JP7495377B2 - エアロゾル発生システム用のヒーター組立品 - Google Patents

Description

本発明は、エアロゾル発生システム、およびエアロゾル発生システム用のヒーター組立品に関し、ヒーター組立品はエアロゾル形成基体を気化するために適切な電気ヒーターを備える。特に、本発明は、電気的に作動する喫煙システムなどの、手持ち式のエアロゾル発生システムに関する。本発明の態様は、エアロゾル発生システム用のヒーター組立品、エアロゾル発生システム用のカートリッジ、およびそれらのカートリッジの製造方法に関する。

エアロゾル発生システムの１つのタイプは、電気的に作動する喫煙システムである。電池および制御電子回路を備える装置部分と、エアロゾル形成基体の供給を備えるカートリッジ部分と、電気的に動作する気化器とから成る、手持ち式の電気的に作動する喫煙システムが周知である。エアロゾル形成基体の供給および気化器の両方を備えるカートリッジは、時々「カトマイザー」と呼ばれる。気化器は一般的にはヒーター組立品である。一部の周知の実施例では、エアロゾル形成基体は、液体エアロゾル形成基体、および液体エアロゾル形成基体内に浸された細長い芯の周りに巻かれたヒーターワイヤのコイルを備える気化器である。カートリッジ部分は、一般にエアロゾル形成基体の供給および電気的に動作するヒーター組立品だけでなく、ユーザーが使用時に吸ってエアロゾルを口の中へと引き出すマウスピースも含む。

従って、エアロゾルを加熱して形成することによりエアロゾル形成液体を気化する電気的に作動する喫煙システムは、一般に、液体を保持する毛細管材料の周りに巻かれたワイヤのコイルを備える。ワイヤを通過する電流は、毛細管材料内の液体を気化するワイヤの抵抗加熱を引き起こす。毛細管材料は一般に、空気が芯を通って引き出され蒸気に混入されるように、気流経路内に保持される。その後、蒸気は冷却されエアロゾルを形成する。

このタイプのシステムは、エアロゾルの生成については有効である可能性があるが、また低コストかつ繰り返し可能な方法での製造には困難が伴いかねない。さらに、芯およびコイル組立品は、関連付けられた電気的接続とともに、壊れやすく取扱いが困難となる可能性がある。

エアロゾル特性を改善させる、手持ち式電気的に作動する喫煙システムなどのエアロゾル発生システムのためのヒーター組立品を提供することが望ましい。エアロゾル特性を改善する、エアロゾル発生システムのためのより丈夫なヒーター組立品を提供し、かつエアロゾル発生システムのためのカートリッジを提供することがさらに望ましい。

本発明の第一の態様によれば、液体エアロゾル形成基体を保持するための液体貯蔵部分を有するエアロゾル発生システムで使用するためのヒーター組立品であって、ヒーター組立品が、エアロゾルの形成のために液体エアロゾル形成基体を加熱するための少なくとも１つの発熱体を有する電気ヒーターと、液体エアロゾル形成基体をエアロゾル発生システムの液体貯蔵部分から少なくとも１つの発熱体に運ぶための毛細管本体とを備え、ここにおいて、少なくとも１つの発熱体は、毛細管本体の多孔性外側表面上に直接的に付着する電気的な導電材料で形成される、ヒーター組立品が提供される。

有利には、少なくとも一つの発熱体を形成するために電気的な導電材料を直接的に毛細管本体の多孔性外側表面上に付着することにより、少なくとも１つの発熱体と毛細管本体との間の接点が改善されうる。それは、例えば、毛細管本体の外側表面上の表面粗さまたは表面むらを補正することによる。これは、他の点では、発熱体がその長さにわたって毛細管本体と接触しない場合に起こりうる、毛細管本体の外側表面上の多くのまたは深刻な「ホットスポット」の減少を可能にしうる。したがって、それはエアロゾル特性の向上という結果をもたらしうる。少なくとも１つの発熱体と毛細管本体との間の改善された接点はまた、液体エアロゾル形成基体の発熱体への送達の改善をも可能にしうる。

加えて、電気的な導電材料を直接的に毛細管本体の多孔性外側表面上に付着することにより発熱体を形成することによって、発熱体は毛細管本体に付着される。これは、例えば、組立ての間または使用中に誘発される熱的圧力による、発熱体の変形によって引き起こされる発熱体と毛細管本体との間の接点の損失のリスクを減少する。それはまた、別のやり方では実現できないであろう、ヒーターの幾何学的配置またはレイアウトを用いることを可能にする。例えば、より複雑でありまたはより薄いフィラメントを使用する発熱体の幾何学的配置またはレイアウトは、前もって形成された電気ヒーターを使用して実現可能である。

本明細書で使用される場合、「毛細管本体」という用語は、毛細管作用によって液体エアロゾル形成基体を電気ヒーターに運ぶことができるヒーター組立品の１つの構成要素を意味する。

本明細書で使用される場合、「電気的な導電材料」という用語は、１×１０^-2Ωｍ以下の比抵抗を持つ材料を示す。

本明細書で使用される場合、「付着する」という用語は、例えば、単純に固体、前もって形成された化合物として毛細管本体上に置かれることよりもむしろ、発熱体を形成するために後で凝縮または凝集される液体、プラズマまたは蒸気の形態で、毛細管本体の外側表面上への被覆として加えられることを意味する。

本明細書で使用される場合、「直接的に付着する」という用語は、少なくとも１つの発熱体が多孔性外側表面に直接的に接触するように、電気的な導電材料が毛細管本体の多孔性外側表面上に付着することを意味する。

本明細書で使用される場合、「多孔性」という用語は、液体エアロゾル形成基体に対して透過性があり、かつ液体エアロゾル形成基体がそれを通じて移動することを可能にする材料で形成されることを意味する。

一定の好ましい実施形態において、少なくとも１つの発熱体の電気的な導電材料は、少なくとも部分的に毛細管本体の多孔性外側表面内に放散される。

本明細書で使用される場合、「多孔性外側表面に放散される」という用語は、電気的な導電材料が、例えば、多孔性外側表面の空孔内に延びることによって、電気的な導電材料と毛細管本体との間の境界面で多孔性外側表面の材料に組み込まれるまたは多孔性外側表面の材料と混ざり合うことを意味する。

この構成を用いて、少なくとも１つの発熱体と毛細管本体との間の接点がさらに向上されうるので、そのことが毛細管本体の外側表面上の多くのまたは深刻な「ホットスポット」のさらなる減少、および向上したエアロゾル特性につながる。さらに、毛細管本体の多孔性外側表面内に延びることにより、少なくとも１つの発熱体と毛細管本体との間の接点の面積が増える。これは、毛細管本体による液体エアロゾル形成基体の発熱体への送達のさらなる向上、および発熱体による液体エアロゾル形成基体の加熱の向上をもたらしうる。それはまた、例えば、組立ての間または使用中に誘発される熱的圧力による、発熱体の変形によって引き起こされる発熱体と毛細管本体との間の接点の損失のリスクをさらに減少する、発熱体と毛細管本体との接着を向上しうる。

それで少なくとも１つの発熱体が形成される電気的な導電材料は、任意の適切な手法で多孔性外側表面上に付着されてもよい。例えば、電気的な導電材料は、供給ピペットもしくはシリンジを使用することにより、または針などの微細な先端を付けられた輸送装置を使用することにより、液体として毛細管本体の多孔性外側表面上に付着されうる。

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの発熱体は、毛細管本体の多孔性外側表面上に印刷される印刷可能な電気的な導電材料を含む。そのような実施形態では、任意の適切な周知の印刷技法が、使用されうる。それは、例えば、スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、インクジェット印刷のうちの１つ以上である。そのような印刷プロセスは、特に高速度の製造プロセスに適合可能でありうる。

あるいは、それで少なくとも１つの発熱体が形成される電気的な導電材料は、蒸発付着およびスパッタリングなどの１つ以上の真空付着プロセスによって、毛細管本体の多孔性外側表面上に付着されうる。

少なくとも１つの発熱体は、任意の適切な電気的な導電材料で形成されてもよい。一定の好ましい実施形態では、電気的な導電材料は、金属、電気的な導電ポリマーおよび電気的な導電セラミックのうち１つ以上を含む。

適切な電気的な導電金属には、アルミニウム、銀、ニッケル、金、プラチナ、銅、タングステンおよびそれらの合金が挙げられる。いくつかの実施形態では、電気的な導電材料は、エポキシ樹脂などの接着剤内に浮遊する金属粉末を含む。一実施形態では、電気的な導電材料は、銀が付加されたエポキシを含む。

適切な電気的な導電ポリマーには、ＰＥＤＯＴ（ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン））、ＰＳＳ（ポリ（ｐ－フェニレンスルフィド））、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ （ＰＥＤＯＴとＰＳＳの両方の混合物）、ＰＡＮＩ（ポリアニリン）、ＰＰＹ（ポリ（ピロール）ｓ）、ＰＰＶ（ポリ（ｐ－フェニレンビニレン））、またはこれらの任意の組合せが挙げられる。

適切な電気的な導電セラミックの例には、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、ＳＬＴ（ランタンドープチタン酸ストロンチウム）、ＳＹＴ（イットリウムドープチタン酸ストロンチウム）、またはこれらの任意の組合せが挙げられる。

電気的な導電材料は、溶剤、硬化剤、接着促進剤、界面活性剤、粘度低下剤、および凝集阻害剤からなる群より選択される１つ以上の添加剤をさらに含んでもよい。そのような添加剤は、毛細管本体の多孔性外側表面上への電気的な導電材料の適用の前において、例えば、毛細管本体の多孔性外側表面上への電気的な導電材料の付着を促進するため、電気的な導電材料が毛細管本体の多孔性外側表面内に放散される量を増やすため、電気的な導電材料を配置するのに要求される時間を減少させるため、電気的な導電材料と毛細管本体の接着の度合いを増やすため、または金属粒子もしくは金属粉末などの浮遊する粒子の凝集の量を減少させるため、に使用されうる。

電気ヒーターの加熱プロファイルは、毛細管本体の多孔性外側表面にわたって実質的に一定でありうる。

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの発熱体は、その温度プロファイルが電気ヒーターにわたって変化するように配置される。

有利には、少なくとも１つの発熱体の温度プロファイルを変化させることにより、毛細管本体の外側表面にわたって電気ヒーターにより生成された熱は、カートリッジの特性に従って（例えば、カートリッジの気流特性に従って）調整されうる。

一定の好ましい実施形態では、少なくとも１つの発熱体は、電気ヒーターが多孔性外側表面の周辺にわたってより多くの熱を生成するように配置される。これは、電気ヒーターが外側表面の周辺からの熱損失（例えば、熱伝導による熱損失）を補うことを可能にし、このことは多孔性外側表面にわたるより一様な温度をもたらす。

電気ヒーターの加熱プロファイルは、多孔性外側表面にわたる少なくとも１つの発熱体の分布を変化させることにより、多孔性外側表面にわたって変化してもよい。例えば、電気ヒーターの加熱プロファイルは、多孔性外側表面の中央に向かって少なくとも１つの発熱体の分布密度を増やすことにより、多孔性外側表面の中央に向かって増えうる。本明細書で使用される場合、「分布密度」という用語は、そこに少なくとも１つの発熱体の電気的な導電材料が付着する多孔性外側表面の割合を意味する。例えば、多孔性外側表面の特定の面積内の５０パーセントの分布とは、電気的な導電材料がその面積の５０パーセントに付着し、かつその面積の残りの５０パーセントには付着していないことを示す。

電気ヒーターの加熱プロファイルは、多孔性外側表面にわたる発熱体の抵抗を変化させることにより、多孔性外側表面にわたって変化してもよい。

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの発熱体の抵抗は、多孔性外側表面にわたる電気ヒーターの加熱プロファイルを変化させるために多孔性外側表面の中央に向かって減少される。この構成を用いることにより、電気ヒーターは、毛細管本体の多孔性外側表面の周辺に向かってより多くの熱を生成する。これは、電気ヒーターが毛細管本体の外側表面の周辺からの熱損失（例えば、熱伝導による熱損失）を補うことを可能にし、このことは毛細管本体の多孔性外側表面にわたるより一様な温度をもたらしうる。

少なくとも１つの発熱体の抵抗は、異なる比抵抗値を有する電気的な導電材料で形成される複数の発熱体を使用することにより変化されうる。例えば、少なくとも１つの発熱体の抵抗は、毛細管本体の多孔性外側表面の周辺に対する少なくとも１つの発熱体の比抵抗が毛細管本体の多孔性外側表面の中央に対する少なくとも１つの発熱体の比抵抗より大きくなるように、多孔性外側表面上に複数の発熱体を配置することによって、多孔性外側表面の中央に向かって減少されうる。

一部の実施形態では、少なくとも１つの発熱体の断面積が変化する。これは、少なくとも１つの発熱体の抵抗がその断面積に対して反比例するので、少なくとも１つの発熱体の温度プロファイルがカートリッジの特性に従って調整されることを可能にする。そのような実施形態では、少なくとも１つの発熱体は、発熱体の長さに沿って変化する断面積を有する発熱体を含んでもよい。別の方法として、または追加的に、少なくとも１つの発熱体は、第一の断面積を有する第一の発熱体および第一の断面積と異なる第二の断面積を有する第二の発熱体を含んでもよい。

一定の好ましい実施形態において、少なくとも１つの発熱体の断面積は、多孔性外側表面の中央に向かって増える。これは、多孔性外側表面の周辺に向かって少なくとも１つの発熱体からより多くの熱が生成されるという結果をもたらす。これは、電気ヒーターが外側表面の周辺からの熱損失（例えば、熱伝導による熱損失）を補うことを可能にし、このことは多孔性外側表面にわたるより一様な温度をもたらす。

少なくとも１つの発熱体の断面積は、少なくとも１つの発熱体の厚さまたは少なくとも１つの発熱体の幅または少なくとも１つの発熱体の厚さと幅の両方を変化することによって変化されうる。

本明細書で使用される場合、「変化する（ｖａｒｙ）」、「変化する（ｖａｒｉｅｓ）」、「異なる（ｄｉｆｆｅｒ）」、「異なる（ｄｉｆｆｅｒｓ）」、および「異なる（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ）」という用語は、標準的な製造公差を超える偏差、特に相互に少なくとも５パーセント逸脱する値を意味する。

本明細書で使用される場合、「厚さ」という用語は、毛細管本体の多孔性外側表面に対して垂直な、かつ発熱体の長さに対して垂直な方向における発熱体の寸法を意味する。

本明細書で使用される場合、「幅」という用語は、毛細管本体の多孔性外側表面に対して平行な、かつ発熱体の長さに対して垂直な方向における発熱体の寸法を意味する。

上述のいずれかの実施形態において、少なくとも１つの発熱体の隣接した部分は、電気ヒーター内に複数の開口部を画定するために間隙を介して配置されてもよく、ここにおいて、開口部のサイズは、電気ヒーターの温度プロファイルを変化させるために変化する。そのような実施形態では、少なくとも１つの発熱体は、複数の開口部を画定するために間隙を介して配置される複数の発熱体を含んでもよい。別の方法として、または追加的に、少なくとも１つの発熱体は、１つ以上の発熱体の隣接した部分が複数の開口部を画定するために間隙を介して配置されるように、非線形の形状を形成する１つ以上の発熱体を含んでもよい。

ある一定の好ましい実施形態では、開口部のサイズは、毛細管本体の多孔性表面の周辺に向かうに従い小さくなる。

これは、多孔性外側表面の周辺に向かって少なくとも１つの発熱体からより多くの熱が生成されるという結果をもたらす。これは、電気ヒーターが外側表面の周辺からの熱損失（例えば、熱伝導による熱損失）を補うことを可能にし、このことは多孔性外側表面にわたるより一様な温度をもたらす。この構成はまた、多孔性外側表面の中央部においてより多くのエアロゾルが電気ヒーターを通り抜けることを可能にし、多孔性表面の中央が最も重要な気化面積であるヒーター組立品において有利でありうる。例えば、毛細管本体の多孔性外側表面の周辺部における開口部の平均サイズは、毛細管本体の多孔性外側表面の周辺部の外側の開口部の平均サイズより少なくとも１０パーセント小さく、好ましくは少なくとも２０パーセント小さく、より好ましくは少なくとも３０パーセント小さい。周辺部は、毛細管本体の多孔性外側表面の全面積の約８０パーセントより小さい面積を有してもよく、約６０パーセントより小さいことが好ましく、約４０パーセントより小さいことがより好ましく、約２０パーセントより小さいことが最も好ましい。

電気ヒーターは、単一の発熱体を備える場合がある。別の方法として、電気ヒーターは、直列にまたは並列に接続された複数の発熱体を備えうる。そのような実施形態では、複数の発熱体は、同一の電気的な導電材料で形成されてもよい。

別の方法として、電気ヒーターは、第一の電気的な導電材料で形成される少なくとも１つの第一の発熱体および第一の電気的な導電材料と異なる第二の電気的な導電材料で形成される少なくとも１つの第二の発熱体を備えてもよく、第一および第二の電気的な導電材料は、毛細管本体の多孔性外側表面上に直接的に付着される。第一の電気的な導電材料の比抵抗は、第二の電気的な導電材料の比抵抗と異なっていることが好ましい。

有利には、これは、所望の特性に従って、少なくとも１つの発熱体の温度プロファイル、ひいては毛細管本体の外側表面にわたって電気ヒーターにより生成された熱が調整されることを可能にする。

一定の好ましい実施形態では、電気ヒーターは、異なる比抵抗値を有する電気的な導電材料で形成された複数の発熱体を含む。そのような実施形態では、複数の発熱体は、毛細管本体の多孔性外側表面の周辺に対する少なくとも１つの発熱体の比抵抗が毛細管本体の多孔性外側表面の中央に対する少なくとも１つの発熱体の比抵抗より大きくなるように、配置されてもよい。この構成を用いることにより、電気ヒーターは、毛細管本体の多孔性外側表面の周辺に向かってより多くの熱を生成する。これは、電気ヒーターが毛細管本体の外側表面の周辺からの熱損失（例えば、熱伝導による熱損失）を補うことを可能にし、このことは毛細管本体の多孔性外側表面にわたるより一様な温度をもたらしうる。

電気ヒーターは、複数の異なる電気的な導電材料で形成された複数の発熱体を含みうる。いくつかの実施形態では、電気ヒーターは、それぞれが異なる電気的な導電材料で形成された複数の発熱体を含む。

発熱体のうちの１つ以上は、鉄アルミニウム合金など、温度に伴い著しく変化する抵抗を持つ材料から形成されていてもよい。これにより、温度または温度変化を決定するために使用される発熱体の抵抗の測定をすることができる。これは、吸煙検出システムで制御のために使用されうる。

電気ヒーターは、少なくとも１つの発熱体と電気的に接触する第一および第二の導電性接点部分を含みうる。そのような実施形態では、第一および第二の導電性接点部分は、毛細管本体の多孔性外側表面上に直接的に付着する電気的な導電材料で形成されうる。

いくつかの実施形態では、全体的な電気ヒーターは、実質的に毛細管本体の多孔性外側表面上に直接的に付着する１つ以上の電気的な導電材料で形成される。

電気ヒーターの電気抵抗は、０．３～４オームであることが好ましい。電気ヒーターの電気抵抗は０．５～３オームであることがより好ましく、約１オームであることがより好ましい。

電気ヒーターが少なくとも１つの発熱体と接触するための導電性接点部分を備える場合、少なくとも１つの発熱体の電気抵抗は、接点部分の電気抵抗より少なくとも１桁大きいことが好ましく、少なくとも２桁大きいことがより好ましい。これにより、電気ヒーターから電流を通過させることにより発生した熱が少なくとも１つの発熱体に局在化される。電源が電池であるエアロゾル発生システムでカートリッジが使用される場合、電気ヒーターは全体的な抵抗が低いことが一般的に有利である。電気接点と発熱体との間の寄生損失を最小化することも、寄生電力損失を最小化するために望ましい。低抵抗で大電流のシステムにより、電気ヒーターに高電力を供給できる。これにより、ヒーターは発熱体を素早く望ましい温度に加熱できる。

導電性接点部分は、少なくとも１つの発熱体に直接固定されてもよい。別の方法として、導電性接点部分は、少なくとも１つの発熱体と一体型であってもよい。少なくとも１つの発熱体の一部を形成する導電性接点部分の提供により、信頼性がありかつ単純な電気ヒーターの電源への接続が可能になる。

毛細管本体は、毛細管芯または毛細管チューブなどの他のタイプもしくは形状の毛細管本体であってもよい。好ましい実施形態では、毛細管本体は毛細管材料を含む。毛細管材料は、適切な任意の材料または材料の組み合わせを含んでもよい。毛細管本体は、単一の毛細管材料を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、毛細管本体は、第一の毛細管材料および第二の毛細管材料を含み、少なくとも１つの発熱体は、第一の毛細管材料の多孔性外側表面上に直接的に付着する電気的な導電材料で形成され、第二の毛細管材料は、第一の毛細管材料と接触しかつ電気ヒーターと第一の毛細管材料によって間隙を介しており、第一の毛細管材料は、第二の毛細管材料よりも高い熱分解温度を持つ。第一の毛細管材料は第二の毛細管材料がその熱分解温度を上回る温度に晒されないように、少なくとも１つの発熱体を第二の毛細管材料から分離するスペーサーとしての役目を効果的に果たす。いくつかの実施形態では、第一の毛細管材料の熱分解温度は、少なくとも１６０℃であり、少なくとも２５０℃であることが好ましい。

本明細書で使用される場合、「熱分解温度」は、材料が分解を始め、気体状の副産物を発生することにより質量を損失する温度を意味する。

第二の毛細管材料は、有利なことに第一の毛細管材料よりも大きな容積を占めてもよく、また第一の毛細管材料よりも多くのエアロゾル形成基体を保持してもよい。第二の毛細管材料は、第一の毛細管材料よりも優れた芯の性能を持ってもよい。第二の毛細管材料は、第一の毛細管材料よりも安価であるか、または高い充填能力を持ってもよい。第二の毛細管材料はポリプロピレンであってもよい。

第一の毛細管材料は、電気ヒーターを第二の毛細管材料から少なくとも１．５ｍｍの距離で分離してもよく、また第一の毛細管材料を横切って十分な温度降下を提供するために、１．５ｍｍ～２ｍｍであることが好ましい。

毛細管本体が毛細管材料を含む場合、毛細管材料は繊維質または海綿状の構造を有してもよい。毛細管材料は一束の毛細管を含むことが好ましい。例えば、毛細管材料は複数の繊維もしくは糸、またはその他の微細チューブを含んでもよい。繊維または糸は、一般的に液体をヒーターに移動するように整列していてもよい。別の方法として、毛細管材料は海綿体様または発泡体様の材料を含んでもよい。毛細管材料の構造は複数の小さな穴またはチューブを形成し、それを通して液体を毛細管作用によって搬送することができる。毛細管材料（単一または複数）は、適切な任意の材料または材料の組み合わせを含んでもよい。適切な材料の例としては、海綿体または発泡体材料、繊維または焼結粉末の形態のセラミック系またはグラファイト系の材料、発泡性の金属またはプラスチックの材料、例えば紡がれたかまたは押し出された繊維（酢酸セルロース、ポリエステル、または結合されたポリオレフィン、ポリエチレン、テリレンまたはポリプロピレン繊維、ナイロン繊維またはセラミックなど）でできた繊維性材料がある。毛細管材料は、異なる液体物理特性で使用されるように、適切な任意の毛細管現象および空隙率を持っていてもよい。液体は、毛細管作用により毛細管装置を通過して搬送できるようにする粘性、表面張力、密度、熱伝導率、沸点および蒸気圧を含むがこれに限定されない物理的特性を持つ。

本発明の第二の態様によると、エアロゾル発生システムで使用するためのカートリッジが提供され、カートリッジは、上述の任意の実施形態に従う液体エアロゾル形成基体を保持するための液体貯蔵部分およびヒーター組立品を含む。

代替の実施形態では、ヒーター組立品は、エアロゾル発生システムで使用するためのカートリッジの形成部品というよりもむしろ、エアロゾル発生システムの一体型の部品として提供されうる。

カートリッジの液体貯蔵部分は毛細管本体によって提供されうる。例えば、毛細管本体は、カートリッジの液体貯蔵部分を形成する高保持毛細管材料で作られてもよい。別の方法として、液体貯蔵部分および毛細管本体は、カートリッジの別個の構成要素であってもよい。

液体貯蔵部分および毛細管本体がカートリッジの別個の構成要素である場合、一定の実施形態では、毛細管本体は、そこで液体と接触するための液体貯蔵部分内に延びる第一の端および第一の端と対向する多孔性の第二の端を含み、ここにおいて、少なくとも１つの発熱体は、毛細管本体の第二の端上に直接的に付着する電気的な導電材料で形成される。別の方法として、毛細管本体の第一の端は、液体貯蔵部分の外側にあってもよく、毛細管本体は、液体貯蔵部分内の液体と接触するための少なくとも１つの他の多孔性表面を含んでもよい。例えば、毛細管本体は、液体貯蔵部分内の液体と接触し、かつそれを介して液体エアロゾル形成基体が液体貯蔵部分から電気ヒーターに移動するための毛細管本体の１つ以上の多孔性側壁を含んでもよい。

液体貯蔵部分は、液体エアロゾル形成基体を保持するためのハウジングを備えてもよく、ハウジングは開口部を有し、毛細管本体は、電気ヒーターが開口部にわたって延びるように配置される。

カートリッジは、液体エアロゾル形成基体を保持するためのハウジングを含む液体貯蔵部分を備えてもよく、ハウジングは開口部を有する。ハウジングは剛直なハウジングであり、かつ流体に対して不透過性であってもよい。本明細書で使用される場合、「剛直なハウジング」とは、自立型のハウジングを意味する。毛細管本体は、貯蔵部分のハウジングに含まれる毛細管材料であってもよい。

ハウジングは、２つ以上の異なる毛細管材料を含んでもよく、少なくとも１つの発熱体と接触している第一の毛細管材料はより高い熱分解温度を持ち、また第一の毛細管材料と接触しているが少なくとも１つの発熱体とは接触してない第二の毛細管材料はより低い熱分解温度を持つ。第一の毛細管材料は、第二の毛細管材料がその熱分解温度を上回る温度に晒されないように、発熱体を第二の毛細管材料から分離するスペーサーとしての役目を効果的に果たす。本明細書で使用される場合、「熱分解温度」は、材料が分解を始め、気体状の副産物を発生することにより質量を損失する温度を意味する。第二の毛細管材料は、有利なことに第一の毛細管材料よりも大きな容積を占めてもよく、また第一の毛細管材料よりも多くのエアロゾル形成基体を保持してもよい。第二の毛細管材料は、第一の毛細管材料よりも優れた芯の性能を持ってもよい。第二の毛細管材料は、第一の毛細管材料よりも安価であるか、または高い充填能力を持ってもよい。第二の毛細管材料はポリプロピレンであってもよい。

液体貯蔵部分が開口部を有するハウジングを備える場合、少なくとも１つの発熱体は、ハウジングの開口部の長さの寸法全体にわたって延びる。幅の寸法は、開口部の平面内で長さの寸法に直角をなす寸法である。少なくとも１つの発熱体は、ハウジングの開口部の幅よりも狭い幅を持つことが好ましい。電気ヒーターは、開口部の周辺部と間隙を介することが好ましい。少なくとも１つの発熱体の幅は、少なくとも開口部の領域では開口部の幅より小さくてもよい。少なくとも１つの発熱体の幅は、開口部のすべてにおいて開口部の幅より小さくてもよい。少なくとも１つの発熱体の幅は、ハウジングの開口部の幅の９０パーセント未満、例えば５０パーセント未満、例えば３０パーセント未満、例えば２５パーセント未満であってもよい。少なくとも１つの発熱体の面積は、ハウジングの開口部の面積の９０パーセント未満、例えば５０パーセント未満、例えば３０パーセント未満、例えば２５パーセント未満であってもよい。少なくとも１つの発熱体の面積は、例えば開口部の面積の１０パーセント～５０パーセントであってもよく、開口部の面積の１５～２５パーセントであることが好ましい。電気ヒーターの全面積に対する開口部の面積比である、少なくとも１つの発熱体の開口部面積は、約２５パーセント～約５６パーセントであることが好ましい。開口部は適切な任意の形状のものであってもよい。例えば、開口部は円形、正方形、または長方形の形状を持ってもよい。開口部の面積は小さくてもよく、約２５平方ｍｍ以下であることが好ましい。発熱体と開口部周辺との間の間隔は、熱的接触が著しく減少するような寸法であることが好ましい。発熱体と開口部周辺との間の間隔は、２５μｍ～４０μｍであってもよい。

少なくとも１つの発熱体は、電気ヒーターの発熱体が液体貯蔵部分の周辺全体の周りで接触する場合と比較して、液体貯蔵部分との物理的な接触面積が縮小するように配置されることが好ましい。少なくとも１つの発熱体は、液体貯蔵部分の周辺と直接接触しないことが好ましい。このようにして、液体貯蔵部分への熱的接触は低減され、また例えば、カートリッジが使用されるエアロゾル発生システムの液体貯蔵部分およびさらに隣接した要素への熱損失が低減される。

特定の任意の理論に束縛されることは望まないが、発熱体を液体貯蔵部分から離れるように間隔を持たせることで、液体貯蔵部分に伝達される熱がより少なくなり、ひいては加熱の効率、またしたがってエアロゾル発生の効率が向上すると考えられる。

電気ヒーターは、単一の発熱体または並列でもしくは直列で接続された複数の発熱体を備えてもよい。電気ヒーターが少なくとも１つの発熱体に接触するための少なくとも第一の導電性接点部分および第二の導電性接点部分を備える場合、第一の導電性接点部分および第二の導電性接点部分は、第一の接点部分が最初の発熱体に接触し、第二の接点部分が連続的に接続された発熱体の最後の発熱体と接触するように配置されてもよい。すべての発熱体を直列に接続できるように、追加的な接点部分が提供されてもよい。

電気ヒーターが複数の発熱体を含む場合、発熱体は空間的に実質的に相互に平行に配置されてもよい。発熱体は相互に間隙を介することが好ましい。特定の任意の理論に束縛されることは望まないが、発熱体を相互に離して間隔を置くことで、より効率的な加熱を与える場合があると考えられる。発熱体の間隔を適切に開けることで、例えば同じ面積を持つ単一の発熱体が使用される場合に比べて、例えば開口部の面積にわたりより均一な加熱が獲得される場合がある。

電気ヒーターが複数の発熱体を含む場合、複数の発熱体の少なくとも１つは第一の材料を含んでもよく、また複数の発熱体のその他の少なくとも１つは第一の材料とは異なる第二の材料を含んでもよい。これは、電気的なまたは機械的な理由から有益である場合がある。例えば、発熱体のうちの１つ以上は、鉄アルミニウム合金など、温度に伴い著しく変化する抵抗を持つ材料から形成されていてもよい。これにより、温度または温度変化を決定するために使用される発熱体の抵抗の測定をすることができる。これを、吸煙検出システム内で、ヒーター温度を望ましい温度範囲内に保つためにヒーター温度の制御に使用することができる。

少なくとも１つの発熱体は、少なくとも１つの発熱体の長さに沿って延びる導電性フィラメントのアレイを備えてもよく、複数の開口部は導電性フィラメントの間の隙間によって画定される。こうした実施形態では、複数の開口部のサイズは、隣接するフィラメントとの間の隙間のサイズを増加または減少することによって変化してもよい。これは、導電性フィラメントの幅を変化することによって、または隣接するフィラメントとの間の間隔を変化することによって、または導電性フィラメントの幅および隣接するフィラメントとの間の間隔の両方を変化することによって達成されてもよい。

本明細書で使用される場合、「フィラメント」という用語は、２つの電気接点間に配置された電気的な経路を指す。フィラメントは、任意にいくつかの経路またはフィラメントにそれぞれ枝分かれ・分岐させてもよく、またはいくつかの電気的な経路から１つの経路に合流させてもよい。フィラメントは、丸型、正方形、平型、またはその他の任意の断面形態を有してもよい。好ましい実施形態では、フィラメントは実質的に平面の断面を持つ。フィラメントは、真っ直ぐな様式または曲がった様式で配置されてもよい。

導電性フィラメントは、実質的に平面であってもよい。

本明細書で使用される場合、「実質的に平面の」とは、単一の平面内に形成され、また例えば、湾曲した形状もしくはその他の非平面形状に合うように周りに巻かれたり、または適合されたりしていないことを意味することが好ましい。平面の電気ヒーターは、製造時の取り扱いが簡単にでき、丈夫な構造が与えられる。

液体エアロゾル形成基体は、エアロゾルを形成できる揮発性化合物を放出する能力を持つ液体基体である。揮発性化合物はエアロゾル形成基体の加熱により放出されてもよい。

エアロゾル形成基体は液体である。エアロゾル形成基体は植物由来材料を含んでもよい。エアロゾル形成基体はたばこを含んでもよい。エアロゾル形成基体は、加熱に伴いエアロゾル形成基体から放出される揮発性のたばこ風味化合物を含有するたばこ含有材料を含んでもよい。別の方法として、エアロゾル形成基体は非たばこ含有材料を含んでもよい。エアロゾル形成基体は均質化した植物由来材料を含んでもよい。エアロゾル形成基体は均質化したたばこ材料を含んでもよい。エアロゾル形成基体は少なくとも１つのエアロゾル形成体を含んでもよい。エアロゾル形成体は、使用時に密度の高い安定したエアロゾルの形成を容易にし、またシステムの作動の使用温度で熱分解に対して実質的に抵抗性のある、任意の適切な公知の化合物または化合物の混合物である。適切なエアロゾル形成体は当業界で周知であり、多価アルコール（トリエチレングリコール、１，３－ブタンジオール、およびグリセリンなど）、多価アルコールのエステル（グリセロールモノアセテート、ジアセテート、またはトリアセテートなど）、およびモノカルボン酸、ジカルボン酸、またはポリカルボン酸の脂肪族エステル（ドデカン二酸ジメチルおよびテトラデカン二酸ジメチルなど）を含むが、これに限定されない。好ましいエアロゾル形成体は、多価アルコールまたはその混合物（トリエチレングリコール、１，３－ブタンジオールおよびグリセリン（最も好ましい）など）である。エアロゾル形成基体は、その他の添加物および成分（風味剤など）を含んでもよい。

本発明の第三の態様によると、上述の実施形態のいずれかによるエアロゾル発生装置およびカートリッジを備えるエアロゾル発生システムが提供され、カートリッジはエアロゾル発生装置に取り外し可能なように結合され、またエアロゾル発生装置は電気ヒーターのための電源を含む。

本明細書で使用される場合、カートリッジが装置に「取り外し可能なように結合される」とは、装置またはカートリッジのいずれも著しく損傷することなく、カートリッジおよび装置が互いに結合および分離できることを意味する。

カートリッジは消費後に交換可能である。カートリッジがエアロゾル形成基体および電気ヒーターを保持するため、主要ユニットを長めに使用した後でさえも最適な気化条件が維持されるように電気ヒーターも定期的に交換される。

エアロゾル発生システムは、電気ヒーターおよび電力電源に接続された電気回路をさらに備えうるが、電気回路は、電気ヒーターの電気抵抗をモニターし、モニターされた電気抵抗に依存して、電源からの電気ヒーターへの動力供給を制御するよう構成される。例えば、電気回路は１つ以上の発熱体の電気抵抗をモニターするよう構成されうる。電気ヒーターの温度をモニターすることにより、システムは電気ヒーターの過熱または加熱不足を防止し、最適な気化条件を確実に提供することができる。

電気回路はマイクロプロセッサを備えてもよく、これはプログラマブルマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、または特定用途向けＩＣチップ（ＡＳＩＣ）または制御を提供する能力を持つその他の電子回路であってもよい。電気回路はさらなる電子構成要素を備えてもよい。電気回路はヒーターへの電力供給を調節するよう構成されてもよい。電力はシステムの起動後、電気ヒーターに連続的に供給することも、毎回の吸煙ごとなど断続的に供給することもできる。電力は、電流パルスの形態で電気ヒーターに供給されてもよい。

エアロゾル発生装置は、カートリッジの電気ヒーターのための電源を含む。電源は、リン酸鉄リチウム電池などの装置の中の電池であってもよい。代替として、電源はコンデンサーなど別の形態の電荷蓄積装置であってもよい。電源は再充電を必要としてもよく、１回以上の喫煙の体験のために十分なエネルギーを蓄積できる容量を持ってもよい。例えば、電源は従来型の紙巻たばこ１本の喫煙にかかる一般的な時間に対応する約６分間、または６分間の倍数の時間にわたりエアロゾルを連続的に生成できるようにするのに十分な容量を持ってもよい。別の実施例では、電源が所定の回数の吸煙、またはヒーターの不連続的な起動を可能にする十分な容量を持ってもよい。

液体貯蔵部分は、電気ヒーターの第一の側の上に位置付けられてもよく、また気流チャネルは、電気ヒーターを通過する気流が気化したエアロゾル形成基体を混入するように、電気ヒーターの貯蔵部分に対して反対側の上に位置付けられる。

システムは電気的に作動する喫煙システムであってもよい。このシステムは手持ち式エアロゾル発生システムであってもよい。エアロゾル発生システムは従来型の葉巻たばこや紙巻たばこと匹敵するサイズであってもよい。喫煙システムの全長は、およそ３０ｍｍ～およそ１５０ｍｍであってもよい。喫煙システムの外径は、およそ５ｍｍ～およそ３０ｍｍの外径であってもよい。

本発明の第四の態様によれば、エアロゾル発生システムで使用するためのカートリッジを製造する方法が提供されているが、方法は、液体エアロゾル形成基体を保持するための液体貯蔵部分を提供する工程と、多孔性外側表面を有する毛細管本体を提供する工程と、毛細管本体の多孔性外側表面上に直接的に電気的な導電材料を付着することによって電気発熱体を形成する工程と、液体貯蔵部分を液体エアロゾル形成基体で充填する工程と、液体貯蔵部分に含まれる液体エアロゾル形成基体が毛細管本体によって液体貯蔵部分から電気発熱体に運ばれるように、毛細管本体を液体貯蔵部分に接続する工程とを含む。

カートリッジの液体貯蔵部分は毛細管本体によって提供されうる。例えば、毛細管本体は、カートリッジの液体貯蔵部分を形成する高保持毛細管材料で作られてもよい。別の方法として、液体貯蔵部分および毛細管本体は、カートリッジの別個の構成要素であってもよい。

液体貯蔵部分および毛細管本体がカートリッジの別個の構成要素である場合、一定の実施形態では、毛細管本体は、そこで液体と接触するための液体貯蔵部分内に延びる第一の端および第一の端と対向する多孔性の第二の端を含み、ここにおいて、少なくとも１つの発熱体は、毛細管本体の第二の端上に直接的に付着する電気的な導電材料で形成される。別の方法として、毛細管本体の第一の端は、液体貯蔵部分の外側にあってもよく、毛細管本体は、液体貯蔵部分内の液体と接触するための少なくとも１つの他の多孔性表面を含んでもよい。例えば、毛細管本体は、液体貯蔵部分内の液体と接触し、かつそれを介して液体エアロゾル形成基体が液体貯蔵部分から電気ヒーターに移動するための毛細管本体の１つ以上の多孔性側壁を含んでもよい。

液体貯蔵部分は、液体エアロゾル形成基体を保持するためのハウジングを備えてもよく、ハウジングは開口部を有し、毛細管本体は、電気ヒーターが開口部にわたって延びるように配置される。

それで少なくとも１つの発熱体が形成される電気的な導電材料は、任意の適切な手法で多孔性外側表面上に付着されてもよい。例えば、電気的な導電材料は、供給ピペットもしくはシリンジを使用することにより、または針などの微細な先端を付けられた輸送装置を使用することにより、液体として毛細管本体の多孔性外側表面上に付着されうる。一定の実施形態では、電気的な導電材料は、蒸発付着およびスパッタリングなどの１つ以上の真空付着方法によって、毛細管本体の多孔性外側表面上に直接的に付着される。

好ましい実施形態では、電気的な導電材料は、毛細管本体の多孔性外側表面上に直接的に印刷可能な電気的な導電材料を印刷することによって付着される。そのような実施形態では、任意の適切な周知の印刷技法が、使用されうる。例えば、スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、インクジェット印刷のうちの１つ以上が使用されうる。そのような印刷プロセスは、特に高速度の製造プロセスが使用される時に有利でありうる。

印刷可能な電気的な導電材料は、適切な任意の電気的な導電材料を含んでもよい。一定の好ましい実施形態では、電気的な導電材料は、金属、電気的な導電ポリマーおよび電気的な導電セラミックのうち１つ以上を含む。

適切な電気的な導電金属には、アルミニウム、銀、ニッケル、金、プラチナ、銅、タングステンおよびそれらの合金が挙げられる。いくつかの実施形態では、電気的な導電材料は、エポキシ樹脂などの接着剤内に浮遊する金属粉末を含む。一実施形態では、電気的な導電材料は、銀が付加されたエポキシを含む。

適切な電気的な導電ポリマーには、ＰＥＤＯＴ（ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン））、ＰＳＳ（ポリ（ｐ－フェニレンスルフィド））、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ （ＰＥＤＯＴとＰＳＳの両方の混合物）、ＰＡＮＩ（ポリアニリン）、ＰＰＹ（ポリ（ピロール）ｓ）、ＰＰＶ（ポリ（ｐ－フェニレンビニレン））、またはこれらの任意の組合せが挙げられる。

適切な電気的な導電セラミックの例には、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、ＳＬＴ（ランタンドープチタン酸ストロンチウム）、ＳＹＴ（イットリウムドープチタン酸ストロンチウム）、またはこれらの任意の組合せが挙げられる。

印刷可能な電気的な導電材料は、溶剤、硬化剤、接着促進剤、界面活性剤、粘度低下剤、および凝集阻害剤からなる群より選択される１つ以上の添加剤をさらに含んでもよい。そのような添加剤は、毛細管本体の多孔性外側表面上への電気的な導電材料の適用の前において、例えば、毛細管本体の多孔性外側表面上への電気的な導電材料の付着を促進するため、電気的な導電材料が毛細管本体の多孔性外側表面内に放散される量を増やすため、電気的な導電材料を配置するのに要求される時間を減少させるため、電気的な導電材料と毛細管本体の接着の度合いを増やすため、または金属粒子もしくは金属粉末などの浮遊する粒子の凝集の量を減少させるため、に使用されうる。

毛細管本体の多孔性外側表面上に印刷されると、印刷された電気的な導電材料は、少なくとも１つの発熱体を形成するために任意の適切な周知の手法で硬化されうる。例えば、印刷された電気的な導電材料は、熱または紫外線に晒されることにより硬化されうる。別の方法として、または追加的に、印刷された電気的な導電材料は、焼結によりまたは化学反応を引き起こすことにより硬化されうる。一特定の実施形態では、印刷された電気的な導電材料は銅を含み、化学反応を引き起こすことによって少なくとも１つの発熱体を形成するように硬化される。

一定の実施形態では、方法はさらに、少なくとも１つの発熱体の導電率を増やすために電気的な導電材料を熱処理する工程を含む。一特定の実施形態では、電気的な導電材料は、インジウムスズ酸化物などの導電セラミックを含み、方法はさらに、セラミックの微細結晶粒を成長させるために電気的な導電材料を熱処理し、それにより、その導電率を増やす工程を含む。

１つ以上の態様に関して説明した特徴は、本発明の他の態様に等しく適用されてもよい。特に、第一の態様のヒーター組立品に関して説明した特徴は、第二の態様のカートリッジに等しく適用されてもよく、またその逆も言える。そして第一の態様のヒーター組立品または第二の態様のカートリッジに関して説明した特徴は、第三の態様のエアロゾル発生システムまたは第四の態様の製造の方法に等しく適用されてもよい。
ここで本発明の実施形態を、以下の添付図面を参照しながら、例証としてのみであるが説明する。

図１Ａは、本発明の実施形態によりカートリッジを組み込んだシステムの概略図である。 図１Ｂは、本発明の実施形態によりカートリッジを組み込んだシステムの概略図である。 図１Ｃは、本発明の実施形態によりカートリッジを組み込んだシステムの概略図である。 図１Ｄは、本発明の実施形態によりカートリッジを組み込んだシステムの概略図である。 図２は、図１に示すシステムのカートリッジの分解組立図である。 図３Ａは、第１のヒーター組立品の実施例を示す。 図３Ｂは、第２のヒーター組立品の実施例を示す。 図３Ｃは、第３のヒーター組立品の実施例を示す 図３Ｄは、第４のヒーター組立品の実施例を示す 図３Ｅは、第５のヒーター組立品の実施例を示す 図４は、図３Ａおよび図３Ｅのそれぞれの配置についての、毛細管本体の外側表面にわたる距離に対する温度のグラフを示す図である。

図１Ａ～図１Ｄは、本発明の実施形態によるカートリッジを含む、エアロゾル発生システムの概略図である。図１Ａは、エアロゾル発生装置１０つまりは主要ユニットと、別個のカートリッジ２０との概略図であり、これらは併せてエアロゾル発生システムを形成する。この例では、エアロゾル発生システムは電気的に作動する喫煙システムである。

カートリッジ２０は、エアロゾル形成基体を含み、装置内のくぼみ１８内に受けられるように構成される。カートリッジ２０は、カートリッジ内に提供されたエアロゾル形成基体が消耗した時に、ユーザーによって交換可能であるべきである。図１Ａは、装置への挿入直前のカートリッジ２０を示し、図１Ａの矢印１は、カートリッジの挿入方向を示す。

エアロゾル発生装置１０は携帯型で、従来的な葉巻たばこまたは紙巻たばこに匹敵するサイズを持つ。装置１０は、本体１１およびマウスピース部分１２を含む。本体１１は、電池１４（リン酸鉄リチウム電池など）、制御電子回路１６、およびくぼみ１８を含む。マウスピース部分１２は、ヒンジ付接続部２１によって本体１１に接続され、図１Ａ～図１Ｃに示す開位置と、図１Ｄに示す閉位置との間で移動することができる。マウスピース部分１２は、カートリッジ２０の挿入および除去が許容されるように開位置に置かれ、また以下に説明する通り、エアロゾルの発生のためにシステムが使用される時に閉位置に置かれる。マウスピース部分は、複数の空気吸込み口１３および空気出口１５を備える。使用時に、ユーザーは出口を吸うかまたは吸入して、空気を空気吸込み口１３からマウスピース部分を通して出口１５に引き出し、その後、ユーザーの口または肺に入る。内部バッフル１７は、以下に説明する通り、マウスピース部分１２を通してカートリッジを通過する空気の流れを強制するために提供される。

くぼみ１８は円形断面を持ち、カートリッジ２０のハウジング２４を受けるサイズである。電気コネクター１９は、制御電子回路１６および電池１４とカートリッジ２０の対応する電気接点との間に電気的接続を提供するために、くぼみ１８の側部に提供される。

図１Ｂは、カートリッジがくぼみ１８の中へと挿入され、かつカバー２６が除去されている図１Ａのシステムを示す。この位置で、電気コネクターは、以下に説明する通り、カートリッジ上の電気接点に対して置かれている。

図１Ｃは、カバー２６が完全に取り外され、かつマウスピース部分１２が閉位置に移動中の図１Ｂのシステムを示す。

図１Ｄは、マウスピース部分１２が閉位置にある図１Ｃのシステムを示す。マウスピース部分１２は、留め金機構によって閉位置に保持される（図示せず）。マウスピースを閉位置に保持するためのその他の適切な機構（スナップ式装着または磁気式クロージャーなど）が使用されてもよいことが当業者には明らかであろう。

閉位置にあるマウスピース部分１２は、システムの向きに関係なく、使用時に良好な電気的接続が維持されるように、カートリッジを電気コネクター１９と電気的に接触した状態に保つ。マウスピース部分１２は、マウスピース部分１２が閉位置にある時に、カートリッジの表面と係合し、剛直なマウスピースのハウジング要素とカートリッジとの間で圧縮される環状の弾性要素を含んでもよい。これにより、製造公差に関係なく、良好な電気的接続が確実に維持される。

当然ながら、カートリッジと装置との間の良好な電気的接続を維持するためのその他の機構が、別の方法としてまたは追加的に採用されてもよい。例えば、カートリッジ２０のハウジング２４には、くぼみ１８の壁内に形成された対応する溝またはねじ山（図示せず）と係合するねじ山または溝（図示せず）が提供されてもよい。カートリッジと装置との間のねじ山による係合を、正しい回転上の整列だけでなく、くぼみ内でのカートリッジの保持および良好な電気的接続の確保のために使用することができる。ねじ山による接続部は、カートリッジの半回転以下だけ延びてもよく、または数回転だけ延びてもよい。別の方法として、または追加的に、電気コネクター１９は、カートリッジ上の接点と接触するように付勢されていてもよい。

図２は、エアロゾル発生システム、例えば、図１のタイプのエアロゾル発生システムで使用するのに適したカートリッジ２０の分解組立図である。カートリッジ２０は、例えば、図１のシステムのくぼみ１８など、エアロゾル発生システムの対応するくぼみ内に受けられるように、またはその他の要素を用いて適切な方法で取り付けられるように選択されたサイズおよび形状を持つ、一般的に円形の円筒形ハウジング２４を含む。ハウジング２４は、開端部を有し、またエアロゾル形成基体を含む。この実施例では、エアロゾル形成基体は液体であり、またハウジング２４は液体エアロゾル形成基体中に浸された毛細管材料を含む毛細管本体２２をさらに含む。この例では、エアロゾル形成基体は、３９重量パーセントのグリセリンと、３９重量パーセントのプロピレングリコールと、２０重量パーセントの水および風味剤と、２重量パーセントのニコチンと、を含む。毛細管材料は、液体を一方の端から他方の端へと能動的に運ぶ材料であり、任意の適切な材料から作製されてもよい。この例では、毛細管材料はポリエステルから形成される。他の実施例では、エアロゾル形成基体は固体であってもよい。

毛細管材料２２は、電気ヒーター３０が固定される多孔性外側表面３２を持つ。ヒーター３０は、多孔性外側表面３２の対向する側面に固定された一対の電気接点３４と、外側表面３２および電気接点３４に固定された発熱体３６とを含む。この例において、ヒーター３０は、電気接点３４間に延び、かつ蛇行した配置またはジグザグな配置を有する単一の発熱体３６を備える。しかし、ここでは、ヒーターの他の配置が用いられてもよいことは当業者にとって明らかである。例えば、ヒーターは、二重らせん状の形状、またはより複雑な蛇行状経路に続く形状、または実質的に線形の経路に続く形状における単一の発熱体を備えてもよい。同様に、ヒーターは、複数の発熱体（例えば、複数の実質的に平行な発熱体）を備えうる。

電気接点３４およびヒーター要素３６は、多孔性外側表面３２上に直接的に液体として付着され、またその後乾燥される電気的な導電材料で一体的に形成される。外側表面３２は多孔性であるので、電気的な導電材料は、電気的な導電材料が乾燥した時にヒーター３０が毛細管材料２２に確実に固定されるように、付着の間に外側表面３２内に放散する。外側表面３２内への電気的な導電材料の放散はまた、発熱体３６と毛細管材料２２との間の接点の面積を増やし、それにより、発熱体３６から毛細管材料２２への熱伝達の効率性を向上させる。

ヒーター３０は、取り外し可能なカバー２６によって覆われる。カバー２６は、ヒーター組立品に接着されるが簡単に剥がすことができる、液体不透過性プラスチックシートを備える。剥がす時にユーザーがカバー２６を掴むことができるように、タブがカバーの側面に提供されている。ここでは、接着が不透過性プラスチックシートを固定する方法として説明されているが、カバー２６が消費者によって簡単に除去されうる限り、ヒートシールまたは超音波溶接を含めた当業者が精通しているその他の方法も使用してもよいことが当業者には明らかであろう。

その他のカートリッジデザインも考えられることが理解される。例えば、カートリッジとともに用いられる毛細管材料は２つ以上の別個の毛細管材料を備えてもよく、またはカートリッジは自由液体の貯蔵部を保持するためのタンクを備えてもよい。

ヒーター要素３６のヒーターフィラメントは、気化したエアロゾル形成基体がヒーター組立品を通過して気流中へと抜け出すことができるように、基体３４の開口部３５を通して晒される。

使用時、カートリッジ２０は、エアロゾル発生システム内に配置され、ヒーター組立品３０はエアロゾル発生システム内に備えられる電源に接触される。電子回路は、ヒーター要素３６に電力供給し、かつエアロゾル発生基体を気化するために提供される。気化したエアロゾル形成基体は次に、ヒーター３０を通過する気流内に抜け出すことができる。

図３Ａ～図３Ｅでは、電気ヒーター３０の配置の第一から第五の実施例が示される。第一の実施例では、図３Ａに示すように、ヒーター３０は、直径の方向に向かい合った電気接点３４と、電気接点３４に接続され、かつ蛇行経路またはジグザグな経路に沿って電気接点３４間に延びる単一の発熱体３６とを含む。第二の実施例では、図３Ｂに示すように、ヒーター３０は、直径の方向に向かい合った電気接点３４と、電気接点３４に接続され、かつ二重らせん状の経路に沿って電気接点３４間に延びる単一の発熱体３６とを含む。第三の実施例では、図３Ｃに示すように、ヒーター３０は、直径の方向に向かい合った電気接点３４と、電気接点３４に接続され、かつ曲がりくねった経路に沿って電気接点３４間に延びる単一の発熱体３６とを含む。第四の実施例では、図３Ｄに示すように、ヒーター３０は、直径の方向に向かい合った電気接点３４と、電気接点３４に接続され、かつ実質的に平行な経路に沿って電気接点３４間に延びる複数の発熱体３６とを含む。第五の実施例では、図３Ｅに示すように、発熱体３６の断面積が多孔性外側表面３２にわたってヒーター３０の加熱プロファイルを変化させるように多孔性外側表面３２にわたって変化することを除いて、ヒーター３０は、図３Ａに示す第一の実施例のヒーターと実質的に同一である。特に、発熱体３６の幅は、外側表面３２の周辺に向かって狭くなり、かつ多孔性外側表面３２の中央に向かって広くなる。これは、図３Ａに示す配置と比較して、多孔性外側表面３２の中央に対して発熱体により生成される熱量が減少し、多孔性外側表面３２の周辺に対して発熱体により生成される熱量が増えるという結果をもたらす。これは、電気ヒーターが外側表面の周辺からの熱損失（例えば、熱伝導による熱損失）を補うことを可能にし、かつ多孔性外側表面の中央における温度を低くする。このことは、図４に関連して以下で説明するように、多孔性外側表面にわたるより一様な温度をもたらす。

図４は、図３Ａおよび図３Ｅのそれぞれの配置についての、毛細管本体の外側表面にわたる距離に対する温度のグラフを示す図である。曲線Ａは、図３Ａの第一の実施例のヒーターについての温度を図示する。曲線Ｅは、図３Ｅの第五の実施例のヒーターについての温度を図示する。曲線Ａによって示されるように、第一の実施例のヒーターを使用した場合の多孔性外側表面の温度は、その周辺に向かってより低くなり、発熱体の中央での狭い領域においてホットスポットを形成するようにその中央に向かってより高くなる。曲線Ｅによって示されるように、第五の実施例のヒーターを使用した場合の多孔性外側表面の温度は、第一の実施例のヒーターを使用した場合の多孔性外側表面の温度よりもその周辺に向かってより高くなる。追加的に、曲線Ｅによって示されるように、第五の実施例の発熱体を使用した場合の多孔性外側表面の中央における温度はより低く、かつ広い領域にわたって延びる。したがって、多孔性外側表面にわたる温度プロファイルは、特に中央領域において、第一の実施例のヒーターの場合よりも第五の実施例のヒーターの場合の方がより一様である。

カートリッジが組み立てられる時、発熱体３６は毛細管材料２２と直接接触し、そのためエアロゾル形成基体はヒーターに直接的に運搬されることができる。本発明の例では、ヒーター組立品により発生されたほとんどの熱がエアロゾル形成基体内に直接入るように、エアロゾル形成基体はそれぞれの発熱体３６の全てではないがほとんどの表面に接触する。対照的に、従来的な芯およびコイルヒーター組立品では、ヒーターワイヤのごく小さい部分のみがエアロゾル形成基体と接触する。

使用時、ヒーター組立品は、抵抗加熱によって作動することが好ましいが、誘導加熱などのその他の適切な加熱プロセスを使用して作動してもよい。ヒーター組立品が抵抗加熱によって作動する場合、電流は、制御電子回路１６の制御下でヒーターを通過し、フィラメントを望ましい温度範囲内に加熱する。発熱体（単一または複数）３６は、高い温度が発熱体に局所化されるように、電気接点３４よりも著しく高い電気抵抗を持つ。システムは、ユーザーの吸煙に応答して電流をヒーターに供給することにより熱を発生するように構成されてもよく、または装置が「オン」状態にある間に熱を連続的に発生させるよう構成されてもよい。異なるシステムに対しては要素用の異なる材料が適切である場合がある。例えば、連続的加熱システムでは、比較的低い比熱容量を持つ材料が、低電流の加熱と適合性があるため適切である。高電流パルスを使用した短時間のバーストで熱が発生される吸煙により作動するシステムでは、高い比熱容量を持つ材料がより適切である場合がある。

吸煙により作動するシステムでは、装置は、マウスピース部分を通してユーザーが空気を吸い込んだ時を検出するよう構成された吸煙センサーを含んでもよい。吸煙センサー（図示せず）は制御電子回路１６に接続され、制御電子回路１６は、ユーザーが装置を吸煙していることが判定された時にのみ電流をヒーター３０に供給するよう構成される。マイクロホンなど、適切な任意の気流センサーが吸煙センサーとして使用されてもよい。

考えられる実施形態において、少なくとも１つの発熱体の比抵抗の変化が、温度の変化を検出するために使用されうる。望ましい温度範囲内に確実に維持されるようにヒーターに供給される電力を調節するために、これを使用することができる。急激な温度の変化も、システムのユーザーの吸煙に起因する発熱体を通過する空気流の変化を検出する手段として使用されうる。フィラメントのうちの１つ以上は、専用の温度センサーであってもよく、鉄アルミニウム合金、Ｎｉ－Ｃｒ、白金、タングステン、または合金などの、その目的のために適切な温度抵抗係数を持つ材料から形成されてもよい。

システムが使用されている時にマウスピース部分を通過する気流を図１Ｄに示す。マウスピース部分は、マウスピース部分の外壁と一体型で成形され、かつ空気が入口１３から出口１５へと引き出される時に、エアロゾル形成基体が気化されているカートリッジの上にあるヒーター３０をわたって流れるようにする内部バッフル１７を含む。空気がヒーター組立品を通過する時に、気化された基体は気流に混入し、出口１５から出る前に冷却されてエアロゾルを形成する。

説明した実施形態は、実質的に円形の断面を持つハウジングを有するカートリッジを持つが、長方形の断面または三角形の断面などその他の形状を有するカートリッジのハウジングを形成することも当然ながら可能である。これらのハウジング形状により、対応する形状のくぼみ内での望ましい向きが確保され、装置とカートリッジとの間の電気的接続が確保されることになる。

当業者であれば、本開示によるヒーター組立品を組み込んだその他のカートリッジ設計を考案することができるだろう。例えば、カートリッジはマウスピース部分を含んでもよく、望ましい任意の形状を持つものでよい。その上、本開示によるヒーターは既に説明したものと別のタイプのシステム（加湿器、エアフレッシュナー、およびその他のエアロゾル発生システムなど）で使用されてもよい。

実施例１
ヒーターの発熱体および電気接点を形成するために、Ｅｐｏｘｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ． ｏｆ Ｂｉｌｌｅｒｉｃａ Ｍｏｎｔａｎａ ＵＳＡで入手可能なＥｐｏＴｅｋ （ＲＴＭ） Ｈ２０Ｅ、銀が付加されたエポキシ導電性接着剤を、Ｓｔｅｒｌｉｔｅｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｋｅｎｔ Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ ＵＳＡで入手可能なＳｔｅｒｌｉｔｅｃｈ ＧＢ１４０、ガラスファイバー毛細管材料で形成される毛細管本体上にニードルチップにより手動で分散した。ヒーターを測定するため、３秒間ヒーターに電流を入れるためにＡｇｉｌｅｎｔ Ｎ６７０５Ｂプログラム可能な電源を使用した。電流が、４．３Ｗの電力を用いて３．５５Ｖの電圧で供給された。試験手順の間、毛細管本体の外側表面の温度を記録するために赤外線カメラを使用した。

実施例２
ヒーターの発熱体および電気接点を形成するために、Ｅｐｏｘｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ． ｏｆ Ｂｉｌｌｅｒｉｃａ Ｍｏｎｔａｎａ ＵＳＡで入手可能なＥｐｏＴｅｋ （ＲＴＭ） Ｈ２０Ｅ、銀が付加されたエポキシ導電性接着剤を、２０ミクロンの空孔サイズおよび４０～４５パーセントの空隙率を有する多孔性セラミック毛細管材料で形成される毛細管本体上にニードルチップにより手動で分散した。ヒーターを測定するため、３秒間ヒーターに電流を入れるためにＡｇｉｌｅｎｔ Ｎ６７０５Ｂプログラム可能な電源を使用した。電流が、４．３Ｗの電力を用いて３．５５Ｖの電圧で供給された。ヒーター抵抗は２．３オームと測定された。試験手順の間、毛細管本体の外側表面の温度を記録するために赤外線カメラを使用し、最高温度は１８５℃であることが分かった。

上述の例示的な実施形態は例証するが限定はしない。上記で考察した例示的な実施形態に照らすことにより、上記の例示的な実施形態と一貫したその他の実施形態は今や当業者には明らかとなろう。

Claims (16)

1. エアロゾル発生システム用のカートリッジであって、前記カートリッジが、
   液体エアロゾル形成基体を保持するように構成された液体貯蔵部分と、
   ヒーター組立品とを備え、前記ヒーター組立品が、
   エアロゾルを形成するために前記液体エアロゾル形成基体を加熱するように構成された電気発熱体と、
   前記電気発熱体へ前記液体エアロゾル形成基体を運ぶように構成された毛細管本体とを備え、
   前記電気発熱体が、前記毛細管本体の多孔性端面に配置され、
   前記ヒーター組立品が、前記電気発熱体に接続された電気接点をさらに備え、各電気接点が、前記電気発熱体が前記電気接点間に延びてこれらの間に電気的接続を形成するように、前記多孔性端面の反対側に配置される、カートリッジ。
2. 前記電気発熱体が、前記毛細管本体の前記多孔性端面に沿って配置される、請求項１に記載のカートリッジ。
3. 前記電気発熱体が、前記多孔性端面に沿って曲線形状または蛇行形状に延びる、請求項２に記載のカートリッジ。
4. 前記電気発熱体が、前記多孔性端面に沿って蛇行形状またはジグザグ形状に延びる、請求項２に記載のカートリッジ。
5. 前記毛細管本体がセラミックを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載のカートリッジ。
6. 前記電気発熱体が配置された前記多孔性端面が実質的に平面である、請求項１～５のいずれか一項に記載のカートリッジ。
7. 前記電気発熱体が、少なくとも部分的に前記多孔性端面内に延びる、請求項１～６のいずれか一項に記載のカートリッジ。
8. 前記毛細管本体が、前記液体貯蔵部分内の液体に接触するように構成された第一の端、および前記第一の端と対向する第二の端を含み、
   前記電気発熱体が、前記毛細管本体の前記第二の端に配置される、請求項１～７のいずれか一項に記載のカートリッジ。
9. 前記液体貯蔵部分が、前記ヒーター組立品の第一の側に配置され、前記ヒーター組立品の前記第一の側に対して反対側に、前記電気発熱体に隣接して、前記電気発熱体を通過して延びる気流経路を画定する気流チャネルが配置されて、前記エアロゾルを運ぶように構成される、請求項１～８のいずれか一項に記載のカートリッジ。
10. ユーザーにエアロゾルを送達するように構成された少なくとも１つの空気吸込み口および出口を有するマウスピース部分をさらに備え、
    前記カートリッジの長手方向軸に対して平行な方向における前記少なくとも１つの空気吸込み口と前記出口との間の距離が、前記カートリッジの長手方向軸に対して平行な方向における前記電気発熱体と前記出口との間の距離より小さい、請求項１～９のいずれか一項に記載のカートリッジ。
11. 前記カートリッジが、複数の空気吸込み口および単一の出口をさらに備える、請求項１０に記載のカートリッジ。
12. エアロゾル発生システムであって、
    エアロゾル発生装置と、
    カートリッジとを備え、前記カートリッジが、
    液体エアロゾル形成基体を保持するように構成された液体貯蔵部分と、
    ヒーター組立品とを備え、前記ヒーター組立品が、
    エアロゾルを形成するために前記液体エアロゾル形成基体を加熱するように構成された電気発熱体と、
    前記電気発熱体へ前記液体エアロゾル形成基体を運ぶように構成された毛細管本体とを備え、
    前記電気発熱体が、前記毛細管本体の多孔性端面に配置され、
    前記カートリッジが、前記エアロゾル発生装置に取り外し可能なように結合され、
    前記エアロゾル発生装置が、前記ヒーター組立品のための電源を含み、
    前記ヒーター組立品が、前記電気発熱体に接続された電気接点をさらに備え、各電気接点が、前記電気発熱体が前記電気接点間に延びてこれらの間に電気的接続を形成するように、前記多孔性端面の反対側に配置される、エアロゾル発生システム。
13. 前記電気発熱体が、前記多孔性端面に沿って曲線形状または蛇行形状に延びる、請求項１２に記載のエアロゾル発生システム。
14. 前記電気発熱体が、少なくとも部分的に前記多孔性端面内に延びる、請求項１２又は１３に記載のエアロゾル発生システム。
15. エアロゾル発生システム用のカートリッジの製造方法であって、前記方法が、
    液体エアロゾル形成基体を保持するための液体貯蔵部分を提供する工程と、
    多孔性端面を有する毛細管本体および電気発熱体を備えたヒーター組立品を形成する工程であって、前記電気発熱体が、前記毛細管本体の前記多孔性端面に配置され、前記ヒーター組立品が、前記電気発熱体に接続された電気接点をさらに備え、各電気接点が、前記電気発熱体が前記電気接点間に延びてこれらの間に電気的接続を形成するように、前記多孔性端面の反対側に配置される、工程と、
    前記液体貯蔵部分を液体エアロゾル形成基体で充填する工程と、
    前記液体貯蔵部分に含まれる前記液体エアロゾル形成基体が前記毛細管本体を介して前記電気発熱体に運ばれることを可能にするように、前記液体貯蔵部分を前記ヒーター組立品の第一の側に接続する工程とを含む、方法。
16. 前記ヒーター組立品を形成する前記工程が、前記電気発熱体を少なくとも部分的に前記多孔性端面内に延びるように配置する工程を含む、請求項１５に記載の方法。

Images