(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体のための流体ポンプであって、
流体を供給するための流体供給源と、
前記流体供給源によって供給された流体を搬送するための発射チャンバと、
前記発射チャンバに流体連通しているノズルと、
前記発射チャンバに流体連通している発射機構であって、発射シーケンス中に前記ノズルを通じて前記発射チャンバの外へと流体を吐出するように構成されており、前記発射シーケンスが、前記発射機構を起動しかつ前記発射機構の起動の結果として前記発射チャンバから流体を吐出する発射ステップと、前記発射ステップに続く、後の発射ステップ同士の時間遅延を提供するために前記発射機構を制止する待機ステップと、を少なくとも含む発射機構と、
制御信号に応答して前記発射機構を起動および制止するための、前記発射機構との電気通信状態にある電力回路と、
前記制御信号を送信して、前記電力回路が前記発射機構を起動および制止することをもたらすための、前記電力回路との電気通信状態にある論理回路であって、所定の固定周波数信号に依存する期間にわたって前記発射機構を起動するように構成されており、かつ前記待機ステップを制御するための可変周波数信号に少なくとも依存する期間にわたって前記発射機構を制止する論理回路と、
所定の固定周波数信号を前記論理回路に送信するための、前記論理回路との電気通信状態にある第１発振器であって、前記固定周波数信号が、固定の時間間隔で各パルスが隔てられている一連のタイミングパルスを含む第１発振器と、
可変周波数信号を前記論理回路に送信するための、前記論理回路との電気通信状態にある第２発振器であって、前記可変周波数信号が、可変の時間間隔で各パルスが隔てられている一連のタイミングパルスを含む第２発振器と、
可変入力信号を前記第２発振器に供給するための第１入力装置であって、前記第２発振器が、前記可変周波数信号の前記一連のタイミングパルスの各パルスを隔てている時間間隔を前記第１入力装置からの前記可変入力信号に応じて変化させるように構成されており、前記論理回路が、前記制御信号を前記第２発振器からの前記可変周波数信号の周波数に応じて変化させて前記待機ステップの長さを変化させるように構成されている第１入力装置と、を備える
流体ポンプ。
【請求項２】
前記論理回路、前記第１発振器および前記第２発振器はマイクロプロセッサを含む
請求項１に記載の流体ポンプ。
【請求項３】
前記発射シーケンスは、さらに、前記発射機構を制止する休止ステップであって、前記発射ステップの前に起こり、前記固定周波数信号によって制御される休止ステップを含む
請求項１または２に記載の流体ポンプ。
【請求項４】
前記発射シーケンスは、さらに、前記発射機構を起動するが流体を前記発射チャンバから吐出しない予備発射ステップであって、前記発射ステップの前に起こり、前記固定周波数信号によって制御される予備発射ステップを含む
請求項１または２に記載の流体ポンプ。
【請求項５】
前記発射シーケンスの各々に関連付けられた別個の制御変数を格納するためのメモリであって、前記発射ステップが、前記所定の固定周波数信号のタイミングパルスの計数と前記発射ステップに関連付けられた前記制御変数とが等しくなるまで維持され、前記待機ステップが、前記可変周波数のタイミングパルスの計数と前記待機ステップに関連付けられた前記制御変数とが等しくなるまで維持されるメモリと、
前記制御変数を前記メモリに入力するための第２入力装置と、をさらに備える
請求項１〜４のいずれか１項に記載の流体ポンプ。
【請求項６】
前記発射シーケンスは、さらに、
前記発射ステップの前に起こる休止ステップと、
前記休止ステップの前に起こる予備発射ステップと、を含み、
前記論理回路は、前記所定の固定周波数信号のタイミングパルスの計数と前記予備発射ステップに関連付けられた前記制御変数とが等しくなった時点で、前記予備発射ステップを開始するために前記制御信号を前記電力回路へ送信し、かつ、前記所定の固定周波数信号のタイミングパルスの計数と前記休止ステップに関連付けられた前記制御変数とが等しくなった時点で、前記休止ステップを開始するために前記制御信号を前記電力回路へ送信するように構成されている
請求項５に記載の流体ポンプ。
【請求項７】
前記第２発振器は電圧制御発振器（ＶＣＯ）を備え、前記可変入力信号は、前記ＶＣＯによって供給される電圧である
請求項１〜６のいずれか１項に記載の流体ポンプ。
【請求項８】
前記第１入力装置は圧力センサを備え、
前記可変入力信号は、前記圧力センサに印加された圧力の測定値である
請求項１〜６のいずれか１項に記載の流体ポンプ。
【請求項９】
前記第２発振器は電圧制御発振器（ＶＣＯ）を備え、
前記第１入力装置は、前記圧力センサに印加された圧力の前記測定値を電圧に変換し、かつ前記電圧を前記可変入力信号として前記ＶＣＯに供給するように構成されている
請求項８に記載の流体ポンプ。
【請求項１０】
投薬計数器をさらに備え、
前記論理回路は、発射シーケンスの完了時に信号を前記投薬計数器へ送信するように構成されており、
前記投薬計数器は、前記信号を投与済み投薬量に加算される投薬量として登録し、前記投薬計数器は、前記投与済み投薬量と所望の投薬量とが等しくなった時点で終結信号を前記論理回路に供給するように構成されており、
前記論理回路は、前記終結信号に応答して、前記制御信号を前記電力回路へ送信して前記発射機構を制止し発射シーケンスを中断する
請求項１〜９のいずれか１項に記載の流体ポンプ。
【請求項１１】
前記所望の投薬量を入力するための第２入力装置と、
前記所望の投薬量を格納するためのメモリと、をさらに備える
請求項１０に記載の流体ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小流体ポンプの分野に関する。より詳しくは、本発明は、可変アナログ入力に基づいた流速で流体を分注する微小流体ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
微小流体装置は、微小な大きさの構造体の内部にある液体を規定の微小ｔ体積で操作しかつ精密に分注するために、使用される。例えば、実験室用の滴定システムは、決められた量の試薬をウェルプレート上へ分注するようにプログラムされた微小流体ポンプを備え得る。その場合、システムにおける流体流速を規定すべく、分注する液量と分注に要する時間量との両方が固定され得る。
【０００３】
微小流体ポンプはまた、吸入薬を患者に対して分注するためにも使用され得る。その場合、患者によるポンプの使用され方は、一定でない外部変数に相当する。患者に対して任意の特定時間に投与される薬剤の量は一定でない場合があり、そのため、規定用量を送達するための最も効果的な手段は固定の流速ではない場合がある。その場合、用量を送達するためのより効果的な方法は、分注される医薬の量を患者の挙動に基づいて調節することであろう。その場合、使用者の吸入力がより大きいときには流速が増加してより多くの流体が送達される。他方、使用者の吸入力がより小さいときには流速が減少してより少ない流体が送達される。
【０００４】
微小流体ポンプはまた、インクジェット印刷にも使用される。インクジェット印刷用途において、インクの流出流速は可変である。流速は、インクをそのまま空気路を超えて紙基材上へと分注し得る加熱式吐出器チップによって決定されることが多い。慣例的には、インク流速は、発射のために選択されるヒータの数を各素子の発射速度と共に調節することによって制御される。しかし、このプロセスは、発射サイクル毎に更新されねばならない多数のデジタル入力装置を必要とするものであった。このレベルの制御は印刷用途には必要であり得るが、それは微小流体装置の複雑さおよびコストを付け足すものであり、少なくともこれらの理由から、全ての用途に最適ではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
最小限の数の入力装置を使用して指示量の流体を送達するために、流速を調節する能力を有して起動および制御されることのできる微小流体装置が必要とされている。
【０００６】
有益なことに、本発明は、流体を吐出する発射シーケンスを実行するための微小流体ポンプであって、可変アナログ入力に基づいて流速が変化し得る、微小流体ポンプを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一態様において、流体ポンプは、流体を供給するための流体供給源と、流体供給源によって供給された流体を搬送するための発射チャンバとを備える。発射チャンバは、発射チャンバに流体連通しているノズルを備える。発射チャンバに流体連通している発射機構は、発射シーケンス中にノズルを通じて発射チャンバの外へと流体を吐出する。発射シーケンスは、発射機構を起動しかつ発射機構の起動の結果として発射チャンバから流体を吐出する、発射ステップと、それに続く、後の発射ステップ同士の時間遅延を提供するために発射機構を制止する待機ステップとを少なくとも含む。
【０００８】
ポンプはさらに、制御信号に応答して発射機構を起動および制止するための、発射機構との電気通信状態にある電力回路を備える。電力回路との電気通信状態にある論理回路は、電力回路に制御信号を送信する。制御信号は、発射シーケンス内の各ステップの時間の長さを制御する。制御信号は所定の固定周波数に依存し、それは、発射ステップを制御する。制御信号はまた、待機ステップを制御する可変周波数信号にも依存し得る。
【０００９】
所定の固定周波数信号、および可変周波数信号は、それぞれ第１および第２発振器によって供給される。第１発振器は、論理回路との電気通信状態にあり、所定の固定周波数信号を論理回路に送信する。固定周波数信号は一連のタイミングパルスであり、各パルスが固定の時間間隔で隔てられている。第２発振器は、論理回路との電気通信状態にあり、可変周波数信号を論理回路に送信する。可変周波数信号は一連のタイミングパルスであり、各パルスが可変の時間間隔で隔てられている。
【００１０】
ポンプはさらに、可変入力信号を第２発振器に供給するための第１入力装置を備える。第２発振器は、可変周波数信号の一連のタイミングパルスの各パルスを隔てている時間間隔を第１入力装置からの可変入力信号に応じて変化させる。論理回路は、制御信号を第２発振器からの可変周波数信号の周波数に応じて変化させてそれによって待機ステップの長さを変化させるように構成されており、その結果として発射チャンバからの流体の吐出の合間の時間を変化させる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る流体ポンプは、流体を吐出する発射シーケンスを実行することができ、可変アナログ入力に基づいて流速が変化し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本開示による、可変入力に基づく流速で流体を吐出するための微小流体ポンプの模式図である。
【図２】図２は、発射シーケンス中に流体を微小流体ポンプから吐出する一連の事象を示す流れ図である。
【図３】図３は、本開示の別の実施形態による、可変入力に基づく流速で流体を吐出するための微小流体ポンプの模式図である。
【図４】図４は、本開示に係るポンプをいくぶん図式的に表したものである。
【図５】図５は、本開示のまた別の実施形態による電子タバコの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面を参照して、本開示の実施形態による微小流体ポンプ１００を表す模式図を図１に示す。ポンプ１００は、概して、流体１０２と流体を保存および供給するための流体供給源１０４とを備える。流体供給源１０４は、流体１０２を発射チャンバ１０６に供給する。発射チャンバ１０６は、ノズル１０８および発射機構１１０を備える。発射機構１１０は、発射シーケンス中にノズルを通じて発射チャンバ１０６の外へと流体１０２を吐出するように構成されている。発射機構１１０の１つの例は、インクジェット印刷用途において使用されるヒータレイである。通常、各発射シーケンス中にほぼ同じ体積の流体が吐出される。したがって、ポンプ１００の流速は、各発射シーケンス中に吐出される流体の量が変化するのではなく、それらの吐出がどれだけ頻繁に起こるかに基づいて変化する。
【００１４】
図２を参照して、基本発射シーケンス２００は、発射機構を起動してその結果として流体を発射機構から吐出する、発射ステップ２０２を含む。発射ステップ２０２の後、シーケンス２００内での次のステップは、発射機構が制止されて何も行わない、待機ステップ２０４である。待機ステップ２０４の後に発射シーケンスは完了し、その後、繰り返され得る。ポンプの流速は、所与の時間量内に起こる発射ステップ２０２（すなわち流体吐出）の数に関係している。待機ステップ２０４の長さは、発射ステップ２０２がどれだけ頻繁に起こるかを決定付ける。待機ステップ２０４が短くなるにつれて、発射ステップ２０２はより頻繁に起こり、それは流速をより高くする。待機ステップ２０４が長くなるにつれて、発射ステップ２０２が起こる頻度はより少なくなり、それは流速をより低くする。したがって、待機ステップ２０４の長さはポンプの流速に直接影響を与える。
【００１５】
発射シーケンス２００は、予備発射ステップ２０６と休止ステップ２０８とを含むように拡張され得、それらは組み合わさって、発射ステップ２０２の前に流体を予熱することを可能にする。予備発射ステップ２０６の間、発射機構は、発射チャンバから流体が吐出されないような仕方で起動される。例えば、発射機構を非常に短い時間の間だけ起動してその後に制止してもよい。後に続く休止ステップ２０８の間、発射機構は制止され続ける。休止ステップ２０８は、発射ステップ２０２の前に発射機構からの熱が流体を加熱することを可能にする時間遅延である。このようにして流体を予熱することは、必要なことではないものの、流体を予熱しない場合に比べて発射ステップ２０２をより正確で予測可能なものにする。正確さおよび予測可能性は有用であり、しばしば微小流体ポンプの特定の用途、例えばインクジェット印刷用途に必要とされるが、他の類の用途には必要でないかもしれない。
【００１６】
図１に戻って、電力回路１１２は、発射機構１１０との電気通信状態にあり、制御信号に応答して発射機構の起動および制止を引き起こす。制御シグナルは、電力回路との電気通信状態にある論理回路１１４によって電力回路１１２へと供給される。制御信号は、各ステップがいつ起こるか、および各ステップがどのくらい長く続くかを含めて、発射シーケンス内の各ステップのタイミングを決定付ける。制御信号は所定の固定周波数信号に依存し、それは、予備発射ステップ、休止ステップおよび発射ステップがいつ起こるか、ならびに各ステップがどのくらい長く続くかを制御する。制御信号はまた、可変周波数信号にも依存し得、それは、待機ステップがいつ起こるか、およびそれがどのくらい長く続くかを制御する。固定周波数信号および可変周波数信号については以下により詳しく述べる。一実施形態において、電力回路は、電源と発射機構との間に接続されたパワーＦＥＴなどの継電器である。制御信号は、継電器をオンまたはオフにしてそれによって発射機構１１０の電源を入れるかまたは発射機構１１０の電源を切る、オンまたはオフの信号である。
【００１７】
所定の固定周波数信号、および可変周波数信号は、それぞれ第１発振器１１６および第２発振器１１８によって論理回路１１４へと供給される信号である。第１発振器１１６によって発生する所定の固定周波数信号は、経時的に一定であり続ける固定の時間間隔で各タイミングパルスが隔てられた、一連のタイミングパルスである。予備発射ステップ、休止ステップおよび発射ステップは制御信号に依存し、代わって制御信号は固定周波数信号に依存する。その理由から、それらのシーケンスステップのタイミングおよび長さは、１つの発射シーケンスからその次の発射シーケンスへと一定であり続ける。したがって、それらのステップは、厳密に制御され得、経時的に不変であり続けることとなり得る。例えば吸入薬を送達するポンプの場合、制御された一貫性のあるこの種の挙動は、各発射ステップの間、安定した量の医薬が送達されることを確実にする。
【００１８】
他方、第２発振器１１８によって発生する可変周波数信号は、経時的に変化し得る可変の時間間隔で各タイミングパルスが隔てられた、一連のタイミングパルスである。言い換えれば、第２発振器１１８は、タイミングパルス同士を隔てている時間間隔の長さに応じてより早いかまたはより遅いペースで、パルスを生成する。待機ステップは、可変周波数信号に依存する。その理由から、待機ステップのタイミングおよび長さは経時的に変化し得る。
【００１９】
第２発振器１１８のタイミングパルス間の時間間隔は、可変入力信号に基づいて変化する。例えば、特定の実施形態では、第２発振器１１８は電圧制御発振器（ＶＣＯ）を備えてもよく、これはＶＣＯ信号を発生させ、そのＶＣＯ信号の周波数は入力に基づいて変化する。ポンプ１００は、可変入力信号を第２発振器に供給してＶＣＯ信号の周波数を変化させるための、第１入力装置１２０を備える。第１入力装置１２０としては、例えば、センサ、例えば圧力センサ、ダイヤル、またはその他の同様の類の入力装置が挙げられ得る。第２発振器１１８は、時間間隔によって隔てられた一連のタイミングパルスであり得るＶＣＯ信号の、周波数を変化させる。ＶＣＯ信号の周波数は、各タイミングパルスを隔てている時間間隔を第１入力装置１２０からの可変入力信号に応じて変化させることによって、変化し得る。比例関係の場合、可変入力信号の増大は、可変周波数信号の各タイミングパルス間でのより大きな時間間隔（すなわち、より低い周波数の信号）をもたらす。それとは対照的に、反比例関係の場合、可変入力信号の増大は、可変周波数信号の各タイミングパルス間でのより短い時間間隔（すなわち、より高い周波数の信号）をもたらすであろう。適用する特定用途に応じてどちらのタイプの発振器１１８を使用してもよい。
【００２０】
論理回路１１４は、（例えばプログラミングによって）制御信号を第２発振器１１８からの可変周波数信号の周波数に応じて変化させるように構成され、それによって待機ステップが延長または短縮される。比例関係の場合、周波数を増加させることは、待機ステップを延長する制御信号を生じさせるであろう。それとは対照的に、反比例関係の場合、周波数を増加させることは、待機ステップを短縮する制御信号を生じさせるであろう。大抵の用途には通常、後者の関係が好ましい。待機ステップを延長または短縮することにより、発射ステップ間の時間も変化する。待機期間の時間が減少するにつれ、発射ステップがより頻繁に起こり、ポンプからの流速がより高くなる。待機期間の時間が減少するにつれ、発射ステップが起こる頻度はより少なくなり、ポンプからの流速がより低くなる。このように、本開示は、微小流体ポンプであって、ポンプの流速が単一の可変入力装置に基づいて決定され得る、微小流体ポンプを提供する。一実施形態において、論理回路１１４は、論理回路の元々の設計がそのプログラムであるという意味で、プログラム済みの固定論理演算であり得る。回路を物理的に変更することなくそのような固定論理演算を再プログラミングしてもよい。固定論理演算の利点は、単純さ、低コスト、安定性、信頼性、および改ざんに対する抵抗性である。この低コストの実施形態は多くの用途において望ましい。他の用途では、再プログラム可能な論理演算を要求し得るさらに大きな融通性が必要とされ得る。
【００２１】
図３を参照して、再プログラム可能な微小流体ポンプ３００の一実施形態が示されており、これは、流体３０２、流体供給源３０４、発射チャンバ３０６、ノズル３０８、発射機構３１０、電力回路３１２、論理回路３１４、第１発振器３１６、第２発振器３１８および第１入力装置３２０を有している。これらの各々は、先に述べた同等の要素と実質的に類似している。
【００２２】
さらに、このポンプ３００は、発射シーケンスステップの各々の長さを定めるための制御変数を格納するためのメモリ３２２も備えている。先に記載し図１に示したポンプ１００では、発射ステップの各々の長さは予め決められており、論理回路１１４の中で固定されていた。しかしながら、この例において発射シーケンスの長さは、第２入力装置３２４を通じてメモリ３２２の中に新たな制御変数を入れることによって変更され得る。論理回路３１４、第１発振器３１６、第２発振器３１８およびメモリ３２２は、単一のシステム、例えばプログラマブル論理制御装置または完全にプログラム可能なプロセッサとして組み合わさっていてもよい。
【００２３】
制御変数は、第２入力装置３２４、例えば、キーボード、ダイヤルなどによって入力され得る。別個の変数を発射シーケンス内の各ステップに割り当ててもよく、その制御変数はそのステップがどれだけ長く続くかを決定付けることになる。詳しくは、シーケンス内の各ステップは、関与するシーケンスステップに応じた固定周波数信号または可変周波数信号とその特定ステップに割り当てられた制御変数とが等しくなるまで維持される。（継続するパルスによって決定された）規定の時間量が経過した時点で、論理回路３１４は制御信号を電力回路３１２へ送信してシーケンス内の次のステップを開始する。手短な例を示すと、発射ステップは制御信号によって制御され、代わって制御信号は、第１発振器３１６によって発生した所定の固定周波数信号に基づく。５００タイミングパルスの制御変数が発射ステップに割り当てられる場合、発射ステップは、５００タイミングパルスが経過したことを固定周波数信号が指し示すまで維持されることになる。その時点で論理回路３１４は制御信号を電力回路３１２へ送信して発射ステップを終了させかつシーケンス内の次のステップを開始することになる。上に述べたとおり、発射シーケンス内の各ステップに異なる制御変数を割り当ててもよい。これは、発射シーケンスのカスタマイズ性を高めることを有効にすると同時に、そのようにするために必要な入力装置の数を最小限に抑える。待機ステップは、可変周波数信号によって制御される。１０００の制御変数を待機ステップに割り当てる場合、論理回路３１４は、１０００パルスのＶＣＯ信号が数えられるまで待機ステップを維持することになる。ＶＣＯ信号は周波数が可変であるため、待機ステップの時間の長さも同様に可変である。待機ステップが終了した後、論理演算が１０００パルスのＶＣＯ信号を数えたときに、論理演算３１４は再び発射シーケンスを開始する。
【００２４】
図３に示すポンプ３００の最後の態様は、投薬計数器３２６であり、それは、所定投薬量の流体が吐出された時点でポンプの作動を停止するようにプログラムされ得るものである。上に述べた制御変数と同様に、所望の投薬量はメモリ３２２に保存され得る。発射機構３１０は、発射シーケンスの完結時に信号を投薬計数器３２６へ送信するように構成される。各々の発射シーケンス中に吐出される流体の体積は一定であり続けるので、吐出された流体の体積は単純に、起こった発射シーケンスの数を知ることによって計算され得る。これに関して、投薬計数器３２６は発射機構３１０からの信号を、投与済み合計投薬量に加算される投薬量として登録し、それはメモリ３２２に格納される。論理回路３１４は、投与済み合計投薬量をメモリ３２２から読み取り、また、投与済み投薬量と予めプログラムされた所望の投薬量とが等しくなった時点で終結信号を電力回路３１２に供給するようにプログラムされている。終結信号に応答して電力回路３１２は発射機構３１０を制止し、発射シーケンスを中断する。
【００２５】
ポンプ４００の別の実施形態のプログラミングおよび特定の態様をいくぶん図式的に表したものを、示されている各構成要素の入出力を含めて図４に示す。メモリ４０２は、所望の投薬量および投与済み合計投薬量ならびに、予備発射ステップ、休止ステップおよび待機ステップのための制御変数を含めて、ポンプ４００によって使用されるデータおよび変数を格納する。そのデータは、各発射シーケンスステップのためのタイミングを定めるためにパルス発生器４０４によって読み取られる。パルス発生器４０４は、上に記載した電力回路３１２および論理回路３１４と同様の作動をすると理解してよい。第１発振器４０６は、パルス発生器４０４によって読み取られる固定周波数タイミングパルスを発生させて、予備発射ステップ、休止ステップおよび発射ステップのタイミングを制御する。第２発振器４０８は、ここではＶＣＯとして示されているが、パルス発生器４０４によって読み取られる可変周波数（ＶＣＯ）タイミングパルスを発生させて、待機ステップのタイミングを制御する。アナログ入力装置４１０は、可変周波数タイミングパルスを変化させるために入力信号を第２発振器４０８に供給する。発射シーケンスが完了した時点で、定められた量の流体が吐出されたことを指し示して滴計数信号が滴数計４１２へ送信される。これらの合計はメモリ４０２に保存される。パルス発生器４０４は発射シーケンスを繰り返させることになり、滴数計４１２は、発射シーケンスの数または滴計数に基づいて、吐出された流体の量が所望の投薬量と等しくなるまで、吐出された流体の量を合計し続ける。それらの量が等しいことをパルス発生器４０４が読み取った時点でそれは発射シーケンスを繰り返すことを中止し、ポンプが停止される。
【００２６】
作動時、第１発振器によって提供される固定周波数信号は本質的に、一定間隔でパルスを提供するクロックとして機能する。タイムクリティカルな各ステップは順次開始され、特定の時間量にわたって、または第１発振器からの所定の固定周波数信号によって与えられる特定数の固定周波数タイム（Ｔｆ）パルスが経過するまで、継続される。待機ステップは順次起こり、第２発振器からの可変周波数信号によって与えられる特定数の可変周波数タイム（Ｔｖ）パルスが経過するまで、継続される。例えば、論理回路は、予備発射ステップ、休止ステップおよび発射ステップがそれぞれＴｆ＝５、３および１の固定周波数パルスにわたって継続されるように、構成（プログラム）され得、ここで、各タイミングパルスは１秒に等しい。さらに、論理回路は、待機ステップがＴｖ＝２のパルスにわたって継続されるようにプログラムされ得る。その場合、論理回路は、第１発振器が起動するとすぐに、制御信号（電源オン信号）を電力回路１１２へ送信して予備発射ステップを開始することになるであろう。その制御信号は、電力回路のスイッチを入れて予備発射ステップを開始し、発射機構を５タイムパルスにわたって起動する。５タイムパルス後に論理回路は、発射機構を電力回路が制止することをもたらす別の制御信号（電源オフ信号）を送信することになり、この結果として予備発射ステップを終了させて休止ステップを開始することになるであろう。さらなる３タイムパルスの後、論理回路は、発射機構を電力回路が１タイムパルスにわたって再び起動することをもたらす別の制御信号（電源オン信号）を送信することになり、この結果として休止ステップを終了させて発射ステップを起動することになるであろう。１固定周波数パルスの後、論理回路は、発射機構を２可変周波数タイムパルスにわたって制止するように命令する制御信号（電源オフ）を送信することになり、この結果として発射ステップを終了させて待機ステップを開始することになるであろう。２可変周波数タイムパルスに要する実際の時間量は、第１入力装置からの入力信号に基づいて様々であろう。例えば、１回目の入力では、各タイミングパルスに１秒を要し得る。他方、２回目の入力では、各タイミングパルスに５秒を要し得る。２可変周波数タイムパルスの後には全体的な発射シーケンスが繰り返されることになるであろう。
【００２７】
これより図５を参照して電子タバコ（電気蒸気タバコ）５００を示すが、これは本発明の別の実施形態を構成する。空気流は電子タバコの中を、矢印５０２および５０４によって示される方向へと導かれる。電子タバコ５００の出口付近には圧力センサ５０６が設けられている（図５中、左側に示されている）。使用者が吸入するとき、電子タバコ５００内に制限された空気流は圧力センサ５０６の近傍に低圧区域を作り出す。圧力センサ５０６は、電子タバコ５００の外側の大気圧と電子タバコ５００の内側の圧力との差を検出するように設計され得る。吸入強度が高まるにつれて電子タバコ５００内の真空は増大し、それゆえセンサ５０６のところの圧力は大気圧に比べて低下する。したがって、使用者が吸入するにつれて大気圧と電子タバコ５００内の圧力との差は増大する。センサ５０６は、アナログ出力、好ましくは圧力信号を生成する。この圧力信号は、一対の微小流体ポンプ５０８および５１０に印加される。所望により、いかなる個数の微小流体ポンプ、例えば１個のポンプを使用してもよい。微小流体ポンプ５０８および５１０は液体を加熱面５１２上へと圧送し、液体は加熱面５１２上で気化する。使用者が吸入しているとき、蒸気は使用者の肺の中へ引き込まれる。
【００２８】
微小流体ポンプ５０８および５１０は、上記に、特に図１および図３に関して記載した微小流体ポンプに準拠して構築される。この実施形態では、各ポンプ５０８および５１０は、センサ５０６によって生成された電圧に関して周波数が変化する電圧制御発振器を備える。センサ５０６が大気圧または大気圧近傍の圧力を検出するときには、それはゼロ電圧出力を生成する。ポンプ５０８および５１０の中の電圧制御発振器は、ゼロ周波数出力または非常に低い周波数の出力を生成することによってゼロ電圧出力に応答する。それゆえ、使用者が吸入していないとき、微小流体ポンプ５０８および５１０がヒータ５１２上に圧送する流体はゼロとなる。あるいは、電子タバコ５００は、吸入のないときにさえ僅かに煙を出すように設計されることもできる。この実施形態では、センサ５０６が大気圧または大気圧近傍の圧力を検出するときに、電圧制御発振器が低周波数信号を生成することになり、その低周波数信号に対してポンプ５０８および５１０が経時的に非常に低い出力で応答することになる。言い換えれば、ポンプは流体をいくらか吐出し、非常に長い間待機し、次いでさらなる流体を吐出することになる。長い待機時間は、ヒータ５１２上に非常に少ない流体流を生み出す。
【００２９】
使用者が吸入してセンサ５０６が大気圧より低い圧力を検出するときには、それはより高い電圧信号を生成することになる。５０６によって生成された出力信号の電圧は、センサ５０６によって検出された負圧に比例する。言い換えれば、電子タバコ５００内の空気圧が低下するにつれて、センサ５０６によって生成される電圧は高くなる。センサ５０６からの出力の電圧上昇に応答して、ポンプ５０８および５１０はより多くの流体流をヒータ５１２上へ生み出す、というのも、電圧制御発振器の周波数が高くなるにつれて待機時間が減少するからである。流体は、貯留器５１８および５２０にそれぞれ連結された供給ライン５１４および５１６によって、それぞれポンプ５０８および５１０へと送達される。ポンプ５０８および５１０はどちらも、電子タバコの使用者による通常の吸入に対応した圧力がセンサ５０６によって検出されるときには通常または所望の用量の流体を送達するように、プログラムされている。使用者が穏やかに吸入するときは、周囲大気圧と電子タバコ５００内の圧力との差が、通常の吸入中に受ける圧力差に比べて少なくなり、したがってセンサ５０６の出力電圧がより低くなり、電圧制御発振器の周波数がより低くなり、ポンプ５０８および５１０からヒータ５１２上への流体流の量がより少なくなる。
【００３０】
ポンプ５０８および５１０は、電圧制御発振器信号が無限大に等しくなるときに起こるポンプの最大出力を上限として継続的に流速を増加させるように構成され得る。例えば、ポンプ５０８および５１０の各々の最大出力の大きさを決めることおよび、電子タバコ内のポンプの数を制限することによって、電子タバコの液体の最大流速を編み出してもよい。あるいは、ポンプによって送達される液体流速の厳格な限界またはカットオフが存在するように追加の論理演算をポンプ５０８および５１０の中に組み込んでもよい。しかしながら、ポンプ５０８および５１０の出力がセンサ５０６出力電圧に比例し続けるという意味で、アナログ制御システムを使用することが好ましい。そのような場合、ポンプ５０８および５１０の最大流速はセンサ５０６の最大出力電圧によって決まることになる。
【００３１】
センサ５０６はその出力として様々な種類のアナログ信号を生成することができるであろうし、そのアナログ信号は、電圧制御発振器を間接的に制御するために使用できるであろう。例えば、センサ５０６は、検知した圧力に比例して信号のアンペアが変化する出力信号を生成することができるであろう。そのような実施形態では、出力信号のアンペアを電圧信号に変換してもよく、そして電圧制御発振器を制御するために使用してもよい。同様に、その他の種類のアナログ特性をセンサ５０６の出力に検出することができるであろうし、それらのアナログ特性を、ポンプの電圧制御発振器を制御するために使用される電圧に変換することができるであろう。
【００３２】
本開示の好ましい実施形態についての上記記載は、例示および説明のために示した。それらは、網羅的であること、または開示されているまさにその形態に本開示を限定することが意図されてはいない。上記の教示内容を考慮すれば、明らかな改変または変更が可能である。実施形態は、本開示の原理およびその実用的用途の最良の例示を提供するため、およびそれによって当業者が本発明を様々な実施形態で特定の企図した用途に適した様々な改変と共に利用するのを有効にするために、選択および記載されている。あらゆるそのような改変および変更は、公正、合法的かつ公平に与えられる広さに合致して解釈される場合に添付の特許請求の範囲によって決まる本開示の範囲の中に入る。
【符号の説明】
【００３３】
１００，３００，４００，５０８，５１０  微小流体ポンプ
１０２，３０２  流体
１０４，３０４  流体供給源
１０６，３０６  発射チャンバ
１０８，３０８  ノズル
１１０，３１０  発射機構
１１２，３１２  電力回路
１１４，３１４  論理回路
１１６，３１６，４０６  第１発振器
１１８，３１８，４０８  第２発振器
１２０，３２０  第１入力装置
２００  発射シーケンス
２０２  発射ステップ
２０４  待機ステップ
２０６  予備発射ステップ
２０８  休止ステップ
３２２，４０２  メモリ
３２４  第２入力装置
３２６  投薬計数器
４０４  パルス発生器
４１０  アナログ入力装置
４１２  滴数計
５００  電子タバコ
５０２，５０４  矢印
５０６  圧力センサ
５１２  加熱面
５１４，５１６  供給ライン
５１８，５２０  貯留器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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