▶ シャヒーン イノベーションズ ホールディング リミテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-01-20
(54)【発明の名称】水タバコ装置
(51)【国際特許分類】
A24F 1/30 20060101AFI20230113BHJP
A24F 40/05 20200101ALI20230113BHJP
【ＦＩ】
A24F1/30
A24F40/05
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022543531
(86)(22)【出願日】2021-12-15
(85)【翻訳文提出日】2022-07-15
(86)【国際出願番号】 GB2021053316
(87)【国際公開番号】W WO2022129911
(87)【国際公開日】2022-06-23
(31)【優先権主張番号】17/122,025
(32)【優先日】2020-12-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/220,189
(32)【優先日】2021-04-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】2104872.3
(32)【優先日】2021-04-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】522238642
【氏名又は名称】シャヒーン イノベーションズ ホールディング リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110001243
【氏名又は名称】弁理士法人谷・阿部特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】イマド ラフード
(72)【発明者】
【氏名】モハンメド アルシャイバ サレハ ガナム アルマズルーイ
(72)【発明者】
【氏名】サジド バッティ
(72)【発明者】
【氏名】ジェフ マコヴェック
(72)【発明者】
【氏名】クレメント ラムール
【テーマコード（参考）】
4B162
【Ｆターム（参考）】
4B162AA12
4B162AB14
4B162AB23
4B162AC01
4B162AC27
4B162AD08
4B162AD22
(57)【要約】
水タバコ（２４６）に取り付けられる水タバコ装置（２０２）。水タバコ装置（２０２）は、使用者が吸入するためのミストを発生させるための複数の超音波ミスト発生装置（２０１）からなる。水タバコ装置（２０２）は、ミスト発生装置（２０１）を制御して、ミスト発生装置（２０１）によるミスト発生の効率を最大化し、水タバコ装置（２０２）からのミスト出力を最適化する駆動装置（２０２）を含んで構成される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の超音波ミスト発生装置であって、各ミスト発生装置が組み込まれている、該複数の超音波ミスト発生装置は、細長く、空気入口ポートおよびミスト出口ポートを備えるミスト発生ハウジングと、
前記ミスト発生ハウジング内に設けられ、霧化される液体を収容するための液体チャンバと、
前記ミスト発生ハウジング内に設けられた超音波処理チャンバと、
液体チャンバと超音波チャンバとの間に延びる毛細管要素であって、該毛細管要素の第１の部分が前記液体チャンバ内にあり、該毛細管要素の第２の部分が前記超音波チャンバ内にあるように構成された、前記毛細管要素と、
霧化表面を有する超音波変換器であって、毛管要素の第２の部分の一部が霧化表面の一部に重なっており、超音波変換器が交流駆動信号によって駆動されると、霧化表面が振動して前記毛管要素の第２の部分によって運ばれる液体を霧化して、霧化液体と空気を含むミストを超音波照射チャンバ内に発生させる、前記超音波変換器と、
空気入口ポート、前記超音波処理チャンバ、および空気出口ポートの間に空気流路を提供する空気流配置と、
を備えた、前記複数の超音波ミスト発生装置と、
複数のＨブリッジ回路であって、該複数のＨブリッジ回路の各Ｈブリッジ回路は、前記超音波変換器のそれぞれの１つに接続され、前記超音波変換器を駆動するための交流駆動信号を生成するように構成された、前記複数のＨブリッジ回路と、
マイクロコントローラと、
前記マイクロコントローラに電気的に接続され、該マイクロコントローラとの間でデータ通信を行うデータバスと、
前記マイクロコントローラからデータを受信し、前記マイクロコントローラへデータを送信するためにデータバスに電気的に接続される複数のマイクロチップであって、該複数のマイクロチップのそれぞれのマイクロチップが前記Ｈブリッジ回路のそれぞれの１つに接続されて前記Ｈブリッジ回路を制御して交流駆動信号を生成し、それぞれのマイクロチップは、複数の相互接続した組み込みコンポーネント及びサブシステムからなる単一のユニットであり、
発振器であって、次の：
主クロック信号、
前記主クロック信号の正の半周期の間、第１の時間だけハイになり、負の半周期の間、ローになる第１の位相クロック信号、
前記主クロック信号の負の半周期の間に第２の時間だけハイになり、主クロック信号の正の半周期の間にローになる第２の位相クロック信号であって、第１の位相クロック信号と第２の位相クロック信号の位相はセンターアラインメントされている、該第２の位相クロック信号、
を生成するように構成された、前記発振器と、
パルス幅変調（ＰＷＭ）信号発生器サブシステムであって、次の：
第１位相クロック信号と第２位相クロック信号とを用いて２倍周波数クロック信号を生成するように構成され、２倍周波数クロック信号はメインクロック信号の２倍の周波数であり、前記第１位相クロック信号と前記第２位相クロック信号との立ち上がり縁を前記２倍周波数クロック信号の立ち上がり縁と同期するよう制御するように構成されている遅延ロックループと、前記遅延ロックループが、ドライバ制御信号に応答して、第１位相クロック信号及び第２位相クロック信号の周波数及びデューティサイクルを調整して、第１位相出力信号及び第２位相出力信号を生成するように構成され、前記第１位相出力信号及び前記第２位相出力信号が、前記マイクロチップに接続された前記Ｈブリッジ回路を駆動して超音波変換器を駆動する交流駆動信号を生成するように構成される、超音波変換器システムと、
第１相出力信号を前記マイクロチップに接続された前記Ｈブリッジ回路に出力するように構成された第１相出力信号端子と、
前記マイクロチップに接続され、前記Ｈブリッジ回路に第２相出力信号を出力するように構成された第２相出力信号端子と、
前記Ｈブリッジ回路からフィードバック信号を受信するように構成されたフィードバック入力端子であって、前記Ｈブリッジ回路が液体を霧化するために前記超音波変換器を交流駆動信号で駆動しているときに、フィードバック信号は前記マイクロチップに接続された前記Ｈブリッジ回路または交流駆動信号の動作のパラメータを示す、前記フィードバック入力端子と、
を含む、前記パルス幅変調（ＰＷＭ）信号発生器サブシステムと、
アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）サブシステムであって、次の：
複数のそれぞれのアナログ信号を受信するように構成される複数のＡＤＣ入力端子を含み、前記複数のＡＤＣ入力端子のうちの１つのＡＤＣ入力端子が、前記ＡＤＣサブシステムが前記マイクロチップに接続された前記Ｈブリッジ回路からフィードバック信号を受信するようにフィードバック入力端子に接続され、前記ＡＤＣサブシステムが、メインクロック信号の周波数に比例するサンプリング周波数で前記複数のＡＤＣ入力端子で受信したアナログ信号をサンプルするように構成され、前記ＡＤＣサブシステムがサンプルしたアナログ信号を使用してＡＤＣデジタル信号を生成するように構成される、複数のアナログ信号のアナログ化装置を含む、前記アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）サブシステムと、
前記ＡＤＣサブシステムから前記ＡＤＣデジタル信号を受信し、前記ＡＤＣデジタル信号を処理してドライバ制御信号を生成するように構成され、デジタル・プロセッサ・サブシステムが、前記ドライバ制御信号をＰＷＭ信号生成サブシステムに伝達してＰＷＭ信号生成サブシステムを制御するように構成される、デジタル処理装置と、
デジタル・アナログ・コンバータ（ＤＡＣ）サブシステムであって、次の：
デジタル・プロセッサ・サブシステムによって生成されたデジタル制御信号をアナログ電圧制御信号に変換して、前記マイクロチップに接続された前記Ｈブリッジ回路による変調のための電圧を生成する電圧レギュレータ回路を制御するように構成されたデジタル・アナログ・コンバータ（ＤＡＣ）と、
前記超音波変換器の動作を示すフィードバック信号に応答して、前記超音波変換器を駆動するための前記マイクロチップに接続された前記Ｈブリッジ回路による変調のための所定の電圧を生成するように電圧調整回路を制御するためのアナログ電圧制御信号を出力するように構成されたＤＡＣ出力端子と、
を含む、前記デジタル・アナログ・コンバータ（ＤＡＣ）サブシステムと、
を備えた、前記複数のマイクロチップと、
当該水タバコ装置を水タバコに取り付けるように構成された水タバコ取り付け配置であって、前記水タバコ取り付け配置は、ミスト発生装置の少なくとも１つがドライバ装置によって起動されると、各起動ミスト発生装置によって発生したミストが流体流路に沿って流れ、前記水タバコ装置から前記水タバコに出るように、前記ミスト発生装置のミスト出口ポートから前記水タバコ装置から出る流体流路を与える水タバコ出口ポートを有する、前記水タバコ取り付け配置と、
を備えたことを特徴とする水タバコ装置。
【請求項2】
前記マイクロコントローラは、前記ミスト発生装置に対するそれぞれの固有の識別子を用いて各ミスト発生装置を識別および制御するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の水タバコ装置。
【請求項3】
各ミスト発生装置は、識別配置を備え、前記識別配置は、
前記ミスト発生装置に固有の識別子を記憶するメモリを有する集積回路と、
前記集積回路と通信するための電子的なインターフェースを提供する電気接続と
を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水タバコ装置。
【請求項4】
前記マイクロコントローラは、各マイクロチップおよび各各ミスト発生装置を制御して、他のミスト発生装置から独立して作動するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の水タバコ装置。
【請求項5】
前記マイクロコントローラは、前記ミスト発生装置を制御して所定の順序で作動させるように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の水タバコ装置。
【請求項6】
前記ミスト発生装置のミスト出口ポートと流体連通しているマニホールドパイプを有するマニホールドであって、前記ミスト出口ポートから出力されたミストが前記マニホールドパイプ内で結合して前記マニホールドパイプを通って該水タバコ装置から流出するマニホールドを備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の水タバコ装置。
【請求項7】
前記マニホールドに互いに９０°相対的に解放可能に結合される４つのミスト発生装置を備えたことを特徴とする請求項６に記載の水タバコ装置。
【請求項8】
前記フィードバック入力端子は、前記超音波変換器を駆動している交流駆動信号の実効電流を示す電圧の形態で前記Ｈブリッジ回路から前記フィードバック信号を受信するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の水タバコ装置。
【請求項9】
前記各マイクロチップは、前記マイクロチップ内に埋め込まれた温度センサをさらに備え、
前記温度センサは、前記マイクロチップの温度を示す温度信号を生成するように構成され、前記温度信号は、前記ＡＤＣサブシステムのさらなるＡＤＣ入力端子によって受信され、前記温度信号は、ＡＤＣによってサンプリングされることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の水タバコ装置。
【請求項10】
前記ＡＤＣサブシステムは、前記ＡＤＣサブシステムによってサンプリングされる各信号とともに複数のＡＤＣ入力端子で受信された信号をそれぞれ所定回数サンプリングするように構成されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の水タバコ装置。
【請求項11】
複数のさらなるマイクロチップであって、複数のさらなるマイクロチップの各々が、複数のマイクロチップのそれぞれのマイクロチップに接続され、複数のＨブリッジ回路の１つのＨブリッジ回路を構成し、各さらなるマイクロチップが、複数の相互接続された組み込みコンポーネントおよびサブシステムからなる単一のユニットであり、第１の電源端子と、
第２の電源端子と、
第１のスイッチ、第２のスイッチ、第３のスイッチ、および第４のスイッチを内蔵するマイクロチップに前記Ｈブリッジ回路において、
前記第１のスイッチと前記第３のスイッチが、前記第１の電源端子と前記第２の電源端子との間に直列に接続され、
第１の出力端子が、前記第１のスイッチと前記第３のスイッチとの間に電気的に接続され、前記第１の出力端子は、前記超音波変換器の第１の端子に接続され、
前記第１の電源端子と前記第２の電源端子との間に、前記第２のスイッチと前記第４のスイッチとが直列に接続され、
前記第２のスイッチと前記第４のスイッチとの間に第２の出力端子が電気的に接続され、前記第２の出力端子は前記超音波変換器の第２の端子に接続されており、
前記パルス幅変調（ＰＷＭ）信号発生器サブシステムから第１位相出力信号を受信するように構成された第１位相端子と、
前記ＰＷＭ信号発生器サブシステムから第２位相出力信号を受信するように構成された第２位相端子と
前記第１位相出力信号及び前記第２位相出力信号に基づいてタイミング信号を生成し、前記タイミング信号を前記Ｈブリッジ回路のスイッチに出力して、前記Ｈブリッジ回路が前記超音波変換器を駆動するための交流駆動信号を出力するようにスイッチをシーケンスでオン及びオフに制御するように構成されたデジタル状態機械であって、前記シーケンスが、第１スイッチ及び第２スイッチがオフされ第３スイッチ及び第４スイッチがオンされるフリーフロート期間からなり、前記超音波変換器によって蓄えられたエネルギーを消滅させるためにスイッチをターンさせる、該デジタル状態機械と、
電流センサであって、
前記第１のスイッチと前記第１の電源端子との間に直列に接続された第１の電流検出抵抗器と、
第１の電流検出抵抗の電圧降下を測定し、第１の電流検出抵抗に流れる電流を示す第１の電圧出力を提供するように構成された第１の電圧センサと、
前記第２のスイッチと前記第１の電源端子との間に直列に接続される第２の電流検出抵抗器と
第２の電圧センサであって、第２の電流センサ抵抗の電圧降下を測定し、第２の電流センサ抵抗に流れる電流を示す第２の電圧出力を提供するように構成された、該第２の電圧センサと、
第１の電圧出力と第２の電圧出力に等しい対地実効電圧を出力するように構成された電流センサ出力端子と、
を内蔵した、前記電流センサと、
を備えた、前記複数のさらなるマイクロチップをさらに備え、
実効出力電圧は、前記第１のスイッチまたは前記第２のスイッチを流れる実効電流と、第１の出力端子と第２の出力端子との間に接続される前記超音波変換器を流れる電流とを示すことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の水タバコ装置。
【請求項12】
前記Ｈブリッジ回路は、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間に接続される前記超音波変換器に、２２Ｗないし５０Ｗの電力を出力するように構成されることを特徴とする請求項１１に記載の水タバコ装置。
【請求項13】
前記各マイクロチップは、前記さらなるマイクロチップ内に埋め込まれる温度センサであって、前記温度センサは、前記さらなるマイクロチップの温度を測定し、前記温度センサが前記さらなるマイクロチップが所定の閾値を超える温度であると感知する場合に、前記さらなるマイクロチップの少なくとも一部を無効にするように構成される、前記温度センサ
をさらに備えたことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の水タバコ装置。
【請求項14】
前記ＤＡＣ出力端子からのアナログ電圧出力信号に応答して、電源電圧をブースト電圧に上昇させるように構成されたブーストコンバータ回路であって、ブースト電圧がＨブリッジ回路のスイッチの切り替えによって変調されるように、第１の電力供給端子においてブースト電圧を提供するように構成された、前記ブーストコンバータ回路をさらに備えたことを特徴とする請求項１１ないし１３のいずれか１つに記載の水タバコ装置。
【請求項15】
前記電流センサは、フリーフロート期間中に共振回路を流れる電流を感知するように構成され、前記デジタル状態機械は、フリーフロート期間中に共振回路を流れる電流がゼロであると前記電流センサが感知したときに前記第１のスイッチ又は前記第２のスイッチのいずれかにスイッチを入れるためにタイミング信号を適応するように構成されていることを特徴とする請求項１１ないし１４のいずれか１つに記載の水タバコ装置。
【請求項16】
装置の動作のセットアップ段階の間、前記さらなるマイクロチップが、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチがオフにされ、前記第３のスイッチおよび前記第４のスイッチがオンにされたときに、共振回路を流れる電流がゼロになるのにかかる時間の長さを測定し、
フリーフロート期間の時間の長さを、測定された時間の長さと等しくなるように設定する、
ように構成されていることを特徴とする請求項１１ないし１５のいずれか１つに記載の水タバコ装置。
【請求項17】
前記の請求項のいずれか１項に記載の装置であり、水タバコ装置がさらに以下を備えるもの：前記マイクロコントローラによって実行されたとき、前記マイクロチップに、
Ａ． 前記超音波変換器にスイープ周波数で交流駆動信号を出力するように前記Ｈブリッジ回路を制御することと、
Ｂ． フィードバック信号に基づいて、前記超音波変換器によって使用されている有効電力を計算することと、
Ｃ． 前記超音波変換器によって使用されている有効電力を最大化するために交流駆動信号を変調するように前記Ｈブリッジ回路を制御することと、
Ｄ． 前記超音波変換器によって使用される最大有効電力と交流駆動信号のスイープ周波数の記録をメモリに保存することと、
Ｅ． 所定の反復回数の後、スイープ周波数がスイープ開始周波数からスイープ終了周波数まで増加または減少するように、各反復でスイープ周波数が増加または減少しながら、ステップＡ－Ｄを所定の回数だけ繰り返すことと、
Ｆ． 前記メモリに格納された記録から、前記超音波変換器によって最大の有効電力が使用される交流駆動信号のスイープ周波数である交流駆動信号の最適周波数を特定することと、
Ｇ． 前記Ｈブリッジ回路を制御して、最適な周波数で前記超音波変換器に交流駆動信号を出力し、前記超音波変換器を駆動して液体を霧化させることと、
を行わせる命令を格納する前記メモリをさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１つに記載の水タバコ装置。
【請求項18】
前記開始スイープ周波数は２９００ｋＨｚであり、前記終了スイープ周波数は３１００ｋＨｚであることを特徴とする請求項１７に記載の水タバコ装置。
【請求項19】
前記水タバコは、水チャンバと、
前記水チャンバに取り付けられる第１の端部を有する細長いステムであって、前記ステムは、前記ステムの第２の端部から、前記ステムを通り、第１の端部まで延びるミスト流路と、
を含み、
前記水タバコ取り付け配置が、前記ステムの第２の端で前記水タバコのステムに取り付けられることを特徴とする請求項１ないし１８のいずれか１つに記載の水タバコ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願へのクロスリファレンス
本願は、それぞれの優先権の利益を主張し、参照によりその全体を本願に組み入れる。２０２０年１２月１５日に出願された米国特許出願第１７／１２２０２５号、及び２０２１年４月１日に出願された米国特許出願第１７／２２０１８９号、および２０２１年４月６日出願された英国特許出願番号２１０４８７２．３。
本願は、それぞれの優先権の利益を主張し、参照によりその全体を本願に組み入れる。２０２０年１２月１５日に出願された米国特許出願第１７／１２２０２５号、及び２０２１年４月１日に出願された米国特許出願第１７／２２０１８９号、および２０２１年４月６日出願された英国特許出願番号２１０４８７２．３。
【0002】
分野
本発明は、水タバコ装置に関するものである。本発明は、より詳細には、超音波振動を利用してミストを発生させる水タバコ装置に関するものである。
本発明は、水タバコ装置に関するものである。本発明は、より詳細には、超音波振動を利用してミストを発生させる水タバコ装置に関するものである。
【背景技術】
【0003】
背景
伝統的な水タバコは、粉砕されたタバコの葉を炭火で熱しながら燃焼させる喫煙具である。炭の熱で砕いたタバコの葉を燃やし、煙を発生させ、ガラスチャンバの中で水を通し、吸引することで使用者に届ける。吸入しやすいように、高温の煙を水で冷やす。
伝統的な水タバコは、粉砕されたタバコの葉を炭火で熱しながら燃焼させる喫煙具である。炭の熱で砕いたタバコの葉を燃やし、煙を発生させ、ガラスチャンバの中で水を通し、吸引することで使用者に届ける。吸入しやすいように、高温の煙を水で冷やす。
【0004】
水タバコは何世紀も前に古代ペルシャやインドで始まったと言われている。現在では、イギリス、フランス、ロシア、中東、アメリカなど世界各地で水タバコカフェが人気を集めている。
【0005】
現代の典型的な水タバコは、ヘッド（底に穴が開いている）、金属製のボディ、ウォーターボウル、マウスピース付きのフレキシブルなホースで構成されている。スチームストーンや水タバコペンなど、新しい形の電子式水タバコ製品も登場している。これらの製品は電池又は主電源で作動し、ニコチンや香料などの化学物質を含む液体を加熱して煙を発生させ、それを吸引するものである。
【0006】
使用者の多くは、これをタバコを吸うよりも害が少ないと考えているが、水タバコの喫煙には、タバコを吸うのと同じ健康上のリスクが多くある。
【0007】
したがって、本書に記載された問題の少なくともいくつかに対処しようとする改良された水タバコ装置の必要性が当技術分野において存在する。
【0008】
本発明は、改良された水タバコ装置を提供しようとするものである。
【発明の概要】
【0009】
概要
本発明は、請求項１に記載の水タバコ装置、および請求項１９に記載の水タバコを提供するものである。本発明はまた、従属請求項に記載されるような好ましい実施形態を提供する。
本発明は、請求項１に記載の水タバコ装置、および請求項１９に記載の水タバコを提供するものである。本発明はまた、従属請求項に記載されるような好ましい実施形態を提供する。
【0010】
以下に説明する本開示の様々な例、従来の水タバコ装置と水タバコと比較して複数の利点及び利益を有すること。これらの利点及び利点は、以下の説明に記載されている。
【0011】
本開示の実施例の水タバコ装置は、水タバコ装置が煙を出さず、水タバコ装置が炭を焼く必要をなくすので、環境上の利点を有する。
【0012】
いくつかの配置によると、以下を備える水タバコ装置が提供される：それぞれのミスト排出口が設けられた複数の超音波ミスト発生装置。各ミスト発生装置に電気的に接続され、該ミスト発生装置を作動させるように構成された駆動装置。水タバコ装置を水タバコに取り付けるように構成された水タバコ取り付け装置、ミスト発生装置のミスト出口ポートから水タバコ装置への排出口を提供する水タバコ出口ポートを備えた水タバコ取り付け配置であり、ミスト発生装置の少なくとも一つがドライバ装置によって起動されたときに、活性化された各ミスト発生装置によって生成されたミストが流体流路に沿って流れ、水タバコ装置から水タバコに出るもの。
【0013】
いくつかの配置では、ドライバ装置はデータバスによってミスト発生装置の各々に電気的に接続され、ドライバ装置はミスト発生装置に対するそれぞれの一意の識別子を用いて各ミスト発生装置を識別及び制御するように構成される。
【0014】
いくつかの配置では、それぞれのミスト発生装置は、識別配置をさらに備え、識別配置は、ミスト発生装置の一意の識別子を格納するメモリを有する集積回路と、集積回路と通信するための電子インターフェースを提供する電気接続を備える。
【0015】
いくつかの配置では、ドライバ装置は、それぞれのミスト発生装置を制御して、他のミスト発生装置から独立して起動するように構成されている。
【0016】
いくつかの配置では、ドライバ装置は、それぞれのミスト発生装置を所定の順序で作動するように制御するべく構成されている。
【0017】
いくつかの配置では、各ミスト発生装置は、ミスト発生装置のミスト出口ポートと流体連通しているマニホールドパイプを有するマニホールドであって、ミスト出口ポートから出力されたミストがマニホールドパイプ内で結合してマニホールドパイプを通って水タバコ装置から流出するマニホールドを備える。
【0018】
いくつかの配置では、水タバコ装置は、マニホールドに互いに９０°相対的に解放可能に結合された４つのミスト発生装置から構成される。
【0019】
いくつかの配置では、各ミスト発生装置は、各ミスト発生装置がドライバ装置から分離可能であるように、ドライバ装置に解放可能に取り付けられる。
【0020】
いくつかの配置では、各ミスト発生装置は以下のものを備える：細長く、空気入口ポートとミスト出口ポートとを備えるミスト発生ハウジングと、ミスト発生ハウジング内に設けられた液体チャンバであって、液体チャンバが霧化される液体を含む液体チャンバと、ミスト発生ハウジング内に設けられた超音波処理チャンバと、液体チャンバと超音波処理チャンバの間に延び、毛細管要素の第１の部分が液体チャンバ内に、毛細管要素の第２の部分が音波処理チャンバ内にある毛細管要素であって、第１の部分には毛細管要素が含まれるもの。超音波処理チャンバ内に設けられた概して平面状の霧化表面を有する超音波変換器であって、霧化表面の平面がミスト発生ハウジングの長手方向の長さと実質的に平行であるように、超音波変換器がミスト発生ハウジング内に取り付けられる、超音波変換器。毛細管要素の第２の部分の一部が霧化面の一部に重なっており、超音波変換器がミスト化面を振動させて毛細管要素の第２の部分が運ぶ液体を霧化して超音波処理チャンバ内にミスト化液体と空気からなるミストを発生させるように構成されている、請求項１に記載の超音波処理装置。空気入口ポート、超音波処理チャンバ、及び空気出口ポートの間に空気流路を提供する空気流配置。
【0021】
いくつかの配置では、各ミスト発生装置は、ミスト発生ハウジング内に保持される変換器ホルダであって、変換器要素は、超音波変換器を保持し、霧化表面の一部に重ねられた毛細管要素の第２の部分を保持する変換器ホルダと、液体チャンバと超音波処理チャンバの間にバリアを提供する仕切り部であって、仕切り部は毛細管要素の第１の部分の一部が延びる毛細管開口を構成している仕切り部をさらに備える。
【0022】
いくつかの配置では、毛細管要素は１００％竹繊維である。
【0023】
いくつかの配置では、空気流配置は、空気の流れが超音波処理チャンバに通過するときに、空気の流れが超音波変換器の霧化表面に対して実質的に垂直になるように、空気流路に沿った空気の流れの方向を変えるように構成される。
【0024】
いくつかの配置では、液体チャンバは、１．０５ Ｐａ－ｓから１．４１２ Ｐａ－ｓの間の動粘度と１．１ ｇ／ｍｌから１．３ ｇ／ｍｌの間の液体密度を有する液体を含む。
【0025】
いくつかの配置では、液体チャンバは、レブリン酸とニコチンの約２：１のモル比を含む液体を含んでいる。
【0026】
いくつかの配置では、ドライバ装置は、以下を備える：各ミスト発生装置内のそれぞれの超音波変換器を駆動するために所定の周波数で交流駆動信号を生成するように構成される交流駆動。超音波変換器が交流駆動信号によって駆動されるときに超音波変換器によって使用される有効電力を監視するように構成される有効電力監視配置であって、有効電力監視配置は、超音波変換器によって使用される有効電力を示す監視信号を提供するように構成される有効電力監視配置。交流駆動を制御し、有効電力監視配置から監視信号駆動を受信するように構成されるプロセッサ。プロセッサによって実行されると、プロセッサに以下を行わせる命令を記憶するメモリ：
Ａ． 交流駆動を制御して、所定のスイープ周波数で超音波変換器に交流駆動信号を出力させる
Ｂ． 監視信号に基づいて、超音波変換器によって使用されている有効電力を計算する
Ｃ． 交流駆動を制御して交流駆動信号を変調し、超音波変換器が使用する有効電力を最大化する
Ｄ． 超音波変換器によって使用される最大有効電力と交流駆動信号のスイープ周波数の記録をメモリに保存する
Ｅ． 所定の反復回数の後、スイープ周波数がスイープ開始周波数からスイープ終了周波数まで増加するように、各反復でスイープ周波数が増加しながら、ステップＡ－Ｄを所定の回数だけ繰り返す
Ｆ． メモリに格納された記録から、超音波変換器によって最大の有効電力が使用される交流駆動信号のスイープ周波数である交流駆動信号の最適周波数を特定する
Ｇ． 交流駆動を制御して、最適な周波数で超音波変換器に交流駆動信号を出力し、超音波変換器を駆動して液体を霧化させる。
Ａ． 交流駆動を制御して、所定のスイープ周波数で超音波変換器に交流駆動信号を出力させる
Ｂ． 監視信号に基づいて、超音波変換器によって使用されている有効電力を計算する
Ｃ． 交流駆動を制御して交流駆動信号を変調し、超音波変換器が使用する有効電力を最大化する
Ｄ． 超音波変換器によって使用される最大有効電力と交流駆動信号のスイープ周波数の記録をメモリに保存する
Ｅ． 所定の反復回数の後、スイープ周波数がスイープ開始周波数からスイープ終了周波数まで増加するように、各反復でスイープ周波数が増加しながら、ステップＡ－Ｄを所定の回数だけ繰り返す
Ｆ． メモリに格納された記録から、超音波変換器によって最大の有効電力が使用される交流駆動信号のスイープ周波数である交流駆動信号の最適周波数を特定する
Ｇ． 交流駆動を制御して、最適な周波数で超音波変換器に交流駆動信号を出力し、超音波変換器を駆動して液体を霧化させる。
【0027】
いくつかの配置では、有効電力監視配置は、超音波変換器を駆動する交流駆動信号の駆動電流を感知するための電流感知配置を備え、有効電力監視配置は、感知された駆動電流を示す監視信号を提供するように設計されている。
【0028】
いくつかの配置では、メモリは、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、スイープ周波数が２９００ｋＨｚのスイープ開始周波数から２９６０ｋＨｚのスイープ終了周波数まで増加するステップＡ～Ｄを繰り返すように命令することを記憶している。
【0029】
いくつかの配置では、メモリは、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、スイープ周波数が２９００ｋＨｚのスイープ開始周波数から３１００ｋＨｚのスイープ終了周波数まで増加するステップＡ～Ｄを繰り返すように命令することを記憶している。
【0030】
いくつかの配置では、交流駆動は、超音波変換器によって使用されている有効電力を最大化するために、パルス幅変調によって交流駆動信号を変調する。
【0031】
いくつかの配置によれば、以下を備える水タバコが提供される：ウォーターチャンバ、ウォーターチャンバに取り付けられた第１の端部を有する細長いステムであって、ステムの第２の端部から、ステムを通って、第１の端部まで延びるミスト流路。以下に定義する請求項１～１９のいずれかに記載の水タバコ装置であって、水タバコ装置の水タバコ取付配置がステムの第２端において水タバコのステムに取り付けられることを特徴とするもの。
【図面の簡単な説明】
【0032】
本発明をより容易に理解するために、本発明の実施形態は、次に、添付の図面を参照しながら、例として説明する：
【発明を実施するための形態】
【0033】
詳細な説明
本開示の態様は、添付の図と共に読まれた場合、以下の詳細な説明から最もよく理解される。当業界の標準的な慣行にしたがって、様々な特徴は縮尺通りに描かれていないことに留意されたい。実際、様々な特徴の寸法は、議論を明確にするために任意に増やしたり減らしたりすることができる。
本開示の態様は、添付の図と共に読まれた場合、以下の詳細な説明から最もよく理解される。当業界の標準的な慣行にしたがって、様々な特徴は縮尺通りに描かれていないことに留意されたい。実際、様々な特徴の寸法は、議論を明確にするために任意に増やしたり減らしたりすることができる。
【0034】
以下の開示は、提供される主題の異なる特徴を実施するための多くの異なる実施形態、又は例を提供する。構成要素、濃度、用途、及び配置の具体例は、本開示を簡略化するために以下に説明される。もちろん、これらは単なる例であり、限定することを意図していない。例えば、以下の説明における第１の特徴及び第２の特徴の取り付けは、第１の特徴及び第２の特徴が直接接触して取り付けられる実施形態を含んでもよく、また、第１の特徴及び第２の特徴が直接接触していなくてもよいように、第１の特徴と第２の特徴との間に追加の特徴が配置され得る実施形態を含んでもよい。加えて、本開示は、様々な例において参照数字及び／又は文字を繰り返すことがある。この繰り返しは、単純化及び明確化のためであり、それ自体は、議論された様々な実施形態及び／又は構成間の関係を指示するものではない。
【0035】
以下の開示は、代表的な配置または例について説明するものである。各配置又は各例は、実施形態とみなされる場合があり、本開示において、「配置」又は「例」への言及は、「実施形態」に変更されてもよい。
【0036】
いくつかの配置の水タバコ装置は、超音波エアロゾル化技術を組み込んでいる。いくつかの配置の水タバコ装置は、従来の水タバコヘッド（石炭加熱式又は電子加熱式）を置き換えるように構成される。いくつかの配置の水タバコ装置は、タバコおよび炭（または電子加熱要素）を収容する従来の水タバコヘッドの代わりに、既存のステムまたは金属体および水チャンバ／ボウルに解放可能に取り付けられる。
【0037】
他の配置では、水タバコ装置は、完全な水タバコ装置としてのステム／ボディおよび水チャンバ／ボウルを備えている。
【0038】
水槽の形状は様々で、伝統的な装飾や近未来的な装飾が施されており、個人の好みに応じて選ぶことができる。いくつかの配置の超音波エアロゾル化水タバコ装置の設計と開発は、伝統を念頭に置いて、任意の既存の水タバコに適合する交換可能なヘッドを作成するために実行された。
以下の開示は、超音波ミスト発生装置の構成要素と機能性を説明する。次に、本開示は、複数の超音波ミスト発生装置を組み込んだ、いくつかの配置の水タバコ装置について説明する。
以下の開示は、超音波ミスト発生装置の構成要素と機能性を説明する。次に、本開示は、複数の超音波ミスト発生装置を組み込んだ、いくつかの配置の水タバコ装置について説明する。
【0039】
従来の電子気化吸入器は、吸入器内の液体を加熱するように構成された金属部品の高温を誘発し、したがって、吸い込むことができる液体を気化させることに依存する傾向がある。液体は、通常、プロピレングリコール（ＰＧ）および植物性グリセリン（ＶＧ）の溶液にブレンドされたニコチンおよび香料を含み、これらは、高温で加熱部品を介して気化される。従来の吸入器の問題点として、金属が燃える可能性があり、その後、燃えた液体と一緒に金属を吸い込む可能性がある。また、加熱された液体による焦げた臭いや味を好まない人もいる。
【0040】
図１～図４は、超音波処理チャンバを構成する超音波吸入器を示す図である。以下の開示で使用される「ミスト」という表現は、先行技術から知られる従来の吸入器において通常行われるように液体が加熱されないことを意味することに留意されたい。実際、従来の吸入器は、液体をその沸騰温度以上に加熱して蒸気を発生させるために加熱素子を使用するが、これはミストとは異なるものである。
【0041】
液体を高強度で超音波処理する場合、液体媒体中に伝播する音波は、周波数に依存して異なる速度で、高圧（圧縮）及び低圧（希釈）サイクルを交互に生じる。低圧サイクルでは、高強度の超音波が液体中に小さな真空の気泡や空隙を作る。この現象をキャビテーションという。この気泡がエネルギーを吸収できない体積になると、高圧サイクルで激しく崩壊する。このとき、局所的に非常に高い圧力が発生する。キャビテーションでは、壊れた毛細管波が発生し、液体の表面張力を破った微小な液滴が霧状になって素早く空中に放出される。
【0042】
以下、キャビテーション現象について、より具体的に説明する。
【0043】
超音波振動により液体を霧化すると、液体中に微細な水泡が発生する。
【0044】
この気泡の生成は、超音波振動の手段によって発生する強い超音波による負圧によって生じる空洞の形成過程である。
【0045】
正圧サイクルの間、空洞の大きさが比較的小さく無視できるほど小さくなり、空洞の急速な成長につながる高強度の超音波。
【0046】
超音波は、他の音波と同様に、圧縮と膨張のサイクルで構成されている。液体と接触すると、圧縮サイクルは液体に正の圧力をかけ、分子同士を押し付ける。膨張のサイクルでは、負の圧力がかかり、分子が互いに引き離される。
【0047】
強い超音波は、正圧と負圧の領域を作り出す。負圧の時に空洞ができ、大きくなることがある。空洞が臨界サイズに達すると、空洞は崩壊する。
【0048】
必要な負圧の大きさは、液体の種類と純度によって異なる。純度の高い液体の場合、引張強度が非常に大きいため、市販の超音波発生器では空洞を形成するのに十分な負圧を発生させることができない。例えば、純水では１，０００気圧以上の陰圧が必要だが、最も強力な超音波発生器でも５０気圧程度の陰圧しか発生しない。液体の引張強さは、液体粒子の隙間に閉じ込められた気体によって低下する。この効果は、固体材料に発生する亀裂による強度低下と類似している。気体で満たされた隙間に音波による負圧サイクルをかけると、圧力低下により隙間の気体が膨張し、小さな気泡が溶液中に放出される。
【0049】
しかし、超音波を照射された気泡は、音波の圧縮と膨張のサイクルを交互に繰り返すことでエネルギーを吸収し続ける。これにより、気泡は成長・収縮を繰り返し、気泡内部の空隙と外部の液体との間でダイナミックなバランスを保っている。また、超音波によって、気泡の大きさが変化することもある。また、気泡の平均的な大きさが大きくなる場合もある。
【0050】
空洞の成長は、音の強さに依存する。高強度の超音波は、負圧サイクルの間に空洞を急速に拡大し、正圧サイクルの間に空洞が収縮する機会がないようにすることができる。このように、空洞は１回の音波の周期で急速に成長することができる。
低強度の超音波の場合、空洞の大きさは膨張と圧縮のサイクルと同位相で振動する。低強度の超音波によって生成された空洞の表面は、膨張サイクルの方が圧縮サイクルよりもわずかに大きくなる。空洞に出入りする気体の量は表面積に依存するので、膨張サイクルでは空洞への拡散が圧縮サイクルでの拡散よりわずかに大きくなる。つまり、音の周期ごとに、空洞は収縮より膨張の方が少し大きくなる。何度も繰り返しているうちに、空洞はゆっくりと大きくなっていく。
低強度の超音波の場合、空洞の大きさは膨張と圧縮のサイクルと同位相で振動する。低強度の超音波によって生成された空洞の表面は、膨張サイクルの方が圧縮サイクルよりもわずかに大きくなる。空洞に出入りする気体の量は表面積に依存するので、膨張サイクルでは空洞への拡散が圧縮サイクルでの拡散よりわずかに大きくなる。つまり、音の周期ごとに、空洞は収縮より膨張の方が少し大きくなる。何度も繰り返しているうちに、空洞はゆっくりと大きくなっていく。
【0051】
成長した空洞は、最終的に超音波のエネルギーを最も効率的に吸収する臨界サイズに到達することが分かっている。この臨界サイズは、超音波の周波数に依存する。高強度の超音波によって空洞が非常に急速に成長すると、もはや超音波からエネルギーを効率的に吸収することができなくなる。このエネルギー入力がなければ、空洞はもはやそれ自体を維持することができない。液体が押し寄せ、空洞は非線形応答により崩壊する。
【0052】
爆縮によって放出されたエネルギーによって、液体は微細な粒子に分解され、ミストとして空気中に飛散する。
【0053】
上記の非線形応答現象を記述する方程式は、「レイリー－プレセット」方程式で記述することができる。この式は、流体力学で用いられる「ナビエ・ストークス」方程式から導き出すことができる。
【0054】
本発明者らのアプローチは、気泡体積Ｖを動的パラメータとし、散逸を記述する物理学が、半径を動的パラメータとする、より古典的な形式で用いられるものと同一である「レイリー－プレセット」方程式を書き換えることであった。
【0055】
この方程式は次のように導かれる：
【0056】
【数1】
【0057】
超音ミスト化吸入器では、液体は動粘度が１．０５パスカル秒から１．４１２パスカル秒の間である。
【0058】
粘度、密度、空気中への液体噴霧の所望の目標気泡体積を適切なパラメータとして上記の式を解くことにより、液体の粘度範囲１．０５パスカル秒と１．４１２パスカル秒で２．８ＭＨｚから３．２ＭＨｚの周波数囲が約０．２５ミクロンから０．５ミクロンの気泡体積を作り出すことが判明している。
【0059】
超音波キャビテーションのプロセスは、生成されたミスト中のニコチン濃度に大きな影響を与える。
【0060】
発熱体を使用しないため、発熱体の焦げ付きがなく、副流煙の影響を低減することができる。
【0061】
いくつかの配置では、前記の液体は、５７～７０％（ｗ／ｗ）の植物性グリセリンと３０～４３％（ｗ／ｗ）のプロピレングリコールを含み、前記のプロピレングリコールは、ニコチン及び任意に香料を含む。
【0062】
超音波ミスト吸入器において、毛細管要素は、超音波処理チャンバと液体チャンバの間に延びてもよい。
【0063】
超音波ミスト吸入器において、毛細管要素は、少なくとも一部が竹繊維である材料である。
【0064】
毛細管要素により、高い吸収容量、高い吸収速度だけでなく、高い液保持率も実現できる。
【0065】
毛細管に使用される提案材料の固有の特性は、超音波ミスト吸入器の効率的な機能に大きな影響を与えることが判明した。
【0066】
さらに、本材料の固有の特性として、良好な透湿性を維持しつつ、良好な吸湿性を有している。これにより、吸引した液体を効率よく毛細管に浸透させることができるとともに、高い吸水性により大量の液体を保持することができ、市販されている他の製品と比較して超音波ミスト吸入器をより長く使用することができるようになった。
【0067】
竹繊維を使用するもう一つの大きな利点は、竹繊維の中にもともと存在する天然由来の抗菌性生物製剤である「クン」によって、抗菌性、抗真菌性、防臭性があり、医療用途に適していることである。
【0068】
この竹繊維固有の特性は、超音波処理における竹繊維の利点に関して、数値解析により検証されている。
【0069】
以下の式は、毛細管要素として使用するための竹繊維材料および綿、紙、または他の繊維ストランドなどの他の材料でテストされており、竹繊維が超音波処理での使用のためにはるかに優れた特性を有することを実証している：
【0070】
【数2】
【0071】
【数3】
【0072】
図１には、使い捨ての超音波ミスト吸入器１００が描かれている。図１から分かるように、超音波ミスト吸入器１００は、直径に比して長さが比較的長い円筒形の本体を有している。形状および外観の点で、超音波ミスト吸入器１００は、典型的なタバコの外観を模倣するように設計されている。例えば、吸入器は、主にタバコのタバコ棒部分を模擬する第１の部分１０１と、主にフィルタを模擬する第２の部分１０２とを備えることができる。使い捨ての配置では、第１部分と第２部分とは、単一の、しかし分離可能な装置の領域である。第１部分１０１及び第２部分１０２という呼称は、各部分に主に含まれる構成要素を便宜的に区別するために用いられる。
【0073】
図１から分かるように、超音波ミスト吸入器は、マウスピース１、液溜め構造体２、およびケーシング３から構成されている。第１部分１０１はケーシング３を構成し、第２部分１０２はマウスピース１およびリザーバ構造体２を構成
する。
する。
【0074】
第１の部分１０１には、電源エネルギーが含まれている。
【0075】
蓄電装置３０は、超音波ミスト吸入器１００に電力を供給する。蓄電装置３０は、リチウムイオンバッテリー、アルカリバッテリー、亜鉛－炭素バッテリー、ニッケル水素バッテリー、ニッケル－カドミウムバッテリーなどのバッテリー、スーパーキャパシタ、またはこれらの組み合わせとすることができるが、これらに限定されるわけではない。使い捨ての配置では、電気貯蔵装置３０は再充電可能ではないが、再使用可能な配置では、電気貯蔵装置３０は再充電可能であるように選択されるであろう。使い捨ての配置では、電気貯蔵装置３０は、主に、吸入器１００の寿命にわたって一定の電圧を供給するように選択される。そうでなければ、吸入器の性能は時間とともに劣化することになる。装置の寿命にわたって一定の電圧出力を提供することができる好ましい電気貯蔵装置には、リチウムイオンバッテリーおよびリチウムポリマーバッテリーが含まれる。
【0076】
電気貯蔵装置３０は、一般に正端子に対応する第１の端部３０ａと、一般に負端子に対応する第２の端部３０ｂとを有する。負極端子は、第１端部３０ａまで延びている。
【0077】
蓄電装置３０は第１部分１０１に位置し、液溜め構造２は第２部分１０２に位置するので、接合部は、それらの構成要素の間に電気的な通信を提供することが必要である。第１の部分１０１が第２の部分１０２に締め付けられるときに一緒に圧縮される少なくとも電極又はプローブを用いて電気通信が確立される。
【0078】
この装置では、再利用可能とするために、蓄電装置３０は充電可能である。ケーシング３には、充電口３２が設けられている。
【0079】
集積回路４は、近位端４ａおよび遠位端４ｂを有する。電気貯蔵装置３０の第１端３０ａの正端子は、フレキシブル集積回路４の正リードと電気的に連通している。電気貯蔵装置３０の第２の端部３０ｂの負端子は、集積回路４の負リードと電気的に通信している。集積回路４の遠位端４ｂは、マイクロプロセッサを含んで構成されている。マイクロプロセッサは、センサからのデータを処理し、ライトを制御し、第２の部分１０２における超音波振動５に電流の流れを指示し、予めプログラムされた時間の後に電流の流れを終了させるように構成されている。
【0080】
センサは、超音波ミスト吸入器１００が使用されているとき（使用者が吸入器を吸引したとき）を検出し、マイクロプロセッサを作動させる。センサは、圧力、空気流、または振動の変化を検出するように選択することができる。一配置では、センサは圧力センサである。デジタル装置では、センサは連続的な読み取りを行い、その結果、デジタルセンサは連続的に電流を引き込む必要があるが、その量は小さく、全体のバッテリー寿命は無視できるほど影響されるだろう。
【0081】
いくつかの配置では、集積回路４は、高周波で直流を交流に変換するために４つのＭＯＳＦＥＴによって形成されてもよいＨブリッジを構成している。
【0082】
図２及び図３を参照すると、一配置による液体リザーバ構造体２の図解が示されている。液体リザーバ構造２は、霧化される液体を受け取るように適合された液体チャンバ２１と、液体チャンバ２１と流体連通している超音波処理チャンバ２２とからなる。
【0083】
示されている配置では、液体リザーバ構造２は、超音波処理チャンバ２２から周囲に向かう空気通路を提供する吸入チャネル２０を備える。
【0084】
センサ位置の一配置として、超音波処理チャンバ２２にセンサを配置してもよい。
【0085】
吸入チャンネル２０は、錐体部２０ａと内部容器２０ｂを有する。
【0086】
【0087】
気流部材２７は、一体に作られた気流ブリッジ２７ａ及び気流ダクト２７ｂを有し、気流ブリッジ２７ａは吸入チャネル２０の一部を形成する２つの気道開口２７ａ’を有し、気流ダクト２７ｂは気流ブリッジ２７ａから超音波処理チャンバ２２内に延びて周囲から超音波処理チャンバへの空気流を提供するためにある。
【0088】
気流ブリッジ２７ａは、第２の直径２０ａ２において錐体要素２０ａと協働する。
【0089】
気流ブリッジ２７ａは、気流を気流ダクト２７ｂに供給する２つの対向する周辺開口部２７ａ’’を有する。
【0090】
気流ブリッジ２７ａとフラストコニカル要素２０ａとの協働は、２つの対向する周辺開口部２７ａ’’がフラストコニカル要素２０ａの相補的開口部２０ａ’’と協働するように配置される。
【0091】
口金１と錐体部２０ａは半径方向に間隔をあけて配置され、その間に気流チャンバ２８が配置されている。
【0092】
【0093】
気流ブリッジ２７ａの周辺開口部２７ａ’’、２０ａ’’、１’’、フラストコニカル要素２０ａ及びマウスピース１は、超音波処理チャンバ２２に最大限の空気流を直接供給する。
【0094】
錐体要素２０ａは、吸入チャネル２０と同様の方向に整列された内部通路を含み、第１の直径２０ａ１が第２の直径２０ａ２のそれよりも小さく、内部通路が錐体要素２０ａにわたって直径を減少させるように、内部通路を有している。
【0095】
錐体要素２０ａは、超音波振動の手段５及び毛管要素７と整列して配置され、第１の直径２０ａ１はマウスピース１の内部ダクト１１に連通し、第２の直径２０ａ２は内部容器２０ｂに連通している。
【0096】
内部容器２０ｂは、超音波照射チャンバ２２と液体チャンバ２１とを区画する内壁を有する。
【0097】
液溜め構造２は、液チャンバ２１の外壁を区画する外容器２０ｃを有している。
【0098】
内側容器２０ｂ及び外側容器２０ｃは、それぞれ、液体チャンバ２１の内壁及び外壁である。
【0099】
液溜め構造体２は、口金１とケーシング３との間に配置され、口金１およびケーシング３に対して着脱可能である。
【0100】
液体リザーバ構造体２およびマウスピース１またはケーシング３は、互いに係合するための相補的な配置を含んでもよく；さらにそのような相補的配置は、バヨネット型配置；ねじ係合型配置；磁気配置；または摩擦嵌合配置のいずれかを含んでもよく、液体リザーバ構造体２は配置の一部分を含み、マウスピース１またはケーシング３は、配置の相補的部分を含んでいる。
【0101】
再使用可能な配置では、構成要素は実質的に同じである。使い捨ての配置に対する再使用可能な配置の違いは、液体リザーバ構造２を交換するためになされる収容である。
【0102】
図３に示すように、液体チャンバ２１は、液体チャンバ２１の内側容器２０ｂと外側容器２０ｃを閉じる上壁２３と底壁２５を有する。
【0103】
毛細管要素７は、内側容器２０ｂの第１部分２０ｂ１と第２部分２０ｂ２との間に配置されている。
【0104】
毛細管要素７は、超音波照射チャンバから液チャンバまで延びる平坦な形状を有する。
【0105】
【0106】
Ｌ字形状の部分７ｂは、内側容器２０ｂ上の液体チャンバ２１内に、底壁２５に沿って延びている。
【0107】
Ｕ字状部分７ａは、超音波照射チャンバ２１内に収容されている。Ｕ字状部分７ａは、内側容器２０ｂ上で、底壁２５に沿うように設けられている。
【0108】
超音ミスト化吸入器において、Ｕ字部７ａは、内側部分７ａ１と外側部分７ａ２とを有し、内側部分７ａ１は超音波振動手段５の霧化面５０と面接触しており、外側部分７ａ２は超音波振動手段５と面接触していない。
【0109】
液チャンバ２１の底壁２５は、液チャンバ２１と超音波照射チャンバ２２とを閉鎖する底板２５である。底板２５は密閉されているため、超音波照射チャンバ２２からケーシング３への液体の漏れは防止されている。
【0110】
底板２５は、弾性部材８が挿入される凹部２５ｂを有する上面２５ａを有している。超音波振動手段５は、弾性部材８によって支持されている。弾性部材８は、超音波振動手段５を維持するための溝が設計された内孔８’を有する環状板状のゴムから形成されている。
【0111】
液チャンバ２１の上壁２３は、液チャンバ２３を閉じるキャップ２３である。
【0112】
天壁２３は、液体チャンバ２１が収容し得る液体の最大レベルを表す上面２３と、液体チャンバ２１内の液体の最小レベルを表す下面２５とを有する。
【0113】
天壁２３は密閉されているため、液体チャンバ２１から口金１への液体の漏れは防止される。
【0114】
天壁２３と底壁２５は、ネジ、接着剤、摩擦などの固定手段により、液体貯留構造体２に固定されている。
【0115】
図３に描かれているように、弾性部材は超音波振動の手段５と線接触しており、超音波振動の手段５と吸入器の壁との接触を防ぐことで、液溜め構造体の振動の抑制がより効果的に防止される。したがって、霧化部材によって霧化された液体の微粒子をより遠くまで噴霧することができる。
【0116】
図３に描かれているように、内側容器２０ｂは、第１部分２０ｂ１と第２部分２０ｂ２との間に、毛細管要素７が超音波処理チャンバ２１から延びている開口部２０ｂ’を有している。毛細管要素７は、開口部２０ｂ’を介して液チャンバ２１から液体を吸収する。毛細管要素７は、ウィックである。毛細管要素７は、毛細管現象によって液体を超音波照射チャンバ２２に輸送する。いくつかの配置では、毛細管要素７は、竹繊維で作られている。いくつかの配置では、毛管要素７は、０．２７ｍｍと０．３２ｍｍの間の厚さであり、３８ｇ／ｍ2 と４８ｇ／ｍ2 の間の密度を有していてもよい。
【0117】
図３から分かるように、超音波振動の手段５は、毛細管要素７の直下に配置されている。
【0118】
超音波振動手段５は、変換器であってもよい。配置では、超音波振動手段５は、圧電変換器であってもよく、円形の板状に設計されていてもよい。圧電変換器の材質は、セラミックであってもよい。
【0119】
また、超音波振動手段５には、様々な変換器材料を使用することができる。
【0120】
送風ダクト２７ｂ１の端部は、超音波振動手段５と向き合っている。超音波振動の手段５は、電気接触器１０１ａ、１０１ｂと電気的に連絡している。注目すべきは、集積回路４の遠位端４ｂは、内側電極と外側電極を有することである。内側電極は、スプリングコンタクトプローブである第１の電気接触子１０１ａに接触し、外側電極は、サイドピンである第２の電気接触子１０１ｂに接触する。集積回路４を介して、第１の電気接点１０１ａは、マイクロプロセッサにより蓄電装置３０の正極端子と電気的に通信し、第２の電気接点１０１ｂは、蓄電装置３０の負極端子と電気的に通信している。
【0121】
電気接点１０１ａ、１０１ｂは、底板２５を横断している。底板２５は、液体貯留構造体２の周壁２６の内側に受けられるようになっている。底板２５は、相補的な隆起の上に載っており、それによって、液体チャンバ２１と超音波照射チャンバ２２を形成している。
【0122】
内側容器２０ｂは、機械的なバネが適用される円形の内側スロット２０ｄから構成される。
【0123】
中央部分７ａ１を超音波振動手段５に押し付けることによって、機械的なバネ９は、それらの間の接触面を確保する。
【0124】
液溜め構造体２及び底板２５は、様々な熱可塑性材料を用いて作ることができる。
【0125】
使用者が超音波ミスト吸入器１００を吸引すると、空気流が周辺開口部１’’から吸引されて気流チャンバ２８を貫通し、気流ブリッジ２７ａの周辺開口部２７ａ’’とフラストコニカル要素２０ａを通り、気流ダクト２７ｂを介して超音波処理チャンバ２２に流れ落ち、直接毛管要素７にかかる。同時に、液体は毛細管現象によりリザーバチャンバ２１から複数の開口部２０ｂ’を通り、毛細管要素７に吸い込まれる。毛細管要素７は、液体を吸入器１００の超音波振動手段５と接触させる。また、使用者の吸引により、圧力センサが集積回路４を作動させ、集積回路４が超音波振動の手段５に電流を導く。このように、使用者が吸入器１００のマウスピース１に描画すると、２つの動作が同時に起こる。まず、センサが集積回路４を作動させ、これが超音波振動の手段５が振動を開始するきっかけとなる。第２に、引き金は、開口部２０ｂ’を通る液体の流れが始まるように、リザーバチャンバ２１の外の圧力を低下させ、これが毛管要素７を飽和させる。毛細管要素７は、液体を超音波振動手段５に搬送し、超音波振動手段５によって毛細管路内に気泡を形成させ、液体をミスト化させる。そして、ミスト化された液体を使用者が吸引する。
【0126】
いくつかの配置では、集積回路４は、超音波振動手段５が動作する周波数を制御するように構成されている周波数コントローラを含んでいる。周波数コントローラは、プロセッサとメモリとを備え、メモリは、プロセッサによって実行されると、プロセッサに周波数コントローラの少なくとも１つの機能を実行させる実行可能命令を記憶している。
【0127】
上述したように、いくつかの配置では、超音波ミスト吸入器１００は、約０．２５～０．５ミクロンの気泡体積を生成するために、１．０５パスカル秒～１．４１２パスカル秒の液体粘度を有する液体を気化するために２．８ＭＨｚ～３．２ＭＨｚの周波数を持つ信号で超音波振動手段５を駆動させる。しかし、異なる粘度を有する液体または他の用途のために、それは超音波振動の手段５が異なる周波数で駆動される可能性がある。
【0128】
ミスト発生装置の異なる用途ごとに、ミストの発生を最適化するために超音波振動手段５を駆動するための最適な周波数または周波数範囲が存在する。超音波振動手段５が圧電変換器である配置では、最適な周波数又は周波数範囲は、少なくとも以下の４つのパラメータに依存することになる：
１．変換器の製造工程
いくつかの配置では、超音波振動手段５は、圧電セラミックからなる。圧電セラミックは、化合物を混合してセラミック生地を作ることによって製造されるが、この混合工程は、製造全体を通じて一貫していない場合がある。この不均一性により、硬化した圧電セラミックの共振周波数にばらつきが生じることがある。
１．変換器の製造工程
いくつかの配置では、超音波振動手段５は、圧電セラミックからなる。圧電セラミックは、化合物を混合してセラミック生地を作ることによって製造されるが、この混合工程は、製造全体を通じて一貫していない場合がある。この不均一性により、硬化した圧電セラミックの共振周波数にばらつきが生じることがある。
【0129】
圧電セラミックの共振周波数が装置の必要動作周波数に対応していない場合、装置の動作中にミストが発生しない。ニコチンミスト吸入器の場合、圧電セラミックの共振周波数がわずかにずれただけでもミストの生成に影響を与え、その装置が使用者に適切なニコチンレベルを提供できないことを意味する。
【0130】
２．変換器への負荷
動作中、圧電変換器への負荷が変化すると、圧電変換器全体の振動の変位が抑制される。圧電変換器の振動を最適に変位させるには、回路が最大変位に十分な電力を供給できるように駆動周波数 を調整する必要がある。
動作中、圧電変換器への負荷が変化すると、圧電変換器全体の振動の変位が抑制される。圧電変換器の振動を最適に変位させるには、回路が最大変位に十分な電力を供給できるように駆動周波数 を調整する必要がある。
【0131】
発振器の効率に影響を与える負荷の種類としては、変換器上の液体の量（ウィッキング材料の湿度）、変換器との永久的な接触を保つためにウィッキング材料に加えられるバネの力などを挙げることができる。また、電気的な接続手段も含まれる場合がある。
【0132】
３．温度
圧電変換器の超音波振動は、装置に組み込んで部分的に減衰させる。これには、変換器をシリコン／ゴムのリングに入れ、スプリングで変換器の上にあるウィッキング材に圧力をかけることが考えられる。この振動の減衰により、変換器の上とその周辺の局所的な温度は上昇する。
圧電変換器の超音波振動は、装置に組み込んで部分的に減衰させる。これには、変換器をシリコン／ゴムのリングに入れ、スプリングで変換器の上にあるウィッキング材に圧力をかけることが考えられる。この振動の減衰により、変換器の上とその周辺の局所的な温度は上昇する。
【0133】
温度の上昇は、変換器の分子挙動の変化により、振動に影響を与える。温度の上昇は、セラミックの分子により多くのエネルギーを与え、その結晶構造に一時的な影響を及ぼす。温度が下がるとこの影響は逆転するが、最適な発振を維持するためには供給する周波数の変調が必要である。この周波数変調は、従来の固定周波数装置では実現できなかった。
【0134】
また、温度上昇により気化される溶液（ｅ 液体）の粘度が低下するため、キャビテーションを誘起して連続的なミスト生成を維持するために駆動周波数の変更が必要となる場合がある。従来の固定周波数装置の場合、駆動周波数を変更せずに液体の粘度を下げると、ミスト生成が減少または完全に停止し、装置が動作不能になる。
【0135】
４．電源までの距離
電子回路の発振周波数は、変換器と発振器－ドライバ間の配線長によって変化することがある。電子回路の周波数は、変換器と残りの回路との距離に反比例する。
電子回路の発振周波数は、変換器と発振器－ドライバ間の配線長によって変化することがある。電子回路の周波数は、変換器と残りの回路との距離に反比例する。
【0136】
距離パラメータは主に装置に固定されているが、装置の製造過程で変化し、装置の全体的な効率を低下させる可能性がある。そのため、装置の駆動周波数を変更して変動を補償し、装置の効率を最適化することが望まれる。
【0137】
圧電変換器は、図５に示すように、電子回路中のＲＬＣ回路としてモデル化することができる。上述した４つのパラメータは、ＲＬＣ回路全体のインダクタンス、キャパシタンス、抵抗の変化としてモデル化することができ、変換器に供給される共振周波数範囲を変化させることができる。回路の周波数が変換器の共振点付近まで上昇すると、回路全体の対数インピーダンスは最小に落ち込み、次に最大に上昇してから中央の範囲に落ち着く。 図６は、ＲＬＣ回路における周波数上昇に伴う全体インピーダンスの変化を説明する一般的なグラフである。図７は、圧電変換器が、第１の所定周波数ｆs 以下の周波数では第１の容量性領域で、第２の所定周波数ｆp以上の周波数では第２の容量性領域でコンデンサとして作用する様子を示す図である。圧電変換器は、第１および第２の所定周波数ｆs、ｆpの間の周波数において、誘導性領域でインダクタとして作用する。変換器の最適な発振を維持し、したがって最大効率を得るためには、変換器を流れる電流を誘導領域内の周波数に維持する必要がある。
【0138】
いくつかの配置の装置の周波数コントローラは、装置の効率を最大化するために、圧電変換器（超音波振動手段５）の発振周波数を誘導領域内に維持するように構成される。
【0139】
周波数コントローラは、所定のスイープ周波数範囲にわたって漸次追跡する周波数で変換器を駆動するスイープ動作を実行するように構成されている。周波数コントローラがスイープを実行するとき、周波数コントローラは、変換器に結合されたアナログ－デジタル変換器のアナログ－デジタル変換（ＡＤＣ）値を監視する。いくつかの配置では、ＡＤＣ値は、変換器を横切る電圧に比例するＡＤＣのパラメータである。他の配置では、ＡＤＣ値は、変換器を流れる電流に比例するＡＤＣのパラメータである。
【0140】
以下により詳細に説明するように、いくつかの配置の周波数コントローラは、変換器を流れる電流を監視することによって、超音波変換器によって使用されている有効電力を決定する。
【0141】
スイープ動作の間、周波数コントローラは、変換器のための周波数の誘導領域を探し出す。周波数コントローラが誘導領域を特定すると、周波数コントローラは、ＡＤＣ値を記録し、変換器による超音波キャビテーションを最適化するために、変換器の駆動周波数を誘導領域内の周波数（すなわち、第１及び第２の所定の周波数ｆs、ｆpの間）でロックする。駆動周波数が誘導領域内にロックされると、変換器の電気機械結合係数が最大化され、それによって、装置の効率が最大化される。
いくつかの配置では、周波数コントローラは、発振が開始又は再始動されるたびに誘導領域の位置を特定するためにスイープ動作を行うように構成される。配置では、周波数コントローラは、発振が開始されるたびに誘導領域内の新しい周波数で駆動周波数をロックし、それによって、装置の動作効率に影響を与えるパラメータの変化を補償するように構成されている。
いくつかの配置では、周波数コントローラは、発振が開始又は再始動されるたびに誘導領域の位置を特定するためにスイープ動作を行うように構成される。配置では、周波数コントローラは、発振が開始されるたびに誘導領域内の新しい周波数で駆動周波数をロックし、それによって、装置の動作効率に影響を与えるパラメータの変化を補償するように構成されている。
【0142】
いくつかの配置では、周波数コントローラは、最適なミスト生成を保証し、使用者への薬物送達の効率を最大化する。いくつかの配置では、周波数コントローラは、装置を最適化し、効率を向上させ、使用者へのニコチンデリバリーを最大化する。
他の配置では、周波数コントローラは、装置を最適化し、超音波を使用する他の任意の装置の効率を向上させる。いくつかの配置では、周波数コントローラは、超音波応答性薬物送達システムからの薬物放出の促進を拡張するために、治療用途の超音波技術と共に使用するように構成される。動作中に正確で最適な周波数を有することにより、マイクロバブル、ナノバブル、ナノドロップレット、リポソーム、エマルジョン、ミセル、または他の任意の送達システムが非常に効果的であることが保証される。
いくつかの配置では、上記のような最適なミスト生成及び化合物の最適な送達を保証するために、周波数コントローラは、再帰モードで動作するように構成される。周波数コントローラが再帰モードで動作する場合、周波数コントローラは、装置の動作中に周波数のスイープを周期的に実行し、ＡＤＣ値を監視して、ＡＤＣ値が変換器の最適発振を示す所定の閾値以上であるか否かを判断する。
他の配置では、周波数コントローラは、装置を最適化し、超音波を使用する他の任意の装置の効率を向上させる。いくつかの配置では、周波数コントローラは、超音波応答性薬物送達システムからの薬物放出の促進を拡張するために、治療用途の超音波技術と共に使用するように構成される。動作中に正確で最適な周波数を有することにより、マイクロバブル、ナノバブル、ナノドロップレット、リポソーム、エマルジョン、ミセル、または他の任意の送達システムが非常に効果的であることが保証される。
いくつかの配置では、上記のような最適なミスト生成及び化合物の最適な送達を保証するために、周波数コントローラは、再帰モードで動作するように構成される。周波数コントローラが再帰モードで動作する場合、周波数コントローラは、装置の動作中に周波数のスイープを周期的に実行し、ＡＤＣ値を監視して、ＡＤＣ値が変換器の最適発振を示す所定の閾値以上であるか否かを判断する。
【0143】
いくつかの配置では、周波数コントローラは、周波数コントローラが変換器のための可能なより良い周波数を特定できる場合に備えて、装置が液体をエアロゾル化する過程にある間にスイープ動作を実行する。周波数コントローラがより良い周波数を特定した場合、周波数コントローラは、装置の最適な動作を維持するために、駆動周波数を新たに特定されたより良い周波数でロックする。
【0144】
いくつかの配置では、周波数コントローラは、装置の動作中に周期的に所定の持続時間の間、周波数のスイープを実行する。上述した配置の装置の場合、スイープの所定の持続時間及びスイープ間の時間期間は、装置の機能を最適化するように選択される。超音波ミスト吸入器に実装される場合、これは、使用者の吸入全体を通じて使用者への最適な送達を保証する。
【0145】
図８は、いくつかの配置の周波数コントローラの動作のフロー図である。
【0146】
以下の開示は、上述した配置と同じ要素の多くからなるミスト吸入器のさらなる配置を開示する。上述した配置の要素は、本開示の残りの部分で説明した配置の要素のいずれかと入れ替えることができる。
【0147】
以下に説明するミスト発生装置は、後述する水タバコ装置２０２とともに使用されるか、または、水タバコ装置２０２とともに使用するためのものである。他の配置では、水タバコ装置２０２は、本明細書で説明するミスト発生装置２０１の代わりに、複数の他のミスト発生装置から構成される。
【0148】
十分なエアロゾル生成を保証するために、いくつかの配置のミスト吸入器２０１は、正確に又は実質的に１６ｍｍの直径の超音波／圧電変換器からなる。この変換器は、所望のエアロゾル量生成に必要な周波数及び電力を制御するために、特定の静電容量及びインピーダンス値に合わせて製造される。
【0149】
直径１６ｍｍの円盤状の超音波変換器を水平に配置すると、大きなミスト発生装置になる可能性がある。ザイズを最小化するために、この配置の超音波変換器は、超音波処理チャンバ内で垂直に保持される（超音波変換器の平面が、エアロゾルミストの流れに概ね平行であり、及び／又はミスト発生装置の長手方向の長さに概ね平行である）。別の言い方をすれば、超音波変換器は、ミスト発生装置の基部に対して一般に垂直である。
【0150】
ここで添付図面の図９から図１１を参照すると、ミスト発生装置２０１は、細長く、任意に互いに取り付けられる２つのハウジング部分２０５、２０６から形成されるミスト発生ハウジング２０４から構成される。ミスト発生ハウジング２０４は、空気入口ポート２０７とミスト出口ポート２０８とから構成される。
【0151】
この配置では、ミスト発生ハウジング２０４は、射出成形プラスチック、具体的には、医療用途に典型的に使用されるポリプロピレンである。この配置では、ミスト発生ハウジング２０４は、異相共重合体である。より詳細には、非常に高い剛性と高い衝撃強度の最適な組み合わせを有するＢＦ９７０ＭＯヘテロフェーズコポリマーである。この材料で成形されたミスト発生ハウジング部品は、良好な帯電防止性能を示す。
ポリプロピレンなどの異相コポリマーは、この材料が超音波処理チャンバ２１９からミスト出口ポート２０８を通って流れる際にエアロゾルの凝縮を引き起こさないので、ミスト発生ハウジング２０４に特に好適である。このプラスチック材料はまた、工業的な破砕および洗浄プロセスを用いて容易に直接リサイクルすることができる。
ポリプロピレンなどの異相コポリマーは、この材料が超音波処理チャンバ２１９からミスト出口ポート２０８を通って流れる際にエアロゾルの凝縮を引き起こさないので、ミスト発生ハウジング２０４に特に好適である。このプラスチック材料はまた、工業的な破砕および洗浄プロセスを用いて容易に直接リサイクルすることができる。
【0152】
図１０において、ミスト出口ポート２０８は、閉鎖要素２０９によって閉鎖されている。しかしながら、ミスト吸入器２００の使用時には、図９に示すように、閉鎖要素２０９がミスト出口ポート２０８から取り外されることが理解されよう。
【0153】
ここで図１２及び図１３を参照すると、ミスト発生装置２００は、ミスト発生ハウジング２０４内に保持される変換器ホルダ２１０を備える。変換器ホルダ２１０は、この配置では、円柱状又は概ね円筒状の本体部２１１と、円形の上下の開口部２１２、２１３から構成されている。変換器ホルダ２１０には、図１３に示すように、超音波変換器２１５の端部を受け入れるための内部チャネル２１４が設けられている。
【0154】
変換器ホルダ２１０は、電極２１７が水タバコ装置２０２の交流ドライバに電気的に接続され得るように、超音波変換器２１５から電極２１７が延びる切断部２１６を内蔵し、以下により詳細に説明されるように、電極２１７は、超音波変換器２１５から延びる。
【0155】
再び図１１を参照すると、ミスト発生装置２０１は、ミスト発生ハウジング２０４内に設けられる液体チャンバ２１８を備える。液体チャンバ２１８は、霧化される液体を収容するためのものである。いくつかの配置では、液体が液体チャンバ２１８に収容される。他の配置では、液体チャンバ２１８は、最初は空であり、その後液体チャンバに液体が充填される。
【0156】
レブリン酸ニコチンからなるニコチン塩からなるいくつかの配置の超音波ミスト発生装置２０１での使用に適した液体（ここでは電子液体とも呼ばれる）組成物であって、以下のものである：
組成物中の植物性グリセリンの相対量は：５５から８０％（ｗ／ｗ）、または６０から８０％（ｗ／ｗ）、または６５から７５％（ｗ／ｗ）、または７０％（ｗ／ｗ）、および／または
組成物中のプロピレングリコールの相対量は：５～３０％（ｗ／ｗ）、又は１０～３０％（ｗ／ｗ）、又は１５～２５％（ｗ／ｗ）、又は２０％（ｗ／ｗ）、および／または
組成物中の水の相対量は：５～１５％（ｗ／ｗ）、又は７～１２％（ｗ／ｗ）、又は１０％（ｗ／ｗ）、および／または
組成物中のニコチンおよび／またはニコチン塩の量は：０．１～８０ｍｇ／ｍｌ、または０．１～５０ｍｇ／ｍｌ、または１～２５ｍｇ／ｍｌ、または１０～２０ｍｇ／ｍｌ、または１７ｍｇ／ｍｌ。
組成物中の植物性グリセリンの相対量は：５５から８０％（ｗ／ｗ）、または６０から８０％（ｗ／ｗ）、または６５から７５％（ｗ／ｗ）、または７０％（ｗ／ｗ）、および／または
組成物中のプロピレングリコールの相対量は：５～３０％（ｗ／ｗ）、又は１０～３０％（ｗ／ｗ）、又は１５～２５％（ｗ／ｗ）、又は２０％（ｗ／ｗ）、および／または
組成物中の水の相対量は：５～１５％（ｗ／ｗ）、又は７～１２％（ｗ／ｗ）、又は１０％（ｗ／ｗ）、および／または
組成物中のニコチンおよび／またはニコチン塩の量は：０．１～８０ｍｇ／ｍｌ、または０．１～５０ｍｇ／ｍｌ、または１～２５ｍｇ／ｍｌ、または１０～２０ｍｇ／ｍｌ、または１７ｍｇ／ｍｌ。
【0157】
いくつかの配置では、ミスト発生装置２０１は、１．０５パスカル・秒から１．４１２パスカル・秒の間の動粘度を有する電子液体を収容する。
【0158】
いくつかの配置では、液体チャンバ２１８は、１：１のモル比でニコチンレブリネート塩を含む液体を含有する。
【0159】
いくつかの配置において、液体チャンバ２１８は、ニコチン、プロピレングリコール、植物性グリセリン、水及び香料を含む電子液体を含む。いくつかの例では、電子液体中の各成分の濃度％は、以下の表１、表２、表３又は表４に示されている。
【0160】
【表1】
【0161】
【表2】
【0162】
【表3】
【0163】
【表4】
【0164】
非限定的な例では、溶液中のニコチンは、すべてまたは一部がレブリン酸ニコチンの形態である。
【0165】
レブリン酸ニコチン塩は、溶液中でニコチンとレブリン酸を結合させることによって形成される。この結果、レブリン酸アニオンとニコチンカチオンからなるレブリン酸ニコチン塩が形成される。
【0166】
表１、表２、表３、表４に示す電子液体中のニコチンの％濃度は、１７ｍｇ／ｍｌにほぼ相当する。
【0167】
いくつかの配置では、液体チャンバ２１８は、１．０５ Ｐａ－ｓから１．４１２ Ｐａ－ｓの間の動粘度と１．１ ｇ／ｍｌから１．３ ｇ／ｍｌの間の液体密度を有する液体を含む。
【0168】
いくつかの配置において、液体チャンバ２１８内の液体は、ユーザが水タバコ装置によって生成されたミストを吸入するときにユーザによって味わわれる香料（例えば、フルーツフレーバー）を含んでいる。
【0169】
粘度、密度の正しいパラメータを持つ電子液体を使用し、空気中に液体スプレーの所望の目標バブルボリュームを持つことによって、１．０５パスカル・秒と１．４１２パスカル・秒の液体粘度範囲と約１．１～１．３ ｇ／ｍＬ の密度（Ｈｅｒｔｚから密度範囲を取得）に対する２．８ＭＨｚ～３．２ＭＨｚの周波数は、液滴の９０％は１ミクロン以下とその５０％は０．５ミクロン以下の液滴ボリュームを生み出すことがわかっている。
【0170】
ミスト発生装置２０１は、ミスト発生装置筐体２０４内に設けられる超音波照射チャンバ２１９を含んで構成される。
【0171】
図１２及び図１３に戻り、変換器ホルダ２１０は、液体チャンバ２１８と超音波照射チャンバ２１９との間に障壁を提供する仕切り部２２０を含んで構成される。仕切り部分２２０によって提供される障壁は、超音波処理チャンバ２１９が液体チャンバ２１８から液体で溢れるリスク、又は超音波変換器２１５上の毛細管要素が過飽和になるリスクを最小限にし、そのいずれもが超音波変換器２１５の過負荷と効率を低下させる。さらに、超音波照射チャンバ２１９を溢れさせたり、毛細管要素を過飽和にすることは、吸入の際に使用者が液体を吸い込むという不快な体験も引き起こしかねない。このリスクを軽減するために、変換器ホルダ２１０の仕切り部分２２０は、超音波照射チャンバ２１９と液体チャンバ２１８との間の壁として着座する。
【0172】
仕切り部２２０は、毛細管要素を介して、液チャンバ２１８から超音波照射チャンバ２１９へ液体が流れることができる唯一の手段である毛細管開口部２２１を構成している。この配置では、毛細管開口部２２１は、０．２ｍｍ～０．４ｍｍの幅を有する細長いスロットである。毛管開口２２１の寸法は、毛管開口２２１の縁が、超音波処理チャンバ２１９への液体流の制御を加えるために毛管開口２２１を通って延びる毛管要素に作用するバイアス力を提供するようなものである。
【0173】
この配置では、変換器ホルダ２１０は、液体シリコンゴム（ＬＳＲ）である。この配置では、液体シリコンゴムは、ショアＡ ６０の硬度を有する。のＬＳＲ材料は、変換器ホルダ２１０が振動を減衰させることなく、超音波変換器２１５が振動することを保証する。この配置では、超音波変換器２１５の振動変位は２～５ナノメートルであり、何らかの減衰効果があると、超音波変換器２１５の効率が低下する可能性がある。したがって、このＬＳＲの材料と硬度は、最小限の妥協で最適な性能を得るために選択される。
【0174】
次に図１４および図１５を参照すると、ミスト発生装置２０１は、液体チャンバ２１８から超音波処理チャンバ２１９に（薬剤または他の物質を含む）液体を移送するための毛管または毛管要素２２２を含んでいる。管要素２２２は、第１部分２２３と第２部分２２４とを有する平面状又は概ね平面状である。この配置では、第１部分２２３は、長方形または概ね長方形の形状を有し、第２部分２２４は、部分的に円形の形状を有する。
【0175】
この配置では、毛細管要素２２２は、第１及び第２の部分２２３、２２４とそれぞれ同じ形状の第３の部分２２５及び第４の部分２２６から構成される。この配置の毛細管要素２２２は、図１５に示すように、第１及び第２の部分２２３、２２４と第３及び第４の部分２２５、２２６とが互いに重ね合わされるように折り線２２７を中心に折り畳まれる。
【0176】
この配置では、毛細管要素は、約０．２８ｍｍの厚さを有する。図１５に示すように、毛細管要素２２２を折り曲げて２つの層を有するようにすると、毛細管要素の全体の厚さは約０．５６ｍｍとなる。この二重層はまた、最適なエアロゾル生成のために超音波変換器２１５上に常に十分な液体が存在することを保証する。
【0177】
この配置では、毛管要素２２２が折り畳まれると、第１及び第３部分２２３、２２５の下端は、毛管要素２２２が液体を吸収する速度を最大化するために液体チャンバ２１８内の液体中に位置する毛管要素２２２の部分の表面積を増大させる拡大下端２２８を画定する。
【0178】
この配置では、毛細管要素２２２は１００％竹繊維である。他の配置では、毛管要素は少なくとも７５％の竹繊維のものである。毛細管要素として竹繊維を使用する利点は、上述したとおりである。
【0179】
ここで図１６及び図１７を参照すると、毛細管要素２２２は、超音波変換器２１５の霧化表面の一部に重畳した毛細管要素２２２の第２部分２２４を変換器ホルダ２１０が保持するように、変換器ホルダ２１０によって保持される。この配置では、円形の第２部分２２４は、変換器ホルダ２１０の内側凹部２１４内に収まっている。
【0180】
毛管要素２２２の第１部分２２３は、変換器ホルダ２１０の毛管開口２２１を通って延びている。
【0181】
【0182】
接触開口部２３０及び２３１は、超音波変換器２１５の電極との電気的接続を形成する電気接触部２３２及び２３３を受け入れるために、第２部分２０６の側壁に設けられている。
【0183】
この配置では、ミスト出口ポート２０８で液体を吸収するために、吸収性チップ又は吸収性要素２３４が、ミスト出口ポート２０８に隣接して設けられている。この配置では、毛細管要素２３４は１００％竹繊維である。
【0184】
次に図２１から図２３を参照すると、ミスト発生ハウジング２０４の第１部分２０５は、第２部分２０６と同様の形状であり、超音波照射チャンバ２１９の壁のさらなる部分を形成し、変換器ホルダ２１０を保持する概して円形の壁部２３５をさらに備える。
【0185】
この配置では、ミスト出口ポート２０８に隣接して、ミスト出口ポート２０８で液体を吸収するための吸収性要素２３６がさらに設けられる。
【0186】
この配置では、ミスト発生ハウジング２０４の第１部分２０５は、図２４に示すように、リテーナばね２３８の下端を支持するばね支持配置２３７を構成している。
【0187】
リテーナばね２３８の上端は、リテーナばね２３８が毛細管要素２２２を超音波変換器２１５の霧化表面に対してバイアスするバイアス力を与えるように、毛細管要素２２２の第２の部分２２４に接触する。
【0188】
図２５を参照すると、ミスト発生ハウジング２０４の２つの部分２０５、２０６が互いに取り付けられる前に、変換器ホルダ２１０が所定の位置にあり、ミスト発生ハウジング２０４の第２の部分２０６によって保持されていることが示されている。
【0189】
図２６～図２９を参照して、この配置では、ミスト発生装置２０１は、識別配列２３９を含んで構成されている。識別配置２３９は、一面に設けられた電気接点２４１を有するプリント基板２４０と、他面に設けられた集積回路２４２および別のオプション部品２４３とから構成される。
【0190】
集積回路２４２は、ミスト発生装置２０１に固有の識別子を記憶するメモリを有する。電気接点２４１は、集積回路２４２と通信するための電子的なインターフェースを提供する。
【0191】
プリント回路基板２４０は、この配置では、ミスト発生ハウジング２０４の一側面の凹部２４４内に取り付けられている。集積回路２４２及び任意の他の電子部品２４３は、プリント回路基板２４０がミスト発生ハウジング２０４の側面と概ね面一となるように、さらなる凹部２４５内に収まっている。
【0192】
この配置では、集積回路２４２は、製造業者からの純正ミスト発生装置のみを装置と共に使用することを可能にする偽造防止機能を提供するワンタイムプログラマブル（ＯＴＰ）装置である。この偽造防止機能は、ミスト発生装置２０１に（プリント基板２４０と）接着される特定のカスタム集積回路（ＩＣ）として、ミスト発生装置２０１に実装される。ＩＣとしてのＯＴＰは、ミスト発生装置２０１（およびその内容物）のその寿命にわたる完全なトレーサビリティ、ならびに使用者による消費の正確な監視を可能にする真にユニークな情報を含んでいる。ＯＴＰ ＩＣにより、ミスト発生装置２０１は、許可された場合にのみミストを発生させるように機能することができる。
【0193】
ＯＴＰは、特徴として、特定のミスト発生装置２０１のオーソライズドステータスを規定する。実際、カルボニルの排出を防止し、エアロゾルを安全な水準に保つために、実験により、約１０００秒間のエアロゾル化後にミスト発生装置２０１は液体チャンバ２１８内の液体が空になったと見なされることが示されている。そのようにして、純正品でない、または空のミスト発生装置２０１は、この所定の使用時間の後、作動させることができなくなる。
【0194】
特徴としてのＯＴＰは、デジタル・セール・ポイント、モバイル・コンパニオン・アプリケーション、およびミスト発生装置２０１の連携による完全な連鎖の一部であってもよい。信頼できる当事者によって製造され、デジタル・セール・ポイントで販売された純正のミスト発生装置２０１のみを水タバコ装置２０２で使用することができる。ＯＴＰ ＩＣは、ミスト発生装置２０１を認識できる水タバコ装置２０２によって読み取られる。
いくつかの配置では、ＯＴＰ ＩＣは、ミスト発生装置２０１と同じように使い捨てである。ミスト発生装置２０１が空であるとみなされるときはいつでも、水タバコ装置２０２に挿入された場合、それは活性化されない。同様に、偽造されたミスト発生装置２０１は、水タバコ装置２０２において機能しないであろう。
いくつかの配置では、ＯＴＰ ＩＣは、ミスト発生装置２０１と同じように使い捨てである。ミスト発生装置２０１が空であるとみなされるときはいつでも、水タバコ装置２０２に挿入された場合、それは活性化されない。同様に、偽造されたミスト発生装置２０１は、水タバコ装置２０２において機能しないであろう。
【0195】
ここで添付図面の図３０を参照すると、ドライバ装置２０２は、本書では電力管理集積回路又はＰＭＩＣ３００と呼ばれる超音波変換器ドライバマイクロチップから構成されている。各ＰＭＩＣ３００は、ミスト発生装置２０１のうちの１つにおけるそれぞれの超音波変換器２１５を駆動するためのマイクロチップである。本開示の実施例では、水タバコ装置２０２内のＰＭＩＣの数は、水タバコ装置２０２と共に使用するためのミスト発生装置２０１の数に対応する。以下に説明する例では、４つのミスト発生装置２０１があり、水タバコ装置２０２は、４つの対応するＰＭＩＣ３００から構成される。他の例では、水タバコ装置２０２は、水タバコ装置２０２に結合される２～８個のミスト発生装置２０１を駆動するように構成された２～８個のＰＭＩＣ３００からなる。
【0196】
本開示において、チップ、マイクロチップ、集積回路という用語は、互換性がある。マイクロチップ又は集積回路は、相互に接続された複数の組み込みコンポーネント及びサブシステムから構成される単一ユニットである。マイクロチップは、例えば、少なくとも一部がシリコンなどの半導体であり、半導体製造技術を使用して製造される。
【0197】
また、水タバコ装置２０２は、複数の第２のマイクロチップを備え、その各々は、本明細書において、ブリッジ集積回路又はブリッジＩＣ３０１と称される。各ブリッジＩＣ３０１は、ＰＭＩＣ３００のそれぞれの１つに電気的に接続されている。各ブリッジＩＣ３０１は、ミスト発生装置２０１の１つにおけるそれぞれの超音波変換器２１５を駆動するためのマイクロチップである。本開示の実施例では、水タバコ装置２０２のブリッジＩＣ３０１の数は、水タバコ装置２０２と共に使用するためのミスト発生装置２０１の数に対応する。各ブリッジＩＣ３０１は、相互に接続された複数の組み込み部品やサブシステムから構成される１つのユニットである。後述する例では、ブリッジＩＣ３０１が４つあり、水タバコ装置２０２は、それに対応する４つのＰＭＩＣ３００から構成されている。
【0198】
この例では、各ＰＭＩＣ３００とその代表の接続ブリッジＩＣ３０１は、水タバコ装置２０２の同一基板に実装されている。後述するように、各ブリッジＩＣ３０１は、通信バス（例えば、後述するＩ２Ｃバス）を介さず、ＰＣＢ上の接続部を介してそれぞれのＰＭＩＣ３００に接続されている。この例では、ＰＭＩＣ３００の物理的な寸法は幅１～３ｍｍ、長さ１～３ｍｍであり、ブリッジＩＣ３０１の物理的な寸法は幅
１～３ｍｍ、長さ１～３ｍｍである。
１～３ｍｍ、長さ１～３ｍｍである。
【0199】
簡単のために、図４３は、１つのＰＭＩＣ３００と１つのブリッジＩＣ３０１のみを示し、以下の説明は、１つのＰＭＩＣ３００と１つのブリッジＩＣ３０１のみを参照する。しかしながら、水タバコ装置２０２は、図４３に示すように、同じ構成で接続される複数のＰＭＩＣ３００および複数の各ブリッジＩＣ３０１を内蔵していることは理解されよう。後述するように、各ＰＭＩＣ３００は通信（Ｉ２Ｃ）バス３０２に接続されており、通信バス３０２を介して送信されるマイコン３０３からの信号によって、各ＰＭＩＣ３００を独立して制御することができるようになっている。
【0200】
ミスト発生装置２０１は、プログラマブル集積回路又はワンタイムプログラマブル集積回路又はＯＴＰ ＩＣ２４２を含んで構成される。ミスト発生装置２０１が水タバコ装置２０２に結合されるとき、ＯＴＰ ＩＣは、ＰＭＩＣ３００に電気的に接続されて、ＰＭＩＣ３００がＯＴＰ ＩＣ ２４２に供給される電圧を管理できるように、ＰＭＩＣ３００から電力を受けるようになっている。また、ＯＴＰ ＩＣ ２４２は、ドライバ装置２０２内のデータバスまたは通信バス３０２に接続されている。この例では、通信バス３０２はＩ２Ｃバスであるが、他の例では、通信バス３０２は他のタイプのデータバスである。
【0201】
ミスト発生装置２０１内の超音波変換器２１５は、ブリッジＩＣ３０１に電気的に接続されており、水タバコ装置２０２の使用時にブリッジＩＣ３０１が生成する交流駆動信号により超音波変換器２１５を駆動することができる。
【0202】
水タバコ装置２０２は、通信バス３０２と通信可能に電気的に結合されたマイクロコントローラ３０３の形態のプロセッサで構成されている。この例では、マイクロコントローラ３０３は、ＢｌｕｅｔｏｏｔｈTM ｌｏｗ ｅｎｅｒｇｙ（ＢＬＥ）マイクロコントローラである。マイクロコントローラ３０３は、バッテリー、によって駆動される低ドロップアウトレギュレータ（ＬＤＯ）３０４から電力を受け取る。ＬＤＯ３０４は、バッテリー２５０の電圧に変動があっても、マイクロコントローラ３０３が安定して動作できるように、マイクロコントローラ３０３に安定したレギュレートされた電圧を供給する。
【0203】
水タバコ装置２０２は、バッテリー２５０から給電されるＤＣ－ＤＣ昇圧コンバータ３０５の形態で電圧レギュレータを構成している。図４３には１つのＤＣ－ＤＣブーストコンバータ３０５のみが示されているが、いくつかの実施例では、水タバコ装置２０２は、それぞれが複数のブリッジＩＣ３０１のそれぞれの１つに電力を供給する複数のＤＣ－ＤＣブーストコンバータ３０５から構成されている。他の実施例では、水タバコ装置３０５は、複数のブリッジＩＣ３０１のそれぞれに電力を供給するように構成された１つのＤＣ－ＤＣブーストコンバータ３０５のみから構成される。
【0204】
昇圧コンバータ３０５は、バッテリーまたは電源の電圧をプログラム可能な電圧ＶＢＯＯＳＴまで上昇させる。プログラム可能な電圧ＶＢＯＯＳＴは、ＰＭＩＣ３００からの電圧制御信号ＶＣＴＬに応答して、ブーストコンバータ３０５によって設定される。詳細は後述するが、昇圧コンバータ３０５は、電圧ＶＢＯＯＳＴをブリッジＩＣ３０１に出力する。他の例では、電圧レギュレータは、選択可能な電圧を出力する降圧コンバータまたは他のタイプの電圧レギュレータである。
【0205】
電圧制御信号ＶＣＴＬは、この例では、ＰＭＩＣ３００内に実装されるデジタル－アナログ変換器（ＤＡＣ）により生成される。ＤＡＣはＰＭＩＣ３００内に統合されているため、図３０では見えない。ＤＡＣ及びＰＭＩＣ３００内にＤＡＣを統合する技術的利点は、以下に詳細に説明される。
【0206】
この例では、ＰＭＩＣ３００はコネクタ３０６がＵＳＢ充電器に結合されたときにＰＭＩＣ３００が充電電圧ＶＣＨＲＧを受け取ることができるように、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）コネクタ３０６の形態の電源コネクタに接続される。他の例では、ＰＭＩＣ３００は、水タバコ装置２０２が外部電源に接続され、それによって電力を供給されることを可能にする別の電源ソケットに接続される。
【0207】
水タバコ装置２０２は、この例では、静圧センサである第１圧力センサ３０７からなる。また、水タバコ装置２０２は、この例では、動的圧力センサである第２の圧力センサ３０８を含んで構成される。しかしながら、他の例では、水タバコ装置２０２は、２つの圧力センサ３０７、３０８のうちの１つのみから構成される。圧力センサ３０７、３０８は、ユーザがいつ水タバコを吸って、ミスト発生装置２０１を通じて空気を吸い込んでいるかについて感知するために、気圧の変化を感知する。
この例では、水タバコ装置２０２は、ＰＭＩＣ３００によって制御される複数のＬＥＤ３０８で構成されている。他の例では、１つ以上のＬＥＤｓ３０８が除かれる。
マイクロコントローラ３０３は、通信バス３０２上のマスター装置として機能し、ＰＭＩＣ３００は第１のスレーブ装置、ＯＴＰ ＩＣ ２４２は第２のスレーブ装置、第２の圧力センサ３０８は第３のスレーブ装置、第１の圧力センサ３０７は第１のスレーブ装置となる。複数のＰＭＩＣ３００の各追加ＰＭＩＣ３００は、通信バス３０２上の別のスレーブ装置である。通信バス３０２により、マイクロコントローラ３０３は、水タバコ装置２０２内の以下の機能を制御することができる。
この例では、水タバコ装置２０２は、ＰＭＩＣ３００によって制御される複数のＬＥＤ３０８で構成されている。他の例では、１つ以上のＬＥＤｓ３０８が除かれる。
マイクロコントローラ３０３は、通信バス３０２上のマスター装置として機能し、ＰＭＩＣ３００は第１のスレーブ装置、ＯＴＰ ＩＣ ２４２は第２のスレーブ装置、第２の圧力センサ３０８は第３のスレーブ装置、第１の圧力センサ３０７は第１のスレーブ装置となる。複数のＰＭＩＣ３００の各追加ＰＭＩＣ３００は、通信バス３０２上の別のスレーブ装置である。通信バス３０２により、マイクロコントローラ３０３は、水タバコ装置２０２内の以下の機能を制御することができる。
【0208】
１． 各ＰＭＩＣ３００の全ての機能は、マイクロコントローラ３０３によって高度に設定可能である。
【0209】
２． 超音波変換器２１５を流れる電流は、高帯域幅のセンス・整流回路によって、高いコモンモード電圧（ブリッジのハイサイド）でセンシングされる。感知された電流は、実効電流に比例した電圧に変換され、ブリッジＩＣ３０１の電流感知出力端子３０９にバッファリングされた電圧として提供される。この電圧はＰＭＩＣ３００に供給されてサンプリングされ、Ｉ２Ｃ要求を通じてデジタル表現として利用できるようになる。超音波変換器２１５を流れる電流を感知することは、共振周波数追跡機能の一部を形成する。本書で説明するように、ブリッジＩＣ３０１内でこの機能性を有効にする装置の能力は、重要な技術的利点を提供する。
【0210】
３． ＰＭＩＣ３００内に集積されたＤＡＣ（図３０には示されていない）により、ＤＣ－ＤＣ昇圧コンバータ電圧ＶＢＯＯＳＴを１０Ｖから２０Ｖの間になるようにプログラムすることが可能である。
【0211】
４． マイクロコントローラ３０３は、装置２０２の充電器サブシステムが、単一セルバッテリーであるバッテリーの充電を管理することを可能にする。
【0212】
５． 発光ダイオード（ＬＥＤ）ドライバモジュール（図示せず）は、リニアモードまたはガンマ補正モードのいずれかでＬＥＤ３０８を駆動し、デジタル的に調光するためにＰＭＩＣ３００によって給電される。
【0213】
６． マイクロコントローラ３０３は、圧力センサ３０７、３０８からＰｒｅｓｓｕｒｅ＃１及びＰｒｅｓｓｕｒｅ＃２センサ値を読み取ることができる。
【0214】
ここで添付図面の図３１を参照すると、各ＰＭＩＣ３００は、この例では、統合されたサブシステムと、ＰＭＩＣ３００に電気入出力を提供する複数のピンとからなる自己完結型のチップ又は集積回路である。本開示における集積回路またはチップへの言及は交換可能であり、いずれの用語も、例えばシリコンであってもよい半導体装置を包含する。
【0215】
ＰＭＩＣ３００は、リファレンスブロック（ＢＧ）３１１、ＬＤＯ３１２、電流センサ３１３、温度センサ３１４および発振器３１５を含むアナログ部品から構成されるアナログコア３１０を備えている。
【0216】
以下により詳細に説明するように、発振器３１５は、パルス幅変調（ＰＷＭ）Ａ段階およびＢ段階を出力する遅延ロックループ（ＤＬＬ）に結合されており、発振器３１５およびＤＬＬは、ブリッジＩＣ３０１内のＨブリッジを駆動する２相中心整合ＰＷＭ出力を生成する。
【0217】
ＤＬＬは、端と端が接続された複数の遅延線からなり、遅延線の合計遅延時間は、メインクロック信号ｃｌｋ＿ｍの周期に等しくなっている。この例では、ＤＬＬは、発振器３１５からのクロック信号とＬＤＯ３１２からの安定化電源電圧とを受け取るＰＭＩＣ３００の、本書ではデジタルコア３１６と呼ばれるデジタル・プロセッサ・サブシステムに実装されている。ＤＬＬは、デジタルコア３１６において端から端まで接続される多数の（例えば、数百万のオーダーの）遅延ゲートで実装される。
【0218】
現在のところ、集積回路市場における信号発生器部品でこの実装を構成するものはないので、二相中心整列ＰＷＭ信号を生成するためにＰＭＩＣ３００の同じ集積回路に発振器３１５とＤＬＬを実装することはユニークなことである。
【0219】
本書で説明したように、ＰＷＭは、ミストの発生を最適化するために電気エネルギーから運動エネルギーへの効率的な伝達を維持するために、水タバコ装置２０２が超音波変換器２１５の共振周波数を正確に追跡することを可能にする機能の一部分である。
【0220】
この例では、ＰＭＩＣ３００は、例えばＵＳＢ電源からの電力によるバッテリー充電を制御する充電器回路３１７を含んで構成される。
【0221】
ＰＭＩＣ３００は、バッテリーからの電力によってまたは外部電源からの電力によってアナログコア３１０に電力を供給するようにＰＭＩＣ３００を構成する統合電力スイッチＶＳＹＳを含んで構成される。
【0222】
ＰＭＩＣ３００は、組み込み型アナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）サブシステム３１８を構成する。発振器３１５と共にＡＤＣ３１８を同じ集積回路内に実装することは、それ自体、集積回路市場において、集積回路内にサブブロックとして実装された発振器とＡＤＣからなる他の集積回路が存在しないので、ユニークである。来の装置では、ＡＤＣは発振器とは別のディスクリート部品として提供され、ＡＤＣと発振器は同じＰＣＢに実装されるのが一般的である。この従来の配置の問題点は、ＡＤＣと発振器の２つの独立したコンポーネントがＰＣＢ上で不必要にスペースを取ることである。さらに、従来のＡＤＣと発振器は、通常、Ｉ２Ｃバスなどのシリアルデータ通信バスで互いに接続されており、その通信速度は最大でも４００ｋＨｚと限られているという問題がある。従来の装置とは対照的に、ＰＭＩＣ３００は、ＡＤＣ３１８と発振器３１５とが同一の集積回路内に集積されて構成されているため、ＡＤＣ３１８と発振器３１５との間の通信にラグがなく、ＡＤＣ３１８と発振器３１５とは互いに高速通信、例えば発振器３１５の速度（例えば３ＭＨｚから５ＭＨｚ）で通信できることを意味する。
【0223】
この例のＰＭＩＣ３００では、発振器３１５は５ＭＨｚで動作しており、５ＭＨｚのクロック信号ＳＹＳ ＣＬＯＣＫを生成している。しかしながら、他の例では、発振器３１５は、最大１０５ＭＨｚのはるかに高い周波数でクロック信号を生成する。本書で説明する集積回路は、全て発振器３１５の高い周波数で動作するように構成されている。
【0224】
ＡＤＣ３１８は、複数のＧＰＩＯ入力（ＩＦ＿ＧＰＩＯ１～３）を構成する複数のフィードバック入力端子又はアナログ入力３１９からなる。フィードバック入力端子またはアナログ入力３１９の少なくとも１つは、ブリッジＩＣ３０１内のＨブリッジ回路からのフィードバック信号を受け、そのフィードバック信号は、Ｈブリッジ回路の動作のパラメータまたはＨブリッジ回路が交流駆動信号で超音波変換器２１５などの共振回路を駆動しているときの交流駆動信号のパラメータを示すものである。後述するように、ＧＰＩＯ入力は、ブリッジＩＣ３０１から、ブリッジＩＣ３０１が報告するルート平均二乗（ｒｍｓ）電流を示す電流センス信号を受信するために使用される。この例では、ＧＰＩＯ入力の１つは、ブリッジＩＣ３０１内のＨブリッジからのフィードバック信号を受信するフィードバック入力端子である。
【0225】
ＡＤＣサブシステム３１８は、複数のＡＤＣ入力端子３１９で受信したアナログ信号を、メインクロック信号の周波数に比例するサンプリング周波数でサンプリングする。そして、ＡＤＣサブシステム３１８は、サンプリングされたアナログ信号を用いて、ＡＤＣデジタル信号を生成する。
【0226】
この例では、ＰＭＩＣ３００に内蔵されるＡＤＣ３１８は、Ｈブリッジ３３４及び超音波変換器２１５を流れるＲＭＳ電流だけでなく、システムで利用できる電圧（例えば、ＶＢＡＴ、ＶＣＨＲＧ、ＶＢＯＯＳＴ）、ＰＭＩＣ３００の温度、バッテリーの温度及び将来の拡張を可能にするＧＰＩＯ入力（ＩＦ＿ＧＰＩＯ１～３）などもサンプリングする。
【0227】
デジタルコア３１６は、ＡＤＣサブシステムからＡＤＣ生成デジタル信号を受信し、ＡＤＣデジタル信号を処理して、ドライバ制御信号を生成する。デジタルコア３１６は、ドライバ制御信号をＰＷＭ信号発生器サブシステム（ＤＬＬ３３２）に伝達し、ＰＷＭ信号発生器サブシステムを制御する。
【0228】
現在市場に存在する整流回路は、非常に限られた帯域幅（典型的には１ＭＨｚ未満）である。ＰＭＩＣ３００の発振器３１５は最大５ＭＨｚ、あるいは最大１０５Ｍｈｚで動作しているため、高帯域幅の整流回路がＰＭＩＣ３００に実装される。後述するように、ブリッジＩＣ３０１のＨブリッジ内のＲＭＳ電流を感知することは、水タバコ装置２０２が超音波変換器２１５を高精度で駆動することを可能にするフィードバックループの一部を形成している。フィードバックループは、圧電変換器の製造におけるあらゆるプロセス変動（共振周波数の変動）に対応し、共振周波数の温度効果を補償するので、超音波変換器の駆動という産業におけるゲームチェンジャーである。これは、ＡＤＣ３１８、発振器３１５およびＤＬＬをＰＭＩＣ３００の同一の集積回路内に統合するという発明的実現によって、部分的に達成される。この統合により、これらのサブシステムは、高速（例えば、５ＭＨｚまたは最大１０５ＭＨｚのクロック周波数で）で互いに通信することが可能になる。これらのサブシステム間のラグを低減することは、超音波産業、特にミスト発生装置の分野において、ゲームチェンジャーとなる。
【0229】
ＡＤＣ３１８は、バッテリー電圧監視入力ＶＢＡＴと充電器入力電圧監視入力ＶＣＨＧの他、電圧監視入力ＶＭＯＮ、ＶＲＴＨ、温度監視入力ＴＥＭＰから構成される。
【0230】
温度監視入力ＴＥＭＰは、ＰＭＩＣ３００内に内蔵される温度センサ３１４から温度信号を受信する。これにより、ＰＭＩＣ３００は、ＰＭＩＣ３００内の実際の温度を正確に感知し、ＰＭＩＣ３００内の誤動作、ならびにＰＭＩＣ３００の温度に影響を与えるプリント回路基板上の他のコンポーネントへの誤動作を検出することができる。そして、ＰＭＩＣ３００は、ミスト吸入器２００の安全性を維持するために、誤動作があれば超音波変換器２１５の励振を行わないようにブリッジＩＣ３０１を制御し、ひいては水タバコ装置２０２の安全性を確保することができる。
【0231】
追加温度センサ入力ＶＲＴＨは、水タバコ装置２５０の温度を監視する水タバコ装置２０２内の外部温度センサから温度感知信号を受信する。従って、ＰＭＩＣ３００は、過度に高い動作温度によって引き起こされる損傷のリスクを低減するために、水タバコ装置２０２をシャットダウンするように反応することができる。
【0232】
ＰＭＩＣ３００は、この例では、デジタルコア３１６からデジタル駆動信号を受信し、ＰＭＩＣ３００の出力ピンに結合されるように構成された６つのＬＥＤ３２１～３２６にＬＥＤ駆動出力信号を提供するＬＥＤドライバ３２０から構成される。したがって、ＬＥＤドライバ３２０は、最大６つの独立したチャネルでＬＥＤ３２１～３２６を駆動し、調光することができる。
【0233】
ＰＭＩＣ３００は、ＰＭＩＣ３００内のデジタル信号をアナログの電圧制御信号に変換し、出力端子ＶＤＡＣ０を介してＰＭＩＣ３００から出力する第１デジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）３２７を含んで構成される。第１ＤＡＣ３２７は、デジタルコア３１６が生成したデジタル制御信号をアナログ電圧制御信号に変換し、出力端子ＶＤＡＣ０を介して出力して昇圧コンバータ３０５などの電圧レギュレータ回路を制御する。このようにして電圧制御信号は、共振回路（超音波変換器２１５）の動作を示すフィードバック信号に応答して、超音波変換器２１５を駆動するためのＨブリッジ回路による変調用の所定の電圧を生成するように電圧レギュレータ回路を制御する。
【0234】
この例では、ＰＭＩＣ３００は、ＰＭＩＣ３００内のデジタル信号を、ＰＭＩＣ３００から第２のアナログ出力端子ＶＤＡＣ１を介して出力されるアナログ信号に変換する第２のＤＡＣ３２８を含んで構成されている。
【0235】
ＤＡＣ３２７、３２８をＰＭＩＣ３００の他のサブシステムと同じマイクロチップ内に埋め込むことにより、ＤＡＣ３２７、３２８は、ＰＭＩＣ３００内のデジタルコア３１６および他のコンポーネントと、通信ラグがない、または最小で高速に通信することができる。ＤＡＣ３２７、３２８は、外部フィードバックループを制御するアナログ出力を提供する。例えば、第１ＤＡＣ３２７は、昇圧コンバータ３０５に制御信号ＶＣＴＬを供給し、昇圧コンバータ３０５の動作を制御する。他の例では、ＤＡＣ３２７、３２８は、ブーストコンバータ３０５の代わりに、またはそれに加えて、ＤＣ－ＤＣ降圧コンバータに駆動信号を供給するように構成される。ＰＭＩＣ３００に２つの独立したＤＡＣチャネルを統合することにより、ＰＭＩＣ３００は、水タバコ装置２０２で使用される任意のレギュレータのフィードバックループを操作することができ、水タバコ装置２０２が超音波変換器２１５の超音波照射パワーを調節したり、超音波変換器２１５の絶対最大電流及び温度設定に対するアナログ閾値を設定することができるようにすることができる。
【0236】
ＰＭＩＣ３００は、シリアル通信インターフェースを構成し、この例では、ピンを通して設定された外部Ｉ２Ｃアドレスを内蔵するＩ２Ｃインターフェースである。
【0237】
ＰＭＩＣ３００はまた、マイクロチップの機能を実装するためのデジタルマシン（ＦＳＭ）を含む様々な機能ブロックから構成される。これらのブロックは、以下でより詳細に説明される。
【0238】
ここで添付図面の図３２を参照すると、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号発生器サブシステム３２９がＰＭＩＣ３００内に組み込まれている。ＰＷＭ発生器システム３２９は、発振器３１５と、分周器３３０と、マルチプレクサ３３１と、遅延ロックループ（ＤＬＬ）３３２とから構成される。後述するように、ＰＷＭ発生系３２９は、
２相センターアライメント型ＰＷＭ発生器である。
２相センターアライメント型ＰＷＭ発生器である。
【0239】
分周器３３０、マルチプレクサ３３１及びＤＬＬ３３２は、デジタルコア３１６内のデジタル論理部品（例えば、トランジスタ、論理ゲート等）で実装される。
【0240】
本開示の例では、発振器３１５及びそれぞれＰＷＭ生成システム３２９によってカバーされる周波数範囲は、５０ｋＨｚ～５ＭＨｚ又は最大１０５ＭＨｚである。ＰＷＭ生成システム３２９の周波数精度は±１％であり、温度に対する広がりは±１％である。現在のＩＣ市場において、５０ｋＨｚ～５ＭＨｚまたは１０５ＭＨｚまでの周波数範囲を提供できる発振器および２相中心整合型ＰＷＭ発生器を内蔵したＩＣはない。
【0241】
発振器３１５は、５０ｋＨｚ～５ＭＨｚ、または１０５ＭＨｚまでの周波数のメインクロック信号（ｃｌｋ＿ｍ）を生成する。メインクロックｃｌｋ＿ｍは、分周器３３０に入力され、メインクロックｃｌｋ＿ｍの周波数を１つ以上の所定の除数量で分周する。この例では、分周器３３０は、メインクロックｃｌｋ＿ｍの周波数を２、４、８、１６で分周し、分周された周波数のクロックを出力としてマルチプレクサ３３１に供給する。マルチプレクサ３３１は、分周された周波数のクロックを多重化し、分周された周波数の出力をＤＬＬ３３２に供給する。このＤＬＬ３３２に渡される信号は、ＤＬＬ３３２が所望の周波数で信号を出力するように制御する周波数基準信号である。なお、他の例では、分周器３３０およびマルチプレクサ３３１は省略される。
【0242】
また、発振器３１５は、第１位相クロック信号Ｐｈａｓｅ１と第２位相クロック信号Ｐｈａｓｅ２の２つの位相を生成する。第１位相クロック信号と第２位相クロック信号の位相は、センターアライメントされている。図３３に示されるように：
第１相クロック信号Ｐｈａｓｅ１は、ｃｌｋ＿ｍの正の半周期の可変時間だけＨｉｇｈになり、ｃｌｋ＿ｍの負の半周期にはＬｏｗになる。
第２相クロック信号Ｐｈａｓｅ２は、ｃｌｋ＿ｍの負の半周期の可変時間だけＨｉｇｈになり、ｃｌｋ＿ｍの正の半周期の間Ｌｏｗになる。
第１相クロック信号Ｐｈａｓｅ１は、ｃｌｋ＿ｍの正の半周期の可変時間だけＨｉｇｈになり、ｃｌｋ＿ｍの負の半周期にはＬｏｗになる。
第２相クロック信号Ｐｈａｓｅ２は、ｃｌｋ＿ｍの負の半周期の可変時間だけＨｉｇｈになり、ｃｌｋ＿ｍの正の半周期の間Ｌｏｗになる。
【0243】
そして、第１相クロック信号Ｐｈａｓｅ１と第２相クロック信号Ｐｈａｓｅ２を用いて、２倍周波数のクロック信号を生成するＤＬＬ３３２に送られる。この２倍周波数クロック信号は、メインクロック信号ｃｌｋ＿ｍの２倍の周波数である。この例では、ＤＬＬ３３２内の「ＯＲ」ゲートが、第１位相クロック信号Ｐｈａｓｅ１と第２位相クロック信号Ｐｈａｓｅ２とを用いて、２倍周波数のクロック信号を生成する。この２倍周波数クロックまたは分周器３３０から来る分周された周波数は、選択された目標周波数に基づいて選択され、その後、ＤＬＬ３３２の基準として使用される。
【0244】
ＤＬＬ３３２内では、以下「クロック」と称する信号がメインクロックｃｌｋ＿ｍを
２倍したものを表し、以下「クロック＿ｄｅｌ」と称する信号がクロックを１周期分遅らせたレプリカを表している。クロックとｃｌｏｃｋ＿ｄｅｌは位相周波数検出器を通過させる。そして、位相誤差の極性に基づき、ノードＶｃをチャージポンプで充放電する。ＤＬＬ３３２の総遅延が正確に１周期になるまで、ＤＬＬ３３２内の一つ一つの遅延ユニットの遅延を制御するために、制御電圧が直接供給される。
２倍したものを表し、以下「クロック＿ｄｅｌ」と称する信号がクロックを１周期分遅らせたレプリカを表している。クロックとｃｌｏｃｋ＿ｄｅｌは位相周波数検出器を通過させる。そして、位相誤差の極性に基づき、ノードＶｃをチャージポンプで充放電する。ＤＬＬ３３２の総遅延が正確に１周期になるまで、ＤＬＬ３３２内の一つ一つの遅延ユニットの遅延を制御するために、制御電圧が直接供給される。
【0245】
ＤＬＬ３３２は、第１相クロック信号Ｐｈａｓｅ１および第２相クロック信号Ｐｈａｓｅ２の立ち上がりエッジを、２倍周波数クロック信号の立ち上がりエッジに同期するように制御する。ＤＬＬ３３２は、それぞれの周波数基準信号及びデューティサイクル制御信号に応じて、第１位相クロック信号Ｐｈａｓｅ１及び第２位相クロック信号Ｐｈａｓｅ２の周波数及びデューティサイクルを調整し、第１位相出力信号ＰｈａｓｅＡ及び第２位相出力信号ＰｈａｓｅＢを生成してＨブリッジ又はインバータを駆動して超音波変換器を駆動する交流駆動信号を発生させる。
【0246】
ＰＭＩＣ３００は、第１相出力信号Ａ段階をＨブリッジ回路に出力する第１相出力信号端子ＰＨＡＳＥ＿Ａと、第２相出力信号Ｂ段階をＨブリッジ回路に出力する第２相出力信号端子ＰＨＡＳＥ＿Ｂとから構成されている。
【0247】
この例では、ＤＬＬ３３２は、デューティサイクル制御信号に応答してＤＬＬ３３２の各遅延線の遅延時間を変化させることにより、第１相クロック信号Ｐｈａｓｅ１および第２相クロック信号Ｐｈａｓｅ２のデューティサイクルを調節する。
【0248】
クロックは、より良い精度を保証するため、その周波数の２倍の周波数で使用される。図３４に示すように、説明のためにメインクロックｃｌｋ＿ｍの周波数が使用される場合（本開示の例では使用されない）、フェーズＡはクロックの立ち上がりエッジＲに同期し、フェーズＢはクロックの立ち下がりエッジＦに同期する。ＤＬＬ３３２の遅延線は立ち上がりエッジＲを制御し、したがって、立ち下がりエッジＦについては、ＰＷＭ発生システム３２９は不完全となりうるＤＬＬ３３２の遅延ユニットの完全一致を頼る必要が生じるであろう。しかし、この誤差を取り除くために、ＰＷＭ生成システム３２９は、Ａ段階とＢ段階の両方が２倍周波数クロックの立ち上がりエッジＲと同期するように、２倍周波数クロックを使用する。
【0249】
２０％から５０％までのデューティサイクルを２％のステップサイズで実行するために、ＤＬＬ３３２の遅延線は２５個の遅延ユニットからなり、それぞれの遅延ユニットの出力はＰｈａｓｅ ｎｔｈを表している。最終的には、最後の遅延ユニットの出力の位相が入力クロックに対応することになる。すべての遅延がほぼ同じになることを考慮すると、デジタルコア３１６の単純な論理で特定の遅延ユニットの出力で特定のデューティサイクルが得られる。
【0250】
ＤＬＬ３３２が遅延の期間をロックすることができないかもしれないが、２つ以上の期間があり、ＤＬＬ３３２を非収束ゾーンに持っていくので、ＤＬＬ３３２の起動に注意することが重要である。この問題を回避するために、ＰＷＭ発生システム３２９に起動回路が実装され、これによりＤＬＬ３３２は既知の確定的な状態から起動することができる。起動回路はさらに、ＤＬＬ３３２が最小の遅延で起動することを可能にする。
【0251】
本開示の例では、ＰＷＭ発生器システム３２９によってカバーされる周波数範囲が拡張されるので、ＤＬＬ３３２内の遅延ユニットは、４ｎｓ（発振器周波数５ＭＨｚの場合）～４００ｎｓ（発振器周波数５０ｋＨｚの場合）の遅延を提供することが可能である。これらの異なる遅延に対応するために、コンデンサＣｂがＰＷＭ発生システム３２９に含まれ、コンデンサ値は必要な遅延を提供するように選択される。
【0252】
Ａ段階とＢ段階はＤＬＬ３３２から出力され、デジタルＩＯを介してブリッジＩＣ３０１に渡され、Ａ段階とＢ段階をブリッジＩＣ３０１の動作制御に使用できるようにする。
【0253】
次に、水タバコ装置２０２のいくつかの例のバッテリー充電機能について、より詳細に説明する。しかしながら、水タバコ装置２０２がバッテリーの代わりに外部電源によって電力供給されるように構成される他の実施例では、バッテリー充電機能が省略されてもよいことを理解されたい。
【0254】
この例では、バッテリー充電サブシステムは、ＰＭＩＣ３００に内蔵され、ＰＭＩＣ３００にホストされたデジタル充電コントローラによって制御される充電器回路３１７から構成される。充電器回路３１７は、通信バス３０２を介してマイクロコントローラ３０３により制御される。バッテリー充電サブシステムは、単セルリチウムポリマー（ＬｉＰｏ）又はリチウムイオン（Ｌｉ－ｉｏｎ）を充電することが可能で
ある。
ある。
【0255】
この例では、バッテリー充電サブシステムは、５Ｖ電源（例えば、ＵＳＢ電源）から最大１Ａの充電電流でバッテリー又はバッテリーを充電することができる。通信バス３０２（Ｉ２Ｃインターフェース）を介して、以下のパラメータのうちの１つ以上をプログラムして、バッテリーの充電パラメータを適応させることができる。
【0256】
充電電圧は、３．９Ｖから４．３Ｖの間で１００ｍＶステップで設定することができる。
【0257】
充電電流は１５０ｍＡから１０００ｍＡまで５０ｍＡ単位で設定可能である。
【0258】
プリチャージ電流は、充電電流の１／１０である。
【0259】
プリチャージ、急速充電のタイムアウトはそれぞれ５～８５分、２０～３４０分の間で設定可能である。
【0260】
オプションとして、外部負温度係数（ＮＴＣ）サーミスタを使用してバッテリー温度を監視することができる。
【0261】
いくつかの例では、バッテリー充電サブシステムは、ホストマイクロコントローラ３０３への割り込みを発生させることによって、以下のイベントのうちの１つ以上を報告する。
バッテリー検出
バッテリー充電中
バッテリーが完全に充電されている
バッテリーがない
充電タイムアウト
充電用電源が不足電圧限界以下である
バッテリー検出
バッテリー充電中
バッテリーが完全に充電されている
バッテリーがない
充電タイムアウト
充電用電源が不足電圧限界以下である
【0262】
充電器回路３１７をＰＭＩＣ３００に埋め込むことの主な利点は、バッテリー充電サブシステムの安全な動作を保証するＰＭＩＣ３００内に、記載された全てのプログラミングオプションおよびイベント表示を実装することができることである。さらに、ＰＣＢ上に別々に実装された充電システムの離散的な構成要素からなる従来のミスト吸入器と比較して、著しい製造コストおよびＰＣＢスペースの節約を達成することが可能である。また、充電器回路３１７は、充電電流と電圧の汎用性の高い設定、異なる故障タイムアウト、詳細な状態解析のための多数のイベントフラグを可能にする。
【0263】
次に、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）３１８について、より詳細に説明する。本発明者らは、高速発振器３１５を有するＰＭＩＣ３００内にＡＤＣ３１８を統合するために、重要な技術的課題を克服しなければならなかった。さらに、ＰＭＩＣ３００内にＡＤＣ３１８を統合することは、ＩＣ市場で入手可能な多くのディスクリートＡＤＣ装置のうちの１つを使用することに依存する当技術分野の従来のアプローチに反するものである。
【0264】
この例では、ＡＤＣ３１８は、メインクロック信号ｃｌｋ＿ｍの周波数に等しいサンプリングレートで超音波変換器ドライバチップ（ＰＭＩＣ３００）内の少なくとも１つのパラメータをサンプリングする。この例では、ＡＤＣ３１８は、マイクロプロセッサ３０３のリソースを節約するためにマイクロプロセッサ３０３からデジタルサンプリングをアンロードすることができる１０ビットアナログ－デジタル変換器である。ＰＭＩＣ３００内にＡＤＣ３１８を統合することはまた、そうでなければＡＤＣのサンプリング能力を遅くするＩ２Ｃバスを使用する必要性を回避する（従来の装置は、専用のディスクリートＡＤＣとマイクロコントローラの間で、典型的には最大４００ｋＨｚの限られたクロック速度でデータを伝達するためにＩ２Ｃバスに依存する）。
【0265】
本開示の例では、以下のパラメータのうちの１つまたは複数が、ＡＤＣ３１８によって順次サンプリングされ得る。
【0266】
ｉ． 超音波変換器を駆動している外部インバータ回路から超音波変換器ドライバチップ（ＰＭＩＣ３００）で受信されるｒｍｓ電流信号。この例では、このパラメータは、ブリッジＩＣ３０１によって報告される二乗平均平方根（ｒｍｓ）電流である。実効電流を感知することは、超音波変換器２１５を駆動するために使用されるフィードバックループを実装するのに重要である。ＡＤＣ３１８は、この情報がＩ２Ｃバスを介して伝送されることに依存しないので、最小限の遅れ又は全くない信号を介して、ブリッジＩＣ３０１から直接、実効電流を感知することが可能である。これは、Ｉ２Ｃバスの比較的低い速度によって制約される従来の装置と比較して、重要な速度および精度の利点を提供する。
ｉｉ． ＰＭＩＣ３００に接続されたバッテリーの電圧。
ｉｉｉ． ＰＭＩＣ３００に接続された充電器の電圧。
ｉｖ． ＰＭＩＣ３００のチップ温度を示す温度信号など。上述したように、温度センサ３１４が発振器３１５と同じＩＣに内蔵されているため、この温度は非常に正確に測定することができる。例えば、ＰＭＩＣ３００の温度が上がれば、ＰＭＩＣ３００によって電流、周波数、ＰＷＭが制御され、変換器の発振が制御され、それが温度を制御する。
ｖ． 二つの外部端子。
ｖｉ． バッテリーパックの温度を監視するための外部ＮＴＣ温度センサ。
ｉｉ． ＰＭＩＣ３００に接続されたバッテリーの電圧。
ｉｉｉ． ＰＭＩＣ３００に接続された充電器の電圧。
ｉｖ． ＰＭＩＣ３００のチップ温度を示す温度信号など。上述したように、温度センサ３１４が発振器３１５と同じＩＣに内蔵されているため、この温度は非常に正確に測定することができる。例えば、ＰＭＩＣ３００の温度が上がれば、ＰＭＩＣ３００によって電流、周波数、ＰＷＭが制御され、変換器の発振が制御され、それが温度を制御する。
ｖ． 二つの外部端子。
ｖｉ． バッテリーパックの温度を監視するための外部ＮＴＣ温度センサ。
【0267】
いくつかの例では、ＡＤＣ３１８は、例えばラウンドロビン方式で、１つまたは複数の上記ソースを順次サンプリングする。ＡＤＣ３１８は、最大５ＭＨｚまたは最大１０５ＭＨｚであってよい発振器３１５の速度のような高速でソースをサンプリングする。
【0268】
いくつかの例では、装置２０２は、使用者又は装置の製造者が、平均化のために各ソースから何個のサンプルを取るかを指定できるように構成される。例えば、使用者は、ｒｍｓ電流入力から５１２サンプル、バッテリー電圧から６４サンプル、充電器入力電圧から６４サンプル、外部ピンから３２サンプル、ＮＴＣピンから８サンプルを取るようにシステムを設定することができる。さらに、使用者は上記のソースのうち１つをスキップするかどうかを指定することもできる。いくつかの例では、水タバコ装置２０２は、水タバコ装置２０２と（例えばＢＬＥを介して）無線通信する外部コンピューティング装置を介して、ユーザによって構成される。
【0269】
いくつかの例では、使用者は各ソースに対して、全範囲を複数のゾーン（例えば３ゾーン）に分割する２つのデジタル閾値を指定することができる。その後、サンプリングされた値がゾーン ２ からゾーン ３ へと変化したときに、割り込みを発生させるように設定することができる。
【0270】
現在市場で入手可能な従来のＩＣでは、ＰＭＩＣ３００の上記の機能を実行することはできない。このような柔軟性と粒度を有するサンプリングは、超音波変換器を駆動する場合に最も重要である。
【0271】
この例では、ＰＭＩＣ３００は、８ビット汎用デジタル入力出力ポート（ＧＰＩＯ）で構成される。各ポートは、デジタル入力およびデジタル出力として構成することができる。また、図３５の表に示すように、一部のポートにはアナログ入力機能がある。
【0272】
ＰＭＩＣ３００のＧＰＩＯ７～ＧＰＩＯ５ポートは、通信（Ｉ２Ｃ）バス３０２上の装置のアドレス設定に使用することができる。その後、８個の同一装置を同一のＩ２Ｃバスで使用することができる。 これは、アドレスが競合することなく、８つの同一の装置を同一のＩ２Ｃバス上で使用することができるため、ＩＣ業界ではユニークな機能である。これは、各装置がＰＭＩＣ３００の起動後の最初の１００μｓの間にＧＰＩＯ７－ＧＰＩＯ５の状態を読み取り、その部分のアドレスをＰＭＩＣ３００に内部記憶させることで実現されている。ＰＭＩＣ３００が起動した後、ＧＰＩＯは他の目的に使用することができる。
【0273】
以上のように、ＰＭＩＣ３００は、６チャンネルのＬＥＤドライバ３２０を含んで構成される。この例では、ＬＥＤドライバ３２０は、５Ｖ耐圧のＮ－Ｃｈａｎｎｅｌ Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ（ＮＭＯＳ）電流源で構成されている。ＬＥＤドライバ３２０は、ＬＥＤ電流を５ｍＡ、１０ｍＡ、１５ｍＡ、２０ｍＡの４つの離散レベルで設定できるように構成されている。ＬＥＤドライバ３２０は、ガンマ補正の有無にかかわらず、１２ビットＰＷＭ信号で各ＬＥＤチャネルを調光するように構成されている。ＬＥＤドライバ３２０は、ＰＷＭ周波数を３００Ｈｚから１．５ＫＨｚの間で変化させるように構成されている。この機能は、ＰＭＩＣ３００のサブシステムとして組み込まれているため、超音波ミスト吸入器の分野ではユニークである。
【0274】
この例では、ＰＭＩＣ３００は、ＰＭＩＣ３００に組み込まれた２つの独立した６ビットデジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）３２７、３２８で構成されている。ＤＡＣ３２７、３２８の目的は、外部レギュレータ（例えば、ＤＣ－ＤＣ Ｂｏｏｓｔコンバータ３０５ ａ ＢｕｃｋコンバータまたはＬＤＯ）のフィードバック経路を操作するためにアナログ電圧を出力することである。さらに、いくつかの例では、ＤＡＣ３２７、３２８は、後述するように、ブリッジＩＣ３０１の過電流シャットダウンレベルを動的に調整するために使用することも可能である。
【0275】
各ＤＡＣ３２７、３２８の出力電圧は、０Ｖと１．５Ｖの間、または０ＶとＶ＿ｂａｔｔｅｒｙ（Ｖｂａｔ）の間でプログラム可能である。この例では、ＤＡＣの出力電圧の制御は、Ｉ２Ｃコマンドを介して行われる。ＰＭＩＣ３００に２つのＤＡＣを組み込んだことはユニークであり、電流の動的な監視制御が可能になる。もし、ＤＡＣ３２７、３２８のいずれかが外部チップであった場合、Ｉ２Ｃプロトコルによる速度制限と同じ制約を受けることになる。これら全ての組み込み機能がＰＭＩＣ内にある場合、装置２０２のアクティブ電力監視配置は最適な効率で機能する。これらが外付け部品であったならば、アクティブ電力監視配置は全く非効率的であったろう。
【0276】
ここで添付図面の図３６を参照すると、ブリッジＩＣ３０１は、埋め込まれた電力スイッチング回路３３３を構成するマイクロチップである。この例では、電力スイッチング回路３３３は、図３７に示すＨブリッジ３３４であり、これは以下に詳細に説明される。しかしながら、他の例のブリッジＩＣ３０１は、超音波変換器２１５を駆動するための交流駆動信号を生成するための同等の機能を果たす電力スイッチング回路であれば、Ｈブリッジ３３４に代わる電力スイッチング回路を組み込んでもよいことは理解されるであろう。
【0277】
ブリッジＩＣ３０１は、ＰＭＩＣ３００のＰＷＭ信号生成サブシステムから第１位相出力信号Ａ段階を受信する第１位相端子Ａ段階を構成している。また、ブリッジＩＣ３０１は、ＰＭＩＣ３００のＰＷＭ信号発生器サブシステムから第２相出力信号Ｂ段階を受信する第２相端子Ｂ段階を構成する。
【0278】
ブリッジＩＣ３０１は、Ｈブリッジ３３４の電流の流れを直接感知し、ブリッジＩＣ３０１のＲＭＳ＿ＣＵＲＲ端子を介してＲＭＳ電流出力信号を提供する電流感知回路３３５から構成される。電流検出回路３３５は、Ｈブリッジ３３４に流れる電流が所定の閾値以上であることを検出する過電流監視用に構成されている。Ｈブリッジ３３４を構成する電力スイッチング回路３３３と電流検出回路３３５の全てをブリッジＩＣ３０１の同じ組み込み回路内に統合したことは、ＩＣ市場においてユニークな組み合わせである。現時点では、ＩＣ市場において、Ｈブリッジを流れる実効値電流を検知するための回路が埋め込まれたＨブリッジを構成する集積回路は他にない。
【0279】
ブリッジＩＣ３０１は、過温度監視を含む温度センサ３３６から構成される。温度センサ３３６は、温度センサ３３６がブリッジＩＣ３０１が所定の閾値を超える温度で動作していることを検出した場合に、ブリッジＩＣ３０１をシャットダウンするか、またはブリッジＩＣ３３６の少なくとも一部を無効にするように構成される。したがって、温度センサ３３６は、ブリッジＩＣ３０１が過度に高い温度で動作する場合に、ブリッジＩＣ３０１または水タバコ装置２０２内の他のコンポーネントの損傷を防止する統合された安全機能を提供する。
【0280】
ブリッジＩＣ３０１は、電源スイッチング回路３３３に一体的に接続されたデジタルステートマシン３３７を含んで構成される。デジタルステートマシン３３７は、ＰＭＩＣ３００からのＡ段階信号およびＢ段階信号と、マイクロコントローラ３０３からの例えばＥＮＡＢＬＥ信号とを受信する。デジタルステートマシン３３７は、第１相出力信号Ａ段階と第２相出力信号Ｂ段階とに基づいてタイミング信号を生成する。
【0281】
デジタルステートマシン３３７は、電力切替回路３３３を制御するために、Ａ段階信号およびＢ段階信号に対応するタイミング信号、ならびにＢＲＩＤＧＥ ＰＲ信号およびＢＲＩＤＧＥ ＥＮ信号を電力切替回路３３３へ出力する。これにより、デジタルステートマシン３３７は、Ｈブリッジ回路３３４のスイッチＴ1－Ｔ4にタイミング信号を出力して、Ｈブリッジ回路が超音波変換器２１５などの共振回路を駆動するための交流駆動信号を出力するように、スイッチＴ1－Ｔ4が順番にオン／オフするように制御する。
【0282】
詳細は後述するが、スイッチングシーケンスは、共振回路（超音波変換器２１５）が蓄えたエネルギーを放散するために、第１スイッチＴ1及び第２スイッチＴ2 をオフし、第３スイッチＴ3 及び第４スイッチＴ4 をオンするフリーフロート期間から構成されている。
【0283】
ブリッジＩＣ３０１は、ブリッジＩＣ３０１内の組み込み部品が正常に動作しているかどうかを判定するために、ブリッジＩＣ３０１を試験することができる試験コントローラ３３８を含んで構成される。テストコントローラ３３８は、ＴＥＳＴ ＤＡＴＡ、ＴＥＳＴ ＣＬＫ、ＴＥＳＴ ＬＯＡＤ端子に結合されており、ブリッジＩＣ３０１にデータを送り込み、ブリッジＩＣ３０１の動作をテストする外部制御装置に接続することができるようになっている。また、ブリッジＩＣ３０１は、ＴＳＴ ＰＡＤ端子を介してブリッジＩＣ３０１内のデジタル通信バスをテストすることができるＴＥＳＴ ＢＵＳを構成している。
【0284】
ブリッジＩＣ３０１は、ブリッジＩＣ３０１の起動動作を制御するパワーオンリセット回路（ＰＯＲ）３３９を含んで構成される。ＰＯＲ３３９は、電源電圧が所定範囲内にある場合にのみ、ブリッジＩＣ３０１が正常に起動するようにする。電源電圧が所定の範囲外である場合、例えば電源電圧が高すぎる場合、ＰＯＲ３３９は、電源電圧が所定の範囲内に入るまでブリッジＩＣ３０１の起動を遅延させる。
【0285】
ブリッジＩＣ３０１は、ブリッジＩＣ３０１の他のサブシステムが使用するための正確な基準電圧を提供する基準ブロック（ＢＧ）３４０を含んで構成される。
【0286】
ブリッジＩＣ３０１は、電流センサ３３５などのブリッジＩＣ３０１内の電力スイッチング回路３３３及び／又は他のサブシステムに正確な電流を提供する電流基準３４１を構成する。
【0287】
温度センサ３３６は、ブリッジＩＣ３０１のシリコンの温度を連続的に監視する。温度が所定の温度閾値を超えた場合、パワースイッチング回路３３３は自動的にスイッチオフされる。さらに、過熱を外部ホストに報告して、過熱事象が発生したことを外部ホストに知らせるようにしてもよい。
【0288】
デジタルステートマシン（ＦＳＭ）３３７は、電力スイッチング回路３３３のためのタイミング信号を生成し、この例では、Ｈブリッジ３３４を制御するためのタイミング信号である。
【0289】
ブリッジＩＣ３０１は、ブリッジＩＣ３０１の様々なサブシステムからの信号を電圧および電流基準３４０、３４１と比較し、ブリッジＩＣ３０１のピンを介して基準出力信号を提供する比較器３４２、３４３から構成される。
【0290】
添付図面の図３７を再び参照すると、この例のＨブリッジ３３４は、Ｈブリッジ３３４の両側のＮＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）スイッチの形態の４つのスイッチから構成される。Ｈブリッジ３３４は、Ｈブリッジ構成で接続される４つのスイッチ又はトランジスタＴ1－Ｔ4からなり、各トランジスタＴ1－Ｔ4は、それぞれの論理入力Ａ～Ｄによって駆動される。 トランジスタＴ1－Ｔ4は、図３７に図示されるように接続される２つの外部コンデンサＣｂを用いて内部で生成されるブートストラップ電圧によって駆動されるように構成される。
【0291】
Ｈブリッジ３３４は、ブリッジＩＣ３０１の各ピンに接続される各種電源の入出力を構成している。Ｈブリッジ３３４は、図３７においてＶＢＯＯＳＴと表示された第１の電源端子を介して、昇圧コンバータ３０５から出力されるプログラマブル電圧ＶＢＯＯＳＴを受け取る。Ｈブリッジ３３４は、図３７においてＶＳＳ＿Ｐと表示された第２の電源端子を構成する。
【0292】
Ｈブリッジ３３４は、Ｈブリッジ３３４から出力される交流駆動信号が超音波変換器２１５を駆動できるように、超音波変換器２１５のそれぞれの端子に接続するように構成された出力ＯＵＴＰ、ＯＵＴＮを構成する。
【0293】
４つのスイッチまたはトランジスタＴ1－Ｔ4の切り替えは、論理入力Ａ～Ｄを介したデジタル状態マシン３３７からの切り替え信号により制御される。図３７は４つのトランジスタＴ1－Ｔ4を示しているが、他の例では、Ｈブリッジ３３４は、Ｈブリッジの機能を実現するために、より多くのトランジスタ又は他のスイッチング部品を組み込んでいることを理解されたい。
【0294】
この例では、Ｈブリッジ３３４は、超音波変換器２１５を駆動してミストを最適に発生させるのに十分な電力を有する交流駆動信号を供給するために、２２Ｗ～３７Ｗのスイッチング電力で動作する。この例のＨブリッジ３３４がスイッチングする電圧は±１５Ｖであるが、他の例では±２０Ｖである。
【0295】
この例では、Ｈブリッジ３３４は、３ＭＨｚから５ＭＨｚ、または最大１０５ＭＨｚの周波数でスイッチングする。これは、ＩＣ市場で入手可能な従来の集積回路Ｈブリッジと比較して、高いスイッチング速度である。例えば、現在ＩＣ市場で入手可能な従来の集積回路Ｈブリッジは、最大周波数がわずか２ＭＨｚで動作するように構成されている。本書で説明するブリッジＩＣ３０１は別として、ＩＣ市場で入手可能な従来の集積回路Ｈブリッジは、最大１０５ＭＨｚどころか、最大５ＭＨｚの周波数で２２Ｖ～３７Ｖの電力で動作可能なものは存在しない。
【0296】
次に添付図面の図３８を参照して、電流センサ３３５は、図３７に示すように、Ｈブリッジ３３４のそれぞれのハイサイドおよびローサイドと直列に接続される正および負の電流検出抵抗ＲｓｈｕｎｔＰ、ＲｓｈｕｎｔＮから構成される。電流センス抵抗ＲｓｈｕｎｔＰ、ＲｓｈｕｎｔＮは、この例では、０．１ Ω．の低値抵抗である。電流センサ３３５は、第１の電流センサ抵抗ＲｓｈｕｎｔＰを横切る電圧降下を測定する第１のオペアンプ３４４の形態の第１の電圧センサと、第２の電流センサ抵抗ＲｓｈｕｎｔＮを横切る電圧降下を測定する第２のオペアンプ３４５の形態の第２の電圧センサから構成されている。この例では、各オペアンプ３４４、３４５の利得は２Ｖ／Ｖである。各オペアンプ３４４、３４５の出力は、この例では、１ｍＡ／Ｖである。電流センサ３３５は、プルダウン抵抗Ｒcsからなり、この例では、２ｋΩである。オペアンプ３４４、３４５の出力は、信号ＣＳｏｕｔの過渡現象を除去するローパスフィルタ３４６を通過した出力ＣＳｏｕｔを提供する。ローパスフィルタ３４６の出力Ｖｏｕｔは、電流センサ３３５の出力信号である。
【0297】
このようにして、電流センサ３３５は、Ｈブリッジ３３４を通り、それぞれ超音波変換器２１５を通って流れる交流電流を測定する。電流センサ３３５は、ＡＣ電流を、接地に対する等価なＲＭＳ出力電圧（Ｖｏｕｔ）に変換する。Ｈブリッジ３３４は、最大５ＭＨｚまたはいくつかの例では最大１０５ＭＨｚの周波数で動作させることができるので、電流センサ３３５は、高帯域幅能力を有する。電流センサ３３５の出力Ｖｏｕｔは、超音波変換器２１５を流れる測定されたＡＣ実効電流に相当する正の電圧を報告する。電流センサ３３５の出力電圧Ｖｏｕｔは、この例では、ブリッジＩＣ３０１内の制御回路にフィードバックされ、Ｈブリッジ３３４を流れる電流、ひいては変換器２１５を流れる電流が所定の閾値を超えた場合に、ブリッジＩＣ３０１がＨブリッジ３３４を停止することを可能にする。さらに、過電流閾値イベントは、ブリッジＩＣ３０１がブリッジＩＣ３０１のＯＶＣ ＴＲＩＧＧピンを介して過電流イベントを報告できるように、ブリッジＩＣ３０１の第１のコンパレータ３４２に報告される。
【0298】
次に添付図面の図３９を参照して、Ｈブリッジ３３４の制御について、超音波変換器２１５の等価圧電モデルを参照しながらも説明する。
【0299】
図３９のＶ＿ｏｕｔで示されるように、Ｈブリッジ３３４の出力ＯＵＴＰ、ＯＵＴＮにわたって正の電圧を発生させるために（矢印の方向に注意）、入力Ａ～Ｄを介したトランジスタＴ1－Ｔ4のスイッチングシーケンスは次のとおりである：
１． 超音波変換器２１５を横切る正の出力電圧：Ａ－オン、Ｂ－オフ、Ｃ－オフ、Ｄ－オン
２． 正の出力電圧からゼロへの移行： Ａ－オフ、Ｂ－オフ、Ｃ－オフ、Ｄ－オン。この遷移の間、Ａのスイッチングエラーまたは遅延がある場合、ＡおよびＣに流れる電流を最小化または回避することにより、電力損失を最小化または回避するために、Ｃが最初にスイッチオフされる。
３． 出力電圧ゼロ：Ａ－ＯＦＦ、Ｂ－ＯＦＦ、Ｃ－ＯＮ、Ｄ－ＯＮ。この出力電圧ゼロの段階では、Ｈブリッジ３３４の出力ＯＵＴＰ、ＯＵＴＮの端子は、オンのままのＣ、Ｄスイッチにより接地される。これにより、超音波変換器の等価回路のコンデンサが蓄えたエネルギーが散逸し、超音波変換器に印加されるスイッチング波形電圧の電圧オーバーシュートが最小化される。
４． 出力電圧ゼロからマイナスへの遷移Ａ－ＯＦＦ、Ｂ－ＯＦＦ、Ｃ－ＯＮ、Ｄ－ＯＦＦ。
５． 超音波変換器２１５を横切る負の出力電圧：Ａ－ＯＦＦ、Ｂ－ＯＮ、Ｃ－ＯＮ、Ｄ－ＯＦＦ。
１． 超音波変換器２１５を横切る正の出力電圧：Ａ－オン、Ｂ－オフ、Ｃ－オフ、Ｄ－オン
２． 正の出力電圧からゼロへの移行： Ａ－オフ、Ｂ－オフ、Ｃ－オフ、Ｄ－オン。この遷移の間、Ａのスイッチングエラーまたは遅延がある場合、ＡおよびＣに流れる電流を最小化または回避することにより、電力損失を最小化または回避するために、Ｃが最初にスイッチオフされる。
３． 出力電圧ゼロ：Ａ－ＯＦＦ、Ｂ－ＯＦＦ、Ｃ－ＯＮ、Ｄ－ＯＮ。この出力電圧ゼロの段階では、Ｈブリッジ３３４の出力ＯＵＴＰ、ＯＵＴＮの端子は、オンのままのＣ、Ｄスイッチにより接地される。これにより、超音波変換器の等価回路のコンデンサが蓄えたエネルギーが散逸し、超音波変換器に印加されるスイッチング波形電圧の電圧オーバーシュートが最小化される。
４． 出力電圧ゼロからマイナスへの遷移Ａ－ＯＦＦ、Ｂ－ＯＦＦ、Ｃ－ＯＮ、Ｄ－ＯＦＦ。
５． 超音波変換器２１５を横切る負の出力電圧：Ａ－ＯＦＦ、Ｂ－ＯＮ、Ｃ－ＯＮ、Ｄ－ＯＦＦ。
【0300】
最大５ＭＨｚ、あるいは最大１０５ＭＨｚの高周波数では、スイッチングシーケンスの各部分の時間が非常に短く、ナノ秒またはピコ秒のオーダーであることが理解されるであろう。例えば、スイッチング周波数が６ＭＨｚの場合、スイッチングシーケンスの各部分は約８０ナノ秒で発生する。
【0301】
上記スイッチングシーケンスによるＨブリッジ３３４の出力電圧ＯＵＴＰ、ＯＵＴＮを示すグラフが添付図面の図４０に示されている。スイッチングシーケンスのゼロ出力電圧部分は、超音波変換器２１５によって蓄積されたエネルギー（例えば、超音波変換器の等価回路のコンデンサによって蓄積されたエネルギー）に対応するために含まれている。これにより、上述したように、超音波変換器に印加されるスイッチング波形電圧の電圧オーバーシュートを最小限に抑えることができるので、超音波変換器における不要な電力散逸や加熱を最小限に抑えることができる。
【0302】
また、電圧のオーバーシュートを最小化または除去することにより、ブリッジＩＣ３０１内のトランジスタが定格電圧を超える電圧を受けることを防止し、トランジスタが損傷するリスクを低減することができる。さらに、電圧オーバーシュートの最小化または除去は、ブリッジＩＣ３０１が、本書に記載の電流センスフィードバックループの破壊を最小化する方法で、超音波変換器を正確に駆動することを可能にする。その結果、ブリッジＩＣ３０１は、最大５ＭＨｚ、あるいは最大１０５ＭＨｚの高い周波数で、２２Ｗ～５０Ｗ、あるいは７０Ｗという高い電力で超音波変換器を駆動することができる。
【0303】
この例のブリッジＩＣ３０１は、ＰＭＩＣ３００によって制御され、本書において強制モードとネイティブ周波数モードと呼ばれる２つの異なるモードで動作するように構成されている。これら２つの動作モードは、既存のブリッジＩＣよりも新規なものである。特に、ネイティブ周波数モードは、従来の装置と比較して、超音波変換器の駆動の精度及び効率において実質的な利点を提供する主要な革新である。
【0304】
強制周波数モード（ＦＦＭ）
強制周波数モードでは、Ｈブリッジ３３４は上記の順序で制御されるが、使用者が選択可能な周波数で制御される。結果として、ＨブリッジトランジスタＴ1－Ｔ4は、超音波変換器２１５の固有の共振周波数とは無関係に強制的に制御され、超音波変換器２１５にわたる出力電圧を切り換える。したがって、強制周波数モードでは、Ｈブリッジ３３４は、共振周波数ｆ１を有する超音波変換器２１５を異なる周波数ｆ２で駆動することができる。
強制周波数モードでは、Ｈブリッジ３３４は上記の順序で制御されるが、使用者が選択可能な周波数で制御される。結果として、ＨブリッジトランジスタＴ1－Ｔ4は、超音波変換器２１５の固有の共振周波数とは無関係に強制的に制御され、超音波変換器２１５にわたる出力電圧を切り換える。したがって、強制周波数モードでは、Ｈブリッジ３３４は、共振周波数ｆ１を有する超音波変換器２１５を異なる周波数ｆ２で駆動することができる。
【0305】
超音波変換器をその共振周波数とは異なる周波数で駆動することは、異なる用途に動作を適合させるために適切である場合がある。例えば、共振周波数からわずかにずれた周波数で超音波変換器を駆動することが適切である場合がある（変換器の機械的損傷を防止するための機械的理由による）。あるいは、超音波変換器を低い周波数で駆動することが適切であるかもしれないが、超音波変換器は、そのサイズのために、異なる固有の共振周波数を有する。
【0306】
水タバコ装置２０２は、特定のアプリケーションまたは特定の超音波変換器に対する水タバコ装置２０２の構成に対応して、超音波変換器２１５を強制周波数モードで駆動するようにブリッジＩＣ３０１を制御する。例えば、水タバコ装置２０２は、ミスト吸入器２００が、使用者に送達するための薬剤を含む特定の粘度の液体からミストを生成するような特定の用途に使用されている場合、強制周波数モードで動作するように構成されてもよい。
【0307】
ネイティブ周波数モード（ＮＦＭ）
以下のネイティブ周波数モードの動作は重要な開発であり、現在ＩＣ市場で入手可能な従来の超音波ドライバと比較して、精度と効率の改善における利点を提供するものである。
以下のネイティブ周波数モードの動作は重要な開発であり、現在ＩＣ市場で入手可能な従来の超音波ドライバと比較して、精度と効率の改善における利点を提供するものである。
【0308】
ネイティブ周波数モードの動作は、上述と同じスイッチングシーケンスに従うが、シーケンスのゼロ出力部分のタイミングは、強制周波数モード動作における電流スパイクに起因して発生し得る問題を最小化または回避するように調整される。これらの電流スパイクは、超音波変換器２１５にかかる電圧がその反対側の電圧極性に切り替わるときに発生する。圧電結晶からなる超音波変換器は、並列接続されたコンデンサを組み込んだ電気的等価回路を有する（例えば、図３９のピエゾモデルを参照のこと）。超音波変換器を横切る電圧が正の電圧から負の電圧にハードスイッチされる場合、高いｄＶ／ｄｔのために、コンデンサに蓄えられたエネルギーが消散する際に大きな電流の流れがあり得る。
【0309】
ネイティブ周波数モードは、超音波変換器２１５にかかる電圧を正電圧から負電圧にハードスイッチすることを回避する（逆もまた然りである）。その代わりに、反転電圧を印加する前に、超音波変換器２１５（圧電結晶）は、フリーフロート期間の間、その端子にわたってゼロ電圧を印加した状態でフリーフロート状態にされる。ＰＭＩＣ３００は、ブリッジ３３４が、フリーフロート期間中に超音波変換器２１５の内部に流れる電流（圧電結晶内に蓄積されたエネルギーによる）が超音波変換器２１５の端子間の電圧を反転させるように、ブリッジＩＣ３０１の駆動周波数を設定する。
【0310】
その結果、Ｈブリッジ３３４が超音波変換器２１５の端子に負の電圧を印加するとき、超音波変換器２１５（等価回路のコンデンサ）は既に逆充電されており、高いｄＶ／ｄｔが存在しないため電流スパイクは生じない。
【0311】
しかしながら、超音波変換器２１５が最初に作動したときに、超音波変換器２１５（圧電結晶）内の電荷が蓄積されるのに時間がかかることは理解されたい。
【0312】
したがって、超音波変換器２１５内のエネルギーがフリーフロート期間中に電圧を反転させるという理想的な状況は、超音波変換器２１５内の発振が電荷を蓄積した後にのみ発生する。これに対応するために、ブリッジＩＣ３０１が超音波変換器２１５を初めて起動するとき、ＰＭＩＣ３００は、Ｈブリッジ３３４を介して超音波変換器２１５に供給される電力を低い値である第１の値（例えば、５Ｖ）に制御する。次いで、ＰＭＩＣ３００は、超音波変換器２１５内に蓄積されたエネルギーを構築するために、超音波変換器２１５にＨブリッジ３３４を介して供給される電力を、ある期間にわたって第１の値よりも高い第２の値（例えば１５Ｖ）まで増加させるように制御する。超音波変換器２１５内部の電流が十分に発達するまで、この発振のランプの間にも電流スパイクが発生する。しかしながら、起動時に低い第１の電圧を使用することによって、それらの電流スパイクは十分に低く保たれ、超音波変換器２１５の動作への影響を最小限に抑えることができる。
【0313】
ネイティブ周波数モードを実現するために、水タバコ装置２０２は、発振器３１５の周波数と、Ｈブリッジ３３４から出力される交流駆動信号のデューティサイクル（ターンオン時間とフリーフロート時間の比）を高精度に制御する。この例では、水タバコ装置２０２は、超音波変換器２１５の端子における電圧反転を可能な限り正確にし、電流スパイクを最小化または回避するように、発振器周波数およびデューティサイクルを調節するための３つの制御ループを実行する。制御ループを用いた発振器及びデューティサイクルの正確な制御は、ＩＣ超音波ドライバの分野において重要な進歩である。
【0314】
ネイティブ周波数モードの動作中、電流センサ３３５は、フリーフロート期間中に超音波変換器２１５（共振回路）を流れる電流を感知する。デジタル状態マシン３３７は、電流センサ３３５がフリーフロート期間中に超音波変換器２１５（共振回路）を流れる電流がゼロであることを感知すると、第１スイッチＴ1又は第２スイッチＴ2 のいずれかをオンにするようにタイミング信号を適合させる。
【0315】
添付図面の図４１は、発振器電圧波形３４７（Ｖ（ｏｓｃ））と、Ｈブリッジ３３４の左側ハイスイッチＴ1のターンオン及びターンオフによるスイッチング波形３４８と、Ｈブリッジ３３４の右側ハイスイッチＴ2のターンオン及びターンオフによるスイッチング波形３４９とを示している。フリーフロート期間３５０の間、Ｈブリッジ３３４のハイスイッチ、Ｔ1、Ｔ2は共にオフされる（フリーフロート相）。フリーフロート期間３５０の期間は、フリーフロート制御電圧３５１（Ｖｐｈｉｏｆｆ）の大きさによって制御される。
【0316】
添付図面の図４２は、超音波変換器２１５の第１の端子における電圧波形３５２（超音波変換器２１５の第２の端子では電圧波形が反転している）と、超音波変換器２１５を流れるピエゾ電流３５３とを示している。ピエゾ電流３５３は、（ほぼ）理想的な正弦波波形を表している（強制周波数モードやＩＣ市場のどのブリッジでも、これは決して不可能である）。
【0317】
ピエゾ電流３５３の正弦波がゼロになる前に、Ｈブリッジ３３４の左側のハイスイッチＴ1はオフされる（ここでは、ピエゾ電流３５３が約６ＡのときにスイッチＴ1がオフされる）。超音波変換器２１５（ピエゾ等価回路のコンデンサ）に蓄えられたエネルギーにより超音波変換器２１５内を流れる残りのピエゾ電流３５３は、フリーフロート期間３５０の電圧反転の役割を果たす。ピエゾ電流３５３は、フリーフロート期間３５０の間にゼロに減衰し、それ以降は負の電流の流れ領域へ移行する。超音波変換器２１５の端子電圧は、電源電圧（この場合１９Ｖ）から２Ｖ以下に低下し、ピエゾ電流３５３がゼロになると低下が停止する。これは、電流スパイクを最小化または回避するために、Ｈブリッジ３３４のローサイドスイッチＴ3をオンにするのに最適なタイミングである。
【0318】
上述の強制周波数モードと比較して、ネイティブ周波数モードは少なくとも３つの利点を有する。
１． パッケージキャパシタのハードスイッチングに関連する電流スパイクが大幅に減少するか、または完全に回避される。
２． ハードスイッチングによる電力損失がほとんどない。
３． 周波数制御は制御ループで行い、圧電変換器の共振周波数（圧電変換器の固有共振周波数）に近づけることができる。
１． パッケージキャパシタのハードスイッチングに関連する電流スパイクが大幅に減少するか、または完全に回避される。
２． ハードスイッチングによる電力損失がほとんどない。
３． 周波数制御は制御ループで行い、圧電変換器の共振周波数（圧電変換器の固有共振周波数）に近づけることができる。
【0319】
制御ループによる周波数調節の場合（上記の利点３）、ＰＭＩＣ３００は、ブリッジＩＣ３０１を制御して、圧電変換器の共振以上の周波数で超音波変換器２１５を駆動することから開始する。その後、ＰＭＩＣ３００は、起動中に交流駆動信号の周波数が減衰／減少するようにブリッジＩＣ３０１を制御する。周波数が圧電変換器の共振周波数に近づくと、圧電電流は急速に発達／増加する。ピエゾ電流が所望の電圧反転を引き起こすのに十分な高さになると、ＰＭＩＣ３００によって周波数の減衰／減少が停止される。その後、ＰＭＩＣ３００の制御ループは、交流駆動信号の周波数およびデューティサイクルの調節を引き継ぐ。
【0320】
強制周波数モードでは、超音波変換器２１５に供給される電力は、デューティサイクル及び／又は周波数シフトを通じて、及び／又は供給電圧を変化させることによって制御される。しかしながら、この例では、ネイティブ周波数モードにおいて、超音波変換器２１５に供給される電力は、供給電圧を通じてのみ制御される。
【0321】
この例では、水タバコ装置の動作の設定段階において、ブリッジＩＣ３０１は、第１のスイッチＴ1 及び第２のスイッチＴ2 がオフにされ、第３のスイッチＴ3 及び第４のスイッチＴ4 がオンにされたときに、超音波変換器２１５（共振回路）を流れる電流がゼロになるまでの時間の長さを測定するよう構成される。そして、ブリッジＩＣ３０１は、フリーフロート期間の時間の長さを、測定した時間の長さと等しくなるように設定する。
【0322】
ここで添付図面の図４３を参照すると、この例のＰＭＩＣ３００とブリッジＩＣ３０１は、コンパニオンチップセットとして一緒に動作するように設計されている。ＰＭＩＣ３００とブリッジＩＣ３０１は、互いに通信するために電気的に接続されている。ＰＭＩＣ３００とブリッジＩＣ３０１は、互いに通信するために電気的に接続されている。
【0323】
この例では、ＰＭＩＣ３００とブリッジＩＣ３０１との間には、以下の２つのカテゴリーの通信を可能にする相互接続が存在する。
１． 制御信号
２． フィードバック信号
１． 制御信号
２． フィードバック信号
【0324】
ＰＭＩＣ３００のＰＨＡＳＥ＿Ａ端子とＰＨＡＳＥ＿Ｂ端子とブリッジＩＣ３０１との接続は、Ｈブリッジ３３４を駆動するＰＷＭ変調された制御信号を伝送するものである。ＰＭＩＣ３００のＥＮ＿ＢＲ端子とブリッジＩＣ３０１との接続は、Ｈブリッジ３３４の起動のトリガーとなるＥＮ＿ＢＲ制御信号を伝達する。ＰＨＡＳＥ＿Ａ、ＰＨＡＳＥ＿Ｂ、ＥＮ＿ＢＲ制御信号の間のタイミングは重要であり、ＰＭＩＣ３００のデジタルブリッジ制御によって処理される。
【0325】
ＰＭＩＣ３００のＣＳ、ＯＣ、ＯＴ端子とブリッジＩＣ３０１の接続は、ＣＳ（電流センス）、ＯＣ（過電流）、ＯＴ（過熱）フィードバック信号をブリッジＩＣ３０１からＰＭＩＣ３００に戻す。最も注目すべきは、ＣＳ（電流センス）フィードバック信号が、ブリッジＩＣ３０１の電流センサ３３５によって測定される超音波変換器２１５を流れるｒｍｓ電流に相当する電圧からなることである。
【0326】
ＯＣ（過電流）及びＯＴ（過温）フィードバック信号は、過電流又は過電圧のいずれかの事象がブリッジＩＣ３０１によって検出されたことを示すデジタル信号である。この例では、過電流および過温度の閾値は、外部抵抗で設定される。あるいは、ＰＭＩＣ３００からの２つのＤＡＣチャネルＶＤＡＣ０、ＶＤＡＣ１のうちの１つからブリッジＩＣ３０１のＯＣ＿ＲＥＦ端子に渡される信号に応答して、閾値を動的に設定することも可能である。
【0327】
この例では、ＰＭＩＣ３００とブリッジＩＣ３０１の設計により、これら２つの集積回路のピンを互いに直接接続することができるので（例えばＰＣＢ上の銅トラックを介して）、ＰＭＩＣ３００とブリッジＩＣ３０１の間の信号の通信に最小限の遅れしか生じないようにすることが可能である。これにより、一般的にデジタル通信バスを介した信号によって制御されるＩＣ市場における従来のブリッジと比較して、大幅な速度上の利点が得られる。例えば、標準的なＩ２Ｃバスは、わずか４００ｋＨｚでクロックされ、これは、本開示の例の最大５ＭＨｚの高クロック速度でサンプリングされたデータを通信するには遅すぎる。
【0328】
以上、本開示の例をマイクロチップのハードウェアに関連して説明したが、本開示の他の例は、各マイクロチップのコンポーネント及びサブシステムを操作して本書に記載の機能を実行する方法からなることが理解されよう。例えば、強制周波数モード又はネイティブ周波数モードのいずれかでＰＭＩＣ３００及びブリッジＩＣ３０１を動作させる方法である。
【0329】
次に添付図面の図４４を参照すると、ＯＴＰ ＩＣ ２４２は、パワーオンリセット回路（ＰＯＲ）３５４、バンドギャップリファレンス（ＢＧ）３５５、キャップレスロードロップアウトレギュレータ（ＬＤＯ）３５６、通信（例えばＩ２Ｃ ）インターフェース３５７、ワンタイムプログラマブルメモリバンク（ｅＦｕｓｅ）３５８、発振器３５９および汎用入出力インターフェース３６０から構成される。また、ＯＴＰ ＩＣ ２４２は、暗号認証器を含むデジタルコア３６１から構成される。この例では、暗号認証器は、ＥＣＤＳＡ（Ｅｌｌｉｐｔｉｃ Ｃｕｒｖｅ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｔｕｒｅ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を用いて、ＯＴＰ ＩＣ ２４２内に格納されたデータおよびＯＴＰ ＩＣ ２４２と送受信されるデータの暗号化／復号化を行っている。
【0330】
ＰＯＲ３５４は、電源電圧が所定の範囲内である場合にのみ、ＯＴＰ ＩＣ２４２が正常に起動するようにするものである。電源電圧が所定範囲外の場合、ＰＯＲ３５４は、ＯＴＰ ＩＣ２４２をリセットし、電源電圧が所定範囲内に入るまで待機する。
【0331】
ＢＧ３５５は、ＬＤＯ３５６と発振器３５９に正確な基準電圧と電流を供給する。ＬＤＯ３５６は、デジタルコア３６１、通信インターフェース３５７、ｅＦｕｓｅメモリバンク３５８に供給する。
【0332】
ＯＴＰ ＩＣ ２４２は、少なくとも以下のモードで動作するように構成されている：
ヒューズプログラミング（Ｆｕｓｉｎｇ）：ヒューズプログラミング（ワンタイムプログラマブルメモリのプログラミング）中、ｅＦｕｓｅメモリバンク３５８内の関連ヒューズを焼くために高電流が必要とされる。このモードでは、調節ループの利得と帯域幅を維持するために、より高いバイアス電流が供給される。
ヒューズプログラミング（Ｆｕｓｉｎｇ）：ヒューズプログラミング（ワンタイムプログラマブルメモリのプログラミング）中、ｅＦｕｓｅメモリバンク３５８内の関連ヒューズを焼くために高電流が必要とされる。このモードでは、調節ループの利得と帯域幅を維持するために、より高いバイアス電流が供給される。
【0333】
ヒューズの読み取り：このモードでは、ｅＦｕｓｅメモリバンク３５８内のヒューズ読み取りを維持するために、中程度の電流が必要とされる。このモードは、ＯＴＰ ＩＣ ２４２の起動時に実行され、ヒューズの内容をシャドウレジスタに転送する。このモードでは、レギュレーションループのゲインと帯域幅は、ヒューズモードよりも低い値に設定される。
【0334】
通常動作：このモードでは、ＬＤＯ３５６は非常に低いバイアス電流の状態で駆動され、ＯＴＰ ＩＣ２４２を低電力で動作させるため、ＯＴＰ ＩＣ２４２の消費電力をできるだけ少なくすることができる。
【0335】
発振器３５９は、テスト（ＳＣＡＮ Ｔｅｓｔ）時、定着時、および通常動作時に、デジタルコア／エンジン３６１に必要なクロックを供給する。発振器３５９は、定着モード中の厳しいタイミング要件に対処するためにトリミングされる。
【0336】
この例では、通信インターフェース３５７は、Ｉ２Ｃ規格のＦＭ＋仕様に準拠しているが、スローモードとファストモードにも準拠している。ＯＴＰ ＩＣ ２４２は、通信インターフェース３５７を使用して、水タバコ装置２０２（ホスト）とデータ及び鍵の交換のための通信を行う。
【0337】
デジタルコア３６１は、ＯＴＰ ＩＣ ２４２の制御機能および通信機能を実装している。デジタルコア３６１の暗号認証器は、ＯＴＰ ＩＣ ２４２がドライバ装置２０２との間で（例えばＥＣＤＳＡ暗号化メッセージを用いて）自己認証を行い、ＯＴＰ ＩＣ ２４２が本物であること、ＯＴＰ ＩＣ ２４２が水タバコ装置２０２との接続を許可されたことを保証することを可能にするものである。
【0338】
添付図面の図４５を参照して、ＯＴＰ ＩＣ ２４２は、ホスト（例えば水タバコ装置２０２）で使用するために、ＯＴＰ ＩＣ ２４２を認証するために、以下のＰＫＩ手順を実行する：
１． 署名者公開鍵の検証：ホスト は製造者公開鍵と証明書を要求する。ホスト は証明書を認証局公開鍵で検証する。
２． 装置公開鍵の検証：検証が成功した場合、ホストは装置公開鍵と証明書を要求する。ホストは、製造業公開鍵を用いて証明書を検証する。
３． チャレンジ－レスポンス：検証が成功した場合、ホストは乱数チャレンジを作成し、それを装置に送信する。最終製品は、装置の秘密鍵で乱数チャレンジに署名する。
４． 署名は装置の公開鍵を用いて検証するためにホストに送り返される。
１． 署名者公開鍵の検証：ホスト は製造者公開鍵と証明書を要求する。ホスト は証明書を認証局公開鍵で検証する。
２． 装置公開鍵の検証：検証が成功した場合、ホストは装置公開鍵と証明書を要求する。ホストは、製造業公開鍵を用いて証明書を検証する。
３． チャレンジ－レスポンス：検証が成功した場合、ホストは乱数チャレンジを作成し、それを装置に送信する。最終製品は、装置の秘密鍵で乱数チャレンジに署名する。
４． 署名は装置の公開鍵を用いて検証するためにホストに送り返される。
【0339】
認証手順のすべてのステップが成功裏に完了した場合、信頼の連鎖は信頼の根まで検証され、ＯＴＰ ＩＣ ２４２ はホストで使用するために正しく認証されたことになる。しかし、認証手順のいずれかのステップが失敗した場合、ＯＴＰ ＩＣ ２４２ はホストとの使用のために認証されず、ＯＴＰ ＩＣ ２４２ を組み込んだ装置の使用は制限または阻止される。
【0340】
【0341】
液状の薬剤（ニコチンなど）を超音波処理することで霧状にする（エアロゾル化）。しかし、このミストは、上昇するエアロゾルを置換するのに十分な周囲空気が利用可能でなければ、超音波変換器２１５の上に沈降してしまう。超音波処理チャンバ２１９では、ミスト（エアロゾル）が発生し、ミスト出口ポート２０８を介して引き出されるため、空気を継続的に送達することが要求される。この要件に応えるために、空気流路が設けられる。この配置では、気流チャネルは１１．５ｍｍ2の平均断面積を有し、これは平均的な使用者からの負圧に基づいて計算されて超音波照射チャンバ２１９に設計されている。これはまた、吸入されたエアロゾルのミスト対空気比を制御し、使用者に送達される薬物の量を制御する。
【0342】
設計要件に基づき、空気流路は、超音波処理チャンバ２１９の底部から開始するように経路設定される。エアロゾルチャンバの底部の開口部は、装置内の気流ブリッジへの開口部と整列し、かつこれに緊密に隣接している。空気流路は、リザーバに沿って垂直に上方に走り、超音波処理チャンバの中心（超音波変換器２１５と同心）まで続く。ここで、９０°内側に曲がる。その後、流路は超音波変換器２１５から約１．５ｍｍのところまで続いている。この経路により、超音波変換器２１５の霧化面の方向に直接供給される周囲空気が最大化される。空気は、チャネルを通って変換器に向かって流れ、生成されたミストを集めながら、マウスピースを通って使用者へと出て行く。
【0343】
ここで添付図面の図４９及び５０を参照すると、いくつかの配置の水タバコ装置２０２は、既存の水タバコ２４６に解放可能に取り付けられるように構成されている。水タバコ装置２０２は、そうでなければタバコと炭（または電子加熱要素）を収容する従来の水タバコヘッドの代わりに、ステム２４７に取り付けられる。
【0344】
水タバコ２４６は、水チャンバと、水チャンバに取り付けられる第１の端部を有する細長いステム２４７とから構成される。ステム２４７は、ステム２４７の第２の端部から、ステム２４７を通り、第１の端部へ、そして水チャンバ内へ延びるミスト流路を構成している。
【0345】
この配置では、水タバコ装置２０２は、水タバコ２４６のステム２４７の第２の端部に解放可能に取り付けられる。しかしながら、他の配置では、水タバコ装置２０２は、取り外し可能に設計されておらず、代わりに、水タバコ２４６のステム２４７に固定されているか、一体的に形成されている。
【0346】
添付図面の図５１～５９を参照すると、水タバコ装置２０２は、互いに取り付けられるか又は解放可能に取り付けられるベース２４９及びカバー２５０を組み込んだハウジング２４８から構成される。この配置では、ハウジング２４８は、円筒形であり、概して円盤状である。
【0347】
この配置では、カバー２５０は、空気が水タバコ装置２０２の中に取り込まれることを可能にするために、複数の空気入口２５１を備える。ベース２４９には、空気およびミストを水タバコ装置２０２から水タバコ２４６に流出させるための水タバコ流出口２５２が設けられている。水タバコ出口ポート２５２の直径は、ユーザが水タバコ装置２０２を通って水タバコ２４６に空気を素早く引き込み、水タバコ２４６内の水中を移動するミストの気泡を発生させるのに十分なもので
ある。
ある。
【0348】
この配置では、水タバコ出口ポート２５２は、水タバコ２４６のステム２４７の端部を受け入れる円形の開口部である。水タバコ装置２０２は、水タバコ装置２０２とステム２４７との間に概ね気密性の高いシールが形成された状態で、水タバコ２４６のステム２４７に支持される。
【0349】
この配置では、水タバコ装置２０２は、電子液体を含む電子部品及びミスト発生装置がハウジング２４８内に収容された自己充足型の装置である。
【0350】
この配置では、水タバコ装置２０２は、互いに積み重ねられる上部支持プレート２５３、中間支持プレート２５４および下部支持プレート２５５から構成される。支持板２５３～２５５は、水タバコ装置２０２内の複数のミスト発生装置２０１を支持する。各ミスト発生装置は、本開示で説明したようなミスト発生装置２０１である。この配置では、ミスト発生装置２０１は、空のとき（すなわち、電子液体が部分的または完全に枯渇したとき）にミスト発生装置２０１を交換できるように、水タバコ装置２０２に解放可能に取り付けられている。
【0351】
この配置では、水タバコ装置２０２は、水タバコ装置２０２のマイクロコントローラ３０３によって（それぞれのＰＭＩＣ３００及びブリッジＩＣ３０１を介して）制御される４つのミスト発生装置２０１から構成される。他の配置では、水タバコ装置２０２は、少なくとも２つのミスト発生装置２０１または最大８つのミスト発生装置２０１など、複数のミスト発生装置２０１で構成される。
【0352】
水タバコ装置２０２は、水タバコ装置２０２のコントローラと各ミスト発生装置２０１の電気接点２３２、２３３との間の電気的接続を確立する第１接点端子２５９を備える。水タバコ装置２０２は、水タバコ装置２０２のコントローラと各ミスト発生装置２０１のＯＴＰ ＰＣＢ上の電気接点２４１との間の電気的接続を確立する第２の接点端子２６０を備える。
【0353】
この配置において、水タバコ装置２０２は、上部支持板２５３の上に配置される上部プリント回路基板（ＰＣＢ）２５６と、中間支持板２５４と下部支持板２５５との間に配置される中間ＰＣＢ２５７とから構成される。下支持板２５５の下には、下ＰＣＢ２５８が配置されている。ＰＣＢ２５６～２５８は、水タバコ装置２０２の駆動装置を構成する電子部品を搭載している。ＰＣＢ２５６～２５８は、各ＰＣＢ２５６～２５８上の電子部品が互いに通信できるように、互いに電気的に結合されている。
【0354】
この配置では３つのＰＣＢ２５６～２５８があるが、他の配置は、水タバコ装置２０２のドライバ装置の同じ機能を実行する１つのＰＣＢのみ又は複数のＰＣＢから構成されている。
【0355】
この配置では、水タバコ装置２０２は、支持プレート２５３～２５５が互いに解放可能に取り付けられることを可能にする複数の磁石２６１からなる。支持板２５３～２５５とＰＣＢ２５６～２５８とが互いに積層され、ミスト発生装置２０１が支持板２５３～２５５の間に保持された状態で水タバコ装置２０２が組み立てられると、カバー２５０がベース２４９上に置かれ、複数のネジ２６２を用いてカバー２５０がベース２４９に解放可能に取り付けられる。
【0356】
上側支持板２５３は、上側支持板２５３の一側面の中央に配置されるマニホールド２６３を構成している。この配置では、マニホールド２６３は、それぞれがそれぞれのミスト発生装置２０１の出口ポート２０８を受け入れる４つの開口部２６４（そのうちの１つだけが図５６で見えている）を備える。この配置では、水タバコ装置２０２は、互いに９０°相対してマニホールドに解放可能に結合される４つのミスト発生装置２０１からなる。他の配置では、マニホールド２６３は、水タバコ装置２０２と共に使用されるミスト発生装置２０１の数に対応するように、異なる数の開口部２６４からなる。
【0357】
マニホールド２６３は、ミスト発生装置２０１によって発生したミストが結合してマニホールド２６３からマニホールドパイプ２６５の外に流下できるように、開口部２６４と流体連通しているマニホールドパイプ２６５から構成されている。水タバコ装置２０２が組み立てられると、マニホールドパイプ２６５は、中間支持プレート２５４の開口２６６および中間ＰＣＢ２５７の開口２６７を通って延びる。マニホールドパイプ２６５は、次に、下部支持プレート２５５を通って延びる出口パイプ２６８に接続し、下部支持プレートを通って水タバコ装置２０２の水タバコ出口ポート２５２に至る流体流路を提供する。
【0358】
使用時には、ミスト発生装置２０１の各々は、マニホールドによって水平方向に保持される。すなわち、各ミスト発生装置２０１の長手方向の長さは、ミストが水タバコ装置２０２の基部から下方に流れる際のミストの流れ方向に対して垂直または概ね垂直である。
【0359】
出口パイプ２６８は、下部支持プレート２５５の下側から、下部ＰＣＢ２５８の開口部２６９を通って下方に延びている。次いで、出口パイプ２６８は、水タバコ装置２０２のベース２４９に設けられた開口部２７０を通って延びる。この配置では、出口パイプ２６８及び水タバコ出口ポート２５２は、水タバコ装置２０２を水タバコ２４６に取り付けるか又は取り付けるように構成された水タバコ取り付け配置２７１である。この配置において、水タバコ装置２０２は、水タバコのステム２４７の一部を水タバコ出口ポート２５２に挿入することによって、水タバコ２４６に取り付けられる。
【0360】
水タバコ出口ポート２５２は、図５８および図５９に示すように、ミスト発生装置２０１によって発生したミストが水タバコ装置２０２から流出し、水タバコ２４６に入るような流体流路２７２を、ミスト発生装置２０１のミスト出口ポート２０８から、水タバコ装置２０２の外に提供する。空気とミストの混合により、水タバコ２４６の水中には気泡が発生する。気泡は、吸入時に、水タバコの水鉢の水面上に上昇するミストとともに水面を抜け出し、パイプを伝って使用者に至る。
【0361】
この配置において、上部ＰＣＢ２５６は、ミスト発生装置２０１のミスト出口ポート２０８の近傍における空気の圧力を感知する圧力センサを担持する。それにより、圧力センサは、ユーザが水タバコを引き、流体流路２７２に沿ってミスト発生装置２０１を通して空気を吸引するとき、ミスト出口ポート２０８の近傍の負圧を検出する。圧力センサは、後述するように、水タバコ装置のコントローラに信号を提供し、コントローラがミスト発生装置２０１の少なくとも１つを作動させて、ユーザが水タバコに吸引する際にミストを発生させるようにするためのものである。
【0362】
この配置では、下部ＰＣＢ２５８は、水タバコ装置２０２の他の電子部品を制御し、電力を分配する電力制御構成要素２７３を担持する。いくつかの配置では、電力制御コンポーネント２７３は、水タバコ装置２０２に解放可能に取り付けられている主電源アダプタなどの外部電源から電力を受け取る。この配置では、水タバコヘッド２０２は、２０Ｖ～４０Ｖの範囲のＤＣ電圧で外部電源アダプタから電力を供給されるように構成される。
【0363】
他の配置では、水タバコ装置２０２は、水タバコ装置２０２内に統合され、電力制御部品２７３に接続されるバッテリーから構成される。いくつかの配置では、バッテリーは、充電可能Ｌｉ－Ｐｏバッテリーである。ある取り決めでは、バッテリーは２０Ｖ～４０ＶのＤＣ電圧を出力するように構成されている。いくつかのアレンジメントでは、バッテリーは高い放電率を有する。高い放電率は、ミスト発生装置２０１の超音波変換器によって必要とされる電圧増幅のために必要である。高い放電率を有するという要件のために、いくつかの配置のＬｉ－Ｐｏバッテリーは、連続的な電流引き込みのために特別に設計されている。いくつかの配置では、充電ポートが水タバコ装置２０２に設けられ、外部電源によってバッテリーを充電することができるようにする。
【0364】
中間ＰＣＢ２５７は、水タバコ装置２０２のコントローラ又はコンピューティング装置のプロセッサ２７４及びメモリ２７５を内蔵する。この例では、ＰＭＩＣ ３００とｂｒｉｄｇｅ ＩＣ ３０１は、水タバコ装置２２の他の電子コンポーネントと一緒にＰＣＢ ２５７に実装されている。この配置では、プロセッサ２７４およびメモリ２７５は、水タバコ装置２０２内のドライバ装置の構成要素である。この配置では、ドライバ装置の機能は、メモリ２７５に格納される実行可能命令で実装され、この命令は、プロセッサ２７４によって実行されると、プロセッサ２７４にドライバ装置を制御させて少なくとも１つの機能を実行するようにさせる。ドライバ装置は、ミスト発生装置２０１の各々に電気的に接続される。この配置では、水タバコ装置２０２のドライバ装置は、上述したように、 Ｉ2Ｃデータバスのような通信バスまたはデータバスによって各ミスト発生装置２０１と通信するように結合される。この配置では、各ミスト発生装置２０１は、データバスを介してミスト発生装置２０１を制御する際に使用される一意の識別子によって識別される（マイクロコントローラ３０３は、データバスを介して各ＰＭＩＣ３００を制御し、それが順番にそれぞれのミスト発生装置２０１を制御する）。アレンジによっては、ミスト発生装置２０１のＯＴＰ ＩＣ２４２に固有識別子が格納される。
【0365】
いくつかのアレンジメントでは、ドライバ装置（マイクロコントローラ３０３）は、それぞれのミスト発生装置を独立して制御する。いくつかのアレンジメントでは、制御機能は、メモリ２７５に格納された実行可能な命令で実装される。独立した制御構成により、ドライバ装置は、他のミスト発生装置２０１から独立して各ミスト発生装置２０１を作動又は停止させることができる。したがって、ドライバ装置は、１つまたは複数のミスト発生装置２０１を制御して、所定の要件に従って同時にまたは交互にミストを発生させることができる。
【0366】
いくつかの配置では、ドライバ装置は、ミスト発生装置２０１を制御して、順次連続的に活性化及び／又は不活性化させる。いくつかの配置では、ミスト発生装置２０１の作動の順序は、ミストが水タバコの水チャンバ内の水を気泡で通過できるように十分に速く発生することを保証することによって、水タバコ装置２０２の動作を最適化する。いくつかの配置の水タバコ装置２０２は、それによって、ユーザが水タバコマウスピースを引くと、ミストの気泡が水チャンバ内の水を通して高速で描かれることを可能にする。その結果、水溶性化合物（例えば、植物性グリセリン、香料など）は、ユーザによる吸入のためにミストの泡の中で水中を移動することができる。
【0367】
いくつかの配置では、ドライバ装置は、ミスト発生装置２０１を制御して、所定の時間の長さの間、順番に次々と起動させる。いくつかの配置では、ドライバ装置は、ミスト発生装置２０１が時計回り又は反時計回りの方向で次々と及び／又は一度に１つずつ起動されるように、回転して起動するようにミスト発生装置２０１を制御する。
【0368】
いくつかの配置では、ドライバ装置は、ミスト発生装置２０１を制御して、対で作動させる。いくつかの配置では、ドライバ装置は、２つのミスト発生装置２０１を同時に起動するように制御する；互いに隣接する２つのミスト発生装置２０１または互いに反対側にある２つのミスト発生装置２０１のいずれかである。
【0369】
いくつかの配置では、ドライバ装置は、ミスト発生装置２０１が、その毛管２２２内の電子液体を適切に吸引していない場合、または液体チャンバ２１８が電子液体の空またはほぼ空の場合、活性化されないように構成される。これは、水タバコ装置２０２が正しい動作を維持することを保証することによって、水タバコ装置２０２の保護を提供する。
【0370】
水タバコ装置２０２のドライバ装置の電子機器（ＰＣＢ２５６～２５８に分散している）は、後述するように分割されている。以下の説明では、１つのミスト発生装置２０１の制御について言及するが、水タバコ装置２０２のドライバ装置は、各ミスト発生装置２０１を同様に独立して制御することが理解されよう。
１ｕｍ以下の粒子径で、これまでで最も効率的なエアロゾル化を得るために、超音波処理部は、高い適応周波数（約３ＭＨｚ）で超音波変換器２１５（圧電セラミックディスク（ＰＺＴ））を受けるコンタクトパッドを提供しなければならない。
このセクションは、高周波を提供するだけでなく、超音波変換器２１５を故障から保護しながら、常に最適化されたキャビテーションを提供する必要がある。
１ｕｍ以下の粒子径で、これまでで最も効率的なエアロゾル化を得るために、超音波処理部は、高い適応周波数（約３ＭＨｚ）で超音波変換器２１５（圧電セラミックディスク（ＰＺＴ））を受けるコンタクトパッドを提供しなければならない。
このセクションは、高周波を提供するだけでなく、超音波変換器２１５を故障から保護しながら、常に最適化されたキャビテーションを提供する必要がある。
【0371】
ＰＺＴの機械的変形は、それに印加される交流電圧振幅と連動しており、超音波照射のたびにシステムの最適な機能および送達を保証するためには、最大変形が常にＰＺＴに供給される必要がある。
【0372】
しかし、ＰＺＴの故障を防ぐためには、ＰＺＴに伝達される有効電力を正確に制御する必要がある。
【0373】
プロセッサ２７４とメモリ２７５は、ＰＺＴの機械的な振動振幅を損なうことなく、ＰＺＴに与える有効電力の変調を瞬間的に制御するように構成されている。
【0374】
ＰＺＴに印加する交流電圧をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）することで、振動の機械的な振幅を一定に保つことができる。
【0375】
実際、電圧変調の場合と同様に、実効デューティサイクル変調でも印加される実効電圧は同じになるが、ＰＺＴに伝達される有効電力は劣化する実際、以下の式で表される：
【0376】
【数4】
【0377】
第一高調波を考える場合、Ｉｒｍｓは変換器に印加される実電圧の振幅の関数であり、パルス幅変調は変換器に供給される電圧の持続時間を変化させるため、Ｉｒｍｓを制御する。
【0378】
ＰＭＩＣの具体的な設計は、最先端の設計を採用し、制御部が使用するフィードバックループと監視経路の完全なセットを含む、ＰＺＴに適用する周波数範囲とステップの超精密制御を可能にする。
【0379】
この場合、駆動装置はＤＣ／ＤＣ昇圧コンバータとトランスで構成され、ＰＺＴ接点パッドに必要な電力を供給する。
【0380】
この配置では、バッテリーからの電圧を所定の周波数の交流駆動信号に変換して超音波変換器を駆動する交流ドライバで構成される。
【0381】
ドライバ装置は、超音波変換器が交流駆動信号によって駆動されるときに超音波変換器（上述）によって使用される有効電力を監視するための有効電力監視配置を構成する。アクティブパワーモニタリング配置は、超音波変換器によって使用されるアクティブパワーを示すモニタリング信号を提供する。
【0382】
ドライバ装置内のプロセッサ２７４は、交流ドライバを制御し、有効電力監視配置から監視信号駆動を受信する。
【0383】
ドライバ装置のメモリ２７５は、プロセッサによって実行されたとき、プロセッサに以下を行わせる命令を格納する：
Ａ． 交流ドライバを制御して、スイープ周波数で超音波変換器に交流駆動信号を出力させる
Ｂ． 監視信号に基づいて、超音波変換器によって使用されている有効電力を計算する
Ｃ． 交流駆動を制御して交流駆動信号を変調し、超音波変換器が使用する有効電力を最大化する
Ｄ． 超音波変換器によって使用される最大有効電力と交流駆動信号のスイープ周波数の記録をメモリに保存する
Ｅ． 所定の反復回数の後、スイープ周波数がスイープ開始周波数からスイープ終了周波数まで増加又は減少するように、各反復でスイープ周波数が増加又は減少しながら、ステップＡ～Ｄを所定の回数だけ繰り返す
Ｆ． メモリに格納された記録から、超音波変換器によって最大の有効電力が使用される交流駆動信号のスイープ周波数である交流駆動信号の最適周波数を特定する
Ｇ． 交流駆動を制御して、最適な周波数で超音波変換器に交流駆動信号を出力し、超音波変換器を駆動して液体を霧化させる。
Ａ． 交流ドライバを制御して、スイープ周波数で超音波変換器に交流駆動信号を出力させる
Ｂ． 監視信号に基づいて、超音波変換器によって使用されている有効電力を計算する
Ｃ． 交流駆動を制御して交流駆動信号を変調し、超音波変換器が使用する有効電力を最大化する
Ｄ． 超音波変換器によって使用される最大有効電力と交流駆動信号のスイープ周波数の記録をメモリに保存する
Ｅ． 所定の反復回数の後、スイープ周波数がスイープ開始周波数からスイープ終了周波数まで増加又は減少するように、各反復でスイープ周波数が増加又は減少しながら、ステップＡ～Ｄを所定の回数だけ繰り返す
Ｆ． メモリに格納された記録から、超音波変換器によって最大の有効電力が使用される交流駆動信号のスイープ周波数である交流駆動信号の最適周波数を特定する
Ｇ． 交流駆動を制御して、最適な周波数で超音波変換器に交流駆動信号を出力し、超音波変換器を駆動して液体を霧化させる。
【0384】
いくつかの配置では、アクティブ電力監視配置は、超音波変換器を駆動する交流駆動信号の駆動電流を感知するための電流感知配置を備え、アクティブ電力監視配置は、感知された駆動電流を示す監視信号を提供する。
【0385】
いくつかの配置では、電流感知配置は、感知された駆動電流をプロセッサによって処理するためのデジタル信号に変換するアナログ－デジタル変換器を備える。
【0386】
ある取り決めでは、開始周波数は２９００ｋＨｚで、終了周波数は３１００ｋＨｚである。他のアレンジメントでは、開始周波数は３１００ｋＨｚで終了周波数は２９００ｋＨｚである。
【0387】
いくつかの配置では、メモリは、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、スイープ周波数が２９００ｋＨｚのスイープ開始周波数から２９６０ｋＨｚのスイープ終了周波数まで増加する前述のステップＡ～Ｄを繰り返すように命令することを記憶している。
【0388】
いくつかの配置では、メモリは、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、スイープ周波数が２９００ｋＨｚのスイープ開始周波数から３１００ｋＨｚのスイープ終了周波数まで増加する前述のステップＡ～Ｄを繰り返すように命令することを記憶している。
【0389】
いくつかの配置では、メモリは、プロセッサによって実行されると、プロセッサに：ステップＧにおいて、最適周波数から所定のシフト量だけシフトされた周波数で超音波変換器に交流駆動信号を出力するように交流ドライバを制御させる命令を格納する。
【0390】
いくつかの配置では、所定のシフト量は、最適な周波数の１～１０％の間である。
【0391】
本装置に使用されている圧力センサは、２つの目的を兼ねている。１つ目の目的は、音波エンジンの不要な偶発的な始動（超音波変換器の駆動）を防止することである。この機能は装置の処理配置に実装されているが、低消費電力に最適化されており、真の吸入と呼ばれるものを正確に検出し分類するために、温度や周囲の圧力などの環境パラメータを内部補正と基準設定により常に測定している。
【0392】
圧力センサの第二の目的は、正確な吸入量測定のために使用者の吸入時間を正確に監視できるだけでなく、使用者の吸入の強さを判断できるようにすることである。全体として、我々はすべての吸入の圧力プロファイルを完全に吸入することができ、エアロゾル化の最適化の動作理解の両方のために吸入の終わりを予測することができる。
【0393】
この例では、マイクロコントローラ２０２は、ＢｌｕｅｔｏｏｔｈTM ｌｏｗ ｅｎｅｒｇｙ（ＢＬＥ）マイクロコントローラである。これにより、極めて正確な吸入時間、最適化されたエアロゾル化、安全なミストを保証する多数のパラメータの監視、非純正の電子液体やエアロゾルチャンバの使用防止、過熱のリスクに対する装置とオーバーミストに対する使用者の保護の両方を、一度に実現することが可能になった。
【0394】
ＢＬＥマイクロコントローラを使用することで、無線アップデートが可能になり、匿名化されたデータ収集とＰＺＴモデリング用のトレーニング済みＡＩに基づいて、改善されたソフトウェアを使用者に継続的に提供できる。ＢＬＥマイクロコントローラはまた、リモートコンピューティング装置が水タバコ装置２０２の動作を制御できるように、リモートコンピューティング装置が水タバコ装置２０２と通信することを可能にする。一実施例では、複数の水タバコ装置は、例えば、水タバコまたはシーシャバーにおいて、バーの管理者が各水タバコ装置の動作を制御および／または状態を監視できるように、１つまたは複数のリモートコンピューティング装置によって制御される。
【0395】
一例では、各水タバコ装置における各ミスト発生装置の状態を示すデータは、水タバコ装置によって遠隔コンピューティング装置に送信され、遠隔コンピューティング装置が個々のミスト発生装置の状態を監視することができるようにする。これにより、管理者又はユーザは、各ミスト発生装置の液体が少なくなったとき又は正しく動作していないときを追跡することができるので、ミスト発生装置を交換することができる。
【0396】
この水タバコ装置２０２は、日常的な顧客使用のための正確で信頼できる安全なエアロゾル化ソリューションであるため、制御された信頼できるエアロゾル化を提供しなければならない。
【0397】
これは、次のようにいくつかのセクションに分けることができる内部メソッドによって実行される。
【0398】
ソニケーション
最適なエアロゾル化を実現するために、超音波変換器（ＰＺＴ）は最も効率的な方法で振動させる必要がある。
最適なエアロゾル化を実現するために、超音波変換器（ＰＺＴ）は最も効率的な方法で振動させる必要がある。
【0399】
周波数
圧電セラミックスの電気機械的特性から、部品は共振周波数で最も効率が高くなる。しかし、ＰＺＴを長時間共振させ続けると、部品が破損し、エアロゾルチャンバが使用できなくなることが避けられない。
圧電セラミックスの電気機械的特性から、部品は共振周波数で最も効率が高くなる。しかし、ＰＺＴを長時間共振させ続けると、部品が破損し、エアロゾルチャンバが使用できなくなることが避けられない。
【0400】
また、圧電材料を使用する際の重要なポイントとして、製造時のばらつきと、温度や寿命によるばらつきがある。
【0401】
１ｕｍ以下の液滴を生成するためにＰＺＴを３ＭＨｚで共振させるには、吸入のたびに、装置で使用するすべてのエアロゾルチャンバ内で特定のＰＺＴの「スイートスポット」を探し、ターゲットするための適応的な方法が必要である。
【0402】
スイープ
吸入のたびに「スイートスポット」を特定する必要があるため、また使いすぎのため、ＰＺＴの温度は社内のダブルスイープ方式で変化している。
吸入のたびに「スイートスポット」を特定する必要があるため、また使いすぎのため、ＰＺＴの温度は社内のダブルスイープ方式で変化している。
【0403】
最初のスイープは、装置が特定のエアロゾル・チャンバで、すべての熱放散が起こり、ＰＺＴが「デフォルト温度」まで冷却するのに十分と考えられる時間使用されていないときに使用される。この手順は、コールドスタートとも呼ばれる。この手順の間、ＰＺＴは必要なエアロゾルを生成するためにブーストが必要である。これは、広範な研究と実験を考慮し、共振点をカバーする２９００ｋＨｚから２９６０ｋＨｚの間の周波数の小さなサブセットのみを通過することで達成される。
【0404】
この範囲内の各周波数は、音波エンジンが作動し、ＰＺＴを通過する電流が積極的に監視され、アナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）を介してマイクロコントローラによって保存され、ＰＺＴが使用する電力を正確に差し引くことができるように電流に変換される。
【0405】
これにより、周波数に関するＰＺＴのコールドプロファイルが得られ、吸入中に使用される周波数は、最も電流を使用するもの、つまり最も低いインピーダンスの周波数となる。
【0406】
２回目のスイープは、その後の吸入中に行われ、温度と変形に関するＰＺＴプロファイルの修正により、２９００ｋＨｚから３１００ｋＨｚの間の全周波数範囲をカバーする。このホットプロファイルは、適用するシフトを決定するために使用される。
【0407】
シフト
エアロゾル化が最適でなければならないため、低温吸入時にはシフトは使用されず、ＰＺＴは共振周波数で振動することになる。これは、短時間で繰り返さない限り起こりえず、そうでなければＰＺＴは必然的に壊れる。
エアロゾル化が最適でなければならないため、低温吸入時にはシフトは使用されず、ＰＺＴは共振周波数で振動することになる。これは、短時間で繰り返さない限り起こりえず、そうでなければＰＺＴは必然的に壊れる。
【0408】
しかし、シフトは、低インピーダンス周波数をターゲットとする方法として、ほとんどの吸入時に使用され、故障から保護しながらＰＺＴの準最適な動作を実現する。
【0409】
吸入中にホットプロファイルとコールドプロファイルが保存されるので、マイクロコントローラは、スイープ中にＰＺＴを流れる電流の測定値にしたがって適切なシフト周波数を選択し、安全な機械的動作を保証することができる。
【0410】
圧電部品は、二重共鳴／反共鳴周波数の外側と内側とでは挙動が異なるため、シフトする方向の選択が重要である。ＰＺＴは誘導性であり、容量性ではないので、選択するシフトは常に共振周波数と反共振周波数で定義されるこの範囲であるべきである。
【0411】
最後に、最低インピーダンスに近いが共振から十分離れるように、シフトの割合は１０％以下に維持される。
【0412】
調整
ＰＺＴの本質的な性質により、吸入は毎回異なる。ピエゾ素子以外にも、エアロゾルチャンバ内に残っている電子液体の量、ガーゼのウィッキング状態、装置のバッテリーレベルなど、数多くのパラメータが吸入の結果に影響を及ぼす。
ＰＺＴの本質的な性質により、吸入は毎回異なる。ピエゾ素子以外にも、エアロゾルチャンバ内に残っている電子液体の量、ガーゼのウィッキング状態、装置のバッテリーレベルなど、数多くのパラメータが吸入の結果に影響を及ぼす。
【0413】
このため、エアロゾルチャンバ内のＰＺＴが使用する電流を常時監視し、マイクロコントローラが周波数やデューティサイクルなどのパラメータを常に調整することで、エアロゾルチャンバにあらかじめ定義された範囲内で最も安定した電力を供給し、最適な安全エアロゾル化に関する研究及び実験結果に基づいている。
【0414】
バッテリー監視
いくつかの配置では、バッテリーは、水タバコ装置２０２内に統合されている。これらの配置において、水タバコ装置２０２は、水タバコ装置２０２に必要な電圧を提供するＤＣ Ｌｉ－Ｐｏバッテリーによって給電される。高い放電速度を有するという要件のために、いくつかの配置のＬｉ－Ｐｏバッテリーは、連続的な電流引き込みのために特別に設計されている。
いくつかの配置では、バッテリーは、水タバコ装置２０２内に統合されている。これらの配置において、水タバコ装置２０２は、水タバコ装置２０２に必要な電圧を提供するＤＣ Ｌｉ－Ｐｏバッテリーによって給電される。高い放電速度を有するという要件のために、いくつかの配置のＬｉ－Ｐｏバッテリーは、連続的な電流引き込みのために特別に設計されている。
【0415】
超音波発生部を作動させるとバッテリーの電圧が低下し、大きく変動するため、マイクロコントローラはエアロゾルチャンバ内のＰＺＴが使用する電力を常に監視し、適切かつ安全なエアロゾル発生を保証している。
【0416】
また、エアロゾル化の鍵は制御であるため、この装置はまず、装置の制御・情報部が常に機能し、超音波処理部の不利益となるような停止をしないことを保証している。
【0417】
このため、調整方法はリアルタイムのバッテリー残量を大きく考慮し、必要であれば、バッテリーを安全なレベルに維持するためにデューティサイクルなどのパラメータを変更し、ソニックエンジン始動前にバッテリー残量が少なくなった場合、制御・情報セクションが始動を阻止するようになっている。
【0418】
パワーコントロール
エアロゾル化の鍵は制御であると言われるように、この装置で使われている方法は、ＰＺＴのプロファイル、ＰＺＴ内部の電流、装置のバッテリーレベルを常に考慮したリアルタイムの多次元関数である。
エアロゾル化の鍵は制御であると言われるように、この装置で使われている方法は、ＰＺＴのプロファイル、ＰＺＴ内部の電流、装置のバッテリーレベルを常に考慮したリアルタイムの多次元関数である。
【0419】
これらはすべて、最適な吸入を実現するために装置のあらゆる要素を監視・制御できるマイクロコントローラの使用によってのみ達成可能である。
【0420】
インターバル
ピエゾ電気部品に依存しているため、吸入が停止すると超音波照射部が作動しないようになっている。２回の吸入の間の安全ディレイは、前の吸入の持続時間によって適応される。これにより、次の作動の前にガーゼが適切に吸引されるようになる。
ピエゾ電気部品に依存しているため、吸入が停止すると超音波照射部が作動しないようになっている。２回の吸入の間の安全ディレイは、前の吸入の持続時間によって適応される。これにより、次の作動の前にガーゼが適切に吸引されるようになる。
【0421】
この機能により、装置は安全に動作し、ＰＺＴ素子を破損したり、使用者を有毒成分にさらすことなく、エアロゾル化をより最適な状態にすることができる。
【0422】
コネクティビティ（ＢＬＥ）
装置の制御・情報部は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ対応マイクロコントローラによる無線通信システムで構成されている。無線通信システムは、装置のプロセッサと通信し、ドライバ装置とスマートフォンなどのコンピューティング装置との間でデータを送受信するように構成されている。
装置の制御・情報部は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ対応マイクロコントローラによる無線通信システムで構成されている。無線通信システムは、装置のプロセッサと通信し、ドライバ装置とスマートフォンなどのコンピューティング装置との間でデータを送受信するように構成されている。
【0423】
Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙによるコンパニオン・モバイル・アプリケーションとの接続は、この通信に必要な電力が小さいため、Ｗｉ－Ｆｉ、従来のＢｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＧＳＭ、さらにはＬＴＥ－ＭやＮＢ－ＩＯＴなどの従来の無線接続ソリューションと比較して、まったく使用しない場合でも装置を長期間にわたって機能させ続けることが可能である。
【0424】
最も重要なのは、この接続性によって、機能としてのＯＴＰと、吸入の完全な制御と安全性が実現されることである。吸入の共振周波数から使用したもの、または使用者によって作られた陰圧と持続時間に至るまで、あらゆるデータが保存され、さらなる分析と組み込みソフトウェアの改良のためにＢＬＥを介して転送される。
【0425】
最後に、この接続性により、機器内部および無線（ＯＴＡ）で組み込みファームウェアの更新が可能になり、常に最新バージョンを迅速に展開できることが保証される。これにより、装置の拡張性が高まり、装置がメンテナンスされることが保証される。
【0426】
一例では、水タバコ装置を備えているミスト吸入器２００は、超音波変換器２１５を駆動する交流駆動信号のｒｍｓ駆動電流を感知するための、上述の電流センサ３３５などの電流センサを組み込んだ有効電力モニタを具備している。アクティブパワーモニタは、上述したように、感知された駆動電流を示す監視信号を提供する。
【0427】
この例の追加機能により、ミスト吸入器２００は、超音波変換器が作動している間、超音波変換器の作動を監視することができる。ミスト吸入器２００は、超音波変換器が装置内の液体を霧化するためにどれだけ効果的に動作しているかを示す有効性値または品質指数を計算する。装置は、有効性値を使用して、超音波変換器の活性化の持続時間にわたって発生したミストの実際の量を計算する。
【0428】
ミストの実際の量が計算されると、装置は、液体中の薬剤の濃度に基づいて、ミスト中に存在した薬剤の実際の量、したがって、使用者によって吸入された薬剤の実際の量を計算するように構成される。
【0429】
実際には、上記のように、超音波変換器の動作に影響を与え、超音波変換器によって生成されるミストの量、ひいては使用者に提供される薬剤の実際の量に影響を与える様々な要因が存在する。
【0430】
次に、幾つかの例のミスト吸入器の構成及びそのミスト吸入器を用いたミスト生成方法について以下に詳細に説明する。
【0431】
この例では、ミスト吸入器は、上述したミスト吸入器２００の構成要素を組み込んでいるが、ドライバ装置２０２のメモリは、プロセッサによって実行されると、プロセッサにミスト発生装置２００を第１の所定時間だけ起動させる命令をさらに記憶している。上述したように、ミスト発生装置は、ミスト発生装置２００内の超音波変換器２１５を交流駆動信号で駆動して、超音波変換器２１５が毛細管要素２２２によって運ばれる液体を霧化することによって起動される。
【0432】
実行された命令は、プロセッサに、電流センサを用いて、第１の所定時間の間、定期的に超音波変換器２１５を流れる交流駆動信号の電流を感知し、定期的に測定された電流値をメモリに格納するようにさせる。
【0433】
実行された命令は、プロセッサに、メモリに格納された電流値を使用して効果値を計算させる。有効性値は、液体を霧化する際の超音波変換器の動作の有効性を示すものである。
【0434】
一例では、実行された命令は、プロセッサに、この方程式を使用して有効性値を計算させる：
【0435】
【数5】
【0436】
一例では、メモリは、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、超音波変換器を駆動する交流駆動信号のデューティサイクルを第１の所定時間の間に周期的に測定させ、周期的に測定されたデューティサイクル値をメモリに記憶させる命令を格納する。 そして、ミスト吸入器は、メモリに記憶された現在の値に基づいて、アナログ－デジタル変換器副効果値ＱAを修正する。その結果、この例のミスト吸入器は、装置が効果値を計算する際に、超音波変換器２１５の活性化を通して発生し得るデューティサイクルの変動を考慮に入れる。したがって、ミスト吸入器は、超音波変換器が作動している間に生じ得る交流駆動信号のデューティサイクルの変動を考慮することによって、実際に発生するミストの量を正確に計算することができる。
【0437】
有効性値は、ミスト吸入器によって、装置が最適に動作している場合に発生するであろうミストの最大量の値を比例的に減少させることによって、ミスト吸入器によって発生するミストの実際の量を計算するための重み付けとして使用される。
【0438】
一例では、メモリは、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、超音波変換器２１５を駆動する交流駆動信号の周波数を第１の所定時間の間に周期的に測定させ、周期的に測定された周波数値をメモリに記憶させる命令を格納する。そして、装置は、上述したように、電流値に加えて、メモリに格納された周波数値を用いて効果値を計算する。
【0439】
一例では、メモリは、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、超音波変換器２１５が第１の所定の長さの継続時間にわたって最適に動作していた場合に発生するであろうミストの最大量の値を計算させる命令を格納する。一例では、ミストの最大量の値は、超音波変換器が最適に動作していたときに発生するであろうミストの最大量を決定するモデリングに基づいて計算される。
【0440】
ミストの最大量の値が計算されると、ミスト吸入器は、ミストの最大量の値を有効性値に基づいて比例的に減少させて、第１の所定の長さの時間の継続期間にわたって発生した実際のミスト量を決定することにより、実際のミスト量値を計算することができる。
【0441】
実際のミスト量が算出されると、ミスト吸入器は、第１の所定長さの継続時間にわたって発生した実際のミスト量における薬剤の量を示す薬剤量値を算出することができる。そして、ミスト吸入器は、薬剤量値の記録をメモリに格納する。
【0442】
一例では、メモリは、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、有効性値に応答して第２の所定時間の長さを選択させる命令を格納する。この場合、第２の所定の長さは、超音波変換器２１５が使用者による第２の吸入又はパフの間に活性化される時間の長さである。一例では、第２の所定の長さの時間は、第１の所定の長さの時間と等しいが、有効性値にしたがって比例的に減少または増加された時間である。例えば、有効性値は超音波変換器２１５が有効に動作していないことを示す場合、第２の所定の長さの時間の間に所望の量のミストが生成されるように、有効性値によって第２の所定の長さの時間が長くなるようにされる。
【0443】
次の吸入になると、ミスト吸入器は、ミスト発生装置が第２の所定時間の間に所定量のミストを発生させるように、第２の所定時間の間、ミスト発生装置を作動させる。このようにして、ミスト吸入器は、ミスト吸入器の動作に影響を与える有効性値によって反映される様々なパラメータを考慮して、第２の所定時間の間に発生するミストの量を正確に制御する。
【0444】
一例では、メモリは、プロセッサによって実行されると、プロセッサにミスト発生装置を複数の所定の長さの時間の間作動させる命令を格納する。例えば、ミスト発生装置は、使用者による複数の連続した吸入又はパフの間に作動される。
【0445】
ミスト吸入器は、複数の薬剤量値をメモリに記憶し、各薬剤量値は、所定の長さの時間のそれぞれの１つの継続時間にわたって生成されたミスト中の薬剤量の指標となる。
【0446】
本開示のいくつかの例のミスト吸入器は、薬剤量値を示すデータをミスト発生装置からコンピューティング装置へ（例えば、ＢｌｕｅｔｏｏｔｈTM Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ通信を介して）送信し、コンピューティング装置（例えば、スマートフォン）のメモリに格納するように構成される。コンピューティング装置上で実行される実行可能なアプリケーションは、使用者に提供された薬剤の量を記録することができる。実行可能なアプリケーションは、最適な方法で動作していないミスト吸入装置に対応するために、水タバコ装置内の各ミスト吸入装置の動作を修正できるように、ミスト吸入装置の動作を制御することも可能である。
【0447】
電子タバコのエアロゾル化は、液体を直接加熱するのではなく、圧電ディスクの機械的作用によって達成されるため、電子タバコの個々の成分（プロピレングリコール、植物性グリセリン、香料成分など）はほとんどそのままで、従来の電子タバコで見られた高い割合でアクロレイン、アセトアルデヒド、ホルムアルデヒドなどの小さな有害成分に分解されない。
【0448】
超音波技術を含む上記の全ての用途は、最適な性能のために超音波処理の周波数を最適化する周波数コントローラによって達成される最適化から利益を得ることができる。
【0449】
本書の開示は、ニコチン送達のための使用に限定されないことが理解されよう。本書に開示される装置は、任意の薬剤、または他の化合物（例：ＣＢＤ）と共に使用するためのものであり、薬剤または化合物は、装置によるエアロゾル化のために装置の液体チャンバ内で、液体で提供される。
【0450】
いくつかの配置の水タバコ装置２０２は、炭または電気要素からの熱を使用してタバコを燃やす従来の水タバコヘッドに代わる健康的なものである。それにもかかわらず、いくつかの配置の水タバコ装置２０２は、水タバコの水中のミストの気泡により、依然として従来の水タバコと同じユーザ経験を提供する。したがって、ユーザは、従来のタバコを燃やす水タバコの代わりに、いくつかの配置の超音波水タバコ装置２０２を使用し、それによって水タバコでタバコを吸うことの危険性を避けたいと思う可能性が高い。
【0451】
前述は、当業者が本開示の様々な側面をより良く理解できるように、いくつかの例又は実施形態の特徴を概説したものである。当業者は、本書に導入された様々な例又は実施形態の同じ目的を遂行し及び／又は同じ利点を達成するための他のプロセス及び構造を設計又は修正するための基礎として本開示を容易に使用し得ることを理解するべきである。また、当業者は、そのような同等の構造が本開示の精神及び範囲から逸脱しないこと、並びに、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、本書に様々な変更、置換、及び改変を行うことができることを認識すべきである。
【0452】
構造的特徴または方法論的行為に特有の言語で主題を説明してきたが、添付の請求項の主題は、必ずしも上記の特定の特徴または行為に限定されないことが理解される。むしろ、上述した特定の特徴や行為は、請求項の少なくとも一部を実施するための例示的な形態として開示されている。
【0453】
本書では、例または実施形態の様々な動作が提供される。動作の一部又は全部が説明される順序は、これらの動作が必ずしも順序に依存することを意味するように解釈されるべきではない。代替的な順序は、本書の利益を有することが理解されるであろう。さらに、すべての操作が、本書で提供される各実施形態に必ずしも存在するわけではないことが理解されよう。また、いくつかの例または実施形態において、すべての操作が必要であるとは限らないことも理解されよう。
【0454】
さらに、「例示的な」は、本書では、例、インスタンス、イラストレーションなどとして役立つことを意味し、必ずしも有利であるとは限らない。本願で使用される「又は」は、排他的な「又は」ではなく、包括的な「又は」を意味することが意図される。さらに、本願および添付の特許請求の範囲で使用される「ａ」および「ａｎ」は、他に指定されない限り、または文脈から単数形に向けられることが明らかでない限り、一般に「１つまたは複数」を意味するものと解釈される。さらに、「含む」、「有している」、「有する」、「共に」、またはそれらの変形が使用される限り、かかる用語は、用語「含む」と同様の方法で包括的であることを意図している。また、特に断らない限り、「第１」、「第２」などは、時間的側面、空間的側面、順序などを示唆することを意図していない。 むしろ、このような用語は、特徴、要素、アイテムなどの識別子、名称などとして使用されるに過ぎない。 例えば、第１の要素および第２の要素は、一般に、要素Ａおよび要素Ｂ、または２つの異なる要素もしくは２つの同一の要素または同一の要素に対応する。
【0455】
また、本開示は、１つ以上の実施態様に関して示され、説明されてきたが、本書および付属図面の読解および理解に基づき、当業者の他の者には、同等の変更および修正が生じるであろう。本開示は、すべてのそのような変更および修正を含み、以下の請求項の範囲によってのみ制限される。特に、上述した特徴（例えば、要素、資源など）によって実行される様々な機能に関して、そのような特徴を説明するために使用される用語は、特に示されない限り、開示された構造と構造的に同等ではないとしても、説明された特徴の所定の機能を実行する任意の特徴（例えば、機能的に同等である）に対応すると意図されている。加えて、本開示の特定の特徴は、いくつかの実施態様のうちの１つに関してのみ開示されたかもしれないが、かかる特徴は、任意の所与の又は特定の用途に対して所望され有利であるように、他の実施態様の１つ又は複数の他の特徴と組み合わされるかもしれない。
【0456】
本書に記載された主題および機能的動作の例または実施形態は、本書に開示された構造およびそれらの構造的等価物を含むデジタル電子回路、またはコンピュータソフトウェア、ファームウェア、またはハードウェアで、またはそれらの１つ以上の組み合わせで実装され得る。
【0457】
いくつかの例または実施形態は、データ処理装置による実行、またはデータ処理装置の動作を制御するためにコンピュータ可読媒体上に符号化されたコンピュータプログラム命令の１つまたは複数のモジュールを使用して実装される。コンピュータ可読媒体は、コンピュータシステム又は組込みシステムにおけるハードドライブなどの製造品とすることができる。コンピュータ可読媒体は、有線または無線ネットワークを介したコンピュータプログラム命令の１つまたは複数のモジュールの配信などによって、別々に取得し、後にコンピュータプログラム命令の１つまたは複数のモジュールで符号化することができる。コンピュータ可読媒体は、機械可読記憶装置、機械可読記憶基板、記憶装置、又はそれらの１つ以上の組合せとすることができる。
【0458】
「計算装置」および「データ処理装置」という用語は、データを処理するためのすべての装置、装置、および機械を包含し、例としてプログラマブルプロセッサ、コンピュータ、または複数のプロセッサやコンピュータが含まれる。装置は、ハードウェアに加えて、当該コンピュータプログラムの実行環境を構築するコード、例えば、プロセッサファームウェア、プロトコルスタック、データベース管理システム、オペレーティングシステム、ランタイム環境、またはそれらの１つ以上の組合せを構成するコードを含むことが可能である。さらに、本装置は、ウェブサービス、分散コンピューティング、グリッドコンピューティング基盤など、様々な異なるコンピューティングモデル基盤を採用することができる。
【0459】
本書に記載されたプロセスおよび論理フローは、１つ以上のコンピュータプログラムを実行する１つ以上のプログラマブルプロセッサによって実行され、入力データに対して動作し、出力を生成することによって機能を実行することが可能である。
【0460】
コンピュータプログラムの実行に適したプロセッサには、一例として、汎用および特殊目的のマイクロプロセッサ、およびあらゆる種類のデジタル・コンピュータの任意の１つまたは複数のプロセッサが含まれる。一般に、プロセッサは、読み取り専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、またはその両方から命令とデータを受け取ることになる。コンピュータの本質的な要素は、命令を実行するためのプロセッサと、命令とデータを格納するための１つ以上のメモリ装置である。一般に、コンピュータは、データを格納するための１つ以上の大容量記憶装置、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、または光ディスクからデータを受信するか、またはその両方にデータを転送するように動作可能に結合されるか、またはその両方を含むことになる。しかしながら、コンピュータはそのような装置を有する必要はない。コンピュータプログラム命令およびデータを格納するのに適した装置には、あらゆる形態の不揮発性メモリ、媒体、およびメモリ装置が含まれる。
【0461】
本書において、「備える」は「含む、構成する」を意味し、「備える」は「含む、構成する」を意味する。
【0462】
前述の説明、又は以下の請求項、又は添付図面に開示された特徴は、それらの具体的な形態で、又は開示された機能を実行するための手段、又は開示された結果を達成するための方法又はプロセスの観点から適宜表現され、別々に、又はそれらの特徴の任意の組み合わせで、その多様な形態で発明を実現するために利用されることができる。
【0463】
代表的な特徴
代表的な特徴は、以下の項に記載されており、これらは単独で、または本書の本文および／または図面に開示された１つ以上の特徴と、任意の組み合わせで組み合わせることができる。
代表的な特徴は、以下の項に記載されており、これらは単独で、または本書の本文および／または図面に開示された１つ以上の特徴と、任意の組み合わせで組み合わせることができる。
【0464】
１．水タバコ装置は以下を含む
複数の超音波ミスト発生装置であって、各ミスト発生装置が組み込まれている、複数の超音波ミスト発生装置：
細長く、空気入口ポートおよびミスト出口ポートを備えるミスト発生ハウジング
ミスト発生ハウジング内に設けられた液体チャンバであって、霧化される液体を収容するための液体チャンバ
ミスト発生ハウジング内に設けられた超音波処理チャンバ
液体チャンバと超音波チャンバとの間に延びる毛細管要素であって、毛細管要素の第１の部分が液体チャンバ内にあり、毛細管要素の第２の部分が超音波チャンバ内にあるようにする毛細管要素
霧化表面を有する超音波変換器であって、毛管要素の第２の部分の一部が霧化表面の一部に重なっており、超音波変換器が交流駆動信号によって駆動されると、霧化表面が振動して毛管要素の第２の部分によって運ばれる液体を霧化して、霧化液体と空気を含むミストを超音波照射チャンバ内に発生させる超音波変換器
空気入口ポート、超音波処理チャンバ、および空気出口ポートの間に空気流路を提供する空気流配置であって、水タバコ装置がさらに備えるものである、空気流配置。
複数の超音波ミスト発生装置であって、各ミスト発生装置が組み込まれている、複数の超音波ミスト発生装置：
細長く、空気入口ポートおよびミスト出口ポートを備えるミスト発生ハウジング
ミスト発生ハウジング内に設けられた液体チャンバであって、霧化される液体を収容するための液体チャンバ
ミスト発生ハウジング内に設けられた超音波処理チャンバ
液体チャンバと超音波チャンバとの間に延びる毛細管要素であって、毛細管要素の第１の部分が液体チャンバ内にあり、毛細管要素の第２の部分が超音波チャンバ内にあるようにする毛細管要素
霧化表面を有する超音波変換器であって、毛管要素の第２の部分の一部が霧化表面の一部に重なっており、超音波変換器が交流駆動信号によって駆動されると、霧化表面が振動して毛管要素の第２の部分によって運ばれる液体を霧化して、霧化液体と空気を含むミストを超音波照射チャンバ内に発生させる超音波変換器
空気入口ポート、超音波処理チャンバ、および空気出口ポートの間に空気流路を提供する空気流配置であって、水タバコ装置がさらに備えるものである、空気流配置。
【0465】
複数のＨブリッジ回路であって、該複数のＨブリッジ回路の各Ｈブリッジ回路は、該超音波変換器のそれぞれの１つに接続され、該超音波変換器を駆動するための交流駆動信号を生成するように構成される、複数のＨブリッジ回路。
【0466】
マイクロコントローラ。
【0467】
マイクロコントローラに電気的に接続され、マイクロコントローラとの間でデータ通信を行うデータバス。
【0468】
マイクロコントローラからデータを受信し、マイクロコントローラへデータを送信するためにデータバスに電気的に接続される複数のマイクロチップであって、複数のマイクロチップのそれぞれのマイクロチップがＨブリッジ回路のそれぞれの１つに接続されてＨブリッジ回路を制御して交流駆動信号を生成し、それぞれのマイクロチップは、複数の相互接続した組み込みコンポーネント及びサブシステムからなる単一のユニットであり、以下を含む：
【0469】
発振器であって、以下のものを生成するように構成されているもの：
主クロック信号
主クロック信号の正の半周期の間、第１の時間だけハイになり、負の半周期の間、ローになる第１の位相クロック信号
主クロック信号の負の半周期の間に第２の時間だけハイになり、主クロック信号の正の半周期の間にローになる第２の位相クロック信号であって、第１の位相クロック信号と第２の位相クロック信号の位相はセンターアラインメントされている、第２の位相クロック信号
主クロック信号
主クロック信号の正の半周期の間、第１の時間だけハイになり、負の半周期の間、ローになる第１の位相クロック信号
主クロック信号の負の半周期の間に第２の時間だけハイになり、主クロック信号の正の半周期の間にローになる第２の位相クロック信号であって、第１の位相クロック信号と第２の位相クロック信号の位相はセンターアラインメントされている、第２の位相クロック信号
【0470】
パルス幅変調（ＰＷＭ）信号発生器サブシステムで、次を含むもの：
第１位相クロック信号と第２位相クロック信号とを用いて２倍周波数クロック信号を生成するように構成され、２倍周波数クロック信号はメインクロック信号の２倍の周波数であり、遅延ロックループは、第１位相クロック信号と第２位相クロック信号との立ち上がり縁を２倍周波数クロック信号の立ち上がり縁と同期するよう制御するように構成されている遅延ロックループと 遅延ロックループが、ドライバ制御信号に応答して、第１位相クロック信号及び第２位相クロック信号の周波数及びデューティサイクルを調整して、第１位相出力信号及び第２位相出力信号を生成するように構成され、第１位相出力信号及び第２位相出力信号が、マイクロチップに接続されたＨブリッジ回路を駆動して超音波変換器を駆動する交流駆動信号を生成するように構成される、請求項１に記載の超音波変換器システム
第１相出力信号をマイクロチップに接続された Ｈブリッジ回路に出力するように構成された第１相出力信号端子
マイクロチップに接続された Ｈブリッジ回路に第２相出力信号を出力するように構成された第２相出力信号端子
Ｈブリッジ回路からフィードバック信号を受信するように構成されたフィードバック入力端子であって、Ｈブリッジ回路が液体を霧化するために超音波変換器を交流駆動信号で駆動しているときに、フィードバック信号はマイクロチップに接続されたＨブリッジ回路または交流駆動信号の動作のパラメータを示す、フィードバック入力端子
第１位相クロック信号と第２位相クロック信号とを用いて２倍周波数クロック信号を生成するように構成され、２倍周波数クロック信号はメインクロック信号の２倍の周波数であり、遅延ロックループは、第１位相クロック信号と第２位相クロック信号との立ち上がり縁を２倍周波数クロック信号の立ち上がり縁と同期するよう制御するように構成されている遅延ロックループと 遅延ロックループが、ドライバ制御信号に応答して、第１位相クロック信号及び第２位相クロック信号の周波数及びデューティサイクルを調整して、第１位相出力信号及び第２位相出力信号を生成するように構成され、第１位相出力信号及び第２位相出力信号が、マイクロチップに接続されたＨブリッジ回路を駆動して超音波変換器を駆動する交流駆動信号を生成するように構成される、請求項１に記載の超音波変換器システム
第１相出力信号をマイクロチップに接続された Ｈブリッジ回路に出力するように構成された第１相出力信号端子
マイクロチップに接続された Ｈブリッジ回路に第２相出力信号を出力するように構成された第２相出力信号端子
Ｈブリッジ回路からフィードバック信号を受信するように構成されたフィードバック入力端子であって、Ｈブリッジ回路が液体を霧化するために超音波変換器を交流駆動信号で駆動しているときに、フィードバック信号はマイクロチップに接続されたＨブリッジ回路または交流駆動信号の動作のパラメータを示す、フィードバック入力端子
【0471】
アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）サブシステムであり、次を含むもの：
複数のそれぞれのアナログ信号を受信するように構成される複数のＡＤＣ入力端子であって、複数のＡＤＣ入力端子のうちの１つのＡＤＣ入力端子が、ＡＤＣサブシステムがマイクロチップに接続されたＨブリッジ回路からフィードバック信号を受信するようにフィードバック入力端子に接続され、ＡＤＣサブシステムが、メインクロック信号の周波数に比例するサンプリング周波数で複数のＡＤＣ入力端子で受信したアナログ信号をサンプルするように構成され、ＡＤＣサブシステムがサンプルしたアナログ信号を使用してＡＤＣデジタル信号を生成するように構成される、複数のアナログ信号のアナログ化装置
ＡＤＣサブシステムからＡＤＣデジタル信号を受信し、ＡＤＣデジタル信号を処理してドライバ制御信号を生成するように構成され、デジタル・プロセッサ・サブシステムは、ドライバ制御信号をＰＷＭ信号生成サブシステムに伝達してＰＷＭ信号生成サブシステムを制御するように構成されるデジタル処理装置
複数のそれぞれのアナログ信号を受信するように構成される複数のＡＤＣ入力端子であって、複数のＡＤＣ入力端子のうちの１つのＡＤＣ入力端子が、ＡＤＣサブシステムがマイクロチップに接続されたＨブリッジ回路からフィードバック信号を受信するようにフィードバック入力端子に接続され、ＡＤＣサブシステムが、メインクロック信号の周波数に比例するサンプリング周波数で複数のＡＤＣ入力端子で受信したアナログ信号をサンプルするように構成され、ＡＤＣサブシステムがサンプルしたアナログ信号を使用してＡＤＣデジタル信号を生成するように構成される、複数のアナログ信号のアナログ化装置
ＡＤＣサブシステムからＡＤＣデジタル信号を受信し、ＡＤＣデジタル信号を処理してドライバ制御信号を生成するように構成され、デジタル・プロセッサ・サブシステムは、ドライバ制御信号をＰＷＭ信号生成サブシステムに伝達してＰＷＭ信号生成サブシステムを制御するように構成されるデジタル処理装置
【0472】
デジタル・アナログ・コンバータ（ＤＡＣ）サブシステムであり、次を含むもの：
デジタル・プロセッサ・サブシステムによって生成されたデジタル制御信号をアナログ電圧制御信号に変換して、マイクロチップに接続されたＨブリッジ回路による変調のための電圧を生成する電圧レギュレータ回路を制御するように構成されたデジタル・アナログ・コンバータ（ＤＡＣ）
超音波変換器の動作を示すフィードバック信号に応答して、超音波変換器を駆動するためのマイクロチップに接続されたＨブリッジ回路による変調のための所定の電圧を生成するように電圧調整回路を制御するためのアナログ電圧制御信号を出力するように構成されたＤＡＣ出力端子。
デジタル・プロセッサ・サブシステムによって生成されたデジタル制御信号をアナログ電圧制御信号に変換して、マイクロチップに接続されたＨブリッジ回路による変調のための電圧を生成する電圧レギュレータ回路を制御するように構成されたデジタル・アナログ・コンバータ（ＤＡＣ）
超音波変換器の動作を示すフィードバック信号に応答して、超音波変換器を駆動するためのマイクロチップに接続されたＨブリッジ回路による変調のための所定の電圧を生成するように電圧調整回路を制御するためのアナログ電圧制御信号を出力するように構成されたＤＡＣ出力端子。
【0473】
水タバコ装置を水タバコに取り付けるように構成された水タバコ取り付け配置であって、水タバコ取り付け配置は、ミスト発生装置の少なくとも１つがドライバ装置によって起動されると、各起動ミスト発生装置によって発生したミストが流体流路に沿って流れ、水タバコ装置から水タバコに出るように、ミスト発生装置のミスト出口ポートから水タバコ装置から出る流体流路を与える水タバコ出口ポートを有するものである。
【0474】
２．マイクロコントローラは、ミスト発生装置のそれぞれの固有の識別子を使用して各ミスト発生装置を識別し制御するように構成される、第１項の水タバコ装置。
【0475】
３．第１項又は第２項に記載の装置であり、さらにマイクロチップが以下を備えるもの：
識別配置であり、以下のものを備える：
ミスト発生装置に固有の識別子を記憶するメモリを有する集積回路。および
集積回路と通信するための電子的なインターフェースを提供する電気接続。
識別配置であり、以下のものを備える：
ミスト発生装置に固有の識別子を記憶するメモリを有する集積回路。および
集積回路と通信するための電子的なインターフェースを提供する電気接続。
【0476】
４．前項のいずれかの水タバコ装置は、マイクロコントローラは、各マイクロチップおよび各それぞれのミスト発生装置を制御して、他のミスト発生装置から独立して作動するように構成されている。
【0477】
５．第４項に記載の水タバコ装置は、マイクロコントローラは、ミスト発生装置を制御して所定の順序で作動させるように構成されている。
【0478】
６．前項のいずれか１項に記載の装置であり、水タバコ装置が以下を備えるもの：
ミスト発生装置のミスト出口ポートと流体連通しているマニホールドパイプを有するマニホールドであって、ミスト出口ポートから出力されたミストがマニホールドパイプ内で結合してマニホールドパイプを通って水タバコ装置から流出するマニホールド。
ミスト発生装置のミスト出口ポートと流体連通しているマニホールドパイプを有するマニホールドであって、ミスト出口ポートから出力されたミストがマニホールドパイプ内で結合してマニホールドパイプを通って水タバコ装置から流出するマニホールド。
【0479】
７．水タバコ装置が、マニホールドに互いに９０°相対して解放可能に結合された４つのミスト発生装置からなる、第６項に記載の水タバコ装置。
【0480】
８．フィードバック入力端子は、共振回路を駆動している交流駆動信号の実効電流を示す電圧の形態でＨブリッジ回路からフィードバック信号を受信するように構成されている、前項のいずれか１つに記載の装置。
【0481】
９．前項のいずれか１項に記載の装置であり、各マイクロチップがさらに以下を備えるもの：
マイクロチップ内に埋め込まれた温度センサであって、温度センサは、マイクロチップの温度を示す温度信号を生成するように構成され、温度信号は、ＡＤＣサブシステムのさらなるＡＤＣ入力端子によって受信され、温度信号は、ＡＤＣによってサンプリングされる。
マイクロチップ内に埋め込まれた温度センサであって、温度センサは、マイクロチップの温度を示す温度信号を生成するように構成され、温度信号は、ＡＤＣサブシステムのさらなるＡＤＣ入力端子によって受信され、温度信号は、ＡＤＣによってサンプリングされる。
【0482】
１０．ＡＤＣサブシステムは、ＡＤＣサブシステムによってサンプリングされる各信号とともに複数のＡＤＣ入力端子で受信された信号をそれぞれ所定回数サンプリングするように構成されている前項のいずれか１項の水タバコ装置。
【0483】
１１．前項のいずれか１項に記載の装置であり、水タバコ装置がさらに以下を備えるもの：
複数のさらなるマイクロチップであって、複数のさらなるマイクロチップの各々が、複数のマイクロチップのそれぞれのマイクロチップに接続され、複数のＨブリッジ回路の１つのＨブリッジ回路を構成し、各さらなるマイクロチップが、複数の相互接続された組み込みコンポーネントおよびサブシステムからなる単一のユニットである：
第１の電源端子。および
第２の電源端子。ここで、
第１のスイッチ、第２のスイッチ、第３のスイッチ、および第４のスイッチを内蔵するマイクロチップにＨブリッジ回路であって、ここで：
第１のスイッチと第３のスイッチが、第１の電源端子と第２の電源端子との間に直列に接続される
第１の出力端子が、第１のスイッチと第３のスイッチとの間に電気的に接続され、第１の出力端子は、超音波変換器の第１の端子に接続される、請求項１に記載の方法
第１の電源端子と第２の電源端子との間に、第２のスイッチと第４のスイッチとが直列に接続される
第２のスイッチと第４のスイッチとの間に第２の出力端子が電気的に接続され、第２の出力端子は超音波変換器の第２の端子に接続されている、請求項１に記載の超音波変換器
パルス幅変調（ＰＷＭ）信号発生器サブシステムから第１位相出力信号を受信するように構成された第１位相端子
ＰＷＭ信号発生器サブシステムから第２位相出力信号を受信するように構成された第２位相端子
第１位相出力信号及び第２位相出力信号に基づいてタイミング信号を生成し、タイミング信号を前記Ｈブリッジ回路のスイッチに出力して、Ｈブリッジ回路が超音波変換器を駆動するための交流駆動信号を出力するようにスイッチをシーケンスでオン及びオフに制御するように構成されたデジタル状態機械であって、シーケンスが、第１スイッチ及び第２スイッチがオフされ第３スイッチ及び第４スイッチがオンされるフリーフロート期間からなり、超音波変換器によって蓄えられたエネルギーを消滅させるためにスイッチをターンさせるもの
次のものを内蔵する電流センサ：
第１のスイッチと第１の電源端子との間に直列に接続された第１の電流検出抵抗器
第１の電流検出抵抗の電圧降下を測定し、第１の電流検出抵抗に流れる電流を示す第１の電圧出力を提供するように構成された第１の電圧センサ
第２のスイッチと第１の電源端子との間に直列に接続される第２の電流検出抵抗器
第２の電圧センサであって、第２の電流センサ抵抗の電圧降下を測定し、第２の電流センサ抵抗に流れる電流を示す第２の電圧出力を提供するように構成された第２の電圧センサ
第１の電圧出力と第２の電圧出力に等しい対地実効電圧を出力するように構成された電流センサ出力端子
実効出力電圧は、第１のスイッチまたは第２のスイッチを流れる実効電流と、第１の出力端子と第２の出力端子との間に接続される超音波変換器を流れる電流とを示す、請求項１に記載の超音波変換器
複数のさらなるマイクロチップであって、複数のさらなるマイクロチップの各々が、複数のマイクロチップのそれぞれのマイクロチップに接続され、複数のＨブリッジ回路の１つのＨブリッジ回路を構成し、各さらなるマイクロチップが、複数の相互接続された組み込みコンポーネントおよびサブシステムからなる単一のユニットである：
第１の電源端子。および
第２の電源端子。ここで、
第１のスイッチ、第２のスイッチ、第３のスイッチ、および第４のスイッチを内蔵するマイクロチップにＨブリッジ回路であって、ここで：
第１のスイッチと第３のスイッチが、第１の電源端子と第２の電源端子との間に直列に接続される
第１の出力端子が、第１のスイッチと第３のスイッチとの間に電気的に接続され、第１の出力端子は、超音波変換器の第１の端子に接続される、請求項１に記載の方法
第１の電源端子と第２の電源端子との間に、第２のスイッチと第４のスイッチとが直列に接続される
第２のスイッチと第４のスイッチとの間に第２の出力端子が電気的に接続され、第２の出力端子は超音波変換器の第２の端子に接続されている、請求項１に記載の超音波変換器
パルス幅変調（ＰＷＭ）信号発生器サブシステムから第１位相出力信号を受信するように構成された第１位相端子
ＰＷＭ信号発生器サブシステムから第２位相出力信号を受信するように構成された第２位相端子
第１位相出力信号及び第２位相出力信号に基づいてタイミング信号を生成し、タイミング信号を前記Ｈブリッジ回路のスイッチに出力して、Ｈブリッジ回路が超音波変換器を駆動するための交流駆動信号を出力するようにスイッチをシーケンスでオン及びオフに制御するように構成されたデジタル状態機械であって、シーケンスが、第１スイッチ及び第２スイッチがオフされ第３スイッチ及び第４スイッチがオンされるフリーフロート期間からなり、超音波変換器によって蓄えられたエネルギーを消滅させるためにスイッチをターンさせるもの
次のものを内蔵する電流センサ：
第１のスイッチと第１の電源端子との間に直列に接続された第１の電流検出抵抗器
第１の電流検出抵抗の電圧降下を測定し、第１の電流検出抵抗に流れる電流を示す第１の電圧出力を提供するように構成された第１の電圧センサ
第２のスイッチと第１の電源端子との間に直列に接続される第２の電流検出抵抗器
第２の電圧センサであって、第２の電流センサ抵抗の電圧降下を測定し、第２の電流センサ抵抗に流れる電流を示す第２の電圧出力を提供するように構成された第２の電圧センサ
第１の電圧出力と第２の電圧出力に等しい対地実効電圧を出力するように構成された電流センサ出力端子
実効出力電圧は、第１のスイッチまたは第２のスイッチを流れる実効電流と、第１の出力端子と第２の出力端子との間に接続される超音波変換器を流れる電流とを示す、請求項１に記載の超音波変換器
【0484】
１２．第１１項に記載の水タバコ装置、前記Ｈブリッジ回路は、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間に接続される前記超音波変換器に２２Ｗ～５０Ｗの電力を出力するように構成される。
【0485】
１３．第１１項又は第１２項に記載の水タバコ装置であり、さらに各マイクロチップが以下を備えるもの：
さらなるマイクロチップ内に埋め込まれる温度センサであって、温度センサは、さらなるマイクロチップの温度を測定し、温度センサがさらなるマイクロチップが所定の閾値を超える温度であると感知する場合に、さらなるマイクロチップの少なくとも一部を無効にするように構成される、温度センサ
さらなるマイクロチップ内に埋め込まれる温度センサであって、温度センサは、さらなるマイクロチップの温度を測定し、温度センサがさらなるマイクロチップが所定の閾値を超える温度であると感知する場合に、さらなるマイクロチップの少なくとも一部を無効にするように構成される、温度センサ
【0486】
１４．第１１項から第１３項のいずれか１項に記載の水タバコ装置であり、装置がさらに以下を備えるもの：
ＤＡＣ出力端子からのアナログ電圧出力信号に応答して、電源電圧をブースト電圧に上昇させるように構成されたブーストコンバータ回路であって、ブースト電圧がＨブリッジ回路のスイッチの切り替えによって変調されるように、第１の電力供給端子においてブースト電圧を提供するように構成されたブーストコンバータ回路と、を備える。
ＤＡＣ出力端子からのアナログ電圧出力信号に応答して、電源電圧をブースト電圧に上昇させるように構成されたブーストコンバータ回路であって、ブースト電圧がＨブリッジ回路のスイッチの切り替えによって変調されるように、第１の電力供給端子においてブースト電圧を提供するように構成されたブーストコンバータ回路と、を備える。
【0487】
１５．電流センサは、前記フリーフロート期間中に共振回路を流れる電流を感知するように構成され、デジタル状態機械は、フリーフロート期間中に共振回路を流れる電流がゼロであると電流センサが感知したときに第１のスイッチ又は第２のスイッチのいずれかにスイッチを入れるためにタイミング信号を適応するように構成されている、第１１項から第１４項のいずれかの水タバコ装置。
【0488】
１６．第１１項から第１５項のいずれかの水タバコ装置で、装置の動作のセットアップ段階の間、さらなるマイクロチップが以下のように構成されるもの：
第１のスイッチおよび第２のスイッチがオフにされ、第３のスイッチおよび第４のスイッチがオンにされたときに、共振回路を流れる電流がゼロになるのにかかる時間の長さを測定し、
フリーフロート期間の時間の長さを、測定された時間の長さと等しくなるように設定する。
第１のスイッチおよび第２のスイッチがオフにされ、第３のスイッチおよび第４のスイッチがオンにされたときに、共振回路を流れる電流がゼロになるのにかかる時間の長さを測定し、
フリーフロート期間の時間の長さを、測定された時間の長さと等しくなるように設定する。
【0489】
１７．前項のいずれか１項に記載の装置であり、水タバコ装置がさらに以下を備えるもの：
マイクロコントローラによって実行されたとき、マイクロチップに以下を行わせる命令を格納するメモリ：
Ａ． 超音波変換器にスイープ周波数で交流駆動信号を出力するようにＨブリッジ回路を制御する
Ｂ． フィードバック信号に基づいて、超音波変換器によって使用されている有効電力を計算する
Ｃ． 超音波変換器によって使用されている有効電力を最大化するために交流駆動信号を変調するようにＨブリッジ回路を制御する
Ｄ． 超音波変換器によって使用される最大有効電力と交流駆動信号のスイープ周波数の記録をメモリに保存する
Ｅ． 所定の反復回数の後、スイープ周波数がスイープ開始周波数からスイープ終了周波数まで増加または減少するように、各反復でスイープ周波数が増加または減少しながら、ステップＡ－Ｄを所定の回数だけ繰り返す
Ｆ． メモリに格納された記録から、超音波変換器によって最大の有効電力が使用される交流駆動信号のスイープ周波数である交流駆動信号の最適周波数を特定する
Ｇ． Ｈブリッジ回路を制御して、最適な周波数で超音波変換器に交流駆動信号を出力し、超音波変換器を駆動して液体を霧化させる。
マイクロコントローラによって実行されたとき、マイクロチップに以下を行わせる命令を格納するメモリ：
Ａ． 超音波変換器にスイープ周波数で交流駆動信号を出力するようにＨブリッジ回路を制御する
Ｂ． フィードバック信号に基づいて、超音波変換器によって使用されている有効電力を計算する
Ｃ． 超音波変換器によって使用されている有効電力を最大化するために交流駆動信号を変調するようにＨブリッジ回路を制御する
Ｄ． 超音波変換器によって使用される最大有効電力と交流駆動信号のスイープ周波数の記録をメモリに保存する
Ｅ． 所定の反復回数の後、スイープ周波数がスイープ開始周波数からスイープ終了周波数まで増加または減少するように、各反復でスイープ周波数が増加または減少しながら、ステップＡ－Ｄを所定の回数だけ繰り返す
Ｆ． メモリに格納された記録から、超音波変換器によって最大の有効電力が使用される交流駆動信号のスイープ周波数である交流駆動信号の最適周波数を特定する
Ｇ． Ｈブリッジ回路を制御して、最適な周波数で超音波変換器に交流駆動信号を出力し、超音波変換器を駆動して液体を霧化させる。
【0490】
１８．第１７項に記載の水タバコ装置であり、前記開始スイープ周波数は２９００ｋＨｚであり、前記終了スイープ周波数は３１００ｋＨｚであるもの。
【0491】
１９．水タバコは以下を含む
水チャンバ
水チャンバに取り付けられる第１の端部を有する細長いステムであって、ステムは、ステムの第２の端部から、ステムを通り、第１の端部まで延びるミスト流路；および
水タバコ装置前項のいずれか１項に記載の水タバコ装置配置は、ステムの第２端において水タバコのステムに取り付けられる。
水チャンバ
水チャンバに取り付けられる第１の端部を有する細長いステムであって、ステムは、ステムの第２の端部から、ステムを通り、第１の端部まで延びるミスト流路；および
水タバコ装置前項のいずれか１項に記載の水タバコ装置配置は、ステムの第２端において水タバコのステムに取り付けられる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図45】
【図46】
【図47】
【図48】
【図49】
【図50】
【図51】
【図52】
【図53】
【図54】
【図55】
【図56】
【図57】
【図58】
【図59】
【国際調査報告】