JP3976345B2 - 電気喫煙システムを作動させる電力制御器及びその方法 - Google Patents
電気喫煙システムを作動させる電力制御器及びその方法 Download PDFInfo
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Description
発明の分野
この発明は電気的に動力を供給された喫煙物品、及び特に電気的に動力を供給された喫煙物品へのエネルギーの供給を制御するための方法と装置に関する。
発明の背景
同じ出願人の米国特許第５３８８５９４号、第５５０５２１４号及び第５５９１３６８号は喫煙者に選択的に喫煙を中断及び再開させることを可能としながら、副流煙をかなり減少させた種々の電気的に作動されるライターとシガレットを開示している。同じ出願人の先行米国特許出願シリアルＮｏ．０８／３８０７１８は米国特許第５３８８５９４号として発行された（ＰＭ１６９７）。
米国特許第５３８８５９４号のライターの好ましい実施例はそのシステムのシガレットのタバコロッド部分をスライドして受ける構成で配置された複数の金属製のヘビ状ヒータを含む。このシガレットとライターはシガレットがライター中に挿入されて個々のヒータが吸い込み毎に活性化されるとき、各ヒータがシガレットを支える場所（以下“ヒータフットプリント”と称す）のシガレット周りのスポットで局所的な炭化（charring）が起こるように構成されている。
米国特許第５３８８５９４号において、吸い込みサイクル中の各ヒータ素子に付与されるエネルギーのシーケンスと量は吸い込みが始まったことを感知する吸い込みセンサからの信号を受けて電力サブルーチンを実行する制御器の論理回路によって制御される。電力サブルーチンはその吸い込みの開始で電力源（電池）の電圧を読み取る段階、及び吸い込みの持続時間（そのサイクル時間）が電池放電サイクルの電圧の範囲を通して同じエネルギー合計量（ジュール）を与えるように電力源の電圧に関して調整されるように定常ジュールエネルギータイマーへの閉止信号を導出する段階を含む。この種の電力サブルーチンは電池放電サイクルの極限では喫煙者に異なる味の喫煙体験を与えるかもしれないことが見出された。全電圧では、この形式の制御回路はシガレットがより低電力でより長い経過時間（パルスサイクル）に渡り加熱されるであろうところの電池放電サイクルの終局近辺または終局時にシガレットが喫煙されるのよりより短いパルス持続時間に渡りより強力にシガレットを加熱するであろう。
従ってシガレットの熱処理をその電池／電力源の放電サイクルを通して複製する電気的に作動されるシガレットライターの制御器に対する要求があることが認められた。
同じ出願人のMcCaffertyらの米国特許第５３７２１４８号には、電池電圧を読み取る段階と予想パルス持続時間（例えば１秒）を設定する段階とそのサイクルを多数の間隔（例えば１０間隔、各１００ミリ秒）に分割する段階を含む電力サブルーチンを持つ電気喫煙システムのための制御器が開示されており、そこではエアロゾルを発生するに必要なエネルギーの量が実質的に等しい実質量でその間隔中に調和させられる。サイクルの実行中に、制御器は各電力付与間隔中に選択されたヒータ素子に供給されたエネルギーの量を監視し、その間隔中に修正された調和量のエネルギーが送出されるまで電力の付与を続ける。
米国特許第５３７２１４８号の電力設計は電池電圧に応答してサイクル持続時間を変えるので、電力サブルーチンは電池がそれらの放電電圧サイクルを通して進行するにつれシガレットの熱処理を変えるであろう。
Brooksらの米国特許第４９４７８７４号では、喫煙物品はエアロゾル形成物質で含浸されている単一電気抵抗加熱素子を含み、それは電力サイクルの連続で加熱される。この物品は吸引されるや否や約１．５から約２秒間中断しない電流を供給し、続いて約０．５から約１秒間の“オフ”期間を与える電流制御回路を含む。この特許はまたオン−オフ時間に基づく回路の代替回路を提案しており、この代替回路は加熱素子の温度を直接的にまたは加熱素子を通過する空気の温度をまたはエアロゾル担持加熱素子の温度に関連した特性を持つ第二抵抗器の温度を感知する温度センサまたは他のセンサに接続されたオン−オフ及び電流変調手段を含むであろう。
米国特許第４９４７８７４号に開示された物品はその物品の単一ヒータ及びその上に含浸された物質を繰り返し加熱することによる不利を有し、それが既に消耗したタバコ物質が何回も加熱されるという状況を作り出す。更に、異なる電池電圧ではエネルギーがヒータに供給される速度に目標温度が影響を与えるかもしれず、それは逆にその物品がエアロゾル形成物質をどのように熱処理するかに影響を与えるにちがいない。
発明の目的及び概要
本発明の中心的目的は電気ライターの電池放電サイクルを通して煙の送出を増強するための熱経路が確立されてそれから正確に繰り返されることのできる電気シガレットシステム内の電力付与制御器及びその付与方法を提供することにある。
本発明の他の目的は電気シガレットライターの電池の放電サイクルを通して一貫した煙を送出する電気シガレットライターを提供することにある。
本発明のなお今一つの目的は電気喫煙システムのライターの設計に関して、ヒータ素子内に過大温度を課すことなしに煙の送出を増強する熱−ヒストグラムを決定するための方法論と共に、そのライターによる各シガレットの熱処理が吸い込み毎に及びシガレット毎に正確に繰り返されるようにかつヒータ素子の使用可能寿命が長くなるように予め決められた熱−ヒストグラムの正確な実行のためのライターの制御器を構成するための方法論を提供することにある。
本発明の今一つの目的は電気喫煙システムのライターにおける区分化された電力付与サイクルを提供することにあり、そのサイクルパラメーターは消費者の好みに合致するように、その電気シガレットシステムにより作られる煙の味、衝撃及びアロマに希望の主観的結果が達成されるようにヒータ幾何学で巧みに操作されかつそれと調和させられる。
これらの及び他の目的は喫煙システムが吸い込み毎のそしてその電池（または他の電力源）の放電サイクルを通しての一貫した送出を提供するように電気喫煙システムの電力サイクルの付与を制御する装置と方法を提供する本発明により達成される。好ましくは、この電気喫煙システムは電力源、複数のヒータ素子及び少なくとも一つの前記ヒータ素子を電力サイクル中に電力源と制御可能に連絡するための制御器を含むライターを含む。
新規な方法は次の段階を含む：吸い込みに応答して各ヒータ活性化が実行されるように好ましい熱経路（または“熱−ヒストグラム”）を確立する段階；そして希望の熱−ヒストグラムによって電力サイクルを構成する段階。後者の段階はそれぞれが各フェーズのためのそれぞれの予め決められた経過時間と合計エネルギー入力を持つ少なくとも第一と第二フェーズに電力サイクルを分割することを含む。この方法は更に電力源の放電サイクル（電力源の作動電圧変化の上限と下限）を予め決める段階及び要求により電力源のリアルタイム電圧を決定し、各フェーズの確立された、それぞれの合計エネルギー入力が各電力サイクルの実行中に達成されるように電力サイクルの各フェーズのそれぞれのデューティサイクル（または他の電力調整因子）を電圧読み取りに応答して調整することにより構成された電力サイクルを繰り返し実行する段階を含む。従って制御器は電力源の放電サイクルを通して希望の熱−ヒストグラムの正確な繰り返しを与える。
本発明の今一つの特徴は電力源のリアルタイム負荷電圧及びヒータ素子を通るリアルタイム電流を読み取ることにより前述の熱−ヒストグラムにより電力サイクルを実行し、各フェーズの確立された、それぞれの平均電力が各電力サイクルの実行中に達成されるように電力サイクルの各フェーズのそれぞれのデューティサイクルをその電圧及び電流の読み取りに応答して（好ましくは、パルス密度を調整することにより）調整する代替法にある。
本発明のなお一つの特徴はヒータ素子の過大な温度ピークを避けかつそれらの使用可能寿命予測を延ばすように、電力サイクルの第一と第二（またはそれ以上の）フェーズを構成する段階にある。
【図面の簡単な説明】
本発明の他の目的、利点及び新規な特徴は添付図面に関して考察するとき本発明の好ましい実施例の以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。図面において：
図１は本発明の好ましい実施例による喫煙システムの電気的に作動されるライター中に挿入されたシガレットを有する透視図であり；
図２は喫煙の終局のライターから引き抜かれたシガレットを有する図１の喫煙システムの透視図であり；
図３は図１に示されたライターの好ましいヒータ器具及びへび状ヒータ素子を含む部分的に分解された透視詳細図であり；
図４は波打つヘアピンヒータ素子を含む代替、好適ヒータ器具の断面側面図であり；
図５は真直ぐなヘアピンヒータ素子を含む他の好適ヒータ器具の断面側面図であり；
図６はシガレットのある要素が部分的にほどかれた図１及び図２に示されたシガレットの詳細透視図であり；
図７は図１及び図２に示されたライターのための制御回路の図式的ブロック−ダイヤグラムであり；
図８は図１及び図２に示されたライターの電力源と組み合わされた典型的な電池放電サイクルのグラフ的描写であり；
図９は図５に示された形式のヒータ素子におけるエネルギー入力（ジュール）に関するピーク温度（℃）間の関係のグラフ的描写であり；
図１０は１０×１２ミリメートルの真直ぐなヘアピンヒータ素子（図５に示した形式の）及び８×１６ミリメートルの波打つヘアピンヒータ素子（図４に示した形式の）を用いた、定常電力プロファイルで実行された電力サイクルに対するミリグラム／シガレットの全粒子状物体（ＴＰＭ）対合計エネルギー入力（ジュール）間の関係のグラフ的描写であり；
図１１は好ましい二フェーズ熱−ヒストグラムのグラフ的描写であり；
図１２はフェーズ分割された電力サイクルを通して電力変調された第一高電力フェーズ中の続いての第二低電力フェーズ中の時間対ヒータ温度の例示であり；
図１３は好適実施例の論理回路により作られたパルス波形状の種々の特性を示すダイヤグラムであり；
図１４は本発明の好適実施例により達成された方法論に従って確立されたところの電力サイクルのための今一つの好ましいヒストグラムであり；
図１５は電池電圧が５．２ボルトの全充電状態にあるときの好適実施例の制御回路により作られた電力サイクルのディジタルアナライザにより検出されたピークワット数対時間のグラフ的描写であり；
図１６は電池電圧が３．８ボルトのほぼ消耗された状態にあるときの好適実施例の制御回路により作られた電力サイクルのディジタルアナライザにより検出されたピークワット数対時間のグラフ的描写であり；
図１７は好ましい電力サイクルの第一と第二フェーズにおけるデューティサイクル対電池電圧ｖinのグラフ的描写であり；
図１８はエネルギー（合計ジュール及び第一と第二フェーズのジュール）対ｖinのグラフ的描写であり；そして
図１９は本発明の今一つの好適実施例により配置された制御回路を持つ、図１及び図２に示されたライターのための制御回路の図式的ブロックダイヤグラムである。
好ましい実施例の詳細な説明
図１と図２を参照するに、本発明の好ましい実施例は好ましくは部分的に充填された、フィラーシガレット２３と再利用可能なライター２５を含む喫煙システム２１を提供する。シガレット２３はライター２５の前端部２９で受け具２７中に挿入されそれから取り出されるのに適合している。一旦シガレット２３が挿入されると、喫煙システム２１は伝統的なシガレットと殆ど同じ様式で使用されるが、シガレット２３は明るくなることやくすぶることはない。シガレット２３は１回またはそれ以上の吸い込みサイクル後に捨てられる。好ましくは、各シガレット２３は一服当たり合計して８吸い込み（吸い込みサイクル）またはそれ以上を提供する；しかし利用可能な扱い込みのより少ないまたはより多い合計数に調整することは設計上の方策の問題である。
この喫煙システムは同じ出願人の米国特許第５３８８５９４号及び第５３８８５９４号により詳細に述べられており、それらはその全部を参考までにここに組み入れられる。部分的に充填された、フィラーシガレット２３は更に同じ出願人の米国特許第５４９９６３６号に述べられており、それは参考までにここに組み入れられる。
ライター２５は前方及び後方ハウジング部３３と３５を有するハウジング３１を含む。一個またはそれ以上の電池３５ａが後方ハウジング部３５内に取り外し可能に設けられており、受け具２７に隣接して前方ハウジング部３３内に配置されている複数の電気的に抵抗加熱する素子３７（図２に示す）にエネルギーを供給する。前方ハウジング部３３内の制御回路４１は電池３５ａとヒータ素子３７間の電気的連絡を確立する。本発明の好ましい実施例は制御回路４１に関する詳細を含むが、それらはより詳細に図７を参照して始まる節で検討される。
なお図１と図２を参照するに、好ましいはライターハウジング３１の後方部３５は電池の交換を容易とするために、ねじまたはスナップ嵌め要素等により、容易に開閉されるのに適合されている。もし望むなら、家庭電流等で電池を再充電するための電気ソケットまたは接点を設けることもできる。好ましくは、前方ハウジング部３３はありつぎまたはソケット嵌め等により、後方ハウジング部３５に取り外し可能に結合される。
電池３５ａは意図する如く機能するようにヒータ３７に十分な電力を供給する大きさであり、好ましくは交換可能な再充電可能な形式で構成される。電力の代替源はコンデンサー等が適している。好ましい実施例において、電力源は合計してほぼ４．８から５．６ボルトの範囲の無負荷電圧を持つ直列に連結された４個のニッケル−カドミウム電池を含む。しかし、この電力源の特性は喫煙システム２１の他の要素の特性、特に加熱素子３７の特性を考慮して選択される。参考までにここに組み入れられる同じ出願人の米国特許第５１４４９６２号は再充電可能な電池源及び電池とその電池により再充電されるコンデンサーを含む電力装置のような、本発明の喫煙システムに関して有用な電力源のいくつかの形式を記載している。
特に図２を参照するに、好ましくは回路４１はシガレット２３の喫煙者による吸引開始により起こる圧力の変化または空気流速の変化のいずれかに感応する吸い込み作動センサ４５により活性化される。吸い込み作動センサ４５は好ましくはライター２５の前方ハウジング部３３内に設けられ、ヒータ器具３９の基部に設けられた停止具１８２を通って延びる通路を通してシガレット２３に隣接したヒータ器具３９の内側の空間と連通している。喫煙システム２１内で使用するのに適した吸い込み作動センサ４５は同じ出願人の米国特許第５０６０６７１号及び第５３８８５９４号に述べられており、その開示内容は参考までにここに組み入れられる。吸い込みセンサ４５は好ましくはイリノイ州フリーポートのHoneywell社のMicroSwitch部門により製造された１６３ＰＣＯ１Ｄ３５型シリコンセンサを含む。熱線風速計の原理を用いるような流速感知装置はまた空気流の変化の検出によりヒータ素子３７の適当な一つを活性化するために有用であることが成功裏に証明された。センサ４５により一旦活性化されると、制御回路４１は電流をヒーター素子３７の適当な一つに向ける。
表示器５１がライター２５の外側に沿う位置に、好ましくは前方ハウジング部３３上に設けられており、シガレット２３の一服の残りの吸い込みの数を示す。表示器５１は好ましくは７セグメント液晶表示器を含む。好ましい実施例では、表示器５１はシガレット検出器５３がヒータ器具３９内のシガレットの存在を検出すると数字“８”を表示する。検出器５３は好ましくはシガレット受け具２７の開放端に隣接した光センサを含み、それは光線が反射されるとき（またはその代わりに伝達されるとき）挿入されたシガレット２３を検出する。それにより、シガレット検出器５３は回路４１に信号を供給し、この回路は逆にそれに応答して表示器５１に信号を供給する。表示器５１上の数字“８”の表示は各シガレット２３に設けられた８個の吸い込みが利用可能であること、すなわち、ヒータ素子３７のどれもシガレット２３を加熱するために活性化されていないことを反映している。シガレット２３が完全に喫煙されると、表示器は数字“０”を表示する。シガレット２３がライター２５から取り除かれると、シガレット検出器５３はもはやシガレット２３の存在を検出せず、表示器５１は消える。シガレット検出器５３は定常的に光線を発射しないように変調されており、それはそうでなければ電力源３５ａに不必要な枯渇を作り出すであろう。この喫煙システム２１で使用するのに適した好ましいシガレット検出器５３はテキサス州７５００６キャロントン、西クロスビイ通り１２１５のOPTEX Technology社により製造されたＯＰＲ５００５型光センサである。これに代えて、検出器５３は受け具２７を横切る赤外線透過率の変化を感知する赤外線光源とそれに対向したセンサを含むことができる。
吸い込み数の残りを表示する代わりに、検出表示器がシステムが活性化されているか活性化されていないか（“オン”または“オフ”）を示すように代わって配置されてもよい。
上述のシガレット検出器５３を用いるのに代わる幾つかの可能なものの一つとして、機械的スイッチ（図示せず）がシガレット２３の存在または不存在を検出するために設けられてもよく、新しいシガレットがライター２５中に挿入されるとき、例えば表示器５１に数字“８”等を表示させるために回路４１をリセットするためのリセットボタン（図示せず）が設けられてもよい。本発明の喫煙システム２１で有用な電力源、回路、吸い込み作動センサ、及び表示器は同じ出願人の米国特許第５０６０６７１号（ＰＭ１３３７）、米国特許第５３８８５９４号及び同じ出願人の米国特許第５５０５２１４号に記載されており、これら全てが参考までここに組み入れられる。
さて、図８を参照するに、好ましい４個のセルのニッケルカドミウム電池３５ａは典型的に図８に４０で概括的に示されているような電圧放電サイクルを有する。この放電サイクルは全充電状態ｖin-max（好ましい実施例では好ましくは５．１ボルトまたはほぼ５．１ボルト）から予め選ばれた最低電圧ｖin-min、好ましい実施例では好ましくは４．１ボルトまたはほぼ４．１ボルト、までのそれらの使用を通しての電池３５ａの出力電圧（ｖin）の変化を表している。好ましくは低い“カットオフ”電圧ｖin-minはライター２５の一貫性作動のためには低すぎると知られている“ベースメント”電圧ｖin-bsmntのわずか上で確立される。
さて図３を参照するに、ライター２５の前方ハウジング部３３はシガレット２３をスライド的に受ける実質的に円筒状のヒータ器具３９を支持する。ヒータ器具３９はヒータ素子３７を収容し、ヒータ器具３９はヒータ素子３７が各シガレットに沿ってほぼ同じ位置にシガレット２３に横付けに配置されるようにヒータ素子３７に対して固定関係で挿入されたシガレット２３を支持するのに適合されている。各ヒータ素子３７が完全に挿入されたシガレット２３を支える（またはそれと熱的に接触する）ところの位置はここでヒータフットプリントと呼ぶ。
シガレット毎に各シガレット２３に関して加熱素子３７の一貫した配置を確実とするために、ヒータ器具３９はシガレットがライター２５中に挿入されるときにシガレットがそれに対して押し付けられる停止具１８２を備えている。シガレット２３をヒータ２５に関してそろえるための他の方策をその代わりに用いることができる。
ライター２５の前方ハウジング部３３はまた電気制御回路４１を含み、それは予め決められた量のエネルギーを電力源３５ａから加熱素子３７へ送出する。好ましい実施例では、ヒータ器具３９はシガレット２３をスライド的に受けるように受け具２７と同心的に整合した８個の円周的に間隔の離れた加熱素子３７を含む。それらは好ましくはへび状形状を含む。構成の詳細及びヒータ器具３９内の電気接続の確立は同じ出願人の米国特許第５３８８５９４号；第５５０５２１４号；及び第５５９１３６８号に示されかつ述べられており、それら文献の全てのその全体が参考までにここに組み入れられる。
さて図４を参照するに、最も好ましくはヒータ素子３７はここで波打つヘアピン３７′と呼ばれる設計のものであり、そこでは各ヒータ素子３７′は少なくとも第一と第二のへび状の、長い部分５０ａと５０ｂを含み、それらは端部１１８で連結されている。各ヒータ器具３７′を通る電気通路はそれぞれピン１０４を通って、ピン１０４とへび状部材の一つ５０ａとの間の接続部１２２を通って、端部１１８の少なくとも一部を通って他のへび状部材５０ｂに、そしてヒータ素子３７′の基部１１０に帰ることにより確立される。基部１１０は基部１１０とピン１０５間の接続１２３を通して全てのへび状部材５０ｂの第二ピン１０５との共通接続を提供する。このヒータ器具３９′の更なる詳細は同じ出願人の米国特許第５５９１３６８号に記載されており、その全体が参考までにここに組み入れられる。
さて図５を参照するに、今一つの好ましい設計は長い部材５０ａ″と５０ｂ″がへび状の代わりにほぼ真直ぐであることを除き、図４の波打つヘアピン素子３７′に似た接続と構成を持つ真直ぐなヘアピン３７″の形のヒータ素子を含む。両形式のヘアピンヒータの長い部材は好ましくはシガレット２３をより積極的に係合するために内向きに偏倚されている。このヒータ器具３９″の詳細は同じ米国特許第５５９１３６８号中に記載されている。
さて図３を参照するに、なお今一つの好ましいヒータ器具３９は“単一へび状”素子３７を含み、その各々はその対向端でリード１８６及び１８７を通して制御回路に電気的に接続されている。このヒータ器具３７に関する詳細は同じ出願人の米国特許第５３８８５９４号（ＰＭ１６９７）に記載されており、その全体が参考までに組み入れられる。
ライター２５の一部として作動される追加のヒータ器具３７は同じ出願人の米国特許第５６６５２６号及び第５４９８８５５号に開示されたものを含み、それらの全体が参考までにここに組み入れられる。
好ましくは、ヒータ３７は回路４１の制御の下に電力源３５ａによって個々にエネルギーを与えられ、シガレット２３の円周回りの間隔を置いた場所で好ましくは８回ほどシガレット２３を加熱する。この加熱は通常より伝統的なシガレットの一服で達成されるように、シガレット２３から８吸い込みを与える。同時に一つ以上のヒータを活性化するのが一吸い込みまたはそれ以上または全ての吸い込みのために好ましいかもしれない。
さて図６を参照するに、シガレット２３は好ましくは同じ出願人の米国特許第５４９９６３６号に記載された好ましい実施例により構成され、その全体が参考までにここに組み入れられる。
シガレット２３はタバコロッド６０とフィルターチップ６２を含み、それらはチップ紙６４で一緒に結合される。
シガレット２３のタバコロッド６０は好ましくはタバコウエブ６６を含み、それはその一端をフリーフローフィルタ７４周りに他端をタバコプラグ８０周りに管状（円筒状）形状に折りたたまれている。
オーバーラップ７１がタバコウエブ６６周りに密接して巻かれ、より伝統的なシガレットの構成では通例であるような縦方向継目に沿って一緒に保持される。オーバラップ７１はフリーフローフィルタ７４とタバコプラグ８０周りにラップ状態でタバコウエブ６６を保持する。
タバコウエブ６６自身は好ましくはベースウエブ６８とこのベースウエブ６８の内表面に沿って設けられたタバコフレーバ物質７０の層を含む。タバコロッド６０のチップ端７２で、タバコウエブ６６はオーバラップ７１と一緒に管状フリーフローフィルタプラグ７４周りに巻かれる。好ましくは、タバコプラグ８０はタバコウエブ６６とは別に構成され、プラグラップ８４内に包まれたかつそれにより保持されたカットフィラータバコの比較的短い柱を含む。
一般問題として、タバコプラグ８０の長さは好ましくはフリーフローフィルタ７４とタバコプラグ８０との間のタバコロッド６０に沿って空所９０が確立されるようにタバコロッド６０の全長に関して設定される。空所９０はタバコロッド６０の非充填部に相当し、タバコロッド６０のフリーフローフィルタ７４を通してチップ６２と直接流体連通している。
チップ６２は好ましくはタバコロッド６０に隣接して設けられたフリーフローフィルタ９２と、タバコロッド６０からチップ６２の遠方端にある吸い口フィルタプラグ９４とを含む。好ましくはフレーフローフィルタ９２は管状であり、非常に小さな圧力低下で空気を送る。しかし、標準形状の他の低効率フィルタをその代わりに用いることもできる。フリーフローフィルタ９２のための内径は好ましくは２から６ｍｍであり、好ましくはタバコロッド６０のフリーフローフィルタ７４のそれより大きい。
吸い口フィルタプラグ９４は外見上の目的のためにチップ６２の自由端を閉じているが、もし望むなら、吸い口フィルタプラグ９４は好ましくは約１５から２５パーセント効率の低効率フィルタを含むのが好ましいが、幾らかのフィルタ効果を持たせてもよい。
さて図１と図７を参照するに、ライター２５の電気制御回路４１は論理回路１９５を含み、それは好ましくはマイクロコントローラまたは特定用途向けＩＣ（また“ＡＳＩＣ”）を含む。制御回路はまたライター２５内のシガレット２３の挿入を検出するための光センサ５３、挿入されたシガレット２３の吸引を検出するための吸い込みセンサ４５、シガレットに残っている吸い込みの数を示すためのＬＣＤ表示器５１、電力源３７及びタイミングネットワーク１９７を含む。
論理回路１９５はここに検討された機能を実行することのできる如何なる通常の回路も含むことができる。利用者書き込み可能ゲートアレイ（例えばカリフォルニア州、サニイベール、Actel Corporationから入手可能な、ACTEL A1280A FPGA PQFP 160型）またはマイクロコントローラが他の要素により実行されるアナログ機能と共にディジタル論理機能を実行するようにプログラムされる。ＡＳＩＣまたはマイクロコントローラは一要素でアナログとディジタル機能の両方を実行することができる。本発明の制御回路４１と論理回路１９５に類似の制御回路及び論理回路の特徴は、例えば、同一出願人の米国特許第５０６０６７１号、同第５５０５２１４号に開示されており、これらの開示内容は参考までにここに組み入れられる。
好ましい実施例では、８個の個々のヒータ素子４３（図７には示されていない）が対応する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）ヒータスイッチ２０１−２０８を通して電力源３７の正端子及び接地に接続されている。個々の（または選ばれた）ヒータスイッチ２０１−２０８が論理回路１９５による電力サイクルの実行中に、それぞれ端子２１１−２１８を通して論理回路１９５の制御下にスイッチオンされるであろう。論理回路１９５はヒータの対応するそれを活性化及び不活性化するためにヒータスイッチ２０１−２０８の特定のそれを活性化及び不活性化するための信号を提供する。
論理回路１９５はタイミング回路１９７と共働して予め決められた合計サイクル期間（“ｔtotal”）に従って各ヒータ素子３７の活性化及び不活性化を正確に実行しかつ各合計サイクル期間を予め決められた数のフェーズ（この各フェーズはそれ自身の予め決められた時間間隔（“ｔphase”）を有する）に正確に分割する。好ましい実施例では、合計サイクル期間ｔtotalは１．６秒（喫煙者のシガレットへの吸引に通常関係する２秒間の持続時間より少ないように、余裕の量をプラスして）であるように選ばれており、かつ合計サイクル期間ｔtotalは好ましくは２フェーズ（第一フェーズは予め決められた時間間隔（“ｔphase 1”）１．０秒を持ち、第二フェーズは予め決められた時間間隔（“ｔphase 2”）０．６秒を持つ）に分割される。合計サイクル時間ｔtotal、合計フェーズ数及びそれぞれのフェーズ期間は、特に、それぞれのヒータ素子３７とシガレット２３の隣接部間の好ましい熱的相互作用（“熱−ヒストグラム”）を正確に複製（duplicate）する電力サイクルを実行する能力を制御回路４１内に確立するのに伴う教示に従って導出されるパラメーターである。追加的に、一旦好ましい熱−ヒストグラムが確率されると或るパラメータ（好ましくは各フェーズ内のデューティサイクル）は、上述の電波放電サイクルによって遂行される電圧ｖinの範囲を通して各電力サイクル毎に予め決められた熱−ヒストグラムを正確に複製するように制御回路４１によって動的に調整される。
吸い込み作動センサ４５は論理回路１９５に喫煙者活性化（すなわち、十分に持続した時間間隔に渡る圧力または空気流の連続低下）を指示する信号を供給する。論理回路１９５は吸い込み作動センサ４５からの誤信号に応答してヒータ素子の不注意な活性化を避けるために小さな空気圧変化とシガレットへのより持続した吸引との間を区別するためのデバウンシングルーチンを含む。吸い込み作動センサ４５は演算増幅器を駆動するのに用いられる圧電抵抗圧力センサまたは光フラップセンサを含むことができ、このセンサの出力は逆に論理信号を論理回路１９５に供給するのに用いられる。この喫煙システムに関して使用するのに適した吸い込み作動センサは、イリノイ州、フリーポート、Honeywell社のMicroSwitch部門により製造された、１６３ＰＣ０１Ｄ３５型シリコンセンサ、またはカリフォルニア州、フリーモント、Lucas-Novaから入手可能な、ＮＰＨ−５−０２．５Ｇ ＮＯＶＡ型センサ、またはカリフォルニア州、サニイベール、SenSym社から入手可能な、ＳＬＰ００４Ｄ型センサを含む。
停止具１８２に隣接して設けられた光センサ５３は論理回路１９５にシガレット２３のライター２５中への適正な深さ（すなわち、シガレットが反射光ビームにより検出されるような光センサの数ミリメートル内にある）への挿入を指示する信号を供給する。この喫煙システムに関して使用するのに適した光センサは、テキサス州７５００６、キャロルトン、西クロスビイ通り１２１５のOPTEK Technology社により製造されたＯＰＲ５００５型光センサである。
エネルギー節約のために、吸い込み作動センサ４５及び光センサ５３は低デューティサイクル（例えば、約２から１０％デューティサイクル）でサイクルオンオフされるのが好ましい。例えば、吸い込み作動センサ４５は１０ミリ秒毎に１ミリ秒間スイッチオンされるのが好ましい。もし、例えば、吸い込み作動センサ４５が４個の連続パルスの間（すなわち４０ミリ秒間に渡り）シガレットへの吸引を指示する圧力低下または空気流を検出したら、吸い込み作動センサは端子２２１を通して論理回路１９５に信号を送る。論理回路１９５はそのとき端子２１１−２１８の適当な一つを通してＦＥＴヒータスイッチ２０１−２０８の適当な一つをスイッチオンする信号を送る。
同様に、光センサ５３は好ましくは１０ミリ秒毎に１ミリ秒間スイッチオンされる。もし、例えば、光センサ５３がシガレット２３のライター２５中への存在を示す４個の連続反射パルスを検出したら、光センサは端子２２３を通して論理回路１９５に信号を送る。論理回路１９５はそのとき端子２２５を通して吸い込み作動センサ４５に信号を送り吸い込み作動センサをスイッチオンする。論理回路１９５はまた端子２２７を通して表示器５１に信号を送りそれをスイッチオンする。上記の変調技術は吸い込み作動センサ４５及び光センサ５３により必要とされる時間平均電流を減らし、かくして電力源３７の寿命を延ばす。
論理回路１９５はＰＲＯＭ（プログラム可能読み取り専用メモリ）３００を含み、これは好ましくは少なくとも二つのデータベースまたは“参照表”３０２と３０４、及び任意的に、第三のデータベース（参照表）３０６を含む。参照表３０２，３０４（及び任意的に３０６）のそれぞれは電池電圧ｖinの指示信号を即時電力サイクルのそれぞれのフェーズの実行に使用されるデューティサイクル（第一フェーズに対しては“ｄｃ1”そして第二フェーズに対しては“ｄｃ2”）の指示信号に変換する。
電力サイクルの開始により、論理回路は電池電圧ｖinの指示信号を受け、それから即時読み取りｖinを第一参照表３０２に参照して電力サイクルの第一フェーズの開始のためのデューティサイクルｄｃ1を確立する。第一フェーズはタイミングネットワーク１９７が第一フェーズのあらかじめ決められた時間間隔ｔphase 1が経過したことを示す信号を供給するまで続けられ、そこで論理回路１９５はｖinと第二参照表３０４を参照して第二フェーズを開始するためのデューティサイクルｄｃ2を確立する。第二フェーズはタイミングネットワーク１９７が第二フェーズの予め決められた時間間隔ｔphase 2が経過したことを示す信号を供給するまで続けられ、そこでタイミングネットワーク１９７は端子２２９で論理回路１９５に閉止信号を供給する。任意的に、論理回路１９５は第三フェーズを開始し、第三デューティサイクルｄｃ3を確立することができ、そして予め決められた第三フェーズの時間間隔（ｔphase 3）が経過するまで閉止信号は発生させられない。本発明は追加のフェーズで同様に実行されることができよう。
本発明は参照表に対する参照を各フェーズの開始部に限定することによって実行して各フェーズの実質的全体を通して適用されるデューティサイクルを確立することができるけれども、洗練された好ましい実行は制御回路が各フェーズを通して進行するときの電池電圧の変動に応答してデューティサイクルに設定する値を動的に調整するようにそれぞれの参照表３０２，３０３及び３０６と一緒に連続的ｖinを参照するように論理回路１９５を構成させることである。このような装置は希望の熱−ヒストグラムのより正確な繰り返しを提供する。
好ましくは、電力サイクルを確立するまたは構成する前記段階は前記電源の電圧放電サイクルの下限部の電圧水準で最大値のデューティサイクルを予め選ぶ段階を含む。好ましくは、選択されたデューティサイクルの前記最大値は前記電圧放電サイクルの下限作動電圧水準より低い電圧水準で確立される。
タイミングネットワーク１９７はまた電池が放電するとき一つのヒータ素子４３の次への作動を防ぐように適合させられている。同じ出願人の米国特許第５５０５２１４号に記載されているような、他のタイミングネットワーク回路構成がまた使用されることができ、その開示内容は参考までにここに組み入れられる。
作動中、シガレット２３はライター２５中に挿入されており、シガレットの存在は光センサ５３により検出される。光センサ５３は端子２２３を通して論理回路１９５に信号を送る。論理回路１９５は電力源３７が充電されているかどうかまたは即時電圧が容認最小値ｖin-min以下であるかどうかを確認する。もし、シガレット２３のライター２５への挿入後に、論理回路１９５が電力源の電圧が低過ぎること、ｖin-min以下であることを検出したら、表示器５１は明滅し、電力源が再充電または交換されるまでライターの更なる作動は抑止されるであろう。電力源３７の電圧はまたヒータ素子３７の点火中監視され、もし電圧が予め決められた値以下に低下したらヒータ素子の点火は中断される。
もし電力源３７が充電され電圧が十分であれば、論理回路１９５は端子２２５を通して信号を吸い込みセンサ４５に送り喫煙者がシガレット２３を吸引しているかどうかを決定する。同時に、論理回路１９５は端子２２７を通して表示器５１に信号を送り、かくしてＬＣＤが８吸い込みが利用可能であることを反映する数字“８”を表示する。
論理回路１９５が端子２２１を通して吸い込み作動センサ４５から持続した圧力低下または空気流が検出されたとの信号を受けると、論理回路は電圧を節約するために吸い込みの間光センサ５３をロックアウトする。論理回路１９５は端子２３１を通してタイマーネットワーク１９７に信号を送りタイマーネットワークを活性化し、それがそれからフェーズ毎に前述の態様で機能し始める。論理回路１９５はまたダウンカウントルーチンにより、８個のヒータ素子のどのものが加熱されるべきかを決定し、適当な端子２１１−２１８を通してＦＥＴヒータスイッチ２０１−２０８の適当な一つをスイッチオンさせる信号を送る。適当なヒータはタイマーが進行する間その状態のままである。
タイマーネットワーク１９７が端子２２９を通してタイマーが進行を停止したことを示す信号を論理回路１９５に送ると、特定のオンＦＥＴヒータスイッチ２１１−２１８がスイッチオフされ、それによりヒータ素子から電力を取り除く。論理回路１９５はまたダウンカウントし、表示器が一つ少ない吸い込みが残っている（すなわち第一吸い込みの後では“７”）ことを表示するように端子２２７を通して表示器５１に信号を送る。喫煙者が次にシガレット２３を吸い込むと、論理回路１９５はＦＥＴヒータスイッチ２１１−２１８のうち別の予め決められたものをスイッチオンし、それによりヒータ素子のうち別の予め決められたものに電力を供給する。この工程は表示器５１がシガレット２３にもはや吸い込み回数が残っていないことを意味する“０”を表示するまで繰り返されるであろう。シガレット２３がライター２５から取り除かれると、光センサ５３はシガレットが存在しないことを指示し、そして論理回路１９５がリセットされる。
参考までに組み入れられる米国特許第５５０５２１４号に記載されている機能のような、他の機能は上述の機能の代わりにまたはそれに加えて、制御回路４１内に組み入れることができる。例えば、もし望むなら、種々の動作不可能機能を設けることもできる。動作不可能機能の一形式は電力源３７が回復する時間を持つように、余り近過ぎて一緒に起こる連続吸い込みを防ぐためのタイミング回路（図示せず）を含む。別の動作不可能機能はもし無認可製品がヒータ器具３９内に挿入されたならヒータ素子４３を動作不可能とするための手段を含む。例えば、シガレット２３は加熱素子４３が起動される前にライター２５が認識せねばならない識別特徴を備えていてもよい。
好ましい熱−ヒストグラムを確立すること
図７を参照して前に検討したように、制御回路４１は予め決められた時間間隔ｔ1とｔ2の好ましくは第一と第二フェーズを含む電力サイクルを実行するように構成される。
基本的に、ここで引き受けられる仕事は、送出の即時性、衝撃、味、アロマ及び容量のような、各シガレット２３の喫煙で希望の主観的特性が達成されるように各ヒータ素子３７に電力を付与するための動作解析（regimen）を確立することにある。
まず最初に、電力サイクルのための合計時間間隔を導出するとき、喫煙者がシガレットをほぼ２秒間吸引するという、そしてＦＴＣ試験法が標準的な２秒吸い込みを含むという一般的観察に考慮が払われる。
また、もし電気喫煙システムの電力サイクルが２秒タイムマークを越えて続けられるとしたら、吸い込みサイクルの後方部で生成したエアロゾルの一部は喫煙者の吸引の終結時に喫煙システム内に滞留するかもしれず、この状況はヒータ上にエアロゾルの凝縮を激化することが発見された。
従って、電気喫煙システムの作動は好ましくは過剰のエアロゾルの生成が減少するように２秒吸い込みサイクルの末期にまたはその当りで削減されるべきである。
更に、喫煙の楽しみはもし喫煙者が吸い込みの開始によりほぼ即時的に主観的応答を与えられると増大する。この目的に対して、ヒータができるだけ早く作動温度まで“立上る”ように電力の付与を構成する必要がある。しかし、ヒータ内の過大ピーク温度はヒータ素子３７の寿命予想に極めて有害である。もし立上り段階があまり過激に実行されると、ヒータがシガレットを装填されているときでさえヒータは９００℃またはそれ以上の温度に駆動されるかもしれない。好ましくは、ヒータ素子は６８０から７８０℃の範囲内の温度に加熱され、より好ましくは７００−７６０℃の範囲内に維持される。
図９は１０ミリメートル×１２ミリメートルの真直ぐなヘアピンヒータ素子３７（図５に示された形式の）を持つ負荷状態（シガレット挿入状態）の１秒間のパルス持続時間に対する合計エネルギー入力に関する摂氏でのピーク温度間の関係を示す。７５０℃のヒータ目標温度を表す水平線により示される如く、１秒間パルス中の１６．５ジュールエネルギー入力がこの特定のヒータ形式及び断面に対してヒータ温度の希望の範囲の上限を達成する。
さて図１０を参照するに、“ａ”を付された線は同じ１０×１２ミリメートル（断面）の真直ぐなヘアピンヒータ素子３７でシガレット２３によって送出された合計粒状物質（ＴＰＭ）（シガレット当りのミリグラム単位）対ジュールでのヒータへのエネルギー入力間の関係を示す。線ａはもしエネルギー送出が１６．５ジュール、１秒パルスに限定されるなら、ＴＰＭでの予想送出は３．７５ミリグラムまたはその当りであるであろうことを示す。しかし図９に戻って参照するに、もしエネルギー入力が電力サイクルの他の如何なる操作なしに送出を増やすように増やされると、そのときはヒータ内のピーク温度が容認できない極限に達するであろう。
合計エネルギー入力の高水準での定常電力プロファイルを持つ電力サイクルの今一つの特徴はこの電力サイクルがタバコを熱的にオーバドライブし煙に不快な印象を作り出すことである。
電力サイクルとヒータは競合特性、すなわちヒータ中の過大なピーク温度を避けながらヒータ温度の急速な立上りを達成する能力と、タバコをオーバドライブしてタバコの煙に不快な印象を与えることなしに目標の“タール”水準に合致するに十分な合計エネルギー入力を得ること、を達成するように構成されねばならないことが明らかとなった。先に検討したように、単一パルスを付与するという先行慣例は過大なピーク温度を作り出しより高い合計エネルギー水準ではタバコを熱的にオーバドライブ（過剰熱分解）する傾向があった。
好ましい熱−ヒストグラムの詳細
上に確認した競合する要求に合致させるために、合計電力サイクルを、ヒータの希望の作動温度の早期達成専用の電力サイクルの第一フェーズと、ヒータ温度のピークを避けかつ急上昇の熱分解を避ける方式で目標のタール値を達成するための希望の合計エネルギーの送出の達成専用の第二フェーズと、を有するフェーズに分割することが導出された。
さて図１１を参照するに、この方策は熱−ヒストグラムの生成に帰着し、そこでは電力サイクルは二つまたはそれ以上のフェーズに分割され、各々が予め決められた合計エネルギー入力（Ｊ1とＪ2）と時間間隔（ｔ1とｔ2）を有する。実験的かつ分析的に良好な主観的結果が２２ジュールの合計エネルギー入力を与えかつ１秒間（ｔ1）と１５ジュールの合計エネルギーの第一フェーズとそれに続く０．６秒と７ジュールの合計エネルギー入力の第二フェーズを含む熱−ヒストグラムにより得られることが見出された。
フェーズの時間間隔とエネルギー水準はヒータ素子設計が変えられるかまたはそれらの形式が変えられるとき操作されることは理解されるべきである。上述の分析的かつ実験的方策及び以下に続く更なる詳細がヒータ幾何学と形式のどの組み合わせ及びどの熱−ヒストグラムがヒータの過大な熱負荷を避けながら、喫煙者に対して主観的楽しみと満足する送出を提供することができるかの解決の指針を提供するであろう。特に、予熱サイクルは第一吸い込みの送出を上昇させ、従って第一吸い込みは味と送出において続く吸い込みとより一貫したものとなる。
タール送出の正確度を達成するための所定のシガレット２３を有する所定のヒータを作動させるための熱−ヒストグラムを導出する簡単な方法は希望のタール水準を達成するために必要なエネルギーの合計量を導出すること（例えば図１０に示された関係を導出する）及び電力サイクルの二つのフェーズ中にその合計エネルギーＪtを分割することであり、そこでは合計エネルギー入力の３分の２が第一フェーズでその合計エネルギーの３分の１が第二フェーズで達成される。この方策は初歩的であるが、通常多くの適用で好ましい結果を与えるであろう。
好ましい熱−ヒストグラムを構成するための他の技術は第一フェーズの平均電力（Watts1）の第二フェーズの平均電力（Watts2）に対する比がほぼ２．１から２．７の範囲内、より好ましくはほぼ２．４から２．５の範囲内にあるようにフェーズの合計数、各フェーズの持続時間及び合計エネルギーＪtを導出することである。
一般的に、好ましい熱−ヒストグラムはほぼ０．５から１．０秒の範囲の第一フェーズ持続時間及びほぼ１２から１８ジュールの第一フェーズエネルギーと共に、ほぼ１．０から１．５秒の範囲の第二フェーズ持続時間及びほぼ５から１３ジュールの第二フェーズエネルギーを持ち、かつほぼ２３から２６ジュールの範囲の総合計エネルギー入力（Ｊt）を持って定式化することができる。
特に、主観的特性を楽しませる熱−ヒストグラムはほぼ２３から２５ジュールの総合計エネルギー入力（Ｊt）、ほぼ０．８秒の持続時間とほぼ１４から１６ジュールの合計第一フェーズエネルギーの第一フェーズ、及び１．２秒と８から９ジュールの合計第二フェーズエネルギーの第二フェーズを含む。
本発明の更なる特徴は一旦望ましい熱−ヒストグラムが確立されると、制御回路４１が以下の検討で教示される慣例を採用するとき希望の熱−ヒストグラムを再三再四正確に複製するように構成することができることである。
希望の熱−ヒストグラムの正確な複製のための論理回路の構成
さて図１２と図１３を図７と一緒に参照するに、制御回路４１の論理回路１９５は論理回路１９５により実行された各電力サイクルを第一と第二フェーズに分割するように設けられており、それぞれの持続時間は前述の如く好ましい熱−ヒストグラムで確立された持続時間に合致している。それぞれの熱−ヒストグラムフェーズのために決定された希望の合計エネルギー送出に到達するために論理回路１９５は電力サイクルの各フェーズ中の電力付与を変調する。
好ましくは電力変調はパルス密度変調の形であり、そこでは論理回路１９５はそのパルス持続時間が固定されている時間“ｔon”の予め決められた漸増期間の電力パルスを繰り返し発生する。好ましくは、パルス幅“ｔon”はほぼ０．０１０秒であり、好ましくほぼ０．００８秒（８ミリ秒）であるが、他の値もその代わりに用いることができる。固定パルス持続時間（ｔon）による変調が好ましい、なぜなら特に各漸増電力パルスが繰り返され動的に調整されない場合にそれは電力サイクルの正確な実行を容易とするからである。その代わりに、漸増電力パルス間の時間（ｔoff）が調整される。
論理回路１９５は以下の検討で詳述されるサブルーチンにより秒当りに発生されるそのようなパルスの数（周波数“ｆ”）を決定し、従って所定のフェーズに対して、そのフェーズ中に送出される合計エネルギー（Ｊ1，Ｊ2または任意的にＪ3）が各漸増パルスのそれぞれの中のピーク電力掛ける各漸増パルスの時間“ｔon”、掛ける論理回路１９５により確立された周波数、掛けるそのフェーズに割り当てられた合計時間（ｔ1，ｔ2または任意的にｔ3）により決定される。
これらの関係により、所定のフェーズに対して、例えば第一フェーズに対して、フェーズ１の電力変調に対する周波数（“ｆ1”）は次の式により導出される：
（１）f1＝（J1／［ton *tphase 1］）*（Rh／［vin*（Rh/（Rh＋Rc）］2）；
ここでＲhはヒータの抵抗であり；Ｒcは回路の抵抗であり；Ｊiはフェーズ１に対する希望の合計エネルギー（熱−ヒストグラムによって決定されるような）であり；ｔonは電力の各変調パルスの時間間隔であり；ｔphase 1はフェーズ１の合計時間間隔であり；そしてｖinは電池の即時電圧水準である。上記式で使用された項Ｒcは導線、ＦＥＴ、接点及びフューズ／過電流防止機構を含む回路抵抗（通常約０．１５から０．２０オームの間）である。ヒータ抵抗と称される項Ｒhは好ましい実施例では平均してほぼ０．６５オームに近い。
項デューティサイクル（“ｄｃ”）はヒータに送出されることのできる最大電力／エネルギー（定常エネルギープロファイル）に比べたヒータに送出された電力／エネルギーの百分率である。図１３を参照するに、フェーズ、例えば第一フェーズ、の実行中に論理回路１９５は第一フェーズの周波数を導出し、そのときその周波数をカウンタを設定することにより確立し、かくしてそのカウンタがそれぞれの変調パルス間の必須時間（“ｔoff”）を確立する。
各フェーズに対するデューティサイクル（ｄｃ）は以下の如く周波数（ｆ）に関係する：
（２）ｄｃ＝ｔon *ｆ／ｔphase＝ｔon／ｔon＋ｔoff
上記の電力変調は、各変調パルスの実行中に電池電圧（ｖin）を動的に監視するように論理回路１９５を設け、最新検出ｖinの変化をカウンタ確立ｔoffの変化で補償することによって増強される。従って、もし論理回路１９５が電力サイクルの第一フェーズの実行中にｖinの低下を検出したら、ｔoffの期間を減少するであろう。かくして第一フェーズのデューティサイクルは希望の予め決められた熱−ヒストグラムにより第一フェーズに対して確立された目標の合計電力（Ｊ1）を維持するように増やされる。
図７を特に参照するに、電力サイクルの構成における今一つの作動上の便宜は制御回路４１内に電池が再充電されるとき及び／または交換されるときヒータ素子３７から電圧試験読み取りを得るように一回または数回ヒータを参照しまたは“ピングする（pings）”サブルーチンを含むことである。得られた電圧読み取りはそれから参照表３０８を参照してヒータ素子３７の抵抗の即時水準を導出するために用いられる。ヒータ抵抗（Ｒheater）のこの決定から、論理回路１９５はそのとき第二ＰＲＯＭ参照表３０９を参照してトリムエネルギー“ΔＪtrim”を導出し、この読み取りは各フェーズに対して予め決められた合計エネルギーに対する値を調整するために（Ｊ1 adj' d＝Ｊ1＋ΔＪtrim）使用される。制御回路はそのときＪ1 adj' dを使用するそのフェーズのための周波数（ｆ1）の計算を請け負う。
電池放電サイクルを通しての吸い込み送出の一貫性の達成
本発明の今一つの重要な特徴は前述の電池放電サイクルを通して、制御回路４１が希望の、予め決められた熱−ヒストグラムを達成する電力サイクルを一貫性を持って実行するように制御回路４１が構成されることである。かかる特徴は吸い込み毎に主観的に楽しい煙の送出を得るが、また喫煙慣習者がより伝統的なシガレットで見込まれるようなシガレット毎にかつパック毎に一貫性のある喫煙経験を与えられることを確実とする。
この特性は、放電サイクルを通して各フェーズに対して予め決められた合計エネルギー付与（Ｊ1とＪ2）を維持するように電池の放電サイクルを通して電池が進行するときの各フェーズのデューティサイクルを調整する論理回路１９５による操作を通して達成される。
図７に戻って参照するに、この特徴は論理回路１９５によってシガレットの喫煙を開始するときまず電池電圧ｖinを読み取って電力サイクルの第一フェーズのためのデューティサイクル参照表３０２を参照し電圧ｖinに対するデューティサイクルｄｃ1を確立することによって完成される。この操作は上述の式（１）により周波数（ｆ1）を確立する論理回路１９５と同等である。論理回路１９５はフェーズ１を通過して進行すると、好ましくはデューティサイクル参照表３０４を参照する前にｖinの読み取りを参照して新しいｖinの読み取りに対するデューティサイクルｄｃ2のための値を確立する。論理回路１９５はそれから電力サイクルの第二フェーズの実行を通して進行し、希望の熱−ヒストグラムによって予め決められたように予め決められた合計エネルギー入力（Ｊ2）を達成する。先に検討したように各フェーズの実行中の電池電圧の変動に対して調整が動的になされ、また上述の如くヒータ抵抗における変化に対して調整がなされる。
論理回路１９５はもし希望の熱−ヒストグラムのための任意的な第三フェーズ（または第四）が確立されておれば同様な段階を実行する。
好ましくは、設計点は、電力源から見込まれるところの最低の電圧ｖin-bsmnt（図８参照）でのデューティサイクルを確立するための論理回路１９５に対して確立されている。好ましくは、この設計点は論理回路１９５が典型的には最低電圧に達しないかまたは参照表３０２または３０４の極限に達しないようにｖin-min以下のある範囲の電池電圧（ｖin-bsmnt）である。好ましい実施例では論理回路は参照表が３．６ボルトまで下方に延びているとしてもほぼ４．１ボルトの電圧でライターを不活性化する。
好ましい例示的実施例
上記の教示により、８×１６断面の波打つヘアピンヒータと２３ジュールの合計エネルギー入力では、第一フェーズは好ましくは１．０秒の時間間隔と１５．５ジュールの合計第一フェーズエネルギー入力を持つように構成される。第二フェーズは０．６秒の持続時間を持ちかつ７．５ジュールの合計エネルギー送出を含むように構成される。４個のセル電池電力供給では、ｖin-maxは５．１ボルトであると決定され、この電池では設計点として使用された３．６ボルトの操作的に最低の電圧（ｖin-bsmnt）で達成された電圧放電サイクルを受ける。操作的に、かつ制御回路４１のための参照表３０２を確立するために、操作的最低電圧（ｖin-min）は４．３ボルトで確立されており、この電圧以下では論理回路１９５は電池が再充電する必要があるとの指示をさせかつライターの更なる操作を削減するであろう。
上記の教示により確立されたように、次の値が制御回路４１により以下の表に記載の如く確立された。
上記アレンジメントはフェーズ１で１００％デューティサイクルを持つｖin-bsmntが３．６ボルトであるように確立された設計点から導かれる。
如何にして我々の変調が電池放電サイクルを通して希望の熱−ヒストグラムを複製するように設けられているかの更なる理解のために、図１４に１．０秒の持続時間を持つ第一フェーズでの１５．５ジュールの希望の熱−ヒストグラムと共に、パルス持続時間が０．６秒であるところの第二フェーズ中の７．５ジュール入力を持つ熱−ヒストグラムが記載されている。制御回路４１が一旦上記の教示により構成されたら、図１５に参照するように、ディジタル化信号アナライザが５．２ボルト（ｖin）で電力サイクルを実行するときの制御回路４１により確立された電子サイクルの特性を示す。図１６を参照するに、電池電圧が３．８ボルトに低下すると、ピークワット数が２０ワットに落ち、デューティサイクルは図１４の熱−ヒストグラムを複製するように補償のため増大される。
さて図１７と図１８を参照するに、好ましい実施例の制御回路４１が電池放電サイクルと組み合わせられた電圧の範囲を通して一つのフェーズから次への正確なエネルギーの希望の段階状付与を複製するときのその正確度を何人も容易に確かめることができる。
好ましい三フェーズの代替実施例
二フェーズ電力サイクルは電力サイクルの全ジュール（Ｊt）がほぼ２２−２６ジュールの範囲であるときは効果的なアレンジメントである。この範囲のエネルギーの上限では、三フェーズヒストグラムにより電力サイクルを再構成するのが有益であると証明することができよう。
例えば、ある喫煙システム２１が１１ミリグラムのタール送出を持つ一般的な軽シガレットのフレーバと送出を模倣するために設けられた。この喫煙システム２１の制御回路４１は次の熱−ヒストグラムとそれとマッチングした電圧サイクルにより作動されるように構成された。
同等の二フェーズ電力サイクル及び熱−ヒストグラムが次のように確立された：
０．５秒ｔphase 1の２０．６ワットでの１０．３ジュールの第一フェーズと共に、１．０秒１３．６ジュールの第二フェーズを持つ。後者は各フェーズの時間間隔と送出された合計ジュールの両者が希望の水準の送出と共に希望の主観的特性（味と衝撃）を与えるヒストグラムが達成されるまで操作された例である。
真の電力制御
先の実施例では、電力サイクルは少なくとも第一と第二のフェーズに分割されており、それぞれが各フェーズに対してそれぞれの予め決められた時間間隔と合計エネルギー入力を持つ。それらは、各フェーズの確立された、それぞれの合計エネルギー入力が達成されるように電力源のリアルタイム負荷電圧を決定すること及びその電力サイクルの各フェーズのそれぞれのデューティサイクル（または他の電力調整因子）を電圧読み取りに応答させて調整することにより構成された電力サイクルを要求により繰り返し実行することによって電力源の放電サイクル（作動電圧変化のその上限と下限）に適応させた。電池電圧ｖinが読み取られ、それぞれのデューティサイクルが参照表（ＲＯＭ）を参照して決定された。
先の実施例は特に種々のヒータ素子３７がそれらの電気抵抗が容認できる密接した許容誤差内に入るように製造することができる場合に適している。しかし、あるヒータ材料及び／または製造技術では、抵抗はヒータ毎に変わるかもしれない。以下の真の電力制御サイクルはヒータ素子３７中の抵抗の差にかかわらず正確な電力サイクルの実行を提供するように確立された。このアレンジメントはまた第一と第二の電力フェーズアレイを含み、そこでは第一フェーズが三つのサブフェーズに分割されている。その各々はそれ自身の規定されたフェーズ持続時間ｔ1a，ｔ1b，ｔ1c及びｔ2を持ち；その各々はそれ自身の予め決められた（“目標”）平均電力水準ｐ1a，ｐ1b，ｐ1c及びｐ2を持ち；従ってその各々はその結果としてのそれ自身の合計エネルギーＪ1a，Ｊ1b，Ｊ1c及びＪ2を持つ。
図１３と図１９を参照するに、電力変調はパルス密度変調の形であり、そこでは論理回路１９５′が時間“ｔon”（このパルス持続時間は固定されている）の予め決められた漸増時間間隔の電力パルスを繰り返し発生する。好ましくは、パルス幅“ｔon”はほぼ０．００８秒（８ミリ秒）であるが、その代わりに他の値を用いることもできる。論理回路１９５′は以下の検討で詳述されるであろうサブルーチンによりパルス間のオフ時間を決定し、従って所定のフェーズに対して、論理回路１９５′により確立されたオフ時間を持つ電力パルスの実行がそのフェーズのための目標平均電力（例えばｐ1a）を提供する。
特に図１９を参照するに、分路抵抗器４１０とスケーリング増幅器４２０が制御回路４１′内に設けられており、電力サイクルを受けているヒータ素子３７のいずれかを通過している電流（“ｉheater”）の指示信号を論理回路１９５′に供給する。先の実施例における如く、論理回路１９５′は、電力サイクルを受けているヒータ素子３７を横切る電圧の指示である、電力源３５ａの電圧水準ｖinの指示信号を受けるように配置されている。
制御回路４１′において、論理回路１９５′は、各フェーズ（１ａ，１ｂ，１ｃ及び２）に対して、目標平均電力水準ｐ1a，ｐ1b，ｐ1c及びｐ2と予め決められたフェーズ持続時間ｔ1a，ｔ1b，ｔ1c及びｔ2のディジタル等価を記載する参照表４４０にアドレスするように配置されている。
電力サイクルの開始により、論理回路１９５′は参照表４４０を参照してそのフェーズのためのそれぞれの目標平均電力水準（例えばｐ1a）とそのフェーズ持続時間（例えばｔ1a）を登録し；そのフェーズ持続時間（例えばｔ1a）のために提供された値によりディジタルタイマーまたは同等物を設定し；選ばれたヒータ素子３７に第一電力パルス（８ミリ秒）を開始し；そして電池電圧（ｖin）及びヒータ電流（ｉheater）の指示即時信号を得る。電池電圧ｖinとヒータ電流ｉheaterに対する信号値の数学的積は選ばれたヒータ素子３７での瞬間的電力に比例するので、論理回路４１′は特定のフェーズの目標平均電力（例えばｐ1a）がその瞬間的ヒータ電流（ｉheater）と電池電圧（ｖin）で達成されるところのｔoff（またはデューティサイクルｄｃ1a）をそのフェーズ持続時間（例えばｔ1a）によって提供される時間内に素早く導出することができる。論理回路１９５′は次の基本的関係によりこの段階を実行するようにプログラムされている：
（３）ｔoff＝（ｉheater・ｖin・ｔon／ｐphase）−ｔon
ここでｐphaseはそれぞれの目標電力水準（ｐ1a，ｐ1b，ｐ1cまたはｐ2）である。
従って、ｔoffがそのフェーズ（例えばフェーズ１ａ）の第一漸増電力パルスの実行中にまず導出される。好ましくは、それは同じ方式でそのフェーズの連続した電力パルスのそれぞれの中で再三再四導出され、従ってデューティサイクルは実行中のフェーズを通して動的に調整可能である。
計時されたフェーズ持続時間（例えばｔ1a）の消滅により、論理回路４１′は次のフェーズ（例えばフェーズ１ｂ）に入り；その新しいフェーズのためのそれぞれの目標平均電力（例えばｐ1b）とそのフェーズ持続時間（ｔ1b）を参照し；同じ選ばれたヒータ素子３７に第一電力パルス（８ミリ秒の）を開始し；そして先に述べたのと同じ方式でｔoff（またはデューティサイクルｄｃ1b）を導出する。このプロセスは動力サイクルが完了するまでその後のフェーズのそれぞれに対して繰り返される。
この形式の電力管理は希望の電力プロファイルの正確な複製を提供し、自動的にヒータ素子３７中の電気抵抗の差に対して及び電力サイクルの実行中の電池電圧の断続的な変動に対して補償する。それはまた負荷温度またはヒータ素子３７の抵抗の動的推移にかかわりなく正確な電力／エネルギー送出を維持する。
好ましくは、いずれかのフェーズまたはサブフェーズ（最後を除き）におけるデューティサイクル（例えばｄｃ1a）が低下する負荷電池電圧（ｖin）のために１００％に達すると、次のフェーズ（例えばフェーズ１ｂ）は上昇させたデューティサイクルで、好ましくは１００％デューティサイクルで始められ、かつ時間増分Ｔｘを通してその上昇デューティサイクル（１００％）で進められ、かくしてＴｘ中に送出された合計送出エネルギーは先行フェーズ中に損失したエネルギーを補償するのみならずそれに続くフェーズのＴｘ部分に対して当初計画された如きエネルギー増分をも付与する。Ｔｘの完結時点で、デューティサイクルは平均電力（例えばｐ1b）がそのフェーズの終わりまでに、もし可能であれば、残りのフェーズ中に送出されるように前述のように調整される。
もし負荷電圧が１００％デューティサイクルが全てのフェーズに対して必要であるようなものであれば、作動は電池負荷電圧（ｖin）がカットオフ電圧にまたはその上に残る限り（減少した合計エネルギーにより）続けることができる。吸い込みサイクルの実行はもし負荷電圧（ｖin）が低カットオフ電圧以下に落ちると削減される。
所定のフェーズ内の合計エネルギーの値（例えばフェーズ１のＪ1a）及びそのフェーズの目標平均電力（例えばｐ1a）が互いに指示的（indicativa）／比例的であることは理解されるべきである、なぜなら後者は時間で割った前者に等しく、かつ時間は各フェーズに対して固定の量（例えばｔ1a）であるからである。従って、動的なｔoff（またはデューティサイクル）の導出のための論理回路１９５′のディジタル的実行は、目標電力の所定の値とフェーズ持続時間を用いて、またはそれに代えてフェーズ当りの合計エネルギーの所定の値と共に所定のフェーズ持続時間のセットにより上述の如く実行される。
従って、要約すると前記制御器は好ましくは：
それぞれ前記第一と第二フェーズの前記の予め選ばれた時間間隔（ｔphase）を指示する第一セットの値；及び
それぞれ、前記第一と第二フェーズの前記の予め選ばれた合計エネルギー（Ｊphase）に関して第二セットの値（この第二セットの値は前記第一と第二フェーズのためにそれぞれ予め選ばれた目標平均電力水準（ｐphase）を指示する）；
を備えており；
前記制御器は前記第一と第二フェーズの各々中にそれぞれｔphaseとｐphaseのそれぞれの値にアクセスし；前記制御器の前記オフタイム（ｔoff）の持続時間を調整することによりそれぞれ前記フェーズの各々中の前記パルス密度変調段階を実行し、かくして前記制御器は前記それぞれの目標平均電力水準（ｐphase）に近接した水準で前記ヒータ素子に、それぞれの時間間隔（ｔphase）の間、電力を付与するように構成されている。いずれかの第一フェーズ中の前記デューティサイクルが１００％値に達すると、前記制御器はＴｘ時間中に送出された合計エネルギーが前記第二フェーズのＴｘ部分に対し当初決定されたエネルギー増分、及び前記第一フェーズの予め選ばれた合計エネルギー（Ｊphase 1）と前記第一フェーズ中の実際のエネルギー送出との間の如何なる差にもほぼ等しくなるような時間Ｔｘまで前記第二フェーズを１００％デューティサイクルで実行する。
好ましい電力プロファイル
先の好ましい実施例における如く、この好ましい電力プロファイルは第一と第二フェーズに分割され、そこではエネルギーの総合計のより大きな部分が第一フェーズ内で付与され、そこでは第二フェーズは第一より長い。しかし、以下に記載の電力プロファイルにおいては、第一フェーズは漸進的に減少する合計エネルギー及び電力の目標水準の三つのサブフェーズ１ａ，１ｂ及び１ｃに分割されている。このサブフェーズ１ａ，１ｂ及び１ｃの電力計画はヒータ温度の上昇を素早く開始するために、第一サブフェーズ（１ａ）に最大エネルギー量を付与する。続くサブフェーズ（１ｂ，１ｃ）はシステムがヒータ素子を熱的にオーバドライブすることなくかつ過大ピーク温度を起こさないようにますます少ないエネルギーの量を供給する。電力サイクルのサブフェーズ１ａ，１ｂ及び１ｃはヒータ温度の素早い上昇を促進するように配置されているが、第二フェーズはヒータ温度を早く上昇させるよりもむしろ上昇したヒータ温度を維持することに向けて構成されている。従って、それは第一のサブフェーズのいずれよりも長い持続時間を持ち、かつそれはサブフェーズ１ａ，１ｂ及び１ｃのいずれもが個々に受けたものよりかなり低い平均電力水準を適用する。
上記の電力計画は好ましいけれども、当業者の何人も上に特別に提供されたものとは全く異なる値を持ち、なおその値のそれらの割合が過大なピーク温度を招くことなしにヒータ素子の急速な加熱のための暫定条件を含みかつシガレットがここに教示された如く好ましい熱−ヒストグラムにより熱的駆動されるようにシガレットに熱を適用することを含む機能的に比較し得る効果を提供する限り、他の電力プロファイルを構成することはこの開示を読むことにより容易に実現することができよう。
図１９に戻って参照するに、任意的に論理回路１９５′は各ヒータ素子３７のためにオフセット（“ΔＪe-trim”）のリストを含む第二参照表４６０（“エネルギートリム表”）を含む。このオフセットはヒータ素子が電力サイクルの実行を受けるとき上述の表からの目標合計エネルギー（Ｊ1a，Ｊ1b，Ｊ1c及びＪ2）がそれぞれヒータ素子の制御論理回路４１′への接続（“トレース”）が平均より長い（より大きな回路損失を持つ）かまたは短い（より小さい回路損失を持つ）かに従属して上向きまたは下向きにΔＪe-trimだけ調整されるように各ヒータ素子３７に対して目標合計エネルギー（Ｊ1a，Ｊ1b，Ｊ1cまたはＪ2）をわずかに調整することを含む。より大きな回路損失のヒータ素子に対しては、目標エネルギー水準（または目標平均電力）はその特別の損失に打ち勝つように上向きに調整される。より小さい回路損失のヒータ素子に対してはその反対が行われる。従って、オフセットΔＪe-trimの適用はヒータ素子毎のヒータ器具の性能の均一性を強化する。それはまた指示された電力プロファイルによる電力サイクルの実行中の精度を強化する。好ましい実施例においては、ヒータ素子中のΔＪe-trimのための値は−０．０５ジュールから０．０８ジュールの範囲内にあるが、異なる回路適用は異なる範囲の値を必要とするかもしれない。
予熱電力サイクル
先に説明した如く、論理回路１９５′はシガレット検出器５７と共働してシガレット２３がライター２５のヒータ器具３９中へ挿入された瞬間を検出する。それにより、論理回路１９５′は上述の如く吸い込みセンサ４５と共働して吸い込み作動電力サイクルを実行するための準備ができる。
図１９を再び参照するに、光センサ５７がシガレットの挿入を検出する瞬間と吸い込みセンサ４５が吸い込み作動電力サイクルを実行することが可能となるときとの間で作動する予熱サイクルルーチン４８０を論理回路１９５′が備えていることが好ましい。
好ましくは、予熱サブルーチンは連続して、好ましくはあいついで直ちに各ヒータ素子３７の１／８秒点火を実行するように構成されている論理回路１９５′の一部を含む。８個のヒータ素子３７を有する好ましい実施例のためには、予熱サイクルはほぼ１秒の総合計時間内に実行される。好ましくは、論理回路はいずれの吸い込み作動電力サイクルを開始するに先立ち予熱サイクルの実行を完了するように構成される。比較的短い持続時間の予熱サイクル（１秒）はライターの吸い込み作動電力サイクルの準備及び実行可能の遅れを避ける。しかし、もし望むなら予熱サイクルのためのより長いまたはより短い合計時間（ｔpreheat）が実行され、各ヒータへの電力パルスは合計予熱サイクル時間ｔpreheatの同一画分である必要はない。
好ましくは、全予熱サイクルは予熱サイクル当りほぼ５から２５ジュールの範囲の、より好ましくはほぼ１０から２５ジュールの範囲の、そして最も好ましくはほぼ１７ジュールの目標合計エネルギー水準（Ｊpreheat）を供給する。
予熱サイクルルーチン４８０は好ましくはシガレットがライター２５中に挿入されたことをシガレット検出器５７によって確認した後ほぼ１秒で実行される。
吸い込み作動電力サイクルの実行によりシガレット２３からより十分な主観的により楽しい応答が得られるように、予熱サイクルがシガレット２３のタバコロッドを熱的に予備処理することが見出された。
任意的に、各電力パルスの実行は上述の如き電力変調技術を用いて制御されることができ、そこでは合計ジュール（Ｊpreheat）は固定され、予熱パルスサイクルの持続時間（ｔpreheat）は固定され、そしてそこでは電池電圧（ｖin）またはそれに代えて電池電圧（ｖin）とヒータ電流（ｉheater）の両者が読み取られてデューティサイクルが論理回路１９５′により希望の予熱エネルギー（Ｊpreheat）が得られるようにその読みに応答して調整される。
この発明が好ましい実施例により例示され述べられたが、請求の範囲に包含されたところのこの発明から逸脱することなしにそこに改変及び変化がなされうることは認められるべきである。そのことについて、ヒータ素子３７の形式は代わりにレーザーまたは誘導素子または吸い込みサイクル中にシガレットに熱を移転する他の如何なる装置を含むことができる。更に、好ましい実施例はシガレット２３の希望の送出及び味を達成するために二つまたはそれ以上のフェーズのための合計エネルギー及び時間間隔の操作を教示するが、他のパラメーターを変えてもよい。同様な方式で、電力サイクルの数個のフェーズのデューティサイクル以外のパラメーターを調整して電池の電圧放電サイクルを通して各電力サイクルの実行中の希望の熱−ヒストグラムの正確な複製を実現することもできる。追加的に、この装置は電池以外の電力源を用いることもできよう。更に、デューティサイクル及び／またはヒータの抵抗の変化に応答する各フェーズの動的調整がＰＲＯＭ参照表以外のアレンジメントで達成されることもできよう。例えば、パラメーターは第二電子信号の読み取りに関して電子信号の調整を達成するためにアナログ計算または他の周知の同等物によって明細書中に記載の式１に従って変えることもできる。また、電力源の“電圧”水準を参照することは模範的なものであり；同じ結果を達成するためにデューティサイクルの調整及び／または“電圧”放電サイクルの追跡で他の電気的特性が参照されることもでき；従ってこのような代替はそのような文脈において我々の用語“電圧”を参照することに包含されることを意図している。
この発明は電気的に動力を供給された喫煙物品、及び特に電気的に動力を供給された喫煙物品へのエネルギーの供給を制御するための方法と装置に関する。
発明の背景
同じ出願人の米国特許第５３８８５９４号、第５５０５２１４号及び第５５９１３６８号は喫煙者に選択的に喫煙を中断及び再開させることを可能としながら、副流煙をかなり減少させた種々の電気的に作動されるライターとシガレットを開示している。同じ出願人の先行米国特許出願シリアルＮｏ．０８／３８０７１８は米国特許第５３８８５９４号として発行された（ＰＭ１６９７）。
米国特許第５３８８５９４号のライターの好ましい実施例はそのシステムのシガレットのタバコロッド部分をスライドして受ける構成で配置された複数の金属製のヘビ状ヒータを含む。このシガレットとライターはシガレットがライター中に挿入されて個々のヒータが吸い込み毎に活性化されるとき、各ヒータがシガレットを支える場所（以下“ヒータフットプリント”と称す）のシガレット周りのスポットで局所的な炭化（charring）が起こるように構成されている。
米国特許第５３８８５９４号において、吸い込みサイクル中の各ヒータ素子に付与されるエネルギーのシーケンスと量は吸い込みが始まったことを感知する吸い込みセンサからの信号を受けて電力サブルーチンを実行する制御器の論理回路によって制御される。電力サブルーチンはその吸い込みの開始で電力源（電池）の電圧を読み取る段階、及び吸い込みの持続時間（そのサイクル時間）が電池放電サイクルの電圧の範囲を通して同じエネルギー合計量（ジュール）を与えるように電力源の電圧に関して調整されるように定常ジュールエネルギータイマーへの閉止信号を導出する段階を含む。この種の電力サブルーチンは電池放電サイクルの極限では喫煙者に異なる味の喫煙体験を与えるかもしれないことが見出された。全電圧では、この形式の制御回路はシガレットがより低電力でより長い経過時間（パルスサイクル）に渡り加熱されるであろうところの電池放電サイクルの終局近辺または終局時にシガレットが喫煙されるのよりより短いパルス持続時間に渡りより強力にシガレットを加熱するであろう。
従ってシガレットの熱処理をその電池／電力源の放電サイクルを通して複製する電気的に作動されるシガレットライターの制御器に対する要求があることが認められた。
同じ出願人のMcCaffertyらの米国特許第５３７２１４８号には、電池電圧を読み取る段階と予想パルス持続時間（例えば１秒）を設定する段階とそのサイクルを多数の間隔（例えば１０間隔、各１００ミリ秒）に分割する段階を含む電力サブルーチンを持つ電気喫煙システムのための制御器が開示されており、そこではエアロゾルを発生するに必要なエネルギーの量が実質的に等しい実質量でその間隔中に調和させられる。サイクルの実行中に、制御器は各電力付与間隔中に選択されたヒータ素子に供給されたエネルギーの量を監視し、その間隔中に修正された調和量のエネルギーが送出されるまで電力の付与を続ける。
米国特許第５３７２１４８号の電力設計は電池電圧に応答してサイクル持続時間を変えるので、電力サブルーチンは電池がそれらの放電電圧サイクルを通して進行するにつれシガレットの熱処理を変えるであろう。
Brooksらの米国特許第４９４７８７４号では、喫煙物品はエアロゾル形成物質で含浸されている単一電気抵抗加熱素子を含み、それは電力サイクルの連続で加熱される。この物品は吸引されるや否や約１．５から約２秒間中断しない電流を供給し、続いて約０．５から約１秒間の“オフ”期間を与える電流制御回路を含む。この特許はまたオン−オフ時間に基づく回路の代替回路を提案しており、この代替回路は加熱素子の温度を直接的にまたは加熱素子を通過する空気の温度をまたはエアロゾル担持加熱素子の温度に関連した特性を持つ第二抵抗器の温度を感知する温度センサまたは他のセンサに接続されたオン−オフ及び電流変調手段を含むであろう。
米国特許第４９４７８７４号に開示された物品はその物品の単一ヒータ及びその上に含浸された物質を繰り返し加熱することによる不利を有し、それが既に消耗したタバコ物質が何回も加熱されるという状況を作り出す。更に、異なる電池電圧ではエネルギーがヒータに供給される速度に目標温度が影響を与えるかもしれず、それは逆にその物品がエアロゾル形成物質をどのように熱処理するかに影響を与えるにちがいない。
発明の目的及び概要
本発明の中心的目的は電気ライターの電池放電サイクルを通して煙の送出を増強するための熱経路が確立されてそれから正確に繰り返されることのできる電気シガレットシステム内の電力付与制御器及びその付与方法を提供することにある。
本発明の他の目的は電気シガレットライターの電池の放電サイクルを通して一貫した煙を送出する電気シガレットライターを提供することにある。
本発明のなお今一つの目的は電気喫煙システムのライターの設計に関して、ヒータ素子内に過大温度を課すことなしに煙の送出を増強する熱−ヒストグラムを決定するための方法論と共に、そのライターによる各シガレットの熱処理が吸い込み毎に及びシガレット毎に正確に繰り返されるようにかつヒータ素子の使用可能寿命が長くなるように予め決められた熱−ヒストグラムの正確な実行のためのライターの制御器を構成するための方法論を提供することにある。
本発明の今一つの目的は電気喫煙システムのライターにおける区分化された電力付与サイクルを提供することにあり、そのサイクルパラメーターは消費者の好みに合致するように、その電気シガレットシステムにより作られる煙の味、衝撃及びアロマに希望の主観的結果が達成されるようにヒータ幾何学で巧みに操作されかつそれと調和させられる。
これらの及び他の目的は喫煙システムが吸い込み毎のそしてその電池（または他の電力源）の放電サイクルを通しての一貫した送出を提供するように電気喫煙システムの電力サイクルの付与を制御する装置と方法を提供する本発明により達成される。好ましくは、この電気喫煙システムは電力源、複数のヒータ素子及び少なくとも一つの前記ヒータ素子を電力サイクル中に電力源と制御可能に連絡するための制御器を含むライターを含む。
新規な方法は次の段階を含む：吸い込みに応答して各ヒータ活性化が実行されるように好ましい熱経路（または“熱−ヒストグラム”）を確立する段階；そして希望の熱−ヒストグラムによって電力サイクルを構成する段階。後者の段階はそれぞれが各フェーズのためのそれぞれの予め決められた経過時間と合計エネルギー入力を持つ少なくとも第一と第二フェーズに電力サイクルを分割することを含む。この方法は更に電力源の放電サイクル（電力源の作動電圧変化の上限と下限）を予め決める段階及び要求により電力源のリアルタイム電圧を決定し、各フェーズの確立された、それぞれの合計エネルギー入力が各電力サイクルの実行中に達成されるように電力サイクルの各フェーズのそれぞれのデューティサイクル（または他の電力調整因子）を電圧読み取りに応答して調整することにより構成された電力サイクルを繰り返し実行する段階を含む。従って制御器は電力源の放電サイクルを通して希望の熱−ヒストグラムの正確な繰り返しを与える。
本発明の今一つの特徴は電力源のリアルタイム負荷電圧及びヒータ素子を通るリアルタイム電流を読み取ることにより前述の熱−ヒストグラムにより電力サイクルを実行し、各フェーズの確立された、それぞれの平均電力が各電力サイクルの実行中に達成されるように電力サイクルの各フェーズのそれぞれのデューティサイクルをその電圧及び電流の読み取りに応答して（好ましくは、パルス密度を調整することにより）調整する代替法にある。
本発明のなお一つの特徴はヒータ素子の過大な温度ピークを避けかつそれらの使用可能寿命予測を延ばすように、電力サイクルの第一と第二（またはそれ以上の）フェーズを構成する段階にある。
【図面の簡単な説明】
本発明の他の目的、利点及び新規な特徴は添付図面に関して考察するとき本発明の好ましい実施例の以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。図面において：
図１は本発明の好ましい実施例による喫煙システムの電気的に作動されるライター中に挿入されたシガレットを有する透視図であり；
図２は喫煙の終局のライターから引き抜かれたシガレットを有する図１の喫煙システムの透視図であり；
図３は図１に示されたライターの好ましいヒータ器具及びへび状ヒータ素子を含む部分的に分解された透視詳細図であり；
図４は波打つヘアピンヒータ素子を含む代替、好適ヒータ器具の断面側面図であり；
図５は真直ぐなヘアピンヒータ素子を含む他の好適ヒータ器具の断面側面図であり；
図６はシガレットのある要素が部分的にほどかれた図１及び図２に示されたシガレットの詳細透視図であり；
図７は図１及び図２に示されたライターのための制御回路の図式的ブロック−ダイヤグラムであり；
図８は図１及び図２に示されたライターの電力源と組み合わされた典型的な電池放電サイクルのグラフ的描写であり；
図９は図５に示された形式のヒータ素子におけるエネルギー入力（ジュール）に関するピーク温度（℃）間の関係のグラフ的描写であり；
図１０は１０×１２ミリメートルの真直ぐなヘアピンヒータ素子（図５に示した形式の）及び８×１６ミリメートルの波打つヘアピンヒータ素子（図４に示した形式の）を用いた、定常電力プロファイルで実行された電力サイクルに対するミリグラム／シガレットの全粒子状物体（ＴＰＭ）対合計エネルギー入力（ジュール）間の関係のグラフ的描写であり；
図１１は好ましい二フェーズ熱−ヒストグラムのグラフ的描写であり；
図１２はフェーズ分割された電力サイクルを通して電力変調された第一高電力フェーズ中の続いての第二低電力フェーズ中の時間対ヒータ温度の例示であり；
図１３は好適実施例の論理回路により作られたパルス波形状の種々の特性を示すダイヤグラムであり；
図１４は本発明の好適実施例により達成された方法論に従って確立されたところの電力サイクルのための今一つの好ましいヒストグラムであり；
図１５は電池電圧が５．２ボルトの全充電状態にあるときの好適実施例の制御回路により作られた電力サイクルのディジタルアナライザにより検出されたピークワット数対時間のグラフ的描写であり；
図１６は電池電圧が３．８ボルトのほぼ消耗された状態にあるときの好適実施例の制御回路により作られた電力サイクルのディジタルアナライザにより検出されたピークワット数対時間のグラフ的描写であり；
図１７は好ましい電力サイクルの第一と第二フェーズにおけるデューティサイクル対電池電圧ｖinのグラフ的描写であり；
図１８はエネルギー（合計ジュール及び第一と第二フェーズのジュール）対ｖinのグラフ的描写であり；そして
図１９は本発明の今一つの好適実施例により配置された制御回路を持つ、図１及び図２に示されたライターのための制御回路の図式的ブロックダイヤグラムである。
好ましい実施例の詳細な説明
図１と図２を参照するに、本発明の好ましい実施例は好ましくは部分的に充填された、フィラーシガレット２３と再利用可能なライター２５を含む喫煙システム２１を提供する。シガレット２３はライター２５の前端部２９で受け具２７中に挿入されそれから取り出されるのに適合している。一旦シガレット２３が挿入されると、喫煙システム２１は伝統的なシガレットと殆ど同じ様式で使用されるが、シガレット２３は明るくなることやくすぶることはない。シガレット２３は１回またはそれ以上の吸い込みサイクル後に捨てられる。好ましくは、各シガレット２３は一服当たり合計して８吸い込み（吸い込みサイクル）またはそれ以上を提供する；しかし利用可能な扱い込みのより少ないまたはより多い合計数に調整することは設計上の方策の問題である。
この喫煙システムは同じ出願人の米国特許第５３８８５９４号及び第５３８８５９４号により詳細に述べられており、それらはその全部を参考までにここに組み入れられる。部分的に充填された、フィラーシガレット２３は更に同じ出願人の米国特許第５４９９６３６号に述べられており、それは参考までにここに組み入れられる。
ライター２５は前方及び後方ハウジング部３３と３５を有するハウジング３１を含む。一個またはそれ以上の電池３５ａが後方ハウジング部３５内に取り外し可能に設けられており、受け具２７に隣接して前方ハウジング部３３内に配置されている複数の電気的に抵抗加熱する素子３７（図２に示す）にエネルギーを供給する。前方ハウジング部３３内の制御回路４１は電池３５ａとヒータ素子３７間の電気的連絡を確立する。本発明の好ましい実施例は制御回路４１に関する詳細を含むが、それらはより詳細に図７を参照して始まる節で検討される。
なお図１と図２を参照するに、好ましいはライターハウジング３１の後方部３５は電池の交換を容易とするために、ねじまたはスナップ嵌め要素等により、容易に開閉されるのに適合されている。もし望むなら、家庭電流等で電池を再充電するための電気ソケットまたは接点を設けることもできる。好ましくは、前方ハウジング部３３はありつぎまたはソケット嵌め等により、後方ハウジング部３５に取り外し可能に結合される。
電池３５ａは意図する如く機能するようにヒータ３７に十分な電力を供給する大きさであり、好ましくは交換可能な再充電可能な形式で構成される。電力の代替源はコンデンサー等が適している。好ましい実施例において、電力源は合計してほぼ４．８から５．６ボルトの範囲の無負荷電圧を持つ直列に連結された４個のニッケル−カドミウム電池を含む。しかし、この電力源の特性は喫煙システム２１の他の要素の特性、特に加熱素子３７の特性を考慮して選択される。参考までにここに組み入れられる同じ出願人の米国特許第５１４４９６２号は再充電可能な電池源及び電池とその電池により再充電されるコンデンサーを含む電力装置のような、本発明の喫煙システムに関して有用な電力源のいくつかの形式を記載している。
特に図２を参照するに、好ましくは回路４１はシガレット２３の喫煙者による吸引開始により起こる圧力の変化または空気流速の変化のいずれかに感応する吸い込み作動センサ４５により活性化される。吸い込み作動センサ４５は好ましくはライター２５の前方ハウジング部３３内に設けられ、ヒータ器具３９の基部に設けられた停止具１８２を通って延びる通路を通してシガレット２３に隣接したヒータ器具３９の内側の空間と連通している。喫煙システム２１内で使用するのに適した吸い込み作動センサ４５は同じ出願人の米国特許第５０６０６７１号及び第５３８８５９４号に述べられており、その開示内容は参考までにここに組み入れられる。吸い込みセンサ４５は好ましくはイリノイ州フリーポートのHoneywell社のMicroSwitch部門により製造された１６３ＰＣＯ１Ｄ３５型シリコンセンサを含む。熱線風速計の原理を用いるような流速感知装置はまた空気流の変化の検出によりヒータ素子３７の適当な一つを活性化するために有用であることが成功裏に証明された。センサ４５により一旦活性化されると、制御回路４１は電流をヒーター素子３７の適当な一つに向ける。
表示器５１がライター２５の外側に沿う位置に、好ましくは前方ハウジング部３３上に設けられており、シガレット２３の一服の残りの吸い込みの数を示す。表示器５１は好ましくは７セグメント液晶表示器を含む。好ましい実施例では、表示器５１はシガレット検出器５３がヒータ器具３９内のシガレットの存在を検出すると数字“８”を表示する。検出器５３は好ましくはシガレット受け具２７の開放端に隣接した光センサを含み、それは光線が反射されるとき（またはその代わりに伝達されるとき）挿入されたシガレット２３を検出する。それにより、シガレット検出器５３は回路４１に信号を供給し、この回路は逆にそれに応答して表示器５１に信号を供給する。表示器５１上の数字“８”の表示は各シガレット２３に設けられた８個の吸い込みが利用可能であること、すなわち、ヒータ素子３７のどれもシガレット２３を加熱するために活性化されていないことを反映している。シガレット２３が完全に喫煙されると、表示器は数字“０”を表示する。シガレット２３がライター２５から取り除かれると、シガレット検出器５３はもはやシガレット２３の存在を検出せず、表示器５１は消える。シガレット検出器５３は定常的に光線を発射しないように変調されており、それはそうでなければ電力源３５ａに不必要な枯渇を作り出すであろう。この喫煙システム２１で使用するのに適した好ましいシガレット検出器５３はテキサス州７５００６キャロントン、西クロスビイ通り１２１５のOPTEX Technology社により製造されたＯＰＲ５００５型光センサである。これに代えて、検出器５３は受け具２７を横切る赤外線透過率の変化を感知する赤外線光源とそれに対向したセンサを含むことができる。
吸い込み数の残りを表示する代わりに、検出表示器がシステムが活性化されているか活性化されていないか（“オン”または“オフ”）を示すように代わって配置されてもよい。
上述のシガレット検出器５３を用いるのに代わる幾つかの可能なものの一つとして、機械的スイッチ（図示せず）がシガレット２３の存在または不存在を検出するために設けられてもよく、新しいシガレットがライター２５中に挿入されるとき、例えば表示器５１に数字“８”等を表示させるために回路４１をリセットするためのリセットボタン（図示せず）が設けられてもよい。本発明の喫煙システム２１で有用な電力源、回路、吸い込み作動センサ、及び表示器は同じ出願人の米国特許第５０６０６７１号（ＰＭ１３３７）、米国特許第５３８８５９４号及び同じ出願人の米国特許第５５０５２１４号に記載されており、これら全てが参考までここに組み入れられる。
さて、図８を参照するに、好ましい４個のセルのニッケルカドミウム電池３５ａは典型的に図８に４０で概括的に示されているような電圧放電サイクルを有する。この放電サイクルは全充電状態ｖin-max（好ましい実施例では好ましくは５．１ボルトまたはほぼ５．１ボルト）から予め選ばれた最低電圧ｖin-min、好ましい実施例では好ましくは４．１ボルトまたはほぼ４．１ボルト、までのそれらの使用を通しての電池３５ａの出力電圧（ｖin）の変化を表している。好ましくは低い“カットオフ”電圧ｖin-minはライター２５の一貫性作動のためには低すぎると知られている“ベースメント”電圧ｖin-bsmntのわずか上で確立される。
さて図３を参照するに、ライター２５の前方ハウジング部３３はシガレット２３をスライド的に受ける実質的に円筒状のヒータ器具３９を支持する。ヒータ器具３９はヒータ素子３７を収容し、ヒータ器具３９はヒータ素子３７が各シガレットに沿ってほぼ同じ位置にシガレット２３に横付けに配置されるようにヒータ素子３７に対して固定関係で挿入されたシガレット２３を支持するのに適合されている。各ヒータ素子３７が完全に挿入されたシガレット２３を支える（またはそれと熱的に接触する）ところの位置はここでヒータフットプリントと呼ぶ。
シガレット毎に各シガレット２３に関して加熱素子３７の一貫した配置を確実とするために、ヒータ器具３９はシガレットがライター２５中に挿入されるときにシガレットがそれに対して押し付けられる停止具１８２を備えている。シガレット２３をヒータ２５に関してそろえるための他の方策をその代わりに用いることができる。
ライター２５の前方ハウジング部３３はまた電気制御回路４１を含み、それは予め決められた量のエネルギーを電力源３５ａから加熱素子３７へ送出する。好ましい実施例では、ヒータ器具３９はシガレット２３をスライド的に受けるように受け具２７と同心的に整合した８個の円周的に間隔の離れた加熱素子３７を含む。それらは好ましくはへび状形状を含む。構成の詳細及びヒータ器具３９内の電気接続の確立は同じ出願人の米国特許第５３８８５９４号；第５５０５２１４号；及び第５５９１３６８号に示されかつ述べられており、それら文献の全てのその全体が参考までにここに組み入れられる。
さて図４を参照するに、最も好ましくはヒータ素子３７はここで波打つヘアピン３７′と呼ばれる設計のものであり、そこでは各ヒータ素子３７′は少なくとも第一と第二のへび状の、長い部分５０ａと５０ｂを含み、それらは端部１１８で連結されている。各ヒータ器具３７′を通る電気通路はそれぞれピン１０４を通って、ピン１０４とへび状部材の一つ５０ａとの間の接続部１２２を通って、端部１１８の少なくとも一部を通って他のへび状部材５０ｂに、そしてヒータ素子３７′の基部１１０に帰ることにより確立される。基部１１０は基部１１０とピン１０５間の接続１２３を通して全てのへび状部材５０ｂの第二ピン１０５との共通接続を提供する。このヒータ器具３９′の更なる詳細は同じ出願人の米国特許第５５９１３６８号に記載されており、その全体が参考までにここに組み入れられる。
さて図５を参照するに、今一つの好ましい設計は長い部材５０ａ″と５０ｂ″がへび状の代わりにほぼ真直ぐであることを除き、図４の波打つヘアピン素子３７′に似た接続と構成を持つ真直ぐなヘアピン３７″の形のヒータ素子を含む。両形式のヘアピンヒータの長い部材は好ましくはシガレット２３をより積極的に係合するために内向きに偏倚されている。このヒータ器具３９″の詳細は同じ米国特許第５５９１３６８号中に記載されている。
さて図３を参照するに、なお今一つの好ましいヒータ器具３９は“単一へび状”素子３７を含み、その各々はその対向端でリード１８６及び１８７を通して制御回路に電気的に接続されている。このヒータ器具３７に関する詳細は同じ出願人の米国特許第５３８８５９４号（ＰＭ１６９７）に記載されており、その全体が参考までに組み入れられる。
ライター２５の一部として作動される追加のヒータ器具３７は同じ出願人の米国特許第５６６５２６号及び第５４９８８５５号に開示されたものを含み、それらの全体が参考までにここに組み入れられる。
好ましくは、ヒータ３７は回路４１の制御の下に電力源３５ａによって個々にエネルギーを与えられ、シガレット２３の円周回りの間隔を置いた場所で好ましくは８回ほどシガレット２３を加熱する。この加熱は通常より伝統的なシガレットの一服で達成されるように、シガレット２３から８吸い込みを与える。同時に一つ以上のヒータを活性化するのが一吸い込みまたはそれ以上または全ての吸い込みのために好ましいかもしれない。
さて図６を参照するに、シガレット２３は好ましくは同じ出願人の米国特許第５４９９６３６号に記載された好ましい実施例により構成され、その全体が参考までにここに組み入れられる。
シガレット２３はタバコロッド６０とフィルターチップ６２を含み、それらはチップ紙６４で一緒に結合される。
シガレット２３のタバコロッド６０は好ましくはタバコウエブ６６を含み、それはその一端をフリーフローフィルタ７４周りに他端をタバコプラグ８０周りに管状（円筒状）形状に折りたたまれている。
オーバーラップ７１がタバコウエブ６６周りに密接して巻かれ、より伝統的なシガレットの構成では通例であるような縦方向継目に沿って一緒に保持される。オーバラップ７１はフリーフローフィルタ７４とタバコプラグ８０周りにラップ状態でタバコウエブ６６を保持する。
タバコウエブ６６自身は好ましくはベースウエブ６８とこのベースウエブ６８の内表面に沿って設けられたタバコフレーバ物質７０の層を含む。タバコロッド６０のチップ端７２で、タバコウエブ６６はオーバラップ７１と一緒に管状フリーフローフィルタプラグ７４周りに巻かれる。好ましくは、タバコプラグ８０はタバコウエブ６６とは別に構成され、プラグラップ８４内に包まれたかつそれにより保持されたカットフィラータバコの比較的短い柱を含む。
一般問題として、タバコプラグ８０の長さは好ましくはフリーフローフィルタ７４とタバコプラグ８０との間のタバコロッド６０に沿って空所９０が確立されるようにタバコロッド６０の全長に関して設定される。空所９０はタバコロッド６０の非充填部に相当し、タバコロッド６０のフリーフローフィルタ７４を通してチップ６２と直接流体連通している。
チップ６２は好ましくはタバコロッド６０に隣接して設けられたフリーフローフィルタ９２と、タバコロッド６０からチップ６２の遠方端にある吸い口フィルタプラグ９４とを含む。好ましくはフレーフローフィルタ９２は管状であり、非常に小さな圧力低下で空気を送る。しかし、標準形状の他の低効率フィルタをその代わりに用いることもできる。フリーフローフィルタ９２のための内径は好ましくは２から６ｍｍであり、好ましくはタバコロッド６０のフリーフローフィルタ７４のそれより大きい。
吸い口フィルタプラグ９４は外見上の目的のためにチップ６２の自由端を閉じているが、もし望むなら、吸い口フィルタプラグ９４は好ましくは約１５から２５パーセント効率の低効率フィルタを含むのが好ましいが、幾らかのフィルタ効果を持たせてもよい。
さて図１と図７を参照するに、ライター２５の電気制御回路４１は論理回路１９５を含み、それは好ましくはマイクロコントローラまたは特定用途向けＩＣ（また“ＡＳＩＣ”）を含む。制御回路はまたライター２５内のシガレット２３の挿入を検出するための光センサ５３、挿入されたシガレット２３の吸引を検出するための吸い込みセンサ４５、シガレットに残っている吸い込みの数を示すためのＬＣＤ表示器５１、電力源３７及びタイミングネットワーク１９７を含む。
論理回路１９５はここに検討された機能を実行することのできる如何なる通常の回路も含むことができる。利用者書き込み可能ゲートアレイ（例えばカリフォルニア州、サニイベール、Actel Corporationから入手可能な、ACTEL A1280A FPGA PQFP 160型）またはマイクロコントローラが他の要素により実行されるアナログ機能と共にディジタル論理機能を実行するようにプログラムされる。ＡＳＩＣまたはマイクロコントローラは一要素でアナログとディジタル機能の両方を実行することができる。本発明の制御回路４１と論理回路１９５に類似の制御回路及び論理回路の特徴は、例えば、同一出願人の米国特許第５０６０６７１号、同第５５０５２１４号に開示されており、これらの開示内容は参考までにここに組み入れられる。
好ましい実施例では、８個の個々のヒータ素子４３（図７には示されていない）が対応する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）ヒータスイッチ２０１−２０８を通して電力源３７の正端子及び接地に接続されている。個々の（または選ばれた）ヒータスイッチ２０１−２０８が論理回路１９５による電力サイクルの実行中に、それぞれ端子２１１−２１８を通して論理回路１９５の制御下にスイッチオンされるであろう。論理回路１９５はヒータの対応するそれを活性化及び不活性化するためにヒータスイッチ２０１−２０８の特定のそれを活性化及び不活性化するための信号を提供する。
論理回路１９５はタイミング回路１９７と共働して予め決められた合計サイクル期間（“ｔtotal”）に従って各ヒータ素子３７の活性化及び不活性化を正確に実行しかつ各合計サイクル期間を予め決められた数のフェーズ（この各フェーズはそれ自身の予め決められた時間間隔（“ｔphase”）を有する）に正確に分割する。好ましい実施例では、合計サイクル期間ｔtotalは１．６秒（喫煙者のシガレットへの吸引に通常関係する２秒間の持続時間より少ないように、余裕の量をプラスして）であるように選ばれており、かつ合計サイクル期間ｔtotalは好ましくは２フェーズ（第一フェーズは予め決められた時間間隔（“ｔphase 1”）１．０秒を持ち、第二フェーズは予め決められた時間間隔（“ｔphase 2”）０．６秒を持つ）に分割される。合計サイクル時間ｔtotal、合計フェーズ数及びそれぞれのフェーズ期間は、特に、それぞれのヒータ素子３７とシガレット２３の隣接部間の好ましい熱的相互作用（“熱−ヒストグラム”）を正確に複製（duplicate）する電力サイクルを実行する能力を制御回路４１内に確立するのに伴う教示に従って導出されるパラメーターである。追加的に、一旦好ましい熱−ヒストグラムが確率されると或るパラメータ（好ましくは各フェーズ内のデューティサイクル）は、上述の電波放電サイクルによって遂行される電圧ｖinの範囲を通して各電力サイクル毎に予め決められた熱−ヒストグラムを正確に複製するように制御回路４１によって動的に調整される。
吸い込み作動センサ４５は論理回路１９５に喫煙者活性化（すなわち、十分に持続した時間間隔に渡る圧力または空気流の連続低下）を指示する信号を供給する。論理回路１９５は吸い込み作動センサ４５からの誤信号に応答してヒータ素子の不注意な活性化を避けるために小さな空気圧変化とシガレットへのより持続した吸引との間を区別するためのデバウンシングルーチンを含む。吸い込み作動センサ４５は演算増幅器を駆動するのに用いられる圧電抵抗圧力センサまたは光フラップセンサを含むことができ、このセンサの出力は逆に論理信号を論理回路１９５に供給するのに用いられる。この喫煙システムに関して使用するのに適した吸い込み作動センサは、イリノイ州、フリーポート、Honeywell社のMicroSwitch部門により製造された、１６３ＰＣ０１Ｄ３５型シリコンセンサ、またはカリフォルニア州、フリーモント、Lucas-Novaから入手可能な、ＮＰＨ−５−０２．５Ｇ ＮＯＶＡ型センサ、またはカリフォルニア州、サニイベール、SenSym社から入手可能な、ＳＬＰ００４Ｄ型センサを含む。
停止具１８２に隣接して設けられた光センサ５３は論理回路１９５にシガレット２３のライター２５中への適正な深さ（すなわち、シガレットが反射光ビームにより検出されるような光センサの数ミリメートル内にある）への挿入を指示する信号を供給する。この喫煙システムに関して使用するのに適した光センサは、テキサス州７５００６、キャロルトン、西クロスビイ通り１２１５のOPTEK Technology社により製造されたＯＰＲ５００５型光センサである。
エネルギー節約のために、吸い込み作動センサ４５及び光センサ５３は低デューティサイクル（例えば、約２から１０％デューティサイクル）でサイクルオンオフされるのが好ましい。例えば、吸い込み作動センサ４５は１０ミリ秒毎に１ミリ秒間スイッチオンされるのが好ましい。もし、例えば、吸い込み作動センサ４５が４個の連続パルスの間（すなわち４０ミリ秒間に渡り）シガレットへの吸引を指示する圧力低下または空気流を検出したら、吸い込み作動センサは端子２２１を通して論理回路１９５に信号を送る。論理回路１９５はそのとき端子２１１−２１８の適当な一つを通してＦＥＴヒータスイッチ２０１−２０８の適当な一つをスイッチオンする信号を送る。
同様に、光センサ５３は好ましくは１０ミリ秒毎に１ミリ秒間スイッチオンされる。もし、例えば、光センサ５３がシガレット２３のライター２５中への存在を示す４個の連続反射パルスを検出したら、光センサは端子２２３を通して論理回路１９５に信号を送る。論理回路１９５はそのとき端子２２５を通して吸い込み作動センサ４５に信号を送り吸い込み作動センサをスイッチオンする。論理回路１９５はまた端子２２７を通して表示器５１に信号を送りそれをスイッチオンする。上記の変調技術は吸い込み作動センサ４５及び光センサ５３により必要とされる時間平均電流を減らし、かくして電力源３７の寿命を延ばす。
論理回路１９５はＰＲＯＭ（プログラム可能読み取り専用メモリ）３００を含み、これは好ましくは少なくとも二つのデータベースまたは“参照表”３０２と３０４、及び任意的に、第三のデータベース（参照表）３０６を含む。参照表３０２，３０４（及び任意的に３０６）のそれぞれは電池電圧ｖinの指示信号を即時電力サイクルのそれぞれのフェーズの実行に使用されるデューティサイクル（第一フェーズに対しては“ｄｃ1”そして第二フェーズに対しては“ｄｃ2”）の指示信号に変換する。
電力サイクルの開始により、論理回路は電池電圧ｖinの指示信号を受け、それから即時読み取りｖinを第一参照表３０２に参照して電力サイクルの第一フェーズの開始のためのデューティサイクルｄｃ1を確立する。第一フェーズはタイミングネットワーク１９７が第一フェーズのあらかじめ決められた時間間隔ｔphase 1が経過したことを示す信号を供給するまで続けられ、そこで論理回路１９５はｖinと第二参照表３０４を参照して第二フェーズを開始するためのデューティサイクルｄｃ2を確立する。第二フェーズはタイミングネットワーク１９７が第二フェーズの予め決められた時間間隔ｔphase 2が経過したことを示す信号を供給するまで続けられ、そこでタイミングネットワーク１９７は端子２２９で論理回路１９５に閉止信号を供給する。任意的に、論理回路１９５は第三フェーズを開始し、第三デューティサイクルｄｃ3を確立することができ、そして予め決められた第三フェーズの時間間隔（ｔphase 3）が経過するまで閉止信号は発生させられない。本発明は追加のフェーズで同様に実行されることができよう。
本発明は参照表に対する参照を各フェーズの開始部に限定することによって実行して各フェーズの実質的全体を通して適用されるデューティサイクルを確立することができるけれども、洗練された好ましい実行は制御回路が各フェーズを通して進行するときの電池電圧の変動に応答してデューティサイクルに設定する値を動的に調整するようにそれぞれの参照表３０２，３０３及び３０６と一緒に連続的ｖinを参照するように論理回路１９５を構成させることである。このような装置は希望の熱−ヒストグラムのより正確な繰り返しを提供する。
好ましくは、電力サイクルを確立するまたは構成する前記段階は前記電源の電圧放電サイクルの下限部の電圧水準で最大値のデューティサイクルを予め選ぶ段階を含む。好ましくは、選択されたデューティサイクルの前記最大値は前記電圧放電サイクルの下限作動電圧水準より低い電圧水準で確立される。
タイミングネットワーク１９７はまた電池が放電するとき一つのヒータ素子４３の次への作動を防ぐように適合させられている。同じ出願人の米国特許第５５０５２１４号に記載されているような、他のタイミングネットワーク回路構成がまた使用されることができ、その開示内容は参考までにここに組み入れられる。
作動中、シガレット２３はライター２５中に挿入されており、シガレットの存在は光センサ５３により検出される。光センサ５３は端子２２３を通して論理回路１９５に信号を送る。論理回路１９５は電力源３７が充電されているかどうかまたは即時電圧が容認最小値ｖin-min以下であるかどうかを確認する。もし、シガレット２３のライター２５への挿入後に、論理回路１９５が電力源の電圧が低過ぎること、ｖin-min以下であることを検出したら、表示器５１は明滅し、電力源が再充電または交換されるまでライターの更なる作動は抑止されるであろう。電力源３７の電圧はまたヒータ素子３７の点火中監視され、もし電圧が予め決められた値以下に低下したらヒータ素子の点火は中断される。
もし電力源３７が充電され電圧が十分であれば、論理回路１９５は端子２２５を通して信号を吸い込みセンサ４５に送り喫煙者がシガレット２３を吸引しているかどうかを決定する。同時に、論理回路１９５は端子２２７を通して表示器５１に信号を送り、かくしてＬＣＤが８吸い込みが利用可能であることを反映する数字“８”を表示する。
論理回路１９５が端子２２１を通して吸い込み作動センサ４５から持続した圧力低下または空気流が検出されたとの信号を受けると、論理回路は電圧を節約するために吸い込みの間光センサ５３をロックアウトする。論理回路１９５は端子２３１を通してタイマーネットワーク１９７に信号を送りタイマーネットワークを活性化し、それがそれからフェーズ毎に前述の態様で機能し始める。論理回路１９５はまたダウンカウントルーチンにより、８個のヒータ素子のどのものが加熱されるべきかを決定し、適当な端子２１１−２１８を通してＦＥＴヒータスイッチ２０１−２０８の適当な一つをスイッチオンさせる信号を送る。適当なヒータはタイマーが進行する間その状態のままである。
タイマーネットワーク１９７が端子２２９を通してタイマーが進行を停止したことを示す信号を論理回路１９５に送ると、特定のオンＦＥＴヒータスイッチ２１１−２１８がスイッチオフされ、それによりヒータ素子から電力を取り除く。論理回路１９５はまたダウンカウントし、表示器が一つ少ない吸い込みが残っている（すなわち第一吸い込みの後では“７”）ことを表示するように端子２２７を通して表示器５１に信号を送る。喫煙者が次にシガレット２３を吸い込むと、論理回路１９５はＦＥＴヒータスイッチ２１１−２１８のうち別の予め決められたものをスイッチオンし、それによりヒータ素子のうち別の予め決められたものに電力を供給する。この工程は表示器５１がシガレット２３にもはや吸い込み回数が残っていないことを意味する“０”を表示するまで繰り返されるであろう。シガレット２３がライター２５から取り除かれると、光センサ５３はシガレットが存在しないことを指示し、そして論理回路１９５がリセットされる。
参考までに組み入れられる米国特許第５５０５２１４号に記載されている機能のような、他の機能は上述の機能の代わりにまたはそれに加えて、制御回路４１内に組み入れることができる。例えば、もし望むなら、種々の動作不可能機能を設けることもできる。動作不可能機能の一形式は電力源３７が回復する時間を持つように、余り近過ぎて一緒に起こる連続吸い込みを防ぐためのタイミング回路（図示せず）を含む。別の動作不可能機能はもし無認可製品がヒータ器具３９内に挿入されたならヒータ素子４３を動作不可能とするための手段を含む。例えば、シガレット２３は加熱素子４３が起動される前にライター２５が認識せねばならない識別特徴を備えていてもよい。
好ましい熱−ヒストグラムを確立すること
図７を参照して前に検討したように、制御回路４１は予め決められた時間間隔ｔ1とｔ2の好ましくは第一と第二フェーズを含む電力サイクルを実行するように構成される。
基本的に、ここで引き受けられる仕事は、送出の即時性、衝撃、味、アロマ及び容量のような、各シガレット２３の喫煙で希望の主観的特性が達成されるように各ヒータ素子３７に電力を付与するための動作解析（regimen）を確立することにある。
まず最初に、電力サイクルのための合計時間間隔を導出するとき、喫煙者がシガレットをほぼ２秒間吸引するという、そしてＦＴＣ試験法が標準的な２秒吸い込みを含むという一般的観察に考慮が払われる。
また、もし電気喫煙システムの電力サイクルが２秒タイムマークを越えて続けられるとしたら、吸い込みサイクルの後方部で生成したエアロゾルの一部は喫煙者の吸引の終結時に喫煙システム内に滞留するかもしれず、この状況はヒータ上にエアロゾルの凝縮を激化することが発見された。
従って、電気喫煙システムの作動は好ましくは過剰のエアロゾルの生成が減少するように２秒吸い込みサイクルの末期にまたはその当りで削減されるべきである。
更に、喫煙の楽しみはもし喫煙者が吸い込みの開始によりほぼ即時的に主観的応答を与えられると増大する。この目的に対して、ヒータができるだけ早く作動温度まで“立上る”ように電力の付与を構成する必要がある。しかし、ヒータ内の過大ピーク温度はヒータ素子３７の寿命予想に極めて有害である。もし立上り段階があまり過激に実行されると、ヒータがシガレットを装填されているときでさえヒータは９００℃またはそれ以上の温度に駆動されるかもしれない。好ましくは、ヒータ素子は６８０から７８０℃の範囲内の温度に加熱され、より好ましくは７００−７６０℃の範囲内に維持される。
図９は１０ミリメートル×１２ミリメートルの真直ぐなヘアピンヒータ素子３７（図５に示された形式の）を持つ負荷状態（シガレット挿入状態）の１秒間のパルス持続時間に対する合計エネルギー入力に関する摂氏でのピーク温度間の関係を示す。７５０℃のヒータ目標温度を表す水平線により示される如く、１秒間パルス中の１６．５ジュールエネルギー入力がこの特定のヒータ形式及び断面に対してヒータ温度の希望の範囲の上限を達成する。
さて図１０を参照するに、“ａ”を付された線は同じ１０×１２ミリメートル（断面）の真直ぐなヘアピンヒータ素子３７でシガレット２３によって送出された合計粒状物質（ＴＰＭ）（シガレット当りのミリグラム単位）対ジュールでのヒータへのエネルギー入力間の関係を示す。線ａはもしエネルギー送出が１６．５ジュール、１秒パルスに限定されるなら、ＴＰＭでの予想送出は３．７５ミリグラムまたはその当りであるであろうことを示す。しかし図９に戻って参照するに、もしエネルギー入力が電力サイクルの他の如何なる操作なしに送出を増やすように増やされると、そのときはヒータ内のピーク温度が容認できない極限に達するであろう。
合計エネルギー入力の高水準での定常電力プロファイルを持つ電力サイクルの今一つの特徴はこの電力サイクルがタバコを熱的にオーバドライブし煙に不快な印象を作り出すことである。
電力サイクルとヒータは競合特性、すなわちヒータ中の過大なピーク温度を避けながらヒータ温度の急速な立上りを達成する能力と、タバコをオーバドライブしてタバコの煙に不快な印象を与えることなしに目標の“タール”水準に合致するに十分な合計エネルギー入力を得ること、を達成するように構成されねばならないことが明らかとなった。先に検討したように、単一パルスを付与するという先行慣例は過大なピーク温度を作り出しより高い合計エネルギー水準ではタバコを熱的にオーバドライブ（過剰熱分解）する傾向があった。
好ましい熱−ヒストグラムの詳細
上に確認した競合する要求に合致させるために、合計電力サイクルを、ヒータの希望の作動温度の早期達成専用の電力サイクルの第一フェーズと、ヒータ温度のピークを避けかつ急上昇の熱分解を避ける方式で目標のタール値を達成するための希望の合計エネルギーの送出の達成専用の第二フェーズと、を有するフェーズに分割することが導出された。
さて図１１を参照するに、この方策は熱−ヒストグラムの生成に帰着し、そこでは電力サイクルは二つまたはそれ以上のフェーズに分割され、各々が予め決められた合計エネルギー入力（Ｊ1とＪ2）と時間間隔（ｔ1とｔ2）を有する。実験的かつ分析的に良好な主観的結果が２２ジュールの合計エネルギー入力を与えかつ１秒間（ｔ1）と１５ジュールの合計エネルギーの第一フェーズとそれに続く０．６秒と７ジュールの合計エネルギー入力の第二フェーズを含む熱−ヒストグラムにより得られることが見出された。
フェーズの時間間隔とエネルギー水準はヒータ素子設計が変えられるかまたはそれらの形式が変えられるとき操作されることは理解されるべきである。上述の分析的かつ実験的方策及び以下に続く更なる詳細がヒータ幾何学と形式のどの組み合わせ及びどの熱−ヒストグラムがヒータの過大な熱負荷を避けながら、喫煙者に対して主観的楽しみと満足する送出を提供することができるかの解決の指針を提供するであろう。特に、予熱サイクルは第一吸い込みの送出を上昇させ、従って第一吸い込みは味と送出において続く吸い込みとより一貫したものとなる。
タール送出の正確度を達成するための所定のシガレット２３を有する所定のヒータを作動させるための熱−ヒストグラムを導出する簡単な方法は希望のタール水準を達成するために必要なエネルギーの合計量を導出すること（例えば図１０に示された関係を導出する）及び電力サイクルの二つのフェーズ中にその合計エネルギーＪtを分割することであり、そこでは合計エネルギー入力の３分の２が第一フェーズでその合計エネルギーの３分の１が第二フェーズで達成される。この方策は初歩的であるが、通常多くの適用で好ましい結果を与えるであろう。
好ましい熱−ヒストグラムを構成するための他の技術は第一フェーズの平均電力（Watts1）の第二フェーズの平均電力（Watts2）に対する比がほぼ２．１から２．７の範囲内、より好ましくはほぼ２．４から２．５の範囲内にあるようにフェーズの合計数、各フェーズの持続時間及び合計エネルギーＪtを導出することである。
一般的に、好ましい熱−ヒストグラムはほぼ０．５から１．０秒の範囲の第一フェーズ持続時間及びほぼ１２から１８ジュールの第一フェーズエネルギーと共に、ほぼ１．０から１．５秒の範囲の第二フェーズ持続時間及びほぼ５から１３ジュールの第二フェーズエネルギーを持ち、かつほぼ２３から２６ジュールの範囲の総合計エネルギー入力（Ｊt）を持って定式化することができる。
特に、主観的特性を楽しませる熱−ヒストグラムはほぼ２３から２５ジュールの総合計エネルギー入力（Ｊt）、ほぼ０．８秒の持続時間とほぼ１４から１６ジュールの合計第一フェーズエネルギーの第一フェーズ、及び１．２秒と８から９ジュールの合計第二フェーズエネルギーの第二フェーズを含む。
本発明の更なる特徴は一旦望ましい熱−ヒストグラムが確立されると、制御回路４１が以下の検討で教示される慣例を採用するとき希望の熱−ヒストグラムを再三再四正確に複製するように構成することができることである。
希望の熱−ヒストグラムの正確な複製のための論理回路の構成
さて図１２と図１３を図７と一緒に参照するに、制御回路４１の論理回路１９５は論理回路１９５により実行された各電力サイクルを第一と第二フェーズに分割するように設けられており、それぞれの持続時間は前述の如く好ましい熱−ヒストグラムで確立された持続時間に合致している。それぞれの熱−ヒストグラムフェーズのために決定された希望の合計エネルギー送出に到達するために論理回路１９５は電力サイクルの各フェーズ中の電力付与を変調する。
好ましくは電力変調はパルス密度変調の形であり、そこでは論理回路１９５はそのパルス持続時間が固定されている時間“ｔon”の予め決められた漸増期間の電力パルスを繰り返し発生する。好ましくは、パルス幅“ｔon”はほぼ０．０１０秒であり、好ましくほぼ０．００８秒（８ミリ秒）であるが、他の値もその代わりに用いることができる。固定パルス持続時間（ｔon）による変調が好ましい、なぜなら特に各漸増電力パルスが繰り返され動的に調整されない場合にそれは電力サイクルの正確な実行を容易とするからである。その代わりに、漸増電力パルス間の時間（ｔoff）が調整される。
論理回路１９５は以下の検討で詳述されるサブルーチンにより秒当りに発生されるそのようなパルスの数（周波数“ｆ”）を決定し、従って所定のフェーズに対して、そのフェーズ中に送出される合計エネルギー（Ｊ1，Ｊ2または任意的にＪ3）が各漸増パルスのそれぞれの中のピーク電力掛ける各漸増パルスの時間“ｔon”、掛ける論理回路１９５により確立された周波数、掛けるそのフェーズに割り当てられた合計時間（ｔ1，ｔ2または任意的にｔ3）により決定される。
これらの関係により、所定のフェーズに対して、例えば第一フェーズに対して、フェーズ１の電力変調に対する周波数（“ｆ1”）は次の式により導出される：
（１）f1＝（J1／［ton *tphase 1］）*（Rh／［vin*（Rh/（Rh＋Rc）］2）；
ここでＲhはヒータの抵抗であり；Ｒcは回路の抵抗であり；Ｊiはフェーズ１に対する希望の合計エネルギー（熱−ヒストグラムによって決定されるような）であり；ｔonは電力の各変調パルスの時間間隔であり；ｔphase 1はフェーズ１の合計時間間隔であり；そしてｖinは電池の即時電圧水準である。上記式で使用された項Ｒcは導線、ＦＥＴ、接点及びフューズ／過電流防止機構を含む回路抵抗（通常約０．１５から０．２０オームの間）である。ヒータ抵抗と称される項Ｒhは好ましい実施例では平均してほぼ０．６５オームに近い。
項デューティサイクル（“ｄｃ”）はヒータに送出されることのできる最大電力／エネルギー（定常エネルギープロファイル）に比べたヒータに送出された電力／エネルギーの百分率である。図１３を参照するに、フェーズ、例えば第一フェーズ、の実行中に論理回路１９５は第一フェーズの周波数を導出し、そのときその周波数をカウンタを設定することにより確立し、かくしてそのカウンタがそれぞれの変調パルス間の必須時間（“ｔoff”）を確立する。
各フェーズに対するデューティサイクル（ｄｃ）は以下の如く周波数（ｆ）に関係する：
（２）ｄｃ＝ｔon *ｆ／ｔphase＝ｔon／ｔon＋ｔoff
上記の電力変調は、各変調パルスの実行中に電池電圧（ｖin）を動的に監視するように論理回路１９５を設け、最新検出ｖinの変化をカウンタ確立ｔoffの変化で補償することによって増強される。従って、もし論理回路１９５が電力サイクルの第一フェーズの実行中にｖinの低下を検出したら、ｔoffの期間を減少するであろう。かくして第一フェーズのデューティサイクルは希望の予め決められた熱−ヒストグラムにより第一フェーズに対して確立された目標の合計電力（Ｊ1）を維持するように増やされる。
図７を特に参照するに、電力サイクルの構成における今一つの作動上の便宜は制御回路４１内に電池が再充電されるとき及び／または交換されるときヒータ素子３７から電圧試験読み取りを得るように一回または数回ヒータを参照しまたは“ピングする（pings）”サブルーチンを含むことである。得られた電圧読み取りはそれから参照表３０８を参照してヒータ素子３７の抵抗の即時水準を導出するために用いられる。ヒータ抵抗（Ｒheater）のこの決定から、論理回路１９５はそのとき第二ＰＲＯＭ参照表３０９を参照してトリムエネルギー“ΔＪtrim”を導出し、この読み取りは各フェーズに対して予め決められた合計エネルギーに対する値を調整するために（Ｊ1 adj' d＝Ｊ1＋ΔＪtrim）使用される。制御回路はそのときＪ1 adj' dを使用するそのフェーズのための周波数（ｆ1）の計算を請け負う。
電池放電サイクルを通しての吸い込み送出の一貫性の達成
本発明の今一つの重要な特徴は前述の電池放電サイクルを通して、制御回路４１が希望の、予め決められた熱−ヒストグラムを達成する電力サイクルを一貫性を持って実行するように制御回路４１が構成されることである。かかる特徴は吸い込み毎に主観的に楽しい煙の送出を得るが、また喫煙慣習者がより伝統的なシガレットで見込まれるようなシガレット毎にかつパック毎に一貫性のある喫煙経験を与えられることを確実とする。
この特性は、放電サイクルを通して各フェーズに対して予め決められた合計エネルギー付与（Ｊ1とＪ2）を維持するように電池の放電サイクルを通して電池が進行するときの各フェーズのデューティサイクルを調整する論理回路１９５による操作を通して達成される。
図７に戻って参照するに、この特徴は論理回路１９５によってシガレットの喫煙を開始するときまず電池電圧ｖinを読み取って電力サイクルの第一フェーズのためのデューティサイクル参照表３０２を参照し電圧ｖinに対するデューティサイクルｄｃ1を確立することによって完成される。この操作は上述の式（１）により周波数（ｆ1）を確立する論理回路１９５と同等である。論理回路１９５はフェーズ１を通過して進行すると、好ましくはデューティサイクル参照表３０４を参照する前にｖinの読み取りを参照して新しいｖinの読み取りに対するデューティサイクルｄｃ2のための値を確立する。論理回路１９５はそれから電力サイクルの第二フェーズの実行を通して進行し、希望の熱−ヒストグラムによって予め決められたように予め決められた合計エネルギー入力（Ｊ2）を達成する。先に検討したように各フェーズの実行中の電池電圧の変動に対して調整が動的になされ、また上述の如くヒータ抵抗における変化に対して調整がなされる。
論理回路１９５はもし希望の熱−ヒストグラムのための任意的な第三フェーズ（または第四）が確立されておれば同様な段階を実行する。
好ましくは、設計点は、電力源から見込まれるところの最低の電圧ｖin-bsmnt（図８参照）でのデューティサイクルを確立するための論理回路１９５に対して確立されている。好ましくは、この設計点は論理回路１９５が典型的には最低電圧に達しないかまたは参照表３０２または３０４の極限に達しないようにｖin-min以下のある範囲の電池電圧（ｖin-bsmnt）である。好ましい実施例では論理回路は参照表が３．６ボルトまで下方に延びているとしてもほぼ４．１ボルトの電圧でライターを不活性化する。
好ましい例示的実施例
上記の教示により、８×１６断面の波打つヘアピンヒータと２３ジュールの合計エネルギー入力では、第一フェーズは好ましくは１．０秒の時間間隔と１５．５ジュールの合計第一フェーズエネルギー入力を持つように構成される。第二フェーズは０．６秒の持続時間を持ちかつ７．５ジュールの合計エネルギー送出を含むように構成される。４個のセル電池電力供給では、ｖin-maxは５．１ボルトであると決定され、この電池では設計点として使用された３．６ボルトの操作的に最低の電圧（ｖin-bsmnt）で達成された電圧放電サイクルを受ける。操作的に、かつ制御回路４１のための参照表３０２を確立するために、操作的最低電圧（ｖin-min）は４．３ボルトで確立されており、この電圧以下では論理回路１９５は電池が再充電する必要があるとの指示をさせかつライターの更なる操作を削減するであろう。
上記の教示により確立されたように、次の値が制御回路４１により以下の表に記載の如く確立された。
如何にして我々の変調が電池放電サイクルを通して希望の熱−ヒストグラムを複製するように設けられているかの更なる理解のために、図１４に１．０秒の持続時間を持つ第一フェーズでの１５．５ジュールの希望の熱−ヒストグラムと共に、パルス持続時間が０．６秒であるところの第二フェーズ中の７．５ジュール入力を持つ熱−ヒストグラムが記載されている。制御回路４１が一旦上記の教示により構成されたら、図１５に参照するように、ディジタル化信号アナライザが５．２ボルト（ｖin）で電力サイクルを実行するときの制御回路４１により確立された電子サイクルの特性を示す。図１６を参照するに、電池電圧が３．８ボルトに低下すると、ピークワット数が２０ワットに落ち、デューティサイクルは図１４の熱−ヒストグラムを複製するように補償のため増大される。
さて図１７と図１８を参照するに、好ましい実施例の制御回路４１が電池放電サイクルと組み合わせられた電圧の範囲を通して一つのフェーズから次への正確なエネルギーの希望の段階状付与を複製するときのその正確度を何人も容易に確かめることができる。
好ましい三フェーズの代替実施例
二フェーズ電力サイクルは電力サイクルの全ジュール（Ｊt）がほぼ２２−２６ジュールの範囲であるときは効果的なアレンジメントである。この範囲のエネルギーの上限では、三フェーズヒストグラムにより電力サイクルを再構成するのが有益であると証明することができよう。
例えば、ある喫煙システム２１が１１ミリグラムのタール送出を持つ一般的な軽シガレットのフレーバと送出を模倣するために設けられた。この喫煙システム２１の制御回路４１は次の熱−ヒストグラムとそれとマッチングした電圧サイクルにより作動されるように構成された。
０．５秒ｔphase 1の２０．６ワットでの１０．３ジュールの第一フェーズと共に、１．０秒１３．６ジュールの第二フェーズを持つ。後者は各フェーズの時間間隔と送出された合計ジュールの両者が希望の水準の送出と共に希望の主観的特性（味と衝撃）を与えるヒストグラムが達成されるまで操作された例である。
真の電力制御
先の実施例では、電力サイクルは少なくとも第一と第二のフェーズに分割されており、それぞれが各フェーズに対してそれぞれの予め決められた時間間隔と合計エネルギー入力を持つ。それらは、各フェーズの確立された、それぞれの合計エネルギー入力が達成されるように電力源のリアルタイム負荷電圧を決定すること及びその電力サイクルの各フェーズのそれぞれのデューティサイクル（または他の電力調整因子）を電圧読み取りに応答させて調整することにより構成された電力サイクルを要求により繰り返し実行することによって電力源の放電サイクル（作動電圧変化のその上限と下限）に適応させた。電池電圧ｖinが読み取られ、それぞれのデューティサイクルが参照表（ＲＯＭ）を参照して決定された。
先の実施例は特に種々のヒータ素子３７がそれらの電気抵抗が容認できる密接した許容誤差内に入るように製造することができる場合に適している。しかし、あるヒータ材料及び／または製造技術では、抵抗はヒータ毎に変わるかもしれない。以下の真の電力制御サイクルはヒータ素子３７中の抵抗の差にかかわらず正確な電力サイクルの実行を提供するように確立された。このアレンジメントはまた第一と第二の電力フェーズアレイを含み、そこでは第一フェーズが三つのサブフェーズに分割されている。その各々はそれ自身の規定されたフェーズ持続時間ｔ1a，ｔ1b，ｔ1c及びｔ2を持ち；その各々はそれ自身の予め決められた（“目標”）平均電力水準ｐ1a，ｐ1b，ｐ1c及びｐ2を持ち；従ってその各々はその結果としてのそれ自身の合計エネルギーＪ1a，Ｊ1b，Ｊ1c及びＪ2を持つ。
図１３と図１９を参照するに、電力変調はパルス密度変調の形であり、そこでは論理回路１９５′が時間“ｔon”（このパルス持続時間は固定されている）の予め決められた漸増時間間隔の電力パルスを繰り返し発生する。好ましくは、パルス幅“ｔon”はほぼ０．００８秒（８ミリ秒）であるが、その代わりに他の値を用いることもできる。論理回路１９５′は以下の検討で詳述されるであろうサブルーチンによりパルス間のオフ時間を決定し、従って所定のフェーズに対して、論理回路１９５′により確立されたオフ時間を持つ電力パルスの実行がそのフェーズのための目標平均電力（例えばｐ1a）を提供する。
特に図１９を参照するに、分路抵抗器４１０とスケーリング増幅器４２０が制御回路４１′内に設けられており、電力サイクルを受けているヒータ素子３７のいずれかを通過している電流（“ｉheater”）の指示信号を論理回路１９５′に供給する。先の実施例における如く、論理回路１９５′は、電力サイクルを受けているヒータ素子３７を横切る電圧の指示である、電力源３５ａの電圧水準ｖinの指示信号を受けるように配置されている。
制御回路４１′において、論理回路１９５′は、各フェーズ（１ａ，１ｂ，１ｃ及び２）に対して、目標平均電力水準ｐ1a，ｐ1b，ｐ1c及びｐ2と予め決められたフェーズ持続時間ｔ1a，ｔ1b，ｔ1c及びｔ2のディジタル等価を記載する参照表４４０にアドレスするように配置されている。
電力サイクルの開始により、論理回路１９５′は参照表４４０を参照してそのフェーズのためのそれぞれの目標平均電力水準（例えばｐ1a）とそのフェーズ持続時間（例えばｔ1a）を登録し；そのフェーズ持続時間（例えばｔ1a）のために提供された値によりディジタルタイマーまたは同等物を設定し；選ばれたヒータ素子３７に第一電力パルス（８ミリ秒）を開始し；そして電池電圧（ｖin）及びヒータ電流（ｉheater）の指示即時信号を得る。電池電圧ｖinとヒータ電流ｉheaterに対する信号値の数学的積は選ばれたヒータ素子３７での瞬間的電力に比例するので、論理回路４１′は特定のフェーズの目標平均電力（例えばｐ1a）がその瞬間的ヒータ電流（ｉheater）と電池電圧（ｖin）で達成されるところのｔoff（またはデューティサイクルｄｃ1a）をそのフェーズ持続時間（例えばｔ1a）によって提供される時間内に素早く導出することができる。論理回路１９５′は次の基本的関係によりこの段階を実行するようにプログラムされている：
（３）ｔoff＝（ｉheater・ｖin・ｔon／ｐphase）−ｔon
ここでｐphaseはそれぞれの目標電力水準（ｐ1a，ｐ1b，ｐ1cまたはｐ2）である。
従って、ｔoffがそのフェーズ（例えばフェーズ１ａ）の第一漸増電力パルスの実行中にまず導出される。好ましくは、それは同じ方式でそのフェーズの連続した電力パルスのそれぞれの中で再三再四導出され、従ってデューティサイクルは実行中のフェーズを通して動的に調整可能である。
計時されたフェーズ持続時間（例えばｔ1a）の消滅により、論理回路４１′は次のフェーズ（例えばフェーズ１ｂ）に入り；その新しいフェーズのためのそれぞれの目標平均電力（例えばｐ1b）とそのフェーズ持続時間（ｔ1b）を参照し；同じ選ばれたヒータ素子３７に第一電力パルス（８ミリ秒の）を開始し；そして先に述べたのと同じ方式でｔoff（またはデューティサイクルｄｃ1b）を導出する。このプロセスは動力サイクルが完了するまでその後のフェーズのそれぞれに対して繰り返される。
この形式の電力管理は希望の電力プロファイルの正確な複製を提供し、自動的にヒータ素子３７中の電気抵抗の差に対して及び電力サイクルの実行中の電池電圧の断続的な変動に対して補償する。それはまた負荷温度またはヒータ素子３７の抵抗の動的推移にかかわりなく正確な電力／エネルギー送出を維持する。
好ましくは、いずれかのフェーズまたはサブフェーズ（最後を除き）におけるデューティサイクル（例えばｄｃ1a）が低下する負荷電池電圧（ｖin）のために１００％に達すると、次のフェーズ（例えばフェーズ１ｂ）は上昇させたデューティサイクルで、好ましくは１００％デューティサイクルで始められ、かつ時間増分Ｔｘを通してその上昇デューティサイクル（１００％）で進められ、かくしてＴｘ中に送出された合計送出エネルギーは先行フェーズ中に損失したエネルギーを補償するのみならずそれに続くフェーズのＴｘ部分に対して当初計画された如きエネルギー増分をも付与する。Ｔｘの完結時点で、デューティサイクルは平均電力（例えばｐ1b）がそのフェーズの終わりまでに、もし可能であれば、残りのフェーズ中に送出されるように前述のように調整される。
もし負荷電圧が１００％デューティサイクルが全てのフェーズに対して必要であるようなものであれば、作動は電池負荷電圧（ｖin）がカットオフ電圧にまたはその上に残る限り（減少した合計エネルギーにより）続けることができる。吸い込みサイクルの実行はもし負荷電圧（ｖin）が低カットオフ電圧以下に落ちると削減される。
所定のフェーズ内の合計エネルギーの値（例えばフェーズ１のＪ1a）及びそのフェーズの目標平均電力（例えばｐ1a）が互いに指示的（indicativa）／比例的であることは理解されるべきである、なぜなら後者は時間で割った前者に等しく、かつ時間は各フェーズに対して固定の量（例えばｔ1a）であるからである。従って、動的なｔoff（またはデューティサイクル）の導出のための論理回路１９５′のディジタル的実行は、目標電力の所定の値とフェーズ持続時間を用いて、またはそれに代えてフェーズ当りの合計エネルギーの所定の値と共に所定のフェーズ持続時間のセットにより上述の如く実行される。
従って、要約すると前記制御器は好ましくは：
それぞれ前記第一と第二フェーズの前記の予め選ばれた時間間隔（ｔphase）を指示する第一セットの値；及び
それぞれ、前記第一と第二フェーズの前記の予め選ばれた合計エネルギー（Ｊphase）に関して第二セットの値（この第二セットの値は前記第一と第二フェーズのためにそれぞれ予め選ばれた目標平均電力水準（ｐphase）を指示する）；
を備えており；
前記制御器は前記第一と第二フェーズの各々中にそれぞれｔphaseとｐphaseのそれぞれの値にアクセスし；前記制御器の前記オフタイム（ｔoff）の持続時間を調整することによりそれぞれ前記フェーズの各々中の前記パルス密度変調段階を実行し、かくして前記制御器は前記それぞれの目標平均電力水準（ｐphase）に近接した水準で前記ヒータ素子に、それぞれの時間間隔（ｔphase）の間、電力を付与するように構成されている。いずれかの第一フェーズ中の前記デューティサイクルが１００％値に達すると、前記制御器はＴｘ時間中に送出された合計エネルギーが前記第二フェーズのＴｘ部分に対し当初決定されたエネルギー増分、及び前記第一フェーズの予め選ばれた合計エネルギー（Ｊphase 1）と前記第一フェーズ中の実際のエネルギー送出との間の如何なる差にもほぼ等しくなるような時間Ｔｘまで前記第二フェーズを１００％デューティサイクルで実行する。
好ましい電力プロファイル
先の好ましい実施例における如く、この好ましい電力プロファイルは第一と第二フェーズに分割され、そこではエネルギーの総合計のより大きな部分が第一フェーズ内で付与され、そこでは第二フェーズは第一より長い。しかし、以下に記載の電力プロファイルにおいては、第一フェーズは漸進的に減少する合計エネルギー及び電力の目標水準の三つのサブフェーズ１ａ，１ｂ及び１ｃに分割されている。このサブフェーズ１ａ，１ｂ及び１ｃの電力計画はヒータ温度の上昇を素早く開始するために、第一サブフェーズ（１ａ）に最大エネルギー量を付与する。続くサブフェーズ（１ｂ，１ｃ）はシステムがヒータ素子を熱的にオーバドライブすることなくかつ過大ピーク温度を起こさないようにますます少ないエネルギーの量を供給する。電力サイクルのサブフェーズ１ａ，１ｂ及び１ｃはヒータ温度の素早い上昇を促進するように配置されているが、第二フェーズはヒータ温度を早く上昇させるよりもむしろ上昇したヒータ温度を維持することに向けて構成されている。従って、それは第一のサブフェーズのいずれよりも長い持続時間を持ち、かつそれはサブフェーズ１ａ，１ｂ及び１ｃのいずれもが個々に受けたものよりかなり低い平均電力水準を適用する。
図１９に戻って参照するに、任意的に論理回路１９５′は各ヒータ素子３７のためにオフセット（“ΔＪe-trim”）のリストを含む第二参照表４６０（“エネルギートリム表”）を含む。このオフセットはヒータ素子が電力サイクルの実行を受けるとき上述の表からの目標合計エネルギー（Ｊ1a，Ｊ1b，Ｊ1c及びＪ2）がそれぞれヒータ素子の制御論理回路４１′への接続（“トレース”）が平均より長い（より大きな回路損失を持つ）かまたは短い（より小さい回路損失を持つ）かに従属して上向きまたは下向きにΔＪe-trimだけ調整されるように各ヒータ素子３７に対して目標合計エネルギー（Ｊ1a，Ｊ1b，Ｊ1cまたはＪ2）をわずかに調整することを含む。より大きな回路損失のヒータ素子に対しては、目標エネルギー水準（または目標平均電力）はその特別の損失に打ち勝つように上向きに調整される。より小さい回路損失のヒータ素子に対してはその反対が行われる。従って、オフセットΔＪe-trimの適用はヒータ素子毎のヒータ器具の性能の均一性を強化する。それはまた指示された電力プロファイルによる電力サイクルの実行中の精度を強化する。好ましい実施例においては、ヒータ素子中のΔＪe-trimのための値は−０．０５ジュールから０．０８ジュールの範囲内にあるが、異なる回路適用は異なる範囲の値を必要とするかもしれない。
予熱電力サイクル
先に説明した如く、論理回路１９５′はシガレット検出器５７と共働してシガレット２３がライター２５のヒータ器具３９中へ挿入された瞬間を検出する。それにより、論理回路１９５′は上述の如く吸い込みセンサ４５と共働して吸い込み作動電力サイクルを実行するための準備ができる。
図１９を再び参照するに、光センサ５７がシガレットの挿入を検出する瞬間と吸い込みセンサ４５が吸い込み作動電力サイクルを実行することが可能となるときとの間で作動する予熱サイクルルーチン４８０を論理回路１９５′が備えていることが好ましい。
好ましくは、予熱サブルーチンは連続して、好ましくはあいついで直ちに各ヒータ素子３７の１／８秒点火を実行するように構成されている論理回路１９５′の一部を含む。８個のヒータ素子３７を有する好ましい実施例のためには、予熱サイクルはほぼ１秒の総合計時間内に実行される。好ましくは、論理回路はいずれの吸い込み作動電力サイクルを開始するに先立ち予熱サイクルの実行を完了するように構成される。比較的短い持続時間の予熱サイクル（１秒）はライターの吸い込み作動電力サイクルの準備及び実行可能の遅れを避ける。しかし、もし望むなら予熱サイクルのためのより長いまたはより短い合計時間（ｔpreheat）が実行され、各ヒータへの電力パルスは合計予熱サイクル時間ｔpreheatの同一画分である必要はない。
好ましくは、全予熱サイクルは予熱サイクル当りほぼ５から２５ジュールの範囲の、より好ましくはほぼ１０から２５ジュールの範囲の、そして最も好ましくはほぼ１７ジュールの目標合計エネルギー水準（Ｊpreheat）を供給する。
予熱サイクルルーチン４８０は好ましくはシガレットがライター２５中に挿入されたことをシガレット検出器５７によって確認した後ほぼ１秒で実行される。
吸い込み作動電力サイクルの実行によりシガレット２３からより十分な主観的により楽しい応答が得られるように、予熱サイクルがシガレット２３のタバコロッドを熱的に予備処理することが見出された。
任意的に、各電力パルスの実行は上述の如き電力変調技術を用いて制御されることができ、そこでは合計ジュール（Ｊpreheat）は固定され、予熱パルスサイクルの持続時間（ｔpreheat）は固定され、そしてそこでは電池電圧（ｖin）またはそれに代えて電池電圧（ｖin）とヒータ電流（ｉheater）の両者が読み取られてデューティサイクルが論理回路１９５′により希望の予熱エネルギー（Ｊpreheat）が得られるようにその読みに応答して調整される。
この発明が好ましい実施例により例示され述べられたが、請求の範囲に包含されたところのこの発明から逸脱することなしにそこに改変及び変化がなされうることは認められるべきである。そのことについて、ヒータ素子３７の形式は代わりにレーザーまたは誘導素子または吸い込みサイクル中にシガレットに熱を移転する他の如何なる装置を含むことができる。更に、好ましい実施例はシガレット２３の希望の送出及び味を達成するために二つまたはそれ以上のフェーズのための合計エネルギー及び時間間隔の操作を教示するが、他のパラメーターを変えてもよい。同様な方式で、電力サイクルの数個のフェーズのデューティサイクル以外のパラメーターを調整して電池の電圧放電サイクルを通して各電力サイクルの実行中の希望の熱−ヒストグラムの正確な複製を実現することもできる。追加的に、この装置は電池以外の電力源を用いることもできよう。更に、デューティサイクル及び／またはヒータの抵抗の変化に応答する各フェーズの動的調整がＰＲＯＭ参照表以外のアレンジメントで達成されることもできよう。例えば、パラメーターは第二電子信号の読み取りに関して電子信号の調整を達成するためにアナログ計算または他の周知の同等物によって明細書中に記載の式１に従って変えることもできる。また、電力源の“電圧”水準を参照することは模範的なものであり；同じ結果を達成するためにデューティサイクルの調整及び／または“電圧”放電サイクルの追跡で他の電気的特性が参照されることもでき；従ってこのような代替はそのような文脈において我々の用語“電圧”を参照することに包含されることを意図している。
Claims (16)
- 電気的に作動される喫煙システムのヒータ素子への電力源からの電力付与を制御する方法において、前記方法が次の段階：
この電気喫煙システムの制御器内に少なくとも第一と第二フェーズを含む実行可能な電力サイクルを確立する段階（この確立段階は前記第一と第二フェーズの各々に予め選ばれた時間間隔（ｔphase）、調整可能なデューティサイクル（ｄｃphase）及び予め選ばれた合計エネルギー（Ｊphase）をそれぞれ提供する）；及び
喫煙システムの吸い込みに応答して、前記の確立された電力サイクルにより前記第一と第二フェーズの各々中のヒータ素子への電力付与を：
電力源の現在電圧を参照表により対応するデューティサイクルに参照する段階；及び
各フェーズの前記のそれぞれの予め選ばれた合計エネルギー水準が前記フェーズの前記のそれぞれの予め選ばれた時間間隔内に達成できるように前記の対応するデューティサイクルに各フェーズのための前記デューティサイクルを調整する段階；
により変調する段階；
を含むことを特徴とする方法。 - 前記構成の電力サイクルを繰り返し実行する前記段階が各電力パルスが前記電力サイクルの実質的部分に通して固定された時間（ｔon）の時間間隔を持つ電力パルスを繰り返し発生することにより電力付与を変調する段階を含み、それぞれの各フェーズの前記デューティサイクルを調整する段階が前記電圧参照段階に応答してそれぞれのフェーズ中に実行されるべき電力パルスの合計数を調整する段階を含んでいることを特徴とする請求の範囲１に記載の方法。
- ヒータ素子の検出された電気抵抗の指示読み取りを得るために前記ヒータ素子の少なくとも一つを電気的に参照する段階及び前記ヒータの前記検出した電気抵抗の変化の補償として予め選ばれた合計エネルギーＪphaseの値を調整することを含むことを特徴とする請求の範囲２に記載の方法。
- 電力付与を変調する前記段階が各々のそれぞれのフェーズ中の前記参照段階の複数の実行を含み、前記それぞれのフェーズのデューティサイクルを調整する前記段階が前記複数の参照段階に応答していることを特徴とする請求の範囲１に記載の方法。
- 前記参照段階が前記フェーズ中の前記ヒータ素子に電力を付与する間に前記電力源の電圧（ｖin）と前記ヒータ素子を通る電流（ｉheater）の両者を参照する段階を含むことを特徴とする請求の範囲１に記載の方法。
- 前記デューティサイクル調整段階が前記フェーズ中のパルス密度を変調することを含むことを特徴とする請求の範囲５に記載の方法。
- 前記方法が更に、シガレットがライター中に挿入されたという信号を前記制御器が受けると実行可能な予熱サイクルを前記制御器に確立する段階を含み、前記予熱サイクルが挿入されたシガレットの一部を熱的に予備処理するための十分なエネルギーを前記予熱サイクル中に連続して送出するために前記ヒータ素子の少なくとも幾つかに電力を連通する段階を含むことを特徴とする請求の範囲１に記載の方法。
- 前記方法が更に前記電力源の電圧放電サイクルに相関する予め決められた電圧範囲を確立する段階を含むこと、前記予め決められた範囲が上限作動電圧水準と下限作動電圧水準を含むこと、前記方法が更に前記構成の電力サイクルの実行を前記上限作動電圧水準と前記下限作動電圧水準間に制限する段階を含むことを特徴とする請求の範囲２に記載の方法。
- 電気シガレットライター（２５）であって、それが：
電力源（３５ａ）の放電サイクルに相関する予め決められた電圧範囲を持つ電力源（３５ａ）（前記予め決められた範囲は上限電圧水準と下限電圧水準を含む）；
シガレット（２３）を受けるのに適合された複数のヒータ素子（３７）；及び
前記シガレット（２３）の一吸いに応答して前記ヒータ素子（３７）の少なくとも一つを前記電力源（３５ａ）と制御可能に連絡するための制御器（４１）；を含み
前記制御器（４１）が少なくとも第一と第二フェーズ、各フェーズのための予め選ばれた時間間隔、及び各フェーズのための予め選ばれたエネルギー水準を含む予め決められた電子サイクルにより前記の少なくとも一つのヒータ素子（３７）に電気エネルギーを送出するように構成されており；
前記制御器（４１）が前記構成の電力サイクルを繰り返し実行するための手段（１９５，１９５′）を含み、前記構成の電力サイクルを繰り返し実行するための前記手段（１９５，１９５′）が：
前記電力源（３５ａ）の現在の電力を参照表（３０２，３０４，３０６）により対応するデューティサイクルに参照する手段；及び
各フェーズの予め選ばれたエネルギー水準が前記電力サイクルの実行中の各フェーズの前記の予め選ばれた時間間隔内で達成されるように前記電圧参照手段の出力に応答して各フェーズのためのそれぞれのデューティサイクルを前記の対応するデューティサイクルに調整するための手段；
を含み、それにより前記の予め決められた電力サイクルの繰り返しが前記電力源（３５ａ）の前記放電サイクルに沿って達成されることを特徴とするライター（２５）。 - 前記制御器（４１）が各電力パルスが前記電力サイクルの実質的部分を通して固定時間（ｔon）の時間間隔を持つ電力パルスを繰り返し発生するための手段を含み、前記デューティサイクル調整手段が前記電圧参照手段の出力に応答してそれぞれのフェーズ中に実行される電力パルスの合計数を変調するための手段を含むことを特徴とする請求の範囲９に記載のライター（２５）。
- ヒータ素子（３７）の検出された電気抵抗の指示読み取りを得るために前記ヒータ素子（３７）の少なくとも一つを電気的に参照するための手段及び前記ヒータ素子（３７）の前記検出した電気抵抗の変化の補償として予め選ばれた合計エネルギーＪphaseの値を調整する手段を含むことを特徴とする請求の範囲９に記載のライター（２５）。
- 前記電圧参照手段がそれぞれの各フェーズ内に複数回前記電力源（３５ａ）の電圧を参照し、前記変調手段が前記電圧参照手段による前記複数の参照に応答することを特徴とする請求の範囲９に記載のライター（２５）。
- 前記構成の電力サイクルを繰り返し実行するための前記手段（１９５，１９５′）が更に前記ヒータ素子（３７）を通る電流（ｉheater）を参照するための手段を含み；デューティサイクルを調整するための前記手段が前記フェーズの各々中のパルス密度を前記電圧参照手段及び前記電流参照手段に応答して変調するための手段を含むことを特徴とする請求の範囲９に記載のライター（２５）。
- パルス密度を変調するための前記手段：
電力パルスを繰り返し発生するための手段（各電力パルスは予め決められたオンタイム（ｔon）の持続時間と一緒に、連続した電力パルスの間に介在されているオフタイム（ｔoff）の時間を持つ）；及び
前記フェーズの各々中のオフタイム（ｔoff）の前記持続時間を前記電圧及び電流参照手段に応答して調整するための手段；
を含むことを特徴とする請求の範囲１３に記載のライター（２５）。 - 前記制御器（４１）に前記ライター（２５）中に挿入されるシガレット（２３）の指示信号を提供するのに適合したシガレット検出器（５３）及び前記制御器（４１）に挿入されたシガレット（２３）を喫煙者が吸引したことの指示信号を提供するのに適合した吸い込みセンサ（４５）を含み；
前記制御器（４１）がシガレット（２３）がライター（２５）中に挿入されたという前記信号を受けるのに応答して予熱電力サイクルを実行するように前記制御器（４１）が構成されていること、前記予熱サイクルが挿入されたシガレット（２３）の一部を熱的に予備処理するための十分なエネルギーを前記予熱電力サイクル中に連続して送出するために前記ヒータ素子（３７）の少なくとも幾つかに電力を連通する段階を含むことを特徴とする請求の範囲９に記載のライター（２５）。 - 前記電力サイクルの実行を上限作動電圧水準と下限作動電圧水準間に制限する手段を含み、前記上限作動電圧水準と前記下限作動電圧水準は前記電力源の電圧放電サイクルに相関させて電圧の予め決められた範囲を確立することを特徴とする請求の範囲９に記載のライター（２５）。
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