KR101116799B1 - 저항 패턴을 갖는 전기 발열체 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

제1 발열부, 제2 발열부, 제1 발열부에 인쇄된 제1 저항체 및 제2 발열부에 인쇄된 제2 저항체를 포함하는 전기 발열체 및 전기 발열체에 연결된 손잡이를 포함하는 고데기가 공개된다. 제1 저항체의 제1 단부는 제2 저항체의 제1 단부와 직렬 연결되고, 제1 저항체의 제2 단부와 제2 저항체의 제2 단부는 전원에 연결되고, 제1 발열부의 체적에 대한 제1 저항체의 제1 저항값의 비율은 상기 제2 발열부의 체적에 대한 제2 저항체의 저항값의 비율과 다르다.

Description

저항 패턴을 갖는 전기 발열체 및 그 제조방법{ELECTRIC HEATING BODY WITH RESISTIVE PATTERN AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 전기에 의해 발열되는 전기 발열체 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 제어된 평균 온도분포를 갖는 발열면을 갖는 전기 발열체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 제어된 평균 온도분포를 갖는 발열면을 갖는 전기 발열체 및 이 전기 발열체를 포함하는 고데기 및 이들의 제조방법에 관한 것이다. 여기서 전기 발열체는 발열체 및 발열체에 결합된 저항체를 포함하여 구성되는 발열유닛을 지칭할 수 있다. 발열유닛은 예컨대 고데기와 같은 발열기기에 사용될 수 있다.
고데기는 열을 이용하여 머리카락을 건조하거나 머리카락의 굴곡을 조절하는 등의 기능을 수행함으로써 머리카락을 손질하는 데에 사용될 수 있다. 고데기는 발열면을 갖는 전기 발열체, 전기 발열체에 연결된 손잡이, 그리고 전기 발열체에 연결되어 전력을 공급하는 전선을 포함할 수 있다.
머리카락을 효율적으로 손질하기 위해서는 고데기의 발열면이 균일한 온도 분포를 가질 필요가 있다. 그러나 종래의 고데기에서는 발열면의 온도 분포가 균일하지 않다는 문제가 있다. 이는 전기 발열체의 설계 문제로 귀결된다.
고데기에 사용되는 전기 발열체는 세라믹 히터를 포함할 수 있다. 세라믹 히터는 하부 세라믹 재료 위에, 전기에 의해 발열될 수 있는 전기 저항체를 형성한 다음, 그 위에 상부 세라믹 재료를 더 결합하여 제조될 수 있다. 이렇게 제조된 세라믹 히터는 전체적으로 판형 또는 원통형 등의 형태를 가질 수 있다. 이 세라믹 히터의 상부 표면 및/또는 하부 표면에 추가 발열판을 더 결합할 수 있다. 세라믹 히터에서 발생된 열은 이 추가 발열판의 외부 경계면으로부터 바깥쪽으로 발산될 수 있다.
이하, 본 문서에서 위의 세라믹 히터와 추가 발열판이 결합된 물건을 세라믹 발열체 또는 세라믹 전기 발열체라고 지칭할 수 있다. 이하 본 문서에서, 세라믹 전기 발열체는 상술한 전기 발열체에 포함되는 개념일 수 있다. 세라믹 전기 발열체는 외부에 열을 제공하기 위한 열원으로서 사용될 수 있다. 응용예에 따라 세라믹 전기 발열체가 외부에 열을 제공하는 과정에서 시간에 따른 세라믹 전기 발열체의 표면 온도변화가 작은 것이 바람직할 수 있다. 이를 위해서는 세라믹 전기 발열체의 축열 양이 큰 것이 바람직하다. 그리고, 세라믹 전기 발열체의 축열 양은 추가 발열판의 체적 및/또는 추가 발열판의 단위 체적당 축열 양에 따라 달라질 수 있다. 단위 체적당 축열 양은 추가 발열판의 재질에 따라 결정될 수 있다. 따라서, 응용예 별로, 추가 발열판의 체적 및/또는 재질에 관한 연구가 필요하며, 세라믹 전기 발열체를 제조하는 방법 및 이렇게 제조된 세라믹 전기 발열체의 구조에 대한 연구가 필요하다.
본 발명의 과제는 전기 발열체의 발열면이 균일한 온도 분포를 갖도록 하는 전기 발열체의 구조를 제시하는 것이다. 또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 외부에 열을 공급하는 과정에서 표면 온도가 쉽게 하강하지 않는 세라믹 전기 발열체를 제공하는 것이다. 그러나 본 발명의 범위가 상술한 과제에 의해 제한되는 것은 아니다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양상에 따라 세라믹 전기 발열체를 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 세라믹 소결기판으로 된 하판 위에 세라믹 히터를 적층하고 세라믹 히터 위에 세라믹 소결기판으로 된 상판을 적층하는 단계, 및 적층된 구조를 고온 소성하여 세라믹 전기 발열체를 형성하는 단계를 포함한다. 이때, 상판은 세라믹을 포함하지 않는 다른 소재로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따라 세라믹 전기 발열체를 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 세라믹 소결기판으로 된 하판 위에 본딩 물질로 구성된 제1 본딩 층을 적층하고 제1 본딩 층 위에 세라믹 히터를 적층하고 세라믹 히터 위에 본딩 물질로 구성된 제2 본딩 층을 적층하고 제2 본딩 층 위에 세라믹 소결기판으로 된 상판을 적층하는 단계, 및 이 적층된 구조를 고온 소성하여 세라믹 전기 발열체를 형성하는 단계를 포함한다. 이때, 세라믹 히터 위에는, 제2 본딩 층 및 상판 대신에 세라믹을 포함하지 않는 다른 소재로 구성로 층이 적층될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따라 세라믹 전기 발열체를 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 슬러리 형질의 제1 세라믹 시트(sheet) 상에 저항을 인쇄하는 단계, 저항이 인쇄된 제1 세라믹 시트 상에 제2 세라믹 시트를 적층하여 소결함으로써 세라믹 히터를 생성하는 단계, 세라믹 소결기판으로 된 하판 위에 세라믹 히터를 적층하고 세라믹 히터 위에 세라믹 소결기판으로 된 상판을 적층하는 단계, 및 적층물을 고온 소성시켜 세라믹 전기 발열체를 형성하는 단계를 포함한다. 이때, 제1 세라믹 시트 상에 저항을 인쇄한 다음, 제2 세라믹 시트를 적층하지 않은 상태에서 소결하여 세라믹 히터를 생성할 수도 있다. 이때, 상판은 세라믹을 포함하지 않는 다른 소재로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따라 세라믹 전기 발열체를 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 슬러리 형질의 제1 세라믹 시트(sheet) 상에 저항을 인쇄하는 단계, 저항이 인쇄된 제1 세라믹 시트 상에 슬러리 형질의 제2 세라믹 시트를 적층하여 소결함으로써 세라믹 히터를 생성하는 단계, 세라믹 소결기판으로 된 하판 위에 본딩 물질로 구성된 제1 본딩 층을 적층하고 제1 본딩 층 위에 세라믹 히터를 적층하고 세라믹 히터 위에 본딩 물질로 구성된 제2 본딩 층을 적층하고 제2 본딩 층 위에 세라믹 소결기판으로 된 상판을 적층하는 단계, 및 적층물을 고온 소성시켜 세라믹 전기 발열체를 형성하는 단계를 포함한다. 이때, 제1 세라믹 시트 상에 저항을 인쇄한 다음, 제2 세라믹 시트를 적층하지 않은 상태에서 소결하여 세라믹 히터를 생성할 수도 있다. 이때, 세라믹 히터 위에는, 제2 본딩 층 및 상판 대신에 세라믹을 포함하지 않는 다른 소재로 구성로 층이 적층될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따라 세라믹 전기 발열체를 제조할 수 있다. 이 발열체의 일 단면은, 세라믹 소결기판으로 된 하판, 하판 위에 적층된 제1 본딩 층, 제1 본딩 층 위에 적층된 세라믹 히터, 세라믹 히터 위에 적층된 제2 본딩 층, 제2 본딩 층 위에 적층된 세라믹 소결기판으로 된 상판을 포함하여 구성된다. 이때, 세라믹 히터는 세라믹 소결기판 및 그 위에 형성된 발열 저항층을 포함한다.
본 발명에 따른 상술한 양상에 있어서, 세라믹 히터는 박판의 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따른 전기 발열체가 제공된다. 이 전기 발열체는 제1 발열부, 제2 발열부, 제1 발열부에 결합되어 있으며 2개의 단부를 갖는 제1 저항체 및 제2 발열부에 결합되어 있으며 2개의 단부를 갖는 제2 저항체를 포함한다. 제1 저항체와 제2 저항체에 동일한 전류(I)가 공급되도록 제1 저항체의 제1 단부는 제2 저항체의 제1 단부와 전기적으로 직렬 연결되어 있고, 제1 저항체의 제2 단부와 제2 저항체의 제2 단부는 전원에 연결되도록 되어 있고, 제1 발열부의 체적(V1)에 대한 제1 저항체의 제1 저항값(R1)의 제1 비율(R1/V1)은 제2 발열부의 체적(V2)에 대한 제2 저항체의 제2 저항값(R2)의 비율(R2/V2)과 다르다.
이때, 제1 발열부 및 제2 발열부는 각각 세라믹으로 이루어지며, 제1 발열부 및 제2 발열부는 이음새 없이 일체로서 형성되어 있으며, 제1 저항체 및 제2 저항체는 각각 인쇄에 의하여 제1 발열부 및 제2 발열부 상에 결합되어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따른 고데기가 제공된다. 이 고데기는 발열부 및 발열부에 연결된 손잡이를 포함한다. 발열부는 제1 발열부, 제2 발열부, 제1 발열부에 결합되어 있으며 2개의 단부를 갖는 제1 저항체 및 제2 발열부에 결합되어 있으며 2개의 단부를 갖는 제2 저항체를 포함하며, 제1 저항체와 제2 저항체에 동일한 전류(I)가 공급되도록, 제1 저항체의 제1 단부는 제2 저항체의 제1 단부와 전기적으로 직렬 연결되어 있고, 제1 저항체의 제2 단부와 제2 저항체의 제2 단부는 전원에 연결되도록 되어 있고, 제1 발열부의 체적(V1)에 대한 제1 저항체의 제1 저항값(R1)의 제1 비율(R1/V1)은 제2 발열부의 체적(V2)에 대한 제2 저항체의 제2 저항값(R2)의 비율(R2/V2)과 다르다.
이때, 제1 저항체 및 제2 저항체는 선형이며, 제1 저항체를 구성하는 물질의 비저항과 제2 저항체를 구성하는 물질의 비저항은 서로 동일할 수 있다. 이때, 제1 저항체 및 제2 저항체는 선형이며, 제1 저항체는 제1 두께를 가지고, 제2 저항체는 제1 두께와 동일한 제2 두께를 가질 수 있다. 여기서 '두께'는 제1 발열부 표면 또는 제2 발열부 표면의 법선 방향 두께를 의미할 수 있다. 이때, 제1 저항체 및 제2 저항체는 선형이며, 제1 저항체는 제1 발열부 표면에서 지그재그 형태로 배선되어 있을 수 있다. 이때, 제2 저항체는 제2 발열부 표면에서 지그재그 형태로 배선되어 있을 수 있다. 여기서 지그재그 형태는 사인파형(sinusoidal wave form), 또는 펄스파형(pulse train form)을 포함하는 개념일 수 있다. 이때, 제1 저항체 및 제2 저항체는 선형이며, 제1 저항체 및 제2 저항체는 동일 평면상에 배선되어 있을 수 있다. 이때, 제1 발열부 및 제2 발열부는 평면형 기판일 수 있다. 이때, 제1 발열부 및 제2 발열부는 이음새 없이 일체로서 형성되어 있을 수 있다. 이때, 제1 저항체 및 제2 저항체는 선형이며, 제1 저항체와 제2 저항체는 균일한 폭을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따른 고데기가 제공된다. 이 고데기는 발열부, 발열부에 결합된 선형 저항체, 및 발열부에 연결된 손잡이를 포함한다. 선형 저항체의 패턴은 선형 저항체의 양단을 직선으로 연결한 경로의 중앙점을 중심으로 하여 대칭 구조를 갖는다.
본 발명의 또 다른 양상에 따른 전기 발열체가 제공된다. 이 고데기는 기판, 및 기판에 결합된 선형 저항체를 포함한다. 선형 저항체의 패턴은 선형 저항체의 전체 길이의 중앙점을 중심으로 하여 대칭 구조를 갖는다.
본 발명의 또 다른 양상에 따른 전기 발열체가 제공된다. 이 절기 발열체는 발열부, 및 발열부의 표면에 결합된 선형 저항체를 포함한다. 선형 저항체는, 표면의 제1 방향을 따라 반복되는 패턴을 갖는 굴곡을 갖는 형태의 제1 저항 세그먼트, 및 제1 저항 세그먼트의 제1 단부에 연결된 제2 저항 세그먼트를 포함한다. 제2 저항 세그먼트의 적어도 일부는 제1 저항 세그먼트의 마루 또는 골 쪽에서 제1 방향을 따라 연장되며, 제1 저항 세그먼트의 제1 단부는 제2 저항 세그먼트의 제1 단부와 연결되어 있고, 제1 저항 세그먼트의 제2 단부와 제2 저항 세그먼트의 제2 단부는 제1 저항 세그먼트의 제1 방향 길이의 절반보다 작은 거리만큼 떨어져 있다.
이때, 제1 저항 세그먼트의 제2 단부와 제2 저항 세그먼트의 제2 단부는 전원에 연결되도록 되어 있을 수 있다. 이때, 선형 저항체는 제1 저항 세그먼트의 제2 단부에 연결된 제3 저항 세그먼트를 더 포함하며, 제1 저항 세그먼트의 제2 단부는 제3 저항 세그먼트의 제1 단부와 연결되어 있고, 제2 저항 세그먼트의 제2 단부와 제3 저항 세그먼트의 제2 단부는 제1 저항 세그먼트의 제1 방향 길이의 절반보다 작은 거리만큼 떨어져 있고, 제2 저항 세그먼트의 제2 단부와 제3 세그먼트의 제2 단부는 전원에 연결되도록 되어 있을 수 있다. 이때, 제3 저항 세그먼트의 적어도 일부는 제1 방향의 반대 방향을 따라 연장되어 있을 수 있다. 이때, 제3 저항 세그먼트의 적어도 일부는 제1 방향에 수직이며 제1 저항 세그먼트의 골로부터 마루쪽을 향한 방향으로 연장되어 있을 수 있다. 이때, 전기 발열체에는 전기 발열체를 고데기 용으로 사용하기 위한 손잡이가 더 연결되어 있을 수 있다.
상술한 결합된 선형 저항체는 인쇄에 의하여 결합된 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따른 세라믹 발열체 제조방법이 제공된다. 이 제조방법은 본딩 물질을 포함하는 제1 본딩 층을 세라믹 소결기판으로 된 하판 위에 적층하는 단계, 세라믹 히터를 제1 본딩 층 위에 적층하는 단계, 본딩 물질을 포함하는 제2 본딩 층을 세라믹 히터 위에 적층하는 단계, 세라믹 소결기판으로 된 상판을 제2 본딩 층 위에 적층하는 단계, 및 하판, 제1 본딩 층, 세라믹 히터, 제2 본딩 층 및 상판을 포함하여 구성되는 적층물을 고온 소성시키는 단계를 포함한다. 세라믹 히터는, 슬러리 형질의 제1 세라믹 시트 상에 저항을 인쇄하는 단계 및 저항이 인쇄된 제1 세라믹 시트 상에 슬러리 형질의 제2 세라믹 시트를 적층한 다음에 소결하는 단계를 포함하는 프로세스에 의해 제공되고, 세라믹 히터는, 제1 발열부, 제2 발열부, 제1 발열부에 결합되어 있으며 2개의 단부를 갖는 제1 저항체 및 제2 발열부에 결합되어 있으며 2개의 단부를 갖는 제2 저항체를 포함하며, 제1 저항체와 제2 저항체에 동일한 전류(I)가 공급되도록 제1 저항체의 제1 단부는 제2 저항체의 제1 단부와 전기적으로 직렬 연결되어 있고, 제1 저항체의 제2 단부와 제2 저항체의 제2 단부는 전원에 연결되도록 되어 있고, 제1 발열부의 체적(V1)에 대한 제1 저항체의 제1 저항값(R1)의 제1 비율(R1/V1)은 제2 발열부의 체적(V2)에 대한 제2 저항체의 제2 저항값(R2)의 비율(R2/V2)과 다르다.
본 발명의 또 다른 양상에 따른 세라믹 발열체 제조방법이 제공된다. 이 제조방법은, 본딩 물질을 포함하는 제1 본딩 층을 세라믹 소결기판으로 된 하판 위에 적층하는 단계, 세라믹 히터를 제1 본딩 층 위에 적층하는 단계, 본딩 물질을 포함하는 제2 본딩 층을 세라믹 히터 위에 적층하는 단계, 세라믹 소결기판으로 된 상판을 제2 본딩 층 위에 적층하는 단계, 및 하판, 제1 본딩 층, 세라믹 히터, 제2 본딩 층 및 상판을 포함하여 구성되는 적층물을 고온 소성시키는 단계를 포함하고, 세라믹 히터는, 슬러리 형질의 제1 세라믹 시트 상에 저항을 인쇄하는 단계 및 저항이 인쇄된 제1 세라믹 시트 상에 슬러리 형질의 제2 세라믹 시트를 적층한 다음에 소결하는 단계를 포함하는 프로세스에 의해 제공되고, 저항의 패턴은 저항의 양단을 직선으로 연결한 경로의 중앙점을 중심으로 하여 대칭 구조를 갖는다.
본 발명의 또 다른 양상에 따른 세라믹 발열체 제조방법이 제공된다. 이 제조방법은, 본딩 물질을 포함하는 제1 본딩 층을 세라믹 소결기판으로 된 하판 위에 적층하는 단계, 세라믹 히터를 제1 본딩 층 위에 적층하는 단계, 본딩 물질을 포함하는 제2 본딩 층을 세라믹 히터 위에 적층하는 단계, 세라믹 소결기판으로 된 상판을 제2 본딩 층 위에 적층하는 단계, 및 하판, 제1 본딩 층, 세라믹 히터, 제2 본딩 층 및 상판을 포함하여 구성되는 적층물을 고온 소성시키는 단계를 포함하고, 세라믹 히터는, 슬러리 형질의 제1 세라믹 시트 상에 저항을 인쇄하는 단계 및 저항이 인쇄된 제1 세라믹 시트 상에 슬러리 형질의 제2 세라믹 시트를 적층한 다음에 소결하는 단계를 포함하는 프로세스에 의해 제공되고, 선형 저항은, 제1 세라믹 시트의 표면의 제1 방향을 따라 반복되는 패턴을 갖는 굴곡을 갖는 형태의 제1 저항 세그먼트, 및 제1 저항 세그먼트의 제1 단부에 연결된 제2 저항 세그먼트를 포함하며, 제2 저항 세그먼트의 적어도 일부는 제1 저항 세그먼트의 마루 또는 골 쪽에서 제1 방향을 따라 연장되며, 제1 저항 세그먼트의 제1 단부는 제2 저항 세그먼트의 제1 단부와 연결되어 있고, 제1 저항 세그먼트의 제2 단부와 제2 저항 세그먼트의 제2 단부는 제1 저항 세그먼트의 제1 방향 길이의 절반보다 작은 거리만큼 떨어져 있다.
상술한 세라믹 히터는 평판형일 수 있다.
상술한 제1 저항 세그먼트의 일 단부 및/또는 타 단부는 제1 저항 세그먼트를 구성하는 펄스 파형의 마루 또는 골일 수 있다.
본 발명에 따르면 균일한 온도 분포를 갖는 발열면을 구비하는 전기 발열체가 제공된다. 이 전기 발열체는 고데기 등에 효과적으로 적용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 외부에 열을 공급하는 과정에서 표면 온도가 쉽게 하강하지 않는 세라믹 전기 발열체를 제공할 수 있다. 그러나 본 발명의 범위가 상술한 효과에 의해 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고데기의 외형의 일 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 발열체(1)의 구성 예를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 발열체(1)를 도시한 것이다.
도 4 내지 도 6은 종래의 고데기에 사용되던 전기 발열체를 설명하기 위한 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 발열체(1)의 구조를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 발열체의 특성의 다른 측면을 설명하기 위한 것이다.
도 9는 본 실시예에 의한 저항체의 패턴이 대칭구조라는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 10 및 도 11은 도 7 내지 도 9를 통해 설명한 본 발명에 따른 실시예의 변형예이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따라 대칭 구조의 패턴을 갖는 저항체를 포함하는 전기 발열체를 도시한 것이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 발열체의 구조를 도시한 것이다.
도 14는 도 13의 전기 발열체에 형성되는 자기장을 분석하기 위한 도면이다.
도 15는 도 13에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 발열체의 변형된 실시예이다.
도 16 내지 도 19는 도 13에 따른 본 발명의 일 실시예로부터 변형된 실시예들을 도시한 것이다.
도 20 내지 도 25는 본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹 히터(1001, 1101) 제조 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서에는 본 발명의 실시예들을 제공하기 위한 참조번호가 제공된다. 이 참조번호는 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 도시되어 있으며, 발명의 상세한 설명은 첨부된 도면을 참조하여 설명될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성요소는 동일한 참조번호를 가질 수 있다. 발명의 상세한 설명에서 참조번호는 괄호 안에 표시된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고데기의 외형의 일 예를 도시한 것이다.
고데기(100)는 전기 발열체(1), 제1 손잡이(2), 제2 손잡이(3), 및 손잡이 결합부(4)를 포함하여 구성될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 전기 발열체(1)에는 전원에 접속하기 위한 전선(미도시)이 연결되어 있을 수 있다. 이 전선은 결합부(4) 근처에서 고데기(100) 내부로 인입될 수 있다. 다르게는, 고데기(100)는 도 1에 도시되지 않은 내부 전원(미도시)을 더 포함할 수 있다. 위의 전선 또는 내부 전원은 제1 손잡이(2)와 제2 손잡이(3) 내부에 형성된 통로를 통해 전기 발열체(1)에 연결될 수 있다
전기 발열체(1)의 일 면은 외부에 노출되지 않으며, 전기 발열체(1)의 다른 면은 외부에 노출되어 머리카락에 접촉되는 노출 발열면(이하, '발열면')을 포함할 수 있다. 전기 발열체(1)에 의해 생성된 열의 일부는 머리카락에 접촉되는 발열면 외의 다른 곳으로도 전도될 수 있다. 전기 발열체(1)의 폭(W1)보다 전기 발열체(1)의 길이(L1)가 더 클 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 발열체(1)의 구성 예를 나타낸 것이다.
도 2의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 발열체(1)의 구성 예를 나타낸 것이다. 도 2의 (a)를 참조하면, 전기 발열체(1)는 제1 내측 발열판(11), 전기 저항체(300)(이하, 저항체)로 구성될 수 있다. 여기에 전원연결패드(111, 112)가 추가적으로 형성되어 있을 수도 있다. 이때, 도 1에서 설명한 발열면은 제1 내측 발열판(11)의 일 면일 수 있으며, 저항체(300) 및/또는 전원연결패드(111, 112)는 제1 내측 발열판(11)의 타 면에 배치될 수 있다.
도 2의 (b)와 (c)는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 발열체(1)의 사시도 및 분해 사시도이다. 전기 발열체(1)는 제1 외측 발열판(14), 제1 내측 발열판(11), 제2 내측 발열판(12), 및 제2 외측 발열판(13)이 순차적으로 결합된 구조를 가질 수 있다. 제1 내측 발열판(11)과 제2 내측 발열판(12) 사이에는 저항체(300)가 배치될 수 있다. 이때, 추가적으로, 전원연결패드(111, 112)가 저항체(300)의 양 단부에 연결되어 배치될 수 있다. 저항체(300) 및/또는 전원연결패드(111, 112)는 제1 내측 발열판(11) 상에 결합되어 있을 수 있다. 이 결합은 인쇄에 의해 이루어질 수 있다. 제2 내측 발열판(12) 및 제2 외측 발열판(13)의 형상은 전원연결패드(111, 112)가 외부로 노출되도록 형성될 수 있다.
도 2의 (b) 와 (c)에서, 저항체(300) 및/또는 전원연결패드(111, 112)는 제1 내측 발열판(11)과 제2 내측 발열판(12) 사이에 배치되기 전에 미리 형성된 다음에 제1 내측 발열판(11) 상에 결합될 수 있다. 도 1에서 설명한 발열면은 제1 외측 발열판(14)의 일 면 또는 제2 외측 발열판(13)의 일 면일 수 있다.
도 2의 (b) 와 (c)에 따른 실시예에서는 전기 발열체(1)가 4개의 발열판이 적층되어 구성된 것으로 도시하였으나, 본 발명에 따른 다른 실시예에서는 전기 발열체(1)가 4개 이상의 발열판 또는 1~3개의 발열판으로 구성될 수 있다. 예컨데, 본 발명에 따른 다른 실시예에서는 제2 내측 발열판(12), 제1 외측 발열판(14), 및 제2 외측 발열판(13) 중 하나 이상이 생략될 수 있다.
도 2에 따른 실시예에서, 저항체(300) 및/또는 전원연결패드(111, 112)는 전기저항을 갖는 텅스텐과 같은 성분을 포함하는 물질이 제1 내측 발열판(11) 상에 인쇄되어 형성될 수 있다. 인쇄에 의해 저항을 형성하는 방법은 종래에 알려진 방법을 사용할 수 있다.
도 2의 제1 외측 발열판(14), 제1 내측 발열판(11), 제2 내측 발열판(12), 및 제2 외측 발열판(13) 중 하나 이상은 세라믹 재질일 수 있으나, 본 발명이 이 재질에 한정되는 것은 아니다.
도 2와 같이 전원연결패드(111, 112)가 도 1의 고데기(100)의 손잡이 결합부(4)에 가까운 쪽(B)에 배치되는 경우, 제1 손잡이(2) 및 제2 손잡이(3)의 내부 공간을 통해 연장되는 전선에 전원연결패드(111, 112)를 용이하게 결합할 수 있다. 이에 비해, 전원연결패드(111, 112)가 도 1의 고데기(100)의 손잡이 결합부(4)의 반대쪽 단부(B)에 가깝게 배치되는 경우 제1 손잡이(2) 및 제2 손잡이(3)의 내부를 통해 연장되는 전선에 전원연결패드(111, 112)를 결합하기 위해 전선을 더 길게 연장할 필요가 있기 때문에, 종래에는 전원연결패드(111, 112)를 고데기(100)의 손잡이 결합부(4)에 가까운 쪽(B)에 배치하였다.
이하, 도 3 내지 도 19에서는 본 발명의 실시예들에 따른 전기 발열체(1)들의 구조에 대하여 자세히 설명한다. 이때, 설명의 편의를 위하여, 도 3 내지 도 19의 전기 발열체(1)는 도 2의 (a)에 도시된 구조를 갖는 것으로 하였다. 이하 도 3 내지 도 19를 참조하여 설명하는 모든 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 발열체(1)들에는 상술한 제2 내측 발열판(12), 제1 외측 발열판(14) 및 제2 외측 발열판(13)이 더 결합될 수 있다. 이하 설명의 편의를 위하여 상술한 제1 내측 발열판(11)에 대응되는 발열판을 '기판'(11)이라고 지칭할 수 있다.
제1 실시예
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 발열체(1)를 도시한 것이다.
전기 발열체(1)는 기판(11), 제1 저항체(310), 제2 저항체(320)를 포함할 수 있다. 전기 발열체(1)는 추가적으로 전원연결패드(111, 112)를 더 포함할 수 있다. 기판(11)은 제1 발열부(21), 제2 발열부(22) 및 이를 제외한 나머지 영역으로 구분될 수 있다. 제1 발열부(21)는 제1 저항체(310)를 포함하고, 제2 발열부(22)는 제2 저항체(320)를 포함할 수 있다. 제1 저항체(310)는 제1 단부(311) 및 제2 단부(312)를 가지며, 제2 저항체(320)는 제1 단부(321) 및 제2 단부(322)를 가질 수 있다. 제1 저항체(310)의 제1 단부(311)는 제2 저항체(320)의 제1 단부(321)에 직렬 연결될 수 있다. 따라서, 제1 저항체(310)와 제2 저항체(320)에 전류가 흐르는 경우, 양 전류의 크기는 동일할 수 있다.
전기 발열체(1)가 전원연결패드(111, 112)를 더 포함하는 경우, 제1 저항체(310)의 제2 단부(312)는 전원연결패드(111)에 연결되고 제2 저항체(320)의 제2 단부(322)는 전원연결패드(112)에 연결될 수 있다. 전원연결패드(111, 112)는 전원에 연결하기 위한 전선에 연결되도록 되어 있다.
도 3의 (a) 및 (b)에서 제1 발열부(21)의 제1 부피(V1) 및 제2 발열부(22)의 제2 부피(V2)는 개별적으로 조절될 수 있으며, 제1 저항체(310)의 제1 저항값(R1)과 제2 저항체(320)의 제2 저항값(R2) 역시 개별적으로 조절될 수 있다.
제1 발열부(21)의 재료와 제2 발열부(22)의 재료가 동일할 수 있으며, 기판(11)의 두께는 전체적으로 균일할 수 있다. 이때, 제1 면적(S1)에 대한 제2 면적(S2)의 비율(S1:S2)은 제1 부피(V1)에 대한 제2 부피(V2)의 비율(V1:V2)과 비례할 수 있다.
제1 저항체(310)의 두께는 제2 저항체(320)의 두께와 동일할 수 있다. 여기서, 저항체의 두께는 기판(11) 표면의 법선 방향의 두께를 지칭할 수 있다. 이때, 제1 저항값(R1)과 제2 저항값(R2)은 각각 제1 저항체(310)의 폭 및 길이와 제2 저항체(320)의 폭 및 길이에 따라 결정될 수 있다.
제1 발열부(21)의 제1 온도(T1)는 제1 저항체(310)에서 생성되는 제1 열량(Q1)을 제1 부피(V1)로 나눈 값에 비례하고(즉, T1=k1?Q1/V1, k1은 상수), 제2 발열부(22)의 제2 온도(T2)는 제2 저항체(320)에서 생성되는 제2 열량(Q2)을 제2 부피(V2)로 나눈 값에 비례할 수 있다(즉, T2=k1?Q2/V2, k2는 상수). 제1 발열부(21)의 재료와 제2 발열부(22)의 재료가 동일하면 k1=k2=k일 수 있다. 제1 저항체(310) 및 제2 저항체(320)에 동일한 크기의 전류(I)가 흐를 수 있다. 이때 Q1=k?I2?R1이고 Q2=k?I2?R2가 성립하므로 Q1:Q2=R1:R2의 관계가 성립할 수 있다. 따라서, T1:T2=k?Q1/V1:k?Q2/V2=R1/V1:R2/V2가 성립할 수 있다. 따라서 제1 발열부(21)의 온도와 제2 발열부(22)의 온도는 각각 제1 저항값(R1)/제1 부피(V1) 및 제2 저항값(R2)/제2 부피(V2)를 조절함으로써 제어할 수 있다. 상술한 바와 같이 제1 저항값(R1)과 제2 저항값(R2)은 각각 제1 저항체(310)과 제2 저항체(320)의 두께, 폭, 및 길이 중 하나 이상을 조절하여 제어할 수 있다.
도 3의 (a)는 제1 저항체(310)와 제2 저항체(320)의 두께 및 폭을 동일하게 유지한 상태에서, 그 길이만을 달리하여 저항값을 조절한 경우의 예를 나타내며, 도 3의 (b)는 제1 저항체(310)과 제2 저항체(320)의 두께를 동일하게 유지한 상태에서, 그 폭과 길이를 달리하여 저항값을 조절한 경우의 예를 나타낸다. 도시되지는 않았지만, 제1 저항체(310)과 제2 저항체(320)의 두께와 길이를 동일하게 유지한 상태에서 폭만을 달리하여 저항값을 조절할 수도 있다.
도 3에서는 기판(11)이 이음새 없는 일체의 몸체로서 되어 있으나, 변형된 실시예(미도시)에서는 기판(11)은, 서로 분리된 제1 몸체 및 제2 몸체를 포함하여 구성될 수 있다. 이때 제1 발열부(21)는 제1 몸체에 배치되고 제2 발열부(22)는 제2 몸체에 배치될 수 있다. 제1 저항체(310)의 제1 단부(311)와 제2 저항체(320)의 제1 단부(321)는 별도의 저항체를 통하여 연결될 수 있다.
또한, 제1 몸체와 제2 몸체의 재료를 서로 다르게 할 수 있는데, 이때에도 제1 저항체(310)과 제2 저항체(320)의 두께, 폭, 및 길이 중 하나 이상을 조절함으로써 제1 발열부(21)와 제2 발열부(22)의 온도를 조절할 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다.
여기서 제1 몸체 및 제2 몸체는 평판형 기판일 수 있다.
도 3에 의한 실시예에서 제1 저항체(310) 및 제2 저항체(320)는 반복되는 패턴을 갖는 굴곡을 갖는 곡선형 패턴을 가질 수 있다. 이는 충분히 큰 저항값을 요구하는 경우에 저항체의 길이를 길게 하기 위함이다. 또는, 저항체를 발열부의 전면에 골고루 분산시킴으로써 전기 발열체의 온도분포를 고르게 하기 위함이다.
도 3에 따른 본 발명의 일 실시예에서, 제1 저항체(310)와 제2 저항체(320)는 각각 일정한 모양이 좌우로 반복되는 패턴을 갖는다. 그러나, 이 실시예의 변형된 예에서, 도 3에 도시된 바와 달리 제1 저항체(310)와 제2 저항체(320)는 각각 일정한 모양이 좌우 또는 상하로 반복되는 패턴을 가질 수 있다.
본 문서에서, 반복되는 패턴을 갖는 굴곡을 갖는 형태의 패턴의 일예로, 지그재그 형태, 펄스 트레인 형태, 또는 사인파형을 들 수 있다.
비교예
도 4 내지 도 6은 종래의 고데기에 사용되던 전기 발열체를 설명하기 위한 것이다.
도 4를 참고하면, 전원연결패드(111, 112)는 모두 기판(11)의 한쪽 끝에 배치되어 있다. 저항체(300)가 반복적인 패턴으로 기판(11)에 균일하게 분포되어 있기 때문에, 제1 발열부(21)와 제2 발열부(22)의 경계면을 어떻게 설정하느냐에 관계없이 단위 부피당 저항값이 일정하게 유지될 수 있다. 따라서, 전원연결패드(111, 112)에 전원을 연결하면 기판(11)의 각 부분이 실질적으로 동일한 온도를 가질 것으로 예상되지만 실제 실험에 따르면 전원연결패드(111, 112) 쪽(제2 발열부(22))은 온도가 낮고, 전원연결패드(111, 112)의 반대 쪽(제1 발열부(21))은 온도가 높은 현상이 관측될 수 있다. 이러한 형상은 후술하는 분석에 의해 이해될 수 있다.
도 5의 (a)를 참고하여 온도의 불균일 분포 현상을 이해할 수 있다. 저항체(300)는 다수의 저항 세그먼트들(340, 341-1, 341-2, 342-1, 342-2, 343-1, 343-2, 344-1, 344-2, 345, 346, 347)로 구분될 수 있다. 본 발명의 이해를 위하여 저항 세그먼트(340) 상의 샘플지점(A, B, C)에서의 기전력을 살펴본다. 도 5의 (b)를 함께 살펴보면, 샘플지점(A)과 샘플지점(C)은 각각 저항 세그먼트(346, 347)에서 길이(L1)만큼 떨어져 있으며, 샘플지점(B)은 저항 세그먼트(346, 347)로부터 동일한 길이(L2)만큼 떨어져 있다.
샘플지점(A, B, C)에서의 단위 기전력은 전원연결패드(111, 112) 사이에 인가되는 전원에 의한 기전력과, 저항 세그먼트들(340, 341-1, 341-2, 342-1, 342-2, 343-1, 343-2, 344-1, 344-2, 345, 346, 347)에 의해 샘플지점(A, B, C)에 생성되는 자기장에 의한 로렌츠의 힘에 따른 기전력의 벡터 합으로 표시될 수 있다. 이때, 전원연결패드(111, 112) 사이에 인가되는 전원에 의해 샘플지점(A, B, C)에 각각 발생되는 기전력은 서로 동일하기 때문에, 저항 세그먼트들(341-1, 341-2, 342-1, 342-2, 343-1, 343-2, 344-1, 344-2, 345, 346, 347)에 의해 샘플지점(A, B, C)에 생성되는 자기장의 크기를 살펴보면, 샘플지점(A, B, C)에 형성되는 기전력의 크기 차이를 알 수 있다.
저항 세그먼트 쌍(341-1, 341-2), 저항 세그먼트 쌍(342-1, 342-2), 저항 세그먼트 쌍(343-1, 343-2), 및 저항 세그먼트 쌍(344-1, 344-2)에 의해 발생하는 자기장은 각각 샘플지점(A, B, C)에서 패턴의 대칭성에 의해 소멸할 수 있다. 따라서, 샘플지점(A, B, C)에 생성되는 자기장은 도 5의 (b)에 도시한 저항 세그먼트(345, 346, 347)에 의해 생성되는 자기장의 합으로 귀결될 수 있다.
전류(I)가 전원연결패드(112)로부터 전원연결패드(111)로 흐를 때에, 저항 세그먼트(346, 347)에서는 +x 방향으로 전류가 흐르며, 저항 세그먼트(345)에서는 -y 방향으로 전류가 흐를 수 있다. 저항 세그먼트(345, 346)는 오른 나사의 법칙에 의해 샘플지점(A, B, C)에서 -z 방향(도 6에서 지면을 뚫고 들어가는 방향)의 자기장을 발생시키는 반면, 저항 세그먼트(347)는 오른 나사의 법칙에 의해 샘플지점(A, B, C)에서 +z 방향(도 6에서 지면을 뚫고 올라오는 방향)의 자기장을 발생시킬 수 있다. 이때, 저항체(300)의 패턴이 충분히 많이 반복되며 패턴 사이의 간격이 일정한 경우에는 저항 세그먼트(346)의 총 길이와 저항 세그먼트(347)의 총 길이의 차이는 무시할 수 있다. 따라서, 저항 세그먼트(346)와 저항 세그먼트(347)에 의해 발생되는 각 자기장은 기판(11) 내에서 서로 동일한 크기의 영향을 미치는 것으로 이해할 수 있다.
이하, 저항 세그먼트(345, 346, 347)에 의해 샘플지점(A, B, C)에 발생되는 자기장 크기의 절대값을 각각 M345,A, M345 ,B, M345 ,C, M346 ,A, M346 ,B, M346 ,C, M347 ,A, M347 ,B, M347 ,C라고 표시할 수 있다. 이때 자기장의 방향은 +z 방향인 경우 위 절대값에 +부호를 붙이고, -z 방향인 경우 위 절대값에 -부호를 붙여서 표시할 수 있다.
샘플지점(A, B, C) 각각과 저항 세그먼트(345)의 수직 거리가 동일하기 때문에, 저항 세그먼트(345)에 의해 샘플지점(A, B, C)에 발생되는 자기장의 값은 거의 유사한 것으로 이해할 수 있다. 따라서, 수학식 1이 성립함을 알 수 있다.
[수학식 1]
-M345 ,A ≒ -M345 ,B ≒ -M345 ,C ≒ -M345
저항 세그먼트(346)에 의해 샘플지점(A, B, C)에 발생되는 자기장의 값은 -M346 ,A, -M346 ,B, -M346 ,C이며, 자기장 값의 절대값은 저항 세그먼트(346)와 샘플지점(A, B, C)의 거리가 가까울수록 커지기 때문에 수학식 2가 성립함을 알 수 있다.
[수학식 2]
-M347 ,A < -M347 ,B < -M347 ,C
마찬가지로, 저항 세그먼트(347)에 의해 샘플지점(A, B, C)에 발생되는 자기장의 값은 +M347 ,A, +M347 ,B, +M347,C이며, 자기장 값의 절대값은 저항 세그먼트(347)와 샘플지점(A, B, C)의 거리가 가까울수록 커지기 때문에 수학식 3이 성립함을 알 수 있다.
[수학식 3]
+M347 ,A < +M347 ,B < +M347 ,C
이때, 상술한 바와 같이 저항체(300)의 패턴 반복 횟수가 충분히 크다면, 수학식 4가 성립함을 알 수 있다.
[수학식 4]
M346 ,A = M347 ,C, M346 ,B = M347 ,B, M346 ,C = M347 ,A
이때, 샘플지점(A)에 존재하는 자기장(MFA), 샘플지점(B)에 존재하는 자기장(MFB), 및 샘플지점(C)에 존재하는 자기장(MFC)은 수학식 5 내지 수학식 7과 같이 주어질 수 있다.
[수학식 5]
MFA = (-M345 ,A - M346 ,A + M347 ,A) ≒ (-M345 - M346 ,A + M346 ,C) < 0
[수학식 6]
MFB = (-M345 ,B - M346 ,B + M347 ,B) ≒ (-M345) < 0
[수학식 7]
MFC = (-M345 ,C - M346 ,C + M347 ,C) ≒ (-M345 - M346 ,C + M346 ,A) < 0
이때, 샘플지점(A)의 자기장의 값에서 샘플지점(B)에서의 자기장의 값을 빼면 수학식 8와 같이 되고, 샘플지점(B)의 자기장의 값에서 샘플지점(C)에서의 자기장의 값을 빼면 수학식 9와 같이 됨을 알 수 있다.
[수학식 8]
MFA - MFB = (-M345 - M346 ,A + M346 ,C) - (-M345) = - M346 ,A + M346 ,C < 0
[수학식 9]
MFB - MFC = (-M345) - (-M345 - M346 ,C + M346 ,A) = M346 ,C - M346 ,A < 0
수학식 5 내지 수학식 9를 살펴보면, 자기장(MFA), 자기장(MFB), 및 자기장(MFC)은 서로 동일한 방향을 향하며, 그 크기는 자기장(MFA) > 자기장(MFB) > 자기장(MFC) 임을 알 수 있다. 이때, 자기장의 크기가 클수록 로렌츠의 힘의 크기도 커지는데, 샘플지점(A, B, C)에서 로렌츠의 힘의 방향은 전원연결패드(111, 112)에 연결된 전원에 의해 발생하는 기전력의 방향(+y)과 수직 방향이기 때문에, 샘플지점(A)에서의 단위 기전력의 절대값이 가장 크고 샘플지점(C)에서의 단위 기전력의 절대값이 가장 작음을 알 수 있다. 저항체(300)에서 단위 길이당 발열량은 단위 기전력의 크기의 제곱에 비례하므로 샘플지점(A)에서의 발열량이 샘플지점(C)에서의 발열량보다 큼을 알 수 있다.
위에서는 저항 세그먼트(340)의 세 개 지점에서의 단위 기전력을 분석하였다. 저항 세그먼트(340)의 다른 지점에도 동일한 방식으로 분석을 할 수 있으며, 그 결과 저항 세그먼트(340) 중 전원연결패드(111, 112)에 가까운 부분의 발열량이 전원연결패드(111, 112)에 먼 부분의 발열량보다 작음을 이해할 수 있다.
위에서는 저항 세그먼트(340) 상의 지점에 대하여 분석하였으나, 동일한 방식으로 다른 저항 세그먼트들에서의 기전력을 분석하여도 비슷한 결과가 도출됨을 상술한 내용을 바탕으로 쉽게 이해할 수 있다.
도 6은 종래의 전기 발열체의 특성의 다른 측면을 이해하기 위한 도시한 것이다.
도 6에 도시된 저항체의 패턴은 도 5에 도시된 저항체의 패턴과 동일하다. 다만, 분석을 위한 샘플지점들(B1~B10)의 y 좌표는 서로 동일하며, x축 방향을 따라 늘어서 있다.
샘플지점(B1)에는 저항 세그먼트들(340, 341-1, 341-2, 342-1, 342-2, 343-1, 343-2, 344-2, 345, 346, 347)에 의한 자기장이 형성될 수 있다. 저항 세그먼트 쌍(342-1, 343-1), 저항 세그먼트 쌍(341-1, 340), 저항 세그먼트 쌍(341-2, 342-2) 및 저항 세그먼트 쌍(343-2, 344-2)들은 각각 서로 인접해 있기 때문에 각각에 의한 자기장이 샘플지점(B1)에 미치는 영향은 서로 거의 상쇄된다고 이해할 수 있다. 그 결과, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 샘플지점(B1)에는 저항 세그먼트(345, 346, 347)에 의하여 자기장이 형성될 수 있다.
샘플지점(B2)에 형성되는 자기장은, 마찬가지로, 저항 세그먼트 쌍(341-1, 340), 저항 세그먼트 쌍(341-2, 342-2) 및 저항 세그먼트 쌍(343-2, 344-2)들은 각각 서로 인접해 있기 때문에 각각에 의한 자기장이 샘플지점(B2)에 미치는 영향은 서로 상쇄된다고 이해할 수 있으며, 저항 세그먼트 쌍(342-1, 344-1)은 패턴의 대칭성 때문에 샘플지점(B2)에 미치는 영향이 서로 상쇄된다고 이해할 수 있다. 따라서, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 샘플지점(B2)에는 저항 세그먼트(345, 346, 347)에 의하여 자기장이 형성될 수 있다.
샘플지점(B3~B5)에 대해서도 위와 마찬가지로 설명할 수 있다.
샘플지점(B1)과 샘플지점(B2)를 비교하면, 둘 다 저항 세그먼트(345, 346, 347)에 의하여 자기장이 형성되지만, 세그먼트(345)로부터 떨어진 거리는 서로 다르다. 샘플지점(B1)이 샘플지점(B2)보다 세그먼트(345)로부터 더 멀리 떨어져 있기 때문에 세그먼트(345)에 의한 자기장의 영향이 더 작을 수 있다. 도 6의 (b)에서 샘플지점(B1~B5)에서 시작되는 화살표들은 저항 세그먼트(345)에 의해 각 샘플지점(B1~B5)에 형성되는 자기장의 크기가 서로 다를 수 있음을 시각적으로 표현한 것이다. 위에 각 샘플지점(B1~B5)에 형성되는 자기장의 크기를 산출할 때에 몇 가지 가정을 두었기 때문에 실제로는 도 6의 (b)에 도시한 자기장의 패턴은 실제와 차이가 있을 수 있다.
샘플지점(B6~B10)에 대해서도 상술한 것과 동일한 방법으로 분석할 수 있다. 샘플지점(B6~B10)에는 저항 세그먼트(344-1, 346, 347)에 의한 자기장이 형성되는것으로 이해할 수 있다. 저항 세그먼트(344-1)에 의해 샘플지점(B6~B10)에 형성되는 자기장의 방향은, 저항 세그먼트(345)에 의해 샘플지점(B1~B5)에 형성되는 자기장의 방향과 동일하다.
결국, 도 4 내지 도 6에 따른 전기 발열체(1)에서 제1 발열부(21)의 온도가 제2 발열부(22)의 온도보다 높을 수 있다. 이때, 도 1에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 발열체(1)를 이용하면 전기 발열체(1)의 온도 분포를 조절할 수 있다. 즉, 도 1과 같이, 제2 발열부(22)에서의 제2 저항값(R2)/제2 부피(V2)를 제1 발열부(21)에서의 제1 저항값(R1)/제1 부피(V1)보다 크게 함으로써 전기 발열체(1)의 온도 분포를 조절할 수 있다. 이때, 도 1의 제1 발열부(21) 및 제2 발열부(22) 각각은 지엽적으로 도 4와 유사한 저항 패턴을 갖기 때문에 도 4 내지 도 6에 설명한 현상이 지엽적으로 나타날 수 있지만, 거시적으로 도 1의 제1 발열부(21) 및 제2 발열부(22)에서 발생하는 총 열량이 동일하게 되도록 조절할 수 있다.
상술한 분석에 따르면, 전기 발열체(1)에서의 온도 분포의 불균형은 저항체(300) 패턴이 비대칭이며, 그에 따른 전류의 흐름 때문인 것으로 해석될 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 저항 패턴이 아래와 같이 더 도출될 수 있다.
실시예 2
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 발열체(1)의 구조를 도시한 것이다.
도 7의 (a) 및 (b)를 참조하면, 저항체(100)의 패턴은 중심점(B, O)을 중심으로 하여 대칭인 구조를 가질 수 있다. 도 7은 설명의 편의를 위하여 도 4 내지 도 6에 도시한 저항체(100)의 패턴에서 '저항 세그먼트(346) 중 하나'와 저항 세그먼트(345)가 생략된 형태로 도시하였다. 즉, 도 7로부터 변형된 실시예에서는 저항체(300)의 패턴이 더 많이 반복될 수 있다.
도 7의 저항 세그먼트(340) 상의 샘플지점(A, B, C)에 형성되는 자기장을 도 5와 동일한 방식으로 분석할 수 있다. 이때, 저항체(100)의 패턴이 충분히 많이 반복되었다고 가정하면, 상술한 바와 같이 생략된 '저항 세그먼트(346) 중 하나'의 영향은 무시할 수 있다고 이해할 수 있다. 따라서, 수학식 1 내지 수학식 9에서 M346,A, M346 ,B, M346 ,C를 생략한 수식을 도 7에 그대로 적용할 수 있다. 따라서, 도 7에서 샘플지점(A, B, C)에 생성되는 자기장은 수학식 10 내지 수학식 12와 같이 주어질 수 있다.
[수학식 10]
MFA = (- M346 ,A + M347 ,A) ≒ (- M346 ,A + M346 ,C) < 0
[수학식 11]
MFB = (- M346 ,B + M347 ,B) ≒ 0
[수학식 12]
MFC = (- M346 ,C + M347 ,C) ≒ (- M346 ,C + M346 ,A) > 0
이때, 샘플지점(A)에 형성되는 자기장(MFA)과 샘플지점(C)에 형성되는 자기장(MFC)의 방향은 서로 다르지만 그 크기는 동일하다는 점을 주목한다. 자기장(MFA)과 자기장(MFC)의 방향은 y 방향에 대하여 수직이며 두 자기장의 크기의 절대값이 동일하기 때문에 샘플지점(A)와 샘플지점(C)에 형성되는 기전력의 스칼라 값은 실질적으로 동일하다. 따라서, 샘플지점(A)와 샘플지점(C)에서의 발열량은 실질적으로 동일한 것으로 이해할 수 있다. 비록, 샘플지점(B)에 실질적으로 자기장이 형성되지 않기 때문에 샘플지점(B)에서의 발열량이 상대적으로 작지만, 샘플지점(A)와 샘플지점(C)에서의 발열량은 실질적으로 동일하기 때문에 기판(11)의 제1 발열부(21)와 제2 발열부(22)에서의 온도 차이는 해소될 수 있다.
또한, 도 5의 기판(11)의 샘플지점(A, B, C) 중 온도가 가장 높은 샘플지점(A)와 온도가 가장 낮은 샘플지점(C)에서의 기전력 차이는 수학식 13으로 주어지는 반면, 도 7의 기판(11)의 샘플지점(A, B, C) 중 온도가 가장 높은 샘플지점(A 또는 C)와 온도가 가장 낮은 샘플지점(B)에서의 기전력 차이는 수학식 14로 주어진다.
[수학식 13]
MFA - MFC ≒ (-M345 - M346 ,A + M346 ,C) - (-M345 - M346 ,C + M346 ,A)
= 2?(M346 ,C - M346 ,A ) < 0
[수학식 14]
MFA - MFB ≒ (- M346 ,A + M346 ,C) < 0
수학식 13 및 수학식 14로부터 도 7에서의 최대 기전력 차이가 도 5에서의 최대 기전력 차이의 절반에 불과한 것을 알 수 있다.
따라서 상술한 내용을 종합하면, 본 발명의 실시예에 따른 도 7의 기판(11)의 온도 분포는 종래의 기술에 따른 도 5의 기판(11)의 온도 분포에 비해 더 균일함을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 발열체의 특성의 다른 측면을 설명하기 위한 것이다.
도 8에 도시된 저항체의 패턴은 도 7에 도시된 저항체의 패턴과 동일하다. 다만, 분석을 위한 샘플지점들(B1~B9)의 y 좌표는 서로 동일하며, x축 방향을 따라 늘어서 있다.
도 7과 마찬가지로, 도 8은 설명의 편의를 위하여 도 4 내지 도 6에 도시한 저항체(100)의 패턴에서 '저항 세그먼트(346) 중 하나'와 저항 세그먼트(345)가 생략된 형태로 도시하였다.
도 8의 샘플지점들(B1~B9)에 형성되는 자기장을 도 6과 동일한 방식으로 분석할 수 있다. 이때, 저항체(100)의 패턴이 충분히 많이 반복되었다고 가정하면, 상술한 바와 같이 생략된 '저항 세그먼트(346) 중 하나'의 영향은 무시할 수 있다고 이해할 수 있다. 따라서, 도 6에서 상술한 내용 중 저항 세그먼트(346)에 의한 영향을 제외한 내용을 도 8에 적용할 수 있다.
즉, 샘플지점(B1)에는 저항 세그먼트(346, 347)에 의하여 자기장이 형성될 수 있고, 샘플지점(B2)에는 저항 세그먼트(346, 347)에 의하여 자기장이 형성될 수 있다. 샘플지점(B3~B4)에 대해서도 마찬가지로 설명할 수 있다. 저항 세그먼트(346, 347)에 의해 생성되는 자기장은 샘플지점(B1~B4)에서는 서로 상쇄되지만, 이러한 결론을 도출하는 과정에서 몇 가지 가정을 두었기 때문에 샘플지점(B1~B4)에는 오차 범위 내의 자기장이 형성될 수 있다. 도 8의 (b)에서 샘플지점(B1~B4)으로부터 시작되는 화살표는 이와 같은 오차 값이 고려된 샘플지점(B1~B4)에서의 자기장의 크기를 나타낸다.
샘플지점(B6~B9)에 대해서도 마찬가지로 설명될 수 있는데, 다만 자기장의 방향이 샘플지점(B1~B4)과 반대 방향일 수 있다. 샘플지점(B5)에서는 이상적으로는 저항체(300)에 의한 자기장이 형성되지 않을 수 있다.
도 9는 본 실시예에 의한 저항체(300)의 패턴(P)이 저항체(300)의 양단부를 직선으로 연결한 경로의 중앙점(O)을 중심으로 대칭구조라는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 샘플지점(351-1)과 샘플지점(351-2) 및 샘플지점(352-1)과 샘플지점(352-2)은 각각 중앙점(O)에 대해 대칭인 위치에 존재한다. 저항체(300)의 패턴(P)을 전원연결패드(111, 112)에 연결하기 위하여 임의의 길이를 갖는 도전체가 저항체(300)의 패턴(P)과 전원연결패드(111, 112) 사이에 연결될 수 있지만, 이는 본 실시예의 동일성의 범주 내에 속한다는 것은 당업자에게 자명하다.
상기 중앙점(O)은 저항체(300)의 패턴(P)의 양 단부를 직선으로 연결한 경로(T)의 중앙점(O')에 대응하기도 한다. 상술한 중앙점(O)은 상술한 중앙점(O')에 포함되는 개념일 수 있다.
상술한 바와 같이 본 실시예처럼 저항체(300)의 패턴(P)이 점유한 공간이 평면인 경우에, 저항체(300) 패턴이 대칭구조를 가지면 저항체(300)의 패턴(P)의 발열 분포가 비대칭적으로 발생하는 현상을 방지할 수 있다.
도 10 및 도 11은 도 7 내지 도 9를 통해 설명한 본 발명에 따른 실시예의 변형예이다.
도 10 및 도 11에서 저항체(300)의 패턴(P)은 패턴(P)의 양 단부를 직선으로 연결한 경로(T)의 중앙점(O, O')에 대하여 대칭이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따라 대칭 구조의 패턴을 갖는 저항체를 포함하는 전기 발열체를 도시한 것이다.
도 12에 따른 전기 발열체(1)의 기판(11)은 평면형이 아닌 원통형이다. 저항체(300)는 원통형의 표면상에 형성될 수 있다. 이때에도 마찬가지로 저항체(300) 패턴(P)이 대칭구조를 가지면 저항체(300)의 패턴(P)의 발열 분포가 비대칭적으로 되는 현상을 방지할 수 있다. 이때, 상기 저항체(300) 패턴(P)의 양 단부를 직선으로 연결한 경로의 중앙점(O')일 수 있다. 기판(11)의 형상에 따라 대칭구조의 중심은 상술한 바와 같이 저항체(300) 패턴(P)의 전체 길이의 중앙점(O)일 수 있다. 상술한 중앙점(O)은 상술한 중앙점(O')에 포함되는 개념일 수 있다.
도 10 내지 도 12는 소정의 점에 대하여 대칭 구조를 갖는 저항체(300)의 패턴(P)은 다양한 방식으로 존재할 수 있으며, 본 발명이 도 7 내지 도 12에 예시적으로 도시된 패턴에 의해 한정되지 않는다는 것을 알 수 있다.
도 7 내지 도 12에 도시된 것과 같은 대칭 구조의 저항체 패턴은, 저항체가 결합되어 있는 기판(11)의 균일도에 따라 다양하게 응용될 수 있다. 즉, 예를 들어 도 7의 경우에 기판(11)의 재질 및 두께는 기판(11) 전체에 걸쳐 균일하다면 기판(11)의 온도 분포가 고를 것이고, 기판(11)의 재질 및 두께가 일정하지 않다면 기판(11) 특정 부분의 열용량에 의해 기판(11)의 온도 분포가 달라질 수 있다.
본 발명이 적용될 수 있는 응용분야 중 고데기 분야에서는, 고데기의 형상이 보통 그 기능성에 의해 도 1과 같이 주어진다. 이 때 상술한 바와 같이 전기 발열체(1)의 전원연결패드(111, 112)에 연결되어야 하는 전선은 보통 손잡이 결합부(4) 근처로부터 손잡이(2, 3)의 내부 공간을 따라 형성된다. 따라서, 이 전선을 필요 없이 길게 만들지 않기 위해서 종래에는 전기 발열체(1)의 전원연결패드(111, 112)가 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이 손잡이 결합부(4)에 가까운 한 쪽에 몰려서 배치된다. 이러한 종래의 전원연결패드(111, 112)의 배치는 본 발명의 동기, 목적 및 효과를 인식하지 못한 경우에는 기술적인 합리성을 가진 배치일 수 있다.
상술한 바와 같이 전기 발열체(1) 표면의 온도 분포는 기판(11)에 결합되는 저항체(300)의 패턴의 형태에 의해 달라질 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 도 7 내지 도 12에서 설명한 본 발명에 따른 실시예와 같이 저항체(300)의 패턴(P)이 특정점을 중심으로 대칭구조를 갖지 않더라도, 종래의 전기 발열체(1) 표면의 온도분포에 비해 더 균일한 온도분포를 갖는 다른 저항체(300)의 패턴(P)을 개발할 수 있다. 이하, 전기 발열체(1) 표면의 온도 분포를 균일하게 하기 위한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판(11)의 구조를 제시한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 저항체(300)의 패턴(P)은, 패턴(P)이 폐루프에 가까운 형상을 하도록 패턴(P)의 양 단부를 서로 근접시킨 형태를 가질 수 있다.
실시예 3
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 발열체의 구조를 도시한 것이다.
도 13의 (a)를 살펴보면, 전기 발열체(1)는 기판(11)(즉, 발열부) 및 기판(11)에 결합된 저항체(300)를 포함할 수 있다. 이때 전원연결패드(111, 112)를 더 포함할 수 있다. 도 13의 (a)의 저항체(300)는 도 4 내지 도 6에 도시된 저항체(300)의 패턴에 저항 세그먼트(348)가 더 추가된 형태이다. 저항 세그먼트(348)는 도 4 내지 도 6에 도시된 저항체(300)의 일 단부로부터 타 단부 근처까지 더 연장되는 저항 세그먼트이다.
도 13의 저항체(300)의 패턴은 도 13의 (b)를 참조하여 설명할 수 있다. 저항체(300)는 제1 방향(도 13에서는 x 방향)을 따라 반복되는 패턴을 갖는 펄스 트레인(pulse train) 또는 펄스 웨이브(pulse wave) 또는 지그재그 형태 또는 사인파 형태와 같은 굴곡을 갖는 형태의 제1 저항 세그먼트(400) 및 제2 저항 세그먼트(401)를 포함할 수 있다. 제2 저항 세그먼트(401)의 적어도 일부는 제1 저항 세그먼트(400)의 마루(346) 또는 골(347) 쪽에서 제1 방향(도 13에서는 x 방향)을 따라 연장될 수 있다. 제1 저항 세그먼트(400)의 제1 단부(400-1)는 제2 저항 세그먼트(401)의 제1 단부(401-1)에 연결될 수 있다.
제1 저항 세그먼트(400)의 제2 단부(400-2)와 제2 저항 세그먼트(401)의 제2 단부(401-2)는 제1 저항 세그먼트(400)의 제1 방향(도 13에서는 x 방향)의 길이(W)의 절반 이하의 거리만큼 떨어져 있을 수 있다. 바람직하게는, 제2 단부(400-2)와 제2 단부(401-2) 사이에 존재하는 물질의 내전압(耐電壓)에 의해 제2 단부(400-2)와 제2 단부(401-2) 사이의 최소거리가 결정될 수 있다. 예를 들어, 제2 단부(400-2)와 제2 단부(401-2) 사이에 존재하는 물질의 내전압이 22V/mm이이고, 제2 단부(400-2)와 제2 단부(401-2) 사이에 110V가 인가되는 경우에는 제2 단부(400-2)와 제2 단부(401-2)는 최소 5mm 이상 이격되는 것이 바람직하다. 기판(11)이 세라믹으로 이루어진 경우에, 제2 단부(400-2)와 제2 단부(401-2) 사이에 존재하는 물질은 세라믹일 수 있다.
도 14는 도 13의 전기 발열체에 형성되는 자기장을 분석하기 위한 도면이다.
도 13의 저항체(300)의 패턴에 의해 저항체(300)에 생성되는 자기장을 분석하기 위해 도 6에 관한 설명에서 분석 방법을 사용할 수 있다. 따라서, 도 14의 (a)는 도 6의 (b)와 동일한 형태로 도출될 수 있다. 다만, 도 13의 저항체(300)는 도 4 내지 도 6에 도시된 저항체(300)의 패턴에 저항 세그먼트(348)가 더 추가된 형태이기 때문에, 도 14의 (a)에는 도 6의 (b)의 분석결과에 저항 세그먼트(348)에 의한 영향이 더 추가될 수 있다.
도 14의 (a)에서, 제1 저항 세그먼트(400) 중 y 방향으로 길게 연장된 저항 세그먼트에는, 제2 저항 세그먼트(401)에 의해 +z 방향의 자기장이 형성될 수 있다. 이때, 저항 세그먼트(347)와 제2 저항 세그먼트(401)는 서로 인접하여 있으며, 저항 세그먼트(347)와 제2 저항 세그먼트(401)에는 동일한 크기의 전류가 흐르며, 저항 세그먼트(347)의 총 길이는 제2 저항 세그먼트(401)이 총 길이에 비해 짧기 때문에, 결국 제1 저항 세그먼트(400) 중 y 방향으로 길게 연장된 저항 세그먼트에는 영역(BS)(즉, 저항 세그먼트(347)과 제2 저항 세그먼트(401)로 이루어지는 영역)에 의해 -z 방향의 자기장이 형성될 수 있다. 결국, 도 14의 (a)는 도 14의 (b)의 등가적인 도면으로 대체될 수 있다. 도 14의 (b)를 살펴보면, 제1 발열부(21)와 제2 발열부(22)에 자기장의 크기가 실질적으로 대칭이기 때문에, 그에 따른 로렌츠의 힘도 동일하게 작용하며, 따라서 제1 발열부(21)와 제2 발열부(22)의 발열량은 실질적으로 서로 동일할 수 있다.
따라서 도 13에 따른 전기 발열체(1)를 사용하면, 도 4 내지 도 6과 같은 종래의 전기 발열체(1)에 비해 고른 온도분포를 갖는 발열면을 얻을 수 있다.
도 15는 도 13에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 발열체의 변형된 실시예이다.
도 15에서 전원연결패드(111, 112)는 전원연결패드(111, 112) 사이의 전위차(V2)를 견딜 수 있는 최소거리(G2) 이상 이격되어 배치되는 것이 바람직하다. 제2 저항 세그먼트(401)의 제2 단부(401-2)와 제1 저항 세그먼트(400)의 지점(400-3) 사이의 전위차(V1)는 전원연결패드(111, 112) 사이의 전위차(V2)에 가까운 값을 가질 수 있다. 따라서, 제2 저항 세그먼트(401)의 제2 단부(401-2)와 제1 저항 세그먼트(400)의 지점(400-3)은 이 전위차(V1)를 견딜 수 있는 최소거리(G1) 이상 이격되어 배치되는 것이 바람직하다. 이때, 저항체(300)의 패턴 사이의 공간이 충분히 크지 않은 경우에는, 도 15와 같이 제2 저항 세그먼트(401)가 제1 방향(도 15에서는 +x 방향)으로부터 소정 각도(θ)를 갖고 연장되도록 하여 최소거리(G1)를 확보할 수 있다.
실시예 4
도 16 내지 도 19는 도 13에 따른 본 발명의 일 실시예로부터 변형된 실시예들을 도시한 것이다.
도 16의 (a), 도 17의 (a), 및 도 18의 (a)에 도시된 전기 발열체(1)에 각각에 있어서, 저항체(300)에 전류가 흐를 때에 저항체(300)의 각 저항 세그먼트에 발생하는 자기장을 분석하기 위해 도 13 및 도 14와 관련하여 상술한 방법을 사용할 수 있다. 그 결과, 도 16의 (a), 도 17의 (a), 도 18의 (a)에 도시된 전기 발열체의 저항체(300)에 도 14에 도시한 것과 유사한 패턴의 자기장이 형성된다는 것을 상술한 실시예들로부터 이해할 수 있다.
도 16의 (b), 도 17의 (b), 및 도 18의 (b)에 도시된 전기 발열체(1)의 저항체(300)의 패턴은, 도 15 및 도 16의 (b)에서 설명한 바와 같이 내전압에 따른 안전 거리를 확보하기 위한 최소거리(G1, G2)를 확보하기 위하여, 도 16의 (a), 도 17의 (a), 및 도 18의 (a)에 도시된 저항체(300)의 패턴으로부터 변형된 실시예이다. 이 중 도 18의 (b)의 저항체(300)의 종횡비를 조절하여 도 19와 같은 변형된 실시예를 도출할 수 있다.
도 18의 (b)와 도 19의 경우에는, 제1 저항 세그먼트(400)의 지점(400-4)과 제2 저항 세그먼트(401)의 지점(401-2) 간의 전위차(V3)는 전원연결패드(111, 112) 사이의 전위차(V2)의 절반 이하일 수 있다. 따라서, 전위차(V3)를 견딜 수 있는 최소거리(G3)는 전위차(V2)를 견딜 수 있는 최소거리(G2)의 절반 이하로 될 수 있다.
도 13 내지 도 19에 도시한 도면에 따른 본 발명의 실시예들에 의한 저항체의 패턴 및 이를 포함하는 구성은 도시된 도면 그 자체에 의해 이해될 수 있다. 이러한 패턴을 글로써 설명하기 위해 다양한 용어가 사용될 수 있다. 즉, 반복적으로 나타나는 패턴의 형상을, 예를 들어, 지그재그, 펄스파형 등 상식적으로 이해할 수 있는 단어로써 설명할 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고, 이 명세서에 따로 기재하지 않은 상식적인 단어를 사용하여 도시된 패턴을 설명할 수도 있다. 도 13 내지 도 19의 패턴을 표현하기 위한 청구범위의 기재에 불명확 부분이 있다면 이 부분은 도면의 패턴을 기초로 이해되어야 할 것이며, 또한 이 부분을 명확히 하기 위해 이 명세서에 제시하지 않은 다른 상식적인 단어를 사용하여 다시 표현하는 것이 이 출원의 공개에 의해 산업에 기여되는 발명의 사상의 범위를 넘어가는 것이 아니라는 것은 명백하다.
본 명세서에 첨부된 모든 도면에서, 저항패턴 중 꺾인 부분의 모서리는 충분한 반지름을 갖는 원호의 형상으로 부드럽게 처리되어 있을 수 있다.
도 2 내지 도 19를 통해 설명한 본 발명의 실시예에 따른 전기 발열체(1)는 도 1에 도시한 고데기(100)의 제1 손잡이(2) 및 제2 손잡이(3)에 연결되어 사용될 수 있다.
고데기(100)는 사용상의 편의를 위해 두 개의 손잡이가 집게 형으로 연결된 구조를 가질 수 있다. 각 손잡이에는 머리카락에 접촉되도록 되어 있는 접촉면이 각각 구비될 수 있고, 이 중 하나 이상의 접촉면은 위의 발열면일 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 실시예들의 변형예에서는 상술한 제1 발열부 및 제2 발열부는 물리적으로 서로 분리되어 있을 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 실시예들의 변형예의 전기 발열체는 기판(11)과 저항체(300)만으로 구성될 수 있다.
도 7, 도 10 내지 도 13, 및 도 15 내지 도 19에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 발열체에 결합된 저항체는 제1 단부부터 제2 단부까지 균일한 두께 및 폭을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 발열체가 고데기에만 사용될 수 있는 것은 아니며, 다른 발열용 응용기기에도 사용될 수 있다.
도 20 내지 도 25는 본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹 히터(1001, 1101) 제조 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 사용될 수 있는 세라믹 히터(1001)를 제조하는 과정의 예를 나타낸 순서도이다. 세라믹 히터(1001, 1101)는 도 2의 (c)에 도시한 제1 내측 발열판(11), 제2 내측 발열판(12) 및 저항체(300)가 결합된 것일 수 있다.도 21는 도 20에 설명된 순서를 도식화한 것이다. 이하의 설명은 도 20과 도 21에 기재된 참조번호를 함께 참고하면서 기술한다.
도 20을 살펴보면, 단계(S101)에서, 세라믹 슬러리(slurry)(1011)를 이용하여 소정의 면적과 크기를 갖는 연질상태의 그린시트(green sheet)를 하나 이상 만들어 제공할 있다. 본 명세서에서, 그린시트란 소결되지 않은 상태의 세라믹 박판을 지칭할 수 있다. 이 그린시트를 각각 '하부 그린시트(1002)' 및 '상부 그린시트(1004)'라고 지칭할 수 있다. 단계(S102)에서, 하부 그린시트의 표면에 저항 성분을 갖는 금속 페이스트로 저항(1003)을 인쇄할 수 있다. 저항(1003)은 도 3 내지 도 19에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 저항체(300)의 패턴을 가질 수 있다.
저항은 길다란 선모양을 가질 수 있으며, 텅스텐 및/또는 몰리브데늄과 같은 물질을 포함하여 구성될 수 있다. 단계(S103)에서, 하부 그린시트(1002)와 동일하게 방식으로 제조된 '상부 그린시트(1004)'를, 저항(1003)이 인쇄된 하부 그린시트(1002) 위에 적층할 수 있다. 상부 그린시트(1004)를 제조할 때에, 하부 그린시트(1002)에 인쇄된 저항의 일부가 상부 그린시트(1004) 쪽으로 노출될 수 있는 형태로 제조할 수 있다. 이때, 저항 중 노출된 부분은 상기 저항의 양쪽 끝단(1031, 1032)일 수 있다. 단계(S104)에서, 위의 저항(1003)이 인쇄된 하부 그린시트(1002) 및 상부 그린시트(1004)로 이루어진 적층물을 고온 소성 또는 소결하여 세라믹 히터를 제조할 수 있다. 소성 또는 소결과정에서 상부 그린시트(1004)와 하부 그린시트(1002)의 경계면(1044, 1022)이 상호 결합될 수 있다. 단계(S104)의 소성 과정에 의해 하부 그린시트(1002) 및 상부 그린시트(1004)가 소결되어 경질 상태로 될 수 있다. 단계(S105)에서는 상부 그린시트(1004) 쪽으로 노출된 저항의 일부(1031, 1032)에 금속 리드선(1005)을 부착할 수 있다. 이 금속 리드선(1005)은 저항(1003)에 전류를 공급할 수 있는 전원에 연결될 수 있다. 소결된 상태의 하부 그린시트(1002) 및 상부 그린시트(1004)는 각각 도 2의 제1 내측 발열판(11) 및 제2 내측 발열판(12)일 수 있다.
단계(S101) 내지 단계(S105) 중 둘 이상의 단계는 단일 공정으로 수행될 수도 있다. 단계(S105)가 완료된 상태의 물건을 세라믹 히터(1001)가 완성될 수 있다. 또는, 단계(S104)가 완료된 상태의 물건을 세라믹 히터(1001)라고 지칭할 수도 있다.
한편, 세라믹 슬러리를 이용하여 연질상태의 그린시트를 제조한 다음, 이 그린시트를 고온 소성하여 소결하면, 세라믹 소재로 된 단단한 판재를 얻을 수 있는데, 이렇게 생성된 세라믹 판재를 이하 '세라믹 소결기판'이라고 부를 수 있다. 이러한 세라믹 소결기판은 상용화되어 판매되는 것을 구매하여 그대로 사용하거나 또는 절단 공정을 통해 그 치수를 가공하여 사용할 수 있다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따라 세라믹 전기 발열체를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다. 세라믹 전기 발열체는 도 2의 (b)에 도시된 전기 발열체(1)의 일 실시예일 수 있다. 이때, 도 2에 도시된 제1 내측 발열판(11), 제2 내측 발열판(12) 및 저항체(300)가 결합된 것을 세라믹 히터(1001)라고 지칭할 수 있다. 도 23는 도 22의 순서도를 도시화한 것이다. 이하의 설명은 도 22과 도 23에 기재된 참조번호를 함께 참고하면서 기술한다.
도 22을 살펴보면, 단계(S301)에서 세라믹 히터(1101), 상부 세라믹 소결기판(1102) 및 하부 세라믹 소결기판(1103)을 제공할 수 있다. 이때 세라믹 히터(1101)는 세라믹 판재와 전류에 의해 발열할 수 있는 금속 발열체가 결합된 히터로서, 상용의 기성품일 수 있다. 또는, 세라믹 히터(1101)는 도 20 및 도 21에서 기술한 방법에 의해 제공된 세라믹 히터(1001)일 수 있다. 또한, 상부 세라믹 소결기판(1102) 및 하부 세라믹 소결기판(1103)은 세라믹 슬러리를 이용하여 제조된 것으로서 이미 소결된 상태의 세라믹 기판을 지칭할 수 있다. 상부 세라믹 소결기판(1102) 및 하부 세라믹 소결기판(1103)은 각각 도 2에 도시한 제2 외측 발열판(13) 및 제1 외측 발열판(14)의 일 실시예일 수 있다.
단계(S302)에서 하부 세라믹 소결기판(1103) 위에 세라믹 히터(1101)를 적층하고, 세라믹 히터(1101) 위에 상부 세라믹 소결기판(1102)을 적층한 다음 고온 소성시켜 일체화된 세라믹 전기 발열체(1100)를 제조할 수 있다.
도 23에 의한 실시예는 다음과 같이 변형될 수 있다. 즉, 하부 세라믹 소결기판(1103) 위에 세라믹 히터(1101)를 적층한다. 그 다음, 세라믹 히터(1101) 위에는 세라믹이 아닌 재질로 이루어진 별개의 보호층을 적층함으로써 세라믹 히터(1101)를 보호할 수 있다. 이 보호층은 금속으로 이루어진 부재로 구성되거나 유리로 이루어진 부재로 구성될 수 있다.
도 24는 본 발명의 다른 실시예에 따라 세라믹 전기 발열체를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다. 세라믹 전기 발열체는 도 2에 도시된 전기 발열체의 일 실시예일 수 있다. 도 25은 도 24의 순서도를 도시화한 것이다. 이하의 설명은 도 24와 도 25에 기재된 참조번호를 함께 참고하면서 기술한다.
도 24를 살펴보면, 단계(S501)에서 세라믹 히터(1101), 상부 세라믹 소결기판(1102), 하부 세라믹 소결기판(1103) 및 본딩(bonding) 부재(1104)를 제공할 수 있다. 이때 세라믹 히터(1101)는 세라믹 판재와 전류에 의해 발열할 수 있는 금속 발열체가 결합된 히터로서, 상용의 기성품일 수 있다. 또는, 세라믹 히터(1101)는 도 20 및 도 21에서 기술한 방법에 의해 제공된 세라믹 히터(1001)일 수 있다. 또한, 상부 세라믹 소결기판(1102) 및 하부 세라믹 소결기판(1103)은 세라믹 슬러리를 이용하여 제조된 것으로서 이미 소결된 상태의 세라믹 기판을 지칭할 수 있다. 본딩 부재(1104)는 세라믹 성분을 포함한 것이거나 또는 세라믹 성분을 포함하지 않은 것일 수 있다. 상부 세라믹 소결기판(1102) 및 하부 세라믹 소결기판(1103)은 각각 도 2에 도시한 제2 외측 발열판(13) 및 제1 외측 발열판(14)의 일 실시예일 수 있다.
단계(S502)에서 하부 세라믹 소결기판(1103) 위에 본딩 부재(1104)로 이루어진 제1 본딩층(1105)을 적층하고, 제1 본딩층(1105) 위에 세라믹 히터(1101)를 적층하고, 세라믹 히터(1101) 위에 본딩 부재(1104)로 이루어진 제2 본딩층(1106)을 적층한 다음 고온 소성시켜 세라믹 전기 발열체(1100)를 제조할 수 있다.
도 25에 의한 실시예는 다음과 같이 변형될 수 있다. 즉, 하부 세라믹 소결기판(1103) 위에 본딩 부재(1104)로 이루어진 제1 본딩층(1105)을 적층하고, 제1 본딩층(1105) 위에 세라믹 히터(1101)를 적층한다. 그 다음, 세라믹 히터(1101) 위에는 세라믹이 아닌 재질로 이루어진 별개의 보호층을 적층함으로써 세라믹 히터(1101)를 보호할 수 있다. 이 보호층은 금속으로 이루어진 부재로 구성되거나 유리로 이루어진 부재로 구성될 수 있다.
도 23 및 도 25에 의한 실시예에서, 세라믹 히터(1101)의 위/아래에 적층되는 층은, 세라믹 히터(1101)의 위 또는 아래면이 바깥으로 노출되지 않도록 형성될 수 있다.
도 23 및 도 25에서 세라믹 히터(1101)에 리드선(1005)이 결합되어 있지 않지만, 도 21와 같이 리드선(1005)이 결합될 수도 있다.
도 23 및 도 25에서 제1 본딩층(1105) 및 제2 본딩층(1106)은 본 발명의 일실시예를 이해하기 쉽도록 설명하기 위해 도시한 것으로서, 제1 본딩층(1105) 및 제2 본딩층(1106)의 두께가 과장되어 묘사된 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 제조된 물건은 가정이나 미용실에서 사용되는 각종 발열 전기제품에 사용될 수 있다. 특히, 고데기, 스트레이너, 헤어 아이롱과 같은 미용기구에 사용될 수 있으나, 본 발명의 응용예가 이에 한정되지 않는다는 것은 자명하다.
본 문서에서 +z 방향은 각 도면에서 지면을 뚫고 올라오는 방향을 나타낼 수 있다.
발명의 상세한 설명은 본 발명의 실시예들을 설명하도록 의도된 것이며, 본 발명에 따라 구현될 수 있는 유일한 실시예를 나타내기 위한 것은 아니다. 본 발명의 상세한 설명은 본 발명의 용이한 이해를 위하여 특정용어를 사용하여 서술될 수 있다. 그러나 본 발명의 이러한 특정용어에 의해 제한되도록 의도한 것은 아니다. 따라서, 상술한 본 발명의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다.
상술한 실시예들은 각각 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것이다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 본 발명의 사상에 반하지 않는다면 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응되는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.
본 발명의 범위는 특허청구범위 합리적 해석을 고려하여 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명의 기술 분야에 속하는 기술자라면 본 발명의 실시예들 및 특허청구범위로부터 본 발명의 사상을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
1: 전기 발열체 2, 3: 손잡이
4: 손잡이 결합부 11: 제1 내측 발열판, 기판
12: 제2 내측 발열판 13: 제2 외측 발열판
14: 제1 외측 발열판 21: 제1 발열부
22: 제2 발열부 111, 112: 전원연결패드
100: 고데기 300: 저항체
1011: 세라믹 슬러리 1001: 세라믹 히터
1002: 하부 그린시트 1003: 저항
1004: 상부 그린시트 1005: 금속 리드선
1100: 세라믹 전기 발열체 1101: 세라믹 히터
1102: 상부 세라믹 소결기판 1103: 하부 세라믹 소결기판
1104: 본딩 부재 1105: 제1 본딩층
1106: 제2 본딩층

Claims (16)

  1. 제1 발열부, 제2 발열부, 상기 제1 발열부에 결합되어 있으며 2개의 단부를 갖는 제1 저항체 및 상기 제2 발열부에 결합되어 있으며 2개의 단부를 갖는 제2 저항체를 포함하는 전기 발열체로서,
    상기 제1 저항체와 상기 제2 저항체에 동일한 전류(I)가 공급되도록 상기 제1 저항체의 제1 단부는 상기 제2 저항체의 제1 단부와 전기적으로 직렬 연결되어 있고, 상기 제1 저항체의 제2 단부와 상기 제2 저항체의 제2 단부는 전원에 연결되도록 되어 있고,
    상기 제1 발열부의 체적(V1)에 대한 상기 제1 저항체의 제1 저항값(R1)의 제1 비율(R1/V1)은 상기 제2 발열부의 체적(V2)에 대한 상기 제2 저항체의 제2 저항값(R2)의 비율(R2/V2)과 다른,
    전기 발열체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 발열부 및 상기 제2 발열부는 각각 세라믹으로 이루어지며,
    상기 제1 발열부 및 상기 제2 발열부는 이음새 없이 일체로서 형성되어 있으며,
    상기 제1 저항체 및 상기 제2 저항체는 각각 인쇄에 의하여 상기 제1 발열부 및 상기 제2 발열부 상에 결합되어 있는,
    전기 발열체.
  3. 발열부 및 상기 발열부에 연결된 손잡이를 포함하는 고데기로서,
    상기 발열부는 제1 발열부, 제2 발열부, 상기 제1 발열부에 결합되어 있으며 2개의 단부를 갖는 제1 저항체 및 상기 제2 발열부에 결합되어 있으며 2개의 단부를 갖는 제2 저항체를 포함하며,
    상기 제1 저항체와 상기 제2 저항체에 동일한 전류(I)가 공급되도록, 상기 제1 저항체의 제1 단부는 상기 제2 저항체의 제1 단부와 전기적으로 직렬 연결되어 있고, 상기 제1 저항체의 제2 단부와 상기 제2 저항체의 제2 단부는 전원에 연결되도록 되어 있고,
    상기 제1 발열부의 체적(V1)에 대한 상기 제1 저항체의 제1 저항값(R1)의 제1 비율(R1/V1)은 상기 제2 발열부의 체적(V2)에 대한 상기 제2 저항체의 제2 저항값(R2)의 비율(R2/V2)과 다른,
    고데기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 저항체 및 상기 제2 저항체는 선형이며,
    상기 제1 저항체는 상기 제1 발열부 표면에서 굴곡을 갖는 형태로 배선되어 있는,
    고데기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 발열부 및 상기 제2 발열부는 각각 세라믹으로 이루어지며,
    상기 제1 발열부 및 상기 제2 발열부는 이음새 없이 일체로서 형성되어 있으며,
    상기 제1 저항체 및 상기 제2 저항체는 각각 인쇄에 의하여 상기 제1 발열부 및 상기 제2 발열부 상에 결합되어 있는,
    고데기.
  6. 발열부, 상기 발열부에 결합된 선형 저항체, 및 상기 발열부에 연결된 손잡이를 포함하는 고데기로서,
    상기 선형 저항체의 패턴은 상기 선형 저항체의 양단을 직선으로 연결한 경로의 중앙점을 중심으로 하여 대칭 구조를 갖는,
    고데기.
  7. 기판, 및 상기 기판에 결합된 선형 저항체를 포함하는 전기 발열체로서,
    상기 선형 저항체의 패턴은 상기 선형 저항체의 양단을 직선으로 연결한 경로의 중앙점을 중심으로 하여 대칭 구조를 갖는,
    전기 발열체.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 본딩 물질을 포함하는 제1 본딩 층을 세라믹 소결기판으로 된 하판 위에 적층하는 단계;
    세라믹 히터를 상기 제1 본딩 층 위에 적층하는 단계;
    본딩 물질을 포함하는 제2 본딩 층을 상기 세라믹 히터 위에 적층하는 단계;
    세라믹 소결기판으로 된 상판을 상기 제2 본딩 층 위에 적층하는 단계; 및
    상기 하판, 상기 제1 본딩 층, 상기 세라믹 히터, 상기 제2 본딩 층 및 상기 상판을 포함하여 구성되는 적층물을 고온 소성시키는 단계
    를 포함하고,
    상기 세라믹 히터는, 슬러리 형질의 제1 세라믹 시트 상에 저항을 인쇄하는 단계 및 상기 저항이 인쇄된 상기 제1 세라믹 시트 상에 슬러리 형질의 제2 세라믹 시트를 적층한 다음에 소결하는 단계를 포함하는 프로세스에 의해 제공되고,
    상기 세라믹 히터는, 제1 발열부, 제2 발열부, 상기 제1 발열부에 결합되어 있으며 2개의 단부를 갖는 제1 저항체 및 상기 제2 발열부에 결합되어 있으며 2개의 단부를 갖는 제2 저항체를 포함하며,
    상기 제1 저항체와 상기 제2 저항체에 동일한 전류(I)가 공급되도록 상기 제1 저항체의 제1 단부는 상기 제2 저항체의 제1 단부와 전기적으로 직렬 연결되어 있고, 상기 제1 저항체의 제2 단부와 상기 제2 저항체의 제2 단부는 전원에 연결되도록 되어 있고,
    상기 제1 발열부의 체적(V1)에 대한 상기 제1 저항체의 제1 저항값(R1)의 제1 비율(R1/V1)은 상기 제2 발열부의 체적(V2)에 대한 상기 제2 저항체의 제2 저항값(R2)의 비율(R2/V2)과 다른,
    세라믹 발열체 제조방법.
  15. 본딩 물질을 포함하는 제1 본딩 층을 세라믹 소결기판으로 된 하판 위에 적층하는 단계;
    세라믹 히터를 상기 제1 본딩 층 위에 적층하는 단계;
    본딩 물질을 포함하는 제2 본딩 층을 상기 세라믹 히터 위에 적층하는 단계;
    세라믹 소결기판으로 된 상판을 상기 제2 본딩 층 위에 적층하는 단계; 및
    상기 하판, 상기 제1 본딩 층, 상기 세라믹 히터, 상기 제2 본딩 층 및 상기 상판을 포함하여 구성되는 적층물을 고온 소성시키는 단계
    를 포함하고,
    상기 세라믹 히터는, 슬러리 형질의 제1 세라믹 시트 상에 저항을 인쇄하는 단계 및 상기 저항이 인쇄된 상기 제1 세라믹 시트 상에 슬러리 형질의 제2 세라믹 시트를 적층한 다음에 소결하는 단계를 포함하는 프로세스에 의해 제공되고,
    상기 저항의 패턴은 상기 저항의 양단을 직선으로 연결한 경로의 중앙점을 중심으로 하여 대칭 구조를 갖는,
    세라믹 발열체 제조방법.
  16. 삭제
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