KR102524794B1 - 캡을 구비한 유체 투과성 히터 조립체 제조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유체 투과성 히터 조립체(10)를 제조하는 방법에 관한 것으로, 히터 조립체(10)는 캡(12) 및 실질적으로 편평한 전기 전도성 가열 요소(20)를 포함하되, 본 방법은 가열 요소(20)를 제공하는 단계; 및 가열 요소(20)의 일측의 에지 영역 상에 캡(12)을 오버-몰딩하는 단계를 포함하고, 여기서 캡(12)은 제1(16) 및 제2 캡 개구(18)를 갖는 중공체(14)를 포함하고, 여기서 제1 캡 개구(16)는 제2 캡 개구(18)와 반대이고, 여기서 가열 요소(20)가 제1 캡 개구(16)를 가로질러 연장되도록 가열 요소(20)는 캡(12) 상에 장착되어 있다. 본 발명은 추가로 유체 투과성 히터 조립체(10)를 제조하기 위한 장치에 관한 것이다.

Description

캡을 구비한 유체 투과성 히터 조립체 제조
본 발명은 에어로졸 발생 시스템, 예컨대 핸드헬드 전동식 흡연 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 에어로졸 형성 기재가 액체이며 기화되는 에어로졸 발생 시스템용 히터 조립체 제조에 관한 것이다.
배터리 및 제어 전자 장치를 포함하고 있는 장치부, 액체 저장부에 담긴 에어로졸 형성 기재의 공급부를 포함하고 있는 카트리지부, 및 기화기로서 작동하는 전동식 히터 조립체를 포함하고 있는 장치부로 이루어진 핸드헬드 전동식 에어로졸 발생 시스템이 공지되어 있다. 액체 저장부에 유지되는 에어로졸 형성 기재의 공급부와 기화기 둘 모두를 포함하는 카트리지는 때로는 "카토마이저(cartomiser)"로 지칭된다. 히터 조립체는 액체 저장부에 보유된 액체 에어로졸 형성 기재에 침지된 세장형 심지 같은 모세관 매질과 접촉하고 있는 유체 투과성 가열 요소를 포함할 수 있다. 카트리지부는 통상적으로 에어로졸 형성 기재의 공급부 및 전동식 히터 조립체뿐만 아니라, 사용 시 사용자가 에어로졸을 입 안으로 흡인하기 위해 입을 대서 흡인하기 위해 빠는 마우스피스도 포함한다.
유체 투과성 가열 요소를 가지고 있는 히터 조립체는 파손되기 쉬운 구조를 가질 수 있다. 히터 조립체의 구성 요소는 운반, 포장 및 사용 중에 쉽게 이동할 수 있다. 이러한 히터 조립체를 갖는 카트리지를 제조하는 것은 어려울 수 있다.
저렴한 비용으로 보다 용이한 제조를 가능하게 하고 보다 견고한 구조를 제공하여 히터 조립체의 구성 요소의 이동을 방지하는, 에어로졸 발생 시스템을 위한 개선된 히터 조립체를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
(특허문헌 1) 미국 특허출원공개공보 US2014/0109921호 (2014.04.24)
본 발명의 제1 측면에 따르면, 유체 투과성 히터 조립체를 제조하는 방법이 제공되어 있으며, 히터 조립체는 캡 및 실질적으로 편평한 전기 전도성 가열 요소를 포함하고 있고, 본 방법은 제1 단계에서 가열 요소를 제공하는 것과 제2 단계에서 가열 요소의 일측의 에지 영역 상에 캡을 오버-몰딩하는 것을 포함하고 있다. 캡은 제1 및 제2 캡 개구를 갖는 중공체를 포함하고 있다. 제1 캡 개구는 제2 캡 개구와 반대이다. 가열 요소가 제1 캡 개구를 가로질러 연장되도록 가열 요소는 캡 상에 장착되어 있다.
본 발명에서 제공된 해결책은 가열 요소 위로 중공체를 갖는 캡을 부착하여 가열 요소의 안정성을 향상시키고 캡의 중공체 내에 배열될 수 있는 모세관 매질에 대한 안내를 제공하는 것이다. 캡의 사용은 히터 조립체의 제조를 단순화시킬 수 있고 히터 조립체의 강성을 개선할 수 있다.
본 발명에 따른 히터 조립체의 다른 목적은 충진된 카트리지를 덮는 것일 수 있다. 아이디어는 히터 조립체의 모든 부품을 사전 조립하고 그후 이 단일 조각 형성 구성 요소를 조작하여 카트리지의 폐쇄를 용이하게 하는 것이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 편평한"이라는 것은 초기에 단일 평면으로 형성된 것으로, 만곡되거나 달리 비평면인 형상의 주위를 감싸거나 달리 이에 맞춰져 있지 않는 것을 의미한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "전기 전도성"이라는 것은, 1x10-4　Ωm 이하의 저항을 갖는 재료로부터 형성되었음을 의미한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "전기 절연성"이라는 것은, 1x104　Ωm 이상의 저항을 갖는 재료로부터 형성되었음을 의미한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 히터 조립체와 관련하여 "유체 투과성"이란 기체상 및 가능하게는 액체상인, 에어로졸 형성 기재가, 히터 조립체의 가열 요소를 용이하게 통과할 수 있다는 것을 의미한다.
히터 조립체는 열분해 온도가 높은 재료로 형성되고 급격한 온도 변화를 견딜 수 있는 캡을 포함하고 있다. 가열 요소는 캡 상에 지지되어 있다. 바람직하게, 캡은 플라스틱 과립으로 성형된 것이다. 플라스틱 과립은 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 액정 중합체(LCP) 또는 임의의 다른 중합체 물질로 된 것일 수 있다. 바람직하게는, 캡 물질은 가열 요소의 하부에 오버-몰딩되어 있다. 보다 바람직하게, 캡은 메쉬 스트립 상에 오버-몰딩을 통해 VICTREX PEEK로 제조된 것이다. 가열 요소의 하부는 제1 캡 개구 쪽으로 배향되어 있다. 가열 요소를 캡 상에 고정하기 위해 단자와 같은 추가 장착 재료가 필요하지 않기 때문에, 가열 요소의 하부 상에 캡을 오버-몰딩하는 것이 유리하다.
바람직하게, 캡은, 캡에 걸쳐 충분한 온도 강하를 제공하도록 적어도 1.5mm, 바람직하게는 3mm와 6mm 사이의 거리만큼 액체 저장부를 가열 요소로부터 이격시키기 위한 충분한 크기를 갖는다. 유리하게, 이러한 구현예에서, 액체 저장부는, 예를 들어, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 같은 열분해 온도가 더욱 낮은 더욱 비용 효율적인 물질로부터 제조될 수 있다.
히터 조립체는 단순한 제조를 가능하게 하는 실질적으로 편평한 가열 요소를 추가로 포함하고 있다. 기하학적으로, 용어 "실질적으로 편평한" 전기 전도성 가열 요소는 실질적으로 이차원 위상 매니폴드의 형태인 전기 전도성 필라멘트 배열을 가리키는 데 사용된다. 따라서, 실질적으로 편평한 전기 전도성 가열 요소는 실질적으로 제3 차원보다 많은 표면을 따라 2차원으로 연장되어 있다. 특히, 표면 내의 2차원에서 실질적으로 편평한 가열 요소의 치수들은, 그 표면에 법선 방향인 제3 차원에서 적어도 5배 크다. 실질적으로 편평한 가열 요소의 일례는 두 개의 실질적으로 평행한 가상면 사이의 구조이고, 이러한 두 개의 가상면 간의 거리는 표면들 내의 연장부보다 실질적으로 작다. 바람직한 구현예들에서, 실질적으로 편평한 가열 요소는 평면형이다. 다른 구현예들에서, 실질적으로 편평한 가열 요소는, 하나 이상의 치수를 따라 휘어져, 예를 들어, 돔 형상 또는 브리지 형상을 형성하고 있다.
"필라멘트"라는 용어는, 두 개의 전기적 접촉부 사이에 배열된 전기적 경로를 가리키도록 명세서 전체에 걸쳐 사용되고 있다. 필라멘트는, 임의로 분기되어 여러 개의 경로 또는 필라멘트로 각각 분기되거나, 여러 전기적 경로로부터 하나의 경로로 수렴될 수 있다. 필라멘트는 원형, 정사각형, 납작한 형상, 또는 임의의 다른 형태의 단면을 가질 수 있다. 필라멘트는 직선형 또는 곡선형으로 배열될 수 있다.
"가열 요소"라는 용어는, 하나의 필라멘트 또는 바람직하게는 복수의 필라멘트의 구조를 가리키도록 본 명세서 전체에 걸쳐 사용되고 있다. 가열 요소는, 예를 들어, 서로 평행하게 배열된 필라멘트들의 어레이일 수 있다. 가열 요소는 유체 투과성이다. 가열 요소는 제1 캡 개구를 가로질러 가열 요소를 장착할 때 개방 영역을 제공하도록 절단될 수 있다. 바람직하게는, 개방 영역은 가열 요소의 각 측면으로부터 비스듬한 창 슬롯을 절단하여 제조된다.
바람직하게는, 필라멘트들은 메쉬를 형성할 수 있다. 메쉬는 직물 또는 부직포일 수 있다. 메쉬는 상이한 유형의 직조(weave) 또는 격자(lattice) 구조를 사용하여 형성될 수 있다. 대안적으로, 전기 전도성 가열 요소는 서로 평행하게 배열된 필라멘트의 어레이로 이루어진다. 전기 전도성 필라멘트의 메쉬, 어레이 또는 직물은 액체를 보유하는 능력을 특징으로 할 수도 있다.
바람직한 구현예에서, 실질적으로 편평한 가열 요소는 와이어 메쉬로 형성된 와이어로부터 구성될 수 있다. 바람직하게는, 메쉬는 평직(plain weave) 디자인을 갖는다. 바람직하게는, 가열 요소는 메쉬 스트립으로 제조된 와이어 그릴이다.
전기 전도성 필라멘트들은 필라멘트들 사이의 간극들을 정의할 수 있고, 간극들은 10 μm 내지 100 μm의 폭을 가질 수 있다. 바람직하게는, 필라멘트들은 간극들 내에서 모세관 작용을 일어나게 해서, 사용시 증발될 액체가 간극들 내로 흡인되어, 가열 요소와 액체 에어로졸 형성 기재 간의 접촉 면적을 증가시킨다.
전기 전도성 필라멘트는 센티미터 당 60 내지 240 필라멘트(+/- 10%) 크기의 메쉬를 형성할 수 있다. 바람직하게는, 메쉬 밀도는 센티미터 당 100 내지 140 필라멘트(+/- 10%)이다. 보다 바람직하게, 메쉬 밀도는 센티미터 당 대략 115 필라멘트이다. 간극들의 폭은 100 μm 내지 25 μm, 바람직하게는, 80 μm 내지 70 μm, 더 바람직하게는 대략 74 μm일 수 있다. 메쉬의 총 면적에 대한 간극 면적의 비인, 메쉬의 개방 영역의 백분율은 40% 내지 90%, 바람직하게 85% 내지 80%, 더 바람직하게는 대략 82%일 수 있다. 본 명세서 전체에서, 그러한 메쉬의 밀도를 "제1 메쉬 밀도"로 지칭한다.
또한, 메쉬는 "제2 메쉬 밀도"로 지칭되는, 증가된 메쉬 밀도를 갖는 하나 이상의 부분을 가질 수 있으며, 이때 필라멘트 사이의 간극은 5 μm 아래, 바람직하게는 2 μm 아래, 더 바람직하게는 대략 1 μm이다. 증가된 메쉬 밀도를 갖는 메쉬의 하나 이상의 부분을 본 명세서 전체에서 "밀집 영역"이라고 지칭한다.
전기 전도성 필라멘트들은, 8 μm 내지 100 μm, 바람직하게는, 10 μm 내지 50 μm, 더 바람직하게는 12 μm 내지 25 μm의 직경을 가질 수 있다. 필라멘트는 둥근 단면을 가질 수 있거나 평탄화된 단면을 가질 수 있다.
전기 전도성 필라멘트들의 메쉬, 어레이 또는 직물의 면적은 예를 들어 50mm2 이하, 바람직하게는, 25mm2 이하, 더 바람직하게는 대략 15mm2로, 작을 수 있다. 크기는 가열 요소를 핸드헬드 시스템에 통합하도록 선택된다. 50mm2 이하인 전기 전도성 필라멘트들의 메쉬, 어레이 또는 직물의 크기는 전기 전도성 필라멘트들의 메쉬, 어레이 또는 직물을 가열하는 데 필요한 총 전력의 양을 감소시키는 한편 여전히 액체 에어로졸 형성 기재에 대한 전기 전도성 필라멘트들의 메쉬, 어레이 또는 직물의 충분한 접촉을 보장한다. 전기 전도성 필라멘트들의 메쉬, 어레이 또는 직물은 예를 들어, 직사각형일 수 있고, 2 mm 내지 10 mm의 길이 및 2 mm 내지 10 mm의 폭을 가질 수 있다. 바람직하게는, 메쉬는 대략 5 mm Х 3 mm의 치수를 갖는다. 전기 전도성 필라멘트의 메쉬 또는 어레이는 가열 요소가 연장되는 제1 캡 개구의 개방 영역의 30% 내지 90%의 영역을 덮고 있을 수 있다. 바람직하게, 전기 전도성 필라멘트의 메쉬 또는 어레이는 제1 캡 개구의 개방 영역의 50% 내지 70%의 영역을 덮고 있다. 더 바람직하게, 전기 전도성 필라멘트의 메쉬 또는 어레이는 제1 캡 개구의 개방 영역의 55% 내지 65%의 영역을 덮고 있다.
가열 요소의 필라멘트는 적합한 전기적 특성을 갖는 임의의 물질로 형성될 수 있다. 적합한 재료는: 도핑된 세라믹, "도전성" 세라믹(예컨대, 이규화 몰리브덴), 탄소, 흑연, 금속, 금속 합금, 세라믹 재료와 금속 재료의 복합 재료와 같은 반도체를 포함하되 이에 한정되지 않는다. 이와 같은 복합 재료는 도핑된 세라믹 또는 도핑되지 않은 세라믹을 포함할 수 있다. 적절한 도핑된 세라믹의 예는 도핑된 실리콘 카바이드를 포함한다. 적절한 금속의 예는 티타늄, 지르코늄, 탄탈륨 및 백금족의 금속을 포함한다.
적합한 금속 합금의 예는 스테인리스 스틸, 콘스탄탄(Constantan), 니켈-, 코발트-, 크롬-, 알루미늄-, 티타늄-, 지르코늄-, 하프늄-, 니오븀-, 몰리브데넘-, 탄탈륨-, 텅스텐-, 주석-, 갈륨-, 망간- 및 철-함유 합금, 및 니켈, 철, 코발트, 스테인리스 스틸을 기본으로 하는 초합금, Timetal®, 철-알루미늄 기재 합금, 및 철-망간-알루미늄 기재 합금을 포함한다. Timetal®은 티타늄 메탈 코포레이션(Titanium Metals Corporation)의 등록 상표이다. 필라멘트들은 하나 이상의 절연체로 코팅될 수 있다. 전기 전도성 필라멘트용으로 바람직한 재료는 스테인리스 스틸 및 흑연, 더욱 바람직하게 AISI 304, 316, 304L, 316L 같은 300 시리즈 스테인리스 강이다. 추가적으로, 전기 전도성 가열 요소는 상기 재료들의 조합을 포함할 수 있다. 재료들의 조합은 실질적으로 편평한 가열 요소의 저항 제어를 개선하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 고 고유 저항을 갖는 재료가 저 고유 저항을 갖는 재료와 조합될 수 있다. 재료 중 하나가, 가령, 가격, 가공성, 또는 기타 물리적 및 화학적 파라미터와 같은 다른 관점에서 더 유익한 경우, 이는 유리할 수 있다. 유리하게는, 저항이 증가된 실질적으로 편평한 필라멘트 장치는 기생 손실을 감소시킨다. 유리하게는, 고 저항성 히터는 배터리 에너지를 더욱 효율적으로 사용할 수 있게 한다.
바람직하게는, 필라멘트는 와이어로 제조된 것이다. 더욱 바람직하게는, 와이어는 금속, 가장 바람직하게는 스테인레스 스틸로 제조된 것이다.
가열 요소의 전기 전도성 필라멘트들의 메쉬, 어레이 또는 직물의 전기 저항은 0.3 옴 내지 4 옴(Ohms)일 수 있다. 바람직하게, 전기 저항은 0.5 옴 이하이다. 더욱 바람직하게, 전기 전도성 필라멘트들의 메쉬, 어레이 또는 직물의 전기 저항은 0.6 옴 내지 0.8 옴, 가장 바람직하게는 약 0.68 옴이다. 전기 전도성 필라멘트들의 메쉬, 어레이 또는 직물의 전기 저항은 바람직하게는 전기 전도성 접촉 영역들의 전기 저항보다 적어도 10의 1승, 더 바람직하게는 적어도 10의 2승만큼 더 크다. 이는, 전류를 가열 요소를 통해 통과시킴으로써 발생된 열이 전기 전도성 필라멘트들의 메쉬 또는 어레이에 국한되는 것을 보장한다. 시스템이 배터리에 의해 전력 공급되는 경우 가열 요소에 대해 낮은 전체 저항을 갖는 것이 유리하다. 저저항 고전류 시스템은 고전력이 가열 요소에 전달될 수 있게 한다. 이는, 가열 요소가 전기 전도성 필라멘트들을 원하는 온도로 빠르게 가열하게 한다.
캡의 중공체는 모세관 매질을 유지하도록 구성될 수 있다. 바람직하게는, 히터 조립체는 액체 에어로졸 형성 기재를 유지하기 위하여 모세관 매질로 만들어진 호스트 물질 조각을 포함하고 있다. 호스트 물질 조각의 적어도 일부분은 제1 캡 개구와 제2 캡 개구 사이의 중공체 내에 배열될 수 있다.
유리하게는, 캡과 호스트 물질 조각은 대략적으로 동일한 크기의 횡단면적을 갖도록 크기가 정해질 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 대략 동일한 크기는 제1 캡 개구를 포함하는 캡의 횡단면적이 모세관 물질보다 최고 30% 작거나 클 수 있다는 것을 의미한다. 조립체와 물질이 실질적으로 중첩하도록 캡의 중공체의 내부 공간의 형상은 또한 모세관 물질의 형상과 유사할 수 있다. 바람직하게는, 호스트 물질 조각은 중공체의 내부 공간과 실질적으로 동일한 크기 및 형상이다. 바람직하게는, 중공체의 내부 공간은 실질적으로 원통 형상이다. 중공체의 내부 공간의 체적은 50 ㎣ 내지 500 ㎣, 바람직하게는 100 ㎣ 내지 250 ㎣, 보다 바람직하게는 약 150 ㎣일 수 있다.
호스트 물질 조각은 가열 요소와 적어도 부분적으로 접촉하는 상태로 제공될 수 있다. 조립체와 물질이 크기와 형상이 실질적으로 유사하면, 제조가 간략화될 수 있으며 제조 공정의 강건성이 개선될 수 있다.
바람직하게는, 히터 조립체는 액체 에어로졸 형성 기재를 호스트 물질 조각으로부터 가열 요소로 운반하기 위하여 모세관 매질로 만들어진 운반 물질 조각을 포함하고 있다. 운반 물질 조각은 가열 요소와 접촉 상태로 제공될 수 있다. 바람직하게는, 운반 물질 조각은 가열 요소와 호스트 물질 조각 사이에 배열되어 있다. 이 경우, 호스트 물질 조각은 가열 요소와 직접 접촉하지 않는다.
운반 물질 조각은 제1 캡 개구를 가로질러 연장되는 가열 요소의 표면의 적어도 일부와 접촉 상태에 있는 액체 에어로졸 형성 기재가 있다는 것을 보장할 수 있는 물질로 만들어질 수 있다. 운반 물질 조각은 전기 전도성 필라멘트들과 접촉하고 있을 수도 있다. 운반 물질 조각은 필라멘트들 사이의 간극 내로 연장되어 있을 수 있다. 가열 요소는, 모세관 작용에 의해 액체 에어로졸 형성 기재를 간극들 내로 흡인할 수도 있다. 바람직하게는, 운반 물질 조각은, 제1 캡 개구의 실질적으로 전체에 걸쳐 전기 전도성 필라멘트들과 접촉하고 있다.
모세관 물질은 액체를 재료의 한 단부로부터 다른 단부로 능동적으로 전달하는 재료이다. 모세관 물질은 가열 요소 쪽으로 액체 에어로졸 형성 기재를 운반하기 위해 액체 저장부와 접촉하여, 다른 모세관 매질을 통해 직접 또는 간접적으로 배향될 수 있다.
모세관 물질은, 심지어 에어로졸 발생을 촉진하도록 가열 요소의 전기 전도성 필라멘트들의 메쉬, 어레이 또는 직물과 직접 접하는 모세관 물질의 하나 이상의 층을 포함하는 두 개 넘는 모세관 물질을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 캡은 홀더 개구를 갖는 홀더를 포함하고 있다. 홀더는 적어도 제1 캡 개구를 덮고 있으며 0.25 mm 내지 5 mm, 바람직하게는 0.5 mm 내지 2.5 mm, 더욱 바람직하게는 약 0.8 mm의 두께를 가지고 있는 평면 디스크일 수 있다. 홀더 개구는 10 mm2 내지 50 mm2, 바람직하게는 20 mm2 내지 30 mm2, 더욱 바람직하게 약 25 mm2의 크기를 가질 수 있다. 홀더 개구가 제1 캡 개구의 적어도 일부와 일치하도록 홀더는 제1 캡 개구를 덮을 수 있다. 가열 요소는 홀더 상에 장착될 수 있다. 홀더의 표면은 가열 요소와 접촉하고 있으며 홀더가 없는 캡과 비교하여 접촉 영역을 확장시키는 접촉 영역을 나타낸다. 홀더는 제1 캡 개구의 크기를 홀더 개구의 크기로 줄인다. 홀더와 가열 요소 사이의 접촉 영역을 확장하는 것은 히터 조립체의 강성을 향상시킬 수 있고, 그의 조립을 용이하게 할 수 있다. 바람직하게는, 홀더를 포함하고 있는 캡은 가열 요소의 아랫면 상에 오버-몰딩된다.
바람직하게는, 캡은 일체로 형성되어 있다. 일체로 형성된 캡은 홀더를 포함할 수 있다.
가열 요소는 적어도 2개의 전기 전도성 접촉 영역을 가질 수 있다. 전기 전도성 접촉 영역은 가열 요소의 에지 영역에 위치될 수 있다.
바람직하게는, 적어도 2개의 전기 전도성 접촉 영역 각각은 가열 요소의 밀도가 높은 영역에 위치되어 있다. 전기 전도성 접촉 영역은 가열 요소의 극단에 위치될 수 있다. 전기 전도성 접촉 영역은 전기 전도성 필라멘트에 직접 고정될 수 있다. 전기 전도성 접촉 영역은 주석 패치를 포함할 수 있다. 대안적으로, 전기 전도성 접촉 영역은 전기 전도성 필라멘트와 일체일 수 있다.
바람직하게는, 가열 요소를 제공하는 단계는 메쉬 스트립을 제공하는 것을 포함하고 있다. 메쉬 스트립은 교번하는 순서의 제1 메쉬 밀도와 제2 메쉬 밀도의 메쉬 부분들을 포함할 수 있다. 더 높은 밀도의 부분을 갖는 것은 메쉬를 다루는 동안 메쉬의 안정성을 높일 수 있다.
가열 요소를 제공하는 단계는 제1 메쉬 밀도의 메쉬 부분의 각 측 밖으로 경사진 윈도우 슬롯을 다이-절단(die cutting)하는 것과 제1 메쉬 밀도의 절단된 메쉬 부분으로부터 풀린 와이어를 제거하는 것을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 제1 메쉬 밀도는 제2 메쉬 밀도보다 낮다.
바람직하게는, 가열 요소의 일측의 에지 영역 상에 캡을 오버-몰딩하는 단계는 플라스틱 과립을 예열하는 것, 캡을 만들기 위하여 플라스틱 과립을 몰드 내로 주입하는 것, 및 제2 메쉬 밀도의 메쉬 부분의 아랫면 상으로 캡을 오버-몰딩하는 것을 포함하고 있다.
바람직하게는, 가열 요소의 일측의 에지 영역 상에 캡을 오버-몰딩하는 단계는 메쉬 스트립에서 히터 조립체를 절단하는 것과 히터 조립체로부터 잔해물을 제거하는 것을 더 포함하고 있다.
바람직하게는, 메쉬 스트립에서 히터 조립체를 절단하는 단계는 메쉬 스트립에서 메쉬를 다이 절단하는 것을 포함하고 있으며, 여기서 가열 요소는 메쉬를 포함하고, 메쉬가 절단된 메쉬의 2개의 말단 각각에서 제2 메쉬 밀도의 메쉬 부분에 의해 제한되는 제1 메쉬 밀도의 메쉬 부분을 포함하도록 메쉬는 제2 메쉬 밀도의 메쉬 부분 내에서 절단된다.
바람직하게는, 본 발명의 제1 측면에 따른 유체 투과성 히터 조립체를 제조하는 방법은 가열 요소의 다른 측의 에지 영역 상으로 적어도 2개의 전기 전도성 접촉 영역 각각을 연결하는 것을 더 포함하고 있다.
가열 요소의 다른 측의 에지 영역 상으로 적어도 2개의 전기 전도성 접촉 영역 각각을 연결하는 단계는 주석 포일 스트립을 제공하는 것, 제2 메쉬 밀도의 메쉬 부분의 형상과 크기에 일치하는 크기로 주석 포일 스트립에서 주석 포일 패치를 절단하는 것, 및 주석 포일 패치를 제2 메쉬 밀도의 메쉬 부분 상으로 압축하는 것을 포함할 수 있다. 포일 스트립이 가열 요소의 물질보다 부드러운 물질로 만들어지는 것이 유리할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 제1 측면에 따른 유체 투과성 히터 조립체의 제조 방법은 히터 조립체를 검사하는 것을 더 포함하고 있다.
바람직하게는, 히터 조립체를 검사하는 단계는 히터 조립체를 검사 스테이션으로 운반하는 것, 제조된 히터 조립체의 가열 요소의 전기 저항을 측정하는 것, 정확한 와이어 수(count), 메쉬의 매끈한 절단, 정확한 메쉬 온전성, 잔해물 및 주석 포일 부착에 대하여 가열 요소를 시각적으로 검사하는 것, 및 히터 조립체가 가열 요소의 예정된 전기 저항과 시각적 검사의 예정된 결과 중 적어도 하나를 충족시키지 못하면 히터 조립체를 거부하는 것을 포함하고 있다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 제1 측면에 따른 유체 투과성 히터 조립체를 제조하기 위한 장치가 제공된다.
캡 및 메쉬를 갖는 실질적으로 편평한 전기 전도성 가열 요소를 포함하는 히터 조립체를 제조하기 위해, 유체 투과성 히터 조립체를 제조하기 위한 장치는 다음 장비 유닛들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다:
교번하는 순서의 제1 메쉬 밀도와 제2 메쉬 밀도의 메쉬 부분들을 포함하는 메쉬 스트립을 제공하기 위한 메쉬 스트립 보빈 공급 유닛,
주석 포일 스트립을 제공하기 위한 주석 포일 스트립 보빈 공급 유닛,
제2 메쉬 밀도의 메쉬 부분 위에 위치될 주석 포일의 길이를 인덱싱하기 위한 그리고 제공된 주석 포일 스트립에서 주석 패치를 절단하기 위한 주석 포일 절단 스테이션,
제2 메쉬 밀도의 메쉬 부분의 최상부 표면 상으로 주석 패치를 연결하도록 압축하기 위한 주석 포일 프레싱 스테이션,
제1 메쉬 밀도의 메쉬 부분의 각 측으로부터 경사진 윈도우 슬롯을 다이 절단하기 위한 메쉬 윈도우 절단 스테이션,
공기 압력으로 세정하고 잔해물을 제거하기 위해 히터 조립체의 표면을 진공으로 청소함으로써 제1 메쉬 밀도의 절단된 메쉬 부분으로부터의 풀린 와이어, 작은 입자, 먼지 또는 잔해물을 제거하기 위한 제1 세정 스테이션,
플라스틱 과립을 예열하고 캡을 만들기 위해 플라스틱 과립을 몰드 내로 주입하기 위한 사출 성형 기계,
제2 메쉬 밀도의 메쉬 부분의 아랫면 상으로 캡을 오버-몰딩하기 위한 (아마도 단일 공동 또는 수개의 공동을 갖고 있는) 메쉬 주입 오버-몰딩 공구,
메쉬 스트립으로부터 메쉬를 다이 절단함으로써 메쉬 스트립으로부터 히터 조립체를 절단하기 위한 것으로서, 가열 요소는 메쉬를 포함하며, 메쉬가 절단된 메쉬의 2개의 말단 각각에서 제2 메쉬 밀도의 메쉬 부분에 의해 제한되는 제1 메쉬 밀도의 메쉬 부분을 포함하도록 메쉬는 제2 메쉬 밀도의 메쉬 부분 내에서 절단되는 히터 조립체 절단 스테이션,
공기 압력으로 세정하고 잔해물을 제거하기 위해 히터 조립체의 표면을 진공으로 청소함으로써 메시로부터의 풀린 와이어를 제거하기 위한 제2 세정 스테이션,
히터 조립체 저항 측정 스테이션, 히터 조립체 비전 검사 스테이션 및 히터 조립체 거부 스테이션을 포함할 수 있는 히터 조립체 검사 스테이션으로 히터 조립체를 운반하기 위한 이송 유닛,
메쉬 상태 압력 테스트 스테이션,
제조된 히터 조립체의 메쉬 및 주석 포일 스트립의 전기 저항을 측정하기 위한 히터 조립체 저항 측정 스테이션,
히터 조립체를 시각적으로 검사하기 위한 히터 조립체 비전 검사부, 및
사양 밖에 있는 히터 조립체를 거부하기 위한 히터 조립체 거부 스테이션.
바람직한 제조 공정에서, 장비는 메쉬 스트립과 주석 포일 스트립으로부터 그리고 플라스틱 과립으로부터 히터 조립체를 자동으로 제조한다. 히터 조립체는 캡 및 실질적으로 편평한 전기 전도성 가열 요소를 포함하고 있다.
본 발명의 제1 측면에 따른 바람직한 제조 공정은 메쉬 스트립 보빈, 주석 포일 스트립 보빈 및 플라스틱 과립 중 적어도 하나 이상의 수동 적재를 포함할 수 있다. 바람직한 제조 공정은 제조 장비에 의하여 자동으로 실행되는 하기 방법 단계들 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다:
교번하는 순서의 제1 메쉬 밀도와 제2 메쉬 밀도의 메쉬 부분들을 포함하는 메쉬 스트립을 제공하는 단계,
주석 포일 스트립을 제공하는 단계,
제2 메쉬 밀도의 메쉬 부분 위에 위치될 주석 포일의 길이를 인덱싱하는 단계,
제공된 주석 포일 스트립에서 주석 패치를 절단하는 단계,
제2 메쉬 밀도의 메쉬 부분의 최상부 표면 상에 주석 패치를 연결하도록 압축하는 단계,
제1 메쉬 밀도의 메쉬 부분의 각 측 밖으로 경사진 윈도우 슬롯을 다이 절단하는 단계,
공기 압력으로 세정하고 잔해물을 제거하기 위해 히터 조립체의 표면을 진공으로 청소함으로써 제1 메쉬 밀도의 절단된 메쉬 부분으로부터의 풀린 와이어, 작은 입자, 먼지 또는 잔해물을 제거하는 단계,
플라스틱 과립을 예열하는 단계;
캡을 만들기 위하여 플라스틱 과립을 몰드 내로 주입하는 단계,
제2 메쉬 밀도의 메쉬 부분의 아랫면 상으로 캡을 오버-몰딩하는 단계,
메쉬 스트립으로부터 메쉬를 다이 절단함으로써 히터 조립체를 메쉬 스트립으로부터 절단하는 단계로서, 가열 요소는 메쉬를 포함하며, 메쉬가 절단된 메쉬의 2개의 말단 각각에서 제2 메쉬 밀도의 메쉬 부분에 의해 제한되는 제1 메쉬 밀도의 메쉬 부분을 포함하도록 메쉬가 제2 메쉬 밀도의 메쉬 부분 내에서 절단되는 단계,
공기 압력으로 세정하고 잔해물을 제거하기 위해 히터 조립체의 표면을 진공으로 청소함으로써 메쉬로부터의 풀린 와이어, 작은 입자, 먼저 또는 잔해물을 제거하는 단계,
히터 조립체를 검사 스테이션으로 운반하는 단계,
제조된 히터 조립체의 메쉬의 전기 저항을 측정하는 단계;
정확한 와이어 수(count), 메쉬의 매끈한 절단, 정확한 메쉬 온전성, 잔해물 및 주석 포일 부착에 대하여 가열 요소를 시각적으로 검사하는 단계, 및
히터 조립체가 사양을 벗어나는 경우 히터 조립체를 거부하는 단계.
한 측면과 관련하여 설명된 특징은 본 발명의 다른 측면에 동일하게 적용될 수 있다.
이제 본 발명의 구현예는 첨부된 도면을 참조하여 단지 예시하기 위한 목적으로 설명될 것이며, 여기서:
도 1a는 본 발명의 구현예에 따라 제조된 바와 같은 히터 조립체의 평면도이며;
도 1b는 본 발명의 구현예에 따라 제조된 바와 같은 히터 조립체의 하부 사시도이며;
도 1c는 본 발명의 구현예에 따라 제조된 바와 같은 히터 조립체의 분해 사시도이며;
도 2는 본 발명의 구현예에 따라 제조된 바와 같은 캡 및 홀더의 횡단면 상측 사시도이며;
도 3은 본 발명의 구현예에 따라 제조된 바와 같은 홀더, 가열 요소 및 접촉 영역의 평면도이며;
도 4는 본 발명의 구현예에 따라 제조된 바와 같은, 2개의 상이한 메쉬 밀도를 갖는 메쉬의 평면도이며;
도 5는 본 발명의 구현예에 따른 메쉬를 제조하기 위한 메쉬 스트립의 평면도이며;
도 6은 본 발명의 구현예에 따라 제조된 바와 같은 히터 조립체를 포함하고 있는 에어로졸 발생 시스템용 카트리지의 분해 사시도이다.
도 1a는 캡의 최상부 측 상의 제1 캡 개구(16)와 캡(12)의 최하부 측 상의 제2 캡 개구(18)를 갖는 캡(12)을 포함하고 있는 히터 조립체(10)를 보여주고 있다. 제1 캡 개구(16)는 홀더 개구(30)를 갖는 홀더(28)로 덮여있다. 히터 조립체(10)는 홀더 개구(30)를 가로질러 연장되는 가열 요소(20)를 더 포함하고 있다.
도 1b는 저면도로부터 가열 조립체(10)를 보여주고 있다. 캡(12)의 중공체(14)의 내부 공간은 보이게 된다.
도 1c는 메쉬(32)를 포함하고 있는 가열 요소(20)의 구성 요소를 보여주고 있다. 메쉬(32)는 그의 2개의 각 극단에 제1 메쉬 밀도의 제1 메쉬 부분(44)과 제2 메쉬 밀도의 제2 메쉬 부분(46)을 포함하고 있으며, 여기서 제2 메쉬 밀도는 제1 밀도보다 크다. 주석 포일 패치(50)는 제2 메쉬 밀도의 2개의 메쉬 부분(46)의 각각과 연결되어 있다. 가열 요소(20)는 각각 그의 메쉬(32)가 홀더(28)의 홀더 개구(30)를 가로질러 캡(12)의 최상부 상에 배열되어 있다. 제1 메쉬 밀도의 전체 메쉬 부분(44)은 홀더 개구(30) 위에 배열되어 있다.
도 2는 캡(12) 및 그의 홀더(28)를 보여주고 있다. 홀더(28)는 개별 부품일 수 있다. 바람직하게는, 홀더(28)는 캡(12)의 일체형 부품이다. 캡(12)의 중공체(14)의 내부 몸체는 원통형 형상이다. 도 2의 절단부 A-A 및 B-B는 일체로 형성된 캡(12)과 그의 홀더(28)를 보여주고 있으며, 여기서 도 2의 사시도는 별도의 부품으로서의 홀더(28)를 보여주고 있다. 도 2의 절단부 A-A 및 B-B는 제1 캡 개구(16)의, 홀더 개구(30)로서 지칭된, 보다 작은 부분만이 개방된 상태로 남아 있고 가열 요소가 이를 가로질러 연장될 수 있도록 홀더(28)에 의하여 부분적으로 폐쇄된 제1 캡 개구(16)를 보여주고 있다.
도 3은 캡(12)의 개별 부품으로서 형성된 홀더(28)를 보여주고 있으며, 여기서 제1 메쉬 밀도의 메쉬 부분(44)이 홀더 개구(30)를 가로질러 연장되도록 가열 요소(20)가 장착되어 있다.
도 4는 가열 요소(20)의 메쉬(32)를 보여주고 있다. 메쉬(32)는 그의 2개의 각 극단에 제1 메쉬 밀도의 메쉬 부분(44)과 제2 메쉬 밀도의 제2 메쉬 부분(46)을 포함하고 있다.
도 5는 다수의 메쉬(32)가 다이 절단될 수 있는 메쉬 스트립(42)을 보여주고 있다.
도 6은 본 발명의 구현예에 따른 카트리지(40)를 보여주고 있다. 카트리지(40)는 캡(12; 도 1a 참고) 및 캡(12; 도 1a 참고)의 홀더(28; 도 1a 참고) 상에 배열된 가열 요소(20; 도 1a 참고)를 갖는 히터 조립체(10)를 포함하고 있다. 홀더(28; 도 1a 참고)의 홀더 개구(30; 도 2 참고) 내에는 운반 물질 조각(26)이 배열되어 있다. 호스트 물질 조각(24)은 캡(12; 도 1a 참고)의 중공체(14; 도 2 참고)의 내부 공간 내에 배열되어 있다. 캡(12)은 운반 물질 조각(26)과 호스트 물질 조각(24)을 위한 단단한 하우징으로서의 역할을 한다. 카트리지(40)는 액체 에어로졸 형성 기재를 저장하기 위한 액체 저장부를 더 포함하고 있다. 리테이너(42)는 히터 조립체(10)의 구성 요소를 유지하기 위하여 그리고 히터 조립체(10)를 운반 물질 조각(26)과 호스트 물질 조각(24)을 통해 액체 저장부(36)와 접촉 상태로 유지시키기 위하여 사용된다. 또한, 카트리지(40)는 액체 저장부(36)가 배열되어 있는 마우스피스(38)를 포함하고 있다.
전술한 예시적인 구현예는 예시적이지만 제한적인 것은 아니다. 위에서 논의된 예시적인 구현예를 고려하면, 상기 예시적인 구현예와 일치하는 다른 구현예는 이제 당업자에게 명백해질 것이다.

Claims (15)

  1. 히터 조립체(10)를 제조하는 방법으로, 상기 방법은
    가열 요소(20)를 제공하는 단계로서, 상기 가열 요소(20)는 교번하는 순서의 제1 밀도와 제2 밀도의 메쉬 부분들(44, 46)을 포함하는 메쉬 스트립(42)을 포함하는, 단계;
    상기 메쉬 스트립(42)을 캡(12)에 근접하게 배열하는 단계로서, 상기 캡(12)은 제1 캡 개구(16) 및 제2 캡 개구(18)를 갖는 중공체(14)를 포함하고, 상기 제1 캡 개구(16)는 상기 제2 캡 개구(18)와 반대편에 있는, 단계; 및
    히터 조립체(10)를 형성하도록 상기 가열 요소(20)의 일측의 에지 영역 상에 상기 캡(12)을 오버-몰딩하는 단계로서, 상기 가열 요소(20)가 상기 제1 캡 개구(16)를 가로질러 연장되는, 단계;를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가열 요소(20)를 제공하는 단계는
    상기 제1 밀도의 메쉬 부분(44)의 각 측 밖으로 경사진 윈도우 슬롯을 다이-절단하는 것, 그리고
    상기 제1 밀도의 절단된 메쉬 부분(44)으로부터 풀린 와이어를 제거하는 것을 더 포함하는 것인, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 밀도는 상기 제2 밀도보다 낮은 것인, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가열 요소(20)의 일측의 에지 영역 상에 캡(12)을 오버-몰딩하는 단계는
    플라스틱 과립을 예열하는 것,
    상기 캡(12)을 만들기 위하여 상기 플라스틱 과립을 몰드 내로 주입하는 것, 및
    상기 제2 밀도의 메쉬 부분(46)의 아랫면 상으로 상기 캡(12)을 오버-몰딩하는 것을 포함하는 것인, 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 가열 요소(20)의 일측의 에지 영역 상에 캡(12)을 오버-몰딩하는 단계는
    상기 메쉬 스트립(42)에서 상기 히터 조립체(10)를 절단하는 것, 그리고 상기 가열 요소(20)로부터 풀린 와이어를 제거하는 것을 더 포함하는 것인, 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 메쉬 스트립(42)에서 상기 히터 조립체(10)를 절단하는 것은
    상기 메쉬 스트립(42)에서 메쉬(32)를 다이 절단하는 것을 포함하고, 상기 가열 요소(20)는 상기 메쉬(32)를 포함하고, 상기 메쉬(32)가 상기 절단된 메쉬(32)의 2개의 말단 각각에서 상기 제2 밀도의 메쉬 부분(46)에 의해 제한되는 상기 제1 밀도의 메쉬 부분(44)을 포함하도록 상기 메쉬(32)는 상기 제2 밀도의 메쉬 부분(46) 내에서 절단되는 것인, 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가열 요소(20)의 다른 측의 에지 영역 상으로 적어도 2개의 전기 전도성 접촉 영역(34) 각각을 연결하는 것을 더 포함하는 것인, 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 가열 요소(20)의 다른 측의 에지 영역 상으로 적어도 2개의 전기 전도성 접촉 영역(34) 각각을 연결하는 것은
    주석 포일 스트립을 제공하는 것;
    상기 제2 밀도의 메쉬 부분(46)의 형상과 크기에 일치하는 크기로 주석 포일 스트립에서 주석 포일 패치(50)를 절단하는 것; 그리고
    주석 포일 패치(50)를 상기 제2 밀도의 메쉬 부분(46) 상으로 압축하는 것을 포함하는 것인, 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 히터 조립체(10)를 검사하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 히터 조립체(10)를 검사하는 것은
    상기 히터 조립체(10)를 검사 스테이션으로 운반하는 것,
    상기 제조된 히터 조립체의 가열 요소(20)의 전기 저항을 측정하는 것,
    정확한 와이어 수, 메쉬의 매끈한 절단, 정확한 메쉬 온전성, 잔해물 및 주석 포일 부착에 대하여 상기 가열 요소(20)를 시각적으로 검사하는 것, 그리고
    상기 히터 조립체(10)가 상기 가열 요소(20)의 예정된 전기 저항과 시각적 검사의 예정된 결과 중 적어도 하나를 충족시키지 못하면 상기 히터 조립체(10)를 거부하는 것을 포함하는 것인, 방법.
  11. 히터 조립체(10)를 제조하기 위한 장치로, 상기 장치는
    가열 요소(20)를 제공하기 위한 가열 요소 제조 유닛으로서, 교번하는 순서의 제1 밀도와 제2 밀도의 메쉬 부분들(44, 46)을 포함하는 메쉬 스트립(42)을 제공하기 위한 메쉬 스트립 보빈 공급 유닛을 포함하는, 가열 요소 제조 유닛;
    상기 메쉬 스트립(42)을 캡(12)에 근접하게 배열하는 메쉬 스트립 배열 유닛으로서, 상기 캡(12)은 제1 캡 개구(16) 및 제2 캡 개구(18)를 갖는 중공체(14)를 포함하고, 상기 제1 캡 개구(16)는 상기 제2 캡 개구(18)와 반대편에 있는, 메쉬 스트립 배열 유닛; 및
    상기 히터 조립체(10)를 형성하도록 상기 가열 요소(20)의 일측의 에지 영역 상에 상기 캡(12)을 오버-몰딩하기 위한 메쉬 주입 오버-몰딩 공구를 포함하고, 상기 가열 요소(20)가 상기 제1 캡 개구(16)를 가로질러 연장되는, 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 가열 요소 제조 유닛은
    상기 메쉬 스트립(42)으로부터 메쉬(32)를 다이 절단함으로써 상기 메쉬 스트립(42)으로부터 상기 히터 조립체(10)를 절단하기 위한 히터 조립체 절단 스테이션으로, 상기 가열 요소(20)는 상기 메쉬(32)를 포함하며, 상기 메쉬가 상기 절단된 메쉬(32)의 2개의 말단 각각에서 상기 제2 밀도의 메쉬 부분(46)에 의해 제한되는 상기 제1 밀도의 메쉬 부분(44)을 포함하도록 상기 메쉬(32)는 상기 제2 밀도의 메쉬 부분(46) 내에서 절단되는, 상기 히터 조립체 절단 스테이션을 포함하는 것인, 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    플라스틱 과립을 예열하고 상기 캡(12)을 만들기 위해 상기 플라스틱 과립을 몰드 내로 주입하기 위한 사출 성형 기계를 더 포함하고,
    상기 메쉬 주입 오버-몰딩 공구는 상기 제2 밀도의 메쉬 부분(46)의 아랫면 상으로 상기 캡(12)을 오버-몰딩하도록 구성되어 있는 것인, 장치.
  14. 히터 조립체(10)를 제조하기 위한 장치로, 상기 장치는
    가열 요소(20)를 제공하기 위한 가열 요소 제조 유닛으로서, 교번하는 순서의 제1 밀도와 제2 밀도의 메쉬 부분들(44, 46)을 포함하는 메쉬 스트립(42)을 제공하기 위한 메쉬 스트립 보빈 공급 유닛을 포함하는, 가열 요소 제조 유닛;
    상기 메쉬 스트립(42)을 캡(12)에 근접하게 배열하는 메쉬 스트립 배열 유닛으로서, 상기 캡(12)은 제1 캡 개구(16) 및 제2 캡 개구(18)를 갖는 중공체(14)를 포함하고, 상기 제1 캡 개구(16)는 상기 제2 캡 개구(18)와 반대편에 있는, 메쉬 스트립 배열 유닛; 및
    상기 히터 조립체(10)를 형성하도록 상기 가열 요소(20)의 일측의 에지 영역 상에 상기 캡(12)을 오버-몰딩하기 위한 메쉬 주입 오버-몰딩 공구를 포함하고, 상기 가열 요소(20)가 상기 제1 캡 개구(16)를 가로질러 연장되고,
    상기 장치는 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 구성되어 있는 것인, 장치.
  15. 삭제
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