具体实施方式

本发明涉及稳定的、可弹性应用的自我加热包装系统。所述较佳实施例的结构与使用将于以下详细论述。然而，应理解，本发明提供许多可应用的发明性构思，除了用于加热食物和饮料的装置之外，还可以在多种广泛不同的环境中实施。据此，所讨论的特定实施例仅为制造与使用所述发明的例示性说明，并不作为本发明范围的限制。

另外，下面的术语当用在本文中时具有相关意义：

"一体成型加热器模块"意指一单独的，通常为柱状结构单元，可整合有：一完全整合的固态加热器装置、一包埋的扭转启动区动机制、以及一单一校准特征以将它自己独特且适当地定向于一加热器套管中；

"加热器套管"意指一深抽管状结构，具有闭合底端及开放顶端，以容置一体成型加热器模块插入；

"消费者使用介面”或“CUI”意指外部易使用的结构及装置，其中，使用者可借此操作或启动所述自我加热包装；

"容器”意指及包含任何可承接或携带材料的贮藏器具(receptacle)，包括但非限制，罐、盒、碗、瓶或其他贮藏器具。

“加热器”意指及包含任何反应物于其中反应以产生热的装置。

如对本领域技术人员将显而易见的是，本文描绘了许多自我加热包装元件，并未将完整功能性所需的个别及所有元件描述出。在每种情况下，该描述意图示出加热器的各功能性方面以更好地理解本发明，并且应不必被理解为包含完整操作装置的所有元件。

应注意到，在说明书和附图中，相似或实质近似的元件会以相同的附图标记进行标记。然而，有时候这些元件可以不同数字标记，例如在这种标记辅助更为清楚描述的情况下。另外，本文所阐述的附图不一定按比例绘制，且在一些实例中比例可已经放大以便更为清楚地描述某些特征。这种标记和绘制实践方法不一定暗示基础的实质目的。本说明书意图被作为整体对待并且依据如本文所教导的以及本领域普通技术人员所理解的本发明的原理进行理解。

参照图1及图2，分别显示本发明一实施例的一体成型加热器模块的组装图及剖面图。一单独的加热器筒101，具有端盖102，其包埋有所述固态加热器的功能性材料及组件。

图2为加热器筒101的剖面图，其基座系填充有一固态反应混合物201。不同的固态反应化学品可用以提供一小型、轻量、强力的热源。所述能量内容及加热速率可借由调整内部燃料混合物的质量或组成物并使用不同份量种类或尺寸而配置。虽然可使用其他配方，一产热配方的实例为一种混合物，包含15-25％铝且粒径为2-30微米、20-30％二氧化硅、25-45％氧化铝和添加剂与反应辅剂，如氯酸钾、氟化钙和过氧化钡。

为了启动加热器内部的热反应，所述反应物混合物201可于邻近其上表面被点燃，可借由本领域不同的已知手段，例如，使用者经由一些CUI形式施加力量，而由一气泡排出反应性启动液至反应性启动粒上进行反应。

于图1及图2所示的一体成型加热器模块的实施例中，施加至所述模块终端的压缩力不会活化所述固态反应混合物201。而是，借由将起始次组件103加入至所述一体成型加热器模块100的端盖102，将扭转以激活加热器启动功能直接包埋至所述一体成型加热器模块中。将所述扭转驱动机制整合至一体成型加热器模块100中并提供稳定互锁，以避免于制造组装、运输及处理操作(包含高速安装至已充填的自我加热包装)期间因意外的施压激活所述加热器。

再次参照图1，所述起始次组件103的柱状外层套筒具有一螺旋状倾斜式具沟槽的通道，其与导销107啮合而固定至位于所述套筒105內部的可旋转式凸轮108。相对于可旋转式凸轮108的起始静止位置，所述柱状外层套筒105的突出的倒钩特征121以一特定角度设置，借由此设计，从而提供所述一体成形加热器模块100与加热器套管于设置时具有特別好的对准。

于组装完成的自我加热包装中，所述起始次组件上的开槽特征109是与一使用者活化CUI上的刀刃特征(例如图7的702)匹配，据此当所述CUI旋转时，所述可旋转式凸轮108将一起旋转，从而产生所述可旋转式凸轮108于所述端盖102方向上的可控制的位移。

反应性启动粒202被包埋于所述小型固态反应混合物201的上表面，且，一启动液填充的气泡203位于此启动粒202上方。于预驱动静止位置，一撞针204的活塞头穿过内部金属隔片202的中央，被置于离所述可压缩液体填充气泡203的上表面一小段距离处。

因此，当所述使用者活化CUI旋转时，所述凸轮108经控制的位移系朝向加热器盖，所述凸轮的基座推动撞針204一端，其突出而穿过所述一体成型加热器模块的端盖中的小孔102。所述活塞的内部配置相对端立即定位至邻接所述压缩性气泡203及启动粒202，因此对所述使用者的CUI操作做出反应而启动加热器激活作用。

为了消费者的安全，期望能提供缓和加热过程的反应手段，以避免所述包装组件、或食物或饮料产品过热，并保护使用者免于烫伤。达到被动式热控制的方法已被描述于美国专利号9,500,389名称为“热调节自我加热容器”，可同样应用到此处所述的加热器组件中，系借由将被动热控制材料配置与一体成型加热器模块反应腔相邻或为热接触。

再次参照图1的实施例，所述加热器筒101的内部空间206的一些部分可填充有被动热控制材料。于内部过热的情况中，所述被动热控制材料所产生的蒸汽可由所述加热包装逸散，而由所述系统将大部分能量统移除，以产生冷却效应。

对于蒸汽或其他内部气体，所述一体成型加热器模块结构系提供移除气流。再次参照图2，所述端盖102及内部金属隔片220包含通道或排气孔，当被动热控制被激活时，可允许过量压力安全且和缓地释放。排气通道亦可设于所述CUI中。除了被动热控制材料以外，所述筒可包含过滤层205，可为绝缘、吸臭材料、颗粒过滤层、或热稀释材料。

对于所述一体成型加热器，气态副产物系来自所述反应区，通过所述过滤层205及被动热控制层206。为了避免反应气体越过所述撞针204的活塞周围，所述绝缘体、臭味吸附剂、及被动热控制材料系沿其长度紧密地包装。无细缝渗透性聚合物片207可于一些实施例中作为最外层绝缘体，以产生单向防水环境密封，同时允许排出所述加热器的内部过压。

图1显示实施例的机械结构，且图2提供精确控制的位移及压缩力并有利于所述内部压缩性气泡及启动粒机制的高度可信赖性激活作用。所述激活的压缩力优选为，以位于所述包装外部的CUI启动，经由一系列叠加的机制元件所传送。所述可旋转式凸轮108的开槽特征109对所述CUI的耦合，即不必考虑尺寸变异容忍度、对塑料成形的CUI的弹性、或加热器管基座相对于盖体接缝边缘的直线距离。因此，所述对于可信赖激活作用的经控制的堆叠容忍度(stack up tolerances)，可整合至小量的经尺寸控制的金属部分中，所述金属部分位在相邻于所述加热器管的顶端，从而，可消除对于该加热器管整体长度变化的依赖性。

于图2所示的实施例中，内部金属隔片220建立了对堆叠容忍度的相近基准(closedatum)，且所述撞针204由固定至弹簧板的活塞所构成，能简单微调行程长度及激活力量。

图3显示加热器套管的一个实施例的不同特征，包含容置所述一体成型加热器模块的加热长度的柱状管壁区域301，容置其旋转驱动机制区段的过渡区域310，及终端凸缘302。可改变所述终端凸缘302的形式，以符合用以将所述加热器套管加入所述基座或饮料容器的盖子所采用的方法。

亦如图3所示，于所述加热器管的上端过渡区域310的两种形成的功能性特征。一垂直凹槽303，设于所述管壁中，可接受一体成型加热器模块上的匹配校准特征(例如，突出倒钩特征121)，当所述两个元件组装在一起时，能预先建立所述优选角度方向。一或多个凹陷保留特征304系创造对所述经安装加热器模块的端盖102的过盈配合，以确保一旦安装后，它不会轻易的由所述加热器套管脱落。

图4A显示了图3的插入加热器套管的一体成型加热器模块外部图式。于图4B，将所述加热器套管壁透明化，以显示所述突出的倒钩特征121及垂直凹槽303分别对所述一体成型加热器模块及所述套管之个别的囓合；以及，所述加热器管的凹陷保留特征304如何延伸通过所述一体成型加热器模块的端盖102，以防止经安装的加热器脱落。

所述加热器套管可视情况地耦合至已知两件式或三件式饮料容器的盖子或基座之一，因此，所提供的一体成型加热器模块可依据饮料品牌的喜好而视情况地以其中一种方向安装。

考量第一种盖式安装选项，将所述加热器套管整合至可缝式盖子为最容易，系借由修改商业上可得的"内衬壳(lined shell)"而达成。内衬壳为量产的中间组件，可于制造标准饮料容器端期间生产，其周缘整合有所述关键性的卷曲特征且需要密封缝接到罐体用的内衬化合物；其未完成的中心为平面圆形平板。

符合饮料产业标准的内衬壳具有低于0.25毫米(mm)的壁厚度，及，为了拮抗内部压力，以较硬的5000系铝合金进行建构。然而，对于本发明所述深抽加热器套管的最适化表现，可能需要标准饮料规格的铝终端库存所无法轻易达成的机械性质或热性质。

举例而言，为了沿其长度提供均匀的热分布，所述壁厚度可介于0.5-1.0mm之间，且更优选以较柔韧的3000系铝合金形成所述深抽加热器套管。

最直接的是分开制造所述加热器套管及内衬壳组件；接着，它们必须以产生不透气密封连接的适当手段连接，该密封连接必须符合严格的食品及饮料安全性标准。典型地，可使用已知二重卷边辊，将可缝式端点连接至食物或饮料容器。然而，用于二重卷边的标准工具系作用于连接部分的周缘边界，并不适用于与所述加热器套管连接以形成内部密封连接。

气溶胶容器接合为一种工程解决方案，用于商业容器产品以接合两个柱状容器组件。气溶胶接合适用于连接不同厚度的金属板，并提供优异的高压密封。所述气溶胶压接操作不需旋转待接合部分。典型应用为，压折气溶胶喷雾阀直到于容器的开颈附近形成特定形式的卷曲边缘，但此设计方法亦可应用于某些食物及饮料应用。

图5为易碎饮料容器盖的可缝式外端壳(seamable end shell)的透视图，经修改以适合与图3所示的所述加热器套管连接。所述可缝式端点具有绕其周长成形的周缘卷曲501。所述卷曲的内侧底部以封填剂材料内衬，所述卷曲及封填剂的形式系设计为匹配表面，以于所述未缝接容器体的开颈附近的罐钩特征进行缝接。

当应用于两件式罐体的盖子时，整合至所述加热器套管的可缝式端点亦必须整合的一些物理手段，以打开所述容器获取经加热饮料内容物。图5中，经修改的内衬壳周缘附近设有可碎裂密封式倾倒孔隙502及针对空气的排气口503，以辅助将饮料倒出。对于这些特征，由于所述盖子于可缝式边缘与加热器套管凸缘壁之间的表面区域有限，因此，气溶胶压接所形成连接处所具有的紧密度与容积效能，为其重要有利特征。

图5经修改的内衬壳于其中央具有大型圆形开口，其周缘边界已预形成一卷曲凸缘504。于图4的实施例中，加热器套管的卷曲凸缘333亦为预设结构，用以进行气溶胶压接法以附接至一容器。此两种预形成的部分被堆叠以进行压接。接着经由所述颈部导入夹头心轴以展开(flare out)所述最内侧加热器套管组件的经封填内衬壁，将其紧密贴附于所述内衬壳的卷边。

图6显示将图4的柱状加热器套管组装至图5的可缝式外端壳上。已知二重卷式缝合容器可用以密封此组件至已充填饮料容器罐体的顶部，以提供不透气密封盖，接着安装所述一体成型加热器模块，之后为适当的CUI。

典型CUI采特殊设计的塑胶盖装置形式，其卡于所述罐体边缘；一倾倒孔隙703；以及可包含模制于其上、下、及侧壁的多个结构特征，以达成不同功能。所述CUI可以聚丙烯或其他食品及聚合物射出成型，这些聚合物有利于在所述经加热金属容器表面及所述热饮内容物的消费者之间提供隔热作用。

依据加热器安装结构，不同的使用者介面的替代性设计可后续应用以完成所述完整包装，并客制化使用者经验。所述CUI的主要功能之一，系提供使用者启动所述加热器的手段。于盖装式实施例中，除了启动所述加热器功能之外，所述CUI典型地亦可包含破坏所述密封包装封闭性的特征，如倾倒孔隙。不同形式的可破坏的密封及打开容器的手段已于美国专利号10,058,209中被描述过。为了适当操作此等特征，当所述加热器套管加入所述经修改的内衬壳时，必须于所述垂直沟槽303与所述倾倒孔隙之间建立所述正确的准确角度方位。

图7A及7B显示，图6的可缝式盖管的俯视图，其与已插入一体成型加热器模块的已填充饮料容器接合(图7A)，与一倒转的CUI相邻(图7B)。用于盖安装式的加热器，于所述CUI下表面上的结构特征为：咬边唇部701，用以卡合至所述罐体顶部周围的缝合周缘珠；以及，机械性刀片结构702以启动所述加热器，其插入相对边的所述激活次组件的内部旋转凸轮组件中的开槽特征109。此种组合允许所述CUI旋转所述凸轮，类似于螺丝起子旋转一字螺丝。此机制有效地消除垂直堆叠的关于尺寸容忍度或CUI的弹性及其耦合至所述罐体缝合边缘的疑虑。

图8为本发明完整的自我加热容器系统的主要组件的爆炸图。所绘示的实施例包含：盖装式CUI 700、可缝式端点及所接附的加热器套管600、一体成型加热器模块100、及已知容器主体800，于其上可组装其他成分。

本发明此实施例展示了一模式，借此模式可将自我加热功能整合至两件式铝罐，即，饮料应用中最广泛使用的金属包装形式。

所述加热器管套及所述一体成型加热器模块亦可安装于饮料容器的基座，此方式具有一定优势，例如可使用该容器顶部的标准拉环，有利于允许所述加热器容器可以已知充填及缝合操作进行加工。

图9显示于两件式饮料容器900的拱顶式基座902中的一体成型加热器模块901。加热器套管的几何形状可直接形成于所述两件式饮料容器的基座中，但，实务上，对于使用经修改的可缝合式基座端的三件式容器会更容易达成。

如图10A所示，所述两件式饮料容器的基座都具有拱顶形状902，是为了耐受内部压力，此为设计加热器套管的接合手段所必须考量。借由适当的调整，可采用气溶胶接合法以连接特定形成的加热器管与两件式铝罐的薄壁容器基座。图10A至10D绘示，为达成此目的的一系列形成階段。

图10B显示经修改的铝容器基座，以穿孔工具于拱顶基座做出孔洞，接着以擦拭工具形成直边领部，用以于后续形成所述容器基座中的卷边904，作为气溶胶接合部的一侧。对加热器套管与一匹配卷边凸缘与施用于该卷边底部的一密封/垫片材料进行。将所述两个预形成部分的边缘堆叠，及，经由所述颈部导入夹头心轴以展开所述最内侧加热器套管组件的经封填内衬壁，将其紧密贴附于所述内衬壳的卷边。

要成功执行所述气溶胶接合技术将加热器管接合至金属包装，需要对充分的性能需求进行妥善考量及调整，例如：确保保护性涂层未受损害，包装内部压力、任何热处理方案、及所述加热管欲接合的包装组件的详细几何形状。

由于所述饮料容器壁厚度较所述加热器套管为厚，后者变成主要密封几何形状，围绕其为一完整360度卷边906，如图10C及10D所示，达到所述内部管匹配形成作用，依据该管强度以最适化所述几何形状压折。一厚壁加热器管可承受强力模具压折，因此，模具压接操作为是使用标准膨胀夹头的合适替代方法。

图11显示另一实施例，使用热稳定食品级黏着剂将所述加热器套管接附至所述容器的拱頂。以平冲床于所述容器底部穿孔，此保留所述拱顶基座902几何形状，并于所述加热器套管上形成所述凸缘933，其轮廓与所述拱顶尺寸匹配，是为了将所述接合的程度与强度最大化。图12显示又一实施例，其中，套圈977及卡环978用以于无凸缘加热器套管955及所述罐体的拱顶基座902之间创造一强力机械接合。一种黏着性封填剂被施用以密封所述接合。

于所述两件式容器的基座不具有让CUI可夹住的可缝式边缘。故，于此一实施例中，图13及图14的一体成型加热器模块及起始次组件整合了端盖凸缘1402及定向特征1403。所述定向特征适装于基座安装型CUI 1501中的凹槽以提供较佳的对准。所述凸缘1402可被基座安装型CUI 1501的弹性指状部1502抓握。由冲压钢制成的锁环部1401上的单向表面倒钩允许所述一体成型加热器模块完全插入，接着确保防止其被意外或故意抽出。

图15显示一完整自我加热容器系统的主要組件的爆炸图，其于两件式容器主体的基座中具有所述加热器套管及一体成型加热器模块。

图16及图17显示已充填的两件式饮料容器的剖面图，分别为本发明一体成形加热器模块插入至一基座安装式或盖装式加热器套管之实施例，显示所述模块组件如何允许所述自我加热功能替代性地整合至自我加热饮料容器包装的盖子或基座之一，接着可施加适当的消费者使用者介面。

虽然本系统及方法已依据本发明的优选实施例所公开，本领域技术人员可理解其他实施例亦为可行。前述讨论虽聚焦于特定实施例，但可理解亦涵盖其他结构。尤其是，即使于此处以"于一实施例中"或"于另一实施例中"表达，但这些片语意指通用地参考实施例可能性，且并不意图将本发明限制于这些特定实施例结构中。此等术语可参考相同或不同的实施例，且除非另有指示，否则可组合为汇总实施例。除非另有指示，否则术语“一”、“一个”和“所述/该”意指“一或多个”。除非另有指示，否则术语"连接"意指"交流式连接"。

虽然此处描述单个实施例，但显而易见的，可使用一个以上的实施例取代单个实施例。类似地，在此处描述一个以上的实施例，但显而易见的，可以将单个实施例取代某个设备。

鉴于本领域中已知的各种不同的封闭系统，所述详细实施例仅为说明性的，而不应被认为是对本发明范围的限制。相反地，要求保护的发明为符合后附权利要求及其均等物的精神和范围内的所有修改。

本说明书中的描述均不应被视为暗示任何特定元件、步骤或功能是必要元件，必要元件必须被包括在权利要求范围内。专利标的主体的范围仅由所核准的权利要求及均等物所定义。除非有明确记载，否则本说明书所描述的本发明其他方面并不限制权利要求的范围。

为辅助专利局及任何读者对基于本发明所核准的任何专利，解释后附权利要求，申请人希望注明，其并未意图使任何后附权利要求或权利要求元件违反美国专利法35U.S.C.112(f)，除非于特定权利要求中明确的使用了"用以…的手段(means for)"或"用以…的步骤(step for)"等字眼。