JP7354155B2 - 成形カートリッジ組立品 - Google Patents

Description

本発明は、手持ち式エアロゾル発生システム、特にエアロゾル形成基体を含有するカートリッジと、カートリッジを通る気流通路とを備えるシステムに関する。

一つの広く使用されるタイプの手持ち式エアロゾル発生システムは、液体エアロゾル形成基体を加熱してエアロゾルを発生することによって動作する。液体エアロゾル形成基体は、電源を包含する、システムの本体構成要素に取り付けるか、または本体構成要素に受容されているカートリッジの中に提供されうる。ヒーターは、本体構成要素の一部として、またはカートリッジの一部として、またはその両方として提供されうる。

エアロゾルを形成するために、ヒーターによって気化された液体は、気流に同伴され、気流内で冷却されなければならない。ユーザーによる吸入のためにエアロゾルを発生するシステムにおいて、気流は典型的に、ユーザーがシステムのマウスピース構成要素を吸うかまたは吸煙することによって発生する。気流はヒーターを通過する必要がある。共通の配設は、カートリッジの中心を通して形成された気流通路を有する回転対称カートリッジを有することである。これはユーザーにとって、本体構成要素に対してカートリッジを位置させることを簡単にする。

しかし、この配設は課題をもたらす。特に、カートリッジ中の液体が使用前および使用中の両方でカートリッジから漏れるのを防止することが重要である。同時に、カートリッジは、充填するのが簡単でなければならない。これは典型的に、カートリッジ中の複数構成要素（弾性密封要素を含む）を使用して達成される。

しかしカートリッジはまた、望ましくは使い捨ての品物であってもよい。これは、不適切な液体での再充填を防止し、良好な衛生状態を確実にし、ユーザーに利便性を提供する。使い捨てカートリッジは、高ボリュームで製造される必要がありうる。このように、安価で、組み立てが簡単で、堅牢なカートリッジを製造できることが望ましいであろう。

本発明の第一の態様において、手持ち式エアロゾル発生システム用のカートリッジが提供されていて、このカートリッジは、

外壁および外側本体内の気流管を備えるカートリッジ本体であって、内側気流管が外壁から間隔を置いている、カートリッジ本体と、

外壁と内側気流管の間のエアロゾル形成基体の貯蔵部と、を備え、外壁および内側気流管が、外壁と内側気流管の間に延びる一つ以上のリブを通して互いに接続されていて、外壁、内側気流管および一つ以上のリブが一体的に成形されている。

この配設で、堅牢なカートリッジを安価で確実に製造することができる。リブは、外壁と内側気流管の間に機械的支持を提供する。外壁、内側気流管および一つ以上のリブの一体成形は、カートリッジからの液体の漏れを最小化することができる。

外壁と内側気流管の間に延びる一つ以上のリブは、貯蔵部を通過する複数のリブを備えることが好ましい。カートリッジは、２つ、３つ、４つまたはそれ以上のリブを備えてもよい。リブは、内側気流管の周りに対称的に配置されてもよい。リブは、貯蔵部を複数の別個の区画に分割してもよい。一つ以上のリブは、カートリッジの全長にわたって延びてもよく、またはカートリッジの長さの一部分のみにわたって延びてもよい。外壁は概して円筒状であってもよく、一つ以上のリブは外壁から内側気流管に半径方向内向きに延びてもよい。

カートリッジ本体は、内側気流管を密封する密封要素を備えてもよく、密封要素は気流管と一体的に成形されている。この文脈において、「内側気流管を密封する」とは、空気が内側気流管を通して一方の端から反対側の端に完全に通過できないことを意味する。

カートリッジは、発熱体を備えるヒーター組立品を備えてもよく、ヒーター組立品はカートリッジ本体に固定されている。ヒーター組立品は、機械的インターロックによってカートリッジ本体に固定されうる。これは、カートリッジ本体が液体エアロゾル形成基体で充填され、その後ヒーター組立品がカートリッジ本体に固定されることを可能にする。

ヒーター組立品はヒーター組立品本体を備えてもよく、ヒーター組立品本体は発熱体の周りに成形されている。発熱体は流体透過性としうる。この文脈における流体透過性とは、ペイパーが発熱体を通って逃れることができることを意味する。これを可能にするために、発熱体は、ペイパーが通過できる開口部または空孔を備えうる。例えば、発熱体は、電気抵抗性フィラメントのメッシュまたは繊維を備えうる。別の方法として、または追加的に、発熱体は、穴またはスロットを有するシートを備えうる。抵抗発熱体は、第二の側から第一の側に延びる複数の隙間または開口部を備えてもよく、これを通して流体が通ってもよい。

発熱体は、使用時に電流が直接供給される抵抗発熱体であってもよい。抵抗発熱体は複数の導電性フィラメントを備えてもよい。「フィラメント」という用語は本明細書全体を通して、２つの電気接点間に配設された電気的な経路を指すために使用される。フィラメントは恣意的に、幾つかの経路またはフィラメントへとそれぞれ枝分かれおよび分岐させてもよく、または幾つかの電気的な経路から一つの経路に合流させてもよい。フィラメントは丸型、正方形型、平坦型、または任意の他の形態の断面を有してもよい。フィラメントは、真っ直ぐな様態または湾曲した様態で配設されてもよい。

抵抗発熱体は、例えば相互に平行に配設されたフィラメントのアレイであってもよい。フィラメントはメッシュを形成しうることが好ましい。メッシュは織られていてもよく、または不織であってもよい。メッシュは、異なるタイプの織り構造または格子構造を使用して形成されてもよい。別の方法として、抵抗発熱体は、フィラメントのアレイまたはフィラメントの繊維から成る。

フィラメントはフィラメント間の隙間を画定する場合があり、また隙間は１０マイクロメートル～１００マイクロメートルの幅を有してもよい。使用時に気化されることになる液体が隙間の中に引き出されるように、フィラメントは隙間の中で毛細管作用を生じさせることが好ましく、発熱体と液体エアロゾル形成基体との間の接触面積を増大する。

フィラメントは、１センチメートル当たりのフィラメント数が６０～２４０個（±１０パーセント）のサイズのメッシュを形成してもよい。メッシュ密度は、１センチメートル当たりのフィラメント数が１００～１４０個（±１０パーセント）であることが好ましい。メッシュ密度は、１センチメートル当たりのフィラメント数がおよそ１１５個であることがより好ましい。隙間の幅は１００マイクロメートル～２５マイクロメートルであってもよく、８０マイクロメートル～７０マイクロメートルであることが好ましく、およそ７４マイクロメートルであることがより好ましい。メッシュの総面積に対する隙間の面積の比であるメッシュの開口面積の割合は、４０パーセント～９０パーセントであってもよく、８５パーセント～８０パーセントであることが好ましく、およそ８２パーセントであることがより好ましい。

フィラメントは８マイクロメートル～１００マイクロメートルの直径を有してもよく、１０マイクロメートル～５０マイクロメートルであることが好ましく、１２マイクロメートル～２５マイクロメートルであることがより好ましく、およそ１６マイクロメートルであることが最も好ましい。フィラメントは丸い断面を有してもよく、または扁平な断面を有してもよい。

フィラメントの面積は小さくてもよく、例えば５０平方ミリメートル以下であり、２５平方ミリメートル以下であることが好ましく、およそ１５平方ミリメートルであることがより好ましい。サイズは、発熱体を手持ち式システムの中に組み込むように選ばれる。発熱体は、例えば長方形であってもよく、また２ミリメートル～１０ミリメートルの長さ、および２ミリメートル～１０ミリメートルの幅を有してもよい。

発熱体のフィラメントは、適切な電気特性を有する任意の材料で形成されてもよい。適切な材料としては、ドープされたセラミックなどの半導体、「導電性」のセラミック（例えば、二ケイ化モリブデンなど）、炭素、黒鉛、金属、合金、およびセラミック材料と金属材料とで作製された複合材料が挙げられるが、これらに限定されない。こうした複合材料は、ドープされたセラミックまたはドープされていないセラミックを含んでもよい。適切なドープされたセラミックの例としては、ドープ炭化ケイ素が挙げられる。適切な金属の例としては、チタン、ジルコニウム、タンタル、および白金族の金属が挙げられる。

適切な合金の例としては、ステンレス鋼、コンスタンタン、ニッケル含有、コバルト含有、クロム含有、アルミニウム含有、チタン含有、ジルコニウム含有、ハフニウム含有、ニオビウム含有、モリブデン含有、タンタル含有、タングステン含有、スズ含有、ガリウム含有、マンガン含有、および鉄含有合金、ならびにニッケル、鉄、コバルト、ステンレス鋼系の超合金、Ｔｉｍｅｔａｌ（登録商標）、鉄－アルミニウム系合金、鉄－マンガン－アルミニウム系合金が挙げられる。Ｔｉｍｅｔａｌ（登録商標）は、Ｔｉｔａｎｉｕｍ Ｍｅｔａｌｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの登録商標である。フィラメントは一つ以上の絶縁体で被覆されていてもよい。導電性フィラメント用の好ましい材料はステンレス鋼および黒鉛であり、ＡＩＳＩ ３０４、３１６、３０４Ｌ、３１６Ｌなどの３００シリーズのステンレス鋼であることがより好ましい。追加的に、導電性発熱体は上記の材料の組み合わせを含んでもよい。実質的に平坦な発熱体の抵抗の制御を改善するために、材料の組み合わせが使用されてもよい。例えば、固有抵抗が高い材料を、固有抵抗が低い材料と組み合わせてもよい。これは、材料のうちの一つが他の観点、例えば価格、機械加工性、またはその他の物理的および化学的パラメータの観点から、より有益である場合に、有利である場合がある。有利なことに、抵抗を増大させた実質的に平坦なフィラメント配列は、寄生損失を低減する。有利なことに、抵抗が高いヒーターは、電池エネルギーのより効率的な使用を可能にする。

フィラメントはワイヤーで作製されることが好ましい。ワイヤーは金属で作製されることがより好ましく、ステンレス鋼で作製されることが最も好ましい。

発熱体のフィラメントの電気抵抗は、０．３オーム～４オームであってもよい。電気抵抗は０．５オーム以上であることが好ましい。発熱体の電気抵抗は０．６～０．８オームであることがより好ましく、約０．６８オームであることが最も好ましい。

別の方法として、発熱体は、開口部のアレイが中に形成された加熱プレートを備えてもよい。開口部は、例えばエッチングまたは機械加工によって形成されてもよい。プレートは、発熱体のフィラメントに関して上述した材料などの、適切な電気特性を有する任意の材料で形成されてもよい。

発熱体はサセプタ素子であってもよい。本明細書で使用される「サセプタ素子」は、変動磁界に供された時に加熱する導電性素子を意味する。これはサセプタ素子に誘起された渦電流および／またはヒステリシス損失の結果でありうる。有利なことに、サセプタ素子はフェライト素子である。サセプタ素子のための材料および幾何学的形状は、所望の電気抵抗および発熱を提供するように選ぶことができる。

サセプタ素子はフェライトメッシュサセプタ素子としうる。別の方法として、サセプタ素子は鉄系サセプタ素子でもよい。

サセプタ素子はメッシュを含んでもよい。本明細書で使用される「メッシュ」という用語は、それらの間に空間を有するフィラメントのグリッドおよびアレイを包含し、繊維および不織繊維を含んでもよい。

メッシュは複数のフェライトまたは鉄系のフィラメントを含んでもよい。フィラメントはフィラメントの間に隙間を画定してもよく、また隙間は１０μｍ～１００μｍの幅を有してもよい。フィラメントは、使用時に気化されることになる液体が間隙の中に引き出されて、サセプタ素子と液体の間の接触面積を増大するように、隙間の中で毛細管作用を生じさせることが好ましい。

フィラメントは１６０～６００メッシュＵＳ（＋／－ １０％）（すなわち、１インチ当たりのフィラメント数が１６０～６００個（＋／－ １０％））のサイズのメッシュを形成してもよい。隙間の幅は７５ μｍ～２５ μｍであることが好ましい。メッシュの総面積に対する間隙の面積の比であるメッシュの開口部分の面積率は２５～５６％が好ましい。メッシュは、異なるタイプの織り構造または格子構造を使用して形成されてもよい。別の方法として、フィラメントは互いに平行に並べられた一連のフィラメントで構成される。

フィラメントは８ μｍ～１００ μｍの直径を有することができ、８μｍ～５０μｍの直径を有することが好ましく、８μｍ～４０μｍの直径を有することがより好ましい。

メッシュの面積は小さくてもよく、５００ ｍｍ２以下であって、手持ち式のシステムに組み込まれることを可能にすることが好ましい。メッシュは例えば長方形であって、１５ｍｍ×２０ｍｍの寸法を有してもよい。

有利なことに、サセプタ素子は１～４００００の相対浸透性を有する。大半の加熱のために渦電流に依存することが望ましい時に、より低い浸透性の材料を使用してもよく、またヒステリシス効果が望ましい時に、より高い浸透性の材料を使用してもよい。材料は５００～４００００の相対浸透性を有することが好ましい。これは効率的な加熱を提供する。

発熱体は、その長さまたは幅よりも実質的に小さい厚さを有してもよい。発熱体は、その長さまたは幅よりも一桁小さい厚さを有してもよい。発熱体は概して平面であってもよい。発熱体は環状またはそうでなければ湾曲していてもよい。

貯蔵部は有利なことに、液体保持材料を含有する。液体保持材料は発熱体と接触していてもよい。液体保持材料は毛細管材料であってもよい。毛細管材料は、液体を材料の一方の端から別の端に能動的に運ぶ材料である。毛細管材料は、液体を発熱体に運ぶために、ハウジングの中で有利に方向付けられている。

液体保持材料は繊維状または海綿状の構造を有しうる。液体保持材料は毛細管の束を含んでもよい。例えば、液体保持材料は複数の繊維もしくは糸、またはその他の微細管を含んでもよい。繊維または糸は概して、液体をヒーターに運ぶように整列していてもよい。別の方法として、液体保持材料は、海綿体様または発泡体様の材料を含んでもよい。液体保持材料の構造は複数の小さい穴または管を形成してもよく、それを通して液体を毛細管作用によって移動させることができる。液体保持材料は、任意の適切な材料または材料の組み合わせを含んでもよい。適切な材料の例は、海綿体材料もしくは発泡体材料、繊維もしくは焼結粉末の形態のセラミック系またはグラファイト系の材料、発泡性の金属材料もしくはプラスチック材料、繊維状材料、例えば紡糸繊維または押出成形繊維（セルロースアセテート、ポリエステル、または結合されたポリオレフィン、ポリエチレン、テリレンもしくはポリプロピレン繊維、ナイロン繊維またはセラミックなど）で作製された繊維状材料である。液体保持材料は異なる液体物理特性で使用されるように、任意の適切な毛細管および空隙率を有する場合がある。液体は粘性、表面張力、密度、熱伝導率、沸点および蒸気圧を含むがこれに限定されない物理的特性を有し、これら特性は液体が毛細管作用によって液体保持材料を通して移動するのを可能にする。

カートリッジ本体の外壁は、ユーザーの口の中に挿入するように構成されたマウスピース部分を備えうる。

エアロゾル形成基体は室温で液体またはゲルであってもよい。

エアロゾル形成基体はニコチンを含んでもよい。ニコチン含有エアロゾル形成基体はニコチン塩マトリクスであってもよい。エアロゾル形成基体は植物由来材料を含んでもよい。エアロゾル形成基体は、たばこを含んでもよい。エアロゾル形成基体は、加熱に伴いエアロゾル形成基体から放出される揮発性のたばこ風味化合物を含有するたばこ含有材料を含んでもよい。エアロゾル形成基体は均質化したたばこ材料を含んでもよい。エアロゾル形成基体は非たばこ含有材料を含んでもよい。エアロゾル形成基体は均質化した植物由来材料を含んでもよい。

エアロゾル形成基体は一つ以上のエアロゾル形成体を含んでもよい。エアロゾル形成体は、使用時に高密度の安定したエアロゾルの形成を容易にし、かつシステムの動作温度にて熱分解に対して実質的に抵抗性である任意の適切な周知の化合物または化合物の混合物である。適切なエアロゾル形成体の例としては、グリセリンおよびプロピレングリコールが挙げられる。適切なエアロゾル形成体は当業界で周知であり、これには多価アルコール（トリエチレングリコール、１，３－ブタンジオール、グリセリンなど）、多価アルコールのエステル（グリセロールモノアセテート、ジアセテート、またはトリアセテートなど）、およびモノカルボン酸、ジカルボン酸、またはポリカルボン酸の脂肪族エステル（ドデカン二酸ジメチル、テトラデカン二酸ジメチルなど）が挙げられるが、これらに限定されない。エアロゾル形成基体は水、溶媒、エタノール、植物抽出物、および天然風味または人工風味を含んでもよい。

エアロゾル形成基体は、ニコチンおよび少なくとも一つのエアロゾル形成体を含んでもよい。エアロゾル形成体は、グリセリンまたはプロピレングリコールであってもよい。エアロゾル形成体は、グリセリンおよびプロピレングリコールの両方を含んでもよい。液体エアロゾル形成基体は、約０．５％～約１０％（例えば、約２％）のニコチン濃度を有してもよい。

第二の態様において、前述の請求項のいずれか一項に記載のカートリッジと、カートリッジに接続された本体とを備える手持ち式エアロゾル発生システムが提供されていて、本体は電源を備える。

手持ち式エアロゾル発生システムは、カートリッジと分離したマウスピース部分を備えてもよく、マウスピース部分は、マウスピース部分と密封要素の間の相対的動きに際し、カートリッジの中の密封要素を貫通するように構成された貫通部材を備える。密封要素は、気流管を覆うまたは塞ぐように位置付けられうる。密封要素は、使用前にカートリッジからのエアロゾル形成基体の損失を低減しうる。密封要素はまた、使用前に汚染物質がカートリッジに入るのを防止または低減しうる。密封要素は、カートリッジ本体と一体的に成形されてもよい。

本体は、誘導コイルと、振動電流をインダクタコイルに提供するように構成された発振回路とを備えうる。誘導コイルは、らせんコイルであってもよく、インダクタコイルはサセプタ内に定置されてもよく、またはサセプタを囲んでもよい。インダクタコイルはサセプタに隣接して位置付けられたパンケーキコイルであってもよい。

カートリッジは、任意の適切な継手を使用して本体に取り付けられうる。例えば、ねじ込み継手を使用しうる。押し込み式継手または機械的インターロックを使用しうる。磁気取付手段を使用しうる。

本体は、電源に接続された制御回路を備えうる。制御回路はマイクロコントローラーを備えてもよい。マイクロコントローラーはプログラム可能なマイクロコントローラーであることが好ましい。制御回路はさらなる電子構成要素を備えてもよい。制御回路は発熱体への電力供給を調節するように構成されうる。電力はシステムの起動後に発熱体に連続的に供給されてもよく、または毎回の吸煙ごとなど、断続的に供給されてもよい。電力は、電流パルスの形態でエアロゾル発生要素に供給されてもよい。制御回路は気流センサーを含んでもよく、制御回路は、ユーザーの吸煙が気流センサーによって検出された時に、発熱体に電力を供給しうる。

エアロゾル発生システムは、エアロゾル発生システムによって発生されたエアロゾルをユーザーが吸入できるマウスピースを備えうる。

エアロゾル発生システムは、空気吸込み口から気化器組立品を通過して出口に延びる気流通路を備えうる。気流通路は内側気流管を備えてもよい。出口はマウスピースにあってもよい。空気吸込み口はカートリッジの中に位置付けられてもよく、本体の中に位置付けられてもよく、またはカートリッジと本体の間もしくはマウスピースと本体の間に画定されてもよい。

エアロゾル発生システムは従来の葉巻たばこまたは紙巻たばこに匹敵するサイズを有してもよい。エアロゾル発生システムは約３０ｍｍ～約１５０ｍｍの全長を有してもよい。エアロゾル発生システムは約５ｍｍ～約３０ｍｍの外径を有してもよい。

電源はＤＣ電源であってもよい。電源は電池であってもよい。電池は、リチウム系の電池、例えばリチウムコバルト電池、リチウム鉄リン酸塩電池、チタン酸リチウム電池、またはリチウムポリマー電池であってもよい。電池はニッケル水素電池またはニッケルカドミウム電池であってもよい。電源はコンデンサーなど別の形態の電荷蓄積装置であってもよい。電源は再充電を必要とする場合があり、また数多くの充放電サイクルのために構成されてもよい。電源は、一回以上のユーザー体験のための十分なエネルギーの貯蔵を可能にする容量を有してもよく、例えば電源は従来の紙巻たばこ１本を喫煙するのにかかる典型的な時間に対応する約６分間、または６分間の倍数の期間の間、エアロゾルの連続的な発生を可能にするのに十分な容量を有してもよい。別の実施例において、電源は所定の吸煙回数、またはアトマイザー組立品の不連続的な起動を可能にするのに十分な容量を有してもよい。

動作中、ユーザーは、マウスピースを吸煙することによって、または例えば、システム上のボタンを押すことによるなど、何らかの他のユーザー入力を提供することによって、システムを起動しうる。次に、所定の時間の間またはユーザーによる吸煙の継続時間の間、制御回路は電力を発熱体に供給する。次に、発熱体は液体搬送媒体中の液体を加熱してペイパーを形成し、このペイパーは気化器組立品から漏れ出し、システムを通って気流通路の中に入る。ペイパーは冷めて凝縮してエアロゾルを形成し、このエアロゾルはその後、ユーザーの口に引き出される。

第三の態様において、手持ち式エアロゾル発生システム用のカートリッジを製造する方法が提供されていて、方法は、

外壁と外側本体内の内側気流管とを備えるカートリッジ本体を、射出成型可能ポリマーから成形する工程であって、内側気流管が外壁から間隔を置いていて、外壁および内側気流管が、外壁と内側気流管の間に延びる一つ以上のリブを通して互いに接続されている、成形する工程と、

外壁と内側気流管の間のくぼみをエアロゾル形成基体で充填する工程と、

発熱体を備えるヒーター組立品をカートリッジ本体に固定して、くぼみの開放端を覆う工程とを含む。

本発明の一態様に関して説明した特徴は、本発明の他の態様に適用されてもよい。特に、本発明の第一および第二の態様のカートリッジおよびシステムの特徴は、本発明の第三の態様のカートリッジおよびシステムに存在しうる。

ここで本発明の実施形態を、図面を参照しながら、例証としてのみではあるが詳細に説明する。

図１は、本発明によるエアロゾル発生システムの概略図である。 図２ａは、本発明の第一の実施形態によるカートリッジの断面図である。 図２ｂは、図２ａのカートリッジの異なる断面図である。 図２ｃは、図２ａのカートリッジのセパレータプレートを図示する。 図２ｄは、図２ａのカートリッジの床板を図示する。 図３は、本発明の第二の実施形態によるカートリッジの断面である。 図４は、本発明の第三の実施形態によるカートリッジの断面である。 図５は、本発明の第五の実施形態によるカートリッジの断面である。

図１は、本発明の第一の実施形態によるエアロゾル発生システムの概略図である。システムは、２つの主構成要素、カートリッジ１００、および主本体２００を備える。カートリッジ１００の接続端１１５は、主本体２００の対応する接続端２０５に取り外し可能に接続されている。主本体は、電池２１０（この例では再充電可能リチウムイオン電池である）と、制御回路２２０とを包含する。エアロゾル発生装置１０は携帯型であり、従来の葉巻たばこ、または紙巻たばこに匹敵するサイズを有する。

カートリッジ１００は、ヒーター組立品１２０と、液体供給貯蔵部を画定する液体貯蔵区画１３０とを包含するハウジング１０５を備える。液体エアロゾル形成基体は液体貯蔵区画の中に保持されている。ヒーター組立品は液体貯蔵区画の底部端に接続されている。ヒーター組立品は、流体透過性メッシュの形態の発熱体１３５を備える。この例において、ヒーター組立品はカートリッジの一部として提供されているが、一部の実施形態において、本体の一部として完全にまたは部分的に提供されうる。別の方法として、加熱組立品は、典型的にアトマイザーと呼ばれる別個の構成要素の中に完全にまたは部分的に提供されうる。

これから説明する通り、発熱体は異なる形態を取ってもよい。発熱体は、誘導プロセスによって加熱されるように構成されてもよく、または制御回路からの電流を発熱体に直接通すことによって加熱されるように構成されてもよい。

気流通路１４０、１４５は、システムを通して空気吸込み口１５０から発熱体１３５を通過し、発熱体からハウジング１０５のマウスピース部分の中の口側端開口１１０に延びる。気流通路は、カートリッジの中心を通って液体供給貯蔵部を通過する。この例において、マウスピース部分はカートリッジの一体型部品であるが、一部の実施形態において、別個の構成要素として提供されてもよい。

システムは、ユーザーがカートリッジのマウスピース部分を吸煙するかまたはそれを吸って、エアロゾルを自分の口の中に引き出すことができるように構成されている。動作時、ユーザーが口側端の開口で吸煙する時に、空気は空気吸込み口から気流通路を通して、発熱体を通り過ぎて、出口に引き出される。制御回路は、電池２１０から発熱体への電力供給を制御する。これは結果として、発熱体の温度を制御し、よってヒーター組立品によって生成されるペイパーの量および特性を制御する。制御回路は気流センサーを含んでもよい。制御回路は、ユーザーによるカートリッジの吸煙が気流センサーによって検出された時に、コイルに電力を供給してもよい。このタイプの制御配設は、吸入器およびｅシガレットなどのエアロゾル発生システムで良好に確立される。そのため、ユーザーがカートリッジのマウスピース端を吸う時に、ヒーター組立品が起動されて、気流通路１４０を通過する気流中に同伴されるベイパーを発生する。ペイパーは通路１４５の中の気流中で冷めてエアロゾルを形成し、次いでこれは口側端の開口１１０を通してユーザーの口の中に引き出される。

図２ａは、本発明によるカートリッジ３００の第一の実施形態の断面であり、システムの本体４００の接続端とともに示されている。図２ａの実施形態は誘導加熱の原理で動作する。誘導加熱は時間的に変化する磁場の中で加熱される導電性の物品を定置させることで機能する。渦電流は導電性の物品の中で誘起される。導電性の物品が電気的に孤立されている場合、渦電流は導電性の物品のジュール加熱によって分散される。エアロゾル形成基体を加熱することによって動作するエアロゾル発生システムにおいて、エアロゾル形成基体そのものは典型的に、この方法で誘導加熱されるのに十分な導電性を備えていない。図２ａ～ｄに示す実施形態において、サセプタ素子３３５は加熱されている導電性物品として使用される。次に、エアロゾル形成基体は、熱伝導、対流および／または熱放射によってサセプタ素子によって加熱される。強磁性のサセプタ素子が使用される場合、熱はまた、磁区がサセプタ素子内で切り換わる時にヒステリシス損失によっても発生する。

図２ａ～ｄに示す実施形態は、本体の中のインダクタコイル４１０を使用して、時間的に変化する磁場を発生させる。インダクタコイルは著しいジュール加熱を受けないように設計されている。対照的に、サセプタ素子はサセプタの著しいジュール加熱があるように設計されている。

振動磁場はサセプタ素子を通過し、サセプタ素子に渦電流を誘起する。サセプタ素子は、ジュール加熱の結果として加熱され、またヒステリシス損失の結果として、そのサセプタ素子に近いエアロゾル形成基体を気化するのに十分な温度に達する。以下に詳細に説明する通り、気化されたエアロゾル形成基体は空気吸込み口から空気出口に流れる空気に同伴され、ユーザーの口に入る前に冷めてマウスピース部分内でエアロゾルを形成する。制御電子回路は、吸煙が検出されると、所定の継続時間（この例では５秒間）にわたり振動電流をコイルに供給し、その後、新しい吸煙が検出されるまで電流をオフにする。

図２ａの実施形態において、カートリッジ３００は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの射出成形可能ポリマーから形成された成形カートリッジ本体３０５を備える。成形カートリッジ本体は、外壁３２５と内側気流管３２０とを備え、これらはカートリッジの口側端３１０で出会う。４つのリブ３２６は、外壁３２５と内側気流管の間に延びる。リブ３２６は、外側本体および内側気流管と一体的に成形されている。リブ３２６は図２ｂに示されていて、図２ａに示す平面Ａ～Ａのカートリッジを通るセクションである。カートリッジ本体は、概して丸い断面を有することが分かる。

第一の支持プレート３３０（これはまた、ＰＥＥＫから形成されてもよい）は、カートリッジ本体の中に挿入されていて、内側気流管と外壁の間に追加的な支持を提供するように位置している。第一の支持体プレート３３０を図２ｃに示す。内側気流管の端（これはマウスピース端から離れた端である）は、第一の支持体プレートの中央開口部に位置している。第一の支持体プレートの周辺は、カートリッジ本体の外壁の内表面の対応する特徴に寄せて位置するノッチ３３８を備える。第一の支持プレートは、それを通して形成された複数の開口部３３２を備え、これは第一の支持プレートを通した液体エアロゾル形成基体の通過を可能にする。第一の支持プレートはまた、口側端から離れて延びる環状突出部３３４を備える。突出部３３４はサセプタ素子３３５を支持する。

サセプタ素子は、中央くぼみの周りに延びる環状のステンレス鋼メッシュを備える。サセプタは流体透過性であり、特に蒸気がそれを通過することを可能にするように構成されている。中央くぼみは、使用時にインダクタコイル４１０を受容するように構成されている。中央くぼみはまた、これから説明する通り、システムを通した気流チャネルの一部を形成する。

液体保持材料または毛細管材料３４０は、第一の支持プレートの遠位側上のカートリッジ内に位置付けられている。液体保持材料３４０はサセプタと接触している。液体保持材料の機能は、一部の液体エアロゾル形成基体がシステムの向きにかかわらず、サセプタと接触していることを確実にすることである。この例における液体保持材料は、織物ガラス繊維材料である。

第二の支持プレート３５０は、液体保持材料を保持し、サセプタを支持するために、外壁に固定され、サセプタに固定されている。第二の支持プレート３５０を図２ｄに示す。開口部は第二の支持プレートの中央に形成されていて、コイル４１０を受容するようにサイズ設定されている。第二の支持体プレートの周辺は、カートリッジ本体の外壁の内表面の対応する特徴に寄せて位置するノッチを含む。

外壁と内側気流管とサセプタ素子と第二の支持プレートとの間の空間は、液体エアロゾル形成基体で充填されている。液体エアロゾル形成基体は、グリセリンなどのエアロゾル形成体と、水、ニコチンおよび風味化合物との混合物である。

動作時に、ユーザーがカートリッジの口側端３１０を吸う時に、空気は、主本体とカートリッジの間に画定された空気吸込み口１５０を通して、カートリッジの中央くぼみの中に引き出される。空気は、内側気流管３２０を通して引き出される前に、コイル４１０とサセプタ３３５の間を通過する。ユーザーの吸入は、吸煙センサー４２０によって検出される。ユーザーの吸入は、気流経路と流体連通しているくぼみの圧力降下を生じさせる。ユーザーの吸入を検出すると、制御回路は、サセプタ３３５が誘導加熱されるように、高周波電流をコイルに供給する。サセプタの近くのエアロゾル形成基体は気化されて、サセプタを通過して中央くぼみの中に入る。ベイパーは内側気流管３２０を通って空気とともに引き出され、ユーザーの口に入る前に冷めてエアロゾルを形成する。

このように構築されたカートリッジは堅牢であり、別個の液体密封要素を必要とせずに、特にシステムの口側端にて液体エアロゾル形成基体の漏れの可能性が最小限であることを意味する。

図３は、本発明による別の実施形態を図示したものである。図３のシステムは図２のシステムと類似しているが、図３の実施形態において、マウスピースはカートリッジとは別個の構成要素として提供されている。図３のシステムは、本体６００とマウスピース６１０の間に保持されたカートリッジ５００を備える。図３の実施形態は、図２ａの実施形態と同じ方法で誘導加熱の原理で動作する。

カートリッジ５００は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの射出成形可能ポリマーから形成された成形カートリッジ本体を備える。成形カートリッジ本体は、外壁５２５と内側気流管５２０とを備え、これらはカートリッジの口側端で出会う。４つのリブ５２６は、外壁５２５と内側気流管５２０の間に延びる。リブ５２６は、外側本体および内側気流管と一体的に成形されていて、図２ｂのリブと同じ構成を有する。カートリッジ本体は、概して丸い断面を有する。

図３のカートリッジは、図２ａの実施形態と同じ方法で、第一の支持体プレート５３０および第二の支持体プレート５５０を備える。サセプタ素子５３５は、図２ａの実施形態と同じ方法で提供されている。サセプタ素子は、中央くぼみの周りに延びる環状のステンレス鋼メッシュを備える。液体保持材料または毛細管材料５４０は、第一の支持プレートの遠位側上のカートリッジ内に位置付けられている。液体保持材料５４０はサセプタ素子５３５と接触している。

カートリッジの口側端は密封要素５６０を備える。密封要素５６０は、内側気流管５２０を覆い、密封する。密封要素は、マウスピース６１０上の貫通細部６１５によって破壊されることができる薄膜である。

密封要素５６０は、射出成形プロセスでカートリッジ本体とともに形成されうる。特に、密封要素は中央気流管とともに形成されてもよく、これは隆起と見なされてもよく、密封要素は隆起の底部である。

射出成形プロセスにおいて、射出成形された製品の壁が均一な厚さではない時に収縮効果がある。より厚い壁はより薄い壁よりもゆっくりと固化し、これはより厚い壁に取り付けられた部分がより厚い壁の中にはまり込むかまたは収縮することを意味する。通常では問題と見なされるこの効果は、密封要素を非常に薄い貫通しやすいものにすることによって、本発明において有利に使用されうる。

カートリッジの反対側の端はまた、使用前にユーザーによって剥がされる密封要素によって密封されうる。

図３の実施形態の本体６００は、図２ａの本体に類似する構造を有するが、マウスピース６１０を係合させてカートリッジを囲むように構成されている。本体は、インダクタコイル６２５および吸煙検出器６２０を含む。空気吸込み口６５０は、本体６００のハウジングを通して提供されている。

カートリッジは、サセプタ素子５３５がインダクタコイル６２５に隣接するように、本体６００のくぼみに定置されている。次にマウスピースがカートリッジの上に定置され、本体６００を係合する。マウスピースは、例えばスナップフィット接続またはねじ接続によって本体に取り付けられてもよい。それ故に、マウスピースはカートリッジを所定位置に保持する。マウスピースが本体に接続されている時に、貫通細部６１５はカートリッジ上の密封要素５６０を貫通する。

使用時に、ユーザーはマウスピースを吸煙して、システムを通して空気を引き出す。ユーザーがマウスピース６１０を吸う時に、空気は空気吸込み口６５０を通してカートリッジの中央くぼみの中に引き出される。空気は、内側気流管５２０を通して引き出される前に、コイル６２５とサセプタ素子５３５の間を通過する。ユーザーの吸入は、吸煙センサー６２０によって検出される。ユーザーの吸入を検出すると、制御回路は、サセプタ素子５３５が誘導加熱されるように、高周波電流をコイルに供給する。サセプタの近くのエアロゾル形成基体は気化されて、サセプタを通過して中央くぼみの中に入る。ベイパーは内側気流管５２０を通って空気とともに引き出され、ユーザーの口に入る前に冷めてエアロゾルを形成する。

図４は、本発明による別の実施形態を図示したものである。図４のシステムは図２のシステムと類似していて、誘導加熱の同じ原理を使用して動作するが、図４の実施形態において、サセプタ素子およびコイルの異なる配設がある。

図４の実施形態において、カートリッジ７００は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの射出成形可能ポリマーから形成された成形カートリッジ本体７０５を備える。成形カートリッジ本体は、外壁７２５と内側気流管７２０とを備え、これらはカートリッジの口側端７１０で出会う。４つのリブ７２６は、外壁７２５と内側気流管の間に延びる。リブ７２６は、図２ｂに示したものと同じ方法で、外側本体および内側気流管と一体的に成形されている。カートリッジ本体７０５は、概して丸い断面を有する。

第一の支持プレート７３０（これはまた、ＰＥＥＫから形成されてもよく、図２ｃの第一の支持プレートに類似する形態を有する）は、カートリッジ本体の中に挿入されていて、内側気流管と外壁の間に追加的な支持を提供するように位置している。内側気流管の端（これはマウスピース端から離れた端である）は、第一の支持体プレート７４０の中央開口部に位置している。

サセプタ素子７３５は、第一の支持プレート７３０に平行である平坦なステンレス鋼メッシュを備える。サセプタは流体透過性であり、特に蒸気がそれを通過することを可能にするように構成されている。第一の支持プレートとサセプタ素子の間に、液体保持材料７４０がある。液体保持材料７４０はサセプタ素子と接触している。液体保持材料の機能は、一部の液体エアロゾル形成基体がシステムの向きにかかわらず、サセプタ素子と接触していることを確実にすることである。この例における液体保持材料は、織物ガラス繊維材料である。液体保持材料はそれを通して形成された中央開口部を有し、これは中央気流管７２０と整列して、カートリッジを通る空気の通過を可能にする。

外壁と内側気流管とサセプタ素子との間の空間は、液体エアロゾル形成基体で充填されている。液体エアロゾル形成基体は、グリセリンなどのエアロゾル形成体と、水、ニコチンおよび風味化合物との混合物である。

図４の実施形態の本体７５０では、パンケーキインダクタコイル７６０が使用されている。パンケーキインダクタコイルは、サセプタ素子７３５に隣接して位置付けられている。パンケーキコイルは鉄磁束コンセントレーター内に保持されている。

図２ａの実施形態の通り、動作時に、ユーザーがカートリッジの口側端７１０を吸う時に、空気は本体とカートリッジの間に画定された空気吸込み口７５５を通して引き出される。空気は、サセプタ素子を通して、および内側気流管７２０を通して引き出される前に、コイル７６０とサセプタ素子７３５の間を通過する。ユーザーの吸入は、吸煙センサー７８０によって検出される。ユーザーの吸入は、気流経路と流体連通しているくぼみの圧力降下を生じさせる。ユーザーの吸入を検出すると、制御回路は、サセプタ素子７３５が誘導加熱されるように、高周波電流をコイルに供給する。サセプタ素子の近くのエアロゾル形成基体は気化される。ベイパーは内側気流管７２０を通って空気とともに引き出され、ユーザーの口に入る前に冷めてエアロゾルを形成する。

図５は、抵抗加熱ではなく誘導加熱を使用する、本発明のさらなる実施形態である。図５のシステムは、マウスピースがカートリッジと別個であるという点で、図３のシステムと類似している。

カートリッジ８００は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの射出成形可能ポリマーから形成された成形カートリッジ本体を備える。成形カートリッジ本体は、外壁８２５と内側気流管８２０とを備え、これらはカートリッジの口側端で出会う。４つのリブ８２６は、外壁８２５と内側気流管８２０の間に延びる。リブ８２６は、外側本体および内側気流管と一体的に成形されていて、図２ｂのリブと同じ構成を有する。カートリッジ本体は、概して丸い断面を有する。

図５のカートリッジは、口側端と反対側の端に抵抗発熱体８５０を備える。発熱体は、蒸気透過性の平面ステンレス鋼メッシュを備える。開口部は、中央気流管９２０と整列して、発熱体の中に形成されている。発熱体は、成形カートリッジ本体に接着されている、または機械的に固定されているヒーター組立品の一部としうる。

液体保持材料または毛細管材料８４０は、第一の支持プレートの遠位側上のカートリッジ内に位置付けられている。液体保持材料８４０は発熱体８５０と接触している。成形カートリッジ本体と発熱体の間の空間は、以前の実施形態に関連して説明した通り、液体エアロゾル形成基体で充填されている。

カートリッジの口側端は密封要素８６０を備える。密封要素８６０は、内側気流管８２０を覆い、密封する。密封要素は、図３に関連して説明した通り、マウスピース９１０上の貫通細部９１５によって破壊されることができる薄膜である。

カートリッジの反対側の端はまた、使用前にユーザーによって剥がされる密封要素によって密封されうる。

図５の実施形態の本体９００は、図３の本体と類似した構造を有するが、インダクタコイルの代わりに一対のばね式電気接点ピン９３０、９３５を含む。電気接点ピンは、発熱体８５０に接触し、熱を発生させるために発熱体を通して電流を提供する。

吸煙検出器９２０は、ユーザーの吸煙を検出するために提供されている。空気吸込み口は、本体９００のハウジングを通して提供されている。

カートリッジは、発熱体８３５が電気接点ピン９３０、９３５に接触するように、本体６００のくぼみに定置されている。次にマウスピース９１０はカートリッジの上に定置されていて、本体９００を係合する。マウスピースは、スナップフィット接続によって本体に取り付けられる。それ故に、マウスピースはカートリッジを所定位置に保持する。マウスピースが本体に接続されている時に、貫通細部９１５はカートリッジ上の密封要素８６０を貫通する。

使用時に、ユーザーはマウスピースを吸煙して、システムを通して空気を引き出す。ユーザーがマウスピース９１０を吸う時に、空気は空気吸込み口９５０を通して引き出される。空気は、内側気流管８２０を通して引き出される前に、発熱体８３５の間を通過する。ユーザーの吸入は、吸煙センサー９２０によって検出される。ユーザーの吸入を検出すると、制御回路は、ジュール効果によって加熱されるように、発熱体に電流を供給する。発熱体の近くのエアロゾル形成基体は気化されて、発熱体を通って気流の中に入る。ベイパーは内側気流管８２０を通って空気とともに引き出され、ユーザーの口に入る前に冷めてエアロゾルを形成する。

記載の実施形態が本発明の単なる例であること、および修正が可能であることは明らかである。特に、異なる形状のカートリッジおよび異なる材料が使用されうる。

Claims (14)

1. 手持ち式エアロゾル発生システム用のカートリッジであって、
   外壁と、外側本体内の内側気流管と、前記内側気流管を密封する密封要素とを備えるカートリッジ本体であって、前記密封要素が前記内側気流管と一体的に成形されていて、前記内側気流管が前記外壁から間隔を置いている、カートリッジ本体と、
   前記外壁と前記内側気流管の間のエアロゾル形成基体の貯蔵部と、を備え、
   前記外壁および前記内側気流管が、前記外壁と前記内側気流管の間に延びる一つ以上のリブを通して互いに接続されていて、前記外壁、内側気流管および一つ以上のリブが一体的に成形されている、カートリッジ。
2. 前記外壁と内側気流管の間に延びる一つ以上のリブが、前記貯蔵部を通過する複数のリブを備える、請求項１に記載のカートリッジ。
3. 前記外壁が概して円筒状であり、前記一つ以上のリブが前記外壁から前記内側気流管に半径方向内向きに延びる、請求項１または請求項２に記載のカートリッジ。
4. 前記カートリッジが、発熱体を備えるヒーター組立品を備え、前記ヒーター組立品が前記カートリッジ本体に固定されている、請求項１～３のいずれか一項に記載のカートリッジ。
5. 前記ヒーター組立品が機械的インターロックによって前記カートリッジ本体に固定されている、請求項４に記載のカートリッジ。
6. 前記ヒーター組立品がヒーター組立品本体を備え、前記ヒーター組立品本体が前記発熱体の周りに成形されている、請求項４または請求項５に記載のカートリッジ。
7. 前記発熱体が流体透過性抵抗ヒーターである、請求項４～６のいずれか一項に記載のカートリッジ。
8. 前記発熱体が、前記エアロゾル形成基体を加熱するように構成された磁気サセプタである、請求項４～６のいずれか一項に記載のカートリッジ。
9. 前記エアロゾル形成基体が室温で液体またはゲルである、請求項１～８のいずれか一項に記載のカートリッジ。
10. 請求項１～９のいずれか一項に記載のカートリッジと、前記カートリッジに接続された本体とを備える手持ち式エアロゾル発生システムであって、前記本体が電源を備える、手持ち式エアロゾル発生システム。
11. マウスピース部分を備え、前記マウスピース部分が、前記マウスピース部分と前記密封要素の間の相対的動きに際して、前記カートリッジの中の密封要素を貫通するように構成された貫通部材を備える、請求項１０に記載の手持ち式エアロゾル発生システム。
12. 請求項１～６、又は、８のいずれか一項に記載のカートリッジと、前記カートリッジに接続された本体とを備える手持ち式エアロゾル発生システムであって、前記本体が電源を備える、手持ち式エアロゾル発生システム。
13. 前記本体が、インダクタコイルと、振動電流を前記インダクタコイルに提供するように構成された発振回路とを備える、請求項１２に記載の手持ち式エアロゾル発生システム。
14. 手持ち式エアロゾル発生システム用のカートリッジを製造する方法であって、
    外壁と外側本体内の内側気流管とを備えるカートリッジ本体を、射出成型可能ポリマーから成形する工程であって、前記内側気流管が前記外壁から間隔を置いていて、前記外壁および前記内側気流管が、前記外壁と内側気流管の間に延びる一つ以上のリブを通して互いに接続されていて、前記カートリッジ本体が前記内側気流管を密封する密封要素を備え、前記密封要素が前記内側気流管と一体的に成形されている、成形する工程と、
    前記外壁と前記内側気流管の間のくぼみをエアロゾル形成基体で充填する工程と、
    発熱体を備えるヒーター組立品を前記カートリッジ本体に固定して、前記くぼみの開放端を覆う工程と、を含む、方法。

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