KR101090111B1 - 페이스트 조성물을 이용한 히터 - Google Patents
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Abstract
페이스트 조성물을 이용한 히터가 개시된다. 본 발명의 페이스트 조성물을 이용한 히터는, 기판; 기판 상에 페이스트 조성물을 인쇄하여 형성되는 다수의 발열저항체; 다수의 발열저항체의 일단부를 연결하며 일부분이 절개되도록 기판 상에 형성되는 스트립 형태의 제1 전극; 다수의 발열저항체의 타단부를 연결하는 스트립 형태의 제2 전극; 및 다수의 발열저항체의 과열을 방지하는 온도퓨즈를 포함하되, 온도퓨즈는, 제1 전극의 절개된 일부분을 덮도록 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 히터의 과열을 방지하기 위한 온도퓨즈를 전극 라인의 일부분에 개재시킴으로써, 히터의 안전성을 향상시킬 뿐만 아니라 두께가 얇은 박막(薄膜)형 히터를 간편히 제조할 수 있게 된다.
페이스트 조성물, 히터, 전극, 퓨즈
Description
본 발명은 일반적으로 순간 온수기용 히터, 난방용 히터, 냉난방 겸용 공기조화기의 제상 히터, 자동판매기용 히터 등으로 사용되는 페이스트 조성물을 이용한 히터에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 히터의 과열을 방지하기 위한 온도퓨즈를 전극 라인의 일부분에 개재시킴으로써, 히터의 안전성을 향상시킬 뿐만 아니라 두께가 얇은 박막(薄膜)형 히터를 간편히 제조할 수 있는 페이스트 조성물을 이용한 히터에 관한 것이다.
페이스트 조성물을 이용하는 히터는, 루테늄(Ruthenium) 또는 팔라듐(Palladium) 계열의 페이스트 조성물로 이루어지는 다수의 발열저항체를 기판 상에 형성한 것으로, 판재 형상을 갖는다. 이때, 다수의 발열저항체는 기판 상에 인쇄된 전극층을 통해 인가되는 전력에 의해 발열한다.
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하지만, 종래의 페이스트 조성물을 이용하는 히터는, 히터의 과열을 방지하기 위한 퓨즈 등의 구성을 별도의 브라켓을 사용하여 히터에 인접한 히터 외부에 배치하므로, 제조공정이 까다로우며 제작 비용이 증가하는 문제가 있다.
또한, 퓨즈를 히터 외부에 배치하는 경우 히터 전체의 두께가 증가하므로 두께가 얇은 박막(薄膜)형 히터를 제작하기 어려운 문제가 있다.
따라서, 히터의 두께를 얇게 하면서도 히터의 생산비용을 낮추고, 히터가 과열되어 손상되는 것을 방지함에 있어서 높은 신뢰성을 확보할 수 있는 히터 구조에 대한 연구 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은, 히터의 과열을 방지하기 위한 온도퓨즈를 전극 라인의 일부분에 개재시킴으로써, 히터의 안전성을 향상시킬 뿐만 아니라 두께가 얇은 박막(薄膜)형 히터를 간편히 제조할 수 있는 페이스트 조성물을 이용한 히터를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 기판; 상기 기판 상에 페이스트 조성물을 인쇄하여 형성되는 다수의 발열저항체; 상기 다수의 발열저항체의 일단부를 연결하며 일부분이 절개되도록 상기 기판 상에 형성되는 스트립 형태의 제1 전극; 상기 다수의 발열저항체의 타단부를 연결하는 스트립 형태의 제2 전극; 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 보호하도록 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 각각 덮는 전극 보호막; 상기 다수의 발열저항체의 과열을 방지하는 온도퓨즈; 상기 온도퓨즈를 보호하도록 상기 온도퓨즈를 덮는 온도퓨즈 보호막; 상기 기판과 상기 다수의 발열저항체 사이에 개재되어 상기 기판 및 상기 다수의 발열저항체 상호 간의 전기적 쇼트를 방지하는 하부 절연층; 상기 다수의 발열저항체, 제1 전극, 제2 전극, 전극 보호막, 온도퓨즈, 온도퓨즈 보호막 및 하부 절연층이 구비된 기판을 내측에 삽입하여 외곽 프레임을 형성하는 하우징; 및 상기 하우징의 외곽에 결합되는 다수의 방열핀;을 포함하되, 상기 온도퓨즈는, 상기 제1 전극의 절개된 일부분을 덮도록 상기 기판 상에 인쇄됨으로써 형성되고, 상기 온도퓨즈의 녹는점은 200℃ 내지 340℃의 범위를 가지며, 주석(Sn), 은(Ag), 구리(Cu), 납(Pb) 및 안티몬(Sb)을 혼합한 금속화합물로 만들어지고, 상기 금속화합물에 흐름성을 부여하기 위한 플럭스(Flux)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 페이스트 조성물을 이용한 히터에 의하여 달성된다.
상기 온도퓨즈는, 상기 제1 전극의 일단부에 형성될 수 있다.
상기 온도퓨즈 보호막 및 상기 전극 보호막은 각각 폴리이미드(Polyimide) 재질로 마련될 수 있다.
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상기 다수의 발열저항체는 상기 기판 상에 페이스트 조성물을 인쇄하여 형성되며, 상기 페이스트 조성물은, 탄소나노튜브와 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나와 은을 포함하거나, 루테늄과 팔라듐에서 선택된 적어도 하나와 탄소나노튜브와 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나와 은을 포함할 수 있다.
상기 페이스트 조성물의 전체 조성물 100중량부에 대하여, 상기 탄소나노튜브와 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나는 0.01 내지 20중량부로 포함될 수 있다.
본 발명에 의하면, 다수의 발열저항체에 전력을 공급하는 전극 라인의 일부분에 히터의 과열을 방지하기 위한 온도퓨즈를 개재시킴으로써, 히터의 안전성을 향상시킬 뿐만 아니라 두께가 얇은 박막(薄膜)형 히터를 간편히 제조할 수 있게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 페이스트 조성물을 이용한 히터의 평면도이며, 도 2는 정면에서 바라본 도 1의 A 부분의 개략적인 부분확대도이고, 도 3은 온도퓨즈가 마련되기 전 상태의 도 1의 페이스트 조성물을 이용한 히터의 우측부분의 평면도이며, 도 4는 온도퓨즈가 마련된 상태의 도 1의 페이스트 조성물을 이용한 히터의 우측부분의 평면도이고, 도 5는 도 1의 페이스트 조성물을 이용한 히터의 사용상태도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시에에 따른 페이스트 조성물을 이용한 히터(10, 이하 '히터')는, 기판(100)과, 기판 상에 형성되는 다수의 발열저 항체(200)와, 다수의 발열저항체(200)의 일단부 및 타단부를 각각 연결하는 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)과, 히터(10)의 과열을 방지하기 위한 온도퓨즈(400)를 포함한다.
기판(100)은, 다수의 발열저항체(200)가 형성될 영역을 제공하는 부재이다. 기판(100)은 발열저항체(200)에서 발생하는 열을 다수의 방열핀(900, 도 5 참조)을 통해 히터(10)의 주위 공기에 전달하므로, 열 전도율이 우수한 금속 재질 또는 세라믹 재질로 제작되는 것이 바람직하다.
다수의 발열저항체(200)는, 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)으로부터 공급받는 전력을 이용하여 히터(10)의 목적에 부합하는 열을 생성하는 구성이다. 다수의 발열저항체(200)는, 기판(100)의 상면에 페이스트 조성물을 스크린 인쇄법으로 인쇄하고, 이를 대략 150℃의 온도에서 건조함으로써 기판(100)에 인쇄된다. 이때, 다수의 발열저항체(200)는 스트립 형태로 일정한 간격으로 배치된다.
특히, 도 1에 도시된 바와 같이, 발열저항체(200)는 기판(100)의 길이방향과 교차하는 방향으로 기판(100) 상에 형성되며, 이처럼 기판(100)의 길이방향과 교차하는 방향으로 발열저항체(200)를 형성하는 경우, 기판(100)의 길이방향과 직교하는 방향으로 발열저항체(200)를 형성하는 것에 비하여 공기를 균일하게 가열할 수 있는 장점을 갖는다.
한편, 발열저항체(200)를 구성하는 페이스트 조성물의 성분에 대해서는 후술하기로 한다.
제1 전극(310)은, 다수의 발열저항체(200)의 일단부를 상호 연결하는 스트립 형태의 구성으로, 다수의 발열저항체(200)를 형성한 후에 기판(100)의 상면에 은(Ag)을 인쇄하여 형성된다. 제1 전극(310)은, 스트립 형태의 라인의 일부분이 절개되도록 기판(100) 상에 인쇄되며(도 3 참조), 제1 전극(310)의 절개된 부분에는 추후 온도퓨즈(400)가 인쇄된다.
제2 전극(320)은, 다수의 발열저항체(200)의 타단부를 상호 연결하는 스트립 형태의 구성으로, 다수의 발열저항체(200)를 형성한 후에 기판(100)의 상면에 은(Ag)을 인쇄하여 형성된다.
하지만, 본 실시예와 달리 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)을 먼저 형성한 후에 다수의 발열저항체(200)를 형성하여도 무방하며, 본 발명의 권리범위는 발열저항체(200)와 전극(310, 320)의 형성순서에 의하여 제한되지 않는다.
제1 전극(310)의 일단부와 제2 전극(320)의 일단부는 각각 고리형상으로 마련되어, 추후 기판(100)의 양단부에 각각 형성되는 관통공(100a, 100b)을 따라 체결되는 볼트식 터미널(700, 도 5 참조)에 연결된다.
한편, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예의 히터(10)는 전극(310, 320)의 상면에 마련되는 전극 보호막(330)을 더 포함한다.
전극 보호막(330)은 전극(310, 320)이 공기와 접촉하여 산화되는 것을 방지하기 위한 것으로, 폴리이미드(Polyimide) 재질의 페이스트 물질을 전극(310, 320)의 상측에 바르고 이를 경화시켜 마련된다. 폴리이미드에 관한 자세한 설명은 후술하는 온도퓨즈 보호막(500) 부분에서 함께 하기로 한다.
온도퓨즈(400)는, 제1 전극(310)의 스트립 형태의 라인의 절개된 부분을 덮 도록 기판(100) 상에 인쇄되어 히터(10)의 과열을 방지하기 위한 구성으로, 주석(Sn), 은(Ag), 구리(Cu), 납(Pb) 및 안티몬(Sb)을 혼합한 금속화합물을 이용하여 만들어진다.
본 실시예의 경우, 온도퓨즈(400)는 약 200℃ 내지 340℃의 온도범위에서 녹도록 제작되므로, 주석의 녹는점인 231.97℃와, 은의 녹는점인 961.9℃와, 구리의 녹는점인 1084.5℃와, 납의 녹는점인 327.5℃와, 안티몬의 녹는점인 630.7℃를 고려하여 각 성분의 혼합 비율을 적절히 조절한다. 물론, 전술한 온도퓨즈(400)의 녹는점의 범위는 필요에 따라 달라질 수 있으며, 이에 대응하여 주석, 은, 구리, 납 및 안티몬의 혼합 비율도 변경될 수 있다.
또한, 온도퓨즈(400)는 주석, 은, 구리, 납 및 안티몬으로 이루어진 금속화합물에 플럭스(Flux)를 첨가한 페이스트 물질로 마련되어 일정한 흐름성을 갖는다. 여기서, 플럭스는, 금속화합물을 만들기 위한 성분들을 용해할 때 용해된 물질이 대기와 접촉하여 산화되는 것을 방지하기 위한 일종의 혼합염을 말하며, 본 실시예의 경우 플럭스로는 염화물, 플루오르화물, 수지 등이 사용된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 온도퓨즈(400)는, 제1 전극(310)의 스트립 형태의 라인의 일부분을 절개한 후, 그 절개된 부분에 온도퓨즈(400)를 구성하는 페이스트 혼합물을 바르고 이를 경화시킴으로써, 제1 전극(310)의 절개된 라인의 일부분을 메우는 방법으로 제1 전극(310)에 연결된다.
페이스트 혼합물로 된 온도퓨즈(400)는 약 180℃ 정도의 온도로 가열됨으로써 경화되는데, 주로 UV 경화 또는 IR 경화 등의 방법을 통해 경화과정을 진행한 다.
UV 경화는, 자외선(UV)을 이용하여 페이스트 혼합물로 된 온도퓨즈(400)를 건조하는 것으로, 온도퓨즈(400)를 구성하는 페이스트 물질에 자외선을 조사하여 광중합 반응을 일으킴으로써 순간적으로 온도퓨즈(400)를 경화시키는 방법이다. UV 경화의 경우 반응시간이 짧으므로 생산성을 향상시킬 수 있으며, 필요한 부분에만 조사할 수 있으므로 에너지의 효율성을 높일 수 있고, 공해발생의 문제가 없으며, 제품의 품질이 향상되는 장점을 갖는다.
IR 경화는, 적외선(IR)을 이용하여 페이스트 혼합물로 된 온도퓨즈(400)를 건조하는 것으로, 주로 석영관램프를 열원으로 하여 온도퓨즈(400)를 경화시키는 방법이다. IR 경화의 경우 건조가 빠르며, 내마찰성이 향상되는 장점을 갖는다.
다만, 온도퓨즈(400)를 경화시키는 방법에는 제한이 없으며, UV 경화 및 IR 경화 뿐만 아니라 자연 경화방법도 가능하다. 또한, 온도퓨즈(400)는 제1 전극(310)의 절개된 일부분이 아니라 제2 전극(320)의 절개된 일부분(미도시)을 메우도록 배치될 수 있으며, 제1 전극(310) 및 제2 전극(320) 모두에 마련될 수도 있다.
한편, 본 실시예에 따른 히터(10)는, 온도퓨즈(400)의 상측면에 마련되어 온도퓨즈(400)를 보호하는 온도퓨즈 보호막(500)을 더 포함한다. 온도퓨즈 보호막(500)은 온도퓨즈(400)의 경화가 완료된 후 온도퓨즈(400)의 상측면을 덮도록 마련되는 구성으로, 폴리이미드(Polyimide) 재질의 페이스트 물질을 온도퓨즈(400)의 상측면에 바르고 이를 경화시킴으로써 마련된다.
여기서, 폴리이미드(Polyimide, PI)는 방향족 무수물인 Pyromellitic dianhydride와, 방향족 디아민인 4,4'-oxydianiline을 이용하여 폴리아믹산(Polyanic acid)를 합성하고, 이를 경화하여 만들어진 물질을 말한다. 폴리이미드는, 기계적 강도 및 충격 강도가 높고, 치수안전성 및 전기 절연성이 좋으며, 내마모성, 내방사선성 및 내약품성이 우수하여 역학적 또는 열적으로 높은 부하가 걸리는 곳에 널리 이용된다.
본 실시예의 경우 온도퓨즈 보호막(500)은, 경화된 온도퓨즈(400)의 상측에 페이스트 상의 폴리이미드를 도포하고 이를 대략 160℃ 정도의 온도에서 경화시킴으로써 마련되며, 경화의 방법은 전술한 온도퓨즈(400)의 경화방법과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
온도퓨즈 보호막(500)은, 외부의 충격으로부터 온도퓨즈(400)를 보호할 뿐만 아니라, 온도퓨즈(400)와 공기의 접촉을 차단함으로써 온도퓨즈(400)의 산화와 열화를 방지하는 역할을 담당한다.
전극(310, 320), 전극 보호막(330), 온도퓨즈(400) 및 온도퓨즈 보호막(500)이 형성되는 순서는 다음과 같다.
도 3을 참조하면, 기판(100)의 상면에 다수의 발열저항체(200)를 인쇄하며, 발열저항체(200)의 일단부를 연결하도록 은 재질의 제1 전극(310)을 인쇄한다. 이 경우, 온도퓨즈(400)가 개재될 제1 전극(310) 일단부의 일부분은 절개된 상태여야 한다. 은 재질의 제2 전극(320)은 발열저항체(200)의 타단부를 연결하도록 기판(100)의 상면에 인쇄된다.
다음으로, 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)의 상면을 덮도록 폴리이미드(Polyimide) 재질의 전극 보호막(330)을 인쇄하는데, 이 경우 온도퓨즈(400)가 형성될 영역에는 전극 보호막(330)이 인쇄되지 않도록 한다.
다음으로, 제1 전극(310)의 절개된 부분에 주석, 은, 구리, 납 및 안티몬으로 이루어진 금속화합물에 플럭스를 첨가한 페이스트 상의 온도퓨즈(400)를 바르고, 이를 경화시킴으로써 온도퓨즈(400)가 제1 전극(310)의 스트립 형태의 라인의 절개된 부분을 메우도록 한다.
마지막으로, 온도퓨즈(400)의 상면에 폴리이미드(Polyimide) 재질의 온도퓨즈 보호막(500)을 바르며, 이를 경화시켜 온도퓨즈 보호막(500)을 완성한다. 이 경우, 도 4를 참조하면, 온도퓨즈 보호막(500)은 그 양단부가 전극 보호막(330)이 형성된 영역의 일정부분과 겹치도록 충분한 크기로 형성된다.
한편, 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 히터(10)는, 기판(100)과 발열저항체 사이에 개재되는 하부 절연층(600)을 더 포함한다.
하부 절연층(600)은, 기판(100)과 발열저항체(200) 사이에 마련되어 기판(100)과 발열저항체(200) 상호 간의 전기적 쇼트를 방지하는 구성으로, 본 실시예의 경우 기판(100)의 면적보다 약간 작은 면적으로 마련된다. 하부 절연층(600)은, 기판(100)의 상면에 알루미나, 실리카 및 마그네시아 중 적어도 어느 하나의 재질로 구성되는 페이스트 물질을 코팅하여 마련되며, 코팅방법으로는 ALD/CVD 법, 스퍼터 또는 Evaporation 법, Sol-gel 법 등 다양한 방법을 따를 수 있다. 또한, 하부 절연층(600)은 기판(100)의 상면에 절연페인트를 도포한 후 이를 건조시켜 마련될 수도 있으며, 본 발명의 권리범위는 하부 절연층(600)의 형성방법에 의하여 제한되지 않는다.
한편, 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 히터(10)는, 상기 구성요소 등을 구비한 기판(100)이 외곽 프레임을 형성하는 하우징(800)의 내측에 삽입된 후, 상기 하우징(800)을 따라 그 외곽에 결합된 다수의 방열핀(900)을 포함하여, 전체적으로 어셈블리(1) 형태를 가질 수 있다. 발열저항체(200)가 형성된 기판(100)의 상면과 하우징(800)의 내측면 사이에는 필요에 따라 운모(Mica) 재질의 절연판(미도시)이 개재될 수 있다.
제1 전극(310) 및 제2 전극(320)의 양단부에는 볼트식 터미널(700)이 결합되며, 볼트식 터미널(700)은 한 쌍의 브래킷(710, 720)을 관통하여 전선(C)을 통해 전원(미도시)에 연결된다.
전원(미도시)으로부터 전력이 공급되면, 히터(10)가 발열하기 시작하며, 히터(10)에 의하여 발생된 열은 방열핀(900)을 통해 외부로 전달된다. 방열핀(900)의 파손 등의 이유로 히터(10)로부터 발생한 열이 외부로 원활히 전달되지 못하는 경우 히터(10)는 과열되며, 히터(10)의 과열온도가 온도퓨즈(400)의 녹는점인 220℃ 내지 320℃의 범위를 초과하는 경우 온도퓨즈(400)가 끊어지게 되어 안전사고 및 히터(10)의 파손을 방지하게 된다.
이제 이하에서는, 히터(10)의 다수의 발열저항체(200)를 형성하기 위한 페이스트 조성물의 성분에 대하여 설명한다.
본 명세서에서의 은(Ag)은 순수한 은(Ag)뿐만 아니라 은(Ag) 산화물 또는 은(Ag) 화합물을 포함하고, 루테늄(Ru) 또한 순수한 루테늄(Ru)뿐만 아니라 루테늄(Ru) 산화물 또는 루테늄(Ru) 화합물을 포함하며, 팔라듐(Pd) 또한 순수한 팔라듐(Pd) 뿐만 아니라 팔라듐(Pd) 산화물 또는 팔라듐(Pd) 화합물을 포함한다.
본 실시예에 따른 페이스트 조성물은 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube; CNT)와 탄소섬유(carbon fiber)에서 선택된 적어도 하나와 은(Ag)을 포함하는 이루어진다.
은(Ag)은 저 저항용 도전성 물질로서, 열과 전기에 대하여 우수한 도체이지만, 양의 온도저항계수를 갖기 때문에, 그 자체로는 발열 저항으로 사용하기에는 어려움이 있다.
이러한 은(Ag)의 단점을 극복하기 위해, 구리(Cu)에 필적하는 전기 전도도를 가지면서도, 음의 온도저항계수를 갖는 탄소나노튜브 및/또는 탄소섬유를 함께 혼합하여, 저항의 증가를 억제하면서도 동시에 안정된 온도 저항 계수를 갖는 발열저항쳬용 페이스트 조성물을 제공할 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 페이스트 조성물은 은(Ag) 5 내지 60중량부, 탄소나노튜브와 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나 0.01 내지 20중량부, 유리 프릿(glass flit) 5 내지 40중량부, 및 유기 바인더 10 내지 40중량부를 포함하여 이루어진다.
상술한 중량부 범위의 은(Ag)은 페이스트 조성물이 낮은 저항값을 갖도록 하며, 페이스트 조성물이 기판(100)에 적용되어 발열저항체(200)를 형성시키는 경우, 발열저항체(200)가 고온으로 발열되어 손상되는 것을 방지한다.
또한, 유리 프릿은 페이스트 조성물의 바인더(binder)로서, 상술한 중량부 범위의 유리 프릿은 페이스트 조성물이 기판(100)에 적용되어 발열저항체(200)를 형성하는 경우, 발열저항체(200)의 강도를 증가시키고, 발열저항체(200)의 기판(100)에의 부착력을 증가시킬 뿐만 아니라, 낮은 면저항값과 온도저항계수를 갖도록 한다.
또한, 유기 바인더는 페이스트 조성물 내의 각 구성 성분의 분산을 용이하게 하고, 페이스트 조성물의 실크 인쇄 시 인쇄 도막의 균일성을 확보하기 위한 적절한 점도를 제공한다. 이러한 유기 바인더로는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 에틸셀룰로즈, 메틸셀룰로즈, 니트로셀룰로즈, 카복시메틸셀룰로즈 등의 셀룰로즈 유도체와 아크릴산에스테르, 메타크릴산에스테르, 폴리비닐알콜, 폴리비닐부티랄 등의 수지 성분이 사용될 수 있다.
또한, 탄소나노튜브 또는 탄소섬유는 전체 페이스트 조성물 100중량부에 대해, 예를 들어 약 0.01 내지 20중량부로 포함될 수 있다. 탄소나노튜브 또는 탄소섬유는 무게 대비 부피비가 매우 크기 때문에 소량으로 페이스트 조성물에 존재하더라도 페이스트 조성물의 점도 유지가 가능하고, 유리 프릿의 바인더로서의 역할을 돕는다.
탄소나노튜브는 예를 들어 100 내지 600㎡/g 범위의 비표면적을 가질 수 있으며, 예를 들어 다중벽 탄소나노튜브, 단일벽 탄소나노튜브, 및 박벽 탄소나노튜브에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 페이스트 조성물에 적용되는 탄소섬유는 예를 들어 탄소나노섬유일 수 있다.
상술한 다중벽 탄소나노튜브, 단일벽 탄소나노튜브 등의 탄소나노튜브는 열전도도와 전기전도도가 우수하여 가장 활용도가 높으며 산화 온도가 비교적 높아 상대적으로 높은 온도의 발열저항체(200)의 소재로 적합하며, 탄소나노섬유는 탄소나노튜브 보다 열전도도와 전기전도도는 떨어지나 가격이 저렴하며 상대적으로 낮은 온도의 발열저항체(200)의 소재로 적용하기 용이하다.
이외에도, 본 실시예에 따른 페이스트 조성물에는 점도를 조절하기 위하여, 예를 들어 터피놀, 부틸칼비톨 아세테이트, 부틸칼비톨 등의 유기 용매가 포함될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 페이스트 조성물은 탄소나노튜브 및 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나와 은(Ag)과, 루테늄(Ru)을 포함하여 이루어질 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 페이스트 조성물은 은(Ag) 10 내지 60중량부, 루테늄(Ru) 0.25 내지 20중량부, 탄소나노튜브와 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나 0.01 내지 20중량부, 유리 프릿 5 내지 35중량부, 및 유기 바인더 10 내지 40중량부를 포함하여 이루어진다.
루테늄(Ru)은 음의 온도저항계수를 갖는 것으로, 상술한 중량부 범위의 루테늄은 페이스트 조성물이 낮은 저항값을 갖도록 하고, 페이스트 조성물이 기판(100)에 적용되어 발열저항체(200)를 형성하는 경우 막의 표면 평활성을 증가시킨다.
이러한 페이스트 조성물에서 루테늄(Ru) 이외에 은(Ag), 탄소나노튜브, 탄소섬유, 유리 프릿, 및 유기 바인더는 앞서 살핀 페이스트 조성물에서와 실질적으로 동일하므로, 여기에서는 중복되는 설명은 생략한다.
또한, 페이스트 조성물은 탄소나노튜브 및 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나와, 은(Ag)과, 팔라듐(Pd)을 포함하여 이루어질 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 페이스트 조성물은 은(Ag) 10 내지 60중량부, 팔라듐(Pd) 0.25 내지 20중량부, 탄소나노튜브 및 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나 0.01 내지 20중량부, 유리 프릿 5 내지 35중량부, 및 유기 바인더 10 내지 40중량부를 포함하여 이루어진다.
팔라듐(Pd)은 양의 온도저항계수를 갖는 은(Ag)을 보완하기 위한 것으로, 상술한 중량부 범위의 팔라듐(Pd)은 페이스트 조성물이 기판(100)에 적용되어 발열저항체(200)를 형성하는 경우 막의 기계적 물성을 향상시킨다.
팔라듐(Pd) 이외의 은(Ag), 탄소나노튜브, 탄소섬유, 유리 프릿, 및 유기 바인더는 본 발명의 일 실시예에 따른 페이스트 조성물에서와 실질적으로 동일하므로, 여기에서는 중복되는 설명은 생략한다.
또한, 페이스트 조성물은 탄소나노튜브 및 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나와, 은(Ag), 루테늄(Ru)과, 팔라듐(Pd)을 포함하여 이루어질 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 페이스트 조성물은 은(Ag) 10 내지 60중량부, 루테늄(Ru) 0.25 내지 5중량부, 팔라듐(Pd) 0.25 내지 10중량부, 탄소나노튜브 및 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나 0.01 내지 20중량부, 유리 프릿 5 내지 35중량부, 및 유기 바인더 10 내지 40중량부를 포함하여 이루어진다.
은(Ag), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd)과 탄소나노튜브, 탄소나노섬유는 상술한 바와 같은 실시예들에서 설명된 바와 실질적으로 동일하므로, 여기에서는 중복되는 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 페이스트 조성물들은 은(Ag), 루테늄(Ag) 등의 발열에 따른 저항 증가분과 탄소나노튜브 등의 저항 감소분이 서로 상쇄됨으로서, 발열에 따른 저항의 변화를 줄일 수 있다. 이는 발열 전후의 저항의 변화가 거의 없음을 의미하며, 발열저항체(200)의 저항 설계의 용이성과 안정성을 가질 수 있음을 의미한다.
본 실시예에 따른 히터(10)는, 다수의 발열저항체(200)에 전력을 공급하는 전극(310, 320) 라인의 일부분에 히터의 과열을 방지하기 위한 온도퓨즈(400)를 개재시킴으로써, 히터(10)의 안전성을 향상시킬 뿐만 아니라 두께가 얇은 박막(薄膜)형 히터(10)를 간편히 제조할 수 있게 된다.
또한, 본 실시예에 따른 히터(10)는, 저항의 증가를 억제하면서도 동시에 안정적인 온도저항계수를 갖는 페이스트 조성물을 기판(100) 상에 인쇄하여 다수의 발열저항체(200)를 형성함으로써, 전력 소모량을 줄이면서도 안정된 신뢰성을 제공할 수 있다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 페이스트 조성물을 이용한 히터의 평면도이다.
도 2는 정면에서 바라본 도 1의 A 부분의 개략적인 부분확대도이다.
도 3은 온도퓨즈가 마련되기 전 상태의 도 1의 페이스트 조성물을 이용한 히터의 우측 부분의 평면도이다.
도 4는 온도퓨즈가 마련된 상태의 도 1의 페이스트 조성물을 이용한 히터의 우측 부분의 평면도이다.
도 5는 도 1의 페이스트 조성물을 이용한 히터의 사용상태도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 히터 100 : 기판
200 : 발열저항체 310 : 제1 전극
320 : 제2 전극 330 : 전극 보호막
400 : 온도퓨즈 500 : 온도퓨즈 보호막
600 : 절연층 700 : 볼트식 터미널
Claims (12)
- 기판;상기 기판 상에 페이스트 조성물을 인쇄하여 형성되는 다수의 발열저항체;상기 다수의 발열저항체의 일단부를 연결하며 일부분이 절개되도록 상기 기판 상에 형성되는 스트립 형태의 제1 전극;상기 다수의 발열저항체의 타단부를 연결하는 스트립 형태의 제2 전극;상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 보호하도록 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 각각 덮는 전극 보호막;상기 다수의 발열저항체의 과열을 방지하는 온도퓨즈;상기 온도퓨즈를 보호하도록 상기 온도퓨즈를 덮는 온도퓨즈 보호막;상기 기판과 상기 다수의 발열저항체 사이에 개재되어 상기 기판 및 상기 다수의 발열저항체 상호 간의 전기적 쇼트를 방지하는 하부 절연층;상기 다수의 발열저항체, 제1 전극, 제2 전극, 전극 보호막, 온도퓨즈, 온도퓨즈 보호막 및 하부 절연층이 구비된 기판을 내측에 삽입하여 외곽 프레임을 형성하는 하우징; 및상기 하우징의 외곽에 결합되는 다수의 방열핀;을 포함하되,상기 온도퓨즈는,상기 제1 전극의 절개된 일부분을 덮도록 상기 기판 상에 인쇄됨으로써 형성되고, 상기 온도퓨즈의 녹는점은 200℃ 내지 340℃의 범위를 가지며,주석(Sn), 은(Ag), 구리(Cu), 납(Pb) 및 안티몬(Sb)을 혼합한 금속화합물로 만들어지고, 상기 금속화합물에 흐름성을 부여하기 위한 플럭스(Flux)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 페이스트 조성물을 이용한 히터.
- 제1항에 있어서,상기 온도퓨즈는,상기 제1 전극의 일단부에 형성되는 것을 특징으로 하는 페이스트 조성물을 이용한 히터.
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- 제1항에 있어서,상기 온도퓨즈 보호막 및 상기 전극 보호막은 각각 폴리이미드(Polyimide) 재질로 마련되는 것을 특징으로 하는 페이스트 조성물을 이용한 히터.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 다수의 발열저항체는 상기 기판 상에 페이스트 조성물을 인쇄하여 형성되며,상기 페이스트 조성물은, 탄소나노튜브와 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나와 은을 포함하거나, 루테늄과 팔라듐에서 선택된 적어도 하나와 탄소나노튜브와 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나와 은을 포함하는 것을 특징으로 하는 페이스트 조성물을 이용한 히터.
- 제11항에 있어서,상기 페이스트 조성물의 전체 조성물 100중량부에 대하여, 상기 탄소나노튜브와 탄소섬유에서 선택된 적어도 하나는 0.01 내지 20중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 페이스트 조성물을 이용한 히터.
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