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JP7539570B2 - エアロゾル生成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エアロゾル生成装置の電源ユニットに関する。
特許文献1には、電池及びエアロゾル発生要素を含むエアロゾル発生装置と、携帯用充電器と、を備える装置が記載されている。この装置では、携帯用充電器がエアロゾル発生装置のハウジングの温度を検知するサーミスタを有し、このサーミスタによって検知された温度が10℃より低下すると、エアロゾル発生装置の電池の周囲にあるコイルを動作させて、この電池の温度が10℃に低下することを防いでいる。
特許文献2には、コンパレータを用いて、過電流や過電圧の保護を図る装置が記載されている。
日本国特表2019-525737号公報 米国特許出願公開第2020/0000146号
エアロゾルを吸引可能に構成したエアロゾル生成装置は、その筐体内に電源やヒータ等の発熱する部品や制御用の電子部品が設けられる。こういった部品が高温環境下で発熱しないようにすることが、安全性を高めるうえで重要である。
本発明の目的は、安全性を高めたエアロゾル生成装置を提供することにある。
本発明の一態様のエアロゾル生成装置は、電源と、前記電源から供給される電力を消費してエアロゾル源を加熱するヒータが接続されるヒータコネクタと、前記エアロゾル生成装置の表面を構成するケースと、前記ケースの近傍に配置された、前記ケースの温度に関する値を出力するセンサと、を備え、前記センサの出力値に基づいて、前記電源から前記ヒータへの放電を禁止する保護制御を実行し、
前記保護制御は、終了可能な第1保護制御と、前記第1保護制御よりも終了のためにユーザの行う操作が多い終了可能な第2保護制御と、を含み、
前記出力値が、前記ケースの温度が第1閾値以上であることを示す値である場合には、前記第1保護制御が実行され、
前記出力値が、前記ケースの温度が前記第1閾値より高い第2閾値以上であることを示す値である場合には、前記第2保護制御が実行される、ものである。
本発明によれば、安全性を高めたエアロゾル生成装置を提供することができる。
非燃焼式吸引器の斜視図である。 ロッドを装着した状態を示す非燃焼式吸引器の斜視図である。 非燃焼式吸引器の他の斜視図である。 非燃焼式吸引器の分解斜視図である。 非燃焼式吸引器の内部ユニットの斜視図である。 図5の内部ユニットの分解斜視図である。 電源及びシャーシを取り除いた内部ユニットの斜視図である。 電源及びシャーシを取り除いた内部ユニットの他の斜視図である。 吸引器の動作モードを説明するための模式図である。 内部ユニットの電気回路の概略構成を示す図である。 内部ユニットの電気回路の概略構成を示す図である。 内部ユニットの電気回路の概略構成を示す図である。 スリープモードにおける電気回路の動作を説明するための図である。 アクティブモードにおける電気回路の動作を説明するための図である。 加熱初期設定モードにおける電気回路の動作を説明するための図である。 加熱モードにおけるヒータの加熱時の電気回路の動作を説明するための図である。 加熱モードにおけるヒータの温度検出時の電気回路の動作を説明するための図である。 充電モードにおける電気回路の動作を説明するための図である。 MCUのリセット(再起動)時の電気回路の動作を説明するための図である。 パフサーミスタを用いたMCUによる吸引動作の検知処理を説明するための模式図である。 図10に示す電気回路のうち、サーミスタと関係のある主要な電子部品を抜き出して示した要部回路図である。 図21における破線で囲まれた範囲ARの部分を抽出して示した図である。 吸引器にて行われる保護制御のパターンの具体例をまとめた図である。 スリープモードの状態で残量計ICから高温通知信号が出力される場合の残量計IC及びMCUの動作の一例を説明するためのフローチャートである。 図1に示す吸引器のケースサーミスタT4を通る切断面での断面図である。 図1に示す吸引器のケースサーミスタT4を通る切断面での断面図である。
以下、本発明におけるエアロゾル生成装置の一実施形態である吸引システムについて図面を参照しながら説明する。この吸引システムは、本発明の電源ユニットの一実施形態である非燃焼式吸引器100(以下、単に、「吸引器100」ともいう)と、吸引器100によって加熱されるロッド500と、を備える。以下の説明では、吸引器100が、加熱部を着脱不能に収容した構成を例に説明する。しかし、吸引器100に対し加熱部が着脱自在に構成されていてもよい。例えば、ロッド500と加熱部が一体化されたものを、吸引器100に着脱自在に構成したものであってもよい。つまり、エアロゾル生成装置の電源ユニットは、構成要素として加熱部を含まない構成であってもよい。なお、着脱不能とは、想定される用途の限りにおいて、取外しが行えないような態様を指すものとする。または、吸引器100に設けられる誘導加熱用コイルと、ロッド500に内蔵されるサセプタが協働して加熱部を構成してもよい。
図1は、吸引器100の全体構成を示す斜視図である。図2は、ロッド500を装着した状態を示す吸引器100の斜視図である。図3は、吸引器100の他の斜視図である。図4は、吸引器100の分解斜視図である。また、以下の説明では、互いに直交する3方向を、便宜上、前後方向、左右方向、上下方向とした、3次元空間の直交座標系を用いて説明する。図中、前方をFr、後方をRr、右側をR、左側をL、上方をU、下方をD、として示す。
吸引器100は、エアロゾル源及び香味源を含む充填物などを有する香味成分生成基材の一例としての細長い略円柱状のロッド500(図2参照)を加熱することによって、香味を含むエアロゾルを生成するように構成される。
<香味成分生成基材(ロッド)>
ロッド500は、所定温度で加熱されてエアロゾルを生成するエアロゾル源を含有する充填物を含む。
エアロゾル源の種類は、特に限定されず、用途に応じて種々の天然物からの抽出物質及び/又はそれらの構成成分を選択することができる。エアロゾル源は、固体であってもよいし、例えば、グリセリン、プロピレングリコールといった多価アルコールや、水などの液体であってもよい。エアロゾル源は、加熱することによって香味成分を放出するたばこ原料やたばこ原料由来の抽出物等の香味源を含んでいてもよい。香味成分が付加される気体はエアロゾルに限定されず、例えば不可視の蒸気が生成されてもよい。
ロッド500の充填物は、香味源としてたばこ刻みを含有し得る。たばこ刻みの材料は特に限定されず、ラミナや中骨等の公知の材料を用いることができる。充填物は、1種又は2種以上の香料を含んでいてもよい。当該香料の種類は特に限定されないが、良好な喫味の付与の観点から、好ましくはメンソールである。香味源は、たばこ以外の植物(例えば、ミント、漢方、又はハーブ等)を含有し得る。用途によっては、ロッド500は香味源を含まなくてもよい。
<非燃焼式吸引器の全体構成>
続いて、吸引器100の全体構成について、図1~図4を参照しながら説明する。
吸引器100は、前面、後面、左面、右面、上面、及び下面を備える略直方体形状のケース110を備える。ケース110は、前面、後面、上面、下面、及び右面が一体に形成された有底筒状のケース本体112と、ケース本体112の開口部114(図4参照)を封止し左面を構成するアウターパネル115及びインナーパネル118と、スライダ119と、を備える。
インナーパネル118は、ケース本体112にボルト120で固定される。アウターパネル115は、ケース本体112に収容された後述するシャーシ150(図5参照)に保持されたマグネット124によって、インナーパネル118の外面を覆うようにケース本体112に固定される。アウターパネル115が、マグネット124によって固定されることで、ユーザは好みに合わせてアウターパネル115を取り替えることが可能となっている。
インナーパネル118には、マグネット124が貫通するように形成された2つの貫通孔126が設けられる。インナーパネル118には、上下に配置された2つの貫通孔126の間に、さらに縦長の長孔127及び円形の丸孔128が設けられる。この長孔127は、ケース本体112に内蔵された8つのLED(Light Emitting Diode) L1~L8から出射される光を透過させるためのものである。丸孔128には、ケース本体112に内蔵されたボタン式の操作スイッチOPSが貫通する。これにより、ユーザは、アウターパネル115のLED窓116を介して8つのLED L1~L8から出射される光を検知することができる。また、ユーザは、アウターパネル115の押圧部117を介して操作スイッチOPSを押し下げることができる。
図2に示すように、ケース本体112の上面には、ロッド500を挿入可能な開口132が設けられる。スライダ119は、開口132を閉じる位置(図1参照)と開口132を開放する位置(図2参照)との間を、前後方向に移動可能にケース本体112に結合される。
操作スイッチOPSは、吸引器100の各種操作を行うために使用される。例えば、ユーザは、図2に示すようにロッド500を開口132に挿入して装着した状態で、押圧部117を介して操作スイッチOPSを操作する。これにより、加熱部170(図5参照)によって、ロッド500を燃焼させずに加熱する。ロッド500が加熱されると、ロッド500に含まれるエアロゾル源からエアロゾルが生成され、ロッド500に含まれる香味源の香味が当該エアロゾルに付加される。ユーザは、開口132から突出したロッド500の吸口502を咥えて吸引することにより、香味を含むエアロゾルを吸引することができる。
ケース本体112の下面には、図3に示すように、コンセントやモバイルバッテリ等の外部電源と電気的に接続して電力供給を受けるための充電端子134が設けられている。本実施形態において、充電端子134は、USB(Universal Serial Bus) Type-C形状のレセプタクルとしているが、これに限定されるものではない。充電端子134を、以下では、レセプタクルRCPとも記載する。
なお、充電端子134は、例えば、受電コイルを備え、外部電源から送電される電力を非接触で受電可能に構成されてもよい。この場合の電力伝送(Wireless Power Transfer)の方式は、電磁誘導型でもよいし、磁気共鳴型でもよいし、電磁誘導型と磁気共鳴型を組み合わせたものでもよい。別の一例として、充電端子134は、各種USB端子等が接続可能であり、且つ上述した受電コイルを有していてもよい。
図1~図4に示される吸引器100の構成は一例にすぎない。吸引器100は、ロッド500を保持して例えば加熱等の作用を加えることで、ロッド500から香味成分が付与された気体を生成させ、生成された気体をユーザが吸引することができるような、様々な形態で構成することができる。
<非燃焼式吸引器の内部構成>
吸引器100の内部ユニット140について図5~図8を参照しながら説明する。
図5は、吸引器100の内部ユニット140の斜視図である。図6は、図5の内部ユニット140の分解斜視図である。図7は、電源BAT及びシャーシ150を取り除いた内部ユニット140の斜視図である。図8は、電源BAT及びシャーシ150を取り除いた内部ユニット140の他の斜視図である。
ケース110の内部空間に収容される内部ユニット140は、シャーシ150と、電源BATと、回路部160と、加熱部170と、通知部180と、各種センサと、を備える。
シャーシ150は、前後方向においてケース110の内部空間の略中央に配置され上下方向且つ前後方向に延設された板状のシャーシ本体151と、前後方向においてケース110の内部空間の略中央に配置され上下方向且つ左右方向に延びる板状の前後分割壁152と、上下方向において前後分割壁152の略中央から前方に延びる板状の上下分割壁153と、前後分割壁152及びシャーシ本体151の上縁部から後方に延びる板状のシャーシ上壁154と、前後分割壁152及びシャーシ本体151の下縁部から後方に延びる板状のシャーシ下壁155と、を備える。シャーシ本体151の左面は、前述したケース110のインナーパネル118及びアウターパネル115に覆われる。
ケース110の内部空間は、シャーシ150により前方上部に加熱部収容領域142が区画形成され、前方下部に基板収容領域144が区画形成され、後方に上下方向に亘って電源収容空間146が区画形成されている。
加熱部収容領域142に収容される加熱部170は、複数の筒状の部材から構成され、これらが同心円状に配置されることで、全体として筒状体をなしている。加熱部170は、その内部にロッド500の一部を収納可能なロッド収容部172と、ロッド500を外周または中心から加熱するヒータHTR(図10~図19参照)と、を有する。ロッド収容部172が断熱材で構成される、又は、ロッド収容部172の内部に断熱材が設けられることで、ロッド収容部172の表面とヒータHTRは断熱されることが好ましい。ヒータHTRは、ロッド500を加熱可能な素子であればよい。ヒータHTRは、例えば、発熱素子である。発熱素子としては、発熱抵抗体、セラミックヒータ、及び誘導加熱式のヒータ等が挙げられる。ヒータHTRとしては、例えば、温度の増加に伴って抵抗値も増加するPTC(Positive Temperature Coefficient)特性を有するものが好ましく用いられる。これに代えて、温度の増加に伴って抵抗値が低下するNTC(Negative Temperature Coefficient)特性を有するヒータHTRを用いてもよい。加熱部170は、ロッド500へ供給する空気の流路を画定する機能、及びロッド500を加熱する機能を有する。ケース110には、空気を流入させるための通気口(不図示)が形成され、加熱部170に空気が流入できるように構成される。
電源収容空間146に収容される電源BATは、充電可能な二次電池、電気二重層キャパシタ等であり、好ましくは、リチウムイオン二次電池である。電源BATの電解質は、ゲル状の電解質、電解液、固体電解質、イオン液体の1つ又はこれらの組合せで構成されていてもよい。
通知部180は、電源BATの充電状態を示すSOC(State Of Charge)、吸引時の予熱時間、吸引可能期間等の各種情報を通知する。本実施形態の通知部180は、8つのLED L1~L8と、振動モータMと、を含む。通知部180は、LED L1~L8のような発光素子によって構成されていてもよく、振動モータMのような振動素子によって構成されていてもよく、音出力素子によって構成されていてもよい。通知部180は、発光素子、振動素子、及び音出力素子のうち、2以上の素子の組合せであってもよい。
各種センサは、ユーザのパフ動作(吸引動作)を検出する吸気センサ、電源BATの温度を検出する電源温度センサ、ヒータHTRの温度を検出するヒータ温度センサ、ケース110の温度を検出するケース温度センサ、スライダ119の位置を検出するカバー位置センサ、及びアウターパネル115の着脱を検出するパネル検出センサ等を含む。
吸気センサは、例えば、開口132の近傍に配置されたサーミスタT2を主体に構成される。電源温度センサは、例えば、電源BATの近傍に配置されたサーミスタT1を主体に構成される。ヒータ温度センサは、例えば、ヒータHTRの近傍に配置されたサーミスタT3を主体に構成される。上述した通り、ロッド収容部172はヒータHTRから断熱されることが好ましい。この場合において、サーミスタT3は、ロッド収容部172の内部において、ヒータHTRと接する又は近接することが好ましい。ヒータHTRがPTC特性やNTC特性を有する場合、ヒータHTRそのものをヒータ温度センサに用いてもよい。ケース温度センサは、例えば、ケース110の左面の近傍に配置されたサーミスタT4を主体に構成される。サーミスタT4は、ケース110と接する又は近接することが好ましい。カバー位置センサは、スライダ119の近傍に配置されたホール素子を含むホールIC14を主体に構成される。パネル検出センサは、インナーパネル118の内側の面の近傍に配置されたホール素子を含むホールIC13を主体に構成される。
回路部160は、4つの回路基板と、複数のIC(Integrate Circuit)と、複数の素子と、を備える。4つの回路基板は、主に後述のMCU(Micro Controller Unit)1及び充電IC2が配置されたMCU搭載基板161と、主に充電端子134が配置されたレセプタクル搭載基板162と、操作スイッチOPS、LED L1~L8、及び後述の通信IC15が配置されたLED搭載基板163と、カバー位置センサを構成するホール素子を含む後述のホールIC14が配置されたホールIC搭載基板164と、を備える。
MCU搭載基板161及びレセプタクル搭載基板162は、基板収容領域144において互いに平行に配置される。具体的に説明すると、MCU搭載基板161及びレセプタクル搭載基板162は、それぞれの素子配置面が左右方向及び上下方向に沿って配置され、MCU搭載基板161がレセプタクル搭載基板162よりも前方に配置される。MCU搭載基板161及びレセプタクル搭載基板162には、それぞれ開口部が設けられる。MCU搭載基板161及びレセプタクル搭載基板162は、これら開口部の周縁部同士の間に円筒状のスペーサ173を介在させた状態で前後分割壁152の基板固定部156にボルト136で締結される。即ち、スペーサ173は、ケース110の内部におけるMCU搭載基板161及びレセプタクル搭載基板162の位置を固定し、且つ、MCU搭載基板161とレセプタクル搭載基板162とを機械的に接続する。これにより、MCU搭載基板161とレセプタクル搭載基板162が接触し、これらの間で短絡電流が生じることを抑制できる。
便宜上、MCU搭載基板161及びレセプタクル搭載基板162の前方を向く面を、それぞれの主面161a、162aとし、主面161a、162aの反対面をそれぞれの副面161b、162bとすると、MCU搭載基板161の副面161bと、レセプタクル搭載基板162の主面162aとが、所定の隙間を介して対向する。MCU搭載基板161の主面161aはケース110の前面と対向し、レセプタクル搭載基板162の副面162bは、シャーシ150の前後分割壁152と対向する。MCU搭載基板161及びレセプタクル搭載基板162に搭載される素子及びICについては後述する。
LED搭載基板163は、シャーシ本体151の左側面、且つ上下に配置された2つのマグネット124の間に配置される。LED搭載基板163の素子配置面は、上下方向及び前後方向に沿って配置されている。換言すると、MCU搭載基板161及びレセプタクル搭載基板162それぞれの素子配置面と、LED搭載基板163の素子配置面とは、直交している。このように、MCU搭載基板161及びレセプタクル搭載基板162それぞれの素子配置面と、LED搭載基板163の素子配置面とは、直交に限らず、交差している(非平行である)ことが好ましい。なお、LED L1~L8とともに通知部180を構成する振動モータMは、シャーシ下壁155の下面に固定され、MCU搭載基板161に電気的に接続される。
ホールIC搭載基板164は、シャーシ上壁154の上面に配置される。
<吸引器の動作モード>
図9は、吸引器100の動作モードを説明するための模式図である。図9に示すように、吸引器100の動作モードには、充電モード、スリープモード、アクティブモード、加熱初期設定モード、加熱モード、及び加熱終了モードが含まれる。
スリープモードは、主にヒータHTRの加熱制御に必要な電子部品への電力供給を停止して省電力化を図るモードである。
アクティブモードは、ヒータHTRの加熱制御を除くほとんどの機能が有効になるモードである。吸引器100は、スリープモードにて動作している状態にて、スライダ119が開かれると、動作モードをアクティブモードに切り替える。吸引器100は、アクティブモードにて動作している状態にて、スライダ119が閉じられたり、操作スイッチOPSの無操作時間が所定時間に達したりすると、動作モードをスリープモードに切り替える。
加熱初期設定モードは、ヒータHTRの加熱制御を開始するための制御パラメータ等の初期設定を行うモードである。吸引器100は、アクティブモードにて動作している状態にて、操作スイッチOPSの操作を検出すると、動作モードを加熱初期設定モードに切り替え、初期設定が終了すると、動作モードを加熱モードに切り替える。
加熱モードは、ヒータHTRの加熱制御(エアロゾル生成のための加熱制御と、温度検出のための加熱制御)を実行するモードである。吸引器100は、動作モードが加熱モードに切り替わると、ヒータHTRの加熱制御を開始する。
加熱終了モードは、ヒータHTRの加熱制御の終了処理(加熱履歴の記憶処理等)を実行するモードである。吸引器100は、加熱モードにて動作している状態にて、ヒータHTRへの通電時間又はユーザの吸引回数が上限に達したり、スライダ119が閉じられたりすると、動作モードを加熱終了モードに切り替え、終了処理が終了すると、動作モードをアクティブモードに切り替える。吸引器100は、加熱モードにて動作している状態にて、USB接続がなされると、動作モードを加熱終了モードに切り替え、終了処理が終了すると、動作モードを充電モードに切り替える。図9に示したように、この場合において、動作モードを充電モードに切り替える前に、動作モードをアクティブモードへ切り替えてもよい。換言すれば、吸引器100は、加熱モードにて動作している状態にて、USB接続がなされると、動作モードを加熱終了モード、アクティブモード、充電モードの順に切り替えてもよい。
充電モードは、レセプタクルRCPに接続された外部電源から供給される電力により、電源BATの充電を行うモードである。吸引器100は、スリープモード又はアクティブモードにて動作している状態にて、レセプタクルRCPに外部電源が接続(USB接続)されると、動作モードを充電モードに切り替える。吸引器100は、充電モードにて動作している状態にて、電源BATの充電が完了したり、レセプタクルRCPと外部電源との接続が解除されたりすると、動作モードをスリープモードに切り替える。
<内部ユニットの回路の概略>
図10、図11、及び図12は、内部ユニット140の電気回路の概略構成を示す図である。図11は、図10に示す電気回路のうち、MCU搭載基板161に搭載される範囲161A(太い破線で囲まれた範囲)と、LED搭載基板163に搭載される範囲163A(太い実線で囲まれた範囲)とを追加した点を除いては、図10と同じである。図12は、図10に示す電気回路のうち、レセプタクル搭載基板162に搭載される範囲162Aと、ホールIC搭載基板164に搭載される範囲164Aとを追加した点を除いては、図10と同じである。
図10において太い実線で示した配線は、内部ユニット140の基準となる電位(グランド電位)と同電位となる配線(内部ユニット140に設けられたグランドに接続される配線)であり、この配線を以下ではグランドラインと記載する。図10では、複数の回路素子をチップ化した電子部品を矩形で示しており、この矩形の内側に各種端子の符号を記載している。チップに搭載される電源端子VCC及び電源端子VDDは、それぞれ、高電位側の電源端子を示す。チップに搭載される電源端子VSS及びグランド端子GNDは、それぞれ、低電位側(基準電位側)の電源端子を示す。チップ化された電子部品は、高電位側の電源端子の電位と低電位側の電源端子の電位の差分が、電源電圧となる。チップ化された電子部品は、この電源電圧を用いて、各種機能を実行する。
図11に示すように、MCU搭載基板161(範囲161A)には、主要な電子部品として、吸引器100の全体を統括制御するMCU1と、電源BATの充電制御を行う充電IC2と、コンデンサ、抵抗器、及びトランジスタ等を組み合わせて構成されたロードスイッチ(以下、LSW)3,4,5と、ROM(Read Only Memory)6と、スイッチドライバ7と、昇降圧DC/DCコンバータ8(図では、昇降圧DC/DC8と記載)と、オペアンプOP2と、オペアンプOP3と、フリップフロップ(以下、FF)16,17と、吸気センサを構成するサーミスタT2と電気的に接続されるコネクタCn(t2)(図では、このコネクタに接続されたサーミスタT2を記載)と、ヒータ温度センサを構成するサーミスタT3と電気的に接続されるコネクタCn(t3)(図では、このコネクタに接続されたサーミスタT3を記載)と、ケース温度センサを構成するサーミスタT4と電気的に接続されるコネクタCn(t4)(図では、このコネクタに接続されたサーミスタT4を記載)と、USB接続検出用の分圧回路Pcと、が設けられている。
充電IC2、LSW3、LSW4、LSW5、スイッチドライバ7、昇降圧DC/DCコンバータ8、FF16、及びFF17の各々のグランド端子GNDは、グランドラインに接続されている。ROM6の電源端子VSSは、グランドラインに接続されている。オペアンプOP2及びオペアンプOP3の各々の負電源端子は、グランドラインに接続されている。
図11に示すように、LED搭載基板163(範囲163A)には、主要な電子部品として、パネル検出センサを構成するホール素子を含むホールIC13と、LED L1~L8と、操作スイッチOPSと、通信IC15と、が設けられている。通信IC15は、スマートフォン等の電子機器との通信を行うための通信モジュールである。ホールIC13の電源端子VSS及び通信IC15のグランド端子GNDの各々は、グランドラインに接続されている。通信IC15とMCU1は、通信線LNによって通信可能に構成されている。操作スイッチOPSの一端はグランドラインに接続され、操作スイッチOPSの他端はMCU1の端子P4に接続されている。
図12に示すように、レセプタクル搭載基板162(範囲162A)には、主要な電子部品として、電源BATと電気的に接続される電源コネクタ(図では、この電源コネクタに接続された電源BATを記載)と、電源温度センサを構成するサーミスタT1と電気的に接続されるコネクタ(図では、このコネクタに接続されたサーミスタT1を記載)と、昇圧DC/DCコンバータ9(図では、昇圧DC/DC9と記載)と、保護IC10と、過電圧保護IC11と、残量計IC12と、レセプタクルRCPと、MOSFETで構成されたスイッチS3~スイッチS6と、オペアンプOP1と、ヒータHTRと電気的に接続される一対(正極側と負極側)のヒータコネクタCnと、が設けられている。
レセプタクルRCPの2つのグランド端子GNDと、昇圧DC/DCコンバータ9のグランド端子GNDと、保護IC10の電源端子VSSと、残量計IC12の電源端子VSSと、過電圧保護IC11のグランド端子GNDと、オペアンプOP1の負電源端子は、それぞれ、グランドラインに接続されている。
図12に示すように、ホールIC搭載基板164(範囲164A)には、カバー位置センサを構成するホール素子を含むホールIC14が設けられている。ホールIC14の電源端子VSSは、グランドラインに接続されている。ホールIC14の出力端子OUTは、MCU1の端子P8に接続されている。MCU1は、端子P8に入力される信号により、スライダ119の開閉を検出する。
図11に示すように、振動モータMと電気的に接続されるコネクタは、MCU搭載基板161に設けられている。
<内部ユニットの回路の詳細>
以下、図10を参照しながら各電子部品の接続関係等について説明する。
レセプタクルRCPの2つの電源入力端子VBUSは、それぞれ、ヒューズFsを介して、過電圧保護IC11の入力端子INに接続されている。レセプタクルRCPにUSBプラグが接続され、このUSBプラグを含むUSBケーブルが外部電源に接続されると、レセプタクルRCPの2つの電源入力端子VBUSにUSB電圧VUSBが供給される。
過電圧保護IC11の入力端子INには、2つの抵抗器の直列回路からなる分圧回路Paの一端が接続されている。分圧回路Paの他端はグランドラインに接続されている。分圧回路Paを構成する2つの抵抗器の接続点は、過電圧保護IC11の電圧検出端子OVLoに接続されている。過電圧保護IC11は、電圧検出端子OVLoに入力される電圧が閾値未満の状態では、入力端子INに入力された電圧を出力端子OUTから出力する。過電圧保護IC11は、電圧検出端子OVLoに入力される電圧が閾値以上(過電圧)となった場合には、出力端子OUTからの電圧出力を停止(LSW3とレセプタクルRCPとの電気的な接続を遮断)することで、過電圧保護IC11よりも下流の電子部品の保護を図る。過電圧保護IC11の出力端子OUTは、LSW3の入力端子VINと、MCU1に接続された分圧回路Pc(2つの抵抗器の直列回路)の一端と、に接続されている。分圧回路Pcの他端はグランドラインに接続されている。分圧回路Pcを構成する2つの抵抗器の接続点は、MCU1の端子P17に接続されている。
LSW3の入力端子VINには、2つの抵抗器の直列回路からなる分圧回路Pfの一端が接続されている。分圧回路Pfの他端はグランドラインに接続されている。分圧回路Pfを構成する2つの抵抗器の接続点は、LSW3の制御端子ONに接続されている。LSW3の制御端子ONには、バイポーラトランジスタS2のコレクタ端子が接続されている。バイポーラトランジスタS2のエミッタ端子はグランドラインに接続されている。バイポーラトランジスタS2のベース端子は、MCU1の端子P19に接続されている。LSW3は、制御端子ONに入力される信号がハイレベルになると、入力端子VINに入力された電圧を出力端子VOUTから出力する。LSW3の出力端子VOUTは、充電IC2の入力端子VBUSに接続されている。MCU1は、USB接続がなされていない間は、バイポーラトランジスタS2をオンにする。これにより、LSW3の制御端子ONはバイポーラトランジスタS2を介してグランドラインへ接続されるため、LSW3の制御端子ONにはローレベルの信号が入力される。
LSW3に接続されたバイポーラトランジスタS2は、USB接続がなされると、MCU1によってオフされる。バイポーラトランジスタS2がオフすることで、分圧回路Pfによって分圧されたUSB電圧VUSBがLSW3の制御端子ONに入力される。このため、USB接続がなされ且つバイポーラトランジスタS2がオフされると、LSW3の制御端子ONには、ハイレベルの信号が入力される。これにより、LSW3は、USBケーブルから供給されるUSB電圧VUSBを出力端子VOUTから出力する。なお、バイポーラトランジスタS2がオフされていない状態でUSB接続がなされても、LSW3の制御端子ONは、バイポーラトランジスタS2を介してグランドラインへ接続されている。このため、MCU1がバイポーラトランジスタS2をオフしない限り、LSW3の制御端子ONにはローレベルの信号が入力され続ける点に留意されたい。
電源BATの正極端子は、保護IC10の電源端子VDDと、昇圧DC/DCコンバータ9の入力端子VINと、充電IC2の充電端子batと、に接続されている。したがって、電源BATの電源電圧VBATは、保護IC10と、充電IC2と、昇圧DC/DCコンバータ9とに供給される。電源BATの負極端子には、抵抗器Raと、MOSFETで構成されたスイッチSaと、MOSFETで構成されたスイッチSbと、抵抗器Rbと、がこの順に直列接続されている。抵抗器RaとスイッチSaの接続点には、保護IC10の電流検出端子CSが接続されている。スイッチSaとスイッチSbの各々の制御端子は、保護IC10に接続されている。抵抗器Rbの両端は、残量計IC12に接続されている。
保護IC10は、電流検出端子CSに入力される電圧から、電源BATの充放電時において抵抗器Raに流れる電流値を取得し、この電流値が過大になった場合(過電流)に、スイッチSaとスイッチSbの開閉制御を行って、電源BATの充電又は放電を停止させることで、電源BATの保護を図る。より具体的には、保護IC10は、電源BATの充電時に過大な電流値を取得した場合には、スイッチSbをオフすることで、電源BATの充電を停止させる。保護IC10は、電源BATの放電時に過大な電流値を取得した場合には、スイッチSaをオフすることで、電源BATの放電を停止させる。また、保護IC10は、電源端子VDDに入力される電圧から、電源BATの電圧値が異常になった場合(過充電又は過電圧の場合)に、スイッチSaとスイッチSbの開閉制御を行って、電源BATの充電又は放電を停止させることで、電源BATの保護を図る。より具体的には、保護IC10は、電源BATの過充電を検知した場合には、スイッチSbをオフすることで、電源BATの充電を停止させる。保護IC10は、電源BATの過放電を検知した場合には、スイッチSaをオフすることで、電源BATの放電を停止させる。
電源BATの近傍に配置されたサーミスタT1と接続されるコネクタには抵抗器Rt1が接続されている。抵抗器Rt1とサーミスタT1の直列回路は、グランドラインと、残量計IC12のレギュレータ端子TREGとに接続されている。サーミスタT1と抵抗器Rt1の接続点は、残量計IC12のサーミスタ端子THMに接続されている。サーミスタT1は、温度の増加に従い抵抗値が増大するPTC(Positive Temperature Coefficient)サーミスタであってもよいし、温度の増加に従い抵抗値が減少するNTC(Negative Temperature Coefficient)サーミスタでもよい。
残量計IC12は、抵抗器Rbに流れる電流を検出し、検出した電流値に基づいて、電源BATの残容量、充電状態を示すSOC(State Of Charge)、及び健全状態を示すSOH(State Of Health)等のバッテリ情報を導出する。残量計IC12は、レギュレータ端子TREGに接続される内蔵レギュレータから、サーミスタT1と抵抗器Rt1の分圧回路に電圧を供給する。残量計IC12は、この分圧回路によって分圧された電圧をサーミスタ端子THMから取得し、この電圧に基づいて、電源BATの温度に関する温度情報を取得する。残量計IC12は、シリアル通信を行うための通信線LNによってMCU1と接続されており、MCU1と通信可能に構成されている。残量計IC12は、導出したバッテリ情報と、取得した電源BATの温度情報を、MCU1からの要求に応じて、MCU1に送信する。なお、シリアル通信を行うためには、データ送信用のデータラインや同期用のクロックラインなどの複数の信号線が必要になる。図10-図19では、簡略化のため、1本の信号線のみが図示されている点に留意されたい。
残量計IC12は、通知端子12aを備えている。通知端子12aは、MCU1の端子P6と、後述するダイオードD2のカソードと、に接続されている。残量計IC12は、電源BATの温度が過大になった等の異常を検出すると、通知端子12aからローレベルの信号を出力することで、その異常発生をMCU1に通知する。このローレベルの信号は、ダイオードD2を経由して、FF17のCLR( ̄)端子にも入力される。
昇圧DC/DCコンバータ9のスイッチング端子SWには、リアクトルLcの一端が接続されている。このリアクトルLcの他端は昇圧DC/DCコンバータ9の入力端子VINに接続されている。昇圧DC/DCコンバータ9は、スイッチング端子SWに接続された内蔵トランジスタのオンオフ制御を行うことで、入力された電圧を昇圧して、出力端子VOUTから出力する。なお、昇圧DC/DCコンバータ9の入力端子VINは、昇圧DC/DCコンバータ9の高電位側の電源端子を構成している。昇圧DC/DCコンバータ9は、イネーブル端子ENに入力される信号がハイレベルとなっている場合に、昇圧動作を行う。USB接続されている状態においては、昇圧DC/DCコンバータ9のイネーブル端子ENに入力される信号は、MCU1によってローレベルに制御されてもよい。若しくは、USB接続されている状態においては、昇圧DC/DCコンバータ9のイネーブル端子ENに入力される信号をMCU1が制御しないことで、イネーブル端子ENの電位を不定にしてもよい。
昇圧DC/DCコンバータ9の出力端子VOUTには、Pチャネル型MOSFETにより構成されたスイッチS4のソース端子が接続されている。スイッチS4のゲート端子は、MCU1の端子P15と接続されている。スイッチS4のドレイン端子には、抵抗器Rsの一端が接続されている。抵抗器Rsの他端は、ヒータHTRの一端と接続される正極側のヒータコネクタCnに接続されている。スイッチS4と抵抗器Rsの接続点には、2つの抵抗器からなる分圧回路Pbが接続されている。分圧回路Pbを構成する2つの抵抗器の接続点は、MCU1の端子P18と接続されている。スイッチS4と抵抗器Rsの接続点は、更に、オペアンプOP1の正電源端子と接続されている。
昇圧DC/DCコンバータ9の出力端子VOUTとスイッチS4のソース端子との接続ラインには、Pチャネル型MOSFETにより構成されたスイッチS3のソース端子が接続されている。スイッチS3のゲート端子は、MCU1の端子P16と接続されている。スイッチS3のドレイン端子は、抵抗器Rsと正極側のヒータコネクタCnとの接続ラインに接続されている。このように、昇圧DC/DCコンバータ9の出力端子VOUTとヒータコネクタCnの正極側との間には、スイッチS3を含む回路と、スイッチS4及び抵抗器Rsを含む回路とが並列接続されている。スイッチS3を含む回路は、抵抗器を有さないため、スイッチS4及び抵抗器Rsを含む回路よりも低抵抗の回路である。
オペアンプOP1の非反転入力端子は、抵抗器Rsと正極側のヒータコネクタCnとの接続ラインに接続されている。オペアンプOP1の反転入力端子は、ヒータHTRの他端と接続される負極側のヒータコネクタCnと、Nチャネル型MOSFETにより構成されたスイッチS6のドレイン端子と、に接続されている。スイッチS6のソース端子はグランドラインに接続されている。スイッチS6のゲート端子は、MCU1の端子P14と、ダイオードD4のアノードと、昇圧DC/DCコンバータ9のイネーブル端子ENと、に接続されている。ダイオードD4のカソードは、FF17のQ端子と接続されている。オペアンプOP1の出力端子には抵抗器R4の一端が接続されている。抵抗器R4の他端は、MCU1の端子P9と、Nチャネル型MOSFETにより構成されたスイッチS5のドレイン端子と、に接続されている。スイッチS5のソース端子は、グランドラインに接続されている。スイッチS5のゲート端子は、抵抗器Rsと正極側のヒータコネクタCnとの接続ラインに接続されている。
充電IC2の入力端子VBUSは、LED L1~L8の各々のアノードに接続されている。LED L1~L8の各々のカソードは、電流制限ための抵抗器を介して、MCU1の制御端子PD1~PD8に接続されている。すなわち、入力端子VBUSには、LED L1~L8が並列接続されている。LED L1~L8は、レセプタクルRCPに接続されたUSBケーブルから供給されるUSB電圧VUSBと、電源BATから充電IC2を経由して供給される電圧と、のそれぞれによって動作可能に構成されている。MCU1には、制御端子PD1~制御端子PD8の各々とグランド端子GNDとに接続されたトランジスタ(スイッチング素子)が内蔵されている。MCU1は、制御端子PD1と接続されたトランジスタをオンすることでLED L1に通電してこれを点灯させ、制御端子PD1と接続されたトランジスタをオフすることでLED L1を消灯させる。制御端子PD1と接続されたトランジスタのオンとオフを高速で切り替えることで、LED L1の輝度や発光パターンを動的に制御できる。LED L2~L8についても同様にMCU1によって点灯制御される。
充電IC2は、入力端子VBUSに入力されるUSB電圧VUSBに基づいて電源BATを充電する充電機能を備える。充電IC2は、不図示の端子や配線から、電源BATの充電電流や充電電圧を取得し、これらに基づいて、電源BATの充電制御(充電端子batから電源BATへの電力供給制御)を行う。また、充電IC2は、残量計IC12からMCU1に送信された電源BATの温度情報を、通信線LNを利用したシリアル通信によってMCU1から取得し、充電制御に利用してもよい。
充電IC2は、更に、VBATパワーパス機能と、OTG機能とを備える。VBATパワーパス機能は、充電端子batに入力される電源電圧VBATと略一致するシステム電源電圧Vcc0を、出力端子SYSから出力する機能である。OTG機能は、充電端子batに入力される電源電圧VBATを昇圧して得られるシステム電源電圧Vcc4を、入力端子VBUSから出力する機能である。充電IC2のOTG機能のオンオフは、通信線LNを利用したシリアル通信によって、MCU1により制御される。なお、OTG機能においては、充電端子batに入力される電源電圧VBATを、入力端子VBUSからそのまま出力してもよい。この場合において、電源電圧VBATとシステム電源電圧Vcc4は略一致する。
充電IC2の出力端子SYSは、昇降圧DC/DCコンバータ8の入力端子VINに接続されている。充電IC2のスイッチング端子SWにはリアクトルLaの一端が接続されている。リアクトルLaの他端は、充電IC2の出力端子SYSに接続されている。充電IC2の充電イネーブル端子CE( ̄)は、抵抗器を介して、MCU1の端子P22に接続されている。更に、充電IC2の充電イネーブル端子CE( ̄)には、バイポーラトランジスタS1のコレクタ端子が接続されている。バイポーラトランジスタS1のエミッタ端子は、後述のLSW4の出力端子VOUTに接続されている。バイポーラトランジスタS1のベース端子は、FF17のQ端子に接続されている。更に、充電IC2の充電イネーブル端子CE( ̄)には、抵抗器Rcの一端が接続されている。抵抗器Rcの他端は、LSW4の出力端子VOUTに接続されている。
昇降圧DC/DCコンバータ8の入力端子VINとイネーブル端子ENには抵抗器が接続されている。充電IC2の出力端子SYSから、昇降圧DC/DCコンバータ8の入力端子VINにシステム電源電圧Vcc0が入力されることで、昇降圧DC/DCコンバータ8のイネーブル端子ENに入力される信号はハイレベルとなり、昇降圧DC/DCコンバータ8は昇圧動作又は降圧動作を開始する。昇降圧DC/DCコンバータ8は、リアクトルLbに接続された内蔵トランジスタのスイッチング制御により、入力端子VINに入力されたシステム電源電圧Vcc0を昇圧又は降圧してシステム電源電圧Vcc1を生成し、出力端子VOUTから出力する。昇降圧DC/DCコンバータ8の出力端子VOUTは、昇降圧DC/DCコンバータ8のフィードバック端子FBと、LSW4の入力端子VINと、スイッチドライバ7の入力端子VINと、FF16の電源端子VCC及びD端子と、に接続されている。昇降圧DC/DCコンバータ8の出力端子VOUTから出力されるシステム電源電圧Vcc1が供給される配線を電源ラインPL1と記載する。
LSW4は、制御端子ONに入力される信号がハイレベルになると、入力端子VINに入力されているシステム電源電圧Vcc1を出力端子VOUTから出力する。LSW4の制御端子ONと電源ラインPL1は、抵抗器を介して接続されている。このため、電源ラインPL1にシステム電源電圧Vcc1が供給されることで、LSW4の制御端子ONにはハイレベルの信号が入力される。LSW4が出力する電圧は、配線抵抗等を無視すればシステム電源電圧Vcc1と同一であるが、システム電源電圧Vcc1と区別するために、LSW4の出力端子VOUTから出力される電圧を、以下ではシステム電源電圧Vcc2と記載する。
LSW4の出力端子VOUTは、MCU1の電源端子VDDと、LSW5の入力端子VINと、残量計IC12の電源端子VDDと、ROM6の電源端子VCCと、バイポーラトランジスタS1のエミッタ端子と、抵抗器Rcと、FF17の電源端子VCCと、に接続されている。LSW4の出力端子VOUTから出力されるシステム電源電圧Vcc2が供給される配線を電源ラインPL2と記載する。
LSW5は、制御端子ONに入力される信号がハイレベルになると、入力端子VINに入力されているシステム電源電圧Vcc2を出力端子VOUTから出力する。LSW5の制御端子ONは、MCU1の端子P23と接続されている。LSW5が出力する電圧は、配線抵抗等を無視すればシステム電源電圧Vcc2と同一であるが、システム電源電圧Vcc2と区別するために、LSW5の出力端子VOUTから出力される電圧を、以下ではシステム電源電圧Vcc3と記載する。LSW5の出力端子VOUTから出力されるシステム電源電圧Vcc3が供給される配線を電源ラインPL3と記載する。
電源ラインPL3には、サーミスタT2と抵抗器Rt2の直列回路が接続され、抵抗器Rt2はグランドラインに接続されている。サーミスタT2と抵抗器Rt2は分圧回路を構成しており、これらの接続点は、MCU1の端子P21と接続されている。MCU1は、端子P21に入力される電圧に基づいて、サーミスタT2の温度変動(抵抗値変動)を検出し、その温度変動量によって、パフ動作の有無を判定する。
電源ラインPL3には、サーミスタT3と抵抗器Rt3の直列回路が接続され、抵抗器Rt3はグランドラインに接続されている。サーミスタT3と抵抗器Rt3は分圧回路を構成しており、これらの接続点は、MCU1の端子P13と、オペアンプOP2の反転入力端子と、に接続されている。MCU1は、端子P13に入力される電圧に基づいて、サーミスタT3の温度(ヒータHTRの温度に相当)を検出する。
電源ラインPL3には、サーミスタT4と抵抗器Rt4の直列回路が接続され、抵抗器Rt4はグランドラインに接続されている。サーミスタT4と抵抗器Rt4は分圧回路を構成しており、これらの接続点は、MCU1の端子P12と、オペアンプOP3の反転入力端子と、に接続されている。MCU1は、端子P12に入力される電圧に基づいて、サーミスタT4の温度(ケース110の温度に相当)を検出する。
電源ラインPL2には、MOSFETにより構成されたスイッチS7のソース端子が接続されている。スイッチS7のゲート端子は、MCU1の端子P20に接続されている。スイッチS7のドレイン端子は、振動モータMが接続される一対のコネクタの一方に接続されている。この一対のコネクタの他方はグランドラインに接続されている。MCU1は、端子P20の電位を操作することでスイッチS7の開閉を制御し、振動モータMを特定のパターンで振動させることができる。スイッチS7に代えて、専用のドライバICを用いてもよい。
電源ラインPL2には、オペアンプOP2の正電源端子と、オペアンプOP2の非反転入力端子に接続されている分圧回路Pd(2つの抵抗器の直列回路)と、が接続されている。分圧回路Pdを構成する2つの抵抗器の接続点は、オペアンプOP2の非反転入力端子に接続されている。オペアンプOP2は、ヒータHTRの温度に応じた信号(サーミスタT3の抵抗値に応じた信号)を出力する。本実施形態では、サーミスタT3としてNTC特性を持つものを用いているため、ヒータHTRの温度(サーミスタT3の温度)が高いほど、オペアンプOP2の出力電圧は低くなる。これは、オペアンプOP2の負電源端子はグランドラインへ接続されており、オペアンプOP2の反転入力端子に入力される電圧値(サーミスタT3と抵抗器Rt3による分圧値)が、オペアンプOP2の非反転入力端子に入力される電圧値(分圧回路Pdによる分圧値)より高くなると、オペアンプOP2の出力電圧の値は、グランド電位の値と略等しくなるためである。つまり、ヒータHTRの温度(サーミスタT3の温度)が高温になると、オペアンプOP2の出力電圧はローレベルになる。
なお、サーミスタT3としてPTC特性を持つものを用いる場合には、オペアンプOP2の非反転入力端子に、サーミスタT3及び抵抗器Rt3の分圧回路の出力を接続し、オペアンプOP2の反転入力端子に、分圧回路Pdの出力を接続すればよい。
電源ラインPL2には、オペアンプOP3の正電源端子と、オペアンプOP3の非反転入力端子に接続されている分圧回路Pe(2つの抵抗器の直列回路)と、が接続されている。分圧回路Peを構成する2つの抵抗器の接続点は、オペアンプOP3の非反転入力端子に接続されている。オペアンプOP3は、ケース110の温度に応じた信号(サーミスタT4の抵抗値に応じた信号)を出力する。本実施形態では、サーミスタT4としてNTC特性を持つものを用いているため、ケース110の温度が高いほど、オペアンプOP3の出力電圧は低くなる。これは、オペアンプOP3の負電源端子はグランドラインへ接続されており、オペアンプOP3の反転入力端子に入力される電圧値(サーミスタT4と抵抗器Rt4による分圧値)が、オペアンプOP3の非反転入力端子に入力される電圧値(分圧回路Peによる分圧値)より高くなると、オペアンプOP3の出力電圧の値は、グランド電位の値と略等しくなるためである。つまり、サーミスタT4の温度が高温になると、オペアンプOP3の出力電圧が、ローレベルになる。
なお、サーミスタT4としてPTC特性を持つものを用いる場合には、オペアンプOP3の非反転入力端子に、サーミスタT4及び抵抗器Rt4の分圧回路の出力を接続し、オペアンプOP3の反転入力端子に、分圧回路Peの出力を接続すればよい。
オペアンプOP2の出力端子には抵抗器R1が接続されている。抵抗器R1には、ダイオードD1のカソードが接続されている。ダイオードD1のアノードは、オペアンプOP3の出力端子と、FF17のD端子と、FF17のCLR( ̄)端子と、に接続されている。抵抗器R1とダイオードD1との接続ラインには、電源ラインPL1に接続された抵抗器R2が接続されている。また、この接続ラインには、FF16のCLR( ̄)端子が接続されている。
ダイオードD1のアノード及びオペアンプOP3の出力端子の接続点と、FF17のD端子との接続ラインには、抵抗器R3の一端が接続されている。抵抗器R3の他端は電源ラインPL2に接続されている。更に、この接続ラインには、残量計IC12の通知端子12aと接続されているダイオードD2のアノードと、ダイオードD3のアノードと、FF17のCLR( ̄)端子と、が接続されている。ダイオードD3のカソードは、MCU1の端子P5に接続されている。
FF16は、ヒータHTRの温度が過大となり、オペアンプOP2から出力される信号が小さくなって、CLR( ̄)端子に入力される信号がローレベルになると、Q( ̄)端子からハイレベルの信号をMCU1の端子P11に入力する。FF16のD端子には電源ラインPL1からハイレベルのシステム電源電圧Vcc1が供給されている。このため、FF16では、負論理で動作するCLR( ̄)端子に入力される信号がローレベルにならない限り、Q( ̄)端子からはローレベルの信号が出力され続ける。
FF17のCLR( ̄)端子に入力される信号は、ヒータHTRの温度が過大となった場合と、ケース110の温度が過大となった場合と、残量計IC12の通知端子12aから異常検出を示すローレベルの信号が出力された場合のいずれかの場合に、ローレベルとなる。FF17は、CLR( ̄)端子に入力される信号がローレベルになると、Q端子からローレベルの信号を出力する。このローレベルの信号は、MCU1の端子P10と、スイッチS6のゲート端子と、昇圧DC/DCコンバータ9のイネーブル端子ENと、充電IC2に接続されたバイポーラトランジスタS1のベース端子と、にそれぞれ入力される。スイッチS6のゲート端子にローレベルの信号が入力されると、スイッチS6を構成するNチャネル型MOSFETのゲート-ソース間電圧が閾値電圧未満となるため、スイッチS6がオフになる。昇圧DC/DCコンバータ9のイネーブル端子ENにローレベルの信号が入力されると、昇圧DC/DCコンバータ9のイネーブル端子ENは正論理であるため、昇圧動作が停止する。バイポーラトランジスタS1のベース端子にローレベルの信号が入力されると、バイポーラトランジスタS1がオンになる(コレクタ端子から増幅された電流が出力される)。バイポーラトランジスタS1がオンになると、充電IC2のCE( ̄)端子にバイポーラトランジスタS1を介してハイレベルのシステム電源電圧Vcc2が入力される。充電IC2のCE( ̄)端子は負論理であるため、電源BATの充電が停止される。これらにより、ヒータHTRの加熱と電源BATの充電が停止される。なお、MCU1が端子P22から充電IC2の充電イネーブル端子CE( ̄)に対してローレベルのイネーブル信号を出力しようとしても、バイポーラトランジスタS1がオンされると、増幅された電流が、コレクタ端子からMCU1の端子P22および充電IC2の充電イネーブル端子CE( ̄)に入力される。これにより、充電IC2の充電イネーブル端子CE( ̄)にはハイレベルの信号が入力される点に留意されたい。
FF17のD端子には電源ラインPL2からハイレベルのシステム電源電圧Vcc2が供給されている。このため、FF17では、負論理で動作するCLR( ̄)端子に入力される信号がローレベルにならない限り、Q端子からハイレベルの信号が出力され続ける。オペアンプOP3の出力端子からローレベルの信号が出力されると、オペアンプOP2の出力端子から出力される信号のレベルに拠らず、FF17のCLR( ̄)端子にはローレベルの信号が入力される。オペアンプOP2の出力端子からハイレベルの信号が出力される場合には、オペアンプOP3の出力端子から出力されるローレベルの信号は、ダイオードD1によってこのハイレベルの信号の影響を受けない点に留意されたい。また、オペアンプOP2の出力端子からローレベルの信号が出力される場合には、オペアンプOP3の出力端子からハイレベルの信号が出力されたとしても、ダイオードD1を介してこのハイレベルの信号はローレベルの信号に置き換わる。
電源ラインPL2は、MCU搭載基板161からLED搭載基板163及びホールIC搭載基板164側に向けて更に分岐している。この分岐した電源ラインPL2には、ホールIC13の電源端子VDDと、通信IC15の電源端子VCCと、ホールIC14の電源端子VDDと、が接続されている。
ホールIC13の出力端子OUTは、MCU1の端子P3と、スイッチドライバ7の端子SW2と、に接続されている。アウターパネル115が外れると、ホールIC13の出力端子OUTからローレベルの信号が出力される。MCU1は、端子P3に入力される信号により、アウターパネル115の装着有無を判定する。
LED搭載基板163には、操作スイッチOPSと接続された直列回路(抵抗器とコンデンサの直列回路)が設けられている。この直列回路は、電源ラインPL2に接続されている。この直列回路の抵抗器とコンデンサの接続点は、MCU1の端子P4と、操作スイッチOPSと、スイッチドライバ7の端子SW1と、に接続されている。操作スイッチOPSが押下されていない状態では、操作スイッチOPSは導通せず、MCU1の端子P4とスイッチドライバ7の端子SW1にそれぞれ入力される信号は、システム電源電圧Vcc2によりハイレベルとなる。操作スイッチOPSが押下されて操作スイッチOPSが導通状態になると、MCU1の端子P4とスイッチドライバ7の端子SW1にそれぞれ入力される信号は、グランドラインへ接続されるためローレベルとなる。MCU1は、端子P4に入力される信号により、操作スイッチOPSの操作を検出する。
スイッチドライバ7には、リセット入力端子RSTBが設けられている。リセット入力端子RSTBは、LSW4の制御端子ONに接続されている。スイッチドライバ7は、端子SW1と端子SW2に入力される信号のレベルがいずれもローレベルとなった場合(アウターパネル115が外されており、且つ、操作スイッチOPSが押下された状態)には、リセット入力端子RSTBからローレベルの信号を出力することで、LSW4の出力動作を停止させる。つまり、本来はアウターパネル115の押圧部117を介して押し下げられる操作スイッチOPSが、アウターパネル115が外れた状態でユーザによって直接押し下げられると、スイッチドライバ7の端子SW1と端子SW2に入力される信号のレベルがいずれもローレベルになる。
<吸引器の動作モード毎の動作>
以下、図13~図19を参照して、図10に示す電気回路の動作を説明する。図13は、スリープモードにおける電気回路の動作を説明するための図である。図14は、アクティブモードにおける電気回路の動作を説明するための図である。図15は、加熱初期設定モードにおける電気回路の動作を説明するための図である。図16は、加熱モードにおけるヒータHTRの加熱時の電気回路の動作を説明するための図である。図17は、加熱モードにおけるヒータHTRの温度検出時の電気回路の動作を説明するための図である。図18は、充電モードにおける電気回路の動作を説明するための図である。図19は、MCU1のリセット(再起動)時の電気回路の動作を説明するための図である。図13~図19の各々において、チップ化された電子部品の端子のうち、破線の楕円で囲まれた端子は、電源電圧VBAT、USB電圧VUSB、及びシステム電源電圧等の入力又は出力がなされている端子を示している。
いずれの動作モードにおいても、電源電圧VBATは、保護IC10の電源端子VDDと、昇圧DC/DCコンバータ9の入力端子VINと、充電IC2の充電端子batに入力されている。
<スリープモード:図13>
MCU1は、充電IC2のVBATパワーパス機能を有効とし、OTG機能と充電機能を無効とする。充電IC2の入力端子VBUSにUSB電圧VUSBが入力されないことで、充電IC2のVBATパワーパス機能は有効になる。通信線LNからOTG機能を有効にするための信号がMCU1から充電IC2へ出力されないため、OTG機能は無効になる。このため、充電IC2は、充電端子batに入力された電源電圧VBATからシステム電源電圧Vcc0を生成して、出力端子SYSから出力する。出力端子SYSから出力されたシステム電源電圧Vcc0は、昇降圧DC/DCコンバータ8の入力端子VIN及びイネーブル端子ENに入力される。昇降圧DC/DCコンバータ8は、正論理であるイネーブル端子ENにハイレベルのシステム電源電圧Vcc0が入力されることでイネーブルとなり、システム電源電圧Vcc0からシステム電源電圧Vcc1を生成して、出力端子VOUTから出力する。昇降圧DC/DCコンバータ8の出力端子VOUTから出力されたシステム電源電圧Vcc1は、LSW4の入力端子VINと、LSW4の制御端子ONと、スイッチドライバ7の入力端子VINと、FF16の電源端子VCC及びD端子と、にそれぞれ供給される。
LSW4は、制御端子ONにシステム電源電圧Vcc1が入力されることで、入力端子VINに入力されたシステム電源電圧Vcc1を、出力端子VOUTからシステム電源電圧Vcc2として出力する。LSW4から出力されたシステム電源電圧Vcc2は、MCU1の電源端子VDDと、LSW5の入力端子VINと、ホールIC13の電源端子VDDと、通信IC15の電源端子VCCと、ホールIC14の電源端子VDDと、に入力される。更に、システム電源電圧Vcc2は、残量計IC12の電源端子VDDと、ROM6の電源端子VCCと、充電IC2の充電イネーブル端子CE( ̄)に接続された抵抗器Rc及びバイポーラトランジスタS1と、FF17の電源端子VCCと、オペアンプOP3の正電源端子と、分圧回路Peと、オペアンプOP2の正電源端子と、分圧回路Pdと、にそれぞれ供給される。充電IC2に接続されているバイポーラトランジスタS1は、FF17のQ端子からローレベルの信号が出力されない限りはオフとなっている。そのため、LSW4で生成されたシステム電源電圧Vcc2は、充電IC2の充電イネーブル端子CE( ̄)にも入力される。充電IC2の充電イネーブル端子CE( ̄)は負論理のため、この状態では、充電IC2による充電機能はオフとなる。
このように、スリープモードにおいては、LSW5はシステム電源電圧Vcc3の出力を停止しているため、電源ラインPL3に接続される電子部品への電力供給は停止される。また、スリープモードにおいては、充電IC2のOTG機能は停止しているため、LED L1~L8への電力供給は停止される。
<アクティブモード:図14>
MCU1は、図13のスリープモードの状態から、端子P8に入力される信号がハイレベルとなり、スライダ119が開いたことを検出すると、端子P23からLSW5の制御端子ONにハイレベルの信号を入力する。これにより、LSW5は入力端子VINに入力されているシステム電源電圧Vcc2を、システム電源電圧Vcc3として、出力端子VOUTから出力する。LSW5の出力端子VOUTから出力されたシステム電源電圧Vcc3は、サーミスタT2と、サーミスタT3と、サーミスタT4と、に供給される。
更に、MCU1は、スライダ119が開いたことを検出すると、通信線LNを介して、充電IC2のOTG機能を有効化する。これにより、充電IC2は、充電端子batから入力された電源電圧VBATを昇圧して得られるシステム電源電圧Vcc4を、入力端子VBUSから出力する。入力端子VBUSから出力されたシステム電源電圧Vcc4は、
LED L1~L8に供給される。
<加熱初期設定モード:図15>
図14の状態から、端子P4に入力される信号がローレベルになる(操作スイッチOPSの押下がなされる)と、MCU1は、加熱に必要な各種の設定を行った後、端子P14から、昇圧DC/DCコンバータ9のイネーブル端子ENにハイレベルのイネーブル信号を入力する。これにより、昇圧DC/DCコンバータ9は、電源電圧VBATを昇圧して得られる駆動電圧Vbstを出力端子VOUTから出力する。駆動電圧Vbstは、スイッチS3とスイッチS4に供給される。この状態では、スイッチS3とスイッチS4はオフとなっている。また、端子P14から出力されたハイレベルのイネーブル信号によってスイッチS6はオンされる。これにより、ヒータHTRの負極側端子がグランドラインに接続されて、スイッチS3をONにすればヒータHTRを加熱可能な状態になる。MCU1の端子P14からハイレベルの信号のイネーブル信号が出力された後、加熱モードに移行する。
<加熱モード時のヒータ加熱:図16>
図15の状態において、MCU1は、端子P16に接続されたスイッチS3のスイッチング制御と、端子P15に接続されたスイッチS4のスイッチング制御を開始する。これらスイッチング制御は、上述した加熱初期設定モードが完了すれば自動的に開始されてもよいし、さらなる操作スイッチOPSの押下によって開始されてもよい。具体的には、MCU1は、図16のように、スイッチS3をオンし、スイッチS4をオフして、駆動電圧VbstをヒータHTRに供給し、エアロゾル生成のためのヒータHTRの加熱を行う加熱制御と、図17のように、スイッチS3をオフし、スイッチS4をオンして、ヒータHTRの温度を検出する温度検出制御と、を行う。
図16に示すように、加熱制御時においては、駆動電圧Vbstは、スイッチS5のゲートにも供給されて、スイッチS5がオンとなる。また、加熱制御時には、スイッチS3を通過した駆動電圧Vbstが、抵抗器Rsを介して、オペアンプOP1の正電源端子にも入力される。抵抗器Rsの抵抗値は、オペアンプOP1の内部抵抗値と比べると無視できるほど小さい。そのため、加熱制御時において、オペアンプOP1の正電源端子に入力される電圧は、駆動電圧Vbstとほぼ同等になる。
なお、抵抗器R4の抵抗値は、スイッチS5のオン抵抗値よりも大きくなっている。加熱制御時にもオペアンプOP1は動作するが、加熱制御時にはスイッチS5がオンになる。スイッチS5がオンの状態では、オペアンプOP1の出力電圧が、抵抗器R4とスイッチS5の分圧回路によって分圧されて、MCU1の端子P9に入力される。抵抗器R4の抵抗値がスイッチS5のオン抵抗値よりも大きくなっていることで、MCU1の端子P9に入力される電圧は十分に小さくなる。これにより、オペアンプOP1からMCU1に対して大きな電圧が入力されるのを防ぐことができる。
<加熱モード時のヒータ温度検出:図17>
図17に示すように、温度検出制御時には、駆動電圧VbstがオペアンプOP1の正電源端子に入力されると共に、分圧回路Pbに入力される。分圧回路Pbによって分圧された電圧は、MCU1の端子P18に入力される。MCU1は、端子P18に入力される電圧に基づいて、温度検出制御時における抵抗器RsとヒータHTRの直列回路に印加される基準電圧Vtempを取得する。
また、温度検出制御時には、駆動電圧Vbst(基準電圧Vtemp)が、抵抗器RsとヒータHTRの直列回路に供給される。そして、この駆動電圧Vbst(基準電圧Vtemp)を抵抗器RsとヒータHTRによって分圧した電圧Vheatが、オペアンプOP1の非反転入力端子に入力される。抵抗器Rsの抵抗値はヒータHTRの抵抗値よりも十分に大きいため、電圧Vheatは、駆動電圧Vbstよりも十分に低い値である。温度検出制御時には、この低い電圧VheatがスイッチS5のゲート端子にも供給されることで、スイッチS5はオフされる。オペアンプOP1は、反転入力端子に入力される電圧と非反転入力端子に入力される電圧Vheatの差を増幅して出力する。
オペアンプOP1の出力信号は、MCU1の端子P9に入力される。MCU1は、端子P9に入力された信号と、端子P18の入力電圧に基づいて取得した基準電圧Vtempと、既知の抵抗器Rsの電気抵抗値と、に基づいて、ヒータHTRの温度を取得する。MCU1は、取得したヒータHTRの温度に基づいて、ヒータHTRの加熱制御(例えばヒータHTRの温度が目標温度となるような制御)を行う。
なお、MCU1は、スイッチS3とスイッチS4をそれぞれオフにしている期間(ヒータHTRへの通電を行っていない期間)においても、ヒータHTRの温度を取得することができる。具体的には、MCU1は、端子P13に入力される電圧(サーミスタT3と抵抗器Rt3から構成される分圧回路の出力電圧)に基づいて、ヒータHTRの温度を取得する。
また、MCU1は、任意のタイミングにて、ケース110の温度の取得も可能である。具体的には、MCU1は、端子P12に入力される電圧(サーミスタT4と抵抗器Rt4から構成される分圧回路の出力電圧)に基づいて、ケース110の温度を取得する。
<充電モード:図18>
図18は、スリープモードの状態でUSB接続がなされた場合を例示している。USB接続がなされると、USB電圧VUSBが過電圧保護IC11を介してLSW3の入力端子VINに入力される。USB電圧VUSBは、LSW3の入力端子VINに接続された分圧回路Pfにも供給される。USB接続がなされた直後の時点では、バイポーラトランジスタS2がオンとなっているため、LSW3の制御端子ONに入力される信号はローレベルのままとなる。USB電圧VUSBは、MCU1の端子P17に接続された分圧回路Pcにも供給され、この分圧回路Pcで分圧された電圧が端子P17に入力される。MCU1は、端子P17に入力された電圧に基づいて、USB接続がなされたことを検出する。
MCU1は、USB接続がなされたことを検出すると、端子P19に接続されたバイポーラトランジスタS2をオフする。バイポーラトランジスタS2のゲート端子にローレベルの信号を入力すると、分圧回路Pfによって分圧されたUSB電圧VUSBがLSW3の制御端子ONに入力される。これにより、LSW3の制御端子ONにハイレベルの信号が入力されて、LSW3は、USB電圧VUSBを出力端子VOUTから出力する。LSW3から出力されたUSB電圧VUSBは、充電IC2の入力端子VBUSに入力される。また、LSW3から出力されたUSB電圧VUSBは、そのままシステム電源電圧Vcc4として、LED L1~L8に供給される。
MCU1は、USB接続がなされたことを検出すると、更に、端子P22から、充電IC2の充電イネーブル端子CE( ̄)に対してローレベルのイネーブル信号を出力する。これにより、充電IC2は、電源BATの充電機能を有効化し、入力端子VBUSに入力されるUSB電圧VUSBによる電源BATの充電を開始する。
なお、アクティブモードの状態でUSB接続がなされた場合には、MCU1は、USB接続がなされたことを検出すると、端子P19に接続されたバイポーラトランジスタS2をオフし、更に、端子P22から、充電IC2の充電イネーブル端子CE( ̄)に対してローレベルのイネーブル信号を出力し、更に、通信線LNを利用したシリアル通信によって、充電IC2のOTG機能をオフする。これにより、LED L1~L8に供給されるシステム電源電圧Vcc4は、充電IC2のOTG機能で生成されていた電圧(電源電圧VBATに基づく電圧)から、LSW3から出力されたUSB電圧VUSBに切り替わる。LED L1~L8は、MCU1によって内蔵トランジスタのオン制御がなされない限りは作動しない。このため、OTG機能のオンからオフへの過渡期における不安定な電圧がLED L1~L8に供給されるのは防がれる。
図18では、充電モードにおけるシステム電源電圧の供給状態は、スリープモードと同じとしている。しかし、充電モードにおけるシステム電源電圧の供給状態は、図14に示したアクティブモードと同じにすることが好ましい。すなわち、充電モードにおいては、後述する温度管理のために、サーミスタT2~T4にシステム電源電圧Vcc3が供給された状態となっていることが好ましい。
<MCUのリセット:図19>
アウターパネル115が外されてホールIC13の出力がローレベルとなり、操作スイッチOPSのオン操作がなされてMCU1の端子P4に入力される信号がローレベルになると、スイッチドライバ7の端子SW1と端子SW2が共にローレベルとなる。これにより、スイッチドライバ7は、リセット入力端子RSTBからローレベルの信号を出力する。リセット入力端子RSTBから出力されたローレベルの信号はLSW4の制御端子ONに入力される。これにより、LSW4は、出力端子VOUTからのシステム電源電圧Vcc2の出力を停止する。システム電源電圧Vcc2の出力が停止されることで、MCU1の電源端子VDDにシステム電源電圧Vcc2が入力されなくなるため、MCU1は停止する。
スイッチドライバ7は、リセット入力端子RSTBからローレベルの信号を出力している時間が既定時間に達するか、端子SW1と端子SW2のいずれかに入力される信号がハイレベルになると、リセット入力端子RSTBから出力する信号をハイレベルに戻す。これにより、LSW4の制御端子ONがハイレベルとなり、システム電源電圧Vcc2が各部に供給される状態に復帰する。
以下では理解を容易にするために、前述してきたサーミスタT1を電源サーミスタT1とも記載し、前述してきたサーミスタT2をパフサーミスタT2とも記載し、前述してきたサーミスタT3をヒータサーミスタT3とも記載し、前述してきたサーミスタT4をケースサーミスタT4とも記載する。
(吸引検知の詳細)
図20は、パフサーミスタT2を用いたMCU1による吸引動作の検知処理を説明するための模式図である。図20に示すように、MCU1の内部には、オペアンプ1Aと、アナログデジタル変換器(ADC)1Bと、フィルタ回路1Cと、遅延回路1Dと、減算器1Eと、比較器1Fと、が設けられている。
オペアンプ1Aの非反転入力端子は端子P21に接続されている。オペアンプ1Aの反転入力端子には基準電圧VRefが入力される。基準電圧VRefは、MCU1の電源端子VDDに入力されるシステム電源電圧Vcc2から生成されてよい。パフサーミスタT2は、図20の例ではNTC特性を持つものとしている。端子P21には、システム電源電圧Vcc3をパフサーミスタT2と抵抗器Rt2で分圧した信号が入力される。したがって、端子P21に入力される信号は、パフサーミスタT2の温度が高いほど、大きい値となる。オペアンプ1Aは、パフサーミスタT2に印加された電圧を増幅して出力する。ADC1Bは、オペアンプ1Aの出力信号をデジタル値に変換する。フィルタ回路1Cは、ADC1Bから出力されたデジタル信号にハイパスフィルタやローパスフィルタやバンドパスフィルタ等のフィルタ処理を施す。フィルタ回路1Cでフィルタ処理後のデジタル信号は、減算器1Eの+側に入力される。このデジタル信号は、遅延回路1Dで遅延されて減算器1Eの-側に入力される。したがって、減算器1Eからは、任意の時刻t(n)で得られたパフサーミスタT2の温度に相当するデジタル信号と、時刻t(n)の遅延時間前の時刻t(n-1)で得られたパフサーミスタT2の温度に相当するデジタル信号との差分値が出力される。時刻t(n-1)から時刻t(n)にかけてパフサーミスタT2の温度が低下した場合には、減算器1Eの出力値が負の値となって比較器1Fの出力がローレベルとなる。時刻t(n-1)から時刻t(n)にかけてパフサーミスタT2の温度が増加した場合には、減算器1Eの出力値は正の値となって、比較器1Fの出力がハイレベルとなる。
加熱初期設定モードから加熱モードに移行すると、MCU1は、ヒータHTRの予熱を開始する。図6及び図7に示したように、パフサーミスタT2は加熱部170の近傍に配置されている。したがって、この予熱によってヒータHTRの温度が上昇すると、パフサーミスタT2の温度もそれに合わせて上昇することになる。この状態で、ユーザが吸引を行うと、ケース110内部の気体の流れによって、パフサーミスタT2の温度が若干低下する。つまり、ヒータHTRの予熱中に吸引が行われると、減算器1Eの出力が負の値となり、比較器1Fからローレベルの信号が出力される。MCU1は、比較器1Fからローレベルの信号が出力された場合に、吸引動作がなされたと判定する。
(保護制御)
吸引器100では、電源サーミスタT1の抵抗値(出力値)によって電源BATの温度(以下、電源温度TBATと記載)を取得可能であり、ヒータサーミスタT3の抵抗値(出力値)によってヒータHTRの温度(以下、ヒータ温度THTRと記載)を取得可能であり、ケースサーミスタT4の抵抗値(出力値)によってケース110の温度(以下、ケース温度TCASEと記載)を取得可能である。そして、吸引器100は、電源温度TBAT、ヒータ温度THTR、及びケース温度TCASEの少なくともいずれかが、吸引器100の使用される推奨環境下での値とかけ離れた状態になった場合に、電源BATの充電及び電源BATからヒータHTRへの放電(以下、充放電とも記載)を禁止する保護制御を実行して、安全性を高めるように構成されている。この保護制御は、MCU1とFF17によって行われる。
充放電を禁止する保護制御とは、充放電が不可となるように電子部品を制御することを言う。電源BATからヒータHTRへの放電を不可とするためには、昇圧DC/DCコンバータ9のイネーブル端子ENにローレベルの信号を入力して(或いはイネーブル端子ENの電位を不定にして)昇圧動作を停止させ、且つ、スイッチS6のゲート端子にローレベルの信号を入力して(或いはゲート端子の電位を不定にして)負極側のヒータコネクタCn(-)とグランドとの接続を遮断すればよい。なお、昇圧DC/DCコンバータ9の昇圧動作の停止と、ヒータコネクタCn(-)とグランドとの接続遮断のうち一方のみを行うことでも、電源BATからヒータHTRへの放電を不可とすることは可能である。電源BATの充電を不可とするためには、充電IC2の充電イネーブル端子CE( ̄)にハイレベルの信号が入力されるようにして、充電IC2の充電動作を停止させればよい。
以下では、保護制御として充放電を禁止する例を説明するが、保護制御は、安全性の向上という観点から、充電のみを禁止する制御としてもよいし、放電のみを禁止する制御としてもよい。
保護制御が行われた場合に、動作モードの制限が更に行われることが好ましい。以下では、保護制御が行われると、動作モードが制限されるものとする。ただし、動作モードの管理はMCU1が行うため、MCU1が何らかの理由で作動していない状態においては、動作モードの制限は行われなくてもよい。
吸引器100にて行われる保護制御には、ユーザ操作によってMCU1のリセットがなされることで終了可能な手動復帰保護制御と、MCU1のリセットを必要とせず、温度環境の改善によって自動的に終了可能な自動復帰保護制御と、終了不能な非復帰保護制御と、が含まれる。吸引器100の動作モードには、図9にて説明したものに加えて、エラーモードと、永久エラーモードと、がある。本明細書において、”吸引器の全ての動作モード“と記載するときは、これらエラーモードと永久エラーモードを除く全ての動作モード(図9に示した全ての動作モード)のことを意味する。
手動復帰保護制御又は自動復帰保護制御が行われた場合には、吸引器100はエラーモードに移行し、他の動作モードへの移行は不可となる。なお、エラーモードでは、直前の動作モードにおける電源電圧の状態(システム電源電圧の供給状態)が維持されるものとする。すなわち、エラーモードにおいては、充放電を除く、直前の動作モードにて実行可能な機能(例えば温度情報の取得等)が実行可能となる。エラーモードにおいて、MCU1のリセットがなされると、手動復帰保護制御は終了される。エラーモードにおいて、温度環境の改善がなされると、自動復帰保護制御は終了される。手動復帰保護制御又は自動復帰保護制御が終了されると、動作モードの制限は解除され、動作モードはスリープモードに移行する。それ以降は、ユーザ操作等による動作モードの変更が可能となる。
非復帰保護制御が行われた場合には、吸引器100は永久エラーモードに移行する。永久エラーモードでは、吸引器100のすべての機能が使用不可となり、吸引器100は、修理又は廃棄が必要になる。
MCU1は、端子P14からローレベルの信号を出力して、昇圧DC/DCコンバータ9の昇圧動作の停止及び負極側のヒータコネクタCn(-)とグランドとの接続遮断を行うと共に、端子P22からハイレベルの信号を出力して、充電IC2の充電動作を停止することで、保護制御を行う。充電のみ禁止する場合には端子P14からローレベルの信号を出力する必要はなく、放電のみ禁止する場合には端子P22からハイレベルの信号を出力する必要はない。
FF17は、Q端子からローレベルの信号を出力して、昇圧DC/DCコンバータ9の昇圧動作の停止、負極側のヒータコネクタCn(-)とグランドとの接続遮断、及びバイポーラトランジスタS1のオンによる充電IC2の充電動作の停止を行うことで、MCU1を介さずに、保護制御を行う。
FF17は、CLR( ̄)端子に入力される信号がハイレベルからローレベルに切り替わると、Q端子からローレベルの信号を出力する。このローレベル信号は、MCU1のP10端子にも入力される。端子P10にローレベル信号が入力されている間は、MCU1はFF17の不図示のCLK端子に入力される信号をローレベルからハイレベルに切替えない。換言すれば、端子P10にローレベル信号が入力されている間は、FF17のCLK信号が立ち上がらない。また、MCU1が例えばフリーズしている状態では、FF17の不図示のCLK端子に入力される信号はローレベルのままとなる。したがって、MCU1が正常動作している状態とフリーズしている状態のどちらの状態であっても、FF17のQ端子からローレベルの信号が出力された後、FF17のCLR( ̄)端子に入力される信号がローレベルからハイレベルに切り替わっても、FF17のQ端子からはローレベルの信号が出力され続ける。図19にて説明したようにMCU1のリセットを行うと、FF17が再起動する(システム電源電圧Vcc2の再投入が行われる)。リセットされたMCU1はスリープモードで動作するため、ヒータサーミスタT3及びケースサーミスタT4にはシステム電源電圧Vcc3が投入されず、オペアンプOP2の出力とオペアンプOP3の出力が共にハイレベルになる。これにより、FF17のD端子とCLR( ̄)端子にはハイレベルの信号が入力される。このタイミングにおいては、FF17の再起動によって、端子P10にローレベルの信号が入力されていないため、MCU1は、FF17のCLK信号を立ち上がらせる。これにより、FF17のQ端子の出力をハイレベルに戻すことが可能である。FF17のQ端子の出力がハイレベルに戻ることで、FF17による保護制御は終了される。
上述した通り、FF17のQ端子から出力された信号は、MCU1の端子P10にも入力される。このため、MCU1は、端子P10に入力されたローレベルの信号によって、FF17が保護制御を行ったことを検知可能である。MCU1は、FF17が保護制御を行ったことを検知すると、MCU1のリセット要求通知を通知部180に行わせて、エラーモードに移行することが好ましい。
吸引器100では、温度判定のための閾値(以下、温度閾値と記載)として、下記に示すものが設定されている。この各温度閾値における括弧内の数値及び大小関係は、好ましい例を示しており、これに限定されるものではない。以下では、各温度閾値が括弧内の値であるものとして説明する。
温度閾値THH0(340℃)
温度閾値THH1(85℃)
温度閾値THH2(65℃)
温度閾値THH3(60℃)
温度閾値THH4(55℃)
温度閾値THH5(51℃)
温度閾値THH6(48℃)
温度閾値THH7(47℃)
温度閾値THH8(45℃)
温度閾値THL1(0℃)
温度閾値THL2(-5℃)
次に、保護制御の説明に必要な回路構成について説明する。
図21は、図10に示す電気回路のうち、サーミスタT1~T4と関係のある主要な電子部品を抜き出して示した要部回路図である。図22は、図21における破線で囲まれた範囲ARの部分を抽出して示した図である。なお、図22には、図21では図示されていなかった電子部品として、システム電源電圧Vcc3を生成するLSW5が示されている。
図21には、図10では図示を省略していた電子部品及びノードとして、コンデンサCu、コンデンサCt3、抵抗器Rh、コンデンサCt4、コンデンサCh、コンデンサCt2、ノードNu、ノードNt2、ノードNt3、ノードNt4、及びノードNbが示されている。コンデンサCu、コンデンサCt3、抵抗器Rh、コンデンサCt4、コンデンサCh、及びコンデンサCt2は、それぞれ、ノイズを低減(信号を平滑化)する目的で設けられている。また、図10では単一の端子とされていた残量計IC12の通知端子12aが、図21では、第一通知端子12aaと第二通知端子12abとで分けて図示されている。
図22に示すように、ノードNuは、LSW5の出力端子VOUTと、パフサーミスタT2が接続されるコネクタCn(t2)の正極側とを接続している。ノードNuとLSW5の出力端子VOUTとの接続ラインには、コンデンサCuの一端が接続されている。コンデンサCuの他端はグランドに接続されている。コンデンサCuの容量は一例として1μFである。ノードNuには、ケースサーミスタT4が接続されるコネクタCn(t4)の正極側と、ヒータサーミスタT3が接続されるコネクタCn(t3)の正極側とがそれぞれ接続されている。
ノードNt2は、コネクタCn(t2)の負極側と、抵抗器Rt2の一端とを接続している。抵抗器Rt2の他端はグランドに接続されている。ノードNt2とコネクタCn(t2)の負極側との接続ラインには、コンデンサCt2の一端が接続されている。コンデンサCt2の他端は、グランドに接続されている。コンデンサCt2の容量は一例として0.01μFである。ノードNt2は、MCU1の端子P21に接続されている。
ノードNt4は、コネクタCn(t4)の負極側と、抵抗器Rt4の一端とを接続している。抵抗器Rt4の他端はグランドに接続されている。ノードNt4とコネクタCn(t4)の負極側との接続ラインには、コンデンサCt4の一端が接続されている。コンデンサCt4の他端は、グランドに接続されている。コンデンサCt4の容量は一例として0.1μFである。ノードNt4は、MCU1の端子P12に接続されている。ノードNt4とMCU1の端子P12との接続ラインには、オペアンプOP3の反転入力端子が接続されている。
ノードNt3は、コネクタCn(t3)の負極側と、抵抗器Rt3の一端とを接続している。抵抗器Rt3の他端はグランドに接続されている。ノードNt3とコネクタCn(t3)の負極側との接続ラインには、コンデンサCt3の一端が接続されている。コンデンサCt3の他端は、グランドに接続されている。コンデンサCt3の容量は一例として0.1μFである。ノードNt3には、抵抗器Rhの一端が接続されている。抵抗器Rhの他端は、MCU1の端子P13に接続されている。抵抗器Rhの他端とMCU1の端子P13との接続ラインには、コンデンサChの一端が接続されている。コンデンサChの他端はグランドに接続されている。コンデンサChの容量は一例として0.01μFである。抵抗器RhとコンデンサChは、一次RC直列回路によるフィルタ回路RC1を構成している。
ノードNbは、抵抗器Rhの一端とノードNt3とを接続している。ノードNbには、オペアンプOP2の反転入力端子が接続されている。
(コンデンサの好ましい構成)
コンデンサCu、コンデンサCt3、コンデンサCt4、コンデンサCh、及びコンデンサCt2の容量は、次の(A)~(C)の関係になっていることが望ましい。
(A)コンデンサCuの容量は、コンデンサCt3、コンデンサCt4、及びコンデンサCt2のそれぞれの容量よりも大きい
図22に示したように、コンデンサCuは、パフサーミスタT2及び抵抗器Rt2の分圧回路と、ケースサーミスタT4及び抵抗器Rt4の分圧回路と、ヒータサーミスタT3及び抵抗器Rt3の分圧回路との3つの分圧回路よりも上流側(高電位側)に設けられる。この位置に大容量のコンデンサCuがあることで、各分圧回路に不安的な電源が供給されにくくなるため、サーミスタT2~T4の出力信号を安定にし、吸引器100を安定的に動作させることができる。また、大容量のコンデンサCuが上流側に存在することで、下流側に設けられるコンデンサCt2、コンデンサCt3、及びコンデンサCt4の容量を下げることができる。このため、回路基板の面積を有効活用でき、吸引器100のコストやサイズを低減できる。なお、コンデンサCuを設けることで、スライダ119の開閉やMCU1のリセット等に応じて間欠的にONされるLSW5のON/OFF時に生じ得る過渡的な電圧を平滑化する効果も得られる。
(B)コンデンサCt2の容量は、コンデンサCt3及びコンデンサCt4のそれぞれの容量よりも小さい
MCU1は、端子P21、端子P12、及び端子P13のそれぞれに入力される信号のうち、端子P21に入力される信号に対してのみ、図20にて説明したように、フィルタ処理を実行する。また、MCU1は、端子P21に入力される信号の変化に基づいて、吸引動作の検知を行う。したがって、端子P21に入力される信号がその入力前に大きく平滑化されるのは好ましくない。コンデンサCt2の容量を小さくすることで、パフサーミスタT2の出力から適度にノイズを除去しつつ、フィルタ処理の結果に影響を与えにくくなる。これにより吸引検知を高精度に行うことができる。
一方、コンデンサCt3とコンデンサCt4については、大きめの容量とすることで、十分に平滑化された信号をオペアンプOP2とオペアンプOP3に入力可能となる。これにより、オペアンプOP2とオペアンプOP3が誤動作する虞が低減し、ヒータサーミスタT3とケースサーミスタT4の出力値をMCU1が高精度に取得可能となる。
(C)コンデンサChの容量は、コンデンサCt3の容量よりも小さい
RCフィルタ回路RC1を設けることで、コンデンサCt3で平滑化しきれなかったスパイクノイズを除去する効果を得られる。つまり、RCフィルタ回路RC1は、コンデンサCt3の補助的な役割を果たすが、このような補助的なRCフィルタ回路RC1に、コンデンサCt3よりも小容量のコンデンサを用いることで、RCフィルタ回路RC1によるヒータサーミスタT3の出力信号の遅延を抑制できる。この結果、MCU1は、ヒータ温度THTRの取得を高速且つ低ノイズで行うことができる。
なお、ヒータサーミスタT3の出力信号は、オペアンプOP2にも入力されるが、オペアンプOP2の入力端子は、ノードNt3とRCフィルタ回路RC1の間に接続されている。このため、オペアンプOP2に入力されるヒータサーミスタT3の出力信号がRCフィルタ回路RC1によって遅延されることは防がれる。
図21に示すように、残量計IC12の第一通知端子12aaは、ダイオードD2のカソードに接続されている。残量計IC12の第二通知端子12abは、MCU1の端子P6に接続されている。
残量計IC12は、電源温度TBATを定期的なタイミング(例えば1秒毎)で取得して内蔵レジスタに保持する。残量計IC12は、MCU1が省電力化を図っているスリープモード以外の動作モードにおいては、通信線LNによってMCU1と相互通信可能である。残量計IC12は、通信線LNを介してMCU1から電源温度TBATの送信要求を受けると、その送信要求に応じて、電源温度TBATをMCU1に送信する。
残量計IC12は、スリープモードにおいては、電源温度TBATが高温条件(温度閾値THH1(85℃)以上の状態が複数回連続するという条件)を満たした場合(電源サーミスタT1の出力値が異常である場合)に、高温通知信号SIG2aを第二通知端子12abから出力する。スリープモードにおいては、MCU1は通信線LNによって残量計IC12とは相互通信不能である。従って、高温通知信号SIG2aは、MCU1に対する割込み信号ともいえる。
残量計IC12は、全ての動作モードにおいて、電源温度TBATが低温条件(温度閾値THL2(-5℃)以下になるという条件)を満たした場合(電源サーミスタT1の出力値が異常である場合)に、低温通知信号SIG2bを第二通知端子12abから出力する。残量計IC12は、全ての動作モードにおいて、電源温度TBATが低温解除条件(温度閾値THL1(0℃)以上になるという条件)を満たした場合(電源サーミスタT1の出力値が正常である場合)に、低温解除通知信号SIG2cを第二通知端子12abから出力する。図21では、高温通知信号SIG2aと低温通知信号SIG2bと低温解除通知信号SIG2cを併せて通知信号SIG2と表記している。低温通知信号SIG2bと低温解除通知信号SIG2cは、通信線LNによるMCU1からの要求を待たずに出力される。低温通知信号SIG2bと低温解除通知信号SIG2cも、MCU1に対する割込み信号ともいえる。
スリープモードで動作している状態のMCU1は、その機能を、操作スイッチOPSの操作検知、スライダ119の開検知、アウターパネル115の脱着検知、USB接続の検知、残量計IC12からの通知の検知、及び残量計IC12からの通知に基づく保護制御の実行等に絞ることで省エネ化を図っている。
スリープモードで動作中のMCU1は、スライダ119が開いたことを契機として起動(全ての機能を有効化)し、吸引器100の動作モードをアクティブモードに移行させるのは前述したとおりである。これに加え、MCU1は、スリープモードにおいて、高温通知信号SIG2aを残量計IC12から端子P6にて受信した場合(電源サーミスタT1の出力値が異常である場合)にも起動し、吸引器100の動作モードをアクティブモードに移行させる。
また、MCU1は、スリープモードにおいて、低温通知信号SIG2bを残量計IC12から端子P6にて受信した場合(電源サーミスタT1の出力値が異常である場合)には、自動復帰保護制御を実行し、吸引器100の動作モードをエラーモードに移行させる。この自動復帰保護制御の実行後、MCU1は、低温解除通知信号SIG2cを端子P6にて受信した場合(電源サーミスタT1の出力値が正常である場合)には、自動復帰保護制御を終了して、スリープモードに戻る。
残量計IC12は、電源温度TBATが高温条件(温度閾値THH3(60℃)以上になるという条件)を満たした場合(電源サーミスタT1の出力値が異常である場合)には、ローレベルの高温通知信号SIG1を第一通知端子12aaから出力する。第一通知端子12aaからローレベルの高温通知信号SIG1が出力されると、FF17のCLR( ̄)端子がローレベルとなる。つまり、FF17のQ端子の出力がローレベルになって、手動復帰保護制御が実行されることになる。高温通知信号SIG1に基づく保護制御の実行が可能なのは、全ての動作モードである。
オペアンプOP2の非反転入力端子に接続される分圧回路Pdは、ヒータサーミスタT3の温度が温度閾値THH0(340℃)以上になった場合(ヒータサーミスタT3の出力値が異常である場合)に、オペアンプOP2の出力がローレベルとなるよう、抵抗値が決められている。ヒータサーミスタT3の温度が温度閾値THH0(340℃)に近い高温になるのは加熱モードのときである。したがって、加熱モードにおいて、オペアンプOP2からローレベルの信号が出力されると、FF17のCLR( ̄)端子がローレベルとなる。つまり、FF17のQ端子の出力がローレベルとなって、手動復帰保護制御が実行されることになる。オペアンプOP2の出力に基づく保護制御の実行が可能なのは、ヒータサーミスタT3に電源が供給されている動作モード(換言すると、スリープモード以外の動作モード)である。
オペアンプOP3の非反転入力端子に接続される分圧回路Peは、ケースサーミスタT4の温度が温度閾値THH3(60℃)以上になった場合(ケースサーミスタT4の出力値が異常である場合)に、オペアンプOP3の出力がローレベルとなるよう、抵抗値が決められている。オペアンプOP3からローレベルの信号が出力されると、FF17のCLR( ̄)端子がローレベルとなる。つまり、FF17のQ端子の出力がローレベルになって、手動復帰保護制御が実行されることになる。オペアンプOP3の出力に基づく保護制御の実行が可能なのは、ケースサーミスタT4に電源が供給されている動作モード(換言すると、スリープモード以外の動作モード)である。
このように、FF17は、MCU1を介さずに保護制御を実行できるため、MCU1がスリープモードにて省電力化を図っていたり、MCU1が何らかの理由で正常に動作していなかったりした場合であっても、電源温度TBAT、ヒータ温度THTR、及びケース温度TCASEのいずれかの温度に基づいて、充放電を禁止することができる。これにより吸引器100の安全性を高めることができる。
なお、スリープモードにおいては、サーミスタT2~T4には電源電圧(システム電源電圧Vcc3)が供給されていない。このため、FF17は、ヒータ温度THTR及びケース温度TCASEのいずれかの温度に基づく充放電の禁止を行うことはできない。これに対し、電源サーミスタT1には、全ての動作モードにおいて電源電圧が供給されている。このため、全ての動作モードにおいて、FF17による保護制御の実行は可能である。
MCU1は、主に、スリープモード以外の動作モードにおいて保護制御を行う。以下、図23を参照して具体的に説明する。図23は、吸引器100にて行われる保護制御のパターンの具体例をまとめた図である。図23には、理解のために、図中の温度と温度閾値との関係を併記している。
(保護制御のパターン)
図23に示すように、電源温度TBATのみに基づいて行われる保護制御にはパターンPT1~PT4が存在する。ヒータ温度THTRのみに基づいて行われる保護制御にはパターンPT5が存在する。ケース温度TCASEのみに基づいて行われる保護制御にはパターンPT6とパターンPT7が存在する。電源温度TBAT及びケース温度TCASEに基づいて行われる保護制御にはパターンPT8が存在する。以下、各パターンについて説明する。
(パターンPT1)
保護制御を実行するのはMCU1であり、保護制御の種別は自動復帰保護制御である。MCU1は、スリープモードからアクティブモードへの移行期間(すべての機能を有効化する起動処理が終了するまでの期間)と加熱初期設定モードのそれぞれで自動復帰保護制御を実行可能である。MCU1は、上記移行期間と加熱初期設定モードのそれぞれにおいて、通信線LNを介して、残量計IC12に電源温度TBATの取得要求を定期的に行う。MCU1は、この取得要求に応じて残量計IC12から送信されてきた電源温度TBATが高温側の温度閾値THH5(51℃)以上となった場合には、電源サーミスタT1の出力値が異常であると判断して、自動復帰保護制御を実行する。自動復帰保護制御を実行した後、MCU1は、残量計IC12から送信されてきた電源温度TBATが、温度閾値THH5未満の温度閾値THH8(45℃)以下になると、電源サーミスタT1の出力値が正常であると判断して、自動復帰保護制御を終了し、スリープモードへと移行する。
(パターンPT2)
保護制御を実行するのはMCU1であり、保護制御の種別は手動復帰保護制御である。MCU1は、加熱モードと充電モードのそれぞれで手動復帰保護制御を実行可能である。MCU1は、加熱モードと充電モードのそれぞれにおいて、通信線LNを介して、残量計IC12に電源温度TBATの取得要求を定期的に行う。加熱モードにて動作中のMCU1は、残量計IC12から送信されてきた電源温度TBATが高温側の温度閾値THH4(55℃)以上となった場合には、電源サーミスタT1の出力値が異常であると判断して、手動復帰保護制御を行う。充電モードにて動作中のMCU1は、残量計IC12から送信されてきた電源温度TBATが温度閾値THH4(55℃)以上になった場合と、残量計IC12から送信されてきた電源温度TBATが低温側の温度閾値THL1(0℃)未満になった場合のいずれかの場合に、電源サーミスタT1の出力値が異常であると判断して、手動復帰保護制御を行う。
(パターンPT3)
保護制御を実行するのはFF17であり、保護制御の種別は手動復帰保護制御である。FF17は、全ての動作モードにおいて手動復帰保護制御を実行可能である。FF17は、全ての動作モードにおいて、残量計IC12からの通知信号SIG1(電源温度TBATが温度閾値THH3(60℃)以上になったことを示す信号)をCLR端子( ̄)にて受けると(電源サーミスタT1の出力値が異常である場合)、手動復帰保護制御を行う。
(パターンPT4)
保護制御を実行するのはMCU1であり、保護制御の種別は自動復帰保護制御である。MCU1は、全ての動作モードにおいて自動復帰保護制御を実行可能である。MCU1は、低温通知信号SIG2bを残量計IC12から端子P6にて受信した場合に、電源サーミスタT1の出力値が異常であると判断して、自動保護制御を実行する。この自動復帰保護制御の実行後、MCU1は、低温解除通知信号SIG2cを端子P6にて受信した場合に、電源サーミスタT1の出力値が正常であると判断して、自動保護制御を終了する。
(パターンPT5)
保護制御を実行するのはFF17であり、保護制御の種別は手動復帰保護制御である。FF17は、スリープモード以外の動作モードにおいて手動復帰保護制御を実行可能である。FF17は、オペアンプOP2からローレベルの信号をCLR( ̄)端子にて受けると(ヒータサーミスタT3の出力値が異常である場合)、手動復帰保護制御を行う。加熱モード以外の動作モードにおいては、ヒータサーミスタT3の温度が温度閾値THH0(340℃)に近くなる可能性は極めて低い。このため、図23では、この手動復帰保護制御が行われる動作モードを加熱モードのみとして示している。
(パターンPT6)
保護制御を実行するのはMCU1であり、保護制御の種別は自動復帰保護制御である。MCU1は、アクティブモードと加熱初期設定モードにおいて自動復帰保護制御を実行可能である。これら動作モードにて動作中のMCU1は、端子P12に入力される信号(ケースサーミスタT4の抵抗値に応じた信号)に基づくケース温度TCASEが温度閾値THH6(48℃)以上である場合に、ケースサーミスタT4の出力値が異常であると判断して、自動復帰保護制御を実行する。自動復帰保護制御の実行後、MCU1は、端子P12に入力される信号に基づくケース温度TCASEが温度閾値THH6未満の温度閾値THH7(47℃)以下になった場合に、ケースサーミスタT4の出力値が正常であると判断して、自動復帰保護制御を終了する。
なお、パターンPT6では充電モードと加熱モードで保護制御が実行不能になっているが、どちらか一方では保護制御を実行可能にしてもよい。
(パターンPT7)
保護制御を実行するのはFF17であり、保護制御の種別は手動復帰保護制御である。FF17は、スリープモード以外の動作モードにおいて手動復帰保護制御を実行可能である。FF17は、これら動作モードにおいて、オペアンプOP3からローレベルの信号(ケース温度TCASEが温度閾値THH3(60℃)以上であることを示す信号)をCLR( ̄)端子にて受けると(ケースサーミスタT4の出力が異常である場合)、手動復帰保護制御を行う。
(パターンPT8)
保護制御を実行するのはMCU1であり、保護制御の種別は非復帰保護制御である。非復帰保護制御は、スリープモードにおいて、残量計IC12から高温通知信号SIG2aが出力された場合に実行可能となる。スリープモードにて動作中のMCU1は、高温通知信号SIG2aを受信すると、アクティブモードに移行し、電源サーミスタT1とケースサーミスタT4のそれぞれの出力値が異常であるか否かを判断する1次チェックを実行する。具体的には、MCU1は、通信線LNを介して残量計IC12から送信されてきた電源温度TBATが高温側の温度閾値THH1(85℃)以上となり、且つ、端子P12に入力される信号(ケースサーミスタT4の抵抗値に応じた信号)に基づくケース温度TCASEが温度閾値THH2(65℃)以上である場合に、電源サーミスタT1とケースサーミスタT4のそれぞれの出力値が異常であると判断して、非復帰保護制御を実行する。
なお、パターンPT8の保護制御は非復帰保護制御としているが、これに代えて手動復帰保護制御としてもよい。電源サーミスタT1とケースサーミスタT4のそれぞれの出力値が異常である状況は、吸引器100に異常が強く生じていると推定される状況である。このような状況では、非復帰保護制御や手動復帰保護制御によって、保護制御が自動的に終了されないようにすることで、吸引器100の安全性を向上させることができる。
図24は、スリープモードの状態で残量計IC12から高温通知信号SIG2aが出力される場合の残量計IC12及びMCU1の動作の一例を説明するためのフローチャートである。
残量計IC12は、例えば1秒間隔で電源温度TBATを取得して内蔵レジスタへ格納する(ステップS1)。残量計IC12は、ステップS1の処理と並行して、例えば1分間隔で電源温度TBATの異常判定を行う。具体的には、残量計IC12は、最後の異常判定を行ってから1分が経過したか否かを判定する(ステップS2)。残量計IC12は、ステップS2の判定がyesであれば、内蔵レジスタに格納されている最新の電源温度TBATが温度閾値THH1(85℃)以上か否かを判定する(ステップS3)。残量計IC12は、ステップS3の判定がnoであれば、内蔵カウンタの数値nを初期値の0にリセットし(ステップS4)、ステップS2に処理を戻す。
残量計IC12は、ステップS3の判定がyesであれば、内蔵カウンタの数値nを1つ増やす(ステップS5)。その後、残量計IC12は、数値nが2未満であれば(ステップS6:no)、ステップS2に処理を戻し、数値nが2以上であれば(ステップS6:yes)、高温通知信号SIG2aをMCU1に送信する(ステップS7)。なお、ステップS6における判定閾値(=2)は一例に過ぎず、1以上の自然数であれば任意のものを用いてよい。
スリープモードで動作中のMCU1は、ステップS7にて送信された高温通知信号SIG2aを受信する(ステップS11)と、内蔵カウンタの数値mを初期値の0にリセットし(ステップS12)、動作モードをアクティブモードに変更する(ステップS13)。その後、MCU1は、電源温度TBATとケース温度TCASEの異常判定を開始する。
具体的には、MCU1は、1秒が経過すると(ステップS14:yes)、通信線LNを介して、残量計IC12に対し、電源温度TBATの送信を要求する(ステップS15)。残量計IC12は、この要求を受信する(ステップS8)と、電源温度TBATを取得し、通信線LNを介してMCU1に送信する(ステップS9)。MCU1は、ステップS9にて残量計IC12から送信された電源温度TBATを受信して取得する(ステップS16)。
MCU1は、ステップS15及びステップS16の処理と並行して、ステップS17の処理を行う。ステップS17において、MCU1は、端子P12に入力される信号に基づいて、ケース温度TCASEを取得する。ステップS16及びステップS17の後、MCU1は、ステップS16にて取得した電源温度TBATが温度閾値THH1(85℃)以上であり、且つ、ステップS17にて取得したケース温度TCASEが温度閾値THH2(65℃)以上であるか否かを判定する(ステップS18)。
MCU1は、ステップS18の判定がnoの場合には、ステップS14に処理を戻す。若しくは、MCU1は、ステップS18の判定がnoの場合には、処理を終了してもよい。MCU1は、ステップS18の判定がyesの場合には、数値mを1つ増やす(ステップS19)。その後、MCU1は、数値mが5以上か否かを判定する(ステップS20)。MCU1は、ステップS20の判定がnoの場合には、ステップS14に処理を戻す。MCU1は、ステップS20の判定がyesの場合には、端子P14からローレベルの信号を出力し且つ端子P22からハイレベルの信号を出力して充放電を禁止する保護制御を行う(ステップS21)。ステップS21の後、MCU1は、動作モードを永久エラーモードに遷移させる(ステップS22)。なお、ステップS20における判定閾値(=5)は一例に過ぎず、1以上の自然数であれば任意のものを用いてよい。
図23に示したように、吸引器100では、保護制御の主体が異なったり、保護制御種別が異なったり、保護制御の実行判定に使用する信号の種類が異なったり、実行可能な動作モードが異なったりする複数のパターンで保護制御が実行される。このように、温度測定対象や状況に応じて適切に保護制御を実行できるため、吸引器100の安全性を向上させることができる。
上述した実施形態においては、パターンPT8の保護制御は、残量計IC12から出力される高温通知信号SIG2aを契機として実行された。本実施形態に代えて、パターンPT8の保護制御は、高温通知信号SIG2aを契機とせずに実行されてもよい。つまり、レセプタクルRCPに外部電源が接続(USB接続)されたり、スライダ119が開かれたりすることで、スリープモードから他のモードへ正常に遷移した後、MCU1は、電源温度TBATが高温側の温度閾値THH1(85℃)以上となり、且つ、ケース温度TCASEが温度閾値THH2(65℃)以上である場合に、非復帰保護制御を実行してもよい。このようなパターンPT8の保護制御は、図24に示されるフローチャートにおいて、ステップS2からS7とステップS11からS13を省略することで実現される。
(ケースサーミスタT4の好ましい配置)
図25及び図26は、図1に示す吸引器100のケースサーミスタT4を通る切断面での断面図である。図25は、前後方向に垂直な切断面での断面図である。図26は、上下方向に垂直な切断面での断面図である。
ケース110内部のシャーシ150には、ヒータHTRを含む加熱部170と、電源BATと、ケースサーミスタT4とが固定されている。図26に示すように、加熱部170と電源BATは前後方向に並んで配置されており、ケースサーミスタT4は、前後方向において、加熱部170と電源BATの間に位置するようにシャーシ150へ固定されている。図25及び図26に示すように、シャーシ150は、電源BATとケースサーミスタT4の間に位置する部分Pbと、加熱部170とケースサーミスタT4の間に位置する部分Paと、を含む。
このように、ケースサーミスタT4は、別の電子部品を固定するために用いているシャーシ150によって位置が固定される。このため、吸引器100の製造コストの増大を回避しつつ、ケースサーミスタT4がケース110の温度を正確に取得できるようになる。また、図26に示すように、前後方向における端の方へケースサーミスタT4が位置しないことで、ケース110をユーザが把持した際のユーザの手の熱がケースサーミスタT4に影響を与えにくくなる。また、部分Paや部分Pbの存在により、電源BATやヒータHTRで発生した熱がケースサーミスタT4に伝わりにくくなる。このため、ケースサーミスタT4の出力値から、吸引器100が置かれている環境をより正確に把握できるようになる。
なお、シャーシ150の部分Paと部分Pbの一方を省略しても、部分Paと部分Pbの他方の存在によって、電源BAT又はヒータHTRで発生した熱がケースサーミスタT4に伝わりにくくなる効果を得ることはできる。
以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。
(1)
エアロゾル生成装置の電源ユニット(吸引器100)であって、
電源(電源BAT)と、
上記電源から供給される電力を消費してエアロゾル源を加熱するヒータ(ヒータHTR)が接続されるヒータコネクタ(ヒータコネクタCn)と、
上記電源ユニットの表面を構成するケース(ケース110)と、
上記ケースの近傍に配置された、上記ケースの温度に関する値を出力するセンサ(ケースサーミスタT4)と、備え、
上記センサの出力値に基づいて、上記電源の充電と上記電源から上記ヒータへの放電の一方又は両方を禁止する保護制御(図23のパターンPT6、パターンPT7の保護制御)を実行する、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
エアロゾル生成装置の電源ユニットが高温などの推奨されない環境に放置された場合には、ケースの温度は異常値を示すことになる。(1)によれば、このケースの温度に関する値に基づき、電源の充電とヒータへの電源の放電の少なくとも一方(以下、充電及び放電の少なくとも一方と記載)を禁止できる。このため、エアロゾル生成装置の安全性を向上させることができる。
(2)
(1)に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
上記保護制御は、終了可能である、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(2)によれば、ケースの温度に関する値に基づいて、充電及び放電の少なくとも一方は一時的に禁止される。例えば、保護制御が実行された場合でも、エアロゾル生成装置の状況が改善した場合には、保護制御を終了することで、充電及び放電の少なくとも一方が可能になる。このため、エアロゾル生成装置を、安全性が確保された状態で再度使用することができ、ユーザの満足度が向上する。
(3)
(2)に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
上記電源から上記ヒータへの電力の供給を制御するように構成されるコントローラ(MCU1)を、備え、
上記コントローラは、
上記センサの出力値に基づき、上記ケースの温度(ケース温度TCASE)を取得し、
上記ケースの温度が第1閾値(温度閾値THH6:48℃)以上の場合に上記保護制御(図23のパターンPT6の保護制御)を実行し、
上記ケースの温度が上記第1閾値未満の第2閾値(温度閾値THH7:47℃)以下の場合に、上記保護制御を終了可能に構成される、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(3)によれば、充電及び放電の少なくとも一方を禁止した温度より低い温度までケースの温度が低下しない限り、充電及び放電の少なくとも一方は許可されない。このため、充電及び放電の少なくとも一方が可能になった直後に再び保護制御が実行されて充電及び放電の少なくとも一方が禁止されることが回避され、エアロゾル生成装置の使い勝手が向上する。
(4)
(3)に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
上記コントローラは、上記ケースの温度が上記第2閾値以下になると、上記保護制御を終了するように構成される、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(4)によれば、保護制御の実行を終了するのにユーザの操作が不要であるため、エアロゾル生成装置の利便性が向上する。
(5)
(1)に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
上記保護制御は、終了可能な第1保護制御(図23のパターンPT6の保護制御)と、上記第1保護制御よりも終了のためにユーザの行う操作が多い終了可能な第2保護制御(図23のパターンPT7の保護制御)と、を含み、
上記出力値が、上記ケースの温度が第1閾値(温度閾値THH6:48℃)以上であることを示す値である場合には、上記第1保護制御が実行され、
上記出力値が、上記ケースの温度が上記第1閾値より高い第2閾値(温度閾値THH3:60℃)以上であることを示す値である場合には、上記第2保護制御が実行される、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(5)によれば、第1保護制御の実行により、ケースの温度が第2閾値以上になるのを防げるが、何らかの異常によってケースの温度が第2閾値以上になると、第2保護制御が実行される。この第2保護制御は、第1保護制御よりも終了に多くの操作が必要になっているので、簡単には第2保護制御が終了されない。これにより、エアロゾル生成装置の安全性が向上する。
(6)
(5)に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
複数のモードで動作可能であり、
上記複数のモードのうち上記第2保護制御(図23のパターンPT7の保護制御)が実行可能なモード(アクティブモード、加熱初期設定モード、加熱モード、加熱終了モード、充電モード)の数は、上記複数のモードのうち上記第1保護制御(図23のパターンPT6の保護制御)が実行可能なモード(アクティブモード、加熱初期設定モード)の数より多い、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(6)によれば、ケースの温度がより高温の場合に実行される第2保護制御を、より多くのモードで実行可能となっていることで、第1保護制御を実行可能なモードを減らしつつ、第2保護制御による保護をより強固にできる。同時に、第1保護制御を実行可能なモードの数が少ないことで、第1保護制御を実行するか否かを判定するために消費する電力を削減できる。
(7)
(5)又は(6)に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
上記電源から上記ヒータへの電力の供給を制御するように構成されるMCU(MCU1)を、備え、
上記第1保護制御(図23のパターンPT6の保護制御)は、上記MCUによって実行され、
上記第2保護制御(図23のパターンPT7の保護制御)は、上記MCUを介さずに実行される、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
第1閾値よりも高い第2閾値までケースの温度が到達する状況では、MCUが正常に動作しない可能性がある。(7)によれば、このような状況でも、MCUを介さずに第2保護制御を実行できる。このため、第2保護制御を実行すべき状況で第2保護制御が実行できないような事態を回避し、エアロゾル生成装置の安全性を向上できる。
(8)
(5)から(7)のいずれかに記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
複数のモードで動作可能であり、
上記複数のモードは、上記電源を充電する充電モードと、上記電源から上記ヒータへ放電する加熱モードとを含み、
上記第1保護制御(図23のパターンPT6の保護制御)は、上記充電モードと上記加熱モードの一方又は両方において実行されない、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
充電モードや加熱モードでは、電源ユニット内の電源を含む電子部品が発熱しやすい。このようなモードでは、ケースの温度は電源ユニットが置かれた環境を反映しにくくなる。(8)によれば、充電モードや加熱モードにおいては第1保護制御が実行されない。このため、充電及び放電の少なくとも一方が停止しにくくなり、エアロゾル生成装置の利便性が向上する。一方で、ケースの温度が第1閾値より高い第2閾値以上になった場合には第2保護制御が実行されることで、安全性は確保される。
(9)
(8)に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
上記第1保護制御(図23のパターンPT6の保護制御)は、上記充電モードと上記加熱モードの両方において実行されない、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(9)によれば、充電モードと加熱モードにおいては第1保護制御が実行されないため、充電及び放電の少なくとも一方が停止しにくくなり、エアロゾル生成装置の利便性が向上する。
(10)
(8)に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
上記複数のモードは、スリープモードと、上記スリープモードから上記加熱モードへ遷移させるために経由する必要がある加熱前モード(アクティブモード及び加熱初期設定モード)と、を含み、
上記第1保護制御(図23のパターンPT6の保護制御)は、上記加熱前モードにおいて実行可能である、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(10)によれば、エアロゾルを生成する前に、エアロゾル生成装置が安全な状況に置かれているか否かを判定できる。このため、適切な(推奨される)環境で、エアロゾルを生成できる。
(11)
(10)に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
上記第1保護制御(図23のパターンPT6の保護制御)は、上記加熱前モードにおいてのみ実行可能である、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(11)によれば、第1保護制御を実行するか否かを判定するために消費する電力を削減しつつ、適切な(推奨される)環境で、エアロゾルを生成できる。
(12)
(1)から(11)のいずれかに記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
上記ヒータと、
上記電源と上記ヒータと上記センサとを固定するシャーシ(シャーシ150)と、を備える、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(12)によれば、センサとは別の電子部品を固定するために用いているシャーシによって、センサの位置が併せて固定される。このため、電源ユニットの製造コストの増大を回避しつつ、センサがケースの温度を正確に取得できるようになる。
(13)
(12)に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
上記ヒータと上記電源は第1方向(前後方向)に並んで配置されており、
上記センサは、上記第1方向において、上記ヒータと上記電源の間に位置するように上記シャーシへ固定される、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(13)によれば、第1方向における端の方へセンサが位置しないことで、ケースをユーザが把持した際のユーザの手の熱がセンサに影響を与えにくくなる。このため、センサの出力値から、エアロゾル生成装置が置かれている環境をより正確に把握できるようになる。
(14)
(12)又は(13)に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
上記シャーシは、上記電源と上記センサの間に位置する部分(部分Pb)と、上記ヒータと上記センサの間に位置する部分(部分Pa)の一方又は両方を含む、
エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(14)によれば、電源やヒータで発生した熱がシャーシによりセンサに伝わりにくくなる。このため、センサの出力値から、エアロゾル生成装置が置かれている環境をより正確に把握できるようになる。
以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
なお、本出願は、2021年5月10日出願の日本特許出願(特願2021-079903)に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
100 吸引器
110 ケース
119 スライダ
150 シャーシ
170 加熱部
1 MCU
2 充電IC
9 昇圧DC/DCコンバータ
12 残量計IC
17 フリップフロップ
HTR ヒータ
BAT 電源
Cn ヒータコネクタ
T1 電源サーミスタ
T2 パフサーミスタ
T3 ヒータサーミスタ
T4 ケースサーミスタ
Ch、Cu、Ct2、Ct3、Ct4 コンデンサ
Nt1、Nt2、Nt3、Nt4、Nu、Nb ノード
OPS 操作スイッチ
PT1~PT8 パターン

Claims (13)

  1. エアロゾル生成装置であって、
    電源と、
    前記電源から供給される電力を消費してエアロゾル源を加熱するヒータが接続されるヒータコネクタと、
    前記エアロゾル生成装置の表面を構成するケースと、
    前記ケースの近傍に配置された、前記ケースの温度に関する値を出力するセンサと、を備え、
    前記センサの出力値に基づいて、前記電源から前記ヒータへの放電を禁止する保護制御を実行し、
    前記保護制御は、終了可能な第1保護制御と、前記第1保護制御よりも終了のためにユーザの行う操作が多い終了可能な第2保護制御と、を含み、
    前記出力値が、前記ケースの温度が第1閾値以上であることを示す値である場合には、前記第1保護制御が実行され、
    前記出力値が、前記ケースの温度が前記第1閾値より高い第2閾値以上であることを示す値である場合には、前記第2保護制御が実行される、
    エアロゾル生成装置。
  2. 請求項1に記載のエアロゾル生成装置であって、
    前記第1保護制御と前記第2保護制御では、前記センサの出力値に基づいて、前記電源の充電をさらに禁止する、
    エアロゾル生成装置。
  3. 請求項1又は2に記載のエアロゾル生成装置であって、
    前記電源から前記ヒータへの電力の供給を制御するように構成されるコントローラを、備え、
    前記コントローラは、
    前記センサの出力値に基づき、前記ケースの温度を取得し、
    前記ケースの温度が前記第1閾値以上の場合に前記第1保護制御を実行し、
    前記ケースの温度が前記第1閾値未満の第閾値以下の場合に、前記保護制御を終了可能に構成される、
    エアロゾル生成装置。
  4. 請求項に記載のエアロゾル生成装置であって、
    前記コントローラは、前記第1保護制御を実行しているときに前記ケースの温度が前記第閾値以下になると、前記第1保護制御を終了するように構成される、
    エアロゾル生成装置。
  5. 請求項1から4のいずれか1項に記載のエアロゾル生成装置であって、
    複数のモードで動作可能であり、
    前記複数のモードのうち前記第2保護制御が実行可能なモードの数は、前記複数のモードのうち前記第1保護制御が実行可能なモードの数より多い、
    エアロゾル生成装置。
  6. 請求項1又は2に記載のエアロゾル生成装置であって、
    前記電源から前記ヒータへの電力の供給を制御するように構成されるMCUを、備え、
    前記第1保護制御は、前記MCUによって実行され、
    前記第2保護制御は、前記MCUを介さずに実行される、
    エアロゾル生成装置。
  7. 請求項からのいずれか1項に記載のエアロゾル生成装置であって、
    複数のモードで動作可能であり、
    前記複数のモードは、前記電源を充電する充電モードと、前記電源から前記ヒータへ放電する加熱モードとを含み、
    前記第1保護制御は、前記充電モードと前記加熱モードの一方又は両方において実行されない、
    エアロゾル生成装置。
  8. 請求項に記載のエアロゾル生成装置であって、
    前記第1保護制御は、前記充電モードと前記加熱モードの両方において実行されない、
    エアロゾル生成装置。
  9. 請求項7又は8に記載のエアロゾル生成装置であって、
    前記複数のモードは、スリープモードと、前記スリープモードから前記加熱モードへ遷移させるために経由する必要がある加熱前モードと、を含み、
    前記第1保護制御は、前記加熱前モードにおいて実行可能である、
    エアロゾル生成装置。
  10. 請求項に記載のエアロゾル生成装置であって、
    前記第1保護制御は、前記加熱前モードにおいてのみ実行可能である、
    エアロゾル生成装置。
  11. 請求項1から1のいずれか1項に記載のエアロゾル生成装置であって、
    前記ヒータと、
    前記電源と前記ヒータと前記センサとを固定するシャーシと、を備える、
    エアロゾル生成装置。
  12. 請求項1に記載のエアロゾル生成装置であって、
    前記ヒータと前記電源は第1方向に並んで配置されており、
    前記センサは、前記第1方向において、前記ヒータと前記電源の間に位置するように前記シャーシへ固定される、
    エアロゾル生成装置。
  13. 請求項1又は1に記載のエアロゾル生成装置であって、
    前記シャーシは、前記電源と前記センサの間に位置する部分と、前記ヒータと前記センサの間に位置する部分の一方又は両方を含む、
    エアロゾル生成装置。
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