KR20180086293A - 다공도 분포가 제어된 에어로졸 형성 기재로서 사용하기 위한 로드를 제조하는 방법 - Google Patents

다공도 분포가 제어된 에어로졸 형성 기재로서 사용하기 위한 로드를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

가열식 에어로졸 발생 물품(2000, 2001, 2002)의 에어로졸 형성 기재로서 사용하기 위한 단면 다공도의 소정의 값과 단면 다공도 분포 값을 갖는 에어로졸 형성 로드(2020)를 제조하는 방법으로, 특정 폭과 특정 두께를 갖는 에어로졸 형성 물질(2)의 연속 시트를 제공하는 단계, 연속 시트의 길이방향 축선에 대하여 가로방향으로 에어로졸 형성 물질의 연속 시트를 모으는 단계, 에어로졸 형성 물질의 모아진 연속 시트를 래퍼로 둘러싸서 연속 로드를 형성하는 단계, 연속 로드를 복수의 개별 로드로 절단하는 단계, 적어도 하나의 개별 로드들에 대하여 단면 다공도와 단면 다공도 분포를 나타내는 값을 결정하는 단계, 및 후속 로드들의 단면 다공도와 단면 다공도 분포 값들이 소정의 값들 내에 있도록 하나 이상의 제조공정 파라미터들을 제어해서 에어로졸 형성 로드를 제조하는 단계를 포함하고 있다. 단면 다공도의 소정의 값은 바람직하게는 약 0.15 내지 0.45 범위 내에 있고 소정의 단면 다공도 분포 값은 바람직하게는 약 0.04 내지 0.22 범위 내에 있다. 소정의 값들은 상이한 유형의 가열식 에어로졸 발생 물품들에 대해 전달 가능한 에어로졸을 최적화하도록 선택 가능하다. 바람직한 구현예들에서, 연속 시트는 모으는 단계 전에 권축될 수도 있다.

Description

다공도 분포가 제어된 에어로졸 형성 기재로서 사용하기 위한 로드를 제조하는 방법{METHOD OF MAKING A ROD FOR USE AS AN AEROSOL-FORMING SUBSTRATE HAVING CONTROLLED POROSITY DISTRIBUTION}
본 명세서는 가열식 에어로졸 발생 물품의 에어로졸 형성 기재로서 사용하기 위한 로드를 제조하는 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 로드에 관한 것이다. 생성된 로드는 소정의 다공도 및 다공도 분포 값을 갖는다. 또한, 본 명세서는 이러한 로드를 포함하고 있는 가열식 에어로졸 발생 물품에 관한 것으로, 다공도 및 다공도 분포는 가열식 에어로졸 발생 물품의 에어로졸 특성을 제어하도록 최적화된다.
담배 함유 기재 같은, 에어로졸 형성 기재가 연소되기보다는 가열되는 에어로졸 발생 물품이 당 기술분야에 공지되어 있다. 이러한 가열식 흡연 물품의 하나의 목표는 종래의 궐련에서 담배의 연소와 열분해 감성(degradation)으로 인해 생성된 유형의 공지의 유해한 연기 성분을 감소시키는 것이다.
통상적으로 이러한 가열식 에어로졸 발생 물품에서, 에어로졸은 열원, 예를 들면 전기 히터 또는 가연성 열원으로부터, 열원과 접촉, 그 내부, 그 주위 또는 그 하류에 위치할 수 있는, 물리적으로 분리된 에어로졸 형성 기재 또는 물질로의 열 전달에 의해 발생된다. 에어로졸 발생 물품을 소비하는 동안, 휘발성 화합물이 열원으로부터의 열의 전달에 의해서 에어로졸 형성 기재로부터 방출되고 상기 에어로졸 발생 물품을 통해 흡인된 공기에 연행된다. 상기 방출된 화합물이 냉각되고, 응축되어 사용자가 흡입할 수도 있게 되는 에어로졸이 형성되어 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "가열식 에어로졸 발생 물품"은 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 화합물을 방출하기 위해 연소되기보다는 가열되도록 의도되는 에어로졸 형성 기재를 포함하고 있는 에어로졸 발생 물품을 의미한다. 이러한 물품은 또한 가열 가능한 에어로졸 발생 물품으로 지칭될 수 있다.
다수의 선행 기술 문헌은 가열식 에어로졸 발생 물품을 소모하거나 흡연하기 위한 에어로졸 발생 장치를 개시하고 있다. 이러한 장치는, 예를 들면, 에어로졸 발생 장치의 하나 이상의 전기 가열 요소로부터 가열식 에어로졸 발생 물품의 에어로졸 형성 기재로의 열 전달에 의해 에어로졸이 발생되는 전기 가열식 에어로졸 발생 장치를 포함하고 있다. 이러한 전기 가열식 에어로졸 발생 장치의 한 가지 이점은, 사용자가 선택적으로 흡연을 일시 정지하고 재시작할 수 있게 하면서, 측류연(sidestream smoke)을 상당히 감소시키는 것이다.
가열식 에어로졸 발생 물품용 기재는, 과거에는, 통상적으로, 담배 물질의 무작위하게 배향된 조각, 가닥, 또는 스트립을 사용하여 제조되었다. 담배 물질의 조각으로 가열식 흡연 또는 에어로졸 발생 물품용 로드를 형성하는 것에는, 많은 단점들이 있다. 예를 들어, 담배 물질을 조각내는 공정에서는, 담배 미세물과 기타 폐기물이 불필요하게 발생한다. 담배 물질의 조각물을 포함하고 있는 로드에서는 “느슨한 말단”이 발생하여, 로드의 말단으로부터의 담배 물질의 조각들이 손실될 수도 있다. 담배 물질의 조각을 포함하고 있는 로드는, 느슨한 말단을 나타내는 로드의 부분적 경향으로 인해 중량의 고 표준 편차를 나타낼 수도 있다. 또한, 담배 물질의 트레이스를 포함하고 있는 로드는, 비균일한 밀도를 나타내는 경향이 있으며, 즉, 로드의 길이를 따른 밀도는, 로드를 따른 서로 다른 위치에 있어서 담배 물질의 양의 변동으로 인해 일정하지 않은 경향이 있다.
WO 2012/164009는, 담배 물질의 모아진 시트로 형성된 가열식 에어로졸 발생 물품용 로드를 개시한다. WO 2012/164009에 개시된 로드는, 공기가 로드를 통해 흡인될 수 있게 하는 길이방향 다공도를 갖는다. 효과적으로, 담배 물질의 모아진 시트의 접힘부는 로드를 통한 길이방향 채널을 정의한다. 균질화 담배 물질의 모아진 시트로 형성된 로드 사용은, 조각난 담배로부터 에어로졸 형성 기재를 형성하는 데 연관된 문제점들 중 일부를 다룬다.
본 명세서에서 설명하고 정의하는 바와 같이, 가열식 에어로졸 발생 물품의 에어로졸 형성 기재로서 사용하기 위한 단면 다공도의 소정의 값과 단면 다공도 분포 값을 갖는 에어로졸 형성 로드를 제조하는 방법은, 특정 폭과 특정 두께를 갖는 에어로졸 형성 물질의 연속 시트를 제공하는 단계, 연속 시트의 길이방향 축선에 대하여 가로방향으로 에어로졸 형성 물질의 연속 시트를 모으는 단계, 에어로졸 형성 물질의 모아진 연속 시트를 래퍼로 둘러싸서 연속 로드를 형성하는 단계, 연속 로드를 복수의 개별 로드로 절단하는 단계, 적어도 하나의 개별 로드들에 대하여 단면 다공도와 단면 다공도 분포를 나타내는 값을 결정하는 단계, 및 후속 로드들의 단면 다공도와 단면 다공도 분포 값들이 소정의 값들 내에 있도록 하나 이상의 제조공정 파라미터들을 제어해서 에어로졸 형성 로드를 제조하는 단계를 포함하고 있다.
에어로졸 형성 물질의 연속 시트는 매끄러운 시트일 수도 있다. 대안적으로, 연속 시트는 시트를 모으는 것이 용이하도록 처리될 수도 있다. 예를 들어, 연속 시트는, 홈을 가질 수도 있고, 구김을 가질 수도 있고, 접힐 수도 있고, 질감을 가질 수도 있고, 양각될 수도 있고, 또는 그 외에는 취약선을 제공하도록 처리되어서 모으는 것을 용이하게 할 수도 있다. 연속 시트를 위한 바람직한 처리는 권축이다.
따라서, 바람직한 구현예들에서, 가열식 에어로졸 발생 물품의 에어로졸 형성 기재로서 사용하기 위한 단면 다공도와 단면 다공도 분포를 나타내는 소정의 값들을 갖는 에어로졸 형성 로드를 제조하는 방법은, 특정 폭과 특정 두께를 갖는 에어로졸 형성 물질의 연속 시트를 제공하는 단계, 에어로졸 형성 물질의 연속 시트를 권축하는 단계, 연속 시트의 길이방향 축선에 대하여 가로방향으로 에어로졸 형성 물질의 권축된 연속 시트를 모으는 단계, 에어로졸 형성 물질의 권축되고 모아진 연속 시트를 래퍼로 둘러싸서 연속 로드를 형성하는 단계, 연속 로드를 복수의 개별 로드로 절단하는 단계, 적어도 하나의 개별 로드들에 대하여 단면 다공도와 단면 다공도 분포를 나타내는 값들을 결정하는 단계, 및 후속 로드들의 단면 다공도와 단면 다공도 분포 값들이 소정의 값들 내에 있도록 하나 이상의 제조공정 파라미터들을 제어해서 에어로졸 형성 로드를 제조하는 단계를 포함하고 있다.
에어로졸 형성 로드의 다공도와 다공도 분포 값 모두를 소정의 한계값 내에 있도록 제어하여, 흡연 경험의 질과 반복성을 최적화할 수도 있다. 에어로졸 형성 로드의 다공도와 다공도 분포 값 모두를 제어하여, 특정 유형의 에어로졸 발생 장치 또는 에어로졸 발생 시스템의 니코틴 전달 같은 에어로졸 속성을 맞출 수도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 로드를 형성하기 위한 장비의 개략적인 단면을 보여주고 있으며;
도 2는 권축 롤러 상의 치형부의 상호 맞물림을 보여주는 개략도이고,
도 3은 권축 시트의 일부분을 보여주는 개략도이고,
도 4는 다공성 담배 로드의 가로방향 영역의 화상이며; 화상은 하위영역이 중첩된 상태로 도시되어 있고,
도 5는 가로방향 영역의 상이한 부분에서 하위영역을 보여주는 도 4에 도시된 담배 로드의 가로방향 영역이고,
도 6은 도 4의 가로방향 영역을 도시하고 가로방향 영역의 제3의 상이한 부분에 있는 하위영역을 보여주는 화상이고,
도 7은 도 6의 하위영역이 또 다른 하위영역에 의해 중첩되는 정도를 도시하고,
도 8은 또 다른 하위영역이 도 7의 하위영역들과 중첩되는 정도를 도시하고,
도 9는 도 4의 가로방향 영역을 도시하고, 대부분의 하위영역이 가로방향 영역 내부에 있지 않도록 위치한 하위영역을 보여주고,
도 10은 온라인 다공도 분포 평가에서의 화상 포착 수단의 개략도이고,
도 11은 온라인 다공도 분포 평가를 수행하기 위한 장치의 구성요소들을 도시하는 개략도이고,
도 12는 낮은 단면 다공도(0.3 미만) 및 높은 단면 다공도 분포 값(0.15 초과)을 갖는 담배 로드의 사진이고,
도 13은 높은 전체 다공도(0.3 초과) 및 높은 단면 다공도 분포 값(0.15 초과)을 갖는 로드의 단면적을 도시하고,
도 14는 낮은 단면 다공도(0.3 미만) 및 낮은 다공도 분포(0.15 미만)를 갖는 로드의 단면적을 도시하고,
도 15는 높은 전체 다공도(0.3 초과) 및 낮은 단면 다공도 분포 값(0.15 미만)을 갖는 로드의 단면적을 도시하고,
도 16은 상이한 레벨의 단면 다공도 및 단면 다공도 분포를 갖는 로드를 포함하고 있는 에어로졸 발생 물품에 대해 발생된 연기 중의 글리세린을 도시하고,
도 17은 도 16에서와 같은 에어로졸 발생 물품에 대한 동일한 물품에 대한 연기 중의 니코틴을 도시하고,
도 18은 상이한 레벨의 단면 다공도 및 단면 다공도 분포를 갖는 로드를 포함하고 있는 에어로졸 발생 물품에 대해 발생된 연기 중의 글리세린을 도시하고,
도 19는 도 18에서와 같이 에어로졸 발생 물품에 대한 동일한 물품에 대한 연기 중의 니코틴을 도시하고,
도 20은 본원에 기재된 방법에 따른 로드로서 형성된 에어로졸 형성 기재를 갖는 에어로졸 발생 물품의 한 구현예를 도시하고,
도 21은 본원에 기재된 방법에 따른 로드로서 형성된 에어로졸 형성 기재를 갖는 에어로졸 발생 물품의 한 구현예를 도시하고,
도 22는 본원에 기재된 방법에 따른 로드로서 형성된 에어로졸 형성 기재를 갖는 에어로졸 발생 물품의 한 구현예를 도시한다.
개별 로드들이 에어로졸 발생 물품의 에어로졸 발생 기재로서 사용되는 데 적절한 길이를 가질 수 있다는 점에 주목한다. 로드들 중 하나 이상을 분석할 수도 있다. 예를 들어, 100개마다 하나의 로드를 분석할 수도 있다. 개별 로드들은 추가 가공을 위한 로드들일 수도 있다. 예를 들어, 개별 로드들은 후속적으로 다수의 작은 로드들로 절단될 수도 있다.
제어될 수 있는 하나 이상의 제조공정 파라미터들은, 에어로졸 형성 물질의 연속 시트의 폭, 에어로졸 형성 물질의 연속 시트의 두께, 로드 직경, 및 시트가 권축되는 경우, 에어로졸 형성 물질의 연속 시트를 권축하는 깊이, 및 시트에 적용되는 권축의 폭으로 이루어지는 목록에서 선택되는 하나 이상의 파라미터들일 수도 있다.
상기 방법은, 개별 로드들 중 적어도 하나에 대하여 단면 다공도와 단면 다공도 분포의 값들을 결정하는 단계, 및 값들이 원하는 소정의 값들 내에 있지 않으면 하나 이상의 파라미터를 가변하여 후속 로드들의 단면 다공도와 단면 다공도 분포의 값들을 변경하는 단계를 포함하고 있을 수도 있다. 더욱 정확한 통계를 제공하도록 개별 로드들 중 하나보다 많은 로드에 대하여 단면 다공도 분포와 단면 다공도의 값들을 결정하는 것이 바람직할 수도 있다.
에어로졸 형성 물질의 시트는, 가열시 에어로졸을 발생시킬 수 있는 임의의 적절한 시트 물질일 수도 있다. 일부 구현예들에서, 에어로졸 형성 물질은 니코틴 염을 포함하고 있을 수도 있다. 예를 들어, 에어로졸 형성 물질은, 니코틴 피루브산염 같은 니코틴 염으로 코팅되거나 함침된 종이 또는 고분자로부터 형성된 비-담배 시트일 수도 있다. 다른 구현예들에서, 에어로졸 형성 물질의 시트는 담배와 에어로졸 형성제를 포함하고 있는 담배 물질의 시트일 수도 있다.
“에어로졸 형성 물질의 시트”라는 용어는 에어로졸 형성 물질의 두 개 이상의 시트를 가리킬 수 있다. 예를 들어, 담배 물질의 두 개의 시트를 함께 모아서 로드를 형성할 수도 있고, 또는 담배 물질의 시트와 비-담배 물질의 시트를 함께 모아서 로드를 형성할 수도 있다. 두 개 이상의 시트가 존재하면, 그러한 시트들 중 하나 이상을 시트들을 모으는 것을 용이하게 하도록 처리해서 로드를 형성할 수도 있다.
에어로졸 형성 물질의 시트의 특정 폭은 바람직하게 70mm 내지 250mm, 예를 들어, 120mm 내지 160mm이다. 에어로졸 형성 물질의 시트의 특정 두께는, 바람직하게 50㎛ 내지 300㎛, 바람직하게는 150㎛ 내지 250㎛이다.
바람직하게, 형성된 로드들의 직경은 5mm 내지 10mm, 바람직하게는 6mm 내지 9mm, 또는 약 7mm 내지 8mm이다.
시트를 권축하거나 유사하게 처리하는 것이 유리할 수도 있다. 권축은, 물결주름들이 에어로졸 형성 물질의 시트에 도입되는 공정이다. 물결주름들의 권축 깊이는 가변될 수도 있으며, 물결주름의 진폭으로서 정량화될 수도 있다. 이것은 한 쌍의 물결주름 롤러들이 중첩되는 유효한 거리 측정치이다. 진폭은, 또한, 측정시 시트 자체의 두께를 제거하도록, 권축된 시트의 골(trough) 간에 대하여 측정될 수도 있다. 바람직하게, 에어로졸 형성 물질의 권축된 연속 시트는, 50㎛ 내지 300㎛, 더욱 바람직하게는 약 100㎛ 내지 약 250㎛인, 물결주름의 진폭, 또는 권축 깊이를 갖는다.
본원에서 사용되는 바와 같이, “다공도”이라는 용어는, 다공성 물품 내의 빈 공간(void space)의 분률(fraction)을 가리킨다. “전체 다공도(global porosity)” 또는 “단면 다공도”이라는 용어들은, 다공성 물품의 단면적에서, 예를 들어, 에어로졸 형성 물질의 권축되고 모아진 시트로부터 형성되는 로드의 단면에서, 빈 공간의 분률을 가리킨다. 단면 다공도는, 로드의 가로방향 단면 영역의 빈 공간의 면적 분률이다. 로드의 가로방향 단면 영역은, 로드의 길이방향 축에 수직인 평면에서의 로드의 영역이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, “다공도 분포 값” 또는 “단면 다공도 분포 값”이라는 용어들은, 로드의 가로방향 단면 영역의 복수의 동일한 치수의 하위영역의 각각 내에서 국부로 결정되는 다공도 값들의 표준 편차를 가리킨다. 하위영역 내의 다공도는 “국부 다공도(local porosity)”이라 칭할 수 있고, 단면 다공도 분포 값은 로드의 가로방향 단면 영역에 걸친 국부 다공도 값들의 표준 편차이다.
하위영역은 로드의 가로방향 단면 영역보다 작은 영역을 가리킨다. 복수의 동일한 치수의 하위영역은 로드의 전체 가로방향 단면 영역을 커버한다. 바람직하게, 각 하위영역은 적어도 하나의 인접하는 하위영역, 바람직하게는 하나보다 많은 인접 하위영역과 중첩된다. 바람직하게, 각 하위영역은 적어도 하나의 인접 하위영역과 10% 내지 95%만큼 중첩된다. 바람직하게, 각 하위영역은, 전체 가로방향 단면 영역의 20% 미만, 예를 들어, 전체 가로방향 단면 영역의 15% 미만, 바람직하게는 전체 가로방향 단면 영역의 10% 미만이다.
로드들은 통상적으로 실질적으로 원형이다. 따라서, 가로방향 단면 영역이 실질적으로 원형이다. 각 하위영역은 바람직하게 직사각형 또는 정사각형이다. 하위영역은, 다공도 분포의 계산에 포함되기 전에 가로방향 단면 영역의 적어도 50%, 특히 바람직하게는 다공도 분포의 계산에 포함되기 전에 가로방향 단면 영역의 적어도 70% 또는 적어도 80% 또는 적어도 90% 중첩되는 것이 바람직하다.
로드의 가로방향 단면 다공도는, 로드 직경, 에어로졸 형성 물질의 시트의 폭, 및 에어로졸 형성 물질의 시트의 두께의 함수로서 가변된다. 따라서, 단면 다공도는 아래의 식을 사용하여 계산될 수도 있다:
Figure pat00001
여기서:
Pcross = 단면 다공도
Drod = 로드의 직경
Wsheet = 로드를 형성하도록 모아진 시트의 폭
Tsheet = 로드를 형성하도록 모아진 시트의 두께
단면 다공도 분포 값은, 로드의 가로방향 단면 영역의 서로 다른 하위영역들에 걸친 국부 다공도의 변동의 측정치를 가리킨다.
따라서, 단면 다공도 분포 값은, 물품의 가로방향 영역에 걸친 다공도의 분포의 정량적 측정치이다. 각 하위영역의 국부 다공도는 아래의 식을 사용하여 계산될 수도 있다;
Figure pat00002
여기서:
Plocal = 하위영역의 단면 다공도
Alocal = 하위영역의 면적
Asheet = 하위영역 내의 담배 물질의 면적
단면 다공도 분포 값은 로드의 다공도의 균일도의 측정치로서 알 수 있다. 예를 들어, 국부 다공도의 표준 편차가 작으면, 로드 내의 빈 공간들이 로드의 전체 가로방향 영역에 걸쳐 균일하게 분포될 수 있으며 유사한 크기를 가질 수 있다. 그러나, 표준 편차가 크면, 빈 공간들은 물품의 가로방향 영역에 걸쳐 균일하게 분포되지 않으며, 로드의 일부 섹션들은 큰 다공도를 갖고 일부 섹션들은 작은 다공도를 갖는다. 주어진 단면 다공도에 대하여, 큰 단면 다공도 분포 값은 로드가 적은 개수의 비교적 큰 관통 채널들을 갖는다는 것을 나타낼 수 있는 반면, 작은 단면 다공도 분포 값은 로드가 많은 개수의 비교적 작은 관통 채널들을 갖는다는 것을 나타낼 수 있다.
단면 다공도 분포 값은, 단일 로드의 가로방향 단면을 커버하는 다수의 하위영역들에 대하여 계산되는 국부 다공도 값들로부터 결정될 수도 있다. 임의의 개별적인 로드에 관한 단면 다공도 분포 값은 다른 개별적인 로드의 단면 다공도 분포 값과 비교될 수도 있다. 대안적으로, 단면 다공도 분포 값은, 예를 들어, 단면적이 대략 동일하고 단면 다공도가 대략 동일한 다수의 서로 다른 로드들, 예를 들어, 로드들의 배치 또는 세트로부터 도출되는 국부 다공도 값들로부터 계산될 수도 있다. 로드들의 배치로부터의 단면 다공도 분포 값을 사용하여 로드들의 하나의 배치와 로드들의 다른 하나의 배치 간의 다공도의 품질을 평가할 수도 있다.
유리하게, 가로방향 단면 다공도와 단면 다공도 분포 값은 디지털 촬상 공정을 이용하여 결정될 수도 있다. 로드의 가로방향 단면의 화상을 취득할 수 있고, 임계값을 적용하여, 빈 공간을 나타내는 픽셀로부터 에어로졸 형성 기재를 나타내는 픽셀들을 구별할 수도 있다. 이어서, 전체 단면의 다공도를 쉽게 취득할 수도 있다.
바람직하게, 단면 다공도 분포 값은 로드의 가로방향 단면 영역의 디지털 화상을 취득하는 단계, 가로방향 영역의 복수의 동일 치수의 하위영역의 각각에 존재하는 빈 공간들의 면적 분률을 결정하여 복수의 동일 치수의 하위영역의 각각에 대한 다공도 값을 취득하는 단계, 및 복수의 동일 치수의 하위영역의 각각에 대하여 다공도 값들의 표준 편차를 계산하는 단계를 포함하고 있는 방법에 의해 결정된다. 각 하위영역은, 적어도 하나의 인접 하위영역과 10% 내지 95%, 바람직하게는 75% 내지 85%, 바람직하게는 약 80%만큼 중첩된다.
통상적으로, 로드는, 대략 원통형이며, 평균 직경, 예를 들어, 약 7mm의 평균 직경을 갖는다. 바람직하게, 하위영역들의 각각은, 로드의 직경의 1/4 내지 1/8 길이, 바람직하게는 로드의 직경의 약 1/6 또는 1/7 길이를 갖는 직사각형 또는 정사각형이다. 따라서, 로드의 직경이 약 7mm이면, 하위영역들은, 변 길이가 약 1mm인 정사각형들일 수도 있다.
임의의 개별적인 하위영역의 다공도 값은, 바람직하게, 그 하위영역의 90% 초과가 로드의 가로방향 단면 영역 내에 있으면 다공도 분포를 평가하기 위한 계산에만 포함된다.
바람직하게, 가로방향 단면 영역의 디지털 화상은 복수의 픽셀로 이루어지고, 가로방향 단면 영역을 구성하는 모든 픽셀은 복수의 하위영역 중 적어도 하나 내에 포함된다.
하나 이상의 제조공정 파라미터들은, 약 0.15 내지 0.45, 바람직하게는 약 0.20 내지 0.40, 바람직하게는 약 0.25 내지 약 0.35의 단면 다공도를 갖는 것으로 형성되는 에어로졸 형성 로드를 제조하도록 제어될 수도 있다.
하나 이상의 제조공정 파라미터들은, 전술한 방법을 이용하여 계산되는 바와 같이 약 0.04 내지 약 0.22의 단면 다공도 분포 값을 갖는 것으로 형성되는 에어로졸 형성 로드를 제조하도록 제어될 수 있으며, 이 경우, 각 하위영역은 변 길이가 로드 직경의 1/7인 정사각형이고, 각 하위영역이 적어도 하나의 다른 하위영역과 약 80%만큼 중첩된다.
에어로졸 형성 물품의 에어로졸 형성 기재로서 사용하기 위한 로드를 또한 제공할 수도 있다. 예를 들어, 본원에서 설명하는 방법을 이용하여 형성되는 에어로졸 형성 로드는, 약 0.15 내지 0.45, 바람직하게는 약 0.20 내지 약 0.40, 바람직하게는 약 0.25 내지 약 0.35의 단면 다공도를 가질 수 있다.
본원에서 설명하는 방법을 이용하여 형성되는 에어로졸 형성 로드는, 전술한 방법을 이용하여 계산되는 바와 같이 약 0.04 내지 약 0.22의 단면 다공도 분포 값을 가질 수 있고, 이 경우, 각 하위영역은 변 길이가 로드 직경의 1/7이고 정사각형이고, 각 하위영역이 적어도 하나의 다른 하위영역과 약 80%만큼 중첩된다.
에어로졸 형성 로드를 사용하여 가열식 에어로졸 발생 물품을 제조할 수도 있다. 이 방법은, 본원에서 설명하는 바와 같은 로드를 형성하는 단계, 및 로드를 복수의 다른 구성요소와 래퍼 내에서 함께 조립하여 가열식 에어로졸 발생 물품을 형성하는 단계를 포함하고 있을 수도 있다.
바람직하게, 로드의 단면 다공도 분포 값과 단면 다공도 값들은 조립된 가열식 에어로졸 발생 물품을 통한 소정의 흡인 저항을 제공하도록 선택된다.
에어로졸 형성 기재는 바람직하게 니코틴을 포함하고 있다. 단면 다공도 분포 값과 단면 다공도 값들은, 조립된 가열식 에어로졸 발생 물품이 소비되는 경우 그 물품으로부터의 소정 레벨의 니코틴 전달을 제공하는 것을 용이하게 하도록 선택될 수도 있다.
가열식 에어로졸 발생 물품은, 본원에서 정의되는 바와 같은 에어로졸 형성 로드의 형태로 된 에어로졸 형성 기재를 포함하고 있는 복수의 요소를 포함할 수 있고, 복수의 요소는 래퍼 내에서 조립된다. 바람직하게, 에어로졸 형성 기재는 니코틴을 포함하고 있으며, 에어로졸 형성 기재의 단면 다공도와 단면 다공도 분포 값은, 가열식 에어로졸 발생 물품이 소비되는 경우 소정 레벨의 니코틴 전달을 제공하는 것을 용이하게 하도록 선택된다.
바람직한 실시예들에서, 가열식 에어로졸 발생 물품은 래퍼 내에 조립된 에어로졸 형성 기재를 비롯하여, 복수의 요소를 포함할 수 있고, 에어로졸 형성 기재는, 6.5mm 내지 8mm의 직경을 갖는 에어로졸 형성 로드의 형태로 되어 있고, 로드는 균질화 담배 물질의 권축되고 모아진 시트로부터 형성되고, 시트는 120mm 내지 160mm의 폭과 150㎛ 내지 250㎛의 두께를 가지고, 시트는 100㎛ 내지 250㎛의 권축 깊이로 권축된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, ‘에어로졸 형성 기재’라는 용어는, 가열시 에어로졸을 발생시키도록 휘발성 화합물을 방출할 수 있는 에어로졸 형성 물질로 이루어지는 또는 이러한 에어로졸 형성 물질을 포함하고 있는 기재를 나타낸다. 담배 물질의 시트는 이러한 명세서를 위한 에어로졸 형성 기재의 일례이다. 니코틴 염을 포함하고 있는 종이 또는 고분자 물질의 시트는 이러한 명세서를 위한 에어로졸 형성 기재의 다른 일례이다.
한 구현예에서, 본원에서 설명하는 바와 같은 에어로졸 형성 로드는, 에어로졸 형성 기재 로드와 접경하고 있는 열원, 예를 들어, 가연성 열원, 및 가연성 열원의 하류에 있는 에어로졸 발생 기재를 포함하고 있는 가열식 에어로졸 발생 물품의 에어로졸 형성 기재로서 사용될 수도 있다. 이 경우, 에어로졸 형성 기재는, 바람직하게, 본원에서 설명하는 방법을 이용하여 계산되는 바와 같이, 약 0.20 내지 약 0.44, 바람직하게 약 0.34 내지 약 0.44의 단면 다공도, 및 약 0.11 내지 약 0.15의 단면 다공도 분포 값을 갖는 로드이다.
예를 들면, 본원에 기재된 로드는 WO-A-2009/022232에 개시된 유형의 가열식 에어로졸 발생 물품 내의 에어로졸 발생 기재로서 사용될 수도 있으며, 이는 가연성 탄소계 열원, 이 가연성 열원의 하류에 있는 에어로졸 발생 기재, 및 가연성 탄소계 열원의 후방 부분 및 에어로졸 발생 기재의 인접하는 전방 부분 주위와 이들과 접촉하는 열 전도 요소를 포함하고 있다. 그러나, 본원에 기재된 로드는 다른 구성을 갖는 가연성 열원을 포함하고 있는 가열식 에어로졸 발생 물품 내의 에어로졸 발생 기재로서 사용될 수도 있다는 것을 이해해야 할 것이다.
다른 구현예에서, 본원에 기재된 에어로졸 발생 로드는 가열식 에어로졸 발생 물품의 에어로졸 발생 기재가 전기 열원에 의해 가열되는 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템에서 사용하기 위한 가열식 에어로졸 발생 물품 내에서 에어로졸 발생 기재로서 사용될 수도 있다.
예를 들면, 본원에 기재된 로드는 WO2013/098405에 개시된 유형의 가열식 에어로졸 발생 물품 내의 에어로졸 발생 기재로서 사용될 수도 있다. 따라서, 가열식 에어로졸 발생 물품은 에어로졸 발생 장치의 삽입형 히터에 의해 가열되도록 구성되어 있을 수도 있다. 이 경우, 에어로졸 형성 기재는 본원에 설명된 방법을 사용하여 계산되는 바와 같이, 바람직하게는 약 0.20 내지 약 0.40, 바람직하게는 약 0.24 내지 약 0.34의 단면 다공도, 및 약 0.10 내지 약 0.12의 단면 다공도 분포 값을 갖는 로드이다.
전기 작동식 에어로졸 발생 장비 및 상기 장비에 사용하기 위한 에어로졸 발생 물품을 포함하고 있는 시스템이 제공되어 있을 수도 있다. 에어로졸 발생 물품은 본원에 기재된 바와 같은 로드 또는 에어로졸 형성 기재를 포함하고 있다.
바람직하게는, 본 명세서에 따른 로드는 실질적으로 균일한 단면을 갖는다. 본 명세서에 따른 로드는 그의 의도된 용도에 따라서 상이한 치수를 가지고서 생성될 수도 있다. 예를 들면, 본 명세서에 따른 로드는 그의 의도된 용도에 따라서 약 5mm 내지 약 30mm 사이의 길이를 가질 수도 있다. 바람직한 구현예들에서, 가열식 에어로졸 발생 물품의 에어로졸 형성 기재로서 사용하기 위한 본 명세서에 따른 로드는 약 5mm 내지 약 20mm 또는 약 10mm 내지 약 15mm 사이의 로드 길이를 가질 수도 있다.
바람직하게는, 에어로졸 형성 물질의 시트는 담배 및 에어로졸 형성제를 포함하고 있는 담배 물질의 시트이다. 시트를 형성하는 담배 물질은 바람직하게 재구성된 담배 또는 균질화 담배이다. 균질화 담배 물질은 보습제, 가소제, 향미제, 필러, 바인더 및 용매와 같은 다양한 다른 첨가제를 포함할 수도 있다. 균질화 담배 물질의 시트에 포함시키기 위한 적절한 에어로졸 형성제 및 습윤제는 당 기술분야에 잘 공지되어 있고, 이에 한정되지 않지만, 트리에틸렌 글리콜, 1,3-부탄디올 및 글리세린과 같은 다가 알코올; 글리세롤 모노-, 디- 또는 트리아세테이트와 같은 다가 알코올의 에스테르; 및 디메틸 도데칸디오에이트(dimethyl dodecanedioate) 및 디메틸 테트라데칸디오에이트(dimethyl tetradecanedioate)와 같은, 모노-, 디- 또는 폴리카르복실산의 지방족 에스테르를 포함하고 있다.
예를 들면, 본원에 기재된 로드를 형성하는 데에 사용하기 위한 균질화 담배 물질의 시트는 건조 중량 기준으로 약 5중량%와 약 30중량% 사이의 에어로졸 형성제 함량을 가질 수도 있다. 에어로졸 형성제 함유 로드가 연소되기보다는 가열되는 가열식 흡연 물품에 사용하기 위한 로드는 바람직하게는 5% 초과 내지 약 30%의 에어로졸 형성제를 포함할 수도 있다. 이러한 열 흡연 물품에 사용하기 위한 로드의 경우, 에어로졸 형성제는 바람직하게는 글리세린일 수도 있다.
대안적으로, 에어로졸 형성 물질의 시트는 비-담배 시트, 예컨대 고분자 시트 또는 종이 시트 또는 금속 시트일 수도 있다. 일부 구현예에서, 에어로졸 형성 물질의 시트는 금속 포일, 고분자 시트, 종이, 및 판지로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수도 있다. 일부 구현예에서, 시트는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리락트산(PLA), 초산 셀룰로오스(CA), 전분계 공중합체, 및 알루미늄 포일로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수도 있다. 바람직하게는 비-담배 물질의 시트는 니코틴 시트르산염, 니코틴 피루브산염, 니코틴 중타르타르산염, 니코틴 펙틴산염, 니코틴 알긴산염, 니코틴 살리실산염, 니코틴 이소발레르산염, 니코틴 락트산염, 니코틴 페닐아세트산염 및 니코틴 미리스테이산염으로 이루어진 목록에서 선택된 하나 이상의 니코틴 염을 포함하고 있다. 이러한 염 형태의 니코틴은 일반적으로 전자 담배에 사용되는 액체 유리염기(freebase) 니코틴 보다 더 안정적일 수도 있다. 따라서, 에어로졸 발생 로드를 포함하고 있는 에어로졸 발생 물품은 일반적인 전자 담배 보다 긴 유효 기간을 가질 수 있다.
담배 시트 또는 비-담배 시트에 관계없이, 에어로졸 형성 물질의 시트는 비-담배 향미제로 코팅될 수도 있다. 시트는 비-담배 향미제로 함침된 것일 수도 있다.
에어로졸 형성 물질의 시트는 향미제를 포함하는 겔 또는 하이드로겔과 같은 물질로 형성될 수도 있다. 시트는 가열시 휘발하여 향미제를 방출할 수도 있다. 시트는 생분해성 고분자를 포함할 수도 있으며, 예를 들어, 시트는 향미제로 코팅되거나 함침된 폴리락트산(PLA) 시트일 수도 있다.
상기 향미제는 휘발성 향미 성분을 포함하고 있을 수도 있다. 상기 향미제는 멘톨을 포함하고 있을 수도 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 ‘멘톨(menthol)’은 임의의 그의 이성질 형태의 화합물 2-이소프로필-5-메틸시클로헥사놀을 나타내고 있다. 상기 향미제는 멘톨, 레몬, 바닐라, 오렌지, 윈터그린, 체리, 계피로 이루어진 군으로부터 선택되는 향미를 제공할 수도 있다.
비-담배 향미제를 포함하고 있는 에어로졸 형성 물질의 시트는 추가적으로 글리세린과 같은 에어로졸 형성제를 포함하고 있다. 에어로졸 형성제는 에어로졸 내로 향미 성분을 운반할 수도 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 ‘로드(rod)’는 실질적 원형, 계란형 또는 타원형 단면을 갖는 대략 원통형 요소를 설명하는 데에 사용된다. 바람직하게는 로드의 직경은 5mm 내지 10mm, 바람직하게는 6mm 내지 9mm 사이, 또는 7mm 내지 8mm 사이이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 ‘시트’는 그것의 두께보다 실질적으로 큰 폭과 길이를 갖는 박층체 요소를 가리킨다. 바람직하게는, 에어로졸 형성 물질의 시트는 모아지기 전에 120mm 내지 300mm 사이의 폭, 예를 들어 130mm 내지 170mm 사이의 폭을 갖는다. 바람직하게는, 에어로졸 형성 물질의 시트는 50㎛ 내지 300㎛ 사이, 바람직하게는 150㎛ 내지 250㎛ 사이의 두께를 갖는다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 ‘로드 길이’는 본원에서 기재되는 로드의 원통 축의 방향으로의 치수를 설명하는 데에 사용된다. 로드 길이는 5mm와 20mm 사이, 바람직하게는 8mm와 15mm 사이 일 수도 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 ‘모아진(gathered)’은 에어로졸 물질의 시트가 로드의 원통 축에 실질적으로 가로방향으로 둘둘 말리거나, 접히거나, 또는 그렇지 않으면 압축되거나 수축된 것을 가리킨다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 ‘권축된 시트’는 용어 ‘크레이프 가공 시트(creped sheet)’와 동의어인 것으로 의도되어 있고 복수의 실질적으로 평행한 리지(ridge) 또는 물결주름(corrugation)을 갖는 시트를 가리킨다. 바람직하게는, 에어로졸 형성 물질의 권축된 시트는 본 발명에 따른 로드의 원통 축에 실질적으로 평행한 복수의 리지 또는 물결주름을 갖는다. 이것은 균질화 담배 물질의 권축된 시트를 모으는 것을 유리하게 용이하게 해서 로드를 형성한다. 시트는 권축 롤러 세트를 통과시켜 권축된다. 시트가 권축되는 정도는 권축 깊이로 표시된다. 권축 깊이의 변화는 시트가 모아지는 방식에 영향을 줄 수도 있으며, 따라서 로드를 통한 채널의 크기 및 단면 다공도 분포에 영향을 줄 수도 있다. 따라서, 권축 깊이 또는 진폭은 로드에서 원하는 단면 다공도 분포 값을 생성하도록 변화될 수도 있는 파라미터이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 ‘상류’ 및 ‘하류’는 그 사용 동안에 에어로졸 발생 물품을 통해 흡인된 공기의 방향에 대하여 본원에서 기재되는 로드를 포함하고 있는 에어로졸 발생 물품의 구성요소들, 또는 구성요소들의 부분들의 상대적 위치를 설명하는 데에 사용된다.
본 발명의 특정 구현예들
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 특정 구현예들을 설명한다;
이제 담배 플러그 형태의 에어로졸 형성 로드 내부의 다공도 분포를 평가하기 위한 방법을 참조하여 본 발명의 특정 구현예가 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 특정 구현예에 따른 로드를 형성하기 위해 사용되는 장비를 예시하고 있다. 도 1은 일반적으로 균질화 담배 물질의 연속 시트를 제공하기 위한 공급 수단; 균질화 담배 물질의 연속 시트를 권축하기 위한 권축 수단; 균질화 담배 물질의 연속적인 권축된 시트를 모으고 균질화 담배 물질의 모아진 연속적인 권축된 시트를 래퍼로 둘러싸서 연속 로드를 형성하기 위한 로드 형성 수단; 및 연속 로드를 복수의 개별 로드로 절단하기 위한 절단 수단을 포함하고 있다. 상기 장치는 또한 균질화 담배 물질의 연속 시트를 공급 수단으로부터 권축 수단을 경유해서 로드 형성 수단으로 상기 장치를 통해 하류로 운송하기 위한 운송 수단을 포함하고 있다.
공급 수단은 보빈(4) 상에 탑재된 균질화 담배 물질의 연속 시트(2)를 포함하고 있으며, 권축 수단은 한 쌍의 회전식 권축 롤러(6)를 포함하고 있다. 균질화 담배 물질의 연속 시트는 폭과 두께를 가지고 있다. 사용시, 균질화 담배 물질의 연속 시트(2)가 보빈(4)으로부터 인출되고 일련의 가이드 및 인장 롤러를 경유해서 운송 기구에 의해 한 쌍의 권축 롤러(6)로 하류로 운송된다. 균질화 담배 물질의 연속 시트(2)가 한 쌍의 권축 롤러(6) 사이에 공급되면서, 권축 롤러들이 균질화 담배 물질의 연속 시트(2)를 체결하고 권축해서, 상기 장치를 통해 균질화 담배 물질의 시트의 길이방향 축에 실질적으로 평행한 복수의 이격된 리지 또는 물결주름을 갖는 균질화 담배 물질의 연속적인 권축된 시트(8)를 형성한다.
도 2는 한 쌍의 권축 롤러의 상호 맞물림 치형부를 보여주는 개략도이다. 한 쌍의 권축 롤러는 상부 롤러(31)와 하부 롤러(32)로 이루어져 있다. 각각의 롤러는 일정한 간격으로 이격된 권축 치형부(33)의 세트를 가지고 있으며, 상기 권축 치형부(33)는 롤러들이 함께 모일 때 서로 맞물리도록 오프셋되어 있다. 상부 롤러(31)는 고정되어 있지만, 하부 롤러(32)는 상부 롤러(31)에 대해 이동되어서 권축 깊이 또는 권축 진폭을 변경시킬 수도 있다. 치형부는 특정 실시예에서 1mm인 권축 주기(34)로 이격되어 있다. 권축 깊이(35)는 롤러들이 맞물린 때 권축 치형부의 선단들이 중첩되는 거리이다. 권축 깊이는 소정의 깊이, 예를 들어 150㎛로 설정되어 있을 수도 있다.
도 3은 권축 시트(36) 부분을 도시하고 있다. 권축 주기(34)와 권축 깊이(35)는 권축된 시트(36) 상에 보여지고 있다. 권축 깊이(35)는 하나의 물결주름의 내부로부터 다음 물결주름(39)의 내부까지 측정된다.
균질화 담배 물질의 연속적인 권축된 시트(8)가 수렴 깔때기 또는 뿔(10)을 통해 송급되는 운송 기구에 의해 한 쌍의 권축 롤러(6)로부터 로드 형성 수단으로 하류로 운송된다. 수렴 깔때기(10)는 균질화 담배 물질의 시트의 길이방향 축에 대하여 가로방향으로 균질화 담배 물질의 연속적인 권축된 시트(8)를 모은다. 균질화 담배 물질의 연속적인 권축된 시트(8)는 수렴 깔때기(10)를 통과하면서 실질적으로 원통형 구성을 갖는다.
수렴 깔때기(10)를 빠져나올 때, 균질화 담배 물질의 모아진 연속적인 권축된 시트가 포장(wrapping) 물질의 연속 시트(12)로 포장된다. 포장 물질의 연속 시트는 보빈(14)으로부터 송급되고, 무한 벨트 컨베이어 또는 장식물(garniture)에 의해 균질화 담배 물질의 모아진 연속적인 권축된 시트 주위에 피복된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 로드 형성 수단은, 포장 물질의 연속 시트의 대향하는 길이방향 에지들이 접촉하게 될 때에 그들이 서로 부착되어 연속 로드를 형성하도록, 포장 물질의 연속 시트의 길이방향 에지들 중 하나에 접착제를 적용하는 접착제 적용 수단(16)을 포함하고 있다.
로드 형성 수단은, 사용시 연속적인 로드가 로드 형성 수단으로부터 절단 수단으로 하류로 운송될 때에 연속적인 로드의 이음부에 적용된 접착제를 건조시키는, 접착제 적용 수단(16)의 하류에 있는 건조 수단(18)을 더 포함하고 있다.
절단 수단은 연속 로드를 단위 길이 또는 다수의 단위 길이의 복수의 개별 로드로 절단하는 회전식 절단기(20)를 포함하고 있다.
바람직한 구현예에서, 상기 개별 로드는 약 7mm의 직경을 가진다. 시트 폭, 시트 두께 및 권축 깊이는 0.15 내지 0.45 범위 내의 소정의 단면 다공도 및 0.05 내지 0.22의 단면 다공도 분포 값을 제공하도록 선택된다. 단면 다공도 분포 값은 로드의 다공도 균일성의 측정치이다.
도 4는 상술한 바와 같은 균질화 담배 물질의 시트를 권축시키고 모으는 공정에 의해 형성된 담배 플러그(110)의 말단면을 도시하고 있다. 도 4의 화상은 모든 백색 픽셀이 담배(120)에 대응하고, 로드(130)의 외부 둘레 외측의 흑색 픽셀들은 배경에 관한 것이고, 플러그(140)의 둘레 내부의 흑색 픽셀들은 공극 또는 빈 공간에 대응하도록 처리된 디지털 화상이다. 상기 화상은 담배 플러그의 말단면의 화상을 찍고 플러그의 가로방향 영역의 화상을 디지털 처리해서 로드의 가로방향 영역 내부에 있는 픽셀들을 식별하여 획득된다. 그런 다음, 임계값이 화상에 적용되어서 가로방향 영역 내부의 픽셀들이 담배 물질을 표현하는 백색, 또는 공극들을 표현하는 흑색이 된다. 도 4에서, 담배 플러그는 실질적으로 원형이고 약 7mm의 직경을 갖는다. 담배 플러그의 외부 둘레 내부의 전체 영역이 가로방향 단면 영역이다. 도 4는 가로방향 영역 내부에 위치한 제1 하위영역(100)을 도시하고 있다. 제1 하위영역은 1mm x 1mm의 치수를 갖는 직사각형 영역이다. 따라서 하위영역의 측면들은 로드 직경의 약 1/7이다.
로드 영역 내의 다공도는 가로방향 단면 다공도이다. 가로방향 단면 다공도는 다음 방정식에 따라 계산된다: Po = Nvoid/ Ntot, 여기서 Po는 가로방향 단면 영역의 전체 다공도이고, Nvoid는 가로방향 단면 영역 내부의 빈 공간을 표현하는 픽셀들의 수이며, Ntot는 가로방향 단면 영역 내의 픽셀들의 총 수이다.
하위영역 내의 다공도를 국부 다공도라고 명명한다. 도 4에서, 제1 하위영역(100)은 국부 다공도가 낮은 위치에 도시되어 있다. 즉, 공극 영역(도 4의 제1 하위영역(100) 내부의 흑색 픽셀들)은 제1 하위영역(1mm2)의 전체 영역에 비해 작다.
도 5는 도 4에 도시된 동일한 가로방향 단면 영역을 도시하고 있다. 도 5는 대응하는 하위영역 내부의 높은 공극 영역으로 반영된 바와 같이, 더 높은 국부 다공도를 갖는 구역에 위치한 제2 하위영역(200)을 보여주고 있다. 가로방향 영역의 상이한 구역들에 위치한 상이한 하위영역들은 상이한 국부 다공도 값을 가질 것이다. 가로방향 영역 내부의 다수의 하위영역에 대한 국부 다공도를 평가하여, 단면 다공도 분포를 표시하는 값을 얻을 수 있다.
단면 다공도 분포 값은 복수의 하위영역들 중 각각에서 국부 다공도를 연산하여 얻어진다. 각 개별 담배 하위영역마다, 화상의 하위영역의 국부 다공도가 산출된다. 국부 다공도는 식 Pl = Nvoidlocal/ Nlocal에 의해 산출될 수 있는데, 여기서 Pl은 하위영역 내부의 국부 다공도고, Nvoidlocal은 하위영역 내부의 빈 공간을 표현하는 픽셀들의 수이며, Nlocal은 하위영역 내의 픽셀들의 총 수이다. 하위영역들은 소프트웨어로 구현되는 반복 알고리즘에 의해 로드의 디지털 화상에 적용되고 그 디지털 화상에 걸쳐서 번역된다. 복수의 국부 다공도 판독을 얻기 위해서, 하위영역은 순차적으로 화상을 통해 효율적으로 번역되고, 하위영역이 점유하고 있는 각각의 위치에서 국부 다공도가 계산된다. 하위영역이 점유하고 있는 각각의 위치는 하위영역에 의해 점유된 적어도 하나의 다른 위치와 중첩하고 있다. 이러한 공정이 도 6 내지 도 9에 도시되어 있다.
도 6은 플러그의 좌측 상에 중첩된 제3 하위영역(300)을 갖는 담배 플러그의 가로방향 영역을 도시하고 있다. 국부 다공도는 이 하위영역에서 계산된다. 그런 다음, 하위영역이 가로방향 영역에 걸쳐서 우측으로 번역된다. 도 7은 담배 플러그의 디지털 화상 상에 중첩된 제4 하위영역(400)을 도시하고 있다. 도 7은 또한 제3 하위영역(300)의 위치를 (점선으로) 보여주고 있다. 제4 하위영역(400)은 제3 하위영역(300)의 위치와 중첩하고 있는 것을 알 수 있다. 중첩도는 80%이다. 국부 다공도는 제4 하위영역에서 계산되고, 하위영역은 가로방향 영역에 걸쳐서 재차 번역된다. 도 8은 제5 하위영역(500)을 보여주는 가로방향 영역을 도시하고 있다. 도 8은 또한 제3 하위영역(300) 및 제4 하위영역(400)의 위치들을 (점선으로) 보여주고 있다. 국부 다공도 값이 제5 하위영역(500)에서 얻어지고 상기 하위영역은 그 구조를 통해 한번 더 번역된다. 이는 상기 구조 내부의 모든 픽셀이 하나 이상의 하위영역에 포함될 때까지 진행된다.
여기에서 설명된 특정 실시예에서, 하위영역 내부의 국부 다공도는 또한 상기 하위영역 내부 픽셀들의 적어도 90%가 가로방향 영역 내부에 있는 경우에만 계산된다. 도 9는 담배 플러그의 가로방향 영역을 도시하고 디지털 화상 상에 중첩된 제6 하위영역(600)을 나타내고 있다. 제6 하위영역(600)의 픽셀들의 90% 보다 적은 픽셀이 가로방향 영역, 즉 담배 플러그 내부의 영역 내에 놓여 있다. 따라서, 국부 다공도는 제6 하위영역에 대해서는 계산되지 않는다. 이는 국부 다공도가 국부 담배 구조를 표현하기에 충분히 높지 않은 영역인 하위영역들에 대해 국부 다공도가 계산되는 것을 회피하려는 것이다.
각 하위영역에 대해 연산된 국부 다공도 값들이 어레이(array)에 저장된다. 그런 다음, 국부 다공도의 평균값 및 표준 편차가 담배 플러그에 대해 계산될 수도 있다. 국부 다공도의 표준 편차는 다공도 분포의 폭의 측정으로서 사용될 수 있으며, 단면 다공도 분포 값을 정의한다. 이는 담배가 플러그에 얼마나 균일하게 분포되는지에 대한 정량값을 제공하고 있다. 낮은 표준 편차는 균일한 담배 분포를 갖는 플러그를 표시하는 반면에, 높은 표준 편차는 비균일 플러그를 표시한다.
디지털 화상 획득은 임의의 적절한 방법에 의해, 예를 들면 디지털 카메라 또는 컴퓨터 단층촬영(tomography)을 사용하여 행해질 수도 있음을 유의해야 한다. 화상은 풀 RGB(적-녹-청) 컬러, 흑백, 또는 이원(binary)(흑색 및 백색) 표현으로 임의의 적절한 화상 포맷에 의해 표현될 수도 있다. 바람직하게는, 임의의 화상의 배경은 균일해서, 화상 처리 동안에 배경의 검출 및 제거를 용이하게 한다. 임의의 화상의 해상도는 담배 플러그의 형태를 정확히 분석할 정도로 충분히 높아야만 한다.
상술한 바와 같은 다공도 평가로부터의 결과는 로드 제조 공정을 제어해서 소정의 단면 다공도 값 및 단면 다공도 분포 값을 달성하는데 사용될 수도 있다. 따라서, 다공도를 평가하기 위한 방법은, 규격 밖에 있는 다공성 로드들을 생성하고 공정 매개변수들이 허용 가능한 규격 이내에 있는 다공성 로드들을 생성하도록 보정될 수 있게 하기 위해서 공정 매개변수들이 설정된 경우에 관해서 피드백을 제공할 수도 있다.
담배 물질의 모아진 시트로 형성된 담배 플러그의 다공도 및 다공도 분포를 평가하기 위한 장치가 제조 라인의 일부로서 통합될 수도 있다. 다공도 분포를 평가하기 위한 장치는 디지털 카메라와 같은 화상 포착 수단, 및 로드의 취득된 디지털 화상을 분석하는데 필요한 처리 단계들을 수행하기 위한 프로세서를 필요로 한다. 상기 장치는 바람직하게는 로드를 조명하기 위한 광원을 더 포함하고 있다.
도 10은 카메라(910)가 담배 로드(920)의 말단면(921)의 디지털 화상을 포착하도록 배열되어 있는 화상 포착 수단의 구성을 도시하고 있다. 담배 로드(920)는 균질화된 담배 물질 시트를 권축하고 모으고 로드를 생성하도록 모아진 시트를 래퍼로 둘러싸서 형성된다. 카메라(910)의 렌즈(911)는 담배 로드(920)의 말단면(921)으로부터 소정의 거리가 되도록 설정된다.
담배 로드(920)의 말단면(921)의 일정한 조명을 제공하기 위해서 링 라이트(930), 예를 들면 Schott Ring Light A08660이 카메라 렌즈(911)와 담배 로드(920) 사이에 배치된다. 링 라이트(930)는 바람직하게는 카메라 렌즈(911) 보다 담배 로드(920)에 가깝게 위치한다.
도 11은 담배 로드와 같은 다공성 로드의 다공도 분포를 평가하기 위한 장치 또는 시스템(1000)을 도시하고 있다. 상기 장치 또는 시스템(1000)은 렌즈(1011)를 갖는 디지털 카메라(1010), 및 링 라이트(1021)에 결합된 광원(1020)을 포함하고 있다. 카메라의 셔터는 다공성 로드들의 위치를 검출할 수 있는 센서(1030)에 의해 제어된다. 카메라(1010)에 의해 얻어진 디지털 화상의 처리는 PC(1040) 내부의 프로세서에 의해 수행된다. 센서, 광원, 카메라 및 PC는 제어부(1050)에 의해 함께 링크된다. PC는 키보드(1050) 및 모니터(1060)를 더 포함하고 있다. 도 10에 도시된 구성요소들을 갖는 시스템 또는 장치는 로드 제조 장치 내에 포함되어서, 로드들이 형성됨에 따라 실시간으로 로드들 내의 다공도 분포를 평가하게 될 수도 있다.
소정의 직경의 로드에 대하여, 단면 다공도와 단면 다공도 분포 값의 변동은, 로드가 가열될 때 다양한 에어로졸 성분들의 전달에 영향을 끼친다. (1) 저 단면 다공도와 비균일한 단면 다공도 분포, (2) 저 단면 다공도와 균일한 단면 다공도 분포, (3) 고 단면 다공도와 비균일한 단면 다공도 분포, 및 (4) 고 단면 다공도와 균일한 단면 다공도 분포를 갖는 로드들을 제조하였다. 이렇게 서로 다른 4개 로드의 단면 화상이 도 12 내지 도 15에 도시되어 있다.
도 12에 도시한 로드(로드 A)의 직경은 7mm이다. 로드는, 균질화 담배 물질의 권축되고 모아진 시트로 형성된다. 권축 전에, 시트의 폭은 150mm이고 두께는 200㎛이었다. 시트를 100㎛의 권축 깊이까지 또는 권축 진폭까지 권축하였다. 전술한 방법을 이용한 화상 분석에 따르면, 가로방향 단면 다공도가 낮았고(0.30 미만) 단면 다공도 분포 값이 컸다(약 0.18)(즉, 로드는 저 단면 다공도 및 비균일한 단면 다공도 분포를 가졌다). 로드가 담배 시트 물질의 층위에 층이 서로 직접 놓여 있는 영역들 및 빈 공간들이 많은 다른 영역들을 갖는다는 점을 알 수 있다.
도 13에 도시한 로드(로드 B)의 직경은 7mm이다. 로드는 균질화 담배 물질의 권축되고 모아진 시트로 형성된다. 권축 전에, 시트의 폭은 132mm이고 두께는 200㎛이었다. 시트를 100㎛의 권축 깊이까지 또는 권축 진폭까지 권축하였다. 전술한 방법을 이용한 화상 분석에 따르면, 가로방향 단면 다공도가 높았고(0.30 초과) 단면 다공도 분포 값이 컸다(약 0.19)(즉, 로드는 고 단면 다공도 및 비균일한 단면 다공도 분포를 가졌다). 로드의 구조는 도 12에 도시한 구조와 유사하지만 약간 더 개방되어 있다.
도 14에 도시한 로드(로드 C)의 직경은 7mm이다. 로드는 균질화 담배 물질의 권축되고 모아진 시트로 형성된다. 권축 전에, 시트의 폭은 150mm이고 두께는 200㎛이었다. 시트를 170㎛의 권축 깊이까지 또는 권축 진폭까지 권축하였다. 전술한 방법을 이용한 화상 분석에 따르면, 가로방향 단면 다공도가 낮았고(0.30 미만) 단면 다공도 분포 값이 작았다(약 0.08)(즉, 로드는 저 단면 다공도 및 균일한 단면 다공도 분포를 가졌다). 로드는 담배로 조밀하게 패킹되고, 공극들은 작고 균일하게 분포되어 있다.
도 15에 도시한 로드(로드 D)의 직경은 7mm이다. 로드는 균질화 담배 물질의 권축되고 모아진 시트로 형성된다. 권축 전에, 시트의 폭은 1132mm이고 두께는 200㎛이었다. 시트를 190㎛의 권축 깊이까지 또는 권축 진폭까지 권축하였다. 전술한 방법을 이용한 화상 분석에 따르면, 가로방향 단면 다공도가 높았고(0.30 초과) 단면 다공도 분포 값이 작았다(약 0.10)(즉, 로드는 고 단면 다공도 및 균일한 단면 다공도 분포를 가졌다). 공극들은, 균일하게 분포되어 있지만, 도 14의 로드에서의 공극들보다 약간 넓다.
도 12 내지 도 15에 도시한 바와 같은 로드 A 내지 로드 D 유형의 각각의 로드들을, 도 21에 도시한 유형과 유사한 에어로졸 발생 물품들로 형성하고, 물품에 포함되어 있는 가연성 가열 요소를 연소에 의해 가열하였다. 발생한 에어로졸의 글리세린 레벨과 니코틴 레벨을 측정하였다. 글리세린 레벨은 CORESTA 추천 방법 No. 60에 따라 결정되었다. 니코틴 레벨은 ISO10315에 따라 결정되었다. 이러한 실험의 결과를 도 16과 도 17에 보여주고 있다.
글리세린과 니코틴 모두의 전달에 영향을 끼치는 일차적인 인자는 로드가 고 다공도를 갖는 것이라는 점이라는 것을 알 수 있다. 전달 값들은, 로드가 또한 균일한 다공도를 갖는다면 약간 개선된다.
또한, 도 12 내지 도 15에 도시한 바와 같은 로드 A 내지 로드 D 유형의 각각의 로드들을, 도 20에 도시한 유형과 유사한 에어로졸 발생 물품들로 형성하고, 로드에 삽입된 가열 요소를 사용하여 가열하여 에어로졸을 발생시켰다. 발생한 에어로졸의 글리세린 레벨과 니코틴 레벨을 측정하였다. 글리세린 레벨은 CORESTA 추천 방법 No. 60에 따라 결정되었다. 니코틴 레벨은 ISO10315에 따라 결정되었다. 이러한 실험의 결과를 도 18과 도 19에 보여주고 있다.
이러한 유형의 가열식 에어로졸 발생 물품에 대하여 글리세린과 니코틴 모두의 전달에 영향을 끼치는 일차적인 인자는 로드가 고 균일도를 갖는 것이라는 점이라는 것을 알 수 있다. 게다가, 그 결과는 저 다공도와 고 균일도인 상태에서 개선된다.
도 20은 본원에 기재된 바와 같은 로드를 포함하고 있는 에어로졸 발생 물품(2000)의 한 구현예를 도시하고 있다. 도 20에 도시된 바와 같이 에어로졸 발생 물품(2000)은 소비되기 위해서 에어로졸 발생 장치와 체결하도록 설계되어 있다. 이러한 에어로졸 발생 장치는 에어로졸을 형성하기에 충분한 온도로 에어로졸 형성 기재(2020)를 가열하기 위한 수단을 포함하고 있다. 일반적으로, 에어로졸 발생 장치는 에어로졸 형성 기재(2020)에 인접해서 에어로졸 발생 물품(2000)을 둘러싸고 있는 가열 요소, 또는 에어로졸 형성 기재(2020) 내에 삽입되어 있는 가열 요소를 포함하고 있을 수도 있다.
일단 에어로졸 발생 장치와 체결되었다면, 사용자는 흡연 물품(2000)의 마우스 말단(2012)을 흡인하고 에어로졸 형성 기재(2020)는 약 375℃의 온도로 가열된다. 이 온도에서, 휘발성 화합물은 에어로졸 형성 기재(2020)를 형성하는 균질화 담배에서 방산된다. 이 화합물은 농축해서 에어로졸을 형성한다. 에어로졸은 필터(2050)를 통해, 사용자의 입 속으로 흡인된다.
물품(2000)은 네 개의 요소를 포함하고 있다; 에어로졸 형성 기재(2020), 중공형 초산 셀룰로오스 관(2030), 스페이서 요소(2040) 및 마우스피스 필터(2050). 이러한 네 개의 요소는 순차적으로 동축 정렬로 배열되어 있으며 궐련 종이(2060)에 의해 조립되어서 에어로졸 발생 물품(2000)을 형성하게 된다. 물품(2000)은 사용자가 사용 동안에 그 또는 그녀의 입 안에 삽입하는, 마우스 말단(2012), 및 이 마우스 말단(2012)에 대한 물품의 대향 말단에 위치한 원위 말단(2013)을 갖는다.
조립되었을 때, 물품(2000)은 길이가 약 45mm이고, 약 7.2mm의 외부 직경 및 약 6.9mm의 내부 직경을 갖는다.
에어로졸 형성 기재(2020)는, (본원에서 기술한 방법을 이용하여 측정되는) 약 0.22의 단면 다공도 및 0.08의 단면 다공도 분포 값을 가져서 이러한 유형의 가열식 에어로졸 발생 물품에 대해 니코틴 및 글리세린 전달을 최적화할 수 있는 로드를 포함하고 있다.
도 21은 에어로졸 발생 물품(2001)의 추가 구현예를 도시하고 있다. 도 20의 물품은 에어로졸 발생 장치와 함께 소비되도록 의도되지만, 도 21의 물품은 점화되고 열을 에어로졸 형성 기재(2020)로 전달해서 흡입 가능한 에어로졸을 형성할 수 있는 가연성 열원(2080)을 포함하고 있다. 가연성 열원(2080)은 물품(2001)의 원위 말단(2013)에서 에어로졸 형성 기재에 근접하여 조립되어 있는 챠콜 요소이다. 도 20의 요소들과 본질적으로 동일한 요소들은 동일한 번호를 부여받는다. 에어로졸 형성 기재는, (본원에서 기술한 방법을 이용하여 측정되는) 약 0.30의 단면 다공도 및 약 0.12의 단면 다공도 분포 값을 가져서 이러한 유형의 가열식 에어로졸 발생 물품에 대해 니코틴 및 글리세린 전달을 최적화할 수 있는 균질화 담배의 로드이다.
도 22는 에어로졸 발생 물품(2002)의 추가 구현예를 도시하고 있다. 흡연 물품(2002)은 도 21에 도시된 것과 유사하며, 점화되고 열을 에어로졸 형성 기재(2020)로 전달해서 흡입 가능한 에어로졸을 형성할 수도 있는 가연성 열원(2080)을 포함하고 있다. 에어로졸 형성 기재는 본원에서 기술한 로드이다. 가연성 열원(2080)은 전방면(2200) 및 대향하는 후방면(2202)을 갖는 블라인드 가연성 열원이며, 에어로졸 형성 기재(2020), 이송 요소(2204), 에어로졸 냉각 요소(2206), 스페이서 요소(2040) 및 마우스피스(2050)가 동축 정렬로 접경하고 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 ‘블라인드(blind)’는 가연성 열원의 전방면에서 후방면으로 연장되어 있는 임의의 기류 채널을 포함하지 않는 가연성 열원을 설명하는 데에 사용된다. 도 20 및 도 21의 요소들과 본질적으로 동일한 요소들은 동일한 번호를 부여받는다.
도 22에 도시된 바와 같이, 에어로졸 형성 기재(2020), 이송 요소(2204), 에어로졸 냉각 요소(2206), 스페이서 요소(2040) 및 마우스피스(2050) 및 블라인드 가연성 열원(2080)의 후방부는 낮은 공기 투과성의, 예를 들면 궐련 종이와 같은 시트 물질의 외부 래퍼(2208)로 포장되어 있다.
블라인드 가연성 열원(2080)은 블라인드 탄소질 가연성 열원이며 흡연 물품의 원위 말단에 위치하고 있다. 알루미늄 호일 디스크 형태의 불연성의 실질적 공기 불투과성인 제1 배리어(2210)가 블라인드 가연성 열원(2080)의 후방면(2202)과 에어로졸 형성 기재(2020) 사이에 제공되어 있다. 제1 배리어(2210)는 블라인드 가연성 열원(2080)의 후방면(2202) 상에 알루미늄 호일의 디스크를 가압하여 블라인드 가연성 열원(2080)의 후방면(2202)에 적용되고, 가연성 탄소질 열원(2080)의 후방면(2202) 및 에어로졸 형성 기재(2080)와 인접하고 있다.
도 22에 도시된 바와 같이, 흡연 물품(2002)은 블라인드 가연성 열원(2080)의 후방부(2080b)와 에어로졸 형성 기재(2020)의 전방부(2020a)의 주위와 이들과 직접 접촉하는, 예를 들면 알루미늄 호일과 같은 적절한 물질의 제1 열 전도 요소(2212)를 더 포함하고 있다. 흡연 물품(2002)에서, 에어로졸 형성 기재(2020)는 제1 열 전도 요소(2212)를 넘어서 하류로 연장되어 있다. 즉, 제1 열 전도 요소(2212)는 에어로졸 형성 기재(2020)의 후방부 주위에서 직접적으로 접촉하지는 않는다.
알 수 있는 바와 같이, 하나 이상의 공기 유입부가 에어로졸 형성 기재의 주변부 둘레에 제공되어 있으며, 도 22의 A에 대응한다.
본원에 기술된 특정 구현예들은 담배 물질의 시트로부터 형성된 로드에 관한 것이지만, 유사한 방법이 비-담배 에어로졸 형성 물질로부터 로드를 형성하기 위해 사용될 수도 있다는 것이 숙련자에게 명백해야 한다. 본원에 기술된 특정 구현예들은 권축된 물질의 시트로부터 형성된 로드에 관한 것이지만, 유사한 방법이 미처리된 물질의 시트로부터나, 권축 이외의 방식으로 처리된 시트로부터 로드를 형성하는데 사용될 수도 있다는 점을 또한 주목해야 한다.
2,14: 연속 시트
4: 보빈
6: 회전식 권축 롤러
8: 권축된 시트
10: 수렴 깔때기 또는 뿔
12: 연속 시트
16: 적용 수단
18: 건조 수단
20: 회전식 절단기
31: 상부 롤러
32: 하부 롤러
33: 권축 치형부
34: 권축 주기
35: 권축 깊이
36: 권축 시트
39: 물결 주름
100: 제1 하위영역
110: 담배 플러그
120: 담배
130: 로드
140: 플러그
200: 제2 하위영역
300: 제3 하위영역
400: 제4 하위영역
500: 제5 하위영역
600: 제6 하위영역
910: 카메라
911: 렌즈
920: 담배 로드
921: 말단면
930: 링 라이트
1000: 장치 또는 시스템
1011: 렌즈
1010: 디지털 카메라
1021: 링 라이트
1020: 광원
1030: 광원
1040: PC
1050: 제어부
1060: 모니터
2000,2001,2002: 에어로졸 발생 물품
2004: 이송 요소
2012: 마우스 말단
2013: 원위 말단
2020: 에어로졸 형성 기재
2020a: 전방부
2040: 스페이서 요소
2050: 마우스피스 필터
2080: 가열성 열원
2200: 전방면
2202: 후방면
2204: 이송 요소
2206: 에어로졸 냉각 요소
2208: 외부 래퍼
2210: 제1 배리어
2212: 제1 열 전도 요소

Claims (3)

  1. 래퍼 내에 조립된 에어로졸 형성 기재를 포함하는, 복수의 요소를 포함하는 가열식 에어로졸 발생 물품으로, 상기 에어로졸 형성 기재는, 6.5mm 내지 8.5mm의 직경을 갖는 로드의 형태로 되어 있고, 상기 로드는 에어로졸 형성 물질, 예를 들어 균질화 담배 물질의 권축되고 주름진 시트로부터 형성된 것이고, 상기 시트는 110mm 내지 160mm의 폭과 200㎛ 내지 230㎛의 두께를 가지고, 상기 시트는 100 내지 250㎛의 권축 깊이로 권축된 것인, 가열식 에어로졸 발생 물품.
  2. 제1항에 있어서, 상기 에어로졸 형성 기재를 가열하기 위한 가연성 열원을 포함하고, 상기 로드 직경은 7.3mm 내지 8.3mm이고, 상기 시트 폭은 130mm 내지 160mm이고, 상기 시트 두께는 200㎛ 내지 230㎛이고, 상기 권축 깊이는 100㎛ 내지 200㎛인, 가열식 에어로졸 발생 물품.
  3. 제1항에 있어서, 에어로졸 발생 장치의 삽입형 히터에 의해 가열되도록 구성되어 있고, 상기 로드 직경은 6.5mm 내지 7.5mm이고, 상기 시트 폭은 110mm 내지 140mm이고, 상기 시트 두께는 200㎛ 내지 230㎛이고, 상기 권축 깊이는 150㎛ 내지 250㎛인, 가열식 에어로졸 발생 물품.
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