KR101361332B1 - 스티어링휠 히터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스티어링휠 히터에 관한 것으로서, 스티어링휠에 열선을 설치하고 온도센서와 컨트롤러를 부착하여 구성되는 열선 타입 스티어링휠 히터에 비해 시스템 구성이 단순화될 수 있고, 구성 비용의 절감 및 소모 전력 축소 등 여러 이점을 가지는 스티어링휠 히터를 제공하는데 그 목적이 있다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 시트 형태의 PTC 히터를 스티어링휠 몸체부에 감아서 부착함으로써 구성되고, 상기 PTC 히터는 (-) 전극이 PTC 물질층 일면에, (+) 전극이 그 반대 면인 타면에 각각 적층 형성되어 있으면서 절연 및 지지를 위한 베이스층이 상기 PTC 물질층 및 (-), (+) 전극을 감싸도록 몰딩 형성된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 스티어링휠 히터가 개시된다. 여기서, 상기 PTC 물질층의 일면과 타면에 각각 병렬로 연결되는 복수개의 (-) 전극과 (+) 전극이 배치되도록 형성됨이 바람직하다.

Description

스티어링휠 히터{Heater of steering wheel for vehicle}

본 발명은 스티어링휠의 히터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래의 열선 타입 히터에 비해 시스템 구성이 단순화될 수 있고, 구성 비용의 절감 및 소모 전력 축소 등 여러 이점을 가지는 스티어링휠 히터에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에는 운전자가 차량의 진행방향을 변경하기 위하여 조작하게 되는 스티어링휠(steering wheel)이 기본적으로 장착되어 있다.

이러한 스티어링휠은 통상 원형의 몸체부에 외피가 씌워진 단순한 구조로 이루어져 있으며, 이에 겨울철에 운전을 시작할 때는 스티어링휠이 매우 차가운 상태여서 운전자가 불쾌감을 느낄 수 있다.

이 경우 운전자는 손의 온도나 난방 히터에 의해 승온되는 실내 온도에 의해 스티어링휠의 온도가 자연적으로 상승하기를 기다릴 수밖에 없다. 스티어링휠에 휠 커버를 씌우기도 하나, 이 역시 겨울철 운전자가 스티어링휠을 잡은 초기에 찬 느낌을 받는 것을 해결할 수 없다.

따라서, 고급 차종의 경우 스티어링휠의 내부에 히터를 내설하여 스티어링휠을 예열하도록 하고 있다. 즉 스티어링휠에 열선을 부착한 뒤 이에 전류를 공급하여 발열하도록 함으로써 스티어링휠을 따뜻하게 예열해주는 것이다.

그러나, 이러한 열선 타입 히터를 사용하는 경우 스티어링휠이 지나치게 예열되어 뜨거워지지 않도록 온도 조절을 위한 온도센서와 컨트롤러가 필요하므로 시스템이 복잡해진다(온도센서와 컨트롤러를 스티어링휠에 별도 부착해야 함).

또한 온도를 일정 온도로 유지시키기 위해 고가의 전자적인 제어회로를 사용하므로 장치 구성에 많은 비용이 들어가며, 일반 전열기와 마찬가지로 전력을 많이 소모하는 단점을 가진다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 종래의 열선 타입 히터에 비해 시스템 구성이 단순화될 수 있고, 구성 비용의 절감 및 소모 전력 축소 등 여러 이점을 가지는 스티어링휠 히터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 시트 형태의 PTC 히터를 스티어링휠 몸체부에 감아서 부착함으로써 구성되고, 상기 PTC 히터는 (-) 전극이 PTC 물질층 일면에, (+) 전극이 그 반대 면인 타면에 각각 적층 형성되어 있으면서 절연 및 지지를 위한 베이스층이 상기 PTC 물질층 및 (-), (+) 전극을 감싸도록 몰딩 형성된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 스티어링휠 히터를 제공한다.

바람직한 실시예에서, 상기 PTC 물질층의 일면과 타면에 각각 병렬로 연결되는 복수개의 (-) 전극과 (+) 전극이 배치되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명의 스티어링휠 히터는 자기 온도 조절 기능을 가지면서 면상 발열이 가능한 시트형의 PTC 히터를 스티어링휠에 감아서 구성되는 것으로, 종래의 열선 타입 히터와 비교하여 온도센서와 컨트롤러가 삭제될 수 있으므로 시스템의 구성이 단순화될 수 있고, 원가 절감 및 소모 전력 축소가 가능해진다.

또한 종래의 열선 타입 히터는 선상 발열로서 고른 발열 분포를 가지기 어려운 단점이 있는 반면, 본 발명의 히터는 면상 발열 타입으로 전 면적에 걸쳐 고른 승온 및 빠른 승온이 가능하다는 이점을 가진다.

또한 본 발명의 PTC 히터는 전극 배치가 최적화됨으로써 스티어링휠의 곡면에 고르게 밀착될 수 있고, 이에 돌출부위 및 그로 인한 이물감 없이 사용이 가능하여 감성품질 및 차량 상품성을 향상시키는 이점이 있다.

또한 본 발명의 PTC 히터는 (+), (-) 전극이 각각 PTC 물질층의 해당 면에서 병렬로 구성됨으로써 국부적으로 손상이 발생하더라도 국부 저항 증가나 그로 인한 발화 위험 없이 작동이 가능하여 내구성과 안정성이 증대된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스티어링휠용 PTC 히터의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스티어링휠용 PTC 히터의 저면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 선 'A-A'를 따라 취한 PTC 히터의 단면도이다.
도 4는 사이드미러에 탑재되는 면상 발열 PTC 히터를 나타내는 도면이다.
도 5는 기존 면상 발열 PTC 히터를 이용하여 만든 히터와 본 발명의 PTC 히터를 스티어링휠의 몸체부에 부착한 상태를 비교하여 나타낸 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 자동차의 스티어링휠 히터에 관한 것으로서, 자기 온도 조절 기능을 가지면서 면상 발열 구현 및 승온 속도 단축이 가능한 PTC 소자를 이용하여 구성되는 점에 주된 특징이 있는 것이다.

PTC 소자는 정온계수(Positive Temperature Coefficient) 특성을 갖는 소자로서, 정온계수 특성이란 좁은 온도 영역에서 전기 저항이 급격하게 증가하는 성질을 의미한다.

따라서, PTC 소자는 온도가 일정 온도 이상 올라가게 되면 저항이 급격히 커지게 되고, 저항이 커지면 흐를 수 있는 전류의 양이 적어지면서 발열량과 온도가 감소하며, 온도가 다시 떨어질 경우 저항이 올라가 발열이 시작되는 순환 메커니즘을 가진다.

이와 같은 PTC 소자는 정온 전선, 과전류 차단용 보호장치, 회로 보호소자, 가열기 등에 응용되고 있는데, 발열체와 온도센서, 컨트롤러의 세 가지 작용을 겸비하고 있으므로 과열 위험이 없는 자기 제어 히터를 구성할 수 있게 된다.

다만, PTC 소자를 이용한 히터, 즉 PTC 히터를 스티어링휠의 발열체로 적용함에 있어서 반드시 고려되어야 할 점으로는, 1) 스티어링휠이 운전 중 계속해서 조작해야 하는 부품이므로 운전자의 잦은 조작이나 충격에도 내구성을 가져야 할 것, 2) 단순 평면 구조가 아닌 곡면부위를 갖는 3차원 형상 부품에 부착이 가능할 것, 3) PTC 히터가 설치되는 부위가 스티어링휠 조작시 운전자의 손이 계속 닿는 부위로서 조그마한 요철이 있더라도 손끝에서 감지되므로 스티어링휠 부착 후 돌출된 부위가 없어야 하고 이물감을 주지 않을 것(감성품질을 만족시킬 것) 등이 있다.

그러나, 지금까지 알려진 PTC 히터의 경우 스티어링휠과 같은 3차원 형상 부품에 부착하는 것이 쉽지 않다. 또한 발화의 위험성이 없어야 하나, 통상의 PTC 히터는 전극의 내구성이 낮아 운전자의 잦은 조작이나 충격에 의해 전극 피로 파괴가 발생할 수 있고, 이 경우 국부적인 손상 및 저항 증가로 인해 과열에 의한 발화의 위험성이 있다.

현재 차량에는 우천시 사이드미러의 습기 제거용으로 면상 PTC 히터를 적용하고 있는데, 사이드미러에 적용된 면상 PTC 히터는 평면에 히팅 기능을 부여하기에는 적당하나 스티어링휠과 같은 곡면부위를 갖는 부품에 그대로 부착할 경우 굴곡 및 돌출 부위가 발생한다.

스티어링휠은 사람의 손이 계속 닿는 부위이므로 조그마한 요철이 있어도 손끝에서 감지되어 이물감을 느끼게 되는 부품이며, 따라서 PTC 히터를 적용하기가 매우 어려운 부품이다.

이에 본 발명자는 기존 평면 형태의 부품에만 적용이 용이한 구조적인 단점을 해결하면서 피로 응력에 내성이 강하여 국부 발화 위험성을 제거한 플렉서블(flexible) PTC 발열체 구조를 개발하여 본 발명을 완성하였다.

도면을 참조하여 설명하면, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스티어링휠용 PTC 히터의 평면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스티어링휠용 PTC 히터의 저면도이며, 도 3은 도 1의 선 'A-A'를 따라 취한 단면도이다.

또한 도 4는 사이드미러에 탑재되는 면상 발열 PTC 히터를 나타내는 도면이고, 도 5는 기존 면상 발열 PTC 히터를 이용하여 만든 히터와 본 발명의 PTC 히터를 스티어링휠의 몸체부에 부착한 상태를 비교하여 나타낸 도면이다.

본 발명의 실시예 구성을 설명하기 이전에 참고로 도 4를 참조하여 사이드미러에 탑재되는 기존 면상 발열 PTC 히터에 대해 설명한 뒤 이를 스티어링휠에 적용할 경우의 문제점과 비교하여 본 발명의 진보된 구성 및 효용성에 대해 상술하기로 한다.

우선, 도 4의 (a) 및 (b)를 참조하면, 사이드미러에 탑재되는 기존 면상 발열 PTC 히터(10a)의 경우, 절연 및 지지를 위한 베이스층(11)과, 상기 베이스층(11) 일면에 적층 고정된 PTC 물질층(12)과, 상기 PTC 물질층(12) 측방으로 PTC 물질층에 접촉되도록 베이스층 일면에 적층 고정되는 전극(13,14)을 포함한다.

여기서, 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, (+), (-) 전극으로 사용되는 두 전극(13,14)이 단면상 PTC 물질층(12)을 사이에 두고 베이스층(11) 일면에 수평으로 배치되는데, 전극 소재로는 은 페이스트(silver paste)가 사용된다.

이러한 구조의 PTC 히터를 스티어링휠에 적용하고자 할 경우 스티어링휠의 전체 형상이 도넛 형상과 같은 원형이므로 PTC 히터는 직사각형의 시트(sheet) 형태로 제작되어야 한다.

또한 스티어링휠이 운전자 손과 접촉되는 부분이므로 PTC 히터 전체의 전기 절연을 위해 PTC 물질층(12)과 전극(13,14) 전체를 베이스층(11)으로 감싸 절연시켜야 한다.

즉 도 4의 (b)에 나타낸 단면 구조에서 PTC 물질층(12)과 전극(13,14) 위로도 베이스층(11)을 적층시켜야 하는 것이며, 이러한 단면 구조를 도 4의 (c)에 나타내었다. 도 4의 (c)는 비교예로서 베이스층(12)이 PTC 물질층(12)과 전극(13,14)을 감싸도록 몰딩 형성된 PTC 히터(10b)의 단면 구조를 나타낸다.

이러한 직사각형의 PTC 히터(10b)를 스티어링휠 전체에 감아서 부착해야 하는데, 도 4의 (c)에 나타낸 면상 발열 PTC 히터(10b)를 사용할 경우 PTC 히터(10b) 간 경계부위에서 부분적으로 이물감이 발생하여 실제 스티어링휠에 적용하기에는 어려움이 있다(감성품질 문제 발생)(도 5의 (b) 참조).

따라서, 스티어링휠과 같이 곡면부위를 갖는 3차원 봉 형상 부품 표면에 PTC 히터를 이물감 없이 부착하기 위해서는, 폭이 좁은 직사각형 시트 형상의 PTC 히터가 제작되어야 하고, 이때 좁은 폭의 PTC 히터일수록 스티어링휠의 곡면에 밀착이 가능하여 보다 매끈하게 부착될 수 있다.

그러나, 기존 면상 발열 PTC 히터는 도 4에 나타낸 바와 같이 두 전극((+)/(-) 전극)(13,14)이 베이스층(11) 일면에 PTC 물질층(12)을 사이에 두고 수평 배치되는 타입이므로 히터 전체 폭을 줄이는데 한계가 있다.

PTC 히터에서 개개의 (+), (-) 전극은 낮은 저항값을 가지기 위해 전극 패턴 폭이 소정 폭(예, 5 mm) 이상이 되어야 하므로 전극 패턴 폭을 줄이는데 한계가 있다.

따라서, 기존 수평 배치 타입을 사용하면, 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이 히터 폭(개개의 PTC 히터에서 길이방향에 대해 직각방향의 폭)을 크게 한 PTC 히터(10b) 여러 개를 스티어링휠 몸체부(21)를 따라 이웃 배치되도록 감아주었을 때, 히터(10b) 간 경계부위가 돌출되어 이물감이 발생할 수밖에 없다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에서는 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이 PTC 물질층(12)의 일면에 (-) 전극(14)을, 그 반대 면인 타면에 (+) 전극(13)을 별도로 적층하여 배치하고, PTC 물질층(12) 및 전극(13,14) 전체를 감싸도록 베이스층(11)으로 몰딩하여 구성한다.

즉 한쪽 면에 전극들을 모두 배치할 경우 히터 폭이 증가하는 문제를 해결하기 위해 (+) 전극(13)과 (-) 전극(14)을 PTC 물질층(12)의 다른 면에 각각 배치하는 것이다.

이 경우, PTC 물질층(12)과 (+), (-) 전극(13,14)이 차지하는 PTC 히터(10)의 전체 폭을 줄일 수 있게 되어, PTC 히터(10)를 스티어링휠(20)의 몸체부(21)에 감아줄 때 몸체부를 따라 원형으로 매끈하게 부착할 수 있고(도 5의 (a) 참조), 결국 스티어링휠의 몸체부에서 돌출되는 히터 부위가 제거될 수 있다.

쉽게 말해, 전체 형상이 원형의 봉 형상이면서 길이방향으로 어느 정도의 곡률을 가진 스티어링휠 몸체부(21)에서 그 길이방향으로 폭이 넓은 여러 개의 시트를 스티어링휠 몸체부(21)를 따라 차례로 이웃 배치되게 감게 되면 스티어링 휠의 원주 방향의 곡율이 있어 넓은 전극을 부착할 경우에는 전극이 구겨져서 부착이 되며 이때 이물감이 발생하는 것에 비해(도 5의 (b) 참조), 폭이 좁은 시트를 감아줄 경우 몸체부 길이방향을 따라 시트가 더욱 잘 밀착되고, 또한 외측으로 돌출되는 부위가 없도록 할 수 있는 것이다.

아울러, 본 발명의 실시예에서, 각 전극 구조는 PTC 물질층(12)의 일면과 타면에 병렬로 연결되는 복수개의 (-) 전극(14)과 (+) 전극(13)이 이웃 배열되도록 형성된 구조로 하는 것이 바람직하다.

이때, 직사각형의 시트 형태로 제작되는 PTC 히터(10)에서 PTC 물질층(12) 각 면의 (-) 전극(14)과 (+) 전극(13)이 시트 양단부에서 분기되는 구조의 전극 패턴이 될 수 있다.

즉 (-) 전극(14)과 (+) 전극(13)이 PTC 물질층(12) 일면과 타면에서 각기 여러 갈래로 분기된 구조로 형성되는 것이며, 이때 각 면에 형성된 복수개의 전극(13,14)이 시트 양단부에서 접속된 상태가 되어 전체적으로 병렬 구조가 되는 것이다.

이와 같이 각 전극(13,14)을 병렬 구조로 할 경우 분기된 개개의 전극 폭은 도 4의 구조에 비해 줄일 수 있다.

이렇게 전극(13,14)을 병렬 구조로 형성할 경우 내구성이 좋은 PTC 히터(10)를 구성할 수 있다.

이를 보다 상세히 설명하면, 도 4의 (b) 및 (c)에 나타낸 비교예에서와 같이, (+), (-) 전극(13,14)을 1개씩 배치하는 경우, 이 중 어느 하나라도 손상이 가게 되면 히터가 동작을 하지 않거나 국부적으로 과열되어 화재가 발생할 수 있다.

반면, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 전기적으로 병렬 접속된 (-) 전극(14)과 (+) 전극(13)이 복수개 배치되므로, 운전자의 잦은 조작이나 충격으로 인해 전극 특정 부위가 피로 파괴되더라도 히터로서의 동작이 가능하고, 또한 국부 과열 및 화재 발생의 위험이 제거될 수 있다.

한편, 상기한 본 발명의 PTC 히터(10)는 폴리머, 및 이 폴리머에 분산적으로 혼입된 전도성 물질로 구성되는 PTC 물질층(12)을 사용한 폴리머 PTC 히터가 될 수 있다.

또한 폴리머 PTC 히터에서 PTC 물질로는 사이드미러 PTC 히터와 마찬가지로 전도성 카본 페이스트를 사용하여 정온 발열 PTC 히터를 구성할 수 있다(예, 45℃ 정온 발열 히터).

또한 전극(13,14)은 PTC 물질층(12) 표면에 통상의 금속 박막 패턴 공정을 이용하여 금속 전극 박막을 형성하여 구성할 수 있으며, 곡면 적용을 위한 베이스층(11) 소재로는 PET, PU 계열, 부직포 계열의 소재가 사용될 수 있다.

상기한 PTC 히터(10)는 전술한 바와 같이 직사각형의 시트 형태로 제작되어 스티어링휠(20)의 몸체부(21)에 감아 부착하게 되는데(도 5의 (a) 참조), 이때 베이스층(12) 표면을 접착수단을 이용하여 스티어링휠(20)의 몸체부(21) 표면에 접착시키는 방식으로 부착하는 것이 가능하다.

또한 이웃 배치되는 PTC 히터(10) 간에는 전극끼리 전기적으로 접속시켜야 하므로, PTC 히터(10)를 스티어링휠(20)의 몸체부(21)에 감아줄 때 이웃 배치된 PTC 히터(10)의 전극들이 서로 중첩되도록 감아준다(예를 들어, 시트 양단부에서 중첩시킴) .

또한 PTC 히터(10)의 (+), (-) 전극(13,14)에는 차량 전원을 공급하기 위한 외부 회로(도시하지 않음)를 연결하고, 이 외부 회로에는 히터(10)의 온/오프 조작을 위해 전원 공급을 단속해주는 작동스위치(도시하지 않음)를 설치하게 된다.

이와 같이 하여, 본 발명의 스티어링휠용 PTC 히터에 대해 설명하였는바, 스티어링휠의 몸체부에 용이하게 부착할 수 있고, 특히 곡면 밀착이 가능하여 돌출부위 없이 부착이 가능한바, 스티어링휠 조작시 이물감 없이 사용할 수 있는 이점을 갖게 된다.

하기 표 1은 도 4에 나타낸 기존 면상 PTC 히터 시트(10b)와 도 3에 나타낸 본 발명의 PTC 히터 시트(10)를 제작하여 스티어링휠에 부착한 뒤 스티어링휠 벤딩 내구 평가를 실시한 후 얻은 결과를 나타내는 것으로, 이에 나타낸 바와 같이 기존 면상 PTC 히터 시트를 적용한 경우 내구 후 저항 증가, 회로 단선의 문제가 발생하였으나, 본 발명의 PTC 히터 시트를 적용한 경우 병렬형 전극 적용으로 단선 없이 발열 성능을 유지함을 알 수 있었다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

10 : PTC 히터
11 : 베이스층
12 : PTC 물질층
13, 14 : 전극

Claims (2)

1. PTC 물질층의 일면에 (-) 전극을 적층 배치하는 동시에 그 반대면인 타면에 (+) 전극을 적층 배치하고, 상기 PTC 물질층과 (-) 전극 및 (+) 전극 전체를 감싸도록 베이스층으로 몰딩한 구조로 이루어진 여러 개의 시트 형태의 PTC 히터를 스티어링휠의 몸체부를 따라 차례로 이웃 배치되게 감아 부착하되, 이웃 배치된 PTC 히터의 전극들이 서로 중첩되도록 하여 전극끼리 전기적으로 접속되도록 한 것을 특징으로 하는 스티어링휠 히터.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 PTC 물질층의 일면과 타면에 각각 병렬로 연결되는 복수개의 (-) 전극과 (+) 전극이 배치되어 형성되는 것을 특징으로 하는 스티어링휠 히터.
   
   

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