JP2023516948A - エアロゾル発生装置 - Google Patents
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Abstract
エアロゾル発生用装置(1)について記載されている。エアロゾル発生用装置は、ハウジング(10)と、エアロゾル基材を受け入れるように構成された管状加熱チャンバ(20)であって、加熱チャンバは、エアロゾル基材を加熱してエアロゾルを発生させるように動作可能である、管状加熱チャンバ(20)と、長尺状のバッテリー(30)と、ハウジング内のフレーム(60)であって、管状加熱チャンバの第1の端部(21)がバッテリーの第1の端部(31)に面し、加熱チャンバとバッテリーがハウジング内で端部対向状態で整合されるように、バッテリー及び加熱チャンバをフレーム内に保持するように構成されている、フレームと、を含み、フレームは、バッテリーの第1の端部と隣接する加熱チャンバの第1の端部との間に配置された隔壁(61)を含む。ハウジング内で端部対向状態で整合された管状加熱チャンバ及び長尺状のバッテリーを設けることにより、加熱チャンバとバッテリーとの間の熱インターフェースの表面積が大幅に減少し、それによってバッテリーへの熱伝達が減少する。これにより更に、よりコンパクトで使いやすい構成を可能にするが、装置のサイズを低減する際に通常付随するバッテリーへの熱伝達の増加は伴わない。
Description
本開示は、エアロゾル発生装置に関する。本開示は、特に、自己完結型且つ低温であり得る携帯型エアロゾル発生装置に適用可能である。そのような装置は、タバコ又は他の好適なエアロゾル基材材料を、燃やすのではなく、伝導、対流及び/又は放射によって加熱して、吸入のためのエアロゾルを発生させ得る。
リスク低減装置又はリスク修正装置(気化器としても知られる)の人気と使用は、紙巻きタバコ、葉巻、シガリロ、及び巻きタバコ等の従来のタバコ製品の喫煙を止めようと望む常習的喫煙者を支援するための手助けとして、ここ数年で急速に成長してきた。タバコの燃焼に依存するのではなく、エアロゾル化可能な物質を加熱して吸入用の蒸気を放出させる様々な装置及びシステムが利用可能である。
一般に利用可能なリスク低減装置又はリスク修正装置は、加熱式基材エアロゾル発生装置又は加熱非燃焼式装置である。このタイプの装置は、湿った葉タバコ又は他の好適なエアロゾル化可能材料を典型的に含むエアロゾル基材を、典型的には150℃~300℃の範囲の温度に加熱することによってエアロゾル又は蒸気を発生する。エアロゾル基材を燃焼させたり又は燃やしたりするのではなく加熱することにより、ユーザが求める成分は含むが、燃焼及び燃やすことによる毒性及び発癌性のある副生成物は含まないエアロゾルが放出される。更に、タバコ又は他のエアロゾル化可能材料を加熱することにより生成されるエアロゾルは、典型的には、ユーザにとって不快となり得る、燃焼及び燃やすことに起因する焦げた味又は苦味を含まない。したがって、基材は、煙及び/又は蒸気をユーザにとってより口当たりの良いものにするためにこのような材料に典型的に添加される糖及び他の添加物を必要としない。
既知のエアロゾル発生用装置は、典型的には、消費可能なエアロゾル発生基材を受け入れるための加熱チャンバと、電源と、電源から加熱チャンバへの電力供給を制御するための制御回路とを含む。このような装置の既知の課題の1つは、装置内における電源及び制御回路と加熱チャンバとの近接が避けられないことにより、電源及び電子回路の望ましくない加熱が生じる可能性があることである。このような加熱は、これらの熱に敏感な電子構成要素に損傷を与える場合があり、場合によっては、加熱されるようには設計されていない構成要素が高温になり過ぎると、火災又は爆発のリスクを伴い、危険になる場合さえある。
また、よりコンパクトで使いやすいエアロゾル発生用装置を提供することに対する動機の高まりはあるが、このような装置のサイズを低減すると必然的に繊細な電子構成要素が熱源により接近し、上記の熱管理の課題が悪化する。
本発明の目的は、上述した課題に対処すること、及び熱管理が改善されたエアロゾル発生用装置を提供しながらも、依然としてコンパクトで使いやすい装置を提供することである。
本発明の第1の態様では、ハウジングと、エアロゾル基材を受け入れるように構成された管状加熱チャンバであって、加熱チャンバは、エアロゾル基材を加熱してエアロゾルを発生させるように動作可能である、加熱チャンバと、長尺状のバッテリーと、ハウジング内のフレームであって、管状加熱チャンバの第1の端部がバッテリーの第1の端部に面し、加熱チャンバとバッテリーがハウジング内で端部対向状態で整合されるように、バッテリー及び加熱チャンバをフレーム内に保持するように構成されている、フレームと、を含み、フレームは、バッテリーの第1の端部と隣接する加熱チャンバの第1の端部との間に配置された隔壁を含む、エアロゾル発生用装置が提供される。ハウジング内で端部対向状態で整合された管状加熱チャンバ及び長尺状のバッテリーを設けることにより、加熱チャンバとバッテリーとの間の熱インターフェースの表面積が大幅に減少し、それによってバッテリーへの熱伝達が減少する。これにより更に、よりコンパクトで使いやすい構成を可能にするが、装置のサイズを低減する際に通常付随するバッテリーへの熱伝達の増加は伴わない。
「端部対向状態で整合される」という語句は、長尺状のバッテリーと管状加熱チャンバとがハウジング内で実質的に長手方向に整合されていることを定義するものである。管状加熱チャンバの長軸とバッテリーの長軸は、軸方向に整合されていてもよい、又は例えば長軸が長軸に垂直な方向にずれて、軸方向の整合からずれていてもよい。長軸は、互いに対して等しく角度を成していてもよいが、長軸は平行であることが好ましい。
好ましくは、管状加熱チャンバの第1の端部は、バッテリーの第1の端部に隣接する。いくつかの例では、隙間により管状加熱チャンバの第1の端部とバッテリーの第1の端部とは分離されている。
管状加熱チャンバは、好ましくは、エアロゾル発生基材を受け入れるように構成された開いた端部を有し、加熱チャンバの第1の端部は、好ましくは、開いた端部の反対側の端部である。好ましくは、第1の端部は閉じている。好ましくは、加熱チャンバの第1の端部はバッテリーの第1の端部に面している。
以下の開示において、「加熱チャンバ」は、内部管状加熱チャンバ(又は加熱カップ)と管状加熱チャンバが入れられる外部絶縁ハウジングとを含む複合物品を指すために使用され得る。管状加熱チャンバは、消耗品を受け入れるための開いた端部と閉じた端部とを有する加熱カップを含むことが好ましい。好ましくは、薄膜ヒータが加熱カップの外面に巻き付けられ、加熱カップ及び薄膜ヒータは、熱絶縁スリーブ、好ましくは真空チューブ(又は他の形態の絶縁チューブ)内に配置されている。
好ましくは、エアロゾル発生用装置は、ハウジング内のフレームであって、バッテリー及び加熱チャンバのうちの1つ又は両方をフレーム内に保持するように構成されたフレームを含む。このようにして、管状加熱チャンバ及び/又は加熱チャンバは、装置のハウジング内の所定の位置に確実に保持され得る。更に、フレームを設けることで、構成要素が正確で再現可能な位置に保持されることを可能にし、これにより、バッテリーなどの敏感な電子構成要素への熱伝達を低減する位置に構成要素が正確に保持されることを可能にすることによって熱管理を支援する。
フレームは、加熱チャンバ及び/又はバッテリーが装置のハウジングと接触しないように加熱チャンバ及び/又はバッテリーを保持することが好ましい。好ましくは、フレームは、加熱チャンバの第1の端部とバッテリーの第1の端部との間に隙間を提供するように構成されている。
フレームは、バッテリーの第1の端部と隣接する加熱チャンバの第1の端部との間に配置された隔壁を含む。隔壁は、バッテリーの第1の端部と隣接する加熱チャンバの第1の端部との間に配置された熱バリアを含むことが好ましい。好ましくは、隔壁は、ハウジングの内部断面を横切って延び、バッテリーの第1の端部と隣接する加熱チャンバの第1の端部とを分割する平坦な構成要素である。隔壁は、加熱チャンバからバッテリーへの熱伝達の制限を増加させる。
好ましくは、隔壁は断熱材を含む。いくつかの例では、装置は、隔壁上に設けられた絶縁体の層、例えば、エーロゲル又はセラミックファイバー又はウールを更に含む。
好ましくは、隔壁はハウジングの内部断面を横切って延び、加熱チャンバとバッテリーとの間に熱バリアを提供する。
好ましくは、隔壁は、好ましくは断面の周囲の少なくとも大部分の周りで、ハウジングの内面に接触している。好ましくは、隔壁は、管状加熱チャンバの第1の端部と隣接するバッテリーの第1の端部との間にバリア又はハードルを提供するように構成されている。この構成により更に、加熱チャンバとバッテリーとの間の対流による熱交換の最小化を助ける。更に、バッテリーの脱ガス事象があった場合に、バッテリーから装置の口側端部に向かって放出される流体の通過を制限する。特に、バッテリーから装置の口側端部の方向に排出されるガス又は液体の速度は隔壁によって減少するため、装置の安全性が向上する。
好ましくは、フレームは、バッテリーを保持するように構成されたバッテリーフレームと、加熱チャンバを保持するように構成された加熱チャンバフレームとを含み、加熱チャンバフレームとバッテリーフレームがハウジング内で端部対向状態で整合されるように、バッテリーフレームの第1の端部は加熱チャンバフレームの第1の端部に接続されている。好ましくは、バッテリーフレームの第1の端部はバッテリーの第1の端部を支持するように構成されており、加熱チャンバフレームの第1の端部は加熱チャンバの第1の端部を支持するように構成されている。マルチ部品フレーム設計を提供することで、2つのフレームが共に接続される前に、ヒータ構成要素をヒータチャンバフレーム内で予め組み立てることができ、バッテリーをバッテリーフレーム内で予め組み立てることができるため、組み立ての容易さが改善される。
好ましくは、エアロゾル発生用装置は、ハウジングの内部断面を横切って延び、加熱チャンバとバッテリーとの間に熱バリアを提供する隔壁を含み、隔壁は、バッテリーフレームの第1の端部及び加熱チャンバフレームの第1の端部の1つ又は両方を含む。好ましくは、隔壁は、バッテリーフレームの閉じた端部とヒータフレームの(少なくとも部分的に)閉じた端部とを含む。このようにして、フレームは両方とも、加熱チャンバ及びバッテリーを所定の位置に支持し、また、バッテリーへの伝熱を阻止するように機能し、バッテリーの脱ガスがあった場合の安全性を高める。
好ましくは、加熱チャンバフレームは、管状加熱チャンバの第1の端部と隔壁との間に隙間があるように、加熱チャンバを保持するように構成されている。好ましくは、加熱チャンバフレームは、加熱チャンバの円筒状外面と加熱チャンバフレームとの間に隙間があるように構成されている。これらの備えにより、ヘイティング(hating)チャンバの外面及び下面の周りにエアギャップを設けることによって装置内の熱管理が更に向上し、バッテリーへの熱伝達が更に減少する。
好ましくは、加熱チャンバフレームはL字形構造を有する。好ましくは、加熱チャンバフレームは、バッテリーフレームに接続されたベース面と、組み立て済みの加熱チャンバに沿って長さ方向に延びる長手方向部分とを含む。L字形構造を形成するために、長手方向部分は、好ましくは、ベース面に実質的に垂直である。好ましくは、長手方向部分(垂直に延びる部分)は加熱チャンバの外側に沿って位置する。このL字形構成は、組み立ての容易さを促進し、加熱チャンバを正確に配置することができ、バッテリーに対して整合されることを確実とし、更に、加熱チャンバと周囲の支持構造との間の熱伝達を最小限にする。
好ましくは、加熱チャンバは、ヒータカップと、ヒータカップの外面に巻き付けられた薄膜ヒータと、絶縁チューブとを含み、ヒータカップは絶縁チューブ内に入れられている。好ましくは、ヒータカップは、ヒータカップを保持し、周囲の絶縁チューブと係合するように構成された1つ以上の加熱チャンバ支持物によって絶縁チューブ内に支持されている。好ましくは、1つ以上の加熱チャンバ支持物はそれぞれ、ヒータカップの端部に配置されている。好ましくは、加熱チャンバ支持物は、ヒータカップの各端部の周りに配置された環状支持物であり、1つ又は両方の加熱チャンバ支持物は、加熱チャンバがヒータフレームによって装置のハウジング内に保持されるように、絶縁チューブから延びてフレームと係合する。この構成は、組み立ての容易さを促進し、ヒータカップからフレームへの熱伝達を低減する。
好ましくは、バッテリーフレームは、ハウジングの内部断面を横切って延びる閉じた第1の端部と、バッテリーの長さに沿って延びる、バッテリーの側表面の大部分をハウジング内で露出したままにするように構成された1つ以上の長手方向の支柱とを含む。このようにして、バッテリーフレームは、脱ガス中に放出された任意の流体を収容するための空間をバッテリーの周りに提供する。
好ましくは、エアロゾル発生用装置は、加熱チャンバとバッテリーとの間に配置された壁の一部分の周りで曲がり、隔壁の部分の両側の電気構成要素を接続するように構成された可撓性電気接続部を更に含む。特に、PCBがバッテリーフレームの第1の端部と加熱チャンバフレームの第1の端部との間に設けられてもよく、隔壁は、バッテリーフレームの閉じた第1の端部と、加熱チャンバフレームの(少なくとも部分的に)閉じた第1の端部とを含み、PCBは、加熱チャンバを加熱するように構成されたヒータに、ヒータチャンバフレームの閉じた第1の端部の周りを通過する可撓性接続部によって接続されてもよい。このようにして、隔壁内の通し穴の数は最小限になり、隔壁を介した伝熱に対する耐性が更に向上する。
好ましくは、エアロゾル発生用装置は、ハウジングの断面を横切って延び、バッテリーの第1の端部と隣接する加熱チャンバの第1の端部との間に配置された第1のPCBを含む。このようにして、第1のPCBは、加熱チャンバとバッテリーとの間に追加の熱バリアを提供する。好ましくは、第1のPCBは、バッテリーフレームの閉じた第1の端部内の凹部を備える。好ましくは、第1のPCBは、バッテリーから加熱チャンバへの電力の供給を制御するための電気構成要素を含む配電盤である。好ましくは、バッテリー及び加熱チャンバ(特に、加熱チャンバを加熱するように構成されたヒータ)は第1のPCBに接続されている。
より具体的には、好ましくは、エアロゾル発生用装置は、ハウジング内のフレームを含み、フレームは、バッテリー及び加熱チャンバをフレーム内に保持するように構成されており、フレームは、バッテリーの第1の端部と隣接する加熱チャンバの第1の端部との間に、ハウジングの内部断面を横切って延びる隔壁を含み、第1のPCBは、隔壁の凹設部分内に受け入れられている。
好ましくは、エアロゾル発生用装置は、ハウジングの長さに沿って延びる第2のPCBを更に含み、第1のPCBは、隔壁の一部分の周りで曲がる可撓性接続部によって第2のPCBに接続されており、隔壁は、管状加熱チャンバの第1の端部と隣接するバッテリーの第1の端部との間に、ハウジングの断面を横切って延びる。特に、好ましくは、第1のPCBは、加熱チャンバフレームの第1の端部とバッテリーフレームの第1の端部との間に提供され、第2のPCBは、加熱チャンバフレームの長さに沿って接続され、第1のPCBと第2のPCBは、加熱チャンバフレームの第1の端部の周りに配置された可撓性接続部によって接続されている。
好ましくは、装置は、バッテリーを保持するように構成されたバッテリーフレームと、加熱チャンバを保持するように構成された加熱チャンバフレームとを含み、バッテリーフレームの第1の端部は加熱チャンバフレームの第1の端部に接続され、バッテリーフレームの第1の端部及び加熱チャンバフレームの第1の端部は閉じており、バッテリーが、バッテリーフレームの閉じた端部と第1のPCBと加熱チャンバフレームの閉じた端部とを含む隔壁によって加熱チャンバから熱的に絶縁されるように、第1のPCBは、バッテリーフレームの閉じた端部と加熱チャンバフレームの閉じた端部との間に配置されている。
好ましくは、エアロゾル発生用装置は、管状加熱チャンバの内容積を加熱するように構成されたヒータを更に含み、ヒータは管状加熱チャンバの外部に配置されている。特に、好ましくは、ヒータは、加熱チャンバの外面に巻き付けられた薄膜ヒータである。ヒータが加熱チャンバの外部に配置されている場合、バッテリーの熱管理の必要性がより顕著になる。
本発明の更なる態様では、バッテリーフレーム内に長尺状のバッテリーを取り付けることと、加熱チャンバフレームの第1の端部をバッテリーフレームの第1の端部に接続することと、組み合わせられたフレームアセンブリを形成するために、加熱チャンバフレーム内に管状加熱チャンバを取り付けることと、組み合わせられたフレームアセンブリを長尺状のハウジングに挿入することと、を含む、エアロゾル発生用装置を組み立てる方法が提供される。
図1A及び図1Bは、本発明によるエアロゾル発生用装置1を概略的に示す。装置1は、ハウジング10と、エアロゾル発生基材を受け入れるように構成された管状加熱チャンバ20とを含み、加熱チャンバ20は、エアロゾル基材を加熱してエアロゾルを発生させるように動作可能である。エアロゾル発生用装置1は長尺状のバッテリー30を更に含み、加熱チャンバ20とバッテリーは、管状加熱チャンバ20の第1の端部21がバッテリー30の第1の端部31に面し、ハウジング10内で端部対向状態で整合されている。バッテリー30内の加熱チャンバ20はハウジング10内で端部対向状態で整合されているため、加熱チャンバとバッテリーとの間の熱インターフェースが減少し、装置1の使用中におけるバッテリーへの伝熱が減少する。この構成はまた、ハウジング10の寸法が低減され得るよりコンパクトなエアロゾル発生用装置1を可能にし、管状加熱チャンバ20及びバッテリー30の端部対向構成によってスペースの効率的な使用の利用が達成される。
図1Aの装置1の外観図及び図1Bの断面図に示されるように、エアロゾル発生用装置1は、第1の口側端部11と反対側のベース側端部12との間に延びる長尺状のハウジング10を有する。ハウジング10は、ハウジング10の第1の端部11に配置された開口部13を有し、開口部13を通して、消耗品が管状加熱チャンバ20に導入され得る。チャンバ20内に受け入れられた消耗品を加熱し、使用者によって吸入され得る蒸気を生成するために、電力が、装置内の制御回路を使用してバッテリー30により選択的に提供され得る。
この例では、装置1は、細長い消耗品を受け入れるように構成され、細長い消耗品は、チャンバ20内に受け入れられる一方で、消耗品の一部分が開口部13から突き出たままとなり、発生したエアロゾルを使用者が吸入することができるマウスピースとしての役割を果たすが、消耗品が装置内に完全に収容され、エアロゾルがマウスピースを通して吸入される他の例も想定される。装置1は、装置1の第1の端部11にある開口部13を選択的に開閉するために使用され得るスライダ14を更に含む。
使用中、加熱チャンバ20は典型的には150~300℃の高温に上昇する。装置1の内部構成要素が互いに近接して位置することから、バッテリー10及び制御回路への伝熱を低減するための対策をとる必要がある。上述のように、加熱チャンバ20とバッテリー30の端部対向構成は、熱インターフェースの低減を提供し、バッテリーへの高温の伝導を最小限にする。更に、加熱チャンバ20の第1の端部21は加熱チャンバの他の部分に比べて温度が全般的に低く、これは、加熱チャンバの最低温度部分がバッテリーに隣接して配置され、繊細な制御構成要素及び電源30自体に伝達される熱の量も減少することを意味する。本発明によるエアロゾル発生用装置1の他のいくつかの特徴は、装置1内の熱管理を更に強化する。
図1Bに示されるように、エアロゾル発生用装置1は、ハウジング10内に、バッテリー30及び管状加熱チャンバ20を保持するように構成されたフレーム60を更に含む。特に、フレーム60は、装置1内でハウジング10の内面と係合し、加熱チャンバ20及びバッテリー30を取り付けることができる安定した支持物を提供するように構成されている。したがって、フレーム60は、加熱チャンバ20及びバッテリー30を、それらの間の熱伝達を最小限にする装置1内の必要な位置に確実に保持するように機能する。
フレーム60は、加熱チャンバ20の第1の端部21とバッテリー30の第1の端部31との間のハウジング10の内容積を横切って延びる隔壁61を更に含む。したがって、隔壁61は、バッテリー30の第1の端部31を加熱チャンバ20の第1の端部21から絶縁する更なる熱バリアとしての役割を果たす。隔壁61は、好ましくは、ハウジング10の内面に接触し、加熱チャンバ20とバッテリー30との間にバリアを提供する。改良された熱バリアを提供するだけでなく、バリア壁61はまた、加熱チャンバ及び装置1の上部分を、バッテリー30を含む装置の下部分から分離するように機能し、したがって、バッテリーの脱ガス事象があった場合にバッテリーから放出される流体の通過を制限するように機能する。
図に示される例では、フレーム60は、2つのサブフレーム、すなわち、バッテリーフレーム50と加熱チャンバフレーム40とを含むモジュール式構成要素である。バッテリーフレーム50と加熱フレーム40は、加熱チャンバフレーム40の第1の端部41がバッテリーフレーム50の第1の端部51に接続されて、ハウジング10内で長手方向に整合されるように、各々の長手方向端部において接続されている。このモジュール式の2部品フレーム設計は、ヒータフレーム40の第1の端部41とバッテリーフレーム50の第1の端部51との間の境界面で接続される前に、装置1の内部構成要素を、加熱チャンバ20及び加熱チャンバフレーム40と別個に組み立てられたバッテリー30及びバッテリーフレーム50とモジュール式の手法で組み立てることを可能にすることにより、組み立ての容易さを大幅に向上させる。
図1Bに示され得るように、この例では、隔壁61は、加熱チャンバフレーム40の部分41及びバッテリーフレーム50の部分51を含む。特に、バッテリーフレーム50及び加熱チャンバフレーム40の両方は、各々の第1の端部41、51に、装置の断面を横切り半径方向に延びて加熱チャンバ20とバッテリー30との間の仕切りを提供する部分を含む。この構成は、加熱チャンバとバッテリー30との間のバリア壁60を形成するいくつかの断熱層を設けることによってバッテリーに対する熱保護の増加を提供することができる。
図2A~図2Cは、本発明の特定の例におけるバッテリーフレーム50を概略的に示す。図2Aから分かるように、バッテリーフレーム50は、実質的に開いた構造を含み、バッテリー30を部分的に内包する剛性の囲いを提供する一方で、バッテリー30の外面の一部を露出したままにする開放空間を提供する。バッテリーフレーム50は、内部ハウジング10の断面を横切って延びるように構成されたエンドプレート52を含む閉じた第1の端部51を含む。バッテリーフレーム50は、バッテリー30の第2の端部32を支持するように機能する第2の端部53を第1の端部51の反対側に含む。バッテリーフレームの第2の端部53は、バッテリーのベース側端部32を支持するための支持面だけでなく、バッテリーフレーム50の第2の端部53に開口部を提供するいくつかの隙間54も含む。バッテリーフレーム50はまた、いくつかの長手方向の支柱55を含み、いくつかの長手方向の支柱55は、バッテリーの長さに沿って延びるように構成され、第1の端部51と第2の端部53とを接続する。
図2に示される例では、バッテリーフレーム50は2つの長手方向の支柱55を含み、2つの長手方向の支柱55は、バッテリーの両側の長手方向縁部上に配置されており、第1の端部51にある閉じたプレート52と第2の端部53の開放支持物とを接続する。このように、図2Bに示されるように、バッテリー30がバッテリーフレーム50内に受け入れられているとき、第1の端部51のエンドプレート52はバッテリー30の第1の端部31にわたってバリアを提供する一方で、長手方向の支柱55及び開口部54を有するベース側端部53は、バッテリーの外部表面の一部が露出することを意味する。この構造は、バッテリー30の脱ガス事象があった場合に安全性の向上を提供するように最適化される。特に、バッテリー30が脱ガス中に破裂又はベントした場合、第1の端部51は、任意の放出された流体が口側端部11に向かって移動する際に、任意の放出された流体の速度の速度を低減する。その代わりに、流体が開口部54を通って下方に向かい、装置のハウス10の底面内に設けられたベントポイントから出るように、流体は、長手方向の支柱55によって残された露出した領域及びバッテリーフレーム50のベース内の開口部54に充填される。したがって、バッテリーフレーム50構造は、加熱チャンバ20に隣接する第1の端部51においてバッテリー30に対する熱抵抗の増加を提供するだけでなく、バッテリー30から放出された任意の流体を収容し、これらを装置1のベース12から出すための空間も提供する。
図2Cに示されるように、バッテリーフレーム50のエンドプレート52にわたって取られた断面図において、エンドプレート52によって形成された第1の端部51は、半径方向に延びて、ハウジング10の内部表面Sに接触する。この例では、この接続は、装置ハウジング10とバッテリーフレーム50との間の境界面の全体には連続しないものの、長手方向の支柱55によって形成された開放部分56に対応する境界面の部分に沿って完結する。
図2Cに示されるように、バッテリーフレーム50は、ハウジング10内に、その内面に接触するように入れられるように形作られ、ハウジング10内にしっかりと支持されて、バッテリー30の堅牢な支持を提供することを可能にする。バッテリーフレーム50はまた、ベース側端部53から遠ざかる方に延びる、ハウジング10のベース側端部12の内部表面に係合するように構成された突出部57を含む。この突出部57は、脱ガス中にバッテリー30から放出される流体を収容することができるハウジング10の空部分15が装置のベース側端部12に設けられることを意味する。突出部57は、バッテリー30を充電するために充電ケーブルの接続を可能にするための充電ポート及び関連する電子制御構成要素も収容することができる。
図2A及び図2Bに示されるように、バッテリーフレーム50の閉じた第1の端部51を提供するトップエンドプレート52は凹設部分58を含む。特に、加熱チャンバ20及び加熱チャンバフレーム40に隣接するバッテリーフレーム50の第1の端部51内に、図3Aに示されるようなPCB71を受け入れるように構成された凹設部分58がある。これにより、バッテリー30に対する追加の熱シールドと、バッテリー30及び加熱チャンバ20の両方の介在PCBへの容易な接続との両方が可能になる。
以下により詳細に記載されるように、本発明による装置1のこの例は、PCBの様々な部分が装置1の様々な内部構成要素の周りに異なる向きで接続されるコンパクトな構成を可能にするためにフレックス接続部によって接続されたいくつかの異なるPCB部品を有するマルチ部品PCBを含む。
ヒータフレーム50の凹部部分58内に受け入れられた第1のPCB部分71は、バッテリー30から加熱チャンバ20のヒータへの電流供給の制御に関連する高出力構成要素を含む配電盤71であることが好ましい。加熱チャンバとバッテリー30との間の装置1の内部断面を横切って位置するこの向きに配電盤71を設けると、いくつかの利点がもたらされる。加熱チャンバ20及びバッテリー30の両方が配電盤71に接続されることが可能になる一方で、必要な接続部の長さが最小限になる。これらの接続部はバッテリー30と加熱チャンバ20のヒータとの間で高電流を運ぶことから、損失を最小限にするために、これらの構成要素をできるだけ短くしておくと有利である。また、全ての高出力構成要素をPCB構成70の同じ部分71に設けることが可能である。このようにして、配電盤71は、これらのより高出力の構成要素を含むために最適化され得る。
本発明の熱管理特性に関連する更に重要な利点は、配電盤71が加熱チャンバ20とバッテリー30との間に追加の熱シールドを提供することである。特に、配電盤71は、バッテリーフレーム50の端部51によって提供される隔壁61にわたって位置し、これらは、加熱チャンバ20とバッテリー30との間の熱シールドを向上させるための多層バリアを提供する。凹設部分58は、配電盤71を受け入れ、これを図3Aに示されるようにしっかりと保持し、配電盤とバッテリー30及び加熱チャンバ20のヒータ構成要素との間の接続を可能にするように構成され得る。
図3Bは、加熱チャンバフレーム40が、次いで、バッテリーフレーム50にどのように接続されるかを示し、ヒータフレームの第1の端部41は隣接するヒータフレーム50の第1の端部51に接続されている。加熱チャンバフレーム40は、バッテリーフレームに接続された第1の端部41を形成するベース面と、加熱チャンバをハウジング10内に保持するために、組み立て済みの加熱チャンバの長手方向長さ上に長さ方向に延びる伸張する垂直部分43とを有するL字形構造を有する。ヒータフレーム40の第1の端部41は、装置1のハウジング10の内部断面を横切って半径方向に延びる実質的に閉じた表面を含む。このようにして、図3Bに示されるように、ヒータフレーム50の第1の端部51、PCB71、及び加熱チャンバフレーム14の第1の端部41は、加熱チャンバ20からバッテリー30を遮蔽する多層隔壁61を共に提供する。これにより、良好な熱シールドが提供される一方で、配電盤71とバッテリー及び加熱チャンバとの間の容易な接続を可能にする。
この例では、バッテリーフレーム50と加熱チャンバフレーム40はねじ42で接続されており、フレームアセンブリの確実且つ頑丈な組立手段を提供する。これにより、以下に更に説明されるエアロゾル発生用装置1のモジュール式構造が可能になる。
図4Aは、バッテリー30を保持するバッテリーフレーム50に接続された、加熱チャンバ20を保持する組み立て済みのヒータフレーム40を示す。図4Bの断面図により明確に示されるように、加熱チャンバ20は、加熱カップ21と、ヒータカップ21の外面に巻き付けられた薄膜ヒータ26と、断熱チューブ22(例えば、真空絶縁チューブ、この中に加熱カップ21が取り付けられる)とを含む。ヒータカップ21は、ヒータカップ21の端部を保持し、周囲の真空チューブ22と係合し、ヒータカップ21を加熱チューブ22内の所定の位置に保持するように構成された2つの加熱チャンバ支持物23、24によって真空チューブ22内に支持されている。加熱チャンバ支持物23、24はまた、加熱チャンバ20がヒータフレーム40によって装置1のハウジング10内に保持されるように、ヒータフレーム40と係合するように構成されている。
図4Bに示されるように、加熱チャンバ20アセンブリは、加熱チャンバの第2の開いた端部25にある第1の加熱チャンバ支持物23と、加熱チャンバ20の加熱カップの第1の端部(閉じた端部)21にある第2の支持物24とを含む。加熱チャンバ支持物23、24は、ヒータカップ21の周囲の周りに少なくとも部分的に延び、加熱チャンバの長さに沿ってわずかに延びて、加熱チャンバを一端で把持し、周囲の真空チューブ22に接続する。この例では、ベース側端部にある加熱チャンバ支持物24は、加熱チャンバを把持するために加熱チャンバの長さの一部に沿って延びる、支持物24の周囲の周りに配置された複数の支柱27を含む。このように、加熱カップ21は熱チャンバ20の端部地点でのみ保持され、周囲の構成要素への伝熱を最小限にする。
図4Aに示されるように、ヒータ支持物23、24は加熱チャンバ20の絶縁チューブ22から延出し、周囲の加熱チャンバ支持物フレーム40と接続している。加熱チャンバ支持物23、24は、加熱フレーム40に接続され、加熱チャンバ20(ヒータカップ及び周囲の真空チャンバ22を含む)を加熱フレーム内に保持する。このようにして、ヒータカップ23からヒータフレーム40及びその先のバッテリー30への伝熱。特に、ヒータ支持物23、24は、端部にあるヒータカップ23の最も低温の領域とだけ接触し、ヒータチャンバ支持物23、24とフレームとの間の接触は最小限になり、これらの構成要素間の伝熱は低減される。
バッテリー30に向かう軸方向の直接熱流を遮断し、その代わりに、熱がハウジング20の内面の側部に向かって通過することだけを可能にし、電源30への熱伝達を更に低減するために、ベース側加熱チャンバ支持物24は、水平側部開口部25を有するように構成されている。ヒータフレーム40はまた、加熱チャンバ20のベースと、ヒータチャンバ支持物40の端部41及びバッテリー支持物50の端部51で構成された隔壁61との間に空間を提供するように構成されている。加熱チャンバの下に空隙を設けるためにこのようにヒータフレーム40を構成することにより、隔壁61及びその先の電源30への熱伝達が更に低減される。加熱チャンバフレーム40及びヒータ支持物23、24はまた、絶縁用チューブ22の外面と周囲のヒータフレーム40との間に隙間を残すように構成されており、隙間は、任意のホットスポットの分散を助け、ヒータチューブと周囲のフレーム40との間の伝熱を更に低減する。
本発明の構成ではまた、隔壁61の一部の周りの様々な電子構成要素を接続する可撓性接続部72、73を用いる。特に、フレックス接続部72は、ヒータフレーム40とバッテリーフレーム50との間に含まれる配電盤71を第2のPCB部分74に接続し、可撓性接続部72は、熱支持物40の端面41の一部分の周りで曲がり、隔壁61を形成している。同様に、ヒータカップ23に巻き付けられた薄膜ヒータを配電盤71に接続している電気接続部もまた、ヒータフレーム40の端部部分41の周りを通過するように、可撓性である。これにより、隔壁61を介した伝熱の程度を増大させる、隔壁61の一部に作成しなければならない開口部の数が減少する。その代わりに、接続部72、73をヒータ支持物のベース部分41の周りで曲げることにより、接続部を通過させるための開口部はそれ以上必要ないため、装置1内の熱管理が向上する。
上述のように、本発明によるエアロゾル発生用装置1は、図5に示されるようなマルチ部品PCB70構成を使用する。マルチ部品PCBは、加熱チャンバ20の第1の端部とバッテリー30の第1の端部31との間の、ヒータフレーム40及びバッテリーフレーム50の対応する端部部分41、51の間に配置された配電盤71を含む。この例では、PCB構成は、メイン又はCPUボード74、USBボード75、ユーザインタフェースボード76、及びホールセンサボード77を更に含み、これらはそれぞれ、フレックスコネクタによって接続されている。このようにしてマルチ部品PCBボードを設けることにより、様々なPCB部分は、加熱チャンバ20とバッテリー30の垂直端部対向構成に適合させることができ、熱伝達が最小限になるコンパクトな構成を可能にするために、これらの様々な構成要素の周りで折られて配置され得る。特に、図4Bに戻ると、配電盤は、フレーム構成要素の端部部分41、51の間に隔壁の一部として配置されており、フレックスコネクタ72は、加熱チャンバ20の長さに沿って延びる垂直に配置されたメインボードPCB77に接続している。
フレックス接続部72はまた、スライダ14の位置を検出するために使用されるホールセンサと、ユーザインタフェースボタンとLEDディスプレイとを含むユーザインタフェースボード76とに接続するために使用される。フレーム60によって提供される端部対向垂直構成は、フレーム60の様々な構成要素の周りで曲がるように構成されたマルチ部品PCB構成70と共に、特にコンパクトな構成を提供する一方で、加熱チャンバとバッテリー30との間の伝熱を最小限にする。
図4Bに示されるように、バッテリーフレーム50の閉じた端部内の凹部58は、配電盤71の少なくとも一部分を受け入れる。本発明のいくつかの例では、加熱チャンバ20とバッテリー30との間の熱バリア特性を更に高めるために、更なる絶縁体がこの凹部58内のPCBの周りに提供される場合がある。
加熱チャンバとバッテリーとの間の伝熱の程度を大幅に低減するだけでなく、コンパクトなエアロゾル発生用装置1を提供しつつ、端部対向構成及びフレーム構造を用いる本発明はまた、組立プロセスの多大な助けとなる。図6は、組立ジグ80をどのように使用してモジュール式のフレームアセンブリを組み立てることができるかを示す。
最初に、バッテリー30がバッテリーフレーム50内に取り付けられる。次いで、配電盤71が凹部58内に保持されるように、PCBアセンブリ70の配電盤71がバッテリーフレーム50の第1の端部51のエンドプレート52内の凹部内に配置される。USBボード75がバッテリーフレーム50のベースにある突出部57内に接続される。次いで、組み立て済みのバッテリーフレーム50は、図6Aに示されるような組立ジグ80内に配置される。ヒータ26及びバッテリー30の接続に備えるために、配電盤71の接触面にはポイントコンタクトが提供される。次いで、図6Aに示されるように、バッテリー接続ワイヤが配電盤71上の接続部にはんだ付けされる。
組み立て済みのバッテリーフレームが組立ジグの第1の凹部81内に保持されることで、組み立て済みの加熱チャンバ20は組立ジグの支持面82上に保持される。接続部が配電盤71にはんだ付けされると、次いで、図6Bに示されるように、ヒータフレーム40はバッテリーフレーム50に接続される。特に、ヒータフレーム40の端面41上及びバッテリーフレームの対向端面51上に対応する機械的接続部がある。ヒータフレーム40上の機械的接続部部分は、バッテリーフレーム50上のフックなどの対応する特徴に接続され、次いで、ヒータフレーム40は図6Cに示されるねじ42によって接続され、バッテリーフレーム50及びヒータフレーム40は共に、それらがしっかりと取り付けられ得る装置の内部構成要素に対して堅牢な背骨を提供する。
次いで、メインPCBボード74は可撓性接続部72を介して曲げられ、ヒータフレーム40上のフックに接続される。メインボード74はヒータフレーム40上に設けられたクランプリブによってヒータフレーム40に固定される。次いで、USBボード76及びホールセンターボード77は可撓性接続部72によって所定の位置に曲げられ、ヒータフレーム40に固定される。次いで、加熱チャンバ20は、図6Dに示されるように加熱フレーム40内に接続される。最後に、図6Eに示されるように、取付キャップ65がヒータフレームの上に配置され、図6Eに示されるように、ねじ43を使用してヒータフレームに固定される。取付キャップは必須ではないが、加熱チャンバ20を加熱チャンバフレーム40内の所定の位置に固定するように機能し、開口部が装置1の第1の端部11内の開口部13を通して消耗品を依然として自由に受け入れることを可能にする。図6Eに示されるように、全ての内部構成要素を取り付けた組み立て済みのフレームは、次いで、図1Aに示される組み立て済みの製品を形成するために、外部装置ハウジング10内に入れられ得る。
管状加熱チャンバ20と長尺状のバッテリーが装置内において端部対向状態で整合されるエアロゾル発生用装置1を設けることによって、構成要素間の熱インターフェースが最小限になるため、加熱チャンバからバッテリーに伝達される熱の量が低減される一方で、非常にコンパクト且つ使いやすい構成を実現する。更に、これらの構成要素を周囲のハウジング内の所定の位置に保持するフレーム60を設けることにより、組立プロセスは更に大幅に改善される一方で、加熱チャンバ20とバッテリー30との間の熱流の量が更に低減される。
定義及び代替的実施形態
上記の説明から、記載した実施形態の多くの特徴が、独立した利点を持つ独立した機能を実行することが理解されるであろう。したがって、特許請求の範囲で定義される本発明の実施形態のこれらの独立した特徴の各々を含めること又は省略することは、独立して選択することができる。
上記の説明から、記載した実施形態の多くの特徴が、独立した利点を持つ独立した機能を実行することが理解されるであろう。したがって、特許請求の範囲で定義される本発明の実施形態のこれらの独立した特徴の各々を含めること又は省略することは、独立して選択することができる。
「ヒータ」という用語は、エアロゾル基材からエアロゾルを形成するのに十分な熱エネルギーを出力するための任意のデバイスを意味するものと理解すべきである。ヒータからエアロゾル基材への熱エネルギーの伝達は、伝導、対流、放射、又はこれらの手段の任意の組み合わせであり得る。非限定的な例として、導電性ヒータが、エアロゾル基材に直接接触してエアロゾル基材を押し付けてもよく、又は加熱チャンバなどの別個の構成要素に接触して、別個の構成要素自体が伝導、対流、及び/又は放射によってエアロゾル基材の加熱を生じさせてもよい。
ヒータは、電気的に駆動されるか、燃焼により駆動されるか、又は任意の他の好適な手段で駆動されてもよい。電気駆動ヒータは、抵抗性トラック要素(任意選択的に絶縁パッケージングを含む)、誘導加熱システム(例えば、電磁石及び高周波発振器を含む)などを含んでもよい。ヒータは、エアロゾル基材の外側の周りに配置されてもよく、エアロゾル基材内へと途中まで又は完全に貫入してもよく、又はこれらの任意の組み合わせであってもよい。例えば、上で説明した実施形態のヒータの代わりに、エアロゾル発生装置は、加熱チャンバ内のエアロゾル基材内に延びるブレード型ヒータを有してもよい。
エアロゾル基材は、タバコを、例えば乾燥した又はキュアした形態で含み、場合によっては、風味のための、又はより滑らかな若しくはより満足を与える効果を提供する、追加の成分を有する。いくつかの例では、タバコなどのエアロゾル基材は、気化剤で処理されてもよい。気化剤は、エアロゾル基材からの蒸気の発生を改善することができる。気化剤は、例えば、グリセロールなどのポリオール又はプロピレングリコールなどのグリコールを含み得る。場合により、エアロゾル基材は、タバコ又は更にニコチンを含まなくてもよく、代わりに、風味付け、揮発性、滑らかさの改善及び/又は他の満足感を与える効果を提供するための天然成分又は人工由来の成分を含み得る。エアロゾル基材は、細断された、ペレット状の、粉末状の、粒状の、ストリップ又はシート形態、任意選択的にこれらの組み合わせの固体又はペーストタイプの材料として提供され得る。同様に、エアロゾル基材は、液体又はゲルであり得る。実際、いくつかの例では、固体部分と液体/ゲル部分との両方が含まれる場合がある。
したがって、エアロゾル発生用装置1を、「加熱式タバコ装置」、「加熱非燃焼式タバコ装置」、「タバコ製品気化用装置」などと等しく呼ぶことができ、これらの効果を実現するのに好適な装置として解釈される。本明細書に開示される特徴は、任意のエアロゾル基材を気化させるように設計された装置に等しく適用可能である。
エアロゾル発生装置は、エアロゾル基材を、事前にパッケージ化された基材担体内に収容するように構成されてもよい。基材担体は、好適な形態で構成されたエアロゾル基材を有する管状領域を有する紙巻きタバコに概ね類似し得る。一部の設計には、フィルタ、蒸気収集領域、冷却領域、及びその他の構造も含まれる場合がある。例えばエアロゾル基材を所定位置に保持するために、紙又は箔などの可撓性平面材料の外層も提供して、紙巻きタバコなどとの類似性を更に高めてもよい。基材担体は、加熱チャンバ内に収まっていてもよく、又はエアロゾル発生装置1に基材担体が提供されている間に蓋が開いたままとなるように、加熱チャンバより長くてもよい。そのような実施形態では、エアロゾルは、エアロゾル発生装置用のマウスピースとして機能する基材担体から直接提供されてもよい。
本明細書で使用する場合、「エアロゾル」という用語は、ミスト、霧、又は煙など、空気又はガス中に分散された粒子系を意味するものとする。したがって、「エアロゾル化する(aerosolise)」という用語は、エアロゾルにすること及び/又はエアロゾルとして分散させることを意味する。エアロゾル/エアロゾル化する、の意味は、揮発、噴霧、及び気化させることの各々と整合することに留意されたい。疑義を回避するために、エアロゾルは、噴霧された、揮発された、又は気化された粒子を含むミスト又は液滴を一貫して説明するために使用される。エアロゾルはまた、噴霧された、揮発された、又は気化された粒子の任意の組み合わせを含むミスト又は小滴も含む。
Claims (18)
- ハウジングと、
エアロゾル基材を受け入れるように構成された管状加熱チャンバであって、前記加熱チャンバは、前記エアロゾル基材を加熱してエアロゾルを発生させるように動作可能である、管状加熱チャンバと、
長尺状のバッテリーと、
前記ハウジング内のフレームであって、前記管状加熱チャンバの第1の端部が前記バッテリーの第1の端部に面し、前記加熱チャンバと前記バッテリーが前記ハウジング内で端部対向状態で整合されるように、前記バッテリー及び前記加熱チャンバを前記フレーム内に保持するように構成されている、フレームと、
を含み、
前記フレームは、前記バッテリーの前記第1の端部と隣接する前記加熱チャンバの前記第1の端部との間に配置された隔壁を含む、
エアロゾル発生用装置。 - 前記隔壁は前記ハウジングの内部断面を横切って延び、前記加熱チャンバと前記バッテリーとの間に熱バリアを提供する、請求項1に記載のエアロゾル発生用装置。
- 前記隔壁は前記ハウジングの内面に接触している、請求項2に記載のエアロゾル発生用装置。
- 前記フレームは、
前記バッテリーを保持するように構成されたバッテリーフレームと、
前記加熱チャンバを保持するように構成された加熱チャンバフレームと、
を含み、
前記加熱チャンバフレームと前記バッテリーフレームが前記ハウジング内で端部対向状態で整合されるように、前記バッテリーフレームの第1の端部は前記加熱チャンバフレームの第1の端部に接続されている、
請求項1~3のいずれか一項に記載のエアロゾル発生用装置。 - 前記ハウジングの前記内部断面を横切って延び、前記加熱チャンバと前記バッテリーとの間に熱バリアを提供する隔壁を含み、前記隔壁は、前記バッテリーフレームの前記第1の端部及び前記加熱チャンバフレームの前記第1の端部の1つ又は両方を含む、請求項4に記載のエアロゾル発生用装置。
- 前記加熱チャンバフレームは、前記管状加熱チャンバの前記第1の端部と前記隔壁との間に隙間があるように、前記加熱チャンバを保持するように構成されている、請求項5に記載のエアロゾル発生用装置。
- 前記バッテリーフレームは、
前記ハウジングの前記内部断面を横切って延びる閉じた第1の端部と、
前記バッテリーの長さに沿って延びる、前記バッテリーの側表面の大部分を前記ハウジング内で露出したままにするように構成された1つ以上の長手方向の支柱と、
を含む、請求項5又は6に記載のエアロゾル発生用装置。 - 前記加熱チャンバフレームは、前記バッテリーフレームに接続されたベース面と、前記加熱チャンバを前記ハウジング内に保持するために組み立て済みの前記加熱チャンバの長手方向長さ上に長さ方向に延びる長手方向部分とを含むL字形構造を有する、請求項4~7のいずれか一項に記載のエアロゾル発生用装置。
- 前記加熱チャンバは、加熱カップと、前記加熱カップの外面に巻き付けられた薄膜ヒータと、断熱チューブとを含む、請求項4~8のいずれか一項に記載のエアロゾル発生用装置。
- 1つ以上の加熱チャンバ支持物を更に含み、前記加熱チャンバ支持物は、前記ヒータカップを保持し、前記加熱チャンバの前記絶縁チューブから延出し、前記加熱チャンバフレームへと接続され、前記加熱チャンバを前記フレーム内に保持するように構成されている、請求項9に記載のエアロゾル発生用装置。
- 前記加熱チャンバと前記バッテリーとの間に配置された前記壁の一部分の周りで曲がり、前記隔壁の前記部分の両側の電気構成要素を接続するように構成された可撓性電気接続部を更に含む、請求項1~10のいずれか一項に記載のエアロゾル発生用装置。
- 前記ハウジングの前記断面を横切って延び、前記バッテリーの前記第1の端部と隣接する前記加熱チャンバの前記第1の端部との間に配置された第1のPCBを含む、請求項1~11のいずれか一項に記載のエアロゾル発生用装置。
- 前記第1のPCBは、前記加熱チャンバ及び前記バッテリーが接続されるパワーPCBである、請求項12に記載のエアロゾル発生用装置。
- 前記第1のPCBは、前記隔壁の凹設部分内に受け入れられている、請求項12又は13に記載のエアロゾル発生用装置。
- 前記ハウジングの長さに沿って延びる第2のPCBを更に含み、前記第1のPCBは、隔壁の一部分の周りで曲がる可撓性接続部によって前記第2のPCBに接続されており、前記隔壁は、前記管状加熱チャンバの前記第1の端部と隣接する前記バッテリーの前記第1の端部との間に、前記ハウジングの前記断面を横切って延びる、請求項14に記載のエアロゾル発生用装置。
- 前記バッテリーフレームの前記第1の端部及び前記加熱チャンバフレームの前記第1の端部は閉じており、
前記バッテリーが、前記バッテリーフレームの前記閉じた端部と前記第1のPCBと前記加熱チャンバフレームの前記閉じた端部とを含む隔壁によって前記加熱チャンバから熱的に絶縁されるように、
前記第1のPCBは、前記バッテリーフレームの前記閉じた端部と前記加熱チャンバフレームの前記閉じた端部との間に配置されている、
請求項12~15のいずれか一項に記載のエアロゾル発生用装置。 - 前記バッテリーフレームは、前記第1のPCBを受け入れるように構成された凹設部分を有するトップエンドプレートを前記バッテリーフレームの前記第1の端部に含む、請求項16に記載のエアロゾル発生用装置。
- 前記管状加熱チャンバの内容積を加熱するように構成されたヒータを更に含み、前記ヒータは前記管状加熱チャンバの外部に配置されている、請求項1~17のいずれか一項に記載のエアロゾル発生用装置。
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