KR100903120B1 - 과열방지 기능을 가지는 헤어 아이론 - Google Patents

Abstract

모발과 접하는 모발 가공부, 모발 가공부와 연결되는 손잡이부를 구비하며, 모발 가공부에는 모발에 열을 가하기 위한 가열기가 설치되며, 가열기는 과열시 차단작용을 하는 PTC 써미스터와 히터의 열선이 전기적으로 직렬로 연결된 상태의 발열부를 가지고, 사용온도를 제어하기 위한 온도센서를 별도로 가지는 헤어 아이론이 개시된다.

본 발명에 따르면, 헤어 아이론의 가열기를 구성함에 있어서, 과열의 위험성을 줄이면서 동시에 사용중에 회로에서의 단락이나 열선에서의 단락 시에 과전류로부터 히터와 회로를 보호함으로써 헤어 아이론을 사용함에 있어서 안전성과 사용상의 편의성을 함께 높일 수 있다.

헤어 아이론, 세라믹, PTC, 열선, 직렬

Description

과열방지 기능을 가지는 헤어 아이론 {hair iron having function of overheating prevention}

본 발명은 헤어 아이론에 관한 것으로, 보다 상세하게는 과열 방지와 과전류로부터의 안전성을 확보한 히터를 구비하는 헤어 아이론에 관한 것이다.

일반적으로 헤어 아이론이라 함은 모발에 열을 가하여 다양한 헤어스타일을 형성할 수 있도록 하는 장치로서, 일반 미용실이나 가정에서 머리결을 세팅하는 기구로서 널리 사용되고 있다.

이러한 헤어 아이론은 통상적으로 모발을 사이에 끼울 수 있도록 두 부분으로 구성되며, 이들 가운데 적어도 어느 한쪽에는 모발에 열을 가하기 위한 가열기가 부착되어 있고, 가열기는 모발에 직접 닿는 열판과, 자체 발열로 열판에 열을 공급하는 발열부로 이루어지는 경우가 많다.

발열부에 전원을 인가하면 발열부에서 열을 전달받은 열판이 가열되며 상부 몸체의 가열판과 하부 몸체의 가열판 사이에 위치한 모발 즉 머리카락은 열과 압력에 의하여 그 형상이 변화된다.

그런데, 종래의 헤어 아이론의 가열기에서는 열판과 발열부의 온도가 정확히 일치하거나 비례하지 않아 발열부 중심으로 온도를 제어하면 모발과 직접 닿는 열판의 온도를 일정한 상태로 유지하기 어려웠다.

때문에 히터의 과열이나, 회로에 유입되는 과전류를 차단하기 위해서 바이메탈, 온도 휴즈를 사용하여 왔다. 바이메탈은 히터의 과열을 인지하여 히터에 공급되는 전력을 차단하여 히터의 과열을 방지할 수 있으나 일정 시간이 지나면 히터의 과열이 해소된 후에 다시 히터에 전력이 공급되어 히터가 다시 과열되는 현상이 반복된다.

인위적으로 전력을 단락시키지 않는 한 바이메탈에 의한 과열 방지는 계속하여 과열 - 단락 - 과열의 과정을 계속 반복하게 된다.

온도 휴즈는 과열 방지의 목적으로 사용하는 바, 히터의 열이 일정 이상(요구 온도보다 20℃ 정도) 상승시에 온도 휴즈가 단락되어 영구히 전력을 단락시키는 소자이다. 이러한 소자는 헤어 아이론 셋트 자체를 교환하거나 히터와 온도 휴즈를 교체하여야만 다시 재사용 할 수 있다.

헤어 아이론을 사용시 이상 전력으로 인한 과전류의 공급, 히터의 사용중 단락으로 인한 회로에 공급되는 과전류, 회로의 이상 동작으로 인하여 히터에 공급되는 과전류 등을 위에 언급한 온도 휴즈나 바이메탈과 같은 부품은 안전하고 신속하게 해소하여 줄 수는 없다.

이러한 문제점으로 인하여 헤어 아이론을 사용하는 소비자의 안전에 심각한 위험을 야기할 수 있다. 따라서, 이러한 문제점을 조기에 해소하고 제품의 안전성을 확보할 수 있는 히터가 요청된다.

한편, 헤어 아이론의 발열부는 대개 열선을 이용하는 세라믹 히터나 'PTC'라고 불리는 정온도계수(PTC: Positive Temperature Coefficient) 써미스터를 이용한 PTC 히터로 이루어진다. 세라믹 히터는 쉽게 발열되므로 빠른 시간 내에 설정온도까지 올라갈 수가 있지만 지속적인 발열로 가열기의 과열이 발생할 위험이 있다.

따라서, 제품의 안전성을 위해 발열부 온도를 제어하는 구동회로가 필요하고, 이를 위해 구동회로의 회로요소로서 온도 센서가 별도로 필요하게 된다. 그러나, 온도센서가 불량이거나 사용중 고장을 일으킬 경우 과전류를 제어할 마땅한 방법이 없어서 헤어 아이론의 과열과 안전성에 문제가 발생할 수 있다.

한편, PTC 히터도 PTC 써미스터 양 단자에 전원을 연결하면 전류가 흐르면서 자체 발열을 하는 현상을 이용한 히터이다. 단, PTC 써미스터는 온도에 따라 저항이 상승하는 PTCR 특성이 있어서 이 특성을 이용하면 일정 온도까지는 일정 전류를 흐르게 하고, 허용 가능한 범위 이상의 전류가 들어오게 되면 자체의 발열에 의해 온도가 높아지면서 저항값이 상승하여 히터에 공급되는 전류를 수 mA 정도로 제한하여 히터와 회로를 보호할 수 있다.

즉, PTC 써미스터는 온도에 민감하여 일정 온도까지는 저항값의 변화가 미미하지만 큐리 온도라고 하는 지점의 온도를 넘어서면 기하급수적으로 저항이 상승하여 PTC 써미스터의 자체 저항값이 수 메가 오옴으로 변하게 되어 히터에 공급되는 전류를 수 mA 정도로 제한하게 되는 것이다.

따라서, PTC 히터는 자체로서 과열을 방지하는 기능을 가져 별도의 온도제어용 회로요소를 가열기에 사용하지 않을 수 있다. 그러나, 통상 이런 조절 작용으로 인하여 온도 상승에 시간이 많이 걸리고, 가열기가 모발에 닿아 모발로 열을 전달함에 따라 온도가 내려가면 다시 열판의 온도를 회복하기 위해 추가 시간이 많이 소요된다는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 과열의 위험성을 줄이면서, 모발 손질에 적합한 온도를 적은 편차를 가지고 유지하도록 제어할 수 있는 헤어 아이론을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 모발과 접하는 모발 가공부, 상기 모발 가공부와 연결되는 손잡이부를 구비하며, 상기 모발 가공부에는 모발에 열을 가하기 위한 가열기가 설치되며, 상기 가열기는 PTC 써미스터와 열선이 전기적으로 직렬로 연결된 상태의 발열부를 가지며, 상기 가열기의 온도를 제어하는 온도 센서가 더 구비되어 상기 온도 센서는 상기 가열기의 온도를 일정 범위의 사용 온도로 유지하고, 상기 PTC 써미스터는 상기 사용 온도보다 높은 과열온도에서 상기 열선의 전류를 차단하도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 모발 가공부는 그 사이에 모발을 위치시키고 모발에 압착될 수 있도록 두 부분으로 이루어질 수 있고, 모발 가공부와 연결되는 손잡이부도 두 부분으로 분리 형성될 수 있다. 이때, 모발 가공부의 두 부분 혹은 손잡이부의 두 부분은 힌지 등으로 서로 결합될 수 있으며, 스프링 기타 탄성체를 이용하여 외력에 의해 모발 가공부의 분리된 두 부분이 용이하게 서로 밀착되거나 이격될 수 있다.

본 발명에서 손잡이부는 모발 가공부와 일체를 이루면서 길이 방향으로 구분 형성될 수 있고, 모발 가공부에서 모발과 닿는 부분을 제외한 외측을 감싸듯이 형성될 수도 있다.

본 발명에서 가열기는 발열부와 별도의, 모발에 직접 닿는 열판을 가질 수 있으며, 열판은 열전도성과 절연성이 높은 재질, 가령, 알루미나층을 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명에서 PTC 써미스터는 통상 몸체와 몸체 양단의 두 전극으로 이루어진다. 이때, 몸체는 단일 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 온도센서는 사용온도 이내의 구간에서 직접 온도를 감지하거나 혹은 과전류를 감지하여 전류를 단절시킴으로써 과열을 방지하는 전자 소자나 회로장치가 사용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 헤어 아이론의 가열기를 구성함에 있어서, 과열의 위험성을 줄이면서 과전류 유입에 대한 안전성을 확보할 수 있고, 모발 손질에 적합한 온도 범위를 유지하도록 함으로써 헤어 아이론을 사용함에 있어서 안전성과 사용상의 편의성을 함께 높일 수 있다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 헤어 아이론의 외관을 나타낸 사시도이다.

도1에 따르면 헤어 아이론(100)은 상부 몸체(120)와 하부 몸체(130)의 두 부분으로 크게 나누어진다. 상부 몸체(120)와 하부 몸체(130)는 그 일 단부에서 힌지(140)를 통해 서로 결합되며, 상부 몸체(120) 및 하부 몸체(130)의 서로 마주보는 내측에는 힌지(140)로 결합된 단부와 반대측 단부에 가깝도록 평판 형태의 가열기(150)가 설치되어 있다. 힌지(140)로 결합된 상부 몸체 및 하부 몸체 각각의 단부 측을 본 발명의 손잡이부라 할 수 있고, 가열기가 설치된 단부 측을 본 발명의 모발 가공부라 생각할 수 있다. 상부 몸체(120) 및 하부 몸체(130)의 외측에는 하우징이 감싸여 있으며, 하우징으로 감싸인 부분도 본 발명의 손잡이부의 일 부분을 이루고 있다고 할 수 있다. 가열기(150) 내의 발열부를 구성하는 전기회로는 상부 몸체(120) 및 하부 몸체(130)의 손잡이 부분에 내장처리된 도선 및 외부연결 코드(170)를 통해 외부 전원과 연결된다.

도1의 실시예와 달리, 모발 가공부는 원통형 혹은 봉 형태의 주된 몸체와 주된 몸체에 힌지 등을 통해 결합된 반 원통형의 부속 몸체로 구성될 수도 있다. 또한, 주된 몸체는 길이 방향으로 크게 가열기가 설치된 부분과 손잡이를 이루는 부분으로 구분 형성될 수 있다.

도2는 본원 발명의 일 실시예에 사용되는 가열기(150)의 구성을 나타내는 평면도이다. 가열기(150)는 크게 세라믹 재질의 열판(153)과 발열부로 나누어지고, 발열부는 두 접속 단자(157), 접속 단자(157)의 하나와 도선으로 일 전극단자가 연결되는 PTC 써미스터(151), PTC 써미스터(151)의 타 전극단자와 연결되는 열선(미도시)을 구비하여 이루어진다. 두 접속 단자(157)의 하나는 열선과 바로 연결되어 있다. 두 접속 단자(157)는 외부 전원과 연결을 위한 두 접속 도선(155)과 납땜 등을 이용하여 연결될 수 있다.

열선을 이루는 저항체로는 텅스텐(W), 몰리브덴(M), 탄탈륨(Ta), 탄화규소(SiC), 규화몰리브덴(MoSi₂), 스테인레스 스틸, 니켈크롬(Ni-Cr) 합금, 기타 니켈(Ni)계 금속 재질이나 이들의 합성물이 사용될 수 있다.

PTC 써미스터(151)에서 전류가 통과하는 PTC 몸체에는 온도 조건에 따라서 티탄산바륨(BaTiO₃), 이트륨(Y), 세슘(Ce), 란탄(La), 주석(Sn) 등이 조성을 달리하며 사용될 수 있다. 즉, 순수한 티탄산 바륨은 유전체에 가까우나 티탄산 바륨에 미량의 란탄, 이트륨, 비스무트 및 토륨(Th) 등의 산화물을 혼합하여 소성하여 만든 티탄산바륨계 세라믹스는 낮은 온도에서는 비교적 작은 저항치를 갖지만 어떤 온도에 도달하면, 이 온도부터 갑자기 저항이 증가하며 그 증가폭도 대단히 커 PTC 써미스터로 사용될 수 있다. 이때 성질이 급변하는 온도를 큐리온도 또는 큐리점이라 한다. 이 큐리점은 세라믹스의 성분을 약간 변화시키면, 고온쪽 혹은 저온쪽으로 이동시킬 수가 있어서 여러 가지 특성의 써미스터를 만들 수 있다. 가령, 조성 일부를 납으로 바꾸면 큐리점은 고온쪽으로 이동하고, 바륨을 스트론튬으로 치환하든가 티탄의 일부를 주석(Sn)또는 지르코늄으로 치환하면 큐리점은 저온쪽으로 이동한다. PTC 몸체의 양면에는 전류를 통과시키기 위한 전극(미도시)을 밀착시켜 형성한다. 상용되는 전극으로는 은(Ag)에 아연(Zn), 인듐(In) 등을 첨가한 PTC용 전극, 니켈, 알루미늄 등이 사용될 수 있다.

아래 표1은 본 발명의 구체적인 일 실시예에서 가열기에 장착되는 열선과 PTC 써미스터의 상온 및 고온에서의 저항값을 나타낸다.

구분	저항(23℃)	저항(200℃)	비고
열선	20Ω	22.2Ω
PTC 써미스터	1Ω	1000Ω	큐리온도:190℃

표1에서의 온도 변화에 따른 저항 변화의 특성은 도5의 그래프를 통해서도 잘 나타나 있다. 도5의 그래프에서 수평축인 x축은 온도를, 수직 축인 y축은 저항값을 나타내며, 따라서, 그래프는 열선저항(R1) 및 PTCR(R2)의 온도 변화에 따른 저항값 변화를 나타낸다. PTCR은 일정 온도까지는 별다른 변화없이 낮은 저항값을 유지하지만 큐리온도 부근에서 저항이 급격히 늘어나는 양상을 보인다.

도3은 도2의 A-A를 따라 절단한 단면을 나타내는 가열기 단면도이다.

도3에서 접속 단자(157)와 접속 도선(155)의 결합이 도시되며, PCT 써미스터(151)가 열판(153)에 형성된 홈에 설치되어 있는 형태가 도시된다. 도3에 명확히 도시되지 않으나 PTC 써미스터(151)의 일단의 전극은 전기도선을 통해 두 접속 단자(157) 가운데 하나와 연결되어 있고, PTC 써미스터(151)의 타단의 전극은 열선의 일단과 전기접속되어 있다.

도4는 도2와 같은 본 발명의 일 실시예의 가열기(150) 내에 열판(153)과 발열부(발열회로)가 설치된 상대적 위치, 온도센서의 위치 및 각 부분의 작용을 설명하기 위한 투시 평면도이다.

도4에서 열판(153)의 일단에 두 접속 단자(157)가 형성되고, 두 접속 단자(157)에는 외부 전원과 연결을 위한 두 전기 도선(155)이 접속된다. 두 접속 단자(157)는 열판(153) 내측으로 서로 직렬로 연결되는 PTC 써미스터(151) 및 열선(159)과 시리즈(직렬)로 연결되어 있다. 즉, 한 접속 단자(157)는 도선을 통해 PTC 써미스터(151)의 일단 전극과 연결되고, PTC 써미스터(151)의 타단 전극은 열선(159)과 연결된다. 열선(159)은 나머지 하나의 접속 단자(157)와 연결된다. 따라서, PTC 써미스터(151)와 열선(159)에는 동일한 크기의 전류가 흐르게 된다. 통상 두 전기 도선(155)은 가열기 외부에서 교류 전원과 연결된다. 두 전기 도선(155) 가운데 하나의 전기 도선 중간에 열판(153)과 인접하여 혹은 열판(153)에 직접 온도센서(152)가 직렬로 연결된다.

교류 전원이 인가된 경우에도 전류 작용은 발열작용이므로 직류 전원과 실질적인 차이는 없으며, 순간을 기준으로 전류는 어느 한 방향으로 흐르므로 직류와 동일하게 생각하면서 이하 본 실시예에서의 작용을 살펴본다.

먼저, 상온에서 극대점 온도에 도달하는 제1 단계로, 외부 전원이 인가되고 (스위치가 있다면 닫힌 상태(Swich on)라고 가정한다), 전기 도선(155) 가운데 하나를 통해 외부에서 전류가 유입된다. 유입된 전류는 온도센서(152)와 PTC 써미스터(151)를 통해 흐르고, 열선(159)을 통해 흐르게 된다. 초기 상태에서 PTC 써미스터(151)는 상온이므로 PTC 써미스터(151) 자체의 저항은 열선에 비해 낮은 상태이고 주로 열은 PTC 써미스터(151)보다는 열선(159)에서 발생하게 된다. 전류가 계속 흐르면서 PTC 써미스터(151)와 열선(159)에서 발생된 열이 열판(153)의 온도를 높이면서 목표온도 혹은 사용온도에 이르게 된다. 이때 PTC 써미스터(151) 및 온도센서(152)의 온도도 함께 높아진다.

헤어 아이론용으로 PTC 써미스터는 150℃ 내지 190℃ 범위에서 큐리 온도를 가지는 것이 바람직하다. PTC 써미스터의 큐리 온도가 150℃보다 낮으면 모발 가공에 필요한 충분한 가열판 온도를 얻기 어렵고, 반대로 설정된 큐리 온도가 190℃를 넘으면 가열판이 200℃ 이상으로 사용 온도 범위를 넘어 과열되기 쉽다.

한편, PTC 써미스터 자체도 가열기로서 역할을 겸할 수 있다면 바람직할 것이므로 어느 정도의 저항을 가지는 것이 바람직하다. 가령, PTC 써미스터도 20℃ 상온에서 0.5오옴 이상의 저항을 가질 수 있다. 그러나, 너무 큰 저항을 가지면 전체의 전류를 줄여 열선을 통한 충분하고 빠른 가열을 방해할 수 있다. 따라서, 열선과 비교할 때 큐리온도에서 PTC 써미스터 자체의 저항값이 열선의 저항값 이하로 낮은 것이 바람직하다.

대략 150℃ 내지 200℃의 사용 온도에 도달한 열판(153)은 사용자가 헤어 아이론을 사용하는 동안 열판(153)에 부착되는 온도 센서(152)를 이용하여 소정의 사용 온도 범위에 있도록 조절될 수 있다. 이때, PTC 써미스터(151)는 큐리온도를 지나지 않은 상태이므로 저항은 열선(159)의 저항에 비해 미미하며 따라서 발열 작용도 열선(159)에 비해 크지 않은 상태이다.

일정한 온도(사용 온도 범위)를 유지하던 열판의 열선 및 PTC 써미스터에 내부적 단락이나 회로부의 단락, 구동회로의 온도센서 이상 등에 의해 과전류가 흐르게 되거나, 사용 온도를 넘어서는 데에도 계속 큰 전류가 흐르게 되면 PTC 써미스터는 온도 상승에 따라 큐리온도를 넘어서게 되고 가령, 220℃ 정도의 과열 온도에 도달하면 급속하게 저항값이 증가하게 된다. 따라서, PTC 써미스터 및 열선을 흐르는 전류는 수 mA 정도의 미약한 수준이 되고, 따라서 발생하는 열도 매우 작아진다. 열판이 주위의 모발이나 공기 중으로 열을 전달함에 따라 열판의 온도는 계속 낮아지게 된다.

따라서, 소비자가 이상 과열이나 과전류로 인한 제품의 과속이나 화재로부터 위험을 피할 수 있게 된다.

상기에서 본 발명에 따른 일 실시예와 그에 따른 작용을 설명하였으나, 이는 예시에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어 아이론의 외관을 나타낸 사시도이다.

도2는 본원 발명의 일 실시예에 사용되는 가열기(150)의 구성을 나타내는 사시도이다.

도3은 도2의 A-A를 따라 절단한 단면을 나타내는 가열기 단면도이다.

도4는 도2와 같은 본 발명의 일 실시예의 가열기(150) 내에 열판(153)과 발열부(발열회로)가 설치된 상대적 위치 및 각 부분의 작용을 설명하기 위한 투시 평면도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 히터 열선과 PTC 써미스터의 온도에 따른 변화 형태를 나타내는 그래프이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100: 헤어 아이론 120: 상부 몸체

130: 하부 몸체 140: 힌지

150: 가열기 151: PTC 써미스터

153: 열판 155: 접속 도선

157: 접속 단자 159: 열선

170: 외부연결 코드

Claims (6)

1. 모발과 접하는 모발 가공부, 상기 모발 가공부와 연결되는 손잡이부를 구비하며,

   상기 모발 가공부에는 모발에 열을 가하기 위한 가열기가 설치되며,

   상기 가열기는 PTC 써미스터와 열선을 구비하되 상기 PTC 써미스터가 상기 열선과 직렬로 연결된 상태의 발열부를 가지고,

   상기 가열기의 온도를 제어하는 온도 센서가 더 구비되어 상기 온도 센서는 상기 가열기의 온도를 일정 범위의 사용 온도로 유지하고,

   상기 PTC 써미스터는 상기 사용 온도보다 높은 과열온도에서 상기 열선의 전류를 차단하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 헤어 아이론.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 가열기는 열판을 가지며, 상기 PTC 써미스터, 상기 온도 센서 및 상기 열선은 상기 열판에 설치되는 것을 특징으로 하는 헤어 아이론.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 열판에는 홈이 형성되고,

   상기 홈에 상기 PTC 써미스터가 설치되는 것을 특징으로 하는 헤어 아이론.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 열판은 세라믹 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 헤어 아이론.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 온도 센서는 상기 PTC 써미스터 및 상기 열선과 전기적으로 직렬로 연결되며,

   상기 PTC 써미스터는 150℃ 내지 190℃ 범위에서 큐리 온도를 가지는 것을 특징으로 하는 헤어 아이론.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 PTC 써미스터는 20℃ 상온에서 0.5오옴 이상의 저항을 가지며, 큐리 온도에서의 저항값이 상기 열선의 저항값 이하인 것을 특징으로 하는 헤어 아이론.

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