(57)【要約】  発熱体の近位のエアロゾル形成基体を加熱するための発熱体と、発熱体に電力を供給するための電源と、発熱体および電源と連通する電気回路であって、メモリを含み、ユーザー入力に応答して複数の個別の加熱サイクル中の発熱体への電力供給を調節し、各加熱サイクル中の発熱体の最大電気抵抗を判定し、ｎ個の先の加熱サイクルの間の発熱体の最大電気抵抗の移動平均値を計算し、ここでｎは１より大きい整数であり、発熱体の電気抵抗を計算した移動平均値と比較し、電気抵抗が移動平均値よりも閾値よりも多く大きい時に不具合を判定し、該閾値はメモリに保存されており、発熱体に不具合があるかどうかに基づいて発熱体に供給される電力を制御する、または発熱体に不具合があるかどうかに基づいて表示を提供するように構成される、電気回路と、を備える、電気的に作動するエアロゾル発生システム。【選択図】図７
2021526015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に作動するエアロゾル発生システムであって、
発熱体の近位のエアロゾル形成基体を加熱するための前記発熱体と、
前記発熱体に電力を供給するための電源と、
前記発熱体および前記電源と連通する電気回路であって、前記電気回路が、メモリを含み、
ユーザー入力に応答して複数の個別の加熱サイクル中の前記発熱体への前記電力供給を調節することと、
各加熱サイクル中の前記発熱体の最大電気抵抗を判定することと、
ｎ個の先の加熱サイクルの間の前記発熱体の最大電気抵抗の移動平均値を計算することであって、ｎが１より大きい整数である、計算することと、
前記発熱体の前記電気抵抗を前記計算された移動平均値と比較することと、
前記電気抵抗が前記移動平均値よりも閾値よりも多く大きい時に不具合を判定することであって、前記閾値が前記メモリに保存されている、判定することと、
前記発熱体に不具合があるかどうかに基づいて前記発熱体に供給される電力を制御する、または前記発熱体に不具合があるかどうかに基づいて表示を提供することと、を行うように構成される、電気回路と、を備える、電気的に作動するエアロゾル発生システム。
【請求項２】
ｎが２〜５である、請求項１に記載の電気的に作動するエアロゾル発生システム。
【請求項３】
前記電気回路が、二つの連続的な加熱サイクルにわたって不具合が判定された場合に、電力を制御する、または表示を提供するように構成される、請求項１または請求項２に記載の電気的に作動するエアロゾル発生システム。
【請求項４】
前記電気回路が、前記加熱サイクルの開始後に所定の開始期間が経過した後にのみ前記不具合を判定するように構成され、前記所定の開始期間が前記メモリに保存されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気的に作動するエアロゾル発生システム。
【請求項５】
エアロゾルを前記システムの外へと引き出すためにユーザーが吸煙しうるマウスピースをさらに備え、前記電気回路が、ユーザー入力としてユーザーが前記システムで吸煙する時を検出するための吸煙検出器を含み、前記電気回路が、吸煙が前記吸煙検出器によって検出された時に前記電源から前記発熱体に電力を供給するように構成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気的に作動するエアロゾル発生システム。
【請求項６】
前記電気回路が、各加熱サイクル中に不具合が存在するかどうかを判定するように構成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気的に作動するエアロゾル発生システム。
【請求項７】
前記電気回路が、前記システムを通る気流の流量を測定するように構成され、前記電気回路が、前記測定した気流量に基づいて電気抵抗測定値または一つ以上の保存された閾値を調整するように構成される、請求項１〜６のいずれかに記載の電気的に作動するエアロゾル発生システム。
【請求項８】
前記システムが装置および取り外し可能なカートリッジを備え、前記電源および前記電気回路が前記装置内にあり、前記発熱体が前記取り外し可能なカートリッジ内にあり、前記カートリッジが液体エアロゾル形成基体を備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の電気的に作動するエアロゾル発生システム。
【請求項９】
電気的に作動するエアロゾル発生システムにおける発熱体への電力供給の制御方法であって、
ユーザー入力に応答して複数の個別の加熱サイクル中の前記発熱体への前記電力供給を調節することと、
各加熱サイクル中に前記発熱体の最大電気抵抗を判定することと、
ｎ個の先の加熱サイクルの間の前記発熱体の最大電気抵抗の移動平均値を計算することであって、ｎが１より大きい整数である、計算することと、
前記発熱体の前記電気抵抗を前記計算した移動平均値と比較することと、
前記電気抵抗が前記移動平均値よりも閾値よりも多く大きい時に不具合を判定することであって、前記閾値がメモリに保存されている、判定することと、
前記発熱体に不具合が存在するかどうかに基づいて前記発熱体に供給される電力を制御する、または前記発熱体に不具合が存在するかどうかに基づいて表示を提供することと、を含む、方法。
【請求項１０】
電気的に作動するエアロゾル発生システム内のプログラム可能電気回路上で実行される時、請求項９に記載の方法を実施するように、ソフトウェアコード部分を備えるマイクロプロセッサの内部メモリへと直接的にロードできるコンピュータプログラム製品であって、前記システムがエアロゾル形成基体を加熱するための発熱体、および前記発熱体に電力を供給するための電源を備え、前記電気回路が前記電気ヒーターおよび前記電源に接続され、前記電気回路が前記発熱体の電気抵抗を検出するように構成される、コンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、加熱によって動作するエアロゾル発生システムに関する。特に、本発明は、電気加熱式エアロゾル発生システムにおける異常な、または望ましくないヒーター状態の検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
一部のエアロゾル発生装置では、液体エアロゾル発生基体は液体貯蔵部分から電気発熱体に送達される。目標温度まで加熱されるのに伴い、エアロゾル発生基体は気化してエアロゾルを形成する。液体基体は通常、芯によって発熱体に送達される。芯内のエアロゾル発生基体の量が枯渇すると、発熱体は過熱してエアロゾルの品質に悪影響を与えうる。
【０００３】
ＷＯ２０１２／０８５２０３号は、発熱体における温度上昇を監視するエアロゾル発生システムを開示しており、ここでヒーター温度の急速な増加は芯の乾燥を示す。
【０００４】
ＷＯ２０１６／１０５０９２２号およびＷＯ２０１８／０１９５３３号は、発熱体におけるエアロゾル発生基体の枯渇を検出するより複雑な方法を開示している。ＷＯ２０１６／１０５０９２２号は、所定の初期電気抵抗に対する電気抵抗の変化の比、または割合に依存するシステムを教示している。ＷＯ２０１８／０１９５３３号は、初期加熱抵抗を考慮しないシステムを開示している。むしろ、システムは加熱中の電気抵抗の絶対的な増加を測定し、電気抵抗の増加が所定の閾値を超えた時にシャットダウンするように構成されている。
【０００５】
しかしながら、エアロゾル発生基体の枯渇を検出するためのこれらの技術のすべてはなおも、結果として得られる電気抵抗の変化を検出するためにヒーター温度を実質的に上昇させる必要がある。さらに、これらの方法の一部は、初期ヒーター抵抗を検出する必要がある。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の第一の態様によれば、発熱体の近位のエアロゾル形成基体を加熱するための発熱体と、発熱体に電力を供給するための電源と、発熱体および電源と連通する電気回路であって、メモリを含み、ユーザー入力に応答して加熱サイクル期間の間の発熱体への電力供給を調節し、時間に対する発熱体の電気抵抗の第一の微分値を判定し、該電気抵抗の第一の微分値が、加熱サイクル期間中に加熱サイクル期間内の所定の時間において、または所定の時間後にメモリに保存された閾値を超える場合に、不具合があると判定し、発熱体に不具合があるかどうかに基づいて発熱体に供給される電力を制御する、または発熱体に不具合があるかどうかに基づいて表示を提供するように構成される、電気回路と、を備える、電気的に作動するエアロゾル発生システムが提供される。
【０００７】
電気回路は、発熱体の電気抵抗の第一の微分値を監視することによって、エアロゾル形成基体の枯渇またはシステム誤作動などの不具合を判定する。電気回路は、発熱体における液体エアロゾル形成基体の枯渇を判定するように構成されうる。この文脈において「枯渇」とは、発熱体に不十分な量のエアロゾル形成基体が提供されること、またはエアロゾル形成基体の完全な枯渇（例えば、空のカートリッジ）のいずれかを意味する。どちらにしても、これは、液体エアロゾル形成基体で浸された「湿潤した」発熱体に対して、「乾燥した」発熱体をもたらしうる。例えば、カートリッジが空またはほぼ空の時は、不十分な液体エアロゾル形成基体が発熱体に供給されうる。これは、生成されたエアロゾルが所望の特性、例えばエアロゾル粒子のサイズや化学組成を有しないことを意味しうる。このことはユーザーにとって良くない体験をもたらしうる。
【０００８】
電気回路は、不具合の検出に伴い、電力供給を中止しうる。これは、発熱体の乾燥が検出されると、ユーザーがそれ以上エアロゾル発生システムを使用できなくなるため、有利である。これにより、所望の特性を有さないエアロゾルの生成が回避されうる。したがって、これによりユーザーにとって良くない体験が回避されうる。電気回路は、発熱体と電源との間の電気ヒューズを切断することで発熱体を停止するように配置されてもよい。電気回路は、発熱体と電源との間のスイッチをオフにすることで発熱体を停止するよう配置されてもよい。発熱体を停止する代替的な方法は、当業者には明らかであろう。電気回路は、一部の状況では、不具合の検出時に発熱体への電力供給を減少させるが、完全には停止しないように構成されてもよい。
【０００９】
別の方法として、または追加的に、電気回路は、ユーザーに不具合を報知するためにユーザーに表示を提供してもよい。表示は、音声表示、視覚的表示、振動などの機械的表示、嗅覚表示、または当業者に公知の任意のその他の表示手段のうちの一つ以上としうる。その後、ユーザーはカートリッジの交換または再充填を準備しうる。
【００１０】
一般に、気化のためにヒーターに送達されるエアロゾル形成基体がより少ないほど、所与の適用された電力に対する発熱体の温度がより高くなる。これは、エアロゾル形成基体を加熱および気化するエネルギーが代わりに発熱体を加熱するために適用されるためである。従って、発熱体における電気抵抗は、エアロゾル形成基体の枯渇に伴い増加しうる。
【００１１】
したがって、電気回路は、所与の電力供給に対する発熱体の電気抵抗の第一の微分値を監視することによって不具合を判定しうる。例えば、不具合は、電気抵抗の急激なサージの検出に伴い判定されうる。有利なことに、これは不具合の迅速な検出を可能にしうる。これは、先行技術のシステムにおいて開示されているように、ヒーター温度が所定の閾値に達する前であっても、不具合が容易に判定されうるからである。これは、発熱体における過熱に対する保護を提供しうる。
【００１２】
随意に、所定の期間は、加熱サイクル期間の開始後の固定期間であり、固定期間はメモリに保存されている。所定の期間は、発熱体を周囲温度から使用温度まで昇温するための一般的な期間でありうる。使用温度は、エアロゾル形成基体が気化する温度でありうる。すなわち、不具合の判定は、エアロゾル形成基体が発熱体において気化し始めるときにのみ行われうる。したがって、該判定は、発熱体の加熱中の温度上昇を考慮しない場合がある。例えば、こうした昇温期間中に急速でおそらく一貫性のない温度上昇が予想されうるが、こうした温度上昇は必ずしもエアロゾル形成基体の欠如に起因しない場合がある。結果として、判定は、発熱体が使用温度に達したときに実行される場合により正確に行われうる。
【００１３】
発熱体がその使用温度に達するのにかかる時間は変化しうる。例えば、高温の周囲温度、または温められた発熱体のセッションにおけるその後の吸入では、目標温度に達するのに必要な所定の時間が短くなりうる。したがって、随意に、電気回路は、時間に対する発熱体の電気抵抗の第二の微分値を計算するように構成され、ここで所定の時間は、第二の微分値が第二の微分値閾値以上の時である。有利なことに、第二の微分値は、加熱サイクルのそれぞれの間の所定の期間を能動的に判定することを可能にしうる。これは、より信頼性のある不具合の判定を提供しうる。
【００１４】
随意に、第二の微分値閾値はゼロである。これにより、有利なことに、電気回路が、発熱体がその使用温度に達した瞬間を特定することが可能になりうる。これは、ゼロの第二の微分値は、発熱体においてこれ以上温度変化がないことを示すためである。それ以降のヒーター温度のさらなる急激な変化は不具合のみに起因しうる。
【００１５】
本発明の第二の態様によれば、
発熱体の近位のエアロゾル形成基体を加熱するための発熱体と、
発熱体に電力を供給するための電源と、
発熱体および電源と連通する電気回路であって、
ユーザー入力に応答して加熱サイクル期間の間の発熱体への電力供給を調節し、
時間に対する電気抵抗の第二の微分値を判定し、
第二の微分値が第二の微分値閾値以上である時に不具合を判定し、
発熱体に不具合があるかどうかに基づいて発熱体に供給される電力を制御する、または発熱体に不具合があるかどうかに基づいて表示を提供するように構成される、電気回路と、を備える、電気的に作動するエアロゾル発生システムが提供される。
【００１６】
第二の微分値閾値はゼロであってもよい。第二の微分値閾値は正の値であってもよい。
【００１７】
本発明の第三の態様によれば、発熱体の近位のエアロゾル形成基体を加熱するための発熱体と、発熱体に電力を供給するための電源と、発熱体および電源と連通する電気回路であって、メモリを含み、ユーザー入力に応答して複数の個別の加熱サイクル期間中の発熱体への電力供給を調節し、各加熱サイクル中の発熱体の最大電気抵抗を判定し、ｎ個の加熱サイクルの間の発熱体の最大電気抵抗の移動平均値を計算し、ここでｎは１より大きい整数であり、発熱体の電気抵抗を計算した移動平均値と比較し、電気抵抗が移動平均値よりも閾値よりも多く大きい時に不具合を判定し、該閾値はメモリに保存されており、発熱体に不具合があるかどうかに基づいて発熱体に供給される電力を制御する、または発熱体に不具合があるかどうかに基づいて表示を提供するように構成される、電気回路と、を備える、電気的に作動するエアロゾル発生システムが提供される。
【００１８】
発熱体への所与の電力供給について、発熱体における最大温度は、利用可能なエアロゾル形成基体の量によって制限される。これは、エアロゾル形成基体の気化の潜熱のためである。そのため、発熱体における最大電気抵抗は、発熱体において利用可能なエアロゾル形成基体の量に関連しうる。例えば、エアロゾル形成基体の欠如は、複数の連続的な加熱サイクルにわたって検出される最大電気抵抗の著しい上昇をもたらしうる。したがって、空のカートリッジは、一回の吸煙から次の吸煙までの最大電気抵抗が閾値を超える場合に検出されうる。
【００１９】
ところが、発熱体におけるエアロゾル形成基体の供給は、カートリッジの寿命にわたって段階的に減少しうる。エアロゾル形成基体が枯渇し始めると、発熱体の最大抵抗もまた、連続的な吸煙にわたって漸進的に増加しうる。したがって、不具合の間、二つの連続的な吸煙の間に検出される最大抵抗に実質的な差がない場合がある。これは、空のカートリッジが迅速に検出されない場合があることを意味する。
【００２０】
したがって、有利なことに、吸煙中に検出される最大抵抗は、少なくとも２回の先の吸煙にわたって検出された最大抵抗の移動平均と比較されうる。これにより、複数の先の吸煙にわたる最大抵抗の任意の段階的な増加が、不具合の検出を阻止しないことを確実にする。
【００２１】
随意に、ｎは２〜５である。
【００２２】
随意に、電気回路は、二つの連続的な加熱サイクルにわたる不具合が判定された場合に、電力を制御するように構成される、または不具合の表示を提供するように構成される。これにより、その他の要因に起因する検出された最大抵抗の変動から生じる偽陽性が低減されうる。
【００２３】
随意に、電気回路は、加熱サイクルの開始後に所定の開始期間が経過した後にのみ不具合を判定するように構成され、該所定の開始期間はメモリに保存されている。
【００２４】
随意に、電気回路は、各加熱サイクル中に不具合があるかどうかを判定するように構成される。
【００２５】
本明細書で使用される「電気的に作動するエアロゾル発生システム」とは、一つ以上のエアロゾル形成基体からエアロゾルを発生させるシステムを意味する。
【００２６】
本明細書で使用される「エアロゾル形成基体」という用語は、エアロゾルを形成しうる揮発性化合物を放出する能力を有する基体を意味する。こうした揮発性化合物は、エアロゾル形成基体を加熱することによって放出されてもよい。
【００２７】
エアロゾル形成基体は、カートリッジ内に収容されてもよい。システムは、一つ以上のエアロゾル形成基体を加熱するためにそれに対してカートリッジが接続される装置を備えうる。電気エアロゾル発生システムは、電気的に作動するエアロゾル発生装置の中の搭載型電力供給源を再充電するための充電ユニットなど、追加的な構成要素を含んでもよい。カートリッジを提供する利点は、エアロゾル形成基体が周囲環境から保護されることである。一部の実施形態では、エアロゾル形成基体の光誘発性分解を回避できるように、周囲光も同様にカートリッジに入ることができない。さらに、高いレベルの衛生を維持することができる。
【００２８】
エアロゾル形成基体は、エアロゾル発生装置内の再充填可能な液体貯蔵部分内に収容されてもよい。エアロゾル形成基体は、エアロゾル発生システム内の再充填可能なカートリッジ内に収容されてもよい。エアロゾル形成基体は、エアロゾル発生システム内の使い捨て可能なカートリッジ内に収容されることが好ましい。該カートリッジは、単一の使用セッション後に交換されてもよく、または複数の使用セッション後に交換されてもよい。これは、ユーザーが消耗したカートリッジを安全かつ効率的な方法で交換することを可能にしうる。
【００２９】
エアロゾル形成基体は室温で液相であってもよい。本明細書で使用される場合、「液体」および「固体」という用語は、室温でのエアロゾル形成基体の状態を意味する。エアロゾル形成基体は室温で流動性液体であってもよい。液体エアロゾル形成基体については、基体のある一定の物理的特性、例えば、蒸気圧または粘性は、エアロゾル発生システムで使用するために適切になるように選ばれる。
【００３０】
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、たばこを含んでもよい。エアロゾル形成基体は、加熱に伴いエアロゾル形成基体から放出される揮発性のたばこ風味化合物を含有するたばこ含有材料を含んでもよい。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んでもよい。エアロゾル形成基体は均質化した植物由来材料を含んでもよい。エアロゾル形成基体は均質化したたばこ材料を含んでもよい。エアロゾル形成基体は少なくとも一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、使用時に密度の高い安定したエアロゾルの形成を容易にし、またシステムの作動の使用温度で熱分解に対して実質的に抵抗性のある、任意の適切な公知の化合物または化合物の混合物でありうる。適切なエアロゾル形成体は当業界で周知であり、これには多価アルコール（トリエチレングリコール、１，３−ブタンジオール、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、テトラデカン二酸ジメチルなど）が挙げられるが、これらに限定されない。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）を含んでもよい。
【００３１】
液体エアロゾル形成基体については、基体のある一定の物理的特性、例えば、蒸気圧または粘性は、エアロゾル発生システムで使用するために適切になるように選ばれる。液体は、加熱されると液体から放出される揮発性のたばこ風味化合物を含む、たばこ含有材料を含むことが好ましい。代替的にまたは追加的に、液体は非たばこ材料を含んでもよい。液体は水、エタノール、または他の溶媒、植物エキス、ニコチン溶液、および天然もしくは人工の風味を含む場合がある。液体はさらにエアロゾル形成体を含むことが好ましい。適切なエアロゾル形成体の例はグリセリンおよびプロピレングリコールである。
【００３２】
本明細書で使用される場合、「発熱体」という用語は、搭載型電力供給源によって電力供給される電気発熱体を意味する。電気発熱体は、単一の発熱体を含みうる。別の方法として、発熱体は、複数の個別の発熱体、例えば２個、または３個、または４個、または５個、または６個、またはそれ以上の発熱体を含む場合がある。発熱体（単数または複数）は、最も効果的に液体エアロゾル形成基体を加熱するように適切に配列される場合がある。
【００３３】
発熱体は抵抗発熱体であってもよい。少なくとも一つの電気発熱体は、電気抵抗性の材料を含むことが好ましい。適切な電気抵抗性の材料には例えば、ドープされたセラミックなどの半導体、「導電性」のセラミック（例えば、二ケイ化モリブデンなど）、炭素、黒鉛、金属、合金、およびセラミック材料製・金属材料製の複合材料が挙げられるが、これに限定されない。こうした複合材料は、ドープされたセラミックまたはドープされていないセラミックを含んでもよい。適切なドープされたセラミックの例としては、ドープ炭化ケイ素が挙げられる。適切な金属の例としては、チタン、ジルコニウム、タンタル、および白金族の金属が挙げられる。適切な金属合金の例には、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、クロミウム含有、アルミニウム含有、チタン含有、ジルコニウム含有、ハフニウム含有、ニオビウム含有、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、および鉄含有の合金、ならびにニッケル、鉄、コバルト、ステンレス鋼系の超合金、Ｔｉｍｅｔａｌ（登録商標）、鉄−アルミニウム系合金および鉄−マンガン−アルミニウム系合金が挙げられる。Ｔｉｍｅｔａｌ（登録商標）は、Ｔｉｔａｎｉｕｍ  Ｍｅｔａｌｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの登録商標である。複合材料において、電気抵抗性材料は、必要とされるエネルギー伝達の動態学および外部の物理化学的特性に応じて随意に、断熱材料内に包埋、断熱材料内に封入、もしくは断熱材料で被覆されてもよく、またはその逆も可である。発熱体は、二層の不活性材料の間で絶縁された、金属製でエッチング加工が施された箔を含んでもよい。その場合、不活性材料はＫａｐｔｏｎ（登録商標）、全層ポリイミドまたはマイカ箔を含んでもよい。Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）は、Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙの登録商標である。
【００３４】
抵抗発熱体は、導電性フィラメントのメッシュ、アレイまたは布の形態をとりうる。導電性フィラメントはフィラメント間の隙間を画定してもよく、隙間は１０μｍ〜１００μｍの幅を有してもよい。導電性フィラメントは１６０〜６００メッシュＵＳ（±１０％）（すなわち、１インチ当たりのフィラメント数が１６０〜６００個（±１０％））のサイズのメッシュを形成してもよい。隙間の幅は２５μｍ〜７５μｍであることが好ましい。メッシュの総面積に対する間隙の面積の比であるメッシュの開口部分の面積率は２５〜５６％が好ましい。メッシュは、異なるタイプの織り構造または格子構造を使用して形成されてもよい。別の方法として、導電性フィラメントは、互いに平行に配設されたフィラメントのアレイから成る。導電性フィラメントの直径は１０μｍ〜１００μｍとすることができ、８μｍ〜５０μｍであることが好ましく、８μｍ〜３９μｍであることがより好ましい。フィラメントは丸い断面を有してもよく、または扁平な断面を有してもよい。
【００３５】
導電性フィラメントのメッシュ、アレイまたは布の面積は小さくてもよく、２５ｍｍ2以下であることが好ましく、手持ち式システムへの組み込みが許容されることが好ましい。導電性フィラメントのメッシュ、アレイまたは布は、例えば５ｍｍ×２ｍｍの寸法の長方形であってもよい。導電性フィラメントのメッシュまたはアレイは、ヒーター組立品の面積の１０％〜５０％の面積を覆うことが好ましい。導電性フィラメントのメッシュまたはアレイは、ヒーター組立品の面積の１５〜２５％の面積を覆うことがより好ましい。
【００３６】
フィラメントは、シート材料（箔など）のエッチングによって形成されてもよい。これは、ヒーター組立品が平行のフィラメントのアレイを備える時に、特に有利である場合がある。発熱体がフィラメントのメッシュまたは布を含む場合、フィラメントは個別に形成されてもよく、まとめて編まれてもよい。
【００３７】
導電性フィラメント用の好ましい材料は、３０４、３１６、３０４Ｌ、および３１６Ｌステンレス鋼である。
【００３８】
メッシュ配置の代わりに、少なくとも一つの電気発熱体は、抵抗ヒーターコイル、または異なる導電性部分または電気抵抗性の金属チューブを有するケーシングまたは基体の形態をとってもよい。カートリッジをエアロゾル発生装置のくぼみ内に受けた時に、ヒーターは、カートリッジの少なくとも一部分を囲むように配置されうる。カートリッジは使い捨て発熱体を組み込んでもよい。別の方法として、液体エアロゾル形成基体を貫通する一つ以上の加熱用の針またはロッドも適切である場合がある。別の方法として、少なくとも一つの電気発熱体は材料の可撓性シートを含んでもよい。他の代替物としては、加熱用のワイヤまたはフィラメント、例えばＮｉ−Ｃｒ（ニッケル・クロム）、白金、タングステン、または合金製のワイヤもしくは加熱プレートが挙げられる。随意に、発熱体は剛直な担体材料内またはその上に配置されてもよい。
【００３９】
エアロゾル形成基体は、少なくとも一つの発熱体の近位に送達されて加熱される。少なくとも一つの発熱体は伝導によってエアロゾル形成基体を加熱する場合がある。発熱体は、少なくとも部分的に基体と接触する場合がある。発熱体からの熱は熱伝導性要素によって基体に伝導される場合がある。別の方法として、または追加的に、少なくとも一つの発熱体は、使用中に電気的に作動するエアロゾル発生システムを通して引き出された、入ってくる周囲空気に熱を伝達する場合があり、これが次にエアロゾル形成基体を加熱する。周囲空気はエアロゾル形成基体を通過する前に加熱されてもよい。周囲空気は、最初に基体を通して引き出され、次に加熱されてもよい。
【００４０】
温度感知は、抵抗発熱体の少なくとも電気抵抗を測定することに基づいてもよい。言い換えれば、抵抗発熱体は、温度センサーとして機能しうる。例えば、少なくとも一つの発熱体が抵抗温度係数の適切な特性を有する場合、少なくとも一つの発熱体の電気抵抗を測定することにより、発熱体の温度を確認することが可能となりうる。電気回路は、少なくとも一つの発熱体を流れる電流と少なくとも一つの発熱体の両端の電圧とを測定すること、および測定した電流および電圧から少なくとも一つの発熱体の電気抵抗を判定することで、少なくとも一つの発熱体の電気抵抗を測定するよう配置されうる。この場合、電気回路は、既知の抵抗を有し、少なくとも一つの発熱体と直列の抵抗器を備えてもよく、また、この電気回路は、既知の抵抗の抵抗器の両端の電圧を測定すること、および測定した電圧および既知の抵抗から少なくとも一つの発熱体を流れる電流を判定することによって少なくとも一つの発熱体を流れる電流を測定するよう配置され得る。したがって、エアロゾル発生システム中の大きな空間を占め、高価ともなりうる、専用の温度センサーを含める必要がない場合がある。この実施形態では、電気抵抗は、発熱体およびセンサーの両方として使用されることを強調しておく。
【００４１】
電気的に作動するエアロゾル発生システムは、カートリッジから発熱体へ液体エアロゾル形成基体を運ぶための毛細管芯をさらに備えうる。これは、エアロゾル発生装置内の可動部品の数を減少させ、したがって信頼性を向上させ、重量およびコストも低減しうる。
【００４２】
随意に、毛細管芯は、カートリッジ内の液体と接触するように配置される。随意に、毛細管芯はカートリッジ内に延びる。その場合、使用時に、液体は毛細管芯内での毛細管作用によって、カートリッジから発熱体に移動されうる。一実施形態では、毛細管芯は第一の端と第二の端とを含み、第一の端はその中の液体と接触するためにカートリッジ内に延び、また発熱体は第二の端内の液体を加熱するように配置されうる。発熱体が活性化されると、毛細管芯の第二の端での液体が少なくとも一つの発熱体によって気化され、過飽和蒸気を形成しうる。過飽和蒸気は気流と混合され、気流中で運ばれうる。流れる間に、蒸気は凝縮されてエアロゾルを形成し、エアロゾルはユーザーの口に向かって運ばれうる。液体エアロゾル形成基体は、液体が毛細管作用によって毛細管芯を通して運ばれるようにする粘性および表面張力を含む物理的特性を有しうる。
【００４３】
毛細管芯は繊維質または海綿状の構造を有してもよい。毛細管芯は一束の毛細管を含むことが好ましい。例えば、毛細管芯は複数の繊維もしくは糸、またはその他の微細チューブを含む場合がある。繊維または糸は概してエアロゾル発生システムの長軸方向に整列されてもよい。別の方法として、毛細管芯はロッド形状に形成された海綿体様または発泡体様の材料を含む場合がある。ロッド形状はエアロゾル発生システムの長軸方向に沿って延びてもよい。芯の構造は複数の小さな穴またはチューブを形成してもよく、それを通して液体を毛細管作用によって搬送することができる。毛細管芯は任意の適切な材料または材料の組み合わせを含んでもよい。適切な材料の実施例は毛細管材料であり、例えば、海綿体または発泡体材料、繊維または焼結粉末の形態のセラミック系またはグラファイト系の材料、発泡性の金属またはプラスチックの材料、例えば紡がれたかまたは押し出された繊維（酢酸セルロース、ポリエステル、または結合されたポリオレフィン、ポリエチレン、テリレンまたはポリプロピレン繊維、ナイロン繊維またはセラミックなど）でできた繊維性材料がある。毛細管芯は異なる液体物理特性で使用されるように、適切な任意の毛細管および空隙率を有する場合がある。液体は、毛細管作用により毛細管装置を通過して搬送できるようにする粘性、表面張力、密度、熱伝導率、沸点および蒸気圧を含むがこれに限定されない物理的特性を有しうる。
【００４４】
随意に、少なくとも一つの発熱体は、毛細管芯を取り巻く、および随意に毛細管芯を支持する、加熱ワイヤまたはフィラメントの形態であってもよい。通常の使用中にたくさんのエアロゾル形成基体がある時、芯の毛細管特性は、液体の特性と組み合わせられて、加熱領域内で芯が確実に常に湿潤状態であるようにしうる。
【００４５】
毛細管芯および発熱体、および随意にカートリッジは、単一の構成要素としてエアロゾル発生システムから取り外し可能であってもよい。
【００４６】
随意に、電気的に作動するエアロゾル発生システムはさらに、エアロゾルをシステムの外へと引き出すためにユーザーが吸煙しうるマウスピースをさらに備え、ここで電気回路は、ユーザー入力としてユーザーがシステムで吸煙する時を検出するための吸煙検出器を含み、電気回路は、吸煙が吸煙検出器によって検出された時に電源から発熱体に電力を供給するように構成される。吸煙検出器は、エアロゾル発生装置におけるユーザー入力装置を形成しうる。すなわち、ユーザーは、加熱サイクルを開始するために機械的ボタンを押下する必要はない場合がある。
【００４７】
マウスピースは、エアロゾル発生装置またはカートリッジのハウジングと係合するように構成されうる。随意に、マウスピースはエアロゾル発生装置と係合するように構成されており、エアロゾル発生装置とマウスピースとの組み合わせは、紙巻たばこ、葉巻、または細い葉巻などの可燃性喫煙物品の形状および寸法をまねてもよい。有利なことに、こうした実施形態では、エアロゾル発生装置とマウスピースとの組み合わせは、紙巻たばこの形状および寸法をまねてもよい。
【００４８】
マウスピースは、カートリッジ内のエアロゾル形成基体が枯渇すると、廃棄されるように設計されてもよい。
【００４９】
マウスピースは、再利用可能であるように設計されうる。マウスピースが再利用可能であるように設計された実施形態では、マウスピースは、有利なことに、カートリッジまたはエアロゾル発生装置のハウジングに取り外し可能に取り付けられるように構成されうる。
【００５０】
随意に、電気回路はマイクロプロセッサを備え、プログラマブルマイクロプロセッサを備えることがより好ましい。システムは、ソフトウェアをマイクロプロセッサ上にアップロードすることができるように、データ入力ポートまたはワイヤレスレシーバーを備えてもよい。電気回路は追加的な電気的構成要素を備えてもよい。
【００５１】
随意に、装置には異なる特性を有するカートリッジが使用されてもよい。装置には、例えば、異なるサイズの発熱体を有する二つの異なるカートリッジが提供されてもよい。例えば、より高い電力定格を有する発熱体を使用して、ユーザーにより多くのエアロゾルを送達してもよい。容量が高いカートリッジを使用して、カートリッジ交換の頻度を減少させてもよい。
【００５２】
エアロゾル発生装置はハウジングを含むことが好ましい。ハウジングは、任意の適切な材料または材料の組み合わせを含みうる。適切な材料の例としては、金属、合金、プラスチック、もしくはこれらの材料のうちの一つ以上を含有する複合材料、または食品もしくは医薬品用途に適切な熱可塑性樹脂、例えばポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、およびポリエチレンが挙げられる。材料は軽く、かつ脆くないことが好ましい。
【００５３】
電源は、任意の適切な電源であってもよく、例えば電池などの直流電圧源であってもよい。電源は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、またはリチウム系電池（例えば、リチウムコバルト電池）、リチウム鉄リン酸塩電池、チタン酸リチウム、もしくはリチウムポリマー電池であってもよい。
【００５４】
随意に、電源は再充電可能リチウムイオン電池を含みうる。電力供給源は、コンデンサーなどの別の形態の電荷蓄積装置を含みうる。電力供給源は再充電を必要とする場合がある。電力供給源は、エアロゾル発生装置の一回以上の使用のために十分なエネルギーの蓄積を可能にする容量を有してもよい。例えば、電力供給源は従来の紙巻たばこ一本を喫煙するのにかかる一般的な時間に対応する約六分間、または六分の倍数の時間にわたるエアロゾルの連続的な発生を可能にするのに十分な容量を有してもよい。別の実施例において、電力供給源は所定の吸煙回数、または不連続的な起動を可能にするのに十分な容量を有してもよい。
【００５５】
電気回路は、加熱サイクルの開始時に、電力供給源からヒーターへの電力供給を開始するように構成されてもよい。電気回路は、加熱サイクルの終了時に、電力供給源からヒーターへの電力供給を終了するように構成されてもよい。
【００５６】
電気回路は、電力供給源からヒーターへの連続的な電力供給を提供するように構成されてもよい。
【００５７】
電気回路は、電力供給源からヒーターへの断続的な電力供給を提供するように構成されてもよい。電気回路は、電力供給源からヒーターへの電力のパルス供給を提供するように構成されてもよい。
【００５８】
有利なことに、ヒーターへの電力のパルス供給は、期間中のヒーターからの全出力の制御を促進しうる。有利なことに、期間中のヒーターからの全出力を制御することは、温度の制御を促進しうる。
【００５９】
電気回路は、電力供給源からヒーターへの電力供給を変化させるように構成されてもよい。電気回路は、電力のパルス供給の負荷サイクルを変化させるように構成されてもよい。電気回路は、パルス幅および負荷サイクルの期間のうち少なくとも一つを変化させるように構成されてもよい。
【００６０】
随意に、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であってもよく、また従来の葉巻たばこまたは紙巻たばこに匹敵するサイズを持っていてもよい。喫煙システムの全長は、およそ３０ｍｍ〜およそ１５０ｍｍであってもよい。喫煙システムの外径は、およそ５ｍｍ〜およそ３０ｍｍであってもよい。
【００６１】
随意に、エアロゾル発生装置は、ユーザー入力装置を備える。ユーザー入力装置は、押しボタン、スクロールホイール、タッチボタン、タッチスクリーン、およびマイクロフォンのうちの少なくとも一つを含みうる。ユーザー入力装置は、ユーザーが、エアロゾル発生装置の動作の一つ以上の態様を制御することを可能にしうる。ユーザー入力装置は、ユーザーがヒーターへの電力供給を起動する、ヒーターへの電力供給を停止させる、またはその両方を可能にしうる。
【００６２】
本発明の第四の態様によれば、ユーザー入力に応答して加熱サイクル期間の間の発熱体への電力供給を調節することと、時間に対する発熱体の電気抵抗の第一の微分値を判定することと、該電気抵抗の第一の微分値が、加熱サイクル期間中に加熱サイクル期間内の所定の時間において、または所定の時間後にメモリに保存された閾値を超える場合に、不具合があると判定することと、発熱体に不具合があるかどうかに基づいて発熱体に供給される電力を制御する、または発熱体に不具合があるかどうかに基づいて表示を提供することとを含む、電気的に作動するエアロゾル発生システムにおける発熱体への電力供給の制御方法が提供される。
【００６３】
本発明の第五の態様によれば、ユーザー入力に応答して加熱サイクル期間の間の発熱体への電力供給を調節することと、時間に対する電気抵抗の第二の微分値を判定することと、第二の微分値が第二の微分値閾値以上である時に不具合を判定することと、発熱体に不具合があるかどうかに基づいて発熱体に供給される電力を制御する、または発熱体に不具合があるかどうかに基づいて表示を提供することとを含む、電気的に作動するエアロゾル発生システムにおける発熱体への電力供給の制御方法が提供される。
【００６４】
本発明の第六の態様によれば、ユーザー入力に応答して複数の個別の加熱サイクル中の発熱体への電力供給を調節することと、各加熱サイクル中の発熱体の最大電気抵抗を判定することと、ｎ個の先の加熱サイクルの間の発熱体の最大電気抵抗の移動平均値を計算することであって、ここでｎは１より大きい整数である、計算することと、発熱体の電気抵抗を計算した移動平均値と比較することと、電気抵抗が移動平均値よりも閾値よりも多く大きい時に不具合を判定することであって、該閾値はメモリに保存されている、判定することと、発熱体に不具合があるかどうかに基づいて発熱体に供給される電力を制御する、または発熱体に不具合があるかどうかに基づいて表示を提供することと、を含む、電気的に作動するエアロゾル発生システムにおける発熱体への電力供給の制御方法が提供される。
【００６５】
本発明の第七の態様によれば、電気的に作動するエアロゾル発生システム内のプログラム可能電気回路上でコンピュータプログラム製品が実行される時、上述の工程を実施するように、ソフトウェアコード部分を備えるマイクロプロセッサの内部メモリへと直接的にロードできるコンピュータプログラム製品が提供され、システムはエアロゾル形成基体を加熱するための発熱体と、発熱体に電力を供給するための電源とを備え、電気回路は電気ヒーターおよび電源に接続され、電気回路は、発熱体の電気抵抗を検出するように構成される。
【００６６】
誤解を避けるために、本発明の一つの態様に関する上述の特徴は、本発明の他の態様に適用されてもよい。さらに、一つの態様に関する記述の特徴は、別の態様の特徴と組み合わせて使用されてもよい。
【００６７】
ここで、例証としてのみであるが、以下の添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１ａ】図１ａは、本発明の実施形態によるシステムの概略図である。
【図１ｂ】図１ｂは、本発明の実施形態によるシステムの概略図である。
【図１ｃ】図１ｃは、本発明の実施形態によるシステムの概略図である。
【図１ｄ】図１ｄは、本発明の実施形態によるシステムの概略図である。
【図２】図２は、図１ａ〜図１ｄに示したシステムで使用するカートリッジの分解組立図である。
【図３】図３は、図２に示すカートリッジ内のヒーター組立品のヒーターフィラメントの詳細図であり、フィラメント間の液体エアロゾル形成基体のメニスカスを示す。
【図４】図４は、複数の吸煙中のヒーター組立品の電気抵抗の変化を示すプロットである。
【図５】図５は、図４に示す複数の吸煙に対応する、時間に対するヒーター組立品の電気抵抗の第一の微分値を示すプロットである。
【図６】図６は、図４に示す複数の吸煙に対応する、時間に対するヒーター組立品の電気抵抗の第一の微分値を示すプロットである。
【図７】図７は、複数の連続的な吸煙に対応する、ヒーター組立品の最大電気抵抗の増加を示すプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００６９】
図１ａ〜１ｄは、本発明の実施形態による電気加熱式エアロゾル発生システムの概略図である。エアロゾル発生システムは、エアロゾル発生装置１０とカートリッジ２０とを備える。
【００７０】
カートリッジ２０は、カートリッジハウジング２４内にエアロゾル形成基体を収容し、装置内のくぼみ１８内に受けられるように構成される。カートリッジ２０は使い捨て可能なカートリッジである。ユーザーは、カートリッジ内のエアロゾル形成基体が枯渇した時に、カートリッジ２０を交換しうる。カートリッジは、カートリッジハウジング２４への密封シールを提供するための取り外し可能なシール２６を含む。これにより、カートリッジハウジング２４内に収容されるエアロゾル形成基体を、その最初の使用前に環境から遮蔽することが可能になりうる。図１ａは、装置への挿入直前のカートリッジ２０を示し、図１ａの矢印１は、カートリッジの挿入方向を示す。
【００７１】
エアロゾル発生装置１０は携帯型であり、従来の葉巻たばこまたは紙巻たばこに匹敵するサイズを有する。装置１０は、本体１１およびマウスピース部分１２を含む。本体１１は、電池１４（リン酸鉄リチウム電池など）、電気回路１６、およびくぼみ１８を含有する。電気回路１６はプログラマブルマイクロプロセッサを備える。マウスピース部分１２は、ヒンジ付接続部２１によって本体１１に接続され、図１ａに示す開位置と図１ｄに示す閉位置との間で移動可能である。マウスピース部分１２は、カートリッジ２０の挿入および除去が許容されるように開位置に置かれ、またシステムがエアロゾルの発生に使用される時に閉位置に置かれる。マウスピース部分は、複数の空気吸込み口１３および空気出口１５を備える。使用時に、ユーザーは出口を吸うかまたは吸入して、空気を空気吸込み口１３からマウスピース部分を通して出口１５に引き出し、その後、ユーザーの口または肺に入る。内部バッフル１７は、マウスピース部分１２を通してカートリッジを通過する空気の流れを強制するために提供される。
【００７２】
くぼみ１８は円形断面を持ち、カートリッジ２０のハウジング２４を受けるサイズである。電気コネクター１９は、制御電子回路１６および電池１４とカートリッジ２０の対応する電気接点との間に電気的接続を提供するために、くぼみ１８の側部に提供される。
【００７３】
図１ｂは、カートリッジがくぼみ１８に挿入され、取り外し可能なシール２６が除去された図１ａのシステムを示す。この位置で、電気コネクターは、カートリッジ上の電気接点に対して置かれている。
【００７４】
図１ｃは、剥離可能なシール２６が除去され、マウスピース部分１２が閉位置に移動される図１ｂのシステムを示す。
【００７５】
図１ｄは、マウスピース部分１２が閉位置にある図１ｃのシステムを示す。マウスピース部分１２は、留め金機構によって閉位置に保持される。閉位置にあるマウスピース部分１２は、システムの向きに関係なく、使用時に良好な電気的接続が維持されるように、カートリッジを電気コネクター１９と電気的に接触した状態に保つ。
【００７６】
図２は、カートリッジ２０の分解組立図である。カートリッジハウジング２４は、くぼみ１８内に受けられるように選択されるサイズおよび形状を有する。ハウジングは、液体エアロゾル形成基体内に浸された毛細管材料２７、２８を含む。この例では、エアロゾル形成基体は、３９重量パーセントのグリセリン、３９重量パーセントのプロピレングリコール、２０重量パーセントの水および風味剤、および２重量パーセントのニコチンを含む。毛細管材料は、液体濃度の相対的な差に基づいて、液体を一方の端から他方へ能動的に運ぶ材料である。毛細管材料は、任意の適切な材料から作製されうる。この例では、毛細管材料はポリエステルから形成される。
【００７７】
カートリッジハウジング２４は、ヒーター組立品３０が固定される開放端を有する。ヒーター組立品３０は、その中に開口部３５が形成された基体３４と、基体に固定されかつギャップ３３により相互に分離された一対の電気接点３２と、開口部を横切って開口部３５の反対側にある電気接点に固定された複数の導電性ヒーターフィラメント３６とを含む。
【００７８】
ヒーター組立品３０は、剥離可能なシール２６によって覆われる。剥離可能なシール２６は、ヒーター組立品３０に接着されるが簡単に剥がすことができる、液体不透過性プラスチックシートを含む。剥がす時にユーザーが剥離可能なシール２６を掴むことができるように、タブが剥離可能なシール２６の側面に提供されている。接着は不浸透性プラスチックシートをヒーター組立品に固定する方法として説明されているが、消費者によってカバーが簡単に除去されうる限り、ヒートシールまたは超音波溶接を含めた当業者が精通している他の方法も使用してもよいことが、当業者には明らかとなろう。
【００７９】
図２のカートリッジには別個の二つの毛細管材料２７、２８がある。第一の毛細管材料２７のディスクが、使用時にヒーター要素３６、３２と接触するように提供されている。第二の毛細管材料２８の大きい方の本体はヒーター組立品への第一の毛細管材料２７の反対側に提供されている。第一の毛細管材料および第二の毛細管材料はどちらも、液体エアロゾル形成基体を保持する。ヒーター要素と接触する第一の毛細管材料２７は第二の毛細管材料２８よりもより高い熱分解温度（少なくとも１６０℃以上、例えば約２５０℃など）を有する。第一の毛細管材料２７は第二の毛細管材料がその熱分解温度を上回る温度に晒されないように、ヒーター要素３６、３２を第二の毛細管材料２８から分離するスペーサーとしての役目を効果的に果たす。第一の毛細管材料全体での熱勾配は第二の毛細管材料がその熱分解温度を下回る温度に晒されるようにするためである。第二の毛細管材料２８は第一の毛細管材料２７への優れた芯の性能を持つものを選択でき、単位体積あたり第一の毛細管材料よりも多くの液体を保持でき、また第一の毛細管材料よりも安価なものとしうる。この例では第一の毛細管材料はガラス繊維またはガラス繊維を含む要素などの耐熱素子であり、また第二の毛細管材料は適切な毛細管材料などのポリマーである。例示的な適切な毛細管材料としては、本明細書で考察した毛細管材料が挙げられ、また代替的な実施形態では、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が挙げられうる。
【００８０】
毛細管材料２７、２８は、ハウジング２４内で液体をヒーター組立品３０に運ぶのに有利に方向付けられる。カートリッジが組み立てられる時、ヒーターフィラメント３６は毛細管材料２７と接触してもよく、そのためエアロゾル形成基体はメッシュヒーターに直接運ぶことができる。図３は、ヒーター組立品３０のフィラメント３６の詳細図であり、ヒーターフィラメント３６間の液体エアロゾル形成基体のメニスカス４０を示す。ヒーター組立品３０により発生されたほとんどの熱がエアロゾル形成基体内に直接入るように、エアロゾル形成基体はそれぞれのフィラメント３６のほとんどの表面に接触することがわかる。
【００８１】
そのようにして、通常動作では、液体エアロゾル形成基体はヒーターフィラメント３６の表面の大きい部分に接触する。ところが、カートリッジ内の液体基体のほとんどが使用された時、ヒーターフィラメント３６に送達される液体エアロゾル形成基体はより少なくなる。気化する液体がより少ないと、気化のエンタルピーによって取り上げられるエネルギーがより小さくなり、ヒーターフィラメント３６に供給されるエネルギーのより多くが、ヒーターフィラメントの温度を上げることに向けられる。同様に、目標温度を維持するために必要なエネルギーはまた、ヒーターフィラメント３６が乾燥するにつれて減少する。ヒーターフィラメント３６は、カートリッジ内のエアロゾル形成基体が枯渇したため、乾燥する場合がある。あるいは、可能性は低いが、ヒーターフィラメント３６は、ユーザーが非常に長いまたは非常に頻繁な吸煙を行い、かつ液体を気化するのと同程度に速くヒーターフィラメント３６に送達することができないため、乾燥する場合がある。
【００８２】
使用時に、ヒーター組立品３０は抵抗加熱により動作する。電流は、制御電子回路１６の制御に基づき、フィラメント３６を通過し、フィラメントを望ましい温度範囲内に加熱する。フィラメントのメッシュまたはアレイは、高い温度がフィラメントに局所化されるように電気接点３２および電気コネクター１９よりも著しく高い電気抵抗を持つ。これにより、エアロゾル発生装置１０の他の部品に対する熱損失が最小化される。この実施例では、システムはユーザーの吸煙に応答して電流をヒーター組立品３０に提供することによって熱を発生するように構成される。
【００８３】
システムは、マウスピース部分を通してユーザーが空気を吸い込んだ時、検出するように構成された吸煙センサーを含む。吸煙センサー（図示せず）は制御電子回路１６に接続され、制御電子回路１６は、ユーザーが装置を吸煙していることが判定された時にのみ電流をヒーター組立品３０に供給するよう構成される。マイクロフォンまたは圧力センサーなどの、任意の適切な気流センサーが吸煙センサーとして使用されてもよい。
【００８４】
ヒーターフィラメントの温度の増加を検出するために、電気回路１６はヒーターフィラメントの電気抵抗を測定するように構成される。この実施例のヒーターフィラメントは、ステンレス鋼から形成され、そのため正の温度抵抗係数を持つ。加えて、こうした吸煙により作動するシステムでは、高電流パルスを使用して短時間のバーストで熱が発生されるため、比較的高い比熱容量を有するステンレス鋼フィラメントが理想的である。
【００８５】
ヒーターフィラメント３６の温度が上昇するとその電気抵抗も上昇する。別の実施形態では、ヒーターフィラメント３６は、負の抵抗係数を有する材料から形成されてもよく、このために、ヒーターフィラメントの温度が上昇すると、それらの電気抵抗が減少する。
【００８６】
図４は、それぞれユーザー吸煙に対応する複数の加熱サイクル中の、ヒーターの抵抗の検出された変化を示すプロットである。加熱サイクルのそれぞれは、期間Δｔの間継続する。ｘ軸は時間を表し、ｙ軸はヒーター組立品３０における検出された電気抵抗を表す。図４に示すように、複数の異なる加熱サイクルの間：１）ヒーターフィラメント３６がエアロゾル形成基体で浸される、つまり、通常の動作条件下での加熱サイクル５００の間、２）不十分なエアロゾル形成基体の供給がヒーターフィラメント３６に提供される、すなわち、液体基体がヒーターフィラメント３６において十分には補充されない、加熱サイクル５０２の間、および３）ヒーターフィラメントのエアロゾル形成基体が枯渇した加熱サイクル５０４の間、の電気抵抗の変化が検出される。
【００８７】
ヒーター組立品３０は、初期抵抗ＲRefを有する。該初期抵抗ＲRefはヒーター組立品３０の固有の特性である。これは、室温におけるヒーター組立品３０の基準抵抗を示す。初期抵抗ＲRefは、室温における寄生抵抗性ＲPとヒーターフィラメントの抵抗Ｒ0との組み合わせである。したがって、Ｒ0はＲ0＝ＲRef−ＲPから判定することができる。寄生抵抗ＲPは、電気接点３２および電気コネクター１９ならびにそれらの間の接点からもたらされる抵抗である。
【００８８】
一部の場合では、新たなカートリッジ２０の初期抵抗ＲRefは、任意の電力が印加される前に少なくとも１回測定されうる。検出システムは、新たなカートリッジ２０が挿入された時を判定するために使用される。一部の場合では、ＲRefは、各カートリッジについて１回のみ測定されうる。別の方法として、ＲRefはシステムがスイッチをオンされるたびに測定されてもよい。好ましい実施形態では、電気回路は、ヒーターフィラメント３６への電力供給が停止された後の所定の期間の測定値ＲRefを周期的に測定するように構成される。所定の期間は約３分、またはヒーターフィラメント３６をその使用温度から周囲温度に戻すのに必要な任意の適切な時間としうる。こうしたＲRefに対する周期的な更新は、電気回路を再調整して、周囲温度の変化およびヒーターフィラメント３６の状態の変化を補償するために使用されうる。
【００８９】
ユーザーが吸煙する間にヒーター組立品３０に電力が印加されると、ヒーターフィラメント３６の温度が周囲温度から上昇する。これにより、ヒーターフィラメント３６の電気抵抗Ｒが上昇する。ただし、寄生抵抗性ＲPは一定のままであると仮定される。これは、ＲPが電気接点３２および電気コネクター１９などの加熱されない構成要素を原因とするためである。さらに、ＲPの値はすべてのカートリッジに対して同一であり、カートリッジを変えることによって影響を受けないものと仮定される。特定のエアロゾル発生装置２０に対する寄生抵抗ＲP値は、電気回路のメモリに保存される。
【００９０】
ヒーターフィラメント３６の抵抗は、対象の温度範囲におけるその温度に直線的に関連する。したがって、電気抵抗を能動的に測定することによって、電気回路はヒーター組立品３０におけるヒーター温度を判定することができる。図４に示すように、電気回路は、検出された電気抵抗Ｒが最大ヒーター抵抗閾値ＲMaxを超えて上昇すると加熱を停止する。該最大ヒーター抵抗閾値ＲMaxは、最大許容温度に対応する。十分なエアロゾル形成基体がヒーターフィラメント３６に供給される通常の条件下では、ヒーター抵抗は、最大ヒーター抵抗閾値ＲMaxを超えて上昇することができない場合がある。したがって、電気回路は、該最大ヒーター抵抗閾値ＲMaxに達した場合に、ヒーターフィラメント３６を冷却するには不十分なエアロゾル形成基体の供給があると判定するように構成される。これは加熱サイクル５０２および５０４に示されている。しかしながら、この方法は、不具合を検出することができる前に、ヒーター温度を高いレベルまで上昇させる必要がある。これは、発生したエアロゾル中に望ましくない化合物の生成を生じさせうる。
【００９１】
図４は、エアロゾル形成基体の枯渇時にヒーター抵抗Ｒが上昇することを示すだけではなく、エアロゾル形成基体が不十分である場合には吸煙の後半部分においてヒーター抵抗Ｒが急速に上昇することも示している。したがって、本発明による実施形態では、エアロゾル形成基体の枯渇は、時間に対する電気抵抗の第一の微分値ｄＲ／ｄｔを監視することによって判定される。言い換えれば、本実施形態はヒーター抵抗の変化の速度を監視する。これは図５に図示されており、図５は、図４の加熱サイクル５００、５０２および５０４に対応する、加熱サイクル５１０、５１２および５１４のそれぞれの間の電気抵抗の変化の速度を示す。必要な精度に応じて、ｄＲの変化を検出するためのサンプリング期間ｄｔは１ミリ秒〜１秒の範囲である。
【００９２】
吸煙の開始時、ヒーター組立品３０は周囲温度にある。温度は、エアロゾル形成基体の気化が生じるまで急速に上昇する。この加熱期間は、昇温段階と称されうる。ヒーターフィラメント３６で利用可能なエアロゾル形成基体の量に関係なく、加熱サイクル５１０、５１２および５１４のすべては、ヒーター抵抗の変化の速度が昇温段階全体にわたって徐々に減少する、同様の傾向を呈する。したがって、この方法は、昇温期間中に検出された電気抵抗の変化の速度の分析のみに基づく場合には、基体の枯渇を判定するには十分な信頼性がない場合がある。したがって、電気回路は、加熱サイクルの開始から、例えば、吸煙の開始から、所定の期間ｔminが経過した後にのみ不具合があるかどうかを判定するように構成される。
【００９３】
所定の期間ｔminが経過した後、異なる加熱サイクル５１０、５１２および５１４で検出される電気抵抗Ｒの変化の速度は、異なり始める。加熱サイクル５１０では、ヒーターフィラメント３６の温度上昇の速度はゆっくりと減少する。その結果、電気抵抗の第一の微分値ｄＲ／ｄｔは、加熱サイクルの間に段階的に減少する。
【００９４】
ところが、不十分なエアロゾル形成基体の供給がヒーターフィラメント３６に提供される場合、図５の加熱サイクル５１２および５１４に示すように、電気抵抗の増加の速度は、加熱サイクルの終了にむかって急激に上昇する。これは、気化されたエアロゾル形成基体がヒーターフィラメント３６において迅速に補充されないためである。そのため、ヒーターフィラメント３６における初期エアロゾル形成基体が気化されてヒーターフィラメントにおける基体の量が減少すると、ヒーターフィラメントにおける温度が急速に上昇する。
【００９５】
図５に示すように、電気回路は、ヒーター抵抗の第一の微分値ｄＲ／ｄｔが、所定の期間の経過時に直ちに、または所定の期間の経過後のいずれかで最大の第一の微分値閾値ｄＲ／ｄｔmaxを超えて上昇する場合に乾燥ヒーターフィラメント３６を判定するように構成される。加熱サイクル５１２では、エアロゾル形成基体の供給が不十分である。加熱サイクルの最初の部分では、エアロゾル形成基体が十分であるため、所定の期間ｔminが経過した後、第一の微分値ｄＲ／ｄｔは、最大の第一の微分値閾値ｄＲ／ｄｔmax未満のままである。しかしながら、エアロゾル形成基体は十分に迅速に補充されないため、加熱サイクルが進むにつれて、ヒーターフィラメント３６の温度の変化の速度が再び上昇し、最大の第一の微分値閾値ｄＲ／ｄｔmaxを超える。これは、ヒーターフィラメント３６におけるエアロゾル形成基体の量が不十分であることを示す。
【００９６】
対照的に、吸煙５１４に図示するように空またはほぼ空のカートリッジについては、加熱前のヒーターフィラメント３６における残留エアロゾル形成基体の量は非常に限られた量である。したがって、所定の期間ｔminが経過した際、第一の微分値ｄＲ／ｄｔはすでに最大の第一の微分値閾値ｄＲ／ｄｔmaxを超えている。その結果、電気回路は、所定の期間ｔminの経過直後に不具合を判定する。
【００９７】
この実施形態では、電気回路は、所定の期間ｔminの経過時に直ちに、または所定の期間ｔminの経過後のいずれかで、電気抵抗の第一の微分値ｄＲ／ｄｔが最大の第一の微分値閾値ｄＲ／ｄｔmaxを超えたことを検出するのに伴いヒーター組立品３０への電力供給を停止するように構成される。さらに、または別の方法として、点滅するＬＥＤ信号などの視覚的警告が、カートリッジ交換を促すためにユーザーに与えられてもよい。電気回路は、カートリッジ交換が実行されたことを検出するまでは、再び別の加熱サイクルを開始しない場合がある。これにより、ユーザーの体験が、不十分な液体基体の供給、またはヒーターフィラメント３６におけるその完全な枯渇によって影響を受けないことが確実になる。
【００９８】
別の実施形態では、電気回路は、電気抵抗の第一の微分値ｄＲ／ｄｔが最大の第一の微分値閾値ｄＲ／ｄｔmaxを超えて上昇したことを検出したときに、直ぐには電力供給を停止しない。代わりに、電気回路は、一回以上のさらなる吸煙のための電力供給を継続するとともに、不具合を判定し続ける。電気回路は、二つ以上の連続的な加熱サイクルにわたる乾燥ヒーターフィラメント３６を判定すると、こうした不具合を確認するのみであってもよい。これにより、より信頼性のある判定が可能になり、ユーザーが不必要にカートリッジを廃棄しないことが確実になる。
【００９９】
エアロゾル発生システムは、一日の間の異なる期間にわたって、または異なる気候条件を有する複数の場所において使用されうる。したがって、周囲温度が使用中に著しく変化する場合がある。昇温段階は、発熱体が周囲温度から昇温するのにかかる時間であるため、周囲条件が変化するのに伴い所定の期間ｔminもまた変化する。したがって、該所定の期間ｔminの判定は、時間に対する電気抵抗の第二の微分値に基づいて能動的に判定されうる。これにより、最も早い機会で不具合の判定を開始することが可能になる。
【０１００】
図６は、加熱サイクル５２０、５２２および５２４の間のヒーター組立品の電気抵抗の第一の微分値ｄＲ／ｄｔを示す。加熱サイクル５２０、５２２および５２４は、それぞれ図４の加熱サイクル５００、５０２および５０４に対応する。この場合、電気回路は、点ｔcheckに示すように、時間に対する電気抵抗の第二の微分値ｄ2Ｒ／ｄｔ2がゼロに達することを検出すると不具合を判定するように構成される。たとえば、ｔcheckは、ヒーター抵抗の第一の微分値ｄＲ／ｄｔに変化が生じない点である。より具体的には、これは、気化された基体を交換するのに十分に迅速にエアロゾル形成基体が補充されない結果として温度変化の速度が上昇し始める点である。
【０１０１】
ヒーターフィラメント３６がエアロゾル形成基体で浸される加熱サイクル５２０では、第二の微分値ｄ2Ｒ／ｄｔ2は、吸煙が終了する前にゼロに達しない。そのため、電気回路は、第一の微分値を閾値と比較する必要はない。したがって、この方法は、電気回路における処理電力を最小化しうる。
【０１０２】
対照的に、加熱サイクル５２２における第二の微分値ｄ2Ｒ／ｄｔ2は、最大の第一の微分値閾値ｄＲ／ｄｔmax未満のレベルでゼロに達する。その結果、電気回路は、最大の第一の微分値閾値ｄＲ／ｄｔmaxを超えるまで、第一の微分値ｄＲ／ｄｔの上昇を監視し続ける。その後、電気回路は乾燥ヒーター組立品３０を判定する。加熱サイクル５２２について、所定の期間または第二の微分法ｄ2Ｒ／ｄｔ2の適用は、不具合の判定のタイミングに影響を及ぼさない。
【０１０３】
一方で、第二の微分法の適用により、加熱５２４における乾燥ヒーター組立品３９の判定をより早く行うことが可能になる。加熱サイクル５２４は、カートリッジが空またはほぼ空のときに行われる。電気回路は、図５の加熱サイクル５１４に示すように、所定の期間ｔminの経過の前にこうした不具合を判定することができる。したがって、電気抵抗の第二の微分値ｄ2Ｒ／ｄｔ2に基づく不具合の判定は、カートリッジが空またはほぼ空の場合により早く電力供給を停止することを可能にする。
【０１０４】
別の実施形態では、不具合は、単に電気抵抗の第二の微分値ｄ2Ｒ／ｄｔ2を監視することによって判定されうる。第二の微分値がゼロよりも大きい正の値を有すると直ぐに、不具合が判定されうる。この場合もやはり、二つの連続的な加熱サイクルにわたる正の値の第二の微分値が、不具合が判定される前に必要となる場合がある。
【０１０５】
異なる実施形態では、電気回路は、複数の連続的な吸煙にわたって検出される最大電気抵抗Ｒを比較することで不具合を判定する。これは、加熱サイクルの連続における電気抵抗Ｒのプロットである図７に図示されている。図７に示す加熱サイクルは、ヒーターフィラメント３６がエアロゾル形成基体で浸される、通常の動作条件下で行われる加熱サイクル５３０ａ〜ｆ、および不十分な量のエアロゾル形成基体がヒーターフィラメント３６に提供される不具合下で行われる加熱サイクル５３２を含む。
【０１０６】
この実施形態では、電気回路は、加熱サイクルの開始後に続く、所定の期間ｔminの経過後の最大電気抵抗Ｒmaxを検出する。図５に示す実施形態と同様に、所定の期間ｔminは加熱サイクルの開始時に開始する。最大電気抵抗Ｒmax1~Ｒmax6はそれぞれ、それぞれの加熱サイクル５３０ａ〜５３０ｆにおいて検出される。最大電気抵抗Ｒmax1−Ｒmax6は連続的な加熱サイクルそれぞれと共に増加する。これは、二つの機構に起因しうる。第一に、第一の吸煙が周囲温度においてヒーター組立品３０で開始する一方で、連続的な吸煙はより高温においてヒーター組立品３０で開始しうる。これは、連続的な吸煙の間、ヒーター組立品３０が次の加熱サイクルが開始する前に周囲温度にまで冷却されない場合があるためである。第二に、エアロゾル形成基体が枯渇し始めると、ヒーター組立品３０への基体の流れは連続的な吸煙それぞれと共に減速する。
【０１０７】
連続的なサイクルにわたる最大電気抵抗で観察されるこうした段階的かつ漸進的な増加のため、任意の二つの連続的な吸煙の間で検出される最大抵抗に実質的な差がない場合がある。これは、一部の状況では空のカートリッジの開始が検出できない場合があることを意味する。
【０１０８】
これに対処するために、電気回路は、検出した最大電気抵抗Ｒmaxを、ｎ個の先の吸煙または加熱サイクルで検出された最大電気抵抗の移動平均Ｒmax_AVと比較することによって不具合を判定する。より具体的には、電気回路は、加熱サイクル中の最大電気抵抗と移動平均値との間の差（Ｒmax−Ｒmax_AV）が所定の閾値ΔＲmax_offsetを超える場合（つまり、Ｒmax＞（Ｒmax_AV＋ΔＲmax_offset））に不具合を判定する。
【０１０９】
本実施例における、移動平均Ｒmax_AVを計算するための先の加熱サイクル数ｎは４である。したがって、図７に示すように、加熱サイクル５３２に対するＲmax_AVは、Ｒmax3、Ｒmax4、Ｒmax5およびＲmax6の平均値である。電気回路は、加熱サイクル５３２中に検出された最大電気抵抗Ｒmaxを移動平均とＲmax_AV比較し、比較に基づいて不具合を判定する。これは、このインスタンスにおける最大抵抗Ｒmaxが移動平均と所定閾値の合計（Ｒmax_AV＋ΔＲmax_offset）を超えるためである。
【０１１０】
先の加熱サイクルがないため、複数の連続的な加熱サイクルにおける第一の加熱サイクル５３０ａ中は、比較のための移動平均Ｒmax_AVがない。第一の加熱サイクル５３０ａ中に検出される最大電気抵抗Ｒmax1は、その後、第二の加熱サイクル５３０ｂに対する移動平均Ｒmax_AVとしての役割を果たす。一方、第一の加熱サイクル５３０ａおよび第二の加熱サイクル５３０ｂの間にそれぞれ検出される最大電気抵抗Ｒmax1およびＲmax2は、第三の加熱サイクル５３０ｃに対する更新された移動平均Ｒmax_AV（例えば、Ｒmax_AV＝（Ｒmax1＋Ｒmax2）／２）を計算するために使用される。同様に、最初の三つの加熱サイクル５３０ａ〜５３０ｃの間に検出される最大電気抵抗Ｒmax1、Ｒmax2、Ｒmax3は、第四の加熱サイクル５３０ｄに対する更新された移動平均Ｒmax_AV（例えば、Ｒmax_AV＝（Ｒmax1＋Ｒmax2＋Ｒmax3）／３）を計算するために使用される。
【０１１１】
一般的に、加熱サイクルＰに対する移動平均Ｒmax_AVは、Ｒmax_AV＝（Ｒmax_P-n＋Ｒmax_P-(n-1)…Ｒmax_P-1）／ｎによって取得され、ここでＰはｎよりも大きい。
【０１１２】
移動平均の適用により、電気回路が、加熱サイクルにおいて検出される最大抵抗Ｒmaxを、先の加熱サイクルの数を表す平均値と比較することが可能になる。これにより、先の加熱サイクルにおいて検出される小さな増加量を蓄積することを可能にし、同時にこれにより電気回路がエアロゾル形成基体の枯渇をより迅速に検出することが可能になる。
【０１１３】
さらに、気流がヒーター組立品を通過する時に、測定される温度を著しく低下させうる。従って、上記の実施形態のすべてにおいて、エアロゾル発生装置は、ユーザーの吸煙中の気流量を検出するための気流センサーをさらに備える。電気回路は、検出された気流量に基づいて、検出された電気抵抗Ｒを補正するように構成される。補正は、装置のメモリに保存されている数学関数によって、またはルックアップテーブルを参照することのいずれかで行われうる。これにより、不具合を判定するために使用される前に、任意の抵抗Ｒを補正することが可能になる。こうした補正により、不具合のより正確な判定が提供される。
【０１１４】
様々な実施形態に記載の方法は、互いに組み合わせて使用されてもよく、または単一システム内の選択可能なオプションとして使用されてもよい。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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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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【国際調査報告】
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