JP2022502022A - デュアルバッテリー電子タバコ - Google Patents

Abstract

エアロゾル形成基質を加熱して、吸入可能なエアロゾルを生成するための電気ヒーター（１０）を有する電子タバコ（３）が開示される。電気ヒーター（１０）への電力の供給を制御するための制御回路（１６）が設けられる。第１のバッテリー（１）は、完全に充電されたとき、第１の閾値を上回る第１の動作電圧を有し、及び第１のバッテリー（１）は、使用時、制御回路（１６）に電力を供給する。第２のバッテリー（２）は、完全に充電されたとき、第１の閾値を下回る第２の動作電圧を有し、及び第２のバッテリー（２）は、使用時、電気ヒーター（１０）に電力を供給する。

Description

本発明は、電子タバコで使用するためのデュアルバッテリーシステムに関する。

電子タバコは、一層人気の消費者向けデバイスになっている。一部の電子タバコには、気化可能液体を貯蔵する液体リザーバが設けられる。液体リザーバから、噴霧器と呼ばれることもある気化器への流路が設けられる。多くの場合、噴霧器には、リザーバからの液体を吸収できる芯又は吸収体と、吸収体に受け入れられた液体を気化できる加熱コイルとが設けられる。これらの加熱コイルは、吸収体の周囲に巻き付けられた電気抵抗線として設けられることが多い。

他の電子タバコには、従来のタバコと、タバコを燃やすことなく加熱できるヒーターとが設けられる。これらの電子タバコは、使用者のための吸入可能な蒸気を生成することもできる。

通常、電子タバコには、充電式バッテリーが設けられる。バッテリーを完全に充電すると、ある期間の使用が可能になり、その期間後、デバイスを再充電することが必要である。通常、電子タバコは、ヒーターへの電力供給を制御するための制御回路を有する。通常、充電式バッテリーは、制御回路と電気ヒーターとの両方に電力を供給するように設計される。

エアロゾル生成デバイスの一例は、米国特許出願公開第２０１７／０２１５４７７Ａ１号明細書に記載されている。この明細書は、電気ヒーターのみに電気エネルギーを供給するように構成された第１の電力供給部と、第１の電力供給部から電気ヒーターへの電気エネルギーの供給を制御するコントローラに電気エネルギーを供給するように構成された第２の電力供給部とを有するエアロゾル生成デバイスについて記載している。この構成では、ヒーター及びコントローラへの電気エネルギーの供給を別々にすることを採用して、エアロゾル形成基質の消費程度の目安として、第１の電力供給部に残っている電気エネルギーの大きさを使用することを容易にする。この種の構成は、必ずしも全てのタイプのバッテリーに対して効果的であるとは限らないことが判明している。

本発明の１つの目的は、より幅広い種類のバッテリータイプと共に使用することができる電子タバコを提供することである。

本発明の一態様によれば、電子タバコであって、エアロゾル形成基質を加熱して、吸入可能エアロゾルを生成するための電気ヒーターと、電気ヒーターへの電力の供給を制御するように構成された制御回路と、第１のバッテリーであって、完全に充電されたとき、第１の閾値を上回る第１の動作電圧を有し、制御回路に電気的に接続され、且つ使用時に制御回路に電力を供給するように構成される第１のバッテリーと、第２のバッテリーであって、完全に充電されたとき、第１の閾値を下回る第２の動作電圧を有し、電気ヒーターに電気的に接続され、且つ使用時に電気ヒーターに電力を供給するように構成される第２のバッテリーとを含む電子タバコが提供される。

電子タバコは、電子タバコを動作させることができるように制御回路を必要とする。しかしながら、制御回路は、全ての利用可能なバッテリータイプが満たすことはできない電圧要件を有する。本技術は、電子タバコに第２のバッテリーを備えることを可能にし、第２のバッテリーは、電気ヒーターに給電することができるが、制御回路に給電するために必要とされる閾値電圧を下回る動作電圧を有する。従って、第１のバッテリーは、制御回路に給電するために、第１の閾値を上回る動作電圧を備え得、及び第２のバッテリーは、電気ヒーターに給電することができるが、制御回路に給電する必要がないため、より低い動作電圧を備え得る。これにより、より広範なバッテリータイプを用いて電子タバコを製造することが可能になる。

第１の閾値は、３〜３．３Ｖの範囲であり得る。第１の閾値は、３．３Ｖ付近であることが好ましく、なぜなら、これは、制御回路の効果的な動作に必要とされる閾値電圧であるからである。制御回路は、好ましくは、第１の閾値を上回る最小電圧要件を有するマイクロコントローラなどのプロセッサを含む。

第２のバッテリーの第２の動作電圧は、完全に充電されたとき、好ましくは第２の閾値を下回り、及び第２の閾値は、第１の閾値よりも小さい。このようにして、第１の動作電圧と第２の動作電圧とは、互いから離され得る。第２の閾値は、２．５〜３Ｖの範囲であり得る。第２の動作電圧は、約２．６Ｖであることが好ましく、なぜなら、これは、チタン酸リチウム酸化物（ＬＴＯ）バッテリーなどの一部の望ましいバッテリータイプの動作電圧であるからである。

制御回路は、第２のバッテリーによって電気ヒーターに供給される電圧を変換するように構成された電圧増倍器を含み得る。電圧増倍器は、好ましくは、第１のバッテリーによって給電され、且つ第２のバッテリーから出力された電圧を変換する。電圧増倍器は、第２のバッテリーからの電圧を変換して、電気ヒーターに電力を供給するのに適した電圧に到達させることができる。電気ヒーターが必要とする電圧は、そのヒーターの必要とされる特性に応じて変わり得る。電圧増倍器の好ましい種類の１つは、バックコンバータである。

電圧増倍器は、全ての実施形態で必要とされるわけではないことがある。例えば、電気ヒーターが低抵抗コイルである場合、電圧変換なしで低電圧の入力を使用して効果的な加熱をもたらすことが可能であり得る。

第１のバッテリーは、第１の充電容量を有し、及び第２のバッテリーは、好ましくは、第１の充電容量より大きい第２の充電容量を有する。このようにして、第２のバッテリーの充電容量は、第１のバッテリーの充電容量を超え得る。電気ヒーターの所要電力は、通常、制御回路の所要電力よりも大きく、従って、第２のバッテリーは、一般的に、第１のバッテリーよりも大きくなる。

電子タバコの通常使用中、第１のバッテリーの第１の充電容量は、第１の動作期間を提供し、及び第２のバッテリーの第２の充電容量は、第２の動作期間を提供する。通常使用時、第２のバッテリーよりも前に第１のバッテリーが消耗することは、望ましくなく、なぜなら、これにより、第２のバッテリーに電荷が残っていたとしても電子タバコが使用できなくなるであろうからである。従って、第１の動作期間は、好ましくは、第２の動作期間と等しいか又はそれを上回る。

第２のバッテリーは、チタン酸リチウム酸化物、ＬＴＯ、バッテリーなどのリチウムイオンバッテリーであり得る。第１のバッテリーは、第２のバッテリーと異なる化学的性質を有し得る。第１のバッテリーについて、性能、重量、サイズ及びコストの考慮事項に基づいて任意の好都合な化学的性質を選択することができる。

第１及び第２のバッテリーは、好ましくは、再充電可能であり、及び電子タバコは、好ましくは、充電回路を含む。充電回路は、好ましくは、それぞれ第１及び第２のバッテリーのための第１及び第２の集積回路を含む。第１及び第２の集積回路は、好ましくは、共通の充電入力にそれぞれ接続される。このようにして、単一の充電ポートを設けることができ、このポートから供給される電力により、第１及び第２の集積回路を介して第１及び第２のバッテリーを充電することができる。

制御回路は、電気ヒーター又は電気ヒーター若しくはエアロゾル形成基質に関連付けられたセンサからのフィードバックを含み得、それにより、電気ヒーターへの電力の供給は、少なくとも部分的にフィードバック信号に依存する。

電子タバコは、エアロゾル形成基質を含み得る。例えば、電子タバコは、液体リザーバ内に気化可能な液体を含み得るか、又は電子タバコは、電気ヒーターによって加熱することができるタバコ供給量を含み得る。

本発明の別の態様によれば、電子タバコを動作させる方法であって、電子タバコは、エアロゾル形成基質を加熱して、吸入可能なエアロゾルを生成するための電気ヒーターと、電気ヒーターへの電力の供給を制御するように構成された制御回路と、第１のバッテリーと、第２のバッテリーとを含み、この方法は、第１のバッテリーから制御回路に電力を供給するステップであって、第１のバッテリーは、完全に充電されたとき、第１の閾値を上回る第１の動作電圧を有する、ステップと、第２のバッテリーから電気ヒーターに電力を供給するステップであって、第２のバッテリーは、完全に充電されたとき、第１の閾値を下回る第２の動作電圧を有する、ステップとを含む、方法が提供される。

ここで、図面を参照しながら、本発明の実施形態を例として説明する。

本発明の一実施形態における電子タバコの正面斜視図である。 図１Ａに示した電子タバコの背面斜視図である。 図１Ａに示した電子タバコの断面図である。 本発明の一実施形態における電子タバコの構成要素を示す概略回路図である。 本発明の一実施形態における電子タバコの構成要素を示す別の概略回路図である。 本発明の別の実施形態における電子タバコの正面斜視図である。 図４Ａに示した電子タバコの背面斜視図である。 図４Ａに示した電子タバコの断面図である。

本明細書で使用する場合、「吸入器」又は「電子タバコ」という用語は、喫煙のためのエアロゾルを含む、エアロゾルを使用者に送達するように構成された電子タバコを含み得る。喫煙のためのエアロゾルは、０．５〜７マイクロメートルの粒径のエアロゾルを指し得る。粒径は、１０又は７マイクロメートル未満であり得る。電子タバコは、携帯可能であり得る。

図１Ａ〜図１Ｃは、本発明の一実施形態における電子タバコ３を示す。電子タバコ３は、刻み煙草を含む従来のタバコの代替品として使用することができる。電子タバコ３は、細長い本体５、マウスピース部６及びタバコのスティック（図示せず）を受け取るためのオーブン８を含む。オーブン８は、タバコのスティックを燃やすことなく加熱し、蒸気を生成することができる電気ヒーター１０を含む。

蒸気チャネル１２が設けられ、オーブン８とマウスピース部６との間に延びる。マウスピース部６は、使用者の口の人間工学に対応した先端形状になっている。電子タバコは、マウスピース部６及び蒸気チャネル１２と流体連通している吸気口１４を更に含み、それにより、マウスピース部６上で使用者が吸い込むことにより、空気が吸気口１４に入って且つオーブン８及び蒸気チャネル１２を通してマウスピース部６まで流れるようになる。使用者が電気ヒーター１０による蒸気の生成を制御することができる作動ボタン２１が設けられている。

電子タバコは、制御回路を含むプリント回路基板（ＰＣＢ）４に電気的に接続された第１のバッテリー１及び第２のバッテリー２を含む。第１のバッテリー１は、ＰＣＢ４及びＰＣＢ４に接続された制御回路に電力を供給するように構成される。第２のバッテリー２は、ＰＣＢ４内の制御回路の制御下で電気ヒーター１０に電力を供給するように構成される。一例では、第１のバッテリー１は、リチウムポリマーバッテリーとしても知られる、ソフトな袋を備えたＬＣＯ（リチウムコバルト酸化物）角柱バッテリーである。この例では、第１のバッテリー１は、寸法が約３０×１５×７ｍｍであり、容量が２００〜３００ｍＡｈであり、完全に充電されたときに約３．７Ｖの動作電圧を提供する。一例では、第２のバッテリー２は、容量が１１００ｍＡｈの円筒形の形状をしたＬＴＯ（チタン酸リチウム酸化物）バッテリーであり、完全に充電されたときに約２．４Ｖの動作電圧を提供する。第２のバッテリー２の容量は、第１のバッテリー１の容量よりも大幅に高く、なぜなら、第２のバッテリー２によって給電される電気ヒーター１０は、第１のバッテリー１によって給電される制御回路よりも所要電力が大きいからである。

図２は、上述した電子タバコ３内の電気部品を示す概略回路図である。この回路図は、第１のバッテリー１及び第２のバッテリー２を含む。第１のバッテリー１は、制御システム１６内のＰＣＢ４上のマイクロコントローラ１８に電力を供給する。マイクロコントローラ１８は、効果的に動作するためには、約３．３Ｖである第１の閾値を上回る電圧を有する電源によって給電される必要がある。第１のバッテリー１は、マイクロコントローラ１８に適切な電力供給を供給することができるように特に選択され、及び第１のバッテリーは、完全に充電されたとき、第１の閾値を上回る約３．７Ｖの動作電圧を提供する。

制御システム１６は、圧力センサ２０も含む。圧力センサ２０は、電子タバコ３の蒸気チャネル１２内の圧力を測定し、信号をマイクロコントローラ１８に提供するように構成される。従って、使用者がマウスピース６上で吸い込むのに関連した圧力の低下を圧力センサ２０が感知したとき、マイクロコントローラ１８は、信号を提供して電気ヒーター１０を作動させることができる。圧力センサ２０の代替として、使用者がヒーター１０を動作させるために押し下げることができる単純な作動押しボタン２１が設けられ得る。

マイクロコントローラ１８は、ＰＣＢ４上の電力コントローラ２２に接続される。電力コントローラ２２は、バックジェネレータ２４にパルス幅変調制御信号を提供するように構成され、バックジェネレータ２４は、第２のバッテリー２と電気ヒーター１０との間に配置され、電圧変換器として機能する。

第２のバッテリー２は、電気ヒーター１０に電力を供給するように構成される。バックジェネレータ２４は、第２のバッテリー２と電気ヒーター１０との間に配置され、電圧増倍器として機能する。バックジェネレータ２４は、約２．４Ｖである（上述した第１の閾値を下回る）、第２のバッテリーから出力された電圧を、電気ヒーター１０の正常動作に必要とされる電圧に変換する。必要とされる正確な電圧は、選択された電気ヒーター１０の特性に依存する。一実施形態では、バックジェネレータ２４は、テキサス・インスツルメンツ社からのＣＳＤ９５３７７回路に基づき得る。代わりに、同期している又は非同期の別個のシステムが設けられ得る。

第１及び第２のバッテリー１、２に対して充電システム２６も設けられ、これらのバッテリーは、この実施形態では再充電可能である。電力供給ポートがＵＳＢポート２８の形態で設けられる。第１のバッテリー１に対して第１の充電集積回路（ＩＣ）３１が設けられ、第２のバッテリー２に対して第２の充電ＩＣ３２が設けられる。この例示的な実施形態では、第１及び第２の充電ＩＣ３１、３２は、テキサス・インスツルメンツ社からのｂｑ２４７２５Ａ ＩＣに基づいており、これは、異なる化学的性質を有するバッテリーをサポートすることができる。

使用時、ＵＳＢポート２８に電力ケーブルが接続され、第１及び第２のバッテリー１、２は、充電システム２６によって充電される。完全に充電されたとき、第１のバッテリー１は、約３．７Ｖの電圧出力を提供し、これは、第１の閾値を上回り、従って制御システム１６内のマイクロコントローラ１８に給電するのに十分な大きさである。制御システム１６は、第１のバッテリー１から適切な電力供給を受け取ると、アクティブになる。アクティブな制御システム１６は、圧力センサ２０によって適切な圧力低下が検出されると、ヒーター１０を作動させる準備が整っている。圧力センサ２０によって適切な圧力低下が検出されると、マイクロコントローラ１８は、電力コントローラ２２に信号を送り、電力コントローラ２２は、バックジェネレータ２４を介して、第２のバッテリー２から電気ヒーター１０への電力の供給を制御することができる。バックジェネレータ２４は、第２のバッテリー２から出力された約２．４Ｖである電圧を、電気ヒーター１０によって必要とされるより大きい電圧に変換することができる。

第２のバッテリー２が約２．４Ｖの出力電圧を提供することは、注目に値し、この電圧は、マイクロコントローラ１８の動作に必要な第１の閾値を下回り、２．６Ｖの第２の閾値も下回る。第２のバッテリー２から出力された電圧を使用することによって制御システム１６を作動させることは、不可能である。同様に、マイクロコントローラ１８に信号を供給するために第２のバッテリー２からの電圧を変換することは、不可能であり、なぜなら、そのような変換は、やはり最小の動作電圧を必要とする制御システムを介して実施される必要があるからである。現在の構成は、マイクロコントローラ１８の動作に必要とされる閾値を下回る電圧を有する電気ヒーター１０のみに電力を供給するために第２のバッテリー２を使用することを可能にする。これは、多くの望ましい特性を有するものの、低電圧出力を提供することが多いＬＴＯバッテリーを含めて、より幅広い種類のバッテリーと共に電子タバコ３を使用することを促進する。

図３は、本発明の代替的な実施形態における電子タバコ３内の構成要素の概略回路図である。この実施形態では、マイクロコントローラ１８は、圧力センサ２０及び作動ボタン２１からの入力信号を受け取ることができる。従って、前述のように、マイクロコントローラ１８は、作動ボタン２１の押し下げ又は圧力センサ２０による圧力低下の検出に基づいて電気ヒーター１０の動作を制御することができる。この例示的な実施形態では、マイクロコントローラ１８は、バックジェネレータ２４に接続された統合電力コントローラを含む。

制御システム１６は、フィードバック制御のために使用することができるセンサ２５も含む。センサの例としては、温度センサ、コイル抵抗センサ及び気化可能材料内の水分含量を決定するための水分センサが挙げられる。１つ又は複数のセンサ２５からの測定値は、マイクロコントローラ１８内の統合ＰＩＤコントローラに提供され得る。１つ又は複数のセンサ２５からの信号を使用して、第２のバッテリー２により電気ヒーター１０に供給される電力を制御することができる。

図４Ａ〜図４Ｃは、本発明の別の実施形態における電子タバコ３を示す。この例示的な実施形態では、気化可能な媒体は、タバコのスティックではなく、液体である。カプセル３０は、気化可能な液体を貯蔵するためのリザーバ３４を含む。カートリッジ３０は、統合電気ヒーター（図示せず）を含み、このヒーターは、使用者が吸入するための気化可能な液体を気化させるための電力を供給され得る。使用時、カートリッジ３０は、電子タバコ３の上端にある収容部３６内に収容される。気化可能な液体は、目に見える蒸気を生成することができるプロピレングリコール又はグリセリンであり得る。気化可能な液体は、ニコチン及び香料などの他の物質を更に含み得る。カートリッジの代替として、リザーバは、詰め替え可能な「オープンタンク」リザーバとして構成され得る。

液体ベースの電子タバコでは、電気ヒーターは、低電圧であっても動作することができる低抵抗コイルとして提供され得る。例えば、おそらく１Ω以下の非常に低い抵抗率を有するチタンコイルが使用され得る。従って、これらの実施形態では、バックコンバータを使用する必要がないことがあり得る。しかしながら、これらの実施形態では、制御システムが依然として必要である。

Claims (13)

1. 電子タバコであって、
   エアロゾル形成基質を加熱して、吸入可能なエアロゾルを生成するための電気ヒーターと、
   前記電気ヒーターへの電力の供給を制御するように構成された制御回路と、
   第１のバッテリーであって、完全に充電されたとき、第１の閾値を上回る第１の動作電圧を有し、前記制御回路に電気的に接続され、且つ使用時に前記制御回路に電力を供給するように構成される第１のバッテリーと、
   第２のバッテリーであって、完全に充電されたとき、前記第１の閾値を下回る第２の動作電圧を有し、前記電気ヒーターに電気的に接続され、且つ使用時に前記電気ヒーターに電力を供給するように構成される第２のバッテリーと
   を含む電子タバコ。
2. 前記第１の閾値は、３〜３．３Ｖの範囲である、請求項１に記載の電子タバコ。
3. 前記第２のバッテリーの前記第２の動作電圧は、完全に充電されたとき、第２の閾値を下回り、及び前記第２の閾値は、前記第１の閾値よりも小さい、請求項１又は２に記載の電子タバコ。
4. 前記第２の閾値は、２．５〜３Ｖの範囲である、請求項３に記載の電子タバコ。
5. 前記制御回路は、前記第２のバッテリーによって前記電気ヒーターに供給された電圧を変換するように構成された電圧増倍器を含む、請求項１〜４の何れか一項に記載の電子タバコ。
6. 前記第１のバッテリーは、第１の充電容量を有し、及び前記第２のバッテリーは、前記第１の充電容量よりも大きい第２の充電容量を有する、請求項１〜５の何れか一項に記載の電子タバコ。
7. 前記電子タバコの通常使用中、前記第１のバッテリーの第１の充電容量は、第１の動作期間を提供し、及び前記第２のバッテリーの前記第２の充電容量は、第２の動作期間を提供し、前記第１の動作期間は、前記第２の動作期間と等しいか又はそれを上回る、請求項６に記載の電子タバコ。
8. 前記第２のバッテリーは、チタン酸リチウム酸化物、ＬＴＯ、バッテリーなどのリチウムイオンバッテリーである、請求項１〜７の何れか一項に記載の電子タバコ。
9. 前記第１及び第２のバッテリーは、再充電可能であり、及び前記電子タバコは、充電回路を含む、請求項１〜８の何れか一項に記載の電子タバコ。
10. 前記充電回路は、それぞれ前記第１及び第２のバッテリーのための第１及び第２の充電集積回路を含む、請求項９に記載の電子タバコ。
11. 前記第１及び第２の充電集積回路は、共通の充電入力にそれぞれ接続される、請求項１０に記載の電子タバコ。
12. 前記制御回路は、前記電気ヒーター又は前記電気ヒーターに関連付けられたセンサからのフィードバックを含み、それにより、前記電気ヒーターへの電力の供給は、少なくとも部分的に前記フィードバックに依存する、請求項１〜１１の何れか一項に記載の電子タバコ。
13. 電子タバコを動作させる方法であって、前記電子タバコは、エアロゾル形成基質を加熱して、吸入可能なエアロゾルを生成するための電気ヒーターと、前記電気ヒーターへの電力の供給を制御するように構成された制御回路と、第１のバッテリーと、第２のバッテリーとを含み、前記方法は、
    前記第１のバッテリーから前記制御回路に電力を供給するステップであって、前記第１のバッテリーは、完全に充電されたとき、第１の閾値を上回る第１の動作電圧を有する、ステップと、
    前記第２のバッテリーから前記電気ヒーターに電力を供給するステップであって、前記第２のバッテリーは、完全に充電されたとき、前記第１の閾値を下回る第２の動作電圧を有する、ステップと
    を含む、方法。

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