JP2023513653A - エアロゾル発生装置用ヒータ及びそれを含むエアロゾル発生装置 - Google Patents
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Abstract
加熱を遂行する第１導電性パターン、及び第１導電性パターンと並列に配置された第２導電性パターンを含むエアロゾル発生装置用ヒータが提供される。第１導電性パターン及び／または第２導電性パターンは、抵抗温度係数が相対的に小さい素材からなるが、そのような場合、ヒータの昇温速度が大きく向上しうる。
Description
本発明は、エアロゾル発生装置用ヒータ及びそれを含むエアロゾル発生装置に係り、さらに詳細には、高速昇温を保証するように構成されたエアロゾル発生装置用ヒータ及びそれを含むエアロゾル発生装置に関する。
最近、伝統的な燃焼型シガレットの短所を克服する代替喫煙物品に係わる需要が増加している。例えば、シガレットを電気的に加熱することでエアロゾルを発生させる装置（例えば、シガレット型電子タバコ）に係わる需要が増加しており、これにより、電気加熱式エアロゾル発生装置に係わる研究が活発に進められている。
最近には、フィルム型ヒータを通じてシガレットの外部を加熱するように構成された方式のエアロゾル発生装置が提案されている。フィルム型ヒータは、導電性パターンが形成されている薄いフィルム状のヒータを意味するが、導電性パターンの素材としては、主に銅、アルミニウムなどが用いられている。
ところで、例示された導電性パターンの素材は、抵抗温度係数（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ； ＴＣＲ）が相対的に大きいので、発熱時、昇温速度が相対的に遅いという短所がある。すなわち、例示された素材は、抵抗温度係数の小さい他の素材に比べて、昇温時に導電性パターンの抵抗値がさらに多く増加するので、目標温度に到逹するまでさらに多くの時間を必要とする。また、そのように遅い昇温速度は、エアロゾル発生装置の予熱時間を増加させ、喫煙序盤の喫味感を落としてしまう。
本発明が解決しようとする課題は、相対的に高速昇温を保証するように構成されたエアロゾル発生装置用ヒータ及びそれを含むエアロゾル発生装置を提供することである。
また、本発明が解決しようとする課題は、均一な発熱分布を保証することができるエアロゾル発生装置用ヒータ及びそれを含むエアロゾル発生装置を提供することである。
また、本発明が解決しようとする課題は、エアロゾル発生装置用ヒータの温度測定誤差を減少させることで、制御精度を向上させうる方法を提供することである。
また、本発明が解決しようとする課題は、複数の導電性パターンを含むエアロゾル発生装置用ヒータの制御方法を提供することである。
実施例によるヒータは、加熱機能を遂行する第１導電性パターン及び前記第１導電性パターンと並列に配置された第２導電性パターンを含む。例えば、前記第１導電性パターンは、抵抗温度係数が１０００ｐｐｍ／℃以下である素材からなる。
実施例によるエアロゾル発生装置は、エアロゾル発生物品が収容される収容空間を形成するハウジング及び前記収容空間に収容されたエアロゾル発生物品を加熱するヒータを含み、前記ヒータは、抵抗温度係数が１０００ｐｐｍ／℃以下である素材からなる第１導電性パターン及び前記第１導電性パターンと並列に配置された第２導電性パターンを含む。
本発明によれば、抵抗温度係数が相対的に小さい素材からなる導電性パターンを含むエアロゾル発生装置用ヒータが提供されうる。そのようなヒータは、高速の昇温を保証することで、エアロゾル発生装置の予熱時間を短縮し、喫煙序盤の喫味感を大きく向上させうる。
また、複数の導電性パターンが並列に配置され、外郭側パターンの抵抗値が中心側パターンの抵抗値よりも大きくならないように設計されうる。これにより、ヒータの加熱面全体にわたってさらに均一に発熱され、エアロゾル発生装置の加熱効率が向上しうる。
また、複数の導電性パターンのうち、少なくとも１つが、ヒータの温度を測定するように構成されたセンサとして用いられうる。これにより、エアロゾル発生装置製造時に別途の温度センサを搭載する工程が不要となり、装置製造工程が簡素化されうる。それだけではなく、センサパターンを通じてヒータ加熱面の温度がさらに正確に測定されうる。これにより、ヒータに対する制御精度が向上しうる。
実施例による効果は、前述した効果に制限されず、言及されていないさらに他の効果は、下記記載から通常の技術者に明確に理解されるであろう。
実施例によるヒータは、加熱機能を遂行するように構成された第１導電性パターン、及び前記第１導電性パターンと並列に配置された第２導電性パターンを含む。例えば、前記第１導電性パターンは、抵抗温度係数が１０００ｐｐｍ／℃以下である素材からなる。
実施例において、前記第１導電性パターンは、コンスタンタン（ｃｏｎｓｔａｎｔａｎ）、マンガニン（ｍａｎｇｎａｎｉｎ）及び洋白（ｎｉｃｋｅｌ ｓｉｌｖｅｒ）のうち、少なくとも１つからなる。
実施例において、前記第１導電性パターンは、比抵抗（ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ）が３．０×１０－８Ωｍ以上の素材からなる。
実施例において、前記第２導電性パターンは、前記第１導電性パターンの外郭に配置されており、前記第２導電性パターンの抵抗は、前記第１導電性パターンと同一であるか、それより小さい。
実施例において、前記第２導電性パターンは、前記第１導電性パターンの外郭に配置されており、前記第２導電性パターンの外郭に配置された第３導電性パターンを含む。前記第３導電性パターンと前記第２導電性パターンとの間隔は、前記第２導電性パターンと前記第１導電性パターンとの間隔より広い。
実施例において、前記第２導電性パターンは、前記第１導電性パターンの外郭に配置されており、前記第２導電性パターンは、前記第１導電性パターンよりも低い比抵抗（ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ）素材からなる。
実施例において、前記第２導電性パターンは、前記第１導電性パターンの外郭に配置されており、前記第２導電性パターンの厚さは、前記第１導電性パターンよりも厚い。
実施例において、前記第２導電性パターンの厚さは、３０μｍ以下でもある。
実施例において、前記第２導電性パターンは、前記ヒータに対する温度を測定し、前記第１導電性パターンより抵抗温度係数が大きい素材からなる。
実施例において、前記第２導電性パターンは、前記ヒータの加熱面の中心領域温度を測定するように配置され、前記加熱面の中心から前記中心領域の周辺部までの距離は、前記中心から前記加熱面の周辺部までの距離の０．１５～０．５倍でもある。
実施例によるエアロゾル発生装置は、エアロゾル発生物品が収容される収容空間を形成するハウジング、及び前記収容空間に収容されたエアロゾル発生物品を加熱するように構成されたヒータを含み、前記ヒータは、抵抗温度係数が１０００ｐｐｍ／℃以下である素材からなる第１導電性パターン、及び前記第１導電性パターンと並列に配置された第２導電性パターンを含む。
実施例において、前記ヒータを制御するように構成された制御部をさらに含むが、前記制御部は、前記第１導電性パターン及び前記第２導電性パターンを独立して制御する。
以下、添付された図面を参照して実施例を詳細に説明する。本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付図面と共に詳細に後述されている実施例を参照すれば、明確になるであろう。しかし、技術的思想は、以下の実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態にも具現される。以下の実施例は、本発明の技術的思想を説明し、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に、本発明の範疇を知らせるために提供されるものであり、本発明の技術的思想は、請求項及び均等範囲の範疇によって定義されるだけである。
各図面において、等しい構成要素に対しては、たとえ他の図面上に表示されていても、同じ符号を付する。また、本発明を説明するに当たって、関連した公知構成または機能についての具体的な説明が、本発明の要旨を不明にすると判断される場合には、その詳細な説明は省略する。
特に他の定義がなければ、本明細書で使用される全ての用語（技術及び科学的用語を含む）は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に共通的に理解される意味として使用されうる。また、一般的に使用される既定義の用語は、明白に特別に定義されていない限り、理想的に、または過度に解釈されない。本明細書で使用された用語は、実施例を説明するためのものであって、本発明を制限しようとするものではない。本明細書において、単数形は、文言で特に言及しない限り、複数形も含む。
また、本発明の構成要素を説明するに当たって、「第１」、「第２」、「Ａ」、「Ｂ」、「（ａ）」、「（ｂ）」などの用語を使用することができる。そのような用語は、その構成要素を他の構成要素と区別するためのものであって、その用語によって当該構成要素の本質や順番または順序などが限定されない。ある構成要素が他の構成要素に「連結」、「結合」または「接続」されると記載された場合、その構成要素は、その他の構成要素に直接連結されたり、直接接続されたりもするが、一方、各構成要素間に、他の構成要素が「連結」、「結合」または「接続」されてもよいと理解されねばならない。
本発明で使用される「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及された構成要素、段階、動作及び／または素子は、１つ以上の他の構成要素、段階、動作及び／または素子の存在または追加を排除しない。
実施例において、「エアロゾル発生基材」は、エアロゾル（ａｅｒｏｓｏｌ）を発生させるように構成された物質でもある。エアロゾルは、揮発性化合物を含んでもよい。エアロゾル発生基材は、固体または、液状でもある。
例えば、固体のエアロゾル発生基材は、板状葉タバコ、刻みタバコ、再構成タバコなどタバコ原料を基礎とする固体物質を含み、液状のエアロゾル発生基材は、ニコチン、タバコ抽出物及び／または多様な香味剤を基礎とする液状組成物を含む。しかし、実施例が前記列挙された例示に限定されるものではない。
例えば、液状のエアロゾル発生基材は、プロピレングリコール（ＰＧ）、及びグリセリン（ＧＬＹ）のうち、少なくとも１つを含み、エチレングリコール、ジプロピレングルリコル、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つをさらに含む。他の例として、エアロゾル発生基材は、ニコチン、水分及び加香物質のうち、少なくとも１つをさらに含む。さらに他の例として、エアロゾル発生基材は、桂皮、カプサイシンなどの多様な添加物質をさらに含んでもよい。エアロゾル発生基材は、流動性が比較的大きい液体物質だけではなく、ゲルまたは固形分形態の物質を含む。このように、エアロゾル発生基材の組成成分は、実施例によって多様に選択され、その組成比も実施例によって異なる。本発明において、液状は、液状のエアロゾル発生基材を指称しうる。
実施例において、「エアロゾル発生装置」は、ユーザの口を介して肺に直接吸入可能なエアロゾルを発生させるために、エアロゾル発生基材を用いてエアロゾルを発生させる装置でもある。図８ないし図１０は、エアロゾル生成装置の例示を示す。
実施例において、「エアロゾル発生物品」は、エアロゾルを発生させるように構成された物品を意味する。エアロゾル発生物品は、エアロゾル発生基材を含む。エアロゾル発生物品の例としては、シガレットが挙げられるが、実施例がそれに限定されるものではない。
実施例において、「パフ（ｐｕｆｆ）」は、ユーザの吸入（ｉｎｈａｌａｔｉｏｎ）を指称し、吸入とは、ユーザの口や鼻を介して、ユーザの口腔内、鼻腔内または肺に吸い込むことを意味する。
以下、本発明の多様な実施例について説明する。
実施例によれば、高速昇温を保証するように構成されたヒータが提供されうる。例えば、実施例によるヒータは、抵抗温度係数（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；以下「ＴＣＲ」）が比較的小さい導電性素材で加熱機能を行うことで、高速昇温を保証することができる。ＴＣＲの小さい素材は、昇温時に抵抗値の増加が僅かであり、電流量がほとんど減少されず、これにより、速い昇温が可能であるからである。そのようなヒータがエアロゾル発生装置に適用されれば、高速昇温によって装置の予熱時間が短縮され、喫煙序盤の喫味感が大きく向上する効果が達成されうる。但し、そのようなヒータの用途がエアロゾル発生装置に限定されるものではない。以下では、一例示として、前記ヒータがエアロゾル発生装置の用途として使用されることを仮定する。
ＴＣＲが比較的小さい素材の例としては、コンスタンタン（ｃｏｎｓｔａｎｔａｎ）、マンガニン（ｍａｎｇｎａｎｉｎ）、洋白（ｎｉｃｋｅｌ ｓｉｌｖｅｒ）などが挙げられる。しかし、実施例がそれに限定されるものではない。下記表１は、コンスタンタン、銅、アルミニウムのような導電性素材のＴＣＲを示す。
実施例では、前記ヒータにＴＣＲが約１５００ｐｐｍ／℃以下である導電性素材が用いられる。例えば、ＴＣＲが約１０００ｐｐｍ／℃、７００ｐｐｍ／℃、５００ｐｐｍ／℃、３００ｐｐｍ／℃、または約１００ｐｐｍ／℃以下である素材が用いられる。例えば、ＴＣＲが約５０ｐｐｍ／℃、３０ｐｐｍ／℃、または約２０ｐｐｍ／℃以下である素材が用いられうる。そのような場合、ヒータの高速昇温がさらに確実に保証されうる。
実施例によれば、ＴＣＲが比較的小さい素材からなる導電性パターンを含むフィルム型ヒータが提供されうる。但し、実施例が、それに限定されるものではなく、フィルム型ではない他の類型のヒータにも適用されうる。以下、実施例によるフィルム型ヒータについて下記図面を参照して詳細に説明する。
図１は、一実施例によるフィルム型ヒータ１０を示す例示的な図面である。
図１に図示されたように、フィルム型ヒータ１０は、ベースフィルム１１、１つ以上の導電性パターン１２－１、１２－２、１２－３、及び端子１３を含む。但し、図１には、実施例に係わる構成要素のみ図示されている。したがって、本発明が属する技術分野の通常の技術者であれば、図１に図示された構成要素以外に他の汎用的な構成要素がさらに含まれるということが理解できるであろう。以下では、導電性パターン１２－１，１２－２または１２－３を指称するか、複数の導電性パターン１２－１ないし１２－３を総称する場合には、参照番号「１２」を使用することができる。また、フィルム型ヒータ１０を「ヒータ１０」と略称し、導電性パターン１２を「パターン１２」と略称することができる。
ベースフィルム１１は、ヒータ１０のベースを構成する耐熱性または絶縁性フィルムでもある。例えば、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ；以下「ＰＩ」）フィルムのような耐熱性または絶縁性フィルムがベースフィルム１１として用いられる。ベースフィルム１１上には、１つ以上のパターン１２が形成されていてもよい。この際、パターン１２は、印刷、塗布のように多様な方式によって形成されうる。しかし、実施例の範囲が特定パターン形成方式に限定されるものではない。
ヒータ１０は、ベースフィルム１１以外にヒータ１０の上面を覆うカバーフィルムをさらに含む。カバーフィルムもＰＩフィルムのような耐熱性フィルムまたは絶縁性フィルムからなってもよい。
パターン１２は、端子１３を介して電力（または電圧）が印加されるとき、加熱機能を遂行することができる。例えば、特定パターン（例えば、パターン１２－１）は、加熱機能ではない温度測定機能を遂行することもできるが、それについては、図６などの図面を参照して後述する。
前述したように、パターン１２は、ＴＣＲが比較的小さい素材からなる。例えば、パターン１２は、ＴＣＲが約１５００ｐｐｍ／℃以下である導電性素材が用いられる。例えば、ＴＣＲが約１０００ｐｐｍ／℃、７００ｐｐｍ／℃、５００ｐｐｍ／℃、３００ｐｐｍ／℃、または約１００ｐｐｍ／℃以下である素材が用いられる。例えば、ＴＣＲが約５０ｐｐｍ／℃、３０ｐｐｍ／℃、または約２０ｐｐｍ／℃以下である素材が用いられる。そのような場合、ヒータ１０の高速昇温が保証されうる。
実施例では、図１に図示されたように、複数のパターン１２が並列に配置（形成）されうる。図１は、３個のパターン１２－１ないし１２－３が並列に配置されたところを例として図示しているが、パターン１２の個数は、多様に設計されうる。例えば、パターン１２の個数は、ヒータ１０の加熱面積とヒータ１０全体の目標抵抗に基づいて決定されうる。それは、目標抵抗が同一である場合、加熱面積が小さいほど、パターン１２の個数は増加するが、狭い面積内で同一目標抵抗値を満足させるためには、パターン１２の長さが短くならなければならないからである。
パターン１２の個数及び／または配置構造は、ヒータ１０の加熱面積と目標抵抗とも関連があるが、素材の比抵抗（ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ）とも密接な関連があり得る。比抵抗の高い素材は、パターン１２の抵抗を増加させ、ヒータ１０の全体抵抗を増加させうる。したがって、パターン１２が比抵抗の高い素材からなる場合には、目標抵抗を満足させるために、複数のパターン１２を並列に配置することができる。例えば、コンスタンタンは、ＴＣＲが比較的小さいが、銅などに比べて比抵抗が大きいので、コンスタンタンをパターン１２の素材として使用する場合には、全体抵抗を低めるために、複数のパターン１２を並列に配置することができる。
実施例では、並列に配置された複数のパターン１２のうち、少なくとも１つは、比抵抗が約１．０×１０－８Ωｍ、３．０×１０－８Ωｍ、５．０×１０－８Ωｍ または７．０×１０－８Ωｍ以上の素材からなる。そのような比抵抗値を有する素材が用いられても、並列構造を通じて加熱性能が十分に発揮される目標抵抗が満足するように構成されうる。
端子１３は、パターン１２に電力（または電圧）を印加するように構成された回路要素でもある。当該技術分野の従事者であれば、端子１３の構成及び機能について十分に理解することができるので、それについての詳細な説明は省略する。
端子１３は、複数のパターン１２に一括して電力を印加するように設計されうるか、各パターン１２に独立して電力を印加するように設計されうる。例えば、図２に図示されたように、複数の端子１３－１、１３－２、１３－３それぞれが各パターン１２－１ないし１２－３に独立して電力を印加するように連結されうる。そのような場合、第１端子１３－１を介して第１パターン１２－１の動作が独立して制御され、第２端子１３－３を介して第２パターン１２－２の動作が独立して制御され、ヒータ１０に対するさらに精密な制御が可能である。そのような制御方法については、追って図１１を参照して詳細に説明する。
図１及び図２に基づいて実施例によるヒータ１０について説明した。上述したところによれば、ＴＣＲが比較的小さい素材からなる導電性パターンを含むエアロゾル発生装置用ヒータ１０が提供されうる。そのようなヒータ１０は、高速昇温を保証することで、エアロゾル発生装置の予熱時間を短縮させ、喫煙序盤の喫味感を大きく向上させうる。ヒータ１０の昇温速度については、以下の実験例１を参照する。
図１に例示されたように、複数のパターン１２を並列に配置する場合、ヒータ１０加熱面の中心に発熱（量）が集中する現象が発生しうる。例えば、図３に図示されたように、ヒータ１０の加熱面の中心領域１４が最も高温に発熱し、外郭領域１５、１６、１７に行くほど発熱温度が下降する現象が発生する。このような現象が発生する理由は、外郭側パターン（例えば、１２－３）の長さが、中心側パターン（例えば、１２－１）よりも延びることにより、抵抗値も共に増加するためである。以下、実施例によって、そのような発熱集中現象を防止するように構成されたヒータ２０について説明する。
図４は、実施例によるヒータ２０を示す例示的な図面である。
図４に図示されたように、実施例によるヒータ２０も、ベースフィルム２１、複数のパターン２２－１、２２－２、２２－３、及び端子２３を含む。但し、均一な発熱分布を保証するために、外郭側パターン（例えば、２２－３）が中心側パターン（例えば、図４の２２－１）よりも、小さいか、あるいは同じ抵抗値を有するように設計されうる。このような抵抗値によって、加熱面の発熱量が中心領域に集中する現象が緩和されうる。
外郭側パターン（例えば、２２－３）と中心側パターン（例えば、２２－１）との抵抗値を具現する方式は、実施例によっても異なる。
実施例では、パターン間の間隔差を通じて抵抗値が具現されうる。例えば、図４に図示されたように、複数のパターン２２－１ないし２２－３が配置されるが、第３パターン２２－３と第２パターン２２－２との間隔Ｉ２が第２パターン２２－２と第１パターン２２－１との間隔Ｉ１よりも広い。そのような場合、外郭に位置したパターン（例えば、２２－３、２２－２）の面積が広くなることにより、抵抗値が減少しうる。すなわち、外郭側パターン（例えば、２２－３、２２－２）の長さが長くなることに比べて、占める面積がさらに広くなることにより抵抗値が減少しうる。これにより、外郭側パターン（例えば、２２－３）の抵抗値が中心側パターン（例えば、２２－１）の抵抗値よりも大きくない形態に抵抗値が具現されうる。
実施例では、パターンの素材差を通じて抵抗値が具現されうる。例えば、第１パターン（例えば、２２－１）の外郭に配置された第２パターン（例えば、２２－３）が第１パターン（例えば、２２－１）の比抵抗よりも低い比抵抗素材からなる。例えば、第１パターンは、コンスタンタン素材からなり、第２パターンは、銅素材からなる。外郭側パターン（例えば、２２－３）の抵抗値が中心側パターン（例えば、２２－１）の抵抗値よりも大きくない形で抵抗値が具現されうる。
実施例では、パターンの厚さ差を通じて抵抗値が具現されうる。例えば、図５に図示されたように、第１パターン２２－２の外郭に配置された第２パターン２２－３の厚さＴ２が第１パターン２２－２の厚さＴ１よりも厚い。このような例示において、パターンの厚さ増加によって外郭側パターン（例えば、２２－３）の抵抗値が中心側パターン（例えば、２２－２）よりも大きくない形で抵抗値が具現されうる。
但し、パターン（例えば、２２－３）の厚さが過度に厚くなれば、ヒータ２０の柔軟性が落ちてフィルム型ヒータ２０としての機能性が喪失されるか、減少するので、パターン（例えば、２２－３）は、適切な厚さ（例えば、Ｔ２）を有する必要がある。実施例では、パターン（例えば、２２－３）の厚さ（例えば、Ｔ２）が約６０μｍ以下でもある。例えば、パターンの厚さ（例えば、Ｔ２）は、約５０μｍ、４０μｍ、３０μｍ、または１０μｍ以下でもある。そのような数値範囲内でフィルム型ヒータ２０の柔軟性が保証されうる。また、パターン（例えば、２２－３）の厚さ（例えば、Ｔ２）は、約１０μｍ以上でもあるが、それは、パターン形成工程の難易度増加と抵抗値の急激な増加を防止するためのものであると理解されうる。
図４及び図５に基づいて実施例によるヒータ２０について説明した。上述したところによれば、複数の導電性パターン（２２－１ないし２２－３）が並列に配置され、外郭側パターン（例えば、２２－３）の抵抗値が中心側パターン（例えば、２２－１）よりも大きくならないように設計されうる。これにより、ヒータ２０の加熱面全体にわたって均一な発熱がなされうる。ヒータ２０の発熱分布と係わっては、以下の実験例２を参照する。
以下、図６及び図７に基づいて実施例によるヒータ３０について説明する。
図６は、実施例によるヒータ３０を示す図面である。
図６に図示されたように、実施例によるヒータ３０も、ベースフィルム３１、複数のパターン３２－１、３２－２、３３及び端子３４を含む。但し、複数のパターン３２－１、３２－２、３３のうち、特定パターン３３がヒータ３０の温度測定機能を遂行するセンサとして動作する。例えば、前記特定パターン３３のＴＣＲを用いてヒータ３０の温度が測定されうる。当該技術分野の従事者であれば、ＴＣＲ基盤の温度測定技法について十分に理解することができるので、それについての詳細な説明は省略する。以下では、機能が他の２種のパターンを区分するために、センサパターン３３と加熱パターン３２－１、３２－２という用語を使用する。
実施例において、センサパターン３３は、加熱パターン（例えば、３２－１）のＴＣＲよりも大きいＴＣＲ素材からなる。例えば、加熱パターン（例えば、３２－１）がコンスタンタンのような素材からなる場合、センサパターン３３は、銅素材からなり、センサパターン３３を通じてヒータの発熱温度がさらに正確に測定されうる。
加熱パターン（例えば、３２－１）とセンサパターン３３は、多様な方式によっても具現される。
実施例では、センサパターン３３の抵抗値が加熱パターン（例えば、３２－１）の抵抗値よりも大きくなるように製造されうる。例えば、センサパターン３３の抵抗値は、加熱パターン（例えば、３２－１）の約５倍、６倍、７倍、または１０倍以上でもある。そのような抵抗差は、比抵抗の高い素材を用いるか、比較的薄厚または比較的長いセンサパターン３３を製造することで達成されうる。そのような例示において、ヒータ３０に電力が印加されても、センサパターン３３にほとんど電流が流れなくなるので、センサパターン３３が温度測定機能のみをさらに正確に実行可能になる。
実施例では、センサパターン３３が加熱パターン（例えば、３２－１）と類似した抵抗値を有することができるが、センサパターン３３に印加される電力（または電圧）が加熱パターン（例えば、３２－１）よりもさらに小さくなるように設計されうる。例えば、センサパターン３３は、第１端子と連結され、加熱パターン（例えば、３２－１）は、第２端子と連結されるように構成された場合、制御部が第１端子に相対的に小さな電力を印加することで、パターン３３がセンサパターンとして動作することができる。そのような場合、制御部は、各端子の印加電力を制御することで、特定パターン（例えば、３２－１）をセンサパターンとしても、加熱パターンとしても動作させうる。他の例では、電圧降下を発生させる回路要素を通じて回路的にセンサパターン３３に印加される電力が減少するように構成されうる。
センサパターン３３の個数、配置位置などは、多様に設計されうる。
実施例では、センサパターン３３がヒータ３０加熱面の中心領域の温度を測定（感知）するように配置されうる。例えば、図７に図示されたように、センサパターン３３の少なくとも一部が中心領域３５内に配置されうる。そのような場合、センサパターン３３が外郭領域３６ないし３８よりは、中心領域３５の温度をさらに正確に測定可能となる。それは、前述したような発熱集中現象を考慮したものであるが、発熱集中現象発生時には、中心領域３３の温度に基づいてヒータ３０を制御することが制御精度をさらに向上させうるからである。
実施例において、ヒータ３０加熱面の中心Ｃから中心領域３５の周辺部までの距離Ｄ１は、中心Ｃから加熱面の周辺部までの距離Ｄ２の約０．１５～０．５倍でもあり、例えば、約０．２～０．５倍、約０．１５～０．４倍、約０．２～０．４倍、または約０．２～０．３倍でもある。そのような数値範囲内で形成された中心領域３５に発熱が集中するために、中心領域３５内にセンサパターン３３が配置されることが、ヒータ３０の制御精度向上にさらに効果的である。
図６及び図７に基づいて実施例によるヒータ３０について説明した。上述したところによれば、複数のパターンのうち、少なくとも１つ（例えば、３３）がヒータ３０の温度測定を機能を遂行するセンサとして用いられうる。これにより、別途の温度センサを搭載する工程が不要となり、装置製造工程が簡素化されうる。それだけではなく、センサパターン（例えば、３３）を通じてヒータ３０加熱面の温度がさらに正確に測定され、ヒータ３０に対する制御精度が向上しうる。
以下、図８ないし図１０に基づいて実施例によるヒータ１０、２０、３０が適用されうる多様な類型のエアロゾル発生装置１００－１、１００－２、１００－３について説明する。
図８ないし図１０は、エアロゾル発生装置１００－１、１００－２、１００－３を示す。具体的に、図８は、シガレット型エアロゾル発生装置１００－１を例示しており、図９及び図１０は、液体とシガレットとを共に用いるハイブリッド型エアロゾル発生装置１００－２、１００－３を例示している。以下、各エアロゾル発生装置１００－１ないし１００－３について説明する。
図８に図示されたように、エアロゾル発生装置１００－１は、ヒータ１４０、バッテリ１３０及び制御部１２０を含む。しかし、実施例は、それに制限されず、必要によって一部構成要素が追加されるか、省略されうる。また、図８に図示されたエアロゾル発生装置１００－１のそれぞれの構成要素は、機能的に区分される機能要素を示す図面であって、複数の構成要素が実際の物理的環境では、互いに統合される形で具現されるか、単一構成要素が複数の細部機能要素に分離される形で具現されうる。以下、エアロゾル発生装置１００－１の各構成要素について説明する。
ヒータ１４０は、内部に挿入されたシガレット１５０を加熱するように配置されうる。シガレット１５０は、固体エアロゾル発生基材を含み、加熱されることにより、エアロゾルを発生させるように構成されうる。発生したエアロゾルは、ユーザの口部を介して吸入されうる。ヒータ１４０の動作、加熱温度などは、制御部１２０によって制御されうる。
ヒータ１４０は、前述したヒータ１０、２０、３０によっても具現されるが、そのような場合、高速昇温を介してエアロゾル発生装置１００－１の予熱時間が短縮され、喫煙序盤の喫味感は向上しうる。
バッテリ１３０は、エアロゾル発生装置１００－１の動作に用いられる電力を供給する。例えば、バッテリ１３０は、ヒータ１４０がシガレット１５０に含まれたエアロゾル発生基材を加熱するように電力を供給し、制御部１２０が動作するのに必要な電力を供給する。
また、バッテリ１３０は、エアロゾル発生装置１００－１に設けられたディスプレイ、センサ、モータなどの電気的構成要素が動作するのに必要な電力を供給することができる。
制御部１２０は、エアロゾル発生装置１００－１の動作を全体として制御することができる。例えば、制御部１２０は、ヒータ１４０及びバッテリ１３０の動作を制御し、エアロゾル発生装置１００－１に含まれた他の構成要素の動作も制御することができる。制御部１２０は、バッテリ１３０が供給する電力、ヒータ１４０の加熱温度などを制御することができる。また、制御部１２０は、エアロゾル発生装置１００－１の構成それぞれの状態を確認し、エアロゾル発生装置１００－１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。
実施例において、制御部１２０は、ヒータ１４０を構成する複数のパターンの動作を既設定の条件によって動的に制御するが、本実施例については、追って図１１を参照して詳細に説明する。
制御部１２０は、少なくとも１つのプロセッサ（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）によって具現されうる。前記プロセッサは、多数の論理ゲートのアレイとしても具現され、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の組合わせによっても具現される。また、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、制御部１２０が異なる形態のハードウェアによっても具現されることを理解できるであろう。
以下、図９及び図１０を参照して、ハイブリッド型エアロゾル発生装置１００－２、１００－３について説明する。
図９は、蒸気化部１とシガレット１５０とが並列に配置されたエアロゾル発生装置１００－２を例示しており、図１０は、蒸気化部１とシガレット１５０とが直列に配置されたエアロゾル発生装置１００－３を例示している。しかし、エアロゾル生成装置の内部構造は、図９及び図１０に例示されたものに限定されず、設計方式によって構成要素の配置は変更されうる。
図９及び図１０において、蒸気化器１は、液状のエアロゾル発生基材を保存するように構成される液状保存槽、エアロゾル発生基材を吸収するように構成される芯（ｗｉｃｋ）及び吸収されたエアロゾル発生基材を気化させるように構成され、エアロゾルを発生させる気化要素を含む。気化要素は、加熱要素、振動要素のように多様な形態にも具現される。実施例において、蒸気化器１は、芯を含まない構造としても設計される。蒸気化部１で発生したエアロゾルは、シガレット１５０を通過してユーザの口部を介して吸入されうる。蒸気化器１の気化要素も、制御部１２０によって制御されうる。
図８ないし図１０に基づいて実施例によるヒータ１０、２０、３０が適用される例示的なエアロゾル発生装置１００－１ないし１００－３について説明した。以下では、図１１に基づいて実施例によるエアロゾル発生装置用に製造されたフィルム型ヒータの制御方法について説明する。
以下、前記制御方法を叙述するに当たって、前記ヒータ（例えば、１０、２０、３０参照）は、第１パターンと第２パターンとを含む複数のパターンを含み、各パターンの機能、動作及び／または加熱温度などは独立して制御されうるものと仮定する。また、前記制御方法は、制御部１２０またはプロセッサによって実行される１つ以上のインストラクション（ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ）によって具現され、特定動作の主語が省略された場合、制御部１２０によって行われるとも理解される。
図１１は、実施例によるヒータの制御方法を示す例示的なフローチャートである。
図１１に図示されたように、前記制御方法は、喫煙状態をモニタリングする段階Ｓ１０から始まる。ここで、喫煙状態は、例えば、喫煙進行段階、パフ状態、ヒータの温度のように喫煙中に測定可能なあらゆる種類の状態情報を含む。
段階Ｓ２０及びＳ３０において、第１条件が満足されるという判断に応答して、第１パターン及び第２パターンがいずれも加熱パターンとして動作されうる。例えば、制御部１２０は、第１パターン及び第２パターンに十分な電力を印加することで、各パターンが加熱機能を遂行するように制御することができる。
前記第１条件は、多様に定義され、設定されうる。例えば、第１条件は、予熱時間（例えば、初期５秒）を示す条件でもある。そのような例示において、予熱時間の間、複数のパターンが加熱パターンとして動作することで、高速昇温がなされる。他の例として、第１条件は、パフ状態（例えば、パフ間隔、パフ強度）に基づいて定義された条件であって、例えば、パフ間隔が基準値以下であるか、パフ強度が基準値以上である場合を示す条件でもある。そのような例示において、パフ間隔が短くなるか、パフ強度が強くなることにより、複数のパターンが加熱パターンとして動作することで、ユーザにさらに強い喫味感が提供されうる。それ以外にも、前記第１条件は、喫煙時間、パフ回数、ヒータの加熱温度のように多様な要素に基づいて定義されうる。
実施例では、複数のパターンの中で加熱パターンの個数（すなわち、加熱パターンで動作するパターンの個数）が調節される制御が行われる。例えば、制御部１２０は、パフ状態（例えば、パフ間隔、パフ強度）によって加熱パターンの個数を増加または減少させうる（例えば、パフ強度が基準値以上であれば、個数増加、以下であれば、個数減少）。他の例として、制御部１２０は、喫煙進行段階によって加熱パターンの個数を増加または減少させうる（例えば、喫煙序盤に個数増加、喫煙中盤には個数減少、喫味補完のために喫煙終盤には、再び個数増加など）。さらに他の例として、制御部１２０は、ヒータの加熱温度によって加熱パターンの個数を増減させることで、フィードバック制御を遂行することもできる。
段階Ｓ４０及びＳ５０において、第２条件が満足されるという判断に応答して、特定パターンがセンサパターンとして動作されうる。例えば、制御部１２０は、第１パターンに印加される電力を減少させることで、第１パターンが発熱することを防止し、第１パターンのＴＣＲと抵抗値変化に基づいてヒータの温度を測定することができる。
前記第２条件は、多様に設定されうる。例えば、第２条件は、予熱時間の経過を示す条件でもある。そのような場合、予熱完了後には、ヒータの温度測定結果によるフィードバック制御が行われる。他の例として、第２条件は、パフ状態（例えば、パフ間隔、パフ強度）に基づいて定義された条件であって、例えば、パフ間隔が基準値以上であるか、パフ強度が基準値以下である場合を示す条件でもある。そのような場合、パフ間隔が長くなったり、パフ強度が弱くなったりすることにより、センサパターンの温度測定結果によるフィードバック制御が行われうる。
実施例では、複数のセンサパターンを用いてヒータ加熱面の発熱分布が測定されうる。例えば、制御部１２０は、中心側のセンサパターンと外郭側のセンサパターンの温度測定結果を比べて、発熱分布の均一性を判断する。制御部１２０は、中心領域に発熱が集中された場合、外郭側の加熱パターンに電力をさらに供給したり、中心側の加熱パターンに電力を相対的に少なく供給したりするなどの制御を行うことができる。そのような制御によって、ヒータ加熱面全体にわたって均一に発熱がなされる。
図１１は、第１条件が満足されない場合、段階Ｓ４０が行われるように図示しているが、それは、一例示に過ぎず、段階Ｓ２０と段階Ｓ４０は、互いに独立して遂行されうる。
図１１に基づいて実施例によるエアロゾル発生装置用に製造されたフィルム型ヒータの制御方法について説明した。上述した方法によれば、複数のパターンの機能及び動作などを既設定の条件によって動的に制御することで、喫煙中にヒータがさらに効率的に活用されうる。
図１１を参照して説明された実施例は、コンピュータで読取り可能な媒体上にコンピュータで読取り可能なコードによっても具現される。前記コンピュータで読取り可能な記録媒体は、例えば、移動型記録媒体（ＣＤ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク、ＵＳＢ記録装置、外付けハードディスク）であるか、固定式記録媒体（ＲＯＭ、ＲＡＭ、コンピュータ内蔵型ハードディスク）でもある。前記コンピュータで読取り可能な記録媒体に記録された前記コンピュータプログラムは、インターネットなどのネットワークを介して他のコンピュータ装置に伝送されて前記他のコンピュータ装置に設けられ、それにより、前記他のコンピュータ装置において使用されうる。
以下、実施例と関連実施例を前述したヒータ１０、２０、３０の構成及び効果についてさらに詳細に説明する。しかし、以下の実施例は、前述したヒータ１０、２０、３０の一例示に過ぎず、本発明の範囲が以下の実施例に限定されるものではない。
実施例１
コンスタンタン素材のパターンが並列に配置されたヒータを製造した。具体的に、図１に例示されたような３列並列構造でパターンを配置し、パターン間の間隔は、０．５ｍｍと均等に設計し、パターンの厚さも２０μｍと均等に設計した。また、ＰＩフィルムがヒータのベースフィルムとして用いられた。
関連実施例１
銅素材のパターンが直列に配置されたことを除いて、実施例１と同じヒータを製造した。
実験例１：昇温速度比較
実施例１及び関連実施例１によるヒータに対して昇温速度を比較する実験を進めた。具体的に、経時的なヒータの温度変化を測定する実験を進め、実験結果は、図１２に図示されている。
図１２は、実施例１によるヒータの昇温速度が関連実施例１に比べて、はるかに速いということを示す。例えば、目標温度が３００℃と仮定するとき、実施例１によるヒータは、約１．６秒ほどで目標温度に到逹するのに対して、関連実施例１によるヒータは、約２．７秒後に目標温度に到逹することを確認することができる。これは、コンスタンタン素材の低いＴＣＲによって昇温時に抵抗値増加がほとんどなく、昇温時にパターンに流れる電流がほとんど減少していないからである。そのような実験結果によれば、上述した実施例によるヒータ（例えば、１０）がエアロゾル発生装置（例えば、１００－１ないし１００－３）の予熱時間を短縮させ、喫煙序盤の喫味感を向上させることが分かる。
実施例２及び３
図１３に図示されたように、コンスタンタン素材のパターン５列を並列に配置して実施例２及び３によるヒータを製造した。実施例２によるヒータは、外郭に行くほどパターン間の間隔が広がるように配置し、実施例３によるヒータは、ほぼ均等な間隔でパターンを配置した。パターンの厚さ、長さ及び間隔に対する詳細数値は、下記の表２及び３を参照する。表２は、実施例２に関し、表３は、実施例３に関するものである。
実験例２：発熱分布比較
実施例２及び３によるヒータの加熱面の発熱分布を測定する実験を進め、これに係わる実験結果は、図１４及び図１５に図示されている。図１４及び図１５は、それぞれ実施例２及び３によるヒータの加熱面をヒートマップの形態に図示したものである。
図１４及び図１５を比較すれば、図１５の集中発熱領域（中心領域参照）が、図１４よりもさらに集中している（例えば、集中発熱領域がさらに狭く形成される）ことを確認することができるが、これは、実施例３によるヒータに発熱集中現象がさらに強く現われるということを示す。これは、パターン上の間隔が外郭に行くほど広くなるように設計することで、外郭パターンの抵抗値を減少させ、究極的に発熱集中現象を緩和させうるということを示す。
実施例及び関連実施例を通じて上述したヒータ１０、２０、３０の構成及び効果についてさらに詳細に説明した。
以上、図面を参照して実施例を説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、その技術的思想や必須な特徴を変更せずとも、本発明が異なる具体的な形態にも実施可能であるということを理解できるであろう。したがって、前述した実施例は、あらゆる面で例示的なものであり、限定的なのではないということを理解せねばならない。本発明の保護範囲は、請求範囲によって解釈されねばならず、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は、本発明によって定義される技術的思想の権利範囲に含まれると解釈されねばならない。
Claims (12)
- 加熱を遂行する第１導電性パターンと、
前記第１導電性パターンと並列に配置された第２導電性パターンと、を含み、
前記第１導電性パターンは、抵抗温度係数が１０００ｐｐｍ／℃以下である素材からなる、ヒータ。 - 前記第１導電性パターンは、コンスタンタン（ｃｏｎｓｔａｎｔａｎ）、マンガニン（ｍａｎｇｎａｎｉｎ）及び洋白（ｎｉｃｋｅｌ ｓｉｌｖｅｒ）のうち、少なくとも１つの素材からなる、請求項１に記載のヒータ。
- 前記第１導電性パターンは、比抵抗（ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ）が３．０×１０－８Ωｍ以上である素材からなる、請求項１に記載のヒータ。
- 前記第２導電性パターンは、前記第１導電性パターンの外郭に配置されており、
前記第２導電性パターンの抵抗は、前記第１導電性パターンと同一であるか、それより小さい、請求項１に記載のヒータ。 - 前記第２導電性パターンは、前記第１導電性パターンの外郭に配置されており、
前記第２導電性パターンの外郭に配置された第３導電性パターンを含むが、
前記第３導電性パターンと前記第２導電性パターンとの間隔は、前記第２導電性パターンと前記第１導電性パターンとの間隔よりも広い、請求項１に記載のヒータ。 - 前記第２導電性パターンは、前記第１導電性パターンの外郭に配置されており、
前記第２導電性パターンは、前記第１導電性パターンよりも比抵抗（ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ）が小さい素材からなる、請求項１に記載のヒータ。 - 前記第２導電性パターンは、前記第１導電性パターンの外郭に配置されており、
前記第２導電性パターンの厚さは、前記第１導電性パターンよりも厚い、請求項１に記載のヒータ。 - 前記第２導電性パターンの厚さは、３０μｍ以下である、請求項７に記載のヒータ。
- 前記第２導電性パターンは、前記ヒータの温度を測定し、前記第１導電性パターンよりも抵抗温度係数が大きい素材を含む、請求項１に記載のヒータ。
- 前記第２導電性パターンは、前記ヒータの加熱面の中心領域温度を測定するように配置され、
前記加熱面の中心から前記中心領域の周辺部までの距離は、前記中心から前記加熱面の周辺部までの距離の０．１５～０．５倍である、請求項９に記載のヒータ。 - エアロゾル発生物品が収容される収容空間を形成するハウジングと、
前記収容空間に収容されたエアロゾル発生物品を加熱するヒータと、を含み、
前記ヒータは、
抵抗温度係数が１０００ｐｐｍ／℃以下である素材からなる第１導電性パターンと、
前記第１導電性パターンと並列に配置された第２導電性パターンと、を含む、エアロゾル発生装置。 - 前記ヒータを制御する制御部をさらに含むが、
前記制御部は、前記第１導電性パターン及び前記第２導電性パターンを独立して制御する、請求項１１に記載のエアロゾル発生装置。
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