JP7369293B2 - エアロゾル生成装置及びその動作方法 - Google Patents

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Description

エアロゾル生成装置及びその動作方法に関する。
最近、一般的なシガレットの短所を克服する代替方法に係わる需要が増加している。例えば、シガレットを燃焼させてエアロゾルを生成させる方法ではない、エアロゾル生成物質の加熱によってエアロゾルが生成される方法に係わる需要が増加している。これにより、加熱式エアロゾル生成装置または、超音波振動式エアロゾル生成装置に係わる研究が活発に進められている。
超音波振動式エアロゾル生成装置の場合、振動子の周波数応答が変わって霧化量が一定しないことがある。したがって、振動子の多様な周波数応答にもかかわらず、一定の霧化量を提供する技術が必要である。
多様な実施例は、エアロゾル生成装置及びその動作方法を提供する。本発明が解決しようとする技術的課題は、前述したような技術的課題に限定されず、以下の実施例からさらに他の技術的課題が類推されうる。
一側面によれば、エアロゾル生成装置は、供給電圧の周波数によって互いに異なる振動速度で振動する振動子、前記振動子の動作環境によって変化する振動子の周波数応答を示す電気信号を検出し、前記電気信号に基づいてフィードバック信号を出力するフィードバック回路、及び前記振動子の前記周波数応答の変化に関係なく、前記振動子がターゲット振動速度で振動するように、前記フィードバック信号に基づいて前記供給電圧の周波数を調節する制御部を含む。
他の側面によれば、エアロゾル生成装置の動作方法は、振動子の動作環境によって変化する前記振動子の周波数応答を示す電気信号を検出する段階、前記電気信号に基づいてフィードバック信号を出力する段階、前記出力されたフィードバック信号に基づいて前記振動子をターゲット振動速度で振動させる前記振動子に供給される電圧の周波数を決定する段階、及び前記決定された周波数によって前記振動子に供給される前記電圧を調節する段階を含む。
さらに他の側面によれば、コンピュータで読取り可能な非一時的な(non-transitory)記録媒体は、上述した方法を行う命令語を含む1つ以上のプログラムが記録されうる。
本発明によれば、振動子の周波数応答が変化しても、均一な霧化量をユーザに提供することができるので、ユーザの喫煙感を改善させうる。
実施例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、本明細書及び添付図面から本発明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。
一実施例に係わるエアロゾル生成装置のブロック図である。 図1に図示された実施例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。 一実施例によるエアロゾル生成装置のブロック図である。 一実施例による振動子の周波数応答を説明するためのグラフである。 一実施例によるフィードバック回路の連結を説明するための図面である。 一実施例によるフィードバック回路の回路図である。 一実施例によるエアロゾル生成装置の動作方法のフローチャートである。
実施例で使用される用語は、本発明での機能を考慮しつつ、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、それは、当該分野の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で詳細にその意味を記載する。したがって、本発明で使用される用語は、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ねばならない。
明細書全体において、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、明細書に記載された「…部」、「…モジュール」というような用語は、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。
以下、添付図面に基づいて本発明の実施例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、本発明は、様々な互いに異なる形態に具現され、ここで説明する実施例に限定されない。
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
図1は、一実施例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10000は、バッテリ11000、霧化器12000、センサ13000、ユーザインターフェース14000、メモリ15000及びプロセッサ16000を含む。しかし、エアロゾル生成装置10000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10000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、本実施例に係わる技術分野で通常の知識を有する者であれば、理解することができる。
一例として、エアロゾル生成装置10000は、本体を含み、その場合、エアロゾル生成装置10000に含まれたハードウェア要素は、本体に位置する。
他の実施例として、エアロゾル生成装置10000は、本体及びカートリッジを含み、エアロゾル生成装置10000のハードウェア要素は、本体及びカートリッジにわたって配置されうる。または、エアロゾル生成装置10000の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することができる。
以下、エアロゾル生成装置10000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。
バッテリ11000は、エアロゾル生成装置10000の動作に用いられる電力を供給する。すなわち、バッテリ11000は、霧化器12000がエアロゾル生成物質を霧化させうるように、電力を供給することができる。また、バッテリ11000は、エアロゾル生成装置10000内に備えられた他のハードウェア要素、すなわち、センサ13000、ユーザインターフェース14000、メモリ15000及びプロセッサ16000の動作に必要な電力を供給することができる。バッテリ11000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11000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10000に使用されうるバッテリ11000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11000は、アルカリバッテリ、またはマンガンバッテリを含んでもよい。
霧化器12000は、プロセッサ16000の制御によってバッテリ11000から電力を供給される。霧化器12000は、バッテリ11000から電力を供給されてエアロゾル生成装置10000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12000は、エアロゾル生成装置10000の本体に位置しうる。または、エアロゾル生成装置10000が本体及びカートリッジを含む場合、霧化器12000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ことができる。霧化器12000がカートリッジに位置する場合、霧化器12000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11000から電力を供給されうる。また、霧化器12000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12000で電力の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11000から電力を供給されうる。
霧化器12000は、カートリッジ内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、気体中に分散された液滴及び/または微細な固体粒子の懸濁液を意味する。したがって、霧化器12000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12000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12000は、液体及び/または固相のエアロゾル生成物質を微細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12000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で、エアロゾルを発生させる方式を意味する。
エアロゾル生成装置10000は、少なくとも1つのセンサ13000を含む。少なくとも1つのセンサ13000でセンシングされた結果は、プロセッサ16000に伝達され、センシング結果によって、プロセッサ16000は、霧化器12000の動作制御、喫煙の制限、カートリッジ(または、シガレット)の挿入有/無に対する判断、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10000を制御することができる。
例えば、少なくとも1つのセンサ13000は、パフ感知センサを含む。パフ感知センサは、気流速度変化、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ことができる。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16000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)期間を判断することができる。
また、少なくとも1つのセンサ13000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ことができるセンサでもある。例えば、タッチセンサは、ユーザが金属材質で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ことができる静電容量型センサでもある。プロセッサ16000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に基づいてユーザの入力を感知することができる。キャパシタンスの変化値が既設定のしきい値を超えた場合、プロセッサ16000は、ユーザの入力が発生したと決定しうる。
また、少なくとも1つのセンサ13000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10000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10000の動きに係わる情報を獲得することができる。例えば、モーションセンサは、エアロゾル生成装置10000の動き状態、エアロゾル生成装置10000の静止状態、パフのためにエアロゾル生成装置10000が所定の角度範囲内の角度で傾斜した状態及び各パフ動作の間でパフのためにエアロゾル生成装置10000が角度範囲を脱する角度で傾斜した状態に係わる情報を測定することができる。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10000の運動情報を測定することができる。例えば、モーションセンサは、x軸、y軸、及びz軸の3方向の加速度を測定することができる加速度センサ及び3方向の角速度を測定することができ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13000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10000にユーザの接近如何を検出することができる。
また、少なくとも1つのセンサ13000は、エアロゾル生成装置10000に使用されうる消耗品(例えば、カートリッジまたはシガレット)の装着または脱去を感知することができる消耗品脱着センサを含む。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10000に接触したか否かを感知することができる。他の実施例において、消耗品脱着センサは、イメージセンサによってエアロゾル生成装置10000に消耗品の脱着如何を判断することができる。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ことができ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ことができ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13000は、エアロゾル生成装置10000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13000は、周辺環境の温度を測定することができる温度センサ、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10000に備えられるセンサ13000は、上述した種類に限定されず、多様なセンサをさらに含んでもよい。例えば、エアロゾル生成装置10000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)センサなどを含む。
エアロゾル生成装置10000には、前記例示された多様なセンサ13000の例示のうち、一部のみ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10000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14000は、ユーザにエアロゾル生成装置10000の状態に係わる情報を提供する。ユーザインターフェース14000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)、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む。
但し、エアロゾル生成装置10000には、上の例示された多様なユーザインターフェース14000の例示のうち、一部のみが取捨選択されて具現されうる。
メモリ15000は、エアロゾル生成装置10000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15000は、プロセッサ16000で処理されたデータ及び処理されるデータを保存する。メモリ15000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も具現される。
メモリ15000には、エアロゾル生成装置10000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16000は、エアロゾル生成装置10000の全般的な動作を制御する。プロセッサ16000は、多数の論理ゲートのアレイによって具現され、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16000が異なる形態のハードウェアによって具現されうるということを、本実施例が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、理解することができるであろう。
プロセッサ16000は、少なくとも1つのセンサ13000によってセンシングされた結果を分析し、後続処理を制御する。
プロセッサ16000は、少なくとも1つのセンサ13000によってセンシングされた結果に基づいて、霧化器12000の動作が開始または終了されるように霧化器12000に供給される電力を制御する。また、プロセッサ16000は、少なくとも1つのセンサ13000によってセンシングされた結果に基づいて、霧化器12000が適量のエアロゾルを発生させるように、霧化器12000に供給される電力の量及び電力が供給される時間を制御することができる。例えば、プロセッサ16000は、霧化器12000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、電圧を制御することができる。
一実施例において、プロセッサ16000は、エアロゾル生成装置10000に対するユーザ入力を受信した後、霧化器12000の動作を開始する。また、プロセッサ16000は、パフ感知センサを用いてユーザのパフを感知した後、霧化器12000の動作を開始する。また、プロセッサ16000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12000に電力供給を中断させる。
プロセッサ16000は、少なくとも1つのセンサ13000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14000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16000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つを用いて、ユーザに、エアロゾル生成装置10000が直ぐ終了されるということを予告する。
一方、図1に図示されていないが、エアロゾル生成装置10000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10000のバッテリ11000を充電するのに用いられうる。例えば、エアロゾル生成装置10000は、クレードル内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10000のバッテリ11000を充電する。
図2は、一実施例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に図示された実施例に係わるエアロゾル生成装置10000は、エアロゾル生成物質を保有するカートリッジ2000と、カートリッジ2000を支持する本体1000と、を含む。
エアロゾル生成物質を収容するカートリッジ2000は、本体1000に結合されうる。例えば、カートリッジ2000の一部が本体1000に挿入されたり、本体1000の一部がカートリッジ2000に挿入されたりすることで、カートリッジ2000が本体1000に装着されうる。この際、本体1000とカートリッジ2000は、スナップフィット(snap-fit)方式、螺合方式、磁力結合方式、嵌合方式などによって結合された状態を保持することができるが、本体1000とカートリッジ2000との結合方式は、上述したところによって制限されない。
カートリッジ2000は、マウスピース2100を含む。マウスピース2100は、本体1000と結合される他端部と反対となるカートリッジ2000の端部に形成され、ユーザの口腔に挿入されうる。マウスピース2100は、カートリッジ2000内部の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孔2110を含む。
カートリッジ2000は、例えば、液体状態や、固体状態や、気体状態や、ゲル(gel)状態などのいずれか1つの状態を有するエアロゾル生成物質を保持することができる。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、または、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んでもよい。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、それらに制限されるものではない。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んでもよい。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んでもよい。
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んでもよい。液状組成物には、2種以上のニコチン塩が含まれてもよい。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ことができる。
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10000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。
カートリッジ2000は、内部にエアロゾル生成物質を収容する液体保存部2200を含んでもよい。液体保存部2200が内部に「エアロゾル生成物質を収容する」ということは、液体保存部2200が容器(container)の用途のようにエアロゾル生成物質を単純に込める機能を遂行することと、液体保存部2200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。
エアロゾル生成装置10000は、カートリッジ2000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12000を含んでもよい。
例えば、エアロゾル生成装置10000の霧化器12000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。霧化器12000は、超音波振動を発生させる振動子1300と、エアロゾル生成物質を吸収してエアロゾルに変換するための最適の状態で保持する液体伝達手段2400と、液体伝達手段2400のエアロゾル生成物質に超音波振動を伝達してエアロゾルを発生させる振動収容部2300を含んでもよい。
振動子1300は、短い周期の振動を発生させうる。振動子1300から生成された振動は、超音波振動でもあり、超音波振動の周波数は、例えば、100kHz~3.5MHzでもある。振動子1300から生成された短い周期の振動によって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として霧化されうる。
振動子1300は、例えば、圧電セラミックを含み、圧電セラミックは、電気エネルギーと機械的なエネルギーを互いに変換することができる機能性材料である。具体的に、圧電セラミックは、物理的な力(すなわち、圧力)が供給される場合、電気(電圧)を発生させ、電気が印加される場合、振動(すなわち、機械的な力)を発生させうる。したがって、振動子1300に印加された電気によって振動が発生し、そのような物理的な振動がエアロゾル生成物質を小さな粒子に割ってエアロゾルが霧化されうる。
振動収容部2300は、振動子1300から発生した振動を伝達されて液体保存部2200から伝達されたエアロゾル生成物質をエアロゾルに変換する機能を遂行することができる。
液体伝達手段2400は、液体保存部2200の液状組成物を振動収容部2300に伝達することができる。例えば、液体伝達手段2400は綿繊維、セラミック繊維、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)にもなるが、それらに限定されない。
また、霧化器12000は、別途の液体伝達手段を使用せず、エアロゾル生成物質を吸収してエアロゾルに変換するための最適の状態を保持する機能だけではなく、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遂行するメッシュ状(mesh shape)や板状(plate shape)の振動収容部として具現されうる。
図2の実施例において、霧化器の振動子1300は、本体1000に配置され、振動収容部2300及び液体伝達手段2400は、カートリッジ2000に配置される。但し、実施例は、それに限定されるものではない。他の実施例において、カートリッジ2000は、振動子1300、振動収容部2300及び液体伝達手段2400を含み、本体1000にカートリッジ2000の一部が挿入されれば、本体1000は、端子(図示せず)を介してカートリッジ2000に電力を提供するか、カートリッジ2000の作動を制御する信号をカートリッジ2000に供給することができる。
カートリッジ2000の内部に収容されたエアロゾル生成物質を外部から視認可能なようにカートリッジ2000の液体保存部2200は、少なくとも一部が透明な素材を含む。マウスピース2100及び液体保存部2200の全体が透明なプラスチックやガラスなどの素材によって作製され、液体保存部2200の一部分だけが透明な素材によって作製される。
エアロゾル生成装置10000のカートリッジ2000は、エアロゾル排出通路2500及び気流通路2600を含んでもよい。
エアロゾル排出通路2500は、液体保存部2200の内部に形成されてマウスピース2100の排出孔2110と流体連通することができる。したがって、霧化器12000で発生したエアロゾルは、エアロゾル排出通路2500に沿って移動し、マウスピース2100の排出孔2110を介してユーザに伝達されうる。
気流通路2600は、外部空気をエアロゾル生成装置10000の内部に流入することができる通路である。気流通路2600を介して流入された外部空気は、エアロゾル排出通路2500に流入されるか、エアロゾルが発生する空間に流入されうる。これにより、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されてエアロゾルが生成されうる。
例えば、図2に図示されたように、気流通路2600は、エアロゾル排出通路2500を取り囲むように形成されうる。そのような場合、エアロゾル排出通路2500及び気流通路2600の形態は、エアロゾル排出通路2500が内側に配置され、気流通路2600がエアロゾル排出通路2500の外側に配置される二重管の形態でもある。それを通じて、外部空気は、エアロゾル排出通路2500においてエアロゾルが移動する方向と反対方向に流入されうる。
一方、気流通路2600の構造は、上述したところによって限定されない。例えば、気流通路2600は、本体1000とカートリッジ2000とが結合するとき、本体1000とカートリッジ2000との間に形成されうる。気流通路2600は、霧化器12000と流体連通される空間でもある。
本体1000とカートリッジ2000との長手方向を横切って獲得したエアロゾル生成装置10000の水平断面形状は、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10000の断面形状は、上述したところによって制限されず、エアロゾル生成装置10000は、長手方向に延びるとき、必ずしも直線的に延びる構造によって制限されるものではない。例えば、エアロゾル生成装置10000は、流線形であるか、既設定の角度で折り曲げられた領域を有するので、ユーザが手で容易にエアロゾル生成装置10000を把持することができる。また、エアロゾル生成装置10000の断面形状は、長手方向に沿って異なってもいる。
振動子1300の周波数応答は、変化することができる。例えば、振動子1300の動作環境によって、振動子1300の周波数応答が変化して霧化量が一定しない。本発明によれば、変化する振動子1300の周波数応答にもかかわらず、一定の霧化量を提供してユーザの喫煙感を改善させうる。
動作環境は、振動子1300の振動子1300に印加される電圧及び/または電流、温度、圧力、湿度など振動子1300の振動動作に影響を与える変数を意味する。周波数応答は、振動子1300に印加される電圧及び/または電流の周波数及び振動子1300の振動速度または振幅のような振動子1300の振動性能に対する対応関係を意味する。
以下、図面に基づいて、フィードバック方式を用いた振動子1300の制御方法について説明する。
図3は、一実施例に係わるエアロゾル生成装置のブロック図である。図3を参照すれば、エアロゾル生成装置30は、振動子31、フィードバック回路33及び制御部35を含む。しかし、エアロゾル生成装置30の内部構造は、図3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30の設計によって、図3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うるということを、本実施例に係わる技術分野で通常の知識を有する者であれば、理解することができる。図3のエアロゾル生成装置30、振動子31、制御部35は、図1のエアロゾル生成装置10000、図2の振動子1300、図1のプロセッサ16000にそれぞれ対応しうる。
振動子31は、エアロゾルを生成することができる。例えば、振動子31は、振動することにより、エアロゾル生成物質からエアロゾルを生成することができる。
振動子31は、振動すると共に、温度が上昇しうる。例えば、振動子31は、電気エネルギーの一部を運動エネルギーに変換して所定の振動速度で振動する。振動子31は、電気エネルギーの残りの一部を熱エネルギーに変換して温度が上昇しうる。振動子31は、電気エネルギーを運動エネルギー及び熱エネルギーに変換しうる。熱エネルギーは、運動エネルギーに変換されていない電気エネルギーに対応しうる。熱エネルギーは、摩擦熱(frictional heat)、抵抗熱(Joule heating)などでもある。
例えば、振動子31は、振動することにより、エアロゾル生成物質の温度を調節することができる。振動子31は、所定の電圧が所定の周波数でもって供給されることで振動し、よって、エアロゾル生成物質に伝達される振動エネルギーによってエアロゾル生成物質の温度が調節されうる。
エアロゾル生成物質は、振動子31によって振動されることで、エアロゾルを生成するための所定の温度まで温度が上昇しうる。例えば、エアロゾル生成物質が粘度を有する液状形態である場合、エアロゾルを生成するには、エアロゾル生成物質の温度を所定の温度まで上昇させ、エアロゾル生成物質の粘度を低めなければならない。これにより、エアロゾル生成物質の霧化がさらに早く発生し、蒸気量が増加する。
振動子31は、ターゲット振動速度で振動する。ターゲット振動速度は、エアロゾル生成装置30の多様な機能と目的に相応するように、予め設定された振動速度でもある。例えば、ターゲット振動速度は、エアロゾルを生成するための温度に振動子31を加熱する値、ユーザが所望の霧化量を発生させる値、または予熱温度に振動子31を加熱する値に設定されうる。
フィードバック回路33は、フィードバック信号を出力する。例えば、振動子31の動作環境によって変化する振動子31の周波数応答を示す電気信号を検出し、電気信号に基づいてフィードバック信号を出力する。制御部35は、出力されたフィードバック信号を用いて振動子31の振動速度をターゲット振動速度に保持するように制御する。
振動子31の周波数応答は、振動子31の動作環境によって変化しうる。振動子31は、振動動作のために電極または電極板が対向するように構成され、振動子31は、インピーダンスモデルのうち、キャパシタとして考慮されうる。したがって、振動子31は、キャパシタンス(capacitance)値を有する。振動子31のキャパシタンス値は、振動子31の温度が上昇することで変化する。例えば、振動子31のキャパシタンス値の変化は、振動子31から放出された熱エネルギーに対応する。振動子31のキャパシタンス値は、振動子31の温度が上昇することで増加する。
振動子31のキャパシタンス値の変化は、振動子31の周波数応答に影響を与える。例えば、振動子31の温度が上昇することで、キャパシタンス値が増加する場合、振動子31の周波数応答に影響を与える。例えば、振動子31の共振周波数が変化されうる。
以上、振動子31のキャパシタンスを中心に説明したが、振動子31は、インダクタンス値及び/または抵抗値をさらに有する。また、振動子31は、キャパシタ、インダクタ、抵抗の多様な組合わせによってモデリングされうる。
フィードバック回路33は、振動子31の振動によって変化する振動子31の温度に依存して変化する電気信号を検出することができる。例えば、フィードバック回路33は、振動子31の振動によって変化する振動子31の温度に比例して変化する電気信号を検出することができる。振動子31は、振動によって振動子31自体の温度が変化し、温度が変化することで、振動子31のインピーダンスが変化しうる。振動子31のインピーダンスが変化することで、振動子31に電気的に連結されたフィードバック回路33は変化する電圧及び/または電流を検出することができる。
電気信号は、振動子31の温度変化の程度に依存して変化する。例えば、振動子31の温度変化が大きくなるほど電圧及び/または電流の変化が大きくなる。
フィードバック回路33は、多様なハードウェアを用いて具現されうる。例えば、フィードバック回路33は、振動子31と連結された回路の電圧及び/または電流を検出する電流感知増幅器を用いて具現されうる。
但し、フィードバックに活用されうるハードウェアは、前述した電流感知増幅器に制限されない。例えば、フィードバックに活用されうるハードウェアの例示は、温度センサ、圧力センサ、湿度センサでもある。温度センサは、振動子31の温度を検出して制御部35に直ちにフィードバックすることができる。制御部35は、振動子31の現在温度を用いて振動子31の振動速度をターゲット振動速度に調節することができる。
制御部35は、振動子31をターゲット振動速度で振動するように制御する。例えば、ターゲット振動速度に対応する動作周波数で振動する電圧を振動子31に印加して、振動子31をターゲット振動速度で振動するように制御することができる。
制御部35は、振動子31に供給される電圧の最初周波数を振動子31の周波数応答によるターゲット振動速度に対応する値(以下「最初動作周波数」と称する)に設定することができる。制御部35は、最初動作周波数の電圧が振動子31に供給されるように制御することができる。
しかし、振動子31の周波数応答は、最初動作周波数の電圧が振動子31に供給されることにより変化しうる。例えば、振動子31の温度は、振動子31が最初動作周波数の電圧によって連続して振動することで増加し、これにより、振動子31の周波数応答は変化しうる。結果として、振動子31は、ターゲット振動速度で振動できず、振動性能または霧化性能が低下しうる。
一実施例によって、制御部35は、振動子31に供給される電圧の周波数をフィードバック回路33から受信されたフィードバック信号に基づいて決定された値(以下、「フィードバック動作周波数」と称する)に調節することで振動子31がターゲット振動速度で振動するように制御することができる。したがって、動作環境の変化にもかかわらず、振動子31の振動速度をターゲット振動速度に一定に保持することができる。
すなわち、制御部35は、最初動作周波数をフィードバック動作周波数に変更することができる。制御部35は、フィードバック回路33からフィードバック信号を獲得し、フィードバック信号に基づいて最初動作周波数をフィードバック動作周波数に変更することで振動子31がターゲット振動速度で振動することができる。
一例によれば、制御部35は、フィードバック信号とフィードバック動作周波数との相関関係に基づいて、フィードバック動作周波数を決定する。一例によれば、ターゲット振動速度は、v1であり、フィードバック信号とフィードバック動作周波数との関係によってフィードバック信号であるfs1、fs2、fs3及びfs4がフィードバック動作周波数であるf1、f2、f3及びf4にそれぞれ応答することを前提とする。制御部35は、ターゲット振動速度v1に振動子31の振動を制御するために、フィードバック信号とフィードバック動作周波数との相関関係を用いる。
例えば、制御部35は、fs1のフィードバック信号が獲得された場合、振動子31のフィードバック動作周波数をf1と決定し、fs2のフィードバック信号が獲得された場合、振動子31のフィードバック動作周波数をf2と決定し、fs3のフィードバック信号が獲得された場合、振動子31のフィードバック動作周波数をf3と決定し、fs4のフィードバック信号が獲得された場合、振動子31のフィードバック動作周波数をf4と決定する。
フィードバック信号とフィードバック動作周波数との相関関係は、実験的、経験的、数学的に予め測定されてエアロゾル生成装置30のメモリに保存されうる。フィードバック信号とフィードバック動作周波数との相関関係は、表、数式、マッチングテーブルなどの形でメモリに保存されうる。制御部35は、メモリに保存されたフィードバック信号とフィードバック動作周波数との相関関係を参照して、フィードバック動作周波数を決定する。
制御部35は、決定された周波数のクロック信号を発生させうる。制御部35は、クロック信号に基づいてエアロゾル生成装置30が多様な制御動作を遂行するように制御する。例えば、制御部35は、決定された周波数のクロック信号に基づいてパルス幅変調(pulse width modulation, PWM)信号を出力する。ここで、決定された周波数は、80Mhz~160Mhzでもある。
制御部35は、決定された周波数のクロック信号に基づいて多様な周波数のPWM信号を出力する。多様な周波数のPWM信号は、決定された周波数の大きさによって分解能が互いに異なりうる。
クロック信号の周波数が大きくなるほど、分解能が向上しうる。例えば、160Mhzのクロック信号を発生させる制御部35は、80Mhzのクロック信号を発生させる制御部35に比べて、周波数差の小さな複数のPWM信号を出力する。PWM信号間の周波数差が小さくなるほど、エアロゾル生成装置30の周波数分解能が向上しうる。
以上では、制御部35がPWM信号を出力すると説明したが、エアロゾル生成装置30は、PWM信号を出力する別途のPWM信号出力回路を含んでもよい。制御部35は、PWM信号出力回路と連結され、PWM信号出力回路がPWM信号を出力するように制御する。例えば、PWM信号出力回路は、デジタル関数発生器(Digital Function Generator)でもあり、デジタル関数発生器は、周波数間隔が0.02~0.06hzである複数のPWM信号を出力する。
但し、エアロゾル生成装置30がPWM信号を出力する方法は、前述した方法に制限されない。例えば、PWM信号は、制御部35から出力されるか、別途のPWM信号出力回路から出力されるか、制御部35とPWM信号出力回路から同時に出力されるか、状況によって制御部35とPWM信号出力回路のうち、いずれか1つから選択的に出力される。
図4は、一実施例による振動子の周波数応答を説明するための例示的なグラフである。図4を参照すれば、第1グラフ41は、第1時点の周波数応答を示し、第2グラフ43は、フィードバックが反映された第1時点以後の第2時点の周波数特性を示す。
第1グラフ41を参照すれば、制御部35は、v1の振動速度で振動子31を振動させるために、第1時点でf1を振動子31に提供される電圧の最初動作周波数として振動子31に提供する。例えば、v1は、振動子31の最大振動速度でもある。最大振動速度は、エアロゾルの生成のための振動速度でもある。例えば、f1は、共振周波数でもある。
振動子31が振動することで振動子31の周波数応答は、第2グラフ43のように変化されうる。この際、f1の最初動作周波数でもって、振動速度は、v1'に低下しうる。制御部35は、v1の振動速度で振動子31を振動させるために、フィードバック回路33からフィードバック信号を受信してf1'のフィードバック動作周波数を振動子31に提供して振動速度をv1に保持させうる。
他の実施例において、第1グラフ41を参照すれば、制御部35は、v0の振動速度で振動子31を振動させるために、第1時点でf0を最初動作周波数として振動子31に提供する。例えば、v0は、振動子31を予熱させるための振動速度でもある。
振動子31が振動することで、振動子31の周波数応答は、第2グラフ43のように変化されうる。この際、f0の最初動作周波数でもって、振動速度は、v0'に低下しうる。制御部35は、v0の振動速度で振動子31を振動させるために、フィードバック回路33からフィードバック信号を受信してf0'のフィードバック動作周波数を振動子31に提供して振動速度をv0に保持させうる。
一実施例によれば、制御部35は、ターゲット振動速度がエアロゾルの生成のための振動速度である場合、フィードバックを反映し、ターゲット振動速度がエアロゾル生成物質の予熱のための振動速度である場合、フィードバックを反映しない。
例えば、ターゲット振動速度がエアロゾルの生成のための振動速度である場合、フィードバック回路33に動作電圧を提供してフィードバック信号を出力し、ターゲット振動速度がエアロゾル生成物質の予熱のための振動速度である場合、フィードバック回路33に動作電圧が提供されない。
エアロゾル生成物質の予熱のための振動速度v0の場合、エアロゾルの生成のための振動速度v1である場合の温度変化に比べて振動子31の温度変化が少なく、予熱中には、ユーザがエアロゾルを吸入しない。この際、制御部35は、目標とするターゲット振動速度がエアロゾルの生成のための振動速度である場合にのみ持続的にフィードバックを反映してターゲット振動速度を保持することで、エアロゾル生成装置30の電力を効率的に運用することができる。
図5は、一実施例によるフィードバック回路の連結を説明するための図面である。図5を参考にすれば、エアロゾル生成装置30は、バッテリ51、コンバータ53、トランジスタ55をさらに含む。図5のバッテリ51は、図1のバッテリ11000に対応しうる。
コンバータ53は、バッテリ51から提供された電圧をDC/DC変換して振動子31に対する供給電圧を出力する。例えば、バッテリ51電圧が3.6~4.2Vである場合、コンバータ53は、制御部35から提供されたコンバータ制御信号によって20~40Vの電圧を振動子31に供給することができる
コンバータ53は、制御部35で生成されたコンバータ制御信号によって振動子31に供給される供給電圧を調節することができる。コンバータ53から出力された供給電圧は、トランジスタ55を通じて振動子31に供給されうる。
振動子31に供給される電圧が増加するほど、エアロゾル生成物質及び/または振動子31の温度が増加する。例えば、振動子31に供給される電圧がさらに増加するほど振動強度が増加し、これにより、温度も増加する。
トランジスタ55は、コンバータ53から提供された供給電圧を再び振動子31に提供する機能を遂行する。例えば、トランジスタ55は、制御部35から出力されるPWM(pulse width modulation)信号の周波数によってオン/オフ(ON/OFF)動作を遂行して供給電圧を振動子31にPWM信号の周波数で印加することができる。
トランジスタ55は、電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、電力MOSFETを含んでもよいが、それらに制限されるものではない。
フィードバック回路33は、コンバータ53とトランジスタ55との間の電気信号を検出することができる。例えば、フィードバック回路33は、コンバータ53とトランジスタ55との間に連結されてコンバータ53からトランジスタ55に供給される電圧及び/または電流を検出することができる。例えば、振動子31は、振動子31に電気的に連結されるので、振動子31のインピーダンスが変化すれば、コンバータ53とトランジスタ55との電圧及び/または電流も変化されうる。フィードバック回路33は、コンバータ53とトランジスタ55との電圧及び/または電流の変化を検出し、変化に基づいてフィードバック信号を出力することができる。
フィードバック回路33は、第1連結端子331及び第2連結端子333を含む。フィードバック回路33は、第1連結端子331と第2連結端子333との電圧差及び/または第1連結端子331から第2連結端子333に流れる電流を検出することができる。
図6は、一実施例によるフィードバック回路の回路図である。図6を参照すれば、フィードバック回路33は、検出器63、増幅器65を含む。
検出器63は、第1連結端子331及び第2連結端子333の電圧差に比例する電圧を出力することで、電気信号を検出する。例えば、第1連結端子331には、コンバータ53から出力された一定の供給電圧が一定に印加され、第2連結端子333には、振動子31のインピーダンス変化によって変化する電圧が印加されうる。検出器63は、第1連結端子331の一定の供給電圧と、第2連結端子333の変化する電圧との差に比例する電圧及び/または電流を出力することができる。該電圧差に比例する電圧及び/または電流は、フィードバック回路33が出力するフィードバック信号でもある。
電圧差に比例する電圧及び/または電流は、フィードバック信号に出力される前に別途の処理によって修正されうる。例えば、増幅器65は、電圧差に比例する電圧及び/または電流を増幅してフィードバック信号を出力することができる。制御部35は、フィードバック回路33から増幅された電圧及び/または電流を獲得してフィードバック動作周波数を決定することができる。フィードバック回路33から増幅された電圧及び/または電流を獲得することで、制御部35はさらに正確にフィードバック動作周波数を決定することができる。
エアロゾル生成装置30は、抵抗61を含む。抵抗61は、コンバータとトランジスタに直列に連結されうる。例えば、抵抗61は、コンバータ53と連結された第1連結端子331と、トランジスタ55と連結された第2連結端子333との間に連結されうる。これにより、抵抗61は、電圧降下を誘導し、コンバータ53からトランジスタ55に電流が流れる。
フィードバック回路33は、抵抗61と並列に連結されることで、電気信号を検出することができる。例えば、検出器63は、抵抗61の両端の電圧差を検出することができる。さらに他の例として、検出器63は、抵抗61を通じて電流フローを検出することができる。
図7は、一実施例によるエアロゾル生成装置の動作方法のフローチャートである。図7を参考にすれば、エアロゾル生成装置の動作方法は、前述したエアロゾル生成装置(例えば、図1の10000、図3の30)で処理される段階で構成される。したがって、以下で省略された内容であっても、前記図面で説明された内容は、図7の方法にも適用されうる。
段階710において、フィードバック回路33は、振動子31の動作環境によって変化する振動子31の周波数応答を示す電気信号を検出することができる。
段階720において、フィードバック回路33は、検出された電気信号に基づいてフィードバック信号を出力することができる。
段階730において、制御部35は、出力されたフィードバック信号に基づいて振動子31をターゲット振動速度に補正するためのフィードバック動作周波数を決定することができる。
段階740において、制御部35は、決定されたフィードバック動作周波数に基づいて振動子31に供給される電圧の周波数を調節することで、振動子31の振動速度をターゲット振動速度に補正することができる。
一方、上述した実施例は、コンピュータで実行されうるプログラムで作成可能であり、コンピュータで読取り可能な非一時的な(non-transitory)記録媒体を用いて前記プログラムを動作させる汎用デジタルコンピュータで具現されうる。また、上述した実施例で使用されたデータの構造は、コンピュータで読取り可能な記録媒体に多くの手段を通じて記録されうる。前記コンピュータで読取り可能な記録媒体は、マグネチック記録媒体(例えば、ROM、フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスクなど)、光学的判読媒体(例えば、CD-ROM、DVDなど)のような記録媒体を含む。
本実施例に係わる技術分野で通常の知識を有する者は、前述した記載の本質的な特性から外れない範囲で実施例が変形された形態に具現可能であるということを理解することができるであろう。したがって、開示された実施例は、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。権利範囲は、前述した説明ではなく、特許請求の範囲に示されおり、それと同等な範囲内にある全ての相違点は、本実施例に含まれたものと解釈されねばならない。

Claims (10)

  1. 供給電圧の周波数によって互いに異なる振動速度で振動する振動子と、
    前記振動子の動作環境によって変化する前記振動子の周波数応答を示す電気信号を検出し、前記電気信号に基づいてフィードバック信号を出力するフィードバック回路と、
    前記振動子の前記周波数応答の変化にかかわらず、前記振動子がターゲット振動速度で振動するように前記フィードバック信号に基づいて前記供給電圧の周波数を調節する制御部と、
    バッテリと、
    前記バッテリから提供された第1直流電圧を第2直流電圧に変換するコンバータと、
    前記制御部から出力されるパルス幅変調(pulse width modulation, PWM)信号の周波数によって前記第2直流電圧をオン/オフ(ON/OFF)する動作を遂行して前記振動子に対する前記供給電圧を生成するトランジスタと、を含み、
    前記フィードバック回路は、
    前記コンバータから前記トランジスタに供給される電圧または、電流に基づいた前記電気信号を検出する、エアロゾル生成装置。
  2. 前記電気信号は、前記振動子の温度によって変化する、請求項1に記載のエアロゾル生成装置。
  3. 前記振動子の前記温度は、前記振動子の振動によって上昇する、請求項2に記載のエアロゾル生成装置。
  4. 前記フィードバック回路は、
    前記コンバータに電気的に連結される第1連結端子及び前記トランジスタに電気的に連結される第2連結端子を含み、前記第1連結端子及び前記第2連結端子の電圧差に比例する電圧を前記電気信号に出力する、請求項に記載のエアロゾル生成装置。
  5. 前記フィードバック回路は、
    前記第1連結端子及び前記第2連結端子の前記電圧差に比例する電圧を増幅して前記フィードバック信号を出力する、請求項に記載のエアロゾル生成装置。
  6. 前記エアロゾル生成装置は、前記コンバータと前記トランジスタとの間に直列に連結される抵抗をさらに含み、
    前記フィードバック回路は、前記抵抗両端の電圧及び前記抵抗を介した電流フローのうち、少なくとも1つに基づいて前記電気信号を検出する、請求項に記載のエアロゾル生成装置。
  7. 前記制御部は、
    前記ターゲット振動速度がエアロゾルの生成のための第1振動速度である場合、前記フィードバック回路に動作電圧を提供してフィードバック信号を出力し、
    前記ターゲット振動速度がエアロゾル生成物質の予熱のための第2振動速度である場合、前記フィードバック回路に動作電圧の提供を中断する、請求項1に記載のエアロゾル生成装置。
  8. 前記制御部は、
    前記フィードバック信号と前記供給電圧の周波数との間の既設定の相関関係に基づいて
    前記供給電圧の周波数を調節する、請求項1に記載のエアロゾル生成装置。
  9. バッテリと、振動子と、前記振動子に供給される供給電圧の周波数を調節する制御部と、前記バッテリから提供された第1直流電圧を第2直流電圧に変換するコンバータと、前記制御部から出力されるパルス幅変調(pulse width modulation, PWM)信号の周波数によって前記第2直流電圧をオン/オフ(ON/OFF)する動作を遂行して前記振動子に対する前記供給電圧を生成するトランジスタと、を含むエアロゾル生成装置の動作方法において、
    前記振動子の動作環境によって変化する前記振動子の周波数応答を示す電気信号を検出する段階と、
    前記電気信号に基づいてフィードバック信号を出力する段階と、
    前記出力されたフィードバック信号に基づいて前記振動子をターゲット振動速度で振動させる前記振動子に供給される電圧の周波数を決定する段階と、
    前記決定された周波数によって前記振動子に供給される前記電圧を調節する段階と、を含
    前記フィードバック信号を出力する段階は、
    前記コンバータから前記トランジスタに供給される電圧または、電流に基づいた前記電気信号を検出する、エアロゾル生成装置の動作方法。
  10. 請求項に記載の方法をコンピュータで実行させるためのプログラムを記録したコンピュータで読取り可能な非一時的な(non-transitory)記録媒体。
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