(57)【要約】  空気吸込み口（５０）と、空気出口（５２）と、空気吸込み口（５０）と空気出口（５２）との間に第一の方向に延びる気流通路と、気流通路内の、エアロゾル形成基体を加熱するための発熱体（３０）と、気流通路に沿った第一の位置における第一の温度を測定するための第一の温度センサー（８０）と、第一のセンサーから第一の方向に間隙を介した、気流通路に沿った第二の位置における第二の温度を測定するための第二の温度センサー（８２）と、測定された第一の温度および測定された第二の温度に基づいて、装置（２０）の動作パラメータを制御するように構成されたコントローラ（１４）と、を備える、エアロゾル発生装置（２０）。【選択図】図１
2021510504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアロゾル発生装置であって、
空気吸込み口と、
空気出口と、
前記空気吸込み口と前記空気出口との間に第一の方向に延びる気流通路と、
光源と、
前記気流通路内の、エアロゾル形成基体を加熱するための発熱体であって、前記光源から光を受け、表面プラズモン共鳴によって熱を発生させるように配置された複数の金属ナノ粒子を含む、発熱体と、
前記気流通路に沿った第一の位置における第一の温度を測定するための第一の温度センサーと、
前記第一のセンサーから前記第一の方向に間隙を介した、前記気流通路に沿った第二の位置における第二の温度を測定するための第二の温度センサーと、
前記測定された第一の温度および前記測定された第二の温度に基づいて、前記装置の動作パラメータを制御するように構成されたコントローラと、を備える、エアロゾル発生装置。
【請求項２】
前記発熱体が、金属ナノ粒子の複数の個別領域を含み、前記複数の個別領域が前記発熱体において互いに間隙を介している、請求項１に記載のエアロゾル発生装置。
【請求項３】
前記光源が複数の光源を含み、前記光源の少なくとも一つが前記複数の金属ナノ粒子の一部分のみを照射するように配置される、請求項１または２に記載のエアロゾル発生装置。
【請求項４】
エアロゾル発生装置であって、
空気吸込み口と、
空気出口と、
前記空気吸込み口と前記空気出口との間に第一の方向に延びる気流通路と、
前記気流通路内の、エアロゾル形成基体を加熱するための発熱体と、
前記気流通路に沿った第一の位置における第一の温度を測定するための第一の温度センサーと、
前記第一のセンサーから第一の方向に間隙を介した、前記気流通路に沿った第二の位置における第二の温度を測定するための第二の温度センサーと、
前記測定された第一の温度および前記測定された第二の温度に基づいて、前記装置の動作パラメータを制御するように構成されたコントローラと、
前記エアロゾル形成基体を含む液体貯蔵部分と、
前記エアロゾル形成基体を前記液体貯蔵部分から前記発熱体へとポンピングするためのポンプと、を備え、
前記装置の前記動作パラメータが、前記液体貯蔵部分から前記発熱体への前記エアロゾル形成基体の流量を含み、前記コントローラが、前記測定された第一の温度および前記測定された第二の温度に基づいて、前記エアロゾル形成基体の流量を制御するように構成される、エアロゾル発生装置。
【請求項５】
前記発熱体が、複数の加熱セクションを備え、前記第一の温度センサーおよび前記第二の温度センサーのそれぞれが、前記発熱体のそれぞれの加熱セクションに位置付けられる、請求項１〜４のいずれか一項に記載のエアロゾル発生装置。
【請求項６】
前記コントローラが、前記複数の加熱セクションにわたる温度分布を判定し、前記判定された温度分布に基づいて、前記複数の加熱セクションに供給される電力を制御するように構成される、請求項５に記載のエアロゾル発生装置。
【請求項７】
エアロゾル発生装置であって、
空気吸込み口と、
空気出口と、
前記空気吸込み口と前記空気出口との間に第一の方向に延びる気流通路と、
前記気流通路内の、エアロゾル形成基体を加熱するための発熱体と、
前記気流通路に沿った第一の位置における第一の温度を測定するための第一の温度センサーであって、前記第一の位置が前記発熱体における位置であり、前記第一の温度が前記第一の位置における前記発熱体の温度である、第一の温度センサーと、
前記第一のセンサーから前記第一の方向に間隙を介した、前記気流経路に沿った第二の位置における第二の温度を測定するための第二の温度センサーであって、前記第二の位置が前記発熱体の下流の位置であり、前記第二の温度が前記第二の位置における前記気流通路の周囲温度である、第二の温度センサーと、
前記気流通路に沿った第三の位置における第三の温度を測定するための第三の温度センサーであって、前記第三の位置が前記発熱体の上流の位置であり、前記第三の温度が前記第三の位置における前記気流通路の周囲温度である、第三の温度センサーと、
前記測定された第一の温度、前記測定された第二の温度、および前記測定された第三の温度に基づいて、前記装置の動作パラメータを制御するように構成される、コントローラと、を備える、エアロゾル発生装置。
【請求項８】
前記コントローラが、前記発熱体にわたる温度分布を判定し、前記判定された温度分布に基づいて、前記動作パラメータを制御するように配置される、請求項１〜７のいずれかに記載のエアロゾル発生装置。
【請求項９】
前記装置の前記動作パラメータが、前記発熱体の温度を含み、前記コントローラが、前記測定された第一の温度および前記測定された第二の温度に基づいて、前記発熱体の少なくとも一部分の出力温度を制御するように構成される、請求項１〜８のいずれかに記載のエアロゾル発生装置。
【請求項１０】
前記コントローラが、前記測定された第一の温度および前記測定された第二の温度に基づいて、前記気流通路を通した気流量を判定するように構成される、請求項１〜９のいずれかに記載のエアロゾル発生装置。
【請求項１１】
前記コントローラが、前記判定された気流量に基づいて、前記動作パラメータを制御するように構成される、請求項１０に記載のエアロゾル発生装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載のエアロゾル発生装置と、エアロゾル形成基体を含むエアロゾル発生物品とを備える、エアロゾル発生システム。
【請求項１３】
エアロゾル発生装置を制御する方法であって、前記エアロゾル発生装置が、光源、および気流通路内に第一の方向に延びる発熱体を備え、前記発熱体が、前記光源から光を受け、表面プラズモン共鳴によって熱を発生するように配置された複数の金属ナノ粒子を含み、前記方法が、
−  前記気流通路に沿った第一の位置における第一の温度を測定するステップと、
−  前記気流通路に沿った第二の位置における第二の温度を測定するステップであって、前記第二の位置が前記第一の位置から前記第一の方向に間隙を介している、測定するステップと、
−  前記測定された第一の温度および前記測定された第二の温度に基づいて、前記装置の動作パラメータを制御するステップと、を含む、方法。
【請求項１４】
エアロゾル発生装置を制御する方法であって、前記エアロゾル発生装置が、気流通路内に第一の方向に延びる発熱体、エアロゾル形成基体を含む液体貯蔵部分、および前記エアロゾル形成基体を前記液体貯蔵部分から前記発熱体へとポンピングするためのポンプを備え、前記方法が、
−  前記気流通路に沿った第一の位置における第一の温度を測定するステップと、
−  前記気流通路に沿った第二の位置における第二の温度を測定するステップであって、前記第二の位置が前記第一の位置から前記第一の方向に間隙を介している、測定するステップと、
−  前記測定された第一の温度および前記測定された第二の温度に基づいて、前記装置の動作パラメータを制御するステップであって、前記装置の前記動作パラメータが、前記液体貯蔵部分から前記発熱体への前記エアロゾル形成基体の流量を含み、前記装置の前記動作パラメータを制御する前記ステップが、前記測定された第一の温度および前記測定された第二の温度に基づいて、前記エアロゾル形成基体の流量を制御することを含む、制御するステップと、を含む、方法。
【請求項１５】
エアロゾル発生装置を制御する方法であって、前記エアロゾル発生装置が、気流通路内の第一の方向に延びる発熱体を備え、前記方法が、
−  前記気流通路に沿った第一の位置における第一の温度を測定するステップであって、前記第一の位置が前記発熱体における位置であり、前記第一の温度が前記第一の位置における前記発熱体の温度である、測定するステップと、
−  前記気流通路に沿った第二の位置における第二の温度を測定するステップであって、前記第二の位置が前記第一の位置から前記第一の方向に間隙を介しており、前記第二の位置が前記発熱体の下流の位置であり、前記第二の温度が前記第二の位置における前記気流通路の周囲温度である、測定するステップと、
−  前記気流通路に沿った第三の位置における第三の温度を測定するステップであって、前記第三の位置が前記発熱体の上流の位置であり、前記第三の温度が前記第三の位置における前記気流通路の周囲温度である、測定するステップと、
−  前記測定された第一の温度、前記測定された第二の温度、および前記測定された第三の温度に基づいて、前記装置の動作パラメータを制御するステップと、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、エアロゾル形成基体を加熱することによってエアロゾルを発生させるためのエアロゾル発生装置に関する。特に、本発明は、エアロゾル発生装置の動作パラメータを制御するために複数の温度センサーを備えるエアロゾル発生装置に関連するが、これに限定されない。
【背景技術】
【０００２】
多くの手持ち式エアロゾル発生装置では、エアロゾル形成基体を加熱してエアロゾルを発生させるために、抵抗発熱体が使用されうる。抵抗発熱体は、コントローラによって制御されうる。コントローラは、抵抗発熱体にわたる電気抵抗を測定することによって判定されうるヒーター温度に基づいて、抵抗発熱体の動作を制御するように構成されうる。これにより、抵抗発熱体が、例えば過熱により損傷される機会が著しく減少しうるが、これは、測定されたヒーター温度が所与の閾値を超えたときに発熱体に供給される電力が制限されうるからである。抵抗発熱体が液体エアロゾル形成基体の供給源を加熱するために使用されている場合、液体エアロゾル形成基体の供給源が枯渇すると、コントローラは、抵抗発熱体の著しい温度の上昇を検出しうる。応答して、コントローラは、抵抗発熱体への電力供給を終了することによって、抵抗発熱体がさらなる熱を発生することを防止しうる。
【０００３】
しかしながら、こうした温度測定は、抵抗発熱体における局所的な温度変動を検出できない場合がある。これは、電気抵抗は、ヒーター回路全体にわたって測定されるために、抵抗発熱体全体の全体的な温度を表しているからである。さらに、こうした温度測定値は、装置内の発熱体以外の位置における温度を示していない。例えば、抵抗発熱体の電気抵抗のみに基づいて、エアロゾル温度を正確に導き出すことは困難である。
【０００４】
さらに、抵抗発熱体における温度測定は、抵抗発熱体に電流を通過させた時の電気抵抗の測定に基づく。従って、温度測定は、抵抗発熱体が動作しなくなると停止する。これは、問題または不便となる場合がある。例えば、抵抗発熱体の温度が閾値を超えるために、コントローラが電力を抵抗発熱体に供給することを終了した場合、コントローラは、抵抗発熱体の温度を判定し続けることができなくなりうる。このことは、コントローラが、再び抵抗発熱体に電力を供給することなく、抵抗発熱体の温度が閾値未満に減少したかどうかを判定することができないことを意味する。このため、抵抗発熱体の温度が再び上昇しかねない。このタイプの温度測定は、抵抗発熱体でのみ機能することは明らかである。従って、この技術は、非抵抗ヒーターベースの他のタイプのエアロゾル発生装置で使用することはできない。
【０００５】
公知の装置でのこれらの欠点の少なくとも一部を軽減または克服する加熱配置を備えるエアロゾル発生装置を提供することが望ましい。より進歩したセンサー配置を利用し、改善された制御機構を実装しうる、エアロゾル発生装置を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の第一の態様によると、空気吸込み口と、空気出口と、空気吸込み口と空気出口との間に第一の方向に延びる気流通路と、気流通路内の、エアロゾル形成基体を加熱するための発熱体と、気流通路に沿った第一の位置における第一の温度を測定するための第一の温度センサーと、第一のセンサーから第一の方向に間隙を介した第二の温度センサーであって、気流通路に沿った第二の位置における第二の温度を測定するための第二の温度センサーと、測定された第一の温度および測定された第二の温度に基づいて、装置の動作パラメータを制御するように構成されたコントローラと、を備える、エアロゾル発生装置が提供されている。
【０００７】
いくつかの実施形態では、動作パラメータは、複数の動作パラメータを含みうる。
【０００８】
第一の温度センサーおよび第二の温度センサーは、異なるタイプの温度センサーであってもよい。第一の温度センサーおよび第二の温度センサーは、同一のタイプの温度センサーであってもよい。
【０００９】
本明細書で使用される場合、「温度センサー」という用語は、温度を示す一つ以上の信号を感知するための任意の適切な感知手段を意味しうる。例えば、発熱体が抵抗発熱体を含む場合、抵抗発熱体、および抵抗発熱体にわたる電気抵抗を測定するためのコントローラは、温度センサーとして機能する。
【００１０】
本明細書で使用される場合、「測定された温度」という用語は、直接的温度測定値または間接的温度測定値を意味しうる。間接的温度測定値は、温度を示す一つ以上の信号に基づいてコントローラによって判定される温度を含みうる。
【００１１】
第一の位置および第二の位置は、局所的な温度を測定するための気流通路に沿った任意の場所に位置しうる。該第一の温度は、第一の位置における周囲空気、第一の位置において気流通路を通して流れる空気、第一の位置において気流通路内で発生したエアロゾル、第一の位置における発熱体、および第一の位置において発熱体に供給されるエアロゾル形成基体のうちのいずれか一つまたは組み合わせを示す温度を含みうる。該第二の温度は、第二の位置における周囲空気、第二の位置において気流通路を通して流れる空気、第二の位置において気流通路内で発生したエアロゾル、第二の位置における発熱体、および第二の位置において発熱体に供給されるエアロゾル形成基体のうちのいずれか一つまたは組み合わせを示す温度を含みうる。測定された温度は、有利なことに、コントローラが、気流通路に沿った特定の既知の位置において測定された局所的な温度に基づいて、装置の一つ以上の動作パラメータを制御することを許容しうる。測定された温度は、有利なことに、コントローラが、少なくとも第一の方向に沿った、気流通路の温度勾配を判定することを許容しうる。測定された温度は、有利なことに、コントローラが、発熱体における局所的な温度変動を判定することを許容しうる。
【００１２】
以下に説明する実施形態に記載する通り、第一および第二の位置のそれぞれの位置は、一つ以上の有利な効果を提供するように選択されうる。
【００１３】
第一の位置は発熱体から間隙を介していてもよい。第二の位置は発熱体から間隙を介していてもよい。これにより、気流通路に沿った第一の方向に沿うなど、発熱体から間隙を介した気流通路に沿った一つ以上の位置における温度の測定が可能になりうる。有利なことに、これにより、温度センサーが発熱体とは別個の構成要素として提供されうるために、装置の設計が単純となりうる。これにより、発熱体を修理または交換することが容易になる。これはまた、発熱体において発生した後にエアロゾルの温度を判定することを望む場合に有利でありうる。これは、空気が発熱体に達する前の、ある位置における、例えば、空気供給の温度が発熱体によって生成された熱によって著しく影響を受ける可能性が低い位置における、空気供給の温度を判定することを望む場合に有利でありうる。第一の位置および第二の位置はそれぞれ、気流通路に沿って発熱体から等しい距離間隔を介してもよい。
【００１４】
第一の位置は、発熱体に対して上流方向または下流方向のいずれかで発熱体に直に隣接してもよい。第二の位置は、発熱体に対して上流方向または下流方向のいずれかで発熱体に直に隣接してもよい。これは、有利なことに、第一および第二の温度センサーの一方または両方が、空気が発熱体に達する直前に空気温度の表示を提供することを可能にする。これにより、有利なことに、第一および第二の温度センサーの一方または両方が、エアロゾルが発熱体において発生した直後にエアロゾル温度の表示を提供することを可能にする。
【００１５】
いくつかの実施形態では、第一の位置および第二の位置のうちの一方は、発熱体の上流に位置してもよく、第一の位置および第二の位置のうちの他方は、発熱体の下流に位置付けられてもよい。いくつかの実施形態では、第一の位置および第二の位置の両方は、発熱体の上流に位置付けられてもよい。いくつかの実施形態では、第一の位置および第二の位置の両方は、発熱体の下流に位置付けられてもよい。
【００１６】
コントローラは、測定された第一の温度および測定された第二の温度に基づいて、装置の動作パラメータを制御するように構成されうる。いくつかの実施形態では、コントローラは、第一の温度と第二の温度との間の差に基づいて、装置の動作パラメータを制御するように構成される。いくつかの実施形態では、コントローラは、第一の温度と第二の温度との間の比に基づいて、動作パラメータを制御するように構成される。例えば、いくつかの実施形態では、第一の温度と第二の温度との間の差は、有利なことに、空気供給および発生したエアロゾルのうちの一方または両方が、少なくとも第一の位置と第二の位置との間に延びる気流路の少なくとも一部に沿って流れていることを示しうる。より具体的には、第一または第二の温度の、他方に対する急激な上昇は、こうした気流が生じていることを示しうる。これは、第一の位置および第二の位置のうちの一方が発熱体の下流に位置付けられ、第一の位置および第二の位置のうちの他方が発熱体の上流に位置付けられる場合に、特に関連性がある。これは、発熱体の上流の急激な温度の下降が、気流通路への空気供給の流入を示しうるからである。発熱体の下流の急激な温度の上昇は、エアロゾルが発熱体において発生し、空気出口に向かって流れていることを示しうる。したがって、第一の温度と第二の温度との間の相対差または相対比は、こうしたイベントを示しうる。
【００１７】
いくつかの実施形態では、第一の位置および第二の位置のうちの一方は、発熱体上の位置に対応してもよく、第一の位置および第二の位置のうちの他方は、気流通路に沿った方向に発熱体から間隙を介してもよい。これにより、測定された発熱体温度を、発熱体の上流または下流で測定された温度と比較することが可能になりうる。これは有利なことに、気流イベントの判定を可能にしうる。例えば、高い気流量は、そうでなければ気流量が低い場合に測定されうるよりも低い温度が発熱体の下流で測定される結果につながりうる。従って、コントローラは、有利なことに、第一および第二の温度に基づいて、気流量などの一つ以上の気流パラメータを判定しうる。
【００１８】
いくつかの実施形態では、コントローラは、測定された第一の温度および測定された第二の温度に基づいて、吸息、呼息または容積気流量などの気流量のうちのいずれか一つ以上などの気流イベントを判定するように構成される。これにより、有利なことに、コントローラは、該第一および第二の温度に加えて、判定された気流イベントに基づいて、装置の動作パラメータを制御することが可能になりうる。実際に、気流イベントは、測定された第一および第二の温度に影響を及ぼしうる。気流イベント、および第一および第二の温度の両方に基づいて動作パラメータを制御することによって、装置は、該動作パラメータをより正確に制御しうる。
【００１９】
いくつかの実施形態では、発熱体は、複数の加熱セクションを含みうる。第一の位置および第二の位置のそれぞれは、発熱体のそれぞれの加熱セクションに位置しうる。したがって、測定された第一の温度は、第一の位置に対応する発熱体の第一のセクションの温度を示しうる。測定された第二の温度は、第二の位置に対応する発熱体の第二のセクションの温度を示しうる。これにより、センサーを使用して、発熱体の異なるセクションを表す温度を判定することが可能になる。有利なことに、これにより、発熱体にわたる温度勾配を判定することが可能になる。いくつかの実施形態では、コントローラは、発熱体にわたる温度分布を判定し、判定された温度分布に基づいて動作パラメータを制御するように配置される。いくつかの実施形態では、各々の加熱セクションは、独立して制御可能であってもよい。有利なことに、これにより、発熱体にわたる望ましくない局所的な温度変動を補正することが可能になる。実際に、当然のことながら、いくつかの実施形態では、二つ以上の加熱セクションが提供されてもよく、各々の加熱セクションは、対応する温度が測定されうる、対応する位置を有する。複数の位置を有する複数の加熱セクションは、有利なことに、発熱体にわたるより正確な温度勾配の判定を可能にする。
【００２０】
いくつかの実施形態では、発熱体は抵抗発熱体を含みうる。こうした実施形態では、第一の温度センサーおよび第二の温度センサーのうちの一方は、抵抗発熱体を含み、それぞれの第一または第二の測定された温度は、抵抗発熱体にわたる電気抵抗の測定に基づきうる。第一の温度センサーおよび第二の温度センサーは、異なるタイプの温度センサーであってもよい。第一の温度センサーおよび第二の温度センサーは、同一のタイプの温度センサーであってもよい。
【００２１】
発熱体は、光源から光を受け、表面プラズモン共鳴によって熱を発生するように配置された複数の金属ナノ粒子を含む、プラズモニック発熱体を含みうる。
【００２２】
本明細書で使用される場合、「表面プラズモン共鳴」という用語は、金属ナノ粒子の自由電子の共振振動、従って金属ナノ粒子の表面における電荷の分極を意味する。自由電子の集団共振振動、従って電荷の分極は、光源から金属ナノ粒子上に入射する光によって励起される。振動する自由電子からのエネルギーは、熱を含むいくつかの機構によって分散されうる。したがって、金属ナノ粒子が光源により照射される時、金属ナノ粒子は表面プラズモン共鳴によって熱を発生する。
【００２３】
本明細書で使用される場合、「金属ナノ粒子」という用語は、約１マイクロメートル以下の最大直径を有する金属粒子を意味する。また、入射光によって励起された時に表面プラズモン共鳴によって熱を発生する金属ナノ粒子は、プラズモニックナノ粒子として公知である。
【００２４】
有利なことに、表面プラズモン共鳴によって熱を発生するように配置されたプラズモニック発熱体は、抵抗加熱システムおよび誘導加熱システムと比較して、エアロゾル形成基体のより均質な加熱を提供しうる。例えば、金属ナノ粒子の自由電子は、入射光の入射角に関係なく、同じ程度に励起される。
【００２５】
有利なことに、表面プラズモン共鳴によって熱を発生するように配置されたプラズモニック発熱体は、抵抗加熱システムおよび誘導加熱システムと比較して、より局所的な加熱を提供しうる。有利なことに、局所的な加熱は、エアロゾル形成基体の個別の部分または複数の個別のエアロゾル形成基体の加熱を促進する。有利なことに、局所的な加熱は、プラズモニック発熱体によって発生した熱のエアロゾル形成基体への伝達を増大または最大化することによって、エアロゾル発生装置の効率を増大させる。有利なことに、局所的な加熱は、エアロゾル発生装置のその他の構成要素の望ましくない加熱を減少または除去しうる。
【００２６】
プラズモニック発熱体は、外部光源から光を受け、表面プラズモン共鳴によって熱を発生させるように配置されうる。外部光源は周囲光を含みうる。周囲光は太陽放射を含みうる。周囲光は、エアロゾル発生装置の外部の少なくとも一つの人工光源を含みうる。
【００２７】
プラズモニック発熱体は、周囲光を周囲光源から直接受けてもよく、または、周囲光を装置内の一つ以上の追加的な光伝送素子を介して受けてもよい。周囲光は、エアロゾル発生装置の外表面上の一つ以上の窓または開口部を介してエアロゾル発生装置内で受けられる。周囲光源は、エアロゾル発生装置の光源を補完するように機能しうる。これは、装置の内部光源を動作させる前に、エアロゾル形成基体を高温に予熱しようとする時に有利でありうる。これはまた、有利なことに、エアロゾル発生装置が必要とする電力量を減少させうる。エアロゾル発生装置は、光伝送コアが周囲光源から受けられる周囲光の量を制御するための周囲光制御手段を含みうる。周囲光制御手段は、自動シャッターなどの自動制御手段を含みうる。周囲光制御手段は、装置内の一つ以上の窓または開口部を被覆するための取り外し可能なキャップなどの手動制御手段を含みうる。
【００２８】
エアロゾル発生装置は、光源を含んでもよく、ここでプラズモニック発熱体は、光源から光を受け、表面プラズモン共鳴によって熱を発生するように配置される。
【００２９】
有利なことに、エアロゾル発生装置に光源を提供することにより、プラズモニック発熱体が、外部光源から光を受けることなく、熱を発生させることが可能になりうる。有利なことに、エアロゾル発生装置に光源を提供することは、プラズモニック発熱体の照射の改善された制御を提供しうる。有利なことに、プラズモニック発熱体の照射を制御することは、プラズモニック発熱体が表面プラズモン共鳴によって加熱される温度を制御する。
【００３０】
光源は、電磁スペクトルの可視光範囲内の光を放射するように配置された光源を含みうる。光源は、紫外線光源および赤外線光源のうちの少なくとも一つなど、電磁スペクトルの可視光範囲を超える光を放射するように配置された光源を含んでもよい。これは有利なことに、様々なサイズまたは組成のナノ粒子など、より広範囲なナノ粒子を励起しうる。
【００３１】
光源は、３８０ナノメートル〜７００ナノメートルの少なくとも一つの波長を含む光を放射するように構成されることが好ましい。光源は、約４９５ナノメートル〜約５８０ナノメートルのピーク発光波長のために構成されることが好ましい。本明細書で使用される場合、「ピーク発光波長」とは、光源が最大強度を示す波長を意味する。有利なことに、約４９５ナノメートル〜約５８０ナノメートルのピーク発光波長は、特に複数の金属ナノ粒子が金、銀、白金、および銅のうちの少なくとも一つを含む場合、表面プラズモン共鳴によるプラズモニック発熱体の最大加熱を提供しうる。
【００３２】
エアロゾル発生装置の光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）およびレーザーのうちの少なくとも一つを含みうる。
【００３３】
有利なことに、発光ダイオードおよびレーザーは、エアロゾル発生装置で使用するのに適したコンパクトなサイズを有しうる。エアロゾル発生装置の光源は、表面プラズモン共鳴を達成するのに比較的大きな電圧降下を必要としない場合がある。例えば、エアロゾル発生装置の光源は、一つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含みうる。これにより、より安全でより費用効率の高い電力源を装置の電力供給に使用することが可能になりうる。さらに、プラズモニック発熱体と光源との間の物理的接続を提供する必要はない。したがって、プラズモニック発熱体の使用により、有利なことに、修理および保守の間の発熱体への損傷の可能性が低減されうる。実際に、プラズモニック発熱体と光源との間の物理的接続が提供される必要はないため、プラズモニック発熱体は、容易に修理または交換されうる。また、プラズモニック発熱体は、プラズモニック発熱体の使用により露出された電気構成要素の必要性が除去されるために、装置が外部環境に対して脆弱ではないことを意味する。
【００３４】
レーザーを光源として使用することで、比較的狭い波長範囲内の光の放射が可能になりうる。レーザーは、固体レーザーおよび半導体レーザーのうちの少なくとも一つを含みうる。狭い範囲の波長は、後述する通り、ナノ粒子のサイズおよび組成に一致する範囲の波長でありうる。これは有利なことに、光源によって出力された全ての光が金属ナノ粒子によって吸収されて表面プラズモン共鳴によって熱を発生するわけではない場合に、最も効率を改善しうる。さらに、こうした光源は、その他の光源と比較して、比較的堅牢であり、かつ構造が単純でありうる。
【００３５】
１秒当たりに放射される光子の数など、光源によって放射される光は、放射された光の振幅、または周波数、または振幅と周波数の組み合わせを制御することによって変化しうる。１秒当たりに放射される光子の数など、光源によって放射される光の量は、光パルスを放射することによって変化しうる。
【００３６】
光源は複数の光源を含みうる。光源は、同一のタイプの光源としうる。光源の少なくとも一部は、異なるタイプの光源であってもよい。複数の光源は、本明細書で説明したタイプの光源の任意の組み合わせを含みうる。
【００３７】
有利なことに、複数の光源は、使用の間にエアロゾル発生装置によって発生する加熱プロファイルのカスタム化を促進しうる。
【００３８】
光源の少なくとも一つは一次光源であってもよく、光源の少なくとも一つは補助光源であってもよい。エアロゾル発生装置は、一つ以上の一次光源が不能な時にのみ、一つ以上の補助光源から光を放射するように構成されうる。
【００３９】
光源の少なくとも一つは、複数の金属ナノ粒子の一部分のみを照射するように配置されてもよい。複数の光源のそれぞれは、複数の金属ナノ粒子の異なる部分を照射するように配置されてもよい。
【００４０】
エアロゾル発生装置は、複数の光源が複数の金属ナノ粒子の異なる部分を同時に照射するように構成されてもよい。有利なことに、複数の金属ナノ粒子の異なる部分を同時に照射することは、プラズモニック発熱体の均質な加熱を促進しうる。有利なことに、複数の金属ナノ粒子の異なる部分を同時に照射することは、複数の個別のエアロゾル形成基体の同時加熱を促進しうる。
【００４１】
エアロゾル発生装置は、複数の光源が複数の金属ナノ粒子の異なる部分を異なる時点で照射するように構成されてもよい。有利なことに、複数の金属ナノ粒子の異なる部分を異なる時点で照射することは、エアロゾル形成基体の異なる部分の異なる時点における加熱を促進しうる。有利なことに、複数の金属ナノ粒子の異なる部分を異なる時点で照射することは、複数の個別のエアロゾル形成基体の異なる時点における加熱を促進しうる。
【００４２】
エアロゾル発生装置は、電力供給源、および電力を電力供給源から光源へと供給するように構成されたコントローラを備える。
【００４３】
エアロゾル発生装置が複数の光源を含む実施形態では、電力供給源は、電力を複数の光源に供給するように配置された単一の電力供給源を含みうる。
【００４４】
エアロゾル発生装置が複数の光源を含む実施形態では、電力供給源は、電力を複数の光源に供給するように配置された複数の電力供給源を含みうる。
【００４５】
エアロゾル発生装置が複数の光源を含む実施形態では、コントローラは、電力を複数の光源のうちの少なくとも一部に選択的に供給するように構成されうる。コントローラは、複数の光源のうちの少なくとも一部への電力の供給を選択的に変化させるように構成されうる。
【００４６】
複数の光源が複数の金属ナノ粒子の異なる部分を照射して複数の個別のエアロゾル形成基体を加熱する実施形態では、コントローラは、複数の光源の少なくとも一部に電力を選択的に供給し、複数の個別のエアロゾル形成基体の少なくとも一部を選択的に加熱するように構成されうる。コントローラは、複数の光源の少なくとも一部への電力の供給を選択的に変化させて、複数の個別のエアロゾル形成基体の少なくとも一部の加熱比を変化させうる。
【００４７】
有利なことに、複数の個別のエアロゾル形成基体の少なくとも一部の相対加熱を変化させることにより、エアロゾル発生装置は、ユーザーに送達されるエアロゾルの組成を変化させうる。
【００４８】
エアロゾル発生装置は、ユーザー入力装置を備えることが好ましい。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。有利なことに、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する。エアロゾル発生装置が光源、コントローラおよび電力供給源を含む実施形態では、ユーザー入力装置は、ユーザーが、光源への電力の供給を作動させる、光源への電力の供給を停止する、またはその両方を可能にしうる。
【００４９】
コントローラが複数の光源の少なくとも一部に選択的に電力を供給する実施形態では、コントローラは、ユーザー入力装置によって受信したユーザー入力に応答して複数の光源の少なくとも一部に電力を選択的に供給するように構成されることが好ましい。
【００５０】
コントローラが、複数の光源の少なくとも一部への電力の供給を選択的に変化させるように構成される実施形態では、コントローラは、ユーザー入力装置によって受信されたユーザー入力に応答して複数の光源の少なくとも一部への電力の供給を選択的に変化させるように構成されることが好ましい。
【００５１】
エアロゾル発生装置は、光源からプラズモニック発熱体への光の伝達を促進するための一つ以上の光学要素を含みうる。一つ以上の光学要素は、開口部、窓、レンズ、反射鏡、および光ファイバのうちの少なくとも一つを含みうる。
【００５２】
有利なことに、開口部および窓のうちの少なくとも一つは、外部光源からプラズモニック発熱体への光の伝達を促進しうる。エアロゾル発生装置は、ハウジングを備えうるが、ここで開口部および窓のうちの少なくとも一つはハウジング上に位置付けられる。
【００５３】
有利なことに、レンズ、反射鏡、および光ファイバのうちの少なくとも一つは、光源から放射された光をプラズモニック発熱体上に集中または合焦させうる。有利なことに、光をプラズモニック発熱体上に集中または合焦させることは、プラズモン発熱体が表面プラズモン共鳴によって加熱される温度を増大させうる。
【００５４】
複数の金属ナノ粒子は、金、銀、白金、銅、パラジウム、アルミニウム、クロミウム、チタン、ロジウム、およびルテニウムのうちの少なくとも一つを含みうる。複数の金属ナノ粒子は、元素形態の少なくとも一つの金属を含みうる。複数の金属ナノ粒子は、金属化合物中に少なくとも一つの金属を含みうる。金属化合物は、少なくとも一つの金属窒化物を含みうる。
【００５５】
複数の金属ナノ粒子は、金、銀、白金、および銅のうちの少なくとも一つを含むことが好ましい。有利なことに、金、銀、白金、および銅ナノ粒子は、可視光で照射された時に強い表面プラズモン共鳴を示しうる。
【００５６】
複数の金属ナノ粒子は、単一の金属を含みうる。複数の金属ナノ粒子は、異なる金属の混合物を含んでもよい。
【００５７】
複数の金属ナノ粒子は、第一の金属を含む複数の第一のナノ粒子、および第二の金属を含む複数の第二のナノ粒子を含みうる。
【００５８】
複数の金属ナノ粒子の少なくとも一部は、それぞれ二つ以上の金属の混合物を含みうる。複数の金属ナノ粒子の少なくとも一部は、金属合金を含みうる。複数の金属ナノ粒子の少なくとも一部は、それぞれコアシェル構成を含んでもよく、ここでコアは第一の金属を含み、シェルは第二の金属を含む。
【００５９】
エアロゾル発生装置が光源を含む実施形態では、複数の金属ナノ粒子が光源のピーク発光波長以下の数平均最大直径を含むことが好ましい。
【００６０】
複数の金属ナノ粒子は、約７００ナノメートル未満、好ましくは約６００ナノメートル未満、好ましくは約５００ナノメートル未満、好ましくは約４００ナノメートル未満、好ましくは約３００ナノメートル未満、好ましくは約２００ナノメートル未満、好ましくは約１５０ナノメートル未満、好ましくは約１００ナノメートル未満の数平均最大直径を含みうる。
【００６１】
プラズモニック発熱体は、複数の金属ナノ粒子から形成されてもよい。
【００６２】
プラズモニック発熱体は、基体層と、基体層の少なくとも一部分上に位置付けられた被覆層とを含んでもよく、被覆層は複数の金属ナノ粒子を含む。有利なことに、基体層は、所望の機械的特性のために選択された材料から形成されうる。有利なことに、被覆層は、被覆層が光源からの光に晒された時に、複数の金属ナノ粒子の表面プラズモン共鳴を最適化するために形成されうる。
【００６３】
基体層は任意の適切な材料から形成されうる。基体層は金属を含んでもよい。基体層は高分子材料を含みうる。基体層はセラミックを含みうる。
【００６４】
基体層は導電性であってもよい。基体層は電気的に絶縁されてもよい。
【００６５】
ナノ粒子は、任意の適切なプロセスを使用して基体層上に提供されうる。金属ナノ粒子は、物理的蒸着プロセスを使用して基体層上に堆積されてもよい。
【００６６】
プラズモニック発熱体は、金属ナノ粒子の複数の個別領域を含んでもよく、複数の個別領域は互いに間隙を介している。有利なことに、金属ナノ粒子の複数の個別領域は、エアロゾル形成基体の複数の個別部分の加熱を促進しうる。有利なことに、金属ナノ粒子の複数の個別領域は、複数の個別のエアロゾル形成基体の加熱を促進しうる。
【００６７】
エアロゾル発生装置は、金属ナノ粒子の複数の個別領域を照射するように配置された光源を備えてもよい。エアロゾル発生装置は、金属ナノ粒子の複数の個別領域を照射するように配置された複数の光源を備えてもよい。複数の光源のそれぞれは、金属ナノ粒子の個別領域のうちの一つのみを照射するように配置されてもよい。
【００６８】
プラズニック発熱体は、光源から光を受け、複数の金属ナノ粒子の表面プラズモン共鳴によって熱を発生させるように配置された第一の表面を含みうる。第一の表面は、３次元形状を画定する複数の表面特徴を含みうる。第一の表面は、複数の突出部および複数のくぼみのうちの少なくとも一つを含みうる。第一の表面は起伏のある形状を有しうる。
【００６９】
有利なことに、複数の表面特徴を含む第一の表面は、第一の表面の表面積を増大しうる。有利なことに、第一の表面の表面積を増大することにより、光が第一の表面上に入射する時の表面プラズモン共鳴による複数の金属ナノ粒子の加熱が増大しうる。
【００７０】
プラズモニック発熱体が基体層および被覆層を含む実施形態では、基体層の第一の表面は、複数の表面特徴を画定してもよく、被覆層は基体層の第一の表面上に提供されて、プラズモニック発熱体の第一の表面を形成する。
【００７１】
プラズモニック発熱体は、使用の間に熱をエアロゾル形成基体に伝達するように配置された第二の表面を含みうる。第二の表面は、プラズモニック発熱体の第一の表面とは反対側上にありうる。プラズモニック発熱体が基体層と被覆層とを含む実施形態では、基体層は、その上に被覆層が提供されてプラズモニック発熱体の第一の表面を形成する第一の表面と、プラズモニック発熱体の第二の表面を形成する第二の表面とを含むことが好ましい。基体層は、被覆層からプラズモニック発熱体の第二の表面への熱の伝達を促進するための熱伝導性材料を含むことが好ましい。
【００７２】
発熱体が抵抗発熱体およびプラズモニック発熱体を含む実施形態では、複数の金属ナノ粒子は抵抗発熱体を形成しうる。
【００７３】
プラズモニック発熱体が基体層と被覆層とを含む実施形態では、基体層および被覆層のうちの少なくとも一つは抵抗発熱体を形成しうる。基体層は電気抵抗性の材料を含みうる。電気抵抗性の材料は、電気抵抗性の金属および電気抵抗性のセラミックのうちの少なくとも一つを含みうる。基体層は、電気抵抗性の材料から形成されてもよい。基体層は、織布材料を含んでもよく、電気抵抗性の材料の複数の糸は、織布材料の少なくとも一部を形成する。
【００７４】
エアロゾル発生装置が電力供給源およびコントローラを含む実施形態では、コントローラは、電力供給源から抵抗発熱体への電力の供給を提供するように配置されることが好ましい。
【００７５】
エアロゾル発生装置は、複数の金属ナノ粒子の表面プラズモン共鳴によって熱を発生することに加えて、抵抗発熱体を使用して熱を発生するように配置されうる。エアロゾル発生装置は、複数の金属ナノ粒子の表面プラズモン共鳴によって熱を発生することの代わりに、抵抗発熱体を使用して熱を発生するように配置されてもよい。
【００７６】
エアロゾル発生装置は、複数の金属ナノ粒子の表面プラズモン共鳴によって熱を発生することのバックアップとして、抵抗発熱体を使用して熱を発生するように配置されうる。例えば、エアロゾル発生装置は、表面プラズモン共鳴による複数の金属ナノ粒子の加熱が不十分である場合に、抵抗発熱体を使用して熱を発生するように配置されうる。
【００７７】
エアロゾル発生装置は、加熱サイクルの開始時に、抵抗発熱体を使用して熱を発生するように配置されうる。言い換えれば、抵抗発熱体は、発熱体の温度を初期動作温度に上昇させるために熱を発生するのに使用されうる。エアロゾル発生装置は、発熱体の温度が初期動作温度に達した時に、抵抗発熱体への電力の供給を減少または終了するように配置されうる。
【００７８】
装置の動作パラメータは、装置の一つ以上の構成要素の動作に影響を及ぼしうる。動作パラメータは、装置の一つ以上の構成要素の動作に影響を及ぼしうる一つ以上のプロセス変数を含みうる。一つ以上の構成要素は、発熱体、または発熱体に直接的に、または間接的に電力を供給するように構成された電源などの、装置によってエアロゾルを発生するのに使用される一つ以上の構成要素を含むことが好ましい。例えば、いくつかの実施形態では、動作パラメータは発熱体の温度を含んでもよい。動作パラメータは、経時的な出力温度などの、発熱体の温度プロファイルを含みうる。温度または温度プロファイルは、コントローラが電源から発熱体へと供給される電力を制御することによって制御されうる。電力は発熱体に直接的に供給されてもよい。電力は、例えば、電力を一つ以上の光源に電力を供給することによって、発熱体に間接的に供給されてもよく、光源は、発熱体のプラズモニック加熱表面に光を提供するように配置される。コントローラは、測定された第一の温度および測定された第二の温度に基づいて、発熱体の少なくとも一部分の出力温度を制御するように構成されうる。第一および第二の位置が発熱体に沿った異なる加熱セクションに位置する上記実施形態では、コントローラは、それぞれの第一および第二の測定された温度に基づいて、加熱セクションのそれぞれに関連付けられた動作パラメータを独立して制御するように構成されうる。例えば、コントローラは、複数の加熱セクションにわたる温度分布を判定するように構成されてもよく、判定された温度分布に基づいて、複数の加熱セクションのそれぞれに供給される電力を個々に制御しうる。これにより、発熱体によって発生する熱のより正確な制御が可能になりうる。複数の加熱セクションに供給される電力の制御は、複数の光源の一つ以上に供給される電力を制御することによって達成されうるが、光源は、発熱体のそれぞれの加熱セクションのそれぞれに電力を供給するために光を提供するように配置される。例えば、第一の光源が第一の加熱セクションに光を提供するように配置され、第二の光源が第二の加熱セクションに光を提供するように配置される場合、コントローラは、発熱体の第二のセクションに対応する測定された温度が発熱体の第一のセクションに対応する測定された温度未満であると判定された場合に、第一の光源によって放射される光の量に対して第二の光源によって放射される光の量を増大させるように構成されうる。
【００７９】
いくつかの実施形態では、コントローラは、気流の検出に伴い起動する、あるいは、発熱体による放熱の量を制御するように構成されうる。いくつかの実施形態では、コントローラは、判定された気流量に基づいて、動作パラメータを制御するように構成されうる。例えば、コントローラは、気流通路を通した気流の容積流量に基づいて、発熱体の温度を制御するように構成されうる。
【００８０】
いくつかの実施形態では、エアロゾル発生装置は、エアロゾル形成基体を含む液体貯蔵部分と、エアロゾル形成基体を液体貯蔵部分から発熱体にポンピングするためのポンプとを含んでもよく、ここで装置の動作パラメータは、液体貯蔵部分から発熱体へのエアロゾル形成基体の流量を含み、コントローラは、測定された第一の温度および測定された第二の温度に基づいて、エアロゾル形成基体の流量を制御するように配置される。いくつかの実施形態では、コントローラは、第一の温度および第二の温度に基づいて、液体基体の制御された容積を投与するようにポンプを制御するように配置されうる。いくつかの実施形態では、コントローラは、気流通路を通した容積気流量などの気流イベントに基づいて、液体基体の制御された容積を投与するようにポンプを制御するように配置されうる。ポンプは、気流通路を通過した気流の量に基づいて、液体基体の制御された量を投与するように配置されうる。いくつかの実施形態では、液体貯蔵部分は取り外し可能なカートリッジであってもよい。例えば、エアロゾル発生装置は、カートリッジのルアーフィッティングなどのコネクターに接続するためのコネクターを含みうる。
【００８１】
いくつかの実施形態では、該第一の部分は発熱体における温度であり、第一の温度は、第一の位置における発熱体の温度であり、該第二の位置は発熱体の下流の位置であり、該第二の温度は該第二の位置における気流通路の周囲温度である。いくつかの実施形態では、装置は、気流通路に沿った第三の位置における第三の温度を感知するための第三の温度センサーを含み、該第三の位置は、発熱体の上流の位置であり、該第三の温度は、該第三の位置における気流通路の周囲温度であり、コントローラは、第一の温度、第二の温度、および第三の温度に基づいて装置の動作パラメータを制御するように構成される。これにより、有利なことに、発熱体の上流および下流で測定された相対温度または温度変化と比較して、コントローラが、ヒーター温度を考慮することによって、より正確に気流量を判定することが可能になりうる。
【００８２】
いくつかの実施形態では、温度センサーはオンチップ温度センサーとしうる。温度センサーは平面であってもよい。温度センサーは、発熱体の表面内に包埋されてもよい。従って、こうしたオンチップ温度センサーの使用により、有利なことに、気流通路内を流れる空気に対する過度の妨害が防止されうる。いくつかの実施形態では、こうしたオンチップ温度センサーの表面は、表面プラズモン共鳴を達成するために、ナノ粒子で被覆されてもよい。有利なことに、こうしたオンチップ温度センサーの包含は、表面プラズモン共鳴を達成するために利用可能な加熱表面積を減少させない。
【００８３】
電源は、ＤＣ電源を含みうる電力供給源であることが好ましい。電力供給源は少なくとも一つの電池を含みうる。少なくとも一つの電池は、再充電可能リチウムイオン電池を含みうる。電力を供給源、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１本を喫煙するのにかかる一般的な時間に対応する約６分間、または６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。
【００８４】
エアロゾル発生装置がプラズモニック発熱体および光源を備える実施形態では、コントローラは、加熱サイクルの開始時に電力供給源から光源への電力供給を開始するように構成されうる。コントローラは、加熱サイクルの終了時に、電力供給源から光源への電力の供給を終了するように構成されてもよい。
【００８５】
コントローラは、電力供給源から光源への連続的な電力の供給を提供するように構成されてもよい。
【００８６】
コントローラは、電力供給源から光源への断続的な電力の供給を提供するように構成されてもよい。コントローラは、電力供給源から光源へのパルス供給を提供するように構成されてもよい。
【００８７】
有利なことに、光源への電力のパルス供給は、期間中の光源からの全出力の制御を促進しうる。有利なことに、期間中の光源からの全出力を制御することは、プラズモニック発熱体が表面プラズモン共鳴によって加熱される温度の制御を促進しうる。
【００８８】
有利なことに、光源への電力のパルス供給は、酸化および還元緩和などのその他の緩和プロセスと比較して、表面プラズモン共鳴によって励起される自由電子の熱緩和を増大させうる。したがって、有利なことに、光源への電力のパルス供給は、プラズモニック発熱体の加熱を増大させうる。コントローラは、光源からの光の連続的なパルス間の時間が約１ピコ秒以下となるように、電力供給源から光源への電力のパルス供給を提供するように構成される。言い換えれば、光源からの光の各パルスの終了と光源からの光の次のパルスとの間の時間は、約１ピコ秒以下である。
【００８９】
コントローラは、電力供給源から光源への電力の供給を変化させるように構成されうる。コントローラが光源への電力のパルス供給を提供するよう構成されている実施形態では、コントローラは、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うる。コントローラは、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うる。
【００９０】
エアロゾル形成基体は液体エアロゾル形成基体を含んでもよい。エアロゾル発生装置は、液体エアロゾル形成基体を貯蔵部分から発熱体に向けて伝達するように配置された液体移動要素を備えうる。液体移動要素は毛細管芯を備えてもよい。
【００９１】
液体エアロゾル形成基体は水を含んでもよい。
【００９２】
液体エアロゾル形成基体はエアロゾル形成体を含んでもよい。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、最も好ましくはグリセリンまたはポリエチレングリコール）である。
【００９３】
液体エアロゾル形成基体は、ニコチンまたはたばこ製品のうちの少なくとも一つを含んでもよい。追加的に、または別の方法として、液体エアロゾル形成基体はユーザーに送達するための別の標的化合物を含んでもよい。液体エアロゾル形成基体がニコチンを含む実施形態において、ニコチンはエアロゾル形成体とともに液体エアロゾル形成基体に含まれてもよい。
【００９４】
エアロゾル発生装置は、第一のエアロゾル形成基体および第二のエアロゾル形成基体を備えうる。発熱体は、第一のエアロゾル形成基体および第二のエアロゾル形成基体の両方を加熱するように配置されることが好ましい。
【００９５】
本発明の第二の態様によると、液体貯蔵カートリッジをエアロゾル発生装置に接続するためのコネクターを含む液体貯蔵カートリッジが提供されており、液体貯蔵カートリッジは、液体エアロゾル形成基体を含み、エアロゾル形成基体の枯渇に伴い潰れるように構成される。エアロゾル形成基体の枯渇が、液体貯蔵カートリッジ内に陰圧を引き起こさない場合がある。従って、有利なことに、空気がカートリッジ内に侵入することが防止されうる。いくつかの実施形態では、コネクターはルアーフィッティングである。
【００９６】
本発明の第三の態様によると、本発明の第一および第二の態様によるエアロゾル発生装置と、エアロゾル形成基体を含むエアロゾル発生物品とを備えるエアロゾル発生システムが提供されている。エアロゾル発生物品は、エアロゾル形成基体を含む液体貯蔵カートリッジを含んでもよい。
【００９７】
本明細書で使用される「エアロゾル発生装置」は、エアロゾル形成基体と相互作用してエアロゾルを発生する装置に関する。
【００９８】
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に関する。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。
【００９９】
エアロゾル形成基体は、エアロゾル形成物品の一部であってもよい。エアロゾル形成基体は、任意の適切な構成を有してもよく、以下でより詳細に説明した特徴のいずれかを含みうる。
【０１００】
本明細書で使用される場合、「エアロゾル発生システム」という用語は、エアロゾル発生装置と、装置で使用するための一つ以上のエアロゾル形成物品との組み合わせを指す。エアロゾル発生システムは、電気的に作動するまたは電気式エアロゾル発生装置内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。
【０１０１】
本発明の第四の態様によると、エアロゾル発生装置を制御するための方法が提供されており、該エアロゾル発生装置は、気流通路内に第一の方向に延びる発熱体を備え、該方法は、気流通路に沿った第一の位置における第一の温度を測定するステップと、気流通路に沿った第二の位置における第二の温度を測定するステップであって、第二の位置が第一の位置から第一の方向に間隙を介している、測定するステップと、測定された第一の温度および測定された第二の温度に基づいて、装置の動作パラメータを制御するステップとを含む。
【０１０２】
本発明の第五の態様によると、空気吸込み口と、空気出口と、空気吸込み口と空気出口との間に第一の方向に延びる気流通路と、気流通路内の、エアロゾル形成基体を加熱するための発熱体と、気流通路に沿った第一の位置における第一の温度を測定するための第一の温度センサーと、少なくとも測定された第一の温度に基づいて、装置の動作パラメータを制御するように構成されたコントローラとを備える、エアロゾル発生装置が提供されている。
【０１０３】
一態様に関して説明された特徴は、本発明の他の態様にも等しく適用されてもよい。
【０１０４】
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】
【０１０５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態によるエアロゾル発生システムの斜視図である。
【図２】図２ａは、図１のヒーター組立品の分解斜視図である。  図２ｂは、図１のヒーター組立品の斜視図である。  図２ｃは、図２ａおよび２ｂのヒーター組立品の断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態によるヒーター組立品の断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態によるエアロゾル発生装置の発熱体の斜視図である。
【図５】図５ａは、発熱体にわたって実質的に気流がない第一の状態における、図４の発熱体における放熱の概略図である。  図５ｂは、発熱体にわたって空気供給がエアロゾル発生装置内に引き出される第二の状態における、図４の発熱体における放熱の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０１０６】
図１は、エアロゾル発生装置２０、およびエアロゾル発生装置２０で使用するための液体エアロゾル形成基体を収容する液体貯蔵部分１００を備える、エアロゾル発生システム１０を示す。
【０１０７】
エアロゾル発生装置２０は、例えば、貯蔵区画内に、液体貯蔵部分１００を受けるように構成されたハウジングを含む。図１の図示する実施例における液体貯蔵部分１００は、液体エアロゾル形成基体などのエアロゾル形成基体を含む交換可能なカートリッジである。交換可能なカートリッジは、ルアーカップリングおよび管６４などの漏れ防止接続６２によって、エアロゾル発生装置２０の投与ユニット６０に接続可能である。図示する実施例ではポンプを含む、投与ユニット６０は、ヒーター組立品３０への液体エアロゾル形成基体の制御された送達を提供し、ここで液体基体は加熱されてベイパーを形成する。ユーザーがマウスピース６６を吸煙すると、空気供給が空気吸込み口５０を通してエアロゾル発生装置２０内に引き出される。周囲温度での空気供給は、ベイパーを凝縮して発生したエアロゾルの流れを形成する。マウスピース６６は空気出口５２を形成する。ユーザーがマウスピース６６を吸煙すると、発生したエアロゾルは装置を出てユーザーの口へと入りうる。したがって、空気供給および発生したエアロゾルは、空気吸込み口５０と空気出口５２との間に画定される気流通路内を流れる。
【０１０８】
図示した実施形態におけるヒーター組立品３０は、プラズモニック発熱体を含む。プラズモニック発熱体は、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）によって熱を発生する。プラズモニック発熱体は一般的に、複数の金属ナノ粒子を含み、金属ナノ粒子と光、例えば、光源４０からの可視光による励起に基づきうる。入射光への曝露により、金属ナノ粒子の自由電子の集団振動および金属ナノ粒子の表面における電荷の分極がもたらされる。その初期状態まで緩和するために、ナノ粒子はこのエネルギーの余剰を熱の形態で放出する。一般的に、プラズモニックヒーターで使用されるナノ粒子は、可視光の波長以下の粒子サイズを有する。
【０１０９】
エアロゾル発生装置２０は、電気エネルギー供給源１２、例えば再充電可能リチウムイオン電池を含む。電気エネルギー供給源１２は、充電式電池を充電するための充電ポート１６を含む。装置１０は、一つ以上の光源に通信可能に結合されたコントローラ１４をさらに備える。図示した実施形態では、光源は発光ダイオード（ＬＥＤ）４０を含む。コントローラはまた、電気エネルギー供給源１２およびユーザーインターフェース２６に通信可能に結合される。この実施形態では、ユーザーインターフェース２６は機械的ボタンである。ユーザーインターフェース２６を起動すると、コントローラは、発熱体３０を必要な動作温度に加熱するために、電気エネルギー供給源１２から光源４０へと供給される電力を制御する。いくつかの実施形態では、コントローラは、装置２０が使用されている期間にわたって、発熱体の温度プロファイルなどの加熱プロファイルを提供するために、光源４０へと供給される電力を制御する。
【０１１０】
図２ａ〜図２ｃは、ヒーター組立品３０の実施例を示す。図示した実施形態では、ヒーター組立品３０は発熱体３２を含む。光源４０は、光源４０が電力の供給を受ける時に、発熱体３２に向かって光を放射するように位置に配置される。ヒーター組立品３０は、光源４０とヒーター組立品３０との間にエアロゾル発生チャンバー３８を含む。エアロゾル発生チャンバー３８は、液体基体が気化されて、入ってくる空気供給と共にエアロゾルを発生させうる、容積を提供する。エアロゾル発生チャンバー３８は、空気吸込み口５０と空気出口５２との間の気流通路の一部を形成する。気流通路は、空気吸込み口５０と空気出口５２との間に第一の方向に沿って延びる。第一の方向は、装置２０の長軸方向軸と一致するか、または実質的に平行である。
【０１１１】
図示した実施形態の発熱体３２は、シリコン系材料、例えば、石英を含む平面要素を含み、これは高温でその機械的強度を維持する能力を有する。発熱体３２は、入ってくる液体基体の用量を加熱および気化するために、エアロゾル発生チャンバー３８内の発熱体３２の少なくとも一部にわたって延びる加熱面３４を含む。加熱表面３４は、表面プラズモン共鳴を達成するための複数の金属ナノ粒子を含む。
【０１１２】
この特定の実施例では、加熱表面３４は、１００ｎｍの平均直径を有する銀ナノ粒子の層で被覆されているが、その他のサイズのナノ粒子も適用可能である。別の方法として、その他の金属コロイドまたはナノ粒子、例えば金または白金ナノ粒子が使用されてもよい。また、金および銀ナノ粒子の混合物などの、金属ナノ粒子の混合物が、プラズモニック加熱を実行するために、加熱表面３４に塗布されてもよい。ナノ粒子の量は、プラズモニックヒーターの電力出力を管理するための重要な要因であるため、所与の加熱表面上にできるだけ多くのナノ粒子を提供することが好ましい。従って、ナノ粒子密度を増大させる、従って表面プラズモン共鳴によって発生する熱を増大させるために、いくつかの実施形態では、加熱表面は、利用可能な金属ナノ粒子の総数を増大させるために、複数のナノ粒子層を含む。
【０１１３】
図示する光源４０は発光ダイオード（ＬＥＤ）を含みうる。より具体的には、光源４０は、それぞれコントローラ１４によって独立して制御可能なように配置されたＬＥＤのアレイを含む。例えば、複数のＬＥＤはそれぞれ、異なる強度で、または異なる波長で、逐次的に光を放射しうる。これにより、加熱表面にわたる温度上昇が変化する。これは特に、加熱表面３４の選択的な局所的加熱も可能にするために特に有益である。
【０１１４】
光源４０は、発熱体３２の加熱表面３４と整列するように配置される。例えば、光源４０は、重ね合わされるが、加熱面３４から間隙を介している。この配置は、金属ナノ粒子に、ＬＥＤアレイによって放射される入射光への最大暴露を提供する。例えば、ＬＥＤアレイ内の複数のＬＥＤはそれぞれ、異なる強度で、または異なる波長で、逐次的に光を放射しうる。これにより、加熱表面にわたる温度が変化する。これはまた、選択的な局所的な加熱も可能にするため有益である。これは、発熱体３２の加熱表面３４にわたる局所的な温度変動を補正するために使用されうる。使用時に、光源４０は、加熱表面３４を摂氏２００〜３５０度の温度に加熱するように配置される。
【０１１５】
図２ｃに図示した通り、装置２０は、ＬＥＤアレイによって放射された光を屈折させて加熱表面３４に向けて合焦させる、レンズ４４を備える。レンズ４４は、ＬＥＤ光源４０と加熱表面３４との間に配置される。例えば、ＬＥＤアレイ４０内のＬＥＤのそれぞれは、ＬＥＤと一体的に形成されたレンズを含む。追加的なレンズ４４は、ＬＥＤアレイの上に積み重ねられる。屈折光は、レンズ４４によって合焦されるか、または分散されて、加熱表面３４またはその一部分に伝達される光の量を制御しうる。
【０１１６】
いくつかの実施形態では、代替的な光源が光源として使用されうる。例えば、光源はレーザーダイオードを含みうる。レーザーダイオードは、特定のタイプのナノ粒子の最大励起を許容する。いくつかの実施形態では、ヒーター組立品３０のレンズ３６は、装置２０のハウジング１２の外部の環境に向かって延び、天然昼光または周囲光などの外部光源からの光を捕捉して発熱体３２の加熱表面３４に向かって伝達する光導管（図示せず）と接続されてもよい。こうした場合には、レンズ４４に集められた光は、人工光源３８と比較して、低い強度でありうる。それにもかかわらず、外部光源が、エアロゾル形成基体１０２を、周囲温度を上回る高温に予熱するのに使用され、従って、人工光源３８における電力消費が減少しうる。
【０１１７】
ヒーター組立品３０は、液体基体を加熱表面３４に供給するための液体チャネル３６を含む。加熱表面３４に隣接した出口を有する、単一の液体チャネル３６が図示されている。また、複数の液体チャネルが提供されてもよい。複数の液体チャネルの使用により、有利なことに、液体基体を加熱表面３４の幅にわたって液体を分岐させて供給しうる。
【０１１８】
キャピラリーフィッティング６５は、管６４および液体チャネル３６を接続するために提供される。キャピラリーフィッティング６５はまた、複数の液体チャネル３６の間で均等に液体基体の用量を分配するための分配器を形成する。
【０１１９】
ヒーター組立品３０は、空気供給内への引き出しのための空気吸込み口５０をさらに含む。少なくとも一つの空気吸込み口５０は、気流通路と流体連通する。ユーザーがマウスピース６６を吸煙すると、空気供給が空気吸込み口５０を介して装置２０の外部の環境からエアロゾル発生チャンバー３８内へと引き出される。発熱体３２が作動された時、装置内に引き出される空気は、ヒーターの近くにある装置内の周囲空気と比較して比較的冷却されている。比較的冷却された空気供給は、エアロゾル形成チャンバー３８内の気化されたエアロゾル形成基体の少なくとも一部分を凝縮し、それによって発生したエアロゾルの流れを形成する。
【０１２０】
表面プラズモン共鳴によって加熱表面３４に発生した熱は、エアロゾル発生チャンバー３８にわたって放射する。これは、ＬＥＤ光源４０を加熱しうる。有利なことに、空気吸込み口５０を介してエアロゾル発生チャンバー３８を通した空気供給の流れは、光源４０を冷却し、したがって光源４０が過熱されることを防止する。
【０１２１】
いくつかの実施形態では、加熱表面３４は、複数の個別の加熱セクションを含みうる。これにより、加熱表面３４全体にわたる温度勾配をより正確に判定することができる。いくつかの実施形態では、各加熱セクションは、異なる密度の金属ナノ粒子または異なる数のナノ粒子層を含みうる。これにより、加熱セクションのすべてが均一な光源に晒された時に、異なる加熱セクションにわたって温度が変化する。これは、選択的な局所的な加熱を可能にするため有益である。例えば、空気吸込み口５０に近い上流加熱セクションは比較的冷たい入ってくる空気によってより影響を受けるため、これらの加熱セクションは、空気出口５２およびマウスピース６６の近位にある下流加熱セクションと比較して、比較的より多くのナノ粒子を含みうる。一部の場合には、複数の加熱セクションはまた、エアロゾル形成基体の選択的な加熱を可能にし、従って、異なる液体基体および基体に沿った香味組成物を異なる温度で加熱することを可能にする。
【０１２２】
図示した実施例で使用される液体貯蔵部分１００は、交換可能なカートリッジである。交換可能なカートリッジ１００は、可撓性のある側壁を含み、エアロゾル形成基体の枯渇に伴い潰れるように配置される。カートリッジ１００内の液体エアロゾル形成基体の枯渇は、液体貯蔵部分内に陰圧を引き起こさない。したがって、エアロゾル形成基体の変位は、気泡がカートリッジ１００内に再び入るという結果をもたらさない。従って、こうした気泡およびポンプキャビテーションによって引き起こされる断続的な液体基体送達の可能性が減少する。
【０１２３】
図３は、本発明の別の実施形態の断面を示す。エアロゾル発生チャンバー３８ｂは、管状ハウジング２２ｂを含みうる。この実施例では、エアロゾル発生装置２０ｂは、図２ａ〜図２ｃに示す装置２０と同じ構成要素を含む。光源４０ｂおよびレンズ４４ｂは、管状ハウジング２２ｂの外側に形成される。レンズ４４ｂは、光源４０ｂによって放射された光を屈折させて、発熱体３２ｂにおける平面加熱表面３４ｂ上に合焦させるように配置される。管状ハウジング２２ｂの一部分は、平面発熱体３２ｂなどの発熱体３２ｂを支持するための均質なプラットフォームを提供するための支持部２４ｂを含む。
【０１２４】
図４は、ヒーター組立品３０の一部を示す斜視図である。ヒーター組立品３０は、発熱体３２、および複数の温度センサー８０、８２、８４を含む。図示した実施形態では、複数の温度センサーは、発熱体における温度を測定するために、加熱表面３４に発熱体センサー８０を含む。複数の温度センサー８０、８２、８４は、加熱表面３４の上流および下流にそれぞれ位置する上流センサー８２および下流センサー８４をさらに含む。この実施例では、上流センサー８２および下流センサー８４は、温度を測定するために、加熱表面３４から等しい距離間隙を介している。上流センサー８２および下流センサー８４によって測定される温度は、それぞれのセンサー８２、８４の位置の、またはその近位の空気温度、またはそれぞれのセンサー８２、８４の位置の、またはその近位の発生したエアロゾルの温度を含みうる。本明細書で使用される場合、「上流」という語句は、空気出口５２よりも空気吸込み口５０に比較的近い位置を意味する。本明細書で使用される場合、「下流」という語句は、空気吸込み口５０よりも空気出口５２に比較的近い位置を意味する。
【０１２５】
温度センサー８０、８２、８４は、オンチップ温度センサーであってもよい。こうしたオンチップ温度センサーは概して平面であり、発熱体３２内に容易に包埋されうる。従って、これらのオンチップ温度センサーの使用は、エアロゾル発生チャンバー３８における気流パターンの過度の妨害を生じない。さらに、こうしたオンチップ温度センサーの表面は、金属ナノ粒子で被覆されてもよい。これは、その包含が、プラズモニック加熱を達成するために利用可能な加熱表面３４の量を減少させないため、発熱体センサー８０にとって特に有益である。
【０１２６】
コントローラ１４は、気流通路に沿った少なくとも二つの温度に基づいて、装置２０の動作パラメータを制御するように配置される。発熱体センサー８０によって測定された発熱体３２の温度は、コントローラ１４が光源４０への電力供給に対するフィードバック制御を提供するのに十分でありうる。より具体的には、コントローラ１４は、測定されたヒーター温度に基づいて、光源４０によって放射されたものとしての、光の強度、またはパルス速度、または強度とパルス速度の組み合わせを制御するように配置されうる。これにより、発熱体３２の温度を制御して、所望の温度または所望の温度範囲内に維持することが可能になる。コントローラは、測定されたヒーター温度に基づいて、従来的な温度制御を適用しうる。
【０１２７】
複数の温度センサー８０、８２、８４を使用することにより、加熱表面３４にわたる温度勾配、エアロゾル発生チャンバー３８にわたる温度勾配、または気流イベントなどの追加的な動作情報の取得が可能になる。それに基づいて、新たな制御機構が適用されうる。例えば、温度センサー８０、８２、８４によってエアロゾル発生チャンバー３８にわたる異なる位置で測定された温度は、吸息、呼息などの気流イベント、または空気供給の容積気流量などの気流量を判定するのに使用されうる。図５ａは、気流通路を通した気流がない時の、エアロゾル発生チャンバー３８に沿った空気温度プロファイルを示す。加熱表面３４は、ユーザーがマウスピースを吸うことなく入射光によって励起される。例えば、ユーザーは、ユーザーインターフェース２６と係合して発熱体３２の予熱を開始しうる。加熱表面３４の周りの停滞空気の容積は、主に自然対流により加熱表面３４によって徐々に加熱される。その結果、図５ａに示すように、空気温度は、加熱表面３４からの距離が増大すると共に次第に低下する。図５ａに示すように、作動した発熱体３２の周りの停滞空気の温度分布は、実質的に対称である。温度は上流方向および下流方向の両方で同じであるため、上流センサー８２および下流センサー８４は、加熱表面３４の各端で類似の空気温度を検出する。こうした温度示度は、チャンバー内に気流がないことを示し、従ってコントローラは、加熱表面３４における過熱を防止する、ならびにエネルギーを節約するために、光源への電力供給を停止しうる。
【０１２８】
図５ｂは、ユーザーがマウスピースを吸煙する時のエアロゾル発生チャンバー３８に沿った別の温度プロファイルを示す。この実施例では、上流センサー８２から下流センサー８４に向けた方向に流れる空気供給９０がある。周囲空気供給は、加熱表面における停滞空気を変位させ、それによって、上流センサー８２によって測定される空気温度を低下させる。一方で、下流センサー８４は、加熱された空気および発生したエアロゾルが対流によって下流センサー８４に向けて運ばれるのに伴う空気温度の上昇を検出しうる。上流センサー８２および下流センサー８４によって検出される空気温度の相対的変化は、空気供給９０の流量に関連する。例えば、高い気流は、上流センサー８２および下流センサー８４によって検出される温度の差を増大させる。その結果、空気供給９０の気流量は、互いに間隙を介したセンサー８２、８４によって測定された二つの温度間の差または比などの二つの温度から判定されうる。この感知は、発熱体センサー８０と組み合わせで使用されて、エアロゾル発生チャンバー３８内の発熱体３２の加熱表面３４にわたる温度勾配のより正確な判定を提供しうる。
【０１２９】
上流センサー８２と下流センサー８４のうちの一方のみとの組み合わせで発熱体センサー８０によって測定されるヒーター温度は追加的に、エンタルピーバランスに基づいて、気流量を判定するのに使用されうる。下流センサー８４によって感知される下流温度は、発熱体センサー８０と下流温度センサー８４との間を流れる空気の容積を推定するために、発熱体３２の温度と比較されうる。例えば、発熱体の所与の温度では、比較的大きな気流量は、発熱体が大きな容積の入ってくる空気に加熱を提供するために、下流センサー８４によって比較的低い下流温度が感知されるという結果をもたらす。発熱体３２の温度の追加的な検討により、気流量算出の精度が向上する。
【０１３０】
コントローラ１４は、センサー８０、８２、８４によって感知される一つ以上の温度を処理するために、または一つ以上の温度に基づいてどのように該動作パラメータを制御するかを判定するために、またはその両方のために、メモリ内に格納された情報を参照しうる。メモリは、非一時的コンピュータ可読媒体であってもよい。メモリは、エアロゾル発生装置の一部であってもよく、または、クラウドベースサーバー上のメモリ記憶空間など、装置に遠隔にあってもよい。情報は、少なくとも一つのルックアップテーブルを含みうる。情報は、少なくとも一つのアルゴリズムを含みうる。例えば、メモリに格納されたルックアップテーブルは、異なる温度測定値に対応する経験的気流量を提供しうる。また、ルックアップテーブルは、異なる温度測定値および温度センサーを分離する距離に対応する経験的気流量を提供しうる。
【０１３１】
コントローラは、複数の温度センサー８０、８２、８４から測定された温度に直接的に基づいて、装置２０の動作パラメータを制御するように配置される。コントローラは、複数の温度センサー８０、８２、８４からの測定された温度に間接的に基づいて、装置２０の動作パラメータを制御するように配置されてもよい。例えば、コントローラは、上記の通り、測定された温度から判定された気流量などの気流イベントに基づいて、装置２０の動作パラメータを制御するように配置されうる。動作パラメータは、複数の動作パラメータを含みうる。動作パラメータは、発熱体３２の温度、経時的な出力温度などの、発熱体３２の温度プロファイル、発熱体３２に直接的に、または間接的に供給される電力、液体貯蔵部分１００から加熱表面３４へのエアロゾル形成液体基体の流量、および加熱表面３４に供給されるエアロゾル形成液体基体の投与容積のうちのいずれかの一つ以上を含みうる。上記の通り、加熱表面３４の温度または温度プロファイルは、コントローラ１４が電気エネルギー供給源１２から発熱体３２、電源から発熱体３２へと供給される電力を制御することによって制御されうる。電力は発熱体３２に直接的に供給されてもよい。電力は、例えば、電力を光源４０に供給することによって発熱体３２に直接的に供給されうるが、光源４０は、発熱体３２のプラズモニック加熱表面３４に光を提供するように配置される。
【０１３２】
例示的な実施形態では、エアロゾル発生装置２０は、液体貯蔵部分１００から加熱表面３４へのエアロゾル形成液体基体の流量を以下の方法で制御するように配置される。まず、ユーザーは、ユーザーインターフェース２６の機械的ボタンを押すことによって光源４０を作動させる。光が光源４０から放射され、加熱表面３４の金属ナノ粒子上に入射して、表面プラズモン共鳴を開始する。加熱表面３４上のナノ粒子は、熱緩和の後に繰り返し表面プラズモン共鳴を受け、加熱表面３４の温度が所望の動作温度に増大する。典型的には、加熱表面３４は、摂氏２００〜３５０度の範囲の動作温度に加熱される。
【０１３３】
コントローラ１４は、発熱体３２の加熱表面３４が、所望の動作温度などの第一の閾値温度に達する時を判定しうる。加熱表面３４が第一の閾値温度に達すると、コントローラ１４は、投与ユニット６０のポンプを作動させ、所望の動作温度に達すると、加熱表面３４にエアロゾル形成液体基体の用量を供給する。コントローラ１４は、ヒーター温度が第二の閾値温度を超えた時に、光源への電力供給を停止または減少させうる。第二の閾値温度は、第一の閾値温度よりも比較的高い場合があり、所定の温度限界に関連しうる。したがって、コントローラ１４は、発熱体の過熱を防止しうる。
【０１３４】
コントローラ１４は、複数のセンサー８０、８２、８４によって取得された温度測定値間の相対的な差または比などの関係を分析しうる。次に、コントローラ１４は、この分析に基づいて、エアロゾル形成チャンバー３８にわたる瞬間的な気流量を判定する。
【０１３５】
判定された気流量に基づいて、コントローラ１４は、加熱表面３４の温度調整が必要かどうかを判定する。例えば、ユーザーがマウスピース６６を吸煙すると、周囲空気が空気吸込み口５０を通してエアロゾル発生チャンバー３８内に引き出される。この入ってくる空気は、まず、発熱体３２の加熱表面３４の少なくとも一部への冷却効果を有する。したがって、吸入を検出すると、コントローラ１４は、加熱表面３４での温度の増大などの温度調整が必要であると判定しうる。コントローラが温度調節が必要であると判定すると、コントローラ１４は、必要な電力量を光源４０に供給すると判定して、判定された温度調節を達成する。したがって、コントローラ１４は、加熱表面３４の温度を制御して、ユーザーがマウスピース６６を吸煙するときに入ってくる空気供給によって誘起される冷却を補正する。これは、ユーザーが装置を動作させる間、発熱体３２の加熱表面３４における一貫した動作温度を維持する。従って、発熱体３２の過熱が防止されうる。また、入ってくる空気の変動による加熱表面３４の過度の冷却も防止されうる。
【０１３６】
いくつかの実施形態では、判定された気流量に基づいて、コントローラはまた、加熱表面３４において投与される必要があるエアロゾル形成液体基体の量を判定しうる。その後、コントローラ１４は、投与ユニット６０のポンプの動作を調節して、加熱表面３４へのエアロゾル形成液体基体送達のレートを制御する。より具体的には、加熱表面３４上に投与された液体基体の量は、空気流量に比例させうる。これにより、どれほど強くユーザーがマウスピース６６を吸うかに関係なく、各吸煙における一貫したエアロゾル濃度が可能になる。
【０１３７】
いくつかの実施形態では、投与ユニット６０のポンプは、ユーザーが装置２０のマウスピース６６を吸煙したことを示す気流などの気流の検出に伴い、液体基体の固定量を送達するように配置される。例えば、上流センサー８２と下流センサー８４との間の温度差の検出に伴い、コントローラ１４は、投与ユニット６０に信号を出力して、加熱表面３４上に固定用量のエアロゾル形成液体基体を送達する。ヒーター作動に伴いエアロゾル形成液体基体が連続的に送達される連続的なポンピングシステムと比較して、この配置は、吸煙ごとに発生するエアロゾルの量を制限する。したがって、エアロゾル形成液体基体がニコチンを含む場合、各吸煙で送達される、エアロゾル中のニコチンが制限される。これは、装置の使用のセッション全体を通して一貫したニコチン送達を提供する。
【０１３８】
いくつかの実施形態では、コントローラ１４は、気流がエアロゾル発生チャンバー３８を通過することが検出されるときにのみ光源４０に電力を供給するように配置される。こうした実施形態では、加熱表面３４は、発生したエアロゾルがエアロゾル発生チャンバー３８を通して引き出される時にのみ加熱されうる。これは、液体基体が加熱表面３４において乾燥するのを防止するだけでなく、ヒーター組立品３０を過熱から保護しうる。
【０１３９】
いくつかの実施形態では、コントローラ１４は、判定された気流量に基づいて、ユーザーの吸煙挙動を監視するように配置される。コントローラ１４は、吸煙速度、吸煙頻度、吸煙容積、またはそれらの任意の組み合わせを判定しうる。コントローラ１４は次に、各使用サイクルにわたってユーザーによって吸入されるエアロゾル形成液体基体の総量を判定しうる。エアロゾル形成液体基体がニコチンを含む場合、コントローラ１４は、各使用サイクルにわたってユーザーによって吸入されるニコチンの総量を判定しうる。これにより、所与の期間にわたってユーザーによって吸入可能なニコチンの量を制限するための安全限界を実装することが可能になる。例えば、エアロゾル発生装置２０は、ユーザーが各使用サイクルにおける所定のニコチン限界に近づく、またはこれを超えたときに、エアロゾル形成液体基体の用量を減少させる、または動作を停止しうる。
【０１４０】
いくつかの実施形態では、コントローラ１４は、監視された吸煙挙動を参照して、投与ユニット６０のポンプおよびヒーター組立品３０に提供されたフィードバック制御を修正しうる。例えば、コントローラ１４は、特定のユーザーに対する平均吸煙期間、または吸煙間の平均ポーズ期間を判定しうる。その後、コントローラ１４は、エアロゾル形成液体基体の加熱および投与を制御するために、この情報を適用しうる。コントローラ１４は、平均吸煙期間が経過するのに伴い、液体基体の加熱および投与を自動的に停止しうる。コントローラ１４は、平均ポーズ期間が満了間近となると、加熱表面３４の加熱を再開しうる。これは、エアロゾルの発生および送達を促進すると同時に、装置２０の効率を向上させることを可能にする。
【０１４１】
いくつかの実施形態では、エアロゾル発生装置２０は、複数の温度センサー８０、８２、８４のうちの二つ以下のみを含む。この配置は、分析する必要のあるデータの量を減少させ、従って、プロセス制御の複雑さを減少させる。例えば、エアロゾル発生チャンバー３８にわたる気流量の判定は、互いに間隙を介した二つの温度センサーのみを使用して達成されうる。より具体的には、一実施形態では、発熱体センサー８０を有さずに、上流センサー８２および下流センサー８４のみが提供される。したがって、ヒーター温度および液体基体の投与の制御は、二つのセンサー８２、８４にわたる温度、ならびに、図５ｂに関して上記の実施形態で説明した通りに判定された気流量に基づきうる。
【０１４２】
いくつかの実施形態では、発熱体センサー８０および下流センサー８４のみがエアロゾル発生装置２０内に提供される。エアロゾル発生チャンバー３８を通した気流量は、ヒーター温度および加熱表面３４の下流の空気温度の差に基づいて判定されうる。より具体的には、気流量は、発熱体３２の加熱表面３４の特定の温度における放熱量を判定することによって判定されうる。コントローラ１４は、気流量判定の精度を向上させるために、メモリに格納されたルックアップテーブルを参照しうる。ルックアップテーブルは、異なる下流温度およびヒーター温度に対応する経験的気流量を提供する。ルックアップテーブルは、異なる下流温度、異なるヒーター温度、および下流センサー８４を加熱表面３４に対して分離する距離に対応する経験的気流量を提供しうる。
【０１４３】
いくつかの実施形態では、加熱表面３４の近傍において、一つの上流センサー８２のみが提供されている。例えば、上流センサー８２における温度示度は、コントローラ１４が、入ってくる空気供給によって誘起される加熱表面３４の上流の冷却量に基づいて、吸煙毎の頻度および期間を判定することを可能にしうる。図５ａに示す通り、気流チャネル内に気流がない場合、上流空気温度は、加熱表面３４が作動している間に徐々に上昇する。ユーザーがマウスピース６６を吸煙するにつれて、入ってくる空気供給は、測定された上流温度の降下を生じる。従って、上流温度の時間履歴、または経時的な温度変化は、空気供給の流れ、ひいてはユーザーの吸煙挙動を示す。また、上流センサー８２の使用は、加熱表面３４の加熱および液体基体のポンピングのための自動トリガとして機能しうる。
【０１４４】
いくつかの実施形態では、下流センサー８４のみがエアロゾル発生装置２０内に提供される。より具体的には、発熱体センサー８０および上流センサー８２が省略される。ルックアップテーブルを参照することにより、コントローラ１４は、光源４０によって消費される電力からヒーター温度を推定するように配置される。その後、コントローラは、図５ｂに示す実施形態に関連して説明した方法を使用して、推定されたヒーター温度と下流センサー８４によって測定された空気温度の差に基づいて、気流量を判定しうる。
【０１４５】
いくつかの実施形態では、複数の発熱体センサー８０は加熱表面３４の長さに沿って提供される。加熱表面３４は複数の加熱セクションを含む。発熱体センサー８０の各々は、局所的な加熱セクション温度を検出するためにそれぞれの加熱セクションに提供される。加熱セクションのそれぞれは、それぞれの局所的な光源によって独立して励起可能である。例えば、ローカル光源のそれぞれは、ＬＥＤアレイ４０内のＬＥＤである。
【０１４６】
使用時、エアロゾル発生チャンバー３８にわたる気流が欠如すると、加熱表面３４における空気冷却が欠如し、従って、発熱体センサー８０のそれぞれによって測定される加熱セクション温度は、類似の値を戻すこととなる。ユーザーがマウスピース６６を吸煙すると、入ってくる空気供給が、上流加熱表面などの、空気吸込み口に最も近い加熱表面３４の一部分を冷却する。これにより、異なる加熱セクションにわたる複数の発熱体センサー８０において異なる温度示度がもたらされる。従って、気流量は、異なる加熱セクションにわたって測定されるヒーター温度間の相対差に基づいて判定されうる。
【０１４７】
さらに、加熱表面３４に沿って取り付けられる複数の発熱体センサー８０は、局所的加熱制御を可能にする。例えば、コントローラは、それぞれの発熱体センサー８０に基づいて、局所的な光源のそれぞれに供給されるものとして電力を制御するように配置される。これは、周囲空気供給によって誘起される冷却を補償するために、上流加熱セクションを励起するために局所的な光源により多くの電力が供給される時に特に有益である。
【０１４８】
上述の例示的な実施形態は例証するが限定はしない。上記で考察した例示的な実施形態に照らすことによって、上記の例示的な実施形態と一貫したその他の実施形態も当業者には明らかとなろう。
【図１】
2021510504.tif 000003
【図２ａ】
2021510504.tif 000004
【図２ｂ】
2021510504.tif 000005
【図２ｃ】
2021510504.tif 000006
【図３】
2021510504.tif 000007
【図４】
2021510504.tif 000008
【図５ａ】
2021510504.tif 000009
【図５ｂ】
2021510504.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和2年9月9日(2020.9.9)
【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】
エアロゾル発生装置であって、
空気吸込み口と、
空気出口と、
前記空気吸込み口と前記空気出口との間に第一の方向に延びる気流通路と、
前記気流通路内の、エアロゾル形成基体を加熱するための発熱体と、
前記気流通路に沿った第一の位置における第一の温度を測定するための第一の温度センサーであって、前記第一の位置が前記発熱体における位置であり、前記第一の温度が前記第一の位置における前記発熱体の温度である、第一の温度センサーと、
前記第一のセンサーから前記第一の方向に間隙を介した、前記気流通路に沿った第二の位置における第二の温度を測定するための第二の温度センサーであって、前記第二の位置が前記発熱体の下流の位置であり、前記第二の温度が前記第二の位置における前記気流通路の周囲温度である、第二の温度センサーと、
前記気流通路に沿った第三の位置における第三の温度を測定するための第三の温度センサーであって、前記第三の位置が前記発熱体の上流の位置であり、前記第三の温度が前記第三の位置における前記気流通路の周囲温度である、第三の温度センサーと、
前記測定された第一の温度、前記測定された第二の温度、および前記測定された第三の温度に基づいて、前記装置の動作パラメータを制御するように構成されたコントローラと、を備える、エアロゾル発生装置。
【請求項２】
エアロゾル発生装置であって、
空気吸込み口と、
空気出口と、
前記空気吸込み口と前記空気出口との間に第一の方向に延びる気流通路と、
前記気流通路内の、エアロゾル形成基体を加熱するための発熱体と、
前記気流通路に沿った第一の位置における第一の温度を測定するための第一の温度センサーと、
前記第一のセンサーから第一の方向に間隙を介した、前記気流通路に沿った第二の位置における第二の温度を測定するための第二の温度センサーと、
前記測定された第一の温度および前記測定された第二の温度に基づいて、前記装置の動作パラメータを制御するように構成されたコントローラと、
前記エアロゾル形成基体を含む液体貯蔵部分と、
前記エアロゾル形成基体を前記液体貯蔵部分から前記発熱体へとポンピングするためのポンプと、を備え、
前記装置の前記動作パラメータが、前記液体貯蔵部分から前記発熱体への前記エアロゾル形成基体の流量を含み、前記コントローラが、前記測定された第一の温度および前記測定された第二の温度に基づいて、前記エアロゾル形成基体の流量を制御するように構成される、エアロゾル発生装置。
【請求項３】
エアロゾル発生装置であって、
空気吸込み口と、
空気出口と、
前記空気吸込み口と前記空気出口との間に第一の方向に延びる気流通路と、
光源と、
前記気流通路内の、エアロゾル形成基体を加熱するための発熱体であって、前記光源から光を受け、表面プラズモン共鳴によって熱を発生させるように配置された複数の金属ナノ粒子を含む、発熱体と、
前記気流通路に沿った第一の位置における第一の温度を測定するための第一の温度センサーと、
前記第一のセンサーから前記第一の方向に間隙を介した、前記気流通路に沿った第二の位置における第二の温度を測定するための第二の温度センサーと、
前記測定された第一の温度および前記測定された第二の温度に基づいて、前記装置の動作パラメータを制御するように構成されたコントローラと、を備える、エアロゾル発生装置。
【請求項４】
記発熱体が、金属ナノ粒子の複数の個別領域を含み、前記複数の個別領域が前記発熱体において互いに間隙を介している、請求項３に記載のエアロゾル発生装置。
【請求項５】
前記光源が複数の光源を含み、前記光源の少なくとも一つが前記複数の金属ナノ粒子の一部分のみを照射するように配置される、請求項３または４に記載のエアロゾル発生装置。
【請求項６】
前記発熱体が、複数の加熱セクションを備え、前記第一の温度センサーおよび前記第二の温度センサーのそれぞれが、前記発熱体のそれぞれの加熱セクションに位置付けられる、請求項１〜５のいずれかに記載のエアロゾル発生装置。
【請求項７】
前記コントローラが、前記複数の加熱セクションにわたる温度分布を判定し、前記判定された温度分布に基づいて、前記複数の加熱セクションに供給される電力を制御するように構成される、請求項６に記載のエアロゾル発生装置。
【請求項８】
前記コントローラが、前記発熱体にわたる温度分布を判定し、前記判定された温度分布に基づいて、前記動作パラメータを制御するように配置される、請求項１〜７のいずれかに記載のエアロゾル発生装置。
【請求項９】
前記装置の前記動作パラメータが、前記発熱体の温度を含み、前記コントローラが、前記測定された第一の温度および前記測定された第二の温度に基づいて、前記発熱体の少なくとも一部分の出力温度を制御するように構成される、請求項１〜８のいずれかに記載のエアロゾル発生装置。
【請求項１０】
前記コントローラが、前記測定された第一の温度および前記測定された第二の温度に基づいて、前記気流通路を通した気流量を判定するように構成される、請求項１〜９のいずれかに記載のエアロゾル発生装置。
【請求項１１】
前記コントローラが、前記判定された気流量に基づいて、前記動作パラメータを制御するように構成される、請求項１０に記載のエアロゾル発生装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載のエアロゾル発生装置と、エアロゾル形成基体を含むエアロゾル発生物品とを備える、エアロゾル発生システム。
【請求項１３】
エアロゾル発生装置を制御する方法であって、前記エアロゾル発生装置が、光源、および気流通路内に第一の方向に延びる発熱体を備え、前記発熱体が、前記光源から光を受け、表面プラズモン共鳴によって熱を発生するように配置された複数の金属ナノ粒子を含み、前記方法が、
−  前記気流通路に沿った第一の位置における第一の温度を測定するステップと、
−  前記気流通路に沿った第二の位置における第二の温度を測定するステップであって、前記第二の位置が前記第一の位置から前記第一の方向に間隙を介している、測定するステップと、
−  前記測定された第一の温度および前記測定された第二の温度に基づいて、前記装置の動作パラメータを制御するステップと、を含む、方法。
【請求項１４】
エアロゾル発生装置を制御する方法であって、前記エアロゾル発生装置が、気流通路内に第一の方向に延びる発熱体、エアロゾル形成基体を含む液体貯蔵部分、および前記エアロゾル形成基体を前記液体貯蔵部分から前記発熱体へとポンピングするためのポンプを備え、前記方法が、
−  前記気流通路に沿った第一の位置における第一の温度を測定するステップと、
−  前記気流通路に沿った第二の位置における第二の温度を測定するステップであって、前記第二の位置が前記第一の位置から前記第一の方向に間隙を介している、測定するステップと、
−  前記測定された第一の温度および前記測定された第二の温度に基づいて、前記装置の動作パラメータを制御するステップであって、前記装置の前記動作パラメータが、前記液体貯蔵部分から前記発熱体への前記エアロゾル形成基体の流量を含み、前記装置の前記動作パラメータを制御する前記ステップが、前記測定された第一の温度および前記測定された第二の温度に基づいて、前記エアロゾル形成基体の流量を制御することを含む、制御するステップと、を含む、方法。
【請求項１５】
エアロゾル発生装置を制御する方法であって、前記エアロゾル発生装置が、光源、および気流通路内に第一の方向に延びる発熱体を備え、前記発熱体が、前記光源から光を受け、表面プラズモン共鳴によって熱を発生するように配置された複数の金属ナノ粒子を含み、前記方法が、
−  前記気流通路に沿った第一の位置における第一の温度を測定するステップと、
−  前記気流通路に沿った第二の位置における第二の温度を測定するステップであって、前記第二の位置が前記第一の位置から前記第一の方向に間隙を介している、測定するステップと、
−  前記測定された第一の温度および前記測定された第二の温度に基づいて、前記装置の動作パラメータを制御するステップと、を含む、方法。
【国際調査報告】
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