一种周向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，具体涉及一种周向声表面波加热元件。

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；其中的周向电阻式加热一般利用不锈钢管外包柔性电路板来实现对加热不燃烧卷烟的周向加热。虽然周向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外周向内部传导，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、加热元件不锈钢管与烟芯大面积接触，加热不燃烧卷烟在加热过程中产生的焦油类物质容易在不锈钢管的内壁上烧结粘附，进而会使加热元件的电热性能逐渐降低，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周向声表面波加热元件，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：

一种周向声表面波加热元件，其主要包括：压电基底11、叉指电极结构和保护底座3；

所述压电基底11为筒状，其一端的筒内壁上有一个或多个叉指电极结构；

所述保护底座3的上端套在所述压电基底11有叉指电极结构端的筒内，所述保护底座3的上端外壁与所述压电基底11的筒内壁之间为叉指电极结构，保护底座3外壁与所述压电基底11的筒内壁形成密封以保护叉指电极结构，但不影响叉指电极结构工作。

优选地，所述压电基底11的内壁和叉指电极结构的表面涂有保护膜层14。

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。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的周向声表面波加热元件通过声表面波与加热不燃烧卷烟中的水、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，其加热机理与现有周向电阻加热元件的不同。

2、本发明的周向声表面波加热元件在使用时，将加热不燃烧卷烟插入到压电基底11的筒体内，筒体内的多个叉指电极结构同时激发声表面波，加热不燃烧卷烟的周向全方位地吸收声能，促使极性分子高频运动、相互碰撞，进而使加热不燃烧卷烟在不同深度同时升温生热。因此本发明的周向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、本发明的周向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、本发明的周向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为本发明的周向声表面波加热元件的结构示意图。

附图标记说明：1、周向声表面波加热元件，11、压电基底，12、第一叉指电极结构，121、第一极耳，122、第二极耳，13、第二叉指电极结构，131、第三极耳，132、第四极耳，14、保护膜层，151、第一引线，152、第二引线，3、保护底座，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。

本实施例的周向声表面波加热元件的结构示意图如图1所示，周向声表面波加热元件为圆筒状，有两个叉指电极结构，分别为第一叉指电极结构12和第二叉指电极结构13，该两个叉指电极结构位于筒状的压电基底11一端的筒内壁上；压电基底11和第一叉指电极结构12、第二叉指电极结构13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；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内壁上形成的，叉指电极结构两侧汇流条引出极耳，第一叉指电极结构12两侧的极耳为第一极耳121、第二极耳122，第二叉指电极结构13两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被连接在一起与第一引线151电连接，第二极耳122和第四极耳132被连接在一起与第二引线152电连接；保护底座3为圆柱状，其上端套在所述压电基底11有叉指电极结构端的筒内，所述保护底座3的上端外壁与所述压电基底11的筒内壁之间为叉指电极结构，保护底座3的上端外壁与所述压电基底11的筒内壁形成密封以保护叉指电极结构，但不影响叉指电极结构工作，保护底座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152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周向声表面波加热元件的工作原理为：将加热不燃烧卷烟插入到压电基底11的筒体内，保护底座3的上端外壁与所述压电基底11的筒内壁形成密封空间，第一叉指电极结构12和第二叉指电极结构13在此密封空间内但不影响其工作；外接电源通电，所述第一叉指电极结构12和第二叉指电极结构13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，第一叉指电极结构12和第二叉指电极结构13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内壁内激发弹性声场，将电信号转变为声信号，然后形成沿着压电基底11内壁表面传播的声表面波，当声表面波与加热不燃烧卷烟的中的水、醇类、糖类等极性分子接触时，极性分子会剧烈运动、相互摩擦并使加热不燃烧卷烟快速生热，进而产生可供用户抽吸的烟气。

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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