JP2014216287A

JP2014216287A - 無煙喫煙冶具用ヒーター

Info

Publication number: JP2014216287A
Application number: JP2013095251A
Authority: JP
Inventors: 清水和彦; Kazuhiko Shimizu
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-04-30
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2014-11-17

Abstract

【課題】無煙喫煙冶具に使われているシーズヒーターは、非常に高価なもので、治具製造時の原価の約６０％を占めている。
【解決手段】ニクロム等の抵抗線を作る合金で、管を作り、これを加熱素子として使うことにより、安価で・熱効率の良いヒーターが製造できるようになった。さらに、その抵抗値の調整は、小さな穴を開けることにより容易に調整ができるようになった。さらに、表面を酸化させたアルミ管を絶縁管として使い、この絶縁管に抵抗線・リボンを巻きつけることにより、安価で・熱効率の良いヒーターが製造できるようになった。
【選択図】図１

Description

本発明は、現時点では未公開の本願出願人の出願による特願２０１２−１７２４２１に示される無煙喫煙冶具に使用される新規なヒーターに関するものである。

本願出願の先出願治具（特許文献1及び特許文献２）や、特許文献3や、特許文献４に示す無煙喫煙冶具は、煙草の葉に火をつけて喫煙する通常の喫煙方法が持つ、色々な弊害を改善するために提案されているものであり、一般に市販されている紙巻煙草やフィルター付紙巻煙草を、そのままで使用しながら、該煙草の葉を燃焼させることなしに、適温で該煙草の葉を加熱し、該煙草の葉から蒸発してくるニコチンを吸引することを可能にしたものである。

特許４７３９４３３号公報特許４７５３３９５号公報特表２００９−５０９５２１号公報特開平６−１１４１０５号公報

解決しようとする問題点は、特願２０１２−１７２４２１中に公開されている各種無煙喫煙冶具に使われている、煙草の葉を加熱するヒーターは、一般的に設備等の加熱を目的としたシーズヒーターが使われており、その価格が、非常に高価なことである。

本発明は、煙草の葉を加熱するヒーターの構造を新たに考案し、安価で、煙草の加熱効率が良好な、新規構造のヒーターを提案する。

本願発明による新規な構造のヒーターは、簡単に作ることができる構造なので、結果として安価に造ることができる。

さらに、本願発明による新規な構造のヒーターは、発熱素子であるニッケルクロム線や鉄クロム線や銅ニッケル線や銅マンガンニッケル線が、ヒーターの表面にあるために、発熱素子が直接煙草の葉に触れることにより、効率良く該煙草の葉を加熱することができ、結果として、無煙喫煙冶具の消費電力低減に役立つ。

本願発明による実施例１のヒーターの軸方向断面図。本願発明による実施例２のヒーターの軸方向断面図。本願発明による実施例３のヒーターの軸方向断面図。特願２０１２−１７２４２１中に示された無煙喫煙冶具の一例の外観図。前記無煙喫煙冶具の軸方向断面図。前記無煙喫煙冶具に組込まれているヒーター外観図。

以下本願発明によるヒーターについて、図面を参照しながら説明するが、図示した図面は説明用の一例である。

図４は、特願２０１２−１７２４２１中に図１７として示された無煙喫煙冶具１００で、筐体部分４０１、電池部４９、電池部連結部品B２４、フタ２３の4つの部分から構成されている。

図５は、該無煙喫煙冶具１００の軸方向断面図である。この図を使用して該無煙喫煙冶具１００の使用方法を説明する。図の左側より、フィルター付き紙巻煙草を挿入すると、該フィルター付き紙巻煙草（図示せず）の煙草部のほぼ中心に、ヒーター１３１が挿入される。この状態で、充電切り替えSW２８を、喫煙の方にすると、組込まれている駆動回路に充電池２９の電圧が供給され、ヒーター駆動用の電圧が発生し、ソケット３８から、ピン３４をとおり、ヒーターリード線１０８を通って、ヒーター１３１に供給され、ヒーター１３１の温度は、上昇し、コントロールされた温度に保持される。その動作状態は、表示器１３６の点滅および色の変化で、喫煙者に知らせられる。表示器136が、喫煙可能という表示が出ると、喫煙者は、挿入されたフィルター付き紙巻煙草のフィルター部から、吸引すると、先端部１０１の内径は、挿入されたフィルター付き紙巻煙草の径の＋０．０１ｍｍから＋０．２ｍｍ位に作られているので、内管１０５の内部は減圧状態になる。そこで、外部の空気は、外管１０４にも置けられた空気取入口１４１から入り、外管１０４と内管１０５が作る空間をとおり、空気取入口１４２から、内管１０５内部に入る。ここで、ヒーター１３１により加熱された煙草部の葉から蒸発してきたニコチン等と混ざりながら、該煙草部・該フィルター部を通過して、喫煙者の口に、蒸発してきたニコチン等を運ぶ。この動作中、空気取入口１４１から取り入れられた外気は、外管１０４と内管１０５が作る空間を流れるときに、内管１０５の外側、外管１０４の内側を冷やすことになり、喫煙者は、外管１０４の外側を熱いと感じない。煙草の葉の加熱が終わると、表示器１３６は、消灯するので、喫煙者は喫煙を止め、挿入していたフィルター付き紙巻煙草を、無煙喫煙冶具より、抜き出して、燃えるごみとして、廃棄する。

図６は、無煙喫煙冶具１００に組込まれているヒーターの外観図である。このヒーターは、先端部１１０と、加熱素子であるニッケルクロム線が入っているヒーター部１１１と、ニッケルクロム線とリード線１０８を繋ぎ代えるスリーブ部１１２とからなる。先端部１１０は、煙草部の煙草部に容易に挿入できるように、尖っており、加熱素子であるニッケルクロム線は、入っていない。ヒーター部１１１は、一般的には、細いSUS管であり、その内部には、加熱素子であるニッケルクロム線が、平行に2本入っており、MgOの微粉末が充填されている。図中、ヒーター部の左側先端部中では、2本のニッケルクロム線が溶接等で結線されている。スリーブ部１１２では、2本のニッケルクロム線と、2本のリード線１０８とがそれぞれ溶接等で結線され、空間は、高耐熱性樹脂で充填されている。2本のリード線１０８から、コントロールされた電圧波形を供給することにより、ヒーター部１１１は、コントロールされた温度に保たれる。ヒーター部１１１は、一般的にシーズヒーターとして造られているものであり、ヒーター１３１は、一般的にシーズヒーターとして、良く知られている物である。

しかしながら、シーズヒーターは、一般的には、製造設備等の加熱に使われるもので、シーズヒーター線（図中のヒーター部１１１）は、大掛かりな機械で量産されているが、ヒーター１３１の形状に仕上げるのは、ほとんどが職人技で、一品ずつ組込む製造設備に合わせて造られるために、非常に高価なものである。実際、無煙喫煙冶具１００の原価に占めるヒーター１３１のコストは、約６０％位にまでなり、無煙喫煙冶具１００を安く作るのに大きな障害になっている。

図１は、本願発明による実施例１のヒーター１の軸方向断面図である。ヒーター１は、センター線１２を持った先端部１１と、加熱素子管１３と、終端部１４と、プリント基板１５と、2本のリード線１６と１７と、半田１９から構成される。先端部１１と、終端部１４の材質は、銅であるが、金属あるいは金属合金でもかまわない。加熱素子管の材質は、ニッケルクロム合金や、鉄クロム合金や、銅ニッケル合金や、銅マンガンニッケル合金が使われる。

先端部１１と加熱素子管１３の左側端部は、きっちりと勘合するように作られている。さらに、この両者の接続を確実なものにするためには、溶接や半田付けが行われる場合もある。終端部１４と加熱素子１３の右側端部は、きっちりと勘合するように作られている。この両者の接続を確実なものにするためには、溶接や半田付けが行われる場合もある。終端部１４と加熱素子１３の右側端部は、さらに、プリント基板１５上の銅箔と、半田１９で、半田付けされ、リード線１６と接続されている。センター線１２の右側端部は、プリント基板１５の穴１８を通り、半田１９で半田付けされ、リード線１７と接続されている。このヒーター１のリード線１６と１７に、ある電圧を印加すると、加熱素子管１３の先端部１１と終端部１４の間にある部分の加熱素子管に電流が流れ、温度が上昇する。

加熱素子管13の肉厚は、０．００５ｍｍから０．５ｍｍのものである。さらに、ある程度の強度を必要とする場合、その肉厚は、０．０２ｍｍ以上あることが望ましい。しかしながら、肉厚が厚くなると、管の断面積が大きくなり、長さ１ｃｍあたりの抵抗値が、小さくなり、目的とするヒーターの抵抗値が得られなくなる。詳しくは、管の肉厚＝ｔ（ｍｍ）、管の外径＝φ（ｍｍ）、比抵抗＝ρ（μΩ・ｍ）、管の有効長さ＝L（ｍｍ）（先端部１１と終端部１４の間の距離）、とした場合、このヒーターの抵抗値R=２＊（ρ＊L）/（１０００＊３．１４＊φ）と計算で求められる。

φ＝１．０ｍｍ、L=５０ｍｍ、センター線１２をφ＝０．２ｍｍのヒーターを試作し、無煙喫煙冶具１００に組込んで使ってみると、フィルター付紙巻煙草を挿入したときに、該ヒーターが押しつぶされないためには、肉厚が、少なくとも０．０１５ｍｍ以上必要なことがわかった。センター線１２のφを太くすることは、加熱素子管１３の内面と接触するために、得策ではない。

ヒーターを駆動する電圧は、充電池の出力電圧をそのまま使う場合は、約３．７V、昇圧回路内蔵した携帯型充電池一体型の無煙喫煙冶具の場合は、５Vである。駆動電圧をON/OFFするためには、ON/OFFを制御するトランジスターが必要であるが、このトランジスターの発熱を抑えるためには、ヒーターに流す電流値は、１A以下にすることが望ましい。そのためには、ヒーター１の抵抗値は、約4Ω以上にすることが望ましい。

ちなみに、無煙喫煙冶具１００に使われているヒーターは、φ＝１．０ｍｍ、L=５０ｍｍ、であるので、ρ＝１．１２μΩ・ｍのニッケルクロム線管を使った場合、肉厚ｔ＝０．０１ｍｍの場合、３．５６７Ω、肉厚ｔ＝０．０２ｍｍの場合、１．７８３Ω、肉厚ｔ＝０．０３ｍｍの場合、１．１８９Ω という抵抗値を持ったヒーターが出来上がることになる。

上記の結果から、加熱素子管１３をそのまま使ったのでは、抵抗値が低すぎることがわかった。そこで、加熱素子管１３に、レーザーや、ドリルで、小さな穴を規則的に開けることにより、機械的強度を下げることなく、抵抗値をあげることに成功した。具体的には、φ＝０．０１からφ＝０．１ｍｍの穴を、互いの間隔が、０．０５ｍｍから０．５ｍｍになるようにすることにより、ヒーターの抵抗値を、4Ω以上の値にすることができた。

なを、ヒーター１の機械的強度を上げるために、さらには、加熱素子管１３の内面とセンター線１２が、電気的に接触しないように、センター線１２が通る穴の開いた細いセラミック管や、センター線12が通る内径を持った、表面を酸化処理した細いアルミ管を加熱素子管１３の内部に入れることも可能である。このような構造にした場合、加熱素子管１３の機械的強度は、必要で無く、肉厚ｔ＝０．１５ｍｍ以下のものでも使用可能になるし、管ではなくリボン状の加熱素子を、加熱素子管１３の代わり使うことも可能になる。

図２は、本願発明による実施例２のヒーター１の軸方向断面図である。実施例１との相違点は、先端部１１が、加熱素子管１３の内面と勘合していることである。このような構造にすることにより、先端部と加熱素子線の接続が容易になる。

図３は、本願発明による実施例３のヒーター１の軸方向断面図である。実施例１との相違点は、加熱素子管１３の代わりに、絶縁管２０を使い、絶縁管２０に加熱素子線２１を巻きつけて、構成されていることである。加熱素子線の端は、先端部１１と絶縁管２０が造る空間に挟み込まれ、先端部１１と電気的に接続されている。そして、加熱素子線２１は、絶縁管20の周りに巻きつけられ終端部１４まで到達し、ここでは図に示すように、密に巻かれる。この蜜にまかれた部分は半田１９で固定され、終端部１４と電気的に接続される。終端部１４は、プリント基板１５に半田付けされ、リード線１６と接続する。センター線１２の右側端部は、プリント基板１５にもおけられた穴１８を通り、半田１９で、プリント基板１５に半田され、リード線１７と接続する。

ここで、先端部１１とセンター線１２は、通常は電気抵抗が低い銅で作られるが、他の金属・金属合金でもよい。絶縁管２０は、穴あきのセラミック碍子や、表面に酸化膜を形成したアルミ管が使われる。アルミの酸化膜は絶縁膜として使えるので、セラミック碍子よりも強度が強く、アルミの肉厚も自由に選択できるので、表面に酸化膜を形成したアルミ管は、セラミック碍子より造りやすく、安価にできるという特徴が得られる。加熱素子線２１は、ニッケルクロム線や鉄クロム線や銅ニッケル線や銅マンガンニッケル線が使われる。あるいは、幅の狭いリボンを使用してもよい。この形状は、実施例1や実施例2に比べ、巻線のピッチを自由に選べるので、容易に必要な抵抗値を持ったヒーター１を造ることが容易になるという特徴を有する。

本願発明による実施例１、２、３は、何れも加熱素子が、ヒーター１の表面にあるために、無煙喫煙冶具１００用のヒーターとして組込んだ場合、挿入された煙草部の葉に直接加熱素子が当たるために、加熱素子の表面温度が直接該葉に伝達されるために、熱効率がよくなり、シーズヒーターに比べて、1回の充電で使用できる回数が、約１０％向上することが、実験の結果わかった。

今までの説明は、無煙喫煙冶具１００に組込まれて使われるヒーターとして説明してきたが、シーズヒーターのように自由に曲げて使うことはできないが、ヒーターをストレートな状態で使うのであれば、この新規な構造のヒーターは、無煙喫煙冶具用以外にも使えることは説明を要しない。

本願発明によるヒーターは、使用材料が安く、容易に作ることができるので、シーズヒーターよりも、はるかに安価なヒーターを造ることができるようになった。さらに、熱効率がよくなり、充電池の1回の充電で使える喫煙回数がUPした。

１ヒーター
１３加熱素子管
２０絶縁管

Claims

加熱素子管１３や加熱素子リボンをヒーター１の発熱素子として使用したことを特徴とするヒーター。
請求項1に記載のヒーターにおいて、加熱素子管や加熱素子リボンに小さな穴をあけ該ヒーターの抵抗値を調整したことを特徴とするヒーター。
表面を酸化させたアルミ管を絶縁管２０として使用し、加熱素子線２１や加熱素子リボンを、該アルミ管に巻きつけて発熱素子として使用したこと特徴とするヒーター。