が原位置で再充填可能である場合であり得る。いくつかの実施態様では、気化器は、カートリッジ部２４ではなく制御部２２に設けられてもよく、その場合、インターフェース２６は、カートリッジ部２４から制御部２２への蒸気前駆体（液体など）の移送を支援するように構成されてもよい。しかし、必ずしも制御部２２からカートリッジ部２４への電力の伝達をサポートする必要はない。いくつかの実装形態では、インターフェース２６は、たとえば、電磁誘導に基づいて、制御部からカートリッジ部への電力のワイヤレス伝達をサポートすることができる。この場合、制御部２２とカートリッジ部２４との間の直接的な物理的（電気的）接続は設けられなくてもよい。さらに、いくつかの実装形態では、電子エアロゾル供給装置２０を通る気流経路は、制御部２２を通らない場合があり、したがって、インターフェース２６は、制御部２２とカートリッジ部２４との間の気流チャネル接続を含まない場合がある。当業者は、様々な他の潜在的な変更を認識するであろう。

図１の例では、カートリッジ部２４は、プラスチックまたは任意の他の適切な材料から作製され得るカートリッジハウジング６２を備える。カートリッジハウジング６２は、カートリッジ部２４の他の構成要素を支持し、インターフェース２６の一部として制御部２２との機械的インターフェースを提供する。カートリッジ部は、気流チャネル（または経路）７２と、気流チャネル７２からの空気出口７１を画定するマウスピース７０とを含む。

カートリッジハウジング６２内には、蒸気前駆体材料を提供する液体を収容するリザーバ６４がある。これはしばしばｅリキッドと呼ばれる。図１の装置における液体リザーバ６４は、空気流チャネル７２の周り（周囲）に環状形状を有する。リザーバ６４の形状は、カートリッジハウジング６２によって提供される外壁と、カートリッジ部２４を通る空気流チャネル７２の外側または境界を形成する内壁とによって画定される。リザーバ６４は、カートリッジ部２４の下流端部のマウスピース７０によって、および上流端部のインターフェース２６を形成するハウジング６２によって、ｅリキッドを保持するために各端部で閉じられる。

カートリッジ部２４は、芯（液体輸送要素）６６およびヒーター（気化器）６８をさらに含む。図１に示される装置では、芯６６は、カートリッジ空気流チャネル７２を横断して、すなわち、チャネル７２に沿った空気流方向に対して垂直に延在する。芯の各端部は、液体リザーバ６４の内壁の１つ以上の開口を通してリザーバ６４から液体を引き出すように構成される。ｅリキッドは芯６６に浸透し、毛管作用（すなわちウィッキング）によって芯６６に沿って引き込まれる。ヒータ６８は、芯６６の周りに巻かれた電気抵抗ワイヤ、例えばニッケルクロム合金（Ｃｒ２０Ｎｉ８０）ワイヤを含んでもよく、芯６６は、ガラス繊維束または綿繊維束を含んでもよい。多くの他の選択肢が当業者には明らかであろう。例えば、芯はセラミック製であってもよく、芯およびヒータコイルは横方向ではなく縦方向に配置されてもよく、複数のヒータコイル６８があってもよく、複数の芯６６があってもよく、ヒータ６８は平面構成を有してもよいなどである。

使用中、芯６６によってヒータ６８の近傍に引き込まれたある量のｅリキッド（蒸気前駆体材料）を気化させるために、ヒータ６８に電力が供給されてもよい。次いで、気化したｅリキッドは、ユーザ吸入のためにマウスピース出口７０に向かってカートリッジ空気流チャネル７２に沿って引き込まれた空気に同伴される。ｅリキッドが気化器（ヒータ）６８によって気化される速度は、一般に、ヒータ６８に供給される電力量、ならびに芯６６のウィッキングまたは液体輸送能力に依存する。いくつかのデバイスでは、蒸気生成の速度（気化速度）は、例えば、パルス幅および／または周波数変調技法の使用を通して、ヒータ６８に供給される電力の量を変化させることによって調節されることができる。一般に、ヒータ６８によって形成されたｅリキッド蒸気は、空気流チャネル７２内で冷却され、少なくとも部分的に粒子（液体の小滴）に凝縮し、それによってエアロゾルを形成する。マウスピース出口７１を通してユーザによって吸入されるのはこのエアロゾルである。

図１に示す制御部２２は、電子タバコ２０のための空気入口４８を画定する開口部を有する外側ハウジング３２と、電子タバコ２０を動作させるための電力を供給するためのバッテリ４６と、電子タバコ２０の動作を制御及び監視するための制御回路３８と、ユーザ入力ボタン３４と、視覚表示インジケータ４４とを備える。外側ハウジング３２は、カートリッジ部２４を受容するように構成され、それによって、インターフェース２６において２つのセクションまたは部分の滑らかな一体化（結合）を提供する。例えば、外側ハウジング３２は、クリップおよび／またはスロットおよび／またはカートリッジ部２４の対応する特徴を受容するための任意の他の適切な係合特徴を含み得る。

バッテリ４６は、一般に、制御部ハウジング３２内の充電コネクタ、例えばＵＳＢコネクタ（図１には図示せず）などを介して再充電可能である。ユーザ入力ボタン３４は、様々な制御機能を実行するために使用され得る。ディスプレイ４４は、（例えば）バッテリ４６の充電状態に関する情報または任意の他の適切な情報もしくは指示を表示するための１つまたは複数のＬＥＤを備えることができる。いくつかの実装形態では、ユーザ入力ボタン３４およびディスプレイ４４は、単一の構成要素として統合され得る。制御回路３８は、電子タバコの動作を制御するように、例えば、蒸気を生成するためにバッテリ４６からヒータ６８への電力の供給を調整するように適切に構成（プログラム）される。

吸気口４８は、制御部２２を介して空気流路５０に接続されている。制御部分セクション経路５０は、制御部２２およびカートリッジ部２４が互いに接続されると、インターフェース２６を介してカートリッジ空気流路７２に接続する。したがって、ユーザがマウスピース７０で吸入するとき、空気は、ユーザ吸入のために、空気入口４８を通って、制御セクション空気経路５０に沿って、インターフェース２６を通って、カートリッジ空気流チャネル７２に沿って引き込まれ、マウスピース７０の開口部を通って出る。図１の例では、空気流路５０は、ユーザ吸入の間、空気入口４８を通る空気流が空気出口７１を通る空気流に垂直であるように構成される。特に、空気入口４８は、（基部ではなく）外側ハウジング３２の側部に配置される。そのような空気入口は、側孔と称され得る。空気流路５０は、吸気中の空気流が空気入口４８から角部への第１の空気流方向から角部からインターフェース２６への第２の空気流方向へ急激に移行する角部又は角度を組み込む。図１から分かるように、第２の移動方向は、第１の移動方向に対して垂直である。

図２は、第２の電子エアロゾル供給装置２００の概略断面図である。図２の電子タバコ２００の構成要素は、一般に、図１に関連して説明したものと同一又は同様であり（同様の参照番号が付されている）、従って、これらの構成要素については再度説明しない。しかしながら、側孔空気入口４８を備える図１の第１の電子タバコ２０とは対照的に、図２の第２の電子タバコ２００は、電子タバコの基部（又は底部）に空気入口２４８を備える（電子タバコの向きは、マウスピース７１が上部にあるように従来の方法で定義される）。空気入口２４８のこの位置により、制御セクション空気流路２５０及びカートリッジセクション空気流路７２は、空気流チャネルの長さに沿って真っ直ぐな空気経路が存在するように同軸に整列される。したがって、図２に示すように、電子蒸気供給装置２００の空気流チャネル２５０、７２は、装置を通って空気入口２４８から気化器６８へ、次いでマウスピース７０を通って出る空気流が、実質的に直線（線形）経路に従うように、すなわち、方向、湾曲、屈曲などを変えることなく、実質的に単一方向に向かうように位置合わせされる。

図２は、制御部２２およびカートリッジ部２４内の気流経路が同軸（共整列）構成を有する一例を示すが、そのような構成は、他の実装形態では異なって達成され得ることが理解されよう。さらに、電子タバコ２００は、２つのモジュール（カートリッジ部２４および制御部２２）を有するように示されているが、気流経路５２および７２のための同軸構成を有する他の実装形態は、一体型デバイスとして、または２を超えるモジュールを備えるシステムとして実装されてもよい。

図２の制御部２２を通る気流チャネル２５０の直線（線形）構成は、図１の電子タバコ２０の気流チャネル５０の角度付き（角付き）構成と比較して、チャネル２５０内の層流を支持するのに役立つ。層流空気流（本明細書では線形空気流とも呼ばれる）では、空気は一般にすべてが同じ方向に平行に流れる。例えば、円筒形パイプに沿った層流の場合、全ての空気は、パイプに沿って軸方向に平行に流れる。パイプに沿った気流速度は、パイプの中心からの距離に応じた半径方向プロファイルを有する。パイプの中心軸に沿って流れる空気は最も速く流れ、その後、空気流の速度は、中心から半径方向に離れるにつれて徐々に低下し、境界層と呼ばれる領域内のパイプの縁部または壁に隣接する速度は０になる。

層流とは対照的に、気流経路に沿った角、曲がり、障害物などの特徴の存在は、一般に気流に乱流を導入する。この乱流空気流（本明細書では非線形空気流とも呼ばれる）は、空気圧の局所的変動および他の不安定性によって生成され、それを反映する。例えば、障害物の周囲（しかし近く）を流れる空気は、障害物からさらに離れて流れる空気よりも高い圧力を有し得る。これは、障害物の直後の比較的低い圧力の領域によって釣り合わ得る。空気の局所的な移動は、実際には、空気圧の変動を再平衡させ、それによって気流に乱流を導入しようとする。

乱流は、図２に示す軸線方向に整列したチャネルにおいても生じ得ることに留意されたい。例えば、空気があまりにも速く（すなわち、あまりにも大きな圧力差で）パイプを通って押される場合、チャネルの中心からの異なる半径方向距離での異なる軸方向速度から生じる高レベルの半径方向剪断は、気流を乱し、不安定性および他の形態の乱流をもたらす。

レイノルズ数（Ｒ）として知られる無次元パラメータは、層流及び乱流状態を特徴付けるためにしばしば使用される。レイノルズ数は、Ｒ＝ｕＬ／ｖとして定義され、式中、ｕは流速であり、ｖは粘度であり、Ｌは流れの線形スケールサイズである（これは、例えば、パイプの直径であり得る）。低レイノルズ数は一般に層流を生成し、高レイノルズ数は一般に乱流を生成する。層流と乱流との間の遷移は、典型的には、範囲２０００-３０００内のＲに対して生じ得る（この遷移点は、典型的には、種々の要因に敏感であり、いくつかの状況では、上記の範囲外にあり得るが）。流速を増加させることは、レイノルズ数を増加させ、したがって、上述のように、乱流への遷移を誘発し得ることに留意されたい。対照的に、粘度の増加はレイノルズ数を減少させる。これは、乱流運動を減衰させるより高い粘度とみなすことができる。

図３および図４は、第１および第２の例のｅシガレット、すなわち、それぞれ図１の側孔装置２０および図２の線形流れ装置２００によって生成された粒径の頻度分布を示すグラフである。粒径は、空気出口７１を通って装置を出る蒸気又はエアロゾル中の粒子又は液滴のサイズを指す。各グラフは、粒径分布の１０回の繰り返し測定を示す。各測定についての粒子サイズの頻度分布の統計的要約を、以下の表１および２に提供する。

各表の最後の３列は、その測定のための粒径分布のパラメータを定義する。したがって、表１の第１０行において、Ｄｘ（１）＝０.３９は、粒子の１０％が０.３９ミクロン（μｍ）未満のサイズを有することを意味し、Ｄｘ（５０）＝１.１２は、粒子の５０％が１.１２ミクロン（μｍ）未満のサイズを有することを意味し（すなわち、これはメジアンサイズである）、Ｄｘ（００）＝２.５６は、粒子の９０％が２.５６ミクロン（μｍ）未満のサイズを有することを意味する。図３および４（および関連する表）の比較は、粒径が、（図１に示されるような）側孔ｅ－シガレットよりも、（図２に示されるような）直接直線流ｅ－シガレットの方が概して小さいことを明確に示す。図４の直接線形流量測定は、図３の側孔測定よりもわずかに密な（よりコンパクトな）分布をもたらすことも示唆される。

理論に束縛されるものではないが、乱流がエアロゾル粒子間により多くの衝突を引き起こし、そのような衝突が粒子間の凝固、したがって粒径の成長をもたらし得るため、層流（非乱流）気流は、非層流（乱流）気流よりも小さい粒径を有するエアロゾルを形成し得ると考えられる。これに対して、気流が層流である場合には、気流が軸方向に沿って略全て平行であるため、粒子間の凝集が低減され得る。その結果、空気流中の混合が少なくなり、したがって凝固の可能性が低くなる。乱流は、より多くの蒸気を粒子と接触させ、したがって、（層流と比較して）粒子上への蒸気のより速い凝縮をもたらし、それによって、より大きな粒子をもたらすことも可能である。このような既存の粒子上への蒸気のより速い凝縮は、粒子のより速い凝固に加えて、またはその代わりに起こり得る。

使用者が吸入するためのより小さい粒径を有するエアロゾルを一般に提供する電子蒸気供給システムによって、使用者の体験を向上させることができることが分かっている。理論に束縛されるものではないが、より小さい粒径に対するこの使用者の好みは、組織による粒子のより容易な吸収、粒子の明度及び／又は拡散性の増加、粒子のより高い均一性（一貫性）、粒子の移動距離の増加などの１つ以上の要因から生じ得る。

この使用者の好みを考慮すると、図２の直線状の空気流チャネル２５０は、図１の傾斜した空気流チャネル５０と比較して、層状の空気流、したがってより小さい粒径を提供するのに役立つので、図２の電子たばこ２００の空気流構成は、図１の電子たばこ２０の空気流構成に対して有利である。実際には、多くの実際の装置では、空気流は層流成分と乱流成分の両方を有し得る。乱流成分を犠牲にして層流成分の割合を増加させることは、依然として、粒子サイズの低減、したがって、ユーザ体験の改善を促進するのに役立つはずである。したがって、層流を提供することの利点は、二元的なものではなく（すべてまたは何もない）、むしろ、所与のデバイスにおける層流の割合を徐々に増加させることによって実現することができる。

図５は、第３の電子エアロゾル供給装置５００の概略断面図である。図５の電子タバコ５００の構成要素は、一般に、図１に関連して説明したものと同一又は同様であり（同様の参照番号が付されている）、従って、これらの構成要素については再度説明しない。角のある空気流チャネル５０を有する側孔空気入口４８を備える図１の例示的な電子タバコ２０とは対照的に、また、直線（線形）空気流チャネル２５０を提供するために電子タバコ２００の基部（または底部）に空気入口２４８を備える図２の例示的な電子タバコ２００とは対照的に、図５の電子タバコ５００は、（図１の電子タバコ２０のような）側面開口５４８である制御部２２内の空気流路５５０であるが、空気入口５４８（側孔）とインターフェース２６との間に空気流チャネル５５０のための滑らかな連続曲線を有する空気流路５５０を備える。

鋭い角または角度ではなく、そのような連続的な曲線を有するように空気流路５５０を構成することは、層状の空気流を支持するのに役立つ。したがって、空気流の方向に漸進的な変化を与える空気経路５５０を実装することにより、デバイスは、図１の構成と比較して、（もしあれば）より低いレベルの乱流を有する側孔を備えることが可能になる。したがって、例示的な電子タバコ５００は、（図１の構成と比較して）乱流を低減（または排除）し、デバイスによって提供されるエアロゾル中の粒子サイズを低減するのに役立つように、５ｍｍ超、１０ｍｍ超、または好ましくは１５ｍｍ超の曲率半径を有する気流チャネル５５０を有し得る。

いくつかの実装形態では、気流チャネル５５０の連続曲線は、空気入口５４８とインターフェース２６との間の途中までしか延在しないことがある。例えば、空気流チャネル５５０は、空気入口５４８の近くに滑らかに湾曲した部分を有し、続いてインターフェース２６の近くに直線部分を有することができる（又は逆に、空気流チャネル５５０は、空気入口５４８の近くの直線部分から続いてインターフェース２６の近くに滑らかに湾曲した部分を有することができる）。より一般的には、空気流チャネル５５０内に２つ以上の連続曲線及び／又は２つ以上の直線セクションがあってもよい。さらなる可能性は、連続曲線（または複数のそのような曲線）が、一連の短い直線区間によって近似され得、それによって、任意の２つの連続する直線区間の間の配向の変化が、乱流の導入を制限または回避するように、例えば、１－５度の範囲内で小さいことである。

図６は、第４の電子エアロゾル供給装置６００の概略断面図である。図６の電子タバコ６００の構成要素は、一般に、図１に関連して説明したものと同一又は同様であり（同様の参照番号が付されている）、従って、これらの構成要素については再度説明しない。固定された空気流チャネル構成を有する、図１、図２、及び図５に示されるｅシガレットとは対照的に、図６のｅシガレット６００は、デバイスを通して吸入される空気の乱流のレベルを変化させるように修正され得る空気流経路６５０を有する。言い換えれば、図６の電子タバコ６００は、空気経路内の乱流の量を制御するために空気経路を調整し、したがって電子タバコ６００によって生成されるエアロゾルの粒径分布を変化させるための設備を含む。

電子タバコ６００の気流チャネル６５０は、２つのセクション、すなわち、第１の可動チャネルセクション６１０および第２の固定セクション６１０を備える。これらの２つのセクションは、適切なカップリングまたはコネクタ６１５によって接合される。したがって、第１の可動空気流チャネルセクション６１０は、空気入口６４８からカップリング６１５まで延在し、第２の空気流チャネルセクション６１１は、カップリング６１５からインターフェース２６まで延在する。可動空気流チャネルセクション６１０は、実際には、空気入口６４８を再配置するためにカップリング６１５を中心に回転することができる。特に、空気入口６４８の位置は、位置Ａと位置Ａ’との間で矢印で示すように回転させることができる。位置Ａ’では、電子タバコ６００は、図１に示される側孔構成に近似し、一方、位置Ａでは、電子タバコ６００は、図２に示される直接線形流（底孔）構成に近似する。

電子タバコ６００は、ユーザが可動部６１０を位置ＡとＡ’との間で回転させるためのスイッチ又はボタン６２５を含む。このスイッチ６２５は、可動部６１０のこの回転を達成するために、適切な機械的結合（図示せず）を備え得る。別の可能性は、セクション６１０の回転が、バッテリ４６からの電力を使用して（再び、スイッチまたはボタン６２５の制御下で）実行されることである。可動部６１０のユーザによる直接的な移動を含む他の作動機構が実装されてもよく、その場合、ボタン／スイッチ６２５は省略されてもよい。

電子タバコ６００は、Ａ及びＡ’に対応する可動部６１０の２つの動作位置を有するものとして上述されているが（その結果、図６に示される位置は、これらの２つの動作位置の間で遷移する）、他の実装形態は、ＡとＡ’との中間の１つ以上の追加の動作位置を有してもよい。いくつかの実装形態は、連続的な調整を可能にすることができ、すなわち、可動部６１０は、ＡとＡ’との中間の任意の所望の位置に位置することができる。空気入口６４８が形成される制御部ハウジング３２の部分６２１は、空気入口６４８の位置の所望の範囲を収容するように配置されることが理解されよう。

空気入口６４８の位置を位置Ａから位置Ａ’に（任意の支持された中間位置を通って）移動させることによって、増大するレベルの乱流を空気流に与えることができる。これは、上記のように、一般に、より大きな粒子サイズを有するエアロゾルを生じる。これは、電子タバコ６００を使用するユーザの経験に直接的な物理的影響を有するパラメータ（粒径）に対する制御をユーザに提供する。特に、異なる粒径（大きい又は小さい）は、異なるユーザによって、又は異なるカートリッジ、異なるｅリキッドに対して、又は異なるユーザ環境においてのみ好まれ得る。乱流を調整するために移動セクション６１０によって空気入口６４８の位置を制御するためのボタン６２５の使用は、ユーザに、ユーザの特定の好みおよび状況に従ってエアロゾル粒子サイズに対する制御を提供する。

例えば、位置Ａによって示されるような第１の向きでは、可動チャネルセクション６１０は、空気流チャネル６５０の残りの部分、特に固定部分６１１と共に位置合わせされ、したがって乱流が最小限に抑えられる。位置Ａ’によって示されるような第２の配向では、可動チャネルセクション６１０は、ここで、空気流チャネル６５０の残りの部分に対して垂直であり、したがって、乱流が導入される（または増加する）。この機構は、全体の流量をほとんど又は全く変化させることなく、乱流のレベルを変化させることができることに留意されたい。特に、空気入口６４８のサイズ、したがって吸煙中に吸入される空気の量は、可動チャネルセクション６１０の向きにかかわらず実質的に維持されるが、吸煙の粒径分布は、可動チャネルセクション６１０の位置設定に依存する（かつそれによって制御される）。

上述したように、可動空気流セクション６１０の向きは、ホイール若しくはレバーなどの機械的スイッチ６２５又は同様のデバイスを介して、デバイスと相互作用するユーザによって選択されて、ユーザが粒径をユーザの特定の好みに合わせることを可能にすることができる。いくつかの実装形態では、可動空気流セクション６１０のこの調整は、（スイッチ６２５を使用する代わりに、またはそれに加えて）ユーザ入力ボタン３４および／または視覚表示インジケータ４４を使用して実行され得る。配向の変更は、例えば吸煙中又は吸煙と吸煙の間（ヒータ６８の作動）に非常に迅速に行うことができ、それによってユーザが粒径を所望の設定に迅速に調整することが可能になる。さらなる可能性は、いくつかの状況において、少なくとも、可動チャネルセクション６１０の配向が、例えば、特定のｅリキッドを含む特定のカートリッジ２４が制御ユニット２２に取り付けられたことを認識した後に、制御回路３８によって自動的に実行され得ることである。

図７は、第５の電子エアロゾル供給装置７００の概略断面図である。図７の電子タバコ７００の構成要素は、一般に、図１に関連して説明したものと同一又は同様であり（同様の参照番号が付されている）、従って、これらの構成要素については再度説明しない。より具体的には、図７の電子タバコ７００は、図６の電子タバコ２００と非常に類似した構成を有するが、図２の電子タバコ６００と同様に、電子タバコ７００によって生成されるエアロゾルの粒径分布を調整するための設備をさらに含む。

したがって、図７に示されるように、電子タバコ７００は、図２に示されるような電子タバコ２００と同様に、直接線形流れ構成を使用して空気入口７４８まで延在する固定空気流経路７５０を備える。しかしながら、電子タバコ７００は、空気経路７５０内の層流及び乱流空気流の相対的な割合を変更するように空気経路７５０の構成を変更するための機構７１５（図７に概略形態で示す）を更に含み、それによって、電子タバコ７００によって生成されるエアロゾルの得られる粒径分布に対して何らかの制御を提供する。機構７１５は、気流チャネルセクション６１０を移動させるために電子タバコ６００のボタン６２５を使用するのと同様に、ボタンまたはスイッチ７２５を介してユーザによって操作されてもよい。同様に、機構７１５の動作は、（スイッチ７２５を使用する代わりに、またはそれに加えて）ユーザ入力ボタン３４および／または視覚表示インジケータ４４を使用して、および／または制御回路３８によって少なくとも部分的に自動的に実行され得る。

機構７１５の一実施形態は、例えば、開口部のための単純な円形形状から開口部のための星形形状（または任意の他のより複雑な形状）までの間で変更され得る、成形された絞りまたは開口である。円形形状は、比較的少ない乱流を導入し、したがって、より高い割合の層流を支持するが、より複雑な（詳細な）星形開口は、圧力のより局所的な変動を生成することによって、より多くの乱流を導入する傾向があり、したがって、より低い割合の層流をもたらす。異なる開口形状間の切り替えは、例えば、ボタンまたはスイッチ７２５を使用して作動され得る。

他の実装形態では、バッフル、フィン、または他の障害物（または複数のそのようなアイテム）などの壁特徴が、空気流路７５０の中におよび／または外に移動され得る。そのような特徴の挿入は、乱流の形成を促進する、より局所的な圧力変動を再びもたらし得る。したがって、乱流のレベル（したがって、結果として生じる粒子サイズ）は、（例えば、ボタンまたはスイッチ７２５を使用することによって）気流チャネル７５０の中へのそのような障害物の挿入または抽出の程度を調節することによって制御され得る。同様の効果は、例えば、空気流チャネル７５０の内壁に表面テクスチャ又は他のトポロジーを形成又は平坦化することによって達成することができる。

機構７１５の別の可能な実装形態は、気流の乱流を増加させるために気流経路７５０内に移動され得るグリル、格子、または他の同様の構造を備える。典型的には、格子は細いワイヤ又は同様のもので形成され、それにより、格子は、気流を乱し、気流に乱流を与えるように作用するが、気流速度を阻害しない。いくつかの実装形態では、グリル７１５は、空気流路７５０内に恒久的に配置され得るが、グリル内の個々の開口部のサイズなど、グリルの構成または何らかの他の特性（複数可）は、空気流内に生成される乱流の量を変化させるために変更され得る。機構７１５のさらなる例は、気流チャネルを２以上のサブチャネルに分割するために気流経路７５０内に配置され得る気流分割器である。複数の空気チャネルへの空気流の分離と、その後の単一チャネルへの空気流の再結合との両方が、空気流の乱流の形成をもたらし得る。各構成要素内の空気の割合を変えることによって、乱流のレベルを制御することができる。

いくつかの実装形態では、機構７１５は、層流と乱流との相対的な割合に影響を及ぼすだけでなく、所与の圧力降下または吸入強度に対して電子タバコを通る空気流の速度にも影響を及ぼし得る。事実上、引き出し抵抗（ＲＴＤ）を増加させる。例えば、フィン又は他の障害物を空気流に導入することは、一般に、乱流の量を増加させることに加えて、空気流に対する追加のＲＴＤ抵抗として作用する。しかしながら、ユーザが、ＲＴＤ（したがって、全流量）をほとんどまたは全く変化させずに、乱流の量（したがって、粒径）を制御することを可能にすることが望ましい場合がある。これを達成する１つの方法は、電子タバコが、電子タバコを通る空気流に対する主要な制限である空気流路全体に沿ったどこかに制限器を含むことである。そのような構成では、機構７１５の異なる設定によって引き起こされるＲＴＤのいかなる変化も、ユーザによって経験される全体的なＲＴＤに対して比較的低い影響を有する。別のアプローチは、機構７１５の異なる設定が、全体的な空気流抵抗ではなく乱流の量を変更するように設計されることである。例えば、乱流を減少させるために円形開口を使用し、乱流を増加させるために星形開口を使用する上述の実装形態では、円形および星形開口のサイズは、両方の開口に対して同じ気流抵抗（ＲＴＤ寄与）を提供するように配置され得る。

機構７１５は、空気流チャネル７５０の中央に実装されるように図７に示されているが、代わりに、空気入口７４８もしくはインターフェース２６に、または空気入口７４８とインターフェース２６との間の任意の好適な場所に実装されてもよい。いくつかの実装形態では、機構７１５は、空気経路７５０に沿った様々な位置に複数の構成要素を備え得る。代替的に、機構７１５は、空気入口７４８とインターフェース２６との間の空気流チャネル７５０の実質的な部分（例えば、大部分又は全て）に沿って伸張してもよい。さらに、図７に示される空気経路７５０は、実質的に直線（直線）であるが、他の実装形態は、例えば、電子タバコ５００について図５に示される形状と同様の湾曲気流経路を有し得る。

上述のように、本アプローチは、空気入口と空気出口との間の空気経路と当該空気経路内に蒸気を生成する気化器とを備え、空気入口と気化器との間の空気経路は、層流を支持するように構成される。

このような層流空気流は、電子エアロゾル供給システムから出るエアロゾル粒子をより小さくすることができ、ひいてはより好ましいユーザ体験をもたらすことができることが分かっている。層流は、粒子の凝集を低減することによって、および／または粒子上への蒸着を低減することによって、より小さい粒径を生成し得ると考えられる（限定されない）。これらの物理的効果は一般に気化器の下流で起こるが、既に乱流となっている電子エアロゾル供給システム内の気流を静止させることは困難である。したがって、本明細書に記載の手法は、気化器の上流での乱流の形成を防止または低減しようとし、これは気化器（およびその下流）での乱流の防止または低減に役立つ。

理想的な装置は、空気入口から空気出口まで、装置内の気流経路全体に沿って層流（非乱流）気流を有し得る。しかしながら、装置内で完全に層流空気流を達成することは実際には困難であり得、むしろ、空気入口と気化器との間の空気経路は、実質的に（ほとんど）層流の空気流を支持するように構成され得、例えば、電子エアロゾル供給装置を通る空気流の少なくとも６０％、７５％、８５％、９０％、または９５％が層流である。

少なくとも空気入口と気化器との間の空気経路が、（大部分が）層流を支持するように構成され得る様々な方法がある。例えば、空気経路は、空気入口と気化器との間に直線（直線）チャネルを備えてもよい。鋭い曲がりまたは角度がないと、層流が促進される。場合によっては、空気入口と気化器との間の空気経路は、１つ以上の湾曲部分を含んでもよい。１つ以上の湾曲部分の各々は、５ｍｍよりも大きい、好ましくは１５ｍｍよりも大きい曲率半径を有し得る。この場合も、鋭い曲げまたは角ではなく緩やかな曲線を設けることにより、層流が促進される（また、直線空気流を有する場合と比較して、デバイスの全体的な幾何学的形状にさらなる柔軟性が与えられる）。空気入口と気化器との間の空気経路に沿った層流は、この経路が、（i）障害物、例えば、突起、グリル、狭い開口など、および／または（ii）空気経路に沿った空気流に乱流を導入する空気経路の壁のトポロジー、例えば、表面テクスチャリングまたは他の特徴を実質的に含まないことを確実にすることによって、さらに促進され得る。気化器の下流の空気経路の部分に対して、この下流部分における乱流を低減または防止するために、同様の手法を採用してもよいことが理解されよう。

本アプローチはまた、空気経路内の乱流を制御するための設備を備える電子エアロゾル供給システム（例えば、上述のような）を提供する。いくつかの実装形態では、設備は、少なくとも第１および第２の設定を提供し、第１の設定は、第２の設定よりも乱流に対して高い割合の層流を有する空気流を提供する。したがって、上述のように、第１の設定は、一般に、第２の設定よりも小さい粒径を有するエアロゾルを生成する。例えば、第１の設定は、第２の設定によって生成されるエアロゾルの中央粒径よりも少なくとも１０％、好ましくは少なくとも２０％小さい中央粒径（例えば、直径に基づく）を有するエアロゾルを生成してもよく、および／または第１の設定は、１ミクロン未満の中央粒径を有するエアロゾルを生成し、第２の設定は、１ミクロン超の中央粒径を有するエアロゾルを生成する。（これらの比／サイズは、気化器の性質などの追加の要因によって影響されるので、例としてのみ与えられることが理解されるであろう。

いくつかのデバイスは、設備の２つの設定のみを有し得るが、他のデバイスは、より多くの設定を有し得ることを理解されたい。さらに、いくつかのデバイスは、上限と下限との間の設定の連続範囲をサポートし得る。一般に、ファシリティは、ボタンまたはスライダを作動させること、および／またはタッチ感知入力デバイスに触れることなどによって、適切な設定を選択することによって乱流を制御するためにユーザによって操作され得る。このようにして、ユーザは、最も満足のいくユーザ経験を提供する設定を選択することができる。他の場合には、設備は、代替的に（または追加的に）自動的に運転されてもよい。例えば、装置は、特定のカートリッジ又はカトマイザが設置されたことを検出し、このカートリッジに最も適切な乱流レベルを提供するように設備を設定することができる。

設備を実装することができる様々な方法がある。例えば、場合によっては、設備は、空気入口と気化器との間の直線チャネルを導入または除去するように、気流経路の移動を支持してもよい。乱流レベルを変化させる他の方法は、（再）可動気流分割器を使用して、空気経路の一部を２以上のチャネルに分割することであり得る。経路に沿った可変開口部とおよび／または空気経路内に導入され得るかまたは空気経路内で変更され得る１つ以上の構造。設備は、乱流のレベルを変更するために複数の異なるアプローチを利用し得ることに留意されたい。

いくつかの実装形態では、設備は、設備が異なるレベルの乱流を提供するとき、空気経路を通る実質的に一定の空気流を維持するように配置される。例えば、設備は、乱流を低減するために滑らかな（円形の）開口を使用してもよく、または乱流を増加させるためにより角度の付いた開口、例えば星形を使用してもよい。各開口の全体的なサイズは、異なる形状の開口が同じ吸引抵抗（したがって、全体的な空気流）を提供するように構成され得る。このようにして、ユーザは、吸引抵抗などの装置の他のパラメータも変更することなく、エアロゾルの粒径を調整することができ、これは、ユーザにとってより容易な装置管理を支援する。

様々な問題に対処し、技術を進歩させるために、本開示は、特許請求される発明が実施され得る様々な実施形態を例示として示す。本開示の利点および特徴は、実施形態の代表的な例にすぎず、網羅的および／または排他的ではない。これらは、特許請求の範囲に記載された発明の理解を助け、教示するためにのみ提示される。本開示の利点、実施形態、例、機能、特徴、構造、および／または他の態様は、特許請求の範囲によって定義される本開示に対する限定または特許請求の範囲の均等物に対する限定と見なされるべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が利用され得、修正が行われ得ることを理解されたい。様々な実施形態は、開示された要素、構成要素、特徴、部品、ステップ、手段などの様々な組合せを適切に含むか、それらからなるか、またはそれらから本質的になることができる。したがって、従属請求項の特徴は、特許請求の範囲に明示的に記載されたもの以外の組合せで独立請求項の特徴と組み合わせることができることが理解されよう。本開示は、現在請求されていないが、将来請求され得る他の発明を含み得る。

Claims (20)

1. 空気入口と空気出口との間の空気経路と、
   前記空気経路内に蒸気を生成する気化器と、を備え、
   前記空気入口と前記気化器との間の前記空気経路は、層流空気流を支持するように構成されており、
   前記空気入口と前記気化器との間の前記空気経路は、１つ以上の湾曲部分を含み、前記１つ以上の湾曲部分のそれぞれは、５ｍｍ超、好ましくは１５ｍｍ超の曲率半径を有し、
   前記気化器と前記空気出口との間の前記空気経路は、層流空気流を支持するように構成されている、
   電子エアロゾル供給システム。
2. 前記空気経路が、前記空気入口と前記気化器との間の直線チャネルを備える、請求項１に記載の電子エアロゾル供給システム。
3. 前記空気入口と前記気化器との間の前記空気経路が、前記空気経路に沿った空気流に乱流を導入する障害物を実質的に含まない、請求項１または２に記載の電子エアロゾル供給システム。
4. 前記空気入口と前記気化器との間の前記空気経路は、前記空気経路に沿った空気流に乱流を導入するトポロジーが実質的にない１つ以上の壁によって画定される、請求項１または２に記載の電子エアロゾル供給システム。
5. 前記空気経路内の乱流を制御するための設備をさらに備える、請求項１～４のいずれか一項に記載の電子エアロゾル供給システム。
6. 前記設備は、少なくとも第１および第２の設定を有し、前記第１の設定は、乱流に対して第２の設定よりも高い割合の層流を提供する、請求項５に記載の電子エアロゾル供給システム。
7. 前記第１の設定は、前記第２の設定よりも小さい粒径を有するエアロゾルを生成する、請求項６に記載の電子エアロゾル供給システム。
8. 前記第１の設定は、前記第２の設定によって生成されるエアロゾルの中央粒径よりも少なくとも１０％、好ましくは少なくとも２０％小さい中央粒径を有するエアロゾルを生成する、請求項７に記載の電子エアロゾル供給システム。
9. 前記第１の設定は、１ミクロン未満の中央粒径を有するエアロゾルを生成し、前記第２の設定は、１ミクロンを超える中央粒径を有するエアロゾルを生成する、請求項７または８に記載の電子エアロゾル供給システム。
10. 前記第１の設定が、前記第２の設定と比較して粒子の凝固を低減する、請求項６～９のいずれか一項に記載のエアロゾル供給システム。
11. 前記第１の設定が、前記第２の設定と比較して、粒子上への蒸着を低減する、請求項６～１０のいずれか一項に記載のエアロゾル供給システム。
12. 前記設備は、前記空気経路の移動を支持する、請求項５～１１のいずれか一項に記載の電子エアロゾル供給システム。
13. 前記空気経路の前記移動が、前記空気入口と前記気化器との間の直線チャネルを導入または除去するように構成される、請求項１２に記載の電子エアロゾル供給システム。
14. 前記設備が、前記空気経路の一部を２以上のチャネルに分割するための空気流分割器を備える、請求項５～１１のいずれか一項に記載の電子エアロゾル供給システム。
15. 前記設備が、複数の形状を有する開口を備える、請求項５～１１のいずれか一項に記載の電子エアロゾル供給システム。
16. 前記設備は、前記空気経路内に導入されるか、または前記空気経路内で変更される１つ以上の構造を備える、請求項５～１１のいずれか一項に記載の電子エアロゾル供給システム。
17. 前記電子エアロゾル供給システムは、前記設備が乱流の異なるレベルを提供するときに、前記空気経路を通る実質的に一定の空気流を維持するように構成される、請求項５～１６のいずれか一項に記載の電子エアロゾル供給システム。
18. 前記設備は、乱流を制御するようにユーザによって設定され得る、請求項５～１７のいずれか一項に記載の電子エアロゾル供給システム。
19. 空気入口と空気出口との間の空気経路と、
    前記空気経路内に蒸気を生成する気化器と、
    前記空気経路内の乱流を制御するために前記空気入口と前記気化器との間の前記空気経路を調整するための設備と、
    を備え、
    前記空気入口と前記気化器との間の前記空気経路は、１つ以上の湾曲部分を含み、前記１つ以上の湾曲部分のそれぞれは、５ｍｍ超、好ましくは１５ｍｍ超の曲率半径を有し、
    前記気化器と前記空気出口との間の前記空気経路は、層流空気流を支持するように構成されている、
    電子エアロゾル供給システム。
20. 空気入口と空気出口との間の空気経路と、前記空気経路内に蒸気を生成する気化器とを設けるステップと、
    前記空気経路内の乱流を制御するように前記空気入口と前記気化器との間の前記空気経路を調整するステップと、
    を備え、
    前記空気入口と前記気化器との間の前記空気経路は、１つ以上の湾曲部分を含み、前記１つ以上の湾曲部分のそれぞれは、５ｍｍ超、好ましくは１５ｍｍ超の曲率半径を有し、
    前記気化器と前記空気出口との間の前記空気経路は、層流空気流を支持するように構成されている、
    電子エアロゾル供給システムの動作方法。

Images