TW202245626A - 用於氣溶膠產生裝置之加熱腔室 - Google Patents

Abstract

揭露了一種製造用於氣溶膠產生裝置（100）的加熱腔室（200）之方法（300）。該方法（300）包括：提供加熱腔室（200），該加熱腔室包括導熱殼體（202）以及用於在該加熱腔室（200）內接納氣溶膠基質的開口（204）；使用真空沈積來將電絕緣材料層（206）沈積到該加熱腔室（200）的導熱殼體（202）的外表面（203）上；以及將加熱元件（208）附接到該加熱腔室（200），使得該加熱元件（208）與該電絕緣材料層（206）接觸，其中，該電絕緣材料層（206）防止該加熱元件（208）與該導熱殼體（202）之間的任何接觸。

Description

用於氣溶膠產生裝置之加熱腔室

本發明關於一種氣溶膠產生裝置，以及一種製造用於氣溶膠產生裝置的加熱腔室之方法。本揭露內容尤其適用於一種可擕式氣溶膠產生裝置，該裝置可以是整裝式的並且是低溫的。此類裝置可以藉由傳導、對流和/或輻射來對煙草或其他合適的氣溶膠基質材料進行加熱而不是灼燒，以產生供吸入之氣溶膠。

在過去幾年裡，風險被降低或風險被修正的裝置（也稱為汽化器）之普及及使用快速增長，這有助於幫助想要戒煙的習慣性吸煙者戒掉比如香煙、雪茄、小雪茄和捲煙等傳統煙草產品。可獲得與在傳統的煙草產品中灼燒煙草不同的、加熱或加溫可氣溶膠化的物質的各種裝置及系統。

常用的、風險被降低或風險被修正的裝置係受熱基質式氣溶膠產生裝置或加熱不灼燒式（HNB）裝置。這種類型的裝置藉由將氣溶膠基質（即，消耗品）加熱到典型地在150°C到300°C範圍內之溫度來產生氣溶膠或蒸氣，氣溶膠基質典型地包括潮濕的煙葉或其他合適的可氣溶膠化材料。加熱但並不燃燒或灼燒氣溶膠基質會釋放氣溶膠，這種氣溶膠包括使用者尋求的組分但不包括燃燒的不合需要之副產物。此外，藉由加熱煙草或其他可氣溶膠化材料而產生的氣溶膠典型地不包括由燃燒產生的可能對於使用者來說不愉快的燒焦味或苦味。

在已知的加熱不灼燒式裝置內，需要提高加熱過程的效率，同時還確保裝置之可靠操作。

根據本發明之第一方面，提供了一種製造用於氣溶膠產生裝置的加熱腔室之方法，該方法包括：提供加熱腔室，該加熱腔室包括導熱殼體以及用於在該加熱腔室內接納氣溶膠基質的開口；使用真空沈積來將電絕緣材料層沈積到該加熱腔室的導熱殼體的外表面上；以及將加熱元件附接到該加熱腔室，使得該加熱元件與該電絕緣材料層接觸，其中該電絕緣材料層防止該加熱元件與該導熱殼體之間的任何接觸。

以這種方式，與已知的氣溶膠產生裝置相比，提供了更高效的加熱組件。真空沈積的使用允許在導熱殼體與加熱元件之間沈積非常薄且均勻的電絕緣材料層。真空沈積還允許沈積具有高電擊穿電壓但也具有高熱導率的材料，以確保藉由電絕緣材料層到加熱腔室的高效熱傳遞。電絕緣材料層的佈置和特性用於防止導熱殼體與加熱元件之間的短路，並且電絕緣材料層的減小的厚度優化了到導熱殼體的熱能傳遞。因此，該製造方法提供了一種用於氣溶膠產生裝置之加熱腔室，該加熱腔室能夠以改進的效率和可靠性操作。使用真空沈積來將電絕緣材料層沈積到該加熱腔室的導熱殼體的外表面上的步驟可以包括藉由物理氣相沈積和化學氣相沈積中的一種或兩種來沈積該層。

較佳的是，該方法包括使用化學氣相沈積來沈積該電絕緣材料層。以這種方式，可以沈積具有高純度和密度的電絕緣材料層。此外，化學氣相沈積允許沈積在導熱殼體的整個表面上具有均勻厚度的電絕緣材料，從而在整個層上確保一致的熱和電特性。

較佳的是，該電絕緣材料包括以下各項中的至少一項：氧化矽；金剛石；以及類金剛石碳（DLC）。以這種方式，將導熱殼體與加熱元件分隔開的電絕緣材料層具有高電擊穿電壓和高熱導率。這進一步降低了導熱殼體與加熱元件之間發生短路之可能性，並且還提高了到導熱殼體的熱能傳遞之效率。在一個示例中，該電絕緣層可以包括官能化的類二氧化矽塗層，例如，a-SiO _X:CH _Y，它可以被稱為Dursan™。

較佳的是，該電絕緣材料層的厚度介於0.3 µm與5 µm之間。例如，所沈積的電絕緣材料層的厚度可以是0.3 µm、0.4 µm、0.5 µm、1 µm、1.5 µm、2 µm、2.5 µm、3 µm、4 µm或5 µm。特別地，包括a-SiO _X:CH _Y的電絕緣材料層的厚度較佳的是介於0.4 µm與1.6 µm之間。

較佳的是，該方法進一步包括：提供薄膜加熱器，該薄膜加熱器包括該加熱元件和支撐該加熱元件的柔性背襯膜；以及將該薄膜加熱器附接到該加熱腔室，該加熱元件抵靠該電絕緣材料層。以這種方式，在不損害熱或電特性的情況下，產生了緊湊的加熱腔室。

較佳的是，該背襯膜包括聚醯亞胺或聚醚醚酮（PEEK）。PEEK係耐高溫材料，該材料對用於佈置在熱源附近的部件係理想的。當用於與加熱部件直接接觸的部件時，PEEK減少了到裝置之其他部件的熱傳導。

較佳的是，該加熱腔室係包括管狀導熱殼體的管狀加熱腔室。在一個實施方式中，該方法包括將該加熱元件圍繞該加熱腔室纏繞，該加熱元件抵靠該電絕緣材料層。在另一實施方式中，該方法包括將該薄膜加熱器圍繞該加熱腔室纏繞，該加熱元件抵靠該電絕緣材料層。

較佳的是，該方法進一步包括：將熱收縮膜圍繞該加熱腔室纏繞，以將該加熱元件固定到該加熱腔室。以這種方式，確保加熱元件保持與加熱腔室接觸，同時也維持加熱組件的緊湊佈置。

較佳的是，該方法進一步包括：使用電漿增強化學氣相沈積來沈積該電絕緣材料層。以這種方式，電漿增強化學氣相沈積允許使用較低成膜溫度、較均勻的膜厚度以及改進的形成具有三維結構的膜層的能力。

較佳的是，使用電漿增強化學氣相沈積來沈積該電絕緣材料層包括使用射頻電激發源和包括CH ₄的載氣以沈積包括類金剛石碳（DLC）或金剛石的薄膜。

較佳的是，使用電漿增強化學氣相沈積來沈積該電絕緣材料層包括使用微波頻率電激發源和包括矽烷的載氣以沈積包括氧化矽（例如，二氧化矽或a-SiO _X:CH _Y）的薄膜。

根據本發明之第二方面，提供了一種藉由第一方面之方法製造的用於氣溶膠產生裝置之加熱腔室。

根據本發明之第三方面，提供了一種包括第二方面之加熱腔室的氣溶膠產生裝置。

圖1展示了根據本發明之實施方式的氣溶膠產生裝置100。氣溶膠產生裝置100被展示為處於組裝好的構型，其中內部部件係可見的。氣溶膠產生裝置100係加熱不灼燒式裝置，它也可以被稱為煙草蒸氣裝置，並且包括加熱腔室200，該加熱腔室被配置成接納氣溶膠基質，比如，氣溶膠產生材料（例如，煙草）桿件。加熱腔室200可操作以加熱而不灼燒氣溶膠產生材料桿件，以產生供使用者吸入的蒸氣或氣溶膠。當然，熟悉該項技術者應瞭解，圖1所描繪的氣溶膠產生裝置100僅僅是根據本發明之示例性氣溶膠產生裝置。其他類型及構型的煙草蒸氣產品、汽化器或電子煙也可以用作根據本發明之氣溶膠產生裝置。

圖2示出了根據本發明之實施方式的加熱腔室200之截面圖。加熱腔室200包括導熱殼體202，該導熱殼體被配置成將氣溶膠基質（也稱為消耗品）固持在其中。特別地，導熱殼體202限定了圓柱形腔體，氣溶膠基質桿件可以定位在該圓柱形腔體中。導熱殼體202係管狀的，例如圓柱形的，並且具有定位在導熱殼體202的縱向端部處的開口204。在使用中，使用者可以將氣溶膠基質穿過加熱腔室200中的開口204插入，使得氣溶膠基質定位在加熱腔室200內，並與導熱殼體202的內表面201進行介面連接。導熱殼體202的長度可以被配置成使得氣溶膠基質的一部分穿過導熱殼體202中的開口204突出（即，從加熱腔室200突出）並且可以被接納在使用者的口中。

導熱殼體202較佳的是包括實現通過導熱殼體202的側壁到氣溶膠基質的高效熱傳遞、同時維持足夠的結構穩定性的材料。這種材料的示例包含鋼或不銹鋼。

熟悉該項技術者應瞭解，加熱腔室200（和導熱殼體202）不限於管狀。例如，導熱殼體202可以形成為長方體、圓錐形、半球形或其他形狀的腔體，並且被配置成接納互補形狀的氣溶膠基質。此外，在一些實施方式中，導熱殼體202可以不完全圍繞氣溶膠基質，而是僅接觸氣溶膠基質的有限區域。

電絕緣材料層206圍繞導熱殼體202的外表面203。特別地，電絕緣材料層206鄰近於（即，鄰接、接觸）導熱殼體202的周向外表面203。在圖2中，電絕緣材料層206被描繪為沿著導熱殼體202的外表面203的整個長度延伸。然而，熟悉該項技術者應瞭解，在其他實施方式中，電絕緣材料層206可以僅沿著導熱殼體202的長度的一部分延伸。

電絕緣材料層206係使用真空沈積技術來沈積的，並且較佳的是使用化學氣相沈積或電漿增強化學氣相沈積來沈積的。因此，電絕緣材料層206可以作為薄層（例如，介於0.3 µm與5 µm之間）沈積，同時還展現了高純度和均勻性。

薄膜加熱器207圍繞電絕緣材料層206。薄膜加熱器207包括安裝在柔性背襯膜210上的加熱元件208。加熱元件208可以包括延伸跨越柔性背襯膜210的表面的一個或多個加熱器軌道。加熱元件208包括適於將電能轉換成熱量的加熱材料（比如，不銹鋼、鈦、鎳、鎳鉻合金、鎳基合金、銀等）。在使用中，電力可以從比如電池（未描繪）等電源供應到加熱元件208，使得加熱元件208的溫度升高，並且熱能跨越電絕緣材料層206傳遞到導熱殼體202。被接納在加熱腔室200內的氣溶膠基質被導熱殼體202傳導加熱，以產生供使用者吸入的氣溶膠。

柔性背襯膜210包括較佳的是具有高介電能力和低熱質量的柔性材料，比如，聚醯亞胺或聚醚醚酮（PEEK）。

薄膜加熱器207在周向方向上圍繞加熱腔室200纏繞，使得加熱元件208鄰近於（即，鄰接、接觸）電絕緣材料層206。也就是說，電絕緣材料層206用作將加熱元件208和導熱殼體202分隔開的屏障，使得加熱元件208與導熱殼體202之間的接觸得以防止。柔性背襯膜210位於加熱元件208的與電絕緣材料層206相反的一側上，即，加熱元件208相對於加熱腔室200安裝到柔性背襯膜210的內表面。

熟悉該項技術者應瞭解，在替代實施方式中，加熱腔室200可以不包括薄膜加熱器207。換句話說，加熱元件208可以不形成為薄膜加熱器，並且加熱腔室可以不包括柔性背襯膜210。例如，加熱元件208可以是獨立的加熱元件208，它被直接鋪設（例如，黏合）到電絕緣材料層206。特別地，加熱元件208可以例如在周向方向上圍繞加熱腔室200纏繞，使得加熱元件208與電絕緣材料層206介面連接。

電絕緣材料層206較佳的是包括具有高電擊穿電壓和高熱導率的材料。因此，電絕緣材料層206防止加熱元件208與導熱殼體202之間發生短路，同時實現從加熱元件208到導熱殼體202的高效熱傳遞。熟悉該項技術者應瞭解，導熱殼體202不是電阻加熱器，並且因此不應接收電流。電絕緣材料層206將加熱元件208和導熱殼體202分隔開，並確保電流不會從加熱元件208流動到導熱殼體202。此外，熟悉該項技術者應瞭解，因為電絕緣材料層206具有低厚度，所以從加熱元件208到導熱殼體202的熱傳遞效率保持高。

用於電絕緣材料層206的合適材料的示例包含二氧化矽（SiO ₂）、金剛石和類金剛石碳（DLC），該等材料由於它們的高溫穩定性和抗脫氣性，全部可以使用化學氣相沈積來沈積。

熱收縮膜212較佳的是在周向方向上圍繞加熱元件208（例如，薄膜加熱器207）纏繞，使得加熱元件208抵靠電絕緣材料層206固定。換句話說，熱收縮膜212用作圍繞加熱腔室200的外部的外層，從而鞏固結構並確保加熱元件208維持與電絕緣材料層206接觸。在一些示例中，熱收縮膜212可以包括聚醯亞胺或聚醚醚酮（PEEK）。這種材料提供了高的電導率和熱導率，這對於加熱腔室200的外層係合乎需要的。

圖3展示了根據本發明之實施方式的製造加熱腔室之方法300之流程圖。

方法300開始於步驟302，在該步驟中，提供加熱腔室200，該加熱腔室包括導熱殼體202以及用於在加熱腔室200內接納氣溶膠基質的開口204。在步驟304中，使用真空沈積來將電絕緣材料層206沈積到導熱殼體202的外表面203上。在顯著低於大氣壓的壓力（即，真空）下執行真空沈積。較佳的是，使用化學氣相沈積來沈積電絕緣材料層206。然而，在一些示例中，可以使用物理氣相沈積來沈積電絕緣材料層206。

化學氣相沈積係一種技術，其中基材在真空（或低壓電漿）環境中暴露於一種或多種揮發性先質，該一種或多種揮發性先質在基材的表面上反應和/或分解以產生薄膜沈積物。在這種情況下，基材係導熱殼體202，並且電絕緣材料層206係薄膜沈積物。

在一些實施方式中，電漿增強氣相沈積可以用於形成電絕緣材料層206。電漿增強氣相沈積利用電漿以提供沈積反應發生所需的能量中的一些。特別地，藉由在平行電極之間引入反應氣體來實現沈積，其中電極之間的電容耦合將反應氣體激發成電漿。這誘發化學反應並導致反應產物（即，電絕緣材料206）沈積在基材（即，導熱殼體202）上。有利地，電漿增強氣相沈積在比其他化學氣相沈積技術低的溫度下進行。

在一個示例中，兩個電極之間的射頻放電可以用於從包括CH ₄的載氣產生電漿。所得的化學反應在導熱殼體202上沈積包括金剛石或類金剛石碳（DLC）的薄膜。薄膜對應於電絕緣材料層206。

在另一示例中，兩個電極之間的微波頻率放電可以用於激發氧氣以形成電漿。接著將在載氣（比如，氬氣）中稀釋的矽烷（SiH ₄）混合物引入電漿的餘輝中。例如，可以引入5%矽烷於氬氣中的混合物。所得的化學反應在導熱殼體202上沈積包括氧化矽（例如，二氧化矽）的薄膜。薄膜對應於電絕緣材料層206。例如，所沈積的薄膜可以包括官能化的類二氧化矽塗層，例如，a-SiO _X:CH _Y。

化學氣相沈積過程繼續進行，直到沈積了所需厚度的電絕緣材料層206，例如在0.5 µm與5 µm之間。

在步驟306中，將加熱元件208附接到加熱腔室200，使得加熱元件208與電絕緣材料層206接觸。也就是說，加熱元件208鄰近於電絕緣材料層206的外表面定位，使得加熱元件208與電絕緣材料層206介面連接。在使用中，加熱元件208可以被操作以將熱量跨越電絕緣層206傳遞到導熱殼體202。電絕緣材料層206將加熱元件208和導熱殼體202分隔開，使得它們不接觸，從而防止電流從加熱元件208流動到導熱殼體202。

在一些實施方式（比如，圖2所描繪的實施方式）中，加熱元件208被包括在薄膜加熱器207內。在這種情況下，方法300進一步包括提供薄膜加熱器207，該薄膜加熱器包括加熱元件208和支撐加熱元件208的柔性背襯膜210；以及將薄膜加熱器207附接到加熱腔室200，加熱元件208抵靠電絕緣材料層206。替代性地，在其他實施方式中，加熱元件208可以是獨立的加熱元件208，並且可以不提供薄膜加熱器207。

在圖2的所描繪的實施方式（其中加熱腔室200係管狀的）中，加熱元件208在周向方向上圍繞加熱腔室200的電絕緣材料層206纏繞。特別地，包括加熱元件208和柔性背襯膜210的薄膜加熱器207圍繞加熱腔室200的電絕緣材料層206纏繞。柔性背襯膜210位於加熱元件208的與電絕緣材料層206相反的一側上，從而提供結構支撐。當然，熟悉該項技術者應瞭解，在加熱元件208沒有被包括在薄膜加熱器207內的實施方式中，加熱元件208可以圍繞加熱腔室200纏繞，而沒有柔性背襯膜210。在一些示例中，加熱元件208可以被支撐在載體膜上，並且加熱元件208使用載體膜圍繞加熱腔室200纏繞。一旦加熱元件208抵靠電絕緣材料層206正確定位，載體膜就可以被移除。

在步驟308中，將熱收縮膜212較佳的是圍繞加熱腔室200纏繞，以將加熱元件208固定到加熱腔室200。例如，在加熱腔室200包括薄膜加熱器207的實施方式中，操縱熱收縮膜212以圍繞加熱元件208所附接的柔性背襯膜210。替代性地，在加熱元件208沒有被包括在薄膜加熱器207內的實施方式中，熱收縮膜212可以被操縱以圍繞加熱元件208並與其介面連接。如圖2所描繪，熱收縮膜212也可以延伸超過加熱元件208和/或柔性背襯膜210的長度，並且與電絕緣層206的層重疊。

一旦加熱腔室200和加熱元件208纏繞在熱收縮膜212中，熱量可以被施加到熱收縮膜212，使得熱收縮膜212圍繞加熱腔室200收縮和收緊。這確保了加熱元件208（例如，薄膜加熱器207）牢固地附接到加熱腔室200，特別是附接到電絕緣材料層206。

無

現在將參照附圖藉由示例的方式來描述本發明之實施方式，在附圖中： [圖1]係根據本發明之實施方式的示例性氣溶膠產生裝置； [圖2]係根據本發明之實施方式的加熱腔室之示意性截面圖；以及 [圖3]係示出根據本發明之實施方式的製造加熱腔室的方法步驟之流程圖。

100:氣溶膠產生裝置

200:加熱腔室

Claims (15)

1. 一種製造用於氣溶膠產生裝置的加熱腔室之方法，該方法包括： 提供加熱腔室，該加熱腔室包括導熱殼體以及用於在該加熱腔室內接納氣溶膠基質的開口； 使用真空沈積來將電絕緣材料層沈積到該加熱腔室的導熱殼體的外表面上；以及 將加熱元件附接到該加熱腔室，使得該加熱元件與該電絕緣材料層接觸， 其中，該電絕緣材料層防止該加熱元件與該導熱殼體之間的任何接觸。
2. 如請求項1所述之方法，其中，使用真空沈積來沈積該電絕緣材料層包括： 使用化學氣相沈積來沈積該電絕緣材料層。
3. 如請求項1或請求項2所述之方法，其中，該電絕緣材料包括以下各項中的至少一項： 氧化矽； 金剛石；以及 類金剛石碳（DLC）。
4. 如任一前述請求項所述之方法，其中，該電絕緣材料包括a-SiOx:CH _Y。
5. 如任一前述請求項所述之方法，其中，該所沈積的電絕緣材料層的厚度介於0.3 µm與5 µm之間。
6. 如任一前述請求項所述之方法，進一步包括： 提供薄膜加熱器，該薄膜加熱器包括該加熱元件和支撐該加熱元件的柔性背襯膜；以及 將該薄膜加熱器附接到該加熱腔室，該加熱元件抵靠該電絕緣材料層。
7. 如請求項6所述之方法，其中，該柔性背襯膜包括聚醯亞胺或聚醚酮（PEEK）。
8. 如請求項1至5中任一項所述之方法，其中，該加熱腔室係包括管狀導熱殼體的管狀加熱腔室，並且該方法包括將該加熱元件圍繞該加熱腔室纏繞，該加熱元件抵靠該電絕緣材料層。
9. 如請求項6或7所述之方法，其中，該加熱腔室係包括管狀導熱殼體的管狀加熱腔室，並且該方法包括將該薄膜加熱器圍繞該加熱腔室纏繞，該加熱元件抵靠該電絕緣材料層。
10. 如請求項8或9所述之方法，進一步包括： 將熱收縮膜圍繞該加熱腔室纏繞，以將該加熱元件固定到該加熱腔室。
11. 如任一前述請求項所述之方法，進一步包括： 使用電漿增強化學氣相沈積來沈積該電絕緣材料層。
12. 如請求項11所述之方法，其中，該方法包括： 使用射頻電激發源和包括CH ₄的載氣以沈積包括類金剛石碳（DLC）或金剛石的薄膜。
13. 如請求項11所述之方法，其中，該方法包括： 使用微波頻率電激發源和包括矽烷的載氣以沈積包括氧化矽的薄膜。
14. 一種用於氣溶膠產生裝置的、藉由任一前述請求項所述之方法製造之加熱腔室。
15. 一種氣溶膠產生裝置，該氣溶膠產生裝置包括如請求項14所述之加熱腔室。

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