JP6946562B2 - 電子タバコの液体供給装置及び液体供給方法 - Google Patents
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Description
本発明の第1態様は、電子タバコの液体供給装置を開示している。この液体供給装置は、
圧電基板1と、圧電基板1上を覆う絶縁膜2と、第1すだれ状変換器31及び第2すだれ状変換器32と、液体リザーバ4と、流路5と、液体排出口7とを含み、
液体リザーバ4には液体注入口6が設けられ、流路5の一端と液体リザーバ4とは密封式に連通しており、流路5の他端が液体排出口7になっており、
第1すだれ状変換器31及び第2すだれ状変換器32は、圧電基板1の表面に接合して、かつ圧電基板1と絶縁膜2との間に配置され、液体リザーバ4、流路5、及び液体排出口7は、絶縁膜2の外上面に配置され、
第1すだれ状変換器31は、流路5の流れ方向とは反対側の液体リザーバ4の近傍に位置しており、かつ、液体リザーバ4とは接触しておらず、第2すだれ状変換器32は、液体リザーバ4と液体排出口7との間の、流路5の下に位置している。
第2すだれ状変換器を作動させ、無線周波数信号により駆動されている状態で圧電基板の上面に進行波モードの表面弾性波を生成し、液体リザーバ内のタバコリキッドが液体排出口に向かって流れることを阻止してから、液体注入口から液体リザーバ内にタバコリキッドを注入し、
タバコリキッドの注入が完了してから、第1すだれ状変換器を作動させ、無線周波数信号により駆動されている状態で圧電基板の上面に進行波モードの表面弾性波を生成し、液体リザーバ内のタバコリキッドを液体排出口の方向に向けて押し流し、第1すだれ状変換器及び第2すだれ状変換器の出力容量を調節して、液体リザーバ内のタバコリキッドを液体排出口の方向に均一速度で流し、吸引者が吸引を行うことを可能にするステップと、
第1すだれ状変換器の動作を停止させ、第2すだれ状変換器の動作は継続させて、まだ動作している第2すだれ状変換器が、第2すだれ状変換器と液体リザーバとの間の流路内のタバコリキッドを、液体リザーバに向けて押し流し、
第2すだれ状変換器と液体排出口との間の流路内のタバコリキッドが流出し、完全にエアロゾル化された後、第2すだれ状変換器の動作を停止させ、吸引を終了させるステップとを、含む。
1.本発明の電子タバコの液体供給装置は、チップ(芯片)設計を採用しており、小型であると共に消費電力が少なく高効率であり、小型で携帯するのに便利な電子タバコに適合している。絶縁膜がすだれ状変換器と液体供給されるタバコリキッドとを隔離していることにより、液体供給の安全が確保され、回路が短絡するリスクが低減するので、この装置は比較的高い安全率を備え、信頼性も高い。
2.本発明の電子タバコの液体供給装置は、圧電基板上の第1すだれ状変換器を利用して、液体リザーバ内のタバコリキッド液体に対する能動ポンピングを実現すると共に、第2すだれ状変換器を通じてタバコリキッドの流動方向及び流動速度を制御する。これにより、電子タバコの液体供給プロセスにおける液体伝導速度の制御可能性及び安定性が保証され、更に、必要に応じて、すだれ状変換器の容量を調節して、液体供給量の制御を実現することが可能になり、タバコリキッドの正確な供給が確保され、タバコリキッドのエアロゾル化効果がより良好になり、エアロゾル化品質が向上する。
3.本発明の電子タバコの液体供給装置は、すだれ状変換器が生成する進行波モードの表面弾性波によりタバコリキッドを駆動させる。必要とされる駆動電力は小さく、それが有する発熱量も少ないので長時間動作しても熱量が蓄積することはない。これにより、高温熱分解の可能性が低くなり、COやアルデヒドといった有害成分の発生もなくなる。
本発明の実施例は、従来技術において存在する、タバコリキッドの供給が制御不可能かつ不安定であることで、有害物質の発生が増大し、吸引感覚や品質などに影響を与えるという問題を解決するために、表面弾性波(Surface Acoustic Wave,SAW)によって非接触でタバコリキッドの能動ポンピングを実現する、タバコリキッドをポンピングする装置及び方法であって、ポンピング量の制御及び調節が可能であり、安定的かつ制御可能なタバコリキッドの供給、有害物質の減少、品質の向上、及びより良好な吸引感覚の獲得を実現可能な、装置及び方法を提供する。
圧電基板1と、絶縁膜2と、圧電基板1と絶縁膜2との間に配置された第1すだれ状変換器31及び第2すだれ状変換器32と、絶縁膜2の外上面に配置された液体リザーバ4及び流路5とを含み、
液体リザーバ4には液体注入口6が設けられ、流路5の一端と液体リザーバ4とは密封式に連通しており、流路5の他端が液体排出口7になっており、
第1すだれ状変換器31及び第2すだれ状変換器32は、圧電基板1の表面に接合して、圧電基板1と絶縁膜2との間に配置され、液体リザーバ4、流路5、及び液体排出口7は、絶縁膜2の外上面に配置され、
第1すだれ状変換器31は、液体リザーバ4及び流路5とは反対側の外縁部に位置しており、液体リザーバ4とは接触しておらず、第2すだれ状変換器32は、液体リザーバ4と液体排出口7との間の、流路5の下に位置している。
第1すだれ状変換器31、第2すだれ状変換器32、液体リザーバ4、及び流路5は、圧電基板の表面と垂直方向に密着して接合される。
石英、酸化亜鉛の薄膜でコーティングされたシリコンウエハ、圧電セラミック、ニオブ酸リチウム、及びタンタル酸リチウムのうちの、少なくとも1つである。圧電基板1の厚さは0.3mm〜1.5mmであり、温度係数は−100×10−7/℃〜−30×10−6/℃であり、電気機械結合係数は3.5%〜8.5%であり、圧電基板1における表面弾性波の伝播速度は3950m/s〜4005m/sである。
そのうち、一方の組の給電ポート9は、ワイヤ10を通じて第1すだれ状変換器31と相互連結され、他方の組の給電ポート9は、ワイヤ10を通じて第2すだれ状変換器32と相互連結される。給電ポート9は、すだれ状変換器と無線周波数信号生成装置8とを連結させるポートであり、このポートを通じて、無線周波数信号生成装置8の迅速な連結が実現可能となり、不使用時にはいつでも連結を断接することができる。
第2すだれ状変換器を作動させ、無線周波数信号により駆動されている状態で圧電基板の上面に進行波モードの表面弾性波を生成し、液体リザーバ内のタバコリキッドが液体排出口に向かって流れることを阻止してから、液体注入口から液体リザーバ内にタバコリキッドを注入し、
タバコリキッドの注入が完了してから、第1すだれ状変換器を作動させ、無線周波数信号により駆動されている状態で圧電基板の上面に進行波モードの表面弾性波を生成し、液体リザーバ内のタバコリキッドを液体排出口の方向に向けて押し流し、第1すだれ状変換器及び第2すだれ状変換器の出力容量を調節して、液体リザーバ内のタバコリキッドを液体排出口の方向に均一速度で流し、吸引者が吸引を行うことを可能にするステップを、含む。具体的には、まず、無線周波数信号生成装置8をオンにし、交流電気信号を印加して第2すだれ状変換器32を励振させる。第2すだれ状変換器32は、入力電気信号により、逆圧電効果を通じて電極間の共振を発生させる。第2すだれ状変換器32が液体リザーバ4に一連の表面弾性波を伝送することにより、液体リザーバ4のタバコリキッドが流路5内に流入するのを有効に防止することが可能になる。タバコリキッドは、タバコリキッドの液面の高さが液体リザーバ4内の凹型溝の縁部と水平になるまで、液体注入口6を通じて液体リザーバ4内に注入される。この時、標準大気圧のもとでは、表面弾性波の作用、タバコリキッドの表面張力、及び流路5の内壁の粘性抗力により、タバコリキッドが自然に流れることはありえない。無線周波数信号生成装置8をオンにし、第2交流電気信号を印加して第1すだれ状変換器31を励振させ、無線周波数信号生成装置8のゲインを調節して、第1すだれ状変換器31の出力容量と第2すだれ状変換器32の出力容量とを同じにする。これにより、液体リザーバ4と流路5との界面部においてタバコリキッドが受ける音響流の力は平衡に到達し、タバコリキッドは流出しなくなる。タバコリキッドが液体リザーバ4から流路5内にゆっくりと流入するまで、第1すだれ状変換器31の出力容量は漸増し、第2すだれ状変換器32の出力容量は減少する。第1すだれ状変換器31の出力容量が継続的に増大することにより、流路5と液体リザーバ4との界面部に圧力差が形成されて、初期の平衡圧力場は損なわれる。第1すだれ状変換器31及び第2すだれ状変換器32の容量を制御することによって、液体排出口でのタバコリキッドの流速を正確に制御することが可能になり、これにより、液体伝導速度の正確な制御が実現されるので、タバコリキッドの連続的かつ安定的なエアロゾル化が確実になる。
吸引停止の準備が整うと、第1すだれ状変換器は動作を停止するが、第2すだれ状変換器は継続的に動作し、依然として動作中の第2すだれ状変換器が、第2すだれ状変換器と液体リザーバとの間の流路の中のタバコリキッドを、液体リザーバに向けて押し流し、
第2すだれ状変換器と液体排出口との間の流路内のタバコリキッドが流出し、完全にエアロゾル化された後、第2すだれ状変換器の動作を停止させ、吸引を終了させる。具体的には、第1すだれ状変換器31の入力信号をオフにし、第2すだれ状変換器32を継続的に動作させることで、液体リザーバ4と流路5との界面部に逆圧力差が形成され、タバコリキッドがこの界面部から流出することはできなくなる。これと共に、流路5内の余剰のタバコリキッドが液体排出口7を通って流出し、完全にエアロゾル化された後に、第2すだれ状変換器の動作を停止させ、吸引を終了させる。
1.進行波モードの表面弾性波を発生させることにより、表面弾性波が非接触でタバコリキッドを駆動することが可能になる。駆動電力は一般に0.1W〜1.5Wであり、発熱量は非常に少なく、長時間動作しても熱量が蓄積することがないので、高温熱分解の可能性が低くなる。そのため、表面弾性波による駆動の安全性は良好であり、消費電力も少ない。
2.装置全体が完全にチップ化されており、1つのチップ表面に高度に集積化されている。これにより、製品のサイズが大幅に縮小され、電子タバコ製品全体としても大幅に省スペースになる。更に、流路の底部に配置される第2すだれ状変換器が、タバコリキッド供給の開閉切替全体を制御可能であり、複雑なマイクロバルブの設計が不要になる。
3.液体リザーバとスリット型の液体排出口が一体化されており、表面弾性波の音響流の整合効果に基づいて、第1すだれ状変換器が生成した進行波モードの表面弾性波がもたらす駆動力により、能動ポンピングが実現されうる。更に、駆動力を組み合わせてタバコリキッドの液体伝導速度を正確に制御することにより、タバコリキッドの持続的かつ安定的なポンピングと十分なエアロゾル化とが確保され、空焼き現象の発生が回避される。これと共に、正確な量のタバコリキッドが供給されることで、タバコリキッドのエアロゾル化効率も向上するので、吸引品質及び吸引感覚が向上する。
2、絶縁膜
31、第1すだれ状変換器
32、第2すだれ状変換器
4、液体リザーバ
5、流路
6、液体注入口
7、液体排出口
8、無線周波数信号生成装置
9、給電ポート
10、ワイヤ
11、すだれ状電極
12、バスバー
Claims (10)
- 電子タバコの液体供給装置であって、圧電基板(1)と、前記圧電基板(1)上を覆う絶縁膜(2)と、第1すだれ状変換器(31)及び第2すだれ状変換器(32)と、液体リザーバ(4)と、流路(5)と、液体排出口(7)とを含み、
前記液体リザーバ(4)には液体注入口(6)が設けられ、前記流路(5)の一端と前記液体リザーバ(4)とは密封式に連通しており、前記流路(5)の他端が前記液体排出口(7)になっており、
前記第1すだれ状変換器(31)及び前記第2すだれ状変換器(32)は、前記圧電基板(1)の表面に接合して、かつ前記圧電基板(1)と前記絶縁膜(2)との間に配置され、前記液体リザーバ(4)、前記流路(5)、及び前記液体排出口(7)は、前記絶縁膜(2)の外上面に配置され、
前記第1すだれ状変換器(31)は、前記流路(5)の流れ方向とは反対側の前記液体リザーバ(4)の近傍に位置しており、かつ、前記液体リザーバ(4)とは接触しておらず、前記第2すだれ状変換器(32)は、前記液体リザーバ(4)と前記液体排出口(7)との間の、前記流路(5)の下に位置している、
ことを特徴とする、装置。 - 前記第1すだれ状変換器(31)と、前記液体リザーバ(4)と、前記第2すだれ状変換器(32)と、前記流路(5)と、前記液体排出口(7)とが同一直線上にある、
ことを特徴とする、請求項1に記載の装置。 - 前記絶縁膜(2)の厚さが200nm〜400nmであり、前記流路(5)の幅が、前記第1すだれ状変換器(31)及び前記第2すだれ状変換器(32)の表面弾性波の波長の5〜11倍であり、前記流路(5)の深さが、表面弾性波の波長の2〜5倍であり、前記液体排出口(7)の幅が1mm〜10mmであり、高さが0.1mm〜1.0mmである、
ことを特徴とする、請求項1に記載の装置。 - 前記第1すだれ状変換器(31)と前記第2すだれ状変換器(32)によって使用される入力信号が同一の周波数であり、前記周波数の範囲は100MHz〜400MHzである、
ことを特徴とする、請求項1に記載の装置。 - 前記第1すだれ状変換器(31)及び前記第2すだれ状変換器(32)が、2層の金属薄膜をスパッタリングして形成されたゲート電極であり、第1の層の金属薄膜の材料はチタン又はクロムであり、前記第1の層の厚さは30nm〜100nmであり、第2の層の金属薄膜の材料はアルミニウム又は金であり、前記第2の層の厚さは100nm〜300nmである、
ことを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載の装置。 - 前記圧電基板(1)が、石英、酸化亜鉛の薄膜でコーティングされたシリコンウエハ、圧電セラミック、ニオブ酸リチウム、又はタンタル酸リチウムのうちの一又は複数であり、前記圧電基板(1)の厚さは0.3mm〜1.5mmであり、温度係数は−100×10−7/℃〜−30×10−6/℃であり、電気機械結合係数は3.5%〜8.5%であり、前記圧電基板(1)における表面弾性波の伝搬速度は3950m/s〜4005m/sである、
ことを特徴とする、請求項1に記載の装置。 - 前記液体リザーバ(4)及び前記流路の材料がジメチコンである、
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の装置。 - 無線周波数信号生成装置(8)を更に含み、前記無線周波数信号生成装置(8)が無線周波数電源であり、前記無線周波数信号生成装置(8)の周波数範囲は100MHz〜200MHzであり、電力範囲は0.1W〜1.5Wである、
ことを特徴とする、請求項1に記載の装置。 - 前記圧電基板(1)の外縁部に配置された2組の給電ポート(9)を更に含み、前記給電ポート(9)が無線周波数信号生成装置(8)を連結するために使用され、前記給電ポート(9)のうちの一方の組の給電ポート(9)は、ワイヤ(10)を通じて前記第1すだれ状変換器(31)と相互連結され、他方の組の給電ポート(9)は、前記ワイヤ(10)を通じて前記第2すだれ状変換器(32)と相互連結される、
ことを特徴とする、請求項1に記載の装置。 - 電子タバコの液体供給方法であって、請求項8又は9に記載の電子タバコの液体供給装置を使用して、
第2すだれ状変換器を作動させ、無線周波数信号により駆動されている状態で圧電基板の上面に進行波モードの表面弾性波を生成し、液体リザーバ内のタバコリキッドが液体排出口に向かって流れることを阻止してから、液体注入口から前記液体リザーバ内にタバコリキッドを注入し、タバコリキッドの注入が完了してから、第1すだれ状変換器を作動させ、無線周波数信号により駆動されている状態で前記圧電基板の上面に進行波モードの表面弾性波を生成し、前記液体リザーバ内のタバコリキッドを前記液体排出口の方向に向けて押し流し、前記第1すだれ状変換器及び前記第2すだれ状変換器の出力容量を調整して、前記液体リザーバ内のタバコリキッドを前記液体排出口の方向に均一速度で流し、吸引者が吸引を行うことを可能にするステップと、
前記第1すだれ状変換器の動作を停止させ、前記第2すだれ状変換器の動作は継続させて、まだ動作している前記第2すだれ状変換器が、前記第2すだれ状変換器と前記液体リザーバとの間の流路内のタバコリキッドを、前記液体リザーバに向けて押し流し、前記第2すだれ状変換器と前記液体排出口との間の前記流路内のタバコリキッドが流出し、完全にエアロゾル化された後、前記第2すだれ状変換器の動作を停止させ、吸引を終了させるステップとを含む、
ことを特徴とする、方法。
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