(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ための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、
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全体に延びる、少なくとも一つのヒーター要素を含む、ヒーター組立品とを備え、
前記ヒーター組立品の前記少なくとも一つのヒーター要素が、前記ハウジングの前記開口部の幅よりも狭い幅を持ち、
前記ヒーター要素が流体透過性であり、複数の導電性フィラメントを備え、
前記少なくとも一つのヒーター要素が、前記導電性フィラメント間に隙間を持つメッシュを備え、
前記液体貯蔵部分の前記ハウジングが毛細管材料を含み、前記毛細管材料が前記フィラメント間の前記隙間内に延びる、
カートリッジ。
【請求項２】
前記少なくとも一つのヒーター要素の前記幅が、前記ハウジングの前記開口部の前記幅の９０％未満であり、５０％未満が好ましく、３０％未満が好ましく、２５％未満が好ましい、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項３】
前記ヒーター組立品の前記ヒーター要素の面積が、前記ハウジングの前記開口部の前記領域の９０％未満であり、前記開口部の前記面積の１０％〜５０％が好ましく、前記開口部の前記面積の１５〜２５％が好ましい、請求項１または請求項２に記載のカートリッジ。
【請求項４】
前記ヒーター組立品が、１オームを超える全抵抗を持ち、１〜４オームであることが好ましく、約１．５オームであることが最も好ましい、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】
前記ヒーター組立品が直列に接続された複数のヒーター要素を備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載のカートリッジ。
【請求項６】
前記ヒーター組立品の前記ヒーター要素が実質的に相互に平行に配置されている、請求項５に記載のカートリッジ。
【請求項７】
前記ヒーター組立品が実質的に平面である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のカートリッジ。
【請求項８】
前記ヒーター要素の少なくとも一部分が、前記開口部の周囲から前記ヒーター要素のその部分の前記隙間の寸法よりも大きな距離だけ間隙を介している、請求項１〜７のいずれか１項に記載のカートリッジ。
【請求項９】
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、
前記ハウジングの前記開口部全体にわたり延びる少なくとも一つのヒーター要素を備えるヒーター組立品を提供する工程とを含み、
前記ヒーター組立品の前記少なくとも一つのヒーター要素が、前記ハウジングの前記開口部よりも小さく、
前記少なくとも一つのヒーター要素が、前記導電性フィラメント間に隙間を持つメッシュを備え、
前記液体貯蔵部分の前記ハウジングが毛細管材料を含み、前記毛細管材料が前記フィラメント間の前記隙間内に延びる、
方法。
【請求項１０】
エアロゾル発生システムであって、
主要ユニットと、
前記主要ユニットと取り外し可能なように結合された、請求項１〜８のいずれか１項に記載のカートリッジとを備え、
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、かつ前記主要ユニットが電源を備え、システム。
【請求項１１】
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備え、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１０に記載のエアロゾル発生システム。
【請求項１２】
前記システムが電気的に作動する喫煙システムである、請求項１〜８のいずれか１項に記載のカートリッジを備えるエアロゾル発生システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアロゾル発生システム、および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用のカートリッジに関連する。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。本発明の態様は、エアロゾル発生システムのためのヒーター要素に関連する。
【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】
従って、加熱してエアロゾルを形成することにより液体を気化する電気的に作動する喫煙システムは、一般に、液体を保持する毛細管材料の周りに巻かれたワイヤーのコイルを備える。ワイヤーを通過して電流は、毛細管材料内の液体を気化するワイヤーの抵抗加熱を引き起こす。毛細管材料は一般に、空気が芯を通って引き込まれ蒸気に混入されるように、気流経路内に保持される。その後、蒸気は冷却されエアロゾルを形成する。
【０００４】
このタイプのシステムは、エアロゾルの生成については有効となりうるが、また低コストかつ繰り返し可能な方法での製造には困難が伴いかねない。さらに、芯およびコイル組立品は、関連付けられた電気的接続とともに、壊れやすく取扱いが困難となる可能性がある。
【０００５】
別の方法として、ＵＳ  ２０４／０２０４５４号で提案されているものなど一体型で形成された芯および発熱体を含むシート様の複合体を持つ長方形のカートリッジを使用するシステムが提案されてきた。こうしたシステムは、穴を通したカートリッジの充填を必要とする。芯および発熱体を一体型に形成することで、製造工程に追加的な複雑さがもたらされる。その上、完成したカートリッジの製造に追加的な複雑さがもたらされるため、穴を通して長方形の形状をしたカートリッジを充填する必要性を克服することが望ましい。
【０００６】
製造がより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と同程度に効率が良いか、またはそれ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】
【０００７】
一つの態様において、液体エアロゾル形成基体を保持するためのハウジングを備えた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、ハウジングに固定され、かつハウジングの開口部全体に延びる、少なくとも一つのヒーター要素を含むヒーター組立品とを含み、ここでヒーター組立品の少なくとも一つのヒーター要素がハウジングの開口部の幅よりも狭い幅を持つ、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いる。
【０００８】
カートリッジの開口部は、幅および長さの寸法を持つ。少なくとも一つのヒーター要素は、ハウジングの開口部の長さの寸法全体にわたり延びる。幅の寸法は、開口部の平面内で長さの寸法に直角をなす寸法である。ヒーター組立品の少なくとも一つのヒーター要素は、ハウジングの開口部の幅よりも狭い幅を持つことが好ましい。
【０００９】
ヒーター要素の一部分は、開口部の周辺部と間隙を介していることが好ましい。ヒーター要素がそれぞれの端でハウジングに取り付けられた細片を含む場合、細片の端はハウジングに接触しないことが好ましい。細片と開口部の周辺部との間には間隙があることが好ましい。
【００１０】
ヒーター要素の幅は、少なくとも開口部の領域において開口部の幅よりも狭くしうる。ヒーター要素の幅は、すべての開口部において開口部の幅よりも狭くしうる。
【００１１】
ヒーター組立品の少なくとも一つのヒーター要素の幅は、ハウジングの開口部の幅の９０％未満、例えば５０％未満、例えば３０％未満、例えば２５％未満としうる。
【００１２】
ヒーター要素の面積は、ハウジングの開口部の領域の９０％未満、例えば５０％未満、例えば３０％未満、例えば２５％未満としうる。ヒーター組立品のヒーター要素の面積は、例えば開口部の面積の１０％〜５０％としうるが、開口部の面積の１５〜２５％が好ましい。
【００１３】
ヒーター要素は、電気的に絶縁された基体上に保持されることが好ましい。絶縁用の基体は、ハウジングの開口部を画定する開口部を持つことが好ましい。開口部は適切な任意の形状のものとしうる。例えば、開口部は円形、正方形または長方形の形状を持ちうる。開口部の面積は小さくてもよく、約２５ｍｍ2未満が好ましい。
【００１４】
少なくとも一つのヒーター要素は、ヒーター組立品のヒーター要素が開口部の周囲全体の周りで接触する場合と比較して、基体との物理的な接触面積が縮小するように配置されることが好ましい。少なくとも一つのヒーター要素は、開口部の周辺部の窓側の壁と直接接触しないことが好ましい。このような方法で基体への熱的接触は低減され、また基体およびさらに隣接したエアロゾル発生システムの要素への熱損失が低減される。
【００１５】
特定の任意の理論に束縛されることは望まないが、ヒーター要素をハウジング開口部から離して間隙を持たせることで、より少ない熱がハウジングに伝達され、従って、加熱の効率、また従ってエアロゾル発生の効率が向上すると考えられる。発熱体が開口部の周辺部に近いかまたはそれと接触している場合、開口部から離れた位置にある液体が加熱されるとも考えられる。こうした開口部から離れたところにある加熱済みの液体はエアロゾルの形成に利用できないため、この加熱は非効率につながると考えられる。発熱体をハウジング内で開口部の周囲から離して間隙を持たせることで、より効率の良い液体の加熱、またはエアロゾルの製造が獲得可能でありうる。
【００１６】
ヒーター要素と開口部周辺の間の間隔は、熱接触が著しく減少するような寸法が好ましい。ヒーター要素と開口部周辺の間の間隔は、２５〜４０ミクロンとしうる。
【００１７】
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としうる。
【００１８】
基体は、少なくとも一つのヒーター要素と接触するための少なくとも第一および第二の導電性接点部分を含み、第一および第二の導電性接点部分は、開口部の互いに反対側に位置付けられていることが好ましく、ここで第一および第二の導電性接点部分は、外部電源との接触ができるように構成されている。
【００１９】
ヒーター組立品は、直列に電気的接続された複数のヒーター要素を備えうる。第一および第二の導電性接点部分は、第一の接点部分が直列に接続されたヒーター要素の最初のヒーター要素に接触し、第二の接点部分が最後のヒーター要素と接触するよう配置されうる。すべてのヒーター要素を直列に接続できるように、ヒーター組立品には追加的な接点部分が提供されている。これらの追加的な接点部分は、基体の開口部のそれぞれの側に提供されることが好ましい。
【００２０】
ヒーター組立品が複数のヒーター要素を含む場合、ヒーター要素は空間的に実質的に相互に平行に配置されることが好ましい。ヒーター要素は相互に間隙を介していることが好ましい。特定の任意の理論に束縛されることは望まないが、ヒーター要素を相互に離して間隔を置くことで、より効率的な加熱をしうると考えられる。ヒーター要素の間隔を適切に開けることで、例えば同じ面積を持つ単一の発熱体が使用される場合に比べて、例えば開口部の面積全体にわたりより均一な加熱が獲得されうる。
【００２１】
特定の好ましい実施形態において、ヒーター組立品は奇数のヒーター要素、好ましくは三つまたは五つのヒーター要素を含み、また第一および第二の接点部分は基体の開口部の反対側に位置する。この配置は、第一および第二の接点部分が開口部の反対側に配置されるという有利な点がある。
【００２２】
ヒーター組立品は、別の方法として、偶数のヒーター要素、好ましくは二つまたは四つのヒーター要素を含みうる。この実施形態において、接点部分はカートリッジの同じ側に位置することが好ましい。この配置で、ヒーター組立品の電源への電気的接続のどちらかと言えばコンパクトな設計が達成されうる。
【００２３】
少なくとも一つのヒーター要素は、それぞれ複数の導電性フィラメントから形成されうるが、これは、フィラメントのメッシュまたはアレイを形成してもよく、または織物または不織布を含んでもよい。ヒーター要素は、流体透過性としうる。
【００２４】
一部の例において、少なくとも一つのヒーター要素は、電気的に絶縁された基体に固定された第一の面を持ち、かつ第一および第二の導電性接点部分は、ヒーター要素の第一の面と反対の第二の面にある外部電源と接触できるように構成される。
【００２５】
システムは、液体エアロゾル形成基体を含むハウジングを含む液体貯蔵部分をさらに備えうるが、ここでヒーター組立品は液体貯蔵部分のハウジングに固定される。ハウジングは剛直なハウジングであり、流体に対して不透過性としうる。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。
【００２６】
液体貯蔵部分は、液体エアロゾル形成基体をヒーター組立品に伝達するよう構成された毛細管材料を備えうる。
【００２７】
エアロゾル発生システムにこのタイプのヒーター組立品を提供することは、従来的な芯およびコイルの配置に比べていくつかの利点を持つ。フィラメントのメッシュまたはアレイを含むヒーター要素により、気化される液体と接触するヒーターの面積が大きくなる。ヒーター組立品は、容易に入手可能な材料を使用して、かつ大量生産技術を使用して安価に製造できる。ヒーター組立品は丈夫で、製造中の取扱いおよびエアロゾル発生システムの他の部品への固定が許容され、特に取り外し可能なカートリッジの部品を形成できる。ヒーター要素の部品を形成する導電性接点部分の提供により、信頼性がありかつ単純な電源へのヒーター組立品の接続が許容される。
【００２８】
導電性フィラメントは、実質的に平面としうる。本明細書で使用される場合、「実質的に平面の」とは、単一の平面内に形成され、また例えば、湾曲した形状またはその他の非平面形状に巻かれているか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ことが好ましい。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。
【００２９】
ヒーター要素またはヒーター組立品は、実質的に平面としうる。
【００３０】
少なくとも一つのヒーター要素は、導電性フィラメント間に隙間を持つメッシュを備えうる。
【００３１】
こうした配置において、ヒーター要素のその部分の隙間の寸法よりも大きな距離だけ、ヒーター要素の少なくとも一部分は、開口部の周囲から間隙を介していることが好ましい。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
導電性フィラメントの直径は８μｍ〜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でもよく、または例えば平坦な断面でもよい。
【００３６】
単一の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。ヒーター要素は、例えば、長方形で、約５ｍｍの長さおよび約２ｍｍの幅を持ちうる。一部の例において、幅は２ｍｍ未満であり、例えば幅は約１ｍｍである。ヒーター要素の幅が狭くなると、本発明のヒーター組立品内に、より多くのヒーター要素が直列に接続されうる。直列に接続された狭い幅のヒーター要素を使用する利点は、ヒーター要素の組み合わせの電気抵抗が増大することである。
【００３７】
ヒーター要素は、ヒーター組立品の面積の１０％〜５０％の面積を覆いうる。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％の面積を覆いうる。
【００３８】
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。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。
【００３９】
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。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。一般に、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。電気接点とメッシュまたはフィラメントの間の無駄な損失を最小化することも、無駄な電力損失を最小化するために望ましい。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。
【００４０】
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。
【００４１】
別の方法として、導電性接点部分は、ヒーター要素の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。
【００４２】
ヒーター組立品の少なくとも一つのヒーター要素は、第一の材料から作製された少なくとも一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一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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。エアロゾル形成剤は、使用において密度の高い安定したエアロゾルの形成を容易にする、システム動作の使用温度で熱分解に対して実質的に抵抗性のある任意の適切な公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剤は当業界で周知であり、多価アルコール（トリエチレングリコール、１，３−ブタンジオールおよびグリセリンなど）、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およびテトラデカン二酸ジメチルなど）を含むが、これに限定されない。好ましいエアロゾル形成体は多価アルコールまたはその混合物（トリエチレングリコール、１，３−ブタンジオールおよびグリセリン（最も好ましい）など）である。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。
【００４６】
液体貯蔵部分のハウジングは、毛細管材料を含みうるが、毛細管材料はフィラメント間の隙間内に延びうる。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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るか、または高い充填能力を持ちうる。第二の毛細管材料はポリプロピレンとしうる。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
システムは、ヒーター要素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、ヒーター要素の、またはヒーター要素の一つ以上のフィラメントの電気抵抗をモニターし、ヒーター要素の電気抵抗または特に一つ以上のフィラメントの電気抵抗に依存して、電源からのヒーター要素への動力供給を制御するよう構成される。
【００５３】
電気回路はマイクロプロセッサを備えうるが、これはプログラマブルマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、または特定用途向けＩＣチップ（ＡＳＩＣ）または制御能力を持つその他の電子回路としうる。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への動力供給を調節するよう構成しうる。電力はシステムの起動後、ヒーター要素に連続的に供給することも、毎回の吸煙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要素に供給されうる。
【００５４】
システムはハウジングの本体内に電源（一般にリチウムイオンリン酸型電池などの電源）を備えることが有利である。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。電源は再充電を要するものとすることができ、１回以上の喫煙体験のために十分なエネルギーの蓄積が許容される容量を持ちうる。例えば、電源は従来型の紙巻たばこ１本を喫煙するのにかかる一般的な時間に対応する約６分の時間、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、電源は所定の回数の吸煙、またはヒーターの不連続的な起動を許容する十分な容量を持ちうる。
【００５５】
システムは、主要ユニットと、主要ユニットに取り外し可能なように結合されたカートリッジとを含みうるが、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、また主要ユニットは電源を含む。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。
【００５６】
システムは電気的に作動する喫煙システムとしうる。システムは手持ち式のエアロゾル発生システムでもよい。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。喫煙システムの外部直径は、およそ５ｍｍ〜およそ３０ｍｍとしうる。
【００５７】
電気的に絶縁された基体は、柔軟なシート材料としうる。導電性接点部分および導電性フィラメントは、互いに一体型で形成されうる。
【００５８】
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。
【００５９】
本発明は、エアロゾル発生システム、好ましくは本発明によるカートリッジを含む電気的に作動する喫煙システムも対象とする。
【００６０】
エアロゾル発生システムはさらに、カートリッジが取り外し可能なように結合された主要ユニットを含む。液体貯蔵部分およびヒーター組立品はカートリッジ内に提供され、また主要ユニットは電源を含む。異なる配置も可能である。
【００６１】
カートリッジは消費後に交換可能である。カートリッジが液体およびヒーター組立品を保持するため、主要ユニットを長めに使用した後でさえも最適な気化条件が維持されるようにヒーター組立品も規則的に交換される。
【００６２】
エアロゾル発生システムは、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含むことが好ましい。電気回路は、ヒーター組立品の電気抵抗、またはヒーター組立品のヒーター要素の一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一つ以上のフィラメントの電気抵抗に依存して、電源から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る。ヒーター要素の温度をモニターすることにより、システムはヒーター組立品の過熱または加熱不足を防止し、最適な気化条件が提供されるよう確保できる。
【００６３】
本発明はまた、開口部を持つハウジングを備えた液体貯蔵部分を提供する工程と、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、ハウジングの開口部全体にわたり延びる少なくとも一つのヒーター要素を含むヒーター組立品を提供する工程とを含み、ここでヒーター要素が開口部よりも小さなエアロゾル発生システム（例えば、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も対象とする。ヒーター組立品の少なくとも一つのヒーター要素の幅は、ハウジングの開口部の幅の９０％未満としうるが、５０％未満であることが好ましく、３０％未満であることがさらに好ましく、２５％未満であることが最も好ましい。
【００６４】
ヒーター組立品およびヒーター要素（単数または複数）は流体透過性であることが好ましい。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またはヒーター要素を通過できることを意味する。
【００６５】
「実質的に平面の」フィラメント配置という用語は、好ましく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フィラメント配置を意味するために使用される。従って、実質的に平面のフィラメント配置は、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、その表面内での二次元的な実質的に平面のフィラメント配置の寸法は、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。実質的に平面のフィラメント配置の例は、二つの実質的に平行な表面間の構造であって、ここでこれらの二つの表面間の距離は、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、実質的に平面のフィラメント配置は平面である。その他の実施形態で、実質的に平面のフィラメント配置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。
【００６６】
「フィラメント」という用語は、二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ことが好ましい。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。
【００６７】
「フィラメント配置」という用語は、一つの、または好ましくは複数のフィラメントの配置を意味するために使用されることが好ましい。フィラメント配置は、例えば相互に並列に配置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。
【００６８】
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】
【００６９】
【図１】図１ａ〜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に示すシステムの例のカートリッジの分解図である。
【図３】図３は、三つのヒーター要素を備えたヒーター組立品を示す。
【図４】図４は、四つのヒーター要素を備えたヒーター組立品を示す。
【図５】図５は、異なるヒーター形状のＴＰＭ収量を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００７０】
図１ａ〜１ｄは、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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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に概略的に概略した通り、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。
【００７７】
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。
【００７８】
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、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。
【００７９】
図２は、エアロゾル発生システム、例えば、図１のタイプのエアロゾル発生システムで使用するのに適したカートリッジ２０の分解図である。カートリッジ２０は、例えば、図１のシステムのくぼみ１８など、エアロゾル発生システムの対応するくぼみ内に受けられるように、またはその他の要素を用いて適切な方法で取り付けられるように選択されたサイズおよび形状を持つ、一般的に円形の円筒形ハウジング２４を含む。ハウジング２２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。
【００８０】
ハウジング２２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、導電性のヒーターフィラメントのメッシュから形成され、開口部３５全体にわたり開口部３５の反対側にある電気接点３２に固定されたヒーター要素３６とを含む。
【００８１】
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２６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２６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。当業者にとって、接着が不透過性プラスチックシートをヒーター組立品３０に固定する方法として説明されているが、カバー２６が消費者によって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明らかであろう。
【００８２】
その他のカートリッジデザインも考えられることが理解される。例えば、カートリッジ付きの毛細管材料が二つ以上の異なる毛細管材料を備えてもよく、またはカートリッジが遊離した液体の貯蔵部を保持するためのタンクを備えてもよい。
【００８３】
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の開口部を通して晒される。
【００８４】
使用時、カートリッジ２０は、エアロゾル発生システム内に配置され、ヒーター組立品３０はエアロゾル発生システム内に含まれる電源に接触される。電子回路は、ヒーター要素３６に電力供給し、エアロゾル発生基体を揮発させるために提供される。
【００８５】
図３では、本発明のヒーター組立品３０の例が描かれており、三つの実質的に平行なヒーター要素３６ａ、３６ｂ、３６ｃは、電気的に直列に接続されている。ヒーター組立品３０は、その中に正方形の開口部３５が形成された電気的に絶縁された基体３４を含む。開口部のサイズは、この例では５ｍｍ×５ｍｍであるが、当然のことながらヒーターの特定の用途に適切なその他の形状およびサイズの開口部が使用されうる。第一および第二の電気接点３２ａ、３２ｂは、開口部３５の反対側に提供され、開口部３５の側方端３５ａ、３５ｂと実質的に平行に延びる。二つの追加的な接点３２ｃ、３２ｄは、開口部３５の反対側の側方端３５ｃ、３５ｄの部分に隣接して提供される。第一のヒーター要素は、第一の接点部分３２ａと追加的な接点部分３２ｃの間で接続される。第二のヒーター要素３６ｂは、追加的な接点部分３２ｃと追加的な接点部分３２ｄの間で接続される。第三のヒーター要素３６ｃは、追加的な接点部分３２ｃと第二の接点部分３２ｂの間で接続される。この実施形態において、ヒーター組立品３０は、奇数のヒーター要素３６、すなわち三つのヒーター要素を含み、第一および第二の接点部分３２ａ、３２ｂは、基体３４の開口部３５の反対側に位置する。ヒーター要素３６ａおよび３６ｃは、これらのヒーター要素３６ａ、３６ｃと絶縁基体３４との間で直接的な物理的接触がないように、開口部の側方端３５ａ、３５ｃから間隔が置かれる。特定の任意の理論に束縛されることは望まないが、この配置により、絶縁基体３４への熱伝達が低減でき、液体エアロゾル発生基体の有効な揮発が許容されうる。
【００８６】
図４では、本発明のヒーター組立品２０の例が描かれており、四つのヒーター要素３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄは、電気的に直列に接続されている。ヒーター組立品３０は、その中に正方形の開口部３５が形成された電気的に絶縁された基体３４を含む。開口部のサイズは５ｍｍ×５ｍｍである。第一および第二の接点部分３２ａ、３２ｂは、開口部３５の同じ側方端３５ｂのそれぞれ上側および下側の部分に隣接して提供される。三つの追加的な接点部分３２ｃ、３２ｄ、３２ｅが提供されるが、ここで二つの接点部分は、反対側の側方端３５ａの部分に隣接して提供され、また一つの接点部分は、第一および第二の接点部分３２ａ、３２ｂの間の側方端３５ｂに平行して提供される。四つのヒーター要素３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄは、図４に示す通り、これらの五つの接点部分３２ａ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｂ間で直列に接続される。ここでも、ヒーター要素の長い側方端はどれも、ここでも絶電基体への熱伝達が低減されるように、開口部のどの側方端とも物理的に直接的に接触していない。
【００８７】
この実施形態において、ヒーター組立品３０は偶数のヒーター要素３６、すなわち四つのヒーター要素３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄを含み、第一および第二の接点部分３２ａ、３２ｂは、基体３４の開口部３５の同じ側に位置する。
【００８８】
図３および図４に示すものなどの配置において、ヒーター要素の配置は、隣接したヒーター要素間のギャップが実質的に同じであるようにしうる。例えば、ヒーター要素の間隔は、開口部の幅３５全体で規則正しく置かれうる。その他の配置において、例えば、望ましい加熱プロフィールを獲得するために、ヒーター要素間の異なる間隔も使用されうる。その他の形状の開口部またはヒーター要素が使用されうる。
【００８９】
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）を持つものを備えうる。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。
【００９０】
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、一部の例では、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。
【００９１】
本開示に基づく別のヒーター組立品において、メッシュ３６は平行な導電性フィラメントのアレイで置き換えられることができる。フィラメントのアレイは、３０４Ｌステンレス鋼から形成され、約１６μｍの直径を持つ。
【００９２】
フィラメントは、基体３４に直接結合されうるが、よって接点３２はフィラメントに結合される。接点３２は、絶縁ギャップ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。メッシュタイプのヒーターについても、同じ配置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。
【００９３】
ヒーター組立品は、電気接点と一体型で形成された複数のヒーターフィラメントを備えうる。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。接点は、フィラメントによってつながれた時を除きギャップ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、フィラメントは、電気接点よりも１００倍以上高い電気抵抗を持つ。
【００９４】
図３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。
【００９５】
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。
【００９６】
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ヒーターに直接運搬されることができる。本発明の例において、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。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。毛細管材料２７は、フィラメント３６間の隙間に延びうる。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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、Ｎｉ−Ｃｒ、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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
図５は、例の発熱体によって提供される全粒子状物質（ＴＰＭ）の送達を測定するための試験におけるヒーター要素の三つの異なる構成の性能を示す図を示す。
【０１０３】
試験した発熱体は以下の通りである。
【０１０４】
ヒーターＡ  −  開口部５ｍｍ×５ｍｍ。三つのヒーター要素が図３の通りに配置され、それぞれが１ｍｍの幅を持つ。凡そのヒーター面積は１５ｍｍ2である。抵抗はおよそ１．２オームである。電力消費量は６Ｗである。
【０１０５】
ヒーターＢ  −  開口部はおよそ３ｍｍ×３ｍｍである。一つのヒーター要素が開口部全体を覆う。凡そのヒーター面積は１０ｍｍ2で、抵抗はおよそ０．５オームである。電力消費量は６Ｗである。
【０１０６】
ヒーターＣ  −  開口部５ｍｍ×５ｍｍ。一つのヒーター要素が図２の通りに配置され、２ｍｍの幅を持つ。凡そのヒーター面積は１０ｍｍ2である。抵抗はおよそ０．８オームである。電力消費量は４Ｗである。
【０１０７】
液体を含む毛細管材料が、ヒーターに隣接して取り付けられた。液体は重量で３９％のプロピレングリコール、３９％のグリセリン、２０％の水、２％のニコチンが含まれた。
【０１０８】
３秒当たり５５ｍｌの空気の流れを含む吸煙が、加熱時にヒーター上を通過し、気流に混入された結果的なエアロゾルがファイバーグラスフィルターディスク（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｐａｄ）上に捕捉された。吸煙４５回の試行運転の後、アルコール溶液を使用して、その試行運転について全粒子状物質（ＴＰＭ）を決定するための周知の方法で、エアロゾルの成分がファイバーグラスのフィルターディスクから抽出された。吸煙１回当たりのＴＰＭが計算され、図５に示す通りである。
【０１０９】
開口部全体を覆うヒーター要素を含むヒーターＢが、吸煙１回当たりわずか１．１ミリグラムという最低のＴＰＭ収量（全粒子状物質）であることが示された。ヒーター組立品は、６ワットの電力消費量であった。
【０１１０】
より高いＴＰＭは、一つの１０ｍｍ2のヒーター要素のみを備えたヒーターＣで観察された。このヒーター組立品では、吸煙１回当たり約２．２ミリグラムのＴＰＭ収量が達成されると同時に、電力消費量はわずか４ワットであった。従って、低めの電力でも、ヒーターＢと同じサイズのヒーター要素について高めのＴＰＭが観察された。
【０１１１】
特定の任意の理論に束縛されることは望まないが、ヒーターの端部が開口部端から間隔があるヒーターＣでは、基体要素への熱伝達が少なめであると考えられる。また、ヒーターＢについては、熱の一部が基体要素の下の液体を加熱し、またその液体は開口部を通して放出されることができず、従ってヒーター要素からの熱が使用される効率が悪くなると考えられる。
【０１１２】
三つのヒーター細片を含むヒーターＡについても、ＴＰＭはヒーターＢよりも大きい。特定の任意の理論に束縛されることは望まないが、ヒーターＡのＴＰＭは、基体への熱伝達が大きくなるかまたは基体の下にある液体の加熱の効率が悪くなりうるヒーターＣの単一の２ｍｍ細片と比較して、三つの１ｍｍ細片は開口部の端との接点の長さが長いため、ヒーターＣのそれよりも低くなりうる。
【０１１３】
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。
【図１Ａ】
0006655020.tif 000002
【図１Ｂ】
0006655020.tif 000003
【図１Ｃ】
0006655020.tif 000004
【図１Ｄ】
0006655020.tif 000005
【図２】
0006655020.tif 000006
【図３】
0006655020.tif 000007
【図４】
0006655020.tif 000008
【図５】
0006655020.tif 000009