KR102087723B1 - Electric heating type smoking device using PWM control - Google Patents

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Abstract

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

Description

PWM 제어 방식을 이용한 전기 가열식 흡연 장치{Electric heating type smoking device using PWM control}Electric heating type smoking device using PWM control method

본 발명은 고체형 전자 담배에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 히터에서 저전력으로 발생되는 높은 발열량에 대한 PWM(pulse width modulation) 제어를 통하여 고체형 담배를 신속하게 가열시키는 PWM 제어 방식을 이용한 전기 가열식 흡연 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a solid type electronic cigarette, and more specifically, an electric heating type smoking using a PWM control method for rapidly heating a solid type cigarette through PWM (pulse width modulation) control for a high heating value generated by low power in a heater. It is about the device.

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 type cigarette is a method of inhaling smoke by combustion through ignition of a lighter or a match. These combustion-type 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.In order to solve these problems, a solid electronic cigarette in which a cigarette (hereinafter referred to as a "solid cigarette") is steamed by electric heating has been introduced. It is a cigarette that can lower the inhalation of harmful substances and smoke through 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 electric heating type smoking device which is a dedicated electronic device is required. The electrically heated smoking device includes a heater necessary to steam solid cigarettes.

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.A heating blade or a metal etched film heater is used as a heater for a conventional electric heating type smoking device. However, there is a problem in that it takes a lot of time and power to heat the metal structure of the heating blade or the metal etched film heater to a temperature required to steam the solid cigarette. In addition, since the power consumption of the heater is large, there is a problem in that two or more solid type cigarettes cannot be continuously smoked with the existing electric heating type smoking device.

한국등록특허 제10-1655716호 (2016.09.01. 등록)Korean Registered Patent No. 10-1655716 (2016.09.01. Registered)

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

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

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 관 형태의 금속박판; 상기 금속박판의 일면을 덮는 절연층; 상기 절연층 위에 형성된 전극 배선 패턴; 상기 전극 배선 패턴에 연결되게 나노탄소입자 기반의 발열체 조성물을 상기 절연층 위에 인쇄하여 형성되며, 상기 전극 배선 패턴으로부터 전원을 인가받아 발열하며, 복수의 열로 상기 전극 배선 패턴에 병렬로 연결되는 복수의 면상 발열체; 및 상기 복수의 면상 발열체가 형성된 상기 절연층을 덮는 덮개층;을 포함하는 전기 가열식 흡연 장치용 히터를 제공한다. 이때 상기 전극 배선 패턴에 DC 2V 및 DC 3.7V의 구동 전압 인가 시, 전력비가 3.4 내지 4.8 이다.In order to achieve the above object, the present invention is a metal sheet in the form of a tube; An insulating layer covering one surface of the thin metal plate; An electrode wiring pattern formed on the insulating layer; It is formed by printing a nanocarbon particle-based heating element composition on the insulating layer to be connected to the electrode wiring pattern, and receiving power from the electrode wiring pattern to generate heat, and a plurality of rows connected in parallel to the electrode wiring pattern in parallel. Planar heating element; And a cover layer covering the insulation layer on which the plurality of planar heating elements are formed. At this time, when driving voltages of DC 2V and DC 3.7V are applied to the electrode wiring pattern, the power ratio is 3.4 to 4.8.

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

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

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

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

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

상기 복수의 면상 발열체는 굴곡진 부분을 포함할 수 있다.The plurality of planar heating elements may include a curved portion.

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

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

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

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

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

본 발명에 따른 히터는 금속박판에 절연층이 코팅 또는 캐스팅으로 직접 형성되기 때문에, 기존의 금속박판(금속구조물)과 절연층 사이에 사용했던 접착제의 사용을 배제할 수 있다. 이로 인해 기존의 접착제 사용으로 인한 문제를 해소할 수 있다. 특히 PWM 제어를 통해서 히터를 초기에 고온으로 가열하더라도 금속박판과 절연층 간에 안정적인 접합 상태를 유지할 수 있다.In the heater according to the present invention, since the insulating layer is directly formed on the metal thin plate by coating or casting, the use of the adhesive used between the existing metal thin plate (metal structure) and the insulating layer can be excluded. This can solve the problems caused by the use of the existing adhesive. In particular, even if the heater is initially heated to a high temperature through PWM control, it is possible to maintain a stable bonding state between the metal thin plate 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 상의 필름 히터를 말아서 관 형태로 제조하기 때문에, 기존에 비해서 금속박판의 열용량을 줄일 수 있고, 고체형 담배를 가열하는 시간을 단축하고 전력 사용량을 줄일 수 있다.In the past, 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 is manufactured in the form of a tube by rolling a film heater on a plate formed based on a metal thin plate of 1 mm or less, it is possible to reduce the heat capacity of the metal thin plate, shorten the time to heat the solid cigarette and use power Can be reduced.

본 발명에 따른 히터는 고체형 담배가 삽입될 수 있도록 관 형태로 구현되기 때문에, 고체형 담배를 거치할 구조물을 별도로 제작할 필요가 없다.Since the heater according to the present invention is implemented in the form of a tube so that the solid cigarette can be inserted, there is no need to separately manufacture a structure for mounting the solid cigarette.

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

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

그리고 본 발명에 따른 히터의 외측면에 단열층을 형성함으로써, 면상 발열체에서 발생된 열이 외측으로 방출되어 손실되는 것을 억제할 수 있다. 아울러 단열층은 고체형 담배가 삽입되는 쪽으로 열이 전달될 수 있도록 함으로써, 고체형 담배를 가열하는 시간을 단축하고 전력 사용량을 더욱 더 줄일 수 있다.And by forming a heat insulating layer on the outer surface of the heater according to the present invention, it is possible to suppress the heat generated by the planar heating element is discharged to the outside is lost. In addition, the heat insulating layer allows heat to be transferred toward the solid cigarette is inserted, thereby reducing the time for heating the solid cigarette and further reducing power consumption.

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

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.It should be noted that in the following description, only parts necessary for understanding the embodiments of the present invention are described, and descriptions of other parts will be omitted without detracting 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 present specification and claims described below should not be construed as being limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventor is appropriate as a concept of terms to describe his or her invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and a concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined as such. Therefore, the configuration shown in the embodiments and drawings described in this specification is only a preferred embodiment of the present invention, and does not represent all of the technical spirit of the present invention, and various equivalents that can replace them at the time of this application It should be understood that there may be and variations.

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

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

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 고체형 전자 담배(100)는 고체형 담배(95)와 전기 가열식 흡연 장치(90)를 포함한다. 고체형 전자 담배(100)는 기존의 액상 니코틴을 사용하는 액상형 전자 담배와는 다르게 스틱 형태의 고체형 담배(95)를 전기 가열식 흡연 장치(90)에 꽂아 전기로 가열하여 사용하는 전자 담배이다.Referring to FIG. 1, the solid-state electronic cigarette 100 according to the present invention includes a solid-type cigarette 95 and an electrically heated smoking device 90. The solid-state electronic cigarette 100 is an electronic cigarette that is used by inserting a solid-type cigarette 95 in the form of a stick into an electric-heated smoking device 90 and heating it electrically, unlike a liquid-type electronic cigarette using a 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 type cigarette 95 has a shape similar to that of a general combustion type cigarette. That is, the solid type cigarette 95 is formed at one end of the tobacco part 95b and the tobacco part 95b, and a filter part for filtering harmful substances contained in the aerosol generated by steaming the tobacco part 95b. (95a). At this time, the tobacco of the tobacco section 95b is a tobacco that can be steamed with 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(80)를 포함하며, 온도 센서(91)와 제어부(93)를 더 포함할 수 있다.The electric heating type smoking device 90 according to the present invention includes a heater 80 for steaming the solid cigarette 95 by electric heating, and may further include a temperature sensor 91 and a control unit 93.

히터(80)는 양쪽이 개방된 개방구(81,83)가 형성된 관 형태를 가지며, 개방구(81,83)의 한 쪽은 고체형 담배(95)의 일단부가 삽입되는 삽입구(81)로 사용된다. 개방구(81,89)의 다른 쪽, 즉 삽입구(81)의 반대 쪽은 고체형 담배(95)의 가열에 의해 발생된 에어로졸을 고체형 담배(95)의 필터부(95a)를 통하여 흡입할 때 공기가 유입되는 유입구(83)로 사용된다.The heater 80 has a tube shape in which both openings 81 and 83 are opened, 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 and 89, that is, the opposite side of the insertion hole 81, sucks the aerosol generated by heating the solid cigarette 95 through the filter portion 95a of the solid cigarette 95. It is used as an inlet 83 when air is introduced.

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

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

그리고 제어부(93)는 온도 센서(91)로부터 전달받은 온도를 기반으로 히터(80)의 온/오프를 제어한다. 즉 제어부(93)는 삽입구로 삽입된 고체형 담배(95)로 적정 온도의 열을 전달할 수 있도록, 온도 센서(91)로부터 전달받은 온도를 기반으로 히터(80)의 온/오프를 제어한다. 제어부(93)는 삽입구에서 고체형 담배(95)에서 분리되면, 히터(80)를 오프시킨다.In addition, the control unit 93 controls on / off of the heater 80 based on the temperature transmitted from the temperature sensor 91. That is, the control unit 93 controls on / off of the heater 80 based on the temperature transmitted from the temperature sensor 91 so as to transfer heat at an appropriate temperature to the solid cigarette 95 inserted into the insertion port. When the control unit 93 is separated from the solid type cigarette 95 at the insertion port, the heater 80 is turned off.

이때 제어부(91)는 히터(80)의 온/오프를 PWM(pulse width modulation) 방식으로 제어할 수 있다. 여기서 PWM 방식이란 펄스 변조 방식의 하나로, 변조 신호의 크기에 따라서 펄스의 듀티비를 변화시켜 제어하는 방식을 말한다. 즉 PWM 제어는 듀티비를 조절함으로써 제어값을 조정하게 되며, 펄스 신호의 듀티비가 변함으로써 이 펄스 신호의 평균값이 변하게 되고 이러한 평균값을 제어 신호값으로 사용하는 것이다.At this time, the control unit 91 may control on / off of the heater 80 by a pulse width modulation (PWM) method. Here, the PWM method is one of the pulse modulation methods, and refers to a method of controlling by changing the duty ratio of pulses according to the size of a modulated signal. That is, the PWM control adjusts the control value by adjusting the duty ratio, and the average value of the pulse signal changes as the duty ratio of the pulse signal changes and uses the average value as the control signal value.

제어부(91)는 PWM 방식의 제어를 통하여, 히터(80)로 발생시킬 수 있는 온도 범위 중 고체형 담배(95)를 가열할 수 있는 적정 온도를 유지할 수 있도록 히터(80)를 온/오프시킬 수 있다. 즉 제어부(91)는 히터(80)의 빠른 가열 속도를 이용하여 초기 수초 간 350 내지 400℃로 피크 히팅(peak heating)한 후, 250 내지 350℃로 유지하도록 PWM 제어를 수행한다. 이로 인해 히터(80)에 삽입되는 고체형 담배(95)를 신속하게 가열시킬 수 있다. PWM 제어를 통하여 히터(80)의 높은 발열량으로 인한 히터(80)의 내구성 및 수명이 저하되는 것을 억제하여 히터(80)를 안정적으로 구동시킬 수 있다.The control unit 91 may turn on / off the heater 80 so as to maintain an appropriate temperature for heating the solid type cigarette 95 among the temperature range that can be generated by the heater 80 through the control of the PWM method. You can. That is, the control unit 91 performs a PWM control to maintain at 250 to 350 ° C. after peak heating at 350 to 400 ° C. for an initial few seconds using the fast heating speed of the heater 80. Due to this, the solid type cigarette 95 inserted into the heater 80 can be quickly heated. Through the PWM control, it is possible to suppress the durability and life of the heater 80 from being reduced due to the high heat generation amount of the heater 80 to stably drive the heater 80.

한편 도시하진 않았지만 본 발명에 따른 전기 가열식 흡연 장치(90)는 히터(80)로 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함한다. 전원 공급부로는 일차전지 또는 이차전지가 사용될 수 있다.On the other hand, although not shown, the electric heating smoking device 90 according to the present invention includes a power supply unit that supplies power to the heater 80. A primary battery or a secondary battery may be used as the power supply unit.

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

[제1 실시예][First Embodiment]

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

도 2 내지 도 4를 참조하면, 제1 실시예에 따른 히터(80)는 고체형 담배의 일단부가 삽입되는 개방구(81,83)가 형성된 관 형태를 가지며, 금속박판(10), 절연층(20), 전극 배선 패턴(30), 복수의 면상 발열체(40) 및 덮개층(50)을 포함한다. 여기서 금속박판(10)은 관 형태를 갖는다. 절연층(20)은 금속박판(10)의 일면을 덮는다. 전극 배선 패턴(30)은 절연층(20) 위에 형성된다. 복수의 면상 발열체(40)는 전극 배선 패턴(30)에 연결되게 나노탄소입자 기반의 발열체 조성물을 절연층(20) 위에 인쇄하여 형성되며, 전극 배선 패턴(30)으로부터 전원을 인가받아 발열한다. 그리고 덮개층(50)은 복수의 면상 발열체(40)가 형성된 절연층(20)을 덮는다.2 to 4, the heater 80 according to the first embodiment has a tube shape with openings 81 and 83 into which one end of a solid type cigarette is inserted, a metal thin plate 10, and an insulating layer (20), an electrode wiring pattern 30, a plurality of planar heating elements 40 and a cover layer 50. Here, the metal thin plate 10 has a tube shape. The insulating layer 20 covers one surface of the thin metal plate 10. The electrode wiring pattern 30 is formed on the insulating layer 20. The plurality of planar heating elements 40 are formed by printing a nanocarbon 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. And the cover layer 50 covers the insulating layer 20 on which a plurality of planar heating elements 40 are formed.

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

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

절연층(20)은 금속박판(10)의 상부면(13)에 코팅 또는 캐스팅으로 형성된다. 절연층(20)의 소재로는 플라스틱 소재가 사용될 수 있다. 예컨대 절연층(20)의 소재로는 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르술폰(polyethersulphone; PES), 폴리아크릴레이트(polyacrylate: PAR), 폴리에테르이미드(polyetherimide; PEI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethyelenen napthalate; PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethyeleneterepthalate; PET), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리카보네이트(PC), 셀룰로오스 트리아세테이트(cellulose triacetate; CTA) 또는 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinonate; CAP)가 사용될 수 있으며, 나열된 것들로 한정되는 것은 아니다.The insulating layer 20 is formed by coating or casting on the upper surface 13 of the thin metal plate 10. A plastic material may be used as the material of the insulating layer 20. 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 propionate 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 a 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 solution by controlling 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.In addition, 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 of the dispersant relative to 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, dispersant, organic solvent, and leveling agent included in the heating element composition to be described later may be used as the mixed binder, dispersant, organic solvent, and leveling agent.

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-sized diameter. The inorganic nanoparticles enhance the heat resistance and insulating properties 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. Due to this, the conductive carbon particles can be distributed in the form of islands between the metrics formed by the mixed binder.

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

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

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

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

전도성 카본 입자는 카본블랙 또는 20층 이하의 그라파이트 입자를 포함할 수 있다. 그라파이트 입자는 2㎛ 미만의 직경을 가질 수 있다. 그라파이트 입자의 직경이 2㎛를 초과하는 경우, 임펄스 파괴강도가 낮아지는 문제가 발생될 수 있기 때문이다.The conductive carbon particles may include carbon black or up to 20 layers of graphite particles. The 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 that impulse breaking strength is lowered 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 types such as carbon nanotubes and carbon fibers are not preferable as the conductive carbon particles. The reason is that needle-like carbon nanotubes or carbon fibers are not suitable as a component of an 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 characteristics 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, 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.As described above, 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 junction 17. The joining portion 17 is a portion to be joined when joining both ends by rolling the film heater manufactured in a plate shape.

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

전극 배선 패턴(30)은 금속박을 이용한 에칭 방법 또는 금속 페이스트를 이용한 인쇄 방법으로 형성할 수 있다. 즉 전극 배선 패턴(30)은 절연층(20) 위에 금속박을 적층한 후 에칭 방법으로 패터닝하여 형성할 수 있다. 또는 전극 배선 패턴(30)은 금속 페이스트를 절연층(20) 위에 인쇄하여 형성할 수 있다.The electrode wiring pattern 30 may 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 depositing a metal foil on the insulating layer 20 and patterning it 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 thermal curing and aging. As a 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. Heat 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 thermal curing 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 on the insulating layer 20 in the horizontal direction. That is, the planar heating element 40 may be formed on the insulating layer 20 in an n-row matrix (n, m is a natural number of 2 or more). At this time, the electrode wiring pattern 30 is formed to connect a 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 nanocarbon particle-based conductive 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 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 with respect to 100 parts by weight of the heating element composition.

전도성 입자는 전도성을 갖는 나노 크기의 탄소 입자를 포함하고, 금속 분말을 더 포함할 수 있다. 탄소 입자로는 탄소나노튜브 입자 또는 그라파이트 입자가 사용될 수 있다. 금속 분말로는 은, 구리 또는 니켈 소재의 분말이 사용될 수 있다. 예컨대 전도성 입자는 발열 조성물 100 중량부에 대하여 탄소나노튜브 입자 0.1 내지 5 중량부, 그라파이트 입자 0.1 내지 20 중량부 또는 금속 분말 10 내지 60 중량부를 포함할 수 있다.The conductive particles include nano-sized carbon particles having conductivity, and may further include a metal powder. As the carbon particles, carbon nanotube particles or graphite particles 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 can be selected from single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, or mixtures thereof. For example, the carbon nanotube particles may be multi-wall carbon nanotubes. When the carbon nanotube particles are multi-walled carbon nanotubes, the diameter may be 1 nm to 20 nm, and the length may be 1 μm to 100 μm.

그라파이트 입자는 직경이 1㎛ 내지 25㎛일 수 있고, 두께가 1nm 내지 25㎛일 수 있다.The graphite particles may have a diameter of 1 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. In the case of silver powder, it may have a shape of flake, spherical shape, polygonal plate shape, or rod. As the copper powder, silver-coated copper (Ag coated Cu) powder, nickel-coated copper (Ni coated Cu) powder, or the like may be used. In addition, as the nickel powder, Ag coated Ni powder may be used.

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

이와 같이 발열체 조성물은 탄소 입자와 금속 분말을 포함함으로써, 면상 발열체(40)의 에너지 효율 및 발열 속도를 높일 수 있다. 즉 금속 분말은 흑체 복사 기능을 갖지 않는다. 하지만 발열체 조성물에 탄소 입자를 포함시킴으로써, 흑체 복사 기능을 구현할 수 있다. 탄소 입자로 인해서 면상 발열체(40)의 내열성을 높일 수 있다. 그리고 탄소 입자로 인해서, 면상 발열체(40)의 발열 속도 및 에너지 효율을 높일 수 있다.As described above, the heating element composition may include carbon particles and metal powder, thereby increasing energy efficiency and heating rate of the planar heating element 40. That is, the metal powder does not have a blackbody radiation function. However, by including carbon particles in the heating element composition, it is possible to implement the black body radiation function. The heat resistance of the planar heating element 40 can be increased due to the carbon particles. And due to the carbon particles, it is possible to increase the heating rate and energy efficiency of the planar heating element 40.

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

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 contains at least two kinds of phenolic resin, acetal resin, isocyanate resin, and epoxy resin so as to have heat resistance even at a temperature of about 300 ° C. For example, the mixed binder includes at least two kinds of epoxy, epoxy acrylate, hexamethylene diisocyanate, polyvinyl acetal, and phenolic resins.

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 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, heat resistance is lowered, and when it exceeds 500 parts by weight, flexibility of the planar heating element 40 is lowered and brittleness may become strong.

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 as described above, even when the planar heating element 40 is heated to 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.Here, the phenolic resin means a phenolic compound containing phenol and phenol derivatives. For example, phenol derivatives include p-cresol, o-Guaiacol, Creosol, Catechol, 3-methoxy-1,2-benzenediol (3- methoxy-1,2-Benzenediol, Homocatechol, Vinylaguaiacol, Syringol, Iso-eugenol, Methoxyeugenol, o- Cresol (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 Etc., limited to this 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 for dispersing 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 and octanol.

한편, 분산을 위한 공정은 통상적으로 사용되는 다양한 방법들이 적용될 수 있으며, 예를 들면 초음파처리(Ultra-sonication), 롤밀(Roll mill), 비드밀(Bead mill) 또는 볼밀(Ball mill) 과정을 통해 이루어질 수 있다.On the other hand, the process for dispersion can be applied to a variety of commonly used methods, for example, ultrasonic treatment (Ultra-sonication), roll mill (Roll mill), bead mill (Bead mill) or ball mill (Ball mill) through the process It 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.In addition, the dispersant is intended to more smoothly disperse the conductive particles, and conventional dispersants used in the art such as BYKs, amphoteric surfactants such as Triton X-100, and ionic surfactants such as SDS can be used.

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

실란 커플링제는 발열체 조성물의 배합 시에 수지들 간에 접착력을 증진시키는 접착증진제 기능을 한다. 실란 커플링제는 에폭시 함유 실란 또는 머켑토 함유 실란일 수 있다. 이러한 실란 커플링제의 예로는 에폭시가 함유된 것으로 2-(3,4 에폭시 사이클로헥실)-에틸트리메톡시실란, 3-글리시독시트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란이 있고, 아민기가 함유된 것으로 N-2(아미노에틸)3-아미토프로필메틸디메톡시실란, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필트리메톡시실란, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-트리에톡시실리-N-(1,3-디메틸뷰틸리덴)프로필아민, N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란이 있으며, 머켑토가 함유된 것으로 3-머켑토프로필메틸디메톡시실란, 3-머켑토프로필트리에톡시실란, 이소시아네이트가 함유된 3-이소시아네이트프로필트리에톡시실란 등이 있으며, 이것에 한정되지 않는다.The silane coupling agent functions as an adhesion promoter that promotes adhesion between resins when blending the heating element composition. The silane coupling agent can be an epoxy containing silane or a mercapto containing silane. Examples of such silane coupling agents include epoxy (2- (3,4 epoxy cyclohexyl) -ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxycitrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, amine group-containing N-2 (aminoethyl) 3-amitopropylmethyldimethoxysilane, N-2 (aminoethyl) 3-aminopropyltrimethoxysilane , N-2 (aminoethyl) 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-triethoxysilyl-N- (1,3-dimethyl Butylidene) propylamine, N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, and merpento-containing 3-mertopropylmethyldimethoxysilane, 3-mertopropyltriethoxysilane, and isocyanate. 3-isopropylpropyl triethoxysilane, and the like, but are 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 with respect to 100 parts by weight of the heating element composition. The ceramic particles increase the heat capacity of the planar heating element 40. Glass particles or silicon particles may be used as the ceramic particles.

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 with respect to 100 parts by weight of the heating element composition. Here, the graphene oxide particles have insulating properties within 1 to 20 layers, and partially graphitized particles are used.

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

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

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

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, an electrode wiring pattern may be formed.

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

이와 같이 제1 실시예에 따른 히터(80)는 저전력으로 구동이 가능한 복수의 면상 발열체(40)를 포함하기 때문에, 저전력으로 높은 발열량을 나타낸다.As described above, since the heater 80 according to the first embodiment includes a plurality of planar heating elements 40 that can be driven at low power, it 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 heating area, it is possible to minimize heat loss during the heat transfer process.

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

면상 발열체(40)는 전도성 입자와 혼합 바인더를 포함하는 도료 형태의 발열체 조성물로 형성하기 때문에, 비저항이 낮고 열전도율이 우수해 저전압 구동에 유리하고 승온 속도가 빠른 장점이 있다. 즉 발열체 조성물은 전도성 입자와 함께, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 또는 에폭시 아크릴레이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지를 포함하는 혼합 바인더를 포함하기 때문에, 200℃ 이상의 온도에서도 내열성을 유지할 수 있다. 이로 인해 제1 실시예에 따른 히터(80)는 온도에 따른 저항 변화가 작아 발열 거동 및 안정성이 높은 면상 발열체(40)를 구비하는 히터를 제공할 수 있다.Since the planar heating element 40 is formed of a heating element composition in the form of a paint containing conductive particles and a mixed binder, it has the advantage of having low specific resistance and excellent thermal conductivity, so it is advantageous for low voltage driving and has a high heating rate. That is, since the heating element composition includes a conductive binder and a mixed binder containing hexamethylene diisocyanate or epoxy acrylate, polyvinyl acetal, and a phenolic resin, heat resistance can be maintained even at a temperature of 200 ° C. or higher. Accordingly, the heater 80 according to the first embodiment may provide a heater having a planar heating element 40 having high heat generation behavior and 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 히터(80)는 흑체 복사로 인해 추가적인 에너지 효율을 향상을 얻을 수 있다. 제1 실시예에 따른 히터(80)는 흑체 복사로 인해 원적외선도 방사하기 때문에, 사용자에게 유익한 원적외선을 제공할 수 있다.Since the planar heating element 40 formed of a heating element composition including carbon nanotube particles and graphite particles is a black body, the heater 80 according to the first embodiment improves additional energy efficiency due to black body radiation. Can get Since the heater 80 according to the first embodiment also radiates far infrared rays due to black body radiation, it is possible to provide a far infrared ray beneficial to the user.

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

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

이와 같이 제1 실시예에 따른 히터(80)는 전극 배선 패턴(30)과, 저전압이 구동이 가능한 면상 발열체(40)를 포함하기 때문에, 저전력으로 높은 발열 특성을 나타낼 수 있다. 면상 발열체(40)는 탄소 입자와 혼합 바인더를 포함하는 도료 형태의 발열체 조성물로 형성하기 때문에, 비저항이 낮고 열전도율이 우수해 저전압 구동에 유리하고 승온 속도가 빠른 장점이 있다. 이로 인해 제1 실시예에 따른 히터(80)는 고체형 담배를 신속하게 가열시킬 수 있다.As described above, since the heater 80 according to the first embodiment includes the electrode wiring pattern 30 and the planar heating element 40 capable of driving a low voltage, it can exhibit high heating characteristics at low power. Since the planar heating element 40 is formed of a heating element composition in the form of a paint containing carbon particles and a mixed binder, it has the advantage of having low specific resistance and excellent thermal conductivity, so it is advantageous for low voltage driving and has a high heating rate. Due to this, the heater 80 according to the first embodiment can quickly heat the solid type cigarette.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

다음으로 도 9에 도시된 바와 같이, 금속층을 패터닝하여 전극 배선 패턴(30)을 형성한다. 이때 금속층의 패터닝 방법으로는 사진석판술(photolithography)이 이용될 수 있다.Next, as illustrated in FIG. 9, the electrode wiring pattern 30 is formed by patterning the metal layer. At this time, photolithography may be used as a 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 parts that receive power. The pair of electrode terminals 35 are connected to and extended to the pair of electrode pads 31, respectively, and 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 in a vertical direction to one side of the pair of electrode terminals 35. That is, the electrode wiring pattern 30 may be formed in a translator shape.

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

한 쌍의 전극 패드(31)는 복수의 면상 발열체에서 이격되게 형성된다. 제1 실시예에서는 복수의 면상 발열체가 배열된 방향으로, 최외곽에 위치하는 면상 발열체(50)에서 이격된 위치에 한 쌍의 전극 패드(31)가 형성된 예를 개시하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.The pair of electrode pads 31 are formed to be spaced apart from a 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 located at the outermost side in a direction in which a plurality of planar heating elements are arranged, is limited to this. 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 shape surrounding the first electrode terminal 35a in a de-shape shape.

한편 제1 실시예에 따른 전극 배선 패턴(30)은 수평하게 형성된 한 쌍의 전극 단자(35)의 일측에 한 쌍의 전극 패드(31)가 수직 방향으로 연결되어 기역자 형상으로 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 한 쌍의 전극 단자에 연결되는 한 쌍의 전극 패드의 위치에 따라서 영문자 "T"자형으로도 구현이 가능함은 물론이다.On the other hand, the electrode wiring pattern 30 according to the first embodiment discloses 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 horizontally and formed in a translator shape. It is not limited to this. For example, depending on the position of the pair of electrode pads connected to the pair of electrode terminals, it is of course possible to implement the English letter "T" shape.

다음으로 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 절연층(20) 위에 발열체 조성물을 인쇄한 후 열경화 및 에이징하여 복수의 면상 발열체(40)를 형성한다. 이때 복수의 면상 발열체(40)는 한 쌍의 전극 단자(35)와, 한 쌍의 전극 단자(35) 사이의 절연층(20) 위에 형성되어, 한 쌍의 전극 단자(35)를 연결하도록 형성된다. 전극 배선 패턴(30)의 한 쌍의 전극 패드(31)는 면상 발열체(40) 밖으로 노출되어 있다.Next, as shown in FIGS. 10 and 11, a heating element composition is printed on the insulating layer 20 and then heat-cured and aged to form a plurality of planar heating elements 40. At this time, the plurality of planar heating elements 40 are formed on the insulating layer 20 between the pair of electrode terminals 35 and the pair of electrode terminals 35 to form a pair of electrode terminals 35. do. The pair of electrode pads 31 of the electrode wiring pattern 30 are exposed outside 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 (inner roll-to-roll gravure printing), comma coating (inner roll-to-roll comma coating), flexo, imprinting, offset printing, and the like can be used. Heat 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 is formed to have a curved portion in an intermediate portion rather than a straight shape. The curvature of the planar heating element 40 may be formed in a curve such as a sine wave or a wavy pattern. At this time, the planar heating element 40 is formed so 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 is increased and the number of planar heating elements that can be formed between the pair of electrode terminals 33 is reduced, so that the heating element is not rapidly generated or the heating value is lowered. Problems may arise.

이와 같이 굴곡을 갖도록 면상 발열체(40)를 형성하는 이유는, 판 상의 필름 히터를 관 형태로 말았을 때 면상 발열체(40)와 금속박판(10)의 접촉 면적을 높이기 위해서이다. 필름 히터를 관 형태로 말 때 안정적으로 휠 수 있도록 하기 위해서이다. 그리고 굴곡진 부분을 갖는 면상 발열체(40)가 직선 형태의 면상 발열체 보다는 더 큰 단면적을 갖기 때문에, 발열면적을 높일 수 있기 때문이다.The reason for forming the planar heating element 40 so as to have the bending 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 tube shape. This is to stably bend the film heater when it is rolled into a tube. Also, since the planar heating element 40 having a curved portion has a larger cross-sectional area than the linear planar heating element, it is possible to increase the heating area.

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.In addition, although it is possible to form one planar heating element 40 on the pair of electrode terminals 33, the reason for forming the plural is to reduce the amount of power used for the heating of the planar heating element 40.

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

다음으로 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 전극 배선 패턴(30) 및 복수의 면상 발열체(40)를 덮도록 덮개층(50)을 절연층(20) 위에 형성한다. 덮개층(50)의 형성 방법으로는 핫 프레싱 또는 라미네이팅 방법이 사용될 수 있다.Next, as shown in FIGS. 12 and 13, the 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. A hot pressing or laminating method may be used as a method of forming the cover layer 50.

이때 덮개층(50)에는 전극 배선 패턴(30)의 한 쌍의 전극 패드(31)가 노출되도록, 한 쌍의 전극 패드(31)에 대응되게 윈도우(51)가 형성되어 있다. 따라서 덮개층(50)이 절연층(20) 위에 형성될 때, 덮개층(50)의 윈도우(51)를 통하여 한 쌍의 전극 패드(31)가 외부로 노출된다. 접합부(17) 또한 덮개층(50) 밖으로 노출되어 있다.In this case, the cover layer 50 is formed with a window 51 corresponding 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 cover layer 50 is formed on the insulating layer 20, the pair of electrode pads 31 is exposed to the outside through the window 51 of the cover layer 50. The bonding portion 17 is also exposed outside the cover layer 50.

이와 같이 전극 배선 패턴(30)은 한 쌍의 전극 패드(31)와 한 쌍의 전극 단자(35)를 포함한다. 한 쌍의 전극 단자(35)를 연결하도록 면상 발열체(40)가 형성되며, 덮개층(50)에 의해 봉합된다. 그리고 한 쌍의 전극 패드(31)는 한 쌍의 전극 단자(35)와 각각 연결되며, 덮개층(50) 밖으로 돌출되어 전원을 인가받는다.In this way, the electrode wiring pattern 30 includes a pair of electrode pads 31 and a pair of electrode terminals 35. A planar heating element 40 is formed to connect the pair of electrode terminals 35 and is sealed by the cover layer 50. In addition, the pair of electrode pads 31 are respectively connected to the pair of electrode terminals 35 and protrude out of the cover layer 50 to receive power.

다음으로 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 접합부(17) 및 전극 배선 패턴(30)을 제외한 부분을 절개함으로써, 판 형상의 필름 히터(80a)를 얻을 수 있다. 즉 기역자 형상의 전극 배선 패턴(30)을 중심으로 양쪽에 접합부(17)를 남기고 나머지 부분은 절개하여 필름 히터(80a)를 얻을 수 있다. 필름 히터(80a)는 전극 배선 패턴(30)의 형상에 대응되게 기역자 형상을 갖는다.Next, as shown in FIGS. 14 and 15, a plate-shaped film heater 80a can be obtained by cutting portions excluding the junction portion 17 and the electrode wiring pattern 30. That is, the film heaters 80a can be obtained by leaving the joints 17 on both sides around the electrode wiring pattern 30 in the shape of a translator and cutting the remaining portions. The film heater 80a has a translator shape corresponding to the shape of the electrode wiring pattern 30.

접합부(17)는 전극 배선 패턴(30)의 한 쌍의 전극 단자(35)의 양쪽에 위치한다. 한 쌍의 접합부(17)를 연결하는 가상 선에 수직한 방향으로 한 쪽에 한 쌍의 전극 패드(31)가 위치한다. 제1 실시예에서는 한 쌍의 전극 패드(31)는 한 쌍의 접합부(17) 하나가 위치하는 쪽에 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다.The joining 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 the virtual line connecting the pair of joints 17. In the first embodiment, an example in which a pair of electrode pads 31 are formed on a side where one pair of bonding portions 17 is located is not limited thereto.

이어서 도 16에 도시된 바와 같이, 금속박판(10)이 안쪽면을 향하도록 필름 히터(80a)를 관 형태로 말아서 양단에 위치하는 접합부(17)를 중첩시킨다.Subsequently, as shown in FIG. 16, the film heater 80a is rolled in a tube shape so that the metal thin plate 10 faces the inner surface, thereby overlapping the joints 17 located at both ends.

그리고 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 관 형태로 말린 필름 히터의 중첩된 접합부(17)를 접합함으로써, 제1 실시예에 따른 히터(80)를 얻을 수 있다. 접합 방법으로는 초음파 또는 레이저 용접 방법이 사용될 수 있다. 레이저 용접 방법에는 야그(yag) 레이저, 파이버(fiber) 레이버, 펨토(femto) 레이저 등이 사용될 수 있다.And, as shown in Figures 3 and 4, by bonding the overlapping junction 17 of the film heater dried in the form of a tube, it is possible to obtain the heater 80 according to the first embodiment. An ultrasonic or laser welding method may be used as the bonding method. In the laser welding method, a yag laser, a fiber laser, a femto laser, and the like can be used.

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

이와 같은 구조를 갖는 제1 실시예에 따른 히터(80)는 3~4V의 저전압에서도 500℃ 이상의 높은 발열량을 순간적으로 발생시키면서 단위면적당 2 W/㎠ 이상의 열밀도를 나타낸다. 예컨대 전극 배선 패턴(30)에 DC 2 내지 3.7V가 인가되는 경우, 면상 발열체(40)가 형성된 한 쌍의 전극 단자(35) 간의 거리는 4mm 내지 6.5mm 일 수 있다.The heater 80 according to the first embodiment having such a structure exhibits a heat density of 2 W / cm 2 or more per unit area while instantaneously generating a high heating value of 500 ° C. or higher even at a low voltage of 3 to 4 V. 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(80)의 제조 방법에서는 금속박판(10)을 이용하여 하나의 히터(80)를 제조하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 도 17에 도시된 바와 같이, 금속박판 스트립(19)을 이용하여 복수의 히터를 일괄적으로 제조할 수도 있다.On the other hand, in the manufacturing method of the heater 80 according to the first embodiment, an example of manufacturing one heater 80 using the metal thin plate 10 is disclosed, but is not limited thereto. As shown in FIG. 17, a plurality of heaters 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(80a)를 포함한다.Referring to FIG. 17, the metal thin plate strip 19 includes arrayed unit metal thin plates 10, and includes unit film heaters 80a having electrode wiring patterns 30 formed on the unit metal thin plates 10, respectively. .

그리고 제1 실시예에 따른 히터(80)의 제조 방법에서는 금속박을 이용한 사진석판술을 이용하여 전극 배선 패턴(30)을 형성하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 절연층(10) 위에 금속 페이스트를 이용한 인쇄 방법으로 전극 배선 패턴(30)을 형성할 수도 있다.In the manufacturing method of the heater 80 according to the first embodiment, an example of forming an electrode wiring pattern 30 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 mixed binder, conductive particles including 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.Since the material used in the heating element composition may be used as a mixed binder, carbon nanotube particles and graphite particles contained in the conductive particles, an organic solvent, and a dispersant, 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 a flake shape, a spherical shape, a polygonal plate shape, or a rod shape.

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. Here, if it is 50 parts by weight or less, the electrical network between the silver powders is not formed, and thus the resistance is high, and when it exceeds 80 parts by weight, durability against stress is lowered, and a problem that costs increase may occur.

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.And by adding 50 to 80 parts by weight of the silver powder, a metal paste having a density of 2 g / cm 3 or less can be realized, and electrical conductivity of the electrode wiring pattern to be manufactured can be increased. Here, the tap density of the silver powder may be 2.5 g / cm 3 or less.

[제2 실시예][Second Embodiment]

한편 제1 실시예에서는 금속박판(10)이 안쪽에 위치할 수 있도록 형성한 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이, 금속박판(10)이 외측에 위치할 수 있도록 형성할 수 있다.Meanwhile, in the first embodiment, an example in which the metal thin plate 10 is formed to be located inside is disclosed, but the present invention is not limited thereto. For example, as shown in FIGS. 18 and 19, the metal thin plate 10 may be formed to be located outside.

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

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

[제3 실시예][Third Example]

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

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

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

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

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

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

[제4 실시예][Example 4]

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

도 21을 참조하면, 제4 실시예에 따른 히터의 필름 히터(380a)는 금속박판(10), 절연층(20), 전극 배선 패턴(30), 복수의 면상 발열체(40) 및 덮개층(50)을 포함한다.Referring to FIG. 21, the film heater 380a of the heater according to the fourth embodiment 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 a plurality of planar heating elements 40 are electrically connected and arranged in parallel. The electrode wiring pattern 30 includes a pair of electrode pads 31, a pair of connection wires 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 to be spaced apart at regular intervals. The pair of connection wires 33 are respectively connected to the pair of electrode pads 31 and extend in one direction. In addition, the plurality of electrode terminals 35 are respectively connected to a pair of connection wires 33 and extend toward the connection wires 33 facing each other. A plurality of planar heating elements 40 are connected to a pair of electrode terminals 35 connected to a pair of connection wires 33. In the fourth embodiment, an example in which four planar heating elements 40 are formed on a pair of electrode terminals 35 is disclosed, but 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 cables for supplying power are 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 a cable. A cable for supplying (+) power is connected to one of the pair of electrode pads 31, and a cable for supplying (-) power is connected to the other.

한 쌍의 전극 패드(31)는 복수의 면상 발열체(40)에서 이격되게 형성된다. 제1 실시예에서는 복수의 면상 발열체(40)가 배열된 방향으로, 최외곽에 위치하는 면상 발열체(40)에서 이격된 위치에 한 쌍의 전극 패드(31)가 형성된 예를 개시하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.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 planar heating element 40 located at the outermost side in a direction in which a plurality of planar heating elements 40 are arranged is disclosed. 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 connecting wires 33 are respectively connected to corresponding electrode pads 31 and are formed outside the plurality of planar heating elements 40 along 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 (33a, 33b). The first and second connection wires 33a and 33b may be formed in a straight line shape 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.In addition, the plurality of electrode terminals 35 are respectively connected to a pair of connection wires 33. The plurality of electrode terminals 35 includes a plurality of first electrode terminals 35a connected to the first connection wire 33a and a plurality of second electrode terminals 35b connected to the second connection wire 33b. do. The plurality of first electrode terminals 35a are formed toward the second connection wiring 33b, but are spaced apart from the second connection wiring 33b. The plurality of second electrode terminals 35b are formed toward the first connection wiring 33a, but are spaced apart from the first connection wiring 33a.

제1 전극 단자(35a)와 제2 전극 단자(35b)를 쌍으로, 제1 및 제2 전극 단자(35a,35b)를 연결하도록 면상 발열체(40)가 형성된다. 제1 및 제2 전극 단자(35a,35b)는 서로 평행하게 형성되며, 연결된 제1 및 제2 연결 배선(33a,33b)에 수직하게 형성될 수 있다.The planar heating element 40 is formed so as to connect the first electrode terminals 35a and the second electrode terminals 35b in pairs and connect the first and second electrode terminals 35a and 35b. The first and second electrode terminals 35a and 35b are formed parallel to each other and may be formed 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.In addition, when the first and second connection wires 33a and 33b are formed in parallel with each other, a 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 receive power through the first and second electrode terminals 35a and 35b to generate heat.

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

복수의 면상 발열체(40)는 필름 히터(380a)가 관 형태로 말리는 방향으로 길게 형성된다. 즉 복수의 면상 발열체(40)는 제1 및 제2 연결 배선(33a,33b)이 형성된 방향으로 형성된다. 이와 같이 복수의 면상 발열체(40)를 형성함으로써, 판 상의 필름 히터(380a)를 관 형태로 말았을 때 면상 발열체(40)와 금속박판(10)의 접촉 면적을 높일 수 있고, 필름 히터(380a)를 관 형태로 말 때 안정적으로 휠 수 있도록 한다.The plurality of planar heating elements 40 is formed long in the direction in which the film heater 380a is dried in a tube shape. That is, the plurality of planar heating elements 40 are formed in a direction in which the first and second connecting wires 33a and 33b are formed. By forming the plurality of planar heating elements 40 as described above, when the plate-shaped film heater 380a is rolled into a tube shape, the contact area between the planar heating element 40 and the metal thin plate 10 can be increased, and the film heater 380a ) To stably bend when rolled 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 an intermediate portion rather than a straight shape.

[실험예]Experimental Example

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

먼저 발열체 조성물은 아래와 같이 제조하였다. 탄소나노튜브, 그라파이트 입자를 카비톨아세테이드 용매에 첨가하고 분산제를 첨가하여 60분간 초음파 처리를 통해 탄소나노튜브/그라파이트 분산액(Solution A)을 제조하였다. 에폭시아크릴레이트, 페놀 수지 및 폴리비닐 아세탈 수지를 혼합하고, 카비톨아세테이트 용매에 첨가하여 물리적인 교반(mechanical stirring) 또는 자전공전이 가능한 기계적 혼련을 통해 마스터 배치(master batch, M/B)를 제조하였다. 그리고 Solution A와 M/B를 물리적인 교반을 통해 혼련한 후, 3-롤 밀( 3-roll mill)을 이용하여 완전히 혼련함으로써 발열체 조성물을 제조하였다.First, 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 ultrasonic treatment for 60 minutes. Epoxy acrylate, phenol resin, and polyvinyl acetal resin are mixed and added to a carbitol acetate solvent to prepare a master batch (M / B) through mechanical stirring or mechanical kneading capable of rotating. Did. And after kneading Solution A and M / B through physical agitation, a heating element composition was prepared by completely kneading using a 3-roll mill.

전술된 제조 방법으로 제조된 발열체 조성물을 이용하여, 도 22 내지 도 24에 도시된 바와 같이, 시료 히터를 제조하였다. 여기서 도 22는 타발 전 금속박판 스트립(19) 상에 형성된 제4 실시예에 따른 필름 히터(380a)들을 보여주는 사진이다. 도 23은 도 22의 타발 후 시료 5번 필름 히터(380a)의 상부면을 보여주는 사진이다. 그리고 도 24는 도 23의 시료 5번 필름 히터(380a)의 하부면을 보여주는 사진이다.Using the heating element composition prepared by the above-described manufacturing method, as shown in FIGS. 22 to 24, sample heaters were prepared. 22 is a photograph showing the film heaters 380a according to the fourth embodiment formed on the metal thin strip 19 before punching. FIG. 23 is a photograph showing the upper surface of the sample # 5 film heater 380a after the punching in FIG. 22. And Figure 24 is a photograph showing the lower surface of the sample 5 film heater 380a of Figure 23.

도 22를 참조하면, 금속박판 스트립(19)을 이용하여 제4 실시예에 따른 시료 1번 내지 9번의 히터(380a)를 일괄적으로 제조할 수도 있다.Referring to FIG. 22, the heaters 380a of Samples 1 to 9 according to the fourth 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 덮개층(50)을 전극 배선 패턴(30) 및 면상 발열체(40)가 형성된 절연층(20) 위에 핫 프레싱하여 금속박판 스트립(19) 상에 복수의 필름 히터(380a)를 일괄적으로 제조하였다.That is, first, a polyimide or a high heat-resistant insulating ink is cast on a metal thin plate strip 19 of 0.025 to 0.03 mm thick SUS material, and then dried and thermally cured to form an insulating layer 20. Next, a metal layer of brass is formed on the insulating layer 20. Next, an electrode wiring pattern 30 is formed by patterning the metal layer by a photolithography process. 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, after heat-curing the printed heating composition at 100 ° C to 180 ° C, 250 to Aging at 350 ° C. formed a plurality of planar heating elements 40. Then, the cover layer 50 is hot pressed onto the insulating layer 20 on which the electrode wiring pattern 30 and the planar heating element 40 are formed to collectively manufacture a plurality of film heaters 380a on the metal thin strip 19. Did.

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

이어서 금속박판(10)이 안쪽면을 향하도록 개별 필름 히터(380a)를 관 형태로 말아서 양단에 위치하는 접합부(17)를 중첩시킨다.Subsequently, the individual film heaters 380a are rolled in a tube shape so that the metal thin plate 10 faces the inner surface so as to overlap the joints 17 located at both ends.

그리고 관 형태로 말린 필름 히터(380a)의 중첩된 접합부(17)를 파이버 레이저로 접합하여, 시료 1번 내지 9번의 히터를 제조하였다. 이때 파이버 레이저를 이용하여 40~60W의 파워로 20mm/s 내지 30mm/s의 이송속도로 맞대기 용접(butt welding)을 함으로써, 관 형태로 말린 필름 히터(380a)의 중첩된 접합부(17)를 접합한다.Then, the overlapped joints 17 of the film heater 380a dried in the form of a tube were joined with a fiber laser to prepare heaters 1 to 9 of the samples. At this time, butt welding (butt welding) at a transfer speed of 20 mm / s to 30 mm / s with a power of 40 to 60 W using a fiber laser, thereby joining the overlapped joints 17 of the dried film heater 380 a in the form of a tube do.

도 25는 시료 5번의 히터에 DC 2V 인가 시의 발열거동을 보여주는 그래프이다.25 is a graph showing the heating behavior when DC 2V is applied to heater No. 5 of the sample.

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

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

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

Figure 112019052588215-pat00001
Figure 112019052588215-pat00001

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

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

따라서 시료 1번 내지 9번에 따른 히터에 DC 3.7V를 인가하는 경우에 있어서, 도 26에 도시된 바와 같이, PWM 제어를 통한 온도 제어가 필요하다. 여기서 도 26은 시료 5번 히터의 PWM 제어 모식도이다.Therefore, when DC 3.7V is applied to the heaters according to Samples 1 to 9, as shown in FIG. 26, temperature control through PWM control is required. 26 is a schematic diagram of PWM control of the heater of sample 5.

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

b는 시료 5번 히터에 DC 3.7V를 인가한 경우의 실제 발열 거동 프로파일이고, b1은 시료 5번 히터에 DC 3.7V를 인가하면서 PWM 제어를 수행한 발열 거동 프로파일이다.b is an actual heating behavior profile when DC 3.7V is applied to sample 5 heater, and b1 is a heating behavior profile performed by PWM control while applying DC 3.7V to sample 5 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 applied driving voltage increases.

시료 5번 히터의 빠른 가열 속도를 이용하여 초기에 350 내지 400℃로 피크 히팅(peak heating)한 후, 250 내지 350℃로 유지하도록 PWM 제어함으로써, 히터에 삽입되는 고체형 담배를 150 내지 160℃로 가열시킬 수 있다.After peak heating to 350 to 400 ° C initially using the fast heating speed of sample No. 5 heater, PWM control to maintain at 250 to 350 ° C, thereby controlling the solid cigarette inserted in the heater to 150 to 160 ° C It can be heated to.

구동전압으로 DC 3.7V를 인가하는 경우, 350 내지 400℃로 피크 히팅하는 데 3초 이내의 시간이 소요된다. 그리고 PWM 제어를 통하여, 히터가 250 내지 350℃로 유지하도록 함으로써, 히터에 삽입되는 고체형 담배를 10초 이내에 150 내지 160℃로 신속하게 가열시킬 수 있다. 이러한 PWM 제어를 통하여 시료 5번 히터의 높은 발열량으로 인한 히터의 내구성 및 수명이 저하되는 것을 억제할 수 있다.When DC 3.7V is applied as the driving voltage, it takes less than 3 seconds to heat the peak at 350 to 400 ° C. And through the PWM control, by maintaining the heater at 250 to 350 ℃, it is possible to quickly heat the solid cigarette inserted into the heater to 150 to 160 ℃ within 10 seconds. Through this PWM control, it is possible to suppress the durability and lifespan of the heater due to the high heating value of the heater of sample 5 from being reduced.

이와 같은 시료 1번 내지 9번 히터는 DC 2V 및 DC 3.7V의 구동 전압 인가 시, 전력비가 3.4 내지 4.8이다. 시료 1번 내지 9번 히터는 DC 3.7V의 구동 전압 인가 시, 열밀도가 2 W/㎠ 이상이다.When the driving voltages of the samples 1 to 9 are DC 2V and DC 3.7V, the power ratio is 3.4 to 4.8. The heaters of Samples 1 to 9 have a heat density of 2 W / cm 2 or more when a DC 3.7V driving voltage 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 invention. It is obvious to those skilled in the art to which the present invention pertains that other modifications based on the technical spirit of the present invention can be implemented in addition to the embodiments disclosed herein.

10 : 금속박판
11 : 하부면
13 : 상부면
17 : 접합부
19 : 금속박판 스트립
20 : 절연층
30 : 전극 배선 패턴
31 : 전극 패드
33 : 연결 배선
35 : 전극 단자
39 : 금속층
40 : 면상 발열체
50 : 덮개층
51 : 윈도우
70 : 단열층
80, 180, 280 : 히터
80a, 380a : 필름 히터
81 : 삽입구
83 : 유입구
90 : 전기 가열식 흡연 장치
91 : 온도 센서
93 : 제어부
95 : 고체형 담배
100 : 고체형 전자 담배
10: Metal thin plate
11: lower surface
13: upper surface
17: joint
19: Metal sheet strip
20: insulating layer
30: electrode wiring pattern
31: electrode pad
33: connecting wiring
35: electrode terminal
39: metal layer
40: planar heating element
50: cover layer
51: Windows
70: insulating layer
80, 180, 280: Heater
80a, 380a: Film heater
81: insertion hole
83: inlet
90: electric heating smoking device
91: temperature sensor
93: control unit
95: solid cigarette
100: solid type electronic cigarette

Claims (10)

고체형 담배의 일단부가 삽입 후 분리될 수 있도록 관 형태로 구부러질 수 있는 두께 1mm 이하의 유연한 소재의 금속 박판;
상기 금속 박판 위에 코팅 또는 캐스팅되는 절연층;
상기 절연층 위에 금속층 또는 금속 페이스트를 인쇄하여 형성되는 전극 배선 패턴;
나노탄소입자와 혼합 바인더를 포함하는 도료 형태의 발열체 조성물을 상기 절연층 위에 인쇄하여 형성되며, 상기 전극 배선 패턴에 의해 전기적으로 병렬로 연결되는 복수의 면상 발열체; 및
상기 절연층 위에 형성된 상기 전극 배선 패턴 및 상기 복수의 면상 발열체를 덮는 덮개층;
를 포함하는, 전기 가열식 흡연 장치용 히터.
A metal thin plate of flexible material having a thickness of 1 mm or less that can be bent into a tube shape so that one end of the solid cigarette can be separated after insertion;
An insulating layer coated or cast on the thin metal plate;
An electrode wiring pattern formed by printing a metal layer or a metal paste on the insulating layer;
A plurality of planar heating elements formed by printing a heating element composition in the form of a coating comprising nano carbon particles and a mixed binder on the insulating layer, and electrically connected in parallel by the electrode wiring pattern; And
A cover layer covering the electrode wiring pattern formed on the insulating layer and the plurality of planar heating elements;
A heater for an electrically heated smoking device comprising a.
제1항에 있어서,
상기 절연층은 플라스틱 소재 또는 절연 잉크 조성물이 상기 금속 박판 위에 코팅 또는 캐스팅되는, 전기 가열식 흡연 장치용 히터.
According to claim 1,
The insulating layer is a plastic material or an insulating ink composition is coated or cast on the metal sheet, the heater for an electrically heated smoking device.
제1항에 있어서,
상기 전극 배선 패턴은 한 쌍 이상의 전극 단자를 포함하고,
상기 복수의 면상 발열체는 상기 한 쌍의 전극 단자 사이의 이격된 공간에 배열되는, 전기 가열식 흡연 장치용 히터.
According to claim 1,
The electrode wiring pattern includes at least one pair of electrode terminals,
The plurality of planar heating elements are arranged in a spaced apart space between the pair of electrode terminals, the heater for an electrically heated smoking device.
제3항에 있어서,
상기 복수의 면상발열체는, 상기 절연층 위에 발열체 조성물을 인쇄한 후 열경화 및 에이징하여 상기 한 쌍의 전극 단자 사이의 이격된 공간에 굴곡진 부분을 갖도록 형성되는, 전기 가열식 흡연 장치용 히터.
The method of claim 3,
The plurality of planar heating elements are formed to have curved portions in spaced apart spaces between the pair of electrode terminals by thermal curing and aging after printing the heating element composition on the insulating layer.
제4항에 있어서,
상기 복수의 면상발열체에서 상기 굴곡진 부분은 사인파 또는 물결무늬 형태인, 전기 가열식 흡연 장치용 히터.
According to claim 4,
In the plurality of planar heating elements, the curved portion is in the form of a sine wave or wave pattern, an electric heater for a smoking device.
제3항에 있어서,
상기 한 쌍의 전극 단자 사이의 이격된 공간의 거리는 상기 복수의 면상 발열체의 열밀도 및 인가 전압 범위에 기초하여 결정되는, 전기 가열식 흡연 장치용 히터.
The method of claim 3,
The distance of the spaced apart space between the pair of electrode terminals is determined based on the heat density and the applied voltage range of the plurality of planar heating elements, the heater for an electric heating type smoking device.
제1항에 있어서,
상기 히터는,
상기 금속 박판을 기저층으로 상기 절연층, 상기 전극 배선 패턴 및 상기 복수의 면상발열체를 얇게 적층한 판 상의 필름 히터로서,
고체형 담배의 일단부가 삽입되어 접촉할 수 있도록 상기 필름 히터가 관 형태로 말려서 삽입되는 상기 고체형 담배와 접촉 면적을 넓혀 발열 효율을 증가시키는, 전기 가열식 흡연 장치용 히터.
According to claim 1,
The heater,
As a film heater on the sheet of the metal thin plate as a base layer, the insulating layer, the electrode wiring pattern and the plurality of planar heating elements are thinly laminated,
The heater for an electric heating type smoking device increases the heating efficiency by widening the contact area with the solid type cigarette to which the film heater is rolled and inserted into a tube shape so that one end of the solid type cigarette can be inserted and contacted.
나노탄소입자 기반의 복수의 면상 발열체를 포함하고, 3~4V 저전압에서 500 ℃ 이상의 높은 발열량을 순간적으로 발생시키는 승온 특성을 가지는 히터;
상기 히터의 일면에 형성되고, 상기 히터의 온도를 측정하여 제어부에 전달하는 온도 센서; 및
상기 전달받은 온도 정보를 기반으로 상기 히터의 온도를 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 히터는,
고체형 담배의 일단부가 삽입 후 분리될 수 있도록 관 형태로 구부러질 수 있는 두께 1mm 이하의 유연한 소재의 금속 박판;
상기 금속 박판 위에 코팅 또는 캐스팅되는 절연층;
상기 절연층 위에 금속층 또는 금속 페이스트를 인쇄하여 형성되는 전극 배선 패턴;
나노탄소입자와 혼합 바인더를 포함하는 도료 형태의 발열체 조성물을 상기 절연층 위에 인쇄하여 형성되며, 상기 전극 배선 패턴에 의해 전기적으로 병렬로 연결되는 복수의 면상 발열체; 및
상기 절연층 위에 형성된 상기 전극 배선 패턴 및 상기 복수의 면상 발열체를 덮는 덮개층;
를 포함하는, 전기 가열식 흡연 장치.
A heater including a plurality of planar heating elements based on nanocarbon particles, and having a temperature raising characteristic that instantaneously generates a high heating value of 500 ° C. or more at a low voltage of 3 to 4 V;
A temperature sensor formed on one surface of the heater and measuring the temperature of the heater and transmitting it to a control unit; And
Includes a control unit for controlling the temperature of the heater based on the received temperature information;
The heater,
A metal thin plate of flexible material having a thickness of 1 mm or less that can be bent into a tube shape so that one end of the solid cigarette can be separated after insertion;
An insulating layer coated or cast on the thin metal plate;
An electrode wiring pattern formed by printing a metal layer or a metal paste on the insulating layer;
A plurality of planar heating elements formed by printing a heating element composition in the form of a coating comprising nano carbon particles and a mixed binder on the insulating layer, and electrically connected in parallel by the electrode wiring pattern; And
A cover layer covering the electrode wiring pattern formed on the insulating layer and the plurality of planar heating elements;
Including, electric heating smoking device.
제8항에 있어서,
상기 제어부는 구동 전압 인가시 초기 수초간 상기 히터의 온도를 피크 히팅시킨 후, PWM(Pulse width modulation) 제어를 통해 상기 히터를 자동적으로 온/오프시켜 상기 히터가 소정의 온도 범위를 유지하도록 제어하는, 전기 가열식 흡연 장치.
The method of claim 8,
The controller controls the heater to maintain a predetermined temperature range by automatically turning on / off the heater through PWM (Pulse Width Modulation) control after peak heating the heater temperature for a few seconds when a driving voltage is applied. , Electric heated smoking device.
제9항에 있어서,
상기 PWM 제어는 변조 신호의 크기에 따라서 펄스의 듀티비를 변화시키는 방식인, 전기 가열식 흡연 장치.
The method of claim 9,
The PWM control is a method of changing the duty ratio of the pulse according to the amplitude of the modulated signal, an electric heating smoking device.
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