JP2014518096A - 喫煙材の加熱 - Google Patents

Abstract

喫煙材を加熱して喫煙材の少なくとも１つの成分を揮発させるように構成されたヒーターを含む装置であって、このヒーターは長尺であり、その長手方向軸に沿って連続して配された個別に制御可能な複数の加熱領域を含む装置。

Description

本発明は、喫煙材の加熱に関する。

紙巻きタバコおよびシガーなどの喫煙品は、使用の際タバコを燃やしてタバコ煙を発生させる。タバコ煙を発生させずにいくつかの化合物を放出する製品を製造することによってこれら喫煙品の代替え品を提供しようとする試みがなされている。このような製品の例としてはタバコを熱するが燃やさずに化合物を放出する、いわゆる発熱するが燃焼しない（ｈｅａｔ−ｎｏｔ−ｂｕｒｎ）喫煙品というものがある。

本発明では喫煙材を加熱して喫煙材の少なくとも１つの成分を揮発させるように構成されたヒーターを含む装置が提供され、ヒーターは長尺であり、その長手方向軸に沿って連続して配された個別に制御可能な複数の加熱領域を含む。

各加熱領域はヒーターより短くてもよい。

各加熱領域は、ヒーターより短い長手方向に延びた加熱エレメントを含んでもよい。

加熱領域は、ヒーターの長手方向軸に沿って端面と端面が接するように配置されてもよい。

ヒーターは、複数の加熱領域に亘って長手方向に延びた面を含んでもよい。

ヒーターは、ヒーターの長手方向に延びた面の外側の周囲に位置する喫煙材を加熱するように構成してもよい。

各加熱領域は、ヒーターのディスク形状のセクションを含んでもよい。

ヒーターは、装置の長手方向軸に沿って配置してもよく、喫煙材は、ヒーターの長手方向に延びた面の外方に同軸に配置されてもよい。

喫煙材は、喫煙材からなる実質的に管状の胴体であってもよい。

ヒーターは、ヒーターの長手方向に延びた面の内側に位置する喫煙材を加熱するように構成されてもよい。

各加熱領域は、ヒーターのリング状セクションを含んでもよい。

ヒーターは、装置の長手方向軸に沿って配置してもよく、喫煙材は、ヒーターの長手方向に延びた面の内方に同軸に位置してもよい。

ヒーターは、喫煙材を加熱するように構成されたエンボス加工された外面を含んでもよい。

ヒーターの形状は、実質的に円筒状であってもよい。

各加熱領域は、ヒーターの実質的に円筒状のセクションを含んでもよい。

ヒーターは、約１００℃〜２５０℃の範囲の温度、例えば約１５０℃〜約２５０℃の範囲の温度に喫煙材を加熱するように構成してもよい。

各加熱領域は、喫煙材の異なるセクションを加熱するように配置してもよい。

装置は、一定の時間に亘って順次加熱領域を作動させるように構成されたコントローラーを含んでもよい。

コントローラーは、喫煙者によるパフに応答して各加熱領域を作動させるように構成してもよい。

ヒーターは、実質的に電気エネルギーに応答して熱エネルギーを放出するセラミックヒーターであってもよい。

本発明の装置は、喫煙材を燃焼させずに喫煙材を加熱するように構成してもよい。

本発明では喫煙材を加熱して、喫煙材の少なくとも１つの成分を揮発させるように構成されたヒーターが提供され、このヒーターは、ヒーターの長手方向軸に沿って連続して配置された複数の個別に制御可能な加熱領域を含む。

本発明のある１つの態様では赤外線ヒーターを含み、喫煙材を加熱して喫煙品の少なくとも１つの成分を揮発させるように構成された装置が提供される。

赤外線ヒーターは、ハロゲン赤外線ヒーターを含んでもよい。

あくまで例示を目的として、添付図面を参照して本発明のいくつかの実施態様を以下に説明する。

喫煙材を加熱して、喫煙材から芳香族化合物および／またはニコチンを放出するように構成された装置を一部切り欠いて示した斜視図である。 喫煙材を加熱するように構成された装置の一部を切り欠いて示した斜視図であり、喫煙材は半径方向に延びた加熱セクションに分割された長尺のセラミックヒーターの周囲に設けられている。 喫煙材を加熱するように構成された装置の一部を切り欠いて示した分解図であり、喫煙材は半径方向に延びた加熱セクションに分割された長尺のセラミックヒーターの周囲に設けられている。 喫煙材を加熱するように構成された装置の一部を切り欠いて示した斜視図であり、喫煙材は長尺の赤外線ヒーターの周囲に設けられている。 喫煙材を加熱するように構成された装置の一部を切り欠いて示した分解図であり、喫煙材は長尺の赤外線ヒーターの周囲に設けられている。 喫煙材を加熱するように構成された装置の一部を示す略図であり、喫煙材は中央の長手方向軸の周囲に間隔をおいて配された複数の長手方向に延びた長尺の加熱セクションの周囲に設けられている。 喫煙材を加熱するように構成された装置の一部の斜視図であり、喫煙材は、対の直立した加熱プレートの間に設けられている。 図７に示した装置の斜視図であり、さらに外部ハウジングを示している。 喫煙材を加熱するように構成された装置の一部の分解図であり、喫煙材の領域が対の直立した加熱プレートの間に設けられている。 加熱領域を作動させる、そしてパフしている間加熱チェンバーバルブを開閉する方法を示すフロー図である。 喫煙材を加熱するように構成された装置を通る気体流を示す略図である。 ヒーターを使用して喫煙材を加熱するために使用することができる加熱パターンを示すグラフである。 加熱中に喫煙材を圧縮するように構成された喫煙材コンプレッサーを示す略図である。 パフしている間、喫煙材を膨張させるように構成された喫煙材膨張器を示す略図である。 加熱中に喫煙材を圧縮するおよびパフのために喫煙材を膨張させる方法を示すフロー図である。 加熱された喫煙材の熱損失を防ぐように構成された真空断熱のセクションの略式断面図である。 加熱された喫煙材の熱損失を防ぐように構成された真空断熱のセクションの別の略式断面図である。 高温断熱壁から低温断熱壁への間接経路に続く熱抵抗性の熱橋の略式断面図である。 熱シールドおよび熱透明性窓の略式断面図であり、これらは喫煙材からなる胴体に対して可動であり、これにより窓を介して喫煙材の異なるセクションに熱エネルギーを選択的に伝えることができる。 喫煙材を加熱するように構成された装置の一部の略式断面図であり、加熱チェンバーがチェックバルブによって密封されている。

本明細書中で使用する「喫煙材」なる用語は、加熱することによって含む揮発した成分を供するあらゆる材料を含み、あらゆるタバコ含有材を含み、例えばタバコ、タバコ派生物、膨張タバコ、再生タバコまたはタバコ代替え品の内の１つ以上を含んでもよい。

喫煙材を加熱するための装置１は、エネルギー源２、ヒーター３および加熱チェンバー４を含む。エネルギー源２は、リチウムイオンバッテリー、ニッケルバッテリー、アルカリバッテリーおよび／またはそれに類似するものなどのバッテリーを含んでもよく、ヒーター３に電気的に結合され、必要に応じて電気エネルギーをヒーター３に供給する。加熱チェンバー４は、喫煙材５を収容するように構成されており、喫煙材５を加熱チェンバー４中で加熱することができる。例えば加熱チェンバー４は、ヒーター３からの熱エネルギーがその中の喫煙材５を加熱し、喫煙材５を燃やさずに喫煙材５内の芳香族化合物およびニコチンを揮発させることができるようにヒーター３に隣接して位置してもよい。マウスピース６が設けられており、これを介して装置１のユーザーは、装置１の使用の際に揮発した化合物を吸引することができる。喫煙材５は、タバコブレンドを含んでもよい。

図１に示すようにヒーター３は、長尺の実質的に円筒状のヒーター３を含んでもよく、加熱チェンバー４は、ヒーター３の長手方向に延びた円周面の周囲に位置する。加熱チェンバー４および喫煙材５は、ヒーター３の周囲で同軸に延びた層である。しかしながら以下に述べることから明らかなように、これとは別に他の形状および構造のヒーター３および加熱チェンバー４を使用することもできる。

ハウジング７は、エネルギー源２およびヒーター３などの装置１の構成部材を含んでもよい。図１に示すようにハウジング７は、ほぼ円筒状の管であってもよく、エネルギー源２がその第１端部８の方に位置し、ヒーター３および加熱チェンバー４がそれと反対の第２端部９の方に位置している。エネルギー源２およびヒーター３は、ハウジング７の長手方向軸に沿って延びている。例えば図１に示すようにエネルギー源２およびヒーター３は、エネルギー源２の１つの端面がヒーター３の１つの端面の方に向くように端部と端部が面した構成でハウジング７の中央長手軸に沿って位置合わせすることができる。ハウジング７の長さは、約１３０ｍｍであってもよく、エネルギー源の長さは、約５９ｍｍであってもよく、ヒーター３および加熱領域４の長さは、約５０ｍｍであってもよい。ハウジング７の直径は、約１５ｍｍ〜約１８ｍｍであってもよい。例えばハウジングの第１端部８の直径は、１８ｍｍであってもよく、ハウジングの第２端部９にあるマウスピース６の直径は、１５ｍｍであってもよい。ヒーター３の直径は、約２.０ｍｍから約６．０ｍｍであってもよい。ヒーター３の直径は、例えば約４.０ｍｍ〜約４.５ｍｍまたは約２.０ｍｍ〜約３.０ｍｍであってもよい。これとは別にこれらの範囲外にある直径のヒーターを使用してもよい。加熱チェンバー４の深さは、約５ｍｍであってもよく、加熱チェンバー４の外方に向いた表面における外径は、約１０ｍｍであってもよい。エネルギー源２の直径は、約１４．０ｍｍから約１５．０ｍｍであり、例えば１４．６ｍｍであってもよい。

断熱材をエネルギー源２とヒーター３の間に設けて、熱が直接一方から他方へ移動しないようにしてもよい。マウスピース６を加熱チェンバー４および喫煙材５に隣接するハウジング７の第２端部９に配置してもよい。ハウジング７は、ユーザーは、揮発した喫煙材化合物を装置１のマウスピース６から吸引することができるように装置１の使用の際にユーザーが掴むのに適したものである。

図２および３を参照するとヒーター３は、セラミックヒーター３を含んでいてもよい。セラミックヒーター３は、例えば積層され、焼成されたアルミナおよび／または窒化ケイ素の塩基性セラミックスを含んでもよい。これとは別に図４および５を参照すると、ヒーター３はハロゲンＩＲランプ３などの赤外線(ＩＲ)ヒーター３を含んでもよい。ＩＲヒーター３は、嵩の小さいものであってもよく、従ってこれを使用することにより装置１全体の嵩を小さくすることができる。例えばＩＲヒーターの嵩は、同等の加熱出力を有するセラミックヒーター３の２０％乃至３０％未満である。またＩＲヒーター３は、低熱慣性を有し、従って作動要因に反応し、極めて迅速に喫煙材５を加熱することができる。ＩＲヒーター３は、約７００ｎｍから４．５μｍの波長のＩＲ電磁放射線を放射するように構成してもよい。

上述および図１に示したようにヒーター３は、ハウジング７の中央領域に位置してもよく、加熱チェンバー４および喫煙材５は、ヒーター３の長手方向に延びた面の周囲に位置してもよい。この構成においてヒーター３によって放出された熱エネルギーは、半径方向にヒーター３の長手方向に延びた面の外方から加熱チェンバー４および喫煙材５内に移動する。

選択的にヒーター３は、複数の個別の加熱領域１０を含んでもよい。加熱領域１０は、互いに独立して動作可能であってもよく、これにより異なる領域１０を異なる回数作動させて、喫煙材５を加熱することができる。加熱領域１０は、あらゆる形状寸法配置でヒーター３内に配置してもよい。しかしながら、図に示した例では加熱領域１０は、加熱領域１０の内の異なる加熱領域が喫煙材５の異なる領域を主にそして独立して加熱するような形状寸法でヒーター３内に配置されている。

例えば図２を参照するとヒーター３は、複数の軸方向に位置合わせされた加熱領域１０を含んでもよい。領域１０は、それぞれヒーター３の個々のエレメントを含んでもよい。加熱領域１０は、例えば全てがヒーター３の長手方向軸に沿って互いに位置合わせされ、従ってヒーター３の長さに沿って複数の個別の加熱領域を供することができる。各加熱領域１０は、全体としてヒーター３の長さより著しく短い有効長を有する加熱シリンダー１０を含んでもよい。シリンダー１０の構成および特徴は、加熱ディスクとして以下に説明し、各ディスクは、円柱の長さと同等の深さを有する。加熱ディスク１０は、ヒーター３の長さに沿ってそれらの半径方向の面が互いに向き合って配置されている。各ディスク１０の半径方向に延びた面は、その隣接するディスク１０の半径方向に延びた面に触れてもよい。これとは別に断熱材または熱反射層がディスク１０の半径方向に延びた面の間に位置してもよく、これによりディスク１０のいずれかから放出される熱エネルギーは、実質的に隣接するディスク１０を熱せず、その代わりに主にディスク１０の円周面の外方から加熱チェンバー４および喫煙材５内に移動する。各ディスク１０は、他のディスク１０と実質的に同じ寸法を有してもよい。

このようにして加熱領域１０の内の特定の１つが作動すると、それは加熱領域１０の周囲の半径方向に位置する喫煙材５に熱エネルギーを供給するが、実質的に喫煙材５の残りの部分は加熱しない。例えば図２を参照すると喫煙材５の加熱された領域は、作動させた加熱ディスク１０の周囲に位置する喫煙材５のリングであってもよい。喫煙材５は、独立したセクションで加熱することができ、例えば各セクションが加熱領域１０の特定の１つの周囲に直接位置する喫煙材５に対応し、全体として喫煙材５からなる胴体より著しく小さい嵩および容量を有するリングで加熱してもよい。

さらにまたはこれとは別に図６を参照するとヒーター３は、ヒーター３の中央長手軸の周囲で異なる位置に配置された複数の長尺の長手方向に延びた加熱領域１０を含んでもよい。図６では異なる長さで示されているが、長手方向に延びた加熱領域１０は、それぞれが実質的にヒーター３の全長に沿って延びるように実質的に同じ長さであってもよい。各加熱領域１０は、例えばＩＲ加熱フィラメント１０などを含んでもよい。選択的に断熱材または熱反射材からなる胴体部をヒーター３の中央長手軸に沿って設けて、各加熱領域１０によって放出される熱エネルギーが主にヒーター３の外方から加熱チェンバー４内に移動し、従って喫煙材５を加熱するようにしてもよい。ヒーター３の中央長手軸とそれぞれの加熱領域１０との間の距離は、実質的に等しくてもよい。加熱領域１０は、選択的にヒーター３の長手方向に延びた面を形成する実質的に赤外線および／または熱透明性な管または他のハウジングに含まれてもよい。加熱領域１０は、管の内側の他の加熱領域１０に対して所定の位置に固定してもよい。

このようにして加熱領域１０の特定の１つを作動させると、その加熱領域１０がそれに隣接して位置する喫煙材５に熱エネルギーを供給するが、残りの喫煙材５は、実質的に加熱されない。喫煙材５の加熱されるセクションは、長手方向に延びる加熱領域１０と平行であり、直接隣接する喫煙材５の長手方向セクションを含んでもよい。従って上述の例と同じように喫煙材５は、独立したセクションで加熱することができる。

さらに以下に説明するように加熱領域１０は、それぞれ個別にかつ選択的に作動させることが可能である。

喫煙材５は、加熱チェンバー４に挿入することができるカートリッジ１１であってもよい。例えば図１に示すようにカートリッジ１１は、ヒーター３の周囲に挿入できる喫煙材の管１１にすることができ、これにより喫煙材の管１１の内面は、ヒーター３の長手方向に延びた面に向く。喫煙材管１１は、中空であってもよい。管１１の中空の中心の直径は、実質的にヒーター３の直径に等しい、またはそれより少し大きく、これにより管１１は、ヒーター３の周囲できっちり嵌る。カートリッジ１１の長さは、ヒーター３は、その全長に沿ってカートリッジ１１を加熱することができるようにヒーター３の長さにほぼ等しくてもよい。

装置１のハウジング７は、カートリッジ１１を加熱チェンバー４に挿入させることができる開口部を含んでもよい。開口部は、例えば、ハウジングの第２端部９に位置するリング状の開口部を含んでもよく、これによりカートリッジ１１が開口部内にスライドし、加熱チェンバー４内に直接押し込まれる。開口部は、喫煙材５を加熱するために装置１の使用の際に閉じられるのが好ましい。これとは別に喫煙材５を加熱チェンバー４内に挿入できるようにハウジング７の第２端部９のセクションは、装置１から取り外せる。これを図９に例示する。装置１は、選択的に使用済みの喫煙材５をスライドさせてヒーター３から外すおよび／または押し出すように構成された内部機構などのユーザーが操作できる喫煙材排出ユニットを備えてもよい。使用済みの喫煙材５は、例えば、ハウジング７の開口部を介して押し戻してもよい。その後新しいカートリッジ１１を必要に応じて挿入することができる。

これとは別のヒーター３の構造において、ヒーター３は、螺旋状に形成されたヒーター３を含む。螺旋状に形成されたヒーター３は、喫煙材カートリッジ１１内にねじ止めされるように構成してもよく、隣接する軸方向に位置合わせされた加熱領域１０を含んでもよく、これにより上述したように上述の直線状の長尺のヒーター３と実質的に同じように作動する。

ヒーター３および加熱チェンバー４の別の構成において、ヒーター３は、実質的に長尺の管であり、これは円筒状であってもよく、加熱チェンバー４は、ヒーターの外側の周囲ではなく、管３の内側に位置する。ヒーター３は、複数の軸方向に位置合わせされた加熱セクションを含んでもよく、これらはそれぞれ加熱リングを含み、これはリングから半径方向内方に位置する喫煙材５を加熱するように構成されている。このようにしてヒーター３は、図２を参照して上述したヒーター３と同じような方法で加熱チェンバー４内の喫煙材５の別々のセクションを個別に加熱するように構成されている。熱は、上述したように半径方向外方ではなく、半径方向内方に喫煙材５に加えられる。

これとは別に図７、８および９を参照すると、異なる形状寸法のヒーター３および喫煙材５を使用することができる。特にヒーター３は、長尺の加熱チェンバー４内に直接延びた複数の加熱領域１０を含むことができ、加熱チェンバーは、加熱領域１０によっていくつかのセクションに分割されている。使用の際、加熱領域１０は、長尺の喫煙材カートリッジ１１または他の実質的に固体の喫煙材５からなる胴体内に直接延びている。これにより加熱チェンバー４内の喫煙材５は、間隔をおいて位置する加熱領域１０によって、互いに離れて位置する個別のセクションに分割される。ヒーター３、加熱チェンバー４および喫煙材５は、ハウジング７の中央長手方向軸に沿って一緒に延びてもよい。図７および９に示すように加熱領域１０は、それぞれ喫煙材５からなる胴体内に延びた直立した加熱プレート１０などの突起１０であってもよい。これらの突起１０を以下に加熱プレート１０として説明する。加熱プレート１０の主面は、実質的に喫煙材５からなる胴体および加熱チェンバー４および／またはハウジング７の主長手方向軸に直角であってもよい。加熱プレート１０は、図７および９に示すように互いに平行であってもよい。喫煙材５の各セクションは、喫煙材セクションの両側に位置する一組の加熱プレート１０の主加熱面によって境界が定められ、これにより加熱プレート１０の一方または両方を作動させることによって、熱エネルギーが喫煙材５内に直接移動させられる。加熱面は、喫煙材５に対して加熱プレート１０の表面積を大きくするためにエンボス加工を施してもよい。選択的に各加熱プレート１０は、熱反射層を含んでもよく、これはその主面に沿ってプレート１０を２つの半部に分割する。プレート１０の各半部は、従って別個の加熱領域１０を構成し、プレート１０の両側の喫煙材５ではなく、プレート１０の半部に直接接して位置する喫煙材５セクションだけを加熱するように独立して作動させてもよい。隣接するプレート１０またはその対向面は、隣接するプレートの間に位置する喫煙材５セクションを実質的に喫煙材５そのセクションの対向側部から加熱するように作動させてもよい。

長尺の喫煙材カートリッジまたは胴体１１は、上述したようにハウジングの第２端部９にあるハウジング７のセクションを取り除くことによって加熱チェンバー４および加熱プレート１０の間に取り付けることができ、またそこから取り除くことができる。加熱領域１０は、必要に応じて喫煙材５の異なるセクションを個別にそして選択的に加熱するように作動させることができる。

このようにして特定の１つまたは組の加熱領域１０を作動させると、その１つのまたは組の加熱領域１０に直接隣接して位置する喫煙材５に熱エネルギーを供給するが、実質的に残りの喫煙材５を加熱することはない。喫煙材５の加熱されるセクションは、図７から９に示すように加熱領域１０の間に位置する喫煙材５の半径方向に延びたセクションであってもよい。

装置１は、装置１の作動を制御するように構成されたマイクロコントローラー１２などのコントローラー１２を含んでもよい。コントローラー１２は、エネルギー源２およびヒーター３などの装置１の他の部材に電気的に接続され、よって信号を送受信することによってこれらの作動を制御することができる。コントローラー１２は、特に喫煙材５を加熱するヒーター３の作動を制御するように構成されている。例えばコントローラー１２は、ヒーター３を作動させるように構成されてもよく、これは装置１のマウスピース６でのユーザーによる吸引に応答して１つ以上の加熱領域１０を選択的に作動させることを含んでもよい。この点に関し、コントローラー１２は、好適な通信結合を介してパフセンサー１３と通信するようにしてもよい。パフセンサー１３は、パフがマウスピース６で生じたときを検知するように構成され、これに応答してパフを表示するコントローラー１２に信号を送るように構成してもよい。コントローラー１２は、ヒーター３を作動させることによりパフセンサー１３からの信号に応答して、喫煙材５を加熱するようにしてもよい。しかしながら、ヒーター３を作動させるためにパフセンサー１３を使用することは、本質的なことではなく、これとは別にヒーター３を作動させる要因を供する他の手段を使用できる。加熱中に放出された揮発した化合物をユーザーはマウスピース６を介して吸い込むことができる。コントローラー１２は、ハウジング７内のあらゆる好適な位置に配置することができる。図３に示すように１つの位置の例は、エネルギー源２およびヒーター３／加熱チェンバー４の間である。

上述したようにヒーター３が２つ以上の加熱領域１０を含む場合、コントローラー１２は、所定の順番またはパターンで加熱領域１０を作動させるように構成してもよい。例えばコントローラー１２は、加熱チェンバー４に沿ってまたはその周囲で加熱領域１０を連続して作動させるように構成してもよい。加熱領域１０は、それぞれパフセンサー１３によるパフの検知に応答して作動させてもよく、以下にさらに説明するようにこれとは別の方法で始動させてもよい。

図１０を参照すると加熱方法の一例として、第１のパフが検知される第１の工程Ｓ１そしてこれに続く喫煙材５の第１セクションが第１のパフに応答して加熱される第２の工程Ｓ２を含んでもよい。第３の工程Ｓ３では、封止可能な入り口および出口バルブ２４を開いて、空気が加熱チェンバー４を介して吸引され、そしてマウスピース６を通って装置１の外に吸引される。第４の工程ではバルブ２４が閉じられる。これらのバルブ２４は、図２０を参照して以下に詳しく説明する。第５のＳ５、第６のＳ６、第７のＳ７および第８のＳ８工程では、２回目のパフに応答して加熱チェンバーの入り口および出口バルブ２４の対応する開閉によって喫煙材５の第２セクションを加熱してもよい。第９のＳ９、第１０のＳ１０、第１１のＳ１１および第１２のＳ１２工程において、３回目のパフに応答して加熱チェンバーの入り口および出口バルブ２４の対応する開閉によって喫煙材５の第３セクションを加熱してもよい。これとは別にパフセンサー１３以外の手段を使用することも可能である。例えば装置１のユーザーは、ユーザーが新たなパフを行ったことを表すコントロールスイッチを作動させてもよい。このようにして喫煙材５の新鮮なセクションを加熱して、各新しいパフごとにニコチンおよび芳香族化合物を揮発させてもよい。加熱領域１０および／または独立して加熱可能な喫煙材５のセクションの数は、使用されるカートリッジ１１に定められたパフの回数に対応してもよい。これとは別に各独立して加熱可能な喫煙材５のセクションは、２回、３回または４回のパフなどの複数のパフ用の対応する加熱領域(s)１０によって加熱されてもよく、これにより喫煙材５の新鮮なセクションがその前の喫煙材セクションが加熱されている間に複数のパフが行われた後だけ加熱される。

個々のパフに応答して各加熱領域１０を作動させる代わりに、加熱領域１０をこれとは別にマウスピース６での１回の最初のパフに応答して連続して、順々に作動させてもよい。例えば加熱領域１０は、特定の喫煙材カートリッジ１１で予想される吸い込み時間に亘って規則的な所定の間隔で作動させてもよい。吸い込み時間は、例えば約１〜約４分の間であってもよい。従って少なくとも図１０に示した第５および第９工程Ｓ５、Ｓ９は任意になる。各加熱領域１０は、対応する独立して加熱可能な喫煙材セクション５が加熱される際の１回または複数回のパフの持続時間に対応する所定の期間作動させてもよい。一度、全ての加熱領域１０を特定のカートリッジ１１に対して作動させると、コントローラー１２は、カートリッジ１１を交換する必要があることをユーザーに示すように構成してもよい。コントローラー１２は、例えばハウジング７の外面で表示ライトを作動させてもよい。

当然のことながらヒーター３全体を作動させるのではなく、個々の加熱領域１０を順番に作動させることは、喫煙材５を加熱するのに必要なエネルギーがカートリッジ１１の吸い込み時間全体に亘ってヒーター３をフルに作動させた場合に必要とされるエネルギーに比較して減少することを意味する。従ってエネルギー源２の最大限必要とされる出力も小さくなる。このことはより小さくかつ軽量なエネルギー源２を装置１に設置できることを意味する。

コントローラー１２は、パフとパフの間にヒーター３の作動を停止する、またはヒーター３に供給される電力を減少させるように構成してもよい。これはエネルギーを節約し、エネルギー源２の寿命を延ばす。例えばユーザーが装置１のスイッチを入れる、またはユーザーが口にマウスピース６を入れたことを検知するなどのなんらかの他の要因に応答して、コントローラー１２がヒーター３または喫煙材５を加熱するために使用される次の加熱領域１０を半作動させて、喫煙材５の成分を揮発させるための準備として暖まるように構成してもよい。この半作動では、ニコチンを揮発させるほど充分な温度に喫煙材５を加熱しない。好適な温度は、１００℃以下など、１２０℃未満である。一例としては、８０℃から１００℃の間の温度などの６０℃〜１００℃の間の温度が挙げられる。温度は、１００℃未満であってもよい。パフセンサー１３によるパフの検知に応答して、コントローラー１２は、ユーザーによって吸引されるニコチンおよび他の芳香族化合物を素早く揮発させるために当該ヒーター３または加熱領域１０で喫煙材５を加熱することができる。喫煙材５がタバコを含む場合、ニコチンおよび他の芳香族化合物を揮発させるのに好適な温度は、１２０℃以上など１００℃以上の温度である。一例として、１００℃〜２２０℃の間、１００℃〜２００℃の間、１５０℃〜２５０℃の間または１３０℃〜１８０℃の間などの１００℃〜２５０℃の間の温度が挙げられる。温度は１００℃超であってもよい。完全な作動温度の一例としては１５０℃の温度が挙げられるが、２５０℃などの他の温度も可能である。任意ではあるが超コンデンサを使用して、喫煙材５を揮発温度まで加熱するために使用されるピーク電流を供するようにすることができる。好適な加熱パターンの例を図１２に示し、これらのピークは、異なる加熱領域１０の完全作動をそれぞれ表している。図から解るように喫煙材５は、パフの実質的な期間、この例の場合では２秒間揮発温度に維持される。

ヒーター３の作動モードの３つの例を以下に説明する。

第１の作動モードにおいて特定の加熱領域１０が完全に作動している間、ヒーターの他の全ての加熱領域１０の作動は停止している。従って新しい加熱領域１０が作動すると、前の加熱領域は作動を停止する。電力は、作動している領域１０にのみ供給される。

これとは別に第２の作動モードにおいて特定の加熱領域１０が完全に作動している間、他の加熱領域１０の１つ以上を半作動させてもよい。他の加熱領域１０の１つ以上を半作動させることは、加熱チェンバー４内の喫煙材５から揮発したニコチンなどの成分が凝集するのを妨げるのに充分な温度にこのまたはこれらの他の加熱領域１０を加熱することを含んでもよい。半作動させた加熱領域１０の温度は、完全に作動させた加熱領域１０の温度より低い。この半作動させた加熱領域１０に隣接する喫煙材５は、喫煙材５の成分を揮発させるのに充分な温度に加熱されない。

これとは別に第３の作動モードにおいて特定の加熱領域１０が作動すると、これはヒーター３のスイッチが切られるまで完全に作動した状態のままになる。従ってヒーター３に供給される電力は、カートリッジ１１からの吸引中に多くの加熱領域１０を作動させるほど、増加する。上述の第２のモードと同様に加熱領域１０を作動し続けることによって、実質的に加熱チェンバー４内の喫煙材５から揮発するニコチンなどの成分が凝集するのを妨げる。

装置１は、ヒーター３および加熱チェンバー４／喫煙材５間に位置する熱シールド３ａを含んでもよい。熱シールド３ａは、実質的に熱エネルギーが熱シールド３ａを通って流れるのを妨げるように構成され、従ってヒーター３が作動状態にあり、熱エネルギーを放出していても選択的に喫煙材５が加熱されるのを妨げるために使用することができる。図１９を参照すると熱シールド３ａは、例えばヒーター３の周囲に同軸に位置する熱反射材からなる円筒状の層を含んでもよい。これとは別にヒーター３が上述したように加熱チェンバー４および喫煙材５の周囲に位置する場合、熱シールド３ａは、加熱チェンバー４の周囲に同軸に位置し、ヒーター３の内側で同軸に位置する熱反射材からなる円筒状の層を含んでもよい。さらにまたはこれとは別に熱シールド３ａは、ヒーター３を喫煙材５から断熱するように構成された断熱層を含んでもよい。熱シールド３ａは、実質的に熱−透明な窓３ｂを含み、これによって熱エネルギーが窓３ｂを介して加熱チェンバー４および喫煙材５内に伝搬する。従って窓３ｂと位置合わせされる喫煙材５のセクションは、加熱されるが、残りの喫煙材５は加熱されない。喫煙材５の異なるセクションが熱シールド３ａおよび窓３ｂを回転させるまたは移動させることによって選択的におよび個別に加熱されるように熱シールド３ａおよび窓３ｂは、喫煙材５に対して回転可能または移動可能であってもよい。その効果は、選択的におよび個別に上述した加熱領域１０を作動させることによって供される効果と類似する。例えば熱シールド３ａおよび窓３ｂは、パフ検知器１３からの信号に応答して徐々に回転または移動してもよい。さらにまたはこれとは別に熱シールド３ａおよび窓３ｂは、所定の加熱時間が経過したことに応答して徐々に回転または移動してもよい。熱シールド３ａおよび窓３ｂの移動または回転は、コントローラー１２からの電気信号によって制御してもよい。熱シールド３ａ／窓３ｂおよび喫煙材５の相対的な回転またはその他の移動は、コントローラー１２の制御下でステッパーモーター３ｃによって駆動させてもよい。このことを図１９に示す。これとは別に熱シールド３ａおよび窓３ｂは、ハウジング７のアクチュエーターなどのユーザーコントロールを使用して手動で回転させてもよい。熱シールド３ａは、円筒状である必要がなく、選択的に１つ以上の好適に配置された長手方向に延びたエレメントおよび／またはプレートを含んでもよい。

当然のことながら同じような結果がヒーター３、熱シールド３ａおよび窓３ｂに対して喫煙材５を回転させるまたは移動させることによって得ることができる。例えば、加熱チェンバー４をヒーター３の周囲で回転可能にしてもよい。もしそうであれば、熱シールド３ａの移動に関する上記説明を代わりに熱シールド３ａに対する加熱チェンバー４の移動に適用することができる。

熱シールド３ａは、ヒーター３の長手方向に延びた面にコーティングを含んでもよい。この場合ヒーターの表面の１つの領域をコーティングせずに残して、熱−透明な窓３ｂを形成する。ヒーター３は、喫煙材５の異なるセクションが加熱されるようにするために例えばコントローラー１２またはユーザーコントロールの制御下で回転または移動させることができる。これとは別に熱シールド３ａおよび窓３ｂは、コントローラー１２または他のユーザーコントロールの制御下でヒーター３および喫煙材５の両方に対して回転可能または移動可能である別個のシールド３ａを含んでもよい。

図６を参照すると装置１は、空気入り口１４を含んでもよく、これによりパフしている間ハウジング７内にそして加熱された喫煙材５を介して外気が吸い込まれる。空気入り口１４は、ハウジング７の開口部１４であってもよく、喫煙材５および加熱チェンバー４からハウジング７の第１端部８の方の上流に位置してもよい。これを図１に示す。

別の例を図１１に示す。入り口１４を介して引き込まれた空気は、加熱された喫煙材５を介して移動し、そこでユーザーがマウスピース６で吸い込む前に芳香蒸気などの喫煙材蒸気で強化される。図１１に示すように選択的に装置１は、空気が喫煙材５に入る前に空気を暖めるおよび／または空気がマウスピース６を介して吸引される前に空気を冷却するように構成された熱交換器１５を含んでもよい。例えば熱交換器１５は、新しい空気が喫煙材５に入る前にこれを暖めるためにマウスピース６に入った空気から抽出された熱を利用するように構成してもよい。

装置１は、喫煙材コンプレッサー１６を含んでもよく、これはコンプレッサー１６を作動させることによって喫煙材５を圧縮するように構成されている。また装置１は、喫煙材膨張器１７を含むことも可能であり、これは膨張器１７を作動させることによって喫煙材５を膨張させるように構成されている。コンプレッサー１６および膨張器１７は、実際には以下に説明するように同じユニットとしてこれらを行ってもよい。喫煙材コンプレッサー１６および膨張器１７は、選択的にコントローラー１２の制御下で作動するようにしてもよい。この場合コントローラー１２は、コンプレッサー１６または膨張器１７に電気信号などの信号を送るように構成され、コンプレッサー１６または膨張器１７によって喫煙材５を圧縮または膨張させる。これとは別にコンプレッサー１６および膨張器１７を装置１のユーザーがハウジング７の手動コントロールを使用して作動させて、必要に応じて喫煙材５を圧縮または膨張させてもよい。

コンプレッサー１６は、主に喫煙材５を圧縮するように構成され、これにより加熱中に喫煙材の密度を大きくする。喫煙材を圧縮することにより喫煙材５からなる胴体の熱伝導性が高くなり、従ってより速く加熱が行え、その結果より速くニコチンおよび他の芳香族化合物を揮発させることができる。これは、パフの検知に実質的に遅れずに応答してニコチンおよび芳香族分がユーザーによって吸い込まれるので好ましい。従ってコントローラー１２は、パフの検知に応答して所定の加熱時間、例えば１秒間喫煙材５を圧縮するようにコンプレッサー１６を作動させてもよい。コンプレッサー１６は、例えばコントローラー１２の制御下で所定の加熱時間の後、喫煙材５の圧縮を減じるように構成してもよい。これとは別に圧縮を喫煙材５が所定の限界温度に達したことに応答して減じるまたは自動的に終了させてもよい。好適な限界温度は、１００℃〜２２０℃の間、１５０℃〜２５０℃の間、１００℃〜２００℃の間または１３０℃〜１８０℃の間などの約１００℃〜２５０℃の範囲であってもよい。限界温度は、１２０℃超などの１００℃の温度を超えるものであってもよく、ユーザーが選択できるようにしてもよい。温度センサーを喫煙材５の温度を検知するために使用してもよい。

膨張器１７は、主に喫煙材５を膨張させるように構成され、これによりパフ中の喫煙材の密度を小さくする。加熱チェンバー４の喫煙材５は、喫煙材５が膨張するとゆるくなり、これにより気体流、例えば入り口１４からの空気が喫煙材５を通りやすくする。従って空気は、揮発したニコチンおよび芳香族分を吸引のためにマウスピース６へと搬送しやすくなる。コントローラー１２は、上記で述べた圧縮時間のすぐ後に膨張器１７を作動させて喫煙材５を膨張させ、これにより空気が喫煙材５を介してより自由に引き込まれる。膨張器１７の作動は、喫煙材５が加熱されたおよびパフを開始できることをユーザーに示すため、ユーザーに聞こえる音または他の表示手段を含んでもよい。

図１３および１４を参照するとコンプレッサー１６および膨張器１７は、バネで作動する駆動ロッドであってもよく、これは、バネが圧縮から開放される加熱チェンバー４内の喫煙材５を圧縮するように構成されている。これを図１３および１４に略式に示しているが、当然のことながら他の手段も使用可能である。例えばコンプレッサー１６は、上述の管状に形成された加熱チェンバー４にほぼ等しい厚みを有するリングを含んでもよく、これはバネまたは他の手段によって加熱チェンバー４内に入り込み、喫煙材５を圧縮する。これとは別にヒーター３自体がコントローラー１２の制御下で喫煙材５を圧縮および膨張させるように構成されるようにコンプレッサー１６は、ヒーター３の一部として含まれてもよい。例えばヒーター３が上述した種類の直立した加熱プレート１０を含む場合、プレート１０は、これらに隣接して位置する喫煙材５のセクションを膨張させるまたは圧縮するためにヒーター３の長手方向に独立して移動可能であってもよい。喫煙材５を圧縮するおよび膨張させる方法を図１５に示す。

断熱材１８を喫煙材５およびハウジング７の外面１９の間に設けて、装置１からの熱損失を減少させて、よって喫煙材５が加熱される際の効率を向上させるようにしてもよい。例えば図１を参照するとハウジング７の壁は、加熱チェンバー４の外側の周囲で延びている断熱材１８の層を含んでもよい。断熱材層１８は、加熱チェンバー４および喫煙材５の周囲で同軸に位置する実質的に管状の長さを有する断熱材１８を含んでもよい。これを図１に示した。当然のことながら断熱材１８は、喫煙材カートリッジ１１の一部として含まれてもよく、その中で断熱材は、喫煙材５の外側の周囲で同軸に位置することになる。

図１６を参照すると断熱材１８は、真空断熱材１８を含んでもよい。例えば断熱材１８は、金属材料などの壁材１９によって境界が定められた層を含んでもよい。断熱材１８の内部領域または芯２０は、例えばポリマー、エアロゲルまたは低い圧力の方に逃れる他の好適な材料を含むオープンセルの多孔性材を含んでもよい。内部領域２０内の圧力は、０．１から０．００１ミリバールの範囲であってもよい。断熱材１８の壁１９は、芯２０および壁１９の外面の間の圧力差によって壁に加わる力に耐えるのに充分な強度を有し、これにより断熱材１８が崩壊するのを防ぐ。例えば壁１９は、約１００μｍの厚さを有するステンレススチール壁１９であってもよい。断熱材１８の熱伝導性は、０．００４〜０．００５Ｗ／ｍＫの範囲内であってもよい。断熱材１８の熱伝導係数は、約１５０℃〜約２５０℃の間などの１００℃〜２５０℃の範囲の温度内で約１．１０Ｗ／（ｍ^２Ｋ）〜約１．４０Ｗ／（ｍ^２Ｋ）の間であってもよい。断熱材１８の気体伝導性は、無視してもよい。反射コーティングを壁材１９の内面に塗布して、断熱材１８を介して伝搬する放射による熱損失を最小限に抑えてもよい。例えばコーティングは、約０．３μｍ〜１．０μｍの間の厚さを有するアルミニウムＩＲ反射コーティングを含んでもよい。内部コア領域の真空状態は、芯領域２０の厚さが極めて小さくても断熱材１８が機能することを意味する。この断熱材の特徴は、実質的にその厚さに影響されない。これは装置１全体の大きさを小さくすることに役立つ。

図１６に示すように壁１９は、内方に向いたセクション２１および外方に向いたセクション２２を含んでもよい。内方に向いたセクション２１は、実質的に喫煙材５および加熱チェンバー４の方を向く。外方に向いたセクション２２は、実質的にハウジング７の外方を向く。装置１の作動中、内方に向いたセクション２１は、ヒーター３から生じた熱エネルギーによって暖かくてもよく、外方に向いたセクション２２は、断熱材１８の効果により冷えていてもよい。例えば内方に向いたセクション２１および外方に向いたセクション２２は、少なくともヒーター３と同じ長さの実質的に平行に長手方向に延びた壁１９を含む。外方に向いた壁のセクション２２の内面、即ち真空芯領域２０に向いた表面は、芯２０内の気体を吸収するためのコーティングを含んでもよい。好適なコーティングは、酸化チタンフィルムである。

図１７の略図を参照すると熱橋（ｔｈｅｒｍａｌ ｂｒｉｄｇｅ）２３が低圧力芯２０を完全に包含し、含むために内方に向いた壁セクション２１を外方に向いた壁セクション２２に断熱材１８の縁部で接続してもよい。熱橋２３は、内方および外方に向いたセクション２１、２２と同じ材料で形成された壁１９を含んでもよい。好適な材料は、上述したようなステンレススチールである。熱橋２３は、断熱コア２０より熱伝導性が大きく、従って装置１を冷ますがこれは望ましくなく、装置１を冷ますと喫煙材５を加熱する際の効率が減少することになる。

熱橋２３による熱損失を小さくするために熱橋２３を延ばしてその抵抗を増加させ、内方に向いたセクション２１から外方に向いたセクション２２への流れを加熱するようにしてもよい。これを略式に図１８に示す。例えば熱橋２３は、壁１９の内方に向いたセクション２１および壁１９の外方に向いたセクション２２の間の間接的な経路に続いてもよい。これは、間接的な経路に沿って内方に向いたセクション２１から外方に向いたセクション２２へと徐々に延びることができるようにヒーター３、加熱チェンバー４および喫煙材５の長さより長い長手方向の距離に亘って断熱材１８を設けることによって促進され、これによりヒーター３、加熱チェンバー４および喫煙材５が存在しないハウジング７の長手方向の位置で芯２０の厚さをゼロにまで減少させることができる。

図２０を参照すると上記で述べたように、断熱材１８で断熱された加熱チェンバー４は、閉じているときに加熱チェンバー４を密閉封止する入り口および出口バルブ２４を含んでもよい。これによりバルブ２４は、空気の望ましくないチェンバー４への出入りを妨げることができ、かつ、喫煙材の風味がチェンバー４に入り込むのを防ぐことができる。例えば入り口および出口バルブ２４を断熱材１８に設けてもよい。例えばパフとパフの間バルブ２４は、全ての揮発した物質がパフとパフの間にチェンバー４の内側に含まれたままになるようにコントローラー１２によって閉じられてもよい。パフ間に揮発した物質の分圧は、飽和蒸気圧に達し、従って気化する物質の量は、加熱チェンバー４内の温度にのみ依存する。これは、揮発したニコチンおよび芳香族化合物の送出をパフからパフの間で一定に維持することに役立つ。パフしている間コントローラー１２は、空気がチェンバー４を通って流れて揮発した喫煙材成分をマウスピース６に運べるようにバルブ２４を開くように構成されている。確実に酸素がチェンバー４に入らないようにするために膜をバルブ２４に配置することができる。バルブ２４がマウスピース６でのパフの検知に応答して開くようにバルブ２４を息で作動するようにしてもよい。バルブ２４は、パフが終わったことを検知することに応答して閉じるようにしてもよい。これとは別にバルブ２４は、これら開いた後所定の時間が経過したら閉じるようにしてもよい。この所定の時間は、コントローラー１２が計るようにしてもよい。選択的に機械的または他の好適な開閉手段を設けてバルブ２４が自動的に開閉するようにしてもよい。例えばマウスピース６でユーザーがパフすることによって生じる気体の移動を使用してバルブ２４を開閉してもよい。従ってコントローラー１２の使用は、バルブ２４の作動に必ずしも必要ではない。

ヒーター３によって、例えば各加熱領域１０によって加熱される喫煙材５の質量は、０．２〜１．０ｇの範囲内であってもよい。喫煙材５が加熱される温度は、ユーザーによって調整可能であり、例えば１５０℃〜２５０℃の範囲内のあらゆる温度および上述した他の揮発温度などの１００℃〜２５０℃の温度範囲内のあらゆる温度に調整可能である。装置１の全体としての質量は、７０〜１２５ｇの範囲内であってもよい。バッテリー２は、電気容量が１０００〜３０００ｍＡｈで電圧量が３．７Ｖのものを使用することができる。加熱領域１０は、１つのカートリッジ１１で約１０〜４０の喫煙材５のセクションを個別におよび選択的に加熱するように構成してもよい。

当然のことながら上述の変形例のいずれも単独でまたは組み合わせて使用することができる。例えば上述したように喫煙材５がヒーター３の周囲に位置するのではなくヒーター３が喫煙材５の外側の周囲に位置してもよい。従ってヒーター３は、喫煙材５を実質的に半径方向に内方に熱を加えるために喫煙材を囲んでもよい。

Claims (22)

1. 喫煙材を加熱して喫煙材の少なくとも１つの成分を揮発させるように構成されたヒーターを含む装置であって、このヒーターは長尺であり、その長手方向軸に沿って連続して配された個別に制御可能な複数の加熱領域を含む装置。
2. 各前記加熱領域はヒーターより短いことを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 各前記加熱領域は、ヒーターより短い長手方向に延びた加熱エレメントを含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
4. 前記加熱領域は、ヒーターの長手方向軸に沿って端面と端面が接するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の装置。
5. 前記ヒーターは、複数の加熱領域に亘って長手方向に延びた面を含んでいることを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項記載の装置。
6. 前記ヒーターは、その長手方向に延びた面の外側の周囲に位置する喫煙材を加熱するように構成されていることを特徴とする請求項５記載の装置。
7. 各前記加熱領域は、ヒーターのディスク形状のセクションを含んでいることを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項記載の装置。
8. 前記ヒーターは、装置の長手方向軸に沿って配置され、喫煙材は、ヒーターの長手方向に延びた面の外方に同軸に配置されていることを特徴とする請求項１乃至７いずれか１項記載の装置。
9. 前記喫煙材は、喫煙材からなる実質的に管状の胴体であることを特徴とする請求項８記載の装置。
10. 前記ヒーターは、ヒーターの長手方向に延びた面の内側に位置する喫煙材を加熱するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載の装置。
11. 各前記加熱領域は、ヒーターのリング状セクションを含むことを特徴とする請求項１乃至５または１０いずれか１項記載の装置。
12. 前記ヒーターは、装置の長手方向軸に沿って配置され、喫煙材は、ヒーターの長手方向に延びた面の内方に同軸に位置することを特徴とする請求項１乃至５または１０または１１いずれか１項記載の装置。
13. 前記ヒーターは、喫煙材を加熱するように構成されたエンボス加工された外面を含むことを特徴とする請求項１乃至１２いずれか１項記載の装置。
14. 前記ヒーターの形状が、実質的に円筒状であることを特徴とする請求項１乃至１３いずれか１項記載の装置。
15. 各前記加熱領域は、ヒーターの実質的に円筒状のセクションを含むことを特徴とする請求項１乃至１４いずれか１項記載の装置。
16. 前記ヒーターは、約１００℃〜２５０℃の範囲の温度に喫煙材を加熱するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至１５いずれか１項記載の装置。
17. 各前記加熱領域は、喫煙材の異なるセクションを加熱するように配置していることを特徴とする請求項１乃至１６いずれか１項記載の装置。
18. 一定の時間に亘って順次加熱領域を作動させるように構成されたコントローラーを含むことを特徴とする請求項１乃至１７いずれか１項記載の装置。
19. 前記コントローラーは、喫煙者によるパフに応答して各加熱領域を作動させるように構成されていることを特徴とする請求項１８記載の装置。
20. 前記ヒーターは、実質的に電気エネルギーに応答して熱エネルギーを放出するセラミックヒーターであることを特徴とする請求項１乃至１９いずれか１項記載の装置。
21. 喫煙材を燃焼させずに喫煙材を加熱するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至２０いずれか１項記載の装置。
22. 喫煙材を加熱して、喫煙材の少なくとも１つの成分を揮発させるように構成されたヒーターであって、ヒーターの長手方向軸に沿って連続して配置された複数の個別に制御可能な加熱領域を含むヒーター。
    

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