KR101064698B1 - 면상 발열체 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상온에서 400℃ 부근의 열을 내는 면상 발열체 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 알루미늄(Al)계 합금으로 마련되는 금속 판재와; 상기 금속 판재에 안착되는 발열체;를 포함하며, 상기 금속 판재의 표면을 플라즈마 전해 산화법(PEO:Plasma Electronic Oxidation)에 의해 형성되는 산화피막으로 형성시킨 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 금속 판재와 전기 절연층의 계면 간 접합력을 획기적으로 향상시킬 수 있어 장시간의 발열이나 반복적인 사용에도 안정적으로 절연효과가 우수한 면상 발열체를 제조할 수 있다.
또한, 발열체 상부에 글래스 울 또는 암면 등의 내열성 단열재를 피복하여 200℃~500℃ 부근의 중온 영역에서 변형 및 파손 없이 발열될 수 있으며, 종래의 면상 발열체에 비해 넓은 면적을 구비함과 동시에 높은 온도에서 발열 가능한 효과를 발휘할 수 있고, 고분자 피복 전선을 전기 절연층으로 대체시킴으로써, 열전도율이 증대될 수 있다.
면상발열체, 산화피막, PEO, 전기절연층
Description
본 발명은 면상 발열체 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 알루미늄(Al)계 합금으로 마련되는 금속 모재의 일측 표면에 플라즈마 전해 산화법(PEO : Plasma Electronic Oxidation, 또는 Micro Arc Oxidation, 이하 PEO)에 의해 형성되는 산화피막을 코팅시킨 후, 글래스 플릿 또는 실란을 주성분으로 하는 전기 절연층을 형성하고, 금속계 또는 탄소계로 마련되는 발열체를 전기 절연층의 상단에 고정함으로써, 기존의 탄소계 면상 발열체가 내는 온도보다 높은 400℃ 부근의 발열이 가능하고, 알루미늄계 합금과 전기 절연층 계면 간 접합력을 산화피막이 획기적으로 향상시켜서 장기적인 사용 및 on/off 동작에도 전기 절연층이 박리되지 않고 유지되는 면상 발열체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 공업적이나 상업적으로 널리 사용되는 히터는 탄소(C)를 발열체로 사용한 것과 Ni-Cr(상품명 니크롬), Fe-Cr(상품명 Kanthal) 및 일부 면상 발열체 등에서 사용하는 Ag 또는 Ag-Pd 계 물질이 주로 사용된다.
여기서, 상기 발열체의 형태는 코일이나 케이블 또는 스트립 형태가 가장 일 반적이며, 일부 전기 프라이팬 등에 적용하는 매몰형 히터(sheath heater), cartridge 히터, 고분자 히터, 후막 히터, 세라믹 히터 등이 있다.
여기서, 상업적으로 사용되는 히터의 발열 온도는 탄소 발열체의 경우 대개 200℃ 미만의 발열 온도를 가지며, 이는 200℃ 이상의 온도에서 일어나는 탄소의 산화에 의한 발열체 열화를 막기 위한 것이다.
또한, 금속 발열체는 800℃ 이상의 고열의 발열이 가능하지만 일반 가정용으로 사용할 때는 절연을 위한 고려가 필요하여 매몰형 히터의 경우에 금속 파이프 내에 금속 발열체를 삽입시키되, 전기절연을 위하여 산화마그네슘(MgO) 분말을 넣고, 파이프 내부에 습기에 의한 산화마그네슘의 수화를 막기 위하여 밀봉하는 공정을 거친다.
이에 따라 매몰형 히터의 경우에는 열효율이 낮아 시장에서 점점 퇴출되고 있으며, 세라믹 기판에 고융점 금속 후막을 도포한 세라믹 히터 등이 전기다리미, 무선커피포트 등에 사용하고 있다.
여기서, 상기 세라믹 히터는 세라믹의 성형 상의 한계 때문에 그 크기가 200mm를 넘지 못하고 있다.
또한, 피복된 금속 전선을 발열체로 사용하는 경우에는 피복재의 내열 온도 이상으로 가열할 수가 없어 일반적으로 200℃ 이하의 온도에서 사용이 가능하다.
한편, 면상 발열체의 사용온도에 따라서 발열체를 분류하여 보면 200℃ 이하의 저온형 발열체는 주로 PET 등의 내열 고분자 물질 위에 탄소 전극을 형성하여 제조할 수 있으며, 600℃ 이상의 고온형의 경우에는 알루미나 세라믹을 기판으로 사용하여 Mo/Mn계 금속 후막을 사용하여 제조하는 것이 일반적이다.
또한, 사용온도가 300℃에서 500℃ 부근의 중온형인 경우에는 세라믹 기판에 Ag 또는 Ag-Pd 또는 RuO2 계의 후막을 형성시켜 사용한다. 이러한 세라믹 히터는 귀금속이나 희유금속을 사용하기 때문에 가격이 비싸고, 세라믹 기판의 크기의 한계 때문에 큰 제품을 만들기 어려운 단점이 있다.
또한, 금속 기판 표면에 절연피막을 형성하여 발열기판으로 사용하는 경우에는 절연피막의 구성 성분이 PET, 에폭시 또는 테플론 계라고 하더라도 상한온도가 200℃ 부근으로 제한된다는 문제점이 있었다.
또한, 실란을 주로 한 세라믹 코팅이나 글래스 플릿을 사용하는 경우에는 금속 기판과 실란 및 세라믹 간의 접합력을 높이기 위하여 샌드블라스팅, 화학적 에칭(chemical etching), 아노다이징(anodizing) 등의 방법이 동원되고 있는 실정이나, 반복적인 승온과 냉각에 따른 열팽창계수 차이로 인한 접합 계면의 박리가 일어나는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은, 금속 판재 상에 플라즈마 전해 산화법에 의해 형성되는 산화피막을 형성시켜 금속 판재와 산화피막의 접합력을 증대되는 면상 발열체 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 산화피막과 전기 절연층의 계면 간 접합력을 획기적으로 향상시킴으로써, 반복적인 고온 발열에도 금속 판재와 전기 절연층의 박리가 방지될 수 있는 면상 발열체 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 발열체 상부에 글래스 울 또는 암면 등의 내열성 단열재를 피복하여 200℃~500℃ 부근의 중온 영역에서 변형 및 파손 없이 발열될 수 있는 면상 발열체 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 종래의 면상 발열체에 비해 넓은 면적을 구비함과 동시에 높은 온도에서 발열 가능한 면상 발열체 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 고분자 피복 전선을 전기 절연층으로 대체시킴으로써, 열전도율을 증대시켜 발열체의 효율이 향상될 수 있는 면상 발열체 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 알루미늄(Al)계 합금으로 마련되는 금속 판재 와; 상기 금속 판재에 안착되는 발열체;를 포함하는 면상 발열체에 있어서, 상기 금속 판재의 표면을 플라즈마 전해 산화법(PEO:Plasma Electronic Oxidation)에 의해 형성되는 산화피막으로 형성시킨 면상 발열체에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 상기 산화피막은 1~50(㎛)의 두께로 형성될 수 있다.
또한, 상기 금속 판재에는 상기 발열체가 안착되기 위한 발열체안착홈이 형성될 수 있다.
또한, 상기 산화피막은 상기 발열체안착홈 또는 상기 발열체안착홈 및 그 부근에 선택적으로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 산화피막 상에는 테플론(Teflon) 또는 실란(Silane) 또는 글래스 플릿(Glass frit) 또는 세라믹 분말 중 어느 하나 이상을 포함하는 코팅제로 코팅되어 열처리되는 전기 절연층을 추가적으로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전기 절연층은 1~300(㎛)의 두께로 형성될 수 있다.
또한, 상기 전기 절연층은 상기 발열체안착홈 또는 상기 발열체안착홈 및 그 부근에 선택적으로 형성되는 산화피막과 대응 형성될 수 있다.
여기서, 상기 면상 발열체는 금속 판재에 안착된 발열체의 상부에 피복되는 내열 절연체를 추가적으로 포함할 수 있다.
또한, 상기 발열체는 니켈, 크롬을 포함하는 니크롬선 또는 철, 크롬을 포함하는 칸탈선 또는 탄소계 발열체로 마련될 수 있다.
여기서, 상기 면상 발열체는 난방용 전열 기구 또는 전기다리미 또는 전기커피포트 또는 전기밥솥 또는 전기고대기 또는 전기제빵기에 적용될 수 있다.
한편, 상기 목적은 본 발명에 따라, 금속 판재를 제조하는 단계와; 상기 금속 판재 상에 플라즈마 전해 산화법(PEO:Plasma Electronic Oxidation)에 의해 마련되는 산화피막을 형성시키는 단계와; 상기 산화피막이 형성된 금속 판재 상에 발열체를 안착시키는 단계;를 포함하는 면상 발열체의 제조방법에 의해서도 달성될 수 있다.
여기서, 상기 산화피막을 형성시키는 단계에서 산화피막은 1~50(㎛)의 두께로 형성될 수 있다.
또한, 상기 금속 판재를 제조하는 단계에서 금속 판재에 상기 발열체가 안착되기 위한 발열체안착홈을 형성시키는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 산화피막을 형성시키는 단계에서 산화피막은 상기 발열체안착홈 또는 발열체안착홈의 주위에 선택적으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 산화피막을 형성시키는 단계에서 산화피막 상에는 테플론(Teflon) 또는 실란(Silane) 또는 글래스 플릿(Glass frit) 또는 세라믹 분말 중 어느 하나 이상을 포함하는 코팅제로 코팅되는 전기 절연층이 형성되는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전기 절연층이 형성되는 단계는 코팅된 코팅제를 열처리하여 형성시키는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다.
또한, 상기 전기 절연층이 형성되는 단계에서 전기 절연층은 1~300(㎛)의 두께로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 전기 절연층이 형성되는 단계는 상기 발열체안착홈 또는 발열 체안착홈의 주위에 선택적으로 형성되는 산화피막과 대응 형성되는 단계일 수 있다.
한편, 상기 면상 발열체의 제조방법은 상기 금속 판재 상에 발열체를 안착시키는 단계 이후에 발열체의 상부에 내열 절연체를 피복시키는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다.
본 발명에 의해, 금속 판재 상에 플라즈마 전해 산화법에 의해 형성되는 산화피막을 형성시켜 금속 판재와 산화피막의 접합력이 증대될 수 있다.
또한, 산화피막과 전기 절연층의 계면 간 접합력을 획기적으로 향상시킴으로써, 반복적인 고온 발열에도 금속 판재와 전기 절연층의 박리가 방지될 수 있다.
또한, 발열체 상부에 글래스 울 또는 암면 등의 내열성 단열재를 피복하여 200℃~500℃ 부근의 중온 영역에서 변형 및 파손 없이 발열될 수 있다.
또한, 종래의 면상 발열체에 비해 넓은 면적을 구비함과 동시에 높은 온도에서 발열 가능한 효과를 발휘할 수 있다.
또한, 고분자 피복 전선을 전기 절연층으로 대체시킴으로써, 열전도율을 증대시켜 발열체의 효율이 향상될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하기로 한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 면상 발열체의 분해사시도이며, 도 2 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 면상 발열체의 분해사시도이며, 도 3 은 본 발명에 따른 면상 발열체의 단면도이다.
도 1 내지 도 3 을 참조하면, 본 발명에 따른 면상 발열체는, 알루미늄(Al)계 합금으로 마련되는 금속 판재(10)와; 상기 금속 판재(10)에 안착되는 발열체(40);를 포함하는 면상 발열체에 있어서, 상기 금속 판재(10)의 표면을 플라즈마 전해 산화법(PEO:Plasma Electronic Oxidation)에 의해 형성되는 산화피막(20)으로 형성시킨 금속 판재(10)에 상기 발열체(40)를 안착시킴으로써 마련될 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 전해 산화법에 의해 형성된 산화피막(20)에 실란계 또는 글래스 프릿을 주 성분으로 하는 전기 절연층(30)을 형성시킨 후, 상기 발열체(40)를 상기 금속 판재(10)에 안착시키도록 마련될 수도 있다.
여기서, 상기 플라즈마 전해 산화법은 마이크로 아크 산화기술 또는 플라즈마 해산화 기술 등으로도 불리우는 코팅 및 표면처리 기술로써, 마그네슘(Mg), 알 루미늄(Al), 티타늄(Ti) 등의 금속 모재에 산화피막을 형성시키는 방법이다.
상기 플라즈마 전해 산화법은 알칼리 전해질 용액 내에 장입한 금속(양극)과 스테인리스 전극(음극) 사이에 수백 볼트의 고전압을 인가하여 금속 모재의 표면에서 플라즈마 반응을 형성시켜 초경질의 산화피막을 형성시킨다.
아울러, 상기 플라즈마 전해 산화법은 기존의 양극 산화, 전기도금 혹은 플라즈마 용사 코팅법 등의 방법으로는 제조할 수 없는 정도의 두께 및 성질을 갖는 산화피막을 형성시킬 수 있으며, 약알칼리 전해질 용액을 이용하므로 환경친화적인 공법이다.
또한, 상기 금속 모재의 표면에 형성되는 산화피막의 성분은 주로 금속 모재의 산화물이 차지하며, 전해질 용액의 성분 및 농도에 따라 상기 산화피막의 성분이 달라질 수 있다.
여기서, 상기 플라즈마 전해 산화법에 의해 금속 판재(10)의 표면에 형성되는 상기 산화피막(20)은 금속 판재(10)인 알루미늄의 산화물인 산화알루미늄 성분을 포함하며, 바람직하게는 1~50(㎛)의 두께로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 산화피막(20)이 1㎛ 미만으로 형성되면, 금속 판재(10)의 표면에 산화피막(20)을 안정적으로 형성시키기 어려우며, 상기 산화피막(20)이 50㎛ 를 초과하여 형성되면, 산화피막(20)이 금속 판재(10)의 표면에서 박리될 수 있다.
한편, 상기 금속 판재(10)에는 상기 발열체(40)가 안착되기 위한 발열체안착홈(12)이 형성될 수 있다.
여기서, 상기 발열체안착홈(12)은, 도 1 내지 도 2 에서와 같이, 코일형 발 열체(40)의 형상을 안착시키도록 대응되는 형상의 홈으로 마련될 수 있지만, 상기 발열체(40)의 형상 및 발열체안착홈(12)의 형상은 이에 한정되지는 않으며, 여러 형상의 발열체(40) 및 본 형상에 대응되는 발열체안착홈(12)으로 마련될 수도 있다.
또한, 상기 발열체안착홈(12)에 의해 상기 발열체(40)가 용이하게 고정될 수 있으며, 상기 발열체안착홈(12)의 깊이만큼 상기 발열체(40)가 안착됨으로써, 홈이 형성되지 않는 판재 상에 배치되는 발열체에 비해 금속 판재(10)에 열이 더욱 효율적으로 전달될 수 있다.
여기서, 상기 산화피막(20)은 상기 발열체안착홈(12) 또는 상기 발열체안착홈(12) 및 그 부근에 선택적으로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 발열체안착홈(12) 및 그 부근은 도 2 에 도시된 바와 같이, 발열체안착홈(12) 부분과 근접된 부분을 뜻한다.
즉, 본 발명에 따른 면상 발열체는, 도 1 에서와 같이, 금속 판재(10)의 전체 면적에 형성되는 산화피막(20) 및 후술하여 설명할 전기 절연층(30), 내열 절연체(50)로 마련될 수 있다.
또한, 도 2 에서와 같이, 금속 판재(10)가 형성하는 발열체안착홈(12) 또는 발열체안착홈(12) 및 그 부근에 선택적으로 형성되는 산화피막(20), 전기 절연층(30), 내열 절연체(50)로도 마련될 수 있는 것이다.
여기서, 상기 산화피막(20)에는 테플론(Teflon) 또는 실란(Silane) 또는 글래스 플릿(Glass frit) 또는 세라믹 분말 중 어느 하나 이상을 포함하는 코팅제에 의해 형성되는 전기 절연층(30)을 추가적으로 포함할 수 있다.
상기 전기 절연층(30)은 다공성의 PEO 산화피막의 전기 절연성을 증대시키기 위한 목적으로 상기 산화피막(20)의 상부에 형성되는 구성요소이다.
여기서, 상기 전기 절연층(30)은 상기 금속 판재(10)의 표면에 형성된 산화피막(20) 상에 상기 코팅제를 분무 분사 또는 스크린 프린팅 또는 디핑 등의 방법으로 일회 또는 수차례 코팅시켜 형성시킬 수 있다.
또는, 상기 전기 절연층(30)은 물 또는 유기용매에 글래스 플릿이나 세라믹 분말을 반죽한 페이스트를 스크린 프린팅 또는 디핑 또는 붓 등을 이용하여 도포한 후, 적절한 온도에서 열처리함으로써 형성시킬 수도 있다.
전술한 과정을 거치면, 상기 금속 판재(10)는 상기 전기 절연층(30)이 PEO에 의하여 형성된 산화피막(20)과 강하게 결합됨으로써, 발열체(40)가 고온으로 가열되거나, 전열기구의 반복적인 on/off에 의한 열충격에도 박리 또는 절연파괴가 발생되지 않는 안정적인 전기 절연 효과를 발휘할 수 있게 된다.
바람직하게는, 상기 전기 절연층(30)은 1~300(㎛)의 두께로 형성될 수 있으며, 상기 전기 절연층(30)의 두께는 상기 PEO 에 의한 산화피막(20)의 두께가 포함되지 않는 두께이다.
여기서, 상기 전기 절연층(30)의 두께가 1㎛ 미만으로 형성될 경우, 안정적인 전기 절연층(30)을 형성시키기 어려우며, 상기 전기 절연층(30)의 두께가 300㎛ 를 초과하여 형성되면, 상기 금속 판재(10)와 전기 절연층(30)의 열팽창계수의 차이에 의하여 산화피막(20) 또는 전기 절연층(30)이 박리될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 면상 발열체는 산화피막(20) 및 전기 절연층(30)이 형성된 금속 판재(10) 상에 안착된 발열체(40)의 상부에 피복되는 내열 절연체(50)를 추가적으로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 내열 절연체(50)는 상기 발열체(40)의 상부, 즉 발열체(40)의 노출부분을 절연시키기 위한 구성요소로써, 전술한 바와 같이, 금속 판재(10)의 전체 면적 또는 발열체안착홈(12)이 형성된 부분에 국부적으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 발열체(40)는 니켈, 크롬을 포함하는 니크롬선 또는 철, 크롬을 포함하는 칸탈선 또는 탄소계 발열체 등으로 마련될 수 있으며, 사용될 전열기구의 발열 범위에 대응되도록 선택 적용될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 면상 발열체는 알루미늄 계 합금으로 마련되는 금속 판재(10)의 표면에 PEO에 의한 산화피막(20)을 형성시키고, 본 산화피막(20)에 실란계 코팅제 또는 글래스 플릿을 주 성분으로 하는 전기 절연층(30)을 형성시킨 후, 발열체(40)를 안착시키고, 본 발열체(40)의 상부에 내열 절연체(50)를 피복시킴으로써 제조될 수 있다.
이러한, 상기 면상 발열체는 난방용 전열 기구 또는 전기다리미 또는 전기커피포트 또는 전기밥솥 또는 전기고대기 또는 전기제빵기와 같은 각종 발열 기구에 적용될 수 있다.
아울러, 도 3 에서는, 본 발명에 따른 면상 발열체의 구성요소 즉, 산화피막(20), 전기 절연층(30) 및 내열 절연체(50)를 명확하게 구분하기 위하여 과장하여 도시되었지만, 상기 구성요소들은 수 마이크로미터에서 수백 마이크로미터로 형 성되는 미세한 피막 또는 코팅층이므로 면상 발열체의 실제 외형이 도 3 처럼 마련되지는 않음을 밝혀둔다.
이하, 도 4 를 참조하여 본 발명에 따른 면상 발열체의 제조과정을 상세히 설명한다.
도 4 는 본 발명에 따른 면상 발열체의 제조과정을 나타낸 순서도이다.
도 4 를 참조하면, 본 발명에 따른 면상 발열체의 제조과정은, 금속 판재를 제조하는 단계(S10)와; 상기 금속 판재 상에 플라즈마 전해 산화법(PEO:Plasma Electronic Oxidation)에 의해 마련되는 산화피막을 형성시키는 단계(S20)와; 상기 산화피막이 형성된 금속 판재 상에 발열체를 안착시키는 단계(S40);를 포함한다.
여기서, 상기 금속 판재를 제조하는 단계(S10)는 발열체가 안착되기 위한 발열체안착홈을 형성시키는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다.
즉, 상기 금속 판재는 제조 시, 발열체가 배치될 부분에 본 발열체의 형상에 대응되는 안착홈을 형성하여 발열체를 고정시킴과 동시에 상기 발열체와 금속 판재의 접촉 면적을 증대시켜 열 전달 효율을 증대시키도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 금속 판재 상에 플라즈마 전해 산화법에 의해 마련되는 산화피막을 형성시키는 단계(S20)에서 상기 산화피막은 1~50(㎛)의 두께로 마련될 수 있다.
여기서, 상기 산화피막이 1㎛ 미만으로 형성되면, 금속 판재의 표면에 산화피막을 안정적으로 형성시키기 어려우며, 상기 산화피막이 50㎛ 를 초과하여 형성되면, 산화피막이 금속 판재의 표면에서 박리될 수 있다.
또한, 상기 산화피막을 형성시키는 단계(S20)에서 산화피막은 상기 발열체안 착홈 또는 발열체안착홈의 주위에 선택적으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 산화피막을 형성시키는 단계(S20)에서 산화피막 상에 테플론(Teflon) 또는 실란(Silane) 또는 글래스 플릿(Glass frit) 또는 세라믹 분말 중 어느 하나 이상을 포함하는 코팅제에 의해 형성되는 전기 절연층이 형성되는 단계(S30)를 추가적으로 포함할 수 있다.
또한, 상기 전기 절연층이 형성되는 단계(S30)는 상기 발열체안착홈 또는 발열체안착홈의 주위에 선택적으로 형성되는 산화피막과 대응 형성되는 단계일 수 있다.
여기서, 상기 전기 절연층은 상기 금속 판재의 표면에 형성된 산화피막 상에 상기 코팅제를 분무 분사 또는 스크린 프린팅 또는 디핑 등의 방법으로 일회 또는 수차례 코팅시킨 후 열처리함으로써 형성시킬 수 있다.
또는, 상기 전기 절연층은 물 또는 유기용매에 글래스 플릿이나 세라믹 분말을 반죽한 페이스트를 스크린 프린팅 또는 디핑 또는 붓 등을 이용하여 도포한 후, 적절한 온도에서 열처리함으로써 형성시킬 수도 있다.
여기서, 상기 전기 절연층이 형성되는 단계(S30)에서 전기 절연층은 1~300(㎛)의 두께로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 전기 절연층의 두께가 1㎛ 미만으로 형성될 경우, 안정적인 전기 절연층을 형성시키기 어려우며, 상기 전기 절연층의 두께가 300㎛ 를 초과하여 형성되면, 상기 금속 판재와 전기 절연층의 열팽창계수의 차이에 의하여 산화피막 또는 전기 절연층이 박리될 수 있다.
한편, 상기 산화피막에 전기 절연층을 형성시킨 후에는 상기 금속 판재 상에 발열체를 안착시키는 단계(S40)가 수행된다.
다음, 상기 금속 판재 상에 발열체를 안착시키는 단계(S40) 이후에 발열체의 상부에 내열 절연체를 피복시키는 단계(S0)를 수행함으로써 본 발명에 따른 면상 발열체를 제조할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 면상 발열체 및 이의 제조방법은, 금속 판재와 전기 절연층의 계면 간 접합력을 획기적으로 향상시킴으로써, 반복적인 고온 발열에도 금속 판재와 전기 절연층의 박리가 방지될 수 있다.
또한, 발열체 상부에 글래스 울 또는 암면 등의 내열성 단열재를 피복하여 200℃~500℃ 부근의 중온 영역에서 변형 및 파손 없이 발열될 수 있으며, 종래의 면상 발열체에 비해 넓은 면적을 구비함과 동시에 높은 온도에서 발열 가능한 효과를 발휘할 수 있다.
또한, 고분자 피복 전선을 전기 절연층으로 대체시킴으로써, 열전도율을 증대시켜 발열체의 효율이 향상될 수 있다.
이상, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.
첨부의 하기 도면들은, 전술한 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 이해시키기 위한 것이므로, 본 발명은 하기 도면에 도시된 사항에 한정 해석되어서는 아니 된다.
도 1 은 본 발명에 따른 면상 발열체의 분해사시도이며,
도 2 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 면상 발열체의 분해사시도이며,
도 3 은 본 발명에 따른 면상 발열체의 단면도이며,
도 4 는 본 발명에 따른 면상 발열체의 제조과정을 나타낸 순서도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 금속 판재 12 : 발열체안착홈
20 : 산화피막 30 : 전기 절연층
40 : 발열체 50 : 내열 절연체
Claims (19)
- 알루미늄(Al)계 합금으로 마련되는 금속 판재와;상기 금속 판재에 안착되는 발열체;를 포함하는 면상 발열체에 있어서,상기 금속 판재의 표면은 플라즈마 전해 산화법(PEO:Plasma Electronic Oxidation)에 의해 형성되는 산화피막으로 형성되며,상기 금속 판재에는 상기 발열체가 안착되기 위한 발열체안착홈이 형성되되,상기 산화피막은 상기 발열체안착홈 또는 상기 발열체안착홈 및 그 부근에 선택적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 면상 발열체.
- 제 1 항에 있어서,상기 산화피막은 1~50(㎛)의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 면상 발열체.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 산화피막 상에는 테플론(Teflon) 또는 실란(Silane) 또는 글래스 플릿(Glass frit) 또는 세라믹 분말 중 어느 하나 이상을 포함하는 코팅제로 코팅되어 열처리되는 전기 절연층을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 면상 발열체.
- 제 5 항에 있어서,상기 전기 절연층은 1~300(㎛)의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 면상 발열체.
- 제 6 항에 있어서,상기 전기 절연층은 상기 발열체안착홈 또는 상기 발열체안착홈 및 그 부근에 선택적으로 형성되는 산화피막과 대응 형성되는 것을 특징으로 하는 면상 발열체.
- 제 1 항에 있어서,상기 면상 발열체는 금속 판재에 안착된 발열체의 상부에 피복되는 내열 절연체를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 면상 발열체.
- 제 1 항에 있어서,상기 발열체는 니켈, 크롬을 포함하는 니크롬선 또는 철, 크롬을 포함하는 칸탈선 또는 탄소계 발열체로 마련되는 것을 특징으로 하는 면상 발열체.
- 제 1, 2, 5, 6, 7, 8, 9 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 면상 발열체는 난방용 전열 기구 또는 전기다리미 또는 전기커피포트 또는 전기밥솥 또는 전기고대기 또는 전기제빵기에 적용되는 것을 특징으로 하는 면상 발열체.
- 금속 판재를 제조하는 단계와;상기 금속 판재 상에 플라즈마 전해 산화법(PEO:Plasma Electronic Oxidation)에 의해 마련되는 산화피막을 형성시키는 단계와;상기 산화피막이 형성된 금속 판재 상에 발열체를 안착시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 면상 발열체의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 산화피막을 형성시키는 단계에서 산화피막은 1~50(㎛)의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 면상 발열체의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 금속 판재를 제조하는 단계에서 금속 판재에 상기 발열체가 안착되기 위한 발열체안착홈을 형성시키는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 면상 발열체의 제조방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 산화피막을 형성시키는 단계에서 산화피막은 상기 발열체안착홈 또는 발열체안착홈의 주위에 선택적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 면상 발열체의 제조방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 산화피막을 형성시키는 단계에서 산화피막 상에는 테플론(Teflon) 또는 실란(Silane) 또는 글래스 플릿(Glass frit) 또는 세라믹 분말 중 어느 하나 이상을 포함하는 코팅제로 코팅되는 전기 절연층이 형성되는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 면상 발열체의 제조방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 전기 절연층이 형성되는 단계는 코팅된 코팅제를 열처리하여 형성시키는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 면상 발열체의 제조방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 전기 절연층이 형성되는 단계에서 전기 절연층은 1~300(㎛)의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 면상 발열체의 제조방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 전기 절연층이 형성되는 단계는 상기 발열체안착홈 또는 발열체안착홈의 주위에 선택적으로 형성되는 산화피막과 대응 형성되는 단계인 것을 특징으로 하는 면상 발열체의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 면상 발열체의 제조방법은 상기 금속 판재 상에 발열체를 안착시키는 단계 이후에 발열체의 상부에 내열 절연체를 피복시키는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 면상 발열체의 제조방법.
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