JP2015524261A - エアロゾル発生システムのための加熱アセンブリ - Google Patents

Abstract

エアロゾル形成基材を加熱するための加熱アセンブリであって、電気抵抗式加熱要素及びヒータ基板を含むヒータと、ヒータに結合されたヒータマウントとを備え、加熱要素は、第１の部分及び第２の部分を有し、これらの第１及び第２の部分は、加熱要素に電流が流れた時に、この電流の結果として第１の部分が第２の部分よりも高い温度に加熱されるように構成され、ヒータマウントは、加熱要素の第２の部分を取り囲む。【選択図】図４

Description

本明細書は、エアロゾル発生システムで使用するのに適した加熱アセンブリに関する。特に、本発明は、エアロゾル形成基材を内部的に加熱するために喫煙物品のエアロゾル形成基材に挿入するのに適した加熱アセンブリに関する。

ユーザが吸入するためのエアロゾルを送達できるハンドヘルド型エアロゾル発生装置に対する需要が増えている。１つの特定の需要領域は、エアロゾル形成基材の燃焼を伴わずにエアロゾル形成基材を加熱して揮発性香味化合物を放出する加熱式喫煙装置に対するものである。放出された揮発性化合物は、エアロゾルに含まれてユーザに運ばれる。

エアロゾル形成基材を加熱することによって動作するエアロゾル発生装置は、いずれも加熱アセンブリを含む。異なるタイプのエアロゾル形成基材のために、複数の異なるタイプの加熱アセンブリが提案されている。

加熱式喫煙装置のために提案されている１つのタイプの加熱アセンブリは、タバコプラグなどの固体エアロゾル形成基材にヒータを挿入することによって動作する。この構成では、基材を直接かつ効率的に加熱することができる。しかしながら、この種の加熱アセンブリには、小型、頑丈性、低製造コスト、十分な動作温度及び発生する熱の効果的な局所化のための要件を満たすことを含むいくつかの技術課題が存在する。

欧州特許第２１１００３３号明細書

エアロゾル形成基材を加熱するための熱源を局所化した、エアロゾル発生装置のための頑丈でコストの低い加熱アセンブリを提供することが望ましいと思われる。

本発明の第１の態様では、エアロゾル形成基材を加熱するための加熱アセンブリを提供し、この加熱アセンブリは、
電気抵抗式加熱要素及びヒータ基板を含むヒータと、
ヒータに結合されたヒータマウントと、
を備え、加熱要素は、第１の部分及び第２の部分を有し、これらの第１及び第２の部分は、加熱要素に電流が流れた時に第１の部分が第２の部分よりも高い温度に加熱されるように構成され、加熱要素の第１の部分は、ヒータ基板の加熱領域に位置し、加熱要素の第２の部分は、ヒータ基板の保持領域に位置し、ヒータマウントは、ヒータ基板の保持領域に固定される。

本明細書で使用する「エアロゾル形成基材」という用語は、エアロゾルを形成できる揮発性化合物を放出することが可能な基材に関連する。このような揮発性化合物は、エアロゾル形成基材を加熱することによって放出することができる。エアロゾル形成基材は、便宜上、エアロゾル発生物品又は喫煙物品の一部とすることができる。

本明細書で使用する「エアロゾル発生物品」及び「喫煙物品」という用語は、エアロゾルを形成できる揮発性化合物を放出することが可能なエアロゾル形成基材を含む物品を意味する。例えば、エアロゾル発生物品は、ユーザの口を通じてユーザの肺に直接吸入できるエアロゾルを発生させる喫煙物品とすることができる。エアロゾル発生物品は、使い捨てとすることができる。タバコを含むエアロゾル形成基材を備えた喫煙物品は、タバコスティックと呼ばれる。

加熱要素に電流が流れた結果、第１の部分は、第２の部分よりも高い温度に加熱される。１つの実施形態では、加熱要素の第１の部分が、使用時に約３００℃〜約５５０℃の温度に達するように構成される。加熱要素は、約３２０℃〜約３５０℃の温度に達するように構成されることが好ましい。

ヒータマウントは、ヒータを構造的に支持し、ヒータをエアロゾル発生装置内に確実に固定できるようにする。ヒータマウントは、ポリマ材料を含むことができ、ポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）などの成形用ポリマ材料から形成されることが有利である。成形用ポリマを使用すると、ヒータマウントをヒータの周囲に成形することができ、これによりヒータを確実に保持することができる。また、ヒータマウントを所望の外形及び寸法で安価に製造することもできる。ヒータ基板は、ヒータマウントのヒータへの固定を強化する耳部又はノッチ部などの機械的特徴を有することができる。当然ながら、ヒータマウントには、セラミック材料などの他の材料を用いることも可能である。ヒータマウントは、成形用セラミック材料から形成できることが有利である。

ポリマを用いてヒータを保持するということは、ヒータマウント近傍のヒータの温度を、ポリマが溶解燃焼又は別様に劣化する温度未満に制御しなければならないことを意味する。同時に、エアロゾル形成基材内のヒータ部分の温度は、所望の特性のエアロゾルを生成するのに十分な温度でなければならない。従って、使用中に加熱要素の第２の部分の少なくともヒータマウントに接する箇所が最大許容温度未満に保たれることを確実にすることが望ましい。

電気抵抗式ヒータでは、ヒータによって生成される熱が、加熱要素の抵抗に依存する。所与の電流では、加熱要素の抵抗が高ければ高いほどより多くの熱が生成される。生成される熱のほとんどは、加熱要素の第１の部分によって生成されることが望ましい。従って、加熱要素の第１の部分は、単位長当たりの電気抵抗がヒータ要素の第２の部分よりも高いことが望ましい。

加熱要素は、異なる材料から形成された部分を有することが有利である。加熱要素の第１の部分は第１の材料から形成することができ、加熱要素の第２の部分は第２の材料から形成することができ、第１の材料は第２の材料よりも大きな電気抵抗率係数を有する。例えば、第１の材料は、Ｎｉ−Ｃｒ（ニッケルクロム）、白金、タングステン、又は合金ワイヤとすることができ、第２の材料は、金、銀又は銅とすることができる。ヒータ要素の第１及び第２の部分の寸法も、第２の部分の方が単位長当たりの電気抵抗が低くなるように異なることができる。

加熱要素の第１及び第２の部分の材料は、これらの温度特性及び電気特性に合わせて選択することができる。加熱要素の第２の部分は、加熱領域からヒータマウントへの熱伝導を抑えるために、低い熱伝導率を有することが有利である。従って、加熱要素の第２の部分の材料の選択については、少なくとも加熱要素の第１の部分とヒータマウントの間の領域において高い導電率と低い熱伝導率の間でバランスをとることができる。実際には、加熱要素の第２の部分には、金が良好な材料選択であることが分かっている。或いは、第２の部分の材料を銀で構成することもできる。

加熱要素の第２の部分は２つの区域を有し、これらの２つの区域の各々は、加熱要素の第１の部分に別個に接続されて、第２の部分の一方の区域から第１の部分に至った後に第２の部分のもう一方の区域に至る電気流路を定めることが有利である。ヒータマウントは、この第２の部分の両区域を取り囲むことができる。当然ながら、第２の部分が２つよりも多くの部分を有し、各々を第１の部分に電気的に接続することも可能である。

加熱要素は、ヒータマウントの、加熱要素の第１の部分とは反対側に位置する、電源に電気的に接続するように構成された第３の部分を含むこともできる。この第３の部分は、第１及び第２の部分とは異なる材料から形成することができ、低電気抵抗、及び、例えば半田付けが容易であることなどの良好な接続特性を提供するように選択することができる。実際には、第３の部分には、銀が良好な選択であることが分かっている。或いは、第３の部分の材料として金を使用することもできる。第３の部分は、各々が加熱要素の第２の部分の区域に接続された複数の区域を含むことができる。

加熱要素の異なる部分の間には、良好な電気的接続を確実にするために重複部分が存在する。例えば、第１の部分と第３の部分は、部分的に第２の部分の上側又は下側に重なることができる。さらに、加熱要素は、３つよりも多くの異なる部分を含むこともできる。

ヒータ基板は、電気絶縁材料から形成されることが有利であり、ジルコニア又はアルミナなどのセラミック材料とすることができる。ヒータ基板は、広い温度範囲にわたって加熱要素を機械的に安定して支持することができ、エアロゾル形成基材に挿入するのに適した堅固な構造を提供することができる。ヒータ基板は、加熱要素が配置された平面と、エアロゾル形成基材に挿入できるように構成されたテーパ状の端部とを含むことができる。ヒータ基板は、２ワットパーメートルケルビン以下の熱伝導率を有することが有利である。

１つの実施形態では、加熱要素の第１の部分が、規定の温度−抵抗率関係を有する金属から形成される。これにより、エアロゾル形成基材を加熱することと、使用中に温度をモニタすることの両方にヒータを使用できるようになる。第１の部分は、第２の部分よりも大きな抵抗温度係数を有することが有利である。これにより、ヒータ要素の抵抗値が主にヒータ要素の第１の部分の温度を反映することが確実になる。ヒータ要素の第１の部分には、プラチナが良好な選択であることが分かっている。

加熱要素の第１の部分は、ヒータマウントから間隔を置くことが有利である。加熱要素の第１の部分とヒータマウントの間のヒータ部分は、ヒータ要素の第１の部分における高温とヒータマウントにおける低温の間の熱勾配を有することが有利である。加熱要素の第１の部分とヒータマウントの間の距離は、十分な温度降下が得られることを確実にするように選択される。しかしながら、この距離は、ヒータアセンブリのサイズを縮小するため、及びヒータアセンブリができるだけ頑丈であることを確実にするために、必要な距離を越えないことも有利である。ヒータは、ヒータマウントを越える長さが長くなればなるほど、落下の場合、又は固体エアロゾル形成基材への挿入及び離脱を繰り返す最中に折れたり又は曲がったりしやすくなる。

通常の動作条件下では、加熱要素の第１の部分のヒータマウントと接する箇所の温度が約摂氏３００度〜約摂氏５５０度の時に、第２の部分の温度が摂氏２００度未満であることが有利である。本文脈における「通常の動作条件」とは、標準的な大気温度及び大気圧、すなわち２９８．１５Ｋ（２５℃、７７°Ｆ）の温度及び１００ｋＰａ（１４．５０４ｐｓｉ、０．９８６ａｔｍ）の絶対圧力にあることを意味する。通常の動作条件は、エアロゾル発生装置のハウジング内又はエアロゾル発生装置のハウジング外に位置する時のヒータアセンブリの動作を含む。

ヒータアセンブリは、第１の部分の最高温度がＴ₁であり、大気温度がＴ₀であり、ヒータ要素のヒータマウントに接する第２の部分の温度がＴ₂である場合、（Ｔ₁−Ｔ₀）／（Ｔ₂−Ｔ₀）＞２となるように構成されることが有利である。

加熱アセンブリは、加熱要素を覆う材料の１又はそれ以上の層を含むことができる。加熱要素には、例えばガラスで形成された保護層を設けて加熱要素の酸化又はその他の腐食を防ぐことが有利である。この保護層は、ヒータ基板を完全に覆うことができる。ヒータにも、熱的分布を向上させるために保護層又はその他の層を設けることができ、これによってヒータの掃除を容易にすることもできる。加熱要素とヒータ基板の間にも、ヒータ全体の熱的分布を向上させるためにガラスなどの材料の下位層を設けることができる。この材料の下位層を用いて、加熱要素の形成過程を改善することもできる。

ヒータの寸法は、加熱アセンブリの用途に合うように選択することができ、ヒータの幅、長さ及び厚みは、互いに関係なく選択できることが明らかであろう。１つの実施形態では、ヒータが実質的にブレード形状であり、エアロゾル形成基材に挿入できるようにテーパ状の端部を有する。ヒータは、約１０ｍｍ〜約３０ｍｍの長さを有することができ、約１５〜約２５ｍｍであることが有利である。加熱要素が配置されたヒータの表面は、約２ｍｍ〜約１０ｍｍの幅を有することができ、約３ｍｍ〜約６ｍｍであることが有利である。ヒータは、約０．２ｍｍ〜約０．５ｍｍの厚みを有することができ、０．３〜０．４ｍｍであることが好ましい。加熱要素の第１の部分が配置されたヒータ部分に対応するヒータのアクティブな加熱領域は、５ｍｍ〜２０ｍｍの長さを有することができ、８ｍｍ〜１５ｍｍであることが有利である。ヒータマウントは、２ｍｍ〜５ｍｍの長さにわたってヒータに接することができ、この長さは約３ｍｍであることが有利である。ヒータマウントと加熱要素の第１の部分との間の距離は、少なくとも２ｍｍとすることができ、少なくとも２．５ｍｍであることが有利である。好ましい実施形態では、ヒータマウントと加熱要素の第１の部分との間の距離が３ｍｍである。

本発明の第２の態様では、ハウジングと、本発明の第１の態様による加熱アセンブリとを備えたエアロゾル発生装置であって、ハウジングにはヒータマウントが結合され、加熱要素には電源が接続され、制御要素が、電源から加熱要素への電力の供給を制御するように構成され、ハウジングが、加熱要素の第１の部分を取り囲むキャビティを定め、このキャビティが、エアロゾル形成基材を含むエアロゾル形成物品を受け入れるように構成されたエアロゾル発生装置を提供する。

本明細書で使用する「エアロゾル発生装置」は、エアロゾル形成基材と相互作用してエアロゾルを発生させる装置に関連する。エアロゾル形成基材は、例えば喫煙物品の一部などの、エアロゾル発生物品の一部とすることができる。エアロゾル発生装置は、エアロゾル発生物品のエアロゾル形成基材と相互作用して、ユーザの口を通じてユーザの肺に直接吸入できるエアロゾルを発生させる喫煙装置とすることができる。エアロゾル発生装置は、ホルダーとすることができる。

ヒータマウントは、キャビティの一端を閉じる面を形成することができる。

装置は、片手の指の間に楽に保持できるポータブル又はハンドヘルド装置であることが好ましい。装置は、実質的に円筒形状とすることができ、７０〜１２０ｍｍの長さを有する。装置の最大直径は、１０〜２０ｍｍであることが好ましい。１つの実施形態では、装置が多角形断面を有し、１つの面に突出するボタンが形成される。この実施形態では、装置の直径が、１つの平面から反対側の平面までを測定した時には１２．７〜１３．６５ｍｍであり、１つのエッジから反対側のエッジまで（すなわち、装置の一方の側の２つの面の交点から他方の側の対応する交点まで）を測定した時には１３．４〜１４．２であり、ボタンの頂部から反対側の平坦な底面までを測定した時には１４．２〜１５ｍｍである。

装置は、電気加熱式喫煙装置とすることができる。

装置は、第１の態様によるヒータアセンブリ以外に、他のヒータを含むこともできる。例えば、装置は、キャビティの周辺部を囲んで配置された外部ヒータを含むことができる。外部ヒータは、あらゆる好適な形をとることができる。例えば、外部ヒータは、ポリイミドなどの誘電体基板上の１又はそれ以上の可撓性加熱ホイルの形をとることができる。この可撓性加熱ホイルは、キャビティの周辺部に適合するように成形することができる。或いは、外部ヒータは、１又は複数の金属グリッド、フレキシブル回路基板、成形相互接続デバイス（ＭＩＤ）、セラミックヒータ、可撓性炭素繊維ヒータの形をとることもでき、或いはプラズマ蒸着などのコーティング技術を用いて好適な成形基板上に形成することもできる。外部ヒータは、規定の温度−抵抗率関係を有する金属を用いて形成することもできる。このような例示的な装置では、この金属を２つの好適な絶縁材料の層間のトラックとして形成することができる。このようにして形成した外部ヒータを用いて、動作中に外部ヒータの加熱と温度のモニタの両方を行うことができる。

電源は、例えば電池などのＤＣ電圧源のようなあらゆる好適な電源とすることができる。１つの実施形態では、電源がリチウムイオン電池である。或いは、電源は、ニッケル水素電池、ニッカド電池、又は、例えばリチウムコバルト電池、リン酸鉄リチウム電池、チタン酸リチウム電池又はリチウムポリマー電池などのリチウムベースの電池とすることができる。

制御要素は、単純なスイッチとすることができる。或いは、制御要素は電気回路であってもよく、１又はそれ以上のマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラを含むこともできる。

本発明の第３の態様では、本発明の第２の態様によるエアロゾル発生装置と、エアロゾル発生装置のキャビティに受け入れられるように構成された１又はそれ以上のエアロゾル形成物品とを備えたエアロゾル発生システムを提供する。

エアロゾル形成物品は、喫煙物品とすることができる。動作中には、エアロゾル形成基材を含む喫煙物品をエアロゾル発生装置に部分的に収容することができる。

喫煙物品は、実質的に円筒形状とすることができる。喫煙物品は、実質的に細長とすることができる。喫煙物品は、長さと、この長さに対して実質的に垂直な外周とを有することができる。エアロゾル形成基材は、実質的に円筒形状とすることができる。エアロゾル形成基材は、実質的に細長とすることができる。エアロゾル形成基材も、長さと、この長さに対して実質的に垂直な外周とを有することができる。

喫煙物品は、約３０ｍｍ〜約１００ｍｍの全長を有することができる。喫煙物品は、約５ｍｍ〜約１２ｍｍの外径を有することができる。喫煙物品は、フィルタプラグを含むことができる。フィルタプラグは、喫煙物品の下流端に位置することができる。フィルタプラグは、セルロースアセテートフィルタプラグとすることができる。フィルタプラグは、１つの実施形態では長さが約７ｍｍであるが、約５ｍｍ〜約１０ｍｍの長さを有することができる。

１つの実施形態では、喫煙物品が、約４５ｍｍの全長を有する。喫煙物品は、約７．２ｍｍの外径を有することができる。さらに、エアロゾル形成基材は、約１０ｍｍの長さを有することができる。或いは、エアロゾル形成基材は、約１２ｍｍの長さを有することができる。さらに、エアロゾル形成基材の直径は、約５ｍｍ〜約１２ｍｍとすることができる。喫煙物品は、外側紙ラッパを含むことができる。さらに、喫煙物品は、エアロゾル形成基材とフィルタプラグの間に分離距離を有することができる。この分離距離は、約１８ｍｍとすることができるが、約５ｍｍ〜約２５ｍｍであってよい。

エアロゾル形成基材は、固体エアロゾル形成基材とすることができる。或いは、エアロゾル形成基材は、固体成分と液体成分の両方を含むこともできる。エアロゾル形成基材は、加熱時に基材から放出される揮発性タバコ香味化合物を含むタバコ含有材料を含むことができる。或いは、エアロゾル形成基材は、非タバコ材料を含むこともできる。エアロゾル形成基材は、高密度で安定したエアロゾルの形成を容易にするエアロゾル形成体をさらに含むことができる。好適なエアロゾル形成体の例には、グリセリン及びプロピレングリコールがある。

エアロゾル形成基材が固体エアロゾル形成基材である場合、固体エアロゾル形成基材は、例えば、ハーブ葉、タバコ葉、タバコ茎の断片、再構成タバコ、均質化タバコ、抽出タバコ、成型葉タバコ及び膨張タバコのうちの１つ又はそれ以上を含む粉末、顆粒、ペレット、小片、細糸、条片又はシートのうちの１つ又はそれ以上を含むことができる。固体エアロゾル形成基材は、バラバラの形であっても、又は好適な容器又はカートリッジに入れて提供することもできる。任意に、固体エアロゾル形成基材は、基材の加熱時に放出される追加のタバコ又は非タバコ揮発性香味化合物を含むこともできる。固体エアロゾル形成基材は、追加のタバコ又は非タバコ揮発性香味化合物を含むカプセルを含むこともでき、このようなカプセルは、固体エアロゾル形成基材の加熱中に溶解することができる。

本明細書で使用する均質化タバコとは、粒子状タバコを塊にすることによって形成される材料を意味する。均質化タバコは、シートの形をとることができる。均質化タバコ材料は、５乾燥重量％を上回るエアロゾル形成体含有量を有することができる。或いは、均質化タバコ材料は、５〜３０乾燥重量％のエアロゾル形成体含有量を有することもできる。均質化タバコ材料のシートは、タバコ葉の葉身とタバコ葉の茎の一方又は両方をすり潰し又は別様に組み合わせることによって得られる粒子状タバコを塊にすることによって形成することができる。これとは別に、又はこれに加えて、均質化タバコ材料のシートは、例えばタバコの処理、取り扱い及び出荷中に副産物として形成されるタバコくず、タバコ粉末及びその他の粒子状タバコのうちの１つ又はそれ以上を含むこともできる。均質化タバコ材料のシートは、粒子状タバコを塊にする支援となるように、タバコの内部を発生源とする１又はそれ以上の内因性バインダ、タバコの外部を発生源とする１又はそれ以上の外因性バインダ、又はこれらの組み合わせを含むことができ、またこれとは別に、又はこれに加えて、均質化タバコ材料のシートは、以下に限定されるわけではないが、タバコ及び非タバコ繊維、エアロゾル形成体、保湿剤、可塑剤、香味料、充填剤、水性及び非水性溶媒、並びにこれらの組み合わせを含む他の添加物を含むこともできる。

任意に、固体エアロゾル形成基材は、熱的に安定した担体上に提供することも、又はこの担体に埋め込むことができる。この担体は、粉末、顆粒、ペレット、小片、細糸、条片又はシートの形をとることができる。或いは、この担体は、その内面又は外面、或いはこれらの両方に固体基材の薄層が堆積した管状担体とすることもできる。このような管状担体は、例えば、用紙又は用紙状材料、不織性炭素繊維マット、低質量網目金属スクリーン又は有孔金属ホイル、或いは他のいずれかの熱的に安定した高分子マトリックスで形成することができる。

特に好ましい実施形態では、エアロゾル形成基材が、均質化タバコ材料のギャザー付き皺寄せシートを含む。本明細書で使用する「皺寄せシート」という用語は、複数の実質的に平行な山部又は畝部を有するシートを意味する。エアロゾル発生物品の組み立て時には、この実質的に平行な山部又は畝部が、エアロゾル発生物品の長手方向軸に沿って又は長手方向軸と平行に延びることが好ましい。これにより、均質化タバコ材料の皺寄せシートを容易にギャザー加工してエアロゾル形成基材を形成できるようになるという利点が得られる。しかしながら、これとは別に、又はこれに加えて、エアロゾル発生物品に含める均質化タバコ材料の皺寄せシートは、エアロゾル発生物品を組み立てた時に、エアロゾル発生物品の長手方向軸に対して鋭角又は鈍角で配置された複数の実質的に平行な山部又は畝部を有することもできると理解されるであろう。いくつかの実施形態では、エアロゾル形成基材が、実質的にその表面全体にわたって実質的に均等にテクスチャ加工された均質化タバコ材料のギャザー付きシートを含むことができる。例えば、エアロゾル形成基材は、シートの幅全体にわたって実質的に均等に離間した複数の実質的に平行な山部又は畝部を有する均質化タバコ材料のギャザー付き皺寄せシートを含むことができる。

固体エアロゾル形成基材は、例えば、シート、泡、ゲル又はスラリの形で担体の表面に堆積させることができる。固体エアロゾル形成基材は、担体の表面全体に堆積させることもでき、或いは使用中に不均一な香味送達が行われるように一定パターンで堆積させることもできる。

エアロゾル発生システムは、エアロゾル発生装置と、この装置と共に使用する１又はそれ以上のエアロゾル発生物品との組み合わせである。しかしながら、エアロゾル発生システムは、例えば、電気作動式又は電気的エアロゾル発生装置の内蔵電源を再充電するための充電装置などのさらなる構成要素を含むこともできる。

本発明の第４の態様では、加熱アセンブリの製造方法を提供し、この方法は、
ヒータ基板を用意するステップと、
基板上に１又はそれ以上の電気抵抗式加熱要素を堆積させるステップと、
を含み、各加熱要素は、第１の部分及び第２の部分を有し、これらの第１及び第２の部分は、加熱要素に電流が流れた時に、この電流の結果として第１の部分が第２の部分よりも高い温度に加熱されるように構成され、加熱要素の第１の部分は、ヒータ基板の加熱領域に堆積され、加熱要素の第２の部分は、ヒータ基板の保持領域に堆積され、この方法は、
ヒータ基板の保持領域にヒータマウントを成形するステップをさらに含む。

ヒータマウントは、射出成形によって形成されることが有利である。ヒータマウントは、ＰＥＥＫなどの射出成形用ポリマから形成することができる。

ヒータ基板は、実質的にブレード形状とすることが有利である。加熱アセンブリの構成要素は、本発明の第１の態様を参照しながら説明した通りとすることができる。

成形するステップは、基板の保持領域を取り囲むようにヒータマウントを成形するステップを含むことができる。ヒータマウントは、加熱要素の第２の部分の上に直接重なり合うことができる。

本発明のさらなる態様では、エアロゾル形成基材を加熱するためのヒータを提供し、このヒータは、
電気抵抗式加熱要素及びヒータ基板を含むヒータを備え、
加熱要素は、第１の材料から形成された第１の部分と、第１の材料とは異なる第２の材料から形成された第２の部分とを有し、これらの第１及び第２の部分は、加熱要素に電流が流れた時に、この電流の結果として第１の部分が第２の部分よりも高い温度に加熱されるように構成される。

本発明のさらに別の態様では、エアロゾル形成基材を加熱するための加熱アセンブリを提供し、この加熱アセンブリは、
電気抵抗式加熱要素を含むヒータと、
ヒータに結合されたヒータマウントと、
を備え、加熱要素は、第１の部分及び第２の部分を有し、これらの第１及び第２の部分は、加熱要素に電流が流れた時に、この電流の結果として第１の部分が第２の部分よりも高い温度に加熱されるように構成され、ヒータマウントは、加熱要素の第２の部分を取り囲み、成形ポリマ材料から形成される。

異なる態様を参照しながら本開示について説明したが、本開示の１つの態様に関連して説明した特徴を、本開示の他の態様にも適用できることが明らかであろう。特に、本発明の１つの態様によるヒータ、アセンブリ、装置システム又は方法の態様は、本発明の他のあらゆる態様に適用することができる。さらに、喫煙装置を参照することによって本開示を説明したが、医療用吸入器タイプの装置も本明細書で説明する特徴、装置及び機能を使用できることが明らかであろう。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態をほんの一例として詳細に説明する。

エアロゾル発生装置のブロック図である。 図１に示すタイプのエアロゾル発生装置の前端部の、喫煙物品にヒータを挿入した状態の概略断面図である。 本発明によるヒータの概略図である。 ヒータマウントを取り付けた図３のヒータを示す図である。 図３のヒータの断面図である。 図３に示すタイプのヒータに沿った温度プロファイルを示す図である。

図１に、電気加熱式エアロゾル発生装置１００の実施形態の構成要素を単純化した形で示す。詳細には、図１では、電気加熱式エアロゾル発生装置１００の要素を縮尺通りに示していない。図１では、本実施形態の理解と関係のない要素については単純化のために省略している。

電気加熱式エアロゾル発生システム１００は、ハウジング１０と、例えばタバコスティックなどのエアロゾル形成物品１２とを有するエアロゾル発生装置を備える。エアロゾル形成物品１２は、ハウジング１０の内部に押し込まれてヒータ１４と熱的に近接するエアロゾル形成基材を含む。エアロゾル形成基材は、異なる温度において様々な範囲の揮発性化合物を放出する。電気加熱式エアロゾル発生システム１００の最大動作温度を＿未満に制御することにより、選択した揮発性化合物の放出を防ぐことによって望ましくない化合物の選択的放出を制御することができる。

ハウジング１０内には、例えば充電式リチウムイオン電池などの電気エネルギー供給源１６が存在する。ヒータ１４、電気エネルギー供給源１６、及び、例えばボタン又はディスプレイなどのユーザインターフェイス２０には、コントローラ１８が接続される。コントローラ１８は、ヒータ１４の温度を調整するために、ヒータ１４に供給される電力を制御する。通常、エアロゾル形成基材は、摂氏２５０度〜摂氏４５０度の温度に加熱される。

図２は、図１に示すタイプのエアロゾル発生装置の前端部の概略断面図であり、この実施形態では喫煙物品であるエアロゾル形成物品１２にヒータ１４が挿入されている。図示のエアロゾル発生装置は、ユーザがエアロゾル発生物品１２を消費できるようにエアロゾル発生物品１２と係合している。

エアロゾル発生装置のハウジング１０は、消費されるエアロゾル発生物品１２を受け入れるための、近位端（又は唇側端部）側が開放されたキャビティを定める。キャビティの遠位端には、ヒータ１４とヒータマウント２６とを含む加熱アセンブリ２４が広がる。ヒータ１４は、ヒータのアクティブな加熱領域がキャビティ内に位置するようにヒータマウント２６によって保持される。エアロゾル発生物品１２がキャビティ内に全部受け入れられた場合、ヒータ１４のアクティブな加熱領域は、エアロゾル発生物品１２の遠位端の内部に位置する。

ヒータ１４は、一点で終端するブレードの形に成形される。すなわち、ヒータは、その幅寸法よりも大きな長さ寸法を有し、幅寸法は厚み寸法よりも大きい。このヒータの幅及び長さによってヒータの第１及び第２の面が定められる。

図２に示す例示的なエアロゾル形成物品は、以下のように説明することができる。エアロゾル発生物品１２は、エアロゾル形成基材３０、中空管４０などの支持要素、伝達区域５０及びマウスピースフィルタ６０という４つの要素を含む。これらの４つの要素は、順番に配置されて同軸上に並び、シガレットペーパ７０によってロッドを形成するように組み立てられる。エアロゾル形成物品は、組み立て時には４５ミリメートルの長さになり、７ミリメートルの直径を有する。

エアロゾル形成基材は、プラグを形成するようにフィルタ紙（図示せず）に巻かれた、縮れた成型葉タバコの束を含む。この成型葉タバコは、グリセリンなどの１又はそれ以上のエアロゾル形成体を含む。

中空管４０は、エアロゾル形成基材３０の直近に位置し、セルロースアセテートの管から形成される。管４０は、直径３ミリメートルの開口部を定める。中空管４０の１つの機能は、エアロゾル形成基材３０をヒータと接するようにロッド２１の遠位端２３の方に位置付けることである。中空管４０は、エアロゾル形成基材３０にヒータを挿入した時に、エアロゾル発生基材３０がロッドに沿ってマウスピースの方に押されるのを防ぐように機能する。

伝達区域５０は、長さ１８ミリメートルの薄肉管を含む。伝達区域５０は、エアロゾル形成基材３０から放出された揮発性物質を物品に沿ってマウスピースフィルタ６０の方に進ませる。揮発性物質は、伝達区域内で冷却されてエアロゾルを形成することができる。

マウスピースフィルタ６０は、セルロースアセテートから形成された従来のマウスピースフィルタであり、約７．５ミリメートルの長さを有する。

上述した４つの要素は、シガレットペーパ７０にきつく巻かれることによって組み立てられる。この特定の実施形態におけるペーパは、標準的な特性又は類型を有する標準的なシガレットペーパである。この特定の実施形態におけるペーパは、従来のシガレットペーパである。ペーパと各要素の間の接触面は、各要素を位置付けてエアロゾル形成物品１２を形成する。

エアロゾル発生物品１２をキャビティ内に押し込むと、ヒータのテーパ状の先端部がエアロゾル形成基材３０と係合する。エアロゾル形成物品に力を加えることにより、ヒータがエアロゾル形成基材３０に入り込む。エアロゾル形成物品１２がエアロゾル発生装置と正しく係合している時には、ヒータ１４がエアロゾル形成基材３０に挿入される。ヒータが作動すると、エアロゾル形成基材３０が温められ、揮発性物質が生成されて放出される。ユーザがマウスピースフィルタ６０を吸うと、エアロゾル形成物品内に空気が吸い込まれ、揮発性物質が凝縮して吸入可能なエアロゾルを形成する。このエアロゾルは、エアロゾル形成物品のマウスピースフィルタ６０を通過してユーザの口に入り込む。

図３に、図２に示すタイプのヒータ要素１４をさらに詳細に示す。ヒータ１４は、加熱要素１４の形状を定める電気絶縁式ヒータ基板８０を有する。ヒータ基板８０は、例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）又は安定化ジルコニア（ＺｒＯ₂）とすることができる電気絶縁材料から形成される。当業者には、この電気絶縁材料はいずれの好適な電気絶縁材料であってもよく、電気絶縁基板としての使用には多くのセラミック材料が適していることが明らかであろう。ヒータ基板８０は、実質的にブレード形状である。すなわち、ヒータ基板は、使用時にヒータと係合したエアロゾル形成物品の長手方向軸に沿って延びる長さ、幅及び厚みを有する。幅は厚みよりも大きい。ヒータ基板８０は、エアロゾル形成基材３０を貫通するための先端部又はスパイク９０で終端する。

ヒータ基板８０の平面上には、蒸着又は他のいずれかの好適な技術を用いて、導電性材料から形成された加熱要素８２が堆積される。加熱要素は、３つの異なる部分で形成される。第１の部分８４はプラチナで形成される。第１の部分は、アクティブな加熱領域９１内に位置する。この領域は、使用時に最高温度に達してエアロゾル形成基材に熱を与えるヒータ領域である。第１の部分は、Ｕ字形又はヘアピン形状である。第２の部分８６は金で形成される。第２の部分は、各々が第１の部分８４の終端部に接続された２つの平行トラックを含む。第２の部分は、図４に示すヒータマウント２６に接触するヒータ領域であるヒータの保持領域９３に及ぶ。第３の部分８８は銀で形成される。第３の部分は、接続領域９５内に位置し、半田ペースト又はその他のボンディング技術を用いて外部ワイヤを固定できるボンディングパッドを提供する。第３の部分は、各々が第２の部分８６の平行トラックの一方の第１の部分８４とは反対側の端部に接続された２つの平行パッドを含む。第３の部分８８は、保持領域９３の第１の部分とは反対側に位置する。

第１、第２及び第３の部分の形状、厚み及び幅は、使用時に所望の抵抗及び温度分布をもたらすように選択することができる。しかしながら、第１の部分は、第２及び第３の部分よりも大幅に大きな単位長当たりの電気抵抗を有し、この結果、加熱要素８２に電流が流れた時にほとんどの熱を生成し、従って最高温度に達するのが第１の部分である。第２及び第３の部分は、非常に低い電気抵抗を有し、従ってほんの少しのジュール加熱しかもたらさないように構成される。加熱要素の総電気抵抗は、０℃において約０．８０オームであり、アクティブな加熱領域９１が４００℃に達した時に約２オームに上昇する。リチウムイオン電池のバッテリ電圧は３．７ボルト前後であり、従って電源によって供給される（０℃における）一般的なピーク電流は４．６Ａ前後になる。

プラチナは正の抵抗温度係数を有し、従って第１の部分８４の電気抵抗は温度の上昇と共に上昇する。金及び銀の抵抗温度係数はそれよりも低く、従って第２及び第３の部分の温度は第１の部分ほどは上昇しない。このことは、第２及び第３の部分の抵抗の変化が第１の部分の抵抗の変化に比べて小さいことを意味する。この結果、加熱要素８２の抵抗を用いて、エアロゾル形成基材に接するヒータ部分の温度である加熱要素の第１の部分８４の温度を測定することができる。抵抗素子をヒータ及び温度センサの両方として使用する構成は、欧州特許第２１１００３３号に記載されている。

図４に、ヒータマウント２６に取り付けられて加熱アセンブリを形成するヒータ１４を示す。ヒータマウント２６は、ポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）から形成され、保持領域９３を取り囲むようにヒータの周囲に射出成形される。ヒータ基板８０には、ヒータマウントとヒータの強固な固定を確実にするために、保持領域内にノッチ又は突起を形成することができる。この実施形態では、ヒータマウント２６が、エアロゾル発生装置の円形ハウジング１０に係合するように円形断面を有する。しかしながら、ヒータマウントは、エアロゾル発生装置の他の構成要素と係合するためのあらゆる所望の形状及びあらゆる所望の特徴部を有するように成形することができる。

図５は、図３のヒータの概略断面図である。図５には、加熱要素の第１、第２及び第３の部分の間に重複部分があることを示している。ヒータの構成は以下のように説明することができる。ヒータ基板８０は、第１及び第２の表面がいずれもガラス層９２、９６で覆われる。この層は基板を保護し、アクティブな加熱領域内のヒータの表面にわたる熱の分散を高める。次に、ガラス層９２上に、加熱要素の第２の部分８６を形成する金製のトラックを堆積させる。次に、第１の部分と第２の部分の間の低電気抵抗接触を確実にするために、ガラス層９２上に、金製のトラックに重ね合わせて、加熱要素の第１の部分８４を形成するプラチナ製のトラックを堆積させる。さらに、第３の部分と第２の部分の間の低電気抵抗接触を確実にするために、ガラス層９２上に、金製のトラックに重ね合わせて、加熱要素の第３の部分８８を形成する銀製のトラックを堆積させる。最後に、上に重なるガラス層９４を形成し、加熱要素８２を覆って加熱要素を腐食から保護する。その後、このヒータの周囲にヒータマウントを成形することができる。

このヒータは、加熱要素の第１の部分に対応するアクティブな加熱領域がヒータマウントから間隔を置くように構成される。エアロゾル発生装置のキャビティ内に延びるヒータ領域は、挿入領域９７と呼ばれる。加熱要素の第２の部分８６の挿入領域９７内に延びる部分は、エネルギー伝達領域を提供する。

図６は、図３に示すヒータの動作中におけるヒータの温度をヒータの長さに沿った距離の関数として示すプロット１００である。プロットの下部にヒータを示して、温度のプロットをヒータと位置合わせしている。ヒータは、挿入領域９７において高温であり、保持領域９３及び接続領域９５では低温であることが理想的である。理想温度プロファイルを点線１０６で示している。実際には、温度プロファイルがこれほど急激に上昇することはありえない。実際の温度プロット１００からは、加熱要素の第１の部分が位置するアクティブな加熱領域においてヒータが最も高温になることが分かる。エアロゾル発生中のピーク温度は４２０℃前後である。アクティブな加熱領域と保持領域の間のエネルギー伝達領域では、温度が急速に降下する。この実施形態では、ヒータマウントにおいて、ヒータの温度が、線１０２で示す２００℃未満であることが望ましい。ヒータマウントにおいて許容できる最高温度は、ヒータマウントの形成に使用する材料に依存する。アクティブな加熱領域に最も近いヒータマウント部分の位置は、線１０４として示している。ヒータは、使用時にヒータのアクティブ領域がその最高温度に達した時に、ヒータマウント２６における温度が確実に２００℃未満になるように構成される。図６に示す例では、加熱要素のプラチナ部分とヒータマウントの間の距離が３ｍｍである。この距離は、必要な温度降下を確実にするのに十分な距離である。加熱要素の第２の部分の材料としては、導電率が高いことに加え、熱伝導率が比較的低く、アクティブな加熱領域と保持領域の間の急速な温度降下が確実になるという理由で金が選択される。加熱要素の第３の部分８８を含む接続領域９５の少なくとも一部では、約５０℃までのさらなる温度降下がさらに望ましい。特に、コントローラ１８、電気エネルギー源１６及びユーザインターフェイス２０に最も近い要素１４の温度を最低限に抑えることが望ましい。例えば、このような温度の最小化により、電子チップ、及び／又はコントローラ１８、電源１６及びインターフェイス２０を含むシステムの熱によって生じる変動を補正する必要性が低減又は排除される。

上述した例示的な実施形態は、例示的なものであって限定的なものではない。上述した例示的な実施形態を考慮すれば、当業者には、これらの例示的な実施形態に従う他の実施形態が既に明らかであろう。

１４ ヒータ
２６ ヒータマウント
８０ ヒータ基板
８４ 第１の部分
８６ 第２の部分
８８ 第３の部分
９１ アクティブな加熱領域
９５ 接続領域
９７ 挿入領域

Claims (15)

1. エアロゾル形成基材を加熱するための加熱アセンブリであって、
   電気抵抗式加熱要素及びヒータ基板を含むヒータと、
   前記ヒータに結合されたヒータマウントと、
   を備え、前記加熱要素は、第１の部分及び第２の部分を有し、該第１及び第２の部分は、前記加熱要素に電流が流れた時に前記第１の部分が前記第２の部分よりも高い温度に加熱されるように構成され、前記加熱要素の前記第１の部分は、前記ヒータ基板の加熱領域に位置し、前記加熱要素の前記第２の部分は、前記ヒータ基板の保持領域に位置し、前記ヒータマウントは、前記ヒータ基板の前記保持領域に固定される、
   ことを特徴とする加熱アセンブリ。
2. 前記ヒータマウントはポリマ材料を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の加熱アセンブリ。
3. 前記加熱要素の前記第１の部分は第１の材料から形成され、前記加熱要素の前記第２の部分は第２の材料から形成され、前記第１の材料は、前記第２の材料よりも大きな電気抵抗率係数を有する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱アセンブリ。
4. 前記加熱要素の前記第２の部分は２つの区域を含み、該２つの区域の各々は、前記加熱要素の前記第１の部分に別個に接続されて、前記第２の部分の一方の区域から前記第１の部分に至って前記第２の部分のもう一方の区域に至る電気流路を定める、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の加熱アセンブリ。
5. 前記加熱要素は、電源に電気的に接続するように構成された第３の部分を含み、該第３の部分は、前記ヒータマウントの、前記加熱要素の前記第１の部分とは反対側に位置する、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の加熱アセンブリ。
6. 前記第３の部分は、前記第１及び第２の部分とは異なる材料で形成される、
   ことを特徴とする請求項４に記載の加熱アセンブリ。
7. 前記加熱要素の前記第１の部分は、前記ヒータマウントから離間される、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の加熱アセンブリ。
8. 通常の動作条件下において、前記加熱要素の前記第１の部分が摂氏３００度〜摂氏５５０度の温度である時に、前記第２の部分の前記ヒータマウントに接する箇所は摂氏２００度未満の温度である、
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の加熱アセンブリ。
9. 前記第１の部分は、前記第２の部分よりも大きな抵抗温度係数を有する、
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の加熱アセンブリ。
10. 前記第１の部分の最高温度をＴ₁とし、大気温度をＴ₀とし、前記ヒータマウントに接する前記ヒータ要素の前記第２の部分の温度をＴ₂とした場合、（Ｔ₁−Ｔ₀）／（Ｔ₂−Ｔ₀）＞２である、
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の加熱アセンブリ。
11. 前記ヒータ基板は、前記加熱要素が配置された平面と、エアロゾル形成基材に挿入できるように構成されたテーパ状の端部とを有する、
    ことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の加熱アセンブリ。
12. ハウジングと、
    請求項１から１１のいずれかに記載の加熱アセンブリと、
    を備えたエアロゾル発生装置であって、
    前記ヒータマウントは、前記ハウジングに結合され、前記加熱要素には電源が接続され、制御要素が、前記電源から前記加熱要素への電力の供給を制御するように構成される、
    ことを特徴とするエアロゾル発生装置。
13. 前記ハウジングは、前記加熱要素の前記第１の部分を取り囲むキャビティを定め、該キャビティは、エアロゾル形成基材を含むエアロゾル形成物品を受け入れるように構成される、
    ことを特徴とする請求項１２に記載のエアロゾル発生装置。
14. 前記装置は、ハンドヘルド型喫煙装置である、
    ことを特徴とする請求項１２又は１３に記載のエアロゾル発生装置。
15. 加熱アセンブリの製造方法であって、
    ヒータ基板を用意するステップと、
    前記基板上に１又はそれ以上の電気抵抗式加熱要素を堆積させるステップと、
    を含み、各加熱要素は、第１の部分及び第２の部分を有し、該第１及び第２の部分は、前記加熱要素に電流が流れた時に、該電流の結果として前記第１の部分が前記第２の部分よりも高い温度に加熱されるように構成され、前記加熱要素の前記第１の部分は、前記ヒータ基板の加熱領域に堆積され、前記加熱要素の前記第２の部分は、前記ヒータ基板の保持領域に堆積され、前記方法は、
    前記ヒータ基板の前記保持領域にヒータマウントを成形するステップをさらに含む、
    ことを特徴とする方法。

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