KR102017004B1 - Electric heating type smoking device using printed temperature sensor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인쇄형 온도 센서를 이용한 전기 가열식 흡연 장치에 관한 것으로, 고온으로 발열하는 필름 히터의 온도 감지를 통하여 필름 히터의 발열 온도를 PWM(pulse width modulation) 방식으로 제어하기 위한 것이다. 필름 히터는 고체형 담배의 일단부가 삽입되는 관 형태를 가지며, 전원을 인가받아 발열하는 나노탄소입자 기반의 복수의 면상 발열체를 구비한다. 온도 센서는 필름 히터의 표면에 인쇄로 형성되어 필름 히터의 온도를 감지하는 전달하는 탄소나노튜브를 기반으로 형성된다. 그리고 제어부는 온도 센서로부터 전달받은 온도를 기반으로 필름 히터의 온/오프를 PWM 방식으로 제어한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric heating smoking device using a printed temperature sensor, and to control the heating temperature of a film heater by a pulse width modulation (PWM) method through sensing a temperature of a film heater that generates heat at a high temperature. The film heater has a tubular shape in which one end of the solid cigarette is inserted, and includes a plurality of planar heating elements based on nano carbon particles that generate heat by receiving power. The temperature sensor is formed on the surface of the film heater by printing and is formed on the basis of carbon nanotubes for transmitting the temperature of the film heater. The controller controls the on / off of the film heater on a PWM basis based on the temperature received from the temperature sensor.

Description

인쇄형 온도 센서를 이용한 전기 가열식 흡연 장치{Electric heating type smoking device using printed temperature sensor}Electric heating type smoking device using printed temperature sensor

본 발명은 고체형 전자 담배에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 필름 히터에서 발생되는 높은 발열량에 대한 PWM(pulse width modulation) 제어를 위해 필름 히터의 온도를 감지하는 인쇄형 온도 센서를 이용한 전기 가열식 흡연 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a solid-type electronic cigarette, and more particularly, an electric heating smoking device using a printed temperature sensor for sensing the temperature of the film heater for the pulse width modulation (PWM) control for the high heat generated from the film heater It is about.

일반적인 연소형 담배는 라이터, 성냥 등의 점화를 통한 연소에 의해서 연기를 흡입하는 방식이다. 이러한 연소형 담배는 타르, 중금속 등의 많은 양의 유해물질을 흡입하게 된다.A general combustion cigarette is a method of inhaling smoke by combustion through ignition such as a lighter and a match. Such combustion cigarettes inhale a large amount of harmful 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.Recently, in order to solve this problem, a solid electronic cigarette of the type which smokes a cigarette (hereinafter referred to as a "solid cigarette") by electric heating has been introduced. It is possible to lower the inhalation of harmful substances and at the same time smoke through the steam without smoke.

이러한 고체형 전자 담배를 즐기기 위해서는 전용 전자기기인 전기 가열식 흡연 장치가 필요하다. 전기 가열식 흡연 장치는 고체형 담배를 찌는데 필요한 히터를 포함한다.In order to enjoy such a solid type electronic cigarette, an electrically heated smoking device that is a dedicated electronic device is required. The electrically heated smoking device includes a heater necessary to steam the 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 a heater of a conventional electrically heated smoking device, a heating blade or a metal etched film heater is used. However, there is a problem in that a large amount of time and power are consumed to heat the metal structure of the heating blade or the metal etched film heater to the temperature required to steam the solid cigarette. And since the power consumption of the heater is large, there is a problem that can not smoke two or more solid cigarettes continuously in the conventional electrically heated smoking device.

기존의 전기 가열식 흡연 장치는 히터의 온도 제어를 위해서, 히터의 온도를 감지하는 온도 센서가 히터의 표면에 부착되어 있다. 온도 센서로는 정온도계수(positive temperature coefficient; PTC) 타입이 사용된다.In the conventional electrically heated smoking device, in order to control the temperature of the heater, a temperature sensor for detecting the temperature of the heater is attached to the surface of the heater. As the temperature sensor, a positive temperature coefficient (PTC) type is used.

정온도계수 타입의 온도 센서는 200℃ 이하에서는 PTC 거동을 보이지만 결국에는 전기적으로 절연상태로 변화하기 때문에, 200℃ 이상의 온도를 감지하는 용도로는 적합하지 못한다.The constant temperature coefficient type temperature sensor exhibits PTC behavior below 200 ° C, but eventually changes to an electrically insulated state, and thus is not suitable for sensing a temperature above 200 ° C.

그리고 히터의 표면에 온도 센서가 부착되기 때문에, 온도 센서를 부착하기 위한 공간이 필요하고, 이러한 공간으로 인해서 온도 센서를 포함한 히터의 크기가 증가한다. 이로 인해 온도 센서는 전기 가열식 흡연 장치의 크기를 증가시키는 요인으로 작용한다.Since the temperature sensor is attached to the surface of the heater, a space for attaching the temperature sensor is required, and the size of the heater including the temperature sensor increases due to this space. This causes the temperature sensor to increase the size of the electrically heated smoking device.

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

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

본 발명의 다른 목적은 히터에서 발생되는 높은 발열량에 대한 PWM 제어를 위해 히터의 온도를 감지하는 인쇄형 온도 센서를 이용한 전기 가열식 흡연 장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention to provide an electric heating smoking device using a printed temperature sensor for sensing the temperature of the heater for the PWM control of the high heat generated from the heater.

본 발명의 또 다른 목적은 온도 센서의 부착 공간 및 두께 증가를 최소화할 수 있는 인쇄형 온도 센서를 이용한 전기 가열식 흡연 장치를 제공하는 데 있다.Still another object of the present invention is to provide an electrically heated smoking device using a printed temperature sensor that can minimize an increase in the attachment space and thickness of the temperature sensor.

본 발명의 또 다른 목적은 히터와 함께 관 형태로 구부릴 수 있는 유연성을 갖는 인쇄형 온도 센서를 이용한 전기 가열식 흡연 장치를 제공하는 데 있다.Still another object of the present invention is to provide an electric heating smoking device using a printed temperature sensor having a flexibility to bend in a tube form together with a heater.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고체형 담배의 일단부가 삽입되는 관 형태를 가지며, 전원을 인가받아 발열하는 나노탄소입자 기반의 복수의 면상 발열체를 구비하는 필름 히터; 및 상기 필름 히터의 표면에 인쇄로 형성되어 상기 필름 히터의 온도를 감지하여 전달하는 탄소나노튜브를 기반으로 하는 온도 센서;를 포함하는 전기 가열식 흡연 장치용 히터 조립체를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention has a tubular shape in which one end of the solid cigarette is inserted, a film heater having a plurality of planar heating elements based on nano-carbon particles to generate heat by receiving power; And a temperature sensor based on carbon nanotubes formed by printing on the surface of the film heater and sensing and transferring the temperature of the film heater.

상기 필름 히터는, 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 내부 덮개층;을 포함한다.The film heater, the tube-shaped metal foil; An insulating layer covering one surface of the metal sheet; An electrode wiring pattern formed on the insulating layer; Is formed by printing a nano-carbon particle-based heating element composition to be connected to the electrode wiring pattern on the insulating layer, a plurality of heat connected to the electrode wiring pattern in a plurality of rows to generate heat by applying power from the electrode wiring pattern Planar heating element; And an inner cover layer covering the insulating layer on which the plurality of planar heating elements are formed.

상기 온도 센서는, 상기 내부 덮개층 위에 상기 탄소나노튜브와 고내열성 수지를 함유하는 온도 센싱 조성물을 인쇄하여 형성되는 온도 센싱부; 및 상기 온도 센싱부가 형성된 상기 내부 덮개층을 덮는 외부 덮개층;를 포함한다.The temperature sensor may include a temperature sensing unit formed by printing a temperature sensing composition containing the carbon nanotubes and a high heat resistant resin on the inner cover layer; And an outer cover layer covering the inner cover layer on which the temperature sensing unit is formed.

상기 온도 센싱부는 굴곡을 갖는 라인 형태로 상기 복수의 면상 발열체가 형성된 상기 내부 덮개층 위에 형성된다.The temperature sensing unit is formed on the inner cover layer in which the plurality of planar heating elements are formed in a curved line shape.

상기 온도 센싱 조성물은 에폭시계 수지 또는 페놀계 수지를 포함한다.The temperature sensing composition includes an epoxy resin or a phenol resin.

상기 온도 센서는 상온에서 400℃까지 선형적으로 저항이 감소하는 부온도계수(negative temperature coefficient; NTC) 특성을 나타낸다.The temperature sensor exhibits a negative temperature coefficient (NTC) characteristic of linearly decreasing resistance from room temperature to 400 ° C.

본 발명은 또한, 고체형 담배의 일단부가 삽입되는 관 형태를 가지며, 전원을 인가받아 발열하는 나노탄소입자 기반의 복수의 면상 발열체를 구비하는 필름 히터; 상기 필름 히터의 표면에 인쇄로 형성되어 상기 필름 히터의 온도를 감지하는 전달하는 탄소나노튜브 기반으로 하는 온도 센서; 및 상기 온도 센서로부터 전달받은 온도를 기반으로 상기 필름 히터의 온/오프를 PWM(pulse width modulation) 방식으로 제어하는 제어부;를 포함하는 전기 가열식 흡연 장치를 제공한다.The present invention also has a tubular shape in which one end of the solid cigarette is inserted, the film heater having a plurality of planar heating element based on the nano-carbon particles to generate heat by receiving power; A carbon nanotube-based temperature sensor formed by printing on the surface of the film heater and transmitting the sensing temperature of the film heater; And a controller configured to control on / off of the film heater in a pulse width modulation (PWM) manner based on the temperature received from the temperature sensor.

그리고 상기 제어부는, 상기 온도 센서로부터 전달받은 온도를 기반으로 상기 필름 히터의 온도를 초기에 350 내지 400℃로 피크 히팅(peak heating)한 후, 250 내지 350℃로 유지하도록 PWM 제어한다.The controller controls the PWM to maintain the film heater temperature at 250 to 350 ° C. after initially heating the film heater to 350 to 400 ° C. based on the temperature received from the temperature sensor.

본 발명에 따르면, 나노탄소입자를 기반으로 하는 관 형태의 필름 히터에서 저전력으로 발생되는 높은 발열량에 대한 PWM 제어를 통하여 필름 히터에 삽입되는 고체형 담배를 신속하게 가열시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to rapidly heat the solid cigarette inserted into the film heater through PWM control of the high heat generation generated at low power in the tube-type film heater based on the carbon nanoparticles.

즉 본 발명에 따른 필름 히터는 3~4V의 저전압에서도 500℃ 이상의 높은 발열량을 순간적으로 발생시키면서 단위면적당 2 W/㎠ 이상의 열밀도를 나타낸다. 따라서 필름 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, 필름 히터에 삽입되는 고체형 담배를 신속하게 가열시킬 수 있다. 아울러 PWM 제어를 통하여 필름 히터의 높은 발열량으로 인한 필름 히터의 내구성 및 수명이 저하되는 것을 억제할 수 있다.That is, the film heater according to the present invention exhibits a heat density of 2 W / cm 2 or more per unit area while instantaneously generating a high calorific value of 500 ° C. or higher even at a low voltage of 3 to 4 V. Therefore, after peak heating at 350 to 400 ° C. for an initial few seconds using the rapid heating speed of the film heater, PWM control is performed to maintain the temperature at 250 to 350 ° C., thereby rapidly heating the solid cigarette inserted into the film heater. You can. In addition, it is possible to suppress degradation of the durability and life of the film heater due to the high heat generation amount of the film heater through PWM control.

본 발명에 따른 필름 히터의 표면에 인쇄를 통하여 온도 센서를 형성하기 때문에, 온도 센서의 부착 공간 및 두께 증가를 최소화할 수 있다. 온도 센서는 탄소나노튜브를 기반으로 하기 때문에, 400℃에서도 부온도계수(negative temperature coefficient; NTC) 특성을 유지한다. 따라서 본 발명에 따른 필름 히터에서 발생되는 높은 발열량에 대해서도, 온도 센서는 PWM 제어를 위해 필름 히터의 온도를 정확히 감지할 수 있다.Since the temperature sensor is formed on the surface of the film heater according to the present invention through printing, it is possible to minimize the increase in the attachment space and thickness of the temperature sensor. Because the temperature sensor is based on carbon nanotubes, it maintains the negative temperature coefficient (NTC) even at 400 ℃. Therefore, even for a high amount of heat generated in the film heater according to the present invention, the temperature sensor can accurately sense the temperature of the film heater for PWM control.

온도 센서는 탄소나노튜브를 기반으로 고내열성 수지가 혼합된 조성물을 필름 히터의 표면에 인쇄하여 필름 형태로 형성되기 때문에, 필름 히터와 더불어 관 형태로 구부릴 수 있는 유연성을 갖는다.Since the temperature sensor is formed in the form of a film by printing a composition mixed with a high heat resistance resin based on carbon nanotubes on the surface of the film heater, the temperature sensor has the flexibility to be bent in the form of a tube together with the film heater.

본 발명에 따른 필름 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 필름 히터를 초기에 고온으로 가열하더라도 금속박판과 절연층 간에 안정적인 접합 상태를 유지할 수 있다.In the film heater according to the present invention, since the insulating layer is directly formed by coating or casting on the metal thin plate, it is possible to exclude the use of the adhesive used between the existing metal thin plate (metal structure) and the insulating layer. This can solve the problems caused by the use of conventional adhesives. In particular, even though the film heater is initially heated to high temperature through PWM control, it is possible to maintain a stable bonding state between the metal sheet and the insulating layer.

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 형의 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 directly in the form of a tube, a thickness of about 1.5 mm is required, which increases the heat capacity of the metal structure and consumes time and a lot of power to heat the metal structure. The problem of inconvenience may occur. However, since the present invention manufactures a plate-shaped film heater formed on the basis of a metal sheet of 1 mm or less in the form of a tube, the heat capacity of the metal sheet can be reduced, and the time for heating a solid cigarette is shortened and power is reduced. Reduce usage

본 발명에 따른 필름 히터는 고체형 담배가 삽입될 수 있도록 관 형태로 구현되기 때문에, 고체형 담배를 거치할 구조물을 별도로 제작할 필요가 없다.Since the film heater according to the present invention is implemented in a tubular shape so that the solid cigarette can be inserted, there is no need to separately prepare a structure to mount the solid cigarette.

본 발명에 따른 필름 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 필름 히터는 고체형 담배를 신속하게 가열시킬 수 있다.Since the film heater according to the present invention includes an electrode wiring pattern and a planar heating element that can be driven at a low voltage, the film heater can exhibit high heat generation characteristics at low power. Since the planar heating element is formed of a heating element composition in the form of a coating including nano-carbon particles and a mixed binder, it has a low specific resistance and excellent thermal conductivity, which is advantageous for low voltage driving and has a high temperature rising speed. This allows the film heater according to the present invention to quickly heat the solid cigarette.

본 발명에 따른 필름 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 필름 히터는 전력 소모량, 열전달 손실 및 제조 원가를 줄일 수 있고, 금속박판의 열용량을 최소화할 수 있다.Since the film heater according to the present invention includes a planar heating element formed to have a bend, it is possible to increase the contact area between the planar heating element and the metal sheet when rolled in the form of a tube. As a result, the film heater according to the present invention can reduce power consumption, heat transfer loss and manufacturing cost, and minimize the heat capacity of the metal sheet.

그리고 본 발명에 따른 필름 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.And by forming a heat insulation layer in the outer surface of the film heater which concerns on this invention, it can suppress that the heat generate | occur | produced in a planar heating element is discharged to the outside and is lost. In addition, the heat insulation layer allows heat to be transferred toward the solid cigarette to be inserted, thereby shortening the heating time of the solid cigarette and further reducing power consumption.

도 1은 본 발명에 따른 전기 가열식 흡연 장치를 포함하는 고체형 전자 담배를 보여주는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기 가열식 흡연 장치용 히터 조립체를 보여주는 사시도이다.
도 3 및 도 4는 관 형태로 말리기 전의 판 상의 히터 조립체를 보여주는 사시도들이다.
도 5는 도 3의 히터 조립체의 평면도이다.
도 6은 도 2의 필름 히터를 보여주는 평면도이다.
도 7은 도 2의 온도 센서를 보여주는 평면도이다.
도 8 내지 도 21은 본 발명의 제1 실시예에 따른 히터 조립체의 제조 방법에 따른 각 단계들을 보여주는 도면들로서,
도 8은 금속박판을 보여주는 평면도이고,
도 9는 도 8의 9-9선 단면도이고,
도 10은 금속박판의 상부면에 절연층을 형성하는 단계를 보여주는 단면도이고,
도 11은 절연층 위에 금속층을 형성하는 단계를 보여주는 단면도이고,
도 12는 금속층을 패터닝하여 전극 배선 패턴을 형성하는 단계를 보여주는 평면도이고,
도 13은 발열체 조성물을 인쇄하여 복수의 면상 발열체를 형성하는 단계를 보여주는 평면도이고,
도 14는 도 13의 13-13선 단면도이고,
도 15는 전극 배선 패턴 및 복수의 면상 발열체를 덮도록 절연층 위에 내부 덮개층을 형성하는 단계를 보여주는 평면도이고,
도 16은 도 15의 16-16선 단면도이고,
도 17은 복수의 면상 발열체가 형성된 내부 덮개층 위에 온도 센싱 조성물을 인쇄하여 온도 센싱부를 형성하는 단계를 보여주는 평면도이고,
도 18은 내부 덮개층 위에 온도 센싱부를 덮는 외부 덮개층을 형성하는 단계를 보여주는 평면도이고,
도 19는 접합부 및 전극 배선 패턴을 제외한 부분을 절개하여 판 형의 히터 조립체를 제조하는 단계를 보여주는 평면도이고,
도 20은 도 19의 20-20선 단면도이고,
도 21은 금속박판이 안쪽면을 향하도록 히터 조립체를 관 형태로 마는 단계를 보여주는 단면도이다.
도 22는 금속박판 스트립 상에 형성된 단위 히터 조립체를 보여주는 평면도이다.
도 23은 본 발명의 제2 실시예에 따른 히터 조립체를 보여주는 단면도이다.
도 24는 본 발명의 제3 실시예에 따른 히터 조립체의 필름 히터를 보여주는 평면도이다.
도 25는 도 24의 히터 조립체의 온도 센서를 보여주는 평면도이다.
도 26은 타발 전 금속박판 스트립 상에 형성된 제3 실시예에 따른 히터 조립체의 필름 히터들을 보여주는 사진이다.
도 27은 도 26의 타발 후 시료 5번의 필름 히터의 하부면을 보여주는 사진이다.
도 28은 도 27의 시료 5번의 필름 히터의 상부면을 보여주는 사진이다.
도 29는 시료 5번의 필름 히터에 DC 2V 인가 시의 발열거동을 보여주는 그래프이다.
도 30은 시료 5번 필름 히터의 PWM 제어 모식도이다.
1 is a schematic view showing a solid-type electronic cigarette including the electrically heated smoking device according to the present invention.
2 is a perspective view showing a heater assembly for an electrically heated smoking device according to a first embodiment of the present invention.
3 and 4 are perspective views showing the heater assembly on the plate before drying in tubular form.
5 is a top view of the heater assembly of FIG. 3.
6 is a plan view illustrating the film heater of FIG. 2.
7 is a plan view illustrating the temperature sensor of FIG. 2.
8 to 21 are views showing each step according to the manufacturing method of the heater assembly according to the first embodiment of the present invention,
8 is a plan view showing a metal sheet,
FIG. 9 is a sectional view taken along line 9-9 of FIG. 8;
10 is a cross-sectional view showing a step of forming an insulating layer on the upper surface of the metal thin plate,
11 is a cross-sectional view showing a step of forming a metal layer on an insulating layer,
12 is a plan view illustrating a step of forming an electrode wiring pattern by patterning a metal layer;
13 is a plan view showing a step of forming a plurality of planar heating elements by printing the heating element composition;
14 is a cross-sectional view taken along line 13-13 of FIG. 13,
15 is a plan view illustrating a step of forming an inner cover layer on an insulating layer to cover an electrode wiring pattern and a plurality of planar heating elements;
16 is a cross-sectional view taken along line 16-16 of FIG. 15,
17 is a plan view illustrating a step of forming a temperature sensing unit by printing a temperature sensing composition on an inner cover layer having a plurality of planar heating elements formed thereon;
18 is a plan view illustrating a step of forming an outer cover layer covering a temperature sensing unit on an inner cover layer;
19 is a plan view showing a step of manufacturing a plate-shaped heater assembly by cutting away portions except the junction part and the electrode wiring pattern,
20 is a cross-sectional view taken along line 20-20 of FIG. 19,
21 is a cross-sectional view showing the step of rolling the heater assembly in the form of a tube so that the metal sheet faces the inner side.
22 is a plan view showing a unit heater assembly formed on a thin metal strip.
23 is a cross-sectional view showing a heater assembly according to a second embodiment of the present invention.
24 is a plan view illustrating a film heater of the heater assembly according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 25 is a plan view illustrating a temperature sensor of the heater assembly of FIG. 24.
26 is a photograph showing film heaters of a heater assembly according to a third embodiment formed on a thin metal strip before punching.
27 is a photograph showing the lower surface of the film heater of Sample No. 5 after punching of FIG.
FIG. 28 is a photograph showing an upper surface of the film heater of Sample No. 5 in FIG. 27.
29 is a graph showing the exothermic behavior when DC 2V is applied to the film heater of Sample No. 5.
30 is a schematic diagram of PWM control of a sample heater 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 the embodiments of the present invention will be described, it should be noted that the description of other parts will be omitted in a range that does not distract from 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 or words used in the specification and claims described below should not be construed as being limited to the ordinary or dictionary meanings, and the inventors are appropriate to the concept of terms in order to explain their invention in the best way. It should be interpreted as meanings and concepts in accordance with the technical spirit of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configuration shown in the drawings are only preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical idea of the present invention, and various equivalents may be substituted for them at the time of the present application. It should be understood that there may be variations and variations.

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

도 1은 본 발명에 따른 전기 가열식 흡연 장치를 포함하는 고체형 전자 담배를 보여주는 개략도이다.1 is a schematic view showing a solid-type electronic cigarette including the electrically heated smoking device 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 electronic cigarette 100 according to the present invention includes a solid cigarette 95 and an electrically heated smoking device 90. The solid-type electronic cigarette 100 is an electronic cigarette used by heating a stick-type solid cigarette 95 into an electric heating smoking device 90 and using electricity unlike the liquid electronic cigarette using a 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 form similar to that of a general combustion cigarette. That is, the solid tobacco 95 is formed on one end of the tobacco section 95b, the tobacco section 95b to accommodate the tobacco, filter section for filtering harmful substances contained in the aerosol generated by steaming the tobacco section 95b. (95a). At this time, the tobacco of the tobacco part 95b is a tobacco which can be steamed by heat, and is distinguished from the general combustion type tobacco.

본 발명에 따른 전기 가열식 흡연 장치(90)는 전기 가열에 의해서 고체형 담배(95)를 찌는 히터 조립체(91)를 포함한다. 히터 조립체(91)는 관 형의 필름 히터(80)와 온도 센서(60)를 포함한다. 필름 히터(80)는 고체형 담배(95)의 일단부가 삽입되는 관 형태를 가지며, 전원을 인가받아 발열하는 나노탄소입자 기반의 복수의 면상 발열체를 구비한다. 온도 센서(60)는 필름 히터(80)의 표면에 인쇄로 형성되어 필름 히터(80)의 온도를 감지하여 전달하는 탄소나노튜브를 기반으로 한다.The electrically heated smoking device 90 according to the invention comprises a heater assembly 91 which steams the solid tobacco 95 by electric heating. The heater assembly 91 includes a tubular film heater 80 and a temperature sensor 60. The film heater 80 has a tubular shape in which one end of the solid cigarette 95 is inserted and includes a plurality of planar heating elements based on nano-carbon particles that generate heat by receiving power. The temperature sensor 60 is based on carbon nanotubes formed by printing on the surface of the film heater 80 to sense and transmit the temperature of the film heater 80.

그리고 본 발명에 따른 전기 가열식 흡연 장치(90)는 필름 히터(80)의 온도 제어를 수행하는 제어부(93)를 더 포함할 수 있다. In addition, the electrically heated smoking device 90 according to the present invention may further include a control unit 93 for performing temperature control of the film heater 80.

여기서 필름 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.Here, the film heater 80 has a tubular shape in which openings 81 and 83 are opened at both sides, and one side of the openings 81 and 83 is an insertion hole 81 into which one end of the solid cigarette 95 is inserted. Is used. The other side of the openings 81, 89, ie, the opposite side of the insertion opening 81, allows the aerosol generated by the heating of the solid tobacco 95 to be sucked through the filter portion 95a of the solid tobacco 95. It is used as an inlet 83 through which air is introduced.

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

온도 센서(60)는 필름 히터(80)의 온도를 감지하여 제어부(93)로 전달한다. 온도 센서(60)는 탄소나노튜브를 기반으로 하며, 상온에서 400℃까지 선형적으로 저항이 감소하는 NTC 특성을 갖는다. 즉 특정 온도에서 저항이 일정하면 전류제어를 통해서 필름 히터(80)의 온도를 제어할 수 있다. 온도 센서(60)는 온도 증가에 따른 선형적인 저항의 감소를 감지하여 제어부(95)로 전달하면, 제어부(95)는 필름 히터(80)로 공급되는 전류의 제어를 통하여 필름 히터(80)의 온도를 고체형 담배(95)를 찌는데 적합한 온도로 제어할 수 있다.The temperature sensor 60 detects the temperature of the film heater 80 and transmits the temperature to the controller 93. The temperature sensor 60 is based on carbon nanotubes, and has a NTC characteristic of linearly decreasing resistance up to 400 ° C. at room temperature. That is, when the resistance is constant at a specific temperature, the temperature of the film heater 80 may be controlled through current control. When the temperature sensor 60 detects a decrease in linear resistance according to an increase in temperature and transmits the linear resistance to the controller 95, the controller 95 controls the current supplied to the film heater 80 to control the current of the film heater 80. The temperature can be controlled to a temperature suitable for steaming the solid tobacco 95.

그리고 제어부(93)는 온도 센서(60)로부터 전달받은 온도를 기반으로 필름 히터(80)의 온/오프를 제어한다. 즉 제어부(93)는 삽입구(81)로 삽입된 고체형 담배(95)로 적정 온도의 열을 전달할 수 있도록, 온도 센서(60)로부터 전달받은 온도를 기반으로 필름 히터(80)의 온/오프를 제어한다. 제어부(93)는 삽입구(81)에서 고체형 담배(95)에서 분리되면, 필름 히터(80)를 오프시킨다.The controller 93 controls on / off of the film heater 80 based on the temperature received from the temperature sensor 60. That is, the control unit 93 turns on / off the film heater 80 based on the temperature received from the temperature sensor 60 so as to transfer heat of an appropriate temperature to the solid cigarette 95 inserted into the insertion hole 81. To control. The control unit 93 turns off the film heater 80 when it is separated from the solid cigarette 95 at the insertion hole 81.

이때 제어부(91)는 필름 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.In this case, the controller 91 may control the on / off of the film heater 80 in a pulse width modulation (PWM) manner. Here, the PWM method is one of pulse modulation methods and refers to a method of controlling by changing the duty ratio of the pulse according to the size of the modulation signal. In other words, the PWM control adjusts the control value by adjusting the duty ratio, and the average value of the pulse signal is changed by changing the duty ratio of the pulse signal, and the average value is used as the control signal value.

제어부(91)는 PWM 방식의 제어를 통하여, 필름 히터(80)로 발생시킬 수 있는 온도 범위 중 고체형 담배(95)를 찔 수 있는 적정 온도를 유지할 수 있도록 필름 히터(80)를 온/오프시킬 수 있다. 즉 제어부(91)는, 도 30에 도시된 바와 같이, 필름 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 필름 히터(80)에 삽입되는 고체형 담배(95)를 신속하게 가열시킬 수 있다. PWM 제어를 통하여 필름 히터(80)의 높은 발열량으로 인한 필름 히터(80)의 내구성 및 수명이 저하되는 것을 억제하여 필름 히터(80)를 안정적으로 구동시킬 수 있다.The control unit 91 turns on / off the film heater 80 so as to maintain an appropriate temperature at which the solid cigarette 95 can be struck among the temperature ranges that can be generated by the film heater 80 through the control of the PWM method. You can. That is, as shown in FIG. 30, the controller 91 maintains the temperature at 250 to 350 ° C. after peak heating at 350 to 400 ° C. for several seconds using the rapid heating speed of the film heater 80. PWM control is performed. As a result, the solid tobacco 95 inserted into the film heater 80 can be quickly heated. It is possible to stably drive the film heater 80 by suppressing deterioration in durability and lifespan of the film heater 80 due to the high heat generation amount of the film heater 80 through PWM control.

한편 도시하진 않았지만 본 발명에 따른 전기 가열식 흡연 장치(90)는 필름 히터(80)로 전원을 공급하는 전원 공급부를 더 포함한다. 전원 공급부로는 일차전지 또는 이차전지가 사용될 수 있다.Meanwhile, although not shown, the electrically heated smoking device 90 according to the present invention further includes a power supply unit for supplying power to the film heater 80. As the power supply unit, a primary battery or a secondary battery may be used.

이와 같은 본 발명에 따른 전기 가열식 흡연 장치(90)에 사용되는 히터 조립체(91)에 대해서 도 2 내지 도 26을 참조하여 설명하면 다음과 같다.The heater assembly 91 used in the electrically heated smoking device 90 according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 26 as follows.

[제1 실시예][First Embodiment]

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기 가열식 흡연 장치용 히터 조립체(91)를 보여주는 사시도이다. 도 3 및 도 4는 관 형태로 말리기 전의 판 상의 히터 조립체(91)를 보여주는 사시도들이다. 도 5는 도 3의 히터 조립체(91)의 평면도이다. 도 6은 도 2의 필름 히터(80)를 보여주는 평면도이다. 그리고 도 7은 도 2의 온도 센서(60)를 보여주는 평면도이다.2 is a perspective view showing a heater assembly 91 for an electrically heated smoking device according to a first embodiment of the present invention. 3 and 4 are perspective views showing the heater assembly 91 on the plate before drying in tubular form. 5 is a top view of the heater assembly 91 of FIG. FIG. 6 is a plan view illustrating the film heater 80 of FIG. 2. FIG. 7 is a plan view illustrating the temperature sensor 60 of FIG. 2.

도 2 내지 도 7을 참조하면, 제1 실시예에 따른 히터 조립체(80)는 관 형의 필름 히터(80)와, 필름 히터(80)의 외측면에 인쇄로 형성된 온도 센서(60)를 포함한다.2 to 7, the heater assembly 80 according to the first embodiment includes a tubular film heater 80 and a temperature sensor 60 formed by printing on the outer surface of the film heater 80. do.

필름 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 내부 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 내부 덮개층(50)은 복수의 면상 발열체(40)가 형성된 절연층(20)을 덮는다.The film heater 80 has a tube shape in which openings 81 and 83 into which one end of a solid cigarette is inserted are formed, and the metal thin plate 10, the insulating layer 20, the electrode wiring pattern 30, and a plurality of planes are formed. The heating element 40 and the inner cover layer 50 is included. Here, the thin metal plate 10 has a tubular shape. The insulating layer 20 covers one surface of the metal thin 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 nano-carbon particle-based heating element composition on the insulating layer 20 so as to be connected to the electrode wiring pattern 30, and generate heat by receiving power from the electrode wiring pattern 30. The inner cover layer 50 covers the insulating layer 20 on which the plurality of planar heating elements 40 are formed.

이와 같은 필름 히터(80)는 금속박판(10)이 안쪽에 위치하고, 덮개층(50)이 외측에 위치하는 구조를 갖는다. 필름 히터(80)는 금속박판(10)의 외측면에 절연층(20), 전극 배선 패턴(30), 복수의 면상 발열체(40) 및 내부 덮개층(50)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.The film heater 80 has a structure in which the metal thin plate 10 is located inside, and the cover layer 50 is located outside. The film heater 80 has a structure in which the insulating layer 20, the electrode wiring pattern 30, the plurality of planar heating elements 40, and the inner cover layer 50 are sequentially stacked on the outer surface of the metal thin plate 10. .

금속박판(10)은 절연층(20), 전극 배선 패턴(30), 복수의 면상 발열체(40) 및 내부 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 metal thin plate 10 is a base layer on which the insulating layer 20, the electrode wiring pattern 30, the plurality of planar heating elements 40, and the inner cover layer 50 can be formed. The metal thin plate 10 has a lower surface 11 and an upper surface 13 opposite to the lower surface 11. As the material of the metal thin plate 10, aluminum, copper, nickel, stainless steel, brass or alloys thereof may be used. In this case, brass is a copper alloy containing copper and zinc, and may additionally include a small amount of As, P, Al, and Si. Brass may be a brass having a zinc content of 50% by weight or less.

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 by coating or casting on the upper surface 13 of the metal thin plate 10. As a material of the insulating layer 20, a plastic material may be used. For example, the material of the insulating layer 20 is polyimide, polyethersulphone (PES), polyacrylate (PAR), polyetherimide (PEI), polyethylene naphthalate (polyethyelenen napthalate; PEN), polyethylene terephthalate (PET), polyphenylene sulfide (PPS), polyallylate, polycarbonate (PC), cellulose triacetate (CTA) or cellulose acetate propio Cellulose acetate propinonate (CAP) may be used, but 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.An insulating ink composition may be used as the material of the insulating layer 20. For example, the insulating ink composition includes a mixed binder, inorganic nanoparticles, 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 may be implemented in the form of a paint or a solution by adjusting the amount of the organic solvent.

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 the mixed binder, 0.001 to 0.5 parts by weight of the inorganic nanoparticles, 20 to 80 parts by weight of the organic solvent, and 0.5 to 5 parts by weight 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.Here, the same material as the mixed binder, the dispersant, the organic solvent, and the leveling agent may be used as the mixed binder, the dispersant, the organic solvent, and the leveling agent included in the heating element composition described below.

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 having a nano size in 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 contain 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 may be distributed in an island form between the matrices 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 a variety of functional groups. Using these various functional groups, the graphene oxide particles may induce direct chemical covalent bonds with the mixed binder which is an organic binder. For this reason, the insulating ink composition has stable heat resistance even at a temperature near 300 占 폚.

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 various chemically reactive functional groups such as carboxyl, amine, imine, hydroxyl, carbonyl, and lactone at the surface and the edge. The functional groups included in the graphene oxide particles may be chemically covalently bonded to the functional groups included in the diisocyanate, phenol, and epoxy. Therefore, the graphene oxide particles form chemical covalent bonds with epoxy acrylate, hexamethylene diisocyanate, and phenolic resin included in the mixed binder. Such chemical covalent bonds between the graphene oxide particles and the mixed binder form a three-dimensional network and have an effect of suppressing the movement of the polymer chain, which may cause an increase in glass transition and decomposition start 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 at 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 comprise carbon black or graphite particles of 20 layers or less. Graphite particles may have a diameter of less than 2 μm. This is because when the diameter of the graphite particles exceeds 2 μm, a problem of lowering the impulse breaking strength may occur.

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, needle-like shapes such as carbon nanotubes and carbon fibers are not preferable as conductive carbon particles. The reason is that needle-shaped carbon nanotubes or carbon fibers are not suitable as components of the insulating ink composition for forming the insulating layer 20 because they can form an electrical network even 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 resistance of the insulating layer 20 formed using the insulating ink composition. The inorganic filler may contain 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 μm 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.Thus, since the insulating layer 20 is formed by coating or casting on the metal thin plate 10, it is not necessary to use a separate adhesive to form the insulating layer 20 on the metal thin 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 ends of the metal thin plate 10. Both ends of the metal thin plate 10 exposed outside the insulating layer 20 are used as the joint 17. The joining portion 17 is a portion to be joined when rolling both ends of the film heater made of 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 power applied from the outside to the planar heating element 40. The electrode wiring pattern 30 may be formed of a metal material to minimize a voltage drop. Silver, aluminum, copper, nickel, stainless steel, brass, or an alloy thereof may be used as the metal material for forming the electrode wiring pattern 30.

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 may be formed by laminating metal foil on the insulating layer 20 and patterning the same by an etching method. Alternatively, 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 planar heating element 40 may be formed by printing the heating element composition to be connected to the electrode wiring pattern 30 and then thermosetting and aging the same. 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 to 350 ° C. The reason for forming the planar heating element 40 by aging after thermosetting is to ensure high temperature stability of the planar heating 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 element 40 is formed to be arranged in the horizontal direction on the insulating layer 20. That is, the planar heating element 40 may be formed on the insulating layer 20 in an n-row m-line (n, m is two or more natural numbers). In this case, the electrode wiring pattern 30 is formed to connect the plurality of planar heating 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 forming the planar heating element 40 includes a mixed binder and conductive particles based on nano carbon particles. In order to form the planar heating element 40, the heating element composition introduced into the printing process further includes an organic solvent and a dispersant 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 dispersant 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 may include nano-sized carbon particles having conductivity, and may further include metal powder. As the carbon particles, carbon nanotube particles or graphite particles may be used. As the metal powder, a powder made 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 based on 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 may 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 μm to 100 μm.

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

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.Metal powders include powders of silver, copper or nickel materials. In the case of silver powder, it may have the form of flakes, spherical shapes, polygonal plates, rods and the like. As the copper powder, silver coated copper powder, nickel coated copper powder, or the like may be used. And nickel powder may be used silver coated nickel (Ag coated Ni) powder.

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 a heating element composition including carbon particles and metal powder, the metal powder forms a main electric network, and carbon particles are filled in the space between the metal powders 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 such, the heating element composition may include carbon particles and metal powder, thereby increasing the energy efficiency and the heating rate of the planar heating element 40. That is, the metal powder does not have a black body radiation function. However, by including the carbon particles in the heating element composition, it is possible to implement a blackbody radiation function. Due to the carbon particles, the heat resistance of the planar heating element 40 can be increased. And due to the carbon particles, the heat generation rate and energy efficiency of the planar 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 resistivity of the planar heating element 40 may be determined by the content of carbon particles or metal powder in the total solids. For example, the specific resistance can be controlled only by the carbon particles up to the 1 × 10 −2 Ωcm region, but the region below it requires additional introduction of metal powder. The planar heating element 40 may have a specific resistance of 9 × 10 −2 to 1.1 × 10 −3 dBm.

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 kinds of phenolic resins, acetal resins, isocyanate resins and epoxy resins 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 resins or may include epoxy acrylate, polyvinyl acetal and phenolic resins. Here, the mixed binder may include 10 to 150 parts by weight of polyvinyl acetal resin and 100 to 500 parts by weight of 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 with respect to 100 parts by weight of epoxy acrylate or hexamethylene diisocyanate, the heat resistance may be lowered, and when the phenolic resin is more than 500 parts by weight, the flexibility of the planar heating element 40 may be lowered, leading to brittleness.

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 manner, even when the planar heating element 40 is generated at a high temperature of about 300 ° C., the resistance change and breakage of the planar 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.Herein, the phenolic resin means a phenolic compound including phenol and a phenol derivative. 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- O-Cresol, 3-methyl-1,2-benzenediol (3-methyl-1,2-Benzenediol), (z) -2-methoxy-4- (1-propenyl) -phenol (( z) -2-methoxy-4- (1-propenyl) -Phenol), 2,6-diethoxy-4- (2-propenyl) -phenol (2,6-dimethoxy-4- (2-propenyl)- Phenol), 3,4-dimethoxy-Phenol, 4-ethyl-1,3-benzenediol, 4-ethyl-1,3-Benzenediol, Resole phenol, 4-methyl-1,2-benzenediol (4-methyl-1,2-Benzenediol), 1,2,4-benzenetriol (1,2,4-Benzenetriol), 2-methoxy-6-methylphenol (2-Methoxy-6-methylphenol), 2-Methoxy-4-vinylphenol or 4-ethyl-2-methoxy-phenol (4-ethyl-2-methoxy-Phenol) Such as, but not limited to 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 to disperse the conductive particles and the mixed binder. Carbitol acetate, Butyl carbotol acetate, DBE (dibasic ester), ethyl carbitol, ethyl carbitol acetate, dipropylene glycol It may be a mixed solvent of two or more selected from methyl ether, cellosolve acetate, butyl cellosolve acetate, butanol (Butanol) and octanol (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.On the other hand, the dispersion process can be applied to a variety of commonly used methods, for example through the ultra-sonication (Roll mill), bead mill (Bead mill) or ball mill (Ball mill) process Can be done.

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.And the dispersing agent is to more smoothly disperse the conductive particles, it is possible to use a conventional dispersing agent used in the art, such as BYK, amphoteric surfactant such as Triton X-100, ionic surfactant such as SDS.

또한 발열체 조성물은 발열체 조성물 100 중량부에 대하여, 첨가제로서 실란 커플링제 0.1 내지 5 중량부를 더 포함할 수 있다.In addition, the heating element composition may further include 0.1 to 5 parts by weight of the silane coupling agent as an additive, based on 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 to promote adhesion between the resins in the formulation of the heating element composition. The silane coupling agent may be an epoxy containing silane or a merceto containing silane. Examples of such silane coupling agents include epoxy and include 2- (3,4 epoxy cyclohexyl) -ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxytrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, containing amine groups, N-2 (aminoethyl) 3-amitopropylmethyldimethoxysilane, N-2 (aminoethyl) 3-aminopropyltrimethoxysilane , N-2 (aminoethyl) 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-triethoxysil-N- (1,3-dimethyl Butylidene) propylamine, N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, containing merceto, 3-mercetopropylmethyldimethoxysilane, 3-mercetopropyltriethoxysilane, isocyanate 3-isocyanate propyl triethoxysilane contained, and the like 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.In addition, the heating element composition may further include 0.5 to 20 parts by weight of ceramic particles as an additive, based on 100 parts by weight of the heating element composition. The ceramic particles increase the heat capacity of the planar heating element 40. As such ceramic particles, glass particles or silicon particles may 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.In addition, the heating element composition may further include 0.0001 to 1 part by weight of graphene oxide particles as an additive, based on 100 parts by weight of the heating element composition. Here, as graphene oxide particles, particles having 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 a variety of functional groups. Using these various functional groups, the graphene oxide particles may induce direct chemical covalent bonds with the mixed binder which is an organic binder. For this reason, the exothermic composition according to the present invention has stable heat resistance even at a temperature near 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, the graphene oxide particles have various chemically reactive functional groups such as carboxyl, amine, imine, hydroxyl, carbonyl, and lactone on the surface and the edge thereof. The functional groups included in the graphene oxide particles may be chemically covalently bonded to the functional groups included in the diisocyanate, phenol, and epoxy. Therefore, the graphene oxide particles form chemical covalent bonds with epoxy acrylate, hexamethylene diisocyanate, and phenolic resin included in the mixed binder. Such chemical covalent bonds between the graphene oxide particles and the mixed binder form a three-dimensional three-dimensional network and have an effect of inhibiting the movement of the polymer chain, which may cause an increase in glass transition and decomposition start 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 at 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.Meanwhile, in the first embodiment, an example in which the electrode wiring pattern 30 and the planar heating element 40 are sequentially formed on the insulating layer 20 is disclosed, but is not limited thereto. That is, after forming the planar heating element on the insulating layer, the electrode wiring pattern can be formed.

그리고 내부 덮개층(50)은 복수의 면상 발열체(40)가 형성된 절연층(20)을 덮도록 형성된다. 내부 덮개층(50)은 절연층(20) 위에 형성된 전극 배선 패턴(30)과 복수의 면상 발열체(40)를 외부 환경으로부터 보호한다. 이러한 내부 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 내부 덮개층(50)은 핫 프레싱(hot pressing) 또는 라미네이팅(laminating) 방법으로 절연층(20)에 접합될 수 있다.The inner cover layer 50 is formed to cover the insulating layer 20 on which the plurality of planar heating elements 40 are formed. The inner cover layer 50 protects the electrode wiring pattern 30 and the plurality of planar heating elements 40 formed on the insulating layer 20 from an external environment. As the material of the inner cover layer 50, an epoxy resin, a urethane resin, a silicone resin, an imide resin, or a metal foil having an insulating adhesive layer formed on a contact surface with the planar heating element 40 may be used. Urethane or epoxy resin may be used as a material of the insulating adhesive layer. For example, the inner cover layer 50 may be bonded to the insulating layer 20 by hot pressing or laminating.

이와 같이 제1 실시예에 따른 필름 히터(80)는 저전력으로 구동이 가능한 복수의 면상 발열체(40)를 포함하기 때문에, 저전력으로 높은 발열량을 나타낸다.Thus, since the film heater 80 according to the first embodiment includes a plurality of planar heating elements 40 which can be driven at low power, the film heater 80 exhibits high heat generation at low power.

면상 발열체(40)는 발열 면적이 크기 때문에, 열전달 과정에서의 열손실을 최소화할 수 있다.Since the planar heating element 40 has a large heat generating area, heat loss in the heat transfer process may be minimized.

면상 발열체(40)는 인쇄 공정을 통하여 다양하게 설계가 가능하기 때문에, 제1 실시예에 따른 필름 히터(80)가 사용되는 기기나 환경에서 사용 가능한 다양한 구동 전압에서 구동하도록 제조할 수 있다.Since the planar heating element 40 can be variously designed through a printing process, the planar heating element 40 can be manufactured to be driven at various driving voltages that can be used in a device or environment in which the film heater 80 according to the first embodiment 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 필름 히터(80)는 온도에 따른 저항 변화가 작아 발열 거동 및 안정성이 높은 면상 발열체(40)를 구비하는 히터를 제공할 수 있다.Since the planar heating element 40 is formed of a heating element composition in the form of a coating including conductive particles and a mixed binder, it has a low specific resistance and excellent thermal conductivity, which is advantageous for low voltage driving and has a high temperature rising speed. That is, since the heat generating composition includes a mixed binder containing hexamethylene diisocyanate or epoxy acrylate, polyvinyl acetal, and a phenolic resin together with the conductive particles, heat resistance can be maintained even at a temperature of 200 ° C or higher. For this reason, the film heater 80 according to the first embodiment may provide a heater having a planar heating element 40 having high heat generation behavior and high stability due to a small change in resistance according to temperature.

탄소나노튜브 입자와 그라파이트 입자를 포함하는 발열체 조성물로 형성한 면상 발열체(40)는 블랙 바디(block body)이기 때문에, 제1 실시예에 따른 필름 히터(80)는 흑체 복사로 인해 추가적인 에너지 효율을 향상을 얻을 수 있다. 제1 실시예에 따른 필름 히터(80)는 흑체 복사로 인해 원적외선도 방사하기 때문에, 사용자에게 유익한 원적외선을 제공할 수 있다.Since the planar heating element 40 formed of a heating element composition including carbon nanotube particles and graphite particles is a black body, the film heater 80 according to the first embodiment may provide additional energy efficiency due to black body radiation. You can get an improvement. Since the film heater 80 according to the first embodiment also emits far infrared rays due to black body radiation, it is possible to provide beneficial far infrared rays to the user.

발열체 조성물은 비저항이 낮고 두께 조절이 용이하여 저전압 및 저전력으로 고온 발열이 가능한 제1 실시예에 따른 필름 히터(80)를 제공할 수 있다.The heating element composition may provide the film heater 80 according to the first embodiment having a low specific resistance and easy thickness control to enable high temperature heating with low voltage and low power.

그리고 발열체 조성물은 스크린 인쇄, 롤투롤 그라비아 인쇄, 롤투롤 콤마 코팅, 플렉소 인쇄, 옵셋 인쇄가 가능하기 때문에, 제1 실시예에 따른 필름 히터(80)의 대량 생산에 유리할 뿐만 아니라 제품 길이 및 면적에 대한 제약을 해소할 수 있다.And since the heating element composition is capable of screen printing, roll-to-roll gravure printing, roll-to-roll comma coating, flexographic printing, and offset printing, it is advantageous not only for mass production of the film heater 80 according to the first embodiment, but also for product length and area. Eliminate restrictions on

이와 같이 제1 실시예에 따른 필름 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 필름 히터(80)는 고체형 담배를 신속하게 가열시킬 수 있다.Thus, since the film heater 80 according to the first embodiment includes the electrode wiring pattern 30 and the planar heating element 40 capable of driving low voltage, the film heater 80 may exhibit high heat generation characteristics at low power. Since the planar heating element 40 is formed of a heating element composition in the form of a coating including carbon particles and a mixed binder, it has a low specific resistance and excellent thermal conductivity, which is advantageous for low voltage driving and has a high temperature rising speed. As a result, the film heater 80 according to the first embodiment can quickly heat the solid cigarette.

이와 같이 제1 실시예에 따르면, 나노탄소입자를 기반으로 하는 관 형태의 필름 히터(80)에서 저전력으로 발생되는 높은 발열량에 대한 PWM 제어를 통하여 필름 히터(80)에 삽입되는 고체형 담배를 신속하게 가열시킬 수 있다.As described above, according to the first embodiment, the solid cigarette inserted into the film heater 80 is rapidly controlled through PWM control of the high heat generation generated at low power in the tube heater film heater 80 based on the carbon nanoparticles. Can be heated.

즉 제1 실시예에 따른 필름 히터(80)는 3~4V의 저전압에서도 500℃ 이상의 높은 발열량을 순간적으로 발생시키면서 단위면적당 2 W/㎠ 이상의 열밀도를 나타낸다. 따라서 필름 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, 필름 히터(80)에 삽입되는 고체형 담배를 신속하게 가열시킬 수 있다. 아울러 PWM 제어를 통하여 필름 히터(80)의 높은 발열량으로 인한 필름 히터(80)의 내구성 및 수명이 저하되는 것을 억제할 수 있다.That is, the film heater 80 according to the first embodiment exhibits a heat density of 2 W / cm 2 or more per unit area while instantaneously generating a high calorific value of 500 ° C. or higher even at a low voltage of 3 to 4V. Therefore, after peak heating at 350 to 400 ° C. for an initial few seconds using the fast heating speed of the film heater 80, PWM control is performed to maintain the temperature at 250 to 350 ° C., thereby inserting the high temperature into the film heater 80. The body cigarette can be heated quickly. In addition, it is possible to suppress deterioration in durability and lifespan of the film heater 80 due to the high heat generation amount of the film heater 80 through PWM control.

따라서 제1 실시예에 따른 필름 히터(80)를 포함하는 전기 가열식 흡연 장치는 2대 이상의 고체형 담배를 연속적으로 피울 수 있기 때문에, 사용자의 편의성을 증대시킬 수 있다.Therefore, since the electrically heated smoking device including the film heater 80 according to the first embodiment can continuously smoke two or more solid cigarettes, the user's convenience can be increased.

제1 실시예에 따른 필름 히터(80)는 고체형 담배가 삽입될 수 있도록 관 형태로 구현되기 때문에, 고체형 담배를 거치할 구조물을 별도로 제작할 필요가 없다.Since the film heater 80 according to the first embodiment is implemented in a tubular shape so that the solid cigarette can be inserted, there is no need to separately prepare a structure for mounting the solid cigarette.

그리고 제1 실시예에 따른 필름 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.In the film heater 80 according to the first embodiment, since the insulating layer 20 is directly formed on the metal sheet 10 by coating or casting, the adhesive used between the existing metal sheet (metal structure) and the insulating layer is used. The use of can be excluded. This can solve the problems caused by the use of conventional adhesives.

온도 센서(60)는 온도 센싱부(61)와 외부 덮개층(67)을 포함한다. 온도 센싱부(61)는 내부 덮개층(50) 위에 탄소나노튜브와 고내열성 수지를 함유하는 온도 센싱 조성물을 인쇄하여 형성된다. 그리고 외부 덮개층(67)은 온도 센싱부(61)가 형성된 내부 덮개층(50)을 덮는다. 온도 센서(60)는 필름 히터(80)의 표면에 인쇄 공정을 통해서 형성하기 때문에, 필름 히터(80)의 표면에 50㎛ 이하의 두께로 얇게 형성할 수 있다.The temperature sensor 60 includes a temperature sensing unit 61 and an outer cover layer 67. The temperature sensing unit 61 is formed by printing a temperature sensing composition containing carbon nanotubes and a high heat resistant resin on the inner cover layer 50. The outer cover layer 67 covers the inner cover layer 50 in which the temperature sensing unit 61 is formed. Since the temperature sensor 60 is formed on the surface of the film heater 80 through a printing process, it can be formed thinly on the surface of the film heater 80 with a thickness of 50 micrometers or less.

온도 센싱부(61)를 탄소나노튜브를 기반으로 형성한 이유는 200℃ 이상으로 가열되는 필름 히터(80)의 온도를 감지하기 위해서이다. 즉 일반적으로 인쇄가 가능한 유기물 기반의 탄소 물질은 온도 상승에 따른 정온도계수(positive temperature coefficient; PTC) 특성을 보인다. 이것은 온도 상승에 따라 유기물 매트릭스의 부피팽창에 따라 탄소 입자 간의 거리가 멀어짐에 따라 저항이 상승하기 때문이다. 따라서 200℃ 이하에서는 PTC 거동을 보이다가 결국에는 전기적으로 절연상태로 변화하게 되기 때문에, 200℃ 이상의 온도를 감지하기 위한 온도 센서로는 사용이 불가능하다.The reason why the temperature sensing unit 61 is formed based on the carbon nanotubes is to sense the temperature of the film heater 80 heated to 200 ° C. or more. That is, generally printable organic-based carbon materials exhibit positive temperature coefficient (PTC) characteristics with increasing temperature. This is because the resistance increases as the distance between the carbon particles increases with the volume expansion of the organic matrix with increasing temperature. Therefore, since the PTC behavior is lowered to 200 ° C or lower, and eventually changes to an electrically insulated state, it cannot be used as a temperature sensor for detecting a temperature higher than 200 ° C.

하지만 제1 실시예에 따른 온도 센서(60)는 상온에서부터 400℃까지 선형적으로 저항이 감소하는 NTC 특성을 보인다. 이것은 카본나노튜브의 형상이 침상형이기 때문에, 유기물의 부피팽창에 따른 저항의 증가 영향이 거의 없고 반대로 온도 상승에 따라 전자방출량이 많아지는 특성으로 기인한 것으로 판단된다. However, the temperature sensor 60 according to the first embodiment shows NTC characteristics in which the resistance decreases linearly from room temperature to 400 ° C. This is because the carbon nanotubes have a needle-like shape, and thus the resistance of the organic nanoparticles is not affected by the volume expansion.

온도 센서(60)가 200℃ 이상의 온도에 대해서 내열성을 가질 수 있도록, 온도 센싱 조성물은 고내열성 수지를 포함한다. 여기서 고내열성 수지로는 에폭시계 수지, 페놀계 수지 등이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.The temperature sensing composition includes a high heat resistant resin so that the temperature sensor 60 can have heat resistance over a temperature of 200 ° C. or higher. Here, as the high heat resistant resin, an epoxy resin, a phenol resin, or the like may be used, but is not limited thereto.

온도 센싱부(61)는 굴곡을 갖는 라인 형태로 복수의 면상 발열체(40)가 형성된 내부 덮개층(50) 위에 형성된다. 이러한 온도 센싱부(61)는 복수의 면상 발열체(40)가 형성된 내부 덮개층(50) 위에 형성되는 온도 센싱 패턴(63)과, 온도 센싱 패턴(63)의 양단부에 형성된 온도 센싱 패드(65)를 포함한다. 온도 센싱 패드(65)는 전극 패드(31)가 형성된 쪽에 배치될 수 있다.The temperature sensing unit 61 is formed on the inner cover layer 50 in which the plurality of planar heating elements 40 are formed in a curved line shape. The temperature sensing unit 61 includes a temperature sensing pattern 63 formed on the inner cover layer 50 on which the plurality of planar heating elements 40 are formed, and a temperature sensing pad 65 formed at both ends of the temperature sensing pattern 63. It includes. The temperature sensing pad 65 may be disposed on the side where the electrode pad 31 is formed.

온도 센싱 패턴(63)은 수직 방향으로 진행하는 사각파 형태로 형성될 수 있다. 즉 복수의 면상 발열체(40)가 수직 방향으로 복수의 라인으로 형성된다. 따라서 복수의 면상 발열체(40)에서 발생되는 열에 따른 저항 변화를 감지할 수 있도록, 온도 센싱 패턴(63)은 복수의 면상 발열체(40)가 형성된 방향에 직교하는 방향으로 형성하였다.The temperature sensing pattern 63 may be formed in a square wave shape that runs in a vertical direction. That is, the plurality of planar heating elements 40 are formed in a plurality of lines in the vertical direction. Therefore, the temperature sensing pattern 63 is formed in a direction orthogonal to the direction in which the plurality of planar heating elements 40 are formed to detect a change in resistance according to heat generated from the plurality of planar heating elements 40.

이와 같이 온도 센서(60)는 필름 히터(80)의 표면에 인쇄를 통하여 형성되기 때문에, 온도 센서(60)의 부착 공간 및 두께 증가를 최소화할 수 있다. 온도 센서(60)는 탄소나노튜브를 기반으로 하기 때문에, 400℃에서도 NTC 특성을 유지한다. 따라서 필름 히터(80)에서 발생되는 높은 발열량에 대해서도, 온도 센서(60)는 PWM 제어를 위해 필름 히터(80)의 온도를 정확히 감지할 수 있다.As such, since the temperature sensor 60 is formed on the surface of the film heater 80 through printing, the increase in the attachment space and the thickness of the temperature sensor 60 can be minimized. Since the temperature sensor 60 is based on carbon nanotubes, it maintains NTC characteristics even at 400 ° C. Therefore, even with a high amount of heat generated by the film heater 80, the temperature sensor 60 can accurately detect the temperature of the film heater 80 for PWM control.

그리고 온도 센서(60)는 탄소나노튜브를 기반으로 고내열성 수지가 혼합된 조성물을 필름 히터(80)의 표면에 인쇄하여 필름 형태로 형성되기 때문에, 필름 히터(80)와 더불어 관 형태로 구부릴 수 있는 유연성을 갖는다.And since the temperature sensor 60 is formed in the form of a film by printing a composition mixed with a high heat-resistant resin based on carbon nanotubes on the surface of the film heater 80, it can be bent in a tube form together with the film heater 80 Has the flexibility.

이와 같은 제1 실시예에 따른 히터 조립체(91)의 제조 방법에 대해서 도 2 내지 도 21을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 8 내지 도 21은 본 발명의 제1 실시예에 따른 히터 조립체(91)의 제조 방법에 따른 각 단계들을 보여주는 도면들이다.A method of manufacturing the heater assembly 91 according to the first embodiment will be described below with reference to FIGS. 2 to 21. 8 to 21 are views showing respective steps according to the manufacturing method of the heater assembly 91 according to the first embodiment of the present invention.

제1 실시예에 따른 히터 조립체(91)의 제조 방법은 금속박판(10)을 기반으로 판 형의 필름 히터(80)를 제조하는 단계, 판 형의 필름 히터(80) 위에 온도 센서(60)를 제조하는 단계, 및 판 형의 필름 히터(80) 및 온도 센서(60)를 관 형태로 말아서 히터 조립체(91)로 제조하는 단계를 포함한다.In the method of manufacturing the heater assembly 91 according to the first embodiment, the method may include manufacturing a plate-shaped film heater 80 based on the metal thin plate 10, and the temperature sensor 60 on the plate-shaped film heater 80. Manufacturing a, and rolling the plate-shaped film heater 80 and the temperature sensor 60 into a tubular shape to manufacture the heater assembly 91.

금속박판(10)을 기반으로 하는 판 형의 필름 히터(80)를 제조하는 단계를 도 8 내지 도 16을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Referring to FIGS. 8 to 16, the steps of manufacturing the plate-shaped film heater 80 based on the metal thin plate 10 are as follows.

먼저 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 판 형상의 금속박판(10)을 준비한다. 이때 금속박판(10)의 두께는 1mm 이하이다.First, as shown in FIGS. 8 and 9, a plate-shaped metal thin plate 10 is prepared. At this time, the thickness of the metal thin plate 10 is 1mm or less.

1mm 이하의 금속박판(10)을 사용할 수 있는 이유는, 금속박판(10)을 이용하여 판 형태의 필름 히터를 제조한 후 말아서 관 형태의 필름 히터를 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 metal thin plate 10 of 1 mm or less can be used is to manufacture a film heater in the form of a plate using the metal thin plate 10 and roll it up to produce a tube-type film heater. In addition, when the metal thin plate is used in excess of 1mm, the heat capacity of the metal thin plate is increased, and since the time and a lot of power are consumed to heat the metal thin plate, a problem of inconvenience for the user may occur. Therefore, in the first embodiment, since the metal sheet 10 of 1 mm or less is rolled and manufactured in the form of a tube, the heat capacity of the metal sheet can be reduced, and the time for heating the solid cigarette can be shortened and the power consumption can be reduced. have.

다음으로 도 10에 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. 10, the insulating layer 20 is formed on the upper surface 13 of the metal thin 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.In this case, the insulating layer 20 is formed inside the junction 17 to be formed at both ends of the metal thin plate 10.

다음으로 도 11에 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, as shown in FIG. 11, the metal layer 39 is formed on the insulating layer 20. That is, the metal layer 39 may be formed by bonding the metal foil on the insulating layer 20. Alternatively, the metal layer 39 may be formed by depositing a metal on the insulating layer 20.

다음으로 도 12에 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. 12, the metal layer is patterned to form the electrode wiring pattern 30. In this case, photolithography may be used as the patterning method of the metal layer.

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 at regular intervals and are portions to which power is applied. The pair of electrode terminals 35 are connected to the pair of electrode pads 31 and extend, respectively, and are a portion in which a plurality of planar heating elements are connected 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 the pair of electrode terminals 35 in a vertical direction. That is, the electrode wiring pattern 30 may be formed in a tracer 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 15의 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 end of the pair of electrode terminals 35, and a cable for supplying power is joined. The pair of electrode pads 31 protrude out of the cover film 50 of FIG. 15 to receive power through the cable. One of the pair of electrode pads 31 is connected with a cable for supplying a positive power, and the other with a cable for supplying a positive power.

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 to be spaced apart from the plurality of planar heating elements. In the first embodiment, an example in which a pair of electrode pads 31 are formed at a position spaced apart from the planar heating element 50 positioned at the outermost in a direction in which a plurality of planar heating elements are arranged is disclosed, but is not limited thereto. 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, and the second electrode terminal 35b may be formed in a form of enclosing the first electrode terminal 35a in a recessed 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.Meanwhile, the electrode wiring pattern 30 according to the first embodiment has disclosed an example in which a pair of electrode pads 31 are connected in a vertical direction to one side of a pair of electrode terminals 35 formed in a horizontal direction to form a transitory shape. It is not limited to this. For example, according to the position of the pair of electrode pads connected to the pair of electrode terminals can be implemented in the English letter "T" shape, of course.

다음으로 도 13 및 도 14에 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. 13 and 14, the heating element composition is printed on the insulating layer 20, and then thermoset and aged to form a plurality of planar heating elements 40. In this case, 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, and are formed to connect the pair of electrode terminals 35. do. The pair of electrode pads 31 of the electrode wiring pattern 30 are exposed out of the planar 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 planar heating 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 may be used. Thermal curing may be performed at 100 ° C to 180 ° C, and aging may be performed at 250 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 planar heating elements 40 connecting the pair of electrode terminals 33 are formed to have a curved portion in the middle portion rather than in a straight line shape. The bending of the planar heating element 40 may be formed in a curve such as a sine wave or a wave pattern. The planar heating element 40 is formed such that the radius of curvature of the curved portion is 2 cm or less. When the radius of curvature of the curved portion exceeds 2 cm, the length of the planar heating element becomes longer and the number of planar heating elements that can be formed between the pair of electrode terminals 33 is reduced, so that the heat generation is not performed quickly or the amount of heat generated is lowered. Problems may arise.

이와 같이 굴곡을 갖도록 면상 발열체(40)를 형성하는 이유는, 판 형의 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 planar heating element 40 is formed to have a bend is to increase the contact area between the planar heating element 40 and the metal thin plate 10 when the plate-shaped film heater is rolled in a tubular form. This is to allow the film heater to roll stably when rolling in the form of a tube. This is because the planar heating element 40 having the curved portion has a larger cross-sectional area than the planar planar heating element, so that the heat generating 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 planar heating element 40 may be formed in the pair of electrode terminals 33, a plurality of planar heating elements 40 are formed in order to reduce the amount of power used to generate heat of the planar heating element 40.

이로 인해 제1 실시예에 따른 필름 히터(80)의 전력 소모량, 열전달 손실 및 제조 원가를 줄일 수 있고, 금속박판(10)의 열용량을 최소화할 수 있다.As a result, power consumption, heat transfer loss, and manufacturing cost of the film heater 80 according to the first embodiment may be reduced, and heat capacity of the metal thin plate 10 may be minimized.

다음으로 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 전극 배선 패턴(30) 및 복수의 면상 발열체(40)를 덮도록 내부 덮개층(50)을 절연층(20) 위에 형성한다. 내부 덮개층(50)의 형성 방법으로는 핫 프레싱 또는 라미네이팅 방법이 사용될 수 있다.Next, as shown in FIGS. 15 and 16, the inner cover layer 50 is formed on the insulating layer 20 to cover the electrode wiring pattern 30 and the plurality of planar heating elements 40. As a method of forming the inner cover layer 50, a hot pressing or laminating method may be used.

이때 내부 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 내부 덮개층(50)이 절연층(20) 위에 형성될 때, 내부 덮개층(50)의 윈도우(51)를 통하여 한 쌍의 전극 패드(31)가 외부로 노출된다. 접합부(17) 또한 내부 덮개층(50) 밖으로 노출되어 있다.In this case, the window 51 is formed on the inner cover layer 50 to correspond to the pair of electrode pads 31 so that the pair of electrode pads 31 of the electrode wiring pattern 30 are exposed. Therefore, when the inner cover layer 50 is formed on the insulating layer 20, the pair of electrode pads 31 are exposed to the outside through the window 51 of the inner cover layer 50. The junction 17 is also exposed out of the inner 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, 내부 덮개층(50)에 의해 봉합된다. 그리고 한 쌍의 전극 패드(31)는 한 쌍의 전극 단자(35)와 각각 연결되며, 내부 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 planar heating element 40 is formed to connect the pair of electrode terminals 35, and is sealed by the inner cover layer 50. The pair of electrode pads 31 are connected to the pair of electrode terminals 35, respectively, and protrude out of the inner cover layer 50 to receive power.

다음으로 도 17 및 도 18에 도시된 바와 같이, 내부 덮개층(50) 위에 온도 센서(60)를 인쇄 방식으로 형성한다.Next, as shown in FIGS. 17 and 18, the temperature sensor 60 is formed on the inner cover layer 50 by a printing method.

도 17에 도시된 바와 같이, 내부 덮개층(50) 위에 탄소나노튜브와 고내열성 수지를 함유하는 온도 센싱 조성물을 인쇄하여 온도 센싱부(61)를 형성한다. 온도 센싱부(61)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.As shown in FIG. 17, the temperature sensing composition 61 is formed by printing a temperature sensing composition containing carbon nanotubes and a high heat resistant resin on the inner cover layer 50. As the printing method of the temperature sensing unit 61, 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 may be used.

온도 센싱부(61)는 복수의 면상 발열체에서 발생되는 온도를 감지할 수 있도록, 복수의 면상 발열체가 형성된 내부 덮개층(50) 위에 형성된다. 즉 온도 센싱부(61)는 복수의 면상 발열체가 형성된 내부 덮개층(50) 위에 형성되는 온도 센싱 패턴(63)과, 온도 센싱 패턴(63)의 양단부에 형성된 한 쌍의 온도 센싱 패드(65)를 포함한다.The temperature sensing unit 61 is formed on the inner cover layer 50 in which the plurality of planar heating elements are formed so as to sense the temperature generated by the plurality of planar heating elements. That is, the temperature sensing unit 61 includes a temperature sensing pattern 63 formed on the inner cover layer 50 on which a plurality of planar heating elements are formed, and a pair of temperature sensing pads 65 formed at both ends of the temperature sensing pattern 63. It includes.

한 쌍의 온도 센싱 패드(65)에는 온도 센싱 패턴(63)의 저항 변화를 검출하기 위한 검출 케이블이 연결된다.A detection cable for detecting a change in resistance of the temperature sensing pattern 63 is connected to the pair of temperature sensing pads 65.

한 쌍의 온도 센싱 패드(65)는 한 쌍의 전극 패드(31)가 형성된 쪽에 배치될 수 있다. 따라서 온도 센싱부(61)는 전극 배선 패턴(30)에 대응되는 형태로 전극 배선 패턴(30)의 상부에 형성될 수 있다. 즉 전극 배선 패턴(30)이 기역자 형태로 형성되기 때문에, 온딩 센싱부(61)도 기역자 형태로 형성될 수 있다.The pair of temperature sensing pads 65 may be disposed on the side where the pair of electrode pads 31 are formed. Therefore, the temperature sensing unit 61 may be formed on the electrode wiring pattern 30 in a form corresponding to the electrode wiring pattern 30. That is, since the electrode wiring pattern 30 is formed in a translator form, the on sensing unit 61 may also be formed in a translator form.

다음으로 도 18에 도시된 바와 같이, 온도 센싱부(61)를 덮도록 외부 덮개층(67)을 내부 덮개층(50) 위에 형성하여 온도 센서를 제조한다. 외부 덮개층(67)의 형성 방법으로는 핫 프레싱 또는 라미네이팅 방법이 사용될 수 있다.Next, as shown in FIG. 18, the outer cover layer 67 is formed on the inner cover layer 50 to cover the temperature sensing unit 61 to manufacture a temperature sensor. A hot pressing or laminating method may be used as a method of forming the outer cover layer 67.

이때 외부 덮개층(60)에는 온도 센싱부(61)의 한 쌍의 온도 센싱 패드(65)가 노출되도록, 한 쌍의 온도 센싱 패드(65)에 대응되게 윈도우(69)가 형성되어 있다. 따라서 외부 덮개층(67)이 내부 덮개층(50) 위에 형성될 때, 외부 덮개층(67)의 윈도우(69)를 통하여 한 쌍의 온도 센싱 패드(65)가 외부로 노출된다. 접합부(17) 또한 외부 덮개층(67) 밖으로 노출되어 있다.In this case, the window 69 is formed on the outer cover layer 60 to correspond to the pair of temperature sensing pads 65 so that the pair of temperature sensing pads 65 of the temperature sensing unit 61 are exposed. Accordingly, when the outer cover layer 67 is formed on the inner cover layer 50, the pair of temperature sensing pads 65 are exposed to the outside through the window 69 of the outer cover layer 67. The junction 17 is also exposed out of the outer cover layer 67.

다음으로 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이, 접합부(17), 전극 배선 패턴(30) 및 온도 센싱부(61)를 제외한 부분을 절개함으로써, 판 형상의 필름 히터(80) 와 온도 센서(60)를 구비하는 히터 조립체(91)를 얻을 수 있다. 즉 기역자 형상의 전극 배선 패턴(30) 및 온도 센싱부(61)를 중심으로 양쪽에 접합부(17)를 남기고 나머지 부분은 절개하여 판 형의 히터 조립체(91)를 얻을 수 있다. 히터 조립체(91)는 전극 배선 패턴(30) 및 온도 센싱부(61)의 형상에 대응되게 기역자 형상을 갖는다.Next, as shown in FIG. 19 and FIG. 20, the plate-shaped film heater 80 and the temperature sensor (by cutting off portions except the junction 17, the electrode wiring pattern 30, and the temperature sensing unit 61). A heater assembly 91 having 60 can be obtained. That is, the plate-shaped heater assembly 91 may be obtained by leaving the junction 17 on both sides of the tracer-shaped electrode wiring pattern 30 and the temperature sensing unit 61. The heater assembly 91 has a tracer shape corresponding to the shape of the electrode wiring pattern 30 and the temperature sensing unit 61.

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 junction portion 17 is located on both sides of the pair of electrode terminals 35 of the electrode wiring pattern 30. A pair of electrode pads 31 are positioned on one side in a direction perpendicular to an imaginary line connecting the pair of junctions 17. In the first embodiment, an example in which the pair of electrode pads 31 is formed on the side where the pair of junction portions 17 is located is disclosed, but the present invention is not limited thereto.

이어서 도 21에 도시된 바와 같이, 금속박판(10)이 안쪽면을 향하도록 히터 조립체(91)를 관 형태로 말아서 양단에 위치하는 접합부(17)를 중첩시킨다.Next, as shown in FIG. 21, the heater assembly 91 is rolled in a tubular shape so that the metal thin plate 10 faces the inner surface thereof, and the joints 17 positioned at both ends are overlapped.

그리고 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 관 형태로 말린 히터 조립체(91)의 중첩된 접합부(17)를 접합함으로써, 제1 실시예에 따른 히터 조립체(91)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.2 to 4, the heater assembly 91 according to the first embodiment may be obtained by bonding the overlapped joints 17 of the heater assembly 91 dried in a tubular shape. Ultrasonic or laser welding methods may be used as the bonding method. Yag laser, fiber laser, femto laser and the like can be used for the laser welding method.

도시하진 않았지만, 내부 덮개층(50) 밖으로 노출된 전극 패드(31)에는 전원 공급용 케이블이 접합되고, 외부 덮개층(67) 밖으로 노출된 온도 센싱 패드(65)에는 저항 센싱용 케이블이 접합된다. 전극 패드(31) 및 온도 센싱 패드(65)의 표면에는 케이블과의 안정적인 접합 및 양호한 전기전도성을 확보하기 위해서, 도금을 수행할 수도 있다. 도금 소재로는 구리, 니켈, 금 등이 사용될 수 있다.Although not shown, a power supply cable is bonded to the electrode pad 31 exposed outside the inner cover layer 50, and a resistance sensing cable is bonded to the temperature sensing pad 65 exposed outside the outer cover layer 67. . Plating may be performed on the surfaces of the electrode pad 31 and the temperature sensing pad 65 in order to ensure stable bonding with cables and good electrical conductivity. Copper, nickel, gold and the like may be used as the plating material.

이와 같은 구조를 갖는 제1 실시예에 따른 필름 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 film heater 80 according to the first embodiment having such a structure exhibits a heat density of 2 W / cm 2 or more per unit area while instantaneously generating a high calorific value of 500 ° C. or higher even at a low voltage of 3 to 4 V. FIG. For example, when DC 2 to 3.7V is applied to the electrode wiring pattern 30, the distance between the pair of electrode terminals 35 on which the planar heating element 40 is formed may be 4 mm to 6.5 mm.

한편 제1 실시예에 따른 히터 조립체(91)의 제조 방법에서는 금속박판(10)을 이용하여 하나의 히터 조립체(91)를 제조하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 도 22에 도시된 바와 같이, 금속박판 스트립(19)을 이용하여 복수의 히터 조립체를 일괄적으로 제조할 수도 있다.Meanwhile, in the method of manufacturing the heater assembly 91 according to the first embodiment, an example of manufacturing one heater assembly 91 using the metal thin plate 10 is disclosed, but is not limited thereto. As shown in FIG. 22, a plurality of heater assemblies may be collectively manufactured using the metal thin 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(80)를 포함한다.Referring to FIG. 17, the metal thin strip 19 includes an array of unit metal thin plates 10 and a unit film heater 80 having electrode wiring patterns 30 formed on the unit metal thin plates 10, respectively. .

복수의 단위 필름 히터(80) 위에 인쇄를 통하여 각각 온도 센서를 형성함으로써, 복수의 히터 조립체를 일괄적으로 제조할 수 있다. 금속박판 스트립(19)에 일괄적으로 제조된 복수의 히터 조립체는 개별 히터 조립체로 분리하는 공정을 통하여 판 형의 히터 조립체를 획득할 수 있다. 획득한 개별 판 형의 히터 조립체를 관 형태로 말아서 제1 실시예에 따른 관 형의 히터 조립체로 제조할 수 있다.By forming the temperature sensors on the plurality of unit film heaters 80 through printing, the plurality of heater assemblies can be collectively manufactured. The plurality of heater assemblies manufactured collectively in the thin metal strip 19 may obtain a plate-shaped heater assembly through a process of separating them into individual heater assemblies. The obtained individual plate-shaped heater assembly can be rolled into a tubular shape to produce a tubular heater assembly according to the first embodiment.

그리고 제1 실시예에 따른 히터 조립체(91)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 assembly 91 according to the first embodiment, an example in which the electrode wiring pattern 30 is formed by using photolithography using metal foil is disclosed, but 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.Here, the metal paste includes a conductive binder including a mixed binder, silver powder, and carbon nanotube particles, an organic solvent, and a dispersant. Here, the metal paste may have a density of 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.Carbon nanotube particles and graphite particles, organic solvents and dispersants included in the mixed binder, the conductive particles may be used as the material used in the heating element composition, and thus a 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 flakes, spheres, polygonal plates, rods, and 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 50 to 80 parts by weight based on 100 parts by weight of the metal paste. In the case where 50 parts by weight or less, the electrical network between the silver powder is not formed, the resistance is high, and if it exceeds 80 parts by weight, the durability against stress is lowered, 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.In addition, by adding 50 parts by weight to 80 parts by weight of 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

도 23은 본 발명의 제2 실시예에 따른 히터 조립체(191)를 보여주는 도면이다.23 is a view showing a heater assembly 191 according to a second embodiment of the present invention.

도 23을 참조하면, 제2 실시예에 따른 히터 조립체(191)는 금속박판(10)이 안쪽에 위치하게 필름 히터(80) 위에 온도 센서(60)가 배치된 구조를 가지며, 온도 센서(60)를 덮도록 단열층(70)이 형성된 구조를 갖는다. 즉 제2 실시예에 따른 히터 조립체(191)는 필름 히터(80), 온도 센서(60) 및 단열층(70)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.Referring to FIG. 23, the heater assembly 191 according to the second embodiment has a structure in which the temperature sensor 60 is disposed on the film heater 80 so that the metal thin plate 10 is located inward, and the temperature sensor 60 ), The insulating layer 70 is formed. That is, the heater assembly 191 according to the second embodiment has a structure in which the film heater 80, the temperature sensor 60, and the heat insulation layer 70 are sequentially stacked.

이때 필름 히터(80) 위에 온도 센서(60)가 형성된 구조는 제1 실시예에 따른 히터 조립체와 동일하기 때문에 상세한 설명은 생략한다.In this case, since the structure in which the temperature sensor 60 is formed on the film heater 80 is the same as the heater assembly according to the first embodiment, detailed description thereof will be omitted.

단열층(70)은 면상 발열체에서 발생된 열이 필름 히터(80)를 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 insulation layer 70 suppresses heat generated in the planar heating element from being discharged to the outside through the film heater 80 and is lost. As the material of the heat insulation layer 70, a plastic material or porous silicon having heat resistance and electrical insulation may be used. For example, a material of the heat insulation layer 70 may be a silicon tube having an air layer therein, porous silicon, perfluoroalkoxy (PFA), aramid fibers, or the like, but is not limited thereto.

이와 같이 제2 실시예에 따른 히터 조립체(191)는 외측면에 단열층(70)을 형성함으로써, 면상 발열체에서 발생된 열이 외측으로 방출되어 손실되는 것을 억제할 수 있다. 아울러 단열층(70)은 고체형 담배가 삽입되는 금속박판(10) 쪽으로 열이 전달될 수 있도록 함으로써, 고체형 담배를 가열하는 시간을 더욱 단축하고 전력 사용량을 더욱 더 줄일 수 있다.As described above, the heater assembly 191 according to the second embodiment may suppress heat loss generated by the planar heating element from being discharged to the outside by forming the heat insulation layer 70 on the outer surface. In addition, the heat insulation layer 70 allows heat to be transferred toward the metal thin plate 10 into which the solid cigarette is inserted, thereby further shortening the heating time of the solid cigarette and further reducing the power consumption.

[제3 실시예]Third Embodiment

도 24는 본 발명의 제3 실시예에 따른 히터 조립체의 필름 히터(280)를 보여주는 평면도이다. 도 25는 도 24의 히터 조립체의 온도 센서(260)를 보여주는 평면도이다.24 is a plan view showing a film heater 280 of the heater assembly according to the third embodiment of the present invention. FIG. 25 is a top view illustrating the temperature sensor 260 of the heater assembly of FIG. 24.

도 24 및 도 25를 참조하면, 제3 실시예에 따른 히터 조립체는 필름 히터(280)와, 필름 히터(280)의 외측면에 형성된 온도 센서(260)를 포함한다.24 and 25, the heater assembly according to the third embodiment includes a film heater 280 and a temperature sensor 260 formed on the outer surface of the film heater 280.

필름 히터(380)는 금속박판(10), 절연층(20), 전극 배선 패턴(30), 복수의 면상 발열체(40) 및 덮개층(50)을 포함한다.The film heater 380 includes a metal thin plate 10, an insulating layer 20, an electrode wiring pattern 30, a plurality of planar heating elements 40, and a cover layer 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 the plurality of planar heating elements 40 may 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 formed spaced apart from each other at regular intervals. The pair of connection wires 33 are respectively connected to the pair of electrode pads 31 and extend in one direction. The plurality of electrode terminals 35 are connected to the pair of connection wires 33, respectively, and extend toward the opposite connection wires 33. A plurality of planar heating elements 40 are connected to the pair of electrode terminals 35 connected to the pair of connection wires 33. In the fourth embodiment, an example in which four planar heating elements 40 are formed in a pair of electrode terminals 35 is disclosed, but 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 wires 33, and a cable for supplying power is joined. The pair of electrode pads 33 includes a first electrode pad and a second electrode pad. The pair of electrode pads 33 protrude out of the cover film 50 to receive power through the cable. One of the pair of electrode pads 31 is connected with a cable for supplying a positive power, and the other with a cable for supplying a positive power.

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.The pair of electrode pads 31 are formed to be spaced apart from the plurality of planar heating elements 40. In the first embodiment, an example in which a pair of electrode pads 31 are formed at a position spaced apart from the outermost surface heating element 40 in the direction in which the plurality of surface heating elements 40 are arranged is described. It is not limited.

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 wires 33 are connected to the corresponding electrode pads 31, respectively, and are formed outside the plurality of planar heating elements 40 in a direction in which the plurality of planar heating elements 40 are arranged. The pair of connection wires 33 includes a first connection wire 33a connected to the first electrode pad and a second connection wire 33b connected to the second electrode pad, and the first and second connection wires. A plurality of planar heating elements 40 are positioned between the 33a and 33b. The first and second connection wires 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 wires 33, respectively. The plurality of electrode terminals 35 includes a plurality of first electrode terminals 35a connected to the first connection line 33a and a plurality of second electrode terminals 35b connected to the second connection line 33b. do. The plurality of first electrode terminals 35a are formed to face the second connection wire 33b and are spaced apart from the second connection wire 33b. The plurality of second electrode terminals 35b are formed to face the first connection line 33a and are spaced apart from the first connection line 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 to connect the first and second electrode terminals 35a and 35b in pairs with the first electrode terminal 35a and the second electrode terminal 35b. The first and second electrode terminals 35a and 35b may be formed to be parallel to each other, and may be formed to be perpendicular to the connected first and second connection wires 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 wires 33a and 33b are formed in a straight line in parallel with each other, the plurality of planar heating 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 generate heat by receiving power through the first and second electrode terminals 35a and 35b.

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 occurrence of voltage drop in the process of applying power to the plurality of planar heating elements 40 via the electrode wiring pattern 30.

복수의 면상 발열체(40)는 필름 히터(280)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 형의 필름 히터(280)를 관 형태로 말았을 때 면상 발열체(40)와 금속박판(10)의 접촉 면적을 높일 수 있고, 필름 히터(280)를 관 형태로 말 때 안정적으로 휠 수 있도록 한다.The plurality of planar heating elements 40 are elongated in the direction in which the film heater 280 is rolled in a tube shape. That is, the plurality of planar heating 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 planar heating elements 40 in this way, when the plate-shaped film heater 280 is rolled in a tubular shape, the contact area between the planar heating element 40 and the metal thin plate 10 can be increased, and the film heater ( 280) to be able to reliably bend when rolling in the form of a tube.

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

온도 센서(260)는 온도 센싱부(61)와 외부 덮개층(67)을 포함한다. 온도 센싱부(61)는 내부 덮개층(50) 위에 탄소나노튜브와 고내열성 수지를 함유하는 온도 센싱 조성물을 인쇄하여 형성된다. 그리고 외부 덮개층(67)은 온도 센싱부(61)가 형성된 내부 덮개층(50)을 덮는다. 온도 센서(260)는 필름 히터(280)의 표면에 인쇄 공정을 통해서 형성하기 때문에, 필름 히터(280)의 표면에 50㎛ 이하의 두께로 얇게 형성할 수 있다.The temperature sensor 260 includes a temperature sensing unit 61 and an outer cover layer 67. The temperature sensing unit 61 is formed by printing a temperature sensing composition containing carbon nanotubes and a high heat resistant resin on the inner cover layer 50. The outer cover layer 67 covers the inner cover layer 50 in which the temperature sensing unit 61 is formed. Since the temperature sensor 260 is formed on the surface of the film heater 280 through a printing process, the temperature sensor 260 may be thinly formed on the surface of the film heater 280 with a thickness of 50 μm or less.

이때 온도 센싱부(61)는 굴곡을 갖는 라인 형태로 복수의 면상 발열체(40)가 형성된 내부 덮개층(50) 위에 형성된다. 이러한 온도 센싱부(61)는 복수의 면상 발열체(40)가 형성된 내부 덮개층(50) 위에 형성되는 온도 센싱 패턴(63)과, 온도 센싱 패턴(63)의 양단부에 형성된 온도 센싱 패드(65)를 포함한다. 온도 센싱 패드(65)는 전극 패드(31)가 형성된 쪽에 배치될 수 있다.In this case, the temperature sensing unit 61 is formed on the inner cover layer 50 in which the plurality of planar heating elements 40 are formed in a curved line shape. The temperature sensing unit 61 includes a temperature sensing pattern 63 formed on the inner cover layer 50 on which the plurality of planar heating elements 40 are formed, and a temperature sensing pad 65 formed at both ends of the temperature sensing pattern 63. It includes. The temperature sensing pad 65 may be disposed on the side where the electrode pad 31 is formed.

제3 실시예에 따른 온도 센싱 패턴(63)은 수평 방향으로 진행하는 사각파 형태로 형성된 예를 개시하였다. 즉 복수의 면상 발열체(40)가 수평 방향으로 복수의 라인으로 형성된다. 따라서 복수의 면상 발열체(40)에서 발생되는 열에 따른 저항 변화를 감지할 수 있도록, 온도 센싱 패턴(63)은 복수의 면상 발열체(40)가 형성된 방향에 직교하는 방향으로 형성하였다.The temperature sensing pattern 63 according to the third embodiment has been described in the form of a square wave form running in the horizontal direction. That is, the plurality of planar heating elements 40 are formed in a plurality of lines in the horizontal direction. Therefore, the temperature sensing pattern 63 is formed in a direction orthogonal to the direction in which the plurality of planar heating elements 40 are formed to detect a change in resistance according to heat generated from the plurality of planar heating elements 40.

[실험예]Experimental Example

이와 같은 본 실시예에 따른 히터 조립체의 특성을 확인하기 위해서 아래와 같이 필름 히터(380)를 제조하여 실험을 수행하였다.In order to confirm the characteristics of the heater assembly according to the present embodiment as described above, the experiment was performed by manufacturing the film heater 380 as follows.

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, the heating element composition was prepared as follows. Carbon nanotubes and graphite particles were added to a carbitol acetate solvent and a dispersant was added to prepare a carbon nanotube / graphite dispersion (Solution A) through ultrasonication for 60 minutes. Epoxyacrylates, phenolic resins and polyvinyl acetal resins are mixed and added to a carbitol acetate solvent to produce a master batch (M / B) through mechanical kneading, which allows mechanical stirring or autorotation. It was. And after mixing the solution A and M / B through physical stirring, and completely kneaded using a 3-roll mill to produce a heating element composition.

전술된 제조 방법으로 제조된 발열체 조성물을 이용하여, 도 26 내지 도 28에 도시된 바와 같이, 시료 필름 히터를 제조하였다. 여기서 도 26은 타발 전 금속박판 스트립(19) 상에 형성된 제3 실시예에 따른 필름 히터(280)들을 보여주는 사진이다. 도 27은 도 26의 타발 후 시료 5번 필름 히터(280)의 상부면을 보여주는 사진이다. 그리고 도 28은 도 27의 시료 5번 필름 히터(280)의 하부면을 보여주는 사진이다.Using the heating element composition prepared by the above-described manufacturing method, a sample film heater was prepared as shown in FIGS. 26 to 28. FIG. 26 is a photograph showing film heaters 280 according to a third embodiment formed on the thin metal strip 19 before punching. FIG. 27 is a photograph showing the upper surface of the sample No. 5 film heater 280 after punching of FIG. 26. 28 is a photograph showing the lower surface of the sample No. 5 film heater 280 of FIG.

도 26 내지 도 28을 참조하면, 금속박판 스트립(19)을 이용하여 제3 실시예에 따른 시료 1번 내지 9번의 필름 히터(280)를 일괄적으로 제조할 수도 있다.26 to 28, the film heaters 280 of Samples 1 to 9 according to the third embodiment may be collectively manufactured using the metal thin 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 내부 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(280)를 일괄적으로 제조하였다.That is, first, the polyimide or high heat-resistant insulating ink is cast on the metal thin strip 19 of SUS material having a thickness of 0.025 to 0.03 mm, and then dried and thermally cured to form the insulating layer 20. Next, a metal layer of brass material is formed on the insulating layer 20. Next, the metal layer is patterned by a photolithography process to form an electrode wiring pattern 30. Next, after screen-printing the heating element composition prepared by the above-described manufacturing method using a 250 mesh screen mask according to the electrode wiring pattern 30, and after heat-curing the printed heating composition at 100 ℃ to 180 ℃, 250 to Aging was performed at 350 ° C. to form a plurality of planar heating elements 40. Then, the inner cover layer 50 is hot pressed on the insulating layer 20 having the electrode wiring pattern 30 and the planar heating element 40 formed thereon, and the plurality of film heaters 280 are collectively disposed on the metal thin strip 19. Prepared.

그리고 복수의 필름 히터(280)를 금속박판 스트립(19)에서 타발함으로써, 도 27 및 도 28에 도시된 바와 같이, 개별 필름 히터(280)를 얻을 수 있다. 여기서 도 27 및 도 28에 도시된 개별 필름 히터(280)는 시료 5번의 필름 히터(280)이다.Then, by punching the plurality of film heaters 280 in the thin metal strip 19, as shown in Figs. 27 and 28, it is possible to obtain a separate film heater 280. Here, the individual film heater 280 illustrated in FIGS. 27 and 28 is the film heater 280 of Sample No. 5. FIG.

이어서 금속박판(10)이 안쪽면을 향하도록 개별 필름 히터(280)를 관 형태로 말아서 양단에 위치하는 접합부(17)를 중첩시킨다.Subsequently, the individual film heaters 280 are rolled up in a tubular shape so that the metal thin plates 10 face the inner surface thereof, and the joints 17 positioned at both ends are overlapped.

그리고 관 형태로 말린 필름 히터(280)의 중첩된 접합부(17)를 파이버 레이저로 접합하여, 시료 1번 내지 9번의 필름 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(280)의 중첩된 접합부(17)를 접합한다.And the overlapping junction part 17 of the film heater 280 dried in the form of a tube was bonded by the fiber laser, and the film heaters of samples 1-9 were manufactured. At this time, butt welding is performed by using a fiber laser at a feed rate of 20 mm / s to 30 mm / s at a power of 40 to 60 W, thereby joining the overlapped joints 17 of the film heater 280 dried in a tubular shape. do.

도 29는 시료 5번의 필름 히터에 DC 2V 인가 시의 발열거동을 보여주는 그래프이다.29 is a graph showing the exothermic behavior when DC 2V is applied to the film heater of Sample No. 5.

도 29를 참조하면, 시료 5번의 필름 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. 29, the heating behavior of the metal sheet when the driving voltage DC 2V is applied to the film heater of Sample No. 5 and the cooling behavior when the driving voltage is off is shown. When applying DC 2V it can be seen that the metal sheet is heated to 300 ℃ at a rate of about 25 seconds.

따라서 시료 5번의 필름 히터에 구동전압 DC 2V 이상으로 인가할 경우, 25초보다 짧은 시간에 금속박판이 300℃ 이상으로 가열될 것이라는 것을 예측할 수 있다.Therefore, when applying the driving voltage DC 2V or more to the film heater of the sample 5, it can be expected that the metal sheet will be heated to 300 ℃ or more in less than 25 seconds.

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

Figure 112019052588170-pat00001
Figure 112019052588170-pat00001

표 1을 참조하면, DC 3.7V를 인가할 경우, 시료 1번 내지 9번의 필름 히터는 500℃ 이상의 고온으로 발열할 것으로 예상된다. 하지만 500℃ 이상의 고온에서는 시료 1번 내지 9번의 필름 히터는 내구성 및 수명을 유지하기 어렵고, 전력소모량 또한 8W 이상으로 높다.Referring to Table 1, when DC 3.7V is applied, the film heaters of Samples 1 to 9 are expected to generate heat at a high temperature of 500 ° C or higher. However, at a high temperature of 500 ° C. or higher, the film heaters of samples 1 to 9 are difficult to maintain durability and lifespan, and power consumption is also high as 8W 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 such, a heater having a heat density of 2 W / cm 2 or more per unit area and capable of generating heat of 500 ° C. or higher at a driving voltage of DC 3.7 V and having an output of 8 W or higher cannot be driven without control.

따라서 시료 1번 내지 9번에 따른 필름 히터에 DC 3.7V를 인가하는 경우에 있어서, 도 30에 도시된 바와 같이, PWM 제어를 통한 온도 제어가 필요하다. 여기서 도 30은 시료 5번 필름 히터의 PWM 제어 모식도이다.Therefore, in the case where DC 3.7V is applied to the film heaters according to samples 1 to 9, as shown in FIG. 30, temperature control through PWM control is required. Here, FIG. 30 is a schematic diagram of PWM control of Sample No. 5 film heater.

도 30을 참조하면, a는 시료 5번 필름 히터에 DC 3.7V 미만의 구동전압을 인가한 경우의 발열 거동 프로파일이고, a1은 시료 5번 필름 히터에 DC 3.7V 미만의 구동전압을 인가하면서 PWM 제어를 수행한 발열 거동 프로파일이다.Referring to FIG. 30, a is a heating behavior profile when a driving voltage of less than 3.7 V is applied to the film No. 5 film heater, and a1 is a PWM while a driving voltage of less than 3.7 V is applied to the film No. 5 film heater. The exothermic behavior profile that performed the control.

b는 시료 5번 필름 히터에 DC 3.7V를 인가한 경우의 실제 발열 거동 프로파일이고, b1은 시료 5번 필름 히터에 DC 3.7V를 인가하면서 PWM 제어를 수행한 발열 거동 프로파일이다.b is an actual exothermic behavior profile when DC 3.7V is applied to the sample # 5 film heater, and b1 is an exothermic behavior profile where PWM control is performed while applying DC 3.7V to the sample # 5 film heater.

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

시료 5번 필름 히터의 빠른 가열 속도를 이용하여 초기에 350 내지 400℃로 피크 히팅(peak heating)한 후, 250 내지 350℃로 유지하도록 PWM 제어함으로써, 필름 히터에 삽입되는 고체형 담배를 150 내지 160℃로 가열시킬 수 있다.After peak heating to 350 to 400 ° C. using the rapid heating rate of the film heater No. 5, the PWM is controlled to maintain the temperature at 250 to 350 ° C., thereby obtaining 150 to 150 solid cigarettes inserted into the film heater. Can be heated to 160 ° C.

구동전압으로 DC 3.7V를 인가하는 경우, 350 내지 400℃로 피크 히팅하는 데 3초 이내의 시간이 소요된다. 그리고 PWM 제어를 통하여, 필름 히터가 250 내지 350℃로 유지하도록 함으로써, 필름 히터에 삽입되는 고체형 담배를 10초 이내에 150 내지 160℃로 신속하게 가열시킬 수 있다. 이러한 PWM 제어를 통하여 시료 5번 필름 히터의 높은 발열량으로 인한 필름 히터의 내구성 및 수명이 저하되는 것을 억제할 수 있다.When DC 3.7V is applied as the driving voltage, it takes less than 3 seconds to peak heat to 350 to 400 ° C. And by PWM control, by maintaining a film heater at 250-350 degreeC, the solid tobacco inserted into a film heater can be heated quickly to 150-160 degreeC within 10 second. Through such PWM control, the durability and life of the film heater may be suppressed from being lowered due to the high calorific value of the sample heater 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.The sample Nos. 1 to 9 have a power ratio of 3.4 to 4.8 when a driving voltage of DC 2V and DC 3.7V is applied. Heaters of samples 1 to 9 have a thermal density of 2 W / cm 2 or more when a driving voltage of DC 3.7V is applied.

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.On the other hand, the embodiments disclosed in the specification and drawings are merely presented specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It is apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention can be carried out 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 : 내부 덮개층
51 : 윈도우
60, 260 : 온도 센서
61 : 온도 센싱부
63 : 온도 센싱 패턴
65 : 온도 센싱 패드
67 : 외부 덮개층
69 : 윈도우
70 : 단열층
80, 280 : 필름 히터
81 : 삽입구
83 : 유입구
90 : 전기 가열식 흡연 장치
91, 191 : 히터 조립체
93 : 제어부
95 : 고체형 담배
100 : 고체형 전자 담배
10: metal thin plate
11: lower surface
13: upper surface
17: junction
19: thin metal strip
20: insulation layer
30: electrode wiring pattern
31: electrode pad
33: connection wiring
35: electrode terminal
39: metal layer
40: plane heating element
50: inner cover layer
51: Windows
60, 260: temperature sensor
61: temperature sensing unit
63: temperature sensing pattern
65: temperature sensing pad
67: outer cover layer
69: Windows
70: heat insulation layer
80, 280: film heater
81: insertion hole
83 inlet
90: electric heating smoking device
91, 191: heater assembly
93: control unit
95: solid cigarette
100: solid state electronic cigarette

Claims (5)

전원을 인가받아 발열하는 나노탄소입자 기반의 면상 발열체를 구비하는 필름 히터; 및
상기 면상 발열체가 형성되어 있는 상기 필름 히터의 표면에 인쇄로 형성되어 상기 필름 히터의 온도를 감지하여 전달하며, 부온도계수(negative temperature coefficient; NTC) 특성을 나타내는 탄소나노튜브를 기반으로 하는 온도 센서;
를 포함하는, 전기 가열식 히터 조립체.
A film heater having a planar heating element based on nano carbon particles that generate heat by receiving power; And
A temperature sensor based on carbon nanotubes formed by printing on the surface of the film heater in which the planar heating element is formed and sensing and transferring the temperature of the film heater and exhibiting a negative temperature coefficient (NTC) characteristic. ;
An electrical heated heater assembly comprising a.
제1항에 있어서,
상기 필름 히터는 금속박판을 기저층으로 하는 판 형태로 구부러질 수 있는 유연한 소재인, 전기 가열식 히터 조립체.
The method of claim 1,
The film heater is an electric heating heater assembly, which is a flexible material that can be bent in the form of a plate based on a thin metal plate.
제1항에 있어서,
상기 면상 발열체는 하나 이상으로 구성되는, 전기 가열식 히터 조립체.
The method of claim 1,
And the planar heating element is comprised of one or more.
전기 가열식 필름 히터의 표면에 인쇄로 형성되고, 상기 필름 히터의 온도를 감지하여 전달하며, 부온도계수(negative temperature coefficient; NTC) 특성을 나타내는 탄소나노튜브 기반의 온도센서; 및
상기 온도 센서로부터 전달받은 온도 정보를 기반으로 상기 필름 히터의 온오프를 제어하는 제어부;
를 포함하는, 전기 가열식 흡연장치.
A carbon nanotube-based temperature sensor formed by printing on the surface of an electrically heated film heater, sensing and transferring a temperature of the film heater, and exhibiting a negative temperature coefficient (NTC) characteristic; And
A controller configured to control on and off of the film heater based on temperature information received from the temperature sensor;
Containing, electrically heated smoking device.
제4항에 있어서,
상기 온도 센서는 상기 필름 히터의 표면에 인쇄 공정을 통해서 50um 이하의 두께로 얇게 형성되는, 전기 가열식 흡연장치.
The method of claim 4, wherein
The temperature sensor is formed on the surface of the film heater thin through a printing process to a thickness of less than 50um, electrically heated smoking device.
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