JP2016524777A - 誘導加熱装置、誘導加熱装置を備えるエアロゾル送達システム、および同左を操作する方法 - Google Patents

Abstract

サセプタ（21）を備えたエアロゾル形成基質（20）を加熱するための誘導加熱装置（1）は、−装置ハウジング（10）と、−DC電源電圧（VDC）およびDC電流（IDC）を供給するためのDC電源（11）と、−コンデンサー（C2）およびあるオーム抵抗（RCoil）を持つインダクタ（L2）の直列接続を持つLC負荷ネットワーク（1323）を含むDC/ACコンバータ（132）を備えた電源回路（13）と、−インダクタ（L2）をサセプタ（21）に誘導結合するためにエアロゾル形成基質（20）の一部を収容するための、装置ハウジング（10）内のくぼみ（14）とを備える。電源回路（13）はさらに、DC電源電圧（VDC）から、およびDC電流（IDC）から見かけのオーム抵抗（Ra）を、ならびに見かけのオーム抵抗（Ra）からサセプタ（21）の温度（T）を決定するようにプログラムされているマイクロコントローラ（131）を備える。さらに、見かけのオーム抵抗（Ra）の変化を監視し、ユーザーの吸入中のサセプタ（21）の温度低下を示す見かけのオーム抵抗（Ra）の減少が判定された時に、吸入を検出するようプログラムされている。【選択図】図９

Description

本発明は、エアロゾル形成基質を加熱するための誘導加熱装置に関連する。本発明はまた、そうした誘導加熱装置を備えるエアロゾル送達システムに関連する。本発明はさらに、そうしたエアロゾル送達システムを操作する方法に関連する。

従来の技術からは、エアロゾル形成基質（一般にはプラグを備えたたばこ）を備えるエアロゾル送達システムが公知である。エアロゾルを形成できる揮発性化合物を放出できる温度までたばこプラグを加熱するために、加熱用ブレード（一般に、金属製）などの発熱体がたばこプラグに挿入される。エアロゾル形成基質（たばこプラグ）と直に接触している加熱用ブレードの温度は、エアロゾル形成基質の温度を表現するものとして決定される。加熱用ブレードの温度は、加熱用ブレードのオーム抵抗と加熱用ブレードの温度との間の公知の関係を使用して計算される。従って、加熱中に加熱用ブレードのオーム抵抗（例えば、電圧およびアンペア数測定値によって）をモニタリングすることにより、加熱用ブレードの温度は喫煙中の任意の時点で決定できる。喫煙中の任意の時点で温度を決定する能力のため、ユーザーによって喫煙中のどの時点で吸入がなされたかを判断することもできるが、これは、吸入中に抵抗加熱されたブレード上を冷たい空気が流れ、その結果として検出が可能な一時的な温度降下が起こるためである。

その他のエアロゾル送達システムは、加熱用ブレードではなく、誘導加熱装置を備える。誘導加熱装置は、エアロゾル形成基質と熱的に近接して配列されたインダクタを備え、またそのエアロゾル形成基質はサセプタを備える。インダクタの交番磁界は、サセプタ内に渦電流およびヒステリシス損失を発生させ、サセプタにエアロゾル形成基質をエアロゾルを形成できる揮発性化合物を放出できる温度まで加熱させる。サセプタの加熱は無接触の方法で行われるため、エアロゾル形成基質の温度を直接測る方法はない。その理由から、喫煙中にユーザーによって吸入がなされた時点を決定することも困難である。

ただし、エアロゾル形成基質が誘導加熱される時に、喫煙中に吸入がなされた時点を決定できることも望ましい。こうして、誘導加熱装置にとって、吸入がなされた時点を決定できるエアロゾル形成基質の加熱に対するニーズがある。また、エアロゾル形成基質の温度測定を含むエアロゾル送達システムに対するニーズがある。

本発明は、サセプタを備えるエアロゾル形成基質を加熱するための誘導加熱装置を提案するものである。本発明による誘導加熱装置は、
−装置ハウジングと、
−作動時にDC電源電圧およびDC電流を供給するためのDC電源と、
−高周波で動作するように構成された電源回路であって、電源回路がDC電源に接続されたDC/ACコンバータを備え、DC/ACコンバータが低オーム負荷で動作するように構成されたLC負荷ネットワークを備え、ここでLC負荷ネットワークがコンデンサーとあるオーム抵抗を持つインダクタとの直列接続を含むものと、
−装置ハウジング内に配列されたくぼみであって、くぼみがエアロゾル形成基質の少なくとも一部を収容する形状の内部表面を持ち、エアロゾル形成基質の一部がくぼみ内に収容された際に、動作時にLC負荷ネットワークのインダクタがエアロゾル形成基質のサセプタに誘導的に結合されるようにくぼみが配列されているものとを備える。

電源回路はさらに、DC電源のDC電源電圧から、またDC電源から引き出されるDC電流から見かけのオーム抵抗を決定するようプログラムされ、作動時に見かけのオーム抵抗からエアロゾル形成基質のサセプタの温度を決定するようにさらにプログラムされているマイクロコントローラを備える。マイクロコントローラはさらに、見かけのオーム抵抗の変化を監視し、ユーザーの吸入中のサセプタの温度低下を示す見かけのオーム抵抗の減少が判定された時に吸入を検出するようプログラムされている。

エアロゾル形成基質はエアロゾルを形成できる揮発性化合物を放出する能力を持つ基質であることが好ましい。揮発性化合物はエアロゾル形成基質の加熱により放出される。エアロゾル形成基質は固体でも液体でもよく、固体および液体の両方の成分を含んでもよい。好ましい一つの実施形態で、エアロゾル形成基質は固体である。

エアロゾル形成基質はニコチンを含む場合がある。ニコチンを含有するエアロゾル形成基質はニコチン塩マトリクスとしうる。エアロゾル形成基質は植物由来材料を含みうる。エアロゾル形成基質はたばこを含みうるが、たばこ含有材料は揮発性のたばこ風味化合物を含むことが好ましく、これが加熱に伴いエアロゾル形成基質から放出される。

エアロゾル形成基質は均質なたばこ材料を含みうる。均質化されたたばこ材料は、粒子のたばこを凝集することによって形成されうる。存在する場合、均質化したたばこ材料のエアロゾル形成剤含有量は、乾燥重量で5%以上であり、乾燥重量で5〜30重量パーセント以上であることが好ましい。

別の方法として、エアロゾル形成基質は非たばこ含有材料を含みうる。エアロゾル形成基質は均質な植物由来材料を含みうる。

エアロゾル形成基質は少なくとも一つのエアロゾル形成剤を含んでもよい。エアロゾル形成剤は、使用時に、密度が高く安定したエアロゾルの形成を促進し、エアロゾル発生装置の使用温度で実質的に熱劣化耐性のある任意の適切な公知の化合物または化合物の混合物としうる。適切なエアロゾル形成剤は本技術で公知であり、多価アルコール（トリエチレングリコール、1,3-ブタンジオールおよびグリセリンなど）、多価アルコールのエステル（グリセロールモノアセテート、ジアセテートまたはトリアセテートなど）、およびモノカルボン酸、ジカルボン酸またはポリカルボン酸の脂肪族エステル（ドデカン二酸ジメチルおよびテトラデカン二酸ジメチルなど）を含むが、これに限定されない。特に好ましいエアロゾル形成剤は多価アルコールまたはその混合物（トリエチレングリコール、1,3-ブタンジオールおよびグリセリン（最も好ましい）など）である。エアロゾル形成基質は、その他の添加物および成分（芳香成分など）を含みうる。エアロゾル形成基質はニコチンおよび少なくとも一つのエアロゾル形成剤を含むことが好ましい。特に好ましい実施形態で、エアロゾル形成剤はグリセリンである。

DC電源は一般的に、特に本線に接続される電源供給ユニット、一つ以上の使い捨て電池、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電源アンペア数を供給する能力を有するその他の任意の適切なDC電源を備える、適切な任意のDC電源を備えうる。一つの実施形態で、DC電源のDC電源電圧は約2.5ボルト〜約4.5ボルトの範囲であり、DC電源アンペア数は約2.5〜約5アンペアの範囲（DC電源電力約6.25ワット〜約22.5ワットの範囲に相当）である。DC電源は再充電可能電池を備えることが好ましい。こうした電池は一般的に入手可能であり、およそ1.2〜3.5立方センチメートルの許容可能な全体体積を持つ。こうした電池は、実質的に円筒形または長方形の固体形状を持ちうる。また、DC電源はDCフィードチョークを備えうる。

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。

電源回路は高周波で動作するよう構成される。本明細書の目的では、「高周波」という用語は、約1メガヘルツ（MHz）〜約30メガヘルツ（MHz）、特に約1メガヘルツ（MHz）〜約10 MHz（1 MHz〜10 MHzの範囲を含む）、およびさらには約5メガヘルツ（MHz）〜約7メガヘルツ（MHz）（5 MHz〜7 MHzの範囲を含む）の範囲の周波数を意味するものと理解される。

電源回路は、DC電源に接続されたDC/ACコンバータ（これはDC/ACインバータとして具体化されうる）を備える。

DC/ACコンバータのLC負荷ネットワークは、低オーム負荷で動作するよう構成される。「低オーム負荷」という用語は、約2オーム未満のオーム負荷を意味するものと理解される。LC負荷ネットワークは、シャントコンデンサー、およびコンデンサーとあるオーム抵抗を持つインダクタとの直列接続を含む。インダクタのこのオーム抵抗は一般に十分の数オームである。作動時に、サセプタのオーム抵抗はインダクタのオーム抵抗に追加され、インダクタのオーム抵抗よりも高くなるべきだが、これは供給される電力が、電力増幅器の効率を増やすために、またエアロゾルを効果的に生成するためにサセプタからエアロゾル形成基質の残りの部分にできるだけたくさんの熱の伝達が許容されるように、サセプタ内でできるだけ広範囲に熱に変換されるべきためである。

サセプタは誘導的に加熱されうる導体である。「熱的な近接さ」は、適切な量の熱がサセプタからエアロゾル形成基質の残りの部分に伝達されてエアロゾルを生成するように、サセプタがエアロゾル形成基質の残りの部分に対して位置していることを意味する。

サセプタは、磁気的に透過性であるだけでなく、導電性である（導体である、上記参照）ため、渦電流として知られている電流がサセプタ内で生成され、オームの法則に従いサセプタ内を流れる。ジュール熱放散を増やすためにサセプタは低い電気抵抗ρを持つべきである。さらに、表皮効果の理由から、交流の渦電流の周波数が考慮されなければならない（98%を超える電流が、導体の外側表面から表皮の深さδの4倍の層内を流れる）。この点を考慮に入れると、サセプタのオーム抵抗R_Sは、次式で計算される。

式中、
fは交流渦電流の周波数を示す。
μ₀は自由空間の磁気浸透性を示す。
μ_rはサセプタの材料の相対的磁気浸透性を示す。および
ρは、サセプタの材料の電気抵抗を示す。

渦電流により生成される電力損失P_eは次式で計算される。
P_e＝I²・R

式中、
Iは渦電流のアンペア数（rms）を示す。および
R_Sはサセプタの電気（オーム）抵抗を示す（上記参照）。

このP_eの式およびR_Sの計算から、既知の相対透磁率μ_rおよび所定の電気抵抗ρを持つ材料について、渦電流により（熱への変換によって）発生する電力損失P_eは、周波数の増大およびアンペア数（rms）の増大に伴い増加することが明らかなことがわかる。一方、交流渦電流（また、それに対応してサセプタ内で渦電流を誘起する交番磁界）の周波数は、渦電流を発生させるには表皮の深さが小さすぎるため一定のカットオフ周波数より上ではサセプタ内で渦電流をそれ以上生成できなくなるように、渦電流（またはサセプタ内に渦電流を誘起する交番磁界）の周波数の増大に伴い表
皮の深さδは減少するため、任意に増大させることはできない。アンペア数（rms）の増大には、高い磁束密度を持つ交番磁界を必要とし、従って多量の誘導源（インダクタ）を必要とする。

さらに、ヒステリシスに関連付けられた加熱メカニズムによってサセプタ内で発生する。ヒステリシスによって生成された電力損失は次式で計算される。
P_H＝V・W_H・f

式中、
Vはサセプタの体積を示す。
W_Hは、B-H図中で閉ヒステリシスループに沿ってサセプタを磁化するために必要な仕事を示す。および
fは交番磁界の周波数を示す。

サセプタを閉ヒステリシスループに沿って磁化するために必要な仕事W_Hは、次式としても表現できる。

W_Hの最大可能な量は、サセプタの材料属性（飽和残留磁束密度B_R、抗磁性H_C）に依存し、W_Hの実際の量はサセプタ内で交番磁界によって誘起される実際の磁化B-Hループに依存し、またこの実際の磁化B-Hループは磁気励起の大きさに依存する。

サセプタ内で熱（電力損失）を発生させる第三のメカニズムがある。この発熱は、サセプタが外部の交番磁界に晒される時に透磁性のあるサセプタ材料内の磁区の動的損失に起因し、これらの動的損失はまた一般的に交番磁界の周波数の増大に伴い増加する。

上述のメカニズム（主に、渦電流損失およびヒステリシス損失による）に従い、サセプタ内で熱を発生できるようにするために、くぼみを装置ハウジング内に配列する。くぼみは、エアロゾル形成基質の少なくとも一部を収容する形をした内部表面を持つ。くぼみは、くぼみ内にエアロゾル形成基質の一部が収容されると、動作時にLC負荷ネットワークのインダクタがエアロゾル形成基質のサセプタに誘導結合されるように配列される。これは、LC負荷ネットワークのインダクタが、磁気誘導によってサセプタを加熱するために使用されることを意味する。これにより、クラスE電力増幅器の出力インピーダンスを負荷に整合させるための整合ネットワークなどの追加的構成要素の必要性がなくなり、従って、電源回路のサイズのさらなる最小化が許容される。

全体的に、本発明による誘導加熱装置は、基質の無接触加熱のために、小型で使いやすく、効率的、清潔および堅牢な加熱装置を提供する。サセプタは、上記で指定した通り低オーム負荷を形成し、その一方でLC負荷ネットワークのインダクタのオーム抵抗よりも著しく高いオーム抵抗を持つため、従って、わずか5秒でまたはさらには5秒未満の時間間隔で摂氏300〜400度の範囲のサセプタ温度に達することが可能で、その一方で同時に（電力の大部分がサセプタ内で熱に変換されることにより）インダクタの温度は低い。

すでに言及した通り、本発明による誘導加熱装置の一つの態様によれば、装置は、喫煙物品のエアロゾル形成基質を加熱するために構成されている。これは特に、エアロゾル形成基質が摂氏200〜240度の間の平均温度に加熱されるように、その電力がエアロゾル形成基質内のサセプタに供給されることを含む。さらに、装置はたばこを豊富に含む固体喫煙物品のエアロゾル形成基質を加熱するために構成されることがより好ましい。

エアロゾル形成基質が加熱される際、その温度が制御されることが望ましい。エアロゾル形成基質の加熱はサセプタの無接触（誘導性）加熱（上述の通り、主にヒステリシス損失および渦電流損失によって）により実施されるため、これは達成が容易ではなく、従来の技術では、抵抗加熱の温度制御は、抵抗発熱体の温度と発熱体のオーム抵抗の線形依存性による、抵抗発熱体での電圧および電流の測定により達成されてきた。

意外にも、本発明による誘導加熱装置では、サセプタの温度と、DC電源のDC電源電圧およびDC電源から引き出されるDC電流から決定される見かけのオーム抵抗との間には極めて単調な関係がある。この極めて単調な関係により、見かけのオーム抵抗の単一の値はそれぞれ一つの温度についてのみの単一の値を表現したものであり、関係に曖昧さがないため、本発明による（無接触の）誘導加熱装置のそれぞれの見かけのオーム抵抗からのサセプタのそれぞれの温度について明瞭な決定がなされる。これは、サセプタの温度と見かけのオーム抵抗との関係が必ずしも線形であることを意味するのではないが、1つの見かけのオーム抵抗を複数の温度にといった曖昧な割り当てを避けるために、関係は厳密に単調なものでなければならない。サセプタの温度と見かけのオーム抵抗との極めて単調な関係によって、こうしてサセプタの温度の、またこうしてエアロゾル形成基質の決定および制御ができるようになる。下記でさらに詳細に考察する通り、DC/ACコンバータがクラスE増幅器を備える場合、サセプタの温度と見かけのオーム抵抗の間の関係は、少なくとも関心の温度範囲については線形である。

吸入の決定は、追加的な吸入センサーの必要なしに実施できる。これは、いったんユーザーが吸入をするとそれによってエアロゾル形成基質を通過して空気が吸い込まれ、これがサセプタの温度低下につながるという事実による。サセプタのこの温度低下は、対応する見かけのオーム抵抗の減少につながり、またこの温度低下（その結果、対応する見かけのオーム抵抗の減少）の大きさは、吸入がユーザーによってなされたことを示す。

本発明による誘導加熱装置の一つの態様によれば、マイクロコントローラは、見かけのオーム抵抗の減少が10℃〜100℃の範囲、さらに具体的に言えば20℃〜70℃の範囲のサセプタ（21）の温度低下に相当する時に、吸入を検出するようにプログラムされる。

本発明による誘導加熱装置のさらなる態様によれば、マイクロコントローラは、さらに持続時間が0.5秒〜4秒の範囲、さらに具体的に言えば1秒〜3秒の範囲、なおさらに具体的に言えば約2秒である吸入の検出が許容されるようプログラムされる。これにより、検出可能な吸入の持続時間が制限される。ユーザーによっては持続時間が短い吸入を好み、その一方で他のユーザーは持続時間が長い吸入を好む。いったん吸入が終わると、次回の吸入がユーザーによってなされるまで、または温度が望ましい使用温度に達するまで、温度は再び上昇する。

本発明による誘導加熱装置のさらなる態様によれば、装置はさらに、同一のエアロゾル形成基質から既になされた吸入回数を計数するためのカウンターを備え、また（随意に）同一のエアロゾル形成基質から既になされた吸入回数、または同一のエアロゾル形成基質から吸入がなされるために残っている吸入回数、または同一のエアロゾル形成基質から既になされた、および吸入がなされるために残っている吸入回数の両方をユーザーに対して表示するためのインジケータを備える。これは、同一のエアロゾル形成基質からなされる吸入回数や十分な風味を発生させることには限界があるため、ユーザーが吸入をする時に常に風味を十分に楽しめるようにするために有用でありうることから、同一のエアロゾル形成基質から既になされた吸入回数、もしくは吸入がなされるために残っている吸入回数またはその両方がわかることはユーザーにとって有用である。

本発明による誘導加熱装置のさらなる態様によれば、マイクロコントローラはさらに、同一のエアロゾル形成基質からなされる最大吸入回数を許容するようプログラムされる。マイクロコントローラは、カウンターの計数値が同一のエアロゾル形成基質からなされる最大吸入回数に達した時に、DC電源からDC/ACコンバータへのDC電力供給を停止するようプログラムされている。ユーザーにとって同一のエアロゾル形成基質から最大可能な吸入回数を超えて吸入することはできないように、ユーザーによって同一のエアロゾル形成基質から吸入することが可能な吸入回数は装置によって制限があるため、この構成的な手段は、ユーザーが吸入をする時に十分な風味を常に楽しめるようにする。

見かけのオーム抵抗の決定に戻るが、DC電源のDC電源電圧から、およびDC電源から引き出されるDC電流からの見かけのオーム抵抗の決定は、DC電源電圧およびDC電流の両方の測定を含む。ところが、本発明による誘導加熱装置の一つの態様によれば、DC電源は、一定値のDC電源電圧を供給するためのDC電池、特に再充電可能DC電池としうる。これにより、好ましくはAC/DCコンバータを備えた充電装置を介した本線への接続によって、電池の再充電が許容される。一定値のDC電源電圧の供給の場合には、DC電源電圧を測定することがなおも可能であり望ましい場合があるが、（DC電源電圧が定数であるため）こうしたDC電源電圧の測定は強制的なものではない。ところが、見かけのオーム抵抗（これはサセプタの温度の表現）が、一定値のDC電源電圧（この一定値のDC電源電圧が測定されるか、または定数値を持つように決定されるかに関係なく）および測定されたDC電流からその見かけのオーム抵抗を決定できるように、電源回路は、DC電池から引き出されるDC電流を測定するためのDC電流センサーを備える。一般的に、この態様によりDC電流の測定が許容されるが、DC電源電圧までも測定することは必要としない。

上記で言及した通り、ある一定の場合に、DC電源電圧の測定をしないことが可能であるが、本発明による誘導加熱装置の一つの態様によれば、いずれの場合でもDC電源電圧の実際の値を決定できるように、電源回路はDC電源のDC電源電圧を測定するためのDC電圧センサーを備える。

上記で考察した通り、本発明による誘導加熱装置により、温度の制御が許容される。これを特に有利な方法で達成するために、本発明による誘導加熱装置のさらなる態様によれば、マイクロコントローラはさらに、決定されたエアロゾル形成基質のサセプタの温度が事前設定した閾値温度と等しいかまたはそれを超えた時にDC/ACコンバータによってAC電力の発生を中断するようプログラムされ、またこの態様によれば、マイクロコントローラは、決定されたエアロゾル形成基質のサセプタの温度が再び事前設定した閾値温度より低くなった時にAC電力の発生を再開するようプログラムされている。「AC電力の発生を中断」という用語は、AC電力がほとんど発生しない場合や、AC電力の発生が閾値温度を維持するためでのみ低減されている場合も網羅されることが意図される。有利なことに、この閾値温度は特に300℃〜400℃の範囲の温度、例えば350℃としうる標的の使用温度である。本発明による誘導加熱装置は、サセプタがそれぞれの見かけのオーム抵抗に対応する事前設定した閾値温度に達するまでエアロゾル形成基質のサセプタを加熱する。その時点で、サセプタのさらなる加熱が停止され、サセプタが冷えることができるように、DC/ACコンバータによるAC電力のさらなる供給が中断される。いったんサセプタの温度が再び事前設定した閾値温度よりも低くなると、そのことが対応する見かけのオーム抵抗の決定により検出される。その時点で、温度を標的とした使用温度にできる限り近くなるよう維持するためにAC電力の発生が再開される。これは、例えば、LC負荷ネットワークに供給されるAC電力の負荷サイクルを調節することで達成できる。これについては、原則としてWO 2014/040988号に記載されている。

すでに上述した通り、本発明による誘導加熱装置の一つの態様によれば、DC/ACコンバータは、トランジスタスイッチを備えたクラスE電力増幅器と、トランジスタスイッチ駆動回路と、低オーム負荷で動作するよう構成されたLC負荷ネットワークとを備え、LC負荷ネットワークは追加的にシャントコンデンサーを備える。

クラスE電力増幅器は一般的に公知であり、例えば、論文「Class-E RF Power Amplifiers（クラスEのRF電力増幅器）」（Nathan O. Sokal著、隔月雑誌QEX、2001年1月/2月号、9-20ページ、American Radio Relay League（ARRL）（米国コネチカット州ニューイントン）で公表）で詳細に説明されている。クラスE電力増幅器は、高周波数での動作に関して有利であり、それと同時に最小数の構成要素を備えた単純な回路構造を持つ（例えば、1個のトランジスタスイッチのみを必要とするが、これは、2個のトランジスタの一方がオンになっている時に2個のトランジスタのもう一方が確実にオフになるようにする方法で高周波数で制御されなければならない2個のトランジスタスイッチを備えた、クラスD電力増幅器に比べて有利である）。さらに、クラスE電力増幅器については、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、単一のトランジスタスイッチのみを持つ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。

クラスE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。

本発明による誘導加熱装置のさらなる態様によれば、LC負荷ネットワークのインダクタは、くぼみの内部表面上に、またはそれに隣接して配置されたらせん状に巻かれた円筒形のインダクタコイルを備える。

本発明による誘導加熱装置の別の態様によれば、クラスE電力増幅器は出力インピーダンスを持ち、また電源回路はさらに、クラスE電力増幅器の出力インピーダンスを低オーム負荷に整合させるための整合ネットワークを備える。この手段は、低オーム負荷内での電力損失をさらに増大させて、低オーム負荷での熱の発生の増大につなげるのに有用でありうる。例えば、整合ネットワークは小型の整合変成器を備えうる。

本発明による誘導加熱装置のさらなる態様によれば、電源回路の合計体積は2 cm³以下である。これにより、便利で扱いやすい全体的に小型のサイズを持つ装置ハウジング内の電池、電源回路およびくぼみの配列が可能となる。

本発明による誘導加熱装置のさらなる態様によれば、LC負荷ネットワークのインダクタは、くぼみの内部表面上に、またはそれに隣接して配置されたらせん状に巻かれた円筒形のインダクタコイルを備える。有利なことに、インダクタコイルは、長楕円形の形状を持ち、内部体積が約0.15 cm³〜約1.10 cm³の範囲である。例えば、らせん状に巻かれた円筒形のインダクタコイルの内径は約5 mm〜約10 mmとしうるが、好ましくは約7 mmとすることができ、またらせん状に巻かれた円筒形のインダクタコイルの長さは約8 mm〜約14 mmとしうる。コイルワイヤーの直径または厚さは、円形断面のコイルワイヤーまたは平坦な長方形の断面のコイルワイヤーのどちらが使用されるかに応じて約0.5 mm〜約1 mmとしうる。らせん状に巻かれたインダクタコイルはくぼみの内部表面上またはそれに隣接して配置される。くぼみの内部表面上またはそれに隣接して配置されたらせん状に巻かれた円筒形のインダクタコイルにより、装置のサイズがさらに最小化される。

本発明のなおさらなる態様は、上述の通りの誘導加熱装置およびサセプタを備えるエアロゾル形成基質を含む、エアロゾル送達システムに関連する。エアロゾル形成基質の少なくとも一部は、誘導加熱装置のDC/ACコンバータのLC負荷ネットワークのインダクタが動作時にエアロゾル形成基質のサセプタに誘導結合されるように、誘導加熱装置のくぼみ内に収容される。

一例として、エアロゾル形成基質は、喫煙物品のエアロゾル形成基質としうる。特に、エアロゾル形成基質は、喫煙物品（例えば、紙巻たばこなど）で使用されうる、たばこを豊富に含む固体エアロゾル形成基質としうる。

本発明によるエアロゾル送達システムの一つの態様によれば、サセプタはステンレス鋼製である。例えば、ステンレス鋼等級430（SS430）またはステンレス鋼等級410（SS410）、ステンレス鋼等級420（SS420）またはステンレス鋼等級440（SS440）など、各種等級のステンレス鋼を使用できる。その他の等級のステンレス鋼も使用できる。例えば、サセプタは、細片、シート、ワイヤーまたは箔として具体化されうる単一のサセプタ素子であり、これらのサセプタ要素は、長方形、円形、楕円形、またはその他の幾何学形状など、異なる断面幾何学形状を持ちうる。

本発明によるエアロゾル送達システムの特定の態様によれば、サセプタはステンレス鋼の平坦な細片を含みうるが、そのステンレス鋼の平坦な細片の長さは約8ミリメートル〜約15ミリメートルの範囲であり、約12ミリメートルであることが好ましい。さらに平坦な細片の幅は、約3ミリメートル〜約6ミリメートルの範囲としうるが、約4ミリメートルまたは約5ミリメートルであることが好ましい。さらに平坦な細片の厚さは、約20マイクロメートル〜約50マイクロメートルの範囲としうるが、約20マイクロメートル〜約40マイクロメートルの範囲が好ましく、例えば、約25マイクロメートルまたは約35マイクロメートルである。一つの非常に具体的なサセプタの実施形態は、長さを約12ミリメートル、幅を約4ミリメートルおよび厚さを約50マイクロメートルとすることができ、またステンレス鋼等級430（SS430）製としうる。別の非常に具体的なサセプタ実施形態は、長さを約12ミリメートル、幅を約5ミリメートルおよび厚さを約50マイクロメートルとすることができ、またステンレス鋼等級420（SS430）製としうる。別の方法として、これらの非常に特定的な実施形態はまた、ステンレス鋼等級420（SS420）製ともしうる。

本発明のなお別の態様は、上述の通りのエアロゾル送達システムを作動させる方法に関連し、この方法は、
−DC電源のDC電源電圧から、およびDC電源から引き出されるDC電流から、見かけのオーム抵抗を決定する段階と、
−見かけのオーム抵抗から、エアロゾル形成基質のサセプタの温度を決定する段階と、
−見かけのオーム抵抗の変化を監視する段階と、
−ユーザーの吸入中のサセプタの温度低下を示すものである見かけのオーム抵抗の減少が判定された時に、吸入を検出する段階とを含む。

本発明による誘導加熱装置の一つの態様によれば、マイクロコントローラは、見かけのオーム抵抗の減少が、10℃〜100℃の範囲、さらに具体的に言えば20℃〜70℃の範囲のサセプタの温度低下に相当する時に吸入を検出するようにプログラムされる。

本発明による方法のさらなる態様によれば、吸入を検出する段階はさらに、持続時間が0.5秒〜4秒の範囲、さらに具体的に言えば1秒〜3秒の範囲、およびなおさらに具体的に言えば約2秒の吸入の検出を許容する段階を含む。

本発明による方法のなおさらなる態様によれば、本方法は、同一のエアロゾル形成基質から既になされた吸入回数を計数する段階と、同一のエアロゾル形成基質から既になされた吸入回数もしくは同一のエアロゾル形成基質から吸入がなされるために残っている吸入回数、または同一のエアロゾル形成基質から既になされた回数および吸入がなされるために残っている吸入回数の両方を、ユーザーに対して（随意に）表示する段階を含む。

本発明による方法のなおさらなる態様によれば、本方法は、同一のエアロゾル形成基質からなされる最大吸入回数を許容し、カウンターの計数値が同一のエアロゾル形成基質からなされる最大吸入回数に達した時に、DC電源からDC/ACコンバータへのDC電力供給を停止する段階を含む。

本発明による方法の一つの態様によれば、DC電源はDC電池、特に再充電可能DC電池であり、一定値のDC電源電圧を供給する。DC電池から引き出されるDC電流は、一定値のDC電源電圧および測定されたDC電流から見かけのオーム抵抗を決定するために測定される。

本発明による方法のなお別の態様によれば、方法はさらに、
−決定されたエアロゾル形成基質のサセプタの温度が事前設定した閾値温度に等しいかそれ以上になった時、DC/ACコンバータによってAC電力の発生を中断する段階と、
−決定されたエアロゾル形成基質のサセプタの温度が再び事前設定した閾値温度よりも低くなった時にAC電力の発生を再開する段階とを含む。

本発明による方法の利点およびその具体的な態様について上記ですでに考察したため、ここでは反復しない。

本発明のさらなる有益な態様は、図面を用いて、実施形態の以下の記述から明らかになるだろう。

図1は、本発明の誘導加熱装置の基礎を成す一般的な加熱の原理を示す。 図2は、本発明による誘導加熱装置およびエアロゾル送達システムの実施形態のブロック図を示す。 図3は、装置ハウジング内に配列された基本的構成要素を持つ誘導加熱装置を備える、本発明によるエアロゾル送達システムの実施形態を示す。 図4は、本発明による誘導加熱装置の電力電子回路の基本的構成要素の実施形態を示す（整合ネットワークなし）。 図5は、長楕円形の形状を持つらせん状に巻かれた円筒形のインダクタコイルの形態のLC負荷ネットワークのインダクタの実施形態を示す。 図6は、コイルの誘導性およびオーム抵抗を含むLC負荷ネットワークの詳細を示し、またさらに負荷のオーム抵抗を示す。 図7は、吸入がなされる時に明らかな、サセプタの温度に対するDC電源から引き出されるDC電流を表す2つの信号を示す。 図8は、DC電源のDC電源電圧およびDC電源から引き出されるDC電流に対するサセプタの温度を示す。 図9は、誘導加熱装置の電力電子回路の等価回路を示す。

図1は、本発明の基礎となる一般的な加熱の原理を概略的に図示したものである。図1に概略的に示されているのは、その中に喫煙物品2のエアロゾル形成基質20の一部またはすべてが配列されている内部体積を画定する長楕円形の形状を持ち、そのエアロゾル形成基質がサセプタ21を備える、らせん状に巻かれた円筒形のインダクタコイルL2である。サセプタ21を備えたエアロゾル形成基質20を備える喫煙物品2は、図1の右側に別個に示されている拡大断面詳細図に概略的に表現されている。すでに言及した通り、喫煙物品2のエアロゾル形成基質20は、たばこを豊富に含む固体基質としうるが、ただしそれには限定されない。

さらに、図1では、インダクタコイルL2の内部体積内の磁場は、ある特定の時点での多数の磁力線B_Lによって概略的に示されているが、これは、インダクタコイルL2内を流れる交流電流i_L2により発生する磁場は、交流電流i_L2の周波数でその極性が変動する交番磁界であるためであり、これは約1 MHz 〜約30 MHzの範囲（1 MHz〜30 MHzの範囲を含む）とすることができ、特定的には約1 MHz 〜約10 MHzの範囲（1 MHz〜10 MHzの範囲を含み、特に10 MHz未満としうる）とすることができ、非常に特定的には周波数は約5 MHz〜約7 MHzの範囲（5 MHz〜7 MHzの範囲を含む）としうる。サセプタ21内での熱の発生を担う2つの主なメカニズムは、渦電流による電力損失P_e（閉じた円が渦電流を表示）およびヒステリシスによる電力損失P_h （閉ヒステリシス曲線がヒステリシスを表示）であり、これはまた図1に概略的に示す。これらのメカニズムに関しては、これらのメカニズムのより詳細な考察は上記で言及されている。

図3は、本発明による誘導加熱装置1を備えた本発明によるエアロゾル送達システムの実施形態を示す。誘導加熱装置1は、プラスチック製としうる装置ハウジング10、および再充電可能電池110を備えるDC電源11（図2を参照）を備える。誘導加熱装置1はさらに、誘導加熱装置を再充電可能電池110の再充電のための充電ステーションまたは充電装置にドッキングするためのピン120を備えたドッキングポート12を備える。なおさらに、誘導加熱装置1は望ましい周波数で動作するように構成される電源回路13を備える。電源回路13は、適切な電気的接続130を通して再充電可能電池110に電気的に接続されている。また、電源回路13は、図3ではすべては表示されていないが追加的な構成要素を含む一方、特にLC負荷ネットワーク（図4を参照）を備え、これがまたインダクタL2を備えており、これは図3では破線で表示されている。インダクタL2は装置ハウジング10の近位端で装置ハウジング10内に埋め込まれており、くぼみ14を囲んでいるが、これもまた装置ハウジング10の近位端に配列されている。インダクタL2は、図5に示す通り、長楕円形の形状を持つらせん状に巻かれた円筒形のインダクタコイルを備えうる。らせん状に巻かれた円筒形のインダクタコイルL2の半径rは約5 mm〜約10 mmの範囲としうるが、特に半径rは約7mmである。らせん状に巻かれた円筒形のインダクタコイルの長さlは、約8 mm〜約14 mmの範囲としうる。従って、内部体積は、特定のエアロゾル形成基質からの約0.15 cm³〜約1.10 cm³の範囲としうる。

図3に戻るが、誘導加熱装置はさらに、特定のエアロゾル形成基質から既になされた吸入回数を計数するための、（必ずしもそうでなくてもよいが）電源回路13の一体型の部品であることが好ましいカウンター134と、特定のエアロゾル形成基質から既になされた吸入回数を示すため、またはこのエアロゾル形成基質から取り出されるために残っている吸入回数を示すためのいずれか、またはその両方のための装置ハウジング（例えば、ディスプレイ）内に配列されたインジケータ100とを備える。サセプタ21を備えるたばこを豊富に含む固体エアロゾル形成基質20は、動作中に、インダクタL2（らせん状に巻かれた円筒形のインダクタコイル）が、喫煙物品2のたばこを豊富に含む固体エアロゾル形成基質20のサセプタ21に誘導結合されるように、くぼみ14内に装置ハウジング10の近位端に収容される。喫煙物品2のフィルター部分22は、動作時に消費者がエアロゾルをフィルター部分22を通じて引き出しうるように、誘導加熱装置1のくぼみ14の外側に配列されうる。いったん喫煙物品がくぼみ14から除去されると、それを通して喫煙物品2のエアロゾル形成基質20が挿入される開放された遠位端を除き、くぼみは完全に閉じ、かつくぼみ14を画定するプラスチック装置ハウジング10の内側壁によって取り囲まれるため、くぼみ14は簡単に洗浄できる。

図2は、本発明による誘導加熱装置1を備えたエアロゾル送達システムの実施形態のブロック図を示すが、下記に考察する通り、一部任意の態様または構成要素を伴っている。誘導加熱装置1は、サセプタ21を備えたエアロゾル形成基質20とともに、本発明によるエアロゾル送達システムの実施形態を形成する。図2に示すブロック図は、動作方式を考慮に入れて図示したものである。図に示す通り、誘導加熱装置1は、DC電源11（図3では再充電可能電池110を含む）と、マイクロコントローラ（マイクロプロセッサ制御ユニット）131と、DC/ACコンバータ132（DC/ACインバータとして埋め込まれている）と、負荷に適応するための整合ネットワーク133と、インダクタL2とを備える。マイクロプロセッサ制御ユニット131、DC/ACコンバータ132および整合ネットワーク133、ならびにインダクタL2はすべて、電源回路13の部品である（図1を参照）。DC電源11から取り出されるDC電源電圧V_DCおよびDC電流I_DCは、マイクロプロセッサ制御ユニット131へのフィードバック経路により供給されるが、LC負荷ネットワークへ、そして特にインダクタL2へのAC電力P_ACのさらなる供給を制御するために、DC電源11から取り出されるDC供給電圧V_DCおよびDC電流I_DCの両方の測定によることが好ましい。本発明による誘導加熱装置のこの態様は、下記にさらに詳細に説明する。負荷に対する最適な適応のために整合ネットワーク133を提供しうるが、強制的なものではなく、下記により詳細に説明した実施形態には含まれていない。

図4は、電源回路13の、より特定的にはDC/ACコンバータ132の一部の基本的構成要素を示す。図4から分かる通り、DC/ACコンバータには電界効果トランジスタ（FET）1321（例えば、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ電界効果トランジスタ（MOSFET））、切換信号（ゲート・ソース間電圧）をFET 1321に供給するための矢印1322で示したトランジスタスイッチ供給回路、および分路コンデンサーC1、およびコンデンサーC2とインダクタL2の直列接続を含むLC負荷ネットワーク1323を含む、トランジスタスイッチ1320を含む、クラスE電力増幅器が含まれる。さらに、動作中にDC電流I_DCがDC電源11から取り出される、DC電源電圧V_DCを供給するための、チョークL1を備えるDC電源11が図示されている。図4には合計オーム負荷1324を表すオーム抵抗Rも示されており、これは図6に図示されている通り、インダクタL2のオーム抵抗R_Coilと、サセプタ21のオーム抵抗R_Loadの和である。

構成要素の数が非常に少ないため、電源回路13の体積を極端に小さく保つことができる。例えば、電源回路の体積は2 cm³以下としうる。この極端に小さい体積の電源回路は、LC負荷ネットワーク1323のインダクタL2がエアロゾル形成基質20のサセプタ21との誘導結合のためのインダクタとして直接的に使用されているために可能であり、またこの体積が小さいことで誘導加熱装置1の全体寸法が小さく保たれる。サセプタ21との誘導結合のためにインダクタL2以外の別個のインダクタが使用される場合は、それにより電源回路の体積が自動的に増えることになり、この体積は整合ネットワーク133が電源回路に含まれている場合にも増える。

クラスE電力増幅器の概略的な動作原理は公知であり、既に言及した記事「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）の隔月誌QEX、2001年1月／2月号、9〜20ページに公表）に詳細に説明されており、いくつかの概略的原理を以下に説明する。

トランジスタスイッチ供給回路1322は長方形のプロフィールを持つ切換電圧（FETのゲート・ソース間電圧）をFET 1321に対して供給すると仮定する。FET 1321が導通している限り（「オン」状態）、基本的に短絡（低抵抗）を構成し、電流全体がチョークL1およびFET 1321を通過して流れる。FET 1321が非導通の時（「オフ」状態）、FET 1321は基本的に開回路（高抵抗）を表すため、電流全体がLC負荷ネットワークに流れ込む。これら2つの状態間でのトランジスタの切換は供給されるDC電圧およびDC電流をAC電圧およびAC電流に転換させる。

サセプタ21を効率的に加熱するために、供給されたDC電力のできるだけ多くがAC電力の形態でインダクタL2（らせん状に巻かれた円筒形のインダクタコイル）に転送され、その後でインダクタ2に誘導結合されたエアロゾル形成基質20のサセプタ21に転送される。上記でさらに詳しく説明した通り、サセプタ21（渦電流損失、ヒステリシス損失）内で分散される電力がサセプタ21内で熱を発生する。言い換えれば、FET 1321での電力損失が最小化され、サセプタ21での電力損失が最大化されなければならない。

AC電圧／電流の一つの期間中のFET 1321での電力損失は、交流電圧／電流のその期間中の各時点でのトランジスタ電圧と電流の積をその期間全体について積分し、その期間全体について平均化したものである。その期間の一部ではFET 1231は高い電圧を持続しなければならず、またその期間の一部では高い電流を伝導しなければならないため、高い電圧と高い電流が同時に発生することは避けなければならない。これはFET 1231での著しい電力損失につながるためである。FET 1231の「オン」状態では、トランジスタ電圧はほぼゼロであり、高い電流がFET 1231を通過して流れる。FET 1231の「オフ」状態では、トランジスタ電圧は高いが、FET 1231を通過する電流はほぼゼロである。

また、不可避的な切換の移行は期間のいくらかの部分全体にわたる。それでもなお、FET 1231での高い電力損失を表す高い電圧・電流の積は、以下の追加的な手段によって回避できる。第一に、トランジスタを通過する電流がゼロに低下するまで、トランジスタ電圧の上昇を遅延する。第二に、トランジスタを通過する電流が増大し始める前に、トランジスタ電圧がゼロに戻る。これは分路コンデンサーC1およびコンデンサーC2とインダクタL2の直列接続を含む負荷ネットワーク1323によって達成されるが、この負荷ネットワークはFET 1231と負荷1324の間のネットワークである。第三に、ターンオン時のトランジスタ電圧は事実上ゼロである（バイポーラジャンクショントランジスタ「BJT」については、飽和オフセット電圧V_o）。ターンオントランジスタは充電された分流コンデンサーC1を放電せず、そのため分流コンデンサーの蓄積エネルギーの分散が回避される。第四に、ターンオン時のトランジスタ電圧の勾配はゼロである。次に、負荷ネットワークによってターンオントランジスタに注入される電流は制御された適度なレートでゼロから滑らかに増大し、その結果として電力損失が低くなり、その一方、トランジスタのコンダクタンスはターンオン移行時にゼロから高まる。その結果、トランジスタの電圧および電流が同時に高くなることは決してない。電圧および電流の切換の移行は相互に時間がずらされている。

図4に示すDC/ACコンバータ132の各種構成要素の寸法については、下記の等式が考慮されなければならないが、これは一般的に公知であり、また上述の記事「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）の隔月誌QEX、2001年1月／2月号、9〜20ページに公表）に詳細に説明されている。

Q_L（LC負荷回路の線質係数）をどんな場合でも1.7879よりも大きい値であるが、設計者によって選択できる値とし（上述の論文を参照）、さらにPを抵抗Rに供給される出力電力とし、fを周波数とすると、様々な成分は次の等式から数値的に計算される（V_oはFETではゼロ、およびBJTでは飽和オフセット電圧である、上記参照）：
L2＝Q_L・R/2πf
R＝((V_CC−V_o)²/P)・0.576801・(1.0000086−0.414395/Q_L−0.557501/Q_L ²＋0.205967/Q_L ³)
C1＝(1/(34.2219・f・R))・(0.99866 ＋ 0.91424/Q_L−1.03175/Q_L ²)＋0.6/(2πf)²・(L1)
C2＝(1/2πfR)・(1/Q_L−0.104823)・(1.00121＋(1.01468/Q_L−1.7879))−(0.2/((2πf)²・L1)))

これにより、最大出力電圧2.8 Vおよび最大出力電流3.4Aを持つDC電源を使用しておよそ3.4Aの電流が利用可能であり、周波数f＝5 MHz（デューティ比＝50%）、インダクタの誘導性L2がおよそ500nHおよびインダクタL2のオーム抵抗R_Coil＝0.1Ω、誘導性L1が約1μH、ならびにキャパシタンスがコンデンサー C1では7nFおよびコンデンサーC2では2.2nFであると仮定すると、およそ7Wの電力を5〜6秒内に供給するオーム抵抗R＝0.6Ωを有するサセプタの急速な加熱が許容される。実効オーム抵抗R_CoilおよびR_Loadはおよそ0.6Ωである。約83.5%の効率（サセプタ21内で分散される電力/DC電源11の最大電力）を獲得しうるが、これは非常に効果的である。

作動するには、サセプタ21を備えるエアロゾル形成基質20がインダクタ2（例えば、らせん状に巻かれた円筒形のコイル）に誘導結合されるように、喫煙物品2は誘導加熱装置1のくぼみ14（図2参照）に挿入される。次にサセプタ21が上述の通り2、3秒間加熱され、その後、消費者はフィルター22（当然ながら、喫煙物品は必ずしもフィルター22を備える必要はない）を通してエアロゾルを吸い始めうる。

誘導加熱装置および喫煙物品は、一般的に別個にまたは部品のキットとして流通されることができる。例えば、誘導加熱装置と複数の喫煙物品の両方を含む、いわゆる「スターターキット」を流通することが可能である。いったん消費者がこうしたスターターキットを購入すると、その後は消費者はスターターキットに含まれるこの誘導加熱装置とともに使用できる喫煙物品のみを購入しうる。誘導加熱装置は掃除がしやすく、またDC電源が再充電可能電池である場合、これらの再充電可能電池は、ピン120を備えたドッキングポート12に接続される適切な充電装置を使用して再充電が簡単である（または誘導加熱装置は、充電装置の対応するドッキングステーションにドッキングされる）。

DC電源11のDC電源電圧V_DCから、およびDC電源11から取り出されるDC電流I_DCから見かけのオーム抵抗R_aを決定することで、サセプタ21の温度Tを決定することができることは、すでに上記で言及した通りである。これは、意外にも、サセプタ21の温度Tと、DC電源電圧V_DCおよびDC電流I_DCの商との関係が極めて単調であり、クラスE増幅器ではまさに事実上線形でありうるために可能である。こうした極めて単調な関係が、一例として図8に示されている。すでに言及した通り、関係は必ずしも線形でなければならないわけではなく、所定のDC電源電圧V_DCについて、それぞれのDC電流I_DCとサセプタの温度Tの間に曖昧でない関係が存在するように、極めて単調でなければならないのみである。言い換えれば、見かけのオーム抵抗R_a（DC電源電圧V_DCと、DC電源から取り出されるDC電流I_DCの商から決定される）と、サセプタの温度Tとの間に曖昧でない関係が存在する。これは、図9に示す等価回路に対応するが、図中、R_aは、オーム抵抗R_CIRCUIT（これは、実質的にサセプタのオーム抵抗よりも小さい）と、サセプタの温度依存のオーム抵抗R_SUSCEPTORとによって形成される直列接続に相当する。

すでに言及した通り、クラスE増幅器の場合には、見かけのオーム抵抗R_aとサセプタの温度Tとの間のこの極めて単調な関係が実質的に線形であり、少なくとも関心の温度範囲（例えば、100℃〜400℃の温度範囲）では線形である。

見かけのオーム抵抗R_aと、特定の材料でできており特定の幾何学形状を持つ特定のサセプタの温度Tとの関係が公知である場合（例えば、こうした関係は多数の同一のサセプタについてラボで精密に測定した後で個別の測定を平均化することで決定できる）、見かけのオーム抵抗R_aと、この特定のサセプタの温度Tとのこの関係は、エアロゾル送達システムの動作中には、見かけのオーム抵抗 R_aのみを、実際のDC電源電圧V_DC（一般に、これは一定値の電池の電圧）と、DC電源11から取り出される実際のDC電流I_DCから決定する必要があるように、マイクロコントローラ131（図2参照）にプログラムできる。エアロゾル形成装置の動作中には、それぞれのタイプのサセプタのみを識別する必要があり、実際のDC電源電圧およびDC電源から取り出される実際のDC電流を決定することにより、実際に使用されるそれぞれのタイプのサセプタの温度Tの決定について対応する関係（マイクロコントローラ内にすでにプログラム済み）を使用できるように、異なる材料でできており異なる幾何学形状を持つサセプタについての多数のR_aと温度Tのこうした関係を、マイクロコントローラ131にプログラムすることができる。

DC電源電圧V_DCとDC電源11から取り出されるDC電流I_DCの両方が測定できることが可能であり、好ましい場合がある（これは、関連性のあるスペース消費が一切なしに、小規模な回路に簡単に統合できる適切なDC電圧センサーおよび適切なDC電流センサーで達成できる）。ただし、供給電圧V_DCが一定であるDC電源の場合、DC電圧センサーはなくてもよく、DC電源11から取り出されるDC電流I_DCの測定には、DC電流センサーのみが必要である。

図7では、DC電源11から取り出されるDC電流I_DC（上の信号）およびマイクロコントローラ131にプログラムされている、見かけのオーム抵抗R_aとこのサセプタ21の温度Tとの関係から決定されるサセプタ21の温度T（下の信号）を表す2つの信号が図示されている。

図に示す通り、いったんエアロゾル形成基質のサセプタの加熱が開始されると、電流I_DCは高いレベルになり、エアロゾル形成基質のサセプタの温度Tが高くなるとともに減少する（サセプタの温度の上昇が、R_aの増大につながり、これがさらにI_DCの減少につながる）。

この加熱段階中の異なる時点（特に、エアロゾル形成基質がある一定の温度に達した時）で、ユーザーは、エアロゾル形成基質を備え、サセプタがその内部に配列されている喫煙物品から吸入しうる。その時点で、持続時間Dの吸入中に吸い込まれた空気は、エアロゾル形成基質20の温度とサセプタ21の温度の急速な低下ΔTを引き起こす。この温度低下ΔTは、見かけのオーム抵抗R_aの減少につながり、これが次にDC電源11から取り出されるDC電流I_DCの増大につながる。ユーザーが吸入をするこれらの時点は、図7にそれぞれの矢印で示されている（吸入の持続時間Dと温度低下ΔTが示されている最初の吸入を除く）。いったん吸入が終わると、空気はもはや引き込まれず、サセプタの温度は再び上昇し（見かけのオーム抵抗R_aおよびサセプタの温度Tのそれぞれの増大につながる）、それに従いDC電流I_DCは減少する。

一例としてであるが、図7で示した吸入は、30秒毎になされ、持続時間Dは2秒であり、またそれぞれの吸入では55ミリリットルの体積の空気が吸い込まれ、サセプタ21の温度低下ΔTは、例えば約40℃である。いったん温度低下ΔTがこうした吸入が検出されたことを示すと、マイクロコントローラ131によって、同一のエアロゾル形成基質から取り出される吸入を計数するカウンター134は1だけ増え、同一のエアロゾル形成基質から取り出される吸入回数、またはそのエアロゾル形成基質から取り出されるために残っている吸入回数のいずれか、またはその両方を示すインジケータ100が、それに従い増加／減少する。いったん吸入が終わり、加熱中にサセプタ21の温度Tおよび見かけのオーム抵抗R_aが再び増えると（上述の通り）、DC電源11から取り出されるDC電流I_DCはそれに伴い減少する。

図7でさらにわかる通り、DC/ACコンバータは、サセプタ21の温度が事前設定した閾値温度T_th以上になるまでAC電力を発生する。いったんエアロゾル形成基質のサセプタの温度がこの事前設定した閾値温度T_th（例えば、標的の使用温度）以上になると、マイクロコントローラ131は、DC/ACコンバータ132によりその後のAC電力の発生を中断するようプログラムされている。そのため、サセプタ21の温度Tを標的の使用温度に維持することが望ましい。サセプタ21の温度Tが再び閾値温度T_thより低くなった時点で、マイクロコントローラ131は、AC電力の発生を再開するようプログラムされている。

これは、例えば、スイッチングトランジスタの負荷サイクルを調節することにより達成できる。これについては、原則としてWO 2014/040988号に記載されている。例えば、加熱中に、DC/ACコンバータは、サセプタを加熱する交流電流を連続的に発生し、また同時にDC電源電圧V_DCおよびDC電流I_DCは10ミリ秒毎に1ミリ秒間測定される。見かけのオーム抵抗R_aが決定され（V_DCとI_DCの商による）、R_aが事前設定した閾値温度T_thに対応するか、または事前設定した閾値温度T_thを超える温度に対応する値R_aに達すると、スイッチングトランジスタ1231（図4を参照）は、10ミリ秒毎に持続時間1ミリ秒間のみパルスを発生するモードに切り替わる（スイッチングトランジスタの負荷サイクルは、よって約9%のみである）。スイッチングトランジスタ1231のこの1ミリ秒のオン状態（導電状態）の間、DC電源電圧V_DCの値およびDC電流I_DCの値が測定され、見かけのオーム抵抗R_aが決定される。見かけのオーム抵抗R_aは、事前設定した閾値温度T_thより低いサセプタ21の温度Tを表現したものであるため、トランジスタはが切り換わって上述のモードに戻る（よって、スイッチングトランジスタの負荷サイクルは、再びほぼ100%になる）。

例えば、サセプタ21は、長さを約12ミリメートル、幅を約4ミリメートルおよび厚さを約50マイクロメートルとすることができ、またステンレス鋼等級430（SS430）製としうる。別の例として、サセプタは、長さを約12ミリメートル、幅を約5ミリメートルおよび厚さを約50マイクロメートルとすることができ、またステンレス鋼等級420（SS430）製としうる。これらのサセプタはステンレス鋼等級420（SS420）製でもよい。

発明の実施形態を図表の助けを借りて説明してきたが、本発明の基礎になる一般的な教示から逸脱することなく、多くの変更および改良が考えられることは明らかである。従って、保護の範囲は特定の実施形態に限定されることは意図されておらず、むしろ添付した請求の範囲により画定される。

Claims (22)

1. サセプタ（21）を備えたエアロゾル形成基質（20）を加熱するための誘導加熱装置（1）であって、前記誘導加熱装置（1）が、
   −装置ハウジング（10）と、
   −作動時にDC電源電圧（V_DC）およびDC電流（I_DC）を供給するためのDC電源（11）と、
   −高周波で動作するよう構成された電源回路（13）であって、前記電源回路（13）が前記DC電源（11）に接続されたDC/ACコンバータ（132）を含み、前記DC/ACコンバータ（132）が低オーム負荷（1324）で動作するよう構成されたLC負荷ネットワーク（1323）を含み、ここで前記LC負荷ネットワーク（1323）がコンデンサー（C2）とオーム抵抗（RCoil）を持つインダクタ（L2）との直列接続を含むものと、
   −装置ハウジング（10）内に配列されたくぼみ（14）であって、前記くぼみがエアロゾル形成基質（20）の少なくとも一部を収容するような形をした内部表面を持ち、前記くぼみ（14）が、エアロゾル形成基質（20）の一部が前記くぼみ（14）内に収容されると前記LC負荷ネットワーク（1323）のインダクタ（L2）が動作中に前記エアロゾル形成基質（20）の前記サセプタ（21）が誘導結合されるように配列されているものとを備え、
   ここで、前記電源回路（13）が、前記DC電源（11）のDC電源電圧（V_DC）から、および前記DC電源（11）から引き出される前記DC電流（I_DC）から、見かけのオーム抵抗（R_a）を決定するようにプログラムされ、さらに作動時に、見かけのオーム抵抗（R_a）から、前記エアロゾル形成基質（20）のサセプタ（21）の温度（T）を決定するようにプログラムされ、かつさらに見かけのオーム抵抗（R_a）の変化を監視して、ユーザーの吸入中の前記サセプタ（21）の温度低下（ΔT）を示す見かけのオーム抵抗（R_a）の減少が決定された時に、吸入を検出するようプログラムされている、マイクロコントローラ（131）を備える、誘導加熱装置。
2. 前記マイクロコントローラ（131）が、前記見かけのオーム抵抗の減少（R_a）が10℃〜100℃の範囲、さらに具体的に言えば20℃〜70℃の範囲での前記サセプタ（21）の温度低下（ΔT）に相当する時に、吸入を検出するようにプログラムされた、請求項1に記載の誘導加熱装置。
3. 前記マイクロコントローラ（131）がさらに、0.5秒〜4秒の範囲、さらに具体的に言えば1秒〜3秒の範囲、なおさらに具体的に言えば約2秒の持続時間（D）を持つ、吸入の検出を許容するようにプログラムされている、請求項1〜2のいずれか1項に記載の誘導加熱装置。
4. 前記同一のエアロゾル形成基質（20）から既になされた吸入回数を計数するためのカウンター（134）と、随意に、前記同一のエアロゾル形成基質（20）から既になされた吸入回数か、または前記同一のエアロゾル形成基質（20）から吸入がなされるために残っている吸入回数か、または前記同一のエアロゾル形成基質（20）から既になされた吸入回数および吸入がなされるために残っている吸入回数の両方をユーザーに表示するためのインジケータ（100）をさらに備えた、請求項1〜3のいずれか1項に記載の誘導加熱装置。
5. 前記マイクロコントローラ（131）がさらに、同一のエアロゾル形成基質（20）からなされる最大吸入回数を許容し、また前記マイクロコントローラ（131）が、カウンター（134）の計数値が同一のエアロゾル形成基質（20）から吸入がなされる最大吸入回数に達した時に、DC電源（11）からDC/ACコンバータへのDC電力供給を停止するようプログラムされる、請求項4に記載の誘導加熱装置。
6. 前記装置が喫煙物品（2）のエアロゾル形成基質（20）を加熱するために構成されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の誘導加熱装置。
7. 前記DC電源（11）が、一定値のDC電源電圧（V_DC）を供給するためのDC電池、特に再充電可能DC電池であり、また前記電源回路（13）がさらに、前記一定値のDC電源電圧（V_DC）および前記測定されたDC電流から前記見かけのオーム抵抗（R_a）を決定するために、前記DC電池から引き出されたDC電流（I_DC）を測定するためのDC電流センサーを備えた、請求項1〜6のいずれか1項に記載の誘導加熱装置。
8. 前記電源回路（13）がさらに、DC電源（11）のDC電源電圧（V_DC）を測定するためのDC電圧センサーを備えた、請求項1〜7のいずれか1項に記載の誘導加熱装置。
9. 前記マイクロコントローラ（131）が、さらにエアロゾル形成基質（20）のサセプタ（21）の前記決定された温度（T）が事前設定した閾値温度（T_th）以上である時に前記DC/ACコンバータ（132）によりAC電力の発生を中断するようプログラムされ、また前記マイクロコントローラ（132）が、エアロゾル形成基質（20）のサセプタ（21）の前記決定された温度（T）が再び事前設定した閾値温度（T_th）より低くなった時にAC電力の発生を再開するようにプログラムされている、請求項1〜8のいずれか1項に記載の誘導加熱装置。
10. 前記DC/ACコンバータ（132）が、トランジスタスイッチ（1320）を備えたクラスE電力増幅器と、トランジスタスイッチ駆動回路（1322）と、低オーム負荷（1324）で動作するように構成されたLC負荷ネットワーク（1323）であって、前記LC負荷ネットワーク（1323）が追加的にシャントコンデンサー（C1）を備えたものを備えた、請求項1〜9のいずれか1項に記載の誘導加熱装置。
11. 前記クラスE電力増幅器が、出力インピーダンスを持ち、また前記電源回路がさらに前記クラスE電力増幅器の前記出力インピーダンスを低オーム負荷（1324）に整合するための整合ネットワーク（133）を備えた、請求項1〜10のいずれか1項に記載の誘導加熱装置。
12. 前記LC負荷ネットワーク（1323）の前記インダクタ（L2）が、内部表面のくぼみ（14）上またはそれに隣接して配置されている、らせん状に巻かれた円筒形のインダクタコイル（L2）を備えた、請求項1〜11のいずれか1項に記載の誘導加熱装置。
13. 請求項1〜12のいずれか1項に記載の誘導加熱装置（1）およびサセプタ（21）を備えるエアロゾル形成基質（20）を備えたエアロゾル送達システムであって、前記エアロゾル形成基質（20）の少なくとも一部が、前記誘導加熱装置（1）の前記DC/ACコンバータ（132）の前記LC負荷ネットワーク（1323）の前記インダクタ（L2）が動作時に前記エアロゾル形成基質（20）の前記サセプタ（21）に誘導結合されるように前記誘導加熱装置（1）の前記くぼみ（14）内に収容される、誘導加熱装置。
14. 前記喫煙物品の前記エアロゾル形成基質（20）が、たばこを豊富に含む固体エアロゾル形成基質（2）である、請求項13に記載のエアロゾル送達システム。
15. 前記サセプタ（21）がステンレス鋼製である、請求項13または14のいずれか1項に記載のエアロゾル送達システム。
16. 前記サセプタ（21）が、ステンレス鋼の平坦な細片を含み、前記ステンレス鋼の平坦な細片が約8ミリメートル〜約15ミリメートルの範囲の長さ、好ましくは約12ミリメートルの長さを持ち、約3ミリメートル〜約6ミリメートルの範囲の幅、好ましくは約4ミリメートルまたは約5ミリメートルの幅を持ち、かつ約20マイクロメートル〜約50マイクロメートルの厚さ、好ましくは約20マイクロメートル〜約40マイクロメートルの範囲の厚さ、例えば約25マイクロメートルまたは約35マイクロメートルの厚さを持つ、請求項15に記載のエアロゾル送達システム。
17. 請求項13〜16のいずれか1項に記載のエアロゾル送達システムを作動させる方法であって、前記方法が、
    −前記DC電源（11）の前記DC電源電圧（V_DC）から、および前記DC電源（11）から引き出された前記DC電流（I_DC）から、見かけのオーム抵抗（R_a）を決定する段階と、
    −前記見かけのオーム抵抗（R_a）から、前記エアロゾル形成基質（20）の前記サセプタ（21）の前記温度（T）を決定する段階と、
    −見かけのオーム抵抗（R_a）の変化を監視する段階と、
    −ユーザーの吸入時の前記サセプタ（21）の温度低下（ΔT）を示すものである前記見かけのオーム抵抗（R_a）の減少が決定された時に吸入を検出する段階とを含む、エアロゾル送達システムを作動させる方法。
18. 吸入を検出する前記段階が、前記見かけのオーム抵抗の減少（R_a）が10℃〜100℃の範囲、さらに具体的に言えば20℃〜70℃の範囲での前記サセプタ（21）の温度低下（ΔT）に相当する時に、吸入を検出する段階を含む、請求項17に記載の方法。
19. 吸入を検出する前記段階がさらに、持続時間（D）が0.5秒〜4秒の範囲、さらに具体的に言えば1秒〜3秒の範囲、およびなおさらに具体的に言えば約2秒の吸入の検出を許容する段階を含む、請求項17または18のいずれか1項に記載の方法。
20. 同一のエアロゾル形成基質（20）から既になされた吸入回数を計数する段階と、同一のエアロゾル形成基質（20）から既になされた吸入回数もしくは同一のエアロゾル形成基質（20）から吸入がなされるために残っている吸入回数、または同一のエアロゾル形成基質（20）から既になされた回数および吸入がなされるために残っている吸入回数の両方を、ユーザーに対して随意に表示する段階をさらに含む、請求項17〜19のいずれか1項に記載の方法。
21. 同一のエアロゾル形成基質（20）からなされる最大吸入回数を許容する段階と、前記カウンター（134）の計数値が前記同一のエアロゾル形成基質からなされる前記最大吸入回数に達した時に、DC電源（11）からDC/ACコンバータ（132）へのDC電力供給を停止する段階をさらに含む、請求項20に記載の方法。
22. 請求項17〜21のいずれか1項に記載の方法であって、さらに、
    −前記エアロゾル形成基質（20）のサセプタ（21）の前記決定された温度（T）が、事前設定した閾値温度（T_th）と等しいかそれ以上である時に前記DC/ACコンバータ（132）によりAC電力の発生を中断するようプログラムされる段階と、
    −前記エアロゾル形成基質（20）の前記サセプタ（21）の前記決定された温度（T）が再び前記事前設定した閾値温度（T_th）より低くなった時にAC電力の発生を再開する段階とを含む、方法。