JP4988506B2 - 香り源およびそれを用いた香り発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数種類の香りを長時間安定して発生させるための香り源、およびその装置に関する。

従来、香りを発生させる技術に関しては、液体を気化させる方法、液滴を生成させそれを気化させる方法など、種々の方法が提案されている。一方、香り源を取り扱いやすくするために、特許文献１、特許文献２に記載されているような固体の香り源、すなわち、多孔質材料とこの多孔質材料の表面に付着した液体香り成分からなる香り源、また特許文献３に記載されている固体またはゲル状の香料、あるいは固形物に液体の香料を含浸させたものから成る香り源を用いた例がある。一方、特許文献４には、複数の香り物質を簡単に交換できるカートリッジの方法が記載されている。

特開２００３−３１０７４０ 特開２００３−３４３８７０ 特開２００４−１２１５９４ 特開２００５−３０４６０９

液体の香り源に比較して、固体の香り源を用いることにより、搬送などの際に液漏れがないなど、その取り扱いは非常に楽になる。しかし、特許文献１、２、３に記載されているように、多孔質材料の表面についたもの、固形物に液体の香料を含浸させたものを香り源にすると、材料内部の香り成分の気化速度は、材料表面についた香り成分の気化速度に比較して非常に遅いため、材料表面についた香り源がすべて気化してしまうと、実質的に香りの供給が停止し、長時間安定に香りを発生させることができないという欠点があった。
また、このために、長時間香りを発生させるためには、同じ香り成分のついた固体材料を複数、あるいは多数準備する必要があり、ひとつの香り成分に対して装置内の多くのスペースを割く必要があった。さらに、固体材料の表面についた香り成分の気化速度は、それを内蔵する香り発生装置自体の温度の変化に敏感になり、香り成分の発生量を細かく制御することが困難になるという欠点があった。

また、特許文献４に記載されているように、複数の香り成分をカートリッジ化することによって、香り成分の交換を簡単に行うことができるが、いつカートリッジを交換すれば良いのかを自分で判断しなければならないという欠点があった。

上記課題を解決するために、本発明では、高分子膜中に液体状の香り成分を封入し、しかも内部に封入された香り成分の気化を促進するために、香り成分の通気孔を単一、あるいは複数設けた香りカプセルを用いる。香りカプセル自体に通気孔を加工するため、香りカプセルの材料にはその加工がしやすい高分子膜を用いる。
また、複数の香り成分を発生させるために、香りカプセルを複数配置したカートリッジを備えた香り発生装置を用いる。この際、香りカプセル、あるいはカートリッジそのものの交換時期を明確にするため、香りカプセルの使用状況を計測し、カートリッジ交換時期を表示する。香りカプセルの使用状況の確認は、香りカプセルと対になって設けられたバルブの開閉回数をカウントする、香りカプセル近傍に半導体センサーを配置してその強度変化を計測することなどによって行う。一方、カートリッジをユニット化することによって、発生させる香り成分が増える場合でも、増設が簡単に可能になる。

固体の香り源でありながら液体の香り成分と同等の蒸気圧を有し、長時間香りが持続し、且つ加工しやすく安全な材料であるという条件を満たす香りカプセル及びコンパクト且つ多数の香りを供給可能な香り発生装置を提供できる。

図１に、最初の実施例である香り発生装置１を示す。この香り発生装置１は香り発生部２を内蔵しており、この香り発生部２は、シリンダー制御回路３、シリンダー制御回路用ケーブル４、バルブ５、香りカプセル６、香りカプセルカートリッジ７、ヒータ８、香りカプセルカートリッジ支え９より構成される。香りカプセルカートリッジ７で発生した香り成分は、送風ファン１０により、送風ガイド１１を通して、送風出口より装置外に送られる。また、香りカプセルカートリッジ７は、香りカプセルカートリッジ支え９によって、香り発生装置１の筐体内に固定されている。さらに、送風出口１２の水平面に対する角度は、香り発生装置支え１３を通して、香り発生装置用台１５上に設けられた角度可変用レバー１４により可変にできる。これは、香り発生装置１からの香りを嗅ぐ人の位置によって、送風出口１２の位置を変えるためである。

図２は、香り発生装置１を正面からみた図であるが、バルブ５やヒータ８の制御は、シリンダー制御回路用ケーブル４を介して、香り発生装置制御部１６によって行う。

図３に、香り発生部２の詳細を示している。この例では、線材自体に通電すると収縮し、通電をやめると元にもどる性質を持つ形状記憶合金による人工筋肉を用いたバルブを用いている。このバルブ５が開くと、香りカプセル保持穴３５内に封じこまれていた香りカプセル６から気化した香り成分が外に出て、図３中に矢印で示された、送風用ファン１０からの風によって香り発生装置外に送り出されることになる。ここでは、香り成分を送り出すのに、ファンを用いているが、ダイアフラムポンプのようなポンプを用いることもできる。
この形状記憶合金は、通電を継続すると素材を傷めることになるので、通電のオンオフ制御が必要になるが、通電のオンオフ制御によりバルブ先端をほぼ定位置に保持することが可能であること、バルブの開閉が静かであること、オンオフ制御により消費電力量を小さくできる、高い微小運動も可能であるなどの特徴を有し、今回のようなバルブには好適であると考えられる。香り発生部支柱７と香り発生部ブロック１９に支えられた人工筋肉ガイド１８により、人工筋肉２４がシリンダー２７の内部に設けられた人工筋肉支え２８を通して、シリンダー２７とバルブ先端２９を支えるようになっている。このような構造にすることによって、人工筋肉２４に通電すると人工筋肉が収縮してバルブ先端２９がバルブガイド２２から上がり、香りカプセルカートリッジ７に存在する香りカプセル６の上の空間が開き、香りカプセル６からの香り成分が外に漏れ出すことになる。このとき、香りカプセル６は、外にころがり出ないように、メッシュのような構造を持つ香りカプセル押さえ３０によって固定されていることがのぞましい。また、人工筋肉２４に通電するので、この材料が接する部分は絶縁材であることが必要である。従って、図に示した、人工筋肉ガイド１８、シリンダー２７、バルブ先端２９は、べスペル材、ＰＥＥＫ材などのような絶縁材である。

一方、人工筋肉２４に通電をやめると、人工筋肉２４の長さは元に戻るのでバルブ先端２９はバルブガイド２２におさまる。バルブが閉じる際の時定数を短くするために、人工筋肉ガイド１８とばね押さえ２６の間に、バルブ用ばね２５を設けて開いた状態のバルブを押しもどすようにしておくことは重要である。バルブ先端２９において５ｍｍの駆動距離を確保するには、人工筋肉２４の伸縮距離が５％程度であることを考慮して、人工筋肉２４全長を１００ｍｍ程度としている。

図３における香りカプセルカートリッジ７では、直径が５ｍｍ、深さ５ｍｍの円柱状の９個の縦穴に、直径が５ｍｍ程度の香りカプセル６を配置する。香りカプセルカートリッジ７をカートリッジヒータのようなヒータ８によりヒータケーブル３１を介して室温から１００℃程度まで温度制御できるようにしてある。香りカプセルカートリッジ７とバルブガイド２２の面の接触性をよくするために、香りカプセルカートリッジ用板ばね３２ａ、３２ｂにより、バルブガイド２２の面に対して香りカプセルカートリッジ７の面を押し付ける構造とし、隙間から香りが逃げないようにすることは重要である。

香りカプセル６は、天然あるいは合成の香料を用いて、多糖類で食物繊維のひとつであるアルギン酸により直径が５ｍｍ程度のカプセルとして作製し、その作製は液中硬化被膜法で行っている。具体的には、アルギン酸ナトリウム水溶液が塩化カリウム溶液の中に入るとゲルになってゼリー状に固まることを利用しており、二重ノズルの内側に香り成分を、外側にアルギン酸ナトリウム水溶液を流して、塩化カリウム溶液の中に滴下することによって、香りカプセルが生成される。

図４（ａ）に示すように、外観上は球形をしており、その色は内包する香料の元の色を反映し、黄色やオレンジ色のカプセルになっている。香りカプセル６に用いる高分子膜の材料は、人に対する安全性を考える必要があり、上記のように、多糖類で食物繊維のひとつであるアルギン酸のような安全な材料を用いることが好ましい。
また、カプセルを切断すると、図４（ｂ）、（ｃ）のように、香料の核がひとつ存在する単核構造や、複数存在する多核構造になっている。その上で、香りカプセル６を使用する際には、図５に示すように、内部に存在する核の香り成分が気化しやすいように、通気孔を設ける。香りカプセル６の通気孔は、表面から中心に向かって開ける場合、表面から中心を通って貫通する場合、それらを複数設ける場合、表面から多数の通気孔を放射状に開ける場合、またそれらを組み合わせることで、香りカプセル内部の香り成分の気化を促進させる。

図５（ａ）は、香りカプセル６にひとつの通気孔３４ａを設けた場合の香りカプセル６の外観図、図５（ｂ）はその際の断面図であり、通気孔の先端は香りカプセル６の中心部まで来ている。図５（ｃ）は、通気孔３４ｂが香りカプセル６を突き抜けている場合である。図５（ｄ）は、香りカプセル６に対して通気孔３４ｃを放射状に設けた場合である。図５（ｅ）は、香りカプセル６に対して、お互いに平行な通気孔３４ｄを設けた場合である。このように、通気孔には種々の形態が存在する。また、多核の香りカプセルの場合でも同様な通気孔を設けることができる。

その通気孔の有用性を図６、７に示す。図６は、通気孔を設けた場合の香りカプセル６からの香り成分の強度変化、図７は通気孔を設けない場合の香りカプセル６からの香り成分の強度変化を示しており、どちらの場合も半導体センサーで香り成分の信号を検出している。また、図６、７では香り成分として、天然香料のプチグレインとセージを内包した直径５ｍｍ程度のアルギン酸で作製された香りカプセルの場合を示しているが、他の成分でも同様である。図７に示すように、通気孔を設けていない場合には、時間とともに香り成分の信号は急激に減少しており、特にセージの場合には５時間程度でほぼゼロになっている。これは、香りカプセル内部の香り成分の気化速度は、表面についた香り成分の気化速度に比較して非常に小さいので、香りカプセル表面についた香り成分が気化した後は、香りカプセル内部の香り成分がほとんど気化していないためである。一方、香りカプセル６に通気孔を設けた場合の結果を図６に示す。このとき、０．５ｍｍの直径の通気孔を香りカプセル６の中心まで開けている。

この結果からわかるように、香りカプセル６の香り成分の信号は、図７の通気孔を設けていない場合に比較して、長時間持続しているとともに、最初の数時間の信号レベルは倍程度になっていることがわかる。また、図６において、最初の段階で信号の強度が高いのは、香りカプセル表面と香りカプセル内部からの香り成分の気化が合算されているためであり、香りカプセル表面の香り成分がなくなる３、４時間が経過すると、香りカプセル内部からの香り成分の気化だけになり、これは少なくとも２４時間は安定しており、この結果からも香りカプセルに通気孔を設けることが有用であることがわかる。

ひとつの貫通した通気孔の穴の半径の範囲は以下のようにして決定できる。例えば、図８に示すような、香りカプセルの中心部に、半径ｒ_０の通気孔を貫通させて設けた場合の香りカプセルからの香りの発生量Iは、簡単には、露出した香りカプセル内部の表面積Sに比例するので、通過孔の半径ｒ_０を用いて次式で表される。
Ｉ∝Ｓ＝４πｒ_０（R²-ｒ_０ ^２）^１／２
ここでRは香りカプセルの半径である。例えば、R=２．５ｍｍの香りカプセルを考えると、
Ｉ∝Ｓ＝４πｒ_０（２．５^２-ｒ_０ ^２）^１／２
となる。このときのSとｒ_０の関係を図８に示した。この結果からわかるように、表面積が最大となるのは半径が１．８ｍｍ程度のときであり、香りカプセルからの香りの発生量を最大にするという観点からはこの程度の大きさの通過孔にすることが望ましい。一方、アルギン酸のような高分子膜でできた香りカプセルに、このような大きな通過孔を設けることは香りカプセルの構造が脆弱になることから望ましくなく、実際の加工の状態から判断すると、通過孔の半径は４πｒ_０（R²-ｒ_０ ^２）^１／２の値が最大となるときの値以下に抑えるべきである。高分子膜のような香りカプセルに使用可能な金属ドリルの最小半径が０．０１５ｍｍ程度である加工技術の現状を考え合わせると、通過孔の半径は、０．０１５ｍｍから４πｒ_０（R²-ｒ_０ ^２）^１／２の値が最大となるときの値の間にするのが良い。気体の香り成分分子の香りカプセルからの拡散は、半径が０．０１５ｍｍの通過孔であれば十分で可能であり、また、図８からもわかるように、通過孔の半径を変化させることは香り発生量を変化させることにも対応するので、香り発生量を制御することも可能である。

一方、通気孔を複数設ける場合でもその半径に関してはほぼ同様の考え方であり、ひとつの通過孔の半径は４πｒ_０（R²-ｒ_０ ^２）^１／２の値が最大となるときの値よりも小さくし、香りカプセルの構造が維持できる程度に通気孔の半径を制限することが重要である。

図１０は、プチグレイン、ペパーミント、セージの３種類の通気孔を設けた香りカプセルを実際に香り発生装置にセットし、半導体センサーで計測を行った結果である。３つのバルブを開けるには、図９に示すように、それぞれのバルブについて、１秒間８Ｖ程度印加、１秒間通電休止を繰り返している。この間、送風用ファン１０は常に同じ風量で稼動させており、その風量は電圧制御により可変できる。風量は使用する条件に合わせて制御することになるが、本発明のような香り発生装置の場合では、１ミリリットル／秒から１０００ミリリットル／秒の間である。このように、バルブ５と通気孔付きの香りカプセル６を用いることにより、使用者の希望に応じて多数の香り成分を切り替えて出すことが容易となる。また、図中で実線と破線で示したグラフがあるが、同じ測定を３回行った結果を同時に示しており、これからも本発明が安定に異なる香りを発生できていることがわかる。

図１１には、香りカプセルカートリッジ７の構造の一例を示している。香りカプセルを取り扱う際の課題のひとつは、香りカプセルの供給方法である。気化しやすい香り成分を長期間安定に保存し、供給できるようにすることは産業上非常に重要である。本発明のような高分子膜を用いた香りカプセルでは、香りカプセル内部の香り成分は気化速度が遅いことを利用した香りカプセルの安定した供給方法が可能となる。図１１（ａ）には、ドリル付き香りカプセル押さえ３７ａのついた香りカプセル用蓋３６が香りカプセルカートリッジ７の上に設けられた状態を示している。香りカプセル６を使用する直前に、ドリル付き香りカプセル押さえ３７ａを手動でねじ込み、香りカプセル保持穴３５中に存在する香りカプセル６に通気孔を作製した後、香りカプセルカートリッジ７を、香り発生装置１に挿入して、香り発生装置の使用を開始する。図３に示すように、香りカプセルカートリッジ７は、バルブガイド２２と香りカプセルカートリッジ用板ばね３２ａ、３２ｂの間に滑り込ませることによって簡単に装着できるようにすることは、香り成分が使用する環境にあまり拡散しないように短時間で作業するために非常に重要である。

一方、図１２に示すような使用方法もある。図１２（ａ）は、香りカプセル用蓋３６、ドリル付き香りカプセル押さえ３７ａ、３７ｂを備えた香りカプセルカートリッジ７を示している。香りカプセル用蓋３６によって蓋をされた香りカプセルカートリッジ７として供給された場合、香りカプセル保持穴３５中に存在する香りカプセル６を使用するには、以下のような手順による。

まず、使用する直前に、香りカプセルカートリッジ７に設けたドリル付き香りカプセル押さえ３７ａ、３７ｂを手動でねじ込み、香りカプセル保持穴３５中に存在する香りカプセル６に通気孔を設ける。このときの、香りカプセルカートリッジ７の構造の一例を図１２（ｂ）に示したが、図１２（ｃ）に示すようなドリル付き香りカプセル押さえ３７ａ、３７ｂの先端についたドリル３８をねじ込むことによって、香りカプセル保持穴３５中に存在する香りカプセル６に通気孔を容易に開けることができる。通気孔を開けた後は、ドリル３８を元の位置に戻し、通気孔から香りが発生しやすい状態にしておく。香りカプセルが香りカプセル押さえ３０によって固定されているので、この操作が可能となる。このとき、できるだけ多くの香りカプセルに対応して、ドリル付き香りカプセル押さえ３７ａ、３７ｂを香りカプセルカートリッジ７の側面から操作できるようにすることは、空間の有効利用の観点から重要である。

図１３に、複数の香りカプセル保持穴３５の配置例を示した。図１３（ａ）に示した場合のように、ひとつの側面に対して香りカプセル保持穴３５を縦一列に並べると、ドリル付き香りカプセル押さえ３７ａは側面から導入せざるを得ないので、香りカプセル保持穴３５は縦２列しか配置できない。図１３（ａ）のように、例えば、香りカプセルカートリッジ７として３０ｍｍ四方のブロックに、直径５ｍｍの香りカプセル保持穴３５を配置する場合には、縦４個の２列で合計８個の香りカプセル保持穴３５しか設けることができない。一方、同じ大きさのブロックでも、香りカプセル保持穴３５を外２列と内２列で側面からの位置をずらして配置すると、縦３個の４列で合計１２個の香りカプセル保持穴３５を設けることができる。また、図１３(ａ)のような場合であると、香りカプセルの数を増やしたい場合には、数が増えれば増えるほど縦長の香りカプセルカートリッジ７にならざるを得ないのに対して、図１３（ｂ）のような構造にすることによって、このような欠点を軽減することができる。また、香りカートリッジ７を使用しない場合には、ドリル付き香りカプセル押さえ３７ａ、３７ｂ先端のドリル３８を香りカプセルに再度ねじ込み、香りカプセルからの香り成分の揮発を抑えることは有用である。

実際の香りカプセルカートリッジ７の大きさの設計は以下のように行う。ドリル付き香りカプセル押さえ３７ａ、３７ｂのドリル３８の軸部分の直径をＲ_Ｃｍｍ（数ｍｍ程度）、外列、内列における縦に並ぶ香りカプセル保持穴３５の個数をＮとすると、香りカプセルカートリッジに必要な最低の縦の長さ
＝Ｎ×Ｌ＋（Ｎ−１）×Ｒ_Ｃ＋０．７Ｌ
と表される。ここで、Ｌｍｍは香りカプセル保持穴３５を塞ぐのに必要なバルブ先端２９のバルブつば６５の部分の大きさである。例えば、直径５ｍｍの香りカプセル保持穴を塞ぐのに、直径７ｍｍのつば部分を用いるとすると、Ｌ＝７ｍｍである。図１３（ｃ）に示したように、最後の項の０．７Ｌは、つば部分を含めたバルブ先端が内接する場合を考慮した値である。一方、同様に、
香りカプセルカートリッジに必要な最低の横の長さ
＝２Ｌ＋１．４Ｌ＝３．４Ｌ
と表される。ここで求めた香りカプセルカートリッジに必要な最低の縦の長さと最低の横の長さから、必要な香りカプセル保持穴の数（４Ｎ）を考慮して設計することとなる。

以上のようにして、香りカプセルに通気孔を開けた後、図１（ｂ）に示すように、香りカプセルカートリッジ７を、バルブガイド２２と香りカプセル保持部用板ばね３２ａ、３２ｂの間に滑り込ませ装着する。

なお、ドリル付き香りカプセル押さえ３７ａ、３７ｂの駆動を自動化することも可能である。図１３のように、ドリル付き香りカプセル押さえ３７ａ、３７ｂ先端のドリル３８を手動で回転させるのではなく、ＰＣで制御された小型のステッピングモータなどで先端のドリル３８を駆動するようにもできる。この場合、以下のようなシーケンスが考えられる。すなわち、最初に香り発生装置１を立ち上げた際に、香りカプセルカートリッジ７に設けられた小型のステッピングモータで、ドリル付き香りカプセル押さえ３７ａ、３７ｂ先端のドリル３８を回転させ、全ての香りカプセル６に通気孔を設ける。また、香り発生装置１を停止させる前に、再度ドリル３８を香りカプセル６にねじ込み、香りカプセル６内部の香り成分の揮発を抑制するシーケンスを併せ持たせることもできる。他のシーケンスとして、発生させるべき香りの順番がプログラミングされている場合には、香りを発生させる時刻の直前に、小型のステッピングモータでドリル３８を駆動して対象となる香りカプセル６に通気孔を開け、その上でバルブを開けるようにしてもよい。この際にも、香り発生終了後、再度ドリル３８を香りカプセル６にねじ込み、香りカプセル６内部の香り成分の揮発を抑制するシーケンスを併せ持たせることもできる。

これまで、同一時間にひとつのバルブだけを動作させる場合について述べてきたが、当然のことながら同時に複数動作させて香りを混合させることも可能である。このとき、これまで述べてきたような形状記憶合金を用いたバルブを使用する場合には、図１４に示すようなシーケンスを組んで、２個のバルブを開状態にするのに使用する電流量を抑えることが可能である。すなわち、バルブ１とバルブ２の間で通電を交互に行い、使用する電流量をバルブひとつの動作時と同等に抑えるということである。これは、形状記憶合金を用いたバルブではバルブ閉状態に要する時間が長いということを利用している。バルブ開状態に要する時間が数十ミリ秒から数百ミリ秒であり、バルブ閉状態に要する時間が１、２秒であるので、交互に通電することによって、３個以上のバルブを同時に開状態にする、複数バルブ同時駆動も可能であることは言うまでもない。

図１５は、香りカプセル６の温度による香り成分の信号強度の変化を示したものである。温度が上昇することによって信号が急激に増加していることがわかる。一般に、液体純成分の飽和蒸気圧Ｐは、Ａｎｔｏｉｎｅの式により、温度Ｔ（絶対温度Ｋ）を用いて以下のように表される。
Ｐ＝ｅｘｐ（Ａ−Ｂ／（Ｔ＋Ｃ））
ここで、Ａ、Ｂ、Ｃは成分特有の定数である。センサー信号強度は飽和蒸気圧に比例し、せまい温度範囲では、Ａ−Ｂ／（Ｔ＋Ｃ）はαＴ＋β（α、βは定数）と近似できると仮定すると、センサー信号強度Ｉは
Ｉ＝γｅｘｐ（αＴ）
と単純に表すことができる。このときγは定数である。実際に図１５の結果（香り成分プチグレイン）に適用すると、同じ図に示すように、０．９７という高い相関係数で、今回得られた信号強度変化は
Ｉ＝３×１０^−７ｅｘｐ（０．０６１９Ｔ）
と表すことができる。これは、今回作製したアルギン酸膜の香りカプセル６から発生する香り成分の量は、ほぼその溶液の飽和蒸気圧の関数で近似されるということを意味しており、香り発生量を変化させる際に重要な指標となる。すなわち、香り成分の発生量を一桁程度のダイナミックレンジで変化させることができる。他の香り成分でも、γやαの値は異なるものの、同様なことが言える。

また、この結果は、香りカプセル６の寿命を推定するのに使用できる。例えば、通気孔０．５ｍｍを有する直径５ｍｍ程度の香りカプセルを、香りカプセルの最高使用温度のひとつＴ_０（例えば６０℃）に設定して、どの程度の時間で香りが発生しなくなるかを計測する。この時間ｔ_Ａは香り成分がなくなる迄の時間なので、これに対してどの程度の相対的使用時間になったかで、香りのカプセルの寿命を判断する方式である。例えば、温度Ｔ_１でバルブ開時の時間ｔ_１、温度Ｔ_２でバルブ開時の時間ｔ_２、温度Ｔ_３でバルブ開時の時間ｔ_３で駆動したときの、相対的使用時間ｔ_Ｒは、
ｔ_Ｒ＝（ｔ₁／ｅｘｐ（α×（Ｔ_１−Ｔ_０））
＋（ｔ_２／ｅｘｐ（α×（Ｔ_２−Ｔ_０））
＋（ｔ_３／ｅｘｐ（α×（Ｔ_３−Ｔ_０））
となる。ここで、αは香りによって決定される定数である。従って、香りカプセルの相対的寿命Ｌ_Ｒは、（ｔ_Ｒ／ｔ_Ａ）×１００％で表される。これにより、図１６に示すようなアルゴリズムを組むことによって、香りカプセルの使用状況、交換時期について警告メッセージを出すことが可能となる。このアルゴリズムでは、Ｌ_Ｒが７０％、またはＬ_Ｒが９０％を越えたときに警告を出すようになっている。なお、香りの種類、通気孔の状態によってｔ_Ａは異なるので、いろいろな状態でのｔ_Ａのデータベースを作成しておき、あらかじめ入力しておいた香りカプセルの状態（香りの種類、通気孔の状態）にあわせ、上に述べた（ｔ_Ｒ／ｔ_Ａ）×１００％の計算式に基づいて、Ｌ_Ｒについての表示結果を出すようにしてもよい。

一方、以下のように推定することもできる。例えば、通気孔０．５ｍｍを有する直径５ｍｍ程度の香りカプセル（香り成分量１０マイクロリットル程度）について、香りカプセルの最高使用温度のひとつＴ_０（例えば６０℃）に設定して、どの程度の時間で香りが発生しなくなるかの時間ｔ_Ａを計測する。このときの単位時間当たりの気化量Ｖ_０を、ガスクロマトグラフィーやガスクロマトグラフィー／質量分析法などにより計測しておくと、その香りカプセルからの総気化量Ｖ_１は、
Ｖ_１＝Ｖ_０×ｔ_Ａ
となる。Ｖ_０は香り成分、通気孔の状態によって異なるので、それぞれ状態でのデータを積み上げてデータベース化しておくと良い。従って、温度Ｔ_１でバルブ開時の時間ｔ_１、温度Ｔ_２でバルブ開時の時間ｔ_２、温度Ｔ_３でバルブ開時の時間ｔ_３で駆動したときの、香りカプセルからの総気化量Ｖ_２は、
Ｖ_２＝（Ｖ_０×ｔ１×ｅｘｐ（α×（Ｔ_１−Ｔ_０））
＋（Ｖ_０×ｔ２×ｅｘｐ（α×（Ｔ_２−Ｔ_０））
＋（Ｖ_０×ｔ３×ｅｘｐ（α×（Ｔ_３−Ｔ_０））
と推定できる。ここで、αは香りによって決定される定数である。従って、香りカプセルの相対的寿命Ｌ_Ｒは、（Ｖ_２／Ｖ_１）×１００％で表される。これにより、図１６に示すようなアルゴリズムを組むことによって、香りカプセルの使用状況、交換時期について警告メッセージを出すことが可能となる。このアルゴリズムでは、Ｌ_Ｒが７０％、またはＬ_Ｒが９０％を越えたときに警告を出すようになっている。なお、香りの種類、通気孔の状態によってＶ_０は異なるので、いろいろな状態でのｔ_Ａのデータベースを作成しておき、あらかじめ入力しておいた香りカプセルの状態（香りの種類、通気孔の状態）にあわせ、上に述べた（Ｖ_２／Ｖ_１）×１００％の計算式に基づいて、Ｌ_Ｒについての表示結果を出すようにしてもよい。

また、香りカプセル近傍に半導体センサーを配置してその強度変化を計測することによっても交換時期を把握することは可能である。

図１７には、香りカプセルが複数存在し、それを個別に温度制御する場合を示している。個別に温度制御するには、ペルチェ素子４０を用いることが有用であり、この場合には、香りカプセル６を内包する香りカプセル保持ブロック３９は隣のブロックとの熱の移動を低く抑えるために、断熱材４１を間に挟むことが必要となる。

以上、香りカプセル６の温度制御について述べてきたが、香りカプセルカートリッジ７全体をペルチェ素子で温度制御することも有用である。外気温が高い場合には香りカプセルカートリッジ７を適温に冷却し、逆に外気温が低い場合には適温に加熱できるからである。これにより、室外、自動車内のような温度変化の激しいところでも使用が可能になる。

また、香りカプセルの温度制御と複数バルブの同時駆動をあわせることによって、香りの強度のダイナミックレンジを拡大することも可能である。例えば、同じ種類の香りカプセルを４個入れておき、先に述べた複数バルブの同時駆動シーケンスによって、４個の香りカプセルから香りをほぼ同時に発生させて、香りの強度を４倍程度にすることが可能である。これを一桁程度のダイナミックレンジを持つ香りカプセルの温度制御と組み合わせることによって、４×１０＝４０倍の香りの強度のダイナミックレンジを確保できる。すなわち、香りの強さに関して２桁程度のダイナミックレンジを本発明により実現可能となる。

なお、バルブについては形状記憶合金を用いたバルブの場合について述べてきたが、本発明の本質は、通気孔を設けた高分子膜による香りカプセルにあり、香り発生装置として、ソレノイドバルブ、ステッピングモータによるバルブなど、他の形態のバルブを用いても良いことは言うまでもない。

一方、香りカプセルカートリッジ７をユニット化することによって、発生させる香り成分が大幅に増える場合でも、増設が簡単に可能になる。図３に示した構造体をユニット化すると、ひとつの香りカプセルカートリッジユニット４２ａ、４２ｂ、４２ｃに９個の香りカプセルを保持できる場合、収納できる香りカプセルの種類は、図１８の場合、９×３＝２７と簡単に増設することができる。これは、香りの原臭が決定されておらず、多様な香りを発生させるために多くの香り成分を準備せざるを得ない場合を考えると、有用な方法である。

さらに、元々が固体の香り成分の場合には、香りカプセルの形態は必要はない。図１９に示すような、固体試料４４を内包し、香り容器用通気孔４５を有する香り容器４３を香りカプセル保持穴３５に配置すればよい。このときは、元々が液体の香り成分用の香りカプセル６と、元々が固体の香り成分用の香り容器４３が、香りカプセルカートリッジ７の中で共存することになる。
また、香りカプセルは球状に限らず、円柱形上、角柱形状等の立体形状であればよい。

本発明によれば、複数の香り成分を簡単に発生させることが可能になるので、いろいろな応用がある。駅構内、百貨店、市街などにおけるレストラン街の香り付き電子掲示板４６はそのひとつである。

図２０はその一例を示しているが、店頭にある香り付き電子掲示板４６において、あるレストランのディスプレイ４９上の本日のメニューの映像に合わせ、スピーカ４８ａ、４８ｂからの音と香り発生口４７からの香りを提示し、お客様の食欲を増進させ売り上げを伸ばす一助にしようというものである。図２１（ａ）には、香り付き電子掲示板４６の拡大図を示している。ここでは、あるレストランにおけるスペシャルメニュー紹介用の香り付き掲示板４６の場合を説明する。本日のスペシャルメニュー（例えば、国産高級牛肉ステーキ）を紹介する表示５０の下にある押しボタン５１を押すと、ストレージに蓄積されたデータベース（調理映像、調理の際の音、調理の際の香りをひとつの組み合わせとしたデータセットの集まり）から必要な情報が読み出され、シェフが国産高級牛肉を調理している映像がディスプレイ４９上に表示されると同時に、肉を焼いている際のジュージューという音がスピーカ４８ａ、４８ｂから流れ、また、肉を焼いているときの香りが香り発生口４７から発生することになる。これによって、この掲示板の前に立っている人は、視覚、聴覚に加え、嗅覚も刺激されることになり、提示されたメニューに対する食欲が増すことになる。

一方、香り発生口４７には、香り付き電子掲示板４６の前に立っている人に対して確実に香りを送るための工夫が必要である。図２１（ａ）のように、平面的な香り発生口４７を設けただけであると、鼻をこの香り発生口４７に近づける必要があり、ディスプレイ上の画像が見にくくなる。そこで、図２１（ｂ）、あるいは図２１（ｃ）のように、香り発生口４７に半面型香りガイド５２、あるいは全面型香りガイド５３を設けて、映像が見やすい位置からでも確実に香りを嗅げるようにすることは有効である。さらに、図２２（ａ）のように、スピーカ付きパネル５４と香り発生部およびスピーカ付きパネル５５を、ディスプレイ４９に対して折り曲げられるようにして、香り付き電子掲示板４６の前に立っている人に対して、音と香りを届けやすいようにしてもよい。また、これに、図２１（ｂ）、図２１（ｃ）で述べたような半面型香りガイド５２や全面型香りガイド５３を設けたり、図２３（ｂ）に示すような、いろいろな方向に曲げることが可能な蛇腹型香りガイド５６を設けることも有効である。

以上のことを踏まえときの香り付き電子掲示板４６のシステム構成の例を図２４に示した。押しボタン５１からの命令を入力すると、ＣＰＵ５７を通ってメモリ６０に記憶される。メモリ６０はその命令を処理するのに必要なプログラム（ディスプレイ４９への表示プログラム、スピーカ４８ａ、４８ｂの動作プラグラム、香り発生装置１からの香りの提供プログラム）やデータ（上記のレストランの例では、調理映像、調理の際の音、調理の際の香りをひとつの組み合わせとしたデータセット）をストレージ６１から読み込む。ＣＰＵ５７はメモリ６０から情報を取り出して命令を処理し（上記のレストランの例では、押しボタン５１に対応した、ディスプレイ４９への調理映像の表示、スピーカ４８ａ、４８ｂからの調理の際の音の提供、香り発生装置１からの調理の際の香りの提供）、結果（使用された映像、音、香りに対する押されたボタンの回数と押した時刻など）をメモリに書き込む。この後、必要な情報はメモリ６０からストレージ６１に書き込まれる。また、必要な情報はネットワーク６２を介して外部に取り出すことができるので、この情報をもとに、香り付き電子掲示板４６における香り発生装置１の香りカプセル６の交換を含めたメンテナンスを行うことができる。さらに、このようなシステムで得られた情報はマーケティングに生かすことができる。表示５０の情報にあわせて、押しボタン５１の押された数はその表示に対する興味を示しているためである。特に、同一の押しボタン５１を連続して押された場合の情報は重要であり、その表示と情報に関して非常に興味を抱いている証拠となる。

一方、本発明における香り発生装置１を用いると異なる香りを簡単に出すことができるので、異なるメニューの画像を連続的に流して、それに合わせて異なる音と香りを提示することも可能となる。このような連続モードで香り付き電子掲示板４６を作動させておいて人を引き付けた後、その人の興味のあるコンテンツを押しボタン５１で作動させる押しボタンモードに移行させることは有効である。

本発明は、自動車内にも適用可能である。そのひとつは、カーナビ、あるいは高級車後席におけるディスプレイと連動させて、運転者、同乗者に対して、どこを運転しているかというカーナビの情報に合わせて、香りを提示するシステムである。海沿いをドライブする際には潮の香りを提示し、また草原をドライブする際には草花の香りを提示することなどにより、窓を閉めたままでもその土地土地でのドライブをより楽しむことができる。その際、音楽も同時に流しても良い。具体的には、カーナビ、あるいは高級車後席におけるディスプレイのメニューにおいて、“香り”というメインメニューを設けておき、このメニューをオンにした場合には、カーナビの地図情報に応じた香りを提示するというものである。しかし、いろいろな風景にあわせて非常に多くの香り成分を車に搭載することは現実的でないので、その日のドライブに応じて、以下のようなサブメニューを準備しておくことが有効である。本発明による香り発生装置１では、香りカプセルカートリッジ７によって簡単に香りカプセルのセットを変えることができるので
これが可能となる。
（１） メインメニュー（カーナビ情報にあわせて香りを出すモード）
（２） サブメニュー(1)（都市部運転モード（例：気持ちを落ち着かせる香りのセット））
サブメニュー(2)（森林地帯運転モード（例：森林の香りのセット）
サブメニュー(3)（草原地帯運転モード（例：草花の香りのセット））
サブメニュー(4)（海岸地帯運転モード（例：海の香りのセット））
サブメニュー(5)（お気に入り運転モード（例：自分の好きな香りのセット））
このサブメニューにあわせて、地図情報から運転している場所の情報（都市部か、森林地帯か、草原地帯か、海岸地帯かなど）を引き出し、サブメニューを作動させる。また、このように、サブメニューが増えてくると、その香りカプセルカートリッジ７の数が増えてくるので、図２５に示すように、香り発生装置１を車６４のトランク内に設けるのが良く、そこから配管６３を通して、後席あるいは運転席座席の近傍（図２５（ａ）、図２５（ｃ）のような座席シートのヘッドレスト部分、あるいは図２５（ｂ）のような車内の天井部分）で香りを発生させるようにすれば良い。

また、単純に、車内の香りを一定周期で変えることも有用である。これは、人間の鼻に存在する嗅細胞は疲労しやすいため、同じ香りを長く嗅いでいるとその香りを感じなくなるためである。柑橘系の香りを好む運転者、あるいは同乗者に、一定時間毎に、グレープフルーツ、マンダリン、オレンジなどの異なる香りを提示することは、運転者、同乗者にドライブを楽しませる、運転者を覚醒させる、渋滞中でも運転者や同乗者の気持ちを落ち着かせるなどの観点からも有用である。さらに、長時間のドライブ、あるいは長時間のドライブにおいて、居眠り運転、脇見運転を防ぐために、メントールなどの覚醒系の香りを運転者に周期的に提示するシステムを設けることも、自動車の安全性確保の観点から重要である。

本発明は、香りを重要視する商品案内ディスプレイにも適用可能である。例えば、香水ではその香りそのものの嗅覚情報も重要であるが、どういう服装のときに合うか、どういう場所に合うかなどの視覚情報もあわせて考えることは重要である。このようなときに、ある服装で向こうからこちらに歩いてくる女性の映像を見ながら、香水の香りを次第に強く提示することによって、その香水の持つイメージを考える商品案内ディスプレイは有用である。このような商品案内ディスプレイは、香水以外の化粧品、コーヒーなどの飲料、食品、香辛料などにも適用可能である。

本発明は、臨場感あふれるゲームに適用可能である。これまでゲームは視覚情報と聴覚情報を主体に作成されてきたが、本発明を用いることにより、嗅覚情報もあわせ持つことになり、香りカートリッジ付きのゲームのような新しいゲームのジャンルを創造することが可能になる。例えば、ゲーム機本体に加えて香り発生装置を持っている人は、あるゲームに付属している香りカートリッジを購入することによって、ゲームに合わせた香りを楽しむことができる。料理レシピのゲームコンテンツ、世界の料理のゲームコンテンツ、コーヒーの香りのゲームコンテンツ、ワインの香りのゲームコンテンツ、森林浴のゲームコンテンツなど幅広い展開が可能である。

本発明は、オフィス内にも適用可能である。疲労回復にはグレープフルーツやペパーミントなどの香りが良いとされているが、これを仕事中に定期的に提示することによって、仕事の効率を上げることが可能となる。例えば、1時間の仕事のブレークとして、個人が好きな香りを発生させてリフレッシュするシステムや、長時間の会議中に疲労回復のための香りを発生させるシステムが可能になる。

本発明は、家庭内にも適用可能である。個人がそれぞれ好きな香りを複数楽しむことができるし、高齢者には、昔なつかしい映像、音楽に合わせ、それとリンクする香りを提示することによって、脳活性化の手段として使用することが可能である。

本発明による香り発生装置は、香り付きディスプレイ、商品案内ディスプレイなどの情報分野、快適ドライブ空間実現に向けた自動車分野、仕事効率化に向けたオフィス分野、臨場感あふれるゲーム実現に向けたゲーム分野、快適空間創造のためのホーム分野など、多岐にわたる応用が見込める。

本発明の香り発生装置の断面図。 本発明の香り発生装置の外観図。 本発明の香り発生装置のバルブ図。 本発明の香りカプセル外観図と断面図。 本発明の通気孔のある香りカプセルの外観図と断面図。 本発明の通気孔を設けた香りカプセルからの香りの放出量の時間変化。 通気孔を設けない香りカプセルからの香り放出量の時間変化。 本発明における通気孔の半径と香りカプセル内部の露出表面積との関係。 本発明のバルブ制御シーケンス。 本発明におけるバルブ制御による異なる香りの放出例。 本発明の香り発生装置カートリッジの一例の図。 本発明の香り発生装置カートリッジの一例の図。 本発明の香り発生装置カートリッジの一例の図。 本発明の香り発生装置の複数バルブを駆動する際のシーケンス。 本発明の香りカプセルにおける香りの強さの温度変化。 本発明の香り発生装置のカートリッジ交換時期表示のアルゴリズム。 本発明の香り発生装置の個別温度制御の図。 本発明の香りカプセルカートリッジユニットの図。 本発明の固体試料向け香り容器の図。 本発明の香り付き電子掲示板の図。 本発明のディスプレイの一例の図。 本発明のディスプレイの一例の図。 本発明のディスプレイの香りガイドの図。 本発明の制御部の図。 本発明の自動車における利用の図。

符号の説明

１・・・香り発生装置、２・・・香り発生部、３・・・シリンダー制御回路、４・・・シリンダー制御回路用ケーブル、５・・・バルブ、６・・・香りカプセル、７・・・香りカプセルカートリッジ、８・・・ヒータ、９・・・香りカプセルカートリッジ支え、１０・・・送風用ファン、１１・・・送風ガイド、１２・・・送風出口、１３・・・香り発生装置支え、１４・・・角度可変用レバー、１５・・・香り発生装置用台、１６・・・香り発生装置制御部、１７・・・香り発生部支柱、１８・・・人工筋肉ガイド、１９・・・香り発生部ブロック、２０・・・香り発生部送風ガイド、２１・・・シリンダガイド、２２・・・バルブガイド、２３・・・香り発生部支え板、２４・・・人工筋肉、２５・・・バルブ用ばね、２６・・・ばね押さえ、２７・・・シリンダー、２８・・・人工筋肉支え、２９・・・バルブ先端、３０・・・香りカプセル押さえ、３１・・・ヒータケーブル、３２ａ、３２ｂ・・・香りカプセル保持部用板ばね、３３ａ、３３ｂ・・・香り成分の核、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ・・・香りカプセル通気孔、３５・・・香りカプセル保持穴、３６・・・香りカプセル用蓋、３７ａ、３７ｂ・・・ドリル付き香りカプセル押さえ、３８・・・ドリル、３９・・・香りカプセル保持ブロック、４０・・・ペルチェ素子、４１・・・保持用断熱材、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ・・・香りカプセルカートリッジユニット、４３・・・香り容器、４４・・・固体試料、４５・・・香り容器用通気孔、４６・・・香り付き電子掲示板、４７・・・香り発生口、４８ａ、４８ｂ・・・スピーカ、４９・・・ディスプレイ、５０・・・表示、５１・・・押しボタン、５２・・・半面型香りガイド、５３・・・全面型香りガイド、５４・・・スピーカ付きパネル、５５・・・香り発生部およびスピーカ付きパネル、５６・・・蛇腹型香りガイド、５７・・・ＣＰＵ、５８・・・バス、５９ａ、５９ｂ・・・チップセット、６０・・・メモリ、６１・・・ストレージ、６２・・・ネットワーク、６３・・・香り用配管、６４・・・車、６５・・・バルブつば。

Claims (9)

1. 香りを発生する香り源を内部に保持する保持部と、
   該保持部から放出される前記香りの流路を開閉させるように制御するバルブと、
   前記バルブを制御する制御部とを備え、
   前記香り源は、高分子膜中に液体状の香り成分を封入し、且つ、内部に封入された香り成分の気化を促進するために、香り成分の通気孔を単一、あるいは複数設けた香りカプセルであることを特徴とする香り発生装置。
2. 請求項１に記載の香り発生装置において、
   前記香り源は香り成分を覆う高分子の膜を有し、前記高分子がアルギン酸から生成されていることを特徴とする香り発生装置。
3. 請求項１または２に記載の香り発生装置において、
   前記高分子部分に設けられた通気孔の直径が１０ミクロンメートル以上であることを特徴とする香り発生装置。
4. 請求項１に記載の香り発生装置において、
   前記香り源を加熱する手段を有することを特徴とする香り発生装置。
5. 請求項１に記載の香り発生装置において、
   前記香り源からの香り成分を送り出すための送風機構を有することを特徴とする香り発生装置。
6. 請求項１に記載の香り発生装置において、
   前記香り源からの香り成分の出口の角度が可変であることを特徴とする香り発生装置。
7. 請求項１に記載の香り発生装置において、
   前記香り源を複数保持する香りカプセルカートリッジにより、前記香り源の取り出しを行うことを特徴とする香り発生装置
8. 請求項７に記載の香り発生装置において、
   前記香りカプセルカートリッジは、前記香り源に通気孔を開けるドリルを有することを特徴とする香り発生装置
9. 香りを発生する香り源と、
   前記香り源から放出された香り成分を外部に放出する放出口と、
   前記香り源から放出される前記香りの流路を開閉させるように制御するバルブと、
   前記香り源を加熱する加熱手段と、
   前記香り成分を外部に送り出すための送風機構と、
   前記バルブの開閉を少なくとも制御する制御部とを有し、
   前記香り源は、高分子の膜で覆われ、該膜の表面あるいは内部に液状の香り成分を有する香りカプセルであって、
   該香りカプセルを複数保持し、該香り源を各々取り出しできるカートリッジを備え、
   該香りカプセルに通気孔を開けるためのドリルを有することを特徴とする香り発生装置。

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