KR20200094804A - 하나 이상의 마이크로히터를 포함하는 전자 흡연 물품 - Google Patents

하나 이상의 마이크로히터를 포함하는 전자 흡연 물품 Download PDF

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스테판 벤슨 시어스
데니스 리 포터
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Abstract

본 발명은 개선된 에어로졸 송달을 제공하는 전자 흡연 물품에 관한 것이다. 특히, 상기 물품은 하나 이상의 마이크로히터를 포함한다. 다양한 실시예에서, 마이크로히터는 에어로졸 전구체 조성물의 기화의 개선된 제어를 제공하며, 일관된 에어로졸화를 달성하기 위해 감소된 전력 요구를 제공한다. 본 발명은 또한 흡연 물품 내에 에어로졸을 형성하는 방법에 관한 것이다.

Description

하나 이상의 마이크로히터를 포함하는 전자 흡연 물품{ELECTRONIC SMOKING ARTICLE COMPRISING ONE OR MORE MICROHEATERS}
본 발명은 에어로졸 송달 물품, 및 담배 성분 또는 기타 재료를 흡입 가능한 형태로 만들기 위한 그 사용에 관한 것이다. 상기 물품은 담배로부터 제조 또는 유래될 수 있거나, 아니면 식용 담배를 포함할 수 있다.
태우는 담배에 기초한 흡연 제품의 개선 또는 대안으로서 많은 흡연 물품이 오랜 세월 동안 제안되었다. 예시적인 대안으로는 담배에 열을 전달하기 위해 고체 또는 액체 연료가 연소되거나 그러한 열원을 제공하기 위해 화학 반응이 사용되는 장치가 포함되어 있다. 다수의 참고 문헌은 향미있는(flavored) 증기, 가시적 에어로졸, 또는 향미있는 증기와 가시적 에어로졸의 혼합물을 생성하는 형태의 다양한 흡연 물품을 제안하고 있다. 이들 제안된 형태의 흡연 물품의 일부는 튜브형 섹션 또는 종방향으로 연장되는 공기 통로를 구비한다.
흡연 물품의 개선 또는 대안의 포인트는 통상적으로, 상당한 양의 불완전 연소 및 열분해 생성물을 송달하지 않으면서 궐련(cigarette), 여송연(cigar) 또는 파이프 흡연과 연관된 감각을 제공하는 것이었다. 이 목적을 위해, 휘발성 물질을 기화 또는 가열하기 위해 전기 에너지를 사용하거나, 담배 연소 없이 궐련, 여송연, 또는 파이프 흡연의 감각을 제공하려는 다수의 흡연 제품, 향미 발생기 및 의약용 흡입기가 제안되었다.
대체 흡연 물품의 일반적인 예는 Ellis 등의 미국 특허 제3,258,015호; Ellis 등의 미국 특허 제3,356,094호; Moses의 미국 특허 제3,516,417호; Lanzellotti 등의 미국 특허 제4,347,855호; Bolt 등의 미국 특허 제4,340,072호; Burnett 등의 미국 특허 제4,391,285호; Riehl 등의 미국 특허 제4,917,121호; Litzinger의 미국 특허 제4,924,886호; 및 Hearn 등의 미국 특허 제5,060,676호에 기재되어 있다. 이들 형태의 흡연 물품 중 많은 것은 에어로졸을 제공하기 위해서 및/또는 에어로졸 형성 재료를 가열하기 위해 연소되는 가연성 연료 소스를 이용했다. 예를 들어, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 원용되는 Banerjee 등의 미국 특허 제4,714,082호 및 White 등의 미국 특허 제4,771,795호에 개시된 배경 기술을 참조하기 바란다. 또한, 예를 들어, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 원용되는 Clearman 등의 미국 특허 제4,756,318호; Banerjee 등의 미국 특허 제4,714,082호; White 등의 미국 특허 제4,771,795호; Sensabaugh 등의 미국 특허 제4,793,365호; Clearman 등의 미국 특허 제4,917,128호; Korte의 미국 특허 제4,961,438호; Serrano 등의 미국 특허 제4,966,171호; Bale 등의 미국 특허 제4,969,476호; Serrano 등의 미국 특허 제4,991,606호; Farrier 등의 미국 특허 제5,020,548호; Clearman 등의 미국 특허 제5,033,483호; Schlatter 등의 미국 특허 제5,040,551호; Creighton 등의 미국 특허 제5,050,621호; Lawson의 미국 특허 제5,065,776호; Nystrom 등의 미국 특허 제5,076,296호; Farrier 등의 미국 특허 제5,076,297호; Clearman 등의 미국 특허 제5,099,861호; Drewett 등의 미국 특허 제5,105,835호; Barnes 등의 미국 특허 제5,105,837호; Hauser 등의 미국 특허 제5,115,820호; Best 등의 미국 특허 제5,148,821호; Hayward 등의 미국 특허 제5,159,940호; Riggs 등의 미국 특허 제5,178,167호; Clearman 등의 미국 특허 제5,183,062호; Shannon 등의 미국 특허 제5,211,684호; Deevi 등의 미국 특허 제5,240,014호; Nichols 등의 미국 특허 제5,240,016호; Clearman 등의 미국 특허 제5,345,955호; Riggs 등의 미국 특허 제5,551,451호; Bensalem 등의 미국 특허 제5,595,577호; Barnes 등의 미국 특허 제5,819,751호; Matsuura 등의 미국 특허 제6,089,857호; Beven 등의 미국 특허 제6,095,152호; Beven의 미국 특허 제6,578,584호; 및 Dominguez의 미국 특허 제6,730,832호에 기재된 형태의 흡연 물품을 참조하기 바란다. 또한, 탄소질 연료 요소를 이용하는 특정 형태의 궐련이 R. J. Reynolds Tobacco Company에 의해 상표명 "Premier" 및 "Eclipse"로 시판되었다. 예를 들어, Chemical and Biological Studies on New Cigarette Prototypes that Heat Instead of Burn Tobacco(담배를 연소시키는 대신에 가열하는 신규 궐련 견본에 대한 화학적 및 생물학적 연구), R. J. Reynolds Tobacco Company Monograph (1988) 및 Inhalation Toxicology, 12:5, p. 1-58 (2000)에 기재된 형태의 궐련을 참조하기 바란다. 또한, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 원용되는 Banerjee 등의 미국 특허 공개 제2005/0274390호, Crooks 등의 미국 특허 공개 제2007/0215167호, Banerjee 등의 미국 특허 공개 제2010/0065075호, 및 Stone 등의 미국 특허 공개 제2012/0042885호를 참조하기 바란다.
특정 제안된 궐련-형상 담배 제품은 의도적으로 임의의 상당한 정도로 연소되도록 의도되지 않는 형태의 담배를 의도적으로 이용한다. 예를 들어, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 원용되는 Sudoh의 미국 특허 제4,836,225호; Kuriyama 등의 미국 특허 제4,972,855호; 및 Edwards의 미국 특허 제5,293,883호를 참조하기 바란다. 담배 또는 가공된 담배를 화학적 또는 전기적 열원으로부터 생성된 열에 노출시킴으로써 향미있는 증기를 발생시키는 형태의 흡연 물품과 같은 또 다른 형태의 흡연 물품이 Chard 등의 미국 특허 제4,848,374호; Brooks 등의 미국 특허 제4,947,874호 및 제4,947,875호; Counts 등의 미국 특허 제5,060,671호; Deevi 등의 미국 특허 제5,146,934호; Deevi의 미국 특허 제5,224,498호; Banerjee 등의 미국 특허 제5,285,798호; Farrier 등의 미국 특허 제5,357,984호; Farrier 등의 미국 특허 제5,593,792호; Counts의 미국 특허 제5,369,723호; Counts 등의 미국 특허 제5,692,525호; Collins 등의 미국 특허 제5,865,185호; Adams 등의 미국 특허 제5,878,752호; Deevi 등의 미국 특허 제5,880,439호; Baggett 등의 미국 특허 제5,915,387호; Watkins 등의 미국 특허 제5,934,289호; Deevi 등의 미국 특허 제6,033,623호; Adams 등의 미국 특허 제6,053,176호; White의 미국 특허 제6,164,287호; Fournier 등의 미국 특허 제6,289,898호; Fournier 등의 미국 특허 제6,615,840호; Li 등의 미국 특허 공개 제2003/0131859호; Banerjee 등의 미국 특허 공개 제2005/0016549호; 및 Hearn 등의 미국 특허 공개 제2006/0185687호에 기재되어 있다.
향미 및/또는 니코틴을 갖거나 포함하는 것과 같은 증기, 스프레이 또는 에어로졸을 송달하기 위해 특정 시도가 이루어졌다. 예를 들어, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 원용되는 Virag의 미국 특허 제4,190,046호; Ray의 제4,284,089호; Jacobs의 제4,635,651호; Gerth 등의 제4,735,217호; Ray 등의 제4,800,903호; Ingebrethsen 등의 제5,388,574호; Gross 등의 제5,799,663호; Abhulimen 등의 제6,532,965호; 및 Adiga 등의 제6,598,607호; Hon의 EP 1,618,803호; Cox 등의 미국 특허 제7,117,867호에 제시된 형태의 장치; 및 웹사이트 www.e-cig.com에 제시된 장치를 참조하기 바란다.
설명되고 일부 경우에 시판되는 또 다른 대표적인 궐련 또는 흡연 물품은 Brooks 등의 미국 특허 제4,922,901호; Morgan 등의 미국 특허 제5,249,586호; Counts 등의 미국 특허 제5,388,594호; Higgins 등의 미국 특허 제5,666,977호; Voges의 미국 특허 제6,196,218호; Felter 등의 미국 특허 제6,810,883호; Nichols의 미국 특허 제6,854,461호; Hon의 미국 특허 제7,832,410호; Kobayashi의 미국 특허 제7,513,253호; Robinson 등의 미국 특허 제7,726,320호; Hamano의 미국 특허 제7,896,006호; Shayan의 미국 특허 제6,772,756호; Hon의 미국 특허 공개 제2009/0095311호; Hon의 미국 특허 공개 제2006/0196518호, 제2009/0126745호 및 제2009/0188490호; Thorens 등의 미국 특허 공개 제2009/0272379호; Monsees 등의 미국 특허 공개 제2009/0260641호 및 제2009/0260642호; Oglesby 등의 미국 특허 공개 제2008/0149118호 및 제2010/0024834호; Wang의 미국 특허 공개 제2010/0307518호; 및 Hon의 WO 2010/091593호에 기재된 것을 포함한다. 또한, Minskoff 등의 미국 특허 제D657,047호 및 Terry 등의 미국 특허 공개 제2011/0277757호, 제2011/0277760호 및 제2011/0277764호를 참조하기 바란다. 또 다른 예로는 명칭 ACCORD®; HEATBAR™; HYBRID CIGARETTE®, VEGAS™; E-GAR™; C-GAR™; E-MYSTICK™; IOLITE® Vaporizer, GREEN SMOKE®, BLU™ Cigs, WHITE CLOUD® Cirrus, V2CIGS™, SOUTH BEACH SMOKE™, SMOKETIP®, SMOKE STIK®, NJOY®, LUCI®, Royal Blues, SMART SMOKER®, SMOKE ASSIST®, Knight Sticks, GAMUCCI®, InnoVapor, SMOKING EVERYWHERE®, Crown 7, CHOICE™ NO.7™, VAPORKING®, EPUFFER®, LOGIC™ ecig, VAPOR4LIFE®, NICOTEK®, METRO®, VUSE®, 및 PREMIUM™으로 시판되는 전자 궐련 제품이 포함된다.
담배 대체재를 이용하는 흡연 물품 및 담배-향미 증기 또는 담배-향미 가시적 에어로졸을 발생하기 위해 연소 담배 절단 충전재 이외의 열원을 이용하는 흡연 물품은 광범위한 상업적 성공을 달성하지 못하고 있다. 담배를 전기 가열함으로써 흡연의 맛과 감각을 생성하는 물품은 특히 향미료(flavors) 또는 기타 흡입 가능한 물질의 일관성 없는 방출 문제를 겪고 있다. 전기 가열식 흡연 장치는 또한 많은 경우에 외부 가열 장치의 필요성으로 제한되었는데 이것은 불편하고 흡연 느낌을 저하시켰다.
따라서, 궐련, 여송연 또는 파이프 흡연의 감각을 제공할 수 있고, 담배를 상당히 연소시키지 않으면서 상기 감각을 제공할 수 있으며, 연소 열원의 필요 없이 상기 감각을 제공할 수 있고, 상당한 양의 불완전 연소 및 열분해 생성물을 송달할 필요 없이 상기 감각을 제공할 수 있는 흡연 물품을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명은 에어로졸 전구체 성분을 제어 가능하게 송달하기 위한 흡연 물품 및 그 사용 방법을 제공한다. 본 명세서에 개시되는 것은 기존 궐련의 흡연과 거의 유사한 느낌을 달성하거나 향미 등의 송달을 달성하는 것과 같이 소망 결과를 물품의 소비자에게 제공하기 위해 조성물을 기화 또는 에어로졸화(aerosolizing)시키는데 사용하기 위한 하나 이상의 마이크로히터를 포함하는 물품이다.
다양한 실시예에서, 본 발명에 따른 흡연 물품은 전기 전원 및 상기 전기 전원과 전기 접속되는 마이크로히터를 포함할 수 있다. 상기 마이크로히터는 마이크로-일렉트로-기계 시스템(Micro-Electro-Mechanical Systems: MEMS) 기반 히터인 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 마이크로히터는 대안적으로 박막 히터인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 유용한 마이크로히터의 속성은 달라질 수 있다. 다양한 실시예에서, 마이크로히터는 패터닝된 도전성 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도전성 재료는 원소 금속, 금속 합금, 실리콘, 탄소, 탄화물, 질화물, 및 그 조합으로 구성되는 그룹에서 선택될 수 있다. 마이크로히터는 도전성 재료가 그 위에 패터닝되는 지지층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 도전성 재료는 지지층 위에 배치되는 프린팅된 층일 수 있다. 대안적으로, 상기 도전성 재료는 지지층 위에 배치되는 에칭된 층일 수 있다. 바람직하게, 상기 지지층은 약 125 ℃ 내지 약 750 ℃의 온도 범위와 같은 정해진 온도 범위에서 온도 안정적이다. 특정 실시예에서, 지지층은 실리콘 질화물과 같은 실리콘계 재료를 포함할 수 있다. 마이크로히터는 패터닝된 도전성 재료 위에 배치되는 보호층을 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 보호층은 약 125 ℃ 내지 약 750 ℃의 범위와 같은 정해진 온도 범위에서 온도 안정적이다. 특정 실시예에서, 상기 보호층은 이산화규소와 같은 실리콘계 재료를 포함할 수 있다. 이상으로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 물품에 유용한 마이크로히터는 두 개 이상의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 마이크로히터는 두 개의 층 또는 두 개의 멤브레인 사이에 샌드위치되는 도전성 재료를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 본 명세서에 개시된 마이크로히터는 또한 정해진 치수를 가질 수 있다. 예를 들어, 마이크로히터는 약 3 ㎜ 이하의 길이와 약 3 ㎜ 이하의 폭을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 마이크로히터는 약 0.5 ㎜ 내지 약 3 ㎜의 길이와 약 0.5 ㎜ 내지 약 3 ㎜의 폭을 가질 수 있다.
본 발명의 물품에 사용하기 위한 마이크로히터는 추가 부품들과 독립적으로 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 마이크로히터는 기판에 부착될 수 있다. 이러한 기판은 물품의 영구 부속품일 수 있거나, 상기 기판은 흡연 물품으로부터 제거될 수 있다. 바람직하게, 기판은 전기 절연성 재료로 형성될 수 있다.
특정 실시예에서, 본 발명에 따른 흡연 물품은 복수의 마이크로히터를 포함할 수 있다. 필요할 경우, 복수의 마이크로히터는 흡연 물품 내에 연속적으로(serially) 정렬될 수 있다. 따라서, 연속 정렬된 마이크로히터는 정해진 순서로(예를 들면, 순차적으로) 또는 패턴으로 가열하도록(예를 들면, 둘 이상의 마이크로히터가 순서를 벗어나서 개별적으로 가열되거나 둘 이상의 마이크로히터가 동시에 가열됨) 구성될 수 있다.
본 명세서에 개시된 흡연 물품은 추가로 에어로졸 전구체 조성물을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 마이크로히터는 에어로졸 전구체 조성물과 실질적으로 접촉하도록 흡연 물품 내에 작동적으로 배치될 수 있다. 또한, 에어로졸 전구체 조성물은 대기 조건에서 액체 또는 겔 형태와 같은 다양한 형태로 존재할 수 있다. 필요할 경우, 에어로졸 전구체 조성물은 대안적으로 대기 조건에서 고체 형태일 수 있다. 특정 실시예에서, 에어로졸 전구체 조성물은 마이크로히터 상에 코팅되는 겔 형태일 수 있다.
다른 실시예에서, 에어로졸 전구체 조성물은 마이크로히터로부터 분리되도록 저장조 내에 제공될 수 있다. 따라서, 물품은 정해진 체적의 에어로졸 전구체 조성물의 마이크로히터로의 송달을 조작하도록 구성된 컨트롤러를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 마이크로히터는 벽으로 형성된 챔버와 열적으로 연결될 수 있으며, 상기 챔버는 일정 분량의 에어로졸 전구체 조성물을 챔버 내의 개구를 통해서 수용하도록 구성된다. 챔버는 챔버로부터 증기를 배출시키도록 구성된 개구를 구비할 수 있거나 및/또는 공기를 침투시키도록 구성된 개구를 구비할 수 있다. 특정 실시예에서, 챔버는 약 0.2 ㎖ 내지 약 1 ㎖의 체적을 가질 수 있다. 이러한 실시예는 개별 조성물 또는 그 성분을 개별 가열하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 전구체 조성물은 복수의 개별 성분을 포함할 수 있고, 흡연 물품은 에어로졸 전구체 조성물의 개별 성분을 각각 수용하는 복수의 저장조를 포함할 수 있으며, 흡연 물품은 저장조로부터 에어로졸 전구체 조성물의 개별 성분의 일정 분량을 수용하도록 구성된 복수의 챔버를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 에어로졸 전구체 조성물은 캐리어 재료 상에 코팅되거나, 캐리어 재료에 의해 흡착되거나, 캐리어 재료 내에 흡수될 수 있다. 또한, 캐리어 재료는 마이크로히터와 실질적으로 접촉하도록 물품 내에 배치될 수 있다. 필요할 경우, 물품은 캐리어 재료와 실질적으로 접촉하는 복수의 마이크로히터를 포함할 수 있다.
에어로졸 전구체 조성물은 다양한 성분을 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 조성물은 다가 알콜, 약물, 담배-유래 물질, 및 향미료 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
전기 전원은 배터리, 캐패시터(capacitor) 및 그 조합으로 구성되는 그룹에서 선택될 수 있다. 더욱이, 물품은 전기 전원으로부터 마이크로히터로의 전류 흐름을 조작하는 제어 부품을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 부품은 퍼프(puff: 뻐끔)-작동식 센서 또는 정전용량식(capacitive) 센서를 포함할 수 있다.
추가 실시예에서, 흡연 물품은 본 명세서에 사용되는 무화기(atomizer)와 관련하여 특징을 가질 수 있다. 예를 들어, 흡연 물품은 무화기와 일체인 마이크로히터를 구비할 수 있다. 보다 구체적으로, 무화기는 벽, 커버, 및 마이크로히터 위에 배치되는 보호층에 의해 형성되는 챔버를 포함할 수 있다. 더욱이, 벽과 커버의 하나 또는 양자는, 증기는 통과하지만 액체는 통과하지 못하도록 크기를 갖는 복수의 개구를 구비할 수 있다.
따라서 본 발명은 전자 흡연 물품에 사용하기에 적합한 무화기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 무화기는 챔버 벽, 커버, 및 마이크로히터로 형성되는 챔버를 포함할 수 있다. 챔버 벽과 커버는 모놀리식일 수 있으며, 본 명세서에서 논의되듯이 마이크로히터의 지지층 또는 보호층에 부착될 수 있다. 챔버 벽과 커버의 하나 또는 양자는, 증기는 통과하지만 액체는 통과하지 못하도록 크기를 갖는 복수의 개구를 구비할 수 있다.
추가 실시예에서, 본 발명은 흡연 물품 내에 에어로졸을 형성하는 방법에 관한 것일 수 있다. 예를 들어, 이 방법은 마이크로히터 및 마이크로히터와 접촉하는 에어로졸 전구체 조성물의 가열을 초래하기 위해 흡연 물품 내의 전기 전원으로부터 흡연 물품 내의 마이크로히터로의 전류 흐름을 개시하는 단계를 포함할 수 있다.
특정 실시예에서, 상기 방법에 사용되는 흡연 물품은 복수의 마이크로히터를 포함할 수 있으며, 두 개 이상의 마이크로히터가 동시에 가열될 수 있다. 더욱이, 에어로졸 전구체 조성물은 두 개 이상의 개별 부품을 포함할 수 있으며, 에어로졸 전구체 조성물의 개별 부품은 마이크로히터에 의해 개별적으로 가열될 수 있다. 추가로, 마이크로히터는 상이한 온도로 가열되거나 상이한 기간 동안 가열되도록 상이한 조건 하에서 전기 전원으로부터의 전류 흐름을 수용할 수 있다. 일부 실시예에서는, 두 개 이상의 마이크로히터가 연속적으로 가열될 수 있다.
필요에 따라, 에어로졸 전구체 조성물은 캐리어 재료 상에 코팅되거나, 캐리어 재료에 의해 흡착되거나, 캐리어 재료 내에 흡수될 수 있다. 더욱이, 상기 전류 흐름 개시 단계 이전에, 상기 방법은 흡연 물품 내에 캐리어 재료를 삽입하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 추가 실시예에서, 마이크로히터(들)는 기판에 부착될 수 있다. 마찬가지로, 상기 전류 흐름 개시 단계 이전에, 상기 방법은 흡연 물품 내에 기판을 삽입하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 유익하게, 에어로졸 전구체 조성물은 기판에 부착된 마이크로히터(들) 상에 코팅될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 방법은 챔버 내의 에어로졸 전구체 조성물을 가열하기 위해 저장조로부터 마이크로히터와 열적으로 연결되는 챔버로의 에어로졸 전구체 조성물 유동을 개시하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 제한 없이 하기 실시예들을 포함한다.
실시예 1: 전기 전원 및 상기 전기 전원과 전기 접속되는 마이크로히터를 포함하는 흡연 물품.
실시예 2: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 흡연 물품에 있어서, 상기 마이크로히터는 마이크로-일렉트로-기계 시스템(Micro-Electro-Mechanical Systems: MEMS) 기반 히터이다.
실시예 3: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 흡연 물품에 있어서, 상기 마이크로히터는 박막 히터이다.
실시예 4: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 흡연 물품에 있어서, 상기 마이크로히터는 패터닝된 도전성 재료를 포함한다.
실시예 5: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 흡연 물품에 있어서, 상기 도전성 재료는 원소 금속, 금속 합금, 실리콘, 세라믹, 탄소, 탄화물, 질화물, 및 그 조합으로 구성되는 그룹에서 선택된다.
실시예 6: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 흡연 물품에 있어서, 상기 마이크로히터는 도전성 재료가 그 위에 패터닝되는 지지층을 포함한다.
실시예 7: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 흡연 물품에 있어서, 상기 도전성 재료는 지지층 위에 배치되는 프린팅된 층이거나, 상기 도전성 재료는 지지층 위에 배치되는 에칭된 층이다.
실시예 8: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 흡연 물품에 있어서, 상기 마이크로히터는 패터닝된 도전성 재료 위에 배치되는 보호층을 포함한다.
실시예 9: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 흡연 물품에 있어서, 상기 지지층 또는 보호층은 약 125 ℃ 내지 약 750 ℃의 온도 범위에서 온도 안정적이다.
실시예 10: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 흡연 물품에 있어서, 상기 지지층 또는 보호층은 실리콘계 재료를 포함한다.
실시예 11: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 흡연 물품에 있어서, 상기 마이크로히터는 두 개 이상의 층을 포함한다.
실시예 12: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 흡연 물품에 있어서, 상기 마이크로히터는 두 개의 멤브레인 사이에 샌드위치되는 도전성 재료를 포함한다.
실시예 13: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 흡연 물품에 있어서, 상기 마이크로히터는 약 3 ㎜ 이하의 길이와 약 3 ㎜ 이하의 폭을 갖는다.
실시예 14: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 흡연 물품에 있어서, 상기 마이크로히터는 약 0.5 ㎜ 내지 약 3 ㎜의 길이와 약 0.5 ㎜ 내지 약 3 ㎜의 폭을 갖는다.
실시예 15: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 흡연 물품에 있어서, 상기 마이크로히터는 기판에 부착된다.
실시예 16: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 흡연 물품에 있어서, 상기 기판은 전기 절연성 재료로 형성된다.
실시예 17: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 흡연 물품에 있어서, 복수의 마이크로히터를 포함한다.
실시예 18: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 흡연 물품에 있어서, 에어로졸 전구체 조성물을 추가로 포함한다.
실시예 19: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 흡연 물품에 있어서, 상기 에어로졸 전구체 조성물은 대기 조건에서 액체 또는 겔의 형태이다.
실시예 20: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 흡연 물품에 있어서, 상기 에어로졸 전구체 조성물은 마이크로히터로부터 분리되도록 저장조 내에 제공된다.
실시예 21: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 흡연 물품에 있어서, 상기 물품은 정해진 체적의 에어로졸 전구체 조성물의 마이크로히터로의 송달을 조작하도록 구성된 컨트롤러를 포함한다.
실시예 22: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 흡연 물품에 있어서, 상기 마이크로히터는 챔버와 열적으로 연결되며, 상기 챔버는 일정 분량의 에어로졸 전구체 조성물을 챔버 내의 개구를 통해서 수용하도록 구성된다.
실시예 23: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 흡연 물품에 있어서, 상기 챔버는 챔버로부터 증기를 배출시키도록 구성된 개구를 구비한다.
실시예 24: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 흡연 물품에 있어서, 상기 챔버는 약 0.2 ㎖ 내지 약 1 ㎖의 체적을 갖는다.
실시예 25: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 흡연 물품에 있어서, 상기 에어로졸 전구체 조성물은 캐리어 재료 상에 코팅되거나, 캐리어 재료에 의해 흡착되거나, 캐리어 재료 내에 흡수되며, 상기 캐리어 재료는 마이크로히터와 실질적으로 접촉하도록 물품 내에 배치된다.
실시예 26: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 흡연 물품에 있어서, 상기 마이크로히터는 무화기와 일체이다.
실시예 27: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 흡연 물품에 있어서, 상기 무화기는 벽, 커버, 및 마이크로히터 위에 배치되는 보호층에 의해 형성되는 챔버를 포함한다.
실시예 28: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 흡연 물품에 있어서, 상기 벽과 커버의 하나 또는 양자는, 증기는 통과하지만 액체는 통과하지 못하도록 크기를 갖는 복수의 개구를 구비한다.
실시예 29: 흡연 물품 내에 에어로졸을 형성하는 방법에 있어서, 상기 방법은 마이크로히터 및 마이크로히터와 접촉하는 에어로졸 전구체 조성물의 가열을 초래하기 위해 흡연 물품 내의 전기 전원으로부터 흡연 물품 내의 마이크로히터로의 전류 흐름을 개시하는 단계를 포함한다.
실시예 30: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 방법에 있어서, 상기 흡연 물품은 복수의 마이크로히터를 포함한다.
실시예 31: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 방법에 있어서, 상기 에어로졸 전구체 조성물은 캐리어 재료 상에 코팅되거나, 캐리어 재료에 의해 흡착되거나, 캐리어 재료 내에 흡수되며, 상기 전류 흐름 개시 단계 이전에, 상기 방법은 흡연 물품 내에 캐리어 재료를 삽입하는 단계를 추가로 포함한다.
실시예 32: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 방법에 있어서, 챔버 내의 에어로졸 전구체 조성물을 가열하기 위해 저장조로부터 마이크로히터와 열적으로 연결되는 챔버로의 에어로졸 전구체 조성물 유동을 개시하는 단계를 추가로 포함한다.
실시예 33: 전자 흡연 물품에 사용하기에 적합한 무화기에 있어서, 상기 무화기는 챔버 벽, 커버, 및 마이크로히터로 형성되는 챔버를 포함한다.
실시예 34: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 무화기에 있어서, 상기 챔버 벽과 커버의 하나 또는 양자는 복수의 개구를 구비한다.
실시예 35: 임의의 선행 또는 후속 실시예의 무화기에 있어서, 상기 복수의 개구의 하나 이상은 증기는 통과하지만 액체는 통과하지 못하도록 크기를 갖는다.
본 발명의 상기 및 기타 특징, 양태 및 장점은 하기 상세한 설명을 간단히 후술되는 첨부 도면과 함께 숙독함으로써 명백해질 것이다. 본 발명은 상기 실시예들 중 둘, 셋, 넷 또는 그 이상의 실시예의 임의의 조합뿐 아니라 본 명세서에 개시된 임의의 둘, 셋, 넷 또는 그 이상의 특징부 또는 요소의 조합을 이러한 특징부 또는 요소가 본 명세서의 특정 실시예 설명에서 명확히 조합되는지에 관계없이 포함한다. 본 발명은 달리 명시되지 않는 한 개시된 요지의 임의의 분리 가능한 특징부 또는 요소가 그 다양한 양태 및 실시예 중 임의의 것에서 조합 가능하도록 의도되는 것으로 간주되어야 하도록 전체론적으로 해석되도록 의도된다.
이상에서 본 발명을 총괄적인 언어로 설명했지만, 이제 첨부 도면을 참조할 것이며, 이들 도면이 반드시 실척으로 도시되지는 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로히터의 예시적 실시예의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 흡연 물품의 예시적 실시예의 사시도이며, 여기에서는 물품의 외부 쉘의 일부가 그 내부 부품을 드러내기 위해 절취되어 있다.
도 3은 본 발명에 따른 흡연 물품의 예시적 실시예의 사시도이며, 여기에서 물품은 제어 보디 및 그로부터 착탈될 수 있는 카트리지를 포함한다.
도 4는 본 발명의 예시적 실시예에 따라 복수의 마이크로히터가 그것 상에 구비되는 기판의 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 기판의 A-A 선을 따라서 취한 종단면도이며, 기판의 웰(well) 내에 요입되고(recessed) 에어로졸 전구체 조성물로 커버되는 마이크로히터를 도시한다.
도 6은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 기판의 사시도이며, 여기에서 기판은 그 사이에 복수의 마이크로히터가 제공되는 두 개의 층을 구비한다.
도 7은 본 발명에 따른 흡연 물품의 예시적 실시예의 사시도이며, 여기에서 물품은 에어로졸 전구체 조성물을 포함하는 기판을 수용하고 복수의 마이크로히터가 늘어서 있는 그 안의 공동에 대한 접근을 제공하는 힌지형 도어를 갖는 일체형 보디를 포함한다.
도 8은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 무화기의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 추가 무화기의 사시도이다.
이제 이하에서는 본 발명을 그 예시적 실시예를 참조하여 보다 충실하게 설명할 것이다. 이들 예시적 실시예는 본 발명이 철저하고 완전해지고 발명의 범위가 통상의 기술자에게 충실히 전달되도록 설명된다. 실제로, 본 발명은 여러가지 다양한 형태로 구체화될 수 있고, 본 명세서에 기재된 실시예에 제한되는 것으로 간주되지 않아야 하며; 오히려 이들 실시예는 본 발명이 적용 가능한 법적 요구사항을 충족하도록 제공된다. 명세서 및 청구범위에 사용될 때, 단수 형태의 관사 및 정관사는 달리 명시되지 않는 한 복수의 대상을 포함한다.
본 발명은 전기 에너지를 사용하여 재료를 (바람직하게는 재료를 상당한 정도로 연소시키지 않으면서) 가열하여 흡입 가능한 물질을 형성하는 물품을 제공하며, 상기 물품은 "손잡이식" 장치로 간주되기에 충분히 콤팩트하다. 특정 실시예에서, 상기 물품은 특히 흡연 물품으로 특징지어질 수 있다. 본 명세서에 사용될 때, 상기 용어는 물품의 임의의 성분의 상당한 연소가 없이 궐련, 여송연, 또는 파이프를 흡연하는 맛 및/또는 감각(예를 들면, 손-느낌 또는 입-느낌)을 제공하는 물품을 의미하도록 의도된다. 흡연 물품이라는 용어는, 작동 시에 물품이 연소 또는 열분해의 부산물의 의미로 연기를 발생시키는 것을 반드시 나타내지는 않는다. 오히려, 흡연은 예를 들어 물품을 쥐고, 물품의 일 단부를 피워물고, 물품을 흡입하는 등의 물품 사용 시의 개인의 물리적 행동에 관한 것이다. 추가 실시예에서, 본 발명의 물품은 증기-발생 물품, 무화 물품, 또는 약물 송달 물품으로 특징지어질 수 있다. 따라서, 물품은 하나 이상의 물질을 흡입 가능한 상태로 제공하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 흡입 가능한 물질은 실질적으로 증기(즉, 그 임계점 미만의 온도에서 기체 상태인 물질)의 형태일 수 있다. 다른 실시예에서, 흡입 가능한 물질은 에어로졸(즉, 기체 내의 미세한 고체 입자 또는 액적의 현탁액)의 형태일 수 있다. 흡입 가능한 물질의 물리적 형태는 반드시 본 발명의 물품의 속성에 의해 제한되지 않으며, 오히려 매체 및 흡입 가능한 물질 자체가 증기 상태로 존재하는지 에어로졸 상태로 존재하는지에 대한 그 속성에 종속될 수도 있다. 일부 실시예에서, 용어들은 교환될 수도 있다. 따라서, 간명함을 위해, 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 용어들은 달리 언급되지 않는 한 교환될 수 있는 것으로 이해된다.
일 양태에서, 본 발명은 흡연 물품을 제공한다. 이 흡연 물품은 일반적으로, 단일의 일체형 쉘일 수 있거나 또는 두 개 이상의 개별 피스로 형성될 수 있는 세장형 보디 내에 제공되는 다수의 부품을 구비할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 흡연 물품은 기존 궐련 또는 여송연의 형상을 닮은 것과 같이 실질적으로 삼각형 형상일 수 있는 쉘(즉, 세장형 보디)을 포함할 수 있다. 쉘 내에 흡연 물품의 부품 전부(그 중 하나 이상은 교체 가능할 수도 있음)가 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 흡연 물품은 결합되고 분리가 가능한 두 개의 쉘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 보디는 하나 이상의 재사용 가능한 부품을 수용하고 카트리지에 착탈 가능하게 부착되는 일 단부를 갖는 쉘을 포함할 수 있다. 카트리지는 하나 이상의 일회용 부품을 수용하고 제어 보디에 착탈 가능하게 부착되는 일 단부를 갖는 쉘을 포함할 수 있다. 단일 쉘 내부 또는 분리 가능한 제어 보디 및 카트리지 내부에서의 부품들의 보다 구체적인 배치는 본 명세서에 제공되는 추가 설명을 감안하면 명확하다.
본 발명에 따른 흡연 물품은 특히 전원(즉, 전기 전원), 하나 이상의 제어 부품(예를 들면, 전원으로부터 물품의 하나 이상의 추가 부품으로의 전력 흐름을 제어/조작/규제하기 위한), 히터 부품, 및 에어로졸 전구체 부품의 일부 조합을 포함할 수 있다. 흡연 물품은 추가로, 물품에 의해 발생되는 에어로졸이 물품을 피워무는 사용자에 의해 그로부터 인출될 수 있도록 물품을 통한 정해진 공기 유동 경로를 구비할 수 있다. 물품 내의 부품들의 정렬은 변경될 수 있다. 특정 실시예에서, 에어로졸 전구체 성분은 사용자에게로의 에어로졸 송달을 최대화하기 위해 사용자의 입에 근접한 물품 단부 근처에 위치할 수 있다. 그러나, 다른 구성이 배제되지는 않는다. 일반적으로, 히터 부품은, 히터 부품으로부터의 열이 에어로졸 전구체(뿐 아니라 마찬가지로 사용자에게 송달되기 위해 제공될 수 있는 하나 이상의 향미료, 약물 등)를 휘발시킬 수 있고 사용자에게 송달하기 위한 에어로졸을 형성할 수 있도록 에어로졸 전구체 부품에 충분히 근접하여 배치될 수 있다. 가열 부재가 에어로졸 전구체 성분을 가열하면, 에어로졸(단독으로 또는 추가적인 흡입 가능한 물질을 포함)이 소비자가 흡입하기에 적합한 물리적 형태로 형성, 방출 또는 발생된다. 상기 용어들은 교환가능하도록 의미됨을 알아야 한다. 따라서, 용어 "방출, 발생, 및 형성"은 교환될 수 있고, 용어 "방출하는, 발생하는, 및 형성하는"은 교환될 수 있으며, 용어 "방출한다, 형성한다, 및 발생한다"는 교환될 수 있고, 용어 "방출되는, 형성되는, 및 발생되는"은 교환될 수 있다. 구체적으로, 흡입 가능한 물질은 증기 또는 에어로졸 또는 그 혼합물로서 방출된다.
본 발명에 따른 흡연 물품은 사용자가 흡입하기 위한 에어로졸을 생성하기 위해 에어로졸 전구체 성분을 가열하는 가열 부재를 포함한다. 본 명세서에 기재된 흡연 물품은 특히 가열 부재로서 마이크로히터를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 구체적으로, 마이크로히터는 본 명세서에 추가로 기재되듯이 전기 전원과 전기 접속될 수 있다. 흡연 물품은 단일의 마이크로히터만 구비할 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 흡연 물품은 복수의 마이크로히터를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명은 흡연 물품을 마이크로미터 또는 상기 마이크로미터와 관련하여 설명될 수 있지만 본 발명은 흡연 물품이 복수의 마이크로히터를 구비하는 실시예를 포함하도록 의미됨을 알아야 한다.
일부 실시예에서, 현재 기재된 흡연 물품에 사용되는 마이크로히터는 MEMS 기반 히터인 것을 특징으로 할 수 있다. MEMS 기반 히터는 바람 센서, 습도 센서, 및 가스 센서와 같은 초소형 마이크로-센서에서 이전에 사용되어 왔다. 이러한 MEMS 기반 마이크로히터는 저항에 전류를 인가함으로써 열을 방출할 수 있으며, 저전력 입력 요건 및 매우 짧은 응답 시간과 같은 장점을 제공할 수 있다. MEMS 기반 마이크로히터는 저전압 및/또는 저전력 장치 기능을 제공할 수 있기 때문에 현재 기재된 흡연 물품에 있어서 매우 유리하다.
현재 기재된 흡연 물품에 사용되는 마이크로히터는 또한 박막 히터 또는 열막(hot film) 히터인 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 특히, 구체적으로 필름, 즉 도전층의 형태로 제공될 수 있는 도전성 재료를 포함할 수 있는 마이크로히터의 물리적 성질을 기술하는 것일 수 있다. 특정 실시예에서, 도전성 재료는 패터닝될 수 있다. 즉, 도전성 재료는 마이크로히터 내에 특정 패턴으로 존재할 수 있으며, 따라서 완성된 마이크로히터의 물리적 성질을 지칭하고 마이크로히터의 제조 방법에 한정되지 않는다. 도전층의 두께는 변경될 수 있으며, 예를 들면 약 5 ㎛ 이하, 약 4 ㎛ 이하, 약 3 ㎛ 이하, 약 2 ㎛ 이하, 약 1 ㎛ 이하, 약 0.75 ㎛ 이하, 약 0.5 ㎛ 이하, 약 0.25 ㎛ 이하, 약 0.1 ㎛ 이하, 또는 약 0.075 ㎛ 이하일 수 있다. 다른 실시예에서, 도전층은 약 0.01 ㎛ 내지 약 5 ㎛, 약 0.05 ㎛ 내지 약 3 ㎛, 약 0.1 ㎛ 내지 약 2.5 ㎛, 약 0.2 ㎛ 내지 약 2 ㎛, 또는 약 0.5 ㎛ 내지 약 1 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
마이크로히터에 사용되는 도전성 재료는 필수적으로, 도전성이고 전술한 크기 범위의 박막 형성에 적합한 임의의 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도전성 재료는 원소 금속, 금속 합금, 실리콘(단결정 실리콘 및 폴리-실리콘을 포함), 세라믹, 탄소, 탄화물, 질화물, 및 그 조합으로 구성되는 그룹에서 선택될 수 있다. 보다 구체적인 실시예에서, 도전성 재료는 백금, 금, 은, 구리, 알루미늄, 텅스텐, 아연, 니켈, 티타늄, 니크롬, 실리콘 탄화물, 폴리-실리콘, 단결정 실리콘, 티타늄 질화물 등으로 형성될 수 있다. 특정 실시예에서, 백금과 같은 원소 금속은 양호한 내산화성 및 장기 안정성을 나타내므로 특히 유익할 수 있다. 본 발명에 따른 박막 마이크로히터는 더 취약하고 덜 안정적인 열선에 비해 바람직할 수 있는 고 레벨의 내구성 및 안정성을 나타낼 수 있다.
도전층에 추가적으로, 본 발명에 따른 마이크로히터는 지지층을 포함할 수 있다. 특히, 도전성 재료는 이러한 지지층 상에 패터닝될 수 있다. 지지층은 히터 작동 온도 하에서 온도 안정적인 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 지지층은 약 150 ℃ 이상, 약 200 ℃ 이상, 약 300 ℃ 이상, 약 400 ℃ 이상, 또는 약 500 ℃ 이상의 온도에서 온도 안정적일 수 있다. 다른 실시예에서, 지지층은 약 125 ℃ 내지 약 750 ℃, 약 150 ℃ 내지 약 650 ℃, 또는 약 175 ℃ 내지 약 500 ℃의 온도 범위에서 온도 안정적일 수 있다. 일부 실시예에서, 지지층은 세라믹 재료, 특히 실리콘계 재료로 형성될 수 있다. 지지층 재료의 하나의 구체적 예는 실리콘 질화물 재료이다. 그러나, 유리 또는 석영과 같은 다른 재료가 사용될 수 있다. 환상 올레핀 코폴리머(cyclic olefin copolymer: COC)와 같은 특정 열가소성 재료도 사용될 수 있다. 지지층은 절연 재료로 형성될 수 있거나 또는 절연층을 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로히터는 더 추가로, 도전층 위에 배치되는 보호층을 포함할 수 있다. 보호층은, 보호층이 마이크로히터의 작동 온도 하에서 온도 안정적이고 열 방사적 및/또는 열 전도적이게 하는 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 보호층은 약 150 ℃ 이상, 약 200 ℃ 이상, 약 300 ℃ 이상, 약 400 ℃ 이상, 또는 약 500 ℃ 이상의 온도에서 온도 안정적일 수 있다. 다른 실시예에서, 보호층은 약 125 ℃ 내지 약 750 ℃, 약 150 ℃ 내지 약 내지 약 650 ℃, 또는 약 175 ℃ 내지 약 500 ℃의 온도 범위에서 온도 안정적일 수 있다. 일부 실시예에서, 보호층은 에어로졸 전구체 조성물 또는 그 성분과 직접 접촉할 수 있다. 따라서, 보호층은 에어로졸 전구체 재료에 포함될 수 있는 다양한 화합물과 화학적으로 거의 반응하지 않는 것이 바람직하다. 화학적으로 거의 반응하지 않는다는 것은 에어로졸 전구체 조성물이 마이크로히터의 도전층과 직접 접촉할 수 있게 보호층이 파괴되지 않도록 보호층과 에어로졸 전구체 재료의 성분 사이의 일체의 화학 반응이 충분히 제한됨을 의미한다. 대안적으로, 상기 문구는 보호층 내에 존재하는 화합물이 방출(또는 신규 화합물이 형성)되어 소비자의 흡입을 위해 형성된 에어로졸과 조합되지 않도록 보호층과 에어로졸 전구체 재료의 성분 사이의 일체의 화학 반응이 충분히 제한됨을 의미할 수 있다. 일부 실시예에서, 지지층은 세라믹 재료, 특히 실리콘계 재료로 형성될 수 있다. 지지층 재료의 하나의 구체적 예는 이산화규소 재료이다. 그러나, 유리 또는 석영과 같은 다른 재료가 사용될 수 있다.
마이크로히터는 특히 다층 물품인 것을 특징으로 할 수 있다. 구체적으로, 마이크로히터는 두 개 이상의 층을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 마이크로히터는 두 개의 층 또는 두 개의 멤브레인 사이에 샌드위치되는 도전성 재료를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 지지층 및 보호층과 같은 추가 층의 두께는 용도에 따라 달라질 수 있다. 일부 실시예에서, 추가 층은 크기가 도전층과 유사할 수 있다. 다른 실시예에서, 추가 층은 두께가 도전층보다 두꺼울 수 있으며, 예를 들면 각각 독립적으로 약 0.5 ㎜ 이하, 약 0.75 ㎜ 이하, 약 1 ㎜ 이하, 약 1.5 ㎜ 이하, 약 2 ㎜, 또는 약 5 ㎜ 이하의 두께를 갖는다.
마이크로히터는 그 기능적인 형태에 있어서, 그 추가 치수와 관련해서도 특징을 가질 수 있다. 구체적으로, 마이크로히터는 독립적으로 약 5 ㎜ 이하, 약 4 ㎜ 이하, 약 3 ㎜ 이하 또는 약 2 ㎜ 이하인 길이와 폭을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 마이크로히터의 길이와 폭은 각각 약 0.25 ㎜ 내지 약 5 ㎜, 약 0.5 ㎜ 내지 약 3 ㎜, 약 0.6 ㎜ 내지 약 2.5 ㎜, 약 0.7 ㎜ 내지 약 2 ㎜, 또는 약 0.75 ㎜ 내지 약 1.5 ㎜일 수 있다.
본 발명에 따라 사용될 수 있는 마이크로히터의 예시적 실시예가 도 1에 도시되어 있다. 도시하듯이, 마이크로히터(50)는 지지층(510), 보호층(540), 및 지지층과 보호층 사이에 샌드위치되는 패터닝된 도전층(520)으로 형성된다. 각각의 층은 재료들로 형성될 수 있으며 본 명세서에 기재되는 치수를 가질 수 있다. 마이크로히터는 또한, 본 명세서에 기재되는 물품의 각종 제어 부품 및 전기 전원을 포함하는 추가 전기 부품과 마이크로히터(구체적으로 도전성 재료)의 전기 접속을 제공하기 위해 도전층으로부터 연장되는 단자(530)를 구비한다. 바람직하게, 마이크로히터는 단자들이 에어로졸 전구체 조성물과 접촉하지 않도록 본 명세서에 기재되어 있듯이 물품 내에 배치된다. 더욱이, 마이크로히터는 에어로졸 형성을 위한 에어로졸 전구체 조성물과 접촉되는 보호층의 부분으로부터 단자를 격리시키도록 설계된 추가 부품을 구비할 수 있다. 도시하듯이, 보호층은 부분적으로 투명하지만, 본 명세서에 기재되는 유용한 마이크로히터가 반드시 투명할 필요는 없으며, 이러한 특징은 사용되는 재료에 따라 달라질 수 있다. 마찬가지로, 지지층과 보호층은 동일하거나 상이한 치수를 가질 수 있으며, 도전층의 패터닝은 변경될 수 있다.
본 명세서에 기재된 흡연 물품에 유용한 마이크로히터는 다양한 적절한 방법에 의해 준비될 수 있다. 예를 들어, 마이크로히터의 층상 빌드를 달성하기 위해 저압 화학기상증착(LPCVD)이 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 지지층은 LPCVD에 의해 빌드 기판(예를 들면, 실리콘 웨이퍼, 금속 질화물과 같은 세라믹, 석영 또는 유리) 상에 증착될 수 있다. 이후, 도전성 재료가 역시 LPCVD를 사용하여 지지층 위에 증착될 수 있다. 도전층은 마이크로히터에 소정 성능 특성을 제공하기 위해 필요에 따라 패터닝될 수 있다. 예를 들어, 반응성 이온 에칭(reactive ion etching: REI)이 사용될 수 있다. 도전성 재료의 전기 접속을 위한 수단을 제공하기 위해 스퍼터링 프로세스 등을 사용하여 전기 접점이 형성될 수 있다. 보호층은 예를 들어 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD)을 사용하여 도전층 위에 형성될 수 있다. 완성된 마이크로히터는 필요할 경우 빌드 기판으로부터 제거될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 빌드 기판의 부분 또는 전체를 제거하기 위해 이방성 에칭이 딥 REI 프로세스와 함께 사용될 수 있다. 또한, 층상 마이크로히터는 예를 들어 전기 접점에 대한 접근 용이성을 제공하는 동시에 마이크로히터의 기능성 부품의 추가 보호를 제공하기 위해 패키징될 수 있다. 예를 들어, 패키징은 마이크로히터를 열적으로 안정적이고 열전도성인 재료 내에서 밀폐식으로 밀봉하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 물품에 유용한 마이크로히터를 준비하기 위한 다른 수단은 지지층 상에 도전층을 배치하기 위해 금속 증착 프로세스를 포함할 수 있다. 필요할 경우, 금속 증착 단계 이전에 접착층이 배치될 수 있다. 도전성 재료의 패터닝은, 도전층 상에 포토레지스트를 스핀-코팅하는 단계; 포토레지스트 용매를 쳐내기 위한 소프트-베이킹(예를 들면, 약 65 ℃의 온도에서) 단계; 도포된 포토레지스트를 마스크 정렬기 등의 내에서 정렬시키고, 도전층을 소정 마스크에 대해 눌린 상태에서 UV 램프 등을 사용하여 노출시키며, 적절한 현상제(Shipley가 시판하는 것 등)를 사용하여 현상시킴으로써 패터닝된 포토레지스트를 용해시키는 단계; 및 포토레지스트를 경화시키기 위한 하드-베이킹(예를 들면, 약 90 ℃의 온도에서) 단계를 포함할 수 있는 표준 포토리소그래피 기술(예를 들면, Shipley-1818)에 따른 포토레지스트를 사용하여 실시될 수 있다. 포토레지스트가 도포된 상태에서, 여전히 노출된 도전성 재료를 제거하기 위해 적절한 용매에 의한 에칭이 사용될 수 있다. 이후, 포토레지스트는 적절한 용매를 사용하여 제거될 수 있다. 이러한 처리는 절삭 제조(subtractive fabrication)인 것을 특징으로 할 수 있으며, 일반적으로 형성된 마이크로히터 또는 구체적으로 도전층은 절삭 제조된 물품 또는 층으로서 기술될 수 있다.
마이크로히터를 준비하기 위해 다양한 프린팅 기술이 사용될 수 있다. 구체적으로, 도전성 재료를 소정 패턴으로 체계적으로 배치하기 위해 잉크젯-타입 프린팅 기술이 사용될 수 있다. 이는 추가 빌드 기판에 대한 필요가 없이 그 자체가 비교적 얇을 수 있는 지지층 위에 도전층을 형성하는데 특히 유용할 수 있다. 지지층 위에 배치되는 프린팅된 층이 도전성 재료인 이러한 기술은 추가 제조인 것을 특징으로 할 수 있으며, 일반적으로 형성된 마이크로히터 또는 구체적으로 도전층은 추가 제조된 물품 또는 층으로서 기술될 수 있다.
상기 프로세스들은 본 발명에 따라 사용하기 위한 마이크로히터를 준비하기 위해 사용될 수 있는 예시적인 형태의 프로세스일 뿐이며, 본 명세서에 기재된 물품에 사용될 수 있는 마이크로히터를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 사용하기에 적합한 마이크로히터는 예를 들어 Kebaili Corporation(Irvine, CA 소재, www.kebaili.com)으로부터 구입할 수 있다.
추가 실시예에서, 본 발명의 장치에 사용하기 위한 마이크로히터는 속성상 화학적일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 마이크로히터는 전기 저항 가열에 기초하기 보다는 화학 반응에 기초한 가열을 제공할 수 있다.
현재 기재된 물품에 사용되는 마이크로히터는 공지된 가열 요소의 사용에 비해서 여러가지 장점을 제공할 수 있다. 이러한 마이크로히터는 특히 정해진 분량의 가열될 재료(예를 들면, 에어로졸 전구체 조성물)가 통제 하에 마이크로히터에 송달될 때 특히 에너지 효율이 높은 전기 가열을 제공할 수 있다. 마이크로히터는 마찬가지로 고도로 정확한 에어로졸 화학구조를 통제 하에 달성하는 것을 촉진할 수 있다.
본 명세서에 기재된 흡연 물품은 일반적으로, 마이크로히터의 급전, 인디케이터의 급전 등과 같은 다양한 기능을 물품에 제공하기에 충분한 전류 흐름을 제공하기 위해 단수의 전기 전원(또는 복수의 전기 전원)을 구비할 수 있다. 전원은 다양한 실시예를 취할 수 있다. 바람직하게, 전원은 에어로졸 형성을 위해 마이크로히터를 급속 가열하고 소정 기간 동안의 사용 내내 물품에 급전하기에 충분한 전력을 공급할 수 있다. 전원은 물품 내에 안락하게 끼워지도록 크기를 갖는 것이 바람직하다. 유용한 전원의 예로는 바람직하게 충전식 리튬 이온 배터리(예를 들면, 충전식 리튬-망간 이산화물 배터리)가 포함된다. 특히, 리튬 폴리머 배터리가 사용될 수 있다. 예를 들어 N50-AAA CADNICA 니켈-카드뮴 전지와 같은 다른 형태의 배터리도 사용될 수 있다. 본 발명에 따라 사용될 수 있는 배터리의 또 다른 예가, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 원용되는 미국 특허 공개 제2010/0028766호에 기재되어 있다. 본 발명의 특정 실시예에서는 박막 배터리가 사용될 수 있다. 이들 배터리의 임의의 것 또는 그 조합이 전원에 사용될 수 있지만, 일회용 배터리와 관련된 비용 및 폐기 문제로 인해 충전식 배터리가 바람직하다. 일회용 배터리가 제공되는 실시예에서, 흡연 물품은 배터리의 제거 및 교체를 위한 접근 수단을 포함할 수 있다. 대안적으로, 충전식 배터리가 사용되는 실시예에서, 흡연 물품은 표준 120-볼트 AC 벽 콘센트 또는 USB 접속을 포함하는 자동차 전기 계통 또는 별도 휴대용 전원과 같은 기타 소스로부터 전력을 유도하는 종래의 재충전 유닛 내의 대응 접점과 상호작용하기 위한 충전 접점을 포함할 수 있다. 예를 들어 흡연 물품에 존재하는 비교적 작은 배터리에 다중 충전을 제공할 수 있는 비교적 대형 배터리를 구비할 수 있는 휴대용 충전 케이스에는 배터리 충전 수단이 제공될 수 있다. 상기 물품은 또한 이 물품이 외부 전원에 물리적으로 연결되지 않고 충전될 수 있도록 비접촉 유도 재충전 시스템을 제공하기 위한 부품을 구비할 수 있다. 따라서, 상기 물품은 전자기장으로부터 물품 내의 충전식 배터리로의 에너지 전달을 촉진하기 위한 부품을 구비할 수 있다.
추가 실시예에서, 전원은 또한 캐패시터를 포함할 수 있다. 캐패시터는 배터리보다 신속하게 방전할 수 있으며, 담배를 피는 사이에 충전될 수 있어서, 배터리가 가열 부재를 직접 급전하기 위해 사용되는 경우보다 느린 속도로 캐패시터 내에 방전할 수 있게 한다. 예를 들어, 슈퍼 캐패시터, 즉 전기 2중층 캐패시터(electric double-layer capacitor: EDLC)가 배터리와 별도로 또는 배터리와 조합하여 사용될 수 있다. 단독으로 사용될 때, 슈퍼 캐패시터는 물품의 각각의 사용 전에 재충전될 수 있다. 따라서, 본 발명은 또한, 슈퍼 캐패시터를 보충하기 위해 사용 간에 흡연 물품에 부착될 수 있는 충전기 부품을 구비할 수 있다.
흡연 물품은 다양한 전력 관리 소프트웨어, 하드웨어 및/또는 기타 전자 제어 부품을 추가로 구비할 수 있다. 예를 들어, 이러한 소프트웨어, 하드웨어 및/또는 전자 컨트롤러는 배터리의 충전, 배터리 충전 및 방전 상태의 검출, 절전 작업의 수행, 배터리의 우발적 방전 또는 과방전 방지, 퍼프 카운팅, 퍼프 한정 퍼프 기간, 카트리지 상태 확인, 온도 제어 등을 실시하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 "컨트롤러" 또는 "제어 부품"은 본 흡연 물품에 유용한 다양한 요소들을 포함할 수 있다. 더욱이, 본 발명에 따른 흡연 물품은 일체 요소로 조합될 수 있거나 흡연 물품 내의 개별 위치에 존재할 수 있는 하나, 둘 또는 그 이상의 제어 부품을 구비할 수 있으며, 개별 제어 부품은 상이한 제어 양태를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 흡연 물품은 배터리로부터의 전력 방전을 제어하기 위해 배터리와 일체형이거나 배터리와 조합되는 제어 부품을 구비할 수 있다. 흡연 물품은 물품의 다른 양태를 제어하는 제어 부품을 별도로 구비할 수 있다. 흡연 물품은 또한, 데이터 스토리지(예를 들면, 메모리를 구비하는 마이크로칩)를 구비하는, 특정 기능을 제공하기 위한 카트리지 내의 제어 부품을 구비할 수 있다. 대안적으로, 물품의 다중 제어 양태 또는 모든 제어 양태를 실시하는 단일 컨트롤러가 제공될 수도 있다. 마찬가지로, 물품에 사용되는 센서(예를 들면, 퍼프 센서)는 자극에 반응하여 전원으로부터 전력 방전의 작동을 제어하는 제어 부품을 구비할 수 있다. 상기 물품은 이 물품의 다른 양태를 제어하는 제어 부품을 별도로 구비할 수 있다. 대안적으로, 물품의 다중 제어 양태 또는 모든 제어 양태를 실시하기 위해 단일의 컨트롤러가 센서 내에 제공되거나 센서와 연관될 수 있다. 따라서, 장치의 모든 양태의 소정 제어 레벨을 제공하기 위해 다양한 컨트롤러 조합이 본 흡연 물품에 조합될 수 있다.
흡연 물품은 또한, 전원으로부터 물품의 추가 부품, 예를 들면 저항 가열 요소로의 전기 에너지 흐름을 제어하는데 유용한 하나 이상의 컨트롤러 부품을 포함할 수 있다. 상기 물품은 전원으로부터 예를 들어 마이크로히터로의 전류 흐름을 조작하는 제어 부품을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 물품은 전력 흐름의 수동 제어를 위해 제어 회로에 링크될 수 있는 푸시버튼을 구비할 수 있다. 하나 이상의 푸시버튼이 흡연 물품의 외표면과 거의 동일 평면에 위치할 수 있다.
푸시버튼 대신에(또는 푸시버튼에 추가적으로), 본 발명의 물품은 소비자의 물품 피워물기(즉, 퍼프-작동 가열)에 반응하는 하나 이상의 제어 부품을 구비할 수 있다. 예를 들어, 물품은 소비자가 물품을 피워물음에 따라 압력 변화 또는 공기 유동 변화를 감지하는 스위치(즉, 퍼프-작동식 스위치)를 구비할 수 있다. 다른 전류 작동/작동정지 기구는 온도 작동식 온/오프 스위치 또는 입술 압력 작동식 스위치를 포함할 수 있다. 이러한 퍼프-작동 능력을 제공할 수 있는 예시적 기구로는 Freeport, Ill 소재의 MicroSwitch division of Honeywell, Inc.에 의해 제작된 Model 163PC01D36 실리콘 센서가 포함된다. 본 발명에 따른 가열 회로에 채용될 수 있는 요구-작동식 전기 스위치의 추가 예가, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 원용되는 Gerth 등의 미국 특허 제4,735,217호에 기재되어 있다. 다른 적절한 차동 스위치, 아날로그 압력 센서, 유량 센서 등이 본 발명의 기술 분야의 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 피워무는 동안의 압력 변화가 스위치에 의해 식별되도록, 퍼프 작동식 스위치와 흡연 물품 내의 공기 유로 사이에 유체 연결을 제공하는 압력-감지 튜브 또는 기타 통로가 구비될 수 있다. 본 흡연 물품에 유용할 수 있는 전류 조절 회로 및 마이크로컨트롤러를 포함하는 기타 제어 부품의 추가적인 설명은 Brooks 등의 미국 특허 제4,922,901호, 제4,947,874호 및 제4,947,875호, McCafferty 등의 미국 특허 제5,372,148호, Fleischhauer 등의 미국 특허 제6,040,560호 및 Nguyen 등의 미국 특허 제7,040,314호에 제공되어 있으며, 이들 특허는 모두 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 원용된다.
장치의 하나 이상의 부품에 대해 다양한 형태의 "파워-업" 및/또는 "파워-다운"이 가능하도록 정전용량식 감지 부품이 특히 다양한 방식으로 장치 내에 통합될 수 있다. 정전용량식 감지는 근접도, 위치 또는 변위, 습도, 유체 레벨, 압력, 온도 또는 가속도를 검출 및/또는 측정하는 센서를 포함하지만 이것에 한정되지 않는 정전용량식 결합에 기초한 기술을 포함하는 임의의 센서의 사용을 포함할 수 있다. 정전용량식 감지는 표면 정전용량, 프로젝티드(projected) 정전용량, 상호 정전용량 또는 셀프 정전용량을 제공하는 전자 부품으로부터 발생될 수 있다. 정전용량식 센서는 일반적으로, 전도성이거나 또는 공기와 다른 유전율을 갖는 것을 검출할 수 있다. 정전용량식 센서는 예를 들어, 기계식 버튼(즉, 전술된 푸시-버튼)을 정전용량식 대안으로 교체할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 정전용량식 감지의 한 가지 구체적인 적용은 터치 정전용량식 센서이다. 예를 들어, 터치 패드가 흡연 물품 상에 제공될 수 있으며 이로 인해 사용자가 다양한 명령을 입력할 수 있다. 가장 기본적으로, 터치 패드는 이미 전술한 푸시 버튼과 동일한 방식으로 가열 요소에 대한 급전을 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, 정전용량식 감지는 물품을 피워물기 위한 흡연 물품 상의 입술 압력이 가열 요소에 급전을 제공하라는 신호를 장치에 보낼 수 있도록 흡연 물품의 마우쓰단부(mouthend) 근처에 적용될 수 있다. 터치 정전용량 센서에 추가적으로, 본 발명에 따르면 흡연 물품으로부터 다양한 반응을 끌어내기 위해 모션 정전용량 센서, 액체 정전용량 센서 및 가속도계가 사용될 수 있다. 또한, 광전 센서도 본 발명의 흡연 물품에 포함될 수 있다.
본 물품에 사용되는 센서들은 에어로졸 전구체 조성물을 가열하고 사용자가 흡입하기 위한 증기 또는 에어로졸을 형성하기 위해 가열 요소에 전력을 공급하기 위한 신호를 명확히 보낼 수 있다. 이들 센서는 또한 추가 기능을 제공할 수 있다. 예를 들어, "기상(wake-up)" 센서가 포함될 수 있다. 마찬가지로 유사한 기능을 제공하는 다른 감지 방법이 사용될 수 있다.
소비자가 흡연 물품의 마우쓰단부를 피워물면, 전류 작동 수단은 열을 신속하게 발생시키기 위해 전류가 저항 가열 부재를 통해서 제한없이 또는 중단없이 흐를 수 있게 할 수 있다. 마이크로히터를 통한 전류 흐름을 조절하여 가열 속도 및/또는 가열 기간을 제어하기 위해 전류 조절 부품을 구비하는 것이 유용할 수 있다.
전류 조절 회로는 특히 시간 베이스일 수 있다. 구체적으로, 이러한 회로는 피워물기 도중의 초기 기간 동안 가열 요소를 통한 중단없는 전류 흐름을 허용하기 위한 수단, 및 이후 피워물기가 완료될 때까지 전류 흐름을 조절하기 위한 타이머 수단을 구비한다. 또한, 조절은 간단히 소정 온도가 달성될 때까지 중단없는 전류 흐름을 허용하고 이후 전류 흐름을 완전히 끊어버리는 것을 포함할 수 있다. 가열 부재는 소비자가 물품에 대한 다른 퍼프를 개시함으로써(또는 히터를 작동시키기 위해 사용되는 특정 스위치 실시예에 따라서 푸시버튼을 수동으로 작동시킴으로써) 다시 작동될 수 있다. 대안적으로, 후속 조절은 가열 요소를 소정 온도 범위 내로 유지하기 위한 가열 요소를 통한 전류 흐름의 변조(펄스 폭 변조를 포함)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 소정 투여량(dosing)의 흡입 가능한 물질을 방출하기 위해, 가열 부재는 약 0.2 초 내지 약 5.0 초, 약 0.3 초 내지 약 4.5 초, 약 0.5 초 내지 약 4.0 초, 약 0.5 초 내지 약 3.5 초, 또는 약 0.6 초 내지 약 3.0 초의 기간 동안 여기될 수 있다. 본 흡연 물품에 유용할 수 있는 이러한 시간-베이스 전류 조절 회로 및 기타 제어 부품의 추가 설명은 Brooks 등의 미국 특허 제4,922,901호, 제4,947,874호 및 제4,947,875호에 제공되어 있으며, 이들 특허는 모두 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 원용된다.
상기 제어 부품은 특히 마이크로히터에 제공되는 열의 양을 면밀하게 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 전류 조절 부품은 정해진 온도가 달성되면 마이크로히터로의 전류 흐름을 중지시키도록 기능할 수 있다. 이러한 정해진 온도는 에어로졸 전구체 조성물과 임의의 추가 흡입 물질을 휘발시키고 일정 양의 에어로졸을 소정 농도로 제공하기에 충분히 매우 높은 범위에 있을 수 있다. 에어로졸 전구체 조성물을 휘발시키는데 필요한 열은 변경될 수 있지만, 마이크로히터가 약 120 ℃ 이상, 약 130 ℃ 이상, 약 140 ℃ 이상, 또는 약 160 ℃ 이상의 온도로 가열하는 것이 특히 유용할 수 있다. 일부 실시예에서는, 소정 양의 에어로졸 전구체 조성물을 휘발시키기 위해, 가열 온도가 약 180 ℃ 이상, 약 200 ℃ 이상, 약 300 ℃ 이상, 또는 약 350 ℃ 이상일 수 있다. 추가 실시예에서, 에어로졸 형성을 위한 정해진 온도는 약 120 ℃ 내지 약 350 ℃, 약 140 ℃ 내지 약 300 ℃, 또는 약 150 ℃ 내지 약 250 ℃일 수 있다. 가열 온도 및 가열 시간은 제어 하우징 내에 수용된 하나 이상의 부품에 의해 제어될 수 있다. 전류 조절 부품은 마찬가지로, 정해진 기간 동안 정해진 온도를 유지하기 위해 정해진 온도가 달성되면 마이크로히터로의 전류를 주기적으로 온오프시킬 수 있다.
또한, 전류 조절 부품은 마이크로히터로의 에어로졸 형성 온도보다 낮은 제 1 온도를 유지하고 이후에는 상기 제 1 온도보다 높은 온도이고 에어로졸 형성 온도인 제 2 온도를 달성하기 위해 전류 작동 제어 부품에 반응하여 전류 흐름을 증가시킬 수 있도록 전류를 주기적으로 온오프시킬 수 있다. 이러한 제어는 소비자가 퍼프를 개시하면 에어로졸 형성이 거의 순간적으로 시작되도록 에어로졸을 형성하기 위해 물품의 응답 시간을 향상시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 제 1 온도(대기 온도로서 특징지어질 수 있음)는 상기 에어로졸 형성 온도보다 단지 약간 낮을 수 있다. 구체적으로, 대기 온도는 약 50 ℃ 내지 약 150 ℃, 약 70 ℃ 내지 약 140 ℃, 약 80 ℃ 내지 약 120 ℃, 또는 약 90 ℃ 내지 약 110 ℃일 수 있다.
상기 요소에 추가적으로, 흡연 물품은 또한 하나 이상의 인디케이터를 포함할 수 있다. 이러한 인디케이터는 본 발명의 물품의 사용의 다중 양태를 나타낼 수 있는 라이트(예를 들면, 발광 다이오드)일 수 있다. 또한, LED 인디케이터는 종래의 궐련이 사용자에 의해 불붙고 피워질 때 보이는 색 변화를 모방하도록 흡연 물품의 원위 단부에 배치될 수 있다. 다른 작동 지표도 포함된다. 예를 들어, 시각 인디케이터는 또한 흡연 경험의 진행을 보여주기 위해 광 색상 또는 광도의 변화를 포함할 수 있다. 촉각 인디케이터 및 청각 인디케이터도 마찬가지로 본 발명에 의해 포함된다. 더욱이, 이러한 인디케이터의 조합도 단일 물품에 사용될 수 있다.
특정 실시예에서, 본 발명에 따른 흡연 물품은 담배, 담배 성분, 또는 담배-유래 물질(즉, 담배로부터 직접 격리될 수 있는 담배 내에서 자연적으로 발견되는 물질 또는 합성 조제되는 물질)을 포함할 수 있다. 사용되는 담배는 황색종 담배, 버어리종 담배, 오리엔트종 담배, 메릴랜드종 담배, 흑색종 담배, 훈증종 담배 및 루스티카 담배뿐 아니라 기타 희귀 또는 특수 담배 또는 그 혼합물과 같은 담배를 포함하거나 그로부터 유래할 수 있다. 다양한 대표 담배 형태, 담배의 가공된 형태, 및 담배 혼합물의 형태는 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 원용되는 Lawson 등의 미국 특허 제4,836,224호; Perfetti 등의 미국 특허 제4,924,888호; Brown 등의 미국 특허 제5,056,537호; Brinkley 등의 미국 특허 제5,159,942호; Gentry의 미국 특허 제5,220,930호; Blakley 등의 미국 특허 제5,360,023호; Shafer 등의 미국 특허 제6,701,936호; Dominguez 등의 미국 특허 제6,730,832호, Li 등의 미국 특허 제7,011,096호; Li 등의 미국 특허 제7,017,585호; Lawson 등의 미국 특허 제7,025,066호; Perfetti 등의 미국 특허 공개 제2004/0255965호; Bereman의 PCT 공개 제WO 02/37990호; 및 Bombick 등의 Fund. Appl. Toxicol., 39, p. 11-17 (1997)에 제시되어 있다.
흡연 물품 내에 포함되는 담배는 다양한 형태로 채용될 수 있으며; 다양한 담배 형태의 조합이 채용될 수 있거나, 상이한 형태의 담배가 흡연 물품 내의 상이한 위치에 채용될 수 있다. 예를 들어, 담배는 담배 추출물 형태로 채용될 수 있다. 예를 들어, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 원용되는 Cantrell 등의 미국 특허 제7,647,932호 및 Crooks 등의 미국 특허 공개 제2007/0215167호를 참조하기 바란다.
흡연 물품은 담배 제품의 제조를 위해서 전통적으로 사용되는 형태의 담배 첨가물을 포함할 수 있다. 이들 첨가물은 여송연, 궐련, 파이프 등의 생산을 위해 사용되는 담배의 향미와 방향(aroma)을 개선하기 위해 사용되는 물질의 형태를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이들 첨가물은 다양한 궐련 케이싱 또는 탑 드레싱 성분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 원용되는 Wochnowski의 미국 특허 제3,419,015호; Berndt 등의 미국 특허 제4,054,145호; Burcham 2세 등의 미국 특허 제4,887,619호; Watson의 미국 특허 제5,022,416호; Strang 등의 미국 특허 제5,103,842호; 및 Martin의 미국 특허 제5,711,320호를 참조하기 바란다. 바람직한 케이싱 물질은 물, 설탕과 당밀(예를 들면, 자당, 포도당 및 이성화당), 희석제(예를 들면, 글리세린 또는 프로필렌 글리콜), 및 향미제(예를 들면, 코코아 및 감초)를 포함한다. 이들 첨가되는 성분은 또한 상부 드레싱 재료(예를 들면, 멘톨과 같은 향미 재료)를 포함한다. 예를 들어, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 원용되는 Mays 등의 미국 특허 제4,449,541호를 참조하기 바란다. 첨가될 수 있는 추가 재료는 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 원용되는 Lawson 등의 미국 특허 제4,830,028호 및 Marshall 등의 미국 특허 공개 제2008/0245377호에 개시된 것을 포함한다.
흡연 물품 내에 담배를 통합시키기 위한 다양한 방식과 방법, 및 특히 이들 흡연 물품 내의 담배의 거의 전부를 의도적으로 연소시키지 않도록 설계되는 흡연 물품은, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 원용되는 Brooks 등의 미국 특허 제4,947,874호; Cantrell 등의 미국 특허 제7,647,932호, Banerjee 등의 미국 특허 공개 제2005/0016549호; 및 Crooks 등의 미국 특허 공개 제2007/0215167호에 제시되어 있다.
담배 향유, 담배 진액(essence), 분사 건조된 담배 추출물, 동결 건조된 담배 추출물, 담배 분말 등과 같은 추가 담배 재료가 증기 전구체 또는 에어로졸 전구체 조성물에 포함될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 용어 "담배 추출물"은 담배 추출 가공 조건 및 기술을 사용하여 담배로부터 분리, 제거 또는 유래되는 성분을 의미한다. 구체적으로 담배 또는 기타 식물의 정제 추출물이 사용될 수 있다. 통상적으로, 담배 추출물은 수성 성질을 갖는 용매(예를 들면, 물) 또는 유기 용매(예를 들면, 에탄올과 같은 알콜 또는 헥산과 같은 알칸)와 같은 용매를 사용하여 취득된다. 따라서, 추출된 담배 성분은 담배로부터 제거되고 미추출 담배 성분으로부터 분리되며; 용매 내에 존재하는 추출된 담배 성분에 대해서는, (i) 추출된 담배 성분으로부터 용매가 제거될 수 있거나, 또는 (ⅱ) 추출된 담배 성분과 용매의 혼합물이 그 자체로서 사용될 수 있다. 담배 추출물, 담배 진액, 용매, 담배 추출 가공 조건과 기술, 및 담배 추출물 수집 및 격리 수순의 예시적인 형태는 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 원용되는 Schachner의 호주 특허 제276,250호; Meriro의 미국 특허 제2,805,669호; Green 등의 미국 특허 제3,316,919호; Tughan의 미국 특허 제3,398,754호; Rooker의 미국 특허 제3,424,171호; Luttich의 미국 특허 제3,476,118호; Osborne의 미국 특허 제4,150,677호; Kite의 미국 특허 제4,131,117호; Muller의 미국 특허 제4,506,682호; Roberts 등의 미국 특허 제4,986,286호; Fagg의 미국 특허 제5,005,593호; Fagg의 미국 특허 제5,065,775호; White 등의 미국 특허 제5,060,669호; White 등의 미국 특허 제5,074,319호; White 등의 미국 특허 제5,099,862호; White 등의 미국 특허 제5,121,757호; Munoz 등의 미국 특허 제5,131,415호; Smith 등의 미국 특허 제5,230,354호; Sensabaugh의 미국 특허 제5,235,992호; Smith의 미국 특허 제5,243,999호; Raymond의 미국 특허 제5,301,694호; Gonzalez-Parra 등의 미국 특허 제5,318,050호; Clapp 등의 미국 특허 제5,435,325호; 및 Brinkley 등의 미국 특허 제5,445,169호에 제시되어 있다.
에어로졸 전구체 또는 증기 전구체 조성물은 하나 이상의 상이한 성분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 전구체는 다가 알콜(예를 들면, 글리세린, 프로필렌 글리콜 또는 그 혼합물)을 포함할 수 있다. 추가 에어로졸 전구체 조성물의 대표적인 형태는 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 원용되는 Sensabaugh 2세 등의 미국 특허 제4,793,365호; Jakob 등의 미국 특허 제5,101,839호; Biggs 등의 PCT WO 98/57556호; 및 Chemical and Biological Studies on New Cigarette Prototypes that Heat Instead of Burn Tobacco(담배를 연소시키는 대신에 가열하는 신규 궐련 견본에 대한 화학적 및 생물학적 연구), R. J. Reynolds Tobacco Company Monograph (1988)에 제시되어 있다. 일부 실시예에서, 에어로졸 전구체 조성물은 충분한 열이 가해지면(그리고 필요할 경우 공기로 냉각되면) 가시적 에어로졸을 생성할 수 있으며, 에어로졸 전구체 조성물은 "연기와 같은(smoke-like)" 것으로 간주될 수 있는 에어로졸을 생성할 수 있다. 다른 실시예에서, 에어로졸 전구체 조성물은, 사실상 볼 수 없지만 향미 또는 질감과 같은 다른 특징이 존재함으로써 인지될 수 있는 에어로졸을 생성할 수 있다. 따라서, 생성되는 에어로졸의 성질은 에어로졸 전구체 조성물의 특정 성분에 따라서 달라질 수 있다. 에어로졸 전구체 조성물은 담배 연소에 의해 생성되는 연기의 화학적 성질에 비해서 화학적으로 간단할 수 있다.
에어로졸 전구체 조성물은 물과 같은 액상 물질을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 전구체 조성물은 글리세린과 물의 혼합물, 또는 프로필렌 글리콜과 물의 혼합물, 또는 프로필렌 글리콜과 글리세린의 혼합물, 또는 프로필렌 글리콜, 글리세린 및 물의 혼합물을 포함할 수 있다. 예시적인 에어로졸 전구체 조성물은 또한, 관련 흡연 카트리지 타입 C1a, C2a, C3a, C4a, C1b, C2b, C3b, C4b를 사용하여 채택될 수 있는 상표명 E-CIG를 갖는 전자 담배로서 및 Beijing, China 소재의 Ruyan SBT Technology and Development Co., Ltd.로부터의 Ruyan 무화 전자 파이프 및 Ruyan 무화 전자 궐련으로서, Acworth, Ga., USA. 소재의 Atlanta Imports Inc.를 통해서 구입할 수 있는 장치 내에 통합되는 형태의 재료를 포함한다.
본 발명의 물품에 사용되는 에어로졸 전구체 조성물은 하나 이상의 향미료, 약물 또는 기타 흡입 가능한 물질을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 액상 니코틴이 사용될 수 있다. 이러한 추가 재료는 에어로졸 전구체 또는 증기 전구체 조성물의 하나 이상의 성분을 포함할 수 있다. 따라서, 에어로졸 전구체 또는 증기 전구체 조성물은 흡입 가능한 물질을 포함하는 것으로 기재될 수 있다. 이러한 흡입 가능한 물질은 본 명세서에서 논의되는 향미료, 약물 및 기타 재료를 포함할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 흡연 물품을 사용하여 송달되는 흡입 가능한 물질은 담배 성분 또는 담배-유래 재료를 포함할 수 있다. 대안적으로, 향미료, 약물 또는 기타 흡입 가능한 물질은 예를 들어 저장조 내에 다른 에어로졸 전구체 성분과 별도로 제공될 수 있다. 따라서, 정해진 분량의 향미료, 약물 또는 기타 흡입 가능한 물질은, 상기 향미료, 약물 또는 기타 흡입 가능한 물질을 에어로졸 전구체 또는 증기 전구체 조성물의 추가 성분들과 함께 사용자에 의해 흡입되도록 방출하기 위해 따로따로 또는 동시에 저항 가열 요소에 송달될 수 있다. 대안적으로, 향미료, 약물 또는 기타 흡입 가능한 물질은 흡연 물품 또는 그 부품의 개별 부분에 제공될 수 있다. 구체적 실시예에서, 향미료, 약물 또는 기타 흡입 가능한 물질은 마이크로히터에 근접하여 위치하는 기판(예를 들면, 종이 또는 기타 다공성 재료) 상에 증착될 수 있다. 근접도는, 마이크로히터의 가열이 기판으로부터 향미료, 약물 또는 기타 흡입 가능한 물질을 휘발 및 방출하기에 충분히 기판에 열을 제공하도록 충분한 것이 바람직하다.
흡연 물품의 메인스트림 에어로졸의 관능적 또는 감각자극적 특성 또는 속성을 변경하는 다양한 형태의 향미제 또는 물질이 사용될 수 있다. 이러한 향미제는 담배 이외의 소스로부터 제공될 수 있고, 본질적으로 천연이거나 인공일 수 있으며, 농축물 또는 향미료 패키지로서 사용될 수 있다. 특히 관심있는 것은 에어로졸이 발생되는 흡연 물품 구역에 적용되거나 통합되는 향미제이다. 다시, 이러한 향미제는 저항 가열 요소에 직접 공급될 수 있거나, 전술했듯이 기판 상에 제공될 수 있다. 예시적인 향미제로는 바닐린, 에틸렌 바닐린, 크림, 차, 커피, 과일(예를 들면, 사과, 체리, 딸기, 복숭아, 및 라임과 레몬을 포함하는 감귤 향미료), 단풍밀, 멘톨, 민트, 페퍼민트, 스피어민트, 동록유(wintergreen), 육두구(nutmeg), 정향(clove), 라벤더, 소두구(cardamom), 생강, 꿀, 아니스(anise), 샐비어, 계피, 백단유, 자스민, 카스카릴라(cascarilla), 코코아, 감초, 및 궐련, 여송연, 파이프 담배의 향미를 위해 전통적으로 사용되는 형태 및 특성의 향신료와 향미료 패키지가 포함된다. 이성화당과 같은 시럽도 사용될 수 있다. 향미제는 또한 산성 또는 염기성 특성(예를 들면, 레불린산, 숙신산, 젖산 및 피루브산과 같은 유기산)을 가질 수 있다. 향미제는 필요할 경우 에어로졸-발생 재료와 조합될 수 있다. 사용될 수 있는 예시적인 식물-유래 조성물은 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 원용되는 Dube 등의 미국 출원 제12/971,746호 및 Dube 등의 미국 출원 제13/015,744호에 개시되어 있다.
에어로졸 전구체와 조합될 수 있는 니코틴과 같은 약물의 향미, 관능적 또는 감각자극적 특성에 영향을 미치기 위해 특히 유기산이 에어로졸 전구체 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 레불린산, 숙신산, 젖산 및 피루브산과 같은 유기산이 니코틴과 함께 에어로졸 전구체에 포함될 수 있으며, 그 양은 (총 유기산 함량에 기초하여) 니코틴과 등몰(equimolar) 이하이다. 여러 유기산의 임의의 조합이 사용될 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 전구체는 존재하는 유기산의 총량이 에어로졸 전구체 내에 존재하는 니코틴의 총량과 등몰인 농도까지, 니코틴 1몰당 약 0.1 내지 약 0.5 몰의 레불린산, 니코틴 1몰당 약 0.1 내지 약 0.5 몰의 피루브산, 니코틴 1몰당 약 0.1 내지 약 0.5 몰의 젖산, 또는 그 조합을 포함할 수 있다.
에어로졸 전구체 조성물은 그 안에 사용되는 재료의 다양한 양에 기초하여 다양한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 유용한 에어로졸 전구체 조성물은 약 98 중량% 이하, 약 95 중량% 이하, 또는 약 90 중량% 이하의 폴리올을 포함할 수 있다. 이 총량은 둘 이상의 상이한 폴리올 사이에 임의의 조합으로 분할될 수 있다. 예를 들어, 하나의 폴리올은 약 50 중량% 내지 약 90 중량%, 약 60 중량% 내지 약 90 중량%, 또는 약 75 중량% 내지 약 90 중량%의 에어로졸 전구체를 포함할 수 있고, 제 2 폴리올은 약 2 중량% 내지 약 45 중량%, 약 2 중량% 내지 약 25 중량%, 또는 약 2 중량% 내지 약 10 중량%의 에어로졸 전구체를 포함할 수 있다. 유용한 에어로졸 전구체는 또한, 약 25 중량% 이하, 약 20 중량% 또는 약 15 중량%의 물, 특히 약 2 중량% 내지 약 25 중량%, 약 5 중량% 내지 약 20 중량%, 또는 약 7 중량% 내지 약 15 중량%의 물을 포함할 수 있다. 향미료 등(니코틴과 같은 약물을 포함할 수 있음)은 약 10 중량% 이하, 약 8 중량% 이하, 또는 약 5 중량% 이하의 에어로졸 전구체를 포함할 수 있다.
비제한적인 예로서, 본 발명에 따른 에어로졸 전구체는 글리세롤, 프로필렌 글리콜, 물, 니코틴, 및 하나 이상의 향미료를 포함할 수 있다. 구체적으로, 글리세롤은 약 70 중량% 내지 약 90 중량%, 약 70 중량% 내지 약 85 중량%, 또는 약 75 중량% 내지 약 85 중량%의 양으로 존재할 수 있고, 프로필렌 글리콜은 약 1 중량% 내지 약 10 중량%, 약 1 중량% 내지 약 8 중량%, 또는 약 2 중량% 내지 약 6 중량%의 양으로 존재할 수 있으며, 물은 약 10 중량% 내지 약 20 중량%, 약 10 중량% 내지 약 18 중량%, 또는 약 12 중량% 내지 약 16 중량%의 양으로 존재할 수 있고, 니코틴은 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%, 약 0.5 중량% 내지 약 4 중량%, 또는 약 1 중량% 내지 약 3 중량%의 양으로 존재할 수 있으며, 향미료는 약 5 중량% 이하, 약 3 중량% 이하, 또는 약 1 중량% 이하의 양으로 존재할 수 있고, 모든 양은 에어로졸 전구체의 총 중량에 기초한 것이다. 에어로졸 전구체의 한 가지 구체적인 비제한적 예는 약 75 중량% 내지 약 80 중량%의 글리세롤, 약 13 중량% 내지 약 15 중량%의 물, 약 4 중량% 내지 약 6 중량%의 프로필렌 글리콜, 약 2 중량% 내지 약 3 중량%의 니코틴, 및 약 0.1 중량% 내지 약 0.5 중량%의 향미료를 포함한다. 니코틴은 예를 들어 니코틴 함량이 높은 담배 추출물일 수 있다.
흡연 물품 내에 사용되는 에어로졸 전구체 조성물의 양은, 물품이 허용 가능한 관능적 및 감각자극적 특성과 바람직한 성능 특성을 나타내게 하는 양이다. 예를 들어, 많은 점에서 담배 연기의 모습과 흡사한 가시적 메인스트림 에어로졸을 발생시키기 위해 글리세린 및/또는 프로필렌 글리콜과 같은 충분한 에어로졸 전구체 조성물 성분들이 사용되는 것이 매우 바람직하다. 통상적으로, 흡연 물품에 포함되는 에어로졸-발생 재료의 양은 약 1.5 g 이하, 약 1 g 이하, 또는 약 0.5 g 이하의 범위에 있다. 에어로졸 전구체 조성물의 양은 흡연 물품에 사용되는 카트리지당 요구되는 퍼프 횟수와 같은 인자에 종속될 수 있다. 에어로졸-발생 조성물은 상당한 정도의 허용될 수 없는 떨어지는 맛, 박막성 마우쓰-느낌, 또는 담배 절단 충전재를 연소시킴으로써 메인스트림 연기를 발생시키는 전통적인 형태의 담배의 관능 경험과 크게 다른 전체 관능 경험을 도입하지 않는 것이 바람직하다. 특정 에어로졸-발생 재료 및 저장조 재료의 선택, 이들 성분의 사용되는 양, 및 사용되는 담배 재료의 형태는 흡연 물품에 의해 생성되는 메인스트림 에어로졸의 전체 화학 조성을 제어하기 위해 변경될 수 있다.
유익하게, 마이크로히터는 에어로졸 전구체 조성물과 밀착하여 또는 밀접하게 접촉하여 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 마이크로히터는 에어로졸 전구체 조성물이 에어로졸화를 위해 마이크로히터에 송달될 수 있도록 물품 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 전구체 조성물(또는 그 성분)은, 심지 또는 기타 다공성 재료를 통한 모세관 작용을 거쳐서 또는 밸브 제어를 포함할 수 있는 능동 또는 수동 유동에 의해서 등에 의해 조성물이 하나 이상의 저장조로부터 마이크로히터로 유동할 수 있도록 액체 형태로 제공될 수 있다. 따라서, 에어로졸 전구체 조성물은, 조기 에어로졸화를 방지하기 위해 마이크로히터로부터 충분히 멀리 배치되지만 소정 양의 에어로졸 전구체 조성물이 에어로졸화를 위해 마이크로히터로 운송되는 것을 촉진하도록 마이크로히터에 충분히 근접하여 배치되는 하나 이상의 저장조 내에 액체 형태로 제공될 수 있다. 대안적으로, 에어로졸 전구체 조성물은, 가열 시에 에어로졸 전구체 조성물이 기판으로부터 방출되도록 마이크로히터와 직접 접촉할 수 있는 기판 내에 적어도 부분적으로 포화될 수 있다. 또한, 에어로졸 전구체 조성물은 거품, 겔 또는 고체 형태일 수 있다. 에어로졸 전구체 조성물의 물리적 상태는 대기 조건(예를 들면 온도 및 압력)에서의 재료 상태일 수 있다. 이러한 실시예는 특히 정해진 횟수의 퍼프를 제공하기 위해 정확한 분량의 에어로졸 전구체 재료가 마이크로히터와 접촉 상태로 제공될 수 있게 할 수 있다. 이러한 실시예는 본 명세서에서 다른 점에서 더 자세히 논의된다.
본 발명의 물품에 의해 방출되는 에어로졸의 양은 달라질 수 있다. 바람직하게, 물품은 충분한 양의 에어로졸 전구체 조성물을 갖고, 충분한 양의 임의의 추가 흡입 가능한 물질을 가지며, 사용 과정에 걸쳐서 소정 함량의 에어로졸화 재료를 방출하기 위해 충분한 기간 동안 충분한 온도로 기능하도록 구성된다. 내용물은 물품으로부터 단일 흡입으로 제공될 수 있거나, 비교적 짧은 기간(예를 들면, 30분 미만, 20분 미만, 15분 미만, 10분 미만 또는 5분 미만)에 걸쳐서 물품으로부터 다수의 퍼프를 통해서 제공되도록 분할될 수 있다. 예를 들어, 물품은 물품에 대한 퍼프 마다 니코틴을 약 0.01 ㎎ 내지 약 0.5 ㎎, 약 0.05 ㎎ 내지 약 0.3 ㎎, 또는 약 0.1 ㎎ 내지 약 0.2 ㎎의 양으로 제공할 수 있다. 계산을 위해서, 약 2 초의 평균 퍼프 시간은 약 5 ㎖ 내지 약 100 ㎖, 약 15 ㎖ 내지 약 70 ㎖, 약 20 ㎖ 내지 약 60 ㎖, 또는 약 25 ㎖ 내지 약 50 ㎖의 퍼프 체적을 송달할 수 있다. 이러한 총 퍼프 체적은 특정 실시예에서 전술한 WTPM 내용물을 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 흡연 물품은 송달될 에어로졸 또는 기타 흡입 가능한 물질의 총량을 퍼프당 송달될 양으로 나눔으로써 계산될 수 있는 임의의 퍼프 횟수를 제공하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 저장조는 소정 퍼프 횟수 및/또는 송달될 재료의 소정 총량을 달성하기 위해 적절한 양의 에어로졸 전구체 또는 기타 흡입 가능한 물질로 채워질 수 있다.
추가 실시예에서, 가열은 발생될 에어로졸의 양과 관련하여 특징지어질 수 있다. 구체적으로, 물품은 정해진 체적(예를 들면, 약 5 ㎖ 내지 약 100 ㎖, 또는 본 명세서에 달리 기재된 것과 같은, 흡연 물품에 유용하다고 평가되는 임의의 다른 체적)의 에어로졸을 발생하는데 필요한 가열 정도를 제공하도록 구성될 수 있다. 특정 실시예에서, 발생되는 열의 양은 약 290 ℃의 히터 온도에서 약 35 ㎖의 에어로졸을 제공하는 2 초 내지 4 초 퍼프와 관련하여 측정될 수 있다. 일부 실시예에서, 물품은 바람직하게 약 1 J/s(초당 주울 열) 내지 약 50 J/s, 약 2 J/s 내지 약 40 J/s, 약 3 J/s 내지 약 35 J/s, 또는 약 5 J/s 내지 약 30 J/s를 제공할 수 있다.
열을 생성하고 이어서 에어로졸 전구체 조성물 및 그 각종 성분을 에어로졸화하기 위해 전기 에너지가 마이크로히터에 제공될 수 있도록 마이크로히터는 흡연 물품의 전원과 전기 접속되는 것이 바람직하다. 이러한 전기 접속은 영구적일 수 있거나(예를 들면, 배선 접속됨) 또는 제거될 수 있다(예를 들면, 전원을 구비하는 제어 보디에 착탈될 수 있는 카트리지 내에 마이크로히터가 제공됨).
히터, 배터리, 캐패시터, 스위칭 부품, 저장조, 디스펜서, 에어로졸 전구체 등과 같은 본 발명에 따른 흡연 물품에 사용하기 위한 다양한 재료를 앞서 설명했지만, 본 발명은 단지 예시된 실시예로 한정되는 것으로 간주되지 않아야 한다. 통상의 기술자는 본 발명의 임의의 특정 부품과 교환될 수 있는 본 기술 분야의 유사 부품을 본 명세서에 기초하여 인지할 수 있다. 예를 들어, Sprinkel 2세의 US 제5,261,424호는 파워물기와 연관된 사용자 입술 활동을 검출하고 이후 가열을 촉발하기 위해 장치의 마우쓰-단부와 연관될 수 있는 압전 센서를 개시하고; McCafferty 등의 US 제5,372,148호는 마우쓰피스를 통한 압력 강하에 반응하여 가열 로드 어레이로의 에너지 흐름을 제어하기 위한 퍼프 센서를 개시하며; Harris 등의 US 제5,967,148호는 흡연 장치 내의 리셉터클로서, 삽입된 부품의 적외선 투과율의 불균일성을 검출하는 식별자(identifier) 및 상기 부품이 리셉터클 내에 삽입됨에 따라 검출 루틴을 실행하는 컨트롤러를 구비하는 리셉터클을 개시하고; Fleischhauer 등의 US 제6,040,560호는 다중 차등 위상을 갖는 정해진 실행가능한 전력 사이클을 기재하며; Watkins 등의 US 제5,934,289호는 광자-광전자 부품을 개시하고; Counts 등의 US 제5,954,979호는 흡연 장치를 통한 피워물기 저항을 변경하기 위한 수단을 개시하며; Blake 등의 US 제6,803,545호는 흡연 장치에 사용하기 위한 특정 배터리 구조를 개시하고; Griffen 등의 US 제7,293,565호는 흡연 장치에 사용하기 위한 다양한 충전 시스템을 개시하며; Fernando 등에 의한 US 제2009/0320863호는 충전을 촉진하고 장치의 컴퓨터 제어를 가능하게 하기 위한 흡연 장치용 컴퓨터 인터페이스 수단을 개시하며; Fernando 등에 의한 US 제2010/0163063호는 흡연 장치용 식별 시스템을 개시하고; Flick에 의한 WO 제2010/003480호는 에어로졸 발생 시스템 내의 퍼프를 나타내는 유체 유동 감지 시스템을 개시하며; 상기 문헌은 모두 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 원용된다. 전자 에어로졸 송달 물품에 관련되는 부품 및 본 발명의 물품에 사용될 수 있는 개시 재료 또는 부품의 추가 예로는 Gerth 등의 미국 특허 제4,735,217호; Morgan 등의 미국 특허 제5,249,586호; Higgins 등의 미국 특허 제5,666,977호; Adams 등의 미국 특허 제6,053,176호; White의 US 제6,164,287호; Voges의 미국 특허 제6,196,218호; Felter 등의 미국 특허 제6,810,883호; Nichols의 미국 특허 제6,854,461호; Hon의 미국 특허 제7,832,410호; Kobayashi의 미국 특허 제7,513,253호; Hamano의 미국 특허 제7,896,006호; Shayan의 미국 특허 제6,772,756호; Hon의 미국 특허 공개 제2009/0095311호, 제2006/0196518호, 제2009/0126745호 및 제2009/0188490호; Thorens 등의 미국 특허 공개 제2009/0272379호; Monsees 등의 미국 특허 공개 제2009/0260641호 및 제2009/0260642호; Oglesby 등의 미국 특허 공개 제2008/0149118호 및 제2010/0024834호; Wang의 미국 특허 공개 제2010/0307518호; 및 Hon의 WO 제2010/091593호가 포함된다. 상기 문헌에 개시된 다양한 재료는 다양한 실시예에서 본 장치에 포함될 수 있으며, 상기 문헌은 모두 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 원용된다.
본 발명에 따른 물품은 이하에서 상세히 논의되는 다양한 실시예를 취할 수 있지만, 소비자에 의한 물품 사용은 범위가 유사할 것이다. 특히, 물품은 단일 유닛으로서 또는 소비자에 의해 사용을 위해 조합되고 이후 소비자에 의해 분해되는 복수의 성분으로서 제공될 수 있다. 일반적으로, 본 발명에 따른 흡연 물품은 제 2 유닛과 함께 결합 및 결합해제될 수 있는 제 1 유닛을 포함할 수 있으며, 상기 제 1 유닛은 저항 가열 요소를 포함하고, 상기 제 2 유닛은 전기 전원을 포함한다. 일부 실시예에서, 제 2 유닛은 전기 전원으로부터의 전류 흐름을 조작 또는 조절하는 하나 이상의 제어 부품을 추가로 포함할 수 있다. 제 1 유닛은 제 2 유닛과 결합하는 원위 단부 및 마우쓰피스(또는 간단히 마우쓰단부)를 구비하는 대향 근위 단부를 포함할 수 있으며, 그 근위 단부에는 개구가 구비된다. 제 1 유닛은 제 1 유닛의 마우쓰피스 내로 개방되는 공기 유로를 포함할 수 있으며, 공기 유로는 저항 가열 요소로부터 형성된 에어로졸을 마우쓰피스 내로 통과시킬 수 있다. 바람직한 실시예에서, 제 1 유닛은 일회용일 수 있다. 마찬가지로, 제 2 유닛은 재사용될 수 있다.
본 발명에 따른 흡연 물품은 연결 단부 및 대향 폐쇄 단부를 갖는 거의 원통 형상의 재사용 가능한 제어 보디를 가질 수 있다. 제어 하우징의 폐쇄 단부는 물품의 능동적 사용의 하나 이상의 인디케이터를 구비할 수 있다. 물품은 제어 보디의 연결 단부와 결합하는 연결 단부 및 대향 마우쓰단부를 갖는 카트리지를 포함할 수 있다. 사용 시에, 소비자는 카트리지의 연결 단부를 제어 보디의 연결 단부에 연결할 수 있거나, 그렇지 않으면 물품이 본 명세서에 기재되듯이 작동 가능하도록 카트리지를 제어 보디와 조합할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 보디 및 카트리지의 연결 단부는 나사형 결합을 위해 나사가공될 수 있다. 다른 실시예에서, 연결 단부는 압입 결합을 가질 수 있다.
사용 중에, 소비자는 저항 가열 요소의 가열을 개시하며, 저항 가열 요소에 의해 생성된 열은 에어로졸 전구체 조성물을 에어로졸화하고, 경우에 따라서는 흡입 가능한 물질을 에어로졸화한다. 이러한 가열은 에어로졸 전구체 조성물의 적어도 일부를 에어로졸(그것에 포함되는 임의의 추가적인 흡입 가능한 물질을 포함할 수 있음) 형태로 방출하며, 이러한 에어로졸은 카트리지의 마우쓰단부와 유체 연통하는 카트리지 내부의 공간 내에 제공된다. 소비자가 카트리지의 마우쓰단부를 흡입하면, 카트리지를 통해서 공기가 흡인되고, 흡인된 공기와 에어로졸의 조합체는, 흡인된 재료가 카트리지의 마우쓰단부를 빠져나가 소비자의 입안에 들어감에 따라 소비자에 의해 흡입된다. 가열을 개시하기 위해, 소비자는 푸시버튼, 정전용량식 센서, 또는 저항 가열 요소가 배터리 또는 기타 에너지원(캐패시터 등)으로부터 전기 에너지를 수용하게 하는 유사한 부품을 작동시킬 수 있다. 전기 에너지는 예정된 기간 동안 공급될 수 있거나, 수동 제어될 수 있다. 바람직하게, 전기 에너지의 흐름은 (대기 온도보다 큰 기준 온도, 예를 들면 능동 가열 온도로의 급속 가열을 촉진하는 온도를 유지하기 위해서 진행될 수도 있지만) 물품에 대한 퍼프 사이에는 거의 진행하지 않는다. 추가 실시예에서, 가열은 본 명세서에 달리 기재되어 있는 다양한 센서의 사용을 통해서 소비자의 퍼핑 작용에 의해 개시될 수도 있다. 퍼프가 단절되면, 가열이 중지되거나 감소될 것이다. 소비자가 흡입 가능한 물질의 충분한 양(예를 들면, 통상적인 흡연 경험과 동등해지기에 충분한 양)을 방출하기 위해 충분한 횟수의 퍼프를 취했을 때, 카트리지는 제어 하우징으로부터 제거되어 폐기될 수 있다. 카트리지가 소모되었다는(즉, 에어로졸 전구체 조성물이 소비자에 의해 거의 제거되었다는) 표시가 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 단일 카트리지는 단일 흡연 경험보다 더 많은 것을 제공할 수 있으며 따라서 종래 궐련의 전체 꾸러미(full pack)를 최대한 또는 그 이상 모방하기 위해 충분한 함량의 에어로졸 전구체 조성물을 제공할 수 있다.
물품 사용에 대한 상기 설명은 본 명세서에 제공되는 추가 설명을 감안할 때 통상의 기술자에게 자명할 수 있는 일부 수정을 통해서 기재되는 다양한 실시예에 적용될 수 있다. 그러나, 상기 사용 설명은 본 발명의 물품의 사용을 제한하도록 의도되지 않으며, 본 발명의 모든 필수 요건과 부합하도록 제공된다.
이제 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 흡연 물품(10)은 일반적으로 쉘(15) 및 상기 쉘 내에 제공되는 복수의 부품을 포함할 수 있다. 상기 물품은 마우쓰단부(11)(즉, 소비자가 물품으로부터 에어로졸을 흡입하기 위해 피워물 수 있는 단부) 및 원위 단부(12)를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. 도시된 물품은 단일의 일체형 장치로서 제공된다(그러나, 라인 A는 선택적 경계를 나타내며 따라서 장치는 접착 등에 의해 착탈 가능하게 또는 영구적으로 함께 접합되는 두 개의 개별 부품일 수 있음). 본 명세서의 추가 설명으로부터 자명하듯이, 물품의 추가 실시예는 각각 물품의 개별 부품을 수용하는 두 개 이상의 착탈식 유닛으로 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 도 2의 실시예에 도시된 각종 부품은 다중 유닛으로 형성된 실시예를 포함하는 다른 실시예에 존재할 수 있다.
물품(10)은 실질적으로 봉-형상이거나 실질적으로 튜브 형상이거나 실질적으로 원통 형상으로 한정될 수 있는 전체 형상을 가질 수 있다. 도 2에 도시하듯이, 물품은 실질적으로 라운드형 단면을 갖지만, 다른 단면 형상(예를 들면, 타원형, 사각형, 삼각형 등)도 본 발명에 포함된다. 물품의 물리적 형상을 서술하는 이러한 언어는 또한, 제어 보디 및 카트리지와 같은 다중 유닛을 포함하는 실시예에서 물품의 개별 유닛에 적용될 수도 있다.
흡연 물품(10)의 쉘(15)은 튜브 형상과 같은 적절한 구조를 형성 및 유지하고 그 안에 물품의 적절한 부품을 유지하기에 적합한 임의의 재료로 형성될 수 있다. 쉘은 도 2에 도시하듯이 단일 벽으로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 쉘은, 그 구조적 완전성을 유지하기 위해 내열성이고, 예를 들어 본 명세서에서 추가로 논의하듯이 적어도 저항 가열 요소에 의해 제공되는 가열 온도인 온도에서 분해되지 않는 재료(천연 또는 합성)로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서는, 내열 폴리머 또는 금속(예를 들면, 스테인레스 스틸 튜브)이 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 쉘은 실질적으로 빨대-형상인 종이와 같은 종이로 형성될 수 있다. 종이 튜브와 같은 쉘은 증기의 관통을 거의 방지하도록 기능하는 그와 연관된 하나 이상의 층을 가질 수 있다. 일 예에서, 쉘의 일 표면에는 알루미늄 포일 층이 적층될 수 있다. 세라믹 재료도 사용될 수 있다.
추가 실시예에서, 본 발명에 따른 흡연 물품은 특정 기능을 제공할 수 있는 다양한 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 쉘(15)은 물품의 마우쓰단부와 같은 그 적어도 일 부분에 상포(overwrap)를 구비할 수 있으며, 이러한 상포는 또한 다수의 층으로 형성될 수 있다. 상포는 예를 들어 궐련의 통상적인 포장지(wrapping paper)일 수 있다. 상포는 특히 종래의 궐련의 필터 요소에 통상적으로 사용되는 셀룰로스 아세테이트와 같은 재료를 포함할 수 있으며, 따라서 소비자의 입 안에 보통 궐련의 감각을 제공하도록 기능할 수 있다. 본 발명의 상포에 사용될 수 있는 포장 재료, 포장 재료 성분, 및 처리된 포장 재료의 예시적인 형태는 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 원용되는 White 등의 미국 특허 제5,105,838호; Arzonico 등의 미국 특허 제5,271,419호; Gentry의 미국 특허 제5,220,930호; Woodhead 등의 미국 특허 제6,908,874호; Ashcraft 등의 미국 특허 제6,929,013호; Hancock 등의 미국 특허 제7,195,019호; Holmes의 미국 특허 제7,276,120호; Hancock 등의 미국 특허 제7,275,548호; Fournier 등의 PCT WO 제01/08514호; 및 Hajaligol 등의 PCT WO 제03/043450호에 기재되어 있다. 대표적인 포장 재료는 Schweitzer-Maudit International로부터 R. J. Reynolds Tobacco Company Grades 119, 170, 419, 453, 454, 456, 465, 466, 490, 525, 535, 557, 652, 664, 672, 676 및 680으로서 시판되고 있다.
(상포가 존재하거나 부재하는 상태에서) 물품을 둘러싸기 위해 비다공성 궐련의 하나 이상의 층이 사용될 수 있다. 적절한 비다공성 궐련 종이의 예는 Kimberly-Clark Corp.로부터 KC-63-5, P878-5, P878-16-2 및 780-63-5로서 시판되고 있다. 상포(또는 상포가 없을 경우 쉘)는 탄성 페이퍼보드 재료, 포일-라이닝된 페이퍼보드, 금속, 폴리머 재료, 발포재, 나노파이버 직물 등을 포함할 수 있으며, 이 재료는 궐련 종이 랩에 의해 둘러싸일 수 있다. 물품은, 물품을 둘러싸고 경우에 따라서는 물품에 필터 재료를 부착하기 위해 사용될 수 있는 팁핑 페이퍼(tipping paper)를 구비할 수 있다.
도 2의 실시예에서 알 수 있듯이, 흡연 물품(10)은 전자 제어 부품(20), 유동 센서(30) 및 배터리(40)를 구비하며, 이들 부품은 물품 내에 다양한 순서로 배치될 수 있다. 명확히 도시되지 않았지만, 물품(10)은 추가 부품들에 배터리(40)로부터 전력을 제공하기 위해 그리고 물품에 의해 제공되는 필수 기능의 적절한 작동을 위해서 부품들을 상호연결하기 위해 필요에 따라 배선을 구비할 수 있음을 알 수 있다. 물품(10)은 본 명세서에 기재되는 마이크로히터(50)를 추가로 구비한다. 마이크로히터는 마이크로히터를 통해서 흐르는 전류에 의한 폐쇄 전기 회로의 형성을 촉진하기 위해 적절한 배선을 통해서 배터리(40)에 전기적으로 연결될 수 있다. 물품 내의 필수 전기 접속을 제공하기 위해 추가 배선(도시되지 않음)이 구비될 수 있다. 특정 실시예에서, 물품(10)은, 마이크로히터(50)를 앞서 이미 설명한 것과 같은 펄스폭 변조를 포함하는 하나 이상의 정해진 알고리즘에 따라 여기시키기 위해 제어 부품(20)이 배터리(40)로부터의 전력을 송달, 제어 또는 변조하도록 전기 회로와 유선 연결될 수 있다. 이러한 전기 회로는 특히 물품(10)이 소비자가 사용할 때만 작동하도록 유동 센서(30)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 소비자가 물품(10)에 대해 퍼프를 실시하면, 유동 센서가 퍼프를 검출하고, 이후 제어 부품(20)이 작동하여 물품에 전력을 공급하며 그로 인해 마이크로히터(50)가 열을 생성하고 따라서 소비자가 흡입하기 위한 에어로졸을 제공한다. 제어 알고리즘은 마이크로히터(50)에 대한 전력이 순환하여 정해진 온도를 유지시킬 것을 요구할 수 있다. 따라서 제어 알고리즘은 소비자의 퍼프 없이 일정 시간이 지나면 물품(10)을 자동으로 비활성화시키고 물품을 통한 전력 유동을 단절시키도록 프로그래밍될 수 있다. 더욱이, 물품은 제어 부품에 피드백을 제공하기 위해 온도 센서를 구비할 수 있다. 이러한 센서는 예를 들어 마이크로히터(50)와 직접 접촉할 수 있다. 예를 들면 저항 가열 요소를 통한 저항을 평가하고 이러한 저항을 요소의 온도에 상관시키기 위한 논리 제어 부품에 따라서 다른 온도 감지 수단이 마찬가지로 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 유동 센서(30)는 본 명세서에 기재되는 정전용량식 감지와 같은 다른 감지 수단을 제공하기 위해 적절한 부품으로 교체될 수 있다. 본 명세서에서 이미 언급했듯이 다양한 센서 및 그 조합이 포함될 수 있다. 또한, 물품(10) 급전의 온오프, 흡입용 증기 또는 에어로졸을 발생시키기 위한 마이크로히터(50)의 턴온 등과 같은 다양한 기능을 끌어내기 위해 소비자에 의한 수동 조작이 가능하도록 하나 이상의 제어 버튼(16)이 구비될 수 있다.
또한, 물품은 쉘(15) 상에 배치되는 하나 이상의 상태 인디케이터(19)를 구비할 수 있다. 이러한 인디케이터는 전술했듯이 물품으로부터 취해지거나 남은 퍼프 횟수를 나타낼 수 있고, 활성 또는 비활성 상태를 나타낼 수 있으며, 퍼프에 반응하여 라이트를 켜는 등을 수행할 수 있다. 여섯 개의 인디케이터가 도시되어 있지만, 더 많거나 적은 개수의 인디케이터가 존재할 수 있으며, 인디케이터는 다양한 형상 및 배향을 가질 수 있고, 단순히 쉘 내의 개구(예를 들면 이러한 인디케이터가 존재할 때 사운드를 방출하기 위한)일 수 있다.
도 2의 실시예에 도시되어 있듯이, 용기로서 도시되어 있는 저장조(205)가 마이크로히터(50)에 근접하여 도시되어 있으며, 운송 요소(300)는 에어로졸 전구체 조성물이 에어로졸화를 위해 마이크로히터에 송달될 수 있도록 저장조(205)로부터 마이크로히터에 충분히 근접하여 연장된다. 형성된 에어로졸은 이후 사용자에 의해 흡연 물품(10)의 마우쓰단부(11)를 통해서 흡인된다. 마이크로히터의 가열에 의해 에어로졸화되는 에어로졸 전구체 조성물은 (예를 들면, 에어로졸 전구체 조성물이 운송 요소를 통해서 저장조로부터 마이크로히터로 심지이동(wicking)되거나 달리 유동함으로써) 지속적으로 보충될 수 있거나, 또는 필요에 따라 특정 분량의 에어로졸 전구체 조성물이 마이크로히터에 송달될 수 있다. 사이클은 에어로졸 전구체 조성물의 거의 전부가 에어로졸화될 때까지 계속된다.
도 2의 실시예에 도시되어 있듯이, 물품(10)의 마우쓰단부(11)는 그 안에 마이크로히터(50)와 저장조(205)가 배치되는 거의 개방된 공동이다. 이러한 개방 공동은 마이크로히터에서 형성된 에어로졸의 방출을 위한 체적을 제공한다. 물품은 또한, 공동으로부터 에어로졸이 철회될 수 있도록 마우쓰단부(11) 내에 마우쓰 개구(18)를 구비한다. 도 2에 명확히 도시되어 있지는 않지만, 물품은 그 구조적 완전성을 증가시키거나 및/또는 필요할 경우 필터링 용량을 제공하고 및/또는 흡인에 대한 저항을 제공하기 위해 그 마우쓰단부에 필터 재료(셀룰로스 아세테이트 또는 폴리프로필렌 등)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 물품은 17.5 cc/second의 공기 유동에서 약 50 ㎜ 내지 약 250 ㎜ 수주 압력 강하의 압력 강하를 나타낼 수 있다. 추가 실시예에서, 압력 강하는 약 60 ㎜ 내지 약 180 ㎜ 또는 약 70 ㎜ 내지 약 150 ㎜일 수 있다. 압력 강하 수치는 Filtrona Instruments and Automation Ltd로부터 구입할 수 있는 Filtrona Filter Test Station (CTS Series) 또는 Cerulean Division of Molins, PLC로부터 구입할 수 있는 Quality Test Module(QTM)을 사용하여 측정될 수 있다. 물품을 통한 공기 유동을 촉진하기 위해, 공기 흡입구(17)가 제공될 수 있으며 이는 물품 내부로의 공기 유동을 가능하게 하는 쉘(15) 내의 개구를 실질적으로 포함할 수 있다. 복수의 공기 흡입구가 제공될 수 있으며, 이들 공기 흡입구는 공기 흡입구로부터의 공기가 형성된 에어로졸과 섞일 수 있고 또한 형성된 에어로졸이 공동으로부터 물품의 마우쓰단부 내의 개구를 통해서 제거되는 것을 촉진할 수 있도록 물품의 마우쓰단부로부터 상류에 있는 임의의 위치에 배치될 수 있다.
다른 실시예에서, 저장조는 에어로졸 전구체 조성물을 보유하도록 구성된 기판일 수 있으며, 예를 들면 에어로졸 전구체 조성물에 의해 적어도 부분적으로 포화되는 재료의 층일 수 있다. 이러한 층은 에어로졸 전구체 조성물을 보유하는 능력을 제공하기 위해 흡수성, 흡착성 또는 다공성일 수 있다. 따라서, 에어로졸 전구체 조성물은 캐리어 재료(또는 기판) 상에 코팅되거나 캐리어 재료에 의해 흡착되거나 캐리어 재료 내에 흡수되는 것을 특징으로 할 수 있으며, 이것은 역시 하나 이상의 마이크로히터를 받칠 수 있는 기판 재료의 전부 또는 일부를 형성할 수 있다. 캐리어 재료는 하나 이상의 마이크로히터(즉, 복수의 마이크로히터)와 실질적으로 접촉하도록 물품 내에 배치될 수 있다.
도 2에 도시하듯이, 저장조(205)는 에어로졸 전구체 조성물 또는 그 하나 이상의 성분이 저장되는 내부 체적을 규정하는 하나 이상의 벽으로 형성된 용기일 수 있다. 용기는 실질적으로 강성인 벽으로 형성될 수 있으며, 본 명세서에서 논의되는 능동 또는 수동 운송 방법에 의해 그로부터 에어로졸 전구체 조성물의 운송이 진행될 수 있다. 대안적으로, 용기는 그로부터 에어로졸 전구체 조성물의 운송을 촉진하기 위해 용기가 압축될 수 있도록(즉, 블래더 저장조) 실질적으로 유연한 재료로 형성될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 물품은 궐련 또는 여송연 형상에 비견되는 크기를 취할 수 있다. 따라서, 물품은 약 5 ㎜ 내지 약 25 ㎜, 약 5 ㎜ 내지 약 20 ㎜, 약 6 ㎜ 내지 약 15 ㎜, 또는 약 6 ㎜ 내지 약 10 ㎜의 직경을 가질 수 있다. 이러한 치수는 특히 쉘의 외경에 일치할 수 있다.
도 2에 도시된 실시예에서의 흡연 물품(10)은 일회용 물품인 것을 특징으로 할 수 있다. 따라서, 이러한 실시예에서 에어로졸 전구체 조성물을 수용하는 저장조는 소비자가 물품을 일회 이상 사용할 수 있도록 충분한 양의 에어로졸 전구체 조성물을 구비하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 물품은 복수의 보통 궐련, 예를 들면 2개 이상, 5개 이상, 10개 이상, 또는 20개 이상의 보통 궐련으로부터 얻을 수 있는 (약 2 초 내지 4 초 기간의) 퍼프 횟수와 거의 동등한 퍼프 횟수를 제공할 수 있도록 충분한 에어로졸화 가능하고 및/또는 흡입 가능한 물질을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 2의 실시예에 따른 일회용 단일 유닛은 약 20회 이상, 약 50회 이상, 또는 약 100회 이상의 퍼프를 제공할 수 있으며, 단일 퍼프는 본 명세서에서 이미 설명한 바와 같이 측정된다.
일부 실시예에서, 본 명세서에 기재된 물품은 상호 부착 및 탈착될 수 있는 두 개의 유닛을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3은 제어 보디(80)와 카트리지(90)로 형성되는 일 실시예에 따른 흡연 물품(10)을 도시한다. 특정 실시예에서, 제어 보디는 재사용 가능한 것으로 지칭될 수 있으며, 카트리지는 일회용인 것으로 지칭될 수 있다. 일부 실시예에서, 전체 물품은 제어 보디가 제한된 개수의 카트리지와 더불어 (예를 들어, 배터리 전력 부품이 더 이상 충분한 전력을 물품에 제공하지 않을 때까지) 제한된 사용 횟수 용으로만 구성될 수 있고 이후 제어 보디를 구비하는 전체 물품(10)이 폐기될 수 있다는 점에서 일회용으로 특징지어질 수 있다. 다른 실시예에서, 제어 보디는 교체형 배터리를 가질 수 있으며 따라서 제어 보디는 복수의 배터리 교환을 통해서 및 다수의 카트리지에 의해서 재사용될 수 있다. 물품(10)은 재충전될 수 있으며, 따라서 통상의 전기 콘센트에 대한 연결, 자동차 충전기(즉, 시가 잭)에 대한 연결, 및 USB 케이블 등을 통한 컴퓨터 연결을 포함하는 재충전 기술의 임의의 형태와 조합될 수 있다.
제어 보디(80)와 카트리지(90)는 구체적으로, 상호 결합하여 상호연결된 기능 장치를 형성하도록 구성된다. 도 3에 도시하듯이, 제어 보디(80)는 제어 보디에 대해 감소된 직경을 갖는 돌출부(82)를 구비하는 근위 부착 단부(13)를 구비한다. 카트리지는 흡연 물품(10)을 기능적인 재사용 가능한 형태로 제공하기 위해 제어 보디(80)의 근위 결합 단부와 결합하는 원위 부착 단부(14)를 구비한다. 도 3에서, 제어 보디 돌출부(82)는 카트리지(90)가 카트리지의 원위 부착 단부에 있는 대응 나삿니(도 3에는 안보임)를 거쳐서 제어 보디(80) 상에 나사결합될 수 있게 하는 나삿니를 구비한다. 따라서, 카트리지(90)의 원위 부착 단부는 제어 보디 돌출부(82)를 수용하기 위한 개방 공동을 구비할 수 있다. 도 3에는 나사 결합이 도시되어 있지만, 압입 결합, 자기 결합 등과 같은 추가 결합 수단이 포함됨을 알아야 한다.
물품 내의 마이크로히터 위치결정은 변경될 수 있다. 특정 실시예에서는, 흡연 물품에 영구적으로 통합될 수 있거나 흡연 물품으로부터 제거될 수 있는 기판에 하나 이상의 마이크로히터가 부착될 수 있다. 이러한 실시예의 예가 도 4 및 도 5에 도시되어 있다. 먼저 도 4를 참조하면, 복수의 마이크로히터(50)가 부착된 기판(600)이 도시되어 있다. 마이크로히터는 기판의 표면에 부착되거나, 기판 내에 매립되거나, 기판 내에(예를 들면, 후술하듯이 기판 내에 형성되는 웰(well) 또는 기타 요입부 내에) 요입되는 것을 특징으로 할 수 있다. 기판은 흡연 물품에 사용하기에 적합한 임의의 재료로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 전기 절연 재료를 포함할 수 있다. 기판 재료는 폴리머 재료, 특히 내열 폴리머, 종이, 카드보드, 세라믹 등을 포함할 수 있지만 이것에 한정되지 않는다. 도시된 실시예에서는 다섯 개의 마이크로히터가 도시되어 있지만, 마이크로히터의 비교적 작은 크기를 감안할 때 단일 기판 상에 더 많거나 적은 개수의 마이크로히터가 사용될 수 있음을 알아야 한다. 더욱이, 복수의 기판이 사용될 수 있으며, 각각의 기판 상에는 하나 이상의 마이크로히터가 구비된다. 명확히 도시되지는 않지만, 기판(들)은 마이크로히터를 전기 전원으로 급전시키는데 필요한 전기 접속을 형성하기에 유용한 임의의 전기 배선을 구비할 수 있음을 알아야 한다. 마찬가지로, 기판은 물품의 플러그 또는 기타 전기 부품과 전기 접속을 형성하기에 유용한 전기 접점을 구비할 수 있다. 예를 들어, 각각의 개별 마이크로히터는 기판 상의 공통 전기 접점에 유선 연결될 수 있다.
에어로졸 전구체 조성물(또는 그 하나 이상의 부품)은 기판(600) 내에 또는 상에 존재하는 저장조에 저장될 수 있다. 예를 들어, 기판의 둘레는 에어로졸 전구체 조성물의 하나 이상의 성분을 그 안에 저장하기에 유용한 하나 이상의 용기, 다공성 재료 등을 포함할 수 있으며, 에어로졸 전구체 조성물을 저장조로부터 마이크로히터로 운송하기 위해 하나 이상의 운송 요소가 존재할 수 있다. 마이크로히터(들), 저장조(들) 및 운송 요소(들)는 단일 기판 상에 또는 동일 기판 상에 내장되는 것을 특징으로 할 수 있다. 다른 실시예에서는, 운송 요소가 없을 수 있다.
보다 구체적으로, 도 5는 A-A 라인을 따라서 도 4의 기판의 단면을 볼 때의 본 발명의 장치의 일 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 마이크로히터(50)는 기판(600) 내에 이격 요입된다. 따라서, 기판은 하나 이상의 히터 웰(610)을 포함하는 것으로 기술될 수 있다. 개별 마이크로히터가 이후 히터 웰 내에 배치되며, 나머지 웰 체적의 전부 또는 일부가 에어로졸 전구체 조성물(700)(또는 그 성분)로 충전될 수 있다. 웰의 깊이는 사용될 에어로졸 전구체 재료의 체적에 따라 달라질 수 있다. 이러한 실시예에서, 에어로졸 전구체 조성물은, 에어로졸 전구체 조성물이 히터 웰(610)로부터 크게 전위(dislocate)되지 않게 하는 형태로, 예를 들면 겔 또는 거품 또는 기타 고체 또는 반고체 재료의 형태로 유익하게 제공될 수 있다. 겔(또는 다른 형태로 에어로졸 전구체)은 마이크로히터 상에 코팅될 수 있다. 따라서, 마이크로히터는 에어로졸 전구체 조성물과 실질적으로 접촉하도록 흡연 물품 내에 작동적으로 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다. 이러한 설명은 본 명세서에서 설명되는 에어로졸 전구체 조성물과 마이크로히터의 추가 정렬에 적용될 수 있다.
도 5에 도시하듯이, 그 안에 마이크로히터와 에어로졸 전구체 재료가 배치되는 히터 웰은 기판의 한 쪽에만 존재한다. 다른 실시예에서, 웰은 기판의 양쪽에 존재할 수 있다. 또한, 3-변(예를 들면 삼각형 단면을 갖는), 4-변(예를 들면, 정방형, 장방형, 사다리꼴 또는 기타 유사한 단면을 갖는), 또는 다중-아암 단면(예를 들면, 3개의 아암, 4개의 아암 또는 그 이상)을 갖는 것과 같은 다른 기판 구성이 포함된다. 이러한 구성은 단일 기판 상에 비교적 많은 개수의 마이크로히터를 제공하기에 충분한 표면적을 제공할 수 있다. 예를 들어, 4 아암 단면(예를 들면, 십자 형상)을 갖는 기판에서는, 마이크로히터의 배치를 위해 여덟 개 이하의 표면이 이용 가능하게 된다. 다른 실시예에서, 기판은 원통 형태일 수 있으며, 마이크로히터는 원통형 기판의 내표면과 외표면의 하나 또는 양자에 원주방향으로 분포될 수 있다.
비교적 많은 개수의 마이크로히터를 제공하는 것은 에어로졸 전구체 조성물의 두 개 이상의 성분을 따로따로 가열할 필요가 있을 때 특히 유익할 수 있다. 구체적으로, 도 5를 참조하면, 하나의 히터 웰(610)은 전구체 조성물의 하나의 성분(예를 들면, 폴리올)을 구비할 수 있고, 별도의 히터 웰은 향미료 또는 약물과 같은 다른 성분을 구비할 수 있다. 장치는 이후 에어로졸 전구체 조성물의 상이한 성분들에 대응하는 마이크로히터를 상이한 알고리즘에 따라 작동시키도록 구성된 제어기를 구비할 수 있다. 예를 들어, 상이한 마이크로히터는 상이한 온도로 가열할 수 있거나, 상이한 기간 동안 가열할 수 있거나, 또는 특정 시퀀스로 가열할 수 있다. 또한, 특정 마이크로히터는 장치의 작동에 반응하여(예를 들어, 장치에 대한 피워물기를 나타내는 압력 센서가 작동하면) 제어 부품에 의해 자동으로 작동될 수 있으며, 다른 마이크로히터는 (예를 들어, 푸시-버튼에 의해) 수동으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 마이크로히터는 특정 향미료(예를 들면, 멘톨)를 가열하도록 구성될 수 있으며, 장치의 사용자는 필요할 때만 향미료를 송달하도록 수동 제어를 사용할 수 있다. 이상으로부터 알 수 있듯이, 다중 마이크로히터의 사용은 장치의 가열 프로파일의 다양한 고객맞춤화(customization) 및 장치에 대한 개별 퍼프 시에 송달되는 에어로졸 조성물의 고객맞춤화를 제공할 수 있다.
기판 내의 또는 기판 상의 마이크로히터의 또 다른 구조들이 본 발명에 의해 포함될 수 있다. 예를 들어, 복수의 마이크로히터가 히터 뱅크를 제공하기 위해 기판과 조합될 수 있다. 도 6의 실시예에 도시하듯이, 마이크로히터(50)의 뱅크는 기판 내에 제공될 수 있다. 이 실시예에서, 기판(600)은 제 1 층(603) 및 제 2 층(605)을 포함하며, 마이크로히터는 두 개의 층 사이에 샌드위치될 수 있다. 제 1 층과 제 2 층 중 하나는 에어로졸 전구체 조성물(또는 그 성분)용 저장조로서 기능할 수 있는 다공성 재료를 포함할 수 있으며, 전구체 조성물(또는 그 하나 이상의 성분)은 그 층의 거의 전체 영역에 걸쳐서 저장될 수 있거나 또는 하나 이상의 마이크로히터에 대응하는 하나 이상의 특정 영역에만 증착될 수 있다. 따라서, 개별 마이크로히터는 전체 에어로졸 전구체 조성물을 마이크로히터 근처의 영역에서 에어로졸화하도록 작동될 수 있다. 대안적으로, 개별 마이크로히터는 에어로졸 전구체 조성물의 특정 성분을 마이크로히터 근처의 영역에서 에어로졸화하도록 작동될 수 있다.
추가 실시예에서는, 에어로졸 전구체 조성물(또는 그 하나 이상의 성분)을 포함하는 기판이 제공될 수 있으며, 하나 이상의 마이크로히터가 본 명세서에 기재하듯이 장치에 일체로 제공될 수 있다. 보다 구체적으로, 마이크로히터는 본 명세서에서 논의하듯이 흡연 물품 내부에 배치될 수 있으며, 에어로졸 전구체 조성물을 포함하는 기판은 마이크로히터 뱅크 또는 단일 마이크로히터와 실질적으로 접촉하도록 물품 내에 배치될 수 있다. 기판은 필요할 경우 교체될 수 있으며, 따라서 마이크로히터 뱅크를 포함하는 물품은 간단하게 다 써버린 기판을 버리고 에어로졸 전구체 조성물이 그 위에 제공된 신규 기판을 물품 내에 삽입함으로써 재사용될 수 있다. 이러한 하나의 실시예가 도 7에 도시되어 있다.
도 7에 나타나 있듯이, 힌지형 도어(101)를 갖는 본질적으로 단일의 연속 보디(150)인 전자 흡연 물품(10)의 실시예가 도시되어 있다. 개방 위치에 있을 때, 도어는 일련의 마이크로히터(50)가 늘어서있는 에어로졸화 공동을 드러낸다. 도시된 실시예에서, 마이크로히터는 힌지형 도어(101)의 내표면 상에 및 물품 내부의 표면 상에 제공된다. 물품의 사용을 위해서, 에어로졸 전구체 조성물을 포함하는 기판(600)이 물품의 에어로졸화 공동 내에 배치된다. 이후 거의 평탄한 기판이 공동 내에 배치되며 힌지형 도어(101)는 기판(600)의 상면과 하면 각각이 일련의 마이크로히터와 실질적으로 접촉하도록 폐쇄된다. 물품 사용에 의해 에어로졸 전구체 조성물의 기판이 실질적으로 고갈된 후에, 힌지형 도어가 개방될 수 있으며, 기판은 제거될 수 있고 에어로졸 전구체 조성물을 포함하는 새로운 기판으로 교체될 수 있다. 다른 실시예에서, 마이크로히터는 힌지형 도어의 내부 상에만 배치되거나, 에어로졸화 공동의 내표면 상에만 배치될 수 있다. 일련의 마이크로히터는 기판을 본 명세서에서 이미 설명된 것과 같은 임의의 소망 알고리즘에 따라 가열하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 마이크로히터는 연속적으로 정렬되는 것을 특징으로 할 수 있다. 대안적으로, 마이크로히터는 하나 이상의 다른 공간적 정렬로 제공될 수 있다. 마이크로히터의 특정 정렬은 기판의 특정 부분을 특정 순서로 가열하거나 및/또는 기판의 두 개 이상의 상이한 부분을 동시에 가열하도록 미리 결정될 수 있다. 따라서, 개시된 장치 내의 복수의 마이크로히터의 조합은 히터 어레이인 것을 특징으로 할 수 있다.
도 7에서의 기판(600)은 거의 평탄한 장방형인 것으로 도시되어 있지만, 예를 들어 원통형과 같은 다른 형상이 고려된다. 다른 실시예에서, 기판은 사각형, 원형, 삼각형 등과 같은 정해진 단면을 갖는 실질적으로 세장형인 부재일 수 있으며, 기판의 치수는 기판이 단수 또는 복수의 마이크로히터와 실질적으로 접촉하기 위해 물품 내의 에어로졸화 공동 내에 끼워지도록 크기를 갖는 한 필요에 따라 달라질 수 있다. 더욱이, 에어로졸화 공동을 따라서 늘어서는 마이크로히터의 개수는 달라질 수 있다. 마찬가지로, 기판의 형상 및 치수가 변경되면, 물품 내의 에어로졸화 공동의 형상 및 치수가 그에 따라 달라질 수 있으며, 에어로졸화 공동은 형상 및 치수에 있어서 기판과 거의 동일할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 힌지형 도어(101)는 에어로졸화 공동에 대한 접근이 용이하도록 물품(10)을 따라서 어느 곳에나 배치될 수 있다. 예를 들어, 물품의 마우쓰단부(11)는, 기판(600)의 배치 및 제거를 위해 에어로졸화 공동에 대한 접근이 가능하도록 물품의 마우쓰단부의 전체 섹션이 힌지 개방되게 하는 힌지형 도어일 수 있다. 이러한 구조는 예를 들어 마이크로히터에 대한 사용자의 직접 접근을 제한할 수 있다.
특정 실시예에서, 에어로졸 전구체 조성물을 저장하기 위해 사용되는 저장조는 용기(예를 들면, 블래더)일 수 있으며, 물품은 용기로부터 정해진 분량의 에어로졸 전구체 조성물을 계량하도록 구성될 수 있다. 기계적 부품(예를 들면, 스프링과 같은 구동 기구 및 플런저)이 구비될 수 있으며, 이는 물품의 마이크로컨트롤러 또는 유사한 부품에 의해 전자식으로 제어될 수 있다. 마이크로-펌프 장치가 특히 사용될 수 있다. 관련 부품은 또한 저장조의 유체 충전 상태를 나타낼 수 있다. 마찬가지로, 에어로졸 전구체 조성물 또는 그 하나 이상의 성분을 마이크로히터로 전달하기 위해 수동 마이크로유체 장치가 사용될 수 있다. 이러한 장치는 별도 전원을 필수적으로 요구하지 않기 때문에 특히 유용할 수 있으며, 상기 장치에 의해 발휘되는 제어는 전달되는 유체로부터 인출되는 에너지에 적어도 부분적으로 기초할 수 있거나, 또는 표면 장력, 선택적 소수성/친수성 제어 등과 같은 표면 효과에 기초할 수 있다. 수동 마이크로유체 장치의 예는 예를 들어, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 원용되는 Springer Handbook of Nanotechnology, edited by Bharat Bhushan, section 19.3, 스마트 수동 마이크로유체 장치(Smart Passive Microfluidic Devices), November 29, 2006, p. 532-540에서 찾아볼 수 있다.
에어로졸 전구체 조성물을 수용하는 저장조는 하나 이상의 추가 부품을 거쳐서 본 명세서에 설명하듯이 마이크로히터와 유체 연통할 수 있다. 예를 들어, 용기는 용기로부터 마이크로히터 상으로의 액체 에어로졸 전구체 조성물 이동을 촉진하는 디스펜서와 접촉할 수 있다. 디스펜서는 적절한 치수의 튜브 또는 기타 운송 요소와 같은 적절한 통로를 거쳐서 용기에 연결될 수 있다. 필요할 경우, 하나 이상의 밸브가 구비될 수 있으며, (예를 들어, 물품의 마이크로컨트롤러 또는 유사한 부품에 의한 전자 제어를 통한) 밸브의 개방은 액체 에어로졸 전구체 조성물이 저장조로부터 또는 통로를 통해서, 또는 디스펜서로부터 마이크로히터 상으로 이동하는 것을 허용할 수 있다. 이러한 밸브 기구는 에어로졸 전구체 조성물을 용기로부터 능동적으로 변위시키는 다른 기계적 부품에 추가적으로 또는 이를 대신하여 존재할 수 있다.
디스펜서는 에어로졸 전구체 조성물을 별도 기판 상에 존재할 수 있는 마이크로히터 상으로 분배할 수 있다. 일부 실시예에서, 디스펜서는 마이크로히터 기판과 모놀리식이거나 마이크로히터 기판에 부착될 수 있으며, 디스펜서는 에어로졸 전구체 조성물을 그 에어로졸화를 위해서 및 형성된 에어로졸의 방출을 위해서 마이크로히터 근처에 유지하기 위한 각종 부품을 구비할 수 있다.
마이크로히터는 또한 무화 장치인 것을 효과적으로 특징으로 할 수 있는 층상 구조물의 부분으로서 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 8은 본 명세서에 기재되어 있듯이 마이크로히터 위에 배치되는 개방 공동을 형성하는 층상 구조물인 무화기(800)를 도시한다. 따라서, 마이크로히터는 무화기와 일체인 것을 특징으로 할 수 있다. 구체적으로, 무화기(800)는 도전층(520)이 그 위에 제공되는 지지층(510)을 포함한다. 도전층 위에는 보호층(540)이 배치되는 것으로 도시되어 있다. 보호층 위에는 무화 챔버 벽(820), 챔버 커버(830) 및 마이크로히터(특히 마이크로히터의 보호층)에 의해 규정되는 개방 체적인 무화 챔버(810)가 배치된다. 챔버 커버와 보호층은 도시의 용이함을 위해 부분적으로 투명한 것으로 도시되어 있지만, 불투명하거나 반투명한 재료가 사용될 수도 있다. 기화된 에어로졸 전구체 재료가 무화기로부터 이동하는 것을 허용하기 위해 무화 챔버 벽에는 복수의 개구(840)가 제공된다. 바람직하게, 상기 개구는 증기는 통과하지만 액체 에어로졸 전구체 조성물은 통과하지 못하도록 크기를 갖는다. 액체 통로(850)가 무화기를 저장조에 연결하고, 액체 통로는 액체 전구체 재료가 기화를 위해 챔버 내로 이동할 수 있도록 무화 챔버 내로 개방된다. 액체 통로는 약 250 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 300 ㎛ 내지 약 750 ㎛, 또는 약 400 ㎛ 내지 약 600 ㎛의 직경을 갖는 튜브일 수 있다. 본 명세서에서 논의하듯이, 액체의 통과는 능동적 또는 수동적 수단을 통해서 이루어질 수 있다. 수동적 수단이 사용될 때, 액체는 자유롭게 챔버 내로 이동할 수 있으며, 챔버에서 액체는 기화를 기다리지만 개구(840)를 통해서 빠져나가지 않는다. 히터가 작동되면, 액체가 기화되어 개구를 통해서 챔버를 빠져나가며, 챔버는 추가 액체 전구체 재료의 진입에 의해 재충전된다. 무화 챔버는 챔버 내에 한 번에 존재하는 액체의 거의 전부가 그로부터 제거되기 위해 완전히 기화되도록 크기를 갖는 것이 바람직하다. 필요할 경우, 무화 챔버로부터 형성된 증기가 액체 통로 내로 이동하는 것을 방지하기 위한 수단이 제공될 수 있다. 예를 들어, 무화 챔버 내로의 액체 통로의 개구에 볼 밸브(도시되지 않음)가 존재할 수 있다. 무화기의 층들은 공정(eutectic) 금속 결합 등에 의해 함께 접합될 수 있다.
도전층(520)으로부터 연장되는 단자(530)는 마이크로히터(구체적으로 도전성 재료)를 물품의 추가 전기 부품과 전기 접속시킨다. 챔버 벽과 챔버 커버는, 내열성이고 에어로졸 전구체 조성물과 화학적으로 반응하지 않는 임의의 적절한 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 챔버 벽은 실리콘으로 형성될 수 있고, 챔버 커버는 유리로 형성될 수 있지만; 지지층 및/또는 보호층으로 사용하기 위한 것과 같은 본 명세서에서 논의되는 기타 재료가 챔버 벽과 챔버 커버를 독립적으로 형성하기 위해 사용될 수 있다.
전술한 구조가 특히 유익할 수 있지만, 이것이 요구되지는 않으며, 오히려 상기 부품들이 다양한 방식으로 조합될 수 있다. 예를 들어, 무화기는 마이크로히터가 하나 이상의 벽으로 형성된 무화 챔버와 열적으로 연결되도록 형성될 수 있다. 챔버는 챔버 벽 내의 개구 등을 통해서 일정 분량의 에어로졸 전구체 조성물을 수용하도록 구성될 수 있다. 챔버(규정에 따라 커버를 포함)를 형성하는 벽 또는 복수의 벽은 증기 또는 에어로졸을 챔버로부터 퇴출시키도록 구성된 하나 이상의 개구 및 공기를 챔버 내에 침투시키도록 구성된 개구를 구비하는 것이 바람직하다. 특정 실시예에서, 증기 또는 에어로졸을 퇴출시키도록 구성된 개구는 공기를 챔버 내에 침투시키기 위해 사용될 수도 있다.
도 9에 도시된 예시적 실시예는 지지층(510), 무화 챔버 벽(820) 및 무화 챔버 커버(830)를 구비하는 무화기(800)를 도시한다. 무화 챔버, 도전층 및 보호층은 이 도면에서 보이지 않는다. 이 실시예에서, 커버(830)는 복수의 커버 개구(845)를 구비하며, 챔버 벽은 무화기의 둘레 주위에서 연속적이다. 액체 통로(850)는 무화기를 저장조에 연결시키고, 액체 통로는 액체 전구체 재료가 기화를 위해 챔버 내로 이동할 수 있도록 무화 챔버 내로 개방된다. 이 실시예에서, 커버는 금속 메쉬로 형성될 수 있으며, 커버 개구는 기화된 에어로졸 전구체 조성물은 통과할 수 있지만 액체 에어로졸 전구체 조성물은 통과할 수 없도록 크기를 갖는다. 커버는 대안적으로 세라믹, 고온 폴리머, 실리콘, 유리 등과 같은 기타 적절한 재료로 형성될 수 있다. 무화기 커버 및 무화기 챔버 벽은 유익하게 적절한 포토리소그래피 기술의 사용 등을 통해서 모놀리식 구조로서 형성될 수 있다. 구체적으로, 커버는 무화 챔버 벽을 위해 사용되는 재료의 블랭크에 접합될 수 있으며, 벽으로부터 필요한 재료를 제거하고 소정 치수의 챔버를 남겨두기 위해 에칭이 사용될 수 있다. 챔버 벽은 이후 지지층 또는 지지층 상의 도전층 위에 배치되는 커버층에 접합될 수 있다.
마이크로히터 자체의 크기 때문에, 무화기는 마찬가지로 비교적 작은 치수일 수 있다. 예를 들어, 무화기는 약 2 ㎜ 내지 약 12 ㎜, 약 3 ㎜ 내지 약 10 ㎜, 또는 약 4 ㎜ 내지 약 8 ㎜의 전체 길이와, 약 1 ㎜ 내지 약 7 ㎜, 약 1.5 ㎜ 내지 약 6 ㎜, 또는 약 2 ㎜ 내지 약 5 ㎜의 전체 폭을 가질 수 있다. 무화 챔버는 약 0.2 ㎖ 내지 약 1 ㎖, 약 0.3 ㎖ 내지 약 0.9 ㎖, 또는 약 0.4 ㎖ 내지 약 0.8 ㎖의 체적을 가질 수 있다. 단수 또는 복수의 무화기가 물품에 구비될 수 있으며, 무화기는 단수 또는 복수의 저장조(전체 에어로졸 전구체 조성물 또는 에어로졸 전구체 조성물의 특정 성분을 구비할 수 있음)와 유체 연통할 수 있다. 물품은 복수의 개별 성분, 에어로졸 전구체 조성물의 개별 성분을 각각 수용하는 복수의 저장조, 및 저장조로부터 에어로졸 전구체 조성물의 개별 성분의 분량을 수용하도록 구성된 복수의 무화기 또는 챔버를 포함하는 에어로졸 전구체 조성물을 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.
전술한 무화기는 특히 본 명세서에 기술하듯이 흡연 물품의 카트리지 내에 통합될 수 있다. 예를 들어, 무화기는 액체 통로(예를 들면, 스테인레스 스틸)를 거쳐서 벽으로 형성된(walled) 용기와 같은 저장조에 연결될 수 있다. 저장조는 액체 에어로졸 전구체 조성물이 사용 중에 기화 이후 무화기의 챔버를 지속적으로 충전하도록 저장조 내의 에어로졸 전구체 조성물에 대한 정압을 유지할 수 있다. 일 실시예에서, 저장조는 저장조 내의 에어로졸 전구체 조성물에 대한 정압을 유지하기 위해 스프링 등에 의해 가압되는 플런저를 구비할 수 있다. 바람직하게, 플런저에 부착되는 것은 플런저와 함께 이동하는 인디케이터일 수 있다. 따라서 흡연 물품은 그 보디 내에 창을 구비할 수 있으며, 상기 창을 통해서 인디케이터를 볼 수 있다. 액체 에어로졸 전구체 조성물이 고갈됨에 따라, 플런저는 정해진 방향으로 이동한다. 따라서, 인디케이터도 마찬가지로 동일 방향으로 이동한다. 창은 인디케이터가 창을 지나서 이동할 때 액체 에어로졸 전구체 조성물의 충전 상태가 표시될 수 있도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 액체가 고갈됨에 따라서 창에서 보여지는 하나 이상의 상이한 색상으로 충전 상태를 나타내기 위해 컬러 코딩이 사용될 수 있다. 마찬가지로, 액체가 고갈됨에 따라 비테이퍼에서 완전 테이퍼로 이동하는 인디케이터에 의해 충전 상태를 나타내기 위해 테이퍼진 인디케이터가 사용될 수 있다. 다른 실시예에서는, 창 대신에 디지털 스크린이 제공될 수 있으며, 디지털 스크린 상에 충전 상태를 나타내기 위해 플런저의 기계적 동작이 전자식으로 적절한 신호로 변환될 수 있다. 마찬가지로, 충전 상태를 나타내기 위해 일련의 LED가 사용될 수 있다.
이상에 추가적으로, 전술한 다양한 실시예마다 다양한 저장조가 사용될 수 있다. 예를 들어, 저장조는 에어로졸 전구체 조성물이 저장되는 병과 같은 용기일 수 있다. 용기는 재료가 용기의 벽을 통해서 빠져나갈 수 없도록 에어로졸 전구체에 관하여 실질적으로 비투과적일 수 있다. 이러한 실시예에서, 에어로졸 전구체 조성물의 통과를 위해서 개구가 제공될 수 있다. "병"이라는 용어는 일반적으로 벽과 적어도 하나의 개구를 갖는 일체의 용기를 포함하도록 의미된다. 에어로졸 전구체 조성물이 병으로부터 튜브 또는 기타 도관을 통해서 이동하도록 튜브 또는 기타 도관이 사용될 수 있다. 이러한 이동은 또한 모세관 작용을 거쳐서 이루어질 수 있다. 대안적으로, 병으로부터의 액체의 수동적 유동은, 흡연 물품이 사용 중에 있을 때 에어로졸 전구체 조성물의 유동을 허용하고 흡연 물품이 사용되지 않을 때 에어로졸 전구체 조성물의 유동을 금지시키도록 개방될 수 있는 적절한 밸브 기구에 의해 제어될 수 있다. 마이크로-펌프 장치를 포함하는 능동 유동 기구도 본 발명에 따른 사용을 위해서 고려된다. 이러한 용기는 유리, 금속, 저다공성 또는 비다공성 세라믹, 플라스틱 등과 같은 에어로졸 전구체 조성물의 임의의 성분과 거의 반응하지 않는 임의의 적절한 재료로 형성될 수 있다.
일부 실시예에서, 저장조는 에어로졸 전구체 조성물을 (예를 들어, 흡수, 흡착 등을 통해서) 유지하고 전구체 조성물을 마이크로히터에 운송하기 위해 심지작용할 수 있게 하기에 적절한 다른 섬유 매스 또는 직물 또는 부직물일 수 있다. 이러한 저장조 층은 천연 섬유, 합성 섬유 또는 그 조합으로 형성될 수 있다. 유용한 재료의 비제한적 예로는 면, 셀룰로스, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리젖산, 그 조합 등을 포함한다. 마찬가지로, 저장조는 세라믹, 기타 다공성 재료, 소결 재료 등으로 형성될 수 있다. 본 발명에 따른 흡연 물품은 단수의 저장조 또는 복수의 저장조(예를 들면, 두 개의 저장조, 세 개의 저장조, 네 개의 저장조 또는 그 이상)를 구비할 수 있다. 본 명세서에서 논의하듯이, 저장조는 효과적으로 하나 이상의 마이크로히터를 수용하는 기판일 수 있다. 이러한 기판은 전술한 것과 같은 다공성 재료로 형성될 수 있다.
특정 실시예에서는 하나 이상의 에어로졸 전구체 조성물을 저장조로부터 흡연 물품 내의 마이크로히터로 운송하기 위해 심지가 사용될 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 사용하기 위한 심지는 에어로졸 전구체 조성물의 하나 이상의 성분을 마이크로히터에 운송하기에 충분한 심지 작용을 제공하는 임의의 재료일 수 있다. 비제한적 예로는 면, 셀룰로스, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리젖산, 유리 섬유, 그 조합 등과 같은 천연 및 합성 섬유가 포함된다. 심지에 사용될 수 있는 다른 예시적 재료로는 금속 세라믹, 및 탄화 필라멘트(예를 들면, 그 비탄소 성분을 추방하기 위해 소성을 겪은 탄소질 재료로 형성된 재료)가 포함된다. 심지는 추가로, 섬유의 모세관 작용을 변경시키는 재료로 코팅될 수 있으며, 심지 형성에 사용되는 섬유는 특정 단면 형상을 가질 수 있고, 섬유의 모세관 작용을 변경하도록 홈 형성될 수 있다. 심지 형성에 사용되는 섬유는 단독으로, 다발로, 직물(메쉬와 끈을 포함)로서, 또는 부직물로서 제공될 수 있다. 심지의 모세관 작용을 변경하기 위해 심지 재료의 다공성 또한 제어될 수 있으며 이는 평균 기공 크기와 총 다공성의 제어, 심지 기하구조(또는 섬유 기하구조)의 제어, 및 표면 특징의 제어를 포함한다. 개별 심지가 상이한 길이를 가질 수도 있다. "심지"라는 용어는 또한 모세관을 포함하도록 의도되며, 소정 모세관 작용을 제공하는 요소들의 임의의 조합이 사용될 수 있다.
흡연 물품에 사용되는 에어로졸 전구체 조성물은 제 1 성분 및 이와 별개의 적어도 제 2 성분으로 형성될 수 있다. 따라서, 에어로졸 전구체 조성물은 두 개의 개별 성분, 세 개의 개별 성분, 네 개의 개별 성분, 다섯 개의 개별 성분 등과 같은 복수의 성분으로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 에어로졸 전구체 조성물의 개별 성분들은 개별적으로 각각의 마이크로히터에 운송될 수 있다. 이와 관련하여 개별 운송은 에어로졸 전구체 조성물의 각각의 개별 성분에 적용되거나 여러가지 개별 성분의 임의의 조합에 적용될 수 있다. 일부 실시예에서, 에어로졸 전구체 조성물의 두 개 이상의 성분은 동일한 저장조 내에 저장될 수 있으며, 여전히 개별 마이크로히터에 또는 동일한 마이크로히터에 개별적으로 운송될 수 있다. 에어로졸 전구체 조성물 성분의 통제된 운송 및 가열 속도를 달성하기 위해, 모두 다양한 설계를 갖고 다양한 재료로 형성되는, 하나 이상의 저장조, 하나 이상의 운송 요소, 및 하나 이상의 마이크로히터의 다양한 조합이 사용될 수 있다.
유익하게, 가열 요소를 분리하기 위해 에어로졸 전구체 조성물의 개별 성분들의 개별 운송을 이용함으로써 개별 성분들은 사용자가 빨아들이기 위한 보다 일관된 에어로졸을 제공하기 위해 상이한 온도로 가열될 수 있다. 개별 히터의 에어로졸화 온도는 거의 동일할 수 있지만, 일부 실시예에서, 개별 히터의 에어로졸화 온도는 2 ℃ 이상, 5 ℃ 이상, 10 ℃ 이상, 20 ℃ 이상, 30 ℃ 이상 또는 50 ℃ 이상 상이할 수 있다.
이상에 추가적으로, 제어 보디 및 카트리지는 전체 길이와 관련하여 특징을 가질 수 있다. 예를 들어, 제어 보디는 약 50 ㎜ 내지 약 110 ㎜, 약 60 ㎜ 내지 약 100 ㎜, 또는 약 65 ㎜ 내지 약 95 ㎜의 길이를 가질 수 있다. 카트리지는 약 20 ㎜ 내지 약 60 ㎜, 약 25 ㎜ 내지 약 55 ㎜, 또는 약 30 ㎜ 내지 약 50 ㎜의 길이를 가질 수 있다. 조합된 카트리지와 제어 보디의 전체 길이(또는 단일의 일체형 쉘로 형성된 본 발명에 따른 흡연 물품의 전체 길이)는 대략 통상의 궐련의 길이 이하일 수 있으며, 예를 들면 약 70 ㎜ 내지 약 130 ㎜, 약 80 ㎜ 내지 약 125 ㎜, 또는 약 90 ㎜ 내지 약 120 ㎜일 수 있다.
카트리지와 제어 보디는 일반적으로 완전한 흡연 물품 또는 약물 송달 물품으로서 함께 제공될 수 있지만, 부품들은 또한 개별적으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 또한 재사용 가능한 흡연 물품 또는 재사용 가능한 약물 송달 물품과 함께 사용하기 위한 일회용 유닛을 포함한다.
특정 실시예에서, 본 발명에 따른 일회용 유닛 또는 카트리지는 첨부 도면과 관련하여 전술한 카트리지와 거의 동일할 수 있다. 따라서, 일회용 카트리지는 재사용 가능한 흡연 물품 또는 약물 송달 물품과 결합하도록 구성된 원위 부착 단부 및 형성된 증기와 임의의 추가 흡입 가능한 물질을 소비자에게 이동시킬 수 있도록 구성된 대향 마우쓰단부를 갖는 실질적으로 튜브 형상의 카트리지 쉘을 포함할 수 있다. 카트리지 쉘은 추가 카트리지 부품, 특히 하나 이상의 마이크로히터를 구비하는 내부 카트리지 공간을 가질 수 있다.
본 명세서에 기재된 다양한 도면은 작동 관계에 있는 제어 보디 및 카트리지를 도시하지만, 제어 보디 및 카트리지는 개별 장치로서 존재할 수 있음을 알아야 한다. 따라서, 조합되는 부품들과 관련하여 본 명세서에 제공되는 일체의 논의도 개별적이고 별개인 부품으로서 제어 보디 및 카트리지에 적용되는 것으로 이해되어야 한다.
다른 양태에서, 본 발명은 본 명세서에 기재되는 다양한 부품을 제공하는 키트에 관한 것일 수 있다. 예를 들어, 키트는 하나 이상의 카트리지를 갖는 제어 보디를 포함할 수 있다. 키트는 하나 이상의 충전 부품을 갖는 제어 보디를 추가로 포함할 수 있다. 키트는 하나 이상의 배터리를 갖는 제어 보디를 추가로 포함할 수 있다. 키트는 하나 이상의 카트리지와 하나 이상의 충전 부품 및/또는 하나 이상의 배터리를 갖는 제어 보디를 추가로 포함할 수 있다. 추가 실시예에서, 키트는 복수의 카트리지를 포함할 수 있다. 키트는 복수의 카트리지와 하나 이상의 배터리 및/또는 하나 이상의 충전 부품을 추가로 포함할 수 있다. 본 발명의 키트는 하나 이상의 추가 키트 부품을 수용하는 케이스(또는 기타 포장, 운반 또는 저장 부품)를 추가로 구비할 수 있다. 케이스는 재사용 가능한 하드 또는 소프트 용기일 수 있다. 또한, 케이스는 단순히 박스 또는 기타 포장 구조물일 수 있다.
추가 실시예에서, 본 발명은 흡연 물품 내에 에어로졸을 형성하는 방법을 추가로 포함한다. 구체적으로, 이 방법은 에어로졸 전구체 조성물을 가열하는 마이크로히터의 가열을 초래하기 위해 흡연 물품 내의 전기 전원으로부터 흡연 물품 내의 마이크로히터로의 전류 흐름을 개시하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 방법에 사용되는 흡연 물품은 복수의 마이크로히터를 포함할 수 있다. 두 개 이상의 마이크로히터가 동시에 가열될 수 있다. 또한, 에어로졸 전구체 조성물은 두 개 이상의 개별 성분을 포함할 수 있으며, 에어로졸 전구체 조성물의 개별 성분은 동시에 가열되는 마이크로히터에 의해 개별적으로 가열될 수 있다. 보다 구체적으로, 동시에 가열되는 마이크로히터는 이들 마이크로히터가 상이한 온도로 가열되거나 상이한 기간 동안 가열되도록 상이한 조건 하에 전기 전원으로부터 전류 흐름을 수용할 수 있다. 필요할 경우, 두 개 이상의 마이크로히터가 연속적으로(즉, 정해진 시퀀스 또는 패턴으로) 가열될 수 있다.
상기 방법의 추가 실시예에서, 에어로졸 전구체 조성물은 캐리어 재료(즉, 기판) 상에 코팅되거나, 캐리어 재료에 의해 흡착되거나, 캐리어 재료 내에 흡수될 수 있으며, 전류 흐름 개시 단계 이전에 상기 방법은 캐리어 재료를 흡연 물품 내에 삽입하는 단계를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 마이크로히터는 기판에 부착될 수 있으며, 전류 흐름 개시 단계 이전에, 상기 방법은 기판을 흡연 물품 내에 삽입하는 단계를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 에어로졸 전구체 조성물은 기판에 부착된 마이크로히터 상에 코팅될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 방법은 챔버 내의 에어로졸 전구체 조성물을 가열하기 위해 저장조로부터 마이크로히터와 열적으로 연결되는 챔버로의 에어로졸 전구체 조성물 유동을 개시하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 수정예 및 기타 실시예는 상기 설명 및 관련 도면에 제시된 기술의 이점을 갖는 통상의 기술자에게 떠오를 것이다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 개시된 특정 실시예로 한정되지 않아야 하고 수정예 및 기타 실시예는 청구범위 내에 포함되도록 의도됨을 알아야 한다. 본 명세서에 사용되는 특정 용어들은 포괄적이고 서술적인 의미로만 사용되며 제한적인 의미로는 사용되지 않는다.

Claims (20)

  1. 흡연 물품에 있어서,
    하우징;
    상기 하우징 내의 무화 챔버로서, 상기 무화 챔버는 복수의 벽에 의해 규정되며, 상기 무화 챔버 내에 형성된 증기를 통과시키도록 구성된 적어도 하나의 유출구를 포함하는, 무화 챔버; 및
    상기 무화 챔버를 규정하는 복수의 벽 중 하나의 적어도 일부분을 형성하는 마이크로히터로서, 상기 마이크로히터는 지지층 위에 배치되는 도전성 재료를 포함하며, 상기 무화 챔버 내의 에어로졸 전구체 조성물을 증발시키고 상기 무화 챔버 내에 증기를 형성하도록 구성되어 있는, 마이크로히터를 포함하며,
    상기 무화 챔버 내에 형성된 증기는 상기 무화 챔버로부터 적어도 하나의 유출구를 통해 상기 하우징 내로 통과되는 것을 특징으로 하는
    흡연 물품.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징을 통과하는 공기 유동 통로를 더 포함하며, 상기 공기 유동 통로는 상기 무화 챔버 둘레에서 적어도 부분적으로 통과되는 것을 특징으로 하는
    흡연 물품.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 무화 챔버의 적어도 하나의 유출구는 상기 공기 유동 통로와 유체 연통되며, 그 결과 상기 무화 챔버로부터 상기 하우징 내로 통과하는 증기는 상기 공기 유동 통로 내로 통과되는 것을 특징으로 하는
    흡연 물품.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 에어로졸 전구체 조성물을 포함하는, 상기 하우징 내의 저장조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    흡연 물품.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 에어로졸 전구체 조성물이 상기 저장조로부터 상기 무화 챔버로 통과하도록 구성된 액체 운송 요소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    흡연 물품.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 재료는 원소 금속, 금속 합금, 실리콘, 세라믹, 탄소, 탄화물, 질화물, 및 그 조합으로 구성되는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는
    흡연 물품.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 재료는 지지층 위에 배치되는 프린팅된 층인 것을 특징으로 하는
    흡연 물품.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지층은 실리콘계 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는
    흡연 물품.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로히터는 도전성 재료 위에 배치되는 보호층을 포함하는 것을 특징으로 하는
    흡연 물품.
  10. 제 1 항에 있어서,
    복수의 마이크로히터를 포함하는 것을 특징으로 하는
    흡연 물품.
  11. 제 1 항에 있어서,
    전기 전원 및 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    흡연 물품.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전기 전원 및 제어기는, 상기 하우징과 별도이며 상기 하우징과 연결 가능한 쉘 내에 존재하는 것을 특징으로 하는
    흡연 물품.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 무화 챔버는 0.2 ㎖ 내지 1 ㎖의 체적을 갖는 것을 특징으로 하는
    흡연 물품.
  14. 에어로졸 형성 물품용 무화기로서, 상기 무화기는 복수의 벽에 의해 규정된 무화 챔버를 포함하는, 무화기에 있어서,
    상기 무화 챔버를 규정하는 복수의 벽 중 하나의 적어도 일부분은, 지지층 위에 배치되는 도전성 재료를 포함하며 에어로졸 전구체 조성물을 기화시키도록 구성된 마이크로히터를 포함하며,
    복수의 벽 중 적어도 하나는 상기 에어로졸 전구체 조성물을 상기 챔버 내로 그리고 상기 마이크로히터를 갖는 가열 장치 내로 통과시키도록 구성된 개구부를 포함하며,
    상기 무화기는 내부에 증기의 형성을 위해 구성되며, 그 내부에 형성된 증기를 통과시키도록 구성된 적어도 하나의 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는
    무화기.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 도전성 재료는 원소 금속, 금속 합금, 실리콘, 세라믹, 탄소, 탄화물, 질화물, 및 그 조합으로 구성되는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는
    무화기.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 도전성 재료는 지지층 위에 배치되는 프린팅된 층인 것을 특징으로 하는
    무화기.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 지지층은 실리콘계 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는
    무화기.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 마이크로히터는 도전성 재료 위에 배치되는 보호층을 포함하는 것을 특징으로 하는
    무화기.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 무화 챔버로부터의 형성된 증기를 통과시키도록 구성된 적어도 하나의 개구부는, 증기는 통과하지만 액체는 통과하지 못하도록 하는 크기를 갖는 것을 특징으로 하는
    무화기.
  20. 제 14 항에 있어서,
    복수의 마이크로히터를 포함하는 것을 특징으로 하는
    무화기.
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