傳送煙香的電吸菸系統及其製造方法

2023-08-10 09:26:51

專利名稱：傳送煙香的電吸菸系統及其製造方法
技術領域：
本發明與由菸捲和打火機構成的吸菸系統及其製造方法有關。
在我們的美國專利No.5,060,671中揭示了一種電吸菸物品，該專利在此列為參考。該專利所揭示的吸菸物品有一組一次性使用的電加熱件。每個電加熱件上都裝有含諸如菸草或從菸草中提煉出來的物質之類的具有菸草香味的媒質。一次性使用的加熱器/香料組合接到諸如電池或電容器那樣的提供電能的電源和根據吸菸者抽吸該吸菸物品或按壓手動開關驅動加熱件的控制電路上。控制電路設計成每次抽吸至少使一個但不是全部加熱件啟動工作，使得有一定股數、每股含一定數量的具有菸草香味的物質(例如含菸草香味的煙霧或散發菸草香味的響應)傳送給吸菸者。控制電路也能防止任何一個加熱件再次啟動，從而避免了過分加熱上面的菸草香料。
使用這樣的物品，加熱器在用完剩餘的菸草物質後就要扔掉。此外，加熱器與電池之間的電連接必需能經得住不斷更換香料組件的反覆插拔。
在我們的1991年3月11日提出的、現已由1993年2月2日提出的後續甲請No.08/012,799所代替的相關未決美國專利No.07/666,926中，揭示了一種電吸菸物品，它具有一組可重複使用的加熱件和一個一次性使用的產生菸草香味的部分。這個一次性使用部分包括一個香料段和一個用包端紙或其它固定結構連接起來的過濾段。然而，由於使用了重複使用的加熱件，這種物品工作起來有一些問題，特別是殘留的煙塵會積聚在這種物品的加熱件和其它一些長期使用的結構件上。
本發明的目的是使以上提出的問題得到改善。
一種體現本發明的吸菸系統包括菸捲和打火機，其優點是煙的傳送得到改善。一種體現本發明的吸菸系統的優點是打火機的加熱件可重複使用，使一次性使用部分的體積降到最小。
一種體現本發明的系統的優點是使得煙塵在打火機的加熱件和其它構件上的積聚大大減少。
一種體現本發明的吸菸物品及其製造方法的優點是製造容易、成本低，甚至可以用現代技術的大規模生產速度進行生產。
本發明的各實施例還可以具有使煙霧和香味傳送給吸菸者得到改善的優點。
按照體現本發明一個方面的優選實施例，提供了一種在含有加熱裝置的將菸草香味傳送給吸菸者的吸菸系統中使用的菸捲。這種菸捲包括一個承載管，該承載管具有在繼向上相互分開的第一端和第二端，還具有第一表面和第二表面。第一表面在第一端和第二端之間圍成了一個腔，第二表面包括一個可與加熱裝置緊貼的區域。具有菸草香味的物質配置在承載管的第一表面上。這種煙香物質在受到加熱裝置加熱時在腔內產生菸草香味傳送給吸菸者。承載管和煙香物質可以允許橫向氣流進入腔內。
按照體現本發明另一個方面的優選實施例，提供了一種在將菸草香味送給吸菸者的吸菸系統中與可更換菸捲配合使用的打火機。這種打火機包括一個通過它的第一端接納一支可更換菸捲的加熱器。這個加熱器具有至少向可更換菸捲的某一部分提供橫向氣流的裝置。在加熱器內裝有一組電加熱件。每個加熱件都有一個可貼靠在菸捲上通過橫向氣流那部分上的表面。打火機中還裝有驅動這組電加熱件中一個或幾個電加熱件的裝置，使得在菸捲內可以產生一股大小預定的菸草香味。橫向氣流在吸菸者抽吸掉在打火機內的菸捲時產生。
按照體現本發明第三方面的優選實施例，提供了一種將菸草香味傳送給吸菸者的吸菸系統。這種系統逐個驅動電加熱件工作，使得在菸捲的腔內產生一股大小預定的菸草香味。
按照體現本發明第四方面的優選實施例，提供了一種在將菸草香味傳送給吸菸者的吸菸系統中使用的加熱件。這種加熱件包括一個第一端、一個第二端和一組在第一和第二端之間、用來增加加熱件電阻的彎曲區。加熱件用電阻材料製成，具有大致配置在一個平面內的第一和第二表面。其總長度為L，總重量為W，厚度為T。加熱件的有效電長度大於L，而加熱件的有效電截面積則小於W和T的乘積。
按照體現本發明第五方面的優選實施例，提供了一種在將菸草香味傳送給吸菸者的吸菸系統中使用的集成加熱組件的製造方法。
按照這種方法，一片電阻性材料切成一組至少在一端相互連接的加熱件。這片材料捲成一個圓筒形狀。
下面將結合附圖舉例說明體現本發明各個方面的一些實施例。在這些附圖中

圖1為體現本發明的一個吸菸系統的示意性透視圖；圖2為體現本發明的一個吸菸系統的局部剖開的示意性透視圖；圖3A為體現本發明的一個加熱器的側面剖視圖；圖3B為沿圖3A的3B-3B可剖取的端視圖4A為體現本發明的一支菸捲的示意性透視圖；圖4B為沿圖4A的4B-4B所剖取的側剖視圖；圖5為體現本發明的一個加熱器的示意性組合視圖；圖6為體現本發明的一個加熱組件的透視圖；圖7為體現本發明的一個加熱組件的展開外形圖；圖8為體現本發明的一個加熱件的局部透視圖；圖9為體現本發明的一個引線組件的透視圖；圖10A為體現本發明的一個襯套的示意性側剖視圖；圖10B為沿圖10A的10B-10B所剖取的示意性視圖；圖10C為沿圖10A的10C-10C所剖取的示意性視圖；圖11A為體現本發明的一個基座的示意性側剖視圖；圖11B為沿圖11A的11B-11B所剖取的示意性視圖；圖11C為沿圖11C-11C所剖取的示意性視圖；圖12A為體現本發明的一個襯套基底組合構件的示意性透視圖；圖12B為沿圖12A的12B-12B所剖取的示意性側剖視圖；圖12C為沿圖12A的12C-12C所剖取的示意性視圖；圖12D為沿圖12A的12D-12D所剖取的示意性視圖；圖13為本發明一個實施例中的一個環的端視圖；圖14A為本發明一個實施例中的一個端帽的示意性透視圖；圖14B為沿圖14A的14B-14B可剖取的示意性側剖視圖；圖14C為沿圖14A的14C-14C所剖取的示意性視圖；圖14D為沿圖14A的14D-14D所剖取的示意性視圖15A為體現本發明的一個加熱套的示意性側視圖；圖15B為沿圖15A的15B-15B所剖取的端視圖；圖16和17為一個吸菸系統的一些部分的示意性側視圖，示出了在這個吸菸系統中氣流的通路；圖18為示出體現本發明的電路配置的電原理圖；圖19為體現本發明的另一個吸菸系統的示意性側剖視圖；圖20為體現本發明的另一個加熱器的示意性側剖視圖；圖21為製造圖19吸菸系統的一次性菸捲的組成部分的設備的示意性透視圖；圖22為體現本發明的吸菸系統的一個周邊抽吸實施例的示意性剖視圖；圖23為示出體現本發明的另一種電路配置的電原理圖；以及圖24為圖23中控制電路的一個定時網絡的電原理圖。
圖1和2示出了本發明的一種包括一支菸捲23和一個可反覆使用的打火機25的吸菸系統21。菸捲可以插入打火機25前端29的孔口27和從孔口27取下。吸菸系統21在使用方式上非常象平常的菸捲。菸捲23在吸了一次或幾次後扔掉，而打火機則在吸了好些菸捲後才扔。
具有機殼31的打火機25有前部33和後部35。在打火機25的後部35中裝有為加熱菸捲23的加熱件供電的電源37。後部35最好通過諸如螺釘或簧扣之類的裝置可方便地打開和合上，以利於更換電源。在前部33中裝有與後部35內電源37電連接的加熱件和電路裝置。前部33通過諸如燕尾榫接合或插座式配合可方便地插到後部35上。機殼31用硬的耐熱材料製成，如金屬基底材料，更值得推薦的是聚合物基底材料。機殼31做成可舒適地握在吸菸者手中的形狀，總尺寸為10.7釐米×3.8釐米×1.5釐米。
一定大小的電源37為加熱菸捲23的加熱件提供足夠的功率。電源37最好是可更換和可充電的，可以含有一個電容或一個電池之類的器件。在所介紹的優選實施例中，電源是一個開路電壓大約為4.8伏至5.6伏的可更換充電電池(實際上是用四個鎳鎘電池串聯而成的)。然而，電源37的特性要根據吸菸系同21的其它器件，特別是加熱件的情況加以選定。美國專利No.5,144,962介紹了幾種可用於本發明的吸菸系統的電源，例如可充電電池式電源和用電池充電的快速放電電容式電容。因此該專利在此列參考專利。
在打火機的前部33裝有一個加熱菸捲23、使菸捲夾在打火機25上的圓筒形的加熱器39和一個將一定能能從電源37傳送給加熱器中各加熱件(未在圖1和2中示出)的控制電路41。在所介紹的這個優選實施例中，加熱器39包括8個沿徑向分開的加熱件43，如圖3A所示。這些加熱件在電路41的控制下逐個得到電源37的供電，對圍著菸捲23外周的8個區域進行加熱，以便產生8股菸草香味。雖然加熱件43的數目可以不是8個，但最好是8個，因為在一支常規的菸捲上標稱有8股，並且8個加熱件適合用二進位器件進行電控制。
電路41由一個抽菸驅動轉感器45(見圖2)啟動工作。這個傳感器對在吸菸者吸菸卷23時所發生的壓力改變或氣流改變敏感。抽吸驅動傳感器45安裝在打火機25的前部33，通過一個穿過加熱器的襯套49和基座50的通道47以及，如果需要的話，一根吸菸傳感管(未示出)與加熱器39內靠近菸捲23的空間相通。在美國專利No.5,060,671中介紹了一種抽吸驅動傳感器45，很適合用在這個吸菸系統21，該專利在此列為參考。這種傳感器為伊裡諾斯州付裡普特的好耐威爾公司微開關部(Microswitch dicisionof Honegwell，Inc.，Freeport，Ill.)所製造的163PCOID35型矽傳感器。當吸菸者抽吸菸卷23時所引起的壓力改變使該傳感器啟動加熱件43中的一個適當加熱件工作。那些利用熱線測風原理的氣流傳感器也已成功地證明可用於根據對氣流變化的檢測來啟動一個適當的加熱件43。
打火機25的外表面上裝有一個指示器51，最好裝在前部33上，用來指示插入打火機中的菸捲23還剩幾股煙沒吸。指示器51包括一個7段液晶顯示器。在這個優選實施例中，當光傳感器53(見圖2)檢測到它所發出的光束從一支新插入的菸捲23前端反射時，指示器51就顯示出數字「8」。光傳感器53安裝在加熱器39的襯套49和基座50中的開口55內，如圖3A所示。光傳感器53向電路41提供信號，而電路41將信號加到指示器51上。指示器51顯示數字「8」表示每支菸捲23上有8股煙可吸，也就是說，這些加熱件43中還沒有一個曾啟動加熱這支新的菸捲。菸捲23全部吸完後，指示器51顯示數字「0」。當菸捲23從打火機25上取下時，光傳感器53檢測不到菸捲23，指示器51關掉。光傳感器23調整成不是一直發出光束的狀態，以減小不必要的電源37的損耗。適用於吸菸系統21的優選光傳感器51是OPR5005型光傳感器，由奧普特克技術公司(OPTEK Technology，Inc.，1215 West Crosby Road，Carrollton，Texas75006)製造。
上述光傳感器53也可以用其它形式的來代替。例如可以安裝一個機械開關(未示出)來檢測是否有菸捲23，可以安裝一個復位按鈕(未示出)，在一支新的菸捲插入打火機25時使電路41復位，例如使指示器51顯示數字「8」，等等。適用於本發明吸菸系統21的電源、電路、抽吸傳感器和指示器在列為參考的美國專利No.5,060,671中有介紹。在襯套49和加熱器基座50中的通道47和開口55在吸菸期間最好是氣密的。
圖4A和4B詳細地示出了一支吸菸系統21所用的優選菸捲23，雖然這菸捲也可以是其它所要求的形式，只要能在被加熱件43加熱時產生菸草香味傳送給吸菸者。菸捲23包括一個菸草卷57，由承載含菸草的煙香物質61的承載管或送煙管59構成。菸草卷57一端包在一個圓柱形的後氣流過濾器63上，而另一端包在一個圓筒形的第一自由氣流過濾器65上。第一自由氣流過濾器65是一個管狀過濾器，中央有一個縱向通道67，因此對抽吸阻力很小，氣流自由。
需要的話，在菸草卷57上卷一層菸捲紙69。可以用作菸捲紙69的紙包括低定量(單位重量)紙，最好是帶有菸草香料塗層的紙或含菸草的紙，以增強散發菸草香味響應的菸草香味。在菸捲紙69上可以塗上濃縮提取液或加以稀釋的濃縮提取液。菸捲紙69最好是定量低厚度薄的紙，但要有足夠的拉伸強度，以便於機器處理加工。含菸草的紙最好具有下述特性定量在20—25克/米2之間(相對溼度為60％)，最小透氣率為0—25柯萊斯特(CORESTA定義為在壓強差為1.0千帕斯卡下一分鐘內通過一平方釐米物質(如紙張)的以立方釐米為單位的空氣量)，拉伸強度為對於27毫米(1英寸)寬大於等於2000克，厚度為1.3—1.5密耳，碳酸鈣含量小於等於5％，檸檬酸鹽為0％。用來製造菸捲紙69的材料最好包括大於等於75％的含菸草薄片(非雪茄型、液或液氣固化的混合填料和潔淨莖)。可以加一些亞麻纖維，但量以能得到滿足要求的拉伸強度為限。菸捲紙69也可以是定量為15—20克/米2的普通亞麻纖維紙或帶有提取物塗層的這種紙。可以加一些檸檬果膠型粘合劑，其量不大於1％。也可以加一些甘油，其量應以能得到普通菸捲紙那樣的剛度為限。
菸捲23還包括一個圓柱形的過濾嘴71和一個圓筒形的第二自由氣流過濾器73。過濾嘴71最好是一個普通的阻流型過濾器。包端紙75將過濾嘴71和第二自由氣流過濾器73緊裹在一起。包端紙75伸過第二自由氣流過濾器73的頂端，粘在菸捲紙69上，將第一自由氣流過濾器65的頂端緊接到第二自由氣流過濾器73的頂端。象第一自由氣流過濾器65那樣，第二自由氣流過濾器73中央也開有一個縱向通道77。後氣流過濾器63和第一自由氣流過濾器65與菸草卷57圍成了一個菸捲23內的腔79。
最好第二自由氣流過濾器73的縱向通道77的內徑大於第一自由氣流過濾器65的縱向通道67的內徑。縱向通道的內徑最好在1至4毫米之間，而縱向通道77的內徑最好在2至6毫米之間。業已發現，通道67和77內徑不同有利於在加熱具有煙香物質而產生的煙霧與吸菸期間從菸捲23外吸入的空氣之間形成所希望的混合和混流，使散發菸草香味的響應得到改善，並且過濾器71的端部可以更多地暴露在混合煙霧之中。加熱煙香物質而產生的散發菸草香味的響應在腔79內主要是汽相的，而在通道77內由於混合作用而轉化為可見煙霧。第一自由氣流過濾器65除了採用上述帶有一個縱向通道67的結構外，也可以採用其它能使氣相的菸草香味與引入的空氣產生所希望的混合的結構。例如，第一自由氣流過濾器可以做成一個具有大量小孔的過濾器形式，也就是說第一自由氣流過濾器可以呈蜂窩狀或開有一系列孔的金屬板狀。
空氣最好絕大部分是橫向(徑向)通過菸草卷57和菸捲紙69而不是縱向通過後氣流過濾器63吸入菸捲23內。然而，如以下所要說明的那樣，在吸菸卷上的第一股煙期間希望允許氣流通過後氣流過濾器進入，這樣可以降低對抽吸的阻力。可以理解，縱向將空氣吸入菸捲23會造成不能使由於圍菸草卷57徑向配置的加熱件43加熱菸草卷57而產生的煙霧有效地從腔79排出。現在希望的是，所產生的菸草香味幾乎完全取決於菸草卷57的結構成分和加熱件43的能量。因此，除了第一股煙外，在吸菸期間縱向通過後氣流過濾器63的那部分氣流越小越好。此外，後氣流過濾器63可以在煙香物質61得到加熱後使向後流出腔79的煙霧流為最小，以減少從菸捲向後流出的煙霧損壞打火機25器件的可能性。
承載煙香物質61的承載管或送煙管59將加熱件43與煙香物質61隔開，將加熱件所產生的熱傳導給煙香物質61，以及使吸過的菸捲不致散開。所推薦的承載管59包括一個熱性能穩定的非織制碳纖維墊層構成的那些承載管。這些承載管在同一受讓人1992年9月11日提出的相關未決美國專利申請No.07/943,747中有詳細的討論。該專利在此列為參考。這些墊層最好厚度大約在0.05毫米至0.11毫米之間，由非織制碳纖維組成，其定量大約在6克/米2至12克/米2之間，而纖維直徑大約在7微米至30微米之間。纖維的長度應保證墊層經得住加工期間所受到的拉伸應力。最好，墊層應含有適用於電吸菸物品(即具有主觀能接受性質)的粘合劑。
其它的承載管59包括低質量的網狀金屬篩或多孔金屬箔。例如，可以使用質量大約為5克/米2至15克/米2、線徑大約為0.038毫米(1.5密耳)至0.076毫米(3.0密耳)的金屬篩。另一個實施例是用一片厚為0.0064毫米(約0.25密耳)的金屬箔(如鋁箔)來構成承載管，上面衝有一系列直徑約為0.3毫米至0.5毫米的孔，使金屬箔的質量相應減小30％至50％。最好，金屬箔上的孔交錯或不連續排列排列(即不排成直線)，以減小離開煙香物質61的側向熱傳導。
這類金屬篩和金屬箔能以不同方式結合入菸捲23中。例如(1)將具有菸草香味的漿液塗在一條帶上在幹前將篩或箔疊在溼的漿液上，(2)用適當的粘結劑將篩或箔粘到具有菸草香味的基片或墊層上。由於使用金屬承載管會導致加熱件43本身及各加熱件之間的電短路，這種金屬承載管通常不直接與加熱件接觸。因此在使用金屬承載管的場合，要用適當的粘合劑在金屬承載管外粘上諸如菸捲紙69那樣的低定量紙，以使金屬承載管59與電加熱件43絕緣。
現在所推薦的菸草卷57是採用造紙工藝過程製造的。在這種工藝過程中，首先用水衝洗菸草條。可溶物在以後的上塗層工序中使用。剩下的(所提取的)菸草纖維用來構成基墊。將碳纖維分散在水中，加入藻酸鈉。也可以加入任何其它水解膠體來代替藻酸鈉，只要這種水解膠體不幹擾散發菸草香味的效應，可溶於水，以及具有適當的分子量以增加菸草卷57的強度。將這分散物與所提取的菸草纖維的漿液和可選用的香料混合。將所得到的混合物溼敷分一個長網上，通過傳統造紙機的其餘部分，就形成一個基墊。最好用一個配置在一個滾筒亦即楊基幹燥器後的逆轉輥塗器將衝洗菸草條衝下的可溶物塗在基墊的一側。菸草的可溶物與菸草微粒之比最好在1∶1至20∶1之間。漿液也可以澆到或擠到基墊上。或者，上塗層工序脫機進行。在上塗層期間或以後，加上菸捲工業中常用的香料。加入果膠或其它水解膠體，量在0.1％至2.0％之間，以改善漿液的可塗性。
無論採用哪種承載管59，配置在這種承載管內表面上的煙香物質61要能附著到承載管的表面上，在受到加熱放出菸草香味。這些物質包括呈片狀的、泡沫狀的、凝膠狀的，也可以是經乾燥的漿液或經乾燥的噴塗漿液。這些物質雖然不一定、但最好含有菸草或從菸草中提取的物質，這在以上引用的美國專利申請No.07/943,747中有比較詳細的討論。
最好，在處理期間菸草卷57中加入諸如甘油或丙二醇那樣的溼潤劑，其量為菸草卷重量的0.5％至10％。溼潤劑由於起著煙霧母體的作用，有利於形成可見煙霧。當吸菸者噴出含有菸草香味和溼潤劑的煙霧時，溼潤劑在大氣中凝聚，而凝聚的溼潤劑就形成了普通菸捲的煙霧。
由於本發明的煙香物質61配置在承載管59的表面，因此可以特意改變發出的煙味的特性，使得各股煙味類型都各不相同。例如，鄰近第一個加熱件43的煙香物質61可以含有第一種香料，而鄰近第二個加熱件的煙香物質61含有量和類型都不同的第二種香料。因此，通過將非一致的煙香物質配置在承載管表面，可以使吸菸者有選擇地吸到不同的煙味。例如，吸菸者可以在將菸捲插入打火機25時將一次性使用的菸捲23相對長期使用的加熱件按需定位，這樣，一個特定的加熱件就能對非一致煙香材料的一個預定部分進行加熱。
此外，按照本發明，可以通過向加熱件43提供可控能量有選擇地改變菸草香味。例如，如果提供給第一上加熱件43的能量(如20焦耳)大於提供給第二個加熱件43的能量(如1.5焦耳)，那麼第一個加熱件所達到的溫度一般就要高於第二個加熱件所達到的溫度。因此，第一個加熱件一般產生比第二個加熱件大一些的菸草香味。這樣，通過改變傳送給各股的能量就能有選擇地控制菸草香味的大小。
菸捲23最好直徑不變，象普通菸捲一樣，大致為7.5毫米至8.5毫米，使吸菸者對吸菸系統21的「口感」與普通菸捲一樣。在這個優選實施例中，菸捲23的總長度為58毫米，因此可以用普通的包裝機來包裝這種菸捲。過濾嘴71加上第二自由氣流過濾器73的長度為30毫米。包端紙75伸出第二自由氣流過濾器73頂端5毫米，包在菸草卷57上。菸草卷57的長度為28毫米。菸草卷57的兩端分別支承在長度為7毫米的後氣流過濾器63和長度為7毫米的第一氣流過濾器63上。由菸草卷57、後氣流過濾器63和第一自由氣流過濾器65圍成的腔79的長度為14毫米。
當菸捲23插入打火機25前端29的孔口27內時，菸捲23就鄰接或幾乎鄰接加熱器39中襯套49的底內面81，與和抽菸驅動傳感器45相通的通道47以及安裝光傳感器5 3的開口55相鄰，如圖3A所示。在這個位置上，菸捲23的腔79緊貼加熱件43，而菸捲的第二自由氣流過濾器73和過濾器71部分全都留在打火機25外，各加熱件43都有一部分徑向內偏，以利將菸捲23相對打火機25保持在適當位置，使得加熱件可以直接或通過菸捲紙69將熱傳給菸草卷57。因此，菸捲23最好是能擠壓的，以便使加熱件43可以壓進菸捲的側面。
通過菸捲23的氣流有幾種方式。例如，在圖4A和4B所示的菸捲23的實施例中，菸捲紙69和菸草卷57都是充分透氣的，以便得到所要求的抽吸阻力，使得在吸菸者抽吸菸卷時空氣橫向(徑向)通過菸捲紙和菸草卷流入腔79。如前面所提到的那樣，透氣的後氣流過濾器69可以用來使空氣縱向流入腔79。
必要的話，可以在一個或幾個鄰近腔79的區域上開一系列穿透菸捲紙69和菸草卷57的氣孔(未示出)，以利於橫向氣流進入腔79。已經發現，這些氣孔可以改善散發菸草香味的響應和煙霧的形成。穿透菸草卷57的氣孔的密度大約為每1至2平方毫米1個，每個氣孔的直徑在0.4毫米至0.7毫米之間，相應的柯萊斯特(CORESTA)氣孔率在100至500之間。菸捲紙69的透氣率最好在100至1000柯萊斯特之間。當然，為了得到所希望的諸如抽吸阻力那樣的吸菸特性，也可以用不同於以上所述的氣孔密度和相關的氣孔直徑。
也可以通過穿透菸捲紙69的菸草卷57兩者的氣孔(未示出)來改善橫向氣流進入腔79的情況。在加工這種具有這類氣孔的菸捲23時，可以先將菸捲紙69和菸草卷57貼在一起再打孔，也可以分別打孔後再貼在一起，使得各氣孔疊合對準。
圖3A和3B示出了加熱器39的一個優選實施例。圖5示出了一個經修改的加熱器39A的實施例的分解剖視圖，這個加熱器39A具有一個組合襯套和基座的構件49A。加熱器39A的構件49A代替了圖3A所示的加熱器39的襯套49和基座50。無論是圖3A—3B或圖5所示的加熱器都具有提供容納菸捲23的空間和提供加熱菸捲23的加熱件43的通常功能。
由圖3A和3B可見，加熱器39配置在打火機25的孔口27內。菸捲23從後氣流過濾器63開始插入打火機25的孔口27，進到加熱器39的大體呈柱狀的空間內。加熱器39包括一個具有接納菸捲的開口端的環形蓋帽83，一個可選用的筒形加熱件保護套85，一個筒形氣道套87，一個包括一些加熱件43的加熱組件89，一個用作加熱組件的各加熱件的公共引線的導電銷或公共引線組件91，以及襯套49。襯套49的底內面81將菸捲23擋住在變熱器39內適當位置上，使得加熱件43緊貼菸捲內的腔79。在圖5所示的加熱器38A中，構件49A的底內面81A將菸捲23擋住在加熱器39A內適當位置上。
整個加熱器39基本上配置在內部，通過與打火機25前部33的機殼31緊配合緊固就位。蓋帽83的前緣93配置在打火機25的前端29，或者稍稍伸出，最好有一個內倒角或倒圓部分，以利於引導菸捲23插入加熱器39。加熱組件89的各加熱件43和銷組件91的各銷95都在相應部位由環99通過摩擦配合緊固在襯套49的外表面97周圍。各加熱件43的尾端101以及兩個銷95的尾端103分別焊到卡住在基座50上的相應的銷104上，這些銷104通過基座50的各孔107伸出基座50的外底面105(見圖3B)，接到電路41和電源37上。銷104應該十分緊密地卡在基座50上，使得空氣不致通過孔107流入。銷104可以插入相應的插座(未示出)，使加熱件39在打火機25內得到支持。從插座引出的導線或印刷電路引線接到各種電路元件上。另外兩個銷95提供了附加支持，使銷組件91的強度有所加強。襯套49和基座50內的通道47通到抽吸驅動傳感器45和檢測打火機25中是否插有菸捲23的光傳感器53。
類似，在圖5所示的加熱器39A中，加熱組件89的各加熱件43的銷組件91的各銷95都在相應部位由環99通過摩擦配合緊固在構件49A的外表面97A周圍。各加熱件43的尾端101以及兩個銷95的尾端103伸出構件49A的外底面105A，以使接到電路41和電源37上。
構件49A有一個凸緣109，上面至少開了兩個槽或孔107A，兩個銷95的尾端103通過這兩個孔107A穿過外底面105A。另外兩個銷95用來提高銷組件91的強度。加熱件43的尾端101彎成符合凸緣109的形狀，沿凸緣的外側111伸出外底面105A。構件49A內的通道47通到抽吸驅動傳感器45和檢測打火機25中是否插有菸捲23的光傳感器53。
圖3A、5和6中所示的加熱組件89最好是用一片具有高機械強度的耐高溫超級合金材料經雷射切割而成的單片。這片材料通過衝或雷射切割形成至少圖7所示的加熱組件89的概略外形片115。
在外形片115中，各加熱件43相互在尾端101由切割外形片115的尾部117連在一起，在前端119由形成加熱組件89前部121那部分連在一起。兩個側部123在尾部117和前部121之間。尾部117和側部123雖然最後要切去，但有利於加工期間對外形片115進行處理。
在形成了外形片115後，每個加熱件43都有一個以後要貼在菸草卷57上的寬部125和一個要與電路41連接的窄部127。需要的話，每個加熱件43的窄部127在靠近尾端101處有凸起部129，以便於與銷104焊接或插入插座(未示出)與電路41電連接。概略外形片115再加以處理，最好還是用雷射切割，在寬部125形成如圖6和8所示的蛇形「軌跡」131。當然，需要的話，在形成外形片115的同時就可以切割出軌跡131。
割好的片最好加以電拋光，使各加熱件43的邊緣圓滑平整。加熱件43的邊緣圓滑使菸捲23可方便地插入打火機25，不會受到阻礙。割好的片卷在一個型架(未示出)，形成筒形。切去後部117和側部123，將前部121的兩個邊緣133焊在一起，就形成了如圖6所示的一個整體的加熱組件89。
加熱組件89也可以用其它合用的方法製造。例如，一種方法是首先將一片材料初加工成一個筒(未示出)，再加以切割，形成如圖6所示的一組獨立的加熱件。也可以將一些離散的加熱件43通過點焊之類接到一個起著象前部121那樣作為各加熱件的公共電極和機械支持作用的公共環或帶(未示出)上。此外，可以將加熱組件89的前部121焊或接到一個內徑大體等於菸捲23直徑的定徑環(未示出)上。這一定徑環有利於筒形加熱組件保持所要求的形狀和增加強度。
圖9所示的銷組件91可以用與以上所述的製造加熱組件89相類似的其中一個方法製造。象加熱組件89一樣，各個銷95和形成銷組件91前部135的帶形部也是從一片平的導電材料上割下後捲起焊成一個筒形。銷組件91的內徑做成大體等於加熱組件89的外徑。加熱組件89的前部121安裝在銷組件91的前部135內，用點焊將這兩部分焊在一起，使得四個銷95分別配置在各對相鄰加熱件43之間的開口空間內。如圖3B所示，四個銷95(在本優選實施例中只有兩個真正電連接到穿過基座50的銷104上)都徑向配置在離8個加熱件43中相鄰的那兩個22.5°角的位置上，接到伸出基座的銷104上。
本發明的打火機25的各種實施例都設計成能在標準的使用條件下將菸草香味有效地傳送給吸菸者。具體地說，希望8股煙將5至13毫米，最好是7至10毫米的煙霧傳送給吸菸者，每股煙持續2秒，35毫升。已經發現，為了達到這個目的，加熱件43應該在將熱傳給菸捲23情況下能達到大約200℃至900℃。此外，加熱件43應該消耗大約5至40焦耳的能量，最好是大約10至25焦耳，更值得推薦的是大約15焦耳左右。如果加熱件43要求比較低的能量，測加熱件43應更彎向菸捲23，以改善熱傳導關係。
具有所要求特性的加熱件43的有效表面積大約為3平方毫米至25平方毫米，電阻在大約0.5歐至3.0歐。更值得推薦的是，加熱件43的電阻在大約0.8歐至2.1歐之間。當然，加熱件電阻還取決於用來提供加熱器43必需的電能的具體電源。例如，以上例舉的加熱件電阻適合於電能是由四個串接的鎳鎘電池(開路總電壓為4.8伏至5.8伏)供給的各實施例。或者，如果用六個或八個這樣串接的電池，那麼加熱件43的電阻應該相應為3歐至5歐或5歐至7歐。
製造加熱件43的材料應加以選擇，保證能可靠地重複開關至少1800次而不發生故障。加熱器39最好是可從包括電源37和電路41的打火機25上單獨拆離處置的，打火機25最好能在3600次以上的開關後再處置掉。加熱件材料還要根據抗氧化性和不易反應性加以選擇，以保證不被氧化和不致在可能遇到的溫度下與菸捲23發生反應。需要的話，可以將加熱件43用諸如合適的陶瓷材料那樣的惰性導熱材料封裝，進一步避免氧化和反應。
根據這些準則，電加熱裝置的材料包括摻雜半導體(如矽)、碳、不鏽鋼、鈦、金屬陶瓷材料以及諸如含鎳、鉻和鐵的合金之類的金屬合金。摻以量為5×1018雜質/釐米3至5×1019雜質/釐米3磷雜質的矽半導體材料的電阻率相應為大約1×10-2歐釐米至1×10-3歐釐米。這種材料在列作參考的共同受讓人的相關來決美國專利申請No.17/943,505中有所說明。合適的金屬陶瓷材料包括131碳化矽鋁和碳化矽鈦。諸如鎳的鋁化物和鐵的鋁化物那樣的抗氧化金屬化合物也是合適的材料。
值得推薦的是，用具有高機械強度和抗高溫表面退化的耐熱合金來製造電加熱件43。最好，用具有高強度和在高達熔點百分之八十左右溫度下保持表面穩定的材料來製造加熱件43。這樣一些合金包括通常稱為超級合金的那些合金，一般以鎳、鐵或鈷為基礎。最好，製造加熱件43的超級合金含鋁，以進一步改善加熱件的性能(如抗氧化性)。一種材料是海鈉斯214合金，可從海納斯國際公司(Haynes International，Inc.of Kokomo，Indiana)得到。這種高溫材料含有重量為75％左右的鎳、16％左右的鉻、4.5％左右的鋁和3％左右的鐵。
如上所述，加熱組件89的各個加熱件43包括一個由一組相互連接的彎曲(大體呈S形)區構成的蛇形部131，以增加每個加熱件的有效電阻。加熱件43的蛇形部131增加了電阻而並不增加加熱件的總長度或減小加熱件的截面寬度。具有電阻大約為0.5歐至3歐、蛇形部131長度適合安裝在圖3A所示加熱器39和圖5所示加熱器39A的加熱件43最好有N個相互連接的S形區，其中N大約為3至12，最好是大約6至10。
如果圖8所示的加熱件蛇形部131首先是切割如圖7所示的寬部125的形狀，使得寬部的寬度為W1、長度為L1和厚度為T，則從寬部的一端125′到相對端125″的電阻為R=L1W1T]]>其中p為所使用的材料的電阻率。在形成蛇形部131後，由於加熱件43的有效電長度增加和橫截面積減小，因此蛇形部的電阻就增加了。例如，在加熱件43上形成了蛇形部131後，電流就沿路徑P通過加熱件。與初始電長度L1相比，路徑P的有效電長度大約為9或10乘以W1(對於有5個完整的S形轉折的蛇形區而言)。此外，橫截面積從W1·T減小到W2·T。按照本發明，由於電阻正比於電長度和反比於截面積，因此電長度的增加和截面積的減小都會使加熱件43的總電阻增大。
因此，在加熱件43中形成蛇形部131使得可以用較小體積的導電材料在給定的加熱表面(例如為了平方毫米至25平方毫米)上提供預定的電阻。本發明的這個特徵至少有以下三個優點。
第一，對於一定的電阻而言，用矩形片來構成加熱件43的話，其長度較長。因此採用蛇形部131可以用較低的成本來製造較緊湊的加熱器39和打火機25。
第二，由於在靜止空氣內將一個加熱件43加熱到給定工作溫度所需的能量並隨著這個加熱件的質量的增加而增加，因此蛇形加熱件的能量利用率較高，可以用比較小的體積給出所要求的電阻。例如，如果加熱件43的體積減小一倍，則質量也減小一倍。這樣，由於在靜止空氣內將一個加熱件43加熱到給定工作溫度所需的能量大致與該加熱件的質量和熱容量成正比，因此體積減小一倍也就是所需能量減小一倍。這使加熱件43具有較高的能量利用率。
蛇形加熱件43體積較小的第三個優點與加熱件的響應時間有關。響應時間定義為一個給定的加熱件43對一個給定的能量輸入作出響應使它的溫度從第一溫度改變到較高的第二溫度所需的時間。由於一個加熱件43的響應時間一般與其體積成正比，因此可以預料一個體積較小的加熱件，其響應時間也較短。這樣，蛇形加熱件43除了緊湊和能量利用率較高外，加熱到工作溫度也較快。本發明的這個特點提供了一個更為有效的加熱件43。
因此，通過在加熱件43上形成一組來回曲折(如蛇形圖案)，就能增加加熱件的電阻，而不需要增加加熱件的長度或減小加熱件的截面積。當然，也可採用不同於圖8所示的加熱件43的圖案，應用在這種結構中所體現的原理來提供一個緊湊、有效的加熱件。
可以，用任何合適的方法，例如用雷射(最好是CO2雷射)，在加熱件43上切割出蛇形部131。由於蛇形加熱件43的幾何尺寸很小(例如，圖8中的溝寬B大致為0.1毫米至0.25毫米數量級)，對於切割形成蛇形部131來說雷射切割要比其它加工法更為可取。因為雷射能量適合集中在小範圍內，因此雷射能量有利於通用、快速、精確和自動化加工。此外，與其它切割方法(如放電切割)相比，雷射加工既減少了在被切割材料上產生的感應應力，也減少了材料受熱影響的程度(即被氧化材料的量)。其它合用的方法有放電切割、精密衝壓、化學腐蝕和化學蝕刻等。也可以用常規的壓花方法來形成蛇形部131。然而，可以理解，由於模具燒損，這種方法至少對於蛇形圖案來說沒有多少吸引力。
除了用雷射來切割出蛇形加熱件43外，也可用雷射(最好是釔鋁石榴石(YAG)雷射)將打火機的各器件有效地連接在一起。例如，加熱組件89和銷組件91最好用CO2或YAG雷射點焊在一起。此外，加熱件43的尾端101或凸起部129最好也雷射焊接到基座50的接線銷104或適當的電路器件或插座上。當然，也可以用各種常規連接方法來將打火機的各個器件連接在一起。
按照本發明，大大降低了在加熱件43中產生熱感應應力損傷的可能性。如圖6所示，焊到銷104或其它電路或器件上的尾端部101(或凸起部129)和產生熱的蛇形部131形成一個單件加熱件43，因此就不用將分開的蛇形部和端部焊在一起。業已發現，這樣的焊接會導致在加熱件加熱期間產生有害的形變。端部101或凸起部129的縱向中心線最好與蛇形部131的中心線對準。也已發現，中心線不對準在加熱件加熱期間也會產生形變。此外，蛇形部131的兩個相對端131′和131″最好以對稱方式(即每個點在相同的方向上)會合加熱件43的非蛇形部。相對端131′和131″的對稱性會防止蛇形部131的這兩端在加熱件加熱期間向兩個相反的方向扭轉而損害蛇形部。在蛇形部131的兩端、處於加熱件43的非蛇形部和端部之間的相應過渡區137′和137″倒成斜角，如圖6所示。可以理解，倒成斜角的過渡區137′137″也減小了熱感應應力。
加熱件43和加熱器39還有一些可以避免由於加熱和反覆加熱所造成的問題的特點。例如，可以預料，加熱件43在加熱期間會伸長。由於加熱件43固定在位置固定的與加熱組件89的前部連接的銷組件91的前端135和接近加熱件尾端101的環99之間，加熱件的伸長會導致使加熱件或者向內彎向菸捲23(這是所希望的)，或者向外彎離菸捲23(這是不希望的)。向外彎曲會在加熱件43和菸捲23之間留出一個熱隙。這造成了對菸草卷571的加熱效率不高，並且也不均勻，因為在加熱件表面與菸捲之間的面際接觸的程度發生了改變。
為了避免向外歪曲，加熱組件89的各個加熱件43都做成向內彎曲的形狀，如圖3A所示。向內彎曲有利於保證加熱件43和菸捲23緊貼和良好的熱接觸。加熱件43的內彎形狀可以用許多方法來實現。例如，將如圖6所示的筒形加熱器放到一個具有所要求的內彎形狀的型架(未示出)成形。最好，在加熱組件89做成筒形前將加熱件43衝壓成向內彎曲的形狀。加熱件43向內彎曲的形狀使得加熱件在加熱期間由於伸長而更加向內彎曲。這種彎曲在整個蛇形部131的長度範圍內應相應平緩。倒角的過渡區137′和137″可以彎得比更加細微的蛇形部131厲害一些。這樣就能避免熱應力集中在加熱件43的比較容易損壞的部位。
需要的話，可以圍著各加熱件43的蛇形部131加一個環(未示出)。這個環起著一個散熱器的作用。當加熱件43的蛇形部131由於加熱而伸長時，蛇形部131就被迫使向內朝菸捲23彎曲。
除上上述加熱組件89外，圖3A所示的加熱器39還包括襯套49和加熱器基座50。如圖10A—10C所示，襯套49有一個圓柱形的外表面97，銷91和加熱件43就由環99通過摩擦配合固定在這個外表面97上。襯套49還包括一個可讓菸捲進入襯套的圓柱形內壁141和一個底壁139。底壁139的底內面81用來擋住菸捲23不致更加深入打火機25，使得菸捲23正確地相對加熱件43定位。在底壁139上加工了一個構成與抽吸驅動傳感器45相通的通道47的組成部分47′。組成部分47′最好是一個與襯套49的中心平行、穿透底壁139的孔。在底壁139上還加工了一個構成配置光傳感器53的開口55的組成部分55′。一個首股氣孔143從襯套49的外表面97一直延伸到開口組成部分55′。首股氣孔143由於提供了一個從菸捲周圍區域至後氣流過濾器63鄰近區域的附加氣流通道，從而有利於在第一次抽吸菸卷23期間提供適當的抽吸阻力。因為菸草卷57和菸捲紙69在還沒有一個加熱件43曾加熱過菸捲的一個區域前會阻礙氣流進入菸捲23，因此首股氣孔143通過菸捲的後氣流過濾器63為加熱器39的這個區域提供了氣流。後氣流過濾器63允許足夠的氣流進入菸捲23，從而使抽吸阻力低於不採用這種結構時所要遇到的抽吸阻力。然而，後氣流過濾器63雖然仍要保證在第一股煙期間可以流入上述氣流，但應儘量「緊密」，使得在抽吸了菸捲23後殘留在腔79內的煙霧不致通過後氣流過濾器進入打火機25。在吸了菸捲23呈一條開在基座的底內表面157上的槽，這條槽在裝上了襯套49後就成為氣密的。最好，組成部分47″是由開在底壁151上的兩個相互交接的縱向和徑向孔構成的。開口55的組成部分55″開在底壁151上。襯套49上的組成部分47′和55′分別與基座50上的組成部分47″和55″對準，形成通道47和開口55。
圖12A—12D詳細地示出了在圖5所示加熱器39A實施例中的構件49A。構件49A有一個圓柱形外表面97A，各銷95和加熱見43由環99緊固在這個外表面97A上。構件49A還包括一個可允許菸捲插入構件的圓柱形內壁141A和一個底壁139A。底壁139A的內表面81A用來擋住菸捲23，使菸捲23相對加熱件43正確定位。在構件49A上還可以加工一個首股氣孔(未示出)。與抽菸驅動傳感器45連通的通道47A開在底壁139A上。通道47A是一個穿透底壁139A、與構件49A中心線平行的孔。如上所述，各加熱件43的尾端101和至少兩個銷95的尾端伸過構件49A的底外表面105A，與電路41和電源37連接。構件49A上有一個凸緣109，上面至少開了兩個槽或孔107A，使得兩個銷95的尾端103可以通過，伸出在底外表面105A之外。加熱件43的尾端彎成與凸緣109相符的形狀，沿凸緣外緣111伸過底外表面105A。氣道套87A與凸緣109的外緣111配合進一步將加熱件43的尾端101緊固在適當位置上。
除了特別提到以外，為了參照方便起見，以下對吸菸系統21的討論主要是針對圖3A—3B所示加熱器39的各零件。然而，可以理解這些討論也可適用於圖5所示加熱器39A的實施例以及在這裡沒有具體指明和討論的其它實施例。如上所述，加熱器能包括其它一些能完成各種諸如提供一個靠近加熱菸捲的加熱件的空間那樣的加熱器功能的器件。
圖13示出了將加熱件43和銷95圍著圖3A所示的襯套49的外表面97加以緊固的環99的端視圖。環99的內徑應是以保證圍住各加熱件43，並且用摩擦配合將這些加熱件43緊固在圓柱形的外表面97上。圍著環99的內周邊所開的相互隔90°角的縱向槽159用來容納較厚的各銷95，這樣，環99就能圍住這些銷95，將它們緊固在外表面97上。
氣道套87的第一端161接到基座50上，第二端163接到蓋帽83上。氣道套87的第一端161上有一個外脊165，用來卡在基座50的內壁155上的內槽167內。類似，氣道套87的第二端163上有一個外脊171，用來卡在蓋帽83的內緣175上的內槽173內。圖5所示加熱器39A的實施例中的氣道套87A與圖3中所示的氣道套87的實施例不同。氣道套87A的第一端161A上有一個內槽165A，用來卡在構件49A的凸緣109的外緣111上的外脊167A上。各加熱件43的靠近尾端101的部分處在構件49A和氣道套87A的各接合部之間。正如以下要結合圖17加以進一步討論的那樣，如果要求增大氣流，則可以開一個或幾個徑向孔穿過加熱器39的一些諸如氣道套87那樣的部分，最好開在沿氣道套長度的一些氣流通順的點上。
圖3A所示加熱器39的蓋帽83和圖5所示加熱器39A的蓋帽83A一切都相同，只是蓋帽83的內壁177比蓋帽83A的內壁177A長一些。蓋帽83的內壁177的內徑最好不大於菸捲23的外徑；以稍小一些為好，使得菸捲在插入打火機25時受到擠壓，由壓配合可靠地保持在適當位置上。蓋帽39的內壁117長一些是可取的，這增加了對菸捲23的支持。為了說明起見，圖14A—14D示出了蓋帽83A的結構。
蓋帽83A上開有一組縱向孔或通道179A，從倒圓或倒角的前端93A至背面181A穿過蓋帽83A，用來使空氣可以流入容納菸捲23的加熱器39A內的菸捲和氣道套87之間的空間，使得橫向(即徑向向內)氣流通過加熱件43的蛇形部131附近的菸草卷57。如圖3A所示，在加熱器39的蓋帽83的這個優選實施例中，孔或通道179在靠近背面181處做得比靠近前端93處大，以便得到一個所要求的抽菸阻力。在蓋帽的另一個實施例中，這些縱向孔用開在蓋帽內壁的縱向槽(未示出)代替。由圖14A—14D可見，在背面181A上開了一個圓周槽183A，用來容納和支承圖15A—15B所示的可選用的防護性加熱器套85。加熱器套85是一個管形構件，具有第一端185和第二端187，這兩端都可納入槽183A內。圓周槽183A開在半徑超出孔或通道179A的圓周上，以便在吸菸者抽吸菸卷23時將空氣引入加熱器39。
圖3A所示蓋帽83可以通過模壓或機械加工製成。最好通過模壓將蓋帽製成一個單件，諸如圖5中所示的蓋帽83A。如果採用機械加工的方法，則蓋帽83最好做成兩件，一個外件83′和一個內件83″，如圖3A所示。這兩件安裝在一起就形成了一個蓋帽83。在將內件83″安裝入外件83′前，在內件83″的外表面上加工一個圓周切口。這個切口在內件和外件安裝在一起時形成了槽183。用機械加工的兩件合成蓋帽83避免了必需對一個單件進行機械加工來形成槽183。
吸菸者可以在吸了一些煙(例如30至60支菸捲23)後取下加熱器套85扔掉，再換上一個新的加熱器套。加熱器套85防止氣道套87的內壁169受到在加熱件43和氣道套之間的區域內產生殘留煙霧的作用。有了加熱器套85，這些煙霧就作用在加熱器套85上了。
加熱器套85用耐熱的紙或塑料之類的材料製成，由吸菸者在吸了一些菸捲23後加以更換。因此，與具有一個接到如下面將要說明的菸草香料組件的煙霧阻擋管的「管中管」結構相反，煙霧阻擋管要隨吸完的香料組合一起扔掉，而本吸菸系統21的加熱器套85則是適合再使用的。因此，簡化了菸捲23的製造，減少了吸完每支菸捲後要廢棄的材料量。
圖16簡略地示出了當吸菸者抽吸過濾嘴71時在加熱器39和菸捲23內形成的優選氣流圖。由於在過濾嘴71處的抽吸，空氣通過縱向孔或通道179被吸入加熱器39內氣道套或加熱器套(在該視圖中未標號)之間，越過與菸捲23接觸的加熱件(未示出)，穿過透氣的菸捲紙69和菸草卷57(或穿過上面的透氣孔)後進入菸捲的腔79內。空氣從腔79流入第一自由氣流過濾器65的縱向通道67和第二自由氣流過濾器73的縱向通道77，通過過濾嘴71至吸菸者。通道179的數量和大小選擇成使傳送給吸菸者的總物質微粒(TPM)為最佳。在本優選實施例中，在蓋帽83上開了6或8個通道179。
如圖17所示，需要的話，提供一些其它氣道來代替或輔助通道179，使空氣進入加熱器39內部和菸捲23的腔79。例如，可以在加熱器39上任何有利位置(通常是在氣道套上)開一個或幾個徑向通道189。可以在加熱器39上開幾個通過基座或基座和襯套(圖中未示出)的縱向通道191。此外，蓋帽83上的通道179可以是如上所述的孔或開在蓋帽83的內壁177上的縱向槽。如上所述，需要的話，在菸捲上可以加一個在吸菸者吸菸卷時允許縱向空氣流進入腔79的後氣流過濾器63。
需要的話，打火機25可以包括一個選用的銳化管(未示出)，安裝在加熱器39內，用來刺穿插入打火機的菸捲的後氣流過濾器63。這個管的頂端處在腔79內，因此當吸菸者抽吸菸卷23時可使直接氣流進入腔79內。銳化管在引導端部開有一個或幾個氣孔，這些氣孔最好開在管的側壁上，而不是管的引導端上，以便在有利於使氣流在腔內形成漩渦的方向上得到高速氣流。這種渦流改善了流入的空氣與菸捲23內產生的煙霧和蒸汽的混合。
圖18簡略示出了吸菸系統21的電控制電路41。電路41包括是一個專用集成電路(ASIC)的邏輯電路195，檢測吸菸者是否抽吸菸卷23的抽吸驅動傳感器45，檢測菸捲是否插入打火機25的光傳感器53，指示菸捲上還剩的股數的液晶指示器51，電源37，以及定時網絡197。邏輯電路195是任何一個可以完成在此所述功能的常規電路。現場可編程門陣列，例如可從阿克特爾公司(Actel Corporation，Sunnyvale，California)得到的ACTELA1010A FPGA PL44C，能通過編程執行數字邏輯功能，而模擬功能則由其它器件執行。然而，只需要一個專用集成電路既可以完成模擬功能也可以完成數字功能。與本發明的控制電路41和邏輯電路195類似的控制電路和邏輯電路的特點例如在列作參考的美國專利No.5,060,671中已有說明。
在這個優選實施例中，8個獨立的加熱件43(圖18中未示出)通過相應的場效應電晶體(FET)加熱件開關201—208接至電源37的正端和地。在邏輯電路195的控制下，分別通過端點211—218使加熱件開關201—208逐個導通。邏輯電路195為各加熱件開關201—208提供啟動和撤銷信號，使相應的加熱件啟動工作和停止工作。
抽吸驅動傳感器45將一個指示吸菸者抽吸活動(即在持續一段時間內有連續氣壓降或氣流)的信號加到邏輯電路195。邏輯電路195具有去脈動措施，對較短時的氣壓波動和較長期抽吸菸卷進行區別，以免對來自抽吸驅動傳感器45的信號的偶然波動作出響應而啟動加熱件。抽吸驅動傳感器45可以包括一個壓阻式壓力傳感器或一個光瓣式傳感器，用來驅動一個運算放大器，而運算放大器的輸出則作為一個邏輯信號加到邏輯電路195。適用於這種吸菸系統的抽吸驅動傳感器有好耐威爾公司微開關部(Microswitsh division of Honeywell，Inc.，Freeport，Ill.)製造的163PC01D35型矽傳感器，蘆卡斯—諾氟(Lucas—Nova，Freemont.California)的NPH—5—02.5G NOVA型傳感器，以及山賽公司(Sen Sym Incorporated，Sunnycale，California)的SLP004D型傳感器。
檢測菸捲插入的光傳感器53將一個指示菸捲23已插入打火機25中正確位置(即通過反射光束檢測到菸捲距安裝在加熱器39的襯套49和基座50內的光傳感器在幾毫米之內)的信號加到邏輯電路195。一種適用於這種吸菸系統的光傳感器是奧普特克技術公司(OPTEK Technology，Inc.，1215 West Crosby Road，Carrollton，Texas 75006)製造的OPR5005型光傳感器。
為了節約能量，抽吸驅動傳感器45和光傳感器53最好以低工作比(例如大約從2％至10％)循環地接通和斷開。例如，抽吸驅動傳感器45每10毫秒工作1毫秒。如果抽吸驅動傳感器45在四個相繼的脈衝中(即在40毫秒時間內)都檢測到指示抽吸菸卷的氣壓降或氣流，則通過引線端221向邏輯電路195發出一個信號。然後，邏輯電路195就通過引線端211—218中適當的一個引線端輸出一個信號，使場效應電晶體加熱件開關201—208中相應的一個開關接通。
類似，光傳感器53在每10毫秒內工作1毫秒。如果光傳感器53檢測到四個相繼的反射脈衝，指示在打火機25內有菸捲，則光傳感器53通過引線端223向邏輯電路195發送一個信號。然後，邏輯電路195就通過引線端225向抽吸驅動傳感器45發出一個信號，使抽吸驅動傳感器接通。邏輯電路195還通過引線端227向指示器51發送一個信號，使指示器51接通。上述調製技術減少了抽吸驅動傳感器45和光傳感器53所需的平均電流，從而延長了電源37的壽命。
定時網絡197最好是一個恆定焦耳能量定時器，用來在一個已被某一個場效應電晶體加熱件開關接通啟動的加熱件工作了一段所要求的時間後通過引線端229向邏輯電路195發出一個截斷信號。按照本發明，定時網絡197在一段時間後向邏輯電路195發出一個截斷信號，這段時間是在加熱器加熱期間逐漸下降的電源電壓的函數。定時網絡197還可以防止在電池放電後繼續啟動一個加熱件43。其它一些諸如以下要加以說明的定時網絡的電路配置也可使用。
在工作期間，當打火機25內插入一支菸捲23時，光傳感器53就檢測到菸捲存在。於是，光傳感器通過引線端223向邏輯電路195發送一個信號。邏輯電路195確定電源37是充了電或者還是處在低電壓狀態。如果在菸捲23插入打火機25後，邏輯電路195檢測到電源37的電壓不足，則指示器51閃爍，而打火機也不再工作，直至電源重新充上電或換上新的電源。在加熱件43啟動工作期間，電源37的電壓也受到監視，如果電源電壓下降到預定值以下，則中斷加熱件43工作。
如果電源37充了電，電壓足夠，則邏輯電路195通過引線端225向戳吸傳感器45發送一個信號，使之確定是否吸菸者正在抽吸菸卷23。同時，邏輯電路195通過引線端227向指示器51發送一個信號，這樣液晶顯示器就顯示數字「8」，表示有8股煙可吸。
當邏輯電路195通過引線端221從抽吸驅動傳感器45接收到一個表示檢測到持續的氣壓降或氣流的信號時，邏輯電路195在吸菸期間關斷光傳感器53，以便節省功率。邏輯電路195通過引線端231向定時網絡197發送一個信號，啟動恆定焦耳能量計時器。邏輯電路195還通過一個不計數裝置確定8個加熱件中的哪一個加熱件應該得到加熱，從而通過引線端211—218中一個相應的引線端發出一個信號，使場效應管加熱件開關201—208中的一個相應開關接通。這個相應的開關在計時器計時期間一直保持接通。
當定時網絡197通過引線端229向邏輯電路195發送一個指示計時器已經停止計時的信號時，那個接通的場效應管加熱件開關就被斷開，從而不再有能量加到相應的加熱件上。邏輯電路195也進行下計數，並通過引線端227向指示器51發送一個信號，這樣指示器將顯示所剩的少了一股(即吸了第一股煙後就顯示「7」)。當吸菸者再次抽吸菸卷23時，邏輯電路195將使另一個預定的場效應管加熱件開關接通，從而將能量加到相應的加熱件上。整個過程將重複進行，直至指示器51顯示數字「0」，這表示菸捲23已被吸完。當菸捲23從打火機上取下時，光傳感器53指示已沒有菸捲，於是邏輯電路195復位。
其它一些諸如以下將要說明的器件可以用在控制電路41中，代替或輔助上述器件。例如，需要的話，可以增加各種暫定器件。一種暫定器件是定時電路(未示出)，用來防止過分頻繁地接續抽菸，以便電源37來得及恢復。另一個暫定器件是一個在插入加熱器39的菸捲是未經許可的產品時暫停加熱件43工作的裝置。例如，菸捲23可以帶有識別標記，在對加熱件43供電前，打火機25必需識別出這些標記。
圖19示出了本發明吸菸系統222的另一個實施例。吸菸系統222包括一支一次性使用的菸捲224和一個具有一個接納菸捲的孔口228的可重複使用的打火機226。吸菸系統222是一個「中央抽吸」系統，氣流主要通過菸捲224和打火機226的中央。打火機226在遠離孔口228(未示出)的那一端上有一個電源和控制電路(未示出)。象吸菸系統21那樣，吸菸系統222最好裝有諸如抽吸驅動傳感器和指示器(未示出)之類的器件。
打火機226由一個外形類似普通菸捲那樣的機殼232覆蓋。機殼232最好做成管狀，可以用耐熱的塑料或鋁製成，也可以用螺旋纏繞的雙層重磅紙製成。在機殼232上開有一些氣孔233，以便在吸菸期間允許外界空氣被吸入打火機226。需要的話，在菸捲224上或打火機226的其它一些點上開一些空氣通道(未示出)，以便得到需要的氣流。
菸捲224與菸捲23類似。菸捲224包括一個由一個承載煙香物質(最好含有菸草)的承載管或送煙管259構成的菸草卷257。菸草卷257一端圍住一個圓柱形的後氣流過濾器263，另一端圍住一個圓柱形的第一自由氣流過濾器265，從而得到了支承。第一自由氣流過濾器265可以有一個縱向通道(未示出)。
菸捲224還有一個圓柱形的過嘴271。過濾嘴271最好是一個普通抽吸阻力型過濾器。菸捲224可以包括一個圓柱形的第二自由氣流過濾器(未示出)，該過濾器有利於將汽相的菸草香味與空氣混合，這與以上所討論的第二自由氣流過濾器73類似。後氣流過濾器263和第一自由氣流過濾器265與菸草卷257一起在菸捲224內圍成一個腔279。第一自由氣流過濾器265、後氣流過濾器263和過濾嘴271可以用適合普通大規模組裝機械的方法安裝在一起。
與菸捲23不同，菸捲224還包括一個環狀的煙霧阻擋管278，圍著菸草卷257相隔一定距離配置。煙霧阻擋管273大大減少了由於加熱具有菸草香味的物質261而形成的煙霧凝聚在機殼232的內壁上。煙霧阻擋管273用一個套環275圍著第一自由氣流過濾器265安裝到菸捲224上。套環275和煙霧阻擋管273的硬度應足以防止菸捲224被擠扁和保持煙霧阻擋管和菸草卷257的對中，使得在煙霧阻擋管與菸草卷之間的間隙大體均勻。菸捲紙或包端紙269將過濾嘴271緊固在鄰接第一自由氣流過濾器265、套環275和煙霧阻擋管273的一端的位置上。
打火機226包括一個具有一組(最好是8個)加熱菸捲224的加熱件243的加熱器239。加熱件243最好是直線型的，從打火機226內靠近孔口228處延伸到靠近可以容納後氣流過濾器263的後氣流過濾器腔245處。各加熱件243一端接成公共端，最好是靠近後氣流過濾器腔245這端，而在靠近孔口228那端倒角，以便插入菸捲224而不會損壞加熱件243。加熱件243被容納在菸草卷257和煙霧阻擋管273之間所形成的間隙內。
圖20簡略地示出了加熱器239的結構。加熱器239包括一個加熱件基座249，一個加熱件支架251和一組加熱件支臂253，所有這些構件都是用熱性能穩定的絕緣材料製成。各加熱件243分別安裝在相應支臂253上。加熱件243的兩端243′和243″分別與導電指255A和255B電接觸。
各加熱件243的端部243′都電連接在一起，形成加熱件系統的「公共端」。一個公共端291接到一塊導電板293上，而導電板293則與分別接到各加熱件243的端部243′的公共導電指255A連接。導電板293上開有一個或幾個在抽吸菸卷期間允許空氣流入鄰接菸捲224後氣流過濾器263的區域的空氣通道。
加熱件緊圈297容納一個圍著公共端291的鄰接導電板293安裝的頸塊299。頸塊299上開有一個或幾個允許空氣流入通道295的通道301。各導電銷303穿過加熱件緊圈297，將相應的導電指255B接到電路241上。導電指255B沿加熱件支臂253配置，分別與各加熱件243的端部243″電連接。
導電指255B的端部255B′最好加以彎曲，以有利於在加熱件緊圈297和頸塊299之間形成「按扣配合」連接，使端部255B′與銷303接觸。按扣配合連接有利於打火機226上取下加熱件243，予以更換或修理。銷303和公共端291插入相應的插口(未示出)，將各加熱件243與使加熱逐個工作的電路241連接起來。
圖21簡略地示出了用來製造菸捲224的包括菸草卷257、第一自由氣流過濾器265和後氣流過濾器263的組成部分224′的設備321的實施例。用來製造承載管259的材料259′由計量輥(未示出)從供料軸323上拉出。在這個實施例中所示的承載管材料帶259′包括一系列相互隔開的在工段325所加的煙香物質261的區域，工段325也可以處在其它合適位置，諸如在將材料帶259′卷在供料軸323的工位以前。然後，材料帶259′通過一個塗粘合劑的裝置，該裝置包括一個在承載管材料帶259″上塗上一個個粘合劑區261A的塗粘合劑工段327。或者，煙香物質261可以連續地加到承載管材料帶259′上，而粘合劑區261A則塗在煙香物質261上面的預定位置上。
加過濾器工段329處在塗粘合劑工段327的下遊。加過濾器工段329有一個轉盤裝置331，交替地將一個過濾器333或一個過濾器335加到承載管材料帶259′上的粘合劑區261A。裝置331的轉速與承載管材料帶259′的速度同步。
卷包工段337處在加工過濾器工段329的下遊。卷包工段337將承載管材料帶259′卷包在過濾器333和335上，形成一根連續棒。形成的棒在切斷工段339切斷。切斷工段339有一個切斷裝置，將棒在各過濾器333和335的中間切斷，使得切成兩段的過濾器333分別形成兩支菸捲224的組成部分224′上的相應第一自由氣流過濾器265，而切成兩段的過濾器335分別形成兩支菸捲224的組成部分224′上的相應後氣流過濾器263。需要的話，在切斷後，對後氣流過濾器263進行加工，形成便於將加熱件243圍住組成部分224′的倒角端。在切斷後，每個組成部分224′在裝阻擋管工段(未示出)插在一個煙霧阻擋管273內，用套環275固定。阻擋管273的直徑大於連續棒的直徑，而長度至少與切下的組成部分224′一樣。在輔助工段(未示出)，將一個圓柱形的過濾嘴271接到第一自由氣流過濾器265和煙霧阻擋管273上，再裹上卷包材料。
圖22簡略地示出了作為又一個實施例的吸菸系統421。吸菸系統421是一種「周邊抽吸」型吸菸系統。在這種系統中，打火機425的加熱件443配置在遊菸捲423的環形部形成的腔427內。
菸捲423包括一個具有煙香物質461的菸草卷457，煙香物質461配置在承載管459的與腔427相背的表面上。菸捲423還包括煙霧阻擋管473、柱塞475、環形自由氣流過濾器465、環形後氣流過濾器463以及過濾嘴471。自由氣流過濾器465、後氣流過濾器463、菸草卷457和煙霧阻擋管473圍成了一個腔481。當加熱件443加熱煙香物質461時，在腔481內就產生菸草香味。菸捲423上最好裹上菸捲紙或包端紙469。加熱器439中裝有一個柱塞477。柱塞477與柱塞475配合，大大減少了經過吸菸系統421的加熱件區的煙霧。柱塞477上開有一些讓控制加熱件443的導體479通過的孔。
圖23示出了另一種電控制系統541的原理圖。控制系統541應具有以下幾個功能。控制系統541可對通常是8個的加熱件43定序，每次抽吸驅動傳感器45啟動，就選用下一個加熱件43。控制系統541可將電流輸到選中的加熱件內，其時間應足夠長，以保證普通一股煙能產生充分的散發菸草香味的響應，但也不能太長，否則就要燒壞具有菸草香味的物質61。控制系統541可對指示器51加以控制，使它指示(1)菸捲23剩餘多少(即還剩幾股沒吸)；(2)電源37的電壓是否超出範圍；(3)打火機25中是否沒裝菸捲；以及(4)打火機25中是否裝入了諸如可用按扣配合裝入的加熱器。
控制系統541還控制電源37傳送給每個加熱件43的總能量。由於電源37提供的電壓對於各股來說可能並不相同，從而在相等的時間內提供給各加熱件43的能量也不同，因此最好能為每一股傳送恆定的能量。為了傳送恆定的能量，控制電路541監視電源37在一個加熱件43工作時的加載電壓，繼續向這個加熱件供電，直至供出所需焦耳數的能量。
如圖23所示，控制系統541包括邏輯電路570、BCD解碼器580、電壓檢測器590、定時網絡591、抽吸驅動傳感器45、指示器51和充電泵電路593。邏輯電路570可以是任何能完成在此所討論的功能的普通電路，如經編程執行這類功能的一個現場可編程門陣列(如阿克特爾公司的ACTEL A1010A FPGA PL44C)。最好，邏輯電路5705工作在低時鐘頻率(如33千赫)，以便節約能量。
各加熱件43A—43H通過相應的場效應電晶體(FET)595A—595H接到電源37的正極和地。在BCD解碼器580(最好是標準的4至16線解碼器CD4514B)控制下通過引線端581—588使場效應電晶體595A—595H中的一個相應的場效應管導通。BCD解碼器580通過引線端580A從邏輯電路570接收兩個類型的信號(1)需要啟動工作的那個加熱件43A—43H的BCD碼和(2)啟動該加熱件工作的接通和斷開信號。
BCD解碼器580通過引線端580B接到充電泵電路593的接線端593A，該電路提供用來驅動各場效應電晶體595A—595H的極電壓。充電泵電路593包括一個接至電源37的二極體594和一個接至邏輯電路570的電容595。邏輯電路570包括—個接到引線端572的普通開關網絡(未單獨示出)，該網絡可以使充電泵電路593的引線端593B處的電壓增高到電源37的電壓的兩倍左右。二極體594使這個電壓得以保持，不致反加到電源37上。因此，在解碼器580的引線端580B上就有經倍增的電壓，用來增強對場效應電晶體595A—595H的驅動，從而提高了電路541的效率。分別與場效應電晶體595A—595H的柵極串接的電阻596A—596H用來增加各柵極的充電時間，以便減小所產生的高頻諧波，因為這些高頻諧波會在控制系統541中產生噪聲。
抽吸驅動傳感器45向邏輯電路570輸出一個指示吸菸者抽吸活動(即一個持續的約為1英寸水的壓降)的信號。因此，抽吸驅動傳感器45可以包括一個驅動運算放大器的壓阻式壓敏傳感器，而運算方法器的輸出則作為邏輯信號加到邏輯電路570。例如，壓敏傳感器可以是蘆卡斯諾氟(Lucus Nova)的NPH—5—002.5GNOVA型傳感器，也可以是山賽(Sen Sym)公司的SLP004D型傳感器。
為了節約能量，抽吸驅動傳感器45以小工作比進行工作(例如工作比為2％至10％左右)。例如，抽吸驅動傳感器45在每16毫秒中只工作0.5毫秒。這種調製技術減小了抽吸驅動傳感器45所需的時間平均電流，因此延長了電源37的壽命。
定時網絡591用來在一個加熱件啟動工作了一段預定時間(取決於傳送給該加熱件的能量)後向邏輯電路570發送一個切斷信號。按照本發明，每個加熱件43A—43H的工作時間應保證在這段時間內加熱件所得到的能量恆定(例如為5至40焦耳左右，最好是15至25焦耳左右)，因而與電源37的加載電壓無關。因此，引線端591A向定時網絡591提供每個加熱件43的接通時間和電源37的加載電壓的信息，假設加熱件電阻是已知的和恆定的(即1.2歐)。引線端591B向邏輯電路570的引線端578發出一個指示已傳送了恆定能量的切斷信號。
定時網絡591的一個優選實施例示於圖24。定時網絡591的引線端591從邏輯電路570接收一個在加熱件見件A—43H開始工作時刻開始的從大約零伏上升到加載電源電壓的信號。這個信號通過阻容網絡601(由電阻603—606、電容607和二極體608組成)濾波後驅動過壓檢測器602。過壓檢測器602最好是馬克西姆公司(Maxim Corporation，Sunnyvale，California)的ICL7665A過/欠壓檢測器。按照本發明，阻容網絡601選擇成使得定時網絡591的引線端591B在預定的恆定能量傳送給加熱件的時刻從高電平狀態變為低電平狀態。當然，也可以使用其它的定時網絡電路結構。
需要的話，控制電路541可以對傳送恆定能量的時間加上最長時間的限制。例如，如果電源37的電壓很低，以致要用2秒多的時間來傳送20焦耳的能量，那麼邏輯電路570就會在加熱器接通2秒後，即使還沒有傳送出20焦耳的能量，將一個自動切斷信號加到引線端571上。
在本發明的另一個實施例中，定時網絡591在一段預定的、與能量傳送無關的時間後向邏輯電路570發送一個切斷信號。因此，這種定時網絡591在例如大約0.5秒至5秒的一段固定不變的時間後發出一個切斷信號。
電壓檢測器590用來監視電源37的電壓，向邏輯電路170發送一個信號，當電源37的電壓低於第一預定電壓(如3.2伏)時該信號指示必需對電源充電，而當電源37的電壓高於第二預定電壓(如5.5伏)時則該信號指示電源在電壓低於第一預定電壓後已充足了電。電壓檢測器590最好是用馬克西姆公司的ICL7665A過/欠壓檢測器。
如上所述，邏輯電路570引線端571對BCD解碼器580加以控制。邏輯電路570還控制用來向用戶指示還有幾股可吸的指示器51。對於一個8股吸菸系統來說，指示器最好是一個單數字七段液晶顯示器(LCD)。因此，對於一支新插入的具有8股煙香物質的菸捲，指示器51將顯示「8」，而對於一支剩下一股的菸捲，指示器51則顯示「1」。在吸了最後一股煙後，指示器51就顯示「0」。
此外，指示器51在沒有菸捲或加熱器裝在打火機中或沒有按扣式加熱件243裝在加熱器239中時顯示「0」。並且，為了指示電源電壓超出範圍，即已降到再充電電平以下(例如3.2伏)，或者在電壓降到再充電電平以下而還沒有充滿電，指示器51以2赫的頻率反覆通斷。例如，如果在吸了第一股煙後電源電壓立即降到3.2伏以下，則指示器51每秒顯示兩次數字「7」。
邏輯電路570通過引線端597A和598A分別測量高電阻597和598(如為1兆歐)兩端電壓來確定加熱器或加熱組件是否已裝入打火機。電阻597和598都有一端固定地接到相應的場效應管595G和595H的漏極，而另一端接地。當沒有加熱組件裝入打火機時，圖23中標為43G和43H的兩個加熱件就沒有接到相應的場效應管595G和595H的漏極。因此，電源37也沒有加到場效應電晶體595G和595H的漏極。結果是，由邏輯電路570通過引線端597A和598H分別監視的電阻597和598兩端都沒有電壓。因此，當沒有加熱器裝入打火機時，邏輯電路570在引線端597A和598A上檢測到兩個「0」。
在加熱器裝入了電打火機的情況下，電源37通過加熱件43G和43H分別接到電阻597和598上，在電阻597和598兩端都產生了一個電壓。因此，邏輯電路570在引線端597A和598A上通常就檢測到兩個「1」。邏輯電路570所以要監視兩個電阻(即電阻597和598)是因為如果場效應電晶體595G和595H中有一個導通而使相應的加熱件工作，那麼相應的電阻597或598就基本上被短路。因此，如果只用一個電阻的話，就可能時現即使裝入了加熱器也會錯誤地指示尚未裝入的情況。然而，如果用兩個電阻，則例如當場效應電晶體595G導通時，電阻597兩端的電壓接近為0，但電阻598兩端的電壓為邏輯「1」，而當場效應電晶體595H導通時，電阻598兩端的電壓接近為0，但電阻597兩端的電壓為邏輯「1」。因此，使用兩個電阻，由邏輯電路570對分別從電阻597和598上取得的兩個信號進行邏輯或運算，就能確定是否有加熱器裝在電打火機內。
為了確定是否有菸捲裝在打火機內，邏輯電路570的輔助引線端599每當在打火機內菸捲時就收到一個信號。引線端599上的信號由一個由於有菸捲而被機械或電啟動工作的普通開關產生。如果菸捲有以上討論過的本發明的碳纖維墊層。則引線端599上的信號可以通過將一個電探針直接與碳墊層接觸、對通過碳墊層的漏電流加以監視來產生。由於碳墊層並不十分絕緣，因此如果一個有一端如圖23所示那樣接到電源37的加熱件與本發明的碳墊層接觸，那麼無論是否有場效應電晶體595A—595H啟動導通，都有一些電流漏入碳層。按照本發明，這個漏電流用一個直接與碳墊層接觸的電探針加以監視，以便檢測是否存在菸捲。
除了用通過碳墊層的電傳導來確定在電打火機內是否裝有菸捲外，需要的話，這種電傳導還可用來確定所裝入的菸捲的特定類型(例如是X型還是Y型菸捲)。按照本發明的這個特點，邏輯電路570用兩個相隔一定距離與碳墊層接觸的輔助引線端(未示出)來確定碳墊層的電阻率。由於對於一種特定的菸捲來說，其碳墊層的電阻率處於一定的範圍以內(即在製造時，不同類型菸捲的碳墊層含有不同種類和數量的碳纖維和(或)粘合劑)，因此就可以通過測量電阻率來確定插入電打火機的菸捲的類型。這樣，邏輯電路570便利用這個信息提供預定的電能供給。
例如，第一種類型或牌號的菸捲是用一種具有第一預定電阻率的碳墊層，而第二種類型或牌號的菸捲則用另一種具有第二預定電阻率的碳墊層。因此，如果邏輯電路570能實時確定所插入菸捲的碳墊層電阻率，則就能有效地控制供給打火機加熱件的電能。
按照本發明的以上特點，電能供給情況是根據所確定的打火機中菸捲的具體類型或牌號而改變的。例如，在邏輯電路570確定插入菸捲的電阻率後，根據測得的電阻率邏輯電路570決定提供15焦耳還是20焦耳的能量。此外，邏輯電路570還包括在確定所插入的菸捲不適合這個打火機時阻止提供任何能量的電路。
回到圖23，在吸菸者吸第一口煙以前，指示器51顯示例如數字「8」，表明有8個股煙可吸。因此，邏輯電路570將第一加熱件(如加熱件43A)的地址置於引線端51，使得BCD解碼器580在吸菸者吸菸時通過引線端580選擇這個加熱器進行加熱。當吸菸者抽菸時，抽吸驅動傳感器45通過引線端575向邏輯電路570發送一個高電平信號，指示打火機內的氣壓已經下降，例如下降至少1英寸水的壓強。此時，邏輯電路570就通過引線端571發出一個信號，向BCD解碼器580指示第一加熱件的場效應電晶體595A應該加以導通。然後，在BCD解碼器580的引線端580B上的電壓就由BCD解碼器580接到第一場效應電晶體595A的柵極，從而使加熱件43A接通。
在第一加熱件43A開始工作的同時，定時網絡591隨時對已供給加熱件的總能量加以監視，在總能量已達到預定值(如20焦耳)時刻通過引線端578向邏輯電路570發出一個邏輯信號。然後，邏輯電路570就通過引線端向BCD解碼器580發出一個斷開信號，使解碼器580斷開加熱件43A。
此後，在等待吸菸者吸第二股煙時，邏輯電路570通過引線端571向BCD解碼器580發送第二加熱件(如43B)的地址，使得第二場效應電晶體595在吸菸者吸下一股煙時被導通。此外，邏輯電路570向指示器51發送一個顯示數字「7」的信號，向吸菸者指示還有7股煙可吸。
需要的話，邏輯電路570還可以包括阻止吸菸者在一定時間間隔內吸下一股煙的定時電路，以便電源得到恢復。例如，邏輯電路570可以包括一個禁止邏輯電路570在向BCD解碼器580發出斷開信號後的6秒暫停時間內通過引線端571向BCD解碼器580發出接通信號的電路(未單獨示出)。如果需要下吸菸者指示打火機正處於這樣的暫定狀態，指示器51可以某一頻率，如千赫，反覆通斷(即以與用來指示電源電壓超出範圍的頻率不同的頻率來指示)。
無論打火機是否裝有上述暫停抽吸裝置或暫停指示裝置，當吸菸者第二次抽吸菸卷時(在有暫停抽吸裝置的情況下，需在預定的暫停時間以後)，控制電路541就重複以上用來使第一加熱件的各步操作，使第二加熱器工作。
以上循環一直重複到最後一個加熱器工作結束。此時，邏輯電路570向指示器51發出一個使顯示消隱的信號，並且禁止任何加熱器再啟動工作，直至在打火機中插入了一支新的一次性使用菸捲。
雖然圖23的控制電路541將邏輯電路570、BCD解碼器580、電壓檢測器590和定時網絡591都示為獨立，離散的電路，但這些電路的功能顯然可以完全納入到一個單獨的集成網絡中(如由一個單片集成電路來完成)。
需要的話，本發明的一支一次性使用菸捲可以其有向吸菸者指示這支菸捲先前已插入過打火機後來又取下的措施。例如，在一個實施例中，一支尚未用過的菸捲上帶有一個可取下的「撕條」或其它必須先從菸捲上取下才能將菸捲插入打火機的標記。這樣，一支以前已經用過的菸捲就不再帶有撕條之類的標記。或者，一支未吸過的菸捲具有一個機械可變的區域，菸捲插入打火機會使這個區域有劃痕、撕裂、壓扁或其它機械變化。這樣，吸菸者就能通過觀察機械可變區來確定這支菸捲是否以前插入過打火機。
此外，如果需要的話，一支一次性使用菸捲還可以具有向吸菸者指示這支菸捲曾經被加熱產生過散發菸草香味的響應的措施。例如，菸捲可以有一個熱敏指示區，該區域的顏色改變向吸菸者指示這支菸捲已經吸過。或者，在熱敏指示區可以有一個可熔條，它的熔化、斷開或其它外形變化向吸菸者指示這支菸捲已經吸過。當然，也可以用其它的熱敏措施指示菸捲已經吸過。此外，顯然可以採用許多其它電或機械措施來完成相同目的，即向吸菸者指示菸捲已經吸過。
雖然本發明已結合優選實施例作了說明，但可以理解，在這些實施例中可以作出種種改變，而並不偏離如以下權利要求所提出的本發明的專利保護範圍。
權利要求
1.一種用於將菸草香味送給吸菸者的至少具有一個電加熱器的吸菸系統的菸捲，其特徵是所述菸捲包括一個承載管，所述承載管具有縱向相互分開的第一和第二端部和具有第一和第二表面，第一表面在第一和第二端部之間圍出一個腔，第二表面有一個用來貼靠在一個電加熱器上的區域；以及一層煙香物質層，所述煙香物質層配置在承載管第一表面上，在受到加熱時在腔內產生送給吸菸者的菸草香味，其中所述承載管和煙香物質層允許橫向氣流流入腔內。
2.一種送給吸菸者菸草香味的吸菸系統，其特徵是所述吸菸系統包括一支可換菸捲，所述菸捲包括一個承載管，所述承載管具有縱向相互分開的第一和第二端部和具有第一和第二表面，第一表面在第一和第二端部之間圍出一個腔，以及一層煙香物質層，所述煙香物質層配置在承載管第一表面上，用來在腔內產生菸草香味；一個打火機，所述打火機包括一個加熱器，所述加熱器通過第一端部接納可換菸捲，以及一組加熱件，所述這組加熱件配置在加熱器內，每個加熱件都有一個用來貼在菸捲第二表面上的表面，加熱件用來加熱煙香物質層，使得在腔內產生菸草香味；以及驅動裝置，所述驅動裝置用來逐個驅動加熱件，使得在腔內產生大小預定的菸草香味，其中所述承載管和煙香物質層允許橫向氣流流入腔內。
3.權利要求1或2所提出的菸捲，其特徵是其中所述承載管呈圓筒形，第一表面形成內表面，第二表面形成外表面。
4.權利要求1、2或3所提出的菸捲，其特徵是所述菸捲還包括；一個自由氣流過濾器，所述過濾器與承載管第二端部鄰接，用來為菸捲提供結構支承和允許縱向氣流流出腔外；以及一個後氣流過濾器，所述過濾器與承載管第一端部鄰接，用來為菸捲提供結構支承和限制縱向氣流通過菸捲。
5.權利要求4所提出的菸捲，其特徵是其中所述自由氣流過濾器和後氣流過濾器都是圓柱形的，每個都有一個圓腔表面。
6.權利要求4所提出的菸捲，其特徵是所述菸捲還包括一個過濾嘴。
7.權利要求6所提出的菸捲，其特徵是所述菸捲還包括包裹過濾嘴和至少一部分承載管的包端紙，用來將過濾嘴固定在承載管上。
8.權利要求4所提出的菸捲，其特徵是所述菸捲還包括一個與第一自由氣流過濾器鄰接的第二自由氣流過濾器，第一自由氣流過濾器和第二自由過濾器上都開有縱向通道，第二自由氣流過濾器的縱向通道的內徑大於第一自由氣流過濾器的縱向通道的內徑。
9.權利要求1至8中任何權利要求所提出的菸捲，其特徵是所述菸捲還包括包裹承載管的菸捲紙。
10.權利要求1至9中任何權利要求所提出的菸捲，其特徵是其中所述承載管包括一層非織制碳纖維墊層。
11.權利要求1至10中任何權利要求所提出的菸捲，其特徵是其中所述煙香物質層包括菸草物質。
12.權利要求1至11中任何權利要求所提出的菸捲，其特徵是其中所述煙香物質層包括一片連續的菸草物質。
13.權利要求1至11中任何權利要求所提出的菸捲，其特徵是其中所述煙香物質層包括一種經乾燥的菸草漿物質。
14.權利要求1至13中任何權利要求所提出的菸捲，其特徵是其中有一組氣孔開在承載管和煙香物質層上，保證吸菸期間的所需橫向氣流。
15.權利要求1至14中任何權利要求所提出的菸捲，其特徵是其中承載管和煙香物質層的透氣率是預定的，保證所需的橫向氣流。
16.一種在將菸草香味送給吸菸者的吸菸系統中與所換菸捲結合使用的打火機，其特徵是所述打火機包括一個加熱器，所述加熱器通過第一端部接納可換菸捲，具有向至少菸捲的某一部分提供氣流的裝置；一組電加熱件，所述這組電加熱件配置在加熱器內，每個加熱件具有一個用來貼在菸捲供有氣流那部分的表面上的表面；以及一個驅動裝置，所述驅動裝置用來逐個驅動加熱件，使得在菸捲內產生大小預定的菸草香味，當吸菸者抽吸插入打火機的菸捲時就有空氣橫向流入菸捲內。
17.權利要求2或16所提出的打火機，其特徵是其中所述加熱器包括安裝在第一端部的蓋帽，所述蓋帽有一個敞開的端部，用來接納菸捲。
18.權利要求17所提出的打火機，其特徵是其中所述蓋帽與菸捲壓配合。
19.權利要求17或18所提出的打火機，其特徵是其中所述提供氣流的裝置包括一個或幾個開在蓋帽上的氣道。
20.權利要求19所提出的打火機，其特徵是其中所述一個或幾個氣道是穿過蓋帽的孔。
21.權利要求19所提出的打火機，其特徵是其中所述一個或幾個氣道是開在蓋帽內壁上的槽，這些槽將被插在打火機內的菸捲蓋住。
22.權利要求17、18、19或20所提出的打火機，其特徵是其中所述加熱器包括一個與蓋帽圍著一個接納至少菸捲一個部分的空間的圓筒形壁。
23.權利要求22所提出的打火機，其特徵是其中所述提供氣流的裝置包括一個或幾個開在蓋帽上、允許氣流流入所述空間的氣道。
24.權利要求2或16所提出的打火機，其特徵是其中所述加熱器包括一個圍出一個接納至少菸捲一個部分的空間的圓筒形壁。
25.權利要求24所提出的打火機，其特徵是其中所述打火機中插有菸捲時，空氣允許流入圓筒形壁和菸捲之間。
26.權利要求24或25所提出的打火機，其特徵是其中所述提供氣流的裝置包括一個或幾個穿過圓筒形壁的氣道。
27.權利要求26所提出的打火機，其特徵是其中所述一個或幾個氣道開在靠近加熱器第一端部處。
28.權利要求26所提出的打火機，其特徵是其中所述一個或幾個氣道開在靠近加熱器第二端部處。
29.權利要求26所提出的打火機，其特徵是其中有一組穿過圓筒形壁的分布氣道。
30.一種用於將菸草香味送給吸菸者的吸菸系統的加熱件，其特徵是所述加熱件包括一個第一端部、一個第二端部、以及一組處在第一端部與第二端部之間用來增加所述加熱件電阻的彎曲區，所述加熱件用具有基本處於一個平面內的第一和第二表面的電阻性材料製成，具有總長度L、總寬度W和厚度T，所述加熱件的有效電長度大於L而有效電橫截面積則小於W和T的乘積。
31.權利要求30所提出的加熱件，其特徵是其中所述這組彎曲區包括一組相互連接的S形區。
32.權利要求31所提出的加熱件，其特徵是所述加熱件包括N個相互連接的S形區，其中N大於3而小於12。
33.權利要求32所提出的加熱件，其特徵是其中N大於6而小於10。
34.權利要求30至33中任何權利要求所提出的加熱件，其特徵是其中所述加熱件的電阻大約在0.8歐至2.1歐的範圍內。
35.權利要求30至34中任何權利要求所提出的加熱件，其特徵是其中所述電阻性材料包括一種在高達熔點的80％左右的溫度下表面穩定的材料。
36.權利要求30至35中任何權利要求所提出的加熱件，其特徵是其中所述電阻性材料包括一種超級合金。
37.權利要求36所提出的加熱件，其特徵是其中所述超級合金基於至少一種從包括鎳、鐵和鈷的組中選出的材料。
38.權利要求30至35中任何權利要求所提出的加熱件，其特徵是其中所述電阻性材料是一種金屬化合物。
39.權利要求38所提出的加熱件，其特徵是其中所述電阻性材料包括一種基於至少一種從包括鎳的鋁化物和鐵的鋁化物的組中選出的材料的抗氧化金屬化合物。
40.權利要求37所提出的加熱件，其特徵是其中所述電阻性材料含有高於1％左右的鋁。
41.權利要求30至40中任何權利要求所提出的加熱件，其特徵是其中所述第一和第二端部都伸出彎曲區組，而第一和第二端部以及彎曲區組是由一個單片材料形成的。
42.權利要求30至41中任何權利要求所提出的加熱件，其特徵是其中所述第一和第二端部以及彎曲區組的縱向中心線相互對準。
43.權利要求30至42中任何權利要求所提出的加熱件，其特徵是其中所述第一端部與彎曲區組之間的過渡區以及所述第二端部與彎曲組之間的過渡區均都倒成斜角。
44.權利要求30至43中任何權利要求所提出的加熱件，其特徵是其中所述彎曲區組的鄰接第一和第二端部的端部曲線朝向同一方向。
45.一種製造一個用於將菸草香味傳給吸菸者的吸菸系統的一體化加熱組件的方法，其特徵是所述方法包括以下工序將一片電阻性材料切割成至少在一端相互連結的一組加熱件；以及將該片彎成圓筒形。
46.權利要求45所提出的方法，其特徵是所述方法還包括將各加熱件彎成至少一個部分朝圓筒形的中心線向內躬起的工序。
47.權利要求45、46所提出的方法，其特徵是所述方法還包括將加熱件邊緣打光的工序。
48.權利要求45、46或47所提出的方法，其特徵是在所述打光工序，加熱件被電拋光。
49.權利要求45、46、47或48所提出的方法，其特徵是其中所述材料片在被切割成加熱件組後彎成一個圓筒形。
50.權利要求45至49中任何權利要求所提出的方法，其特徵是所述方法還包括將連接各加熱件的連接部的兩個邊緣焊接在一起的工序。
51.權利要求50所提出的方法，其特徵是在所述焊接工序，所述邊緣用一種雷射焊接。
52.權利要求51所提出的方法，其特徵是其中所述雷射是釔鋁石榴石(YAG)雷射。
53.權利要求45至52中任何權利要求所提出的方法，其特徵是在所述切割工序，所述電阻性材料片用一種雷射加以切割。
54.權利要求53所提出的方法，其特徵是其中所述雷射是二氧化碳(CO2)雷射。
55.權利要求45至52中任何權利要求所提出的方法，其特徵是在所述切割工序，所述電阻性材料片採用衝壓切割。
56.權利要求45至52所提出的方法，其特徵是在所述切割工序，所述電阻性材料片採用精密衝壓切割。
57.權利要求45至52所提出的方法，其特徵是在所述切割工序，所述電阻性材料片採用化學碾磨切割。
58.權利要求45至52所提出的方法，其特徵是在所述切割工序，所述電阻性材料片採用化學蝕劑切割。
59.一種菸捲，其特徵是所述菸捲包括一片導熱基片，所述導熱基片彎成圓筒形，具有一個接收熱量的外表面和一個內表面；以及一層煙香物質層，所述煙香物質層配置在至少部分內表面上，當基片外表面受熱時，煙香物質就釋放出菸草香味。
60.權利要求59所提出的菸捲，其特徵是所述菸捲還包括包裹在外表面上的菸捲紙。
61.一種適宜與一個離散熱源配合的菸草製品，其特徵是所述菸草製品包括一片碳纖維和菸草纖維的基片和一層沿基片的第一表面配置的煙香物質層，碳纖維墊層適合接收在第二表面的至少一個部位處的熱能並把該熱能的絕大部分傳送給煙香物質層的靠近該部位的部分部分。
62.權利要求61所提出的菸草製品，其特徵是其中所述基片呈一個具有一個內腔的中空基片筒。
63.權利要求62所提出的菸草製品，其特徵是所述菸草製品還包括一個自由氣流過濾器，所述過濾器與基片筒的第二端部鄰接，用來為基片筒提供結構支承和允許縱向氣流流出腔外；以及一個後氣流過濾器，所述過濾器與基片筒的第一端鄰接，用來為基片筒提供結構支承和限制縱向氣流流出腔外。
64.權利要求63所提出的菸草製品，其特徵是其中所述自由氣流過濾器後氣流過渡器都是圓柱形的，都有一個圍腔表面。
65.權利要求63或64提出的菸草製品，其特徵是所述菸草製品還包括一個與自由氣流過濾器鄰接的過濾嘴。
66.權利要求65所提出的菸草製品，其特徵是所述菸草製品還包括包裹過濾嘴和至少一部分基片筒的包端紙，用來將過濾嘴固定在基片筒上。
67.權利要求63、64、65或66所提出的菸草製品，其特徵是所述菸草製品還包括一個與第一自由氣流過濾器鄰接的第二自由氣流過濾器，第一自由氣流過濾器和第二自由氣流過濾器上都開有縱向通道，第二自由氣流過濾器的縱向通蓋的內徑大於第一自由氣流過濾器的縱向通道的內徑。
68.權利要求63至67中任何權利要求所提出的菸草製品，其特徵是所述菸草製品還包括包裹基片筒的菸捲紙。
69.權利要求63至68中任何權利要求所提出的菸草製品，其特徵是其中所述基片筒上開有一組氣孔，保證吸菸期間所需的橫向氣流。
70.權利要求63至69中任何權利要求所提出的菸草製品，其特徵是其中所述基片筒的透氣率是預定的，保證所需的橫向氣流。
71.一種用於一個將菸草香味送給吸菸者的吸菸系統的可更換菸捲，該吸菸系統包括一個具有配置在一個長期性腔內的電加熱裝置的打火機，所述可更換菸捲的特徵是它包括一個承載管，所述承載管具有一個第一端部和一個第二端部和具有一個第一表面和一個第二表面，第一表面在第一端部和第二端部之間圍出一個用來產生菸草香味的致香腔，而第二表面用來貼靠在電加熱裝置上；一層煙香物質層，所述煙香物質層配置在承載管的第一表面上，當電加熱裝置受到驅動時，煙香物質層的受到加熱裝置加熱的相應部分產生大小預先確定的菸草香味送給吸菸者；以及過濾裝置，所述過濾裝置用來對送給吸菸者前的菸草香味進行過濾。
72.權利要求71所提出的可更換菸捲，其特徵是其中所述過濾裝置包括一個自由氣流過濾器，所述過濾器與承載管第二端部鄰接，適合配置在致香腔與吸菸者的嘴之間，用來為菸捲提供結構支承；以及一個後氣流過濾器，所述過濾器與承載管第一端部鄰接，用來過濾菸草香味的向後氣流，使得殘餘菸草香味凝聚在打火機的加熱裝置和長期性腔的一些部分上的凝聚量大大減少。
73.權利要求72所提出的可更換菸捲，其特徵是其中所述承載管形成一個具有一個內表面和一個外表面的中空圓筒，電加熱裝置就貼靠在承載管的外表面上，而所述煙香材料層配置在圓筒形承載管的內表面上，在承載管內產生菸草香味。
74.權利要求73所提出的可更換菸捲，其特徵是其中所述自由氣流過濾器和後氣流過濾器都是圓柱形的，都有一個形成承載管致香腔相應部分的表面。
75.權利要求74所提出的可更換菸捲，其特徵是所述可更換菸捲還包括一個與承載管同心、直徑大於承載管的圓筒形煙霧阻擋管，阻擋管的內表面與承載管的外表面圍出一個容納電加熱裝置的區域，阻擋管減少了殘餘菸草香味在打火機長期性腔的各部分上的凝聚量。
76.權利要求75所提出的可更換菸捲，其特徵是其中所述圓筒形煙霧阻擋管由一個用具有高抽吸阻力的材料製成的套環卡到自由氣流過濾器上，套環限定了所述可更換菸捲的加熱件接納區的大小。
77.權利要求76所提出的更換菸捲，其特徵是所述可更換菸捲還包括一個與自由氣流過濾器鄰接的圓柱形過濾嘴；以及包裹煙霧阻擋管和過濾嘴的菸捲紙，所述菸捲紙將過濾嘴固定到煙霧阻擋管上。
78.權利要求76、77所提出的可更換菸捲，其特徵是其中所述承載管包括一個非織制的碳纖維墊層。
79.權利要求78所提出的可更換菸捲，其特徵是其中所述碳纖維墊層的定量大約為6克/米2至12克/米2。
80.權利要求79所提出的可更換菸捲，其特徵是其中所述煙香物質層包括菸草物質。
81.權利要求80所提出的可更換菸捲，其特徵是其中所述煙香物質層包括一片連續的菸草物質。
82.權利要求80所提出的可更換菸捲，其特徵是其中所述煙香物質層包括一種泡沫菸草物質。
83.權利要求80所提出的可更換菸捲，其特徵是其中所述煙香物質層包括一種菸草物質的凝膠。
84.權利要求80所提出的可更換菸捲，其特徵是其中所述煙香物質層包括一種經乾燥的菸草物質的漿液。
85.權利要求80所提出的可更換菸捲，其特徵是其中所述煙香物質層包括一種經乾燥的菸草物質的噴塗漿液。
86.權利要求72至85中任何權利要求所提出的可更換菸捲，其特徵是其中所述承載管形成一個具有一個內表面和一個外表面的中空圓筒，電加熱裝置配置在承載管的內部，而所述煙香物質層配置在圓筒形承載管的外表面上，在承載管的外部產生菸草香味。
87.權利要求86所提出的可更換菸捲，其特徵是其中所述自由氣流過濾器和後氣流過濾器都是環形的，都有一個形成產生菸草香味的致香腔的相應部分的表面。
88.權利要求87所提出的可更換菸捲，其特徵是所述可更換菸捲還包括一個圓筒形的隨煙霧阻擋管一個用來產生菸草香味的腔，所述阻擋管減少了殘餘菸草香味在打火機的長期性腔的一些部分上的凝聚量。
89.權利要求88所提出的可更換菸捲，其特徵是所述可更換菸捲還包括一個用一種具有高抽吸阻力的材料製成的圓柱形柱塞，用來塞柱自由氣流過濾器的空的中央部分。
90.權利要求89所提出的可更換菸捲，其特徵是所述可更換菸捲還包括一個與自由氣流過濾器鄰接的圓柱形過濾嘴；以及包裹煙霧阻擋管和過濾嘴的菸捲紙，用來將過濾嘴到煙霧阻擋管上。
91.權利要求72至90中任何權利要求所提出的可更換菸捲，其特徵是其中所述煙香物質層包括一層隨部位改變的煙香物質層，使得送給吸菸者的菸草香味股股有選擇性地改變。
92.權利要求71所提出的可更換菸捲，其特徵是所述可更換菸捲還包括一個向吸菸者指示菸捲曾插入過打火機的標記。
93.權利要求92所提出的可更換菸捲，其特徵是其中所述標記必需從菸捲上取下才能將菸捲插入打火機。
94.權利要求92所提出的可更換菸捲，其特徵是其中所述標記是菸捲上的一個在菸捲插入打火機時會遭到機械性改變的區域。
95.權利要求71所提出的可更換菸捲，其特徵是所述可更換菸捲還包括一個向吸菸者指示菸捲曾被加熱過的標記。
96.權利要求95所提出的可更換菸捲，其特徵是其中所述標記受熱後顏色改變，指示菸捲已被加熱過。
97.權利要求71所提出的可更換菸捲，其特徵是其中所述承載管包括一個非織制碳纖維墊層，墊層的電阻率按特定菸捲類型預先選定，使得打火機的一個控制系統可以對不同類型的菸捲加以區別。
98.一種製造用於一個將菸草香味送給吸菸者的吸菸系統的可更換菸捲的方法，該吸菸系統包括一個具有配置在一個長期性腔內的電加熱裝置的打火機，所述方法的特徵是它包括以下工序a)提供一條具有一系列煙香物質區域的承載管基片；b)在承載管基片的表面上塗上一系列分別處在相互隔開的煙香物質區之間的粘合劑區；c)將這濾器材料附著在承載管基片表面的各粘合劑區上；d)將承載管基片圍著過濾器材料包裹起來，形成一根過濾器材料區和煙香物質區相互交替的連續棒；以及e)將連續棒在各過濾器材料區處切斷，形成一支可更換菸捲。
99.權利要求98所提出的方法，其特徵是其中所述過濾器材料附著工序是將圓柱形的過濾器材料附著上去。
100.權利要求99所提出的方法，其特徵是其中所述過濾器材料附著工序是交替將自由氣流過濾器材料和後氣流過濾器材料附著到粘合劑區上，形成不斷重複的自由氣流過濾器材料、煙香物質、後氣流過濾器材料、煙香物質的區域。
101.權利要求98、99或100所提出的方法，其特徵是其中所述連續棒切斷工序是將每個過濾器材料區從中間切斷，交替形成一對後氣流過濾器和一對自由氣流過濾器。
102.權利要求101所提出的方法，其特徵是所述方法還包括包括對可更換菸捲進行加工以在後氣流過濾器上形成一個彎曲插入端的工序。
103.權利要求101或102所提出的方法，其特徵是所述方法還包括在每個自由氣流過濾器上加一個直徑大於連續棒的直徑、長度等於切下的菸捲的長度的圓筒形煙霧阻擋管的工序。
104.權利要求102或103所提出的方法，其特徵是所述方法還包括以下工序在每個自由氣流過濾器上加一個過濾嘴；用包裝材料將每個煙霧阻擋管及其相應過濾嘴包裹起來。
105.一種用來製造用於一個將菸草香味送給吸菸者的吸菸系統的可更換菸捲的設備，該吸菸系統包括一個具有配置在一個長期性腔內的電加熱裝置的打火機，所述設備的特徵是它包括供料裝置，用來提供一條具有一系列煙香物質區的承載管基片；粘合劑施加裝置，用來在承載管基片的表面上塗上一系列分別處在相隔開的煙香物質區之間的粘合劑區；過濾器附著裝置，用來將過濾器附著在承載管基片表面的各粘合劑區上；包裹裝置，用來將承載管基片圍著過濾器包裹起來，形成一根過濾器區和煙香物質區相互交替的連續棒；以及切斷裝置，用來將連續棒在各過濾器區處切斷，形成一支支可更換菸捲。
106.權利要求105所提出的設備，其特徵是其中所述過濾器附著裝置用來附著圓柱形過濾器。
107.權利要求106所提出的設備，其特徵是其中所述過濾器附著裝置用來交替地將自由氣流過濾器和後氣流過濾器附著到粘合區上，形成不斷重複的自由氣流過濾器、煙香物質、後氣流過濾器、煙香物質的區域。
108.權利要求105、106或107所提出的設備，其特徵是其中所述切斷裝置用來將每個過濾器從中間切斷。
109.權利要求108所提出的設備，其特徵是所述設備還包括在後氣流過濾器上形成一個彎曲插入端的裝置。
110.權利要求108所提出的設備，其特徵是所述設備還包括在每個自由氣流過濾器上加一個直徑大於連續棒直徑、長度等於切下的菸捲的長度的圓筒形煙霧阻擋管的裝置。
111.權利要求110所提出的設備，其特徵是所述設備還包括過濾嘴附加裝置，用來在每個自由氣流過濾器上加一個過濾嘴；以及包裹裝置，用來用包裝材料將每個煙霧阻柱管及其相應過濾嘴包裹起來。
112.一種用於一個將菸草香味送給吸菸者的吸菸系統的長期性加熱器，所述加熱器是吸菸系統中的打火機的一個部件，吸菸系統具有一支可更換菸捲，可更換菸捲具有配置在一個具有相反的第一表面和第二表面的承載管的互一表面上的煙香物質層，所述長期性加熱器的特徵是它包括一個加熱件基座，所述基座限定一個接納一支可更換菸捲的腔的一個第一端，這個腔具有一個從第一端到第二端的氣道，允許空氣從中通過；以及一組長期性電加熱件，所述加熱件組配置在加熱件基座上，每個加熱件都有一個用來貼靠在承載管第二表面上的表面，當電加熱裝置被驅動時，煙香物質層的受到加熱裝置加熱的相應部分產生大小預先確定的菸草香味送給吸菸者。
113.一種將菸草香味送給吸菸者的吸菸系統，其特徵是所述吸菸系統包括一個長期性加熱器，所述加熱器包括一個限定一個接納一支可更換菸捲的腔的一個第一端的加熱件基座，這個腔有一個從第一端到第二端的氣道，允許空氣從中通過；一組長期性電加熱件，所述電加熱件組配置在加熱件基座上，每個加熱件都有一個用來貼靠在可更換菸捲上的表面；一個電源，所述電源用來向工長期性加熱件提供電能；一個控制裝置，所述控制裝置用來將電能加到長期性加熱件上，有選擇地加熱長期性加熱件組中的至少一個加熱件；以及一支可更換菸捲，所述可更換菸捲容納在加熱件腔內，貼靠在長期性加熱件組上，在所述吸菸系統中，當任一個電加熱件被驅動時，煙香物質層中受到該加熱件加熱的相應部分產生一股大小預先確定的菸草香味送給吸菸者。
114.權利要求112或113所提出的長期性加熱器，其特徵是其中所述腔是圓柱形的，而所述加熱器包括一組配置成從加熱件基座第一端伸出的細長的支承指，每個支承指都有一個內表面和一個外表面，這些支承指排列成限定一個圓柱表面。
115.權利要求114所提出的長期性加熱器，其特徵是其中所述長期性加熱件組安裝在加熱件支承指的內表面上。
116.權利要求115所提出的長期性加熱器，其特徵是其中所述腔用來接納一個後氣流過濾器，該過濾器配置在一個加熱件基座氣道與長期性加熱件之間。
117.權利要求116所提出的長期性加熱器，其特徵是其中所述後氣流過濾器是圓柱形的。
118.權利要求112或113所提出的長期性加熱器，其特徵是其中所述腔是圓環形的，而所述加熱器還包括一組配置成從加熱件基座第一端伸出的細長的支承指，每個支承部有一個內表面和一個外表面，這些支承指排列成限定一個圓柱表面。
119.權利要求118所提出的長期性加熱器，其特徵是其中所述長期性加熱件組安裝在加熱件支承指的外表面上。
120.權利要求119所提出的長期性加熱器，其特徵是其中所述加熱件基座的腔用來接納一個後氣流過濾器，該過濾器配置在一個加熱件基座氣道與長期性加熱件組之間。
121.權利要求120所提出的長期性加熱器，其特徵是其中所述後氣流過濾器是圓環形的。
122.權利要求115所提出的長期性加熱器，其特徵是其中所述長期性加熱件組包括矽半導體材料。
123.權利要求122所提出的長期性加熱器，其特徵是其中所述矽半導體材料摻有磷雜質，濃度為5×1018雜質/釐米3至5×1019雜質/釐米3左右。
124.權利要求119所提出的長期性加熱器，其特徵是其中所述長期性加熱件組包括矽半導體材料。
125.權利要求124所提出的長期性加熱器，其特徵是其中所述矽半導體材料摻有磷雜質，濃度為5×1018雜質/釐米3至5×1019雜質/釐米3左右。
126.一種將菸草香味送給吸菸者的吸菸系統，其特徵是所述吸菸系統包括一個打火機，所述打火機包括一個加熱件基座，所述基座預定一個接納一支可更換菸捲的腔的一個第一端，這個腔具有一個從第一端到第二端的氣道，允許空氣從中通過；一組長期性電加熱件，所述加熱件組配置在加熱件基座上，每個加熱件都有一個用來貼靠在可更換菸捲上的表面，一個電源，所述電源用來向長期性加熱件組提供電能，和一個控制裝置，所述控制裝置用來將電能加到長期性加熱件上，有選擇地加熱長期性加熱件組中的一個加熱件；以及一支可更換菸捲，所述可更換菸捲包括一個承載管，所棕承載管具有一個第一端部和一個第二端部和具有一個第一表面和一個第二表面，第一表面在第一端部和第二端部之間圍成一個用來產生菸草香味的致香腔，第二表面貼靠在電加熱裝置上，一個過濾裝置，所述過濾裝置用來對在送給吸菸者前的大小預定的菸草香味進行過濾，和煙香物質層，所述煙香物質層配置在承載管的第一表面上，在所述系統中，當任何一個電加熱件被驅動時，煙香物質層中被加熱裝置加熱的相應部分產生一股大小預先確定的菸草香味送給吸菸者。
127.一種菸草香味送給吸菸者的吸菸系統，其特徵是所述吸菸系統包括一個打火機，所述打火機包括一個電加熱裝置，所述電加熱裝置配置在一個長期性腔內，一個電源，所述電源用來向電加熱裝置提供電能，和一個控制裝置，所述控制裝置用來將電能加到電加熱裝置上，有選擇地加熱電加熱裝置的一組加熱件中的至少一個加熱件；以及一支可更換菸捲，所述可更換菸捲包括一個承載管，所述承載管具有一個第一端部和一個第二端部和具有一個第一表面和一個第二表面，第一表面在第一端部和第二端部之間圍一個用來產生菸草香味的致香腔，第二表面貼靠在電加熱裝置上，一個過濾裝置，所述過濾裝置用來以在送給吸菸者前的大小預定的菸草香味進行過渡，和煙香物質層，所述煙香物質層配置在承載管的第一表面上，在所述吸菸系統中，當任何一個加熱件被驅動時，煙香材料層中被該加熱件加熱的相應部分產生一股大小預先確定的菸草香味送給吸菸者。
128.權利要求113所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述電源包括一個電池。
129.權利要求128所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述電源包括一個接到電池的充電泵電路，用來提升電池電壓。
130.權利要求129所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述電池是一次性的。
131.權利要求129所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述電池是可再充電的。
132.權利要求113所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述控制裝置包括一個用來在電加熱件組中選擇一個電加熱件的裝置，和一個在吸菸者抽吸吸菸系統時用來提供一個電能脈衝加熱所選中的那個電加熱件的裝置。
133.權利要求132所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述選擇裝置是手動的。
134.權利要求132所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述選擇裝置是自動的。
135.權利要求134所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述自動選擇裝置電加熱件組中的每個加熱件。
136.權利要求134或135所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述控制裝置還包括一個順序指示裝置，用來指示電加熱件組中還可順序加熱的加熱件數，直至加熱件組中的所有加熱件都已為一支所抽吸的煙驅動了至少一次。
137.權利要求136所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述順序指示裝置包括一個液晶顯示器。
138.權利要求137所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述液晶顯示器通過反覆通斷指示電池電壓已降到預定的低電壓值以下。
139.權利要求137所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述液晶顯示器在電池電壓降到低於預定的低電壓值時和在電池電壓在降到低於預定的低電壓值後已被充到預定的高電壓值時發出指示。
140.權利要求137所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述液晶顯示器在沒有可更換菸捲裝在打火機內時發出指示。
141.權利要求137所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述液晶顯示器在沒有加熱器裝在打火機內時發出指示。
142.權利要求132所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述脈衝提供裝置提供一個寬度預定的脈衝。
143.權利要求132所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述脈衝提供裝置根據所要求供給所選中的加熱件的能量提供一個寬度預定在0.5秒至5秒左右的脈衝。
144.權利要求143所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述脈衝提供裝置根據要求供給所選中的加熱件的能量提供一個寬度預定在1秒至3秒左右的脈衝。
145.權利要求144所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述脈衝提供裝置根據要求供給所選中的加熱件的能量提供一個寬度預定在1秒至2秒左右的脈衝。
146.權利要求132至145中任何權利要求所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述電能脈衝包括一個具有預定電能的脈衝。
147.權利要求146所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述預定電能為5焦耳至40焦耳左右。
148.權利要求147所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述預定電能為15焦耳至25焦耳左右。
149.權利要求132至148中任何權利要求所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述脈衝提供裝置包括一個驅動裝置，所述脈衝提供裝置根據吸菸者對該驅動裝置的驅動提供脈衝。
150.權利要求149所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述驅動裝置包括一個壓敏傳感器。
151.權利要求149或150所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述驅勸裝置循環地接通斷開，以節約電源。
152.權利要求150所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述驅動裝置在小於給定周期的50％左右內接通。
153.權利要求152所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述驅動裝置在小於給定時間周期的20％左右內接通。
154.權利要求153所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述驅動裝置在小於給定時間周期的5％左右內接通。
155.權利要求113、128至154中任何權利要求所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述控制裝置包括一個現場可編程邏輯陣列。
156.權利要求132至155中任何權利要求所提出的吸菸系統，其特徵是其中這控制裝置還包括一個電壓檢測電路，用來檢測電池電壓降到低於預定的低電壓值的時刻和檢測電池電壓在降到低於預定的低電壓值後已充電到預定的高電壓值的時刻。
157.權利要求156所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述預定的低電壓值為小於5伏左右，而所述預定的高電壓值為大於5伏左右。
158.權利要求157所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述預定的低電壓值為3伏至3.5伏左右，而所述預定的高電壓值為5伏至6伏左右。
159.權利要求113、128至158中任何權利要求所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述承載管包括一個具有預定電阻率的非織制碳纖維墊層，該預定電阻率與一種特定類型的菸捲相應，從而使打火機可以區別菸捲的一些不同類型。
160.權利要求159所提出的吸菸系統，其特徵是其中所述控制裝置包括一個選擇裝置，所述選擇裝置用來從電加熱件組中選出一個加熱件；以及一個脈衝提供裝置，所述脈衝提供裝置用來在吸菸者抽吸吸菸系統時提供一個電能脈衝加熱所選中的那個電加熱件。
161.權利要求160所提出的吸菸系統，其特徵是所述吸菸系統還包括一個測量預定電阻率的裝置。
162.權利要求161所提出的吸菸系統，其特徵是在所述抽菸系統中，如果測到一個第一預定電阻率，則提供一個第一電能脈衝加熱所選中的電加熱件，如果測到一個第二預定電阻率，則提供一個第二電能脈衝加熱所選中的電加熱件。
全文摘要
在本發明的吸菸系統中，含有煙香物質的可更換菸捲到安裝在打火機內的一組電加熱件的加熱釋放出蒸氣或煙霧形式的菸草香味或其它成分供給吸菸者。本發明的菸捲和打火機可以提供通過該吸菸系統的各種氣流流型，使空氣橫向流入菸捲。這些流型改善了對吸菸者的煙霧和香味的供給，也減少了該吸菸系統中滯留在加熱件區的蒸氣或煙霧的凝聚。
文檔編號A24F13/00GK1122213SQ94102530
公開日1996年5月15日 申請日期1994年2月25日 優先權日1994年2月25日
發明者艾爾弗雷德·L·柯林斯, 瑪麗·E·康茨, 艾米塔博·達斯, 西撒阿馬·C·迪維, 格裡爾·S·弗萊施豪爾, 莫哈馬德·R·哈賈洛戈, 派屈克·H·海斯, 查爾斯·T·希金斯, 小威利·G·霍克, 小比利·J·基恩, 伯納德·C·拉勒, 羅伯特·E·李三世, 小利利·A·克利夫頓, 彼得·J·利波維茨, 小洛斯·D·布魯斯, 麥卡弗裡·J·休, 唐納德·E·邁澤, 康斯坦斯·H·尼科爾斯, 溫·R·雷蒙德, 羅伯特·L·裡普利, 倫澤·R·裡特, 羅伯特·斯科特, F·墨菲·斯普林克爾, 威廉·H·史蒂文斯, 曼特哈姆·薩比阿, 弗朗西斯·V·尤斯什, 麥可·L·沃特金斯, 蘇珊·E·雷思 申請人:菲利普莫裡斯生產公司