特許 7612710 加熱式エアロゾル発生装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-27

(45)【発行日】2025-01-14

(54)【発明の名称】加熱式エアロゾル発生装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   A24F 40/57 20200101AFI20250106BHJP

   A24F 40/51 20200101ALI20250106BHJP

【ＦＩ】

A24F40/57

A24F40/51

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2022558171

(86)(22)【出願日】2020-04-02

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-05-10

(86)【国際出願番号】 CN2020082995

(87)【国際公開番号】W WO2021196128

(87)【国際公開日】2021-10-07

【審査請求日】2022-10-26

(73)【特許権者】

【識別番号】519403945

【氏名又は名称】深▲せん▼麦時科技有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100091683

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼川 俊雄

(74)【代理人】

【識別番号】100179316

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 寛奈

(72)【発明者】

【氏名】胡昌河

(72)【発明者】

【氏名】張幸福

(72)【発明者】

【氏名】竇恒恒

(72)【発明者】

【氏名】李亜飛

【審査官】土屋 正志

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１１３０１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０１９１２３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／１９０５９０（ＷＯ，Ａ２）

【文献】韓国公開特許第１０－２０２０－００１４６３６（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ２４Ｆ ４０／５７

Ａ２４Ｆ ４０／５１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１段階において、発熱デバイスのエネルギー供給をＰＩＤ制御により行い、前記ＰＩＤ制御は積分調整を行わない、または温度検出値と目標温度値との偏差がある設定値より大きい場合には積分項を考慮しない制御により、前記発熱デバイスの温度を初期温度から第１温度まで上昇させ、
第２段階において、前記発熱デバイスのエネルギー供給を制御することで、前記発熱デバイスの温度を前記第１温度から第２温度まで低下させ、前記第２温度は前記第１温度よりも低く、
第３段階において、前記発熱デバイスのエネルギー供給を制御することで、前記発熱デバイスの温度を前記第２温度で安定させることを特徴とし、
前記第２段階、第３段階では、
前記発熱デバイスの温度を検出して温度検出値を取得し、
前記温度検出値と前記第２温度をＰＩＤ演算することで第１加熱制御情報を取得し、
前記第１加熱制御情報に基づいて前記発熱デバイスが周期的加熱を行うよう制御する、との方式、
或いは、
前記発熱デバイスの抵抗値を検出して抵抗検出値を取得し、
前記抵抗検出値と目標抵抗値をＰＩＤ演算することで第２加熱制御情報を取得し、前記目標抵抗値は前記第２温度から決定し、
前記第２加熱制御情報に基づいて前記発熱デバイスが周期的加熱を行うよう制御する、との方式で、
前記発熱デバイスのエネルギー供給を制御することで、前記発熱デバイスの温度を第２温度に到達させることを特徴とする加熱式エアロゾル発生方法。

【請求項2】

第１段階において、前記発熱デバイスの温度は時間とともに曲線状に上昇し、
第２段階において、前記発熱デバイスの温度は曲線状に低下し、
第３段階において、前記発熱デバイスの温度は直線状に安定することを特徴とする請求項１に記載の加熱式エアロゾル発生方法。

【請求項3】

更に、前記発熱デバイスのエネルギー供給を制御することで、第２段階及び第３段階において、前記発熱デバイスの温度を予め設定された許容温度の範囲内に維持することを特徴とする請求項１に記載の加熱式エアロゾル発生方法。

【請求項4】

前記許容温度の範囲は、４５０～５００℃の間の上限と、２５０～３００℃の間の下限を有することを特徴とする請求項３に記載の加熱式エアロゾル発生方法。

【請求項5】

前記第１温度は３００～４５０℃の間であり、
前記第２温度は３００～４００℃の間であることを特徴とする請求項１に記載の加熱式エアロゾル発生方法。

【請求項6】

前記第１段階の時間は２０秒よりも短く、
前記第２段階の時間は２０秒よりも長く、
前記第３段階の時間は２００～６００秒であることを特徴とする請求項１に記載の加熱式エアロゾル発生方法。

【請求項7】

前記発熱デバイスの温度を検出して温度検出値を取得する際には、
前記発熱デバイスの加熱周期の停止期間に、前記発熱デバイスの抵抗値を検出することで抵抗検出値を取得し、
前記抵抗検出値に基づき前記発熱デバイスの温度検出値を決定することを特徴とする請求項１に記載の加熱式エアロゾル発生方法。

【請求項8】

前記抵抗検出値に基づき前記発熱デバイスの温度検出値を決定したあと、更に、
前記発熱デバイスの冷間・暖機状態に基づき、前記温度検出値について補償処理を行うことを特徴とする請求項７に記載の加熱式エアロゾル発生方法。

【請求項9】

更に、環境温度に基づき前記第２温度について補償処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の加熱式エアロゾル発生方法。

【請求項10】

更に、前記温度検出値又は前記抵抗検出値が予め設定された範囲内か否かを判断し、
予め設定された範囲でない場合には、前記発熱デバイスに加熱を停止させるよう制御することを特徴とする請求項１に記載の加熱式エアロゾル発生方法。

【請求項11】

更に、予め設定された期間内の前記発熱デバイスのエネルギー供給が予め設定されたエネルギー値を超えたか否かを判断し、
予め設定されたエネルギー値を超えた場合には、前記発熱デバイスに加熱を停止させるよう制御することを特徴とする請求項１に記載の加熱式エアロゾル発生方法。

【請求項12】

更に、第４段階において、前記発熱デバイスのエネルギー供給を制御することで、前記発熱デバイスの温度を前記第２温度から徐々に低下させることを特徴とする請求項１に記載の加熱式エアロゾル発生方法。

【請求項13】

発熱デバイスと、前記発熱デバイスにエネルギーを供給するための電源を含む加熱式エアロゾル発生装置であって、
更に、第１段階において、前記発熱デバイスのエネルギー供給をＰＩＤ制御により行い、前記ＰＩＤ制御は積分調整を行わない、または温度検出値と目標温度値との偏差がある設定値より大きい場合には積分項を考慮しない制御により、前記発熱デバイスの温度を初期温度から第１温度まで上昇させ、
第２段階において、前記発熱デバイスのエネルギー供給を制御することで、前記発熱デバイスの温度を前記第１温度から第２温度まで低下させ、前記第２温度は前記第１温度よりも低く、
第３段階において、前記発熱デバイスのエネルギー供給を制御することで、前記発熱デバイスの温度を前記第２温度で安定させることを特徴とし、
前記第２段階、第３段階では、
前記発熱デバイスの温度を検出して温度検出値を取得し、
前記温度検出値と前記第２温度をＰＩＤ演算することで第１加熱制御情報を取得し、
前記第１加熱制御情報に基づいて前記発熱デバイスが周期的加熱を行うよう制御する、との方式、
或いは、
前記発熱デバイスの抵抗値を検出して抵抗検出値を取得し、
前記抵抗検出値と目標抵抗値をＰＩＤ演算することで第２加熱制御情報を取得し、前記目標抵抗値は前記第２温度から決定し、
前記第２加熱制御情報に基づいて前記発熱デバイスが周期的加熱を行うよう制御する、との方式で、
前記発熱デバイスのエネルギー供給を制御することで、前記発熱デバイスの温度を第２温度に到達させる制御回路、を含むことを特徴とする加熱式エアロゾル発生装置。

【請求項14】

前記制御回路は、
前記発熱デバイスの温度／抵抗値を検出することで、温度／抵抗検出値を取得するための検出モジュールと、
前記温度／抵抗検出値と前記第２温度／目標抵抗値をＰＩＤ演算することで加熱制御情報を取得し、前記加熱制御情報に基づいて前記発熱デバイスが周期的加熱を行うよう制御するためのマイクロプロセッサと、を含み、
前記目標抵抗値は前記第２温度から決定されることを特徴とする請求項１３に記載の加熱式エアロゾル発生装置。

【請求項15】

前記検出モジュールは、第１スイッチングトランジスタ、第２スイッチングトランジスタ、第３スイッチングトランジスタ及び標準抵抗を含み、前記第１スイッチングトランジスタの第１端子と前記第２スイッチングトランジスタの第１端子はそれぞれ前記電源のプラス端子に接続され、前記第１スイッチングトランジスタの第２端子は前記標準抵抗の第１端子に接続され、前記標準抵抗の第２端子及び前記第２スイッチングトランジスタの第２端子はそれぞれ前記発熱デバイスの第１端子に接続され、前記発熱デバイスの第２端子は前記第３スイッチングトランジスタの第１端子に接続され、前記第３スイッチングトランジスタの第２端子はグランドに接続され、前記マイクロプロセッサの第１入力端子は前記第１スイッチングトランジスタの第２端子に接続され、前記マイクロプロセッサの第２入力端子は前記標準抵抗の第２端子に接続され、前記マイクロプロセッサの第３入力端子は前記発熱デバイスの第２端子に接続され、前記マイクロプロセッサの第１出力端子は前記第１スイッチングトランジスタの制御端子に接続され、前記マイクロプロセッサの第２出力端子は前記第２スイッチングトランジスタの制御端子に接続され、前記マイクロプロセッサの第３出力端子は前記第３スイッチングトランジスタの制御端子に接続されることを特徴とする請求項１４に記載の加熱式エアロゾル発生装置。

【請求項16】

前記第１スイッチングトランジスタはＮＰＮ型バイポーラトランジスタであり、前記第１スイッチングトランジスタの第１端子はコレクタであり、前記第１スイッチングトランジスタの第２端子はエミッタであり、前記第１スイッチングトランジスタの制御端子はベースであり、
前記第２スイッチングトランジスタはＰ型電界効果トランジスタであり、前記第２スイッチングトランジスタの第１端子はソースであり、前記第２スイッチングトランジスタの第２端子はドレインであり、前記第２スイッチングトランジスタの制御端子はゲートであり、前記第３スイッチングトランジスタはＮ型電界効果トランジスタであり、前記第３スイッチングトランジスタの第１端子はドレインであり、前記第３スイッチングトランジスタの第２端子はソースであり、前記第３スイッチングトランジスタの制御端子はゲートであることを特徴とする請求項１５に記載の加熱式エアロゾル発生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子タバコの分野に関し、特に、加熱式エアロゾル発生装置及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

低温タバコ装置では、エアロゾル発生装置が経時変化のないエアロゾルを発生可能なことが望まれる。しかし、特に、人がエアロゾルを消費する場合には、連続的又は繰り返し加熱する過程において、加熱温度の変動幅がニコチン及び場合によっては香料を付帯するエアロゾル形成物の変化に影響を及ぼし得る。そのため、経時変化のない特性の一致したエアロゾルを搬送することができない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明は、従来技術に存在する経時変化のない特性の一致したエアロゾルを搬送できないとの欠点を解決しようとする技術的課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明が技術的課題を解決するために採用する技術方案は以下の通りである。

【0005】

加熱式エアロゾル発生方法を構成する。当該方法は、以下を含む。

【0006】

第１段階において、発熱デバイスのエネルギー供給を制御することで、前記発熱デバイスの温度を初期温度から第１温度まで上昇させる。

【0007】

第２段階において、前記発熱デバイスのエネルギー供給を制御することで、前記発熱デバイスの温度を前記第１温度から第２温度まで低下させる。前記第２温度は前記第１温度よりも低い。

【0008】

第３段階において、前記発熱デバイスのエネルギー供給を制御することで、前記発熱デバイスの温度を前記第２温度で安定させる。

【0009】

好ましくは、第１段階において、前記発熱デバイスの温度は時間とともに曲線状に上昇し、第２段階において、前記発熱デバイスの温度は曲線状に低下し、第３段階において、前記発熱デバイスの温度は直線状に安定する。

【0010】

好ましくは、更に、前記発熱デバイスのエネルギー供給を制御することで、第２段階及び第３段階において、前記発熱デバイスの温度を予め設定された許容温度の範囲内に維持する。

【0011】

好ましくは、前記許容温度の範囲は、４５０～５００℃の間の上限と、２５０～３００℃の間の下限を有する。

【0012】

好ましくは、前記第１温度は３００～４５０℃の間であり、前記第２温度は３００～４００℃の間である。

【0013】

好ましくは、前記第１段階の時間は２０秒よりも短く、前記第２段階の時間は２０秒よりも長く、前記第３段階の時間は２００～６００秒である。

【0014】

好ましくは、第２段階、第３段階では、前記発熱デバイスの温度を検出して温度検出値を取得し、前記温度検出値と前記第２温度をＰＩＤ演算することで第１加熱制御情報を取得し、前記第１加熱制御情報に基づいて前記発熱デバイスが周期的加熱を行うよう制御する、との方式、或いは、前記発熱デバイスの抵抗値を検出して抵抗検出値を取得し、前記抵抗検出値と前記目標抵抗値をＰＩＤ演算することで第２加熱制御情報を取得し、前記目標抵抗値は前記第２温度から決定し、前記第２加熱制御情報に基づいて前記発熱デバイスが周期的加熱を行うよう制御する、との方式で、前記発熱デバイスのエネルギー供給を制御することで、前記発熱デバイスの温度を第２温度に到達させる。

【0015】

好ましくは、上記の前記発熱デバイスの温度を検出して温度検出値を取得する際には、前記発熱デバイスの加熱周期の停止期間に、前記発熱デバイスの抵抗値を検出することで抵抗検出値を取得し、前記抵抗検出値に基づき前記発熱デバイスの温度検出値を決定する。

【0016】

好ましくは、前記抵抗検出値に基づき前記発熱デバイスの温度検出値を決定したあと、更に、前記発熱デバイスの冷間・暖機状態に基づき、前記温度検出値について補償処理を行う。

【0017】

好ましくは、更に、環境温度に基づき前記第２温度について補償処理を行う。

【0018】

好ましくは、更に、前記温度検出値又は前記抵抗検出値が予め設定された範囲内か否かを判断し、予め設定された範囲でない場合には、前記発熱デバイスに加熱を停止させるよう制御する。

【0019】

好ましくは、更に、予め設定された期間内の前記発熱デバイスのエネルギー供給が予め設定されたエネルギー値を超えたか否かを判断し、予め設定されたエネルギー値を超えた場合には、前記発熱デバイスに加熱を停止させるよう制御する。

【0020】

好ましくは、更に、第４段階において、前記発熱デバイスのエネルギー供給を制御することで、前記発熱デバイスの温度を前記第２温度から徐々に低下させる。

【0021】

本発明は、更に、発熱デバイスと、前記発熱デバイスにエネルギーを供給するための電源を含む加熱式エアロゾル発生装置を構成する。当該装置は、更に、第１段階において、前記発熱デバイスのエネルギー供給を制御することで、前記発熱デバイスの温度を初期温度から第１温度まで上昇させ、第２段階において、前記発熱デバイスのエネルギー供給を制御することで、前記発熱デバイスの温度を前記第１温度から第２温度まで低下させ、前記第２温度は前記第１温度よりも低く、第３段階において、前記発熱デバイスのエネルギー供給を制御することで、前記発熱デバイスの温度を前記第２温度で安定させる制御回路、を含む。

【0022】

好ましくは、前記制御回路は、前記発熱デバイスの温度／抵抗値を検出することで、温度／抵抗検出値を取得するための検出モジュールと、前記温度／抵抗検出値と前記第２温度／目標抵抗値をＰＩＤ演算することで加熱制御情報を取得し、前記加熱制御情報に基づいて前記発熱デバイスが周期的加熱を行うよう制御するためのマイクロプロセッサ、を含む。前記目標抵抗値は前記第２温度から決定される。

【0023】

好ましくは、前記検出モジュールは、第１スイッチングトランジスタ、第２スイッチングトランジスタ、第３スイッチングトランジスタ及び標準抵抗を含む。前記第１スイッチングトランジスタの第１端子と前記第２スイッチングトランジスタの第１端子はそれぞれ前記電源のプラス端子に接続され、前記第１スイッチングトランジスタの第２端子は前記標準抵抗の第１端子に接続される。前記標準抵抗の第２端子及び前記第２スイッチングトランジスタの第２端子はそれぞれ前記発熱デバイスの第１端子に接続され、前記発熱デバイスの第２端子は前記第３スイッチングトランジスタの第１端子に接続され、前記第３スイッチングトランジスタの第２端子はグランドに接続される。前記マイクロプロセッサの第１入力端子は前記第１スイッチングトランジスタの第２端子に接続され、前記マイクロプロセッサの第２入力端子は前記標準抵抗の第２端子に接続され、前記マイクロプロセッサの第３入力端子は前記発熱デバイスの第２端子に接続され、前記マイクロプロセッサの第１出力端子は前記第１スイッチングトランジスタの制御端子に接続され、前記マイクロプロセッサの第２出力端子は前記第２スイッチングトランジスタの制御端子に接続され、前記マイクロプロセッサの第３出力端子は前記第３スイッチングトランジスタの制御端子に接続される。

【0024】

好ましくは、前記第１スイッチングトランジスタはＮＰＮ型バイポーラトランジスタである。前記第１スイッチングトランジスタの第１端子はコレクタであり、前記第１スイッチングトランジスタの第２端子はエミッタであり、前記第１スイッチングトランジスタの制御端子はベースである。

【0025】

前記第２スイッチングトランジスタはＰ型電界効果トランジスタである。前記第２スイッチングトランジスタの第１端子はソースであり、前記第２スイッチングトランジスタの第２端子はドレインであり、前記第２スイッチングトランジスタの制御端子はゲートである。

【0026】

前記第３スイッチングトランジスタはＮ型電界効果トランジスタである。前記第３スイッチングトランジスタの第１端子はドレインであり、前記第３スイッチングトランジスタの第２端子はソースであり、前記第３スイッチングトランジスタの制御端子はゲートである。

【発明の効果】

【0027】

本発明の技術方案を実施する場合には、第２段階の目標温度（第１温度よりも低い第２温度）を設定することで、タバコカプセルが最適な温度でエアロゾルを継続的に発生するよう保証し得る。且つ、第３段階で第２温度の安定を維持することで、発熱デバイスからタバコカプセルへの熱伝導速度が上昇するため、経時変化のない特性の一致したエアロゾルを搬送可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】図１は、本発明の実施例１における加熱式エアロゾル発生方法のフローチャートである。

【図2】図２は、本発明の実施例１における発熱デバイスの温度分布の概略図である。

【図3】図３は、本発明の実施例１における加熱式エアロゾル発生装置の構造図である。

【図4】図４は、本発明の実施例１における加熱式エアロゾル発生装置の回路図である。

【図5】図５は、本発明の実施例２における発熱デバイスの温度分布の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下に、本発明の実施例に係る図面を組み合わせて、本発明の実施例における技術方案につき明瞭簡潔に述べる。なお、言うまでもなく、ここで記載する実施例は本発明の一部の実施例にすぎず、全ての実施例ではない。本発明の実施例に基づいて、当業者が創造的労働を要さないことを前提に取得するその他全ての実施例は、いずれも本発明の保護の範囲に属する。

【0030】

図１は、本発明の実施例１における加熱式エアロゾル発生方法のフローチャートである。本実施例の加熱式エアロゾル発生方法は、加熱式エアロゾル発生装置の制御回路に応用される。理解すべき点として、当該加熱式エアロゾル発生装置は、発熱デバイス及び電源を更に含む。電源は、発熱デバイスにエネルギーを供給するために用いられる。当該電源はバッテリとすることができ、例えば、充電可能なリチウムイオンバッテリ、ニッケル・水素バッテリ、ニッケル・カドミウムバッテリ又はリチウムバッテリとする。また、発熱デバイスはヒータとも称され、様々な形式を有し得る。例えば、発熱デバイスは、発熱シート、加熱針、加熱ロッド、加熱線又はワイヤとすることができる。また、代替的に、発熱デバイスは、上記の２種類又はそれ以上の異なる形式の発熱デバイスの組み合わせとしてもよい。

【0031】

図２を組み合わせて、本実施例の加熱式エアロゾル発生方法は、具体的に以下のステップを含む。

【0032】

ステップＳ１０：第１段階において、発熱デバイスのエネルギー供給を制御することで、前記発熱デバイスの温度を初期温度から第１温度まで上昇させる。

【0033】

当該ステップにおいて、第１段階とは０～ｔ１の期間である。また、当該段階は急速に昇温する段階である。この段階では、原則的に、許容温度の設定をタバコカプセル中の所望の揮発性化合物が急速に揮発する温度とするが、気化温度の高い所望しない揮発性化合物の気化温度よりは低くする。第１温度は、正常な気圧、環境温度において２５０～５００℃の間とする。図２に示すように、第１段階において、発熱デバイスの温度は時間とともに曲線形状をなして急速に上昇する。一実施形態において、正常な気圧は標準大気圧とし、正常な温度は１５～２５℃の間とすればよい。

【0034】

ステップＳ２０：第２段階において、前記発熱デバイスのエネルギー供給を制御することで、前記発熱デバイスの温度を前記第１温度から第２温度まで低下させる。前記第２温度は前記第１温度よりも低い。

【0035】

当該ステップにおいて、第２段階とはｔ１～ｔ２の期間である。また、当該段階はゆっくりと降温する段階である。この段階では、原則的に、化合物の揮発の一致性が維持される。また、ゆっくりと降温することでベイパー温度の低下を実現する。ゆっくりと低下させる過程では、化合物の揮発の一致性と快適なベイパー温度との両立が求められる。図２に示すように、第２段階において、発熱デバイスの温度は時間とともに曲線形状をなしてゆっくりと低下する。

【0036】

ステップＳ３０：第３段階において、前記発熱デバイスのエネルギー供給を制御することで、前記発熱デバイスの温度を前記第２温度で安定させる。

【0037】

当該ステップにおいて、第３段階とはｔ２～ｔ３の期間である。また、当該段階は温度を維持する段階であり、例えば、温度の上下の変動は≦１．５℃である。この段階では、原則的に、化合物の揮発の合理性と、装置における吸い応え及び揮発の一致性維持が求められる。図２に示すように、第３段階において、発熱デバイスの温度は経時的に水平な直線状態を維持する。

【0038】

本実施例において、説明すべき点として、選択する第１温度及び第２温度は、加熱式エアロゾル発生装置が、第１、第２及び第３段階でエアロゾルを継続的に発生させるよう保証可能とする。また、第１温度及び第２温度は、基質中のエアロゾル形成物の揮発温度に対応する温度範囲に基づき決定すればよい。

【0039】

本実施例の技術方案によれば、第２段階の目標温度（第１温度よりも低い第２温度）を設定することで、タバコカプセルが最適な温度でエアロゾルを継続的に発生するよう保証し得る。且つ、第３段階で第２温度の安定を維持することで、発熱デバイスからタバコカプセルへの熱伝導速度が上昇するため、経時変化のない特性の一致したエアロゾルを搬送可能となる。

【0040】

更に、本発明の加熱式エアロゾル発生方法は以下を含む。

【0041】

前記発熱デバイスのエネルギー供給を制御することで、第２段階及び第３段階において、前記発熱デバイスの温度を予め設定された許容温度の範囲内に維持する。

【0042】

本実施例において、許容温度の範囲はエアロゾル形成基質に応じて決定する。エアロゾル形成基質は、温度の違いによって一部の揮発性化合物を放出する。また、エアロゾル形成基質から放出される揮発性化合物の一部は加熱過程でのみ形成され、各揮発性化合物は、特有の放出温度以上となったときに放出される。よって、最大操作温度を一部の揮発性化合物の放出温度以下に制御することで、これらの成分の放出又は形成を回避可能である。更に、最大操作温度は、正常な操作条件で基質が燃焼しないよう保証し得る温度とされる。

【0043】

許容温度の範囲は、４５０～５００℃の間の上限と、２５０～３００℃の間の下限を有する。第１温度は、３００～４５０℃の間、第２温度は３００～４００℃の間とすることができる。好ましくは、第２温度は、一般的な燃焼式タバコに存在する所望しない化合物の燃焼温度以下又は約３８０度とする。また、第１段階の時間は２０秒よりも短く、第２段階の時間は２０秒よりも長く、第３段階の時間は２００～６００秒である。

【0044】

選択的な実施例において、第２段階、第３段階では、以下の方式で前記発熱デバイスのエネルギー供給を制御することで、前記発熱デバイスの温度を第２温度（目標温度）に到達させる。

【0045】

前記発熱デバイスの温度を検出して温度検出値を取得する。

【0046】

前記温度検出値と前記第２温度をＰＩＤ演算することで、第１加熱制御情報を取得する。

【0047】

前記第１加熱制御情報に基づいて、前記発熱デバイスが周期的加熱を行うよう制御する。

【0048】

本実施例では、まず、発熱デバイスの温度を検出したあと、温度検出値と目標温度（第２温度）をＰＩＤとして入力し、ＰＩＤ演算後に第１加熱制御情報を出力する。最後に、内部に予め設定されているアルゴリズムによって加熱デューティー比に変換し、発熱デバイスに周期的加熱を実行させる。

【0049】

別の選択的な実施例において、第２段階、第３段階では、以下の方式で前記発熱デバイスのエネルギー供給を制御することで、前記発熱デバイスの温度を第２温度（目標温度）に到達させる。

【0050】

前記発熱デバイスの抵抗値を検出して抵抗検出値を取得する。

【0051】

前記抵抗検出値と前記目標抵抗値をＰＩＤ演算することで、第２加熱制御情報を取得する。なお、前記目標抵抗値は前記第２温度から決定する。

【0052】

前記第２加熱制御情報に基づいて、前記発熱デバイスが周期的加熱を行うよう制御する。

【0053】

本実施例では、まず、発熱デバイスの抵抗値を検出したあと、抵抗検出値と目標抵抗値（第２温度から逆算する）をＰＩＤとして入力し、ＰＩＤ演算後に第２加熱制御情報を出力する。最後に、内部に予め設定されているアルゴリズムによって加熱デューティー比に変換し、発熱デバイスに周期的加熱を実行させる。

【0054】

上記では、第２及び第３段階で発熱デバイスを加熱制御するための２種類の実現方式について説明した。しかし、第１段階（急速に昇温する段階）については、上記方式のＰＩＤ調節を行った場合、過剰調節との事態が発生する恐れがある。そこで、このような事態の発生を回避するために、第１段階では、発熱デバイスについて発熱制御を行う際に積分調整を実施しなくともよい。或いは、温度検出値と目標温度値の偏差が任意の設定値よりも大きい場合には、積分項を算入しない。こうすることで、昇温過程における積分項の影響を小さくできるため、温度制御段階のなだらかな移行が実現される。

【0055】

また、発熱デバイスを加熱制御する過程において、各加熱周期につき１回ずつ加熱制御を行う場合、加熱周期を大きく選択すると、各加熱周期における発熱デバイスの温度変化の幅が大きくなってしまう。一方、加熱周期を小さく選択すると、各加熱周期における発熱デバイスの温度変化の幅は小さくなるが、ＰＩＤ制御を実施するマイクロプロセッサの性能の限界から、リアルタイムでデータを収集及び処理するとのニーズを満たせない場合がある。そこで、実際の制御では、制御周期を加熱周期の整数倍とすればよい。即ち、制御周期＝加熱周期＊Ｎとする。Ｎは整数であり、且つ、Ｎ≧１である。こうすることで、加熱と制御の同期性を効果的に保証可能となる。

【0056】

更に、選択的な実施例では、以下の方式で温度検出値を取得可能とする。

【0057】

前記発熱デバイスの加熱周期の停止期間に、前記発熱デバイスの抵抗値を検出することで抵抗検出値を取得する。

【0058】

前記抵抗検出値に基づき、前記発熱デバイスの温度検出値を決定する。

【0059】

本実施例において、まず、説明すべき点として、発熱デバイスはデューティー比信号に基づき周期的な加熱制御を行う。よって、各加熱周期には、加熱期間と停止期間の２つの部分が含まれており、且つ、停止期間に発熱デバイスの抵抗値を検出する。そして、抵抗検出値を取得したあと、抵抗値と温度との対応関係に基づいて、当該抵抗検出値に対応する温度検出値を算出する。

【0060】

更に、前記抵抗検出値に基づき前記発熱デバイスの温度検出値を決定したあと、前記発熱デバイスの冷間・暖機状態に基づき、前記温度検出値について補償処理を行う。

【0061】

本実施例において、まず、説明すべき点として、発熱デバイスの温度にフィールド分布が存在する場合、加熱時間の増加及び発熱デバイスからマトリックスへの熱伝導の増大に伴って、同じ抵抗値の場合、温度は一定の低下過程を有し得る。この過程と発熱デバイスからマトリックスへの熱伝導の間には関連性が存在する。つまり、発熱デバイス自体が暖機状態の場合の揮発状況は冷間状態の場合と異なる。そこで、化合物の揮発の一致性と快適なベイパー温度との両立を達成するために、内部に補償アルゴリズムを追加する。当該アルゴリズムは、熱伝導に起因して温度が低下する場合に、関連項を時間及び目標温度とする。即ち、実際の温度検出値Ｔ＝Ｆ（Ｒ_{Ｈｅａｔｅｒ}）＋ｆ（ｔ，Ｔ_目標）とする。これにより、吸入段階全体が冷間状態とほぼ一致するよう保証可能となる。

【0062】

更に、本発明の加熱式エアロゾル発生方法は以下を含む。

【0063】

環境温度に基づき第２温度について補償処理を行う。

【0064】

本実施例では、外部の環境温度が変化した場合に、製品の吸入段階における体験を維持するために、目標温度（第２温度）についても補償処理を行う必要がある。例えば、冬場の環境温度（例えば、環境温度１５℃未満）が低い場合には、第２温度を引き上げて、口内への吸入温度を維持する。一方、夏場の温度が高い場合（例えば、環境温度２５℃超）の場合には、第２温度を引き下げて、口内への吸入温度を維持する。

【0065】

更に、使用時の安全性を向上させるために、本発明の加熱式エアロゾル発生方法は以下を含む。

【0066】

温度検出値が予め設定された範囲内か否かを判断し、予め設定された範囲でない場合には、前記発熱デバイスに加熱を停止させるよう制御する。予め設定された範囲は、上限を３８０～５００℃の間とし、下限を２５０～３００℃の間とする。

【0067】

或いは、予め設定された期間内の前記発熱デバイスのエネルギー供給が予め設定されたエネルギー値を超えたか否かを判断し、予め設定されたエネルギー値を超えた場合には、前記発熱デバイスに加熱を停止させるよう制御する。

【0068】

本実施例では、温度制御段階の全般にわたり、リアルタイムで発熱デバイスの抵抗値を検出して温度値を推測する。そして、異常な場合に、発熱デバイスの抵抗検出値又は温度検出値が所定の上下限を超えると、装置が緊急停止して安全上のリスクを回避する。また、予め設定された期間（単位時間）内に、発熱デバイスの供給エネルギーが環境温度下における予め設定されたエネルギーを超えた場合にも、装置は緊急停止して安全上のリスクを回避する。例えば、通常の状況において、発熱デバイスのエネルギー供給は０．５～２．０Ｗの間であり、予め設定された期間（例えば、１～５Ｓ）内に３．０Ｗを超えたときに緊急停止する。

【0069】

図３は、本発明の実施例１における加熱式エアロゾル発生装置の構造図を示す。本実施例の加熱式エアロゾル発生装置は、ハウジング１、ハウジングに収容される発熱デバイス２、電源３及び制御回路４を含む。電源３は、前記発熱デバイス２にエネルギーを供給するために用いられる。制御回路４は、第１段階において、前記発熱デバイス２のエネルギー供給を制御することで、前記発熱デバイス２の温度を初期温度から第１温度まで上昇させる。また、第２段階において、前記発熱デバイス２のエネルギー供給を制御することで、前記発熱デバイス２の温度を前記第１温度から第２温度まで低下させる。前記第２温度は前記第１温度よりも低い。また、第３段階において、前記発熱デバイス２のエネルギー供給を制御することで、前記発熱デバイス２の温度を前記第２温度で安定させる。本実施形態において、エアロゾル形成基質５は、少なくとも一部がハウジングの一端からハウジング１内に挿入される。また、発熱デバイス２は、エアロゾル形成基質５の内部に挿入されて加熱を行う。エアロゾル形成基質５はタバコスティックである。前記発熱デバイス２は、シート状の発熱体２１と、発熱体を固定するための固定ベース２２を含む。

【0070】

更に、制御回路は、検出モジュール及びマイクロプロセッサを含む。検出モジュールは、前記発熱デバイスの温度／抵抗値を検出することで、温度／抵抗検出値を取得するために用いられる。マイクロプロセッサは、前記温度／抵抗検出値と前記第２温度／目標抵抗値をＰＩＤ演算することで加熱制御情報を取得し、前記加熱制御情報に基づいて前記発熱デバイスが周期的加熱を行うよう制御するために用いられる。なお、前記目標抵抗値は前記第２温度から決定する。

【0071】

図４は、本発明の実施例１における加熱式エアロゾル発生装置の回路図である。本実施例の加熱式エアロゾル発生装置は、発熱デバイスＨｅａｔｅｒ、電源（図示しない）及び制御回路を含む。且つ、制御回路は、マイクロプロセッサＵ１及び検出モジュールを含む。検出モジュールは、第１スイッチングトランジスタＱ１、第２スイッチングトランジスタＱ２、第３スイッチングトランジスタＱ３及び標準抵抗Ｒ１を含む。第１スイッチングトランジスタＱ１の第１端子と第２スイッチングトランジスタＱ２の第１端子は、それぞれ電源のプラス端子ＢＡＴ^＋に接続され、第１スイッチングトランジスタＱ１の第２端子は標準抵抗Ｒ１の第１端子に接続される。また、標準抵抗Ｒ１の第２端子及び第２スイッチングトランジスタＱ２の第２端子は、それぞれ発熱デバイスＨｅａｔｅｒの第１端子に接続され、発熱デバイスＨｅａｔｅｒの第２端子は第３スイッチングトランジスタＱ３の第１端子に接続され、第３スイッチングトランジスタＱ３の第２端子はグランドに接続される。マイクロプロセッサＵ１の第１入力端子は第１スイッチングトランジスタＱ１の第２端子に接続され、マイクロプロセッサＵ１の第２入力端子は標準抵抗Ｒ１の第２端子に接続され、マイクロプロセッサＵ１の第３入力端子は発熱デバイスＨｅａｔｅｒの第２端子に接続され、マイクロプロセッサＵ１の第１出力端子は第１スイッチングトランジスタＱ１の制御端子に接続され、マイクロプロセッサＵ１の第２出力端子は第２スイッチングトランジスタＱ２の制御端子に接続され、マイクロプロセッサＵ１の第３出力端子は第３スイッチングトランジスタＱ３の制御端子に接続される。

【0072】

且つ、本実施例において、第１スイッチングトランジスタＱ１はＮＰＮ型バイポーラトランジスタである。且つ、第１スイッチングトランジスタＱ１の第１端子はコレクタであり、第１スイッチングトランジスタＱ１の第２端子はエミッタであり、第１スイッチングトランジスタＱ１の制御端子はベースである。また、第２スイッチングトランジスタＱ２はＰ型電界効果トランジスタである。第２スイッチングトランジスタＱ２の第１端子はソースであり、第２スイッチングトランジスタＱ２の第２端子はドレインであり、第２スイッチングトランジスタＱ２の制御端子はゲートである。また、第３スイッチングトランジスタＱ３はＮ型電界効果トランジスタである。第３スイッチングトランジスタＱ３の第１端子はドレインであり、第３スイッチングトランジスタＱ３の第２端子はソースであり、第３スイッチングトランジスタＱ３の制御端子はゲートである。理解すべき点として、その他の実施例において、３つのスイッチングトランジスタは別のタイプのスイッチングトランジスタとしてもよい。

【0073】

次に、当該電気回路の動作原理について説明する。

【0074】

まず、説明すべき点として、標準抵抗Ｒ１は高精度抵抗であり、測定精度と標準抵抗Ｒ１の発熱量を両立する。一般的に、Ｒ１の抵抗値の範囲は、１倍のＲ_{Ｈｅａｔｅｒ}～１０倍のＲ_{Ｈｅａｔｅｒ}の間である。また、電源の出力電圧の範囲は２．８～４．２Ｖである。

【0075】

マイクロプロセッサＵ１が、第２スイッチングトランジスタＱ２及び第３スイッチングトランジスタＱ３をオンにするよう制御し、且つ第１スイッチングトランジスタＱ１をオフにするよう制御すると、電源は、第２スイッチングトランジスタＱ２、発熱デバイスＨｅａｔｅｒ及び第３スイッチングトランジスタＱ３を通過して加熱経路を形成し、発熱デバイスＨｅａｔｅｒを加熱する。また、マイクロプロセッサＵ１は、第３入力端子の電圧を収集することで、加熱経路の電流Ｉを近似計算可能である。即ち、Ｉ＝ＶＭＥＡＳ３／Ｒ_Ｑ３である。Ｒ_Ｑ３は、第３スイッチングトランジスタＱ３がオンの場合の内部抵抗であり、ＶＭＥＡＳ３は、マイクロプロセッサＵ１の第３入力端子の電圧である。これにより、当該電流Ｉから過電流の発生有無を判断可能であり、過電流が発生した場合には過電流保護を実施する。

【0076】

マイクロプロセッサＵ１が、第１スイッチングトランジスタＱ１及び第３スイッチングトランジスタＱ３をオンにするよう制御し、且つ第２スイッチングトランジスタＱ２をオフにするよう制御すると、電源は、第１スイッチングトランジスタＱ１、標準抵抗Ｒ１及び発熱デバイスＨｅａｔｅｒと第３スイッチングトランジスタＱ３を通過して抵抗値測定経路を形成する。このとき、標準抵抗Ｒ１に電圧Ｖ１が形成され、発熱デバイスＨｅａｔｅｒに電圧Ｖ２が形成される。マイクロプロセッサＵ１は、その第１入力端子及び第２入力端子の電圧を収集することでＶ１を決定する。即ち、Ｖ１＝ＭＥＡＳ１－ＭＥＡＳ２である。また、マイクロプロセッサＵ１は、その第２入力端子及び第３入力端子の電圧を収集することでＶ２を決定する。即ち、Ｖ２＝ＭＥＡＳ２－ＭＥＡＳ３である。その後、下記の公式に基づいて、発熱デバイスＨｅａｔｅｒの抵抗値Ｒ_{Ｈｅａｔｅｒ}を推測する。即ち、Ｒ_{Ｈｅａｔｅｒ}＝（ＭＥＡＳ２－ＭＥＡＳ３）＊Ｒ１／（ＭＥＡＳ１－ＭＥＡＳ２）である。ＭＥＡＳ１はマイクロプロセッサＵ１の第１入力端子の電圧であり、ＭＥＡＳ２はマイクロプロセッサＵ１の第２入力端子の電圧である。

【0077】

更に、説明すべき点として、各加熱周期において、マイクロプロセッサＵ１は、デューティー比のオン時間に基づき第２スイッチングトランジスタＱ２のイネーブルを制御することで、発熱デバイスの加熱制御を実現する。第２スイッチングトランジスタＱ２のオフ段階では、当該オフ段階の一部又は全ての時間を選択し、第１スイッチングトランジスタＱ１のイネーブルを制御することで、Ｒ_{Ｈｅａｔｅｒ}を推測可能とする。また、第２スイッチングトランジスタＱ２のオフ過程とオン過程で発熱デバイスの温度変動が大きくならないよう、各加熱周期の時間は１～５０ｍＳの間とすればよい。

【0078】

本発明の別の実施例において、本実施例の加熱式エアロゾル発生方法は、第３段階のあと、更に以下を含む。

【0079】

第４段階において、前記発熱デバイスのエネルギー供給を制御することで、前記発熱デバイスの温度を前記第２温度から徐々に低下させる。

【0080】

当該ステップにおいて、第４段階はｔ３以降の一定の時間であり、基質が蒸発して減少するに伴って、発熱デバイスをゆっくりと降温させるよう制御する。これにより、最終的な終了時点で、エアロゾル基質が所望の霧化量を達成するとの目的が達せられる。図５に示すように、第４段階において、発熱デバイスの温度は時間とともに曲線形状をなしてゆっくりと低下する。当然ながら、その他のいくつかの実施例では、斜線形状をなしてゆっくりと低下してもよい。

【0081】

以上の記載は本発明の好ましい実施例にすぎず、本発明を制限するものではない。当業者にとって、本発明には各種の変更及び変形が存在し得る。本発明の精神及び原則の範囲内で実施される何らかの修正、同等の置換、改良等は、いずれも本発明の特許請求の範囲に含まれる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】