JP6900387B2 - 識別インダクタを有するエアロゾル発生システム用カートリッジ - Google Patents

Description

本発明は、エアロゾル発生システムで使用する、特に、電子たばこに使用するカートリッジを製造する方法に関連する。カートリッジには、使用したカートリッジ、またはカートリッジ内に貯蔵されたエアロゾル形成媒体を示す、特定のインダクタンスを有する識別インダクタが提供される。

よく使用される電子たばこは、モジュール構造を有し、通常、エアロゾル形成基体を保持するための貯蔵構成要素を有する交換可能なカートリッジを備える。カートリッジ内に備えられるエアロゾル形成基体は、成分、風味、強度またはその他の特性において大きく変わり得る。消費者は、カートリッジを随意に交換することを望む場合がある。しかしながら、最適な気化条件は、カートリッジ内に備えられるエアロゾル形成基体の成分に依存し得る。したがって、気化ユニットを、消費者によって選択された特定のエアロゾル形成基体に完全に適合させるためには、気化装置の制御設定を適宜自動的に変更するために、電子たばこ内に、交換可能なカートリッジまたはカートリッジ内に貯蔵されるエアロゾル形成基体を識別可能な自動認識手段を含めることが望ましい。

ＥＰ２ ３９９ ６３６Ａ１は、上記のような交換可能なカートリッジを備えるエアロゾル発生装置を対象としており、ここでカートリッジは、カートリッジを他のカートリッジと区別するための１つ以上の電気構成要素を備える。電気構成要素は、１つ以上の、電気抵抗器、キャパシタンス、またはインダクタンスであり得る。エアロゾル発生装置は、１つ以上の電気構成要素の電気特性を判定するための手段を備える。エアロゾル発生装置は、メモリユニット内に記憶されたルックアップテーブルをさらに備えてもよく、ルックアップテーブルでは、電気構成要素の特性がそれぞれのカートリッジを識別するデータに関連付けられている。異なるカートリッジの区別を可能とするために、複数の電気構成要素が使用され得る。

ＥＰ２ ３９９ ６３６Ａ１では、カートリッジを他のカートリッジと区別するための追加の電気構成要素が別個の電気回路に提供されており、そのため、追加の電気接点の使用が必要であり、これを介して追加の電気構成要素が制御回路に接続される。追加の接点は、エアロゾル発生システムの構造の複雑さを増大させる。これにより製造が高コストとなり、さらなる不具合の原因となる。

本発明は、上記課題を克服することを目的としており、そして、その構造的複雑さを僅かに増大させるだけで、カートリッジを電気的に区別可能とするための、信頼できる方法を提供することを目的としている。

本発明の第一の態様によれば、エアロゾル発生システムで使用するのに適したカートリッジの製造方法が提供されている。本方法は、液体貯蔵部分を提供する工程、予め定義された抵抗を有する電気構成要素を提供する工程、特定のインダクタンスを有する電気インダクタ内に電気構成要素を形成する工程、そして、電気インダクタをカートリッジに取り付ける工程を含む。電気インダクタのインダクタンスは、特定のカートリッジを示す。また、電気インダクタのインダクタンスは、カートリッジの液体貯蔵部分に充填された、または、充填される、エアロゾル形成基体を示す。

電気構成要素は、適切に形状付けられた、導電線とし得る。所与の材料について、導電線の総抵抗は、その断面およびその長さによって判定される。電線は、銅、銀、アルミニウム、またはその合金などの、低抵抗率を有する導電材料からなってもよい。電気構成要素の抵抗が小さくなるほど、電気構成要素において放散される電気エネルギーが少なくなり、残りの電気回路に対する電気構成要素の影響が小さくなる。

導電線は、誘導コイルなどの、特定のインダクタンスを有するソレノイドに形成されてもよい。導電線から形成されたコイルの結果として得られるインダクタンスは、誘導コイルの、長さ、半径、および巻きの数に依存する。このようにして、複数の同一の電線、つまり、同一の材料からなり、同一の断面と同一の長さを有する電線は、異なるインダクタンスを有する複数の誘導コイルに形成され得る。電線の長さが変化しないままであるため、誘導コイルの総抵抗も、実質的に一定のままである。本文脈において、「実質的に一定」とは、総抵抗が同一であって、基本的に、材料の不均質性または製造公差によってのみ変動することを意味する。

電線を、変化するインダクタンスを有するコイルに製造するために、巻きの数、コイルの直径、およびコイルの全長のうちの少なくとも１つを変更することが可能である。電線の全長がコイル形状に形成される場合、パラメータのうちの１つを変更することは、その他のパラメータの変更にもつながる。ただし、電線の全長がコイルの形状に形成される必要はない。コイルの直径、コイルの長さ、および巻きの数のうちの１つまたは２つのパラメータを一定とすることも可能である。コイル形状に形成されない電線の余部分は、その後、例えば、カートリッジ回路を電源接点に接続するのに使用され得る。

本方法はさらに、電気発熱体を提供する工程、電気発熱体をカートリッジに取り付ける工程、そして、電気インダクタを電気発熱体に直列に接続する工程を含んでもよい。本明細書を通して、発熱体とインダクタの組み合わせは「カートリッジ回路」と称される。通常、発熱体は、エアロゾル発生システムにおいて直流電源によって給電される。こうした直流電気回路は、追加のインダクタンスの存在によってわずかに影響を受けるのみである。さらに、誘電素子が低抵抗率材料からなる場合、総抵抗が電力消費に与える影響も僅かであり、基本的には発熱体のヒーター特性に影響を及ぼさない。

発熱体が電池などの直流電源によって給電される実施形態では、発熱体の両端の電圧低下および発熱体を流れる電流は、使用中、実質的に一定である。ただし、インダクタのインダクタンスを判定するためには、電流の流れの変化時のインダクタの応答を判定する必要がある。従って、インダクタンスは通常、電気回路の作動または停止時、あるいは、交流を印加することで判定される。従って、インダクタンスの判定およびカートリッジの識別は、発熱体が作動していなときに実行されることが好ましい。

使用時には、カートリッジ回路は電源に接続され、エアロゾル発生システムの電気回路によって制御される。カートリッジ回路を制御回路に接触させるための電気接点は、点状接点、長方形状接点、円状接点、または同心環状接点として提供されてもよい。小さな接触領域は、コンパクトな構造を可能にするが、接触を閉じるためには、カートリッジが特定の方向を再開させることが必要な場合がある。これとは対照的に、大きな接点領域、特に環状接点は、カートリッジの特定の方向を必要とせず、そのため消費者用のシステムの操作を単純化する。

本発明の１つの利点は、誘導素子が発熱体と直列に接続され、そのため、加熱装置に給電するのに、および、電気インダクタのインダクタンスを判定するのには、２つの電気接点で十分であり得るということである。これは、複雑さを低減し、システムの信頼性と性能を増大させる。

種々の誘導構成要素が同一の電線から形成される場合、製造方法および製造中の関係ロジスティクスが大きく簡略化される。製造工程に対して複数の異なる誘導構成要素を提供する代わりに、本発明の方法は、導電線などの１つのみの電気構成要素を必要とする。この電線はその後、カートリッジを、異なる特定のインダクタンスを有する誘導構成要素に製造する間に、当業者に容易に入手可能な手段によって形成される。

製造中、各カートリッジには特定の誘導構成要素が装備されるが、そのインダクタンスは、カートリッジの液体貯蔵部分に既に備えられているか、あるいはこれに充填される、エアロゾル形成基体を示す。

電気インダクタは、任意の適切な位置においてカートリッジに取り付けられ得る。電気インダクタは、カートリッジの通常の交換操作中に消費者がインダクタにアクセスできないよう、カートリッジの内側に取り付けられてもよい。

電気インダクタは、カートリッジの外側に取り付けられてもよい。不要な、または意図しない操作からインダクタをさらに保護するために、カートリッジに、電気インダクタを被覆するよう適合されたキャップがさらに提供されてもよい。

発熱体が加熱コイルの形態で提供される実施形態では、加熱回路のインダクタンスは、加熱コイル自体の修正によっても変化し得る。加熱コイルのインダクタンスの変化は、上記のような追加の電気インダクタのインダクタンスの修正と同一の原理に従う。加熱コイルのインダクタンスを変更することで、別個のインダクタを必要としなくなる。ただし、加熱コイルの設計は、加熱する芯部分の直径および長さなどの、アトマイズ工程の特定の要件を満たす必要もある。従って、コイルの寸法の変化に対する自由度が小さくなる。

第二の態様において、本発明は、エアロゾル発生システムで使用するのに適したカートリッジを対象としており、ここでカートリッジは、液体貯蔵部分と予め定義された抵抗および特定のインダクタンスを有する電気インダクタとを備えており、ここで電気インダクタの特定のインダクタンスは、使用したカートリッジまたはカートリッジの液体貯蔵部分内に備えられる、または、これに充填される、エアロゾル形成基体を示す。

カートリッジは、電気インダクタに直列に接続される発熱体をさらに備えてもよく、ここで発熱体と電気インダクタは、カートリッジ回路を形成する。

第三の態様において、本発明は、エアロゾル発生システム、特に、上記カートリッジと、電源および電子回路を含む装置部分とを備える電子たばこを対象としている。電子回路は、電気インダクタの電気インダクタンスを判定するよう、および、電気インダクタンスを、カートリッジを識別するデータと関連付けるよう適合される。

好ましくは、カートリッジと装置部分とは、別個または個々の本体またはユニットである。換言すると、カートリッジは、装置部分とは別個に、製造、パッケージ、および販売され得る。カートリッジは、装置部分に取り付け可能であっても、あるいは、使用時に装置部分によって受容可能であってもよい。このため、装置部分は耐久品であって、複数回の使用に対して構成されてもよく、また、カートリッジは、使い捨て品であって１、２回の使用で交換可能としてもよい。一部の実施形態では、装置部分は、異なるカートリッジに使用されるよう構成され得る。

カートリッジは、エアロゾル発生システムの装置部分に着脱可能に取り付けられ得る。カートリッジは、エアロゾル発生システムの装置部分に着脱可能に取り付けられ得る。

本発明の一実施形態では、カートリッジは交換可能なタンクであり、これは、タンクを識別するための電気インダクタと、その中に含まれるエアロゾル形成基体とを備え、発熱体は、装置部分の一部を形成し得る。タンクからの液体は、適切な受動的または能動的搬送手段によって発熱体に搬送される。受動的搬送手段には、交換可能なタンク内に延び、エアロゾル形成基体を毛細作用によって発熱体に送る、毛細管または芯を含み得る。能動的搬送手段には、制御回路によって能動的に制御され得る、ポンプやシリンジシステムが含まれ得る。通常、こうした能動的搬送手段は、パフセンサからの対応する信号の際に作動し得る。

発熱体が装置部分の一部を形成する実施形態では、発熱体は、タンクの交換時に交換されない。ただし、発熱体は装置部分に着脱可能に取り付けられており、そのため、ユーザーは、必要に応じて新たな発熱体を挿入することができる。

装置部分は、ルックアップテーブルを記憶するためのメモリ装置を備えてもよく、このルックアップテーブルは、インダクタの電気インダクタを表すデータを備え、各電気インダクタンス値は、カートリッジを識別するデータに関連付けられている。

好ましくは、ルックアップテーブルは、１つ以上のインダクタンス値を表すデータをさらに備え得るが、各インダクタンス値は、発熱体に加えられる異なるエネルギープロファイルを表すパラメータにさらに関連付けられている。各インダクタンス値は、異なるカートリッジ識別子に関連付けられている。これは、エアロゾル発生システムが、異なるエアロゾル形成基体を含むカートリッジがエアロゾル発生システムに挿入されている場合であっても、一定量、例えば、容積または質量のエアロゾルをユーザーに送達するよう構成され得ることを意味する。

例えば、１つのカートリッジ内に含まれる特定のエアロゾル形成基体は、別のカートリッジ内に含まれる異なるエアロゾル形成基体よりも、気化されるのにより多くのエネルギーを必要とする場合がある。インダクタンス値または特定のカートリッジ識別子を、ルックアップテーブルに記憶される加熱プロファイルに関連付けることで、カートリッジ内に貯蔵されるエアロゾル形成基体のタイプとは独立して、一定量のエアロゾルをユーザーに送達することができる。

本発明を、添付図面を参照しながら、例証としてのみであるがさらに説明する。
図１は、カートリッジに取り付けられるインダクタを有する本発明の一実施形態を示す。 図２は、本発明の、発熱体と、カートリッジを識別するためのインダクタとを備えるカートリッジ回路の電気回路図を示す。 図３は、同一の抵抗および異なるインダクタンスを有する複数のインダクタを示す。

図１には、一般的に使用されているエアロゾル発生システム１０の一例が図示されている。図１のエアロゾル発生システム１０は、電気的に加熱されたエアロゾル発生システム１０であり、装置部分１４とカートリッジ１６とを有する２部分からなるハウジング１２を備える。装置部分１４には、電池１８の形態の電力供給源および電気制御回路２０が提供されている。カートリッジ１６は、エアロゾル形成基体２４を含む液体貯蔵部分２２、毛細管芯２６、および加熱コイル２８の形態の発熱体を備える。この実施形態では、液体貯蔵部分２２は、中央気流チャネル３０を画定する円筒形構造である。毛細管芯２６の端部は液体貯蔵部分２２の中へと延びる。毛細管芯２６の中央部分は、気流チャネル３０にわたって延び、少なくともその一部は加熱コイル２８によって囲まれている。加熱コイル２８は、適切な電気的接続（図示せず）を介して電気回路２０に接続されている。ハウジング１０はまた、空気吸込み口３２と、マウスピース側端の空気出口３４も含む。図１ｂに示す装置では、カートリッジ１６は装置部分１４から着脱可能であり、また、液体貯蔵部分２２とアトマイザー２６、２８とを備える。従って、こうした装置は「カートマイザ」とも称される。

使用時、動作は以下の通りである。液体エアロゾル形成基体２４は、液体貯蔵部分２２から、毛細管作用によって、液体貯蔵部分２２内へと延びる芯２６の端部から加熱コイル２８によって囲まれた芯２６の中央部分まで送られる。ユーザーが空気出口３４で装置を吸うと、周囲空気は空気吸込み口３２を通して吸い込まれる。パフ検出システム（図示せず）は、パフを感知すると、加熱コイル２８を起動する。電池１８が電気エネルギーを加熱コイル２８に供給して、加熱コイル２８によって囲まれる芯２６の中央部分を加熱する。芯２６のその中央部分にある液体エアロゾル形成基体２４が、加熱コイル２８によって気化し、過飽和蒸気を形成する。生成された過飽和蒸気は空気吸込み口３２からの気流と混合され、気流中で運ばれる。空気流チャネル３０内で、蒸気は凝縮して吸引可能なエアロゾルを形成し、これが空気出口３４に向かって運ばれ、ユーザーの口内に入る。

上記要素に加えて、インダクタ４０がカートリッジ１６に提供される。インダクタ４０は、制御回路２０に接続され、制御回路２０が、液体貯蔵部分２２、そして、特に、液体貯蔵部分２２内に備えられるエアロゾル形成基体２４のタイプを識別することを可能にする。図１ａ、１ｂに示すように、インダクタ４０は、液体貯蔵部分２２内に置かれ得る。この実施形態では、抵抗器４０は、ユーザーから見えず、また、エアロゾル発生システム１０の通常の操作中の損傷から保護される。

図１に図示するエアロゾル発生システム１０は、本発明のカートリッジを有利に使用し得るエアロゾル発生システムの一例に過ぎない。当業者であれば、本発明の識別システムを、交換可能なカートリッジ１６を用いるエアロゾル発生システム１０のその他の既知の設計に使用し得ることを容易に理解する。

図２には、本発明の一実施形態の電気回路図が示されている。この実施形態では、加熱装置、例えば加熱コイル２８が２つの電気接点Ｔ₁、Ｔ₂に接続され、これらは次にエアロゾル発生システムに提供された電源（図示せず）の２つの接点に接続される。これに加えて、図２の回路図は、加熱コイル２８と直列に接続されるインダクタ４０も備える。加熱装置とインダクタの組み合わせは、本明細書では「カートリッジ回路」とも称される。エアロゾル発生システム１０の制御回路２０は、以下に説明するように、カートリッジ回路の総インダクタンスを判定するよう適合される。

当業者には既知であるように、電気回路のインダクタンスＬ、電圧Ｖ、および回路を流れる電流Ｉの間の関係は、

インダクタの両端に誘導される電圧は、インダクタのインダクタンスとインダクタを流れる電流の変化率との積に等しい。

インダクタを流れる電流Ｉの変化時のインダクタの両端の電位差を測定することで、制御装置回路は、上記関係に従ってインダクタＬの値を判定することができる。

カートリッジに関連付けられたインダクタＬの値を判定すると、制御回路は、判定したインダクタンス値を用いてルックアップテーブルを検索することで、判定したインダクタンス値からカートリッジのタイプを判定する。

ルックアップテーブルは、１つ以上の異なるインダクタンス値を備えてもよく、それぞれのインダクタンス値は、エアロゾル発生システムで使用可能なカートリッジの識別子に関連付けられている。識別子は、カートリッジ内に含まれる液体のタイプを示し得る。

制御装置は、制御装置によって判定されるカートリッジのインダクタンス値に最も値が近い、ルックアップテーブルに記憶されたインダクタンス値に関連付けられた、ルックアップテーブルに記憶されたカートリッジ識別子としてカートリッジのタイプを判定し得る。ルックアップテーブルは、制御回路に組み込まれた読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）に記憶されてもよく、あるいは、別個のメモリストアに記憶されてもよい。

図３に、本発明の１つの可能性のある実施形態を示す。この実施形態では、異なるインダクタンスを有する複数のソレノイドまたは誘導コイル４０を形成するために、長さが固定の銅線が使用される。全てのコイル４０は同一の銅線からなるため、これらの誘導コイルの電気抵抗Ｒは一定のままである。

図３の実施形態で使用される銅線は、１５０ミリメートルの長さと０．５ミリメートルの直径を有する。銅の抵抗率を１．７＊１０^-8オーム＊メートルとすると、銅線の総抵抗はおよそ０．０１オームとなる。抵抗は十分に小さいため、加熱コイルのヒーター特性には影響を及ぼさない。

銅線は、変化するコイルの巻き数Ｎとコイルの半径ｒを有する、コイルへと巻き付けられる。予め定義された長さｌおよび予め定義された巻きの数Ｎを有する電線について、結果として得られるコイルの半径ｒは、関係ｌ＝２πｒＮに従って判定される。

結果として得られるソレノイド、つまり、空芯を有する短円筒形コイルのインダクタンスは、以下の式に従ってその幾何寸法から判定することができる。

この計算では、コイルの長さｌは、電線の直径とコイルの巻きの数の乗数におおよそ等しいものと考えられる。

１５０ミリメートルの全長および０．５ミリメートルの直径を有する銅線の、結果として得られる寸法およびインダクタンスを以下の表に示す。

表１：巻きの数および半径を変えたコイルのインダクタンス値
電気回路が、信頼できる方法でこれらのインダクタンス値を区別可能なように、個々のコイルが可能な限り正確に再生成されることが重要である。特定のインダクタンスを有する誘導コイルの形成方法の精度は、＋／−５％以上であることが好ましい。

電気制御回路２０は、カートリッジ１６のタイプ、したがって現在挿入されているカートリッジ１６に提供されているエアロゾル形成基体２４のタイプ、を確認するためにインダクタンス値を判定する。エアロゾル形成基体２４のタイプを判定すると、電気制御回路２０は、発熱体２８の起動のための設定を、エアロゾル形成基体２４の特定のタイプに調整することができる。このようにして、エアロゾル発生システム１０で使用できることができる様々なエアロゾル形成基体２４に対して、最適な気化条件が保証され得る。

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り、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。

Claims (12)

1. エアロゾル発生システムで使用するのに適したカートリッジの製造方法であって、前記方法は、
   液体貯蔵部分を提供する工程と、
   予め定義された抵抗を有する電気構成要素を提供する工程と、
   前記電気構成要素を、特定のインダクタンスを有する電気インダクタに形成する工程と、
   前記電気インダクタを前記カートリッジに取り付ける工程と、
   電気発熱体を提供する工程と、
   前記電気発熱体を前記カートリッジに取り付ける工程と、
   前記電気インダクタを前記発熱体に直列に接続する工程と、を含み、
   前記電気インダクタの前記インダクタンスは、前記液体貯蔵部分に備えられる、または、充填される、エアロゾル形成基体を示す、方法。
2. 前記電気構成要素は、誘電材料からなる電線である、請求項１に記載の方法。
3. 前記電気構成要素は、銅、銀、アルミニウム、またはそれらの合金などの、低抵抗率を有する誘電材料からなる電線である、請求項１または２のいずれかに記載の方法。
4. 前記電気構成要素は、特定のインダクタンスを有する誘導コイルに形成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 複数の電気インダクタを提供する工程であって、前記電気インダクタは同一の電気抵抗と異なる電気インダクタンスを有する、提供する工程と、
   前記液体貯蔵部分に充填される前記エアロゾル形成基体に応じて、前記カートリッジに取り付ける電気インダクタを選択する工程と、をさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 複数の同一の電線を提供する工程と、
   前記同一の電線を、変化するインダクタンスを有するソレノイドに形成する工程と、をさらに含み、
   これによって、前記ソレノイドが、（ｉ）巻きの数、（ｉｉ）巻きの直径、および（ｉｉｉ）その全長のうちの少なくとも１つが異なり、これにより、各ソレノイドが実質的に同一の電気抵抗および異なる電気インダクタンスを有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. エアロゾル発生システムで使用するのに適したカートリッジであって、前記カートリッジは、
   液体貯蔵部分と、
   予め定義された抵抗と特定のインダクタンスを有する電気インダクタと、
   前記電気インダクタに直列に接続される発熱体であって、前記発熱体と前記電気インダクタはカートリッジ回路を形成する、発熱体と、を備え、
   前記電気インダクタの前記特定のインダクタンスは、前記液体貯蔵部分に備えられる、または、充填される、前記エアロゾル形成基体を示す、カートリッジ。
8. 請求項７に記載のカートリッジと、
   電源及び電気制御回路を備える装置部分と、を備え、前記電気制御回路は、前記カートリッジ回路の前記電気インダクタンスを判定するよう、そして、前記電気インダクタンスを前記カートリッジを識別するデータと関連付けるよう適合される、エアロゾル発生システム。
9. 前記カートリッジは、前記エアロゾル発生システム（１０）の前記装置部分（１４）に着脱可能に取り付けられる、請求項８に記載のエアロゾル発生システム。
10. 前記装置部分と前記カートリッジの端面に隣接して電気接点が提供され、これらの接続が、点状接点、長方形状接点、円状接点、または同心環状接点として提供される、請求項８又は９に記載のエアロゾル発生システム。
11. ちょうど２つの電気接点が前記カートリッジ上に提供され、２つの対応する接点が前記装置部分に提供され、そして、これらの２つの接点が前記発熱体に給電することおよび前記インダクタまたは前記カートリッジ回路の前記インダクタンスを判定することを同時に可能にする、請求項８〜１０のいずれか１項に記載のエアロゾル発生システム。
12. 前記装置部分は、ルックアップテーブルを記憶するためのメモリをさらに備え、前記ルックアップテーブルは、前記電気インダクタの前記電気インダクタンスを表すデータを含み、各電気インダクタンス値はカートリッジを識別するデータに関連付けられている、請求項８〜１１のいずれか１項に記載のエアロゾル発生システム。

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