JP7717183B2 - 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、及びフィルムヒータ - Google Patents

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、及びフィルムヒータ

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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、エアロゾル生成装置、及びフィルムヒータに関する。
加熱式たばこ等のエアロゾル生成装置の電源ユニットには、香味源が内蔵されたカプセル又はスティックを加熱するヒータが搭載されるものが知られている。
特許文献1には、エアロゾル形成基体を加熱するためのフィルムヒータが開示されており、フィルムヒータは、電気絶縁基体と、電気絶縁基体上に配置された導電トラックとを含む。特許文献1の導電トラックは、抵抗温度係数が高く、ヒータ及び温度センサとして作用することができる。
国際公開第2011/050964号
フィルムヒータの導電トラック自体を温度センサとして活用する場合、導電トラックの抵抗値のキャリブレーションが必要となり、コストが高くなる。また、リード線を別途引いてフィルムヒータの外周面等に温度検知部(例えば、サーミスタ)を設ける場合、温度検知部を組付ける手間が発生し、電源ユニットの筐体内の他の部品との配置関係を考慮する必要がある。
本発明は、別途リード線を引くことなくフィルムヒータに温度検知部を設けることができ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、及びフィルムヒータを提供する。
本発明のエアロゾル生成装置の電源ユニットは、
電源と、
一対の電気絶縁基体と、該一対の電気絶縁基体間に配置された導電箔と、を含むフィルムヒータと、
前記フィルムヒータの温度を検出する温度検知部と、
エアロゾル源及び香味源の少なくとも一方を収容する筒状収容部と、を備える、エアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
前記フィルムヒータは、前記エアロゾル源及び前記香味源の少なくとも一方を加熱可能に構成されたヒータ部と、前記温度検知部が搭載された搭載部と、を含み、
前記フィルムヒータの前記導電箔には、前記ヒータ部に設けられた第1導電トラックと、前記搭載部に設けられ、前記温度検知部に接続される第2導電トラックと、が形成され、
前記ヒータ部は、前記筒状収容部の外周に巻回され、
前記搭載部は、前記ヒータ部の外周に重なるように配置されている
また、本発明のエアロゾル生成装置は、
上記の電源ユニットと、
前記エアロゾル源を貯留する第1カートリッジと、
前記香味源を貯留する第2カートリッジと、を備える。
また、本発明のフィルムヒータは、
一対の電気絶縁基体と、該一対の電気絶縁基体間に配置された導電箔とを含むフィルムヒータであって、
ヒータ部と、
前記ヒータ部の温度を検出する温度検知部を搭載する搭載部と、を備え、
前記導電箔には、前記ヒータ部に設けられた第1導電トラックと、前記搭載部に設けられ前記温度検知部に接続される第2導電トラックと、が形成され
前記ヒータ部及び前記搭載部に接続されるフレキシブル配線板と一体に形成され、
前記フレキシブル配線板を挟んで、前記ヒータ部と前記搭載部は反対側に配置される
本発明によれば、別途リード線を引くことなくフィルムヒータに温度検知部を設けることができる。
エアロゾル生成装置10の斜視図である。 エアロゾル生成装置10の他の斜視図である。 エアロゾル生成装置10の分解斜視図である。 内部ユニット2の左側面図である。 内部ユニット2の右側面図である。 内部ユニット2の加熱部60及び回路部70の構成を示す斜視図である。 メイン基板20の表面201を示す図である。 メイン基板20の裏面202を示す図である。 図6に示した加熱部60及び流路形成体19の分解斜視図である。 シートヒータHTRが一体形成されたヒータFPC24の展開図である。 ヒータFPC24及びシートヒータHTRの断面模式図である。 図10におけるA-A断面による断面模式図である。
以下、本発明の一実施形態であるエアロゾル生成装置の電源ユニットについて図面を参照しながら説明する。
(エアロゾル生成装置)
エアロゾル生成装置10は、燃焼を伴わずに香味が付加されたエアロゾルを生成し、生成したエアロゾルを吸引するための器具である。エアロゾル生成装置10は、手中におさまるサイズであることが好ましく、例えば、図1及び図2に示すように、丸みを帯びた略直方体形状を有する。なお、エアロゾル生成装置10の形状はこれに限らず、棒形状、卵型形状等であってもよい。以下の説明では、エアロゾル生成装置10において、直交する3方向のうち、長さの長い順から、上下方向、前後方向、左右方向と称する。また、以下の説明では、便宜上、図1~図9に記載したように、前方、後方、左方、右方、上方、下方を定義し、前方をFr、後方をRr、左側をL、右側をR、上方をU、下方をD、として示す。
図3も参照して、エアロゾル生成装置10は、電源ユニット100と、第1カートリッジ110と、第2カートリッジ120と、を備える。第1カートリッジ110及び第2カートリッジ120は、電源ユニット100に対して着脱可能である。言い換えると、第1カートリッジ110及び第2カートリッジ120は、それぞれ交換可能である。
(電源ユニット)
電源ユニット100は、内部ユニット2とケース3とを備え、内部ユニット2の少なくとも一部がケース3に収容される。
ケース3は、左右方向(厚さ方向)に着脱可能な第1ケース3A及び第2ケース3Bから構成され、これら第1ケース3Aと第2ケース3Bとが左右方向(厚さ方向)に組付けられることで、電源ユニット100の前面、後面、左面、右面が形成される。具体的には、内部ユニット2に含まれる後述のシャーシ50の左側の面に第1ケース3Aが支持され、シャーシ50の右側の面に第2ケース3Bが支持されて、内部ユニット2がケース3に収容される。電源ユニット100の上面には、前方にカプセルホルダ4が設けられる。カプセルホルダ4には、上方に開口する開口部4aが設けられる。カプセルホルダ4は、開口部4aから第2カートリッジ120が挿入可能に構成される。第2カートリッジ120には、マウスピース130が着脱可能に設けられる。
電源ユニット100の上面は、開口部4aの後方に配置されたOLED(Organic Light-Emitting Diode、有機発光ダイオード)カバー5により形成され、電源ユニット100の下面は、充電端子1が設けられた下カバー8及び回動可能な下リッド7により形成される。
電源ユニット100の上面と後面との間には、後方に向かうにしたがって下方に傾斜する傾斜面が設けられる。傾斜面には、ユーザが操作可能な操作部が設けられる。本実施形態の操作部は、ボタン式のスイッチBTであるが、タッチパネル等から構成されてもよい。操作部は、ユーザの使用意思を反映して後述のMCU(Micro Controller Unit)6及び各種センサを起動/遮断/操作する際等に利用される。
下カバー8からアクセス可能な充電端子1は、バッテリパックBPに含まれる電源baを充電する電力を電源ユニット100に供給可能な外部電源(図示省略)と電気的に接続可能に構成される。充電端子1は、例えば、相手側となるプラグを挿入可能なレセプタクルである。充電端子1としては、各種USB端子等を挿入可能なレセプタクルを用いることができる。一例として、本実施形態においては、充電端子1をUSB Type-C形状のレセプタクルとする。
また、充電端子1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1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。
内部ユニット2は、図3~図6に示すように、バッテリパックBPと、シャーシ50と、加熱部60と、回路部70と、通知部と、各種センサと、を備える。
シャーシ50は、図4及び図5に示すように、前方に位置する円筒状のカートリッジ保持部51と、後方に位置し左側方が切り欠かれた半円筒状のバッテリ保持部52と、カートリッジ保持部51とバッテリ保持部52とを連結する板状の連結部53と、連結部53の下方且つ右方であってカートリッジ保持部51及びバッテリ保持部52に跨るように設けられるモータ保持部54と、カートリッジ保持部51の左後方に設けられるセンサ保持部55と、を備える。
カートリッジ保持部51には、下リッド7を開けた状態で下方から第1カートリッジ110が挿入される。また、第1カートリッジ110が挿入された状態で下リッド7を閉じることでカートリッジ保持部51には第1カートリッジ110が収容される。カートリッジ保持部51の上部には、カプセルホルダ4が取り付けられる。カートリッジ保持部51には、前方に縦長の貫通孔が設けられ、第1ケース3Aと第2ケース3Bとの合わせ部に設けられた残量確認窓3wからは、第1カートリッジ110のエアロゾル源の残量及び不図示のLED(Light Emitting Diode)の光が目視可能である。LEDは、後述するパフセンサ基板21に設けられている。第1カートリッジ110については後述する。
バッテリ保持部52にはバッテリパックBPが配置される。バッテリパックBPは、電源baと、電源baの温度を検出するための電源サーミスタと、を含む。電源ba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ba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。
モータ保持部54には、振動モータ13が配置される。センサ保持部55には、ユーザの吸引動作(パフ動作)に応じた出力を行う後述する吸引センサ15が配置される。
加熱部60は、図6に示すように、筒状の伝熱チューブ61と、伝熱チューブ61の外周に巻回されたシートヒータHTRと、を備える。シートヒータHTRの周囲には前述のカプセルホルダ4が離間して設けられる。カプセルホルダ4とシートヒータHTRとの間の空気層が断熱材として機能する。伝熱チューブ61には、カプセルホルダ4の開口部4aから挿入される第2カートリッジ120の下部が収容され、第2カートリッジ120の下部がシートヒータHTRによって加熱される。これにより、加熱部60がない場合に比べて、第2カートリッジ120に貯留する香味源が香味を放出しやすくなるため、エアロゾルに香味が付与されやすくなる。ここで、伝熱チューブ61は、本発明における「筒状収容部」に相当し、シートヒータHTRは、本発明の「フィルムヒータ」に相当する。
なお、加熱部60は、第2カートリッジ120を加熱可能な素子であればよい。素子としては、抵抗発熱体等が挙げられる。抵抗発熱体としては、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)特性を有するものを用いてもよい。加熱部60は、第2カートリッジ120へ供給する空気の流路を画定する機能、及び第2カートリッジ120を加熱する機能を有する。
通知部は、電源baの充電状態、第1カートリッジ110の残量、第2カートリッジ120の残量等の各種情報を通知する。本実施形態の通知部は、LEDと、振動モータ13と、を含む。通知部は、LED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13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)を検出する吸引センサ15、シートヒータHTRの温度を検出するヒータ温度センサ等を含む。
吸引センサ15は、例えば、コンデンサマイクロフォンや圧力センサや流量センサ等から構成される。複数の吸引センサ15を離間して配置し、これらの出力値の差などからパフ動作を検出してもよい。ヒータ温度センサは、例えば、第1サーミスタth1と第2サーミスタth2とを含む。第1サーミスタth1及び第2サーミスタth2は、シートヒータHTRと接する。ヒータ温度センサは、2つのサーミスタにより構成されるものとしているが、1つのサーミスタで構成されていてもよい。以下、第1サーミスタth1と第2サーミスタth2を、まとめてサーミスタthと表記する場合がある。なお、ヒータ温度センサは、サーミスタthに限られず、シートヒータHTRの温度を検知するものであればよい。ここで、サーミスタthは、本発明における「温度検知部」に相当する。
回路部70は、リジットな4つの回路基板と、3つのFPC(Flexible Printed Circuits、フレキシブルプリント回路基板)と、複数のIC(Integrated Circuit)と、複数の素子と、を備える。4つの回路基板は、メイン基板20、パフセンサ基板21、ポゴピン基板22、OLED基板26から構成される。3つのFPCは、メインFPC23、ヒータFPC24、OLED FPC25から構成される。
メイン基板20は、素子搭載面が前後方向を向くように、バッテリパックBPとケース3の後面(電源ユニット100の後面)との間に配置される。また、メイン基板20は、電源baに対して加熱部60とは反対側に配置される。メイン基板20は、複数層(本実施形態では6層)の基板が積層されて構成され、MCU6、充電IC3等の電子部品(素子)が搭載される。ここで、メイン基板20は、本発明における「回路基板」に相当する。
MCU6は、吸引センサ15等の各種センサ装置、操作部、通知部、及びパフ動作の回数又は負荷及びシートヒータHTRへの通電時間等を記憶するメモリ等に接続され、エアロゾル生成装置10の各種の制御を行う制御装置である。具体的には、MCU6は、プロセッサを主体に構成されており、プロセッサの動作に必要なRAM(Random Access Memory)と各種情報を記憶するROM(Read Only Memory)等の記憶媒体をさらに含む。本明細書におけるプロセッサとは、例えば、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。なお、MCU6に接続される要素の一部(例えば、吸引センサ15やメモリ)は、MCU6内部にMCU6自身の機能として設けられてもよい。ここで、MCU6は、本発明における「制御部」に相当する。
また、充電IC3は、充電端子1から入力される電力による電源baの充電制御を行ったり、電源baの電力をメイン基板20の電子部品等に対して供給したりするICである。
メイン基板20について図7及び図8を参照しながらより具体的に説明する。以下では、メイン基板20の後方を向く面を便宜上、表面201と称し、メイン基板20の前方を向く面を便宜上、裏面202と称する。図7は、メイン基板20の表面201を示す図であり、図8は、メイン基板20の裏面202を示す図である。
図8に示すように、MCU6及び充電IC3は、充電端子1とともにメイン基板20の裏面202に実装される。裏面202には、更に、デバッグ用コネクタ20Eが実装される。デバッグ用コネクタ20Eは、MCU6のプログラムの書き換え等をパーソナルコンピュータ等の外部機器から行うためのインタフェースであり、例えばSWD(Serial Wire Debug)の規格に準拠したものが用いられる。一方、図7に示すように、メイン基板20の表面201には、OLEDコネクタ20C、ヒータコネクタ20B、メインコネクタ20A、及びバッテリパックBPにリード線16(図6参照)を介して接続されるバッテリコネクタ20Dが実装される。
パフセンサ基板21は、図4及び図6に示すように、素子搭載面が右前方及び左後方を向くようにシャーシ50のセンサ保持部55に配置される。パフセンサ基板21には、吸引センサ15が実装される。
OLED基板26は、図6に示すように、素子搭載面が上下方向を向くようにバッテリパックBPとOLEDカバー5との間に配置される。OLED基板26には、OLEDパネル17が実装される。
ポゴピン基板22は、図6に示すように、下リッド7が閉じた状態で、素子搭載面が上下方向を向くように下リッド7に配置される。ポゴピン基板22には、メイン基板20からメインFPC23を介して電力が供給される入力側接点P1~P3と、第1カートリッジ110に設けられた負荷に電気的に接続されるコネクタであるポゴピンp1~p3と、が設けられる。入力側接点P1~P3は、下リッド7が閉じた状態でのみメインFPC23と電気的に接続される。ポゴピンp1~p3は、周方向に等間隔に3本設けられ、少なくとも2本のポゴピンがカートリッジ保持部51に収容される第1カートリッジ110の+端子及び-端子と電気的に接続されるように構成される。
バッテリ保持部52に保持されたバッテリパックBPは、半円筒状のバッテリ保持部52により左側がバッテリ保持部52から露出する。バッテリ保持部52が切り欠かれることで形成されるバッテリパックBPの左方と第1ケース3Aとの間の空間には、図3、4、及び図6に示すように、メインFPC23、ヒータFPC24、OLED FPC25が重なりあうように配置されている。
3つのFPCのうち、メインFPC23が最もバッテリパックBPの近くに配索され、メインFPC23に一部が重なるようにOLED FPC25が配索され、さらにOLED FPC25に重なるようヒータFPC24が配索される。即ち、3つのFPCのうち最も大きな電力が供給されるヒータFPC24がバッテリパックBPから最も離間して配索されている。
OLED FPC25は、一端がメイン基板20のOLEDコネクタ20Cに接続され、他端がOLED基板26に接続されている。
メインFPC23は、メイン基板20のメインコネクタ20Aと、操作部のスイッチBTと、パフセンサ基板21のコネクタ21Bと、ポゴピン基板22の入力側接点P1~P3と、を接続する。
ヒータFPC24は、図9及び図10に示されるように、一端がメイン基板20のヒータコネクタ20Bに接続されるコネクタ領域24Bであり、他端にシートヒータHTRが一体形成されている。ここで、ヒータFPC24は、本発明の「フレキシブル配線板」に相当する。ヒータFPC24及びシートヒータHTRの詳細については、後述する。
(第1カートリッジ)
第1カートリッジ110は、円筒状のカートリッジケース111の内部に、エアロゾル源を貯留するリザーバと、エアロゾル源を霧化する電気的な負荷と、リザーバから負荷へエアロゾル源を引き込むウィックと、エアロゾル源が霧化されることで発生したエアロゾルが第2カートリッジ120に向かって流れるエアロゾル流路と、を備える。エアロゾル源は、グリセリン、プロピレングリコール、又は水等の液体を含む。
負荷は、電源baからポゴピン基板22のポゴピンp1~p3を介して供給される電力によって、燃焼を伴わずにエアロゾル源を加熱する発熱素子であり、例えば所定ピッチで巻き回される電熱線(コイル)によって構成される。負荷は、エアロゾル源を加熱することで、エアロゾル源を霧化する。負荷としては、発熱抵抗体、セラミックヒータ、誘導加熱式のヒータ等を用いることができる。
エアロゾル流路は、シャーシ50のカートリッジ保持部51に収容された流路形成体19(図6及び図9参照)を介して第2カートリッジ120に接続される。流路形成体19は、伝熱チューブ61の内側に第2カートリッジ120が収容された状態で第2カートリッジ120の底が当接する台座として機能する。流路形成体19は、断熱機能の高い素材で構成され、例えばシリコーン等で構成される。
(第2カートリッジ)
第2カートリッジ120は、香味源を貯留する。シートヒータHTRによって第2カートリッジ120が加熱されることで、香味源が加熱される。第2カートリッジ120は、負荷によってエアロゾル源が霧化されることで発生したエアロゾルを香味源に通すことによってエアロゾルに香味を付与する。香味源を構成する原料片としては、刻みたばこ、又は、たばこ原料を粒状に成形した成形体を用いることができる。香味源は、たばこ以外の植物(例えば、ミント、漢方、ハーブ等)によって構成されてもよい。香味源には、メントール等の香料が付与されていてもよい。ここで、第2カートリッジ120は、本発明における「香味源収容部」に相当する。
エアロゾル生成装置10は、エアロゾル源と香味源によって、香味が付加されたエアロゾルを発生させることができる。つまり、エアロゾル源と香味源は、香味が付与されたエアロゾルを発生させるエアロゾル生成源を構成している。
エアロゾル生成装置10におけるエアロゾル生成源は、ユーザが交換して使用する部分である。この部分は、例えば、1つの第1カートリッジ110と、1つ又は複数(例えば5つ)の第2カートリッジ120とが1セットとしてユーザに提供される。また、バッテリパックBPは電源baが大幅に劣化しない限り、繰り返し充放電可能である。したがって、エアロゾル生成装置10においては、電源ユニット100又はバッテリパックBPの交換頻度が最も低く、第1カートリッジ110の交換頻度が次に低く、第2カートリッジ120の交換頻度が最も高くなっている。なお、第1カートリッジ110と第2カートリッジ120を一体化して1つのカートリッジとして構成してもよい。香味源の代わりに薬剤等がエアロゾル源に付加された構成等であってもよい。
このように構成されたエアロゾル生成装置10では、ケース3又は内部ユニット2に設けられた不図示の空気取込口から流入した空気が、第1カートリッジ110の負荷付近を通過する。負荷は、ウィックによってリザーバから引き込まれたエアロゾル源を霧化する。霧化されて発生したエアロゾルは、取込口から流入した空気と共にエアロゾル流路を流れ、流路形成体19を介して第2カートリッジ120に供給される。第2カートリッジ120に供給されたエアロゾルは、香味源を通過することで香味が付与され、マウスピース130の吸口131に供給される。
(ヒータFPC、シートヒータHTR)
以下、図6、図9から図12を参照して、ヒータFPC24及びシートヒータHTRについて詳しく説明する。なお、図11及び図12は断面模式図であり、実際の寸法とは異なる場合がある。
ヒータFPC24は、可撓性を有するフレキシブル配線板であり、図11に示すように、フィルム状の一対の電気絶縁体31と、その間に配置された導電箔32とにより構成される。電気絶縁体31は、耐熱性及び電気絶縁性に優れた材料から作られることが望ましく、例えば、ポリイミドである。導電箔32は、銅、ニッケル合金、クロム合金、ステンレス、白金ロジウム等の金属材料の1つ又は2つ以上から作られることが好ましく、例えば、銅箔である。
ヒータFPC24は、筒状体で構成された伝熱チューブ61の外周61Sに巻き付けて固着される巻き付け領域24Aと、メイン基板20のヒータコネクタ20Bに挿入されるコネクタ領域24Bと、巻き付け領域24Aとコネクタ領域24Bを繋ぐ連結領域24Cと、から構成されている。
ヒータFPC24のコネクタ領域24Bには、端子T1と、端子T2と、端子T3と、端子T4と、端子T5が、この順番で並んで配置されている。端子T1及び端子T5には、後述する第1導電トラック241が接続され、端子T2、端子T3、及び端子T4は、後述する第2導電トラック242が接続される。端子T1は、ヒータコネクタ20Bに設けられたシートヒータ端子を介して、メイン基板20に実装され電源baから供給される電力を所望の電力に変換するDC/DCコンバータ11に接続される。DC/DCコンバータ11は、本発明における「電力変換部」に相当する。端子T5は、グランド又はグランドに接続される導電パターン(グランドライン)に接続されている(図10中、GNDで表記)。端子T2はヒータコネクタ20Bに設けられた第1サーミスタ端子に接続され、第1サーミスタth1の電気抵抗値(換言すると温度)に応じた出力がMCU6へ入力される。端子T4はヒータコネクタ20Bに設けられた第2サーミスタ端子に接続され、第2サーミスタth2の電気抵抗値に応じた出力がMCU6へ入力される。端子T3は、グランド又はグランドラインに接続されている(図10中、GNDで表記)。
シートヒータHTRは、上述したとおり、ヒータFPC24の他端に一体形成されており、巻き付け領域24Aに一致する。すなわち、シートヒータHTRは、ヒータFPC24と同じフレキシブル配線板である。シートヒータHTRは、サーミスタ搭載部240Aと、ヒータ部240Bとを含む。
まず、ヒータ部240Bと、ヒータFPC24及びシートヒータHTRの導電箔32に形成された第1導電トラック241について説明する。
ヒータ部240Bは、図9に示されるように、伝熱チューブ61の外周61Sに巻回され、伝熱チューブ61を介して第2カートリッジ120を加熱可能に構成される。ヒータ部240Bへの電力は、電源baから供給され、第1導電トラック241により伝送される。
第1導電トラック241は、導電箔32の必要箇所を残してエッチングすることで形成される。なお、第1導電トラック241は、エッチングの代わりに、必要な導電箔32を塗布することで形成されてもよい。
第1導電トラック241は、コネクタ領域24Bからヒータ部240Bに亘って連続して設けられている。具体的には、第1導電トラック241は、端子T1からヒータ部240Bまで延び、ヒータ部240Bから端子T5に戻ってくるように設けられている。これにより、第1導電トラック241は、電源baから供給される電力をヒータ部240Bに伝送できる。
第1導電トラック241は、メイン基板20とヒータ部240B間の領域において、ヒータ部240B近傍の領域R1と、領域R1とメイン基板20との間に位置する領域R2とを有する。図6に示されるような電源ユニット100が組み立てられた状態において、領域R1は、電源baの前方に位置し、電源baと離れている。ヒータFPC24は、領域R1と領域R2の境界付近において折り返され、領域R2は、電源baの左側に位置し、電源ba近傍に配置される。ヒータFPC24は、領域R2とコネクタ領域24Bの境界付近において折り返され、コネクタ領域24Bは電源baの後方に位置し、ヒータコネクタ20Bに接続される。
ヒータ部240Bにおける第1導電トラック241は、平行に延びる複数の直線部分と、隣り合う直線部分を接続する複数の円弧部とから構成される蛇行パターンで形成されている。領域R1及びR2における第1導電トラック241は、メイン基板20とヒータ部240Bを接続し、電源baから供給される電力をヒータ部240Bに伝送する。
第1導電トラック241は、設けられる領域に応じて幅が異なる。ここで、第1導電トラック241の幅とは、電流が流れる方向に直交する方向の長さのことをいう。具体的には、図10に示されるように、領域R2における第1導電トラック241の幅は、領域R1における第1導電トラック241の幅よりも大きく形成される。また、領域R1における第1導電トラック241の幅は、ヒータ部240Bにおける第1導電トラック241の幅よりも大きく形成される。なお、領域R2におけるヒータFPC24は、領域R2における第1導電トラック241の幅を大きく形成できるよう、領域R1におけるヒータFPC24より幅広となっている。
一般に、導電トラックの厚みが一定である場合、導電トラックは、幅広になるにつれて、電流が流れやすくなり抵抗値が小さくなる。したがって、各領域における第1導電トラック241の抵抗値は、小さい方から順に、領域R2、領域R1、ヒータ部240Bとなる。抵抗値が小さいとき発熱量が小さくなるため、各領域における第1導電トラック241の発熱量は、小さい方から順に、領域R2、領域R1、ヒータ部240Bとなる。したがって、ヒータ部240Bでは抵抗値が大きくなり発熱量も大きくなるので、ヒータ部240Bでの発熱を十分に行うことができる。一方、領域R1及び領域R2では抵抗値が小さくなり発熱量も小さくなるので、熱損失を抑制することができる。
ヒータFPC24は、電源ユニット100が組み立てられた状態において、領域R2で最も電源baに近づく。換言すると、領域R2と電源baとの最短距離は、領域R1と電源baとの最短距離よりも短い。本実施形態では、電源baに最も近い領域R2における第1導電トラック241の幅を、領域R1における第1導電トラック241の幅よりも大きくすることで、領域R2における発熱量を小さくする。これにより、ヒータFPC24の発熱により電源baに及ぼす影響を抑制でき、安全性を向上させることができる。
次に、シートヒータHTRのサーミスタ搭載部240Aと、ヒータFPC24及びシートヒータHTRの導電箔32に形成された第2導電トラック242について説明する。
サーミスタ搭載部240Aには、サーミスタthが搭載されている。また、サーミスタ搭載部240A及びヒータFPC24には、第2導電トラック242が設けられている。ここで、サーミスタ搭載部240Aは、本発明における「搭載部」に相当する。
第2導電トラック242は、第1導電トラック241と同様に、導電箔32のエッチング、塗布等により形成される。第2導電トラック242は、コネクタ領域24Bからサーミスタ搭載部240Aに亘って連続して設けられている。また、第2導電トラック242は、ヒータFPC24において、第1導電トラック241に隣り合うように形成される。
第2導電トラック242には、サーミスタ搭載部240Aにおいて、第1サーミスタth1及び第2サーミスタth2が接続される端子T11~T14が設けられている。第1サーミスタth1のプラス側端子は端子T11に接続され、第1サーミスタth1のマイナス側端子は端子T12に接続されている。第2サーミスタth2のマイナス側端子は端子T13に接続され、第2サーミスタth2のプラス側端子は端子T14に接続されている。本実施形態では、第2導電トラック242は、一端が端子T2に接続され、他端が端子T11に接続される導電トラックと、一端が端子T4に接続され、他端が端子T14に接続される導電トラックと、一端が端子T3に接続され、他端が端子T12及び端子T13に並列に接続される導電トラックとから構成される。このような構成により、第2導電トラック242は端子T2及び端子T4を介してMCU6に接続され、MCU6は、サーミスタthにより検出されたヒータ部240Bの温度に基づいて、ヒータ部240Bを制御することができる。
また、第2導電トラック242の幅は一定であり、第1導電トラック241の幅よりも小さい。これは、第2導電トラック242に流れる電力は、第1導電トラック241に流れる加熱用電力よりも小さく、第2導電トラック242の幅を第1導電トラック241の幅より小さくしても、第2導電トラック242における発熱量は小さいためである。第2導電トラック242の幅を第1導電トラック241の幅よりも小さく形成しているので、第1導電トラック241を幅広に形成することができる。
このように、本実施形態では、ヒータFPC24及びシートヒータHTRの導電箔32にサーミスタ搭載用の第2導電トラック242を形成し、サーミスタ搭載部240Aにおける第2導電トラック242にサーミスタthを接続している。これにより、別途リード線をメイン基板20から引いてサーミスタthを設ける場合に比べて、電源ユニット100の組付けを簡易にすることができ、電源ユニット100のコストやサイズを低減できる。また、ヒータ部240Bへの電力を伝送するための第1導電トラック241とは別に第2導電トラック242が形成されているため、ヒータ部240Bに接続される第1導電トラック241の電位の変動が、サーミスタthに影響を及ぼすのを回避できる。しがって、サーミスタthを用いた制御の精度を向上させて、電源ユニット100の安全性を向上させることができる。
ヒータ部240Bとサーミスタ搭載部240Aは、図10に示されるようなシートヒータHTRの展開状態において、ヒータFPC24を挟んで反対側に配置されている。サーミスタ搭載部240Aは、図6に示されるように、ヒータ部240Bが伝熱チューブ61の外周61Sに巻回された後、ヒータ部240Bの外周に重なるように配置される。シートヒータHTRが伝熱チューブ61の外周61Sに巻回された後、図示しないシュリンクフィルムがシートヒータHTRの外周に巻回されて、シートヒータHTRが伝熱チューブ61の外周61Sに固定される。
サーミスタ搭載部240Aでは、図12に示されるように、表面側の電気絶縁体31が剥がされ、レジスト33を塗布することで絶縁されている。第1サーミスタth1は、長手方向の両端部(端子T11及びT12に接続される部分)において、はんだ付けにより第2導電トラック242に接続される。第2導電トラック242におけるはんだ付けを行うはんだ部分36には、金メッキ34が施されている。第1サーミスタth1は、シートヒータHTRが伝熱チューブ61の外周61Sに巻回された状態において、長手方向が伝熱チューブ61の軸方向(上下方向)に沿うように配置されている。第2サーミスタth2も同様の構成により、第2導電トラック242に接続される。
仮にサーミスタthの長手方向を周方向に沿って配置すると、シュリンクフィルムでシートヒータHTRを固定する際、サーミスタthは曲率による影響を受け、局所的に大きな応力がはんだ部分36に作用して破損する虞がある。本実施形態では、サーミスタthの長手方向が伝熱チューブ61の軸方向(上下方向)に沿うようにして配置されているので、サーミスタthの曲率による影響を抑えることができ、シュリンクフィルム装着時の撓みに起因して局所的に大きな応力がはんだ部分36に作用することを抑制することができる。
このようにして、サーミスタthは、サーミスタ搭載部240Aの表面に配置される。なお、本実施形態では、サーミスタ搭載部240Aの表面は、表面側の電気絶縁体31が剥がされた構成となっているが、第2導電トラック242とサーミスタthとが直接接続される構成であればよい。例えば、表面側の電気絶縁体31が剥されずに、表面側の電気絶縁体31に、第2導電トラック242とサーミスタthとを接続させるためのスルーホールを設ける構成であってもよい。また、サーミスタthがサーミスタ搭載部240Aの表面に直接接続されるとは、リード線等の配線を用いずに接続されることを意味し、表面側の電気絶縁体31の上に、他の層やフィルムが積層されていてもよい。
サーミスタ搭載部240Aには、図12に示されるように、補強板35が設けられる。補強板35は、電気絶縁体31や導電箔32よりも剛性の高い材料で形成されており、例えばアルミニウムやステンレス鋼で形成される。補強板35は、裏面側の電気絶縁体31に設けられる。サーミスタ搭載部240Aに補強板35が設けられていることで、シュリンクフィルムからの結束力によるはんだ部分36の破損を抑制することができる。
補強板35は、長辺及び短辺を有する長方形であり、長辺が伝熱チューブ61の軸方向に沿うように配置されている。これにより、補強板35の曲率による影響を抑えることができ、シュリンクフィルム装着時の撓みに起因して局所的に大きな応力がはんだ部分36に作用することを抑制することができる。ただし、補強板35の形状は任意であり、さらに長辺及び短辺を有しない形状であってもよい。
図9に示されるように、流路形成体19は、ヒータ部240Bよりも上流側(下方)に設けられている。また、断熱機能の高い素材で構成されており、ヒータ部240Bの熱は流路形成体19に奪われやすい。このため、ヒータ部240Bの温度を精度良く検出するために、サーミスタthを流路形成体19とは離して配置するのが望ましい。そこで、サーミスタ搭載部240Aに搭載されたサーミスタthは、第1カートリッジ110から第2カートリッジ120に向かうエアロゾルの流れ方向(上下方向)において、ヒータ部240Bの中央よりも下流側(上方)に配置されている。
上記の実施形態は、自由に組み合わせることができる。上記の実施形態は、例示であり、発明の範囲を限定することは意図していない。上記の実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記の実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
例えば、本実施形態では、シートヒータHTRは、香味源を貯留する第2カートリッジ120を加熱可能に構成されたが、エアロゾル源を貯留する第1カートリッジ110を加熱可能に構成されていてもよい。また、シートヒータHTRは、第1カートリッジ110及び第2カートリッジ120の両方を加熱可能に構成されていてもよい。
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) 電源(電源ba)と、
一対の電気絶縁基体(電気絶縁体31)と、該一対の電気絶縁基体間に配置された導電箔(導電箔32)と、を含むフィルムヒータ(シートヒータHTR)と、
前記フィルムヒータの温度を検出する温度検知部(サーミスタth)と、を備える、エアロゾル生成装置(エアロゾル生成装置10)の電源ユニット(電源ユニット100)であって、
前記フィルムヒータは、エアロゾル源(第1カートリッジ110)及び香味源(第2カートリッジ120)の少なくとも一方を加熱可能に構成されたヒータ部(ヒータ部240B)と、前記温度検知部が搭載された搭載部(サーミスタ搭載部240A)と、を含み、
前記フィルムヒータの前記導電箔には、前記ヒータ部に設けられた第1導電トラック(第1導電トラック241)と、前記搭載部に設けられ、前記温度検知部に接続される第2導電トラック(第2導電トラック242)と、が形成される、エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(1)によれば、フィルムヒータの導電箔には、搭載部に設けられ、温度検知部に接続される第2導電トラックが形成されるので、温度検知部を設けるために別途リード線を引く必要がない。これにより、別途リード線を引いて温度検知部を設ける場合に比べて、電源ユニットの組付けを簡易にすることができる。
(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、
前記温度検知部は、前記搭載部の表面に配置されている、エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(2)によれば、温度検知部が搭載部の表面に配置されているので、別途リード線を用いずに温度検知部をフィルムヒータに直接搭載することができる。
(3) (1)又は(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、
前記エアロゾル源及び前記香味源の少なくとも一方を収容する筒状収容部(伝熱チューブ61)をさらに備え、
前記ヒータ部は、前記筒状収容部の外周に巻回され、
前記搭載部は、前記ヒータ部の外周に重なるように配置されている、エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(3)によれば、搭載部は、ヒータ部の外周に重なるように配置されているので、ヒータ部の温度を精度良く検出することができる。
(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、
前記温度検知部は、長手方向が前記筒状収容部の軸方向に沿うように配置されている、エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(4)によれば、温度検知部は、長手方向が筒状収容部の軸方向に沿うように配置されているので、温度検知部を周方向に沿って配置した場合に比べ、温度検知部が周方向に沿って撓むことが回避され、温度検知部と第2導電トラックとの接合部分が破損することを抑制できる。
(5) (4)に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
前記搭載部には補強板(補強板35)が設けられ、
前記補強板は、長手方向が前記筒状収容部の前記軸方向に沿うように配置されている、エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(5)によれば、搭載部には補強板が設けられているので、搭載部の剛性を確保でき、温度検知部と第2導電トラックとの接合部分が破損することを抑制できる。また、補強板は、長手方向が筒状収容部の軸方向に沿うように配置されているので、補強板の曲率による影響を抑えることができ、周方向に沿った撓みに起因して局所的に大きな応力が接合部分に作用することを抑制することができる。
(6) (3)~(5)のいずれか一項に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
前記筒状収容部は、前記香味源を収容する香味源収容部(第2カートリッジ120)を収容し、
前記香味源収容部は、霧化されたエアロゾルが通過するように配置され、
前記温度検知部は、前記エアロゾルの流れ方向において、前記ヒータ部の中央よりも下流側に配置されている、エアロゾル生成装置の電源ユニット。
ヒータ部よりもエアロゾルの流れ方向の上流に位置するエアロゾル流路でヒータ部の熱が吸収される場合がある。(6)によれば、温度検知部は、エアロゾルの流れ方向において、ヒータ部の中央よりも下流側に配置されているので、ヒータ部の温度を精度良く検出することができる。
(7) (1)~(6)のいずれか一項に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
前記フィルムヒータは、前記ヒータ部及び前記搭載部に接続されるフレキシブル配線板(ヒータFPC24)と一体に形成される、エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(7)によれば、フィルムヒータがフレキシブル配線板に一体に形成されるので、部品点数を削減できる。
(8) (7)に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
回路基板(メイン基板20)をさらに備え、
前記回路基板には、前記電源から供給される電力を変換する電力変換部(昇圧DC/DCコンバータ11)と、前記温度検知部の温度に基づいて前記ヒータ部を制御する制御部(MCU6)とが実装されており、
前記第1導電トラックは、前記フレキシブル配線板を介して前記電力変換部に接続され、
前記第2導電トラックは、前記フレキシブル配線板を介して前記制御部に接続される、エアロゾル生成装置の電源ユニット。
(8)によれば、回路基板に実装された電力変換部と第1導電トラックとが接続されているので、第1導電トラックは電源から供給される電力を適切にヒータ部へ伝送することができる。また、回路基板に実装された制御部と第2導電トラックとが接続されているので、温度検知部から得られた温度情報を基に、適切にヒータ部の温度を制御することができる。
(9) (1)から(8)のいずれか一項に記載の電源ユニットと、
前記エアロゾル源を貯留する第1カートリッジ(第1カートリッジ110)と、
前記香味源を貯留する第2カートリッジ(第2カートリッジ120)と、を備えるエアロゾル生成装置。
(9)によれば、フィルムヒータの導電箔には、搭載部に設けられ、温度検知部に接続される第2導電トラックが形成されるので、温度検知部を設けるために別途リード線を引く必要がない。これにより、別途リード線を引いて温度検知部を設ける場合に比べて、電源ユニットの組付けを簡易にすることができる。
(10) 一対の電気絶縁基体(電気絶縁体31)と、該一対の電気絶縁基体間に配置された導電箔(導電箔32)とを含むフィルムヒータ(シートヒータHTR)であって、
ヒータ部(ヒータ部240B)と、
前記ヒータ部の温度を検出する温度検知部(サーミスタth)を搭載する搭載部(サーミスタ搭載部240A)と、を備え、
前記導電箔には、前記ヒータ部に設けられた第1導電トラック(第1導電トラック241)と、前記搭載部に設けられ前記温度検知部に接続される第2導電トラック(第2導電トラック242)と、が形成される、フィルムヒータ。
(10)によれば、フィルムヒータの導電箔には、搭載部に設けられ、温度検知部に接続される第2導電トラックが形成されるので、温度検知部を設けるために別途リード線を引く必要がない。これにより、別途リード線を引いて温度検知部を設ける場合に比べて、電源ユニットの組付けを簡易にすることができる。
(11) (10)に記載のフィルムヒータであって、
前記搭載部には補強板(補強板35)が設けられる、フィルムヒータ。
(11)によれば、搭載部には補強板が設けられているので、搭載部の剛性を確保でき、温度検知部と第2導電トラックとの接合部分が破損することを抑制できる。
(12) (10)又は(11)に記載のフィルムヒータであって、
前記ヒータ部及び前記搭載部に接続されるフレキシブル配線板(ヒータFPC24)と一体に形成され、
前記フレキシブル配線板を挟んで、前記ヒータ部と前記搭載部は反対側に配置される、フィルムヒータ。
(12)によれば、フレキシブル配線板を挟んで、ヒータ部と搭載部は反対側に配置されるので、フィルムヒータを加熱対象に巻回する際、搭載部をヒータ部の外周に重なるように配置することができる。これにより、搭載部に搭載された温度検知部は、ヒータ部の温度を精度良く検出することができる。
ba 電源
HTR シートヒータ(フィルムヒータ)
th サーミスタ(温度検知部)
6 MCU(制御部)
10 エアロゾル生成装置
100 電源ユニット
110 第1カートリッジ
120 第2カートリッジ(香味源収容部)
11 DC/DCコンバータ(電力変換部)
20 メイン基板(回路基板)
24 ヒータFPC(フレキシブル配線板)
240A サーミスタ搭載部(搭載部)
240B ヒータ部
241 第1導電トラック
242 第2導電トラック
31 電気絶縁体
32 導電箔
35 補強板
61 伝熱チューブ

Claims (10)

  1. 電源と、
    一対の電気絶縁基体と、該一対の電気絶縁基体間に配置された導電箔と、を含むフィルムヒータと、
    前記フィルムヒータの温度を検出する温度検知部と、
    エアロゾル源及び香味源の少なくとも一方を収容する筒状収容部と、を備える、エアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
    前記フィルムヒータは、前記エアロゾル源及び前記香味源の少なくとも一方を加熱可能に構成されたヒータ部と、前記温度検知部が搭載された搭載部と、を含み、
    前記フィルムヒータの前記導電箔には、前記ヒータ部に設けられた第1導電トラックと、前記搭載部に設けられ、前記温度検知部に接続される第2導電トラックと、が形成され、
    前記ヒータ部は、前記筒状収容部の外周に巻回され、
    前記搭載部は、前記ヒータ部の外周に重なるように配置されている、エアロゾル生成装置の電源ユニット。
  2. 請求項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、
    前記温度検知部は、前記搭載部の表面に配置されている、エアロゾル生成装置の電源ユニット。
  3. 請求項1又は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、
    前記温度検知部は、長手方向が前記筒状収容部の軸方向に沿うように配置されている、エアロゾル生成装置の電源ユニット。
  4. 請求項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、
    前記搭載部には補強板が設けられ、
    前記補強板は、長手方向が前記筒状収容部の前記軸方向に沿うように配置されている、エアロゾル生成装置の電源ユニット。
  5. 請求項1~4のいずれか一項に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
    前記筒状収容部は、前記香味源を収容する香味源収容部を収容し、
    前記香味源収容部は、霧化されたエアロゾルが通過するように配置され、
    前記温度検知部は、前記エアロゾルの流れ方向において、前記ヒータ部の中央よりも下流側に配置されている、エアロゾル生成装置の電源ユニット。
  6. 請求項1~5のいずれか一項に記載のエアロゾル生成装置の電源ユニットであって、
    前記フィルムヒータは、前記ヒータ部及び前記搭載部に接続されるフレキシブル配線板と一体に形成される、エアロゾル生成装置の電源ユニット。
  7. 請求項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、
    回路基板をさらに備え、
    前記回路基板には、前記電源から供給される電力を変換する電力変換部と、前記温度検知部の温度に基づいて前記ヒータ部を制御する制御部とが実装されており、
    前記第1導電トラックは、前記フレキシブル配線板を介して前記電力変換部に接続され、
    前記第2導電トラックは、前記フレキシブル配線板を介して前記制御部に接続される、エアロゾル生成装置の電源ユニット。
  8. 請求項1から7のいずれか一項に記載の電源ユニットと、
    前記エアロゾル源を貯留する第1カートリッジと、
    前記香味源を貯留する第2カートリッジと、を備えるエアロゾル生成装置。
  9. 一対の電気絶縁基体と、該一対の電気絶縁基体間に配置された導電箔とを含むフィルムヒータであって、
    ヒータ部と、
    前記ヒータ部の温度を検出する温度検知部を搭載する搭載部と、を備え、
    前記導電箔には、前記ヒータ部に設けられた第1導電トラックと、前記搭載部に設けられ前記温度検知部に接続される第2導電トラックと、が形成され、
    前記ヒータ部及び前記搭載部に接続されるフレキシブル配線板と一体に形成され、
    前記フレキシブル配線板を挟んで、前記ヒータ部と前記搭載部は反対側に配置される、フィルムヒータ。
  10. 請求項9に記載のフィルムヒータであって、
    前記搭載部には補強板が設けられる、フィルムヒータ。
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