JP6295347B2 - 電子式蒸気供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子式ニコチン送出装置（例えば、電子タバコ）などの電子式蒸気供給装置に関する。

電子タバコなどの電子式蒸気供給装置は一般的に、気化、そうでなければエアロゾルに変換される液体（通常はニコチン）の容器を含む。例えば、ユーザーがこの装置で吸引を行うと、ヒーターが作動して少量の液体を気化し、これがユーザーに吸引される。より具体的には、通常そのような装置にはマウスピースから離れた位置に１個以上の空気取り入れ孔が設けられている。ユーザーがマウスピースで吸い込むと、上記取り入れ孔から空気が引き込まれ、ニコチンまたは他の液体がカートリッジから供給されるヒーターなどの蒸気源を通過する。

操作上の理由でヒーターに供給される電力量を制御してもよい。例えば、特許文献１に記載の装置には種々の操作モードが有り、一連の吸引の間隔によって操作モードが選択される（間隔は短いため、ヒーターは前回の吸引からすでに暖かい場合がある）。特許文献２に記載の装置では、装置内の不要なエアロゾルの凝集を減少させるためにヒーターに供給される電力を吸引端に向かって減らしている。

一部の既知の装置では電子式蒸気供給装置の操作をユーザーがある程度制御することができる。そのような制御ではユーザーが例えばダイヤルを回してヒーターに供給される電力を変えることができる。しかしながら、ユーザーの感覚を制御しようとする既存の方法には、自由度、応答性、および使い易さの点で依然何らかの制限がある。

電子式蒸気供給装置が、そのユーザーに吸引される液体を気化させる気化器と、気化器に電力を供給する電池またはバッテリーを含む電源と、ユーザーによる吸引の結果であるこの装置内の空気流速を測定するセンサーと、ユーザーのこの吸引に対する累積の空気流量に基づいて気化器に供給される電力を制御する制御ユニットとを含み、上記累積空気流量はセンサーによる空気流速の複数の測定値に基づいて決定される。そのような装置によってユーザーは、所与の吸引時に得られる気化した液体の量をその吸引の累積空気流量に基づいて制御することができる。

本明細書に記載の方法は、下記の特定の実施態様に制限されないが、本明細書に示した特徴の任意の適切な組み合わせを含みかつ検討している。例えば、後述の種々の特徴の１つ以上を任意に適切に含む電子式蒸気供給装置を本明細書記載の方法に従って提供してもよい。

本発明の種々の実施態様が単なる例示として以下の添付図を参照して詳細に記述される。
本発明の一部の実施態様による電子タバコなどの電子式蒸気供給装置の概略（展開）図である。 本発明の一部の実施態様による図１の電子タバコの本体の概略図である。 本発明の一部の実施態様による図１の電子タバコの気化器部分の概略図である。 本発明の一部の実施態様による図１の電子タバコの本体部の一端の特定の側面を示す概略図である。 本発明の一部の実施態様による図１の電子タバコの本体の主機能要素の概略図である。 本発明の一部の実施態様による図１の電子タバコの操作の特定の側面を説明する概略の流れ図である。 本発明の一部の実施態様による図６に示した方法に対応した結果の一部を示すグラフである。

上記の様に、本発明は電子タバコなどの電子式蒸気供給装置に関する。以下の説明では「電子タバコ」の用語を用いるが、これを電子式蒸気供給装置と同義で使用することができる。

図１は、本発明の（原寸に比例しない）一部の実施態様による電子タバコ１０などの電子式蒸気供給装置の概略図である。この電子タバコは全体に円筒形状であり、点線ＬＡで示す長軸に沿って延び、２つの主要部材、即ち本体２０とカトマイザー３０とを含む。カトマイザーは、ニコチンの容器を収容した内部室と、（ヒーターなどの）気化器と、マウスピース３５とを含む。上記容器は発泡体マトリックスまたは任意の他の構造体で、気化器に供給が必要な時間までニコチンを保持するものでよい。カトマイザー３０はニコチンを気化させるヒーターも含み、さらに、少量のニコチンを容器から加熱場所またはヒーターの近くまで搬送する芯または類似の手段を含んでもよい。

本体２０は充電式の電池またはバッテリーを含み、電子タバコ１０および電子タバコを全体的に制御する回路基板に電力を供給する。ヒーターが回路基板の制御通りにバッテリーから電力を受け取るとヒーターはニコチンを気化し、この蒸気がマウスピースからユーザーに吸引される。

本体２０とカトマイザー３０は互いに長軸ＬＡに平行な方向に引き離すことによって図１に示す様に互いに分離可能である。しかし、装置１０を使用するときは、本体２０とカトマイザー３０は図１に２５Ａと２５Ｂで概略を示した接続部で互いに機械的かつ電気的に接続される。カトマイザーとの接続に使用される本体２０の電気コネクターは、本体がカトマイザー３０から外されると、充電装置（図示せず）を接続するソケットの役目も果たす。充電装置の他端をＵＳＢソケットに差し込んで電子タバコの本体の電池を充電することができる。他の実行例では、本体の電気コネクターとＵＳＢソケットを直接接続するケーブルを設けてもよい。

電子タバコ１０には空気取り入れ用の孔が１個以上設けられている（図１には示さず）。これらの孔は電子タバコ１０内の空気通路からマウスピース３５まで繋がっている。ユーザーがマウスピース３５から吸引すると、電子タバコの外側に適切に配置された１つ以上の空気取り入れ孔から空気がこの空気通路に引き込まれる。この空気流（あるいはその結果である圧力変化）が圧力センサーで検出され、ヒーターが作動してカートリッジのニコチンを気化する。空気流はニコチン蒸気中を通過してそれと混ざり合い、この空気流とニコチン蒸気の混合物がマウスピース３５からユーザーに吸引される。カトマイザー３０は、ニコチンを供給し終わったら本体２０から外して廃棄（必要なら他のカトマイザーと交換）してもよい。

当然のことながら図１に示した電子タバコ１０は例として提示されており、種々の他の実行例が適用可能である。例えばいくつかの実施態様ではカトマイザー３０は２つの分離可能な部品、即ち液体源容器およびマウスピースを含むカートリッジ（容器の液体源を使い切ったら交換することができる）および気化器／エアロゾル発生器を含むヒーター（一般的に保持される）として提供される。別の例として充電設備は車のシガレットライターソケットなどの追加のまたは別の電力源に接続してもよい。

図２は本発明の一部の実施態様による図１の電子タバコの本体２０の概略（単純化した）図である。図２は全体に電子タバコの長軸ＬＡを通る断面と考えることができる。なお図２では、わかりやすくする目的で、種々の構成要素および本体の詳細、例えば配線およびより複雑な形状は省略されている。

図２に示すように本体２０は電子タバコ１０に電気を供給するためのバッテリーまたは電池２１０並びに電子タバコ１０を制御するための特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などのチップまたはマイクロコントローラーを含む。ＡＳＩＣはバッテリー２１０と並んでまたはその一端に配置されてもよい。ＡＳＩＣはマウスピース３５での吸引を検出するためのセンサーユニット２１５に取り付けられる（またはこれとは別にセンサーユニット２１５をＡＳＩＣ自体に設けてもよい）。そのような検出に応答してＡＳＩＣはバッテリーまたは電池２１０からの電気をカトマイザー内のヒーターに供給して液体源を気化し、エアロゾルをユーザーによって吸引される空気流に導入する。

本体はさらに電子タバコの遠端（遠位端）を密封し保護するキャップ２２５を含む。キャップ２２５またはその近傍に空気取り入れ孔が設けられており、ユーザーがマウスピース３５を吸引すると空気が本体に入りセンサー部２１５を通過することができる。従って、この空気流によってセンサー部２１５はユーザーの吸引を検知することができる。

本体２０のキャップ２２５と反対側は、本体２０をカトマイザー３０に接続するコネクター２５Ｂである。コネクター２５Ｂによって本体２０とカトマイザー３０の間の機械的接続および電気的接続が得られる。コネクター２５Ｂは本体コネクター２４０を含む。本体コネクター２４０は金属製で（一部の実施態様では銀メッキされており）、カトマイザー３０との電気的接続端子の一方（陽極または陰極）の役目を果たす。コネクター２５Ｂはさらに電気接点２５０を含む。電気接点２５０はカトマイザー３０との電気的接続のための第２の端子（上記第１の端子即ち、本体コネクター２４０と逆極性の端子）を提供する。電気接点２５０はコイルばね２５５に取り付けられている。本体２０がカトマイザー３０に取り付けられるとき、カトマイザーのコネクター２５Ａはコイルばねを軸方向即ち、長軸ＬＡと平行な方向（それに沿う方向）に圧縮するように電気接点２５０を押す。ばね２５５には弾性があるため、この圧縮によってばね２５５は付勢されて延びようとし、電気接点２５０をコネクター２５Ａにしっかり押し付ける効果が得られ、本体２０とカトマイザー３０の間の電気的接続が良好確実になる。本体コネクター２４０と電気接点２５０は非導電材料（プラスチックなど）で作られたトレッスル２６０で隔てられており、２つの電気接点の間の絶縁が良好になる。トレッスル２６０はコネクター２５Ａとコネクター２５Ｂの相互の機械的結合を補助する形状をしている。

図３は本発明の一部の実施態様による図１の電子タバコのカトマイザー３０の概略図である。図３は全体に電子タバコの長軸ＬＡを通る断面と考えることができる。なお図３では、わかりやくする目的で、種々の構成要素および本体の詳細、例えば配線およびより複雑な形状は省略されている。

カトマイザー３０は空気通路３５５を含む。空気通路３５５はカトマイザー３０の中心軸（長軸）に沿ってマウスピース３５から、カトマイザーを本体２０に繋ぐコネクター２５Ａまで延びる。空気通路３３５の周りにニコチンの容器３６０が設けられている。この容器３６０は、例えば、ニコチンに浸したコットンまたは発泡体を供することによって実施してもよい。カトマイザーは容器３６０のニコチンを加熱するヒーター３６５も含み、ユーザーによる電子タバコ１０の吸引に応答してニコチン蒸気を発生させて空気通路３５５に流し、マウスピース３５から出す。ヒーターには配線３６６と３６７経由で電力が供給され、これらの配線の他方はバッテリー２１０の互いに逆極（陽極と陰極、またはその逆）にコネクター２５Ａを介して接続されている（図３では電源線３６６、３６７とコネクター２５Ａの間の配線の詳細は省略されている）。

コネクター２５Ａは内部電極３７５を含む。内部電極３７５は銀メッキされていてもよく、あるいは何らかの他の適切な金属で作られていてもよい。カトマイザー３０が本体２０に接続されるとき、内部電極３７５は本体２０の電気接点２５０と接触して、カトマイザーと本体の間の第１の電気経路を作る。具体的には、コネクター２５Ａとコネクター２５Ｂが繋がると、内部電極３７５はコイルばね２５５を圧縮するように電気接点２５０を押し、内部電極３７５と電気接点２５０の間の電気的接触が良好確実になる。

内部電極３７５は絶縁リング３７２に囲まれている。絶縁リング３７２はプラスチック、ゴム、シリコン、または任意の他の適切な材料で作られてもよい。絶縁リングはカトマイザーコネクター３７０で囲まれている。カトマイザーコネクター３７０は銀メッキされていてもよく、あるいは何らかの他の適切な金属即ち、導電材料でつくられていてもよい。カトマイザー３０が本体２０に接続されると、カトマイザーコネクター３７０は本体２０の本体コネクター２４０に接触して、カトマイザーと本体の間の第２の電気経路を作る。言い換えると、内部電極３７５とカトマイザーコネクター３７０は陽極端子と陰極端子（あるいはその逆）の役目を果たし、本体内のバッテリー２１０の電力を供給用配線３６６および３６７経由でカトマイザー内のヒーター３６５に適切に供給する。

カトマイザーコネクター３７０には、電子タバコの長軸から遠ざかる互いに反対の方向に延びた２つのタブ３８０Ａ、３８０Ｂが設けられている。これらを用いて本体コネクター２４０との差し込み式接続具を構成して、カトマイザー３０を本体２０に接続する。この差し込み式接続具により、カトマイザー３０と本体２０を互いに確実かつ堅牢に接続することができるため、カトマイザーと本体は互いに固定位置に保持され、ふらついたり曲がったりすることがなく、不意に外れるというような何らかの可能性は非常に低い。同時に差し込み式接続具によって、挿入、回転による簡単かつ瞬時の着脱と、（逆方向）回転と引き抜きによる分離ができる。なお、他の実施態様では本体２０とカトマイザー３０の間に異なる形態の接続、例えば弾性力による接続あるいはネジ式の接続を用いてもよい。

図４は、本発明の一部の実施態様による本体２０の端部のコネクター２５Ｂの特定の詳細概略図である（ただしわかりやすくするため、図２に示すコネクターの内部構造の大部分、例えばトレッスル２６０は省略されている）。具体的には、図４は本体２０の外部ハウジング２０１を示しており、全体に円筒管の形態をしている。この外部ハウジング２０１は、例えば、紙またはそれに類似するものからなる外方のカバーを有する金属からなる内方管を含んでもよい。

本体コネクター２４０は本体２０のこの外部ハウジング２０１から延びている。図４に示すように本体コネクターは、本体２０の外部ハウジング２０１の内側に嵌る大きさの中空の円柱管の形状のシャフト部分２４１および電子タバコの主長手方向軸（ＬＡ）から離れるように半径方向外方に向けられたリップ部分２４２の２つの主要部分を含む。シャフト部分が外部ハウジング２０１と重ならないところで本体コネクター２４０のシャフト部分２４１を囲んでいるのはカラーまたはスリーブ２９０であり、これも円柱管形状である。カラー２９０は本体コネクター２４０のリップ部分２４２と本体の外部ハウジング２０１の間に保持され、これらは共にカラー２９０に軸方向の移動を妨げる（即ち軸ＬＡに平行な）。しかしながら、カラー２９０はシャフト部分２４１の周囲を自由に回転する（従って軸ＬＡの周囲で）。

上記のように、キャップ２２５には空気取り入れ孔が設けられていて、ユーザーがマウスピース３５を吸引すると空気が流れてセンサー２１５を通過できるようになっている。しかし、ユーザーが吸引する際に装置に入る空気の大部分は、つなぎ環２９０および本体コネクター２４０を通過して図４の２つの矢印で示す様に流れる。

図５は、本開示の一部の実施態様による図１の電子タバコ１０の本体２０の主な機能構成部材の概略図である。これらの構成部材は本体２０内に設けられた回路基板に搭載されていてもよいが、一部の実施態様の具体的な構成によっては、これらの構成部材の１つ以上は物理的に回路基板自体に搭載されず、本体に収容されて回路基板と連動してもよい。

本体２０は、その空気取り入れ口から空気出口（気化器）に通じる空気通路またはその近傍にセンサー部２１５を含む。センサー部２１５は圧力降下センサー５６２および温度センサー５６３を（同じく空気通路またはその近傍に）含む。本体はさらに小型スピーカー５５８と、電気ソケット即ち、コネクター５Ｂ（カトマイザー３０またはＵＳＢ充電装置との接続用）とを含む。

マイクロコントローラー（例えばＡＳＩＣ）５５５はＣＰＵ５５０を含む。ＣＰＵ５５０および他の電子部品、例えば圧力センサー５６２などの操作の少なくとも一部は、一般にＣＰＵ（または他の部品）上で動作するソフトウェアプログラムで制御される。そのようなソフトウェアプログラムはＲＯＭなどの不揮発性メモリーに保存してもよく、マイクロコントローラー５５５自体に統合することも、あるいは独立要素として設けることもできる。ＣＰＵは、必要時にＲＯＭにアクセスして個別のソフトウェアプログラムを読み込んで実行すればよい。マイクロコントローラー５５５は、本体１０の圧力センサー５６２などの他の装置と必要時に通信する適切な通信インターフェイス（および制御ソフトウェア）も含む。

ＣＰＵはスピーカー５５８を制御して電子タバコのバッテリー不足警報などの状態を示す音声を出力する。異なる高さまたは長さあるいはその両方が異なる音を用いるか、それに加えてあるいはそれに代えて複数のそのような音を発して別の状況あるいは状態を知らせる種々の信号を提供してもよい。

先に述べたように電子タバコ１０は空気通路を含み、この空気通路は空気取り入れ口から電子タバコ内を通り、圧力降下センサー５６２およびヒーター（気化器またはカトマイザー３０内）を通過してマウスピース３５に至る。その結果、ユーザーが電子タバコのマウスピースで吸引すると、ＣＰＵ５５０が圧力降下センサーの情報に基づいてその吸引を検出する。その検出に応答してＣＰＵが電池（バッテリー）２１０の電力をヒーターに供給して芯のニコチンを加熱、気化させ、それをユーザーが吸引する。

電子タバコ１０は、生成される蒸気の量および／または質が消費者の吸引力および／または吸引量で制御されるよう、ユーザー即ち、消費者のパフ（吸引）に応答するように構成されている。これは従来の燃焼式紙巻きタバコの状況、即ち、（特定の紙巻きタバコの場合に）消費者のパフに応じて全粒状物質がパフ量に略比例する状況といくらか似ている。所与の吸引のパフ力または累積パフ量は電子タバコ１０のセンサー部２１５で適切に測定され、マイクロコントローラー５５５は、（適切に）増減された蒸気または質が異なる蒸気あるいはその両方の蒸気を供給することで、測定されたパフ量またはパフ力に電子タバコが応答するように構成されている。これにより、消費者が蒸気生成などの点で電子タバコ１０の使用を直感的に制御する方法が提供される。

図６は、パフ量またはパフ力に基づくユーザーによる制御を提供する本発明の一部の実施態様による図１の電子タバコの操作の特定の態様を説明した概略フロー図である。操作６１０でユーザーの吸引（パフ）開始を検出することで処理が始まる。そのような検出はセンサー部２１５、具体的には圧力センサー５６２で行われ、ユーザーによるマウスピース３５での吸い込みに起因する圧力降下が検出される。また、測定した圧力降下を用いて吸引が検出されると、電子タバコ内の空気流速が決まる（操作６２０）。空気流の温度がわかると一般にはより正確な決定ができる（空気の密度は温度に依存するため）。従って、そのような温度を圧力降下と同時に（例えばセンサー部２１５に設けられた温度センサー５６３（図５参照）を用いて）測定してもよく、この測定温度を空気流の測定に組み込むことができる。センサー部に温度センサーがない場合、固定温度（平均温度）を仮定してもよい。

圧力降下と空気流速（および可能なら温度）の関係は実験的にまたは計算／モデル化あるいはその両方によって決定してもよい。前者の場合、マウスピースを介した吸引を疑似再現する機械装置に電子タバコを入れることができる。このようにすると（圧力センサー５６２で決定される）圧力降下に対するマウスピースを通過する空気流を必要なら温度感度も含めて測定することができ、それによって双方の実験的な関係を作ることができる。あるいは、圧力降下と空気流速の関係は、電子タバコの既知の内部形状に基づいて流体力学などを用いてモデル化してもよい。実験的に決定されたものであろうと計算／モデル化によって決定されたものであろうと（あるいは２つを組み合わせて決定されたものであろうと）、得られた圧力降下と空気流速（および可能なら温度）の関係は、この関係に対応した適切な数学的表現を実行するコードとして、あるいは例えば参照表の形態をしたデータ値の適切な組としてマイクロコントローラーの少なくともアクセス可能な任意のＲＯＭに含むことができる。この関係によりマイクロコントローラー５５５は、圧力センサー５６２の圧力降下の測定値に基づいて現在の空気流速を決定することができる。

他の実行例では、センサー部２１５は（圧力降下ではなく）空気流量を直接測定する空気流監視装置を含んでもよい。そのような実行例では、この監視装置で測定した空気流量とユーザーによる実際の吸引量の関係を実験的または計算／モデル化あるいはその両方によって決定することが望ましい。

操作６２０で現在の空気流量を測定・決定したら、このパフまたは吸引の全てのまたは累積の空気流量が決定される（操作６３０）。この累積空気流量は、操作６２０において（ここまでの）吸引時間の測定された現在の（瞬間の）空気流量を加算または積分して実際に決定することができる。

ここで電子タバコ１０は、この特定のパフのここまでの累積吸引量を用いて、同じパフで出力される蒸気を制御する（操作６４０）。言い換えると、電子タバコには、マウスピース３５からユーザーに出力される蒸気を変える適応型の実時間制御機能がある。この制御は種々の方法で実施されてもよく、例えば、
・累積空気流量に比例する量のエアロゾル（蒸気）を送出する。
・他の何か、例えば指数関係または対数関係に従う非線形関数の累積空気流量に比例するエアロゾル（蒸気）を送出する。
・累積空気流量に基づいてエアロゾル（蒸気）と香料の混合を調節する。
・累積空気流量に基づいてエアロゾル（蒸気）中の粒子の大きさを調節する。

上記の可能性は単なる例示であり、電子タバコの蒸気出力を（ここまでの）累積空気流量によって制御する他の方法は当業者には明らかである。

マイクロコントローラー５５５は一般に、進行中のパフについて測定した累積空気流量に基づいて蒸気出力を望ましく制御する能力がある。例えば、蒸気即ち、エアロゾルの生成速度を上げる（あるいは下げる）ためにマイクロコントローラーはヒーター３６５に供給される電力を増やしても（あるいは減らしても）よい。一部の実行例では、ヒーターに供給される電流（および／または電圧）を変化させることによってそのような電力制御を実行してもよい。他の実施態様では異なる方法、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ：pulse width modulation）を用いてもよい。ＰＷＭの場合、パルス状の電力が時間即ち、時間帯Ｔｗごとにヒーターに供給される。ここでＴｗは比較的短く選択されており、間隔Ｔｗ中にヒーターの温度が著しく変化しないように（どのような電力も受け入れるということがないように）なっている。パルス自体の時間Ｔｐは、時間帯の一部（または場合により全部）を占めるように、即ち、Ｔｗ≧Ｔｐとなるように選択される。ヒーターに供給される（平均）電力量はＴｐの調節により制御することができ、Ｔｐ＝Ｔｗのときに最大電力が供給される。

一部の実行例では、ヒーター３６５は別々に制御可能な複数の異なる要素を含み、種々の香味料を異なるヒーター要素で気化させてもよい。このようにすることによってマイクロコントローラーは、異なるヒーター要素に供給する電力を香味料の所望の混合に応じて変化させて、電子タバコが出力する物に混合する複数の香味料を変化させることができる。

ここで図６の処理は吸引が終了したか否かを決定する（操作６６０）。これは圧力センサー部５６２に圧力降下が無いことによって検出される。吸引が終了すれば、この特定のパフに対する処理の終了を示す。あるいは、圧力降下がまだ検出されるなら吸引はまだ進行しており、処理サイクルは操作６２０に戻る。すると電子タバコはその吸引の空気流量を再測定し、この測定値を用いてここまでの累積吸引量を更新する（操作６３０）。そのようにしてエアロゾル量の決定およびヒーター制御の更新を操作６４０および６５０でそれぞれ適切に実行することができる。この処理ループは、吸引の最終的な終了が操作６６０で検出されるまで続く。

図７はヒーター３６５への供給電力を制御する一例を示すグラフであり、１回の吸引過程における線形（比例）関係を用いて累積パフ量に見合った（それに対応した）累積エアロゾル量を供給することを目的とする。図７には４本の線が引かれており、それぞれ以下のようになっている。
ａ）パフ流−即ち、ユーザーが吸引する現在の空気流速（薄い点線）
ｂ）累積空気流量−事実上（ａ）の積分値であり、このパフの総空気流量を表す（濃い実線）
ｃ）ヒーターへの供給電力−（薄い実線）
ｄ）累積蒸気出力、実際のこのパフのここまでの総蒸気出力量

図７のＸ軸は時間（秒）であり、Ｙ軸の目盛りは、ヒーターに供給される電力値をヒーターへの最大供給可能電力の関数として表している（即ち、上記の線（ｃ））である。（図７の他の３つの線に対するＹ軸の目盛りは任意である。）

電子タバコが供給するエアロゾル即ち、蒸気の量は種々の因子に依って決まり、具体的にはヒーターに供給される電力、ヒーターの予測温度（これ自体がヒーターに供給される電力に関連する）、対流と放射によるヒーターの予測される温度損失、および構成成分即ち、気化されるニコチンまたは他の液体の蒸発による温度損失によって決まる。供給されるエアロゾルは一般に構成成分の蒸発による温度損失に比例する。

図７に示す様に、パフが検出されると（図６の操作６１０に対応）、ヒーターへの電力は（線（ｃ）のように）先ず１００％に設定されて電子タバコを作動温度まで上げる。この段階でパフ空気流（線（ａ））は定常的に増加している。これは、初期の休止位置から加速しなければならないユーザーの肺の動きを反映する。肺がさらに加速すると吸引の空気流が増える。

図７の特定の実施例では、マイクロコントローラー５５５は累積蒸気出力を累積空気流出力に釣り合わせ（追従させ）なければならない。当然のことだが、これにより空気流内の蒸気の比率がほぼ一定になり、ユーザーが最も強く吸引して最大吸気流が生じると、吸引される（絶対）蒸気量も同様に最大になる。

開始時、ヒーター温度がその作動点まで上昇するときに蒸気の生成が遅れるため累積パフ空気流量（線（ｂ））は累積蒸気出力（線（ｄ））より先行する。一旦これが生じ、図７で約０．５秒後に蒸気の生成が始まる。この時点で蒸気出力および従って、累積蒸気出力（線（ｄ））が急激に上昇し、実質的に累積空気流量（線（ｂ））に追いつく。

ヒーターへの電力はここで低下して過熱を防ぐ。しかしながら、ヒーターを通過する空気流量が増えると（線（ａ）で示すように）、ヒーターはより多くの液体を気化させることができる（増えた空気流量が先に気化された液体を電子タバコから引き出すため）。これによりヒーターに必要な電力が増加し、丁度１秒前にヒーターへの電力供給が増加する。

次の１秒間で、空気流（線（ａ））の増加は穏やかになり、最終的に空気流速は最大になり下降し始める。ヒーターの電力（線（ｃ））は同様にこの間最大になりその後下降し始める。最終的に吸引の最後の秒（２秒から３秒）で、吸引の空気流速は着実に低下してゼロに戻り、さらにヒーターの電力（線（ｃ））も全体に同様の低下を示す。

制御理論について言えば、蒸気出力速度をＶ（ｔ）、ヒーターへの電力入力をＰ（ｔ）とし、Ｖ（ｔ）＝Ｈ（Ｐ（ｔ））と表すことができる。ここでＨは先に述べた因子に基づく伝達関数であって、ヒーターにこれまで供給された電力や蒸気生成などによるヒーターの熱損失などの因子がある。測定された空気流速がＡ（ｔ）であるとすると、マイクロコントローラーの総合目標はＦ１（Ｖ（ｔ））＝Ｆ２（Ａ（ｔ））となる。ここでＦ１およびＦ２は特定されるべき関数であり、測定された空気流速（入力）と蒸気出力の間の時間的ずれを含んでもよい。この関係は、図７の実施例の場合、Ｆ１およびＦ２を次式のようにすることに対応する。

ここでｋは定数であり、パフがｔ＝０で始まるとすると、左辺はこのパフの累積蒸気出力を表し、右辺はこのパフにおける本装置に入る（かつ通過する）累積空気流量を表す。

Ｈの逆数をＨ^−１と記すと、Ｆ３＝Ｆ１^−１（Ｆ２）（Ｆ^−１は同じくＦの逆数）、Ｖ（ｔ）＝Ｆ３（Ａ（ｔ））、Ｐ（ｔ）＝Ｈ^−１（Ｖ（ｔ））となり、Ｐ（ｔ）＝Ｈ^−１（Ｆ３（Ａ（ｔ）））が得られる。当然だが、この式をマイクロコントローラーで用いて加熱器に入力する電力を決定することができる。この決定は、（ｉ）測定した空気流速Ａ（ｔ）、（ｉｉ）空気流速と蒸気出力速度Ｖ（ｔ）の望しい関係（関数Ｆ３で表す）、および（ｉｉｉ）加熱器への入力電力と蒸気出力速度の関係（伝達関数Ｈ（およびその逆数Ｈ^−１）で表す）に基づいて行われる。

本明細書に記載したように、種々の実施態様によって電子式蒸気供給装置が提供され、この装置は、そのユーザーが吸引する液体を気化させる気化器と、気化器に電力を供給する電池（バッテリー）を含む電源と、ユーザーによる吸引の結果としてのこの装置内の空気流速を測定するセンサーと、制御ユニットとを含む。制御ユニットはユーザーによるこの吸引の累積空気流量に基づいて気化器に供給される電力を制御し、累積空気流量はセンサーによる空気流速の測定値に基づいて決定される。これによりユーザーは、所与の吸引時に得られる気化された液体の量を、この所与の吸引で生じる累積空気流量に基づいて制御することができるようになる。

当然のことだが、制御の詳細な特徴は実行例ごとに異なってもよい。この制御は、例えばこれまで述べた様に、吸引の累積蒸気出力、即ち気化された液体の全量（累積量）がこの装置を通過する累積空気流量に追従するように構成してもよい。別の候補は（例えば）累積空気流量がさらに多い場合に別のヒーター要素を起動することである。これにより蒸気出力を増やしてもよく、あるいは例えば蒸気出力中の２種の異なる蒸気の相対量を変えて蒸気出力の混合を変えてもよい。

累積空気流量は、吸引の開始以降これまでにこの装置に入った（通過した）空気の総量を表す。吸引の開始は空気流センサーで検出してもよく、さらに吸引中の現在の（瞬間的な）空気流速を測定してもよい。その後、例えば吸引の開始からその吸引の現段階までの測定済の現在の空気流量を積分して累積空気流量を決定することができる。累積空気流量を決定する他の方法の候補は、現在の即ち、瞬間的な空気流速を複数回測定し、何らかのモデル化または検索を実行して累積空気流量を決定することである。例えば、蒸気出力の制御の一部は空気流の予測値に基づいて行ってもよい。例を上げれば、その特定の吸引の測定済みの累積空気流量および／または空気流の複数の瞬間的測定値と、それに加えて空気流速の時間に対する一般的な変化の知識（即ち、図７の線（ａ）に相当）に基づいてもよい。

実際の空気流の追加の測定値が得られたら、これを予測空気流速と比較し、何らかの差異があればこれを用いてヒーターにその後供給する電力を調整することができる。一部の事例では、予測空気流速はそのユーザーによる前回の吸引時に測定した空気流速に基づいてもよい。この方法で予測空気流速を使用すると制御の応答性が改善される場合がある。

累積空気流量はセンサー自体で決定しても、制御ユニットで決定しても、あるいはこの電子式蒸気供給装置の任意の他の適切な構成要素で決定してもよい。その代わりに、有効な１つ以上の他のパラメーターを用いて累積空気流量を明示的にあるいは暗示的に決定してもよい。例えば、検知器は圧力降下を測定し、これを累積空気流量が反映されたパラメーターに変換すれば（これを用いてヒーターへの電力を制御することができ）、累積空気流量自体を明示的に決定しなくてもよい。

本明細書に記載したように、ユーザーは吸引する蒸気を少なくとも一部制御することができる。この制御は、例えば単に強くパフする（吸引する）と蒸気が増え、あるいは弱くパフすると蒸気が減るという直感的な方法で提供される。この直感的特性の制御は応答の速さ（実時間応答）に優れており、言い換えればユーザーが吸引中にパフ（吸引）速度を変えれば同じパフ中に蒸気出力が顕著に変化するということである。例えば図７を参照すると、この装置の時間応答性は１秒に満たない僅かの時間、一般に０．５秒未満、あるいは０．３秒未満、あるいは０．１秒未満であることがわかる。この時間応答性は、測定された累積空気流量の変化と、ヒーターに供給される電力を変化させて現在のパフ量を反映することに基づく蒸気出力の対応する変化の間の遅れ即ち、時間差を表す。（図７では、累積蒸気出力は累積空気流量に対し約０．７秒の初期時間差があるが、これはヒーターの温度慣性を表し制御ループの遅れではない）。その結果、ユーザーにはパフ量と蒸気出力の連携は明らかで、この装置のこの機能の使い方に速やかに慣れることができる。

さらに、本明細書に記載の方法は広範な電子式蒸気供給装置に拡大することができる。そのような装置には、例えば非燃焼加熱装置がある（何らかの植物または抽出物、例えばタバコ葉、を入れて加熱あるいは水蒸気を供給して、所望の蒸気を生成してもよい）。電子式蒸気供給装置のそのような別の形態の一実施例が米国特許出願公開第２０１１／０２２６２３６号に記述されており、加熱機構および芯機構を両方組み込んだ複合体の平面構造に基づく蒸発装置を含む吸引器が開示されている。そのような装置は蒸発装置（気化器）としての高い効率と共に不連続操作に対する高い蒸発能力を提供する。そのような装置は空気流を測定する圧力または空気流センサー、および本明細書に記載の方法による加熱機構に供給される電力を制御する制御ユニットをさらに含んでもよい。

種々の事項に対処し本技術を進化させるため、本開示は、特許請求の範囲に記載の本発明を実践することができる種々の実施態様を例示的に示している。本開示の利点および特徴は実施態様の単なる代表例であって包括的なものでも排他的なものでもない。これらは特許請求された本発明の理解を助け、教示するためだけに提供されている。当然だが、本発明の利点、実施態様、実施例、機能、特徴、構造、および／または他の側面は、本発明を特許請求の範囲で規定されたようにまたは特許請求の範囲の均等物に制限するものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく他の実施態様を利用し改良を加えてもよいと考えるべきである。種々の実施態様は、開示された要素、構成要素、特徴、部品、工程、手段、本明細書に具体的に説明された以外のものを適切に含みても、それらのみで構成されても、実質的にそれらのみで構成されても、それらを種々に組み合わせてもよい。本発明には、現在特許請求されてはいないが将来請求される可能性がある他の発明も含まれる。

国際公開第２０１２／１０９３７１号 国際公開第２０１３／０６０７８４号

Claims (11)

1. 電子式蒸気供給装置であって、
   この装置のユーザーによる吸引のために液体を気化させる気化器と、
   気化器に電力を供給する電池またはバッテリーを含む電源と、
   ユーザーによる吸引の結果としてのこの電子式蒸気供給装置内の空気流速を測定するセンサーと、
   ユーザーによる吸引時に気化器に供給される電力を繰り返し制御する制御ユニットとを含み、吸引中の各繰り返し時に、
   現在の空気流速を側定し、
   吸引中にセンサーによる現在の空気流速のこれまでの測定値を加算して累積空気流量を更新し、
   気化器に供給される電力を、この繰り返しで更新された累積空気流量、および吸引の累積空気流量と吸引時のユーザーへの蒸気出力量との間の所望の関係に基づいて制御ユニットで制御し、
   さらに制御ユニットは、累積蒸気出力量が累積空気流量に略比例して維持されるように構成されており、
   それによってユーザーは、所与の吸引中に得られる気化された液体の量を所与の吸引の累積空気流量に基づいて制御することができるように構成されている電子式蒸気供給装置。
2. 気化器はヒーターであり、電源から電力を供給されてユーザーが吸引する液体を加熱して気化させることを特徴とする請求項１に記載の電子式蒸気供給装置。
3. 制御ユニットは、ヒーターに供給される電力を制御してヒーターの温度を制御することを特徴とする請求項２に記載の電子式蒸気供給装置。
4. 液体はニコチンであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子式蒸気供給装置。
5. 空気流速を測定するセンサーは圧力降下を測定し、制御ユニットは測定された圧力降下から空気流速の測定値を推定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子式蒸気供給装置。
6. 制御ユニットは、センサーによる空気流速の測定値に基づいて累積空気流量を決定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電子式蒸気供給装置。
7. （ｉ）測定された空気流速Ａ（ｔ）と、（ｉｉ）所与の吸引の累積空気流量と所与の吸引時にユーザーに供給される気化された液体の量の間の所望の関係と、（ｉｉｉ）気化器に入力される電力と気化器により生成された気化液量の間の装置内関係に基づいて、気化器に供給される電力を制御することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電子式蒸気供給装置。
8. 気化器に供給される電力を少なくとも予測累積空気流量に基づいて制御し、予測累積空気流量は、所与の吸引の測定された空気流速およびパフプロファイルの所定のモデルから得られることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電子式蒸気供給装置。
9. 気化器に供給される電力を制御して、ユーザーによる吸引の累積空気流量に対する蒸気出力の量に関する実時間応答をユーザーに提供することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電子式蒸気供給装置。
10. 気化器に供給される電力を制御して、ユーザーに０．３秒以下の実時間応答を提供することを特徴とする請求項９に記載の電子式蒸気供給装置。
11. ユーザーによる吸引のために液体を気化させる気化器と、気化器に電力を供給する電池またはバッテリーを含む電源と、センサーと、ユーザーによる吸引に対して気化器に供給される電力を繰り返し制御する制御ユニットとを含む電子式蒸気供給装置を操作する方法であって、吸引中の各繰り返し時に、
    センサーがユーザーによる吸引の結果としての電子式蒸気供給装置内の現在の空気流速を測定することと、
    吸引中のこれまでのセンサーによる現在の空気流速の測定値を加算して累積空気流量を更新することと、
    制御ユニットが気化器に供給される電力を、この繰り返しで更新された累積空気流量、およびユーザーによる吸引の累積空気流量と吸引時のユーザーへの蒸気出力量の間の所望の関係に基づいて制御することと、
    さらに制御ユニットが、累積蒸気出力量を累積空気流量に略比例して維持することを含み、
    それによってユーザーは、所与の吸引時に得られる気化された液体の量を所与の吸引の累積空気流量に基づいて制御することができる方法。

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