四线加热内热式电子烟加热棒的制作方法

本发明涉及一种电子烟具的部件的结构，一种四线加热内热式电子烟加热棒，一种四线加热加热棒的控制方式。

背景技术：

内热式电子烟加热棒是用来插在特制的烘烤式香烟中对烟草进行烘烤产生供人吸用的烟气的。烘烤过程中，烟草不燃烧，没有明火也不形成烟灰。烘烤式香烟比一般的香烟短，烟丝长度约15mm、直径8mm左右。内热式电子烟加热棒由于要插在烟支里面加热，一般直径在2mm左右，加热电压为小于4v的直流电压。烟支烘烤温度为280～350℃，温度过就要烤焦，太低则烤不出烟味道。内热式电子烟加热棒理想的发热长度为10～12mm，发热区温度控制在330±10℃，烟的口感饱和度、烟气、烟雾量就会很好。

通常的香烟点燃后即能抽烟，不用等待，但烘烤型的新型烟草必须在300度以上烘烤20秒后才能有较好的口感，等待时间长，抽烟的体验不如传统烟草。如在香烟的头部(远离嘴巴的一头，对于传统香烟就是打火机点燃的那一头)快速升温，那么烘烤出来的烟味抽吸到嘴巴里需要经过15mm的烟丝，再加上过滤嘴，烟味基本上被烟草及滤嘴吸收掉了，所以开始抽吸的体验也不好。如整根发热棒特别是发热棒的尖头部能快速升到350℃，那么经过短时间的烘烤，即能实现体验很好的快速抽吸。

内热式电子烟加热棒的应用结构决定了加热电极必须从尾部引出导线，尾部还有与烟具连接的结构件，尾部的散热较多，如在加热棒上均匀布置电阻，则尾部的温度就会很低，加热棒的温区长度就不能满足要求。如增加尾部的电阻值，尾部温度就会提高，加热棒的温场就会达到要求。为了实现快速升温的要求，控制线路开始会输出4v电压，等局部区域到达350度后会把电压降下来，用tcr电阻温度系数的反馈改变加热电压来控制加热棒的温度，这样的好处是能尽量加快温场均匀的时间。尾部电阻的增加会在刚开始4v电压时，尾部温度会急剧上升，2-3秒即可上升到350℃，但头部由于电阻小，尖头部温度还是很低(如头部增加电阻会造成加热是尖头部温度过高，影响温场)，正常控制下尖头部上升到350度需要20秒。如何提高加热棒尖头部的升温速度是优良抽吸体验的迫切需要。

目前所有的内热式电子烟加热棒是采用2线制加热。

技术实现要素：

本发明旨在提出一种四线加热内热式电子烟加热棒的结构，不仅能得到很长的轴向温度均匀加热长度，同时能将加热棒尖头部温度迅速提升，实现快速温度均匀。

四线加热内热式电子烟加热棒，包括一根陶瓷的圆柱形的基杆，沿基杆表面且垂直于基杆的轴线的方向是横向，基杆的上端呈锥形，基杆的圆柱面上有一层玻璃隔离层，玻璃隔离层外有一层电加热层，电加热层外有一层玻璃保护层，所述的电加热层包括两个半圆柱面形的电阻层，两个半圆柱面形的电阻层的上端互相相连，所述的半圆柱面形的电阻层的下端连接第一引出电极；所述的半圆柱面形的电阻层上设置有若干条自半圆柱面形的电阻层的左侧边引出的横向的第一缝和自半圆柱面形的电阻层的右侧边引出的横向的第二缝，第一缝和第二缝的长度均小于半圆柱面形的电阻层的宽度，且沿轴线方向第一缝和第二缝交替排列，将半圆柱面形的电阻层分割成互相串联的若干横条；位于基杆的上部的横条和下部的横条的宽度小于位于基杆的中部的横条的宽度；半圆柱面形的电阻层上还连接第二引出电极，第一引出电极和第二引出电极与半圆柱面形的电阻层的连接点在半圆柱面形的电阻层上不同位置。

本发明所称的第一引出电极和第二引出电极与半圆柱面形的电阻层的连接点在半圆柱面形的电阻层上不同位置，是指电阻层在有关电极连接点以上部分能够形成不同的电阻值。

优选地，第二引出电极与半圆柱面形的电阻层的连接点位于下部的横条与中部的横条的交界处。

优选地，基杆的底部插接在一个陶瓷的方形的基座的圆孔里，基座的下底面上有四块l形的凸块，四块l形的凸块均布于圆孔的圆周，l形的凸块的l形的内凹部朝向圆孔，基座套合并固定在基杆的下部，位于引出电极外，每个l形的凸块正对着一个引出电极，第一引出电极或第二引出电极的下半段。

优选地，四根加热的引出导线分别与两个半圆柱面形的电阻层第一引出电极或第二引出电极相连接。

本发明的控制方法为：先对第二引出电极施加4v电压把加热棒的上部电阻区间在5秒内上升到350度，然后关闭第二引出电极；再用第一引出电极施加较低的电压将整个电阻布线区统一加热，以维持整个温场的长度及均匀性。同时原来被关闭的第二引出电极可以作为测温反馈线应用。这样的控制不仅避免了开始加热时的温度过冲，迅速提升尖头部的温度，同时也能保证整个加热棒的温区长度及均匀性。

这种四线加热内热式电子烟加热棒的电加热层结构如下：包括两个半圆柱面形的电阻层，两个半圆柱面形的电阻层的上端互相相连，两个半圆柱面形的电阻层的下端各有第一引出电极从下端最后一根横条引出，第二引出电极从下端稍高处的某横条引出。每个半圆柱面形的电阻层上设有自左侧边和右侧边引出的横向的缝，这些横向的缝的长度小于半圆柱面的电阻层的宽度，这些引自左、右侧边上横向的缝相间隔排列，将半圆柱面的电阻层分割成互相串联的横条，位于基杆的上部的横条和位于基杆的下部的横条的宽度较窄，位于基杆的中部的横条的宽度较宽。

第二引出电极相当于将位于其引出处下边的横条短路，当其通电时，下边的横条没有电流经过不发热，只是从引出处的横条到上部区间发热，这样由于不经过下边的密集细横条，电阻变小，升温速度加快，引出处以上的横条包括尖头部的横条能在5秒内一起迅速升温到350℃，从而达到快速升温的目的。

这种内热式电子烟加热棒由于位于基杆的上部的横条和下部的横条的宽度较窄，电阻就较大；位于基杆的中部的横条的宽度较宽，电阻就较小；当给第一引出电极(即与最后一根横条连接的电极)通电时，同一半圆柱面上的横条是互相串联的，通电时电流相同，因此位于基杆的上部的横条和下部的横条的单位面积的发热量较中部的横条大，就能补偿加热棒的头部和尾部较多散失的热量，从而使整个内热式电子烟加热棒温度均匀，得到好的加热效果。

位于下部的横条在通电的作用就是补偿尾部散失的热量，维持上部10mm恒温区的长度及均匀性，当其正常通电维持温场时必须把第二引出电极关闭，不然会起不到维持恒定温度场的作用。这个电阻层是采用高tcr值(3000ppm/℃)的材料印刷烧结而成，温度变化100℃，电阻会上升30％，当加热棒温度在350℃时，电阻会上升一倍，可以采用这个特性检测当前加热棒的实际温度，在10mm恒温区的温度场比较均匀，依靠电阻变化检测当前温度比较准确，因此第二引出电极通电结束后可以用作测温反馈信号，检测第二引出电极的电阻即能准确知道当前加热棒恒温区的实际温度，用作反馈控制或显示。

四根引出导线电气上相互连通，相当于三个串联电阻引出四根导线。其中第一引出电极3a连接整个电阻层4，第二引出电极3b连接中上部电阻层42、43，对第二引出电极3b通电可以将上部电阻层42、43迅速升温，对第一组引出电极3a通电可以保持整个电阻层4的温度场长度及温度一致性，分步骤、分时段对第二引出电极3b、第一引出电极3a通电加热。第二引出电极3b通电加热结束后可以利用其电阻材料固有的高tcr特性来测量中上部电阻层42、43的温度。

本发明的优点是：能得到很长的轴向温度均匀加热长度，同时能将加热棒尖头部温度迅速提升，实现快速温度均匀。

附图说明

图1是本发明的正视图。

图2是本发明的侧视图。

图3是本发明的后视图。

图4是玻璃隔离层、电阻层和玻璃保护层的展开图。

图5是视角斜上方时基座的立体图。

图6是视角斜下方时基座的立体图。

图7是本发明安装了基座和引出导线的一个角度的结构示意图。

图8是本发明安装了基座和引出导线的另一个角度的结构示意图。

图9是安装了基座和引出导线的内热式电子烟加热棒的俯视图。

图10是图9中沿a-a向的剖视图。

图11是图9中沿b-b向的剖视图。

图12是本发明安装了引出导线的立体图。

图13是本发明四根引出导线与连个电阻层的电气连接的等效电路图，其中r1是一侧电阻层的第二引出电极连接点以下部分的电阻，r2是另一侧电阻层的第二引出电极连接点以下部分的电阻，r0是两侧电阻层的第二引出电极连接点以上部分的累加电阻。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

四线加热内热式电子烟加热棒，包括一根陶瓷的圆柱形的基杆1，沿基杆1表面垂直于基杆1的轴线的方向是横向，基杆1的上端11呈锥形，基杆1的圆柱面上有一层玻璃隔离层2，玻璃隔离层外有一层电加热层，电加热层外有一层玻璃保护层5，其特征在于：所述的电加热层包括两个半圆柱面形的电阻层4，两个半圆柱面形的电阻层4的上端互相相连，所述的半圆柱面形的电阻层4的下端连接第一引出电极3a；所述的半圆柱面形的电阻层4上设置有若干条自半圆柱面形的电阻层4的左侧边引出的横向的第一缝41a和自半圆柱面形的电阻层4的右侧边引出的横向的第二缝41b，第一缝41a和第二缝41b的长度均小于半圆柱面形的电阻层4的宽度，且沿轴线方向第一缝41a和第二缝41b交替排列，将半圆柱面形的电阻层4分割成互相串联的若干横条；位于基杆的上部的横条43和下部的横条44的宽度小于位于基杆的中部的横条42的宽度；半圆柱面形的电阻层4上还连接第二引出电极3b，第二引出电极3b与半圆柱面形的电阻层4的连接点位于下部的横条44与中部的横条42的交界处。

基杆1的底部插接在一个陶瓷的方形的基座6的圆孔61里，基座6的下底面上有四块l形的凸块62，四块l形的凸块62均布于圆孔61的圆周，l形的凸块62的l形的内凹部63朝向圆孔61，基座6套合并固定在基杆1的下部，位于引出电极3外，每个个l形的凸块62正对着一个引出电极，即第一引出电极3a或第二引出电极3b的下半段。

四根用于加热的引出导线7分别与两个半圆柱面形的电阻层4第一引出电极3a或第二引出电极3b相连接。

本发明采用厚膜工艺，在圆柱体上制作厚度一致的电加热层。由四层组成，底层玻璃层起绝缘绝热用；中间的电极层起电阻层引出焊接用；中间的电阻层起通电发热用；顶层的玻璃保护层起绝缘保护用。本发明的基体采用氧化锆材料，无毒无害，强度韧性兼容。氧化锆热导率低，是良好的耐火材料。电阻层通电加热后透过顶层20μm玻璃层，热量充分转移到烟弹，实现快速升温，有助于降低能耗。试验表明，在加热针表面温度350℃时，本发明的尾部温度小于130℃，大幅降低了烟具表面温度。

本发明的基杆1和基座6可以用各种陶瓷来制作，如氧化铝陶瓷、氧化硅陶瓷、氧化锆陶瓷，首选氧化锆陶瓷，因为氧化锆陶瓷的热导率很低，一般为2～3w/m·k，可以有效提高升温速度、减少基座处的传热损耗、降低能耗。电阻层4、第一引出电极3a和第二引出电极3b可采用高tcr值的银钯浆料来制作。玻璃隔离层2和玻璃保护层5用来保护电阻层4，使其不被氧化。

本发明的制造工艺可采用中国专利201921374391.8公开的电加热层用圆柱面厚膜印刷法制造工艺。具体包括：

(1)在氧化锆陶瓷基杆上印刷底层无孔玻璃隔离层浆料；(2)850℃烧结，得到玻璃隔离层2；(3)在玻璃隔离层上印刷电阻层4、第一引出电极3a和第二引出电极3b；(4)850℃烧结；(5)印刷玻璃保护层5；(6)850℃烧结；(7)用玻璃浆料将基座6粘好，在四个凸块62的内凹部中注入导电浆，插入引出导线7；(8)650℃烧结。这种内热式电子烟加热棒的参考尺寸为：基杆1长20mm，直径1.7～2.5mm；电阻层区域长约12mm，电极区长4.8mm。每个半圆柱面形的电阻层4上有15条横条，其下部的横条44有7条，每条宽0.4mm，线间隙0.15mm；上部的横条43有2条，每条宽0.4～0.5mm，线间隙0.15mm；其余为中部的横条42，有几种宽度，最下面一条0.6mm，然后二条1.3mm，再一条0.5mm，然后再二条1.3mm，线间隙0.15mm。这样的设计，在发热区布线长度12mm左右时，能获得长度大于10mm的330±10℃恒温区，满足内热式电子烟加热棒对温度场及升温速度的要求。引出电极宽为1.7mm，电阻较小，在电阻层发热稳定在330℃时，基座温度小于130℃，使加热棒尾部散失的热量较小。银钯浆料的tcr值为3000ppm/℃，在25℃环境下设计电阻为0.6～0.8ω。

也可以采用mch工艺，先把图案印刷在为烧成的氧化铝、氧化锆软薄片膜带上，然后在包裹到陶瓷圆柱棒上，再一起高温烧制而成。

本发明的控制方法为：先对一组中间的2根第二引出电极施加4v电压把加热棒的上部8mm电阻区间在5秒内上升到350度，然后关闭第二引出电极；再用第一引出电极施加较低的电压将整个电阻布线区(约12mm，包括上述的8mm区间)统一加热，以维持整个温场的长度及均匀性。同时原来被关闭的中间的2根电极可以作为测温反馈线应用。这样的控制不仅避免了开始加热时的温度过冲，迅速提升尖头部的温度，同时也能保证整个加热棒的温区长度及均匀性。

这种四线加热内热式电子烟加热棒的电加热层结构如下：包括两个半圆柱面形的电阻层，两个半圆柱面形的电阻层的上端互相相连，两个半圆柱面形的电阻层各有二个引出电极，其中第一引出电极从下端最后一根横条引出，第二引出电极从下端第七根横条引出。每个半圆柱面形的电阻层的左侧边和右侧边上分布着横向的缝，这些横向的缝的长度小于半圆柱面的电阻层的宽度，这些左、右侧边上横向的缝相间隔排列，将半圆柱面的电阻层分割成互相串联的横条，位于基杆的上部的横条和位于基杆的下部的横条的宽度较窄，位于基杆的中部的横条的宽度较宽。

第二引出电极分别与二个半圆柱面型的电阻层下端第七根横条相连，相当于将下边的七根横条短路，当其通电时，下边的七根横条没有电流经过不发热，只是从连接的第八根横条到上部的8mm区间发热，这样由于不经过下边的七根密集细横条，电阻变小，升温速度加快，在中间二个第二引出电极施加4v电压下，连接竖直的二根细引线、下面的一根横条、中间的横条与尖头部的二根横条能在5秒内一起迅速升温到350℃，从而达到快速升温的目的。

这种内热式电子烟加热棒由于位于基杆的上部的横条和下部的横条的宽度较窄，电阻就较大；位于基杆的中部的横条的宽度较宽，电阻就较小；当给第一引出电极(即与最后一根横条连接的电极)通电时，同一半圆柱面上的横条是互相串联的，通电时电流相同，因此位于基杆的上部的横条和下部的横条的单位面积的发热量较中部的横条大，就能补偿加热棒的头部和尾部较多散失的热量，从而使整个内热式电子烟加热棒温度均匀，得到好的加热效果。

位于下部的七根横条在通电时的作用就是补偿尾部散失的热量，维持上部10mm恒温区的长度及均匀性，当其正常通电维持温场时必须把第二引出电极关闭，不然会起不到维持恒定温度场的作用。这个电阻层是采用高tcr值(3000ppm/℃)的材料印刷烧结而成，温度变化100℃，电阻会上升30％，当加热棒温度在350℃时，电阻会上升一倍，可以采用这个特性检测当前加热棒的实际温度，在10mm恒温区的温度场比较均匀，依靠电阻变化检测当前温度比较准确，因此第二引出电极通电结束后可以用作测温反馈信号，检测中间两根电极的电阻即能准确知道当前加热棒恒温区的实际温度，用作反馈控制或显示。

参照图13，四根引出导线电气上相互连通，相当于三个串联电阻引出四根导线。其中第一引出电极3a连接整个电阻层4，第二引出电极3b连接中上部电阻层42、43，对第二引出电极3b通电可以将上部电阻层42、43迅速升温，对第一组引出电极3a通电可以保持整个电阻层4的温度场长度及温度一致性，分步骤、分时段对第二引出电极3b、第一引出电极3a通电加热。第二引出电极3b通电加热结束后可以利用其电阻材料固有的高tcr特性来测量中上部电阻层42、43的温度。

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