JP5639176B2 - 電子スモーク - Google Patents

Description

本発明は電子喫煙装置（または電子スモーク）に関し、特に電子タバコに関する。本発明は電子スモークで使用する空気流量/空気流方向検出器にも関する。

電子タバコのような電子スモークは喫煙者に喫煙代用品を提供する。電子スモークはユーザの起動によって液体ニコチンまたはニコチン代替物を蒸発させるように設計されたバッテリー式ヒータを典型的に含む非裸火喫煙装置である。ユーザが喫煙行動を擬似するため電子スモークを通して吸引すると、ヒータは通常では自動的にコントローラによって作動される。典型的には吸引検出器が電子スモークに提供されており、吸引が吸引検出器によって検出されるとデジタル信号プロセッサ(ＤＳＰ)のようなコントローラがヒータを作動させる。従来の電子タバコの例示的で同様な応用回路は図１に示されている。

従来の電子スモークの吸引検出器は典型的には図２で示す従来のコンデンサマイクロホンと類似した構造を有する空気流センサを含んでいる。従来の電子スモークの典型的な空気流センサは、図２で概略的に示すように配置された、メンブレン（膜体）、バックプレート、プリチャージエレクトレット層（Ｖｓ）および接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）を含む可変コンデンサ（Ｃｓ）を含んでいる。喫煙回路のＤＳＰは、想定では吸引による振動が空気流センサによって検出されるとヒータを自動的に作動させるように配置されている。しかしながらそのような構造は、特に外乱の多い環境では誤った作動が頻発するため、さほど信頼性が高くない。さらに、従来の空気流センサは、ＪＦＥＴステージが振動メンブレンによって検出される信号を増幅するために必要であり、基準容量性表面を形成するためエレクトレット層がバックプレートと結合しているため、比較的に複雑で高価である。

従って、電子スモークのための改良された空気流センサが提供されると有利であろう。

本明細書では電子スモークと電子喫煙装置は同義であり、電子タバコ、電子シガー、Ｅシガレット、個人用気化器などとして一般的に知られる電子喫煙装置を含む。

本発明によって、吸引検出器および喫煙効果発生回路を含んだ電子スモークが提供される。吸引検出器は喫煙装置を通して空気流方向と流量を検出するように構成された空気流センサを含んでおり、喫煙効果発生回路は、空気流方向が装置を通した吸引に対応し、空気流量が所定の閾値に到達すると、喫煙効果を発生させるために喫煙効果発生回路を作動させるように構成されている。このような電子スモークは周囲の振動または騒音、または装置に息を吹き込む子供のいたずらによる意図しない発動を減少させる。

１実施例では、空気流センサは装置を通る空気の移動に対応して変形するように設計された空気バッフル（阻流）面を含むことができ、空気バッフル面の変形の程度は装置を通る空気流の方向および流量の両方を決定するように測定される。所定時間内での変形の測定は振動または環境的騒音による意図しない発動をさらに減少させる。

１例として、空気流センサの静電容量または静電容量の変化は空気バッフル面の変形程度を決定するために測定できる。

１実施例においては、喫煙効果発生回路は空気流センサの静電容量または静電容量変化を測定するよう設計されたプロセッサを含むことができる。コントローラまたはプロセッサは通常では喫煙ヒータを操作するために必要であり、プロセッサによる静電容量または静電容量変化の測定はコスト効果をさらに高める。

別実施態様では、空気流センサは発振器回路の一部を形成でき、プロセッサは、空気流量および方向を決定する発振器回路の発振周波数を測定するように構成されている。発振器回路、特にＬＣ発振器回路の発振周波数は、静電容量値によって変化する。これでローコストでコンパクトな形態が提供される。

１例として、空気流量の所定の閾値はユーザによる装置を通した典型的な喫煙吸引活動の流量に対応する。これはいたずら、または事故的な振動または騒音による喫煙発生回路の発動を防止するように作動するであろう。

１実施例では、空気流センサは導電性基部面から離れた導電性空気バッフル面を含むことができ、空気バッフル面は装置を通る空気流に対応して変形するように設計されており、バッフル面と基部面との間の静電容量の変化は空気流量と方向を表わす。

本発明の別実施形態では、空気流センサとコントローラとを含んだ空気流量および方向検出器が提供される。空気流センサは空気流に対応して変形するように設計されたバッフル面を含んでおり、コントローラはバッフル面の変形程度を基にして空気流量および方向を決定するように設計されている。

検出器のコントローラは空気流センサの静電容量または静電容量の変化を基にして空気流量および方向を決定するように設計できる。

コントローラは発振器回路を含むことができ、空気流量センサは発振器回路の一部を形成している。コントローラは発振器回路の発振周波数または発振周波数の変化を基にして空気流量および方向を決定するように設計されている。

検出器は、電子タバコ又は電子スモークのヒータを発動させたり、電子レコーダまたはおもちゃのような吹き込みタイプの機器などの吸気または吹き入れによって作動する製品で使用できる。

本発明の実施例を添付の図面を参考にして説明する。

従来の電子スモークの作動回路の概略的回路図である。 従来の電子スモークで典型的に使用される空気流センサの概略図である。 本発明の電子スモークの１実施例による電子スモークの作動回路の概略図である。 本発明の１実施例による電子スモークの空気流センサの概略図である。 図４の空気流センサの静電容量と空気流量との間の例示的関係を示している。 吸気状態（吸入）および呼気状態（吹き込み）での待機モード（無空気流）にある図４の空気流センサを示す概略図である。 吸気状態（吸入）および呼気状態（吹き込み）での待機モード（無空気流）にある図４の空気流センサを示す概略図である。 吸気状態（吸入）および呼気状態（吹き込み）での待機モード（無空気流）にある図４の空気流センサを示す概略図である。 本発明の電子スモークの１実施例による類似回路の概略図である。 本発明の電子スモークの１例示的実施例を示す概略図である。

図８の電子スモークの１例である電気タバコ（１０）は、空気流量および方向検出器の１例としての吸気検出器（１００）、蓄電源の１例としての電池（２００）、発煙源または風味（または香気）源の１例としてのニコチン源、および加熱手段としての加熱要素（３００）を含んでいる。吸気検出器、電池および加熱要素は全て、電池と吸気検出器が収容されている第１筒状部（４２０）、加熱要素とニコチン源が収容されている第２筒状部（４４０）およびマウスピース（４６２）を含む第３筒状部（４６０）を含む主ハウジング（４００）内に収容されている。さらに、透明または不透明カバー（５００）が第１筒状部の下流端に取り付けられている。

吸気検出器は空気流センサ（１２０）、作動回路およびＬＥＤ光源（１３０）を含むモジュール式構造体であり、それらは全てプリント回路ボード（１４０）に取り付けられている。図４に示すように、空気流センサは、金属シートなどの剛体または半剛体の導電性膜（１２１）を含んでおり、これらは相互に離れた絶縁スペーサ（１２３）によって分離された状態で導電性バックプレート（１２２）に取り付けられている。離れた状態で実質的に平行な導電性膜と導電性バックプレートを含んだ半組立構造体は容量性コンポーネントを形成し、その瞬時のキャパシタンス値（容量値）またはキャパシタンス値の変化は後で詳説するように利用される。

導電性膜は反復的な吸気動作に迅速に反応して吸気動作が停止した後にはその中立または待機状態に迅速に戻る必要があるため、良好な軸方向の弾性特性を有する金属シートが導電性膜として好適である。導電性バックプレートはＰＣＢに取り付けられたアース板（１２４）に接続されており、導電性リング（１２５）によって容量性コンポーネントの接地基準部を形成している。この空気流センサとＰＣＢの半組立構造体は、その両軸端部にて空気入口と空気出口を有する金属缶（１２６）の中に収容されている。

図４の空気流センサの容量特性は図６Ａから図６Ｃの概略図から容易に理解されよう。図６Ａの概略図はセンサを通る空気流がまったく存在しないか、ほとんど存在しないときの空気流センサを示している。この状態では導電性膜と導電性バックプレートは分離距離ｄを有してほぼ平行である。この待機または休止状態でのセンサの容量値はＣ＝εＡ/ｄで与えられる。このＣはキャパシタンスであり、εは分離媒体の誘電率であり、Ａは導電性膜とバックプレートとの間の重なり合う表面積である。１例として、８ミリ径で０．０４ミリ分離されたセンサのキャパシタンス値は約１０ｐＦである。

図６Ｂに示す方向に空気流センサを通って空気が流れるとき、空気流による吸引は弾性金属膜を膨出させ、バックプレートから離れさせるであろう。一般的に金属膜とバックプレートとの間の距離（ｄ）はこの状態で増加し、空気流センサのキャパシタンス値はこの方向の空気流に対応して減少する。

他方、空気が図６Ｂに示す方向とは反対に流れるとき、弾性膜はバックプレート側に屈曲する。一般的に金属膜とバックプレートとの間の距離はこの状態で減少し、キャパシタンス値はこの方向の空気流に対応して増加するであろう。

いずれの場合でも金属膜の弾力性は、空気流が停止しているか、または空気流が非常に弱く金属膜の瞬時の屈折や変形を生じさせないとき、膜を図６Ａの中立状態に戻すであろう。図６Ｂの方向の空気流に対応する空気流量センサのキャパシタンス値の例示的変化を図５に示す。

図４の空気流センサの利用法を図７の例示的回路で説明している。図７では、空気流センサ（ＣＡＰと表示）はキャパシタンス値測定ユニット（１５０）に接続されている。キャパシタンス値の結果はマイクロコントローラ（１６０）に送信される。キャパシタンス値測定の結果が十分な空気流量の吸引に対応する場合、マイクロコントローラがヒータを作動させる作動信号を送り、ニコチン貯蔵部に保管されているニコチンを蒸発させる。ニコチン蒸気は吸引活動の結果としてマウスピースを介してユーザに吸引される。ヒータは図７の回路のＢＡＴ端末に接続されている。さらに起動信号はまたＬＥＤ光源を作動させるようＬＥＤドライバ（１７０）を作動させ、飾りとしての喫煙表示を提供する。

簡易なキャパシタンス測定構造を提供するため、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）（１８０）がコントローラの１例として使用され、空気流センサはＤＳＰの発振器回路のキャパシタとして使用される。この点で空気流センサのキャパシタンス出力端末はＤＳＰの発振器入力端末に接続される。空気流センサの実際のキャパシタンスの測定の代わりに、本発明の構造は、瞬時キャパシタンス値またはキャパシタンス値の瞬時変化を決定するために中立状態の周波数と比較して、発振器回路の瞬時発振周波数または発振器回路の発振周波数の瞬時変化を測定することによって、キャパシタンス値またはキャパシタンスの変化を決定する簡易な方法を利用している。例えば、発振器のキャパシタ形成部が減少及び増加するとき、発振器回路の発振周波数はそれぞれ増加および減少する。

これらの周波数特徴を利用するため、発振器の中立周波数、すなわち図６Ａの状態で空気流センサを備えたＤＳＰの発振器回路の発振周波数が測定又は計算され、その後発振基準値として保存される。空気流量の閾値に到達する吸引行動が検出されたとき、ＤＳＰが作動信号をヒータまたはヒータのスイッチに送るように、吸引行動に対応した発振周波数の変化が流量に対してプロットされる。他方、行動がヒータの誤作動を低減させる吹き込みである場合にはＤＳＰはヒータを作動しない。

当然に、検出閾値周波数は空気流センサの方向性によって変化するであろう。例えば、上方開口部が電子スモークのＬＥＤ端に面するように空気流センサが主ハウジング内に配置されている場合、十分な閾値の発振周波数の増加（図６Ｂのキャパシタンスの減少による）は加熱を要求する閾値空気流量の吸引作用に対応するであろう。一方、発振周波数の減少（図６Ｃのキャパシタンスの増加による）は空気流量に関係なく加熱を要求しない吹き込みに対応するであろう。

他方、下方開口部がＬＥＤ端の反対側であるように空気流センサが逆の方向性で配置されている場合、十分な閾値の発振周波数の増加（図６Ｂのキャパシタンスの増加による）は流量に関係なく加熱を必要としない吹き込みに対応するであろうが、一方、発振周波数の減少（図６Ｃのキャパシタンスの増加による）は周波数の閾値偏差が検出されたとき加熱を必要とする吸引に対応するであろう。

図３の均等概略回路は前述の特徴の有益な参考を提供する。

本発明について前述の実施例に関連して説明したが、これら実施例は説明のためだけのものであり、本発明の範囲の解釈を限定するものではない。

１０ 電子タバコ
１００ 吸気検出器
１２０ 空気流センサ
１２１ 導電性膜
１２２ 導電性バックプレート
１２３ 絶縁スペーサ
１２４ アース板
１２５ 導電性リング
１２６ 金属缶
１３０ ＬＥＤ光源
１４０ プリント回路ボード
１５０ 静電容量測定ユニット
１６０ マイクロコントローラ
１７０ ＬＥＤドライバ
１８０ デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）
２００ 電池
３００ 加熱要素
４００ 主ハウジング
４２０ 第１筒状部
４４０ 第２筒状部
４６０ 第３筒状部
４６２ マウスピース
５００ カバー

Claims (11)

1. 吸気検出器および喫煙効果発生回路を含んだ電子スモークであって、
   前記吸気検出器は、本電子スモークを通る空気流の方向および流量を検出するように構成された空気流センサを含んでおり、
   前記喫煙効果発生回路は、空気流方向が本電子スモークを通る吸引に対応し、空気流量が所定の閾値に到達したときに喫煙効果を発生させるために前記喫煙効果発生回路を作動させるように構成されていることを特徴とする電子スモーク。
2. 前記空気流センサは、本電子スモークを通る空気の動きに対応して変形するように設計された空気バッフル面を含んでおり、
   前記空気バッフル面の変形の程度は、本電子スモークを通る空気流の方向および流量の両方を決定するために測定されることを特徴とする請求項１記載の電子スモーク。
3. 前記空気流センサの静電容量および静電容量の変化は、前記空気バッフル面の変形の程度を決定するために測定されることを特徴とする請求項２記載の電子スモーク。
4. 前記喫煙効果発生回路は、前記空気流センサの静電容量または静電容量の変化を測定するように設計されたプロセッサを含んでいることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電子スモーク。
5. 前記空気流センサは、発振器回路の一部を形成しており、
   前記プロセッサは、空気流量と空気流方向とを決定するために前記発振器回路の発振周波数を測定するように設計されていることを特徴とする請求項４記載の電子スモーク。
6. 空気流量の所定の閾値は、本電子スモークを通るユーザによる典型的なスモーク吸引活動による空気流量に対応することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電子スモーク。
7. 前記空気流センサは、導電性基部面から離れた導電性空気バッフル面を含んでおり、
   前記空気バッフル面は本電子スモークを通る空気流に対応して変形するように設計されており、
   前記バッフル面と前記基部面との間の静電容量の変化は空気流の方向および流量を示すことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の電子スモーク。
8. 空気流センサとコントローラとを含んだ、電子スモークの空気流量および空気流方向検出器であって、
   前記空気流センサは、空気流に対応して変形するように設計されたバッフル面を含んでおり、
   前記コントローラは、前記バッフル面の変形の程度を基にして空気流量と空気流方向とを決定するように設計されていることを特徴とする空気流量および空気流方向検出器。
9. 前記コントローラは、前記空気流センサの静電容量または静電容量の変化を基にして空気流量と空気流方向とを決定するように設計されていることを特徴とする請求項８記載の検出器。
10. 前記コントローラは、発振器回路を含んでおり、
    前記空気流センサは、前記発振器回路の一部を形成しており、
    前記コントローラは、発振周波数または発振器の発振周波数の変化を基にして空気流量と空気流方向とを決定するように設計されていることを特徴とする請求項９記載の検出器。
11. 電子スモークで使用するように設計されていることを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の検出器。

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