JP6905569B2 - 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

Description

本発明は、エアロゾル形成基体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、エアロゾル形成基体（一般にはプラグを含有するたばこ）を備えるエアロゾル送達システムが周知である。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。エアロゾル形成基体（たばこプラグ）と直接的に接触している加熱用ブレードの温度は、エアロゾル形成基体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。

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、エアロゾル形成基体と熱的に近接して配置されたインダクタを備え、またそのエアロゾル形成基体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を形成することができる揮発性化合物を放出できる温度までエアロゾル形成基体を加熱させる。サセプタの加熱は無接触の方法で行われるため、エアロゾル形成基体の温度を直接測る方法はない。

しかしながら、効率的な方法で、また誘導的に加熱されたエアロゾル形成基体内での、エアロゾル形成基体の使用温度も測定し、かつ制することができるのが望ましいことになる。こうして、エアロゾル形成基体の温度測定が達成されうる、エアロゾル形成基体を加熱するための誘導加熱装置の必要性が存在する。また、エアロゾル形成基体の温度測定を含むエアロゾル送達システムに対する必要性もある。

本発明は、サセプタを備えるエアロゾル形成基体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、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電源回路と、
−装置ハウジング内に配置されたくぼみであって、くぼみがエアロゾル形成基体の少なくとも一部分を収容する形状の内部表面を有し、エアロゾル形成基体の一部分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体のサセプタに誘導的に結合されるように配置されているくぼみとを備える。

電源回路は、作動時に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、かつ作動時に見かけのオーム抵抗からエアロゾル形成基体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さらに備える。

エアロゾル形成基体は、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体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体の加熱により放出される。
エアロゾル形成基体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１つの実施形態で、エアロゾル形成基体は固体である。

エアロゾル形成基体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体はニコチン塩マトリクスであってもよい。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体から放出される。

エアロゾル形成基体は均質化したたばこ材料を含みうる。均質化したたばこ材料は、粒子状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体含有量は、乾燥質量ベースで５％以上であり、乾燥質量ベースで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、エアロゾル形成基体は非たばこ含有材料を含みうる。エアロゾル形成基体は均質な植物由来材料を含みうる。

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もよい。エアロゾル形成体は、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。好適なエアロゾル形成体は当業界で周知であり、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−ブタンジオールなど）であり、そしてグリセリンが最も好ましい。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）を含みうる。エアロゾル形成基体はニコチンおよび少なくとも一つのエアロゾル形成体を含むことが好ましい。特に好ましい実施形態で、エアロゾル形成体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１０ＭＨｚ（１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚ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）（５ＭＨｚ〜７ＭＨｚ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コンバータを備える。

ＤＣ／ＡＣコンバータ（ＤＣ／ＡＣインバータとして具体化されてもよい）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、分路コンデンサー、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体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体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体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 は自由空間の透磁率を示す。
μ_r はサセプタの材料の相対的透磁率を示す。
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_S
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熱が発生する。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。
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置する。くぼみは、エアロゾル形成基体の少なくとも一部分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体の一部分が収容されると、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体のサセプタに誘導結合されるように配置される。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、基体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体を加熱するために構成されている。これは特に、エアロゾル形成基体が２００℃〜２４０℃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体内のサセプタに提供されることを含む。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体を加熱するために構成されることがより好ましい。

エアロゾル形成基体が加熱される際、その温度を制御することが望ましい。エアロゾル形成基体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を通した）により実施されるため、これは達成が容易ではなく、一方で従来の技術では、抵抗加熱装置の温度制御は、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。こうしてサセプタの温度と見かけのオーム抵抗との厳密に単調な関係は、サセプタの温度を決定および制御することができるようにし、したがってエアロゾル形成基体の温度を決定および制御することができる。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。

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。しかしながら、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、これによって見かけのオーム抵抗（これはサセプタの温度を表す）を、一定のＤＣ電源電圧（この一定のＤＣ電源電圧が測定されたものか、または一定の値を持つように決定されたものかに関係なく）および測定されたＤＣ電流から決定することができる。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、決定されたエアロゾル形成基体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コンバータによるＡＣ電力の発生を中断するようさらにプログラムされ、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体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電力が多少にかかわらず発生しない場合、ならびに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を網羅す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体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ＷＯ２０１４／０４０９８８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２ｃｍ³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置が可能となる。

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０．１５ｃｍ³〜約１．１０ｃｍ³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５ｍｍ〜約１０ｍｍとしうるが、好ましくは約７ｍｍ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８ｍｍ〜約１４ｍｍ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０．５ｍｍ〜約１ｍｍ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体を含む、エアロゾル送達システムに関連する。エアロゾル形成基体の少なくとも一部分は、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中にエアロゾル形成基体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、エアロゾル形成基体は、喫煙物品のエアロゾル形成基体としうる。特に、エアロゾル形成基体は、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体としうる。

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の厚さが好ましく、例えば、約２５マイクロメートルまたは約３５マイクロメートルの厚さである。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さえもでき、またステンレス鋼等級４３０（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工程と、
−見かけのオーム抵抗から、エアロゾル形成基体のサセプタの温度を決定する工程とを含む。

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体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コンバータによるＡＣ電力の発生を中断する工程と、
−決定されたエアロゾル形成基体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工程とを含む。

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置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、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体２０の一部分またはすべてが配置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体がサセプタ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体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体２０は、たばこを豊富に含む固体基体としうるが、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、１つの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を通って流れる交流電流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１ＭＨｚ〜約３０ＭＨｚの範囲（１ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲を含む）としてもよく、特定的には約１ＭＨｚ〜約１０ＭＨｚの範囲（１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲を含み、特に１０ＭＨｚ未満としてもよい）としてもよく、非常に特定的には周波数は約５ＭＨｚ〜約７ＭＨｚの範囲（５ＭＨｚ〜７ＭＨｚの範囲を含む）としてもよい。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の近位端に配置されている。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５ｍｍ〜約１０ｍｍ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８ｍｍ〜約１４ｍｍの範囲としうる。従って、内部体積は、約０．１５ｃｍ³〜約１．１０ｃｍ³の範囲としうる。

図３に戻るが、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体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体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の外側に配置されうる。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体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を備えるエアロゾル形成基体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、負荷に適合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から引き出される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チャネル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電力のさらなる供給を制御するために、ＤＣ電源１１から引き出される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重要な態様を、下記にさらに詳細に説明する。負荷に対する最適な適合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２ｃｍ³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体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体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。その期間の一部の間はＦＥＴ １３２１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の間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 １３２１内での著しい電力損失につながることになるためである。ＦＥＴ １３２１の「オン」状態では、高い電流がＦＥＴ １３２１を通過して流れる時のトランジスタトランジスタ電圧はほぼゼロである。ＦＥＴ １３２１の「オフ」状態では、トランジスタ電圧は高いが、ＦＥＴ １３２１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 １３２１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 １３２１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２．８Ｖ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＝５ＭＨｚ（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体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ちか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とのこの関係を、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、これは一定の電池の電圧）と、ＤＣ電源１１から引き出される実際の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、実際に使用されているそれぞれのタイプのサセプタの温度Ｔの決定のために対応する関係（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かつ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とのこうした関係を、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１１から引き出されるＤＣ電源電圧Ｖ_DCとＤＣ電流Ｉ_DCの両方を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好適なＤＣ電圧センサーおよび好適なＤＣ電流センサーを用いて達成することができる）。しかしながら、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から引き出される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体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、エアロゾル形成基体のサセプタの温度Ｔが高くなると減少する（サセプタの温度の上昇が、Ｒ_aの増大につながり、これが今度はＩ_DCの減少につながる）。この加熱プロセスの間の異なる時点（特に、エアロゾル形成基体がある特定の温度に達した時）で、ユーザーは、サセプタがその内部に配置されているエアロゾル形成基体を備える喫煙物品から吸入しうる。その時点で、吸い込まれた空気は、エアロゾル形成基体の温度とサセプタの温度の急速な低下を引き起こす。これは、見かけのオーム抵抗Ｒ_aの減少につながり、これが今度はＤＣ電源１１から引き出される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ではそれぞれの矢印で示されている。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のそれぞれ増大につながる）、それに従いＤＣ電流Ｉ_DCは減少する。

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体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によるさらなるＡＣ電力の発生を中断するようにプログラムされる。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ＷＯ２０１４／０４０９８８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をＩ_DCで割った商による）、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１３２１（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％だけである）。スイッチングトランジスタ１３２１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。

本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。

１． サセプタ（２１）を備えるエアロゾル形成基体（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）を提供するための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、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電源回路（１３）と、
−前記装置ハウジング（１０）内に配置されたくぼみ（１４）であって、前記くぼみが前記エアロゾル形成基体（２０）の少なくとも一部分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、前記エアロゾル形成基体（２０）の一部分が前記くぼみ（１４）内に収容されると前記ＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）の前記インダクタ（Ｌ２）が動作中に前記エアロゾル形成基体（２０）の前記サセプタ（２１）が誘導結合されるように配置されているくぼみと、を備え、
前記電源回路（１３）が、作動時に前記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、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体（２０）の前記サセプタ（２１）の温度（Ｔ）を決定するようにプログラムされる、マイクロコントローラ（１３１）をさらに備える、誘導加熱装置。
２． 前記装置が喫煙物品（２）のエアロゾル形成基体（２０）を加熱するために構成されている、１に記載の誘導加熱装置。
３． 前記ＤＣ電源（１１）が、一定のＤＣ電源電圧（Ｖ_DC）を提供するためのＤＣ電池、特に再充電可能ＤＣ電池であって、かつ前記電源回路（１３）が、前記一定の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）を決定するための、前記ＤＣ電池から引き出された前記ＤＣ電流（Ｉ_DC）を測定するためのＤＣ電流センサーをさらに備える、１または２のいずれかに記載の誘導加熱装置。
４． 前記電源回路（１３）がさらに、前記ＤＣ電源（１１）の前記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る、１〜３のいずれか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、さらに前記エアロゾル形成基体（２０）の前記サセプタ（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）によるＡＣ電力の発生を中断するようプログラムされ、かつ前記マイクロコントローラ（１３１）が、前記エアロゾル形成基体（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ようにプログラムされている、１〜４のいずれかに記載の誘導加熱装置。
６． 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前記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、１〜５のいずれかに記載の誘導加熱装置。
７． 前記クラスＥ電力増幅器が、出力インピーダンスを持ち、かつ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前記低オーム負荷（１３２４）に整合するための整合ネットワーク（１３３）を備えた、１〜６のいずれかに記載の誘導加熱装置。
８． 前記電源回路（１３）の総体積が２ｃｍ³以下である、１〜７のいずれかに記載の誘導加熱装置。
９． 前記ＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）の前記インダクタ（Ｌ２）が、前記くぼみ（１４）の内部表面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、１〜８のいずれかに記載の誘導加熱装置。
１０． 前記インダクタコイル（Ｌ２）が長楕円形（ｌ、ｒ）を持ち、かつ約０．１５ｃｍ³〜約１．１０ｃｍ³の範囲の内部体積を画定する、９に記載の誘導加熱装置。
１１． １〜１０のいずれか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体（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体（２０）の少なくとも一部分が、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）が動作の間に前記エアロゾル形成基体（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、エアロゾル送達システム。
１２． 前記喫煙物品の前記エアロゾル形成基体（２０）が、たばこを豊富に含む固体エアロゾル形成基体（２）である、１１に記載のエアロゾル送達システム。
１３． 前記サセプタ（２１）がステンレス鋼製である、１１または１２のいずれかに記載のエアロゾル送達システム。
１４． 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、１３に記載のエアロゾル送達システム。
１５． １１〜１４のいずれか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（ＶＤＣ）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）を決定する工程と、
−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体（２０）の前記サセプタ（２１）の前記温度を決定する工程と、を含む、方法。
１６． 前記ＤＣ電源（１１）がＤＣ電池、特に一定のＤＣ供給電圧（Ｖ_DC）を提供する再充電可能ＤＣ電池であり、また前記ＤＣ電池から引き出された前記ＤＣ電流（Ｉ_DC）が前記一定のＤＣ電源電圧（Ｖ_DC）および前記測定されたＤＣ電流（Ｉ_DC）から前記見かけのオーム抵抗（Ｒ_a）を決定するために測定される、１５に記載の方法。
１７． １５または１６のいずれかに記載の方法であって、さらに、
−前記エアロゾル形成基体（２０）の前記サセプタ（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）によるＡＣ電力の発生を中断する工程と、
−前記エアロゾル形成基体（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工程とを含む、方法。

Claims (19)

1. エアロゾル形成基体（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）を提供するための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、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電源回路（１３）と、
   −前記装置ハウジング（１０）内に配置されたくぼみ（１４）であって、前記くぼみが前記エアロゾル形成基体（２０）の少なくとも一部分を収容するような形をした内部表面を持つくぼみと、を備え、
   前記エアロゾル形成基体（２０）の一部分が前記くぼみ（１４）内に収容される時に、前記エアロゾル形成基体（２０）を加熱するように、前記ＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）の前記インダクタ（Ｌ２）が動作中に前記エアロゾル形成基体（２０）内に配置されたサセプタ（２１）と誘導結合するように構成され、
   前記電源回路（１３）が、作動時に前記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、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体（２０）内に配置された前記サセプタ（２１）の温度（Ｔ）を決定するようにプログラムされる、マイクロコントローラ（１３１）をさらに備える、誘導加熱装置。
2. 前記エアロゾル形成基体（２０）が喫煙物品（２）のエアロゾル形成基体（２０）であってサセプタ（２１）を備え、前記ＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）の前記インダクタ（Ｌ２）が動作中に前記喫煙物品（２）の前記エアロゾル形成基体（２０）の前記サセプタ（２１）と誘導結合するように構成されている、請求項１に記載の誘導加熱装置。
3. 前記ＤＣ電源（１１）が、一定のＤＣ電源電圧（Ｖ_DC）を提供するためのＤＣ電池であって、かつ前記電源回路（１３）が、前記一定のＤＣ電源電圧（Ｖ_DC）および測定されたＤＣ電流から前記見かけのオーム抵抗（Ｒ_a）を決定するための、前記ＤＣ電池から引き出された前記ＤＣ電流（Ｉ_DC）を測定するためのＤＣ電流センサーをさらに備える、請求項１または２のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
4. 前記電源回路（１３）がさらに、前記ＤＣ電源（１１）の前記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る、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、さらに前記エアロゾル形成基体（２０）内に配置された前記サセプタ（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）によるＡＣ電力の発生を中断するようプログラムされ、かつ前記マイクロコントローラ（１３１）が、前記エアロゾル形成基体（２０）内に配置された前記サセプタ（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ようにプログラムされている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
6. 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前記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１〜５のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
7. 前記クラスＥ電力増幅器が、出力インピーダンスを持ち、かつ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前記低オーム負荷（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６に記載の誘導加熱装置。
8. 前記電源回路（１３）の総体積が２ｃｍ³以下である、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ＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）の前記インダクタ（Ｌ２）が、前記くぼみ（１４）の内部表面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１〜８のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
10. 前記インダクタコイル（Ｌ２）が長楕円形（ｌ、ｒ）を持ち、かつ約０．１５ｃｍ³〜約１．１０ｃｍ³の範囲の内部体積を画定する、請求項９に記載の誘導加熱装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の誘導加熱装置（１）およびエアロゾル形成基体（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体（２０）の少なくとも一部分が、前記エアロゾル形成基体（２０）内に配置されたサセプタ（２１）とともに、前記エアロゾル形成基体（２０）を加熱するように、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）が動作の間に前記エアロゾル形成基体（２０）内に配置された前記サセプタ（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、エアロゾル送達システム。
12. 前記エアロゾル形成基体（２０）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体（２０）であってサセプタ（２１）を備える、請求項１１に記載のエアロゾル送達システム。
13. 前記サセプタ（２１）がステンレス鋼製である、請求項１１または１２のいずれか１項に記載のエアロゾル送達システム。
14. 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を持ち、約３ミリメートル〜約６ミリメートルの範囲の幅を持ち、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を持つ、請求項１３に記載のエアロゾル送達システム。
15. 請求項１１〜１４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（ＶＤＣ）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）を決定する工程と、
    −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体（２０）内に配置された前記サセプタ（２１）の前記温度を決定する工程と、を含む、方法。
16. 前記ＤＣ電源（１１）がＤＣ電池であり、また前記ＤＣ電池から引き出された前記ＤＣ電流（Ｉ_DC）が前記一定のＤＣ電源電圧（Ｖ_DC）および測定されたＤＣ電流（Ｉ_DC）から前記見かけのオーム抵抗（Ｒ_a）を決定するために測定される、請求項１５に記載の方法。
17. 請求項１５または１６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体（２０）内に配置された前記サセプタ（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）によるＡＣ電力の発生を中断する工程と、
    −前記エアロゾル形成基体（２０）内に配置された前記サセプタ（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工程とを含む、方法。
18. 請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の方法であって、前記エアロゾル形成基体（２０）が、喫煙物品（２）のエアロゾル形成基体（２０）であってサセプタ（２１）を備える、方法。
19. サセプタ（２１）を備えたエアロゾル形成基体（２０）を加熱するための誘導加熱装置（１）であって、
    −装置ハウジング（１０）と、
    −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、
    −ＤＣ／ＡＣコンバータ（１３２）を備える電源回路（１３）であって、前記ＤＣ／ＡＣコンバータ（１３２）がコンデンサー（Ｃ２）およびオーム抵抗（ＲＣｏｉｌ）を有するインダクタ（Ｌ２）の直列接続を備えるＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）を含む電源回路（１３）と、
    −ＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）のインダクタ（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体（２０）の一部分を収容するための、装置ハウジング（１０）内のくぼみ（１４）と、を備え、
    電源回路（１３）はさらに、ＤＣ電源電圧（Ｖ_DC）から、およびＤＣ電流（Ｉ_DC）から見かけのオーム抵抗（Ｒ_a）を、ならびに前記見かけのオーム抵抗（Ｒ_a）から前記サセプタ（２１）の温度（Ｔ）を決定するマイクロコントローラ（１３１）を備える、誘導加熱装置。

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