JP7819321B2 - 霧化装置及びマイクロ波加熱モジュール - Google Patents

Description

本発明は、霧化の分野に関し、より具体的には、霧化装置及びマイクロ波加熱モジュールに関する。

一般的に、非燃焼・加熱ベイパー発生基質の加熱温度は２５０～３５０℃の間である。通常燃焼型のタバコと比較して、非燃焼・加熱タバコは、従来のタバコの味わいを保ちながら、タバコ葉中の有害物質が喫煙者に及ぼす害を大幅に減少可能とする。また、高温燃焼による分解過程が発生しないため、タバコ葉中のタールや有害物質の放出量が減少し、受動喫煙の害を大幅に低下させることが可能である。

通常のマイクロ波加熱は体積が大きくなるため、体積要求のある霧化装置分野への応用には不利である。また、マイクロ波加熱の場合には内部の温度を把握しにくく、温度が高すぎても低すぎてもエアロゾル形成基質の加熱には不利となる。よって、ユーザが調整しやすいよう、リアルタイムで温度を検出する必要がある。

本発明が解決しようとする技術的課題は、従来技術における上記の欠点に対し、霧化装置及びマイクロ波加熱モジュールを提供することである。

本発明が技術的課題を解決するために採用する技術方案は以下の通りである。

キャビティ、導体ロッド、マイクロ波供給装置及び測温装置を含むマイクロ波加熱モジュールを構成する。

前記キャビティは柱状をなすとともに底部が閉塞している。前記キャビティの側壁には供給孔が設けられており、これにより、前記マイクロ波供給装置は前記供給孔を通じて前記キャビティ内にマイクロ波を供給する。

前記導体ロッドは前記キャビティ内の底部に設けられる。前記導体ロッドはキャビティの底部に接続されて導電する。

前記測温装置は、前記キャビティ内に設けられて、前記キャビティ内に挿入されるエアロゾル形成基質の測温に用いられる。

好ましくは、前記導体ロッドの中央部には収容孔が開設されており、前記測温装置は前記収容孔内に挿設される。

好ましくは、前記測温装置は、中空のプローブ及び測温モジュールを含む。前記測温モジュールは前記プローブ内に挿設され、前記プローブの外端は閉塞している。

好ましくは、前記測温モジュールは熱電対又は光ファイバを含む。

好ましくは、前記プローブは前記導体ロッドとオーミック接触する。

好ましくは、前記マイクロ波供給装置は、前記供給孔から前記キャビティ内に挿入されて、前記キャビティの内壁面及び／又は前記導体ロッドの表面に接触して導通することで、前記キャビティ内にマイクロ波を供給する。

前記導体ロッドの外壁面と前記キャビティの内壁面との間には誘電体が設けられている。

好ましくは、前記キャビティは導電性の金属材質である。

好ましくは、前記キャビティの内壁面には第１導電層がコーティングされている。

好ましくは、前記導体ロッドは、中空又は中実の構造であり、且つ外壁が導電性である。

好ましくは、前記導体ロッドは導電性材料である。

好ましくは、前記導体ロッドの外壁面には第２導電層がコーティングされている。

好ましくは、前記マイクロ波供給装置は一文字形であり、且つ、一端が前記導体ロッドの側壁面に接触して導通する。

好ましくは、前記マイクロ波供給装置はＬ形であり、一端が前記キャビティの底面に接触して導通する。

好ましくは、前記誘電体は、前記導体ロッドよりも低いか、前記導体ロッドと整列しているか、前記導体ロッドよりも高く且つ前記キャビティよりも低いか、前記キャビティの高さと整列しているか、前記キャビティよりも高い。

好ましくは、前記誘電体の内周には、中央部に向かって突出する位置決め部が設けられている。

好ましくは、前記位置決め部は隆起及びリブである。

好ましくは、前記誘電体の材質は、酸化アルミニウム、コランダム、ムライト、フォルステライト、酸化マグネシウム、ジルコニア、酸化ケイ素、ジルコン、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、リシア輝石、εが３０～４０の間のＢａＴｉＯ３系磁器、ＭｇＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３系磁器、ＳｒＴｉＯ３、Ｂａ（Ｚｎ，Ｎｂ）Ｏ３系、Ｂａ（Ｓｒ，Ｔａ）Ｏ３系、及び、εが７０～９０の間のＢａＯ－Ｎｄ２Ｏ３－ＴｉＯ２、ＢａＯ－Ｓｍ２Ｏ３－ＴｉＯ２希土類混晶系のうちの１種類又は少なくとも２種類の組み合わせを含む。

好ましくは、前記キャビティには、更に、エアロゾル形成基質を固定するための固定装置が設けられている。前記固定装置の材質はマイクロ波を通過可能とする。

好ましくは、前記固定装置の材質の誘電正接は０．１よりも小さい。

好ましくは、前固定装置の材質はプラスチックである。

霧化装置は前記マイクロ波加熱モジュールを含む。

本発明の霧化装置及びマイクロ波加熱モジュールを実施することで、以下の有益な効果を有する。即ち、マイクロ波加熱モジュールの測温装置がキャビティ内のエアロゾル形成基質の霧化温度をより正確に把握して、ユーザに速やかに温度に基づき動作及び調整させることで、エアロゾル形成基質中の有害物質の放出量を制御する。

以下に、図面と実施例を組み合わせて、本発明につき更に説明する。

図１は、本発明の実施例における霧化装置のモジュールの概略図である。 図２は、本発明の実施例におけるマイクロ波加熱モジュールの立体構造の概略図である。 図３は、図１のマイクロ波加熱モジュールの断面構造の概略図である。 図４は、マイクロ波加熱の共振空洞の概略構造図である。 図５は、誘電体が導体ロッドよりも高い場合の概略図である。 図６は、誘電体が導体ロッドよりも低い場合の概略図である。 図７は、誘電体と導体ロッドの高さが整列している場合の概略図である。

本発明の技術的特徴、目的及び効果がより明瞭に理解されるよう、図面を参照して本発明の具体的実施形態につき詳細に説明する。

図１に示すように、本発明の好ましい実施例における霧化装置は、マイクロ波加熱モジュール１０、制御モジュール２０、電池モジュール３０、マイクロ波発生装置４０を含む。電池モジュール３０は、制御モジュール２０、マイクロ波発生装置４０に電気的に接続されて、制御モジュール２０、マイクロ波発生装置４０に電気を供給し、マイクロ波供給装置４０にマイクロ波を発生させる。制御モジュール２０は、マイクロ波発生装置４０が出力するマイクロ波パワー、加熱時間、オン／オフ間隔等のパラメータを制御するために用いられる。

図２を組み合わせて、マイクロ波加熱モジュール１０は、キャビティ１、導体ロッド２及びマイクロ波供給装置３を含む。キャビティ１にはエアロゾル形成基質７を挿入可能である。また、エアロゾル形成基質はタバコ葉等とすることができる。マイクロ波発生装置４０はマイクロ波供給装置３に接続される。マイクロ波供給装置３は、マイクロ波発生装置４０とキャビティ１の間に設けられて、マイクロ波発生装置４０が発生したマイクロ波をキャビティ１内に伝送し、マイクロ波によりキャビティ１内のエアロゾル形成基質７を加熱するために用いられる。

キャビティ１は柱状をなしており、一端が閉塞している。また、キャビティ１の側壁には供給孔１１が設けられている。導体ロッド２はキャビティ１内の底部に設けられる。導体ロッド２は、キャビティ１の底部に接続されて導電する。

マイクロ波供給装置３は、供給孔１１からキャビティ１内に挿入されて、キャビティ１の内壁面及び／又は導体ロッド２の表面に接触して導通することで、キャビティ１内にマイクロ波を供給する。

好ましくは、本実施例において、導体ロッド２の外壁面とキャビティ１の内壁面との間には誘電体４が設けられている。

図４を組み合わせて、以下のλ／４共振空洞の動作原理に従う。

λ／４同軸共振空洞は、一端が短絡し、一端が開放された同軸ケーブルで構成される。

λ／４同軸ケーブル共振空洞の開放端は遮断状態の円形導波管により実現される。２つの端面の境界条件に基づき、共振時には、空洞長ｌがλ_０／４の奇数倍に等しくなる。即ち、ｌ＝［（２ｐ－１）λ_０］／４（ｐ＝１，２，３，・・・）となる。そのため、λ／４同軸ケーブル共振空洞の共振波長は下記の通りとなる。

λ／４同軸ケーブル共振空洞のＱ値は下記の通りとなる。

λ／４同軸共振空洞とλ／２同軸共振空洞との違いは、端面の導体損失が１つ少なくなることである。

λ／２及びλ／４同軸ケーブル共振空洞の横方向サイズの選択は、下記条件により決定すべきである。

（１）同軸ケーブル共振空洞が、高次モードを生じることなくＴＥＭモードで動作するよう保証するために、π（ｄ＋Ｄ）／２＜λ_０ｍｉｎとすべきである。即ち、π（ａ＋ｂ）＜λ_０ｍｉｎとすべきである。

（２）同軸ケーブル共振空洞が高いＱ_０値を有するよう保証するために、２≦（Ｄ／ｄ）≦６）とすべきである。即ち、２≦（ｂ／ａ）≦６）とすべきである。

（３）λ／４同軸ケーブル共振空洞の場合には、更に、開放端の円形導波管が遮断状態となるよう保証する必要があり、１．７１Ｄ＜λ_０ｍｉｎとすべきである。即ち、３．４１ｂ＜λ_０ｍｉｎとすべきである。

共振空洞の長さｌの計算式から明らかなように、λ／４同軸共振空洞の最小サイズ≒電磁波長の１／４である。２．４５ＧＨｚの電磁波は空気中での波長が約１２．２４ｃｍとなるため、このとき、ｌは約３．０６ｃｍとなる。ｌを短くしたい場合には、電磁波の波長を短くする必要がある。また、材料内での電磁波の波長は、下記の式で計算可能である。

誘電材料の場合、μｒは一般的にｌとなる。εｒが大きいほど波長は短くなり、ｌも短く設計できるため、キャビティ１の小型化を実現可能となる。

マイクロ波加熱モジュール１０は、キャビティ１の内部に高誘電材料を充填することで、共振空洞の長さを縮小可能としている。これにより、キャビティ１の体積の縮小が実現され、霧化装置の小型化に有利となる。キャビティ内にはエアロゾル形成基質７を投入可能である。マイクロ波によりエアロゾル形成基質７をマイクロ波加熱することで、タバコ葉中の有害物質が喫煙者に及ぼす害を大幅に減少させられる。また、高温燃焼による分解過程が発生しないため、タバコ葉中のタールや有害物質の放出量が減少し、受動喫煙の害を大幅に低下させることが可能となる。

いくつかの実施例において、キャビティ１は導電性の金属材質である。一般的に、材質は、アルミニウム、銅、金、銀、ステンレス鋼等の導電性金属である。また、その他の実施例において、キャビティ１の内壁面には、例えば、金メッキ、銀メッキ、銅メッキ等の第１導電層１２がコーティングされていてもよい。

更に、いくつかの実施例において、導体ロッド２は、中空又は中実の構造であり、且つ外壁が導電性である。これにより、マイクロ波がキャビティ１に供給されたあと、キャビティ１内にマイクロ波放射が形成される。

また、導体ロッド２は、導電性材料であり、好ましくは、導電性の金属材料としてもよいし、その他の高導電性材料としてもよい。

その他の実施例では、導体ロッド２を非金属材料とし、且つ、導体ロッド２の外壁面に第２導電層２１をコーティングしてもよい。第２導電層２１は、例えば、金メッキ、銀メッキ、銅メッキ等の金属薄膜メッキ層である。

図３に示すように、いくつかの実施例において、一般的に、マイクロ波供給装置３は同軸コネクタであり、一端がマイクロ波源であるマイクロ波発生装置４０に接続され、他端が供給口を介してキャビティ１に挿入される。通常、マイクロ波供給装置３は一文字形となっており、且つ、キャビティ１内に挿入される一端が導体ロッド２の側壁面に接触して導通する。

図５に示すように、その他の実施例では、マイクロ波供給装置３をＬ形とし、且つ、キャビティ１内に挿入される一端がキャビティ１の底面に接触して導通してもよい。或いは、マイクロ波供給装置３におけるキャビティ１に挿入される一端の形状は、円弧形等のその他の形状であってもよく、キャビティ１の内壁面又は導体ロッド２の外壁面に接触して導通可能であればよい。

いくつかの実施例において、図６に示すように、誘電体４は導体ロッド２よりも低くなっている。また、図７に示すように、誘電体４は導体ロッド２と整列していてもよい。また、図３及び図５に示すように、誘電体４は導体ロッド２よりも高く、キャビティ１よりも低くてもよい。また、その他の実施例において、誘電体４はキャビティ１の高さと整列していてもよいし、キャビティ１より高くてもよい。

図３及び図５に示すように、誘電体４が導体ロッド２よりも高く、キャビティ１よりも低い場合、或いは、誘電体４とキャビティ１の高さが整列している場合、或いは、誘電体４がキャビティ１よりも高い場合といったいくつかの状況において、誘電体４は、更に、エアロゾル形成基質７を固定する作用も有する。即ち、誘電体４の内孔径はエアロゾル形成基質７の直径よりもやや大きくなっており、エアロゾル形成基質７が誘電体４の内孔に挿入されて固定される。

好ましくは、誘電体４の内周には、中央部に向かって突出する位置決め部（図示しない）が設けられており、誘電体４内に挿入されるエアロゾル形成基質７を位置決め及び係合可能とする。通常、位置決め部は隆起及びリブであり、エアロゾル形成基質７を固定可能であるとともに、誘電体４の内壁面とエアロゾル形成基質７の間にガス経路を形成してベイパーを流動させることも可能とする。

その他いくつかの実施例において、図６及び図７に示すように、誘電体４が導体ロッド２よりも低い場合、或いは、導体ロッド２と整列している場合に、誘電体４によりエアロゾル形成基質７を固定しにくいときには、キャビティ１にエアロゾル形成基質７を固定するための固定装置５を更に設けてもよい。固定装置５の材質は、マイクロ波を通過させてエアロゾル形成基質７をマイクロ波霧化可能なものである。

更に、固定装置５の材質の誘電正接は０．１よりも小さい。また、固定装置５の材質はプラスチックである。具体的には、ｐｅｅｋ、即ち、ポリエーテルエーテルケトンとしてもよい。

いくつかの実施例において、誘電体４の材質は、酸化アルミニウム、コランダム、ムライト、フォルステライト、酸化マグネシウム、ジルコニア、酸化ケイ素、ジルコン、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、リシア輝石及び各種のガラス誘電体材料等や、εが３０～４０の間のＢａＴｉＯ３系磁器、ＭｇＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３系磁器、ＳｒＴｉＯ３、Ｂａ（Ｚｎ，Ｎｂ）Ｏ３系、Ｂａ（Ｓｒ，Ｔａ）Ｏ３系、及び、εが７０～９０の間のＢａＯ－Ｎｄ２Ｏ３－ＴｉＯ２、ＢａＯ－Ｓｍ２Ｏ３－ＴｉＯ２希土類混晶系のうちの１種類又は少なくとも２種類の組み合わせを含んでもよい。

好ましくは、誘電体４の材料は、酸化アルミニウム、ジルコニアである。

図３、図５、図６、図７に示すように、キャビティ１内のエアロゾル形成基質７の霧化温度をより正確に把握して、ユーザに速やかに温度に基づき動作及び調整させるために、キャビティ１内には、更に、キャビティ内に挿入されるエアロゾル形成基質を測温するための測温装置６が設けられている。好ましくは、導体ロッド２の中央部には収容孔２２が開設されている。測温装置６は収容孔２２内に挿設されて、キャビティ１の中央部の温度値を検知する。

更に、本実施例において、測温装置６は、中空のプローブ６１及び測温モジュール６２を含む。測温モジュール６２はプローブ６１内に挿設され、プローブ６１の外端は閉塞している。通常、測温モジュール６２は熱電対又は光ファイバを含み、好ましくは熱電対を含む。

中央のプローブは、熱電対（ｐｔｃ／ｎｔｃ）を用いて測温することが可能である。測温装置６のケーシングであるプローブ６１は導体ロッド２とオーミック接触する。

理解し得るように、上記の各技術的特徴は、制限なく任意に組み合わせて使用することが可能である。

以上の記載は本発明の実施例にすぎず、これにより本発明の権利範囲は制限されない。本発明の明細書及び図面の内容を用いてなされる等価の構造又は等価のフローの変更、或いは、その他関連の技術分野における直接的又は間接的な運用は、いずれも同様の理由で本発明の権利保護の範囲に含まれる。

Claims (21)

1. キャビティ（１）、導体ロッド（２）、マイクロ波供給装置（３）及び測温装置（６）を含み、
   前記キャビティ（１）は柱状をなすとともに底部が閉塞しており、前記キャビティ（１）の側壁には供給孔（１１）が設けられており、これにより、前記マイクロ波供給装置（３）は前記供給孔（１１）を通じて前記キャビティ（１）内にマイクロ波を供給し、
   前記導体ロッド（２）は前記キャビティ（１）内の底部に設けられ、前記導体ロッド（２）はキャビティ（１）の底部に接続されて導電し、
   前記測温装置（６）は、前記キャビティ（１）内に設けられて、前記キャビティ内に挿入されるエアロゾル形成基質の測温に用いられ、
   前記測温装置（６）は中空のプローブ（６１）及び測温モジュール（６２）を含み、前記測温モジュール（６２）は前記プローブ（６１）内に挿設されることを特徴とするマイクロ波加熱モジュール。
2. 前記導体ロッド（２）の中央部には収容孔（２２）が開設されており、前記測温装置（６）は前記収容孔（２２）内に挿設されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波加熱モジュール。
3. 前記プローブ（６１）の外端は閉塞していることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波加熱モジュール。
4. 前記測温モジュール（６２）は熱電対又は光ファイバを含むことを特徴とする請求項３に記載のマイクロ波加熱モジュール。
5. 前記プローブ（６１）は前記導体ロッド（２）とオーミック接触することを特徴とする請求項３に記載のマイクロ波加熱モジュール。
6. 前記マイクロ波供給装置（３）は、前記供給孔（１１）から前記キャビティ（１）内に挿入されて、前記キャビティ（１）の内壁面及び／又は前記導体ロッド（２）の表面に接触して導通することで、前記キャビティ（１）内にマイクロ波を供給し、
   前記導体ロッド（２）の外壁面と前記キャビティ（１）の内壁面との間には誘電体（４）が設けられていることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱モジュール。
7. 前記キャビティ（１）は導電性の金属材質であることを特徴とする請求項６に記載のマイクロ波加熱モジュール。
8. 前記キャビティ（１）の内壁面には第１導電層（１２）がコーティングされていることを特徴とする請求項６に記載のマイクロ波加熱モジュール。
9. 前記導体ロッド（２）は、中空又は中実の構造であり、且つ外壁が導電性であることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱モジュール。
10. 前記導体ロッド（２）は導電性材料であることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱モジュール。
11. 前記導体ロッド（２）の外壁面には第２導電層（２１）がコーティングされていることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱モジュール。
12. 前記マイクロ波供給装置（３）は一文字形であり、且つ、一端が前記導体ロッド（２）の側壁面に接触して導通することを特徴とする請求項６に記載のマイクロ波加熱モジュール。
13. 前記マイクロ波供給装置（３）はＬ形であり、一端が前記キャビティ（１）の底面に接触して導通することを特徴とする請求項６に記載のマイクロ波加熱モジュール。
14. 前記誘電体（４）は、前記導体ロッド（２）よりも低いか、前記導体ロッド（２）と整列しているか、前記導体ロッド（２）よりも高く且つ前記キャビティ（１）よりも低いか、前記キャビティ（１）の高さと整列しているか、前記キャビティ（１）よりも高いことを特徴とする請求項６に記載のマイクロ波加熱モジュール。
15. 前記誘電体（４）の内周には、中央部に向かって突出する位置決め部が設けられていることを特徴とする請求項１４に記載のマイクロ波加熱モジュール。
16. 前記位置決め部は、隆起及びリブであることを特徴とする請求項１５に記載のマイクロ波加熱モジュール。
17. 前記誘電体（４）の材質は、酸化アルミニウム、コランダム、ムライト、フォルステライト、酸化マグネシウム、ジルコニア、酸化ケイ素、ジルコン、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、リシア輝石、εが３０～４０の間のＢａＴｉＯ３系磁器、ＭｇＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３系磁器、ＳｒＴｉＯ３、Ｂａ（Ｚｎ，Ｎｂ）Ｏ３系、Ｂａ（Ｓｒ，Ｔａ）Ｏ３系、及び、εが７０～９０の間のＢａＯ－Ｎｄ２Ｏ３－ＴｉＯ２、ＢａＯ－Ｓｍ２Ｏ３－ＴｉＯ２希土類混晶系のうちの１種類又は少なくとも２種類の組み合わせを含むことを特徴とする請求項６に記載のマイクロ波加熱モジュール。
18. 前記キャビティ（１）には、更に、エアロゾル形成基質（７）を固定するための固定装置（５）が設けられており、前記固定装置（５）の材質はマイクロ波を通過可能とすることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱モジュール。
19. 前記固定装置（５）の材質の誘電正接は０．１よりも小さいことを特徴とする請求項１８に記載のマイクロ波加熱モジュール。
20. 前固定装置（５）の材質はプラスチックであることを特徴とする請求項１８に記載のマイクロ波加熱モジュール。
21. 請求項１～５のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱モジュールを含むことを特徴とする霧化装置。