JP2019517779A - 半導体ヒーターを備えるエアロゾル発生装置 - Google Patents

半導体ヒーターを備えるエアロゾル発生装置 Download PDF

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Abstract

電力供給源（４０）と、エアロゾル発生物品（５０、６０）を受けるためのくぼみ（１４）と、くぼみ（１４）の中に位置付けられた複数の半導体ヒーター（２２）とを備えるエアロゾル発生装置（１０）が提供されている。各々の半導体ヒーター（２２）は、基板層（３２）と、基板層（３２）の上に提供された加熱層（３６）とを備え、加熱層（３６）は連続的な層である。エアロゾル発生装置（１０）は、電力供給源（４０）から半導体ヒーター（２２）の各々への電力の供給を制御するように構成されたコントローラー（４２）をさらに備える。【選択図】図１

Description

本発明は半導体ヒーターを備えるエアロゾル発生装置に関する。本発明は、電気的に作動する喫煙システムとして特定の用途がある。
エアロゾル発生システムの一つのタイプは、電気的に作動する喫煙システムである。周知の手持ち式の電気的に作動する喫煙システムは一般に、電池と、制御電子回路と、エアロゾル発生装置で使用するために特別に設計されたエアロゾル発生物品を加熱するための電気ヒーターとを備えるエアロゾル発生装置を備える。一部の例において、エアロゾル発生物品は、たばこロッドまたはたばこプラグなどのエアロゾル発生基体を備え、エアロゾル発生装置内に収容されるヒーターは、エアロゾル発生物品がエアロゾル発生装置の中に挿入される時に、エアロゾル発生基体の中に、またはその周りに挿入される。代替の電気的に作動する喫煙システムでは、エアロゾル発生物品は、容器に入っていないたばこなどのエアロゾル発生基体を収容するカプセルを備えてもよい。
エアロゾル発生物品の加熱の制御が改善されたエアロゾル発生装置を提供することが望ましいであろう。
本発明の第一の態様によると、電力供給源と、エアロゾル発生物品を受けるためのくぼみと、くぼみの中に位置付けられた複数の半導体ヒーターとを備えるエアロゾル発生装置が提供されている。各々の半導体ヒーターは、基板層と、基板層の上に提供された加熱層とを備え、加熱層は連続的な層である。エアロゾル発生装置は、電力供給源から半導体ヒーターの各々への電力の供給を制御するように構成されたコントローラーをさらに備える。
本発明によるエアロゾル発生装置は、エアロゾル発生物品を受けるためのくぼみの中に位置付けられた複数の半導体ヒーターを備える。有利なことに、複数の半導体ヒーターでは、くぼみの中に受けられたエアロゾル発生物品の加熱の制御が改善されうる。各々の半導体ヒーターを使用する加熱の温度および持続期間は、金属またはセラミックの抵抗発熱体を備える従来の抵抗ヒーターと比較して、より正確に制御される。
有利なことに、各々の半導体ヒーターに連続的な加熱層を提供することは、発熱体がパターン化された導電性層を備える周知の装置と比較して、エアロゾル発生装置の製造を簡略化できる。
複数の半導体ヒーターは有利なことに、エアロゾル発生物品の個別部分の加熱を容易にする場合があり、これはエアロゾル発生物品からのエアロゾルの放出を改善しうる。エアロゾル発生物品の個別部分を加熱することは、ユーザーが第一の期間にわたってエアロゾル発生物品の第一の部分を消費し、それより後の第二の期間にわたってエアロゾル発生物品の第二の部分を消費することを容易にする場合がある。
有利なことに、複数の半導体ヒーターを使用してエアロゾル発生物品の個別部分を加熱することは、エアロゾル発生物品の消費量のより正確な推定を容易にする場合がある。
有利なことに、複数の半導体ヒーターは、金属またはセラミックの抵抗発熱体を備える従来のエアロゾル発生装置と比較して、エアロゾル発生物品の一部分の形状およびサイズに、より厳密に一致する幾何学的な分布でくぼみの中に位置付けられてもよい。複数の半導体ヒーターの幾何学的な分布がエアロゾル発生物品の一部分の形状およびサイズと一致することは有利なことに、エアロゾル発生物品のより均一な加熱を提供する場合がある。エアロゾル発生物品のより均一な加熱は、エアロゾル発生物品からの全体的なエアロゾル送達を増やす場合がある。
複数の半導体ヒーターの各々はくぼみの内表面上に提供されてもよい。
くぼみは実質的に平坦な壁を備えてもよく、複数の半導体ヒーターは実質的に平坦な壁の上に提供されている。有利なことに、実質的に平坦な壁の上に複数の半導体ヒーターを提供することは、実質的に平坦なエアロゾル発生物品の加熱を容易にする場合がある。有利なことに、実質的に平坦な壁の上に半導体ヒーターを提供することは、エアロゾル発生装置の製造を簡略化する場合がある。
半導体ヒーターの各々は実質的に平坦であることが好ましい。有利なことに、実質的に平坦な半導体ヒーターを提供することは、半導体ヒーターとエアロゾル発生装置の両方の製造を簡略化する場合がある。有利なことに、実質的に平坦な半導体ヒーターは、エアロゾル発生物品がくぼみの中に受けられる時に、各々の半導体ヒーターとエアロゾル発生物品の一部分との間の最適化された接触を容易にする場合がある。
半導体ヒーターの各々は、基板層と、基板層の上に提供された加熱層とを備える。各々の加熱層は、別個の基板層の上に提供されてもよい。複数の半導体ヒーターは、共通の基板層と、相互に間隙を介し、かつ各々が共通の基板層の上に提供された複数の加熱層とを備え、各々の加熱層は半導体ヒーターを形成することが好ましい。有利なことに、共通の基板層を使用することは、複数の半導体ヒーターおよびエアロゾル発生装置の製造を簡略化する場合がある。基板層を形成するための適切な材料はケイ素である。基板層はシリコンウェハーであってもよい。
各々の加熱層は凸多角形形状を有してもよい。すなわち、各々の加熱層の形状は、加熱層の境界上の任意の二つの点の間のいかなる線分も加熱層の外側に延びないようになってもよい。適切な形状には、円形、長円形、楕円形、三角形、長方形、正方形、五角形等々が挙げられる。
各々の加熱層は、多結晶ケイ素を含んでもよい。各々の加熱層は、多結晶ケイ素に望ましい電気抵抗を提供するために一つ以上のドーパントを含んでもよい。適切なドーパントはリンである。
各々の加熱層は、加熱層と基板層の間に介在する層がないように、基板層上に直接提供されてもよい。
各々の半導体ヒーターは、加熱層と基板層の間に提供される一つ以上の中間層をさらに備えてもよい。各々の半導体ヒーターは、加熱層と基板層の間に位置付けられた絶縁層を備えてもよい。複数の半導体ヒーターが共通の基板層を備える実施形態において、絶縁層は、共通の基板層の上にあり、かつ複数の加熱層の下にある共通の絶縁層であってもよい。絶縁層を形成するための適切な材料は窒化ケイ素である。
各々の半導体ヒーターは、加熱層に電気的に接続された一つ以上の電極を備えてもよい。各々の電極は導電性材料から形成されることが好ましい。各々の電極は少なくとも一つの金属から形成されてもよい。少なくとも一つの金属には、銅、亜鉛、アルミニウム、銀、金、白金、およびこれらの組み合わせが含まれてもよい。
各々の半導体ヒーターは、加熱層上に提供された不動態化層を備えてもよい。有利なことに、不動態化層はヒーターの動作中に、加熱層の酸化を防止する場合がある。不動態化層を形成するための適切な材料は二酸化ケイ素である。
半導体ヒーターの各々は、摂氏約２００度〜摂氏約４００度の温度で動作するように構成されてもよい。半導体ヒーターの各々は、約３ボルト〜約６ボルトの電圧で動作するように構成されてもよい。
半導体ヒーターの各々は、約７平方ミリメートル未満の全面積にわたって延びる場合がある。半導体ヒーターの各々が、共通の基板層または共通の絶縁層の上に提供された加熱層および一つ以上の電気接点を備える実施形態において、加熱層および一つ以上の電気接点は、約７平方ミリメートル未満の全面積にわたって延びることが好ましい。有利なことに、各々が約７平方ミリメートル未満のサイズを有する複数の半導体ヒーターを提供することは、エアロゾル発生物品の個別部分の正確な加熱を容易にする場合がある。
半導体ヒーターの各々は、くぼみの内表面の一部分の上にあってもよく、内表面の各々の部分の表面積は、約７平方ミリメートル未満である。有利なことに、各々が約７平方ミリメートル未満のサイズを有する複数の半導体ヒーターを提供することは、エアロゾル発生物品の加熱の制御を容易に改善する場合がある。
各々の半導体ヒーターは、約７平方ミリメートル未満の表面積を有するくぼみの内表面の一部分の真上にあってもよい。
一つ以上の介在する層は、各々の半導体ヒーターとくぼみの内表面との間に位置付けられてもよく、つまり各々の半導体ヒーターは間接的に、約７平方ミリメートル未満の面積を有するくぼみの内表面の一部分の上にあってもよい。
各々の半導体ヒーターが加熱層と共通の基板層の上に位置付けられた一つ以上の電極とを備える実施形態において、加熱層と一つ以上の電極は、約７平方ミリメートル未満の表面積を有する共通の基板層の一部分の上にあってもよい。すなわち、加熱層および一つ以上の電極は間接的に、約７平方ミリメートル未満の表面積を有するくぼみの内表面の一部分の上にある。
各々の半導体ヒーターが加熱層と、共通の絶縁層の上に位置付けられた一つ以上の電極とを備える実施形態において、加熱層および一つ以上の電極は、約７平方ミリメートル未満の表面積を有する共通の絶縁層の一部分の上にあってもよい。すなわち、加熱層および一つ以上の電極は間接的に、約７平方ミリメートル未満の表面積を有するくぼみの内表面の一部分の上にある。
エアロゾル発生装置は少なくとも一つのガスセンサーをさらに備えてもよい。エアロゾル発生装置は複数のガスセンサーを備えてもよい。有利なことに、ガスセンサーは、エアロゾル発生装置の動作をモニターするために使用されてもよい。例えば、酸化性ガスまたは還元性ガスの存在は、エアロゾル発生装置によって加熱されるエアロゾル発生物品からのエアロゾル形成基体の消耗を表示する場合がある。酸化性ガスまたは還元性ガスの存在は、エアロゾル発生装置によってエアロゾル発生物品がエアロゾル発生物品の動作温度より高い温度に加熱されていることを表示する場合がある。
各々のガスセンサーは半導体ガスセンサーであってもよい。
各々の半導体ガスセンサーは、半導体ヒーターの少なくとも一つの近傍に位置付けられることが好ましい。有利なことに、各々のガスセンサーを半導体ヒーターの少なくとも一つの近傍に位置付けることは、ガスセンサーの動作中に各々のガスセンサーを加熱するために一つ以上の追加的なヒーターを提供する必要性をなくす場合がある。コントローラーは、ガスセンサーの近傍にある半導体ヒーターが起動された時に、各々のガスセンサーを起動するように構成されていることが好ましい。コントローラーは、各々の起動された半導体ガスセンサーを使用して少なくとも一つの気体の量をモニターするように構成されてもよい。すなわち、コントローラーは、各々の起動された半導体ガスセンサー使用して、くぼみの中の少なくとも一つの気体の量をモニターしてもよい。コントローラーは、起動された半導体ガスセンサーで決定された少なくとも一つの気体の量に応答して、または起動された半導体ガスセンサーで決定された少なくとも一つの気体の量の変化に応答して、起動された半導体ガスセンサーの近傍の半導体ヒーターへの電力の供給を制御するように構成されてもよい。例えば、コントローラーは、少なくとも一つの気体の決定された量が増加する時に、起動された半導体ガスセンサーの近傍の半導体ヒーターへの電力の供給を低減するように構成されてもよい。コントローラーは、少なくとも一つの気体の量が所定の閾値を超えた時に、起動された半導体ガスセンサーの近傍の半導体ヒーターを作動停止するように構成されてもよい。コントローラーは、センサーの電気抵抗、またはセンサーの電気抵抗の変化をモニターするように構成されてもよい。センサーの電気抵抗またはセンサーの電気抵抗の変化は、還元性ガスまたは酸化性ガスの存在を示す。
少なくとも一つの半導体ガスセンサーは、半導体ヒーターの一つの上にあってもよい。すなわち、半導体ガスセンサーの下にある半導体ヒーターは、ガスセンサーヒーターであってもよい。コントローラーは、半導体ガスセンサーを加熱するための、電力供給源からガスセンサーヒーターへの電力の供給を制御するように構成されてもよい。すなわち、コントローラーは、電力供給源からガスセンサーヒーターの加熱層への電力の供給を制御するように構成されてもよい。コントローラーは、くぼみの中の少なくとも一つの気体の量を決定するために半導体ガスセンサーの電気抵抗を同時に測定するように構成されてもよい。コントローラーは、くぼみの中の少なくとも一つの気体の決定された量、またはくぼみの中の少なくとも一つの気体の決定された量の変化に応答してガスセンサーヒーターへの電力の供給を制御するように構成されてもよい。例えば、コントローラーは、少なくとも一つの気体の決定された量が増える時に、ガスセンサーヒーターへの電力の供給を低減するように構成されてもよい。コントローラーは、くぼみの中の少なくとも一つの気体の決定された量が所定の閾値を超える時に、ガスセンサーヒーターへの電力の供給を終らせるように構成されてもよい。
各々の半導体ガスセンサーは、金属酸化物ガスセンサーであってもよい。一実施例において、ガスセンサーはＮ型半導体ガスセンサーであり、とりわけ酸化スズガスセンサーである。Ｎ型半導体センサーは、一酸化炭素（ＣＯ）またはアンモニアなどの還元性ガスの存在において電気抵抗を減らし、酸素、一酸化窒素（ＮＯ）、または二酸化窒素（ＮＯ2）などの酸化性ガスの存在において電気抵抗を増大する。Ｐ型半導体ガスセンサーも使用することができる。Ｐ型半導体ガスセンサーは反対向きの様式で挙動し、つまり還元性ガスの存在において電気抵抗を増大し、酸化性ガスの存在において電気抵抗を低減する。
複数の半導体ヒーターの少なくとも一つは、少なくとも一つのガスセンサーとして機能するように構成されてもよい。半導体ヒーターの少なくとも一つの加熱層は、ガスセンサーとして機能するように構成されてもよい。すなわち、加熱層は、組み合わせられた加熱・気体感知層として機能してもよい。コントローラーは、一つ以上の気体の存在または欠如を決定するために、加熱層の少なくとも一つの電気的特性を測定するように構成されてもよい。コントローラーは、少なくとも一つの気体の量を測定するために加熱層の少なくとも一つの電気的特性を測定するように構成されてもよい。コントローラーは、加熱層の電気抵抗を測定するように構成されてもよい。コントローラーは、組み合わせられた加熱・気体感知層を加熱するための、電力供給源から組み合わせられた加熱・気体感知層への電力の供給を制御することと、くぼみの中の少なくとも一つの気体の量を決定するために、組み合わせられた加熱・気体感知層の電気抵抗を測定することとを同時に行うように構成されてもよい。コントローラーは、くぼみの中の少なくとも一つの気体の決定された量、またはくぼみの中の少なくとも一つの気体の決定された量の変化に応答して、組み合わせられた加熱・気体感知層への電力の供給を制御するように構成されてもよい。例えば、コントローラーは、少なくとも一つの気体の決定された量が増える時に、組み合わせられた加熱・気体感知層への電力の供給を低減するように構成されてもよい。コントローラーは、くぼみの中の少なくとも一つの気体の決定された量が所定の閾値を超える時に、組み合わせられた加熱・気体感知層への電力の供給を終らせるように構成されてもよい。
ガスセンサーとして機能するように構成された各々の半導体ヒーターは、加熱層を加熱するために電力供給源から加熱層に電力を供給するための、加熱層に電気的に接続された一つ以上の第一の電極を備えてもよい。一つ以上の第一の電極は少なくとも二つの第一の電極を備えてもよい。ガスセンサーとして機能するように構成された各々の半導体ヒーターは、コントローラーによる加熱層の少なくとも一つの電気的特性の測定のための、加熱層に電気的に接続された一つ以上の第二の電極を備えてもよい。一つ以上の第二の電極は少なくとも二つの第二の電極を備えてもよい。
各々のガスセンサーは、摂氏約２００度〜摂氏約４００度の温度で動作するように構成されてもよい。半導体ガスセンサーなどのガスセンサーは、気体がセンサーに直接接触する時に起こる化学反応のおかげで動作する。摂氏約２００度〜摂氏約４００度の温度では、化学反応速度が増加するので、センサーの感受性はより高くなる。
エアロゾル発生装置が複数のガスセンサーを備える実施形態において、少なくとも二つのガスセンサーは異なる気体に対して感受性であるように構成されてもよい。一つのセンサーは還元性ガスを検出するように構成されてもよく、別のセンサーは酸化性ガスを検出するように構成されてもよい。両方のガスセンサーは還元性ガスに対して感受性であってもよいが、異なるガスに対して特に感受性であるように、（気体感知層の組成、製造、またはドーピングを変えることによって）異なって調整されてもよい。例えば、一つのガスセンサーは一酸化炭素（ＣＯ）を感知するように調整されてもよく、一方で別のガスセンサーは二酸化窒素（ＮＯ2）に対して感受性であるように調整されてもよい。
コントローラーは、複数の半導体ヒーターを逐次的に起動および作動停止するように構成されていることが好ましい。すなわち、コントローラーは、電力供給源から半導体ヒーターの各々への電力の供給を逐次的に制御するように構成されてもよい。コントローラーは、複数の半導体ヒーターを一度に一つずつ起動および作動停止するように構成されてもよい。コントローラーは、二つ以上の群の中の複数の半導体ヒーターを起動するように構成されてもよく、群の中の半導体ヒーターのすべては同時に起動される。コントローラーは、次のヒーターまたはヒーターの群を、前のヒーターまたはヒーターの群が起動された後に、ただし前のヒーターまたはヒーターの群が作動停止される前に、起動するように構成されてもよい。
電力供給源は直流電流（ＤＣ）供給源を備えてもよい。好ましい実施形態において、電力供給源は電池を備える。電力供給源は、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、またはリチウム系電池（例えばリチウムコバルト電池、リチウム鉄リン酸塩電池、もしくはリチウムポリマー電池）を含んでもよい。
エアロゾル発生物品は、エアロゾル発生物品とエアロゾル発生装置が一緒にエアロゾル発生システムを形成するように、エアロゾル発生装置のくぼみの中に受けられてもよい。本明細書に記載の通り、複数の半導体ヒーターを備えるエアロゾル発生装置を提供することは、金属またはセラミックの抵抗発熱体を備える従来のエアロゾル発生装置と比較して、エアロゾル発生物品の一部分の形状およびサイズに、より厳密に一致する幾何学的な分布でヒーターを提供することを容易にする場合がある。
本発明の第二の態様によると、電力供給源と、エアロゾル発生物品を受けるためのくぼみと、くぼみの中に位置付けられた複数の半導体ヒーターとを備えるエアロゾル発生装置が提供されている。エアロゾル発生装置は、電力供給源から半導体ヒーターの各々への電力の供給を制御するように構成されたコントローラーをさらに備える。
半導体ヒーターの各々は、基板層と、基板層の上に提供された加熱層とを備えてもよい。各々の加熱層は実質的に連続的な層であってもよい。各々の加熱層は、基板層の上にパターンを形成してもよい。有利なことに、パターンを形成する加熱層を基板層の上に提供することは、動作中の半導体ヒーター全体の望ましい温度分布を提供してもよい。
本発明の第二の態様によるエアロゾル発生装置は、本発明の第一の態様に関連して本明細書で説明した随意のまたは好ましい特徴のうちのいずれかを備えてもよい。
本発明の第三の態様によると、本明細書で説明した実施形態のいずれかによる、本発明の第一または第二の態様によるエアロゾル発生物品およびエアロゾル発生装置を備えるエアロゾル発生システムが提供されている。エアロゾル発生物品は少なくとも一つのエアロゾル形成基体を備え、複数の半導体ヒーターはエアロゾル発生物品がくぼみの中に受けられる時に、少なくとも一つのエアロゾル形成基体を加熱するように構成されている。
エアロゾル発生物品は基層を備えてもよく、少なくとも一つのエアロゾル形成基体は基層の表面上に位置付けられている。複数の半導体ヒーターがくぼみの実質的に平坦な壁の上に提供されている実施形態において、基層は実質的に平坦であることが好ましい。
少なくとも一つのエアロゾル形成基体は、エアロゾル発生物品がくぼみの中に受けられた時に、半導体ヒーターの少なくとも二つの上にあるように構成されたエアロゾル形成基体を備えてもよい。少なくとも一つのエアロゾル形成基体は、エアロゾル発生物品がくぼみの中に受けられた時に、すべての半導体ヒーターの上にあるように構成された単一のエアロゾル形成基体であってもよい。
少なくとも一つのエアロゾル形成基体は複数のエアロゾル形成基体を備えてもよく、各々のエアロゾル形成基体は、エアロゾル発生物品がくぼみの中に受けられた時に、半導体ヒーターの少なくとも一つの上にあるように構成されている。エアロゾル形成基体の数は、半導体ヒーターの数と同じであってもよく、各々のエアロゾル形成基体は、エアロゾル発生物品がくぼみの中に受けられた時に、半導体ヒーターの一つの上にあるように構成されている。
半導体ヒーターの各々がくぼみの内表面の一部分の上にある実施形態において、内表面の各々の部分の表面積は約７平方ミリメートル未満であり、エアロゾル形成基体の各々は基層の表面上に位置付けられることが好ましく、基層の表面の各々の部分の表面積は約７平方ミリメートル未満である。有利なことに、各々が約７平方ミリメートル未満の表面積の上にある複数のエアロゾル形成基体を提供することは、対応する半導体ヒーターによる各々のエアロゾル形成基体の均一な加熱を容易にする場合がある。
本発明の第四の態様によると、基層と、基層の表面上に位置付けられた複数のエアロゾル形成基体とを備えるエアロゾル発生物品が提供されている。各々のエアロゾル形成基体は、基層の表面の一部分の上にあり、基層の表面の各々の部分の表面積は約７平方ミリメートル未満である。基層は実質的に平坦であることが好ましい。
エアロゾル発生装置の以下の随意的かつ好ましい特徴は、本発明の第三の態様に適用される。以下のエアロゾル発生物品の随意的かつ好ましい特徴は、本発明の第三の態様および第四の態様の両方に適用される。
エアロゾル発生物品は、基層の上にあり、かつ基層に固定された取り外し可能なカバー層を備えることが好ましく、これによって一つ以上のエアロゾル形成基体は取り外し可能なカバー層と基層の間に密封される。取り外し可能なカバー層は、非多孔性高分子フィルムを含んでもよい。
エアロゾル発生物品が複数のエアロゾル形成基体を備える実施形態において、複数のエアロゾル形成基体は、基層の上に位置付けられた複数の第一のエアロゾル形成基体と、基層の上に位置付けられた複数の第二のエアロゾル形成基体とを備えてもよく、第二のエアロゾル形成基体は第一のエアロゾル形成基体と異なる。
コントローラーは、第一のエアロゾル形成基体が第二のエアロゾル形成基体とは別個に加熱されるように、複数の半導体ヒーターを逐次的に起動するように構成されてもよい。コントローラーは、第一のエアロゾル形成基体の少なくとも幾つかが第二のエアロゾル形成基体の少なくとも幾つかとともに同時に加熱されるように、複数の半導体ヒーターを起動するように構成されてもよい。
第一のエアロゾル形成基体と第二のエアロゾル形成基体の両方は各々、固体エアロゾル形成基体を含んでもよい。第一のエアロゾル形成基体と第二のエアロゾル形成基体の両方は各々、液体エアロゾル形成基体を含んでもよい。第一のエアロゾル形成基体の各々は固体エアロゾル形成基体を含んでもよく、また第二のエアロゾル形成基体の各々は液体エアロゾル形成基体を含んでもよい。第一のエアロゾル形成基体の各々は液体エアロゾル形成基体を含んでもよく、また第二のエアロゾル形成基体の各々は固体エアロゾル形成基体を含んでもよい。
第一のエアロゾル形成基体および第二のエアロゾル形成基体の少なくとも一つが液体エアロゾル形成基体を含む実施形態において、エアロゾル形成基体の各々は、基層の上に位置付けられた多孔性基体材料と、多孔性基体材料の上に収着された液体エアロゾル形成基体とを含んでもよい。多孔性基体材料は約０．１グラム／立方センチメートル〜約０．３グラム／立方センチメートルの密度を有することが好ましい。
多孔性基体材料は約１５パーセント〜約５５パーセントの空隙率を有することが好ましい。
多孔性基体材料はガラス、セルロース、セラミック、ステンレス鋼、アルミニウム、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリ（シクロヘキサンジメチレンテレフタラート）（ＰＣＴ）、ポリブチレンテレフタラート（ＰＢＴ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、延伸ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）およびＢＡＲＥＸ（登録商標）のうちの一つ以上を含んでもよい。
多孔性基体材料は、液体エアロゾル形成基体に関して、化学的に不活性であることが好ましい。
少なくとも一つの固体エアロゾル形成基体を含む実施形態において、固体エアロゾル形成基体はたばこを含んでもよい。固体エアロゾル形成基体は、加熱に伴い基体から放出される揮発性のたばこ風味化合物を含有するたばこ含有材料を含んでもよい。固体エアロゾル形成基体は非たばこ材料を含んでもよい。固体エアロゾル形成基体は、たばこ含有材料および非たばこ含有材料を含んでもよい。
固体エアロゾル形成基体は少なくとも一つのエアロゾル形成体を含んでもよい。適切なエアロゾル形成体には例えば、多価アルコール（プロピレングリコール、トリエチレングリコール、１，３−ブタンジオールおよびグリセリンなど）、多価アルコールのエステル（グリセロールモノ−、ジ−またはトリアセテートなど）、およびモノ−、ジ−またはポリカルボン酸の脂肪族エステル（ドデカン二酸ジメチルおよびテトラデカン二酸ジメチルなど）が含まれるが、これらに限定されない。
好ましいエアロゾル形成体は、多価アルコールまたはその混合物（例えばプロピレングリコール、トリエチレングリコール、１，３−ブタンジオールおよび最も好ましくはグリセリン）である。
固体エアロゾル形成基体は単一のエアロゾル形成体を含んでもよい。別の方法として、固体エアロゾル形成基体は、二つ以上のエアロゾル形成体の組み合わせを含んでもよい。
固体エアロゾル形成基体のエアロゾル形成体の含有量は、乾燥重量基準で５パーセントを超えてもよい。
固体エアロゾル形成基体のエアロゾル形成体の含有量は、乾燥重量基準でおよそ５パーセント〜およそ３０パーセントであってもよい。
固体エアロゾル形成基体のエアロゾル形成体の含有量は、乾燥重量基準でおよそ２０パーセントであってもよい。
少なくとも一つの液体エアロゾル形成基体を含む実施形態において、液体エアロゾル形成基体はニコチン溶液を含んでもよい。液体エアロゾル形成基体は、加熱に伴い液体から放出される揮発性のたばこ風味化合物を含む、たばこ含有材料を含むことが好ましい。液体エアロゾル形成基体は非たばこ材料を含んでもよい。液体エアロゾル形成基体は水、溶媒、エタノール、植物エキス、および天然の風味または人工の風味を含んでもよい。液体エアロゾル形成基体はエアロゾル形成体をさらに含むことが好ましい。
エアロゾル発生物品が複数の第一のエアロゾル形成基体と複数の第二のエアロゾル形成基体とを含む実施形態において、複数の第一のエアロゾル形成基体は各々、ニコチン溶液を含んでもよく、また複数の第二のエアロゾル形成基体は各々、酸を含んでもよい。
酸は有機酸を含んでもよく、または無機酸を含んでもよい。
酸は有機酸を含むことが好ましく、カルボン酸を含むことがより好ましく、α−ケト酸もしくは２−オキソ酸または乳酸を含むことが最も好ましい。
有利なことに、酸は、３−メチル−２−オキソペンタン酸、ピルビン酸、２−オキソペンタン酸、４−メチル−２−オキソペンタン酸、３−メチル−２−オキソブタン酸、２−オキソオクタン酸、乳酸、およびこれらの組み合わせから成る群から選択される酸を含む。有利なことに、酸はピルビン酸または乳酸を含む。より有利なことに、酸は乳酸を含む。
各々がニコチン溶液を備える複数の第一のエアロゾル形成基体と、各々が酸を備える複数の第二のエアロゾル形成基体とをエアロゾル発生物品が備える実施形態において、コントローラーは、第一のエアロゾル形成基体の少なくとも幾つかが第二のエアロゾル形成基体の少なくとも幾つかとともに同時に加熱されるように、複数の半導体ヒーターを起動するように構成されていることが好ましい。有利なことに、液体ニコチン溶液と酸を同時に加熱することは、気相内で反応してニコチン塩粒子を含む形態のエアロゾルを形成する、ニコチンエアロゾルと酸エアロゾルを発生する場合がある。
エアロゾル形成基体の少なくとも一つは風味剤を含んでもよい。適切な風味剤にはメントールが含まれるが、これに限定されない。
添付図面を参照しながら、例証としてのみ、本発明をさらに説明する。
図１は、本発明の実施形態によるエアロゾル発生装置の断面図である。 図２は、図１のエアロゾル発生装置の複数の半導体ヒーターの上面図である。 図３は、図１のエアロゾル発生装置の半導体ヒーターの一つの詳細な断面図である。 図４は、本発明の第一の実施形態によるエアロゾル発生物品の斜視図である。 図５は、本発明の第二の実施形態によるエアロゾル発生物品の斜視図である。 図６は、図１のエアロゾル発生装置と組み合わせてエアロゾル発生システムを形成する、図５のエアロゾル発生物品の断面図である。
図１は、本発明の実施形態によるエアロゾル発生装置１０の断面図を示す。エアロゾル発生装置は、エアロゾル発生物品を受けるためのくぼみ１４を画定するハウジング１２を備える。空気吸込み口１６はくぼみ１４の上流端に提供され、またマウスピース１８はハウジング１２の下流端に提供されている。空気出口２０はくぼみ１４と流体連通しているマウスピース１８内に提供されており、つまりくぼみ１４を通って空気吸込み口１６と空気出口２０の間に気流経路が画定されている。使用中、ユーザーはマウスピース１８を吸い、空気吸込み口１６を通してくぼみ１４の中へと空気を引き出し、かつ空気出口２０を通してくぼみ１４の外へと空気を引き出す。
エアロゾル発生装置１０は、くぼみ１４の平坦な壁２４の上に提供された複数の半導体ヒーター２２をさらに備える。半導体ヒーター２２の各々は、共通の支持層２８の上に提供されたヒーターパッケージ２６を備える。複数の半導体ヒーター２２は、図２において、より明瞭に示されているヒーターアレイ３０を形成する。
図３は、個別の半導体ヒーター２２の断面図を示す。各々の半導体ヒーター２２は、共通の支持層２８の上に提供されたヒーターパッケージ２６を備える。共通の支持層２８は、共通の基板層３２と、共通の基板層３２の上にある共通の絶縁層３４とを備える。共通の基板層３２はシリコンウェハーであり、また共通の絶縁層は窒化ケイ素を含む。
各々のヒーターパッケージ２６は、共通の絶縁層３４の一部分の上にある加熱層３６と、加熱層３６に電気的に接続された少なくとも二つの電極３８とを備える。各々のヒーターパッケージ２６は共通の絶縁層３４の一部分の上にあり、約７平方ミリメートル未満の表面積を有する。加熱層３６は、望ましい電気抵抗を有する加熱層３６を提供するために、リンでドープされた多結晶シリコーンを含む。電極３８は白金などの金属を含む。
エアロゾル発生装置１０は、ハウジング１２の中に位置付けられた、電力供給源４０およびコントローラー４２をさらに備える。エアロゾル発生装置１０の動作中、コントローラー４２は半導体ヒーター２２を起動するために、対応する電極３８を経由する、電力供給源４０から各々の半導体ヒーター２２への電流の供給を制御する。コントローラー４２は、複数の半導体ヒーター２２を群で起動するように構成されており、各々の群は逐次的に起動および作動停止される。
コントローラー４２は、少なくとも一つの気体の量を測定およびモニターするためにヒーターが起動された時に、各々の半導体ヒーター２２の加熱層３６の電気抵抗を測定およびモニターするようにさらに構成されている。このようにして、各々の半導体ヒーター２２はガスセンサーとしても機能する。例えば、各々の加熱層３６は、エアロゾル発生物品上のエアロゾル形成基体がエアロゾル発生物品の動作温度を超える温度まで加熱された時に発生する気体に対して感受性がある。この状況では、半導体ヒーター２２の加熱層３６の測定された電気抵抗がこの気体の存在を示す時に、コントローラーは半導体ヒーター２２を作動停止するように構成されてもよい。
図４は、本発明の第一の実施形態によるエアロゾル発生物品５０を示す。エアロゾル発生物品５０は、基層５２と、基層５２上に提供されたエアロゾル形成基体５４とを備える。エアロゾル形成基体５４は、固体たばこ含有材料の実質的に連続的な層を備える。取り外し可能なカバー層５６は、基層５２と取り外し可能なカバー層５６との間にエアロゾル形成基体５４を密封するために、基層５２に固定される。取り外し可能なカバー層は、非多孔性高分子フィルムから形成される。
使用中、取り外し可能なカバー層５６は基層５２から取り外され、またエアロゾル発生物品５０は図１に示されるエアロゾル発生装置１０のくぼみ１４の中へと挿入されて、エアロゾル発生システムを形成する。次に、コントローラー４２は、半導体ヒーター２２の群を逐次的に起動および作動停止して、エアロゾル形成基体５４の個別部分を逐次的に加熱する。
図５は、本発明の第二の実施形態によるエアロゾル発生物品６０を示す。エアロゾル発生物品６０は、図４で示されているエアロゾル発生物品５０の基層５２およびカバー層５６と同一の基層５２およびカバー層５６を備える。しかし、エアロゾル発生物品６０は、基層５２の上に位置付けられ、かつ基層５２とカバー層５６の間に密封された複数の個別のエアロゾル形成基体６４を備える。エアロゾル形成基体６４の各々は、多孔性基体材料と、多孔性基体材料の上に収着された液体エアロゾル形成基体とを備える。エアロゾル形成基体６４の各々は、約７平方ミリメートル未満の表面積を有する基層５２の一部分の上にある。
複数のエアロゾル形成基体６４は、三つの群、すなわち各々が液体ニコチン溶液を備える複数の第一のエアロゾル形成基体６８、各々が揮発性の酸を備える複数の第二のエアロゾル形成基体７０、および各々が風味剤を備える複数の第三のエアロゾル形成基体７２に分けられる。
使用中、取り外し可能なカバー層５６は基層５２から取り外され、また図６に示されるように、エアロゾル発生物品６０は図１に示されるエアロゾル発生装置１０のくぼみ１４の中へと挿入されて、エアロゾル発生システム８０を形成する。エアロゾル形成基体６４の配置は、エアロゾル発生物品６０がくぼみ１４の中に受けられた時に、各々のエアロゾル形成基体６４が半導体ヒーター２２の上になるような配置である。
次に、コントローラー４２は半導体ヒーター２２の群を逐次的に起動および作動停止して、個別のエアロゾル形成基体６４を逐次的に加熱する。逐次的な起動の各々の段階で、コントローラー４２は適切な半導体ヒーター２２を起動して、第一のエアロゾル形成基体６８の一つと、第二のエアロゾル形成基体７０の一つと、第三のエアロゾル形成基体７２の一つとを同時に加熱する。加熱された第一のエアロゾル形成基体６８から放出されたニコチンベイパーと、加熱された第二のエアロゾル形成基体７０から放出された酸ベイパーは気相において反応して、空気出口２０を通してユーザーに送達するためのニコチン塩粒子を含むエアロゾルを形成する。加熱された第三のエアロゾル形成基体７２から放出された風味剤は、ユーザーに送達されるエアロゾルに風味を付与する。

Claims (17)

  1. エアロゾル発生装置であって、
    電力供給源と、
    エアロゾル発生物品を受けるためのくぼみと、
    前記くぼみの中に位置付けられた複数の半導体ヒーターであって、各々の半導体ヒーターが基板層と前記基板層の上に提供された加熱層とを備え、前記加熱層が連続的な層である、半導体ヒーターと、
    前記電力供給源から前記半導体ヒーターの各々への電力の供給を制御するように構成されたコントローラーとを備える、エアロゾル発生装置。
  2. 共通の基板層を備え、また前記複数の半導体ヒーターの前記加熱層が相互に間隙を介し、かつ前記共通の基板層上に提供されている、請求項１に記載のエアロゾル発生装置。
  3. 各々の半導体ヒーターの前記加熱層が凸多角形形状を有する、請求項１または２に記載のエアロゾル発生装置。
  4. 前記複数の半導体ヒーターの各々が前記くぼみの内表面上に提供されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のエアロゾル発生装置。
  5. 前記くぼみが平坦な壁を備え、かつ前記複数の半導体ヒーターが前記平坦な壁の上に提供されている、請求項４に記載のエアロゾル発生装置。
  6. 前記半導体ヒーターの各々が実質的に平坦である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のエアロゾル発生装置。
  7. 前記半導体ヒーターの各々が、７平方ミリメートル未満の全面積にわたって延びる、請求項１〜６のいずれか一項に記載のエアロゾル発生装置。
  8. 少なくとも一つの半導体ガスセンサーをさらに備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載のエアロゾル発生装置。
  9. 前記半導体ヒーターの少なくとも一つの前記加熱層が半導体ガスセンサーとして動作可能であり、つまり前記加熱層が組み合わせられた加熱・気体感知層である、請求項８に記載のエアロゾル発生装置。
  10. 前記コントローラーが、前記組み合わせられた加熱・気体感知層の電気抵抗を測定して、前記くぼみの中の少なくとも一つの気体の量を決定するように構成されている、請求項９に記載のエアロゾル発生装置。
  11. 前記コントローラーが、同時に、
    前記組み合わせられた加熱・気体感知層を加熱するための、前記電力供給源から前記組み合わせられた加熱・気体感知層への電力の供給を制御し、かつ
    前記くぼみの中の前記少なくとも一つの気体の量を決定するために前記組み合わせられた加熱・気体感知層の前記電気抵抗を測定するように構成されている、請求項１０に記載のエアロゾル発生装置。
  12. 前記コントローラーが、前記くぼみの中の前記少なくとも一つの気体の前記決定された量に応答して、前記組み合わせられた加熱・気体感知層への前記電力の供給を制御するように構成されている、請求項１１に記載のエアロゾル発生装置。
  13. 前記少なくとも一つの半導体ガスセンサーが、ガスセンサーヒーターの上にある半導体ガスセンサーを備え、前記ガスセンサーヒーターが前記複数の半導体ヒーターの一つである、請求項８〜１２のいずれか一項に記載のエアロゾル発生装置。
  14. 前記コントローラーが、同時に、
    前記半導体ガスセンサーを加熱するための、前記電力供給源から前記ガスセンサーヒーターへの電力の供給を制御し、かつ
    前記くぼみの中の少なくとも一つの気体の量を決定するために前記半導体ガスセンサーの前記電気抵抗を測定するように構成されている、請求項１３に記載のエアロゾル発生装置。
  15. 前記コントローラーが、前記くぼみの中の前記少なくとも一つの気体の前記決定された量に応答して、前記ガスセンサーヒーターへの前記電力の供給を制御するように構成されている、請求項１４に記載のエアロゾル発生装置。
  16. 前記少なくとも一つの半導体ガスセンサーが、前記くぼみの中の異なる気体に対する感受性がある少なくとも二つの半導体ガスセンサーを備える、請求項８〜１５のいずれか一項に記載のエアロゾル発生装置。
  17. 前記コントローラーが、前記電力供給源から半導体ヒーターの各々への前記電力の供給を逐次的に制御するように構成されている、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のエアロゾル発生装置。
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