(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアロゾル発生基材を加熱するための電気加熱式エアロゾル発生システムの少なくとも１つの電気加熱素子を制御する方法であって、該システムは空気流の持続時間を有するユーザのパフを示す空気流を検出するためのセンサを有し、
前記センサが、前記空気流量が第１の閾値まで増加したことを検出すると、少なくとも１つの加熱素子に関する加熱電力をゼロから電力ｐ１に増加させる段階と、
前記空気流の持続時間の少なくとも一部において、前記加熱電力を電力ｐ１に維持する段階と、
前記センサが、前記空気流量が第２の閾値まで低減したことを検出すると、少なくとも１つの加熱素子に関する加熱電力を電力ｐ１からゼロに低減させる段階と、
を含み、
前記第１の空気流量閾値は、前記第２の空気流量閾値よりも小さい、方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの加熱素子に関する加熱電力をゼロから電力ｐ１に増加させる段階は、前記加熱電力をゼロから電力ｐ１に実質的に即座に増加させる段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの加熱素子に関する加熱電力を電力ｐ１からゼロに低減させる段階は、前記加熱電力を電力ｐ１からゼロに実質的に即座に低減させる段階を含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの加熱素子に関する加熱電力を電力ｐ１からゼロに低減させる段階は、前記加熱電力を電力ｐ１からゼロに徐々に低減させる段階を含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
前記空気流の持続時間の少なくとも一部において、前記加熱電力を電力ｐ１に維持する前に、前記加熱電力を電力ｐ１から該電力ｐ１よりも大きい電力ｐ２に増加させ、該加熱電力を該電力ｐ１に戻す段階を含む、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記空気流の持続時間の少なくとも一部において、前記加熱電力を電力ｐ１に維持する段階は、前記少なくとも１つの加熱素子に第１の周波数ｆ１及び第１のデューティサイクルの電流パルスを供給する段階を含む、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記加熱電力を電力ｐ１からゼロに実質的に徐々に低減させる段階は、前記少なくとも１つの加熱素子に第２の周波数ｆ２及び第２のデューティサイクルの電流パルスを供給する段階を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記加熱電力を電力ｐ１から該電力ｐ１よりも大きい電力ｐ２に増加させる段階は、前記少なくとも１つの加熱素子に第３の周波数ｆ３及び第３のデューティサイクルの電流パルスを供給する段階を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
エアロゾル発生基材を加熱するための電気加熱式エアロゾル発生システムにおいて、
前記エアロゾル発生基材を加熱してエアロゾルを形成する、少なくとも１つの電気加熱素子と、
前記少なくとも１つの電気加熱素子に電力を供給するための電源と、
空気流の持続時間を有するユーザのパフを示す空気流を検出するためのセンサを含み、前記電源から前記少なくとも１つの電気加熱素子への電力供給を制御するための電気回路と、
を備え、前記電気回路は、
前記センサが、前記空気流量が第１の閾値まで増加したことを検出すると、少なくとも１つの加熱素子に関する加熱電力をゼロから電力ｐ１に増加させ、前記空気流の持続時間の少なくとも一部において、前記加熱電力を電力ｐ１に維持し、前記センサが、前記空気流量が第２の閾値まで低減したことを検出すると、少なくとも１つの加熱素子に関する加熱電力を電力ｐ１からゼロに低減させるよう配置されており、
前記第１の空気流量閾値は、前記第２の空気流量閾値よりも小さい、電気加熱式エアロゾル発生システム。
【請求項１０】
前記エアロゾル発生基材は液体基材であり、該液体基材を前記少なくとも１つの電気加熱素子へ運ぶ毛細管ウィックを更に備える、請求項９に記載の電気加熱式エアロゾル発生システム。
【請求項１１】
電気加熱式エアロゾル発生システムのための電気回路であって、請求項１から８のいずれかに記載の方法を実行するよう配置されている電気回路。
【請求項１２】
電気加熱式エアロゾル発生システムに関するプログラム可能な電気回路に請求項１から８のいずれかに記載の方法を実行させるコンピュータプログラム。
【請求項１３】
請求項１２によるコンピュータプログラムを記憶する記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気加熱式エアロゾル発生システムの少なくとも１つの電気加熱素子を制御する方法に関する。本発明は、更に電気加熱式エアロゾル発生システムに関する。本発明は、電気加熱式喫煙システムの少なくとも１つの電気加熱素子を制御する方法として、及び電気加熱式喫煙システムとして特に適用される。
【背景技術】
【０００２】
国際公開第２００９／１３２７９３は電気加熱式喫煙システムを開示する。液体は、液体貯蔵部に貯蔵され、毛細管ウィックは、液体貯蔵部に延びて液体と接触する第１の端部と、液体貯蔵部から外に延びる第２の端部とを有する。加熱素子は、毛細管ウィックの第２の端部を加熱する。加熱素子は、電源に電気接続して毛細管ウィックの第２の端部を取り囲む、らせん状に巻き付けられた電気加熱素子の形態である。使用時、加熱素子は、ユーザが電源をＯＮにして作動させることができる。ユーザがマウスピースを吸引すると、空気は電気加熱式喫煙システムに引き込まれ、毛細管ウィック及び加熱素子を横切った後にユーザの口腔に達する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００９／１３２７９３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、このような電気加熱式エアロゾル発生システムの電気加熱素子を制御する改善された方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様によれば、エアロゾル発生基材を加熱するための電気加熱式エアロゾル発生システムの少なくとも１つの電気加熱素子を制御する方法が提供され、本システムは、空気流持続時間でユーザが吸引することを示す空気流を検出するセンサを有し、本方法は、空気流量が第１の閾値まで増加したことをセンサが検出した場合、少なくとも１つの加熱素子の加熱電力をゼロから出力ｐ１まで増加させる段階と、加熱電力を少なくとも一部の空気流持続時間の間は出力ｐ１に維持する段階と、空気流量が第２の閾値まで低減したことをセンサが検出した場合、少なくとも１つの加熱素子に関する加熱電力を出力ｐ１からゼロまで低減させる段階と、を含む。
【０００６】
少なくとも１つの電気加熱素子は、エアロゾル発生基材を加熱してエアロゾルを発生するように構成される。電気加熱式エアロゾル発生システムは、エアロゾル発生基材を含むこと、又はエアロゾル発生基材を収容することができる。当業者には公知のように、エアロゾルは、固体粒子の懸濁液又は空気等の気体中の液滴である。少なくとも１つの加熱素子に供給される加熱電力を制御することで、エネルギ使用量を最適にすることができる。加熱電力は、所望のエアロゾル特性、例えば、エアロゾルの濃度又は粒子サイズが得られるように、特定のパフ特性に適合させることができる。特にパフの開始又は終了近くでの過熱又は加熱不足を避けることができる。パフ終了近くの電力低下は、加熱素子の冷却に影響を及ぼし、結果的に加熱素子及びその近傍の温度に影響を及ぼす。従って、このことは液体漏洩に影響する場合がある、システム内にどれだけの凝縮物が発生し得るかに影響を及ぼす。
【０００７】
好ましくは、電気加熱式エアロゾル発生システムは、少なくとも１つの電気加熱素子に電力を供給する電源を備える。好ましくは、電気加熱式エアロゾル発生システムは、電源から少なくとも１つの電気加熱素子への電源供給を制御するための電気回路を備える。好ましくは、電気回路はセンサを備える。
【０００８】
好ましくは、電気回路は、本発明の第１の態様の方法ステップを実行するように構成される。電気回路は、本発明の第１の態様の方法ステップを実行するハードワイヤとすることができる。しかしながら、詳細には、電気回路は、本発明の第１の態様の方法ステップを実行するようにプログラム可能である。
【０００９】
センサは、ユーザのパフを示す空気流を検出できる任意のセンサとすることができる。センサは、電気機械デバイスとすることができる。もしくは、センサは、機械デバイス、光デバイス、光機械デバイス、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ベースのセンサ、及び音響センサの何れかとすることができる。
【００１０】
一般に、空気流量（パフ流量としても知られている）は、空気流持続時間（パフ期間とすることできる）の間に、ゼロから第１の閾値、最大値まで増加し、その後、最大値から第２の閾値、その後ゼロまで減少する。空気流量は、ガウス分布又は正規分布（釣鐘曲線）とすることができる。しかしながら、更に一般的には、空気流量は完全なガウス分布でなくてもよい。空気流持続時間は、多くの方法で規定することができる。例えば、空気流持続時間は、空気流量が非ゼロの期間として規定することができる。もしくは、空気流持続時間は、空気流量が所定レベルよりも大きい期間として規定することができる。好ましくは、電力ｐ１は予め設定される。電力ｐ１は、限定されるものではないが、電気加熱素子の形態、エアロゾル発生基材の種類、所望のエアロゾル発生量、及びエアロゾルに要求される粒子サイズを含む多くの要因に依存することができる。
【００１１】
１つの実施形態において、第１の空気流量閾値は第２の空気流量閾値と等しい。本実施形態は、この方法の作動が比較的単純なので好都合である。
【００１２】
別の実施形態において、第１の空気流量閾値は第２の空気流量閾値よりも小さい。本実施形態は、パフ終了付近での過熱防止に貢献でき、結果的に凝縮物形成に影響を与えるので好都合である。加熱電力が低減される第２の空気流量閾値は、加熱電力が増加される第１の空気流量閾値よりも大きいので、少なくとも１つの加熱素子に供給される加熱電力は、パフの早期に低減される。これは空気流持続時間の終了付近での過熱を防止する。
【００１３】
少なくとも１つの加熱素子に関する加熱電をゼロから電力ｐ１に増加させる段階は、加熱電をゼロから電力ｐ１に実質的に即座に増加させる段階を含むことができる。つまり、電力はゼロから電力ｐ１まで実質的にゼロに等しい期間で増加させることができる。縦軸が加熱電力で横軸が時間の図において、このことはゼロ電力から電力ｐ１までの垂直線又は略垂直線で示される。
【００１４】
もしくは、少なくとも１つの加熱素子に関する加熱電をゼロから電力ｐ１に増加させる段階は、加熱電力をゼロではない期間でゼロから電力ｐ１まで増加させる段階を含むことができる。つまり、電力は、ゼロから電力ｐ１まで徐々に選択された期間にわたって増加させることができる。選択期間をより長くすると、電力はより緩やかに増加する。縦軸が加熱電力で横軸が時間の図において、このことはゼロ電力から電力ｐ１までの正勾配の傾きで示される。傾きの勾配は一定とすること、又は非一定とすることができる。
【００１５】
少なくとも１つの加熱素子に関する加熱電力を電力ｐ１からゼロに低減させる段階は、加熱電を電力ｐ１からゼロに実質的に即座に減少させる段階を含むことができる。つまり、電力は電力ｐ１からゼロまで実質的にゼロに等しい期間で減少させることができる。縦軸が加熱電力で横軸が時間の図において、このことは電力ｐ１からゼロ電力までの垂直線又は略垂直線で示される。
【００１６】
もしくは、少なくとも１つの加熱素子に関する加熱電力を電力ｐ１からゼロに低減させる段階は、加熱電を電力ｐ１からゼロに徐々に減少させる段階を含むことができる。つまり、電力はゼロではない期間にわたって減少させることができる。つまり、電力は電力ｐ１からゼロまで徐々に選択された期間にわたって低減させることができる。選択期間をより長くすると、電力はより緩やかに減少する。縦軸が加熱電力で横軸が時間の図において、このことは電力ｐ１から電力ゼロまでの負勾配の傾きで示される。傾きの勾配は一定とすること、又は非一定とすることができる。
【００１７】
１つの実施形態において、本方法は、少なくとも１つの加熱素子に関する加熱電をゼロから電力ｐ１に増加させる段階の後に、少なくとも１つの加熱素子に関する加熱電力を電力ｐ１から該電力ｐ１よりも大きい電力ｐ２に増加させる段階を更に含む。つまり、空気流持続時間の最初において、加熱電力はｐ１よりも大きいｐ２となる。これにより、パフの開始時にバースト電力が供給される。好ましくは、最初の最大電力ｐ２のバースト電力の後で電力は電力ｐ１へ低減され、空気流持続時間の残余部では、加熱電力は電力ｐ１に維持される。空気流持続時間の開始付近の過熱状態により、エアロゾルの発生が早まる。このことはユーザに対して良好な反応性をもたらすことができる。また、このことは、パフ開始時のエアロゾルの粒子サイズ又はエアロゾル濃度を低減することができる。好ましくは、電力ｐ２は予め設定される。電力ｐ２は、限定されるものではないが、電気加熱素子の形態、エアロゾル発生基材の種類、所望のエアロゾル発生量、及びエアロゾルに要求される粒子サイズを含む多くの要因に依存することができる。
【００１８】
空気流持続時間の少なくとも一部において加熱電力を電力ｐ１に維持する段階は、少なくとも１つの加熱素子に対して、第１の周波数ｆ１及び第１のデューティサイクルの電流パルスを供給する段階を含むことができる。第１の周波数ｆ１、第１のデューティサイクル、又は第１の周波数ｆ１及び第１のデューティサイクルは、熱電力を所望レベルに維持するよう適切に選択することができる。電流パルスは、任意の適切な最大電流を有することができる。
【００１９】
加熱電力を電力ｐ１からゼロまで徐々に低減させる段階は、少なくとも１つの加熱素子に対して第２の周波数ｆ２及び第２のデューティサイクルの電流パルスを供給する段階を含むことができる。第２の周波数ｆ２、第２のデューティサイクル、又は第２の周波数ｆ２及び第２のデューティサイクルは、加熱電力を適切に低減させるように適切に選択することができる。第２の周波数ｆ２は、第１の周波数ｆ１よりも低くすることができる。もしくは、第１の周波数ｆ１及び第２の周波数ｆ２は等しくすることができる。第２のデューティサイクルは第１のデューティサイクルよりも小さくすることができる。もしくは、第１のデューティサイクル及び第２のデューティサイクルは等しくすることができる。
【００２０】
少なくとも１つの加熱素子に関する加熱電力を電力ｐ１から該電力ｐ１よりも大きな電力ｐ２に増加させる段階は、少なくとも１つの加熱素子に対して第３の周波数ｆ３及び第３のデューティサイクルの電流パルスを供給する段階を含むことができる。第３の周波数ｆ３、第３のデューティサイクル、又は第３の周波数ｆ３及び第３のデューティサイクルは、加熱電力を電力ｐ２に増加させるように適切に選択することができる。第３の周波数ｆ３は、第１の周波数ｆ１及び第２の周波数ｆ２よりも高くすることができる。第３の周波数は、第１の周波数ｆ１及び第２の周波数ｆ２の一方又は両方と等しくすることができる。第３のデューティサイクルは、第２のデューティサイクルよりも小さくすることができる。第３のデューティサイクルは、第１のデューティサイクル及び第２のデューティサイクルの一方又は両方と等しくすることができる。
【００２１】
本発明の第２の態様によれば、エアロゾル発生基材を加熱するための電気加熱式エアロゾル発生システムが提供され、本システムは、エアロゾル発生基材を加熱してエアロゾルを形成する少なくとも１つの電気加熱素子と、少なくとも１つの電気加熱素子に電力を供給するための電源と、空気流の持続時間を有するユーザのパフを示す空気流を検出するためのセンサを含み、電源から前記少なくとも１つの電気加熱素子への電力供給を制御するための電気回路とを備え、電気回路は、センサが、空気流量が第１の閾値まで増加したことを検出すると、少なくとも１つの加熱素子に関する加熱電力をゼロから電力ｐ１に増加させ、空気流の持続時間の少なくとも一部において加熱電力を電力ｐ１に維持し、センサが、空気流量が第２の閾値まで低減したことを検出すると、少なくとも１つの加熱素子に関する加熱電力を電力ｐ１からゼロに低減させるようになっている。
【００２２】
１つの実施形態において、エアロゾル発生基材は液体基材であり、電気加熱式エアロゾル発生システムは、液体基材を少なくとも１つの電気加熱素子に運ぶ毛細管ウィックを更に備える。以下に詳細に説明するように、加熱素子は毛細管ウィックと組み合わせて素早い応答が可能なので、改善された加熱プロファイルの制御がもたらされる。
【００２３】
本発明の第３の態様において、電気加熱式エアロゾル発生システムのための電気回路が提供され、電気回路は、本発明の第１の態様の方法を実行するように構成される。
【００２４】
好ましくは、電気回路は、本発明の第１の態様の方法を実行するようにプログラム可能である。もしくは、電気回路は、本発明の第１の態様の方法を実行するハードワイヤとすることができる。
【００２５】
本発明の第４の態様において、電気加熱式エアロゾル発生システムに関するプログラム可能な電気回路上で実行されると、プログラム可能な電気回路に本発明の第１の態様の方法を実行させるようになったコンピュータプログラムが提供される。
【００２６】
本発明の第５の態様において、本発明の第４の態様によるコンピュータプログラムが記憶されたコンピュータ可読記憶媒体が提供される。
【００２７】
少なくとも１つの電気加熱素子は単一の加熱素子を備えることができる。もしくは、少なくとも１つの電気加熱素子は、例えば２、３、４、５，６、又はそれ以上の加熱素子である、１つ以上の加熱素子を備えることができる。単一の又は複数の加熱素子は、エアロゾル発生基材を最も効率的に加熱するように、適切に配置することができる。
【００２８】
好ましくは、少なくとも１つの電気加熱素子は電気抵抗材料を備えることができる。最適な電気抵抗材料としては、限定されるものではないが、ドープセラミックスのような半導体、電気的「導電」セラミックス（例えば、二珪化モリブデン）、カーボン、グラファイト、金属、金属合金、及びセラミック材料及び金属材料から作られた複合材料を挙げることができる。このような複合材料は、ドープ又は非ドープセラミックスを含むことができる。適切なドープセラミックスの例としては、ドープシリコンカーバイトを挙げることができる。適切な金属の例としては、チタニウム、ジルコニウム、タンタル、及び白金族の金属を挙げることができる。適切な金属合金の例としては、ステンレス鋼、コンスタンタン、ニッケル含有、コバルト含有、クロム含有、アルミニウム含有、チタニウム含有、ジルコニウム含有、ハフニウム含有、ニオブ含有、モリブデン含有、タンタル含有、タングステン含有、スズ含有、ガリウム含有、マンガン含有、及び鉄含有合金、並びにニッケル、鉄、コバルト、ステンレス鋼、Ｔｉｍｅｔａｌ（登録商標）ベースの超合金、鉄−アルミニウムベースの合金、及び鉄−マンガン−アルミニウムベースの合金を挙げることができる。Ｔｉｍｅｔａｌ（登録商標）は、米国コロラド州デンバー、スイーツ４３００、ブロードウェイ１９９９に所在のＴｉｔａｎｉｕｍ  Ｍｅｔａｌｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの登録商標である。複合材料において、エネルギ伝達の動力学及び所要の外部物理化学的特性に基づいて、電気抵抗材料を随意的に埋め込むこと、又は絶縁材料でカプセル化又は被覆すること、又はその逆とすることができる。加熱素子は、不活性材料の２層の間で絶縁された金属エッチング膜を備えることができる。この場合、不活性材料は、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）、オールポリイミド、又はマイカ膜を備えることができる。Ｋａｐｔｏｎ（Ｒ登録商標）は、米国デラウエア州１９８９８、ウイルミント、マーケットストリート１００７所在のＥ．Ｉ．  ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙの登録商標である。
【００２９】
もしくは、少なくとも１つの電気加熱素子は、赤外線加熱素子、フォトニック供給源、又は誘導加熱素子を含むことができる。
【００３０】
少なくとも１つの電気加熱素子は、任意の適切な形態とすることができる。例えば、少なくとも１つの電気加熱素子は、加熱ブレードの形態とすることができる。もしくは、少なくとも１つの電気加熱素子は、異なる導電性部分を有するケーシング又は基板、又は電気抵抗金属チューブの形態とすることができる。エアロゾル発生基材がコンテナ内に収容される液体の場合、コンテナは使い捨て加熱素子を組み込むことができる。もしくは、エアロゾル発生基材の中心を貫通する１つ又はそれ以上の加熱ニードル又はロッドが適切な場合もある。もしくは、少なくとも１つの電気加熱素子は、ディスク（エンド）ヒーター又はディスクヒーターと加熱ニードル又はロッドの組み合わせとすることができる。もしくは、少なくとも１つの電気加熱素子は、エアロゾル発生基材の一部又は全てを取り囲むように構成された可撓性シート材を備えることができる。他の変形例としては、例えば、ニッケル−クロム、プラチナ、タングステン、又は合金ワイヤといった加熱ワイヤ又はフィラメント、又は加熱プレートを挙げることができる。随意的に、加熱素子は、剛性キャリア材料中に又はその上に堆積されることができる。
【００３１】
少なくとも１つの電気加熱素子は、熱を吸収及び蓄積して、その後に経時的にエアロゾル発生基材に対して熱を放出することができる材料を有するヒートシンク又は蓄熱器を備えることができる。ヒートシンクは、適切な金属又はセラミック材料といった任意の材料で作ることができる。好ましくは、この材料は、高い熱容量（顕著な蓄熱材）を有し、高温相変化といった可逆過程によって、熱を吸収した後に放出することができる材料である。適切な顕著な蓄熱材料としては、シルカゲル、アルミナ、カーボン、グラスマット、グラスファイバ、ミネラル、並びにアルミニウム、銀、又は鉛といった金属又は合金、並びに紙といったセルロース材料を挙げることができる。可逆相変化で熱を放出する他の適切な材料としては、パラフィン、酢酸ナトリウム、ナフタレン、ワックス、ポリエチレンオキシド、金属、金属塩、共晶塩混合物、又は合金を挙げることができる。
【００３２】
ヒートシンク又は蓄熱器は、エアロゾル発生基材と直接接触するように配置することができ、蓄積した熱を直接基材に伝達することができる。もしくは、ヒートシンク又は蓄熱器に蓄積された熱は、金属チューブといった熱導体によってエアロゾル発生基材に伝達することができる。
【００３３】
少なくとも１つの加熱素子は、熱伝達によってエアロゾル発生基材を加熱することができる。加熱素子は、基材又は基材が堆積されたキャリアに対して少なくとも部分的に接触することができる。もしくは、加熱素子からの熱は、熱伝導性要素によって基材に伝達することができる。
【００３４】
もしくは、少なくとも１つの加熱素子は、使用時に電気加熱式エアロゾル発生システムを通って引き込まれる流入外気に対して熱を伝達することができ、結果として対流によってエアロゾル発生基材を加熱することができる。外気はエアロゾル発生基材を通過する前に加熱することができる。もしくは、エアロゾル発生基材が液体基材の場合、外気は最初に基材を通って引き込まれ、その後、加熱される。
【００３５】
エアロゾル発生基材は、固体エアロゾル発生基材とすることができる。エアロゾル発生基材は、加熱時に基材から放出される揮発性たばこ風味化合物を含有する、たばこ含有材料を含むことが好ましい。エアロゾル発生基材は、非たばこ材料を含むことができる。エアロゾル発生基材は、たばこ含有材料及び非たばこ含有材料を含むことができる。好ましくは、エアロゾル発生基材は、エアロゾルフォーマを更に含むことができる。適切なエアロゾルフォーマの例としては、グリセリン又はプロピレングリコールを挙げることができる。
【００３６】
もしくは、エアロゾル発生基材は、液体エアロゾル発生基材とすることができる。１つの実施形態において、電気加熱式エアロゾル発生システムは、液体貯蔵部を更に備える。好ましくは、液体エアロゾル発生基材は液体貯蔵部に収容される。１つの実施形態において、電気加熱式エアロゾル発生システムは、液体貯蔵部と連通する毛細管ウィックを更に備える。また、毛細管ウィックが液体を保持して液体貯蔵部無しとすることが可能である。この実施形態において、毛細管ウィックには液体を事前に充填することができる。
【００３７】
好ましくは、毛細管ウィックは、液体貯蔵部の液体と接触するように構成される。この場合、使用時、液体は、毛細管ウィックの毛細管現象によって液体貯蔵部から少なくとも１つの電気加熱素子へ移送される。１つの実施形態において、毛細管ウィックは、第１の端部及び第２の端部を有し、第１の端部は、液体貯蔵部に延びてその中の液体と接触し、少なくとも１つの電気加熱素子は、第２の端部の液体を加熱するように構成される。加熱素子が作動されると、毛細管ウィックの第２の端部の液体はヒーターによって蒸発して過飽和蒸気を発生するようになっている。過飽和蒸気は空気流と混合して運ばれる。流れる間に、蒸気は凝縮してエアロゾルが形成され、エアロゾルはユーザの口腔に運ばれる。加熱素子は毛細管ウィックと一緒になると、この構成が加熱素子に対する液体の大きな表面積を提供するので素早い応答が可能になる。従って、本発明の加熱素子の制御は、毛細管ウィック構成の構造に依存する。
【００３８】
液体基材は、例えば、発泡金属又はプラスチック材料、ポリプロピレン、テリレン、ナイロン繊維又はセラミックである、任意の適切な吸収性プラグ又はボディから作ることができる、多孔性キャリア材料に吸収されることができる。液体基材は、電気加熱式エアロゾル発生システムを使用する前に多孔性キャリア材料に貯留すること、又は他の方法として、液体基材材料は、使用時又は使用直前に多孔性キャリア材料内に放出することができる。例えば、液体基材はカプセルで提供することができる。好ましくは、カプセルの殻は、加熱すると溶けて液体基材を多孔性キャリア材料内に放出する。カプセルは、随意的に液体と一緒に固体を含有することができる。
【００３９】
エアロゾル発生基材が液体基材の場合、液体は、例えば、エアロゾル発生システムでの使用に適した沸点といった物理特性を有し、沸点が高すぎると少なくとも１つの電気加熱素子は毛細管ウィックで液体を蒸発させることができず、逆に沸点が低すぎると、液体は少なくとも１つの電気加熱素子が作動しなくても蒸発する場合がある。少なくとも１つの電気加熱素子の制御は、液体基材の物理特性に依存する場合がある。好ましくは、液体は、加熱時に液体から放出される、揮発性たばこ風味化合物を有するたばこ含有材料を含む。別の方法として又は追加的に、液体は、非たばこ材料を含有することができる。液体は、水、溶剤、エタノール、植物エキス、及び天然又は人工香味料を含有することができる。好ましくは、液体は、エアロゾルフォーマを更に含むことができる。適切なエアロゾルフォーマの例としては、グリセリン又はポリピレングリコールを挙げることができる。
【００４０】
液体貯蔵部を備える利点は、高レベルの清潔さを維持できる点にある。液体と電気加熱素子との間を延びる毛細管ウィックを使用することで、システム構造を比較的簡単にできる。液体は、該液体が毛細管現象によって毛細管ウィックを通って運ばれることを可能にする粘性及び表面張力を含む物理特性を有する。液体貯蔵部は、コンテナであることが好ましい。液体貯蔵部は、詰め替え不能とすることができる。従って、液体貯蔵部の液体を使い切ると、エアロゾル発生システムは交換される。もしくは、液体貯蔵部は詰め替え可能とすることができる。この場合、エアロゾル発生システムは、液体貯蔵部をある回数詰め替えた後に交換することができる。好ましくは、液体貯蔵部は、所定回数のパフのための液体を保持するように構成される。
【００４１】
毛細管ウィックは、繊維質又は多孔質構造とすることができる。毛細管ウィックは、好ましくは、毛細管束を備えることができる。例えば、毛細管ウィックは、複数の繊維又は線条、又は他の微細穴あきチューブを備えることができる。繊維又は線条は、エアロゾル発生システムの略長手方向に整列することができる。もしくは、毛細管ウィックは、ロッド形状に形成されたスポンジ状又は泡状材料を備えることができる。ロッド形状は、エアロゾル発生システムの長手方向に沿って延びることができる。ウィック構造体は、その中を通って液体を毛細管現象で電気加熱素子へ移送することができる複数の小さな穴を形成する。毛細管ウィックは、任意の適切な材料又は複数の材料の組み合わせを備えることができる。適切な材料の例としては、繊維又は焼結粉体の形態のセラミックベース又はグラファイトベースの材料である。毛細管ウィックは、密度、粘度、表面張力、及び蒸気圧といった異なる液体の物理特性で使用できるように、任意の適切な毛細管現象及び気孔率を有する。ウィックの毛細管特性は、液体の特性と相まってウィックが加熱領域で常に湿潤であることを保証する。ウィックが乾燥すると過熱状態となり、液体の熱劣化につながる可能性がある。
【００４２】
もしくは、エアロゾル発生基材は、ガス基材といった任意の他の種類の基材とすること、又は種々の基材の組み合わせとすることができる。作動時に、基材は、完全電気加熱式エアロゾル発生システムの内部に収容することができる。この場合、ユーザは電気加熱式エアロゾル発生システムのマウスピースで吸引することができる。もしくは、作動時に、基材は電気加熱式エアロゾル発生システムの内部に部分的に収容することができる。この場合、別個の物品の一部を形成することができ、ユーザは別個の物品上で直接吸引することができる。
【００４３】
好ましくは、電気加熱式エアロゾル発生システムは電気加熱式喫煙システムである。
【００４４】
電気加熱式エアロゾル発生システムは、過飽和蒸気からエアロゾルが形成されるエアロゾル発生チャンバを備えることができ、その後、エアロゾルはユーザの口腔内に運ばれる。空気入口、空気出口、及びチャンバは、好ましくは、空気入口からエアロゾル発生チャンバを経由して空気出口への空気流経路を定め、エアロゾルを空気出口からユーザの口腔内に運ぶようになっている。凝縮物がエアロゾル発生チャンバの壁面に形成される場合がある。凝縮物の量は、特にパフ終了付近での加熱プロファイルに依存する可能性がある。
【００４５】
好ましくは、エアロゾル発生システムはハウジングを備える。好ましくは、ハウジングは細長い。凝縮物の形成に利用できる表面領域を含むハウジング構造は、エアロゾル特性及び液体がシステムから漏洩するか否かに影響を与えるであろう。ハウジングは、殻部及びマウスピースを備えることができる。この場合、全ての構成要素は、殻部又はマウスピースに収容することができる。ハウジングは、任意の適切な材料、又は複数の材料の組み合わせを備えることができる。適切な材料の例としては、金属、合金、プラスチック、又はこれらの材料の１つ又はそれ以上を含む複合材料、又は例えば、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、又はポリエチレンといった食品又は医薬用途に適する熱可塑性プラスチックを挙げることができる。好ましくは、材料は、軽くて非脆弱である。ハウジングの材料は、ハウジングに生じる凝縮物、結果的にシステムから漏洩する液体の量に影響を与える場合もある。
【００４６】
好ましくは、エアロゾル発生システムは携帯型である、エアロゾル発生システムは喫煙システムとすること、及び従来の葉巻たばこ又は巻きたばこと同程度のサイズとすることができる。喫煙システムの全長は、約３０ｍｍと約１５０ｍｍの間とすることができる。喫煙システムの外径は、約５ｍｍと約３０ｍｍの間とすることができる。
【００４７】
本発明の１つの態様に関連して説明される特徴は、本発明の他の態様に適用できる。
【００４８】
本発明による方法及び電気加熱式エアロゾル発生システムは複数の利点をもたらす。加熱プロファイルは、パフプロファイルに適合させることができるので、ユーザに対して改善された経験を提供することができる。また、加熱プロファイルは、例えば、エアロゾル濃度及びエアロゾル粒子サイズといった所望のエアロゾル特性をもたらすことができる。また、加熱プロファイルは、結果的にシステムからの液体漏洩につながる可能性のあるエアロゾル凝縮物の形成に影響を与えることができる。電力使用量は、不要な電力損失無しに良好な加熱プロファイルをもたらすように最適化できる。
【００４９】
本発明は、例示的に、図面を参照して以下に詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】電気加熱式エアロゾル発生システムの１つの実施例を示す。
【図２】電気加熱式エアロゾル発生システムの加熱素子の加熱電力を制御する方法の第１の実施形態を示す。
【図３】電気加熱式エアロゾル発生システムの加熱素子の加熱電力を制御する方法の第２の実施形態を示す。
【図４】電気加熱式エアロゾル発生システムの加熱素子の加熱電力を制御する方法の第３の実施形態を示す。
【図５】電気加熱式エアロゾル発生システムの加熱素子の加熱電力を制御する方法の第４の実施形態を示す。
【図６】電気加熱式エアロゾル発生システムの加熱素子の加熱電力を制御する方法の第５の実施形態を示す。
【図７】電気加熱式エアロゾル発生システムの加熱素子の加熱電力をパルス電流信号で制御する方法を示す。
【図８】電気加熱式エアロゾル発生システムの加熱素子の加熱電力をパルス電流信号で制御する方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
図１は電気加熱式エアロゾル発生システムの１つの実施例を示す。図１において、システムは、液体貯蔵部を有する喫煙システムである。図１の喫煙システム１００は、マウスピース端部１０３である第１の端部及び本体端部１０５である第２の端部を有するハウジング１０１を備える。本体端部において、バッテリ１０７の形態の電源、ハードウェア１０９の形態の電気回路、及びパフ検知システム１１１が設けられている。マウスピース端部において、液体１１５を収容するカートリッジ１１３の形態の液体貯蔵部、毛細管ウィック１１７、及び少なくとも１つの加熱素子を含むヒーター１１９が設けられている。図１においてヒーターは概略的に示されていることに留意されたい。毛細管ウィック１１７の一端はカートリッジ１１３の中に延び、毛細管ウィック１１７の他端はヒーター１１９で取り囲まれている。ヒーターは、接続部１２１を介して電気回路に接続されている。また、ハウジング１０１は、マウスピース端部の空気入口１２３及び空気出口１２５、並びにエアロゾル発生チャンバ１２７を含む。
【００５２】
使用時、以下のように作動する。液体１１５は、カートリッジ内に延びるウィック１１７の一端からヒーター１１９で取り囲まれるウィック１１７の他端へ、毛細管作用によってカートリッジ１１３から移動又は運ばれる。ユーザが空気出口１２５においてデバイスを吸い込む際に、外気は空気入口１２３を通って吸い込まれる。図１に示す構成において、パフ検知システム１１１は、パフを検出してヒーター１１９を作動させる。バッテリ１０７は、ヒーター１１９にエネルギを供給してヒーターで取り囲まれたウィック１１７の端部を加熱する。このウィック１１７の端部の液体はヒーター１１９によって蒸発して過飽和蒸気が発生する。同時に、蒸発した液体は、毛細管作用によってウィック１１７に沿って移動する別の液体に置き換わる（これは「ポンプ作用」と呼ばれる場合もある）。発生した過飽和蒸気は、空気入口１２３からの空気流に混合されて運ばれる。エアロゾル発生チャンバ１２７において、蒸気は凝縮して吸入可能エアロゾルを生成するようになっており、このエアロゾルは出口１２５に運ばれてユーザの口腔に達する。
【００５３】
毛細管ウィックは、多孔質又は毛細管材料から作ることができる、公知の所定の毛細管現象を有することが好ましい。例えば、繊維又は焼結粉末の形態のセラミックスベース又はグラファイトベースの材料を含むことができる。異なる気孔率のウィックを使用して、異なる液体の密度、粘性、表面張力、及び蒸気圧等の物理特性に対応することができる。ウィックは、所望の量の液体を加熱素子に供給できるように適合する必要がある。ウィック及び加熱素子は、所望の量のエアロゾルをユーザに運ぶことができるように適合する必要がある。
【００５４】
図１に示す実施形態において、ハードウェア１０９及びパフ検知システム１１１はプログラム可能であることが好ましい。ハードウェア１０９及びパフ検知システム１１１は、デバイスの作動を管理するために使用することができる。これはエアロゾルの粒子サイズの制御を手助けする。図１は、本発明に用いることができる電気加熱式エアロゾル発生システムの１つの実施例を示す。しかしながら、本発明では多数の他の実施例を使用できる。電気加熱式エアロゾル発生システムは、電気回路の制御下で電源により駆動される少なくとも１つの電気加熱素子によって加熱することができるエアロゾル発生基材を含むか又は収容することだけを必要とする。例えば、システムは喫煙システムである必要はない。例えば、エアロゾル発生基材は、液体基材ではなく固体基材とすることができる。もしくは、エアロゾル発生基材は、ガス基材等の他の形態とすることができる。加熱素子は、他の適切な形態とすることができる。ハウジングの全体形状及びサイズは変更することができ、ハウジングは、分離可能なシェル及びマウスピースとすることができる。勿論、他の変形形態も可能である。
【００５５】
前述のように、好ましくは、ハードウェア１０９及びパフ検知システム１１１を備える電気回路は、加熱素子への電力供給を制御するためにプログラム可能である。結果として、このことはエアロゾルの特性に影響するであろう加熱プロファイルに影響を及ぼす。用語「加熱プロファイル」は、パフの時間を通して加熱素子に供給される電力（又は、例えば加熱素子から発生する熱といった他の類似の尺度）の図的表現に言及する。もしくは、ハードウェア１０９及びパフ検知システム１１１は、加熱素子への電力供給を制御するためのハードワイヤードとすることができる。同様に、このことはエアロゾルの特性に影響するであろう加熱プロファイルに影響を及ぼすことになる。加熱素子に供給される電力を制御する種々の方法が図２から７に示されている。
【００５６】
図２は、電気加熱式エアロゾル発生システムの加熱素子への加熱電力を制御する方法の第１の実施形態を示す。
【００５７】
図２は、縦軸に空気流量２０１及び加熱電力２０３、横軸に時間２０５を示す図である。空気流量２０１は実線で示され、加熱電力２０３は点線で示されている。空気流量は、単位時間あたりの容積で測定され、典型的には立方センチメートル／秒である。空気流量は、図１のパフ検知システム１１１等のパフ検知システムで検出される。ワットで計測される加熱電力は、図１のハードウェア１０９等の電気回路の制御下で電源から加熱素子に供給される電力である。図２は、図１に示すような電気加熱式エアロゾル発生システムでユーザが摂取する単一のパフを示す。
【００５８】
図２から分かるように、本実施形態において、パフに関する空気流量は、正規分布又はガウス分布の形を取るものとして示されている。空気流量はゼロから始まり、最大値２０１maxまで徐々に増加した後にゼロまで減少する。しかしながら、空気流量は、一般に厳密なガウス分布ではない。しかしながら、いずれにしても、パフ全域での空気流量は、ゼロから最大値まで増加し、最大値からゼロまで減少することになる。空気流量カーブの下の領域は、パフに関する総空気体積である。空気流量２０１が閾値２０１ａまで増加したことをパフ検知システムが検出すると、時間２０５ａにおいて、電気回路は電力を制御して、加熱素子をスイッチオンして加熱電力２０３を直接ゼロから電力２０３ａまで増加させるようになっている。空気流量２０１が閾値２０１ａまで減少したことをパフ検知システムが検出すると、時間２０５ｂにおいて、電気回路は電力を制御して、加熱素子をスイッチオフして加熱電力２０３を直接電力２０３ａからゼロまで減少させるようになっている。時間２０５ａと時間２０５ｂとの間でパフ検知システムが引き続き空気流量が閾値２０１よりも大きいことを検出する限り、加熱素子への加熱電力は電力２０３ａに維持される。従って、加熱期間は時間２０５ｂ−２０５ａである。
【００５９】
図２の実施形態において、加熱素子をスイッチオンする空気流量の閾値は、加熱素子をスイッチオフする空気流量の閾値と同じである。図２の構成の利点は、設計の単純さにある。しかしながら、この構成は、パフの終了近くで過熱のリスクがある。このことは図２の円で囲んだ領域２０７に示されている。
【００６０】
図３は、本発明による電気加熱式エアロゾル発生システムの加熱素子への加熱電力を制御する方法の第２の実施形態を示す。図３の構成は、ある状况下では、図２に示す構成を超える改善をもたらすことができる。
【００６１】
図３は、縦軸に空気流量３０１及び加熱電力３０３、横軸に時間３０５を示す図である。空気流量３０１は実線で示され、加熱電力３０３は点線で示されている。同様に、空気流量は、単位時間あたりの容積で測定され、典型的には立方センチメートル／秒である。空気流量は、図１のパフ検知システム１１１等のパフ検知システムで検出される。ワットで計測される加熱電力は、図１のハードウェア１０９等の電気回路の制御下で電源から加熱素子に供給される電力である。図３は、図１に示すような電気加熱式エアロゾル発生システムでユーザが摂取する単一のパフを示す。
【００６２】
図２と同様に、パフに関する空気流量は、ガウス分布の形を取るものとして示されているが、このことは必須ではない。実際には、多くの場合、空気流量カーブは厳密なガウス分布を形成しない場合もある。空気流量はゼロから始まり、最大値３０１maxまで徐々に増加した後にゼロまで減少する。空気流量カーブの下の領域は、パフに関する総空気体積である。
【００６３】
空気流量３０１が閾値３０１ａまで増加したことをパフ検知システムが検出すると、時間３０５ａにおいて、電気回路は電力を制御して、加熱素子をスイッチオンして加熱電力３０３を直接ゼロから電力３０３ａまで増加させるようになっている。空気流量３０１が閾値３０１ｂまで減少したことをパフ検知システムが検出すると、時間３０５ｂにおいて、電気回路は電力を制御して、加熱素子をスイッチオフして加熱電力３０３を直接電力３０３ａからゼロまで減少させるようになっている。時間３０５ａと時間３０５ｂとの間で加熱素子への加熱電力は電力３０３ａに維持される。従って、加熱期間は時間３０５ｂ−３０５ａである。
【００６４】
図３の実施形態において、加熱素子  をスイッチオフする空気流量の閾値３０１ｂは、加熱素子をスイッチオンする空気流量の閾値３０１ａよりも大きい。このことは、加熱素子が図２の構成よりもパフの早期にスイッチオフされることを意味する。これによりパフ終了近くでの過熱の防止が可能になる。図３の円で囲んだ領域３０７は図２の円で囲んだ領域２０７よりも縮小されていることに留意されたい。パフの早期において加熱素子をスイッチオフすることは、加熱素子が冷却される際に大きな空気流が存在することを意味する。これによりハウジングの内面に大量の凝縮物が形成されるのを防止できる。このことは結果的に、液体漏洩の可能性を低減する。
【００６５】
図４は、本発明による電気加熱式エアロゾル発生システムの加熱素子への加熱電力を制御する方法の第３の実施形態を示し、図３に示す実施形態と類似している。また、図４の構成は、ある状况では、図２の構成を超える改善をもたらすことができる。
【００６６】
図４は、縦軸に空気流量４０１及び加熱電力４０３、横軸に時間４０５を示す図である。空気流量４０１は実線で示され、加熱電力４０３は点線で示されている。同様に、空気流量は、単位時間あたりの容積で測定され、典型的には立方センチメートル／秒である。空気流量は、図１のパフ検知システム１１１等のパフ検知システムで検出される。ワットで計測される加熱電力は、図１のハードウェア１０９等の電気回路の制御下で電源から加熱素子に供給される電力である。図４は、図１に示すような電気加熱式エアロゾル発生システムでユーザが摂取する単一のパフを示す。
【００６７】
図２及び３と同様に、パフに関する空気流量は、ガウス分布の形を取るものとして示されているが、このことは必須ではない。空気流量はゼロから始まり、最大値４０１maxまで徐々に増加した後にゼロまで減少する。空気流量カーブの下の領域は、パフに関する総空気体積である。
【００６８】
空気流量４０１が閾値４０１ａまで増加したことをパフ検知システムが検出すると、時間４０５ａにおいて、電気回路は電力を制御して、加熱素子をスイッチオンして加熱電力４０３を直接ゼロから電力４０３ａまで増加させるようになっている。空気流量４０１が閾値４０１ｂまで減少したことをパフ検知システムが検出すると、時間４０５ｂにおいて、電気回路は電力を制御して、加熱素子をスイッチオフして加熱電力４０３を直接電力４０３ａからゼロまで減少させるようになっている。図３と図４との間の差は、図４において加熱素子をスイッチオフするための閾値４０１ｂは、空気流量４０１maxに関連する点にある。この場合、空気流量の閾値４０１ｂは、最大空気流量４０１maxの１／２であるが、空気流量の閾値４０１ｂは、最大空気流量４０１maxに対して任意の適切な関係をもつことができる。この関係は、空気流量カーブの形に依存することができる。時間４０５ａと時間４０５ｂとの間で加熱素子への加熱電力は電力４０３ａに維持される。従って、加熱期間は時間４０５ｂ−４０５ａである。
【００６９】
図４の実施形態において、加熱素子をスイッチオブする空気流量の閾値が最大空気流量に関連するので、加熱素子をスイッチオフする空気流量の閾値は、パフプロファイルにより適切なものとすることができる。閾値と最大空気流量との間の関係を適切に設定することで、パフ終了近くの過熱を防止しながら、熱を適切な加熱期間に維持することができる。図４の円で囲んだ領域４０７は図２の円で囲んだ領域２０７、及び図３の円で囲んだ領域３０７よりも縮小されていることに留意されたい。パフの早期において加熱素子をスイッチオフすることは、加熱素子が冷却される際に大きな空気流が存在することを意味する。これによりハウジングの内面に大量の凝縮物が形成されるのを防止できる。このことは結果的に、液体漏洩の可能性を低減する。
【００７０】
図５は、本発明による電気加熱式エアロゾル発生システムの加熱素子への加熱電力を制御する方法の第４の実施形態を示し、図３及び４に示す実施形態と類似している。また、図５の構成は、ある状况では、図２の構成を超える改善をもたらすことができる。
【００７１】
図５は、縦軸に空気流量５０１及び加熱電力５０３、横軸に時間５０５を示す図である。空気流量５０１は実線で示され、加熱電力５０３は点線で示されている。同様に、空気流量は、単位時間あたりの容積で測定され、典型的には立方センチメートル／秒である。空気流量は、図１のパフ検知システム１１１等のパフ検知システムで検出される。ワットで計測される加熱電力は、図１のハードウェア１０９等の電気回路の制御下で電源から加熱素子に供給される電力である。図５は、図１に示すような電気加熱式エアロゾル発生システムでユーザが摂取する単一のパフを示す。
【００７２】
図２、３、及び４に示すように、パフに関する空気流量は、ガウス分布又は正規分布の形を取るものとして示されているが、このことは必須ではない。空気流量はゼロから始まり、最大値５０１maxまで徐々に増加した後にゼロまで減少する。空気流量カーブの下の領域は、パフに関する総空気体積である。
【００７３】
空気流量５０１が閾値５０１ａまで増加したことをパフ検知システムが検出すると、時間５０５ａにおいて、電気回路は電力を制御して、加熱素子をスイッチオンして加熱電力５０３を直接ゼロから電力５０３ａまで増加させるようになっている。空気流量５０１が閾値５０１ｂまで減少したことをパフ検知システムが検出すると、時間５０５ｂにおいて、電気回路は電力を制御して、電力５０３ａから減少させるようになっている。図２、３，及び４とは異なって、電気回路は、加熱素子への加熱電力を徐々に低減するが、時間５０５ｂから始まり最終的には時間５０５ｃで電力ゼロに達する。従って、時間５０５ａと時間５０５ｂとの間では加熱素子への加熱電力は電力５０３ａに維持される。時間５０５ｂにおいて、加熱素子への加熱電力は経時的に徐々に低減され、時間５０５ｃにおいて加熱素子への加熱電力はゼロになる。従って、総加熱期間は時間５０５ｃ−５０５ａであり、時間５０５ｂと時間５０５ｃとの間で電力は低減する。図５の直線で示すように、加熱電力は一定の割合で低減させることができる。もしくは、加熱電力は一定でない割合で低減させることができる。前述のように、パフの早期において加熱素子をスイッチオフして加熱素子を加熱する時間を短くすることは好都合な場合があるが、空気流が低減する。従って、加熱電力を低減する傾きは、空気流プロファイルの傾きにできるだけ一致するように適合することができるので、過熱が最小になる。加熱電力は、一定の割合で低減することができ、傾きは空気流プロファイルのカーブに近づけることができる。もしくは、加熱電力は、一定でない割合で低減することができ、低減割合は、空気流プロファイルのカーブにできるだけ近づくように適合することができる。これらのアプローチによって、形成される凝縮物の量を低減して液体漏洩を低減することができる。
【００７４】
図５の実施形態において、加熱素子へ供給される電力が即座にゼロに低減されるのではなく徐々に低減されるので、電力使用量を低減しながら、加熱プロファイルを最適に空気流プロファイルに近づけることができる。電力低減は、低減する空気流プロファイルの傾きに追従する又は一致するように調整することができるので、パフに関する非常に適切な加熱プロファイルがもたらされる。
【００７５】
図６は、本発明による電気加熱式エアロゾル発生システムの加熱素子への加熱電力を制御する方法の第５の実施形態を示す。
【００７６】
図６は、縦軸に空気流量６０１及び加熱電力６０３、横軸に時間６０５を示す図である。空気流量６０１は実線で示され、加熱電力６０３は点線で示されている。同様に、空気流量は、単位時間あたりの容積で測定され、典型的には立方センチメートル／秒である。空気流量は、図１のパフ検知システム１１１等のパフ検知システムで検出される。ワットで計測される加熱電力は、図１のハードウェア１０９等の電気回路の制御下で電源から加熱素子に供給される電力である。図６は、図１に示すような電気加熱式エアロゾル発生システムでユーザが摂取する単一のパフを示す。
【００７７】
図２、３、４、及び５に示すように、パフに関する空気流量は、ガウス分布又は正規分布の形を取るものとして示されている。しかしながら、このことは必須ではない。空気流量はゼロから始まり、最大値６０１maxまで徐々に増加した後にゼロまで減少する。空気流量カーブの下の領域は、パフに関する総空気体積である。
【００７８】
空気流量６０１が閾値６０１ａまで増加したことをパフ検知システムが検出すると、時間６０５ａにおいて、電気回路は電力を制御して、加熱素子をスイッチオンして加熱電力６０３を増加させるようになっている。図６の構成において、パフの開始時、時間６０５ａにおいて加熱電力は電力６０３ａに増加する。その後、時間６０５ｂにおいて加熱電力は電力６０３ａよりも小さな値の電力６０３ｂまで減少する。時間６０５ａと時間６０５ｂとの間の期間は、加熱素子の構造、従って電力入力に対してどれだけ迅速に加熱素子が昇温するかに依存することになる。その後、加熱電力は電力レベル６０３ｂに維持される。空気流量６０１が閾値６０１ａまで減少したことをパフ検知システムが検出すると、時間６０５ｃにおいて、電気回路は電力を制御して、電力６０３ａからゼロまで減少させるようになっている。従って、加熱時間は時間６０５ｃ−６０５ａであり、時間時間６０５ａと時間６０５ｂとの間の初期電力は６０３ａであり、時間６０５ｂと時間６０５ｃとの間の後続の主空気流持続期間に対する電力は６０３ａよりも小さい６０３ｂである。
【００７９】
従って、図６の実施形態において、パフの開始時は過熱状態にある。このことはエアロゾル発生の開始を早めるので、良好な反応性をもたらし、結果的にユーザの最初のパフまでの時間が短くなる。また、これにより大量のエアロゾル粒子又は非常に高濃度のエアロゾルがパフ開始時に発生するのを防止することができる。
【００８０】
図２から６を参照して種々の実施形態を説明した。しかしながら、当業者であれば、これらの実施形態の任意の特徴を組み合わせ得ることを理解できるはずである。例えば、図２に示す１つの閾値の構成は、図５に示す漸次的な電力低減と組み合わせること、追加的に又は別の方法として、図６のパフ開始時の過熱状態と組み合わせることができる。同様に、図４又は図４の２つの閾値の構成は、図５に示す緩慢な電力低減と組み合わせること、追加的に又は別の方法として、図６のパフ開始時の過熱状態と組み合わせることができる。
【００８１】
特定の加熱プロファイルは、特定ユーザのパフプロファイルに依存すことができる。加熱素子への電力を制御する電気回路はプログラム可能とすることができる。電気回路はユーザプログラム可能とすることができるので、ユーザは、好ましいエアロゾル特性に応じて所望の加熱プロファイルを選択することができる。電気回路は、自動制御可能とすることができ、例えばパフ毎に加熱プロファイルを特定の空気流プロファイルに自動的に調整することができる。
【００８２】
図７は、電気加熱式エアロゾル発生システムの加熱素子への加熱電力をパルス電流信号で制御する方法を示す。
【００８３】
図７は、縦軸に加熱電力７０３及び電流強度７０７、横軸に時間７０５を示す図である。図７において、過熱電力７０３は実線で示され、電流強度７０７は点線で示されている。ワットで測定される加熱電力は、図１のハードウェア１０９等の電気回路の制御下で電源から加熱素子に供給される電力である。電流強度は、アンペアで測定される電流であり、図１のハードウェア１０９等の電気回路の制御下で加熱素子を流れる。図７は、図１に示すような電気加熱式エアロゾル発生システムでユーザが摂取する単一のパフを示す。しかしながら、図７において、空気流量は示されていないことに留意されたい。
【００８４】
図７に示す加熱プロファイルは図６と同様にパフ開始時に過熱状態にある。これは時間７０５ａと時間７０５ｂとの間である。また、図５と同様にパフ終了時に漸次的な電力低減が行われる。これは時間７０５ｃと時間７０５ｄとの間である。時間７０５ｂと時間７０５ｃとの間では、電力は実質的に一定レベルに維持される。しかしながら、図７に示す制御は、任意の適切な加熱プロファイルを提供するために使用できる。図７において、空気流量（図示せず）が第１の閾値まで増加したことをパフ検知システムが検出すると、時間７０５ａにおいて、電気回路は電力を制御して、加熱素子をスイッチオンして加熱電力７０３を増加させるようになっている。加熱電力７０３は電力７０３ａまで増加する。電気回路は、このことを、加熱素子を流れるパルス電流信号を提供することで実現する。図７において、各パルスは最大電流７０７ａを有し、時間７０５ａ及び時間７０５ｂとの間の電流パルスの周波数は７０９ａである。
【００８５】
時間７０５ｂにおいて、電気回路は、電流を制御して加熱電力を電力７０３ｂまで低減させ、これ以降、加熱電力は電力７０３ｂに維持される。電気回路は、このことを、加熱素子を流れるパルス電流信号を提供することで実現する。図７において、各パルスは最大電流７０７ａを有し、時間７０５ｂ及び時間７０５ｃとの間の電流パルスは周波数７０９ａよりも低い周波数７０９ｂである。
【００８６】
空気流量（図示せず）が第２の閾値（第１の閾値と同じか又はそれよりも大きいものとすることができる）まで低減したことをパフ検知システムが検出すると、時間７０５ｂにおいて、電気回路は、電力を制御して加熱電力７０３を徐々に低減させる。加熱電力７０３は、時間７０５ｃにおいて電力７０３ｂから徐々に低減して、時間７０５ｄにおいてゼロになる。電気回路は、このことを、加熱素子を流れるパルス電流信号を提供することで実現する。図７において、各パルスは最大電流７０７ａを有し、時間７０５ｃと時間７０５ｄとの間の電流パルスの周波数は７０９ａ及び７０９ｂよりも低い７０９ｃである。
【００８７】
従って、電気回路は、加熱素子を流れるパルス電流信号を提供することで電源から加熱素子へ供給される電力を制御する。更に、図８は、加熱素子への加熱電力をパルス電流信号で制御する方法を示す。図８は、縦軸に電流強度７０７、横軸に時間７０５を示す図である。図８は電流パルスを詳細に示す。図８において、電流信号がオンの期間は「ａ」である。電流信号がオフの期間は「ｂ」である。パルス電流信号Ｔは１／ｆに等しく、ｆはパルス電流信号の周波数である。パルス電流信号のデューティサイクル（％）はａ／ｂ×１００に等しい。
【００８８】
加熱素子に供給される電力は、一定のデューティサイクルで周波数を増減させることで制御できる。この場合、比率ａ：ｂは一定のままであるが、ａ及びｂの実際の値は変化する。例えば、様々な（ａ＋ｂ）つまり周波数でもって、ａ及びｂは互いに同じ（デューティサイクル＝５０％）とすることができる。
【００８９】
もしくは、加熱素子に供給される電力は、一定の周波数でデューティサイクルを変更することで制御できる。この場合、一定の（ａ＋ｂ）つまり周波数で比率ａ：ｂが変化する。
【００９０】
もしくは、デューティサイクル及び周波数を変更することができるが、実施がより複雑になる。図７は、本質的に概略てきであるが、デューティサイクル及び周波数を変更することを示している。図７を参照すると、時間７０５ａと時間７０５ｂとの間で周波数は７０９ａである。  デューティサイクルは９５％程度であることが分かる。時間７０５ｂと時間７０５ｃとの間で、周波数は７０９ａよりも低い７０９ｂである。更に、デューティサイクルは５０％程度であることが分かる。時間７０５ｃ及び時間７０５ｄとの間で、７０９ａ及び７０９ｂよりも低い周波数７０９ｃである。また、デューティサイクルは３３％程度であることが分かる。
【００９１】
従って、図７及び８は、任意の特定の加熱プロファイルは、電気回路によって、加熱素子を流れるパルス電流信号を供給することで実現できることを示す。加熱電力が一定のままである、増加する、又は減少することが必要か否かに関わらず、パルスの周波数又はデューティサイクル、又は周波数及びデューティサイクルは、特定の期間に必要な加熱電力に適切である。
【００９２】
本発明による方法及び電気加熱式エアロゾル発生システムは複数の利点をもたらす。加熱プロファイルは、パフプロファイルに適合させることができるので、ユーザに対して改善された経験を提供することができる。また、加熱プロファイルは、所望のエアロゾル特性をもたらすことができる。また、加熱プロファイルは、結果的に液体漏洩につながる凝縮エアロゾルの形成に影響を与えることができる。電力使用量は、不要な電力損失無しに良好な加熱プロファイルをもたらすように最適化できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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