JP2017515461A - エアロゾル発生のための誘導加熱装置およびシステム - Google Patents

Abstract

エアロゾル発生のための誘導加熱装置は、エアロゾル形成基体およびサセプタを含むエアロゾル形成インサートの少なくとも一部分を受けるための内部表面を持つくぼみを含む装置ハウジングを備える。装置ハウジングはさらに、くぼみ内に延びるピンを含む。装置はさらに、ピンに沿って配置された誘導コイルと、誘導コイルに接続され、かつ誘導コイルに高周波電流を供給するよう構成された電源とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は誘導加熱可能な喫煙装置に関連し、ここでエアロゾルは、エアロゾル形成基体を誘導加熱することにより発生する。

従来技術のエアロゾル発生のための電気加熱式装置は、たいていはサイズが大きく、また装置で利用できる電池にとって難題であるエネルギー消費を持つ。誘導加熱の使用は、エネルギー効率の点では有利である一方、遮蔽されるべき電磁場が発生する。

従って、従来の技術の少なくともいくつかの欠点に対処する、エアロゾル発生のために改良された誘導加熱装置の必要性がある。

本発明の一つの態様によれば、エアロゾル発生のための誘導加熱装置が提供されている。装置は、エアロゾル形成基体およびサセプタを含むエアロゾル形成インサートの少なくとも一部分を受けるための内部表面を持つくぼみを含む装置ハウジングを備える。装置ハウジングはさらに、くぼみ内に延びるピンを含む。装置はさらに、ピンに沿って配置された誘導コイルと、誘導コイルに接続され、かつ誘導コイルに高周波電流を供給するよう構成された電源とを備える。

誘導加熱は、熱が望ましい場所で発生しうるため、効率的な加熱方法であることが周知である。さらに、誘導加熱により、無接触の加熱が許容される。本発明による装置において、誘導コイルはエアロゾル発生基体から分離してもよい。これは、誘導コイルによって発生される電磁場によって加熱されるために、またエアロゾル形成基体を加熱するために提供されるサセプタから分離してもよい。これにより、装置の掃除が促進される。さらに、一部の実施形態では、装置の再使用をすると望ましくないエアロゾルを発生しうる、誘導コイルに残留物が凝縮しない可能性がある。なおさらに、ピン（このピンはエアロゾル形成インサートを収容するために提供されるくぼみ内に延びる）に沿って誘導コイルを配置することで、エアロゾル形成基体内での熱産生の適切な分布が促進される。例えば、誘導コイルは、ピンの位置に配置してもよく、また加熱されることになるエアロゾル形成インサート内に提供されたエアロゾル形成基体の範囲に対応するように、ピンの長さに沿って延びてもよい。ピンおよび誘導コイルは、少なくとも部分的にいったんインサートがくぼみ内に収容されると、エアロゾル形成基体を含むエアロゾル形成インサートおよびサセプタによって囲まれることができるように配置されることが好ましい。

装置の外周部分ではなく装置の中央に誘導コイルを配置することで、装置は最小化されうる。誘導コイルには、周辺のスペースは必要とされない。さらに、中央に配置された誘導コイルによって、エアロゾル形成インサートにより、またはどちらかと言えばインサート内に提供されたサセプタにより磁気遮蔽が行われる。これにより、装置から放出されうる電磁放射は全くないかまたは無視できる量であり、装置の磁気遮蔽は省略されうる。

誘導コイルを中央に配置することで、加熱されるエアロゾル形成基体が一般に実質的に環状の断面（またはその他の外側形状であるがピンのための実際の空隙がある）を持つというさらなる利点がある。従って、一般に、電磁場によって貫通されるエアロゾル形成基体の厚さは、例えば完全に円筒形の基体を持つものよりも小さい。これは、さらに均一の加熱およびエネルギー消費の低減をサポートしうる。

本発明による装置の一態様によれば、誘導コイルはピン内に配置され、くぼみとは接触しない。こうした配置において、誘導コイルおよび電源はエアロゾル形成インサートを収容するためのくぼみから完全に分離しうる。従って、インサートの交換は、誘導コイルに接触することなく、従って誘導コイルまたは電気接点を変化させるリスクなしに実施されうる。また、くぼみの掃除が容易になる。そのため、掃除の際に損なわれる可能性がある、届きにくいコイル巻線を掃除する必要がない。さらに、ピンは非常に頑丈な方法で構成されうる。これにより、例えば、反復的なエアロゾル形成インサートの導入に伴うくぼみ内に配置された誘導コイルの曲がりや破損のリスクが回避されうる。ピンは、例えば、くぼみ内に挿入された時にエアロゾル形成インサートを刺すためにも使用されうる。これらの実施形態において、エアロゾル形成インサート内の予め成形された開口部は省略されてもよく、またインサートは単にピン上に押されてもよい。ピンには、こうした「刺す動作」を促進するために、尖った遠位の先端が提供されうる。尖った先端は一般に、くぼみ内への挿入後にインサートの整列を促進するために提供されうる。

一部の好ましい実施形態において、誘導コイルがくぼみと接触しない場合、誘導コイルはピン内に成形される。

本発明による装置の別の態様によれば、誘導コイルはピンの周りに巻かれる。これにより、くぼみ全体に沿った、またはくぼみ内の要求される場所のみでのエネルギー分布が提供されうる。ピンに沿って外側に誘導コイルを配置することにより、誘導コイルをエアロゾル形成インサートに近づけて配置されるようにできる。エアロゾル形成インサートのデザインに依っては、例えば、エアロゾル形成インサートがエアロゾル形成液体を含むカートリッジである場合など、こうした配置が好ましい場合がある。これらの実施形態において、カートリッジハウジングは、誘導コイルとのエアロゾル形成基体の直接的な接触が阻止されうるように、誘導コイルとエアロゾル形成基体の間の壁の役目をしうる。

本発明による装置のさらなる態様によれば、ピンおよび誘導コイルはくぼみの中央の長軸方向軸に沿って配置される。こうした中央の配置により、くぼみ内で誘導コイルによって発生される電磁場が、誘導コイルの磁軸からくぼみの周囲または外周へと規則正しい対照的な分布となることができる。くぼみまたは側壁の内部表面の外周部分およびピンは、円筒形状であることが好ましい。中央の配置との組み合わせで、電磁場の分布はくぼみ全体にわたり基本的に均一であり、従ってくぼみ内に収容されるエアロゾル形成インサートの対称的または規則的な加熱が許容される。

本発明による装置の別の態様によれば、２つ以上の誘導コイルがピンに沿って、かつ相互に隣り合わせで配置される。これにより、エアロゾル発生の制御が容易になりうる。例えば、くぼみ内に収容されるエアロゾル形成インサートを加熱する様々な可能性が提供される。例えば、異なるエネルギー量を持つ異なる誘導コイルが提供されうる。エネルギーは、異なる時点で、例えば、後に続けて供給されてもよい。これにより、エアロゾル形成基体の異なる領域が異なる程度で加熱されうる。例えば、エアロゾル形成基体を含むたばこが使用される場合、喫煙の体験が向上されうるか、または喫煙中にニコチン送達が変化しうる。

本発明による装置のなお別の態様によれば、ピンは装置ハウジングと一体型で形成される。これにより、製造工程が少なくなることで、装置の製造が容易になりうる。さらに、ピンと装置ハウジングの間の別個の継ぎ目が省略されうる。装置ハウジングおよびピンは、プラスチック材料製であることが好ましい。ピンおよびハウジングは、例えば射出成形により製造されうる。

くぼみの内部表面により、またはピンにより、または両方により保持されうるように、エアロゾル発生インサートは装置ハウジングのくぼみ内にぴったりと嵌まることが好ましい。くぼみ、ピンまたは装置ハウジングの内部表面は、挿入されたインサートをより適切に保持するために形成されてもよい。本発明による装置の別の態様によれば、エアロゾル形成インサートがくぼみ内に収容された時、装置ハウジングは、くぼみ内にエアロゾル形成インサートを保持するための保持部材を備える。こうした保持部材は例えば、くぼみの内部表面にあり、くぼみ内に延びる突起としうる。突起は、くぼみの遠位領域で、エアロゾル形成インサートが装置ハウジングのくぼみ内に挿入される挿入用の開口部かまたはその近辺に配置しうることが好ましい。例えば、突起は円周方向に回転するリブまたは部分的リブの形態を持ちうる。突起は、くぼみ内へのインサートの導入を保持するための整列用部材としての役目も果たしうる。整列用部材は、くぼみの内部表面の外周部分に沿って長軸方向に延びる長軸方向のリブの形態を持つことが好ましい。突起は、例えば半径方向に延びるピンの位置に配置されてもよい。装置が逆さまに保持された時でさえもインサートがくぼみから抜け落ちないように、保持部材はインサートの一定の掴みを提供することが好ましい。ただし、保持部材は、ある一定の放出力がインサートに作用した時にインサートを損傷することなく再びインサートを放出することが好ましい。

本発明の別の態様によれば、誘導加熱およびエアロゾル発生システムも提供されている。システムは、装置ハウジング内のくぼみに延びるピンと誘導コイルを持つ、本明細書に記載された装置を備え、またエアロゾル形成基体およびサセプタを含むエアロゾル形成インサートを備える。エアロゾル形成基体は装置のくぼみ内に収容され、またエアロゾル形成インサートのサセプタが誘導コイルによって発生される電磁場によって誘導加熱が可能なように、その内部に配置される。

装置の態様および利点については上記で説明済みであり、反復しない。

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ことが好ましい。揮発性化合物はエアロゾル基体の加熱により放出される。エアロゾル形成基体は固体でも液体でもよく、固体および液体の両方の成分を含んでもよい。

エアロゾル形成基体はニコチンを含む場合がある。ニコチンを含有する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が、たばこ含有材料は揮発性のたばこ風味化合物を含むことが好ましく、これが加熱に伴いエアロゾル形成基体から放出される。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。

均質化したたばこ材料は、粒子状たばこを凝集することによって形成されうる。存在する場合、均質化したたばこ材料のエアロゾル形成剤含有量は、乾燥質量で５％以上であり、乾燥質量で５〜３０重量パーセント以上であることが好ましい。

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んでもよい。

エアロゾル形成基体は少なくとも１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、使用時に、密度が高く安定したエアロゾルの形成を促進し、エアロゾル発生装置の使用温度で実質的に熱劣化耐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としうる。好適なエアロゾル形成体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。特に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−ブタンジオールなど）であり、そしてグリセリンが最も好ましい。

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。

サセプタは誘導加熱されうる導体である。サセプタは電磁エネルギーを吸収し、それを熱に変換することができる。本発明によるシステムでは、一つまたは複数の誘導コイルにより発生した電磁場を変化させることでサセプタを加熱し、それが次に、主に熱の伝導により、熱をエアロゾル形成インサートのエアロゾル形成基体に移動する。この目的で、サセプタはエアロゾル形成基体の材料と熱的に近接している。サセプタまたは複数のサセプタの形態、種類、分布および配置はユーザーのニーズに応じて選択されうる。

誘導コイル内を流れる電源により供給される高周波電流の周波数は１ ＭＨｚ〜３０ ＭＨｚの範囲としうるが、１ ＭＨｚ〜１０ ＭＨｚの範囲が好ましく、５ ＭＨｚ〜７ ＭＨｚの範囲がさらに好ましい。「〜の範囲」という用語は本明細書で使用する時、明示的にそれぞれの境界値も開示しているものと理解される。

一部の好ましい実施形態で、エアロゾル形成インサートは、サセプタを備えかつ液体を含む、好ましくはニコチンを含む、カートリッジである。一部のその他の好ましい実施形態で、エアロゾル形成インサートはサセプタを含むたばこ材料含有ユニットである。たばこ含有ユニットは、サセプタおよび均質化したたばこ材料でできたたばこプラグを含むユニットとしうる。たばこ材料含有ユニットはさらに、たばこ材料含有ユニットの口側の端に配置されたフィルターを備えうる。

本発明についてはさらに、実施形態に関して説明するが、これを下記の図表によって例示する。

図１は、エアロゾル形成インサートを収容するためのくぼみを備える誘導加熱装置の概略図であり、ここで中央のピンはくぼみ内に延びる。 図２は、例えば、図１に示す通り、一体型の誘導コイルを持つ中央ピンを備えた、誘導加熱装置の一部の断面を示す。 図３は、中央ピンがピンの周りに巻かれた誘導コイルを持つ、誘導加熱装置の一部の断面を示す。

図１は誘導加熱装置１およびエアロゾル形成インサート２を概略的に示し、取り付けられた状態のエアロゾル形成インサート２は誘導加熱システムを形成する。誘導加熱装置１は、内部電源１１を外部電源（図示せず）、例えば充電装置に接続するための、電気接点１０１（例えば、ピンを備えたドッキングポート）を遠位端に持つ装置ハウジング１０を備える。内部電源１１、例えば再充電可能電池１１は、ハウジング１０の遠位領域にある装置ハウジングの内部に提供される。

装置ハウジングの近位端は、エアロゾル形成インサート２をくぼみ１３に挿入するための挿入用開口部１０２を持つ。くぼみ１３は、その近位領域にある装置ハウジング内に形成される。くぼみ１３は、くぼみ１３内にエアロゾル形成インサート２を取り外しできる方法で受け取るように構成されている。誘導コイル１５（点線で表示）を封入するピン１４は、くぼみ内にくぼみ４００の長軸方向軸に同軸的に延び、この実施形態における軸は装置ハウジングの長軸方向軸に対応する。くぼみおよび装置ハウジングの近位領域の実施形態について、さらに下の図２および図３でより詳細に説明する。

装置ハウジング１０はさらに、電子回路１２、例えば回路を持つプリント基板を備える。電子回路１２と誘導コイルのどちらも、内部電源１１から必要な電力を供給される。従って、要素は相互接続されている。装置ハウジングの近位および遠位の領域は、少なくともくぼみ１３の底壁１３１によって、またはさらに分離するためのハウジング壁によって分離されている。誘導コイルをピン内部に配置することで、任意の電気構成要素をくぼみ内の要素またはプロセスから分離しうる。これはユニット自体としうるが、特にユニットまたはその部分の加熱によってエアロゾル発生プロセスで生じる残留物でもよい。くぼみのある近位領域と電子回路１２および電源のある遠位領域との分離は流体密封であることが好ましい。ただし、装置１の近位方向への気流を許容する換気用開口部を、くぼみの壁１３０、１３１内、および装置ハウジング内に、またはその両方に提供しうる。

エアロゾル形成インサート２は例えば、エアロゾル形成基体、例えば、たばこ材料やプラグ２０を含むエアロゾル形成体を備えうる。インサート２はエアロゾル形成基体を誘導加熱するためのサセプタを備え、また紙巻たばこフィルター２１を備えうる。誘導コイル１５によって発生する電磁場はエアロゾル形成インサート内のサセプタを誘導加熱する。サセプタの熱はエアロゾル形成基体２０に移動され、こうしてユーザーによる吸入のためのエアロゾルを形成しうる構成要素が蒸発する。

図２は、中央に配置されたピン１４を持つくぼみ１３、例えば、図１の誘導加熱装置のくぼみの断面の拡大図を示す。くぼみ１３は、くぼみ壁１３０、１３１によって形成される内部表面を持つが、これはまた装置ハウジング壁でもありうる（図１に示す）。くぼみ１３の一つの開放端は挿入用の開口部１０２を形成する。ピン１４は、くぼみ１３の底壁１３１から、くぼみの中央の長軸方向軸４００に沿って延びる。誘導コイル１５はピンの内部に配置され、その内に包埋される（点線で表示）。これにより、誘導コイル１５および誘導コイルへの電気的接続１５０は、くぼみ１３と、またはくぼみ内に収容されるユニット２と接触しない。

誘導コイル１５は、実質的にピン１４の全長に沿って延びる。誘導コイルは、らせんコイルであり、銅線製であることが好ましい。ピン１４は、くぼみ１３の長さの約３分の２の長さを持ち、その全体がくぼみ内に配置される。挿入用の開口部１０２を通して、エアロゾル形成ユニット２、例えば、たばこプラグまたはエアロゾル含有カートリッジがくぼみ１３に挿入されうる。エアロゾル形成ユニット２は、ユニットがくぼみ内に収容される時に、サセプタが誘導コイル１５内で発生した電磁場によって誘導加熱が可能であり、電流がサセプタ内で誘起されるように、ユニットのサセプタはくぼみ１３内に配置することができる。くぼみ１３の下部壁１３１はユニット２を導入する時の機械的な止め具の役割をしうる。

ピン１４は、ユニット２のくぼみ内での整列およびくぼみ内への挿入を促進するために、遠位の先端を指示しうる。ピン１４またはくぼみ１３の外側表面にはさらに、エアロゾル形成ユニット２をくぼみ内に保持するための保持部１３２が提供されてもよい。

ピン１４およびくぼみ１３は、円筒または管状の形状であり、同軸的に配置されていることが好ましい。くぼみの壁１３１およびピン１４、および好ましくは装置ハウジング１０も、同一の材料で製造しうるが、プラスチック材料で製造されることが好ましい。くぼみの壁およびピンは、例えば射出成形によって単体で形成されることが好ましい。

図３は、誘導加熱装置（例えば、図１で説明した誘導加熱装置）のくぼみ１３の断面の拡大図を示す。図２と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。図３のくぼみ１３は、くぼみ１３内に延びる中央に配置されたピン１４を持つ。誘導コイル１５はピンの周りに巻かれ、くぼみと接する。誘導コイル１５は、ピン１４の遠位半分に沿って延びる。

またこの実施形態において、ピン１４、および装置壁でもありうるくぼみ壁１３０、１３１は、単体で製造されてもよい。誘導コイル１５からの電気的接続１５０は、くぼみ１３の底壁１３１を通り、誘導加熱装置内の電源につながることが好ましい。貫通接続は、挿入されたエアロゾル形成ユニットを通した、またはそれに沿った気流に影響を及ぼさないように、気密的な方法で製造されることが好ましい。貫通接続は、くぼみ内に生成された構成要素または物質が装置１の電子回路１２に達しないように製造されることが好ましい。

図２および図３に示す通り、くぼみ１３内でピン１４を中央に配置することで、 くぼみ１３内に収容されるエアロゾル形成ユニット２の基本的に同一量のエアロゾル形成基体がピンの半径方向に加熱されることになる。従って、均一な加熱は、本発明による誘導コイルの配置を用いて可能である。さらに、中央に配置された誘導コイル１５により、エアロゾル形成ユニットまたはどちらかと言えばユニット内に提供されたサセプタは、追加的な遮蔽を省略しうるように磁気遮蔽の役目をする。

ピンおよび誘導コイルの配置および誘導加熱装置は、例証としてのみ表示したものである。ユーザーのニーズに応じて、または装置とともに加熱・使用されるエアロゾル形成ユニットに応じて、例えば誘導コイルおよびピンの長さ、数、位置または厚さの変更を適用しうる。

Claims (11)

1. エアロゾル発生のための誘導加熱装置であって、前記装置が、
   −エアロゾル形成基体およびサセプタを含むエアロゾル形成インサートの少なくとも一部分を受けるための内部表面を持つくぼみを含む装置ハウジングであって、前記装置ハウジングがさらに、前記くぼみ内に延びるピンを含むものと、
   −前記ピンに沿って配置された誘導コイルと、
   −前記誘導コイルに接続され、かつ高周波電流を前記誘導コイルに供給するように構成された電源を備えた、装置。
2. 前記誘導コイルが前記ピン内に配置され、前記くぼみと接触していない、請求項１に記載の装置。
3. 前記誘導コイルが前記ピン内に成形される、請求項２に記載の装置。
4. 前記誘導コイルが前記ピンの周りに巻かれる、請求項１に記載の装置。
5. 前記ピンおよび前記誘導コイルが前記くぼみの中央の長軸方向軸に沿って配置される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記くぼみの内部表面の外周部分と前記ピンが円筒形状である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. ２つ以上の誘導コイルが、前記ピンに沿って相互に隣り合わせで配置されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記ピンが前記装置ハウジングと一体型で形成される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記エアロゾル形成インサートが前記くぼみ内に収容される時に、前記装置ハウジングが前記エアロゾル形成インサートを前記くぼみ内に保持するための保持用部材を備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置、およびエアロゾル形成基体およびサセプタを含むエアロゾル形成インサートを備える、誘導加熱およびエアロゾル発生システムであって、前記エアロゾル形成基体が前記装置の前記くぼみ内に収容され、また前記エアロゾル形成インサートの前記サセプタが、前記誘導コイルによって発生する電磁場によって誘導加熱されるようにその内部に配置される、システム。
11. 前記エアロゾル形成インサートが、サセプタを備え、液体（好ましくは、ニコチンを含む）を含むカートリッジおよびサセプタを備えるたばこ材料含有ユニットのうち一方である、請求項１０に記載のシステム。

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