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特許7112426エアロゾル形成基体を抵抗加熱するための電気加熱組立品、エアロゾル発生装置および方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-07-26
(45)【発行日】2022-08-03
(54)【発明の名称】エアロゾル形成基体を抵抗加熱するための電気加熱組立品、エアロゾル発生装置および方法
(51)【国際特許分類】
A24F 40/46 20200101AFI20220727BHJP
A24F 47/00 20200101ALI20220727BHJP
H05B 3/22 20060101ALI20220727BHJP
H05B 3/14 20060101ALI20220727BHJP
【ＦＩ】
A24F40/46
A24F47/00
H05B3/22
H05B3/14 Z
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2019557381
(86)(22)【出願日】2018-06-27
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2020-08-27
(86)【国際出願番号】 EP2018067176
(87)【国際公開番号】W WO2019002330
(87)【国際公開日】2019-01-03
【審査請求日】2021-06-25
(31)【優先権主張番号】17178380.6
(32)【優先日】2017-06-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(73)【特許権者】
【識別番号】596060424
【氏名又は名称】フィリップ・モーリス・プロダクツ・ソシエテ・アノニム
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100103610
【弁理士】
【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100067013
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 文昭
(74)【代理人】
【識別番号】100086771
【弁理士】
【氏名又は名称】西島 孝喜
(74)【代理人】
【識別番号】100109335
【弁理士】
【氏名又は名称】上杉 浩
(74)【代理人】
【識別番号】100120525
【弁理士】
【氏名又は名称】近藤 直樹
(74)【代理人】
【識別番号】100139712
【弁理士】
【氏名又は名称】那須 威夫
(74)【代理人】
【識別番号】100158469
【弁理士】
【氏名又は名称】大浦 博司
(72)【発明者】
【氏名】クルバ ジェローム クリスティアン
(72)【発明者】
【氏名】ミロノフ オレク
【審査官】塩澤 正和
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１７／００１８１８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１６／２００８１５（ＷＯ，Ａ２）
【文献】欧州特許出願公開第０２５００９４（ＥＰ，Ａ１）
【文献】独国実用新案第２０２０１３０１０９８６（ＤＥ，Ｕ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ２４Ｆ ４０／００ － ４７／００
Ｈ０５Ｂ ３／０２ － ３／１８
Ｈ０５Ｂ ３／４０ － ３／８２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
エアロゾル形成基体を抵抗加熱するための加熱組立品を備える、エアロゾル形成基体と併用するためのエアロゾル発生装置であって、前記加熱組立品が、－ ＡＣ駆動電流を提供するように構成された制御回路と、
－ 前記エアロゾル形成基体を加熱するための導電性の強磁性またはフェリ磁性材料を含む電気抵抗性のある発熱体であって、前記発熱体が、前記制御回路に動作可能に結合され、前記制御回路によって提供されるＡＣ駆動電流が前記発熱体を通過する際にジュール加熱によって加熱されるように構成され、前記発熱体が、少なくとも一つの支持層と少なくとも一つの加熱層とを含む多層発熱体であって、少なくとも前記発熱体が前記導電性の強磁性またはフェリ磁性材料を含み、前記多層発熱体の縁層であり、前記少なくとも一つの支持層の層の厚さが前記少なくとも一つの加熱層の層の厚さよりも大きい、電気抵抗性のある発熱体と、を備える、電気加熱組立品。
【請求項2】
前記多層発熱体が、前記少なくとも一つの加熱層に加えて少なくとも一つのさらなる加熱層を含み、前記少なくとも二つの加熱層が前記支持層を挟み、前記加熱層の少なくとも一つが導電性の強磁性またはフェリ磁性材料を含む、請求項１に記載のエアロゾル発生装置。
【請求項3】
前記少なくとも一つの支持層が導電性材料を含む、請求項１または２のいずれか一項に記載のエアロゾル発生装置。
【請求項4】
前記少なくとも一つまたは二つの加熱層の前記導電性材料の比抵抗が、前記少なくとも一つの支持層の前記導電性材料の比抵抗よりも低い、請求項３に記載のエアロゾル発生装置。
【請求項5】
前記少なくとも一つまたは二つの加熱層の前記導電性材料の相対透磁率が、前記少なくとも一つの支持層の前記導電性材料の相対透磁率よりも大きい、請求項１～４のいずれか一項に記載のエアロゾル発生装置。
【請求項6】
前記少なくとも一つまたは二つの加熱層の前記導電性材料が強磁性またはフェリ磁性である、請求項１～５のいずれか一項に記載のエアロゾル発生装置。
【請求項7】
前記少なくとも一つの支持層の前記導電性材料が常磁性である、請求項３～６のいずれか一項に記載のエアロゾル発生装置。
【請求項8】
前記二つの加熱層が前記多層発熱体の縁層である、請求項２～７のいずれか一項に記載のエアロゾル発生装置。
【請求項9】
前記多層発熱体の少なくとも一つの層が実質的に固体材料からなる、請求項１～８のいずれか一項に記載のエアロゾル発生装置。
【請求項10】
前記発熱体がブレード構成またはロッド構成またはメッシュ構成または芯構成である、請求項１～９のいずれか一項に記載のエアロゾル発生装置。
【請求項11】
前記発熱体のＡＣ抵抗が、５００ｋＨｚ～３０ＭＨｚの範囲の周波数を有する前記発熱体を通過するＡＣ駆動電流に対して、１０ｍΩ～１５００ｍΩの範囲である、請求項１～１０のいずれか一項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、エアロゾル形成基体を抵抗加熱するためのエアロゾル発生装置の電気加熱組立品に関する。本発明はさらに、こうした加熱組立品を備えるエアロゾル発生装置、ならびにエアロゾル形成基体を抵抗加熱するための方法に関する。
【背景技術】
【0002】
エアロゾル形成基体を抵抗加熱することによってエアロゾルを発生することは、従来技術から一般的に公知である。このために、加熱に伴い吸入可能なエアロゾルを形成する能力を有するエアロゾル形成基体は、抵抗発熱体と熱的に近接するか、またはそれと直接的物理接触する。発熱体は、ＤＣ（直流電流）駆動電流を通過させる際にジュール加熱によって加熱される導電性材料を含む。発熱体は、例えば、その上に形成された導電性金属トラックを有するセラミックブレードであってもよく、これは、ＤＣ駆動電流をトラックに通過させる際に加熱される。しかしながら、セラミック材料の壊れやすい性質に起因して、こうした加熱用ブレードは、特にエアロゾル形成基体と接触する際、およびエアロゾル形成基体と接触しなくなる際の破損のリスクが大きい。別の方法として、加熱用ブレードは金属で作製されてもよい。しかしながら、金属は非常に低いＤＣ抵抗を有するため、低い加熱効率、有害な電力損失および再現性のない加熱結果をもたらす。それ以外に、抵抗加熱は一般に、エアロゾル形成基体の望ましくない過熱を回避するために、いくつかの種類の温度制御を必要とする。
【0003】
従って、先行技術の解決策の利点を有しつつも、それらにおける制限事項がない、エアロゾル形成基体を抵抗加熱するための電気加熱組立品、エアロゾル発生装置、および方法を有することが望ましい。特に、望ましくない過熱のリスクなしに、エアロゾル形成基体を抵抗加熱するための堅牢で効率的な可能性を提供する加熱組立品、エアロゾル発生装置、および加熱方法を有することが望ましい。
【発明の概要】
【0004】
本発明によると、エアロゾル形成基体を抵抗加熱するためのエアロゾル発生装置の電気加熱組立品が提供されている。加熱組立品は、ＡＣ（交流電流）駆動電流を提供するように構成された制御回路を備える。加熱組立品はさらに、エアロゾル形成基体を加熱するための導電性の強磁性またはフェリ磁性材料を含む電気抵抗性のある発熱体を備える。発熱体は、制御回路と動作可能に結合され、制御回路によって提供されるＡＣ駆動電流を発熱体に通過させる際にジュール加熱によって加熱されるように構成される。そのため、ＡＣ駆動電流が通過するのは、発熱体の導電性の強磁性またはフェリ磁性材料である。
【0005】
本発明によると、導電性発熱体の有効抵抗、およびそれ故に加熱効率は、ＤＣ駆動電流の代わりにＡＣ駆動電流を発熱体に通過させることで、著しく増大しうることが認識されている。ＤＣ電流とは異なり、ＡＣ電流は主に、導体の外表面と表皮厚さと呼ばれるレベルとの間の導電体の「表皮」を流れる。ＡＣ電流密度は、導体の表面の近くで最も大きく、導体における深さが大きくなると共に減少する。ＡＣ駆動電流の周波数が増大すると、表皮厚さが減少し、これにより導体の有効断面が減少し、そしてそれ故に導体の有効抵抗が増大する。この現象は、基本的にはＡＣ駆動電流に由来する変動する磁場よって誘起される対向する渦電流に起因する表皮効果として公知である。
【0006】
ＡＣ駆動電流を使用して発熱体を動作させることによりさらに、発熱体を、特に固体の導電性の強磁性材料またはフェリ磁性材料材料で実質的に作製する、またはそれらからなるようにすることが可能となるとともに、熱生成のための十分に高い熱抵抗をなおも提供することが可能になる。特に、発熱体は、少なくとも大部分、または全体が、金属から実質的になる、または実質的に金属で作製されてもよい。上述のセラミック発熱体と比較して、実質的に金属からなる、または金属で作製される発熱体は、発熱体の機械的安定性および堅牢性を著しく増大させ、そしてそれ故に、発熱体の変形または破損のリスクを減少させる。
【0007】
さらに、ＡＣ駆動電流を使用して抵抗発熱体を動作させることにより、電気加熱組立品の導電性システム内の材料転移、例えば、溶接またははんだ付け点で発生する望ましくない容量挙動の影響も小さくなる。
【0008】
本発明によると、ＡＣ駆動電流を通過させるための導電性の強磁性またはフェリ磁性材料を有する発熱体は、抵抗加熱プロセスの温度制御を容易にし、さらに好ましくは自己制限も容易にすることが認識されている。これは、導電性材料の磁性が温度の増大と共に変化するという事実に起因する。特に、キュリー温度に達すると、磁性は強磁性またはフェリ磁性からそれぞれ常磁性に変化する。すなわち、導電性材料の透磁率は、温度の増大と共に連続的に減少する。透磁率が減少すると、表皮厚さが増大し、そしてそれ故に導電性材料の有効ＡＣ抵抗が減少する。キュリー温度に達すると、相対透磁率がほぼ均一に低下し、有効ＡＣ電気抵抗が最小に達する。こうして、発熱体を通過するＡＣ駆動電流の対応する変化を監視することは、発熱体の導電性磁性材料がそのキュリー温度に達した時を示す温度マーカーとして使用されうる。発熱体の導電性磁性材料は、エアロゾル形成基体の所定の加熱温度に対応するキュリー温度を有するように選択されることが好ましい。
【0009】
さらに、継続的な加熱プロセス中のＡＣ抵抗が減少することに起因して、温度の増大と共に有効加熱レートが連続的に減少する。キュリー温度に達すると、なおも駆動電流を発熱体に通過させても発熱体の温度がそれ以上増大しない範囲にまで有効加熱レートが低減されうる。発熱体の温度は、エアロゾル形成基体への熱放出に応じて、発熱体の導電性磁性材料のキュリー温度に達するのに伴い、なおもわずかに減少しうる。有利なことに、この効果は加熱プロセスの自己制限を提供し、それ故にエアロゾル形成基体の望ましくない過熱が防止される。従って、発熱体の導電性磁性材料は、エアロゾル形成基体の所定の最大加熱温度に対応するキュリー温度を有するように選択されうる。
【0010】
ＡＣ駆動電流は、ＤＣ構成要素を有さない、またはＤＣオフセットを有さない、または０に等しいＤＣ構成要素を有する、バイポーラＡＣ駆動電流および／またはＡＣ駆動としうる。
【0011】
有利なことに、発熱体の導電性の強磁性材料またはフェリ磁性材料のキュリー温度は、１５０℃（摂氏）～５００℃（摂氏）、特に２５０℃（摂氏）～４００℃（摂氏）、好ましくは２７０℃（摂氏）～３８０℃（摂氏）の範囲である。
【0012】
表皮厚さは、導電性発熱体の透磁率だけでなく、導電性発熱体の比抵抗、ならびにＡＣ駆動電流の周波数にも依存する。従って、表皮厚さは、導電性発熱体の比抵抗を減少させる、導電性発熱体の透磁率を増大させる、またはＡＣ駆動電流の周波数を増大させる、のうちの少なくとも一つによって減少されうる。従って、発熱体の（初期）有効抵抗、およびそれ故に加熱効率は、発熱体の材料特性の適切な選択により、特に、低い比抵抗または高い透磁率のうちの少なくとも一つを有する導電性材料を含む発熱体を有することにより、著しく増大しうる。
【0013】
発熱体は、少なくとも１０μＨ／ｍ（マイクロヘンリー／メートル）、特に少なくとも１００μＨ／ｍ、好ましくは少なくとも１ｍＨ／ｍ（ミリヘンリー／メートル）、最も好ましくは少なくとも１０ｍＨ／ｍまたは少なくとも２５ｍＨ／ｍの絶対透磁率を有する導電性の強磁性材料またはフェリ磁性材料を含むことが好ましい。同様に、導電性の強磁性材料またはフェリ磁性材料は、少なくとも１０、特に少なくとも１００、好ましくは少なくとも１０００、最も好ましくは少なくとも５０００または少なくとも１００００の相対透磁率を有しうる。
【0014】
例えば、発熱体の少なくとも一部分は、ニッケルコバルト合金（例えば、コバールまたはフェルニコ１）、ミューメタル、パーマロイ（例えば、パーマロイＣなど）、またはフェライトステンレス鋼またはマルテンサイトステンレス鋼のうちの少なくとも一つを含んでもよく、または実質的にそれらで作製されてもよい。
【0015】
本明細書で使用される「エアロゾル発生装置の電気加熱組立品」という用語は、エアロゾル発生装置のサブユニットとしての電気加熱組立品を意味する。そのため、電気加熱組立品は、少なくともエアロゾル発生装置での使用に適切である。
【0016】
導電性の強磁性またはフェリ磁性材料を含む発熱体を有することは、発熱体の少なくとも一部分が導電性の常磁性材料、例えば、タングステン、アルミニウム、またはオーステナイトステンレス鋼を含む、または実質的にそれらからなってもよいことを除外しない。
【0017】
発熱体の有効抵抗、およびそれ故に加熱効率は、高周波ＡＣ駆動電流を通過させる際に著しく増大しうる。有利なことに、ＡＣ駆動電流は、５００ｋＨｚ（キロヘルツ）～３０ＭＨｚ（メガヘルツ）、特に１ＭＨｚ～１０ＭＨｚ、好ましくは５ＭＨｚ～７ＭＨｚの範囲の周波数を有する。したがって、制御回路は、５００ｋＨｚ～３０ＭＨｚ、特に１ＭＨｚ～１０ＭＨｚ、好ましくは５ＭＨｚ～７ＭＨｚの範囲の周波数を有するＡＣ駆動電流を提供するように構成されることが好ましい。
【0018】
本発明の好ましい態様によれば、発熱体のＡＣ抵抗は、５００ｋＨｚ～３０ＭＨｚ、特に１ＭＨｚ～１０ＭＨｚ、好ましくは５ＭＨｚ～７ＭＨｚの範囲の周波数を有する、発熱体を通過するＡＣ駆動電流に関して、１０ｍΩ（ミリオーム）～１５００ｍΩ（ミリオーム）、特に２０ｍΩ～１５００ｍΩ、好ましくは１００ｍΩ～１５００ｍΩの範囲である。この範囲のＡＣ抵抗は、有利なことに、十分に高い加熱効率を提供する。前述の範囲は、好ましくは、室温と導電性の強磁性材料またはフェリ磁性材料のキュリー温度との間の発熱体の温度範囲に関連する。
【0019】
本発明による加熱組立品が併用される電気的に作動するエアロゾル発生装置は、ＤＣ電源によって、例えば、電池によって作動されうることが好ましい。したがって、制御回路は、ＡＣ駆動電流を供給するための少なくとも一つのＤＣ／ＡＣインバータを含むことが好ましい。
【0020】
本発明の好ましい態様によれば、ＤＣ／ＡＣインバータは、スイッチング電力増幅器、例えばクラスＥ増幅器またはクラスＤ増幅器を含む。クラスＤおよびクラスＥ増幅器については、スイッチング移行中のスイッチングトランジスタでの電力損失が最小であることが公知である。クラスＥ電力増幅器は、高周波での動作に関して特に有利であり、同時に単純な回路構造を有する。クラスＥ電力増幅器は、単一のトランジスタスイッチのみを有するシングルエンドの一次クラスＥ電力増幅器であることが好ましい。
【0021】
スイッチング電力増幅器は、特にクラスＥ増幅器の場合、トランジスタスイッチ、トランジスタスイッチ駆動回路、およびＬＣ負荷ネットワークを含んでもよく、ＬＣ負荷ネットワークはコンデンサーとインダクタの直列接続を含む。さらに、ＬＣ負荷ネットワークは、コンデンサーとインダクタの直列接続と並列、かつトランジスタスイッチと並列な分路コンデンサーを含みうる。これらの少ない数の構成要素は、スイッチング電力増幅器の容積を非常に小さく保つことを可能にし、それ故に加熱組立品の全体的な容積も非常に小さく保つことを可能にする。
【0022】
スイッチング電力増幅器のトランジスタスイッチは、任意のタイプのトランジスタとすることができ、バイポーラジャンクショントランジスタ（ＢＪＴ）として埋め込んでもよい。ただし、トランジスタスイッチは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）または金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）などの、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）として埋め込まれることがより好ましい。
【0023】
上述の構成では、制御回路は追加的に、発熱体と並列に、特に発熱体を通る抵抗導体経路に並列に接続される少なくとも一つのバイパスコンデンサーを含みうる。このため、発熱体は抵抗を構成するだけでなく（小さな）インダクタンスを構成することに注目するべきである。従って、等価回路図では、発熱体は抵抗とインダクタの直列接続によって表現されうる。バイパスコンデンサーの容量の適切な選択によって、発熱体のインダクタ／インダクタンスおよびバイパスコンデンサーは、ＡＣ駆動電流の大部分が通過するＬＣ共振器を形成し、ＡＣ駆動回路のわずかな部分のみがＬＣネットワークのインダクタおよびコンデンサーを介してトランジスタスイッチを通過する。このため、バイパスコンデンサーは、有利なことに、発熱体から制御回路に向けた熱伝達の減少を生じさせる。有利なことに、バイパスコンデンサーの容量は、ＬＣネットワークのコンデンサーの容量よりも大きく、特に少なくとも２倍大きく、好ましくは少なくとも５倍大きく、最も好ましくは少なくとも１０倍大きい。
【0024】
さらに、バイパスコンデンサーおよび好ましくはＬＣネットワークのインダクタもまた、制御回路の残りの部分よりも発熱体の近くに、特に発熱体のできるだけ近くに配置されうる。
【0025】
例えば、ＬＣネットワークのインダクタおよびバイパスコンデンサーは、残りの構成要素から遠隔配置された別個の電子構成要素として具体化されてもよく、これがＰＣＢ（プリント回路基板）上に配置されてもよい。バイパスコンデンサーは、発熱体に直接接続されてもよい。
【0026】
制御回路および発熱体に電力供給するために、加熱組立品はさらに、制御回路、およびそれ故に制御回路を介して発熱体に動作可能に接続される電源、好ましくはＤＣ電源を備えうる。ＤＣ電源は一般的に、適切な任意のＤＣ電源、例えば、一つ以上の使い捨て電池、一つ以上の再充電可能電池、または要求されるＤＣ電源電圧および要求されるＤＣ電源アンペア数を提供する能力を有するその他の任意の適切なＤＣ電源を含みうる。ＤＣ電源のＤＣ電源電圧は約２．５Ｖ（ボルト）～約４．５Ｖ（ボルト）の範囲であってもよく、ＤＣ電源アンペア数は約１～約１０アンペアの範囲（ＤＣ電源電力約２．５Ｗ（ワット）～約４５Ｗ（ワット）の範囲に相当）である。
【0027】
原則として、特定の値に関連して「約」という用語が本明細書全体を通して使用される時はいつでも、「約」という用語に続く値は、技術的な考慮事項のため、厳密に正確なその特定の値を持つ必要はないと理解される。ただし、特定の値に関連して使用される「約」という用語は常に、用語「約」に続く特定の値を含み、かつ明示的に開示するものと理解される。
【0028】
加熱されるエアロゾル形成基体の条件に応じて、発熱体は異なる幾何学的構成を有しうる。例えば、発熱体は、ブレード構成またはロッド構成またはピン構成であってもよい。すなわち、発熱体は、導電性材料を含む、または実質的に導電性材料で作製される一つ以上のブレード、ロッドまたはピンであってもよく、またはそれらを含んでもよい。これらの構成は、固体またはペースト様のエアロゾル形成基体との併用に特に適している。特に、これらの構成は、発熱体が加熱されるエアロゾル形成基体と接触する際のエアロゾル形成基体の中への貫通を容易に可能にする。近位端において、ブレード形状またはロッド状の発熱体は、エアロゾル形成基体の中への貫通を容易に可能にする先細りした先端部分を含みうる。
【0029】
発熱体は、導電性材料、特に固体導電性材料を含む、または実質的に導電性材料で作製される少なくとも一つのブレードを含むことが好ましい。ブレードは、ブレードを加熱されるエアロゾル形成基体の中へと貫通することを容易にする先細りした先端部分を含みうる。ブレードは、５ｍｍ（ミリメートル）～２０ｍｍ（ミリメートル）、特に１０ｍｍ～１５ｍｍの範囲の長さ、２ｍｍ～８ｍｍ、特に４ｍｍ～６ｍｍの範囲の幅、および０．２ｍｍ～０．８ｍｍ、特に０．２５ｍｍ～０．７５ｍｍの範囲の厚さを有しうる。
【0030】
別の方法として、発熱体は芯構成またはメッシュ構成であってもよい。すなわち、発熱体は、導電性材料を含む、または実質的に導電性材料で作製される一つ以上のメッシュまたは芯としうる、またはそれらを含みうる。一つ以上のメッシュまたは芯を含む構成は、液体エアロゾル形成基体との併用に特に適している。
【0031】
発熱体の外表面は、表面処理または被覆されてもよい。すなわち、発熱体は表面処理または被覆を含んでもよい。表面処理または被覆は、エアロゾル形成基体が発熱体の表面に固着することを回避する、材料拡散、例えば発熱体からエアロゾル形成基体の中への金属拡散を回避する、発熱体の機械的剛性を改善する、のうちの少なくとも一つを行うように構成されうる。表面処理または被覆は非導電性であることが好ましい。
【0032】
一般に、発熱体は、ＡＣ駆動電流を通過させるための少なくとも一つの抵抗導体経路を含みうる。本明細書で使用される「導体経路」という用語は、ＡＣ駆動電流を発熱体に通過させるための所定の電流経路を意味する。この経路は基本的に、発熱体の導電性材料の幾何学的構成によって与えられる。
【0033】
発熱体は、単一の抵抗導体経路を含みうる。別の方法として、発熱体は、ＡＣ駆動電流を通過させるための、複数の相互に並列な抵抗導体経路を含んでもよい。
【0034】
複数の相互に並列な抵抗導体経路を含む構成では、複数の抵抗導体経路は、発熱体の共通セクション内で合流してもよい。有利なことに、これは発熱体のコンパクトな設計を提供する。この構成では、制御回路のスイッチング電力増幅器は、複数の並列な抵抗導体経路の各々に対して、説明した少なくとも一つのＬＣネットワークを含みうる。同様に、制御回路のスイッチング電力増幅器は、上述のように、発熱体から制御回路への熱伝達を低減するために、複数の並列な抵抗導体経路の各々に対して少なくとも一つのバイパスコンデンサーを含んでもよい。
【0035】
少なくとも一つの抵抗導体経路または複数の抵抗導体経路のうちの少なくとも一つは、それぞれの加熱経路にＡＣ駆動電流を供給するための二つの供給点を含みうる。二つの供給点は、発熱体の一方の側に配置されることが好ましい。この配置は、発熱体のコンパクトな設計を提供し、また発熱体を制御回路に動作可能に結合することを容易にする。
【0036】
少なくとも一つの抵抗導体経路または複数の抵抗導体経路のうちの少なくとも一つは、それぞれの加熱経路にＡＣ駆動電流を供給するための二つの供給点を含みうる。二つの供給点は、発熱体の一方の側に配置されることが好ましい。この配置により、発熱体のコンパクトな設計が可能となり、また発熱体を制御回路に動作可能に結合することが容易になる。
【0037】
導体経路に沿った放熱、およびそれ故に発熱体の加熱効率は、導体経路の長さの増大に伴い増大する。したがって、抵抗導体経路の幾何学的構成は、できる限り長い経路長さを有するようなものであることが好ましい。
【0038】
少なくとも一つの抵抗導体経路または複数の抵抗導体経路のうちの少なくとも一つは、発熱体の少なくとも一つのセクションに沿ったスリッティングによって形成されてもよい。結果として、少なくとも一つの抵抗導体経路または複数の抵抗導体経路のうちの少なくとも一つは、少なくとも一つのスリットによって形成されうるが、ここで発熱体は、スリットの深さ延長部に沿ってスリットによって完全に中断され、かつスリットの長さ延長部に沿ってスリットによって部分的にのみ中断される。
【0039】
例えば、固体導電性材料で作製されたブレード形状またはロッド状の発熱体は、発熱体の一つの端で開始するが、発熱体の長さ部分に沿って一部分にのみ延びてＵ字形状の導体経路を提供する、一つのスリットを含みうる。
【0040】
同様に、発熱体は、発熱体の同一の端で開始するが、発熱体の長さ部分に沿って一部分にのみ延びて一つの共通の中央分岐を有する二つの並列なＵ字形状の導体経路を提供する、二つの並列なスリットを含んでもよい。
【0041】
複数の抵抗導体経路の場合、制御回路は、それに並列に接続された抵抗導体経路それぞれに対するそれぞれのバイパスコンデンサーを含んでもよい。
【0042】
本発明の好ましい態様によれば、発熱体は、複数の層、特に少なくとも二つの層を含む多層発熱体としうる。有利なことに、発熱体の多層セットアップにより、異なる機能および効果を組み合わせることが可能となるが、ここで各層は少なくとも一つの特定の機能または効果を提供することが好ましい。このため、異なる層は、異なる材料を含んでもよく、および／または異なる幾何学的構成、特に異なる層の厚さを有してもよい。
【0043】
多層セットアップは、導電性強磁性またはフェリ磁性材料を含む本発明による発熱体に関して、特に有利である場合がある。強磁性またはフェリ磁性材料、特に高い透磁率を有する強磁性またはフェリ磁性材料は、むしろ可塑性である。従って、発熱体は、有利なことに、少なくとも一つの支持層および少なくとも一つの加熱層を含む多層発熱体である。少なくとも加熱層は、エアロゾル形成基体を加熱するための導電性の強磁性材料またはフェリ磁性材料を含む。対照的に、支持層は有利なことに、加熱層の強磁性またはフェリ磁性材料と比較して可塑性が少ない材料を含む。特に、支持層の曲げ剛性および／または回転剛性は、加熱層の曲げ剛性および／または回転剛性よりも大きい。こうした構成は有利なことに、支持層に起因する高い機械的剛性、および少なくとも一つの強磁性またはフェリ磁性加熱層に起因する高いＡＣ抵抗およびそれ故に高い加熱効率を組み合わせる。
【0044】
好ましい実施形態によると、多層発熱体は、少なくとも一つの支持層および支持層を挟む少なくとも二つの加熱層を含み、加熱層の少なくとも一つ、好ましくは両方が、導電性の強磁性またはフェリ磁性材料を含む。両方の加熱層は、同一の導電性の強磁性またはフェリ磁性材料を含む、またはそれで作製され、同一の厚さを有することがさらにより好ましい。同一の導電性材料で作製される構成の対称的セットアップは、様々な層の熱膨張挙動の考えられる差異に起因する引張応力状態または圧縮応力状態が補正されるために特に有利である。
【0045】
加熱層はまた、異なる組成を有してもよく、すなわち、加熱層は異なるキュリー温度を有する異なる材料を含んでもよい。有利なことに、これは、例えば、較正または温度制御の目的で、加熱温度についての追加的な情報を提供しうる。
【0046】
少なくとも一つの加熱層または支持層を挟む二つの加熱層は、多層発熱体の縁層であることが好ましい。これにより、発熱体からエアロゾル形成基体への直接的な熱伝達が容易になる。
【0047】
十分な機械的剛性を確保するために、多層加熱組立品の少なくとも一つの層、好ましくは少なくとも支持層は固体材料で作製される。すべての層がそれぞれの固体材料で作製されることがより好ましい。
【0048】
さらに、少なくとも一つの支持層の層の厚さは、少なくとも一つまたは二つの加熱層の層の厚さよりも大きくてもよい。これはまた、十分な機械的剛性を提供することを容易にする。
【0049】
少なくとも一つの支持層は、非導電性材料で作製されうる。したがって、支持層は、二つの加熱層を並列に動作させるように、二つの挟んでいる加熱層を相互に分離する。別の方法として、二つの挟んでいる加熱層が直列に動作するとともに、なおもその間に配置された非導電性支持層によって分離されてもよい。このために、加熱層は、一方の端、特に発熱体の近位端において電気的に接続されうる。この構成では、非導電性の支持層は、発熱体を補強するためだけでなく、二つの加熱層の直列接続からなる発熱体を通る単一の導体経路を形成するためにも使用される。
【0050】
少なくとも一つの支持層はまた、導電性材料を含んでもよい。この場合、支持層のＡＣ抵抗は、少なくとも一つの加熱層のＡＣ抵抗とは異なる、好ましくはそれより低いことが好ましい。特に、少なくとも一つの加熱層が縁層である場合、ＡＣ駆動電流は、加熱層内の少なくとも一部または大部分に流れることが想定されるが、支持層のＡＣ抵抗は、加熱層のＡＣ抵抗よりも低くてもよい。結果として、放熱は主に加熱層内に発生する。さらに、最も低いＡＣ抵抗を有する層のみを取る場合と比較して、ＡＣ抵抗が異なる層を有する多層発熱体の全体的なＡＣ抵抗は、著しく増大しうる。
【0051】
従って、少なくとも一つの加熱層の導電性材料の比抵抗は、少なくとも一つの支持層の導電性材料の比抵抗よりも大きくてもよい。
【0052】
別の方法としてまたは追加的に、少なくとも一つまたは二つの加熱層の導電性材料の相対透磁率は、少なくとも一つの支持層の導電性材料の相対透磁率よりも大きい。少なくとも一つの支持層の導電性材料は、例えば、タングステン、アルミニウム、またはオーステナイトステンレス鋼などの常磁性であることが好ましい。
【0053】
層のそれぞれは、それぞれの隣接する層上にメッキ、堆積、被覆、クラッディングまたは溶接されてもよい。特に、いずれかの層は、スプレー、ディップコーティング、ロールコーティング、電気メッキ、クラッディング、または抵抗溶接によって、それぞれの隣接した層上に塗布されてもよい。
【0054】
多層発熱体は、ロッド構成またはピン構成またはブレード構成であってもよい。ブレード構成の場合、各層自体はブレード構成であってもよい。ロッド構成またはピン構成の場合、多層発熱体は、加熱層として外側ジャケットによって囲まれる、または封入される、または被覆される支持層として内部コアを含みうる。ロッド状の発熱体は、その遠位端からその近位端に向かって発熱体の長さ部分に沿ってのみ延びてそれを通るＵ字形状の導体経路を提供する、長軸方向の中央スリットを含みうる。
【0055】
別の方法として、ロッド状の多層発熱体は、第一の加熱層として内部コア、および第二の加熱層として外側ジャケットを含みうる。内側コアと外側ジャケットとの間に、発熱体はさらに、第一の加熱層と第二の加熱層を分離するように、非導電性材料で作製された中間スリーブを支持層として含んでもよい。ただし、内部コアおよび外側ジャケットは、第一の加熱層と第二の加熱層との間の導体経路を提供するように、一方の端、好ましくはロッド状の発熱体の近位端において電気的に接続されうる。
【0056】
発熱体から制御回路に向けた熱伝達を低減するために、加熱組立品はさらに、制御回路を発熱体と動作可能に結合する導電性コネクターを備えうる。コネクターのＡＣ抵抗は、発熱体のＡＣ抵抗よりも低い。低いＡＣ抵抗により、ジュール加熱によって生じる熱発生は、発熱体と比較して導電性コネクターにおいて著しく減少する。
【0057】
有利なことに、導電性コネクターは、５００ｋＨｚ～３０ＭＨｚ、特に１ＭＨｚ～１０ＭＨｚ、好ましくは５ＭＨｚ～７ＭＨｚの範囲の周波数を有する、発熱体を通過するＡＣ駆動電流に関して、最大で２５ｍΩ、特に最大で１５ｍΩ、好ましくは最大で１０ｍΩ、最も好ましくは最大で１０ｍΩのＡＣ抵抗を有する。
【0058】
導電性コネクターのＡＣ抵抗は、表皮厚さを増大させることによって低減または最小化されうる。次に、表皮厚さは、導電性コネクターの比抵抗を低減すること、または透磁率を低減することの少なくとも一つによって増大する。従って、導電性コネクターの材料特性は、低比抵抗または低透磁率のうちの少なくとも一つを有するように選択されることが好ましい。特に、コネクターの導電性材料の相対透磁率は、発熱体の導電性材料の相対透磁率よりも低いことが好ましい。有利なことに、コネクターの導電性材料は常磁性である。例えば、発熱体はパーマロイＣで作製されてもよく、コネクターはタングステンで作製されてもよい。
【0059】
追加的に、または別の方法として、加熱組立品はさらに、任意の過剰な熱を吸収し、そしてそれ故に制御回路における有害な熱効果を低減するために、制御回路またはコネクターのうちの少なくとも一つに熱的に結合された吸熱器を備えてもよい。吸熱器は、例えば、ヒートシンクまたは熱貯蔵部または熱交換器を含みうる。
【0060】
熱交換器の場合、熱交換器は、特に少なくとも一つの熱電発電機を含みうる。熱電発電機は、ゼーベックの原理に基づいて熱を電力に変換するためのエネルギー変換装置である。少なくとも一つの熱電発電機は、加熱組立品の電源に、または制御回路に直接的に、動作可能に接続されることが好ましい。一例として、熱電発電機は再充電の目的で、変換された電力を供給するために、電池に動作可能に接続されてもよい。
【0061】
吸熱器が熱貯蔵部である場合、吸熱器は相変化材料（ＰＣＭ）を含む。相変化材料は、材料がその相を固体から液体、固体から気体、または液体から気体に、およびその逆に変化する際に、大量のエネルギーを貯蔵および放出する能力を有する高い融解熱を有する物質である。ＰＣＭは無機であってもよく、例えば、塩水和物であってもよい。別の方法として、ＰＣＭは有機、例えば、パラフィンまたは炭水化物であってもよい。
【0062】
ヒートシンクとして、吸熱器は、制御回路またはコネクターのうちの少なくとも一つと熱的に接触する冷却フィンまたは冷却リップを含みうる。加熱組立品がエアロゾル発生装置内に取り付けられる際、冷却フィンまたは冷却リップは、熱が気流通路内に放散されることを許容するように、エアロゾル発生装置の気流通路内に配置されてもよい。
【0063】
上述の通り、発熱体は、温度センサーとして、特にエアロゾル形成基体の温度を制御するように、好ましくは実際の温度を調整するように構成されうる。この可能性は、抵抗発熱体を形成するために使用される抵抗材料の温度依存抵抗特性に依存する。加熱組立品は、発熱体の抵抗を測定するための読み取り装置をさらに備えうる。読み取り装置は、制御回路の一部であってもよい。測定された温度は発熱体の実際の温度に直接対応する。測定された温度はまた、加熱されるエアロゾル形成基体に対する発熱体の位置、および発熱体からエアロゾル形成基体への熱供給の所定の特性に応じて、エアロゾル形成基体の実際の温度を示すものでありうる。
【0064】
加熱組立品、特に制御回路は、発熱体の温度を制御するための温度コントローラをさらに備えうる。このため、温度コントローラは、発熱体を通過するＡＣ駆動電流を制御するように構成されることが好ましく、特に、温度コントローラは、発熱体の抵抗、およびそれ故に温度を測定するために上述の読み取り装置に動作可能に結合されうる。
【0065】
本発明によれば、エアロゾル形成基体と併用するためのエアロゾル発生装置も提供されており、エアロゾル発生装置は、本発明による、および本明細書で説明されている加熱組立品を備える。
【0066】
本明細書で使用される「エアロゾル発生装置」という用語は、少なくとも一つのエアロゾル形成基体と相互作用して、基体を加熱することによってエアロゾルを発生する能力を有する電気的に作動する装置を記述するために使用される。エアロゾル発生装置は、ユーザーによってユーザーの口を通して直接吸入可能なエアロゾルを生成するための吸煙装置であることが好ましい。特に、エアロゾル発生装置は手持ち式のエアロゾル発生装置である。
【0067】
本明細書で使用される「エアロゾル形成基体」という用語は、エアロゾルを形成することができる揮発性化合物を放出する能力を有する基体を意味する。エアロゾル形成基体は固体エアロゾル形成基体であってもよく、または液体エアロゾル形成基体であってもよい。両方の場合において、エアロゾル形成基体は固体成分または液体成分のうちの少なくとも一つを含んでもよい。特に、エアロゾル形成基体は、加熱に伴い基体から放出される揮発性のたばこ風味化合物を含むたばこ含有材料を含んでもよい。それ故に、エアロゾル形成基体は、たばこ含有エアロゾル形成基体であってもよい。たばこ含有材料は、ばらの充填されたたばこまたは詰められたたばこ、またはたばこのシートの集合体もしくはたばこの捲縮したシートを含んでもよい。別の方法として、または追加的に、エアロゾル形成基体は非たばこ材料を含んでもよい。エアロゾル形成基体は、エアロゾル形成体をさらに含んでもよい。適切なエアロゾル形成体の例は、グリセリンおよびプロピレングリコールである。エアロゾル形成基体はまた、その他の添加物および成分（ニコチンまたは風味剤、特にたばこ風味剤など）を含んでもよい。エアロゾル形成基体はまた、ペースト様の材料、エアロゾル形成基体を含む多孔性材料のサシェ、または例えばゲル化剤または粘着剤と混合されたルースたばこであってもよく、これはグリセリンなどの一般的なエアロゾル形成体を含むことができ、これはプラグへと圧縮または成形される。
【0068】
エアロゾル形成基体は、エアロゾルを発生するためにエアロゾル発生装置と相互作用する、エアロゾル発生物品の一部であってもよく、消耗品であることが好ましい。例えば、物品は、固体、好ましくはたばこ含有エアロゾル形成基体を含む従来の紙巻たばこの形状に似た、ロッド状のエアロゾル発生物品であってもよい。別の方法として、物品は、液体、好ましくはたばこ含有エアロゾル形成基体を含むカートリッジであってもよい。
【0069】
エアロゾル発生装置は、エアロゾル形成基体または加熱されるエアロゾル形成基体を含むエアロゾル発生物品を受けるための受入れチャンバーを備えうる。受入れチャンバーは、エアロゾル発生装置の近位端に配置されることが好ましい。受入れチャンバーは、エアロゾル形成基体を受入れチャンバーの中へと挿入するための受入れ開口部を含みうる。一例として、エアロゾル発生装置は、上述の通り、固体エアロゾル形成基体を含むエアロゾル発生物品、または液体エアロゾル形成基体を含むカートリッジを受けるためのくぼみを含みうる。別の方法として、エアロゾル発生装置は、その中に液体エアロゾル形成基体を直接受けるための貯蔵部を備えてもよい。
【0070】
加熱組立品の発熱体は、エアロゾル発生装置の受入れチャンバー内に少なくとも部分的に配置されてもよい。制御回路、および存在する場合には加熱組立品の電源は、エアロゾル発生装置の装置ハウジング内に配置されうる。加熱組立品は、エアロゾル発生装置のグローバル電源から電力供給されることが好ましい。
【0071】
エアロゾル発生装置はさらに、受入れチャンバーを通って延びる気流通路を備えてもよい。装置はさらに、気流通路と流体連通する少なくとも一つの空気吸込み口を備えてもよい。
【0072】
本発明によるエアロゾル発生装置のさらなる特徴および利点については、加熱組立品に関連して既に説明されており、繰り返さない。
【0073】
本発明によると、エアロゾル形成基体を抵抗加熱してエアロゾルを生成するための方法も提供されている。方法は、以下の工程、
－ 加熱されるエアロゾル形成基体を提供する工程と、
－ エアロゾル形成基体を加熱するための導電性の強磁性またはフェリ磁性材料を含む電気抵抗性のある発熱体を提供する工程であって、発熱体が、ＡＣ駆動電流を通過させる際にジュール加熱によって加熱されるように構成される、提供する工程と、
－ エアロゾル形成基体を、エアロゾル形成基体に近接させて、またはエアロゾル形成基体に接触させて配置する工程と、
－ ＡＣ駆動電流を提供する工程と、
－ ＡＣ駆動電流を発熱体に通過させる工程と、を含む。
－ 加熱されるエアロゾル形成基体を提供する工程と、
－ エアロゾル形成基体を加熱するための導電性の強磁性またはフェリ磁性材料を含む電気抵抗性のある発熱体を提供する工程であって、発熱体が、ＡＣ駆動電流を通過させる際にジュール加熱によって加熱されるように構成される、提供する工程と、
－ エアロゾル形成基体を、エアロゾル形成基体に近接させて、またはエアロゾル形成基体に接触させて配置する工程と、
－ ＡＣ駆動電流を提供する工程と、
－ ＡＣ駆動電流を発熱体に通過させる工程と、を含む。
【0074】
方法は、本発明による、および本明細書に記載の通りの加熱組立品またはエアロゾル発生装置を使用して実施されることが好ましい。またはその逆として、本発明による、および本明細書に記載の通りの加熱組立品またはエアロゾル発生装置は、本発明による、および本明細書に記載の通りの方法を使用して動作されうる。
【0075】
加熱組立品に関して上述した通り、ＡＣ駆動電流を提供する工程は、有利なことに、５００ｋＨｚ～３０ＭＨｚ、特に１ＭＨｚ～１０ＭＨｚ、好ましくは５ＭＨｚ～７ＭＨｚの範囲の周波数を有するＡＣ駆動電流を提供することを含む。
【0076】
加熱組立品に関してさらに上述した通り、ＡＣ駆動電流は、スイッチング電力増幅器を使用することにより提供されうる。
【0077】
さらに、スイッチング電力増幅器を使用してＡＣ駆動電流を提供する工程は、スイッチング電力増幅器を２０％（パーセント）～９９％（パーセント）、特に３０％～９５％、好ましくは５０％～９０％、最も好ましくは６０％～９０％の範囲の負荷サイクルで動作させることを含みうる。この範囲の負荷サイクルでスイッチング電力増幅器を動作させることは、有利なことに、制御回路の熱損傷のリスクなしに、制御回路の温度を合理的に低いままとし、なおも発熱体がエアロゾル発生のための十分に高い温度に達することを可能にする。
【0078】
本発明による方法のさらなる特徴および利点については、加熱組立品およびエアロゾル発生装置に関連して既に説明されており、繰り返さない。
本発明を、添付図面を参照しながら、例証としてのみであるがさらに説明する。
本発明を、添付図面を参照しながら、例証としてのみであるがさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【0079】
【図4】本発明による加熱用ブレードの第一、第二、第三および第四の実施形態を概略的に図示する。
【図5】本発明による加熱用ブレードの第一、第二、第三および第四の実施形態を概略的に図示する。
【図6】本発明による加熱用ブレードの第一、第二、第三および第四の実施形態を概略的に図示する。
【図7】本発明による加熱用ブレードの第一、第二、第三および第四の実施形態を概略的に図示する。
【図8】本発明による多層加熱用ブレードの例示的な実施形態を概略的に図示する。
【図9】本発明による多層加熱用ブレードの例示的な実施形態を概略的に図示する。
【図10】本発明による多層加熱用ロッドの例示的な実施形態を概略的に図示する。
【図11】本発明による多層加熱用ロッドの例示的な実施形態を概略的に図示する。
【発明を実施するための形態】
【0080】
図１は、エアロゾル形成基体２１０を抵抗加熱するための、本発明による電気加熱組立品１００を備えるエアロゾル発生装置１の例示的な実施形態の概略図である。
【0081】
エアロゾル発生装置１は、装置１の近位端２において、加熱されるエアロゾル形成基体２１０を受けるための受入れチャンバー２０を含む装置ハウジング１０を備える。本実施形態において、エアロゾル形成基体２１０は固体たばこ含有エアロゾル形成基体である。基体２１０は、ロッド状のエアロゾル発生物品２００の一部である。物品２００は、従来的な紙巻たばこの形状に似ており、装置１の受入れチャンバー２０内で受けられるように構成される。エアロゾル形成基体２１０に加えて、物品２００は、支持要素２２０、エアロゾル冷却要素２３０およびフィルター要素２４０を備える。これらのすべての要素はエアロゾル形成基体２１０に連続して配置され、基体は物品２００の遠位端に配置され、フィルター要素は物品２００の近位端に配置される。基体２１０、支持要素２２０、エアロゾル冷却要素２３０およびフィルター要素２４０は、物品２００の外周面を形成する紙ラッパーによって囲まれている。
【0082】
本発明による加熱組立品の主要概念は、ＡＣ駆動電流を抵抗発熱体１１０に通過させ、これにより、抵抗発熱体１１０がエアロゾル形成基体２１０と熱的に近接する、または密接する、ということに基づく。ＡＣ駆動電流を使用することで、有利なことに、エアロゾル形成基体２１０を加熱するのに適した範囲の温度に達するなど、十分なジュール加熱（表皮効果による）をなおも提供する、大量かつそれ故に機械的に堅牢な発熱体を使用することが可能になる。
【0083】
図１に示す加熱組立品１００の実施形態では、発熱体１１０は、５００ｋＨｚ～３０ ＭＨｚの範囲の周波数を有するＡＣ駆動に対して１０ｍΩ～１５００ｍΩの範囲のＡＣ抵抗Ｒを有する固体の導電性の強磁性またはフェリ磁性材料（例えば、パーマロイ）で作製されたブレードである。加熱用ブレード２１０は固体材料で作製されることが好ましい。有利なことに、この範囲の抵抗は、エアロゾル形成基体２１０を加熱するのに十分に高い。同時に、発熱体１１０は、変形または破損のリスクなしに、エアロゾル形成基体２１０と接触する、およびエアロゾル形成基体２１０と接触しなくなるのに十分な機械的安定性を提供する。特に、発熱体１１０のブレード形状の構成は、エアロゾル発生物品２００をエアロゾル発生装置１の受入れチャンバー２０の中へと挿入する際に、エアロゾル形成基体２１０の中へと容易に貫通させることを可能にする。
【0084】
図１でさらに分かるように、加熱用ブレード１１０は、エアロゾル発生装置１の装置ハウジング１０内に固定して配置され、受入れチャンバー２０内の中心に延びる。加熱用ブレード１１０の近位端１１１における先細りした近位端部分は、装置１の近位端２における受入れ開口部に向かって面している。
【0085】
発熱体１１０に加えて、加熱組立品１００は、発熱体１１０と動作可能に結合され、５００ｋＨｚ～３０ＭＨｚの範囲のＡＣ駆動電流を提供するように構成された制御回路１２０を備える。従って、ＡＣ駆動電流を発熱体１１０に通過させる際、発熱体はジュール加熱によって加熱される。
【0086】
制御回路１２０、およびそれ故に加熱プロセスは、ＤＣ電源１４０によって電力供給される。本実施形態では、ＤＣ電源１４０は、装置１の遠位端３において装置ハウジング１０内に配置された再充電可能電池である。電池は、装置１の他の構成要素にも使用されうるエアロゾル発生装置１の加熱組立品１００の一部またはグローバル電源の一部としうる。
【0087】
図２は、図１に示すエアロゾル発生装置１で使用される加熱組立品１００の回路図の第一の実施形態の概略図である。この第一の実施形態によれば、制御回路１２０は基本的に、ＤＣ電源１４０によって提供されるＤＣ電流／電圧ＩＤＣ／＋ＶＤＣを、発熱体１１０を動作させるための５００ｋＨｚ～３０ＭＨｚの範囲のＡＣ駆動電流に反転するためのＤＣ／ＡＣインバータ１２１を含む。
【0088】
本実施形態では、ＤＣ／ＡＣインバータ１２１はクラスＥ増幅器を含む。クラスＥ増幅器は、トランジスタスイッチＴ１、例えば金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、トランジスタスイッチ駆動回路ＰＧ、およびＬＣ負荷ネットワークを含む。ＬＣ負荷ネットワークは、コンデンサーＣ１とインダクタＬ１の直列接続を含む。さらに、ＬＣ負荷ネットワークは、トランジスタスイッチＴ１に並列、かつコンデンサーＣ１とインダクタＬ１の直列接続に並列な分路コンデンサーＣ２を含む。さらに、制御回路は、クラスＥ増幅器にＤＣ供給電圧＋ＶＤＣを供給するためのチョークＬ２を含む。上述の通り、発熱体は抵抗を構成するだけでなく（小さな）インダクタンスを構成する。したがって、図２による回路図では、発熱体１１０は、抵抗Ｒ１１０とインダクタＬ１１０の直列接続によって表される。発熱体１１０の抵抗負荷Ｒ１１０はまた、インダクタＬ１の抵抗負荷を表しうる。これらの少ない数の構成要素は、ＤＣ／ＡＣインバータ１２１の容積を非常に小さく保つことを可能にし、それ故に加熱組立品１００の全体的な容積も非常に小さく保つことを可能にする。
【0089】
クラスＥ増幅器の一般的な動作原理は一般的に周知である。クラスＥ増幅器およびその一般的動作原理基準の詳細については、例えば、記事「Ｃｌａｓｓ－Ｅ ＲＦ Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ（クラスＥ ＲＦ電力増幅器）」（Ｎａｔｈａｎ Ｏ．Ｓｏｋａｌ、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｒａｄｉｏ Ｒｅｌａｙ Ｌｅａｇｕｅ（ＡＲＲＬ）（米国コネチカット州ニューイントン５）の隔月誌ＱＥＸ、２００１年１月／２月号、９～２０ページに公表）を参照されたい。上記記事は、ＤＣ／ＡＣインバータ１２１の様々な構成要素の寸法について考慮される関連する等式についても説明している。図２に示す第一の実施形態では、インダクタＬ１は、５０ｎＨ（ナノヘンリー）～２００ｎＨ（ナノヘンリー）の範囲のインダクタンスを有してもよく、インダクタＬ２は、０．５μＨ（マイクロヘンリー）～５μＨ（マイクロヘンリー）の範囲のインダクタンスを有してもよく、コンデンサーＣ１およびＣ２は、１ｎＦ（ナノファラド）～１０ｎＦ（ナノファラド）の範囲の静電容量を有してもよい。
【0090】
図３は、加熱組立品１００の回路図の第二の実施形態の概略図である。この第二の実施形態による回路図は、図２に示す第一の実施形態と非常に類似している。従って、同一または類似の構成要素は、同一の参照番号で示されている。図２の回路図に加えて、第二の実施形態の回路図は、発熱体１１０に並列に、すなわち、抵抗Ｒ１１０とインダクタＬ１１０の直列接続に並列に接続されるバイパスコンデンサーＣ３を含む。有利なことに、バイパスコンデンサーＣ３の容量は、ＬＣネットワークのコンデンサーＣ１の容量よりも大きく、特に少なくとも２倍大きく、好ましくは少なくとも５倍大きく、最も好ましくは少なくとも１０倍大きい。したがって、発熱体１１０のバイパスコンデンサーＣ３およびインダクタＬ１１０は、ＡＣ駆動電流の大部分が通過するＬＣ共振器を形成し、ＡＣ駆動回路のわずかな部分のみがＬＣネットワークのインダクタＬ１およびコンデンサーＣ１を介してトランジスタスイッチを通過する。このため、バイパスコンデンサーＣ３は、有利なことに、発熱体１１０から制御回路１２０に向けた、特に、トランジスタスイッチＴ１に向けた熱伝達の減少を生じさせる。バイパスコンデンサーＣ３は、発熱体１１０の近くに配置されるが、制御回路１２０の残りの部分からは離れている場合がある。制御回路１２０の残り部分は、ＰＣＢ（プリント回路基板）上に配置されることが好ましい。
【0091】
発熱体１１０から制御回路１２０に向けた熱伝達は、制御回路１２０を発熱体１１０に動作可能に結合する導電性コネクターを提供することによってさらに低減されうるが、コネクター１３０のＡＣ抵抗は発熱体１１０のＡＣ抵抗よりも低い。これは、例えば、コネクター１３０および発熱体１１０に対して適切な導電性材料を選択することによって達成されうる。特に、それぞれの材料は、コネクター１３０の導電性材料の相対透磁率が発熱体１１０の導電性材料の相対透磁率よりも低くなるように選択されうる。このため、表皮厚さが大きくなり、そしてそれ故にＡＣ抵抗は、発熱体１１０におけるよりもコネクター１３０において低くなる。コネクター１３０の導電性材料は常磁性であることが好ましい。図１に示す実施形態では、発熱体１２０は、例えば、タングステンで作製される二つのコネクター素子１３１、１３２によって動作可能に結合されており、発熱体１１０はパーマロイＣで作製される。
【0092】
追加的に、または別の方法として、加熱組立品は、制御回路１２０に対する有害な熱効果を低減するために、制御回路１２０またはコネクター１３０のうちの少なくとも一つに熱的に結合された吸熱器を備えてもよい。例えば、図２および図３に示されるＬＣ回路のインダクタＬ１は、熱吸収材料内、例えば、高温セメント内に組み込まれうる。
【0093】
図４は、図１による加熱組立品１１０で使用される抵抗加熱用ブレード１１０の拡大図である。この実施形態では、加熱用ブレードは、遠位端１１２から加熱用ブレードの近位端１１１に向かって延びる長軸方向の中央スリット１１３を含む。ただし、加熱用ブレード１１０は、ブレードの長さ延長部に沿ってスリット１１３によって部分的にのみ中断される。対照的に、ブレードは、ブレード１１０の深さまたは厚さ延長部に沿って、スリット１１３によって完全に中断される。その結果、加熱用ブレードは、ＡＣ駆動電流をブレードに通過させるためのＵ字形状の導体経路（破線両方向矢印で示す）を提供する。その遠位端１１２において、導体経路は、ＡＣ駆動電流を供給するための二つの供給点１１４を含む。
【0094】
その近位端１１１において、加熱用ブレード１１０は、ブレードを物品２００のエアロゾル形成基体２１０の中へと容易に貫通することを可能にする先細りした先端部分を含む。
【0095】
加熱用ブレード１１０は、５ｍｍ（ミリメートル）～２０ｍｍ（ミリメートル）、特に１０ｍｍ～１５ｍｍの範囲の長さ、２ｍｍ～８ｍｍ、特に４ｍｍ～６ｍｍの範囲の幅、および０．２ｍｍ～０．８ｍｍ、特に０．２５ｍｍ～０．７５ｍｍの範囲の厚さを有しうる。
【0096】
図５は、加熱用ブレード１１０の第二の実施形態を示す。図４とは対照的に、この第二の実施形態による加熱用ブレード１１０は、加熱用ブレード１１０の長さ部分に沿って相互に並列に延びる二つの長軸方向のスリット１１３．１、１１３．２を含む。その結果、加熱用ブレード１１０は、ＡＣ駆動電流をブレードに通過させるための二つの並列なＵ字形状の導体経路を提供しており、二つの経路（破線両方向矢印によって示す）は、一つの共通分岐を有する。したがって、導体経路は、ＡＣ駆動電流を供給するための合計三つの供給点１１４を含む。並列な二つの経路を有することにより、有利なことに、放熱が増大し、そしてそれ故に加熱効率が高まる。
【0097】
図６および図７は、加熱用ブレード１１０の第三および第四の実施形態を示しており、これらもまた、放熱、およびそれ故に熱効率を高めることを目的としている。両実施形態において、加熱用ブレード１１０は複数のセクションに沿ったスリット１１３を有し、蛇行様またはジグザグ様構成を有する単一の導体経路をもたらす。このため、導体経路の全長およびそれ故に放熱の総量は、図４の構成と比較して著しく増大している。
【0098】
図６に示す第三の実施形態によれば、加熱用ブレード１１０は、加熱用ブレード１１０の長さ部分に沿って相互に並列な二つの長軸方向のスリット１１３．１、１１３．２を含む。二つの長軸方向のスリット１１３．１、１３３．２は、近位端１１１からブレード１１０の遠位端１１２に向かって延びているが、遠位端１１２には達していない。さらに、加熱用ブレード１１０は、二つの並列なスリット１１３．１、１１３．２を少なくとも部分的に囲むＵ字形状のスリット１１３．３を含む。Ｕ字形状のスリット１１３．３の基部は加熱用ブレード１１０の遠位部分に配置され、Ｕ字形状のスリット１１３．３の分岐はブレード１１０の近位端１１１に向かって延びているが、近位端１１１には達していない。さらに、加熱用ブレード１１０は、遠位端１１２から加熱用ブレード１１０の近位端１１１に向かって加熱用ブレード１１０の長さ部分に沿って延びるが、近位端１１１には達していない、長軸方向の中央スリット１１３．４を含む。図６から分かるように、長軸方向の中央スリット１１３．４は、二つの長軸方向軸のスリット１１３．１の間に並列かつ少なくとも一部に延び、Ｕ字形状のスリット１１３．３の基部と交差する。その結果、スリット１１３．１、１１３．２、１１３．３、１１３．４は、蛇行形状またはジグザグ形状の導体経路を提供する。
【0099】
図７に示す第四の実施形態によれば、加熱用ブレード１１０は、加熱用ブレード１１０の遠位端１１２から近位端１１１に向かって加熱用ブレード１１０の長さ部分に沿って延びるが、近位端１１１には達していない、長軸方向の中央スリット１１３．１を含む。長軸方向の中央スリット１１３．１と並行して、加熱用ブレード１１０はさらに、ブレード１１０の長軸方向の端に向かって延びるがこれには達しておらず、これによって、横断方向の構成で中央スリット１１３．１と交差する、複数の横断方向のスリット１１３．２を含む。さらに、加熱用ブレード１１０は、ブレード１１０の両方の長軸方向の端に沿って配置された複数の側面スリット１１３．３を含む。側面スリット１１３．２は、横断方向のスリット１１３．２に対してオフセット構成にある。側面スリット１１３．２それぞれは、ブレード１１０のそれぞれの長軸方向の端から長軸方向の中央スリット１１３．１に向かって延びるが、長軸方向の中央スリット１１３．１には達していない。その結果、スリット１１３．１、１１３．２、１１３．３、１１３．４は、蛇行形状またはジグザグ形状の導体経路を提供する。
【0100】
図８および図９は、多層発熱体１１０の第一の実施形態の概略図である。多層発熱体は、図４に示す加熱用ブレード１１０と本質的に同一の外側形状を有するブレード構成である。従って、同一または類似の構成要素は、同一の参照番号で示されている。図４による加熱用ブレードは実質的に単一の固体導電性材料または部品で作製されるが、図８および９による多層加熱用ブレード１１０は、縁層として二つの加熱層１１０．１、１１０．２と、二つの加熱層１１０．１と１１０．２との間に挟まれた一つの支持層１１０．３とを含む。加熱層１１０．１、１１０．２は、固体導電性強磁性材料、例えば、パーマロイで作製される。強磁性材料はむしろ可塑性であってもよいが、支持層１１０．３は、加熱用ブレード１１０の全体的な機械的剛性を増大させることを目的としている。このために、支持層１１０．３は、例えば、加熱層１１０．１、１１０．２の材料よりも著しく可塑性が少ない固体導電性材料、例えばタングステンまたはステンレス鋼を含む。
【0101】
ＡＣ駆動電流を加熱用ブレード１１０に通過させる際、ＡＣ駆動電流は加熱層１１０．１、１１０．２内の少なくとも一部または大部分に流れることが想定されるが、支持層１１０．３のＡＣ抵抗は、加熱層１１０．１、１１０．２のＡＣ抵抗よりも低くてもよい。結果として、放熱は主に加熱層１１０．１、１１０．２内に発生する。支持層のみを取る場合と比較して、多層発熱体の全体的なＡＣ抵抗は著しく増大する。
【0102】
図８による加熱用ブレード１１０の先細りした近位先端部分の断面図である図９から特に分かる通り、少なくとも二つの加熱層１１０．１、１１０．２は、同一の層の厚さを有し、同一の材料で作製される。このため、加熱用ブレード１１０の全体的なセットアップは対称的であり、それ故に、様々な層の熱膨張挙動の考えられる差異に起因する引張応力状態または圧縮応力状態が補正される。
【0103】
本実施形態では、様々な層１１０．１、１１０．２、１１０．３は、クラッディングによって相互に接続される。
【0104】
図１０および図１１は、多層発熱体１１０の第二の実施形態の概略図である。ブレード構成の代わりに、この実施形態による発熱体１１０はロッド構成である。この構成では、多層発熱体１１０は、支持層１１０．５としての内部コアを含み、これは加熱層１１０．４としての外側ジャケットによって囲まれる。加熱層１１０．４は、固体導電性強磁体材料、例えば、パーマロイで作製される。対照的に、支持層１１０．５は、例えば、加熱層１１０．４の材料よりも著しく可塑性が少ない固体導電性材料、例えばタングステンまたはステンレス鋼で作製される。図８および９に関して上述する通り、支持層１１０．５は、ロッド状の加熱ブレード１１０の全体的な機械的剛性を増大させることを意図している。同様に、ＡＣ駆動電流を加熱用ブレード１１０に通過させる際に、ＡＣ駆動電流は、外側加熱層１１０．４内の少なくとも一部または大部分に流れることが想定され、ここで放熱が主に発生する。
【0105】
図１０によるロッド状の発熱体１１０の断面図である図１１から特に分かる通り、発熱体１１０は、それを通るＵ字形状の導体経路を提供するために、その遠位端１１２からその近位端１１２に向かって、発熱体の長さ部分に沿って延びる長軸方向の中央スリット１１３を含む。
【0106】
その近位端１１１において、ロッド形状の発熱体１１０は、加熱ロッドのエアロゾル形成基体の中への貫通を容易に可能にする先細りした先端部分を含む。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】