一种中心型声表面波加热元件的制作方法

本发明属于加热不燃烧卷烟技术领域，具体涉及一种中心型声表面波加热元件。

背景技术：

近年来，随着全球控烟形势的日趋严峻和消费者健康意识的逐步提升，传统卷烟的弊端日渐凸显，加热不燃烧卷烟以其降低有害成分释放量的显著优势而在全球范围内备受关注，已成为国内外各大烟草公司竞相角逐的焦点。

加热元件是加热不燃烧卷烟的核心部件，其加热性能的优劣直接影响到用户的抽吸体验和安全健康状况。在现有技术中，常见用于加热不燃烧卷烟的加热元件为电阻式加热，分为中心电阻式加热和周向电阻式加热，其中中心电阻式加热通常以有尖端的陶瓷厚膜片或有尖端的圆柱体发热棒(通过在氧化锆陶瓷基片或基棒上印制银浆、银钯浆、铂金浆或合金浆料等金属电阻浆料形成发热电路，并经高温烘烧而得)作为加热元件。虽然中心电阻式加热的技术应用比较成熟，但却普遍存在如下技术缺陷：1、属于热传导加热，加热元件产生的热量从加热不燃烧卷烟的内部向外周传导，靠近热源部分的烟芯由于受热过度极易出现碳化的现象，而远离热源部分的烟芯又因为加热不充分导致香气及有效成分释放量不足，感官品质总体表现不佳；2、加热元件上的发热电路与烟芯大面积接触，加热不燃烧卷烟在加热过程中产生的焦油类物质容易在发热电路的外表面上烧结粘附，进而会使加热元件的电热性能逐渐下降，影响用户抽吸体验；3、加热元件在无加热不燃烧卷烟插入的情况下误触发工作时，热量会不断累积，持续升温可高达500-600℃，安全风险高。

声表面波是一种沿弹性介质表面上传播的机械波，本申请人使用声表面波对烟液进行主动泵送以及对烟液进行非接触雾化，取得了较好的效果，见专利zl2018100769411。申请人经过精心设计，发现基于表面波的加热元件可用于实现加热不燃烧卷烟的加热。

技术实现要素：

本发明提供了一种用于加热不燃烧卷烟的中心型声表面波加热元件，该加热元件利用声表面波与加热不燃烧卷烟中的极性分子之间相互作用产生的热效应来实现加热不燃烧卷烟的加热，具有加热机理新颖、加热效率高、热均匀性好、声表面波激励源与烟芯不接触、安全系数高等优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种用于加热不燃烧卷烟的中心型声表面波加热元件，其包括：压电基底11、叉指电极结构和套筒底座3；

所述压电基底11的前端为尖端状，其后端的壁上有一个或多个叉指电极结构；

所述套筒底座3套在所述压电基底11的后端，且所述叉指电极结构位于所述套筒底座3内；所述套筒底座3的底端设置有两个电极，并分别与所述叉指电极结构的汇流条电连接。

优选地，所述压电基底11为剑状，所述叉指电极结构有两个，分别为第一叉指电极结构12a和第二叉指电极结构13a，该两个叉指电极结构位于剑尾端的上下两个面上。

优选地，所述压电基底11为前端为圆锥状的棒，所述叉指电极结构有两个，分别为第三叉指电极结构12b和第四叉指电极结构13b，该两个叉指电极结构位于压电基底棒的棒尾端外围。

优选地，所述压电基底11和叉指电极结构的表面有保护膜层14。

优选地，所述压电基底11的剑尾端的厚度为0.3-1mm，宽度为2-5mm。

优选地，所述压电基底11的棒尾端的周长为4-10mm。

优选地，所述压电基底11的材料包括压电单晶、压电陶瓷或以非压电材料作为支撑衬底的压电薄膜。

优选地，所述叉指电极结构为沉积在所述压电基底11表面上的具有手指交叉形状的铝、金、银、铂或铜的金属薄膜。

优选地，所述套筒底座3的底端设置的两个电极为两个电极焊盘，即第一电极焊盘31和第二电极焊盘32，两个电极焊盘与叉指电极结构的汇流条之间电连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的中心型声表面波加热元件通过声表面波与加热不燃烧卷烟的烟芯中的水、醇类、糖类等极性分子之间相互作用产生的“内摩擦热”进而加热烟芯，并形成烟气，其加热机理与现有中心电阻加热元件的不同。

2、本发明的中心型声表面波加热元件在使用时，其前端的尖端插入加热不燃烧卷烟的烟支中，其尾端的的多个叉指电极结构同时激发声表面波，加热不燃烧卷烟的烟芯全方位地吸收声能，促使极性分子高频运动、相互碰撞，进而使烟芯在不同深度同时升温生热。因此本发明的中心型声表面波加热元件具有能量密度大、加热效率高和热均匀性好的优点。

3、本发明的中心型声表面波加热元件装配完成后，其声表面波激励源，即多个叉指电极结构均置于套筒底座3内，与加热不燃烧卷烟的烟支不接触，有效地规避了焦油类物质在声表面波激励源上烧结粘附并进而影响加热元件工作性能的问题。

4、本发明的中心型声表面波加热元件在无加热不燃烧卷烟插入的情况下误触发工作时，表现为声表面波在压电基底上的无吸收正常传播状态，加热元件自身的发热量小，其表面温度仅由压电基底的振动阻尼损耗引入，无高温高热的安全风险。而现有技术的电阻式加热元件因干烧容易造成高温高热的安全风险。

附图说明

图1为本发明剑状的中心型声表面波加热元件的结构示意图。

图2为本发明剑状的声表面波加热片的分解示意图。

图3为本发明剑状的中心型声表面波加热元件的装配效果图。

图4为本发明为前端为圆锥状的棒的中心型声表面波加热元件的结构示意图。

附图标记说明：1、中心型声表面波加热元件，11、压电基底，12a、第一叉指电极结构，12b、第三叉指电极结构，121、第一极耳，122、第二极耳，13a、第二叉指电极结构，13b、第四叉指电极结构，131、第三极耳，132、第四极耳，1311、第五极耳，1321、第六极耳，14、保护膜层，151、第一引线，152、第二引线，21、第一夹持件，22、第二夹持件，3.套筒底座，31、第一电极焊盘，32、第二电极焊盘。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。

实施例1

本实施例的中心型声表面波加热元件的结构示意图和装配效果图分别见图1至图3，中心型声表面波加热元件为剑状。该中心型声表面波加热元件1包括剑状的压电基底11、两个叉指电极结构，分别为第一叉指电极结构12a和第二叉指电极结构13a，该两个叉指电极结构位于剑尾端的上下两个面上；压电基底11和第一叉指电极结构12a、第二叉指电极结构13a的表面有保护膜层14，保护膜材料一般为二氧化硅、特氟龙、派瑞林或su8-2002光刻胶等，厚度优选1-3μm，本实施例为2μm；剑尾端的厚度为0.5mm，宽度为5mm；所述压电基底11的材料包括压电单晶(如石英、铌酸锂、钽酸锂、锗酸铋等)、压电陶瓷(如锆钛酸铅陶瓷等)或以单晶硅、金刚石等非压电材料作为支撑衬底的压电薄膜(如氧化锌薄膜、氮化铝薄膜、铌酸锂薄膜等)，在本发明的具体实施例中，压电基底11优选y切x128.68°方向的铌酸锂压电单晶制成，其厚度、机电耦合系数、温度系数和声表面波传播速度分别为0.495mm、5.5％、-72x10-6/℃和3992m/s，叉指电极结构是通过微纳加工工艺将具有手指交叉形状的铝金属薄膜沉积在压电基底11上形成的，叉指电极结构两侧汇流条引出极耳，第一叉指电极结构12a两侧的极耳为第一极耳121、第二极耳122，第二叉指电极结构13a两侧的极耳为第三极耳131、第四极耳132；其中第一极耳121和第三极耳131被能导电的y型第一夹持件21夹住，第二极耳122和第四极耳132被能导电的y型第二夹持件22夹住；然后整个剑尾端被套筒底座3套住，使得第一叉指电极结构12a和第二叉指电极结构13a都在套筒底座3内密封，但又不影响第一叉指电极结构12a和第二叉指电极结构13a正常工作。套筒底座3的底端设置两个可以分别与外接信号源连接的电极，为两个电极焊盘，即第一电极焊盘31和第二电极焊盘32，第一电极焊盘31和第二电极焊盘32分别与第一夹持件21和二夹持件22的y型的y底端电连接；套筒底座3为不导电的耐高温材料，如陶瓷、高分子材料等。

本实施例的用于加热不燃烧卷烟的中心型声表面波加热元件的工作原理为：将声表面波加热元件的剑头端插入到加热不燃烧卷烟中，套筒底座3留在加热不燃烧卷烟外；外接电源通电，所述第一夹持件21和第二夹持件22通过所述套筒底座3底端的第一电极焊盘31和第二电极焊盘32与外部信号源建立电连接，所述声表面波加热元件1上的第一叉指电极结构12a和第二叉指电极结构13a在交变电信号的驱动下，所述压电基底11会因电荷中心的偏移而产生周期性的形变，并通过逆压电效应在压电基底11内激发弹性声场，将电信号转变为声信号，然后形成沿着压电基底11上下表面传播的声表面波，当声表面波与加热不燃烧卷烟的烟芯中的水、醇类、糖类等极性分子接触时，极性分子会剧烈运动、相互摩擦并使烟芯快速生热，进而产生可供用户抽吸的烟气。

实施例2

如图4所示，本实施例的中心型声表面波加热元件前端为圆锥状的棒。该中心型声表面波加热元件1包括棒状的压电基底11，两个叉指电极结构分别为第三叉指电极结构12b、第四叉指电极结构13b，该两个叉指电极结构位于棒尾端的外围；压电基底11和第三叉指电极结构12b、第四叉指电极结构13b的表面有保护膜层14，保护膜材料同实施例，厚度优选1-3μm，本实施例也为2μm；棒尾端的周长为10mm；所述压电基底11的材料同实施例1，本实施例的叉指电极结构也是通过微纳加工工艺将具有手指交叉形状的铝金属薄膜沉积在压电基底11棒尾端形成；叉指电极结构两侧汇流条引出极耳，第三叉指电极结构12b和第四叉指电极结构13b的邻近极耳复合在一起，并形成第五极耳1311和第六极耳1321，第五极耳1311和第六极耳1321分别外接第一引线151和第二引线线152；然后整个棒尾端被套筒底座3套住，使得第三叉指电极结构12b和第四叉指电极结构13b都在套筒底座3内密封，但不影响第一叉指电极结构12a和第二叉指电极结构13a正常工作。套筒底座3的底端设置两个可以分别与外接信号源连接的电极，为两个电极焊盘，即第一电极焊盘31和第二电极焊盘32，第一电极焊盘31和第二电极焊盘32分别与第一引线151和第二引线线152电连接。

本实施例的用于加热不燃烧卷烟的中心型声表面波加热元件的工作原理为：将中心型声表面波加热元件的棒的尖端插入到加热不燃烧卷烟中，套筒底座3留在加热不燃烧卷烟外；其他同实施例1。

以上所述仅为本发明的优先实施例，并非用于限制本发明。对于本领域的技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，凡根据本发明揭露的技术方案或技术特征所作的任何修改、等同替换和改进等，皆应属于本发明的保护范围。

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