JPWO2020121374A1 - 非燃焼加熱型喫煙装置 - Google Patents

Abstract

加熱によって発生したエアロゾルが凝縮することを抑制し、十分な量のエアロゾルを喫煙者にデリバリーすることのできる非燃焼加熱型喫煙装置を提供する。非燃焼加熱型喫煙装置は、たばこ刻み及びエアロゾル生成基材を含むたばこロッドを収容するための収容キャビティと、収容キャビティ内に配置され、収容キャビティに挿入されるたばこロッドに貫入または挿入するための内部ヒーターであってたばこロッドを内側から加熱することでエアロゾル生成基材を揮発させるための内部ヒーターと、収容キャビティの側周部に配置され、少なくともたばこロッドの予熱期間にたばこロッドの外周部を予熱することで、内部ヒーターの作動時に発生したエアロゾルの凝縮を抑制するための外部ヒーターを備える。

Description

本発明は、非燃焼加熱型喫煙装置に関する。

たばこ刻み及びエアロゾル生成基材（グリセリン、プロピレングリコール等）を含むたばこロッドを電気ヒーター等の加熱器によって加熱することで発生させたエアロゾルを喫煙者にデリバリーするタイプの非燃焼加熱型喫煙装置が知られている（例えば、特許文献１等を参照）。

非燃焼加熱型喫煙装置においては、従来から、エアロゾルの生成量(デリバリー量)を増加させて煙量感を高めることが望まれている。そのためには、エアロゾル生成基材を加熱することによって生成したエアロゾルを、無駄なくマウスピースまでデリバリーすることが重要である。

特許第６０２６５５６号公報 特表２０１４−５２５２５１号公報 特表２０１３−５１１９６２号公報

しかしながら、従来の非燃焼加熱型喫煙装置は、たばこロッドの加熱時において部分的に品温が低い部位が存在し易く、一旦揮発したエアロゾル生成基材が当該品温の低い部位によって冷やされることで凝縮してしまう場合があった。その結果、十分な量のエアロゾルを喫煙者にデリバリーすることができずに、煙量感が少なくなる虞があった。本発明は、上記した実情に鑑みてなされてものであって、その目的は、加熱によって発生したエアロゾルが凝縮することを抑制し、十分な量のエアロゾルを喫煙者にデリバリーすることのできる非燃焼加熱型喫煙装置を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明に係る非燃焼加熱型喫煙装置は、たばこ刻み及びエアロゾル生成基材を含むたばこロッドを収容するための収容キャビティと、前記収容キャビティ内に配置され、前記収容キャビティに挿入されるたばこロッドに貫入または当該たばこロッドの端面に形成された凹部に挿入するための内部ヒーターであって、前記たばこロッドを内側から加熱することで前記エアロゾル生成基材を揮発させるための内部ヒーターと、前記収容キャビティの側周部に配置され、少なくとも前記たばこロッドの予熱期間に前記たばこロッドの外周部を予熱することで、前記内部ヒーターの作動時に発生したエアロゾルの凝縮を抑制するための外部ヒーターと、を備える。

また、前記内部ヒーター及び前記外部ヒーターを制御する制御部を備え、前記制御部は、前記内部ヒーター及び前記外部ヒーターの双方が作動する同時加熱期間において、前記外部ヒーターの温度が前記内部ヒーターの温度より高くなるように制御してもよい。

また、前記制御部は、前記外部ヒーターによる前記たばこロッドの予熱開始からの経過時間が所定の設定時間に到達し、または前記外部ヒーターの温度が所定の設定温度に到達した時点で当該外部ヒーターの作動を停止させるが、前記内部ヒーターの作動を継続させてもよい。

前記制御部は、前記外部ヒーターの作動停止後、前記内部ヒーターの温度を前記外部ヒーターの作動停止前に比べて増加させてもよい。

前記制御部は、前記たばこロッドの予熱を開始する際に前記外部ヒーターのみを作動させることで当該予熱を開始し、前記外部ヒーターの作動に遅れて前記内部ヒーターを作動させてもよい。

また、前記収容キャビティは、前記側周部の先端側に位置すると共に前記たばこロッドを挿入可能に開放された開放端である挿入口と、前記側周部における基端側に位置するキャビティ底部と、を有し、前記側周部は、前記キャビティ底部が設けられる基端を含む第１領域と、前記第１領域に隣接して前記挿入口側に位置する第２領域と、を有し、前記外部ヒーターは、前記第１領域に配置されておらず且つ前記第２領域に配置されていてもよい。

前記外部ヒーターは、前記第２領域における一部の区間または全区間において前記側周部の周方向に沿って全周に亘って配置されていてもよい。

また、前記内部ヒーターは、前記収容キャビティの中心軸に対してｎ回対称性を有し、ｎは３以上の整数であってもよい。

また、前記内部ヒーターは円柱形状を有し、且つ、先端側に円錐部が形成されていてもよい。

また、前記内部ヒーターは錐形状または錐台形状を有し、且つ、前記キャビティ底部側から前記挿入口側に向かって先細り形状となっていてもよい。

前記内部ヒーターは円錐形状または円錐台形状を有していてもよい。

前記側周部は、前記第２領域に隣接すると共に前記挿入口を含む第３領域を更に有し、当該第３領域には前記外部ヒーターが配置されていなくてもよい。

前記内部ヒーターの先端位置は、前記側周部における前記第２領域または前記第３領域に対応付けられていてもよい。

なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて採用することができる。

本発明によれば、加熱によって発生したエアロゾルが凝縮することを抑制し、十分な量のエアロゾルを喫煙者にデリバリーすることのできる非燃焼加熱型喫煙装置を提供できる。

図１は、実施形態１に係る非燃焼加熱型喫煙装置の内部構造を概略的に示す図である。 図２は、非燃焼加熱型喫煙装置に用いる非燃焼加熱型喫煙物品の概略構成図である。 図３は、加熱器の縦断面の概略図である。 図４は、加熱器の概略構造を示す斜視図である。 図５は、加熱器における挿入口から非燃焼加熱型喫煙物品のたばこロッドを収容キャビティに挿入した状態を示す図である。 図６は、加熱器における挿入口から非燃焼加熱型喫煙物品のたばこロッドを収容キャビティに挿入した状態を示す図である。 図７は、加熱制御時における外部ヒーター及び内部ヒーターの作動状態を示すタイムチャートである。 図８は、加熱制御時における外部ヒーター及び内部ヒーターの表面温度の推移を説明する図である。 図９は、温度測定試験の結果を示す図である。 図１０は、温度測定試験の結果を示す図である。 図１１は、温度測定試験の結果を示す図である。 図１２は、温度測定試験の結果を示す図である。 図１３は、たばこロッドの品温測定位置を示す図である。 図１４は、加熱器における内部ヒーターの変形例を示す図である。 図１５は、加熱器における内部ヒーターの変形例を示す図である。 図１６は、加熱器における内部ヒーターの変形例を示す図である。

ここで、本発明に係る非燃焼加熱型喫煙装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本実施形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施形態１＞
図１は、実施形態１に係る非燃焼加熱型喫煙装置１の内部構造を概略的に示す図である。非燃焼加熱型喫煙装置１は、各種構成部品を収容するための筐体であるハウジング２を有する。ハウジング２内には、加熱器３、コントローラ（制御部）４、電源５等が収容されている。

図２は、非燃焼加熱型喫煙装置１に用いる非燃焼加熱型喫煙物品１０の概略構成図である。非燃焼加熱型喫煙物品１０は、たばこロッド１１及びマウスピース部１２を有する。以下、非燃焼加熱型喫煙物品１０におけるたばこロッド１１側の端部を先端と呼び、マウスピース部１２側を基端と呼ぶ。たばこロッド１１は、たばこ刻み及びエアロゾル生成基材を含む充填物１１１及びこの充填物１１１を巻装する巻紙１１２によって構成されている。たばこ刻みの材料は特に限定されないが、ラミナや中骨等の公知のものを用いることができる。充填物１１１には、エアロゾルを生成するエアロゾル生成基材を含む。エアロゾル生成基材の種類は、特に限定されず、用途に応じて種々の天然物からの抽出物質を適宜選択することができる。エアロゾル生成基材としては、グリセリン、プロピレングリコール、トリアセチン、１，３−ブタンジオール、及びこれらの混合物等を例示できる。たばこ刻み及びエアロゾル生成基材を含む充填物１１１としては、たばこ細粉等の均質化たばこに、添加物として結合剤・ゲル化剤・架橋剤・香料・親水性香料・親油性香料・粘度調整剤・保湿剤または補強材などを混錬した液体・ゲル・ゾルまたは軟弱な固体であるスラリーとした後、乾燥処理・脱水処理・抄造処理・押出成形することで得られる再構成たばこ原料、例えばシートたばこ、当該シートたばこ刻み、たばこ顆粒等を例示できる。また、充填物１１１は、香料を含んでいてもよい。香料の種類は、特に限定されない。

マウスピース部１２は、例えば円柱状に成形された酢酸セルロースを巻取紙で巻装したフィルターセグメント等を含んでおり、喫煙時においてたばこロッド１１で生成されたエアロゾルの一部を濾過する。勿論、マウスピース部１２は、フィルターセグメント以外のセグメントを含んでいてもよい。たばこロッド１１及びマウスピース部１２は、チップペーパー１３によって一体に巻き取られることで、相互に接続されている。

図３は、加熱器３の縦断面の概略図である。具体的には、図１におけるＡ−Ａ矢視断面における加熱器３の断面構造が図３に示されている。図４は、加熱器３の概略構造を示す斜視図である。

加熱器３は、有底円筒形状を有するヒーターハウジング３１を有する。ヒーターハウジング３１は、円盤形状を有する底部３１１及び底部３１１から立ち上がる円筒状の外筒壁３１２を有している。ヒーターハウジング３１における外筒壁３１２の開口端は、ハウジング２に設けられた開口部を通じてハウジング２の外部に向けて開放されており、非燃焼加熱型喫煙物品１０のたばこロッド１１を挿入可能な円柱形状の空洞部である収容キャビティ３４を形成する。

ここで、ヒーターハウジング３１における外筒壁３１２の先端側には、他の部位に比べて一段内径が小さな肉厚部３１３が形成されている。ここでいう外筒壁３１２の先端とは、外筒壁３１２のうち、底部３１１と接続されている基端とは反対側の端部をいう。また、ヒーターハウジング３１における外筒壁３１２の内側には、円筒形状を有するキャビティ側周壁３２が設けられている。キャビティ側周壁３２の外径は、外筒壁３１２における肉厚部３１３の内径と等しくなっている。また、図３に示すように、ヒーターハウジング３１における外筒壁３１２の内面と、キャビティ側周壁３２の外周面３２ｂとの間には環状かつ中空の空気断熱部３７が形成されている。また、キャビティ側周壁３２の先端には、たばこロッド１１を挿入可能に開放された挿入口３８が形成されている。なお、キャビティ側周壁３２のうち、挿入口３８が形成される先端側と反対側の端部を基端３２ｃとする。

ヒーターハウジング３１の底部３１１側には、有底円筒形状を有する耐熱カップ３３が設けられている。耐熱カップ３３は、例えばアルミニウム等といった耐熱材料によって形成されており、円盤形状を有するキャビティ底部３３１及び当該キャビティ底部３３１から立ち上がるキャビティ側周壁３３２を有する。耐熱カップ３３のキャビティ底部３３１は、ヒーターハウジング３１の底部３１１の内側に重ねられた状態で配置されており、収容キャビティ３４のキャビティ底部を形成する。また、キャビティ側周壁３２及びキャビティ側周壁３３２によって、収容キャビティ３４の側周部が形成される。

図３及び図４に示すように、加熱器３は、耐熱カップ３３及びキャビティ側周壁３２によって、たばこロッド１１を収容するための空洞部である収容キャビティ３４が形成される。また、図３及び図４に示すように、キャビティ側周壁３２には、環状の外部ヒーター３５が収容キャビティ３４を臨むようにして設けられている。外部ヒーター３５は、キャビティ側周壁３２の内周面３２ａと面一となるように、キャビティ側周壁３２の凹部に収容されている。ここで、符号３５ａは、収容キャビティ３４に面する加熱面である。なお、環状の外部ヒーター３５は、キャビティ側周壁３２の内周面３２ａに沿って全周に亘って配置されている。言い換えると、外部ヒーター３５は、収容キャビティ３４の周方向に沿って側周部の全周に亘って配置されている。なお、図３に示す符号ＣＬ１は、ヒーターハウジング３１の中心軸である。また、中心軸ＣＬ１は、同時に、収容キャビティ３４及びキャビティ側周壁３２の中心軸でもある。

また、図３及び図４に示すように、収容キャビティ３４内には、内部ヒーター３６が設けられている。内部ヒーター３６は、円錐台形状を有し、ヒーターハウジング３１における底部３１１の中央部から垂直に収容キャビティ３４側に向かって突設されている。耐熱カップ３３におけるキャビティ底部３３１の中央部には貫通孔３３ａが形成されており、内部ヒーター３６は貫通孔３３ａを挿通することで、キャビティ底部３３１から収容キャビティ３４側に突出している。内部ヒーター３６の中心軸は、ヒーターハウジング３１（収容キャビティ３４）の中心軸ＣＬと同軸である。符号３６ａは、内部ヒーター３６の基端部であり、符号３６ｂは内部ヒーター３６の先端部である。内部ヒーター３６は、キャビティ底部３３１から挿入口３８に向かって延伸しており、基端部３６ａから先端部３６ｂに向かって徐々に先細りとなっている。なお、内部ヒーター３６及び外部ヒーター３５の種類は特に限定されないが、例えば鋼材に発熱線（例えば、ニクロム、鉄クロム、鉄ニッケル等）を張り巡らせて配置したもの、或いは、セラミックヒーター、シーズヒーター（Sheathed Heater）等を用いることができる。なお、シーズヒーターとは、熱線を充填剤と共に金属パイプで覆ったヒーターである。

また、本実施形態において、キャビティ側周壁３２は、外部ヒーター３５の熱に耐え、且つ、外部ヒーター３５の熱が拡散しないように、既知の断熱且つ耐熱材料によって形成されている。そのような断熱性能及び耐熱性能を有するキャビティ側周壁３２に用いる材料としては、例えばアルミナ・シリカのセラミックや、耐熱性の高いＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の樹脂等を挙げることができる。

なお、本実施形態においては、キャビティ側周壁３２の内周面３２ａ、耐熱カップ３３におけるキャビティ側周壁３３２の内周面３３２ａ、及び、外部ヒーター３５の加熱面３５ａは互いに段差がなく面一であり、従って、収容キャビティ３４の内径は中心軸ＣＬ１方向に沿って一定である。本実施形態においては、収容キャビティ３４の内径は、たばこロッド１１の外径と等しくても良いし、たばこロッド１１の外径よりも僅かに大きくてもよい。

ここで、図３に示すＲ１〜Ｒ３は、キャビティ側周壁３２（側周部）における第１領域〜第３領域である。キャビティ側周壁３２における第１領域Ｒ１は、キャビティ底部３３１が設けられる基端３２ｃを含む領域である。また、キャビティ側周壁３２における第２領域Ｒ２は、第１領域Ｒ１に隣接して挿入口３８側に位置する領域であり、その一部の区間又は全区間に外部ヒーター３５が配置される領域である。つまり、第２領域Ｒ２は、外部ヒーター３５が形成される最大範囲を規定する領域としての意義を有しており、第２領域Ｒ２の全領域又は一部の領域に外部ヒーター３５が配置される。また、キャビティ側周壁３２における第３領域Ｒ３は、第２領域に隣接すると共に挿入口３８を含む領域である。ここで、第１領域Ｒ１〜第３領域Ｒ３は、収容キャビティ３４の中心軸ＣＬ１に沿って形成される領域であり、キャビティ底部３３１から挿入口３８に向かって第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、第３領域Ｒ３の順に形成されている。なお、第１領域Ｒ１〜第３領域Ｒ３の各領域における中心軸ＣＬ１方向の長さは適宜変更することができる。図３に示すように、キャビティ側周壁３２には、第２領域Ｒ２のみに外部ヒーター３５が配置され、第１領域Ｒ１及び第３領域Ｒ３には外部ヒーター３５が配置されていない。また、図３に示す例では、キャビティ側周壁３２における第２領域Ｒ２の全区間に外部ヒーター３５が配置されているが、第２領域Ｒ２の一部の区間だけに外部ヒーター３５が設けられていてもよい。

図５及び図６は、加熱器３における挿入口３８から非燃焼加熱型喫煙物品１０のたばこロッド１１を収容キャビティ３４に挿入した状態を示す図である。本実施形態における加熱器３の内部ヒーター３６は円錐台形状を有しており、先端部３６ｂに向かって先細り形状となっているため、たばこロッド１１（充填物１１１）を収容キャビティ３４に差し込む際、内部ヒーター３６をたばこロッド１１（充填物１１１）に対して容易に貫入できる。なお、本実施形態においては、たばこロッド１１の先端面１１ａ（図２を参照）が、収容キャビティ３４の底部、すなわち耐熱カップ３３のキャビティ底部３３１に当接した時点で、収容キャビティ３４へのたばこロッド１１の挿入が完了する。図５に示すように、収容キャビティ３４に対するたばこロッド１１の挿入が完了した状態において、たばこロッド１１の後端部１１ｂは、上述したキャビティ側周壁３２における第３領域Ｒ３に対応して位置付けされる。なお、図３に示す符号Ｐ１は、収容キャビティ３４に対するたばこロッド１１の挿入が完了した状態におけるたばこロッド１１の後端部１１ｂに対応する位置（以下、「収容時ロッド後端位置」という）を示している。本実施形態では、収容時ロッド後端位置Ｐ１と外部ヒーター３５との離間寸法は１ｍｍ程度と、比較的小さな寸法に設定されている。

上記構造を有する加熱器３は、収容キャビティ３４の側周部に配置される外部ヒーター３５と、収容キャビティ３４における横断面の中央側に中心軸ＣＬ１に沿って配置される内部ヒーター３６を備える。加熱器３における外部ヒーター３５及び内部ヒーター３６は、電源５から電力が供給されることで発熱する。電源５は、特に限定されないが、例えば充電式リチウムイオンバッテリーであってもよい。また、図１には、加熱器３における外部ヒーター３５及び内部ヒーター３６と電源５との間の接続は図示されていないが、外部ヒーター３５及び内部ヒーター３６はそれぞれ電源と接続されている。また、コントローラ４は、電源５と電気的に接続されており、コントローラ４は、電源５から外部ヒーター３５及び内部ヒーター３６に対する電力供給を制御する。なお、非燃焼加熱型喫煙装置１は、ユーザ（喫煙者）によって操作される図示しないユーザインタフェース（例えば、操作ボタン等）が設けられており、コントローラ４はユーザインタフェースと電気的に接続されている。コントローラ４は、ユーザによるユーザインタフェースの操作を検知することで、加熱器３（外部ヒーター３５及び内部ヒーター３６）の作動に関する制御を行う。以下、非燃焼加熱型喫煙装置１におけるコントローラ４による外部ヒーター３５及び内部ヒーター３６の制御について説明する。

例えば、非燃焼加熱型喫煙装置１の電源がオフになっている状態から、ユーザによって非燃焼加熱型喫煙装置１の操作ボタンが所定のオン操作がなされると、コントローラ４は電源５から加熱器３へと電力供給を開始させ、図５に示すように加熱器３の収容キャビティ３４に収容された状態のたばこロッド１１を加熱する加熱制御を行う。図７は、コントローラ４によって実行される加熱器３の加熱制御時における外部ヒーター３５及び内部ヒーター３６の作動状態を示すタイムチャートである。図８は、加熱制御時における外部ヒーター３５及び内部ヒーター３６の表面温度の推移を説明する図である。

図７において、時間Ｔ０は、非燃焼加熱型喫煙装置１の操作ボタンに対するオン操作をコントローラ４が検知したタイミング（以下、「加熱開始タイミング」という）を表す。図７に示すように、加熱器始動タイミングにおいては、コントローラ４は、電源５から外部ヒーター３５に対してのみ電力供給を開始させる。
そして、時間Ｔ１において、コントローラ４は、電源５から外部ヒーター３５への電力供給を継続しつつ、電源５から内部ヒーター３６に対する電力供給を開始させる。以下、時間Ｔ１を「内部加熱開始タイミング」という。そして、時間Ｔ２において、コントローラ４は、電源５から内部ヒーター３６に対する電力供給を継続しつつ、電源５から外部ヒーター３５に対する電力供給を停止させる。以下、時間Ｔ２を「外部加熱停止タイミング」という。そして、時間Ｔ０（加熱開始タイミング）から所定の喫煙時間が経過した時間Ｔ３において、電源５から内部ヒーター３６に対する電力供給を停止させる。以下、時間Ｔ３を「加熱停止タイミング」という。

上記のように、本実施形態における非燃焼加熱型喫煙装置１は、たばこロッド１１に対する加熱を開始する加熱開始タイミングにおいて外部ヒーター３５のみを作動させ、たばこロッド１１の予熱（初期加熱）を行う。ここで、外部ヒーター３５は、収容キャビティ３４の外周部（側面）に位置するキャビティ側周壁３２に沿って設けられているため、収容キャビティ３４に収容されているたばこロッド１１の外周部を効率的に加熱することができる。つまり、時間Ｔ１（内部加熱開始タイミング）において内部ヒーター３６によるたばこロッド１１の加熱が開始されるまでに、たばこロッド１１の特に外周部を効率的に予熱しておくことができる。ここで、時間Ｔ０（加熱開始タイミング）から時間Ｔ１（内部ヒーター始動タイミング）までの期間を「予熱期間」という。なお、予熱期間は、加熱開始タイミング（すなわち、予熱開始）から経過時間が所定の設定時間に到達し、または、外部ヒーター３５の温度が所定の設定温度に到達した時点として設定することができる。例えば、予熱期間において、コントローラ４は、外部ヒーター３５を制御する際の設定温度を３００℃に設定してもよい。

そして、加熱開始タイミングから経過時間が所定の設定時間に到達し、または、外部ヒーター３５の温度が所定の設定温度に到達した時点、すなわち時間Ｔ１（内部加熱開始タイミング）から時間Ｔ２（外部加熱停止タイミング）までの期間（以下、「同時加熱期間」という）は、外部ヒーター３５及び内部ヒーター３６の双方によってたばこロッド１１の加熱が行われる。内部ヒーター３６は、上記のように、収容キャビティ３４の中心軸ＣＬ１と同軸に配置されている。そのため、たばこロッド１１（充填物１１１）に貫入された内部ヒーター３６の熱は、たばこロッド１１の中心側から外周側に向かって放射状に伝熱される。その結果、たばこロッド１１を効率よく加熱することができ、たばこロッド１１の充填物１１１に含まれるエアロゾル生成基材（例えば、グリセリン等）やたばこ刻みに含まれる香味成分を短時間で揮発させ、香味成分を含むエアロゾルを生成させることができる。

なお、エアロゾル生成基材（例えば、グリセリン等）を含むたばこロッド１１の充填物１１１は、品温の上昇に伴って、まず充填物１１１中の水(水分)が蒸発する。この蒸発は水の沸点(１００℃)近傍で起きる。そして、たばこロッド１１における充填物１１１の品温が更に上昇すると、次いで、大気圧沸点が約２５０℃のニコチンが揮散し始め、更に品温が高まると大気圧沸点２９０℃のグリセリンが蒸発し、エアロゾルとして吸煙されることになると考えられる。当業者には明らかなように、たばこ原料中には多種多様の成分が含まれており、これらの成分は化合物として存在することから、上述した水、ニコチンおよびグリセリンのような純粋物質の沸点近傍のみで単純な蒸発現象が起きるわけではないが、科学的には沸点の順番に主要成分が蒸発(揮散)するものと考えられる。

ここで、図８に示すように、同時加熱期間（時間Ｔ１〜Ｔ２）において、コントローラ４は、外部ヒーター３５の温度が内部ヒーター３６の温度より高くなるように制御する。例えば、同時加熱期間において、コントローラ４は、外部ヒーター３５の設定温度を３００℃とし、内部ヒーター３６の設定温度を２５０℃として、外部ヒーター３５及び内部ヒーター３６を制御する。本実施形態においては、たばこロッド１１の予熱期間においてたばこロッド１１の外周部を当該外周部に当接又は近接する外部ヒーター３５によって急速かつ効率的に昇温させ、その後の同時加熱期間においても外部ヒーター３５の温度が内部ヒーター３６の温度より高温となるように制御する。これにより、内部ヒーター３６から離れていることで当該内部ヒーター３６の熱が届き難く、且つ、外気の影響（放熱ロス）が起こり易いたばこロッド１１の外周部を積極的に昇温させることができる。すなわち、たばこロッド１１の横断面における中心側を内部ヒーター３６によって効率よく加熱し、内部ヒーター３６の熱が伝わり難く且つ外気の影響（放熱ロス）が起こり易いたばこロッド１１の外周部を外部ヒーター３５によって効率よく加熱することができる。これにより、たばこロッド１１の全体をエアロゾル生成基材が十分に揮発する温度まで均一に加熱できる。

また、予熱期間においては外部ヒーター３５のみでたばこロッド１１の加熱を行い、外部ヒーター３５の作動に遅れて予熱期間経過後に内部ヒーター３６を作動させることで、予熱期間に外部ヒーター３５及び内部ヒーター３６の双方を作動させる場合に比べてトータルの消費電力を少なくすることができる。

また、上記のように予熱期間及び同時加熱期間にたばこロッド１１の外周部を外部ヒーター３５によって積極的に加熱することで、一旦揮発したエアロゾル生成基材がたばこロッド１１の外周部において凝縮（結露／液化）することを抑制できる。それゆえ、特に、初期喫煙時におけるエアロゾルのデリバリー量を十分に確保することができ、煙量感を向上させることができる。

特に、本実施形態における非燃焼加熱型喫煙装置１によれば、図５に示すように、外部ヒーター３５が、収容キャビティ３４に収容されているたばこロッド１１の基端側（マウスピース部１２側）に位置している。そのため、たばこロッド１１における外周部のうち、特に基端側の領域を外部ヒーター３５によって集中的に加熱することができる。これによれば、たばこロッド１１の先端側（上流側）で生成されたエアロゾルがたばこロッド１１の基端側（下流側）で凝縮することを効果的に抑制できるという利点がある。

ここで、外部ヒーター３５が、収容キャビティ３４の中心軸ＣＬ１方向に沿って延在する長さである外部ヒーター幅寸法は、少なくともたばこロッド１１の３分の１以上の寸法とすることが好ましい。これによれば、内部ヒーター３６による加熱開始に先立って、たばこロッド１１の予熱期間にたばこロッド１１の外周部を十分に予熱することができる。

そして、上記のように同時加熱期間においてたばこロッド１１の全体が十分に昇温した後は、内部ヒーター３６による加熱だけで、たばこロッド１１の温度をエアロゾルが凝縮しない温度に維持できるため、外部加熱停止タイミング（時間Ｔ２）に至った時点でコントローラ４は外部ヒーター３５の作動を停止させる。その際、コントローラ４は、内部ヒーター３６の温度が外部ヒーター３５の温度を追い越す前に外部ヒーター３５の作動を停止させる。なお、外部ヒーター３５の作動を停止させる外部加熱停止タイミング（時間Ｔ２）は、加熱開始タイミング（すなわち、予熱開始）からの経過時間が所定の設定時間に到達し、または、外部ヒーター３５の温度が所定の設定温度に到達した時点として設定することができる。或いは、外部ヒーター３５の温度が所定の設定温度に到達してからの経過時間が一定時間経過した時点で外部ヒーター３５の作動を停止させるようにしてもよく、種々の態様を採用することがきる。

外部加熱停止タイミング（時間Ｔ２）の経過後は、内部ヒーター３６だけでたばこロッド１１の加熱を行うため、外部ヒーター３５の温度は成り行きで下降する。したがって、図８に示すように、外部加熱停止タイミング（時間Ｔ２）から加熱停止タイミング（時間Ｔ３）の期間（以下、「内部加熱期間」という）の途中で、内部ヒーター３６の温度が外部ヒーター３５の温度を超えることになる。

ここで、収容キャビティ３４の外周側に配置される外部ヒーター３５に比べて、中心部に配置される内部ヒーター３６の方が、たばこロッド１１を加熱する際の加熱効率は優れている。そのため、同時加熱期間においてたばこロッド１１の全体を十分に昇温させることでエアロゾルの凝縮が起こり難い条件が整った残りの喫煙期間においては、加熱効率の優れる内部ヒーター３６のみによってたばこロッド１１を加熱することで、安定的に且つ持続的にエアロゾルを生成することができる。

また、コントローラ４は、外部ヒーター３５の作動停止後、内部ヒーター３６の温度を外部ヒーター３５の作動停止前に比べて増加させるように電源５から内部ヒーター３６への電力供給を制御してもよい。例えば、コントローラ４は、内部ヒーター３６の設定温度を２５０℃から３５０℃に変更してもよい。内部加熱期間における内部ヒーター３６の設定温度は、内部ヒーター３６のみの加熱によって安定的に且つ持続的にたばこロッド１１に含まれるエアロゾル生成基材を揮発させることができる適切な温度に設定することが好ましい。なお、上記のように、外部ヒーター３５の作動停止後、内部ヒーター３６の設定温度を上昇させる場合には内部ヒーター３６の電力消費量は増加するが、外部ヒーター３５の作動が停止されるため、トータルとしての電力消費量を少なくすることができる。

そして、加熱開始タイミング（時間Ｔ０）からの経過時間が所定の喫煙時間が経過した時間Ｔ３（加熱停止タイミング）において、コントローラ４は、電源５から内部ヒーター３６に対する電力供給を停止させる。

図９〜１２は、コントローラ４による加熱器３の加熱制御を行ったときの外部ヒーター３５の表面温度、内部ヒーター３６の表面温度、たばこロッド１１の品温の推移を測定した温度測定試験の結果を示す図である。図１３は、たばこロッド１１の品温測定位置を示す図である。

温度測定試験において、たばこロッド１１の品温は図１３に示す第１測定位置ＭＰ１〜第３測定位置ＭＰ３の温度を測定した。収容キャビティ３４の径方向における各測定位置ＭＰ１〜ＭＰ３から収容キャビティ３４の側周面（キャビティ側周壁３２の内周面３２ａ）までの離間寸法は１．５ｍｍとした。また、収容キャビティ３４の径方向における各測定位置ＭＰ１〜ＭＰ３及び内部ヒーター３６の基端部３６ａの離間寸法は１．５ｍｍとした。

また、図１３に示すように、第１測定位置ＭＰ１〜第３測定位置ＭＰ３は、キャビティ底部３３１側から第１測定位置ＭＰ１、第２測定位置ＭＰ２、第３測定位置ＭＰ３の順に並んでいる。収容キャビティ３４の中心軸ＣＬ１方向において、キャビティ底部３３１と第１測定位置ＭＰ１の離間寸法は２ｍｍとした。また、第１測定位置ＭＰ１と第２測定位置ＭＰ２の離間寸法は５ｍｍとした。また、第２測定位置ＭＰ２と第３測定位置ＭＰ３の離間寸法は６ｍｍとした。また、第３測定位置ＭＰ３と収容時ロッド後端位置Ｐ１との離間寸法は２ｍｍとした。また、加熱制御において、加熱開始タイミングから内部ヒーター始動タイミングまでの経過時間を６秒間に設定し、加熱開始タイミングから外部加熱停止タイミングまでの経過時間を２０秒間に設定し、加熱開始タイミングから加熱停止タイミングまでの経過時間を４２０秒間に設定した。

また、図１０〜図１２において、実線で示す温度推移は、図７及び図８で説明した本実施形態に係る加熱制御を行った時における各測定位置ＭＰ１〜ＭＰ３の温度推移（以下、「実施例」という）を示している。また、破線で示す温度推移は、外部ヒーターを用いずに内部ヒーター３６のみを用いて加熱制御を行った時における各測定位置ＭＰ１〜ＭＰ３の温度推移（以下、「比較例」という）を示している。また、図１０〜図１２に示す二点鎖線は、たばこロッド１１を加熱する際の目標品温である。目標品温は、例えば１５０℃である。図１０〜図１２に示されるように、キャビティ側周壁３２における第１領域Ｒ１に対応する位置にある第１測定位置ＭＰ１と第２測定位置ＭＰ２においては、加熱制御時において実施例と比較例との間で顕著な差異は見られなかった。第１測定位置ＭＰ１と第２測定位置ＭＰ２は共に外部ヒーター３５との距離が離れており、且つ、内部ヒーター３６に対して比較的近いため、外部ヒーター３５による影響が小さかったものと考えられる。一方、図１２に示すように、第３測定位置ＭＰ３においては、実施例と比較例との間で顕著な差異が現れ、比較例に比べて実施例の方が短時間で目標品温まで昇温させることができ、比較例に対する実施例の優位性を確認できた。

以上のように、本実施形態における非燃焼加熱型喫煙装置１によれば、収容キャビティ３４内に配置され、たばこロッド１１を内側から加熱することでエアロゾル生成基材を揮発させるための内部ヒーター３６と、収容キャビティ３４の側周部に配置され、少なくともたばこロッド１１の予熱期間にたばこロッド１１の外周部を予熱することで、内部ヒーター３６の作動時に発生したエアロゾルの凝縮を抑制するための外部ヒーター３５とを備えている。これにより、内部ヒーターから熱が届き難く、且つ、外気の影響（放熱ロス）が起こり易いたばこロッド１１の外周部を、予め予熱期間において外部ヒーターによって十分に昇温させることができる。これにより、内部ヒーター３６の作動時に発生したエアロゾルの凝縮が起こることを抑制できる。それゆえ、喫煙時におけるエアロゾルのデリバリー量を十分に確保することができ、煙量感を向上させることができる。

なお、上記実施形態において、キャビティ側周壁３２（側周部）におけるキャビティ底部３３１が設けられる基端３２ｃを含む第１領域Ｒ１及び挿入口３８を含む第３領域Ｒ３には外部ヒーター３５を配置せず、第１領域Ｒ１より挿入口３８側に位置する第２領域Ｒ２に外部ヒーター３５を配置するようにしたので、たばこロッド１１における外周部のうち、特に基端側の領域を外部ヒーター３５によって集中的に加熱することができる。これにより、たばこロッド１１の先端側（上流側）で生成されたエアロゾルがたばこロッド１１の基端側（下流側）で凝縮することを効果的に抑制できる。

特に、本実施形態における内部ヒーター３６は、基端部３６ａ側から先端部３６ｂ側に向かって縮径する先細り形状を有しているため、内部ヒーター３６の先端部３６ｂは基端側に比べてたばこロッド１１に対する放熱量が少なくなる傾向があるが、内部ヒーター３６の先端部３６ｂの周囲（内部ヒーター３６の先端部３６ｂに対応する位置）に外部ヒーター３５を配置することで、内部ヒーター３６の先端部３６ｂにおける放熱量の不足分を好適に補うことができる。また、内部ヒーター３６からの放熱量が十分に確保できる第１領域Ｒ１には外部ヒーター３５を配置しないことで、電源５の電力消費を抑えつつ、たばこロッド１１の外周部における基端領域を外部ヒーター３５によって効率的に加熱することができる。

更に、本実施形態においては、キャビティ側周壁３２（側周部）における第３領域Ｒ３に外部ヒーター３５が配置されていないため、外部ヒーター３５を作動させた際に、マウスピース部１２の前端部に位置する例えばフィルターセグメントが外部ヒーター３５の熱によって焦げたり、溶けたりすることを抑制できる。

また、本実施形態においては、内部ヒーター３６の形状を円錐台形状とする例を説明したが、このようにキャビティ底部３３１側から挿入口３８側に向かって先細り形状を有する内部ヒーター３６を採用することで、収容キャビティ３４に挿入されるたばこロッド１１の充填物１１１に内部ヒーター３６を容易に貫入することができる。また、充填物１１１に内部ヒーター３６を貫入させた状態において、内部ヒーター３６と充填物１１１の接触状態を良好に維持することができる。その結果、内部ヒーター３６の発熱を充填物１１１に伝え易くなり、充填物１１１の加熱効率を向上させることができる。なお、本実施形態においては、収容キャビティ３４に挿入されるたばこロッド１１の充填物１１１に内部ヒーター３６を貫入させているが、たばこロッド１１における先端側（上流側）の充填物１１１の端面に形成された凹部に内部ヒーター３６を挿入するようにしてもよい。

また、内部ヒーター３６は種々の形状を採用することができる。例えば、内部ヒーター３６は錐形状または錐台形状を有し、且つ、キャビティ底部３３１側から挿入口３８側に向かって先細り形状となっていてもよい。例えば、円錐台形状の代わりに、円錐形状であってもよい。また、内部ヒーター３６は、円柱形状を有していてもよい。この場合、内部ヒーター３６における円柱部分の先端側に円錐部が形成されていてもよい。また、内部ヒーター３６は、収容キャビティ３４の中心軸ＣＬ１に対してｎ回対称性を有し、ｎは３以上の整数であってもよい。

また、図５に示した例では、加熱器３における内部ヒーター３６の先端部３６ｂを、キャビティ側周壁３２（側周部）における第２領域Ｒ２の先端（挿入口３８側の端部）に対応する位置に配置しているが、これには限定されない。例えば、図１４に示す変形例のように、内部ヒーター３６の先端部３６ｂが第２領域Ｒ２の中間部に対応する位置に配置されていてもよい。また、図１５に示す変形例のように、内部ヒーター３６の先端部３６ｂが第３領域Ｒ３に対応する位置に配置されていてもよい。また、図１６に示す変形例のように、内部ヒーター３６の先端部３６ｂが第１領域Ｒ１に対応する位置に配置されていてもよい。

以上、本発明に係る実施形態及び変形例を説明したが、本発明に係る非燃焼加熱型喫煙装置はこれらに限られず、可能な限りこれらを組み合わせることができる。

１・・・非燃焼加熱型喫煙装置
２・・・ハウジング
３・・・加熱器
４・・・コントローラ
５・・・電源
１０・・・非燃焼加熱型喫煙物品
１１・・・たばこロッド
１２・・・マウスピース部
３４・・・収容キャビティ
３５・・・外部ヒーター
３６・・・内部ヒーター

図２は、非燃焼加熱型喫煙装置１に用いる非燃焼加熱型喫煙物品１０の概略構成図である。非燃焼加熱型喫煙物品１０は、たばこロッド１１及びマウスピース部１２を有する。以下、非燃焼加熱型喫煙物品１０におけるたばこロッド１１側の端部を先端と呼び、マウスピース部１２側を基端と呼ぶ。たばこロッド１１は、たばこ刻み及びエアロゾル生成基材を含む充填物１１１及びこの充填物１１１を巻装する巻紙１１２によって構成されている。たばこ刻みの材料は特に限定されないが、ラミナや中骨等の公知のものを用いることができる。充填物１１１には、エアロゾルを生成するエアロゾル生成基材を含む。エアロゾル生成基材の種類は、特に限定されず、用途に応じて種々の天然物からの抽出物質を適宜選択することができる。エアロゾル生成基材としては、グリセリン、プロピレングリコール、トリアセチン、１，３−ブタンジオール、及びこれらの混合物等を例示できる。たばこ刻み及びエアロゾル生成基材を含む充填物１１１としては、たばこ細粉等のたばこ原料に、結合剤・ゲル化剤・架橋剤・香料・親水性香料・親油性香料・粘度調整剤・保湿剤または補強材などを添加物として含んでいてもよく、例えばシートたばこ、当該シートたばこ刻み、たばこ顆粒等の再構成たばこ原料を例示できる。また、充填物１１１は、香料を含んでいてもよい。香料の種類は、特に限定されない。

また、図３及び図４に示すように、収容キャビティ３４内には、内部ヒーター３６が設けられている。内部ヒーター３６は、円錐台形状を有し、ヒーターハウジング３１における底部３１１の中央部から垂直に収容キャビティ３４側に向かって突設されている。耐熱カップ３３におけるキャビティ底部３３１の中央部には貫通孔が形成されており、内部ヒーター３６は貫通孔を挿通することで、キャビティ底部３３１から収容キャビティ３４側に突出している。内部ヒーター３６の中心軸は、ヒーターハウジング３１（収容キャビティ３４）の中心軸ＣＬと同軸である。符号３６ａは、内部ヒーター３６の基端部であり、符号３６ｂは内部ヒーター３６の先端部である。内部ヒーター３６は、キャビティ底部３３１から挿入口３８に向かって延伸しており、基端部３６ａから先端部３６ｂに向かって徐々に先細りとなっている。なお、内部ヒーター３６及び外部ヒーター３５の種類は特に限定されないが、例えば鋼材に発熱線（例えば、ニクロム、鉄クロム、鉄ニッケル等）を張り巡らせて配置したもの、或いは、セラミックヒーター、シーズヒーター（Sheathed Heater）等を用いることができる。なお、シーズヒーターとは、熱線を充填剤と共に金属パイプで覆ったヒーターである。

図７において、時間Ｔ０は、非燃焼加熱型喫煙装置１の操作ボタンに対するオン操作をコントローラ４が検知したタイミング（以下、「加熱開始タイミング」という）を表す。図７に示すように、加熱開始タイミングにおいては、コントローラ４は、電源５から外部ヒーター３５に対してのみ電力供給を開始させる。そして、時間Ｔ１において、コントローラ４は、電源５から外部ヒーター３５への電力供給を継続しつつ、電源５から内部ヒーター３６に対する電力供給を開始させる。以下、時間Ｔ１を「内部加熱開始タイミング」という。そして、時間Ｔ２において、コントローラ４は、電源５から内部ヒーター３６に対する電力供給を継続しつつ、電源５から外部ヒーター３５に対する電力供給を停止させる。以下、時間Ｔ２を「外部加熱停止タイミング」という。そして、時間Ｔ０（加熱開始タイミング）から所定の喫煙時間が経過した時間Ｔ３において、電源５から内部ヒーター３６に対する電力供給を停止させる。以下、時間Ｔ３を「加熱停止タイミング」という。

上記のように、本実施形態における非燃焼加熱型喫煙装置１は、たばこロッド１１に対する加熱を開始する加熱開始タイミングにおいて外部ヒーター３５のみを作動させ、たばこロッド１１の予熱（初期加熱）を行う。ここで、外部ヒーター３５は、収容キャビティ３４の外周部（側面）に位置するキャビティ側周壁３２に沿って設けられているため、収容キャビティ３４に収容されているたばこロッド１１の外周部を効率的に加熱することができる。つまり、時間Ｔ１（内部加熱開始タイミング）において内部ヒーター３６によるたばこロッド１１の加熱が開始されるまでに、たばこロッド１１の特に外周部を効率的に予熱しておくことができる。ここで、時間Ｔ０（加熱開始タイミング）から時間Ｔ１（内部加熱開始タイミング）までの期間を「予熱期間」という。なお、予熱期間は、加熱開始タイミング（すなわち、予熱開始）から経過時間が所定の設定時間に到達し、または、外部ヒーター３５の温度が所定の設定温度に到達した時点として設定することができる。例えば、予熱期間において、コントローラ４は、外部ヒーター３５を制御する際の設定温度を３００℃に設定してもよい。

また、図１３に示すように、第１測定位置ＭＰ１〜第３測定位置ＭＰ３は、キャビティ底部３３１側から第１測定位置ＭＰ１、第２測定位置ＭＰ２、第３測定位置ＭＰ３の順に並んでいる。収容キャビティ３４の中心軸ＣＬ１方向において、キャビティ底部３３１と第１測定位置ＭＰ１の離間寸法は２ｍｍとした。また、第１測定位置ＭＰ１と第２測定位置ＭＰ２の離間寸法は５ｍｍとした。また、第２測定位置ＭＰ２と第３測定位置ＭＰ３の離間寸法は６ｍｍとした。また、第３測定位置ＭＰ３と収容時ロッド後端位置Ｐ１との離間寸法は２ｍｍとした。また、加熱制御において、加熱開始タイミングから内部加熱開始タイミングまでの経過時間を６秒間に設定し、加熱開始タイミングから外部加熱停止タイミングまでの経過時間を２０秒間に設定し、加熱開始タイミングから加熱停止タイミングまでの経過時間を４２０秒間に設定した。

Claims (13)

1. たばこ刻み及びエアロゾル生成基材を含むたばこロッドを収容するための収容キャビティと、
   前記収容キャビティ内に配置され、前記収容キャビティに挿入されるたばこロッドに貫入または当該たばこロッドの端面に形成された凹部に挿入するための内部ヒーターであって、前記たばこロッドを内側から加熱することで前記エアロゾル生成基材を揮発させるための内部ヒーターと、
   前記収容キャビティの側周部に配置され、少なくとも前記たばこロッドの予熱期間に前記たばこロッドの外周部を予熱することで、前記内部ヒーターの作動時に発生したエアロゾルの凝縮を抑制するための外部ヒーターと、
   を備える、
   非燃焼加熱型喫煙装置。
2. 前記内部ヒーター及び前記外部ヒーターを制御する制御部を備え、
   前記制御部は、前記内部ヒーター及び前記外部ヒーターの双方が作動する同時加熱期間において、前記外部ヒーターの温度が前記内部ヒーターの温度より高くなるように制御する、
   請求項１に記載の非燃焼加熱型喫煙装置。
3. 前記制御部は、前記外部ヒーターによる前記たばこロッドの予熱開始からの経過時間が所定の設定時間に到達し、または前記外部ヒーターの温度が所定の設定温度に到達した時点で当該外部ヒーターの作動を停止させるが、前記内部ヒーターの作動を継続させる、
   請求項２に記載の非燃焼加熱型喫煙装置。
4. 前記制御部は、前記外部ヒーターの作動停止後、前記内部ヒーターの温度を前記外部ヒーターの作動停止前に比べて増加させる、
   請求項３に記載の非燃焼加熱型喫煙装置。
5. 前記制御部は、前記たばこロッドの予熱を開始する際に前記外部ヒーターのみを作動させることで当該予熱を開始し、前記外部ヒーターの作動に遅れて前記内部ヒーターを作動させる、
   請求項２から４の何れか一項に記載の非燃焼加熱型喫煙装置。
6. 前記収容キャビティは、前記側周部の先端側に位置すると共に前記たばこロッドを挿入可能に開放された開放端である挿入口と、前記側周部における基端側に位置するキャビティ底部と、を有し、
   前記側周部は、前記キャビティ底部が設けられる基端を含む第１領域と、前記第１領域に隣接して前記挿入口側に位置する第２領域と、を有し、
   前記外部ヒーターは、前記第１領域に配置されておらず且つ前記第２領域に配置されている、
   請求項１から５の何れか一項に記載の非燃焼加熱型喫煙装置。
7. 前記外部ヒーターは、前記第２領域における一部の区間または全区間において前記側周部の周方向に沿って全周に亘って配置されている、
   請求項６に記載の非燃焼加熱型喫煙装置。
8. 前記内部ヒーターは、前記収容キャビティの中心軸に対してｎ回対称性を有し、ｎは３以上の整数である、
   請求項６または７に記載の非燃焼加熱型喫煙装置。
9. 前記内部ヒーターは円柱形状を有し、且つ、先端側に円錐部が形成されている、請求項６から８の何れか一項に記載の非燃焼加熱型喫煙装置。
10. 前記内部ヒーターは錐形状または錐台形状を有し、且つ、前記キャビティ底部側から前記挿入口側に向かって先細り形状となっている、請求項６から８の何れか一項に記載の非燃焼加熱型喫煙装置。
11. 前記内部ヒーターは円錐形状または円錐台形状を有する、請求項６から８の何れか一項に記載の非燃焼加熱型喫煙装置。
12. 前記側周部は、前記第２領域に隣接すると共に前記挿入口を含む第３領域を更に有し、当該第３領域には前記外部ヒーターが配置されていない、請求項６から１１の何れか一項に記載の非燃焼加熱型喫煙装置。
13. 前記内部ヒーターの先端位置は、前記側周部における前記第２領域または前記第３領域に対応付けられている、請求項１２に記載の非燃焼加熱型喫煙装置。

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