KR100341602B1

KR100341602B1 - 전기흡연기구용담배풍미유니트

Info

Publication number: KR100341602B1
Application number: KR1019940701577A
Authority: KR
Inventors: 매리엘렌 카운츠; 수잔이. 워렌
Original assignee: 필립모리스 프로덕츠 인코포레이티드
Priority date: 1992-09-11
Filing date: 1993-09-10
Publication date: 2002-11-30
Also published as: WO1994006313A1; US5369723A; EP0612221A1; NO300871B1; CA2425103C; CA2425103A1; JPH07502188A; NO941760L; EP0612221A4; NO941760D0; AU678562B2; CA2123212C; AU5126193A; DE69327038D1; JP3566721B2; DE69327038T2; CA2123212A1; ATE186628T1; EP0612221B1

Abstract

소비자에게 풍미 함유 물질을 전달하고, 공동안에 전기 가열기구를 갖는 기구에 사용하기 위한 풍미 발생 유니트가 제공된다. 풍미발생 유니트는 탄소섬유질 매트와 풍미함유 물질의 효율적 발생을 제공하는 매트상에 배치된 풍미발생 매질을 포함한다. 탄소매트는 레이욘, 핏치 및 폴리아크릴로니트릴로 되는 군 중에서 선택된 전구체로 만든 탄소섬유를 포함한다. 풍미발생 유니트를 결합한 풍미발생 기구가 또한 제공된다.

Description

전기 흡연기구용 담배 풍미유니트

발명의 배경

본 발명은 담배 풍미 매체를 가열시켜서 담배 풍미제를 방출시키는 흡연 기구에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 전기적으로 가열시키는 흡연기구에 관한 것이다.

전기적으로 가열시키는 흡연기구는 공동으로 양도한 미국 특허 제 5,060,671호에 기재되었으며, 이 특허는 이 명세서에 전체로 참고용으로 기입하였다. 이 특허에는 일회용 전기가열소자 한 셋트를 설치한 전기적으로 가열시키는 흡연기구가 기재되어 있으며, 여기서 상기 전기가열소자 각각에는 예를들면 담배 또는 담배-유도물질을 함유한 담배 풍미 재질의 개별적인 충전물이 들어있다. 일회용 가열기/풍미 유니트는 바테리 또는 축전기 뿐만아니라, 흡연자가 흡연기구를 한모금 빨거나 또는 수동식 스위치의 압하(壓下)에 응합하여 가열소자를 작동시키는 제어회로소자와 같은 전기 에너지원을 갖는 다소의 영구 유니트에 결합된다. 이 회로소자는 가열소자의 적어도 1개 이상이지만 전부가 아닌 소자들이 흡연자의 한모금 빠는 것에 의해서 작동되도록 설계해서, 각각 예정된 양의 담배풍미 물질을 함유하는 예정된 수효의 한모금 빨기가 흡연자에게 전달되도록 한다. 이 회로소자는 또한 담배 풍미 매질의 과열을 방지하고, 상한 맛을 내는 바람직하지 못한 화합물들의 연속적인 생성을 방지하기 위하여, 어떤 특정한 가열기를 한번 이상 작동시키는 것을 바람직하게 방지해준다.

이와 같은 흡연기구에 있어서, 가열소자들은 소비된 담배 풍미 매질과 함께 처분된다. 이것은 담배 풍미 매질을 보충한 새로운 가열소자를 구입해야만 하는 흡연자에게 비용을 증가시키는 결과를 초래하게 된다. 처분된 풍미 매질의 양은 또한 가열소자들이 처분될때 보다 많다.

그 외에, 가열소자들이 처분될 때에, 이 소자들은 본래적으로 제거되어야 한다. 그 결과, 제거되는 가열기들이 전기 에너지원에 전기적으로 연결될 때에 흔히 접속시에 지나친 접촉저항이 있게 되어서 전력소비의 증가를 초래하게 된다. 또한, 접속장치는 매번 사용후, 새로운 가열소자들의 반복된 삽입을 견딜 수 있도록 설치해야 한다.

또한, 가열소자들을 처분할때에, 가열기 전기저항은 가열기에서 가열기로 변화를 줄 수 있으므로, 전력소비에 있어서 변동을 초래하고, 이어서 온도에 있어서 변동을 줄 수 있다. 담배 풍미 매질이 가열되는 온도는 담배 풍미제의 특성을 결정하는 온도이므로, 이 특성들이 또한 변화할 것이다.

미국특허 제 5,060,671호와 관련한 상기 결점들은 1993년 2월 2일 출원한 계속출원 제 08/012,799의 포대표지에 현재 포기된 것으로 표시된, 1991년 3월 11일 출원하여 공동으로 양도한 미국특허출원 제 07/666,926호에 기재되어 있다. 이 특허출원은 재사용이 가능한 가열소자와 일회용 담매풍미발생용 부분을 갖는 전기적으로 가열시키는 흡연기구를 기술하고 있다. 일회용 부분은 플러그 덮개나 또는 고정수단에 의해서 부착된 풍미부분과 필터부분을 포함하는 것이 바람직하다.

재사용이 가능한 가열소자의 결점은 잔류 애어로졸이 흡연기구의 가열소자와 기타 연구 구조적 구성요소들에 침강하여 응축될 수 있으므로, 새로운 일회용 담배 풍미 매질을 흡연기구에 삽입한 후 잔류 애어로졸을 다시 가열할 경우에 바람직하지 못한 애어로졸 성분의 발생을 초래하게 된다. 이와 같은 잔류물을 "점착물 오염"이라고 부른다.

농축된 잔류 애어로졸과 관련된 결점들은 함께 출원되어 공동으로 양도한 미국특허출원 제 07/943,504호(PM-1550)에 기재되어 있다. 이 특허출원은 영구가열기 정착물과 소비자에게 담배 풍미제를 전달하기 위한 분리가능한 담배 풍미 유니트를 가지는 전기 흡연기구를 기술하고 있다. 가열기 점착물과 담배 풍미 유니트는 특정 구성요소에 애어로졸의 응축을 방지하도록 설계, 배치해서 바람직하지 못한 애어로졸 성분들의 발생을 최소화한다.

흡연기구가 일회용 또는 영구 전기 가열기를 이용하던간에, 가열기는 최소 전기 에너지 입력으로 담배 풍미 매질과 열접촉시에 약 200~700℃사이의 작동온도에 도달할 수 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 작동온도는 담배 풍미 물질을 효율적으로 발생시킴에 있어서 효과적이다.

흡연기구는 바람직하지 못한 풍미제의 발생을 최소화하고, 담배가 아닌 풍미제의 가열을 최소화되는 것이 또한 바람직하다.

흡연기구의 담배 풍미제는 최소 전기에너지 입력으로 다량의 애어로졸과 풍미제를 발생시키는 것이 또한 바람직하다.

발명의 요약

본 발명의 목적은 일회용 또는 영구 전기 가열기를 이용하는 흡연기구를 제공하는 것이며, 여기서 가열기는 최소 전기 에너지 입력으로 담배 풍미 매질과 열접촉시에 약 200~700℃사이의 작동온도에 도달할 수 있게 한다. 이와 같은 작동온도는 담배 풍미 물질을 효율적으로 발생시킴에 있어서 효과적이다.

또한, 본 발명의 목적은 바람직하지 못한 풍미제의 발생을 최소화하고, 담배가 아닌 풍미제의 가열을 최소화하는 흡연기구를 제공하는 것이다.

본 발명의 추가목적은 흡연기구의 담배 풍미제가 최소 전기 에너지 입력으로 다량의 애어로졸과 풍미제를 발생시키는 것이다.

본 발명에 의하여, 흡연자에게 담배 풍미 물질을 전달하고, 공동 안에 전기 가열수단을 배치한 흡연기구에 사용하기 위한 담배 풍미 유니트가 제공된다. 담배 풍미 유니트는 제1표면과 제2표면을 갖는 탄소섬유질매트를 포함하며, 이 매트는 전기 가열수단에 인접해서 배치되도록 적응시킨다. 담배 풍미 매질은 매트의 제1표면에 처치한다. 전기 가열수단이 작동될 때에, 가열수단과 열 전달관계에 있는 담배 풍미 매질의 각 부분이 가열되어서 흡연자에게 절달하기 위한 담배 풍미 물질의 예정된 양을 발생시킨다. 탄소 매트는 레이욘, 핏치 및 폴리아크릴로니트릴로 되는 군 중에서 선택된 전구체로 만든 탄소섬유를 포함한다.

본 발명에 의해서, 본 발명의 담배 풍미 유니트를 결합한 흡연기구가 또한 제공된다. 흡연기구에 있어서, 애어로졸 발생은 섬유질 탄소 매트에 담배풍미제를 적용하는 것을 조절함으로써 선택적으로 조절될 수 있다. 흡연기구는 에너지를 최소로 소비해서 효율적으로 애어로졸을 생성한다.

본 발명의 상기 목적과 기타 목적 및 이점들은 첨부도면과 관련해서 다음의 상세한 설명을 참조하면 명백해질 것이며, 여기서 같은 참조 특성들은 명세서 전체에서 같은 부분을 언급한다.

제1도는 본 발명에 의한 담배 풍미 유니트의 제1태양의 부분단편 사시도이고,

제2도는 제1도의 2-2선에서 취한, 제1도의 담배 풍미 유니트의 횡단면도이고,

제3도는 본 발명에 의한 담배 풍미 유니트의 제2태양의 부분 단편사시도이고,

제4도는 제3도의 4-4선에서 취한, 제3도의 담배 풍미 유니트의 횡단면도이고,

제5A-5D도는 본 발명에 의한 각종 가열기 장착배열의 설명도이고,

제6도는 각종 바리어형에 대한 피크바리어 표면온도대 가열기에너지 입력을 나타내는 그라프이고,

제7도 및 8도는 각각 16.3 W-sec 및 18.0 W-sec의 가열기 입력에너지 입력에서 시험공정에 대한 중량손실대 초기 합성물 기초 중량을 나타내는 그라프이고,

제9도 및 10도는 각각 제7도 및 8도에 나타낸 시험공정에 대한 담배 중량 손실 백분율대 계산된 가열중량을 나타내는 그라프이다.

본 발명의 기초 담배 풍미 유니트는 담배 풍미물질의 효과적인 발생을 제공해주는 섬유질 매트의 표면에 처치한 담배 풍미제를 포함한다. 본 발명의 담배 풍미 유니트를 결합한 흡연기구는 예를 들면 궐련을 흉내내기 위하여 사용될 수 있다. 이와 같은 경우에 있어서, 담배 풍미제는 담배 또는 담배 유도체를 함유하는 물질이 된다.

본 발명에 의하여, 흡연기구는 한개 이상의 전기 가열기, 본 발명의 한개 이상의 담배 풍미 유니트, 한개 이상의 필터, 전기 에너지원 및 수동식 작동 또는 흡연작동에 응답하여 적당한 순서로 흡연기구의 가열기에 에너지를 주는 조절회로소자를 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명의 담배 풍미 유니트가 결합될 수 있는 흡연기구는 상기 미국특허 제 5,060,671호, 미국특허출원 제 07/666,926호, 동 제 08/012,799호 및 동 제 07/943,504호(PM-1550)에 기재되어 있다.

본 발명에 의하여, 담배 풍미 유니트에 사용하기 위한 가열기는 일회용이거나 또는 영구용이어도 좋다. 가열기가 영구용이거나 또는 일회용이던간에, 담배 풍미제는 가열시에 풍미제를 방출하는 물질이라면 어느 것이라도 좋다. 이와 같은 물질은 담배 또는 담배-유도 물질을 함유하거나 또는 함유하지 않아도 좋은 연속시이트, 포말, 겔 또는 주형 슬러리(분무처리 슬러리 포함)를 포함한다.

담배 풍미제는 담배 혼합물, 가습제, 풍미제, 검 첨가제 또는 기타 결합제의 여러가지 양과 혼합을 가져도 좋다. 담배 풍미제는 애어로졸로서 담배풍미물질을 전달하기 위하여 애어로졸 전구체를 함유해서, 흡연자가 담배풍미물질을 내뿜을 때에, 가시성 농축 애어로졸이 궐련연기의 외관을 흉내낼 수 있게하는 것이 바람직하다.

담배풍미제 이외에, 본 발명의 담배 풍미 유니트는 담배 풍미 물질의 효과적인 발생을 제공해주는 탄소 섬유질 매트를 포함한다. 이하에서 더욱 구체적으로 논의되는 바와 같이, 탄소 섬유질 매트는 담배 풍미제를 구조적으로 지지하는 담체로서 사용되거나 또는 바람직하지 못한 풍미 발생을 최소화시키는 바리어로서 사용되거나, 아니면 양자 모두로서 사용될 수 있다.

탄소 섬유질 매트가 담체로서 사용되거나 바리어로서 사용되거나를 불문하고, 이 것은 함께 매트를 형성하기 위하여 결합되는 복수개의 탄소섬유로 만든다. 본 발명의 탄소섬유질 매트는 고온과 저기초 중량에서 구조적 완전성 및 열안정성의 특성을 갖는다. 이들 본 발명의 특징들은 매트를 구성하는 탄소 섬유에 기인하는 것이다.

본 발명의 탄소 섬유질 매트는 여러가지의 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들면, 탄소섬유는 실질적으로 섬유의 매트릭스로 구성된 매트를 형성하기 위하여 짤 수 있다. 그러나, 더욱 바람직하기로는, 본 발명에서 사용하는 탄소섬유는 실질적으로 섬유의 매트릭스로 구성된 부직 매트를 형성하도록 결합제를 사용하여 결합시킬 수 있다. 부차적으로, 탄소섬유는 다른 호스트 매트릭스에 혼입시켜서 섬유가 호스트 매트릭스의 특성을 변경하도록 할 수 있다. 후자의 태양에 있어서, 탄소섬유는 탄소섬유를 혼입한 호스트 매트릭스에 고온에서 열안정성과 구조적 완전성을 부여하기 위하여 사용된다.

본 발명에 의하여, 탄소섬유는 실질적으로 탄소로 구성된다. 이와 같은 섬유는 레이욘, 핏치 및 더욱 바람직하기로는 폴리아크릴로니트릴(PAN)로 되는 군 중에서 선택된 탄소섬유 전구체 물질을 탄화하여 만든다. 이와 같은 전구체의 탄화로 섬유를 생산하기 위하여 사용한 전구체 물질에 의존해서, 레이욘 기초, 핏치기초 또는 폴리아크릴로니트릴기초 탄소섬유를 만들게 된다. 탄소섬유의 특정형의 특성들이 어느 정도 전구체 물질과 이것을 생산하기 위하여 사용하는 방법에 의존할지라도, 탄소섬유는 일반적으로 고탄소함유량(보통으로 약 90%초과), 적당한 가요성, 열적 불활성 및 높은 화학적 불활성, 양호한 열 및 전기 전도성에 의해서 특징지어진다.

탄소섬유가 레이욘, 핏치 또는 폴리아크릴로니트릴에 기초 여부에 불문하고, 실질적으로 섬유의 매트릭스로 구성된 매트를 형성하기 위하여 사용된 결합제는 매트를 형성하고, 흡연기구에 사용하기에 적합한(즉, 허용되는 주관성을 갖는) 결합제라면 어떠한 형이어도 좋다. 이들 바람직한 특성들을 갖는 결합제들은 폴리비닐알콜(PVA), 당류, 전분 또는 변성 전분, 알긴산염, 셀룰로즈 기초 접착제; 콘작 소맥분(Konjac flour), 펙틴 및 구아검과 같은 인공 또는 천연검을 포함한다. 다른 결합제들이 또한 사용될 수 있는 것이 명백해질 것이다.

예를 들면, 매우 가는 섬유로된 펄프 섬유(이 섬유의 결합은 일반적으로 기계적 수단으로 함), 또는 담배 슬러리 기초 결합제가 사용될 수 있다. 결합제는 매트의 전체적인 기초 중량의 약 3∼6%로 구성하는 것이 바람직하며, 상기 범위 이상 또는 이하의 백분율이 또한 사용될 수 있다.

호스트 매트릭스의 특성을 변성시키도록 하기 위하여 본 발명의 섬유를 다른 호스트 매트릭스에 혼입시킬 경우, 매트릭스는 흡연기구에 사용하기에 적합한(즉, 허용되는 주관성을 갖는) 매트를 형성해야한다. 이를 바람직한 특성을 갖는 호스트 매트릭스는 종이와 같은 셀룰로즈 기초 매트릭스, 또는 직물 가제와 같은 종이와 같은 매트릭스를 포함한다. 부차적으로, 담배 기초 매트릭스도 또한 사용될 수 있다. 다른 호스트 매트릭스(예, 비교적 내습성 및 내열성겔 또는 칼슘처리 알긴산염과 같은 결합제 필름)도 또한 사용될 수 있음이 명백해질 것이다.

어떠한 형의 호스트 매트릭스가 사용되든지 간에, 본 발명에 의한 섬유는 최대로 약 100%의 중량 백분율에서 혼입될 수 있다. 보다 높은 중량 백분율에서 필요에 따라서, 상기한 것들과 비슷한 결합제는 섬유결합을 촉진시키기 위하여 매트에 혼입될 수 있다.

섬유가 그 자체의 매트를 형성하거나 또는 다른 호스트 매트릭스에 혼입되어서 사용되던간에, 섬유는 약 7∼30㎛범위의 직경을 갖는 것이 바람직하다. 섬유는 섬유질 매트가 매트를 흡연기구에 결합시키기 위하여 요구되는 처리에 견디게해주는 길이를 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 섬유가 그 자체의 매트를 형성하거나 또는 다른 호스트 매트릭스에 혼입되어서 사용되던 간에, 생성되는 섬유질 매트는 최대로 약 35∼40N/m의 전형적인 처리 장력하중(약 2.54cm/분의 경사속도에서, 응력방향으로 폭 2.5cm, 길이 15cm의 매트로 신장내력시험으로 측정했음)에 견딜 수 있는 것이 바람직하다.

섬유를 호스트 매트릭스에 혼입시킬 경우에, 바람직한 섬유길이는 섬유가 혼입된 호스트 매트릭스의 유형과 첨가된 섬유의 중량 퍼센트에 의존할 수 있다는 것이 이 기술계통의 술련가들에게 명백해질 것이다. 섬유를 상기 미국특허출원 제 01/943,504호(PM-1550)에 나타낸 바와 같이, 흡연기구에 사용하기 위하여 그 자체의 매트를 형성하기 위하여 결합시킬 경우에, 섬유의 길이가 어떠하던 간에, 생성되는 매트는 약 0.05∼약 0.11mm 범위의 두께를 갖고, 약 6∼약12g/㎡범위의 탄소섬유성분 기초중량을 갖게 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 두께와 중량은, 담배가 아닌 풍미제에 대한 열손실을 감소시키기 때문에, 최소 전력소비로 담배 풍미물질의 효과적인 발생을 허용해준다. 지정된 두께와 탄소섬유 기초중량을 갖는 매트는 담배 풍미제를 지지하기에 충분한 강도를 가지며, 그 외에 중요한 열강하가 되지않기에 충분한 얇기와 가벼움을 갖는다. 적합한 범위 밖의 두께와 기초중량이 또한 사용될 수 있는 것은 이 기술계통의 전문가들에게 명백해질 것이다.

본 발명에 의한 담배 풍미 유니트(10)의 제일 바람직한 태양의 모형도를 제1도 및 2도에 나타냈다. 유니트(10)는 전기가열기(12), 담배풍미제(14) 및 담배풍미제(14)용 담체로서 사용되는 섬유질 매트(16)를 포함한다. 가열기(12)의 단부(12a, 12b)에 전기 연결을 각각 접점(11, 13)을 통해서 제공한다.

본 발명에 의하여, 섬유질 매트(16)는 담배 풍미제(16)를 구조적으로 지탱하기 위하여 사용된다. 섬유질 매트(16)는 전기 가열기(12)에 큰 열적 하중이 존재하지 않는 낮은 기초중량을 갖는 것이 유리하다. 그 결과로, 담배 풍미제(14)는 보다 높은 기초 중량보다도 적은 전력소비로 가열기(12)에 의하여 일정한 예정 온도까지 가열될 수 있다.

부차적으로 상기한 바와 같이, 섬유질 매트(16)는 고온에서 구조적 완전성을 갖고, 열적으로 안정하다. 따라서, 담배 풍미제(14)와 섬유질 매트(16)가 약 200˚∼약 700℃의 온도에서 노출될 수 있을지라도, 섬유질 매트(16)는 실질적으로 그의 구조적 완전성을 보유하게 되므로 떨어져 나가지 않게 되고, 또한 가열기(12)의 작동중 바람직하지 못한 풍미 발생에 실질적으로 기여하지 않게 된다.

본 발명의 이들 특징과 특히 섬유질 매트(16)의 구조적 완전성은, 가열기(12)가 영구 가열기이고 한편 담배 풍미제(14) 및 섬유질 매트(16)가 일회용인 경우에 특히 중요하다. 이들 조건하에서, 구조적 완전성은 폐기물을 위에 남기지 않고서 가열기 대역에서 담배 풍미제가 제거되도록 하기 위하여 중요하다.

제1도 및 2도에 나타낸 본 발명의 부차적 특징은 가열기(12)가 큰 열 강하에 노출되지 아니하므로 많은 전력을 소비하지 않고서 담배 풍미물질을 효과적으로 발생시켜서 예정된 가열기 온도에 도달시키는 것이다. 본 발명에 의하여, 공기 가열기(12)를 담배 풍미 유니트(10)의 다른 부분들과 이 유니트(10)가 결합되어 있는 흡연기구의 다른 부분들(도시하지 않음)과 열적으로 단열시키기 위하여 사용한다.

예를들면, 이 태양에서 가열기(12)는 실질적으로 2개의 표면(12c 및 12d)을 갖는 평면이다. 표면(12c)는 담배 풍미제(14)와 친밀한 열전달관계에 있다. 본 발명에 의하여, 가열기(12)는 애어갭(14a, 14b 및 14c)에 의해서 둘러싸인다. 이들 애어갭은 담배 풍미유니트(10)내의 가열기의 기하학적 배열에 의해서 한정된다.

특히, 애어캡(14a)은 가열기 표면(12d) 및 전기 접점(11 및 13)에 의해서 한정된다. 양호한 단열을 제공하는 애어갭(14a)의 존재 때문에, 가열기(12)에 의해서발생되는 열을 담배 풍미제(14)로부터 떨어져서 애어갭(14a)을 향하는 방향으로 직접 전파될 수 없다. 따라서, 에어갭(14a)의 단열성 때문에, 가열기 표면(12d)이 지지 물질과 직접 접촉해있는 경우 요구되는 것 보다 더 적은 전력이 예정된 가열기 온도를 성취하기 위하여 요구된다.

부차적으로, 애어갭(14b 및 14c)은 각각 담배 풍미제(14) 및 전기접점(13, 11)에 의해서 한정된다. 이들 애어갭의 단열성 때문에, 가열기(12)와 직접 물리적 접촉을 갖는 담배 풍미제(14)의 영역으로부터 떨어져서 열의 측방향 전파는 최소화된다. 따라서, 애어갭(14b 및 14c)을 가열기(12) 또는 담배 풍미제(14)와 직접 물리적 접촉을 갖는 다른 물질로 대체할 경우, 가열기(12)를 예정온도로 가열시키기 위하여 보다 큰 전력소비가 요구된다.

가열기 효율을 성취함에 있어서, 애어갭(14b, 14c)과 같은 애어갭의 영향은 아래 실시예 I에서 더욱 구체적으로 논의한다.

제1도 및 2도에 나타낸 바와 같은 접점(11, 13)이 "전기접점"으로서 확인되었을지라도, 접점(11, 13)은 또한 가열기(12)를 구조적으로 지지하기 위하여 사용되는 가열기 지지체들을 나타낼 수 있다. 이와 같은 경우에 있어서, '전기접점'은 가열기 지지체들이 전기접점으로서 또한 작용할 수 없는 경우에, 제1도 및 2도에 나타내지 않은 다른 수단을 통해서 가열기 단부(12a, 12b)에 만들어질 수 있다. 부착적으로 가열기(12)를 지지하기 위하여 단지 한개의 구조적 지지체가 요구되는 경우, 제1도 및 2도에 나타낸 접점(11, 13)중 하나는 그 구조적 지지체를 나타낼 수 있는 반면에, 접점(11, 13)중 두번째 것은 전기 접점을 나타낼 수 있다.

제1도 및 2도는 섬유질 매트(16)가 담배풍미제를 구조적으로 지지하기 위하여 담체로서 이용되는 담배풍미유니트를 나타낸 것이다. 가열기(12)가 영구가열기인 이 특별한 태양의 결점은, 가열기가 직접 노출되고, 담배 풍미제와 물리적으로 접촉하는 것이다. 영구가열기 설계에 대해서, 이 직접 노출은 후속적인 재가열이 바람직하지 못한 풍미를 발생시킬 수 있는 영구 가열기상에 담배 풍미물질의 응축때문에 바람직하지 못한 풍미발생을 초래할 수 있다.

또한, 일부 특정 담배 풍미제는 가열기를 가열시킨 후에 이 가열기에 점착하려는 경향을 갖는다. 이와 같은 점착은, 가열기가 흡열기구의 영구부품일 경우, 가열기 작동후, 일회용 담배 풍미제를 가열기 영역에서 제거시키는 것을 어렵게 만들 수 있다. 완전히 제거되지 않은 잔류물은 새로히 공급되는 담배 풍미제와 함께 재가열되어서 바람직하지 못한 풍미발생에 기여할 수 있다.

본 발명에 의한 담배풍미유니트(20)의 더욱 구체적인 제2태양을 제3도 및 4도에 나타났다. 이 유니트(20)는 전기가열기(12), 담배풍미제(24) 및 담배풍미제(24)용 담체로서 다시 사용되는 섬유질 매트(26)를 포함한다. 그러나 제1도 및 2도에 나타낸 유니트(10)와는 대조적으로 유니트(20)는 또한 가열기(12)가 담배 풍미제(24)에 직접 노출되는 것을 격리시키기 위하여 "바리어"로서 섬유질 매트(26)를 이용한다. 그 외에, 담배 풍미유니트(20)는 담배풍미유니트(10)과 유사하다.

섬유질 매트(26)는 가열기(12)를 담배풍미제(24)로부터 분리시키기 때문에, 가열기(12)에 풍미제(24)의 점착은 최소화된다. 또한, 담배풍미제와 이담배풍미제(24)에 의해서 발생되는 애어로졸은 가열기(12)에 보다 적게 침적될 가능성이 있으므로, 가열기(12)가 담배풍미제(24)에 직접 노출된 경우 보다도 바람직하지 못한 풍미를 보다 적게 발생시킨다. 섬유질 매트(25)를 통항 애어로졸 및 기타 풍미제의 침투성은 이와 같은 바람직하지 못한 풍미제의 침적량과 발생량을 결정하게 되는 하나의 요인이다.

유니트(20)는 담배풍미제 삽입물이 사용후 제거되는 영구 가열기형 흡연기구에 있어서 특히 유용하다. 담배 풍미유니트(20)가 결합될 수 있는 바람직한 흡연기구는 상기 미국특허출원 제 07/943,504호(PM-1550)에 기재되어 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 담배 풍미제는 가열시에 풍미제를 방출시키는 물질이라면 어떠한 것이라도 좋다. 담배 풍미제가 연속시이트일 경우, 애어로졸 및 풍미 발생은 기초 중량, 시이트밀도 또는 시이트의 주형두께를 변경함으로써, 본 발명에 의해서 선택적으로 조절될 수 있다. 부차적으로, 애어로졸 및 풍미 발생은 또한 담배풍미제의 유효 표면적을 증가시켜서 애어로졸 및 풍미제가 달아날 때에 표면부위의 수효를 증가시킴으로써 조절될 수 있다. 본 발명에 의하여, 유효 표면적은 시이트 표면을 모조(예, 표면의 엠보싱 또는 스크린 프린칭)함으로써 증가시킬 수 있다. 또한, 애어로졸 및 풍미 발생은 담배 풍미제의 다공성을 증가시켜서 담배 풍미제로부터 애어로졸 및 풍미제의 일탈을 촉진시킴으로써 조절될 수 있다. 본 발명의 이 특징은, 예를들면 시이트를 천공해서 성취할 수 있다. 상기 본 발명의 특징들은 아래 실시예들에서 더욱 구체적으로 논의될 것이다.

담배 풍미제의 유효 표면적은 또한 다층 담배 풍미제 시스템을 제공하여서증가시킬 수 있다. 예를들면, 작은 크기의 담배 분쇄물, 결합제 및/또는 기타 바람직한 성분들의 혼합물을 함유하는 담배 슬러리의 얇은 기초층을 아래에 기재한 바와 같이 담체 또는 바리어상에 주조할 수 있다. 이 기초층의 정부에 크기가 큰 담배 분쇄물을 도포하고(즉, 담배분쇄물의 베드에 매트/슬러리 합성물을 산포살포하거나 롤링시킴), 이어서 롤링 또는 프레싱 단계에 의해서 기초 슬러리층으로 부분적으로 삽입시킨다. 생성되는 다른 풍미발생 시스템은 부분적으로 삽입시킨 담배 분쇄물 때문에 큰 유효 표면을 가지므로 애어로졸 및 풍미제가 일탈할 수 있을 때에 다수의 표면부위를 갖게 된다. 이러한 혀의 풍미발생시스템으로 에너지를 최소로 소비해서 애어로졸을 발생시키게 된다.

담배 풍미제가 포말, 겔 또는 슬러리(분무침적 슬러리 포함)일 경우, 애어로를 발생은 가용물 함량 또는 조성을 변경하거나, 또는 결합제 조성(예, 검 조성)을 변경해서 선택적으로 조절할 수 있다. 부차적으로, 도포방법이 애어로졸 및 풍미제 발생부위의 조절양의 결합을 변경함으로써 애어로졸 및 풍미제 발생을 조절하기 위하여 또는 사용될 수 있다. 발생된 애어로졸 및 풍미제의 일탈을 촉진시키면 또한 애어로졸 및 풍미제 발생을 선택적으로 조절되게 해준다. 예를들면, 밀도를 감소시켜서 포말, 겔 또는 슬러리의 다공성을 증가시키면(즉, 포말, 겔, 슬러리에서 공기의 농도를 증가시킴), 발생된 애어로졸 및 풍미제의 일탈을 촉진시킨다. 도포방법은 담배 풍미제의 밀도에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 본 발명의 매트에 담배 풍미제의 도포방법은 애어로졸 및 풍미제 발생을 조절하기 위하여 사용될 수 있다. 본 발명의 이 특징은 담배 풍미제 자체의 함량이나 또는 조성을 변경시키지 않고흡연자에게 애어로졸 및 풍미제의 전달이 조절되도록 해준다. 또한, 이것은 에너지를 최소로 소비해서 애어로졸 및 풍미제의 유효한 발생을 허용해준다. 이들 본 발명의 특징들은 아래 실시예에서 더욱 구체적으로 논의될 것이다.

실시예 I

이 실시예는 애어갭을 이용하는 본 발명의 가열기 지지체구조가 다른 가열기 지지체 구조와 비교해서 어떻게 열손실을 최소화하는 것을 설명한 것이다.

탄소가열기(10mm×1.5mm×0.51mm, 약 1.5mm×6∼7mm의 활성가열표면적을 가짐)를 두개의 다른 에너지 레벨에서 1초동안 가열했다. 평균 최대 표면 온도를 배치물 I-Ⅳ를 장착한 4개의 다른 가열기에 대해서 비교했다. 이들 배치물을 각각 제 5A-5D도에 나타냈다. 제5A도에 있어서, 가열기는 지지체 구조물상에 장착되지 아니하였으나, 가열기 지지체 구조물을 통해서 열손실의 효과를 비교하기 위하여 여전히 공기중에서 가열했다. 제5B도에서, 가열기는 고체 세라믹 튜브상에 장착했다. 제5C도에서, 가열기는 슬로트가 가열기의 각각의 긴변에 인접해 있는 가는 구멍의 중공 세라믹튜브의 "핑거(finger)"상에 장착된다. 이 배열은 가열기로부터 측방향 열전파를 최소화하려는 것이다. 제50도에서, 가열기는 슬로트의 정부에 장착되며, 여기서 가열기의 각각의 긴 측면은 튜브와 열접촉하지만, 가열기의 하부는 세라믹 재료 대신에 공기갭에 노출된다. 이 배열은 측방향 열전파의 효과를 고립시키려는 것이다.

에너지 입력의 함수로서, 제5A도 배열(즉, 여전히 공기중에서 비지지 가열기)의 평균 최대 가열기표면온도 및 최대가열기온도의 백분율을 하기 표I에 나타냈다.

상기 표I에 나타낸 바와 같이, 비지지 가열기(제5A도)의 가열기 표면온도는 최고이었다. 고체 세라믹 튜브(제5B도) 또는 가열기의 각 측부에서 제거한 물질을 갖는 세라믹 지지체(제5C도)상에 지지된 가열기의 최대온도는 비슷하였으며, 비지지 가열기 온도보다 현저하게 낮았다. 이들 경우에 있어서, 가열기의 하부는 지지체 물질과 직접 물리적인 접촉을 갖는다. 그러므로, 제5C도에서 최소화된 세라믹 지지체를 통한 측방향 열전달은 감소된 가열이 표면온도의 주요 원인이 아니였다. 세공 세라믹 튜브의 슬로트상에 장착한 가열기(제5D도)는, 이 결론을 입증하여, 비지지 가열기의 것에 근접한 최대 표면온도를 가졌다. 따라서, 가열기 밑의 지지체 물질에 직접적인 열전달은 가열기 측부로부터 측방향 열전달보다 더 중요한 요인이었다.

실시예I은 제1-4도에 관하여 상기 담배 풍미유니트에서 이용하는 애어갭의 잇점을 설명한 것이다. 애어갭은 일정한 예정 전력을 소비해서 보다 높은 가열기온도를 얻게 해준다. 다른 방법으로, 애어갭은 보다 적은 전력을 소비해서 일정한 예정가열기 온도를 얻게해준다.

실시예 II

이 실시예는 바리어 물질이, 담배 풍미제가 일정한 전력소비에 도달했을 때에 어떻게 온도에 영향을 미치는지는 설명하는 것이다. 탄소 가열기(10mm×1.5mm×0.51mm)를 제5D도에 나타낸 것과 비슷한 배열로 세공 세라믹 튜브상에 지지시켰다. 각종 유형의 바리어를 탄소가열기(약 1.5mm×6∼7mm의 활성가열면적을 가짐)의 정부 노출표면과 친밀하게 열접촉시켰다. 바리어물질(여기서는 담배풍미제가 통상으로 놓여짐)의 정부표면의 온도를 여러가지 가열기 입력 에너지로 측정했다.

바리어 "A"는 가열기상에 재치된 알루미늄박(기초중량 약 17g/㎡)의 5mm×20mm×0.006m 연속시이트로 구성되어서 가열기의 각 10mm 측붕상의 돌출부는 약 9.25mm(즉, 바리어가 가열기의 10mm 측부에 평행한 바리어의 5mm측부를 갖는 가열기에 중심이 됨)이었다.

바리어 "B"는 바리어"A"와 비슷하지만 예외로 이것은 5mm×5mm이여서 가열기의 각 측부가 2.5mm 피복되지 않은채로 남았다.

바리어 "C"는 바리어 "A"와 비슷하지만, 예외로 알루미늄박은 두께 0.0065mm 대신에 두께 0.013mm(기초중량 약 34g/㎡)이였다.

바리어 "D"는 바리어 "A"와 비슷하지만, 예외로 추가로 0.070 종이층을 규산나트륨을 사용하여 박(薄)에 적층시켜서 기초중량 약 71g/㎡ 및 전체두께 약0.076mm를 갖는 박/종이 적층 바리어를 제조했다. 바리어의 박측부는 바리어 "A"에서와 같이, 바리어의 5mm측부에 평행한 가열기의 10mm측부를 갖는 가열기 표면에 대향해서 배치했다.

바리어 "E"는 바리어 "D"와 비슷하지만, 예외로 적층물의 종이측부는 가열기 표면에 대향해서 배치했다.

바리어 "F"는 바리어 "E"와 비슷하지만, 예외로 종이층을 연속탄소섬유지로 대체하였으며, 여기서 탄소섬유지는 폴리아크릴로니트릴 기초 탄소섬유 9.6g/㎡를 종이 매트릭스에 혼입시켜서, 생성되는 탄소섬유지가 전체 두께 0.089mm 및 기초중량 33.3g/㎡을 가지며, 아마섬유 약 57중량%, 탄산칼슘 14중량% 및 탄소섬유 29중량%로 구성된다. 탄소섬유는 스택폴 코포레이션(Stackpole Corporation)의 자회사이고, 현재 미조우리주 세인트루이스에 소재하는 졸텍 코포레이션(Zoltek Corporation)의 소유인 스팩폴 화이바 캄파니(마사추세츠주 로웰시 소재)에서 구입한 Panex^R탄소섬유이다.

바리어 "G"는 바리어 "E"와 비슷하지만 예외로 박은 연속적이 아니고 알루미늄 박이 없이 1mm 면적으로 분리해서 폭 2mm의 알루미늄 스트립을 형성하기 위하여 주기적으로 중단된다.

제 6도는 바리어로 피복하지 않았을 때 가열기(즉, 여전히 공기 중에서 바리어를 피복하지 않은 가열기)온도와 바리어 "A"∼"G"에 대한 피크 바리어 표면온도대 가열기 에너지 입력을 나타낸 것이다. 제 6도에 나타낸 바와 같이, 가열기 정부상의 바리어의 배치를 가열기와 바리어 자체의 표면온도를 감소시킨다. 그러나, 온도의 감소양을 바리어 물질의 유형과 두께에 좌우된다. 예를들면 제 6도는 에너지 유효 바리어가 연속적인 열전도 박과 두꺼운 절연지의 사용을 최소화해주는 것을 나타낸다. 제 6도에서 데이타를 설명하기 위한 다른 방법은, 바리어를 담배풍미제와 가열기 사이에 삽입시킬 때에 일정한 예정 온도를 유지하기 위하여 가열기 에너지를 더욱 이용해야만 하는 것이다.

실시예 Ⅲ

상기 실시예 Ⅱ는 가열기와 담배풍미제 사이에서 바리어가 담배풍미제를 가열시킬 때에 온도를 어떻게 감소시킬 수 있는지를 설명한 것이다. 이 실시예는 이와 같은 온도감소가 바리어의 정부상에 재치한 담배 시이트를 가열한 후 담배 중량손실에 어떻게 옮겨지는지를 실명하는 것이다. 중량 손실은, 실제사용에 있어서, 흡연자에게 전달하기 위하여 처리되는 담배풍미 물질에 주로 기인한다.

실시예 Ⅱ에서 각종 유형의 바리어를 이용했다. 이 실시예에서 사용한 바리어 "A", "C", "D" 및 "F"는 상기 실시예 Ⅱ에서 열거한 것들과 동일하다.

바리어 "H"는 바리어 "A"와 비슷하지만, 예외로 20mm측부가 단지 2mm이여서 가열기의 각 측부상에서 돌출부가 9.25mm 대신에 약 0.25mm이었다.

바리어 "I"는 바리어 "H"와 비슷하지만, 예외로 알루미늄박의 두께가 0.013mm이였다.

바리어 "J"는 바리어 "F"와 비슷하지만 예외로 알루미늄박 시이트를 제거해서 바리어가 단지 탄소섬유보강지이다.

바리어 "K"는 바리어 "J"와 비슷하지만, 예외로 탄소섬유(Panex^R)는 전체 기초중량에 약 19.1g/㎡ 기여했으며, 생성되는 탄소 섬유지는 전체두께 약 0.17∼0.18mm 및 기초중량 42.6g/㎡를 가지고, 아마섬유 양 44중량%, 탄산칼슘 11중량% 및 탄소섬유 45중량%로 구성된다.

바리어 "L"는 아마섬유 약 64중량% 및 탄산칼슘 36중량%로 구성되고, 초기 기초중량 약 63g/㎡를 갖는 저다공성 궐련 오바랩지로 만들며, 이 오바랩지는 인산염(KH₂PO₄용액)으로 처리해서 최종 기초중량 126g/㎡, 두께 약 0.15mm 및 인산염 약 50중량%를 갖는 바리어를 제공한다.

바리어 "M"은 아마섬유 약 67중량% 및 탄산칼슘 33중량%로 구성되고, 초기 기초중량 약 47.5g/㎡를 갖는 저다공성 궐련 오바랩지로 만들며, 이 오바랩지는 인산염(KH₂SO₄용액)으로 처리해서 최종 기초중량 73.7g/㎡, 두께 약 0.089mm 및 인산염 약 35.5중량%를 갖는 바리어를 제공한다.

바리어 "N"은 아마섬유 약 53.7중량%, 탄산칼슘 33중량% 및 인산염 13.3중량%로 구성되고, 초기 기초중량 약 47.5g/㎡를 갖는 인산염처리 저다공성 궐련 오바랩지로 만들며, 이 오바랩지는 콘작 소맥분과 또한 인산염의 용액으로 피복해서 최종 기초중량 약 175g/㎡, 두께 약 0.13mm 갖는 바리어를 제공한다. 콘작 소맥분은 펜실베이니아주, 필라델피아시에 소재하는 FMC Corporation, Marine Colloids Division 에서 입수한 Nuricol^R브랜드 콘작 소맥분이다.

상기 바리어들을 가열기 표면상에 올려놓는다. 바리어의 정부에 대조 담배 시이트(기초중량 320g/㎡, 두께 0.18mm, 400메쉬 분쇄 담배 1.0g, 글리세린 0.07g 및 2% 콘작가루용액 3.3g)를 놓았다. 담배풍미제 중량 손실을 가열기 에너지 입력(17 W-sec 및 22 W-sec)의 함수로서 측정해서 바리어를 전혀 사용하지 않은 대조 샘플과 비교했다. 이 결과를 하기 표 II에 나타냈다.

상기 표 II는 담배풍미제 중량손실의 양이 또한 가열기와 담배풍미제 사이의 바리어의 유형에 의해서 영향을 받는 것을 가르켜 준다.

표 II의 데이타를 제 6도의 데이타와 비교했을 경우, 중량손실은 바리어 표면온도와 상호관련이 있는 것으로 결론된다. 예기한 바와 같이, 바리어 표면온도가 높아질수록 담배풍미제 중량손실이 많아지게 된다.

표 II의 종이기초 바리어 시스템을 개량하기 위하여, 여러가지의 피복물을 바리어에 도포해서 중량손실에 대한 이들의 효과를 측정한다. 이와같은 피복물은 1) 규산 나트륨(펜실베이니아주 발리 포지의 PQ Corporation 제품, Formula D^R), 2) Ceepress^R(델라웨어주 윌밍톤시의 ICI Americas, Inc. 제품이며, 약 350∼750℃에서 용융범위를 갖는 글라스 프릿트의 혼합물), 3) 실리카 솔겔(Snowtex-40^R, 뉴욕주 태리타운의 Nissan chemical America Corporation 제품),

4) 콘작 분말 기초 접착제 용액(담배를 바리어에 접착시킴), 5) 소듐 카르복시메틸셀룰로즈 기초 접착제 용액(담배를 바리어에 접착시킴), 6) 알루미나 솔겔(가열기에 바리어의 접착을 감소시킴), 및 7) Al₂O₃분말(가열기에 바리어의 접착을 감소시킴)의 여러가지 혼합물을 포함한다.

상기 유형의 피복지 기초 담체에 대한 중량손실 데이타가 얻어졌다. 일반적으로, 솔겔 단독으로 피복한 궐련지는 규산 나트륨 및 Ceepress^R의 혼합물로 피복한 궐련지 보다 적게 유효한 바리어를 가졌다. 그러나 담배 물질과 가열기 사이에 부여된 추가량의 더욱 유효한 바리어 피복물은 열전달을 감소시켰으므로 담배물질 중량이 손실된다. 종이기초바리어를 사용했을 경우, 솔겔피복지를 사용하면 더 큰 담배중량손실에 의해서 입증된 바와 같이, 바리어 효율과 열전달 사이에 절충이 있다.

실시예 IV

이 실시예는 담배풍미제의 기초중량과 담배풍미제에 이용된 결합제 유형이 예정된 양의 전력으로 가열시킨후 담배중량 손실에 어떻게 영향을 미치는지를 설명하는 것이다.

이 실시예에서, 담배풍미제는 분쇄된 담배 1.0g, 글리세린 0.1g, 2%콘작 또는 펙틴 수용액 3.4g 및 물 2g으로 만든 슬러리로 주조한다.

두 크기의 분쇄 담배를 주조 슬러리로 이용했다 : (1) 200메쉬 크기를 통과할 수 있는 분쇄물에 해당하는 "소형"(이후 "<200메쉬" 또는 "소형"으로 칭함), 또는 (2) 200메쉬 크기를 통과할 수 없는 분쇄물에 해당하는 "대형" 분쇄물(이후, "＞200메쉬" 또는 "대형"으로 칭함). 슬러리를 아래 지재한 바와 같이 "대형" 또는 "소형"크기 담배 분쇄물로 제조했다.

담배풍미제/담체 합성물은 담배 슬러리를 탄소 섬유질 매트의 정부에 손으로 직접 주조하여 시험목적으로 제조했다. 이 매트는 뉴욕주 턱스도에 소재하는 International Paper Company에서 입수한 Type 8000015 Carbon Fiber Mat(열처리 라텍스 결합제를 이용하여 시이트 형태로 접합시킨 폴리아크릴로니트릴 기초섬유로 되는 부직 매트)이다.

이 매트는 전체 기초중량 약 9×10^-3mg/mm²(약 85∼94%가 탄소섬유임)와 두께 약 0.06mm를 갖는다. 매트의 정부에 재치한 슬러리의 공칭 주조 습식 두께는 약0.13mm에서 약 0.3mm로 변했다.

매트상에 단일층 또는 담배 슬러리를 주조하는 것 이외에, 애어로졸 및 풍미 발생에 대한 담배입도의 영향을 정량적으로 측정하기 위하여 몇개의 복수층 주조 샘플을 제조했다. 이들 특정 샘플에 대해서, "소형" 담배 입자 슬러리의 0.03mm 또는 "대형"담배 입자 슬러리의 제 2층을 제 1층의 정부에 주조했다. 이 제 2층을 펙틴 결합제를 갖는 슬러리에 대해서는 0.13mm로, 콘작 소맥분 결합제를 갖는 슬러리에 대해서는 0.2 또는 0.3mm로 주조했는데, 그 이유는 후자 슬러리가 펙틴 결합제를 갖는 슬러리와 비교해서 더 큰 점도를 갖기 때문이다. 이어서, 합성물을 건조시켰다.

합성물 샘플을 가열기 스풀 점착물의 전체 주위를 둘러싸기에 충분한 길이를 갖는 폭 12.5mm 스트립으로 절단했다. 가열기 점착물은 각각 가열기 표면적 12.5mm × 1.5mm를 갖는 세개의 가열기를 포함한다. 스트립을 제 3도 및 제 4도에 나타낸 것과 비슷한 배열로 가열기에 대해서 탄소 매트 측부로 가열기 스풀 점착물에 고착시키며, 여기서 탄소 매트는 담체와 바리어 모두로서 사용된다. 1초 필스에 세개의 가열기를 연속적으로 작동시키기 위하여 전력을 공급했다. 그러므로, 각 합성물 피스는 3×(12.5mm×1.5mm)면적으로 가열되었다. 가열 전후 전체 샘플 중량과 3개의 가열기당 중량 손실을 기록했다.

샘플기재, 평균합성물 기초중량 및 2개의 가열기 에너지 입력(16.3 W-sec 및 18.0W-sec)에서 전체 중량손실을 하기 표 Ⅲ에 기재했다. 평균 합성물 기초중량은 개개의 시험편을 전달해서 가열기 정착물에 부착하기 전에 합성물 피스에 대해서측정했다. 그뢰에 제 2기초중량을 가열 후 중량손실을 측정하기 위하여 각 샘플을 가열한 후 측정했다.

일반적으로 표 Ⅲ은 절대중량손실이 결합제 유형에 관계없이 저초기 기초중량 샘플보다 낮은 것을 설명해 준다. 중량손실은 중간 기초중량범위에서 모든 샘플에 대해서 비슷하다. 고초기 기초중량 샘플에 대해서, 중량손실은 약간 감소했다. 이들 중량손실에 초기 합성물 기초중량의 경향을 제 7도 및 8도에서 각각 가열기 에너지 입력 16.3 W-sec 및 18.0W-sec에 대해서 기점했다. 제 7도 및 8도에서 알수 있는 바와 같이, 데이타는 일반적으로 중량손실이 초기에 저초기 기초중량에서 증가하고, 이어서 중간 초기 기초중량에서 최대치에 도달하고, 이어서 중량손실이 계속해서 중가할 때에 감소하는 커브를 따른다. 제 7도 내지 8도를 비교하면, 최적 중량손실의 범위는 보다 높은 가열기 에너지(18.0 W-sec)에서 보다 높은 기초중량으로 이동했다.

제 7도 및 8도에 나타낸 경향에 대한 가능한 설명는 다음과 같다.

매우 낮은 초기 담배 기초중량에서, 중량손실은 이용하는 담배에 의해서 제한을 받는다. 그러므로 중량손실은 이용하는 담배가 증가(즉, 기초중량 증가)할 때에 증가한다. 그러자, 매우 높은 기초중량에 대해서, 과잉 담배는 그 자체의 열 강하로서 작용할 수 있으므로, 상기 표 I 및 제 5도에 나타낸 효과와 비슷하게, 담배에 인접한 가열기 온도를 효과적으로 내리게 할 수 있다.

제 7도 및 8도에 나타낸 데이타를 비교하기 위한 다른 방법은 가열된 담배의 면적이 실제의 가열기 표면적과 같다고 가정하면서 퍼센트 담배 중량 손실대 계산된 가열중량을 기점하는 것이다. 따라서, 계산된 가열중량(CHW)은 다음 식을 사용하여 유도한다.

CHW = SBW(mg/㎟) ×A SUR(㎟),

여기서 SBW는 샘플 기초중량이고, A SUR 은 전체 가열기 표면적이다.

퍼센트 담배 중량손실(% TWL)은 다음 식을 사용하여 계산한다.

% TWL = [ATWL/CHW] × 100

여기서 ATWL 은 절대 담배중량손실이다. 이들 유도 결과를 각각 에너지 입력 16.3 W-sec 및 18.0 W-sec에 대해서 제 9도 및 10도에 기점됐다.

제 9도 및 10도에서 알 수 있는 바와 같이 계산된 퍼센트 중량손실은 저가열 중량 영역(즉 저초기 기초중량 샘플)에서 100퍼센트보다 컸었다. 각 가열기 부위에서 이용할 수 있는 담배의 양은 적으므로, 가열기 면적보다 더 많은 담배면적이 고온에 노출되었다. 이것은 저기초중량샘플에 대해서 태워진 담배면적(실제 가열기 면적보다 큼)의 폭에서 명백하다.

계산된 퍼센트 중량손실은 가열중량(즉 기초중량)이 증가함에 따라서 점차적으로 감소한다. 고기초중량에서, 과잉 담배는 가열되지 않으므로 낭비되는데, 왜냐하면 이것은 상기한 바와 같이 열강하로서 작용하기 때문이다. 이 경향은 담배 분쇄 입도와 결합제 유형에 관계가 없는 것 같다. 제 9도 및 10도는 흡연기구에서 담배풍미유니트를 완벽하게 활용해서 담배 풍미제가 낭비되지 않도록(즉 퍼센트 담배중량손실이 약 100%임)하여 담체상에서 담배풍미제의 양이 반드시 완벽하게 활용되는 것을 나타내 준다.

상기 샘플 이외에 실리카 솔-겔(Snowtex-40^R, 뉴욕주 태리타운시 소재의 Nissan Chemical America Corporation 제품)로 피복한 탄소매트를 또한 중량손실 효율을 측정하기 위하여 사용했다. 일반적으로 비슷한 담배 기초중량을 갖는 샘플에 대해서, 탄소매트상에 피복되는 솔-겔은 전체중량손실을 감소시켰다. 이 효과는 피복된 매트내의 감소된 담배침투에 기인될 수 있다. 그러나, 이것은 또한 담배 시스템에 열전달효율을 감소시킬 수 있는 부차적인 솔-겔에 기인될 수도 있다.

실시예 V

실시예 IV는 담배 풍미제의 기초중량이 예정된 양의 전력으로 가열시키는 동안 담배 풍미제 중량에 어떻게 영향을 미치는지를 설명하는 것이다. 이 실시예는 담배 풍미제의 연속시이트의 표면에 무늬형성이 애어로졸과 기타 풍미제의 발생을 어떻게 조절 할 수 있는지를 설명하는 것이다.

실시예 IV에서 상기한 유형의 슬러리의 여러가지 합성물을 탄소질 매트(International Paper Company 제품인 Type 8000015 탄소섬유매트)상에 주조했다. 이들 슬러리의 정부표면에 하기 여러가지 기술을 사용하여 무늬를 형성했다. 가열기를 합성물의 탄소매트 측부에 인접시켜 배치했다(제 2도 및 제 3도에 나타낸것과 비슷함). 다음과 같은 경향들이 관찰되었다.

슬러리의 습한 표면을 스크린 패턴(예, 인치당 0.14∼0.17mm 스크린 와이어 직경을 갖는 17∼20개구부)으로 인쇄할 경우, 애어로졸 발생이 건조 주조 시이트에서 향상된 것이 육안으로 관찰되었다(즉, 더 많은 애어로졸이 표면에 무늬를 형성하지 아니하였을 경우와 비교해서, 담배 풍미제의 정부 표면에서 추방되었다).

슬러리의 젖은 표면을 1mm 또는 1.3mm 와이어 직경 롤러(예, 매어릴랜드주 실버스프링 소재 BYK Gardner 제품인 Laneta Wire-Cator)를 갖는 "롤 코터"로 엠보싱하여 무늬를 형성했을 경우, 애어로졸 발생이 이와 같은 표면의 엠보싱으로 건조된 주조 시이트에서 향상된 것이 육안으로 관찰되었다.

건조 주조 시이트를 핀으로 천공(약 1mm 간격)했을 때에, 애어로졸 발생이 이와 같은 천공으로 향상된 것이 육안으로 관찰되었다.

실시예 VI

실시예 V는 담배 풍미제의 표면에 무늬형성 또는 천공이 에어로졸 또는 풍미제의 발생을 선택적으로 조절하기 위하여 어떻게 사용될 수 있는지를 설명하는 것이다. 이 실시예는 담배풍미제 시스템의 유효 표면적을 증가시키기 위한 추가 기술을 설명하는 것이다.

각종 담배/탄소 섬유질 매트 합성물은 콘작 소맥분형 결합제 9중량%, 소형＜200메쉬 담배 분쇄물, 글리세린 및 물을 함유하는 담배 슬러리의 습한 기초 피복물상에 분쇄한 담배의 정부 피복물을 함유하는 담배 슬러리의 습한 기초 피복물상에 분쇄한 담배의 정부 피복물을 도포하여 제조했다. 담배 슬러리의 기초 피복물은 초기에 Type 8000015 Carbon Fiber Mat(International Paper Company)상에 주조하며, 이 Carbon Fiber Mat는 임의로 이 것에 도포한 저점도 담배 슬러리의 박층을 가지며, 이 박층은 실질적으로 다공성 섬유 매트에 침투하므로 매트에 기초 피복물의 점착을 촉진시키고, 또한 긴밀한 열접촉을 제공해준다. 이어서, 담배 분쇄물을 산포 살포(시브 스크린 사용)에 의하거나 또는 분쇄물의 베드에 매트/습한 슬러리 합성물을 롤링해서 습한 기초 피복물에 도포시켰다. 담배 분쇄물을 도포시킨 후, 롤링 단계를 행해서 분쇄된 담배를 습한 슬러리에 부분적으로 끼워 넣었다. 분쇄된 담배가 습한 슬러리에 접착하는 것을 돕기 위하여 추가로 임의의 오바스프레이 담계(예를 들면, 다당류, [(C₆H₁₀O₅)n]인 5% 덱스트린 용액을 사용함, 펜실베이니아주 베들레헴 소재의 Pharmachem Corporation 제품)를 행했다. 오바스프레이는 합성물의 기초중량을 현저하게 변경시키지 않도록 충분히 얇게 도포했다(공기 분무기 사용).

하기 표IV는 여러가지 기초 피복을 두께 및 정부 피복물 담배 분쇄물 크기에 대해서 평균 기초중량 및 중량손실(18.2 W-sec의 가열기 입력 에너지에서)을 나타낸 것이다.

표 IV의 데이타 이외에, 담배 풍미제의 정부 표면으로부터 애어로졸 방출이 여러가지의 샘플에 대해서 매우 양호했으며, 소형 ＜200 메쉬 분쇄물을 갖는 보다 두꺼운 기초 피복물이 보다 얇은 기초 피복물보다 애어로졸 방출이 부족한 것이 또한 육안으로 관찰되었다.

상기한 섬유질 매트를 탄소섬유로 만들었을지라도, 열적으로 안정한 기타 섬유도 본 발명의 담배풍미유니트에 마찬가지로 사용될 수 있다. 예를 들면, 금속섬유와 같은 무기섬유가 중이 또는 종이와 같은 매트릭스를 향상시켜서 상기 탄소섬유질 매트와 유사한 방식으로 담체 또는 바리어로서 기능할 수 있는 매트를 형성하도록 하기 위하여 사용될 수 있다.

따라서, 흡연기구에 사용하기 위한 담배 풍미 유니트가 제공되는 것을 알 수 있다. 담배 풍미 유니트는 담배 풍미제와 담배 풍미 물질의 효율적인 발생을 제공해주는 섬유질 매트를 포함한다. 본 발명의 담배 풍미 유니트를 결합한 흡연기구가또한 제공된다.

본 발명의 숙련가는 본 발명을 설명의 목적으로 제시한 것이지 제한하려고 제시한 것이 아닌 상기 구현예 이외의 다른 방법으로 행할 수 있는 것을 이해 할 것이며, 본 발명은 단지 다음의 특허청구의 범위에 의해서만 제한된다.

Claims

흡연자에게 담배풍미 물질을 전달하기 위한 흡연기구에 사용하기 위한 담배 풍미 유니트에 있어서, 상기 흡연기구가 전기가열기구를 가지며, 탄소섬유질 매트가 제 1표면 몇 제 2표면을 갖고, 상기 매트는 상기 전기 가열기구에 인접한 대역에 배치되기에 적합하고, 담배풍미 매질이 이 매트의 제 1표면상에 배치되며, 상기 전기가열기구가 작동될 때에, 이 가열기구와 열전달관계를 갖는 상기 담배풍미 매질의 각 단편이 가열되어서 흡연자에게 전달하기 위한 예정양의 담배풍미 물질을 발생시키는 흡연기구용 담배 풍미 유니트.
제 1항에 있어서, 탄소 섬유질 매트가 레이욘, 핏치 및 폴리아크릴로니트릴로 되는 군 중에서 선택된 전구체로 만든 탄소섬유질의 매트로 구성되는 담배 풍미 유니트.
제 2항에 있어서, 탄소섬유가 탄소 90중량% 이상으로 구성되는 담배 풍미 유니트.
제 3항에 있어서, 탄소 섬유질 매트가 부직포이고, 탄소섬유질 매트가 섬유와 함께 결합시키기 위한 결합제를 포함하는 담배 풍미 유니트.
제 4항에 있어서, 결합제가 폴리비닐 알콜, 당류, 전분, 변성전분, 알긴산염, 셀룰로즈기초 접착제, 인공검 및 천연검으로 되는 군 중에서 선택되고, 결합제가 흡연기구에 사용하기에 적합한 담배 풍미 유니트.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 담배풍미 매질이 제 1표면과 제 2표면을 갖는 담배풍미제의 시이트로 구성되고, 제 1시이트표면이 매트의 제 1표면과 긴밀한 열접촉을 갖고, 매트의 제 2표면이 전기가열기구와 긴밀한 물리적 접촉이 되도록 적용되는 담배 풍미 유니트.
제 1항에 있어서, 탄소섬유매트는 호스트 매트릭스에 혼입된 12g/㎡ 이하 또는 동등한 기초 중량의 탄소 섬유로 이루어진 담배 풍미 유니트.
흡연자에게 담배풍미 물질을 전달하기 위한 흡연기구용 담배풍미 유니트에 있어서, 흡연기구가 공동안에 배치된 전기가열기구를 갖고, 담배 풍미 유니트가 제 1표면 및 제 2표면을 가지는 탄소 섬유질로 이루어져 있으며, 상기 매트는 전기 가열기구에 인접한 대역에 배치되기에 적합하며, 담배풍미 매질이 이 매트의 제 1표면상에 배치되며, 상기 전기가열기구가 작동될 때에, 이 가열기구와 열전달관계를 갖는 상기 담배풍미 매질의 각 단편이 가열되어서 흡연자에게 전달하기 위한 예정양의 담배풍미 물질을 발생시키되 탄소 섬유질 매트가 레이욘, 핏치 및 폴리아크릴로니트릴로 되는 군 중에서 선택된 전구체로 만든 탄소섬유질의 매트로 구성되며,탄소섬유가 탄소 90중량% 이상으로 구성되고, 탄소 섬유질 매트가 부직포이고, 탄소섬유질 매트가 섬유와 함께 결합시키기 위한 결합제를 포함하며, 상기 결합제가 폴리비닐 알콜, 당류, 전분, 변성전분, 알긴산염, 셀룰로즈기초 접착제, 인공검 및 천연검으로 되는 군 중에서 선택되고, 결합제가 흡연기구에 사용하기에 적합한 담배 풍미 유니트.
흡연자에게 담배풍미 물질을 전달하기 위한 흡연기구에 사용하기 위한 담배 풍미 유니트에 있어서, 상기 흡연기구가 공동안에 배치된 전기가열기구를 가지며, 섬유질 매트가 제 1표면 및 제 2표면을 가지는 탄소섬유를 가지며, 상기 매트는 상기 전기 가열기구에 인접한 대역에 배치되기에 적합하고, 담배풍미 매질이 이 매트의 제 1표면상에 배치되며, 상기 전기 가열기구가 작동될 때에, 이 가열기구와 열전달관계를 갖는 상기 담배풍미 매질의 각 단편이 가열되어서 흡연자에게 전달하기 위한 예정양의 담배풍미 물질을 발생시키되 상기 탄소 섬유는 호스트 매트릭스에 혼입되는 담배 풍미 유니트.
제 9항에 있어서, 상기 섬유질 매트는 무기성, 열 안전성 섬유로 이루어지는 담배 풍미 유니트.
제 10항에 있어서, 상기 무기 섬유는 금속 섬유로 이루어진 담배 풍미 유니트.
제 9항에 있어서, 상기 섬유질 매트는 탄소 섬유의 매트로 이루어진 담배 풍미 유니트.
흡연자에게 담배풍미 물질을 전달하기 위한 흡연기구에 있어서, 이 흡연기구가 복수개의 전기가열기, 이 복수개의 가열기에 전력을 공급하기 위한 전기에너지원, 전기 에너지를 상기 가열기에 인가해서 상기 복수개의 가열기 중 적어도 한개의 가열기를 선택적으로 가열시키도록 조절기구와 담배 풍미 유니트로 구성되고, 상기 담배 풍미 유니트가 흡연기구가 공동안에 배치된 전기가열기구를 갖고, 담배 풍미 유니트가 제 1표면 및 제 2표면을 가지는 탄소 섬유질로 이루어져 있으며, 상기 매트는 전기 가열기구에 인접한 대역에 배치되기에 적합하며, 담배풍미 매질이 이 매트의 제 1표면상에 배치되며, 상기 전기가열기구가 작동될 때에, 이 가열기구와 열전달관계를 갖는 상기 담배풍미 매질의 각 단편이 가열되어서 흡연자에게 전달하기 위한 예정양의 담배풍미 물질을 발생시키되 탄소 섬유질 매트가 레이욘, 핏치 및 폴리아크릴로니트릴로 되는 군 중에서 선택된 전구체로 만든 탄소섬유질의 매트로 구성되며, 탄소섬유가 탄소 90중량% 이상으로 구성되고, 탄소 섬유질 매트가 부직포이고, 탄소섬유질 매트가 섬유와 함께 결합시키기 위한 결합제를 포함하며, 상기 결합제가 폴리비닐 알콜, 당류, 전분, 변성전분, 알긴산염, 셀룰로즈기초 접착제, 인공검 및 천연검으로 되는 군 중에서 선택되고, 결합제가 흡연기구에 사용하기에 적합한 흡연 기구.
상기 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 매트가 약 0.05mm 내지 0.11mm 범위의 두께를 갖는 흡연기구.
상기 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 섬유가 실질적으로 약 7㎛ 내지 약 30㎛범위의 직경을 갖는 흡연기구.
상기 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 결합제가 팩틴인 흡연기구.
제 1항 내지 제 15항에 있어서, 상기 결합제가 콘작 소맥분인 흡연기구.
제 1항 내지 제 8항 또는 제 13항에 중 어느 하나의 항에 종속하는 제 1항 내지 제 8항, 제 13항 또는 제 14항 내지 제 17항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 탄소섬유는 호스트 매트릭스에 혼입시키는 흡연기구.
제 9항 내지 제 12항 또는 제 18항 중 어느 하나의 항에 있어서, 탄소섬유가 탄소섬유질 매트의 전체 기초중량의 약 20 내지 약 90중량%로 구성되는 흡연기구.
제 19항에 있어서, 상기 호스트 매트릭스는 셀룰로즈 기초 매트릭스인 흡연기구.
제 20항에 있어서, 상기 셀룰로즈 기초 매트릭스는 담배기초 매트릭스인 흡연기구.
제 18항 내지 제 21항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 탄소 섬유 매트는 추가로 결합제를 포함하는 흡연 기구.
제 17항에 있어서, 복수개의 전기가열기구 각각이 제 1표면 및 제 2표면을 갖고, 각 가열기의 제 1표면이 담배 풍미 유니트와 긴밀한 물리적 접촉이 되도록 적용되는 흡연기구.
제 23항에 있어서, 각 가열기의 제 2표면이 실질적으로 단열층에 의해서 둘러싸여지도록 적용되어서 담배풍미 매질과 떨어진 방향으로 열전달을 감소시키는 흡연기구.
상기 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 담배풍미 매질이 제 1표면과 제 2표면을 갖는 담배풍미제의 시이트로 구성되고, 제 1시이트표면이 매트의 제 1표면과 긴밀한 열접촉을 갖고, 매트의 제 2표면이 전기가열기구와 긴밀한 물리적 접촉이 되도록 적용되는 흡연기구.
제 24항에 있어서, 제 2시이트 표면에 무늬를 형성해서 그의 유효표면적을 증대시키는 흡연기구.
제 24항에 있어서, 제 2시이트 표면을 엠보싱하는 흡연기구.
제 24항에 있어서, 제 2시이트 표면을 스크린 인쇄하는 흡연기구.
제 25항 내지 제 28항 중 어느 하나의 항에 있어서, 담배풍미제를 천공해서 그의 다공성을 증대시키는 흡연기구.
제 29항에 있어서, 상기 담배 풍미 매질은 매트 상에 슬러리를 침적시켜서 형성하는 흡연기구.
제 30항에 있어서, 상기 담배 풍미 매질은 추가로 제 1슬러리의 정부에 제 2슬러리를 침적시켜서 형성하는 흡연기구.
제 30항에 있어서, 상기 담배 풍미 매질은 추가로 슬러리의 표면에 담배분쇄물을 포함하고, 이 담배 분쇄물이 담배풍미제의 유효표면적을 증대시키게 되는 흡연기구.
제 32항에 있어서, 최소한 분쇄물의 일부를 침적된 슬러리에 끼워 넣은 흡연기구.
제 32항 또는 제 33항에 있어서, 상기 담배 풍미 매질은 추가로 슬러리에 끼워 넣은 담배 분쇄물을 접착시키는 것을 돕는 흡연기구.
섬유질 탄소 매트와 이 섬유질 탄소매트의 제 1표면을 따라서 배치된 담배풍미제로 구성되고, 상기 섬유질 탄소매트의 반대 표면에 실질적으로 담배풍미제가 없고, 상기 섬유질 탄소매트가 상기 반대 표면을 따른 적어도 한개의 위치에서 열을 받고, 이 열의 상당한 양을 상기 위치에 근접한 담배풍미제의 부분으로 전달하도록 적용되는, 불연속적인 열원과 협동하도록 적용된 담배제품.
흡연자에게 담배풍미 물질을 전달하기 위한 흡연기구에 사용하기 위한 담배 풍미 유니트에 있어서, 흡연기구가 공동안에 배치된 전기가열기구를 갖고, 담배 풍미 유니트는,

제 1표면 및 제 2표면을 가지는 탄소 섬유질로 이루어져 있으며, 상기 매트는 전기 가열기구에 인접한 대역에 배치되기에 적합하며;

담배풍미 매질이 이 매트의 제 1표면상에 배치되며;

상기 전기가열기구가 작동될 때에, 이 가열기구와 열전달관계를 갖는 상기 담배풍미 매질의 각 단편이 가열되어서 흡연자에게 전달하기 위한 예정양의 담배풍미 물질을 발생시키되;

탄소 섬유질 매트가 레이욘, 핏치 및 폴리아크릴로니트릴로 되는 군 중에서 선택된 전구체로 만든 탄소섬유질의 매트로 구성되며;

탄소섬유가 탄소 90중량% 이상으로 구성되고; 및

탄소 섬유질 매트가 부직 매트를 형성하도록 부직인 담배 풍미 유니트.
흡연자에게 담배풍미 물질을 전달하기 위한 흡연기구에 있어서, 이 흡연기구가 복수개의 전기가열기에 전력을 공급하기 위한 전기에너지원;

전기 에너지를 상기 가열기에 인가해서 상기 복수개의 가열기 중 적어도 한개의 가열기를 선택적으로 가열시키게 되는 조절기구; 및

담배 풍미 유니트는 제 1표면 및 제 2표면을 가지는 탄소 섬유질로 이루어져 있으며, 상기 매트는 전기 가열기구에 인접한 대역에 배치되기에 적합하며;

담배풍미 매질이 이 매트의 제 1표면상에 배치되며;

상기 복수개의 전기가열기구 중 어느 하나가 작동될 때에, 이 가열기구와 열전달관계를 갖는 상기 담배풍미 매질의 각 단편이 가열되어서 흡연자에게 전달하기 위한 예정양의 담배풍미 물질을 발생시키되;

탄소 섬유질 매트가 레이욘, 핏치 및 폴리아크릴로니트릴로 되는 군 중에서 선택된 전구체로 만든 탄소섬유질의 매트로 구성되며;

탄소섬유가 탄소 90중량% 이상으로 구성되고; 및

탄소 섬유질 매트가 부직 매트를 형성하도록 부직인 흡연 기구.
상기 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 섬유의 기초 중량은 약 6g/㎡ 내지 약 12g/㎡범위인 흡연기구.