(57)【要約】【課題】サセプタを備えた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供する。【解決手段】誘導加熱装置（１）は、装置ハウジング（１０）と、ＤＣ電源（１１）と、トランジスタスイッチ（１３２０）、トランジスタスイッチ駆動回路（１３２２）、および低オーム負荷（１３２４）で動作するように構成されたＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）を備えたクラスＥ電力増幅器を含むＤＣ／ＡＣインバータ（１３２）を含み、ＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）が分路コンデンサー（Ｃ１）および直列接続のコンデンサー（Ｃ２）およびインダクタ（Ｌ２）を備える、電源回路（１３）と、装置ハウジング（１０）内に配置されたくぼみ（１４）であって、そのくぼみ（１４）がエアロゾル形成基体（２０）の少なくとも一部分を収容する形状の内部表面を持ち、動作時にそのくぼみ（１４）がインダクタ（Ｌ２）が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配置されるものとを含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記誘導加熱装置（１）が、
−装置ハウジング（１０）と
−ＤＣ供給電圧（ＶCC）を有するＤＣ電源（１１）と、
−高周波で動作するように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インバータ（１３２）を備え、前記ＤＣ／ＡＣインバータが、トランジスタスイッチ（１３２０）、トランジスタスイッチ駆動回路（１３２２）、および低オーム負荷（１３２４）で動作するように構成されたＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）を含むクラスＥ電力増幅器を含み、また前記ＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）が分路コンデンサー（Ｃ１）および直列接続のコンデンサー（Ｃ２）およびオーム抵抗（ＲCoil）を持つインダクタ（Ｌ２）を含むものと、
−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（１４）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状を持つ内部表面を持ち、前記くぼみ（１４）が、前記エアロゾル形成基体（２０）の前記少なくとも一部分が前記くぼみ内に収容されると、前記ＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）の前記インダクタ（Ｌ２）が動作時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るものとを含む、誘導加熱装置。
【請求項２】
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、請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
前記装置が喫煙物品（２）のたばこを豊富に含む固体エアロゾル形成基体（２０）を加熱するために構成されている、請求項２に記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
前記ＤＣ電源（１１）の前記ＤＣ供給電圧（ＶCC）が前記約２．５ボルト〜約４．５ボルトの範囲内であり、また前記ＤＣ電源（１１）のＤＣ供給アンペア数が前記約２．５アンペア〜約５アンペアの範囲内である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
前記電源回路（１３）の総体積が２ｃｍ3以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項６】
ＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）のインダクタ（Ｌ２）が、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（ｒ、ｌ）を備え、約０．１５ｃｍ3〜約１．１０ｃｍ3の範囲の内部体積を画定し、また前記らせん状に巻かれた円筒形のインダクタコイルが前記くぼみ（１４）の内部表面上かまたはそれに隣接して位置する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項７】
前記装置ハウジング（１０）が実質的に円筒形の形状を持ち、前記くぼみ（１４）が前記装置ハウジング（１０）の近位端に配置され、かつ前記ＤＣ電源（１１）が前記装置ハウジング（１０）の遠位端に配置され、また前記電源回路（１３）が前記ＤＣ電源（１１）および前記くぼみ（１４）の間に配置される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項８】
前記ＤＣ電源（１１）が再充電可能ＤＣ電池を備えた、請求項１〜７のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項９】
前記電源回路（１３）がさらに、動作時に前記エアロゾル形成基体（２０）の前記サセプタ（２１）の温度が前記サセプタ（２１）のキュリー温度を超えた時に前記ＤＣ／ＡＣインバータによるＡＣ電力の生成を中断するようにプログラムされ、また前記サセプタ（２１）の温度がこのキュリー温度よりも低く再び冷めた時にＡＣ電力の生成を再開するようにプログラムされた、マイクロコントローラ（１３１）を備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項１０】
前記クラスＥ電力増幅器が、出力インピーダンスを持ち、また前記電源回路（１３）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１〜９のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の誘導加熱装置（１）およびサセプタ（２１）を備えるエアロゾル形成基体（２０）を備えた誘導加熱システムであって、前記エアロゾル形成基体（２０）の少なくとも一部が、前記誘導加熱装置（１）の前記ＤＣ／ＡＣインバータ（１３２）の前記ＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）の前記インダクタ（Ｌ２）が動作時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、誘導加熱システム。
【請求項１２】
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である、請求項１１に記載の誘導加熱システム。
【請求項１３】
前記喫煙物品（２）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である、請求項１２に記載の誘導加熱システム。
【請求項１４】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の誘導加熱装置（１）およびサセプタ（２１）を備えるエアロゾル形成基体（２０）を備えたキットであって、前記誘導加熱装置（１）および前記エアロゾル形成基体（２０）が、動作時に、前記エアロゾル形成基体（２０）の少なくとも一部が、前記誘導加熱装置（１）の前記ＤＣ／ＡＣインバータ（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、キット。
【請求項１５】
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である、請求項１４に記載のキット。
【請求項１６】
前記喫煙物品（２）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である、請求項１５に記載のキット。
【請求項１７】
誘導加熱システムの動作方法であって、前記方法が、
−ＤＣ供給電圧（ＶCC）を有するＤＣ電源（１１）を提供する工程と、
−高周波で動作するように構成された電源回路（１３）を提供する工程であって、前記電源回路（１３）が前記ＤＣ電源（１０）に接続されたＤＣ／ＡＣインバータ（１３２）を備え、前記ＤＣ／ＡＣインバータ（１３２）が、トランジスタスイッチ（１３２１）、トランジスタスイッチ駆動回路（１３２２）、および低オーム負荷（Ｒ）で動作するように構成されたＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）を含むクラスＥ電力増幅器を含み、ここで前記ＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）が分路コンデンサー（Ｃ１）および直列接続のコンデンサー（Ｃ２）およびオーム抵抗（ＲCoil）を持つインダクタ（Ｌ２）を含むものと、
−エアロゾル形成基体（２０）の少なくとも一部分を収容する能力のあるくぼみ（１４）を提供する工程であって、前記くぼみ（１４）が前記エアロゾル形成基体（２０）の前記少なくとも一部分が前記くぼみ内に収容されると、前記ＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）の前記インダクタ（Ｌ２）が前記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配置されているものを提供する工程と、
−サセプタ（２１）を備え、かつ前記ＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）の前記インダクタ（Ｌ２）が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、前記エアロゾル形成基体（２０）の少なくとも一部分を前記くぼみ（１４）に挿入するエアロゾル形成基体（２０）を提供する工程とを含む、方法。
【請求項１８】
前記ＤＣ電源（１１）が再充電可能電池であり、かつ前記方法がさらに、前記エアロゾル形成基体（２０）の前記少なくとも一部分を前記くぼみ（１４）に挿入する前に、前記再充電可能電池を充電する工程を含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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し、喫煙物品のエアロゾル形成基体を加熱するための誘導加熱装置に特に関連する。
【背景技術】
【０００２】
既知のさらに従来的な喫煙物品、例えば紙巻たばこは、燃焼過程の結果として風味および芳香をユーザーに送達する。可燃性材料（主にたばこ）の塊は燃焼し、材料の隣接した部分はそれを通して引き込まれた適用された熱の結果として熱分解するが、典型的な燃焼温度は喫煙中に８００℃を超える。この加熱中、可燃性材料の非能率的な酸化が発生し、様々な蒸留および熱分解の産物が産出される。これらの産物が喫煙物品の本体を通してユーザーの口に向けて引き込まれるにつれて、それらは冷却され凝縮して、喫煙に関連付けられた風味および芳香を消費者に与えるエアロゾルまたは蒸気を形成する。
【０００３】
さらに従来的な喫煙物品に対する過去の代替品には、可燃性材料それ自体は喫煙者が吸い込むエアロゾルに風味剤を直接提供しない物品が含まれる。これらの喫煙物品では、一般に炭素質の可燃性発熱体は、発熱体から、また風味付けされたエアロゾルを放出する加熱により活性化される要素を含むゾーンを通して引き込まれる際に、燃焼して空気を加熱する。
【０００４】
さらに従来的な喫煙物品のなお別の代替品は、エアロゾルを形成するたばこを豊富に含む基体に熱的に近接して配置された、磁気透過性がありかつ導電性のサセプタを備えたエアロゾルを形成するたばこを豊富に含む固体基体を含む。たばこを豊富に含む基体のサセプタは、交番磁界がサセプタ内で誘導されるように、誘導源によって生成された交番磁界に晒される。
【０００５】
この誘導された交番磁界はサセプタ内に熱を発生し、また少なくともサセプタ内に生成された熱の一部は、サセプタからサセプタに熱的に近接して配置されたエアロゾル形成基体に伝達されてエアロゾルを生成し、望ましい風味を出す。
【０００６】
エアロゾル形成基体、より具体的にはサセプタを含む固体エアロゾル形成基体、例えば喫煙物品の固体エアロゾル形成基体のための誘導加熱装置の必要性がある。誘導加熱装置は、外部電源に接続する必要なしに動作可能であるべきである。さらに、装置はユーザーにとって魅力的であるように全体的なサイズが小さく、かつ使用しやすいべきである。装置は、サセプタ内で要求される熱を急速に発生できるものであるべきで、この熱はその後エアロゾルを発生させて、ユーザーが要求に応じてエアロゾルを吸い出すことができるようにするためにエアロゾル形成基体に伝達される。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の一態様によれば、サセプタを備えたエアロゾル形成基体を加熱するための、特に喫煙物品の固体エアロゾル形成基体を加熱するための誘導加熱装置が提案されている。本発明による誘導加熱装置は、
−装置ハウジングと、
−ＤＣ供給電圧を持つ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インバータを備え、ＤＣ／ＡＣインバータがトランジスタスイッチおよび低オーム負荷で動作するよう構成されたＬＣ負荷ネットワークを含むクラスＥ電力増幅器を含み、ここでＬＣ負荷ネットワークは、分路コンデンサーおよび直列接続のコンデンサーおよびあるオーム抵抗を持つインダクタを含むものと、
−装置ハウジング内に配列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を収容する形状の内部表面を持ち、エアロゾル形成基体の一部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くぼみが配列されているものとを備える。
【０００８】
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。
【０００９】
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としうる。エアロゾル形成基体は植物由来材料を含みうる。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。
【００１０】
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、乾燥重量で５％以上であり、乾燥重量で５〜３０重量パーセント以上であることが好ましい。
【００１１】
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。
【００１２】
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。適切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−ブタンジオールおよびグリセリン（最も好ましい）など）である。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。
【００１３】
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電源を含む、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含みうる。
【００１４】
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。
【００１５】
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）（１  ＭＨｚ〜３０  ＭＨｚの範囲を含む）、特に約１メガヘルツ（ＭＨｚ）〜約１０  ＭＨｚ（１  ＭＨｚ〜１０  ＭＨｚ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）（５  ＭＨｚ〜７  ＭＨｚ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。
【００１６】
電源回路は、ＤＣ電源に接続されたＤＣ／ＡＣインバータを備える。ＤＣ／ＡＣインバータは、トランジスタスイッチ、トランジスタスイッチ駆動回路、およびＬＣ負荷ネットワークを含む、クラスＥ電力増幅器を含む。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。
【００１７】
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。
【００１８】
本発明による誘導加熱装置のクラスＥ電力増幅器のＬＣ負荷ネットワークは、低オーム負荷を動作するよう構成されている。「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。
【００１９】
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。
【００２０】
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ＲSは、次式で計算される。
【数１】
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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。
μr    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。
【００２１】
渦電流により生成される電力損失Ｐeは次式で計算される。
Pe = I2・RS
式中、
Ｉは渦電流のアンペア数（ｒｍｓ）を示す。
ＲSはサセプタの電気抵抗を示す（上記参照）。
【００２２】
このＰeの式およびＲSの計算から、既知の相対透磁率μr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Ｐe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。
【００２３】
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。
PH = V ・ WH ・ f
式中、
Ｖはサセプタの体積を示す。
ＷH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。
【００２４】
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ＷHは、次式としても表現できる。
【数２】
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【００２５】
ＷH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ＢR、抗磁性ＨC）に依存し、ＷH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。
【００２６】
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。
【００２７】
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列する。くぼみは、エアロゾル形成基体の少なくとも一部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列される。これは、クラスＥ電力増幅器の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。
【００２８】
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。
【００２９】
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摂氏２００〜２４０度の間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供給されることを含む。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。
【００３０】
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列が可能となる。
【００３１】
本発明による誘導加熱装置のさらなる態様によれば、長楕円形の形状を有し、かつ約０．１５ｃｍ3〜約１．１０ｃｍ3の範囲の内部体積を画定する、らせん状に巻かれた円筒形のインダクタコイルを含む、ＬＣ負荷ネットワークのインダクタを備える。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。
【００３２】
本発明による誘導加熱装置のなお別の態様によれば、装置ハウジングは、くぼみが装置ハウジングの近位端に配置され、ＤＣ電源が装置ハウジングの遠位端に配置されている、実質的に円筒形の形状を持つ。電源電子回路はＤＣ電源とくぼみの間に配置される。これにより、小型で取り扱いやすい装置ハウジング内での誘導加熱装置のすべての構成要素のスペース節約および審美的に心地よい配置が可能となる。
【００３３】
既に上述した通り、本発明による誘導加熱装置の別の態様によれば、ＤＣ電源は再充電可能なＤＣ電池を備える。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。
【００３４】
本発明による誘導加熱装置のさらに別の態様によれば、電源回路はさらに、動作中にエアロゾル形成基体のサセプタの温度がサセプタのキュリー温度を超えた時にＤＣ／ＡＣインバータによるＡＣ電力の生成を妨害するようにプログラムされ、またサセプタの温度がこのキュリー温度よりも低く冷めた時にＡＣ電力の生成を再開するようにプログラムされたマイクロコントローラを含む。この特徴は、マイクロコントローラの助けを借りるサセプタ温度の制御に使用できる。
【００３５】
サセプタが単一の材料でできている場合、キュリー温度はサセプタが持つべき最高温度に対応すべきである（すなわち、キュリー温度はサセプタが加熱されるべき最高温度と等しいか、またはこの最高温度から約１〜３％だけ逸脱した温度である）。サセプタの温度がこの単一材料のキュリー温度を超えると、サセプタの強磁性属性はもはや存在せず、サセプタは常磁性のみとなる。
【００３６】
サセプタが複数の材料でできている場合、サセプタの材料はさらなる態様に関して最適化できる。例えば材料は、サセプタの第一の材料がサセプタが加熱されるべき最高温度を超えるキュリー温度を持ちうるように選択できる。次にサセプタのこの第一の材料は（例えば、最大発熱に関して）最適化され、エアロゾル形成基体の残りの部分に伝達されて、一方においてはサセプタの効率的な加熱が提供されうるが、ここでサセプタは、追加的にサセプタが加熱されるべき最高温度に対応するキュリー温度を持つ第二の材料を備えることができ、サセプタがこのキュリー温度に達するとサセプタの磁気属性は全体として変化する。この変化は検出されてマイクロコントローラに通信されることができ、その後、温度が再びこのキュリー温度よりも低い温度に冷めるまでＡＣ電力の発生が妨害され、冷めた後でＡＣ電力の発生が再開される。
【００３７】
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含みうる。
【００３８】
本発明のなおさらなる態様は、上述の任意の実施形態に従った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誘導加熱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時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。
【００３９】
本発明による誘導加熱システムの一態様によれば、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。
【００４０】
本発明のなおさらなる態様は、上述の実施形態のいずれか一つによる誘導加熱装置と、サセプタを含むエアロゾル形成基体とを備えた、キットに関連する。誘導加熱装置およびエアロゾル形成基体は、誘導加熱装置のＤＣ／ＡＣインバータのＬＣ負荷ネットワークのインダクタが動作時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、エアロゾル形成基体の少なくとも一部が誘導加熱装置のくぼみ内に収容されるように構成される。一般的に、エアロゾル形成基体および誘導加熱装置は別個に提供されうるが、部品のキットの形態でも提供されることができる。あるいは、別の方法として、スターターキットは、誘導加熱装置および複数のエアロゾル形成基体を備えうるが、一方ではさらに、消費者がスターターキットにある誘導加熱装置を獲得しそのスターターキットに含まれているエアロゾル形成基体を消費したら、消費者は追加的なエアロゾル形成基体のみが必要となるように、エアロゾル形成基体のみが提供される。また、本発明によるキットの一態様によれば、エアロゾル形成基体は喫煙物品のエアロゾル形成基体でもよく、また特に、喫煙物品のエアロゾル形成基体は、たばこを豊富に含む固体エアロゾル形成基体でもよい。
【００４１】
本発明のなおさらなる形態は、誘導加熱システムを作動させる方法に関連する。本方法は、
−ＤＣ供給電圧を有するＤＣ電源を提供する工程と、
−高周波で動作するように構成された電源回路を提供する工程であって、電源回路がＤＣ電源に接続されたＤＣ／ＡＣインバータを備え、ＤＣ／ＡＣインバータがトランジスタスイッチおよび低オーム負荷で動作するよう構成されたＬＣ負荷ネットワークを含むクラスＥ電力増幅器を含み、ここでＬＣ負荷ネットワークは、分路コンデンサーおよび直列接続のコンデンサーおよびオーム抵抗を持つインダクタを含むものと、
−エアロゾル形成基体の少なくとも一部を収容する能力を持つくぼみを提供する工程であって、そのくぼみが、くぼみ内にエアロゾル形成基体の部分が収容されると、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ものと、
−サセプタを備え、かつ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、エアロゾル形成基体の少なくとも一部分をくぼみに挿入するエアロゾル形成基体を提供する工程とを含む。
【００４２】
本発明による方法の一態様によれば、ＤＣ電源は再充電可能電池であり、方法はさらに、エアロゾル形成基体の部分をくぼみに挿入する前に、再充電可能電池を充電する工程を含む。この態様は、再充電可能電池が使用される場合、装置は本線またはその他の外部電源への接続を必要とすることなく使用されうるため（電池の充電後）、特に有益である。電池の充電が低レベルになると、単回用交換用電池を携帯する必要がないように、再充電可能電池は簡単に再び充電できる。電池の充電が低い場合、再充電可能電池は簡単に再充電することができ、装置は再使用する準備が整う。さらに、再充電可能電池は、適切に廃棄されなければならない単回用電池を持たないため、環境にやさしい。
【００４３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、本発明の基礎を成す一般的な加熱の原理を示す。
【図２】図２は、本発明による誘導加熱装置およびシステムの実施形態のブロック図を示す。
【図３】図３は、基本的な構成要素が装置ハウジング内に配置された、誘導加熱装置の実施形態を示す。
【図４】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】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】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。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
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の一部またはすべてが配列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。
【００４６】
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、ある特定の時点での多数の磁力線ＢL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内を流れる交流電流ｉL2により発生する磁場は、交流電流ｉL2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１  ＭＨｚ〜約３０  ＭＨｚの範囲（１  ＭＨｚ〜３０  ＭＨｚの範囲を含む）とすることができ、具体的には約１  ＭＨｚ〜約１０  ＭＨｚの範囲（１  ＭＨｚ〜１０  ＭＨｚの範囲を含み、特に１０  ＭＨｚ未満としうる）とすることができ、また特に具体的には周波数は約５  ＭＨｚ〜約７  ＭＨｚの範囲（５  ＭＨｚ〜７  ＭＨｚの範囲を含み、例えば５  ＭＨｚとしうる）としうる。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Ｐe（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Ｐh （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。
【００４７】
図３は、本発明による誘導加熱装置１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、例えば上述した通り５  ＭＨｚの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では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の近位端に配列されている。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。
【００４８】
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の外側に配列されうる。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１４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。
【００４９】
図２は、本発明による誘導加熱装置１の実施形態のブロック図を示すが、下記に考察する通り、一部の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を備えたエアロゾル形成基体２０とともに、本発明による誘導加熱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、マイクロプロセッサ制御ユニット１３１と、ＤＣ／ＡＣインバータ１３２と、負荷に適応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コントローラユニット１３１、ＤＣ／ＡＣインバータ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）。インダクタＬ２を通して電圧および電流を示すフィードバック信号を提供するための２つのフィードバックチャネル１３４および１３５が提供され、さらなる動力供給の制御が可能である。例えば、サセプタの温度が望ましい温度を超えると対応する信号が生成されて、望ましい温度よりもサセプタの温度が再び低くなりそれによってさらなる動力供給が再開されるまで、さらなる動力供給が妨害されうる。対応して、サセプタへの最適な電力の伝達のためのスイッチング電圧の周波数を制御することが可能である。負荷に対する最適な適応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。
【００５０】
図４は、電源回路１３の、より具体的にはＤＣ／ＡＣインバータ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イ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、ＤＣ供給電圧＋ＶCCを供給するためのチョークＬ１を含むＤＣ電源１１が表示されている。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ＲCoilと、サセプタ２１のオーム抵抗ＲLoadの和である。
【００５１】
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ことが明らかである。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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。その期間の一部では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で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での著しい電力損失につながるためである。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。
【００５６】
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Ｖo）。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。
【００５７】
図４に示すＤＣ／ＡＣインバータ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。
【００５８】
ＱL（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（Ｖo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 = QL・R/2πf
R = ((VCC - Vo)2/P)・ 0.576801 ・(1.0000086 - 0.414395/QL - 0.557501/QL2 + 0.205967/QL3)
C1 = (1/(34.2219・f・R))・(0.99866 + 0.91424/QL - 1.03175/QL2) + 0.6/(2πf)2 ・(L1)
C2 = (1/2πfR)・(1/QL - 0.104823)・(1.00121 + (1.01468/QL - 1.7879)) - (0.2/((2πf)2・L1)))
【００５９】
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＝５  ＭＨｚ（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ＲCoil＝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。実効抵抗ＲCoilおよびＲLoad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。
【００６０】
上述した通り、サセプタ２１はサセプタ２１が加熱されるべき望ましい温度に近いキュリー温度を持つ材料または材料の組み合わせで製造できる。サセプタ２１の温度がこのキュリー温度を超えると、材料は強磁性から常磁性に変化する。従って、常磁性を持つ材料のヒステリシス損失は強磁性を持つ材料のそれよりもずっと低いため、サセプタ２１内のエネルギー分散は著しく低減される。サセプタ２１内でのこの電力損失の低減は検出可能であり、またそのため、例えば、ＤＣ／ＡＣインバータによるＡＣ電力の発生は、サセプタ２１がキュリー温度を再び下回るまで冷却され、再び強磁性となるまで中断されうる。その後で、ＤＣ／ＡＣインバータによるＡＣ電力の発生が再開されうる。
【００６１】
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。
【００６２】
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）。
【００６３】
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、前記誘導加熱装置（１）が、
−装置ハウジング（１０）と
−ＤＣ供給電圧（ＶCC）を有するＤＣ電源（１１）と、
−高周波で動作するように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インバータ（１３２）を備え、前記ＤＣ／ＡＣインバータが、トランジスタスイッチ（１３２０）、トランジスタスイッチ駆動回路（１３２２）、および低オーム負荷（１３２４）で動作するように構成されたＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）を含むクラスＥ電力増幅器を含み、また前記ＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）が分路コンデンサー（Ｃ１）および直列接続のコンデンサー（Ｃ２）およびオーム抵抗（ＲCoil）を持つインダクタ（Ｌ２）を含むものと、
−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（１４）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状を持つ内部表面を持ち、前記くぼみ（１４）が、前記エアロゾル形成基体（２０）の前記部分が前記くぼみ内に収容されると、前記ＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）の前記インダクタ（Ｌ２）が動作時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るものとを含む、誘導加熱装置。
２．  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．  前記装置が喫煙物品（２）のたばこを豊富に含む固体エアロゾル形成基体（２０）を加熱するために構成されている、２に記載の誘導加熱装置。
４．  前記ＤＣ電源（１１）の前記ＤＣ供給電圧（ＶCC）が前記約２．５ボルト〜約４．５ボルトの範囲内であり、また前記ＤＣ電源（１１）の前記ＤＣ供給アンペア数が前記約２．５アンペア〜約５アンペアの範囲内である、１〜３のいずれか１つに記載の誘導加熱装置。
５．  前記電源回路（１３）の総体積が２ｃｍ3以下である、１〜４のいずれか１つに記載の誘導加熱装置。
６．  ＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）のインダクタ（Ｌ２）が、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（ｒ、ｌ）を備え、約０．１５ｃｍ3〜約１．１０ｃｍ3の範囲の内部体積を画定し、また前記らせん状に巻かれた円筒形のインダクタコイルが前記くぼみ（１４）の内部表面上かまたはそれに隣接して位置する、１〜５のいずれか１つに記載の誘導加熱装置。
７．  前記装置ハウジング（１０）が実質的に円筒形の形状を持ち、前記くぼみ（１４）が前記装置ハウジング（１０）の近位端に配置され、かつ前記ＤＣ電源（１１）が前記装置ハウジング（１０）の遠位端に配置され、また前記電源回路（１３）が前記ＤＣ電源（１１）および前記くぼみ（１４）の間に配置される、１〜６のいずれか１つに記載の誘導加熱装置。
８．  前記ＤＣ電源（１１）が再充電可能ＤＣ電池を備えた、１〜７のいずれか１つに記載の誘導加熱装置。
９．  前記電源回路（１３）がさらに、動作時に前記エアロゾル形成基体（２０）の前記サセプタ（２１）の温度が前記サセプタ（２１）のキュリー温度を超えた時に前記ＤＣ／ＡＣインバータによるＡＣ電力の生成を中断するようにプログラムされ、また前記サセプタ（２１）の温度がこのキュリー温度よりも低く再び冷めた時にＡＣ電力の生成を再開するようにプログラムされた、マイクロコントローラ（１３１）を備える、１〜８のいずれか１つに記載の誘導加熱装置。
１０．  前記クラスＥ電力増幅器が、出力インピーダンスを持ち、また前記電源回路（１３）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、１〜９のいずれか１つに記載の誘導加熱装置。
１１．  １〜１０のいずれか１つ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）を備えた誘導加熱システムであって、前記エアロゾル形成基体（２０）の少なくとも一部が、前記誘導加熱装置（１）の前記ＤＣ／ＡＣインバータ（１３２）の前記ＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）の前記インダクタ（Ｌ２）が動作時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、誘導加熱システム。
１２．  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である、１１に記載の誘導加熱システム。
１３．  前記喫煙物品（２）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である、１２に記載の誘導加熱システム。
１４．  １〜１０のいずれか１つ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）を備えたキットであって、前記誘導加熱装置（１）および前記エアロゾル形成基体（２０）が、動作時に、前記エアロゾル形成基体（２０）の少なくとも一部が、前記誘導加熱装置（１）の前記ＤＣ／ＡＣインバータ（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、キット。
１５．  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である、１４に記載のキット。
１６．  前記喫煙物品（２０）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である、１５に記載のキット。
１７．  誘導加熱システムの動作方法であって、前記方法が、
−ＤＣ供給電圧（ＶCC）を有するＤＣ電源（１１）を提供する工程と、
−高周波で動作するように構成された電源回路（１３）を提供する工程であって、前記電源回路（１３）が前記ＤＣ電源（１３２）に接続されたＤＣ／ＡＣインバータ（１３２）を備え、前記ＤＣ／ＡＣインバータ（１３２）が、トランジスタスイッチ（１３２１）、トランジスタスイッチ駆動回路（１３２２）、および低オーム負荷（Ｒ）で動作するように構成されたＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）を含むクラスＥ電力増幅器を含み、ここで前記ＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）が分路コンデンサー（Ｃ１）および直列接続のコンデンサー（Ｃ２）およびオーム抵抗（ＲCoil）を持つインダクタ（Ｌ２）を含むものと、
−エアロゾル形成基体（２０）の少なくとも一部分を収容する能力のあるくぼみ（１４）を提供する工程であって、前記くぼみ（１４）が前記エアロゾル形成基体（２０）の前記部分が前記くぼみ内に収容されると、前記ＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）の前記インダクタ（Ｌ２）が前記エアロゾル形成基体（２０９）の前記サセプタ（２１）に誘導結合されるように配置されているものを提供する工程と、
−サセプタ（２１）を備え、かつ前記ＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）の前記インダクタ（Ｌ２）が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、前記エアロゾル形成基体（２０）の少なくとも一部分を前記くぼみ（１４）に挿入するエアロゾル形成基体（２０）を提供する工程とを含む、方法。
１８．  前記ＤＣ電源（１１）が再充電可能電池であり、かつ前記方法がさらに、前記エアロゾル形成基体（２０）の前記部分を前記くぼみ（１４）に挿入する前に、前記再充電可能電池を充電する工程を含む、１７に記載の方法。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成31年1月10日(2019.1.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記誘導加熱装置（１）が、
−装置ハウジング（１０）と
−ＤＣ供給電圧（ＶCC）を有するＤＣ電源（１１）と、
−高周波で動作するように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インバータ（１３２）を備え、前記ＤＣ／ＡＣインバータが、トランジスタスイッチ（１３２０）、トランジスタスイッチ駆動回路（１３２２）、および低オーム負荷（１３２４）で動作するように構成されたＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）を含むクラスＥ電力増幅器を含み、また前記ＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）が分路コンデンサー（Ｃ１）および直列接続のコンデンサー（Ｃ２）およびオーム抵抗（ＲCoil）を持つインダクタ（Ｌ２）を含むものと、
−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（１４）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状を持つ内部表面を持ち、前記くぼみ（１４）が、前記エアロゾル形成基体（２０）の前記部分が前記くぼみ内に収容されると、前記ＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）の前記インダクタ（Ｌ２）が動作時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るものとを含み、
前記インダクタ（Ｌ２）は前記装置ハウジング（１０）の近位端で前記装置ハウジング（１０）内に埋め込まれて、前記くぼみ（１４）を囲んでおり、該くぼみ（１４）もまた前記装置ハウジング（１０）の近位端に配列されている、誘導加熱装置。
【請求項２】
前記装置が喫煙物品（２）のたばこを豊富に含む固体エアロゾル形成基体（２０）を加熱するために構成されている、請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
前記電源回路（１３）の総体積が２ｃｍ3以下である、請求項１〜２のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
ＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）のインダクタ（Ｌ２）が、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（ｒ、ｌ）を備え、約０．１５ｃｍ3〜約１．１０ｃｍ3の範囲の内部体積を画定し、また前記らせん状に巻かれた円筒形のインダクタコイルが前記くぼみ（１４）の内部表面上かまたはそれに隣接して位置する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
前記装置ハウジング（１０）が実質的に円筒形の形状を持ち、前記くぼみ（１４）が前記装置ハウジング（１０）の近位端に配置され、かつ前記ＤＣ電源（１１）が前記装置ハウジング（１０）の遠位端に配置され、また前記電源回路（１３）が前記ＤＣ電源（１１）および前記くぼみ（１４）の間に配置される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項６】
前記電源回路（１３）がさらに、動作時に前記エアロゾル形成基体（２０）の前記サセプタ（２１）の温度が前記サセプタ（２１）のキュリー温度を超えた時に前記ＤＣ／ＡＣインバータによるＡＣ電力の生成を中断するようにプログラムされ、また前記サセプタ（２１）の温度がこのキュリー温度よりも低く再び冷めた時にＡＣ電力の生成を再開するようにプログラムされた、マイクロコントローラ（１３１）を備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項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、また前記電源回路（１３）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１〜６のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項８】
前記電源回路（１３）がさらに、前記インダクタ（Ｌ２）を通して電圧および電流を示すフィードバック信号を提供するための２つのフィードバックチャネル（１３４，１３５）を備え、さらなる電力供給の制御を可能とする、請求項６及び７のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項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）を備えた誘導加熱システムであって、前記エアロゾル形成基体（２０）の少なくとも一部が、前記誘導加熱装置（１）の前記ＤＣ／ＡＣインバータ（１３２）の前記ＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）の前記インダクタ（Ｌ２）が動作時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、誘導加熱システム。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１項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）を備えたキットであって、前記誘導加熱装置（１）および前記エアロゾル形成基体（２０）が、動作時に、前記エアロゾル形成基体（２０）の少なくとも一部が、前記誘導加熱装置（１）の前記ＤＣ／ＡＣインバータ（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、キット。
【請求項１１】
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である、請求項１０に記載のキット。
【請求項１２】
前記喫煙物品（２０）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である、請求項１１に記載のキット。
【請求項１３】
誘導加熱システムの動作方法であって、前記方法が、
−ＤＣ供給電圧（ＶCC）を有するＤＣ電源（１１）を提供する工程と、
−高周波で動作するように構成された電源回路（１３）を提供する工程であって、前記電源回路（１３）が前記ＤＣ電源（１３２）に接続されたＤＣ／ＡＣインバータ（１３２）を備え、前記ＤＣ／ＡＣインバータ（１３２）が、トランジスタスイッチ（１３２１）、トランジスタスイッチ駆動回路（１３２２）、および低オーム負荷（Ｒ）で動作するように構成されたＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）を含むクラスＥ電力増幅器を含み、ここで前記ＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）が分路コンデンサー（Ｃ１）および直列接続のコンデンサー（Ｃ２）およびオーム抵抗（ＲCoil）を持つインダクタ（Ｌ２）を含むものと、
−エアロゾル形成基体（２０）の少なくとも一部分を収容する能力のあるくぼみ（１４）を提供する工程であって、前記くぼみ（１４）が前記エアロゾル形成基体（２０）の前記部分が前記くぼみ内に収容されると、前記ＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）の前記インダクタ（Ｌ２）が前記エアロゾル形成基体（２０９）の前記サセプタ（２１）に誘導結合されるように配置されているものを提供する工程であって、前記インダクタ（Ｌ２）は前記装置ハウジング（１０）の近位端で前記装置ハウジング（１０）内に埋め込まれて、前記くぼみ（１４）を囲んでおり、該くぼみ（１４）もまた前記装置ハウジング（１０）の近位端に配列される前記工程と、
−サセプタ（２１）を備え、かつ前記ＬＣ負荷ネットワーク（１３２３）の前記インダクタ（Ｌ２）が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、前記エアロゾル形成基体（２０）の少なくとも一部分を前記くぼみ（１４）に挿入するエアロゾル形成基体（２０）を提供する工程とを含む、方法。
【請求項１４】
前記ＤＣ電源（１１）が再充電可能電池であり、かつ前記方法がさらに、前記エアロゾル形成基体（２０）の前記部分を前記くぼみ（１４）に挿入する前に、前記再充電可能電池を充電する工程を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記電源回路（１３）はさらに、ＤＣ／ＡＣインバータによるＡＣ電力の生成を妨害しまた再開するようにプログラムされたマイクロコントローラ（１３１）を含み、前記インダクタ（Ｌ２）を通して電圧および電流を示すフィードバック信号が生成され、前記サセプタの温度が所望の温度を超えた時に、対応する信号が生成され、前記サセプタの温度が前記所望の温度よりも再び低くなって電力供給が再開されるまで、さらなる電力供給が妨害される、請求項１３及び１４のいずれか１項に記載の方法。