JP2021510293A - シガレットを加熱するヒータ組立体、及びそれを含むエアロゾル生成装置 - Google Patents

Abstract

エアロゾル生成装置に収容されるシガレットを加熱するヒータ組立体は、シガレットの長手方向に沿って延長され、外部磁場によって発熱する強磁性体を含む発熱体、及び発熱体の温度を測定する温度センサを含み、シガレットを収容するために、エアロゾル生成装置に具備される収容空間の内側端部に配置されるヒータ組立体が開示される。

Description

本発明は、シガレットを加熱するヒータ組立体、及びそれを含むエアロゾル生成装置に係り、さらに詳細には、外部磁場によって発熱する強磁性体を含むヒータ組立体、及び該ヒータ組立体に交番磁場を印加する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ための代替方法への需要が増大している。例えば、シガレットを燃焼させ、エアロゾルを生成する方式ではなく、シガレット内のタバコ媒質を加熱し、エアロゾルを生成する方式への需要が増大している。それにより、加熱式シガレット及び加熱式エアロゾル生成装置に対する研究が活発に進められている。

該エアロゾル生成装置に収容されるシガレットの内部または外部に、電気抵抗体によって形成されるヒータを配置し、該ヒータに電力を供給し、シガレットを加熱する方式を代替するための代案的な加熱方式が提案されている。特に、シガレット内部に、外部から磁場を印加されて発熱する磁性体を含め、エアロゾル生成装置に具備されるコイルに電流を供給し、シガレットに磁場を印加する方式でエアロゾルを生成する誘導加熱方式に対する研究が進められている。

磁場によって発熱する磁性体がシガレット内部に含まれる場合、シガレットを加熱する磁性体の温度を直接測定し難く、それにより、磁性体の温度制御が困難になってしまう。また、シガレットが製造される過程において、シガレット内部に磁性体が均一に分布しない場合、シガレットからエアロゾルが不均一に生成されてしまう。

エアロゾルが不均一に生成される心配を解消し、磁性体の温度をさらに精密に制御することにより、シガレットからエアロゾルが生成される品質を向上させるためには、誘導加熱方式でシガレットを加熱する磁性体の構造改善が要求されるのである。

多様な実施形態は、シガレットを加熱するヒータ組立体、及びそれを含むエアロゾル生成装置を提供するためのものである。本開示がなすべき技術的課題は、前述のような技術的課題に限定されるものではなく、以下の実施形態から、他の技術的課題が類推されるのである。

前述の技術的課題を解決するための手段として、本開示の一側面によるエアロゾル生成装置に収容されるシガレットを加熱するヒータ組立体は、前記シガレットの長手方向に沿って延長され、外部磁場によって発熱する強磁性体を含む発熱体と、前記発熱体の温度を測定する温度センサと、を含み、前記シガレットを収容するために、前記エアロゾル生成装置に具備される収容空間の内側端部にも配置される。

本開示の他の側面によるヒータ組立体を含むエアロゾル生成装置は、前記ヒータ組立体と、前記収容空間と、前記発熱体に交番磁場を印加するコイルと、前記コイルに電力を供給する電源部と、前記コイルに供給される電力を制御する制御部と、を含んでもよい。

本開示によるヒータ組立体に含まれる温度センサがヒータ組立体に含められ、外部磁場によって発熱する発熱体の内面に直接接触する位置に配置されることにより、誘導加熱方式でシガレットを加熱するヒータ組立体の温度が直接測定され、エアロゾル生成装置にも提供され、それにより、シガレットを加熱するヒータ組立体の温度がさらに精密に制御されうる。

外部磁場によって発熱する強磁性体を含む発熱体が、シガレット内部ではないエアロゾル生成装置に配置されることにより、磁性体がシガレット内部に含まれる場合に比べ、シガレット内部に磁性体が不均一に分布する問題が解消され、エアロゾルがさらに均一にも生成される。

一部実施形態によるヒータ組立体を含むエアロゾル生成装置を構成する要素を示す図である。 一部実施形態によるヒータ組立体によって加熱されてエアロゾルを生成するシガレットについて説明するための図である。 一部実施形態によるエアロゾル生成装置に収容されるシガレットを加熱するヒータ組立体について説明するための図である。 一部実施形態によるヒータ組立体を構成する要素を示す図である。 一部実施形態による、弱磁性体及び非磁性体のうち少なくとも一つをさらに含む発熱体について説明するための図である。 一部実施形態による発熱体の内面に直接接触する位置に配置される温度センサについて説明するための図である。 一部実施形態による支持体をさらに含むヒータ組立体、及び強磁性体に対応する位置に配置されるコイルについて説明するための図である。 一部実施形態によるヒータ組立体の温度が制御される過程について説明するための図である。

本開示の一側面によるエアロゾル生成装置に収容されるシガレットを加熱するヒータ組立体は、前記シガレットの長手方向に沿って延長され、外部磁場によって発熱する強磁性体を含む発熱体と、前記発熱体の温度を測定する温度センサと、を含み、前記シガレットを収容するために、前記エアロゾル生成装置に具備される収容空間の内側端部にも配置される。

以下、添付された図面を参照しながら、ただ、例示のための実施形態について詳細に説明する。以下の説明は、本実施形態を具体化させるためのものであるのみ、発明の権利範囲を制限したり限定したりするものではないということは、言うまでもない。詳細な説明、及び実施形態から、当該技術分野の専門家が容易に類推することができるところは、権利範囲に属すると解釈される。

本明細書で使用される「構成される」または「含む」というような用語は、明細書上に記載されたさまざまな構成要素、またはさまざまな段階を必ずしもいずれも含むものであると解釈されるものではなく、そのうちの一部構成要素または一部段階は、含まれず、またはさらなる構成要素または段階がさらに含まれてもよいと解釈されなければならない。

本明細書で使用される「第１」または「第２」のような序数を含む用語は、多様な構成要素についての説明にも使用されるが、前記構成要素は、前記用語によって限定されるものではない。前記用語は、１つの構成要素を他の構成要素から区別するための目的のみに使用される。

本明細書で使用される用語は、本発明での機能を考慮し、可能な限り現在汎用される一般的な用語が選択されたが、それは、当分野に携わる技術者の意図、判例、また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、その意味を詳細に記載する。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。

本実施形態は、シガレットを加熱するヒータ組立体、及びそれを含むエアロゾル生成装置に係り、以下の実施形態が属する技術分野において当業者に広く知られている事項については、詳細な説明を省略する。

図１は、一部実施形態によるヒータ組立体を含むエアロゾル生成装置を構成する要素を示す図面である。

図１を参照すれば、エアロゾル生成装置１００は、ヒータ組立体１１０、収容空間１２０、コイル１３０、電源部１４０及び制御部１５０を含んでもよい。ただし、それらに限定されるものではなく、図１に図示される要素以外に、他の汎用的な要素が装置１００にさらに含まれてもよい。

装置１００は、誘導加熱（induction heating）方式で、装置１００に収容されるシガレットを加熱することにより、エアロゾルを生成することができる。該誘導加熱方式は、外部磁場によって発熱する磁性体に、周期的に方向が変わる交番磁場（alternating magnetic field）を印加し、磁性体から熱を生成る方式を意味する。

磁性体に交番磁場が印加される場合、磁性体には、渦流損（eddy current loss）及びヒステリシス損（hysteresis loss）によるエネルギー損失が発生し、損失されるエネルギーが熱エネルギーとして磁性体からも放出される。磁性体に印加される交番磁場の振幅または周波数が大きいほど、磁性体から多くの熱エネルギーが放出される。装置１００は、磁性体に交番磁場を印加することにより、磁性体から熱エネルギーを放出させ、磁性体から放出される熱エネルギーをシガレットに伝達することができる。

外部磁場によって発熱する磁性体は、サセプタ（susceptor）でもある。該サセプタは、切片、薄片またはストリップなどの形状でシガレット内部に含まれる代わりに、装置１００にも配置される。例えば、該サセプタは、装置１００内部に配置されるヒータ組立体１１０に含まれてもよい。

該サセプタは、金属または炭素を含んでもよい。該サセプタは、フェライト（ferrite）、強磁性合金（ferromagnetic alloy）、ステンレス鋼及びアルミニウム（Ａｌ）のうち少なくとも一つを含んでもよい。また、該サセプタは、黒鉛、モリブデン、シリコンカーバイド、ニオブ）、ニッケル合金、金属フィルム、ジルコニアのようなセラミックス、ニッケル（Ｎｉ）やコバルト（Ｃｏ）のような遷移金属、ホウ素（Ｂ）やリン（Ｐ）のような準金属のうち少なくとも一つを含んでもよい。

装置１００は、シガレットを収容するための収容空間１２０を含んでもよい。収容空間１２０は、シガレットを装置１００に収容するために、収容空間１２０の外側に開放される開口を含んでもよい。シガレットは、収容空間１２０の開口を介して、収容空間１２０の外側から、収容空間１２０の内側に向かう方向にも装置１００に収容される。

収容空間１２０の内側端部には、ヒータ組立体１１０が配置されうる。ヒータ組立体１１０は、収容空間１２０の内側端部に形成される底面に付着される。シガレットは、ヒータ組立体１１０の上段部からヒータ組立体１１０に挿入され、収容空間１２０の底面まで収容される。

装置１００は、ヒータ組立体１１０に交番磁場を印加するコイル１３０を含んでもよい。コイル１３０は、収容空間１２０の側面に沿っても巻回され、ヒータ組立体１１０に対応する位置にも配置される。コイル１３０は、電源部１４０から電力を供給される。

コイル１３０に電力が供給される場合、コイル１３０内部に磁場が形成される。コイル１３０に、電源部１４０から交流電流が印加される場合、コイル１３０内部に形成される磁場は、周期的に方向が変わる。ヒータ組立体１１０がコイル１３０内部に形成され、周期的に方向が変わる交番磁場に露出される場合、ヒータ組立体１１０が発熱し、装置１００に収容されるシガレットが加熱されるのである。

コイル１３０によって形成される交番磁場の振幅または周波数が変わる場合、シガレットを加熱するヒータ組立体１１０の温度も変わる。制御部１５０は、コイル１３０に供給される電力を制御し、コイル１３０によって形成される交番磁場の振幅または周波数を調整することができるし、それにより、ヒータ組立体１１０の温度が制御されるのである。

１つの例示として、コイル１３０は、ソレノイドによっても具現される。コイル１３０は、収容空間１２０の側面に沿って巻回されるソレノイドでもあり、ソレノイドの内部空間に、シガレット２００が収容されるのである。ソレノイドを構成する導線の材質は、銅（Ｃｕ）でもある。ただし、それに限定されるものではなく、低い比抵抗値を有し、高電流が流れるようにする材質として、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、亜鉛（Ｚｎ）及びニッケル（Ｎｉ）のうちいずれか一つ、または少なくとも一つを含む合金がソレノイドを構成する導線の材質にもなる。

本開示による装置１００の場合、サセプタがシガレット内部に含まれる代わりに、装置１００に具備されるヒータ組立体１１０に含まれてもよい。サセプタがシガレット内部ではない装置１００に具備されることにより、該サセプタがシガレット内部に含まれる方式に対し、多様な利点がある。例えば、サセプタ物質がシガレット内部で均一に分布しない場合、エアロゾルと香味とが不均一に発生する問題点が解決されるのである。また、サセプタを含むヒータ組立体１１０が装置１００に具備されるので、誘導加熱によって発熱するヒータ組立体１１０の温度が直接測定され、装置１００にも提供され、それにより、ヒータ組立体１１０の温度に対する精巧な制御が行われるのである。

図２は、一部実施形態によるヒータ組立体によって加熱されてエアロゾルを生成するシガレットについて説明するための図面である。

図２を参照すれば、シガレット２００は、タバコロッド２１０及びフィルタロッド２２０を含んでもよい。図２には、フィルタロッド２２０が単一領域として構成されるように図示されているが、それに限定されるものではなく、フィルタロッド２２０は、複数のセグメントによっても構成される。例えば、フィルタロッド２２０は、エアロゾルを冷却する第１セグメント、及びエアロゾルに含まれる特定成分を濾過する第２セグメントを含んでもよい。また、フィルタロッド２２０には、他の機能を遂行する少なくとも１つのセグメントがさらに含まれてもよい。

シガレット２００は、少なくとも１枚のラッパ２４０によっても包装される。ラッパ２４０には、外部空気が流入されるか、あるいは内部空気が流出される少なくとも１つの孔が形成されてもよい。一例として、シガレット２００は、１枚のラッパ２４０によっても包装される。他例として、シガレット２００は、２枚以上のラッパ２４０によって重畳的にも包装される。具体的には、第１ラッパによってタバコロッド２１０が包装され、第２ラッパによってフィルタロッド２２０が包装されてもよい。ラッパそれぞれによって包装されるタバコロッド２１０及びフィルタロッド２２０が結合され、第３ラッパにより、シガレット２００全体がさらに包装される。

タバコロッド２１０は、エアロゾル生成物質を含んでもよい。例えば、該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一つを含んでもよいが、それらに限定されるものではない。タバコロッド２１０は、風味剤、湿潤剤及び／または有機酸のような他の添加物質を含んでもよい。タバコロッド２１０には、メンソールまたは保湿剤などの加香液がタバコロッド２１０に噴射されても添加される。

タバコロッド２１０は、多様な方式によっても作製される。例えば、タバコロッド２１０は、シートによっても作製され、ストランド（strand）によっても作製される。または、タバコロッド２１０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。

タバコロッド２１０は、熱伝導物質によっても取り囲まれる。例えば、該熱伝導物質は、アルミニウムホイルのような金属ホイルでもあるが、それに限定されるものではない。タバコロッド２１０を取り囲む熱伝導物質は、タバコロッド２１０に伝達される熱を等しく分散させ、タバコロッド２１０に加えられる熱伝導率を向上させることができ、それにより、タバコロッド２１０から生成されるエアロゾルの風味が向上するのである。

フィルタロッド２２０は、酢酸セルロースフィルタでもある。フィルタロッド２２０は、多様な形状にも形成される。例えば、フィルタロッド２２０は、円筒状ロッドでもあり、内部に中空を含むチューブ型ロッドでもある。または、フィルタロッド２２０は、内部に空洞を含むリセス型ロッドでもある。フィルタロッド２２０が複数のセグメントによって構成される場合、複数のセグメントは、互いに異なる形状にも作製される。

フィルタロッド２２０は、フィルタロッド２２０から香味が発生するようにも作製される。例えば、フィルタロッド２２０に加香液が噴射され、加香液が塗布される別途の纎維が、フィルタロッド２２０の内部にも挿入される。

フィルタロッド２２０には、少なくとも１つのカプセル２３０が含まれてもよい。カプセル２３０は、香味を発生させることができ、エアロゾルを発生させることもできる。例えば、カプセル２３０は、香料を含む液体を被膜で覆い包む構造にも形成される。カプセル２３０は、球形または円筒状の形状を有することができるが、それらに限定されるものではない。

フィルタロッド２２０に、エアロゾルを冷却する冷却セグメントが含まれる場合、該冷却セグメントは、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、該冷却セグメントは、純粋なポリ乳酸だけによっても作製される。または、該冷却セグメントは、複数の穿孔を含む酢酸セルロースフィルタによっても作製される。ただし、それらに限定されるものではなく、該冷却セグメントは、エアロゾルを冷却する構造及び物質によっても構成される。

図３は、一部実施形態によるエアロゾル生成装置に収容されるシガレットを加熱するヒータ組立体について説明するための図面である。

図３を参照すれば、装置１００に収容されるシガレット２００を加熱するヒータ組立体１１０が図示されている。ただし、図３に図示される装置１００、シガレット２００及びヒータ組立体１１０は、例示に過ぎず、装置１００及びヒータ組立体１１０は、シガレット２００を加熱することができる他の構造によっても配置される。

シガレット２００は、シガレット２００の長手方向に沿っても装置１００に収容される。ヒータ組立体１１０は、装置１００に収容されるシガレット２００にも挿入される。ヒータ組立体１１０は、シガレット２００に挿入されるように、長手方向に延長される構造を有することができる。

ヒータ組立体１１０は、シガレット２００の中心部に挿入されるように、収容空間１２０の中心部に位置することができる。図３において、ヒータ組立体１１０は、単一個数であるように例示されているが、それに制限されるものではなく、ヒータ組立体１１０は、シガレット２００に挿入されうるように、長手方向に沿って延長され、互いに平行に配置される複数個のヒータ組立体によってもなる。

図４は、一部実施形態によるヒータ組立体を構成する要素を示す図面である。

図４を参照すれば、ヒータ組立体１１０は、発熱体１１１及び温度センサ１１５を含んでもよい。ただし、それらに限定されるものではなく、ヒータ組立体１１０は、図４に図示される要素以外に、他の汎用的な要素をさらに含んでもよい。例えば、ヒータ組立体１１０には、温度センサ１１５を装置１００に連結する導線がさらに含まれてもよい。

発熱体１１１は、シガレット２００の長手方向に沿っても延長される。発熱体１１１は、長手方向に延長される細長型（elongated）構造にも形成される。発熱体１１１が長手方向に延長される長さは、シガレット２００の全体長よりも短く、収容空間１２０の底面から収容空間１２０の開口までの長さよりも短い。または、発熱体１１１の長さは、シガレット２００に含まれるタバコロッド２１０の長さよりも長くなるが、それに限定されるものではない。

発熱体１１１は、内部に中空を含んでもよい。発熱体１１１が中空を含むので、発熱体１１１には、外面及び内面が形成されうる。発熱体１１１内部に形成される中空を大きく確保するために、発熱体１１１の外面と、発熱体１１１の内面との間に形成される発熱体１１１の側面が薄い厚みを有するようにも具現される。

発熱体１１１を長手方向に直交する平面で切った断面は、多様な形状を有することができる。例えば、発熱体１１１の断面の形状は、円形でもある。発熱体１１１の断面、及びシガレット２００の断面が円形である場合、発熱体１１１の断面径は、シガレット２００の断面径よりも短い。ただし、発熱体１１１は、円形断面以外にも、シガレット２００に挿入され、タバコロッド２１０に熱を伝達するのに適する他の形状の断面を有することができる。

発熱体１１１は、外部磁場によって発熱する強磁性体を含んでもよい。該強磁性体は、外部磁場の方向に沿って磁化され、外部磁場が消えても磁気モーメント（magnetic moment）を維持する物質を意味する。該強磁性体が発熱体１１１に含まれることにより、ヒータ組立体１１０に外部磁場が印加される場合、ヒータ組立体１１０が発熱し、シガレット２００が加熱される。例えば、該強磁性体は、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）及びコバルト（Ｃｏ）のうちいずれか一つ、または少なくとも一つを含む合金でもあるが、それらに制限されるものではない。

発熱体１１１は、全体が強磁性体にも形成されることができる。または、発熱体１１１の一部だけが強磁性体にも形成される。発熱体１１１が強磁性体が形成される比重は、シガレット２００を加熱するのに適する範囲内において、適切に選択されうる。

発熱体１１１の一部だけが強磁性体によって形成される場合、該強磁性体は、装置１００に収容されるシガレット２００のタバコロッド２１０に対応する位置にも配置される。強磁性体の少なくとも一部は、発熱体１１１がタバコロッド２１０に接触する部位にも配置される。それにより、タバコロッド２１０に熱が伝達される効率、及びタバコロッド２１０からエアロゾルが生成される効率が上昇する。

発熱体１１１は、細部要素にも区分される。例えば、発熱体１１１は、上段部１１２、中段部１１３及び下段部１１４を含んでもよい。上段部１１２は、収容空間１２０の開口側に位置することができ、収容空間１２０の開口側に向かう発熱体１１１の末端から、上段部１１２と中段部１１３との境界までの部分を意味する。下段部１１４は、収容空間１２０の内側端部側に位置することができ、収容空間１２０の内側端部と接触する発熱体１１１の内側末端から、下段部１１４と中段部１１３との境界までの部分を意味する。中段部１１３は、上段部１１２及び下段部１１４の間に位置することができる。

例えば、シガレット２００が装置１００に収容される場合、シガレット２００は、発熱体１１１の中段部１１３までも収容される。従って、下段部１１４と中段部１１３との境界は、シガレット２００の両末端のうち、装置１００に収容される末端にも対応する。また、ヒータ組立体１１０は、下段部１１４に位置する支持体をさらに含み、シガレット２００が下段部１１４と中段部１１３との境界まで収容されるようにすることもできる。

中段部１１３は、発熱体１１１に含まれる強磁性体を含んでもよい。中段部１１３は、強磁性体に該当する物質によっても形成される。それにより、中段部１１３は、外部磁場によっても発熱する。例えば、中段部１１３は、発熱体１１１において、装置１００に収容されるシガレット２００に含まれるタバコロッド２１０に対応するように位置し、タバコロッド２１０に接触することができる。

上段部１１２は、収容空間１２０の開口側に向かう末端に行くほど断面が狭くなる形状を有することができる。具体的には、上段部１１２は、開口側末端に行くほど幅が狭くなる円錐ないし多角錐の形状を有することができる。そのような上段部１１２の形状により、シガレット２００にヒータ組立体１１０が挿入されることが容易にもなる。

本開示による装置１００に、強磁性体を含み、外部磁場によって発熱するヒータ組立体１１０が具備されることにより、シガレット２００には、別途のサセプタ物質が含まれない。従って、サセプタ物質を含むシガレットを製造する別途の工程が要求されず、既存の加熱式エアロゾル生成装置に使用されるシガレットが、本開示による装置１００にも使用され、装置１００は、既存シガレットに対して高い互換性を有することができる。また、別途のサセプタ物質がシガレット２００に含まれず、サセプタ物質がシガレット内部に不均一に分布する場合、エアロゾルが不均一に発生する問題が解消されるのである。

前述のように、発熱体１１１が内部に中空を含む構造に形成されるという点で、発熱体１１１内部に中空が含まれていない場合に比べ、発熱体１１１の温度上昇速度が増大する。発熱体１１１内部が空いていない場合、表面より内部がまず発熱する傾向があり、表面発熱が遅延されるので、表面温度は、内部が空いている場合、さらに迅速に上昇することができる。シガレット２００は、発熱体１１１の表面に接触して加熱されるので、発熱体１１１の内部に中空が形成される場合、シガレット２００が加熱される速度が向上される。

温度センサ１１５は、発熱体１１１の温度を測定することができる。ヒータ組立体１１０に、発熱体１１１及び温度センサ１１５が含まれてもよく、温度センサ１１５により、発熱体１１１の温度が測定されうるので、温度センサ１１５は、発熱体１１１の温度を直接測定することができる。それにより、発熱体１１１がシガレット２００を加熱する温度が、温度センサ１１５によって測定される温度にも正確に反映される。

発熱体１１１が内部に中空をさらに含む場合、温度センサ１１５は、発熱体１１１の内面と接境することができる。発熱体１１１の内面と接境する温度センサ１１５は、ヒータ組立体１１０に直接接触することができる。発熱体１１１は、内部に中空を含む形状を有することもできるので、発熱体１１１内部には、温度センサ１１５が配置されるのに十分な空間が形成され、それにより、温度センサ１１５は、発熱体１１１内部に形成される中空の表面上にも配置される。温度センサ１１５が、発熱体１１１の内面に直接接触する位置に配置されることにより、温度センサ１１５は、発熱体１１１の外面に接触して加熱されるタバコロッド２１０によって汚染されないのである。

温度センサ１１５から測定される発熱体１１１の温度は、装置１００ないし制御部１５０にも提供される。例えば、ヒータ組立体１１０は、温度センサ１１５と制御部１５０とを連結し、温度センサ１１５から測定される温度を伝達するための導線をさらに含んでもよい。

温度センサ１１５は、発熱体１１１に含まれる強磁性体の内面と接境することができる。強磁性体は、タバコロッド２１０に対応する位置にも配置され、外部磁場によって発熱し、タバコロッド２１０を加熱するので、温度センサ１１５が強磁性体に対応する位置に配置される場合、タバコロッド２１０が加熱される温度がさらに正確に測定されうる。ただし、後述する図６でのように、温度センサ１１５は、発熱体１１１の強磁性体を除いた残り部分の内面と接境することもできる。

温度センサ１１５により、発熱体１１１の温度が直接測定されることにより、発熱体１１１の温度が精密に制御されうる。外部磁場によって発熱するサセプタ物質がシガレットに含まれる場合のように、サセプタ物質に直接接触する位置に、温度センサが配置されなければ、サセプタ物質により、シガレットが加熱される温度が正確に測定され難く、それにより、シガレットが加熱される温度に対する制御も、精密に行われ難い。本開示による発熱体１１１は、シガレット２００内部ではなく、装置１００のヒータ組立体１１０に直接具備され、温度センサ１１５を介して、発熱体１１１の温度が装置１００に正確に提供されるので、そこから、発熱体１１１の温度が精密に制御されるのである。

前述のように、温度センサ１１５は、強磁性体に対応する位置にも配置されるが、それに限定されるものではなく、温度センサ１１５は、発熱体１１１上の多様な位置にも配置される。例えば、温度センサ１１５は、発熱体１１１の下段部１１４に接する収容空間１２０上にも配置される。温度センサ１１５が収容空間１２０に配置される場合、温度センサ１１５は、発熱体１１１との接触なしに、発熱体１１１の温度を測定する赤外線センサによっても具現されるが、それに制限されるものではない。

図５は、一部実施形態による、弱磁性体及び非磁性体のうち少なくとも一つをさらに含む発熱体について説明するための図面である。

図５を参照すれば、発熱体１１１の上段部１１２、中段部１１３及び下段部１１４が形成される多様な組み合わせが図示されている。前述のように、発熱体１１１には、強磁性体が含まれてもよい。

発熱体１１１は、弱磁性体及び非磁性体のうち少なくとも一つをさらに含んでもよい。該弱磁性体は、外部磁場によって発熱することができるが、強磁性体対比で発熱する程度が弱い物質を意味する。該非磁性体は、外部磁場によって発熱しない物質を意味する。

該弱磁性体は、常磁性体（paramagnetic substance）及び反磁性体（diamagnetic substance）のうち少なくとも一つをさらに含んでもよい。該常磁性体は、外部磁場の方向に一部磁化するが、外部磁場の消滅時、磁気モーメントも共に消滅する物質を意味し、反磁性体は、外部磁場と反対方向に磁化される物質を意味する。発熱体１１１に外部磁場が印加される場合、当該の常磁性体及び反磁性体は、強磁性体に比べ、加熱される程度が低い。

例えば、該常磁性体は、アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）、白金（Ｐｔ）及びイリジウム（Ｉｒ）のうち少なくとも一つを意味し、該反磁性体は、ビズマス（Ｂｉ）、鉛（Ｐｂ）、水銀（Ｈｇ）、銅（Ｃｕ）、黒鉛（Ｃ）、金（Ａｕ）及び銀（Ａｇ）などの遷移金属ではない金属を意味する。

発熱体１１１の中段部１１３は、強磁性体によっても形成される。発熱体１１１の下段部１１４は、弱磁性体または非磁性体によっても形成される。発熱体１１１の上段部１１２は、強磁性体、弱磁性体または非磁性体によっても形成される。

該強磁性体は、シガレット２００を加熱する主加熱部の役割を行うことができる。該常磁性体は、シガレット２００を補助的に加熱する副加熱部の役割を行うことができる。該反磁性体は、シガレット２００を加熱しないが、発熱体１１１を支持するか、あるいは発熱体１１１の長さを確保する役割を行うことができる。

発熱体５１０及び発熱体５２０の場合、上段部５１２、中段部５１３及び中段部５２３が強磁性体によって形成され、主加熱部でもあり、下段部５１４、上段部５２２及び下段部５２４は、常磁性体によって形成され、副加熱部でもある。シガレット２００が装置１００に収容される場合、発熱体５１０及び発熱体５２０は、全体は、タバコロッド２１０に接触する大きさにも具現される。

発熱体５３０の場合、中段部５３３が強磁性体によって形成され、主加熱部でもあり、下段部５３４が常磁性体によって形成され、副加熱部でもあり、上段部５３２は、反磁性体によっても形成される。シガレット２００が装置１００に収容される場合、中段部５３３及び下段部５３４がタバコロッド２１０に接触し、下段部５３４は、フィルタロッド２２０に位置するように、発熱体５３０の大きさが設定されうる。

発熱体５４０、発熱体５５０及び発熱体５６０の場合、下段部５４４，５５４及び５６４が非磁性体によっても形成され、中段部５４３，５５３及び５６３が強磁性体によっても形成される。上段部５４２，５５２及び５６２は、それぞれ強磁性体、常磁性体及び非磁性体によっても形成される。強磁性体及び常磁性体によって形成される部分は、タバコロッド２１０に接触して発熱することができる。

下段部５４４，５５４及び５６４は、タバコロッド２１０に接触しない。例えば、下段部５４４，５５４及び５６４の側面に、支持体が配置され、中段部５４３，５５３及び５６３及び上段部５４２，５５２がタバコロッド２１０に接触することができる。または、シガレット２００に前端プラグがさらに含まれる場合、下段部５４４，５５４及び５６４は、前端プラグに接触し、中段部５４３，５５３及び５６３及び上段部５４２，５５２がタバコロッド２１０に接触することもできる。

図６は、一部実施形態による発熱体の内面に直接接触する位置に配置される温度センサについて説明するための図面である。

図６を参照すれば、発熱体１１１が内部に中空をさらに含む場合、中段部１１３の内面に直接接触する位置に配置される温度センサ１１５を含むヒータ組立体６１０、及び下段部１１４の内面に直接接触する位置に配置される温度センサ１１５を含むヒータ組立体６２０が図示されている。

ヒータ組立体６１０の場合、中段部１１３は、強磁性体によっても形成され、温度センサ１１５が中段部１１３の内面と接境する位置にも配置され、温度センサ１１５から測定される温度が、シガレット２００が加熱される温度を正確に反映することができる。

ヒータ組立体６２０の場合、中段部１１３は、強磁性体によっても形成されるが、下段部１１４は、弱磁性体または非磁性体によっても形成され、温度センサ１１５は、下段部１１４の内面と接境する位置にも配置される。下段部１１４が弱磁性体または非磁性体によって形成される場合、下段部１１４の温度は、強磁性体によって形成される中段部１１３の温度よりも低い。ただし、下段部１１４の温度は、中段部１１３の温度と一定関係を維持することができる。従って、温度センサ１１５から測定される下段部１１４の温度、及び中段部１１３の温度との関係に基づいて、シガレット２００が加熱される温度が導き出されもする。

図７は、一部実施形態による支持体をさらに含むヒータ組立体、及び強磁性体に対応する位置に配置されるコイルについて説明するための図面である。

図７を参照すれば、支持体１１６をさらに含むヒータ組立体１１０及びコイル１３０が装置１００に配置され、装置１００にシガレット２００が収容される構造が図示されている。ヒータ組立体１１０は、発熱体１１１の外面に固定され、発熱体１１１の外面から、収容空間１２０の側面に向けて延長される支持体１１６をさらに含んでもよい。

支持体１１６は、発熱体１１１の外面にも固定される。支持体１１６は、発熱体１１１の外面を取り囲む形状にも配置される。例えば、支持体１１６は、発熱体１１１の下段部１１４の外面を取り囲む形状を有することができる。ただし、それに限定されるものではなく、支持体１１６は、中段部１１３にも配置される。

支持体１１６は、内部で接触する発熱体１１１を内蔵し、発熱体１１１の外面から外部に延長される環形状ないしドーナツ形状を有することができる。支持体１１６は、発熱体１１１の外面から、収容空間１２０の側面まで延長され、収容空間１２０にもフィッティング（fitting）される。それにより、支持体１１６及び発熱体１１１は、収容空間１２０内部で支持されて固定されうる。ただし、それに限定されるものではなく、支持体１１６は、内部に発熱体１１１を内蔵し、収容空間１２０に収容されうる他の形状を有することもできる。

支持体１１６は、断熱性及び耐熱性を有する素材によっても形成される。支持体１１６は、発熱体１１１を内蔵するので、発熱体１１１から熱が伝達されて加熱されうる。従って、支持体１１６は、発熱体１１１から伝達される熱によって変形されるか、あるいは破損されないように耐熱性を有し、収容空間１２０及び装置１００に熱を伝達させないように、断熱性を有することが要求されるのである。

例えば、支持体１１６は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリイミド、スルホン系樹脂、フッ素系樹脂及びアミドのうち少なくとも１つの素材によっても形成される。該スルホン系樹脂は、ポリエチルスルホン、ポリフェニレンスルフィドのような樹脂を含んでもよく、フッ素系樹脂は、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））を含んでもよい。

支持体１１６は、シガレット２００によるタバコ残余物が、収容空間１２０及び装置１００の内部に流入することを防止することができる。また、支持体１１６は、シガレット２００から生成されるエアロゾルがさらに液化され、収容空間１２０及び装置１００に流入することを防止することができる。

支持体１１６は、発熱体１１１を内蔵し、収容空間１２０に収容される単一構成にも作製されるが、支持体１１６は、発熱体１１１に接触するフランジ、及びフランジと収容空間１２０の側面との間に位置するモールド部を含む構造にも作製される。

コイル１３０は、収容空間１２０の側面に沿って巻回され、長手方向にも延長される。長手方向に沿って延長されるコイル１３０は、収容空間１２０の側面にも配置される。コイル１３０は、ヒータ組立体１１０に対応する位置にも配置される。コイル１３０は、ヒータ組立体１１０に対応する長さに、長手方向に沿っても延長され、ヒータ組立体１１０に対応する位置にも配置される。

コイル１３０は、発熱体１１１に含まれる強磁性体に対応する位置にも配置される。例えば、発熱体１１１の中段部１１３が強磁性体によって形成され、上段部１１２及び下段部１１４が反磁性体によって形成される場合、コイル１３０は、中段部１１３に対応する位置にも配置される。または、上段部１１２及び中段部１１３が強磁性体によって形成される場合、コイル１３０は、上段部１１２及び中段部１１３に対応する位置にも配置される。

図７に図示される例示のように、支持体１１６が下段部１１４に配置され、中段部１１３が強磁性体によって形成される場合、中段部１１３、タバコロッド２１０及びコイル１３０は、互いに対応する位置にも配置される。中段部１１３は、タバコロッド２１０の長さに対応する長さにも形成され、コイル１３０は、中段部１１３の長さに対応する長さにも配置される。中段部１１３、タバコロッド２１０及びコイル１３０それぞれの長さが互いに対応する場合、コイル１３０によって中段部１１３が発熱し、中段部１１３によってタバコロッド２１０が加熱される過程において、エネルギー損失が最小化されるのである。それにより、装置１００が、シガレット２００からエアロゾルを生成するために要求される電力が低減させることができる。

図８は、一部実施形態によるヒータ組立体の温度が制御される過程について説明するための図面である。

図８を参照すれば、装置１００は、ヒータ組立体１１０、収容空間１２０、コイル１３０、電源部１４０及び制御部１５０を含んでもよく、ヒータ組立体１１０は、発熱体１１１及び温度センサ１１５を含んでもよく、電源部１４０は、バッテリ１４１及び変換部１４２を含んでもよい。ただし、図８に図示される構成要素以外に、他の汎用的な構成要素が、装置１００、ヒータ組立体１１０または電源部１４０にさらに含まれてもよい。

電源部１４０は、装置１００に電力を供給することができる。電源部１４０は、コイル１３０に電力を供給することができる。電源部１４０は、装置１００に直流を供給するバッテリ１４１、及びバッテリから供給される直流を、コイル１３０に供給される交流に変換する変換部１４２を含んでもよい。

変換部１４２は、バッテリ１４１から供給される直流に対するフィルタリングを行い、コイル１３０に供給される交流を出力する低域通過フィルタ（low-pass filter）を含んでもよい。変換部１４２は、バッテリ１４１から供給される直流を増幅するための増幅器をさらに含んでもよい。例えば、変換部１４２は、低域通過フィルタを構成する負荷ネットワークを含み、増幅器をさらに含むＤ級増幅器でもある。変換部１４２がＤ級増幅器である場合、コイル１３０は、Ｄ級増幅器の負荷ネットワークに含まれるインダクタでもある。

制御部１５０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、マイクロプロセッサで実行されうるプログラムが保存されるメモリとの組み合わせによっても具現される。また、制御部１５０は、複数個のプロセッシングエレメントによっても構成される。

制御部１５０は、電源部１４０がコイル１３０に供給する電力を制御することができる。制御部１５０は、バッテリ１４１から供給される直流を制御し、直流パルスを生成することができる。例えば、制御部１５０は、バッテリ１４１に連結されるスイッチの開閉を制御し、直流パルスを生成することができる。

変換部１４２は、バッテリ１４１から生成される直流パルスを交流に変換することができる。例えば、変換部１４２に含まれる低域通過フィルタは、直流パルスを入力され、直流パルスに含まれる複数の周波数のうち、遮断周波数を超える周波数を除去し、交流電流を出力することができる。

交流電流が電源部１４０からコイル１３０に伝達されうる。コイル１３０に交流電流が印加される場合、コイル１３０は、交番磁場を生成することができる。コイル１３０から生成される交番磁場が、ヒータ組立体１１０に印加されれば、発熱体１１１が発熱し、温度センサ１１５は、発熱体１１１の温度を測定することができる。

制御部１５０は、温度センサ１１５から測定される発熱体１１１の温度に基づいて、ヒータ組立体１１０の温度を制御することができる。例えば、制御部１５０は、発熱体１１１の温度に基づいて、バッテリ１４１から生成される直流パルスを変調することができる。一方、制御部１５０は、温度センサ１１５から測定される発熱体１１１の温度と、基準温度とを比較することができ、測定される発熱体１１１の温度と、基準温度との差値に基づいて、ヒータ組立体１１０の温度を制御することができる。

制御部１５０は、発熱体１１１の温度に基づいて、バッテリ１４１から生成される直流パルスを変調することができる。１つの例示として、制御部１５０は、変換部１４２に含まれる増幅器を介して、直流パルスを増幅させることができる。直流パルスが増幅される場合、変換部１４２から出力される交流電流の振幅が増大することができる。コイル１３０に印加される交流電流の振幅が増大する場合、コイル１３０から生成される交番磁場の振幅が増大することができ、それにより、発熱体１１１から放出される熱エネルギーが増大することができる。または、制御部１５０は、直流パルスの強度を低下させ、発熱体１１１から放出される熱エネルギーを低減させることもできる。

他例示として、制御部１５０は、直流パルスに対するパルス幅変調を行うことができる。パルス幅変調によって変調される直流パルスが変換部１４２に入力される場合、変換部１４２から出力される交流電流の周波数も、変更される。従って、コイル１３０に印加される交流電流の周波数が変更されるので、コイル１３０から生成される交番磁場の周波数も、変更され、それにより、発熱体１１１から放出される熱エネルギーが変更され、ヒータ組立体１１０の温度が制御されるのである。

具体的には、制御部１５０は、直流パルスの周波数、及び直流パルスのデューティサイクルのうち少なくとも一つを変調することにより、バッテリ１４１から供給される直流に対するパルス幅変調を行うことができる。制御部１５０は、バッテリ１４１に連結されるスイッチを開閉する周期、またはスイッチを開放して閉鎖する比率を調整することにより、周波数またはデューティサイクルを変調することができる。ただし、それに制限されるものではなく、直流パルスの周波数及びデューティサイクルは、スイッチ以外の他の手段を介しても変調される。または、制御部１５０は、パルス幅変調を行う区間と、バッテリ１４１から供給される直流を遮断する区間とを分け、バッテリ１４１の直流をオン・オフにする方式でパルス幅変調を行うこともできる。

制御部１５０は、温度センサ１１５から測定される発熱体１１１の温度と、基準温度とを比較することができ、測定される発熱体１１１の温度と、基準温度との差値に基づいて、ヒータ組立体１１０の温度を制御することができる。例えば、制御部１５０は、発熱体１１１の温度が基準温度より高い場合、バッテリ１４１から供給される直流パルスの周波数及びデューティサイクルのうち少なくとも一つを低減させるとか、あるいは直流パルスの強度を低減させることができる。

また、制御部１５０は、測定される発熱体１１１の温度と、基準温度との差値を計算することができ、差値に比例する（proportional）成分、差値を積分した値に比例する（integral）成分、及び差値を微分した値に比例する（derivative）成分のうち少なくとも一つに基づいて、バッテリ１４１から供給される直流パルスを調整するＰＩＤ方式でフィードバック制御を行うこともできる。

本開示による装置１００は、ヒータ組立体１１０の温度を直接測定することができるので、測定されるヒータ組立体１１０の温度に基づいて、シガレット２００を加熱するヒータ組立体１１０の温度を制御することができる。従って、シガレット２００を加熱するヒータ組立体１１０の温度が精巧に制御され、一定に維持され、シガレット２００からエアロゾルが一定に生成され、ユーザにも提供される。

以上、実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲は、それらに限定されるものではなく、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者のさまざまな変形、及び改良形態も、本発明の権利範囲に属するものである。

Claims (15)

1. エアロゾル生成装置に収容されるシガレットを加熱するヒータ組立体において、
   前記シガレットの長手方向に沿って延長され、外部磁場によって発熱する強磁性体を含む発熱体と、
   前記発熱体の温度を測定する温度センサと、を含み、
   前記シガレットを収容するために、前記エアロゾル生成装置に具備される収容空間の内側端部に配置されるヒータ組立体。
2. 前記発熱体は、
   内部に中空をさらに含み、
   前記温度センサは、
   前記発熱体の内面に接境する、請求項１に記載のヒータ組立体。
3. 前記強磁性体は、
   前記エアロゾル生成装置に収容されるシガレットのタバコロッドに対応する位置に配置される、請求項１に記載のヒータ組立体。
4. 前記発熱体は、
   前記収容空間の前記内側端部側に位置する下段部と、
   前記収容空間の開口側に位置する上段部と、
   前記下段部と前記上段部との間に位置する中段部と、を含み、
   前記中段部は、
   前記強磁性体を含む、請求項１に記載のヒータ組立体。
5. 前記下段部は、
   弱磁性体及び非磁性体のうち少なくとも一つを含む、請求項４に記載のヒータ組立体。
6. 前記上段部は、
   強磁性体、弱磁性体及び非磁性体のうち少なくとも一つを含む、請求項４に記載のヒータ組立体。
7. 前記上段部は、
   前記開口側に向かう末端に行くほど断面が狭くなる形状を有する、請求項４に記載のヒータ組立体。
8. 前記温度センサは、
   前記発熱体に含まれる前記強磁性体の内面と接境する、請求項２に記載のヒータ組立体。
9. 前記温度センサは、
   前記発熱体の前記強磁性体を除いた残り部分の内面と接境する、請求項２に記載のヒータ組立体。
10. 請求項１ないし９のうちいずれか１項に記載のヒータ組立体と、
    前記収容空間と、
    前記発熱体に交番磁場を印加するコイルと、
    前記コイルに電力を供給する電源部と、
    前記コイルに供給される電力を制御する制御部と、を含むエアロゾル生成装置。
11. 前記コイルは、
    前記収容空間の側面に沿って巻回され、前記長手方向に延長され、前記強磁性体に対応する位置に配置される、請求項１０に記載のエアロゾル生成装置。
12. 前記電源部は、
    前記エアロゾル生成装置に直流を供給するバッテリと、
    前記バッテリから供給される直流を、前記コイルに印加される交流に変換する変換部と、を含む、請求項１０に記載のエアロゾル生成装置。
13. 前記制御部は、
    前記バッテリから供給される直流を増幅させることにより、前記コイルに印加される交流の振幅を制御する、請求項１２に記載のエアロゾル生成装置。
14. 前記制御部は、
    前記バッテリから供給される直流に対するパルス幅変調を行うことにより、前記コイルに印加される交流の周波数を制御する、請求項１２に記載のエアロゾル生成装置。
15. 前記制御部は、
    前記バッテリから供給される直流によるパルスの周波数、前記パルスのデューティサイクル、及び前記バッテリから供給される直流のオン・オフのうち少なくとも一つを制御することにより、前記パルス幅変調を遂行する、請求項１４に記載のエアロゾル生成装置。

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