JP6834052B1 - エアロゾル生成装置の電源ユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】エアロゾル生成装置の商品価値を高める。【解決手段】エアロゾル生成装置1の電源ユニット10のMCU50は、電源12から第一負荷21と第二負荷31へ放電することで、香味が付加されたエアロゾルを生成し、香味が付加されたエアロゾルの生成後である第1タイミングにおける香味源33の残量を、第1残量(香味成分残量Wcapsule(npuff))として取得し、第1タイミングと次の香味が付加されたエアロゾルの生成を開始する第2タイミングの間における香味源33の残量である第2残量(Wcapsule(npuff)−ε)を、第1残量よりも少ない量として取得するように構成される。【選択図】図5

Description

本発明は、エアロゾル生成装置の電源ユニットに関する。
特許文献1には、加熱素子と、前記加熱素子に、ある電圧を有する電力を与えるように構成された電源と、吸う動作の気流を検出するように構成されたセンサと、吸う動作の間隔に基づいて前記電源を制御するように構成されたプロセッサとを備える電子タバコが記載されている。
特許文献2、特許文献3、及び特許文献4には、液体を加熱して生成したエアロゾルを香味源に通すことで、香味をエアロゾルに付加し、香味が付加されたエアロゾルをユーザに吸引させることのできる装置が記載されている。
特許第6030580号 国際公開第2020/039589号 特表2017−511703号公報 国際公開第2018/017654号
エアロゾルを生成して吸引可能とするエアロゾル生成装置は、吸引毎に安定した香喫味を持つエアロゾルをユーザに提供できることが商品価値を高める上で重要となる。
本発明の目的は、エアロゾル生成装置の商品価値を高めることにある。
本発明の一態様のエアロゾル生成装置の電源ユニットは、電源と、エアロゾル源を霧化可能な霧化器が電気的に接続可能、且つ、前記電源へ電気的に接続される第1コネクタと、前記エアロゾル源から生成されたエアロゾルに香味を付加する香味源を加熱可能なヒータが電気的に接続可能、且つ、前記電源へ電気的に接続される第2コネクタと、処理装置と、を備え、前記処理装置は、前記電源から前記霧化器と前記ヒータへの放電を制御することで、香味が付加されたエアロゾルを生成し、前記香味が付加されたエアロゾルの生成後である第1タイミングにおける前記香味源の残量を、第1残量として取得し、前記第1タイミングと次の前記香味が付加されたエアロゾルの生成を開始する第2タイミングの間における前記香味源の残量である第2残量を、前記第1残量よりも少ない量として取得するように構成される、ものである。
本発明によれば、エアロゾル生成装置の商品価値を高めることができる。
エアロゾル生成装置の概略構成を模式的に示す斜視図である。 図1のエアロゾル生成装置の他の斜視図である。 図1のエアロゾル生成装置の断面図である。 図1のエアロゾル生成装置における電源ユニットの斜視図である。 図1のエアロゾル生成装置のハードウエア構成を示す模式図である。 図1のエアロゾル生成装置のハードウエア構成の変形例を示す模式図である。 エアロゾル生成装置1の動作中における香味成分残量の変化を示す模式図である。 エアロゾル生成装置1の動作中における香味成分残量の変化を示す模式図である。 図1のエアロゾル生成装置の動作を説明するためのフローチャートである。 図1のエアロゾル生成装置の動作を説明するためのフローチャートである。 図10のステップS17において第一負荷21に供給される霧化電力を示す模式図である。 図10のステップS19において第一負荷21に供給される霧化電力を示す模式図である。 エアロゾル生成装置1の動作の第一変形例を説明するためのフローチャートである。 エアロゾル生成装置1の動作の第二変形例を説明するためのフローチャートである。 エアロゾル生成装置1の動作の第三変形例を説明するためのフローチャートである。
以下、本発明のエアロゾル生成装置の一実施形態であるエアロゾル生成装置1について、図1から図6を参照して説明する。
(エアロゾル生成装置)
エアロゾル生成装置1は、香味成分が付加されたエアロゾルを、燃焼を伴わずに生成して、吸引可能とするための器具であり、図1及び図2に示すように、所定方向(以下、長手方向Xと呼ぶ)に沿って延びる棒形状となっている。エアロゾル生成装置1は、長手方向Xに沿って、電源ユニット10と、第1カートリッジ20と、第2カートリッジ30と、がこの順に設けられている。第1カートリッジ20は、電源ユニット10に対して着脱可能(換言すると、交換可能)である。第2カートリッジ30は、第1カートリッジ20に対して着脱可能(換言すると、交換可能)である。図3に示すように、第1カートリッジ20には、第一負荷21と第二負荷31が設けられている。エアロゾル生成装置1の全体形状は、図1のように、電源ユニット10と、第1カートリッジ20と、第2カートリッジ30と、が一列に並ぶ形状には限らない。電源ユニット10に対して、第1カートリッジ20及び第2カートリッジ30が交換可能に構成されていれば、略箱状等の任意の形状を採用可能である。なお、第2カートリッジ30は、電源ユニット10に対して着脱可能(換言すると、交換可能)であってもよい。
(電源ユニット)
電源ユニット10は、図3、図4、及び図5に示すように、円筒状の電源ユニットケース11の内部に、電源12と、充電IC55Aと、MCU(Micro Controller Unit)50と、DC/DCコンバータ51と、吸気センサ15と、電圧センサ52及び電流センサ53を含む温度検出用素子T1と、電圧センサ54及び電流センサ55を含む温度検出用素子T2と、第1通知部45及び第2通知部46を収容する。
電源12は、充電可能な二次電池、電気二重層キャパシタ等であり、好ましくは、リチウムイオン二次電池である。電源12の電解質は、ゲル状の電解質、電解液、固体電解質、イオン液体の1つ又はこれらの組合せで構成されていてもよい。
図5に示すように、MCU50は、吸気センサ15、電圧センサ52、電流センサ53、電圧センサ54、及び電流センサ55等の各種センサ装置と、DC/DCコンバータ51と、操作部14と、第1通知部45と、第2通知部46とに接続されており、エアロゾル生成装置1の各種の制御を行う。
MCU50は、具体的にはプロセッサを主体に構成されており、プロセッサの動作に必要なRAM(Random Access Memory)及び各種情報を記憶するROM(Read Only Memory)等の記憶媒体により構成されるメモリ50aを更に含む。本明細書におけるプロセッサとは、具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。
図4に示すように、電源ユニットケース11の長手方向Xの一端側(第1カートリッジ20側)に位置するトップ部11aには、第1コネクタを構成する放電端子41が設けられる。放電端子41は、トップ部11aの上面から第1カートリッジ20に向かって突出するように設けられ、第1カートリッジ20の第一負荷21及び第二負荷31の各々と電気的に接続可能に構成される。また、図4では図示省略されているが、トップ部11aには、第2コネクタを構成するコネクタCN(図5、図6参照)が設けられる。放電端子41は、電源12と電気的に接続されている。放電端子41は、第1カートリッジ20が電源ユニット10に装着された状態にて、第一負荷21と電気的に接続される。コネクタCNは、電源12と電気的に接続されている。コネクタCNは、第1カートリッジ20が電源ユニット10に装着された状態にて、第二負荷31と電気的に接続される。図4から図6に示されたエアロゾル生成装置1では、第一負荷21及び第二負荷31は第1カートリッジ20に設けられている。本実施形態に代えて、第二負荷31は第2カートリッジ30に設けられていてもよく、第一負荷21及び第二負荷31は電源ユニット10に設けられていてもよい。いずれの場合においても、第1コネクタを構成する放電端子41と第2コネクタを構成するコネクタCNは、電源ユニット10に設けられる。
また、トップ部11aの上面には、放電端子41の近傍に、第1カートリッジ20の第一負荷21に空気を供給する空気供給部42が設けられている。
電源ユニットケース11の長手方向Xの他端側(第1カートリッジ20と反対側)に位置するボトム部11bには、外部電源(図示省略)と電気的に接続可能な充電端子43が設けられる。充電端子43は、ボトム部11bの側面に設けられ、例えば、USB(Universal Serial Bus)端子、又はmicroUSB端子等が接続可能である。
なお、充電端子43は、外部電源から送電される電力を非接触で受電可能な受電部であってもよい。このような場合、充電端子43(受電部)は、受電コイルから構成されていてもよい。非接触による電力伝送(Wireless Power Transfer)の方式は、電磁誘導型でもよいし、磁気共鳴型でもよいし、電磁誘導型と磁気共鳴型を組合せたものでもよい。また、充電端子43は、外部電源から送電される電力を無接点で受電可能な受電部であってもよい。別の一例として、充電端子43は、USB端子、又はmicroUSB端子が接続可能であり、且つ上述した受電部を有していてもよい。
電源ユニットケース11には、ユーザが操作可能な操作部14が、トップ部11aの側面に充電端子43とは反対側を向くように設けられる。より詳述すると、操作部14と充電端子43は、操作部14と充電端子43を結ぶ直線と長手方向Xにおける電源ユニット10の中心線の交点について点対称の関係にある。操作部14は、ボタン式のスイッチ又はタッチパネル等から構成される。電源ユニット10が電源オフの状態において、操作部14による所定の起動操作が行われると、操作部14が電源ユニット10の起動指令をMCU50に出力する。MCU50は、この起動指令を取得すると、電源ユニット10を起動させる。
図3に示すように、操作部14の近傍には、パフ(吸引)動作を検出する吸気センサ15が設けられている。電源ユニットケース11には、内部に外気を取り込む不図示の空気取込口が設けられている。空気取込口は、操作部14の周囲に設けられていてもよく、充電端子43の周囲に設けられていてもよい。
吸気センサ15は、後述の吸口32を通じたユーザの吸引により生じた電源ユニット10内の圧力(内圧)変化の値を出力するよう構成されている。吸気センサ15は、例えば、空気取込口から吸口32に向けて吸引される空気の流量(すなわち、ユーザのパフ動作)に応じて変化する内圧に応じた出力値(例えば、電圧値又は電流値)を出力する圧力センサである。吸気センサ15は、アナログ値を出力してもよいし、アナログ値から変換したデジタル値を出力してもよい。
吸気センサ15は、検出する圧力を補償するために、電源ユニット10の置かれている環境の温度(外気温)を検出する温度センサを内蔵していてもよい。吸気センサ15は、圧力センサではなく、コンデンサマイクロフォン等から構成されていてもよい。
MCU50は、パフ動作が行われて、吸気センサ15の出力値が出力閾値以上になると、エアロゾルの生成要求(後述するエアロゾル源22の霧化指令)がなされたと判定し、その後、吸気センサ15の出力値がこの出力閾値を下回ると、エアロゾルの生成要求が終了されたと判定する。なお、エアロゾル生成装置1においては、第一負荷21の過熱を抑制する等の目的のために、エアロゾルの生成要求がなされている期間が上限時間tupper(例えば、2.4秒)に達すると、吸気センサ15の出力値にかかわらずに、エアロゾルの生成要求が終了されたと判定されるようにしている。
なお、吸気センサ15に代えて、操作部14の操作に基づいてエアロゾルの生成要求を検出するようにしてもよい。例えば、ユーザがエアロゾルの吸引を開始するために操作部14に対し所定の操作を行うと、操作部14がエアロゾルの生成要求を示す信号をMCU50に出力するように構成してもよい。
充電IC55Aは、充電端子43に近接して配置され、充電端子43から入力される電力の電源12への充電制御を行う。なお、充電IC55Aは、MCU50の近傍に配置されていてもよい。
(第1カートリッジ)
図3に示すように、第1カートリッジ20は、円筒状のカートリッジケース27の内部に、エアロゾル源22を貯留する貯留部を構成するリザーバ23と、エアロゾル源22を霧化してエアロゾルを発生させる霧化器を構成する第一負荷21と、リザーバ23から第一負荷21の位置へエアロゾル源22を引き込むウィック24と、エアロゾル源22が霧化されることで発生したエアロゾルの粒径を、吸引に適した大きさにするための冷却用の通路を構成するエアロゾル流路25と、第2カートリッジ30の一部を収容するエンドキャップ26と、エンドキャップ26に設けられた、第2カートリッジ30を加熱するための第二負荷31と、を備える。
リザーバ23は、エアロゾル流路25の周囲を囲むように区画形成され、エアロゾル源22を貯留する。リザーバ23には、樹脂ウェブ又は綿等の多孔体が収容され、且つ、エアロゾル源22が多孔体に含浸されていてもよい。リザーバ23には、樹脂ウェブ又は綿上の多孔質体が収容されず、エアロゾル源22のみが貯留されていてもよい。エアロゾル源22は、グリセリン、プロピレングリコール、又は水などの液体を含む。
ウィック24は、リザーバ23から毛管現象を利用してエアロゾル源22を第一負荷21の位置へ引き込む液保持部材である。ウィック24は、リザーバ23から供給されるエアロゾル源22を第一負荷21が霧化可能な位置で保持する保持部を構成している。ウィック24は、例えば、ガラス繊維や多孔質セラミックなどによって構成される。
第1カートリッジ20に含まれるエアロゾル源22は、リザーバ23とウィック24のそれぞれに保持されるが、以下では、リザーバ23に貯留されるエアロゾル源22の残量であるリザーバ残量Wreservoirを、第1カートリッジ20に含まれるエアロゾル源22の残量として取り扱う。リザーバ残量Wreservoirは、第1カートリッジ20の新品時の状態を100%とし、エアロゾルの生成(エアロゾル源22の霧化)が行われるにしたがい減少していくものとする。リザーバ残量Wreservoirは、MCU50によって算出されてMCU50のメモリ50aに記憶される。以下では、リザーバ残量Wreservoirを単にリザーバ残量と記載する場合もある。
第一負荷21は、電源12から放電端子41を介して供給される電力によって、燃焼を伴わずにエアロゾル源22を加熱することで、エアロゾル源22を霧化する。原則として、第一負荷21に電源12から供給される電力が多いほど、霧化されるエアロゾル源の量は多くなる。第一負荷21は、所定ピッチで巻き回される電熱線(コイル)によって構成されている。
なお、第一負荷21は、エアロゾル源22を加熱することで、これを霧化してエアロゾルを生成可能な素子であればよい。第一負荷21は、例えば、発熱素子である。発熱素子としては、発熱抵抗体、セラミックヒータ、及び誘導加熱式のヒータ等が挙げられる。
第一負荷21は、温度と電気抵抗値が相関を持つものが用いられる。第一負荷21としては、例えば、温度の増加に伴って電気抵抗値も増加するPTC(Positive Temperature Coefficient)特性を有するものが用いられる。
エアロゾル流路25は、第一負荷21の下流側であって、電源ユニット10の中心線L上に設けられる。エンドキャップ26は、第2カートリッジ30の一部を収容するカートリッジ収容部26aと、エアロゾル流路25とカートリッジ収容部26aとを連通させる連通路26bと、を備える。
第二負荷31は、カートリッジ収容部26aに埋設されている。第二負荷31は、電源12から放電端子41を介して供給される電力によって、カートリッジ収容部26aに収容される第2カートリッジ30(より詳細にはこれに含まれる香味源33)を加熱する。第二負荷31は、例えば、所定ピッチで巻き回される電熱線(コイル)によって構成される。
なお、第二負荷31は、第2カートリッジ30を加熱することのできる素子であればよい。第二負荷31は、例えば、発熱素子である。発熱素子としては、発熱抵抗体、セラミックヒータ、及び誘導加熱式のヒータ等が挙げられる。
第二負荷31は、温度と電気抵抗値が相関を持つものが用いられる。第二負荷31としては、例えば、PTC特性を有するものが用いられる。
(第2カートリッジ)
第2カートリッジ30は、香味源33を貯留する。第二負荷31によって第2カートリッジ30が加熱されることで、香味源33が加熱される。第2カートリッジ30は、第1カートリッジ20のエンドキャップ26に設けられたカートリッジ収容部26aに着脱可能に収容される。第2カートリッジ30は、第1カートリッジ20側とは反対側の端部が、ユーザの吸口32となっている。なお、吸口32は、第2カートリッジ30と一体不可分に構成される場合に限らず、第2カートリッジ30と着脱可能に構成されてもよい。このように吸口32を電源ユニット10と第1カートリッジ20とは別体に構成することで、吸口32を衛生的に保つことができる。
第2カートリッジ30は、第一負荷21によってエアロゾル源22が霧化されることで発生したエアロゾルを香味源33に通すことによってエアロゾルに香味成分を付加する。香味源33を構成する原料片としては、刻みたばこ、又は、たばこ原料を粒状に成形した成形体を用いることができる。香味源33は、たばこ以外の植物(例えば、ミント、漢方、又はハーブ等)によって構成されてもよい。香味源33には、メントール等の香料が付加されていてもよい。
エアロゾル生成装置1では、エアロゾル源22と香味源33によって、香味成分が付加されたエアロゾルを発生させることができる。つまり、エアロゾル源22と香味源33は、エアロゾルを発生させるエアロゾル生成源を構成している。
エアロゾル生成装置1におけるエアロゾル生成源は、ユーザが交換して使用する部分である。この部分は、例えば、1つの第1カートリッジ20と、1つ又は複数(例えば5つ)の第2カートリッジ30とが1セットとしてユーザに提供される。なお、第1カートリッジ20と第2カートリッジ30を一体化して1つのカートリッジとして構成してもよい。
このように構成されたエアロゾル生成装置1では、図3中の矢印Bで示すように、電源ユニットケース11に設けられた不図示の取込口から流入した空気が、空気供給部42から第1カートリッジ20の第一負荷21付近を通過する。第一負荷21は、ウィック24によってリザーバ23から引き込まれたエアロゾル源22を霧化する。霧化されて発生したエアロゾルは、取込口から流入した空気と共にエアロゾル流路25を流れ、連通路26bを介して第2カートリッジ30に供給される。第2カートリッジ30に供給されたエアロゾルは、香味源33を通過することで香味成分が付加され、吸口32に供給される。
また、エアロゾル生成装置1には、ユーザに対して各種情報を通知する第1通知部45と第2通知部46が設けられている(図5参照)。第1通知部45は、ユーザの触覚に作用する通知を行うためのものであり、バイブレーター等の振動素子によって構成されている。第2通知部46は、ユーザの視覚に作用する通知を行うためのものであり、LED(Light Emitting Diode)等の発光素子によって構成される。各種情報を通知する通知部として、更に、ユーザの聴覚に作用する通知を行うため音出力素子が設けられてもよい。第1通知部45と第2通知部46は、電源ユニット10、第1カートリッジ20、及び第2カートリッジ30のいずれに設けられてもよいが、電源ユニット10に設けられることが好ましい。例えば、操作部14の周囲が透光性を有し、LED等の発光素子によって発光するように構成される。第1通知部45と第2通知部46のいずれか一方は省略してもよい。
(電源ユニットの詳細)
図5に示すように、DC/DCコンバータ51は、電源ユニット10に第1カートリッジ20が装着された状態において、第一負荷21と電源12の間に接続される。MCU50は、DC/DCコンバータ51と電源12の間に接続されている。第二負荷31は、電源ユニット10に第1カートリッジ20が装着された状態において、MCU50とDC/DCコンバータ51との間に接続される。このように、電源ユニット10では、第1カートリッジ20が装着された状態において、DC/DCコンバータ51及び第一負荷21の直列回路と、第二負荷31とが、電源12に並列接続される。
DC/DCコンバータ51は、入力電圧を昇圧可能な昇圧回路であり、入力電圧を昇圧した電圧又は入力電圧を第一負荷21に供給可能に構成されている。DC/DCコンバータ51によれば第一負荷21に供給される電力を調整できるため、第一負荷21が霧化するエアロゾル源22の量を制御することができる。DC/DCコンバータ51としては、例えば、出力電圧を監視しながらスイッチング素子のオン/オフ時間を制御することで、入力電圧を希望する出力電圧に変換するスイッチングレギュレータを用いることができる。DC/DCコンバータ51としてスイッチングレギュレータを用いる場合には、スイッチング素子を制御することで、入力電圧を昇圧せずに、そのまま出力させることもできる。
MCU50のプロセッサは、第二負荷31への放電を制御するため、香味源33の温度や第二負荷31の温度を取得できるように構成される。また、MCU50のプロセッサは、第一負荷21の温度を取得できるように構成されることが好ましい。第一負荷21の温度は、第一負荷21又はエアロゾル源22の過熱の抑制や、第一負荷21が霧化するエアロゾル源22の量を高度に制御するために用いることができる。
電圧センサ52は、第二負荷31に印加される電圧値を測定して出力する。電流センサ53は、第二負荷31を貫流する電流値を測定して出力する。電圧センサ52の出力と、電流センサ53の出力は、それぞれ、MCU50に入力される。MCU50のプロセッサは、電圧センサ52の出力と電流センサ53の出力に基づいて第二負荷31の抵抗値を取得し、この抵抗値に応じた第二負荷31の温度を取得する。第二負荷31の温度は、第二負荷31によって加熱される香味源33の温度と厳密には一致しないが、香味源33の温度とほぼ同じと見做すことができる。
なお、第二負荷31の抵抗値を取得する際に、第二負荷31に定電流を流す構成とすれば、温度検出用素子T1において電流センサ53は不要である。同様に、第二負荷31の抵抗値を取得する際に、第二負荷31に定電圧を印加する構成とすれば、温度検出用素子T1において電圧センサ52は不要である。
また、図6に示すように、温度検出用素子T1に代えて、第1カートリッジ20に、第2カートリッジ30又は第二負荷31の温度を検出するための温度検出用素子T3を設ける構成としてもよい。温度検出用素子T3は、第2カートリッジ30又は第二負荷31の近傍に配置される例えばサーミスタにより構成される。図6の構成においては、MCU50のプロセッサは、温度検出用素子T3の出力に基づいて、第二負荷31の温度又は第2カートリッジ30の温度、換言すると香味源33の温度を取得する。
図6に示すように、温度検出用素子T3を用いて香味源33の温度を取得することで、図5の温度検出用素子T1を用いて香味源33の温度を取得するよりも、香味源33の温度をより正確に取得することが可能となる。なお、温度検出用素子T3は、第2カートリッジ30に搭載される構成としてもよい。温度検出用素子T3を第1カートリッジ20に搭載する図6に示す構成によれば、エアロゾル生成装置1において最も交換頻度の高い第2カートリッジ30の製造コストを下げることができる。
なお、図5に示すように、温度検出用素子T1を用いて香味源33の温度を取得する場合には、エアロゾル生成装置1において交換頻度が最も低い電源ユニット10に温度検出用素子T1を設けることができる。このため、第1カートリッジ20と第2カートリッジ30の製造コストを下げることができる。
電圧センサ54は、第一負荷21に印加される電圧値を測定して出力する。電流センサ55は、第一負荷21を貫流する電流値を測定して出力する。電圧センサ54の出力と、電流センサ55の出力は、それぞれ、MCU50に入力される。MCU50のプロセッサは、電圧センサ54の出力と電流センサ55の出力に基づいて第一負荷21の抵抗値を取得し、この抵抗値に応じた第一負荷21の温度を取得する。なお、第一負荷21の抵抗値を取得する際に、第一負荷21に定電流を流す構成とすれば、温度検出用素子T2において電流センサ55は不要である。同様に、第一負荷21の抵抗値を取得する際に、第一負荷21に定電圧を印加する構成とすれば、温度検出用素子T2において電圧センサ54は不要である。
(MCU)
次に、MCU50の機能について説明する。MCU50は、ROMに記憶されたプログラムをプロセッサが実行することにより実現される機能ブロックとして、温度検出部と、電力制御部と、通知制御部と、を備える。
温度検出部は、温度検出用素子T1(又は温度検出用素子T3)の出力に基づいて、香味源33の温度を取得する。また、温度検出部は、温度検出用素子T2の出力に基づいて、第一負荷21の温度を取得する。
通知制御部は、各種情報を通知するように第1通知部45と第2通知部46を制御する。例えば、通知制御部は、第2カートリッジ30の交換タイミングの検出に応じて、第2カートリッジ30の交換を促す通知を行うように第1通知部45と第2通知部46の少なくとも一方を制御する。通知制御部は、第2カートリッジ30の交換を促す通知に限らず、第1カートリッジ20の交換を促す通知、電源12の交換を促す通知、電源12の充電を促す通知等を行わせてもよい。
電力制御部は、吸気センサ15から出力されたエアロゾルの生成要求を示す信号に応じて、第一負荷21及び第二負荷31のうちの少なくとも第一負荷21への電源12からの放電(負荷の加熱に必要な放電)を制御する。つまり、電力制御部は、エアロゾル源22を霧化するための電源12から第一負荷21への第一放電と、香味源33を加熱するための電源12から第二負荷31への第二放電とのうち、少なくとも第一放電を行う。
このように、エアロゾル生成装置1では、第二負荷31への放電によって香味源33の加熱が可能となっている。エアロゾルに付加される香味成分量を増やすためには、エアロゾル源22から発生させるエアロゾル量を多くすること、香味源33の温度を高くすること、が有効であることが実験的にわかっている。
そこで、電力制御部は、香味源33の温度に関する情報に基づいて、エアロゾルの生成要求毎に生成されるエアロゾルに付加される香味成分の量である単位香味量(以下に説明する香味成分量Wflavor)が目標量へ収束するように、電源12から第一負荷21と第二負荷31への加熱のための放電を制御する。この目標量は適宜決められる値であるが、例えば、単位香味量の目標範囲を適宜決定し、この目標範囲における中央値を目標量として定めてもよい。これにより、単位香味量(香味成分量Wflavor)を目標量に収束させることで、単位香味量をある程度幅を持たせた目標範囲にも収束させることが可能である。なお、単位香味量、香味成分量Wflavor、目標量の単位としては重量が用いられてよい。
また、電力制御部は、香味源33の温度に関する情報を出力する温度検出用素子T1(又は温度検出用素子T3)の出力に基づき、香味源33の温度が目標温度(以下に記載する目標温度Tcap_target)へ収束するように、電源12から第二負荷31への加熱のための放電を制御する。
(エアロゾル生成に用いられる各種パラメータ)
以下、MCU50の具体的な動作の説明に移る前に、エアロゾル生成のための放電制御に用いられる各種パラメータ等について説明する。
ユーザによる1回の吸引動作によって、第1カートリッジ20にて生成されるエアロゾルの重量[mg]をエアロゾル重量Waerosolと記載する。このエアロゾルの生成のために第一負荷21に供給が必要な電力を霧化電力Pliquidと記載する。エアロゾル重量Waerosolは、エアロゾル源22が十分に存在すると仮定すると、霧化電力Pliquidと、霧化電力Pliquidの第一負荷21への供給時間tsense(換言すると、第一負荷21への通電時間又はパフの行われている時間)に比例する。このため、エアロゾル重量Waerosolは、以下の式(1)によりモデル化することができる。式(1)のαは、実験的に求められる係数である。なお、供給時間tsenseは、上述した上限時間tupperが上限値とされる。また、以下の式(1)は、式(1A)に置き換えてもよい。式(1A)では、式(1)に対し、正の値を有する切片bを導入している。これは、霧化電力Pliquidの一部がエアロゾル源22において霧化の前に起きるエアロゾル源22の昇温に用いられる点を考慮して、任意に導入可能な項である。切片bもまた実験的に求めることができる。
Figure 0006834052
吸引がnpuff回(npuffは0以上の自然数)行われた状態において香味源33に含まれている香味成分の重量[mg]を香味成分残量Wcapsule(npuff)と記載する。なお、新品の状態の第2カートリッジ30の香味源33に含まれている香味成分残量(Wcapsule(npuff=0))をWinitialとも記載する。香味源33の温度に関する情報をカプセル温度パラメータTcapsuleと記載する。ユーザによる1回の吸引動作によって、香味源33を通過するエアロゾルに付加される香味成分の重量[mg]を香味成分量Wflavorと記載する。香味源33の温度に関する情報とは、例えば、温度検出用素子T1(又は温度検出用素子T3)の出力に基づいて取得される香味源33の温度や第二負荷31の温度である。以下では、香味成分残量Wcapsule(npuff)を単に香味成分残量と記載する場合もある。
香味成分量Wflavorは、香味成分残量Wcapsule(npuff)、カプセル温度パラメータTcapsule、及びエアロゾル重量Waerosolに依存することが実験的にわかっている。したがって、香味成分量Wflavorは、以下の式(2)によりモデル化することができる。
Figure 0006834052
1回の吸引が行われる毎に、香味成分残量Wcapsule(npuff)は、香味成分量Wflavorずつ減少する。このため、npuffを1以上としたときの香味成分残量Wcapsule(npuff)、つまり、1回以上の吸引が行われた後の香味成分残量は、以下の式(3)によりモデル化することができる。
Figure 0006834052
式(2)のβは、1回の吸引において、香味源33に含まれている香味成分のうちのどの程度の量がエアロゾルに付加されるかの割合を示す係数であり、実験的に求められる。式(2)のγと式(3)のδは、それぞれ実験的に求められる係数である。1回の吸引が行われる期間において、カプセル温度パラメータTcapsuleと香味成分残量Wcapsule(npuff)はそれぞれ変動し得るが、このモデルでは、これらを一定値として取り扱うために、γとδを導入している。
(エアロゾル生成装置の動作)
エアロゾル生成装置1の動作の大まかな流れは次の通りである。操作部14の操作等によってエアロゾル生成装置1が起動(電源ON)されると、香味源33の目標温度が設定される。そして、香味源33の温度又は第二負荷31の温度がこの目標温度に収束するように第二負荷31への放電制御がなされて、香味源33の加熱(予熱)が開始される。また、目標温度が設定されると、その目標温度と、その時点での香味成分残量に基づいて、目標の香味成分量Wflavorを達成するために第一負荷21へ供給が必要な霧化電力が決定される。この予熱の開始後、エアロゾル生成要求がなされると、香味源33の予熱が停止され、少なくとも上記の決定された霧化電力が第一負荷21に供給されてエアロゾルが生成される。このエアロゾルの生成期間中に香味源33の加熱を継続してもよい。エアロゾル生成要求が終了すると、第一負荷21への霧化電力の供給は停止される。その後、香味成分残量が更新され、香味源33の目標温度が再設定されて、上記の動作が繰り返される。なお、エアロゾル生成要求が継続していても第一負荷21への霧化電力の供給を開始してから所定時間が経過した場合、第一負荷21への霧化電力の供給は停止されてもよい。この場合においても、香味成分残量が更新され、香味源33の目標温度が再設定されて、上記の動作が繰り返される。
図7及び図8は、エアロゾル生成装置1の動作中における香味成分残量の変化を示す模式図である。図7及び図8は、時刻t1から時刻t5までの間の香味成分残量の変化の一例を示している。時刻t1まではエアロゾル生成装置1の電源がOFFとなっている期間である。時刻t1と時刻t2の間、及び、時刻t3と時刻t4の間は、それぞれ、エアロゾル生成のための前処理を行う前処理期間である。この前処理期間では、前述したように、香味成分残量の更新、目標温度の設定、霧化電力の決定、香味源33の予熱等が行われる。図7と図8の違いは、時刻t3と時刻t4の間の時間の長さが異なる点である。この前処理期間の長さは、ユーザの操作によって変化し得る。また、時刻t2と時刻t3の間、及び、時刻t4と時刻t5の間は、それぞれ、エアロゾルの生成期間である。このエアロゾルの生成期間の長さは、ユーザの操作によって変化し得る。
香味源33に含まれる香味成分は、エアロゾルが香味源33を通過する際にエアロゾルに付加される。このため、エアロゾルの生成期間において香味成分残量は減少する。しかし、香味成分残量の減少は、エアロゾルに香味成分が付加されること以外に、香味成分が揮散することが要因となって生じる。
例えば、香味源33が加熱されている状態では、香味成分の揮散が発生する。また、エアロゾルの生成が終了し且つ香味源33の加熱が開始される前の状態であっても、エアロゾルの通過や第二負荷31が行った加熱によって香味源33の温度が高くなっていることや、吸引終了後の空気の流れ等によって、香味成分の揮散が発生しやすくなる。この状態では、外気温が高いほど、香味源33の温度が高い状態が維持されやすくなるため、香味成分の揮散量が多くなる。また、この状態では、エアロゾル生成終了時の香味源33の温度(又は目標温度)が高いほど、香味成分の揮散が発生しやすくなるため、香味成分の揮散量が多くなる。また、図7と図8を比較してわかるように、香味成分の揮散量は、揮散が発生しやすい状態の継続時間が長いほど、多くなる。また、香味成分残量が多いほど、香味源33には揮散し得る香味成分が多く存在することになる。このため、エアロゾルの生成期間以外における、揮散が発生しやすい状態においては、香味成分残量が多いほど、香味成分の揮散量が多くなる。
このように、エアロゾルの生成が行われていない期間(時刻t1から時刻t2の間、時刻t3から時刻t4の間)では、香味成分残量が揮散によって減少し得る。
また、香味成分の揮散量は、香味源33を通過したエアロゾルの累積量が多いほど、多くなる。これは、香味源33を通過したエアロゾルによって吸口32又は吸口32の近傍に設けられるフィルタに香味源33が一時的に移行し、その後揮散するからである。
前述した香味成分残量を導出する式(3)では、このような香味成分の揮散は考慮していない。そこで、エアロゾル生成装置1では、香味成分の揮散を考慮して、香味成分残量を補正するようにしている。以下、エアロゾル生成装置1の動作の具体例について説明する。
図9及び図10は、図1のエアロゾル生成装置1の動作を説明するためのフローチャートである。操作部14の操作等によってエアロゾル生成装置1が起動(電源ON)されると(ステップS0:YES)、MCU50は、電源ON後、又は、第2カートリッジ30の交換後にエアロゾルの生成を行ったか(ユーザによる吸引が1度でも行われたか)否かを判定する(ステップS1)。
例えば、MCU50には、吸引(エアロゾルの生成要求)が行われる毎に、npuffを初期値(例えば0)からアップカウントするパフ数カウンタが内蔵されている。このパフ数カウンタのカウント値はメモリ50aに記憶される。MCU50は、このカウント値を参照することで、吸引が1度でも行われた後の状態か否かを判定する。なお、極端に短い(例えば0.1秒未満)吸引や、極端に弱い(例えば10mL/秒)吸引を検知した場合には、パフ数カウンタはアップカウントしなくてもよい。換言すれば、十分な吸引が行われるまでパフ数カウンタはアップカウントされずに、最後に十分な吸引が行われた時のカウント値を保持し続ける。
電源ON後の最初の吸引である、又は、第2カートリッジ30が交換された後の最初の吸引の前のタイミングである場合(ステップS1:NO)には、香味源33の加熱がまだ行われていない又は加熱がしばらく行われておらず、香味源33の温度は外部環境に依存する可能性が高い。したがって、この場合には、MCU50は、温度検出用素子T1(又は温度検出用素子T3)の出力に基づいて取得した香味源33の温度を、カプセル温度パラメータTcapsuleとして取得し、この取得した香味源33の温度を、香味源33の目標温度Tcap_targetとして設定し、メモリ50aに記憶する(ステップS2)。
なお、ステップS1の判定がNOとなる状態では、香味源33の温度が外気温又は電源ユニット10の温度に近い状態である可能性が高い。そのため、ステップS2においては、変形例として、外気温又は電源ユニット10の温度をカプセル温度パラメータTcapsuleとして取得して、これを目標温度Tcap_targetとしてもよい。
外気温は、例えば、吸気センサ15に内蔵される温度センサから取得することが好ましい。電源ユニット10の温度は、例えば、MCU50の内部の温度を管理するためにMCU50に内蔵されている温度センサから取得することが好ましい。この場合、吸気センサ15に内蔵される温度センサと、MCU50に内蔵されている温度センサは、いずれも、香味源33の温度に関する情報を出力する素子として機能する。
エアロゾル生成装置1では、上述したように、香味源33の温度が目標温度Tcap_targetへ収束するように、電源12から第二負荷31への放電を制御する。したがって、電源ON後又は第2カートリッジ30の交換後に1回でも吸引が行われた後では、香味源33の温度が目標温度Tcap_targetに近い状態である可能性が高い。したがって、この場合(ステップS1:YES)には、MCU50は、前回のエアロゾルの生成に用いた、メモリ50aに記憶されている目標温度Tcap_targetを、カプセル温度パラメータTcapsuleとして取得し、これをそのまま目標温度Tcap_targetとして設定する(ステップS3)。この場合には、メモリ50aが、香味源33の温度に関する情報を出力する素子として機能する。
なお、ステップS3において、MCU50は、温度検出用素子T1(又は温度検出用素子T3)の出力に基づいて取得した香味源33の温度を、カプセル温度パラメータTcapsuleとして取得し、この取得した香味源33の温度を、香味源33の目標温度Tcap_targetとして設定してもよい。このようにすることで、カプセル温度パラメータTcapsuleをより正確に取得できる。
ステップS3の処理を行った場合には、MCU50は、前回のエアロゾル生成後に香味源33から揮散した香味成分の量(以下、揮散量εと記載)を算出する(ステップS3a)。このステップS3aの処理が行われるのは、図7の例であれば、時刻t3と時刻t4の間のタイミングである。
ステップS3aにおいて、MCU50は、前回のエアロゾル生成が終了したタイミングである時刻t3からの経過時間をパラメータP1として取得する。また、MCU50は、時刻t3の直後のタイミングにおいて後述するようにして算出された香味成分残量をパラメータP2として取得する。また、MCU50は、時刻t3の時点で設定されていた香味源33の目標温度、又は、ステップS3aの処理を行う時点での香味源33(又は第二負荷31)の温度をパラメータP3として取得する。また、MCU50は、第2カートリッジ30が新品に交換されてからの、エアロゾル生成のために第一負荷21に供給した電力量(霧化電力×供給時間)の積算値をパラメータP4として取得する。パラメータP4は、パフ数カウンタが初期値(=0)となって以降に第一負荷21に供給した電力量の積算値である。また、MCU50は、時刻t3の時点又はステップS3aの処理を行う時点での外気温をパラメータP5として取得する。パラメータP1〜P5は、それぞれ、その値が大きいほど、香味成分の揮散量εが多くなることを示すものである。
上述した実施形態においては、MCU50は、第2カートリッジ30が新品に交換されてからの、エアロゾル生成のために第一負荷21に供給した電力量の積算値をパラメータP4として取得する。本実施形態に代えて、MCU50は、後述するステップS26において第2カートリッジ30の交換を促す通知を第1通知部45及び第2通知部46の少なくとも一方に行わせてからの、エアロゾル生成のために第一負荷21に供給した電力量の積算値をパラメータP4として取得してもよい。このようにすれば、MCU50は第2カートリッジ30の交換を検知する必要がないため、電源ユニット10のコストを下げることが可能になる。
MCU50は、ステップS3aにおいて、パラメータP1〜P5に基づいて揮散量εを算出する。例えば、以下の式(A)の演算によって揮散量εを算出する。式(A)のp1〜p5は、実験的に決められた係数である。
ε=p1×P1+p2×P2+p3×P3+p4×P5+p5×P5 ・・(A)
なお、パラメータP1〜P5のうちの一部を省略して揮散量εを算出してもよい。つまり、パラメータP1〜P5の中から選ばれる1つ、2つ、3つ、又は4つのパラメータに基づいて、揮散量εを算出してもよい。この場合は、式(A)において、省略したパラメータの項を削除することで、揮散量εを算出すればよい。
ステップS2又はステップS3aの後、MCU50は、設定した目標温度Tcap_targetと、現時点における香味源33の香味成分残量Wcapsule(npuff)と、揮散量εとに基づいて、目標の香味成分量Wflavorを達成するために必要なエアロゾル重量Waerosolを、式(4)の演算により決定する(ステップS4)。式(4)は、Wcapsule(npuff)を{Wcapsule(npuff)−ε}とし、TcapsuleをTcap_targetとした式(2)を変形したものである。なお、ステップS2の処理が行われた後に続けてこのステップS4の処理が行われる場合には、揮散量εは“0”として取り扱われる。{Wcapsule(npuff)−ε}は第2残量を構成する。
Figure 0006834052
次に、MCU50は、ステップS4にて決定したエアロゾル重量Waerosolを実現するために必要な霧化電力Pliquidを、tsenseを上限時間tupperとした式(1)の演算により決定する(ステップS5)。
なお、目標温度Tcap_target及び{Wcapsule(npuff)−ε}の組み合わせと、霧化電力Pliquidとを対応付けたテーブルをMCU50のメモリ50aに記憶しておき、MCU50は、このテーブルを用いて霧化電力Pliquidを決定してもよい。これにより、霧化電力Pliquidを高速且つ低消費電力にて決定することができる。
エアロゾル生成装置1では、後述するように、エアロゾルの生成要求を検知した時点で香味源33の温度が目標温度に未達の場合に、香味成分量Wflavorの不足をエアロゾル重量Waerosolの増加(霧化電力の増加)により補うものとしている。この霧化電力の増加分を確保するため、ステップS5で決められる霧化電力が、ハードウエア構成によって決められる第一負荷21に供給可能な電力の上限値Pupperよりも低くなるようにする必要がある。
具体的には、ステップS5の後、MCU50は、ステップS5で決めた霧化電力Pliquidが上限値Pupperよりも低い電力閾値Pmaxを超える場合(ステップS6:NO)には、香味源33の目標温度Tcap_targetを増加させて(ステップS7)、ステップS4に処理を戻す。式(4)から分かるように、目標温度Tcap_targetを増やすことで、目標の香味成分量Wflavorを達成するために必要なエアロゾル重量Waerosolを減らすことができる。その結果、ステップS5にて決定される霧化電力Pliquidを減らすことができる。MCU50は、ステップS4〜S7を繰り返すことで、当初NOと判断されたステップS6における判断をYESとし、処理をステップS8に移行させることができる。
MCU50は、ステップS5にて決定した霧化電力Pliquidが電力閾値Pmax以下であった場合(ステップS6:YES)には、現時点での香味源33の温度Tcap_senseを温度検出用素子T1(又は温度検出用素子T3)の出力に基づいて取得する(ステップS8)。
そして、MCU50は、温度Tcap_senseと目標温度Tcap_targetとに基づいて、第二負荷31を加熱するための第二負荷31への放電を制御する(ステップS9)。具体的には、MCU50は、温度Tcap_senseが目標温度Tcap_targetに収束するように、PID(Proportional−Integral−Differential )制御、又は、ON/OFF制御によって第二負荷31へ電力供給を行う。
PID制御は、温度Tcap_senseと目標温度Tcap_targetの差をフィードバックし、そのフィードバック結果に基づいて、温度Tcap_senseが目標温度Tcap_targetに収束するよう電力制御を行うものである。PID制御によれば、温度Tcap_senseを目標温度Tcap_targetに高精度に収束させることができる。なお、MCU50は、PID制御に代えてP(Proportional)制御やPI(Proportional−Integral)制御を用いてもよい。
ON/OFF制御は、温度Tcap_senseが目標温度Tcap_target未満の状態では第二負荷31への電力供給を行い、温度Tcap_senseが目標温度Tcap_target以上の状態では、温度Tcap_senseが目標温度Tcap_target未満になるまで第二負荷31への電力供給を停止する制御である。ON/OFF制御によれば、PID制御よりも香味源33の温度を早く上昇させることができる。このため、後述のエアロゾルの生成要求が検知される前の段階にて、温度Tcap_senseが目標温度Tcap_targetに到達する可能性を高めることができる。なお、目標温度Tcap_targetは、ヒステリシスを有していてもよい。
ステップS9の後、MCU50は、エアロゾルの生成要求の有無を判定する(ステップS10)。MCU50は、エアロゾルの生成要求を検出しなかった場合(ステップS10:NO)には、ステップS11にて、エアロゾルの生成要求が行われていない時間(以下、無操作時間と記載)の長さを判定する。そして、MCU50は、無操作時間が所定時間に達していた場合(ステップS11:YES)には、第二負荷31への放電を終了して(ステップS12)、消費電力を低減させたスリープモードへと移行する(ステップS13)。MCU50は、無操作時間が所定時間未満であった場合(ステップS11:NO)には、ステップS8に処理を移行する。
MCU50は、エアロゾルの生成要求を検知すると(ステップS10:YES)、第二負荷31への放電を終了し、その時点での香味源33の温度Tcap_senseを温度検出用素子T1(又は温度検出用素子T3)の出力に基づいて取得する(ステップS14)。そして、MCU50は、ステップS14にて取得した温度Tcap_senseが目標温度Tcap_target以上かを否かを判定する(ステップS15)。
温度Tcap_senseが目標温度Tcap_target未満である場合(ステップS15:NO)には、MCU50は、香味源33の温度が足りていないことによる香味成分量の減少分を補うべく、ステップS5にて決定した霧化電力Pliquidを増加させる。具体的には、まず、MCU50は、ステップS5にて決定した霧化電力Pliquidに予め決められた増加幅ΔPを加算して得られる霧化電力Pliquid’を第一負荷21に供給して、第一負荷21の加熱を開始する(ステップS19)。
ステップS15において、MCU50は、温度Tcap_senseが目標温度Tcap_target以上であった場合(ステップS15:YES)には、ステップS5にて決定した霧化電力Pliquidを第一負荷21に供給して第一負荷21の加熱を開始し、エアロゾルを生成する(ステップS17)。
ステップS19又はステップS17での第一負荷21の加熱開始後、MCU50は、エアロゾルの生成要求が終了されていない場合(ステップS18:NO)には、エアロゾルの生成要求の継続時間が上限時間tupper未満であれば(ステップS18a:YES)、第一負荷21の加熱を継続する。MCU50は、エアロゾルの生成要求の継続時間が上限時間tupperに達した場合(ステップS18a:NO)と、エアロゾルの生成要求が終了された場合(ステップS18:YES)には、第一負荷21への電力供給を停止する(ステップS21)。
MCU50は、温度検出用素子T2の出力に基づき、ステップS17やステップS19での第一負荷21の加熱を制御してもよい。例えば、MCU50が、温度検出用素子T2の出力に基づき、エアロゾル源22の沸点を目標温度としたPID制御やON/OFF制御を実行すれば、第一負荷21やエアロゾル源22の過熱を抑制したり、第一負荷21が霧化するエアロゾル源22の量を高度に制御したりすることができる。
図11は、図10のステップS17において第一負荷21に供給される霧化電力を示す模式図である。図12は、図10のステップS19において第一負荷21に供給される霧化電力を示す模式図である。図12に示すように、エアロゾルの生成要求が検出された時点において、温度Tcap_senseが目標温度Tcap_targetに到達していない場合には、霧化電力Pliquidが増加された上で、第一負荷21に供給される。
このように、エアロゾルの生成要求がなされた時点にて、香味源33の温度が目標温度に到達していない場合であっても、ステップS19の処理が行われることで、生成されるエアロゾル量を増やすことができる。この結果、香味源33の温度が目標温度よりも低いことに起因するエアロゾルに付加される香味成分量の減少を、エアロゾル量の増加によって補うことが可能となる。したがって、エアロゾルに付加される香味成分量を目標量に収束させることができる。
一方、エアロゾルの生成要求がなされた時点にて、香味源33の温度が目標温度に到達していた場合には、ステップS5にて決定した霧化電力によって、目標の香味成分量を達成するのに必要な所望のエアロゾル量が生成される。このため、エアロゾルに付加する香味成分量を目標量に収束させることができる。
ステップS21の後、MCU50は、ステップS17又はステップS19にて第一負荷21に供給した霧化電力の第一負荷21への供給時間tsenseを取得する(ステップS22)。なお、MCU50が上限時間tupperを越えてエアロゾル生成要求を検知する場合には、供給時間tsenseは上限時間tupperと等しくなる点に留意されたい。更に、MCU50は、パフ数カウンタを“1”進める(ステップS23)。
MCU50は、ステップS22にて取得した供給時間tsenseと、エアロゾルの生成要求を受けて第一負荷21に供給した霧化電力と、エアロゾルの生成要求を検知した時点での目標温度Tcap_targetと、に基づいて、香味源33の香味成分残量Wcapsule(npuff)を更新する(ステップS24)。ここで更新された香味成分残量Wcapsule(npuff)は第1残量を構成する。
図11に示す制御が行われた場合には、エアロゾルの生成要求の開始から終了までに生成されたエアロゾルに付加される香味成分量Wflavorは、以下の式(7)により求めることができる。式(7)の(tend‐tstart)は、供給時間tsenseを示す。式(7)の香味成分残量Wcapsule(npuff)は、エアロゾルの生成要求が行われる直前の時点での値である。式(7)の揮散量εは、エアロゾルの生成要求が行われる前のステップS3aで算出された値である。なお、ステップS3の代わりにステップS2が行われていた場合には、式(7)の揮散量εは“0”として香味成分量Wflavorが算出される。
Figure 0006834052
図12に示す制御が行われた場合には、エアロゾルの生成要求の開始から終了までに生成されたエアロゾルに付加される香味成分量Wflavorは、以下の式(7A)により求めることができる。式(7A)の(tend‐tstart)は、供給時間tsenseを示す。式(7A)の香味成分残量Wcapsule(npuff)は、エアロゾルの生成要求が行われる直前の時点での値である。式(7A)の揮散量εは、エアロゾルの生成要求が行われる前のステップS3aで算出された値である。なお、ステップS3aの代わりにステップS2が行われていた場合には、式(7A)の揮散量εは“0”として香味成分量Wflavorが算出される。
Figure 0006834052
このようにして求めたエアロゾルの生成要求毎のWflavorをメモリ50aに蓄積しおき、今回のエアロゾル生成時における香味成分量Wflavorと、前回以前のエアロゾル生成時における香味成分量Wflavorを含む過去の香味成分量Wflavorの値を式(3)に代入する(つまり、この過去の香味成分量Wflavorの値の積算値に係数δを乗じた値を、Winitialから減算する)ことで、エアロゾルの生成後における香味成分残量Wcapsule(npuff)を高精度に導出してこれを更新することができる。
次に、MCU50は、更新後の香味成分残量Wcapsule(npuff)が残量閾値未満であるか否かを判定する(ステップS25)。MCU50は、更新後の香味成分残量Wcapsule(npuff)が残量閾値以上であった場合(ステップS25:NO)には、ステップS28に処理を移行する。MCU50は、更新後の香味成分残量Wcapsule(npuff)が残量閾値未満であった場合(ステップS25:YES)には、第2カートリッジ30の交換を促す通知を第1通知部45及び第2通知部46の少なくとも一方に行わせる(ステップS26)。そして、MCU50は、パフ数カウンタを初期値(=0)にリセットし、上述の過去のWflavorの値を消去し、更に、目標温度Tcap_targetを初期化する(ステップS27)。
目標温度Tcap_targetの初期化とは、メモリ50aに記憶しているその時点での目標温度Tcap_targetを設定値から除外することを意味する。なお、別の一例として、ステップS1とステップS2を省略して常にステップS3を実行する場合には、目標温度Tcap_targetの初期化とは、メモリ50aに記憶しているその時点での目標温度Tcap_targetを常温又は室温に設定することを意味する。
ステップS27の後、MCU50は、電源がオフされなければ(ステップS28:NO)、ステップS1に処理を戻し、電源がオフされたら(ステップS28:YES)、処理を終了する。なお、MCU50は、ステップS26及びステップS27の後に、第2カートリッジ30の脱着(第2カートリッジ30の交換)がなされたことを検知した場合に、ステップS28に処理を移行するようにしてもよい。第2カートリッジ30の脱着は、例えば電源ユニット10に設けられた専用のセンサ等によって検知すればよい。または、ユーザが交換を行ったことを操作部14から手動で入力し、この入力によって検知してもよい。
(実施形態の効果)
以上のように、エアロゾル生成装置1によれば、ユーザがエアロゾルを吸引する度にそのエアロゾルに含まれる香味成分量が目標量に収束するよう電源12から第一負荷21及び第二負荷31への放電制御がなされる。このため、ユーザに提供される香味成分量を吸引毎に安定させることができ、エアロゾル生成装置1の商品価値を高めることができる。また、第一負荷21にのみ放電を行う場合と比べて、ユーザに提供される吸引毎の香味成分量を安定させることが可能となり、エアロゾル生成装置1の商品価値を更に高めることができる。
また、エアロゾル生成装置1は、エアロゾルの生成後に更新した香味成分残量を、このエアロゾルの生成後に揮散した香味成分の量である揮散量εによって補正し、補正した香味成分残量に基づいて、次のエアロゾル生成時に第一負荷21に供給すべき霧化電力を決定する。このため、香味成分の揮散を考慮したより正確な香味成分残量に基づいて第一負荷21及び第二負荷31への放電制御が可能となる。したがって、ユーザに提供される吸引毎の香味成分量をより安定させることが可能となり、エアロゾル生成装置1の商品価値を更に高めることができる。
(エアロゾル生成装置の第一変形例)
図9のステップS10の判定がYESとなって以降の動作(図10)は、図13に示すように変形してもよい。図13は、エアロゾル生成装置1の動作の第一変形例を説明するためのフローチャートである。図13は、ステップS31からステップS33が追加された点を除いては、図10と同じである。
図9のステップS10の判定がYESになると、MCU50は、現時点での揮散量εを算出する(ステップS31)。図9のステップS3aの処理のタイミングから、ステップS31の処理のタイミングまでの間に、パラメータP1は変化し、パラメータP3とパラメータP5は変化している可能性がある。そこで、MCU50は、ステップS31において、パラメータP1〜P5を取得し、取得したパラメータP1〜P5に基づいて揮散量εを更新する。なお、MCU50は、ステップS3aではなくステップS2が行われた後であれば、ステップS10の判定がYESになると、ステップS14に処理を移行する。つまり、ステップS31〜ステップS33の処理は省略される。
ステップS31の後、MCU50は、香味成分残量Wcapsule(npuff)からステップS31で算出した揮散量εを減算した値が残量閾値以上となるか否かを判定する(ステップS32)。この残量閾値はステップS25で用いるものと同じである。MCU50は、ステップS31の判定がYESであればステップS14に処理を移行し、ステップS31の判定がNOであればステップS33に処理を移行する。
ステップS33において、MCU50は、第二負荷31への放電を停止する。ステップS33の後、MCU50は、ステップS26に処理を移行する。
このように、エアロゾルの生成要求がなされたときに揮散量εが算出され、この揮散量εを考慮した香味成分残量の不足が発生した場合に、第2カートリッジ30の交換通知が行われる。これにより、エアロゾルの生成要求を行うためにユーザの注意がエアロゾル生成装置1に向けられているタイミングで、ユーザに香味源33の不足を通知できる。このため、第2カートリッジ30の交換が必要であることを、ユーザへ伝えやすくなる。
(エアロゾル生成装置の第二変形例)
MCU50は、図9及び図10に示したフローチャートにおいて、エアロゾル生成後に香味成分残量を更新した時点から、次のエアロゾルの生成要求を検知するまでの間に、図14に示すサブルーチンを実行してもよい。
図14は、サブルーチンを説明するためのフローチャートである。MCU50は、パラメータP1〜P5を取得し(ステップS41)、取得したパラメータP1〜P5に基づいて揮散量εを算出する(ステップS42)。MCU50は、香味成分残量Wcapsule(npuff)からステップS42で算出した揮散量εを減算した値が残量閾値以上となるか否かを判定する(ステップS43)。この残量閾値はステップS25で用いるものと同じである。MCU50は、ステップS43の判定がNOであればステップS41に処理を戻す。MCU50は、ステップS43の判定がYESであれば、第2カートリッジ30の交換を促す通知を第1通知部45及び第2通知部46の少なくとも一方に行わせる(ステップS44)。そして、MCU50は、パフ数カウンタを初期値(=0)にリセットし、上述の過去のWflavorの値を消去し、更に、目標温度Tcap_targetを初期化して、第二負荷31への放電を停止する(ステップS45)。ステップS44とステップS45は、図9及び図10に示したメインルーチンに対する割込み処理とされる。つまり、ステップS44とステップS45が実行されると、MCU50は、図9及び図10に示したメインルーチンはいずれのステップを実行していてもその処理を停止する。
この第二変形例によれば、エアロゾルの生成要求の有無にかかわらず、揮散量εを考慮した香味成分残量の不足が発生した場合に、第2カートリッジ30の交換通知が直ぐに行われる。このように、香味源33の残量不足をユーザがすぐ知れることで、新品の第2カートリッジ30に交換した上で吸引が実行されることになる。このため、吸引しても香味が付加されたエアロゾルが生成されないという事態が抑制され、エアロゾル生成装置1の利便性が向上する。
(エアロゾル生成装置の第三変形例)
図9のステップS10の判定がYESとなって以降の動作(図10)は、図15に示すように変形してもよい。図15は、エアロゾル生成装置1の動作の第三変形例を説明するためのフローチャートである。図15は、ステップS25がステップS25aに変更された点を除いては、図10と同じである。
MCU50は、ステップS24において香味成分残量を更新すると、更新後の香味成分残量から予め決められた所定量εを減算した値が残量閾値未満となるか否かを判定する(ステップS25a)。所定量εは、次のエアロゾルの生成開始までの間に揮散すると想定される香味成分の量であり、実験的に決められた固定値である。所定量εは、例えば、新品の第2カートリッジ30の香味成分残量の1%や0.5%等の値が用いられる。MCU50は、ステップS25aの判定がYESであればステップS26に処理を移行し、ステップS25aの判定がNOであればステップS28に処理を移行する。
この第三変形例によれば、エアロゾル生成後の香味源33の残量がその後の揮散を考慮すると不足する場合には、エアロゾルの生成直後というユーザの注意がエアロゾル生成装置1に向けられているタイミングで通知が実行される。このため、吸引しても香味が付加されたエアロゾルが生成されないという事態が抑制しつつ、第2カートリッジ30の交換が必要であることを、ユーザへ伝えやすくなる。
エアロゾル生成装置1において、第一負荷21を、超音波などによってエアロゾル源22を加熱することなくエアロゾル源22を霧化することのできる素子で構成してもよい。第一負荷21に用いることができる素子は、ヒータと超音波素子に限られず、電源12から供給される電力を消費することでエアロゾル源22の霧化が可能な素子であればさまざまな素子又はその組合せを利用することができる。
本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。
(1)
電源(電源12)と、
エアロゾル源(エアロゾル源22)を霧化可能な霧化器(第一負荷21)が電気的に接続可能、且つ、上記電源へ電気的に接続される第1コネクタ(放電端子41)と、
上記エアロゾル源から生成されたエアロゾルに香味を付加する香味源(香味源33)を加熱可能なヒータ(第二負荷31)が電気的に接続可能、且つ、上記電源へ電気的に接続される第2コネクタ(コネクタCN)と、
処理装置(MCU50のプロセッサ)と、を備え、
上記処理装置は、
上記電源から上記霧化器と上記ヒータへの放電を制御することで、香味が付加されたエアロゾルを生成し、
上記香味が付加されたエアロゾルの生成後である第1タイミングにおける上記香味源の残量を、第1残量(香味成分残量Wcapsule(npuff))として取得し、
上記第1タイミングと次の上記香味が付加されたエアロゾルの生成を開始する第2タイミングの間における上記香味源の残量である第2残量(Wcapsule(npuff)−ε)を、上記第1残量よりも少ない量として取得するように構成される、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(1)によれば、エアロゾル生成後、次にエアロゾルの生成を開始するまでの間に取得する香味源の第2残量を、エアロゾル生成後の香味源の揮散を考慮して、第1残量よりも少ない量として取得するため、香味源の残量を正確に取得することができる。
(2)
(1)に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
上記処理装置は、上記電源から上記霧化器と上記ヒータへの放電を、上記第2残量に基づき制御するように構成される、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(2)によれば、揮散を考慮した正確な香味源の残量に基づき、ヒータへの放電が制御されるため、香味が付加されたエアロゾルを高度に制御した上で生成することができる。
(3)
(1)又は(2)に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
上記処理装置は、上記第1タイミングからの経過時間に基づき、上記第2残量を取得するように構成される、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(3)によれば、エアロゾル生成後に揮散する香味源の量に密接に関連する経過時間に基づき、第2残量を取得するため、揮散後の香味源の残量を正確に取得することができる。
(4)
(1)から(3)のいずれか1つに記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
上記処理装置は、
上記香味源の温度(温度Tcap_sense)を取得可能であり、
上記第1タイミング以降且つ上記第2タイミングより前における上記香味源の温度に基づき、上記第2残量を取得するように構成される、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(4)によれば、エアロゾル生成後に揮散する香味源の量に密接に関連する香味源の温度に基づき、第2残量を取得するため、揮散後の香味源の残量を正確に取得することができる。
(5)
(1)から(3)のいずれか1つに記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
上記処理装置は、
上記ヒータの温度(温度Tcap_sense)を取得可能であり、
上記ヒータの温度が複数の目標温度(目標温度Tcap_target)のいずれかに収束するように、上記電源から上記ヒータへの放電を制御し、
上記第1タイミングにおける上記ヒータの温度又は上記目標温度の値に基づき、上記第2残量を取得するように構成される、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(5)によれば、エアロゾル生成後に揮散する香味源の量に密接に関連するヒータの温度又は目標温度に基づき、第2残量を取得するため、揮散後の香味源の残量を正確に取得することができる。
(6)
(1)から(5)のいずれか1つに記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
通知部(第1通知部45及び第2通知部46の少なくとも一方)を、備え、
上記処理装置は、
上記香味源の残量が閾値未満となった場合、上記通知部に通知を行わせ、
上記通知後に上記霧化器へ供給した電力量の積算値に基づき、上記第2残量を取得するように構成される、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(6)によれば、エアロゾル生成後に揮散する香味源の量に密接に関連するヒータへ供給した累積の電力量に基づき、第2残量を取得するため、揮散後の香味源の残量を正確に取得することができる。
(7)
(1)から(5)のいずれか1つに記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
上記処理装置は、
上記エアロゾル生成装置に対する上記香味源を収容する収容体(第2カートリッジ30)の脱着が検知可能であり、
上記収容体の装着後に上記霧化器へ供給した電力量の積算値に基づき、上記第2残量を取得するように構成される、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(7)によれば、エアロゾル生成後に揮散する香味源の量に密接に関連するヒータへ供給した累積の電力量に基づき、第2残量を取得するため、揮散後の香味源の残量を正確に取得することができる。
(8)
(1)から(7)のいずれか1つに記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
上記電源ユニットの周囲温度(外気温)に関する値を出力するセンサ(吸気センサ15内蔵の温度センサ)を、備え、
上記処理装置は、上記第1タイミング以降且つ上記第2タイミングより前における上記センサの出力に基づき、上記第2残量を取得するように構成される、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(8)によれば、エアロゾル生成後に揮散する香味源の量に密接に関連する周囲温度に基づき、第2残量を取得するため、揮散後の香味源の残量を正確に取得することができる。
(9)
(1)から(8)のいずれか1つに記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
上記処理装置は、上記第1残量に基づき、上記第2残量を取得するように構成される、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(9)によれば、エアロゾル生成後に揮散する香味源の量に密接に関連する揮散前の第1残量に基づき、第2残量を取得するため、揮散後の香味源の残量を正確に取得することができる。
(10)
(1)から(9)のいずれか1つに記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
通知部(第1通知部45及び第2通知部46の少なくとも一方)を、備え、
上記処理装置は、上記第2残量が閾値未満となった場合、上記通知部に通知を直ぐに実行させるように構成される、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(10)によれば、揮散を考慮した第2残量による香味源の残量不足をユーザがすぐ知れることで、新品の香味源に交換した上で吸引が実行されることになる。このため、吸引しても香味が付加されたエアロゾルが生成されないという事態が抑制され、エアロゾル生成装置の利便性が向上する。
(11)
(1)から(9)のいずれか1つに記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
通知部(第1通知部45及び第2通知部46の少なくとも一方)と、
ユーザによる入力を検出可能な入力部(吸気センサ15又は操作部14)と、を備え、
上記処理装置は、
上記入力部への入力に基づき、上記電源から上記霧化器への放電を開始させ、
上記第2残量が閾値未満となった場合、上記入力部への入力を契機として上記通知部に通知を実行させるように構成される、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(11)によれば、揮散を考慮した第2残量による香味源の残量不足が発生した場合、エアロゾルの生成が要求されているというユーザの注意がエアロゾル生成装置に向けられているタイミングで通知が実行される。このため、香味源の交換が必要であることを、ユーザへ伝えやすくなる。
(12)
(10)又は(11)に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
上記処理装置は、
上記第1残量を取得した後、上記第1残量から所定量(所定量εa)を減じた量を直ぐに取得し、
上記第1残量から上記所定量を減じた量が上記閾値未満である場合、上記通知部に通知を直ぐ実行させるように構成される、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(12)によれば、エアロゾル生成後の香味源の残量がその後の揮散を考慮すると不足する場合には、エアロゾルの生成直後というユーザの注意がエアロゾル生成装置に向けられているタイミングで通知が実行される。このため、吸引しても香味が付加されたエアロゾルが生成されないという事態が抑制しつつ、香味源の交換が必要であることを、ユーザへ伝えやすくなる。
1 エアロゾル生成装置
T1,T2,T3 温度検出用素子
10 電源ユニット
11a トップ部
11b ボトム部
11 電源ユニットケース
12 電源
14 操作部
15 吸気センサ
20 第1カートリッジ
21 第一負荷
31 第二負荷
22 エアロゾル源
23 リザーバ
24 ウィック
25 エアロゾル流路
26a カートリッジ収容部
26b 連通路
26 エンドキャップ
27 カートリッジケース
30 第2カートリッジ
32 吸口
33 香味源
41 放電端子
42 空気供給部
43 充電端子
45 第1通知部
46 第2通知部
50a メモリ
50 MCU
51 DC/DCコンバータ
52,54 電圧センサ
53,55 電流センサ
55A 充電IC
CN コネクタ

Claims (12)

  1. 電源と、
    エアロゾル源を霧化可能な霧化器が電気的に接続可能、且つ、前記電源へ電気的に接続される第1コネクタと、
    前記エアロゾル源から生成されたエアロゾルに香味を付加する香味源を加熱可能なヒータが電気的に接続可能、且つ、前記電源へ電気的に接続される第2コネクタと、
    処理装置と、を備え、
    前記処理装置は、
    前記電源から前記霧化器と前記ヒータへの放電を制御することで、香味が付加されたエアロゾルを生成し、
    前記香味が付加されたエアロゾルの生成後である第1タイミングにおける前記香味源の残量を、第1残量として取得し、
    前記第1タイミングと次の前記香味が付加されたエアロゾルの生成を開始する第2タイミングの間における前記香味源の残量である第2残量を、前記第1残量よりも少ない量として取得するように構成される、
    エアロゾル生成装置の電源ユニット。
  2. 請求項1に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
    前記処理装置は、前記電源から前記霧化器と前記ヒータへの放電を、前記第2残量に基づき制御するように構成される、
    エアロゾル生成装置の電源ユニット。
  3. 請求項1又は2に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
    前記処理装置は、前記第1タイミングからの経過時間に基づき、前記第2残量を取得するように構成される、
    エアロゾル生成装置の電源ユニット。
  4. 請求項1から3のいずれか1項に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
    前記処理装置は、
    前記香味源の温度を取得可能であり、
    前記第1タイミング以降且つ前記第2タイミングより前における前記香味源の温度に基づき、前記第2残量を取得するように構成される、
    エアロゾル生成装置の電源ユニット。
  5. 請求項1から3のいずれか1項に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
    前記処理装置は、
    前記ヒータの温度を取得可能であり、
    前記ヒータの温度が複数の目標温度のいずれかに収束するように、前記電源から前記ヒータへの放電を制御し、
    前記第1タイミングにおける前記ヒータの温度又は前記目標温度の値に基づき、前記第2残量を取得するように構成される、
    エアロゾル生成装置の電源ユニット。
  6. 請求項1から5のいずれか1項に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
    通知部を、備え、
    前記処理装置は、
    前記香味源の残量が閾値未満となった場合、前記通知部に通知を行わせ、
    前記通知後に前記霧化器へ供給した電力量の積算値に基づき、前記第2残量を取得するように構成される、
    エアロゾル生成装置の電源ユニット。
  7. 請求項1から5のいずれか1項に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
    前記処理装置は、
    前記エアロゾル生成装置に対する前記香味源を収容する収容体の脱着が検知可能であり、
    前記収容体の装着後に前記霧化器へ供給した電力量の積算値に基づき、前記第2残量を取得するように構成される、
    エアロゾル生成装置の電源ユニット。
  8. 請求項1から7のいずれか1項に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
    前記電源ユニットの周囲温度に関する値を出力するセンサを、備え、
    前記処理装置は、前記第1タイミング以降且つ前記第2タイミングより前における前記センサの出力に基づき、前記第2残量を取得するように構成される、
    エアロゾル生成装置の電源ユニット。
  9. 請求項1から8のいずれか1項に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
    前記処理装置は、前記第1残量に基づき、前記第2残量を取得するように構成される、
    エアロゾル生成装置の電源ユニット。
  10. 請求項1から9のいずれか1項に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
    通知部を、備え、
    前記処理装置は、前記第2残量が閾値未満となった場合、前記通知部に通知を直ぐに実行させるように構成される、
    エアロゾル生成装置の電源ユニット。
  11. 請求項1から9のいずれか1項に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
    通知部と、
    ユーザによる入力を検出可能な入力部と、を備え、
    前記処理装置は、
    前記入力部への入力に基づき、前記電源から前記霧化器への放電を開始させ、
    前記第2残量が閾値未満となった場合、前記入力部への入力を契機として前記通知部に通知を実行させるように構成される、
    エアロゾル生成装置の電源ユニット。
  12. 請求項10又は11に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
    前記処理装置は、
    前記第1残量を取得した後、前記第1残量から所定量を減じた量を直ぐに取得し、
    前記第1残量から前記所定量を減じた量が前記閾値未満である場合、前記通知部に通知を直ぐ実行させるように構成される、
    エアロゾル生成装置の電源ユニット。
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