JP7359509B2 - ヒータ組立体、ヒータ組立体を製造する方法及びヒータ組立体を含むエアロゾル生成装置 - Google Patents
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Description
本発明は、ヒータ組立体、ヒータ組立体を製造する方法及びヒータ組立体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サセプタ物質を含むヒータ組立体とその製造方法及びそのヒータ組立体を含む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に対す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する方式ではない、シガレット内のタバコ媒質を加熱してエアロゾルを生成する方式に対する需要が増加している。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係わる研究が活発に進められている。
エアロゾル生成装置に電気抵抗体に形成されるヒータを配置し、ヒータに電力を供給して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。例えば、外部から印加される磁場によって発熱する磁性体を活用して、シガレットを加熱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からシガレットが加熱される場合、エアロゾル生成装置内にシガレット及び磁性体以外にも磁性体に磁場を印加するためのコイルなどが備えられねばならないので、エアロゾル生成装置内に別途の温度センサーをさらに配置することがスペース面で困難である。それにより、磁性体の温度を直接測定して、シガレットが加熱される温度を一定温度に保持することに難点があるので、シガレットからエアロゾルが不均一に生成されて喫煙品質が低下する。
したがって、シガレットが加熱される温度をさらに精密に制御することで、喫煙品質を向上させるためには、温度センサーがなくても磁性体によって加熱されるシガレットの温度を測定可能にする磁性体の構造が要求される。
本発明が解決しようとする課題は、ヒータ組立体、ヒータ組立体を製造する方法及びヒータ組立体を含むエアロゾル生成装置を提供することである。本開示が解決しようとする技術的課題は、前述した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される。
前述した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シガレットを加熱するためのヒータ組立体は、少なくとも一部が外部磁場によって発熱するサセプタ(susceptor)物質で形成され、内部に前記シガレットを収容するための収容空間が形成される円筒状を有する発熱層、前記発熱層の外側面の少なくとも一部を取り囲む絶縁層及び前記絶縁層の内部に埋め込まれ(embed)、前記発熱層の温度を測定するために用いられるセンサーパターンを含んでもよい。
本開示の他の側面によるシガレットを加熱するためのヒータ組立体を製造する方法は、少なくとも一部が外部磁場によって発熱するサセプタ物質で形成される発熱層を、内部に前記シガレットを収容するための収容空間が形成される円筒状に形成する段階、前記発熱層の外側面の少なくとも一部を取り囲む第１絶縁層を前記発熱層の外側面に塗布する段階、前記第１絶縁層の外側面に前記発熱層の温度を測定するために用いられるセンサーパターンを印刷する段階、及び前記センサーパターンが埋め込まれるように前記第１絶縁層の外側面に第２絶縁層を塗布する段階を含んでもよい。
本開示のさらに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、前記ヒータ組立体に交番磁場を印加するコイル、前記コイルに電力を供給する電源部及び前記コイルに供給される電力を制御する制御部をさらに含んでもよい。
本発明によるヒータ組立体の場合、サセプタ物質を含む発熱層及び発熱層の温度を測定するためのセンサーパターンが一体化されるので、別途の温度センサーがなくても、シガレットが加熱される温度が測定され、それにより、エアロゾル生成装置の構造がさらに単純化される。
また、ヒータ組立体を含むエアロゾル生成装置において、発熱層と一体に形成されるセンサーパターンによって、シガレットが加熱される温度が比較的正確に測定されるので、シガレットが加熱される温度が精密に制御され、それにより、エアロゾルが生成される品質が改善されうる。
一側面によるヒータ組立体は、少なくとも一部が外部磁場によって発熱するサセプタ(susceptor)物質で形成され、内部に前記シガレットを収容するための収容空間が形成される円筒状を有する発熱層、前記発熱層の外側面の少なくとも一部を取り囲む絶縁層及び前記絶縁層の内部に埋め込まれ(embed)、前記発熱層の温度を測定するために用いられるセンサーパターンを含む。
また、前記センサーパターンは、前記発熱層の温度を導出するための抵抗温度係数(TCR：temperature coefficient of resistance)を有する抵抗体が印刷されて形成される。
また、前記センサーパターンは、セラミック(ceramic)、半導体(semiconductor)、金属(metal)、カーボン(carbon)及びサーミスター(thermistor)のうち、少なくとも１つの材料で形成される。
また、前記金属は、銀（Ａｇ）及びパラジウム（Ｐｄ）のうち、少なくとも１つを含み、前記センサーパターンは、４５から７０重量比の前記銀及び１０から３５重量比の前記パラジウムを含む。
また、前記絶縁層は、前記センサーパターンの内側面を支持する第１絶縁層及び前記センサーパターンの外側面を取り囲む第２絶縁層を含む。
また、前記絶縁層は、シリコン（Ｓｉ）酸化物、ホウ素（Ｂ）酸化物、カルシウム（Ｃａ）酸化物、ジルコニウム（Ｚｒ）酸化物及びアルミニウム（Ａｌ）酸化物のうち、少なくとも１つの材料で形成される。
また、前記サセプタ物質は、少なくとも一部が強磁性体(ferromagnetic substance)で形成される。
また、ヒータ組立体は、前記センサーパターンに連結されて前記センサーパターンの特性値を読取るのに用いられる電極をさらに含む。
他の側面によるヒータ組立体を製造する方法は、少なくとも一部が外部磁場によって発熱するサセプタ物質で形成される発熱層を、内部に前記シガレットを収容するための収容空間が形成される円筒状に形成する段階、前記発熱層の外側面の少なくとも一部を取り囲む第１絶縁層を前記発熱層の外側面に塗布する段階、前記第１絶縁層の外側面に前記発熱層の温度を測定するために用いられるセンサーパターンを印刷する段階及び前記センサーパターンが埋め込まれるように前記第１絶縁層の外側面に第２絶縁層を塗布する段階を含む。
さらに他の側面によるエアロゾル生成装置は、前記ヒータ組立体を含み、前記ヒータ組立体に交番磁場を印加するコイル、前記コイルに電力を供給する電源部及び前記コイルに供給される電力を制御する制御部をさらに含む。
また、前記コイルは、前記ヒータ組立体の外側面に沿って巻線されて前記エアロゾル生成装置の長手方向に延び、前記ヒータ組立体に対応する位置に配置される。
また、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及び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を含む。
また、前記制御部は、前記センサーパターンから前記発熱部の温度と関連される前記センサーパターンの特性値を受信し、前記発熱部の温度に基づいて、前記電源部から前記コイルに供給される電力を調整する。
以下、添付された図面を参照しつつ、ただ例示のための実施例を詳細に説明する。下記説明は、実施例を具体化するためのものであり、発明の権利範囲を制限するか、限定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例から当該技術分野の専門家が容易に類推可能なの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多くの構成要素または多くの段階をいずれも含むと解釈されてはならず、その中、一部構成要素、または一部段階は含まれないか、あるいは追加的な構成要素または段階がさらに含まれると解釈されねばならない。
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、多様な構成要素を説明するのに使用されるが、前記構成要素は、前記用語によって限定されてはならない。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て、可能な限り、現在広く使用される一般的な用語として選択されたが、これは、当業者の意図または判例、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でその意味が詳細に記載される。したがって、本発明で使用される用語は、単なる用語の名称ではない、その用語が有する意味と本発明の全般にわたる内容に基づいて定義されねばならない。
本実施例は、ヒータ組立体、ヒータ組立体を製造する方法及びヒータ組立体を含むエアロゾル生成装置に係わるものであって、以下の実施例が属する技術分野で通常の知識を有する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、一部実施例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説明するための図面である。
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、コイル１２０、電源部１３０及び制御部１４０を含む。但し、その限りではなく、図１に図示される要素以外に他の汎用的な要素がエアロゾル生成装置１００にさらに含まれる。
エアロゾル生成装置１００は、誘導加熱(induction heating)方式でエアロゾル生成装置１００に収容されるシガレットを加熱することで、エアロゾルを生成することができる。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)を印加して磁性体を発熱させる方式を意味する。
磁性体に交番磁場が印加される場合、磁性体には、渦電流損(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。エアロゾル生成装置１００は、磁性体に交番磁場を印加することで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。サセプタは、切片、薄片またはストリップなどの形状にシガレット内に含まれる代わりに、エアロゾル生成装置１００に備えられる。例えば、エアロゾル生成装置１００の内部に配置されるヒータ組立体１１０の少なくとも一部がサセプタ物質でも形成される。
サセプタ物質の少なくとも一部は、強磁性体(ferromagnetic substance)によっても形成される。例えば、サセプタ物質は、金属または炭素を含んでもよい。サセプタ物質は、フェライト(ferrite)、強磁性合金（ferromagnetic alloy）、ステンレス鋼（stainles ssteel）及びアルミニウム（Al）のうち、少なくとも１つを含んでもよい。また、サセプタ物質は、黒鉛(graphite)、モリブデン(molybdenum)、シリコンカーバイド(silicon carbide)、ニオビオム(niobium)、ニッケル合金(nickel alloy)、金属フィルム(metal film)、ジルコニア(zirconia)のようなセラミック、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１つを含んでもよい。
エアロゾル生成装置１００は、シガレットを収容することができる。エアロゾル生成装置１００には、シガレットを収容するための空間が形成される。シガレットを収容するための空間には、ヒータ組立体１１０が配置される。ヒータ組立体１１０は、内部にシガレットを収容するための収容空間が形成される円筒状を有してもよい。したがって、シガレットがエアロゾル生成装置１００に収容される場合、シガレットは、ヒータ組立体１１０の収容空間に収容され、シガレットの外側面の少なくとも一部を取り囲む位置にヒータ組立体１１０が配置される。
ヒータ組立体１１０は、エアロゾル生成装置１００に収容されるシガレットの外側面の少なくとも一部を取り囲んでもよい。例えば、シガレットに含まれるタバコ媒質の位置に対応する位置でヒータ組立体１１０がシガレットの外側面の少なくとも一部を取り囲んでもよい。それにより、ヒータ組立体１１０からシガレットに含まれるタバコ媒質に熱がさらに効率的に伝達されうる。
ヒータ組立体１１０は、エアロゾル生成装置１００に収容されるシガレットを加熱することができる。前述したように、ヒータ組立体１１０は、誘導加熱方式でシガレットを加熱することができる。ヒータ組立体１１０は、外部磁場によって発熱するサセプタ物質を含み、エアロゾル生成装置１００は、ヒータ組立体１１０に交番磁場を印加することができる。
コイル１２０がエアロゾル生成装置１００に備えられる。コイル１２０は、ヒータ組立体１１０に交番磁場を印加することができる。エアロゾル生成装置１００からコイル１２０に電力が供給される場合、コイル１２０内部に磁場が形成される。コイル１２０に交流電流が印加される場合、コイル１２０内部に形成される磁場の方向は、持続的に変更される。ヒータ組立体１１０がコイル１２０内部に位置して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、ヒータ組立体１１０に収容されるシガレットが加熱されうる。
コイル１２０は、ヒータ組立体１１０の外側面に沿って巻線される。コイル１２０は、エアロゾル生成装置１００の外部ハウジングの内面に沿って巻線される。コイル１２０が巻線されて形成される内部空間にヒータ組立体１１０が位置し、コイル１２０に電力が供給される場合、コイル１２０によって生成される交番磁場がヒータ組立体１１０に印加されうる。
コイル１２０は、エアロゾル生成装置１００の長手方向に延びる。コイル１２０は、長手方向に沿って適正長に延びる。例えば、コイル１２０は、ヒータ組立体１１０の長さに対応する長さに延び、またはヒータ組立体１１０の長さよりも長く延びる。
コイル１２０は、ヒータ組立体１１０に交番磁場を印加するのに適した位置に配置される。例えば、コイル１２０は、ヒータ組立体１１０に対応する位置に配置される。このようなコイル１２０の大きさ及び配置によってコイル１２０の交番磁場がヒータ組立体１１０に印加される効率が向上しうる。
コイル１２０によって形成される交番磁場の振幅または周波数が変更される場合、ヒータ組立体１１０がシガレットを加熱する程度も変更される。コイル１２０による磁場の振幅または周波数は、コイル１２０に印加される電力によって変更されるので、エアロゾル生成装置１００は、コイル１２０に印加される電力を調整することで、シガレットの加熱を制御することができる。例えば、エアロゾル生成装置１００は、コイル１２０に印加される交流電流の振幅及び周波数を制御することができる。
一例示として、コイル１２０は、ソレノイド(solenoid)によっても具現される。コイル１２０は、エアロゾル生成装置１００の外部ハウジングの内面に沿って巻線されるソレノイドでもあり、ソレノイドの内部空間にヒータ組立体１１０及びシガレットが位置してもよい。ソレノイドを構成する導線の材質は、銅（Ｃｕ）でもある。但し、その限りではなく、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１つ、または少なくとも１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。
電源部１３０は、エアロゾル生成装置１００に電力を供給してもよい。電源部１３０は、コイル１２０に電力を供給してもよい。電源部１３０は、エアロゾル生成装置１００に直流を供給するバッテリ及びバッテリから供給される直流をコイル１２０に供給される交流に変換する変換部を含んでもよい。
バッテリは、エアロゾル生成装置１００に直流を供給することができる。バッテリは、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）バッテリでもあるが、その限りではない。例えば、バッテリは、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）バッテリ、チタン酸塩リチウムバッテリでもある。
変換部は、バッテリ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１２０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。変換部は、バッテリから供給される直流を増幅するための増幅器(amplifier)をさらに含んでもよい。例えば、変換部は、Ｄ級増幅器(class-D amplifier)の負荷ネットワークを構成する低域通過フィルタを通じても具現される。
制御部１４０は、コイル１２０に供給される電力を制御することができる。制御部１４０は、コイル１２０に供給される電力が調整されるように電源部１３０を制御することができる。例えば、制御部１４０は、ヒータ組立体１１０の温度に基づいてヒータ組立体１１０がシガレットを加熱する温度を一定に保持するための制御を行ってもよい。
制御部１４０は、多数の論理ゲートのアレイによって具現され、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るプログラムが保存されるメモリの組合わせによっても具現される。また、制御部１４０は、複数個のプロセッシングエレメント(processing elements)で構成されてもよい。
エアロゾル生成装置１００において、ヒータ組立体１１０がシガレットを加熱する温度を一定に保持するため、または、シガレットを加熱する温度を特定ヒーティングプロファイル(heating profile)によって変更させるために、ヒータ組立体１１０の温度が測定される。但し、エアロゾル生成装置１００には、ヒータ組立体１１０の温度を測定するための手段が別途に備えられず、その代わりに、ヒータ組立体１１０に一体として含まれるセンサーパターンを通じてヒータ組立体１１０の温度が導出される。ヒータ組立体１１０に含まれるセンサーパターンについての具体的な内容は、図４を通じて後述される。
図２は、一部実施例によるヒータ組立体によって加熱されるシガレットを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が単一領域で構成されるように図示されているが、それに限定されず、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、他の機能を行う少なくとも１つのセグメントがさらに含まれる。
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、内部空気が流出される少なくとも１つの孔(hole)が形成される。一例として、シガレット２００は、１枚のラッパ２４０によって包装される。他の例において、シガレット２００は、２つ以上のラッパ２４０によって重畳して包装されてもよい。具体的に、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が包装される。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ラッパによって、シガレット２００全体が再包装される。
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、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。タバコロッド２１０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。タバコロッド２１０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２１０に噴射されて添加される。
タバコロッド２１０は、多様な方式によって作製される。例えば、タバコロッド２１０は、シート(sheet)によって作製され、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、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に伝達される熱を均一に分散させ、タバコロッド２１０に加えられる熱伝導率を向上させ、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。
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(hollow)を含むチューブ状ロッドでもある。または、フィルタロッド２２０は、内部に空洞(cavity)を含むリセス(recess)状ロッドでもある。フィルタロッド２２０が複数のセグメントで構成される場合、複数のセグメントは、互いに異なる形状によっても作製される。
フィルタロッド２２０は、フィルタロッド２２０で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繊維がフィルタロッド２２０の内部に挿入されてもよい。
フィルタロッド２２０には、少なくとも１つのカプセル２３０が含まれる。カプセル２３０は、香味を発生させ、エアロゾルを発生させることも可能である。例えば、カプセル２３０は、香料を含む液体を被膜で包む構造でも形成される。カプセル２３０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、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製造される。例えば、冷却セグメントは、純粋なポリ乳酸(polylactic acid)だけで作製される。または、冷却セグメントは、複数の穿孔を含むセルロースアセテートフィルタによって作製される。但し、それに限定されるものではなく、冷却セグメントは、エアロゾルを冷却する構造及び物質で構成される。
一方、図２を参照して説明されるシガレット２００は、一例示に過ぎず、エアロゾル生成装置１００に収容されてエアロゾルを生成する物品は、図２のシガレット２００に制限されない。したがって、エアロゾルを生成する物品は、シガレット２００とは異なる多様な構造または成分を有してもよい。
図３は、一部実施例によるシガレットがエアロゾル生成装置に収容されてヒータ組立体によって加熱される過程を説明するための図面である。
図３を参照すれば、ヒータ組立体１１０を含むエアロゾル生成装置１００にシガレット２００が収容される例示が図示されている。但し、図３に図示されるエアロゾル生成装置１００、ヒータ組立体１１０、コイル１２０及びシガレット２００の配置は、例示に過ぎず、エアロゾル生成装置１００に収容されるシガレット２００がヒータ組立体１１０及びコイル１２０によって加熱される他の配置も可能である。特に、コイル１２０は、エアロゾル生成装置１００の外部ハウジングに埋め込まれように例示されているが、コイル１２０は、ヒータ組立体１１０の外部に位置してヒータ組立体１１０に磁場を印加する他の適切な位置に配置されてもよい。
エアロゾル生成装置１００にシガレット２００が収容される場合、タバコロッド２１０は、ヒータ組立体１１０によっても取り囲まれる。このために、ヒータ組立体１１０は、タバコロッド２１０に対応するシガレット２００の少なくとも一部を取り囲むようにエアロゾル生成装置１００内に配置される。そのような配置を通じて、ヒータ組立体１１０からタバコロッド２１０に熱がより直接に伝達され、エアロゾル生成装置１００の電力効率が増大する。
コイル１２０は、ヒータ組立体１１０に対応する大きさ及び位置を有してもよい。コイル１２０がヒータ組立体１１０に対応するように配置されることにより、コイル１２０によって形成される交番磁場がヒータ組立体１１０に、より直接に印加され、それによってヒータ組立体１１０が加熱される効率が向上することができる。前述したように、ヒータ組立体１１０及びタバコロッド２１０の配置も相互対応するので、ヒータ組立体１１０、コイル１２０及びタバコロッド２１０の配列によって最適の電力効率が達成される。
図４は、一部実施例によるシガレットを加熱するためのヒータ組立体を説明するための図面である。
図４を参照すれば、ヒータ組立体１１０は、発熱層１１１、絶縁層１１２及びセンサーパターン１１３を含んでもよい。但し、その限りではなく、図４に図示される構成要素以外に他の汎用的な構成要素がヒータ組立体１１０にさらに含まれる。
発熱層１１１の少なくとも一部は、外部磁場によって発熱するサセプタ物質で形成される。したがって、発熱層１１１のサセプタ物質にコイル１２０から交番磁場が印加される場合、発熱層１１１のサセプタ物質が発熱し、それにより、シガレット２００が加熱されてエアロゾルが生成される。
発熱層１１１のサセプタ物質は、外部から磁場が印加される場合、発熱する任意の物質を含んでもよい。例えば、サセプタ物質の少なくとも一部は、強磁性体で形成される。サセプタ物質の少なくとも一部が強磁性体で形成される場合、外部磁場によって発熱層１１１からさらに多量の熱が放出されうる。
発熱層１１１は、内部にシガレット２００を収容するための収容空間が形成される円筒状を有してもよい。エアロゾル生成装置１００にシガレット２００が収容される場合、シガレット２００は、発熱層１１１に形成される収容空間に収容される。収容空間に収容されるシガレット２００が支持されるように、収容空間の断面直径は、シガレット２００の断面直径と実質的に同一であるか、シガレット２００の断面直径よりも微細に大きくもなる。一方、円筒状の発熱層１１１の厚さは、発熱層１１１を発熱させるために要求される電力、発熱層１１１によって、シガレット２００が加熱される速度、エアロゾル生成装置１００の断面直径及びシガレット２００の断面直径などを考慮して適切な数値にも設定される。
絶縁層１１２は、発熱層１１１の外側面の少なくとも一部を取り囲んでもよい。絶縁層１１２は、発熱層１１１とセンサーパターン１１３との電気的接触、センサーパターン１１３とコイル１２０との電気的接触のように、センサーパターン１１３とエアロゾル生成装置１００の他の構成要素が電気的に連結されることを防止することができる。このために、絶縁層１１２は、電気絶縁体(insulator)または不導体に該当する物質を含んでもよい。
絶縁層１１２は、第１絶縁層１１２ａ及び第２絶縁層１１２ｂを含んでもよい。第１絶縁層１１２ａ及び第２絶縁層１１２ｂによってセンサーパターン１１３が埋め込まれる。例えば、第１絶縁層１１２ａは、センサーパターン１１３の内側面を支持し、第２絶縁層１１２ｂは、センサーパターン１１３の外側面を取り囲んでもよい。第１絶縁層１１２ａ及び第２絶縁層１１２ｂによる埋込みを通じてセンサーパターン１１３がエアロゾル生成装置１００の他の構成要素と接触することが防止される。
第１絶縁層１１２ａ及び第２絶縁層１１２ｂは、互いに異なる工程によっても形成される。例えば、第１絶縁層１１２ａは、発熱層１１１の外側面の少なくとも一部を取り囲むように発熱層１１１の外側面に塗布され、第１絶縁層１１２ａ上にセンサーパターン１１３が印刷された後、第２絶縁層１１２ｂがセンサーパターン１１３が印刷された第１絶縁層１１２ａ上に塗布される。ヒータ組立体１１０の製造方法についての具体的な内容は、図６を通じて後述される。
絶縁層１１２は、ガラスフリット(glass frit)あるいは無機酸化物のような材料によっても形成される。ガラスフリットは、ガラス粉末のようなガラス材を意味する。無機酸化物は、シリコン（Ｓｉ）酸化物、ホウ素（Ｂ）酸化物、カルシウム（Ｃａ）酸化物、ジルコニウム（Ｚｒ）酸化物及びアルミニウム（Ａｌ）酸化物のうち、少なくとも１つを含んでもよい。絶縁層１１２がガラスフリット(glass frit)または無機酸化物で形成されることにより、絶縁層１１２が電気絶縁体または不導体の性質を有する。
センサーパターン１１３は、絶縁層１１２の内部に埋込まれ、発熱層１１１の温度を測定するために用いられる。センサーパターン１１３が絶縁層１１２の内部に埋め込まれることにより、センサーパターン１１３によって発熱層１１１の温度が正確に測定される。例えば、センサーパターン１１３がエアロゾル生成装置１００の他の構成要素と電気的に連結される場合、発熱層１１１の温度を測定するためのセンサーパターン１１３の特性値としてセンサーパターン１１３の電気抵抗または両端の電圧などが変更される。したがって、絶縁層１１２による埋込みによってセンサーパターン１１３の特性値が不正確になることが防止される。
センサーパターン１１３は、発熱層１１１の温度を測定するために活用される。例えば、センサーパターン１１３は、発熱層１１１の温度を導出するための抵抗温度係数(TCR：temperature coefficient of resistance)を有する抵抗体が印刷されて形成される。但し、その限りではなく、センサーパターン１１３は、発熱層１１１と共に一体に形成されて発熱層１１１の温度測定に活用される他の手段によっても具現される。
センサーパターン１１３が抵抗体でもって形成される場合、発熱層１１１の温度は、センサーパターン１１３の抵抗温度係数に基づいて算出される。抵抗温度係数を有するセンサーパターン１１３は、抵抗温度係数による温度と抵抗値との比例関係に基づいて、センサーパターン１１３の温度が変更されれば、センサーパターン１１３の抵抗値も比例して変更される。したがって、センサーパターン１１３の抵抗値が測定される場合、それに対応するセンサーパターン１１３の温度が算出される。結局、センサーパターン１１３の抵抗値から発熱層１１１の温度及び発熱層１１１によって、シガレット２００が加熱される温度が導出される。一方、センサーパターン１１３の温度は、センサーパターン１１３の抵抗値以外にも、センサーパターン１１３の抵抗値を導出するための電圧値または電流値から決定されてもよい。
センサーパターン１１３を形成する抵抗体の温度は、抵抗体の抵抗値及び抵抗温度係数から制御部１４０によってリアルタイムで計算される。または、制御部１４０は、抵抗体の抵抗値と抵抗体の温度との関係について予め作成されるテーブルを参照してセンサーパターン１１３の抵抗体の温度を導出することも可能である。
センサーパターン１１３が如何なる物質で構成されるかに応じて、センサーパターン１１３によって発熱層１１１の温度が導出される特性が異なってもいる。センサーパターン１１３は、発熱層１１１の温度測定に活用される多様な材料によっても形成される。例えば、センサーパターン１１３は、セラミック(ceramic)、半導体(semiconductor)、金属(metal)、カーボン(carbon)及びサーミスター(thermistor)のうち、少なくとも１つの材料で形成される。
センサーパターン１１３が有する抵抗温度係数の数値によってセンサーパターン１１３によって発熱層１１１の温度が導出される正確度が異なってもいる。抵抗温度係数は、温度変化に対する抵抗値変化の比率を意味するので、抵抗温度係数の数値が大きいほど、温度変化による抵抗値の変化が大きくなり、それにより、センサーパターン１１３または発熱層１１１の温度がさらに細密に導出される。したがって、センサーパターン１１３が高い数値の抵抗温度係数を有する材料によって形成されることが要求される。
例えば、センサーパターン１１３は、金属で形成され、センサーパターン１１３を形成する金属は、銀（Ａｇ）及びパラジウム（Ｐｄ）のうち、少なくとも１つを含んでもよい。銀は、高い導電性を有し、また高い数値の抵抗温度係数を有する。したがって、センサーパターン１１３が銀によって形成される場合、発熱層１１１の温度が導出される正確度が向上する。一方、パラジウムは、多様な金属との合金に用いられる金属であって、軽くかつ高い硬度を有するので、銀のように高展延性の金属との合金を通じて硬度を補強することができる。
例示的な数値として、センサーパターン１１３を形成する金属は、４５から７０重量比の銀及び１０から３５重量比のパラジウムを含んでもよい。または、センサーパターン１１３を形成する金属は、５０から５５重量比の銀、及び１３から３３重量比のパラジウムを含んでもよい。または、センサーパターン１１３を形成する金属は、６５から６７重量比の銀、及び１０から１５重量比のパラジウムを含んでもよい。このような数値によって形成されるセンサーパターン１１３は、比較的高い抵抗温度係数を有しつつも、ヒータ組立体１１０に一体に形成されるための適正な硬度を有するということが実験的に確認された。
センサーパターン１１３は、多様なパターンによって形成されてもよい。センサーパターン１１３は、第１絶縁層１１２ａの外側面上で第１絶縁層１１２ａの外側面の長手方向の少なくとも一部及び円周方向の少なくとも一部上に位置するように形成される。例えば、センサーパターン１１３は、第１絶縁層１１２ａの外側面上で円周方向に沿って螺旋状に形成され、長手方向の一部だけに沿っても形成される。または、センサーパターン１１３は、第１絶縁層１１２ａの外側面上で長手方向の全部に亙って形成され、円周方向には、一部のみにも形成される。但し、そのような例示によって制限されるものではなく、センサーパターン１１３は、発熱層１１１の温度を反映することができる他の適切な形状にも形成される。
ヒータ組立体１１０は、センサーパターン１１３に連結されてセンサーパターン１１３の特性値を読取るのに用いられる電極（図示せず）をさらに含んでもよい。電極は、センサーパターン１１３の特性値を制御部１４０に提供するための導線（図示せず）に連結される。ヒータ組立体１１０に電極が形成されるので、センサーパターン１１３が絶縁層１１２に埋め込まれても、センサーパターン１１３の特性値が制御部１４０に提供されうる。
センサーパターン１１３がヒータ組立体１１０に一体に形成されることにより、ヒータ組立体１１０、またはエアロゾル生成装置１００に別途の温度センサーがなくても、ヒータ組立体１１０の温度が測定される。したがって、温度センサーを別途に備えるための空間が不要となるので、エアロゾル生成装置１００の設計が単純になり、エアロゾル生成装置１００の構成要素間の配置関係がさらに柔軟になる。また、センサーパターン１１３が発熱層１１１と一体に結合されるという点で、発熱層１１１の温度がセンサーパターン１１３に正確に反映され、それにより、ヒータ組立体１１０の温度に対する制御が高い正確度を有してもよい。
図５は、一部実施例によるエアロゾル生成装置でシガレットの温度が制御される過程を説明するための図面である。
図５を参照すれば、エアロゾル生成装置１００がヒータ組立体１１０の温度を制御する過程に係わる例示が図示されている。
段階１０において、制御部１４０は、センサーパターン１１３の特性値を読み取る。例えば、センサーパターン１１３が抵抗温度係数を有する抵抗体でもって形成される場合、制御部１４０は、センサーパターン１１３に電流を印加してセンサーパターン１１３に形成される電圧を読取るか、センサーパターン１１３に電圧を印加してセンサーパターン１１３に流れる電圧を読み取る。または、制御部１４０は、抵抗値測定手段を備えてセンサーパターン１１３の抵抗値を直接読取ることも可能である。
段階２０において、制御部１４０は、センサーパターン１１３の特性値に基づいて発熱層１１１の温度を導出し、発熱層１１１の温度に基づいて電源部１３０からコイル１２０に供給される電力を調整することができる。制御部１４０は、ＰＩＤ制御(proportional-integral-differential control)、またはオン/オフ制御などの方式で電力を調整することができる。例えば、発熱層１１１の温度が意図される温度よりも高い場合、制御部１４０は、コイル１２０に供給される電力を減少させるか、コイル１２０に供給される電力を遮断することができる。
段階３０において、制御部１４０は、コイル１２０に供給される電力が調整されるように電源部１３０を制御することができる。例えば、発熱層１１１の温度が意図される温度よりも高い場合、制御部１４０は、コイル１２０に供給される交流電流の振幅または周波数が減少するように電源部１３０を制御することができる。
段階４０において、電源部１３０は、制御部１４０によってコイル１２０に供給される電力を調整することができる。例えば、コイル１２０に供給される交流電流の振幅または周波数が減少する場合、コイル１２０によって形成される交番磁場の振幅または周波数が減少する。
段階５０において、電源部１３０によってコイル１２０から発熱層１１１に印加される交番磁場が調整される。例えば、コイル１２０によって形成される交番磁場の振幅または周波数が減少する場合、発熱層１１１の少なくとも一部を形成するサセプタ物質の発熱する程度が減少し、それにより、ヒータ組立体１１０及びシガレット２００の温度が減少する。
前述した段階１０から段階５０は、発熱層１１１の温度が意図される温度よりも高い場合について記述されたが、発熱層１１１の温度が意図される温度よりも低い場合にも、段階１０から段階５０は、対応する方式によっても行われる。エアロゾル生成装置１００は、段階１０から段階５０を周期的に繰り返すことで、シガレット２００を特定ヒーティングプロファイルによっても加熱する。
図６は、一部実施例によるシガレットを加熱するためのヒータ組立体を製造する方法を構成する段階を示すフローチャートである。
図６の方法は、ヒータ組立体１１０を製造する装置によっても行われる。通常の技術者は、ヒータ組立体１１０を製造する装置が当該技術分野でヒータを製造するために一般的に用いられる任意の装置でもあるということを理解できるであろう。
図６を参照すれば、シガレット２００を加熱するためのヒータ組立体１１０を製造する方法は、段階６１０から段階６３０を含む。但し、その限りではなく、図６の方法に図示される段階以外に他の汎用的な段階がシガレット２００を加熱するためのヒータ組立体１１０を製造する方法にさらに含まれる。
段階６１０において、ヒータ組立体１１０を製造する装置は、少なくとも一部が外部磁場によって発熱するサセプタ物質で形成される発熱層１１１を内部にシガレット２００を収容するための収容空間が形成される円筒状にも形成する。円筒状に形成する過程は、多様な方式で行われる。例えば、金属を成形するための一般的な方式として、圧縮、射出、圧出、積層またはローリングなどの方式が適用される。
段階６２０において、ヒータ組立体１１０を製造する装置は、発熱層１１１の外側面の少なくとも一部を取り囲む第１絶縁層１１２ａを発熱層１１１の外側面に塗布することができる。第１絶縁層１１２ａを塗布する過程は、蒸着、噴射、積層及びコーティングのように第１絶縁層１１２ａを膜(film)で形成する過程を意味する。
段階６３０において、ヒータ組立体１１０を製造する装置は、第１絶縁層１１２ａの外側面に発熱層１１１の温度を測定するために用いられるセンサーパターン１１３を印刷することができる。センサーパターン１１３は、スクリーン印刷(screen printing)またはシルクスクリーン印刷(silk-screen printing)方式によって第１絶縁層１１２ａの外側面上に形成される。
段階６４０において、ヒータ組立体１１０を製造する装置は、センサーパターン１１３が埋め込まれるように、第１絶縁層１１２ａの外側面に第２絶縁層１１２ｂを塗布することができる。前述したように、センサーパターン１１３が第1絶縁層１１２ａ及び第２絶縁層１１２ｂによって埋め込まれることにより、センサーパターン１１３によって発熱層１１１またはヒータ組立体１１０の温度が測定される正確度が増大し、センサーパターン１１３が発熱層１１１と一体に形成され、温度センサーなしにも発熱層１１１の温度が正確に測定されうる。
一方、ヒータ組立体１１０を製造する装置は、ヒータ組立体１１０にセンサーパターン１１３によって連結され、センサーパターン１１３の特性値を読取るのに用いられる電極を追加的に形成してもよい。ヒータ組立体１１０を製造する装置が電極を形成する段階は、段階６２０及び段階６３０の間に行われ、段階６３０及び段階６４０の間に行われ、または段階６４０以後に行われてもよい。
以上、実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲は、それに限定されるものではなく、特許請求の範囲によって定義している本発明の基本概念を用いた当業者の様々な変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属する。
Claims (12)
- シガレットを加熱するためのヒータ組立体と、前記ヒータ組立体に交番磁場を印加するコイルとを含むエアロゾル生成装置において、
前記ヒータ組立体は、
少なくとも一部が外部磁場によって発熱するサセプタ(susceptor)物質で形成され、内部に前記シガレットを収容するための収容空間が形成される円筒状を有する発熱層と、
前記発熱層の外側面の少なくとも一部を取り囲む絶縁層と、
前記絶縁層の内部に埋め込まれ(embed)、前記発熱層の温度を測定するために用いられるセンサーパターンと、を含み、
前記コイルは、前記絶縁層の外側面に沿って巻線されて前記エアロゾル生成装置の長手方向に延び、前記ヒータ組立体に対応する位置に配置され
前記絶縁層は、前記センサーパターンの内側面を支持する第１絶縁層と、前記センサーパターンの外側面を取り囲む第２絶縁層と、を含む、エアロゾル生成装置。 - 前記センサーパターンは、
前記発熱層の温度を導出するための抵抗温度係数(TCR：temperature coefficient of resistance)を有する抵抗体が印刷されて形成される、請求項１に記載のエアロゾル生成装置。 - 前記センサーパターンは、
セラミック(ceramic)、半導体(semiconductor)、金属(metal)、カーボン(carbon)及びサーミスター(thermistor)のうち、少なくとも１つの材料で形成される、請求項１または２に記載のエアロゾル生成装置。 - 前記金属は、
銀（Ａｇ）及びパラジウム（Ｐｄ）のうち、少なくとも１つを含み、
前記センサーパターンは、
４５から７０重量比の前記銀及び１０から３５重量比の前記パラジウムを含む、請求項３に記載のエアロゾル生成装置。 - 前記センサーパターンは、
前記第１絶縁層の外側面上で円周方向に沿って螺旋状に形成され、長手方向の一部だけに沿っても形成される、請求項１に記載のエアロゾル生成装置。 - 前記絶縁層は、
シリコン（Ｓｉ）酸化物、ホウ素（Ｂ）酸化物、カルシウム（Ｃａ）酸化物、ジルコニウム（Ｚｒ）酸化物及びアルミニウム（Ａｌ）酸化物のうち、少なくとも１つの材料で形成される、請求項１から５のいずれか一項に記載のエアロゾル生成装置。 - 前記サセプタ物質は、
少なくとも一部が強磁性体(ferromagnetic substance)で形成される、請求項１から６のいずれか一項に記載のエアロゾル生成装置。 - 前記センサーパターンに連結されて前記センサーパターンの特性値を読取るのに用いられる電極をさらに含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のエアロゾル生成装置。
- 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、をさらに含む、請求項１から８のいずれか一項に記載のエアロゾル生成装置。 - 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９に記載のエアロゾル生成装置。 - 前記制御部は、
前記センサーパターンから前記発熱層の温度と関連する前記センサーパターンの特性値を受信し、
前記発熱層の温度に基づいて、前記電源部から前記コイルに供給される電力を調整する、請求項９または１０に記載のエアロゾル生成装置。 - シガレットを加熱するためのヒータ組立体と、前記ヒータ組立体に交番磁場を印加するコイルとを含むエアロゾル生成装置を製造する方法において、
少なくとも一部が外部磁場によって発熱するサセプタ物質で形成される発熱層を、内部に前記シガレットを収容するための収容空間が形成される円筒状に形成する段階と、
前記発熱層の外側面の少なくとも一部を取り囲む第１絶縁層を前記発熱層の外側面に塗布する段階と、
前記第１絶縁層の外側面に前記発熱層の温度を測定するために用いられるセンサーパターンを印刷する段階と、
前記センサーパターンが前記第１絶縁層および第２絶縁層によって埋め込まれるように前記第１絶縁層の外側面に前記第２絶縁層を塗布する段階と、
前記コイルを、前記第２絶縁層の外側面に沿って巻線されて前記ヒータ組立体の長手方向に延びるように配置する段階と、
を含む、方法。
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