JP2022539719A - 導電率センサを備えたエアロゾル発生装置およびシステム - Google Patents
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Abstract
エアロゾル発生システムは、液体エアロゾル形成基体を保持するための液体貯蔵部分と、液体貯蔵部分と流体接続するアトマイザと、導電率センサと、電源と、制御電子回路と、を備える。導電率センサは、少なくとも2つの電極(104、106)を備え、液体貯蔵部分からの液体エアロゾル形成基体の電気導電率を感知するように配設されている。制御電子回路は、液体貯蔵部分から液体エアロゾル形成基体を噴霧するために、電源からアトマイザへの電力の供給を制御することと、電源から導電率センサの電極(104、106)への電力の供給を制御することであって、電力の供給が、交流電圧として導電率センサに供給される、制御することと、を行うように構成されている。制御電子回路は、導電率センサから液体エアロゾル形成基体の導電率を示す1つ以上の測定値を受信することと、導電率センサからの測定値のうちの1つ以上に基づいて、液体エアロゾル形成基体のニコチン濃度を決定することと、を行うようにさらに構成されている。【選択図】図2
Description
本発明は、ニコチンを含むエアロゾル形成基体を噴霧して、エアロゾルを発生させる、エアロゾル発生システムに関する。特に、本発明は、導電率センサを備える、エアロゾル発生システムに関する。本発明はまた、導電率センサおよび導電率センサを備えるカートリッジを備える、エアロゾル発生装置に関する。
液体製剤を加熱してユーザーによる吸入用のエアロゾルを発生させることによって動作する、eシガレットなどのエアロゾル発生システムが幅広く使用されている。典型的には、これらのシステムは、液体製剤を保持する液体貯蔵部分と、液体製剤を気化するためのヒーターと、液体貯蔵部分からヒーターに液体を移動させる芯と、電源と、制御電子回路と、を備える。これらのシステムのいくつかは、再充填可能な液体貯蔵部分を備える。これらのシステムのいくつかは、装置部分および交換可能なカートリッジを備える。いくつかのシステムでは、装置部分は、電源と、制御電子回路と、を収容し、カートリッジは、液体製剤を保持する液体貯蔵部分と、液体製剤を気化するためのヒーターと、液体を液体貯蔵部からヒーターに移動させる芯と、を収容する。
再充填可能な液体貯蔵部分を備えるシステムでは、異なる組成物を有する液体製剤を、液体貯蔵部分が再充填された状態で、液体貯蔵部分に導入してもよい。同様に、装置部分および交換可能なカートリッジを備えるシステムでは、異なるカートリッジは、異なる組成物を有する液体製剤を収容してもよい。特に、異なる液体製剤は、異なる量または濃度のニコチンを含んでもよい。したがって、1つの特定の液体製剤から生成されるエアロゾルは、異なる液体製剤から生成されるエアロゾルとは異なる量または濃度のニコチンを含んでもよい。
エアロゾル発生システムは、液体製剤のニコチン濃度を評価することができることが望ましいであろう。また、エアロゾル発生システムが、異なる液体製剤から生成されるエアロゾルのニコチン濃度を制御することができることが望ましいであろう。また、エアロゾル発生システムとともに使用されるエアロゾル形成基体に関係なく、エアロゾル発生システムの製造を標準化することができることが望ましいであろう。
本開示によると、液体エアロゾル形成基体を保持するための液体貯蔵部分と、液体貯蔵部分と流体接続するアトマイザと、導電率センサと、電源と、制御電子回路と、を備える、エアロゾル発生システムが提供される。導電率センサは、少なくとも2つの電極を備え、液体貯蔵部分からの液体エアロゾル形成基体の電気導電率を感知するように配設されている。制御電子回路は、液体貯蔵部分から液体エアロゾル形成基体を噴霧するために、電源からアトマイザへの電力の供給を制御することと、電源から導電率センサの電極への電力の供給を制御することであって、電力の供給が、交流電圧として導電率センサに供給される、制御することと、を行うように構成されている。制御電子回路は、導電率センサから液体エアロゾル形成基体の導電率を示す1つ以上の測定値を受信し、導電率センサからの測定値のうちの1つ以上に基づいて、液体エアロゾル形成基体のニコチン濃度を決定するようにさらに構成されている。
液体エアロゾル形成基体は、3つの主要成分、典型的にはニコチン、エアロゾル形成体、および水を含み得る。有利なことに、発明者らは、液体エアロゾル形成基体の電気導電率が、液体エアロゾル形成基体のニコチン濃度の表示を提供し得ることを認識した。特に、発明者らは、エアロゾル発生装置の製造業者が、異なるニコチン濃度を有する専有の液体エアロゾル形成基体を製造または販売することも可能であり、エアロゾル発生装置に導電率センサを提供することにより、エアロゾル形成基体の電気導電率に基づいて、どの専有のエアロゾル形成基体が装置内に受け取られるかを、装置が決定することが可能になり得ることを認識した。
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指す。揮発性化合物は、エアロゾル形成基体の加熱によって放出されてもよい。揮発性化合物は、エアロゾル形成基体を振動可能な要素の通路を通じて移動することにより放出されてもよい。
エアロゾル形成基体は、液体エアロゾル形成基体である。エアロゾル形成基体は、液体構成要素と固体構成要素との混合物を含んでもよい。エアロゾル形成基体は、ニコチンを含む。エアロゾル形成基体は、ニコチン塩を含むことが好ましい。エアロゾル形成基体は、植物由来材料を含んでもよい。エアロゾル形成基体は、たばこを含んでもよい。エアロゾル形成基体は、加熱に伴いエアロゾル形成基体から放出される揮発性のたばこ風味化合物を含有するたばこ含有材料を含んでもよい。エアロゾル形成基体は、非たばこ含有材料を含んでもよい。エアロゾル形成基体は、均質化した植物由来材料を含んでもよい。エアロゾル形成基体は、均質化したたばこ材料を含んでもよい。エアロゾル形成基体は、少なくとも1つのエアロゾル形成体を含んでいてもよい。エアロゾル形成体は、使用時に高密度の安定したエアロゾルの形成を容易にし、かつシステムの動作温度にて熱分解に対して実質的に抵抗性である任意の適切な周知の化合物または化合物の混合物である。適切なエアロゾル形成体は当業界で周知であり、これには多価アルコール(トリエチレングリコール、1,3-ブタンジオール、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、テトラデカン二酸ジメチルなど)が含まれるが、これらに限定されない。好ましいエアロゾル形成体は、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。エアロゾル形成基体は、その他の添加物および成分(風味剤など)を含んでもよい。
いくつかの好ましい実施形態では、ニコチンは、ニコチン塩の形態である。いくつかの特に好ましい実施形態では、ニコチン塩は、液体エアロゾル形成基体に存在する唯一の電解質であり得る。いくつかの実施形態では、ニコチン電解質濃度は、液体エアロゾル形成基体中の他の電解質の濃度よりも実質的に高い場合があり得る。したがって、液体エアロゾル形成基体の他の構成要素の濃度の変動が基材の電気導電率に与える影響を無視することが可能であり得る。
液体エアロゾル形成基体の製造業者は、異なる濃度のニコチンを有する異なる専有のエアロゾル形成基体を製造してもよい。エアロゾル形成基体中のニコチンの濃度を変化させるために、製造業者は、所与の量の基材における溶媒の量、例えば、水の量、を減少または増加させることによって、所与の量の基材におけるニコチンの量を逆に増加または減少させてもよい。例えば、製造業者は、所与の量の基材に対する第1の量のニコチンおよび第1の量の水を含む、低ニコチンエアロゾル形成基体と、所与の量の基材に対する、第1の量のニコチンよりも多い第2の量のニコチン、および第1の量の水よりも少ない第2の量の水を含む、高ニコチンエアロゾル形成基体と、を生成することができる。低ニコチンエアロゾル形成基体は、高ニコチンエアロゾル形成基体よりも低い濃度のニコチンを有してもよい。低ニコチンエアロゾル形成基体は、第1の電気導電率を有してもよく、高ニコチンエアロゾル形成基体は、第1の電気導電率よりも大きい第2の電気導電率を有してもよい。第1の電気導電率と第2の電気導電率の差は、温度とともに増大し得る。
液体エアロゾル形成基体は、典型的には、約1マイクロシーメンス/センチメートルと約500マイクロシーメンス/センチメートルとの間で摂氏20度で電気導電率を有してもよく、好ましくは、約1マイクロシーメンス/センチメートルと約400マイクロシーメンス/センチメートルとの間で摂氏20度で電気導電率を有してもよい。導電率センサは、これらの範囲内のエアロゾル形成基体の電気導電率を測定するのに適していることが好ましい。
導電率センサは、システム内の液体エアロゾル形成基体の導電率を感知するための任意の適切なタイプのセンサであってもよい。
導電率センサは、エアロゾル発生システム内の任意の適切な場所に配設され得る。導電率センサは、液体貯蔵部分内に配設され得る。導電率センサは、液体貯蔵部分に、またはその周りに配設され得る。導電率センサは、アトマイザに、またはその周りに配設され得る。導電率センサは、液体貯蔵部分とアトマイザとの間に配設され得る。いくつかの実施形態では、導電率センサは、アトマイザとは別個の構成要素である。いくつかの好ましい実施形態では、アトマイザは、導電率センサを備える。これらの好ましい実施形態では、アトマイザは、1つ以上の要素を備えてもよく、導電率センサの電極のうちの少なくとも1つは、アトマイザの要素を備えてもよい。
導電率センサの電極は、任意の適切な形態を有してもよい。例えば、電極は、複数のフィラメントを備える、コイル電極、リング電極、またはメッシュ電極であってもよい。いくつかの実施形態では、電極は、液体エアロゾル形成基体に接触するように配設されてもよい。いくつかの実施形態では、電極は、電極が液体エアロゾル形成基体と接触しないように配設され得る。言い換えれば、電極は、液体エアロゾル形成基体から分離されてもよい。
いくつかの第1の好ましい実施形態では、導電率センサは、2つの電極を備える。これらの第1の好ましい実施形態の導電率センサは、2点導電率センサと呼んでもよい。
2つの電極は、くぼみが電極間に形成されるように離間されてもよい。例えば、2つの電極は、約1ミリメートル~約20ミリメートルの距離だけ離間されてもよい。本明細書で使用される場合、用語「くぼみ」は、2つの電極間の任意の適切なギャップまたは空間を指し、同じ平面内に配設された2つの完全に平坦な電極間の二次元空間と、2つの電極間の三次元空間の両方を含む。2つの電極は、液体エアロゾル形成基体が電極間のくぼみ内に配置され得るように配設されてもよい。2つの電極は、液体貯蔵部分からの液体エアロゾル形成基体と接触するように配設されることが好ましい。2つの電極は、液体エアロゾル形成基体が電極間のくぼみ内に配置されないときに、2つの電極が互いに電気的に絶縁されるように配設され得る。
これらの第1の好ましい実施形態では、制御電子回路は、交流電圧として電源から電極に電力を供給するように構成されてもよい。制御電子回路はまた、電極から、液体エアロゾル形成基体の導電率を示す1つ以上の測定値を受信するように構成されてもよい。
これらの第1の好ましい実施形態では、液体エアロゾル形成基体が電極間のくぼみ内に配置されるときに、2つの電極にわたって交流電圧を印加すると、電極間のくぼみ内の液体エアロゾル形成基体を通して、2つの電極間に交流電流が流れ得る。制御電子回路は、2つの電極間の電流を測定するように構成されてもよい。制御電子回路は、2つの電極間の電圧を測定するように構成されてもよい。測定された電流および電圧のうちの1つ以上を使用して、2つの電極間のくぼみ内に配置された液体エアロゾル形成基体の電気導電率を決定してもよい。
これらの第1の好ましい実施形態では、制御電子回路は、約1kHz~約500kHzの周波数で導電率センサに交流電圧を供給するように構成され得る。
いくつかの第2の好ましい実施形態では、導電率センサは、4つの電極を備える。これらの第2の好ましい実施形態の導電率センサは、4点導電率センサと呼んでもよい。
導電率センサは、2つの内側電極および2つの外側電極を備え得る。2つの外側電極は、外側くぼみが2つの外側電極の間に形成されるように離間されてもよい。例えば、2つの外側電極は、約5ミリメートル~約20ミリメートルの距離だけ離間されてもよい。2つの内側電極は、2つの内側電極の間で内側くぼみを形成するように離間されてもよい。例えば、2つの内側電極は、約5ミリメートル~約20ミリメートルの距離だけ離間されてもよい。いくつかの実施形態では、2つの内側電極は、2つの外側電極の間で外側くぼみ内に配設されている。これらの実施形態では、2つの内側電極は、約1ミリメートル~約18ミリメートルの距離だけ離間されてもよい。
2つの外側電極は、液体エアロゾル形成基体が2つの外側電極の間で外側くぼみ内に配置され得るように配設されてもよい。2つの外側電極は、液体エアロゾル形成基体が外側電極間の外側くぼみ内に配置されないときに、2つの外側電極が互いに電気的に絶縁されるように配設され得る。
2つの内側電極は、液体エアロゾル形成基体が2つの内側電極の間で内側くぼみ内に配置され得るように配設されてもよい。2つの内側電極は、液体エアロゾル形成基体が内側電極間で内側くぼみ内に配置されないときに、2つの内側電極が互いに電気的に絶縁されるように配設され得る。2つの内側電極はまた、液体エアロゾル形成基体が内側電極の間で内側くぼみ内に配置されないときに、2つの内側電極が2つの外側電極から電気的に絶縁されるように配設され得る。
2つの外側電極および2つの内側電極は、液体貯蔵部分からの液体エアロゾル形成基体と接触するように配設されることが好ましい。
これらの第2の好ましい実施形態では、制御電子回路は、交流電圧として電源から外側電極に電力を供給するように構成されてもよい。制御電子回路は、外側電極から、液体エアロゾル形成基体の導電率を示す1つ以上の測定値を受信するように構成されてもよい。制御電子回路は、内側電極から、液体エアロゾル形成基体の導電率を示す1つ以上の測定値を受信するように構成されてもよい。
これらの第2の好ましい実施形態では、液体エアロゾル形成基体が2つの外側電極の間で外側くぼみ内に配置されるときに、2つの外側電極にわたって交流電圧を印加すると、外側くぼみ内に配置された液体エアロゾル形成基体を通して、2つの外側電極間に交流電流が流れ得る。液体エアロゾル形成基体が外側くぼみ内に配置されるときに、液体エアロゾル形成基体がまた、2つの内側電極の間で、内側くぼみ内に配置される。交流電流が2つの外側電極の間に流れるときに、交流電流はまた、2つの内側電極にわたって交流電圧を確立する2つの内側電極の間に流れる。
制御電子回路は、2つの内側電極間の電圧降下を測定するように構成されてもよい。2つの内側電極の間で測定された電圧降下を使用して、2つの内側電極の間で、内側くぼみ内に配置された液体エアロゾル形成基体の電気導電率を決定してもよい。制御電子回路は、2つの外側電極間の電流を測定するように構成されてもよい。2つの外側電極の間で測定された電流を使用して、外側くぼみ内に配置された液体エアロゾル形成基体の電気導電率を決定してもよい。いくつかの特に好ましい実施形態では、制御電子回路は、2つの内側電極の間で測定された電圧降下、および2つの外側電極の間で測定された電流を使用して、液体エアロゾル形成基体の電気導電率を決定するように構成されている。液体エアロゾル形成基体の電気導電率は、印加電流に比例し得る。
有利なことに、4点導電率センサは、導電率センサによる電圧測定値に対する寄生抵抗の影響を最小化し得る。電極と接触しているリード間の接触抵抗などの、導電率センサの寄生抵抗は、電圧測定値に誤差を引き起こす可能性がある。有利なことに、第2の好ましい実施形態の4つの電極の配設は、電圧測定値を電流測定値から分離することを可能にする。電圧測定値を電流測定値から分離することによって、電圧測定値に対する寄生抵抗の影響を最小化することが可能になり得る。
第2の好ましい実施形態の4点導電率センサでは、内側電極は、内側電極間の電流が外側電極間の電流駆動と実質的に同じになるように配設されている。内側電極の両端の電圧が高インピーダンスで測定される場合、内側電極間の電流と比較して、内側電極に接続されたリードを通して無視できる電流が引き出されてもよい。内側電極に接続されたリードを通る電流は、内側電極間の電流と比較して無視可能であるため、寄生抵抗から生じる内側電極に接続されたリードにわたる電圧降下は、内側電極にわたる電圧降下と比較して無視可能であり得る。結果として、内側電極にわたる電圧の測定は、寄生抵抗からの最小限または無視できる寄与を含み得る。
さらに、2つの内側電極にわたる電圧の測定値が無視できる電流を引き出すため、2つの内側電極における液体エアロゾル形成基体の分極も無視できる可能性があり、第2の好ましい実施形態の4つの電極配設における電圧測定値に対する分極の影響を最小限にすることができる。
これらの第2の好ましい実施形態では、制御電子回路は、約1kHz~約500kHzの周波数で導電率センサに交流電圧を供給するように構成され得る。
これらの第2の好ましい実施形態のいくつかでは、2つの内側電極は、サセプタ素子であってもよい。本明細書で使用される「サセプタ素子」という用語は、電磁エネルギーを熱に変換する能力を有する材料を含む要素を指す。サセプタ素子が交流電磁場内に位置しているときに、サセプタは加熱される。サセプタ素子の加熱は、サセプタ材料の電気的特性および磁性に依存して、サセプタ内で誘発されるヒステリシス損失および渦電流のうちの少なくとも1つの結果であり得る。したがって、外側電極を加熱するために2つの外側電極に交流電圧を印加することは、2つの内側電極に電流を誘導し得る。2つの内側電極内に誘導される電流は、2つの内側電極を加熱するのに十分であり得る。
サセプタ素子は、任意の適切な材料を含み得る。サセプタ素子は、エアロゾル形成基体から揮発性化合物を放出するのに十分な温度に誘導加熱され得る任意の材料から形成されてもよい。細長いサセプタ素子に適した材料には、黒鉛、モリブデン、炭化ケイ素、ステンレス鋼、ニオブ、アルミニウム、ニッケル、ニッケル含有化合物、チタン、および金属材料の複合体が含まれる。好ましいサセプタ素子は金属または炭素を含む。有利なことに、サセプタ素子は、例えばフェライト鉄、強磁性鋼またはステンレス鋼などの強磁性合金、強磁性粒子、およびフェライトなどの強磁性材料を含む、またはその強磁性材料から成り得る。
いくつかの第3の好ましい実施形態では、導電率センサは、第1の電極および第2の電極である、2つの電極を備える。好ましくは、各電極はコイルを形成する。第1の電極は、交流電圧が第1の電極に供給されるときに、第2の電極に電流を誘導するように配設されている。2つの電極は、くぼみが電極間に形成されるように離間されてもよい。2つの電極は、2つの電極が互いに電気的に絶縁されるように配設されてもよい。
第1の電極および第2の電極がコイルを形成する場合、第1の電極コイルは、第1の内側くぼみの周りに巻き付けられ得る。第2の電極コイルは、第2の内側くぼみの周りに巻き付けられてもよい。第1の電極および第2の電極は、第1の内側くぼみが第2の内側くぼみと整列するように配設されてもよい。第1の内側くぼみおよび第2の内側くぼみは、内側くぼみを画定し得る。内側くぼみは、液体エアロゾル形成基体が流れ得る通路を画定し得る。
これらの第3の好ましい実施形態の導電率センサは、誘導性導電率センサと呼んでもよい。
これらの第3の好ましい実施形態では、制御電子回路は、第1の電極に交流電圧を供給するように構成されてもよい。制御電子回路は、第2の電極から、液体エアロゾル形成基体の導電率を示す1つ以上の測定値を受信するようにさらに構成されてもよい。
これらの第3の好ましい実施形態では、液体エアロゾル形成基体が第1の電極と第2の電極との間の内側くぼみ内に配置されるときに、第1の電極に交流電圧を印加することによって、誘導を介して第2の電極に交流電流を発生させることが引き起こされ得る。第1の電極に印加される交流電圧は変動する磁界を発生させ、これが内部くぼみ内に配置された液体エアロゾル形成基体を通って電流を流すことを引き起こす。内側くぼみ内に配置される液体エアロゾル形成基体を流れる電流の大きさおよび方向は、第2の電極で発生する交流電流に影響を与える。制御電子回路は、第2の電極に誘導された電流または電圧を測定するように構成され得る。測定された電流または電圧を使用して、第1の電極と第2の電極との間の内側くぼみ内に配置された液体エアロゾル形成基体の電気導電率を決定してもよい。第2の電極に誘導される電流は、液体エアロゾル形成基体の電気導電率に比例し得る。
これらの第3の好ましい実施形態では、第1および第2の電極は、エアロゾル形成基体から遮蔽または分離されてもよい。言い換えれば、第1および第2の電極は、第1および第2の電極が液体エアロゾル形成基体と接触しないように配設されてもよい。第1および第2の電極は、導電率センサハウジング内に配設され得る。導電率センサハウジングは、第1の内側くぼみおよび第2の内側くぼみを含む、内側くぼみを画定し得る。導電率センサハウジングは、任意の適切な材料から作製され得る。導電率センサハウジングは、液体エアロゾル形成基体に対して実質的に不透過性である材料から作製され得る。導電率センサハウジングは、電気絶縁性の材料から作製され得る。例えば、適切な電気的な絶縁材料には、ガラス、プラスチックおよびセラミック材料が含まれる。本明細書で使用される場合、電気絶縁性の材料は、20℃で、約1X106Ωm、一般的には約1X109Ωm~約1X1021Ωmの体積抵抗率を有する材料を指す。
誘導性導電率センサは、エアロゾル発生システム内の任意の適切な場所に配設され得る。誘導性導電率センサは、液体貯蔵部分内に配設されることが好ましい。好ましくは、誘導性導電率センサは、液体貯蔵部分に配設され、液体貯蔵部分に保持される液体エアロゾル形成基体は、第1の電極と第2の電極との間の内側くぼみを通って流れることができる。
これらの第3の好ましい実施形態では、制御電子回路は、約1MHz~約100MHzの周波数で導電率センサに交流電圧を供給するように構成されてもよい。
これらの第3の好ましい実施形態では、第1の電極コイルは、任意の適切な巻数を有してもよい。第2の電極コイルは、任意の適切な巻数を有してもよい。第2の電極コイルは、第1の電極コイルと同じ巻数を有することが好ましい。第1の電極コイルは、任意の適切な形態を有してもよい。例えば、第1の電極コイルは、渦巻きコイルまたはトロイドであってもよい。第2の電極コイルは、任意の適切な形態を有してもよい。例えば、第2の電極コイルは、渦巻きコイルまたはトロイドであってもよい。第2の電極コイルは、第1の電極コイルと同じ形態を有することが好ましい。特に好ましくは、第1の電極コイルおよび第2の電極コイルは、同一のトロイドを備える。
制御電子回路は、電源から導電率センサの電極への電力の供給を制御する。導電率センサに提供される電力の供給は、交流電圧として提供される。交流電圧は、任意の適切な周波数で導電率センサの電極に供給されてもよい。
制御電子回路は、導電率センサからの測定値のうちの1つ以上に基づいて、液体エアロゾル形成基体のニコチン濃度を決定するように構成されている。制御電子回路は、任意の適切な様式でニコチン濃度を決定するように構成され得る。一実施例では、電気導電率とニコチン濃度との間の所定の機能的関係が公知であってもよい。適切なアルゴリズムは、制御電子回路のメモリに記憶されてもよく、制御電子回路は、導電率の測定値を記憶されたアルゴリズムに適用することによって、ニコチン濃度を計算するように構成されてもよい。別の実施例では、既知のニコチン濃度に対する所定のエアロゾル形成基体の電気導電率値は、制御電子回路のメモリ内のルックアップテーブルに記憶されてもよく、電気導電率の測定値は、エアロゾル形成基体のニコチン濃度を決定するための記憶された電気導電率の値と比較されてもよい。既知のニコチン濃度に対する所定のエアロゾル形成基体の導電率値は、キャリブレーションによって決定されてもよく、これは、典型的には、エアロゾル発生システムが使用のためにユーザーに提供される前に工場で実施される。
当然のことながら、液体エアロゾル形成基体中のニコチンの濃度の表示の決定は、必ずしも、ニコチン濃度値の計算を伴うものではなく、または制御電子回路のメモリ内に記憶されたルックアップテーブル内のニコチン濃度の記憶された値を伴うものではなくてもよい。例えば、本発明によるいくつかの実施形態では、液体エアロゾル形成基体中のニコチン濃度の決定は、アトマイザに供給する特定の電力を決定するための電気導電率の測定値の使用を含む。これらの実施形態では、電気導電率の測定値を使用してアトマイザに供給するための電力の決定は、液体エアロゾル形成基体のニコチン濃度と電気導電率との間の所定の関係に基づく。
いくつかの実施形態では、制御電子回路は、液体エアロゾル形成基体の決定されたニコチン濃度に基づいて、液体エアロゾル形成基体を噴霧するために、電源からアトマイザへの電力の供給を制御するようにさらに構成されている。有利なことに、これは、エアロゾル発生システムが、エアロゾル形成基体のニコチン濃度に基づいて、システムによって生成されるエアロゾルの量を制御することを可能にし得る。
好ましくは、制御電子回路は、決定されたニコチン濃度を所定の閾値と比較することによって、液体エアロゾル形成基体の決定されたニコチン濃度に基づいて、液体エアロゾル形成基体を噴霧するために、電源からアトマイザへの電力の供給を制御するように構成されている。制御電子回路は、決定されたニコチン濃度が所定の閾値以下であるときに、アトマイザに第1の電力を供給するようにさらに構成されてもよい。制御電子回路は、決定されたニコチン濃度が所定の閾値を超えるときに、第1の電力よりも低い第2の電力をアトマイザに供給するようにさらに構成されてもよい。こうした構成は、ニコチンの決定された濃度が比較的低いときに、ユーザー体験中に比較的大量のエアロゾルを発生させてもよく、ニコチンの決定された濃度が比較的高いときに、比較的少量のエアロゾルを発生させてもよい。ユーザー体験において発生するエアロゾルの量を変化させることは、ユーザー体験中にユーザーに送達されるニコチンの量を変化させ得る。有利なことに、これは、液体エアロゾル形成基体のニコチン濃度に関係なく、エアロゾル発生システムが、ユーザー体験中に一貫した量のニコチンをユーザーに送達することを可能にし得る。
制御電子回路は、電源からアトマイザに供給される電力を、離散的に増分で制御するように構成されてもよい。例えば、複数の離散的な電力設定は、制御電子回路のメモリ内のルックアップテーブルに記憶されてもよく、各電力設定は、特定の所定のニコチン濃度および電気導電率と関連付けられており、制御電子回路は、導電率測定値を、ルックアップテーブル内に記憶された電気導電率値と比較し、導電率測定値に合致する記憶された電気導電率値に関連付けられた電力設定に基づいて、電源からアトマイザに電力を適用するように構成されてもよい。
制御電子回路は、電源からアトマイザに供給される電力を、連続的に制御するように構成されてもよい。制御電子回路は、電気導電率の関数として、電源からアトマイザに供給される電力を制御するように構成されてもよい。所定のアルゴリズムは、制御電子回路のメモリ上に記憶されてもよく、導電率測定値は、所定のアルゴリズムに適用されて、電源からアトマイザに供給される電力を決定することができる。
制御電子回路は、任意の適切なときに、電源から導電率センサの電極に電力を供給するように構成され得る。好ましくは、制御電子回路は、電力が、液体エアロゾル形成基体を噴霧するために電源からアトマイザに供給される前に、電源から導電率センサの電極に電力を供給するように構成されている。有利なことに、これは、制御電子回路が、液体エアロゾル形成基体の決定されたニコチン濃度に基づいて、電源からアトマイザに供給される電力を制御することを可能にし得る。
液体エアロゾル形成基体の電気導電率は、エアロゾル形成基体の温度に応じて変化し得る。
いくつかの実施形態では、エアロゾル発生装置は、温度センサを備え得る。制御電子回路は、温度センサから1つ以上の温度測定値を受信するように構成され得る。制御電子回路は、温度センサからの1つ以上の温度測定値に基づいて、ニコチン濃度の決定を調整するようにさらに構成されてもよい。
温度センサは、液体エアロゾル形成基体の温度を感知するための任意の適切なタイプの温度センサとし得る。適切なタイプの温度センサには例えば、数ある中で、熱電対、サーミスタ、抵抗温度センサが含まれる。
温度センサは、液体エアロゾル形成基体の温度を感知するように配設され得る。温度センサは、導電率センサに対して任意の適切な場所に配設され得る。好ましくは、温度センサは、温度センサによって感知される液体エアロゾル形成基体と導電率センサによって感知される液体エアロゾル形成基体の温度差を最小化するために、導電率センサに、またはその周りに配設される。温度センサは、液体貯蔵部分内に配設され得る。温度センサは、アトマイザに、またはその周りに配設され得る。温度センサは、液体貯蔵部分とアトマイザとの間に配設され得る。いくつかの実施形態では、温度センサは、アトマイザとは別個の構成要素である。いくつかの実施形態では、アトマイザは、温度センサを備える。
制御電子回路は、任意の適切な様式で、温度測定値に基づいて、ニコチン濃度の決定を調整し得る。
一実施例では、温度と電気導電率との間の所定の機能的関係が知られている。アルゴリズムは、制御電子回路のメモリに記憶されてもよく、制御電子回路は、導電率および温度の測定値を記憶されたアルゴリズムに適用することによって、ニコチン濃度を計算するように構成されてもよい。
別の実施例では、既知のニコチン濃度に対する、特定の温度での所定のエアロゾル形成基体の電気導電率値は、制御電子回路のメモリ内のルックアップテーブルに記憶されてもよく、電気導電率および温度の測定値は、エアロゾル形成基体のニコチン濃度を決定するための記憶された電気導電率および温度の値と比較されてもよい。
いくつかの実施形態では、エアロゾル発生システムは、ヒーターを備え得る。ヒーターは、液体貯蔵部分からの液体エアロゾル形成基体を加熱するように配設され得る。ヒーターは、液体エアロゾル形成基体を所定の温度に加熱するように構成されてもよい。電源は、電力をヒーターに供給するように構成され得る。制御電子回路は、電源からヒーターに電力を供給して、液体貯蔵部分からの液体エアロゾル形成基体を所定の温度に加熱するように構成され得る。
ヒーターは、導電率センサに対して任意の適切な場所に配設され得る。好ましくは、ヒーターは、ヒーターによって加熱される液体エアロゾル形成基体と導電率センサによって感知される液体エアロゾル形成基体の温度差を最小化するために、導電率センサに、またはその周りに配設される。ヒーターは、液体貯蔵部分内に配設され得る。ヒーターは、アトマイザに、またはその周りに配設され得る。ヒーターは、液体貯蔵部分とアトマイザとの間に配設され得る。典型的には、ヒーターが、液体エアロゾル形成基体が導電率センサに到達する前に、液体エアロゾル形成基体を所定温度まで加熱し得るように、ヒーターは導電率センサの上流に配設される。いくつかの実施形態では、ヒーターは、アトマイザとは別個の構成要素である。いくつかの実施形態では、アトマイザは、ヒーターを備える。
制御電子回路は、任意の適切なときに、電源からヒーターに電力を供給するように構成され得る。いくつかの実施形態では、制御電子回路は、電源からヒーターに電力を連続的に供給して、液体エアロゾル形成基体の温度を所定の温度に維持するように構成されている。いくつかの実施形態では、制御電子回路は、導電率測定が行われる前に所定の期間にわたって電源からヒーターに電力を供給し、液体エアロゾル形成基体が、導電率測定が行われる前に所定の温度に到達するのに十分な時間を有することを確実にするように構成されている。
所定の温度は、任意の適切な温度であり得る。典型的には、所定の温度は、周囲温度が導電率センサでの液体エアロゾル形成基体の温度に影響を与えないように、予期の周囲温度を上回っている。例えば、所定の温度は、少なくとも約摂氏60度、少なくとも約摂氏70度、または少なくとも約摂氏80度であってもよい。所定の温度は、液体エアロゾル形成基体の沸点より低い。
エアロゾル形成基体を所定の温度に加熱するためのヒーターを備える実施形態では、導電率センサによって感知される液体エアロゾル形成基体の温度を所定の温度であると想定することが合理的であり得るため、液体エアロゾル形成基体の温度を感知するための温度センサを提供する必要はない場合がある。
エアロゾル発生システムは、ハウジングを備え得る。ハウジングは、任意の適切な材料または材料の組み合わせから形成されてもよい。適切な材料としては、アルミニウム、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリイミド(Kapton(登録商標)など)、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリエチレン(PE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、フッ化エチレンプロピレン(FEP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリオキシメチレン(POM)、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニル樹脂、液晶ポリマー(LCP)、および修飾LCP(黒鉛またはガラス繊維を含むLCPなど)が含まれるがこれらに限定されない。
ハウジングは、液体貯蔵部分を画定してもよい。液体貯蔵部分は、複数のユーザー体験のための十分な液体エアロゾル形成基体を保持するための任意の適切な形状およびサイズであってもよい。例えば、液体貯蔵部分は、おおよそ6分間、または6分の倍数の時間にわたるエアロゾルの連続的な発生を可能にするのに十分な容量を有してもよい。別の実施例では、液体貯蔵部分は所定の回数の吸煙、またはアトマイザの離散的な起動を可能にするのに十分な容量を有してもよい。
いくつかの実施形態では、多孔性担体材料は、液体貯蔵部分内に提供されてもよい。液体エアロゾル形成基体は、多孔性担体材料に吸着、またはその他の方法で装填される場合がある。多孔性担体材料は、任意の適切な吸収プラグまたは本体から作製されてもよい。例えば、適切な吸収性のプラグまたは本体は、発泡金属またはプラスチック材料、ポリプロピレン、テリレン、ナイロン繊維またはセラミックであってもよい。
エアロゾル発生システムは、液体移動要素をさらに備え得る。液体移動要素は、使用時に、液体エアロゾル形成基体が、液体移動要素に沿って液体貯蔵部分からアトマイザへと毛細管作用によって移動されるように構成されてもよい。液体貯蔵部分が多孔性担体材料を備える実施形態では、液体移動要素は、液体エアロゾル形成基体を多孔性担体材料からアトマイザへと移動させるように構成されている。液体移動要素は、毛細管材料を含んでもよい。毛細管材料は、材料の一方の端から別の端に液体を能動的に運ぶ材料である。毛細管材料は、液体貯蔵部分内で、液体エアロゾル形成基体をアトマイザまで送達するように有利に方向付けられ得る。
液体移動要素は、液体エアロゾル形成基体をその長さに沿って搬送することができる任意の適切な材料または材料の組み合わせを含んでもよい。液体移動要素は多孔性材料より形成できるが、そうである必要はない。液体移動要素は繊維質または海綿状の構造を有する材料より形成してもよい。液体移動要素は一束の毛細管を含むことが好ましい。例えば、液体移動要素は複数の繊維もしくは糸、またはその他の微細チューブを含む場合がある。液体移動要素は、海綿体様または発泡体様の材料を含んでもよい。液体移動要素の構造は複数の小さな穴またはチューブを形成し、これを通して液体エアロゾル形成基体は毛細管作用によって搬送されることができる。特定の好ましい材料は、液体エアロゾル形成基体の物理的特性に依存することになる。適切な毛細管材料の例としては、海綿体または発泡体材料、繊維または焼結粉末の形態のセラミック系またはグラファイト系の材料、発泡性の金属またはプラスチックの材料、例えば紡がれたかまたは押し出された繊維(酢酸セルロース、ポリエステル、または結合されたポリオレフィン、ポリエチレン、テリレンまたはポリプロピレン繊維、ナイロン繊維、セラミック、ガラス繊維、シリカガラス繊維、炭素繊維、オーステナイト系316ステンレス鋼ならびにマルテンサイト系440および420ステンレス鋼などの医療グレードのステンレス鋼合金の金属繊維など)でできた繊維性材料を含む。液体移動要素は異なる液体物理特性で使用されるように、任意の適切な毛細管を有する場合がある。液体エアロゾル形成基体は、液体移動要素を通して移動されることを可能にする粘度、表面張力、密度、熱伝導率、沸点、蒸気圧などの物理特性(ただし、これらに限定されない)を有する。液体移動要素は、耐熱性材料で形成され得る。液体移動要素は、複数の繊維撚糸を含み得る。複数の繊維撚糸は概して、液体移動要素の長さに沿って整列され得る。
液体貯蔵セクションが多孔性担体材料を備える実施形態では、多孔性担体材料および液体移動要素は、同一の材料を含んでもよい。多孔性担体材料および液体移動要素は、異なる材料を含むことが好ましい。
アトマイザは、任意の適切なタイプのアトマイザであってもよい。例えば、アトマイザは、音響アトマイザであってもよい。音響アトマイザは、典型的には超音波周波数で、振動を使用して複数のノズルを通してエアロゾル形成基体を移動させることによって、エアロゾル形成基体から揮発性化合物を放出し得る。別の実施例では、アトマイザは、熱アトマイザであってもよい。熱アトマイザは、エアロゾル形成基体を加熱することにより、エアロゾル形成基体から揮発性化合物を放出し得る。
いくつかの実施形態では、アトマイザは、導電率センサを備える。これらの実施形態では、アトマイザは、1つ以上の電気導電率要素を備え得る。導電率センサの電極のうちの1つ以上は、アトマイザの電気導電率要素のうちの1つ以上を備え得る。有利には、アトマイザと導電率センサを組み合わせることにより、エアロゾル発生システムの構成要素の数が減少し、製造のコストおよび複雑さが低減され得る。
いくつかの好ましい実施形態では、アトマイザは、熱アトマイザである。熱アトマイザは、電気ヒーターであってもよい。熱アトマイザは、1つ以上の発熱体を備え得る。熱アトマイザは、複数の発熱体を備えることが好ましい。
いくつかの特に好ましい実施形態では、アトマイザは、複数の発熱体を備える熱アトマイザであり、導電率センサの電極の各々は、熱アトマイザの発熱体を備える。これらの特に好ましい実施形態では、制御電子回路は、液体エアロゾル形成基体の導電率を測定するために、電源から導電率センサの電極に第1の電力を供給し、液体エアロゾル形成基体の噴霧のために、電源からアトマイザの複数の発熱体に第2の電力を供給するようにさらに構成されてもよい。第2の電力は、第1の電力よりも大きい。第1の電力は、発熱体の温度を液体エアロゾル形成基体から揮発性化合物を放出するのに十分な温度に上昇させることなく、電気導電率測定値を導電率センサから制御電子回路で受信することを可能にするのに十分であり得る。第2の電力は、発熱体の温度を十分な温度に上昇させて、液体エアロゾル形成基体から揮発性化合物を放出するのに十分であり得る。
熱アトマイザは、抵抗加熱コイルを備え得る。熱アトマイザは、複数の抵抗加熱コイルを備え得る。
熱アトマイザは、抵抗加熱メッシュを備え得る。熱アトマイザは、複数の抵抗加熱メッシュを備え得る。
抵抗加熱メッシュは、複数の導電性フィラメントを備え得る。導電性フィラメントは、実質的に平面であってもよい。本明細書で使用される「実質的に平坦」とは、単一の平面内に形成され、かつ湾曲した形状もしくはその他の非平面形状に巻かれない、または湾曲した形状もしくはその他の非平面形状に合うように適合されないことを意味する。平坦な加熱メッシュは、製造中に簡単に取り扱うことができ、かつ頑丈な構造を提供する。
導電性フィラメントはフィラメントの間に隙間を画定してもよく、また隙間は約10マイクロメートル~約100マイクロメートルの幅を有してもよい。フィラメントは、使用時に液体エアロゾル形成基体が隙間の中へと引き出されるように隙間内に毛細管作用を生じさせて、ヒーター組立品と液体の間の接触面積が増えることが好ましい。
導電性フィラメントは160~600メッシュUS(±10%)(すなわち、1インチ当たりのフィラメント数が約160~約600個(±10%))のサイズのメッシュを形成してもよい。隙間の幅は、約75マイクロメートル~約25マイクロメートルであることが好ましい。メッシュの総面積に対する隙間の面積の比であるメッシュの開口面積の割合は、約25パーセント~約56パーセントであることが好ましい。メッシュは、異なるタイプの織り構造または格子構造を使用して形成されてもよい。導電性フィラメントは、互いに平行に配列されたフィラメントのアレイであってもよい。
導電性フィラメントは約8マイクロメートル~約100マイクロメートルの直径を有してもよく、約8マイクロメートル~50マイクロメートルの直径を有することが好ましく、約8マイクロメートル~約39マイクロメートルの直径を有することがより好ましい。
抵抗加熱メッシュは、約25平方ミリメートル以下の面積を覆ってもよい。抵抗加熱メッシュは、長方形であってもよい。抵抗加熱メッシュは、正方形であってもよい。抵抗加熱メッシュは、約5ミリメートル×約2ミリメートルの寸法を有してもよい。
導電性フィラメントは、任意の適切な導電性材料を含んでもよい。適切な材料としては、ドープされたセラミックなどの半導体、「導電性」のセラミック(例えば、二ケイ化モリブデンなど)、炭素、黒鉛、金属、合金およびセラミック材料および金属材料でできた複合材料が含まれるが、これに限定されない。こうした複合材料は、ドープされたセラミックまたはドープされていないセラミックを含んでもよい。適切なドープされたセラミックの例としては、ドープ炭化ケイ素が含まれる。適切な金属の例としては、チタン、ジルコニウム、タンタル、および白金族の金属が含まれる。適切な合金の例には、ステンレス鋼、コンスタンタン、ニッケル含有、コバルト含有、クロム含有、アルミニウム含有、チタン含有、ジルコニウム含有、ハフニウム含有、ニオビウム含有、モリブデン含有、タンタル含有、タングステン含有、スズ含有、ガリウム含有、マンガン含有、および鉄含有の合金、およびニッケル、鉄、コバルト、ステンレス鋼系の超合金、Timetal(登録商標)、鉄-アルミニウム系合金および鉄-マンガン-アルミニウム系合金が含まれる。Timetal(登録商標)は、Titanium Metals Corporationの登録商標である。フィラメントは1つ以上の絶縁体で被覆されていてもよい。導電性フィラメント用の好ましい材料は、304、316、304L、および316Lステンレス鋼、ならびに黒鉛である。
抵抗加熱メッシュの電気抵抗は、約0.3~約4オームであることが好ましい。メッシュの電気抵抗は約0.5~約3オームであることがより好ましく、約1オームであることがより好ましい。
熱アトマイザが抵抗加熱コイルを備える実施形態では、コイルのピッチは約0.5ミリメートル~約1.5ミリメートルであることが好ましく、約1.5ミリメートルであることが最も好ましい。コイルのピッチは、コイルの隣接した巻きの間隔を意味する。コイルは6回未満の巻き数を含んでもよく、5回未満の巻き数を有することが好ましい。コイルは、約0.10ミリメートル~約0.15ミリメートル、好ましくは約0.125ミリメートルの直径を有する電気抵抗性のあるワイヤーで形成されてもよい。電気抵抗性のあるワイヤーは、904または301ステンレス鋼で形成されることが好ましい。他の適切な金属の例としては、チタン、ジルコニウム、タンタル、および白金族の金属が含まれる。他の適切な合金の例には、コンスタンタン、ニッケル含有、コバルト含有、クロム含有、アルミニウム含有、チタン含有、ジルコニウム含有、ハフニウム含有、ニオビウム含有、モリブデン含有、タンタル含有、タングステン含有、スズ含有、ガリウム含有、マンガン含有、および鉄含有合金、ならびにニッケル、鉄、コバルト、ステンレス鋼系の超合金、Timetal(登録商標)、鉄-アルミニウム系合金および鉄-マンガン-アルミニウム系合金が含まれる。抵抗加熱コイルはまた、リボンの形態で提供される金属箔(アルミ箔など)を備え得る。
熱アトマイザが抵抗加熱コイルを備える実施形態では、抵抗加熱コイルは、液体移動材料の周りに巻き付けられてもよい。
電源は、任意の適切なタイプの電源を含んでもよい。電源は、電池を含んでもよい。電源は、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、またはリチウムベースの電池(例えば、リチウムコバルト、リン酸鉄リチウム、またはリチウムポリマー電池)を含んでもよい。電源は、コンデンサーなど別の形態の電荷蓄積装置を備え得る。電源は再充電を必要とする場合がある。電源は、複数のユーザー体験にわたって。エアロゾル発生システムの使用のために十分なエネルギーの蓄積を可能にする容量を有してもよい。例えば、電源は約6分間、または6分の倍数の時間にわたるエアロゾルの連続的な発生を可能にするのに十分な容量を有してもよい。別の実施例では、電源は所定の吸煙回数、またはアトマイザの離散的な起動を可能にするのに十分な容量を有してもよい。
制御電子回路は、マイクロプロセッサを備えてもよく、これはプログラマブルマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、または特定用途向け集積回路チップ(ASIC)もしくは制御を提供する能力を有するその他の電子回路であってもよい。制御電子回路は、さらなる電子構成要素を備え得る。制御電子回路は、ヒーター組立品への電力の供給を調節するように構成されている。電力はシステムの起動後、ヒーター組立品に連続的に供給されてもよく、または断続的に(例えば、吸煙するごとに供給)供給されてもよい。電力は、電流パルスの形態でヒーター組立品に供給されてもよい。
制御電子回路は、有利なことにDC/ACインバータを備えてもよく、これは、クラスDまたはクラスEの電力増幅器を備えてもよい。DC/ACインバータは、制御電子回路が、電源から導電率センサに交流電圧を供給することを可能にし得る。
導電率センサは、エアロゾル発生システム内の任意の適切な位置に配設され得る。
いくつかの実施形態では、導電率センサは、液体貯蔵部分内に配設されている。特に、誘導性導電率センサは、液体貯蔵部分内に配設され得る。
いくつかの実施形態では、システムは、液体エアロゾル形成基体を保持および随意に移動させるための1つ以上の多孔性担体材料を備える。システムが、液体エアロゾル形成基体が含有される多孔性担体材料を備える場合、導電率センサの電極のうちの1つ以上は、多孔性担体材料に、またはその周りに配設されてもよい。導電率センサの電極のうちの1つ以上は、多孔性担体材料と接触して配設されてもよい。導電率センサの電極のうちの1つ以上は、多孔性担体材料の端部と接触して配設されてもよい。
いくつかの実施形態では、導電率センサは、液体貯蔵部分とアトマイザとの間に配設され得る。これらの実施形態では、導電率センサの少なくとも2つの電極は、液体貯蔵部分とアトマイザとの間に延在している液体エアロゾル形成基体の流路内またはその周りに配設されてもよい。
いくつかの実施形態では、アトマイザは、導電率センサを備え得る。言い換えれば、導電率センサの少なくとも2つの電極は、アトマイザに備えられてもよい。いくつかの好ましい実施形態では、アトマイザは、発熱体などの複数の要素を備え、導電率センサの少なくとも2つの電極のうちの少なくとも1つは、アトマイザの要素を備え得る。いくつかの実施形態では、導電率センサの各電極は、アトマイザの要素を備える。
アトマイザが導電率センサを備える実施形態では、制御電子回路は、任意の適切な様式でアトマイザおよび導電率センサに接続されてもよい。制御電子回路は、エアロゾル発生回路および導電率測定回路を含み得る。エアロゾル発生回路は、液体エアロゾル形成基体を噴霧するために、アトマイザの要素への電力の供給を制御してもよい。導電率測定回路は、液体エアロゾル形成基体の導電率を測定するための導電率センサの電極への電力の供給を制御してもよい。
いくつかの実施形態では、制御電子回路は、別個のエアロゾル発生回路および導電率測定回路を含む。これらの実施形態では、導電率センサの電極としても構成されるアトマイザの各要素は、要素をエアロゾル発生回路に電気的に接続する、少なくとも1つの電気接点と、要素を導電率測定回路に電気的に接続する、少なくとも1つの電気接点と、を備え得る。導電率センサの電極としても構成されるアトマイザの各要素は、要素をエアロゾル発生回路に電気的に接続する、2つの電気接点と、要素を導電率測定回路に電気的に接続する、1つの電気接点と、を備えることが好ましい。
いくつかの実施形態では、制御電子回路は、共有されるエアロゾル発生回路および導電率測定回路を備える。これらの実施形態では、導電率センサの電極としても構成されるアトマイザの各要素は、要素をエアロゾル発生回路および導電率測定回路に電気的に接続する、少なくとも1つの電気接点を備え得る。導電率センサの電極としても構成されるアトマイザの各要素は、要素をエアロゾル発生回路および導電率測定回路に電気的に接続する、2つの電気接点を備えることが好ましい。
いくつかの実施形態では、エアロゾル発生システムは、装置およびカートリッジを備える。カートリッジは、装置内で取り外し可能に収容可能である。典型的には、カートリッジは、液体貯蔵部分を備え、装置は、電源および制御電子回路を備える。これらの実施形態では、導電率センサは、装置内またはカートリッジ内のいずれかに提供されてもよい。いくつかの実施形態では、アトマイザは、装置内に提供される。いくつかの好ましい実施形態では、アトマイザは、カートリッジ内に提供される。
本開示によると、上述のエアロゾル発生システムが提供されており、エアロゾル発生システムは、装置部分およびカートリッジ部分を備え、カートリッジ部分は、装置部分内で取り外し可能に収容可能である。装置部分は、電源および制御電子回路を備え、カートリッジ部分は、液体貯蔵部分、アトマイザ、および導電率センサを備える。
有利なことに、装置内またはカートリッジ内のいずれかに導電率センサを有するエアロゾル発生システムを提供することにより、カートリッジまたは装置の液体貯蔵部分内に保持されるエアロゾル形成基体に関係なく、製造業者は、カートリッジ製造および装置製造を標準化することが可能になり得る。言い換えれば、導電率センサを有するエアロゾル発生システムを提供することにより、カートリッジまたは装置の液体貯蔵部分内に保持される液体エアロゾル形成基体に関係なく、製造業者は、同一のカートリッジおよび同一の装置を製造することが可能になり得る。こうした標準化は、カートリッジおよび装置の製造のコストおよび複雑さを低減し得る。
いくつかの実施形態では、導電率センサは、装置内に提供される。有利なことに、装置内に導電率センサを提供することは、カートリッジ内の構成要素の数を減少することができ、特に、カートリッジ内の比較的高価な電気構成要素の数を減少することができ、カートリッジを製造するコストおよび複雑さを低減することができる。
いくつかの実施形態では、導電率センサは、カートリッジ内に提供される。アトマイザが複数の発熱体を備える熱アトマイザであり、導電率センサの各電極がアトマイザの発熱体から形成されるいくつかの好ましい実施形態では、導電率センサは、カートリッジ内に提供されてもよい。これらの好ましい実施形態では、熱アトマイザは、カートリッジ内に提供される。こうしたカートリッジは、典型的には、カトマイザと呼ばれる。カトマイザは、エアロゾル形成基体と接触する構成要素が定期的に交換されてもよく、ユーザーがエアロゾル形成基体と接触する構成要素に曝露されないため、エアロゾル発生システムで高レベルの衛生状態を維持することが可能になり得る。
本開示によれば、エアロゾル発生システム用のカートリッジが提供されており、カートリッジは、液体エアロゾル形成基体を保持するための液体貯蔵部分と、液体貯蔵部分と流体接続するアトマイザと、液体貯蔵部分からの液体エアロゾル形成基体の電気導電率を感知するように配設された導電率センサと、を備える。
いくつかの特に好ましい実施形態では、カートリッジの導電率センサは、液体貯蔵部分内に配設された第1の電極および第2の電極である、2つの電極を備え、各電極は、コイルを形成し、ここで、第1の電極は、交流電圧が第1の電極に供給されたときに、第2の電極に電流を誘導するように配設されている。言い換えれば、カートリッジは、上述のような誘導性導電率センサを備え得る。
カートリッジは単純な設計を有してもよい。カートリッジは、液体貯蔵部分するハウジングを有してもよい。カートリッジハウジングは液体に対して不浸透性の材料を備える剛性のハウジングであることが好ましい。本明細書で使用される「剛直なハウジング」とは、自立型のハウジングを意味する。装置はまた、ハウジングを有してもよい。装置ハウジングは、剛直なハウジングであることが好ましい。カートリッジハウジングおよび装置ハウジングは、同じ材料から作製されてもよい。装置は、カートリッジを受容するためのくぼみを有してもよい。
カートリッジがアトマイザを備える場合、装置は、装置内の電源装置および制御電子回路をカートリッジ内のアトマイザに電気的に接続するための電気接点を備え得る。カートリッジが導電率センサを備える場合、装置の電気接点は、装置内の制御電子回路および電源をカートリッジ内の導電率センサに電気的に接続してもよい。
エアロゾル発生システムは、ユーザーが吸い込んでエアロゾル発生システムによって発生したエアロゾルを受けることができる、マウスピースを備え得る。装置およびカートリッジを備えるいくつかのシステムでは、装置は、マウスピースを備える。装置およびカートリッジを備えるいくつかのシステムでは、カートリッジは、マウスピースを備える。有利なことに、カートリッジ上にマウスピースを提供することは、カートリッジが装置よりも頻繁に使い捨ておよび交換可能であるため、システム内の高レベルの衛生状態を維持するのに役立つ場合がある。
当然のことながら、一実施形態に関連して上記で説明した特徴は、他の実施形態にも適用可能であり得る。例えば、カートリッジを参照して記載される特徴は、エアロゾル発生システム、特にカートリッジを含むエアロゾル発生システムに等しく適用可能であり得る。
例証としてのみであるが、以下の添付図面を参照しながら、本発明をさらに説明する。
例証としてのみであるが、以下の添付図面を参照しながら、本発明をさらに説明する。
図1aおよび図1bは、本発明の実施形態に従って導電率センサが提供され得る、カートリッジを含む例示的なエアロゾル発生システムの概略図である。図1aおよび図1bはそれぞれ、国際特許出願公開WO2015/117702 A1の図1aおよび図1dである。
図1aは、エアロゾル発生装置10および別個のカートリッジ20の概略図であり、まとめて、エアロゾル発生システムを形成する。
カートリッジ20は、エアロゾル形成基体を含み、装置内のくぼみ18内に受容されるように構成されている。カートリッジ20は、カートリッジ内に提供されたエアロゾル形成基体が消耗したときに、ユーザーによって交換可能であるべきである。図1aは、装置への挿入直前のカートリッジ20を示し、図1aの矢印1は、カートリッジの挿入方向を示している。
カートリッジ20は、くぼみ18内に受けられるように選択されるサイズおよび形状を持つ一般的に円筒形のハウジング24を備える。ハウジングは、液体エアロゾル形成基体内に浸された毛細管材料(図示せず)を含む。この例では、エアロゾル形成基体は、39重量パーセントのグリセリン、39重量パーセントのプロピレングリコール、20重量パーセントの水および風味剤、および2重量パーセントのニコチンを含む。毛細管材料は、液体を一方の端から他方の端へと能動的に運ぶ材料であり、任意の適切な材料から作製されてもよい。この実施例では、毛細管材料はポリエステルから形成される。
ハウジングは、ヒーター組立品30が固定される開放端を持つ。ヒーター組立品30は、その中に開口部が形成された基体と、基体に固定されかつギャップにより相互に分離された一対の電気接点と、開口部を横切って開口部の反対側にある電気接点に固定された複数の導電性ヒーターフィラメントとを備える。
ヒーター組立品30は、取り外し可能なカバー26によって覆われる。カバーは、ヒーター組立品に接着されるが、簡単に剥がすことができる液体不浸透性プラスチックシートを備える。剥がすときにユーザーがカバーを掴むことができるように、タブがカバーの側面に提供されている。接着は不浸透性プラスチックシートをヒーター組立品に固定する方法として説明されているものの、消費者によってカバーが簡単に取り外され得る限り、ヒートシールまたは超音波溶接を含む当業者が精通している他の方法も使用してもよいことが、当業者には明らかとなろう。
エアロゾル発生装置10は携帯型であり、従来の葉巻たばこまたは紙巻たばこに匹敵するサイズを有する。装置10は、本体11およびマウスピース部分12を備える。本体11は、電池14(リン酸鉄リチウム電池など)、制御電子回路16、およびくぼみ18を備える。マウスピース部分12は、ヒンジ付接続部21によって本体11に接続され、図1に示す開位置と図1bに示す閉位置との間で移動可能である。マウスピース部分12は、カートリッジ20の挿入および除去が許容されるように開位置に置かれ、また以下に説明する通り、エアロゾルの発生のためにシステムが使用されるときに閉位置に置かれる。マウスピース部分は、複数の空気吸込み口13および空気出口15を含む。使用時に、ユーザーは出口を吸うかまたは吸入して、空気を空気吸込み口13からマウスピース部分を通して出口15に引き出し、その後、ユーザーの口または肺に入る。内部バッフル17は、以下に説明する通り、マウスピース部分12を通してカートリッジ20を通過する空気の流れを強制するために提供される。
くぼみ18は、円形断面を有しており、カートリッジ20のハウジング24を受容するようにサイズ設定される。電気コネクター19は、制御電子回路16および電池14とカートリッジ20の対応する電気接点との間に電気的接続を提供するために、くぼみ18の側部に提供される。
カートリッジ20は、くぼみ18内に挿入され、カバー26は、カートリッジから取り外される。この位置で、電気コネクターは、以下に説明する通り、カートリッジ上の電気接点に対して置かれている。次に、マウスピース部分12が閉位置に移動される。
図1bは、マウスピース部分12が閉位置にあるシステムを示している。マウスピース部分12は、留め金機構(図示せず)によって閉位置に保持される。
閉位置にあるマウスピース部分12は、システムの向きに関係なく、使用時に良好な電気的接続が維持されるように、カートリッジを電気コネクター19と電気的に接触した状態に保つ。マウスピース部分12は、マウスピース部分12が閉位置にあるときに、カートリッジの表面と係合し、剛直なマウスピースのハウジング要素とカートリッジとの間で圧縮される環状の弾性要素を含んでもよい。これにより、製造公差に関係なく、良好な電気的接続が確実に維持される。当然ながら、カートリッジと装置との間の良好な電気的接続を維持するためのその他の機構が、採用されてもよい。
図2は、図1aおよび図1bのエアロゾル発生システムなどのエアロゾル発生システムの例示的なアトマイザおよび導電率センサ100の概略図である。アトマイザおよび導電率センサ200は、2点導電率センサを構成する。
図2は、エアロゾル発生装置で、および装置の制御電子回路110と電気的に接続して受容されたカートリッジの結合されたアトマイザおよび導電率センサ100の平面図を示している。カートリッジは、液体エアロゾル形成基体が保持される、毛細管材料102の一般的に円筒形の本体を備える、液体貯蔵部分を備える。図2に示すアトマイザおよび導電率センサ100は、毛細管材料102の一般的に円筒形の本体の端部の上に、かつそれと接触して配設されている。毛細管材料102は、毛細管材料に保持された液体エアロゾル形成基体が、毛細管作用によって、アトマイザおよび導電率センサ100と接触した毛細管本体の端部に引き出されるように構成されている。
アトマイザおよび導電率センサ100は、第1の電極104および第2の電極106である、2つの電極を備える。第1の電極104および第2の電極106の各々は、複数の電気導電性ヒーターフィラメントを備える、抵抗加熱メッシュを備える。第1の電極104は、第1の電極104と第2の電極106との間にくぼみ108があるように、第2の電極106から間隔を置かれている。第1の電極104と第2の電極106との間のくぼみ108は、液体エアロゾル形成基体が毛細管材料102内に存在しないときに、毛細管材料102上の第2の電極106から第1の電極104を電気的に絶縁するために十分に幅がある。
第1の電極104および第2の電極106は、毛細管本体の端部の液体エアロゾル形成基体が第1の電極104および第2の電極106と接触するように構成されている。
図2に示す実施形態では、第1の電極104および第2の電極106は、図1aおよび図1bのエアロゾル発生装置などのエアロゾル発生装置(図示せず)の制御電子回路に電気的に接続されている。エアロゾル発生装置の制御電子回路は、装置の第1の電極104および第2の電極106への電力の供給を制御するように構成されている。
この実施形態では、エアロゾル発生装置の制御電子回路は、別個の導電率測定回路111およびエアロゾル発生回路112を含む。導電率測定回路111およびエアロゾル発生回路112の各々は、カートリッジが装置内に受容されたときに、エアロゾル発生装置の制御電子回路と第1の電極104および第2の電極106との間の信頼性の高い電気的接続を提供するために、弾性ピン接点の形態の電気接点を備える。
第1の電極104および第2の電極106の各々は、単一の電気接点によって導電率測定回路111に電気的に接続されている。したがって、導電率測定回路は、2つの電気接点を備え、その1つは、各電極104、106に対するものである。
導電率測定回路111は、導電率測定回路の2つの電気接点間に交流電圧を供給するように構成されており、これは次に、第1の電極104と第2の電極106との間に交流電圧を確立する。第1の電極104と第2の電極106との間の交流電圧は、くぼみ108内に配置された液体エアロゾル形成基体を通して、第1の電極104と第2の電極106との間のくぼみ108にわたって交互電流を駆動する。導電率測定回路111は、第1の電極104と第2の電極106との間の電流を測定し、測定された電流に基づいて、くぼみ108内に配置された液体エアロゾル形成基体の電気導電率を決定するようにさらに構成されている。液体エアロゾル形成基体の電気導電率は、液体エアロゾル形成基体のニコチン濃度の表示を提供する。
第1の電極104および第2の電極106の各々はまた、2つの電気接点によってエアロゾル発生回路112に別々に電気的に接続されている。第1の電極104および第2の電極106の各々は、電極の第1の端部で第1の電気接点に電気的に接続されており、第1の端部の反対側の電極の第2の端部で第2の電気接点に電気的に接続されている。エアロゾル発生回路112は、第1の電極104および第2の電極106の各々に対して、第1の電気接点と第2の電気接点との間に電圧を供給するように構成されている。第1の電極104をまたぐ電圧は、第1の電気接点と第2の電気接点との間の第1の電極104を通る電流を駆動する。第1の電気接点と第2の電気接点との間の第2の電極204にわたる電圧は、第2の電極204を通る電流を駆動し、第1の電気接点と第2の電気接点との間の第2の電極106を通る電流を駆動する。各電極を通る電流は、電極を加熱するのに好適である。エアロゾル発生回路112は、各電極104、106の2つの電気接点の間にパルスで直流を供給するように構成されている。エアロゾル発生回路112は、直流のプラスの負荷サイクルを変化させて、電極104、106の温度を変化させるように構成されている。
導電率測定回路111は、第1の電極104および第2の電極106に第1の電力を供給するように構成されており、エアロゾル発生回路112は、第1の電極104および第2の電極106に第2の電力を供給するように構成されている。好ましくは、第1の電力は、電極104、106のヒーターフィラメントを加熱し、ヒーターフィラメントと接触する液体エアロゾル形成基体を気化させるのに十分ではない。第2の電力は、第1の電極104および第2の電極106のヒーターフィラメントを加熱して、ヒーターフィラメントと接触する液体エアロゾル形成基体を気化させるのに十分である。エアロゾル発生回路112は、液体エアロゾル形成基体におけるニコチン濃度の表示を提供する導電率測定回路111によって決定される液体エアロゾル形成基体の電気導電率に基づいて、第2の電力を変化させるように構成されている。
この実施形態では、導電率測定回路111は、第1の電極104および第2の電極106に第1の電力を供給し、エアロゾル発生回路112が第1の電極104および第2の電極106に第2の電力を供給して、液体エアロゾル形成基体を加熱する前に、くぼみ108内に配置された液体エアロゾル形成基体の電気導電率を測定するように構成されている。これにより、エアロゾル発生回路112は、ユーザーがエアロゾル発生システム上で引き出してシステムからエアロゾルを受け取るたびになど、各エアロゾル発生サイクルの前に液体エアロゾル形成基体の決定されたニコチン濃度に応答して、第2の電力を調整することが可能になる。
図3は、エアロゾル発生システムのための別の例示的なアトマイザおよび導電率センサ200の概略図である。アトマイザおよび導電率センサ200は、2点導電率センサとして構成されている。
この実施形態では、カートリッジ(図示せず)は、カートリッジの液体貯蔵部分内の液体エアロゾル形成基体と接触する少なくとも1つの端部を有する芯の形態の液体移動要素202を備える。この実施形態の組み合わされたアトマイザおよび導電率センサ200は、液体貯蔵部分の外側の液体移動材料202の一部分に配設された、コイルの形態の2つの電極204、206を備える。液体移動材料202は、液体エアロゾル形成基体を、液体貯蔵部分から、組み合わされたアトマイザおよび導電率センサ200の第1のコイル電極204および第2のコイル電極206に引き出すように配設されている。各コイル電極204、206は、液体貯蔵部分の外側の芯の一部分の周りに同心円状に巻き付けられた抵抗加熱ワイヤーを備える。2つのコイル電極204、206は、実質的に同一であり、同じ方向で芯の周りに一緒に巻き付けられ、同じ巻数を含む。第2のコイル206は、くぼみ208が第1および第2のコイル204、206の対応する巻きの間に提供されるように、芯に沿って第1のコイル204からオフセットされる。第1および第2のコイル204、206の対応する巻きの間のくぼみは、芯内の液体エアロゾル形成基体がくぼみ208内に引き出されて、コイル電極204、206の間に配置され得るようなものである。
第1のコイル電極204および第2のコイル電極206は、第1のコイル電極204と第2のコイル電極206との間のくぼみ208内の液体エアロゾル形成基体が、第1のコイル電極204および第2のコイル電極206と接触するように構成されている。
図3に示す実施形態では、第1のコイル電極204および第2のコイル電極206は、図1aおよび図1bのエアロゾル発生装置などのエアロゾル発生装置(図示せず)の制御電子回路に電気的に接続されている。エアロゾル発生装置の制御電子回路は、装置の第1の電極204および第2の電極206への電力の供給を制御するように構成されている。
この実施形態では、エアロゾル発生装置の制御電子回路は、共有導電率測定回路211およびエアロゾル発生回路212を備える。導電率測定回路211およびエアロゾル発生回路212は、共有電気接点を備える。
第1のコイル電極204および第2のコイル電極206の各々は、コイル電極の各端部での1つの電気接点である2つの電気接点によって、エアロゾル発生回路212に電気的に接続されている。エアロゾル発生回路212は、第1の電極204および第2の電極206の各々にわたって電圧が確立されるように、各コイルの対向する端部で接点間に電圧を供給するように構成されている。第1の電極204にわたる電圧は、電極を加熱するために第1の電極204を通る電流を駆動する。第2の電極206にわたる電圧は、電極を加熱するために第2の電極206を通る電流を駆動する。エアロゾル発生回路212は、第1の電極204および第2の電極206の各々を通してパルスで直流を供給するように構成されている。エアロゾル発生回路212は、直流のプラスの負荷サイクルを変化させて、第1および第2の電極204、206の温度を変化させるように構成されている。
この実施形態では、導電率測定回路211は、エアロゾル発生回路212と電気接点を共有する。第1のコイル電極204および第2のコイル電極206の各々は、1つの電気接点によって導電率測定回路211に電気的に接続されている。導電率測定回路211は、第1のコイル電極204の第1の端部で電気接点によって第1のコイル電極204に電気的に接続されており、第1のコイル電極204の第1の端部から最も遠い第2のコイル電極206の端部である第2のコイル電極206の第2の端部で電気接点によって第2のコイル電極206に電気的に接続されている。したがって、導電率測定回路211は、2つの電気接点を備え、その1つは、各コイル電極204、206に対するものである。
導電率測定回路211は、導電率測定回路211の2つの電気接点間に交流電圧を供給するように構成されており、これは次に、第1のコイル電極204と第2のコイル電極206との間に交流電圧を確立する。第1のコイル電極204と第2のコイル電極206との間の交流電圧は、くぼみ208内に配置された液体エアロゾル形成基体を通して、第1の電極204と第2の電極206との間のくぼみ208にわたって交互電流を駆動する。導電率測定回路211は、第1のコイル電極204および第2のコイル電極206との間の電流を測定し、測定された電流に基づいて、くぼみ208内に配置された液体エアロゾル形成基体の電気導電率を決定するようにさらに構成されている。液体エアロゾル形成基体の電気導電率は、液体エアロゾル形成基体のニコチン濃度の表示を提供する。
導電率測定回路211は、第1のコイル電極204および第2のコイル電極206に第1の電力を供給するように構成されており、エアロゾル発生回路212は、第1の電極204および第2の電極206に第2の電力を供給するように構成されている。好ましくは、第1の電力は、コイル電極204、206を加熱し、コイル電極と接触する液体エアロゾル形成基体を気化させるのに十分ではない。第2の電力は、第1のコイル電極204および第2のコイル電極206を加熱して、コイル電極と接触する液体エアロゾル形成基体を気化させるのに十分である。エアロゾル発生回路212は、液体エアロゾル形成基体におけるニコチン濃度の表示を提供する導電率測定回路211によって決定される液体エアロゾル形成基体の電気導電率に基づいて、第2の電力を変化させるように構成されている。
当然のことながら、他の実施形態では、第1のコイル電極204および第2のコイル電極206は、図2に関連して上述したアトマイザおよび導電率センサの第1の電極104および第2の電極106と同様に、エアロゾル発生装置の導電率測定回路およびエアロゾル発生回路に別々に電気的に接続され得る。
図4および図5は、図1aおよび1bのエアロゾル発生システムなどのエアロゾル発生システムの別の例示的なアトマイザおよび導電率センサ300の概略図である。アトマイザおよび導電率センサ300は、4点導電率センサとして構成されている。
図4は、カートリッジの組み合わされたアトマイザおよび導電率センサ300の平面図を示しており、図5は、エアロゾル発生装置内で、および装置の制御電子回路310と電気的に接続して受容されたカートリッジの平面図を示している。
カートリッジは、液体エアロゾル形成基体が保持される、毛細管材料302の一般的に円筒形の本体を備える、液体貯蔵部分を備える。図4および図5に示すアトマイザおよび導電率センサ300は、毛細管材料302の一般的に円筒形の本体の端部の上に、かつそれと接触して配設されている。毛細管材料302は、毛細管材料に保持された液体エアロゾル形成基体が、毛細管作用によって、アトマイザおよび導電率センサ300と接触した毛細管本体の端部に引き出されるように構成されている。
アトマイザおよび導電率センサ300は、一対の外側電極304および一対の内側電極306である、4つの電極を備える。電極304、306の各々は、抵抗加熱メッシュを備え、これは複数の電気導電性ヒーターフィラメントを備える。
外側電極304の対は、外側電極304の間に外側くぼみ308があるように離間されている。外側電極304の間の外側くぼみ308は、液体エアロゾル形成基体が毛細管材料302に存在しないときに、毛細管材料302上の外側電極304を互いに電気的に絶縁するのに十分に幅がある。
内側電極306の対は、外側くぼみ308内の外側電極304の対の間に配設されている。内側電極306の対は、液体エアロゾル形成基体が毛細管材料302に存在しないときに、毛細管材料302上の外側電極304から内側電極306を電気的に絶縁するために、外側電極304の対から十分に間隔を置いている。内側電極306の対は、内側電極306の間に内側くぼみ309があるように離間されている。内側電極306の間の内側くぼみ309は、液体エアロゾル形成基体が毛細管材料302に存在しないときに、毛細管材料302上の内側電極306を互いに電気的に絶縁するのに十分に幅がある。
アトマイザおよび導電率センサ300と接触する毛細管本体の端部の液体エアロゾル形成基体は、内側電極204および外側電極206と接触する。
こうした配設における4つの電極の提供により、以下でより詳細に説明するように、この実施形態の組み合わされたアトマイザおよび導電率センサ300を、4点導電率センサとして使用することができる。
図5では、内側電極304および外側電極306は、図1aおよび図1bのエアロゾル発生装置などのエアロゾル発生装置(図示せず)の制御電子回路310と電気的接続した状態で示されている。エアロゾル発生装置の制御電子回路310は、装置の電源から外側電極304および内側電極306への電力の供給を制御するように構成されている。
この実施形態では、エアロゾル発生装置の制御電子回路310は、図6を参照して以下により詳細に記載されるように、共有導電率測定回路およびエアロゾル発生回路を備える。この実施形態では、導電率測定回路およびエアロゾル発生回路は、エアロゾル発生装置の制御電子回路310と内側および外側電極304、306との間の信頼性の高い電気的接続を提供するために、弾性ピン接点の形態で共有電気接点を備える。当然のことながら、他の実施形態では、エアロゾル発生回路および導電率測定回路は、別個の電気接点を備え得る。
この実施形態では、内側電極304および外側電極306の各々は、2つの電気接点によって制御回路310に電気的に接続されている。内側電極304および外側電極306の各々は、電極の第1の端部で第1の電気接点に電気的に接続されており、第1の端部の反対側の電極の第2の端部で第2の電気接点に電気的に接続されている。
図6a~dは、図4および図5の組み合わされたアトマイザおよび導電率センサと関連付けられた、エアロゾル発生装置の制御電子回路310の例示的な実施形態のいくつかの構成要素を概略的に示している。
制御電子回路は、導電率測定モードおよび加熱モードである、2つの異なるモードで動作するように構成されている。導電率測定モードでは、2つの外側電極304の間に交流電圧が供給され、電圧は、2つの内側電極306にわたって測定される。加熱モードでは、内側電極304および外側電極306の各々にわたってパルス直流がそれぞれ供給され、電極のヒーターフィラメントを加熱し、ヒーターフィラメントと接触する液体エアロゾル形成基体を気化させる。
この実施形態では、制御電子回路310は概して、DC電源VDC、マイクロコントローラ320、および複数のトランジスタスイッチを備える。トランジスタスイッチは、電界効果トランジスタ(FET)であり、制御電子回路によって制御されて、導電率測定モードおよび加熱モードに従って、組み合わされたアトマイザおよび導電率センサに電力を供給する。
図6a~dでは、外側電極の第1の1つは、E1として示されており、外側電極の第2の1つは、E4として示されており、内側電極の第1の1つは、E2として示されており、内側電極の第2の1つは、E3として示されている。図6aに示すように、各電極E1~E4は、電極の対向する端部で離間された2つの電気接点によって制御電子回路に接続されている。各電極E1~E4は、第1のトランジスタスイッチT1a~T4aを介して、第1の電気接点によってDC電源に接続されている。各電極は、第2の電気接点によって、第2のトランジスタスイッチT1b~T4bと第3のトランジスタスイッチT1c~T4cとの間の位置にさらに接続されている。第1のトランジスタスイッチT1a~T4aは、トランジスタがオフであるトランジスタであるときに、制御電子回路が電極の各々を電源から個別に分離することを可能にする。第2および第3のトランジスタスイッチT1b~T4b、T1c~T4cの機能について、以下でさらに詳細に説明する。
導電率測定モードでは、制御電子回路は、外側電極、T1a、T1b、T4a、T4bの第1および第2のトランジスタの各々のゲートに高周波の交流スイッチング電圧を供給し、その結果、1つの半周期の間に、トランジスタT1aおよびT4bが導電し、トランジスタT1bおよびT4aがオフになり、他の1つの半周期の間に、トランジスタT1bおよびT4aが導電し、トランジスタT1aおよびT4bがオフになる。
図4bは、トランジスタT1aおよびT4bが導電性である、前半の期間の導電率測定モードでの、組み合わされたアトマイザおよび導電率センサの電源への接続を示している。図4bに示す配設は、選択された周波数Fを有する外側電極E1、E4にわたって第1の周期的な電圧降下を提供し、第1の値から第1の値よりも低い第2の値までに及ぶ振幅を有するように動作する、第1の駆動回路を備えるものとみなすことができる。
図4cは、トランジスタT4aおよびT1cが導電性である、後半の期間の導電率測定モードでの、組み合わされたアトマイザおよび導電率センサの電源への接続を示している。図4cに示す配設は、第1の周期的な電圧降下と同じ周波数および振幅であるが、極性が反対であり、かつ第1の周期的な電圧とは正反対に位相がずれている周波数で、外部電極E1、E4の両端に第2の周期的な電圧降下を提供すると見なすことができる。
第1および第2の電圧降下は、相互に反対の極性のものであり、この文脈において反対の極性は、正電圧および負電圧を必要とするのではなく、高電圧側および低電圧側の相対的な位置を指す。第1および第2の周期的な電圧降下は、外側電極の反対側から印加されるためである。第1および第2の周期的な電圧降下は、極性が逆であり、直接的に位相がずれているため、AC電圧は、外側電極にわたって効果的に供給される。第1および第2の周期的な電圧降下は、任意の適切な波形を有してもよい。例えば、2つの波形は、互いに直接的に位相からずれた方形波であってもよい。有利なことに、制御電子回路は、スイッチの過熱故障を避けるために、1つの電圧降下の終了と反対方向の状態の次の電圧降下の開始との間に少なくとも数ナノ秒の不感期間を提供するように構成され得る。
前半の期間では、第2の外側電極E4の第2のトランジスタT4bは、導電性であり、既知の抵抗R2を有する抵抗器を介して電気的接地への経路を提供する。マイクロプロセッサ220は、抵抗器R2にわたって電圧V3を測定するように構成されており、測定された電圧V3および既知の抵抗R2から、第1の外側電極E1と第2の外側電極E4との間で流れる電流を決定し得る。
後半の期間では、第1の外側電極E1の第2のトランジスタT1bは、導電性であり、既知の抵抗R1を有する抵抗器を介して電気的接地への経路を提供する。制御電子回路は、抵抗器R1にわたって電圧V1を測定するように構成されており、測定された電圧V1および既知の抵抗R1から、第2の外側電極E4と第1の外側電極E1との間で流れる電流を決定し得る。
導電率測定モード中、制御電子回路は、2つの内側電極E2、E3の第2のトランジスタT1b、T2bが導電性であるように、2つの内側電極E2、E3の第2のトランジスタT1b、T2bの各々のゲートに電圧を供給するようにさらに構成されている。導電率測定モードでは、制御電子回路は、内側または外側電極のいずれかの第3のトランジスタに電圧を供給しないため、第3のトランジスタのすべてがオフのままである。
内側電極E2、E3の第2のトランジスタT2b、T3bの各々は、差圧増幅器322の入力への経路を提供し、その出力は、マイクロプロセッサ320に供給されて、内側電極E2、E1にわたる電圧V2の測定値をマイクロプロセッサ320に提供する。
マイクロプロセッサ320は、測定された電圧V1、V2、およびV3を使用して、組み合わされたアトマイザおよび導電率センサの電極の間の液体エアロゾル形成基体におけるニコチンの濃度の表示を決定するために、多くの異なる方法で構成され得る。この実施形態では、マイクロプロセッサ320は、測定された電圧V1、V3を使用して、外側電極E1、E4間の電流を決定することと、内部電極E2、E3にわたって決定された電流および測定された電圧V2を使用して、液体エアロゾル形成基体の電気導電率を決定することと、液体エアロゾル形成基体におけるニコチンの濃度の表示を決定することと、を行うように構成されている。
加熱モードでは、制御電子回路は、第1のトランジスタのすべてが導電性とオフの間で定期的に交互に切り替えられるように、電極E1、E2、E3、E4のすべての第1のトランジスタT1a、T2a、T3a、T4aの各々のゲートに高周波の交流スイッチング電圧を供給する。制御電子回路はまた、第3のトランジスタが導電性となるように、電極E1、E2、E3、E4のすべての第3のトランジスタT1c、T2c、T3c、T4cの各々のゲートに、電圧を供給する。第3の電極T1c、T2c、T3c、T4cは、電気的接地への経路を提供する。
図4dは、トランジスタT1a、T2a、T3a、T4a、T1c、T2c、T3c、およびT4cが導電性である、加熱モードでの組み合わされたアトマイザおよび導電率センサ300の電源への接続を示している。図4dに示す配設は、電極の各々の両端に電流を供給するように動作する、第3の駆動回路を備えるものとみなすことができる。
第1のトランジスタを導電性とオフとの間で定期的に切り替えることによって、および第3のトランジスタを導電性として維持することによって、制御電子回路は、電極の各々にわたってパルス直流を供給する。制御電子回路は、パルスの負荷サイクルを制御して、電極が加熱される温度を制御するように構成されている。好ましくは、制御電子回路は、導電率測定モードで決定されたニコチン濃度の表示に基づいて、加熱モードでの負荷サイクルを制御するように構成されている。
当然のことながら、他の実施形態では、エアロゾル発生装置の制御電子回路は、内側電極を加熱するために内側電極に電力を直接的に供給するようには配設され得ないが、むしろ制御電子回路は、誘導によって内側電極を加熱するように配設され得る。これらの実施形態では、振動電圧が外側電極に印加され、内側電極に電流を誘導する。内側電極を十分な温度に加熱するためには、内側電極が、AISI 4xxステンレス鋼などの磁気材料から形成されるサセプタ素子であることが好ましい。外側電極は、磁気材料から形成され得るが、これらの実施形態では、これは必須要件ではない。
図7および図8は、別の例示的な導電率センサ400の概略図を示している。この実施形態では、導電率センサ400は、アトマイザと組み合わされない。この実施形態では、導電率センサは、エアロゾル発生装置のカートリッジの液体貯蔵部分内に配設される4点導電率センサとして構成されている。
カートリッジは、実質的に立方体状の液体貯蔵部分を画定するハウジング401を備える。ハウジングは、PEEKなどの剛直な電気絶縁材料から形成される。導電率センサ400は、2つの外側電極404および2つの内側電極406である、4つの電極を備える。外側電極404の第1の1つおよび内側電極406の第1の1つは、カートリッジハウジング401の第1の内側表面上に配設されており、外側電極404の第2の1つおよび内側電極406の第2の1つは、第1の表面に対向するカートリッジハウジング401の第2の内面上に配設されており、その結果、第1の外側電極および内側電極は、液体貯蔵部分を横切って第2の外側電極および内側電極に面する。
外側電極404は、同一のリング電極を備え、外側電極くぼみ407を画定する。内側電極406は、同一の円形電極を備える。図8に示すように、カートリッジハウジング401の第1の内側表面では、第1の外側電極404および第1の内側電極406は、同心に配設されており、第1の内側電極406は、第1の外側電極404の外部電極くぼみ405内に配設されている。同様に、カートリッジハウジング401の第2の内側表面では、第1の外側電極404および第1の内側電極406は、同心に配設されており、第2の内側電極406は、第2の外側電極404の外部電極くぼみ405内に配設されている。内側電極406の外径は、内側電極404と外側電極406との間にくぼみが設けられるように、外側電極404の内径よりも小さい。内側電極404と外側電極406との間のくぼみは、くぼみ内に配置された液体エアロゾル形成基体がない場合、内側電極406を外側電極404から電気的に絶縁する。
図7に示すように、カートリッジハウジング401の第1の内側側面の第1の内側電極および外側電極は、カートリッジハウジング401の第2の内側側面の第2の内側電極および外側電極と整列している。このように、第1および第2の外側電極404は、液体貯蔵部分の幅によって実質的に分離され、くぼみ408を形成し、第1および第2の内側電極406はまた、液体貯蔵部分の幅によって形成されるくぼみ408によって実質的に分離される。
液体エアロゾル形成基体が液体貯蔵部分内に配置される場合、液体エアロゾル形成基体は、くぼみ408内に配置され、第1および第2の電極404、406に接触することができる。この実施形態では、液体エアロゾル形成基体は、液体貯蔵部分内で自由に移動することができる。しかしながら、他の実施形態では、液体エアロゾル形成基体を保持するための担体材料が、液体貯蔵部分内に提供されてもよい。こうした抗体材料は、典型的には、内側電極404および外側電極406と接触してくぼみ408内に配置される、多孔性の電気絶縁材料である。
図7に示すように、外側電極404の各々は、エアロゾル発生装置の制御電子回路410に電気的に接続されている。同様に、内側電極406の各々は、エアロゾル発生装置の制御電子回路410に電気的に接続されている。各電極404、406は、1つの電気接点によって制御電子回路410に電気的に接続されている。
制御電子回路410は、交流電圧を外側電極404に供給するように構成されており、これは、第1および第2の外側電極404の間のくぼみ408内に配置された液体エアロゾル形成基体を通して交流電流を駆動し得る。制御電子回路は、第1および第2の外側電極404の間の電流を測定するように構成されている。
制御電子回路410によって駆動される第1および第2の外側電極404の間の交流電流は、第1および第2の内側電極406の間の交流電圧を確立する。制御電子回路410は、第1および第2の内側電極にわたる電圧を測定するように構成されている。制御電子回路は、電流および電圧の測定値を使用して、くぼみ408内に配置された液体エアロゾル形成基体の電気導電率を決定するようにさらに構成されている。制御電子回路410は、決定された電気導電率に基づいて、液体エアロゾル形成基体中のニコチンの濃度をさらに決定し得る。
当然のことながら、他の実施形態では、4点導電率センサ400は、液体貯蔵部分の第1の側面に第1の電極、および液体貯蔵部分の第2の側面に第2の電極を有する、2点導電率センサで置換され得る。
当然のことながら、この実施形態では、導電率センサ400は、カートリッジの液体貯蔵部分内に配設されるが、他の実施形態では、導電率センサ400は、エアロゾル発生装置の液体貯蔵部分、または液体貯蔵部分とアトマイザとの間の導管内に配設され得る。
図9および図10は、別の例示的な導電率センサ500の概略図を示している。この実施形態では、導電率センサ500は、アトマイザと組み合わされない。この実施形態では、導電率センサ500は、エアロゾル発生装置のカートリッジの液体貯蔵部分内に配設される誘導性導電率センサである。
導電率センサ500は、トロイダルコイルの形態の2つの電極504、506を備える。コイル電極の第1の1つは、強磁性材料の第1のリング505の周りに巻き付けられた駆動コイル504である。コイル電極の第2の1つは、強磁性材料の第2のリング507の周りに巻き付けられた受けコイル506である。受けコイル506およびリング507は、駆動コイル504およびリング505と実質的に同一であり、特に同じ巻数を有し、同じ方向に巻き付けられる。
駆動コイル504および受けコイル506の各々は、エアロゾル形成基体が通って流れ得る内側くぼみを有する。受けコイル506は、軸上の駆動コイル504と整列し、軸に沿って駆動コイル504から間隔を置いており、その結果、受けコイル内側くぼみおよび駆動コイル内側くぼみが整列して、液体エアロゾル形成基体が通って流れ得る連続的な円筒形の内側くぼみを実質的に形成する。駆動コイル504は、交流電圧が駆動コイル504に供給されるときに、受けコイル506に電流を誘導するように配設および構成されている。
駆動コイル504および受けコイル506の各端部は、エアロゾル発生装置の制御電子回路510に電気的に接続されている。
駆動コイル504および強磁性リング505ならびに受けコイル506および強磁性リング507は、液体エアロゾル形成基体に対して実質的に不浸透性のプラスチック材料などの電気絶縁材料の環状の円筒形の本体512に埋め込まれる。したがって、本体512は、本体512を通って延在しており、かつ両端で開いている、内側くぼみ514を有する円筒形のチューブの形態を有する。本体512は、液体エアロゾル形成基体からコイル電極を保護するために提供される。本体512は、液体貯蔵部分内の液体エアロゾル形成基体が内側通路514を通って、本体501の外側表面の周りに流れることができるように、カートリッジの液体貯蔵部分内に配設されるように構成されている。
使用時に、制御電子回路510は、交流電圧の形態で駆動コイル504に電力を供給するように構成されている。駆動コイル504内の交流電圧は、内側くぼみ514内に配置された液体エアロゾル形成基体に電流を誘導する、磁界を生成する。内側くぼみ514内の電流は、図7の矢印516によって示されている。液体エアロゾル形成基体内の誘導電流516はまた、受けコイル506に電流を誘導する、磁界を生成する。液体エアロゾル形成基体の導電率は、液体エアロゾル形成基体に誘導された電流516の大きさに影響を与え、これは次に、受けコイル506に誘導された電流の大きさに影響を与える。制御電子回路510は、受けコイル内に誘導された電圧および電流の一方または両方を測定するように構成されており、受けコイル内の測定された誘導電流および電圧のうちの1つ以上に基づいて、液体エアロゾル形成基体の電気導電率を決定するようにさらに構成されている。制御電子回路は、決定された導電率に基づいて、液体エアロゾル形成基体中のニコチンの濃度をさらに決定し得る。
Claims (15)
- エアロゾル発生システムであって、
液体エアロゾル形成基体を保持するための液体貯蔵部分と、
前記液体貯蔵部分と流体接続している、アトマイザと、
前記液体貯蔵部分からの液体エアロゾル形成基体の電気導電率を感知するように配設された導電率センサであって、前記導電率センサが、少なくとも2つの電極を備える、導電率センサと、
電源と、
制御電子回路であって、
前記液体貯蔵部分から液体エアロゾル形成基体を噴霧するために、前記電源から前記アトマイザへの電力の供給を制御することと、
前記電源から前記導電率センサの前記電極への電力の供給を制御することであって、前記電力の供給が、交流電圧として前記導電率センサに供給される、制御することと、
前記液体エアロゾル形成基体の前記導電率を示す1つ以上の測定値を、前記導電率センサから受信することと、
前記導電率センサからの前記測定値のうちの1つ以上に基づいて、前記液体エアロゾル形成基体のニコチン濃度を決定することと、を行うように構成されている、制御電子回路と、を備える、エアロゾル発生システム。 - 前記制御電子回路が、前記液体エアロゾル形成基体の前記決定されたニコチン濃度に基づいて、前記液体エアロゾル形成基体を噴霧するために、前記電源から前記アトマイザへの前記電力の供給を制御するようにさらに構成されている、請求項1に記載のエアロゾル発生システム。
- 前記制御電子回路が、前記決定されたニコチン濃度を所定の閾値と比較することと、前記決定されたニコチン濃度が前記所定の閾値以下であるときに、前記アトマイザに第1の電力を供給することと、前記決定されたニコチン濃度が前記所定の閾値を超えるときに、前記第1の電力よりも低い第2の電力を前記アトマイザに供給することと、によって、前記液体エアロゾル形成基体の前記決定されたニコチン濃度に基づいて、前記液体エアロゾル形成基体を噴霧するために、前記電源から前記アトマイザへの前記電力の供給を制御するように構成されている、請求項2に記載のエアロゾル発生システム。
- 前記エアロゾル発生システムが、前記液体貯蔵部分からのエアロゾル形成基体を加熱するように配設されたヒーターをさらに備え、前記制御電子回路が、前記電源から前記ヒーターに電力を供給して、前記液体貯蔵部分からの液体エアロゾル形成基体を所定の温度に加熱するように構成されている、請求項1~3のいずれか一項に記載のエアロゾル発生システム。
- 前記システムが、前記液体貯蔵部分からの液体エアロゾル形成基体の前記温度を感知するように配設された温度センサをさらに備え、
前記制御電子回路が、
前記温度センサから、前記導電率センサでの前記液体エアロゾル形成基体の温度の1つ以上の測定値を受信することと、
前記温度測定値のうちの1つ以上に基づいて、前記ニコチン濃度の前記決定を調整することと、を行うようにさらに構成されている、請求項1~4のいずれか一項に記載のエアロゾル発生システム。 - 前記導電率センサの各電極が、前記液体貯蔵部分からの液体エアロゾル形成基体に接触するよう配設されている、請求項1~5のいずれか一項に記載のエアロゾル発生システム。
- 前記導電率センサが、2つの電極を備え、前記2つの電極が、離間されて、前記液体貯蔵部分からの液体エアロゾル形成基体が中に配置されるくぼみを形成する、請求項6に記載のエアロゾル発生システム。
- 前記アトマイザが、複数の発熱体を備える、熱アトマイザであり、前記導電率センサの前記電極の各々が、前記アトマイザの発熱体から形成される、請求項7に記載のエアロゾル発生システム。
- 前記制御電子回路が、
前記液体エアロゾル形成基体の前記導電率を測定するために、前記導電率センサの前記電極に第1の電力を供給することと、
前記液体エアロゾル形成基体を噴霧するために、前記アトマイザの前記複数の発熱体に第2の電力を供給することであって、前記第2の電力が、前記第1の電力よりも大きい、供給することと、を行うようにさらに構成されている、請求項8に記載のエアロゾル発生システム。 - 前記導電率センサが、2つの内側電極および2つの外側電極を備え、
前記2つの外側電極が、離間されて、前記液体貯蔵部分からの液体エアロゾル形成基体が中に配置される外側くぼみを形成し、
前記2つの内側電極が、前記2つの外側電極の間で、前記外側くぼみ内に配設されており、かつ離間されて、前記液体貯蔵部分からの液体エアロゾル形成基体が中に配置される内側くぼみを形成し、
前記制御電子回路が、
前記電源から前記外側電極に前記電力を供給することであって、前記電力の供給が、交流電圧として前記外側電極に供給される、供給することと、
前記内側電極から、前記液体エアロゾル形成基体の前記導電率を示す前記1つ以上の測定値を受信することと、を行うようにさらに構成されている、請求項6に記載のエアロゾル発生システム。 - 前記アトマイザが、複数の発熱体を備える、熱アトマイザであり、前記導電率センサの前記電極の各々が、前記アトマイザの発熱体から形成される、請求項10に記載のエアロゾル発生システム。
- 前記制御電子回路が、
前記液体エアロゾル形成基体の前記導電率を測定するために、前記導電率センサの前記外側電極に第1の電力を供給することと、
前記液体エアロゾル形成基体を噴霧するために、前記アトマイザの前記複数の発熱体に第2の電力を供給することであって、前記第2の電力が、前記第1の電力よりも大きい、供給することと、を行うようにさらに構成されている、請求項11に記載のエアロゾル発生システム。 - 前記導電率センサが、第1の電極および第2の電極である、2つの電極を備え、各電極が、コイルを形成し、前記制御電子回路が、前記第1の電極に前記交流電圧を供給するように構成されており、前記制御電子回路が、前記第2の電極から、前記液体エアロゾル形成基体の前記導電率を示す前記1つ以上の測定値を受信するように構成されており、前記第1の電極が、前記交流電圧が前記第1の電極に供給されたときに、前記第2の電極に電流を誘導するように配設されている、請求項1~5のいずれか一項に記載のエアロゾル発生システム。
- 前記第1の電極および前記第2の電極が、前記液体貯蔵部分内に配設されている、請求項13に記載のエアロゾル発生システム。
- エアロゾル発生システム用のカートリッジであって、前記カートリッジが、
液体エアロゾル形成基体を保持するための液体貯蔵部分と、
前記液体貯蔵部分と流体接続している、アトマイザと、
前記液体貯蔵部分からの液体エアロゾル形成基体の電気導電率を感知するように配設された導電率センサであって、前記導電率センサが、前記液体貯蔵部分内に配設された第1の電極および第2の電極である、2つの電極を備え、各電極が、コイルを形成し、前記第1の電極が、交流電圧が前記第1の電極に供給されたときに、前記第2の電極に電流を誘導するように配設されている、導電率センサと、を備える、カートリッジ。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230606 |