KR100922098B1 - 면상발열체와 그 물성구조 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 면상발열체(面狀發熱體)와 그 물성구조 및 제조방법에 관한 것으로 구리나 백금 등의 도전성이 뛰어난 소재를 가는 세선으로 가공한 도전사와 섬유 사를 서로 꼬아서 전도성 실로 만든 다음 이들을 부직포로 직조하고 여기에 카본과 그라파이트, 기능성분말과 전도성 접착제를 희석하여 얻어진 저항체를 접착 도포함으로써 사용 중 저항체와 전도체가 분리되어 일어나는 부분적인 스파크나 이로 인한 단선 등으로 제품이 손상되는 것을 방지하여 사용수명을 연장하고 접지단자의 형성이 용이하여 이를 실제로 사용하여 생활용품을 제작하는데 보다 용이하게 하도록 한 것으로, 구리나 백금 등의 전도성이 뛰어난 소재를 가는 세선으로 구성하여 얻은 도전사를 섬유사와 적어도 두 가닥 이상을 섞어서 꼬아서 합사하고 이를 저항발열체에 침지하여 섬유사에 저항발열체가 스며들어 코팅되도록 한 전도성 실을 제조하는 전도성 실 제조공정인 제1공정과,

상기 제1공정인 전도성 실 제조공정에서 얻어진 전도성실과 일반 섬유사에 저항발열체가 스며들도록 코팅하여 얻어진 저항발열사를 날 선과 씨 선으로 하여 상기 전도성실과 저항발열사가 적어도 한번 이상 이격되게 부직포를 제직하는 전도성 부직포 제직공정인 제2공정과,

상기 제2공정인 전도성 부직포 제직공정에서 제직된 부직포의 양 표면에 저항발열체를 일체로 코팅하는 저항발열체 도포공정인 제3공정과,

상기 제3공정인 저항발열체 도포공정에서 저항발열체가 도포된 부직포를 건조기에 서 건조시키는 건조공정인 제4공정과,

상기 제4공정인 건조공정에서 부직포에 도포된 저항발열체가 완전히 건조된 표면에 절연재를 일체로 코팅처리 하는 표면절연재 코팅공정인 제5공정과,

상기 제5공정인 표면절연재 코팅공정에서 표면이 절연되어 완성된 면상발열체를 사용용도에 알맞게 다양한 모양으로 재단하는 재단공정인 제6공정과,

상기 제6공정인 재단공정에서 사용용도에 알맞게 재단한 면상발열체의 일 측에 외부전원 연결용 접지단자를 일체로 압축 성형하는 단자구성 공정인 제7공정으로 도전사(1)와 섬유사(2)를 합사한 전도성실(10)을 저항발열체(30)에 침지하여 저항발열체(30)가 코팅되도록 한 전도성실(10)과 섬유사(2)에 저항발열체(30)를 코팅하여 얻어진 저항발열사(20)를 순차로 날 선과 씨 선으로 서로 중복되지 않고 이격되게 제직한 부직포(50)의 양 표면에 저항발열체(30)를 다시 한 번 도포하여 저항발열체층(35)을 형성하고 그 양 표면에 절연재로된 피복(60)을 일체로 형성하여 구성함으로서, 섬유사를 저항발열체에 침지하여 섬유사 내부에 저항발열체가 깊숙이 스며들어 일체로 코팅된 상태에서 얻어진 전도성실과 저항발열사를 소재로 부직포를 제직하고 이들 표면에 또다시 저항발열체를 코팅한 다음 그 표면에 절연재를 일체로 피복하여 면상 발열체를 완성함으로써 이들 면상발열체를 사용용도에 따라 다양한 현상으로 재단이 가능하고 이와 같이 재단된 면상 발열체의 어느 부위에 외부전원을 인가하는 접지단자를 구성하여도 그 완벽한 접지가 되어서 사용 중 불량접지로 인한 문제가 발생할 우려가 없으며, 접었다 펴는 상태가 반복되더라도 아무런 문제가 없는 것은 물론, 저항발열체에 첨가된 기능성 파우더로 인하여 사용 중 음 이온이 발생되거나 원적외선 방출 등의 효과로 사용자의 신체건강에 유리하게 하는 등 지금까지의 면상발열체에서 찾아볼 수 없는 신규한 효과를 창출하는 실사용에 있어서 매우 유용한 발명이다.

도전사, 섬유사, 전도성 실, 저항발열사, 저항발열체, 저항발열체층, 부직포, 피복

Description

면상발열체와 그 물성구조 및 제조방법{Heating element of plane form and the properties of matter structure and manufacture method}

도 1은 본 발명을 실시하기위한 공정의 흐름을 예시한 공정도.

도 2는 본 발명을 실시에 따른 전도성실의 구성 상태예시도로서,

A는 요부 실시 상태예시도.

B는 단면상태 예시도.

도 3은 본 발명의 실시에 따른 저항발열사 구성 상태예시도로서,

A는 요부실시 상태예시도.

B는 단면상태 예시도.

도 4는 본 발명의 면상발열체 완성에 따른 실시 및 구성 상태예시도로서,

A는 실시 상태예시도.

B는 구성 상태예시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 도전사. 2: 섬유사. 10: 전도성 실.

20: 저항발열사. 30: 저항발열체. 35: 저항발열체층.

50: 부직포. 60: 피복.

본 발명은 면상발열체(面狀發熱體)와 그 물성구조 및 제조방법에 관한 것으로 구리나 백금 등의 도전성이 뛰어난 소재를 가는 세선으로 가공한 도전 사와 섬유 사를 서로 꼬아서 전도성 실로 만든 다음 이들을 부직포로 직조하고 여기에 카본과 그라파이트, 기능성분말과 전도성 접착제를 희석하여 얻어진 저항체를 접착 도포함으로서 사용 중 저항체와 전도체가 분리되어 일어나는 부분적인 스파크나 이로 인한 단선 등으로 제품이 손상되는 것을 방지하여 사용수명을 연장하고 접지단자의 형성이 용이하여 이를 실제로 사용하여 생활용품을 제작하는데 보다 용이하게 하도록 함에 그 목적이 있다.

종래, 이런 유의 면상 발열체에 사용하는 직포는 전체가 유자직( 子織)으로 되어 있어서 직조 조직이 비교적 치밀하게 되어 있어 카본 도료를 도포한 후의 표리 절연시트의 접착 작업이 불충분할 때 서로 표리의 절연 시트는 직접 접착되지 않는 부분이 넘어져 층간 박리를 일으킬 염려가 많고, 또 장기간 사용할 때 층간박리 부분이 발열체의 손상을 조장하여, 이상 발열 등의 원인이 되었다.

즉, 종래의 면상 발열체는 전극 선으로서 6-9개 정도의 극세선을 꼬은 꼬임 선을 사용하고 있으나, 이 꼬임 선을 짜 넣은 부분은 기타 직조부분을 일체로 추종이 되지 않아 꼬임 선을 짜 넣은 부분을 올록볼록 하는 식의 요철이 생겨, 도전도료의 도포 시 균일한 도포가 이루어지지 않을 우려가 있거나, 절연시트의 접착 작업도 자연스럽지 못하며, 또 층간 박리를 일으키기 쉬웠다.

이를 개량하기 위하여 연구된 것으로, 기본적으로는 직포를 베니스(venetian) 직조에 의하여 형성되는 방형직 조직의 4모서리에 작은 간극을 형성함과 동시에 전극선을 가늘고 유연한 신축성 편조선(編組線)으로 하여 이 편조선의 양측에 배사한 종사와 횡사의 조직을 바뀌어 짜는 베니스 직으로서 이 변화된 베니스 직에 의하여 형성된 의사 방형직조직의 두 모서리 이상에 작은 간극을 형성하여, 이 직포의 전면에 도전도료를 도포하여 발열체 본체를 구성하고 이 발열체 본체의 양면에 절연시트를, 이들 절연시트가 작은 간극 위치에서 직접 접착하도록 한 것이 있었으나 이 또한 전원을 인가하기위한 단자를 전극 선에 일치 시켜야 하는 문제점으로 다양한 크기와 형상을 요구하는 생활용품을 생산하기 위한 면상발열체로 사용이 불가능 하였다.

또한, 소정의 패턴으로 카본 등의 일정 저항을 갖고 있는 도전성물질을 절연체에 도포하여 형성하고 이에 전류를 인가하여 발열시키는 방법과 카본선이나 니크롬선 등의 저항선을 섬유로 직조된 직물의 씨줄이나 날줄로 배치하고 이에 전류를 인가하여 발열시키는 직물 발열 판 방식으로 소정의 섬유(천연섬유 또는 합성섬유)가 일정한 간격으로 씨줄과 날줄로 촘촘하게 직조되고 탄소섬유 등의 발열선을 씨줄 또는 날줄에 소정간격으로 배치하고 발열량과 발열선의 저항 값에 따라 적정길이 마다 발열선을 절단하여 이들을 전원선과 병렬로 연결하기 위하여 발열선을 상호 연결 및 전원 인출선과의 연결을 위하여 압착단자를 이용하여 발열선 상호간 및 전원선과 연결하는 구성이 있었으나, 이와 같은 단자압착에 의한 연결은 발열선이 1mm의 굵은 발열선일 경우에는 용이한 접속이 이루어지며 압착에 따른 단선 등이 발생하지 않으나 면상발열체를 이용한 전기장판, 전열 매트 등의 채난용 전기제품에 사용되는 탄소섬유 발열선 등은 1mm이하의 발열선을 사용하게 됨으로 이러한 발열선은 단자 압착을 하더라도 완전한 압착이 이루지지 않아 접촉부에서 접촉저항이 증가하게 되고, 압착단자에서 발열선이 분리되며 단자압착 시 단자 가장자리부의 압착으로 발열선이 단선되는 등으로 제품의 기능 마비 및 제품불량요인으로 작용하게 되고 하자발생에 따른 제품의 신뢰성 상실과 사후관리의 수요가 발생되는 등의 문제점이 야기되어 이를 이용한 전기장판, 전기매트 등의 채난용 전기 제품 생산 시 생산성을 저하시키는 원인으로 작용하고 있다.

이를 해결하기 위한 것으로 씨줄과 날줄로 직조하되 씨줄 또는 날줄의 일부는 발열선으로 직조하며 발열선은 직조물의 양단부에서 소정의 공간 안쪽까지만 직조하고 전원을 공급하기 위한 발열선 양 단부는 직조물의 씨줄 또는 날줄과 같은 길이로 하며, 또한 직조 시 상기 직조물의 양 단부의 일정폭(발열선과는 이격)은 직조물의 두 가닥 이상 다수의 씨줄 또는 날줄 중 하나를 전기 전도성이 우수한 주석도금동선, 은선, 알루미늄선 등의 양호한 도체금속선으로 하여 직조하여 구성한 면상발열체를 구성하고 직조물의 양 단부에 외부로 인출되는 전원 선을 압착단자로 연결시킨 구조로 구성된 것이 있으나, 이 또한 제직된 부직포 자체에 씨줄과 날줄의 일부가 전도체만으로 구성되어 이들이 발열체 역할을 하도록 구성하여 부직포 자체만으로 발열체를 완성하는 구성에 압착단자를 용이하게 구성하는 범주에서 벗어나지 못하였다.

본 발명은 상기와 같은 지금가지의 문제점을 개선하기 위한 목적으로 창출된 것으로 구리나 백금 등의 도전성이 뛰어난 소재를 가는 세선으로 가공한 도전사와 섬유사를 서로 꼬아서 전도성 실로 만든 다음 이들을 부직포로 직조하고 여기에 카본과 그라파이트, 기능성분말과 전도성 접착제를 희석하여 얻어진 저항체를 접착 도포함으로서 사용 중 저항체와 전도체가 분리되어 일어나는 부분적인 스파크나 이로 인한 단선 등으로 제품이 손상되는 것을 방지하여 사용수명을 연장하고 접지단자의 형성이 용이하여 이를 실제로 사용하여 생활용품을 제작하는데 보다 용이 한 면상 발열체를 제공하기 위한 것이다.

발명의 실시에 따라 얻어지는 면상발열체와 그 물성구조 및 제조방법을 공정에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1공정: 전도성 실 제조공정

구리나 백금 등의 전도성이 뛰어난 소재를 가는 세선으로 구성하여 얻은 도전사를 섬유사와 적어도 두 가닥 이상을 섞어서 꼬아서 합사하고 이를 저항발열체에 침지하여 섬유사에 저항발열체가 스며들어 코팅되도록 한 전도성 실을 제조한다.

제2공정: 전도성 부직포 제직공정.

상기 제1공정인 전도성 실 제조공정에서 얻어진 전도성실과 일반 섬유사를 저항발열체에 침지하여서 저항발열체가 스며들도록 코팅하여 얻어진 저항발열사를 날 선과 씨 선으로 하여 상기 전도성실과 저항발열사가 서로 이격되게 전도성실이 한번 지나가면 저항발열사가 한번 이상 지나가는 방법으로 부직포를 제직한다.

제3공정: 저항발열체 도포공정.

상기 제2공정인 전도성 부직포 제직공정에서 제직된 부직포의 양 표면에 롤러 인쇄방식 등으로 저항발열체를 도포하여 일체로 코팅한다.

이때 상기 저항 발열체는 부직포로 제직된 저항발열사와 전도성실과 일체가 되도록 하는 것이 중요하다.

제4공정: 건조공정

상기 제3공정인 저항발열체 도포공정에서 저항발열체가 도포된 부직포를 건조기에서 건조시킨다.

제5공정: 표면절연재 코팅공정.

상기 제4공정인 건조공정에서 부직포에 도포된 저항발열체가 완전히 건조된 표면에 절연재를 라미네이팅 처리하여 일체로 코팅처리 한다.

이때 실시되는 방법으로는 얇은 막으로 이미 구성된 필름을 열간 압착하는 방법과 수지나 우레탄, 실리콘 등의 용액을 일체로 도포하는 방법을 실시할 수 있는바 어느 것이든 표면에 코팅된 절연재가 박리되지 않도록 코팅하는 것이 가장 중요하다.

제6공정: 재단공정

상기 제5공정인 표면절연재 코팅공정에서 표면이 절연되어 완성된 면상발열체를 사용용도에 알맞게 다양한 모양으로 재단한다.

제7공정: 단자구성 공정

상기 제6공정인 재단공정에서 사용용도에 알맞게 재단한 면상발열체의 일 측을 펀치로 펀칭하여 외부전원 연결용 접지단자를 일체로 압축 성형한다.

이때 단자와 부직포사이에 유격이 발생하지 않도록 완벽하게 연결 하는 것이 매우 중요한 것으로 만약 부직포와 단자의 접촉이 완벽하지 못하면 이들 사이에 스파크가 일어나서 제품에 문제를 야기할 수 있다.

상기한 공정에서 사용되는 저항발열체는 카본과 그라파이트를 1:1로 배합하여 얻어진 배합물20중량%에 물40중량%, 전도성접착제30중량%, 기능성파우더5중량%, 촉진제5중량%를 완전히 배합하여 얻어진다.

여기서 상기 기능성 파우더로는 음이온이 발생되는 산호분말 또는 토르말린 등과, 원적외선을 방출하는 세라믹, 황토분말 등과, 기타 다양한 기능성을 인증 받고 있는 은나노 등을 사용할 수 있으며, 촉진제로는 에탄올을 주로 사용하나 에탄올 한 가지에 한정할 것이 아니라 이들의 배합을 촉진하는 원료라면 어떤 것을 사용하여도 무방하다.

상기한 공정으로 얻어진 본 발명인 면상발열체는 도전사(1)와 섬유사(2)를 합사한 전도성실(10)을 저항발열체(30)에 침지하여 저항발열체(30)가 코팅되도록 한 전도성실(10)과 섬유사(2)에 저항발열체(30)를 코팅하여 얻어진 저항발열사(20)를 순차로 날 선과 씨 선으로 서로 중복되지 않고 이격되게 제직한 부직포(50)의 양 표면에 저항발열체(30)를 다시 한 번 도포하여 저항발열체층(35)을 형성하고 그 양 표면에 절연재로된 피복(60)을 일체로 형성하여 구성한다.

상기한 바와 같이 본 발명은 섬유사를 저항발열체에 침지하여 섬유사 내부에 저항발열체가 깊숙이 스며들어 일체로 코팅된 상태에서 얻어진 전도성실과 저항발열사를 소재로 부직포를 제직하고 이들 표면에 또다시 저항발열체를 코팅한 다음 그 표면에 절연재를 일체로 피복하여 면상 발열체를 완성함으로서 이들 면상발열체를 사용용도에 따라 다양한 현상으로 재단이 가능하고 이와 같이 재단된 면상 발열체의 어느 부위에 외부전원을 인가하는 접지단자를 구성 하여도 그 완벽한 접지가 되어서 사용 중 불량접지로 인한 문제가 발생할 우려가 없으며, 접었다 펴는 상태가 반복되더라도 아무런 문제가 없는 것은 물론, 저항발열체에 첨가된 기능성 파우더로 인하여 사용 중 음이온이 발생되거나 원적외선 방출 등의 효과로 사용자의 신체건강에 유리하게 하는 등 지금까지의 면상발열체에서 찾아볼 수 없는 신규한 효과를 창출하는 실사용에 있어서 매우 유용한 발명이다.

Claims (4)

1. 구리나 백금 등의 전도성이 뛰어난 소재를 가는 세선으로 구성하여 얻은 도전사를 섬유사와 적어도 두 가닥 이상을 섞어서 꼬아서 합사하고 이를 저항발열체에 침지하여 섬유사에 저항발열체가 스며들어 코팅되도록 한 전도성 실을 제조하는 전도성 실 제조공정인 제1공정과,

   상기 제1공정인 전도성 실 제조공정에서 얻어진 전도성실과 일반 섬유사에 저항발열체가 스며들도록 코팅하여 얻어진 저항발열사를 날 선과 씨 선으로 하여 상기 전도성실과 저항발열사가 적어도 한번 이상 이격되게 부직포를 제직하는 전도성 부직포 제직공정인 제2공정과,

   상기 제2공정인 전도성 부직포 제직공정에서 제직된 부직포의 양 표면에 저항발열체를 일체로 코팅하는 저항발열체 도포공정인 제3공정과,

   상기 제3공정인 저항발열체 도포공정에서 저항발열체가 도포된 부직포를 건조기에서 건조시키는 건조공정인 제4공정과,

   상기 제4공정인 건조공정에서 부직포에 도포된 저항발열체가 완전히 건조된 표면에 절연재를 일체로 코팅처리 하는 표면절연재 코팅공정인 제5공정과,

   상기 제5공정인 표면절연재 코팅공정에서 표면이 절연되어 완성된 면상발열체를 사용용도에 알맞게 다양한 모양으로 재단하는 재단공정인 제6공정과,

   상기 제6공정인 재단공정에서 사용용도에 알맞게 재단한 면상발열체의 일 측에 외부전원 연결용 접지단자를 일체로 압축 성형하는 단자구성 공정인 제7공정으 로 이루어짐을 특징으로 하는 면상발열체 제조방법.
2. 삭제
3. 도전사(1)와 섬유사(2)를 합사한 전도성실(10)을 저항발열체(30)에 침지하여 저항발열체(30)가 코팅되도록 한 전도성실(10)과 섬유사(2)에 저항발열체(30)를 코팅하여 얻어진 저항발열사(20)를 순차로 날 선과 씨 선으로 서로 중복되지 않고 이격되게 제직한 부직포(50)의 양 표면에 저항발열체(30)를 다시 한 번 도포하여 저항발열체층(35)을 형성하고 그 양 표면에 절연재로된 피복(60)을 일체로 형성하여 구성한 면상발열체에 있어서,

   저항발열체(30)는 카본과 그라파이트를 1:1로 배합하여 얻어진 배합물20중량%에 물40중량% 전도성접착제30중량%, 기능성파우더5중량%, 촉진제5중량%를 완전히 배합하여 이루어짐을 특징으로 하는 면상발열체의 발열저항체 물성구조.
4. 제3항에 있어서,

   상기 기능성 파우더는 음이온이 발생되는 산호분말 또는 토르말린 등과, 원적외선을 방출하는 세라믹, 황토분말 등과, 기타 다양한 기능성을 인증받고 있는 은나노로 이루어짐을 특징으로 하는 면상발열체의 발열저항체 물성구조.

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