KR101281220B1 - 원적외선 램프용 필라멘트 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원적외선의 방출효율을 극대화시켜주는 원적외선 램프용 필라멘트 및 그 제조방법에 관한 것으로서,
콜로이드실리카졸과 규산나트륨을 혼합하여 합성시켜서 무기질결합제를 조성하는 제1단계(10)와, 상기 제1단계에서 조성된 규산칼륨과 에틸알코올 또는 순수한 물 등의 용제를 교반하여 무기질결합제용액을 조성하는 제2단계(20)와, 상기 제2단계에서 제조된 무기질결합제용액과 탄소나노튜브를 혼합 및 분산시켜 무기질바인더용액을 조성하는 제3단계(30)와, 상기 무기질바인더용액에 텅스텐필라멘트인 심재를 침지한 후 인출하여 건조시켜서 외면에 탄소나노튜브가 코팅된 필라멘트를 제조하는 제4단계(40) 및 상기 제4단계를 거친 필라멘트에 정격전압을 직접가하지 않고 낮은 전압을 가하면서 서서히 정격전압에 도달하게 전압을 가하여 탄소나노튜브(CNT)가 외면에 견고하게 착상되게 하는 제5단계(50)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 원적외선 램프용 필라멘트 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

Description

원적외선 램프용 필라멘트 및 그 제조방법{Filament for Infrared Lamp and the manufacturing method}

본 발명은 원적외선 램프용 필라멘트 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원적외선의 방출효율을 극대화시켜주는 원적외선 램프용 필라멘트 및 그 제조방법에 관한 것이다.

원적외선은 파장이 길어 열 작용이 큰 전자파의 일종으로 물질에 잘 흡수되며 유기화합물 분자에 대한 공진(共振) 및 공명(共鳴)작용이 강한 것이 특징으로 물체에 도달했을 때 잘 흡수되는 성질이 있음은 물론 피부 깊숙이 침투하여 열을 만들게 되는데, 이러한 열 작용은 각종 질병의 원인이 되는 세균을 없애거나 모세혈관을 확장시켜 혈액순환과 세포조직을 생성하는데 도움을 주기도 한다.

또한, 원적외선은 세포를 구성하는 수분과 단백질 분자에 닿으면 세포를 1분에 2,000번씩 미세하게 흔들어줌으로써 세포조직을 활성화하여 노화방지와 신진대사의 촉진 및 만성피로 등 각종 성인병 예방에 효과가 있으며, 그 밖에도 발한작용 촉진·통증완화·중금속 제거·숙면·탈취·방균·곰팡이 번식방지·제습·공기정화 등의 효과가 있어 주택 및 건축자재·주방기구·섬유·의류·침구류·의료기구·찜질방 등의 여러 분야에 쓰이고 있다.

종래에는 이러한 원적외선의 효능을 공업용이나 의료용 등 다양한 용도에 이용하기 위해 텅스텐필라멘트로 원적외선 램프를 만들어 사용하고 있었는데, 종래의 텅스텐필라멘트는 내열성과 내구성은 물론 특히 표면적 대비 원적외선의 방출효율이 매우 낮고 전부분에서 균일하게 방출되지 않게 되는 등의 문제점들이 있었다.

따라서, 종래의 원적외선 램프는 단위시간당 사용효과가 크지 않아 장시간 사용하여야 하므로 전력의 낭비가 많고 수명이 쉽게 단축되어 원적외선 램프를 자주 교체하였기 때문에 불필요한 비용의 지출이 많게 되는 등의 비경제적인 문제점들도 있었다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 감안하여 발명된 것으로서, 그 목적은 원적외선의 방출효율이 높고 전부분에서 균일하게 방출되게 하는 원적외선 램프용 필라멘트 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 내열성과 내구성이 크게 향상됨은 물론 매우 경제적인 원적외선 램프용 필라멘트 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 일반적인 텅스텐필라멘트 램프에도 적용할 수 있는 원적외선 램프용 필라멘트 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 이러한 목적들을 달성하기 위해 콜로이드실리카졸(colloid silica sol)과 규산나트륨(Sodium silicate)을 합성시켜서 무기질결합제를 조성하는 제1단계와, 상기 제1단계에서 합성된 규산칼륨(Potassium silicate)과 에틸알코올이나 순수한 물 등의 용제를 교반하여 무기질결합제용액을 조성하는 제2단계와, 상기 제2단계에서 제조된 무기질결합제용액과 탄소나노튜브(CNT)를 혼합 및 분산시켜 무기질바인더용액(Mineral binder solution)을 조성하는 제3단계와, 상기 무기질바인더용액에 텅스텐필라멘트를 침지한 후 인출하여 건조시켜서 외면에 탄소나노튜브가 코팅된 필라멘트를 제조하는 제4단계 및 상기 제4단계를 거친 필라멘트에 정격전압을 직접가하지 않고 낮은 전압을 가하면서 서서히 정격전압에 도달하게 전압을 가해서 탄소나노튜브입자가 심재의 외면에 견고하게 착상되게 하는 제5단계로 이루어지는 원적외선 램프용 필라멘트의 제조방법과, 상기 제조방법에 의해 외면에 탄소나노튜브입자가 코팅된 원적외선 램프용 필라멘트를 제공하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이와 같은 본 발명 실시 예에 따른 원적외선 램프용 필라멘트의 제조방법과 이에 따른 필라멘트는, 외면에 탄소나노튜브입자가 코팅되어 있기 때문에 원적외선의 방출량이 높아지게 됨은 물론 전부분에서 균일하게 방출되므로 원적외선이 더욱 효율적으로 방출되는 특징이 있으며, 이에 따라 단위시간당 원적외선의 효능이 대폭 향상되는 장점도 있다.

또한, 필라멘트의 내열성과 내구성이 크게 향상됨은 물론 사용시간도 대폭 줄일 수 있게 되며, 이에 따라 원적외선 램프의 수명단축과 전력낭비가 방지되어 불필요한 비용과 자원의 낭비를 해소시켜 주게 되는 등의 효과도 얻게 된다.

도 1은 본 발명 실시 예에 따른 원적외선 램프용 필라멘트의 제조공정도
도 2는 본 발명 실시 예에 따른 필라멘트의 일 예를 확대하여 보인 단면도
도 3은 본 발명 실시 예에 따른 필라멘트의 다른 예를 일부 절취하여 확대한 정면도
도 4a,b는 본 발명의 실시 예에 따른 또 다른 필라멘트의 각기 다른 사용 예를 보인 확대 정면도

이하, 본 발명 실시 예에 따른 원적외선 램프용 필라멘트 및 그 제조방법을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 실시 예에 따른 원적외선 램프용 필라멘트의 제조 공정도이다.

본 발명 실시 예에 따른 원적외선 램프용 필라멘트의 제조방법은 콜로이드실리카졸(colloid silica sol)과 규산나트륨(Sodium silicate)을 혼합하여 합성시켜 무기질결합제를 조성하는 제1단계(10)와, 상기 제1단계에서 조성된 규산칼륨(Potassium silicate)과 에틸알코올이나 순수한 물 등의 용제를 교반하여 무기질결합제용액을 조성하는 제2단계(20)와, 상기 제2단계에서 조성된 무기질결합제용액과 탄소나노튜브(CNT)를 혼합 및 분산시켜 무기질바인더용액(Mineral binder solution)을 조성하는 제3단계(30)와, 상기 무기질바인더용액에 텅스텐필라멘트인 심재를 침지한 후 인출하여 건조시켜서 외면에 탄소나노듀브가 코팅된 필라멘트를 제조하는 제4단계(40) 및 상기 제4단계를 거친 필라멘트에 처음부터 정격전압을 직접가하지 않고 낮은 전압을 가하면서 서서히 정격전압에 도달하게 전압을 높여주어서 코팅된 탄소나노튜브입자가 심재의 외면에 견고히 착상되게 하는 제5단계(50)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

제1단계(10)는 경화형의 무기질결합제를 조성하는 공정으로서, 콜로이드실리카졸 1~50 중량％와 규산나트륨 1~49 중량％를 상온에서 혼합하여 합성시켜서 조성한다.

이러한 콜로이드실리카졸과 규산나트륨은 가수분해물질로서, 상기 콜로이드실리카졸은 미립자로 탄소나노튜브(CNT)의 경도를 향상시켜주는 작용을 하며, 규산나트륨은 상온에서 접착성을 유도하는 작용을 한다.

제2단계(20)는 무기질결합제용액을 조성하는 공정으로서, 제1단계(10)에서 조성된 무기질결합제인 규산나트륨 1~49 중량％를 에틸알코올이나 순수한 물 중 어느 하나로 되는 용제 1~40 중량％에 투입하여 1~12시간 교반하여 된다.

이와 같이 무기질결합제인 규산나트륨을 에틸알코올이나 순수한 물 중 어느 하나로 되는 용제에 투입하여 교반하면, 상기 무기질결합제는 혼합상태가 양호하게 유지되는 무기질결합제용액이 조성된다.

제3단계(30)는 무기질바인더용액(Mineral binder solution)을 조성하는 공정으로서, 제2단계(20)에서 제조된 무기질결합제 95~99 중량％와 탄소나노튜브(CNT) 0.1~5 중량％를 교반기에 투입한 후 1~2시간 교반하여 혼합한 다음 0.5~2시간 초음파분산시켜 된다.

이러한 무기질바인더용액을 조성하는 공정에서 무기질결합제에 투입하는 탄소나노튜브(CNT)의 입자 크기는 5~50㎚이다.

제4단계(40)는 탄소나노튜브(CNT)가 코팅된 필라멘트를 제조하는 공정으로서, 제3단계(30)에서 조성된 무기질바인더용액에 텅스텐필라멘트로 되는 심재를 침지한 후 인출하여 건조기를 이용하여 상기 심재의 외면에 피복되어 있는 무기질바인더용액을 70C°~80C°온도로 10~20분 건조하여 된다.

이렇게 하면 텅스텐필라멘트로 되는 심재의 외면에 탄소나노튜브(CNT)가 코팅되어 피막이 형성되며, 이러한 피막은 두께가 5~8μ로 되게 한다.

제5단계(50)는 코팅된 탄소나노튜브입자가 심재의 외면에 견고히 착상되게 하는 공정으로서, 처음부터 정격전압을 직접가하지 않고 낮은 전압을 가하면서 서서히 정격전압에 도달하게 전압을 높여 주는 것은 처음부터 정격전압을 가하면 갑자기 고열이 발생하게 되므로 코팅된 탄소나노튜브입자가 상기 심재의 외면에 착상되기 전에 비록 극히 일부분이라도 벗겨지는 현상이 발생할 수도 있기 때문이다.

따라서, 코팅된 탄소나노튜브입자가 심재의 외면에 견고히 착상되도록 하기 위해서는 처음부터 정격전압을 직접가하지 않고 낮은 전압을 가하면서 서서히 정격전압에 도달하게 전압을 높여 주는 것이 바람직하다.

또한, 이러한 착상공정은 필라멘트의 피막에 상기 제1~4단계의 공정을 거치는 과정에서 극미량의 이물질이라도 혼입되어 있다면 이를 태워서 제거시키는 작업도 수행한다.

즉, 상기 제1~4단계의 공정을 거치는 과정에서 비록 극미량의 이물질이라도 혼입된 탄소나노튜브입자로 피막을 형성한 필라멘트를 램프에 장착하여 점등하면 이물질이 타게 되는데, 이 과정에서 발생하는 가스는 물론 타고난 재가 상기 피막으로부터 떨어져나와 내부에 잔류하게 되거나, 이에 따른 램프의 수명단축 등의 현상이 발생하는 것을 방지하기 위한 것이다.

이를 위해서, 예를 들어 정격전압이 30Ｗ인 램프에 사용하는 필라멘트를 제조하는 경우에는 처음에는 10Ｗ 정도의 전압을 가한 상태에서 1~3초 정도의 시간에 걸쳐 전압을 서서히 높여서 정격전압에 도달하게 하여 처음부터 고열이 발생하지 않도록 함으로써 코팅된 탄소나노튜브입자가 심재의 외면에 견고하게 착상되도록 함과 동시에 이물질이 있으면 타서 제거되게 하면 되는 것이다.

도 2는 본 발명 실시 예에 따른 필라멘트의 일 예를 확대하여 보인 단면도이다.

본 발명 실시 예에 따른 필라멘트는, 단선의 텅스텐필라멘트 등으로 되는 심재(60)와 상기 심재의 외면에 코팅되는 탄소나노튜브인 피막(70)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 것이다.

피막(70)은 무기질결합제용액 95~99 중량％에 탄소나노튜브(CNT) 0.1~5 중량％를 투입하여 1~2시간 교반하여 혼합한 다음 0.5~2시간 초음파분산시켜서 되는 무기질바인더로 되는 것으로서, 상기 탄소나노튜브의 입자 크기는 5~50㎚이고 피막의 두께는 5~8μ로 되며, 건조공정과 착상공정을 거쳐 심재(60)의 외면 전부분에 상기 탄소나노튜브가 견고하게 착상되게 함으로써 장기간 사용하여도 벗겨지는 현상이 발생하지 않도록 한다.

따라서, 이러한 피막(70)이 코팅된 심재(60)로 되는 필라멘트를 필요한 길이로 절단하여 장착한 원적외선 램프는, 사용시 상기 피막을 이루는 탄소나노튜브(CNT)에 의해 필라멘트의 전부분에서 원적외선이 균일하게 방출됨과 동시에 방출량이 높아지기 때문에 원적외선의 방출효율이 크게 향상되는 것이다.

도 3은 본 발명 실시 예에 따른 필라멘트의 다른 예를 일부 절취하여 확대한 정면도이다

이 실시 예는, 필라멘트가 복선의 텅스텐필라멘트를 꼬아서 되는 심재(60)와, 상기 심재의 외면에 무기질결합제용액 95~99 중량％에 탄소나노튜브(CNT) 0.1~5 중량％를 투입하여 1~2시간 교반하여 혼합한 다음 0.5~2시간 초음파분산시켜서 되는 무기질바인더용액을 코팅한 다음 건조공정과 착상공정을 거쳐 외면의 전부분에 탄소나노튜브를 견고하게 착상시켜서 되는 피막(70)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 것이다.

이와 같이 복선으로 구성되는 필라멘트는, 단선으로 된 필라멘트에 비하여 그 수명이 길고 원적외선의 방출량이 더욱 높아지는 장점이 있다.

도 4a,b는 본 발명의 실시 예에 따른 또 다른 필라멘트의 각기 다른 사용 예를 보인 확대 정면도이다.

이 실시 예는, 심재(60)와 상기 심재의 외면에 코팅하는 탄소나노튜브의 피막(70)으로 되는 본 발명의 필라멘트를 일반적인 텅스텐필라멘트(80)의 코일부분(81)에 비례하는 길이로 절단하여 그 내부에 장착되게 결합시켜서 원적외선 램프에 사용토록 하는 것을 특징으로 한다.

이렇게 하면, 심재(60)와 그 외면에 코팅한 탄소나노튜브의 피막(70)으로 된 필라멘트를 전체적으로 사용한 원적외선 램프에 비하면 원적외선의 방출량에는 차이가 있을 수 있으나, 일반적인 텅스텐필라멘트(80)에 결합시켜서 사용하는 것이므로 제조원가의 절감효과는 물론 고효율의 원적외선 방출량이 필요하지 않은 원적외선 램프에도 널리 적용할 수 있게 되는 장점도 있다.

또한, 이 실시 예에 따른 필라멘트는 그 길이가 코일부분(81)에 비례하는 것이므로, 심재(60)의 굵기보다 피막(70)의 두께를 두껍게 하거나 또는 상기 심재가 없이 탄소나노튜브만으로 형성하여도 된다.

이와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 원적외선 램프용 필라멘트 및 그 제조방법의 권리범위는 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있는 것으로 이러한 경우에도 본 발명의 범위에 속하게 되는 것임은 물론이다.

10 : 제1단계 20 : 제2단계
30 : 제2단계 40 : 제3단계
50 : 제5단계 60 : 심재
70 : 피막 80 : 텅스텐필라멘트
81 : 코일부분

Claims (7)

1. 콜로이드실리카졸과 규산나트륨을 혼합하여 합성시켜서 무기질결합제를 조성하는 제1단계(10)와;
   상기 제1단계에서 조성된 규산칼륨과, 에틸알코올 또는 순수한 물 등의 용제를 교반하여 무기질결합제용액을 조성하는 제2단계(20)와;
   상기 제2단계에서 제조된 무기질결합제용액과 탄소나노튜브를 혼합 및 분산시켜 무기질바인더용액을 조성하는 제3단계(30)와;
   상기 무기질바인더용액에 텅스텐필라멘트인 심재를 침지한 후 인출하여 건조시켜서 외면에 탄소나노튜브가 코팅된 필라멘트를 제조하는 제4단계(40); 및
   상기 제4단계에서 제조된 필라멘트에 초기에 정격전압을 직접 가하지않고 낮은 전압을 가하면서 서서히 정격전압에 근접하게 전압을 가하여 코팅된 탄소나노튜브가 견고하게 착상되게 하는 제5단계(50)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 원적외선 램프용 필라멘트의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1단계(10)에서 조성되는 무기질결합제는, 콜로이드실리카졸 1~50 중량％와 규산나트륨 1~49 중량％를 상온에서 혼합하여 합성시켜서 되고;
   상기 제2단계(20)에서 조성되는 무기질결합제용액은, 상기 제1단계(10)에서 조성된 무기질결합제인 규산칼륨 1~49 중량％와 에틸알코올이나 순수한 물들 중 어느 하나인 용제 1~40 중량％를 투입하여 1~12시간 교반시켜서 되며;
   상기 제3단계(30)에서 제조되는 무기질바인더용액은, 상기 제2단계(20)에서 조성된 무기질결합제용액 95~99 중량％에 탄소나노튜브(CNT) 0.1~5 중량％를 투입하여 1~2시간 교반하여 혼합한 다음 0.5~2시간 초음파분산시켜서 되고;
   상기 제4단계(40)에 의해 제조되는 필라멘트는, 상기 제3단계(30)에서 제조된 무기질바인더용액에 텅스텐필라멘트를 침지한 후 인출하여 건조로에서 70C°~80C°온도로 10~20분 코팅된 탄소나노튜브를 건조시켜 되는 것을 특징으로 하는 원적외선 램프용 필라멘트의 제조방법.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항 또는 제2에 있어서,
   상기 탄소나노튜브의 입자 크기는 5~50㎚이고, 상기 탄소나노튜브의 코팅된 두께는 5~8μ로 되는 것을 특징으로 하는 원적외선 램프용 필라멘트의 제조방법.
6. 삭제
7. 삭제

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