(57)【要約】【課題】液体を気化するのに適したヒーター組立品を含むエアロゾル発生システムを提供する。【解決手段】エアロゾル発生システムは、液体エアロゾル形成基体を保持する剛直なハウジングを含む液体貯蔵部分であって、ハウジングが開口部を持つものと、複数の導電性フィラメントを含む流体透過性ヒーター組立品であって、流体透過性ヒーター組立品がハウジングに固定され、かつハウジングの開口部を横切って延びるものとを含む。液体貯蔵部分の開口部を横切って延びるヒーター組立品を提供することで、比較的製造が単純で丈夫な構造が許容される。この配置により、ヒーター組立品と液体エアロゾル形成基体との間の大きな接触面積が許容される。ヒーター組立品は、実質的に平面とすることができ、単純な製造が許容される。【選択図】図５ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に動作するエアロゾル発生システムで使用するためのカートリッジであって、
液体エアロゾル形成基体を保持する丈夫なハウジング（２４）を備えた液体貯蔵部分（２０）であって、前記ハウジングが開口部を持つ、前記液体貯蔵部分と、
複数の導電性フィラメントを含む流体透過性ヒーター組立品（３０）であって、前記導電性フィラメントは１０μｍ〜１００μｍの直径を有し、流体透過性ヒーター組立品がハウジングに固定され、ハウジングの開口部を横切って延びる、前記ヒーター組立品と、を含む、前記カートリッジ。
【請求項２】
前記ヒーター組立品（３０）が実質的に平面である、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項３】
前記複数のフィラメントがメッシュ（３６）を形成する、請求項１または２に記載のカートリッジ。
【請求項４】
前記複数のフィラメントが互いに平行に配列された複数のフィラメントから成る、請求項１〜３のいずれか１項に記載のカートリッジ。
【請求項５】
前記液体貯蔵部分の前記ハウジングが毛細管材料（２２，２７）を含む、請求項１または２に記載のカートリッジ。
【請求項６】
毛細管媒体をさらに含み、前記毛細管媒体が実質的に前記ヒーター組立品と同じ大きさおよび形状であり、前記毛細管材料（２２，２７）が前記ヒーター組立品と接触して提供され、前記液体エアロゾル形成基体が前記毛細管媒体を通して前記導電性フィラメントに引き込まれる、請求項５に記載のカートリッジ。
【請求項７】
前記毛細管材料（２２，２７）が前記フィラメント間の隙間内に延びる、請求項５または６に記載のカートリッジ。
【請求項８】
前記毛細管材料が第一の毛細管材料（２７）および第二の毛細管材料（２８）を含み、前記第一の毛細管材料が前記ヒーター組立品と接触し、前記第二の毛細管材料が前記第一の毛細管材料と接触しかつ前記ヒーター組立品と前記第一の毛細管材料によって間隙を介しており、前記第一の毛細管材料が前記第二の毛細管材料よりも高い熱分解温度を持つ、請求項５、６または７に記載のカートリッジ。
【請求項９】
前記第二の毛細管材料が２０〜１６０ｍｇの前記液体を保持する、請求項８に記載のカートリッジ。
【請求項１０】
前記第一の毛細管材料の前記熱分解温度が、少なくとも１６０℃である、請求項９に記載のカートリッジ。
【請求項１１】
前記ヒーター組立品が第一の材料でできた少なくとも一つのフィラメントおよび前記第一の材料とは異なる第二の材料でできた少なくとも一つのフィラメントを含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のカートリッジ。
【請求項１２】
前記ヒーター組立品（３０）が、フィラメントがその上に支持される電気的に絶縁された基体（３４）を含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のカートリッジ。
【請求項１３】
前記ヒーター組立品が複数の前記フィラメントと接触する導電性接点（３２）を持つ、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のカートリッジ。
【請求項１４】
前記ヒーター組立品が側方の平面内に延び、前記導電性接点（３２）が前記液体貯蔵部分の前記ハウジングを超えて側方に延びる、請求項１３に記載のカートリッジ。
【請求項１５】
主要ユニット（１０）および請求項１〜１４のいずれか１項に記載されているカートリッジ（２０）を含む、エアロゾル発生システムであって、前記カートリッジは前記主要ユニットと取り外し可能なように結合され、前記主要ユニットが電源（１４）を含む、前記エアロゾル発生システム。
【請求項１６】
前記ヒーター組立品および電源に接続された電気回路（１６）をさらに含み、前記電気回路が、前記ヒーター組立品または前記ヒーター組立品の一つ以上のフィラメントの電気抵抗をモニタリングし、前記ヒーター組立品または前記一つ以上のフィラメントの前記電気抵抗に応じて前記電源から前記ヒーター組立品への動力供給を制御するように構成されている、請求項１５に記載のエアロゾル発生システム。
【請求項１７】
電気的に動作するエアロゾル発生システムで使用するためのカートリッジの製造方法であって、
開口部を持つハウジングを備える液体貯蔵部分を提供する工程と、
前記液体貯蔵部分を液体エアロゾル形成基体で充填する工程と、
複数の導電性フィラメントを含む流体透過性ヒーター組立品を液体貯蔵部分に固定する工程であって、前記導電性フィラメントは１０μｍ〜１００μｍの直径を有し、流体透過性ヒーター組立品が液体貯蔵部分のハウジングの開口部を横切って延びる、前記工程と、
を含む、前記製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を気化するのに適したヒーター組立品を含むエアロゾル発生システムに関連する。特に、本発明は、電気的に作動する喫煙システムなど、手持ち式のエアロゾル発生システムに関連する。
【背景技術】
【０００２】
一つのタイプのエアロゾル発生システムは、電気的に作動する喫煙システムである。電池および制御電子回路を含む装置部分と、エアロゾル形成基体の補給品を含むカートリッジ部分と、電気的に動作する気化器とを備えた、手持ち式の電気的に作動する喫煙システムが周知である。エアロゾル形成基体の補給品および気化器の両方を備えたカートリッジは、時々「カートマイザー」と呼ばれることがある。気化器は、一般に、液体エアロゾル形成基体に浸された細長い芯の周りに巻かれたヒーターワイヤーコイルを含む。カートリッジ部分は、一般にエアロゾル形成基体の補給品および電気的に動作する気化器だけでなく、ユーザーが使用時に吸ってエアロゾルを口内に引き出すマウスピースも含む。
【０００３】
ところが、この配置はカートリッジは製造が比較的高価であるという欠点を持つ。これは、芯およびコイル組立品の製造が困難であるためである。また、ヒーターワイヤーのコイルと電流が装置部分から供給される電気接点との間の電気接点は、製造中に繊細に取り扱いされなければならない。さらに、これらのカートリッジは、搬送中に繊細な芯およびコイル組立品を保護するためのマウスピース部分を含む。ところが、各カートリッジに完全かつ丈夫なマウスピースを含めることは、各カートリッジが高い材料コストを持つことを意味する。
【０００４】
製造が安価でありかつ丈夫な手持ち式電気的に作動する喫煙システムなど、エアロゾル発生システムに適切なヒーター組立品を提供することが望ましい。エアロゾル発生システムの先行するヒーター組立品よりも効率が良いヒーター組立品を提供することがさらに望ましい。
【発明の概要】
【０００５】
第一の態様では、エアロゾル発生システムが提供されているが、これは
液体エアロゾル形成基体を保持するハウジングを備えた液体貯蔵部分であって、前記ハウジングが開口部を持つものと、
複数の導電性フィラメントを含む流体透過性ヒーター組立品であって、流体透過性ヒーター組立品がハウジングに固定され、ハウジングの開口部を横切って延びるものとを含む。
【０００６】
液体貯蔵部分の開口部を横切って延びるヒーター組立品を提供することで、比較的製造が単純で丈夫な構造が許容される。この配置により、ヒーター組立品と液体エアロゾル形成基体との間の大きな接触面積が許容される。ハウジングは、剛直なハウジングとしうる。本明細書で使用される場合、「剛直なハウジング」とは、自立型のハウジングを意味する。液体貯蔵部分の剛直なハウジングは、ヒーター組立品に対する機械的な支持を提供することが好ましい。ヒーター組立品は、実質的に平面とすることができ、単純な製造が許容される。本明細書で使用される場合、「実質的に平坦」とは、初めに単一の平面内に形成され、かつ湾曲した形状またはその他の非平面形状に巻かれたりまたはその形状に適合するようになっていないことを意味する。幾何学的には、「実質的に平坦な」導電性のフィラメント配列という用語は、実質的に二次元の位相幾何学的マニホールドの形態である導電性フィラメント配列を意味するために使用される。従って、実質的に平坦な導電性のフィラメント配列は、実質的に第三の寸法よりも大きい表面に沿って二次元的に延びる。特に、その表面内での２次元的な実質的に平坦なフィラメント配列の寸法は、表面に対して垂直の第三の寸法よりも少なくとも５倍大きい。実質的に平坦なフィラメント配列の例は、２つの実質的に架空の平行な表面間の構造であって、ここでこれらの２つの架空表面間の距離は、実質的にその表面内の延長部分よりも小さい。一部の実施形態で、実質的に平坦なフィラメント配列は平面である。その他の実施形態で、実質的に平坦なフィラメント配列は一つ以上の寸法に沿って曲がっており、例えばドーム形状またはブリッジ形状を形成する。
【０００７】
「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置された電気的な経路を意味するために使用される。フィラメントは、任意にいくつかの経路またはフィラメントにそれぞれ枝分かれ・分岐させてもよく、またはいく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、四角、平坦またはその他の任意の断面形態を持ちうる。フィラメントは、直線的または曲線的に配置されうる。
【０００８】
「フィラメント配列」という用語は、本明細書全体で１つのまたは好ましくは複数のフィラメントの配列を意味するために使用される。フィラメント配列は、例えば相互に並列に配列された一連のフィラメントとしうる。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、織物または不織布としうる。
【０００９】
平面のヒーター組立品は、製造時の取り扱いが簡単にでき、丈夫な構造が与えられる。
【００１０】
システムは、装置と、装置に取り外し可能なように結合されたカートリッジとを有利にも含みうるが、ここで液体貯蔵部分およびヒーター組立品がカートリッジ内に提供されており、また装置は電源を含む。カートリッジは、低コストで信頼でき再現可能な方法で製造されうる。本明細書で使用されるとき、カートリッジが装置に「取り外し可能なように結合された」とは、カートリッジおよび装置が、装置またはカートリッジのいずれも著しく損傷することなく、互いに結合および分離できることを意味する。
【００１１】
システムは電気的に作動する喫煙システムとしうる。
【００１２】
導電性フィラメントは、単一平面内に位置しうる。平面のヒーター組立品は、製造時の取り扱いが簡単にでき、丈夫な構造が与えられる。
【００１３】
導電性フィラメントはフィラメント間の隙間を画定でき、隙間の幅は１０μｍ〜１００μｍとしうる。フィラメントは、使用時に気化されることになる液体が隙間内に引き出されてヒーター組立品と液体の間の接触面積が増えるように、隙間内に毛細管作用を引き起こさせることが好ましい。
【００１４】
導電性フィラメントは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うる。隙間の幅は７５μｍ〜２５μｍが好ましい。メッシュの合計面積に対する隙間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物または格子の構造を使用して形成してもよい。別の方法として、導電性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。
【００１５】
導電性フィラメントのメッシュ、アレイまたは繊維はまた、当業界において周知の通り、液体を保持するその能力によって特性付けられうる。
【００１６】
導電性フィラメントの直径は１０μｍ〜１００μｍとすることができ、８μｍ〜５０μｍであることが好ましく、８μｍ〜３９μｍであることがより好ましい。フィラメントは、丸い断面を有してもよく、または平坦な断面を有してもよい。
【００１７】
導電性フィラメントのメッシュ、アレイまたは繊維の面積は小さくすることができ、２５ｍｍ2未満であり、手持ち式システムへの組み込みが許容されることが好ましい。導電性フィラメントのメッシュ、アレイまたは繊維は、例えば長方形で５ｍｍ×２ｍｍの寸法を持つものでもよい。導電性フィラメントのメッシュまたはアレイは、ヒーター組立品の面積の１０％〜５０％の面積を覆うことが好ましい。導電性フィラメントのメッシュまたはアレイは、ヒーター組立品の面積の１５％〜２５％の面積を覆うことがより好ましい。導電性フィラメントのメッシュ、アレイまたは繊維を、面積の１０％および５０％、または２５ｍｍ2以下の大きさにすることで、導電性フィラメントのメッシュ、アレイまたは繊維を加熱するのに要求される合計電力量が低減され、一方で、蒸発させることになる液体が供給された１つ以上の毛細管材料との導電性フィラメントのメッシュ、アレイまたは繊維の十分な接触が確保される。
【００１８】
ヒーターフィラメントは、シート材料（箔など）のエッチングによって形成されうる。これは、ヒーター組立品が一連の平行のフィラメントを含む時、特に有利でありうる。ヒーター組立品がメッシュまたはフィラメントの織物を含む場合、フィラメントは個別に形成され、まとめて編まれうる。別の方法として、ヒーターフィラメントは、例えばステンレス鋼など導電性の箔からスタンピングされうる。
【００１９】
ヒーター組立品のフィラメントは、適切な電気的属性を有する任意の材料から形成されうる。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および金属材料でできた複合材料が挙げられるが、これに限定されない。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む場合がある。適切なドープされたセラミックの例としては、ドープシリコン炭化物が挙げられる。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−、コバルト−、クロミウム−、アルミニウム−チタン−ジルコニウム−、ハフニウム−、ニオビウム−、モリブデン−、タンタル−、タングステン−、スズ−、ガリウム−、マンガン−および鉄を含有する合金、およびニッケル、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および鉄−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うる。導電性フィラメント用の好ましい材料は、３０４、３１６、３０４Ｌ、３１６Ｌステンレス鋼、および黒鉛である。さらに、導電性フィラメント配列は、上述の材料の組み合わせを含みうる。材料の組み合わせを、実質的に平坦なフィラメント配列の抵抗の制御を改善するために使用しうる。例えば、本質的に高い抵抗の材料を、本質的に低い抵抗の材料と組み合わせてもよい。これは、材料のどれか１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から見てより有益な場合に有用なことがある。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により無駄な損失が低減される。有利なことに、高い抵抗のヒーターにより、より効率の高い電池エネルギーの使用が許容される。電池エネルギーは、プリント基板および接点で損失するエネルギーと、導電性フィラメント配列に供給されるエネルギーとに比例配分される。従って、ヒーター内で導電性フィラメント配列用に利用可能なエネルギーは、導電性フィラメント配列の抵抗が高くなるほど大きくなる。
【００２０】
模範的実施形態において、実質的に平坦なフィラメント配列は、ワイヤーメッシュに形成される２つのタイプの金属ワイヤーから構成されうる。こうした実施形態では、高い抵抗性のワイヤーは電流の流れる方向に向いていることが好ましく、例えば、ニッケルクロム合金製のワイヤーなどがある。従って、この実施形態において、低い抵抗性のワイヤーは、高い電気抵抗のワイヤーと実質的に直角をなすように配置される。例えば、低い抵抗性はステンレス鋼ワイヤーとしうる。有利なことに、比較的安価な低抵抗のワイヤーは、高い電気抵抗を持つワイヤーのためのサポートを形成する。さらに、高い電気抵抗を持つワイヤーは一般に、ステンレス鋼ワイヤーよりも展性が小さく、従って細いワイヤーには簡単には製造できない。したがって、こうした有利な発明の実施形態では、高い電気抵抗を持つ比較的太いワイヤーが、低い電気抵抗の細いステンレス鋼ワイヤーと組み合わせられ、ステンレス鋼ワイヤーが細くなることで、毛管力の増大によって実質的に平坦なフィラメント配列の湿潤が改善されるという追加的な利益がある。
【００２１】
別の方法として、導電性フィラメント配列は、炭素糸の織物で形成されうる。炭素糸の織物は、高い抵抗性の金属ヒーターよりも一般にコスト効率が高いという利益を持つ。さらに、炭素糸の織物は一般に、金属メッシュよりも柔軟性が高い。別の利点は、炭素糸の織物と高放出材料などの搬送媒体との間の接触が、流体透過性ヒーター組立品の構成中に良好に保存されることである。
【００２２】
流体透過性ヒーター組立品と搬送媒体（例えば、毛細管搬送媒体、繊維または多孔性のセラミック材料製の芯など）の間の信頼性のある接触により、流体透過性ヒーター組立品の一定の湿潤が向上する。この利点により、有利なことに、導電性フィラメント配列の過熱のリスクおよび液体の不注意な熱分解が低減される。
【００２３】
ヒーター組立品は、フィラメントがその上に支持される電気的に絶縁された基体を備えうる。電気的に絶縁された基体は、適切な任意の材料を備えうるが、高温（摂氏３００度を超える）および急激な温度変化に耐えることができる材料であることが好ましい。適切な材料の一例は、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）などのポリイミド膜である。電気的に絶縁された基体は、その中に形成された開口部を持つことができ、導電性フィラメントは開口部を横切って延びる。ヒーター組立品は、導電性フィラメントに接続された電気接点を備えうる。例えば、電気接点は、導電性フィラメント配列に接着、溶接または機械的にクランプ留めされうる。別の方法として、導電性フィラメント配列は、例えば金属インクを使用して、電気的に絶縁された基体上に印刷されうる。こうした配置では、導電性フィラメント配列が多孔性材料の表面に直接適用されるように、電気的に絶縁された基体は多孔性材料であることが好ましい。こうした実施形態では、基体の空隙率は、それを通して液体が導電性フィラメント配列に向けて引き出されうる電気的に絶縁された基体の「開口部」として機能することが好ましい。
【００２４】
ヒーター要素の導電性フィラメントのメッシュ、アレイまたは繊維の電気抵抗は、０．３オーム〜４オームであることが好ましい。導電性フィラメントのメッシュ、アレイまたは繊維の電気抵抗は、０．５オーム〜３オームであることがより好ましく、約１オームであることがより好ましい。導電性フィラメントのメッシュ、アレイまたは繊維の電気抵抗は、接点部分の電気抵抗よりも少なくとも１桁大きいことが好ましく、また少なくとも２桁大きいことがより好ましい。これにより、ヒーター要素から電流を通過させることにより発生した熱が確実に導電性フィラメントのメッシュまたはアレイに局在化される。システムの電源が電池である場合、ヒーター要素は全体的に低い抵抗を持つことが有利である。低抵抗で大電流のシステムにより、ヒーター要素に高電力を供給できる。これにより、ヒーター要素が導電性フィラメントを素早く望ましい温度に加熱できる。
【００２５】
第一および第二の導電性接点部分は、導電性フィラメントに直接固定されうる。接点部分は導電性フィラメントと電気的に絶縁された基体の間に配置されうる。例えば、接点部分は、絶縁基体上にメッキされた銅箔から形成されうる。接点部分はまた、絶縁基体よりもフィラメントと簡単に結合しうる。
【００２６】
別の方法として、第一および第二の導電性接点部分は、導電性フィラメントと一体型としうる。例えば、ヒーター要素は、導電性シートにエッチングを施して、二つの接点部分間に複数のフィラメントを提供することにより形成されうる。
【００２７】
ヒーター組立品は、第一の材料から作製された少なくとも１つのフィラメントと、第一の材料とは異なる第二の材料から作製された少なくとも１つのフィラメントとを備えうる。これは、電気的なまたは機械的な理由から有益でありうる。例えば、一つ以上のフィラメントは、鉄アルミニウム合金など、温度に伴い著しく変動する抵抗を持つ材料から形成されうる。これにより、温度または温度変化を決定するために使用されるフィラメントの抵抗の測定ができる。これは、吸煙検出システム内で、ヒーターを望ましい温度範囲内に保つためにヒーター温度の制御に使用されることができる。急激な温度の変化も、システムのユーザーの喫煙に起因するヒーター組立品を通過する空気の流れの変化を検出する手段として使用されうる。
【００２８】
液体貯蔵部分のハウジングは有利なことに毛細管材料を含む。毛細管材料は、液体を材料の一方の端から他方へ能動的に運ぶ材料である。毛細管材料は、ハウジング内で液体をヒーター組立品に運ぶのに有利に方向付けられる。
【００２９】
毛細管材料は繊維質または海綿状の構造を有する場合がある。毛細管材料は一束の毛細管を含むことが好ましい。例えば、毛細管材料は複数の繊維もしくは糸、またはその他の微細チューブを含む場合がある。繊維または糸は、一般的に液体をヒーターに移動するように整列されたものとしうる。別の方法として、毛細管材料は海綿体様または発泡体様の材料を含む場合がある。毛細管材料の構造は複数の小さな穴またはチューブを形成し、それを通して液体が毛細管作用によって移動できる。毛細管材料は適切な任意の材料または材料の組み合わせを含みうる。適切な材料の例としては、海綿体または発泡体材料、繊維また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、発泡性の金属またはプラスチックの材料、例えば紡がれたかまたは押し出された繊維（酢酸セルロース、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、テリレンまた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）でできた繊維性材料がある。毛細管材料は異なる液体物理特性で使用されるように、適切な任意の毛細管および空隙率を有する場合がある。液体は毛細管作用により毛細管装置を通過して移動できるようにする粘性、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持つ。
【００３０】
毛細管材料は、導電性フィラメントと接触しうる。毛細管材料は、フィラメント間の隙間に延びうる。ヒーター組立品は、毛細管作用により液体エアロゾル形成基体を隙間に引き込みうる。毛細管材料は、実質的に開口部の全長にわたり、導電性フィラメントと接触しうる。一つの実施形態で、導電性フィラメント配列と接触する毛細管材料は、フィラメント状の芯としうる。フィラメント状の芯は第一の部分および第二の部分を持つことが好ましく、ここで第一の部分は、導電性フィラメント配列と実質的に直角に配列され、カートリッジの液体貯蔵部分内に達する。フィラメント状の芯の第二の部分は、実質的に導電性フィラメント配列と平行に配列されることが好ましい。フィラメント状の芯のフィラメントは、フィラメント状の芯の第一の部分からフィラメント状の芯の第二の部分へと連続していることが好ましい。これにより、フィラメント状の芯の第一の部分を通した導電性フィラメント配列に向けた液体の素早い搬送が許容されると同時に、フィラメント状の芯の第二の部分を通した導電性フィラメント配列全体への素早い分配が許容される。これにより、有利なことに導電性フィラメント配列全体の連続的な湿潤が許容される。連続的な湿潤により、過熱が回避でき、また過熱による不注意の液体の分解が阻止できる。
【００３１】
導電性フィラメント配列は、金属製であるかまたは水などの液体の存在に敏感な膜で被覆された少なくともいくつかのフィラメントを含むことが好ましい。これにより、例えば、ワイヤーの電気抵抗を監視して、ヒーターが稼働するのを阻止するかまたは乾燥した界面を検出した場合に電流を減少させる回路に感度の高いワイヤーを接続することにより、導電性フィラメント配列の湿潤の検出が許容される。これは、有利なことに、エアロゾル発生システムの安全性を増大させる。一つの実施形態において、湿潤の検出に使用されるフィラメントは、窒化インジウム（ＩｎＮ）または酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）膜で被覆されるステンレス鋼ワイヤーである。使用時、水などの液体はこうした膜表面から電子を枯渇させ、膜表面が乾燥する瞬間まで膜の高い電気抵抗性を保持する。その後、抵抗性は急速に低下する。抵抗性の低下は、接続された電子回路によって検出される。
【００３２】
有利なことに、ヒーター組立品および毛細管材料は、およそ同じ面積を持つ大きさとしうる。本明細書で使用される時、「およそ」とは、ヒーター組立品を毛細管材料よりも０〜１５％だけ大きくしうることを意味する。ヒーター組立品の形状も、組立品および材料が実質的に重なるように、毛細管材料の形状と同様としうる。組立品および材料のサイズおよび形状が実質的に同じである時、製造は単純化することができ、製造工程の確実性が改善される。下記に考察する通り、毛細管材料は、エアロゾル発生を促進するために、ヒーター組立品の導電性フィラメントのメッシュ、アレイまたは繊維と直接接触する毛細管材料の１つ以上の層を含む、２つ以上の毛細管材料を含みうる。毛細管材料は、本明細書で説明した材料を含みうる。
【００３３】
少なくとも一つの毛細管材料は、不十分な液体が導電性フィラメントのメッシュ、アレイまたは繊維と接触する毛細管材料に供給された場合に発生する「乾燥加熱」を阻止するために、最小量の液体が前記毛細管材料内に確実に存在するために、十分な体積を持つものとしうる。ユーザーによる２０〜４０回の吸煙を許容するために、最低体積の前記毛細管材料が提供されうる。１〜４秒間の吸煙中に揮発される液体の平均体積は、一般に１〜４  ｍｇである。従って、液体形成基体を含む２０〜１６０  ｍｇの液体を保持する体積を持つ少なくとも一つの毛細管材料は乾燥加熱を阻止しうる。
【００３４】
ハウジングは、二つ以上の異なる毛細管材料を含みうるが、ここでヒーター要素と接触している第一の毛細管材料はより高い熱分解温度を持ち、第一の毛細管材料と接触しているが、ヒーター要素とは接触してない第二の毛細管材料はより低い熱分解温度を持つ。第一の毛細管材料は第二の毛細管材料がその熱分解温度を上回る温度に晒されないように、ヒーター要素を第二の毛細管材料から分離するスペーサーとしての役目を効果的に果たす。本明細書で使用される場合、「熱分解温度」は、材料が分解を始め、ガス状の副産物を発生することにより質量を損失する温度を意味する。第二の毛細管材料は、有利なことに第一の毛細管材料よりも大きな容積を占めうるが、また第一の毛細管材料よりも多くのエアロゾル形成基体を保持しうる。第二の毛細管材料は、第一の毛細管材料よりも優れた芯の性能を持ちうる。第二の毛細管材料は、第一の毛細管材料よりも安価でありうる。第二の毛細管材料はポリプロピレンとしうる。
【００３５】
第一の毛細管材料は、ヒーター組立品を第二の毛細管材料から少なくとも１．５ｍｍの距離だけ分離しうるが、第一の毛細管材料を横切って十分な温度降下を提供するために、１．５ｍｍ〜２ｍｍであることが好ましい。
【００３６】
導電性フィラメントを通過する空気の流れが気化された液体エアロゾル形成基体に混入されるように、液体貯蔵部分は導電性フィラメントの第一の側に位置し、気流チャネルは導電性フィラメントの反対側から液体貯蔵部分に位置しうる。
【００３７】
液体搬送媒体に近接して、またはそれに接触して位置する電気ヒーター組立品に加えて、エアロゾル発生システムは、液体貯蔵部分と操作上の関連性を持つ少なくとも一つのさらなる電気ヒーター組立品を備えうる。液体貯蔵部分と操作上の関連性を持つさらなる電気ヒーター組立品は、液体貯蔵部分からの液体の枯渇を増加しうる。このことは、液体貯蔵部分が液体を貯蔵する高い保持力の媒体を含む場合に特に有利である。液体を液体貯蔵部分に貯蔵するために、高い保持力の媒体を使用することが有利である。例えば、高い保持力の媒体の使用によって、漏れのリスクが低減される。カートリッジのハウジングに不良または亀裂がある場合、漏れた液体は通電している構成要素や生物学的組織との意図しない接触を招きかねない。ところが、液体が湿潤性の力により高い保持力の媒体の表面に付着されているため、カートリッジハウジングに機械的な亀裂がある場合に、遊離した液体が充填されたタンクと比較すると著しい液体の損失が起こる可能性は低い。ところが、高い保持力の媒体は本質的に液体の少なくともいくらかの部分を保持するため、この部分はエアロゾル化には使用されない。有利なことに、追加的な加熱組立品を提供することで、液体貯蔵部分の枯渇の比、すわなち、液体貯蔵部分から除去された液体と、液体貯蔵部分から除去できない液体の量との比が増大する。
【００３８】
さらなる電気ヒーター組立品は、主要な電気ヒーター組立品によって枯渇される可能性のあまりない高い保持力の媒体の領域、例えば、第一の電気ヒーター組立品から最も遠くにある高い保持力の媒体のほとんどの領域の近くに位置することが好ましい。さらなる電気ヒーター組立品は、ハウジングの底部壁、すなわち、電気ヒーター組立品の反対側にある壁に位置することが好ましい。別の方法としてまたは追加的に、さらなる電気ヒーター組立品はハウジングの側壁に位置する。
【００３９】
さらなる電気ヒーター組立品は、必要に応じてのみ、例えば液体の流れの減少が検出された時に、起動されるよう制御されることが好ましい。例えば、さらなる電気ヒーター組立品は、第一の電気ヒーター組立品の湿潤の減少が検出された時に起動されうる。
【００４０】
別の方法としてまたは追加的に、内部的な非円筒形の広い部分が電気ヒーター組立品の方を向き、内部の小さな部分が反対方向に向けて延びるように、ハウジングは内部的に非円筒形、例えば円錐形状を持つ。これにより、特にエアロゾル発生システムが実質的に水平の向きにある場合に、液体を電気ヒーター組立品に向けて進めるために、液体に作用する重力の関連性が増加するようになる。水平の向きは、電気ヒーター組立品が実質的に液体貯蔵部分と同一の垂直レベルにある向きである。この水平の向きは、エアロゾル発生システムの使用中には一般的である。
【００４１】
別の方法としてまたは追加的に、電気ヒーター組立品がエアロゾル発生システムのマウスピースから離れた液体貯蔵部分の側面にあるハウジングの開口部全体に配置されるように、電気ヒーター組立品およびハウジングを含むカートリッジはエアロゾル発生システム内に配置される。このことは、エアロゾル発生システム内でのエアロゾルの流れ経路にとって有用でありうる。例えば、垂直の配置のエアロゾル発生システムでは、マウスピースは上部にあり、ハウジングは逆さまに配置され、すなわち、液体は電気ヒーター組立品の上に配置される。こうした実施形態において、液体を電気ヒーター組立品に向けて進める毛管力は、重力を克服する必要がある代わりに、重力による支援を受ける。
【００４２】
ハウジングは、２つの要素を含むことが好ましく、ここで第一の要素はキャップであり、第二の要素はタンクであり、またキャップはタンクを閉める。本発明によれば、キャップはヒーター組立品を含むか、またはそれと密着することが好ましい。タンクは、液体と、存在する場合には第一の毛細管材料または第一および第二の両方の毛細管材料を含むことが好ましい。キャップ材料は、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）またはＫａｐｔｏｎ（登録商標）など、高い熱分解温度を有する材料で作製されることが好ましい。キャップは、タンクをヒーター組立品から少なくとも１．５ｍｍの距離だけ隔てるのに十分な大きさを持つことが好ましく、キャップを横切って十分な温度降下を提供するために１．５ｍｍ〜２ｍｍであることが好ましい。有利なことに、こうした実施形態において、タンク材料は、例えばポリエチレンまたはポリプロピレンなどの低めの熱分解温度を有しよりコスト効率の高い材料で作製されうる。
【００４３】
空気吸込み口は、例えば、システムの主要ハウジング内に配置される。周囲の空気は、システム内に方向付けられ、カートリッジの遠位端で発熱体を通過し、カートリッジ内でのエアロゾル形成基体の加熱によるエアロゾルを混入させる。その後、空気を含むエアロゾルは、カートリッジハウジングと主要ハウジングとの間をカートリッジに沿ってシステムの下流端へと案内されうるが、そこで（下流端の前、またはそこに到達してからのいずれかで）さらなる流れ経路からの周囲の空気と混合される。
【００４４】
カートリッジハウジングの遠位端の領域に配置された第二のチャネルの入口開口部も、発熱体がカートリッジの近位端に配置された代替的なシステムで提供されうる。第二の流れ経路は、カートリッジの外側だけでなくカートリッジを通しても通過する。周囲の空気はその後、カートリッジの半開放壁に入り、カートリッジ内を通過し、カートリッジの近位端に配置された発熱体を通して通過することによりカートリッジを出る。それによって、周辺の空気は、周囲の空気が基体自体内ではなく、基体の横にあるチャネル内を通過するように、エアロゾル形成基体内、または中実のエアロゾル形成基体内に配置された一つまたは複数のチャネル内を通過しうる。
【００４５】
周辺の空気がカートリッジに入るようにするために、カートリッジハウジングの壁、好ましくは発熱体の反対側の壁、好ましくは底壁には、少なくとも一つの半開放入口が提供される。半開放入口により、空気がカートリッジ内に入るが、空気または液体が半開放入口を通してカートリッジから出ることはない。半開放入口は、例えば、空気については一方向にのみ透過可能であるが反対方向には空気および液体が漏れないような半透過性の薄膜としうる。半開放入口は、例えば一方行弁でもよい。半開放入口は、例えば、カートリッジの最小限のへこみや弁または薄膜を通過する空気の体積といった特定の条件が満たされる場合に、入口のみを通して空気を通過させることが好ましい。
【００４６】
こうした一方向弁は、例えば、商業的に入手可能な弁としうるが、例えば、医療装置で使用されている、例えばＬＭＳ  Ｍｅｄｉｆｌｏｗ  Ｏｎｅ−Ｗａｙ、ＬＭＳ  ＳｕｒｅＦｌｏｗ  Ｏｎｅ−ＷａｙまたはＬＭＳ  Ｃｈｅｃｋ  Ｖａｌｖｅｓ（薄膜を交差する）などがある。気流がカートリッジを通過するカートリッジ用に使用するのに適切な薄膜は、例えば、医療装置（例えば  Ｑｏｓｉｎａ  Ｒｅｆ．  １１０６６、疎水性フィルターを備えた通気孔付きキャップ）で使用されている通気孔付き薄膜、または哺乳瓶に使用されている弁などがある。こうした弁および薄膜は、電気加熱式の喫煙システムでの用途に適した任意の材料としうる。医療装置に適した材料およびＦＤＡ認可の材料を使用しうるが、例えば、広い温度範囲での非常に高い機械抵抗および熱安定性を持つＧｒａｐｈｅｎｅがある。容器ハウジングの壁に液体が漏れないように一つまたは複数の弁を組み込めるように、弁は軟質の弾性材料で作製されることが好ましい。
【００４７】
基体内で周囲の空気を通過させることで、エアロゾル形成基体のエアロゾル化が支援される。喫煙中、カートリッジにへこみが発生し、これが半開放入口を起動させてもよい。その後、周辺の空気は、カートリッジ、好ましくは、高い保持力または高い放出力の材料（ＨＲＭ）または液体を通過し、発熱体を横切り、それによって発熱体が液体を十分に加熱した時に液体のエアロゾル化が発生し維持される。さらに、喫煙中に生じたへこみにより、毛細管材料など搬送材料内での発熱体への液体の供給が制限されうる。カートリッジを通した周辺の気流は、カートリッジ内の圧力差を等しくし、それによって、発熱体に向けた妨害されない毛細管作用が支援されうる。
【００４８】
半開放入口は、追加的に、または別の方法として、カートリッジハウジングの一つまたは複数の側壁内に提供されてもよい。側壁内の半開放入口は、発熱体が配置されているカートリッジハウジングの開放上端に向けたカートリッジへの側方の気流を提供する。側方の気流はエアロゾル形成基体を通過することが好ましい。
【００４９】
システムは、ヒーター組立品および電力電源に接続された電気回路をさらに備えうるが、電気回路は、ヒーター組立品の、またはヒーター組立品の１つ以上のフィラメントの電気抵抗をモニターし、ヒーター組立品または１つ以上のフィラメントの電気抵抗に依存してヒーター組立品への動力供給源を制御するよう構成される。
【００５０】
電気回路はマイクロプロセッサを備えうるが、これはプログラム可能マイクロプロセッサでもよい。電気回路はさらなる電子構成要素を備えうる。電気回路はヒーター組立品への動力供給源を調節するよう構成しうる。電力はシステムの起動後、ヒーター組立品に連続的に供給することも、毎回の吸入ごとなど断続的に供給することもできる。電力は、電流パルスの形態でヒーター組立品に供給されうる。
【００５１】
システムはハウジングの本体内に、典型的には電池の電源を有利にも備える。別の方法として、電源はコンデンサーなど別の形態の電荷蓄積装置としうる。電源は、再充電を必要とすることがあり、また１回以上の喫煙の体験のための十分なエネルギーの貯蔵が許容される容量を持ちうる。例えば、電源は約６分間、または６分の倍数の時間にわたるエアロゾルの連続的な生成を許容するのに十分な容量を持ちうる。別の例で、電源は所定回数の吸煙、またはヒーター組立品の不連続的な起動を許容する十分な容量を持ちうる。
【００５２】
エアロゾル発生システムはハウジングを含むことが好ましい。ハウジングは細長いことが好ましい。ハウジングは適切な任意の材料または材料の組み合わせを含む場合がある。適切な材料の例としては、金属、合金、プラスチックもしくはそれらの１つ以上の材料を含有する複合材料、または、例えば、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）およびポリエチレンなど、食品または医薬品の用途に適した熱可塑性物質が挙げられる。材料は軽量であり、脆くないことが好ましい。
【００５３】
エアロゾル発生システムは携帯型であることが好ましい。エアロゾル発生システムは従来型の葉巻たばこや紙巻たばこと匹敵するサイズを持ちうる。喫煙システムの全長は、およそ３０ｍｍ〜およそ１５０ｍｍとしうる。喫煙システムの外径は、およそ５ｍｍ〜およそ３０ｍｍとしうる。
【００５４】
エアロゾル形成基体はエアロゾルを形成できる揮発性化合物を放出する能力を持つ基体である。揮発性化合物はエアロゾル形成基体の加熱により放出されうる。
【００５５】
エアロゾル形成基体は植物由来材料を含みうる。エアロゾル形成基体はたばこを含みうる。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む、たばこ含有材料を含みうる。別の方法として、エアロゾル形成基体は非たばこ含有材料を含みうる。エアロゾル形成基体は均質化した植物由来材料を含みうる。エアロゾル形成基体は均質化したたばこ材料を含みうる。エアロゾル形成基体は少なくとも一つのエアロゾル形成剤を含んでもよい。エアロゾル形成基体は、その他の添加物および成分（風味剤など）を含みうる。
【００５６】
第二の態様において、電気的に動作するエアロゾル発生システムで使用するためのカートリッジが提供されており、
液体エアロゾル形成基体を保持するハウジングを備えた液体貯蔵部分であって、前記ハウジングが開口部を持つものと、
複数の導電性フィラメントを含む流体透過性ヒーター組立品であって、流体透過性ヒーター組立品が、液体貯蔵部分のハウジングの開口部を横切って延びるものとを含む。
【００５７】
この構造のカートリッジは、丈夫で、信頼性が高くおよび低コストで作製しうる。ヒーター組立品は、実質的に平面とすることができ、毛細管芯の周りにヒーターワイヤーに全く巻線を必要としない。
【００５８】
導電性フィラメントは、単一平面内に位置しうる。平面のヒーター組立品は、製造時の取り扱いが簡単にでき、丈夫な構造が与えられる。
【００５９】
導電性フィラメントはフィラメント間の隙間を画定でき、隙間の幅は１０μｍ〜１００μｍとしうる。フィラメントは、使用時に気化されることになる液体が隙間内に引き出されてヒーター組立品と液体の間の接触面積が増えるように、隙間内に毛細管作用を引き起こさせることが好ましい。
【００６０】
導電性フィラメントは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うる。隙間の幅は７５μｍ〜２５μｍが好ましい。メッシュの合計面積に対する隙間の面積の配分量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物または格子の構造を使用して形成してもよい。別の方法として、導電性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。
【００６１】
導電性フィラメントの直径は１０μｍ〜１００μｍとすることができ、８μｍ〜５０μｍであることが好ましく、８μｍ〜３９μｍであることがより好ましい。フィラメントは、丸い断面を有してもよく、または平坦な断面を有してもよい。ヒーターフィラメントは、シート材料（箔など）のエッチングによって形成されうる。これは、ヒーター組立品が一連の平行のフィラメントを含む時、特に有利でありうる。ヒーター組立品がメッシュまたはフィラメントの織物を含む場合、フィラメントは個別に形成され、まとめて編まれうる。
【００６２】
導電性フィラメントのメッシュ、アレイまたは繊維の面積は小さくすることができ、２５ｍｍ2未満であり、手持ち式システムへの組み込みが許容されることが好ましい。導電性フィラメントのメッシュ、アレイまたは繊維は、例えば長方形で５ｍｍ×２ｍｍの寸法を持つものでもよい。導電性フィラメントのメッシュまたはアレイは、ヒーター組立品の面積の１０％〜５０％の面積を覆うことが好ましい。導電性フィラメントのメッシュまたはアレイは、ヒーター組立品の面積の１５〜２５％の面積を覆うことがより好ましい。
【００６３】
導電性フィラメントは、適切な任意の導電性材料を備えうる。導電性フィラメント用の好ましい材料は、３０４、３１６、３０４Ｌ、３１６Ｌステンレス鋼、および黒鉛である。
【００６４】
ヒーター要素の導電性フィラメントのメッシュ、アレイまたは繊維の電気抵抗は、０．３〜４オームであることが好ましい。導電性フィラメントのメッシュ、アレイまたは繊維の電気抵抗は、０．５〜３オームであることがより好ましく、約１オームであることがより好ましい。導電性フィラメントのメッシュ、アレイまたは繊維の電気抵抗は、接点部分の電気抵抗よりも少なくとも１桁大きいことが好ましく、また少なくとも２桁大きいことがより好ましい。
【００６５】
液体貯蔵部分のハウジングは、第一の態様に関連して説明した通り、毛細管材料を含みうる。毛細管材料は、ハウジング内で液体をヒーター組立品に運ぶように方向付けられうる。毛細管材料は、ヒーター組立品と接触しうる。毛細管材料は、フィラメント間の隙間に延びうる。
【００６６】
第一の態様に関連して説明した通り、ハウジングは、二つ以上の異なる毛細管材料を含みうるが、ここでヒーター要素と接触している第一の毛細管材料はより高い熱分解温度を持ち、第一の毛細管材料と接触しているがヒーター要素とは接触してない第二の毛細管材料はより低い熱分解温度を持つ。第一の毛細管材料は、ヒーター組立品を第二の毛細管材料から少なくとも１．５ｍｍの距離だけ分離しうるが、第一の毛細管材料を横切って十分な温度降下を提供するために、１．５〜２ｍｍであることが好ましい。
【００６７】
第一の態様に関連して説明した通り、ヒーター組立品は、第一の材料から作製された少なくとも１つのフィラメントと、第一の材料とは異なる第二の材料異なるから作製された少なくとも１つのフィラメントとを備えうる。
【００６８】
ヒーター組立品は、フィラメントがその上に支持される電気的に絶縁された基体を備えうるが、フィラメントは基体内に形成される開口部を横切って延びる。電気的に絶縁された基体は、適切な任意の材料を備えうるが、高温（３００℃を超える）および急激な温度変化に耐えることができる材料であることが好ましい。適切な材料の一例は、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）などのポリイミド膜である。
【００６９】
ヒーター組立品は、複数のフィラメントと接触した導電性接点を備えうる。導電性接点は、液体貯蔵部分のハウジングと電気的に絶縁された基体との間に提供されうる。導電性接点は、フィラメントと電気的に絶縁された基体の間に提供されうる。開口部は絶縁層内に形成されることができ、カートリッジは、互いに開口部の反対側に位置する２つの導電性接点を備えうる。
【００７０】
有利なことに、導電性接点はカートリッジの外部からアクセス可能である。ヒーター組立品は側方の平面内で延びることができ、導電性接点は側方に液体貯蔵部分のハウジングを超えて延びうる。次に、カートリッジは、エアロゾル発生装置に側方の平面に直交する方向に挿入され、導電性接点が装置の電気接点と接触するように構成されうる。
【００７１】
液体貯蔵部分のハウジングは実質的に円柱形としうるが、ここで開口部は円中の一方の端にある。液体貯蔵部分のハウジングは、実質的に円形の断面を持ちうる。
【００７２】
ヒーター組立品は、使用前に取り外し可能なカバーまたはシールで有利に覆われる。カバーまたはシールは、保管および搬送時の劣化から基体を保護しうる。
【００７３】
好ましい一つの実施形態において、カートリッジは電源を備えない。
【００７４】
第三の態様において、電気的に動作するエアロゾル発生システムで使用するためのカートリッジを作成する方法が提供されており、
開口部を持つハウジングを備える液体貯蔵部分を提供する工程と、
前記液体貯蔵部分を液体エアロゾル形成基体で充填する工程と、
複数の導電性フィラメントを含む流体透過性ヒーター組立品を液体貯蔵部分に固定する工程であって、流体透過性ヒーター組立品が液体貯蔵部分のハウジングの開口部を横切って延びるものとを含む。
【００７５】
液体貯蔵部分を充填する工程は、ヒーター組立品を液体貯蔵部分に固定する工程の前または後に実施しうる。
【００７６】
固定の工程は、例えば、ヒーター組立品を液体貯蔵部分にヒートシール、接着または溶接する工程を含みうる。液体貯蔵部分は毛細管材料を含みうる。
【００７７】
一つの態様に関連して説明した特徴は、本発明の他の態様に適用されうる。特に、第一の態様に関連して説明した特徴は、第二の態様および第三の態様にも同様に適用されうる。
【００７８】
本明細書で使用される場合、「導電性」は比抵抗が１×１０-4Ωｍ以下の材料から形成されていることを意味する。本明細書で使用される場合、「絶縁性」は比抵抗が１×１０4Ωｍ以上の材料から形成されていることを意味する。本明細書で使用される場合、ヒーター組立品と関連しての「流体透過性」は、エアロゾル形成基体（気相であるが、液相である可能性もある）が、簡単にヒーター組立品を通過できることを意味する。
【００７９】
ここで本発明の実施形態を、以下の添付図面を参照しながら、例証としてのみであるが説明する。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１ａ】図１ａは、本発明の実施形態によりカートリッジが組み込まれたシステムの概略図である。
【図１ｂ】図１ｂは、本発明の実施形態によりカートリッジが組み込まれたシステムの概略図である。
【図１ｃ】図１ｃは、本発明の実施形態によりカートリッジが組み込まれたシステムの概略図である。
【図１ｄ】図１ｄは、本発明の実施形態によりカートリッジが組み込まれたシステムの概略図である。
【図２】図２は、図１のシステムのマウスピース部分用の留め金機構の概略図である。
【図３】図３は、図１ａ〜１ｄのカートリッジの分解図である。
【図４】図４は、図１ａ〜１ｄに示したシステムで使用するための代替的なカートリッジの分解図である。
【図５ａ】図５ａは、図２のカートリッジの下面の斜視図である。
【図５ｂ】図５ｂは、カバーが取り除かれた、図２のカートリッジの上面の斜視図である。
【図６】図６は、図２に示すカートリッジで使用されるヒーター組立品の詳細図である。
【図７】図７は、図２に示すカートリッジで使用されうる代替的なヒーター組立品の詳細図である。
【図８】図８は、図２に示すカートリッジで使用されうるさらなる代替的なヒーター組立品の詳細図である。
【図９】図９は、図２に示すカートリッジで使用されうる、なおもさらなる代替的なヒーター組立品の詳細図である。
【図１０】図１０は、装置とヒーター組立品との間で電気的接触をするための代替的な機構の詳細図である。
【図１１ａ】図１１ａは、装置内でのカートリッジの正しい整列を確保するために使用されうる、いくつかのカートリッジハウジングの形状を図示したものである。
【図１１ｂ】図１１ｂは、装置内でのカートリッジの正しい整列を確保するために使用されうる、いくつかのカートリッジハウジングの形状を図示したものである。
【図１２ａ】図１２ａは、ヒーターのフィラメントの詳細図であり、フィラメント間の液体エアロゾル形成基体のメニスカスを示す。
【図１２ｂ】図１２ｂは、ヒーターのフィラメントの詳細図であり、フィラメント間に延びる毛細管材料との間の液体エアロゾル形成基体のメニスカスを示す。
【図１３ａ】図１３ａは、本発明によるヒーター組立品のための代替的な製造方法を図示する。
【図１３ｂ】図１３ｂは、本発明によるヒーター組立品のための代替的な製造方法を図示する。
【図１３ｃ】図１３ｃは、本発明によるヒーター組立品のための代替的な製造方法を図示する。
【図１４】図１４は、ヒーター組立品を組み込んだ液体貯蔵部分の代替的なデザインを図示する。
【図１５ａ】図１５ａは、ヒーター組立品が組み込まれる液体貯蔵部分の追加的な代替的な実施形態を図示する。
【図１５ｂ】図１５ｂは、ヒーター組立品が組み込まれる液体貯蔵部分の追加的な代替的な実施形態を図示する。
【図１６】図１６は、エアロゾル発生装置との、気流およびカートリッジの向きの代替的な実施形態を図示する。
【図１７】図１７は、高い保持力の材料およびＨＲＭ内に空気通路を持つカートリッジシステムの断面を示す。
【図１８】図１８は、高い保持力の材料およびカートリッジ内に空気通路を持つ別のカートリッジシステムの断面を示す。
【図１９】図１９は、図１８のカートリッジシステムの分解図を示す。
【図２０】図２０は、液体および液体を通した空気通路を持つカートリッジシステムの断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００８１】
図１ａ〜１ｄは、本発明の実施形態によるカートリッジを含む、エアロゾル発生システムの概略図である。図１ａは、エアロゾル発生装置１０および別個のカートリッジ２０の概略図であり、まとめて、エアロゾル発生システムを形成する。この例で、エアロゾル発生システムは電気的に作動する喫煙システムである。
【００８２】
カートリッジ２０は、エアロゾル形成基体を含み、装置内のくぼみ１８内に受けられるように構成される。カートリッジ２０は、カートリッジ内に提供されたエアロゾル形成基体が消耗した時に、ユーザーによって交換可能であるべきである。図１ａは、装置への挿入直前のカートリッジ２０を示し、図１ａの矢印１は、カートリッジの挿入方向を示す。
【００８３】
エアロゾル発生装置１０は携帯型で、従来的な葉巻たばこまたは紙巻たばこに匹敵するサイズを持つ。装置１０は、本体１１およびマウスピース部分１２を含む。本体１１は、電池１４（リン酸鉄リチウム電池など）、制御電子回路１６およびくぼみ１８を含む。マウスピース部分１２は、ヒンジ付接続部２１によって本体１１に接続され、図１に示す開位置と図１ｄに示す閉位置との間で移動可能である。マウスピース部分１２は、カートリッジ２０の挿入および除去が許容されるように開位置に置かれ、また以下に説明するとおり、システムがエアロゾルの発生に使用される時に閉位置に置かれる。マウスピース部分は、複数の空気吸込み口１３および出口１５を含む。使用時に、ユーザーは出口を吸うかまたは吸入して、空気を空気吸込み口１３からマウスピース部分を通して出口１５に引き出し、その後、ユーザーの口または肺に入る。内部バッフル１７は、以下に説明するとおり、マウスピース部分１２を通してカートリッジを通過する空気の流れを強制するために提供される。
【００８４】
くぼみ１８は円形断面を持ち、カートリッジ２０のハウジング２４を受けるサイズである。電気コネクター１９は、制御電子回路１６および電池１４とカートリッジ２０の対応する電気接点との間に電気的接続を提供するために、くぼみ１８の側部に提供される。
【００８５】
図１ｂは、カートリッジがくぼみ１８に挿入され、カバー２６が除去された図１ａのシステムを示す。この位置で、電気コネクターは、以下に説明するとおり、カートリッジ上の電気接点に対して支えられている。
【００８６】
図１ｃは、カバー２６が完全に除去され、マウスピース部分１２が閉位置に移動された図１ｂのシステムを示す。
【００８７】
図１ｄは、マウスピース部分１２が閉位置にある図１ｃのシステムを示す。マウスピース部分１２は、図２に概略的に図示した通り、留め金機能により閉位置に保持される。図２は、ヒンジ付き接続部２１によって接続された本体１１およびマウスピース部分１２を図示したものである。マウスピース部分１２は、内向きに延びる歯８を含む。マウスピース部分が閉位置にある時、歯８が装置の本体にある留め金６に係合する。留め金６は、バイアスばね５によってバイアスがかけられ歯８と係合する。ボタン４は留め金６に固定される。ボタン４は、歯８を留め金６から解除するためにバイアスばね５の作用に逆らってユーザーが押すことができ、マウスピース部分が開位置に移動できるようになる。ここで、通常の技術を持つ当業者にとっては、マウスピースを閉位置に保持するためのスナップ式装着または磁気式クロージャーなどその他の適切な機構が使用されうることが明らかである。
【００８８】
閉位置にあるマウスピース部分１２は、システムの向きに関係なく、使用時に良好な電気的接続が維持されるように、カートリッジを電気コネクター１９と電気的に接触した状態に保つ。マウスピース部分１２は、マウスピース部分１２が閉位置にある時に、カートリッジの表面と係合し、剛直なマウスピースハウジング要素とカートリッジとの間で圧縮される環状の弾性要素を含みうる。これにより、製作公差に関係なく、良好な電気的接続が維持される。
【００８９】
当然、カートリッジと装置との間の良好な電気的接続を維持するためのその他の機構も、別の方法としてまたは追加的に採用されうる。例えば、カートリッジ２０のハウジング２４には、くぼみ１８の壁内に形成された対応する溝またはねじ山（図示せず）と係合するねじ山または溝（図示せず）が提供されうる。カートリッジと装置の間のねじ山による係合を、正しい回転上の整列のほか、くぼみ内でのカートリッジの保持および良好な電気的接続の確保をするために使用できる。ねじ山による接続部は、カートリッジの半回転以下だけ延びてもよく、または数回転だけ延びてもよい。別の方法として、または追加的に、電気コネクター１９は、図８を参照しながら説明するとおり、カートリッジ上の接点と接触するように偏りを持たせうる。
【００９０】
図３は、カートリッジ２０の分解図である。カートリッジ２０は、くぼみ１８内に受けられるように選択されるサイズおよび形状を持つ一般的に円柱状のハウジング２４を含む。ハウジングは、液体エアロゾル形成基体内に浸された毛細管材料２２を含む。この例では、エアロゾル形成基体は、３９重量パーセントのグリセリン、３９重量パーセントのプロピレングリコール、２０重量パーセントの水および風味剤、および２重量パーセントのニコチンを含む。毛細管材料は、液体を一方の端から他方に能動的に運ぶ材料であり、適切な任意の材料から製造されうる。この例では、毛細管材料はポリエステルから形成される。
【００９１】
ハウジングは、ヒーター組立品３０が固定される開放端を持つ。ヒーター組立品３０は、その中に開口部３５が形成された基体３４と、基体に固定されかつギャップ３３により相互に分離された一対の電気接点３２と、開口部を横切って開口部３５の反対側にある電気接点に固定された複数の導電性ヒーターフィラメント３６とを含む。
【００９２】
ヒーター組立品３０は、取り外し可能なカバー２６によって覆われる。カバーは、ヒーター組立品に接着されるが、簡単に剥がすことができる液体不透過性プラスチックシートを含む。剥がす時にユーザーがカバーを掴むことができるように、タブがカバーの側面に提供されている。接着は不透過性プラスチックシートをヒーター組立品に固定する方法として説明されているが、消費者によってカバーが簡単に除去されうる限り、ヒートシールや超音波溶接を含めた当業者に馴染みのあるその他の方法も使用されうることが、当業者には明らかとなろう。
【００９３】
図４は、代替的な模範的カートリッジの分解図である。図４のカートリッジは図３のカートリッジと同一のサイズおよび形状であり、同一のハウジングおよびヒーター組立品を持つ。ところが、図４のカートリッジ内の毛細管材料は図３の毛細管材料とは異なる。図４のカートリッジには別個の２つの毛細管材料２７、２８がある。第一の毛細管材料２７のディスクが、使用中のヒーター要素３６、３２と接触するために提供されている。第二の毛細管材料２８の大きい方の本体はヒーター組立品への第一の毛細管材料２７の反対側に提供されている。第一の毛細管材料および第二の毛細管材料はどちらも、液体エアロゾル形成基体を保持する。ヒーター要素と接触する第一の毛細管材料２７は第二の毛細管材料２８よりもより高い熱分解温度（少なくとも１６０℃以上、例えば約２５０℃など）を持つ。第一の毛細管材料２７は第二の毛細管材料がその熱分解温度を上回る温度に晒されないように、ヒーター要素３６、３２を第二の毛細管材料２８から分離するスペーサーとしての役目を効果的に果たす。第一の毛細管材料全体での熱勾配は第二の毛細管材料がその熱分解温度を下回る温度に晒されるようにするためである。第二の毛細管材料２８は第一の毛細管材料２７への優れた芯の性能を持つものを選択でき、単位体積あたり第一の毛細管材料よりも多くの液体を保持でき、また第一の毛細管材料よりも安価なものとしうる。この例では第一の毛細管材料はガラス繊維またはガラス繊維を含む要素などの耐熱素子であり、また第二の毛細管材料は適切な毛細管材料などのポリマーである。模範的な適切な毛細管材料は、本明細書で考察した毛細管材料を含み、また代替的な実施形態では、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が含まれうる。
【００９４】
図５ａは、図３のカートリッジの下面の斜視図である。ヒーター組立品は、側方の平面内に延び、ヒーター組立品がハウジング２４の上部の周りにリップを形成するようにハウジング２４を超えて側方に延びることが図５ａからわかる。電気接点３２の露出部分は、カートリッジがくぼみ１８内に完全に挿入された時に、接点３２の露出部分が電気コネクター１９に接触するように、カートリッジの挿入方向を向く。剥がす時にユーザーがカバー２６を掴むことができるようにカバーの側面に提供されているタブがはっきりと表示されている。図５ａはまた、装置のくぼみ内でのカートリッジの正しい向きを確保するためにカートリッジの基部に形成された位置決め部分２５も図示している。位置決め部分２５は、射出成形されたハウジング２４の一部であり、くぼみ１８の基部にある対応するスロット（図示せず）内に受けられるように構成されている。位置決め部分２５がくぼみにあるスロット内に受けられる時、接点３２はコネクター１９と整列される。
【００９５】
図５ｂは、カバーが取り除かれた、図３のカートリッジの上面の斜視図である。ヒーターフィラメント３６は、気化したエアロゾル形成基体がヒーター組立品を通過する気流内に抜け出すことができるように、基体３４の開口部３５を通して晒される。
【００９６】
ハウジング２４は、ポリプロピレンなどの熱可塑性物質から形成される。この例では、ヒーター組立品３０はハウジング２４に接着される。ところが、カートリッジを組み立てて充填するには考えられるいくつかの方法がある。
【００９７】
カートリッジハウジングは射出成形により形成されうる。毛細管材料２２、２７、２８は、毛細管繊維の長いロッドから適切な長さの毛細管材料を切断することにより形成されうる。ヒーター組立品は、図１１ａ、１１ｂおよび１１ｃに関連して説明した過程を使用して組み立てられうる。一つの実施形態で、カートリッジはまず１つ以上の毛細管材料２２、２７、２８をハウジング２４に挿入することにより組み立てられる。次に所定の体積の液体エアロゾル形成基体がハウジング２４に導入され、毛細管材料を浸す。次に、ヒーター組立品３０がハウジングの開放端に押し付けられ、接着、溶接、ヒートシール、超音波溶接、またはここで当業者にとって明らかとなるその他の方法によってハウジング２４に固定される。任意の密封作業中、エアロゾル形成基体の望ましくない揮発を阻止するために、ハウジングの温度は１６０℃より低く保たれることが好ましい。毛細管材料は、ヒーター組立品によって圧縮されるまで、ハウジング２４の開放端から出て延びるような長さに切断されうる。これにより、使用時にヒーター要素の隙間へのエアロゾル形成基体の搬送が促進される。
【００９８】
別の実施形態で、ヒーター組立品３０をハウジング２４に加圧成形してから密封する代わりに、ヒーター組立品およびハウジングの開放端をまず急速加熱してから、ヒーター組立品３０をまとめて圧迫してハウジング２４に結合しうる。
【００９９】
また、ハウジングをエアロゾル形成基体で充填する前にヒーター組立品３０をハウジング２４に組み立てて、エアロゾル形成基体をハウジング２４に導入することも可能である。その場合に、ヒーター組立品は、説明した方法のうちどれかを使用してカートリッジに固定されうる。その後、ヒーター組立品またはハウジングには中空の針を使用して穴が開けられ、エアロゾル形成基体が毛細管材料２２、２７、２８に注入される。次に、中空の針によってできた任意の開口部はヒートシールまたは密封テープを使用して密封される。
【０１００】
図６は、本開示による第一のヒーター組立品３０を図示したものである。ヒーター組立品は、３０４Ｌステンレス鋼から形成されたメッシュで、メッシュサイズが約４００メッシュＵＳ（１インチ当たり約４００フィラメント）を持つものを備える。フィラメントは、約１６μｍの直径を持つ。メッシュは、ギャップ３３によって相互に分離された電気接点３２に接続され、約３０μｍの厚さを持つ銅箔で形成される。電気接点３２は、約１２０μｍの厚さを持つポリイミド基体３４上に提供される。メッシュを形成するフィラメントは、フィラメント間の隙間を画定する。この例において、隙間は約３７μｍの幅を持つが、より大きいまたはより小さい隙間が使用されてもよい。これらの凡その寸法のメッシュを使用することで、隙間内にエアロゾル形成基体のメニスカスが形成され、ヒーター組立品のメッシュが毛細管作用によってエアロゾル形成基体を引き出す。メッシュの開いた部分の面積、すなわち、隙間の面積のメッシュの総面積に対する比は、２５〜５６％が有利である。ヒーター組立品の全抵抗は約１オームである。大半の熱がメッシュによって生成されるように、メッシュがこの抵抗の大部分を提供する。この例において、メッシュは、電気接点３２よりも１００倍以上高い電気抵抗を持つ。
【０１０１】
基体３４は電気的に絶縁され、またこの例では約１２０μｍの厚さを持つポリイミドシートから形成される。基体は円形であり、８ｍｍの直径を持つ。メッシュは長方形であり、５ｍｍおよび２ｍｍの辺の長さを持つ。これらの寸法により、従来の紙巻たばこまたは葉巻たばこと類似したサイズおよび形状を持つ完全なシステム製造されるようになる。有効さが判明している別の寸法の例は、直径５ｍｍの円形の基体および１ｍｍ×４ｍｍの長方形のメッシュである。
【０１０２】
図７は、本開示による代替的な模範的ヒーター組立品を図示したものである。図７のヒーター組立品は図６に示すものと同じであるが、メッシュ３６は平行な導電性フィラメント３７のアレイによって置き換えられる。フィラメント３７のアレイは、３０４Ｌステンレス鋼から形成され、約１６μｍの直径を持つ。基体３４および銅接点３２は図６を参照しながら説明したとおりである。
【０１０３】
図８は、本開示による代替的な別のヒーター組立品を図示したものである。図８のヒーター組立品は図７に示すものと同じであるが、図８の組立品においては、フィラメント３７が基体３４に直接結合されてから接点３２がフィラメント上に結合される。接点３２は、以前と同様に絶縁ギャップ３３により相互に分離されており、厚さ約３０μｍの銅箔から形成される。図６に示すとおり、メッシュタイプのヒーターについても、同じ配列の基体フィラメントおよび接点が使用されうる。最も外側の層として接点を持つことは、電源との信頼できる電気接点を提供する上で有益でありうる。
【０１０４】
図９は、本開示による代替的なヒーター組立品を図示したものである。図９のヒーター組立品は、電気接点３９と一体型で形成された複数のヒーターフィラメント３８を備える。フィラメントおよび電気接点のどちらも、エッチングが施されてフィラメント３８が画定されているステンレス鋼スチール箔から形成される。接点３９は、フィラメント３８によってつながれた時を除きギャップ３３によって分離される。ステンレス鋼スチール箔がポリイミド基体３４上に提供される。ここでも、大半の熱がフィラメントによって生成されるように、フィラメント３８はこの抵抗の大部分を提供する。この例において、フィラメント３８は、電気接点３９よりも１００倍以上高い電気抵抗を持つ。
【０１０５】
図３、図４、図５に示すカートリッジにおいて、接点３２およびフィラメント３６、３８は、基体層３４とハウジング２４の間に位置する。ところが、ヒーター組立品は、ポリイミド基体がハウジング２４に直接隣接するように、カートリッジハウジングに逆に取り付けることも可能である。図１０はこのタイプの配置を図示したものである。図１０は、銅箔接点５２に固定されたステンレス鋼メッシュ５６を含むヒーター組立品を示す。銅接点５２はポリイミド基体５４に固定される。開口部５５はポリイミド基体５４内に形成される。ポリイミド基体はカートリッジのハウジング２４に溶接される。エアロゾル形成基体に浸された毛細管材料２２がハウジングに充填され、開口部を通して延びてメッシュ５５に接触する。カートリッジは装置の本体１１に受けられ、電気コネクター５９とマウスピース部分１２との間に保持された状態で表示されている。この実施形態において、電気コネクター５９が接点５２と電気的接続をするために、図示したとおり、コネクター５９はポリイミド基体５４に穴を開けるように適合される。電気コネクターは、端部を鋭くして作成され、ばね５７によってヒーター組立品と強制的に接触させられる。ポリイミド基体は、良好な電気接点を確保するために予めスコア線を入れてもよく、さらには基体の穴開けが不要なように開口部を提供してもよい。また、ばね５７は、重力に対するシステムの向きに関係なく、接点５２とコネクター５９との間の良好な電気接点が維持されるように確保する。
【０１０６】
装置のくぼみ１８内でのカートリッジ２０の正しい向きを確保する一つの手段については、図５ａおよび５ｂを参照しながらすでに説明した。位置決め部分２５は、正しい向きを確保するために、成形したカートリッジハウジング２４の一部として形成できる。ところが、カートリッジの正しい向きを確保するその他の方法が可能であることが明らかとなる。特に、ハウジングが射出成形された場合、カートリッジの形状についてはほとんど無限の可能性がある。カートリッジの望ましい内部体積がいったん選択されると、カートリッジ形状は任意のくぼみに適するように適合されうる。図１１ａは、考えられる１つのカートリッジハウジング７０の底面図であり、考えられる２つの向きに方向付けられる。カートリッジハウジング７０は、対称的に配置された２つの溝７２を含む。溝は、ハウジング７０の上側に部分的または全体的に延びる。対応するリブ（図示せず）は、カートリッジがくぼみ内に考えられる２つの向きのみで受けられるように、装置のくぼみの壁に形成されうる。図１１ａの実施形態において、溝７２の一つがリブによって充填されず、かつ装置内で空気の流れチャネルとして使用できるように、くぼみ内に単一のリブのみを持つことも考えられる。当然、ハウジング内に単一の溝のみを提供することにより、カートリッジをくぼみ内で単一の向きに制限することも可能である。これについては図１１ｂに図示されており、これは単一の溝７６を持つカートリッジハウジング７４を示す。
【０１０７】
説明した実施形態は、実質的に円形の断面を持つハウジングを備えたカートリッジを持つが、長方形の断面または三角形の断面などその他の形状を持つカートリッジハウジングを形成することも当然ながら可能である。これらのハウジング形状であれば、対応する形状のくぼみ内での望ましい向きが確保され、装置とカートリッジの間の電気的接続が確保されることになる。
【０１０８】
毛細管材料２２は、ハウジング２４内で液体をヒーター組立品３０に運ぶのに有利に方向付けられる。カートリッジが組み立てられる時、ヒーターフィラメント３６、３７、３８は毛細管材料２２と接触でき、そのためエアロゾル形成基体はメッシュヒーターに直接運搬されることができる。図１２ａは、ヒーター組立品のフィラメント３６の詳細図であり、ヒーターフィラメント３６間の液体エアロゾル形成基体のメニスカス４０を示す。ヒーター組立品により発生されたほとんどの熱がエアロゾル形成基体内に直接入るように、エアロゾル形成基体はそれぞれのフィラメントのほとんどの表面に接触することがわかる。対照的に、従来的な芯およびコイルヒーター組立品では、ヒーターワイヤーのごく小さな部分がエアロゾル形成基体と接触する。図１２ｂは、図１２ａと同様に、フィラメント３６間の隙間内に延びる毛細管材料２７の例を示す詳細図である。毛細管材料２７は、図４に示す第一の毛細管材料である。フィラメント３６間の隙間内に延びる細かい糸の繊維を含む毛細管材料を提供することにより、フィラメントへの液体の搬送が確保できることがわかる。
【０１０９】
使用時に、ヒーター組立品は抵抗加熱により動作する。電流は、制御電子回路１６の制御に基づき、フィラメント３６、３７、３８を通過し、フィラメントを望ましい温度範囲内に加熱する。フィラメントのメッシュまたはアレイは、高い温度がフィラメントに局所化されるように電気接点３２および電気コネクター１９よりも著しく高い電気抵抗を持つ。システムは、ユーザーの吸煙に応答して電流をヒーター組立品に供給することにより熱を発生するように構成されてもよく、または装置が「オン」状態にある間に熱を連続的に発生させるよう構成されてもよい。フィラメント用の異なる材料が、異なるシステムで適切でありうる。例えば、連続的加熱システムでは、比較的低い比熱容量を持ち低電流の加熱と両立しうるため、黒鉛フィラメントが適切である。高電流パルスを使用した短時間のバーストで熱が発生される吸煙により作動するシステムでは、高い比熱容量を持つステンレス鋼フィラメントがより適切でありうる。
【０１１０】
吸煙により作動するシステムでは、装置は、マウスピース部分を通してユーザーが空気を吸い込んだ時を検出するよう構成された吸煙センサーを含みうる。吸煙センサー（図示せず）は制御電子回路１６に接続され、制御電子回路１６は、ユーザーが装置で喫煙していることが判断された時にのみ電流をヒーター組立品３０に供給するよう構成される。マイクロホンなど、適切な任意の空気流センサーが吸煙センサーとして使用されうる。
【０１１１】
考えられる実施形態において、一つ以上のフィラメント３６、３８の比抵抗または全体としてヒーター要素の比抵抗の変化が、ヒーター要素の温度の変化を検出するために使用されうる。これは、望ましい温度範囲内に維持されるように、ヒーター要素に供給される電力の調整のために使用されることができる。急激な温度の変化も、システムのユーザーの喫煙に起因するヒーター要素を通過する空気の流れの変化を検出する手段として使用されうる。一つ以上のフィラメントは、専用の温度センサーとすることができ、鉄アルミニウム合金、ニッケルクロム、プラチナ、タングステンまたは合金ワイヤーなど、その目的で適切な抵抗の温度係数を持つ材料から形成されうる。
【０１１２】
システムが使用されている時にマウスピース部分を通過する空気の流れを図１ｄに示す。マウスピース部分は、マウスピース部分の外壁と一体型で成形され、かつ空気が入口１３から出口１５に引き込まれる時に、エアロゾル形成基体が気化されるカートリッジにあるヒーター組立品３０上を流れるようにする内部バッフル１７を含む。空気がヒーター組立品を通過する時、気化された基体は気流に混入し、出口１５から出る前に冷却されてエアロゾルを形成する。従って、使用時、エアロゾル形成基体は、それが気化される際にフィラメント３６、３７、３８間の隙間を通過することにより、ヒーター組立品を通過する。
【０１１３】
ヒーター組立品の製造および材料については、数多くの可能性がある。図１３ａは、ヒーター組立品の第一の製造方法の概略図である。ポリイミド膜８０のロールには、その内部に開口部８２のアレイが提供されている。開口部８２はスタンピングにより形成されうる。銅箔８４の帯がポリイミド膜８０上の開口部の間にメッキされる。次に、ステンレス鋼メッシュ８６のリボンが、銅箔の帯と直交する方向に銅箔８４の上から開口部８２を覆ってポリイミド膜８０にクラッディングされる。次に、個別のヒーター組立品３０は、それぞれの開口部８２の周りで切断またはスタンピングが可能である。各ヒーター組立品３０は、開口部の反対側に電気接点を形成する銅箔の部分を含み、ステンレス鋼メッシュの細片は、図６に示す通り、銅の一方の部分から他方の部分まで開口部全体にわたる。
【０１１４】
図１３ｂは考えられる別の製造工程を図示したものである。図１３ｂの工程において、図１３ａの工程で使用されているタイプのポリイミド膜８０は、ステンレス鋼スチール箔９０でクラッディングされる。ポリイミド膜８０は、その内部に形成された開口部８２のアレイを持つが、これらの開口部はステンレス鋼スチール箔９０によって覆われる。次に、箔９０がエッチングされ、開口部８２全体にわたるフィラメント３８を画定し、開口部の反対側に接点部分を分離する。次に、個別のヒーター組立品９２は、それぞれの開口部８２の周りで切断またはスタンピングが可能である。これにより、図９に示すタイプのヒーター組立品が提供される。
【０１１５】
図１３ｃは、さらなる代替的な過程を図示する。図１３ｃの工程において、黒鉛ベースの繊維１００がまず準備される。黒鉛ベースの繊維１００は、ヒーターフィラメントとしての使用に適し、比較的非伝導性の繊維の帯に隣接した、電気抵抗性のある繊維の帯を含む。これらの繊維の帯は、抵抗性で非導電性の繊維と直角をなして延びる比較的導電性の繊維の帯と一緒に織られる。次に、この繊維１００は、図１３ａおよび１３ｂを参照しながら説明したタイプの、開口部８２のアレイを持つポリイミド膜８０の層に結合される。次に、個別のヒーター組立品１０２は、それぞれの開口部の周りで切断またはスタンピングが可能である。各ヒーター組立品１０２は、開口部の反対側に導電性繊維の帯の部分および開口部にわたる電気抵抗性のある繊維の帯を含む。
【０１１６】
図５ａおよび５ｂに示すカートリッジ設計は、いくつかの利点を持つ。ところが、同じタイプのヒーター組立品を使用した代替的なカートリッジ設計も可能である。図１４は、システムを通る異なるパターンの気流に適した代替的なカートリッジ設計を図示したものである。図１４に示す実施形態において、カートリッジ１０８は、矢印１１０によって示される方向に装置に挿入されるように構成される。カートリッジ１０８は、半円筒のような形状で、一方が開放されているハウジング１１２を含む。ヒーター組立品１１４は、開放側全体にわたり提供され、ハウジング１１２に接着または溶接される。ヒーター組立品１１４は、その中に開口部が形成されたポリイミドなどの電気的に絶縁された基体１１６を含む。ステンレス鋼メッシュ１１８および一対の接点細片１２０を含むヒーター要素は、電気的に絶縁された基体１１６に結合され、開口部全体にわたる。接点細片１２０は、ハウジング１１２の周りで曲げられ、ハウジングの曲面に接点パッドを形成する。電気接点パッドは、エアロゾル発生装置内の対応する接点（図示せず）と接触するように構成されている。ハウジング１１２は、図１ａ〜１ｄで示した実施形態を参照しながら説明した通り、エアロゾル形成基体に浸された毛細管材料（図１４には図示せず）で充填される。
【０１１７】
図１４に示したカートリッジは、ヒーター組立品１１４を矢印１１０と反対方向に通過する気流に合わせて構成されている。空気は、装置の本体に提供された空気吸込み口を通してシステムに引き込まれ、ヒーター組立品１１４を通して、装置（またはカートリッジ）のマウスピース部分に吸い込まれ、ユーザーの口に入る。システムに引き込まれる空気は、例えば、適切に空気吸込み口を配置することにより、メッシュ１１８に沿って平行な方向に方向付けしうる。
【０１１８】
カートリッジ１０８の代替的な実施形態を図１５ａおよび１５ｂに図示する。図１５ａはさらに、メッシュ１１８を持つ面と間隙を介し、その長さ方向に延びる接点細片１２０を含む。図１５ｂはさらに、およそＬ字型をした接点１２０を含む。図１５ａおよび１５ｂに図示されている両方のカートリッジ設計は、必要に応じて接点１９との簡単な接触をさらに確保する、さらに大きな接触面積を提供するために使用されうる。図１５ａに図示されている細片１２０はまた、カートリッジをさらに位置付ける細片１２０を受けるためのレール構成（図示せず）で構成された接点１９内にスライドするよう構成されうる。こうしたレールタイプの構成は、カートリッジの挿入および除去がレールにスライドして出たり入ったりする接点の摩擦によって清掃効果を持つことになるため、接点１９の定期的な掃除を有利にも提供しうる。
【０１１９】
図１６は、流体透過性電気ヒーター組立品を備えたエアロゾル発生システムのなおも別の実施形態を図示する。図１６は、ヒーター組立品３０がマウスピース部分１２とは反対の、カートリッジ２０の端部に提供されているシステムを図示する。気流は、空気吸込み口１６０１に入り、組立品のそばを、空気出口１６０３を通して、流れ経路１６０５に沿って通過する。電気接点を都合の良い位置に配置しうる。こうした構成は、システム内で短めの電気的接続が許容されるために有利である。
【０１２０】
当業者であれば、本開示によるヒーター組立品を組み込んだその他のカートリッジ設計を考案することができるだろう。例えば、カートリッジはマウスピース部分を含んでもよく、複数のヒーター組立品を含んでもよく、望ましい任意の形状を持つものでよい。その上、本開示によるヒーター組立品は既に説明したその他のタイプのシステムで使用することができ、これには加湿器、エアフレッシュナー、およびその他のエアロゾル発生システムなどがある。
【０１２１】
上述の例示的な実施形態は例証するが限定はしない。上記で考察した例示的な実施形態に照らすことにより、上記の例示的な実施形態と一貫したその他の実施形態は今や当業者には明らかとなろう。
【０１２２】
図１７において、流れ経路がカートリッジを通る方向の気流を含む、カートリッジシステムの断面が図示されている。流体透過性ヒーター、例えばメッシュヒーター３０は、ハウジング４００の開口部にわたる導電性のヒーターフィラメント３６を含む。ハウジング４００の上部をシールするために、シール層４８、例えばポリマー層がハウジング４００の上部リムとヒーター３０との間に提供されている。さらに、シールディスク４７、例えばポリマーディスクがヒーター３０の上側に提供されている。シールディスク４７を用いると、ヒーターを通した気流を制御することができ、特に、気流の制約が提供されうる。シールディスクは、ヒーター３０の底側にも配置されうる。
【０１２３】
カートリッジハウジング４００は、液体貯蔵部としての役目をしヒーターでの蒸発のために液体をヒーター３０に向ける、高い保持力の材料または高い放出力の材料（ＨＲＭ）４１などの毛細管材料を含む液体を含む。別の毛細管材料である毛細管ディスク４４、例えば繊維ディスクは、ＨＲＭ  ４１とヒーター３０の間に配置される。毛細管ディスク４４の材料は、ヒーター３０との近接さからＨＲＭ  ４１よりも耐熱性が高いものとしうる。ヒーターが起動した場合に、気化のための液体の供給を確保するために、毛細管ディスクはＨＲＭのエアロゾル形成液体によって湿潤状態に保たれる。
【０１２４】
ハウジング４００には、空気透過性底部４５が提供される。空気透過性底部には、気流入口４５０が提供される。気流入口４５０により、空気が底部４５を通して、唯一この方向にのみハウジングに流れ込むようになる。空気または液体が、空気透過性底部４５を通してハウジングから出ることはない。空気透過性底部４５は、例えば、気流入口４５０として半透過性薄膜を備えてもよく、または下記に示すとおり１つ以上の一方向弁を含む底カバーとしてもよい。
【０１２５】
喫煙中の場合のように、ヒーターの側面に低いへこみができると、空気は気流入口４５０を通してカートリッジに通過しうる。気流２００は、ＨＲＭ  ４１を通過し、ヒーター３０を通過する。その後、エアロゾルを含有する気流２００は、エアロゾル発生装置の下流端に流れるが、マウスピースの中央に配置されたチャネル内に流れることが好ましい。
【０１２６】
ハウジング４００の側壁には、ハウジングへの後の気流を提供するために、側方の空気透過性部分４６も提供されうる。側方の空気透過性部分４６は、空気透過性底部４５内の気流入口４５０として設計されうる。
【０１２７】
図１８において、カートリッジシステムの配置および機能は、図１０に示したものと基本的に同じである。ところが、ＨＲＭ  ４１には、中央の開口部４１２が提供されている。ハウジングの底４５にある気流入口４５０に入る空気は、中央の開口部４１２を通過する。気流はカートリッジ内のＨＲＭの横を通過する。ハウジング４００の側壁にオプションの側方の空気透過性部分４６があると、ＨＲＭ  ４１を通して側方の気流を提供されうる。
【０１２８】
図１９では、図１１に示したカートリッジシステムの分解図を示す。リング状の管状ＨＲＭ  ４１がハウジング４００内に提供されている。ハウジングの底４５は、ディスクの中央に配置された一方向弁４９を含み、ＨＲＭ  ４１内で中央の開口部４１２と整列したディスクである。こうした一方向弁は、例えば、医療装置または哺乳瓶で使用されているものなど、商業的に入手可能な弁としうる。
【０１２９】
図２０は、カートリッジシステムの別の実施形態の断面である。同一の参照番号が同一または類似した要素に使用される。この実施形態において、ハウジング４００はエアロゾル形成液体４１１で充填される。ハウジングは、金属、プラスチック材料（例えば高分子材料）またはガラスで作製されうる。弁４９は、ハウジングの底４５に直接取り付けてもよい。底４５には、弁と気密状態で組立をするためのくぼみが提供されうる。弁は柔軟な材料で作製されることが好ましいため、底材料と気密の組立を達成しうる。
【０１３０】
図１７〜図２０で説明した上記のカートリッジシステムにおいて、カートリッジハウジング４００は、例えば図１で説明したカートリッジハウジングに加えて、別個のカートリッジ容器でもよい。特に、カートリッジを含む液体４１１は予め製造された製品であり、予め製造されたカートリッジを受けるために、エアロゾル発生システムに提供されたカートリッジハウジング内に挿入されうる。
【０１３１】
１．  エアロゾル発生システムであって、
液体エアロゾル形成基体を保持するハウジングを備えた液体貯蔵部分であって、前記ハウジングが開口部を持つものと、
実質的に平坦な導電性のフィラメント配列を含む流体透過性ヒーター組立品を含み、前記流体透過性ヒーター組立品が前記ハウジングに固定され、前記ハウジングの前記開口部を横切って延び、
前記導電性フィラメント配列の面積が２５ｍｍ2未満である、エアロゾル発生システム。
２．  前記ヒーター組立品が実質的に平面である、１に記載のエアロゾル発生システム。
３．  毛細管媒体をさらに含み、前記毛細管媒体が実質的に前記ヒーター組立品と同じ大きさおよび形状であり、前記毛細管媒体が前記ヒーター組立品と接触して提供され、前記液体エアロゾル形成基体が前記毛細管媒体を通して前記導電性フィラメントに引き込まれる、２に記載のエアロゾル発生システム。
４．  前記システムが主要ユニットおよび前記主要ユニットと取り外し可能なように結合されているカートリッジを含み、前記液体貯蔵部分および前記ヒーター組立品が前記カートリッジ内に提供され、前記主要ユニットが電源を含む、１〜３のいずれかに記載のエアロゾル発生システム。
５．  前記複数のフィラメントがメッシュを形成する、１〜４のいずれかに記載のエアロゾル発生システム。
６．  前記複数のフィラメントが互いに平行に配置された複数のフィラメントから成る、１〜４のいずれかに記載のエアロゾル発生システム。
７．  前記毛細管材料が前記フィラメント間の隙間内に延びる、３に記載のエアロゾル発生システム。
８．  前記毛細管材料が第一の毛細管材料および第二の毛細管材料を含み、前記第一の毛細管材料が前記ヒーター組立品と接触し、前記第二の毛細管材料が前記第一の毛細管材料と接触し、かつ前記ヒーター組立品と前記第一の毛細管材料によって間隙を介しており、前記第一の毛細管材料が前記第二の毛細管材料よりも高い熱分解温度を持つ、７または８に記載のエアロゾル発生システム。
９．  前記第二の毛細管材料が２０〜１６０  ｍｇの前記液体を保持する、８に記載のエアロゾル発生システム。
１０．  前記第一の毛細管材料の前記熱分解温度が、少なくとも１６０℃であり、少なくとも２５０℃であることが好ましい、９に記載のエアロゾル発生システム。
１１．  前記ヒーター組立品が第一の材料でできた少なくとも一つのフィラメントおよび前記第一の材料とは異なる第二の材料でできた少なくとも一つのフィラメントを含む、１〜１０のいずれかに記載のエアロゾル発生システム。
１２．  ヒーター組立品および電源に接続された電気回路をさらに含み、前記電気回路が、前記ヒーター組立品または前記ヒーター組立品の一つ以上のフィラメントの電気抵抗をモニタリングし、前記ヒーター組立品または前記一つ以上のフィラメントの前記電気抵抗に応じて前記電源から前記ヒーター組立品への動力供給を制御するように構成されている、１〜１１に記載のエアロゾル発生システム。
１３．  前記ヒーター組立品が、前記フィラメントがその上に保持される電気的に絶縁された基体を含む、１〜１２のいずれかに記載のエアロゾル発生システム。
１４．  前記ヒーター組立品が複数の前記フィラメントと接触した導電性接点を含む、１〜１３のいずれかに記載のエアロゾル発生システム。
１５．  前記システムが電気的に作動する喫煙システムである、１〜１４のいずれかに記載のエアロゾル発生システム。
１６．  電気的に動作するエアロゾル発生システムで使用するためのカートリッジであって、
液体エアロゾル形成基体を保持する丈夫なハウジングを備えた液体貯蔵部分であって、前記ハウジングが開口部を持つものと、
複数の導電性フィラメントを含む流体透過性ヒーター組立品であって、流体透過性ヒーター組立品がハウジングに固定され、ハウジングの開口部を横切って延びるものとを含む。
１７．  ヒーター組立品が実質的に平面である、１６に記載のカートリッジ。
１８．  前記複数のフィラメントがメッシュを形成する、１６または１７のいずれかに記載のカートリッジ。
１９．  前記複数のフィラメントが互いに平行に配列された複数のフィラメントから成る、１６または１７のいずれかに記載のカートリッジ。
２０．  前記液体貯蔵部分の前記ハウジングが毛細管材料を含む、１６〜１９のいずれかに記載のカートリッジ。
２１．  前記毛細管材料が前記フィラメント間の隙間内に延びる、２０に記載のカートリッジ。
２２．  前記毛細管材料が第一の毛細管材料および第二の毛細管材料を含み、前記第一の毛細管材料が前記ヒーター組立品と接触し、前記第二の毛細管材料が前記第一の毛細管材料と接触しかつ前記ヒーター組立品と前記第一の毛細管材料によって間隙を介しており、前記第一の毛細管材料が前記第二の毛細管材料よりも高い熱分解温度を持つ、２０または２１に記載のカートリッジ。
２３．  前記ヒーター組立品が第一の材料でできた少なくとも一つのフィラメントおよび前記第一の材料とは異なる第二の材料でできた少なくとも一つのフィラメントを含む、１６〜２２のいずれかに記載のカートリッジ。
２４．  前記ヒーター組立品が、フィラメントがその上に支持される電気的に絶縁された基体を含み、前記フィラメントが前記基体内に形成される開口部を横切って延びる、１６〜２３のいずれかに記載のカートリッジ。
２５．  前記ヒーター組立品が複数の前記フィラメントと接触する導電性接点を持つ、１６〜２４のいずれかに記載のカートリッジ。
２６．  前記ヒーター組立品が側方の平面内に延び、前記導電性接点が前記液体貯蔵部分の前記ハウジングを超えて側方に延びる、２５に記載のカートリッジ。
２７．  電気的に動作するエアロゾル発生システムで使用するためのカートリッジの製造方法であって、
開口部を持つハウジングを備える液体貯蔵部分を提供する工程と、
前記液体貯蔵部分を液体エアロゾル形成基体で充填する工程と、
複数の導電性フィラメントを含む流体透過性ヒーター組立品を液体貯蔵部分に固定する工程であって、流体透過性ヒーター組立品が液体貯蔵部分のハウジングの開口部を横切って延びるものとを含む。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１３ｃ】
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【図１４】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年8月25日(2020.8.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアロゾル発生システムであって、
液体エアロゾル形成基体を保持するハウジングを備えた液体貯蔵部分であって、前記ハウジングが開口部を持つものと、
流体透過性ヒーター組立品と
を含み、
前記流体透過性ヒーター組立品が前記ハウジングに固定され、前記ハウジングの前記開口部を横切って延び、
前記システムが主要ユニットおよび前記主要ユニットと取り外し可能なように結合されているカートリッジを含み、前記液体貯蔵部分および前記流体透過性ヒーター組立品が前記カートリッジ内に提供され、前記主要ユニットが電源を含み、
前記カートリッジは出口を含むマウスピース部分を含み、
前記流体透過性ヒーター組立品は、前記マウスピース部分とは反対の、前記カートリッジの端部に提供され、
前記ハウジングは空気吸込み口を備え、
気流が、前記空気吸込み口に入り、前記流体透過性ヒーター組立品のそばを、前記出口を通して通過する、
エアロゾル発生システム。
【請求項２】
前記流体透過性ヒーター組立品が導電性のヒーターフィラメントを含む、請求項１に記載のエアロゾル発生システム。
【請求項３】
前記ヒーターフィラメントが平坦な断面形状を持つ、請求項２に記載のエアロゾル発生システム。
【請求項４】
前記ヒーターフィラメントが、半導体、導電性のセラミック材料、炭素、黒鉛、金属、合金およびセラミック材料および金属材料でできた複合材料からなる群から選ばれる材料から形成される、請求項２または３に記載のエアロゾル発生システム。
【請求項５】
前記流体透過性ヒーター組立品が、前記ヒーターフィラメントがその上に支持される電気的に絶縁された基体を備える、請求項２〜４のいずれか１項に記載のエアロゾル発生システム。
【請求項６】
前記基体が多孔性材料である、請求項５に記載のエアロゾル発生システム。
【請求項７】
前記ヒーターフィラメントが前記多孔性材料の表面に直接適用される、請求項６に記載のエアロゾル発生システム。
【請求項８】
前記多孔性材料の空隙率が、それを通して液体が前記ヒーターフィラメントに向けて引き出されるものである、請求項６または７に記載のエアロゾル発生システム。
【請求項９】
前記ハウジングが、金属、合金、プラスチックもしくはこれらの１つ以上の材料を含有する複合材料からなる群から選ばれる材料から形成される、請求項１〜８のいずれか１項に記載のエアロゾル発生システム。
【請求項１０】
全長が３０ｍｍ〜１５０ｍｍである、請求項１〜９のいずれか１項に記載のエアロゾル発生システム。
【請求項１１】
前記カートリッジと前記電源との間に電気的接続を提供する電気コネクターをさらに含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のエアロゾル発生システム。
【請求項１２】
前記マウスピース部分は、前記エアロゾル発生システムの使用時に前記カートリッジを前記電気コネクターと電気的に接触した状態に保つ、請求項１１に記載のエアロゾル発生システム。
【請求項１３】
前記マウスピース部分を通してユーザーが空気を吸い込んだ時を検出するよう構成された吸煙センサーをさらに含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のエアロゾル発生システム。