JP2021182926A - ヒータを備えたエアロゾル生成装置 - Google Patents

ヒータを備えたエアロゾル生成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】温度を均一で正確にセンシングすることができる、ヒータを備えたエアロゾル生成装置を提供する。【解決手段】エアロゾル生成装置は、エアロゾル生成装置に収容されたシガレットを加熱してエアロゾルを生成するために、電気絶縁基質５０上で第１経路に沿って形成された第１電気伝導性発熱体５１、第２経路に沿って形成された第２電気伝導性発熱体５２及び第１経路と第２経路との間の領域で第３経路に沿って形成された温度センサトラック５３を含むヒータ、ヒータに電力を供給するバッテリ、及びバッテリからヒータに供給される電力を制御し、温度センサトラック５３によってセンシングされた温度をモニタリングする制御部を含む。【選択図】図６

Description

本発明は、ヒータを備えたエアロゾル生成装置に関する。
最近、一般的なシガレットの短所を克服する代替方法に係わる需要が増加している。例えば、シガレットを燃焼させてエアロゾルを生成させる方法ではない、シガレット内のエアロゾル生成物質が加熱されることにより、エアロゾルを生成する方法に関する需要が増加している。これにより、加熱式シガレットまたは加熱式エアロゾル生成装置に係わる研究が活発に進められている。
多様な実施例は、ヒータを備えたエアロゾル生成装置を提供するところにある。本開示が解決しようとする技術的課題は、前記のような技術的課題に限定されず、以下の実施例からさらに他の技術的課題が類推可能である。
一側面によれば、エアロゾル生成装置は、エアロゾル生成装置に収容されたシガレットを加熱してエアロゾルを生成するために、電気絶縁基質上で第１経路に沿って形成された第１電気伝導性発熱体、前記電気絶縁基質上で第２経路に沿って形成された第２電気伝導性発熱体、及び前記第１経路と前記第２経路との間の領域で第３経路に沿って形成された温度センサトラックを含むヒータと、前記ヒータに電力を供給するバッテリと、前記バッテリから前記ヒータに供給される前記電力を制御し、前記温度センサトラックに沿ってセンシングされた温度をモニタリングする制御部と、を含む。
また、前記第１経路は、前記電気絶縁基質上で前記第３経路の外側に形成され、前記第２経路は、前記電気絶縁基質上で前記第３経路の内側に形成される。
また、前記第１電気伝導性発熱体及び前記第２電気伝導性発熱体は、前記電力の供給によって加熱され、前記温度センサトラックは、前記第１電気伝導性発熱体及び前記第２電気伝導性発熱体の前記加熱による前記ヒータの温度をセンシングすることができる。
また、前記ヒータは、前記第１電気伝導性発熱体、前記第２電気伝導性発熱体及び前記温度センサトラックが形成された領域である発熱領域と、前記第１電気伝導性発熱体、前記第２電気伝導性発熱体及び前記温度センサトラックの末端が前記バッテリと電気的に連結されるための領域である非発熱領域と、を含んでもよい。
また、前記第１電気伝導性発熱体は、前記発熱領域内において前記第１経路上の第１末端及び第２末端を備え、前記第２電気伝導性発熱体は、前記発熱領域内において前記第２経路上の第３末端及び第４末端を備え、前記温度センサトラックは、前記発熱領域内において前記第３経路上の第５末端及び第６末端を備え、前記第５末端は、前記発熱領域内において前記第１末端と前記第３末端との間に位置し、前記第６末端は、前記発熱領域内において前記第２末端と前記第４末端との間に位置する。
また、前記非発熱領域は、前記第１末端及び前記第３末端を前記バッテリと連結する第１連結部と、前記第２末端及び前記第４末端を前記バッテリと連結する第２連結部と、前記第５末端及び前記第６末端それぞれに形成された一対のビアホール(via holes)を含んでもよい。
また、前記第１連結部及び前記第２連結部は、前記第１電気伝導性発熱体及び前記第２電気伝導性発熱体のような電気伝導性素子によって作製されて、前記第１電気伝導性発熱体及び前記第２電気伝導性発熱体より広い幅を有するか、または厚い厚さを有するようにも作製される。
また、前記温度センサトラックは、前記第１電気伝導性発熱体及び前記第２電気伝導性発熱体と互いに異なるＴＣＲ(Thermal Coefficient Resistance)または互いに異なる抵抗値を有する電気伝導性素子でもある。
また、前記第１電気伝導性発熱体及び前記第２電気伝導性発熱体は、１２００ないし１８００ｐｐｍ／℃のＴＣＲ値を有し、前記温度センサトラックは、３５００ないし４１００ｐｐｍ／℃のＴＣＲ値を有する。
また、前記第１電気伝導性発熱体及び前記第２電気伝導性発熱体は、常温２５℃で０．７Ωないし０．８５Ωの抵抗値を有し、前記温度センサトラックは、常温２５℃で１２Ωないし１４Ωの抵抗値を有する。
また、前記温度センサトラックと前記第１電気伝導性発熱体との間隔及び前記温度センサトラックと前記第２電気伝導性発熱体との間隔は、少なくとも０．５ｍｍでもある。
また、前記ヒータは、前記シガレットの内部に挿入され、前記シガレットを加熱するための内部ヒータ形態、または前記シガレットの外部を加熱するための外部ヒータ形態として具現される。
他の側面によれば、シガレットを加熱してエアロゾルを生成するためのエアロゾル生成装置用ヒータは、電気絶縁基質上で第１経路に沿って形成された第１電気伝導性発熱体と、前記電気絶縁基質上で第２経路に沿って形成された第２電気伝導性発熱体と、前記第１経路と前記第２経路との間の領域で第３経路に沿って形成された温度センサトラックを含む。
本発明によれば、電気絶縁基質上で互いに異なる電気伝導性発熱体間の領域に温度センサトラックを配置させることで、温度センサトラックがヒータの発熱部位での温度をさらに均一で正確にセンシングすることができる。
エアロゾル生成装置にシガレットが挿入された例を示す図面である。 エアロゾル生成装置にシガレットが挿入された例を示す図面である。 エアロゾル生成装置にシガレットが挿入された例を示す図面である。 シガレットの一例を示す図面である。 一実施例によるヒーティングシートの平面構造を示す図面である。 一実施例によるヒーティングシートの平面構造の詳細図である。 図６のヒーティングシートの平面構造をＸ−Ｘ’ラインに沿って側面から見た断面図である。 図６のヒーティングシートを用いて作製されたヒータを示す図面である。 図６のヒーティングシートを用いて作製されたヒータを示す図面である。 温度センサトラックの互いに異なる具現方式による温度センシングのシミュレーション結果を説明するための図面である。
一側面によれば、エアロゾル生成装置は、エアロゾル生成装置に収容されたシガレットを加熱してエアロゾルを生成するために、電気絶縁基質上で第１経路に沿って形成された第１電気伝導性発熱体、前記電気絶縁基質上で第２経路に沿って形成された第２電気伝導性発熱体及び前記第１経路と前記第２経路との間の領域で第３経路に沿って形成された温度センサトラックを含むヒータと、前記ヒータに電力を供給するバッテリと、前記バッテリから前記ヒータに供給される前記電力を制御し、前記温度センサトラックによってセンシングされた温度をモニタリングする制御部と、を含む。
他の側面によれば、シガレットを加熱してエアロゾルを生成するためのエアロゾル生成装置用ヒータは、電気絶縁基質上で第１経路に沿って形成された第１電気伝導性発熱体と、前記電気絶縁基質上で第２経路に沿って形成された第２電気伝導性発熱体と、前記第１経路と前記第２経路との間の領域で第３経路に沿って形成された温度センサトラックを含む。
本実施形態で使用される用語は、本発明における機能を考慮しつつ、可能な限り、現在汎用される一般的な用語を選択したが、それは、当業者の意図、判例、あるいは新たな技術の出現などによっても異なる。また、特定の場合、出願人が任意に選定した用語もあり、その場合、当該発明の説明部分において、詳細にその意味を記載する。従って、本発明で使用される用語は、単純な用語の名称ではなく、その用語が有する意味と、本発明の全般にわたる内容とを基に定義されなければならない。
明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、それは、特別に反対となる記載がない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含んでもよいということを意味する。また、明細書に記載の「．．．部」、「．．．モジュール」などの用語は、少なくとも１つの機能や動作を処理する単位を意味し、これは、ハードウェアまたはソフトウェアとして具現されるか、ハードウェアとソフトウェアとの結合として具現される。
以下では、添付図面に基づいて本発明の実施例について本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施可能なように詳細に説明する。しかし、本発明は、様々な異なる形態として具現され、ここで説明する実施形態に限定されるものではない。
以下では、図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説明する。
図１ないし図３は、エアロゾル生成装置にシガレットが挿入された例を示す図面である。
図１を参照すれば、エアロゾル生成装置１００００は、バッテリ１１０００、制御部１２０００及びヒータ１３０００を含む。図２及び図３を参照すれば、エアロゾル生成装置１００００は、蒸気化器１４０００をさらに含む。また、エアロゾル生成装置１００００の内部空間には、シガレット２００００が挿入される。
図１ないし図３に図示されたエアロゾル生成装置１００００には、本実施例に係わる構成要素が図示されている。したがって、図１ないし図３に図示された構成要素以外に、他の汎用的な構成要素がエアロゾル生成装置１００００にさらに含まれてもよいということは、本実施例に係わる技術分野において当業者であるならば、理解することができるであろう。
また、図２及び図３には、エアロゾル生成装置１００００にヒータ１３０００が含まれているように図示されているが、必要に応じて、ヒータ１３０００は、省略されてもよい。
図１には、バッテリ１１０００、制御部１２０００及びヒータ１３０００が一列に配置されているように図示されている。また、図２には、バッテリ１１０００、制御部１２０００、蒸気化器１４０００及びヒータ１３０００が一列に配置されているように図示されている。また、図３には、蒸気化器１４０００及びヒータ１３０００が並列に配置されているように図示されている。しかし、エアロゾル生成装置１００００の内部構造は、図１ないし図３に図示されたところに限定されるものではない。言い換えれば、エアロゾル生成装置１００００の設計により、バッテリ１１０００、制御部１２０００、ヒータ１３０００及び蒸気化器１４０００の配置は、変更される。
シガレット２００００がエアロゾル生成装置１００００に挿入されれば、エアロゾル生成装置１００００は、ヒータ１３０００及び／または蒸気化器１４０００を作動させ、シガレット２００００及び／または蒸気化器１４０００からエアロゾルを発生させることができる。ヒータ１３０００及び／または蒸気化器１４０００によって生じたエアロゾルは、シガレット２００００を通過して、ユーザに伝達される。
必要に応じて、シガレット２００００がエアロゾル生成装置１００００に挿入されていない場合にも、エアロゾル生成装置１００００は、ヒータ１３０００を加熱することができる。
バッテリ１１０００は、エアロゾル生成装置１００００が動作に用いられる電力を供給する。例えば、バッテリ１１０００は、ヒータ１３０００または蒸気化器１４０００が加熱されるように電力を供給し、制御部１２０００の動作に必要な電力を供給することができる。また、バッテリ１１０００は、エアロゾル生成装置１００００に設けられたディスプレイ、センサ、モータなどの動作に必要な電力を供給することができる。
制御部１２０００は、エアロゾル生成装置１００００の動作を全般的に制御する。具体的に、制御部１２０００は、バッテリ１１０００、ヒータ１３０００及び蒸気化器１４０００のみならず、エアロゾル生成装置１００００に含まれた他の構成の動作を制御する。また、制御部１２０００は、エアロゾル生成装置１００００の構成それぞれの状態を確認し、エアロゾル生成装置１００００が動作可能な状態であるか否かを判断することもできる。
制御部１２０００は、少なくとも１つのプロセッサを含む。プロセッサは、多数の論理ゲートのアレイによっても具現され、汎用的なマイクロプロセッサと、該マイクロプロセッサで実行されるプログラムが保存されたメモリとの組み合わせによっても具現される。また、他の形態のハードウェアによっても具現されるということは、本実施例が属する技術分野において当業者であるならば、理解することができるであろう。
ヒータ１３０００は、バッテリ１１０００から供給された電力によって加熱される。例えば、シガレットがエアロゾル生成装置１００００に挿入されれば、ヒータ１３０００は、シガレットの外部に位置することができる。したがって、加熱されたヒータ１３０００は、シガレット内のエアロゾル生成物質の温度を上昇させることができる。
ヒータ１３０００は、電気抵抗性ヒータでもある。例えば、ヒータ１３０００には、電気伝導性トラック(track)を含み、電気伝導性トラックに電流が流れることにより、ヒータ１３０００が加熱される。しかし、ヒータ１３０００は、上述した例に限定されず、希望温度まで加熱されるものであれば、制限なしに該当される。ここで、希望温度は、エアロゾル生成装置１００００に既設定のものでもあり、ユーザによって所望温度に設定されてもよい。
一方、他の例として、ヒータ１３０００は、誘導加熱式ヒータでもある。具体的に、ヒータ１３０００には、シガレットを誘導加熱方式で加熱するための電気伝導性コイルを含み、シガレットは、誘導加熱式ヒータによって加熱されるサセプタを含んでもよい。
例えば、ヒータ１３０００は、管状加熱要素、板状加熱要素、針状加熱要素または棒状加熱要素を含み、加熱要素の形態により、シガレット２００００の内部または外部を加熱することができる。
また、エアロゾル生成装置１００００には、ヒータ１３０００が複数個配置されてもよい。この際、複数個のヒータ１３０００は、シガレット２００００の内部に挿入されるように配置され、シガレット２００００の外部に配置されてもよい。また、複数個のヒータ１３０００らのうち、一部は、シガレット２００００の内部に挿入されるように配置され、残りは、シガレット２００００の外部に配置される。また、ヒータ１３０００の形状は、図１ないし図３に図示された形状に限定されず、多様な形状にも作製される。
蒸気化器１４０００は、液状組成物を加熱し、エアロゾルを生成し、生成されたエアロゾルは、シガレット２００００を通過し、ユーザに伝達される。言い換えれば、蒸気化器１４０００によって生成されたエアロゾルは、エアロゾル生成装置１００００の気流通路に沿って移動し、気流通路は、蒸気化器１４０００によって生成されたエアロゾルが、シガレットを通過し、ユーザに伝達されるようにも構成される。
例えば、蒸気化器１４０００は、液体保存部、液体伝達手段及び加熱要素を含んでもよいが、それらに限定されるものではない。例えば、液体保存部、液体伝達手段及び加熱要素は、独立したモジュールとして、エアロゾル生成装置１００００に含まれてもよい。
液体保存部は、液状組成物を保存することができる。例えば、液状組成物は、揮発性タバコ香成分を含むタバコ含有物質を含む液体でもあり、非タバコ物質を含む液体でもある。液体保存部は、蒸気化器１４０００から脱／付着するようにも作製され、蒸気化器１４０００と一体として作製されてもよい。
例えば、液状組成物は、水、ソルベント、エタノール、植物抽出物、香料、香味剤、またはビタミン混合物を含んでもよい。香料は、メントール、ペパーミント、スペアミントオイル、各種果物の香り成分などを含んでもよいが、それらに制限されるものではない。香味剤は、ユーザに多様な香味または風味を提供することができる成分を含んでもよい。ビタミン混合物は、ビタミンＡ、ビタミンＢ、ビタミンＣ及びビタミンＥのうち、少なくとも１つが混合されたものでもあるが、それらに制限されるものではない。また、液状組成物は、グリセリン及びプロピレングリコールのようなエアロゾル形成剤を含んでもよい。
液体伝達手段は、液体保存部の液状組成物を加熱要素に伝達することができる。例えば、液体伝達手段は、綿纎維、セラミック纎維、ガラスファイバ、多孔性セラミックのような芯(wick)にもなるが、それらに限定されるものではない。
加熱要素は、液体伝達手段によって伝達される液状組成物を加熱するための要素である。例えば、加熱要素は、金属熱線、金属熱板、セラミックヒータなどにもなるが、それらに限定されるものではない。また、加熱要素は、ニクロム線のような伝導性フィラメントによっても構成され、該液体伝達手段に巻かれる構造によっても配置される。加熱要素は、電流供給によって加熱され、加熱要素と接触された液体組成物に熱を伝達し、液体組成物を加熱することができる。その結果、エアロゾルが生成される。
例えば、蒸気化器１４０００は、カトマイザ(cartomizer)または霧化器(atomizer)とも称されるが、それらに限定されるものではない。
一方、エアロゾル生成装置１００００は、バッテリ１１０００、制御部１２０００、ヒータ１３０００及び蒸気化器１４０００以外に汎用的な構成をさらに含んでもよい。例えば、エアロゾル生成装置１００００は、視覚情報の出力が可能なディスプレイ及び／または触覚情報の出力のためのモータを含んでもよい。また、エアロゾル生成装置１００００は、少なくとも１つのセンサ（パフ感知センサ、温度感知センサ、シガレット挿入感知センサなど）を含んでもよい。また、エアロゾル生成装置１００００は、シガレット２００００が挿入された状態でも、外部空気が流入されたり、内部気体が流出されたりする構造にも作製される。
図１ないし図３には、図示されていないが、エアロゾル生成装置１００００は、別途のクレードルと共に、システムを構成することもできる。例えば、クレードルは、エアロゾル生成装置１００００のバッテリ１１０００の充電に用いられる。またはクレードルとエアロゾル生成装置１００００とが結合された状態で、ヒータ１３０００が加熱されてもよい。
シガレット２００００は、一般的な燃焼型シガレットと類似している。例えば、シガレット２００００は、エアロゾル生成物質を含む第１部分と、フィルタなどを含む第２部分とに区分される。またはシガレット２００００の第２部分にも、エアロゾル生成物質が含まれてもよい。例えば、顆粒またはカプセルの形態に作られたエアロゾル生成物質が第２部分に挿入されてもよい。
エアロゾル生成装置１００００の内部には、第１部分の全体が挿入され、第２部分は、外部に露出される。またはエアロゾル生成装置１００００の内部に、第１部分の一部が挿入され、第１部分の全体及び第２部分の一部が挿入されてもよい。ユーザは、第２部分を口にくわえた状態で、エアロゾルを吸入することができる。この際、エアロゾルは、外部空気が第１部分を通過することによって生成され、生成されたエアロゾルは、第２部分を通過して、ユーザの口に伝達する。
一例として、外部空気は、エアロゾル生成装置１００００に形成された少なくとも１つの空気通路を介しても流入される。例えば、エアロゾル生成装置１００００に形成された空気通路の開閉、及び／または空気通路の大きさは、ユーザによっても調節される。これにより、霧化量、喫煙感などがユーザによっても調節される。他の例として、外部空気は、シガレット２００００の表面に形成された少なくとも１つの孔(hole)を介してシガレット２００００の内部に流入されてもよい。
以下、図４に基づいてシガレット２００００の一例について説明する。
図４は、シガレットの一例を示す図面である。
図４を参照すれば、シガレット２００００は、タバコロッド２１０００及びフィルタロッド２２０００を含む。図１ないし図３に基づいて上述した第１部分は、タバコロッド２１０００を含み、第２部分は、フィルタロッド２２０００を含む。
図４には、フィルタロッド２２０００が単一セグメントとして図示されているが、それらに限定されるものではない。言い換えれば、フィルタロッド２２０００は、複数のセグメントで構成されてもよい。例えば、フィルタロッド２２０００は、エアロゾルを冷却する第１セグメント及びエアロゾル内に含まれた所定の成分をフィルタリングする第２セグメントを含んでもよい。また、必要に応じて、フィルタロッド２２０００には、他の機能を行う少なくとも１つのセグメントをさらに含んでもよい。
シガレット２００００は、少なくとも１つのラッパ２４０００によって包装される。ラッパ２４０００には、外部空気が流入されたり、内部気体が流出されたりする少なくとも１つの孔(hole)が形成される。一例として、シガレット２００００は、１つのラッパ２４０００によって包装される。他の例として、シガレット２００００は、２以上のラッパ２４０００によって重畳的にも包装される。例えば、第１ラッパによってタバコロッド２１０００が包装され、第２ラッパによってフィルタロッド２２０００が包装される。そして、個別ラッパによって包装されたタバコロッド２１０００及びフィルタロッド２２０００が結合され、第３ラッパによってシガレット２００００全体が再包装される。もし、タバコロッド２１０００またはフィルタロッド２２０００それぞれが複数のセグメントとして構成されるならば、それぞれのセグメントが個別ラッパによっても包装される。そして、個別ラッパによって包装されたセグメントが結合されたシガレット２００００全体が他のラッパによっても再包装される。
タバコロッド２１０００は、エアロゾル生成物質を含む。例えば、エアロゾル生成物質は、グリセリン、プロピレングリコール、エチレングリコール、ジプロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール及びオレイルアルコールのうち、少なくとも１つを含んでもよいが、それらに限定されるものではない。また、タバコロッド２１０００は、風味剤、湿潤剤及び／または有機酸(organic acid)のような他の添加物質を含んでもよい。また、タバコロッド２１０００には、メントールまたは保湿剤などの加香液が、タバコロッド２１０００に噴射されることによって添加される。
タバコロッド２１０００は、多様によっても作製される。例えば、タバコロッド２１０００は、シート(sheet)によっても作製され、筋（strand）によっても作製される。また、タバコロッド２１０００は、タバコシートが細かく切られた刻みタバコによっても作製される。また、タバコロッド２１０００は、熱伝導物質によっても取り囲まれる。例えば、熱伝導物質は、アルミニウムホイルのような金属ホイルでもあるが、それらに限定されるものではない。一例として、タバコロッド２１０００を取り囲む熱伝導物質は、タバコロッド２１０００に伝達する熱を押し並べて分散させ、タバコロッドに加えられる熱伝導率を向上させ、それにより、タバコ味を向上させることができる。また、タバコロッド２１０００を取り囲む熱伝導物質は、誘導加熱式ヒータによって加熱されるサセプタとしての機能を行うことができる。この際、図面に図示されていないが、タバコロッド２１０００は、外部を取り囲む熱伝導物質以外にも、追加のサセプタをさらに含んでもよい。
フィルタロッド２２０００は、酢酸セルロースフィルタでもある。一方、フィルタロッド２２０００の形状には、制限がない。例えば、フィルタロッド２２０００は、円柱状ロッドでもあり、内部に中空を含むチューブ状ロッドでもある。また、フィルタロッド２２０００は、リセス状ロッドでもある。もし、フィルタロッド２２０００が複数のセグメントで構成された場合、複数のセグメントのうち、少なくとも一つが、異なる形状にも作製される。
フィルタロッド２２０００は、香味が生じるようにも作製される。一例として、フィルタロッド２２０００に加香液が噴射され、加香液が塗布された別途の纎維がフィルタロッド２２０００の内部に挿入されてもよい。
また、フィルタロッド２２０００には、少なくとも１つのカプセル２３０００が含まれる。ここで、カプセル２３０００は、香味を発生させる機能を行い、エアロゾルを発生させる機能を行うこともできる。例えば、カプセル２３０００は、香料を含む液体を被膜で覆い込んだ構造でもある。カプセル２３０００は、球状または、円筒状の形状を有することができるが、それらに制限されるものではない。
もし、フィルタロッド２２０００に、エアロゾルを冷却するセグメントが含まれる場合、冷却セグメントは、高分子物質または生分解性高分子物質によっても製造される。例えば、冷却セグメントは、純粋なポリラクト酸のみによっても作製されるが、それらに限定されるものではない。または、冷却セグメントは、複数の孔が穿孔された酢酸セルロースフィルタによっても作製される。しかし、冷却セグメントは、上述した例に限定されず、エアロゾル冷却機能が行えるものであれば、制限なしに該当される。
一方、図４には、図示されていないが、一実施例によるシガレット２００００は、前段フィルタをさらに含んでもよい。前段フィルタは、タバコロッド２１０００において、フィルタロッド２２０００に対向する一側に位置する。前段フィルタは、タバコロッド２１０００の外部への離脱を防止し、喫煙中、タバコロッド２１０００から液状化されたエアロゾルがエアロゾル発生装置（図１ないし図３の１００００）に流れて行くことを防止することができる。
以下では、図１ないし図３のエアロゾル生成装置１００００のヒータ１３０００を作製するためのヒーティングシートの構造についてさらに詳細に説明させる。したがって、図１ないし図３で使用された図面の参照番号は、以下の図面の説明でも同一に使用可能である。
図５は、一実施例によるヒーティングシートの平面構造を示す図面である。
図１に図示されたように、ヒータ１３０００は、円柱と円錐とが組み合わせられた形状によって作製されてシガレット２００００内に挿入される内部ヒータ形態として具現されるか、または図２及び図３に図示されたように、ヒータ１３０００は、円筒状（またはチューブ状）によって作製されてシガレット２００００の外部を加熱する外部ヒータ形態として具現される。図５は、ヒータ１３０００（内部ヒータまたは外部ヒータ）を作製するためのヒーティングシート５００の平面構造に係わるものである。
ヒータ１３０００は、電気抵抗性素子を用いて具現されたヒータでもある。例えば、ヒータ１３０００は、電気伝導性トラック(track)のような電気抵抗性発熱体が備えられたヒーティングシート５００を含んでもよい。電気抵抗性発熱体は、バッテリ１１０００から電力が供給されて電気抵抗性発熱体に電流の流れによって加熱される。
安定した使用のために、ヒータ１３０００のヒーティングシート５００には、３．２Ｖ、２．４Ａ、８Ｗの規格による電力が供給されるが、それらに限定されるものではない。例えば、ヒータ１３０００のヒーティングシート５００に電力が供給される場合、ヒータ１３０００の表面温度は、４００℃以上に上昇することができる。ヒータ１３０００への電力供給開始後、１５秒が経過する前に、ヒータ１３０００の表面温度は、約３５０℃まで上昇する。但し、上昇される温度範囲は、多様に変更される。
ヒータ１３０００のヒーティングシート５００の平面構造を参考にすれば、ヒーティングシート５００の電気絶縁基質５０上には、エアロゾル生成装置１００００内に収容されたシガレット２００００を加熱するための電気伝導性トラックである第１電気伝導性発熱体５１及び第２電気伝導性発熱体５２が形成されており、また電気伝導性発熱体５１、５２の加熱時にヒータ１３０００の温度をセンシングするための温度センサトラック５３も形成されている。
電気絶縁基質５０は、セラミック合成物質で構成されたグリーンシート(green sheet)に該当する。または電気絶縁基質５０は、紙、ガラス、セラミック、アノーダイジングされた(anodized)金属、コーティングされた金属、またはポリイミド(Polyimide)によっても作製される。すなわち、電気絶縁基質５０は、多様な適切な物質によって作製された基質でもある。
第１電気伝導性発熱体５１及び第２電気伝導性発熱体５２は、電気抵抗性素子によって作製されて、抵抗の消費電力によって加熱温度が決定され、第１電気伝導性発熱体５１及び第２電気伝導性発熱体５２の抵抗の消費電力に基づいて第１電気伝導性発熱体５１及び第２電気伝導性発熱体５２の抵抗値が設定される。
例えば、第１電気伝導性発熱体５１及び第２電気伝導性発熱体５２の抵抗値は、常温２５℃において、０．７Ωないし０．８５Ωの値を有するが、これに制限されない。第１電気伝導性発熱体５１及び第２電気伝導性発熱体５２の抵抗値は、電気抵抗性素子の構成物質、長さ、幅、厚さまたはパターンなどによって多様に設定される。
第１電気伝導性発熱体５１及び第２電気伝導性発熱体５２は、抵抗温度係数特性によって、温度が上昇するほど内部抵抗の大きさが増加する。例えば、所定の温度区間で第１電気伝導性発熱体５１及び第２電気伝導性発熱体５２の温度と抵抗の大きさは、比例する。
第１電気伝導性発熱体５１及び第２電気伝導性発熱体５２は、タングステン、金、白金、銀銅、ニッケルパラジウム、またはそれらの組合わせによっても作製される。また、第１電気伝導性発熱体５１及び第２電気伝導性発熱体５２は、適切なドーピング材によってドーピングされ、合金を含んでもよい。
図５を参考にすれば、電気絶縁基質５０上で第１電気伝導性発熱体５１は、第２電気伝導性発熱体５２の外側の第１経路に沿って形成される。そして、電気絶縁基質５０上で第２電気伝導性発熱体５２は、第１電気伝導性発熱体５１の内側の第２経路に沿って形成される。すなわち、本実施例によるヒーティングシート５００の平面構造は、電気絶縁基質５０上に形成された、一対の電気伝導性発熱体５１、５２を備える。
第１電気伝導性発熱体５１及び第２電気伝導性発熱体５２それぞれは、互いに異なる比率の大きさを有する同じパターンの角張った経路で電気絶縁基質５０上に形成される。但し、第１電気伝導性発熱体５１及び第２電気伝導性発熱体５２の第１経路及び第２経路のパターンまたは形状は、角張った形ではない、湾曲された形態または非定型の形態などで多様に具現される。また、第１電気伝導性発熱体５１及び第２電気伝導性発熱体５２の第１経路及び第２経路のパターンまたは形状は、互いに異なってよい。しかし、そうであるにしても、電気絶縁基質５０上で第１電気伝導性発熱体５１は、第２電気伝導性発熱体５２よりも大きなパターンまたは形状であって、第２電気伝導性発熱体５２の外側に形成されることが望ましい。
温度センサトラック５３は、電気絶縁基質５０上で、第１電気伝導性発熱体５１の第１経路及び第２電気伝導性発熱体５２の第２経路間の領域で第３経路に沿って形成される。
温度センサトラック５３は、第１電気伝導性発熱体５１及び第２電気伝導性発熱体５２によって加熱されたヒータ１３０００の温度をセンシングする。従来のセラミックヒータの構造は、発熱体のみ存在し、その発熱体の抵抗変化を用いて温度を予測する方式であった。しかし、かような従来方式は、実際の発熱体温度の正確な予測が困難であった。これと異なって、本実施例によるヒータ１３０００のヒーティングシート５００は、平面構造上で温度センサトラック５３を電気伝導性発熱体５１、５２の間に位置させ、電気伝導性発熱体５１、５２の温度を均一にセンシングすることで、ヒータ１３０００の温度を正確に測定することができる。
温度センサトラック５３は、第１電気伝導性発熱体５１及び第２電気伝導性発熱体５２と同様に、電気抵抗性素子または電気伝導性素子によっても作製される。例えば、温度センサトラック５３は、タングステン、金、白金、銀銅、ニッケルパラジウム、またはそれらの組合わせによって作製され、適切なドーピング材によってドーピングされるか、合金を含んでもよい。
ヒーティングシート５００の平面構造を参考にすれば、第１電気伝導性発熱体５１の第１経路は、電気絶縁基質５０上で温度センサトラック５３の第３経路の外側に形成され、第２電気伝導性発熱体５２の第２経路は、電気絶縁基質５０上で温度センサトラック５３の第３経路の内側に形成される。
温度センサトラック５３は、第１電気伝導性発熱体５１及び第２電気伝導性発熱体５２と互いに異なるＴＣＲ(Thermal Coefficient Resistance)または互いに異なる抵抗値を有する電気伝導性素子でもある。
具体的に、第１電気伝導性発熱体５１及び第２電気伝導性発熱体５２は、１２００ないし１８００ｐｐｍ／℃のＴＣＲ値を有し、温度センサトラック５３は、３５００ないし４１００ｐｐｍ／℃のＴＣＲ値を有する電気伝導性素子（または電気抵抗性素子）でもある。一方、第１電気伝導性発熱体５１及び第２電気伝導性発熱体５２は、常温２５℃で０．７Ωないし０．８５Ωの抵抗値を有し、温度センサトラック５３は、常温２５℃で１２Ωないし１４Ωの抵抗値を有する電気伝導性素子（または電気抵抗性素子）でもある。
電気絶縁基質５０上に形成された第１電気伝導性発熱体５１と温度センサトラック５３との間隔（Ａ１またはＡ２）は、少なくとも０．５ｍｍでもある。また、電気絶縁基質５０上に形成された第２電気伝導性発熱体５２と温度センサトラック５３との間隔（Ｂ１またはＢ２）も少なくとも０．５ｍｍでもある。但し、これは、例示的な数値に過ぎず、電気伝導性発熱体５１、５２及び温度センサトラック５３の幅、厚さなどのパラメータの変更によって前記間隔は、変更される。
一方、ヒーティングシート５００の平面構造を参考にすれば、第１電気伝導性発熱体５１、第２電気伝導性発熱体５２及び温度センサトラック５３が形成された領域である発熱領域と、第１電気伝導性発熱体５１、第２電気伝導性発熱体５２及び温度センサトラック５３の末端がバッテリ１１０００と電気的に連結されるための領域である非発熱領域に区分される。但し、図５では、説明の便宜のために発熱領域のみ図示されている。
発熱領域内で、第１電気伝導性発熱体５１は、第１経路上の第１末端５１１及び第２末端５１２を備える。発熱領域内で、第２電気伝導性発熱体５２は、第２経路上の第３末端５２１及び第４末端５２２を備える。発熱領域内で、温度センサトラック５３は、第３経路上の第５末端５３１及び第６末端５３２を備える。
ここで、温度センサトラック５３の第５末端５３１は、発熱領域内で第１電気伝導性発熱体５１の第１末端５１１及び第２電気伝導性発熱体５２の第３末端５２１の間に位置し、温度センサトラック５３の第６末端５３２は、発熱領域内で第１電気伝導性発熱体５１の第２末端５１２及び第２電気伝導性発熱体５２の第４末端５２２の間に位置する。
非発熱領域については、図６を参考にしてさらに詳細に説明する。
図６は、一実施例によるヒーティングシートの平面構造の詳細図である。
図６に図示されたヒータ１３０００のヒーティングシート６００の平面構造を参考にすれば、発熱領域と非発熱領域とが区分されて図示されている。ヒーティングシート６００の発熱領域には、図５で説明されたように、第１電気伝導性発熱体５１、その内側の温度センサトラック５３、またその内側の第２電気伝導性発熱体５２が形成されている。
ヒーティングシート６００の非発熱領域は、図５で説明された第１末端５１１及び第３末端５２１をバッテリ１１０００と連結する第１連結部６１と図５で説明された第２末端５１２及び第４末端５２２をバッテリ１１０００と連結する第２連結部６２を含む。すなわち、第１連結部６１及び第２連結部６２は、バッテリ１１０００から供給された電力を第１電気伝導性発熱体５１及び第２電気伝導性発熱体５２に提供する電気接続端子に該当する。
一方、非発熱領域は、図５で説明された第５末端５３１及び第６末端５３２それぞれに形成された一対のビアホール(via holes)６３、６４をさらに含む。一対のビアホール６３、６４は、制御部１２０００に電気的に連結される。すなわち、温度センサトラック５３によってセンシングされた温度情報がビアホール６３、６４を介して制御部１２０００に伝達することで、制御部１２０００は、ヒータ１３０００の温度をモニタリングすることができる。
第１連結部６１及び第２連結部６２は、第１電気伝導性発熱体５１及び第２電気伝導性発熱体５２のような電気伝導性素子（または電気抵抗性素子）によっても作製される。しかし、第１連結部６１及び第２連結部６２は、非発熱領域に位置するので、第１連結部６１及び第２連結部６２は、第１電気伝導性発熱体５１及び第２電気伝導性発熱体５２よりも広い幅を有するか、または厚い厚さを有するように作製されて、発熱領域よりも温度が低くなるように具現されることが望ましい。
図７は、図６のヒーティングシートの平面構造をＸ−Ｘ’ラインに沿って側面から見た断面図である。
図７を参考にすれば、第１電気伝導性発熱体５１及び第２電気伝導性発熱体５２と温度センサトラック５３は、いずれも電気絶縁基質５０の上面に形成されている。但し、温度センサトラック５３と制御部１２０００とを電気的に連結するためのビアホール６３、６４は、電気絶縁基質５０を貫通して形成される。
図８及び図９は、図６のヒーティングシートを用いて作製されたヒータを示す図面である。
図８は、図１で説明された円柱と円錐とが組み合わせられた形状によって作製されて、シガレット２００００内に挿入される内部ヒータ形態８００に具現されたヒータ１３０００に係わる図面である。具体的に、内部ヒータ形態８００に該当する図１のヒータ１３０００は、図６のヒーティングシート６００が円柱と円錐とが組み合わせられた形状の構造体８０の外部を取り囲む形態であって、構造体８０と一体化して作製される。ここで、図７で説明された電気絶縁基質５０の上面、すなわち電気伝導性発熱体５１、５２と温度センサトラック５３とが形成された層は、最も外側に向かうように構造体８０の外部を取り囲む。
図９は、図２または図３で説明されたシガレット２００００外部を加熱する外部ヒータ形態９００として具現されたヒータ１３０００に係わる図面である。具体的に、外部ヒータ形態９００に該当する図２または図３のヒータ１３０００は、図６のヒーティングシート６００が中空円筒状またはチューブ状に巻かれることで、内部空間にシガレット２００００を収容して、シガレット２００００の外部を加熱するようにも作製される。ここで、図７で説明された電気絶縁基質５０の上面、すなわち電気伝導性発熱体５１、５２と温度センサトラック５３とが形成された層は、内部空間に向かうように巻かれる。
図１０は、温度センサトラックの互いに異なる具現方式による温度センシングのシミュレーション結果を説明するための図面である。
図１０を参考にすれば、具現例１００１は、最外郭に電気伝導性発熱体を配置し、温度センサトラックを電気伝導性発熱体の内側に配置させた具現方式である。
これと異なって、具現例１００２は、本実施例によって、図６で説明されたように、最外郭に第１電気伝導性発熱体を配置させ、温度センサトラックを第１電気伝導性発熱体の内側に配置させ、第２電気伝導性発熱体を温度センサトラックの最内側に追加的に配置させた具現方式（Ｍパターン）である。
発熱領域のうち、距離４〜７ｍｍの温度センシング結果１０００を見れば、具現例１００１の温度センサトラックによってセンシングされた温度は、距離が遠ざかるほど、徐々に下降するようにシミュレーションされることが分かる。言い換えれば、具現例１００１の温度センサトラックによってセンシングされた温度は、距離４〜７ｍｍの温度分布を均一にセンシングすることができないので、正確なヒータの温度を測定し難い。
しかし、本実施例による具現例１００２の温度センサトラックは、温度が３２５℃、３２０℃、３１５℃のように多様に設定されたときにも、距離４〜７ｍｍの当該温度をほぼ均一にセンシングするということが分かる。すなわち、本実施例による具現例１００２の具現方式で電気伝導性発熱体と温度センサトラックを配置させるならば、ヒータの発熱部位での温度がさらに均一で正確にセンシングされるということが分かる。
本実施例に係わる技術分野において通常の知識を有する者は、前記記載の本質的な特性から外れない範囲で変形された形態として具現される可能性があるということを理解できるであろう。したがって、開示された方法は、限定的な観点ではなく、説明的な観点で考慮されなければならない。本発明の範囲は、前記説明ではなく、特許請求の範囲に示されており、それと同等な範囲内にある全ての相違点は、本発明に含まれたものと解釈されねばならない。

Claims (1)

  1. エアロゾル生成装置に収容されたシガレットを加熱してエアロゾルを生成するために、電気絶縁基質上で第１経路に沿って形成された第１電気伝導性発熱体、前記電気絶縁基質上で第２経路に沿って形成された第２電気伝導性発熱体及び前記第１経路と前記第２経路との間の領域で第３経路に沿って形成された温度センサトラックを含むヒータと、
    前記ヒータに電力を供給するバッテリと、
    前記バッテリから前記ヒータに供給される前記電力を制御し、前記温度センサトラックによってセンシングされた温度をモニタリングする制御部と、を含むことを特徴とするエアロゾル生成装置。
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