KR102535714B1 - 시트 열선 시스템 및 이의 제조방법 - Google Patents

시트 열선 시스템 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시트 열선 시스템 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 자동차 등의 시트(seat)에 적용되는 시트 열선 시스템으로서 내구성, 내굴곡성, 유연성 등이 우수하고, 추가로 저항 조절에 의한 발열의 제어가 용이한 시트 열선 시스템 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

시트 열선 시스템 및 이의 제조방법{Seat heating cable system and method for preparing the same}
본 발명은 시트 열선 시스템 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 자동차 등의 시트(seat)에 적용되는 시트 열선 시스템으로서 내구성, 내굴곡성, 유연성 등이 우수하고, 추가로 저항 조절에 의한 발열의 제어가 용이한 시트 열선 시스템 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 시트 등에는 추위로부터 운전자 및 탑승자를 보호하기 위해 전기의 공급에 의한 발열이 가능하도록 시트 열선 시스템이 내장된다. 이러한 시트 열선 시스템은 도체심선이 절연소재에 의해 코팅된 열선 가닥이 방염처리된 부직포 등으로 이루어진 패드의 장착면 상에 지그재그로 배열되고, 배열된 열선 가닥의 양 말단이 각각 전원선과 접속되는 면상 발열체로부터 형성된다.
이러한 시트 열선 시스템에 적용된 열선은 자동차 등의 시트에 내장 사용시 탑승자의 하중과 차체 진동에 의한 기계적, 화학적, 열적 스트레스 등으로부터 손상되는 것을 방지하기 위해 인장강도, 내굴곡성 등의 기계적 특성이 우수해야 한다. 또한, 앞서 기술한 바와 같이 패드의 장착면 상에 지그재그로 배열됨으로써 면상 발열체를 형성하기 위해서는 유연성 역시 우수해야 한다.
그러나, 열선 케이블의 내굴곡성 등의 기계적 특성을 향상시키기 위해 이를 구성하는 도체심선의 구리(Cu)에 다른 합금원소를 첨가하여 합금하거나 복수의 열선을 일정 피치로 서로 꼬아 다발 형태로 집합시키는 경우 열선 케이블의 기계적 특성은 향상될 수 있지만, 유연성이 저하되거나 상기 도체심선의 저항이 증가하여 상기 열선 케이블의 발열량의 제어가 곤란할 수 있다.
또한, 종래의 시트 열선 시스템 제조방법은 면상 발열체 패드의 장착면 상에 열선을 지그재그로 배열하는 스티칭(stitching) 단계, 지그재그로 배열된 열선의 양 말단을 각각 납땜조에 침지함으로써 열선의 도체심선에 코팅된 절연소재를 제거하면서 도체심선의 말단을 납땜하는 솔더링(soldering) 단계, 말단이 납땜된 열선과 전원선을 집합하기 위해 상기 열선의 말단과 상기 전원선 말단이 함께 삽입된 압착 단자를 압착하는 단계, 집합된 열선과 전원선의 접촉을 위해 압착 단자를 배치한 후 상기 압착 단자를 점(spot) 용접하는 단계 등을 포함할 수 있는데, 기계적 강도, 내굴곡성 등이 우수한 소재로 이루어진 도체심선을 포함하는 열선의 경우 상기 솔더링 단계에서 연합된 도체심선이 퍼지면서 납땜 불량이 일어날 수 있고, 결과적으로 압착 단자의 압착시 일부 도체심선이 절단되면서 저항이 크게 증가할 수 있고, 압착 단자를 용점하는 단계에서 압착 단자가 상하방향으로 추가로 압착됨에 따라 압착 단자 내부의 도체심선과 압착 단자 사이, 도체심선과 전원선 사이의 공극에 의한 접촉 불량으로 저항이 크게 증가할 수 있는 문제가 있고, 이렇게 열선과 전원선의 접촉부에서의 저항 증가로 시트 열선 시스템의 발열의 제어가 곤란한 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 내구성, 내굴곡성, 유연성 등이 우수하고, 추가로 저항 조절에 의한 발열의 제어가 용이한 시트 열선 시스템 및 이의 제조방법이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 내구성, 내굴곡성, 유연성 등이 우수하고, 추가로 저항 조절에 의한 발열의 제어가 용이한 시트 열선 시스템 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
패드, 상기 패드의 상부면에 지그재그로 배열되어 부착된 열선 케이블, 상기 열선 케이블에 전원을 공급하기 위한 전원선, 및 상기 열선 케이블의 양 말단 각각을 상기 전원선과 전기적으로 접속시키기 위한 압착 단자를 포함하고, 상기 압착 단자에서 상기 열선 케이블 말단과 상기 전원선 말단이 전기적으로 접속된 부분의 임의의 단면 상부에 함몰부가 형성되고, 아래 수학식 1에 따른 함몰부의 면적률이 2.0 % 이상인 것을 특징으로 하는, 시트 열선 시스템을 제공한다.
[수학식 1]
함몰부의 면적률=[함몰부의 단면적(㎟)/{압착 단자의 단면적(㎟)+함몰부의 단면적(㎟)}]×100
여기서, 아래 수학식 2에 따른 압착률이 80% 이상인 것을 특징으로 하는, 시트 열선 시스템을 제공한다.
[수학식 2]
압착률={열선 케이블과 전원선의 총 단면적(㎟)/압착 단자의 총 단면적(㎟)}×100
또한, 상기 열선 케이블과 상기 전원선 사이의 전기적 접속부에서의 저항이 1 Ω/m 이하인 것을 특징으로 하는, 시트 열선 시스템을 제공한다.
그리고, 상기 압착 단자는 상기 열선 케이블 및 상기 전원선 각각의 말단부를 서로 전기적으로 접속시키기 위한 제1 압착부 및 상기 열선 케이블 및 상기 전원선을 추가로 안정적으로 고정시키는 제2 압착부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 시트 열선 시스템을 제공한다.
한편, 상기 열선 케이블은 구리 합금을 포함하는 복수개의 도체심선과 상기 도체심선을 코팅하는 절연층을 포함하고 전체적으로 꼬여져 하나의 다발 형태로 집합되는 복수개의 열선 및 상기 복수개의 열선을 감사는 피복부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 시트 열선 시스템을 제공한다.
여기서, 상기 구리 합금은 구리 이외에 마그네슘(Mg)이나 니켈(Ni) 또는 주석(Sn)을 합금원소로 포함하는 것을 특징으로 하는, 시트 열선 시스템을 제공한다.
또한, 상기 구리 합금의 총 중량을 기준으로, 상기 마그네슘(Mg)의 함량은 0.02 내지 2.0 중량%이거나, 상기 니켈(Ni)의 함량은 1.0 내지 3.0 중량%이거나, 상기 주석(Sn)의 함량은 0.8 내지 2.6 중량%인 것을 특징으로 하는, 시트 열선 시스템을 제공한다.
그리고, 상기 열선 케이블은 상기 복수개의 열선이 둘레에 배치되는 중심 인장선을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 시트 열선 시스템을 제공한다.
한편, 패드의 상부면에 열선 케이블을 지그재그로 배치하여 부착하는 스티칭(stitching) 단계, 상기 열선 케이블의 양 말단에서 피복부를 탈피하고 전원선의 말단에서 절연층을 탈피하여 도체를 노출시킨 후 말단이 탈피된 열선 케이블 및 전원선을 함께 압착 단자 내부에 삽입하는 압착 준비 단계, 및 점(spot) 용접의 동시 수행이 가능한 압착기에 의해 상기 압착 단자를 압착하면서 용접하는 압착 및 용접 단계를 포함하는, 제1항 또는 제2항의 시트 열선 시스템의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 압착 및 용접 단계에서 적용 가능한 전극은 상부 전극 및 하부 전극을 포함하고, 상기 상부 전극의 내측 하부면은 압착 후 상기 압착 단자의 임의의 단면에 상기 함몰부가 형성되도록 하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는, 제1항 또는 제2항의 시트 열선 시스템의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 시트 열선 시스템은 이를 구성하는 열선의 도체심선이 기계적 강도, 내굴곡성 등이 우수한 소재로 이루어짐으로써 상기 열선의 내구성, 내굴곡성, 유연성 등이 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 시트 열선 시스템은 열선과 전원선의 접속부의 특이한 구조와 새로운 접속 방법에 의해 상기 접속부에서의 저항 증가를 억제하여, 결과적으로 발열의 제어가 용이한 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 시트 열선 시스템의 하나의 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2 및 3은 도 1에 도시된 시트 열선 시스템을 구성하는 열선 케이블의 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 도 1에 도시된 시트 열선 시스템을 구성하는 압착 단자의 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 도 1에 도시된 부분확대도에서 A-A' 단면도를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 시트 열선 시스템의 제조방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 7은 도 6에 도시된 시트 열선 시스템의 제조방법에 적용될 수 있는 용접 전극의 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 시트 열선 시스템의 하나의 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 시트 열선 시스템은 방염처리된 부직포 등의 패드(100), 상기 패드의 상부면에 지그재그로 배열되어 부착된 열선 케이블(200), 상기 열선 케이블(200)에 전원을 공급하기 위한 전원선(300), 상기 열선 케이블(200)의 양 말단 각각을 상기 전원선(300)과 전기적으로 접속시키기 위한 압착 단자(400) 등을 포함할 수 있다.
도 2 및 3은 도 1에 도시된 시트 열선 시스템을 구성하는 열선 케이블의 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 열선 케이블(200)은 전기의 공급시 발열하는 저항선인 도체심선(211) 및 상기 도체심선(211)을 개별적으로 감싸는 절연층(212)을 포함하는 열선(210) 복수개가 전체적으로 하나의 다발 형태로 집합되어 포함되고, 또한 상기 다발 형태의 복수의 열선(210)을 감싸는 피복부(220)를 포함할 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 열선 케이블(200')은 전기의 공급시 발열하는 저항선인 도체심선(211') 및 상기 도체심선(211')을 개별적으로 감싸는 절연층(212')을 포함하고 후술하는 중심 인장선(230') 둘레에 전체적으로 하나의 다발 형태로 집합된 복수개의 열선(210'), 열선 케이블 중심에 배치되고 상기 복수개의 열선이 둘레에 배치되는 중심 인장선(230'), 및 상기 복수의 열선(210')을 감싸는 피복부(220')를 포함할 수 있다.
상기 도체심선(211,211')은 구리 합금, 바람직하게는 무산소동(Oxygen-Free Copper; OFC) 합금으로 이루어질 수 있다. 상기 도체심선(211,211')을 구성하는 무산소동은 예를 들어 구리의 함량이 99.99 중량% 이상으로 상기 구리를 제외한 불순물의 함량이 0.01 중량% 미만일 수 있으며, 바람직하게는 구리의 함량이 99.9999 중량% 이상으로 상기 구리를 제외한 불순물의 함량이 0.0001 중량% 미만일 수 있다.
상기 무산소동 합금은 기존의 전기동을 적용한 구리 합금에 비해 전기전도율이 뛰어나 합금에 사용되는 합금원소의 함량 범위를 확장할 수 있기 때문에 열선 케이블에 최적화된 합금원소의 함량비를 조성할 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 전기동 합금에 비해 높은 재결정 온도를 보유하여 상온 및 가열시 인장강도, 내굴곡성 등의 기계적 특성이 우수하므로 안정적인 품질의 열선 케이블 특성을 구현할 수 있다. 또한, 기존의 전기동 합금에 비해 불순물의 함량이 낮으므로, 상기 불순물이 과분포된 부분에서 크랙이 발생하여 열선 케이블에 단선이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 상기 도체심선(211,211')은 구리, 바람직하게는 무산소동(OFC) 이외에 마그네슘(Mg), 니켈(Ni), 주석(Sn), 아연(Zn), 은(Ag) 등의 합금원소를 추가로 포함할 수 있고, 바람직하게는 마그네슘(Mg)을 추가로 포함할 수 있다.
상기 합금원소로서 마그네슘(Mg)은 다른 합금원소에 비해 전기전도성이 우수하기 때문에 상기 열선 케이블의 목적한 저항을 구현하는 범위 내에서 상기 열선(210,210')의 가닥수를 최소화할 수 있어 상기 열선 케이블(200,200')의 유연성을 추가로 향상시키고 제조비용을 저하시킬 수 있다.
상기 도체심선(211,211')은 항복응력이 700 내지 1200 MPa이고, 파단응력이 900 내지 1400 MPa일 수 있다. 상기 도체심선(211,211')의 항복응력 및 파단응력이 각각 기준 미달인 경우 열선 케이블(200,200')의 내굴곡성이 저하될 수 있는 반면, 기준 초과인 경우 열선 케이블(200,200')의 제조단가가 상승할 수 있다.
상기 도체심선(211,211')의 총 중량을 기준으로 상기 도체심선(211,211')에 포함된 마그네슘(Mg)의 함량은 0.02 내지 2.0 중량%, 니켈(Ni)의 함량은 1.0 내지 3.0 중량%, 주석(Sn)의 함량은 0.8 내지 2.6 중량%일 수 있다.
상기 합금원소 각각의 함량이 각각의 최소 함량 미만이거나 최대 함량 초과인 경우 상기 도체심선(211,211')의 인장강도, 내굴곡성 등의 기계적 특성이 저하되어 외부의 충격이나 압력에 의해 상기 열선 케이블이 단선될 수 있거나 저항이 증가하여 상기 열선 케이블이 목적한 저항 구현을 위해 필요한 상기 열선(210,210')의 개수가 증가하게 되고, 이로써 상기 열선 케이블의 유연성이 저하되어 작업성이 불충분할 수 있고, 상기 열선(210,210')의 개수를 증가시키지 않으면 상기 열선 케이블의 저항이 증가하여 과도한 발열이 발생하는 등 발열량 제어가 곤란할 수 있다.
또한, 상기 구리 합금은 합금원소가 구리에 완전 고용되어 석출물이 없는 상태인 것이 바람직하다. 즉, 상기 구리 합금으로 도체심선을 제조하였을 경우, 상기 도체심선에서 임의의 지점을 기준으로 1 cm 단위로 연속하여 석출물의 발견여부를 측정하였을 경우, 5회 이상 반복적으로 석출물이 발견되지 않는 것이 바람직하다. 상기 구리 합금은 석출물이 없기 때문에 열선 케이블의 반복적인 굴곡시 상기 석출물과 금속 기지(Matrix) 간 계면에서 크랙이 발생하여 단선이 발생하는 것을 방지할 수 있으므로 내굴곡성이 뛰어난 장점이 있다.
또한, 상기 열선 케이블(200,200')은 적절한 발열 특성을 나타내기 위해 예를 들어 0.25 내지 3.0 Ω/m의 저항을 가질 수 있다. 상기 열선 케이블(200,200')에 일정한 저항이 존재하면 원하는 전류가 발열을 유지하나 저항이 너무 낮으면 정상적인 전류가 흐르지 않을 수 있고, 특히 저항이 3.0 Ω/m 초과인 경우 열선 케이블에 흐르는 전류량이 낮아져 시트 열선 케이블의 발열이 불충분할 수 있다.
상기 열선 케이블(200,200')의 상기 적절한 저항을 구현하기 위해, 상기 도체심선(211,211')의 직경은 약 0.02 내지 0.07 mm일 수 있고, 상기 도체심선(211,211')의 저항은 약 10 내지 40 Ω/m일 수 있고, 상기 도체심선(211,211')의 갯수는 12 내지 50개일 수 있다.
상기 열선 케이블(200,200')의 저항은 이를 구성하는 상기 복수의 도체심선(211,211') 전체의 단면적에 의해 결정되므로, 상기 도체심선(211,211')의 직경과 갯수는 서로 반비례할 수 있다.
구체적으로, 상기 도체심선(211,211')의 직경이 0.02 mm 미만인 경우 목적한 저항을 구현하기 위해 상기 도체심선(211,211')의 갯수가 많아지게 되며, 이러한 경우 상기 도체심선(211,211')의 단선이 빈번히 일어나는 문제가 있는 반면, 상기 도체심선(211,211')의 직경이 0.07 mm 초과인 경우 목적한 저항을 구현하기 위해 상기 도체심선(211,211')의 갯수가 줄어들게 되며, 이러한 경우 열선 케이블의 유연성이 크게 저하될 수 있다.
상기 도체심선(211,211')은 바람직하게는 열처리되지 않을 수 있다. 통상의 금속재질의 심선은 강도가 크기 때문에 굴곡 등의 작업을 요하는 경우 유연성을 향상시키기 위해 열처리될 수 있다. 그러나, 상기 도체심선(211,211')의 열처리시 인장강도 및 내굴곡성이 저하되는 문제가 있다. 따라서, 상기 도체심선(211,211')은 열처리되지 않음으로써 우수한 인장강도 및 내굴곡성을 나타내고, 앞서 기술한 바와 같이, 직경을 줄여 유연성을 향상시키는 방식으로 유연성을 추가로 향상시킬 수 있다.
상기 절연층(212,212')은 복수의 도체심선(211,211') 중 일부가 외부의 충격, 압력 등에 의해 단선됨으로써 상기 열선 케이블에 국부적으로 과도한 발열 또는 화재가 유발되는 것을 억제하는 기능을 수행한다. 구체적으로, 상기 도체심선(211,211')이 상기 절연층(212,212')에 의해 피복되어 있지 않다면, 즉 단선된 도체심선(211,211')과 단선되지 않은 도체심선(211,211')이 서로 접촉하여 상기 단선된 도체심선(211,211')에도 전류가 흐른다면, 도체심선(211,211')의 단선 부위에서 전체 도체심선(211,211')의 단면적 감소로 인해 저항이 증가하여 상기 열선 케이블에 국부적으로 과도한 발열이 유발되고, 이로써 화재가 발생할 수 있다.
따라서, 상기 도체심선(211,211') 각각이 상기 절연층(212,212')에 의해 피복됨으로써 단선된 도체심선(211,211')에는 전류가 흐르지 않도록 하여, 상기 도체심선(211,211')의 단선 부위에서의 저항이 증가하고 이로 인해 국부적으로 과도한 발열이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 상기 절연층(212,212')은 예를 들어 얇은 피막의 형성에 유리한 폴리우레탄 바니시 코팅, 폴리우레탄 바니시 코팅에 비해 인장강도가 우수한 폴리에스테르이미드 에나멜 코팅 등에 의해 형성될 수 있고, 두께는 예를 들어 약 0.005 내지 0.007 mm일 수 있다.
바람직하게는, 상기 열선 케이블(200,200')은 상기 도체심선(211,211')의 직경을 감소시켜 유연성을 향상시키는 동시에, 상기 도체심선(211,211')의 직경이 감소함에 따라 인장강도가 감소하는 것은 상기 절연층(212,212')으로서 인장강도가 우수한 폴리에스테르이미드 에나멜 코팅으로 형성함으로서 보완할 수 있다.
또한, 상기 도체심선(211,211')은 상기 절연층(212,212')이 피복되기 전에 추가적인 도금 보호막(미도시)이 피복될 수 있다. 상기 도금 보호막은 예를 들어 주석(Sn)을 주성분으로 포함할 수 있고, 예를 들어, 상기 도금 보호막의 두께는 수 내지 수십 ㎛, 바람직하게는 1 내지 20 ㎛일 수 있다. 상기 도금 보호막의 두께가 1 ㎛ 미만인 경우에는 후술하는 도금 보호막의 효과 구현이 불가능하고, 20 ㎛를 초과하는 경우에는 열선케이블의 외경이 지나치게 커지거나, 열선케이블이 요구하는 저항을 구현하기 곤란한 문제가 있다. 상기 도금 보호막은 전장 작업시 발생하는 충격에도 상기 열선 케이블 저항에 변화가 없도록 하며, 이는 제품 수율 향상 및 내구성 향상으로 이어진다.
상기 도체심선(211,211')의 표면에 상기 절연층(212,212')이 피복됨으로써 형성되는 열선(210,210')은 전체적으로 또는 후술하는 중심 인장선(230') 둘레로 복수개가 하나의 다발 형태로 집합되는데, 특히 이러한 복수개의 열선(210,210')은 일정한 피치로 서로 꼬여짐으로써 집합될 수 있다. 여기서, 상기 복수개의 열선(210,210')의 꼬임 피치는 예를 들어 1 내지 20 mm, 바람직하게는 1 내지 8 mm일 수 있다.
상기 열선(210,210')의 꼬임 피치가 1 mm 미만으로 과도하게 짧은 경우 상기 열선 케이블의 내굴곡성은 향상되나 생산성이 크게 저하되고 특히 열선(210,210')의 저항이 크게 증가하여 과도한 발열이 발생하는 등 발열량을 제어하는 것이 곤란할 수 있으며 유연성도 크게 저하될 수 있는 반면, 상기 꼬임 피치가 20 mm 초과로 과도하게 긴 경우 상기 열선 케이블의 내굴곡성이 불충분할 수 있다. 또한, 상기 집합된 복수의 열선(200,200') 전체의 직경은 약 0.3 내지 0.6 mm일 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 열선 케이블(200')은 이의 중심에 중심 인장선(230')을 포함할 수 있다. 상기 중심 인장선(230')은 상기 열선 케이블의 인장강도, 내굴곡성 등의 기계적 특성을 향상시키는 동시에, 상기 열선 케이블이 균일한 원형의 단면을 가질 수 있도록 상기 열선 케이블을 구조적으로 안정시키는 기능을 수행한다.
상기 중심 인장선(230')은 하나 이상의 고인장 부재, 예를 들어, 고인장 섬유, 바람직하게는 고인장 탄소섬유, 고인장 유리섬유, 아라미드 섬유 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 고인장 부재를 복수개 포함할 수 있다. 또한, 상기 복수개의 고인장 부재를 수지에 함침하거나, 수지(resin)로 코팅하여 로드(rod) 형태로 구성하여 고인장 부재가 열선(210')들 사이로 돌출되어 노출되는 것을 억제함으로써, 열선케이블의 유연성 저하, 외관불량 내지 불균일한 발열을 방지할 수 있다.
상기 집합된 복수의 열선(210,210')은 전체적으로 피복부(220,220')에 의해 감싸져 있다. 상기 피복부(220,220')는 상기 열선 케이블 표면에서의 열발산 분포가 균일하게 이루어지도록 할 뿐만 아니라, 외력, 휘어짐, 꼬임 등에도 불구하고 상기 복수의 열선(210,210')의 집합된 구조를 안정적으로 고정시키는 동시에, 외부의 충격이나 압력으로부터 상기 열선(210,210')을 보호하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 피복부(220,220')는 고분자 수지와 난연제가 혼합된 피복 조성물로부터 형성될 수 있다. 상기 고분자 수지는 인장강도가 35 내지 85 MPa이고, 굴곡강도가 70 내지 120 MPa일 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자 수지는 폴리아미드12(PA12), 열가소성 폴리엘라스토머(TPE) 등일 수 있다.
상기 고분자 수지의 인장강도가 35 MPa 미만인 경우 상기 피복부(220,220')에 충분한 난연성을 부여하기 위해 난연제를 다량 첨가하는 경우 상기 피복부(220,220')의 기계적 특성이 크게 저하되어 외부의 충격이나 압력으로부터 상기 열선(210,210')을 충분히 보호할 수 없는 반면, 상기 고분자 수지의 굴곡강도가 120 MPa 초과인 경우, 상기 열선 케이블의 유연성이 불충분할 수 있다.
상기 난연제는 브롬계 난연제, 염소계 난연제 같은 할로겐계 난연제, 유기 인계 난연제 등의 유기계 난연제와 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 삼산화 안티몬, 산화 안티몬, 적린계 난연제, 붕소계 난연제, 실리카계 난연제, 멜라민계 난연제, 인산 에스테르계 난연제, 무기 인계 난연제 등의 무기계 난연제를 포함할 수 있다.
다만, 상기 난연제가 브롬계 또는 염소계 난연제와 같은 할로겐계 난연제인 경우 납땜 작업시 또는 폐기를 위한 소각시 다이옥신 같은 환경 호르몬을 배출함으로써 환경문제를 유발하고 작업성을 저하시키는 문제가 있다. 따라서, 상기 난연제는 비할로겐계 난연제인 것이 바람직하고, 특히 상기 고분자 수지와의 상용성을 고려하여 유기 인계 난연제, 멜라민계 난연제, 인산 에스테르계 난연제 등의 유기계 및 비할로겐계 난연제인 것이 바람직하다.
상기 난연제의 함량은 상기 피복 조성물의 총 중량을 기준으로 15 내지 25 중량%일 수 있다. 상기 난연제의 함량이 15 중량% 미만인 경우 상기 열선 케이블의 난연성이 불충분할 수 있는 반면, 25 중량% 초과인 경우 상기 피복부(300)의 기계적 특성이 과도하게 저하될 수 있다. 상기 피복부(300)의 두께는 예를 들어 약 0.2 내지 0.25 mm일 수 있고, 이로 인해 상기 열선 케이블의 전체 직경은 약 0.5 내지 1.5 mm일 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 시트 열선 시스템을 구성하는 압착 단자의 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 압착 단자(400)는 전기전도성을 갖는 금속 등의 소재로 이루어지고, 말단부의 피복부(220,220')가 탈피된 열선 케이블(200,200') 및 말단부에서 도체를 제외한 절연층 등이 탈피된 전원선(300) 각각의 말단부를 서로 접속시키기 위한 제1 압착부(410) 및 상기 열선 케이블(200,200')과 상기 전원선(300)을 추가로 안정적으로 고정시키는 제2 압착부(420)를 포함할 수 있다.
특히, 상기 제1 압착부(410)는 도 4에 도시된 바와 같이 피복부(220,220')가 탈피된 열선 케이블(200,200') 말단과 절연층 등이 탈피된 전원선(300)의 도체가 삽입된 상태로 압착기에 의해 압착되는 동시에 점(spot) 용접에 의해 용접시 인가되는 고온에 의해 상기 열선 케이블(200,200')의 열선(210,210')의 절연층(212,212')이 용융 및 제거되면서 노출된 도체심선(211,211')과 상기 전원선(300)의 도체와 전기적으로 접속될 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 부분확대도에서 A-A' 단면도를 도시한 것이다.
구체적으로, 상기 제1 압착부(410)가 압착되고 용접된 후의 단면은 도 5에 도시된 바와 같다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 압착 단자(400)에서 상기 열선 케이블(200,200') 말단과 상기 전원선(300) 말단이 전기적으로 접속된 부분의 임의의 단면은 상부에 함몰부가 형성되고, 아래 수학식 1에 따른 함몰부의 면적률은 2.0% 이상, 예를 들어, 2.0 내지 20%일 수 있다.
[수학식 1]
함몰부의 면적률=[함몰부의 단면적(③)(㎟)/{압착 단자의 단면적(①)(㎟)+함몰부의 단면적(③)(㎟)}]×100
여기서, 상기 함몰부의 단면적(③)은 상기 압착 단자(400)의 임의의 단면에서 상기 단면의 좌우측 상단을 잇는 접선 하부에 형성되는 함몰부의 면적을 의미하고, 상기 함몰부의 면적률이 2.0% 미만인 경우 상기 제1 압착부(410)의 수직방향으로의 과도한 압출에 의한 수평방향으로의 과도한 팽창에 의해 열선의 도체심선(211,211')과 압착 단자(400) 내면 사이의 전기적 접속 또는 열선의 도체심선(211,211')과 전원선(300)의 도체 사이의 전기적 접속이 불충분하여 상기 제1 압착부(410)에서의 저항이 크게 증가할 수 있다.
또한, 아래 수학식 2에 따른 제1 압착부(410)의 압착률은 80% 이상, 예를 들어, 80 내지 95%일 수 있다.
[수학식 2]
압착률={열선 케이블과 전원선의 총 단면적(②)(㎟)/압착 단자의 총 단면적(①+②)(㎟)}×100
여기서, 상기 제1 압착부의 압착률이 80% 미만인 경우 상기 제1 압착부의 불충분한 압착에 의해 열선의 도체심선(211,211')과 압착 단자(400) 내면 사이의 전기적 접속 또는 열선의 도체심선(211,211')과 전원선(300)의 도체 사이의 전기적 접속이 불충분하여 상기 제1 압착부(410)에서의 저항이 크게 증가할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 시트 열선 시스템은 열선 케이블(200,200')과 전원선(300) 사이의 전기적 접속부에서 압착 단자(400)의 압착 및 용접 후 단면 형상의 정밀한 제어를 통해 상기 접속부에서의 저항 증가를 효과적으로 억제할 수 있고, 예를 들어, 상기 접속부에서의 저항은 1 Ω/m 이하, 바람직하게는 0.85 Ω/m 이하일 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 시트 열선 시스템의 제조방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 시트 열선 시스템의 제조방법은 상기 패드(100)의 상부면에 상기 열선 케이블(200)을 지그재그로 배치하여 부착하는 스티칭(stitching) 단계(S100), 상기 열선 케이블(200,200')의 양 말단에서 피복부(220,220')를 탈피하고 전원선(300)의 말단에서 절연층 등을 탈피하여 도체를 노출시킨 후 말단이 탈피된 열선 케이블(200,200') 및 전원선(300)을 함께 압착 단자(400) 내부에 삽입하는 압착 준비 단계(S200), 점(spot) 용접의 동시 수행이 가능한 압착기에 의해 상기 압착 단자(400)를 압착하면서 용접하는 압착 및 용접 단계(S300) 등을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 시트 열선 시스템의 제조방법은 종래 시트 열선 시스템의 제조방법과 달리 상기 압착 단자의 압착과 용접이 동시에 수행되면서 용접시 인가되는 고온에 의해 열선 케이블(200,200')에서 열선(210,210')의 절연층(212,212')이 용융 및 제거되기 때문에, 열선 케이블과 전원선의 전기적 접속 이전에 열선 케이블의 말단에서 절연층을 제거하기 위해 열선 케이블의 말단을 땜납조에 침지할 필요가 없어 공정이 간단할 뿐만 아니라, 열선 케이블의 말단을 땜납조에 침지할때 도체심선의 강도, 탄성 등이 높은 경우 연합된 도체심선들의 피치가 풀리면서 퍼져 납땜 불량이 발생하고 이로써 압착 단자의 압착시 다수의 도체심선들이 절단되고, 결과적으로 접속부에서의 저항이 크게 증가하는 문제를 회피할 수 있다.
도 7은 도 6에 도시된 시트 열선 시스템의 제조방법에 적용될 수 있는 용접 전극의 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 시트 열선 시스템의 제조방법 중 압착 및 용접 단계(S300)에서 적용 가능한 전극은 상부 전극과 하부 전극을 포함할 수 있고, 하부 전극이 상기 압착 단자(400)를 지지한 상태에서 상부 전극 내부로 상승하면서 상부 전극의 내측 하부면과 하부 전극의 상부면 사이에서 상기 압착 단자(400)는 압착되는 동시에 상기 전극에 인가되는 전원에 의해 점(spot) 용접될 수 있다.
특히, 상기 상부 전극의 내측 하부면은 압착 후 상기 압착 단자(400)의 임의의 단면에 도 5에 도시된 바와 같은 함몰부가 형성되도록 하는 형상(A)을 가질 수 있고, 상기 압착 단자(400)의 제1 압착부(410)와 제2 압착부(420)가 상기 한 쌍의 전극에 의해 순착적으로 압착될 수 있으며, 상기 제1 압착부(410)와 제2 압착부(420)가 2쌍의 전극에 의해 동시에 압찰될 수도 있다.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
1000 : 시트 열선 시스템 100 : 패드
200,200' : 열선 케이블 300 : 전원선
400 : 압착 단자

Claims (10)

  1. 패드,
    상기 패드의 상부면에 지그재그로 배열되어 부착된 열선 케이블,
    상기 열선 케이블에 전원을 공급하기 위한 전원선, 및
    상기 열선 케이블의 양 말단 각각을 상기 전원선과 전기적으로 접속시키기 위한 압착 단자를 포함하고,
    상기 압착 단자에서 상기 열선 케이블 말단과 상기 전원선 말단이 전기적으로 접속된 부분의 임의의 단면 상부에 함몰부가 형성되고,
    상기 열선 케이블은 구리 합금을 포함하는 복수개의 도체심선을 포함하고, 상기 구리 합금은 상기 구리 합금의 총 중량을 기준으로 0.02 내지 2.0 중량%의 마그네슘(Mg), 1.0 내지 3.0 중량%의 니켈(Ni), 및 0.8 내지 2.6 중량%의 주석(Sn)을 포함하며, 상기 구리 합금은 상기 마그네슘(Mg), 상기 니켈(Ni) 및 상기 주석(Sn)이 구리에 완전 고용되어 석출물이 존재하지 않고,
    아래 수학식 1에 따른 함몰부의 면적률이 2.0 % 이상이고, 아래 수학식 2에 따른 압착률이 80% 이상이며, 상기 열선 케이블과 상기 전원선 사이의 전기적 접속부에서의 저항이 1 Ω/m 이하인 것을 특징으로 하는, 시트 열선 시스템.
    [수학식 1]
    함몰부의 면적률=[함몰부의 단면적(㎟)/{압착 단자의 단면적(㎟)+함몰부의 단면적(㎟)}]×100
    [수학식 2]
    압착률={열선 케이블과 전원선의 총 단면적(㎟)/압착 단자의 총 단면적(㎟)}×100
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 압착 단자는 상기 열선 케이블 및 상기 전원선 각각의 말단부를 서로 전기적으로 접속시키기 위한 제1 압착부 및 상기 열선 케이블 및 상기 전원선을 추가로 안정적으로 고정시키는 제2 압착부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 시트 열선 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열선 케이블은 상기 구리 합금을 포함하는 복수개의 도체심선 및 상기 복수개의 도체심선을 코팅하는 절연층을 포함하고 전체적으로 꼬여져 하나의 다발 형태로 집합되는 복수개의 열선 및 상기 복수개의 열선을 감싸는 피복부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 시트 열선 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어서,
    상기 열선 케이블은 상기 복수개의 열선이 둘레에 배치되는 중심 인장선을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 시트 열선 시스템.
  9. 패드의 상부면에 열선 케이블을 지그재그로 배치하여 부착하는 스티칭(stitching) 단계,
    상기 열선 케이블의 양 말단에서 피복부를 탈피하고 전원선의 말단에서 절연층을 탈피하여 도체를 노출시킨 후 말단이 탈피된 열선 케이블 및 전원선을 함께 압착 단자 내부에 삽입하는 압착 준비 단계, 및
    점(spot) 용접의 동시 수행이 가능한 압착기에 의해 상기 압착 단자를 압착하면서 용접하는 압착 및 용접 단계를 포함하는, 제1항의 시트 열선 시스템의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 압착 및 용접 단계에서 적용 가능한 전극은 상부 전극 및 하부 전극을 포함하고,
    상기 상부 전극의 내측 하부면은 압착 후 상기 압착 단자의 임의의 단면에 상기 함몰부가 형성되도록 하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는, 제1항의 시트 열선 시스템의 제조방법.
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