JP2014504886A - 可変出力制御電子タバコ - Google Patents

Abstract

電子タバコと、規制モードおよび非規制モードの両方を含む様々な動作モードを提供する電子タバコの出力制御方法とが開示される。この方法は、バッテリ、噴霧器、加熱素子、スモーク液またはジュースおよび関連回路を含む電子タバコの構成要素を制御する電子出力制御プログラムの形態で実行される。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、電子タバコに関し、より詳細には、電子タバコシステムの可変出力制御プログラムに関するものである。

電子タバコは、その多くの利点により、喫煙の代替として普及してきている。電子タバコの利点には、従来の喫煙と比較して、やに、匂い、灰、汚れおよび燃焼副生成物がないことが含まれる。

しかしながら、この有望なデバイスを完全に受け入れることをユーザに思いとどまらせる幾つかの要因が依然存在する。喫煙依存症は、単なるニコチン中毒ではなく、生理的、心理的、社交性および触覚などを含む多くの面を有する習慣である。このため、理想的な電子タバコを作成することの大部分は、喫煙とますます似た有意義なユーザ体験を提供することにある。これは、電子タバコが最小限の準備を必要とし、一貫した“スモーク”量をもたらし、長くて信頼性のあるバッテリ寿命で常に利用できなければならないことを意味している。

電子タバコは、典型的には、バッテリ、噴霧器、含有スモーク液および出力制御回路を備える。バッテリは、回路および噴霧器に電力を供給するために使用され、噴霧器は、スモーク液を加熱して煙または水蒸気を生成し、それがユーザによって吸引される。“スモーク”の量は、デバイスの出力に依存し、それは抵抗で割った電圧の２乗の関数となる。このため、通常の構成では、バッテリ出力電圧は、“スモーク”の量に正比例する。

旧型の電子タバコは、有意義なユーザ体験を提供できないことが多かった。殆どの電子タバコは、規制されていないリチウムポリマー電池を有し、約４．２ボルトの高電圧で始まり、電池の充電が消耗するに連れて、約３．０ボルトに徐々に降下する。この構成は、電池の自然な出力低下に依存して、スモークの生成量を調整している。このため、電池が消耗すると、電池の電圧が自然に低下し、“スモーク”量が著しく減少し、一貫性のない喫煙体験を作り出す。

このような非規制の電子タバコに関する別の欠点は、電源投入または“準備”中に供給される電力が非常に高く、過度の熱を生じさせる傾向がある。準備後、バッテリは、（準備段階による電力損失を差し引いた）その最大出力で動作を続け、生じた過度の熱を放散する十分な時間はなく、その結果、カートリッジのハウジングの高い内部および外部温度をもたらす。１０回余りふかした後に、加熱素子周囲のスモーク液および物質が過熱し始め、不快な焦げ臭さをもたらすことが多い。更なる懸念は、噴霧器のハウジングが熱くなり過ぎてユーザの指および／または唇を火傷させる可能性があることである。

新型の電子タバコは、多くの場合、作動中常にバッテリの出力電圧を規制することにより作動中の特定点で出力を低下させる回路を組み込んでいる。この規制の目的は、喫煙サイクルを通じてバッテリの出力電圧を、バッテリが消耗状態で有することとなる同じ電圧レベル（すなわち、約３ボルト）に制限して、一定でより低い出力電圧を維持することにある。これは、エネルギーを節約してバッテリ寿命を延ばしながらも、バッテリが放電する間に“スモーク”量が低下することなく、ユーザが最初の一服から最後まで均一の経験を持つことを期待している。

残念ながら、このアプローチにはマイナス面がある。噴霧器が十分な“スモーク”量をもたらすためには、十分に暖める必要があるが、バッテリ出力電圧が規制回路によって最初に制限される場合、それを短時間で達成することは困難である。このため、規制された電圧設定は、噴霧器を暖めるために準備段階中により長い時間を要し、噴霧器が完全に準備される前にユーザがタバコを吸った場合に、当初は少ない煙／水蒸気の生成をもたらし、その結果、始めの一服が満足できないため、ユーザ経験を損なうこととなる。また、ユーザの始めの一服が、実質的にそのデバイスの“準備”として機能する。電子タバコが初めてのユーザにとって、僅かな“スモーク”量しかない最初の数回のタバコの弱い吸い込みは、期待はずれの経験となって、その製品を受け付けなくなる可能性がある。ユーザにデバイスを準備する責任をもたせるのは、面倒となり得るため、全く望ましくない。このため、非規制システムも、完全に規制されたシステムも、最適な喫煙経験と長いバッテリ寿命を確保する上で十分な解決策ではない。したがって、従来において、良好な喫煙経験をユーザに提供することができる、より動的なまたは可変の出力制御プログラムに対する必要性が存在する。

本発明は、電子タバコと、規制モード（regulated mode）および非規制モード（non-regulated mode）の両方を含む様々な動作モードを提供する電子タバコに対する出力を制御する方法とを含む。この方法は、バッテリ、噴霧器、加熱素子、スモーク液（smoke liquid）またはスモークジュース（smoke juice）および関連回路を含む電子タバコの構成要素を制御する電子出力制御プログラムの形態で実行される。

図１は、本発明の一実施形態のレスポンスを示す例示的な電圧対時間のプロットである。 図２は、本発明の一実施形態の様々な動作モードの特徴を示す表である。 図３は、本発明の別の実施形態の様々な動作モードの特徴を示す表である。 図４は、温度フィードバックに基づく本発明の別の実施形態の様々な動作モードの特徴を示す表である。 図５は、本発明の別の実施形態のレスポンスを示す例示的な電圧対時間のプロットである。 図６は、出力モードが“休止”期間でプリセットおよび決定される出力制御プログラムの一実施形態を含む電子タバコ内部の回路の概略図である。 図７は、出力モードが温度フィードバックループでプリセットおよび決定される出力制御プログラムの一実施形態を含む電子タバコ内部の回路の概略図である。

実施形態における本発明は、電子タバコと、規制モードと非規制モードの両方を含む様々な動作モードを提供する電子タバコの出力制御方法とを開示する。この方法は、バッテリ、噴霧器、加熱素子、スモーク液またはジュースおよび関連回路を含む電子タバコの構成要素を制御する電子出力制御プログラムの形態で実行される。

電子タバコが最初に動作するように求められるとき、噴霧器が煙または水蒸気を生成できるようになる前に暖められる必要がある。このため、本発明の出力制御プログラムの幾つかの実施形態は、バッテリの最大出力電圧まで加熱素子が最初に暖められることを可能にする、“自動準備モード”（self-priming mode）として知られる第１動作モードを有する。この自動“準備”モードは、ユーザがデバイスを手動で準備する必要性を低減または完全に排除する。“自動準備モード”では、適切な準備を確保するために予め定められた時間、加熱素子がアクティブな状態を維持するように構成されている。例えば、図１に示すように、喫煙者が最初の吸う動作（puff）を始めたときに、“自動準備モード”が開始されて、ユーザがセンサを作動させるのが所定時間未満でも、バッテリが所定時間（この場合は５秒間）最大電力（この場合は４．２Ｖ）を生み出す。

前回のタバコを吸う動作の後すぐに連続的に吸う動作が続く場合、再び加熱素子を“準備”する必要は無く、出力制御プログラムは“規制モード”に切り換えることができる。例えば、図１は、５秒後に３Ｖで“規制モード”を起動することを示している。この“規制モード”は、“スモーク”量を標準の一定レベルに戻して不変の喫煙経験を提供しながらも、バッテリ出力を節約する。しかしながら、ある実施形態では、通常の間隔で喫煙する場合には“規制”モードを維持するのが望ましいことに留意されたい。このため、ユーザが吸う動作と吸う動作の間に長い休止（pause）をとる場合には、“自動準備モード”に切り換えることが望ましい。それは、“規制モード”で供給される電圧が適量の煙および／または水蒸気を生成するのに不十分なレベルまで、加熱素子が冷却されるからである。このため、ある実施形態では、モード選択が、タバコを吸う動作の間隔によって決定されるものであってもよい。

ある実施形態では、ある特定の状況下において“安全モード”と呼ばれる第３モードが起動されるものであってもよい。例えば、連続する吸う動作の間隔があまりにも短い場合には、噴霧器が過度の熱を蓄積してオーバーヒートを引き起こす可能性がある。そのため、出力制御プログラムは、“規制モード”の間に公称電圧未満に電圧が降下される“安全モード”を始動させるように構成されている。よって、“安全モード”は、追加的なスモークジュースを気化するのに適量な出力を与えることとなるが、それは、過剰な熱の蓄積および／または電子タバコの構成部品の温度上昇を引き起こすのに十分な出力ではない。

時間ベースの本発明の実施形態において、タバコを吸う動作間の時間経過または“休止”は、現在の吸う動作に電力を供給するためにどのモードを使用すべきかを決定する。各モードは、“休止”長さまたはそれに関連する休止長さの範囲を有し、それにより、制御プログラムは、タバコの吸う動作間の各休止について、どの出力モードを特定の吸う動作のために始動させるべきかを特定することができる。図２は、“自動準備モード”、“規制モード”および“安全モード”の３つの動作モードを利用する本発明のそのような一実施形態のデータを示している。

本発明の別の態様においては、吸う動作が開始された時と終了した時に関するフィードバックを出力制御プログラムが受け取るものとされる。ある実施形態では、この情報は、ユーザの吸引に基づいて作動される電子回路内の気流センサから制御プログラムにフィードバックされる。このため、タイミング機構は、すべての吸う動作の終了後に作動されるとともに、吸う動作の間隔時間、すなわち“休止”を測定するようように、気流センサと通信することができる（タイミング機構は、毎回の吸う動作の後に再開される）。よって、出力制御プログラムは、各モードのプリセット休止範囲と休止の測定値とを比較して、現在の吸う動作について、どのモードを始動すべきかを決定する能力を含む。また、特定のモードについて予め割り当てられた設定に従って出力電圧を瞬時に調節することができる機構も予期される。

モードの休止長さと各モード間の出力電圧レベルを決定する多くの共通の要因が存在する。休止長さと出力電圧はともに、電子タバコの熱的特性に依存し、それには、その構造、その要素の構成、その構成要素の物質組成、その熱損失係数が含まれるとともに、周囲の温度、圧力およびその他のそのような要因も含まれる。例えば、吸う動作を頻繁に行うと、十分な時間をかけて電子タバコを冷却することができず、ユニットの積算温度に影響を与える。また、出力電圧は電気抵抗に反比例するため、加熱素子の電気抵抗も、出力電圧に大きく影響を与える。また、電子タバコの構造も、通過空気がタバコ本体内の加熱素子を如何に冷却するのかに影響を与える。さらに、構成要素の物質組成は、熱放散特性に影響を与える。所与の電子タバコ構成について特定のモードの休止長さを決定するにあたり、これら要因のすべてを考慮しなければならない。

一実施例において、動作モードの休止長さの範囲および出力電圧は、電子タバコの出力制御プログラムを備えるマイクロプロセッサまたはマイクロチップに予めプログラムされる。これら設定を決定するために、吸う動作の間の休止と出力電圧を変化させることにより、実試験が特定の電子タバコで実行される。実験データが集められ、そのデータに基づいて最適設定が選択される。現在入手可能なデータは、内部抵抗が２．２オームから３．６オームに及ぶ、従来より知られている殆どの噴霧器について、“自動準備モード”が、５秒間実行するように設定されるのが最良であり（ユーザの吸う動作がそれよりも短い場合でも）、出力電圧は、非規制、すなわちバッテリの最大出力電圧とすべきである。ある実施形態では、“自動準備モード”の休止範囲は、理想的には３０秒から無限とすべきであり、これは、最初の吸う動作から３０秒以内に次の吸う動作が起こらない限りは、デバイスが“自動準備モード”に保たれることを意味している。このため、３０秒を超える時間、タイミング機構が測定を維持する必要は無い。何故なら、３０秒の休止長さは、すでに、噴霧器が冷却されていることを意味しており、タイマを作動させるためにバッテリ出力を無駄にする必要は無い。その代わりに、出力制御プログラムは、３０秒で時計を止めるように構成されている。新たな吸う動作が検出されたとき、プログラムは、タイマが計時を止めているかどうか、またはそれが３０秒であるかどうかの何れかを確認し、そうである場合は、“自動準備モード”を再起動する。

新たな吸う動作が最初の吸う動作から３０秒未満で生じた場合、異なるモード、すなわち、動作の“規制モード”または“安全モード”が開始されるべきである。このため、ある実施形態においては、例えば、“規制モード”についての理想休止長さの範囲が４乃至２９秒間であり、電圧は３．０ボルトに調整すべきである。ある実施形態において、“安全モード”についての理想休止長さの範囲が０乃至３秒間であり、電圧は２．８ボルトに調整すべきである。図２および図６は、この構成を示している。

本発明の更なる実施形態においては、出力制御プログラムに予めプログラムされる追加モードが存在する。例えば、“安全”モードは、さらに幾つかのモードに分解することができ、各々が独自の休止範囲と出力を有する。また、休止期間と噴霧器の冷却に応じて、複数の“自動準備”モードも存在し得る。図３および図６は、この構成を示している。このため、本発明の出力制御プログラムは、特定の数の出力モードに限定する必要は無く、むしろ、任意の数のモードを必要に応じて実行できることに留意されたい。

本発明の更なる実施形態においては、出力制御回路の動作モードは、予めプログラムされたものではなく、動的および／または反応的である。それら実施形態においては、モードの出力は予めプログラムされるが、休止長さの範囲が温度フィードバックシステムによって置き換えられる。出力制御プログラムは、吸う動作の間隔時間を測定する代わりに、電子タバコ内部の１または複数の温度センサから計測温度を受け取って、どのモードを現在の吸う動作が起動すべきかを計算する。そのような実施形態において、出力制御プログラムは、特定の動作モードに割り当てられた各温度範囲を有する。ある実施形態では、出力電圧が、噴霧器のリアルタイムの温度に応じて吸う動作毎に調節される。図４、図５および図７は、この構成を例として示している。

当然のことながら、本発明の好ましい実施形態はほんの一例として開示したものであり、本明細書に開示の範囲を逸脱することなく、その他の修正や変更が当業者であれば思い付くことであろう。

Claims (6)

1. 電子タバコであって、
   気流センサと、
   バッテリと、
   噴霧器と、
   加熱素子と、
   スモーク液と、
   内蔵の出力制御プログラムを含む電子回路とを備え、
   前記出力制御プログラムが、前記気流センサ、バッテリ、噴霧器および加熱素子を制御し、
   前記出力制御プログラムが、自動準備モード、規制モードおよび安全モードを含む複数の動作モードを有することを特徴とする電子タバコ。
2. 請求項１に記載の電子タバコにおいて、
   当該電子タバコのユーザによって行われる吸う動作の間隔時間によって、前記動作モードが決定されることを特徴とする電子タバコ。
3. 請求項１に記載の電子タバコにおいて、
   前記自動準備モードは、当該電子タバコの最初の通電時に開始され、ユーザが前記気流センサをより短い時間作動させるかどうかに関わらず、前記加熱素子に対して最大電圧を前記バッテリが所定時間与えるようにすることを特徴とする電子タバコ。
4. 請求項２に記載の電子タバコにおいて、
   前記規制モードは、予め設定された時間間隔内に前記気流センサが２回作動したときに起動され、前記加熱素子に対して所定の公称電圧を前記バッテリが常に与えるようにすることを特徴とする電子タバコ。
5. 請求項２に記載の電子タバコにおいて、
   前記安全モードは、予め設定された最小設定時間未満で前記気流センサが２回作動したときに起動され、前記加熱素子に公称電圧よりも低い電圧を前記バッテリが与えるようになっており、前記電圧は、前記スモーク液を気化するのに十分であるが、当該電子タバコ内に熱が蓄積するのを許容するには不十分であることを特徴とする電子タバコ。
6. 請求項１に記載の電子タバコにおいて、
   前記噴霧器の温度によって前記動作モードが決定されることを特徴とする電子タバコ。

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