JP2021136941A - エアロゾル吸引器の電源ユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】エアロゾルの生成効率を向上させながら、エアロゾルの生成に用いる負荷の温度を高精度に検出可能とする。【解決手段】電源ユニット10は、負荷21に対して直列接続される第1電気抵抗値R1を有する第1素子63と、第2電気抵抗値R2を有する第2素子64及び第2素子64に対して直列接続された第3電気抵抗値R3を有する第3素子65を含み、負荷21及び第1素子63の第1直列回路C1と並列に接続された第2直列回路C2と、第1直列回路C1及び第2直列回路C2に接続されたオペアンプ56と、を備える。第1電気抵抗値R1は、負荷21の電気抵抗値RHTR未満となっている。【選択図】図6

Description

本発明は、エアロゾル吸引器の電源ユニットに関する。
特許文献1には、吸入可能なエアロゾルを生成する装置において、ヒータの抵抗値を測定する回路が記載されている。
特表2017−501805号公報
エアロゾル吸引器は、ユーザが口に咥えて利用するものであるため、エアロゾルを生成するために用いるヒータの温度管理が重要となる。ヒータの温度管理は、エアロゾルの量や香喫味を担保するという観点からも重要である。一方で、より多くのエアロゾルを生成できるようにエアロゾルの生成効率を高めることも求められる。特許文献1には、ヒータの抵抗値を測定することは記載されているが、その具体的な構成は開示されていない。
本発明の目的は、エアロゾルの生成効率を向上させながら、エアロゾルの生成に用いる負荷の温度を高精度に検出可能とするエアロゾル吸引器の電源ユニットを提供することにある。
本発明のエアロゾル吸引器の電源ユニットは、エアロゾル生成源を加熱し且つ温度と電気抵抗値が相関を持つ負荷に放電可能な電源を有するエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、前記負荷に対して直列接続される第1電気抵抗値を有する第1素子と、第2電気抵抗値を有する第2素子及び前記第2素子に対して直列接続された第3電気抵抗値を有する第3素子を含み、前記負荷及び前記第1素子の第1直列回路と並列接続された第2直列回路と、前記第1直列回路及び前記第2直列回路に接続されるオペアンプと、を備え、前記第1電気抵抗値は、前記負荷の電気抵抗値未満であるものである。
本発明によれば、エアロゾルの生成効率を向上させながら、エアロゾルの生成に用いる負荷の温度を高精度に検出可能とすることができる。
本発明の一実施形態の電源ユニットが装着されたエアロゾル吸引器の斜視図である。 図1のエアロゾル吸引器の他の斜視図である。 図1のエアロゾル吸引器の断面図である。 図1のエアロゾル吸引器における電源ユニットの斜視図である。 図1のエアロゾル吸引器における電源ユニットの要部構成を示すブロック図である。 図1のエアロゾル吸引器における電源ユニットの回路構成の第1実施形態を示す模式図である。 図1のエアロゾル吸引器における電源ユニットの回路構成の参考例を示す模式図である。 図1のエアロゾル吸引器における電源ユニットの回路構成の第2実施形態を示す模式図である。 図1のエアロゾル吸引器における電源ユニットの回路構成の第3実施形態を示す模式図である。 図1のエアロゾル吸引器における電源ユニットの回路構成の第4実施形態を示す模式図である。 図1のエアロゾル吸引器における電源ユニットの回路構成の第5実施形態を示す模式図である。 図1のエアロゾル吸引器における電源ユニットの回路構成の第6実施形態を示す模式図である。 図1のエアロゾル吸引器における電源ユニットの回路構成の第7実施形態を示す模式図である。 図1のエアロゾル吸引器における電源ユニットの回路構成の第8実施形態を示す模式図である。 第1実施形態から第8実施形態の各構成と下限クリップを生じさせないための制約条件をまとめた図である。 図6に示す回路の第1変形例を示す模式図である。 図6に示す回路の第2変形例を示す模式図である。
以下、本発明の一実施形態であるエアロゾル吸引器の電源ユニットについて説明するが、先ず、電源ユニットが装着されたエアロゾル吸引器について、図1及び図2を参照しながら説明する。
(エアロゾル吸引器)
エアロゾル吸引器1は、燃焼を伴わずに香味が付加されたエアロゾルを吸引するための器具であり、所定方向(以下、長手方向Xと呼ぶ)に沿って延びる棒形状を有する。エアロゾル吸引器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に対して着脱可能である。言い換えると、第1カートリッジ20及び第2カートリッジ30は、それぞれ交換可能である。
(電源ユニット)
本実施形態の電源ユニット10は、図3、図4、図5、及び図6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、充電IC55A、MCU(Micro Controller Unit)50、吸気センサ15等の各種センサ等を収容する。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、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の負荷21と電気的に接続可能に構成される。
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、電源12を充電可能な外部電源(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端子、microUSB端子、及びLightning(登録商標)端子の少なくとも1つが接続可能である。
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。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、microUSB端子、Lightning端子の少なくとも1つが接続可能であり、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、タッチパネル等から構成される。図3に示すように、操作部14の近傍には、パフ動作を検出する吸気センサ15が設けられている。
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。
MCU50は、図5に示すように、パフ(吸気)動作を検出する吸気センサ15等の各種センサ装置、操作部14、後述の報知部45、及びパフ動作の回数又は負荷21への通電時間等を記憶するメモリー18に接続され、エアロゾル吸引器1の各種の制御を行う。なお、メモリー18は、MCU50に内蔵されていてもよい。MCU50は、具体的には後述のプロセッサ55(図7参照)を主体に構成されており、プロセッサ55の動作に必要なRAM(Random Access Memory)と各種情報を記憶するROM(Read Only Memory)等の記憶媒体を更に含む。本明細書におけるプロセッサとは、より具体的には、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。
MCU50は、電源12の電源電圧を測定する電圧センサ16を有する。電圧センサ16は、後述するオペアンプ56とADC57によって構成されてもよい。MCU50の内部において、電圧センサ16の出力信号はプロセッサ55に入力される。本実施形態に代えて、電圧センサ16はMCU50の外部に設けられ、MCU50と接続されてもよい。
また、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の取込口が設けられている。なお、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。
(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を貯留するリザーバ23と、エアロゾル源22を霧化する電気的な負荷21と、リザーバ23から負荷21へエアロゾル源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が第2カートリッジ30に向かって流れるエアロゾル流路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、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を負荷21へ引き込む液保持部材である。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。
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。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、負荷21は、エアロゾル源22を加熱することで霧化してエアロゾルを生成可能な素子であればよい。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。以下では、負荷21の持つ電気抵抗値を電気抵抗値RHTRと記載する。
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。負荷21としては、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例えば用いられる。PTC特性は、正の抵抗温度係数特性とも呼ばれる。
エアロゾル流路25は、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2カートリッジ)
第2カートリッジ30は、香味源31を貯留する。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、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31に通すことによってエアロゾルに香味を付与する。香味源31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31は、たばこ以外の植物(例えば、ミント、漢方、ハーブ等)によって構成されてもよい。香味源31には、メントールなどの香料が付与されていてもよい。
本実施形態のエアロゾル吸引器1では、エアロゾル源22と香味源31と負荷21とによって、香味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31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。
エアロゾル吸引器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。
エアロゾル吸引器1に用いられるエアロゾル生成源の構成は、エアロゾル源22と香味源31とが別体になっている構成の他、エアロゾル源22と香味源31とが一体的に形成されている構成、香味源31が省略されて香味源31に含まれ得る物質がエアロゾル源22に付加された構成、香味源31の代わりに薬剤等がエアロゾル源22に付加された構成等であってもよい。
エアロゾル源22と香味源31とが一体的に形成されたエアロゾル生成源を含むエアロゾル吸引器1であれば、例えば1つ又は複数(例えば20個)のエアロゾル生成源が1セットとしてユーザに提供される。
エアロゾル源22のみをエアロゾル生成源として含むエアロゾル吸引器1であれば、例えば1又は複数(例えば20個)のエアロゾル生成源が1セットとしてユーザに提供される。
このように構成されたエアロゾル吸引器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の負荷21付近を通過する。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31を通過することで香味が付与され、吸口32に供給される。
また、エアロゾル吸引器1には、各種情報を報知する報知部45が設けられている(図5参照)。報知部45は、発光素子によって構成されていてもよく、振動素子によって構成されていてもよく、音出力素子によって構成されていてもよい。報知部45は、発光素子、振動素子、及び音出力素子のうち、2以上の素子の組合せであってもよい。報知部45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。
(電気回路の第1実施形態)
図6は、図1のエアロゾル吸引器における電源ユニットの回路構成の第1実施形態を示す模式図である。図6に示すように、電源ユニット10は、主要な回路構成として、電源12と、前述した負荷21を含む第1カートリッジ20が着脱自在に構成された放電端子41と、MCU50と、LDO(Low Drop Out)レギュレータ60と、開閉器62と、第1電気抵抗値Rを有する第1素子63と、第2電気抵抗値Rを有する第2素子64と、第3電気抵抗値Rを有する第3素子65と、を備える。
第1素子63、第2素子64、及び第3素子65は、それぞれ、電気抵抗値を持つ素子であればよく、例えば抵抗器、ダイオード、又はトランジスタ等である。図6の例では、第1素子63、第2素子64、及び第3素子65が、それぞれ抵抗器となっている。
開閉器62は、配線路の遮断と導通を切り替えるトランジスタ等のスイッチング素子である。図6の例では、開閉器62は、MCU50から供給されるハイレベルのオン指令信号を受けてオン(導通)し、MCU50から供給されるローレベルのオフ指令信号を受けてオフ(遮断)するノーマリーオフ型のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)となっている。IGBTに代えて、FET(Field Effect Transistor)を開閉器62として用いてもよい。
LDOレギュレータ60とMCU50は、電源12に接続されている。LDOレギュレータ60は、電源12からの電圧を降圧して出力する。LDOレギュレータ60の出力電圧(以下、基準電圧VREFと記載する)は、MCU50の動作電圧としてMCU50に印加される。LDOレギュレータ60は、例えば、電源12からの4.2Vの電圧を3.7Vに降圧して出力する。主正母線LUと主負母線LDのうち、主正母線LUは高電位側の線であり、主負母線LDは低電位側の線である。主正母線LUは、図6の例では、電源ユニット10の電気回路のうち最も高い電位となる線である。主負母線LDは、図6の例では、電源ユニット10の電気回路のうち最も低い電位(具体的には0V)となる線である。
MCU50は、LDOレギュレータ60と、電源12の負極に接続された主負母線LDとに接続されている。MCU50は、開閉器62にも接続されており、開閉器62のオンオフ制御を行う。以下では、開閉器62がオンの状態にて、第1直列回路C1及び第2直列回路C2からなるブリッジ回路に印加される電圧を電圧VOUTと記載する。この電圧VOUTは、基準電圧VREFと同じであってもよい。
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1素子63と負荷21は直列接続されて第1直列回路C1を構成している。第2素子64と第3素子65は直列接続されて第2直列回路C2を構成している。
第1直列回路C1と第2直列回路C2は、主正母線LUと主負母線LDの間に並列接続されている。具体的には、主正母線LUに開閉器62のコレクタが接続され、開閉器62のエミッタに、第1素子63と第2素子64が並列接続されている。また、主負母線LDには、負荷21と第3素子65が並列接続されている。そして、負荷21は第1素子63に接続され、第3素子65は第2素子64に接続されている。第1直列回路C1は、第1素子63が負荷21の高電位側に接続された構成である。
第1直列回路C1は、MCU50と接続されている。具体的には、第1直列回路C1は、第1素子63と負荷21の接続ノードにおいて、MCU50と接続されている。
第2直列回路C2は、MCU50と接続されている。具体的には、第2直列回路C2は、第2素子64と第3素子65の接続ノードにおいて、MCU50と接続されている。
MCU50は、オペアンプ56と、ADC(アナログデジタル変換器)57と、プロセッサ55と、を備える。なお、全ての実施形態において、オペアンプ56とADC57の少なくとも一方は、MCU50の外部に設けられていてもよい。
オペアンプ56は、非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)を有し、非反転入力端子に入力される電位Vから反転入力端子に入力される電位Vを減算した差動入力電圧を、所定の増幅率Aによって増幅して出力する。この差動入力電圧は、負荷21の電気抵抗値がその温度によって変化した場合に、変化する。同様に、オペアンプ56の出力信号は、負荷21の電気抵抗値がその温度によって変化した場合に、変化する。
オペアンプ56は、一対の電源端子を有する。一例として、高電位側の電源端子(以下、正電源端子と記載する)には、基準電圧VREFが供給される。低電位側の電源端子(以下、負電源端子と記載する)は、主負母線LDに接続される。以降の説明では特に断りのない限り、オペアンプ56は、入出力レール・ツー・レール型とする。このようにオペアンプ56の電源端子を接続した場合、オペアンプ56が増幅することのできる差動入力電圧の範囲(以下、増幅レンジと記載する)の上限値は、正電源端子に接続される電位(一例として基準電圧VREF)となり、増幅レンジの下限値は、負電源端子に接続される電位(0V)となる。従って、差動入力電圧が0Vを下回る場合には、その差動入力電圧は0Vにクリップされることになる(この現象を下限クリップと記載する)。同様に、差動入力電圧が基準電圧VREFを上回る場合には、その差動入力電圧は基準電圧VREFにクリップされることになる(この現象を上限クリップと記載する)。なお、オペアンプ56の正電源端子に供給される電圧(基準電圧VREF)と電圧VOUTを一致させれば、上限クリップを発生しないようにすることができる。このため、下限クリップが生じないように工夫することが特に重要となる。
なお、オペアンプ56が入出力レール・ツー・レール型ではない場合、増幅レンジの上限値は入出力レール・ツー・レール型よりも低くなり、増幅レンジの下限値は入出力レール・ツー・レール型よりも高くなる。換言すれば、入出力レール・ツー・レール型ではないオペアンプ56の増幅レンジは、入出力レール・ツー・レール型のオペアンプ56の増幅レンジより狭い。そのため、入出力レール・ツー・レール型ではないオペアンプ56を用いる場合には、上限クリップや下限クリップが生じやすい点に留意すべきである。
オペアンプ56の非反転入力端子には、第1直列回路C1が接続されている。具体的には、第1直列回路C1における第1素子63と負荷21の間に、オペアンプ56の非反転入力端子が接続されている。オペアンプ56の反転入力端子には、第2直列回路C2が接続されている。具体的には、第2直列回路C2における第2素子64と第3素子65の間に、オペアンプ56の反転入力端子が接続されている。
ADC57は、オペアンプ56の出力信号をデジタル信号に変換して出力する。ADC57は、基準電圧VREFによって動作する。
MCU50は、図5に示すように、ROMに記憶されたプログラムをプロセッサ55が実行することにより実現される機能ブロックとして、エアロゾル生成要求検出部51と、温度検出部52と、電力制御部53と、報知制御部54と、を備える。
エアロゾル生成要求検出部51は、吸気センサ15の出力結果に基づいてエアロゾル生成の要求を検出する。吸気センサ15は、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、不図示の取込口から吸口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、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。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。
温度検出部52は、図6に示したオペアンプ56の出力信号に基づいて負荷21の温度を検出する。温度検出部52は、開閉器62をオンすることで、第1直列回路C1と第2直列回路C2の各々に電流を流し、そのときのオペアンプ56の出力信号に基づいて、負荷21の温度を検出する。
報知制御部54は、各種情報を報知するように報知部45を制御する。例えば、報知制御部54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の交換タイミングを報知するように報知部45を制御する。報知制御部54は、メモリー18に記憶されたパフ動作の累積回数又は負荷21への累積通電時間に基づいて、第2カートリッジ30の交換タイミングを検出し、報知する。報知制御部54は、第2カートリッジ30の交換タイミングの報知に限らず、第1カートリッジ20の交換タイミング、電源12の交換タイミング、電源12の充電タイミング等を報知してもよい。
報知制御部54は、未使用の1つの第2カートリッジ30がセットされた状態にて、パフ動作が所定回数行われた場合、又は、パフ動作による負荷21への累積通電時間が所定値(例えば120秒)に達した場合に、この第2カートリッジ30を使用済み(即ち、残量がゼロ又は空である)と判定して、第2カートリッジ30の交換タイミングを報知するようにしている。
また、報知制御部54は、上記の1セットに含まれる全ての第2カートリッジ30が使用済みとなったと判定した場合に、この1セットに含まれる1つの第1カートリッジ20を使用済み(即ち、残量がゼロ又は空である)と判定して、第1カートリッジ20の交換タイミングを報知するようにしてもよい。
電力制御部53は、エアロゾル生成要求検出部51がエアロゾル生成の要求を検出した際に、放電端子41を介した電源12の放電を、開閉器62のオン/オフによって制御する。電力制御部53は、開閉器62をオンにすることで、負荷21に電流を流して、負荷21への放電を行う。このように負荷21への放電が行われる場合と、負荷21の温度を検出する場合とのいずれの場合においても、第1直列回路C1及び第2直列回路C2の各々に電流が流れる。つまり、MCU50は、負荷21がエアロゾル生成源からエアロゾルを生成するようにブリッジ回路に電力を供給する間、オペアンプ56の出力に基づき、負荷21の温度を取得するよう構成されている。
以下では、第1直列回路C1の合成抵抗値(R+RHTR)をRと記載し、第2直列回路C2の合成抵抗値(R+R)をRと記載する。また、第1直列回路C1と第2直列回路C2からなるブリッジ回路全体の電気抵抗値(R・RL/(R+RL))をRBRIDGEと記載する。
(電気回路の参考例)
図7は、図1のエアロゾル吸引器における電源ユニットの回路構成の参考例を示す模式図である。図7に示す回路は、開閉器61が追加された点を除いては、図6の回路構成と同じである。開閉器61は、MCU50から供給されるハイレベルのオン指令信号を受けてオンし、MCU50から供給されるローレベルのオフ指令信号を受けてオフするノーマリーオフ型のIGBTである。開閉器61のエミッタは、第1直列回路C1におけるオペアンプ56との接続ノードと負荷21との間に接続されている。開閉器61のコレクタは、主正母線LUに接続されている。
図7に示す電気回路の動作について説明する。MCU50のプロセッサ55は、エアロゾル生成要求を検出すると、開閉器61にオン指令を送り、開閉器62にオフ指令を送る。これらの指令に応じて開閉器61がオンし、開閉器62がオフした状態になる。例えば、ブリッジ回路において、負荷21の電気抵抗値RHTRを最小にすることで、開閉器61がオン且つ開閉器62がオフの状態においては、負荷21に多くの電流が流れ、第1素子63と第2素子64と第3素子65に流れる電流は、ゼロ又はほぼゼロにすることができる。これにより、負荷21が加熱されてエアロゾルの生成が行われる。なお、開閉器61がオフ且つ開閉器62がオンの状態において第1直列回路C1及び第2直列回路C2からなるブリッジ回路に供給される電圧は上述した電圧VOUTと同じである。開閉器61がオン且つ開閉器62がオフの状態において負荷21に供給される電圧も電圧VOUTと同じである。
負荷21の加熱開始から所定時間経過すると、プロセッサ55は、開閉器61にオフ指令を送り、開閉器62にオン指令を送る。これらの指令に応じて開閉器61がオフし、開閉器62がオンした状態になることで、第1直列回路C1と第2直列回路C2に電流が流れる。そして、差動入力電圧がオペアンプ56にて増幅され、ADC57にてデジタル変換されてプロセッサ55に入力される。プロセッサ55は、ADC57からの入力信号に基づいて、負荷21の温度を検出する。
負荷21の温度を検出した後、プロセッサ55は、開閉器61にオン指令を送り、開閉器62にオフ指令を送って再びエアロゾルの生成を開始させる。以上の動作が繰り返されることで、エアロゾル生成要求に応じたエアロゾル生成期間中に、高頻度で負荷21の温度が検出される。
図7に示す参考例では、エアロゾル生成時において、ほぼ負荷21のみに電力を供給可能なため、エアロゾル生成効率を高めることができる。図6に示す第1実施形態においては、エアロゾル生成時において第1直列回路C1と第2直列回路C2に電力が供給される。そのため、エアロゾル生成効率を高めるためには、負荷21に供給される電力を、図7に示す参考例においてエアロゾル生成時に負荷21に供給される電力と同等程度にすることが望ましい。以下、図6に示す第1実施形態において、エアロゾル生成効率を高めることのできる条件について説明する。
図6の第1実施形態において、エアロゾル生成時(開閉器62のオンの状態)に負荷21に供給される電力をPBRIDGEと記載する。図7の参考例において、エアロゾル生成時(開閉器62がオフ且つ開閉器61がオンの状態)に負荷21に供給される電力をPBYPASSと記載する。PBRIDGEとPBYPASSは、以下の式(1)、(2)によって表される。式(1)におけるIは、図6の第1実施形態において開閉器62がオンのときに負荷21に流れる電流を示している。式(1)におけるVHTRは、図6の第1実施形態において開閉器62がオンのときに負荷21に印加される電圧を示している。
Figure 2021136941
BRIDGEとPBYPASSの差は、以下の式(3)によって表される。この式(3)から、PBRIDGEをPBYPASSに近づけるためには、第1素子63の第1電気抵抗値Rを小さくすればよいことが分かる。そこで、図6に示す電気回路においては、ブリッジ回路を構成する各素子の電気抵抗値のうち、第1素子63の第1電気抵抗値Rを最小としている。なお、負荷21の電気抵抗値RHTRは、0.8〜1.5Ω位が主流とされる。このため、第1電気抵抗値Rは、0.8Ωよりも小さい値とすることが好ましい。また、エアロゾル生成効率を高めるためには、負荷21により多くの電力が供給されるよう、合成抵抗値Rを合成抵抗値Rよりも小さくしておくことが好ましい。
Figure 2021136941
一方で、図6の第1実施形態においては、負荷21の温度検出精度を確保する(下限クリップが発生しないようにする)ために、オペアンプ56の差動入力電圧がオペアンプ56の負電源端子の電位(=0V)以上となるようにする必要がある。図6の第1実施形態において、オペアンプ56の差動入力電圧は、以下の式(4)によって表わされる。
Figure 2021136941
第1実施形態のオペアンプ56において下限クリップを発生させないようにするためには、式(4)が0以上という条件を満たす必要がある。つまり、第1実施形態においては、以下の式(5)の条件を満たすように、ブリッジ回路の各素子の電気抵抗値を定めることが好ましい。
Figure 2021136941
(電気回路の第2実施形態)
図8は、図1のエアロゾル吸引器における電源ユニットの回路構成の第2実施形態を示す模式図である。図8に示す回路は、MCU50内に増幅率1倍のオペアンプ58が追加された点を除いては、図6の回路構成と同じである。
オペアンプ58の非反転入力端子は、第2直列回路C2における第2素子64と第3素子65の間に接続されている。オペアンプ58の反転入力端子は、既定電位VPSEUDOを供給する回路に接続されている。オペアンプ58の出力端子は、オペアンプ56の反転入力端子に接続されている。オペアンプ58の正電源端子には例えば基準電圧VREFが供給されている。オペアンプ58の負電源端子は例えば主負母線LDに接続されている。
オペアンプ58は、オペアンプ56の増幅レンジの下限値(つまり、負電源端子の電位)を擬似的に下げる機能を果たす。図6の第1実施形態に対し、オペアンプ58が追加されていることで、オペアンプ56の差動入力電圧はVPSEUDOだけ持ち上げられることになる。これにより、第1素子63と負荷21の接続ノードの電位が、第2素子64と第3素子65の接続ノードの電位よりも小さくなる状態であっても、下限クリップが発生するのを防ぐことが可能となり、負荷21の温度検出を高精度に行うことが可能になる。
なお、第2実施形態のオペアンプ56において下限クリップを発生させないようにするためには、オペアンプ56の差動入力電圧が0以上という条件を満たす必要がある。つまり、第2実施形態においては、以下の式(6)の条件を満たすように、ブリッジ回路の各素子の電気抵抗値を定めることが好ましい。なお、式(6)においてVPSEUDOを0とすれば、式(5)と同じになる。
Figure 2021136941
(電気回路の第3実施形態)
図9は、図1のエアロゾル吸引器における電源ユニットの回路構成の第3実施形態を示す模式図である。図9に示す回路は、オペアンプ56とブリッジ回路との接続関係が変更された点を除いては、図6の回路構成と同じである。図9に示す回路においては、第1素子63と負荷21の接続ノードにオペアンプ56の反転入力端子が接続されている。また、第2素子64と第3素子65の接続ノードにオペアンプ56の非反転入力端子が接続されている。図9の第3実施形態において、オペアンプ56の差動入力電圧は、以下の式(7)によって表わされる。
Figure 2021136941
そして、第3実施形態のオペアンプ56において下限クリップを発生させないようにするためには、式(7)が0以上という条件を満たす必要がある。つまり、第3実施形態においては、以下の式(8)の条件を満たすように、ブリッジ回路の各素子の電気抵抗値を定めることが好ましい。
Figure 2021136941
なお、第3実施形態においては、式(8)から分かるように、第1電気抵抗値Rに下限の制約がかかる。前述したように、エアロゾル生成効率を高めるためには、第1電気抵抗値Rはできるだけ小さい方がよい。そこで、第3実施形態においては、第1電気抵抗値Rを第2電気抵抗値Rよりも大きくすることで、第1電気抵抗値Rをできるだけ小さくすることができる。
(電気回路の第4実施形態)
図10は、図1のエアロゾル吸引器における電源ユニットの回路構成の第4実施形態を示す模式図である。図10に示す回路は、第1素子63と負荷21の接続ノードにオペアンプ58の非反転入力端子が接続され、第2素子64と第3素子65の接続ノードにオペアンプ56の非反転入力端子が接続された点を除いては、図8の回路構成と同じである。第2実施形態と同様の考え方により、図10の第4実施形態のオペアンプ56において下限クリップを発生させないための条件は、下記式(9)となる。なお、式(9)においてVPSEUDOを0とすれば、式(8)と同じになる。
Figure 2021136941
なお、第4実施形態においては、式(9)から分かるように、第1電気抵抗値Rに下限の制約がかかる。前述したように、エアロゾル生成効率を高めるためには、第1電気抵抗値Rはできるだけ小さい方がよい。そこで、第4実施形態においては、以下の式(10)の条件を満たすようにすることで、第1電気抵抗値Rをできるだけ小さくすることができる。
Figure 2021136941
(電気回路の第5実施形態)
図11は、図1のエアロゾル吸引器における電源ユニットの回路構成の第5実施形態を示す模式図である。図11に示す回路は、第1直列回路C1における第1素子63と負荷21の位置が逆になっている点を除いては、図6の回路構成と同じである。図11の第5実施形態では、第1直列回路C1において、第1素子63の高電位側に負荷21が接続されている。第5実施形態のオペアンプ56において下限クリップを発生させないようにするための条件は、式(5)においてRHTRとRを入れ替えたものとなるため、以下の式(11)となる。
Figure 2021136941
なお、第5実施形態においては、式(11)から分かるように、第1電気抵抗値Rに下限の制約がかかる。前述したように、エアロゾル生成効率を高めるためには、第1電気抵抗値Rはできるだけ小さい方がよい。そこで、第5実施形態においては、第2電気抵抗値Rを第3電気抵抗値Rよりも大きくすることで、第1電気抵抗値Rをできるだけ小さくすることができる。
(電気回路の第6実施形態)
図12は、図1のエアロゾル吸引器における電源ユニットの回路構成の第6実施形態を示す模式図である。図12に示す回路は、第1直列回路C1における第1素子63と負荷21の位置が逆になっている点を除いては、図8の回路構成と同じである。図12の第6実施形態では、第1直列回路C1において、第1素子63の高電位側に負荷21が接続されている。第6実施形態のオペアンプ56において下限クリップを発生させないようにするための条件は、式(6)においてRHTRとRを入れ替えたものとなるため、以下の式(12)となる。
Figure 2021136941
なお、第6実施形態においては、式(12)から分かるように、第1電気抵抗値Rに下限の制約がかかる。前述したように、エアロゾル生成効率を高めるためには、第1電気抵抗値Rはできるだけ小さい方がよい。そこで、第6実施形態においては、以下の式(13)の条件を満たすようにすることで、第1電気抵抗値Rをできるだけ小さくすることができる。
Figure 2021136941
(電気回路の第7実施形態)
図13は、図1のエアロゾル吸引器における電源ユニットの回路構成の第7実施形態を示す模式図である。図13に示す回路は、第1直列回路C1における第1素子63と負荷21の位置が逆になっている点を除いては、図9の回路構成と同じである。図13の第7実施形態では、第1直列回路C1において、第1素子63の高電位側に負荷21が接続されている。第7実施形態のオペアンプ56において下限クリップを発生させないようにするための条件は、式(8)においてRHTRとRを入れ替えたものとなるため、以下の式(14)となる。
Figure 2021136941
(電気回路の第8実施形態)
図14は、図1のエアロゾル吸引器における電源ユニットの回路構成の第8実施形態を示す模式図である。図14に示す回路は、第1素子63と負荷21の接続ノードにオペアンプ58の非反転入力端子が接続され、第2素子64と第3素子65の接続ノードにオペアンプ56の非反転入力端子が接続された点を除いては、図12の回路構成と同じである。第6実施形態と同様の考え方により、図14の第8実施形態のオペアンプ56において下限クリップを発生させないための条件は、下記式(15)となる。なお、式(15)においてVPSEUDOを0とすれば、式(14)と同じになる。
Figure 2021136941
図15は、第1実施形態から第8実施形態の各構成と下限クリップを生じさせないための制約条件をまとめた図である。なお、入出力レール・ツー・レール型ではないオペアンプ56を用いる場合には、各制約条件の等号付き不等号を、等号なし不等号にすればよい。
(実施形態の効果)
以上のように、第1実施形態から第8実施形態の電気回路を含む電源ユニット10によれば、ブリッジ回路を構成する各素子の電気抵抗値のうち、第1素子63の第1電気抵抗値Rが最小となっている。このため、ブリッジ回路に電力を供給した場合に負荷21にて消費される電力PBRIDGEと、参考例のように負荷21のみに電力を供給した場合に負荷21にて消費される電力PBYPASSとを近い値にすることができる。このため、負荷21の電気抵抗値の計測のためにブリッジ回路全体に電力を供給する場合であっても、負荷21におけるエアロゾル生成効率を十分に確保することができる。また、電源ユニット10によれば、参考例のような開閉器62とその制御が不要になる。このため、製造コストと消費電力を下げることができる。また、電源ユニット10によれば、ブリッジ回路全体の電気抵抗値を低くできるため、電力消費量の削減、製造コストの削減が可能となる。
図15に示したように、第1実施形態、第2実施形態、第7実施形態、及び第8実施形態は、それぞれ、第1電気抵抗値Rの下限に制約がない。このため、エアロゾル生成効率を容易に高めることが可能であり、より好ましく採用することができる。
第3実施形態、第4実施形態、第5実施形態、及び第6実施形態は、それぞれ、第1電気抵抗値Rの下限に制約が生じるものの、その制約条件を緩和する方法が存在する。このため、エアロゾル生成効率を高めることができる。
なお、第1素子63は、比較的調達が容易な10mΩ以上且つ0.5Ω未満の電気抵抗値を持つものを用いることが好ましい。これにより、エアロゾル生成効率を高めつつ、製造コストを下げることができる。
また、第1素子63は、1mΩ以上且つ10mΩ未満の電気抵抗値を持つものを用いることも好ましい。これにより、エアロゾル生成効率をより高めつつ、製造コストを下げることができる。
また、第1素子63は、0.1mΩ以上且つ1mΩ未満の電気抵抗値を持つものを用いることも好ましい。これにより、第1素子の電気抵抗値を極限まで小さくできるため、エアロゾルの生成効率を極限まで向上させることができる。
(電気回路の第1変形例)
図16は、図6に示す電気回路の第1変形例を示す模式図である。図16に示す回路は、オペアンプ56の負電源端子が、マイナスの既定電位VPSEUDOを供給する電源12Aに接続されている点を除いては、図6と同じ構成である。マイナスの既定電位VPSEUDOは、例えば、基準電圧VREFから生成される。
図16に示す回路では、図6の第1実施形態に対し、オペアンプ56の負電源端子の電位がマイナスになっていることで、第1素子63と負荷21の接続ノードの電位が、第2素子64と第3素子65の接続ノードの電位よりも小さくなる状態であっても、下限クリップが発生するのを防ぐことが可能となる。このため、負荷21の温度検出を高精度に行うことが可能になる。
図16に示す回路のオペアンプ56において下限クリップを発生させないようにするためには、(V−V)≧(‐VPSEUDO)の条件式を満たす必要がある。この条件式は、式(6)における[V−(V−VPSEUDO)≧0]の条件式と同じである。したがって、図16に示す回路は、ブリッジ回路の各素子の電気抵抗値について、第2実施形態の回路と同じ条件を満たすことが好ましい。第4実施形態、第6実施形態、及び第8実施形態の各々においても同様に、オペアンプ58の代わりに、オペアンプ56の負電源端子の電位を−VPSEUDOに変更する構成を適用可能である。
(電気回路の第2変形例)
図17は、図6に示す電気回路の第2変形例を示す模式図である。図17に示す回路は、レールスプリッタ59が追加され、オペアンプ56の2つの電源端子にレールスプリッタ59から電圧が供給されている点を除いては、図6と同じ構成である。
レールスプリッタ59は、基準電圧VREFから、VREF/2の電圧をVPSEUDOとして生成し、(−VREF/2)の電圧を(−VPSEUDO)として生成する。そして、レールスプリッタ59によって生成された電圧VPSEUDOは、オペアンプ56の正電源端子に供給され、レールスプリッタ59によって生成された電圧(−VPSEUDO)は、オペアンプ56の負電源端子に供給されている。
図17に示す回路のオペアンプ56において下限クリップを発生させないようにするためには、(V−V)≧(‐VPSEUDO)の条件式を満たす必要がある。この条件式は、式(6)における[V−(V−VPSEUDO)≧0]の条件式と同じである。したがって、図17に示す回路は、ブリッジ回路の各素子の電気抵抗値について、第2実施形態の回路と同じ条件を満たすことが好ましい。第4実施形態、第6実施形態、及び第8実施形態の各々においても同様に、オペアンプ58の代わりに、レールスプリッタ59を追加した構成を適用可能である。
ここまでの実施形態においては、負荷21を含む第1カートリッジ20が電源ユニット10に着脱自在な構成とされているが、負荷21を含む第1カートリッジ20は電源ユニット10と一体化された構成であってもよい。
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)
エアロゾル生成源を加熱し且つ温度と電気抵抗値が相関を持つ負荷(負荷21)に放電可能な電源(電源12)を有するエアロゾル吸引器(エアロゾル吸引器1)の電源ユニット(電源ユニット10)であって、
前記負荷に対して直列接続される第1電気抵抗値(第1電気抵抗値R)を有する第1素子(第1素子63)と、
第2電気抵抗値(第2電気抵抗値R)を有する第2素子(第2素子64)及び前記第2素子に対して直列接続された第3電気抵抗値(第3電気抵抗値R)を有する第3素子(第3素子65)を含み、前記負荷及び前記第1素子の第1直列回路(第1直列回路C1)と並列接続された第2直列回路(第2直列回路C2)と、
前記第1直列回路及び前記第2直列回路に接続されるオペアンプ(オペアンプ56)と、を備え、
前記第1電気抵抗値は、前記負荷の電気抵抗値未満であるエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(1)によれば、第1直列回路及び第2直列回路に電力を供給した場合に負荷にて消費される電力と、負荷のみに電力を供給した場合に負荷にて消費される電力とを近い値にすることができる。このため、負荷の電気抵抗値の計測のために第1直列回路及び第2直列回路に電力を供給する場合であっても、負荷におけるエアロゾル生成効率を十分に確保することができる。
(2)
(1)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記第1素子は、前記負荷、前記第1素子、前記第2素子、及び前記第3素子の中で最も小さい電気抵抗値を有するエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(2)によれば、十分な量のエアロゾルを生成するために電気抵抗値の小さいものが用いられやすい負荷と第1素子の第1直列回路の合成抵抗値を第2直列回路の合成抵抗値よりも小さくすることが可能となる。このため、負荷の電気抵抗値の計測のために第1直列回路及び第2直列回路に電力を供給する場合であっても、負荷に多くの電力を供給することができ、エアロゾル生成効率を高めることができる。
(3)
(1)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記第2電気抵抗値と前記第3電気抵抗値の合成抵抗値は、前記電気抵抗値と前記第1電気抵抗値の合成抵抗値よりも大きいエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(3)によれば、負荷の電気抵抗値の計測のために第1直列回路及び第2直列回路に電力を供給する場合であっても、第1直列回路へ優先的に電力が供給される。この摘果、負荷に多くの電力を供給することができ、エアロゾル生成効率を高めることができる。
(4)
(1)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記第1電気抵抗値は、10mΩ以上且つ0.5Ω未満であるエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(4)によれば、第1素子として、0.8〜1.5Ω位が主流とされる負荷よりも電気抵抗値が小さく、且つ、比較的調達容易な素子を用いることが可能となる。このため、低コストで、エアロゾルの生成効率を向上させることができる。
(5)
(1)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記第1電気抵抗値は、1mΩ以上且つ10mΩ未満であるエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(5)によれば、第1素子として、0.8〜1.5Ω位が主流とされる負荷よりも電気抵抗値が小さく、且つ、比較的調達容易な素子を用いることが可能となる。このため、低コストで、エアロゾルの生成効率を向上させることができる。
(6)
(1)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記第1電気抵抗値は、0.1mΩ以上且つ1mΩ未満であるエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(6)によれば、第1素子の電気抵抗値を極限まで小さくできるため、エアロゾルの生成効率を極限まで向上させることができる。
(7)
(1)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記オペアンプの非反転入力端子は、前記第1直列回路に接続され、
前記オペアンプの反転入力端子は、前記第2直列回路に接続され、
前記第1素子は、前記負荷の高電位側に接続されるエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(7)によれば、オペアンプの差動入力が負電源電位にクリップされるのを防ぐための第1電気抵抗値の下限という制約条件が加わらない。このため、第1電気抵抗値を小さくしやすくなり、エアロゾル生成効率を容易に向上させることができる。
(8)
(7)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記第1電気抵抗値は、前記第2電気抵抗値、前記第3電気抵抗値、及び前記負荷の電気抵抗値に基づいて決まる値以下となっているエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(8)によれば、オペアンプの差動入力が負電源電位にクリップされるのを容易に防ぐことができる。このため、エアロゾル生成効率の向上と、負荷の電気抵抗値の正確な計測とを両立させることができる。
(9)
(7)又は(8)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記第1電気抵抗値をRとし、前記第2電気抵抗値をRとし、前記第3電気抵抗値をRとし、前記負荷の電気抵抗値をRHTRとした場合に、
Figure 2021136941
上記式(I)を満たすエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(9)によれば、オペアンプの差動入力が負電源電位にクリップされるのを容易に防ぐことができる。このため、エアロゾル生成効率の向上と、負荷の電気抵抗値の正確な計測とを両立させることができる。
(10)
(7)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記オペアンプの負電源端子にはマイナスの既定電位(VPSEUDO)が入力されており、又は、前記第2直列回路において前記オペアンプの反転入力端子と電気的に接続されるノードの電位から既定電位を減算する回路(オペアンプ58)を有し、
前記第1電気抵抗値は、前記第1直列回路及び前記第2直列回路に印加される電圧、前記既定電位、前記第2電気抵抗値、前記第3電気抵抗値、及び前記負荷の電気抵抗値に基づいて決まる値以下となっているエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(10)によれば、オペアンプの差動入力が負電源電位にクリップされるのを既定電位によってさらに容易に防ぐことができる。このため、エアロゾル生成効率の向上と、負荷の電気抵抗値のさらに正確な計測とを両立させることができる。
(11)
(7)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記オペアンプの負電源端子にはマイナスの既定電位(VPSEUDO)が入力されており、又は、前記第2直列回路において前記オペアンプの反転入力端子と電気的に接続されるノードの電位から既定電位を減算する回路(オペアンプ58)を有し、
前記第1電気抵抗値をRとし、前記第2電気抵抗値をRとし、前記第3電気抵抗値をRとし、前記負荷の電気抵抗値をRHTRとし、前記電圧をVOUTとし、前記既定電位をVPSEUDOとした場合に、
Figure 2021136941
上記式(II)を満たすエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(11)によれば、オペアンプの差動入力が負電源電位にクリップされるのを既定電位によってさらに容易に防ぐことができる。このため、エアロゾル生成効率の向上と、負荷の電気抵抗値のさらに正確な計測とを両立させることができる。
(12)
(1)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記オペアンプの非反転入力端子は、前記第2直列回路に接続され、
前記オペアンプの反転入力端子は、前記第1直列回路に接続され、
前記第1素子は、前記負荷の低電位側に接続されるエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(12)によれば、オペアンプの差動入力が負電源電位にクリップされるのを防ぐための第1電気抵抗値の下限という制約条件が加わらない。このため、第1電気抵抗値を小さくしやすく、エアロゾル生成効率を容易に向上させることができる。
(13)
(12)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記第1電気抵抗値は、前記第2電気抵抗値、前記第3電気抵抗値、及び前記負荷の電気抵抗値に基づいて決まる値以下となっているエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(13)によれば、オペアンプの差動入力が負電源電位にクリップされるのを容易に防ぐことができる。このため、エアロゾル生成効率の向上と、負荷の電気抵抗値の正確な計測とを両立させることができる。
(14)
(12)又は(13)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記第1電気抵抗値をRとし、前記第2電気抵抗値をRとし、前記第3電気抵抗値をRとし、前記負荷の電気抵抗値をRHTRとした場合に、
Figure 2021136941
上記式(III)を満たすエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(14)によれば、オペアンプの差動入力が負電源電位にクリップされるのを容易に防ぐことができる。このため、エアロゾル生成効率の向上と、負荷の電気抵抗値の正確な計測とを両立させることができる。
(15)
(12)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記オペアンプの負電源端子にはマイナスの既定電位(VPSEUDO)が入力されており、又は、前記第1直列回路において前記オペアンプの反転入力端子と電気的に接続されるノードの電位から既定電位を減算する回路(オペアンプ58)を有し、
前記第1電気抵抗値は、前記第1直列回路及び前記第2直列回路に印加される電圧、前記既定電位、前記第2電気抵抗値、前記第3電気抵抗値、及び前記負荷の電気抵抗値に基づいて決まる値以下となっているエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(15)によれば、オペアンプの差動入力が負電源電位にクリップされるのを既定電位によりさらに容易に防ぐことができる。このため、エアロゾル生成効率の向上と、負荷の電気抵抗値のさらに正確な計測とを両立させることができる。
(16)
(12)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記オペアンプの負電源端子にはマイナスの既定電位(VPSEUDO)が入力されており、又は、前記第1直列回路において前記オペアンプの反転入力端子と電気的に接続されるノードの電位から既定電位を減算する回路(オペアンプ58)を有し、
前記第1電気抵抗値をRとし、前記第2電気抵抗値をRとし、前記第3電気抵抗値をRとし、前記負荷の電気抵抗値をRHTRとし、前記電圧をVOUTとし、前記既定電位をVPSEUDOとした場合に、
Figure 2021136941
上記式(IV)を満たすエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(16)によれば、オペアンプの差動入力が負電源電位にクリップされるのを既定電位によりさらに容易に防ぐことができる。このため、エアロゾル生成効率の向上と、負荷の電気抵抗値のさらに正確な計測とを両立させることができる。
(17)
(1)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記オペアンプの非反転入力端子は、前記第2直列回路に接続され、
前記オペアンプの反転入力端子は、前記第1直列回路に接続され、
前記第1素子は、前記負荷の高電位側に接続され、
前記第1電気抵抗値をRとし、前記第2電気抵抗値をRとし、前記第3電気抵抗値をRとし、前記負荷の電気抵抗値をRHTRとした場合に、
Figure 2021136941
上記式(V)を満たすエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(17)によれば、オペアンプの差動入力が負電源電位にクリップされるのを防ぐことができる。このため、エアロゾル生成効率の向上と、負荷の電気抵抗値の正確な計測とを両立させることができる。
(18)
(17)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
>Rの関係を満たすエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(18)によれば、オペアンプの差動入力が負電源電位にクリップされるのを防ぐための第1電気抵抗値の制約条件を緩和することができる。このため、第1電気抵抗値を小さくしやすくなり、エアロゾル生成効率を容易に向上させることができる。
(19)
(1)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記オペアンプの非反転入力端子は、前記第2直列回路に接続され、
前記オペアンプの反転入力端子は、前記第1直列回路に接続され、
前記第1素子は、前記負荷の高電位側に接続され、
前記オペアンプの負電源端子にはマイナスの既定電位(VPSEUDO)が入力されており、又は、前記第1直列回路において前記オペアンプの反転入力端子と電気的に接続されるノードの電位から既定電位を減算する回路(オペアンプ58)を有し、
前記第1電気抵抗値をRとし、前記第2電気抵抗値をRとし、前記第3電気抵抗値をRとし、前記負荷の電気抵抗値をRHTRとし、前記第1直列回路及び前記第2直列回路に印加される電圧をVOUTとし、前記既定電位をVPSEUDOとした場合に、
Figure 2021136941
上記式(VI)を満たすエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(19)によれば、オペアンプの差動入力が負電源電位にクリップされるのを既定電位によりさらに防ぐことができる。このため、エアロゾル生成効率の向上と、負荷の電気抵抗値のさらに正確な計測とを両立させることができる。
(20)
(19)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
Figure 2021136941
上記式(VII)を満たすエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(20)によれば、オペアンプの差動入力が負電源電位にクリップされるのを既定電位によりさらに防ぐための第1電気抵抗値の制約条件を緩和することができる。このため、第1電気抵抗値を小さくしやすくなり、エアロゾル生成効率を容易に向上させることができる。
(21)
(1)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記オペアンプの非反転入力端子は、前記第1直列回路に接続され、
前記オペアンプの反転入力端子は、前記第2直列回路に接続され、
前記第1素子は、前記負荷の低電位側に接続され、
前記第1電気抵抗値をRとし、前記第2電気抵抗値をRとし、前記第3電気抵抗値をRとし、前記負荷の電気抵抗値をRHTRとした場合に、
Figure 2021136941
上記式(VIII)を満たすエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(21)によれば、オペアンプの差動入力が負電源電位にクリップされるのを防ぐことができる。このため、エアロゾル生成効率の向上と、負荷の電気抵抗値の正確な計測とを両立させることができる。
(22)
(21)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
>Rの関係を満たすエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(22)によれば、オペアンプの差動入力が負電源電位にクリップされるのを防ぐための第1電気抵抗値の制約条件を緩和することができる。このため、第1電気抵抗値を小さくしやすくなり、エアロゾル生成効率を容易に向上させることができる。
(23)
(1)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記オペアンプの非反転入力端子は、前記第1直列回路に接続され、
前記オペアンプの反転入力端子は、前記第2直列回路に接続され、
前記第1素子は、前記負荷の低電位側に接続され、
前記オペアンプの負電源端子にはマイナスの既定電位(VPSEUDO)が入力されており、又は、前記第2直列回路において前記オペアンプの反転入力端子と電気的に接続されるノードの電位から既定電位を減算する回路(オペアンプ)を有し、
前記第1電気抵抗値をRとし、前記第2電気抵抗値をRとし、前記第3電気抵抗値をRとし、前記負荷の電気抵抗値をRHTRとし、前記第1直列回路及び前記第2直列回路に印加される電圧をVOUTとし、前記既定電位をVPSEUDOとした場合に、
Figure 2021136941
上記式(IX)を満たすエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(23)によれば、オペアンプの差動入力が負電源電位にクリップされるのを防ぐことができる。このため、エアロゾル生成効率の向上と、負荷の電気抵抗値の正確な計測とを両立させることができる。
(24)
(23)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
Figure 2021136941
上記式(X)を満たすエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(24)によれば、オペアンプの差動入力が負電源電位にクリップされるのを防ぐための第1電気抵抗値の制約条件を緩和することができる。このため、第1電気抵抗値を小さくしやすくなり、エアロゾル生成効率を容易に向上させることができる。
(25)
(1)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
エアロゾル生成要求に基づいて、前記負荷が前記エアロゾル生成源からエアロゾルを生成するように前記第1直列回路及び前記第2直列回路に電力を供給する制御装置(MCU50)を備えるエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(25)によれば、第1直列回路及び第2直列回路に電力を供給した場合でも負荷に十分な電力を供給することができる。このため、負荷のみに電力を供給するための回路の追加が無くても、十分なエアロゾル生成効率を実現することができる。
(26)
(25)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記制御装置は、前記負荷が前記エアロゾル生成源からエアロゾルを生成するように前記第1直列回路及び前記第2直列回路に電力を供給する間、前記オペアンプの出力に基づき、前記負荷の温度を取得するよう構成されるエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(26)によれば、エアロゾルの生成中に負荷の温度を取得できるため、負荷の温度を用いた負荷の制御の精度やその制御の速度を向上させることができる。
1 エアロゾル吸引器
HTR 電気抵抗値
第1電気抵抗値
C1 第1直列回路
第2電気抵抗値
C2 第2直列回路
第3電気抵抗値
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、12A 電源
14 操作部
15 吸気センサ
18 メモリー
20 第1カートリッジ
21 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
31 香味源
32 吸口
41 放電端子
42 空気供給部
43 充電端子
45 報知部
50 MCU
51 エアロゾル生成要求検出部
52 温度検出部
53 電力制御部
54 報知制御部
55A 充電IC
55 プロセッサ
56、58 オペアンプ
57 ADC
60 LDOレギュレータ
61,62 開閉器
63 第1素子
64 第2素子
65 第3素子
本発明のエアロゾル吸引器の電源ユニットは、エアロゾル生成源を加熱し且つ温度と電気抵抗値が相関を持つ負荷に放電可能な電源を有するエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、前記負荷に対して直列接続される第1電気抵抗値を有する第1素子と、第2電気抵抗値を有する第2素子及び第3電気抵抗値を有する第3素子が直列接続された第2直列回路と、オペアンプと、を備え、前記負荷及び前記第1素子が直列接続された第1直列回路と前記第2直列回路とが並列接続され、前記オペアンプは、前記第1直列回路及び前記第2直列回路に接続され、前記オペアンプの出力信号に基づいて前記負荷の温度が検出され、前記第1電気抵抗値は、前記負荷の電気抵抗値未満であるものである。
本発明のエアロゾル吸引器の電源ユニットは、エアロゾル生成源を加熱し且つ温度と電気抵抗値が相関を持つ負荷に放電可能な電源を有するエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、前記負荷に対して直列接続される第1電気抵抗値を有する第1素子と、第2電気抵抗値を有する第2素子及び第3電気抵抗値を有する第3素子が直列接続された第2直列回路と、オペアンプと、を備え、前記負荷及び前記第1素子が直列接続された第1直列回路と前記第2直列回路とが並列接続され、前記オペアンプは、前記第1直列回路及び前記第2直列回路に接続され、前記オペアンプの出力信号に基づいて前記負荷の温度が検出され、前記第1電気抵抗値は、前記負荷の電気抵抗値未満であり、前記第1直列回路は、前記オペアンプの非反転入力端子又は反転入力端子の一方に接続され、前記第2直列回路は、前記オペアンプの非反転入力端子又は反転入力端子の他方に接続されるものである。
本発明のエアロゾル吸引器の電源ユニットは、エアロゾル生成源を加熱し且つ温度と電気抵抗値が相関を持つ負荷に放電可能な電源を有するエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、前記負荷に対して直列接続される第1電気抵抗値を有する第1素子と、第2電気抵抗値を有する第2素子及び第3電気抵抗値を有する第3素子が直列接続された第2直列回路と、オペアンプと、を備え、前記負荷及び前記第1素子が直列接続された第1直列回路と前記第2直列回路とが並列接続され、前記オペアンプは、前記第1直列回路及び前記第2直列回路に接続され、前記オペアンプの出力信号に基づいて前記負荷の温度が検出され、前記第1電気抵抗値は、前記負荷の電気抵抗値未満であり、前記第1直列回路は、前記第1素子と前記負荷との間において、前記オペアンプの非反転入力端子又は反転入力端子の一方に接続され、前記第2直列回路は、前記第2素子と前記第3素子との間において、前記オペアンプの非反転入力端子又は反転入力端子の他方に接続されるものである。

Claims (26)

  1. エアロゾル生成源を加熱し且つ温度と電気抵抗値が相関を持つ負荷に放電可能な電源を有するエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
    前記負荷に対して直列接続される第1電気抵抗値を有する第1素子と、
    第2電気抵抗値を有する第2素子及び前記第2素子に対して直列接続された第3電気抵抗値を有する第3素子を含み、前記負荷及び前記第1素子の第1直列回路と並列接続された第2直列回路と、
    前記第1直列回路及び前記第2直列回路に接続されるオペアンプと、を備え、
    前記第1電気抵抗値は、前記負荷の電気抵抗値未満であるエアロゾル吸引器の電源ユニット。
  2. 請求項1記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
    前記第1素子は、前記負荷、前記第1素子、前記第2素子、及び前記第3素子の中で最も小さい電気抵抗値を有するエアロゾル吸引器の電源ユニット。
  3. 請求項1記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
    前記第2電気抵抗値と前記第3電気抵抗値の合成抵抗値は、前記電気抵抗値と前記第1電気抵抗値の合成抵抗値よりも大きいエアロゾル吸引器の電源ユニット。
  4. 請求項1記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
    前記第1電気抵抗値は、10mΩ以上且つ0.5Ω未満であるエアロゾル吸引器の電源ユニット。
  5. 請求項1記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
    前記第1電気抵抗値は、1mΩ以上且つ10mΩ未満であるエアロゾル吸引器の電源ユニット。
  6. 請求項1記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
    前記第1電気抵抗値は、0.1mΩ以上且つ1mΩ未満であるエアロゾル吸引器の電源ユニット。
  7. 請求項1記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
    前記オペアンプの非反転入力端子は、前記第1直列回路に接続され、
    前記オペアンプの反転入力端子は、前記第2直列回路に接続され、
    前記第1素子は、前記負荷の高電位側に接続されるエアロゾル吸引器の電源ユニット。
  8. 請求項7記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
    前記第1電気抵抗値は、前記第2電気抵抗値、前記第3電気抵抗値、及び前記負荷の電気抵抗値に基づいて決まる値以下となっているエアロゾル吸引器の電源ユニット。
  9. 請求項7又は8記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
    前記第1電気抵抗値をRとし、前記第2電気抵抗値をRとし、前記第3電気抵抗値をRとし、前記負荷の電気抵抗値をRHTRとした場合に、
    Figure 2021136941
    上記式(I)を満たすエアロゾル吸引器の電源ユニット。
  10. 請求項7記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
    前記オペアンプの負電源端子にはマイナスの既定電位が入力されており、又は、前記第2直列回路において前記オペアンプの反転入力端子と電気的に接続されるノードの電位から既定電位を減算する回路を有し、
    前記第1電気抵抗値は、前記第1直列回路及び前記第2直列回路に印加される電圧、前記既定電位、前記第2電気抵抗値、前記第3電気抵抗値、及び前記負荷の電気抵抗値に基づいて決まる値以下となっているエアロゾル吸引器の電源ユニット。
  11. 請求項7記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
    前記オペアンプの負電源端子にはマイナスの既定電位が入力されており、又は、前記第2直列回路において前記オペアンプの反転入力端子と電気的に接続されるノードの電位から既定電位を減算する回路を有し、
    前記第1電気抵抗値をRとし、前記第2電気抵抗値をRとし、前記第3電気抵抗値をRとし、前記負荷の電気抵抗値をRHTRとし、前記電圧をVOUTとし、前記既定電位をVPSEUDOとした場合に、
    Figure 2021136941
    上記式(II)を満たすエアロゾル吸引器の電源ユニット。
  12. 請求項1記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
    前記オペアンプの非反転入力端子は、前記第2直列回路に接続され、
    前記オペアンプの反転入力端子は、前記第1直列回路に接続され、
    前記第1素子は、前記負荷の低電位側に接続されるエアロゾル吸引器の電源ユニット。
  13. 請求項12記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
    前記第1電気抵抗値は、前記第2電気抵抗値、前記第3電気抵抗値、及び前記負荷の電気抵抗値に基づいて決まる値以下となっているエアロゾル吸引器の電源ユニット。
  14. 請求項12又は13記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
    前記第1電気抵抗値をRとし、前記第2電気抵抗値をRとし、前記第3電気抵抗値をRとし、前記負荷の電気抵抗値をRHTRとした場合に、
    Figure 2021136941
    上記式(III)を満たすエアロゾル吸引器の電源ユニット。
  15. 請求項12記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
    前記オペアンプの負電源端子にはマイナスの既定電位が入力されており、又は、前記第1直列回路において前記オペアンプの反転入力端子と電気的に接続されるノードの電位から既定電位を減算する回路を有し、
    前記第1電気抵抗値は、前記第1直列回路及び前記第2直列回路に印加される電圧、前記既定電位、前記第2電気抵抗値、前記第3電気抵抗値、及び前記負荷の電気抵抗値に基づいて決まる値以下となっているエアロゾル吸引器の電源ユニット。
  16. 請求項12記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
    前記オペアンプの負電源端子にはマイナスの既定電位が入力されており、又は、前記第1直列回路において前記オペアンプの反転入力端子と電気的に接続されるノードの電位から既定電位を減算する回路を有し、
    前記第1電気抵抗値をRとし、前記第2電気抵抗値をRとし、前記第3電気抵抗値をRとし、前記負荷の電気抵抗値をRHTRとし、前記電圧をVOUTとし、前記既定電位をVPSEUDOとした場合に、
    Figure 2021136941
    上記式(IV)を満たすエアロゾル吸引器の電源ユニット。
  17. 請求項1記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
    前記オペアンプの非反転入力端子は、前記第2直列回路に接続され、
    前記オペアンプの反転入力端子は、前記第1直列回路に接続され、
    前記第1素子は、前記負荷の高電位側に接続され、
    前記第1電気抵抗値をRとし、前記第2電気抵抗値をRとし、前記第3電気抵抗値をRとし、前記負荷の電気抵抗値をRHTRとした場合に、
    Figure 2021136941
    上記式(V)を満たすエアロゾル吸引器の電源ユニット。
  18. 請求項17記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
    >Rの関係を満たすエアロゾル吸引器の電源ユニット。
  19. 請求項1記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
    前記オペアンプの非反転入力端子は、前記第2直列回路に接続され、
    前記オペアンプの反転入力端子は、前記第1直列回路に接続され、
    前記第1素子は、前記負荷の高電位側に接続され、
    前記オペアンプの負電源端子にはマイナスの既定電位が入力されており、又は、前記第1直列回路において前記オペアンプの反転入力端子と電気的に接続されるノードの電位から既定電位を減算する回路を有し、
    前記第1電気抵抗値をRとし、前記第2電気抵抗値をRとし、前記第3電気抵抗値をRとし、前記負荷の電気抵抗値をRHTRとし、前記第1直列回路及び前記第2直列回路に印加される電圧をVOUTとし、前記既定電位をVPSEUDOとした場合に、
    Figure 2021136941
    上記式(VI)を満たすエアロゾル吸引器の電源ユニット。
  20. 請求項19記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
    Figure 2021136941
    上記式(VII)を満たすエアロゾル吸引器の電源ユニット。
  21. 請求項1記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
    前記オペアンプの非反転入力端子は、前記第1直列回路に接続され、
    前記オペアンプの反転入力端子は、前記第2直列回路に接続され、
    前記第1素子は、前記負荷の低電位側に接続され、
    前記第1電気抵抗値をRとし、前記第2電気抵抗値をRとし、前記第3電気抵抗値をRとし、前記負荷の電気抵抗値をRHTRとした場合に、
    Figure 2021136941
    上記式(VIII)を満たすエアロゾル吸引器の電源ユニット。
  22. 請求項21記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
    >Rの関係を満たすエアロゾル吸引器の電源ユニット。
  23. 請求項1記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
    前記オペアンプの非反転入力端子は、前記第1直列回路に接続され、
    前記オペアンプの反転入力端子は、前記第2直列回路に接続され、
    前記第1素子は、前記負荷の低電位側に接続され、
    前記オペアンプの負電源端子にはマイナスの既定電位が入力されており、又は、前記第2直列回路において前記オペアンプの反転入力端子と電気的に接続されるノードの電位から既定電位を減算する回路を有し、
    前記第1電気抵抗値をRとし、前記第2電気抵抗値をRとし、前記第3電気抵抗値をRとし、前記負荷の電気抵抗値をRHTRとし、前記第1直列回路及び前記第2直列回路に印加される電圧をVOUTとし、前記既定電位をVPSEUDOとした場合に、
    Figure 2021136941
    上記式(IX)を満たすエアロゾル吸引器の電源ユニット。
  24. 請求項23記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
    Figure 2021136941
    上記式(X)を満たすエアロゾル吸引器の電源ユニット。
  25. 請求項1記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
    エアロゾル生成要求に基づいて、前記負荷が前記エアロゾル生成源からエアロゾルを生成するように前記第1直列回路及び前記第2直列回路に電力を供給する制御装置を備えるエアロゾル吸引器の電源ユニット。
  26. 請求項25記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
    前記制御装置は、前記負荷が前記エアロゾル生成源からエアロゾルを生成するように前記第1直列回路及び前記第2直列回路に電力を供給する間、前記オペアンプの出力に基づき、前記負荷の温度を取得するよう構成されるエアロゾル吸引器の電源ユニット。
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