(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気化装置用のヒータアセンブリであって、
蒸気入口端及び蒸気出口端と、
前記蒸気入口端に設けられ、前記気化装置の吐出ヘッドから吐出された流体を気化させる気化ヒータと、
前記気化ヒータ上の正と負のヒータ端子との接続のための正と負の電極と、
前記蒸気出口端と前記気化ヒータとの間に設けられ、前記正と負のヒータ端子の電気的絶縁のための絶縁体と、
前記気化ヒータと接触するように、前記絶縁体と前記気化ヒータとの間に設けられた多孔質部材であって、前記気化ヒータにより気化された流体を前記蒸気出口端に向けて通過させる多孔質部材と
を含む、ヒータアセンブリ。
【請求項２】
前記多孔質部材が、セラミック、燒結金属、金属／セラミックの複合材料、ワイヤメッシュ、スチールウール、繊維ガラス等からなる群から選択される弾性の多孔質材料を含む、
請求項１に記載のヒータアセンブリ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のヒータアセンブリを含む、
気化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本願は、２０１６年１月２２日付で出願された仮出願番号６２／２８１，８０４の優先権を主張する。
【０００２】
微小流体吐出装置の応用の１つは、二次的機能が実行されうる他の装置に対し、溶液を噴射することである。一般的な二次的機能は、溶液の内容物が気化され、溶液を気体として送出するよう、ヒータを用いて溶液を気化させることである。そのような技術の応用には、電子タバコ、蒸気療法、気体薬剤送出、マイクロラボ用の気相反応等のための計量と気化の装置を含むが、これに限定されない。本文書は、さらなる小型化、高精度な蒸気送出、コスト削減、そして操作効率の目的のため、流体送出と気化機構を単一の微小流体装置に統合するための方法を開示する。
【０００３】
［背景技術と発明の概要］
加熱された表面上に流体を射出するとき、流体が気化装置から排出されないよう、流体の１００％が気化されることが極めて望ましい。課題は、気化ヒータが極めて迅速に加熱されるに十分なほど小さくなければならないが、そこに吐出される全ての流体と液滴をとらえるに十分な表面積を有さなければならないことにある。従来の気化装置において、流体芯が用いられ、その一端は流体リザーバに設けられ、その末端は流体リザーバから吸収された流体を気化させるためヒータに接触する。この芯による方法では、どれほどの流体が気化されるかの制御を有さない。このため、気化される流体の量は、気化装置に作用する負圧の量に伴い変化しうる。もし流体を気化するための従来のヒータ構成が、噴射された流体を提供するために用いられた場合、芯全体が高温まで加熱される。芯全体の加熱は多量のエネルギーを要し、経年的に芯の劣化という結果となりうる。
【０００４】
従来の気化装置におけるもう１つの課題は、流体が吐出ヘッドから垂れるのを防ぐため、気化装置においては標準的な背圧範囲が好ましいことである。１平方メートルあたり約７から約１２キロニュートンの背圧が望ましい。しかし、もし従来の流体のための射出装置が負圧に曝されると、吐出ヘッドは液垂れし始め、そこから正確に流体を噴射できない。従って、蒸気応用のための十分な背圧を提供し、且つ気化される流体の制御された量を提供する流体気化アセンブリが必要とされる。
【０００５】
上記を鑑み、本開示の１つの実施形態は、気化装置のためのヒータアセンブリ、そのヒータアセンブリを含む気化装置、そして吐出ヘッドから吐出される流体を気化する方法を提供する。気化装置のためのヒータアセンブリは、蒸気入口端と、蒸気出口端と、気化ヒータ上の正と負のヒータ端子との接続のための正と負の電極と、正と負のヒータ端子の間に設けられた電気的絶縁のための絶縁体と、気化ヒータにより気化される流体の散布と気化装置の背圧制御のための、絶縁体と気化ヒータとの間に設けられた芯とを含む。
【０００６】
本開示のもう１つの実施形態は、筐体本体と、筐体本体に取り付けられたマウスピースと、吐出ヘッドから吐出される流体を気化するためマウスピースに設けられたヒータアセンブリと、マウスピースに取り付けられた取外し可能な流体吐出アセンブリとを含む気化装置を提供する。取外し可能な流体吐出アセンブリは、吐出ヘッドと流体連通する流体容器を含む。ヒータアセンブリは、流体収集側とその流体収集側に対向する第２の側とを有するヒータ素子と、ヒータ素子の第２の側近隣の芯とを含む。 
【０００７】
本開示のさらなる実施形態は、吐出ヘッドにより吐出された全ての流体が実質的に気化
される、吐出ヘッドにより吐出された流体を気化する方法を提供する。この方法は、有孔気化ヒータにより発生された蒸気を吸入するためのマウスピースを提供することと、マウスピースの気化ヒータに隣接した芯を設けることとを含み、芯が気化ヒータにより加熱され、有孔気化ヒータを通過する流体を収集し気化するよう、芯は気化ヒータの吐出ヘッドに面する側とは反対の気化ヒータの側方に設けられる。
【０００８】
いくつかの実施形態において、マウスピースは、ヒータアセンブリのための空洞と、ヒータアセンブリの蒸気出口端に隣接して設けられた蒸気吹出口と、ヒータアセンブリの蒸気入口端に隣接して設けられた１以上の吸気口を有し、外気が気化ヒータと芯を通って引き込まれる。
【０００９】
別の実施形態において、マウスピースには支持筐体が取り付けられる。支持筐体は、流体リザーバと、吐出ヘッドと、気化ヒータへ噴射される流体の量を計量し気化ヒータを起動させるロジック制御とを含む。
【００１０】
また別の実施形態において、支持筐体と、電源回路と、気化装置のための電源を収容するための気化装置筐体が提供される。
【００１１】
いくつかの実施形態において、芯は、セラミック、焼結金属、金属／セラミック複合材料、ワイヤメッシュ、スチールウール、繊維ガラス等から選択された、弾性の、多孔質材料である。芯は、気化装置に所定の負圧を提供するよう選択される。
【００１２】
いくつかの実施形態において、芯は、ヒータ素子と、ヒータ素子のヒータ端子のための絶縁体との間に設けられる。 
【００１３】
いくつかの実施形態において、流体容器は、取外し可能な流体容器と、吐出ヘッドアセンブリである。
【００１４】
いくつかの実施形態において、気化装置の筐体本体は、電源スイッチと、蒸気活性化ボタンと、ＵＳＢポートとを含む。
【００１５】
いくつかの実施形態において、吐出ヘッド近隣の負圧の量は、吐出ヘッドと気化ヒータとの間の気流を提供するために、マウスピースに吸気口を提供することにより減少される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
本発明の他の特徴と利点は、後の詳細な説明、図面、請求項を参照することにより明白となり、そのうち、
【図１Ａ】図１Ａは、本開示による気化装置の、一定の比率ではない、斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本開示による気化装置の、一定の比率ではない、斜視図である。
【図２】図２は、図１Ａの気化装置の、筐体本体と取外し可能な流体吐出アセンブリを含む２つの主要部分を示す、一定の比率ではない、分解斜視図である。
【図３】図３は、図１Ａの気化装置の、一定の比率ではない、断面図である。
【図４】図４は、図２の筐体本体の内部部品の、一定の比率ではない、分解斜視図である。
【図５】図５は、取外し可能な流体吐出アセンブリと、該アセンブリのための取外し可能な流体容器の、一定の比率ではない、斜視図である。
【図６】図６は、図５の取外し可能な流体吐出アセンブリの、一定の比率ではない、断面図である。
【図７】図７は、図５の取外し可能な流体吐出アセンブリの、一定の比率ではない、分解斜視図である。
【図８】図８は、図５の取外し可能な流体吐出アセンブリのための、取外し可能なマウスピースの、一定の比率ではない、断面図である。
【図９】図９は、気化ヒータと、芯と、電極と、セラミック絶縁体とを含む、図８のマウスピースに設けられた気化装置のヒータアセンブリ部品の、一定の比率ではない、分解斜視図である。
【００１７】
［実施形態の詳細な説明］
本開示は、図１Ａに示される気化装置１０と、図２に示される構成部品についてのものである。そのような気化装置１０は、以下により詳細に説明されるような、蒸気流を提供するため液体が気化ヒータ（ヒータ素子）上に吐出される、多様な応用に用いられることができる。そのような気化装置１０は、典型的に、気化装置１０により発生された蒸気を吸入するためのマウスピース１２を有する電子タバコといった小型機器である。マウスピース１２は、気化装置１０外への蒸気の流れのための蒸気出口導管１４を含んでよい。気化装置１０の主要部品には、筐体本体１６と、取外し可能な流体吐出アセンブリ１８とを含む（図２）。気化装置１０は、典型的に、電源スイッチ２０と、蒸気活性化スイッチ２２と、選択的なＵＳＢ接続２４とを含む。
【００１８】
マウスピース１２と、気化装置１０の本体１６は、その材料が気化装置１０により吐出され気化される流体と適合性がある限り、プラスチック、金属、ガラス、セラミック等を含む、多様な材料から製造されてよい。特に好適な材料は、ポリ塩化ビニル、高密度ポリエチレン、ポリカーボネート、ステンレス鋼、外科用鋼、ニッケルめっき鋼等から選択されてよい。マウスピース１２と本体１６を含む、流体と蒸気に接触する全ての部品は、プラスチック製であってよい。蒸気出口導管１４は、ステンレス鋼といった金属製、または装置により発生される熱と蒸気に耐性のあるその他の材料製であってよい。
【００１９】
気化装置１０の断面図が図３に示され、筐体本体１６の分解図が図４に示される。図３と４に示されるように、筐体本体１６は、気化ヒータと吐出ヘッドのためのロジック回路を提供するための回路板２６を含んでよい（以下により詳細に説明される）。回路板２６は、取外し可能な流体吐出アセンブリ１８と、電源スイッチ２０と、ＵＳＢ接続２４と電気的に連通している。充電式電池２８といった電源も筐体本体１６に収容されてもよい。取外し可能な流体吐出アセンブリ１８との電気的連通のため、電気接点３０（図４）が回路板２６上に提供されてもよい。充電式電池２８を充電するためと、吐出ヘッドと気化ヒータのためのプログラム設定を変更するため、ＵＳＢ接続２４が用いられてもよい。
【００２０】
気化装置の重要部品の１つは、図５と６においてより詳細に示される、取外し可能な流体吐出アセンブリ１８である。取外し可能な流体吐出アセンブリ１８は、取外し可能な流体吐出アセンブリ１８の部品により噴射され気化される流体を供給する、取外し可能な流体容器３２を含む。吐出ヘッド３４は取外し可能な流体吐出アセンブリ１８に含まれ、流体容器３２上に設けられるか、取外し可能な流体吐出アセンブリ１８のヒータアセンブリ３６部品に隣接して設けられてもよい。吐出ヘッド３４は、吐出ヘッド３４から吐出される流体を提供する流体容器３２と流体連通している。取外し可能な流体吐出アセンブリ１８上には、吐出ヘッド３４に電力を提供するため筐体本体１６に設けられた回路板２６への電気接続のため、電気コネクタ３８が提供される。
【００２１】
取外し可能な流体吐出アセンブリ１８の部分の分解図が図７においてより詳細に示される。電力は、流体容器３２のための雌プラグ４２と電力的に連通している回路板４０により、流体容器３２上の吐出ヘッド３４に提供される。回路板４０を筐体本体１６内の電源
に接続するため、電気コネクタ４１が提供される。回路板４０はまた、電池２８からヒータアセンブリ３６の気化ヒータに電力を提供してもよい。取外し可能な流体吐出アセンブリ１８の部品を保持するため、支持筐体４４が提供される。蒸気出口導管１４は、ステンレス鋼といった蒸気耐性材料製であってよく、マウスピース１２を通って吐出ヘッドにより発生された蒸気を導くため、管状を有していてもよい。
【００２２】
図７と８に示されるように、取外し可能な流体吐出アセンブリ１８はマウスピース１２を含んでよく、マウスピース１２は支持筐体４４に取外し可能に取り付けられてもよい。マウスピース１２は蒸気出口導管１４と、気化ヒータ４８を含むヒータアセンブリ３６と、該ヒータのための電気接触端子５０と、電極５２と、芯５６と、絶縁体５８とを収容してよい。マウスピース１２は、吐出ヘッド３４上の所定の背圧を維持するため、吸気口５４も含んでよい。吐出ヘッド３４は、流体容器３２からの流体を、ヒータアセンブリ３６の気化ヒータ４８上に吐出する。気化装置１０内のロジック回路は、蒸気活性化スイッチ２２が押されたとき、所定量の流体を気化ヒータ４８上に噴射するよう、設定されている。
【００２３】
図９は、気化装置１０の重要部品の１つである、ヒータアセンブリ３６の詳細な分解図を提供する。図９に示されるように、ヒータアセンブリは、正と負の電気接触端子５０を伴う気化ヒータ４８と、芯５６と、絶縁体５８と、正と負の電極５２と、ヒータ筐体６０と呼ばれる、５つの主要部品からなる。気化ヒータ４８に電力を提供するため、電極５２には正と負の電気リード線６２が接続される。気化ヒータ４８は、流体が吐出ヘッド３４から気化ヒータ４８の表面上に、そして気化ヒータ４８を通じてヒータ４８に面する芯５６の表面上に噴射されることを可能とする、有孔または多孔のヒータ素子である。気化ヒータ４８は、典型的に、筐体本体１６の電源への電気接続のための正と負の電気接触端子５０を有する、ステンレス鋼加熱素子である。吐出ヘッド３４からの流体は気化ヒータ４８により気化され、蒸気はヒータアセンブリ３６を通じて、その入口端を通って出口端へ、そして蒸気出口導管１４外へと流れる。ヒータ筐体６０は、熱と蒸気に耐性のあるプラスチック、セラミック、ガラス等を含む多様な材料から製造されてよい。ヒータ筐体６０のための好適な材料は、ポリカーボネート材料または高密度ポリエチレン材料でありうる。
【００２４】
芯５６は、気化装置１０の動作において重要な機能を提供する、以下に詳細に説明される多孔質材料である。芯５６はマウスピース１２の吸気口５４と組み合わせ、吐出ヘッド３４の流体排出側近隣に負圧を加えることなく、気化装置１０の動作を可能とする。吐出ヘッド３４から余剰流体が排出されることを防ぐため、吐出ヘッド３４近隣の負圧を避けることは重要である。このため、ヒータアセンブリ３６における芯５６の正しい配置が重要であり、吸気口５４の下流でなければならない。もし芯５６が吐出ヘッド３４に接触して配置されると、流体が吐出ヘッド３４の外へ垂れることを引き起こし、吸気口５４は吐出ヘッド３４の排出側近隣の気圧を維持する役に立たない。従って、吐出ヘッド３４からの流体の流れは、使用者により芯５６と気化ヒータ４８を通じて蒸気出口導管１４上に加えられた負圧に関わらず、吐出ヘッド３４の排出側近隣の気圧を維持するため外気が導入される、吐出ヘッド３４とヒータ４８との間のエアギャップを横切るものが好適である。
【００２５】
また、気化ヒータ４８を吐出ヘッド３４と芯５６との間に配置することで、吐出ヘッド３４により吐出された、気化ヒータ４８の表面に衝突しない流体は、ヒータ４８近隣の芯５６の表面に置かれる。芯５６が気化ヒータ４８と接触していることから、芯５６の表面の流体も気化され、蒸気出口導管１４を通じて排出される流体はない。このため、蒸気出口導管１４により強いられる全ての圧力低下は、吐出ヘッド４３の排出側近隣に負圧を加えることなく、芯５６を通じて除かれる。ある実施形態において、芯を通じた圧力低下は約１０から約１００水柱センチメートルの範囲でありうる。
【００２６】
芯５６は、セラミック、燒結金属、セラミックと金属の複合材料、ワイヤメッシュ、スチールウール、繊維ガラス等を含む、様々な弾性材料から製造されてよい。図９に示されるように、芯５６は、気化ヒータ４８と、セラミック絶縁体またはガラス絶縁体である絶縁体４８との間に設けられる。気化ヒータ４８を通り抜けた流体を捕えるため、芯５６は気化ヒータ４８のサイズまたは直径と同一であることが望ましい。芯５６の厚さは、芯５６を通じて所望の圧力低下が得られるよう、芯５６のために選択された材料により変化してよい。芯５６は天然の絶縁体並びに吸液装置としての役割を果たすことから、吐出ヘッド３４に面する外面のみ熱され、蒸気は気化装置１０を出る前に、芯５６を、芯５６のセラミック絶縁体側へと通過する。芯５６の蒸気出口側の絶縁体５８は、芯５６を通過する蒸気のための冷却サイクルを起こす。芯材料と構成は、気化ヒータ４８へ流体を送る吐出ヘッド３４近隣の圧力に影響することなく、芯密度が気化装置の負圧を確立するために用いられることができるように、選択されてよい。
【００２７】
空気が蒸気出口導管１４に引き込まれる際、噴出された流体の流れを乱すことなく、噴射された流体が気化ヒータ４８に集中させられるよう、空気は気化ヒータ４０の上流である吸気口５４を通じても引き込まれる。吐出ヘッド３４からの全ての流体は、矢印６４と６６（図８）により示される気化ヒータ４８と芯５６を通る気流の向きにより、気化ヒータ４８と／または芯５６上に噴射される。
【００２８】
従って、上記の気化ヒータ４８、芯５６、吸気口５４の構成は、吐出ヘッド３４からの流体の気化効率を向上させ、吐出ヘッド３４からの流体の垂れを削減または除去するよう互いに連携する。
【００２９】
特定の実施形態が説明されたが、出願人又は当業者において、現在予見しない又はできていない代案、改変、変形、向上、実質的に同等のものが生じうる。従って、提出され、そして補正可能である添付の請求項は、全てのそのような代案、改変、変形、向上、実質的に同等のものを包含することを意図している。
【図１Ａ】
0006984603.tif 000002
【図１Ｂ】
0006984603.tif 000003
【図２】
0006984603.tif 000004
【図３】
0006984603.tif 000005
【図４】
0006984603.tif 000006
【図５】
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【図６】
0006984603.tif 000008
【図７】
0006984603.tif 000009
【図８】
0006984603.tif 000010
【図９】
0006984603.tif 000011