特開 2024-37422 エアロゾル発生装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024037422

(43)【公開日】2024-03-19

(54)【発明の名称】エアロゾル発生装置

(51)【国際特許分類】

   A24F 40/46 20200101AFI20240312BHJP

【ＦＩ】

A24F40/46

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022142286

(22)【出願日】2022-09-07

(71)【出願人】

【識別番号】000004606

【氏名又は名称】ニチコン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105980

【弁理士】

【氏名又は名称】梁瀬 右司

(74)【代理人】

【識別番号】100121027

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 公一

(74)【代理人】

【識別番号】100178995

【弁理士】

【氏名又は名称】丸山 陽介

(72)【発明者】

【氏名】清田 夏樹

(72)【発明者】

【氏名】若林 健太

(72)【発明者】

【氏名】松浦 康行

【テーマコード（参考）】

4B162

【Ｆターム（参考）】

4B162AA03

4B162AA22

4B162AB12

4B162AC22

4B162AC33

(57)【要約】

【課題】安価な構成で耐久性が高く、品質の高いエアロゾル発生装置を提供する。
【解決手段】
エアロゾル発生装置１は、加熱ブレード３と、加熱ブレード３に電流を供給するバッテリ４とを有し、加熱ブレード３は、ＰＴＣ素子からなる板状の加熱部３ａと、加熱部３ａの一方面に対向して配置された第１金属板３ｂと、加熱部３ａの他方面に対向して配置され、第１金属板３ｂとで加熱部３ａを挟む第２金属板３ｃを有する。ここで、第１金属板３ｂのバッテリ４との接続箇所となる通電部３ｂ２と、第２金属板３ｃのバッテリ４との接続箇所となる通電部３ｃ２とを除いて、第１金属板３ｂ、第２金属板３ｃ、加熱部３ａが被覆層９により被覆されている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

加熱ブレードを有するエアロゾル発生装置において、
前記加熱ブレードは、
通電により発熱するＰＴＣ素子からなる板状の加熱部と、
前記加熱部の一方面に電気的に接続される第１金属板と、
前記加熱部の他方面に電気的に接続される第２金属板と、
前記加熱部を被覆する被覆部材とを備え、
前記第１金属板は、前記加熱部の前記一方面と対向して配置される第１対向部と、前記第１対向部から延在して電源の正極に接続される第１通電部とを有し、
前記第２金属板は、前記加熱部の前記他方面と対向して配置され、前記第１金属板の前記第１対向部とで前記加熱部を挟む第２対向部と、前記第２対向部から延在して前記電源の負極に接続される第２通電部とを有する
ことを特徴とするエアロゾル発生装置。

【請求項2】

前記被覆部材は、前記第１通電部と前記第２通電部とを露出させた状態で、前記加熱部を挟む前記第１対向部および前記第２対向部とともに前記加熱部を被覆する
ことを特徴とする請求項１に記載のエアロゾル発生装置。

【請求項3】

前記加熱部の前記一方面と前記第１対向部とが金属ボールを介して電気的に接続され、
前記加熱部の前記他方面と前記第２対向部とが金属ボールを介して電気的に接続されることを特徴とする請求項１または２に記載のエアロゾル発生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エアロゾル発生装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、たばこ材料などのエアロゾル生成物を加熱するための加熱部を備えたエアロゾル発生システムがある。例えば、特許文献１に記載のエアロゾル発生システムは、エアロゾルを発生させるための加熱器を備えている。加熱器は、ステンレス鋼などからなる筒状のチューブと、銅などの金属からなる金属線とを有し、金属線がチューブの略中心に挿入される。チューブは、その一端部が金属線に接続可能に加工され、チューブと金属線との接続箇所に抵抗部が形成される。これにより、チューブと金属線との間に電圧が印加されると、抵抗部とチューブとが熱を帯びエアロゾルを発生させる加熱部が形成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５８０１８２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の加熱器では、チューブと金属線との間に電流を流し続けると発生熱が上昇し続けるため、例えば適温である３００℃程度を維持するためにチューブと金属線との間の電圧のオンとオフを制御する温度制御用の回路が必要になる。また、チューブと金属線との接続箇所（チューブ長手方向端部）に抵抗部が接続されているため、チューブと抵抗部とで温度が異なり、加熱部の均熱性が低い。また、加熱部である抵抗部およびチューブと、エアロゾル生成基体とが直接触れるため、加熱部が破損するおそれがある。

【0005】

本発明は、上記した課題を鑑みてなされたものであり、安価な構成で耐久性が高く、品質の高いエアロゾル発生装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記の目的を達成するため、本発明にかかるエアロゾル発生装置は、加熱ブレードを有するエアロゾル発生装置において、前記加熱ブレードは、通電により発熱するＰＴＣ素子からなる板状の加熱部と、前記加熱部の一方面に電気的に接続される第１金属板と、前記加熱部の他方面に電気的に接続される第２金属板と、前記加熱部を被覆する被覆部材とを備え、前記第１金属板は、前記加熱部の前記一方面と対向して配置される第１対向部と、前記第１対向部から延在して電源の正極に接続される第１通電部とを有し、前記第２金属板は、前記加熱部の前記他方面と対向して配置され、前記第１金属板の前記第１対向部とで前記加熱部を挟む第２対向部と、前記第２対向部から延在して前記電源の負極に接続される第２通電部とを有することを特徴としている。

【0007】

この構成によれば、加熱部がＰＴＣ素子で形成されているため、従来のエアロゾル発生装置のように、加熱部の温度を所定の温度で維持するための温度制御回路が必要なく、安価なエアロゾル発生装置を提供できる。加熱部が第１金属板の第１対向部と、第２金属板の第２対向部とで挟まれることにより保護されるため、加熱部の耐久性が向上する。また、加熱部は被覆部材に被覆されているため、加熱部がエアロゾル生成基体に直接触れることがなく、加熱部が破損しにくい。また、加熱部がＰＴＣ素子で形成されているため、加熱部の均熱性が向上する。

【0008】

また、前記被覆部材は、前記第１通電部と前記第２通電部とを露出させた状態で、前記加熱部を挟む前記第１対向部および前記第２対向部とともに前記加熱部を被覆するようにしてもよい。

【0009】

この構成によれば、被覆部材が第１対向部および第２対向部とともに加熱部を被覆するため、加熱部の耐久性がさらに向上する。

【0010】

また、前記加熱部の前記一方面と前記第１対向部とが金属ボールを介して電気的に接続され、前記加熱部の前記他方面と前記第２対向部とが金属ボールを介して電気的に接続されていてもよい。

【0011】

この構成によれば、第１金属板（第１対向部）と加熱部の一方面との隙間、第２金属板（第２対向部）と加熱部の他方面との隙間を、金属ボールの径により制御することができる。この場合、例えば、第１、第２金属板と加熱部とを接着剤で固定する際、接着剤の厚みを十分な接着強度が得られる値に容易に制御することができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、加熱部がＰＴＣ素子で形成されているため、従来のエアロゾル発生装置のように、加熱部の温度を所定の温度で維持するための温度制御回路が必要なく、安価なエアロゾル発生装置を提供できる。加熱部が第１金属板の第１対向部と、第２金属板の第２対向部とで挟まれることにより保護されるため、加熱部の耐久性が向上する。また、加熱部は被覆部材に被覆されているため、加熱部がエアロゾル生成基体に直接触れることがなく、加熱部が破損しにくい。また、加熱部がＰＴＣ素子で形成されているため、加熱部の均熱性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態に係るエアロゾル発生装置の概略構成図およその使用方法を説明するための図である。

【図2】図１の加熱ブレードの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

＜実施形態＞
本発明の一実施形態にかかるエアロゾル発生装置１について、図１および図２を参照して説明する。なお、図１は本発明の一実施形態に係る加熱器の概略構成図およその使用方法を説明するための図、図２は図１の加熱ブレードの断面図である。

【0015】

エアロゾル発生装置１は、例えば、電気加熱式たばこなどに用いられるたばこカートリッジ２を加熱してたばこ成分を含むエアロゾルを生成するものである。図１に示すように、エアロゾル発生装置１は、電流が流れることにより加熱する加熱部３ａを含む加熱ブレード３と、加熱ブレード３に電流を供給するための電源をなすバッテリ４と、加熱ブレード３に流れる電流のオンとオフとを切り換えるスイッチ５とを含む。

【0016】

加熱ブレード３は、加熱部３ａと、第１金属板３ｂと、第２金属板３ｃとを含む。加熱部３ａは、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子が五角形板状に成形されたものであり、例えば、チタン酸バリウムをベースとして、Ｂａの一部がＣａやＰｂで置換されたセラミック半導体で構成される。当該材料は、キュリー温度以上になると、結晶構造が正方晶系から立方晶系に変化する相転移が発生し、これに伴って電気抵抗値が急激に上昇する。したがって、キュリー温度以上に上昇しにくく、結果として当該材料の温度がキュリー温度で維持される熱制御が可能な材料である。この実施形態では、加熱部３ａのキュリー温度が約２６０℃に設定された材料を用いている。したがって、バッテリ４からの電源が供給されている状態では、加熱部３ａが約２６０℃に維持される。なお、キュリー温度の設定は、ＣａやＰｂの置換量を調整することで可能である。

【0017】

なお、この実施形態では、ＰＴＣ素子をチタン酸バリウム系セラミックで形成したが、セラミック系に限らず、ポリマー系を用いることもできる。

【0018】

図１に示すように、第１金属板３ｂは、一端部が尖頭で五角形板状の対向部３ｂ１と、対向部３ｂ１の他端から延在してバッテリ４の正極に接続される矩形板状の通電部３ｂ２とを有する。対向部３ｂ１は、加熱部３ａと略同形状に成形されており、加熱部３ａの一方面と略平行に対向して配置される。対向部３ｂ１と通電部３ｂ２とは、いずれも金属で一体的に形成される。なお、図１では後述する被覆層９を省略している。

【0019】

第１金属板３ｂを形成する金属は、第１金属板３ｂの設計される厚み、必要な強度、必要な導電率等を考慮し、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４３０などの各種ＳＵＳ、Ｃｕ、Ａｌなど種々の金属を採用することができる。なお、対向部３ｂ１は、加熱部３ａよりも大きい五角形板状に形成されていてもよい。

【0020】

第２金属板３ｃは、一端部が尖頭で五角形板状の対向部３ｃ１と、対向部３ｃ１の他端から延在してバッテリ４の負極に接続される矩形板状の通電部３ｃ２とを有する。対向部３ｃ１は、加熱部３ａと略同形状に成形されており、加熱部３ａの他方面と略平行に対向して配置される。つまり、加熱部３ａは、第１金属板３ｂの対向部３ｂ１と、第２金属板３ｃの対向部３ｃ１とで挟まれた状態になる。対向部３ｃ１と通電部３ｃ２とは、いずれも金属で一体的に形成される。

【0021】

第２金属板３ｃを形成する金属は、第１金属板３ｂと同様、第２金属板３ｃの設計される厚み、必要な強度、必要な熱伝導率等を考慮し、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４３０などの各種ＳＵＳ、Ｃｕ、Ａｌなど種々の金属を採用することができる。なお、対向部３ｃ１は、加熱部３ａよりも大きい五角形板状に形成されていてもよい。

【0022】

図２に示すように、加熱部３ａの一方面および他方面のそれぞれには電極層７が形成される。電極層７は、例えば、Ａｇペーストを用いて形成される。なお、電極層７を形成する材料は、Ａｇペーストに限らず、例えば、Ａｕペースト、Ｃｕペースト、Ａｌペーストなど、種々の金属ペーストを用いることができる。

【0023】

第１金属板３ｂと加熱部３ａの一方面（電極層７）、第２金属板３ｃと加熱部３ａの他方面（電極層７）とは、いずれも金属ボール６を介して電気的に接続される。金属ボール６を形成する金属は、例えばＡｌ、Ａｇなどの配線電極に用いられる種々の金属を採用することができるが、この実施形態では、金属ボール６を構成する材料としてＡｌが用いられている。

【0024】

接着層８は、第１金属板３ｂの対向部３ｂ１と加熱部３ａの一方面とを接着するとともに、第２金属板３ｃの対向部３ｃ１と加熱部３ａの他方面とを接着するものであり、例えば、Ｓｉ系の絶縁性接着剤で形成される。なお、接着層８を接着する材料は、Ｓｉ系の絶縁性接着剤に限らず、他の無機系接着剤等の種々の接着剤を用いることができる。

【0025】

被覆層９は、加熱部３ａ、第１金属板３ｂの対向部３ｂ１、第２金属板３ｃの対向部３ｃ１、電極層７、接着層８を被覆するものであり、例えば、ガラス系の絶縁材料で形成される。なお、被覆層９を形成する材料は、ガラス系の絶縁材料に限らず、セラミック系等の他の絶縁材料を用いることができる。

【0026】

バッテリ４は、充電式のバッテリであり、例えば、リチウムイオン電池など種々の充電式バッテリを使用することができる。

【0027】

たばこカートリッジ２は、加熱ブレード３が挿入される箇所には、たばこ成分を含むエアロゾルを生成するエアロゾル生成物（葉たばこ）が配置され、その隣に中空管が配置され、吸い口箇所となる中空管の隣にはフィルタが配置される。

【0028】

（加熱ブレードの製造方法）
次に、図２を参照して、本実施形態の加熱ブレード３の製造方法について説明する。

【0029】

種々の製法により作製された加熱部３ａ（例えば平面方向の寸法として１６．０ｍｍ×３．０ｍｍ、厚み方向の寸法として１．２ｍｍ以下のＰＴＣ素子が好適に用いられる）の両面にＡｇペーストを塗布し、所定の温度で乾燥させ、加熱部３ａの一方面および他方面のそれぞれに電極層７を形成する。このとき、Ａｇペーストには、金属ボール６が混合されており、電極層７により加熱部３ａの両面に金属ボール６が固定される。金属ボール６の径（直径）は、Ａｇペーストに含まれるＡｇ粒子の粒径よりも大きく、例えば、直径３０μｍ～５０μｍの金属ボール６がＡｇペーストに混合される。Ａｇペーストの乾燥温度は、含有する有機溶剤の揮発温度等に応じて設定されるが、金属ボール６（Ａｌボール）が溶けない温度に設定される。

【0030】

続いて、加熱部３ａおよび電極層７に液状の接着剤を塗布する。接着剤は、例えばシリコン系等の無機系絶縁性接着剤を使用する。なお、金属ボール６は電極層７を形成するＡｇペーストに混合させる場合に限らず、接着層８を形成する絶縁性接着剤に混合させてもよい。

【0031】

接着剤を塗布した後は、第１金属板３ｂの対向部３ｂ１と、加熱部３ａの一方面とが対向し、第２金属板３ｃの対向部３ｃ１と、加熱部３ａの他方面とが対向するように、加熱部３ａに第１金属板３ｂと第２金属板３ｃとを配置し、両金属板３ｂ，３ｃに対して加熱部３ａ側に圧力を加えた状態で所定温度（例えば、１５０℃）下で加熱する。これにより、接着剤が固化して接着層８が形成される。このとき、接着層８は、第１金属板３ｂの対向部３ｂ１と加熱部３ａの一方面とが金属ボール６を介して電気的に接続された状態で、加熱部３ａと第１金属板３ｂとを接着するとともに、第２金属板３ｃの対向部３ｃ１と加熱部３ａの他方面とが金属ボール６を介して電気的に接続された状態で、加熱部３ａと第２金属板３ｃとを接着する。

【0032】

なお、接着層８を形成する材料として、絶縁性接着剤に限らず、導電性接着剤を用いることもできる。この場合、接着層により、第１金属板３ｂと加熱部３ａの一方面との導通ならびに第２金属板３ｃと加熱部３ａの他方面との導通が可能になるため、金属ボール６および電極層７は必ずしも必要でない。

【0033】

次に、第１金属板３ｂの対向部３ｂ１と、第２金属板３ｃの対向部３ｃ１とともに、加熱部３ａを被覆部材で被覆し、被覆層９を形成する。つまり、被覆層９は、第１金属板３ｂの通電部３ｂ２と、第２金属板３ｃの通電部３ｃ２を除く、対向部３ｂ１、３ｃ１および加熱部３ａ並びにそれらを接着する接着層８を被覆する。被覆部材は、ガラス系の絶縁材料、セラミック系の絶縁材料を使用することができる。

【0034】

（効果）
上記した実施形態によれば、加熱部３ａがＰＴＣ素子で形成されているため、従来のエアロゾル発生システムの加熱器のように、加熱部３ａの温度を所定の温度で維持するための温度制御回路が必要なく、安価な電気加熱式たばこ用の加熱器等のエアロゾル発生装置を提供できる。

【0035】

また、加熱部３ａは、第１金属板３ｂの対向部３ｂ１と、第２金属板３ｃの対向部３ｃ１とで挟まれているため、加熱部３ａの外部応力からの耐久性が向上する。さらに、加熱部３ａは、被覆層９に被覆されているため直接たばこカートリッジ２に触れることがなく、加熱部３ａが破損しにくい。また、加熱部３ａがＰＴＣ素子で形成されているため、加熱部３ａの均熱性が向上する。また、加熱部３ａ（ＰＴＣ素子）の一方面と他方面とに、熱伝導率の高い金属板（第１金属板３ｂ、第２金属板３ｃ）が対向して配置されるため、加熱部３ａから発生した熱を金属板（第１金属板３ｂ、第２金属板３ｃ）を介してたばこカートリッジ２のエアロゾル生成物（葉たばこ）に効率よく伝熱することができる。

【0036】

また、被覆層９は、第１金属板３ｂの対向部３ｂ１と、第２金属板３ｃの対向部３ｃ１とともに加熱部３ａを被覆するため、加熱部３ａの耐久性がさらに向上する。

【0037】

また、第１金属板３ｂの対向部３ｂ１と加熱部３ａの一方面、第２金属板３ｃの対向部３ｃ１と加熱部３ａの他方面のそれぞれが、金属ボール６を介して電気的に接続される。このようにすると、第１金属板３ｂと加熱部３ａとの隙間、および、第２金属板３ｃと加熱部３ａとの隙間を、金属ボール６の径により制御することができる。例えば、第１金属板３ｂ、第２金属板３ｃと加熱部３ａとを接着層８で接着する際、金属ボール６の径を調整することにより、十分な接着強度が得られる厚み（接着層８の厚み）を得ることができ、第１金属板３ｂ、第２金属板３ｃと加熱部３ａとの接着信頼性ならびに電気接続の信頼性が向上する。

【0038】

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能であり、例えば、上記した実施形態では、第１金属板３ｂの対向部３ｂ１および第２金属板３ｃの対向部３ｃ１は、いずれも尖頭の五角形板状に形成されていたが、例えば、先端部が半円状や、先端部に複数の尖頭部を有するいわゆるギザギザ形状であってもよく、たばこカートリッジ２の葉たばこ箇所に挿せる形状であれば、適宜変更することができる。また、加熱部３ａの形状も、対向部３ｂ１，３ｃ１と同じ形状でなくてもよく、例えば、矩形状などに形成してもよい。

【0039】

また、上記した実施形態にかかるエアロゾル発生装置１は、電気加熱式たばこに使用される場合について説明したが、例えば、一部にたばこ成分を含むものや、非たばこであって揮発性香味成分を含むものをエアロゾル生成物として、これらのエアロゾルを発生させるエアロゾル発生装置に用いてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0040】

また、本発明は、エアロゾル生成物からエアロゾルを発生させるためのエアロゾル発生装置として広く適用することができる。

【符号の説明】

【0041】

１：エアロゾル発生装置
３：加熱ブレード
３ａ：加熱部
３ｂ：第１金属板
３ｂ１：対向部（第１対向部）
３ｂ２：通電部（第１通電部）
３ｃ：第２金属板
３ｃ１：対向部（第２対向部）
３ｃ２：通電部（第２通電部）
６：金属ボール
９：被覆層（被覆部材）

【図1】

【図2】