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KR20210009318A - 진동 챔버를 갖는 분무기 조립체 - Google Patents

진동 챔버를 갖는 분무기 조립체 Download PDF

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KR20210009318A
KR20210009318A KR1020207032683A KR20207032683A KR20210009318A KR 20210009318 A KR20210009318 A KR 20210009318A KR 1020207032683 A KR1020207032683 A KR 1020207032683A KR 20207032683 A KR20207032683 A KR 20207032683A KR 20210009318 A KR20210009318 A KR 20210009318A
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cavity
vibration
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다라 바야트
미셸 베산트
제롬 크리스티안 코우어밧
올리비에 뒤보셰
이바르 켈버그
필리프 니더만
파스칼 안드레 다니엘 쟝 프라테
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필립모리스 프로덕츠 에스.에이.
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Abstract

분무기 조립체(50)가 제공되어 있다. 분무기 조립체(50)는 분무될 액체를 함유하고 있는 공동(62); 공동(62)에 분무될 액체의 공급부를 제공하기 위한 액체 유입구(64); 탄성 변형 가능 요소(54); 및 복수의 노즐(18)을 포함하고 있는 메쉬 요소(10)를 갖는 진동 챔버를 포함하고 있다. 분무기 조립체(50)는 또한 탄성 변형 가능 요소(54)를 진동시키도록 배열되어 있는 액추에이터(56)를 포함하고 있다. 진동 챔버 및 진동 챔버의 공동(62) 내에 함유된 액체는 진동 시스템을 형성하고, 액추에이터(56)에 의한 탄성 변형 가능 요소(54)의 진동은 공동(62) 내부의 압력을 변화시킨다. 액추에이터(56)는 진동 시스템의 공진 진동수에서 탄성 변형 가능 요소(54)를 진동시켜 공동(62) 내에 함유된 액체를 메쉬 요소(10)의 노즐(18)을 통해 공동(62)으로부터 배출하도록 구성되어 있다.

Description

진동 챔버를 갖는 분무기 조립체
본 발명은 분무기 조립체에 관한 것이다. 본 발명은 또한 분무기 조립체를 포함하고 있는 에어로졸 발생 시스템, 상기 분무기 조립체를 포함하고 있는 에어로졸 발생 시스템용 에어로졸 발생 장치 및 분무기 조립체로 에어로졸을 발생시키는 방법에 관한 것이다.
배터리 및 제어 전자 장치를 포함하고 있는 전력 공급부 부분, 및 저장부에 담긴 액체 에어로졸 형성 기재의 공급부 및 전동식 분무기 조립체를 포함하고 있는 카트리지로 이루어진 핸드헬드 전동식 에어로졸 발생 시스템이 공지되어 있다. 일부 실시예에서, 분무기 조립체는 액체 에어로졸 형성 기재를 가열하고 기화시켜서 에어로졸을 발생시키기 위한 전기 가열 요소를 포함할 수 있다.
일부 장치는 하나 이상의 노즐을 정의하고 있는 메쉬 요소를 포함하고 있는 분무기 조립체를 포함하고 있으며, 상기 장치는 액체 에어로졸 형성 기재를 메쉬 요소의 한 측면에 공급하도록 배열되어 있다. 메쉬 요소는 액체 에어로졸 형성 기재의 공급부에 맞서 진동되어서 노즐을 통해 액체 에어로졸 형성 기재의 액적을 강제함으로써 에어로졸을 발생시킬 수 있다. 이러한 배열을 능동 메쉬 요소로 지칭할 수 있다.
대안적인 배열은 메쉬 요소에 맞서 액체 에어로졸 형성 기재의 공급부를 진동시켜서 노즐을 통해 액체 에어로졸 형성 기재의 액적을 강제하도록 배열된 액추에이터를 포함할 수 있다. 이러한 배열을 수동 메쉬 요소로 지칭할 수 있다.
메쉬 요소를 포함하고 있는 분무기 조립체는 특정 액체 에어로졸 형성 기재에 대해 분무기 조립체에 의해 생성될 수 있는 최소 액적 크기를 나타낼 것이다. 통상적으로, 에어로졸화된 액체 에어로졸 형성 기재의 폐 전달을 최대화하기 위해 작은 액적 크기가 바람직하다. 폐 전달을 최대화하기 위해 직경이 2.5μm 이하인 액적 크기가 바람직할 수 있다. 2.5μm 이하의 액적 크기의 경우, 흡입될 때 액적의 적어도 80%가 폐 폐포에 도달할 것으로 간주된다.
메쉬 요소에 의해 생성된 액적 크기를 감소시키기 위한 하나의 수단은 노즐의 단면 크기를 감소시키는 것이다. 그러나, 더 작은 단면 노즐 크기일수록 노즐을 통해 액체 에어로졸 형성 기재를 강제하기 위한 더 큰 압력을 필요로 한다. 따라서, 메쉬 요소를 포함하고 있는 공지된 시스템에서, 통상적으로, 필요한 액체 압력의 증가가 엄청나게 클 때 노즐의 단면 크기의 추가 감소가 방지된다. 메쉬 요소에 의해 생성된 액적 크기를 감소시키기 위한 다른 수단은 노즐의 길이를 감소시키는 것이다. 그러나, 더 작은 노즐 길이일수록 더 얇은 메쉬 요소를 필요로 하며, 이는 메쉬 요소의 강성을 감소시키고 메쉬 요소가 견딜 수 있는 최대 압력을 감소시킨다. 메쉬에 의해 생성된 액적 크기를 감소시키기 위해 다른 수단이 필요하다.
작은 액적 크기를 나타내는 에어로졸의 발생을 용이하게 하는 분무기 조립체를 제공하는 것이 바람직할 것이다. 예를 들어, 직경이 2.5μm 이하인 액적 크기를 나타내는 에어로졸의 발생을 용이하게 하는 분무기 조립체를 제공하는 것이 바람직할 것이다. 조립체를 작동시키는 데 필요한 전력을 감소시키거나 최소화하는 분무기 조립체를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 분무기 조립체가 제공되어 있다. 분무기 조립체는, 분무될 액체를 함유하고 있는 공동; 상기 공동에 분무될 액체의 공급을 제공하기 위한 액체 유입구; 탄성 변형 가능 요소; 및 복수의 노즐을 포함하고 있는 메쉬 요소;를 갖는 진동 챔버를 포함하고 있다. 분무기 조립체는 또한 탄성 변형 가능 요소를 진동시키도록 배열된 액추에이터를 포함하고 있다. 상기 진동 챔버 및 진동 챔버의 공동 내에 함유된 액체는 진동 시스템을 형성하고, 액추에이터에 의한 탄성 변형 가능 요소의 진동은 공동 내부의 압력을 변화시킨다. 상기 액추에이터는 상기 진동 시스템의 공진 진동수에서 상기 탄성 변형 가능 요소를 진동시켜 상기 공동으로부터 상기 메쉬 요소의 노즐을 통해 상기 공동 내에 함유된 액체를 배출시키도록 구성되어 있다.
분무기 조립체의 사용 동안, 분무될 액체는 액체 유입구를 통해 공동에 공급된다. 액추에이터는 탄성 변형 가능 요소를 진동시켜, 상기 메쉬 요소의 복수의 노즐을 통해 공동 내부의 액체의 적어도 일부를 강제한다. 메쉬 요소의 복수의 노즐을 강제로 통과한 액체는 복수의 액적을 형성한다. 복수의 노즐을 강제로 통과하여 액적을 형성하는 액체의 모멘텀은 액적을 메쉬 요소로부터 멀리 운반한다. 따라서, 사용 중에, 분무기 조립체는 메쉬 요소를 통해 배출된 액체 액적을 포함하고 있는 에어로졸을 발생시킨다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “공진(resonance)”은 시스템의 고유 진동수(natural frequency)에서의 강제 진동(forced vibration)을 지칭한다. 마찬가지로, 용어 “공진 진동수”는 시스템의 고유 진동수에서의 구동 진동(driving oscillation)을 지칭한다. 즉, 분무기 조립체의 액추에이터는 진동 시스템의 고유 진동수에서 탄성 변형 가능 요소를 진동시키도록 구성되어 있다.
본 발명자들은 본 발명의 분무기 조립체가 공진에서 구동될 수 있는, 고유 진동수를 갖는 진동 시스템을 포함하고 있음을 인식하였다. 유리하게는, 공진에서 진동 시스템을 구동시키는 것은 진동 시스템의 진동 진폭을 다른 진동수에서의 진동에 비해 증가시킨다. 진동 시스템의 진동의 진폭 증가는 액추에이터에 공급된 구동 진동의 진폭, 예컨대 액추에이터에 공급된 전압 또는 전류의 진폭이 감소될 수 있게 하는 한편, 필요한 속도로 메쉬 요소의 노즐로부터 액체를 배출하는 데에 필요한 진동 시스템의 진폭을 유지한다. 유리하게는, 액추에이터에 공급된 구동 진동의 진폭을 감소시키는 것은 탄성 변형 가능 요소를 진동시키는 데 필요한 전력의 감소를 가능하게 할 수 있다. 유리하게는, 또한 공진에서 진동 시스템을 구동시키는 것은 액추에이터와 탄성 변형 가능 요소의 크기 감소를 가능하게 할 수도 있는데, 필요한 속도로 메쉬 요소의 노즐로부터 액체를 배출하기 위해 필요한 진동 진폭을 달성하기 위해서는 액추에이터와 탄성 변형 가능 요소 중 하나 이상이 다른 진동수에서 더 클 필요가 있을 수도 있기 때문이다.
진동 시스템은 공진 모드(resonant mode)나 조화 진동(harmonic)으로 지칭될 수 있는, 복수의 고유 진동수를 가질 수 있다. 진동 시스템의 가장 낮은 고유 진동수를 일반적으로 진동 시스템의 기본 진동수 또는 제1 조화 진동으로 지칭한다. 액추에이터는 임의의 적절한 공진 진동수 또는 조화 진동에서 탄성 변형 가능 요소를 진동시키도록 구성될 수 있다. 액추에이터는 제1 조화 진동과 동일한 진동 시스템의 공진 진동수에서 탄성 변형 가능 요소를 진동시키도록 구성될 수 있다. 액추에이터는 진동 시스템의 제2 조화 진동과 같거나 큰 진동 시스템의 공진 진동수에서 탄성 변형 가능 요소를 진동시키도록 구성될 수 있다. 액추에이터는 진동 시스템의 최고 조화 진동에서 탄성 변형 가능 요소를 진동시키도록 구성될 수 있다.
유리하게는, 제2 조화 진동에서 진동 시스템의 진동 구동은 분무기 조립체가 제1 조화 진동에서 구동되는 경우보다 더 높은 속도로 액적을 배출하게 할 수 있다. 더 높은 조화 진동에서 진동 시스템의 진동 구동은 분무기 조립체로부터의 액적의 배출 속도를 더 증가시킬 수 있다. 분무기 조립체로부터의 액적 배출 속도를 증가시키면 분무기 조립체에 의해 발생된 에어로졸의 부피가 증가되게 할 수 있다. 분무기 조립체로부터의 액적 배출 속도를 증가시키면 분무기 조립체에 의해 발생된 에어로졸의 부피를 감소시키지 않고 메쉬 요소에 제공된 노즐의 수가 감소되게 할 수 있다.
액추에이터는 진동 시스템의 공진을 달성하기 위해 임의의 적절한 진동수에서 탄성 변형 가능 요소를 진동시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 액추에이터는 약 0.05MHz 내지 약 10.0MHz, 약 0.1MHz 내지 약 5.0MHz, 약 0.2MHz 내지 약 4.5MHz, 약 0.3MHz 내지 약 3MHz, 약 0.4MHz 내지 약 2.5MHz 또는 약 0.5MHz 내지 약 2MHz의 진동수에서 탄성 변형 가능 요소를 진동시키도록 구성될 수 있다.
진동 시스템의 공진 진동수 또는 조화 진동 중 하나 이상은 보정 단계에서 결정될 수 있다. 보정 단계는 분무기 조립체를 사용자가 처음 사용하기 전에, 예컨대 분무기 조립체가 공장에서 떠나기 전에 수행될 수 있다. 보정 단계에서, 탄성 변형 가능 요소의 진동 진동수가 가변될 수 있고, 각 진동수에서 진동 시스템의 진동 진폭을 기록할 수 있다. 진동 시스템의 공진 진동수 또는 조화 진동은 특정 진동수에서 진동 시스템의 진동 진폭의 피크를 확인하여 결정될 수 있다.
결정된 공진 진동수 중 하나 이상은 공진 진동수 보정 데이터로서 저장될 수 있다. 일부 구현예에서, 분무기 조립체는 공진 진동수 보정 데이터를 저장하는 메모리를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 제어 회로는 분무기 조립체와 연관될 수 있고 제어 회로는 공진 진동수 보정 데이터를 저장하는 메모리를 포함할 수 있다. 제어 회로는 분무기 조립체를 포함하거나 이와 함께 사용하도록 구성된 에어로졸 발생 장치의 제어 회로일 수 있다.
진동 챔버는 임의의 적합한 형태를 취할 수 있다. 진동 챔버는 일반적으로 분무기 조립체의 하우징, 메쉬 요소, 탄성 변형 가능 요소로부터 형성된 것일 수 있다.
분무기 조립체는 하우징을 포함할 수 있다. 하우징은 임의의 적절한 재료로 형성된 것일 수 있다. 적합한 물질의 예는 금속, 합금, 플라스틱 또는 이들 물질 중 하나 이상을 포함하는 복합 재료, 또는 식품이나 약제학적 적용에 적합한 열가소성 수지, 예를 들어 폴리프로필렌, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 및 폴리에틸렌을 포함한다. 물질은 가벼우면서 비-취성(non-brittle)일 수 있다.
분무기 조립체는 메쉬 요소와 탄성 변형 가능 요소 사이의 공동을 적어도 부분적으로 정의하고 있는 하나 이상의 벽면을 포함할 수 있다. 분무기 조립체 하우징은 적어도 하나의 측벽면을 포함할 수 있다. 공동은 메쉬 요소, 탄성 변형 가능 요소 및 적어도 하나의 측벽면에 의해 구획될 수 있다. 액체 유입구는 적어도 하나의 측벽면을 통해 연장될 수 있다.
바람직하게는, 탄성 변형 가능 요소는 메쉬 요소의 반대편에 배열되어 있다. 바람직하게, 액추에이터는 탄성 변형 가능 요소를 메쉬 요소 쪽으로 그리고 그로부터 멀리 진동시키도록 배열되어 있다.
분무기 조립체의 공동은 임의의 적절한 형상 및 크기일 수 있다. 분무기 조립체의 공동은 실질적으로 원통형일 수 있다.
진동 챔버의 공동의 용량은 약 0.30μl 내지 약 50μl, 약 0.35μl 내지 약 25μl, 약 0.40μl 내지 약 12μl 또는 약 0.45μl 내지 약 9μl일 수 있다.
일부 구현예에서, 분무기 조립체의 공동은 바로 메쉬 요소와 탄성 변형 가능 요소 사이에 있는 중앙 영역, 및 중앙 영역의 반경 방향으로 바깥쪽으로, 탄성 변형 가능 요소와 분무기 조립체의 하우징 사이에 있는 반경 방향 외부 영역을 포함하고 있다. 공동은 중앙 영역과 반경 방향 외부 영역 사이에 제한된 영역을 더 포함할 수 있다. 제한된 영역은 중앙 영역과 반경 방향 외부 영역 사이의 액체의 흐름을 제한하는 중앙 영역과 반경 방향 외부 영역 사이에 좁은 영역을 포함할 수 있다. 제한된 영역을 제공하면, 중앙 영역에서 발생된 압력이 제한된 영역이 없는 공동 내의 압력보다 크도록 할 수 있다. 제한된 영역은, 또한, 탄성 변형 가능 요소가 진동될 때, 공동 내의 액체가 액체 유입구를 통해 공동 밖으로 강제되는 것을 방지하는 데 일조할 수 있다. 중앙 영역은 실질적으로 원통형일 수 있다. 반경 방향 외부 영역은 실질적으로 환형이거나 관형일 수 있다. 반경 방향 외부 영역은 분무기 조립체의 적어도 하나의 측벽면 내로 연장될 수 있다. 반경 방향 외부 영역은 액체가 메쉬 요소의 노즐을 통해 중앙 영역으로부터 배출될 때 중앙 영역을 재공급하기 위해 즉시 이용할 수 있는 액체의 보관소를 제공할 수 있다.
액체 유입구는 분무기 조립체 하우징의 적어도 하나의 측벽면을 통해 반경 방향 외부 영역으로 연장될 수 있다. 액체 유입구는 액체 유입구가 공동의 중앙 영역으로부터 오프셋되도록 적어도 하나의 측벽면에 배열될 수 있다.
일부 구현예에서, 분무기 조립체는 근위 말단을 가질 수 있고, 근위 말단에 대향하는 원위 말단 및 근위 말단과 원위 말단 사이에서 연장되는 길이방향 축을 가질 수 있다. 메쉬 요소는 근위 말단에서 배열될 수 있다. 공동은 메쉬 요소와 탄성 변형 가능 요소 사이에 중앙 영역을 포함할 수 있다. 공동은 적어도 부분적으로 분무기 조립체의 측벽면을 따라, 분무기 조립체의 원위 말단을 향해 길이방향 축의 방향으로 연장되어 있는 반경 방향 외부 영역을 더 포함할 수 있다. 액체 유입구는 분무기 조립체의 측벽면을 통해 공동의 반경 방향 외부 영역으로 연장될 수 있다. 액체 유입구는 길이방향 축을 따라 공동의 중앙 영역으로부터 이격될 수 있다. 즉, 액체 유입구는 공동의 중앙 영역으로부터 오프셋될 수 있다. 액체 유입구의 이러한 배열은 탄성 변형 가능 요소로부터 진동이 가해질 때 액체가 액체 유입구를 통해 공동으로부터 밀려나갈 가능성을 감소시킬 수 있다. 액체 유입구의 이러한 배열은 또한 액체 유입구로부터 공동의 중앙 영역에 공기가 진입할 가능성을 감소시킬 수 있다.
탄성 변형 가능 요소는 임의의 적절한 탄성 변형 가능 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 탄성 변형 가능 요소는 플라스틱, 고무 또는 실리콘을 포함할 수 있다. 일부 바람직한 구현예에서, 탄성 변형 가능 요소는 실리콘을 포함하고 있다. 일부 구현예에서, 탄성 변형 가능 요소는 금속 또는 금속 합금, 예컨대 니켈, 팔라듐 또는 니켈 및 팔라듐의 합금을 포함할 수 있다. 탄성 변형 가능 요소는 백금 또는 티타늄을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 탄성 변형 가능 요소는 스테인리스 스틸을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 탄성 변형 가능 요소는 분무기 하우징과 동일한 재료로 형성된 것이다. 일부 구현예에서, 탄성 변형 가능 요소는 분무기 하우징과 상이한 재료로 형성된 것이다. 일부 구현예에서, 탄성 변형 가능 요소는 메쉬 요소와 동일한 재료로 형성된 것이다.
바람직한 구현예에서, 탄성 변형 가능 요소는 에어로졸 형성 기재에 화학적으로 불활성인 물질로 형성된 것이다.
탄성 변형 가능 요소는 실질적으로 평면형일 수도 있다. 일부 구현예에서, 탄성 변형 가능 요소는 실질적으로 일정한 두께를 갖는다. 일부 구현예에서, 탄성 변형 가능 요소는 탄성 변형 가능 요소를 가로질러 변화하는 두께를 갖는다. 탄성 변형 가능 요소의 일부분은 액추에이터와 접촉하고 있을 수 있다. 액추에이터와 접촉하고 있는 탄성 변형 가능 요소의 부분은 탄성 변형 가능 요소의 다른 부분의 두께보다 큰 두께를 가질 수 있다.
진동 챔버의 공동이 메쉬 요소와 탄성 변형 가능 요소 사이에 중앙 영역을 포함하고 있는 구현예에서, 탄성 변형 가능 요소는 메쉬 요소 위에 놓이는 중앙 영역 및 중앙 영역의 반경 방향 외측에 있는 반경 방향 외부 영역을 가질 수 있다. 탄성 변형 가능 요소의 중앙 영역의 두께는 탄성 변형 가능 요소의 반경 방향 외부 영역의 두께보다 클 수 있다. 이들 구현예에서, 액추에이터는 탄성 변형 가능 요소의 중앙 영역 및 공동의 중앙 영역 위에 놓일 수 있다. 액추에이터는 중앙 영역에서 탄성 변형 가능 요소와 접촉할 수 있다.
액추에이터는 임의의 적합한 유형의 액추에이터를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 액추에이터는 압전 요소를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 액추에이터는 초음파 소노트로드(sonotrode)를 포함할 수 있다.
분무기 조립체는 예비-로딩(pre-loading) 요소와 탄성 변형 가능 요소 사이에서 액추에이터를 압축하도록 배열되어 있는 예비-로딩 요소를 포함할 수 있다. 예비-로딩 요소는 예비-로딩 요소와 탄성 변형 가능 요소 사이에서 액추에이터의 압축을 변화시키도록 조정가능할 수 있다. 액추에이터로서 압전 요소를 포함하고 있는 구현예들에서, 예비-로딩 요소를 사용하여 압전 요소를 압축하는 것은 액추에이터에 의해 발생된 힘을 증가시킬 수 있다. 압전 요소의 압축 용량의 절반 만큼 압전 요소를 압축 또는 “예비-로딩”하는 것은 압전 요소가 미압축된 압전 요소에 의해 발생되는 힘의 10배를 발생시키는 결과를 낳을 수 있는 것으로 밝혀졌다. 예비-로딩 요소는 조정가능할 수 있다. 예비-로딩 요소는 나사를 포함할 수 있다. 예비-로딩 요소는 수동으로 조정가능할 수 있다. 예비-로딩 요소는 자동으로 조정가능할 수 있다. 분무기 조립체는 예비-로딩 요소를 이동시켜 예비-로딩 요소와 탄성 변형 가능 요소 사이에서 액추에이터의 압축을 변화시키도록 배열되어 있는 모터를 포함할 수 있다.
예비-로딩 요소는 분무기 조립체의 하우징에 이동 가능하게 고정 가능할 수 있다. 분무기 하우징 조립체에 대한 예비-로딩 요소의 위치를 변화시키는 것은 예비-로딩 요소와 탄성 변형 가능 요소 사이에서의 액추에이터의 압축을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 예비-로딩 요소는 수 나사산(male screw thread)을 포함할 수 있고, 분무기 조립체는 암 나사산을 포함할 수 있고, 분무기 하우징에 대해 예비-로딩 요소를 회전시키는 것은 예비-로딩 요소와 탄성 변형 가능 요소 사이에서 액추에이터의 압축을 변화시킬 수 있다.
특히, 액추에이터가 압전 요소인 구현예에서, 압전 요소는 예비-로딩 요소와 탄성 변형 가능 요소 사이에 배열될 수 있다. 압전 요소는 예비-로딩 요소와 탄성 변형 가능 요소 사이에서 압축될 수 있다. 예비-로딩 요소는 예비-로딩 요소와 탄성 변형 가능 요소 사이에서 압전 요소의 압축을 변화시키도록 조정될 수 있다.
메쉬 요소는 복수의 노즐을 포함하고 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “노즐”은 메쉬 요소를 통해 액체가 이동하기 위한 통로를 제공하는 메쉬 요소를 통하는 천공, 구멍 또는 구경을 지칭한다.
메쉬 요소는 내부 표면 및 외부 표면을 포함할 수 있으며, 복수의 노즐은 내부 표면과 외부 표면 사이에서 연장되어 있다. 메쉬 요소의 내부 표면은 진동 챔버의 공동을 대면할 수 있다. 메쉬 요소의 외부 표면은 진동 챔버의 공동으로부터 먼 쪽을 대면할 수 있다.
메쉬 요소는 임의의 적절한 크기와 형상을 가질 수 있다. 메쉬 요소는 실질적으로 평면형일 수 있다. 메쉬 요소는 실질적으로 원형일 수 있다.
메쉬 요소의 복수의 노즐은 메쉬 요소에 걸쳐 임의의 적절한 방식으로 배열될 수 있다. 일부 구현예에서, 복수의 노즐은 메쉬 요소 상에 반복 패턴으로 배열될 수 있다. 일부 구현예에서, 복수의 노즐은 메쉬 요소 상에 무작위로 배열될 수 있다.
메쉬 요소는 내부 표면과 외부 표면 사이의 두께를 포함할 수 있다. 메쉬 요소의 두께는 적어도 약 1μm, 적어도 약 2μm, 적어도 약 3μm, 적어도 약 4μm, 적어도 약 5μm, 적어도 약 6μm, 적어도 약 7μm, 적어도 약 8μm, 또는 적어도 약 9μm일 수 있다. 메쉬 요소의 두께는 약 50μm 미만, 약 45μm 미만, 약 40μm 미만, 약 35μm 미만, 약 30μm 미만, 약 25μm 미만, 약 20μm 미만, 약 15μm 미만, 또는 약 12μm 미만일 수 있다. 메쉬 요소는 약 10μm의 두께를 가질 수 있다.
각각의 노즐은 길이를 포함할 수 있으며, 각각의 노즐의 길이는 내부 표면과 외부 표면 사이의 노즐을 따라 최단 거리이다. 각각의 노즐의 길이는 메쉬 요소의 두께와 동일할 수 있다. 각각의 노즐의 길이는 적어도 약 1μm, 적어도 약 2μm, 적어도 약 3μm, 적어도 약 4μm, 적어도 약 5μm, 적어도 약 6μm, 적어도 약 7μm, 적어도 약 8μm, 또는 적어도 약 9μm일 수 있다. 각각의 노즐의 길이는 약 50μm 미만, 약 45μm 미만, 약 40μm 미만, 약 35μm 미만, 약 30μm 미만, 약 25μm 미만, 약 20μm 미만, 약 15μm 미만, 또는 약 12μm 미만일 수 있다. 각각의 노즐은 약 10μm의 길이를 가질 수 있다.
각각의 노즐은 최대 단면적을 포함할 수 있다. 각각의 노즐의 최대 단면은 노즐의 길이에 직교할 수 있다. 각각의 노즐의 최대 단면적은 적어도 약 0.01mm2, 적어도 약 0.05mm2, 적어도 약 0.1mm2, 적어도 약 0.2mm2, 적어도 약 0.3mm2, 적어도 약 0.4mm2, 적어도 약 0.5mm2, 적어도 약 0.6mm2, 적어도 약 0.7mm2, 또는 적어도 약 0.8mm2일 수 있다. 각각의 노즐의 최대 단면적은, 약 20mm2 미만, 약 19mm2 미만, 약 18mm2 미만, 약 17mm2 미만, 약 16mm2 미만, 약 15mm2 미만, 약 14mm2 미만, 약 13mm2 미만, 약 12mm2 미만, 약 11mm2 미만, 또는 약 10mm2 미만일 수 있다.
각각의 노즐은 최소 단면적을 가질 수 있으며, 노즐의 최소 단면적은 노즐의 최대 단면적과 같거나 작다. 각각의 노즐의 최소 단면적은 적어도 약 0.01mm2, 적어도 약 0.05mm2, 적어도 약 0.1mm2, 적어도 약 0.2mm2, 적어도 약 0.3mm2, 적어도 약 0.4mm2, 적어도 약 0.5mm2, 적어도 약 0.6mm2, 적어도 약 0.7mm2, 또는 적어도 약 0.8mm2일 수 있다. 각각의 노즐의 최소 단면적은, 약 20mm2 미만, 약 19mm2 미만, 약 18mm2 미만, 약 17mm2 미만, 약 16mm2 미만, 약 15mm2 미만, 약 14mm2 미만, 약 13mm2 미만, 약 12mm2 미만, 약 11mm2 미만, 또는 약 10mm2 미만일 수 있다.
각각의 노즐은 임의의 적합한 단면 형상을 가질 수 있다.
각각의 노즐은 노즐의 길이와 평행한 제2 선을 따라 제1 단면 형상을 가질 수 있다. 각각의 노즐의 제1 단면 형상은 원형, 타원형, 난형, 삼각형, 정사각형, 직사각형, 또는 임의의 다른 다각형 형상일 수 있다. 바람직하게는, 각각의 노즐의 제1 단면 형상은 삼각형이다. 용어 “삼각형”은 삼각형 또는 삼각형 요소를 포함하고 있는 형상을 지칭하기 위해 본원에서 사용된다. 예를 들어, 제1 단면 형상은 삼각형, 끝이 잘린 삼각형, 삼각형의 끝이 잘린 부분으로부터 연장되는 정사각형 또는 직사각형 부분을 갖는 끝이 잘린 삼각형 등을 포함할 수 있다. 유리하게는, 삼각형의 제1 단면 형상은 노즐에 수렴 유동 면적을 제공할 수 있다. 유리하게는, 수렴 유동 면적은 노즐의 원하는 최소 단면적을 제공하면서도 노즐을 통해 액체를 강제하는데 필요한 압력을 감소시키거나 최소화할 수 있다.
각각의 노즐은 노즐의 제2 길이에 직교하는 제2 단면 형상을 가질 수 있다. 즉, 제2 단면 형상은 노즐의 최대 단면적을 정의한다. 각각의 노즐의 제2 단면 형상은 원형, 타원형, 난형, 삼각형, 정사각형, 직사각형, 또는 임의의 다른 다각형 형상일 수 있다. 바람직하게는, 각각의 노즐의 제2 단면 형상은 원형이다.
각각의 노즐은 최대 폭 또는 직경을 가질 수 있다. 각각의 노즐의 최대 직경은 적어도 약 0.1μm, 적어도 약 0.25μm, 적어도 약 0.5μm, 적어도 약 0.75μm, 또는 적어도 약 1μm일 수 있다. 각각의 노즐의 최대 직경은 약 10μm 미만, 약 9μm 미만, 약 8μm 미만, 약 7μm 미만, 약 6μm 미만, 약 5μm 미만, 또는 약 4μm 미만일 수 있다.
각각의 노즐은 최소 폭 또는 직경을 가질 수 있으며, 각각의 노즐의 최소 직경은 노즐의 최대 직경과 같거나 작다. 각각의 노즐의 최소 직경은 적어도 약 0.1μm, 적어도 약 0.25μm, 적어도 약 0.5μm, 적어도 약 0.75μm, 적어도 약 1μm일 수 있다. 각각의 노즐의 최소 직경은 약 10μm 미만, 약 9μm 미만, 약 8μm 미만, 약 7μm 미만, 약 6μm 미만, 약 5μm 미만, 또는 약 4μm 미만일 수 있다.
메쉬 요소가 외부 표면 및 내부 표면을 포함하고 있는 구현예에서, 메쉬 요소는 외부 표면 상에 소수성 코팅층을 포함할 수 있다. 용어 “소수성”은 90도 초과의 수 접촉각을 나타내는 물질을 지칭하기 위해 본원에서 사용된다. 유리하게는, 수성 액체가 메쉬 요소를 통해 분배되는 구현예들에서, 소수성 코팅층은 유리하게는 수성 액체와 외부 표면 간의 접촉각을 증가시키거나 최대화한다. 유리하게는, 증가된 또는 최대화된 접촉각은 외부 표면으로부터 액적의 방출을 개선한다. 유리하게는, 외부 표면으로부터 액적 방출을 개선하는 것은 액적의 크기를 감소시키거나 최소화하는 것을 용이하게 할 수 있다.
소수성 코팅층은 외부 표면의 하나 이상의 영역 상에 제공될 수 있다. 예를 들어, 소수성 코팅층은 각각의 노즐을 둘러싸는 소수성 물질의 적어도 하나의 환형 영역을 포함할 수 있다.
소수성 코팅층은 메쉬 요소의 전체 외부 표면 상에 제공될 수 있다.
소수성 코팅층은 폴리우레탄(PU), 플루오로카본(PFC), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 및 초소수성 금속 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 적합한 초소수성 금속은 탄소 사슬로 관능화된 미세 다공성 금속 및 금속 메쉬를 포함하고 있다. 예시적인 금속은 구리 및 알루미늄을 포함하고 있다.
소수성 코팅층은 표면 개질에 의해 형성된 것일 수 있다. 예를 들어, 외부 표면은 원하는 정도의 소수성을 제공하도록 화학적으로 개질될 수 있다.
소수성 코팅층은 외부 표면 상에 소수성 물질의 증착에 의해 형성된 것일 수 있다. 예를 들어, 소수성 물질은 물리 기상 증착 공정 및 화학 기상 증착 공정 중 적어도 하나를 사용하여 외부 표면 상에 증착될 수 있다.
일부 구현예에서, 메쉬 요소는 내부 표면 상에 친수성 코팅층을 포함하고 있다. 메쉬 요소는 적어도 하나의 노즐 표면 상에 친수성 코팅층을 포함할 수 있다.
용어 “친수성”은 90도 미만의 수 접촉각을 나타내는 물질을 지칭하기 위해 본원에서 사용된다. 유리하게는, 수성 액체가 메쉬 요소를 통해 분배되는 구현예에서, 친수성 코팅층은 제1 층을 향하여 그리고 적어도 하나의 채널과 적어도 하나의 노즐을 통하는 수성 액체의 유동을 용이하게 할 수 있다.
친수성 코팅층은 3 폴리아미드, 폴리비닐 아세테이트(PVAc), 초산 셀룰로오스, 면, 및 하나 이상의 친수성 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 적절한 친수성 산화물은 이산화 규소, 산화 알루미늄, 이산화 티타늄, 및 탄탈륨 오산화물을 포함한다.
친수성 코팅층은 표면 개질에 의해 형성된 것일 수 있다. 예를 들어, 표면은 원하는 정도의 친수성을 제공하도록 화학적으로 개질될 수 있다. 친수성 코팅층이 적어도 하나의 친수성 산화물을 포함하고 있는 구현예에서, 친수성 코팅층은 메쉬 요소를 형성하는 물질의 산화에 의해 형성된 것일 수 있다.
친수성 코팅층은 메쉬 요소의 표면 상에 친수성 물질의 증착에 의해 형성된 것일 수 있다. 예를 들어, 친수성 물질은 물리 기상 증착 공정 및 화학 기상 증착 공정 중 적어도 하나를 사용하여 증착될 수 있다.
메쉬 요소의 외부 표면은 각각의 노즐 둘레로 연장되는 환형 부분을 정의할 수 있으며, 각각의 환형 부분에서의 메쉬 요소의 두께는 인접한 환형 부분들 사이의 메쉬 요소의 두께보다 크다. 유리하게는, 환형 부분은 각각의 노즐 내측에 남아있는 액체로부터의 액적의 분리를 용이하게 할 수 있다. 메쉬 요소가 소수성 코팅층을 포함하고 있는 구현예에서, 바람직하게는 소수성 코팅층의 적어도 일부가 환형 부분 상에 제공된다. 소수성 코팅층이 소수성 물질의 하나 이상의 환형 영역을 포함하고 있는 구현예들에서, 바람직하게는 소수성 물질의 각각의 환형 영역은 환형 부분 상에 위치된다.
환형 부분은 둥근 형상을 가질 수 있다. 유리하게는, 둥근 형상은 노즐 내측에 남아있는 액체로부터의 액적의 분리를 더욱 용이하게 할 수 있다. 환형 부분은 실질적으로 반원형 단면 형상을 가질 수 있다.
일부 구현예에서, 메쉬 요소는 제1 층 및 제2 층을 포함할 수 있다. 제2 층은 제1 층 위에 놓일 수 있다. 제1 층은 적어도 하나의 채널을 정의할 수 있다. 제2 층은 복수의 노즐을 정의할 수 있다. 각각의 노즐은 적어도 하나의 채널 위에 놓일 수 있다. 적어도 하나의 채널은 최소 단면적을 포함할 수 있다. 각각의 노즐은 최대 단면적을 포함할 수 있다. 각각의 노즐의 최대 단면적은 적어도 하나의 채널의 최소 단면적보다 작을 수도 있다.
제1 층은 제1 표면 및 제2 표면을 포함할 수 있으며, 여기서 적어도 하나의 채널은 제1 표면과 제2 표면 사이에서 연장되어 있다. 제2 층은 내부 표면 및 외부 표면을 포함할 수 있으며, 여기서 적어도 하나의 노즐은 내부 표면과 외부 표면 사이에서 연장되어 있다. 바람직하게, 제2 층의 내부 표면은 제1 층의 제2 표면을 대면하고 있다. 바람직하게, 제2 층의 외부 표면은 제1 층으로부터 멀리 대면하고 있다.
적어도 하나의 채널은 제1 길이를 가질 수 있다. 제1 길이는 제1 표면과 제2 표면 사이의 적어도 하나의 채널을 따라 최단 거리이다. 적어도 하나의 채널의 제1 길이는 노즐의 제2 길이보다 크다.
바람직하게는, 제1 층은 제1 표면과 제2 표면 사이에서 연장되어 있는 제1 두께를 포함하고 있다. 바람직하게, 제2 층은 내부 표면과 외부 표면 사이에서 연장되어 있는 제2 두께를 포함하고 있다. 바람직하게는, 제1 두께는 제2 두께보다 크다.
바람직하게는, 제1 층은 적어도 약 0.1mm, 바람직하게는 적어도 약 0.15mm, 바람직하게는 적어도 약 0.2mm, 바람직하게는 적어도 약 0.25mm, 바람직하게는 적어도 약 0.3mm의 제1 두께를 갖는다. 바람직하게는, 제1 층은 약 1mm 미만, 바람직하게는 약 0.95mm 미만, 바람직하게는 약 0.9mm 미만, 바람직하게는 약 0.85mm 미만, 바람직하게는 약 0.8mm 미만, 바람직하게는 약 0.75mm 미만, 바람직하게는 약 0.7mm 미만, 바람직하게는 약 0.65mm 미만, 바람직하게는 약 0.6mm 미만의 제1 두께를 갖는다.
바람직하게는, 제2 층은 적어도 약 1μm, 바람직하게는 적어도 약 2μm, 바람직하게는 적어도 약 3μm, 바람직하게는 적어도 약 4μm, 바람직하게는 적어도 약 5μm, 바람직하게는 적어도 약 6μm, 바람직하게는 적어도 약 7μm, 바람직하게는 적어도 약 8μm, 바람직하게는 적어도 약 9μm의 제2 두께를 갖는다. 바람직하게는, 제2 층은 약 50μm 미만, 바람직하게는 약 45μm 미만, 바람직하게는 약 40μm 미만, 바람직하게는 약 35μm 미만, 바람직하게는 약 30μm 미만, 바람직하게는 약 25μm 미만, 바람직하게는 약 20μm 미만 바람직하게는 약 15μm 미만, 바람직하게는 약 12μm 미만의 제2 두께를 갖는다. 제2 층은 약 10μm의 제2 두께를 가질 수 있다.
바람직하게는, 적어도 하나의 채널은 제1 길이를 가지고, 여기서 제1 길이는 제1 표면과 제2 표면 사이의 적어도 하나의 채널을 따라 최단 거리이다. 제1 층이 제1 두께를 포함하고 있는 구현예에서, 적어도 하나의 채널의 제1 길이는 제1 층의 제1 두께와 동일할 수 있다. 바람직하게는, 제1 길이는 적어도 약 0.1mm, 바람직하게는 적어도 약 0.15mm, 바람직하게는 적어도 약 0.2mm, 바람직하게는 적어도 약 0.25mm, 바람직하게는 적어도 약 0.3mm이다. 바람직하게는, 제1 길이는 약 1mm 미만, 바람직하게는 약 0.95mm 미만, 바람직하게는 약 0.9mm 미만, 바람직하게는 약 0.85mm 미만, 바람직하게는 약 0.8mm 미만, 바람직하게는 약 0.75mm 미만, 바람직하게는 약 0.7mm 미만, 바람직하게는 약 0.65mm 미만, 바람직하게는 약 0.6mm 미만이다. 바람직하게는, 적어도 하나의 채널의 최소 단면은 적어도 하나의 채널의 제1 길이에 직교한다.
바람직하게는, 상기 적어도 하나의 노즐은 제2 길이를 가지고, 여기서 상기 제2 길이는 상기 내부 표면과 상기 외부 표면 사이의 적어도 하나의 노즐을 따라 최단 거리이다. 제2 층이 제2 두께를 포함하고 있는 구현예에서, 적어도 하나의 노즐의 제2 길이는 제2 층의 제2 두께와 동일할 수 있다. 바람직하게는, 제2 길이는 적어도 약 1μm, 바람직하게는 적어도 약 2μm, 바람직하게는 적어도 약 3μm, 바람직하게는 적어도 약 4μm, 바람직하게는 적어도 약 5μm, 바람직하게는 적어도 약 6μm, 바람직하게는 적어도 약 7μm, 바람직하게는 적어도 약 8μm, 바람직하게는 적어도 약 9μm이다. 바람직하게는, 제2 길이는 약 50μm 미만, 바람직하게는 약 45μm 미만, 바람직하게는 약 40μm 미만, 바람직하게는 약 35μm 미만, 바람직하게는 약 30μm 미만, 바람직하게는 약 25μm 미만, 바람직하게는 약 20μm 미만, 바람직하게는 약 15μm 미만, 바람직하게는 약 12μm 미만이다. 제2 층은 약 10μm의 제2 두께를 가질 수 있다. 바람직하게는, 적어도 하나의 노즐의 최대 단면은 적어도 하나의 노즐의 제2 길이에 직교한다.
바람직하게는, 적어도 하나의 채널의 제1 길이는 적어도 하나의 노즐의 제2 길이보다 크다.
복수의 노즐은 적어도 하나의 채널 위에 놓일 수 있다.
적어도 하나의 채널은 단일 채널일 수 있으며, 여기서 복수의 노즐은 단일 채널 위에 놓여 있다.
적어도 하나의 채널은 복수의 채널을 포함할 수 있으며, 여기서 각각의 채널은 노즐 중 적어도 2개 아래에 놓여 있다. 복수의 채널은 복수의 노즐 아래에 놓여 있는 제1 채널 및 제2 복수의 노즐 아래에 놓여 있는 제2 채널을 포함할 수 있다.
유리하게는, 각각의 채널 위에 놓여 있는 복수의 노즐을 제공하는 것은 제1 층에 요구되는 채널의 수를 감소시켜서 메쉬 요소의 제조를 단순화할 수 있다.
바람직하게는, 각각의 채널은 적어도 약 5 노즐, 바람직하게는 적어도 약 10 노즐, 바람직하게는 적어도 약 15 노즐, 바람직하게는 적어도 약 20 노즐의 아래에 놓여 있다. 바람직하게는, 각각의 채널은 약 150 노즐 미만, 바람직하게는 약 140 노즐 미만, 바람직하게는 약 130 노즐 미만, 바람직하게는 약 120 노즐 미만, 바람직하게는 약 110 노즐 미만, 바람직하게는 약 100 노즐 미만의 아래에 놓여 있다.
바람직하게는, 적어도 하나의 채널의 최소 단면적은 적어도 약 0.01mm2, 바람직하게는 적어도 약 0.02mm2, 바람직하게는 적어도 약 0.03mm2, 바람직하게는 적어도 약 0.04mm2, 바람직하게는 적어도 약 0.05mm2이다. 바람직하게는, 적어도 하나의 채널의 최소 단면적은 약 0.5mm2 미만, 바람직하게는 약 0.45mm2 미만, 바람직하게는 약 0.4mm2 미만, 바람직하게는 약 0.35mm2 미만, 바람직하게는 약 0.3mm2 미만이다.
적어도 하나의 채널은 임의의 적합한 단면 형상을 가질 수 있다.
적어도 하나의 채널은 적어도 하나의 채널의 제1 길이와 평행한 제1 선을 따라 제1 단면 형상을 가질 수 있다. 적어도 하나의 채널의 제1 단면 형상은 원형, 타원형, 난형, 삼각형, 정사각형, 직사각형, 또는 임의의 다른 다각형 형상일 수 있다. 바람직하게는, 적어도 하나의 채널의 제1 단면 형상은 정사각형 또는 직사각형이다.
적어도 하나의 채널은 적어도 하나의 채널의 제1 길이에 직교하는 제2 단면 형상을 가질 수 있다. 즉, 제2 단면 형상은 적어도 하나의 채널의 최소 단면적을 정의한다. 적어도 하나의 채널의 제2 단면 형상은 원형, 타원형, 난형, 삼각형, 정사각형, 직사각형, 또는 임의의 다른 다각형 형상일 수 있다. 바람직하게는, 적어도 하나의 채널의 제2 단면 형상은 원형이다. 적어도 하나의 채널은 최소 직경을 가질 수 있다. 적어도 하나의 채널의 최소 직경은 적어도 약 0.1mm, 적어도 약 0.15mm, 적어도 약 0.2mm, 또는 적어도 약 0.25mm일 수 있다. 적어도 하나의 채널의 최소 직경은 약 1mm 미만, 약 0.95mm 미만, 약 0.9mm 미만, 약 0.85mm 미만, 약 0.8mm 미만, 약 0.75mm 미만, 약 0.7mm 미만, 약 0.65mm 미만, 또는 약 0.6mm 미만일 수 있다.
제1 층 및 제2 층은 일체로 형성된 것일 수 있다. 즉, 제1 층 및 제2 층은 단일 요소로서 형성된 것일 수 있다.
제2 층은 제1 층과 별도로 형성된 것일 수 있다. 바람직하게는, 제2 층은 제1 층에 고정되어 있다. 예를 들어, 제2 층은 억지 끼워맞춤, 접착제, 및 용접 중 적어도 하나에 의해 제1 층에 고정될 수 있다.
메쉬 요소는 임의의 적합한 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메쉬 요소는 실리콘-온-절연체 웨이퍼를 포함할 수 있다. 제1 층 및 제2 층을 갖는 메쉬 요소를 포함하고 있는 구현예에서, 제1 층은 제1 실리콘 웨이퍼를 포함할 수 있고 제2 층은 제2 실리콘 웨이퍼를 포함할 수 있다. 메쉬 요소는 제1 실리콘 웨이퍼와 제2 실리콘 웨이퍼 사이에 매립된 산화물층을 포함할 수 있다. 매립된 산화물층은 제1 및 제2 실리콘 웨이퍼가 서로 접합되기 전에 제1 실리콘 웨이퍼 및 제2 실리콘 웨이퍼 중 적어도 하나의 표면의 산화에 의해 형성된 것일 수 있다.
복수의 노즐은 임의의 적절한 공정을 사용하여 메쉬 요소에 형성된 것일 수 있다. 복수의 노즐은 레이저 천공 및 전자 방전 가공 중 적어도 하나를 사용하여 형성된 것일 수 있다.
제1 층 및 제2 층을 갖는 메쉬 요소를 포함하고 있는 구현예에서, 적어도 하나의 채널은 임의의 적절한 공정을 사용하여 제1 층에 형성된 것일 수 있다. 적어도 하나의 채널은 레이저 천공 및 전자 방전 가공 중 적어도 하나를 사용하여 형성된 것일 수 있다.
분무될 액체는 액체 에어로졸 형성 기재일 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 니코틴을 포함할 수 있다. 니코틴 함유 액체 에어로졸 형성 기재는 니코틴 염 매트릭스일 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 식물계 재료를 포함할 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 담배를 포함할 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 균질화 담배 재료를 포함할 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 비담배 함유 재료를 포함할 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 균질화 식물계 재료를 포함할 수 있다.
액체 에어로졸 형성 기재는 적어도 하나의 에어로졸 형성제를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성제는, 사용 시 진하고 안정적인 에어로졸의 형성을 용이하게 하는 임의의 적절한 공지된 화합물 또는 화합물들의 혼합물이다. 적합한 에어로졸 형성제는 당업계에 잘 공지되어 있으며, 트리에틸렌 글리콜, 1,3-부탄디올 및 글리세린과 같은 다가 알코올; 글리세롤 모노-, 디- 또는 트리아세테이트와 같은 다가 알코올의 에스테르; 및 디메틸 도데칸디오에이트(dimethyl dodecanedioate) 및 디메틸 테트라데칸디오에이트(dimethyl tetradecanedioate)와 같은, 모노-, 디- 또는 폴리카르복실산의 지방족 에스테르를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 에어로졸 형성제는 트리에틸렌 글리콜, 1,3-부탄디올 및 글리세린과 같은 다가 알코올 또는 그의 혼합물일 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 향미제와 같은 다른 첨가제 및 성분을 포함할 수 있다.
액체 에어로졸 형성 기재는 물을 포함할 수 있다.
액체 에어로졸 형성 기재는 니코틴 및 적어도 하나의 에어로졸 형성제를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성제는 글리세린을 포함할 수 있다. 에어로졸 형성제는 프로필렌 글리콜을 포함할 수 있다. 에어로졸 형성제는 글리세린 및 프로필렌 글리콜 둘 모두를 포함할 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 약 2% 내지 약 10%의 니코틴 농도를 가질 수 있다.
본 발명자들은 진동 시스템의 고유 진동수가 분무될 액체의 특징 및 특성에 의존한다는 것을 인식하였다. 특히, 고유 진동수는 분무될 액체의 점도에 의존한다.
일부 구현예에서, 분무될 액체는 특정 점도를 가질 수 있다. 예를 들어, 분무될 액체는 약 40 센티푸아즈(mPas) 이하, 바람직하게는 약 35 센티푸아즈(mPas) 이하, 바람직하게는 약 30 센티푸아즈(mPas) 이하, 바람직하게는 약 25 센티푸아즈(mPas) 이하, 바람직하게는 약 20 센티푸아즈(mPas) 이하, 바람직하게는 약 15 센티푸아즈(mPas) 이하의 20℃에서의 점도를 가질 수 있다.
본원에서 사용된 점도 값은 정해진 속도 또는 전단 속도에서 유체 내 스핀들의 회전에 대한 저항을 측정하여 유체의 점도를 측정하는, 고전적인 브룩필드 점도계(Brookfield viscometer)를 사용하여 측정된 점도를 지칭한다. 달리 언급되지 않는 한, 본원에서 인용된 점도 값은 100 rpm 속도에서 원통형 SC4-13R 샘플 챔버 및 원통형 SC4-21 스핀들을 포함하는 Brookfield Small Sample Adapter로 피팅된 Brookfield RVDV-II +Pro 점도계를 사용하여 측정된 액체 에어로졸 형성 기재의 8mL 샘플 부피의 점도이다.
분무기 조립체는 액체의 점도를 제어하기 위해 분무될 액체의 온도를 제어하도록 구성될 수 있다. 유리하게는, 분무될 액체의 점도를 감소시키는 것은, 메쉬 요소의 노즐을 통해 액체를 강제하는데 필요한 압력을 감소시킨다. 분무될 액체의 온도를 증가시키는 것은 액체의 점도를 감소시킬 수 있다. 분무기 조립체는 분무될 액체를 가열하기 위한 히터를 구비할 수 있다. 히터는 공동 내에 분무될 액체를 소정의 온도로 가열하도록 구성될 수 있다. 소정의 온도는 약 20℃ 내지 약 100℃, 약 70℃ 내지 약 90℃일 수 있고, 바람직하게는 약 80℃일 수 있다.
액체 에어로졸 형성 기재는 약 20 센티푸아즈(mPas) 이하, 바람직하게는 약 15 센티푸아즈(mPas) 이하, 바람직하게는 약 10 센티푸아즈(mPas) 이하, 바람직하게는 약 7 센티푸아즈(mPas) 이하, 바람직하게는 약 5 센티푸아즈(mPas) 이하의 80℃에서의 점도를 가질 수 있다.
분무기 조립체는 공동 내의 액체를 가열하기 위한 히터를 포함할 수 있다. 히터는 액체의 점도를 제어하기 위해 공동 내의 액체를 소정의 온도로 가열하도록 구성될 수 있다. 히터는 임의의 적합한 유형의 히터일 수 있다. 바람직하게는, 히터는 전기 히터이다.
유리하게, 액체를 가열하는 것은 액체의 점도를 감소시킬 수 있다. 유리하게는, 액체의 점도를 감소시키는 것은 노즐을 통해 액체를 강제하여 형성된 액적의 크기를 감소시키거나 최소화할 수 있다.
메쉬 요소는 메쉬 요소의 표면 상에 위치된 전기 가열 요소를 포함할 수 있다. 유리하게는, 전기 가열 요소는 메쉬 요소의 노즐을 통해 배출될 액체를 가열하는 데 사용될 수 있다.
전기 가열 요소는 복수의 노즐을 통해 배출될 액체를 직접 가열하도록 배열될 수 있다. 전기 가열 요소는 메쉬 요소의 외부 표면 상에 위치될 수 있다. 제1 층 및 제2 층을 갖는 메쉬 요소를 포함하고 있는 구현예에서, 전기 가열 요소는 제2 층의 외부 표면 상에 위치될 수 있다. 다른 구현예에서, 전기 가열 요소는 제1 층의 제1 표면 상에 위치될 수 있다.
전기 가열 요소는 노즐을 통해 배출될 액체를 간접적으로 가열하도록 배열될 수 있다. 전기 가열 요소는 제2 층의 외부 표면 상에 위치될 수 있다.
전기 가열 요소는 임의의 적합한 유형의 가열 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전기 가열 요소는 마이크로전자기계 시스템 가열 요소를 포함할 수 있다.
전기 가열 요소는 접착제 층을 포함할 수 있다. 접착제 층은 메쉬 요소에 대한 전기 가열 요소의 접합을 용이하게 할 수 있다. 접착제 층은 임의의 적합한 재료를 포함할 수 있다. 접착제 층은 금속을 포함할 수 있다. 접착제 층은 탄탈륨을 포함할 수 있다.
전기 가열 요소는 하나 이상의 저항 가열 트랙을 포함할 수 있다. 하나 이상의 저항 가열 트랙은 금속을 포함할 수 있다. 하나 이상의 저항 가열 트랙은 백금, 니켈 및 폴리실리콘 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전기 가열 요소는 부동태화 층을 포함할 수 있다. 부동태화 층은 금속 산화물 및 금속 질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 부동태화 층은 실리콘 질화물, 이산화 규소, 이산화 티타늄, 및 산화 알루미늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 측면에 따라서, 실질적으로 본 발명의 제1 측면에 따른 분무기 조립체를 포함하고 있는 에어로졸 발생 시스템이 제공되어 있다. 에어로졸 발생 시스템은 분무될 액체의 공급부를 함유하고 있는 액체 저장조를 더 포함하고 있다.
일부 구현예에서, 액체 저장조 및 분무기는 동일한 유닛에 포함되어 있다. 이들 장치에서, 액체 저장조의 액체 유출구가 진동 챔버의 액체 유입구와 유체 연통하고 있어서 액체 저장조로부터 진동 챔버의 공동 내로 액체를 공급한다.
일부 구현예에서, 에어로졸 발생 시스템은 액체 저장조를 포함하고 있는 카트리지 및 카트리지를 제거 가능하게 수용하도록 구성된 에어로졸 발생 장치를 포함하고 있다. 에어로졸 발생 장치는 카트리지를 수용하기 위한 장치 커넥터를 포함할 수 있다.
일부 특정 구현예에서, 카트리지는 분무기 조립체를 더 포함할 수 있다. 이러한 특정 구현예에서, 액체 저장조의 액체 유출구는 분무기 조립체의 액체 유입구와 유체 연통할 수 있다. 분무기 조립체의 액추에이터는 카트리지가 에어로졸 발생 장치에 의해 수용될 때 에어로졸 발생 장치에 전기적으로 연결 가능할 수 있다. 분무기 조립체가 전기 히터를 포함하고 있는 경우, 또한 카트리지가 에어로졸 발생 장치에 의해 수용될 때 전기 히터는 에어로졸 발생 장치에 전기적으로 연결 가능할 수 있다. 이러한 특정 구현예에서, 카트리지는 카트리지를 에어로졸 발생 장치에 전기적으로 연결하기 위한 하나 이상의 전기 커넥터를 포함하고 있는 장치 커넥터를 포함할 수 있다. 에어로졸 발생 장치는 장치를 카트리지에 전기적으로 연결하기 위한 하나 이상의 전기 커넥터를 포함하고 있는 대응하는 장치 커넥터를 포함할 수 있다.
일부 특정 구현예에서, 에어로졸 발생 장치는 분무기 조립체를 포함할 수 있다. 이러한 특정 구현예에서, 카트리지의 액체 저장조는, 카트리지가 에어로졸 발생 장치에 의해 수용될 때 에어로졸 발생 장치의 분무기 조립체의 액체 유입구와 유체 연통하도록 배열되어 있는 액체 유출구를 가질 수 있다. 이러한 특정 구현예에서, 카트리지는 카트리지를 에어로졸 발생 장치에 유체 연결하기 위한 하나 이상의 액체 유출구를 포함하고 있는 장치 커넥터를 포함할 수 있다. 에어로졸 발생 장치는 장치를 카트리지에 유체 연결하기 위한 하나 이상의 액체 유입구를 포함하고 있는 대응하는 장치 커넥터를 포함할 수 있다.
에어로졸 발생 장치 및 카트리지의 장치 커넥터들은, 베이오닛(bayonet) 커넥터, 나사 커넥터, 자석 커넥터, 및 억지 끼워맞춤 커넥터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
액체 저장조는 용기를 포함할 수 있으며, 분무될 액체는 용기 내에 유지된다. 용기는 임의의 적절한 재료로 형성된 것일 수 있다. 용기는 유리, 금속, 및 플라스틱 중 적어도 하나로 형성된 것일 수 있다. 용기는 투명할 수 있다. 용기는 반투명할 수 있다.
용기는 액체 에어로졸 형성 기재가 용기로부터 흐를 수 있는 개구를 정의할 수 있다. 바람직하게는, 액체 저장조는 액체 에어로졸 형성 기재를 용기 내에 밀봉하기 위해 개구 위에 놓여 있는 밀봉부를 포함하고 있다. 바람직하게는, 밀봉부는 제거 가능하고 취성인 것 중 적어도 하나이다. 에어로졸 발생 장치는 액체 저장조가 장치 커넥터에 의해 적어도 부분적으로 수용될 때 밀봉부를 천공하도록 배열되어 있는 천공 요소를 포함할 수 있다.
에어로졸 발생 장치는 전력 공급부, 및 전력 공급부로부터 분무기 조립체의 액추에이터로의 전력 공급을 제어하도록 배열되어 있는 컨트롤러를 포함하고 있다.
사용하는 동안, 컨트롤러는 본원에서 설명하는 바와 같이, 메쉬 요소를 통해 액체의 액적을 배출하기 위해 전력 공급부로부터 액추에이터로의 전력 공급을 제어한다.
분무기 조립체가 전기 가열 요소를 포함하고 있는 구현예들에서, 바람직하게는 컨트롤러는 전력 공급부로부터 전기 가열 요소로의 전력 공급을 제어하도록 배열되어 있다. 에어로졸 발생 장치는 사용 중에 임의의 적절한 온도, 예컨대 약 20℃ 내지 약 100℃의 온도 또는 약 70℃ 내지 약 90℃의 온도로 전기 가열 요소를 가열하도록 배열될 수 있다. 바람직하게는, 에어로졸 발생 장치는 사용 동안 약 80℃의 온도로 전기 가열 요소를 가열하도록 배열되어 있다.
전력 공급부는 DC 전압원일 수 있다. 바람직한 구현예에서, 전력 공급부는 배터리이다. 예를 들어, 전력 공급부는 니켈-금속 수화물 배터리, 니켈 카드뮴 배터리, 또는 리튬계 배터리, 예를 들어 리튬-코발트, 리튬-철-인산염 또는 리튬-폴리머 배터리일 수 있다. 전력 공급부는 커패시터와 같은 다른 형태의 전하 저장 장치를 포함할 수 있다. 전력 공급부는 재충전이 필요할 수 있고, 하나 이상의 액체 저장조를 가진 에어로졸 발생 장치의 사용에 충분한 에너지를 저장할 수 있는 용량을 가질 수 있다.
에어로졸 발생 장치는 하우징을 포함할 수 있다. 컨트롤러 및 전력 공급부는 하우징 내에 배열될 수 있다. 액체 저장조를 수용하기 위한 장치 커넥터는 하우징 내에 배열될 수 있다. 장치가 분무기 조립체를 포함하고 있는 구현예에서, 분무기 조립체는 하우징 내에 배열될 수 있다.
장치 하우징은 임의의 적합한 물질 또는 물질들의 조합을 포함할 수 있다. 적합한 물질의 예는 금속, 합금, 플라스틱 또는 이들 물질 중 하나 이상을 포함하는 복합 재료, 또는 식품이나 약제학적 적용에 적합한 열가소성 수지, 예를 들어 폴리프로필렌, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 및 폴리에틸렌을 포함한다. 물질은 가벼우면서 비-취성(non-brittle)일 수 있다.
일부 구현예에서, 장치 하우징은 에어로졸 발생 장치의 사용 동안 메쉬 요소로부터 배출된 액적을 수용하도록 배열되어 있는 에어로졸 챔버를 정의할 수 있다. 에어로졸 발생 장치는 에어로졸 챔버와 유체 연통하는 공기 유입구를 포함할 수 있다. 에어로졸 발생 장치는 에어로졸 챔버와 유체 연통하는 공기 유출구를 포함할 수 있다.
카트리지는 하우징을 포함할 수 있다. 카트리지 하우징은 임의의 적합한 물질 또는 물질들의 조합을 포함할 수 있다. 적합한 물질의 예는 금속, 합금, 플라스틱 또는 이들 물질 중 하나 이상을 포함하는 복합 재료, 또는 식품이나 약제학적 적용에 적합한 열가소성 수지, 예를 들어 폴리프로필렌, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 및 폴리에틸렌을 포함한다. 물질은 가벼우면서 비-취성(non-brittle)일 수 있다.
일부 구현예에서, 카트리지 하우징은 에어로졸 발생 장치의 사용 동안 메쉬 요소로부터 배출된 액적을 수용하도록 배열되어 있는 에어로졸 챔버를 정의할 수 있다. 이들 구현예에서, 카트리지는 에어로졸 챔버와 유체 연통하는 공기 유입구를 포함하고 있다. 카트리지는 에어로졸 챔버와 유체 연통하는 공기 유출구를 포함할 수 있다.
에어로졸 발생 장치는 공기 유출부와 유체 연통하는 마우스피스를 포함할 수도 있다. 마우스피스는 하우징과 일체로 형성된 것일 수 있다. 마우스피스는 하우징으로부터 탈착 가능할 수 있다.
사용하는 동안, 사용자는 마우스피스를 흡인하여 공기 유입구를 통하여 에어로졸 챔버 내로 공기를 흡인한다. 공기는 에어로졸 챔버를 통해 유동하며, 여기에서 메쉬 요소로부터 배출된 액적이 기류 내에 연행되어 에어로졸을 형성한다. 에어로졸은 공기 유출구를 통해 에어로졸 챔버 밖으로 흐르고 마우스피스를 통해 사용자에게 전달된다.
에어로졸 발생 장치는 사용자가 뻐끔뻐금 피우는 것을 표시하는 기류를 검출하기 위한 센서를 포함할 수 있다. 기류 센서는 전자기계 장치일 수 있다. 기류 센서는 기계 장치, 광학 장치, 광학-기계 장치 및 미소 전자기계 시스템(MEMS) 기반 센서 중 임의의 것일 수 있다. 컨트롤러는 사용자가 뻐끔뻐금 피우는 것을 표시하는 기류 센서로부터의 신호에 응답하여 전력 공급부로부터 분무기 조립체의 액추에이터로 전력을 공급하도록 배열될 수 있다.
일부 구현예에서, 에어로졸 발생 장치는 카트리지의 액체 저장조에 함유된 분무될 액체를 식별하기 위한, 액체 식별 시스템을 더 포함하고 있다. 액체 식별 시스템은 임의의 적합한 유형의 식별 시스템을 포함할 수 있다.
카트리지는 액체 저장조에 함유된 액체를 식별하기 위한 식별자를 더 포함할 수 있다. 에어로졸 발생 장치의 액체 식별 시스템은 카트리지가 에어로졸 발생 장치 상에 수용될 때 카트리지의 식별자를 검출하기 위한 검출기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 카트리지는 RFID 태그를 포함할 수 있고, 장치는 RFID 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 카트리지는 바코드를 포함할 수 있고, 장치는 광학 센서를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 액체 식별 시스템은 분무될 액체의 특성 또는 특징을 감지하기 위한 센서를 포함할 수 있다. 센서는 카트리지의 액체 저장조로부터 분무될 액체의 샘플을 구비할 수 있다.
에어로졸 발생 장치의 컨트롤러는 식별 시스템으로부터 컨트롤러에 의해 수신된 정보에 기초하여 전력 공급부로부터 분무기 조립체로의 전력 공급을 제어하도록 구성될 수 있다.
카트리지가 식별자를 포함하고 있는 구현예에서, 공지된 식별자들에 대응하는 참조 데이터가 컨트롤러의 메모리 상에 저장될 수 있다. 이러한 구현예에서, 컨트롤러는 식별 시스템으로부터 수신된 정보를 저장된 참조 데이터와 비교하여 식별 시스템에 의해 검출된 식별자가 공지된 식별자인지를 판정하도록 구성될 수 있다.
식별 시스템으로부터 수신된 정보가 공지된 식별자에 대응하는 경우, 이는 카트리지가 분무될 적절한 액체를 함유하고 있는 제조사의 인증된 또는 승인된 카트리지임을 나타낸다. 식별 시스템으로부터 수신된 정보가 공지된 식별자에 대응하는 경우, 컨트롤러는 전력 공급부로부터 분무기 조립체로 전력을 공급하도록 구성될 수 있다.
식별자가 공지된 식별자가 아닌 경우, 컨트롤러는, 분무될 적절한 또는 승인된 액체를 함유하지 않을 수 있는, 인가되거나 승인된 카트리지가 아닌 것으로 판정할 수 있다. 정보 검출 시스템으로부터 수신된 정보가 공지된 식별자에 대응하지 않는 경우, 컨트롤러는 전력 공급부로부터 분무기 조립체로 전력이 공급되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.
일부 구현예에서, 컨트롤러는 복수의 공지된 식별자에 대응하는 참조 데이터를 저장할 수 있다. 각각의 공지된 식별자는 분무될 특정 액체와 연관될 수도 있으며, 이는 전력 공급부로부터 분무기 조립체로 공급될 특정 전력이 필요할 수도 있다. 컨트롤러는 식별 시스템에 의해 검출된 것으로 판정된 특정 식별자에 기초하여 특정 전력을 분무기 조립체에 공급하도록 구성될 수 있다.
카트리지의 액체 저장조에 저장된 액체의 특징 또는 특성이 식별 시스템에 의해 감지되거나 검출되는 구현예에서, 컨트롤러는 식별 시스템으로부터 수신된 정보를 하나 이상의 소정의 임계값과 비교하여, 액체 저장조에 저장된 액체가 분무기 조립체와 함께 사용하기에 적합한지 여부 그리고 분무기 조립체에 공급할 전력 중 적어도 하나를 결정하도록 구성되어 있다.
에어로졸 발생 장치는 사용자가 퍼프를 개시하도록 수동으로 작동 가능한 스위치를 포함할 수 있다. 컨트롤러는 수동 작동 가능한 스위치로부터의 신호에 응답하여 전력 공급부로부터 분무기 조립체의 액추에이터로 전력을 공급하도록 배열될 수 있다.
바람직하게는, 에어로졸 발생 장치는 전력 공급부로부터 분무기 조립체의 액추에이터로 전력이 공급되고 있을 때를 나타내기 위한 표시기를 포함하고 있다. 표시기는 전력 공급부로부터 분무기 조립체의 액추에이터로 전력이 공급되고 있을 때 비추도록 배열되어 있는 광을 포함할 수 있다.
에어로졸 발생 장치는 외부 플러그 또는 소켓 및 적어도 하나의 외부 전기 접점 중 적어도 하나를 포함할 수 있어 에어로졸 발생 장치가 다른 전기 장치에 연결되는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 에어로졸 발생 장치는 USB 플러그 또는 USB 소켓을 포함하여 에어로졸 발생 장치를 또 다른 USB 지원 장치에 연결시킬 수 있다. USB 플러그 또는 소켓은 에어로졸 발생 장치를 USB 충전 장치에 연결시켜서 에어로졸 발생 장치 내의 재충전 가능한 전력 공급부를 충전할 수 있다. USB 플러그 또는 소켓은 에어로졸 발생 장치로의 데이터 전송, 또는 에어로졸 발생 장치로부터의 데이터 전송, 또는 이들 둘 모두를 지원할 수 있다. 에어로졸 발생 장치는 데이터를 에어로졸 발생 장치로 전송하도록 컴퓨터에 연결 가능할 수 있다.
에어로졸 발생 장치가 USB 플러그 또는 소켓을 포함하는 이들 구현예에서, 에어로졸 발생 장치는, 사용하지 않을 때 USB 플러그 또는 소켓을 덮는 탈착식 커버를 추가로 포함할 수 있다. USB 플러그 또는 소켓이 USB 플러그인 구현예에서, USB 플러그는 추가적으로 또는 대안적으로 장치 내에서 선택적으로 회수될 수 있다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, 본 발명의 제1 측면에 따른 분무기 조립체를 포함하고 있는 에어로졸 발생 장치가 제공되어 있다. 에어로졸 발생 장치는, 전력 공급부, 및 전력 공급부로부터 분무기 조립체의 액추에이터로 전력 공급을 제어하기 위한 컨트롤러를 또한 포함하고 있다. 에어로졸 발생 장치는 또한 액체 저장조를 수용하고 액체 저장조로부터 분무기 조립체의 액체 유입구까지 액체를 공급하도록 배열되어 있는 장치 커넥터를 포함하고 있다.
본 발명의 제4 측면에 따르면, 분무기 조립체 작동 방법이 제공되어 있다. 분무기 조립체는, 분무될 액체를 함유하고 있는 공동; 공동에 분무될 액체의 공급을 제공하기 위한 액체 유입구; 탄성 변형 가능 요소; 및 복수의 노즐을 포함하고 있는 메쉬 요소를 함유하고 있는 진동 챔버; 및 탄성 변형 가능 요소를 진동시키도록 배열되어 있는 액추에이터를 포함하고 있다. 상기 방법은 액추에이터를 구동시켜서 진동 시스템의 공진 진동수에서 탄성 변형 가능 요소를 진동시켜 공동 내에 함유된 액체를 메쉬 요소의 노즐을 통해 공동으로부터 배출시키는 단계를 포함하고 있다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 액추에이터를 구동시켜서 진동 시스템의 제2 조화 진동과 같거나 큰 진동 시스템의 공진 진동수에서 탄성 변형 가능 요소를 진동시키는 단계를 포함하고 있다.
본 발명의 일 측면과 관련하여 상기에 기술된 임의의 특징부는 본 발명의 다른 측면에 동일하게 적용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 제1 측면과 관련하여 설명된 임의의 측면은 제2, 제3 및 제4 측면에 동일하게 적용될 수 있고, 그 반대일 수 있다. 제2 측면과 관련하여 설명된 임의의 측면은 제3 및 제4 측면에 동일하게 적용될 수 있고, 그 반대일 수 있다. 제3 측면과 관련하여 설명된 임의의 측면은 제4 측면에 동일하게 적용될 수 있고, 그 반대일 수 있다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 단지 예시하기 위한 목적으로 추가로 설명될 것이며, 여기서:
도 1은 본 발명의 구현예에 따른 분무기 조립체의 메쉬 요소의 단면도를 보여주고 있으며;
도 2는 도 1의 메쉬 요소의 평면도를 보여주고 있으며;
도 3은 도 1의 메쉬 요소의 일부분의 확대 단면도를 보여주고 있으며;
도 4는 도 1의 메쉬 요소의 단일 노즐의 단면도를 보여주고 있으며;
도 5는 제2 층의 대안적인 외부 표면을 도시하는 도 1의 메쉬 요소의 단일 노즐의 단면도를 보여주고 있으며;
도 6은 도 1의 메쉬 요소를 갖는 본 발명의 구현예에 따른 분무기 조립체의 사시 단면도를 보여주고 있으며; 그리고
도 7은 본 발명의 구현예에 따른 에어로졸 발생 시스템의 분해 단면도를 보여주고 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 구현예에 따른 분무기 조립체에 대한 메쉬 요소(10)를 보여주고 있다. 메쉬 요소(10)는 복수의 원통형 채널(14)을 정의하고 있는 제1 층(12) 및 복수의 노즐(18)을 정의하고 있는 제2 층(16)을 포함하고 있다. 노즐(18)은 그룹으로 배열되어 있고, 여기서 노즐(18)의 각각의 그룹은 채널(14) 중 하나 위에 놓여 있다.
메쉬 요소(10)는 또한 제2 층(16) 상에 위치된 전기 가열 요소(19)를 포함하고 있다. 사용하는 동안, 전기 가열 요소(19)는 메쉬 요소(10)를 가열하며, 이는 노즐(18)을 통해 배출되고 있는 액체를 가열한다.
도 3 및 도 4는 채널(14) 중 하나 및 노즐(18) 중 하나의 확대된 단면도를 보여주고 있다. 제1 층(12)은 제1 표면(20) 및 제2 표면(22)을 포함하고 있다. 제2 층(16)은 제1 층(12)의 제2 표면(22)과 대향하는 내부 표면(24)을 포함하고 있다. 제2 층(16)은 또한 소수성 코팅층(28)이 제공되는 외부 표면(26)을 포함하고 있다. 제1 및 제2 층(12, 16)은 실리콘 웨이퍼들로 형성된 것이다. 매립된 산화물층(30)은, 메쉬 요소(10)의 제조 동안 제1 및 제2 층(12, 16)이 함께 접합되기 전에 제1 층(12)의 제2 표면(22)의 산화에 의해 형성된다.
각각의 채널(14)은 제1 층(12)의 두께(33)에 대응하는 최소 직경(32) 및 길이를 갖는다. 각각의 채널(14)의 최소 직경(32)은 각각의 위에 놓인 노즐(18)의 최대 직경(34)보다 상당히 크다. 따라서, 각각의 채널(14)은 각각의 노즐(18)의 최대 단면적보다 큰 최소 단면적을 갖는다. 이와 같이, 채널(14)의 길이는 각각의 노즐(18)을 통해 주어진 액체를 강제하는데 필요한 압력을 결정할 때 각각의 노즐(18)의 길이에 기여하지 않는다. 유리하게는, 제1 층(12)의 두께(33)는 노즐(18)로부터 액적을 배출하는데 필요한 압력에 영향을 주지 않으면서 메쉬 원소에 원하는 강도 및 강성을 제공하도록 선택될 수 있다.
각각의 노즐(18)은 각각의 노즐(18)이 제2 층(16)의 내부 표면(24)에서의 최대 직경(34) 및 제2 층(16)의 외부 표면(26)에서의 최소 직경(36)을 갖도록 삼각형 단면 형상을 갖는다. 각각의 노즐(18)의 최소 직경(36)은 사용하는 동안 노즐(18)을 통해 배출될 액적의 원하는 크기에 따라 선택된다. 각각의 노즐(18)은 제2 층(16)의 두께(38)에 대응하는 길이를 갖는다. 제2 층(16)의 두께(38)는 제1 층(12)의 두께(33)보다 상당히 작아서 각각의 노즐(18)의 길이를 최소화한다. 각각의 노즐(18)의 삼각형 단면 형상 및 각각의 노즐(18)의 최소화된 길이는 각각의 노즐(18)을 통해 주어진 액체를 강제하는데 필요한 압력을 감소시키거나 최소화한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제2 층(16)의 외부 표면(26)은 각각의 노즐(18)을 둘러싸는 증가된 두께의 환형 부분(40)을 포함할 수 있다. 각각의 환형 부분(40)의 반원형 단면 형상은 사용하는 동안 각각의 노즐(18) 내측에 남아있는 액체로부터의 액적의 분리를 용이하게 한다.
도 6은 도 1의 메쉬 요소(10)를 포함하고 있는 분무기 조립체(50)의 사시 단면도를 보여주고 있다. 메쉬 요소(10)는 메쉬 요소 하우징(52) 내에 수용되어 있다. 분무기 조립체(50)는 또한 탄성 변형 가능 요소(54) 및 탄성 변형 가능 요소(54)를 진동시키도록 배열되어 있는 액추에이터(56)를 포함하고 있다. 액추에이터(56)는 압전 액추에이터다.
분무기 조립체(50)는 또한 예비-로딩 요소(58)와 탄성 변형 가능 요소(54) 사이에서 액추에이터(56)를 압축하도록 배열되어 있는 예비-로딩 요소(58)를 포함하고 있다. 예비-로딩 요소(58), 액추에이터(56) 및 탄성 변형 가능 요소(54)는 액추에이터 하우징(60) 내에 배열되어 있다. 액추에이터 하우징(60)은 메쉬 요소 하우징(52)에 부착되어 메쉬 요소(10)와 탄성 변형 가능 요소(54) 사이에 공동(62)을 정의하고 있다. 액추에이터 하우징(60)은 공동(62)에 분무될 액체의 공급부를 제공하기 위한 액체 유입구(64)를 정의하고 있다.
탄성 변형 가능 요소(54)는 메쉬 요소(10)의 반경 방향 외측으로, 메쉬 요소 하우징(52) 위로 액추에이터 하우징(60)으로 연장되어 있다. 메쉬 요소(10)와 탄성 변형 가능 요소(54) 사이의 공동(62)의 영역은 실질적으로 원형으로 원통형이다. 메쉬 요소 하우징(52)은 메쉬 요소(10)의 원주 둘레에 상승된 영역(63)을 포함하고 있어서, 메쉬 요소 하우징(52)과 탄성 변형 가능 요소(54) 사이의 간극이 메쉬 요소(10)의 원주 둘레로 좁아진다. 메쉬 요소 하우징(52)의 상승된 영역(63)과 탄성 변형 가능 요소(54) 사이의 좁은 간극은 메쉬 요소(10)와 탄성 변형 가능 요소(54) 사이에서 직접 공동(62)의 영역 내로 그리고 그 밖으로 액체의 흐름을 제한하며, 이는 이 영역에서 액체의 높은 압력의 발생을 용이하게 한다. 메쉬 요소 하우징(52)의 상승된 영역(63)으로부터 반경 방향으로 외측에 있는, 공동(62)의 외부 영역은, 부분적으로 액추에이터 하우징(60) 내로 연장되어 있어서, 메쉬 요소(10)와 탄성 변형 가능 요소(54) 사이에서 직접 영역 외부에 작은 양의 액체를 보유할 수 있는 공동(62)의 영역을 제공한다. 이러한 공동(62)의 외부 영역은 작동 중에 액체가 해당 영역으로부터 고갈됨에 따라 메쉬 요소(10)와 탄성 변형 가능 요소(54) 사이의 영역으로의 액체의 예비 공급을 제공한다. 액체 유입구(64)는 액체를 공동(62)의 외부 영역에 공급하기 위해 액추에이터 하우징(60)에 제공되어 있다. 액체 유입구(64)는 메쉬 요소(10)와 탄성 변형 가능 요소(54) 사이에서 공동(62)의 영역으로부터 오프셋되어 배열되어 있다. 액체 유입구의 이러한 배열은 탄성 변형 가능 요소로부터 진동이 가해질 때 액체가 액체 유입구를 통해 공동으로부터 밀려나갈 가능성을 감소시킬 수 있다. 이는 또한 공기가 액체 유입구(64)로부터 그 영역 내로 직접 흡인될 가능성을 감소시킬 수 있다.
사용하는 동안, 분무될 액체는 액체 유입구(64)를 통해 공동(62)에 공급된다. 액추에이터(56)는 탄성 변형 가능 요소(54)를 진동시켜 메쉬 요소(10)의 채널(14) 및 노즐(18)을 통해 공동(62) 내의 액체의 적어도 일부를 강제한다. 메쉬 요소(10)의 노즐(18)을 통하여 강제된 액체는 액적을 형성한다. 액적을 형성하도록 노즐(18)을 통하여 강제된 액체의 모멘텀은 액적을 메쉬 요소(10)로부터 멀리 운반한다. 따라서, 사용 동안, 분무기 조립체(50)는 메쉬 요소(10)를 통해 배출된 액적을 포함하고 있는 에어로졸을 발생시킨다.
도 7은 본 발명의 구현예에 따른 에어로졸 발생 시스템(70)의 단면도를 보여주고 있다. 에어로졸 발생 시스템(70)은 에어로졸 발생 장치(72) 및 액체 저장조(74)를 포함하고 있다.
에어로졸 발생 장치(72)는 제1 하우징 부분(78) 및 제2 하우징 부분(80)을 포함하고 있는 하우징(76)을 포함하고 있다. 컨트롤러(82) 및 배터리를 포함하고 있는 전력 공급부(84)가 제1 하우징 부분(78) 내에 또한 위치되어 있다. 마우스피스 채널(87)을 정의하고 있는 마우스피스(85)는 제2 하우징 부분(80)에 연결가능하다.
제2 하우징 부분(80)은 액체 저장조(74)를 수용하기 위한 액체 저장조 챔버(86)를 정의하고 있다. 제1 하우징 부분(78)은 제2 하우징 부분(80)으로부터 분리 가능하여 액체 저장조(74)의 교체를 허용한다.
에어로졸 발생 장치(72)는 또한 액체 저장조(74)의 일부를 형성하는 저장조 커넥터(90)와 맞물리기 위해 액체 저장조 챔버(86) 내에 위치된 장치 커넥터(88)를 포함하고 있다.
에어로졸 발생 장치(72)는 제2 하우징 부분(80) 내에 위치된 도 6의 분무기 조립체(50)를 포함하고 있다. 분무기 조립체(50)의 액체 유입구(64)는 장치 커넥터(88)와 유체 연통하고 있다. 분무기 조립체(50)의 메쉬 요소(10)는 제2 하우징 부분(80)에 의해 정의된 에어로졸 챔버(92) 내에 위치하고 있다.
액체 저장조(74)는 용기(94) 및 용기(94) 내에 위치된 액체 에어로졸 형성 기재(96)를 포함하고 있다. 저장조 커넥터(90)가 장치 커넥터(88)와 체결될 때, 액체 저장조(74)로부터의 액체 에어로졸 형성 기재(96)는 저장조 커넥터(90), 장치 커넥터(88), 및 분무기 조립체(50)의 액체 유입구(64)를 통해서 분무기 조립체(50)의 공동(62)에 공급된다.
제1 하우징 부분(78)이 제2 하우징 부분(80)에 연결될 때, 컨트롤러(82)는 전력 공급부(84)로부터 액추에이터(56)로의 전력 공급을 제어하여 액체 에어로졸 형성 기재(96)의 액적을 메쉬 요소(10)로부터 에어로졸 챔버(92) 내로 배출한다. 컨트롤러(82)는 진동수 보정 데이터를 저장하는 메모리를 포함하고 있다. 진동수 보정 데이터는, 진동 시스템의 공진 진동수에서 탄성 변형 가능 요소(54)를 진동시키기 위해 액추에이터(56)에 공급되는 데 필요한 전력에 대응하는 정보를 포함하고 있다. 작동 동안, 컨트롤러(82)는 메모리 상에 저장된 진동수 보정 데이터에 접근하고, 진동수 보정 데이터에 기초하여 액추에이터(56)에 공급된 전력을 제어하여서, 탄성 변형 가능 요소(54)가 진동 시스템의 공진 진동수에서 진동되도록 한다.
제2 하우징 부분(80)은 각각 에어로졸 챔버(92)와 유체 연통하고 있는 공기 유입구(98) 및 공기 유출구(100)를 정의하고 있다. 사용하는 동안, 사용자는 마우스피스(85)를 흡인하여 공기 유입구(98)를 통하여 에어로졸 챔버(92) 내로 공기를 흡인한다. 공기는 에어로졸 챔버(92)를 통해 유동하며 여기에서 메쉬 요소(10)로부터 배출된 액체 에어로졸 형성 기재(96)의 액적이 기류에 연행되어 에어로졸을 형성한다. 에어로졸은 공기 유출구(100)를 통해 에어로졸 챔버(92) 밖으로 흐르고 마우스피스 채널(87)을 통해 사용자에게 전달된다.
에어로졸 발생 장치(72)는 또한 에어로졸 챔버(92) 내에 위치된 기류 센서(102)를 포함하고 있다. 기류 센서(102)는 사용자가 마우스피스(85)를 흡인하는 것을 표시하는 신호를 컨트롤러(82)에 제공하도록 배열되어 있다. 컨트롤러(82)는, 사용자가 마우스피스(85)를 흡인하는 것을 표시하는 기류 센서(102)로부터의 신호를 수신할 때에만 전력 공급부(84)로부터 분무기 조립체(50)의 액추에이터(56)로 전력을 공급하도록 배열되어 있다.

Claims (17)

  1. 분무기 조립체로서,
    분무될 액체를 함유하고 있는 공동,
    상기 공동에 분무될 액체의 공급부를 제공하기 위한 액체 유입구,
    탄성 변형 가능 요소, 및
    복수의 노즐을 포함하는 메쉬 요소
    를 갖는 진동 챔버; 및
    상기 탄성 변형 가능 요소를 진동시키도록 배열되어 있는 액추에이터를 포함하고,
    상기 진동 챔버와 상기 진동 챔버의 공동 내에 함유된 액체는 진동 시스템을 형성하고;
    상기 액추에이터에 의한 상기 탄성 변형 가능 요소의 진동은 상기 공동 내부의 압력을 변화시키고; 그리고
    상기 액추에이터는 상기 진동 시스템의 공진 진동수에서 상기 탄성 변형 가능 요소를 진동시켜 상기 공동으로부터 상기 메쉬 요소의 노즐을 통해 상기 공동 내에 함유된 액체를 배출시키도록 구성되어 있는, 분무기 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액추에이터는 상기 진동 시스템의 제2 조화 진동과 같거나 큰 진동 시스템의 공진 진동수에서 상기 탄성 변형 가능 요소를 진동시키도록 구성되어 있는 것인, 분무기 조립체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 진동 챔버는 분무될 액체를 수용하기 위한 공동을 한정하고 있는 벽면들을 포함하고,
    상기 벽면들 중 제1 벽면은 상기 탄성 변형 가능 요소를 포함하고;
    상기 제1 벽면과 대향하는 상기 벽면들 중 제2 벽면은 상기 메쉬 요소를 포함하고; 그리고
    상기 벽면들 중 한 벽면은 액체 유입구를 포함하는 것인, 분무기 조립체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 액추에이터는 상기 탄성 변형 가능 요소를 상기 메쉬 요소를 향하여 그리고 그로부터 멀리 진동시키도록 배열되어 있는 것인, 분무기 조립체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액추에이터는 압전 요소를 포함하는 것인, 분무기 조립체.
  6. 제5항에 있어서, 예비-로딩 요소를 더 포함하고, 상기 압전 요소는 상기 예비-로딩 요소와 상기 탄성 변형 가능 요소 사이에 배열되어 있는 것인, 분무기 조립체.
  7. 제6항에 있어서, 상기 압전 요소는 상기 예비-로딩 요소와 상기 탄성 변형 가능 요소 사이에서 압축되고, 상기 예비-로딩 요소는 상기 예비-로딩 요소와 상기 탄성 변형 가능 요소 사이의 압전 요소의 압축을 변화시키도록 조정가능한 것인, 분무기 조립체.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진동 챔버의 공동 내에 함유된 분무될 액체를 가열하도록 배열되어 있는 히터를 더 포함하는, 분무기 조립체.
  9. 제8항에 있어서, 상기 히터는 상기 메쉬 요소에서 또는 상기 메쉬 요소 상에 위치하고 있는 것인, 분무기 조립체.
  10. 에어로졸 발생 시스템으로서,
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 분무기 조립체; 및
    분무될 액체의 공급부를 함유하고 있는 액체 저장조를 포함하되, 상기 액체 저장조는 상기 진동 챔버의 유체 유입구와 유체 연통하고 있어서 상기 액체 저장조로부터 상기 진동 챔버의 공동으로 액체를 공급하는, 에어로졸 발생 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 시스템은 상기 액체 저장조를 포함하는 카트리지 및 상기 카트리지를 제거 가능하게 수용하기에 적합한 에어로졸 발생 장치를 포함하는 것인, 에어로졸 발생 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 카트리지는 상기 분무기 조립체를 포함하는 것인, 에어로졸 발생 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 상기 에어로졸 발생 장치는 상기 분무기 조립체를 포함하는 것인, 에어로졸 발생 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 에어로졸 발생 장치는 상기 카트리지의 액체 저장조에 함유된 분무될 액체를 식별하기 위한, 액체 식별 시스템을 더 포함하는 것인, 에어로졸 발생 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 카트리지는 상기 액체 저장소에 함유된 액체를 식별하기 위한 식별자를 더 포함하고, 상기 에어로졸 발생 장치의 액체 식별 시스템은 상기 카트리지가 상기 에어로졸 발생 장치 상에 수용될 때 상기 카트리지의 식별자를 검출하기 위한 검출기를 포함하는 것인, 에어로졸 발생 시스템.
  16. 에어로졸 발생 장치로서,
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 분무기 조립체;
    전력 공급부;
    상기 전력 공급부로부터 상기 액추에이터로의 전력 공급을 제어하도록 배열되어 있는 컨트롤러; 및
    액체 저장조를 수용하고 액체 저장조로부터 액체 유입구까지 액체를 공급하도록 배열되어 있는 커넥터를 포함하는, 에어로졸 발생 장치.
  17. 분무기 조립체 작동 방법으로서, 상기 분무기 조립체는
    분무될 액체를 함유하고 있는 공동,
    상기 공동에 분무될 액체의 공급부를 제공하기 위한 액체 유입구,
    탄성 변형 가능 요소, 및
    복수의 노즐을 포함하는 메쉬 요소
    를 갖는 진동 챔버; 및
    상기 탄성 변형 가능 요소를 진동시키도록 배열되어 있는 액추에이터를 포함하고,
    상기 진동 챔버와 상기 진동 챔버의 공동 내에 함유된 액체는 진동 시스템을 형성하고, 상기 방법은 상기 액추에이터를 구동시켜 상기 진동 시스템의 공진 진동수에서 상기 탄성 변형 가능 요소를 진동시켜 상기 공동으로부터 상기 메쉬 요소의 노즐을 통해 상기 공동에 함유된 액체를 배출시키는 단계를 포함하는, 방법.
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