KR102671990B1 - 면상 발열체 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 면상 발열체 - Google Patents

면상 발열체 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 면상 발열체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 면상 발열체 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 면상 발열체에 관한 것으로서, 유리원판에 CNT 잉크를 코팅하여 전기적 특성이 우수한 발열층을 형성할 수 있고, 탄소입자가 작은 물성 특징을 갖는 발열층을 통해 전기통로와의 접촉 표면적을 증가시켜 전기적 안정성을 향상시키면서도 전선과의 접촉저항을 최소화 할 수 있도록 함을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 면상 발열체 제조방법은, 재단된 유리원판에 전선을 돌출시키기 위한 적어도 하나 이상의 홀을 천공하는 천공단계; 상기 유리원판에 전기를 흐르게 하기 위한 전도성 물질을 인쇄하는 인쇄단계; 및 상기 유리원판에 발열층을 코팅하는 코팅단계를 포함한다.

Description

면상 발열체 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 면상 발열체{METHOD FOR MANUFACTURING PLANAR HEATING ELEMENT AND PLANAR HEATING ELEMENT MANUFACTURED BY THIS METHOD}
본 발명은 면상 발열체 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 면상 발열체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유리원판에 CNT 잉크를 코팅하여 전기적 특성이 우수한 발열층을 형성할 수 있고, 발열층과 전기통로와의 접촉 표면적을 증가시켜 전기적 특성 및 전기적 안정성을 향상시킬 수 있는 면상 발열체 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 면상 발열체에 관한 것이다.
일반적으로 면상발열체는 통상의 열선 방식에 비해 면적으로 발열하므로 발열률이 우수하고 전력 소모 율이 작아 20~40%의 전력소비를 감소시킬 수 있는 것으로 알려져 있으며, 유해 전자파의 발생이 거의 없고, 평활성과 내구성이 높은 편이라 상당히 유용하게 사용된다.
면상발열체는 이러한 여러 가지 유용성으로 인해 난방용 매트리스, 보온이물, 담요, 건물벽면, 파티션 내부, 주택의 난방장치 등에 설치되어 난방용으로 사용되거나, 차량의 유리에 설치되어 성애 방지용으로 사용되는 등 다양한 분야에 적용된다.
뿐만 아니라, 면상발열체는 비닐하우스와 같은 농업용 설비, 도로나 주차장의 눈을 녹이거나 결빙을 방지하는 각종 동결방지장치 등에도 적용되고 있다.
나아가, 면상발열체는 냉동 진열장 표면, 창호 시스템, 욕실 거울, 가전제품, 고글 등과 같은 스포츠 용품 등에도 적용되고 있다.
이러한 종래의 면상발열체는, 통상적으로 유리원판의 양측에 +극 도전체와 -극 도전체를 일정간격으로 위치시키고, 이들 +극 도전체와 -극 도전체를 통전시키도록 하며, 탄소카본발열체를 +극 도전체와 -극도전체 사이에 위치시키게 된다.
이로 인해 +극 도전체와 -극 도전체에 인가된 전기에너지에 의해 탄소카본발열체 발열됨으로써 열에너지를 얻도록 구성되어 있다.
그러나, 종래의 면상발열체에 적용되는 탄소카본발열체는 실버페이스트로 형성되는 전기통로와 탄소카본발열체 간의 접촉 표면적이 넓지 않기 때문에 전기적 특성 및 전기적 안정성을 우수하지 못한 문제점이 있다.
공개특허공보 제10-1994-0003420호(1994.02.21.)
본 발명은 유리원판에 CNT 잉크를 코팅하여 전기적 특성이 우수한 발열층을 형성할 수 있고, 입자가 작은 물성 특징을 갖는 발열층을 통해 전기통로와의 접촉 표면적을 증가시켜 전기적 안정성을 향상시키면서도 전선과의 접촉저항을 최소화 할 수 있는 면상 발열체 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 면상 발열체를 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고, 유리원판에 CNT 잉크를 코팅하여 발열층을 형성하는 과정에서 유리원판을 가열하여 CNT 잉크에 포함된 수분을 즉시 증발시킴으로써, 유리원판에 발열층을 신속하고 안전하게 침착 시킬 수 있는 면상 발열체 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 면상 발열체를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 면상 발열체 제조방법은, 재단된 유리원판에 전선을 돌출시키기 위한 적어도 하나 이상의 홀을 천공하는 천공단계; 상기 유리원판에 전류를 흐르게 하기 위한 전도성 물질을 인쇄하는 인쇄단계; 및 상기 유리원판에 상기 전류에 의해 발열되는 발열층을 코팅하는 코팅단계를 포함한다.
그리고, 상기 천공단계 이전에 상기 유리원판의 각 가장자리 및 각 모서리 부분을 연마하는 연마단계; 및 상기 유리원판을 세척 및 건조하는 세척건조단계가 더 포함된다.
또한, 상기 전도성 물질은 실버 페이스트, 은나노 잉크, 카본 페이스트 및 탄소나노튜브 중 선택되는 어느 하나로 형성된다.
또한, 상기 인쇄단계와 코팅단계 사이에는, 상기 전도성 물질이 상기 유리원판에 침착되면서 유리원판을 강화시키도록 상기 유리원판을 열처리하는 열처리 단계; 및 상기 유리원판을 냉각하는 냉각단계가 더 포함된다.
그리고, 상기 코팅단계는, 가열 및 도포기로 상기 유리원판을 가열한 후, 상기 유리원판 및 전도성 물질에 CNT(Carbon Nano Tube) 잉크를 도포하여 발열층을 형성하는 단계이다.
또한, 상기 가열 및 도포기는, 상기 유리원판이 적어도 하나 이상으로 안착되며, 상기 CNT 잉크에 포함된 수분을 증발시키도록 발열작동 하는 가열원을 포함하는 가열부; 상기 가열부의 일측과 타측에 각각 배치되는 왕복구동부; 상기 왕복구동부에 의해 상기 가열부에 위치한 유리원판의 상부를 왕복 주행하는 트롤리; 및 상기 트롤리에 적어도 하나 이상으로 탑재되며, 상기 유리원판에 상기 CNT 잉크를 분사하는 스프레이부를 포함한다.
그리고, 상기 코팅단계 이후에, 상기 전도성 물질에 전선을 각각 연결한 다음, PVB 필름을 통해 상기 유리원판에 표면에 그림, 문구, 로고 중 적어도 어느 하나 이상이 인쇄된 보호유리를 부착하는 부착단계가 더 포함된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 면상 발열체는, 전극이 형성된 유리원판; 및 상기 유리원판 상에 CNT 잉크가 코팅되어 통전에 의해 발열되는 발열층;을 포함하되, 상기 발열층은, 상기 유리원판이 안착되는 가열부와, 상기 가열부의 일측과 타측에 각각 배치되는 왕복구동부와, 상기 왕복구동부에 의해 상기 가열부 상에 안착된 유리원판의 상부를 왕복 주행하는 트롤리 및 상기 트롤리에 적어도 하나 이상으로 탑재되며 상기 유리원판 상에 CNT 잉크를 분사하는 스프레이부를 포함하는 가열 및 도포기에 의해 형성되되, 상기 CNT 잉크는 상기 유리원판이 가열된 상태 또는 가열과 동시에 분사되면서 내재된 수분이 증발되어 상기 발열층으로 형성된다.
그리고, 상기 유리원판에 부착되며, 그림, 문구, 로고 중 적어도 어느 하나 이상이 인쇄된 보호유리를 더 포함한다.
본 발명에 따른 면상 발열체 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 면상 발열체는, 유리원판에 CNT 잉크를 코팅하여 전기적 특성이 우수한 발열층을 형성할 수 있고, 탄소입자가 작은 물성 특징을 갖는 발열층을 통해 전기통로와의 접촉 표면적을 증가시켜 전기적 안정성을 향상시키면서도 전선과의 접촉저항을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 유리원판에 CNT 잉크를 코팅하여 발열층을 형성하는 과정에서 유리원판을 가열하여 CNT 잉크에 포함된 수분을 즉시 증발시킴으로써, 유리원판에 발열층을 신속하고 안전하게 침착 시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 면상 발열체 제조방법의 순서를 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 면상 발열체 제조방법에 적용된 세척건조기를 통해 유리원판을 세척 및 건조하는 과정을 도시한 측면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 면상 발열체 제조방법에 적용된 열처리기 및 냉각기를 도시한 정면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 면상 발열체 제조방법에 적용된 가열 및 도포기를 도시한 정면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 면상 발열체 제조방법에 적용된 유리원판에 전도성물질과, 발열층 및 보호유리가 적층된 상태를 도시한 단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 면상 발열체 제조방법에 적용된 유리원판에 전도성물질과, 발열층과, 전선 및 보호유리가 적용된 상태를 도시한 정면도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 면상 발열체 제조방법의 순서를 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 면상 발열체 제조방법에 적용된 세척건조기를 통해 유리원판을 세척 및 건조하는 과정을 도시한 측면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 면상 발열체 제조방법에 적용된 열처리기 및 냉각기를 도시한 정면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 면상 발열체 제조방법에 적용된 가열 및 도포기를 도시한 정면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 면상 발열체 제조방법에 적용된 유리원판에 전도성물질과, 발열층 및 보호유리가 적층된 상태를 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 면상 발열체 제조방법에 적용된 유리원판에 전도성물질과, 발열층과, 전선 및 보호유리가 적용된 상태를 도시한 정면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 면상발열체 제조방법은, 유리원판(1)을 연마하는 연마단계와, 유리원판(1)을 세척 및 건조하는 세척건조단계와, 유리원판(1)을 천공하는 천공단계와, 유리원판(1)에 전도성 물질(10a,10b)을 인쇄하는 인쇄단계와, 유리원판(1)을 열처리하는 열처리단계와, 열처리 된 유리원판(1)을 냉각하는 냉각단계 및 유리원판(1)과 상기 유리원판(1)에 인쇄된 전도성 물질(10a,10b)에 발열층(20)인 CNT(Carbon Nano Tube : 탄소나노튜브, 이하, 'CNT'라 함) 발열잉크를 코팅하는 코팅단계 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
먼저, 연마단계(S100)는 일정크기로 재단된 유리원판(1)을 연마하는 단계이다.
구체적으로, 연마단계는 글라인더와 같은 연마기기를 통해 유리원판(1)의 각 가장자리 및 각 모서리 부분을 연마하면, 유리원판(1)의 날카로운면과, 거친면 및 뾰족한 면 등을 부드럽게 할 수 있다.
이때, 유리원판(1)은 강화유리로 형성될 수 있다.
이와 같이, 유리원판(1)의 각 가장자리 및 각 모서리를 연마함에 따라, 면상발열체를 제조하는 과정에서 작업자의 손이 베이는 것을 방지할 수 있다.
한편, 연마단계 이후에는 세척건조단계(S200)가 수행된다.
세척건조단계는 유리의 표면에 묻어 있는 먼지나 기타 각종 이물질을 제거하는 단계이다.
세척건조단계는 세척 건조기(30)를 통해 수행된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 세척 건조기(30)는 세척부(32) 및 건조부(33)를 포함할 수 있다.
세척부(32) 및 건조부(33)는 유리원판(1)을 이송시키는 컨베이어(31)의 상측으로 서로 나란하게 배치된다.
유리원판(1)은 컨베이어(31)에 의해 이송되면서 세척부(32) 및 건조부(33)를 순차적으로 거치게 된다.
세척부(32)는 컨베이어(31)의 상측에서 유리원판(1)을 향해 세척수를 분사하도록 구성된다.
그리고, 건조부(33)는 세척부(32)의 후방에 배치되며, 컨베이어(31)의 상측에서 유리원판(1)을 향해 온풍을 분사하도록 구성된다.
즉, 세척부(32)에서 분사되는 세척수로 유리원판(1)의 표면에 묻어 있는 먼지나 기타 각종 이물질을 제거할 수 있고, 건조부(33)에서 분사되는 온풍으로 유리원판(1)의 표면에 묻어 있는 물기를 건조할 수 있는 것이다.
이와 같이 세척 건조기(30)를 통해 유리원판(1)의 상면을 세척 및 건조한 다음에는 유리원판(1)을 180도 뒤집어서 컨베이어(31)에 올려, 유리원판(1)의 밑면이 이었던 부분을 상면으로 하여 세척부(32) 및 건조부(33)를 통해 세척 및 건조하면 된다.
한편, 세척건조단계 이후에는 천공단계(S300)가 수행된다.
천공단계는 연마단계를 거친 유리원판(1)에 한 쌍의 전선(3)을 통과시키기 위한 한 쌍의 홀(1a)을 천공하는 단계이다.
이때, 한 쌍의 홀(1a)은 유리원판(1) 중에서 전도성 물질(10a,10b)이 인쇄되는 라인에 천공된다.
도면에는 유리원판(1)의 우측과 좌측 가장자리에 전도성 물질(10a,10b)이 인쇄된 예를 도시하였는 바, 홀(1a)도 유리원판(1)의 우측과 좌측 가장자리 라인에 각각 천공된다,
일 예로, 유리원판(1)의 천공은 전동드릴을 통해 수행될 수 있다.
전동드릴은 실린더나 캠과 같은 승강장치를 통해 유리원판(1)에 대해 자동으로 승강될 수 있다.
작업테이블의 상면에 유리원판(1)을 안착한 다음, 실린더 또는 캠으로 형성된 승강장치를 통해 전동드릴을 유리원판(1)으로 하강시킴으로써, 유리원판(1)에 전선(3)을 돌출시키기 위한 홀(1a)을 천공할 수 있다.
이때, 전선(3)은 +극 및 -극으로 하여 총 2개가 한 쌍으로 적용될 수 있다. 그리고, 후술되는 전도성 물질(10a,10b)은 유리원판(1)의 일측과 타측에 각각 2줄씩 인쇄됨으로, 전선(3)은 총 2쌍으로 적용되어, 유리원판(1)의 일측과 타측에 배치된 전도성 물질(10a,10b)에 전기적으로 연결된다.
전도성 물질(10a,10b)에 전선(3)을 각각 연결하는 방법은 면상발열체 분야에서 상용화 된 기술이므로, 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 천공단계 이후에는 인쇄단계(S400)가 수행된다.
인쇄단계는 유리원판(1)에 전기를 흐르게 하기 위한 전도성 물질(10a,10b)을 인쇄하는 단계이다.
전도성 물질(10a,10b)은 (+) 전극과 (-) 전극 즉, 전술한 전선(3)이 각각 연결되어 전기가 흐르게 되며, 이로 인해 열을 발생시킨다.
전도성 물질(10a,10b)은 실버 페이스트(silver paste)로 형성될 수 있다.
전도성 물질(10a,10b)은 잉크 형태로써, 유리원판(1)의 일측과 타측에 각각 일정길이의 선 형태로 인쇄되어 전기통로를 형성하게 된다.
아울러, 전도성 물질(10a,10b)은 유리원판(1)의 표면에 전류가 흐를 수 있도록 하며, 발열층(20)을 충분히 가열할 수 있는 열을 발생시킨다.
전도성 물질(10a,10b)을 인쇄하는 방식은 스크린 프린팅, 오프셋 프린팅, 그라비아 프린팅, 플렉소 프린팅, 레터프레스 프린팅, 잉크젯 프린팅 및 롤투롤 그라비아 프린팅 중 적어도 어느 하나의 방식을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
이때, 전기통로는 전도성 물질(10a,10b)로 인쇄된 선을 의미할 수 있고, 선에 의한 패턴을 의미할 수도 있다. 전기통로는 저항값을 조절하여 발열 온도를 설정할 수 있고, 발열체의 저항값은 열 처리 조건 및 전도성 물질(10a,10b)의 조건에 따라 조절할 수 있다.
부가적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 면상 발열체 제조방법에서 전도성 물질(10a,10b)은 실버 페이스트(silver paste)에 한정되지 않으며, 은나노 잉크와, 카본 페이스트(carbon paste) 및 탄소나노튜브 중 선택되는 어느 하나로 형성될 수 있음을 밝힌다.
다른 한편으로, 전도성 물질(10a,10b)은 고투과성을 갖는 투명도전성 전극재료가 사용될 수 있다. 투명도전성 재료로서 안티몬을 함유하는 산화주석(Antimony Tin Oxide; ATO)이나, 인듐을 함유하는 산화주석(Indium Tin Oxide; 이하 'ITO'라 함)등이 사용될 수 있다.
한편, 인쇄단계 이후에는 유리원판(1)을 건조하는 건조단계(S500)가 수행된다.
건조단계는 온풍이나 열풍을 발생시키는 장비를 통해 수행되거나 또는, 건조실에서 유리원판(1)을 자연건조 함으로써 수행될 수 있다.
이러한 건조단계를 통해 전도성 물질(10a,10b)을 건조하여 유리원판(1)에 정착시킬 수 있다.
그리고, 전도성 물질(10a,10b)을 건조하면, 전도성 물질(10a,10b)은 전기를 흐르게 할 수 있는 길을 만들어준다.
한편, 건조단계 이후에는 유리원판(1)에 전도성 물질(10a,10b)을 침착(정착)시키면서 유리원판(1)의 강도를 향상시키기 위한 열처리단계(S600)가 수행된다.
열처리단계는 열처리기(40)에 의해 수행될 수 있다.
열처리기(40)는 챔버(41) 및 가열수단(42)을 포함한다.
챔버(41)는 일면에 유리원판(1)이 출입하는 출입구가 형성되고, 내부에는 유리원판(1)이 수용되는 수용공간이 형성된다.
가열수단(42)은 챔버(41)의 내부 양측벽에 각각 배치되어 유리원판(1)을 사이에 두고 서로 대향된다. 가열수단(42)은 히터나 열선 등 열을 발생시킬 수 있는 제품으로 적용될 수 있다.
유리원판(1)은 복수개의 집게부(43)에 의해 홀딩 된 상태로 챔버(41)에 출입할 수 있다.
집게부(43)에는 일정길이를 갖는 수직봉(44)이 각각 결합된다.
수직봉(44)들의 상측은 하나의 수평프레임(45)에 공동으로 고정된다.
그리고, 수평프레임(45)은 이송장치(46)에 의해 수평방향으로 왕복 이송되면서 집게부(43)들에 홀딩 된 유리원판(1)을 챔버(41)의 내부 또는 외부로 이송된다.
일 예로, 이송장치(46)는 서로 이격되도록 배치되는 한 쌍의 회전체 및 한 쌍의 회전체에 무한궤도를 형성하면서 정방향 또는 역방향으로 회전되는 회전부재를 포함할 수 있다.
회전체는 풀리 또는 스프로켓으로 형성될 수 있다.
회전부재는 회전체가 풀리로 형성되는 경우 타이밍 밸트로 형성되고, 스프로켓으로 형성되는 경우 체인으로 형성된다.
한 쌍의 회전체 중 어느 하나는 모터의 동력으로 정방향 또는 역방향으로 회전된다.
그리고, 회전부재에는 수평프레임(45)이 결합된다.
따라서, 모터로 회전체를 정방향 또는 역방향으로 회전시키면, 회전부재가 모터의 회전방향에 대응되게 회전된다. 결국, 모터를 통해 회전체의 회전방향을 제어하여 유리원판(1)을 챔버(41)의 내부 또는 외부로 이송시킬 수 있다.
챔버(41)의 내부공간으로 이송된 유리원판(1)은 히터 또는 열선의 발열작동을 통해 열처리 된다.
이때, 열처리 단계에서 히터 또는 열선을 통한 유리원판(1)의 열처리 온도는 약 700℃ 내지 900℃ 일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
이와 같이 유리원판(1)을 열처리하면 전도성 물질(10a,10b)(실버페이스트)이 유리원판(1)에 침착 된다. 그리고, 침착된 전도성 물질(10a,10b)은 추후 진행되는 납땜공정에서 전선(3)이 유리원판(1)에 전기를 공급할 수 있는 전기 통로 역할을 한다.
아울러, 열처리에 의해 유리원판(1)을 일정수준으로 강화하여 구조적 안정성을 확보할 수 있다.
이로 인해 유리원판(1) 각종 충격이나 강풍 등에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있다.
이때, 본 발명에서 이송장치(46)는 전술한 회전체 및 회전부재에 한정되지 않으며, 로드레스 실린더, 리니어 실린더, 랙 피니언 중 선택되는 어느 하나로 대체될 수도 있음을 밝힌다.
한편, 열처리 단계 이후에는 냉각단계(S700)가 수행된다.
냉각단계는 열처리 된 유리원판(1)을 일정온도 이상으로 냉각하는 단계이다.
냉각단계는 냉각기(50)에 의해 수행될 수 있다.
냉각기(50)는 챔버(41)의 입구측에 서로 대향되게 배치되는 한 쌍의 평판플레이트(51)와, 평판플레이트(51)에 서로 수직, 수평 방향으로 일정간격 이격되도록 배치되며 유리원판(1)을 향해 냉기를 분사할 수 있는 다수개의 분사노즐(52) 및 분사노즐(52)들에 압축공기를 공급하는 에어콤프레셔(미도시)를 포함한다.
따라서, 열처리 단계를 완료하여 챔버(41)에서 인출된 유리원판(1)은 평판플레이트(51)의 사이에 위치되고, 분사노즐(52)들은 유리원판(1)을 향하게 된다.
분사노즐(52)들은 일정영역이 평판플레이트(51)의 내부에 매립되고, 나머지 영역을 평판플레이트(51)로부터 돌출되어 유리원판(1)과 마주한다.
그리고, 평판플레이트(51)의 내부에는 분사노즐(52)들과 각각 연결되는 분기관(미도시)이 매립된다.
분기관은 그 내부가 서로 연결된 구조로 이루어진다.
분기관의 일측은 에어콤프레셔와 연결되는 공급관(미도시)이 연결된다.
이로 인해, 평판플레이트(51)의 사이에 유리원판(1)을 위치시킨 다음 에어콤프레셔를 작동시키면, 에어콤프레셔에서 발생되는 냉기가 분사노즐(52)들을 통해 유리원판(1)에 고루게 분사된다.
한편, 냉각단계 이후에는 테이핑 단계가 수행될 수도 있다.
테이핑 단계는 유리원판(1)의 가장자리를 따라 테이프를 부착하여 추후 진행되는 코팅단계에서 유리원판(1)의 가장자리에 CNT 잉크가 도포되는 것을 방지하는 단계이다.
유리원판(1)에 CNT 잉크를 도포하여 건조한 이후에는, 유리원판(1)에서 테이프를 제거한 다음, 유리원판(1)의 가장자리에 PVB 필름을 부착한 후 보호필름을 부착하면 된다.
한편, 테이핑 단계 이후에는 코팅단계(S800)가 수행된다.
코팅단계는 유리원판(1) 및 유리원판(1)에 인쇄된 전도성 물질(10a,10b)인 전기 통로에 CNT 잉크를 분사하여 발열층(20)을 형성하는 단계이다.
CNT는 벌집모양의 길다란 탄소구조물로서 원통의 지름이 수십 나노미터이고, 탄소 6개로 이루어진 육각형들이 서로 연결되어 관 모양을 이룬다. CNT는 구리와 전기전도가 유사하고, 전기가 인가되면 발열하는 특성을 가지며, 전기적, 기계적 특성이 우수하다.
아울러, CNT는 종래의 탄소계 발열잉크보다 탄소입자가 작아서 전도성 물질(10a,10b)에 의해 형성되는 전기통로와의 접촉 표면적을 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 발열층(20)과 유리원판(1)의 접촉부분 및 발열층(20)과 전기통로의 접촉부분에 형성되는 미세한 공간이 축소되어 전기적 안정성을 향상시킬 수 있다.
아울러, 본 코팅단계에서는 탄소 입자가 수십 나노미터로 작은 CNT 잉크를 유리원판(1)에 적용하여 접촉 표면적을 증가시킴으로써, 전선(3)과의 접촉저항을 최소화 할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
이상 설명한 CNT 잉크를 유리원판(1)에 코팅하기 위해 가열 및 도포기(60)가 사용된다.
즉, 코팅단계는 가열 및 도포기(60)를 통해 유리원판(1)을 자동으로 가열한 후, 유리원판(1) 및 전기 통로에 CNT 잉크를 자동으로 도포하는 방식으로 수행된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 가열 및 도포기(60)는 가열부(61)와, 왕복구동부(62)와, 트롤리(63) 및 스프레이부(64)를 포함한다.
가열부(61)는 평평한 판 형상으로 형성될 수 있다.
가열부(61)의 저면 양측에는 지지다리(612)가 결합된다.
따라서, 가열부(61)는 지면으로부터 소정거리 이격된 상태에서 유리원판(1)을 지지한다.
가열부(61)의 상면에는 적어도 하나 이상의 유리원판(1)이 안착된다.
가열부(61)의 내부에는 CNT 잉크에 포함된 수분을 증발시키도록 발열작동 하는 가열원(611)이 매립된다.
가열원(611)은 열선, 히팅 코일 등과 같이 전원을 공급 받아 발열작동하는 제품으로 적용될 수 있다.
가열원(611)은 가열부(61) 전체를 고루게 가열시키도록 싸인파 패턴, 톱니파 패턴 등으로 매립될 수 있다.
가열부(61)는 가열원(611)에 의해 발생되는 열을 유리원판(1)에 고루게 전달하도록 열전도성이 우수한 금속과 같은 재질로 형성될 수 있다.
왕복구동부(62)는 2개 한 쌍으로 구성되어 가열부(61)의 일측과 타측에 각각 배치된다.
왕복구동부(62)는 트롤리(63) 및 스프레이부(64)를 유리원판(1)을 따라 이동시킬 수 있도록 로드레스 실린더나 리이너 실린더와 같은 공압실린더, 랙피니언 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 도면에는 공압실린더로 형성된 예를 도시하였다.
트롤리(63)는 대략 'ㄷ'자 단면 형상으로 형성될 수 있다.
트롤리(63)는 저면 양측이 왕복구동부(62)의 피스톤에 각각 결합된다.
따라서, 트롤리(63) 및 트롤리(63)에 탑재되는 스프레이부(64)는 왕복구동부(62)에 의해 유리원판(1)의 상면을 따라 이동된다.
스프레이부(64)는 트롤리(63) 탑재되어 유리원판(1)의 상면을 따라 이동되면서 CNT 잉크를 분사한다.
트롤리(63)에는 스프레이부(64)에 공급하기 위한 CNT 잉크가 저장된 저장통(미도시)이 설치될 수 있다.
이때, 스프레이부(64)는 압축공기를 분사하는 타입의 제품으로 적용되어, 유리원판(1)에 CNT 잉크를 고루게 분사할 수 있고, 결국, 유리원판(1)에 균일한 두께의 발열층(20)을 형성할 수 있다.
전술한 바와 같이 가열부(61)에는 1개 또는 2개 이상의 유리원판(1)이 안착될 수 있으므로, 스프레이부(64)도 유리원판(1)과 대응되는 개수로 적용될 수 있다.
스프레이부(64)를 복수개로 적용함으로써, 한번에 여러 개의 유리원판(1)에 CNT 잉크를 분사하여 발열층(20)을 형성하는 것이 가능하다.
나아가, 스프레이부(64)는 유리원판(1) 간의 간격에 대응되게 위치조절 되도록 구현될 수 있다.
이를 위해, 트롤리(63)에는 레일부(65)를 수평 설치하고, 스프레이부(64)에는 레일부(65)를 따라 좌,우 방향으로 슬라이딩되는 슬라이더(66)를 설치함으로써, 스프레이부(64)와 유리원판(1)을 수직방향으로 1:1 대향시킬 수 있다.
이상 설명한 코팅단계에서는 가열부(61)로 유리원판(1)을 미리 가열한 다음, 스프레이부(64)를 통해 CNT 잉크를 자동으로 고루게 도포함으로써, CNT 잉크에 포함된 수분을 즉시 증발시킬 수 있다. 따라서, 유리원판(1)에 CNT 잉크만 신속하고 안정적으로 침착 및 고착시킬 수 있다.
이로 인해, 유리원판(1)에 도포된 CNT 잉크를 건조하는 공정을 생략할 수 있어, 면상 발열체를 제조하는데 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.
나아가, 가열부(61)에서 코팅단계를 거친 유리원판(1)을 제거하는 과정에서 CNT 잉크가 번지는 현상을 방지할 수도 있다.
부가적으로, 코팅단계에서 가열원(611)에 의한 유리원판(1)의 가열온도는 약 100℃ 내지 150℃ 일 수 있으나, 본 발명에서 유리원판(1)의 가열온도는 전술한 온도 범위에 한정되지 않음을 밝힌다.
유리원판(1)의 가열온도는 유리원판(1)의 크기, CNT 잉크의 물성, CNT 잉크의 양, 기타 다양한 조건에 따라 선택적으로 변경가능 하다.
한편, 유리원판(1)에 CNT 잉크를 인쇄한 다음에는 유리원판(1)에 전도성 물질(10a,10b)에 의해 형성되는 전기 통로에 전선(3)을 각각 연결한다.
이때, 전기 통로는 유리원판(1)의 전면에만 형성될 수 있다. 그리고, 전선(3)은 유리원판(1)의 후면 방향에서 전술한 천공단계에 의해 유리원판(1)에 형성된 홀(1a)을 관통하여 전기 통로에 납땜 방식으로 고정될 수 있다.
전선(3)을 전기 통로에 연결하는 방식은 면상발열체 기술분야에서 상용화 된 기술이므로, 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 유리원판(1)의 전기 통로에 전선(3)을 연결한 다음에는 유리원판(1)의 전면에 보호유리(2)를 부착하는 부착단계(S900)가 수행된다.
보호유리(2)는 PVB(Polyvinyl Butyral) 접합필름을 통해 유리원판(1)에 부착될 수 있다.
전술한 바와 같이, PVB(Polyvinyl Butyral) 접합필름은 유리원판(1)의 가장자리 영역에 부착될 수 있다.
다른 예로, PVB(Polyvinyl Butyral) 접합필름은 유리원판(1)의 가장자리 영역 뿐만 아니라 가장자리의 안쪽 영역에도 부착될 수 있다.
이때, 유리원판(1)과 보호유리(2)의 부착은 진공압착기를 통해 이루어질 수 있다.
일 예로, 유리원판(1)에 PVB(Polyvinyl Butyral) 접합필름을 부착한 다음, 그 위에 보호유리(2)를 안착한 후, 진공압착기를 통해 유리원판(1)과 보호유리(2)를 약 2~3시간 압착함으로써, 유리원판(1)에 보호유리(2)를 부착할 수 있다.
종래의 면상발열체는 보호유리(2) 없이 유리원판(1)의 전기 통로 끝부분에 전선(3)을 납땜하여 사용하였으나, 이 경우 전선(3)이 노출됨으로 인해 쉽게 끊어지는 문제점이 발생하였다.
그러나, 본 발명에 따른 면상 발열체 제조방법은 보호유리(2)를 유리원판(1)에 부착하여 전기 통로와, 전선(3) 및 발열층(20)을 완전히 덮어 보호함에 따라, 전선(3)이 끊어지는 것을 방지하고, 전기 통로나 발열층(20)이 훼손되는 것을 방지할 수 있다.
부가적으로 보호유리(2)는 유리원판(1)과 동일한 재질로 형성될 수 있다.
보호유리(2)에는 장식을 위한 그림, 문양 등이 인쇄될 수 있고, 홍보를 위한 제조사 이름, 제조사 로고, 문구 등이 더 인쇄될 수도 있다.
그리고, 보호유리(2)에도 연마단계와, 세척건조단계 및 열처리 단계 중 적어도 어느 하나 이상이 수행될 수 있다.
다음으로, 유리원판(1)에 도포된 CNT의 미세구조에 대해 설명한다.
하기 그림들은 유리원판(1)의 표면에 CNT가 도포된 시료에 대한 전자현미경 이미지 분석을 수행한 것이다.
분석장비는 Hitachi, S-4200, Japan을 사용하였고, 가속전압은 15KV이다.
그리고, 유리원판(1) 표면에 도포된 저항별 CNT 5종(200옴,400옴, 600옴, 800옴, 1k옴)이다.
분석방법은 동일 저항 시편에 대한 배율별 이미지 분석(0.5K~50.0K)은 200Ω(0.5~30.0K), 400Ω(0.5~50.0K), 600Ω(0.5~50.0K), 600Ω 50.0K, 바인더 추정 이미지, 800Ω(1.0~50.0K), 1.000Ω(0.5~30.0K)이다.
그리고, 저항변화에 따른 이미지를 교차분석 하였으며, 그 종류로는 동일 배율 대비 저항별 이미지 분석 (1.0K), 동일 배율 대비 저항별 이미지 분석 (10.0K), 동일 배율 대비 저항별 이미지 분석 (30.0K), 600옴, 1000옴 시편 중 바인더 노출 이미지 분석(10.K)이다.
분석결과는 다음과 같다.
가. 동일 저항 시편에 대한 배율별 이미지 분석(0.5K~50.0K)
A. 200Ω(0.5~30.0K)
그림 1 내지 4를 참고하면 낮은 배율에서는 CNT의 이미지가 관찰되지 않고 CNT 코팅면 위에 분포하는 10um 크기 내외의 비전도성 Particle Material이 다수 관찰되었다.
CNT의 두께는 10nm~ 50nm 정도로 분포하며 길이는 다양하게 존재하는 것으로 관찰되었다.
바인더로 보이는 비전도성 물질(10a,10b)들이 고르게 분포되지 않고 뭉쳐 있는 것이 관찰되었다.
충분한 양의 CNT가 고루 분포되어 있어 유리 표면에 의한 이미지는 관찰되지 않는다.
B. 400Ω(0.5~50.0K)
그림 5 내지 그림 9를 참고하면 낮은 배율에서는 CNT의 이미지가 관찰되지 않고 CNT 코팅면 위에 분포하는 10 um 크기 내외의 비전도성 Particle Material이 다수 관찰되었다.
그리고, CNT 의 두께는 10nm~ 50nm 정도로 분포하며 길이는 다양하게 존재하는 것으로 관찰되었다.
또한, 바인더로 보이는 물질들이 고르게 분포되지 않고 뭉쳐 있는 것이 관찰되었다.
그리고, 유리표면에 의한 이미지는 정확히 관찰되지 않았으며, 바인더와 CNT가 고루 분포되어 있는 것이 관찰되었다.
C. 600Ω(0.5~50.0K)
그림 10 내지 그림 14를 참고하면 낮은 배율에서는 CNT 코팅면 위에 분포하는 10um 크기 내외의 비전도성 Particle Material이 다수 관찰되었다.
그리고, CNT 의 두께는 10nm~ 50nm 정도로 분포하며 길이는 다양하게 존재하는 것으로 관찰되었다.
또한, 바인더로 보이는 물질들이 고르게 분포되지 않고 뭉쳐 있는 것이 관찰되었다.
그리고, 유리원판(1) 표면에 의한 이미지로 추정되는 이미지가 저배율에서 다수 관찰되었다.
또한, 바인더와 CNT가 고루 분포되어 있는 것이 관찰되었다.
그리고, 일부 고배율에서 CNT가 도포되지 않고 바인더가 노출된 것으로 추정되는 이미지가 관찰되었다.
C-1 600Ω 50.0K, 바인더 추정 이미지
그림 15 내지 17을 참고하면 여러 영역에서 CNT가 도포되지 않고 바인더로 추정되는 영역이 관찰되었다.
그리고, 200~400옴 사이에서는 관찰되지 않았던 노출된 바인더 이미지가 600옴부터 여러 영역에서 고루 보이고 있는 것이 관찰되었다.
이때, 노출된 바인더 영역의 크기는 10um 내외로 관찰되었다.
D. 800Ω(1.0~50.0K)
그림 18 내지 21을 참고하면 낮은 배율에서는 CNT 코팅면 위에 분포하는 10 um 크기 내외의 비전도성 Particle Material이 다수 관찰되었다.
그리고, CNT 의 두께는 10nm~ 50nm 정도로 분포하며 길이는 다양하게 존재하는 것으로 관찰되었다.
또한, 바인더로 보이는 물질들이 고르게 분포되지 않고 뭉쳐 있는 것이 관찰되었다.
그리고, 유리표면에 의한 이미지로 추정되는 이미지가 저배율에서 넓게 관찰되었다.
그리고, 바인더와 CNT가 고루 분포되어 있는 것이 관찰되었다.
또한, 600옴 고배율과 달리 바인더가 노출된 것으로 추정되는 이미지가 관찰되지 않았다.
E. 1,0KΩ (0.5~50.0K)
그림 22 내지 26을 참고하면 저배율에서는 CNT 코팅면 위에 분포하는 10um 크기 내외의 부정형 비전도성 Particle Material과 이와는 다른 성상의 20um~100um 크기의 비정질 비전도성 물질(10a,10b)(먼지)이 다수 관찰되었다.
그리고, CNT 의 두께는 10nm~ 50nm 정도로 분포하며 길이는 다양하게 존재하는 것으로 관찰되었다.
또한, 바인더로 보이는 물질들이 고르게 분포되지 않고 뭉쳐 있는 것이 관찰되었다.
그리고, 유리원판(1)에 의한 이미지로 추정되는 이미지가 저배율에서 매우 넓게 관찰되었다.
또한, 바인더와 CNT가 고루 분포되어 있으나 부분적으로 바인더로 의심되는 물질이 뭉쳐진 이미지가 관찰되었다.
그리고, 600옴 고배율에서 관찰된 바인더 추정 이미지가 더 크고 넓게 관찰되었다.
나. 저항변화에 따른 이미지 교차 분석
A. 동일 배율 대비 저항별 이미지 분석 (1.0K)
그림 27을 참고하면 저항이 올라 갈수록 유리 표면 혹은 바인더로 추정되는 이미지(빨간색 원 영역)가 다수 관찰되었다. 이러한 현상은 저항이 커질수로 더 크고 더 진하게 관찰되었다.
그리고, 1.0K옴에서 비정형의 불순물로 추정되는 이미지(노란색 원 영역)가 관찰되었다.
B. 동일 배율 대비 저항별 이미지 분석 (10.0K)
그림 28을 참고하면 모든 시편에서 바인더로 추정되는 영역이 관찰되었으며, 크기와 모양도 다양하게 관찰되었다.
그리고, 배율증가에 따른 차이점은 관찰되지 않았다.
또한, CNT는 바인더가 노출되지 않은 부분에 한하여 배율과 시편의 종류에 관계없이 고르게 도포되어 있는 것이 관찰되었다.
C. 동일 배율 대비 저항별 이미지 분석 (30.0K)
그림 29를 참고하면 모든 시편에서 바인더로 추정되는 영역(화살표)이 관찰되었으며, 크기와 모양도 다양하게 관찰되었다.
그리고, 시편에 따른 CNT 도포 밀도 차이는 관찰되지 않았다.
또한, CNT는 바인더가 노출되지 않은 부분에 한하여 배율과 시편의 종류에 관계없이 고르게 도포되어 있음이 관찰되었다.
D. 바인더 노출 이미지 분석 (10.0K)
그림 30을 참고하면 바인더로 노출된 이미지가 600 및 1000옴 시편에서 관찰되었다.
그리고, 저항이 올라갈수록 이러한 부분은 더욱 넓게 관찰되었다.
결론적으로, 모든 영역에서 비정질의 전도성이 낮은 불순물이 다수 도포되어 있고, 400옴 이상에서 저항이 올라갈수록 많은 영역에서 바인더가 노출된 것으로 의심되는 이미지가 관찰되었으며, 저항이 커질수록 바인더로 의심되는 전도성이 낮은 영역이 넓게 분포된 것으로 관찰되었고, 1.0K 옴에서는 유리 파편으로 의심되는 이미지가 관찰되었으며, 5. CNT의 두께는 10~50 nm를 보이며 길이는 다양하게 존재하는 것으로 관찰되었다.
다음으로, 유리원판(1)에 코팅된 전극과 CNT에 대한 미세구조에 대해 설명한다.
하기 그림들은 유리원판(1)의 표면에 CNT가 도포된 시료에 대한 전자현미경 이미지 분석을 수행한 것이다.
분석장비는 Hitachi, S-4200, Japan을 사용하였고, 가속전압은 10KV이다.
시편은 유리원판(1) 표면에 전극(전도성 물질(10a,10b)) 두께별 시편 2종과 그 표면에 CNT 코팅된 시편 1종이다.
그리고, 유리원판(1) 표면에 도포된 전극 및 CNT 코팅된 시편을 파단하여 시편을 준비하였다.
또한, 전극과 CNT코팅된 시편의 표면 분석을 분석하고, 시편의 단면을 분석하여 전극 및 CNT 코팅두께 측정하였으며, 분석 방향의 기준은 코팅층을 위로하고, 전극의 전극구멍이 아래(6시방향)로 향한 상태를 기준으로 한다.
분석방법은 각 부분별 배율에 따른 이미지를 분석(0.5K~50.0K) 하였으며, 구체적으로, CNT 코팅 시편 (0.5~20.0K)과, 두꺼운 전극 시편 (0.5~20.0K) 및 얇은 전극 시편 (0.5~20.0K)을 분석하였다.
시편의 비교분석은 동일 배율로 관찰한 부분별 표면 분석과, 동일 배율로 관찰한 측면 분석(두께분석)을 수행하였다.
분석에 사용된 각 부분의 명칭은 도 에 도시하였다.
도 는 CNT 코팅된 시편의 분석 위치를 나타내는 도면이다.
가. 각 부분별 배율에 따른 이미지 분석(0.5K~50.0K)
A. CNT 코팅 시편(A 시편)의 표면 및 단면분석 (0.5K~20.0K)
(그림 31 검은 전극(음극) - CNT 코팅층이 제거된 전극 표면 분석 (좌) 100배, (우) 5,000배)
그림 31을 참고하면 수백 nm ~ 수 ㎛ 크기의 기공이 다수 존재하는 것이 관찰되었다.
그리고, 그림 31의 (우)를 참고하면 표면에 다수의 미세 기공(10nm 내외)이 관찰되었다.
(그림 32 검은 전극(음극) - CNT 코팅층이 제거된 전극 단면 분석(5000배))
그림 32를 참고하면 두께 6㎛ 내외 전극이 유리 표면에 코팅된 것이 관찰되었다.
그리고, 다공성이며 수십 nm ~ 수 ㎛ 로 다양한 크기가 관찰되었다.
(그림 33 CNT 코팅 표면 분석 영상)
그림 33을 참고하면 좌측 이미지는 전극이 없는 위치의 이미지로 CNT가 관찰되었다.
그리고, 오른쪽은 전극 위의 CNT 코팅층으로 CNT가 관찰되지 않았다.
(그림 34 CNT 코팅된 위치에 따른 단면분석 영상)
그림 34를 참고하면 (좌) 플레이트 위에 880㎚ 내외의 코팅된 CNT 층이 관찰되었다.
그리고, (우) 플레이트 위에 6㎛ 내외의 전극이 관찰되었다.
또한, (우) 전극층 위에 900㎚ 내외의 층이 관찰되었다.
그리고, (우) 표면에 CNT의 형상이 거의 사라진 것이 관찰되었다.
또한, (우) carbon으로 추정되는 층이 관찰됨되었고, 층간분리가 관찰되었다.
(그림 35 적색 전극(양극) - CNT 코팅층이 제거된 전극 표면 분석 (좌) 100배, (우) 5,000배)
그림 35를 참고하면 음극과 동일한 표면 이미지가 관찰되었다.
그리고, 수백 nm ~ 수 ㎛ 크기의 기공이 다수 존재하는 것이 관찰되었다.
또한, 표면에 다수의 미세 기공(10 nm 내외)이 관찰되었다. (그림 35의 우측 이미지 참고)
(그림 36 적색 전극(양극) - CNT 코팅층이 제거된 전극 단면 분석 (5000배))
그림 36을 참고하면 두께 6㎛ 내외의 전극이 유리 표면에 코팅된 것이 관찰되었다.
그리고, 다공성이며 수십 nm ~ 수 ㎛ 로 다양한 크기인 것이 관찰되었다.
또한, 비교적 균질한 두께로 코팅층이 생성되어 있는 것이 관찰되었다.
(그림 37 위치별 CNT 표면 분석 영상)
그림 37을 참고하면 좌측 이미지는 양극에 인접한 전극이 없는 위치의 이미지로 CNT가 관찰되었다.
그리고, 오른쪽은 양극 위의 CNT 코팅층으로 음극과 동일하게 CNT가 관찰되지 않았다.
(그림 38 위치별 단면분석 영상)
그림 38을 참고하면 (좌) 플레이트 위에 900㎚ 내외의 코팅된 CNT 층이 관찰되었다.
그리고, (우) 플레이트 위에 6㎛ 내외의 전극이 관찰되었다.
또한, (우) 전극층 위에 900㎚ 내외의 CNT 층이 관찰되었다.
그리고, (우) 표면에 CNT의 형상이 음극과는 달리 관찰되었다.
또한, 양극과 CNT 층간 분리가 관찰되었다.
(그림 39 유리원판(1) 위의 전극표면 분석 영상)
그림 39를 참고하면 전극을 이루는 전도성 소재의 성상은 동일하게 관찰되었다.
그리고, 표면에 생성된 미세 기공의 크기가 음극이 보다 작고 많이 분포하는 것이 관찰되었다.
또한, 양극의 경우 음극에 비해 큰 미세기공이 적게 분포되어 있는 것이 관찰되었다.
(그림 40 유리원판(1) 위의 전극 단면 분석 영상)
그림 40을 참고하면 단면 분석결과 두 극의 전극 두께 및 형상이 유사한 모습을 보이는 것으로 관찰되었다.
B. 두꺼운 전극 시편(B 시편) 코팅의 표면 및 단면분석 (0.5~20.0K)
(그림 41 B 시편의 좌측 전극 표면 분석영상)
그림 41을 참고하면 A 시편의 전극 표면에서 관찰되었던 미세기공이 관찰되지 않았다.
그리고, 전극을 이루는 입자간 공극 및 형상은 A 시편의 전극과 동일한 것으로 관찰되었다.
또한, 부분적인 공극이 다수 관찰되었다. 그러나 표면의 미세 기공은 관찰되지 않았다.
(그림 42 시편의 좌측 전극 단면영상)
그림 42를 참고하면 6㎛ 내외의 전극 코팅층이 관찰되었다.
그리고, 내부에 다수의 기공이 관찰되었다.
또한, 시료 표면에 미세기공은 관찰되지 않았다.
그리고, 비교적 균등하게 코팅층을 이루고 있는 것으로 관찰되었다.
(그림 43 B 시편의 좌측 전극 표면 분석영상)
그림 43을 참고하면 A 시편의 전극 표면에서 관찰되었던 미세기공이 관찰되지 않았다.
그리고, 전극을 이루는 입자간 공극 및 형상은 A 시편의 전극과 동일한 것으로 관찰되었다.
또한, 부분적인 공극이 다수 관찰되었다. 그러나 표면의 미세 기공은 관찰되지 않았다.
(그림 44 B 시편의 우측 전극 단면영상)
그림 44를 참고하면 6㎛ 내외의 전극 코팅층이 관찰되었다.
그리고, 내부에 다수의 기공이 관찰되었다.
또한, 시료 표면에 미세기공은 관찰되지 않았다.
또한, 비교적 균등하게 코팅층을 이루고 있는 것으로 관찰되었다.
C. 얇은 전극 시편(C 시편) 코팅의 표면 및 단면분석 (0.5~20.0K)
(그림 45 C 시편의 좌측 전극 표면 분석영상)
그림 45를 참고하면 A 시편의 전극 표면에서 관찰되었던 미세기공이 관찰되지 않았다.
그리고, 전극을 이루는 입자간 공극 및 형상은 A 시편의 전극과 동일한 것으로 관찰되었다.
또한, 부분적인 공극이 다수 관찰됨 그러나 표면의 미세 기공은 관찰되지 않았다.
(그림 46 C 시편의 좌측 전극 단면영상)
그림 46을 참고하면 6㎛ 내외의 전극 코팅층이 관찰되었다.
그리고, 내부에 다수의 기공이 관찰되었다.
또한, 시료 표면에 미세기공은 관찰되지 않았다.
그리고, 비교적 균등하게 코팅층을 이루고 있는 것으로 관찰되었다.
(그림 47 C 시편의 우측 전극 표면 분석영상)
그림 47을 참고하면 A 시편의 전극 표면에서 관찰되었던 미세기공이 관찰되지 않았다.
그리고, 전극을 이루는 입자간 공극 및 형상은 A 시편의 전극과 동일한 것으로 관찰되었다.
또한, 부분적인 공극이 다수 관찰됨 그러나 표면의 미세 기공은 관찰되지 않았다.
(그림 48 C 시편의 우측 전극 단면영상)
그림 48을 참고하면 6㎛ 내외의 전극 코팅층이 관찰되었다.
그리고, 내부에 다수의 기공이 관찰되었다.
또한, 시료 표면에 미세기공은 관찰되지 않았다.
그리고, 비교적 균등하게 코팅층을 이루고 있는 것으로 관찰되었다.
나. 시편 비교분석
A. 동일 배율로 관찰한 부분별 표면 분석
(그림 49 시편 표면 분석 비교 영상)
그림 49를 참고하면 A 시편의 표면에는 다량의 미세기공이 관찰되나 B, C 시편에는 관찰되지 않았다.
그리고, 시편의 종류와 상관없이 좌, 우 시편의 차이는 관찰되지 않았다.
B. 동일 배율로 관찰한 측면 분석(두께분석)
그림 50 시편 단면 분석 비교 영상
그림 50을 참고하면 A 시편의 표면에는 다량의 미세기공이 관찰되나 B, C 시편에는 관찰되지 않았다.
그리고, 시편의 종류와 상관없이 좌, 우 시편의 차이는 관찰되지 않았다.
결론적으로, A 시편 분석결과를 정리하면 CNT 코팅층이 제거된 전극에는 다수의 기공이 관찰되었다.
그리고, 전극 두께의 경우 약 6 ~ 7um 두께로 제조되어 있었으며, 큰 기공이 다수 존재하는 것으로 관찰되었다.
또한, CNT 코팅 층은 900㎚ ~ 1um 두께를 나타내고 있는 것으로 관찰되었다.
그리고, CNT 코팅층은 유리원판(1)의 표면에 코팅된 경우 CNT가 관찰되었다. 그러나 전극위에 코팅된 경우 음극의 경우에는 CNT가 관찰되지 않았고, 양극의 경우 다소간의 양은 줄었으나 CNT 형상이 관찰되었다.
또한, 음극에서 보다 많고 크기가 작은 미세 기공이 관찰되었다.
한편, B, C 시편 분석결과를 정리하면 전극 표면에 기공이 관찰되지 않았다.
그리고, 전극 두께의 경우 약 6 ~ 7um 두께로 제조되어 있었으며, 큰 기공이 다수 존재하는 것으로 관찰되었다.
또한, 좌,우 전극의 표면 미세구조 차이는 관찰되지 않았으며, 전극 두께도 유사한 것으로 관찰되었다.
한편, 시편별 비교 연구 분석결과를 정리하면 다수의 기공이 존재하는 것으로 관찰되었다.
그리고, 입자크기는 3가지 시편 모두 유사하게 관찰되었다.
또한, 단면의 두께는 유사하며, 내부에도 큰 기공이 다수 존재하고 있는 것으로 관찰되었다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1 : 유리원판 1a : 홀
2 : 보호유리 3 : 전선
10 : 전도성 물질 20 : 발열층
30 : 세척 건조기 31 : 컨베이어
32 : 세척부 33 : 건조부
40 : 열처리기 41 : 챔버
42 : 가열수단 43 : 집게부
44 : 수직봉 45 : 수평프레임
46 : 이송장치 50 : 냉각기
51 : 평판플레이트 52 : 분사노즐
60 : 가열 및 도포기 61 : 가열부
611 : 가열원 612 : 지지다리
62 : 왕복구동부 63 : 트롤리
64 : 스프레이부 65 : 레일부

Claims (5)

  1. 연마기기로 유리원판을 연마하는 연마단계;
    유리원판에 전류를 흐르게 하기 위한 전도성 물질을 인쇄하는 인쇄단계;
    상기 유리원판을 열처리기로 열처리하는 열처리단계;
    상기 열처리된 유리원판을 냉각기로 냉각시키는 냉각단계;
    상기 인쇄된 유리원판을 가열 및 도포기로 가열하면서, 통전에 의해 발열되는 발열층을 형성하기 위해 상기 유리원판 및 상기 전도성 물질 상에 CNT(Carbon Nano Tube) 잉크를 도포하여 코팅하는 코팅단계를 포함하고,
    상기 가열 및 도포기는,
    상기 유리원판이 적어도 하나 이상으로 안착되며, 상기 CNT 잉크에 포함된 수분을 증발시키도록 발열작동 하는 가열원을 포함하는 가열부;
    상기 가열부의 일측과 타측에 각각 배치되는 왕복구동부;
    상기 왕복구동부에 의해 상기 가열부에 위치한 유리원판의 상부를 왕복 주행하는 트롤리; 및
    상기 트롤리에 적어도 하나 이상으로 탑재되며, 상기 유리원판에 상기 CNT 잉크를 분사하는 스프레이부를 포함하고,
    상기 열처리기는,
    일면에 상기 유리원판이 출입하는 출입구가 형성되고, 내부에 상기 유리원판이 수용되는 수용공간이 형성된 챔버; 및
    상기 챔버의 내부 양측벽에 각각 배치되어 상기 유리원판을 사이에 두고 서로 대향되며, 열을 발생시키는 가열수단을 포함하고,
    상기 냉각기는,
    상기 챔버의 입구측에 배치되고, 상기 챔버에서 인출된 유리원판을 사이에 두고 서로 대향되게 배치되는 한 쌍의 평판플레이트; 및
    상기 평판플레이트에 서로 일정간격 이격되도록 배치되며, 상기 유리원판을 향해 냉기를 분사하는 복수개의 분사노즐을 포함하는 면상 발열체 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코팅단계 이후에,
    상기 전도성 물질에 전선을 각각 연결한 다음, PVB 필름을 통해 상기 유리원판에 그림, 문구, 로고 중 적어도 어느 하나 이상이 인쇄된 보호유리를 부착하는 부착단계가 더 포함되는 면상 발열체 제조방법.
  4. 제1항에 따른 면상 발열체 제조방법에 의해 제조되는 면상 발열체로서,
    전극이 형성된 유리원판; 및
    상기 유리원판 상에 CNT 잉크가 코팅되어 통전에 의해 발열되는 발열층을 포함하되,
    상기 유리원판을 연마기기로 연마한 후, 열처리기로 열처리 한 다음, 냉각기로 냉각된 이후에 상기 발열층이 상기 유리원판에 형성되며,
    상기 발열층은,
    상기 유리원판이 안착되는 가열부와, 상기 가열부의 일측과 타측에 각각 배치되는 왕복구동부와, 상기 왕복구동부에 의해 상기 가열부 상에 안착된 유리원판의 상부를 왕복 주행하는 트롤리 및 상기 트롤리에 적어도 하나 이상으로 탑재되며 상기 유리원판 상에 CNT 잉크를 분사하는 스프레이부를 포함하는 가열 및 도포기에 의해 형성되되, 상기 CNT 잉크는 상기 유리원판이 가열된 상태 또는 가열과 동시에 분사되면서 내재된 수분이 증발되어 상기 발열층으로 형성되고,
    상기 열처리기는,
    일면에 상기 유리원판이 출입하는 출입구가 형성되고, 내부에 상기 유리원판이 수용되는 수용공간이 형성된 챔버; 및
    상기 챔버의 내부 양측벽에 각각 배치되어 상기 유리원판을 사이에 두고 서로 대향되며, 열을 발생시키는 가열수단을 포함하고,
    상기 냉각기는,
    상기 챔버의 입구측에 배치되고, 상기 챔버에서 인출된 유리원판을 사이에 두고 서로 대향되게 배치되는 한 쌍의 평판플레이트; 및
    상기 평판플레이트에 서로 일정간격 이격되도록 배치되며, 상기 유리원판을 향해 냉기를 분사하는 복수개의 분사노즐을 포함하는 면상 발열체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유리원판에 부착되며, 그림, 문구, 로고 중 적어도 어느 하나 이상이 인쇄된 보호유리를 더 포함하는 면상 발열체.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR940003420A (ko) 1992-07-21 1994-02-21 박원근 고분자-카본블랙 복합계 저항체를 이용한 면상 발열체 및 그 제조방법
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