JP6667708B1 - エアロゾル吸引器の電源ユニット - Google Patents
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Abstract
Description
また、本発明のエアロゾル吸引器の電源ユニットは、エアロゾル生成源を加熱し且つ温度と電気抵抗値が相関を持つ負荷に放電可能な電源を有するエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、前記負荷に対して直列接続される第1電気抵抗値を有する第1素子と、第2電気抵抗値を有する第2素子及び前記第2素子に対して直列接続された第3電気抵抗値を有する第3素子を含み、前記電源に対し、前記負荷及び前記第1素子の第1直列回路と並列接続された第2直列回路と、非反転入力端子と反転入力端子の一方が前記第1直列回路に接続され、且つ、非反転入力端子と反転入力端子の他方が前記第2直列回路に接続されたオペアンプと、を備え、前記負荷が、常温又は予め決められた温度域の温度、エアロゾル生成可能な第一温度、及び、エアロゾル生成源の枯渇時にのみ到達可能な第二温度の少なくとも1つとなる状態において、前記第1直列回路と前記第2直列回路のうちの前記オペアンプの反転入力端子に接続される回路における高電位側の素子の電気抵抗値を低電位側の素子の電気抵抗値で割った値である第1抵抗比は、前記第1直列回路と前記第2直列回路のうちの前記オペアンプの非反転入力端子に接続される回路における高電位側の素子の電気抵抗値を低電位側の素子の電気抵抗値で割った値である第2抵抗比より大きいものである。
エアロゾル吸引器1は、燃焼を伴わずに香味が付加されたエアロゾルを吸引するための器具であり、所定方向(以下、長手方向Xと呼ぶ)に沿って延びる棒形状を有する。エアロゾル吸引器1は、長手方向Xに沿って電源ユニット10と、第1カートリッジ20と、第2カートリッジ30と、がこの順に設けられている。第1カートリッジ20は、電源ユニット10に対して着脱可能である。第2カートリッジ30は、第1カートリッジ20に対して着脱可能である。言い換えると、第1カートリッジ20及び第2カートリッジ30は、それぞれ交換可能である。
本実施形態の電源ユニット10は、図3、図4、図5、及び図6に示すように、円筒状の電源ユニットケース11の内部に、電源12、充電IC55A、MCU(Micro Controller Unit)50、吸気センサ15等の各種センサ等を収容する。電源12は、充電可能な二次電池、電気二重層キャパシタ等であり、好ましくは、リチウムイオン二次電池である。電源12の電解質は、ゲル状の電解質、電解液、固体電解質、イオン液体の1つ又はこれらの組合せで構成されていてもよい。
図3に示すように、第1カートリッジ20は、円筒状のカートリッジケース27の内部に、エアロゾル源22を貯留するリザーバ23と、エアロゾル源22を霧化する電気的な負荷21と、リザーバ23から負荷21へエアロゾル源を引き込むウィック24と、エアロゾル源22が霧化されることで発生したエアロゾルが第2カートリッジ30に向かって流れるエアロゾル流路25と、第2カートリッジ30の一部を収容するエンドキャップ26と、を備える。
第2カートリッジ30は、香味源31を貯留する。第2カートリッジ30は、第1カートリッジ20のエンドキャップ26に設けられたカートリッジ収容部26aに着脱可能に収容される。第2カートリッジ30は、第1カートリッジ20側とは反対側の端部が、ユーザの吸口32となっている。なお、吸口32は、第2カートリッジ30と一体不可分に構成される場合に限らず、第2カートリッジ30と着脱可能に構成されてもよい。このように吸口32を電源ユニット10と第1カートリッジ20とは別体に構成することで、吸口32を衛生的に保つことができる。
電源ユニット10の電気回路の要部について図6を参照しながら説明する。
電源ユニット10は、主要な回路構成として、電源12と、前述した負荷21を含む第1カートリッジ20が着脱自在に構成された放電端子41と、MCU50と、LDO(Low Drop Out)レギュレータ60と、開閉器61と、開閉器62と、第1電気抵抗値R1を有する第1素子63と、第2電気抵抗値R2を有する第2素子64と、第3電気抵抗値R3を有する第3素子65と、を備える。
次にMCU50の構成について、より具体的に説明する。
MCU50は、図5に示すように、ROMに記憶されたプログラムをプロセッサが実行することにより実現される機能ブロックとして、エアロゾル生成要求検出部51と、温度検出部52と、電力制御部53と、報知制御部54と、を備える。
図7は、図6に示す電源ユニット10の回路構成における要部拡大図である。図7に示すように、MCU50は、オペアンプ56と、ADC(アナログデジタル変換器)57と、プロセッサ55と、を備える。なお、全ての実施形態において、オペアンプ56やADC57は、MCU50の外部に設けられていてもよい。
負荷21の温度検出時には、第1直列回路C1と第2直列回路C2を含むブリッジ回路に電圧Vに基づく電流が流れることになり、このブリッジ回路自体が発熱源となる。したがって、第1直列回路C1と第2直列回路C2に電流が流れることによって生じるジュール熱が、負荷21の温度に影響を与えないようにするために、第1直列回路C1と第2直列回路C2を含むブリッジ回路全体の電気抵抗値(合成抵抗値)を十分に大きくすることが望ましい。
以上のように構成されたエアロゾル吸引器1の動作を、図6を参照して説明する。MCU50のプロセッサ55は、エアロゾル生成要求を検出すると、開閉器61にオン指令を送り、開閉器62にオフ指令を送る。これらの指令に応じて開閉器61がオンし、開閉器62がオフした状態になることで、加熱用回路を経由して負荷21に多くの電流が流れ、第1素子63と第2素子64と第3素子65に流れる電流は、ゼロ又はほぼゼロになる。これにより、負荷21が加熱されてエアロゾルの生成が行われる。
以上のように、電源ユニット10によれば、常用温度範囲における負荷21の電気抵抗値RHが、第1電気抵抗値R1、第2電気抵抗値R2、及び第3電気抵抗値R3よりも小さくなっている。このため、負荷21の温度を常用温度範囲において効率よく制御することができ、エアロゾルを効率的に生成することができる。
図8は、図7に示した電源ユニット10の電気回路の要部の第一変形例を示す図である。図8は、オペアンプ56の反転入力端子に第1直列回路C1が接続され、オペアンプ56の非反転入力端子に第2直列回路C2が接続された点を除いては、図7と同じ構成である。図8に示す構成であっても、負荷21の温度を高い分解能で検出することができる。
図9は、図7に示した電源ユニット10の電気回路の要部の第二変形例を示す図である。図9は、第1接続回路に含まれる開閉器62がダイオード62Aに置換された点を除いては、図7と同じ構成である。ダイオード62Aは、高電位側から低電位側を順方向とするものであり、具体的には、主正母線LUにアノードが接続され、第1直列回路C1及び第2直列回路C2にカソードが接続された構成である。ダイオード62Aは、主に加熱用回路から主正母線LUに電流が流れ込むことを防止するために用いられる。
図10は、図7に示した電源ユニット10の電気回路の要部の第三変形例を示す図である。図10は、第1直列回路C1において負荷21と第1素子63の位置が逆になっている点、第2直列回路C2において第2素子64と第3素子65の位置が逆になっている点、開閉器61を含む加熱用回路の接続位置が変更された点、を除いては、図7と同じ構成である。
図11は、図7又は図8に示す要部構成の電源ユニット10を有するエアロゾル吸引器1の動作の変形例を説明するためのタイミングチャートを示す図である。図11は、エアロゾル生成要求に応じてエアロゾル生成を開始してから負荷21の温度検出を終了するまでの期間のタイミングチャートを示している。図11には、この期間における開閉器61、62の指令信号が示されている。また、図11において、開閉器61の指令信号の波形の上には、開閉器61のコレクタ電流I1の波形とコレッタ−エミッタ間電圧VIGBTの波形が示されている。また、図11において、開閉器62の指令信号の波形の下には、開閉器62のコレクタ電流I2の波形コレッタ−エミッタ間電圧VIGBTの波形が示されている。
エアロゾル生成源を加熱し且つ温度と電気抵抗値(電気抵抗値RH)が相関を持つ負荷(負荷21)に放電可能な電源(電源12)を有するエアロゾル吸引器(エアロゾル吸引器1)の電源ユニット(電源ユニット10)であって、
上記負荷に対して直列接続される第1電気抵抗値(第1電気抵抗値R1)を有する第1素子(第1素子63)と、
第2電気抵抗値(第2電気抵抗値R2)を有する第2素子(第2素子64)及び上記第2素子に対して直列接続された第3電気抵抗値(第3電気抵抗値R3)を有する第3素子(第3素子65)を含み、上記負荷及び上記第1素子の第1直列回路(第1直列回路C1)と並列接続された第2直列回路(第2直列回路C2)と、
非反転入力端子と反転入力端子の一方が上記第1直列回路に接続され、且つ、非反転入力端子と反転入力端子の他方が上記第2直列回路に接続されたオペアンプ(オペアンプ56)と、を備え、
上記第1電気抵抗値、上記第2電気抵抗値、及び上記第3電気抵抗値は、それぞれ、常温又は予め決められた温度域の温度における上記負荷の電気抵抗値よりも大きいエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(1)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
上記第1電気抵抗値、上記第2電気抵抗値、及び上記第3電気抵抗値は、それぞれ、上記エアロゾル生成源からエアロゾルを生成可能な温度における上記負荷の電気抵抗値よりも大きいエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(1)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
上記第1電気抵抗値、上記第2電気抵抗値、及び上記第3電気抵抗値は、それぞれ、上記エアロゾル生成源が枯渇した場合にのみ到達可能な温度における上記負荷の電気抵抗値よりも大きいエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(1)から(3)のいずれか1つに記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
上記第1電気抵抗値、上記第2電気抵抗値、及び上記第3電気抵抗値のうちの少なくとも1つは、1kΩ以上となっているエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(4)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
上記第1電気抵抗値、上記第2電気抵抗値、及び上記第3電気抵抗値のうち、上記第2電気抵抗値と上記第3電気抵抗値の一方又は両方のみが1kΩ以上となっているエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(1)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
上記第1直列回路と上記第2直列回路のうちの上記オペアンプの反転入力端子に接続される回路における高電位側の素子の電気抵抗値を低電位側の素子の電気抵抗値で割った値である第1抵抗比(m、n、又は、1/m)は、上記第1直列回路と上記第2直列回路のうちの上記オペアンプの非反転入力端子に接続される回路における高電位側の素子の電気抵抗値を低電位側の素子の電気抵抗値で割った値である第2抵抗比(n、m、又は、1/n)より大きいという条件が、上記負荷の温度が上記温度域にある状態にて成り立つエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(6)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
上記負荷が上記エアロゾル生成源からエアロゾルを生成可能な温度にある状態にて、上記条件が成り立つエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(6)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
上記負荷が上記エアロゾル生成源が枯渇した場合にのみ到達可能な温度にある状態にて、上記条件が成り立つエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(6)記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
上記負荷の温度が上記温度域にある状態にて、上記第1抵抗比は、上記第2抵抗比の1.2倍以上であるエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(1)から(9)のいずれか1つに記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
上記第1直列回路は、上記オペアンプの非反転入力端子に接続されるエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(1)から(9)のいずれか1つに記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
上記負荷は、1000[ppm/℃]以下の抵抗温度係数を有するエアロゾル吸引器の電源ユニット。
(1)から(9)のいずれか1つに記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
上記負荷は、NiCrを含むエアロゾル吸引器の電源ユニット。
エアロゾル生成源を加熱し且つ温度と電気抵抗値(温度抵抗値RH)が相関を持つ負荷(負荷21)に放電可能な電源(電源12)を有するエアロゾル吸引器(エアロゾル吸引器1)の電源ユニット(電源ユニット10)であって、
上記負荷に対して直列接続される第1電気抵抗値(第1電気抵抗値R1)を有する第1素子(第1素子63)と、
第2電気抵抗値(第2電気抵抗値R2)を有する第2素子(第2素子64)及び上記第2素子に対して直列接続された第3電気抵抗値(第3電気抵抗値R3)を有する第3素子(第3素子65)を含み、上記負荷及び上記第1素子の第1直列回路(第1直列回路C1)と並列接続された第2直列回路(第2直列回路C2)と、
非反転入力端子と反転入力端子の一方が上記第1直列回路に接続され、且つ、非反転入力端子と反転入力端子の他方が上記第2直列回路に接続されたオペアンプ(オペアンプ56)と、を備え、
上記負荷が、常温又は予め決められた温度域の温度、エアロゾル生成可能な第一温度、及び、エアロゾル生成源の枯渇時にのみ到達可能な第二温度の少なくとも1つとなる状態において、上記第1直列回路と上記第2直列回路のうちの上記オペアンプの反転入力端子に接続される回路における高電位側の素子の電気抵抗値を低電位側の素子の電気抵抗値で割った値である第1抵抗比(m、n、又は、1/m)は、上記第1直列回路と上記第2直列回路のうちの上記オペアンプの非反転入力端子に接続される回路における高電位側の素子の電気抵抗値を低電位側の素子の電気抵抗値で割った値である第2抵抗比(n、m、又は、1/n)より大きいエアロゾル吸引器の電源ユニット。
RH 電気抵抗値
R1 第1電気抵抗値
C1 第1直列回路
PS1,PS2 位置
I1,I2 電流
TON1,TON2 ターンオン時間
TOFF1,TOFF2 ターンオフ時間
R2 第2電気抵抗値
C2 第2直列回路
R3 第3電気抵抗値
10 電源ユニット
11a トップ部
11b ボトム部
11 電源ユニットケース
12 電源
14 操作部
15 吸気センサ
18 メモリー
20 第1カートリッジ
21 負荷
22 エアロゾル源
23 リザーバ
24 ウィック
25 エアロゾル流路
26a カートリッジ収容部
26b 連通路
26 エンドキャップ
27 カートリッジケース
30 第2カートリッジ
31 香味源
32 吸口
41 放電端子
42 空気供給部
43 充電端子
45 報知部
50 MCU
51 エアロゾル生成要求検出部
52 温度検出部
53 電力制御部
54 報知制御部
55A 充電IC
55 プロセッサ
56 オペアンプ
57 ADC
60 LDOレギュレータ
61,62 開閉器
62A ダイオード
63 第1素子
64 第2素子
65 第3素子
Claims (13)
- エアロゾル生成源を加熱し且つ温度と電気抵抗値が相関を持つ負荷に放電可能な電源を有するエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記負荷に対して直列接続される第1電気抵抗値を有する第1素子と、
第2電気抵抗値を有する第2素子及び前記第2素子に対して直列接続された第3電気抵抗値を有する第3素子を含み、前記負荷及び前記第1素子の第1直列回路と並列接続された第2直列回路と、
非反転入力端子と反転入力端子の一方が前記第1直列回路に接続され、且つ、非反転入力端子と反転入力端子の他方が前記第2直列回路に接続されたオペアンプと、を備え、
前記第1電気抵抗値、前記第2電気抵抗値、及び前記第3電気抵抗値は、それぞれ、常温又は予め決められた温度域の温度における前記負荷の電気抵抗値よりも大きいエアロゾル吸引器の電源ユニット。 - 請求項1記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記第1電気抵抗値、前記第2電気抵抗値、及び前記第3電気抵抗値は、それぞれ、前記エアロゾル生成源からエアロゾルを生成可能な温度における前記負荷の電気抵抗値よりも大きいエアロゾル吸引器の電源ユニット。 - 請求項1記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記第1電気抵抗値、前記第2電気抵抗値、及び前記第3電気抵抗値は、それぞれ、前記エアロゾル生成源が枯渇した場合にのみ到達可能な温度における前記負荷の電気抵抗値よりも大きいエアロゾル吸引器の電源ユニット。 - 請求項1から3のいずれか1項記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記第1電気抵抗値、前記第2電気抵抗値、及び前記第3電気抵抗値のうちの少なくとも1つは、1kΩ以上となっているエアロゾル吸引器の電源ユニット。 - 請求項4記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記第1電気抵抗値、前記第2電気抵抗値、及び前記第3電気抵抗値のうち、前記第2電気抵抗値と前記第3電気抵抗値の一方又は両方のみが1kΩ以上となっているエアロゾル吸引器の電源ユニット。 - 請求項1記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記第1直列回路と前記第2直列回路のうちの前記オペアンプの反転入力端子に接続される回路における高電位側の素子の電気抵抗値を低電位側の素子の電気抵抗値で割った値である第1抵抗比は、前記第1直列回路と前記第2直列回路のうちの前記オペアンプの非反転入力端子に接続される回路における高電位側の素子の電気抵抗値を低電位側の素子の電気抵抗値で割った値である第2抵抗比より大きいという条件が、前記負荷の温度が前記温度域にある状態にて成り立つエアロゾル吸引器の電源ユニット。 - 請求項6記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記負荷が前記エアロゾル生成源からエアロゾルを生成可能な温度にある状態にて、前記条件が成り立つエアロゾル吸引器の電源ユニット。 - 請求項6記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記負荷が前記エアロゾル生成源が枯渇した場合にのみ到達可能な温度にある状態にて、前記条件が成り立つエアロゾル吸引器の電源ユニット。 - 請求項6記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記負荷の温度が前記温度域にある状態にて、前記第1抵抗比は、前記第2抵抗比の1.2倍以上であるエアロゾル吸引器の電源ユニット。 - 請求項1から9のいずれか1項記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記第1直列回路は、前記オペアンプの非反転入力端子に接続されるエアロゾル吸引器の電源ユニット。 - 請求項1から9のいずれか1項記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記負荷は、1000[ppm/℃]以下の抵抗温度係数を有するエアロゾル吸引器の電源ユニット。 - 請求項1から9のいずれか1項記載のエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記負荷は、NiCrを含むエアロゾル吸引器の電源ユニット。 - エアロゾル生成源を加熱し且つ温度と電気抵抗値が相関を持つ負荷に放電可能な電源を有するエアロゾル吸引器の電源ユニットであって、
前記負荷に対して直列接続される第1電気抵抗値を有する第1素子と、
第2電気抵抗値を有する第2素子及び前記第2素子に対して直列接続された第3電気抵抗値を有する第3素子を含み、前記電源に対し、前記負荷及び前記第1素子の第1直列回路と並列接続された第2直列回路と、
非反転入力端子と反転入力端子の一方が前記第1直列回路に接続され、且つ、非反転入力端子と反転入力端子の他方が前記第2直列回路に接続されたオペアンプと、を備え、
前記負荷が、常温又は予め決められた温度域の温度、エアロゾル生成可能な第一温度、及び、エアロゾル生成源の枯渇時にのみ到達可能な第二温度の少なくとも1つとなる状態において、前記第1直列回路と前記第2直列回路のうちの前記オペアンプの反転入力端子に接続される回路における高電位側の素子の電気抵抗値を低電位側の素子の電気抵抗値で割った値である第1抵抗比は、前記第1直列回路と前記第2直列回路のうちの前記オペアンプの非反転入力端子に接続される回路における高電位側の素子の電気抵抗値を低電位側の素子の電気抵抗値で割った値である第2抵抗比より大きいエアロゾル吸引器の電源ユニット。
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