JP7300482B2 - エアロゾル生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、エアロゾル生成装置に関する。

いわゆる電子シガレットやネブライザー（吸入器）のように、エアロゾル源となる液体又は固体を、ヒータやアクチュエータなどの電源からの給電により動作する負荷によって霧化（エアロゾル化）し、使用者に吸引させるエアロゾル生成装置（電子気化装置）が知られている。

例えば、電子気化装置において吸入可能な蒸気を生成するシステムが提案されている（例えば、特許文献１）。本技術では、エアロゾル源を霧化するヒータに相当するコイルへの電力を監視することにより気化が生じているかどうかを判断する。コイルを調整温度に保持するために必要な電力が低下する場合、通常の気化を生じさせるための流体芯に十分な液体が無いことを示すとされている。

また、エアロゾル源を内包する又はエアロゾル源に相当するエアロゾル形成基材を加熱するように構成された加熱要素の温度を、目標温度に維持するために必要な、加熱要素に供給される電力又はエネルギを閾値と比較することで、加熱要素に近接するエアロゾル形成基材の存在を検出するエアロゾル発生装置が提案されている（例えば、特許文献２）。

特表２０１７－５０１８０５号公報 特表２０１５－５０７４７６号公報 特表２００５－５２５１３１号公報 特表２０１１－５１５０９３号公報 特表２０１３－５０９１６０号公報 特表２０１５－５３１６００号公報 特表２０１４－５０１１０５号公報 特表２０１４－５０１１０６号公報 特表２０１４－５０１１０７号公報 国際公開第２０１７／０２１５５０号 特開２０００－０４１６５４号公報 特開平３－２３２４８１号公報 国際公開第２０１２／０２７３５０号 国際公開第１９９６／０３９８７９号 国際公開第２０１７／０２１５５０号

一般的なエアロゾル生成装置においてエアロゾルを生成する際は、ヒータの温度がエアロゾル源の沸点近傍になるように、電源からヒータへの給電を制御する。エアロゾル源の残量が充分に残っており且つエアロゾル生成量を制御している場合には、この電源からヒータへ給電される電力は一定値又は連続的な変化を示す。換言すれば、エアロゾル源の残量が充分に残っており、且つヒータ温度が目標温度又は目標温度域に維持させるようなフィードバック制御を行っている場合には、この電源からヒータへ給電される電力は一定値又は連続的な変化を示す。

エアロゾル源の残量は、エアロゾル生成装置の様々な制御に用いる重要な変数である。一例として、エアロゾル源の残量を検出しない、又は十分な精度で検出できない場合、既にエアロゾル源が枯渇しているにも関わらず、電源からヒータへの給電が継続され、電源の蓄電量を浪費してしまう虞がある。

そこで、特許文献２において提案されたエアロゾル発生装置では、このヒータの温度を維持するための電力に基づいて、エアロゾル源が十分に存在するかを判断する。しかしながら、電力の計測にあたっては、複数のセンサが用いられることが一般的であり、これらのセンサの誤差を正確に較正するか、誤差を考慮した制御を構築しない限り、計測された電力に基づいて、エアロゾル源の残量又はその枯渇を正確に推定することは困難であった。

エアロゾル源の残量を検知する別手法としては、ヒータの温度や、特許文献３，４におけるヒータの電気抵抗値を用いたものが提案されている。これらはエアロゾル源の残量が充分に残っている場合と、枯渇している場合とで異なる値を示すことが知られている。しかし、いずれも専用のセンサや複数のセンサを必要とするものであるため、同様にエアロゾル源の残量又はその枯渇を正確に推定することは困難であった。

また、センサが適切な分解能を有していなければ、例えば残量が減少したことを正確に検知するのは困難であった。また、センサでエアロゾル源の残量等を測定する際にエアロゾルを発生させてしまうことがあるという問題もあった。

そこで、本発明は、エアロゾル生成装置において、測定中におけるエアロゾルの生成を低減させ、又はエアロゾル生成装置によるエアロゾル源の残量の推定の精度を向上させることを目的とする。

本発明に係るエアロゾル生成装置は、電源と、温度に応じて抵抗値が変化し、電源からの給電によりエアロゾル源を霧化又は香味源を加熱してエアロゾルを生成するための負荷と、負荷と直列接続された抵抗器を備え、抵抗器に流れる電流値又は抵抗器に印加される電圧値である計測値を出力するセンサと、電源から負荷への給電を制御し、センサの出力を受取る制御部とを含み、抵抗器は、抵抗値の温度の変化に対する計測値の変化の応答性が既定の範囲に属するような、抵抗値を有する。

抵抗器が、抵抗値の温度の変化に対する計測値の変化の応答性が既定の範囲に属するような抵抗値を有する。例えば応答性が高いと、センサによる検知性能は向上するが測定中においてエアロゾルが生成されるおそれがある。逆に、応答性が低いと、測定中におけるエアロゾルの生成は低減させることができるが、センサによる検知性能も低下する。上述のような構成によれば、バランスのとれた抵抗値を設定し得る。

また、抵抗器は、電源から抵抗器へ給電される給電期間において、負荷が生成するエアロゾル量が閾値以下となる第１条件と、エアロゾル源又は香味源の残量の変化を、計測値に基づいて制御部が検知可能になるという第２条件と、のうち少なくとも一方を満たす抵抗値を有するようにしてもよい。このような第１条件によれば、測定中におけるエアロゾルの生成を低減させることができ、第２条件によれば、エアロゾル生成装置によるエアロゾル源の残量の推定の精度を向上させることができる。

また、抵抗値は、第１条件を満たす値であってもよい。すなわち、自装置の端部に設けられ、エアロゾルを放出するための吸口端を含み、閾値は、給電期間において、吸口端からエアロゾルが放出されない値であってもよい。換言すれば、閾値は、負荷における発熱がエアロゾル源又は香味源の蒸発熱に用いられない値であってもよい。また、抵抗値は、負荷における発熱に由来してエアロゾルが生成されない値であってもよい。

また、抵抗値は、第２条件を満たす値であってもよい。すなわち、抵抗値は、負荷への通電開始時における計測値と、エアロゾル源又は香味源の残量が既定量以下の場合における計測値とを、制御部が区別できる程度に異ならせる値であってもよい。換言すれば、抵抗値は、負荷への通電開始時における計測値と、エアロゾル源又は香味源の残量が既定量以下の場合における計測値との差分の絶対値を、制御部の分解能より大きくさせる値であってもよい。また、抵抗値は、エアロゾル生成時における計測値と、エアロゾル源又は香味源の残量が既定量以下の場合における計測値とを、制御部が区別できる程度に異ならせる値であってもよい。また、抵抗値は、エアロゾル生成時における計測値と、エアロゾル源又は香味源の残量が既定量以下の場合における計測値との差分の絶対値を、制御部の分解能より大きくさせる値であってもよい。また、抵抗値は、負荷への通電開始時における計測値と、エアロゾル生成時における計測値とを、制御部が区別できる程度に異ならせる値であってもよい。また、抵抗値は、負荷への通電開始時における計測値と、エアロゾル生成時における計測値との差分の絶対値を、制御部の分解能より大きくさせる値であってもよい。

また、抵抗値は、第１条件と第２条件を満たす値である。このようにすれば、測定中にはエアロゾルの生成を低減させ、且つエアロゾル生成装置が推定するエアロゾル源の残量の精度を向上させることができる。すなわち相反する２つの課題を同時に解決できる。

また、抵抗値は、第１条件を満たす最小値と第２条件を満たす最大値のうち、第２条件を満たす最大値により近い値であってもよい。このようにすれば、測定中にはエアロゾルの生成を低減させつつも、残量検知の分解能をできる限り向上させることができる。すなわち相反する２つの課題を同時に解決しつつも、さらに分解能をできる限り向上できるため、エアロゾル生成装置が推定するエアロゾル源の残量の精度を最大限に向上できる。

また、電源と負荷とを電気的に接続し、センサを経由せずに負荷へ給電する第１給電路、及びセンサを経由して負荷へ給電する第２給電路を備える給電回路を含むようにしてもよい。具体的には、このような構成を採用することができる。

また、給電回路は、電源に接続され第１給電路と第２給電路とに分岐する第１ノードと、該第１ノードより下流で第１給電路と第２給電路とが合流する第２ノードと、第２給電路において第１ノードとセンサの間に設けられるリニア・レギュレータとを備えるようにしてもよい。このようにすれば、第１給電路においてはリニアレギュレータによる変換損失がなくなり、第２給電路においては残量検知の精度を向上させることができる。

また、他の側面に係るエアロゾル生成装置は、電源と、温度に応じて抵抗値が変化し、電源からの給電によりエアロゾル源を霧化又は香味源を加熱してエアロゾルを生成するための負荷と、負荷と直列接続された抵抗器を備え、抵抗器に流れる電流値又は抵抗器に印加される電圧値である計測値を出力するセンサと、電源から負荷への給電を制御し、センサの出力を受取る制御部とを含み、抵抗器は、電源から抵抗器へ給電される給電期間において、負荷が生成するエアロゾル量が閾値以下となる第１条件と、エアロゾル源又は香味源の残量の変化を、計測値に基づいて制御部が検知可能になるという第２条件と、のうち少なくとも一方を満たす抵抗値を有する。

このような第１条件によれば、測定中におけるエアロゾルの生成を低減させることができ、第２条件によれば、エアロゾル生成装置によるエアロゾル源の残量の推定の精度を向上させることができる。

また、他の側面に係るエアロゾル生成装置は、電源と、温度に応じて抵抗値が変化し、電源からの給電によりエアロゾル源を霧化又は香味源を加熱してエアロゾルを生成する負荷と、負荷と直列接続された抵抗器を備え、抵抗値を流れる電流値又は抵抗器に印加される電圧値である計測値を出力するセンサと、負荷へ供給される電流の大きさを調整するための１以上の調整用抵抗器と、電源から負荷への給電を制御し、且つセンサの出力を受取る制御部とを含み、抵抗器及び調整用抵抗器の抵抗値は、電源から負荷へ給電される給電期間において、負荷が生成するエアロゾル量が所定の閾値以下となる値であるという第１条件と、抵抗器は、抵抗値の温度の変化に対する計測値の変化の応答性が既定の範囲に属するような、抵抗値を有する。

このようにすれば、センサが有する抵抗値とは別に調整用抵抗器の抵抗値を用いることによって、測定中におけるエアロゾルの生成を低減させ、又はエアロゾル生成装置が推定するエアロゾル源の残量の精度を向上させることができる。

また、抵抗器の抵抗値は、負荷の抵抗値より大きくてもよい。例えばこのようにすれば、測定中にはエアロゾルの生成を低減させることができる。

なお、課題を解決するための手段に記載の内容は、本発明の課題や技術的思想を逸脱しない範囲で可能な限り組み合わせることができる。また、課題を解決するための手段の内容は、コンピュータ、プロセッサ又は電気回路等を含む装置若しくは複数の装置を含むシステム、装置が実行する方法、又は装置に実行させるプログラムとして提供することができる。該プログラムはネットワーク上で実行されるようにすることも可能である。また、当該プログラムを保持する記録媒体を提供するようにしてもよい。

本発明によれば、エアロゾル生成装置において、測定中におけるエアロゾルの生成を低減させ、又はエアロゾル生成装置によるエアロゾル源の残量の推定の精度を向上させることができる。

図１は、エアロゾル生成装置の外観の一例を示す斜視図である。 図２は、エアロゾル生成装置の一例を示す分解図である。 図３は、エアロゾル生成装置の内部構造の一例を示す概略図である。 図４は、エアロゾル生成装置の回路構成の一例を示す回路図である。 図５は、貯留部に貯留されているエアロゾル源の量を推定する処理を説明するためのブロック図である。 図６は、残量推定処理の一例を示す処理フロー図である。 図７は、使用者がエアロゾル生成装置を使用する状態の一例を示すタイミングチャートである。 図８は、判定期間の長さの決め方の一例を説明するための図である。 図９は、負荷を流れる電流値の変化の他の例を示す図である。 図１０は、判定期間の設定を行う処理の一例を示す処理フロー図である。 図１１は、貯留部、供給部及び負荷において消費されるエネルギーを模式的に表す図である。 図１２は、負荷において消費されるエネルギーと生成されるエアロゾル量との関係を模式的に示すグラフである。 図１３は、エアロゾル源の残量と、負荷の抵抗値との関係を示すグラフの一例である。 図１４は、エアロゾル生成装置が備える回路の変形例を示す図である。 図１５は、エアロゾル生成装置が備える回路の他の変形例を示す図である。

本発明に係るエアロゾル生成装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。本実施形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、それらの相対的な配置等は一例である。また、処理の順序も一例であり、本発明の課題や技術的思想を逸脱しない範囲で可能な限り入れ替えたり並列に実行したりすることができる。したがって、特に限定的な説明がない限り、発明の技術的範囲は以下の例のみには限定されない。

＜実施形態＞
図１は、エアロゾル生成装置の外観の一例を示す斜視図である。図２は、エアロゾル生成装置の一例を示す分解図である。エアロゾル生成装置１は、電子シガレットやネブライザー等であり、使用者の吸引に応じてエアロゾルを生成し、使用者に提供する。なお、使用者が行う１回の連続した吸引を「パフ」と呼ぶものとする。また、本実施形態では、エアロゾル生成装置１は、生成したエアロゾルに対し、香味等の成分を添加して使用者の口腔内に放出する。

図１及び図２に示すように、エアロゾル生成装置１は、本体２と、エアロゾル源保持部３と、添加成分保持部４とを備える。本体２は、電力を供給すると共に装置全体の動作を制御する。エアロゾル源保持部３は、霧化させてエアロゾルを生成するためのエアロゾル源を保持する。添加成分保持部４は、香味やニコチン等の成分を保持する。使用者は、添加成分保持部４側の端部である吸口を咥え、香味等が添加されたエアロゾルを吸引することができる。

エアロゾル生成装置１は、本体２、エアロゾル源保持部３及び添加成分保持部４を、使用者等が組み立てることによって形成される。本実施形態では、本体２、エアロゾル源保持部３及び添加成分保持部４は、それぞれ径が所定の大きさである円柱状、円錐台状等であり、本体２、エアロゾル源保持部３、添加成分保持部４の順に結合させることができる。本体２とエアロゾル源保持部３とは、例えば、それぞれの端部に設けられた雄ねじ部分と雌ねじ部分とが螺合することにより結合される。また、エアロゾル源保持部３と添加成分保持部４とは、例えば、エアロゾル源保持部３の一端に設けられた筒状の部分に、側面にテーパが付けられた添加成分保持部４を嵌め込むことにより結合される。また、エアロゾル源保持部３及び添加成分保持部４は、使い捨ての交換部品であってもよい。

＜内部構成＞
図３は、エアロゾル生成装置１の内部の一例を示す概略図である。本体２は、電源２１と、制御部２２と、吸引センサ２３とを備える。制御部２２は、電源２１及び吸引センサ２３とそれぞれ電気的に接続されている。電源２１は、二次電池等であり、エアロゾル生成装置１が備える電気回路に電力を供給する。制御部２２は、マイクロコントローラ（ＭＣＵ：Micro-Control Unit）等のプロセッサであり、エアロゾル生成装置１が備える電気回路の動作を制御する。また、吸引センサ２３は、気圧センサや流量センサ等である。使用者がエアロゾル生成装置１の吸口から吸引すると、吸引センサ２３は、エアロゾル生成装置１の内部に生じる負圧や気体の流量に応じた値を出力する。すなわち、制御部２２は、吸引センサ２３の出力値に基づいて吸引を検知することができる。

エアロゾル生成装置１のエアロゾル源保持部３は、貯留部３１と、供給部３２と、負荷３３と、残量センサ３４とを備える。貯留部３１は、加熱により霧化する液体状のエアロゾル源を貯留する容器である。なお、エアロゾル源は、例えばグリセリンやプロピレングリコールのような、ポリオール系の材料である。なお、エアロゾル源は、さらにニコチン液、水、香料等を含む混合液（「香味源」とも呼ぶ）であってもよい。貯留部３１には、このようなエアロゾル源が予め貯留されているものとする。なお、エアロゾル源は貯留部３１を必要としない固体であってもよい。

供給部３２は、例えばガラス繊維のような繊維材料を撚って形成されるウィックを含む。供給部３２は、貯留部３１と接続される。また、供給部３２は負荷３３と接続され、又は供給部３２の少なくとも一部が負荷３３の近傍に配置される。エアロゾル源は毛細管現象によりウィックに浸透し、負荷３３による加熱によってエアロゾル源を霧化できる部分まで移動する。換言すれば、供給部３２は、貯留部３１からエアロゾル源を吸い上げ、負荷３３又はその近傍へ運ぶ。なお、ガラス繊維に代えて多孔質状のセラミックをウィックに用いてもよい。

負荷３３は、例えばコイル状のヒータであり、電流が流れることで発熱する。また、例えば負荷３３は正温度係数（ＰＴＣ：Positive Temperature Coefficient）特性を有し、その抵抗値が発熱温度にほぼ正比例する。なお、負荷３３は必ずしも正温度係数特性を有している必要はなく、その抵抗値と発熱温度に相関があるものであればよい。一例として、負荷３３は負温度係数（ＮＴＣ：Negative Temperature Coefficient）特性を有していてもよい。なお、負荷３３はウィックの外部に巻かれていてもよいし、逆に負荷３３の周囲をウィックが覆うような構成であってもよい。負荷３３への給電は、制御部２２によって制御される。供給部３２によって貯留部３１から負荷３３へエアロゾル源が供給されると、負荷３３の熱によりエアロゾル源が蒸発し、エアロゾルが生成される。また、制御部２２は、吸引センサ２３の出力値に基づいて使用者による吸引動作が検知された場合に、負荷３３への給電を行い、エアロゾルを生成させる。また、貯留部３１に貯留されたエアロゾル源の残量が十分である場合、負荷３３へも十分な量のエアロゾル源が供給され、負荷３３における発熱はエアロゾル源に輸送されるため、換言すれば負荷３３における発熱はエアロゾル源の昇温及び気化に用いられるため、負荷３３の温度は予め設計された所定の温度を超えることはほぼない。一方、貯留部３１に貯留されたエアロゾル源が枯渇すると、負荷３３へのエアロゾル源の時間当たりの供給量が低下する。その結果、負荷３３における発熱はエアロゾル源に輸送されないため、換言すれば負荷３３における発熱はエアロゾル源の昇温及び気化に用いられないため、負荷３３が過熱し、これに伴い負荷３３の抵抗値も上昇する。

残量センサ３４は、負荷３３の温度に基づいて貯留部３１に貯留されたエアロゾル源の残量を推定するためのセンシングデータを出力する。例えば、残量センサ３４は、負荷３３と直列に接続された電流測定用の抵抗器（シャント抵抗）と、抵抗器と並列に接続され、抵抗器の電圧値を測定する測定装置とを含む。なお、抵抗器は、その抵抗値が温度によってほぼ変化しない予め定められた一定の値である。よって、既知の抵抗値と測定された電圧値に基づいて、抵抗器に流れる電流値が求められる。

なお、上述したシャント抵抗を用いた測定装置に代えて、ホール素子を用いた測定装置を用いてもよい。ホール素子は、負荷３３と直列の位置に設けられる。すなわち、負荷３３と直列に接続された導線の周囲に、ホール素子を備えるギャップコアが配置される。そして、ホール素子は、自身を貫流する電流によって発生する磁界を検出する。ホール素子を用いる場合、「自身を貫流する電流」とは、ギャップコアの中央に配置され、ホール素子とは接しない導線を流れる電流であり、その電流値は負荷３３を流れる電流と同じになる。また、本実施形態において残量センサ３４は、抵抗器に流れる電流値を出力した。これに代えて、抵抗器の両端に掛かる電圧値や、電流値や電圧値そのものの値ではなく、これに所定の演算を施した値を用いてもよい。これら抵抗器に流れる電流値に代えて用いることができる測定値は、抵抗器に流れる電流値に応じてその値が変わる値である。すなわち、残量センサ３４は、抵抗器に流れる電流値に応じた測定値を出力すればよい。抵抗器に流れる電流値に代えてこれらの測定値を用いても、本発明の技術的思想に包含されることはもちろんである。

エアロゾル生成装置１の添加成分保持部４は、内部にたばこの葉の刻や、メンソール等の香味成分４１を保持する。また、添加成分保持部４は、吸口側及びエアロゾル源保持部３と結合される部分に通気孔を備え、使用者が吸口から吸引すると添加成分保持部４の内部に負圧が生じ、エアロゾル源保持部３において発生したエアロゾルが吸引されると共に、添加成分保持部４の内部においてニコチンや香味等の成分がエアロゾルに添加され、使用者の口腔内に放出される。

なお、図３に示した内部構成は一例である。エアロゾル源保持部３は、円柱の側面に沿って設けられ円形の断面の中央に沿って空洞を有するトーラス状であってもよい。この場合、中央の空洞に供給部３２や負荷３３が配置されるようにしてもよい。また、使用者に対し装置の状態を出力するために、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やバイブレータ等の出力部をさらに備えていてもよい。

＜回路構成＞
図４は、エアロゾル生成装置内の回路構成のうち、エアロゾル源の残量の検知、及び負荷への給電の制御に関わる部分の一例を示す回路図である。エアロゾル生成装置１は、電源２１と、制御部２２と、電圧変換部２１１と、スイッチ（スイッチング素子）Ｑ１及びＱ２と、負荷３３と、残量センサ３４とを備える。電源２１と負荷３３とを接続する、スイッチＱ１及びＱ２並びに電圧変換部２１１を含む部分を、本発明に係る「給電回路」とも呼ぶ。例えば、電源２１及び制御部２２は、図１～３の本体２に設けられ、電圧変換部２１１、スイッチＱ１及びＱ２、負荷３３並びに残量センサ３４は、図１～３のエアロゾル源保持部３に設けられる。また、本体２とエアロゾル源保持部３とを結合することにより、内部の構成要素が電気的に接続され、図４に示すような回路が形成される。なお、例えば電圧変換部２１１やスイッチＱ１及びＱ２、残量センサ３４の少なくとも一部を本体２に設けるようにしてもよい。エアロゾル源保持部３や添加成分保持部４を使い捨ての交換部品として構成した場合、これらに含まれる構成品が少なければ少ないほど、交換部品のコストを下げられる。

電源２１は、各構成要素と直接的又は間接的に電気接続され、回路に電力を供給する。制御部２２は、スイッチＱ１及びＱ２、残量センサ３４と接続される。また、制御部２２は、残量センサ３４の出力値を取得し、貯留部３１に残っているエアロゾル源の推定値を算出したり、算出した推定値や吸引センサ２３の出力値等に基づいてスイッチＱ１及びＱ２の開閉を制御したりする。

スイッチＱ１及びＱ２は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）のような半導体スイッチ等である。また、スイッチＱ１は、一端が電源２１と接続され、他端が負荷３３と接続されている。そして、スイッチＱ１を閉じることにより、負荷３３に給電し、エアロゾルを生成させることができる。例えば、制御部２２は、使用者による吸引動作を検知した場合に、スイッチＱ１を閉じる。なお、スイッチＱ１及び負荷３３を通過する経路を「エアロゾル生成経路」及び「第１給電路」とも呼ぶものとする。

また、スイッチＱ２は、一端が電圧変換部２１１を介して電源２１と接続され、他端が残量センサ３４を経由して負荷３３と接続されている。そして、スイッチＱ２を閉じることにより、残量センサ３４の出力値を得ることができる。なお、スイッチＱ２、残量センサ３４、及び負荷３３を通過し、残量センサ３４が所定の測定値を出力する経路を、「残量検出経路」及び本発明に係る「第２給電路」とも呼ぶものとする。なお、残量センサ３４にホール素子を用いる場合は、残量センサ３４はスイッチＱ２及び負荷３３に接続する必要は無く、スイッチＱ２と負荷３３の間における所定の測定値を出力できるように設けてあればよい。換言すれば、ホール素子内をスイッチＱ２と負荷３３を結ぶ導線が通るように構成すればよい。

このように、図４に示す回路は、電源２１からエアロゾル生成経路と残量検出経路とに分岐する第１ノード５１と、エアロゾル生成経路と残量検出経路とが合流し、負荷３３に接続される第２ノード５２とを備えている。

電圧変換部２１１は、電源２１の出力する電圧を変換して負荷３３へ出力することができる。具体的には、図４に示すＬＤＯ（Low Drop-Out）レギュレータ等のような電圧レギュレータであり、一定の電圧を出力する。電圧変換部２１１は、一端が電源２１と接続され、他端はスイッチＱ２と接続されている。また、電圧変換部２１１は、スイッチＱ３と、抵抗器Ｒ１及びＲ２と、キャパシタＣ１及びＣ２と、コンパレータＣｏｍｐと基準電圧Ｖ_ＲＥＦを出力する定電圧源を含む。なお、図４に示すLDOレギュレータを用いる場合、その出力電圧Ｖ_outは以下の式（１）で求められる。
Ｖ_out＝Ｒ₂／（Ｒ₁＋Ｒ₂）×Ｖ_REF ・・・（１）

スイッチＱ３は、半導体スイッチ等であり、コンパレータＣｏｍｐの出力に応じて開閉される。また、スイッチＱ３の一端は電源２１と接続され、スイッチＱ３の開閉のデューティ比によって出力電圧が変更される。スイッチＱ３の出力電圧は、直列に接続された抵抗器Ｒ１及びＲ２によって分圧され、コンパレータＣｏｍｐの一方の入力端子に印加される。また、コンパレータＣｏｍｐの他方の入力端子には、基準電圧Ｖ_ＲＥＦが印加される。そして、基準電圧Ｖ_ＲＥＦとスイッチＱ３の出力電圧との比較結果を示す信号が出力される。このように、スイッチＱ３へ印加される電圧値が変動しても、所定値以上であれば、コンパレータＣｏｍｐからのフィードバックを受けて、スイッチＱ３の出力電圧を一定にすることができる。コンパレータＣｏｍｐ及びスイッチＱ３を、本発明に係る「電圧変換部」とも呼ぶ。

なお、キャパシタＣ１は、その一端が、電圧変換部２１１内における電源２１側の端部に接続され、他端はグラウンドに接続されている。キャパシタＣ１は電力を蓄積するとともに、サージ電圧から回路を保護する。キャパシタＣ２は、その一端がスイッチＱ３の出力端子に接続されており、出力電圧を平滑化する。

二次電池のような電源を利用する場合、充電率の低下に伴い電源電圧も低下する。本実施形態に係る電圧変換部２１１によれば、電源電圧がある程度変動する場合であっても、定電圧を供給することができる。

残量センサ３４は、シャント抵抗３４１と、電圧計３４２とを含む。シャント抵抗３４１の一端は、スイッチＱ２を介して電圧変換部２１１に接続されている。また、シャント抵抗３４１の他端は、負荷３３に接続されている。すなわち、シャント抵抗３４１は、負荷３３と直列に接続されている。また、電圧計３４２は、シャント抵抗３４１と並列に接続されており、シャント抵抗３４１における電圧降下量を測定することができる。また、電圧計３４２は、制御部２２とも接続されており、測定したシャント抵抗３４１における電圧降下量を制御部２２へ出力する。

＜残量推定処理＞
図５は、貯留部３１に貯留されているエアロゾル源の量を推定する処理を説明するためのブロック図である。なお、電圧変換部２１１が出力する電圧Ｖ_outは、定数であるものとする。また、シャント抵抗３４１の抵抗値Ｒ_shuntは既知の定数である。よって、シャント抵抗３４１の両端電圧Ｖ_shuntを用いて、シャント抵抗３４１に流れる電流値Ｉ_shuntは以下の式（２）で求められる。
Ｉ_shunt＝Ｖ_shunt／Ｒ_shunt ・・・（２）

なお、シャント抵抗３４１と直列に接続された負荷３３に流れる電流値Ｉ_HTRは、Ｉ_shuntと同一である。シャント抵抗３４１は、負荷３３と直列に接続されており、負荷を流れる電流値に応じた値が測定される。

ここで、電圧変換部２１１の出力電圧Ｖ_outは、負荷３３の抵抗値Ｒ_HTRを用いると、次の式（３）で表すことができる。
Ｖ_out＝Ｉ_shunt×（Ｒ_shunt＋Ｒ_HTR） ・・・（３）

式（３）を変形すると、負荷３３の抵抗値Ｒ_HTRは、以下の式（４）で表すことができる。
Ｒ_HTR＝Ｖ_out／Ｉ_shunt－Ｒ_shunt ・・・（４）

また、負荷３３は、前述した正温度係数（ＰＴＣ）特性を有しており、図５に示すように負荷３３の抵抗値Ｒ_HTRは負荷３３の温度Ｔ_HTRにほぼ正比例する。したがって、負荷３３の抵抗値Ｒ_HTRに基づいて負荷３３の温度Ｔ_HTRを算出することができる。本実施形態では、負荷３３の抵抗値Ｒ_HTRと温度Ｔ_HTRとの関係を示す情報を、例えばテーブルに予め記憶させておくものとする。従って、専用の温度センサを用いずに、負荷３３の温度Ｔ_HTRを推定することができる。なお、負荷３３が負の温度係数特性（ＮＴＣ）を有している場合も、抵抗値Ｒ_HTRと温度Ｔ_HTRとの関係を示す情報に基づいて、負荷３３の温度Ｔ_HTRを推定することができる。

また、本実施形態では、負荷３３によって周囲のエアロゾル源が蒸発させられた場合であっても、貯留部３１に十分な量のエアロゾル源が貯留されているときは、供給部３２を介して負荷３３へエアロゾル源が供給され続ける。したがって、貯留部３１におけるエアロゾル源の残量が所定量以上であれば、負荷３３の温度は、通常はエアロゾル源の沸点を超えて大幅に上昇することはない。しかしながら、貯留部３１におけるエアロゾル源の残量が減少すると、これに伴い、供給部３２を介して負荷３３へ供給されるエアロゾル源の量も減少し、負荷３３の温度はエアロゾル源の沸点を超えてさらに上昇することになる。このようなエアロゾル源の残量と負荷３３の温度との関係を示す情報は、実験などによって予めわかっているものとする。そして、当該情報と、算出された負荷３３の温度Ｔ_HTRとに基づいて、貯留部３１が保持しているエアロゾル源の残量Quantityを推定することができる。なお、残量は、貯留部３１の容量に対する残量の割合として求めるようにしてもよい。

また、エアロゾル源の残量と負荷３３の温度との間には相関関係があるため、予め定められた残量の閾値に対応する負荷３３の温度の閾値を用いて、負荷３３の温度が温度の閾値を超えた場合に、貯留部３１のエアロゾル源が枯渇したと判断することができる。さらに、負荷３３の抵抗値と温度との間にも対応関係があるため、負荷３３の抵抗値が、上述した温度の閾値に対応する抵抗値の閾値を超えた場合に、貯留部３１のエアロゾル源が枯渇したと判断することもできる。また、上述した式（４）の変数はシャント抵抗３４１を流れる電流値Ｉ_shuntのみであるため、上述した抵抗値の閾値に対応する電流値の閾値も、一意に定まる。ここで、シャント抵抗３４１を流れる電流値Ｉ_shuntとは、負荷３３を流れる電流値Ｉ_HTRと同一である。したがって、負荷３３を流れる電流値Ｉ_HTRが、予め定められた電流値の閾値未満の値を示した場合に、貯留部３１のエアロゾル源が枯渇したと判断することもできる。すなわち、負荷３３に流す電流値等の測定値について、例えばエアロゾル源が充分に残っている状態における目標値又は目標範囲を定め、目標値又は目標範囲を含む既定の範囲に測定値が属するか否かによって、エアロゾル源の残量が充分であるか判断することができる。既定の範囲は、例えば上述した閾値を用いて定めることができる。

以上のように、本実施形態によれば、負荷３３の抵抗値Ｒ _HTR を、シャント抵抗３４１を流れる電流の値Ｉ_shuntという１つの測定値を用いて算出することができる。なお、シャント抵抗３４１の電流値Ｉ_shuntは、式（２）に示したように、シャント抵抗３４１の両端電圧Ｖ_shuntを測定することで求めることができる。ここで、一般的に、センサが出力する測定値にはオフセット誤差、ゲイン誤差、ヒステリシス誤差、リニアリティ誤差といった様々な誤差が含まれる。本実施形態では、定電圧を出力する電圧変換部２１１を用いることにより、貯留部３１が保持しているエアロゾル源の残量Quantity又は貯留部３１のエアロゾル源が枯渇したか否かを推定するにあたって、測定値を代入すべき変数を１つにしている。したがって、例えば複数の変数に異なるセンサの出力値を代入することによって負荷の抵抗値等を算出するような手法よりも、算出される負荷３３の抵抗値Ｒ _HTR の精度は向上する。その結果、負荷３３の抵抗値Ｒ _HTR に基づいて推定されるエアロゾル源の残量も、精度が向上する。

図６は、残量推定処理の一例を示す処理フロー図である。図７は、使用者がエアロゾル生成装置を使用する状態の一例を示すタイミングチャートである。図７は、矢印の方向が時間ｔ（ｓ）の経過を示し、グラフはそれぞれ、スイッチＱ１及びＱ２の開閉、負荷３３を流れる電流の値Ｉ_HTR、算出される負荷３３の温度Ｔ_HTR、エアロゾル源の残量Quantityの変化を示している。なお、閾値Thre1及びThre2は、エアロゾル源の枯渇を検知するための所定の閾値である。エアロゾル生成装置１は、使用者がエアロゾル生成装置１を使用する際に、残量の推定を実行し、エアロゾル源の減少を検知した場合には所定の処理を行う。

エアロゾル生成装置１の制御部２２は、吸引センサ２３の出力に基づいて、使用者が吸引動作を行ったか判断する（図６：Ｓ１）。本ステップでは、制御部２２は、吸引センサ２３の出力に基づいて、負圧の発生や流量の変化等を検知した場合、使用者の吸引を検知したと判断する。吸引を検知しなかった場合（Ｓ１：Ｎｏ）、Ｓ１の処理を繰り返す。なお、負圧や流量の変化を０ではない閾値と比較することで、使用者の吸引を検知してもよい。

一方、吸引を検知した場合（Ｓ１：Ｙｅｓ）、制御部２２は、スイッチＱ１をパルス幅制御（ＰＷＭ，Pulse Width Modulation）する（図６：Ｓ２）。例えば、図７の時刻ｔ１において吸引が検知されたものとする。時刻ｔ１の後、制御部２２は、所定の周期でスイッチＱ１を開閉させる。また、スイッチＱ１の開閉に伴い、負荷３３には電流が流れ、負荷３３の温度Ｔ_HTRはエアロゾル源の沸点程度まで上昇する。また、エアロゾル源は、負荷３３の温度によって加熱され、蒸発し、エアロゾル源の残量Quantityは減少する。なお、ステップＳ２でスイッチＱ１を制御する際は、ＰＷＭ制御に代えて、パルス周波数制御（ＰＦＭ， Pulse Frequency Modulation）を用いてもよい。

また、制御部２２は、吸引センサ２３の出力に基づいて、使用者が吸引動作を終了したか判断する（図６：Ｓ３）。本ステップにおいては、制御部２２は、吸引センサ２３の出力に基づいて、負圧の発生や流量の変化等が検知されなくなった場合、使用者が吸引を終了したと判断する。吸引が終了していない場合（Ｓ３：Ｎｏ）、制御部２２はＳ２の処理を繰り返す。なお、負圧や流量の変化を０ではない閾値と比較することで、使用者の吸引の終了を検知してもよい。または、ステップＳ１において使用者の吸引を検知してから所定時間が経過した場合、ステップＳ３の判断によらず、ステップＳ４に進んでもよい。

一方、吸引が終了した場合（Ｓ３：Ｙｅｓ）、制御部２２はスイッチＱ１のＰＷＭ制御を停止する（図６：Ｓ４）。例えば、図７の時刻ｔ２において吸引が終了したと判断されたものとする。時刻ｔ２の後、スイッチＱ１は開いた状態（ＯＦＦ）になり、負荷３３への給電が停止される。また、負荷３３へは供給部３２を介して貯留部３１からエアロゾル源が供給され、負荷３３の温度Ｔ_HTRは放熱によって次第に低下する。そして、負荷３３の温度Ｔ_HTRの低下によりエアロゾル源の蒸発が停止し、残量Quantityの減少も停止する。

以上のように、スイッチＱ１がオンになることで、図６において点線の角丸長方形で囲われたＳ２～Ｓ４では、図４のエアロゾル生成経路に電流が流れる。

その後、制御部２２は、スイッチＱ２を所定の期間継続して閉じる（図６：Ｓ５）。スイッチＱ２がオンになることで、図６において点線の角丸長方形で囲われたＳ５～Ｓ９では、図４の残量検出経路に電流が流れる。図７の時刻ｔ３において、スイッチＱ２は、閉じた状態（ＯＮ）になっている。残量検出経路においては、負荷３３と直列にシャント抵抗３４１が接続されている。よって、シャント抵抗３４１が追加された分、エアロゾル生成経路よりも残量検出経路の方が、経路上の抵抗値は大きくなり、負荷３３を流れる電流値Ｉ_HTRは低くなっている。

また、スイッチＱ２を閉じた状態において、制御部２２は、残量センサ３４から測定値を取得し、シャント抵抗３４１を流れる電流値を検出する（図６：Ｓ６）。本ステップでは、例えば電圧計３４２によって測定されたシャント抵抗３４１の両端電圧を用いて、上述した式（２）により、シャント抵抗３４１の電流値Ｉ_shuntが算出される。なお、シャント抵抗３４１の電流値Ｉ_shuntは、負荷３３を流れる電流値Ｉ_HTRと同じである。

スイッチＱ２を閉じた状態において、制御部２２は、負荷３３を流れる電流値が予め定められた電流の閾値未満の値を示したか否か判断する（図６：Ｓ７）。すなわち、制御部２２は、測定値が、目標値又は目標範囲を含む既定の範囲に属するか判断する。ここで、電流の閾値（図７：Thre1）は、貯留部３１のエアロゾル源が枯渇したと判断すべき、予め定められたエアロゾル源の残量の閾値（図７：Thre2）に対応する値である。すなわち、負荷３３を流れる電流値Ｉ_HTRが閾値Thre1未満の値を示した場合、エアロゾル源の残量は閾値Thre2未満の値となったものと判断することができる。

スイッチＱ２が閉じられた所定の期間において、電流値Ｉ_HTRが閾値Thre1未満の値を示した場合（Ｓ７：Ｙｅｓ）、制御部２２はエアロゾル源の枯渇を検知し、所定の処理を行う（図６：Ｓ８）。Ｓ６で測定される電圧値及びこれに基づいて求められる電流値が所定の閾値よりも小さい場合、エアロゾル源の残量が少なくなっているため、Ｓ６で測定される電圧値及びこれに基づいて求められる電流値がさらに減少するように本ステップでは制御する。例えば、制御部２２は、例えば、スイッチＱ１又はスイッチＱ２の動作を停止させたり、図示していない電力ヒューズを用いて負荷３３への給電を切断したりして、エアロゾル生成装置１の動作を停止させてもよい。

なお、図７の時刻ｔ３～ｔ４のように、エアロゾル源の残量が十分である場合には、電流値Ｉ_HTRは閾値Thre1よりも大きくなる。

Ｓ８の後、又はスイッチＱ２が閉じられた所定の期間にわたり、電流値Ｉ_HTRが閾値Thre1以上である場合（Ｓ７：Ｎｏ）、制御部２２はスイッチＱ２を開く（図６：Ｓ９）。図７のｔ４においては、所定の期間が経過し、電流値Ｉ_HTRが閾値Thre1以上であったため、スイッチＱ２がオフになっている。なお、スイッチＱ２を閉じる所定の期間（図７の時刻ｔ３～ｔ４に相当）は、Ｓ２～Ｓ４においてスイッチＱ１を閉じる期間（図７の時刻ｔ１～ｔ２に相当）よりも短い。また、Ｓ７において、測定値が既定の範囲に属すると判断された場合は、その後に吸引を検知した場合（Ｓ１：Ｙｅｓ）におけるスイッチＱ１の開閉（Ｓ２）において、例えばスイッチングのデューティ比を調整することにより、Ｓ６において算出される電流値（測定値）が目標値又は目標範囲に収束するように制御する。ここで、測定値が既定の範囲に属する場合において、測定値を目標値又は目標範囲に収束させるための給電回路の制御（本発明に係る「第１制御モード」とも呼ぶ）よりも、測定値が既定の範囲に属しない場合において、負荷３３へ流す電流量を減少させるための給電回路の制御（本発明に係る「第２制御モード」とも呼ぶ）の方が、測定値の変化量が大きくなるように制御される。

以上で、残量推定処理を終了する。その後、Ｓ１の処理に戻り、使用者による吸引動作を検知した場合には図６の処理を再度実行する。

図７の時刻ｔ５においては、使用者の吸引動作を検知し（図６：Ｓ１：Ｙｅｓ）、スイッチＱ１のＰＷＭ制御が開始されている。また、図７の時刻ｔ６においては、使用者の吸引動作が終了したと判断され（図６：Ｓ３：Ｙｅｓ）、スイッチＱ１のＰＷＭ制御が停止されている。そして、図７の時刻ｔ７においてスイッチＱ２がオンにされ（図６：Ｓ５）、シャント抵抗の電流値が算出される（図６：Ｓ６）。その後、図７の時刻ｔ７以降に示すように、エアロゾル源の残量Quantityが閾値Thre2未満となり、負荷３３の温度Ｔ_HTRが上昇している。そして、負荷３３を流れる電流値Ｉ_HTRが低下し、時刻ｔ８において、制御部２２は、電流値Ｉ_HTRが閾値Thre1未満の値を示したことを検知する（図６：Ｓ７：Ｙｅｓ）。この場合、エアロゾル源の枯渇によりエアロゾルの生成ができないことがわかるため、制御部２２は、例えば時刻ｔ８以降において使用者の吸引を検知してもスイッチＱ１の開閉を行わないようにする。図７の例では、その後、時刻ｔ９において所定期間が経過し、スイッチＱ２がオフにされている（図６：Ｓ９）。なお、電流値Ｉ_HTRが閾値Thre1未満の値を示した時刻ｔ８において、制御部２２はスイッチＱ２をオフにしてもよい。

以上のように、本実施形態では、電圧を変換する電圧変換部２１１を設けることにより、エアロゾル源の残量又はその枯渇の推定にあたり、制御に用いる変数に混入する誤差が低減され、例えばエアロゾル源の残量に応じた制御の精度を向上させることができる。

＜判定期間＞
上述の実施形態では、残量判定処理において、制御部２２は、スイッチＱ２を所定の期間、継続してオンにして、残量センサ３４の測定値を取得していた。なお、スイッチＱ２を閉じる期間を、残量センサ３４及び負荷３３へ給電するための「給電シーケンス」と呼ぶものとする。ここで、エアロゾル源の残量の判定を行うために、残量を判定するための「判定期間」を用いるようにしてもよい。判定期間は、例えば給電シーケンスに時間軸において内包され、その長さは可変とする。

図８は、判定期間の長さの決め方の一例を説明するための図である。図８のグラフは、横軸が時間ｔの経過を示し、縦軸が負荷３３を流れる電流値Ｉ_HTRを示している。また、図８の例では、便宜上、スイッチＱ１の開閉に伴う電流値Ｉ_HTRを省略し、スイッチＱ２が閉じられた給電シーケンスにおいて負荷３３を流れる電流値Ｉ_HTRのみを示している。

図８の期間ｐ１は通常時の給電シーケンスであり、左に示す電流値Ｉ_HTRは、エアロゾル源の残量が十分であるときの模式的なプロファイルである。初期的には、判定期間は給電シーケンス（ｐ１）と同一であるものとする。左に示す例では、通電に伴い負荷３３の温度Ｔ_HTRが上昇し、これに伴う負荷３３の抵抗値Ｒ_HTRの増加によって、電流値Ｉ_HTRは漸減するものの、閾値Thre1未満の値を示さない。このような場合、判定期間は変更されない。

中央に示す電流値Ｉ_HTRは、判定期間（ｐ１）内に電流値Ｉ_HTRが閾値Thre1未満の値を示した場合の例を表している。ここで、当該給電シーケンスの開始から電流値Ｉ_HTRが閾値Thre1未満の値を示すまでの期間ｐ２を、後の給電シーケンスに内包される判定期間の長さとする。すなわち、前の給電シーケンスにおける、電流値Ｉ_HTRが閾値Thre1未満の値を示した時間に基づき、後の給電シーケンスにおける判定期間を調整する。換言すれば、エアロゾル源が枯渇する可能性が高いほど、判定期間を短く設定する。また、給電シーケンスの長さを基準として、給電シーケンス（判定期間）内に電流値Ｉ_HTRが閾値Thre1未満になった場合、エアロゾル源が枯渇する可能性が閾値（本発明に係る「第２の閾値」とも呼ぶ）以上になったと判断するようにしてもよい。換言すれば、エアロゾル源が枯渇する可能性が閾値以上の場合のみ、判定期間を給電シーケンスよりも短くするといえる。

右に示す電流値Ｉ_HTRは、判定期間（ｐ２）内に電流値Ｉ_HTRが閾値Thre1未満の値を示した場合の例を表している。エアロゾル生成装置１の使用中は、貯留部３１に保持されているエアロゾル源の量は減少する一方である。したがって、エアロゾル源が枯渇すると、通常、給電の開始から電流値Ｉ_HTRが閾値Thre1未満の値を示すまでの期間は短くなる一方であるといえる。図８の例では、上述のように変更される判定期間内において電流値Ｉ_HTRが閾値Thre1未満の値を示すケースが、繰り返される判定期間において連続して既定数を超えて発生した場合に、エアロゾル源が枯渇した（すなわち、異常）と判断するものとする。なお、エアロゾル源が枯渇した場合には、図８に示すように残量検知回路への給電を停止するようにしてもよい。

図９は、負荷を流れる電流値の変化の他の例を示す図である。図９に示す左と中央の電流値Ｉ_HTRの変化は、図８と同一である。図９の右に示す電流値Ｉ_HTRは、エアロゾル源の残量が十分であるときのプロファイルと同じであり、判定期間（ｐ２）内に電流値Ｉ_HTRは閾値Thre1未満の値を示していない。ここで、図３に示したようなエアロゾル生成装置１においては、その構造上、使用者の吸引の仕方によっては、貯留部３１から供給部３２へのエアロゾル源の供給は、毛細管現象により行われるため、これを制御部２２等によって制御することは困難である。使用者が１回のパフで想定されるよりも長時間吸引した場合や、想定される通常の間隔よりも短い間隔で吸引を行った場合、負荷３３の周囲から一時的に通常時よりもエアロゾル源の量が減少する可能性がある。このような場合、図９の中央に示すように、判定期間内に電流値Ｉ_HTRが閾値Thre1未満の値を示す可能性がある。その後、使用者が異なる吸引の仕方をすれば、図９の右に示すように判定期間内に電流値Ｉ_HTRが閾値Thre1未満の値を示さない。よって、図９の例では、判定期間内において電流値Ｉ_HTRが閾値Thre1未満の値を示すケースが、繰り返される判定期間において連続して既定数を超えていないため、貯留部３１が貯留したエアロゾル源は枯渇していないと判断される。

以上のような判定期間を採用することで、エアロゾル源が枯渇したか否かの判断の精度をさらに向上させることができる。すなわち、判定期間を変更することにより判定動作における基準を調整することができ、判定の精度を向上させ得る。

＜判定処理の変形例＞
図１０は、判定期間の設定を行う処理の一例を示す処理フロー図である。本変形例では、制御部２２は、図６に示した残量推定処理のうち、Ｓ５～Ｓ９の処理に代えて、図１０の判定処理を実行する。

まず、エアロゾル生成装置１の制御部２２は、スイッチＱ２をオンにする（図１０：Ｓ５）。本ステップは、図６のＳ５と同じである。

また、制御部２２は、タイマを起動し、経過時間ｔのカウントを開始する（図１０：Ｓ１１）。

そして、制御部２２は、経過時間ｔが判定期間以上であるか判断する（図１０：Ｓ１２）。経過時間ｔが判定期間以上でない場合（Ｓ１２：Ｎｏ）、制御部２２は、経過時間のカウントを行う（図１０：Ｓ２１）。本ステップでは、タイマ起動又は前回のＳ２１の処理からの経過時間の差分Δｔをｔに加算する。

また、制御部２２は、負荷３３を流れる電流値Ｉ_HTRを検出する（図１０：Ｓ６）。本ステップの処理は、図６のＳ６と同じである。

そして、制御部２２は、算出した電流値Ｉ_HTRが所定の閾値Thre1よりも小さいか判断する（図１０：Ｓ７）。本ステップは、図６のＳ７と同様である。電流値Ｉ_HTRが閾値Thre1以上である場合（Ｓ７：Ｎｏ）、Ｓ１２の処理に戻る。

一方、電流値Ｉ_HTRが閾値Thre1よりも小さい場合（Ｓ７：Ｙｅｓ）、制御部２２は、枯渇が検知された判定期間の数を計数するためのカウンタに、１を加算する（図１０：Ｓ２２）。

そして、制御部２２は、カウンタが既定値（閾値）を超えたか判断する（Ｓ２３）。カウンタが既定値を超えたと判断された場合（Ｓ２３：Ｙｅｓ）、制御部２２は、エアロゾル源の枯渇を検知したと判断し、所定の処理を行う（図１０：Ｓ８）。本ステップは、図６のＳ８と同じである。

一方、カウンタは既定値を超えていないと判断された場合（Ｓ２３：Ｎｏ）、制御部２２は、給電シーケンスが終了したか判断する（図１０：Ｓ３１）。給電シーケンスが経過していない場合（Ｓ３１：Ｎｏ）、制御部２２は経過時間ｔを更新してＳ３１の処理に戻る。

一方、給電シーケンスが終了したと判断された場合（Ｓ３１：Ｙｅｓ）、制御部２２は、判定期間を更新する（図１０：Ｓ３２）。本ステップでは、Ｓ７において電流値Ｉ_HTRが閾値Thre1よりも小さいと判断された時点の経過時間ｔを、新たな判定期間として設定する。すなわち、前の給電シーケンスにおける、測定値が閾値未満の値を示す時間に基づき、後の給電シーケンスにおける判定期間を調整する。換言すれば、前の給電シーケンスにおける測定値に基づき、後の給電シーケンスにおける判定期間の長さを調整する。また、現在の給電シーケンスにおける測定値に基づき、将来の給電シーケンスにおける判定期間の長さを調整するともいえる。

また、Ｓ１２において、経過時間ｔが判定期間以上であると判断された場合（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、制御部２２は、給電シーケンスが終了したか判断する（図１０：Ｓ１３）。給電シーケンスが終了していない場合（Ｓ１３：Ｎｏ）、制御部２２は、給電シーケンスが終了するまで給電を継続する。判定期間が経過し、給電シーケンスが経過していない状態とは、図９の右に示す期間において、期間ｐ２が経過した後、且つ期間ｐ１が経過する前である。

一方、給電シーケンスが終了したと判断された場合（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、制御部２２は、判定期間の長さを給電シーケンスの長さと同一に設定する（図１０：Ｓ１４）。

また、制御部２２は、カウンタをリセットする（図１０：Ｓ１５）。すなわち、当該給電期間に伴い規定される判定期間においては、電流値Ｉ_HTRが閾値Thre1未満の値を示さなかったため、枯渇が検知された判定期間が連続する数を計数するためのカウンタをリセットしている。なお、カウンタをリセットせずに、枯渇が検知された判定期間の数が所定の閾値を超えた場合に異常と判断するようにしてもよい。

Ｓ１５、Ｓ８、又はＳ３２の後、制御部２２はスイッチＱ２をオフにする（図１０：Ｓ９）。本ステップは、図６のＳ９と同じである。

以上のような処理によって、図８及び図９に示した可変の判定期間を実現することができる。

＜シャント抵抗＞
制御部２２は、使用者がエアロゾル生成装置１を吸引していない期間に残量検出経路を機能させ、エアロゾル源の残量を推定する。しかしながら、使用者が吸引していない期間に吸口からエアロゾルが放出されることは好ましくない。すなわち、スイッチＱ２を閉じている期間に負荷３３がエアロゾル源を蒸発させる量は、少ないほど望ましい。

一方、エアロゾル源の残量がわずかになった場合において、制御部２２は、残量の変化を精度よく検知できることが好ましい。すなわち、残量センサ３４の測定値は、エアロゾル源の残量に応じて大きく変化するほど分解能が高まるため、望ましい。これらの観点に基づいて、以下、シャント抵抗の抵抗値について説明する。

図１１は、貯留部、供給部及び負荷において消費されるエネルギーを模式的に表す図である。Ｑ_１は供給部３２のウィックの発熱量、Ｑ_２は負荷３３のコイルの発熱量、Ｑ_３は液体のエアロゾル源の温度上昇に要する熱量、Ｑ_４は液体から気体へのエアロゾル源の状態変化に要する熱量、Ｑ_５は輻射による空気の発熱等を表す。消費されるエネルギーＱは、Ｑ_１～Ｑ_５の和である。

また、物体の熱容量Ｃ（Ｊ／Ｋ）は物体の質量ｍ（ｇ）と比熱ｃ（Ｊ／ｇ・Ｋ）との積である。また、物体の温度をＴ（Ｋ）変化させるための熱量Ｑ（Ｊ／Ｋ）は、ｍ×Ｃ×Ｔと表すことができる。したがって、消費されるエネルギーＱは、負荷３３の温度Ｔ_HTRがエアロゾル源の沸点Ｔ_ｂより低い場合、次の式（６）で模式的に表すことができる。なお、ｍ_１は供給部３２のウィックの質量、Ｃ_１は供給部３２のウィックの比熱、ｍ_２は負荷３３のコイルの質量、Ｃ_２は負荷３３のコイルの比熱、ｍ_３は液体のエアロゾル源の質量、Ｃ_３は液体のエアロゾル源の比熱、Ｔ_０は負荷３３の温度の初期値である。
Ｑ＝（ｍ_１Ｃ_１＋ｍ_２Ｃ_２＋ｍ_３Ｃ_３）（Ｔ_HTR－Ｔ_０） ・・・（６）

また、消費されるエネルギーＱは、負荷３３の温度Ｔ_HTRがエアロゾル源の沸点Ｔ_ｂ以上である場合、次の式（７）で表すことができる。なお、ｍ_４は液体であるエアロゾル源のうち蒸発する分の質量、Ｈ_４は液体であるエアロゾル源の蒸発熱である。
Ｑ＝（ｍ_１Ｃ_１＋ｍ_２Ｃ_２）（Ｔ_HTR－Ｔ_０）＋ｍ_３Ｃ_３（Ｔ_ｂ－Ｔ_０）＋ｍ_４Ｈ_４
・・・（７）

したがって、蒸発に由来したエアロゾルを生成させないためには、閾値Ｅ_threは、次の式（８）に示すような条件を満たす必要がある。
Ｅ_thre＜（ｍ_１Ｃ_１＋ｍ_２Ｃ_２＋ｍ_３Ｃ_３）（Ｔ_ｂ－Ｔ_０） ・・・（８）

図１２は、負荷３３において消費されるエネルギー（電力量）と生成されるエアロゾル量との関係を模式的に示すグラフである。図１２の横軸はエネルギーを示し、縦軸はＴＰＭ（Total Particle Matter：エアロゾルを形成する物質の量）を示す。図１２に示すように、負荷３３において消費されるエネルギーが所定の閾値Ｅ_threを超えると、エアロゾルの生成が開始され、さらに消費されるエネルギーにほぼ正比例して、生成されるエアロゾルの量も増加する。なお、図１２の縦軸は必ずしも負荷３３によって生成されるエアロゾル量でなくてもよい。例えば、エアロゾル源の蒸発に由来して生成されるエアロゾル量でもよい。または、吸口から放出されるエアロゾル量であってもよい。

ここで、負荷３３で消費されるエネルギーＥ_HTRは、次の式（９）で表すことができる。なお、Ｗ_HTRは負荷３３の仕事率、ｔ_{Q2_ON}はスイッチＱ２をオンにしている時間（ｓ）である。なお、スイッチＱ２は、シャント抵抗の電流値を測定するためにある程度の時間だけオンにする必要がある。
Ｅ_HTR＝Ｗ_HTR×ｔ_{Q2_ON} ・・・（９）

また、残量検出経路を流れる電流値Ｉ_Q2、負荷３３の温度Ｔ_HTRに応じて変化する抵抗値Ｒ_HTR（Ｔ_HTR）、シャント抵抗の測定電圧Ｖ_measを用いて式（９）を変形すると、以下の式（１０）になる。

したがって、次の式（１１）で表されるように、負荷３３において消費されるエネルギーＥ_HTRが、図１２の閾値Ｅ_threより小さければ、エアロゾルは生成されない。

これを変形すると、次の式（１２）のようになる。すなわち、シャント抵抗の抵抗値Ｒ_shuntは、式（１２）を満たすような値であれば、残量推定処理においてエアロゾルが生成されないため、好ましい。

一般的に、シャント抵抗を追加する回路への影響を小さくするため、シャント抵抗の抵抗値は、数１０ｍΩ程度の低い値が好ましい。しかし、本実施形態においては、エアロゾルの生成を抑制するという観点から上述のようなシャント抵抗の抵抗値の下限が定まる。下限値は、負荷３３の抵抗値よりも大きい、例えば数Ω程度の値であることが好ましい。このように、電源から抵抗器へ給電される給電シーケンスにおいて、負荷が生成するエアロゾル量が所定の閾値以下となる第１条件を満たすようにシャント抵抗の抵抗値を設定することが好ましい。

なお、シャント抵抗の抵抗値を大きくせず、シャント抵抗と直列に、全体の抵抗値を増大させるために追加する調整用抵抗器をさらに備えるようにしてもよい。この場合、追加する調整用抵抗器については両端電圧を測定しないようにしてもよい。

図１３は、エアロゾル源の残量Quantityと、負荷３３の抵抗値との関係を示すグラフの一例である。図１３のグラフは、横軸がエアロゾル源の残量を示し、縦軸が負荷３３の温度に応じて定まる抵抗値を示す。また、Ｒ_HTR（Ｔ_Depletion）は、エアロゾル源の残量が枯渇した場合の抵抗値である。Ｒ_HTR（Ｔ_R.T.）は、室温における抵抗値である。ここで、ビット数を含む制御部２２の分解能に対し、電圧や電流、ひいては負荷３３の抵抗値や温度の測定レンジを適切に設定することにより、エアロゾル源の残量の推定の精度が向上する。一方、負荷３３の抵抗値であるＲ_HTR（Ｔ_Depletion）とＲ_HTR（Ｔ_R.T.）との差が大きいほど、エアロゾル源の残量に応じて変動する幅が大きくなる。換言すれば、制御部２２の分解能や測定レンジとは別に、負荷３３の温度に応じて変化する抵抗値の変動幅を大きくすることでも、制御部２２が算出する残量の推定値の精度が向上するといえる。

また、エアロゾル源の残量が枯渇した場合の負荷３３の抵抗値Ｒ_HTR（Ｔ_Depletion）を用いて、当該時点に残量センサ３４の出力値に基づいて検知される電流値Ｉ_{Q2_ON}（Ｔ_Depletion）を次の式（１３）で表すことができる。

同様に、室温における負荷３３の抵抗値Ｒ_HTR（Ｔ_R.T.）を用いて、当該時点に残量センサ３４の出力値に基づいて検知される電流値Ｉ_{Q2_ON}（Ｔ_R.T.）を、次の式（１４）で表すことができる。

そして、電流値Ｉ_{Q2_ON}（Ｔ_R.T.）から電流値Ｉ_{Q2_ON}（Ｔ_Depletion）を減じた差分ΔＩ_{Q2_ON}は、次の式（１５）で表すことができる。

式（１５）からわかるように、Ｒ_shuntを大きくすると電流値Ｉ_{Q2_ON}（Ｔ_R.T.）と電流値Ｉ_{Q2_ON}（Ｔ_Depletion）との差分ΔＩ_{Q2_ON}は小さくなり、エアロゾル源の残量を正確に推定することができない。したがって、式（１６）に示すように、差分ΔＩ_{Q2_ON}が所望の閾値ΔＩ_threよりも大きくなるようにシャント抵抗の抵抗値Ｒ_shuntを決定するものとする。

式（１６）を抵抗値Ｒ_shuntについて解けば、残量の推定値の分解能が十分に大きくなるために、抵抗値Ｒ_shuntが満たすべき条件は、所望の閾値ΔＩ_threを用いて次の式（１７）で表される。したがって、式（１７）を満たすように抵抗値Ｒ_shuntを設定すればよい。

本実施形態においては、室温において負荷３３に流れる電流値Ｉ_{Q2_ON}（Ｔ_R.T.）と、エアロゾル源が枯渇した場合において負荷３３に流れる電流値Ｉ_{Q2_ON}（Ｔ_Depletion）の差分ΔＩ_{Q2_ON}が、制御部２２が検知できる程度の大きさになるように、抵抗値Ｒ_shuntを設定した。これに代えて、例えばエアロゾル源の沸点近傍において負荷３３に流れる電流値と、エアロゾル源が枯渇した場合において負荷３３に流れる電流値の差分が、制御部２２が検知できる程度の大きさになるように、抵抗値Ｒ_shuntを設定してもよい。一般的に、制御部２２が検知できる電流差に対応する温度差が小さいほど、エアロゾル源の残量に対する推定精度は向上する。

ここで、制御部２２の分解能及び負荷３３の抵抗値を含む残量検出回路の設定が、エアロゾル源の残量に対する推定精度に及ぼす影響についてさらに詳述する。制御部２２にｎビットのマイクロコントローラを用い、基準電圧としてＶ_REFを印加する場合、制御部２２の分解能Resolutionは、次の式（１８）で表すことができる。

また、負荷３３が室温である場合に電圧計３４２が検出する値と、エアロゾル源の残量が枯渇した場合に電圧計３４２が検出する値の差分ΔＶ_{Q2_ON}は、式（１５）に基づき、次の式（１９）で表すことができる。

従って、式（１８），（１９）より、制御部２２は、０～ΔＶ_{Q2_ON}の範囲に亘って、次の式（２０）で表される値及びその整数倍を電圧差として検知できる。

さらに式（２０）より、制御部２２は、室温からエアロゾル源の残量が枯渇した場合における負荷３３の温度に亘って、次の式（２１）で表される値及びその整数倍をヒータの温度として検知できる。

一例として、式（２１）における変数を変化させた場合における、制御部２２の負荷３３の温度に対する分解能を、次の表１に示す。

表１から明らかなように、各変数の値を調整することで、制御部２２の負荷３３の温度に対する分解能は大きく変動する傾向にある。エアロゾル源の残量が枯渇しているか否かを判断するためには、制御部２２は、制御部２２による非制御時及び制御開始時の温度である室温と、エアロゾル源の残量が枯渇した場合の温度を最低限区別できる必要がある。すなわち、室温における残量センサ３４の測定値と、エアロゾル源の残量が枯渇した場合の温度における残量センサ３４の測定値が、制御部２２が区別できる程度の有意差を持っている必要がある。換言すれば、制御部２２の負荷３３の温度に対する分解能は、エアロゾル源の残量が枯渇した場合の温度と室温の差分以下の必要がある。

前述したように、エアロゾル源の残量が充分にある場合は、負荷３３の温度はエアロゾル源の沸点近傍に維持される。エアロゾル源の残量が枯渇しているかより正確に判断するためには、制御部２２は、このエアロゾル源の沸点とエアロゾル源の残量が枯渇した場合の温度を区別できることが好ましい。すなわち、エアロゾル源の沸点における残量センサ３４の測定値と、エアロゾル源の残量が枯渇した場合の温度における残量センサ３４の測定値が、制御部２２が区別できる程度の有意差を持っていることが好ましい。換言すれば、制御部２２の負荷３３の温度に対する分解能は、エアロゾル源の残量が枯渇した場合の温度とエアロゾル源の沸点の差分以下であることが好ましい。

さらに、残量センサ３４の測定値を、エアロゾル源の残量が枯渇しているか否かの判断のみではなく、負荷３３の温度センサとしても用いる場合は、制御部２２は、制御部２２における非制御時及び制御開始時の温度である室温と、エアロゾル源の沸点を区別できることが好ましい。すなわち、室温における残量センサ３４の測定値と、エアロゾル源の沸点における残量センサ３４の測定値が、制御部２２が区別できる程度の有意差を持っていることが好ましい。換言すれば、制御部２２の負荷３３の温度に対する分解能は、エアロゾル源の沸点と室温の差分以下であることが好ましい。

より高精度に負荷３３の温度センサとして用いようとすると、制御部２２の負荷３３の温度に対する分解能は、１０℃以下であることが好ましい。より好ましくは５℃以下であることが好ましい。さらにより好ましくは１℃以下であることが好ましい。また、エアロゾル源の残量が枯渇しつつある場合と、実際にエアロゾル源の残量が枯渇した場合を正確に区別しようとするならば、制御部２２の負荷３３の温度に対する分解能は、エアロゾル源の残量が枯渇した場合の温度と室温の差分の約数であることが好ましい。

なお、表１から明らかなように制御部２２のビット数を向上させることで、換言すれば制御部２２を高性能化することで、制御部２２の負荷３３の温度に対する分解能は容易に向上する。しかし、制御部２２を高性能化しようとすると、コスト，重量，サイズなどの増大を招来してしまう。

以上のように、負荷３３が生成するエアロゾルの量が所定の閾値以下となる第１条件と、エアロゾル源の残量の減少を残量センサ３４の出力値に基づいて制御部２２が検知可能になるという第２条件との少なくともいずれかを満たすようにシャント抵抗の抵抗値を決めるようにしてもよく、両者を満たすような抵抗値であればさらに好ましい。また、第１条件を満たす最小値と第２条件を満たす最大値のうち、第２条件を満たす最大値により近い値であってもよい。このようにすれば、測定中におけるエアロゾルの生成を低減させつつも、残量検知の分解能をできる限り向上させることができる。その結果として、エアロゾル源の残量を高精度のみならず短期間に推定できるため、測定中におけるエアロゾルの生成をさらに低減できる。

また、第１条件と第２条件は、いずれも負荷３３の温度の変化に対する残量センサ３４の測定値である負荷３３に流れる電流値の変化の応答性に関するものであるといえる。負荷３３の温度の変化に対する負荷３３に流れる電流値の変化の応答性が強い場合は、直列につないだシャント抵抗３４１と負荷３３の合成抵抗において、負荷３３が支配的な場合である。つまり、シャント抵抗の抵抗値Ｒ_shuntは小さい値であるため、第２条件は満たしやすくなるものの、第１条件は満たしにくくなる。

一方、負荷３３の温度の変化に対する負荷３３に流れる電流値の変化の応答性が弱い場合は、直列につないだシャント抵抗３４１と負荷３３の合成抵抗において、シャント抵抗３４１が支配的な場合である。つまり、シャント抵抗の抵抗値Ｒ_shuntは大きい値であるため、第１条件は満たしやすくなるものの、第２条件は満たしにくくなる。

すなわち第１条件を満たすためには、負荷３３の温度の変化に対する負荷３３に流れる電流値の変化の応答性が既定の上限以下である必要がある。一方の第２条件を満たすためには、負荷３３の温度の変化に対する負荷３３に流れる電流値の変化の応答性が既定の下限以上である必要がある。そして、第１条件と第２条件の双方を満たすためには、負荷３３の温度の変化に対する負荷３３に流れる電流値の変化の応答性が、既定の上限と下限で定義される範囲に属する必要がある。

＜回路の変形例１＞
図１４は、エアロゾル生成装置１が備える回路の変形例を示す図である。図１４の例では、残量検出経路がエアロゾル生成経路を兼ねている。すなわち、電圧変換部２１１、スイッチＱ２、残量センサ３４、負荷３３が直列に接続されている。そして、エアロゾルの生成と、残量の推定とを１つの経路で行う。このような構成であっても、残量の推定を行うことができる。

＜回路の変形例２＞
図１５は、エアロゾル生成装置１が備える回路の他の変形例を示す図である。図１５の例では、リニアレギュレータに代えてスイッチングレギュレータである電圧変換部２１２を備える。一例として電圧変換部２１２は、昇圧型のコンバータであり、インダクタＬ１と、ダイオードＤ１と、スイッチＱ４と、平滑コンデンサとして機能するキャパシタＣ１及びＣ２とを備える。電圧変換部２１２は、電源２１からエアロゾル生成経路と残量検出経路とに分岐する前に設けられている。よって、制御部２２が電圧変換部２１２のスイッチＱ４の開閉を制御することにより、エアロゾル生成経路と残量検出経路とにそれぞれ異なる大きさの電圧を出力することができる。なお、リニアレギュレータに代えてスイッチングレギュレータを用いる場合でも、図１４におけるリニアレギュレータと同様の位置にスイッチングレギュレータを設けてもよい。

またエアロゾル源の残量を検出するために、経路全体に一定電圧を印加する必要がある残量検出回路に比べ、印加電圧に対する制約が少ないエアロゾル生成経路を機能させる場合の電力損失が、残量検出経路を機能させる場合の電力損失より小さくなるように、電圧変換部２１２を制御するようにしてもよい。これによって電源２１の蓄電量の浪費を抑制できる。また、制御部２２は、エアロゾル生成経路よりも残量検知経路の方が、負荷３３を流れる電流が小さくなるように制御する。これにより残量検知経路を機能させてエアロゾル源の残量を推定している間に、負荷３３におけるエアロゾルの生成を抑制できる。

またエアロゾル生成経路を機能させる間においては、スイッチングレギュレータは、ローサイド・スイッチＱ４のスイッチングを停止して、オン状態にし続ける「直結モード」（「直結状態」とも呼ぶ）で動作させるようにしてもよい。すなわち、スイッチＱ４のデューティ比を１００％にしてもよい。スイッチングレギュレータをスイッチングさせた場合の損失としては、導通損に加え、スイッチングに伴う遷移損やスイッチング損が挙げられる。しかし、直結モードでスイッチングレギュレータを動作させることで、スイッチングレギュレータにおける損失を導通損のみにすることができるため、電源２１の蓄電量の利用効率が上がる。また、エアロゾル生成経路を機能させている間の一部においてのみ、スイッチングレギュレータを直結モードで動作させてもよい。一例として、電源２１の蓄電量が充分にあり、その出力電圧が高い場合には、スイッチングレギュレータを直結モードで動作させる。一方、電源２１の蓄電量が少なくなり、その出力電圧が低い場合には、スイッチングレギュレータのスイッチングを行ってもよい。このような構成であっても、残量の推定を行うことができると共に、リニアレギュレータを用いる場合よりも損失を低減することができる。なお、昇圧型に代えて、降圧型または昇降圧型のコンバータを用いてもよい。

＜その他＞
エアロゾル生成装置が加熱する対象は、ニコチンやその他の添加材料を含む液体の香味源であってもよい。この場合、添加成分保持部を通過させずに、生成されたエアロゾルを使用者が吸引する。このような香味源を利用する場合も、上述のエアロゾル生成装置によれば残量を精度よく推定できる。

また、制御部２２は、スイッチＱ１及びＱ２を同時にオンにしないように制御する。すなわち、エアロゾル生成経路と残量検出経路とが同時に機能しないように制御する。さらに、スイッチＱ１及びＱ２の開閉状態を切り替える際には、両者がオフになったデッドタイムを設けるようにしてもよい。このようにすれば、２つの経路に電流が流れることを抑制できる。一方、デッドタイムにおいて負荷３３の温度をできる限り低下させないよう、デッドタイムは短いことが好ましい。

図６に示した処理においては、使用者が行う１回のパフに対して残量推定処理を１回、行うものとして説明した。しかしながら、１回ずつでなく複数回のパフに対して１回の残量推定処理を交互に行うようにしてもよい。また、エアロゾル源保持部３の交換後はエアロゾル源の残量は十分であるため、所定の回数のパフの後に、残量推定処理を開始するようにしてもよい。すなわち、エアロゾル生成経路よりも残量検知経路の方が通電の頻度が小さくなるようにしてもよい。このようにすれば、過度な残量推定処理が抑制され、適切なタイミングにおいてのみ実行されるため、電源２１の蓄電量の利用効率が向上する。

１ ：エアロゾル生成装置
２ ：本体
２１ ：電源
２１１：給電回路
２１２：給電回路
２２ ：制御部
２３ ：吸引センサ
３ ：エアロゾル源保持部
３１ ：貯留部
３２ ：供給部
３３ ：負荷
３４ ：残量センサ
３４１：シャント抵抗
３４２：電圧計
４ ：添加成分保持部
４１ ：香味成分
５１ ：第１ノード
５２ ：第２ノード

Claims (1)

1. 電源と、
   温度に応じて抵抗値が変化し、前記電源からの給電によりエアロゾル源を霧化又は香味源を加熱してエアロゾルを生成するための負荷と、
   前記負荷と直列接続された抵抗器を備え、前記抵抗器に流れる電流値又は前記抵抗器に印加される電圧値である計測値を出力するセンサと、
   前記電源から前記負荷への給電を制御し、前記センサの出力を受取る制御部と、を含み、
   前記抵抗器は、前記電源から前記抵抗器へ給電される給電期間において、前記負荷によってエアロゾルが生成されない第１条件を満たす、抵抗値を有し、前記抵抗器の抵抗値は、前記負荷の抵抗値より大きい
   エアロゾル生成装置。

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