(57)【要約】内側孔（２２）を有する円筒部材（２１）と、同内側孔内に存在し、かつ孔の大径部（２３）と小径部（２４）とを画定してバルブシートを形成する突出部とを備えたライターバルブシート部材（８）。円筒部材は、外側円筒面を有し、同外側面上に停止部が形成されている。停止部と円筒部材端部との間に、大径部を画定する円筒部材の外径は、ほぼ一定である。停止部とハウジング（１３）との間に密閉Ｏリング（１４）が保持され、同Ｏリング内にバルブシート部材の円筒部分が配置される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側孔を有する円筒部材と、前記孔内に存在し、かつ同孔の大径部及び小径部を提供し、かつバルブシートを形成する突出部とを備えたライターバルブシート部材であって、前記円筒部材は、外部円筒面と、同外部面上に形成された停止部とを有し、停止部と円筒部材の端部との間における円筒部材の外径は、前記大径部を画定し、かつほぼ一定であるライターバルブシート部材。
【請求項２】
前記停止部は環状の鍔部を備える、請求項１に記載のライターバルブシート部材。
【請求項３】
前記環状鍔部は、小径部の端部を提供する円筒部材の端部において、または同端部に隣接して配置されている、請求項２に記載のライターバルブシート部材。
【請求項４】
バルブシート部材を形成している材料の体積は、８〜３０ｍｍ３である請求項１に記載のライターバルブシート部材。
【請求項５】
前記円筒部材の外径の、鍔部の外径に対する割合は、０．５〜０．９の範囲内である請求項１に記載のライターバルブシート部材。
【請求項６】
前記大径部の内径の、円筒部材の外径に対する割合は、０．６５〜０．９の範囲内である請求項１に記載のライターバルブシート部材。
【請求項７】
前記円筒部材の全長の、円筒部材の外径に対する割合は、０．８〜１．４の範囲内である請求項１に記載のライターバルブシート部材。
【請求項８】
前記鍔部の最大厚の、円筒部材の全長に対する割合は、０．０８５〜０．２である請求項１に記載のライターバルブシート部材。
【請求項９】
前記円筒部材を形成している材料の比熱は、２００〜１０００Ｊ／Ｋｇ／Ｋの範囲内である請求項１に記載のライターバルブシート部材。
【請求項１０】
前記円筒部材を形成している材料の熱伝導率は、７５〜４５０Ｗ／ｍ／Ｋである請求項１に記載のライターバルブシート部材。
【請求項１１】
前記円筒部材は冷間成形により形成された、請求項１に記載のライターバルブシート部材。
【請求項１２】
前記円筒部材はダイカスト法により形成された、請求項１に記載のライターバルブシート部材。
【請求項１３】
前記円筒部材は、スタンピングおよびエンボシングのうちいずれかの方法により形成された、請求項１に記載のライターバルブシート部材。
【請求項１４】
前記円筒部材は旋盤上で回転させることにより形成された、請求項１に記載のライターバルブシート部材。
【請求項１５】
ライターバルブシート部材およびハウジングであって、前記ライターバルブシート部材は、請求項１に記載されたバルブシート部材であり、前記ハウジングは、内側孔を有する部材と、同部材はバルブシート部材の外部面の少なくとも一部を受容する寸法を有することと、ハウジング孔内に存在し、かつバルブシート部材の挿入端部を支持し得る突出部と
を備え、前記突出部は、バルブシート部材の鍔部と、同鍔部に隣接するハウジング端部との間に間隙が形成されるように配置された、ライターバルブシート部材およびハウジング。
【請求項１６】
請求項１に記載されたバルブシート部材を備えるライター。
【請求項１７】
請求項１５に記載されたバルブシート部材およびハウジングを備えるライター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、喫煙用ライター等のライターの一部を構成するバルブシート部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、ライターのバルブは、三つの機能を有する。
第一は、ライターがそこから燃料を取り出すリザーバに密閉を提供すること、第二は、点火および消火状態に対応してガス流を開放および閉鎖すること、第三は、ガス流を調節して使用に適した炎を提供すること（一般には、約１ｍｇ／秒のガス流により、炎長は２０ｍｍになる）である。
【０００３】
最初の二機能は、過去約３０年間に亘り、幅広く、殆ど変更を受けずに使用されてきた。これらの機能の構成は強力で、かつ利便性が高い。
ＩＳＯ９９９４は、ガスのフローおよび蒸発の調節が不十分であることに関連した多数の欠陥を定義し、（短時間および長時間の間隔における炎の変化、炎の室温依存、噴出、スパッタリング（パチパチ燃焼すること）、フレアリング（揺ら揺ら燃焼すること）、およびそのような欠陥を有するライターの製造ならびに販売を警告し、禁止する国際標準である。
【０００４】
燃料の高い圧力を低下させるために、燃料はリザーバ内（１５〜７０Ｍｐａ）からノズル先端にてほぼゼロ圧（大気圧）にされる。また、フローを約１ｍｇ／秒である所望の値に制限するため、燃料は狭い通路または通路のセット内にて強制的に流されることが公知である。先行技術には、（調整ねじを回転させることによって）圧縮を受けた繊維質フィルタまたは微細孔フィルタ、固定フロー薄膜、焼結材料、キャピラリチューブ、および他の構造等を使用した解決方法が開示されている。
【０００５】
これらの通路を介した燃料移動は、圧力、速度および粘度に関する流体力学的考察により支配され、またより一般的には、熱力学的考察によっても支配される。これは即ち、燃料膨張が、系のエネルギーバランスを修正する作用に関係し、また、蒸発の際の潜熱として公知である定められた量のエネルギーの供給に必要な相変化にも関係しているためである。理論上、これらはエネルギー、エントロピーおよびエンタルピーに関するＧｉｂｂｓの公式と、相変化に関するＣｌａｐｅｙｒｏｎ式により要約される。
ｄＵ＝ＴｄＳ−ＰｄＶ      ｄｕ＝Ｔｄｓ−Ｐｄｖ      ｄＰ＝ｌμ ｄＴ
ｄＨ＝ＴｄＳ＋ＶｄＰ      ｄｈ＝Ｔｄｓ＋ｖｄＰ       Ｐ    Ｒ   Ｔ２
従って、エネルギーバランスは重要であり、このエネルギーバランスが失われる第一の結果として、系の温度が変化する（全ての公式に「Ｔ」が存在する）。ＬＰＧ（液体燃料ガス）については、その蒸気圧と粘度とは温度の一次関数であり、エネルギーバランスに関する注意が必要であることが明らかである。そうでない場合、系が不安定になる危険性が高い。このような不安定さの結果、ＩＳＯ９９９４の欠陥リストに列挙された欠陥、即ち、炎の変化、噴出、スパッタリング、フレアリング等が生じる。
【０００６】
概して、本発明の構成要素は、構造に対してエネルギーを供給するか、またはエネルギーを吸収し得る全ての部分からなる。
相変化（燃料の液体から気体への蒸発）の良好な進行を維持するためには、系にエネルギーを供給する必要がある。勿論、燃料の燃焼、即ち炎は、相当量のエネルギーを供給するが（相変化に必要なエネルギーよりもかなり大きい）、このエネルギーは、相変化の行われる領域から相当離間された場所に供給される。
【０００７】
バルブが開放されて、ガスが流れを開始すると、系は二つの異なる状態、即ち、一時的状態および不変状態を経過する。一時的状態は５秒間持続され、その後、不変状態は火が消火されるまで持続される。
【０００８】
一時的状態において、エネルギーを供給して燃料を蒸発させることにより、標準的な流量（約１ｍｇ／秒）を形成する必要があるとともに、ライター頂部部分において、放出手段（フィルタ、芯等）とフロー停止手段との間に捕捉された液化燃料が蓄積され、この捕捉燃料を蒸発させる必要がある（図７参照）。この時点では燃焼による効果が存在しないため、利用可能な外部エネルギー源は存在せず、系内部の利用可能なエネルギー源を使用する必要がある。これは、構成要素から熱を取り出して該構成要素を冷却した後、その熱を放出手段に伝達することによって実現され得る。
【０００９】
不変状態では、残留する液体燃料が実質的に存在しないため、もはや余分熱は必要としない。従って、必要なエネルギー量を燃焼により得ることが可能である。（即ち、熱放射によりノズルおよび周辺領域が加熱されて）その熱がノズルを通過して放出手段を暖める。ノズルによって伝達される熱は、十分でなければならないが、過剰であってはなならない。そうでない場合、系全体が過剰に高温になる可能性があり、ライターを長時間点火した場合、部品が融合し得る。現在入手可能な標準的な構造は、この部分において適切な構造を有する。
【００１０】
本発明は、最初の０．５秒間の一時的状態に関する。ライター内部の圧力平衡により、フローが停止される度にＴピンとＴパッキンとの間に捕捉液化燃料が幾分か蓄積し、液体不在領域（図７の符号２８）内に蓄積された幾分かの燃料は蒸発される必要がある。中心孔２２の符号２４に示す箇所に蓄積された燃料は、開放した脱出経路を有するため、最初に突然蒸発するものと想定される。その後、液体不在領域２８の他の部分に残留した燃料は、放出手段を介して出口までの短距離を流れる必要があるため、比較的ゆっくりと蒸発するであろう。液化燃料に接触している部品、即ち蒸発インターフェイスの温度が、この蒸発速度を制限、即ち調節する。この部品の温度が上昇すると、蒸発速度がより高まるものと想定される。このような捕捉液化燃料は、フィルタ両側の圧力が等しくなり燃料フローが停止する度に、蒸気が液化されることによって、蓄積されるであろう。
【００１１】
捕捉液化燃料が除去可能である場合、一時的状態が消失して、不変状態のみを考慮する必要があるであろう。残念なことに、工業上の理由により（構成要素の許容性、組み立ての実施可能性、材料強度等）、捕捉燃料の量は実質的に低下し得ない。
【００１２】
先行技術において捕捉液化燃料を迅速蒸発させる結果、弁開放後の最初の０．１秒間に、フローが突然上昇する（図８参照）。気体燃料流の点火により炎長は約１００ｍｍになり、これは要求される炎長の５〜１０倍でなる。幸運にも、フローが開放されてから炎が点火されるまでの間に０．３秒の遅延があり、気体燃料が良好で、かつ炎が光彩の少ない青色であることから、実際には炎が見えないという効果がある。
【００１３】
第二の実際的影響として、点火不良の回数が多すぎることが挙げられる。フリントライターの場合、ガス流速が速すぎることから、フリント摩擦後に生成されるスパークによってガス流が点火されない場合が多い。圧電式（Ｐｉｅｚｏ）電気ライターまたは電子ライターでは、エネルギー容量が比較的低いスパークが一回のみ行われるため、最初の着火操作における点火不良率ははるかに高く、多数のライターで５０％に達する。
【００１４】
迅速蒸発の第三の実際的影響は、放出手段の温度降下である。多くの場合、ＬＰＧ混合物はｎ−ブタンを含み、その蒸発温度は−０．５℃である。放出手段の任意の構成要素が−０．５℃よりも低い温度を有する場合、ｎ−ブタンが蒸発されず、液体燃料の小水滴が
形成される。これはフレアリング（flaring）と称される現象を誘引し、ＩＳＯ９９９４
に明確に説明されている。ノズル内部で水滴が蒸発する場合、通常炎の明滅（flickering）として公知である突然の炎変化が生ずるものと思われる。
【００１５】
捕捉液化燃料により生じるこれらの現象は全て、望ましくないことが明らかであろう。今日までの全努力は、これら負の影響の低減または排除を願うべく、捕捉燃料を可能な限り迅速に除去、即ち蒸発させることを目標としたものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従って、本発明の目的は、ライターバルブシート部材、および／またはライターバルブシート部材およびハウジング、および／または前述の不都合をある程度回避または最小限にした、および／または前述の必要性をある程度満たすライター、または少なくとも公衆に便利な選択制を提供するライターを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の一態様は、内側孔を有する円筒部材と、孔内に存在し、かつ孔の大径部および小径部を画定し、かつバルブシートを形成する突出部とを備え、円筒部材は、外部円筒面と、同外部面上に形成された停止部とを有し、停止部と円筒部材の端部との間における円筒部材の外径は、大径部を画定し、かつほぼ一定である、ライターバルブシート部材からなる。
【００１８】
停止部は環状の鍔部を備えることが好ましい。
環状鍔部は、小径部の端部を提供する円筒部材端部において、または同端部に隣接して配置されることが好ましい。
【００１９】
バルブシート部材を形成する材料の体積は、８〜３０ｍｍ３の範囲内にあることが好ましい。
円筒部材の外径の、鍔部の外径に対する割合は、０．５〜０．９の範囲内にあることが好ましい。
【００２０】
大径部の内径の、円筒部材の外径に対する割合は、０．６５〜０．９の範囲内にあることが好ましい。
円筒部材の全長の、円筒部材の外径に対する割合は、０．８〜１．４の範囲内にあることが好ましい。
【００２１】
鍔部の最大厚の、円筒部材の全長に対する割合は、０．０８５〜０．２の範囲内にあることが好ましい。
円筒部材を形成する材料の比熱は、２００〜１０００Ｊ／Ｋｇ／Ｋの範囲内にあることが好ましい。
【００２２】
円筒部材を形成する材料の熱伝導率は、７５〜４５０Ｗ／ｍ／Ｋの範囲内にあることが好ましい。
円筒部材は冷間成形により形成されることが好ましい。
【００２３】
円筒部材はダイカストにより形成されることが好ましい。
円筒部材は、スタンピングおよびエンボシングのうちのいずれかにより形成されることが好ましい。
【００２４】
円筒部材は旋盤上で回転されて形成されることが好ましい。
本発明の更なる態様は、請求項１に記載のライターバルブシート部材およびハウジングを備え、ハウジングは、内側孔を有する部材と、同部材はバルブシート部材の外部面の少なくとも一部を受容する寸法を備えることと、ハウジング孔内に存在し、かつバルブシート部材の挿入端部を支持し得る突出部とを有し、突出部は、バルブシート部材の鍔部と、鍔部に隣接するハウジング端部との間に間隙が形成されるように配置されている。
【００２５】
本発明の更なる態様は、請求項１に記載のバルブシート部材を有するライターである。
本発明の更なる態様は、上述のバルブシート部材とハウジングとを有するライターである。
【００２６】
本発明に関係する当業者には、本発明の構造において、多数の変更と、幅広く異なる実施態様および用途とを、添付の特許請求の範囲に定義される本発明の範囲から逸脱することなく示唆されるであろう。本願の開示および説明は、解説のみを意図するもので、限定することを意図するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図面を参照に、本発明では、過剰な蒸発速度の調節を考察する。本発明者が期待する主な改良は、以下に列挙する三つの負の影響を緩和することである。
構成および物理的特性に関する多数の問題点が、一過性状態に存在している。
・ＬＰＧ組成物。ライターは通常、異なる沸点、蒸発の際の異なる潜熱、および異なる粘度を有する低級炭化水素の混合物で充填されているため。
・室温、フロー開放の前、バルブ系に微量のエネルギーを蓄積させ、ＬＰＧに容易に伝達されて、該ＬＰＧを蒸発させるため。
・バルブ系構造に関連した材料の比熱。通常、プラスチックポリマーは、金属よりも小さい比熱（Ｊ／Ｋｇ°Ｃ）を有する。
・蒸発インターフェイスを包囲している構成要素を介した熱伝達速度を評価する、熱伝達率係数。
・蒸発インターフェイスを包囲している部品の質量およびデザイン。これら部品がより大きく、より重く、壁部がより厚くなるにつれて、目的箇所に熱をより速く供給することが可能になる。
【００２８】
このような問題点の殆どは、大量生産にて、および低価格品にて変更が不可能である。しかしながら、最後の問題点は、変更の対象となり得る。
先行技術において、蒸発手段の構成要素は、可能な限り重く、多量のエネルギーを蓄積して迅速な蒸発を可能にする必要があった。特に、バルブシート部材は、通常、真鍮（高い質量および比熱を有する）から形成され、かつ同バルブシート部材の壁は厚く、かつ重く形成されて蒸発インターフェイス領域への熱伝達を迅速にしていた。
【００２９】
本発明者らによる捕捉液化燃料の蒸発を制御するアプローチとしては、蒸発手段の構成要素のうち１個の構成要素の重量を低減することにより蓄積熱を減少させること、および蒸発手段のデザインを変更することにより、熱供給をより規則的かつ連続的にすることである。適切な構成要素は、バルブシート部材である。デザイン変更を実現する一手段として、バルブシート部材の壁を薄くする。熱伝達の速度は、距離、温度差、および伝導手段の表面の関数で、熱伝達速度の値は、Ｗ／ｍ／ｍ２／°Ｋ、またはＷ／ｍ／°Ｋで表される。
【００３０】
本発明の系の流体力学的、および熱力学的挙動を監視することによって、改良されたバルブシート部材の最も有利なデザインと、材料の選択の直接的解答を得ることは、不可能ではないとはいえ非常に困難である。代替的な方法として、有限要素モデリング（ＦＥＭ）計算を用いる。（ＦＥＭ）は非常に有効なツールであり、不変状態における分析に特に
適しているが、一時的状態における現象に適したものではない。
【００３１】
従って、本発明者らは、研究室での研究により、多数の構想を備えた多数の実施形態の流量、温度、および圧力を検出し測定して、経験的に決定するアプローチを採用した。
その結果を図９に示す（２５℃。図８の先行技術による挙動を示す同型のグラフと比較し得る）。
【００３２】
本発明者らは、比較的低い流量ピーク値（先行技術の流量ピーク値の約６６％）と、温度変化の比較的小さいピーク・トゥ・ピーク値を得た。また、１００秒の作動後の最終流量は、先行技術の実施形態と比較すると、目標の１ｍｇ／秒により近接している。
【００３３】
更なる利点として、本発明によるバルブシート部材は比較的小さいため、原料を節約することができ、より重要な事には、先行技術のバルブシート部材に唯一適した工程であった、より慣習的かつ高価な旋盤工程に加えて、冷間成形、スタンピング、エンボシング、またはダイカスト等の方法による大量生産に適している。
【００３４】
バルブシート部材の形成に最も適した材料は、アルミニウムであると想定される。これは即ち、アルミニウムが高い熱伝導率、高い比熱を有し、冷間成形、スタンピング等で容易に成形され、かつ本発明の構造に対して適した機械的特性を有するためである。本発明者らは、通常使用されている他の材料についても適切な試験結果を得た。これは即ち、比熱と密度との積が比較的狭い範囲で変動し、かつ本発明の構造が極めて頑強なためである。
【００３５】
【表１】
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本発明者らは、本発明の目的には、以下の割合が適することを見出した。
・バルブシート部材の総体積：８〜３０ｍｍ３の範囲（先行技術では５０ｍｍ３、本発明の好ましい値は１６．７ｍｍ３）
・Ｄ２／Ｄ１比：０．５〜０．９の範囲内（先行技術では１、本発明にて好ましい値は０，７２５）
・Ｄ３／Ｄ２比：０．６５〜０．９の範囲（先行技術では０．５５、本発明の好ましい値は０．７６）
・Ｈ１／Ｄ１比：０．８〜１．４の範囲内（先行技術では１．７、本発明の好ましい値は１）
図１に、燃料タンクカバー３の延長部分２が芯４を保持する、先行技術による機構を示す。芯は、芯保持具５内において、「Ｔ」形状を備えたピン６により定位置に保持されており、該ピン６上にはフィルタ７が配置されている。
【００３６】
その内部に長手方向に延びる孔９を有するバルブシート部材８が設けられている。孔９は、大径を有する端部１０と、小径を有する端部１１とを備え、それにより内部の段差、
即ち突出部が、バルブシート１２を提供し得る。
【００３７】
バルブシート部材８は、「０リング」１４によってハウジング１３に対してシールされ、該Ｏリングは、バルブシート部材８の片方の端部付近に形成された溝１５内に保持されている。
【００３８】
バルブシート部材８は、ハウジング１６により定位置に保持され、同ハウジング１６の内部にライターのノズル１７が延びている。
図２に示す本発明の好ましい形態において、タンクカバー３は、符号１８に示すタンクに対して係合している。この構造は適切な上昇機構も備えているが、これらの上昇機構はほぼ公知の構造を備えるため、明確さを目的として図示しない。
【００３９】
上述と同様に、芯４はＴピン６とフィルタ７により芯保持具５内に保持されている。
バルブシート部材２０は円筒部材２１により提供され、ほぼ一定の外径を有する。中心孔２２は、大径部２３および小径部２４を備え、これにより形成された突出部が、上述とほぼ同様に、バルブシート２５を形成している。
【００４０】
円筒部材２０の外面に、好ましくは円周状鍔部２６の形態を有する停止部が設けられている。鍔部２６は、孔２２の小径部２４に開口を提供する、円筒部材２１の端部において形成されていることが好ましい。
【００４１】
「Ｏリング」は、鍔部２６とハウジング１６の円筒状延長部２７との間に保持されている。このようにして、バルブシート部材２０とハウジング１２との間の密封が維持されている。
【００４２】
本発明の好ましい形態において、バルブシート部材２０を形成する、例えばアルミニウム、銅、亜鉛、または鉄等の材料の体積は、実質的に８〜３０ｍｍ３の範囲内にあることが好ましい。
【００４３】
バルブシート部材２０の構造比に関しては、円筒部材（Ｄ２，Ｄ４）の外径の、鍔部（Ｄ１）の外径に対する割合は、０．５〜０．９の範囲内にあることが好ましい。
孔の大径部の内径（Ｄ３）の、円筒部材（Ｄ２）の外径に対する割合は、０．６５〜０．９の範囲内にあることが好ましい。
【００４４】
円筒部材（Ｈ１）の全長の、円筒部材（Ｄ１）の最大外径に対する割合は、０．８〜１．４の範囲内にあることが好ましい。
さらに、鍔部（Ｈ２）の最大厚の、円筒部材（Ｈ１）の全長に対する割合は、０．０８５〜０．２の範囲内にあることが好ましい。
【００４５】
バルブシート部材を形成する材料は、２００〜１０００Ｊ／Ｋｇ／°Ｋの比熱を有することが好ましく、このような材料の中ではアルミニウムが適している。円筒部材の材料は、７５〜４５０Ｗ／ｍ／°Ｋの熱伝導率を有することが好ましい。
【００４６】
使用時、このライターは、先行技術のライターと同様に操作される。
以上のように、少なくとも本発明の構造の好ましい形態では、バルブシート部材の質量が低下されており、所望であれば、ライターの性能を向上させる一方、大量生産等の比較的安価な製造技術を使用し得ることが明らかである。さらに、本発明は、リザーバ内で液態にある燃料を蒸気状態に変化させる際の熱力学的現象を向上させて、ノズル先端における適切な燃焼が実現される。ノズルからの熱供給は、より規則的かつ連続的に行われる。さらに、製造中、「Ｏ」リング１３の配置が比較的容易である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】先行技術によるライターのバルブ機構部分の断面図。
【図２】本発明の好ましい一形態によるライターのバルブ機構の、図１と同様の断面図。
【図３】先行技術によるライターのバルブ機構の一部分の分解図。
【図４】本発明の好ましい形態によるライターの、図３と同様の分解図。
【図５】先行技術によるライターのバルブシート部材の断面図。
【図６】本発明の好ましい一形態によるバルブシート部材の、図５と同様の断面図。
【図７】本発明の好ましい一形態によるバルブシート部材における、ライターバルブ機構の拡大図。
【図８】先行技術によるライターを点火した際の温度対時間を示すグラフ。
【図９】本発明の好ましい実施形態による、図８と同型のグラフ。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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