JP2023541757A - エアロゾル生成装置 - Google Patents

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Abstract

一実施形態に係わるエアロゾル生成装置は、エアロゾル生成物質が保存される保存部、保存部に保存されたエアロゾル生成物質を吸収する液体伝達手段及び超音波振動を発生させて液状伝達手段に吸収されたエアロゾル生成物質をエアロゾルに霧化させる霧化器(atomizer)を含み、霧化器は、振動子を含み、振動子は、0.6nF~1.1nFのキャパシタンス(capacitance)値を有する。

Description

本発明は、エアロゾル生成装置に係り、さらに詳細には、超音波振動を用いてエアロゾルを発生させるエアロゾル生成装置に関する。
最近、一般的なシガレットを燃焼させてエアロゾルを供給する方法を代替するための技術の需要が増加している。例えば、液体状態や固体状態のエアロゾル生成物質からエアロゾルを生成するか、液体状態のエアロゾル生成物質から蒸気を生成した後、生成した蒸気を固体状態の香媒体を通過させることで、香味を有するエアロゾルを供給するなどの方法に関する研究が進められている。
従来の超音波振動を用いたエアロゾル発生装置は、超音波振動子に交流電圧を印加すれば、超音波振動が発生し、超音波振動子で発生した熱で超音波振動子に当接している液状の粘度を低下させた後、交流電圧に含まれた周波数の振動数で振動する超音波振動によって液状を微粒子化してエアロゾルを発生させる方式である。この際、超音波振動子の物性値(property)によって霧化性能が異なる。
一方、超音波振動子の特性によって熱が発生し、発生する熱がキュリー温度を外れれば、超音波振動の特性を失う。したがって、超音波振動子の最適物性値を確保することが重要である。
本発明は、超音波駆動のための回路構成による超音波振動子のキャパシタンス値を決定することで、最適の効率を発生させうる超音波振動子の物性値を決定する。
本開示の実施形態を通じて解決しようとする課題が上述した課題によって制限されるものではなく、言及されていない課題は、本明細書及び添付図面から実施形態が属する技術分野で通常の知識を有する者に明確に理解されるであろう。
一実施形態に係わるエアロゾル生成装置は、エアロゾル生成物質が保存される保存部;前記保存部に保存されたエアロゾル生成物質を吸収する液体伝達手段;及び超音波振動を発生させて前記液状伝達手段に吸収されたエアロゾル生成物質をエアロゾルに霧化させる霧化器(atomizer);を含み、
前記霧化器は、振動子を含み、前記振動子は、0.6nF~1.1nFのキャパシタンス(capacitance)値を有する。
前記エアロゾル生成装置は、前記振動子のキャパシタンス値の範囲内で、前記振動子の物性値(property)が決定されうる。
前記振動子の物性値は、圧電定数、電気-機械結合係数、品質係数、キュリー温度及び添加物のうち、少なくとも1つを含む。
前記添加物は、コバルト(Co)、アンチモン(Sb)及びニオブ(Nb)のうち、少なくとも1つを含む。
前記振動子の厚さは、0.69mm~0.71mmでもある。
前記振動子の直径は、7mm~9mmでもある。
前記振動子は、PZT(Lead zirconate titanate)でもある。
前記液体伝達手段は、前記貯蔵槽と隣接して配置され、前記貯蔵槽からエアロゾル生成物質を供給される第1液体伝達手段;及び前記第1液体伝達手段と前記霧化器との間に位置し、前記第1液体伝達手段に供給されたエアロゾル生成物質を前記霧化器に伝達する第2液体伝達手段;を含む。
前記エアロゾル生成装置は、霧化されたエアロゾルが外部に排出されるための排出口を含むマウスピース;及び前記霧化器と前記排出口とを連結する排出通路をさらに含み、前記霧化器によって霧化されたエアロゾルは、前記排出通路に沿って前記排出口に向かう方向に移動する。
前記第1液体伝達手段は、前記霧化器から飛散する液滴(droplet)の前記排出通路に向かう移動を制限する。
前記エアロゾル生成装置は、バッテリ電圧を供給するバッテリ;及び前記バッテリ電圧を変換して前記振動子に交流電圧を供給する電力変換回路;をさらに含み、前記電力変換回路のインダクタのインダクタンス値及び共振周波数に沿って前記振動子のキャパシタンス値が決定されうる。
前記電力変換回路を制御するプロセッサをさらに含みうる。
上述した実施形態に係わるエアロゾル生成装置は、超音波駆動のための回路構成による超音波振動子のキャパシタンス値を決定することで、最適の効率を発生させうる超音波振動子の物性値を決定することができる。
上述した実施形態に係わるエアロゾル生成装置は、超音波振動を用いてエアロゾル生成物質を微粒子化することで、ヒータの利用時に比べて、相対的に低い温度でエアロゾルを発生させ、その結果、ユーザの喫煙感を向上させうる。
また、上述した実施形態に係わるエアロゾル生成装置は、エアロゾルの霧化過程において霧化器から飛散する液滴がユーザに到逹することを防止することで、ユーザの喫煙感を向上させうる。
また、上述した実施形態に係わるエアロゾル生成装置は、エアロゾル生成物質の液漏れ発生を防止することで、カートリッジまたはエアロゾル生成装置の故障または誤作動を減らしうる。
実施形態による効果が上述した効果に制限されるものではなく、言及されていない効果は、本明細書及び添付された図面から実施形態が属する技術分野で通常の知識を有する者に明確に理解されるであろう。
一実施形態に係わるエアロゾル生成装置のブロック図である。 図1に図示されたエアロゾル生成装置を概略的に示す図面である。 一実施形態に係わるエアロゾル生成装置用カートリッジの斜視図である。 一実施形態に係わるカートリッジの分解斜視図である。 一実施形態に係わるエアロゾル生成装置を駆動するための駆動回路図である。 他の実施形態に係わるカートリッジの斜視図である。 他の実施形態に係わるカートリッジの分解斜視図である。 図6に図示されたカートリッジをA-A’方向に切断した断面図である。 図6に図示されたカートリッジをB-B’方向に切断した断面図である。 他の実施形態に係わるカートリッジの振動子と印刷回路基板の電気的連結関係を説明するための分解斜視図である。 図10に図示されたカートリッジの振動子と印刷回路基板の電気的連結関係を説明するための断面図である。
実施形態で使用される用語は、本発明における機能を考慮しながら可能な限り、現在広く使用される一般的な用語を選択したが、これは、当分野に従事する技術者の意図または判例、新たな技術の出現などによっても異なる。また特定の場合は、出願人が任意に選定した用語もあり、その場合、当該発明の説明部分において、詳細にその意味を記載する。したがって、本発明において使用される用語は、単純な用語の名称ではない、その用語が有する意味と本発明の全般にわたる内容に基づいて定義されなければならない。
本開示において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、それは、特別に反対となる記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含んでもよいということを意味する。また、本開示に記載された「-部」、「-モジュール」などの用語は、少なくとも1つの機能や動作を処理する単位を意味し、それは、ハードウェアまたはソフトウェアによって具現されるか、あるいはハードウェアとソフトウェアとの結合によっても具現される。
本開示で使用されたように、「少なくともいずれか1つ」のような表現が配列された構成要素の前にあるとき、配列されたそれぞれの構成ではない全体構成要素を修飾する。例えば、「a、b、及びcのうち、少なくともいずれか1つ」という表現は、a、b、c、または、aとb、aとc、bとc、または、aとbとcを含むと解釈せねばならない。
本開示において「エアロゾル(aerosol)」は、エアロゾル生成物質から発生した蒸気化された粒子と空気とが混合された状態の気体を意味する。
また、本開示において「エアロゾル生成装置」は、ユーザの口を通じてユーザの肺に直接吸入可能なエアロゾルを発生させるために、エアロゾル生成物質を用いてエアロゾルを生成する装置でもある。
本開示において「パフ(puff)」は、ユーザの吸入を意味し、吸入とは、ユーザの口や鼻を介してユーザの口腔内、鼻腔内または肺への吸入状況を意味する。
以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態について、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施可能なように詳細に説明する。しかし、本開示は、様々な互いに異なる形態にも具現され、ここで説明する実施例に限定されない。
図1は、一実施形態に係わるエアロゾル生成装置のブロック図である。
図1を参照すれば、エアロゾル生成装置1000は、バッテリ510、霧化器400、センサ520、ユーザインターフェース530、メモリ540及びプロセッサ550を含む。しかし、エアロゾル生成装置1000の内部構造は、図1に図示されたところに限定されない。エアロゾル生成装置1000の設計によって、図1に図示されたハードウェア構成のうち、一部が省略されるか、新たな構成がさらに追加されるということを、本実施形態に係わる技術分野で通常の知識を有する者であれば、理解するであろう。
一例としてエアロゾル生成装置1000は、本体を含み、その場合、エアロゾル生成装置1000に含まれたハードウェア要素は、本体に位置する。
他の実施形態として、エアロゾル生成装置1000は、本体及びカートリッジを含み、エアロゾル生成装置1000に含まれたハードウェア要素は、本体及びカートリッジに分けられて位置することができる。または、エアロゾル生成装置1000に含まれたハードウェア要素のうち、少なくとも一部は、本体及びカートリッジそれぞれに位置してもよい。
以下、エアロゾル生成装置1000に含まれた各要素が位置する空間を限定せず、各要素の動作について説明する。
霧化器400は、プロセッサ550の制御によってバッテリ510から電力を供給される。霧化器400は、バッテリ510から電力を供給されてエアロゾル生成装置1000に保存されたエアロゾル生成物質を霧化させうる。
霧化器400は、エアロゾル生成装置1000の本体に位置する。または、エアロゾル生成装置1000が本体及びカートリッジを含む場合、霧化器400は、カートリッジに位置するか、本体及びカートリッジに分けられて位置する。霧化器400がカートリッジに位置する場合、霧化器400は、本体及びカートリッジのうち、少なくともいずれか1箇所に位置したバッテリ510から電力を供給されうる。また霧化器400が本体及びカートリッジに分けられて位置する場合、霧化器400で電力供給が必要な部品は、本体及びカートリッジのうち、少なくともいずれか1箇所に位置したバッテリ510から電力を供給されうる。
霧化器400は、カートリッジ内部のエアロゾル生成物質からエアロゾル(aerosol)を発生させる。エアロゾルは、気体中に液体及び/または固体微粒子が分散されている浮遊物を意味する。したがって、霧化器400から発生するエアロゾルは、エアロゾル生成物質から発生した蒸気化された粒子と空気とが混合された状態を意味する。例えば、霧化器400は、エアロゾル生成物質の相(phase)を気化及び/または昇華を通じて気相に変換させうる。また霧化器400は、液体及び/または固相のエアロゾル生成物質を微粒子化して放出することで、エアロゾルを生成することができる。
例えば、霧化器400は、超音波振動方式を用いることで、エアロゾル生成物質からエアロゾルを発生させうる。超音波振動方式は、振動子によって発生する超音波振動でエアロゾル生成物質を霧化させることにより、エアロゾルを発生させる方式を意味する。
図1に図示されていないが、霧化器400は、熱を発生させることで、エアロゾル生成物質を加熱するヒータを選択的に含む。エアロゾル生成物質は、ヒータによって加熱され、その結果、エアロゾルが生成されうる。
ヒータは、任意の適した電気抵抗性物質によって形成されうる。例えば、適した電気抵抗性物質は、チタン、ジルコニウム、タンタル、白金、ニッケル、コバルト、クロム、ハフニウム、ニオブ、モリブデン、タングステン、錫、ガリウム、マンガン、鉄、銅、ステンレス鋼、ニクロムなどを含む金属または金属合金でもあるが、それらに制限されない。またヒータは、金属熱線(wire)、導電性トラック(track)が配置された金属熱板(plate)、セラミック発熱体などによっても具現されるが、それらに制限されない。
例えば、一実施形態においてヒータは、カートリッジ2000の一部でもある。またカートリッジ2000は、後述する液体伝達手段及び液体保存部を含む。液体保存部に収容されたエアロゾル生成物質は、液体伝達手段に移動し、ヒータは、液体伝達手段に吸収されたエアロゾル生成物質を加熱してエアロゾルを発生させうる。例えば、ヒータは、液体伝達手段に巻かれるか、液体伝達手段に隣接して配置されうる。
他の例として、エアロゾル生成装置1000は、シガレットを収容する収容空間を含み、ヒータは、エアロゾル生成装置1000の収容空間に挿入されたシガレットを加熱しうる。エアロゾル生成装置1000の収容空間にシガレットが収容されることにより、ヒータは、シガレットの内部及び/または外部に位置する。これにより、ヒータは、シガレット内のエアロゾル生成物質を加熱してエアロゾルを発生させうる。
一方、ヒータは、誘導加熱式ヒータでもある。ヒータは、シガレットまたはカートリッジを誘導加熱方式で加熱するための導電性コイルを含み、シガレットまたはカートリッジには、誘導加熱式ヒータによって加熱されるサセプタが含まれる。
バッテリ510は、エアロゾル生成装置1000の動作に用いられる電力を供給する。すなわち、バッテリ510は、霧化器400がエアロゾル生成物質を霧化させるように電力を供給する。またバッテリ510は、エアロゾル生成装置1000内に備えられた他のハードウェア要素、すなわち、センサ520、ユーザインターフェース530、メモリ540及びプロセッサ550の動作に必要な電力を供給することができる。バッテリ510は、充電可能なバッテリであるか、使い捨てバッテリである。
例えば、バッテリ510は、ニッケル系バッテリ(例えば、ニッケル金属ハイドライドバッテリ、ニッケルカドミウムバッテリ)、または、リチウム系バッテリ(例えば、リチウムコバルトバッテリ、リン酸鉄リチウムバッテリ、チタン酸リチウムバッテリ、リチウムイオンバッテリまたはリチウムポリマーバッテリ)を含む。但し、エアロゾル生成装置1000に使用されるバッテリ510の種類は、上述したところによって制限されない。必要によって、バッテリ510は、アルカリバッテリまたはマンガンバッテリを含む。
エアロゾル生成装置1000は、少なくとも1つのセンサ520を含む。少なくとも1つのセンサ520でセンシングされた結果は、プロセッサ550に伝達され、センシング結果によってプロセッサ550は、霧化器400の動作制御、喫煙の制限、カートリッジ(または、シガレット)挿入有/無の判断、お知らせ表示のような多様な機能が遂行されるようにエアロゾル生成装置1000を制御する。
例えば、少なくとも1つのセンサ520は、パフ感知センサを含む。パフ感知センサは、外部から流入される気流の流量(flow)変化、圧力変化、及び音の検出のうち、少なくとも1つに基づいてユーザのパフを感知する。パフ感知センサは、ユーザのパフの開始タイミング及び終了タイミングを検出し、プロセッサ550は、検出されたパフの開始タイミング及び終了タイミングによってパフ期間(puff period)及び非パフ(non-puff)期間を判断する。
また、少なくとも1つのセンサ520は、ユーザ入力センサを含む。ユーザ入力センサは、スイッチ、物理的ボタン、タッチセンサのようにユーザの入力を受信するセンサでもある。例えば、タッチセンサは、ユーザが金属材質によって形成された所定の領域をタッチする場合、キャパシタンス(capacitance)の変化が発生し、キャパシタンスの変化を検出することで、ユーザの入力を感知する静電容量型センサでもある。プロセッサ550は、静電容量型センサから受信したキャパシタンスの変化の前後値を比較することにより、ユーザの入力が発生したか否かを決定する。キャパシタンス変化の前後値が既設定のしきい値を超過した場合、プロセッサ550は、ユーザの入力が発生したと決定する。
また、少なくとも1つのセンサ520は、モーションセンサを含む。モーションセンサを介してエアロゾル生成装置1000の傾度、移動速度及び加速度のようなエアロゾル生成装置1000の動きに係わる情報を獲得する。例えば、モーションセンサは、エアロゾル生成装置1000が動く状態、エアロゾル生成装置1000の停止状態、パフのためにエアロゾル生成装置1000が所定範囲内の角度で傾いた状態及び各パフ動作の間でパフ動作時とは異なる角度でエアロゾル生成装置1000が傾いた状態に係わる情報を測定する。モーションセンサは、当該技術分野で知られた多様な方法を用いてエアロゾル生成装置1000の運動情報を測定する。例えば、モーションセンサは、x軸、y軸及びz軸3方向の加速度を測定する加速度センサ及び3方向の角速度を測定するジャイロセンサを含んでもよい。
また、少なくとも1つのセンサ520は、近接センサを含む。近接センサは、接近する物体、あるいは近傍に存在する物体の有無または距離を電磁界の力または赤外線などを用いて機械的接触なしに検出するセンサを意味し、それを介してエアロゾル生成装置1000にユーザの接近有無を検出することができる。
また、少なくとも1つのセンサ520は、イメージセンサを含む。イメージセンサは、例えば、物体のイメージを獲得するためのカメラを含む。イメージセンサは、カメラによって獲得されたイメージに基づいて物体を認識する。プロセッサ550は、イメージセンサを介して獲得されたイメージを分析し、ユーザがエアロゾル生成装置1000を使用するための状況であるか否かを決定する。例えば、ユーザがエアロゾル生成装置1000を使用するために、エアロゾル生成装置1000を唇あたりに接近させるとき、イメージセンサは、唇のイメージを獲得する。プロセッサ550は、獲得されたイメージを分析して唇と判断される場合、ユーザがエアロゾル生成装置1000を使用するための状況であるということを決定する。これにより、エアロゾル生成装置1000は、霧化器400を予め動作させるか、ヒータを予熱させうる。
また、少なくとも1つのセンサ520は、エアロゾル生成装置1000に使用される消耗品(例えば、カートリッジ、シガレットなど)の装着または脱去を感知する消耗品脱着センサを含みうる。例えば、消耗品脱着センサは、消耗品がエアロゾル生成装置1000に接触したか否かを感知するか、イメージセンサによって消耗品が脱着されるか否かを判断する。また消耗品脱着センサは、消耗品のマーカーと相互作用するコイルのインダクタンス値の変化を感知するインダクタンスセンサであるか、消耗品のマーカーと相互作用するキャパシタのキャパシタンス値の変化を感知するキャパシタンスセンサでもある。
また、少なくとも1つのセンサ520は、温度センサを含む。温度センサは、霧化器400のヒータ(または、エアロゾル生成物質)が加熱される温度を感知する。エアロゾル生成装置1000は、ヒータの温度を感知する別途の温度センサを含むか、別途の温度センサを含む代わりに、ヒータ自体が温度センサの役割を遂行する。または、ヒータが温度センサの役割を遂行すると共に、エアロゾル生成装置1000に別途の温度センサがさらに含まれうる。また温度センサは、ヒータだけではなく、エアロゾル生成装置1000の印刷回路基板(PCB)、バッテリのような内部部品の温度を感知しうる。
また、少なくとも1つのセンサ520は、エアロゾル生成装置1000の周辺環境の情報を測定する多様なセンサを含む。例えば、少なくとも1つのセンサ520は、周辺環境の温度を測定する温度センサ、周辺環境の湿度を測定する湿度センサ、周辺環境の圧力を測定する大気圧センサなどを含む。
エアロゾル生成装置1000に備えられるセンサ520は、上述した種類に限定されず、多様なセンサをさらに含む。例えば、エアロゾル生成装置1000は、ユーザ認証及び保安のためにユーザの指から指紋情報を獲得する指紋センサ、瞳の虹彩パターンを分析する虹彩認識センサ、手の平を撮影したイメージから静脈内還元ヘモグロビンの赤外線の吸収量を感知する静脈認識センサ、目、鼻、口及び顔面輪郭などの特徴点を2Dまたは、3D方式で認識する顔面認識センサ及びRFID(Radio-Frequency Identification)センサなどを含んでもよい。
エアロゾル生成装置1000には、前記例示された多様なセンサ520の例示のうち、一部だけが取捨選択されて具現されうる。すなわち、エアロゾル生成装置1000は、前述したセンサのうち、少なくとも1つ以上のセンサでセンシングされる情報を組み合わせて活用することができる。
ユーザインターフェース530は、ユーザにエアロゾル生成装置1000の状態についての情報を提供する。ユーザインターフェース530は、視覚情報を出力するディスプレイまたはランプ、触覚情報を出力するモータ、音情報を出力するスピーカ、ユーザから入力された情報を受信するか、ユーザに情報を出力する入/出力(I/O)インターフェーシング手段(例えば、ボタンまたはタッチスクリーン)とデータ通信をするか、充電電力を供給されるための端子、外部デバイスと無線通信(例えば、WI-FI, WI-FI Direct, Bluetooth(登録商標), NFC(Near-Field Communication)など)を遂行するための通信インターフェーシングモジュールなどの多様なインターフェーシング手段を含みうる。
但し、エアロゾル生成装置1000には、前記例示された多様なユーザインターフェース530例示のうち、一部のみが取捨選択されて具現されうる。
メモリ540は、エアロゾル生成装置1000内で処理される各種データを保存するハードウェアであって、メモリ540は、プロセッサ550で処理されたデータ及び処理されるデータを保存することができる。メモリ540は、DRAM(dynamic random access memory), SRAM(static random access memory)のようなRAM(random access memory),ROM(read-only memory), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory)などの多様な種類によって具現されうる。
メモリ540には、エアロゾル生成装置1000の動作時間、最大パフ回数、現在パフ回数、少なくとも1つの温度プロファイル及びユーザの喫煙パターンに係わるデータなどが保存されうる。
プロセッサ550は、エアロゾル生成装置1000の全般的な動作を制御する。プロセッサ550は、多数の論理ゲートのアレイとしても具現され、汎用的なマイクロプロセッサと、該マイクロプロセッサで実行されるプログラムが保存されたメモリの組合わせによっても具現される。またプロセッサ550が他の形態のハードウェアとしても具現されるということを、当該実施形態が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、理解できるであろう。
プロセッサ550は、少なくとも1つのセンサ520によってセンシングされた結果を分析し、後続して行われる処理を制御する。
プロセッサ550は、少なくとも1つのセンサ520によってセンシングされた結果に基づいて、霧化器400の動作が開始または終了するように、霧化器400に供給される電力を制御する。またプロセッサ550は、少なくとも1つのセンサ520によってセンシングされた結果に基づいて、霧化器400が適量のエアロゾルを発生させるように霧化器400に供給される電力量及び電力供給時間を制御する。例えば、プロセッサ550は、霧化器400の振動子が所定の周波数で振動するように振動子に供給される電流または電圧を制御する。
一実施形態においてプロセッサ550は、エアロゾル生成装置1000に対するユーザ入力を受信した後、霧化器400の動作を開始する。またプロセッサ550は、パフ感知センサを利用し、ユーザのパフを感知した後、霧化器400の動作を開始する。また、プロセッサ550は、パフ感知センサを用いてパフ回数をカウントした後、パフ回数が既設定の回数に到逹すれば、霧化器400に電力供給を中断させうる。
プロセッサ550は、少なくとも1つのセンサ520によってセンシングされた結果に基づいて、ユーザインターフェース530を制御する。例えば、パフ感知センサを用いてパフ回数をカウントした後、パフ回数が既設定の回数に到逹すれば、プロセッサ550は、ランプ、モータ及びスピーカのうち、少なくともいずれか1つを利用し、ユーザにエアロゾル生成装置1000が直ぐ終了するということを予告する。
一方、図1には図示されていないが、エアロゾル生成装置1000は、別途のクレードルと共に、エアロゾル生成システムに含まれうる。例えば、クレードルは、エアロゾル生成装置1000のバッテリ510を充電するのに用いられる。例えば、エアロゾル生成装置1000は、クレードル内部の収容空間に収容された状態で、クレードルのバッテリから電力を供給されてエアロゾル生成装置1000のバッテリ510を充電することができる。
図2は、一実施形態に係わるエアロゾル生成装置を概略的に示す図面である。
図2に図示された実施形態に係わるエアロゾル生成装置1000は、エアロゾル生成物質を保有するカートリッジ10と、カートリッジ10を支持する本体20と、を含む。
カートリッジ10は、内部にエアロゾル生成物質を収容した状態で本体20に結合する。一例において、カートリッジ10の少なくとも一部が本体20に挿入されることで、カートリッジ10と本体20とが結合されうる。他の例として、本体20の少なくとも一部がカートリッジ10に挿入されることで、カートリッジ10と本体20が結合されうる。
カートリッジ10と本体20は、スナップフィット(snap-fit)方式、螺合方式、磁力結合方式または嵌合方式のうち、少なくとも1つの方式によって結合されうるが、カートリッジ10と本体20との結合方式が上述した例示に限定されるものではない。
一実施形態において、カートリッジ10は、ユーザの吸入過程でユーザの口腔に挿入されるマウスピース160を含む。一実施形態において、マウスピース160は、カートリッジ10の本体20と結合される一領域と反対方向に位置した他の領域に配置され、エアロゾル生成物質から発生したエアロゾルを外部に排出する排出口160eを含む。
ユーザの吸入またはパフ動作によってカートリッジ10の外部と内部との間に圧力差が発生し、カートリッジ10の内部と外部との圧力差によってカートリッジ10の内部で生成されたエアロゾルが排出口160eを介してカートリッジ10の外部に排出されうる。すなわち、ユーザは、マウスピース160に口腔を接触して吸い込むことで、排出口160eを介してカートリッジ10の外部に排出されるエアロゾルを供給されうる。
一実施形態において、カートリッジ10は、ハウジング100の内部空間に位置し、エアロゾル生成物質を収容する貯蔵槽200を含む。本発明において「貯蔵槽がエアロゾル生成物質を収容する」という表現は、貯蔵槽200が容器(container)の用途のようにエアロゾル生成物質を単に入れる機能を遂行することと、貯蔵槽200の内部に、例えば、スポンジ(sponge)や綿や布地や多孔性セラミック構造体のようなエアロゾル生成物質を含浸(含有)する要素を含むことを意味する。
カートリッジ10は、例えば、液体状態や、固体状態や、気体状態や、ゲル(gel)状態のうち、いずれか1つの状態を有するエアロゾル生成物質を保有する。エアロゾル生成物質は、液状組成物を含む。例えば、液状組成物は、揮発性タバコ香成分を含むタバコ含有物質を含む液体でもあり、非タバコ物質を含む液体でもある。
液状組成物は、例えば、水、ソルベント、エタノール、植物抽出物、香料、香味剤、及びビタミン混合物のうち、いずれか1つの成分や、これら成分の混合物を含む。香料は、メントール、ペパーミント、スペアミントオイル、各種果物の香り成分などを含むが、それらに制限されない。香味剤は、ユーザに多様な香味または風味を提供する成分を含む。ビタミン混合物は、ビタミンA、ビタミンB、ビタミンC及びビタミンEのうち、少なくとも1つが混合されたものでもあるが、それらに制限されない。また液状組成物は、グリセリン及びプロピレングリコールのようなエアロゾル形成剤を含む。
例えば、液状組成物は、ニコチン塩が添加された任意の重量比のグリセリン及びプロピレングリコール溶液を含む。液状組成物には、2種以上のニコチン塩が含まれうる。ニコチン塩は、ニコチンに有機酸または無機酸を含む適切な酸を添加することで形成されうる。ニコチンは、自然に発生するニコチンまたは合成ニコチンであって、液状組成物の総溶液重量に対する任意の適切な重量の濃度を有する。
ニコチン塩の形成のための酸は、血中ニコチン吸収速度、エアロゾル生成装置1000の作動温度、香味または風味、溶解度などを考慮して適切に選択されうる。例えば、ニコチン塩の形成のための酸は、安息香酸、乳酸、サリチル酸、ラウリン酸、ソルビン酸、レブリン酸、ピルビン酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、バレリン酸、カプロン酸、カプリル酸、カプリン酸、クエン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、フェニル酢酸、酒石酸、コハク酸、フマル酸、グルコン酸、サッカリン酸、マロン酸またはリンゴ酸で構成された群から選択される単独の酸または前記群から選択される2以上の酸の混合でもあるが、それらに限定されない。
エアロゾル生成装置1000は、カートリッジ10の内部のエアロゾル生成物質の相(phase)を変換してエアロゾル(aerosol)を発生させる霧化器400を含む。
一例示において、貯蔵槽200に保存または収容されたエアロゾル生成物質は、液体伝達手段300によって霧化器400に供給され、霧化器400は、液体伝達手段300から供給されたエアロゾル生成物質を霧化させてエアロゾルを生成する。液体伝達手段300は、例えば、綿繊維、セラミック纎維、ガラス繊維、多孔性セラミックの少なくとも1つを含む芯(wick)でもあるが、それらに限定されるものではない。
一実施形態によれば、エアロゾル生成装置1000の霧化器400は、超音波振動でエアロゾル生成物質を霧化させる超音波振動方式を用いることで、エアロゾル生成物質の相を変換することができる。
例えば、霧化器400は、短周期の振動を発生させる振動子を含み、振動子から生成される振動は、超音波振動でもある。超音波振動の周波数は、約100kHz~3.5MHzでもあるが、それに限定されるものではない。
超音波振動子は、0.6nF~1.1nFのキャパシタンス値を有する。実施形態において、超音波振動子は、多様な形状、多様な大きさを有する電極形態としてキャパシタンス値を有する。超音波振動子に交流電力を提供するために、インダクタ結合電力スイッチを通じて電力を提供し、振動子の電極に交流電力を印加することで、超音波振動を発生させる。
実施形態において、超音波振動子のキャパシタンス値または、キャパシタンス値の範囲は、電力変換回路の共振周波数と、インダクタのインダクタンス値に基づいて決定されうる。例えば、回路の共振周波数またはシステムで設定した周波数fが3MHzであり、インダクタのインダクタンス値Lが4.7μHである場合、下記数式1によってキャパシタンス値Cは、0.6nFに決定しうる。
また、振動子のキャパシタンス値または、キャパシタンス値の範囲内で、振動子の物性値が決定されうる。ここで、振動子の物性値は、圧電定数、電気-機械結合係数、品質係数、キュリー温度、添加物を含み、添加物は、コバルト(Co)、アンチモン(Sb)、ニオブ(Nb)などを含んでもよい。
振動子の物性値によって振動子に熱が発生し、当該熱がキュリー温度を外れれば、超音波振動の特性を失う。したがって、超音波振動子の最適の物性値を確保して反映することが重要なイシューである。実施形態において、振動子のキャパシタンス値または、キャパシタンス値の範囲を決定した後、そのような値を有する超音波振動子の物性値を決定する。
圧電定数は、振動子に交流電圧を印加したとき、どれほど変位するかを示す定数である。圧電体に電界(V/m)を印加した場合、どれほど変位するかを示す係数によって電界方向と変位方向によってd33、d31、d15などで表現する。圧電定数の単位は、[m/V]で表現されうる。実施形態によるエアロゾル発生装置の超音波振動子には、d33(圧電定数、10-12m/V)の圧電定数を有する。ここで、圧電定数の値が高くなるほど圧電特性(振動量)が上昇し、結果としてエアロゾル生成装置の霧化量が上昇する。
電気機械結合係数(Electromechanical coupling coefficient,%)は、電気エネルギーと機械的エネルギーとの変換効率を示す係数である。その値が高くなるほど性能が良いと言える。電気機械結合係数(K)は、下記数式2によって算出されうる。
電気機械結合係数は、振動モードによってk33、k31、k15、kp、ktで表現することができる。
品質係数(Mechanical quality factor,Qm)は、エネルギー変換時、試片内部で発生する機械的損失の逆数を示し、振動子または圧電体の損失を示し、圧電振動子の共振周波数で機械的振動の鋭さの程度を示す値である。品質係数は、下記数式3のように算出することができる。
ここで、frは、共振周波数、faは、反共振周波数、Zrは、共振インピーダンス、Cは、キャパシタンス値である。品質係数Qmが高くなるほど剛性であり、耐久性が上昇する。共振インピーダンスが小さいほど、キャパシタンス値が小さいほど品質係数が上昇する。ε33(誘電定数)は低いほど発熱性能が下がる。誘電定数値を調節して振動子の昇温グラフを調節する。キュリー温度は、振動子の特性(インピーダンス、周波数)が変わる温度である。
添加物コバルト(Co)を添加する場合、損失が減少する。したがって、圧電定数または圧電性能d33が増加する。添加物アンチモン(Sb)、ニオブ(Nb)を添加する場合、品質係数Qmが増加し、振動子の堅固さ(剛性)が増加する。
キュリー温度は、振動子の特性、例えば、インピーダンス、周波数が変わる温度を意味する。振動子の共振周波数と熱発生との関係は、共振周波数Frで共振インピーダンスが最小となる。したがって、共振周波数で振動子を動作させる場合、その効率が最大となるということを意味する。共振周波数を経るとインピーダンスは増加し、インピーダンス増加で熱が発生する。インピーダンスの増加は、キャパシタンス値が増加するものであり、キュリー温度でキャパシタンス値は最大となる。
実施形態において、振動子のキャパシタンス値、またはキャパシタンス値の範囲内で、振動子の物性値が決定されうる。前述したように、キャパシタンス値またはキャパシタンス値の範囲内で、圧電定数、電気-機械結合係数、品質係数、キュリー温度、添加物などを調節するか、決定することができる。
実施形態において、振動子の厚さは、0.69mm~0.71mmであり、振動子の直径は、7mm~9mmでもある。振動子の形状は、ディスク、長方形板、リング状でもあるが、それに限定されず、エアロゾル生成装置の応用または設計によって多様に変形可能であるということは言うまでもない。また、キャパシタンス値を決定する要素である一定厚さと一定面積とを有する。
振動子から生成された短周期の振動によって貯蔵槽200から霧化器400に供給されたエアロゾル生成物質は、気化及び/または粒子化されてエアロゾルに霧化されうる。
振動子は、例えば、圧電セラミックを含み、圧電セラミックは、物理的な力(圧力)によって電気(電圧)を発生させ、逆に電気が印加されるとき、振動(機械的な力)を発生させることで、電気と機械的な力を互いに変換させうる機能性材料でもある。すなわち、振動子に電気が印加されることにより、短周期の振動(物理的な力)が発生し、発生した振動は、エアロゾル生成物質を微粒子化してエアロゾルに霧化させうる。
振動子は、電気的連結部材を介してエアロゾル生成装置1000の他の構成要素と電気的に連結されうる。例えば、振動子は、電気的連結部材を介してエアロゾル生成装置1000のバッテリ510、プロセッサ550またはエアロゾル生成装置1000の回路のうち、少なくとも1つと電気的に連結されうるが、振動子と電気的に連結される構成要素が上述した例示に限定されるものではない。
振動子は、電気的連結部材を介してバッテリ510から電流または電圧を供給されて超音波振動を発生させるか、プロセッサ550によって作動が制御されうる。
電気的連結部材は、例えば、ポゴピン(PogoPin)またはC-クリップ のうち、少なくとも1つを含むが、電気的連結部材が上述した例示に限定されるものではない。他の例として、電気的連結部材は、ケーブルまたは軟性印刷回路基板(FPCB)のうち、少なくとも1つを含む。
他の実施形態(図示せず)において、霧化器400は、別途の液体伝達手段300を使用せず、エアロゾル生成物質を吸収し、エアロゾルに変換するための最適の状態に保持する機能と、エアロゾル生成物質に振動を伝達してエアロゾルを発生させる機能をいずれも遂行するメッシュ状(mesh shape)や板状(plate shape)の振動収容部によっても具現される。
図面上には、液体伝達手段300及び霧化器400がカートリッジ10に配置される実施形態についてのみ図示されているが、液体伝達手段300及び霧化器400の配置構造が図示された実施形態に限定されるものではない。他の実施形態において、液体伝達手段300は、カートリッジ10に配置され、霧化器400は、本体20に配置されうる。
エアロゾル生成装置1000のカートリッジ10は、排出通路150を含む。排出通路150は、カートリッジ10の内部に位置し、霧化器400及びマウスピース160の排出口160eと連結または連通することができる。これにより、霧化器400で発生したエアロゾルは、排出通路150に沿って流動し、排出口160eを介してエアロゾル生成装置1000の外部に排出されてユーザに伝達されうる。
例えば、排出通路150は、カートリッジ10の内部で貯蔵槽200によって取り囲まれるように配置されうるが、それに限定されるものではない。
図面上に図示されていないが、エアロゾル生成装置1000のカートリッジ10は、エアロゾル生成装置1000の外部に位置した空気(以下「外部空気」)がエアロゾル生成装置1000の内部に流入されるための少なくとも1つの空気流入通路を含みうる。
外部空気は、少なくとも1つの空気流入通路を介してカートリッジ10の内部の排出通路150または霧化器400によってエアロゾルが発生する空間に流入されうる。流入された外部空気は、エアロゾル生成物質から発生した蒸気化された粒子と混合し、その結果、エアロゾルが生成されうる。
エアロゾル生成装置1000からカートリッジ10と本体20の長手方向を横切る方向での断面形状は、ほぼ円形、楕円形、正方形、長方形または様々な形態の多角形の断面形状でもある。但し、エアロゾル生成装置1000の断面の形状が上述した形状に限定されるか、エアロゾル生成装置1000が長手方向に延びるとき、必ずしも直線的に延びる構造からなるものではない。
他の実施形態において、エアロゾル生成装置1000の断面形状は、ユーザが手に取りやすく流線形に湾曲されるか、特定領域で既設定の角度で折り曲げられ、長く延び、エアロゾル生成装置1000の断面形状は、長手方向に沿って変化しうる。
図3は、一実施形態に係わるエアロゾル生成装置用カートリッジの斜視図であり、図4は、一実施形態に係わるカートリッジの分解斜視図である。
図3及び図4は、図2に図示されたエアロゾル生成装置1000に適用されるカートリッジ10の一実施形態でもあり、以下、重複説明は省略する。
図3及び図4を参照すれば、一実施形態に係わるカートリッジ10は、カートリッジ10の全体的な外観を形成するハウジング100及びハウジング100の一領域と連結されるマウスピース160を含む。
一実施形態に係わるカートリッジ10の構成要素が上述した例示に限定されるものではなく、実施形態によって少なくとも1つの構成が追加されるか、いずれか1つの構成(例えば、マウスピース160)が省略されうる。
ハウジング100は、カートリッジ10の構成要素が配置される内部空間を含み、カートリッジ10の全体的な外観を形成する。図面上には、ハウジング100が全体として円柱状である実施形態についてのみ図示されているが、ハウジング100の形状が、それに限定されるものではない。他の実施形態(図示せず)によれば、ハウジング100は、全体として多角柱状(例えば、三角柱状、四角柱状)にも形成される。
一実施形態によれば、ハウジング100は、第1ハウジング110及び第1ハウジング110の一領域に連結される第2ハウジング120を含み、第1ハウジング110と第2ハウジング120は、第1ハウジング110及び第2ハウジング120の結合によって形成される内部空間に配置されるカートリッジ10の構成要素を保護することができる。
例えば、第2ハウジング120(または「下部ハウジング」)は、第1ハウジング110(または「上部ハウジング」)の下端(例えば、-z方向)に位置した一領域に結合されうるが、それに限定されるものではない。
本開示において「第1ハウジングの下端」は、第1ハウジング110の-z方向を意味し、「第1ハウジングの上端」は、第1ハウジング110のz方向を意味し、当該表現は、以下でも同じ意味として使用されうる。
マウスピース160は、ユーザの口腔に挿入される部分であり、ハウジング100の一領域に連結されうる。例えば、マウスピース160は、第1ハウジング110の第2ハウジング120と連結される一領域と反対方向に位置した他の領域(例えば、第1ハウジング110の上端領域)に連結されうる。
一実施形態において、マウスピース160は、ハウジング100の一領域に着脱自在に結合されうるが、実施形態によってマウスピース160とハウジング100は、一体に形成されうる。
マウスピース160は、カートリッジ10の内部で生成されたエアロゾルをカートリッジ10の外部に排出するための少なくとも1つの排出口160eを含む。ユーザは、マウスピース160に口腔を接触し、マウスピース160の排出口160eを介して外部に排出されるエアロゾルを供給されうる。
カートリッジ10は、ハウジング100の内部空間に配置される貯蔵槽200(例えば、図2の貯蔵槽200)、液体伝達手段300(例えば、図2の液体伝達手段300)及び霧化器400(例えば、図2の霧化器400)を含む。
一実施形態によれば、貯蔵槽200は、第1ハウジング110の内部に位置し、貯蔵槽200には、エアロゾル生成物質が保存されうる。例えば、貯蔵槽200には、液状のエアロゾル生成物質が保存され、貯蔵槽200に保存された液状のエアロゾル生成物質は、液体伝達手段300によって霧化器400に伝達されうる。
一実施形態によれば、液体伝達手段300は、貯蔵槽200からエアロゾル生成物質を供給され、供給されたエアロゾル生成物質を霧化器400に伝達する役割を遂行する。例えば、液体伝達手段300は、貯蔵槽200から液体伝達手段300方向に移動するエアロゾル生成物質を吸収し、吸収されたエアロゾル生成物質は、液体伝達手段300に沿って移動して霧化器400に供給されうる。
一実施形態によれば、液体伝達手段300は、複数の液体伝達手段を含む。例えば、液体伝達手段300は、第1液体伝達手段310及び第2液体伝達手段320を含む。
第1液体伝達手段310は、貯蔵槽200と隣接して配置されて貯蔵槽200から液状のエアロゾル生成物質を供給されうる。例えば、第1液体伝達手段310は、貯蔵槽200から排出されるエアロゾル生成物質の少なくとも一部を吸収することで、貯蔵槽200からエアロゾル生成物質を供給されうる。
第2液体伝達手段320は、第1液体伝達手段310と霧化器400との間に位置し、第1液体伝達手段310に供給されたエアロゾルを霧化器400に伝達することができる。
一例において、第1液体伝達手段310の貯蔵槽200に向かう一領域と反対方向に向かう他の領域は、第2液体伝達手段320の第1液体伝達手段310に向かう一領域に接触することができる。他の例として、第2液体伝達手段320の一領域と反対方向に向かう他の領域は、霧化器400の一領域と接触することができる。
すなわち、霧化器400、第2液体伝達手段320及び第1液体伝達手段310は、カートリッジ10またはハウジング100の長手方向(例えば、z方向)に沿って順次に配置され、その結果、霧化器400上に第2液体伝達手段320、第1液体伝達手段310が順に積層されうる。
上述した配置構造を通じて貯蔵槽200から第1液体伝達手段310に供給されたエアロゾル生成物質の少なくとも一部は、第1液体伝達手段310と接触する第2液体伝達手段320に移動する。また、第2液体伝達手段320に移動したエアロゾル生成物質は、第2液体伝達手段320に沿って移動して第2液体伝達手段320と接触した霧化器400に到逹することができる。
図面上には、液体伝達手段300の2個の液体伝達手段で構成された実施形態についてのみ図示されているが、実施形態によって液体伝達手段300は、1個または3個以上の液体伝達手段を含む。
一実施形態によれば、霧化器400は、液体伝達手段300から供給されるエアロゾル生成物質を霧化させてエアロゾルを生成する。
例えば、霧化器400は、超音波振動を発生させる振動子を含む。振動子で発生する超音波振動の周波数は、約100kHz~10MHzでもあり、望ましくは、約100kHz~3.5MHzでもある。上述した周波数帯域によって振動子は、カートリッジ10またはハウジング100の長手方向(または「上下方向」)に沿って振動する。
霧化器400は、超音波方式でエアロゾル生成物質を霧化させることにより、エアロゾル生成物質を加熱する方式に比べて相対的に低い温度でエアロゾルを生成することができる。例えば、ヒータを用いてエアロゾル生成物質を加熱する方式の場合、エアロゾル生成物質が意図せぬ200℃以上の温度に加熱される状況が発生し、ユーザがエアロゾルから焦げ味を感じることにもなる。
一方、一実施形態に係わるカートリッジ10は、超音波方式でエアロゾル生成物質を霧化させることで、ヒータ加熱時に比べて低い温度である約100℃~160℃の温度範囲でエアロゾルを生成することができる。これにより、カートリッジ10は、エアロゾルから焦げ味がすることを最小化し、ユーザの喫煙感を向上させうる。
一実施形態によれば、カートリッジ10の外部の空気(以下、「外部空気」)は、ハウジング100の一領域に位置した空気流入口130iを介してカートリッジ10の内部に流入されうる。
空気流入口130iを通じてハウジング100の内部に流入されたエアロゾルは、空気流入口130iと霧化器400とを連結または連通する空気流入通路(図示せず)に沿って流動して霧化器400に到逹し、霧化器400に到逹した外部空気は、霧化器400から生成された蒸気化された粒子と混合されてエアロゾルが形成されうる。
外部空気及び霧化器400から生成された粒子が混合することにより、形成されたエアロゾルは、排出通路(例えば、図2の排出通路150)に沿って流動してマウスピース160の排出口160eを介してカートリッジ10の外部に排出されてユーザに供給されうる。但し、エアロゾルの流動方向についての具体的な説明は、後述する。
一実施形態に係わるカートリッジ10は、霧化器400から飛散する液滴(droplet)がユーザに供給されることを防止するための構造体140及び構造体140を固定または支持(support)する第1支持部材141をさらに含みうる。
エアロゾル生成物質が霧化器400で発生する超音波振動によって霧化される過程で一部エアロゾル生成物質がまだ霧化されず、液滴が生成され、生成された液滴は、霧化器400で発生する超音波振動によって飛散して排出口160eを介してカートリッジ10の外部に排出される場合が発生しうる。
構造体140は、排出通路150と隣接した位置に配置されて飛散した液滴がマウスピース160の排出口160eに向かう方向に移動または流動することを制限する。
例えば、構造体140は、液滴を吸収する材料(例えば、フェルト(felt)素材)を含み、霧化器400から飛散する液滴を吸収することで、液滴の排出口160eに向かう移動または流動することを制限するが、それに限定されるものではない。
霧化器400から飛散する液滴が排出口160eを介してカートリッジ10の外部に排出されてユーザに伝達される場合、ユーザが不快感を感じて全体としての喫煙感が低下しうる。本発明において「喫煙感」は、喫煙過程で感じるユーザの感覚を意味し、当該表現は、以下でも同じ意味として使用されうる。
一方、一実施形態に係わるカートリッジ10は、上述した構造体140を通じて霧化されず、霧化器400から飛散する液滴が排出口160eに向かう方向に移動することを制限することで、水滴飛散によるユーザの喫煙感低下を減らしうる。本発明において「水滴飛散」は、霧化器400から、まだ霧化されていない液滴が飛散してユーザに伝達されることを意味し、当該表現は、以下でも同じ意味として使用されうる。
第1支持部材141は、構造体140の少なくとも一領域を収容し、収容された構造体140を第1ハウジング110の一領域に保持させうる。例えば、第1支持部材141は、構造体140を第1ハウジング110のマウスピース160と隣接した一領域(例えば、上端領域)に保持または固定させうるが、それに限定されるものではない。
一実施形態において、第1支持部材141は、構造体140の少なくとも一領域を取り囲むように配置されて構造体140を収容し、構造体140を収容した第1支持部材141が第1ハウジング110の一領域に結合されることにより、構造体140が第1ハウジング110の一領域に固定されうる。
構造体140を収容した第1支持部材141と第1ハウジング110は、第1支持部材141の少なくとも一部が第1ハウジング110に嵌合される方式によって結合されうるが、第1ハウジング110と第1支持部材141の結合方式が上述した例示に限定されるものではない。他の例示において、第1ハウジング110と第1支持部材141は、スナップフィット方式、螺合方式または磁力結合方式のうち、少なくとも1つの方式によって結合されうる。
第1支持部材141は、所定の剛性を有しつつ、防水性を有する材料(例えば、ゴム)を含み、構造体140を第1ハウジング110に固定させるだけではなく、貯蔵槽200で発生するエアロゾル生成物質の液漏れを防止する。例えば、第1支持部材141は、貯蔵槽200のマウスピース160に向かう領域を遮断することで、エアロゾル生成物質の液漏れが発生することを防止する。
一実施形態に係わるカートリッジ10は、液体伝達手段300及び/または霧化器400を第1ハウジング110の内部に保持させるための第2支持部材340をさらに含みうる。
第2支持部材340は、第1液体伝達手段310、第2液体伝達手段320及び/または霧化器400の外周面の少なくとも一部を取り囲むように配置されて第1液体伝達手段310、第2液体伝達手段320及び/または霧化器400を収容する。第1液体伝達手段310、第2液体伝達手段320及び/または霧化器400を収容した第2支持部材340は、第1ハウジング110の他の領域に結合され、その結果、第1液体伝達手段310、第2液体伝達手段320及び/または霧化器400は、第1ハウジング110の他の領域に保持または固定されうる。
例えば、第2支持部材340は、第1ハウジング110の第1支持部材141が結合された一領域と反対方向に位置した他の領域(例えば、下端領域)に結合されうるが、それに限定されるものではない。
第2支持部材340と第1ハウジング110は、第2支持部材340の少なくとも一部が第1ハウジング110に嵌合される方式によって結合されうるが、第1ハウジング110と第2支持部材340の結合方式が上述した例示に限定されるものではない。他の例示において、第1ハウジング110と第2支持部材340は、スナップフィット方式、螺合方式または磁力結合方式のうち、少なくとも1つの方式によって結合されうる。
第2支持部材340は、所定の剛性を有しつつ、防水性を有する材料(例えば、ゴム)を含み、液体伝達手段300及び霧化器400を第1ハウジング110に固定させるだけではなく、貯蔵槽200で発生するエアロゾル生成物質の液漏れを防止する。例えば、第2支持部材340は、貯蔵槽200の液体伝達手段300または霧化器400と隣接した領域を遮断することで、エアロゾル生成物質の液漏れが発生することを防止する。

表1は、一実施形態に係わるカートリッジ10の最初重さ(評価前)とカートリッジ10を60℃の温度、80%の湿度を保持した状態で96時間保管した後、2時間常温に放置した後、測定したカートリッジ10の重さ(評価後)を比較した結果である。
カートリッジ10で液漏れが発生する場合、エアロゾル生成物質の少なくとも一部がカートリッジ10の外部に漏れることにより、評価後のカートリッジ10の重さが、評価前のカートリッジ10の重さに比べて減る。
一方、一実施形態に係わるカートリッジ10は、評価前に比べて評価後の重さが平均約0.321gほど増加し、表1の結果を通じて一実施形態に係わるカートリッジ10では、液漏れが発生しないことを確認することができる。
この際、表1の結果において評価前に比べて評価後のカートリッジ10の重さが増加する理由は、カートリッジ10が相対的に高い湿度(80%の湿度)に保管された後、常温に放置される過程で形成される水分のためでもある。
すなわち、一実施形態に係わるカートリッジ10は、上述した第1支持部材141及び/または第2支持部材340を通じて貯蔵槽200でエアロゾル生成物質の液漏れが発生することを防止し、その結果、液漏れによるカートリッジ10の故障または誤作動を最小化することができる。
図5は、一実施形態に係わるエアロゾル生成装置を駆動するための駆動回路図である。
図5を参照すれば、駆動回路は、バッテリ510、DC/DCコンバータ511、電力駆動回路512、プロセッサ550及びインダクタと電力スイッチ513を含む。
DC/DCコンバータ511は、バッテリ510のバッテリ電圧を第1電圧にブースティングする。バッテリ電圧は、3.4V~4.2Vの範囲に含まれうるが、それに制限されるものではない。バッテリ電圧は、3.8V~6Vの範囲に含まれ、2.5V~3.6Vの範囲に含まれうる。第1電圧Vは、10V~13Vの範囲に含まれうるが、それに制限されるものではない。第1電圧Vは、7V~10.5Vの範囲に含まれ、12V~20Vの範囲に含まれうる。一例において、第1電圧は、バッテリ電圧の少なくとも3倍以上でもある。但し、必ずしもそれに制限されるものではない。
電力駆動回路512は、プロセッサ550から入力されたPWM制御信号PWM_P、PWM_Nに基づいて電力スイッチTR1及びTR2をスイッチングするスイッチング電圧VSW_P、VSW_Nを生成する。ここで、PWM制御信号PWM_P、PWM_Nそれぞれは、互いに相補的な信号でもある。一定のデューティー比または周波数を有するパルス信号でもある。
昇圧回路513は、第1スイッチング電圧VSW_Pと第2スイッチング電圧VSW_NによってDC/DCコンバータ511から出力された第1電圧Vを第2電圧Vに昇圧させて振動子Pに印加する。
第1スイッチング電圧VSW_Pが第1状態(例えば、ハイまたはロー状態)であり、第2スイッチング電圧VSW_Nが第2状態(例えば、ローまたはハイ状態)である場合、第1インダクタL1及び第2インダクタL2のうち、1つのインダクタと接地との電流フローが許容されることにより、前記1つのインダクタを介して流れる電流の変化に対応するエネルギーが前記1つのインダクタに保存され、第1インダクタL1及び第2インダクタL2のうち、他の1つのインダクタと接地との電流フローが遮断されることにより、前記他の1つのインダクタに保存されていたエネルギーが振動子に伝達されうる。
第1スイッチング電圧VSW_Pがハイ状態である場合、第1トランジスタTR1のソース電極とドレイン端子との電流フローが許容されうる。これにより、第1インダクタL1と接地との電流フローが許容されうる。第1インダクタL1は、振動子Pとも連結されているが、振動子Pは、0ではない負荷値(例えば、キャパシタンス)を有するのに対して、接地の抵抗は、0であるか、実質的に0に近いので、第1インダクタL1を介して流れる電流Iは、実質的にいずれも接地に伝達されうる。一方、第1インダクタL1を通じて電流Iが流れるので、第1インダクタL1は、電流Iに対応するエネルギーを保存することができる。
第2スイッチング電圧VSW_Nがロー状態である場合、第2トランジスタTR2のソース電極とドレイン端子との電流フローが遮断されうる。これにより、第2インダクタL2に保存されていたエネルギーが振動子Pに供給されうる。例えば、振動子Pを介して流れる電流Iは、第2インダクタL2を介して流れる電流Iに対応しうる。
第1スイッチング電圧VSW_Pがロー状態であり、第2スイッチング電圧VSW_Nがハイ状態である場合の第2ブースト回路320の等価回路が図示されている。
第1スイッチング電圧VSW_Pがロー状態である場合、第1トランジスタTR1のソース電極とドレイン端子との電流フローが遮断されうる。これにより、第1インダクタL1に保存されていたエネルギーが振動子Pに供給されうる。例えば、振動子Pを介して流れる電流Iは、第1インダクタL1を介して流れる電流Iに対応しうる。
第2スイッチング電圧VSW_Nがハイ状態である場合、第2トランジスタTR2のソース電極とドレイン端子との電流フローが許容されうる。これにより、第2インダクタL2と接地との電流フローが許容されうる。第2インダクタL2は、振動子Pとも連結されているが、振動子Pは、0ではない負荷値(例えば、キャパシタンス)を有するのに対して、接地の抵抗は、0であるか、実質的に0に近いので、第2インダクタL2を介して流れる電流Iは、実質的にいずれも接地に伝達されうる。一方、第2インダクタL2を通じて電流Iが流れるので、第2インダクタL2は、電流Iに対応するエネルギーを保存することができる。
一方、第1スイッチング電圧VSW_P及び第2スイッチング電圧VSW_Nそれぞれは、PWM信号に対応する周波数を有し、ハイ状態またはロー状態を繰り返す電圧信号に該当するところ、スイッチング状態が迅速に繰り返されうる。インダクタの逆起電力は、次の数式4のように、インダクタのインダクタンス値L及び経時的な電流の変化(di/dt)に比例することができる。
したがって、第1電圧Vが高くなってインダクタを介して流れる電流I自体が増加するか、スイッチング速度が高いほど(すなわち、PWM信号の周期が短いほど)振動子に高い電圧が印加されうる。実施形態において、振動子Pに印加される交流電圧のピークツーピーク電圧値は、55V~70V範囲に該当する。これは、バッテリ電圧(例えば、3.4V~4.2V)の最小13.1倍~最大20.6倍の範囲に該当する値でもある。
実施形態において、回路内のインダクタ(L1またはL2)と振動子の共振周波数または、プロセッサ550から提供されたPWM信号の周波数やスイッチング電圧信号の周波数を考慮し、振動子のキャパシタンス値またはオシレータ値の範囲を決定する。振動子のキャパシタンス値または値の範囲を決定することは、前記数式1を参照して説明したところと同様である。
下記表2は、多様なサンプルに対して、振動子のキャパシタンス値によって霧化性能を比較した結果である。ここで、Dは、振動子の直径、Tは、厚さ、Zrは、インピーダンス、Cは、キャパシタンス、Frは、共振周波数である。また、テストするとき、インダクタのインダクタンス値とシステム周波数は、それぞれ4.7uH、3MHzに固定した後、下記のようなスペックで霧化量テストを行った結果である。サンプル2は、キャパシタンス値が0.53nFであり、霧化量が1.5mgと霧化性能が落ちたことを確認し、サンプル5は、キャパシタンス値が1.240nFである場合、霧化されていないことを確認した。
したがって、サンプル1、3、4、6は、キャパシタンス値の範囲が0.6nF~1.1nFにあり、比較的優秀な霧化性能を示した。
実施形態において、振動子のキャパシタンス値または値の範囲を決定した後、振動子の物性値を調節することで、最適の効率を有する振動子を設計することができる。
下記表3は、キャパシタンス値を基準に超音波振動子の物性値をテストした結果テーブルである。ここで、初期値は、霧化量テスト前の振動子の物性値であり、後期値は、20サイクル(10パフ/1サイクル)テスト後の物性値である。
テストした結果によってキャパシタンス値を基準に物性値を決定した場合、初期値対比で振動子の特性変化が少なく、霧化量低下がなく、Qmが増加したことを確認した。したがって、振動子の耐久性が良好であることを確認した。
図6ないし図9に図示された実施形態に係わるカートリッジ10’は、図2に図示されたエアロゾル生成装置1000のカートリッジ10の他の実施形態でもあり、以下、重複説明は省略する。
図6ないし図9を参照すれば、他の実施形態に係わるカートリッジ10’は、ハウジング100’、排出通路150’、マウスピース160’、貯蔵槽200’、液体伝達手段300’、霧化器400’及び印刷回路基板500’を含む。他の実施形態に係わるカートリッジ10’の構成要素が上述した例示に限定されるものではなく、実施形態によっていずれか1つの構成が追加されるか、いずれか1つの構成(例えば、マウスピース160)が省略されうる。
ハウジング100’は、カートリッジ10’の全体的な外観を形成しながら、内部にカートリッジ10’の構成要素が配置される内部空間を形成する。図面上には、カートリッジ10’のハウジング100’が全体として四角柱状である実施形態についてのみ図示されているが、それに限定されるものではない。他の実施形態(図示せず)において、ハウジング100’は、全体として円柱状に形成されるか、四角柱状ではない他の多角柱状(例えば、三角柱状、五角柱状)にも形成される。
他の実施形態によれば、ハウジング100’は、第1ハウジング110’及び第1ハウジング110’の一領域に連結される第2ハウジング120’を含み、第1ハウジング110’と第2ハウジング120’は、第1ハウジング110’及び第2ハウジング120’の結合によって形成される内部空間に配置されるカートリッジ10’の構成要素を保護することができる
例えば、第1ハウジング110’(または「上部ハウジング」)が第2ハウジング120’(または「下部ハウジング」)の上端(例えば、z方向)に位置した一領域に結合され、第1ハウジング110’と第2ハウジング120’との間には、カートリッジ10’の構成要素が配置される内部空間が形成されうるが、それに限定されるものではない。
本開示において「上端」は、図6ないし図9の「z」方向を意味し、「下端」は、上端と反対方向に向かう図6ないし図9の「-z」方向を意味し、当該表現は、以下でも同じ意味として使用されうる。
マウスピース160’は、ユーザの口腔に挿入される部分であり、ハウジング100’の一領域に連結されうる。例えば、マウスピース160’は、第1ハウジング110’の第2ハウジング120’と連結される一領域と反対方向に位置した他の領域(例えば、第1ハウジング110’の上端領域)に連結されうる。
一実施形態において、マウスピース160’は、ハウジング100’の一領域に着脱自在に結合されうるが、実施形態によってマウスピース160’は、ハウジング100’と一体に形成されうる。
マウスピース160’は、カートリッジ10’の内部で生成されたエアロゾルをカートリッジ10’の外部に排出するための少なくとも1つの排出口160e’を含む。ユーザは、マウスピース160’に口腔を接触し、マウスピース160’の排出口160e’を介して外部に排出されるエアロゾルを供給されうる。
貯蔵槽200’は、第1ハウジング110’の内部空間に配置され、貯蔵槽200’の内部には、エアロゾル生成物質が保存されうる。例えば、貯蔵槽200’には、液状のエアロゾル生成物質が保存されうるが、それに限定されるものではない。
液体伝達手段300’は、貯蔵槽200’と霧化器400’との間に位置し、貯蔵槽200’に保存されたエアロゾル生成物質は、液体伝達手段300’を通じて霧化器400’に供給されうる。
一実施形態によれば、液体伝達手段300’は、貯蔵槽200’からエアロゾル生成物質を供給され、供給されたエアロゾル生成物質を霧化器400’に伝達する役割を遂行する。例えば、液体伝達手段300’は、貯蔵槽200’から液体伝達手段300’方向に移動するエアロゾル生成物質を吸収し、吸収されたエアロゾル生成物質は、液体伝達手段300’に沿って移動して霧化器400’に供給されうる。
一実施形態によれば、液体伝達手段300’は、複数の液体伝達手段を含む。例えば、液体伝達手段300’は、第1液体伝達手段310’及び第2液体伝達手段320’を含む。
第1液体伝達手段310’は、貯蔵槽200’と隣接して配置されて貯蔵槽200’から液状のエアロゾル生成物質を供給されうる。例えば、第1液体伝達手段310’は、貯蔵槽200’から排出されるエアロゾル生成物質の少なくとも一部を吸収することで、貯蔵槽200’からエアロゾル生成物質を供給されうる。
例えば、貯蔵槽200’に保存されたエアロゾル生成物質は、貯蔵槽200’の第1液体伝達手段310’に向かう一領域に形成される液状供給孔(図示せず)を通じて貯蔵槽200’の外部に排出されうるが、それに限定されるものではない。
第2液体伝達手段320’は、第1液体伝達手段310’と霧化器400’との間に位置し、第1液体伝達手段310’に供給されたエアロゾルを霧化器400’に伝達することができる。例えば、第2液体伝達手段320’は、第1液体伝達手段310’の下端(例えば、-z方向)に位置し、第1液体伝達手段310’に吸収されたエアロゾル生成物質を霧化器400’に供給することができる。
一実施形態において、第2液体伝達手段320’の一領域は、第1液体伝達手段310’の-z方向に向かう一領域と接触し、第2液体伝達手段320’の他の領域は、霧化器400’のz方向に向かう一領域と接触する。
すなわち、霧化器400’、第2液体伝達手段320’及び第1液体伝達手段310’は、カートリッジ10’またはハウジング100’の長手方向(例えば、z方向)に沿って順次に配置され、その結果、霧化器400’上に第2液体伝達手段320’、第1液体伝達手段310’が順に積層されうる。
上述した配置構造を通じて貯蔵槽200’から第1液体伝達手段310’に供給されたエアロゾル生成物質の少なくとも一部は、第1液体伝達手段310’と接触する第2液体伝達手段320’に移動する。また、第2液体伝達手段320’に移動したエアロゾル生成物質は、第2液体伝達手段320’に沿って移動して第2液体伝達手段320’と接触した霧化器400’に到逹することができる。
図面上には、液体伝達手段300’の2個の液体伝達手段を含む実施形態についてのみ図示されているが、実施形態によって液体伝達手段300’は、1つの液体伝達手段を含むか、3個以上の液体伝達手段を含みうる。
霧化器400’は、液体伝達手段300’から供給される液状のエアロゾル生成物質を霧化させてエアロゾルを生成する。
例えば、霧化器400’は、超音波振動を発生させる振動子を含む。振動子で発生する超音波振動の周波数は、約100kHz~10MHzでもあり、望ましくは、約100kHz~3.5MHzでもある。振動子が上述した周波数帯域の超音波振動を発生させることにより、振動子は、カートリッジ10’またはハウジング100’の長手方向(例えば、z方向または-z方向)に沿って振動する。しかし、実施形態は、振動子が振動する方向によって制限されず、振動子の振動する方向は、多様な方向(例えば、z及び-z方向、x及び-x方向、y及び-y方向のいずれか1つまたはこれら方向の組合わせ)に変更されうる。
霧化器400’は、超音波方式でエアロゾル生成物質を霧化させることにより、エアロゾル生成物質を加熱する方式に比べて相対的に低い温度でエアロゾルを生成することができる。例えば、ヒータを用いてエアロゾル生成物質を加熱する方式の場合、エアロゾル生成物質が意図せぬ200℃以上の温度に加熱される状況が発生してユーザがエアロゾルから焦げ味を感じることにもなる。
一方、一実施形態に係わるカートリッジ10’は、超音波方式でエアロゾル生成物質を霧化させることで、ヒータ加熱時に比べて低い温度である約100℃~160℃の温度範囲でエアロゾルを生成することができる。これにより、カートリッジ10’は、エアロゾルから焦げ味がすることを最小化し、ユーザの喫煙感を向上させうる。
霧化器400’は、印刷回路基板500’を通じて外部電源(例えば、図2の本体20の内部に位置するバッテリ510)と電気的に連結され、外部電源から供給される電力によって超音波振動を発生させうる。例えば、霧化器400’は、カートリッジ10’の内部に位置する印刷回路基板500’と電気的に連結され、印刷回路基板500’は、カートリッジ10’の外部の電源と電気的に連結されることにより、霧化器400’が外部電源から電力を供給されうる。
一実施形態によれば、霧化器400’は、第1導電体410’及び第2導電体420’を通じて印刷回路基板500’と電気的に連結されうる。
一実施形態において、第1導電体410’は、導電性を有する材料(例えば、金属)を含み、霧化器400’の上端に位置して霧化器400’と印刷回路基板500’とを電気的に連結することができる。
例えば、第1導電体410’の一部(例えば、上端部分)は、霧化器400’の外周面の少なくとも一領域を取り囲むように配置されて霧化器400’と接触し、第1導電体410’の他の部分(例えば、下端部分)は、一部から印刷回路基板500’に向かう方向に延びるように形成されて印刷回路基板500’の一領域と接触することができる。第1導電体410’の上述した接触構造によって霧化器400’と印刷回路基板500’は、電気的に連結されうる。
一例示において、第1導電体410’の一部には、開口410h(opening)が形成され、霧化器400’の少なくとも一部は、第1導電体410’の外部に露出されうる。第1導電体410’の開口410h’を介して第1導電体410’の外部に露出される霧化器400’の一領域は、第2液体伝達手段320’と接触して第2液体伝達手段320’からエアロゾル生成物質を供給されうる。
一実施形態において、第2導電体420’は、導電性を有する材料を含み、霧化器400’の下端または霧化器400’と印刷回路基板500’との間に位置し、霧化器400’と印刷回路基板500’とを電気的に連結する。例えば、第2導電体420’は、一端が霧化器400’の下端領域と接触し、他端は、印刷回路基板500’の霧化器400’に向かう一領域に接触することにより、霧化器400’と印刷回路基板500’が電気的に連結されうる。
一実施形態によれば、第2導電体420’は、弾性を有する導電性材料を含み、霧化器400’と印刷回路基板500’とを電気的に連結する役割だけではなく、霧化器400’を弾性支持する役割まで遂行する。例えば、第2導電体420’は、導電体バネ(conductive spring)を含むが、第2導電体420’が上述した実施形態に限定されるものではない。
一実施形態に係わるカートリッジ10’は、霧化器400’と印刷回路基板500’との間に位置して第2導電体420’を支持する弾性支持体430’をさらに含みうる。弾性支持体430’は、例えば、フレキシブル(flexible)な特性を有する材料を含み、第2導電体420’の外周面を取り囲むように配置されて第2導電体420’を弾性支持することができる。但し、カートリッジ10’の実施形態が、それに限定されるものではなく、実施形態によって弾性支持体430’が省略されうる。
一実施形態によれば、印刷回路基板500’は、第2ハウジング120’の内部に位置し、第1導電体410’及び第2導電体420’を通じて霧化器400’と電気的に連結されると共に電気的連結部材(図示せず)を通じて外部電源(例えば、図2のバッテリ510)と電気的に連結されうる。
電気的連結部材は、例えば、ポゴピン(PogoPin)、ワイヤ(wire)、ケーブル、軟性印刷回路基板(FPCB: flexible printed circuit board)及びC-クリップのうち、少なくとも1つを含むが、電気的連結部材が上述した例示に限定されるものではない。
一実施形態において、第2ハウジング120’は、第2ハウジング120’の内部とカートリッジ10’の外部を貫通する複数の貫通孔121’、122’、123’を含み、複数の貫通孔内には、電気的連結部材が配置されてカートリッジ10’の内部に位置する印刷回路基板500’とカートリッジ10’の外部電源を電気的に連結することができる。
印刷回路基板500’が第1導電体410’及び第2導電体420’によって霧化器400’と電気的に連結され、電気的連結部材によってカートリッジ10’の外部電源と電気的に連結されることにより、霧化器400’は、印刷回路基板500’を媒介として外部電源と電気的に連結され、外部電源から電力を供給されうる。
印刷回路基板500’の少なくとも一領域には、カートリッジ10’の作動過程で発生するノイズ(または「雑音信号」)を除去するための抵抗Rが実装され、上述した抵抗Rは、ノイズを除去することで、霧化器400’の損傷を防止することができる。
霧化器400’で発生する超音波振動によって霧化されたエアロゾルは、排出通路150’を介してカートリッジ10’の外部に排出されてユーザに供給されうる。例えば、排出通路150’は、ハウジング100’の内部空間とマウスピース160’の排出口160e’を連結または連通するように形成され、霧化器400’によって生成されたエアロゾルは、排出通路150’に沿って流動した後、排出口160e’を介してカートリッジ10’の外部に排出されうる。
一実施形態によれば、排出通路150’は、ハウジング100’の内部空間に位置し、排出通路150’の外周面の少なくとも一領域は、貯蔵槽200’によって取り囲まれるように配置されうるが、それに限定されるものではない。
一実施形態に係わるカートリッジ10’は、貯蔵槽200’から発生した液漏れ(leakage)が排出通路150’の内部への流入を防止するための密封手段130’をさらに含みうる。
排出通路150’の外周面が貯蔵槽200’によって取り囲まれるように配置されることにより、貯蔵槽200’から発生する液漏れが排出通路150’に流入されてユーザの喫煙感を低下させる場合が発生する。
一方、一実施形態に係わるカートリッジ10’は、密封手段130’を通じて貯蔵槽200’から発生する液漏れが排出通路150’の内部に流入されることを遮断することで、ユーザの喫煙感低下を防止することができる。
一実施形態において、密封手段130’は、排出通路150’の内部に位置し、排出通路150’の内部に液漏れが流入されることを防止する。例えば、密封手段130’は、排出通路150’に嵌合されて排出通路150’の内側壁に密着することができるが、それに限定されるものではない。
また、密封手段130’は、内部が空の中空状に形成され、貯蔵槽200’から発生する液漏れが排出通路150’内に流入されることを防止しながら、霧化器400’から生成されたエアロゾルの流動を妨害しない。
他の実施形態において、密封手段130’は、弾性を有する材料(例えば、ゴム(rubber))を含み、霧化器400’で発生する超音波振動を吸収し、その結果、霧化器400’で発生した超音波振動がカートリッジ10’のハウジング100’を経てユーザへの伝達を最小化することができる。
さらに他の実施形態において、密封手段130’は、液体伝達手段300’の上端に位置して液体伝達手段300’を霧化器400’に向かう方向に加圧することで、液体伝達手段300’と霧化器400’との接触を保持する。例えば、密封手段130は、第1液体伝達手段310’及び/または第2液体伝達手段320’を-z方向に加圧することで、第2液体伝達手段320’と霧化器400’との接触を保持することができる。
一実施形態に係わるカートリッジ10’は、霧化器400’から飛散する液滴(droplet)がユーザに供給されることを防止するための構造体140’、及び構造体140’を固定または支持(support)する第1支持手段141’をさらに含みうる。
エアロゾル生成物質が霧化器400’で発生する超音波振動によって霧化される過程において一部エアロゾル生成物質がまだ霧化されず、液滴が生成され、生成された液滴は、霧化器400’で発生する超音波振動によって飛散して排出口160e’を介してカートリッジ10’の外部に排出される場合が発生する。
構造体140’は、排出通路150’と隣接した位置に配置されて飛散した液滴がマウスピース160’の排出口160e’に向かう方向に移動または流動することを制限する。
例えば、構造体140’は、液滴を吸収する材料(例えば、フェルト(felt)素材)を含み、霧化器400’から飛散する液滴を吸収することで、液滴の排出口160e’に向かう移動または流動することを制限するが、それに限定されるものではない。
霧化器400’から飛散する液滴が排出口160e’を介してカートリッジ10’の外部に排出されてユーザに伝達される場合、ユーザが不快感を感じて全体としての喫煙感が低下しうる。
一方、一実施形態に係わるカートリッジ10’は、上述した構造体140’を通じて霧化されず、霧化器400’から飛散する液滴が排出口160e’に向かう方向に移動することを制限することで、水滴飛散によるユーザの喫煙感低下を減らしうる。本発明において「水滴飛散」は、霧化器400’でまだ霧化されていない液滴が飛散することを意味し、当該表現は、以下でも同じ意味として使用されうる。
第1支持手段141’は、構造体140’の少なくとも一領域を収容し、収容された構造体140’を第1ハウジング110’の一領域に保持または固定させうる。例えば、第1支持手段141’は、構造体140’を第1ハウジング110’のマウスピース160’と隣接した一領域(例えば、上端領域)に保持または固定させうるが、それに限定されるものではない。
一実施形態において、第1支持手段141’は、構造体140’の少なくとも一領域を取り囲むように配置されて構造体140’を収容し、構造体140’を収容した第1支持手段141’が第1ハウジング110’の一領域(例えば、z方向の領域)に結合されることにより、構造体140’が第1ハウジング110’の一領域に固定されうる。
構造体140’を収容した第1支持手段141’と第1ハウジング110’は、第1支持手段141’の少なくとも一部が第1ハウジング110’に嵌合方式によって結合されるが、第1ハウジング110’と第1支持手段141’との結合方式が上述した例示に限定されるものではない。他の例示において、第1ハウジング110’と第1支持手段141’は、スナップフィット方式、螺合方式または磁力結合方式のうち、少なくとも1つの方式によって結合されうる。
第1支持手段141’は、所定の剛性を有しつつ、防水性を有する材料(例えば、ゴム)を含み、構造体140’を第1ハウジング110’に固定させるだけではなく、貯蔵槽200’で発生するエアロゾル生成物質の液漏れを防止する。例えば、第1支持手段141’は、貯蔵槽200’のマウスピース160’に向かう領域を遮断することで、エアロゾル生成物質の液漏れが発生することを防止しうる。
一実施形態に係わるカートリッジ10’は、液体伝達手段300’及び/または霧化器400’を第1ハウジング110’の内部に保持させるための第2支持手段330’をさらに含みうる。
第2支持手段330’は、第1液体伝達手段310’、第2液体伝達手段320’及び/または霧化器400’の外周面の少なくとも一部を取り囲むように配置されて第1液体伝達手段310’、第2液体伝達手段320’及び/または霧化器400’を収容することができる。
一実施形態において、第2支持手段330’は、第1ハウジング110’の一領域と反対方向に位置した他の領域(例えば、-z方向の領域)に結合され、その結果、第1液体伝達手段310’、第2液体伝達手段320’及び/または霧化器400’は、第1ハウジング110’の他の領域に保持または固定されうる。
第2支持手段330’は、少なくとも一部領域が第1ハウジング110’に嵌合方式によって結合されうるが、第1ハウジング110’と第2支持手段330’との結合方式が上述した例示に限定されるものではない。他の例示において、第1ハウジング110’と第2支持手段330’は、スナップフィット方式、螺合方式または磁力結合方式のうち、少なくとも1つの方式によって結合されうる。
一実施形態によれば、第2支持手段330’は、所定の剛性を有しつつ、防水性を有する材料(例えば、ゴム)を含み、液体伝達手段300’及び霧化器400’を第1ハウジング110’に固定させるだけではなく、貯蔵槽200’で発生するエアロゾル生成物質の液漏れを防止しうる。例えば、第2支持手段330’は、貯蔵槽200’の液体伝達手段300’または霧化器400’と隣接した領域を遮断することで、エアロゾル生成物質の液漏れが発生することを防止することができる。
以下、図10及び11を参照して、霧化器400’と印刷回路基板500’との電気的連結構造及び印刷回路基板500’に実装された抵抗Rと霧化器400’との電気的連結関係について具体的に説明する。
図10は、一実施形態に係わるカートリッジの振動子と印刷回路基板との電気的連結関係を説明するための分解斜視図であり、図11は、図10に図示されたカートリッジの振動子と印刷回路基板との電気的連結関係を説明するための断面図である。
図10及び11を参照すれば、一実施形態に係わるカートリッジ(例えば、図6ないし図9のカートリッジ10’)は、霧化器400’、印刷回路基板500’及び霧化器400’と印刷回路基板500’とを電気的に連結するための第1導電体410’と第2導電体420’を含む。
印刷回路基板500’は、霧化器400’に向かう方向に配置される第1面及び第1面と反対方向に配置される第2面を含み、印刷回路基板500’の第1面と第2面には、印刷回路基板500’を霧化器400’及び/または外部電源(例えば、図2のバッテリ510)と電気的に連結するための複数の電気的接点(electrical contact)が配置されうる。
一実施形態によれば、印刷回路基板500’の第1面には、第1電気的接点501’及び第1電気的接点501’と離隔されて配置される第2電気的接点502’が配置されうる。
第1導電体410’の一部(または「上端部分」)は、霧化器400’の外周面の少なくとも一領域を取り囲むように配置されて霧化器400’と接触し、第1導電体410’の他の部分(「下端部分」)は、印刷回路基板500’の第1電気的接点501’と接触する。第1導電体410’の上述した配置構造によって霧化器400’と第1電気的接点501’は、電気的に連結されうる。
第2導電体420’は、霧化器400’と印刷回路基板500’との間に位置し、第2導電体420’の一端(例えば、z方向の一端)は、霧化器400’の印刷回路基板500’に向かう一領域に接触し、第2導電体420’の他端(例えば、-z方向の一端)は、印刷回路基板500’の第2電気的接点502’に接触することができる。第2導電体420’の上述した配置構造によって霧化器400’と第2電気的接点502’は、電気的に連結されうる。
一実施形態によれば、霧化器400’は、霧化器400’の印刷回路基板500’と反対方向に向かう一領域に配置される第1電極401’(または「上部電極」)及び霧化器400’の印刷回路基板500’に向かう領域に配置される第2電極402’(または「下部電極」)を含む。
第1電極401’及び/または第2電極402’は、導電性の高い材料を含み、霧化器400’と第1導電体410’及び/または第2導電体420’とを電気的に連結する役割を遂行する。第1電極401’及び/または第2電極402’は、例えば、銀(Ag)、銅(Cu)、金(Au)、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、鉄(Fe)、白金(Pt)及び鉛(Pb)のうち、いずれか1つを含むが、それらに限定されるものではない。
図面上では、第1電極401’は、霧化器400’の縁部に沿って配置され、第2電極402’は、霧化器400’の印刷回路基板500’に向かう領域の中央に配置される実施形態についてのみ図示されているが、第1電極401’及び/または第2電極402’の配置構造が図示された実施形態に限定されるものではない。他の実施形態において、第1電極401’は、霧化器400’の端の一部にのみ配置されるか、第2電極402’が霧化器400’の中央から外れた領域に配置されうる。
一実施形態において、第1導電体410’の一部は、霧化器400’の外周面を取り囲むように配置されて霧化器400’の一領域に配置された第1電極401’と接触し、第1導電体410’の他の部分は、印刷回路基板500’の第1電気的接点501’と接触することで、霧化器400’と第1電気的接点501’とが電気的に連結されうる。
他の実施形態において、第2導電体420’の一端は、霧化器400’の第2電極402’に接触し、第2導電体420’の他端は、印刷回路基板500’の第2電気的接点502’と接触することで、霧化器400’と第2電気的接点502’とが電気的に連結されうる。
すなわち、一実施形態に係わるカートリッジ10’は、霧化器400’の第1電極401’と印刷回路基板500’の第1電気的接点501’と接触する第1導電体410’及び霧化器400’の第2電極402’と印刷回路基板500’の第2電気的接点502’と接触する第2導電体420’を通じて霧化器400’と印刷回路基板500’とを電気的に連結することができる。
一実施形態によれば、印刷回路基板500’の第1面と反対方向に位置する第2面には、第3電気的接点501-1’及び第4電気的接点502-1’が配置されうる。
一実施形態において、第3電気的接点501-1’は、印刷回路基板500’の第1面に配置される第1電気的接点501’と対応する位置に配置され、第1電気的ビアVを介して第1電気的接点501’と電気的に連結されうる。
例えば、第3電気的接点501-1’は、印刷回路基板500’の第1面上視、第1電気的接点501’と重畳される位置に配置され、第1電気的接点501’と第3電気的接点501-1’との間には、第1導電性ビアVが位置して第1電気的接点501と第3電気的接点501-1’とを連結することができる。
第1導電性ビアVは、例えば、印刷回路基板500’の第1面と第2面とを貫通するように配置されて第1電気的接点501’と第3電気的接点501-1’とを電気的に連結することができる。
他の実施形態において、第4電気的接点502-1’は、印刷回路基板500’の第1面に配置される第2電気的接点502’と対応する位置に配置され、第2電気的ビアVを介して第2電気的接点502’と電気的に連結されうる。
例えば、第4電気的接点502-1’は、印刷回路基板500’の第1面上視、第2電気的接点502’と重畳される位置に配置され、第2電気的接点502’と第4電気的接点502-1’との間には、第2導電性ビアVが位置して第2電気的接点502’と第4電気的接点502-1’とを連結することができる。
第2導電性ビアVは、例えば、印刷回路基板500’の第1面と第2面とを貫通するように配置されて第2電気的接点502’と第4電気的接点502-1’とを電気的に連結することができる。
第3電気的接点501-1’は、第2ハウジング(例えば、図8の第2ハウジング120’)の第1貫通孔(例えば、図8の第1貫通孔121’)と対応する位置に配置され、第1貫通孔内に配置される電気的連結部材を介して外部電源と電気的に連結されうる。例えば、第3電気的接点501-1’は、第1貫通孔に配置される電気的連結部材を介して本体(例えば、図2の本体20)のバッテリ(例えば、図2のバッテリ510)と電気的に連結されうる。
また、第4電気的接点502-1’は、第2ハウジングの第2貫通孔(例えば、図8の第2貫通孔122’)と対応する位置に配置され、第2貫通孔内に配置される電気的連結部材を介して外部電源と電気的に連結されうる。例えば、第4電気的接点502-1’は、第2貫通孔内に配置される電気的連結部材を介して本体のバッテリと電気的に連結されうる。
一実施形態に係わるカートリッジ10’の印刷回路基板500’は、第1面には、第1電気的接点501’と第2電気的接点502’とが配置され、第2面には、第1電気的接点501’及び第2電気的接点502’とそれぞれ電気的に連結される第3電気的接点501-1’と第4電気的接点502-1’とが配置されることにより、霧化器400’と外部電源(例えば、本体のバッテリ)とを電気的に連結する媒介体として動作する。
印刷回路基板500’の第1電気的接点501’と第2電気的接点502’とが霧化器400’と電気的に連結され、第3電気的接点501-1’と第4電気的接点502-1’とが本体のバッテリと電気的に連結されることにより、霧化器400’と外部電源との電気的回路が形成されうる。
霧化器400’と外部電源との間に形成される電気的回路を通じて霧化器400’は、外部電源から電力を供給されてエアロゾル生成物質をエアロゾルに霧化させうる。例えば、外部電源から供給される電力は、カートリッジの内部に配置される印刷回路基板500’を経て霧化器400’に伝達され、霧化器400は供給された電力を通じて超音波振動を発生させてエアロゾルを発生させうる。
一実施形態によれば、印刷回路基板500’は、第1面に配置される第5電気的接点503’、及び第5電気的接点503’と対応する第2面の一領域に配置される第6電気的接点503-1’をさらに含みうる。
第5電気的接点503’は、印刷回路基板500’の第1面から見たとき、第6電気的接点503-1’と対応または重畳される位置に配置され、第5電気的接点503’と第6電気的接点503-1’との間には、第3導電性ビアVが配置されて第5電気的接点503’と第6電気的接点503-1’とが電気的に連結されうる。
一例示において、第5電気的接点503’は、第1導電体410’の一領域と接触することにより、霧化器400’と第5電気的接点503’とが電気的に連結されうる。
他の例示において、第6電気的接点503-1’は、第2ハウジングの第2貫通孔(例えば、図8の第3貫通孔123’)と対応する位置に配置され、第3貫通孔内に配置される電気的連結部材を通じて外部電源(例えば、本体のバッテリ)と電気的に連結されうる。
一実施形態に係わるカートリッジは、印刷回路基板500’の第1面に第1導電体410’と電気的に連結される2個の電気的接点(第1電気的接点501’、第5電気的接点503’)を配置することで、第1導電体410’が2つの電気的接点のうち、いずれか1つの接点にのみ接触しても、霧化器400’と印刷回路基板500’とを電気的に連結させうる。
第1導電体410’が第1電気的接点501’と第5電気的接点503’のうち、いずれか1つの電気的接点とだけ接触しても、霧化器400’と印刷回路基板500’とが電気的に連結されるので、印刷回路基板500’の配置方向に関係なく、霧化器400’と印刷回路基板500’との電気的連結関係が保持されうる。
第1電気的接点501’ないし第6電気的接点503-1’は、例えば、印刷回路基板500’に実装される導電性パッドまたはソルダリングパッドでもあるが、それに限定されるものではない。
印刷回路基板500’の一領域には、外部電源から霧化器400’に電力が供給される過程または印刷回路基板500’の回路で発生するノイズ(noise)を除去またはフィルタリングするための抵抗Rが配置されうる。
一実施形態によれば、抵抗Rは、印刷回路基板500’の一領域に実装されて(mounted)エアロゾル生成装置の作動時(または「電源on」)に発生するノイズを除去して霧化器400’に安定した電圧を印加させうる。
霧化器400’に電力供給開始時点または電力供給が進められる過程で霧化器400’と外部電源との電気的回路では意図しないノイズが発生しうる。例えば、霧化器400’に供給される電圧信号にノイズが発生して霧化器400’には指定値よりも高い電圧が印加され、これにより、霧化器400’の温度が急上昇(例えば、キュリー温度以上に上昇)して霧化器400’が損傷する場合が発生しうる。
一方、一実施形態に係わるカートリッジは、印刷回路基板500’に実装される抵抗Rを通じて霧化器400’に霧化器400’と外部電源との間に形成される電気的回路で発生するノイズを除去またはフィルタリングすることができ、その結果、カートリッジまたはエアロゾル生成装置を安定して作動させうる。
一実施形態は、コンピュータによって実行されるプログラムモジュールのようなコンピュータによって実行可能な命令語を含む記録媒体の形態にも具現されうる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータによってアクセスされる任意の可用媒体でもあり、揮発性及び不揮発性媒体、分離型及び非分離型媒体をいずれも含む。またコンピュータ可読媒体は、コンピュータ記録媒体及び通信媒体をいずれも含む。コンピュータ記録媒体は、コンピュータ可読命令語、データ構造、プログラムモジュールまたはその他データのような情報の保存のための任意の方法または技術によって具現された揮発性及び不揮発性、分離型及び非分離型媒体をいずれも含む。通信媒体は、典型的にコンピュータ可読命令語、データ構造、プログラムモジュールのような変調されたデータ信号のその他データ、またはその他送信メカニズムを含み、任意の情報伝達媒体を含む。
本実施形態に係わる技術分野において通常の知識を有する者であれば、前記記載の本質的な特性から外れない範囲で変形された形態として具現可能であるということを理解するであろう。したがって、開示された方法は、限定的な観点ではなく、説明的な観点で考慮されねばならない。本発明の範囲は、前述した説明ではなく、請求範囲に示されており、それと同等な範囲内にある全ての相違点は、本発明に含まれるものと解釈されねばならない。

Claims (12)

  1. エアロゾル生成物質が保存される保存部と、
    前記保存部に保存されたエアロゾル生成物質を吸収する液体伝達手段と、
    超音波振動を発生させて前記液体伝達手段に吸収されたエアロゾル生成物質をエアロゾルに霧化させる霧化器(atomizer)と、を含み、
    前記霧化器は、振動子を含み、前記振動子は、0.6nF~1.1nFのキャパシタンス(capacitance)値を有する、エアロゾル生成装置。
  2. 前記振動子のキャパシタンス値の範囲に基づいて前記振動子の物性値(property)が決定される、請求項1に記載のエアロゾル生成装置。
  3. 前記振動子の物性値は、
    圧電定数、電気-機械結合係数、品質係数、キュリー温度のうち、少なくとも1つの値と添加物を含む、請求項2に記載のエアロゾル生成装置。
  4. 前記少なくとも1つの値は、前記添加物を含み、前記添加物は、
    コバルト(Co)、アンチモン(Sb)及びニオブ(Nb)のうち、少なくとも1つを含む、請求項3に記載のエアロゾル生成装置。
  5. 前記振動子の厚さは、0.69mm~0.71mmである、請求項1に記載のエアロゾル生成装置。
  6. 前記振動子の直径は、
    7mm~9mmである、請求項1に記載のエアロゾル生成装置。
  7. 前記振動子は、
    PZT(Lead zirconate titanate)を含む、請求項1に記載のエアロゾル生成装置。
  8. 前記液体伝達手段は、
    前記貯蔵槽と隣接して配置され、前記貯蔵槽からエアロゾル生成物質を供給される第1液体伝達手段と、
    前記第1液体伝達手段と前記霧化器との間に位置し、前記第1液体伝達手段に供給されたエアロゾル生成物質を前記霧化器に伝達する第2液体伝達手段と、を含む、請求項1に記載のエアロゾル生成装置。
  9. エアロゾルが前記エアロゾル生成装置の外部に排出されるための排出口を含むマウスピースと、
    前記霧化器と前記排出口とを連結する排出通路をさらに含み、
    前記エアロゾルは、前記排出通路に沿って前記排出口に向かう方向に移動する、請求項8に記載のエアロゾル生成装置。
  10. 前記第1液体伝達手段は、前記霧化器から飛散する液滴(droplet)の前記排出通路に向かう移動を制限する、請求項9に記載のエアロゾル生成装置。
  11. バッテリ電圧を供給するバッテリと、
    前記バッテリ電圧を変換して前記振動子に交流電圧を供給する電力変換回路をさらに含み、
    前記電力変換回路のインダクタのインダクタンス値及び共振周波数に沿って前記振動子のキャパシタンス値が決定される、請求項1に記載のエアロゾル生成装置。
  12. 前記電力変換回路を制御するプロセッサをさらに含む、請求項11に記載のエアロゾル生成装置。
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