KR101983366B1 - Electric heating type smoking device using PWM control - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 가열식 흡연 장치에 관한 것으로, 히터에서 저전력으로 발생되는 높은 발열량에 대한 PWM(pulse width modulation) 제어를 통하여 고체형 담배를 신속하게 가열시키기 위한 것이다. 본 발명은 고체형 담배의 일단부가 삽입되는 관 형태를 가지며 전원을 인가받아 발열하는 나노탄소입자 기반의 복수의 면상 발열체를 구비하는 히터와, 히터에 부착되어 온도를 측정하여 전달하는 온도 센서, 및 온도 센서로부터 전달받은 온도를 기반으로 히터의 온/오프를 PWM 방식으로 제어하는 제어부를 포함하는 PWM 제어 방식을 이용한 전기 가열식 흡연 장치를 제공한다.[0001] The present invention relates to an electric heating type smoking apparatus, and is intended to rapidly heat a solid type cigarette through pulse width modulation (PWM) control for a high calorific power generated in a heater at low power. The present invention relates to a cigarette comprising a heater having a plurality of planar heating elements based on nano carbon particles having a tube shape in which a one end of a solid cigarette is inserted and generating heat upon receipt of power, a temperature sensor attached to the heater, The present invention provides an electric heating type smoking apparatus using a PWM control method including a controller for controlling a heater on / off in a PWM manner based on a temperature received from a temperature sensor.

Description

PWM 제어 방식을 이용한 전기 가열식 흡연 장치{Electric heating type smoking device using PWM control}[0001] The present invention relates to an electric heating type smoking device using a PWM control method,

본 발명은 고체형 전자 담배에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 히터에서 저전력으로 발생되는 높은 발열량에 대한 PWM(pulse width modulation) 제어를 통하여 고체형 담배를 신속하게 가열시키는 PWM 제어 방식을 이용한 전기 가열식 흡연 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a solid-state electronic cigarette, and more particularly, to a solid-state electronic cigarette having an electric-heated smoking cigarette using a PWM control method for rapidly heating a solid cigarette through PWM (pulse width modulation) control for high calorific power generated by a heater at low power ≪ / RTI >

일반적인 연소형 담배는 라이터, 성냥 등의 점화를 통한 연소에 의해서 연기를 흡입하는 방식이다. 이러한 연소형 담배는 타르, 중금속 등의 많은 양의 유해물질을 흡입하게 된다.Generally, small-sized cigarettes are a type in which smoke is sucked by combustion through ignition of a lighter or a match. Such soft tobacco will inhale a large amount of toxic substances such as tar and heavy metals.

최근 이러한 문제를 해결하기 위해서, 전기 가열에 의해서 담배(이하 '고체형 담배"라고 함)를 찌는 형태의 고체형 전자 담배가 소개되고 있다. 고체형 전자 담배는 연소형 담배에 비해서 타르, 중금속 등의 유해물질의 흡입을 낮출 수 있고, 동시에 연기 없이 증기를 통해서 흡연하는 담배이다.In recent years, a solid electronic cigarette has been introduced, which is a type of cigarette (hereinafter referred to as " solid cigarette ") by electric heating in order to solve such a problem. Tobacco which can reduce the inhalation of harmful substances and smokes through steam without smoke at the same time.

이러한 고체형 전자 담배를 즐기기 위해서는 전용 전자기기인 전기 가열식 흡연 장치가 필요하다. 전기 가열식 흡연 장치는 고체형 담배를 찌는데 필요한 히터를 포함한다.To enjoy such a solid electronic cigarette, an electric-heated smoking device is required, which is a dedicated electronic device. An electric-heated smoking device includes a heater necessary for pumping a solid cigarette.

기존의 전기 가열식 흡연 장치의 히터로는 가열 블레이드 또는 금속 에칭형 필름 히터가 사용되고 있다. 하지만 가열 블레이드 또는 금속 에칭형 필름 히터의 금속 구조물을 고체형 담배를 찌는데 필요한 온도까지 가열하는 데 많은 시간과 전력이 소모되는 문제가 있다. 그리고 히터의 전력 소모가 크기 때문에, 기존의 전기 가열식 흡연 장치로는 고체형 담배 2대 이상을 연속으로 피우지 못하는 문제가 있다.As the heater of the conventional electric heating smoking device, a heating blade or a metal etching film heater is used. However, there is a problem that it takes a lot of time and power to heat the metal structure of the heating blade or the metal etching film heater to the temperature required to bake the solid cigarette. Since the electric power consumption of the heater is large, there is a problem that the conventional electric heating type smoking device can not continuously smoke more than two solid cigarettes.

한국등록특허 제10-1655716호(2016.09.01. 등록)Korean Registered Patent No. 10-1655716 (Registered on September 1, 2016)

따라서 본 발명의 목적은 저전력으로 발생되는 높은 발열량으로 고체형 담배를 신속하게 가열시키는 PWM 제어 방식을 이용한 전기 가열식 흡연 장치를 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an electric heating type smoking device using a PWM control method that rapidly heats a solid cigarette with a high calorific power generated by low power.

본 발명의 다른 목적은 히터에서 발생된 열을 고체형 담배로 전달하는 과정을 효과적으로 제어하여 고체형 담배를 찌는데 필요한 시간을 줄일 수 있는 PWM 제어 방식을 이용한 전기 가열식 흡연 장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide an electric heating type smoking device using a PWM control method that can effectively control the process of transferring heat generated from a heater to a solid type cigarette, thereby reducing the time required for pumping a solid type cigarette.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 관 형태의 금속박판; 상기 금속박판의 일면을 덮는 절연층; 상기 절연층 위에 형성된 전극 배선 패턴; 상기 전극 배선 패턴에 연결되게 나노탄소입자 기반의 발열체 조성물을 상기 절연층 위에 인쇄하여 형성되며, 상기 전극 배선 패턴으로부터 전원을 인가받아 발열하며, 복수의 열로 상기 전극 배선 패턴에 병렬로 연결되는 복수의 면상 발열체; 및 상기 복수의 면상 발열체가 형성된 상기 절연층을 덮는 덮개층;을 포함하는 전기 가열식 흡연 장치용 히터를 제공한다. 이때 상기 전극 배선 패턴에 DC 2V 및 DC 3.7V의 구동 전압 인가 시, 전력비가 3.4 내지 4.8 이다.In order to achieve the above object, the present invention provides a metal thin plate of a tube shape; An insulating layer covering one surface of the thin metal plate; An electrode wiring pattern formed on the insulating layer; A plurality of electrode wiring patterns formed by printing a heating element composition based on nano carbon particles on the insulating layer so as to be connected to the electrode wiring patterns, Plane heating elements; And a cover layer covering the insulating layer on which the plurality of planar heating elements are formed. At this time, when a drive voltage of DC 2V and DC 3.7V is applied to the electrode wiring pattern, the power ratio is 3.4 to 4.8.

상기 전극 배선 패턴에 DC 3.7V의 구동 전압 인가 시, 열밀도가 2 W/㎠ 이상이다.When a driving voltage of DC 3.7 V is applied to the electrode wiring pattern, the thermal density is 2 W / cm 2 or more.

본 발명에 따른 전기 가열식 흡연 장치용 히터는 상기 덮개층을 덮는 단열층;을 더 포함할 수 있다.The heater for an electric heating smoking apparatus according to the present invention may further include a heat insulating layer covering the cover layer.

상기 단열층의 소재는 내부에 공기층을 갖는 실리콘 튜브, 다공성의 실리콘, PFA(Perfluoroalkoxy) 또는 아라미드 섬유를 포함할 수 있다.The material of the heat insulating layer may include a silicon tube having an air layer therein, porous silicon, PFA (Perfluoroalkoxy), or aramid fiber.

상기 절연층은 코팅 또는 캐스팅으로 상기 금속박판의 일면에 형성될 수 있다.The insulating layer may be formed on one side of the thin metal plate by coating or casting.

상기 복수의 면상 발열체는, 탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자를 포함하는 전도성 입자; 및 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지를 포함하거나 에폭시 아크릴레이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지를 포함하는 혼합 바인더;를 포함할 수 있다.Wherein the plurality of planar heating elements comprise conductive particles comprising carbon nanotube particles and graphite particles; And a mixed binder containing hexamethylene diisocyanate, polyvinyl acetal, and phenolic resin or containing epoxy acrylate, polyvinyl acetal, and phenolic resin.

상기 복수의 면상 발열체는 굴곡진 부분을 포함할 수 있다.The plurality of planar heating elements may include bent portions.

본 발명은 또한, 고체형 담배의 일단부가 삽입되는 관 형태를 가지며, 전원을 인가받아 발열하는 나노탄소입자 기반의 복수의 면상 발열체를 구비하는 히터; 상기 히터에 부착되어 온도를 측정하여 전달하는 온도 센서; 및 상기 온도 센서로부터 전달받은 온도를 기반으로 상기 히터의 온/오프를 PWM(pulse width modulation) 방식으로 제어하되, 상기 히터의 온도를 초기에 350 내지 400℃로 피크 히팅(peak heating)한 후, 250 내지 350℃로 유지하도록 PWM 제어하는 제어부;를 포함하는 PWM 제어 방식을 이용한 전기 가열식 흡연 장치를 제공한다.The present invention also relates to a heater comprising: a plurality of planar heating elements based on nanocarbon particles having a tube shape in which one end of a solid type cigarette is inserted; A temperature sensor attached to the heater to measure and deliver the temperature; And controlling the on / off of the heater by a pulse width modulation (PWM) method on the basis of the temperature received from the temperature sensor. The peak temperature of the heater is initially peaked to 350 to 400 ° C, And a controller for performing PWM control so as to maintain the temperature at 250 to 350 DEG C. The present invention provides an electric heating smoking device using a PWM control method.

상기 제어부는, 상기 전극 배선 패턴에 DC 3.7V의 구동 전압 인가 시, 상기 히터의 온도를 3초 이내에 350 내지 400℃로 피크 히팅한 후, 250 내지 350℃로 유지하도록 PWM 제어한다.When the driving voltage of DC 3.7V is applied to the electrode wiring pattern, the controller performs the PWM control so that the temperature of the heater is peak-heated to 350 to 400 ° C within 3 seconds and then maintained at 250 to 350 ° C.

그리고 상기 히터는 상기 덮개층을 덮는 단열층을 더 포함하고, 상기 온도 센서는 상기 덮개층 위에 형성되며 상기 단열층에 의해 덮인다.And the heater further comprises a heat insulating layer covering the cover layer, wherein the temperature sensor is formed on the cover layer and covered by the heat insulating layer.

본 발명에 따르면, 나노탄소입자를 기반으로 하는 관 형태의 히터에서 저전력으로 발생되는 높은 발열량에 대한 PWM 제어를 통하여 히터에 삽입되는 고체형 담배를 신속하게 가열시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to rapidly heat a solid cigarette inserted in a heater through PWM control for a high calorific power generated at low power in a tubular heater based on nanocarbon particles.

즉 본 발명에 따른 히터는 3~4V의 저전압에서도 500℃ 이상의 높은 발열량을 순간적으로 발생시키면서 단위면적당 2 W/㎠ 이상의 열밀도를 나타낸다. 따라서 히터의 빠른 가열 속도를 이용하여 초기 수초 간 350 내지 400℃로 피크 히팅(peak heating)한 후, 250 내지 350℃로 유지하도록 PWM 제어함으로써, 히터에 삽입되는 고체형 담배를 신속하게 가열시킬 수 있다. 아울러 PWM 제어를 통하여 히터의 높은 발열량으로 인한 히터의 내구성 및 수명이 저하되는 것을 억제할 수 있다.That is, the heater according to the present invention exhibits a thermal density of 2 W / cm 2 or more per unit area while instantaneously generating a high calorific value of 500 ° C or more even at a low voltage of 3 to 4V. Accordingly, peak heating is performed at 350 to 400 ° C for a few seconds in the initial period using a rapid heating rate of the heater, and then PWM control is performed so as to maintain the temperature at 250 to 350 ° C to quickly heat the solid cigarette inserted in the heater have. Further, it is possible to suppress the deterioration of the durability and lifespan of the heater due to the high heating value of the heater through the PWM control.

본 발명에 따른 히터는 금속박판에 절연층이 코팅 또는 캐스팅으로 직접 형성되기 때문에, 기존의 금속박판(금속구조물)과 절연층 사이에 사용했던 접착제의 사용을 배제할 수 있다. 이로 인해 기존의 접착제 사용으로 인한 문제를 해소할 수 있다. 특히 PWM 제어를 통해서 히터를 초기에 고온으로 가열하더라도 금속박판과 절연층 간에 안정적인 접합 상태를 유지할 수 있다.The heater according to the present invention can eliminate the use of the adhesive used between the existing metal foil (metal structure) and the insulating layer because the insulating layer is formed directly on the thin metal foil by coating or casting. As a result, the problems caused by the use of the conventional adhesive can be solved. Especially, even if the heater is initially heated to a high temperature through the PWM control, a stable bonding state between the thin metal plate and the insulating layer can be maintained.

기존에는 관 형태로 직접 금속구조물을 성형하여 제조하기 위해서는, 약 1.5mm의 두께가 필요하며, 이로 인해 금속구조물의 열용량이 증대되고, 금속구조물을 가열하는데 시간과 많은 전력이 소모되기 때문에, 사용자의 편의성이 떨어지는 문제가 발생될 수 있다. 하지만 본 발명은 1mm 이하의 금속박판을 기반으로 형성된 판 상의 필름 히터를 말아서 관 형태로 제조하기 때문에, 기존에 비해서 금속박판의 열용량을 줄일 수 있고, 고체형 담배를 가열하는 시간을 단축하고 전력 사용량을 줄일 수 있다.Conventionally, in order to manufacture a metal structure by directly forming a metal structure in a tube shape, a thickness of about 1.5 mm is required, which increases the heat capacity of the metal structure and consumes time and power for heating the metal structure. There may be a problem that the convenience is poor. However, the present invention can reduce the heat capacity of the metal foil, shorten the heating time of the solid cigarette, reduce the power consumption .

본 발명에 따른 히터는 고체형 담배가 삽입될 수 있도록 관 형태로 구현되기 때문에, 고체형 담배를 거치할 구조물을 별도로 제작할 필요가 없다.Since the heater according to the present invention is implemented in the form of a tube so that a solid cigarette can be inserted, it is not necessary to separately fabricate a structure for mounting the solid cigarette.

본 발명에 따른 히터는 전극 배선 패턴과, 저전압으로 구동이 가능한 면상 발열체를 구비하기 때문에, 저전력으로 높은 발열 특성을 나타낼 수 있다. 면상 발열체는 나노탄소입자와 혼합 바인더를 포함하는 도료 형태의 발열체 조성물로 형성하기 때문에, 비저항이 낮고 열전도율이 우수해 저전압 구동에 유리하고 승온 속도가 빠른 장점이 있다. 이로 인해 본 발명에 따른 히터는 고체형 담배를 신속하게 가열시킬 수 있다.Since the heater according to the present invention includes the electrode wiring pattern and the planar heating element that can be driven at a low voltage, high heating performance can be exhibited with low power. Since the planar heating element is formed of a heating element composition in the form of a paint containing nano carbon particles and a mixed binder, it has advantages of low specific resistance and excellent thermal conductivity, which is advantageous for low voltage driving and has a high heating rate. Therefore, the heater according to the present invention can quickly heat the solid cigarette.

본 발명에 따른 히터는 굴곡을 갖도록 형성된 면상 발열체를 포함하기 때문에, 관 형태로 말았을 때 면상 발열체와 금속박판의 접촉 면적을 높일 수 있다. 이로 인해 본 발명에 따른 히터는 전력 소모량, 열전달 손실 및 제조 원가를 줄일 수 있고, 금속박판의 열용량을 최소화할 수 있다.Since the heater according to the present invention includes the planar heating element formed to have a curvature, the contact area between the planar heating element and the thin metal plate can be increased in the form of a tube. Accordingly, the heater according to the present invention can reduce power consumption, heat transfer loss, and manufacturing cost, and can minimize the heat capacity of the metal thin plate.

그리고 본 발명에 따른 히터의 외측면에 단열층을 형성함으로써, 면상 발열체에서 발생된 열이 외측으로 방출되어 손실되는 것을 억제할 수 있다. 아울러 단열층은 고체형 담배가 삽입되는 쪽으로 열이 전달될 수 있도록 함으로써, 고체형 담배를 가열하는 시간을 단축하고 전력 사용량을 더욱 더 줄일 수 있다.By forming the heat insulating layer on the outer surface of the heater according to the present invention, the heat generated in the surface heat generating element can be prevented from being released to the outside and lost. In addition, the heat insulating layer can transfer heat to the side where the solid cigarette is inserted, thereby shortening the time for heating the solid cigarette and further reducing the amount of electric power used.

도 1은 본 발명에 따른 고체형 전자 담배를 보여주는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기 가열식 흡연 장치용 히터를 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2의 "A"부분의 확대도이다.
도 4는 도 2의 "B"부분의 확대도이다.
도 5 내지 도 16은 본 발명의 제1 실시예에 따른 히터의 제조 방법에 따른 각 단계들을 보여주는 도면들로서,
도 5는 금속박판을 보여주는 평면도이고,
도 6은 도 5의 6-6선 단면도이고,
도 7은 금속박판의 상부면에 절연층을 형성하는 단계를 보여주는 단면도이고,
도 8은 절연층 위에 금속층을 형성하는 단계를 보여주는 단면도이고,
도 9는 금속층을 패터닝하여 전극 배선 패턴을 형성하는 단계를 보여주는 평면도이고,
도 10은 발열체 조성물을 인쇄하여 복수의 면상 발열체를 형성하는 단계를 보여주는 평면도이고,
도 11은 도 10의 11-11선 단면도이고,
도 12는 전극 배선 패턴 및 복수의 면상 발열체를 덮도록 절연층 위에 덮개층을 형성하는 단계를 보여주는 평면도이고,
도 13은 도 12의 13-13선 단면도이고,
도 14는 접합부 및 전극 배선 패턴을 제외한 부분을 절개하여 판 상의 필름 히터를 제조하는 단계를 보여주는 평면도이고,
도 15는 도 14의 15-15선 단면도이고,
도 16은 금속박판이 안쪽면을 향하도록 필름 히터를 관 형태로 마는 단계를 보여주는 단면도이다.
도 17은 금속박판 스트립 상에 형성된 단위 필름 히터를 보여주는 평면도이다.
도 18은 본 발명의 제2 실시예에 따른 히터를 보여주는 사시도이다.
도 19는 도 18의 "C"부분의 확대도이다.
도 20은 본 발명의 제3 실시예에 따른 히터를 보여주는 단면도이다.
도 21은 본 발명의 제4 실시예에 따른 히터의 필름 히터를 보여주는 평면도이다.
도 22는 타발 전 금속박판 스트립 상에 형성된 제4 실시예에 따른 필름 히터들을 보여주는 사진이다.
도 23은 도 22의 타발 후 시료 5번의 필름 히터의 하부면을 보여주는 사진이다.
도 24는 도 23의 시료 5번의 필름 히터의 상부면을 보여주는 사진이다.
도 25는 시료 5번의 히터에 DC 2V 인가 시의 발열거동을 보여주는 그래프이다.
도 26은 시료 5번 히터의 PWM 제어 모식도이다.
1 is a schematic view showing a solid electronic cigarette according to the present invention.
2 is a perspective view showing a heater for an electric heating smoking apparatus according to a first embodiment of the present invention.
3 is an enlarged view of a portion " A " in Fig.
4 is an enlarged view of a portion " B " in Fig.
5 to 16 are views showing steps of a method of manufacturing a heater according to a first embodiment of the present invention,
5 is a plan view showing a metal thin plate,
FIG. 6 is a sectional view taken along the line 6-6 in FIG. 5,
7 is a cross-sectional view showing a step of forming an insulating layer on the upper surface of the metal thin plate,
8 is a cross-sectional view showing a step of forming a metal layer on an insulating layer,
9 is a plan view showing a step of forming an electrode wiring pattern by patterning a metal layer,
10 is a plan view showing a step of printing a heating element composition to form a plurality of planar heating elements,
11 is a sectional view taken along the line 11-11 in Fig. 10,
12 is a plan view showing a step of forming a cover layer on an insulating layer so as to cover an electrode wiring pattern and a plurality of planar heating elements,
13 is a sectional view taken along line 13 - 13 of FIG. 12,
FIG. 14 is a plan view showing a step of cutting a portion excluding the bonding portion and the electrode wiring pattern to produce a film heater on a plate, FIG.
Fig. 15 is a sectional view taken along the line 15-15 in Fig. 14,
16 is a cross-sectional view showing a step of heating the film heater in the shape of a tube so that the thin metal plate faces the inner surface.
17 is a plan view showing a unit film heater formed on a metal thin plate strip.
18 is a perspective view showing a heater according to a second embodiment of the present invention.
19 is an enlarged view of a portion " C " in Fig.
20 is a sectional view showing a heater according to a third embodiment of the present invention.
21 is a plan view showing a film heater of a heater according to a fourth embodiment of the present invention.
22 is a photograph showing the film heaters according to the fourth embodiment formed on the metal thin plate strip before the punching.
Fig. 23 is a photograph showing the lower surface of the film heater of Sample No. 5 after punching of Fig. 22;
24 is a photograph showing the upper surface of the film heater of sample 5 in Fig.
25 is a graph showing the exothermic behavior when DC 2 V is applied to the heater of sample 5.
26 is a schematic diagram of PWM control of the heater of the sample No. 5.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.In the following description, only parts necessary for understanding embodiments of the present invention will be described, and descriptions of other parts will be omitted to the extent that they do not disturb the gist of the present invention.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings and the inventor is not limited to the meaning of the terms in order to describe his invention in the best way. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely preferred embodiments of the present invention, and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention, so that various equivalents And variations are possible.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 고체형 전자 담배를 보여주는 개략도이다.1 is a schematic view showing a solid electronic cigarette according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 고체형 전자 담배(100)는 고체형 담배(95)와 전기 가열식 흡연 장치(90)를 포함한다. 고체형 전자 담배(100)는 기존의 액상 니코틴을 사용하는 액상형 전자 담배와는 다르게 스틱 형태의 고체형 담배(95)를 전기 가열식 흡연 장치(90)에 꽂아 전기로 가열하여 사용하는 전자 담배이다.Referring to FIG. 1, a solid type electronic cigarette 100 according to the present invention includes a solid cigarette 95 and an electric heating type smoking device 90. The solid electronic cigarette 100 is an electronic cigarette which is inserted into an electric heating type smoking device 90 and heated by electric power, unlike a liquid type electronic cigarette using conventional liquid nicotine.

고체형 담배(95)는 일반적인 연소형 담배와 유사한 형태를 갖는다. 즉 고체형 담배(95)는 연초가 수용되는 연초부(95b)와, 연초부(95b)의 일단부에 형성되며 연초부(95b)를 쪄서 발생되는 에어로졸 속에 포함된 유해물질을 걸러주는 필터부(95a)를 포함한다. 이때 연초부(95b)의 연초는 열로 찔 수 있는 연초로서, 일반적인 연소식 연초와는 구별된다.The solid cigarette 95 has a shape similar to a general soft cigarette. That is, the solid cigarette 95 includes a tobacco portion 95b for receiving the tobacco, a filter portion 95b for filtering harmful substances contained in the aerosol generated by steaming the tobacco portion 95b, (95a). At this time, the tobacco of the tobacco part (95b) is distinguishable from the normal tobacco tobacco, which is heatable.

본 발명에 따른 전기 가열식 흡연 장치(90)는 전기 가열에 의해서 고체형 담배(95)를 찌는 히터(80)를 포함하며, 온도 센서(91)와 제어부(93)를 더 포함할 수 있다.The electric heating smoking apparatus 90 according to the present invention includes a heater 80 that heats the solid cigarette 95 by electric heating and may further include a temperature sensor 91 and a control unit 93.

히터(80)는 양쪽이 개방된 개방구(81,83)가 형성된 관 형태를 가지며, 개방구(81,83)의 한 쪽은 고체형 담배(95)의 일단부가 삽입되는 삽입구(81)로 사용된다. 개방구(81,89)의 다른 쪽, 즉 삽입구(81)의 반대 쪽은 고체형 담배(95)의 가열에 의해 발생된 에어로졸을 고체형 담배(95)의 필터부(95a)를 통하여 흡입할 때 공기가 유입되는 유입구(83)로 사용된다.One of the openings 81 and 83 has an insertion port 81 into which one end of the solid cigarette 95 is inserted, Is used. The other side of the openings 81 and 89, that is, the opposite side of the insertion port 81, sucks the aerosol generated by the heating of the solid cigarette 95 through the filter portion 95a of the solid cigarette 95 It is used as an inlet 83 into which air flows.

이러한 히터(80)는 금속박판을 기저층으로 하는 판 상의 필름 히터를 말아서 제조한다. 히터(80)는 금속박판의 일면에 전원을 인가받아 발열하는 나노탄소입자 기반의 복수의 면상 발열체가 형성된 구조를 갖는다.This heater 80 is manufactured by rolling a plate-like film heater having a thin metal plate as a base layer. The heater 80 has a structure in which a plurality of planar heating elements based on nanocarbon particles are formed by receiving power from one side of a thin metal plate.

온도 센서(91)는 히터(80)에 부착되어 온도를 측정하여 제어부(93)로 전달한다. 온도 센서(91)로는 RTD(Resistance temperature detectors) 타입의 온도 센서가 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.The temperature sensor 91 is attached to the heater 80, measures the temperature, and transmits the measured temperature to the control unit 93. As the temperature sensor 91, a resistance temperature detector (RTD) type temperature sensor may be used, but the present invention is not limited thereto.

그리고 제어부(93)는 온도 센서(91)로부터 전달받은 온도를 기반으로 히터(80)의 온/오프를 제어한다. 즉 제어부(93)는 삽입구로 삽입된 고체형 담배(95)로 적정 온도의 열을 전달할 수 있도록, 온도 센서(91)로부터 전달받은 온도를 기반으로 히터(80)의 온/오프를 제어한다. 제어부(93)는 삽입구에서 고체형 담배(95)에서 분리되면, 히터(80)를 오프시킨다.The controller 93 controls the on / off state of the heater 80 based on the temperature received from the temperature sensor 91. That is, the control unit 93 controls the on / off of the heater 80 on the basis of the temperature received from the temperature sensor 91 so that the cigarette 95 inserted in the insertion hole can transmit the heat of the proper temperature. The control unit 93 turns off the heater 80 when it is separated from the solid cigarette 95 at the insertion port.

이때 제어부(91)는 히터(80)의 온/오프를 PWM(pulse width modulation) 방식으로 제어할 수 있다. 여기서 PWM 방식이란 펄스 변조 방식의 하나로, 변조 신호의 크기에 따라서 펄스의 듀티비를 변화시켜 제어하는 방식을 말한다. 즉 PWM 제어는 듀티비를 조절함으로써 제어값을 조정하게 되며, 펄스 신호의 듀티비가 변함으로써 이 펄스 신호의 평균값이 변하게 되고 이러한 평균값을 제어 신호값으로 사용하는 것이다.At this time, the controller 91 can control the ON / OFF of the heater 80 by a pulse width modulation (PWM) method. Here, the PWM method is one of the pulse modulation methods, and refers to a method in which the duty ratio of pulses is controlled in accordance with the magnitude of the modulation signal. That is, the PWM control adjusts the control value by adjusting the duty ratio, and the duty ratio of the pulse signal changes, so that the average value of the pulse signal changes and the average value is used as the control signal value.

제어부(91)는 PWM 방식의 제어를 통하여, 히터(80)로 발생시킬 수 있는 온도 범위 중 고체형 담배(95)를 가열할 수 있는 적정 온도를 유지할 수 있도록 히터(80)를 온/오프시킬 수 있다. 즉 제어부(91)는 히터(80)의 빠른 가열 속도를 이용하여 초기 수초 간 350 내지 400℃로 피크 히팅(peak heating)한 후, 250 내지 350℃로 유지하도록 PWM 제어를 수행한다. 이로 인해 히터(80)에 삽입되는 고체형 담배(95)를 신속하게 가열시킬 수 있다. PWM 제어를 통하여 히터(80)의 높은 발열량으로 인한 히터(80)의 내구성 및 수명이 저하되는 것을 억제하여 히터(80)를 안정적으로 구동시킬 수 있다.The control unit 91 controls the heater 80 to turn on and off so as to maintain a proper temperature at which the solid cigarette 95 can be heated in a temperature range that can be generated by the heater 80, . That is, the control unit 91 performs peak-heating at 350 to 400 ° C for a few seconds in the initial period using the rapid heating rate of the heater 80, and then performs PWM control to maintain the temperature at 250 to 350 ° C. Thus, the solid cigarette 95 inserted into the heater 80 can be rapidly heated. The heater 80 can be stably driven by suppressing the durability and the service life of the heater 80 due to the high heating value of the heater 80 through the PWM control.

한편 도시하진 않았지만 본 발명에 따른 전기 가열식 흡연 장치(90)는 히터(80)로 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함한다. 전원 공급부로는 일차전지 또는 이차전지가 사용될 수 있다.Although not shown, the electric heating smoking apparatus 90 according to the present invention includes a power supply unit for supplying electric power to the heater 80. The power supply unit may be a primary battery or a secondary battery.

이와 같은 본 발명에 따른 전기 가열식 흡연 장치(90)에 사용되는 히터(80,180,280)에 대해서 도 2 내지 도 21을 참조하여 설명하면 다음과 같다.The heaters 80, 180, and 280 used in the electric heating smoking device 90 according to the present invention will now be described with reference to FIGS. 2 to 21. FIG.

[제1 실시예][First Embodiment]

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기 가열식 흡연 장치용 히터를 보여주는 사시도이다. 도 3은 도 2의 "A"부분의 확대도이다. 그리고 도 4는 도 2의 "B"부분의 확대도이다.2 is a perspective view showing a heater for an electric heating smoking apparatus according to a first embodiment of the present invention. 3 is an enlarged view of a portion " A " in Fig. And Fig. 4 is an enlarged view of a portion "B" in Fig.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 제1 실시예에 따른 히터(80)는 고체형 담배의 일단부가 삽입되는 개방구(81,83)가 형성된 관 형태를 가지며, 금속박판(10), 절연층(20), 전극 배선 패턴(30), 복수의 면상 발열체(40) 및 덮개층(50)을 포함한다. 여기서 금속박판(10)은 관 형태를 갖는다. 절연층(20)은 금속박판(10)의 일면을 덮는다. 전극 배선 패턴(30)은 절연층(20) 위에 형성된다. 복수의 면상 발열체(40)는 전극 배선 패턴(30)에 연결되게 나노탄소입자 기반의 발열체 조성물을 절연층(20) 위에 인쇄하여 형성되며, 전극 배선 패턴(30)으로부터 전원을 인가받아 발열한다. 그리고 덮개층(50)은 복수의 면상 발열체(40)가 형성된 절연층(20)을 덮는다.2 to 4, the heater 80 according to the first embodiment has a tube shape in which openings 81 and 83 for inserting one end of a solid cigarette are formed, and the metal thin plate 10, An electrode wiring pattern 30, a plurality of planar heating elements 40, and a cover layer 50. The planar heating elements 40, Here, the thin metal plate 10 has a tube shape. The insulating layer (20) covers one side of the thin metal plate (10). The electrode wiring pattern 30 is formed on the insulating layer 20. The plurality of planar heating elements 40 are formed by printing a heating element composition based on nano carbon particles on the insulating layer 20 so as to be connected to the electrode wiring patterns 30 and receive power from the electrode wiring patterns 30 to generate heat. The cover layer 50 covers the insulating layer 20 on which a plurality of surface heat emission elements 40 are formed.

이와 같은 제1 실시예에 따른 히터(80)는 금속박판(10)이 안쪽에 위치하고, 덮개층(50)이 외측에 위치하는 구조를 갖는다. 즉 제1 실시예에 따른 히터(80)는 금속박판(10)의 외측면에 절연층(20), 전극 배선 패턴(30), 복수의 면상 발열체(40) 및 덮개층(50)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.The heater 80 according to the first embodiment has a structure in which the thin metal plate 10 is located on the inner side and the lid layer 50 is located on the outer side. That is, the heater 80 according to the first embodiment has the structure in which the insulating layer 20, the electrode wiring pattern 30, the plurality of surface heating elements 40, and the cover layer 50 are sequentially formed on the outer surface of the thin metal plate 10 And has a laminated structure.

금속박판(10)은 절연층(20), 전극 배선 패턴(30), 복수의 면상 발열체(40) 및 덮개층(50)을 형성할 수 있는 기저층이다. 금속박판(10)은 하부면(11)과, 하부면(11)에 반대되는 상부면(13)을 갖는다. 금속박판(10)의 소재로는 알루미늄, 구리, 니켈, 스테인리스 스틸, 황동 또는 이들의 합금이 사용될 수 있다. 이때 황동은 구리와 아연을 포함하는 구리합금으로, 추가적으로 As, P, Al, Si 등이 소량 포함할 수 있다. 황동으로는 아연의 함량이 50 중량%이하인 황동을 사용할 수 있다.The thin metal sheet 10 is a base layer capable of forming an insulating layer 20, an electrode wiring pattern 30, a plurality of surface heating elements 40 and a cover layer 50. The metal foil 10 has a lower surface 11 and an upper surface 13 opposite the lower surface 11. As the material of the thin metal plate 10, aluminum, copper, nickel, stainless steel, brass or an alloy thereof may be used. At this time, the brass is a copper alloy containing copper and zinc, and may further contain a small amount of As, P, Al, and Si. As the brass, brass having a zinc content of 50% by weight or less can be used.

절연층(20)은 금속박판(10)의 상부면(13)에 코팅 또는 캐스팅으로 형성된다. 절연층(20)의 소재로는 플라스틱 소재가 사용될 수 있다. 예컨대 절연층(20)의 소재로는 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르술폰(polyethersulphone; PES), 폴리아크릴레이트(polyacrylate: PAR), 폴리에테르이미드(polyetherimide; PEI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethyelenen napthalate; PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethyeleneterepthalate; PET), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리카보네이트(PC), 셀룰로오스 트리아세테이트(cellulose triacetate; CTA) 또는 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinonate; CAP)가 사용될 수 있으며, 나열된 것들로 한정되는 것은 아니다.The insulating layer 20 is formed on the upper surface 13 of the thin metal plate 10 by coating or casting. As the material of the insulating layer 20, a plastic material can be used. For example, the insulating layer 20 may be formed of a material such as polyimide, polyethersulphone (PES), polyacrylate (PAR), polyetherimide (PEI), polyethyelenene naphthalate PEN, polyethyeleneterephthalate (PET), polyphenylene sulfide (PPS), polyallylate, polycarbonate (PC), cellulose triacetate (CTA), or cellulose acetate propionate Cellulose acetate propinonate (CAP) may be used and is not limited to those listed.

절연층(20)의 소재로 절연 잉크 조성물이 사용될 수 있다. 예컨대 절연 잉크 조성물은 혼합 바인더, 무기 나노 입자, 분산제 및 유기 용매를 포함한다. 절연 잉크 조성물은 무기 필러, 레벨링제를 더 포함할 수 있다.As the material of the insulating layer 20, an insulating ink composition may be used. For example, the insulating ink composition includes a mixed binder, an inorganic nanoparticle, a dispersant, and an organic solvent. The insulating ink composition may further include an inorganic filler and a leveling agent.

절연 잉크 조성물은 유기 용매의 사용량을 조절함으로써, 도료 또는 용액 형태로 구현할 수 있다.The insulating ink composition can be implemented in the form of a coating or a solution by controlling the amount of the organic solvent used.

그리고 절연 잉크 조성물은, 절연 잉크 조성물 100 중량부에 대하여 혼합 바인더 8 내지 10 중량부, 무기 나노 입자 0.001 내지 0.5 중량부, 유기 용매20 내지 80 중량부, 및 분산제는 0.5 내지 5 중량부를 포함한다.The insulating ink composition includes 8 to 10 parts by weight of a mixed binder, 0.001 to 0.5 parts by weight of inorganic nanoparticles, 20 to 80 parts by weight of an organic solvent, and 0.5 to 5 parts by weight of a dispersant, based on 100 parts by weight of the insulating ink composition.

여기서 혼합 바인더, 분산제, 유기 용매, 레벨링제는 후술될 발열체 조성물에 포함된 혼합 바인더, 분산제, 유기 용매, 레벨링제와 동일한 소재가 사용될 수 있다.The mixed binder, dispersant, organic solvent, and leveling agent may be the same materials as the mixed binder, dispersant, organic solvent, and leveling agent included in the heating element composition described later.

무기 나노 입자는 그래핀 산화물(Graphene oxide; GO) 입자, 부분적으로 환원된 그래핀 산화물 입자(partially reduced graphene oxide particle) 또는 직경이 나노크기인 전도성 카본 입자를 포함한다. 무기 나노 입자는 절연 잉크 조성물의 내열성과 절연성을 강화한다.The inorganic nanoparticles include graphene oxide (GO) particles, partially reduced graphene oxide particles, or conductive carbon particles of nanometer-sized diameter. The inorganic nanoparticles enhance the heat resistance and insulation of the insulating ink composition.

무기 나노 입자는, 절연 잉크 조성물 100 중량부에 대해서, 0.001 내지 0.5 중량부를 포함한다. 이로 인해 전도성 카본 입자는 혼합 바인더가 형성하는 메트릭스 사이에 아일랜드 형태로 분포할 수 있다.The inorganic nanoparticles include 0.001 to 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the insulating ink composition. As a result, the conductive carbon particles can be distributed in island form between the matrix formed by the mixed binder.

그래핀 산화물 입자는 120층 이내에서 절연성을 가지며, 부분적으로 흑연화(graphitization)된 입자이다.Graphene oxide particles are insulated within 120 layers and are partially graphitized particles.

그래핀 산화물 입자는 다양한 관능기를 가지고 있다. 이러한 다양한 관능기를 이용하여 그래핀 산화물 입자는 유기 바인더인 혼합 바인더와 직접적인 화학적 공유 결합을 유도할 수 있다. 이로 인해 절연 잉크 조성물은 300℃ 부근 온도에서도 안정적인 내열성을 갖는다.Graphene oxide particles have various functional groups. Using these various functional groups, graphene oxide particles can induce direct chemical covalent bonding with the organic binder binder. Thus, the insulating ink composition has stable heat resistance even at a temperature of around 300 캜.

그래핀 산화물 입자는 표면과 에지부에 카르복실, 아민, 이민, 하이드록실, 카로보닐, 락톤 등의 다양한 화학적 반응성이 우수한 관능기를 가지고 있다. 그래핀 산화물 입자에 포함된 관능기는 디이소시아네이트, 페놀, 에폭시에 포함된 관능기와 화학적 공유결합이 가능하다. 따라서 그래핀 산화물 입자는 혼합 바인더에 포함되는 에폭시 아크릴레이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 및 페놀계 수지와 화학적 공유 결합을 형성한다. 이러한 그래핀 산화물 입자와 혼합 바인더 간의 화학적 공유 결합은 3차원 네트워크를 형성하고, 고분자 사슬의 움직임을 억제하는 효과가 있기 때문에, 유리전이도 및 분해개시온도의 상승을 유발할 수 있다.The graphene oxide particles have functional groups with excellent chemical reactivity such as carboxyl, amine, imine, hydroxyl, carbonyl, and lactone on the surface and edge. The functional groups contained in graphene oxide particles can be chemically covalently bonded to functional groups contained in diisocyanate, phenol, and epoxy. Thus, graphene oxide particles form chemical covalent bonds with the epoxy acrylate, hexamethylene diisocyanate and phenolic resin contained in the mixed binder. The chemical covalent bond between the graphene oxide particles and the binder binder forms a three-dimensional network and inhibits the movement of the polymer chains, which can lead to an increase in the glass transition temperature and the decomposition initiation temperature.

그래핀 산화물 입자는 전술된 바와 같이 표면과 에지부에 다수의 관능기를 갖고 있기 때문에, 혼합 바인더 및 유기 용매에 양호한 분산성을 나타낸다.Since the graphene oxide particles have a large number of functional groups on the surface and the edge portion as described above, they exhibit good dispersibility in the mixed binder and the organic solvent.

전도성 카본 입자는 카본블랙 또는 20층 이하의 그라파이트 입자를 포함할 수 있다. 그라파이트 입자는 2㎛ 미만의 직경을 가질 수 있다. 그라파이트 입자의 직경이 2㎛를 초과하는 경우, 임펄스 파괴강도가 낮아지는 문제가 발생될 수 있기 때문이다.The conductive carbon particles may include carbon black or 20 or less layers of graphite particles. The graphite particles may have a diameter of less than 2 탆. If the diameter of the graphite particles exceeds 2 mu m, the impulse breaking strength may be lowered.

한편 전도성 카본 입자로서 탄소나노튜브, 카본 파이버와 같은 침상형은 바람직하지 못한다. 이유는 침상형의 탄소나노튜브 또는 카본 파이버는 작은 함량으로도 전기적 네트워크를 형성할 수 있기 때문에, 절연층(20)을 형성하기 위한 절연 잉크 조성물의 성분으로는 적합하지 못하다.On the other hand, the conductive carbon particles, such as carbon nanotubes and carbon fibers, are not preferable. The reason is that acicular carbon nanotubes or carbon fibers are not suitable as a component of the insulating ink composition for forming the insulating layer 20 because they can form an electric network with a small content.

무기 필러는 절연 잉크 조성물을 이용하여 형성하는 절연층(20)의 표면강도 및 내흡습 특성 등과 같은 신뢰성을 향상시키기 위한 목적으로 첨가할 수 있다. 무기 필러는, 절연 잉크 조성물 100 중량부에 대해서, 10 내지 70 중량부를 포함할 수 있다. 무기 필러로는 입자 크기가 50nm 내지 2㎛인 용융 실리카 입자 또는 알루미나 입자가 사용될 수 있다. 패킹율(packing ratio)을 증가시키기 위해서, 용융 실리카 입자는 2종 이상의 입도를 갖는 입자를 사용할 수 있다.The inorganic filler may be added for the purpose of improving reliability such as surface strength and moisture absorption properties of the insulating layer 20 formed using an insulating ink composition. The inorganic filler may include 10 to 70 parts by weight based on 100 parts by weight of the insulating ink composition. As the inorganic filler, fused silica particles or alumina particles having a particle size of 50 nm to 2 占 퐉 may be used. In order to increase the packing ratio, the fused silica particles may use particles having two or more particle sizes.

이와 같이 절연층(20)은 금속박판(10) 위에 코팅 또는 캐스팅으로 형성되기 때문에, 금속박판(10)에 절연층(20)을 형성하기 위해서 별도의 접착제를 사용할 필요가 없다.Since the insulating layer 20 is formed on the thin metal plate 10 by coating or casting, it is not necessary to use a separate adhesive to form the insulating layer 20 on the thin metal plate 10. [

절연층(20)은 금속박판(10)의 양단부의 양쪽에 형성된다. 절연층(20) 밖으로 노출된 금속박판(10)의 양단부는 접합부(17)로 사용된다. 접합부(17)는 판 형으로 제조된 필름 히터를 말아서 양단부를 접합할 때 접합되는 부분이다.The insulating layer 20 is formed on both sides of both ends of the thin metal plate 10. Both ends of the thin metal plate 10 exposed out of the insulating layer 20 are used as the bonding portions 17. [ The joining portion 17 is a portion to be joined when the both ends are rolled by rolling a film heater made in a plate shape.

전극 배선 패턴(30)은 절연층(20) 위에 형성되며, 외부에서 인가되는 전원을 면상 발열체(40)로 공급한다. 전극 배선 패턴(30)은 전압 강하(voltage drop)를 최소화할 수 있도록 금속 소재로 형성될 수 있다. 전극 배선 패턴(30)을 형성하는 금속 소재로는 은, 알루미늄, 구리, 니켈, 스테인리스 스틸, 황동 또는 이들의 합금이 사용될 수 있다.The electrode wiring pattern 30 is formed on the insulating layer 20 and supplies a power source externally applied to the surface heating element 40. The electrode wiring pattern 30 may be formed of a metal material so as to minimize a voltage drop. As the metal material forming the electrode wiring pattern 30, silver, aluminum, copper, nickel, stainless steel, brass or an alloy thereof can be used.

전극 배선 패턴(30)은 금속박을 이용한 에칭 방법 또는 금속 페이스트를 이용한 인쇄 방법으로 형성할 수 있다. 즉 전극 배선 패턴(30)은 절연층(20) 위에 금속박을 적층한 후 에칭 방법으로 패터닝하여 형성할 수 있다. 또는 전극 배선 패턴(30)은 금속 페이스트를 절연층(20) 위에 인쇄하여 형성할 수 있다.The electrode wiring pattern 30 can be formed by an etching method using a metal foil or a printing method using a metal paste. That is, the electrode wiring pattern 30 can be formed by laminating a metal foil on the insulating layer 20 and then patterning it by an etching method. Or the electrode wiring pattern 30 may be formed by printing a metal paste on the insulating layer 20.

면상 발열체(40)는 전극 배선 패턴(30)에 연결하도록 형성된다. 면상 발열체(40)는 발열체 조성물을 전극 배선 패턴(30)에 연결하도록 인쇄한 후, 열경화 및 에이징하여 형성할 수 있다. 발열 조성물의 인쇄 방법으로는 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄(내지 롤투롤 그라비아 인쇄), 콤마 코팅(내지 롤투롤 콤마코팅), 플렉소, 임프린팅, 옵셋 인쇄 등이 사용될 수 있다. 열경화는 100℃ 내지 180℃에서 수행하고, 에이징은 250 내지 350℃에서 수행할 수 있다. 이와 같이 면상 발열체(40)를 열경화 후 에이징하여 형성하는 이유는 면상 발열체(40)의 고온 안정성을 확보하기 위해서이다.The planar heating element 40 is formed to be connected to the electrode wiring pattern 30. The area heating element 40 can be formed by printing so as to connect the heating element composition to the electrode wiring pattern 30, followed by thermosetting and aging. As the printing method of the exothermic composition, screen printing, gravure printing (to roll to roll gravure printing), comma coating (to roll to roll comma coating), flexo, imprinting, offset printing and the like can be used. Thermal curing may be performed at 100 ° C to 180 ° C, and aging may be performed at 250 ° C to 350 ° C. The reason why the surface heat emission element 40 is formed by aging after thermosetting is to ensure the high temperature stability of the surface heat emission element 40.

면상 발열체(40)는 절연층(20) 위에 수평 방향으로 배열되게 형성된다. 즉 면상 발열체(40)는 n행m렬(n, m은 2 이상의 자연수)로 절연층(20) 위에 형성될 수 있다. 이때 전극 배선 패턴(30)은 절연층(20) 위에 형성되는 복수의 면상 발열체(40)를 병렬로 연결하도록 형성된다.The planar heating elements 40 are formed to be arranged in the horizontal direction on the insulating layer 20. That is, the area heating element 40 may be formed on the insulating layer 20 in an n row m column (n, m is a natural number of 2 or more). At this time, the electrode wiring pattern 30 is formed to connect the plurality of surface heat emission elements 40 formed on the insulating layer 20 in parallel.

이러한 면상 발열체(40)를 형성하는 발열체 조성물은 혼합 바인더 및 나노탄소입자 기반의 전도성 입자를 포함한다. 면상 발열체(40)를 형성하기 위해서, 인쇄 공정에 투입되는 발열체 조성물은 혼합 바인더 및 전도성 입자 이외에, 유기 용매와 분산제를 더 포함한다.The heating element composition for forming the planar heating element 40 includes a mixed binder and conductive particles based on nano carbon particles. In order to form the surface heating element 40, the heating element composition to be fed into the printing step further includes an organic solvent and a dispersing agent in addition to the mixed binder and the conductive particles.

발열체 조성물은 발열체 조성물 100 중량부에 대해서, 혼합 바인더 5 내지 30 중량부, 전도성 입자 0.7 내지 60 중량부, 유기 용매 29 내지 80 중량부, 및 분산제 0.5 내지 5 중량부를 포함할 수 있다.The heating element composition may include 5 to 30 parts by weight of the mixed binder, 0.7 to 60 parts by weight of the conductive particles, 29 to 80 parts by weight of the organic solvent, and 0.5 to 5 parts by weight of the dispersing agent, based on 100 parts by weight of the heating element composition.

전도성 입자는 전도성을 갖는 나노 크기의 탄소 입자를 포함하고, 금속 분말을 더 포함할 수 있다. 탄소 입자로는 탄소나노튜브 입자 또는 그라파이트 입자가 사용될 수 있다. 금속 분말로는 은, 구리 또는 니켈 소재의 분말이 사용될 수 있다. 예컨대 전도성 입자는 발열 조성물 100 중량부에 대하여 탄소나노튜브 입자 0.1 내지 5 중량부, 그라파이트 입자 0.1 내지 20 중량부 또는 금속 분말 10 내지 60 중량부를 포함할 수 있다.The conductive particles include nano-sized carbon particles having conductivity, and may further include a metal powder. As the carbon particles, carbon nanotube particles or graphite particles can be used. As the metal powder, powders of silver, copper or nickel may be used. For example, the conductive particles may include 0.1 to 5 parts by weight of carbon nanotube particles, 0.1 to 20 parts by weight of graphite particles or 10 to 60 parts by weight of metal powder with respect to 100 parts by weight of the exothermic composition.

탄소나노튜브 입자는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 또는 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 예컨대 탄소나노튜브 입자는 다중벽 탄소나노튜브(multi wall carbon nanotube)일 수 있다. 탄소나노튜브 입자가 다중벽 탄소나노튜브일 때, 직경은 1nm 내지 20nm 일 수 있고, 길이는 1㎛ 내지 100㎛일 수 있다.The carbon nanotube particles can be selected from single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, or mixtures thereof. For example, the carbon nanotube particles may be multi wall carbon nanotubes. When the carbon nanotube particles are multi-walled carbon nanotubes, the diameter may be 1 nm to 20 nm, and the length may be 1 to 100 mu m.

그라파이트 입자는 직경이 1㎛ 내지 25㎛일 수 있고, 두께가 1nm 내지 25㎛일 수 있다.The graphite particles may have a diameter of 1 탆 to 25 탆 and a thickness of 1 nm to 25 탆.

금속 분말은 은, 구리 또는 니켈 소재의 분말을 포함한다. 은 분말의 경우, 플레이크, 구형, 다각형 판상, 막대(rod) 등의 형태를 가질 수 있다. 구리 분말로는 은이 코팅된 구리(Ag coated Cu) 분말, 니켈이 코팅된 구리(Ni coated Cu) 분말 등이 사용될 수 있다. 그리고 니켈 분말로는 은이 코팅된 니켈(Ag coated Ni) 분말이 사용될 수 있다.The metal powders include powders of silver, copper or nickel. In the case of silver powder, it may have the form of a flake, a sphere, a polygonal plate, a rod, or the like. As the copper powder, silver coated Cu powder and nickel coated Cu powder can be used. As the nickel powder, silver coated Ni powder may be used.

탄소 입자와 금속 분말을 포함하는 발열체 조성물로 면상 발열체(40)를 형성하는 경우, 금속 분말이 주 전기적 네트워크를 형성하고, 금속 분말 사이의 공간에 탄소 입자가 채워져 3차원 랜덤 네트워크 구조를 형성한다.When the planar heating element 40 is formed of the heating element composition including the carbon particles and the metal powder, the metal powder forms the main electrical network, and the space between the metal powders is filled with carbon particles to form a three-dimensional random network structure.

이와 같이 발열체 조성물은 탄소 입자와 금속 분말을 포함함으로써, 면상 발열체(40)의 에너지 효율 및 발열 속도를 높일 수 있다. 즉 금속 분말은 흑체 복사 기능을 갖지 않는다. 하지만 발열체 조성물에 탄소 입자를 포함시킴으로써, 흑체 복사 기능을 구현할 수 있다. 탄소 입자로 인해서 면상 발열체(40)의 내열성을 높일 수 있다. 그리고 탄소 입자로 인해서, 면상 발열체(40)의 발열 속도 및 에너지 효율을 높일 수 있다.As described above, the heating element composition includes the carbon particles and the metal powder, so that the energy efficiency and heat generation rate of the surface heating element 40 can be increased. That is, the metal powder has no blackbody radiation function. However, by including carbon particles in the heating element composition, the black body radiation function can be realized. The heat resistance of the planar heating element 40 can be increased due to the carbon particles. Due to the carbon particles, the heat generation rate and energy efficiency of the surface heating element 40 can be increased.

면상 발열체(40)의 비저항은 전체 고형분 중 탄소 입자 또는 금속 분말의 함량에 의해 결정될 수 있다. 예컨대 1×10-2Ω㎝ 영역대까지는 탄소 입자만으로 비저항 조절이 가능하나, 그 이하의 영역은 금속 분말의 추가적인 도입이 필요하다. 면상 발열체(40)는 9×10-2 내지 1.1×10-3 Ω㎝의 비저항을 가질 수 있다.The specific resistance of the area heating element 40 can be determined by the content of carbon particles or metal powder in the total solid content. For example, it is possible to control the resistivity by only carbon particles up to the area of 1 × 10 -2 Ω cm, but further introduction of the metal powder is required in the area below the area. A planar heating element 40 may have a specific resistance of 9 × 10 -2 to 1.1 × 10 -3 Ω㎝.

혼합 바인더는 300℃ 가량의 온도에서도 내열성을 가질 수 있도록, 페놀계 수지, 아세탈계 수지, 이소시아네이트계 수지 및 에폭시계 수지 중 적어도 2종을 포함한다. 예컨대 혼합 바인더는 에폭시(epoxy), 에폭시 아크릴레이트(epoxy acrylate), 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지 중 적어도 2종을 포함한다.The mixed binder includes at least two of a phenol resin, an acetal resin, an isocyanate resin and an epoxy resin so as to have heat resistance even at a temperature of about 300 ° C. For example, the mixed binder includes at least two of epoxy, epoxy acrylate, hexamethylene diisocyanate, polyvinyl acetal, and phenolic resin.

예컨대 혼합 바인더는 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지를 포함하거나 에폭시 아크릴레이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지를 포함할 수 있다. 여기서 혼합 바인더는, 에폭시 아크릴레이트 또는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 100 중량부에 대하여 폴리비닐 아세탈 수지 10 내지 150 중량부, 페놀계 수지 100 내지 500 중량부를 포함할 수 있다. 페놀계 수지가 에폭시 아크릴레이트 또는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 100 중량부에 대하여 100 중량부 이하인 경우 내열성이 저하되고, 500 중량부를 초과하는 경우 면상 발열체(40)의 유연성이 저하되어 취성이 강해질 수 있다.For example, the mixed binder may include hexamethylene diisocyanate, polyvinyl acetal, and phenolic resin or may include epoxy acrylate, polyvinyl acetal, and phenolic resin. Wherein the mixed binder may include 10 to 150 parts by weight of a polyvinyl acetal resin and 100 to 500 parts by weight of a phenolic resin based on 100 parts by weight of epoxy acrylate or hexamethylene diisocyanate. When the phenolic resin is 100 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the epoxy acrylate or hexamethylene diisocyanate, the heat resistance is lowered. When the amount is more than 500 parts by weight, the flexibility of the surface heat emission element 40 is lowered and the brittleness may be increased.

이와 같이 혼합 바인더의 내열성을 높임으로써, 면상 발열체(40)를 300℃ 가량의 고온으로 발열시키는 경우에도, 면상 발열체(40)의 저항 변화나 파손을 억제할 수 있다.By increasing the heat resistance of the mixed binder in this way, even when the area heating element 40 is heated to a high temperature of 300 deg. C or less, the resistance change or breakage of the area heating element 40 can be suppressed.

여기에서 페놀계 수지는 페놀 및 페놀 유도체를 포함하는 페놀계 화합물을 의미한다. 예컨대 페놀 유도체는 p-크레졸(p-Cresol), o-구아야콜(o-Guaiacol), 크레오졸(Creosol), 카테콜(Catechol), 3-메톡시-1,2-벤젠디올(3-methoxy-1,2-Benzenediol), 호모카테콜(Homocatechol), 비닐구아야콜(Vinylguaiacol), 시링콜(Syringol), 이소-유제놀(Iso-eugenol), 메톡시 유제놀(Methoxyeugenol), o-크레졸(o-Cresol), 3-메틸-1,2-벤젠디올 (3-methyl-1,2-Benzenediol), (z)-2-메톡시-4-(1-프로페닐)-페놀((z)-2-methoxy-4-(1-propenyl)-Phenol), 2,6-디에톡시-4-(2-프로페닐)-페놀(2,6-dimethoxy-4-(2-propenyl)-Phenol), 3,4-디메톡시-페놀(3,4-dimethoxy-Phenol), 4-에틸-1,3-벤젠디올(4-ethyl-1,3-Benzenediol), 레졸 페놀(Resole phenol), 4-메틸-1,2-벤젠디올(4-methyl-1,2-Benzenediol), 1,2,4-벤젠트리올(1,2,4-Benzenetriol), 2-메톡시-6-메틸페놀(2-Methoxy-6-methylphenol), 2-메톡시-4-비닐페놀(2-Methoxy-4-vinylphenol) 또는 4-에틸-2-메톡시-페놀(4-ethyl-2-methoxy-Phenol) 등이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.Here, the phenolic resin means a phenolic compound including phenol and phenol derivatives. For example, phenol derivatives include p-cresol, o-Guaiacol, Creosol, Catechol, 3-methoxy-1,2-benzenediol (3- methoxy-1,2-benzenediol, Homocatechol, Vinylguaiacol, Syringol, Iso-eugenol, Methoxyeugenol, o- Cresol, 3-methyl-1,2-benzenediol and (z) -2-methoxy-4- (1-propenyl) -phenol 2-methoxy-4- (1-propenyl) -phenol, 2,6-dimethoxy-4- (2-propenyl) Phenol, 3,4-dimethoxy-Phenol, 4-ethyl-1,3-benzenediol, Resole phenol, 4-methyl-1,2-benzenediol, 1,2,4-benzene triol, 2-methoxy-6-methylphenol 2-Methoxy-6-methylphenol, 2-Methoxy-4-vinylphenol or 4-ethyl-2-methoxy- , Etc. It is not.

유기 용매는 전도성 입자 및 혼합 바인더를 분산시키기 위한 것으로, 카비톨 아세테이트(Carbitol acetate), 부틸 카비톨 아세테이트(Butyl carbotol acetate), DBE(dibasic ester), 에틸카비톨, 에틸카비톨아세테이트, 디프로필렌글리콜메틸에테르, 셀로솔브아세테이트, 부틸셀로솔브아세테이트, 부탄올(Butanol) 및 옥탄올(Octanol) 중에서 선택되는 2 이상의 혼합 용매일 수 있다.The organic solvent is used for dispersing the conductive particles and the binder. The organic solvent is selected from the group consisting of Carbitol acetate, Butyl carbotol acetate, DBE (dibasic ester), Ethyl Carbitol, Ethyl Carbitol Acetate, Dipropylene Glycol Methyl ether, cellosolve acetate, butyl cellosolve acetate, butanol, and octanol.

한편, 분산을 위한 공정은 통상적으로 사용되는 다양한 방법들이 적용될 수 있으며, 예를 들면 초음파처리(Ultra-sonication), 롤밀(Roll mill), 비드밀(Bead mill) 또는 볼밀(Ball mill) 과정을 통해 이루어질 수 있다.Meanwhile, various methods commonly used may be applied to the dispersion process. For example, ultrasonic treatment (roll-milling), bead milling or ball milling Lt; / RTI >

그리고 분산제는 전도성 입자의 분산을 보다 원활히 위한 것으로, BYK류와 같이 당업계에서 이용되는 통상의 분산제, Triton X-100과 같은 양쪽성 계면활성제, SDS 등과 같은 이온성 계면활성제를 이용할 수 있다.Dispersing agents are used for smoother dispersion of conductive particles. Common dispersants used in the art such as BYK, amphoteric surfactants such as Triton X-100, and ionic surfactants such as SDS can be used.

또한 발열체 조성물은 발열체 조성물 100 중량부에 대하여, 첨가제로서 실란 커플링제 0.1 내지 5 중량부를 더 포함할 수 있다.The heating element composition may further comprise 0.1 to 5 parts by weight of a silane coupling agent as an additive to 100 parts by weight of the heating element composition.

실란 커플링제는 발열체 조성물의 배합 시에 수지들 간에 접착력을 증진시키는 접착증진제 기능을 한다. 실란 커플링제는 에폭시 함유 실란 또는 머켑토 함유 실란일 수 있다. 이러한 실란 커플링제의 예로는 에폭시가 함유된 것으로 2-(3,4 에폭시 사이클로헥실)-에틸트리메톡시실란, 3-글리시독시트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란이 있고, 아민기가 함유된 것으로 N-2(아미노에틸)3-아미토프로필메틸디메톡시실란, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필트리메톡시실란, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-트리에톡시실리-N-(1,3-디메틸뷰틸리덴)프로필아민, N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란이 있으며, 머켑토가 함유된 것으로 3-머켑토프로필메틸디메톡시실란, 3-머켑토프로필트리에톡시실란, 이소시아네이트가 함유된 3-이소시아네이트프로필트리에톡시실란 등이 있으며, 이것에 한정되지 않는다.The silane coupling agent functions as an adhesion promoter for enhancing the adhesion force between the resins when the heating element composition is compounded. The silane coupling agent may be an epoxy-containing silane or a mercaptan-containing silane. Examples of such silane coupling agents include epoxy-containing 2- (3,4-epoxycyclohexyl) -ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxytrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, (Aminoethyl) 3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-2 (aminoethyl) 3-aminopropyltrimethoxysilane having an amine group and N-2 , N-2 (aminoethyl) 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-triethoxysilyl- Propylamine, N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane, 3-mercaptopropyltriethoxysilane, isocyanate, 3-isocyanate propyltriethoxysilane, and the like, but is not limited thereto.

또한 발열체 조성물은 발열체 조성물 100 중량부에 대하여, 첨가제로서 세라믹 입자 0.5 내지 20 중량부를 더 포함할 수 있다. 세라믹 입자는 면상 발열체(40)의 열용량을 증가시킨다. 이러한 세라믹 입자로는 유리 입자 또는 실리콘 입자가 사용될 수 있다.The heating element composition may further comprise 0.5 to 20 parts by weight of ceramic particles as an additive to 100 parts by weight of the heating element composition. The ceramic particles increase the heat capacity of the surface heating element 40. As such ceramic particles, glass particles or silicon particles can be used.

또한 발열체 조성물은 발열체 조성물 100 중량부에 대하여, 첨가제로서 그래핀 산화물 입자 0.0001 내지 1 중량부를 더 포함할 수 있다. 여기서 그래핀 산화물 입자로는 1층 내지 20층 이내의 절연성을 가지며, 부분적으로 흑연화(graphitization)된 입자가 사용된다.Further, the heating element composition may further comprise 0.0001 to 1 part by weight of graphene oxide particles as an additive to 100 parts by weight of the heating element composition. Herein graphene oxide particles have an insulating property within 1 to 20 layers, and partially graphitized particles are used.

그래핀 산화물 입자는 다양한 관능기를 가지고 있다. 이러한 다양한 관능기를 이용하여 그래핀 산화물 입자는 유기 바인더인 혼합 바인더와 직접적인 화학적 공유 결합을 유도할 수 있다. 이로 인해 본 발명에 따른 발열 조성물은 300℃ 부근 온도에서도 안정적인 내열성을 갖는다.Graphene oxide particles have various functional groups. Using these various functional groups, graphene oxide particles can induce direct chemical covalent bonding with the organic binder binder. Accordingly, the exothermic composition according to the present invention has stable heat resistance even at a temperature of around 300 ° C.

즉 그래핀 산화물 입자는 표면과 에지부에 카르복실, 아민, 이민, 하이드록실, 카로보닐, 락톤 등의 다양한 화학적 반응성이 우수한 관능기를 가지고 있다. 그래핀 산화물 입자에 포함된 관능기는 디이소시아네이트, 페놀, 에폭시에 포함된 관능기와 화학적 공유결합이 가능하다. 따라서 그래핀 산화물 입자는 혼합 바인더에 포함되는 에폭시 아크릴레이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 및 페놀계 수지와 화학적 공유 결합을 형성한다. 이러한 그래핀 산화물 입자와 혼합 바인더 간의 화학적 공유 결합은 3차원 3차원 네트워크를 형성하고, 고분자 사슬의 움직임을 억제하는 효과가 있기 때문에, 유리전이도 및 분해개시온도의 상승을 유발할 수 있다.That is, graphene oxide particles have functional groups with excellent chemical reactivity such as carboxyl, amine, imine, hydroxyl, carbonyl, and lactone on the surface and edge. The functional groups contained in graphene oxide particles can be chemically covalently bonded to functional groups contained in diisocyanate, phenol, and epoxy. Thus, graphene oxide particles form chemical covalent bonds with the epoxy acrylate, hexamethylene diisocyanate and phenolic resin contained in the mixed binder. The chemical covalent bond between the graphene oxide particles and the binder binder forms a three-dimensional three-dimensional network and inhibits the movement of the polymer chain, which can lead to an increase in the glass transition temperature and the decomposition initiation temperature.

그래핀 산화물 입자는 전술된 바와 같이 표면과 에지부에 다수의 관능기를 갖고 있기 때문에, 혼합 바인더 및 유기 용매에 양호한 분산성을 나타낸다.Since the graphene oxide particles have a large number of functional groups on the surface and the edge portion as described above, they exhibit good dispersibility in the mixed binder and the organic solvent.

한편 제1 실시예에서는 절연층(20) 위에 전극 배선 패턴(30) 및 면상 발열체(40)를 순차적으로 형성하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉 절연층 위에 면상 발열체를 형성한 후 전극 배선 패턴을 형성할 수 있다.On the other hand, in the first embodiment, the electrode wiring pattern 30 and the planar heating element 40 are sequentially formed on the insulating layer 20, but the present invention is not limited thereto. That is, the electrode wiring pattern can be formed after the planar heating element is formed on the insulating layer.

그리고 덮개층(50)은 복수의 면상 발열체(40)가 형성된 절연층(20)을 덮도록 형성된다. 덮개층(50)은 절연층(20) 위에 형성된 전극 배선 패턴(30)과 복수의 면상 발열체(40)를 외부 환경으로부터 보호한다. 이러한 덮개층(50)의 소재로는 에폭시 수지, 우레탄 수지, 실리콘 수지, 이미드계 수지 또는 면상 발열체(40)와의 접촉면에 절연 접착층이 형성된 금속박이 사용될 수 있다. 절연 접착층의 소재로는 우레탄 또는 에폭시 수지가 사용될 수 있다. 예컨대 덮개층(50)은 핫 프레싱(hot pressing) 또는 라미네이팅(laminating) 방법으로 절연층(20)에 접합될 수 있다.The cover layer 50 is formed so as to cover the insulating layer 20 on which the plurality of surface heat emission elements 40 are formed. The cover layer 50 protects the electrode wiring pattern 30 and the plurality of surface heating elements 40 formed on the insulating layer 20 from the external environment. As the material of the cover layer 50, a metal foil in which an insulating adhesive layer is formed on the contact surface between the epoxy resin, the urethane resin, the silicone resin, the imide resin or the surface heat emission element 40 may be used. As the material of the insulating adhesive layer, urethane or epoxy resin can be used. For example, the cover layer 50 may be bonded to the insulating layer 20 by a hot pressing or laminating method.

이와 같이 제1 실시예에 따른 히터(80)는 저전력으로 구동이 가능한 복수의 면상 발열체(40)를 포함하기 때문에, 저전력으로 높은 발열량을 나타낸다.As described above, the heater 80 according to the first embodiment includes a plurality of planar heating elements 40 that can be driven with low power, and thus exhibits a high heating value with low power consumption.

면상 발열체(40)는 발열 면적이 크기 때문에, 열전달 과정에서의 열손실을 최소화할 수 있다.Since the area heating area of the area heating element 40 is large, heat loss during the heat transfer process can be minimized.

면상 발열체(40)는 인쇄 공정을 통하여 다양하게 설계가 가능하기 때문에, 제1 실시예에 따른 히터(80)가 사용되는 기기나 환경에서 사용 가능한 다양한 구동 전압에서 구동하도록 제조할 수 있다.Since the planar heating element 40 can be designed in various ways through the printing process, the heater 80 according to the first embodiment can be manufactured to be driven at various driving voltages usable in the equipment or the environment in which it is used.

면상 발열체(40)는 전도성 입자와 혼합 바인더를 포함하는 도료 형태의 발열체 조성물로 형성하기 때문에, 비저항이 낮고 열전도율이 우수해 저전압 구동에 유리하고 승온 속도가 빠른 장점이 있다. 즉 발열체 조성물은 전도성 입자와 함께, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 또는 에폭시 아크릴레이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지를 포함하는 혼합 바인더를 포함하기 때문에, 200℃ 이상의 온도에서도 내열성을 유지할 수 있다. 이로 인해 제1 실시예에 따른 히터(80)는 온도에 따른 저항 변화가 작아 발열 거동 및 안정성이 높은 면상 발열체(40)를 구비하는 히터를 제공할 수 있다.Since the area heating element 40 is formed of a heating element composition in the form of a paint containing conductive particles and a mixed binder, it has advantages of low resistivity and excellent thermal conductivity, which is advantageous for low voltage driving and has a high heating rate. That is, since the heat generating composition includes a mixed binder including hexamethylene diisocyanate or epoxy acrylate, polyvinyl acetal, and phenol resin together with the conductive particles, the heat resistance can be maintained even at a temperature of 200 ° C or higher. Accordingly, the heater 80 according to the first embodiment can provide a heater having the surface heat emission element 40 having a small change in resistance with temperature and high heat generation behavior and stability.

탄소나노튜브 입자와 그라파이트 입자를 포함하는 발열체 조성물로 형성한 면상 발열체(40)는 블랙 바디(block body)이기 때문에, 제1 실시예에 따른 히터(80)는 흑체 복사로 인해 추가적인 에너지 효율을 향상을 얻을 수 있다. 제1 실시예에 따른 히터(80)는 흑체 복사로 인해 원적외선도 방사하기 때문에, 사용자에게 유익한 원적외선을 제공할 수 있다.Since the planar heating element 40 formed of the heating element composition including the carbon nanotube particles and the graphite particles is a black body, the heater 80 according to the first embodiment improves additional energy efficiency due to blackbody radiation Can be obtained. Since the heater 80 according to the first embodiment also emits far-infrared rays due to the blackbody radiation, the far-infrared rays useful for the user can be provided.

발열체 조성물은 비저항이 낮고 두께 조절이 용이하여 저전압 및 저전력으로 고온 발열이 가능한 제1 실시예에 따른 히터(80)를 제공할 수 있다.The heating element composition can provide the heater 80 according to the first embodiment, which has a low specific resistance and is easy to control the thickness, and can be heated at a low temperature and a low power.

그리고 발열체 조성물은 스크린 인쇄, 롤투롤 그라비아 인쇄, 롤투롤 콤마 코팅, 플렉소 인쇄, 옵셋 인쇄가 가능하기 때문에, 제1 실시예에 따른 히터(80)의 대량 생산에 유리할 뿐만 아니라 제품 길이 및 면적에 대한 제약을 해소할 수 있다.Since the heating element composition is capable of screen printing, roll-to-roll gravure printing, roll-to-roll comma coating, flexo printing and offset printing, it is advantageous for mass production of the heater 80 according to the first embodiment, Can be solved.

이와 같이 제1 실시예에 따른 히터(80)는 전극 배선 패턴(30)과, 저전압이 구동이 가능한 면상 발열체(40)를 포함하기 때문에, 저전력으로 높은 발열 특성을 나타낼 수 있다. 면상 발열체(40)는 탄소 입자와 혼합 바인더를 포함하는 도료 형태의 발열체 조성물로 형성하기 때문에, 비저항이 낮고 열전도율이 우수해 저전압 구동에 유리하고 승온 속도가 빠른 장점이 있다. 이로 인해 제1 실시예에 따른 히터(80)는 고체형 담배를 신속하게 가열시킬 수 있다.Thus, since the heater 80 according to the first embodiment includes the electrode wiring pattern 30 and the planar heating element 40 capable of driving the low voltage, high heating performance can be exhibited with low power. Since the area heating element 40 is formed of a heating element composition in the form of a paint including carbon particles and a binder, it has advantages of low resistivity and excellent thermal conductivity, which is advantageous for low voltage driving and fast heating rate. As a result, the heater 80 according to the first embodiment can quickly heat the solid cigarette.

이와 같이 제1 실시예에 따르면, 나노탄소입자를 기반으로 하는 관 형태의 히터(80)에서 저전력으로 발생되는 높은 발열량에 대한 PWM 제어를 통하여 히터(80)에 삽입되는 고체형 담배를 신속하게 가열시킬 수 있다.As described above, according to the first embodiment, the solid-state cigarette inserted in the heater 80 is rapidly heated by the PWM control for the high calorific power generated at low power in the tubular heater 80 based on the nanocarbon particles .

즉 제1 실시예에 따른 히터(80)는 3~4V의 저전압에서도 500℃ 이상의 높은 발열량을 순간적으로 발생시키면서 단위면적당 2 W/㎠ 이상의 열밀도를 나타낸다. 따라서 히터(80)의 빠른 가열 속도를 이용하여 초기 수초 간 350 내지 400℃로 피크 히팅(peak heating)한 후, 250 내지 350℃로 유지하도록 PWM 제어함으로써, 히터(80)에 삽입되는 고체형 담배를 신속하게 가열시킬 수 있다. 아울러 PWM 제어를 통하여 히터(80)의 높은 발열량으로 인한 히터(80)의 내구성 및 수명이 저하되는 것을 억제할 수 있다.That is, the heater 80 according to the first embodiment exhibits a thermal density of 2 W / cm 2 or more per unit area while instantaneously generating a high calorific value of 500 ° C or more even at a low voltage of 3 to 4V. Therefore, peak heating is performed at 350 to 400 ° C for a few seconds in the initial period using the rapid heating speed of the heater 80, and PWM control is performed so as to maintain the temperature at 250 to 350 ° C, Can be heated quickly. In addition, the durability and service life of the heater 80 due to the high heating value of the heater 80 can be prevented from being lowered through the PWM control.

따라서 제1 실시예에 따른 히터(80)를 포함하는 전기 가열식 흡연 장치는 2대 이상의 고체형 담배를 연속적으로 피울 수 있기 때문에, 사용자의 편의성을 증대시킬 수 있다.Therefore, the electric heating type smoking device including the heater 80 according to the first embodiment can continuously smoothen two or more solid type cigarettes, so that the convenience of the user can be increased.

제1 실시예에 따른 히터(80)는 고체형 담배가 삽입될 수 있도록 관 형태로 구현되기 때문에, 고체형 담배를 거치할 구조물을 별도로 제작할 필요가 없다.Since the heater 80 according to the first embodiment is formed in a tube shape so that a solid cigarette can be inserted, it is not necessary to separately fabricate a structure for mounting the solid cigarette.

그리고 제1 실시예에 따른 히터(80)는 금속박판(10)에 절연층(20)이 코팅 또는 캐스팅으로 직접 형성되기 때문에, 기존의 금속박판(금속구조물)과 절연층 사이에 사용했던 접착제의 사용을 배제할 수 있다. 이로 인해 기존의 접착제 사용으로 인한 문제를 해소할 수 있다.Since the heater 80 according to the first embodiment is directly formed by coating or casting the insulating layer 20 on the metal foil 10, the adhesive used between the conventional metal foil (metal structure) and the insulating layer Use can be excluded. As a result, the problems caused by the use of the conventional adhesive can be solved.

이와 같은 제1 실시예에 따른 히터(80)의 제조 방법에 대해서 도 2 내지 도 16을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 5 내지 도 16은 본 발명의 제1 실시예에 따른 히터(80)의 제조 방법에 따른 각 단계들을 보여주는 도면들이다.A method of manufacturing the heater 80 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 16. FIG. 5 to 16 are views showing steps of a method of manufacturing the heater 80 according to the first embodiment of the present invention.

먼저 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 판 형상의 금속박판(10)을 준비한다. 이때 금속박판(10)의 두께는 1mm 이하이다.First, as shown in Figs. 5 and 6, a plate-like thin metal plate 10 is prepared. At this time, the thickness of the thin metal plate 10 is 1 mm or less.

1mm 이하의 금속박판(10)을 사용할 수 있는 이유는, 금속박판(10)을 이용하여 필름 히터를 제조한 후 말아서 관 형태의 히터(80)를 제조하기 때문이다. 또한 1mm 초과하는 금속박판을 이용할 경우, 금속박판의 열용량이 증대되고, 금속박판을 가열하는데 시간과 많은 전력이 소모되기 때문에, 사용자의 편의성이 떨어지는 문제가 발생될 수 있다. 따라서 제1 실시예에서는 1mm 이하의 금속박판(10)을 말아서 관 형태로 제조하기 때문에, 기존에 비해서 금속박판의 열용량을 줄일 수 있고, 고체형 담배를 가열하는 시간을 단축하고 전력 사용량을 줄일 수 있다.The reason why the thin metal plate 10 having a thickness of 1 mm or less can be used is because the thin metal plate 10 is used to manufacture a film heater and then rolled to produce a tubular heater 80. Further, when a thin metal plate exceeding 1 mm is used, the heat capacity of the thin metal plate is increased, and time and much power are consumed for heating the thin metal plate. Therefore, in the first embodiment, since the metal thin plate 10 having a thickness of 1 mm or less is rolled into a tube shape, the heat capacity of the metal thin plate can be reduced compared with the conventional method, the time for heating the solid cigarette can be shortened, have.

다음으로 도 7에 도시된 바와 같이, 금속박판(10)의 상부면(13)에 절연층(20)을 형성한다. 절연층(20)은 코팅 또는 캐스팅 방법으로 형성할 수 있다.Next, as shown in FIG. 7, an insulating layer 20 is formed on the upper surface 13 of the thin metal plate 10. The insulating layer 20 may be formed by a coating or casting method.

이때 절연층(20)은 금속박판(10)의 양단부에 형성될 접합부(17) 안쪽에 형성된다.At this time, the insulating layer 20 is formed inside the joining portion 17 to be formed at both ends of the thin metal plate 10.

다음으로 도 8에 도시된 바와 같이, 절연층(20) 위에 금속층(39)을 형성한다. 즉 절연층(20) 위에 금속박을 접합하여 금속층(39)을 형성할 수 있다. 또는 절연층(20)에 금속을 증착하여 금속층(39)을 형성할 수 있다.Next, a metal layer 39 is formed on the insulating layer 20, as shown in FIG. That is, the metal layer 39 may be formed by bonding a metal foil on the insulating layer 20. Alternatively, metal may be deposited on the insulating layer 20 to form the metal layer 39.

다음으로 도 9에 도시된 바와 같이, 금속층을 패터닝하여 전극 배선 패턴(30)을 형성한다. 이때 금속층의 패터닝 방법으로는 사진석판술(photolithography)이 이용될 수 있다.Next, as shown in FIG. 9, an electrode wiring pattern 30 is formed by patterning a metal layer. At this time, as a method of patterning the metal layer, photolithography may be used.

전극 배선 패턴(30)은 한 쌍의 전극 패드(31)와 한 쌍의 전극 단자(35)를 포함한다. 한 쌍의 전극 패드(31)는 일정 간격으로 이격되며, 전원을 인가받는 부분이다. 한 쌍의 전극 단자(35)는 한 쌍의 전극 패드(31)에 각각 연결되어 연장되며, 복수의 면상 발열체가 병렬로 연결되는 부분이다.The electrode wiring pattern 30 includes a pair of electrode pads 31 and a pair of electrode terminals 35. The pair of electrode pads 31 are spaced apart from each other at a predetermined interval and receive power. The pair of electrode terminals 35 are connected to the pair of electrode pads 31 and extend to connect the plurality of planar heating elements in parallel.

전극 배선 패턴(30)은 한 쌍의 전극 단자(35)의 일측에 수직 방향으로 한 쌍의 전극 패드(31)가 연결된 구조를 갖는다. 즉 전극 배선 패턴(30)은 기역자 형상으로 형성될 수 있다.The electrode wiring pattern 30 has a structure in which a pair of electrode pads 31 are connected to one side of a pair of electrode terminals 35 in the vertical direction. That is, the electrode wiring pattern 30 may be formed in a translucent shape.

한 쌍의 전극 패드(31)는 한 쌍의 전극 단자(35)의 일단에 연결되며, 전원을 공급하는 케이블이 접합된다. 이러한 한 쌍의 전극 패드(31)는 덮개 필름(도 12의 50) 밖으로 돌출되어 케이블을 통하여 전원을 인가받는다. 한 쌍의 전극 패드(31) 중 한쪽에는 (+)전원을 공급하는 케이블이 연결되고, 다른 쪽에는 (-)전원을 공급하는 케이블이 연결된다.The pair of electrode pads 31 are connected to one ends of the pair of electrode terminals 35, and a cable for supplying power is connected. These pair of electrode pads 31 protrude out of the cover film (50 in Fig. 12) and are supplied with electric power through the cable. A cable for supplying positive (+) power is connected to one of the pair of electrode pads 31, and a cable for supplying negative (-) power is connected to the other.

한 쌍의 전극 패드(31)는 복수의 면상 발열체에서 이격되게 형성된다. 제1 실시예에서는 복수의 면상 발열체가 배열된 방향으로, 최외곽에 위치하는 면상 발열체(50)에서 이격된 위치에 한 쌍의 전극 패드(31)가 형성된 예를 개시하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.The pair of electrode pads 31 are formed so as to be spaced apart from the plurality of planar heating elements. In the first embodiment, the example in which the pair of electrode pads 31 are formed at the positions spaced apart from the planar heating elements 50 located at the outermost positions in the direction in which the plurality of planar heating elements are arranged is described, no.

한 쌍의 전극 단자(35)는 제1 전극 단자(35a)와 제2 전극 단자(35b)를 포함한다. 제1 전극 단자(35a)는 일자로 형성되고, 제2 전극 단자(35b)는 제1 전극 단자(35a)를 디귿자 형상으로 둘러싸는 형태로 형성될 수 있다.The pair of electrode terminals 35 includes a first electrode terminal 35a and a second electrode terminal 35b. The first electrode terminal 35a may be formed in a straight line shape and the second electrode terminal 35b may be formed in a shape that surrounds the first electrode terminal 35a in a diagonal shape.

한편 제1 실시예에 따른 전극 배선 패턴(30)은 수평하게 형성된 한 쌍의 전극 단자(35)의 일측에 한 쌍의 전극 패드(31)가 수직 방향으로 연결되어 기역자 형상으로 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 한 쌍의 전극 단자에 연결되는 한 쌍의 전극 패드의 위치에 따라서 영문자 "T"자형으로도 구현이 가능함은 물론이다.On the other hand, in the electrode wiring pattern 30 according to the first embodiment, an example in which a pair of electrode pads 31 are vertically connected to one side of a horizontally formed pair of electrode terminals 35 is formed as a translator It is not limited thereto. It is needless to say that the present invention can also be implemented with an alphabet letter " T " shape according to the position of a pair of electrode pads connected to a pair of electrode terminals.

다음으로 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 절연층(20) 위에 발열체 조성물을 인쇄한 후 열경화 및 에이징하여 복수의 면상 발열체(40)를 형성한다. 이때 복수의 면상 발열체(40)는 한 쌍의 전극 단자(35)와, 한 쌍의 전극 단자(35) 사이의 절연층(20) 위에 형성되어, 한 쌍의 전극 단자(35)를 연결하도록 형성된다. 전극 배선 패턴(30)의 한 쌍의 전극 패드(31)는 면상 발열체(40) 밖으로 노출되어 있다.Next, as shown in FIGS. 10 and 11, a plurality of planar heating elements 40 are formed by printing a heating element composition on the insulating layer 20, followed by thermosetting and aging. The plurality of planar heating elements 40 are formed on the insulating layer 20 between the pair of electrode terminals 35 and the pair of electrode terminals 35 to form a pair of electrode terminals 35 do. A pair of electrode pads 31 of the electrode wiring pattern 30 are exposed to the outside of the surface heating element 40.

면상 발열체(40)의 인쇄 방법으로는 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄(내지 롤투롤 그라비아 인쇄), 콤마 코팅(내지 롤투롤 콤마 코팅), 플렉소, 임프린팅, 옵셋 인쇄 등이 사용될 수 있다. 열경화는 100℃ 내지 180℃에서 수행하고, 에이징은 250 내지 350℃에서 수행할 수 있다.As the printing method of the surface heat emission element 40, screen printing, gravure printing (to roll to roll gravure printing), comma coating (to roll to roll comma coating), flexo, imprinting, offset printing and the like can be used. Thermal curing may be performed at 100 ° C to 180 ° C, and aging may be performed at 250 ° C to 350 ° C.

한 쌍의 전극 단자(33)를 연결하는 복수의 면상 발열체(40)는 직선 형태가 아닌 중간 부분에 굴곡진 부분을 갖도록 형성된다. 면상 발열체(40)의 굴곡은 사인파나 물결무늬 형태와 같은 곡선으로 형성될 수 있다.이때 굴곡진 부분의 곡률 반경은 2cm 이하가 되도록 면상 발열체(40)가 형성한다. 굴곡진 부분의 곡률 반경이 2cm를 초과하게 되면, 면상 발열체의 길이가 길어지고 한 쌍의 전극 단자(33) 사이에 형성할 수 있는 면상 발열체의 개수가 줄어들기 때문에, 신속히 발열되지 않거나 발열량이 떨어지는 문제가 발생될 수 있다.The plurality of surface heat emission elements 40 connecting the pair of electrode terminals 33 are formed so as to have a curved portion at an intermediate portion rather than a straight line. The curvature of the planar heating element 40 may be the same as that of a sine wave or a wavy pattern. The planar heating element 40 is formed such that the radius of curvature of the curved portion is 2 cm or less. If the radius of curvature of the curved portion exceeds 2 cm, the length of the planar heating element becomes long and the number of planar heating elements that can be formed between the pair of electrode terminals 33 is reduced, Problems can arise.

이와 같이 굴곡을 갖도록 면상 발열체(40)를 형성하는 이유는, 판 상의 필름 히터를 관 형태로 말았을 때 면상 발열체(40)와 금속박판(10)의 접촉 면적을 높이기 위해서이다. 필름 히터를 관 형태로 말 때 안정적으로 휠 수 있도록 하기 위해서이다. 그리고 굴곡진 부분을 갖는 면상 발열체(40)가 직선 형태의 면상 발열체 보다는 더 큰 단면적을 갖기 때문에, 발열면적을 높일 수 있기 때문이다.The reason why the surface heat emission element 40 is formed so as to have such a curvature is to increase the contact area between the surface heat emission element 40 and the thin metal plate 10 when the film heater is in the form of a tube. So that the film heater can be stably rotated in the shape of a tube. And because the area heating element 40 having a curved portion has a larger cross-sectional area than that of the linear type area heating element, the heating area can be increased.

그리고 한 쌍의 전극 단자(33)에 하나의 면상 발열체(40)를 형성할 수도 있지만, 복수개로 형성한 이유는 면상 발열체(40)의 발열에 사용되는 전력량을 줄이기 위해서이다.Although one surface heat emission element 40 may be formed on the pair of electrode terminals 33, the reason for forming the plurality of surface heat emission elements 40 is to reduce the amount of power used for heat generation of the surface heat emission element 40.

이로 인해 제1 실시예에 따른 히터의 전력 소모량, 열전달 손실 및 제조 원가를 줄일 수 있고, 금속박판(10)의 열용량을 최소화할 수 있다.Thus, the power consumption, the heat transfer loss, and the manufacturing cost of the heater according to the first embodiment can be reduced, and the heat capacity of the thin metal plate 10 can be minimized.

다음으로 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 전극 배선 패턴(30) 및 복수의 면상 발열체(40)를 덮도록 덮개층(50)을 절연층(20) 위에 형성한다. 덮개층(50)의 형성 방법으로는 핫 프레싱 또는 라미네이팅 방법이 사용될 수 있다.12 and 13, a cover layer 50 is formed on the insulating layer 20 so as to cover the electrode wiring pattern 30 and the plurality of planar heating elements 40. Next, as shown in Figs. As a method of forming the cover layer 50, a hot pressing or a laminating method may be used.

이때 덮개층(50)에는 전극 배선 패턴(30)의 한 쌍의 전극 패드(31)가 노출되도록, 한 쌍의 전극 패드(31)에 대응되게 윈도우(51)가 형성되어 있다. 따라서 덮개층(50)이 절연층(20) 위에 형성될 때, 덮개층(50)의 윈도우(51)를 통하여 한 쌍의 전극 패드(31)가 외부로 노출된다. 접합부(17) 또한 덮개층(50) 밖으로 노출되어 있다.A window 51 is formed in the cover layer 50 so as to correspond to the pair of electrode pads 31 so that a pair of electrode pads 31 of the electrode wiring pattern 30 are exposed. The pair of electrode pads 31 are exposed to the outside through the window 51 of the cover layer 50 when the cover layer 50 is formed on the insulating layer 20. [ The joint 17 is also exposed to the outside of the cover layer 50.

이와 같이 전극 배선 패턴(30)은 한 쌍의 전극 패드(31)와 한 쌍의 전극 단자(35)를 포함한다. 한 쌍의 전극 단자(35)를 연결하도록 면상 발열체(40)가 형성되며, 덮개층(50)에 의해 봉합된다. 그리고 한 쌍의 전극 패드(31)는 한 쌍의 전극 단자(35)와 각각 연결되며, 덮개층(50) 밖으로 돌출되어 전원을 인가받는다.As described above, the electrode wiring pattern 30 includes a pair of electrode pads 31 and a pair of electrode terminals 35. The surface heat emission element 40 is formed to connect the pair of electrode terminals 35 and is sealed by the cover layer 50. The pair of electrode pads 31 are connected to the pair of electrode terminals 35 and protruded out of the cover layer 50 to receive power.

다음으로 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 접합부(17) 및 전극 배선 패턴(30)을 제외한 부분을 절개함으로써, 판 형상의 필름 히터(80a)를 얻을 수 있다. 즉 기역자 형상의 전극 배선 패턴(30)을 중심으로 양쪽에 접합부(17)를 남기고 나머지 부분은 절개하여 필름 히터(80a)를 얻을 수 있다. 필름 히터(80a)는 전극 배선 패턴(30)의 형상에 대응되게 기역자 형상을 갖는다.Next, as shown in Figs. 14 and 15, the plate-shaped film heater 80a can be obtained by cutting off the portions except for the bonding portion 17 and the electrode wiring pattern 30. Fig. Namely, the joint portions 17 are left on both sides of the electrode wiring pattern 30 of the translator-like shape, and the remaining portions are cut out to obtain the film heater 80a. The film heater 80a has a translator shape corresponding to the shape of the electrode wiring pattern 30.

접합부(17)는 전극 배선 패턴(30)의 한 쌍의 전극 단자(35)의 양쪽에 위치한다. 한 쌍의 접합부(17)를 연결하는 가상 선에 수직한 방향으로 한 쪽에 한 쌍의 전극 패드(31)가 위치한다. 제1 실시예에서는 한 쌍의 전극 패드(31)는 한 쌍의 접합부(17) 하나가 위치하는 쪽에 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다.The bonding portion 17 is located on both sides of the pair of electrode terminals 35 of the electrode wiring pattern 30. [ And a pair of electrode pads 31 are located on one side in a direction perpendicular to the imaginary line connecting the pair of junctions 17. [ In the first embodiment, the pair of electrode pads 31 are formed on the side where one pair of the joining portions 17 is located, but the present invention is not limited to this.

이어서 도 16에 도시된 바와 같이, 금속박판(10)이 안쪽면을 향하도록 필름 히터(80a)를 관 형태로 말아서 양단에 위치하는 접합부(17)를 중첩시킨다.Then, as shown in FIG. 16, the film heater 80a is rolled into a tube shape so that the metal thin plate 10 faces the inner side, and the joint portions 17 located at both ends are overlapped.

그리고 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 관 형태로 말린 필름 히터의 중첩된 접합부(17)를 접합함으로써, 제1 실시예에 따른 히터(80)를 얻을 수 있다. 접합 방법으로는 초음파 또는 레이저 용접 방법이 사용될 수 있다. 레이저 용접 방법에는 야그(yag) 레이저, 파이버(fiber) 레이버, 펨토(femto) 레이저 등이 사용될 수 있다.Then, as shown in Figs. 3 and 4, the heater 80 according to the first embodiment can be obtained by joining the overlapped joining portions 17 of the dried film heater in the form of a tube. Ultrasonic or laser welding methods may be used as the bonding method. The laser welding method may be a yag laser, a fiber laser, a femto laser, or the like.

도시하진 않았지만, 덮개층(50) 밖으로 노출된 전극 패드(31)에는 전원 공급용 케이블이 접합된다. 전극 패드(31)의 표면에는 전원 공급용 케이블과의 안정적인 접합 및 양호한 전기전도성을 확보하기 위해서, 도금을 수행할 수도 있다. 도금 소재로는 구리, 니켈, 금 등이 사용될 수 있다.Although not shown, the power supply cable is connected to the electrode pad 31 exposed to the outside of the cover layer 50. Plating may be performed on the surface of the electrode pad 31 in order to ensure stable bonding with the power supply cable and good electrical conductivity. As the plating material, copper, nickel, gold and the like may be used.

이와 같은 구조를 갖는 제1 실시예에 따른 히터(80)는 3~4V의 저전압에서도 500℃ 이상의 높은 발열량을 순간적으로 발생시키면서 단위면적당 2 W/㎠ 이상의 열밀도를 나타낸다. 예컨대 전극 배선 패턴(30)에 DC 2 내지 3.7V가 인가되는 경우, 면상 발열체(40)가 형성된 한 쌍의 전극 단자(35) 간의 거리는 4mm 내지 6.5mm 일 수 있다.The heater 80 according to the first embodiment having such a structure exhibits a thermal density of 2 W / cm 2 or more per unit area while instantaneously generating a high calorific value of 500 ° C or more even at a low voltage of 3 to 4V. For example, when DC 2 to 3.7 V is applied to the electrode wiring pattern 30, the distance between the pair of electrode terminals 35 on which the area heating element 40 is formed may be 4 mm to 6.5 mm.

한편 제1 실시예에 따른 히터(80)의 제조 방법에서는 금속박판(10)을 이용하여 하나의 히터(80)를 제조하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 도 17에 도시된 바와 같이, 금속박판 스트립(19)을 이용하여 복수의 히터를 일괄적으로 제조할 수도 있다.On the other hand, in the method of manufacturing the heater 80 according to the first embodiment, one heater 80 is manufactured using the thin metal plate 10, but the present invention is not limited thereto. As shown in Fig. 17, a plurality of heaters can be collectively manufactured by using the thin metal strip 19.

도 17을 참조하면, 금속박판 스트립(19)은 어레이된 단위 금속박판(10)을 포함하며, 단위 금속박판(10)에 각각 전극 배선 패턴(30)이 형성된 단위 필름 히터(80a)를 포함한다.17, the metal thin plate strip 19 includes a unit film heater 10 having an arrayed unit thin metal plate 10, and unit film heaters 80a each having an electrode wiring pattern 30 formed on the unit thin metal plate 10 .

그리고 제1 실시예에 따른 히터(80)의 제조 방법에서는 금속박을 이용한 사진석판술을 이용하여 전극 배선 패턴(30)을 형성하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 절연층(10) 위에 금속 페이스트를 이용한 인쇄 방법으로 전극 배선 패턴(30)을 형성할 수도 있다.In the method of manufacturing the heater 80 according to the first embodiment, the electrode wiring pattern 30 is formed by photolithography using a metal foil. However, the present invention is not limited thereto. For example, the electrode wiring pattern 30 may be formed on the insulating layer 10 by a printing method using a metal paste.

여기서 금속 페이스트는 혼합 바인더, 은 분말 및 탄소나노튜브 입자를 포함하는 전도성 입자, 유기 용매 및 분산제를 포함한다. 여기서 금속 페이스트는 밀도가 2g/㎤ 이하가 될 수 있으며, 바람직하게는 1.7 ~ 2g/㎤ 이 될 수 있다.Wherein the metal paste comprises a mixed binder, silver powder and conductive particles comprising carbon nanotube particles, an organic solvent and a dispersant. Here, the density of the metal paste may be 2 g / cm 3 or less, and preferably 1.7 to 2 g / cm 3.

혼합 바인더, 전도성 입자에 포함된 탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자, 유기 용매 및 분산제로는 발열체 조성물에 사용된 소재가 사용될 수 있기 때문에, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.As the carbon nanotube particles and graphite particles contained in the conductive particles, the organic solvent, and the dispersing agent, materials used in the heating element composition can be used, detailed description thereof will be omitted.

전도성 입자로는 은 분말 및 탄소나노튜브 입자를 포함할 수 있으며, 그라파이트 입자를 더 포함하여 형성될 수 있다.The conductive particles may include silver powder and carbon nanotube particles, and may further include graphite particles.

은 분말은 플레이크, 구형, 다각형 판상, 막대(rod) 등의 형태를 가질 수 있다.The silver powder may have the form of a flake, a sphere, a polygonal plate, a rod, or the like.

은 분말은 금속 페이스트 100 중량부에 대하여 50 ~ 80 중량부가 될 수 있다. 여기서 50 중량부 이하일 경우, 은 분말끼리의 전기적 네트워크가 형성되지 않아 저항이 높으며, 80 중량부를 초과하면 스트레스에 대한 내구성이 저하되며, 원가가 상승하는 문제점이 발생될 수 있다.The silver powder may be added in an amount of 50 to 80 parts by weight based on 100 parts by weight of the metal paste. When the amount is less than 50 parts by weight, the electrical network of the silver powder is not formed and the resistance is high. When the amount is more than 80 parts by weight, the durability against stress is lowered and the cost may increase.

그리고 은 분말 50 ~ 80 중량부를 첨가함으로써, 밀도가 2g/㎤ 이하인 금속 페이스트를 구현할 수 있으며, 제조되는 전극 배선 패턴의 전기 전도도를 높일 수 있다. 여기서 은 분말의 탭 밀도는 2.5g/㎤ 이하가 될 수 있다.By adding 50 to 80 parts by weight of the silver powder, a metal paste having a density of 2 g / cm 3 or less can be realized, and the electrical conductivity of the electrode wiring pattern to be manufactured can be increased. Here, the tap density of the silver powder may be 2.5 g / cm 3 or less.

[제2 실시예][Second Embodiment]

한편 제1 실시예에서는 금속박판(10)이 안쪽에 위치할 수 있도록 형성한 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이, 금속박판(10)이 외측에 위치할 수 있도록 형성할 수 있다.On the other hand, in the first embodiment, the example in which the thin metal plate 10 is positioned inside can be described, but the present invention is not limited thereto. For example, as shown in Figs. 18 and 19, the metal thin plate 10 can be formed so as to be located on the outer side.

도 18은 본 발명의 제2 실시예에 따른 히터(180)를 보여주는 사시도이다. 도 19는 도 18의 "C"부분의 확대도이다.18 is a perspective view showing a heater 180 according to a second embodiment of the present invention. 19 is an enlarged view of a portion " C " in Fig.

도 18 및 도 19를 참조하면, 제2 실시예에 따른 히터(180)는 금속박판(10)이 외측에 위치하고, 덮개층(50)이 안쪽에 위치하는 구조를 갖는다. 즉 제2 실시예에 따른 히터(180)는 금속박판(10)의 내측면에 절연층(20), 전극 배선 패턴(30), 복수의 면상 발열체(40) 및 덮개층(50)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 여기서 금속박판(10)의 내측면은 상부면(13)이다.18 and 19, the heater 180 according to the second embodiment has a structure in which the thin metal plate 10 is located on the outer side and the lid layer 50 is located on the inner side. That is, the heater 180 according to the second embodiment is characterized in that the insulating layer 20, the electrode wiring pattern 30, the plurality of surface heating elements 40, and the cover layer 50 are sequentially formed on the inner surface of the thin metal plate 10 And has a laminated structure. Here, the inner surface of the thin metal plate 10 is the upper surface 13.

[제3 실시예][Third Embodiment]

도 20은 본 발명의 제3 실시예에 따른 히터를 보여주는 도면이다.20 is a view showing a heater according to a third embodiment of the present invention.

도 20을 참조하면, 제3 실시예에 따른 히터(280)는 금속박판(10)이 안쪽에 위치하고, 덮개층(50)이 외측에 위치하는 구조를 가지며, 덮개층(50) 위에 단열층(70)이 형성된 구조를 갖는다. 즉 제3 실시예에 따른 히터(280)는 금속박판(10)의 외측면에 절연층, 전극 배선 패턴, 복수의 면상 발열체, 덮개층(50) 및 단열층(70)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.20, the heater 280 according to the third embodiment has a structure in which the thin metal plate 10 is located on the inner side and the lid layer 50 is located on the outer side, and a heat insulating layer 70 ) Is formed. That is, the heater 280 according to the third embodiment has a structure in which an insulating layer, an electrode wiring pattern, a plurality of surface heating elements, a cover layer 50, and a heat insulating layer 70 are sequentially stacked on the outer surface of the thin metal plate 10 .

이때 금속박판(10)의 외측면에 절연층(20), 전극 배선 패턴, 복수의 면상 발열체 및 덮개층(50)이 형성된 구조는 제1 실시예에 따른 히터와 동일하기 때문에 상세한 설명은 생략한다.At this time, the structure in which the insulating layer 20, the electrode wiring pattern, the plurality of surface heat emission elements, and the cover layer 50 are formed on the outer surface of the thin metal plate 10 is the same as the heater according to the first embodiment, .

단열층(70)은 면상 발열체에서 발생된 열이 덮개층(50)을 통하여 외측으로 방출되어 손실되는 것을 억제한다. 단열층(70)의 소재로는 내열성과 전기절연성을 갖는 플라스틱 소재 또는 다공성 실리콘이 사용될 수 있다. 예컨대 단열층(70)의 소재로는 내부에 공기층을 갖는 실리콘 튜브, 다공성의 실리콘, PFA(Perfluoroalkoxy), 아라미드 섬유 등이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.The heat insulating layer (70) suppresses the heat generated in the surface heat generating element from being radiated outward through the cover layer (50) to be lost. As the material of the heat insulating layer 70, a plastic material having heat resistance and electrical insulation or porous silicon can be used. For example, as the material of the heat insulating layer 70, a silicone tube having an air layer therein, porous silicon, PFA (Perfluoroalkoxy), aramid fiber, or the like may be used, but the present invention is not limited thereto.

이와 같이 제3 실시예에 따른 히터(280)는 외측면에 단열층(70)을 형성함으로써, 면상 발열체에서 발생된 열이 외측으로 방출되어 손실되는 것을 억제할 수 있다. 아울러 단열층(70)은 고체형 담배가 삽입되는 쪽으로 열이 전달될 수 있도록 함으로써, 고체형 담배를 가열하는 시간을 더욱 단축하고 전력 사용량을 더욱 더 줄일 수 있다.Thus, by forming the heat insulating layer 70 on the outer surface of the heater 280 according to the third embodiment, the heat generated in the surface heating element can be prevented from being lost to the outside. In addition, the heat insulating layer 70 can transmit heat to the side where the solid cigarette is inserted, thereby further shortening the time for heating the solid cigarette and further reducing the power consumption.

한편 온도 센서가 덮개층(50) 위에 형성되어 있는 경우, 덮개층(50)을 덮는 단열층(70)에 의해 덮이거나 일부가 외부로 노출될 수 있다.On the other hand, when the temperature sensor is formed on the cover layer 50, it may be covered with the heat insulating layer 70 covering the cover layer 50, or a part thereof may be exposed to the outside.

[제4 실시예][Fourth Embodiment]

도 21은 본 발명의 제4 실시예에 따른 히터의 필름 히터(380a)를 보여주는 평면도이다.FIG. 21 is a plan view showing the heater of the heater 380a according to the fourth embodiment of the present invention.

도 21을 참조하면, 제4 실시예에 따른 히터의 필름 히터(380a)는 금속박판(10), 절연층(20), 전극 배선 패턴(30), 복수의 면상 발열체(40) 및 덮개층(50)을 포함한다.21, the film heater 380a of the heater according to the fourth embodiment includes a thin metal plate 10, an insulating layer 20, an electrode wiring pattern 30, a plurality of surface heating elements 40, 50).

전극 배선 패턴(30)은 복수의 면상 발열체(40)가 병렬로 전기적으로 연결되어 배열될 수 있도록 절연층(20) 위에 형성된다. 이러한 전극 배선 패턴(30)은 한 쌍의 전극 패드(31), 한 쌍의 연결 배선(33) 및 복수의 전극 단자(35)를 포함한다.The electrode wiring pattern 30 is formed on the insulating layer 20 so that a plurality of the surface heating elements 40 can be electrically connected and arranged in parallel. The electrode wiring pattern 30 includes a pair of electrode pads 31, a pair of connection wirings 33, and a plurality of electrode terminals 35.

한 쌍의 전극 패드(31)는 일정 간격 이격되게 형성된다. 한 쌍의 연결 배선(33)은 한 쌍의 전극 패드(31)에 각각 연결되어 일 방향으로 연장되어 있다. 그리고 복수의 전극 단자(35)는 한 쌍의 연결 배선(33)에 각각 연결되어 마주보는 연결 배선(33) 쪽으로 뻗어 있다. 한 쌍의 연결 배선(33)에 연결된 전극 단자(35)의 쌍에 복수의 면상 발열체(40)가 연결된다. 제4 실시예에서는 한 쌍의 전극 단자(35)에 4개의 면상 발열체(40)가 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다.The pair of electrode pads 31 are spaced apart from each other by a predetermined distance. The pair of connection wirings 33 are connected to the pair of electrode pads 31 and extend in one direction. The plurality of electrode terminals 35 are respectively connected to the pair of connection wirings 33 and extend to the facing connection wirings 33. A plurality of surface heat emission elements (40) are connected to a pair of electrode terminals (35) connected to a pair of connection wirings (33). In the fourth embodiment, the four surface heat emission elements 40 are formed on the pair of electrode terminals 35. However, the present invention is not limited thereto.

여기서 한 쌍의 전극 패드(31)는 한 쌍의 연결 배선(33)의 일단에 연결되며, 전원을 공급하는 케이블이 접합된다. 이러한 한 쌍의 전극 패드(33)는 제1 전극 패드와 제2 전극 패드를 포함한다. 한 쌍의 전극 패드(33)는 덮개 필름(50) 밖으로 돌출되어 케이블을 통하여 전원을 인가받는다. 한 쌍의 전극 패드(31) 중 한쪽에는 (+)전원을 공급하는 케이블이 연결되고, 다른 쪽에는 (-)전원을 공급하는 케이블이 연결된다.Here, the pair of electrode pads 31 are connected to one end of the pair of connection wirings 33, and a cable for supplying power is connected. The pair of electrode pads 33 include a first electrode pad and a second electrode pad. The pair of electrode pads 33 protrude out of the cover film 50 and receive power through the cable. A cable for supplying positive (+) power is connected to one of the pair of electrode pads 31, and a cable for supplying negative (-) power is connected to the other.

한 쌍의 전극 패드(31)는 복수의 면상 발열체(40)에서 이격되게 형성된다. 제1 실시예에서는 복수의 면상 발열체(40)가 배열된 방향으로, 최외곽에 위치하는 면상 발열체(40)에서 이격된 위치에 한 쌍의 전극 패드(31)가 형성된 예를 개시하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.A pair of electrode pads (31) are formed so as to be spaced apart from the plurality of surface heat emission elements (40). Although the first embodiment discloses an example in which a pair of electrode pads 31 are formed at positions spaced apart from the outermost surface heat emission element 40 in the direction in which the plurality of surface heat emission elements 40 are arranged, But is not limited thereto.

한 쌍의 연결 배선(33)은 각각 대응되는 전극 패드(31)에 연결되며, 복수의 면상 발열체(40)가 배열된 방향을 따라서 복수의 면상 발열체(40)의 외측에 형성된다. 한 쌍의 연결 배선(33)은 제1 전극 패드에 연결되는 제1 연결 배선(33a)과, 제2 전극 패드에 연결되는 제2 연결 배선(33b)을 포함하고, 제1 및 제2 연결 배선(33a,33b) 사이에 복수의 면상 발열체(40)가 위치한다. 제1 및 제2 연결 배선(33a,33b)은 서로 평행하게 직선 형태로 형성될 수 있다.The pair of connection wirings 33 are connected to the corresponding electrode pads 31 and are formed outside the plurality of planar heating elements 40 along the direction in which the plurality of planar heating elements 40 are arranged. The pair of connection wirings 33 includes a first connection wiring 33a connected to the first electrode pad and a second connection wiring 33b connected to the second electrode pad, And a plurality of surface heat emission elements 40 are disposed between the plurality of surface heat emission elements 33a and 33b. The first and second connection wirings 33a and 33b may be formed in a straight line parallel to each other.

그리고 복수의 전극 단자(35)는 각각 한 쌍의 연결 배선(33)에 연결된다. 복수의 전극 단자(35)는 제1 연결 배선(33a)에 연결되는 복수의 제1 전극 단자(35a)와, 제2 연결 배선(33b)에 연결되는 복수의 제2 전극 단자(35b)를 포함한다. 복수의 제1 전극 단자(35a)는 제2 연결 배선(33b)을 향하여 형성되되, 제2 연결 배선(33b)에 이격되게 형성된다. 복수의 제2 전극 단자(35b)는 제1 연결 배선(33a)을 향하여 형성되되, 제1 연결 배선(33a)에 이격되게 형성된다.The plurality of electrode terminals 35 are connected to a pair of connection wirings 33, respectively. The plurality of electrode terminals 35 include a plurality of first electrode terminals 35a connected to the first connection wiring 33a and a plurality of second electrode terminals 35b connected to the second connection wiring 33b do. The plurality of first electrode terminals 35a are formed toward the second connection interconnection 33b and are spaced apart from the second connection interconnection 33b. The plurality of second electrode terminals 35b are formed toward the first connection wiring 33a and are spaced apart from the first connection wiring 33a.

제1 전극 단자(35a)와 제2 전극 단자(35b)를 쌍으로, 제1 및 제2 전극 단자(35a,35b)를 연결하도록 면상 발열체(40)가 형성된다. 제1 및 제2 전극 단자(35a,35b)는 서로 평행하게 형성되며, 연결된 제1 및 제2 연결 배선(33a,33b)에 수직하게 형성될 수 있다.The planar heating element 40 is formed so as to connect the first and second electrode terminals 35a and 35b with a pair of the first electrode terminal 35a and the second electrode terminal 35b. The first and second electrode terminals 35a and 35b are formed to be parallel to each other and may be formed perpendicular to the first and second connection wirings 33a and 33b.

그리고 제1 및 제2 연결 배선(33a,33b)이 서로 평행하게 직선으로 형성되는 경우, 복수의 제1 전극 단자(35a) 및 복수의 제2 전극 단자(35b)에 연결된 복수의 면상 발열체(40)는 일렬로 형성될 수 있다. 복수의 면상 발열체(40)는 제1 및 제2 전극 단자(35a,35b)를 통하여 전원을 인가받아 발열하게 된다.When the first and second connection wirings 33a and 33b are formed in a straight line parallel to each other, a plurality of the surface heat emission elements 40 connected to the plurality of first electrode terminals 35a and the plurality of second electrode terminals 35b May be formed in a line. The plurality of planar heating elements 40 receive power through the first and second electrode terminals 35a and 35b and generate heat.

복수의 면상 발열체(40)는 일렬로 배열되며, 전극 배선 패턴(30)에 병렬로 전기적으로 연결된다. 병렬로 연결하는 이유는, 전극 배선 패턴(30)을 통하여 복수의 면상 발열체(40)로 전원을 인가하는 과정에서 전압 강하가 발생하는 것을 억제하기 위해서이다.The plurality of planar heating elements 40 are arranged in a line and are electrically connected in parallel to the electrode wiring pattern 30. The reason for connecting in parallel is to suppress the voltage drop in the process of applying power to the plurality of surface heat emission elements 40 through the electrode wiring pattern 30.

복수의 면상 발열체(40)는 필름 히터(380a)가 관 형태로 말리는 방향으로 길게 형성된다. 즉 복수의 면상 발열체(40)는 제1 및 제2 연결 배선(33a,33b)이 형성된 방향으로 형성된다. 이와 같이 복수의 면상 발열체(40)를 형성함으로써, 판 상의 필름 히터(380a)를 관 형태로 말았을 때 면상 발열체(40)와 금속박판(10)의 접촉 면적을 높일 수 있고, 필름 히터(380a)를 관 형태로 말 때 안정적으로 휠 수 있도록 한다.The plurality of planar heating elements 40 are elongated in a direction in which the film heater 380a is dried in a tubular form. That is, the plurality of surface heat emission elements 40 are formed in the direction in which the first and second connection wirings 33a and 33b are formed. By forming the plurality of surface heat emission elements 40 in this manner, the contact area between the surface heat emission element 40 and the thin metal plate 10 can be increased when the plate-like film heater 380a is formed into a tube shape, ) In a tubular form so that it can be steadily rotated.

물론 복수의 면상 발열체(40)는 직선 형태가 아닌 중간 부분에 굴곡진 부분을 갖도록 형성될 수 있다.Of course, the plurality of area heating elements 40 may be formed so as to have a curved part in the middle part rather than a straight shape.

[실험예][Experimental Example]

이와 같은 본 실시예에 따른 히터의 특성을 확인하기 위해서 아래와 같은 실험을 수행하였다.In order to confirm the characteristics of the heater according to this embodiment, the following experiment was performed.

먼저 발열체 조성물은 아래와 같이 제조하였다. 탄소나노튜브, 그라파이트 입자를 카비톨아세테이드 용매에 첨가하고 분산제를 첨가하여 60분간 초음파 처리를 통해 탄소나노튜브/그라파이트 분산액(Solution A)을 제조하였다. 에폭시아크릴레이트, 페놀 수지 및 폴리비닐 아세탈 수지를 혼합하고, 카비톨아세테이트 용매에 첨가하여 물리적인 교반(mechanical stirring) 또는 자전공전이 가능한 기계적 혼련을 통해 마스터 배치(master batch, M/B)를 제조하였다. 그리고 Solution A와 M/B를 물리적인 교반을 통해 혼련한 후, 3-롤 밀( 3-roll mill)을 이용하여 완전히 혼련함으로써 발열체 조성물을 제조하였다.First, a heating element composition was prepared as follows. Carbon nanotubes and graphite particles were added to a solvent of carbitol acetates, a dispersant was added, and a carbon nanotube / graphite dispersion (Solution A) was prepared by ultrasonication for 60 minutes. A master batch (M / B) is prepared by mixing the epoxy acrylate, the phenolic resin and the polyvinyl acetal resin, adding the mixture to a carbitol acetate solvent, and mechanically kneading the mixture by mechanical stirring or rotation. Respectively. Then, Solution A and M / B were kneaded through physical stirring and then kneaded completely using a 3-roll mill to prepare a heating element composition.

전술된 제조 방법으로 제조된 발열체 조성물을 이용하여, 도 22 내지 도 24에 도시된 바와 같이, 시료 히터를 제조하였다. 여기서 도 22는 타발 전 금속박판 스트립(19) 상에 형성된 제4 실시예에 따른 필름 히터(380a)들을 보여주는 사진이다. 도 23은 도 22의 타발 후 시료 5번 필름 히터(380a)의 상부면을 보여주는 사진이다. 그리고 도 24는 도 23의 시료 5번 필름 히터(380a)의 하부면을 보여주는 사진이다.Using the heating element composition prepared by the above-described manufacturing method, a sample heater was produced as shown in Figs. 22 to 24. 22 is a photograph showing the film heater 380a according to the fourth embodiment formed on the metal thin plate strip 19 before punching. 23 is a photograph showing the upper surface of the fifth film heater 380a after punching in Fig. And Fig. 24 is a photograph showing the lower surface of the sample No. 5 film heater 380a of Fig.

도 22를 참조하면, 금속박판 스트립(19)을 이용하여 제4 실시예에 따른 시료 1번 내지 9번의 히터(380a)를 일괄적으로 제조할 수도 있다.Referring to FIG. 22, the first to ninth heaters 380a according to the fourth embodiment can be collectively manufactured by using the thin metal strip 19.

즉 먼저 0.025 내지 0.03 mm 두께의 SUS 소재의 금속박판 스트립(19)에 폴리이미드 혹은 고내열 절연 잉크를 캐스팅 한 후 건조 및 열경화하여 절연층(20)을 형성한다. 다음으로 절연층(20) 위에 황동 소재의 금속층을 형성한다. 다음으로 금속층을 사진석판술 공정으로 패터닝하여 전극 배선 패턴(30)을 형성한다. 다음으로 전술된 제조 방법으로 제조된 발열체 조성물을 전극 배선 패턴(30)에 따라 250메쉬 스크린 마스크를 이용하여 스크린 인쇄한 후, 인쇄한 발열 조성물을 100℃ 내지 180℃에서 열경화한 후, 250 내지 350℃에서 에이징하여 복수의 면상 발열체(40)를 형성하였다. 그리고 덮개층(50)을 전극 배선 패턴(30) 및 면상 발열체(40)가 형성된 절연층(20) 위에 핫 프레싱하여 금속박판 스트립(19) 상에 복수의 필름 히터(380a)를 일괄적으로 제조하였다.That is, polyimide or high heat-resistant insulating ink is first cast on the metal thin plate strip 19 made of SUS material having a thickness of 0.025 to 0.03 mm, followed by drying and thermosetting to form the insulating layer 20. Next, a metal layer of a brass material is formed on the insulating layer 20. Next, the metal wiring layer is patterned by a photolithography process to form an electrode wiring pattern 30. Next, the heating element composition prepared by the above-described manufacturing method is screen printed using a 250 mesh screen mask according to the electrode wiring pattern 30, and then the printed heating composition is thermally cured at 100 ° C to 180 ° C, And aged at 350 캜 to form a plurality of surface heat emission elements 40. The cover layer 50 is then hot-pressed on the insulating layer 20 on which the electrode wiring pattern 30 and the area heating element 40 are formed to collectively produce a plurality of film heaters 380a on the thin metal strip 19 Respectively.

그리고 복수의 필름 히터(380a)를 금속박판 스트립(19)에서 타발함으로써, 도 23 및 도 24에 도시된 바와 같이, 개별 필름 히터(380a)를 얻을 수 있다. 여기서 도 23 및 도 24에 도시된 개별 필름 히터(380a)는 시료 5번의 필름 히터(380a)이다.23 and 24, an individual film heater 380a can be obtained by punching a plurality of film heaters 380a at the metal thin plate strip 19. [ Here, the individual film heater 380a shown in Fig. 23 and Fig. 24 is the film heater 380a of the sample No. 5.

이어서 금속박판(10)이 안쪽면을 향하도록 개별 필름 히터(380a)를 관 형태로 말아서 양단에 위치하는 접합부(17)를 중첩시킨다.Then, the individual film heater 380a is rolled into a tube shape so that the metal thin plate 10 faces the inner side, and the joint portions 17 located at both ends are overlapped.

그리고 관 형태로 말린 필름 히터(380a)의 중첩된 접합부(17)를 파이버 레이저로 접합하여, 시료 1번 내지 9번의 히터를 제조하였다. 이때 파이버 레이저를 이용하여 40~60W의 파워로 20mm/s 내지 30mm/s의 이송속도로 맞대기 용접(butt welding)을 함으로써, 관 형태로 말린 필름 히터(380a)의 중첩된 접합부(17)를 접합한다.Then, the overlapped joint portion 17 of the dried film heater 380a in the form of a tube was bonded with a fiber laser to produce a heater of Samples 1 to 9. At this time, butt welding is performed at a feed speed of 20 mm / s to 30 mm / s with a power of 40 to 60 W by using a fiber laser, so that the overlapped joint portion 17 of the dried film heater 380a is joined do.

도 25는 시료 5번의 히터에 DC 2V 인가 시의 발열거동을 보여주는 그래프이다.25 is a graph showing the exothermic behavior when DC 2 V is applied to the heater of sample 5.

도 25를 참조하면, 시료 5번의 히터에 구동전압 DC 2V 인가 시의 금속박판의 발열거동과 구동전압 오프(off) 시의 냉각 거동을 보여준다. DC 2V를 인가했을 때 25초 내외의 속도로 금속박판이 300℃까지 가열되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 25, the heating behavior of the thin metal plate when the driving voltage DC 2V is applied to the heater of sample 5 and the cooling behavior when the driving voltage is off (off) are shown. When the DC 2V is applied, it can be confirmed that the metal thin plate is heated up to 300 ° C at a speed of about 25 seconds.

따라서 시료 5번의 히터에 구동전압 DC 2V 이상으로 인가할 경우, 25초보다 짧은 시간에 금속박판이 300℃ 이상으로 가열될 것이라는 것을 예측할 수 있다.Therefore, it can be predicted that when the heater is applied to the heater of the sample 5 at a driving voltage of DC 2V or more, the metal thin plate will be heated to 300 ° C or more in a time shorter than 25 seconds.

표 1은 시료 1번 내지 9번의 히터에 구동전압 DC 2V 및 3.7V를 인가했을 때의 발열 특성 및 전기적 특성을 측정 및 산출한 결과이다.Table 1 shows the results of measurement and calculation of heat generation characteristics and electrical characteristics when driving voltages DC 2V and 3.7V were applied to the heaters 1 to 9.

Figure 112017087417762-pat00001
Figure 112017087417762-pat00001

표 1을 참조하면, DC 3.7V를 인가할 경우, 시료 1번 내지 9번의 히터는 500℃ 이상의 고온으로 발열할 것으로 예상된다. 하지만 500℃ 이상의 고온에서는 시료 1번 내지 9번의 히터는 내구성 및 수명을 유지하기 어렵고, 전력소모량 또한 8W 이상으로 높다.Referring to Table 1, when the DC 3.7 V is applied, it is expected that the heaters 1 through 9 will generate heat at a temperature higher than 500 ° C. However, at a high temperature of 500 ° C or more, the heaters 1 to 9 of the sample are difficult to maintain their durability and service life, and the power consumption is also high, such as 8 W or more.

이와 같이 단위면적당 2 W/㎠ 이상의 열밀도를 갖고, DC 3.7V의 구동전압에서 500℃ 이상 발열이 가능하고 출력이 8W 이상인 히터는 제어 없이 구동이 불가하다.As described above, a heater having a thermal density of 2 W / cm 2 or more per unit area and capable of generating heat at 500 ° C or more at a drive voltage of 3.7 V and having an output of 8 W or more can not be driven without control.

따라서 시료 1번 내지 9번에 따른 히터에 DC 3.7V를 인가하는 경우에 있어서, 도 26에 도시된 바와 같이, PWM 제어를 통한 온도 제어가 필요하다. 여기서 도 26은 시료 5번 히터의 PWM 제어 모식도이다.Therefore, when DC 3.7 V is applied to the heater according to samples 1 to 9, temperature control through PWM control is required as shown in Fig. Here, FIG. 26 is a schematic diagram of PWM control of the sample No. 5 heater.

도 26을 참조하면, a는 시료 5번 히터에 DC 3.7V 미만의 구동전압을 인가한 경우의 발열 거동 프로파일이고, a1은 시료 5번 히터에 DC 3.7V 미만의 구동전압을 인가하면서 PWM 제어를 수행한 발열 거동 프로파일이다.Referring to Fig. 26, a is a heating behavior profile when a driving voltage of less than 3.7V is applied to the heater of sample No. 5, and a1 is PWM control while applying a driving voltage of less than 3.7V to the heater of the sample No. 5 Is the heat behavior profile performed.

b는 시료 5번 히터에 DC 3.7V를 인가한 경우의 실제 발열 거동 프로파일이고, b1은 시료 5번 히터에 DC 3.7V를 인가하면서 PWM 제어를 수행한 발열 거동 프로파일이다.b is the actual exothermic behavior profile when DC 3.7V is applied to the sample No. 5 heater, and b1 is the exothermic behavior profile obtained by performing PWM control while applying DC 3.7V to the sample No. 5 heater.

a 프로파일과 b 프로파일을 비교하면, 인가되는 구동전압이 증가할수록 가열 속도가 증가하는 것을 알 수 있다.Comparing the a profile with the b profile, it can be seen that the heating rate increases as the applied driving voltage increases.

시료 5번 히터의 빠른 가열 속도를 이용하여 초기에 350 내지 400℃로 피크 히팅(peak heating)한 후, 250 내지 350℃로 유지하도록 PWM 제어함으로써, 히터에 삽입되는 고체형 담배를 150 내지 160℃로 가열시킬 수 있다.The solid cigarettes inserted in the heater are heated at a temperature of 150 to 160 DEG C by PWM control so as to peak at 350 to 400 DEG C by using a rapid heating rate of the heater of the sample No. 5, Lt; / RTI >

구동전압으로 DC 3.7V를 인가하는 경우, 350 내지 400℃로 피크 히팅하는 데 3초 이내의 시간이 소요된다. 그리고 PWM 제어를 통하여, 히터가 250 내지 350℃로 유지하도록 함으로써, 히터에 삽입되는 고체형 담배를 10초 이내에 150 내지 160℃로 신속하게 가열시킬 수 있다. 이러한 PWM 제어를 통하여 시료 5번 히터의 높은 발열량으로 인한 히터의 내구성 및 수명이 저하되는 것을 억제할 수 있다.When DC 3.7V is applied as the driving voltage, it takes a time of 3 seconds or less to perform peak heating at 350 to 400 ° C. By allowing the heater to be maintained at 250 to 350 DEG C through the PWM control, the solid cigarette inserted into the heater can be quickly heated to 150 to 160 DEG C within 10 seconds. This PWM control can suppress the deterioration of the durability and lifespan of the heater due to the high heating value of the heater No. 5.

이와 같은 시료 1번 내지 9번 히터는 DC 2V 및 DC 3.7V의 구동 전압 인가 시, 전력비가 3.4 내지 4.8이다. 시료 1번 내지 9번 히터는 DC 3.7V의 구동 전압 인가 시, 열밀도가 2 W/㎠ 이상이다.When the driving voltage of DC 2 V and DC 3.7 V is applied to the heaters 1 to 9, the power ratio is 3.4 to 4.8. When the driving voltage of DC 3.7V is applied to the sample 1 to 9 heater, the thermal density is 2 W / cm 2 or more.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.It should be noted that the embodiments disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of specific examples for the purpose of understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.

10 : 금속박판
11 : 하부면
13 : 상부면
17 : 접합부
19 : 금속박판 스트립
20 : 절연층
30 : 전극 배선 패턴
31 : 전극 패드
33 : 연결 배선
35 : 전극 단자
39 : 금속층
40 : 면상 발열체
50 : 덮개층
51 : 윈도우
70 : 단열층
80, 180, 280 : 히터
80a, 380a : 필름 히터
81 : 삽입구
83 : 유입구
90 : 전기 가열식 흡연 장치
91 : 온도 센서
93 : 제어부
95 : 고체형 담배
100 : 고체형 전자 담배
10: metal sheet
11: Lower surface
13: upper surface
17:
19: Sheet metal strip
20: Insulation layer
30: electrode wiring pattern
31: Electrode pad
33: Connection wiring
35: Electrode terminal
39: metal layer
40: Planar heating element
50: cover layer
51: Window
70: insulating layer
80, 180, 280: heater
80a, 380a: Film heater
81:
83: Inlet
90: Electric heating smoking device
91: Temperature sensor
93:
95: Solid tobacco
100: solid electronic cigarette

Claims (12)

관 형태의 금속박판;
상기 금속박판의 일면을 덮는 절연층;
상기 절연층 위에 형성된 전극 배선 패턴;
상기 전극 배선 패턴에 연결되게 나노탄소입자 기반의 발열체 조성물을 상기 절연층 위에 인쇄하여 형성되며, 상기 전극 배선 패턴으로부터 전원을 인가받아 발열하며, 복수의 열로 상기 전극 배선 패턴에 병렬로 연결되는 복수의 면상 발열체; 및
상기 복수의 면상 발열체가 형성된 상기 절연층을 덮는 덮개층;을 포함하며,
상기 전극 배선 패턴에 DC 2V 및 DC 3.7V의 구동 전압 인가 시, 전력비가 3.4 내지 4.8이고,
상기 복수의 면상 발열체를 형성하는 발열체 조성물은,
탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자를 포함하는 탄소 입자와,
은, 구리 또는 니켈 소재의 금속 분말을 구비하는 전도성 입자; 및
헥사메틸렌 디이소시아네이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지를 포함하거나 에폭시 아크릴레이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지를 포함하는 혼합 바인더;를 포함하고,
상기 전도성 입자는 발열 조성물 100 중량부에 대하여 탄소나노튜브 입자 0.1 내지 5 중량부, 그라파이트 입자 0.1 내지 20 중량부 및 금속 분말 10 내지 60 중량부를 포함하는 전기 가열식 흡연 장치용 히터.
Metal plate in the form of a tube;
An insulating layer covering one surface of the thin metal plate;
An electrode wiring pattern formed on the insulating layer;
A plurality of electrode wiring patterns formed by printing a heating element composition based on nano carbon particles on the insulating layer so as to be connected to the electrode wiring patterns, Plane heating elements; And
And a cover layer covering the insulating layer on which the plurality of planar heating elements are formed,
When a driving voltage of DC 2V and DC 3.7V is applied to the electrode wiring pattern, the power ratio is 3.4 to 4.8,
The heating element composition for forming the plurality of area heating elements
Carbon particles including carbon nanotube particles and graphite particles,
Silver, conductive particles comprising a metal powder of copper or nickel; And
A mixed binder comprising hexamethylene diisocyanate, polyvinyl acetal and a phenolic resin or comprising an epoxy acrylate, a polyvinyl acetal and a phenolic resin,
Wherein the conductive particles comprise 0.1 to 5 parts by weight of carbon nanotube particles, 0.1 to 20 parts by weight of graphite particles and 10 to 60 parts by weight of metal powder with respect to 100 parts by weight of the exothermic composition.
제1항에 있어서,
상기 전극 배선 패턴에 DC 3.7V의 구동 전압 인가 시, 열밀도가 2 W/㎠ 이상인 전기 가열식 흡연 장치용 히터.
The method according to claim 1,
And a thermal density of 2 W / cm 2 or more when a driving voltage of DC 3.7 V is applied to the electrode wiring pattern.
제1항에 있어서,
상기 덮개층을 덮는 단열층;
을 더 포함하는 전기 가열식 흡연 장치용 히터.
The method according to claim 1,
A heat insulating layer covering the cover layer;
And a heater for heating the electric heater.
제3항에 있어서,
상기 단열층의 소재는 내부에 공기층을 갖는 실리콘 튜브, 다공성의 실리콘, PFA(Perfluoroalkoxy) 또는 아라미드 섬유를 포함하는 전기 가열식 흡연 장치용 히터.
The method of claim 3,
Wherein the material of the heat insulating layer includes a silicone tube having an air layer therein, porous silicon, PFA (Perfluoroalkoxy), or aramid fibers.
제1항에 있어서,
상기 절연층은 코팅 또는 캐스팅으로 상기 금속박판의 일면에 형성되는 전기 가열식 흡연 장치용 히터.
The method according to claim 1,
Wherein the insulating layer is formed on one surface of the thin metal plate by coating or casting.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 복수의 면상 발열체는 굴곡진 부분을 포함하는 전기 가열식 흡연 장치용 히터.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of planar heating elements include bent portions.
고체형 담배의 일단부가 삽입되는 관 형태를 가지며, 전원을 인가받아 발열하는 복수의 면상 발열체를 포함하되, 상기 복수의 면상 발열체는 나노탄소입자 기반의 발열체 조성물을 인쇄하여 형성되는 히터;
상기 히터에 부착되어 온도를 측정하여 전달하는 온도 센서; 및
상기 온도 센서로부터 전달받은 온도를 기반으로 상기 히터의 온/오프를 PWM(pulse width modulation) 방식으로 제어하되, 상기 히터의 온도를 초기에 350 내지 400℃로 피크 히팅(peak heating)한 후, 250 내지 350℃로 유지하도록 PWM 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 복수의 면상 발열체를 형성하는 발열체 조성물은,
탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자를 포함하는 탄소 입자와,
은, 구리 또는 니켈 소재의 금속 분말을 구비하는 전도성 입자; 및
헥사메틸렌 디이소시아네이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지를 포함하거나 에폭시 아크릴레이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지를 포함하는 혼합 바인더;를 포함하고,
상기 전도성 입자는 발열 조성물 100 중량부에 대하여 탄소나노튜브 입자 0.1 내지 5 중량부, 그라파이트 입자 0.1 내지 20 중량부 및 금속 분말 10 내지 60 중량부를 포함하는 PWM 제어 방식을 이용한 전기 가열식 흡연 장치.
And a plurality of planar heating elements having a tube shape in which one end of the solid cigarette is inserted and generating heat when power is supplied, wherein the plurality of planar heating elements are formed by printing a heating element composition based on nanocarbon particles;
A temperature sensor attached to the heater to measure and deliver the temperature; And
The temperature of the heater is peak-heated to 350 to 400 ° C. at the beginning, and then the temperature of the heater is 250 ° C., To 350 < 0 > C,
The heating element composition for forming the plurality of area heating elements
Carbon particles including carbon nanotube particles and graphite particles,
Silver, conductive particles comprising a metal powder of copper or nickel; And
A mixed binder comprising hexamethylene diisocyanate, polyvinyl acetal and a phenolic resin or comprising an epoxy acrylate, a polyvinyl acetal and a phenolic resin,
Wherein the conductive particles comprise 0.1 to 5 parts by weight of carbon nanotube particles, 0.1 to 20 parts by weight of graphite particles and 10 to 60 parts by weight of metal powder with respect to 100 parts by weight of the exothermic composition.
제8항에 있어서, 상기 히터는,
관 형태의 금속박판;
상기 금속박판의 일면을 덮는 절연층;
상기 절연층 위에 형성된 전극 배선 패턴;
상기 전극 배선 패턴에 연결되게 상기 발열체 조성물을 상기 절연층 위에 인쇄하여 형성되며, 상기 전극 배선 패턴으로부터 전원을 인가받아 발열하며, 복수의 열로 상기 전극 배선 패턴에 병렬로 연결되는 상기 복수의 면상 발열체; 및
상기 복수의 면상 발열체가 형성된 상기 절연층을 덮는 덮개층;을 포함하며,
상기 전극 배선 패턴에 DC 2V 및 DC 3.7V의 구동 전압 인가 시, 전력비가 3.4 내지 4.8인 PWM 제어 방식을 이용한 전기 가열식 흡연 장치.
9. The apparatus according to claim 8,
Metal plate in the form of a tube;
An insulating layer covering one surface of the thin metal plate;
An electrode wiring pattern formed on the insulating layer;
The plurality of planar heating elements formed by printing the heating element composition on the insulating layer so as to be connected to the electrode wiring pattern, receiving the power from the electrode wiring pattern and generating heat, and being connected in parallel to the electrode wiring pattern in a plurality of rows; And
And a cover layer covering the insulating layer on which the plurality of planar heating elements are formed,
Wherein electric power ratio is 3.4 to 4.8 when driving voltage of DC 2V and DC 3.7V is applied to the electrode wiring pattern.
제9항에 있어서, 상기 히터는,
상기 전극 배선 패턴에 DC 3.7V의 구동 전압 인가 시, 열밀도가 2 W/㎠ 이상인 PWM 제어 방식을 이용한 전기 가열식 흡연 장치.
10. The apparatus according to claim 9,
Wherein a thermal density is 2 W / cm 2 or more when a driving voltage of DC 3.7 V is applied to the electrode wiring pattern.
제9항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 전극 배선 패턴에 DC 3.7V의 구동 전압 인가 시, 상기 히터의 온도를 3초 이내에 350 내지 400℃로 피크 히팅한 후, 250 내지 350℃로 유지하도록 PWM 제어하는 PWM 제어 방식을 이용한 전기 가열식 흡연 장치.
10. The apparatus according to claim 9,
When the drive voltage of DC 3.7V is applied to the electrode wiring pattern, the temperature of the heater is peak-heated to 350 to 400 ° C within 3 seconds, and then PWM control is performed so as to maintain the temperature at 250 to 350 ° C. Device.
제9항에 있어서,
상기 히터는 상기 덮개층을 덮는 단열층;을 더 포함하며,
상기 온도 센서는 상기 덮개층 위에 형성되며 상기 단열층에 의해 덮이는 PWM 제어 방식을 이용한 전기 가열식 흡연 장치.
10. The method of claim 9,
Wherein the heater further comprises a heat insulating layer covering the cover layer,
Wherein the temperature sensor is formed on the cover layer and covered with the heat insulating layer.
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