JP2024506272A - 静電容量センサを備えたエアロゾル発生デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、エアロゾル発生基材を消費するためのエアロゾル発生デバイスに関し、エアロゾル発生デバイスが、ハウジングと制御ユニットとを備え、ハウジングが、弾性変形可能な領域を含む外層を有し、制御ユニットが、その上にあるコンポーネントを電気的に接続するための複数の電気伝送線を有するプリント回路基板と、プリント回路基板上に配置された静電容量センサコンポーネントとを備える。【選択図】図２Ｃ

Description

本発明は、エアロゾル発生デバイス、特に静電容量センサを備えたエアロゾル発生デバイスと、そのようなエアロゾル発生デバイスの製造方法とに関する。

エアロゾル発生デバイス（加熱非燃焼式（ｈｅａｔ－ｎｏｔ－ｂｕｒｎ）製品又は電子たばことしても知られる）の人気及び使用は、ここ数年で急速に拡大している。従来のたばこ製品においてたばこを燃焼させるのとは対照的に、エアロゾル化可能物質を加熱又は加温する様々なデバイス及びシステムが利用可能である。

一般的に入手可能なリスク低減デバイス又はリスク修正デバイスは、基材加熱式エアロゾル発生デバイス又は加熱非燃焼式デバイスである。このタイプのデバイスは、典型的には、湿った葉たばこ又は他の好適な固体エアロゾル化可能材料を含むエアロゾル基材を、典型的には１５０℃～３５０℃の範囲の温度に加熱することによってエアロゾル又は蒸気を発生させる。そのようなエアロゾル基材を、燃焼させる又は燃やすのではなく加熱することにより、ユーザが求める成分を含むが、燃焼及び燃やすことによる毒性及び発癌性のある副生成物を含まないエアロゾルが放出される。また、別のタイプの電子たばこも存在し、その動作方法は、液体を蒸発させて煙を発生させるというものである。どちらのタイプのエアロゾル発生デバイスにとっても、コンパクトで持ち運びができ、使いやすく堅牢な設計が重要である。

現在のエアロゾル発生デバイスは、通常、ハウジングとの間に切断溝及び間隙を有するボタンなど、様々な部分によって組み立てられているハウジングを有する。ハウジング及びボタンの一般的な構成は、例えば、濡れた空気、塵埃、日常生活における液体、及び消耗品の破片に対してデバイスを脆弱にする。また、従来のエアロゾル発生デバイスで使われているハウジング及びハウジング上のボタンの強度、欠点を抑制する性能、並びに耐クラック性能の改善も望まれている。

上記の目的のいくつか又はすべては、独立請求項の特徴によって定義される本発明によって達成される。本発明の好ましい実施形態は、従属請求項の特徴によって定義される。

本発明の第１の態様は、エアロゾル発生基材を消費するためのエアロゾル発生デバイスであって、エアロゾル発生デバイスが、ハウジングと制御ユニットとを備え、ハウジングが、弾性変形可能な領域を含む外層を有し、制御ユニットが、
プリント回路基板であって、その上にあるコンポーネントを電気的に接続するための複数の電気伝送線を有するプリント回路基板と、
プリント回路基板上に配置された静電容量センサコンポーネントと
を備え、
プリント回路基板が、外層の弾性変形可能な領域の下方に、弾性変形可能な領域にある層の片側が静電容量センサコンポーネントに面する状態で、固定して配置され、
外層が、ユーザが弾性変形可能な領域の外層を押し下げたときに、静電容量センサコンポーネントが外層と静電容量センサコンポーネントとの間の静電容量の変化を感知し得るように、静電容量センサコンポーネントから間隔を空けて配置される、エアロゾル発生デバイスである。

制御ユニット及びそのようなシームレスなデザインにより、エアロゾル発生デバイスは、デバイスハウジングを、製造が安価であり、持ちやすく、堅牢であり、防塵、防水で、耐引っ掻き性に優れるものにし得る。これにより、制御ユニットは、ユーザがボタンを押すことを意図しているのか、単にデバイスを保持しているだけである（このことは意図せず制御ユニットの上方の表面に触れることがある）のかをより正確に感知するために、ソフトタッチかハードタッチかを感知及び区別することができるようになる。また、これにより、ユーザは、冬に手袋を外す必要なしにポータブルエアロゾル発生デバイスを簡単に動作させることができるようになる。

第２の態様によれば、第１の態様において、外層が、導電性材料、好ましくは金属、より好ましくはアルミニウム、最も好ましくはアルミニウムＡｌ １０１７を含む、又は好ましくは導電性材料、好ましくは金属、より好ましくはアルミニウム、最も好ましくはアルミニウムＡｌ １０１７で作られる。

本発明で使用される金属材料は、硬質で堅牢であるが、そのヤング率のおかげでユーザの押圧によって変形するのに十分に柔らかく、その降伏強度のおかげで押圧後に元の形状に復元するのに十分に可撓性である。

第３の態様によれば、第１の態様及び第２の態様において、エアロゾル発生デバイスが、プリント回路基板及び静電容量センサコンポーネントを外層の下に固定して、その中に囲まれた感知空間を画定するように構成された支持構造体を備える。

第４の態様によれば、第１～３の態様のいずれか１つの態様において、エアロゾル発生デバイスが、金属及び／若しくはポリカーボネートを含む、又は好ましくは金属及び／若しくはポリカーボネートで作られる内側シャーシを備え、感知空間が内側シャーシ及び外層によって画定され、プリント回路基板及び静電容量センサコンポーネントが囲まれた空間内に固定される。

ポリカーボネートシャーシは、様々な形状に形成しやすく、様々な制御ユニットのためにカスタマイズしやすい。ポリカーボネートシャーシはまた、センサの望ましくない機能不全を避けるために、圧縮を防止し、プリント回路基板及びハウジングを絶縁することを可能にするのに十分に硬質である。

第５の態様によれば、第４の態様において、内側シャーシがハウジングと一体化される。

第５の態様の内側シャーシ及びハウジングの一体化により、有限支持構造体で通常使用されるクリップ、ねじ、ボルト、又は接着剤を間に施す必要性がなくなる。したがって、一体化により、シームレスな外面及びより小さいサイズを有する利益がもたらされる。

第６の態様によれば、第１～５の態様のいずれか１つの態様において、エアロゾル発生デバイス（１００）が、次式にしたがって構成される。

ここで、Ｌは、ｍｍの単位の感知空間の平均幅（寸法）であり、好ましくは、円形又は正方形などの形状を有するセンサの電極が、感知空間と実質的に同じ寸法を有し、Ｔは、ｍｍの単位の外層の厚さであり、Ｉは、ｍｍ^４の単位の弾性変形可能な領域における外層の断面二次モーメントであり、Ｗは、Ｎの単位の弾性変形可能な領域に加えられる力であり、Ｋ_１は、弾性変形可能な領域における外層のエッチングファクタであり、Ｅは、外層のヤング率であり、Ｄは、μｍの単位の加えられる力に起因する外層の撓みである。

第７の態様によれば、第６の態様において、外層と静電容量センサコンポーネントとの間の感知空間の平均高さＨは、少なくとも１６μｍ、好ましくは少なくとも１７μｍ、より好ましくは少なくとも１８μｍ、更により好ましくは少なくとも１９μｍ、最も好ましくは少なくとも２０μｍ、且つ／若しくは多くとも２５μｍ、好ましくは多くとも２４μｍ、より好ましくは多くとも２３μｍ、更により好ましくは多くとも２２μｍ、最も好ましくは多くとも２１μｍであり、
弾性変形可能な領域の外層の、好ましくは中央での撓みＤは、少なくとも４μｍ、好ましくは少なくとも５μｍ、最も好ましくは少なくとも６μｍ、且つ／若しくは多くとも１１μｍ、好ましくは多くとも１０μｍ、より好ましくは多くとも８μｍ、最も好ましくは多くとも７μｍであり、
外層が、少なくとも０．３ｍｍ、好ましくは少なくとも０．４ｍｍ、最も好ましくは少なくとも０．５ｍｍ、且つ／若しくは多くとも０．７ｍｍ、好ましくは多くとも０．６ｍｍの平均厚さＴを有し、
感知空間が、少なくとも１１ｍｍ、好ましくは少なくとも１２ｍｍ、最も好ましくは少なくとも１３ｍｍ、且つ／若しくは多くとも１６ｍｍ、好ましくは多くとも１５ｍｍ、より好ましくは多くとも１４ｍｍの平均幅若しくは直径Ｌを有し、及び／又は
静電容量センサコンポーネントによって感知されるために、弾性変形可能な領域に加えられる力Ｗは、少なくとも１Ｎ、好ましくは少なくとも１．５Ｎ、より好ましくは２Ｎ、最も好ましくは少なくとも２．５Ｎ、且つ／若しくは多くとも５Ｎ、好ましくは多くとも４．５Ｎ、より好ましくは多くとも４Ｎ、更により好ましくは多くとも３．５Ｎ、最も好ましくは多くとも３Ｎである。

第８の態様によれば、第１～７の態様のいずれか１つの態様において、外層が、複数の弾性変形可能な領域を備え、制御ユニットが、複数の弾性変形可能な領域の下に対応して配置された複数の静電容量センサコンポーネントを備え、弾性変形可能な領域のうちの１つの中央とその隣の弾性変形可能な領域の中央との間のピッチ寸法Ｐが、少なくとも２９ｍｍ、好ましくは少なくとも３０ｍｍ、より好ましくは少なくとも３１ｍｍ、最も好ましくは少なくとも３２ｍｍ、且つ／又は多くとも３７ｍｍ、好ましくは多くとも３６ｍｍ、より好ましくは多くとも３５ｍｍ、更により好ましくは多くとも３４ｍｍ、最も好ましくは多くとも３３ｍｍである。

第８の態様は、弾性変形可能な領域のうちの１つに対する操作が、その隣の弾性変形可能な領域及び静電容量センサに影響しないことを確実にする。

第９の態様によれば、第１～８の態様のいずれか１つの態様において、静電容量センサコンポーネントが静電容量近接センサを含む。

第１０の態様によれば、第１～９の態様のいずれか１つの態様において、制御ユニットが、プリント回路基板上にいずれも配置されたスイッチングモジュールと操作モジュールとを備え、スイッチングモジュールが、静電容量センサコンポーネント及び操作モジュールと電子的に結合され、操作モジュールが、少なくとも、静電容量センサコンポーネントによる外層と静電容量センサコンポーネントとの間の静電容量の変化の感知に応じてスイッチングモジュールを操作するように構成される。

第１１の態様によれば、第１～１０の態様のいずれか１つの態様において、弾性変形可能な領域の外層の、好ましくは中央の撓みが所定の範囲内にあることを静電容量センサコンポーネントが感知したときに、スイッチングモジュールのスイッチをオンにするように、静電容量センサコンポーネントが構成される。

第１２の態様によれば、第１～１１の態様のいずれか１つの態様において、外層が、弾性変形可能な領域及びその周囲を包囲するシームレスな表面を有する。

第１３の態様によれば、第１～１２の態様のいずれか１つの態様において、シームレスな表面が、外層の表面の少なくとも５０％、好ましくは少なくとも７０％、より好ましくは少なくとも８０％、更により好ましくは少なくとも９０％、また更により好ましくは少なくとも９５％、最も好ましくは１００％に対応する。

第１４の態様によれば、第１～１２の態様のいずれか１つの態様において、ハウジングがユニボディハウジングである。

第１５の態様によれば、第１４の態様において、ユニボディハウジングが細長い形状を有し、ユニボディハウジングがその長手方向軸線を中心とした周面全体にわたってシームレスであり、且つ／又はユニボディハウジングの長手方向の一端に開口部がある状態で完全にシームレスである。

第１５の態様における構成は、デバイスハウジングの一体性及びシームレス性を改善する。

本発明の第１６の態様は、第１～１５の実施形態のいずれか１つに記載のエアロゾル発生デバイス（１００）の製造方法であって、
深絞り加工プロセス又は押し出しプロセスによる外層を有するハウジングを形成するステップと、
外層と制御ユニットが備える静電容量センサコンポーネントとの間に空間がある状態で、外層の下に制御ユニットを固定するステップと
を含む、製造方法である。

第１６の態様による製造方法が、エアロゾル発生デバイスが高度に一体化されたシームレスな外面を有することを可能にする。

第１７の態様によれば、第１６の態様の製造方法が、
制御ユニットが備えるプリント回路基板をエアロゾル発生デバイスが備える内側シャーシのスロットに固定すること（ｋｅｙｉｎｇ）によって、又はプリント回路基板と外層とをスペーシング要素によって結合することによって、外層の下に制御ユニットを固定するステップ
を含む。

ここで、添付の図面を参照しながら、あくまで例として好ましい実施形態を説明する。

本発明の実施形態によるエアロゾル発生デバイスの概略的な側面図、分解図、及び横断面図をそれぞれ示す。 本発明の実施形態によるエアロゾル発生デバイスの制御ユニット及び外層の一部分の概略的な回路図、分解図、及び断面図をそれぞれ示す。 本発明の実施形態によるエアロゾル発生デバイスの制御ユニット及び外層の一部分の概略的な断面の概略図をそれぞれ示す。

本発明の説明において、向き又は位置関係を指示する、「一端」、「他端」、「外側」、「上」、「上方」、「内側」、「下」、「下方」、「水平」、「同軸」、「中央」、「端」、「部分」、「長さ」、「外端」などの用語は、図面に示す向き又は位置関係に基づいていることを理解されたい。空間内の相対位置を示すために本発明で使用される「上」、「上方」、「下方」、「下」などの用語は、別のユニット又は特徴の関係と比較して図面に示したユニット又は特徴を説明するために、解説を容易にする目的で使用される。空間内の相対位置の用語は、図面に示したもの以外の使用中又は操作中のデバイスの様々な向きを含むことを意図している場合がある。例えば、図中のデバイスが裏返されている場合、他のユニット又は特徴の「下方」又は「下」にあると説明されたユニットは、他のユニット又は特徴の「上方」にあることになる。したがって、例示的な用語「下方」は、上方及び下方の両方の向きを含むことができる。デバイスは、（９０度回転される又は他の向きで）他の仕方で方向づけることができ、本明細書で使用される空間関連の記述語は、それに応じて解説される。より具体的には、「上方」という語は、１つのユニット、層、又は要素が、他のユニット、層、又は要素に向かって、デバイスの外部方向（位置）に相対的に配置又は構成されることを意味し、「下方」という語は、１つのユニット、層、又は要素が、他のユニット、層、又は要素に向かってデバイスの内部方向（位置）に相対的に配置又は構成されることを意味する。

図１Ａに示すように、エアロゾル発生デバイス１００は、デバイスハウジング２００を備えるポータブルデバイスである。デバイスハウジング２００は、ユーザが消費するためのエアロゾルを発生させるためのエアロゾル発生ユニットを収容するように構成される。デバイスハウジング２００は、一体で作られ、ユニボディ又はモノブロックの本体を有し、成形の方法、好ましくは深絞り加工プロセス又は押し出しプロセスによって製造される。また、当業者に既知のユニボディ又はモノブロックのハウジングを製造する他の仕方が用いられてもよい。ユニボディは、導電性材料、好ましくは軟鋼若しくはステンレス鋼などの金属、より好ましくはアルミニウム、最も好ましくはアルミニウムＡｌ １０１７を含む、又は好ましくは導電性材料、好ましくは軟鋼若しくはステンレス鋼などの金属、より好ましくはアルミニウム、最も好ましくはアルミニウムＡｌ １０１７で作られる。金属オーバーレイは、制御ユニットに高い耐ノイズ性能をもたらす。本実施形態では、デバイスハウジング２００、具体的にはデバイスハウジング２００の外側金属オーバーレイ２１０は、デバイスの目に見える外側ハウジング全体を形成し、換言すれば、デバイスハウジング２００は、デバイス１００の外側ハウジングの１００％に対応する。完全にシームレスな外面を有する外層２１０は、ハウジング２００の長手方向軸方向の上端にのみ、エアロゾル発生ユニット１２０を受け入れるための開口部を有し、下端に半球面を有する。開口部の仮想面は長手方向軸２９５に垂直である。下端が半球面であることが好ましく、それは、下端の半球面が、深絞り加工プロセス又は押し出しプロセスによって容易に作られ、ユーザがデバイスをテーブルなどの平らな表面に直立させて置く（このことは、デバイス１００の望ましくない落下を引き起こし得る）ことを防ぐためである。或いは、下端は一体化された平坦面（図示せず）を有してもよい。

図１Ｂは、本発明の別の実施形態によるエアロゾル発生デバイス１００の部分分解図を示している。ユニボディハウジングは、基材１２０の挿入方向Ｉ（細長い形状の長手方向）に平行であり、且つその実質的に中心位置にある、エアロゾル発生デバイス１００の長手方向軸２９５（破線で示す）を中心とした周面全体にわたってシームレスであり、２つの開口部を有するシームレス金属スリーブを形成する。別個の底部キャップ２９０が、好ましくは底部キャップにある接着剤又はねじなどの締結手段を用いて、ハウジング２００に取り付けられる。デバイス１００の内部部分は、製造の際にユニボディハウジング２００に挿入又は固定される。

図示していない他の実施形態では、シームレスデバイスハウジング２００は、エアロゾル発生デバイス１００の外側ケーシングの実質的に大部分に対応し得る。例えば、上部カバー又はキャップが、エアロゾル発生デバイス２００の外側ケーシング全体を形成するシームレスデバイスハウジング２００にヒンジで固定されてもよい。具体的には、シームレスデバイスハウジング２００は、エアロゾル発生デバイス１００の外側から見た場合に外側ケーシング全体の少なくとも５０％、好ましくは少なくとも６０％、より好ましくは少なくとも７０％、更により好ましくは少なくとも８０％、また更により好ましくは少なくとも９０％、最も好ましくは少なくとも９５％に対応し得る。更に別の実施形態では、デバイスハウジング２００は複数の部分で組み立てられてもよく、これらの部分のうちの１つが、制御ユニット３００の上方に配置されたシームレスな表面を有する。

エアロゾル発生ユニットは、エアロゾル発生基材を含む消耗品１２０を加熱するように構成された加熱ユニット１１０を備える。加熱ユニット１１０は、エアロゾル発生デバイス１００の上端に配置され、エアロゾル発生デバイス１００と接続される。エアロゾル発生デバイス１００はまた、交換可能及び／又は再充電可能な電源であり得る電源を含み、追加的に、再充電可能な電源を充電するための充電ポート又はデータ伝送線として機能するＵＳＢポートと、オペレータ／ＣＰＵ １３０とを備え得る。電源は、バッテリ通気孔とバッテリ通気孔カバーとを備え得るバッテリであってもよい。電源は、加熱ユニット１１０及びエアロゾル発生デバイス１００の他の電気要素に電力を供給し、且つ電気的に接続するように構成される。

エアロゾル発生デバイス１００は、エアロゾル発生デバイス１００を保持するときのユーザの快適さを改善するために細長い形状を有し得る。エアロゾル発生デバイス１００の長手方向は、エアロゾル発生デバイス１００が細長く延びる方向であり、且つ消耗品１２０が挿入される挿入方向Ｉである。エアロゾル発生デバイス１００の長手方向の広がりは、エアロゾル発生デバイス１００の長さＤＬに対応し、エアロゾル発生デバイス１００の長手方向は、エアロゾル発生デバイス１００の長さ方向に対応する。エアロゾル発生デバイス１００は、エアロゾル発生デバイス１００の長手方向に対して直角をなす横断平面内に存在する横断面を有する。エアロゾル発生デバイス１００の横断断面は、一般に、任意の適切な形状の断面であり得るが、好ましくは矩形、正方形、円形、又は楕円形の形状の断面である。断面の長手方向は、エアロゾル発生デバイス１００の第１の横断又は半径方向であり、断面が延び得る方向に対応する。断面の第１の横断方向又は半径方向の広がりは、エアロゾル発生デバイス１００の幅ＤＷに対応し、エアロゾル発生デバイス１００の第１の横断方向又は半径方向は、エアロゾル発生デバイス１００の幅方向に対応する。エアロゾル発生デバイス１００の長さ方向及び幅方向に垂直な方向は、エアロゾル発生デバイス１００の第２の横断方向又は半径方向である。断面の第２の横断方向又は半径方向の広がりは、エアロゾル発生デバイス１００の高さＤＨに対応し、第２の横断方向又は半径方向は、エアロゾル発生デバイス１００の高さ方向に対応する。円形の断面の場合、幅方向及び高さ方向は、互いに垂直である限り、任意に選択され得る。正方形の断面の場合、幅方向は、正方形の対向する２辺間の直線距離方向に対応し、高さ方向は、断面の面内で幅方向に垂直な方向に対応する。本実施形態では、エアロゾル発生デバイス１００の長さＤＬは約１００ｍｍであり、エアロゾル発生デバイス１００の幅ＤＷは約２０ｍｍであり、エアロゾル発生デバイス１００の高さＤＨは約１５ｍｍである。

エアロゾル発生デバイス１００は、電子たばこであってもよく、Ｅベイパー（ｅ－ｖａｐｏｒ）又はたばこベイパー（ｔ－ｖａｐｏｒ）エアロゾル発生基材からエアロゾルを発生させるように構成されてもよい。例えば、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、加熱ユニット１１０のレセプタクル１５０は、液体などのエアロゾル発生基材を収容しているカートリッジ１２０を受け入れるために構成されてもよく、加熱ユニット１１０は、芯材要素及び芯材要素を加熱するために構成された加熱要素を含んでもよい。エアロゾル発生基材に応じて、加熱ユニット１１０は、エアロゾルを発生させるために、エアロゾル発生基材を最高３５０℃までの温度に加熱するように加熱する又は電力を供給することができる。エアロゾル発生デバイスは、空気入口からエアロゾル発生ユニットを経由して空気出口まで延びる空気流路を備える。ユーザが、発生したエアロゾルを吸入することによって消耗品を消費するとき、空気は、空気入口に入り、エアロゾル発生基材を加熱することによって加熱ユニットによってエアロゾルが発生するエアロゾル発生ユニットに流れ、発生したエアロゾルをマウスピースなどの空気出口に輸送する。或いは、加熱ユニット１１０のレセプタクル１５０は、ニコチンなどの基材を有するたばこスティック又は類似の消耗品１２０を受け入れるように構成されてもよい。加熱要素は、レセプタクル１５０及びレセプタクル内に受け入れられたたばこスティックを加熱するように構成され得る。

図１Ａ及び図１Ｂに示すように、デバイスハウジング２００の外層のうち、エアロゾル発生デバイス１００を使用する際にユーザが指で容易に到達し得る部分に操作インターフェース部分２５０（破線円）が設けられてもよい。操作インターフェース部分２５０は、ボタンの場所及び／又は機能を示すように、パターン、グラフィック、又はシンボルを印刷、シルクスクリーン、又はエッチングされ得る。

図１Ｃは、図１Ｂのエアロゾル発生デバイス１００の線Ａ－Ａ横断面図を示しており、制御ユニット３００が、操作インターフェース部分２５０の下（図１Ｃのエアロゾル発生デバイス１００の背面）に構成される。操作インターフェース部分２５０は、制御ユニット３００と共に、エアロゾル発生デバイス１００に操作入力を提供するためにユーザによって作動され得る。制御ユニット３００は、プリント回路基板３１０、好ましくはフレキシブルプリント回路基板と、少なくとも１つの静電容量センサ３２０、好ましくは静電容量近接センサとを備える。静電容量センサコンポーネント３２０は、他の電子コンポーネント、例えばオペレータ又はＣＰＵ １３０と共にプリント回路基板３１０上に配置される。プリント回路基板３１０は、プリント回路基板３１０のための支持構造体２２０を形成する内側シャーシ２４０に、プリント回路基板３１０がハウジング２００の外層２１０から間隔を空けて配置されるように固定して配置される。したがって、感知空間２３０が、内側シャーシ２４０及びプリント回路基板３１０によって画定される。感知空間２３０は、デバイスハウジング２００からエッチングされ、回路基板３１０上に配置されたセンサ３２０と実質的に同じサイズ及び形状を有する中空によって部分的に画定され得る。センサ３２０にしっかりと取り付けられて同一平面上にされるプラスチック又はガラスのような非導電性の表面を通常有する従来の静電容量センサ構成とは異なり、本発明では、空間又は空隙、すなわち感知空間２３０が、外層２１０と静電容量センサ３２０との間に構成される。

図２Ａに示す回路概略図は、本発明の制御ユニット３００の動作理論を示している。導電性の外層２１０及び静電容量センサ３２０は、２つの平行蓄電板を形成する。静電容量センサ３２０は、静電容量センサ３２０の上方に吊り下げられた２つの平行蓄電板間の変化を測定する。ユーザは、自らの指を用いて金属外層２１０に力を加えることができ、これにより金属外層２１０がわずかに局所的に機械的に変形する。２つの平行蓄電板間の距離、すなわち導電性の外層２１０と静電容量センサ３２０との間の距離が変化する。静電容量センサ３２０は、距離の変化による静電容量の変化を感知する。このような構成を機能的にし、伝わってくるノイズに影響されないようにするために、金属外層２１０は図のように接地されるべきである。次いで、変化した静電容量の感知された値は、変化する値が制御ユニット３００に備わるストレージユニットに記憶された所定の範囲内にあるか否かをチェックするために、静電容量センサ３２０に電子的に接続されているオペレータ１３０に転送される。「範囲内にある」場合、制御ユニット３００に備わるスイッチをオンにして、エアロゾル発生デバイス１００のヒータ１１０を作動させたり、エアロゾル発生デバイス１００の設定を変更したり、デバイス１００に様々なコマンドを入力したりすることができる。

従来の静電容量センサの構成では、ユーザの指が平行蓄電板のうちの一方に対応する。したがって、通常、プラスチック又はガラスなどの非導電性の外層が使用される。しかしながら、これらの非導電性材料は、通常、環境に優しくなく、良好な耐引っ掻き性能も持たない。静電容量センシングの高感度を維持したままで、金属の外層及び表面が、デバイスの外側ハウジング２００の耐引っ掻き性能を改善する。金属はまた、頑丈な外観で形状を形成するのが容易である。その上、ユーザは、冬にボタンを操作するのに手袋を外さなくてもよく、不用意に表面に触れて誤操作する心配もない。

図２Ｂは、デバイスハウジング２００及び制御ユニット３００の部分分解図を示している。制御ユニット３００、具体的には静電容量センサ３２０は、デバイスハウジング２００、具体的には外層２１０からスペーサ２４０を用いて間隔を空けて配置される。スペーサ２４０は、エアロゾル発生デバイス２００の内側シャーシの一部であってもよい。内側シャーシは、図１Ｃに示す外側ハウジング２００と一体化されてもよいし、又は製造の際にハウジング２００に挿入される別個の部分であってもよい。スペーサ２４０はまた、開口部を有する板であってもよく、好ましくは、静電容量センサ３２０と整列する開口部又は切り欠きを有する絶縁板であってもよい。プリント回路基板３１０とハウジング２００とは、例えば非弾性接着剤でスペーサ２４０と接着され、したがってスペーサ２４０を挟み込む。スペーサ２４０の開口部は、外側ハウジング２００と静電容量センサ３２０との間に感知空間を部分的に形成し、画定する。静電容量センサ３２０の上方、且つ外側ハウジング２００には、弾性変形可能な領域２５０が配置される。弾性変形可能な領域２５０の弾性特性は、外側ハウジング２００の材料の特性であってもよいし、外層２１０上のパターン又はグラフィック２５０を有するエッチング２１０によって強化されてもよい。好ましくは、弾性変形可能な領域２５０は、ユーザのタッチをより正確に感知するために、静電容量センサ３２０の真上に配置される。弾性変形可能な領域２５０からのユーザ入力を検出するように構成された静電容量タッチセンサ３２０は、ＰＣＢＡに電子的に接続される。ＰＣＢＡは、外側ハウジング２００の下方で外側ハウジング２００に平行に延びるフレキシブルプリント回路３１０と、電気ラインと、他の電気コンポーネント（図示せず）とを備える。本実施形態では、静電容量センサ及びそれに対応する弾性変形可能な領域２５０は、弾性変形可能な領域２５０と略同じサイズ又はわずかに大きいサイズの円形の形状、及び感知空間の幅寸法を有する。

図２Ｃは、エアロゾル発生デバイス１の部分拡大断面図を、外層２１０、スペーサ２４０、プリント回路基板３１０を有する制御ユニット３００、及び静電容量センサ３２０の詳細と共に示している。ユーザは、外層２１０に指で触れて、静電容量センサ３２０の静電容量感知領域の上方にある弾性変形可能な領域２５０に約２．５Ｎの力Ｗを加え、弾性変形可能な領域２５０の略中央（破線）で約９．６μｍの弾性変形Ｄを引き起こすことができる。約２．５Ｎの力Ｗが弾性変形可能な領域２５０に加えられると、垂直構造におけるわずかな変形Ｖ（弾性変形可能な領域２５０の中央に向かって、換言すれば、垂直構造におけるわずかな変形Ｖは、弾性変形可能な領域２５０がＰＣＢ上の感知領域Ｌ１に向かって撓むことを意味する）がもたらされ、センサ上の９．６μｍの変形が確実に維持される。この長さの変化は、静電容量の変化を検出するのに十分であり、また、力を取り除いたときに元の形状に戻ることを確保するために、外側ハウジング２００の弾性変形可能な領域２５０の範囲内である。一時的な形状変化は、力が取り除かれると自ら反転し、外層２１０は元の形状に戻る。弾性変形は、低応力時の材料の形状の変化であり、形状が、上述の金属材料の高い降伏強度のおかげで、応力が取り除かれた後に回復可能である。

本発明の機械設計を実現するためには、次式を満たす必要がある。

Ｌは、ｍｍの単位の感知空間２３０の平均幅及び／若しくは直径又は弾性変形可能な領域２５０の寸法（幅／直径）であり、好ましくは、円形又は正方形などの形状を有するセンサの電極が、感知空間と実質的に同じ寸法を有し、本実施形態では、弾性変形可能な領域の寸法（幅／直径）と感知空間のＬ１とは極めて密に一致し、つまり、実質的に同一であり、Ｔは、ｍｍの単位の外層２１０の厚さであり、Ｉは、ｍｍ^４の単位の弾性変形可能な領域２５０における外層２１０の断面二次モーメントであり、Ｗは、Ｎ（ニュートン）の単位の弾性変形可能な領域２５０に加えられる力であり、Ｋ１は、弾性変形可能な領域２５０における外層２１０のエッチングファクタであり、Ｅは、外層２１０のヤング率であり、Ｄは、μｍの単位の加えられる力に起因する外層２１０の撓みである。具体的には、外層２１０と静電容量センサコンポーネント３２０との間の感知空間２３０の平均高さＨが、少なくとも１６μｍ、好ましくは少なくとも１７μｍ、より好ましくは少なくとも１８μｍ、更により好ましくは少なくとも１９μｍ、最も好ましくは少なくとも２０μｍ、且つ／若しくは多くとも２５μｍ、好ましくは多くとも２４μｍ、より好ましくは多くとも２３μｍ、更により好ましくは多くとも２２μｍ、最も好ましくは多くとも２１μｍである。弾性変形可能な領域２５０の外層２１０の、好ましくは中央での撓みＤが、少なくとも４μｍ、好ましくは少なくとも５μｍ、最も好ましくは少なくとも６μｍ、且つ／若しくは多くとも１１μｍ、好ましくは多くとも１０μｍ、より好ましくは多くとも８μｍ、最も好ましくは多くとも７μｍである。外層２１０は、少なくとも０．３ｍｍ、好ましくは少なくとも０．４ｍｍ、最も好ましくは少なくとも０．５ｍｍ、且つ／又は多くとも０．７ｍｍ、好ましくは多くとも０．６ｍｍの平均厚さＴを有する。感知空間２３０は、少なくとも１１ｍｍ、好ましくは少なくとも１２ｍｍ、最も好ましくは少なくとも１３ｍｍ、且つ／又は多くとも１６ｍｍ、好ましくは多くとも１５ｍｍ、より好ましくは多くとも１４ｍｍの平均幅又は直径Ｌを有する。静電容量センサコンポーネント３２０によって感知されるために、弾性変形可能な領域２５０に加えられる力Ｗは、少なくとも１Ｎ、好ましくは少なくとも１．５Ｎ、より好ましくは少なくとも２Ｎ、最も好ましくは少なくとも２．５Ｎ、且つ／又は、多くとも５Ｎ、好ましくは多くとも４．５Ｎ、より好ましくは多くとも４Ｎ、更に好ましくは多くとも３．５Ｎ、最も好ましくは多くとも３Ｎである。ヤング率Ｅについては、外側ハウジング２００がステンレス鋼で作られる場合、ヤング率Ｅは約２．０×１０^１１、外側ハウジング２００がアルミニウムで作られる場合、ヤング率Ｅは約７．０×１０^１０、外側ハウジング２００が軟鋼製で作られる場合、ヤング率Ｅは約２．１×１０^１１である。エッチングファクタＫ１について、皮膜厚さが約３３％であり、且つ弾性変形可能な領域２５０にスパイラルエッチングがある場合、エッチングファクタＫ１は３．３７０であり、弾性変形可能な領域２５０にシャワーヘッドエッチングがある場合、エッチングファクタＫ１は２２．０００であり、弾性変形可能な領域２５０にパターンエッチングがある場合、エッチングファクタＫ１は３．５５０であり、弾性変形可能な領域２５０にエッチングがない場合、エッチングファクタのＫ１は１．２２５である。

上記の数学的モデルにおいて、弾性変形可能な領域の撓みの特性又は弾性変形可能な領域に加えられるモーメントによって生じる応力（断面二次モーメント（ｓｅｃｏｎｄ ａｒｅａ ｍｏｍｅｎｔ）又は断面二次モーメント（ａｒｅａ ｍｏｍｅｎｔ ｏｆ ｉｎｅｒｔｉａ））は、感知空間の幅寸法Ｌと外層２１０の厚さＴの３乗との積に関係する。外層の撓みと、弾性変形可能な領域の断面二次モーメントと、外層の材料のヤング率との積は、感知空間の幅寸法Ｌの３乗と、外層に加わる力Ｗと、エッチングファクタＫ１との積に関係する。

図３Ａは本発明の別の実施形態を示している。静電容量センサコンポーネント３２０の感知領域Ｌ１は、金属シャーシ２４０の弾性変形可能な領域２５０から約２０μｍに配置され、プリント回路基板３１０は、筐体の垂直部分のスロット２４２に固定される。弾性変形可能な領域２５０に２．５Ｎの力が加わると、垂直構造に約０．１３ピコメートルの変形が生じ、センサの９．６μｍの変形が維持される。

本実施形態のエアロゾル発生デバイスを製造するためには、ハウジング２００を成形する必要があり、ハウジング２００の一体的でシームレスな外観のために、好ましくは深絞り加工プロセス又は押し出しプロセスによって製造される。好ましい実施形態では、センサ３２０を備えたプリント回路基板３１０のためのスロット２４２を有する内側シャーシ２４０は、深絞り加工プロセス又は押し出しプロセスによってハウジング２００と共に一体化されて形成され得る。他の実施形態では、内側シャーシはハウジング２００から分離され、製造の際にモノブロックハウジング２００に挿入され締結される。センサ３２０を備えたプリント回路基板３１０は、内側シャーシをハウジング２００に固定する前又は後に、外層２１０の下に配置され、外層２１０から間隔を空けて配置されるように、スロット２４２に固定又は挿入される。

図３Ｂは本発明の更に別の実施形態を示している。プリント回路基板３１０の感知領域Ｌ１は、金属筐体の弾性変形可能な領域２５０から約２０μｍに配置され、プリント回路基板３１０は、筐体内でプリント回路基板３１０の支持構造体を形成するポリカーボネートシャーシの間に挟み込まれる。ポリカーボネートシャーシは、整形しやすいため、様々な制御ユニットのためにカスタマイズしやすい。ポリカーボネートシャーシはまた、圧縮を防止するのに十分に硬質であり、これにより、センサの望ましくない機能不全を避けるために、ＰＣＢ ３１０及びハウジング２００を絶縁することが可能になる。本実施形態では、弾性変形可能な領域２５０に２．５Ｎの力が加わると、垂直構造、主にポリカーボネートシャーシに約８７５ピコメートルの変形が生じ、センサの９．６μｍの変形が確実に維持される。

本発明のいくつかの実施形態によれば、複数の制御ユニット３００がエアロゾル発生デバイス１００に構成される。図３Ｃに示すように、外層２１０が、複数の弾性変形可能な領域２５０を備え、制御ユニット３００が、複数の弾性変形可能な領域２５０の下に対応して配置された複数の静電容量センサコンポーネント３２０を備え、弾性変形可能な領域２５０のうちの１つの中央とその隣の弾性変形可能な領域２５０の中央との間のピッチ寸法Ｐが、少なくとも２９ｍｍ、好ましくは少なくとも３０ｍｍ、より好ましくは３１ｍｍ、最も好ましくは少なくとも３２ｍｍ、且つ／又は多くとも３７ｍｍ、好ましくは多くとも３６ｍｍ、より好ましくは多くとも３５ｍｍ、更により好ましくは多くとも３４ｍｍ、最も好ましくは多くとも３３ｍｍである。

Claims (15)

1. エアロゾル発生基材（１２０）を消費するためのエアロゾル発生デバイス（１００）であって、前記エアロゾル発生デバイス（１００）が、ハウジング（２００）と制御ユニット（３００）とを備え、前記ハウジング（２００）が、弾性変形可能な領域（２５０）を含む外層（２１０）を有し、前記制御ユニット（３００）が、
   プリント回路基板（３１０）であって、その上にあるコンポーネントを電気的に接続するための複数の電気伝送線を有するプリント回路基板（３１０）と、
   前記プリント回路基板（３１０）上に配置された静電容量センサコンポーネント（３２０）と
   を備え、
   前記プリント回路基板（３１０）が、前記外層（２１０）の前記弾性変形可能な領域（２５０）の下方に、前記弾性変形可能な領域（２５０）における層の片側が前記静電容量センサコンポーネント（３２０）に面する状態で、固定して配置され、
   前記外層（２１０）が、ユーザが前記弾性変形可能な領域（２５０）の前記外層（２１０）を押し下げたときに、前記静電容量センサコンポーネント（３２０）が前記外層（２１０）と前記静電容量センサコンポーネント（３２０）との間の静電容量の変化を感知し得るように、前記静電容量センサコンポーネント（３２０）から間隔を空けて配置される、エアロゾル発生デバイス（１００）。
2. 前記外層（２１０）が、導電性材料、好ましくは金属、より好ましくはアルミニウム、最も好ましくはアルミニウムＡｌ １０１７を含む、又は好ましくは導電性材料、好ましくは金属、より好ましくはアルミニウム、最も好ましくはアルミニウムＡｌ １０１７で作られる、請求項１に記載のエアロゾル発生デバイス（１００）。
3. 前記プリント回路基板（３１０）及び前記静電容量センサコンポーネント（３２０）を前記外層（２１０）の下に固定して、その中に囲まれた感知空間（２３０）を画定するように構成された支持構造体（２２０）を備える、請求項１又は２に記載のエアロゾル発生デバイス（１００）。
4. 金属及び／若しくはポリカーボネートを含む、又は好ましくは金属及び／若しくはポリカーボネートで作られる内側シャーシ（２４０）であって、前記感知空間が前記内側シャーシ（２４０）及び前記外層（２１０）によって画定され、前記プリント回路基板（３１０）及び前記静電容量センサコンポーネント（３２０）が前記囲まれた空間内に固定される、内側シャーシ（２４０）を備える、請求項３に記載のエアロゾル発生デバイス（１００）。
5. 前記内側シャーシ（２４０）が前記ハウジング（２００）と一体化される、請求項４に記載のエアロゾル発生デバイス（１００）。
6. 前記エアロゾル発生デバイス（１００）が、次式にしたがって構成され、
   

   

   ここでＬは、ｍｍの単位の前記感知空間（２３０）の平均幅であり、Ｔは、ｍｍの単位の前記外層（２１０）の厚さであり、Ｉは、ｍｍ^４の単位の前記弾性変形可能な領域（２５０）における前記外層（２１０）の断面二次モーメントであり、Ｗは、Ｎの単位の前記弾性変形可能な領域（２５０）に加えられる力であり、Ｋ_１は、前記弾性変形可能な領域（２５０）における前記外層（２１０）のエッチングファクタであり、Ｅは、前記外層（２１０）のヤング率であり、Ｄは、μｍの単位の加えられる力に起因する前記外層（２１０）の撓みである、請求項１～５のいずれか一項に記載のエアロゾル発生デバイス（１００）。
7. 前記外層（２１０）と前記静電容量センサコンポーネント（３２０）との間の前記感知空間（２３０）の平均高さＨが、少なくとも１６μｍ、好ましくは少なくとも１７μｍ、より好ましくは少なくとも１８μｍ、更により好ましくは少なくとも１９μｍ、最も好ましくは少なくとも２０μｍ、且つ／若しくは多くとも２５μｍ、好ましくは多くとも２４μｍ、より好ましくは多くとも２３μｍ、更により好ましくは多くとも２２μｍ、最も好ましくは多くとも２１μｍであり、
   前記弾性変形可能な領域（２５０）の前記外層（２１０）の、好ましくは中央での前記撓みＤが、少なくとも４μｍ、好ましくは少なくとも５μｍ、最も好ましくは少なくとも６μｍ、且つ／若しくは多くとも１１μｍ、好ましくは多くとも１０μｍ、より好ましくは多くとも８μｍ、最も好ましくは多くとも７μｍであり、
   前記外層（２１０）が、少なくとも０．３ｍｍ、好ましくは少なくとも０．４ｍｍ、最も好ましくは少なくとも０．５ｍｍ、且つ／若しくは多くとも０．７ｍｍ、好ましくは多くとも０．６ｍｍの平均厚さＴを有し、
   前記感知空間（２６０）が、少なくとも１１ｍｍ、好ましくは少なくとも１２ｍｍ、最も好ましくは少なくとも１３ｍｍ、且つ／若しくは多くとも１６ｍｍ、好ましくは多くとも１５ｍｍ、より好ましくは多くとも１４ｍｍの平均幅若しくは直径Ｌを有し、及び／又は
   前記静電容量センサコンポーネント（３２０）によって感知されるために、前記弾性変形可能な領域（２５０）に加えられる前記力Ｗが、少なくとも１Ｎ、好ましくは少なくとも１．５Ｎ、より好ましくは２Ｎ、最も好ましくは少なくとも２．５Ｎ、且つ／若しくは多くとも５Ｎ、好ましくは多くとも４．５Ｎ、より好ましくは多くとも４Ｎ、更により好ましくは多くとも３．５Ｎ、最も好ましくは多くとも３Ｎである、請求項１～６のいずれか一項に記載のエアロゾル発生デバイス（１００）。
8. 前記外層（２１０）が、複数の弾性変形可能な領域（２５０）を備え、前記制御ユニット（３００）が、前記複数の弾性変形可能な領域（２５０）の下に対応して配置された複数の静電容量センサコンポーネント（３２０）を備え、前記弾性変形可能な領域（２５０）のうちの１つの中央とその隣の前記弾性変形可能な領域の中央との間のピッチ寸法Ｐが、少なくとも２９ｍｍ、好ましくは少なくとも３０ｍｍ、より好ましくは少なくとも３１ｍｍ、最も好ましくは少なくとも３２ｍｍ、且つ／又は多くとも３７ｍｍ、好ましくは多くとも３６ｍｍ、より好ましくは多くとも３５ｍｍ、更により好ましくは多くとも３４ｍｍ、最も好ましくは多くとも３３ｍｍである、請求項１～７のいずれか一項に記載のエアロゾル発生デバイス（１００）。
9. 前記静電容量センサコンポーネント（３２０）が静電容量近接センサを含む、請求項１～８のいずれか一項に記載のエアロゾル発生デバイス（１００）。
10. 前記制御ユニット（３００）が、前記プリント回路基板（３１０）上にいずれも配置されたスイッチングモジュールと操作モジュールとを備え、前記スイッチングモジュールが、前記静電容量センサコンポーネント（３２０）及び前記操作モジュールと電子的に結合され、前記操作モジュールが、少なくとも、前記静電容量センサコンポーネント（３２０）による前記外層（２１０）と前記静電容量センサコンポーネント（３２０）との間の静電容量の変化の感知に応じて前記スイッチングモジュールを操作するように構成され、好ましくは、前記弾性変形可能な領域（２５０）の前記外層（２１０）の、好ましくは前記中央の前記撓みが所定の範囲内にあることを前記静電容量センサコンポーネント（３２０）が感知したときに、前記スイッチングモジュールのスイッチをオンにするように、前記静電容量センサコンポーネント（３２０）が構成される、請求項１～９のいずれか一項に記載のエアロゾル発生デバイス（１００）。
11. 前記外層（２１０）が、前記弾性変形可能な領域及びその周囲を包囲するシームレスな表面（２５０）を有する、請求項１～１０のいずれか一項に記載のエアロゾル発生デバイス（１００）。
12. 前記シームレスな表面（２５０）が、前記外層の表面の少なくとも５０％、好ましくは少なくとも７０％、より好ましくは少なくとも８０％、更により好ましくは少なくとも９０％、また更により好ましくは少なくとも９５％、最も好ましくは１００％に対応する、請求項１１に記載のエアロゾル発生デバイス（１００）。
13. 前記ハウジング（２００）がユニボディハウジングであり、好ましくは、前記ユニボディハウジング（２００）が細長い形状を有し、前記ユニボディハウジング（２００）がその長手方向軸線を中心とした周面全体にわたってシームレスであり、且つ／又は前記ユニボディハウジング（２００）の長手方向の一端に開口部がある状態で完全にシームレスである、請求項１～１１のいずれか一項に記載のエアロゾル発生デバイス（１００）。
14. 深絞り加工プロセス又は押し出しプロセスによる外層（２１０）を有するハウジングを形成するステップと、
    前記外層（２１０）と前記制御ユニット（３００）が備える静電容量センサコンポーネント（３２０）との間に空間がある状態で、前記外層（２１０）の下に制御ユニットを固定するステップと
    を含む、請求項１～１３のいずれか一項に記載のエアロゾル発生デバイス（１００）の製造方法。
15. 前記制御ユニット（３００）が備えるプリント回路基板（３１０）を前記エアロゾル発生デバイス（１００）が備える内側シャーシ（２４０）のスロットに固定することによって、又は前記プリント回路基板（３１０）と前記外層（２１０）とをスペーシング要素によって結合することによって、前記外層（２１０）の下に前記制御ユニット（３００）を固定するステップ
    を含む、請求項１４に記載のエアロゾル発生デバイス（１００）の製造方法。

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