JP2024505782A - エアロゾル発生デバイスのための加熱アセンブリ - Google Patents

Abstract

エアロゾル発生デバイス（１００）のための加熱アセンブリ（２００）が開示される。加熱アセンブリ（２００）は、エアロゾル基材を受け入れるための開口部（２０４）を有する加熱チャンバ（２０２）を備える。加熱チャンバ（２０２）の表面上に絶縁材料のコーティング（２０６）が形成される。導電性材料のコーティング（２０８）が、絶縁材料のコーティング（２０６）を少なくとも部分的に被覆する。導電性材料のコーティング（２０８）は、電流が供給されたときにジュールヒータとして機能するように構成される。絶縁材料のコーティング（２０６）は、導電性材料のコーティング（２０８）と加熱チャンバ（２０２）との間のいかなる接触も阻止する。

Description

本発明は、エアロゾル発生デバイスのための加熱アセンブリに関する。本開示は、詳細には、自己完結型且つ低温であり得る携帯型エアロゾル発生デバイスに適用可能である。このようなデバイスは、タバコ又は他の適切なエアロゾル基材材料を、燃やすのではなく、伝導、対流、及び／又は放射によって加熱して、吸入のためのエアロゾルを発生させ得る。

（気化器としても知られる）リスク低減デバイス又はリスク修正デバイスの人気及び使用は、紙巻きタバコ、葉巻、シガリロ、及び巻きタバコなど、従来のタバコ製品の使用を止めることを望む常習的喫煙者を支援するための補助として、ここ数年で急速に成長している。従来のタバコ製品においてタバコを燃焼させるのとは対照的に、エアロゾル化可能物質を加熱又は加温する様々なデバイス及びシステムが利用可能である。

一般に利用可能なリスク低減デバイス又はリスク修正デバイスは、基材加熱式エアロゾル発生デバイス又は加熱非燃焼式（ＨＮＢ）デバイスである。このタイプの装置は、湿った葉タバコ又は他の適切なエアロゾル化可能材料を典型的に含むエアロゾル基材（すなわち、消耗品）を典型的には１５０℃～３００℃の範囲の温度に加熱することにより、エアロゾル又は蒸気を発生させる。エアロゾル基材を燃焼させたり燃やしたりするのではなく加熱することにより、ユーザが求める成分を含むが、望ましくない燃焼副生成物を含まないエアロゾルが放出される。また、タバコ又は他のエアロゾル化可能材料の加熱により発生されるエアロゾルは典型的に、燃焼の結果としてもたらされる、使用者にとり不快になり得る焦げ臭い又は苦い味を含んでいない。

既知の加熱非燃焼式デバイスで、デバイスの確実な動作を確保しながら加熱プロセスの効率を改善することが望ましい。また、加熱アセンブリの製造の容易さを改善することも望ましい。

本発明の第１の態様によれば、エアロゾル発生デバイスのための加熱アセンブリであって、エアロゾル基材を受け入れるための開口部を有する加熱チャンバと、加熱チャンバの表面上に形成された絶縁材料のコーティングと、絶縁材料のコーティングを少なくとも部分的に被覆する導電性材料のコーティングとを備え、導電性材料のコーティングは、電流が供給されたときにジュールヒータとして機能するように構成され、絶縁材料のコーティングは、導電性材料のコーティングと加熱チャンバとの間のいかなる接触も阻止する、加熱アセンブリが提供される。

このようにして、加熱アセンブリのエネルギー効率は著しく向上する。特に、絶縁材料及び導電性材料の層が、下の層との直接結合（例えば、化学結合）を形成するコーティングとして形成されるため、本来であれば熱損失をもたらす空隙又は他の断熱部分が層間に存在しない。このことは、加熱チャンバの昇温時間及び冷却時間の改善につながり、また同時に、信頼性が高くコンパクトな加熱アセンブリが提供されることにつながる。対照的に、エアロゾル発生デバイスのための従来の加熱アセンブリでは、加熱要素は、通常、誘電体バッキングフィルム上に配置され、熱収縮フィルムなどのポリマーラッピングを使用して加熱チャンバに取り付けられる。このようなラッピングされた層構成は、空隙が存在することに起因して、著しい熱損失につながる。更に、従来のアセンブリをプラスチックフィルムでラッピングしなければならないことにより、手作業による製造プロセスが必要となる。導電性材料のコーティングを加熱要素として利用することによって、加熱層を加熱アセンブリに固定するためのプラスチックラップが不要になり、それにより、手作業のプロセスではなく、自動化されたプロセスを用いて加熱アセンブリの製造を行うことができる。加えて、予め形成された加熱要素ではなく、コーティングを使用することにより、加熱層の形状及び結果として得られる特性に関する柔軟性を向上させることができる。例えば、表面にぴったりと形成されないため、熱伝達が最適化されない予め成形された加熱要素とは対照的に、導電性材料のコーティングは下にある表面の特定の形態に適合する。

「コーティング」という用語は、基材に施すと形成される層を指す。例えば、加熱チャンバの表面に絶縁材料を施すと、絶縁材料のコーティングが形成される。同様に、絶縁材料のコーティングに導電性材料を施すと、導電性材料のコーティングが形成される。各コーティングは、施される前には個別の層として存在しない。特に、コーティングは、下にある基材に液体、蒸気、又は気体の材料を施すことによって形成される層として定義され得る。このことは、ＰＥＥＫ若しくはポリイミドフィルムなどのフィルム、又は従来のヒーティングトラックが、施される前に予め形成され、個別の層として存在するのとは対照的である。

好ましくは、絶縁材料のコーティングは、硬質な層として加熱チャンバの表面上に形成される。対照的に、ＰＥＥＫ又はポリイミドなどの従来の絶縁フィルムは、加熱チャンバの表面上に可撓性層として取り付けられる。

好ましくは、導電性材料のコーティングは、絶縁材料のコーティング上に形成される。

好ましくは、加熱チャンバは管状であり、絶縁材料のコーティングは加熱チャンバの円周面上に形成される。

或いは、加熱チャンバは板として形状を定められる、又は「Ｃ」字形である。この場合、絶縁材料のコーティングは、加熱チャンバの凸部分に形成され得る。

好ましくは、導電性材料のコーティングは、絶縁材料のコーティングに化学的に結合される。つまり、絶縁導電性材料のコーティング２０８は、絶縁材料のコーティング２０６とそれ自体の化学結合を形成し、それによって接着剤又は他の結合材料の必要性がなくなる。

好ましくは、導電性材料のコーティングは、物理蒸着又は化学蒸着によって、絶縁材料のコーティング上に堆積される。

好ましくは、導電性材料のコーティングは金属又は金属酸化物である。

可能な代替形態では、導電性材料のコーティングは非金属であり、好ましくは炭素である。

好ましくは、導電性材料のコーティングは、ミアンダパターンとして絶縁材料のコーティング上に形成される。このようにして、導電性材料のコーティングは、エネルギー効率を維持しながら、エアロゾル基材に均一な熱分布を提供することができる。更に、導電性材料のコーティングの熱特性は、導電性材料のコーティングを異なるパターンで形成することにより、加熱アセンブリの動作要件に応じて調整され得る。また、特定のパターンが、絶縁材料のコーティングに付加的な機能（例えば、サーミスタ又はアンテナ機能）を持たせるために形成されてもよい。パターンは、単一のヒータトラック又は経路を形成してもよいし、独立して又は同時に加熱され得る２つ以上のヒータトラック又は経路を形成してもよい。

好ましくは、導電性材料のコーティングは、加熱チャンバの円周方向において、絶縁材料のコーティングを完全に囲む切れ目のない表面として形成される。このようにして、加熱チャンバ内に受け入れられたエアロゾル基材が均一な熱分布を受けることを確保しながら、製造プロセスが簡素化される。

好ましくは、導電性材料のコーティングは、加熱チャンバの軸方向に延びる、円周方向に間隔を空けて配置された複数のバンドとして形成される。このようにして、導電性材料のコーティングは、加熱チャンバ及び／又はエアロゾル基材の構成に応じた集中的な加熱ゾーンを提供するために、例えば金属蒸発プロセスによって、選択的に施され得る。例えば、バンドは、加熱チャンバの陥凹領域及び／又は平坦領域に対応して配置され得る。

好ましくは、絶縁材料のコーティングが形成される加熱チャンバの円周面は、加熱チャンバの外面である。このようにして、導電性材料のコーティングは、加熱アセンブリの外部に配置されて、動作中、熱が、導電性材料のコーティングで発生され、絶縁材料のコーティングを介して加熱チャンバに伝導され、それによって加熱チャンバ内に受け入れられたエアロゾル基材を加熱するようにされる。

好ましくは、絶縁材料のコーティングが形成される加熱チャンバの円周面は、加熱チャンバの内面である。加熱チャンバの内面は、開口部を介して、エアロゾル発生物品の少なくとも一部分を受け入れるための空洞に面する表面である。このようにして、導電性材料のコーティングが加熱チャンバの内部に配置されて、動作中、加熱チャンバ内に受け入れられたエアロゾル基材が、導電性材料のコーティングと接触し、導電性材料のコーティングによって直接加熱されるようにされる。

好ましくは、加熱アセンブリは、導電性材料のコーティングの第１の軸方向端部に接続された第１の電極と、導電性材料のコーティングの第２の反対側の軸方向端部に接続された第２の電極とを更に備え、使用時に、電流が、導電性材料のコーティングを介して第１の電極から第２の電極に流れ得るようにされる。

好ましくは、第１の電極及び第２の電極はそれぞれ、円周方向に加熱チャンバを囲むリングとして形成される。このようにして、コンパクトで堅牢な電極構成が提供される。更に、各電極が加熱チャンバの周囲で導電性材料のコーティングと直接接触するため、集中的な加熱領域が形成され得る。

好ましくは、加熱アセンブリは、導電性材料のコーティングの表面上に第３の材料の局所接点を備える。これらの局所接点は、鉛又は銀などのろう材で電線をろう付けしたり、はんだ付けしたりするのを容易にするためのスポットを形成し得る。第３の材料は、導電性材料上に固定され（例えば、コーティングされ）、ろう材でろう付けされ得るものが選択される。局所接点は、金又はニッケル又は他の金属が使用され得る。第３の材料は、例えば電気めっきによって施され得る。

好ましくは、導電性材料のコーティングは、１００ミクロン未満の厚さを有する。一例では、厚さは５０ミクロン未満であり、例えば５～４５ミクロンである。このようにして、薄くてエネルギー効率の高い加熱層が提供される。

好ましくは、加熱チャンバの外面は、加熱チャンバの軸方向に延びる１つ又は複数の陥凹領域を有する。このようにして、領域は、加熱チャンバの内部に向かって内側に突出し、それにより加熱チャンバと加熱チャンバ内に受け入れられたエアロゾル基材との間の接触の程度を高め得る。

好ましくは、導電性材料のコーティングは、１つ又は複数の陥凹部分に一致して形成される。このようにして、導電性材料のコーティングは、エアロゾル基材の陥凹領域に隣接する部分、例えばエアロゾル基材の内向きの突起が接触する部分を優先的に加熱し得る。好ましくは、導電性材料のコーティングは、２つ以上の陥凹部分の間に更に形成される。このようにして、導電性材料のコーティングはまた、エアロゾル基材の内向きの突起が接触する部分の間に配置されたエアロゾル基材の部分を加熱する。

好ましくは、絶縁材料のコーティングは、セラミック、シリコーン、ガラス、シリコーン酸化物、炭素、及びダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）のうちの１つ又は複数を含む。このようにして、絶縁材料のコーティングは、例えば従来の絶縁フィルムでしばしば使用されるポリイミドと比較して、高い絶縁破壊電圧及び高い熱伝導率を呈する。このような材料はまた、薄いコーティングを使用することを可能にし、それによって加熱チャンバ内に受け入れられたエアロゾル基材への熱伝達が向上する。これらの特性は、好都合なことに、加熱チャンバの昇温時間及び冷却時間を短縮し、加熱アセンブリのエネルギー効率を向上させる。更に、このような材料はポリイミドよりも高い熱安定性を呈する。

好ましくは、絶縁材料のコーティングは、プラズマ化学気相成長法を用いて堆積される。好ましくは、プラズマ化学気相成長法を用いて絶縁材料の層を堆積させることは、高周波電気励起源及びＣＨ_４を含むキャリアガスを用いて、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）又はダイヤモンドを含む薄膜を堆積させることを含む。好ましくは、導電性材料のコーティングは、化学蒸着、物理蒸着、インクジェット、又はグラビア印刷のうちの１つを用いて堆積される。例えば、導電性材料のコーティングは、熱蒸着、真空蒸着、金属ビーム蒸着、スパッタリング、パルスレーザ蒸着、化学蒸着（ＣＶＤ）、又はアークＰＶＤ（陰極アーク蒸着）を使用して施され得る。

好ましくは、導電性材料のコーティングは、ミアンダパターンとして絶縁材料のコーティング上に形成され、エッチング、マスキング、レーザ切断、又はスクリーン印刷のうちの１つを用いて形成される。

好ましくは、導電性材料のコーティングは、チタンを含む（また場合によりチタンから構成される）。別の例では、絶縁材料のコーティングは、銀又は銀インクを含み得る（また場合により銀又は銀インクから構成され得る）。

好ましくは、絶縁材料のコーティングは、０．３～１０ミクロンの厚さを有する。このようにして、加熱チャンバが適切に絶縁されたままであることを確保しながら、絶縁材料のコーティングを介する熱伝達の効率が向上する。

好ましくは、加熱チャンバは、加熱チャンバの軸方向に延びる１つ又は複数の平坦領域を備える。このようにして、１つ又は複数の平坦領域は、加熱チャンバ内に受け入れられたエアロゾル基材の外面を圧迫するように機能し、その結果、１つ又は複数の平坦領域とエアロゾル基材との間の接触がより密接で着実なものになる。このことは、加熱チャンバからエアロゾル基材への熱伝達を改善する。

例えば、１つ又は複数の平坦領域の方向における加熱チャンバの半径は、１つ又は複数の平坦領域がエアロゾル基材の１つ又は複数の隣接部分を圧迫するように、加熱チャンバ内に受け入れられた（例えば、円筒状の）エアロゾル基材の半径よりも小さくてもよい。対照的に、１つ又は複数の湾曲領域の方向における加熱チャンバの半径（すなわち、加熱チャンバの略円筒状の形状を画定する平坦領域間の加熱チャンバの領域）は、１つ又は複数の湾曲領域がエアロゾル基材の隣接部分を圧迫しないように、加熱チャンバ内に受け入れられた（例えば、円筒状の）エアロゾル基材の半径以下であってもよい。したがって、好都合なことに、１つ又は複数の空気流路が、１つ又は複数の湾曲領域とエアロゾル基材との間に加熱チャンバの長さに沿って画定され得る。

好ましくは、絶縁材料のコーティングは、１つ又は複数の平坦領域に形成される。よって、絶縁材料のコーティング上に形成された導電性材料のコーティングもまた、１つ又は複数の平坦領域に隣接して配置される。一例では、絶縁材料のコーティングは、加熱チャンバの１つ又は複数の平坦部分の内面上に形成され得る。別の例では、絶縁材料のコーティングは、加熱チャンバの１つ又は複数の平坦領域の外面上に形成され得る。

好ましくは、加熱チャンバは、分離可能な２つの本体セクションを備える。

本発明の第２の態様によれば、第１の態様による加熱アセンブリの製造方法が提供される。

好ましくは、本製造方法は、エアロゾル基材を受け入れるための開口部を有する加熱チャンバを提供することであって、絶縁材料のコーティングが加熱チャンバの表面上に形成される、ことと、絶縁材料のコーティングを少なくとも部分的に被覆する導電性材料のコーティングを堆積させることとを含み、導電性材料のコーティングが、電流が供給されたときにジュールヒータとして機能するように構成され、絶縁材料のコーティングが、導電性材料のコーティングと加熱チャンバとの間のいかなる接触も阻止する。

好ましくは、絶縁材料のコーティングが、加熱チャンバの表面に形成され、加熱チャンバの表面の周囲に絶縁材料のコーティングを堆積させることによって形成される。

好ましくは、加熱チャンバは管状であり、絶縁材料のコーティングは加熱チャンバの円周面上に形成される。

或いは、加熱チャンバは板として形状を定められる、又は「Ｃ」字形である。この場合、絶縁材料のコーティングは、加熱チャンバの凸部分上に形成され得る。

本発明の第３の態様によれば、第１の態様による加熱アセンブリを備えるエアロゾル発生デバイスが提供される。

本発明の第４の態様によれば、第３の態様によるエアロゾル発生デバイスとエアロゾル基材とを備えるエアロゾル発生システムが提供される。

次に、図面を参照しながら本発明の実施形態を例として説明する。

本発明の一実施形態によるエアロゾル発生デバイスである。 本発明の一実施形態による、絶縁材料のコーティングと導電性材料のコーティングとを備える加熱アセンブリの概略断面図である。 本発明の一実施形態による、ミアンダパターンで形成された導電性材料のコーティングを備える加熱アセンブリの斜視図である。 本発明の一実施形態による、ミアンダパターンで形成された導電性材料のコーティングを備える加熱アセンブリの斜視図である。 本発明の一実施形態による、円周方向に加熱チャンバを完全に囲む導電性材料のコーティングを備える加熱アセンブリの斜視図である。 本発明の一実施形態による、円周方向に加熱チャンバを完全に囲む導電性材料のコーティングを備える加熱アセンブリの斜視図である。 本発明の一実施形態による、加熱チャンバの１つ又は複数の平坦領域に隣接して配置された導電性材料のコーティングを備える加熱アセンブリの斜視図である。 本発明の一実施形態による、加熱チャンバの１つ又は複数の陥凹領域に隣接して配置された導電性材料のコーティングを備える加熱アセンブリの斜視図である。 本発明の一実施形態による、加熱チャンバの内部に配置された導電性材料のコーティングを備える加熱アセンブリの斜視図である。 本発明の一実施形態による、加熱チャンバの外部にミアンダパターンで形成された導電性材料のコーティングを備える加熱アセンブリの斜視図である。

本明細書における図面は、最初の１つ又は複数の数字が図面番号に対応し、残りの数字が図面内の要素又は構成要素を識別するという番号付けの慣習にしたがっている。異なる図面間で同様である要素又は構成要素は、同様の数字を使用することにより識別され得る。例えば、２０６は、図２における要素「０６」を指し、同様の要素は、図３においては３０６と呼ばれ得る。各要素の特性及び構成の説明が、他の実施形態における対応する要素にも同様に適用され得ることを当業者には理解されよう。

図１は、本発明の一実施形態によるエアロゾル発生デバイス１００を示している。エアロゾル発生デバイス１００は、内部の構成要素が見える状態で、組み立てられた構成で示されている。エアロゾル発生デバイス１００は、タバコ蒸気デバイスとも呼ばれ得る加熱非燃焼式デバイスであり、エアロゾル発生材料（例えば、タバコ）のロッドなどのエアロゾル基材を受け入れるように構成された加熱アセンブリ２００を備える。加熱アセンブリ２００は、ユーザが吸入するための蒸気又はエアロゾルを発生させるためにエアロゾル発生材料のロッドを燃焼させず加熱するように動作可能である。当然のことながら、図１に示すエアロゾル発生デバイス１００は、本発明による例示的なエアロゾル発生デバイスであるに過ぎないことを当業者には理解されよう。タバコ蒸気製品、気化器、又は電子タバコの他のタイプ及び構成も、本発明によるエアロゾル発生デバイスとして使用され得る。

図２は、本発明の一実施形態による、加熱アセンブリ２００の概略断面図を示している。加熱アセンブリ２００は、消耗品とも呼ばれるエアロゾル基材を内部に保持するように構成された、熱伝導性シェルとも呼ばれる加熱チャンバ２０２を備える。特に、加熱チャンバ２０２は、エアロゾル基材のロッドが配置され得る略円筒状の空洞を画定する。加熱チャンバ２０２は、管状（例えば、略円筒状）であり、加熱チャンバ２０２の長手方向端部に配置された開口部２０４を有する。使用時、ユーザは、加熱チャンバ２０２の開口部２０４を通してエアロゾル基材を挿入して、エアロゾル基材が加熱チャンバ２０２内に配置され、加熱チャンバ２０２の内面２０１と接触するようにし得る。加熱チャンバ２０２の長さは、エアロゾル基材の一部分が加熱チャンバ２０２の開口部２０４を通って突出し、すなわち、加熱アセンブリ２００から外に突出し、ユーザの口に受け入れられ得るように構成され得る。

加熱チャンバ２０２は、金属を含み、好ましくは金属から構成されて、加熱チャンバ２０２の側壁を通してエアロゾル基材に熱を効率的に伝達する一方で、加熱チャンバ２０２が充分な構造的安定性及び耐久性を有することも確保するようにされる。適切な金属の例としては、鋼鉄、又はステンレス鋼、又はアルミニウムが挙げられる。

加熱チャンバ２０２の（円周）側壁の厚さは、好ましくは、０．１ｍｍ以下、又はより好ましくは０．０７～０．０９ｍｍである。これにより、充分な構造安定性を維持しながら、加熱チャンバ２０２の側壁を通した消耗品への効率的な熱伝導が可能になる。加熱チャンバ２０２は、開口部２０４とは反対側に閉じた端部を有し、閉じた端部は、好ましくは０．２～０．６ｍｍの厚さを有し、これにより更なる構造的剛性が加熱チャンバ２０２に付加される。加熱チャンバ２０２の製造方法は、同時係属中の国際出願ＰＣＴ／ＥＰ２０２０／０７４１４７号明細書に記載されている。

加熱チャンバ２０２は円筒状であることに限定されないことを当業者には理解されよう。例えば、加熱チャンバ２０２は、立方体状、円錐状、半球状、又は他の形状の空洞として形成され、相補的な形状のエアロゾル基材を受け入れるように構成され得る。更に、いくつかの実施形態では、加熱チャンバ２０２は、エアロゾル基材を完全に囲むのではなく、エアロゾル基材の限られた領域にのみ接触し得る。

例えば、加熱チャンバ２０２は、略円筒状であるが、図６及び図８を参照して後述するように、加熱チャンバ２０２の内面２０１に細長い突出部を形成するために内側に突出する１つ又は複数の細長い陥凹領域を備え得る。陥凹領域は、加熱チャンバ２０２内に流体を加圧下で注入しながら、加熱チャンバ２０２の外面２０３を押して、加熱チャンバの内面２０１上に長さ方向に走る複数の対応する細長い突出部を設けることによって作られ得る。

別の例では、加熱チャンバ２０２は、略円筒状であるが、図５及び図７を参照して後述するように、加熱チャンバ２０２の軸方向に延びる１つ又は複数の平坦領域を備え得る。この場合では、加熱チャンバ２０２は、加熱チャンバ２０２内に受け入れられたエアロゾル基材のロッドが、加熱チャンバ２０２の１つ又は複数の平坦領域によって圧迫されるように構成され得る。加熱チャンバの円周面の他の領域（すなわち、１つ又は複数の平坦領域を接続する加熱チャンバのセクション）は、エアロゾル基材の受け入れたロッドに接触しないように構成され、それにより、加熱チャンバの長さに沿って１つ又は複数の空気流路を形成し得る。絶縁層とも呼ばれる絶縁材料のコーティング２０６が、加熱チャンバ２０２の外面２０３を囲む。特に、絶縁材料のコーティング２０６は、加熱チャンバ２０２の周方向外面２０３に隣接して配置される（すなわち、当接する、接触する）。絶縁材料のコーティング２０６は、加熱チャンバ２０２の外面２０３に直接結合される、すなわち、絶縁材料のコーティング２０６と加熱チャンバ２０２との間に化学結合が形成される。図２では、絶縁材料のコーティング２０６は、加熱チャンバ２０２の外面２０３の長さの一部分のみに沿って延びるように示されている。しかしながら、他の実施形態では、絶縁材料のコーティング２０６は加熱チャンバ２０２の全長に沿って延び得ることを当業者には理解されよう。更に、絶縁材料のコーティング２０６は加熱チャンバ２０２の外面を部分的にしか囲まなくてもよいことを当業者には理解されよう。

絶縁材料のコーティング２０６は、好ましくは、高い絶縁破壊電圧（例えば、約１００ボルト以上）及び高い熱伝導率を呈する材料を含む。例えば、絶縁材料のコーティング２０６は、セラミック、シリコーン、ガラス、シリコーン酸化物、炭素、又はこれらの組み合わせを含み得る。別の例では、絶縁材料のコーティング２０６は、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を含み得る（また場合によりＤＬＣから構成され得る）。好ましくは、絶縁材料のコーティング２０６は、０．３～１０ミクロンの厚さ、より好ましくは０．５～６ミクロンの厚さを有する。このような特性により、加熱チャンバ２０２が絶縁されたままであることを確保しながら、加熱チャンバ２０２内に受け入れられたエアロゾル基材への熱伝達が改善される。好都合なことに、加熱チャンバ２０２の昇温時間及び冷却時間が短縮され、これにより加熱アセンブリ２００のエネルギー効率が向上し得る。

導電性材料のコーティング２０８が絶縁材料のコーティング２０６を覆う（すなわち、被覆する）。つまり、導電性材料のコーティング２０８は、絶縁材料のコーティング２０６のうち、加熱チャンバ２０２に接合される側とは反対側で、絶縁材料のコーティング２０６に直接結合される。このようにして、導電性材料のコーティング２０８と絶縁材料のコーティング２０６との間に化学結合が形成され、これにより層間の完全な密着が確保される。

導電性材料のコーティング２０８は、ジュールヒータとして動作するように構成される。換言すれば、導電性材料のコーティング２０８は、電流の流れに応じて熱を放出するように構成される。この物理現象は、ジュール加熱、抵抗加熱、又はオーミック加熱と呼ばれ得る。使用中、導電性材料のコーティング２０８の温度が上昇し、熱エネルギーが絶縁材料のコーティング２０６を介して加熱チャンバ２０２に伝達されるように、バッテリ（図示せず）などの電源から導電性材料のコーティング２０８に電力が供給され得る。加熱チャンバ２０２内に受け入れられたエアロゾル基材は、加熱チャンバ２０２によって伝導的に加熱されて、ユーザが吸入するためのエアロゾルを発生させる。

導電性材料のコーティング２０８は、好ましくは金属を含む。例えば、導電性材料のコーティング２０８は、好ましくは主にチタンを含み得る（また場合によりチタンから構成され得る）。別の例では、絶縁材料のコーティングは、銀又は銀インクを含み得る（また場合により銀又は銀インクから構成され得る）。特に、銀インクのコーティングは、ブチルカルビトール中の銀インクフレークを、例えばスクリーン印刷によって絶縁材料のコーティング上に施し、その後この組成物を硬化、例えば３４０℃で２０分間硬化させることによって形成され得る。コーティングはまた、炭素又は金属酸化物半導体又は導電体を含み得る。金属酸化物の例としては、ＴｉＯ２、ＮｉＯ、ＴｉＮ、又はＴｉＢ２が挙げられる。材料の電気伝導率は（２０℃で）１０^－３Ｓ／ｍ超、好ましくは１０^２Ｓ／ｍ超、最も好ましくは１０^－３～１０^７Ｓ／ｍである。

導電性材料のコーティング２０８は、化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、熱蒸着、真空蒸着、金属ビーム蒸着、スパッタリング、パルスレーザ蒸着、アークＰＶＤ（陰極アーク蒸着）、インクジェット、グラビア印刷、又はスクリーン印刷を含む様々な技法を用いて堆積又は印刷され得る。

加熱チャンバ２０２は抵抗加熱器ではないため、電流を受けるべきでないことを当業者には理解されよう。よって、絶縁材料のコーティング２０６は、好都合なことに、導電性材料のコーティング２０８と加熱チャンバ２０２との間の接触を防止することによって、加熱要素２０８と加熱チャンバ２０２との間で短絡が生じるのを防止する一方で、導電性材料のコーティング２０８から加熱チャンバ２０２への熱の効率的な伝達を可能にする。つまり、絶縁材料のコーティング２０６は、導電性材料のコーティング２０８と加熱チャンバ２０２とを分離し、導電性材料のコーティング２０８から加熱チャンバ２０２に電流が流れないことを確保する。

加熱チャンバ２０２、絶縁材料のコーティング２０６、及び導電性材料のコーティング２０８は互いに直接結合を形成する（すなわち、これらはこれらの界面において化学結合される）ため、これらの構成要素間に空隙又は他の断熱部分は存在しない。好都合なことに、このことにより、動作中の熱損失が制限され、加熱アセンブリ２００のエネルギー効率が著しく向上する。

図２に示す実施形態では、導電性材料のコーティング２０８は、加熱チャンバの円周方向において、絶縁材料のコーティング２０６を完全に囲む連続的な表面として形成される。つまり、導電性材料のコーティング２０８は、少なくとも円周方向において、絶縁材料のコーティング２０６のいかなる部分も露出されないように絶縁材料のコーティング２０６を覆う。しかしながら、後述するように、代替的な実施形態では、導電性材料のコーティング２０８は絶縁材料のコーティング２０６を部分的にしか覆わなくてもよく、様々なパターン及び構成で配置され得る。

図３は、本発明の別の実施形態による加熱アセンブリ３００を示している。本実施形態では、導電性材料のコーティング３０８は、ミアンダパターン又は蛇行パターンとして絶縁材料のコーティング３０６上に形成される。例えば、導電性材料のコーティング３０８は、図示のパターンを形成するために、エッチング、マスキング、レーザ切断、又はスクリーン印刷によって形状を定められ得る。当然のことながら、導電性材料のコーティング３０８によって形成される具体的なパターンは、加熱アセンブリ３００の機能要件に応じて変わり得ることを当業者には理解されよう。パターンは、使用時に導電性材料のコーティング３０８に供給された電流が電気経路に沿って移動し、熱エネルギーを発生させるように電気経路を形成する。

図４は、本発明の別の実施形態による加熱アセンブリを示しており、この加熱アセンブリでは、導電性材料のコーティング４０８が、図３のパターンとは異なる構成でミアンダパターンとして形成される。導電性材料のコーティング４０８は、絶縁材料のコーティング４０６を横切って曲がりくねる導電性材料の条片を形成するようにパターン化される。導電性材料のコーティング４０８によって形成された経路は、電流が供給される電気経路として機能し、加熱チャンバ４０２内に受け入れられたエアロゾル基材に均一な熱分布を与えることができる。

他の例では、導電性材料のコーティング３０８、４０８は、１つ又は複数の付加的な機能のためにパターン化され得る、及び／又は形状を定められ得る。例えば、導電性材料のコーティング３０８、４０８は、例えばサーミスタ又はアンテナとして機能する特定のパターンを形成するように形状を定められ得る。

図５及び図６は２つの代替的な実施形態を示しており、２つの代替的な実施形態では、導電性材料のコーティング５０８、６０８が、絶縁材料のコーティング５０６、６０６を完全に包囲する導電性材料の切れ目のない表面として施される。つまり、導電性材料のコーティング５０８、６０８は、絶縁材料のコーティング５０６、６０６が露出しないように、加熱チャンバ５０２、６０２を円周方向に囲む。

図５では、加熱チャンバ５０２は、加熱チャンバ５０２の両側に形成され、加熱チャンバ５０２の軸方向に延びる２つの平坦領域５１２を備える管状部材である。しかしながら、平坦領域５１２の数は３つ以上であり、平坦領域５１２は加熱チャンバ５０２の円周上に間隔を空けて配置され得ることを当業者には理解されよう。加熱チャンバ５０２のうち、平坦領域５１２の間にある領域は、湾曲領域と呼ばれ得る。

好都合なことに、使用中、平坦領域５１２の間の距離よりも大きい直径を有するエアロゾル基材（例えば、円筒状のエアロゾル基材）が加熱チャンバ５０２内に受け入れられると、平坦領域５１２はエアロゾル基材の当接する領域を圧迫する。したがって、各平坦領域５１２とエアロゾル基材との間に平坦な界面が形成され、その結果、熱伝達が向上する。同時に、エアロゾル基材の直径は、加熱チャンバ５０２の湾曲領域の間の半径方向距離よりも小さくされて、湾曲領域がエアロゾル基材に接触せず、２つの空気流路が加熱チャンバ５０２の長さに沿ってエアロゾル基材と加熱チャンバ５０２の湾曲領域との間に画定されるようにされてもよい。

加熱アセンブリ５１０は、導電性材料５０８の軸方向に離れた領域、例えば、加熱チャンバ５０２の軸方向における導電性材料５０８の両端に配置された２つの電極５１０（電気コネクタとも呼ばれる）を更に備える。各電極５１０は、導電性材料のコーティング５０８を円周方向に囲み、導電性材料のコーティング５０８と接触するリングを形成するワイヤ又はバンドとして構成される。このようにして、電気経路が、導電性材料のコーティング５０８を介して一方の電極５１０から他方の電極５１０まで形成され得る。よって、電流が電極５１０のうちの一方に供給されると、電流は導電性材料のコーティング５０８を通って伝わり、加熱チャンバ５０２の全周で熱を発生させる。

図６では、加熱チャンバ６０２は、長手方向の窪みとも呼ばれ得る複数の陥凹領域６１４を備える管状部材である。陥凹領域６１４は、加熱チャンバ６０２の長さに平行に延び、加熱チャンバ６０２の内面６０１上に細長い突出部を形成する。換言すれば、突出部は空洞の内部に向かって突出する。よって、エアロゾル基材が加熱チャンバ６０２内に受け入れられると、細長い突出部はエアロゾル基材との接触を増大させ、その結果、集中した加熱効果が得られる。導電性材料のコーティング６０８は、均一層として絶縁材料のコーティング６０６上に形成される。特に、導電性材料のコーティング６０８は陥凹領域６１４内にも形成される。図５と同様に、加熱アセンブリ６００は、導電性材料のコーティング６０８を囲み、導電性材料のコーティング６０８と接触する環状電極６１０を備える。両方の実施形態において、電極５１０、６１０が導電性材料のコーティング５０８、６０８と接触するため、電極５１０、６１０は、集中的な加熱領域を形成し得る。

図７及び図８は２つの代替的な実施形態を示しており、２つの代替的な実施形態では、加熱チャンバ７０２、８０２の選択された領域にのみ導電性材料のコーティング７０８、８０８が形成される。特に、導電性材料のコーティング７０８、８０８は、加熱チャンバ７０２、８０２の軸方向に延びる、円周方向に間隔を空けて配置された複数のバンドとして形成される。

図７では、加熱チャンバ７０２は、図５の加熱チャンバ５０２と同じ形状であるが、導電性材料のコーティング７０８（及び図２の参照番号２０６から分かるように、下にある絶縁材料のコーティング７０６）は、加熱チャンバ７０２の平坦領域７１２に隣接して配置されるだけであり、加熱チャンバ７０２の全周の周囲には延びない。つまり、導電性材料のコーティング７０８は、加熱チャンバ７０２の平坦領域７１２と一致する複数（例えば２つ）の軸方向のバンドとして形成される。このようにして、電極７１０を介して電流が供給されると、導電性材料のコーティング７０８は、加熱チャンバ７０２内に受け入れられたエアロゾル基材のうち、平坦領域７１２に隣接する領域を優先的に加熱する集中的な加熱効果を提供する。電極７１０は、略環状のバンド又はワイヤとして形成され、略環状のバンド又はワイヤは、加熱チャンバ７０２を囲み、加熱チャンバ７０２の長さに沿って軸方向に離れた点で、平坦領域７１２に対応する加熱チャンバ７０２の両側の導電性材料のコーティング７０８と接触する。図示の実施形態では、絶縁材料のコーティング７０６もまた、平坦領域７１２上にのみ形成され、導電性材料のコーティング７０８と一致し（すなわち、ちょうどその下にある）、加熱チャンバ７０２を囲まない。その結果、電極７１０は、加熱チャンバ７０２、及び特に加熱チャンバ７０２の平坦領域７１２に隣接する導電性材料のコーティング７０８にのみ電極７１０が接触するように配置される。このようにして、電極７１０は、加熱チャンバ７０２の外面に直接接触せず、空隙が、加熱チャンバ７０２の円周の残りの部分では、電極７１０と加熱チャンバ７０２の外面との間に設けられる。

しかしながら、代替的な実施形態では、絶縁材料のコーティング７０６は加熱チャンバ７０２を円周方向に完全に囲み得ることを当業者には理解されよう。この場合では、電極７１０は、加熱チャンバ７０２、並びに特に加熱チャンバ７０２の全周の周りで絶縁材料７０６及び導電性材料７０８に接触し得る。

図８では、加熱チャンバ８０２は、図６の加熱チャンバ６０２と同じ形状であるが、導電性材料のコーティング８０８（及び下にある絶縁材料のコーティング８０６）は、陥凹領域８１４に一致して（陥凹領域８１４内に）配置され、加熱チャンバ８０２の全周には延びない。つまり、導電性材料のコーティング８０８は、陥凹領域８１４に隣接して延びる複数の軸方向のバンドとして形成される。このようにして、電極８１０を介して電流が供給されると、導電性材料のコーティング８０８は、加熱チャンバ８０２内に受け入れられたエアロゾル基材のうち、陥凹領域８１４に隣接するエアロゾル基材の部分における領域を優先的に加熱する集中的な加熱効果を提供する。換言すれば、加熱チャンバ８０２の内面８０１上に形成された細長い突出部が接触するエアロゾル基材の対応する部分は、より多くの熱エネルギーを受ける。この場合も、電極８１０は、加熱チャンバ８０２を囲み、陥凹領域８１４において、また加熱チャンバ８０２の長さに沿って軸方向に離れた領域において、導電性材料のコーティング８０８と接触する環状のバンド又はワイヤとして形成される。

図示の実施形態では、絶縁材料のコーティング８０６は、陥凹領域８１４内のみに形成され、導電性材料のコーティング８０８と一致する（すなわち、ちょうどその下にある）、加熱チャンバ８０２を囲まない。その結果、電極８１０は、加熱チャンバ８０２、及び特に加熱チャンバ８０２の陥凹領域８１４に隣接する導電性材料のコーティング８０８にのみ電極８１０が接触するように配置される。特に、電極は、加熱チャンバの周囲に周方向に配置され、加熱チャンバから離れたリングで形成され得、陥凹領域８１４に接触する半径方向の突出部（例えば、小さな条片又はタブ）を備える。このようにして、電極８１０は、加熱チャンバ８０２の外面に直接接触せず、空隙が、加熱チャンバ８０２の円周の残りの部分では、電極８１０と加熱チャンバ８０２の外面との間に設けられる。

しかしながら、代替的な実施形態では、絶縁材料のコーティング８０６は加熱チャンバ８０２を円周方向に完全に囲み得ることを当業者には理解されよう。この場合では、電極８１０は、加熱チャンバ８０２、並びに特に加熱チャンバ８０２の全周の周りで絶縁材料９０６及び導電性材料９０８に接触し得る。

導電性材料のコーティング７０８、８０８の軸方向のバンドは、金属蒸着又はスクリーン印刷など、先に論じたような様々な蒸着又は印刷技法を用いて形成され得る。

代替的な実施形態では、導電性材料７０８、８０８及び下にある絶縁材料７０６、８０６の複数の円周方向に間隔を空けて配置されたバンドは、代わりに、各加熱チャンバ７０２、８０２の内面７０１、８０１上に形成され得ることを当業者には理解されよう。例えば、絶縁材料のコーティング７０６は、加熱チャンバ７０２の平坦領域７１２の内面７０１上に複数（例えば２つ）の軸方向のバンドとして形成され得る。導電性材料のコーティング７０８は、絶縁材料のコーティング７０６上に形成され、それにより、加熱チャンバ７０２の内部に露出される導電性材料の対応し覆う軸方向のバンドを形成し得る。同様に、絶縁材料のコーティング８０６は、陥凹領域８１４と一致して、加熱チャンバ８０８の内面８０１上に複数（例えば２つ）の軸方向のバンドとして形成され得る。導電性材料のコーティング８０８は、絶縁材料のコーティング８０６上に形成され、それにより、加熱チャンバ８０２の内部に露出される導電性材料の対応し覆う軸方向のバンドを形成し得る。つまり、導電性材料８０８は加熱チャンバ８０２の内部に突出する。

図９Ａ、図９Ｂ、及び図９Ｃは、本発明の別の実施形態による加熱アセンブリ９００の様々な斜視図を示している。先に示した実施形態とは対照的に、加熱アセンブリ９００は、加熱チャンバ９０２の内面９０１上に形成された絶縁材料のコーティング９０６を備える。導電性材料のコーティング９０８は、導電性材料のコーティング９０８が加熱チャンバ９０２の内部に配置されるように、絶縁材料のコーティング９０６を覆う。よって、エアロゾル基材が加熱チャンバ９０２内に受け入れられると、導電性材料のコーティング９０８が直接エアロゾル基材に接触し、熱を伝達する。

図９Ａに示すように、導電性材料のコーティング９０８は、加熱チャンバ９０２の各平坦領域９１２に隣接するミアンダパターンとして形成される。しかしながら、代替的な実施形態では、導電性材料のコーティング９０８は、加熱チャンバ９０２の内面９０１を完全に囲む切れ目のない表面として形成され得る。更に、先に論じたように、加熱チャンバ９０２の形状は変わり得ることを当業者には理解されよう。

本実施形態では、絶縁材料のコーティング９０６は直接導電性材料のコーティング９０８の下にある、すなわち、絶縁材料のコーティング９０６が露出しないように２つのコーティングが正確に一致する。しかしながら、代替的な実施形態では、導電性材料のコーティング９０８は絶縁材料のコーティング９０６を部分的にしか覆わなくてもよい。例えば、絶縁材料のコーティング９０６は、円周方向に加熱チャンバ９０２の内面９０１全体に延び得る。

図９Ａ及び図９Ｂに示すように、加熱チャンバ９０２は、２つの分離可能な本体セクションを備える。導電性材料のコーティング９０８は、本体セクション間の界面を介して加熱チャンバ９０２の内部に入り、出る電気経路を形成するように構成される。したがって、導電性材料のコーティング９０８は、加熱チャンバ９０２の開口部９０４において導電性材料のコーティング９０８を露出させることなく、電源に安全に接続され得る。

加熱チャンバの別個の本体セクションは、ＰＥＥＫなどの耐熱性ポリマー材料で形成され得る。これらの本体セクションは射出成形によって製造され得る。これらの本体セクションは、圧入及び／又は接着（超音波溶着若しくは接着剤付けなど）によって加熱チャンバを形成するために組み立てられ得る。各本体は、組み立て時に適切な案内及び嵌合を提供するために、組み立て接合部に沿った結合要素を備え得る。

代替的な実施形態では、加熱チャンバ９０２は、分離可能な本体セクションを有するのではなく、単一のユニットとして形成され得ることを当業者には理解されよう。先のすべての実施形態の加熱チャンバが、２つの分離可能な本体セクションを備え得ることも当業者には理解されよう。

図１０は、本発明の別の実施形態による加熱アセンブリ１０００の斜視図を示している。加熱アセンブリ１０００は、導電性材料のコーティング１００８が管状加熱チャンバ１００２の各平坦領域１０１２に隣接してミアンダパターンとして形成される点で、図９Ａ、図９Ｂ、及び図９Ｃの加熱アセンブリ９００に対応する。しかしながら、本実施形態では、絶縁材料のコーティング１００６は、加熱チャンバ１００の外面１００８上に形成される。導電性材料のコーティング１００８は絶縁材料のコーティング１００６の上に形成されて、導電性材料のコーティング１００８が絶縁材料のコーティング１００６を直接覆い、同じミアンダパターンをたどるようにされる。

図１０では、加熱チャンバ１００２は、単一のユニットとして形成されるように示されているが、代替的な実施形態では、加熱チャンバ１００２はまた、図９Ａ、図９Ｂ、及び図９Ｃに関して説明したように、２つの分離可能な本体セクションを備え得ることを当業者には理解されよう。

Claims (15)

1. エアロゾル発生デバイスのための加熱アセンブリであって、
   エアロゾル基材を受け入れるための開口部を有する加熱チャンバと、
   前記加熱チャンバの表面上に形成された絶縁材料のコーティングと、
   前記絶縁材料のコーティングを少なくとも部分的に被覆する導電性材料のコーティングと、を備え、
   前記導電性材料のコーティングは、電流が供給されたときにジュールヒータとして機能するように構成され、
   前記絶縁材料のコーティングは、前記導電性材料のコーティングと前記加熱チャンバとの間のいかなる接触も阻止する、
   加熱アセンブリ。
2. 前記加熱チャンバは管状であり、前記絶縁材料のコーティングは前記加熱チャンバの円周面上に形成される、請求項１に記載の加熱アセンブリ。
3. 前記導電性材料のコーティングは、前記絶縁材料のコーティングに化学的に結合される、請求項１又は２に記載の加熱アセンブリ。
4. 前記導電性材料のコーティングは、物理蒸着又は化学蒸着によって、前記絶縁材料のコーティング上に堆積される、請求項１から３のいずれか一項に記載の加熱アセンブリ。
5. 前記導電性材料のコーティングは、金属、金属酸化物、又は炭素である、請求項１から４のいずれか一項に記載の加熱アセンブリ。
6. 前記導電性材料のコーティングは、ミアンダパターンとして前記絶縁材料のコーティング上に形成される、請求項１から５のいずれか一項に記載の加熱アセンブリ。
7. 前記導電性材料のコーティングは、前記加熱チャンバの円周方向において、前記絶縁材料のコーティングを完全に囲む切れ目のない表面として形成される、請求項２から５のいずれか一項に記載の加熱チャンバ。
8. 前記導電性材料のコーティングは、前記加熱チャンバの軸方向に延びる、円周方向に間隔を空けて配置された複数のバンドとして形成される、請求項２から５のいずれか一項に記載の加熱チャンバ。
9. 前記絶縁材料のコーティングが形成される前記加熱チャンバの前記円周面は、前記加熱チャンバの外面である、請求項２から８のいずれか一項に記載の加熱チャンバ。
10. 前記絶縁材料のコーティングが形成される前記加熱チャンバの前記円周面は、前記加熱チャンバの内面である、請求項２から８のいずれか一項に記載の加熱アセンブリ。
11. 前記導電性材料のコーティングの第１の軸方向端部に接続された第１の電極と、前記導電性材料のコーティングの第２の反対側の軸方向端部に接続された第２の電極とを更に備え、使用時に、電流が、前記導電性材料のコーティングを介して前記第１の電極から前記第２の電極に流れ得るようにされる、請求項１から１０のいずれか一項に記載の加熱アセンブリ。
12. 前記第１の電極及び前記第２の電極はそれぞれ、円周方向に前記加熱チャンバを囲むリングとして形成される、請求項１１に記載の加熱アセンブリ。
13. 前記加熱アセンブリは、前記導電性材料のコーティングの表面上に堆積された第３の材料の局所接点を備え、前記局所接点は、ろう材を用いて電線に接続されるように構成される、請求項１から１２のいずれか一項に記載の加熱アセンブリ。
14. 前記加熱チャンバの前記外面は、前記加熱チャンバの軸方向に延びる１つ又は複数の陥凹領域を有し、好ましくは、前記導電性材料のコーティングは前記１つ又は複数の陥凹領域に一致して形成される、請求項１から１３のいずれか一項に記載の加熱アセンブリ。
15. エアロゾル基材を受け入れるための開口部を有する加熱チャンバを提供することと、
    前記加熱チャンバの表面上に絶縁材料のコーティングを形成することと、
    前記絶縁材料のコーティング上に導電性材料のコーティングを形成することであって、前記導電性材料のコーティングが前記絶縁材料のコーティングを少なくとも部分的に被覆し、前記導電性材料のコーティングは、電流が供給されたときにジュールヒータとして機能するように構成され、前記絶縁材料のコーティングは、前記導電性材料のコーティングと前記加熱チャンバとの間のいかなる接触も阻止する、形成することと
    を含む、エアロゾル発生デバイスのための加熱アセンブリの製造方法。

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