JP6816240B1 - エアロゾル吸引器用の制御装置及びエアロゾル吸引器 - Google Patents
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Abstract
Description
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を備えるエアロゾル吸引器用の制御装置であって、
前記負荷と並列接続され、前記負荷に印加される電圧値を出力する電圧センサと、
前記負荷に対して直列接続され、且つ、10[Ω]以上の電気抵抗値を有する既知抵抗と、
前記電圧センサの出力に基づいて、前記負荷の温度を取得する制御回路と、
をさらに備え、
前記制御回路は、
前記電圧センサの出力が入力されるアナログデジタル変換器を備え、
前記電圧センサの出力に基づき取得する前記負荷の温度の分解能が10[℃]以下となるように構成され、
前記アナログデジタル変換器が動作するために該アナログデジタル変換器に印加される基準電圧は、前記既知抵抗と前記負荷とにより形成される直列回路に印加される電圧より低くなるように構成される。
エアロゾル生成源を加熱し且つ200[ppm/℃]以上の抵抗温度係数を有するニクロムにより構成される負荷を備えるエアロゾル吸引器であって、
前記負荷と並列接続され、前記負荷に印加される電圧値を出力する電圧センサと、
前記負荷に対して直列接続される既知抵抗と、
前記電圧センサの出力に基づいて、前記負荷の温度を取得する制御回路と、
をさらに備え、
前記電圧センサの出力に基づき取得する前記負荷の温度の分解能が10[℃]以下となるように構成される。
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、本発明の制御装置の一例であり、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、充電器13、制御回路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。また、制御回路50は、例えばMCU(Micro Controller Unit)である。
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。
つぎに、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。
図6に示すように、電源ユニット10は、電源12と、制御回路50と、LDO(Low Drop Out)レギュレータ60と、回路電圧センサ16と、シャント抵抗器70と、第1開閉器SW1と、第2開閉器SW2と、負荷21と接続される放電端子41と、負荷電圧センサ17と、を備える。シャント抵抗器70、第1開閉器SW1、第2開閉器SW2、負荷21と接続される放電端子41、及び負荷電圧センサ17は、後述の加熱兼測定用回路C10を構成している。
つぎに、制御回路50の構成について、より具体的に説明する。
制御回路50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、負荷状態取得部52と、電力制御部53と、報知制御部54と、を備える。
つぎに、制御回路50が検出(取得)可能な負荷21の温度Tの分解能について考察する。なお、以下、制御回路50が検出可能な負荷21の温度Tの分解能を「温度分解能」ともいう。
図7には、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を示した。図7に示すように、制御回路50は、オペアンプ56と、アナログデジタル変換器(ADC)57と、プロセッサ55と、を備える。なお、オペアンプ56とアナログデジタル変換器57は、制御回路50の外部に設けられてもよい。
まず、負荷21の抵抗温度係数αの最適化について考察する。
上記の式(F7)から、負荷21の抵抗温度係数αを大きくすれば、温度分解能Res[℃]を小さくできることがわかる。
つぎに、基準電圧VREFの最適化について考察する。
上記の式(F7)から、基準電圧VREFを小さくすれば、温度分解能Res[℃]を小さくできることがわかる。そこで、基準電圧VREFの最適化では、基準電圧VREFをできるだけ小さくすることを考える。以下、基準電圧VREFの最適化の具体例について、図7を参照しながら説明する。
オペアンプ56からの電圧信号A・VINの電圧値を低くする方法の1つとして、増幅率A=1倍とし、オペアンプ56による入力電圧VINの増幅を行わないようにすることが考えられる。これにより、オペアンプ56からアナログデジタル変換器57に入力される電圧信号を1・VIN=VINとすることができる。なお、オペアンプ56の反転入力端子56bをアースG1よりも高い電位に接続した場合には、アースG1に接続した場合よりも、非反転入力端子56aに入力される負荷電圧センサ17の出力が小さくなって出力端子56cから出力される点に留意されたい。また、オペアンプ56の反転入力端子56bをアースG1よりも低い電位に接続した場合には、アースG1に接続した場合よりも、非反転入力端子56aに入力される負荷電圧センサ17の出力が大きくなって出力端子56cから出力されるものの、これはオペアンプ56の本来行う増幅ではない点に留意されたい。
シャント抵抗器70の電気抵抗値RSは、負荷電圧VHを低くする観点に加え、シャント抵抗器70として用いる抵抗器を容易且つ安価に調達することも勘案すると、10[Ω]以上であることが好ましい。一般的に、電気抵抗値が10[Ω]未満のシャント抵抗器は、その種類や扱うサプライヤが限られるため、コストが高くなったり、大量調達が困難となりやすい。さらに、シャント抵抗器70により発生するジュール熱による温度Tの精度低下を抑制することも勘案すると、シャント抵抗器70の電気抵抗値RSは25[Ω]以上であることが理想的である。
つぎに、基準電圧VREFと、温度分解能Res[℃]と、シャント抵抗器70の電気抵抗値RSとの具体的な関係について説明する。
つぎに、オペアンプ56の増幅率Aの最適化も組み合わせた場合の温度分解能Res[℃]について考察する。
つぎに、オペアンプ56の増幅率Aの最適化も組み合わせた場合の、基準電圧VREFと、温度分解能Res[℃]と、シャント抵抗器70の電気抵抗値RSとの具体的な関係について説明する。
つぎに、電源ユニット10の変形例について説明する。電源ユニット10の電気回路は、例えば、図17に示すように構成してもよい。具体的に説明すると、これまでの実施形態で並列接続した負荷21及び負荷電圧センサ17と、シャント抵抗器70と、第1開閉器SW1とをこの順で直列接続することで、加熱兼測定用回路C10を構成してもよい。この場合、加熱兼測定用回路C10の負荷21及び負荷電圧センサ17側の一端が主正母線LUに接続され、加熱兼測定用回路C10の第1開閉器SW1側の他端が主負母線LD或いはアースに接続される(即ち電圧値が電圧は「0(零)」とされる)。
最後に、前述した実施形態についてまとめる。
図18には、各条件において温度分解能Res[℃]がとりうる値を示した。図18において、「基準電圧VREF最適化なし」は、前述の基準電圧VREFの最適化を行わないで、基準電圧VREFを3.7[V]としたことを意味する。これに対して、「基準電圧VREF最適化あり」は、前述の基準電圧VREFの最適化を行って、基準電圧VREFを3.7[V]より小さくしたことを意味する。
前記負荷に印加される電圧値を出力する電圧センサ(負荷電圧センサ17)と、
前記負荷に対して直列接続される既知抵抗(シャント抵抗器70)と、
前記電圧センサの出力に基づいて、前記負荷の温度を取得する制御回路(制御回路50)と、
を備え、
前記制御回路が前記電圧センサの出力に基づき取得する前記負荷の温度の分解能が10[℃]以下となるように構成される、エアロゾル吸引器用の制御装置。
前記制御回路は、前記電圧センサの出力が入力されるアナログデジタル変換器(アナログデジタル変換器57)を備え、
前記アナログデジタル変換器には、前記電圧センサの出力が増幅されずに入力されるように構成される、エアロゾル吸引器用の制御装置。
前記制御回路は、前記電圧センサの出力が入力されるアナログデジタル変換器(アナログデジタル変換器57)を備え、
前記既知抵抗と前記負荷とにより形成される直列回路(第1回路C11)に印加される電圧は、前記アナログデジタル変換器が動作するために該アナログデジタル変換器に印加される基準電圧に等しい、エアロゾル吸引器用の制御装置。
1000[ppm/℃]以上の抵抗温度係数を有する前記負荷を備える、エアロゾル吸引器。
前記既知抵抗は、10[Ω]以上の電気抵抗値を有する、エアロゾル吸引器用の制御装置。
前記制御回路は、前記電圧センサの出力が入力されるアナログデジタル変換器(アナログデジタル変換器57)を備え、
前記アナログデジタル変換器が動作するために該アナログデジタル変換器に印加される基準電圧は、前記既知抵抗と前記負荷とにより形成される直列回路(第1回路C11)に印加される電圧より低い、エアロゾル吸引器用の制御装置。
前記アナログデジタル変換器には、前記電圧センサの出力が増幅されずに入力されるように構成される、エアロゾル吸引器用の制御装置。
前記制御回路が前記電圧センサの出力に基づき取得する前記負荷の温度の分解能が5[℃]以下となるように構成される、エアロゾル吸引器用の制御装置。
前記既知抵抗は、25[Ω]以上の電気抵抗値を有する、エアロゾル吸引器用の制御装置。
前記既知抵抗は、前記直列回路に電力が供給された場合の前記既知抵抗の消費電力が、前記既知抵抗の定格電力以下になる電気抵抗値を有する、
エアロゾル吸引器用の制御装置。
ステンレス鋼によって構成される前記負荷を備える、エアロゾル吸引器。
前記アナログデジタル変換器に入力される前記電圧センサの出力を増幅する増幅器(オペアンプ56)をさらに備える、エアロゾル吸引器用の制御装置。
前記直列回路に印加される電圧と等しい電圧が入力され、該電圧を前記基準電圧に降圧して、前記アナログデジタル変換器へ印加する回路(降圧回路C20、入力回路C21)をさらに備える、エアロゾル吸引器用の制御装置。
一定電圧を出力可能な電圧変換器(LDOレギュレータ60)をさらに備え、
前記電圧変換器と、前記直列回路及び前記回路を接続するノード(ノードp)とは、直列接続される、エアロゾル吸引器用の制御装置。
前記電圧センサの出力を前記アナログデジタル変換器へ入力する回路(回路31)と、前記アナログデジタル変換器へ前記基準電圧を印加する回路(入力回路C21)と、に接続されるクランプ回路(クランプ回路C30)をさらに備える、エアロゾル吸引器用の制御装置。
前記アナログデジタル変換器に入力される前記電圧センサの出力を増幅する増幅器をさらに備え、
前記増幅器は、前記電圧センサの出力を前記アナログデジタル変換器へ入力する回路において、前記クランプ回路より上流側に設けられる、エアロゾル吸引器用の制御装置。
前記負荷に印加される電圧値を出力する電圧センサ(負荷電圧センサ17)と、
前記負荷に対して直列接続される既知抵抗(シャント抵抗器70)と、
前記電圧センサの出力に基づいて、前記負荷の温度を取得する制御回路(制御回路50)と、
をさらに備える、エアロゾル吸引器。
前記既知抵抗は、10[Ω]以上の電気抵抗値を有する、エアロゾル吸引器。
前記既知抵抗は、25[Ω]以上の電気抵抗値を有する、エアロゾル吸引器。
前記既知抵抗は、前記既知抵抗と前記負荷とにより形成される直列回路に電力が供給された場合の前記既知抵抗の消費電力が、前記既知抵抗の定格電力以下になる電気抵抗値を有する、エアロゾル吸引器。
10 電源ユニット(制御装置)
17 負荷電圧センサ(電圧センサ)
21 負荷
22 エアロゾル源
31 香味源
50 制御回路
56 オペアンプ(増幅器)
57 アナログデジタル変換器
70 シャント抵抗器(既知抵抗)
C10 加熱兼測定用回路
C11 第1回路
C20 降圧回路
C21 入力回路
C30 クランプ回路
Claims (15)
- 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を備えるエアロゾル吸引器用の制御装置であって、
前記負荷と並列接続され、前記負荷に印加される電圧値を出力する電圧センサと、
前記負荷に対して直列接続され、且つ、10[Ω]以上の電気抵抗値を有する既知抵抗と、
前記電圧センサの出力に基づいて、前記負荷の温度を取得する制御回路と、
をさらに備え、
前記制御回路は、
前記電圧センサの出力が入力されるアナログデジタル変換器を備え、
前記電圧センサの出力に基づき取得する前記負荷の温度の分解能が10[℃]以下となるように構成され、
前記アナログデジタル変換器が動作するために該アナログデジタル変換器に印加される基準電圧は、前記既知抵抗と前記負荷とにより形成される直列回路に印加される電圧より低い、エアロゾル吸引器用の制御装置。 - 請求項1に記載のエアロゾル吸引器用の制御装置であって、
前記アナログデジタル変換器には、前記電圧センサの出力が増幅されずに入力されるように構成される、エアロゾル吸引器用の制御装置。 - 請求項2に記載のエアロゾル吸引器用の制御装置であって、
前記制御回路が前記電圧センサの出力に基づき取得する前記負荷の温度の分解能が5[℃]以下となるように構成される、エアロゾル吸引器用の制御装置。 - 請求項3に記載のエアロゾル吸引器用の制御装置であって、
前記既知抵抗は、25[Ω]以上の電気抵抗値を有する、エアロゾル吸引器用の制御装置。 - 請求項3に記載のエアロゾル吸引器用の制御装置であって、
前記既知抵抗は、前記直列回路に電力が供給された場合の前記既知抵抗の消費電力が、前記既知抵抗の定格電力以下になる電気抵抗値を有する、
エアロゾル吸引器用の制御装置。 - 請求項5に記載のエアロゾル吸引器用の制御装置を備えるエアロゾル吸引器であって、
ステンレス鋼によって構成される前記負荷を備える、エアロゾル吸引器。 - 請求項1に記載のエアロゾル吸引器用の制御装置であって、
前記アナログデジタル変換器に入力される前記電圧センサの出力を増幅する増幅器をさらに備える、エアロゾル吸引器用の制御装置。 - 請求項1に記載のエアロゾル吸引器用の制御装置であって、
前記直列回路に印加される電圧と等しい電圧が入力され、該電圧を前記基準電圧に降圧して、前記アナログデジタル変換器へ印加する降圧回路をさらに備える、エアロゾル吸引器用の制御装置。 - 請求項8に記載のエアロゾル吸引器用の制御装置であって、
一定電圧を出力可能な電圧変換器をさらに備え、
前記電圧変換器と、前記直列回路及び前記降圧回路を接続するノードとは、直列接続される、エアロゾル吸引器用の制御装置。 - 請求項3に記載のエアロゾル吸引器用の制御装置であって、
前記電圧センサの出力を前記アナログデジタル変換器へ入力する回路と、前記アナログデジタル変換器へ前記基準電圧を印加する回路と、に接続されるクランプ回路をさらに備える、エアロゾル吸引器用の制御装置。 - 請求項10に記載のエアロゾル吸引器用の制御装置であって、
前記アナログデジタル変換器に入力される前記電圧センサの出力を増幅する増幅器をさらに備え、
前記増幅器は、前記電圧センサの出力を前記アナログデジタル変換器へ入力する回路において、前記クランプ回路より上流側に設けられる、エアロゾル吸引器用の制御装置。 - エアロゾル生成源を加熱し且つ200[ppm/℃]以上の抵抗温度係数を有するニクロムにより構成される負荷を備えるエアロゾル吸引器であって、
前記負荷と並列接続され、前記負荷に印加される電圧値を出力する電圧センサと、
前記負荷に対して直列接続される既知抵抗と、
前記電圧センサの出力に基づいて、前記負荷の温度を取得する制御回路と、
をさらに備え、
前記電圧センサの出力に基づき取得する前記負荷の温度の分解能が10[℃]以下となるように構成される、エアロゾル吸引器。 - 請求項12に記載のエアロゾル吸引器であって、
前記既知抵抗は、10[Ω]以上の電気抵抗値を有する、エアロゾル吸引器。 - 請求項12に記載のエアロゾル吸引器であって、
前記既知抵抗は、25[Ω]以上の電気抵抗値を有する、エアロゾル吸引器。 - 請求項12に記載のエアロゾル吸引器であって、
前記既知抵抗は、前記既知抵抗と前記負荷とにより形成される直列回路に電力が供給された場合の前記既知抵抗の消費電力が、前記既知抵抗の定格電力以下になる電気抵抗値を有する、エアロゾル吸引器。
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