特表 2024-500622 炭素熱源適用タバコ用の熱伝導性ラッパー及びそれを含むタバコ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-01-10

(54)【発明の名称】炭素熱源適用タバコ用の熱伝導性ラッパー及びそれを含むタバコ

(51)【国際特許分類】

   A24D 1/02 20060101AFI20231227BHJP

【ＦＩ】

A24D1/02

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023528991

(86)(22)【出願日】2022-11-16

(85)【翻訳文提出日】2023-06-23

(86)【国際出願番号】 KR2022018033

(87)【国際公開番号】W WO2023090834

(87)【国際公開日】2023-05-25

(31)【優先権主張番号】10-2021-0157720

(32)【優先日】2021-11-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】519217032

【氏名又は名称】ケーティー アンド ジー コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ジョウン、エウン ミ

【テーマコード（参考）】

4B045

【Ｆターム（参考）】

4B045AA41

4B045AA50

4B045AB11

4B045AB12

(57)【要約】

本発明は、炭素熱源適用タバコ用の熱伝導性ラッパーであって、前記ラッパーは、第１断熱層、金属層、及び第２断熱層を含む３重合紙であることを特徴とする炭素熱源適用タバコ用の熱伝導性ラッパーと、前記ラッパーを含む炭素熱源適用タバコを提供する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭素熱源適用タバコ用の熱伝導性ラッパーであって、
前記ラッパーは、第１断熱層、金属層、及び第２断熱層を含む３重合紙である炭素熱源適用タバコ用の熱伝導性ラッパー。

【請求項2】

前記断熱層は紙素材であり、前記金属層はアルミニウム素材である、請求項１に記載の炭素熱源適用タバコ用の熱伝導性ラッパー。

【請求項3】

炭素熱源適用タバコであって、
前記タバコは、炭素熱源、媒質、前記炭素熱源及び媒質の一部を包む熱伝導性ラッパー及び前記媒質の残りを包む巻タバコ紙を含み、
前記熱伝導性ラッパーと熱伝導性ラッパーを除いた要素を一括的に包む外皮を含み、
前記炭素熱源と媒質との間にバリアが形成されており、
前記熱伝導性ラッパーは、第１断熱層、金属層、及び第２断熱層を含む３重合紙である、炭素熱源適用タバコ。

【請求項4】

前記熱伝導性ラッパーにおいて、炭素熱源を包む前方部の長さ及び媒質を包む後方部の長さの比率は１：１．１から３である、請求項３に記載の炭素熱源適用タバコ。

【請求項5】

前記後方部の長さは前方部の長さよりさらに長い、請求項４に記載の炭素熱源適用タバコ。

【請求項6】

前記タバコは、媒質部の外周面に穿孔が形成されている、請求項３に記載の炭素熱源適用タバコ。

【請求項7】

前記穿孔は、バリアから０．５ｍｍから３ｍｍの間の位置に形成されている、請求項６に記載の炭素熱源適用タバコ。

【請求項8】

前記断熱層は紙素材であり、前記金属層はアルミニウム素材である、請求項３に記載の炭素熱源適用タバコ。

【請求項9】

前記熱源は５ｍｍから１５ｍｍの長さを有し、タバコ紙は３ｍｍから８ｍｍの長さを有する、請求項３に記載の炭素熱源適用タバコ。

【請求項10】

前記バリアは０．１ｍｍから０．３ｍｍの厚さを有する、請求項３に記載の炭素熱源適用タバコ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、炭素熱源適用タバコ用の熱伝導性ラッパー及びそれを含むタバコに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、喫煙物品は燃焼されるよりも加熱される数多い喫煙物品が提案されている。このような非燃焼式の喫煙物品は、従来における喫煙物品とは異なってタバコ媒質を燃焼させず、タバコ媒質を加熱することによって発生したエアロゾルを吸引して使用される。このような加熱式喫煙物品のタイプの１つとして炭素熱源の適用されたタバコ製品がある。

【0003】

前記炭素熱源が適用されたタバコは、炭素熱源からこの炭素熱源の下流に位置するタバコ媒質への熱伝達によってエアロゾルが発生する。

【0004】

炭素熱源が適用されたタバコ製品は、一般的な加熱式電子タバコが専用デバイスを使用することとは異なって、伝統型のタバコに類似の喫煙形態を有しており、消費者における喫煙の便宜性及び満足度の向上を期待することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】ＷＯ２００９／０２２２３２（２００９．０２．１９）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の目的は、炭素熱源が適用されたタバコの効果的な熱伝達を可能にするために最適化された炭素熱源、及び熱伝達を効率よくする熱伝導性ラッパー及びそれを含むタバコを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、炭素熱源適用タバコ用の熱伝導性ラッパーであって、前記ラッパーは、第１断熱層、金属層、及び第２断熱層を含む３重合紙であることを特徴とする炭素熱源適用タバコ用の熱伝導性ラッパーを提供する。

【0008】

本発明の一実施形態として、前記断熱層は紙素材であり、前記金属層はアルミニウム素材であってもよい。

【0009】

また、炭素熱源適用タバコとして、前記タバコは、炭素熱源、媒質、前記炭素熱源及び媒質の一部を包む熱伝導性ラッパー及び前記媒質の残りを包む巻タバコ紙を含み、前記熱伝導性ラッパーと熱伝導性ラッパーを除いた要素を一括的に包む外皮を含み、前記炭素熱源と媒質との間にバリアが形成されており、前記熱伝導性ラッパーは、第１断熱層、金属層、及び第２断熱層を含む３重合紙であることを特徴とする炭素熱源適用タバコを提供する。

【0010】

本発明の他の一実施形態として、前記熱伝導性ラッパーにおいて、炭素熱源を包む前方部の長さ及び媒質を包む後方部の長さの比率は１：１．１～３であってもよい。

【0011】

本発明の更なる実施形態として、前記後方部の長さは前方部の長さよりさらに長いものであってもよい。

【0012】

本発明の更なる実施形態として、前記タバコは、媒質部の外周面に穿孔が形成されたものである。

【0013】

本発明の更なる実施形態として、前記穿孔は、バリアから０．５～３ｍｍの間の位置に形成されたものである。

【0014】

本発明の更なる実施形態として、前記熱源は５～１５ｍｍの長さを有し、タバコ紙は３～８ｍｍの長さを有するものである。

【0015】

本発明の更なる実施形態として、前記バリアは０．１～０．３ｍｍの厚さを有することができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明の熱伝導性ラッパーとこれを含むタバコは、効率的な熱伝達及び効率的なニコチンを履行できるように最適化されたことを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の炭素熱源適用タバコの構成を示す図である。

【図2】本発明のタバコで熱伝導性ラッパーの長さ関連の構成を示す図である。

【図3】本発明のタバコで穿孔の位置関連の構成を示す図である。

【図4】本発明の実施形態で行った電算解釈の領域を示す。

【図5】本発明の実施形態の最適化試験に使用されたタバコ形状及び電算解釈条件を示す。

【図6】前記電算解釈に使用された格子を示す。

【図7】接触面に対する試験的温度分布を示す（左側：熱源－バリア、右側：熱源－熱伝導性要素）。

【図8】試験的温度プロファイルを入力した面を示す。

【図9】タバコ媒質の周辺の熱伝導体を示す。

【図10】時間によるタバコ媒質への熱伝達量を示す。

【図12】タバコ媒質の時間による体積平均（Ｖｏｌｕｍｅ－ａｖｅｒａｇｅｄ）の温度変化を確認した結果を示す。

【図13】タバコ媒質のニコチン発生量を確認した結果を示す（Ｎｉｃｏｔｉｎｅ１、２、３は、ＦＴ－ＩＲ結果に示されるニコチンのピーク番号を示す）。

【図14】時間によるニコチンの排出量を確認した結果を示す。

【図15】設計案ごとの時間による媒質温度（Ｖｏｌｕｍｅ－ａｖｅｒａｇｅｄ）変化を確認した結果を示す。

【図16】設計案の熱伝導性要素とタバコ媒質温度分布（Ｉｎｔｅｒｐｕｆｆ ４）を確認した結果を示す。

【図17】タバコ媒質温度分布を確認した結果を示す。

【図18】設計案ごとのニコチン発生量の分布を確認した結果を示す。

【図19】設計案ごとの媒質距離によるニコチン発生量を確認した結果を示す。

【図20】設計案ごとのニコチンの総排出量を確認した結果を示す（ニコチン番号は、ＴＧ－ＦＴＩＲ試験からのピーク番号を示す）。

【図21】穿孔位置条件ごとの時間による媒質温度（Ｖｏｌｕｍｅ－ａｖｅｒａｇｅｄ）の変化を確認した結果を示す。

【図22】穿孔位置条件ごとのタバコ媒質の温度分布を確認した結果を示す。

【図23】解釈条件ごとの穿孔の空気流入量を確認した結果を示す。

【図24】穿孔（ｆ）を使用した時の媒質温度の変化を確認した結果を示す。

【図25】穿孔位置条件ごとのニコチン発生量の分布を確認した結果を示す。

【図26】穿孔位置条件ごとの媒質距離によるニコチン発生量を確認した結果を示す。

【図27】穿孔位置条件ごとのニコチンの総排出量を確認した結果を示す（ニコチン番号は、ＴＧ－ＦＴＩＲ試験からのピーク番号を示す）。

【発明を実施するための形態】

【0018】

加熱式電子タバコに対する需要が増加している。多くの加熱式電子タバコは、［デバイス＋専用スティック］という構造でデバイスを備えており、新しい形態のタバコとして炭素基盤の熱源をタバコの先端に適用して一般のタバコと類似の喫煙形態を有する製品が開発されている。ここで、本発明は、一般のタバコと類似の喫煙形態（着火、喫煙の開始時点）を有し、喫煙序盤の喫煙及び煙霧量に優れるように実現される熱源または媒質間の熱伝達現像を確認し、炭素熱源適用タバコを設計し本発明を完成した。

【0019】

ここで、本発明は、炭素熱源適用タバコ用の熱伝導性ラッパーとして、前記ラッパーは第、１断熱層、金属層、及び第２断熱層を含む３重合紙であることを特徴とする炭素熱源適用タバコ用の熱伝導性ラッパーを提供する。

【0020】

また、本発明は炭素熱源適用タバコとして、前記タバコは、炭素熱源、媒質、前記炭素熱源、及び媒質の一部を包む熱伝導性ラッパー及び前記媒質の残りを包む巻タバコ紙を含み、前記熱伝導性ラッパーと熱伝導性ラッパーを除いた要素を一括的に包む外皮を含み、前記炭素熱源と媒質との間にバリアが形成されており、前記熱伝導性ラッパーは、第１断熱層、金属層、及び第２断熱層を含む３重合紙であることを特徴とする炭素熱源適用タバコを提供する。

【0021】

以下、本発明をより詳細に説明する。

【0022】

図１のように、本発明は、炭素熱源適用タバコ用の熱伝導性ラッパー１００として、前記ラッパーは、第１断熱層１０１、金属層１０２、及び第２断熱層１０１を含む３重合紙であることを特徴とする炭素熱源適用タバコ用の熱伝導性ラッパー１００を提供することにある。前記ラッパーにおいて断熱層は紙素材であり、前記金属層は、アルミニウム素材であることを特徴とする。従来におけるタバコ製品において、熱伝導性ラッパーとしてはアルミニウム素材が活用されており、紙及びアルミニウム素材が合紙された素材も使用されている。但し、前記従来の製品で使用される二重合紙は、炭素熱源との摩擦力が足りなくて炭素熱源がタバコから脱落するという問題があった。一方、本発明は、炭素熱源の脱落を防止できる３重合紙の構造を有する熱伝導性ラッパーを使用することで、タバコ内に炭素熱源が安定的に備えられることができる。

【0023】

また、図１に示すように、本発明は炭素熱源適用タバコとして、前記タバコは、炭素熱源２００、媒質４００、前記炭素熱源２００、及び媒質４００の一部を包む熱伝導性ラッパー１００及び前記媒質の残りを包む巻タバコ紙１０３を含み、前記熱伝導性ラッパーと熱伝導性ラッパーを除いた要素を一括的に包む外皮５００を含み、前記炭素熱源と媒質との間にバリア３００が形成されているタバコを提示する。

【0024】

図２を参照して、前記熱伝導性ラッパーにおいて、炭素熱源を包む前方部の長さ１００ａ及び媒質を包む後方部の長さ１００ｂの比率は１：１．１～３であってもよい。前記比率は、本発明の実施形態の結果を介して設計されたものであり、好ましくは１：１．１～２であってもよいが、前記後方部の長さが前方部の長さよりも長く設計されたものであれば、前記数値に制限されることはない。前記後方部の長さが長く形成されることで、媒質への熱伝達が効率よく履行できる。

【0025】

炭素熱源適用タバコにおいて、タバコ媒質を囲んだバリアと熱伝導性要素が主な熱供給源であり、喫煙時にはタバコ内に流入する空気によって媒質温度が急激に減少するが、後方部とバリアによる熱伝達が増加し、媒質内部に流入する気流により媒質の熱が媒質の後部に移動することから、熱伝達量が急激に増加する形態を有する。喫煙が行われないＩｎｔｅｒｐｕｆｆ ｔｉｍｅでは、炭素熱源と直接接触しているバリアによって主に媒質が加熱され、熱の一部は３重合紙に抜け出ることになる。すなわち、喫煙が行われている間にはバリア及び３重合紙の後方部が全て加熱体であり、巻タバコ紙は熱を排出させる役割を果たし、喫煙と喫煙との間の時間であるｉｎｔｅｒｐｕｆｆにおいては、バリア及び３重合紙の後方部のうちの１つのみが加熱体の役割を果たし、残りと巻タバコ紙は熱を排出させる役割を果たす。本発明において、後方部の長さを増加させて前方部の温度を減少させることで後方部の温度を上昇させ、ニコチンの排出量を増加させたものである。

【0026】

本発明の一実施形態として前記熱源は、炭素を含む固体可燃性の熱源を意味する。前記熱源は実質的に円筒状を有するもので、前記熱源の長さ２００ａは５～１５ｍｍの長さを有することを特徴とする。

【0027】

また、本発明における前記巻タバコ紙において、巻タバコ紙の長さ１０３ａは３～８ｍｍの長さを有してもよいが、製造される製品の形状及びサイズなどに応じて自由に変更されてもよい。

【0028】

本発明のタバコは、炭素熱源の下流方向の端部面と媒質との間に不燃性の実質的に空気の不浸透性であるバリアを含む。これは、タバコを使用する間に媒質の燃焼又は熱的劣化を回避したり減少させたりすることに役立つ。

【0029】

また、図３を参照して本発明のタバコは、媒質部の外周面に穿孔１０，２０，３０が形成されている。前記穿孔の位置は変更されるが、前記穿孔は、バリアから０．５～３ｍｍの間の位置に形成されることが好ましく、図３に示されているように１０位置に形成されてもよい。前記媒質の上流側の末端（バリアの終わりの部分）から０．５～１．５ｍｍの位置に穿孔が形成されてもよいが、これに限定されることはない。

【0030】

図１を参照すると、上述した構成要素の他に、チューブフィルター６００、第１流体７００、第２流体８００、アセテート・フィルター９００、及び紙管１０００をさらに含んでもよい。

【0031】

前記媒質４００はシート（ｓｈｅｅｔ）で製造されてもよく、ストランド（ｓｔｒａｎｄ）で製造されてもよい。前記媒質は、タバコシートが細かく切られた刻草で製造されてもよい。前記媒質は、風味剤、湿潤剤及び／又は有機酸（ｏｒｇａｎｉｃ ａｃｉｄ）のような他の添加物質を含んでもよく、メンソール又は保湿剤などの芳香液が媒質部に噴射されることによって添加してもよい。

【0032】

前記タバコは、チューブフィルター６００及びアセテート・フィルター９００のようなフィルタ要素を含んでもよく、前記アセテート・フィルター９００はアセチルセルロースフィルタであってもよい。一方、フィルタの形状には制限がない。例えば、フィルタは円柱タイプのロッドであってもよく、内部に中空を含むチューブタイプのロッドであってもよい。また、フィルタはリセースタイプのロッドであってもよい。もし、フィルタが複数のセグメントから構成された場合、複数のセグメントのうち少なくとも１つが異なる形状に製造されてもよい。フィルタは、香味が発生するように製造されてもよい。一例として、フィルタに芳香液が噴射されてもよく、芳香液が塗布された別途の繊維がフィルタの内部に挿入されてもよい。

【0033】

また、フィルタには少なくとも１つのカプセルが含まれてもよい。ここで、カプセルは香味を発生させる機能を行ってもよく、エアロゾルを発生させる機能を行ってもよい。例えば、カプセルは、香料を含む液体を被膜で包んだ構造であってもよい。カプセルは、球状又は円筒状の形状を有し得るが、これに制限されることはない。

【0034】

また、前記タバコは、タバコの内部に冷却のための流体を含むことができる。前記流体は冷却セグメントにも表現され、高分子物質又は生分解性高分子物質で製造されてもよい。例えば、冷却セグメントは、純水なポリ乳酸だけで製造されるが、これに限定されない。又は、冷却セグメントは、複数の孔が空けられたアセチルセルロースで製造されてもよい。しかし、冷却セグメントは、上述した例に限定されることなく、エアロゾルが冷却される機能を行うことができれば、制限されることなく該当する。また、前記流体部を支持するために、紙管を含んでもよい。

【0035】

最終外皮５００は、３重合紙、巻タバコ紙、チューブフィルター、流体及びアセテート・フィルターを全て包む紙として紙素材であってもよく、最終外皮５００は、充填剤、セラミック、炭化ケイ素、クエン酸ナトリウム、クエン酸カリウム、アラミド繊維、ナノセルロース、ＳＷＮＴのうち少なくとも１つがコーティングされる方式で製造され得るが、前記範囲に制限されることはない。

【0036】

以下、添付する図面を参照しながら実施形態を詳細に説明する。しかし、実施形態には様々な変更が加えられ、特許出願の権利範囲がこの実施形態によって制限されたり限定されたりすることはない。実施形態に対する全ての変更、均等物または代替物が権利範囲に含まれるものと理解しなければならない。

【0037】

実施形態において、使用する用語は単に説明を目的に使用されたものであり、限定しようとする意図として解釈されることはない。単数の表現は、文脈上、明白に異なる意味をもたない限り複数の表現を含む。本明細書において、「含む」又は「有する」等の用語は、明細書上に記載した特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品又はこれらを組み合わせたものが存在することを示し、１つ又はそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品、又はこれを組み合わせたものなどの存在又は付加の可能性を予め排除しないものとして理解しなければならない。

【0038】

異なるように定義さがれない限り、技術的又は科学的な用語を含んで、ここで用いる全ての用語は、本実施形態が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。一般的に用いられる予め定義された用語は、関連技術の文脈上で有する意味と一致する意味を有するものと解釈されなければならず、本明細書で明白に定義しない限り、理想的又は過度に形式的な意味として解釈されることはない。

【0039】

また、添付する図面を参照しながら実施形態を詳細に説明する。図面を参照して説明する際に、図面符号に拘わらず同じ構成要素は同じ参照符号を付与し、これに対する重複する説明は省略する。

【実施例】

【0040】

本実施形態において、タバコの３次元電算解釈モデルを製造し、炭素熱源及び媒質の熱伝達メカニズムを把握した。モデルの正確度を向上させるために、炭素熱源の試験的な温度分布をモデルに反映し、形状変化による媒質温度を導き出した。これに基づいて媒質で生成されるニコチン及びタールの量を予測した。

【0041】

１．タバコ３次元電算解釈
電算解釈のためのタバコの３次元形状及び格子は、Ｆｌｕｅｎｔ／Ｇａｍｂｉｔを使用して製造した（図４）。形状が軸対称であるため１／４領域のみを描いた後、対称面はＳｙｍｍｅｔｒｙ条件を利用した。

【0042】

穿孔は長方形（０．５４２ｍｍ×０．１８８ｍｍ）であり、円周方向に沿って総８個、１列に存在するようにした。電算解析においてタバコは１／４領域のみを考慮するため２つの穿孔が存在し、タバコを取り囲む外部の大気領域は半径２００ｍｍ、長さ３００ｍｍであった。タバコの構成要素と電算解析の条件は、図５に示す。

【0043】

２．算出格子、算出モデル及び境界条件
電算解釈に使用された格子は図６のとおりである。バリアと熱伝導要素、紙は極めて薄い厚さを有することから小さいサイズの格子を使用した。そして、比較的に大きいサイズの熱源及び媒質はさらに大きいサイズの格子を、重要度の低下する外部大気とフィルタ部分は、拡張性の優れた四面体の格子を用いて算出時間を減少させた。それぞれ異なるサイズの格子はＦｌｕｅｎｔのＩｎｔｅｒｆａｃｅ機能を使用して連結した。

【0044】

タバコ内部の時間による温度変化を把握するために、Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ算出を行った。ガスの流動及び熱伝達の現像を模写するため質量、モメンタム、エネルギー貯蔵方程式を考慮した。外部大気及び穿孔を通じて流入する空気の流れを模写するために、汎用的な乱流モデルＲｅａｌｉｚａｂｌｅ ｋ－ｅを使用した。本電算解釈で算出時間を短縮するために、化学種の保存方程式は除いたが、タバコ媒質で生成されるニコチンの量を予測するために、タバコ媒質部にニコチン反応率モデルをＵＤＦコードに追加した。電算解釈に使用された支配方程式と算出モデルは下記の表１の通りである。

【0045】

【表1】

【0046】

電算解釈に使用された各要素の物性は表２に示した。吸入時に空気は穿孔を通じて流入された後、タバコ媒質－チューブフィルター－紙管－アセテート・フィルターを通過する。そのうち、タバコ媒質及びアセテート・フィルターは多孔性媒質に表現することができ、ここで流体に加えられる抵抗は次のような式のように表現される。

【0047】

【0048】

ここで、慣性抵抗Ｃ_２は無視し、透過性αに決定した。したがって、流動抵抗のサイズは流体の速度に比例する。ここで、タバコ媒質の空隙率は０．６２、透過性は５．７０×１０^－１０ｍ^２に設定し、この値は参考文献により取得した。バリアと３重合紙の真ん中はアルミニウムであり、物性はＡ１０５０を参考した。また、最終外皮、３重合紙の外側、紙管の材質である紙は坪量６０ｇ／ｍ^２を基準にし、坪量に要素の厚さを割ってそれぞれの密度を決定した。そして、チューブフィルターとアセテート・フィルター材質はＰＬＡに仮定した。アセテート・フィルターの透過性は参考文献から得られた２．５０×１０^－１０ｍ^２に設定し、孔隙率はタバコの葉と同様に０．６２に仮定した。

【0049】

【表2】

【0050】

タバコにおける炭素熱源は、熱源－バリア、熱源－熱伝導性要素が接触する面に熱源の試験的な温度分布データを入力した。

【0051】

熱源－バリアと熱源－熱伝導性要素の接触面に入力された温度分布は図７に示す通りであり、位置は図８に示した。熱源－バリア接触面の温度Ｔ_２は、時間ｔと熱源の高さｈに対する関数である。熱源－熱伝導性要素の接触面の温度Ｔ_３は、ｔと半径ｒに対する関数である。ここで、円周方向に対する温度変化はないものと仮定した。熱源の前側の温度Ｔ_１はＴ_２（ｈ＝０）に仮定し、この部分の温度は媒質への熱伝達にほとんど影響がない。

【0052】

タバコ試験における喫煙条件は２秒間に５５ｍｌであるため、電算解釈の１／４モデルでは秒当たり６．８７５ｍｌの気体が抜け出るように設定した。喫煙間隔（ｉｎｔｅｒｐｕｆｆ）は３０秒であり、合計１２回のパフに対し電算解釈を行った。そして、タバコを取り囲んだ外部大気は１気圧、常温の空気に設定した。

【0053】

総算出時間は３６０秒、時間間隔は０．１秒に設定し、各時間の間隔当たり１００回の算出を行った。

【0054】

３．電算解釈の結果
３．１．基準条件解釈の結果：設計案（１）穿孔（ａ）の適用
タバコ媒体のニコチン生成を算出するためには、媒体の温度分布を先に予測しなければならない。タバコ媒質を包むバリアと熱伝導性要素は媒質を加熱する主な熱源であり、吸入時には穿孔から流入する常温空気による冷却及び対流熱伝達の現象も複合的に生じる。したがって、電算解析の結果において、媒質内部の温度分布及び熱伝達の現象を時間に応じて特にパフを考慮して把握した。

【0055】

図９に示したように、媒質の伝導熱に関する要素にはバリア（Ｂａｒｒｉｅｒ）、３重合紙、巻タバコ紙があり、媒質の後方のチューブフィルターも媒質と相対しているが、影響の少ないものと判断して結果分析から無視した。そして、３重合紙のうち熱源に接触した箇所を３重合紙（ｆｒｏｎｔ）、媒質部に接触している部分を３重合紙（ｒｅａｒ）に命名した。

【0056】

図１０には、時間に応じてタバコ媒質に伝達される熱量を示した。横軸である時間において、３、３５、６７、９９…５５秒は吸入時点を示す。グラフにおいて、青色線は熱伝達量、赤色点線はＰｕｆｆとＩｎｔｅｒｐｕｆｆ（Ｐｕｆｆの間、平常時）の影響を区分するための補助線である。先ず、Ｉｎｔｅｒｐｕｆｆでは熱伝達量が極めて低く、時間の経過により次第に減少する様子を示す。一方、Ｐｕｆｆ時の熱伝達量は、瞬間的に急に増加する形態を有する。Ｐｕｆｆ時の熱伝達量のピークを繋げば、時間の経過により増加してから減少する形態を示すが、これは媒質の温度分布と同様である。算術的に計算したとき、総電算解釈時間である３６２秒の間にタバコ媒質は２５２Ｗの熱量を吸収した。そのうち、Ｉｎｔｅｒｐｕｆｆの熱伝達量は傾きが概略－１．０２×１０^－４Ｗ／ｓ程度であるため、これを時間に対して積分すると６Ｗになる。したがって、Ｐｕｆｆによって吸収される熱量が２４６Ｗであり、これは媒質が吸収する総熱量の９７．６％に示した。したがって、算術的に媒質の熱伝達はＰｕｆｆが支配していることが分かる。

【0057】

巻タバコ紙の熱伝達量は常に負数であることから熱を吸収する役割を果たす一方、バリアと３重合紙（ｒｅａｒ）は、時間により媒質に熱を与えたり吸収したりもした。喫煙の序盤では熱源と３重合紙（ｆｒｏｎｔ）に接する部分の温度が高く、バリア側は低い。熱源の終わりで点火され、その熱が次第にバリア側に伝達されるが、喫煙の開始後に３５ｓに達する前にはバリア側は別に加熱されなかった。したがって、熱源で生成された熱は、３重合紙（ｆｒｏｎｔ）→３重合紙（ｒｅａｒ）→タバコ媒質に伝えられ、その熱の一部は、バリアと巻タバコ紙を介して抜け出る。喫煙の中盤には、熱源と３重合紙（ｆｒｏｎｔ）に接する部分が、むしろバリアに接している部分よりも温度が低い。したがって、熱伝達方向が以前とは異なってバリア→タバコ媒質に示され、その熱の一部は３重合紙（ｒｅａｒ）と巻タバコ紙を介して抜け出る。喫煙の後半には、熱源が燃焼しながら３重合紙（ｆｒｏｎｔ）に接している部分で最も高温が示される。したがって、熱伝達方向は喫煙の序盤に類似する。このような熱伝達メカニズムはＩｎｔｅｒｐｕｆｆに関し、Ｐｕｆｆ時のメカニズムは比較的に単純である。穿孔から流入される空気によって媒質が冷却されるため、媒質温度はバリアと３重合紙（ｒｅａｒ）よりも遥かに低い状態である。したがって、Ｐｕｆｆ時にバリアと３重合紙（ｒｅａｒ）に急に熱が流入され、その熱の一部は巻タバコ紙に排出される。

【0058】

図１１には、ＰｕｆｆまたはＩｎｔｅｒｐｕｆｆ時の媒質内部温度分布を示した。Ｐｕｆｆ時、穿孔を介して常温の空気が流入され、これは媒質内部の相当の領域を冷却する。特に、穿孔位置はバリアの近所に存在するため、媒質においてバリアと接している領域の温度も急に低くなる。そして、Ｐｕｆｆの間には媒質の前部の熱が広がり、その結果、媒質の後部で巻タバコ紙の周辺や中心の温度が上昇する。Ｉｎｔｅｒｐｕｆｆの間の温度分布は、バリアに接している側では中心付近が高く、媒質の後部では温度が低く示された。

【0059】

図１２には、全体の解釈時間に対するタバコ媒質の温度変化を示した。時間の経過により平均温度は上昇してから喫煙の中盤に温度が最も高くなり、その後には次第に減少した。そして、吸入時点ごとに温度が急に減少した後再び早く回復する形状を示した。タバコを構成している固体物質であるバリアと各熱伝導性要素は比熱が高いため、Ｐｕｆｆ時に温度が変化しても、これを迅速に既存のレベルまで回復させる形状を示した。

【0060】

図１３はＰｕｆｆ番号、すなわち、時間によるニコチン生成量を示した。赤色は媒質でニコチンが完全に排出したことを意味し、青色はまだ排出されていないことを意味する。図面において、Ｎｉｃｏｔｉｎｅ後の数字１、２、３はタバコ媒質に対するＦＴ－ＩＲ測定データでニコチンが排出されるときのピーク番号を示す。タバコ媒質を加熱するとき、ニコチンは一回に排出されず様々な温度帯にかけて排出されるＭｕｌｔｉ－ｐｅａｋの形態を示す。各ピークのキネティクパラメータは表３の通りである。時間が経過するほど、ニコチンは前から消耗される形状を示し、ニコチン１は比較的に速い時点でほとんどが排出される。ニコチン２及びニコチン３の場合、Ｐｕｆｆ１２（３５５秒）においても依然として残っている形状を示し、ニコチン３は、特に活性化エネルギーが高いためである。したがって、タバコ媒質の後部、特に巻タバコ紙の近所に熱を伝達することによりニコチンを効率よく発生させることができる。

【0061】

【表3】

【0062】

図１４には、時間によるニコチン１～３、そして全体ニコチンの排出量を示した。喫煙の序盤（３～３５秒）には吸入が生じなくてもニコチン１の排出量が次第に増加する形状を示す。これはタバコ媒質の前部が次第に加熱するとき、ニコチン１は低い温度において容易に排出されるためである。しかし、Ｐｕｆｆ２（３５秒）の後には、ニコチン１もＰｕｆｆ瞬間のみに発生量が急激に増加し、平常は別に発生しない。これは、タバコ媒質の後部は平常には消耗されず、Ｐｕｆｆの瞬間に広がる熱によってニコチンを発生させるためである。したがって、活性化エネルギーの低いニコチン１においてもＰｕｆｆ、すなわち、熱拡散が重要に作用することが分かる。そして、ニコチン２及び３は、高い活性化エネルギーによって遅く排出され始めて徐々に増加する。Ｐｕｆｆにより階段式に増加するものの、その幅が極めて小さい。したがって、Ｐｕｆｆ時よりも高温の熱を伝達することでニコチン２及び３を全て消耗することができる。各ニコチンは、総量対比それぞれ９９．９％、７５．９％、４６．５％を排出した。

【0063】

３．２．設計案による解釈結果
図１５には、設計案ごとの時間による媒質温度の変化を示した。温度は、媒質の体積平均値を使用した。全ての時間に対して媒質温度は設計案１で最も高く現れた。そして、設計案２は、設計案３より温度がさらに高かったが、その差は大きくなかった。

【0064】

図１６には、設計案ごとのタバコ媒質の内部の温度分布を示した。全ての時間帯に対してＰｕｆｆとＩｎｔｅｒｐｕｆｆの区分なしに温度の傾向が同一であるため、代表的に喫煙の中盤（Ｉｎｔｅｒｐｕｆｆ４）で結果を示した。設計案１は、設計案２、３よりも３重合計紙（ｒｅａｒ）の長さが長い。したがって、タバコ媒質の内部に高温領域がより広く分布していることが分かる。また、設計案２、３は巻タバコ紙がさらに長いため、熱が吸収される量が少量であっても増加した。図１７には、タバコ媒質の温度分布をグラフに示した。設計案１は、３重合紙（ｒｅａｒ）の長さが他の設計案よりも長い。したがって、媒質の前部では熱源からの熱がさらに広い範囲に拡散されるため温度が減少するが、その影響は小さい。そして、媒質の後部では他の設計案よりも後部まで熱が伝達され得るため、媒質温度が増加する。設計案２及び３を比較する場合、全般的に設計案２の温度がさらに高いが、３重合紙（ｆｒｏｎｔ）の長さがさらに長いことから、熱源で熱をより吸収するためである。しかし、その差は極めて微小であった。

【0065】

図１８には、設計案ごとのニコチン発生量の分布を示した。ニコチンが発生する形状は全体的に類似し、３重合紙（ｒｅａｒ）の長さが短くなればニコチンが発生した範囲も減少する形状を示した。そして、媒質の後部は、依然としてニコチン発生量が低かった。図１９には、設計案ごとの媒質距離によるニコチン発生量を示した。媒質の温度分布と同様に、設計案１は、設計案２及び３よりも右側に移動した様子を示す。このような傾向から、３重合紙（ｒｅａｒ）の長さが増加すれば媒質を後部まで加熱させ得るため、ニコチン２及び３を増加させることができると判断される。但し、媒質前半部の温度がわずかに減少することがあるが、この領域は加熱が容易で喫煙初期にニコチンが全て発生する箇所であるため、ニコチンの総排出量には問題がないと推測される。

【0066】

図２０には、設計案ごとのニコチンの総排出量を示した。左側のＭａｘ．ｙｉｅｌｄはタバコ媒質で発生可能なニコチン量を示す。設計案２及び３は、設計案１よりも３重合紙（ｒｅａｒ）の長さが短いため、媒質後部の温度がさらに低く、したがって、ニコチンの発生量も２．４～３．１％ｐ減少した。その構成を察すると、ニコチン１は全９９．９％として差がなかったが、ニコチン２及び３が減少したことが分かる。設計案３は、２よりも３重合紙（ｆｒｏｎｔ）の長さが短いため、媒質の全般的な温度が少し低かった。その結果から、ニコチンも設計案２よりも少しずつ低い形状を示したが、その差は大きくなかった。したがって、設計案に電算解釈を行った結果、ニコチン発生の側面では設計案１が最適の条件であると見られる。

【0067】

３．３．穿孔位置による解釈結果
穿孔位置による電算解釈において、（ａ）、（ｅ）、（ａ＋ｅ）という３つの条件と、ここに（ｆ）を加えたとき媒質温度及びニコチン排出に及ぼす影響を把握した。図２１には、穿孔位置ごとの時間による媒質温度の変化を示した。設計案の変化により温度パターンが変化して関連性の導出が難しく、媒質内部の温度分布を介して各穿孔の機能を把握しようと試みた、

【0068】

図２２には、穿孔位置ごとのタバコ媒質の温度分布を示した。以前の結果から分かるように、穿孔（ａ）は、媒質の前部を冷却させると同時に熱を後方に拡散させる役割を行う。穿孔（ｅ）は、媒質の後部を冷却させるが熱拡散の効果はなかった。（ａ＋ｅ）は、（ａ）と（ｅ）の効果が全て現れたが、（ｅ）にもっと近かった。図２３には、解釈条件に応じて各穿孔で流入される空気流量を示した。例えば、（ａ＋ｅ）条件で穿孔（ａ）及び（ｅ）の面積は同一であるが、流量は半分にならない。タバコ媒質は、流動抵抗体であるためタバコの吸引口（アセテート・フィルター）から遠ざかるほど空気を吸い込み難い。したがって、（ａ＋ｅ＋ｆ）の条件で、各穿孔に入ってくる空気流量は（ｆ）、（ｅ）、（ａ）の順に示される。特に、穿孔（ａ）を他の穿孔と共に使用する場合、穿孔（ａ）に入ってくる流量は極度に小さい。したがって、媒質の温度分布の側面で（ａ＋ｅ）は（ｅ）に類似しており、そして、（ａ＋ｅ＋ｆ）と（ｅ＋ｆ）は互いに類似していることが分かる。

【0069】

図２４には、穿孔（ｆ）を他の穿孔と共に使用したときの媒質温度の変化を示した。穿孔（ｆ）は、位置がタバコ媒質でなくチューブフィルターであるため、その影響が直接的であるとは言えない。しかし、穿孔（ｆ）を穿孔（ａ）又は（ｅ）と共に使用する場合、空気流入が低減される。したがって、各穿孔の機能を緩和させる効果がある。穿孔（ｆ）を（ａ）と共に使用する場合、媒質前部の温度は上昇し、後部温度は減少する。これは（ａ）の冷却及び熱拡散の効果を緩和させたものである。穿孔（ｅ）と共に使用する場合、媒質の後部の冷却効果を緩和させ、（ａ＋ｅ）と共に使用する場合、（ａ）と（ｅ）の影響を全て緩和した。

【0070】

図２５には、穿孔位置条件ごとのニコチン発生量の分布を示した。（ａ）条件を除外すると、全ての媒質後部のニコチン発生量が大きく減少したことが確認される。したがって、ニコチンの側面でも穿孔（ａ）が最も重要であり、他の穿孔と共に使用する場合、穿孔（ａ）の流量が減少することから媒質後部のニコチン発生が減少する。

【0071】

図２６には、媒質距離によるニコチン発生量を示した。全ての条件で媒質の前から３０ｍｍまではニコチンが完全に発生し、その後では距離が増加するにつれ発生量が次第に減少する。穿孔（ｅ）を使用する場合、６０ｍｍ以後からニコチン発生が大きく減少した。条件のうち、（ａ＋ｆ）の場合、４０～７５ｍｍまではニコチン発生量が（ａ）よりも増加したが、これは（ａ）に流入する流量が少なく、媒質の中盤部に熱を拡散させるためである。しかし、他の条件と同様に媒質後部のニコチン発生量は（ａ）条件よりも低い。

【0072】

図２７は、穿孔位置条件ごとのニコチンの排出量を示した。排出量は、穿孔条件で最も高く、（ｅ）を使用した場合は９．２％ｐ減少した。そして（ａ＋ｅ）条件は（ａ）及び（ｅ）の中間であるが、（ｅ）にもっと近かった。そして、各条件に（ｆ）を加える場合に（ａ）の高いニコチン排出は低くし、（ｅ）及び（ａ＋ｅ）の低い排出量は高めた。これは、媒質内部の温度分布の傾向と一致した。したがって、ニコチンの総排出量の側面においても（ａ）が最適の条件であり、（ｅ）又は（ｆ）の穿孔を共に使用すると悪影響を及ぼすことが確認された。

【0073】

４．最終結論
［可燃性の熱源タバコ設計案検討の結論］
本実施形態において、タバコの３次元モデルに対して流動及び熱伝達を含む電算解釈を実行し、タバコ媒質の温度分布に基づいてニコチン発生量を予測した。主な結論は次の通りである。

【0074】

タバコ媒質の温度は３重合紙（ｒｅａｒ）の面積が大きいほど高く示され、ニコチンの発生量も増加した。穿孔は、バリアの近所に位置する場合（解釈条件上、（ａ）の位置）媒質の前部を冷却させるが、熱を後方に拡散させることからニコチン発生に役に立つ。

【0075】

以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、当技術分野で通常の知識を有する者であれば、前記に基づいて様々な技術的な修正及び変形を適用することができる。例えば、説明された技術が説明された方法とは異なる順に実行されたり、及び／又は説明されたシステム、構造、装置、回路などの構成要素が説明された方法とは異なる形態に結合又は組み合せられたり、他の構成要素又は均等物によって代替、置換されても適切な結果を達成することができる。

【0076】

したがって、他の実現、他の実施形態、及び特許請求の範囲と均等なものなども後述する特許請求の範囲の範囲に属する。

【符号の説明】

【0077】

１００：熱伝導性ラッパー
１０１：第１断熱層、第２断熱層
１０２：金属層
１０３：巻タバコ紙
２００：炭素熱源
３００：バリア
４００：媒質
５００：最終外皮
６００：チューブフィルター
７００：第１流体
８００：第２流体
９００：アセテート・フィルター
１０００：紙管
１００ａ：前方の長さ
１００ｂ：後方の長さ
１０３ａ：巻タバコ紙の長さ
２００ａ：熱源の長さ
１０：穿孔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【国際調査報告】