JP2023537361A - エアロゾル発生システムのバッテリーモジュール - Google Patents
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Abstract
本発明は、エアロゾル発生システムのバッテリーモジュールに関する。バッテリーモジュールは、バッテリー(1)と、バッテリー(1)に接続されたフレキシブルプリント回路(6)とを含む。フレキシブルプリント回路(6)は、バッテリーモジュールの主要回路基板を形成する。フレキシブルプリント回路(6)は、バッテリー(1)の側壁(4)を覆って延びる第1の部分(P1)を含み、フレキシブルプリント回路(6)の第2の部分(P2)がバッテリー(1)の端面(2、3)のうちの少なくとも1つを覆って延びるように曲げられている。第1の部分(P1)はマイクロプロセッサ又はマイクロントローラ(microntoller)(7)を保持し、第2の部分は圧力センサを保持する。これにより、バッテリーモジュールの空間的最適化、特に、バッテリーモジュールの電子構成要素の空間的最適化を可能にする。【選択図】図3
Description
本発明は、エアロゾル発生システムのバッテリーモジュールに関する。
エアロゾル発生システムは、eリキッド又はeジュースと呼ばれることも多い、一般に液体の製品の気化を可能にする。本発明によるエアロゾル発生システムは、一般に、気化器又は電子タバコとも呼ばれる。
より具体的には、製品の気化は、一般に、噴霧器とも呼ばれるエアロゾル化モジュール内での加熱によって行われる。エアロゾル化は、物質、例えば液体の、空気で運ばれるほど十分に小さく軽い粒子への変換である。
したがって、エアロゾル発生システム即ちeタバコは、製品(eリキッド)を加熱して使用者が吸入するエアロゾルを生じさせる電気熱源と熱源に給電するためのバッテリーとを含む携帯型装置である。
エアロゾル発生システムに関しては、いくつかの噴霧器技術及び構成が知られている。このような噴霧器は、「カトマイザー」、「クリアロマイザー」などとして知られている。これらは全て電動式加熱装置を使用する。バッテリーモジュールに組み込まれたバッテリーが加熱装置に電力を提供する。バッテリーモジュールと噴霧器は一体型のシステムとして形成することができるが、これらは一般に、別個のモジュールとして提供される。
バッテリーモジュールはいくつかの電子構成要素も含む。これら電子構成要素は、エアロゾル発生システムを制御するために使用される。これらは、一般に、マイクロプロセッサを保持する主要プリント回路基板アセンブリを含む。これらはまた一般に、使用者がシステムによるパフの送達を望むときを判断することを可能にする圧力センサを含む。更に、バッテリーモジュールは、バッテリーの充電のための電気接点を含む。
バッテリーモジュールは、通常、エアロゾル発生システムの最大の部品である。ポケットに収まり、快適に使用できる小型のシステムを得るためには、バッテリーモジュールの空間的最適化が必要である。
エアロゾル発生システムに好都合な形状を提供すること又はシステムの寸法をある程度最適化することを目的としたいくつかのエアロゾル発生システムの構成が従来技術において知られている。
例えば、米国特許第10,0581,22B2号明細書は、リジッド又はフレキシブルプリント回路基板(PCB)を含む気化器を開示している。フレキシブルPCBの使用は、円筒状ケーシング内に空間を最適化して配置することができる湾曲したプリント回路の提供を想定したものである。
しかしながら、この文書の教示は、バッテリーモジュールの特に長手方向における空間最適化の課題を完全に解決するものではない。より一般には、この文書の教示は、バッテリーモジュール内における構成要素の最適な配置の課題を解決するものではない。
本発明は、エアロゾル発生システムの空間的構成、より具体的には、そのようなシステムのバッテリーモジュールの構成を最適化することを目的とする。最後に、本発明は、便利な使用に十分なバッテリー容量を有する小型で携帯可能なエアロゾル発生システムを提供することを目的とする。
したがって、本発明は、エアロゾル発生システムのバッテリーモジュールに関する。
バッテリーモジュールは、実質的に長手方向に延びるバッテリーであって、バッテリーは、前記長手方向の2つの反対端面と前記端面の間の側壁とを有する、バッテリーと、バッテリーに電気的に接続されたフレキシブルプリント回路とを含む。フレキシブルプリント回路はバッテリーモジュールの主要回路基板を形成し、フレキシブルプリント回路は、バッテリーの側壁を覆って長手方向に延びる第1の部分を含む。フレキシブルプリント回路の第1の部分はマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラを保持する。フレキシブルプリント回路は、フレキシブルプリント回路の第2の部分がバッテリーの端面のうちの少なくとも1つを覆って延びるように曲げられている。フレキシブルプリント回路の第2の部分は圧力センサを保持する。
フレキシブルプリント回路の第2の部分は、例えば、バッテリーの端面の前記少なくとも1つを完全に覆うことができる。
フレキシブルプリント回路は、バッテリーモジュールの主要回路基板を形成する。フレキシブルプリント回路は、充電の状態及び/又は温度などのバッテリーパラメータを制御するように構成された電子構成要素を保持することができる。
バッテリーモジュールの主要回路基板がバッテリーの端面を覆うバッテリーモジュールの構成により、構成要素の最適化された配置を得ることができる。特に、コネクタ(バッテリーの再充電のための又はバッテリーモジュールをエアロゾル化モジュールに接続するための)及び/又は圧力センサなどのバッテリーモジュールの特定の構成要素を、主要回路基板によって保持された残りの構成要素へのこれらの接続を確保しながらこの端面上に配置することが可能である。この接続はフレキシブルプリント回路によって提供されるため、占めるスペースは非常にわずかである。更に、バッテリーを取り囲むフレキシブルプリント回路を使用することで、バッテリーの反対面にある構成要素を接続することを可能にする。例えば、マイクロコントローラなどの主要回路基板の最重要構成要素を、バッテリーの、バッテリーへの電気接続が提供される側壁とは反対の側壁に配置することができる。したがって、フレキシブルプリント回路を使用することで、バッテリーモジュール内の構成要素の非常にシンプルで最適化された集積化が可能になる。
バッテリーは、実質的に平行六面体形状を有し得る。
フレキシブルプリント回路はそのような構成に適応する。フレキシブルプリント回路は小さな曲率半径で曲げることができる。
バッテリーモジュールは、フレキシブルプリント回路に接合された少なくとも1つの補強プレートを更に含み得る。
補強プレートは、フレキシブルプリント回路の機械的応力がかかる可能性のある場所に機械的な補強、特に曲げ強化を提供する。これは特に、バッテリーの端面の少なくとも1つにあるバッテリーモジュールのコネクタの辺りに当てはまる。
補強プレートは、フレキシブルプリント回路の第2の部分を補強するように構成され得る。
1つ又は複数の補強プレートは硬質電気絶縁材料で作られ得る。1つ又は複数の補強プレートは、例えば、厚紙、プラスチック、又は木材で作られ得る。
フレキシブルプリント回路は、バッテリーの、第2の部分が覆って延びる端面の反対端面を覆って延びる第3の部分を含むように曲げることができ、バッテリーモジュールは、フレキシブルプリント回路の第2の部分及び第3の部分のそれぞれを各々が補強するように構成された2つの補強プレートを含み得る。補強プレートは、フレキシブルプリント回路の第1の部分を補強するように構成され得る。
機械的な補強に加えて、補強プレートは、フレキシブルプリント回路上の電子構成要素を維持するのに役立ち得る。補強プレートはまた、フレキシブルプリント回路によって保持された電子構成要素とバッテリーとの間の断熱を高めることができる。
バッテリー及びフレキシブルプリント回路はバッテリーホルダフレームに組み込むことができ、バッテリーホルダフレームは、第1の長手方向端部及び第2の長手方向端部を含む。バッテリーホルダフレームは、好ましくは冷間圧延鋼の強磁性板を含むことができ、強磁性板は、バッテリーホルダフレームの内部の、バッテリーホルダフレームの第1の長手方向端部及び第2の長手方向端部のうちの一方の隣に配置されている。
強磁性板は、磁気的な保持手段を含むバッテリー充電器に対するバッテリーモジュールの機械的な(磁気的な)接続を可能できる。強磁性板(すなわち薄板)を使用することで、充電器に組み込まれた磁石に対する保持機能を確保する。強磁性板は、バッテリーモジュール内で占めるスペースが磁石に比べて大幅に少ない。
バッテリーホルダフレームは、第1の長手方向端部及び第2の長手方向端部のうちの一方に、板バネ接点を含むコネクタを含む。
バネ接点は、一般に使用されているスプリングピンコネクタ(通常、「ポゴピン(商標)」と呼ばれる)よりもはるかにコンパクトである。
本発明の他の特徴及び利点も、以下の説明から明らかになるであろう。
非限定的な例として提供する添付の図面に関しては以下の通りである。
図1は、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールを示す。図2は、図1のバッテリーモジュールのアセンブリの構成要素を示す図1のバッテリーモジュールの分解組立図である。
バッテリーモジュールはバッテリー1を含む。バッテリーは、リチウムイオン(Li-ion)及びリチウムポリマー(Li-Po)を含む様々な技術のものであり得る。バッテリー1は、概して、単一セルを含むが、その代わりに、いくつかのセルを直列配置及び/又は並列配置で含むことができる。有利には、300mah~500mhaの1セルLi-Po又はLi-ionバッテリーが使用され得る。このようなバッテリーは小型且つ軽量であるとともに、200回超のパフを可能にする。
より小型のバッテリーも使用することができ、本発明において得られるバッテリーモジュールの空間最適化の恩恵を受けることができる。例えば、バッテリーモジュールとエアロゾル化モジュールとを含む長さ約58mm、幅17mm、及び厚さ9mmのエアロゾル発生システム内に40回超のパフを可能にする80mAhのバッテリーを組み込むことができる。長さ約58mm、幅18.6mm、及び厚さ10.6mmのエアロゾル発生システム内に70回以上のパフを可能にする120mAhのバッテリーを組み込むことができる。長さ約68mm、幅17mm、及び厚さ9mmのエアロゾル発生システム内に90回以上のパフを可能にする170mAhのバッテリーを組み込むことができる。
バッテリーは、実質的に長手方向Zに延びる。
バッテリー1は前記長手方向Zに2つの反対端部を有し、各端部は端面を形成している。したがって、バッテリー1は、第1の端面2及び第2の端面3を有する。バッテリーは、第1の端面2と第2の端面3との間に側壁4を有する。側壁4は、バッテリー1の形状に応じて、平坦であり得る又は湾曲し得る。示される例示的な実施形態では、バッテリーは角柱形、より具体的には、略平行六面体形状(丸みのある長手方向縁部を有する)を有する。したがって、この例示的な実施形態においては、側壁4は平坦である。バッテリーの、側壁4と反対の面は、第2の側壁5(図4に示される)を形成する。
バッテリーモジュールは、フレキシブルプリント回路6(多くの場合その頭字語FPCで示される)を含む。FPC6は、バッテリーモジュールの主要回路基板を形成する。したがって、FPC6は、バッテリーモジュール、より一般にはエアロゾル発生システムの主要機能を制御するために使用される電子構成要素を含む。特に、FPC6はマイクロプロセッサ7を含む。FPC6は他の電子構成要素も含む。
例えば、FPC6は、バッテリー1の充電の状態及び/又は温度などのバッテリーパラメータを制御するために必要な電子構成要素を含み得る。
FPC6は、噴霧器モジュールの加熱装置を、そのような噴霧器モジュールがバッテリーモジュールに接続され、エアロゾル発生システム又は気化器を形成している場合には、制御することができる。FPC6によって保持された電子構成要素は、より具体的には、使用者が気化器で行った吸引を検出するように構成された圧力センサ8によって提供される情報に基づいて加熱装置の電源投入を制御することができる。FPC6によって保持された圧力センサ8はシリコーンキャップ9で囲まれている。気化器で吸引が行われると、シリコーンキャップ内に真空が生成され、圧力センサ8によって検出される。
FPC6はバッテリーの側壁4を覆って延びる。図3に示されるように、バッテリーの側壁4を覆って延びるFPC6のこの第1の部分P1は、示される実施形態では、バッテリーモジュールの電子構成要素のほとんど、特にマイクロプロセッサ7を保持する。
FPC6は、バッテリーの端面のうちの1つも完全に又は部分的に覆うように曲げられている。示される実施形態では、FPC6は、バッテリー1の第1の端面2及び第2の端面3の両方を完全に覆っている。
各FPCの折り目はFPC6の一部分を画定する。FPC6の第2の部分P2はバッテリー1の第1の端面2を覆っている。圧力センサ8はFPC6の第2の部分P2によって保持されており、示される例示的な実施形態では、バッテリーの第1の端面2は、エアロゾル化モジュールと接続するように構成されたバッテリーモジュールのインターフェースの近傍に位置するバッテリーの上面である。圧力センサ8のこの配置は、システム内に複雑な空気経路を設ける必要なく使用者が生じさせた吸引の検出を可能にすることから有利である。これによりシステムの構成が簡素化されるとともに、そのコンパクト性が向上する。
示される実施形態では、図3に示されるように、フレキシブルプリント回路6はまた、バッテリー1の第2の端面3を覆って延びる第3の部分P3を含むように曲げられている。
バッテリー1の第2の端面3は、バッテリー充電器に接続するためのバッテリーモジュールのインターフェースの近傍にあるバッテリー1の底面である。したがって、有利には、FPC6の第3の部分P3は、バッテリーを充電するための充電器に接続するように構成された電気接点を含み得る。
図3に示されるように、FPC6はまた、バッテリー1の第2の側壁5を覆って延びる第4の部分P4を含む。第4の部分P4は、バッテリー1に接続するための基板間コネクタ10を含む。
FPC6は補強プレートを備える。補強プレートは、FPC6の機械的な補強が必要な領域又は強固な支持を提供しなければならない領域に取り付けられている。
より具体的には、第1の補強プレート11はFPC6の第1の部分P1に接合されている。第1の補強プレート11は、FPC6によって保持された主要電子構成要素の強固な支持を提供するように構成されている。第1の補強プレート11はまた、バッテリー1とマイクロプロセッサ7を含む前記構成要素との間に断熱を提供する。
第2の補強プレート12はFPC6の第2の部分P2に接合されている。第2の補強プレート12は、エアロゾル化モジュールへのバッテリーモジュールの接続若しくはエアロゾル化モジュールからのバッテリーモジュールの切断によりFPC6にかかる、又は単に、以下で説明するような板バネ接点により生じる機械的応力を支持するように構成されている。
第3の補強プレート13はFPC6の第3の部分P3に接合されている。第3の補強プレート13は、バッテリー充電器へのバッテリーモジュールの接続又はバッテリー充電器からのバッテリーモジュールの切断によりFPC6にかかる機械的応力を支持するように構成されている。
各補強プレートは、硬質の、好ましくは絶縁材料で形成されている。例えば、各補強プレートは、プラスチック、厚紙、木材、樹脂などで作られ得る。
小さな第4の補強プレート14が提供される基板間コネクタ10の領域を除いて、FPC6の第4の部分P4に補強プレートは提供されないことに留意されたい。実際に、第4の部分P4の大部分はバッテリー1への電気接続のためだけに使用され、機械的な強化は必要ない。
より具体的には、図4に示されるように、FPC6は、FPCの電気構成要素をバッテリーに接続するためにバッテリー1を取り囲んでいる。この接続のために基板間コネクタ10が使用される。示される実施形態では、基板間コネクタ10は、FPC6の第4の部分P4の端部に位置している。基板間コネクタ10は、バッテリー1の対応するコネクタ15に接続される。前記対応するコネクタ15は、示される実施形態では、厚みが低減されたバッテリーの部分16に設けられている。その厚みが低減された第2の部分16におけるバッテリー1の厚み低減によって空いたスペースは、有利には、この接続に対応するために使用され、バッテリーの更なる厚みが生じることはない。
図2は、図1のバッテリーモジュールの分解組立図を示す。
バッテリー1はバッテリーホルダフレーム16内に配置されている。バッテリーホルダフレーム16はフレームなどの開放剛構造であり、バッテリー1を受け入れ、これを機械的に保護することができる。バッテリーホルダフレーム16はまた、バッテリーモジュールの他の部品の支持体を形成する。
バッテリーモジュールの外部ケーシングを形成するバッテリーチューブ17(バッテリーモジュールの内部構造を示すために図1では省略されている)が設けられている。バッテリーチューブ17は、バッテリーモジュールの他の全ての要素が挿入され、所定の位置に保持されるシースである。バッテリーホルダフレーム16は、保持ピン18によってバッテリーチューブ内の所定の位置に保持されている。
バッテリーホルダフレーム16の両側にスペーサ19が配置されている(スペーサ19は図1には示されていない)。スペーサ19は、バッテリー1とバッテリーチューブ17の表面との間にスペースを維持する。このスペースは、フレキシブルプリント回路6によって保持された電子構成要素(例えばマイクロプロセッサ7)を収容することを可能にする。
バッテリーモジュール頂部の近傍に磁石20が配置されている。
磁石20は、エアロゾル化モジュールの底部に収容された磁石と相互作用するように構成されており、バッテリーモジュールに対するエアロゾル化モジュールの磁気保持を確実にすることで、エアロゾル発生システムを形成する。
バッテリーモジュールの上端部は上部カバー21によって閉じられている。上部カバーはバッテリーホルダフレーム16の上部部分と協働して、磁石20を維持し、コネクタ22を収容する。コネクタ22は、エアロゾル化モジュールへのバッテリーモジュールの電気接続を可能にする。示される例示的な実施形態では、コネクタ22は板バネ接点23を含む。
或いは、コネクタ22は、通常「ポゴピン(商標)」と呼ばれるスプリングピンコネクタを含むことができる。スプリングピンコネクタは、通常、内バネによって互いに拘束された2つのスライド式シリンダで構成されている。
しかしながら、板バネ接点23は、図5に示されるように、長手方向Z(コネクタの接続方向でもある)に占めるスペースがより少ないため、スプリングピンコネクタよりも好ましい。
板バネ接点23は、それらが押す接触ゾーン23においてFPC6に接続される。
示される実施形態では、バッテリーモジュールの下端部(図6に詳細に示される)に強磁性板24が設けられている。強磁性板24は、バッテリーホルダフレーム16の底部に取り付けられている。
強磁性板24は、バッテリーモジュールの底部が磁気的な手段を含むバッテリー充電器の対応する表面に対して配置されると充電器磁石32に引き付けられ、バッテリーモジュール(又はより一般にはエアロゾル発生システム)を充電器上に保持することを可能にする。
バッテリーモジュールに組み込まれた磁石の代わりに強磁性板24を使用することで長手方向のスペースを節約する。
示される実施形態では、表示灯が設けられている。表示灯は、バッテリー又はシステムの状態を示す。表示灯は、発光ダイオード25及びライトガイド26を含む。
ライトガイド26は、発光ダイオード25によって発せられた光をバッテリーチューブ17の外に導き、この光を均質化することを可能にする。
バッテリーモジュールの主要回路基板を形成するとともに、バッテリーを取り囲み、前記バッテリーの少なくとも2つの面を覆うフレキシブルプリント回路を含む本発明において開発されたバッテリーモジュールは、バッテリーモジュールの空間的最適化を可能にする。より具体的には、バッテリーモジュールの電子構成要素の最適化された配置を得ることができる。構成要素間の接続はフレキシブルプリント回路によって提供されるため、占めるスペースは非常にわずかである。更に、バッテリーを取り囲むフレキシブルプリント回路を使用することで、バッテリーの反対面にある構成要素を接続することを可能にする。したがって、バッテリーを取り囲むフレキシブルプリント回路を使用することで、バッテリーモジュール内の構成要素の非常にシンプルで最適化された集積化が可能になる。本発明は、小型で訴求力があり便利な気化器の設計に役立つ。
Claims (12)
- エアロゾル発生システムのバッテリーモジュールであって、
- 実質的に長手方向(Z)に延びるバッテリー(1)であって、前記バッテリー(1)は前記長手方向に2つの反対端部を有し、各端部は端面(2、3)を形成している、バッテリー(1)と、
- 前記バッテリー(1)に接続されたフレキシブルプリント回路(6)であって、前記フレキシブルプリント回路(6)は、前記バッテリー(1)の側壁(4)を覆って前記長手方向(Z)に延びる第1の部分(P1)を含み、前記フレキシブルプリント回路(6)は前記バッテリーモジュールの主要回路基板を形成し、前記フレキシブルプリント回路(6)の前記第1の部分(P1)はマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラ(7)を保持する、フレキシブルプリント回路(6)と、
を含み、
前記フレキシブルプリント回路(6)は、前記フレキシブルプリント回路(6)の第2の部分(P2)が前記バッテリー(1)の前記端面(2、3)のうちの少なくとも1つを覆って延びるように曲げられており、前記フレキシブルプリント回路(6)の前記第2の部分(P2)は圧力センサ(8)を保持する、
バッテリーモジュール。 - 前記フレキシブルプリント回路(6)の前記第2の部分(P2)は、前記バッテリー(1)の前記端面(2、3)の前記少なくとも1つを完全に覆っている、請求項1に記載のバッテリーモジュール。
- 前記フレキシブルプリント回路(6)は、充電の状態及び/又は温度などのバッテリーパラメータを制御するように構成された電子構成要素を保持する、請求項1又は2に記載のバッテリーモジュール。
- 前記バッテリー(1)は実質的に平行六面体形状を有する、請求項1~3のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
- 前記フレキシブルプリント回路に接合された少なくとも1つの補強プレート(11~14)を更に含む、請求項1~4のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
- 前記少なくとも1つの補強プレート(11~14)は、厚紙、プラスチック、又は木材などの硬質電気絶縁材料で作られている、請求項5に記載のバッテリーモジュール。
- 前記少なくとも1つの補強プレートは、前記フレキシブルプリント回路(6)の前記第2の部分(P2)を補強するように構成されている、請求項5又は6に記載のバッテリーモジュール。
- 前記フレキシブルプリント回路は、前記バッテリーの、前記第2の部分が覆って延びる前記端面の前記反対端面を覆って延びる第3の部分(P3)を含むように曲げられており、前記バッテリーモジュールは、前記フレキシブルプリント回路(6)の前記第2の部分(P2)及び前記第3の部分(P3)のそれぞれを各々が補強するように構成された2つの補強プレート(12、13)を含む、請求項7に記載のバッテリーモジュール。
- 前記少なくとも1つの補強プレートは、前記フレキシブルプリント回路の前記第1の部分(P1)を補強するように構成されている、請求項5~8のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
- 前記バッテリー(1)及び前記フレキシブルプリント回路(6)はバッテリーホルダフレーム(16)に組み込まれており、前記バッテリーホルダフレームは、第1の長手方向端部及び第2の長手方向端部を含む、請求項1~9のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
- 好ましくは冷間圧延鋼の強磁性板を含み、前記強磁性板は、前記バッテリーホルダフレーム(16)の内部の、前記バッテリーホルダフレームの前記第1の長手方向端部及び前記第2の長手方向端部のうちの一方の隣に配置されている、請求項10に記載のバッテリーモジュール。
- 前記バッテリーホルダフレーム(16)は、前記第1の長手方向端部及び前記第2の長手方向端部のうちの一方に、板バネ接点(23)を含むコネクタ(22)を含む、請求項10又は11に記載のバッテリーモジュール。
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