JP7263405B2 - 加熱式喫煙具及びその加熱ユニット - Google Patents

Description

本発明はタバコの代替品に関し、より具体的には、加熱式喫煙具及びその加熱ユニットに関する。

通常、一般的な加熱ユニットの取付座は、加熱部材における電極が位置する区間に覆設される。しかし、電極は加熱抵抗に比較的近接しているため、加熱抵抗が発熱する際に熱量が取付座に伝わりやすく、熱損失が発生する結果、タバコ葉の霧化効果が低下してしまう。また、取付座は高温に晒されると有害ガスを放出し、ユーザの身体の健康に影響を及ぼす。

本発明が解決しようとする技術的課題は、改良された加熱式喫煙具及びその加熱ユニット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用いる技術方案は以下の通りである。

即ち、加熱部材を含む加熱式喫煙具の加熱ユニットを構成する。前記加熱部材は、シート状基材と、前記シート状基材外側に設けられる導電パスを含む。

前記導電パスは、加熱抵抗と、前記加熱抵抗に電気的に接続される電気接続部を含む。

前記加熱抵抗と電気接続部は、前記シート状基材の長さ方向に沿って配列される。

好ましくは、前記加熱ユニットは更に取付座を含む。

前記取付座は、前記加熱部材上の前記電気接続部が位置する一端に覆設される。

好ましくは、前記シート状基材のうち前記電気接続部が位置する長さ方向の区間には貫通孔が設けられている。

好ましくは、前記電気接続部は、前記加熱抵抗に電気的に接続される２つの導電電極を含む。リード線は前記導電電極に電気的に接続される。前記リード線は、前記加熱部材の長さ方向に沿って、前記加熱抵抗から離間する側の一端に向かって引き出される。

好ましくは、前記導電電極は、銀ペーストを用いて印刷した後に焼結することで形成される。

好ましくは、前記リード線は、銀・銅溶接材料か、純銀溶接材料か、ニッケル溶接材料によって、６００～１１００℃の保護雰囲気下で高温ろう接により前記導電電極に接続される。

或いは、前記リード線は、高温の半田ペーストによる半田付けで前記導電電極に接続される。

好ましくは、前記シート状基材は金属又は合金を材質とする。前記加熱部材は、更に、前記シート状基材を被覆する絶縁層を含み、前記導電パスは前記絶縁層の外側に設けられる。

好ましくは、前記シート状基材の厚さは０．２～０．８ｍｍであり、前記絶縁層の厚さは０．１ｍｍ未満である。

好ましくは、前記絶縁層は、酸化ケイ素、酸化カルシウム、酸化アルミニウムを含むガラスペーストで前記シート状基材の表面を被覆した後に焼結することで形成される。

好ましくは、前記絶縁層は、吹き付け又は印刷によって前記シート状基材を被覆する。前記導電パスは一方の側の前記絶縁層上に位置し、前記シート状基材の両側が前記絶縁層により被覆されている。

好ましくは、前記加熱部材のうち前記取付座から離間する側の一端には、前記煙筒内のヒートスティックへの挿入に有利な鋭端が設けられている。

好ましくは、前記シート状基材はステンレス又はチタン合金を材質として用い、スタンピング成形又はワイヤーカットで形成される。

好ましくは、前記加熱抵抗は、銀－パラジウム抵抗体ペースト、ルテニウム－パラジウム抵抗体ペースト、白金ペースト、ニッケル基ペーストを用いて印刷した後に焼結することで形成される。

好ましくは、前記加熱部材は、更に、前記導電パスの外側を被覆する隔離層を含む。

前記隔離層は、ガラス釉を焼成して形成される釉層であり、前記加熱部材の外表面がいずれも前記隔離層により被覆されている。

好ましくは、前記取付座は高分子ポリマーを用いて射出成形される。

本発明は、更に、前記加熱ユニットを含む加熱式喫煙具を提供する。

本発明の加熱式喫煙具及びその加熱ユニットを実施することで、以下の有益な効果が得られる。

取付座が位置する第２端の端部から導電電極の間には加熱領域が設けられていないため、有害ガスの発生可能性が低下する。且つ、取付座の材料選択の幅がいっそう広がり、コストダウンとなる。加熱部材のうちタバコ葉に挿入される加熱抵抗に対応する区間と、導電電極に対応する区間には比較的大きな温度勾配が存在している。導電電極に対応する区間は相対的に温度が低く、熱の散逸が少ないため、エネルギーの有効利用に有利である。

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加熱式喫煙具の加熱部材を、ヒートスティックを備える煙筒内に挿入した場合の断面構造を示す図である。 図２は、本発明の加熱ユニットの構造を示す図である。 図３は、図１の加熱部材の断面構造を示す図である。 図４は、本発明における加熱ユニットの各層の分解図である。 図５は、シート状基材が金属の場合にヒートスティックを加熱したときの温度場の分布図である。 図６は、図２の加熱部材の幅が徐々に変化する場合を示す図である。 図７は、加熱部材がジルコニアの場合にヒートスティックを加熱したときの温度場の分布図である。

本発明の技術的特徴、目的及び効果がより明確に理解されるよう、図面を参照しながら本発明の具体的実施形態について詳細に説明する。

図１、図２に示すように、本発明の好ましい実施例における加熱式喫煙具は、筒状の煙筒１と加熱ユニット２を含む。加熱ユニット２は、加熱部材２１、リード線２２及び取付座２３を含む。

図１～図３に示すように、加熱部材２１はシート状であり、取り出し可能に煙筒１内に挿設される。加熱部材２１は、長さ方向における対向する２つの第１端Ａ及び第２端Ｂを含み、第１端Ａが外側に伸出するよう設けられている。加熱部材２１は、第１端Ａから加熱式喫煙具の煙筒１内に挿入可能である。

加熱部材２１は、幅方向における対向する２つの第１辺Ｃ及び第２辺Ｄを含む。第１辺Ｃと第２辺Ｄには、加熱部材２１の厚さを幅方向において辺縁に向かうほど徐々に減少させる退避部２１１がそれぞれ設けられている。加熱部材２１の中心線は煙筒１の中央に位置し、加熱部材２１の幅方向における対向する２つの辺は、煙筒１の内壁面までの距離が同等である。

加熱部材２１の両側辺は徐々に減厚しているため、加熱部材２１をヒートスティック３に挿入する際に、加熱部材２１の両側辺からタバコ葉への圧力を低減させられる。そのため、退避部２１１に対応する両側辺のタバコ葉は大きな押圧力で圧縮されることがなく、側端部におけるタバコ葉の圧力が緩和されることから、タバコ葉の霧化効率が向上する。また、当該退避部２１１は、タバコ葉が加熱シートの側端面に付着することのないよう、緩やかに連続させてもよい。

加熱部材２１は、厚さ方向における対向する２つの第１側Ｅ及び第２側Ｆを含む。退避部２１１は、第１辺Ｃに対応する第１側Ｅ及び第２側Ｆの辺縁に設けられる面取り部と、第２辺Ｄに対応する第１側Ｅ及び第２側Ｆの辺縁に設けられる面取り部を含む。

面取り部は斜角又は丸角を含む。第１辺Ｃの第１側Ｅ及び第２側Ｆの辺縁にそれぞれ面取り部が設けられており、第２辺Ｄの第１側Ｅ及び第２側Ｆの辺縁にそれぞれ面取り部が設けられている。第１辺Ｃ及び第２辺Ｄの退避部２１１によって、加熱部材２１の第１辺Ｃ及び第２辺Ｄは丸角辺又は鋭角辺として形成される。

その他の実施例において、退避部２１１は、１回のスタンピングで形成しやすいよう、第１辺Ｃに対応する第１側Ｅ又は第２側Ｆの辺縁にのみ面取り部を設けるとともに、第２辺Ｄに対応する第１側Ｅ又は第２側Ｆの辺縁にのみ面取り部を設け、前記第１辺Ｃ及び第２辺を鋭角辺として形成してもよい。

対向する２つの辺の退避部２１１は、緩やかに連続させるか、滑らかに研磨するか、釉層を施す。これにより、側辺におけるタバコ葉の付着を効果的に防止可能となり、タバコ葉の押圧が緩和される。

更に、図４を組み合わせて、加熱部材２１は、金属材質のシート状基材２１２、シート状基材２１２を被覆する絶縁層２１３、及び絶縁層２１３の外側に設けられる導電パス２１４を含む。リード線２２は導電パス２１４に接続される。また、リード線２２は外側に引き出される。リード線２２が電力を受け付けて導電パス２１４が通電すると、導電パス２１４が発熱してタバコ葉を霧化させる。

好ましくは、加熱部材２１の基材は金属又は合金を材質とする。シート状基材２１２には、ステンレスやチタン合金等の汎用金属を材質として用いればよく、好ましくは、例えばＳＵＳ４３０やＳＵＳ３０４といったステンレスとする。通常、シート状基材２１２の厚さは０．２～０．８ｍｍであり、スタンピング成形又はワイヤーカットで形成されるため、低コストである。金属材質のシート状基材２１２における退避部２１１はスタンピングにより形成可能なため、更にコストの節約となる。加熱部材２１の長さ、幅等のサイズは、これに組み合わせて使用されるタバコのヒートスティックの直径及び長さに対応しており、タバコ葉の十分な加熱に有利である。

金属材質のシート状基材２１２を加熱部材２１の本体として用いることで、高い靱性が備わるため、長時間にわたる高温やタバコの装填といった機械的衝撃による加熱部材２１の断裂を効果的に防止可能となる。且つ、金属材質のシート状基材２１２は熱伝導性に優れるため、加熱シートの表面温度の均一性が保証され、非燃焼・加熱式タバコが良好な口当りを得るために有利である。

図５、図７に示すように、定常状態のシミュレーション実験より、同一の温度場の場合、ジルコニア等のセラミックス製加熱シートと比較して、ステンレス製は２１５度を超える周辺領域がより広がることから、霧化効率がいっそう向上し、口当りが一段と良好となる。

好ましくは、シート状基材２１２の第１端Ａには、ヒートスティック３への挿入に有利な鋭端２１５が設けられている。鋭端２１５が加熱部材２１の挿入を案内可能なことから、挿入時の抵抗力が減少する。

導電パス２１４をシート状基材２１２に印刷する際の技術要求を満たすために、シート状基材２１２は、加熱シートの対向する２つの辺における退避部２１１の間に位置する平坦面２１２１を含み、平坦面２１２１の領域内に導電パス２１４が印刷により形成される。退避部２１１は、平坦面２１２１の幅方向における対向する２つの辺から外側に向かって設けられる。

絶縁層２１３は、酸化ケイ素、酸化カルシウム、酸化アルミニウムを含むガラスペーストでシート状基材２１２の表面を被覆した後に、４００～１０００℃で焼結することにより形成される。金属又は合金を材質とするシート状基材２１２は導電性のため、絶縁層２１３により、シート状基材２１２と導電パス２１４との短絡を防止可能とする。

絶縁層２１３は、吹き付け又は印刷によってシート状基材２１２を被覆する。絶縁層２１３の厚さは、導電パス２１４とシート状基材２１２の間の耐圧要求に基づいて設計すればよく、通常、絶縁層２１３の厚さは０．１ｍｍ未満である。

金属材質のシート状基材２１２が高温での使用中に酸化しないよう、好ましくは、シート状基材２１２の両側を絶縁層２１３で被覆する。導電パス２１４は、一方の側の絶縁層２１３上に位置する。よって、絶縁層２１３は、導電パス２１４を設けるために、シート状基材２１２の一方の側にのみ設けてもよい。また、加熱部材２１の基材が非金属・非導電性の材質の場合には、絶縁層２１３を省略してもよい。

導電パス２１４は電気抵抗ヒータとして用いられ、物理気相成長又は電気めっき又は印刷等の方式で絶縁層２１３上に形成可能な導電層である。

好ましくは、導電パス２１４は、加熱抵抗２１４１と、加熱抵抗２１４１に電気的に接続される電気接続部を含む。加熱抵抗２１４１と電気接続部は、シート状基材２１２の長さ方向に沿って配列される。また、導電電極２１４２が外部の回路に接続される。好ましくは、電気接続部は、加熱抵抗２１４１に電気的に接続される２つの導電電極２１４２を含む。

リード線２２は、導電電極２１４２に接続されるとともに、加熱部材２１の長さ方向において加熱抵抗２１４１から離間する側の一端が引き出される。即ち、加熱抵抗２１４１及び導電電極２１４２は、第１端Ａから第２端Ｂに向かう方向に配列されており、リード線２２が第２端Ｂから外側に引き出される。

加熱抵抗２１４１は、銀－パラジウム抵抗体ペースト、ルテニウム－パラジウム抵抗体ペースト、白金ペースト、ニッケル基ペーストのいずれか１つを用いて印刷した後に焼結することで形成可能である。加熱抵抗２１４１のパターンは柔軟に設置可能であり、ペーストの特性及び加熱抵抗２１４１の厚さに鑑みて、加熱部材２１が必要とする適切な抵抗値を取得する。一般的に、加熱部材２１の抵抗値は０．３～２．０Ωの間である。通常、加熱抵抗２１４１の厚さは０．１ｍｍ未満であり、好ましくは２０ｕｍ未満とする。導電電極２１４２は、抵抗率が相対的に低い銀基ペーストを用いて印刷した後に焼結することで形成される。

リード線２２が外部電源と通電すると、加熱抵抗２１４１が通電して発熱可能となる。リード線２２は、銀・銅溶接材料か、純銀溶接材料か、ニッケル溶接材料によって、６００～１１００℃の保護雰囲気下で高温ろう接により導電電極２１４２に接続可能である。また、リード線２２は、高温の半田ペーストによる半田付けで導電電極２１４２に接続される。このときの適用温度は３００℃超である。

金属材質のシート状基材２１２は熱伝導性に優れることから、熱損失を防ぐために、シート状基材２１２のうち導電電極２１４２が位置する長さ方向の区間には貫通孔２１２２が設けられている。貫通孔２１２２によって熱を遮断可能となるため、第２端Ｂに伝達される熱が減少する。

導電電極２１４２に対応する区間は温度が低く、タバコ葉の十分な霧化が不可能なことから、当該箇所の刻みタバコは一定量のタールを蓄積及び吸収可能である。そのため、当該箇所からのタールの漏れを防止又は低減できる。

加熱部材２１のうちタバコ葉に挿入される加熱抵抗２１４１に対応する区間と、導電電極２１４２に対応する区間には比較的大きな温度勾配が存在している。導電電極２１４２に対応する区間は相対的に温度が低く、熱の散逸が少ないため、エネルギーの有効利用に有利である。

加熱抵抗２１４１を外気から遮断して使用寿命と安定性を更に高めるために、加熱部材２１は、導電パス２１４の外側を被覆する隔離層２１６を更に含む。

隔離層２１６は、ガラス釉を焼成して形成される釉層であり、一般的に厚さは０．１ｍｍ未満とする。シート状基材２１２の両側は隔離層２１６により被覆されている。釉層により加熱シートの表面が平滑となり、粗さが小さくなるため、タバコ葉を炙った後のヤニやタールの付着が減少し、洗浄が容易となる。その他の実施例では、導電パス２１４が存在する側のみを隔離層２１６で被覆してもよい。

好ましくは、図６に示すように、加熱部材２１をヒートスティック３に挿入しやすいよう、加熱部材２１は第１端Ａから第２端Ｂまでの幅が徐々に広がっており、宝剣形状をなしている。第１端Ａが狭まっているため、退避部２１１の減厚構造と組み合わせることで、加熱部材２１の挿入時の抵抗力が小さくなる。よって、挿入しやすく、更には、タバコ葉が加熱シートの側辺に集中するとの事態を効果的に低減できる。また、加熱部材の底部が広がっていることから、加熱シートの強度の向上に有利となり、ヒートスティックに何度も挿抜することによる加熱部材の破断が防止される。

通常、鋭端２１５の幅方向における対向する２つの辺の夾角の角度は、加熱部材２１の第２端Ｂの幅方向における対向する２つの辺の夾角の角度よりも大きい。その他の実施例において、加熱部材２１は三角形をなしてもよい。

図２に示すように、取付座２３は加熱部材２１の第２端Ｂに覆設されている。即ち、加熱部材２１におけるリード線２２が引き出される側の一端に覆設されるとともに、電気接続部に覆設されている。その他の実施例において、取付座２３は、独立した部材として加熱部材２１に単独で取り付けてもよい。

鋭端２１５は、加熱部材２１のうち取付座２３から離間する側の一端に位置している。取付座２３と鋭端２１５は、加熱部材２１の対向する両端にそれぞれ位置している。加熱部材２１のうち鋭端２１５側の一端が煙筒１に挿入されると、取付座２３が煙筒１の外端に当接することで、加熱部材２１の挿入深さを規制する。

シート状基材２１２のうち導電電極２１４２が位置する長さ方向の区間には貫通孔２１２２が設けられており、第２端Ｂに伝達される熱が減少するため、取付座２３部分の温度が高くなり過ぎるとの事態を防止可能である。

取付座２３が位置する第２端Ｂの端部から導電電極２１４２の間には加熱領域が設けられていないため、有害ガスの発生可能性が低下する。且つ、取付座２３の材料選択の幅がいっそう広がり、コストダウンとなる。通常、取付座は高分子ポリマーを用いて射出成形され、常用される材質としては、ポリエーテルエーテルケトン、高温ナイロン等がある。

理解可能なように、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できる。

以上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実施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による権利保護の範囲に含まれる。

Claims (10)

1. 加熱式喫煙具の加熱ユニット（２）であって、
   加熱部材（２１）を含み、
   前記加熱部材（２１）は、シート状基材（２１２）と、前記シート状基材（２１２）の外側に設けられる導電パス（２１４）を含み、
   前記導電パス（２１４）は、加熱抵抗（２１４１）と、前記加熱抵抗（２１４１）に電気的に接続された電気接続部を含み、
   前記加熱抵抗（２１４１）と前記電気接続部は、前記シート状基材（２１２）の長さ方向に沿って配列され、
   前記シート状基材（２１２）のうち前記電気接続部が位置する長さ方向の区間には貫通孔（２１２２）が設けられており、
   前記貫通孔は、前記加熱部材上の前記加熱抵抗から離間する側の一端に伝達される熱を遮断可能であり、
   前記加熱ユニット（２）は、更に取付座（２３）を含み、
   前記取付座（２３）は、前記加熱部材（２１）上の前記一端のうち前記電気接続部よりも前記加熱抵抗から更に離間する位置に覆設されていることを特徴とする、加熱ユニット（２）。
2. 前記電気接続部は、前記加熱抵抗（２１４１）に電気的に接続された２つの導電電極（２１４２）を含み、リード線（２２）は前記導電電極（２１４２）に電気的に接続され、前記リード線（２２）は、前記加熱部材（２１）の長さ方向に沿って、前記加熱抵抗（２１４１）から離間する側の一端に向かって引き出されていることを特徴とする、請求項１に記載の加熱ユニット（２）。
3. 前記シート状基材（２１２）は金属又は合金を材質とし、前記加熱部材（２１）は、更に、前記シート状基材（２１２）を被覆する絶縁層（２１３）を含み、前記導電パス（２１４）は前記絶縁層（２１３）の外側に設けられることを特徴とする、請求項１に記載の加熱ユニット（２）。
4. 前記シート状基材（２１２）の厚さは０．２～０．８ｍｍであり、前記絶縁層（２１３）の厚さは０．１ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項３に記載の加熱ユニット（２）。
5. 前記絶縁層（２１３）は、前記シート状基材（２１２）を被覆し、前記導電パス（２１４）は一方の側の前記絶縁層（２１３）上に位置し、前記シート状基材（２１２）の両側が前記絶縁層（２１３）により被覆されていることを特徴とする、請求項３に記載の加熱ユニット（２）。
6. 前記加熱部材（２１）のうち前記取付座（２３）から離間する側の一端には、ヒートスティック（３）への挿入に有利な鋭端（２１５）が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の加熱ユニット（２）。
7. 前記シート状基材（２１２）はステンレス又はチタン合金を材質として用いることを特徴とする、請求項１～６のいずれか１項に記載の加熱ユニット（２）。
8. 前記加熱部材（２１）は、更に、前記導電パス（２１４）の外側を被覆する隔離層（２１６）を含み、
   前記加熱部材（２１）の外表面がいずれも前記隔離層（２１６）により被覆されていることを特徴とする、請求項１～７のいずれか１項に記載の加熱ユニット（２）。
9. 前記取付座（２３）は、高分子ポリマーを用いて射出成形されていることを特徴とする、請求項１に記載の加熱ユニット（２）。
10. 請求項１～９のいずれか１項に記載の加熱ユニットを含むことを特徴とする、加熱式喫煙具。

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