KR20060005966A - 발열소자 - Google Patents

Abstract

고온처리없이, 싸게 제조된, 열충격의 내구성이 우수한 발열소자를 제공한다.

투명기판(2)과, 투명기판(2)의 이면에 형성되는 도전성 박막(3)과, 도전성 박막(3)의 이면의 양단부에 설치되는 단책(短冊)모양의 전극부(4)와, 도전성 박막(3)과 전극부(4)와의 사이에 설치되어, 도전성 박막(3)과 전극부(4)를 접합하는 도전성 고정재(5)를 구비하는 발열소자(1)로서, 도전성 고정재(5)는 전극부(4)의 길이방향을 따라 복수 설치되며, 도전성 고정재(5)의 각각의 사이에 공극부(6)가 설치된다.

도전성 고정재, 발열소자, 전극부, 공급부, 코드, 투명기판, 땜납

Description

발열소자{EXOTHERMIC DEVICE}

도1은 본 발명에 관한 발열소자의 구성을 나타내는 사시도이다.

도2의 (a)는 도1의 A-A선의 단면도, (b)는 다른 실시형태의 구성을 나타내는 단면도이다.

도3의 (a)는 종래의 발열소자의 구성을 나타내는 사시도, (b)는 (a)의 B-B선의 단면도이다.

(부호의 설명)

1 발열소자

2 투명기판

3 도전성 박막

4 전극부

5 도전성 고정재

6 공극부

본 발명은, 주택과 오피스의 유리창, 슈퍼와 컨비니어 스토어 등에 설치되어 있는 업무용 냉장고의 전면에 배치되는 유리문 등에 사용되는 발열소자에 관한 것이다.

종래, 예컨대 주택과 오피스의 유리창, 슈퍼와 컨비니어 스토어 등에 설치되어 있는 업무용 냉장고의 전면에 배치되는 유리문 등에 이용되는 유리소자에 있어서는, 특히 동계(冬季)에 있어서의 실내외의 온도차, 또는 냉장고 안밖의 큰 온도차에 의해, 유리소자의 표면에서는 결로(結露)가 발생하기 쉽다. 또 창가에서는 찬 하강기류(콜드 드래프트) 이외, 창을 통한 열관류에 의한 실내온도의 저하와 불균일(믹싱로스 현상)이 일어나기 쉽다. 그 때문에, 이와 같은 유리소자에서는, 그 표면에 발생하는 결로, 콜드 드래프트 및 믹싱로스 현상을 억제하기 위해서, 유리소자를 구성하는 유리기판에, 통전에 의해 발열가능하게 되는 금속박막의 코팅층을 일체로 부설하여 이루어지는 것이 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에서는 도3(a), (b)에 나타내는 바와 같이, 유리기판(12)의 이면에 일체로 형성된, 통전에 의해 발열이 자유롭게 되는 금속박막의 코팅층(13)의 양단부에서, 전원에 도통하게 되는 금속제의 전극부(14)를 파판(波板)모양으로 한 후에, 그 파판모양으로 되는 전극부(14)의 파판모양의 상단측을 상방으로 돌출시키면서 도전성 고정재(15)에 의해 일체로 고지(固持)함과 동시에, 소성 또는 가열하는 것에 의해 상기 파판모양으로 한 전극부(14)를 도전성 고정재(15)를 통해서 코팅층(13)에 대해서 단속적으로 접합해 이루어지는 유리소자(11)가 제안되어 있다.

(특허문헌 1) 특허제3376544호(제1난 제11행~제2난 제4행, 도1)

그러나, 특허문헌 1의 유리소자(11)에서는, 통전에 의한 코팅층(13)의 발열, 이른바 열충격에 의해, 유리기판(12)과 도전성 고정재(15)의 양자가 가열되어 열팽창한다. 이때, 유리기판(12)과 도전성 고정재(15)의 열팽창율이 현저하게 다르므로, 양자간의 열팽창에 큰 차이가 발생하고, 유리기판(12)의 표면에 형성된 코팅층(13)과 도전성 고정재(15)와의 접합부에 응력이 가해지게 된다. 그리고, 유리소자(11)에서는, 도전성 고정재(15)가 코팅층(13)(유리기판(12))의 한변에서 다른변에 걸쳐 단책(短冊)모양으로 형성되어 있기 때문에, 도전성 고정재(15)와 코팅층(13)과의 접합면적이 크게 되며, 특히, 도전성 고정재(15)의 접합부 단면에 가해지는 응력이 큰 것으로 된다.

또한, 장기간의 유리소자(11)의 사용에 있어서는, 이와 같은 열충격이 유리소자(11)에 반복해서 가해지게 된다. 따라서, 코팅층(13)과 도전성 고정재(15)와의 접합부에 큰 응력이 반복해서 가해지게 되며, 접합부에 균열 또는 공극이 발생해, 도전성 고정재(15)가 코팅층(13)으로부터 박리한다. 이와 같은 박리가 생기면 도전성 고정재(15)에 의해 고지된 전극부(14)와 코팅층(13)과의 접합이 균일하게 되지 않으며, 코팅층(13)으로의 통전을 확실하게 행할 수 없게 되며, 경우에 따라서는 전극부(14)의 단선, 코팅층(13)의 국소적 이상발열 등의 불합리가 발생한다. 따라서, 특허문헌 1의 유리소자(11)는 열충격의 내구성이 충분하지 않다는 문제가 있다.

또한, 상기의 박리 등을 방지하기 위해서는, 도전성 고정재(15)로서 고온형 도전성 고정재를 사용하여, 코팅층(13)으로의 접합력을 높일 필요가 있다. 그러나, 상기 유리창 또는 유리문에 통상 사용되고 있는 유리소자(11)에 있어서는, 고온형 도전성 고정재의 소성시의 고온에 의해, 유리기판(12)에 휘어짐이 발생해 버리며, 유리소자(11)의 외관이 불량하게 된다는 문제가 있다. 또 고온처리의 설비가 필요하게 되어, 제조비용이 높게 된다는 문제가 있다.

본 발명은 상기의 문제를 감안한 것으로, 고온처리 없이, 싼 가격으로 제조된 열충격의 내구성이 우수한 발열소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항1의 발명은, 투명기판과, 상기 투명기판의 이면에 형성되는 도전성 박막과, 상기 도전성 박막의 이면의 양단부에 설치되는 단책모양의 전극부와, 상기 도전성 박막과 상기 전극부와의 사이에 설치되며, 상기 도전성 박막과 상기 전극부를 접합하는 도전성 고정재를 구비하는 발열소자로서, 상기 도전성 고정재는 상기 전극부의 길이방향을 따라 복수 설치되고, 상기 도전성 고정재의 각각의 사이에 공극부가 설치되는 발열소자로서 구성한 것이다.

상기 구성에 의하면, 리드선 등을 통해서 전극부에 통전하면, 도전성 고정재를 통해서, 투명기판에 형성되는 도전성 박막에 통전되고, 도전성 박막이 발열하여, 투명기판이 가열되어 투명기판에의 결로, 콜드 드래프트 및 믹싱로스 현상이 억제된다. 이 도전성 박막의 발열시, 상기 도전성 고정재가 전극부의 길이방향을 따라 복수 설치되며, 도전성 고정재의 각각의 사이에 공극부가 설치되는 것에 의해, 투명기판에 형성되는 도전성 박막에 접합하는 도전성 고정재의 면적이 작게 되 며, 도전성 고정재와 투명기판과의 열팽창율의 차이에 의해 생기는 도전성 고정재의 변형량, 특히 도전성 고정재의 단면부에서의 변형량이 작게 된다. 그 결과, 도전성 박막과 도전성 고정재와의 접합부에 가해지는 응력이 작게 된다.

또한, 도전성 박막과 도전성 고정재와의 접합부에 가해지는 응력이 작기 때문에, 접합부에서의 접합력을 높일 필요가 없으므로, 도전성 고정재로서 고온형도전성 고정재가 아니라, 수지 베이스의 저온형 도전성 고정재를 사용하는 것이 가능하게 된다.

또한, 청구항2의 발명은, 상기 도전성 고정재의 각각의 이면에 설치되고, 상기 도전성 고정재와 상기 전극부를 접합하는 도전성 접착재를 더 구비하는 발열소자로서 구성한 것이다. 상기 구성에 의하면, 접착력이 높은 도전성 접착재에 의해, 전극부와 도전성 고정재와의 접합이 이루어진다. 그 결과, 도전성 고정재의 접합불량에 기인한 전극부의 박리 등의 발생이 없어진다. 또 도전성 고정재가 건조처리에 의해 경화한 후, 도전성 접착재를 통해서 전극부의 접합이 행해지기 때문에, 접합작업을 하기 쉽게 된다.

다음에, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도1은 발열소자의 구성을 나타내는 사시도, 도2의 (a)는 도1의 A-A선의 단면도, (b)는 다른 실시형태의 구성을 나타내는 단면도이다.

도1, 도2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 발열소자(1)는 투명기판(2)과, 도전성 박막(3)과, 단책모양의 전극부(4)와, 복수의 도전성 고정재(5)를 구비하며, 인접하는 도전성 고정재(5, 5)의 사이에 공극부(6)가 설치되는 것이다. 이 하, 각 구성에 대해서 설명한다.

(투명기판)

투명기판(2)은 사각형 모양의 판상체이다. 투명기판(2)의 형상은, 사각형 모양에 한정되지 않고 발열소자(1)가 사용되는, 예컨대 주택과 오피스의 유리창, 슈퍼와 컨비니어 스토어 등에 설치되어 있는 업무용 냉장고의 전면에 설치되는 유리문의 형상에 대응한 형상을 취하는 것이 가능하다. 또 투명기판(2)은 유리, 유리 이외의 세라믹, 내열성 플라스틱 등으로 이루어지며, 내구성 등이 우수하다는 점에서 유리가 바람직하다. 또한 유리제의 투명기판(2)으로서는, 열선반사유리, 열선흡수유리, 저방사유리, 강화유리, 페어유리 등이 사용되며, 열차단성 등이 우수하다는 점에서 페어유리가 바람직하다. 이 페어유리의 사용에 의해, 발열소자(1)를 동계에 사용했을 때의 찬 하강기류(콜드 드래프트) 및 열관류에 의한 실내온도의 저하와 불균일(믹싱로스 현상)의 발생을 더 한층 억제할 수 있다.

(도전성 박막)

도전성 박막(3)은 투명기판(2)의 이면에 형성되며, 통전에 의해 발열이 자유롭게 되는 것이다. 그리고, 도전성 박막(3)의 발열에 의해, 투명기판(2)이 가열되어 발열소자(1)에의 결로, 콜드 드래프트 및 믹싱로스 현상의 발생이 억제된다. 또 도전성 박막(3)의 형성영역은, 투명기판(2) 이면의 거의 전면이 바람직하다. 그러나, 발열소자(1)에의 결로, 콜드 드래프트 및 믹싱로스 현상의 발생이 억제되면, 투명기판(2)의 일부만의 형성이라도 된다. 여기서, 「이면」이란, 발열소자(1)가 유리창의 경우에서의 「실내측」을 의미하고, 「표면」은 「실외측」을 의미한다. 이하, 「이면」및 「표면」의 기재는 상기의 의미로 사용한다.

도전성 박막(3)은 금, 은 등의 금속, 산화인듐, 산화주석, 산화티탄, 산화탄탈 등의 금속산화물, 또는 이들의 혼합물(예컨대, 산화인듐과 산화주석과의 혼합물인 ITO 등)로 이루어지는 박막으로서, 도전성 등이 우수하다는 점에서 산화주석으로 이루어지는 박막이 바람직하다. 또 도전성 박막(3)은 상기 박막의 단층뿐만 아니라, 상기 박막을 복수 적층한 적층막으로 구성해도 된다. 또 도전성 박막(3)의 형성방법으로서는, 이온 플레팅, 스퍼터링 등의 물리적 증착(PVD)법, 열CVD, 플라즈마CVD 등의 화학적 증착(CVD)법, 또는 인쇄법, 도포법 등 종래 공지의 방법으로 형성하는 것이 바람직하다. 그리고, 도전성 박막(3)의 막두께는 200~500㎚가 바람직하며, 막두께가 200㎚미만에서는 박막 강도가 저하하기 쉬우며, 막두께가 500㎚를 초과하면 박막형성의 작업성이 저하하기 쉽다.

(전극부)

전극부(4)는, 도전성 박막(3)의 이면의 양단부에 설치되는 단책모양의 전극막이다. 전극부(4)의 배치는 상하방향 또는 좌우방향의 양단부의 어느쪽이라도 좋지만, 후기하는 통전을 위한 코드(7)의 설치를 고려하여, 좌우방향의 양단부가 바람직하다. 또 전극부(4)는 동, 크롬, 니켈, 은 등으로 이루어지는 전극막이며, 도전성 등이 우수하다는 점에서 동(銅)제의 전극막이 바람직하다. 또한 전극막의 막두께는 0.2~0.5㎜가 바람직하다. 그리고, 전극부(4)는 그 단부에 도시하지 않은 전원에 접속된 코드(7)가 땜납(8)으로 접속되며, 그 코드(7)로 통전하는 것에 의해, 후기하는 도전성 고정재(5)를 통해서 도전성 박막(3)에 전압인가(통전)하고 있다.

(도전성 고정재, 공극부)

도전성 고정재(5)는 도전성 박막(3)과 전극부(4)의 사이에 설치되며, 단책모양의 전극부(4)의 길이방향을 따라 복수 설치되어 있다. 또 이 복수의 도전성 고정재(5)의 각각의 사이에, 공극부(6)가 설치되어 있다. 즉 전극부(4)의 길이방향을 따라 소정간격(공극부(6))을 두고, 복수의 도전성 고정재(5)가 블록모양으로 설치되어 있다. 그러므로, 도전성 고정재(5)와 도전성 박막(3)(투명기판(2))과의 접합부가 복수 형성되며, 결과적으로, 1블록의 접합면적이 작게 된다. 또 도전성 박막(3)의 발열에 의해 도전성 고정재(5) 및 투명기판(2)이 가열되었을 때, 도전성 고정재(5) 및 투명기판(2)의 열팽창율의 차이에 기인하여 접합부에 가해지는 응력은, 그 접합면적에 비례한다. 따라서, 접합면적이 작게 되면, 접합부에 가해지는 응력이 작게 되며, 접합부에 균열 또는 공극이 발생되지 않고, 도전성 고정재(5)의 도전성 박막(3)(투명기판(2))으로부터의 박리를 억제할 수 있다.

또한, 도전성 고정재(5)는 도전 페이스트로 이루어지며, 본 발명에서는, 상기와 같이 접합부에 가해지는 응력이 작기 때문에, 수지 베이스의 저온형 도전 페이스트를 사용할 수 있다. 그리고, 저온형 도전 페이스트는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지 또는 실리콘 수지 등으로, 은, 팔라듐, 금, 백금, 동, 니켈 또는 이들의 합금 등의 금속분말, 또는, 그들의 혼합물을 혼합한 것으로서, 도전성 고정재(5)와 투명기판(2)과의 열팽창율의 차이를 고려하여, 도전성, 밀착성이 우수한 것을 적절하게 선택한다. 바람직하게는, 에폭시 수지에 은분말을 혼합한 은 페이스트이다.

또한, 도전성 고정재(5)(공극부(6))의 형상 및 사이즈는, 전극부(4)의 형상 및 사이즈와 거의 같은 것이 바람직하다. 또 도전성 고정재(5)(공극부(6))의 폭은, 도통불량의 발생을 방지하기 때문에, 전극부(4)의 폭보다 크게 설정하는 것이 바람직하다. 그러나, 도전성 및 밀착성이 저하하지 않으면, 상기 형상 및 사이즈에 한정되는 것은 아니다.

또한, 도전성 고정재(5)에 의한 도전성 박막(3)과 전극부(4)와의 접합방법은, 도전성 박막(3)의 이면의 양단부에, 연화(軟化)한 상태의 도전성 고정재(5)를 소정간격(공극부(6))을 두고 직선모양의 복수 개소에 소정량 도포하며, 그 도포된 도전성 고정재(5)의 위(이면)에 전극부(4)를 얹어, 건조처리에 의해, 도전성 고정재(5)를 경화시키는 것에 의해 행해진다.

다음에, 본 발명의 발열소자의 다른 실시형태에 대해서 설명한다. 도2의 (b)에 나타내는 바와 같이 발열소자(1a)는 투명기판(2)과 도전성 박막(3)과, 단책모양의 전극부(4)와, 도전성 고정재(5)와, 전극성 접착재(9)를 구비하며, 도전성 고정재(5)의 사이에 공극부(6)가 설치되는 것이다. 투명기판(2), 도전성 박막(3), 전극부(4), 도전성 고정재(5) 및 공극부(6)에 대해서는, 상기 발열소자(1)(도2(a) 참조)와 동일하므로 설명은 생략한다.

(도전성 접착재)

도전성 접착재(9)는 도전성 고정재(5)의 각각의 이면에 설치되며, 도전성 고정재(5)과 전극부(4)를 접합하는 것이다. 또 도전성 접착재(9)는 땜납 또는 상기 저온형 도전 페이스트로 이루어지며, 접착력이 높고, 접합작업이 용이하다는 점에 서 땜납이 바람직하다. 그리고, 저온형 도전 페이스트는 상기 도전성 고정재(5)에 사용한 것에 비해 접착성에 있어서 높은 것을 사용한다.

또한, 도전성 접착재(9)에 의한 도전성 고정재(5)와 전극부(4)와의 접합방법은, 도전성 고정재(5)가 경화한 후, 그 경화한 도전성 고정재(5)의 각각의 이면에 도전성 접착재(9)를 소정량 도포하고, 그 도전성 접착재(9)의 위(이면)에 전극부(4)를 얹어, 도전성 접착재(9)를 경화시키는 것에 의해 행해진다. 이 접착력이 높은 도전성 접착재(9)에 의해, 도전성 고정재(5)와 전극부(4)와의 접합력이 높게 되며, 전극부(4)의 도전성 고정재(5)로부터의 박리 등이 없어지게 된다. 또 도전성 고정재(5)가 건조처리에 의해 경화한 후, 도전성 접착재(9)를 통해서 전극부(4)의 접합이 행해지므로, 접합작업이 하기 쉽게 된다.

(실시예)

다음에, 본 발명의 효과를 확인한 실시예에 대해서 설명한다.

실시예1로서, 도2의 (b)에 나타내는 구성의 발열소자(1a)를 제작했다.

(투명기판)

투명기판(2)으로서는, 폭100㎜×길이100㎜×두께22㎜(판두께 6㎜유리/공기층10㎜/판두께 6㎜유리)의 페어유리를 사용했다.

(도전성 박막)

도전성 박막(3)으로서는, 산화주석을 사용했다. 그리고, CVD로 페어유리의 이면에 막두께 약 300㎚의 산화주석막을 성막했다.

(도전성 고정재, 공극부)

도전성 고정재(5)로서는, 은 페이스트(토우쿠라카세이세이)를 사용했다. 그리고, 도전성 박막(3)의 양단부에, 1㎜의 간격(공극부(6))으로 직선모양의 7개소에, 폭7㎜×길이9㎜×판두께40~60㎛의 은 페이스트를 블록모양으로 도포해, 건조처리(100℃)하여 경화시킨다.

(도전성 접착재)

도전성 접착재(9)로서는, 땜납을 사용했다. 그리고, 경화한 은 페이스트의 각각의 위(이면)에 도포했다.

(전극부)

전극부(4)로서는, 폭5㎜×길이70㎜×두께0.2㎜의 동박을 사용했다. 그리고, 땜납이 도포된 은 페이스트의 위(이면)에 동박을 얹어, 땜납을 경화시켜서 동박을 은 페이스트의 위(이면)에 접합했다.

비교예1로서, 도전성 박막(3)의 양단부에 도전성 고정재(5)를 폭7㎜×길이70㎜로 단책모양으로 도포하며, 공극부(6)를 설치하지 않는 것 이외에는, 상기 실시예1과 같은 구성의 발열소자를 상기와 같은 방법으로 제작했다.

다음에, 이하의 열충격성 시험을 행하고, 그 결과를 표1에 나타낸다.

(열충격성 시험)

발열소자를 -30℃의 냉장고에서 30분간 유지후, 온장고로 바꿔넣어(바꿔넣는 시간 5분간), 80℃의 온장고에서 30분간 유지하는 열사이클을 1사이클로 했다. 그리고, 발열소자에 열 사이클을 100, 200, 300, 500 또는 1000 사이클 부하한 후, 발열소자의 외관을 눈으로 관측하여, 은 페이스트의 페어유리(산화주석막)로부터의 박리의 유무를 확인했다. 표1에서 박리가 없는 것이 「0」, 박리가 있는 것을 「×」로 했다.

	열충격성 시험(사이클)
	100	200	300	500	1000
실시예1	0	0	0	0	0
비교예	0	0	×	×	×

표1에 나타내는 바와 같이, 실시예1의 발열소자(1a)는 열사이클을 1000 사이클 부하해도, 박리가 발생하지 않았다. 또한 비교예1의 발열소자는 열사이클이 300 사이클 이상에서, 박리가 발생했다. 따라서, 실시예1의 발열소자(1a)는 열충격의 내구성이 우수하다는 점이 확인되었다.

본 발명에 의하면, 도전성 고정재가 복수 설치되며, 도전성 고정재의 각각의 사이에 공극부가 설치되는 것에 의해, 도전성 박막과 도전성 고정재와의 접합부에 가하는 응력이 작게 되므로, 발열소자를 장기간에 걸쳐 사용해도, 열충격에 기인한 접합부의 균열 또는 공극이 발생하지 않아 도전성 고정재의 박리가 생기지 않는다. 따라서, 열충격의 내구성에 우수한 발열소자를 제공하는 것이 가능하게 된다. 또 도전성 고정재로서 저온형 도전성 고정재를 사용하여 발열소자가 제조되기 때문에, 고온처리 없이, 싸게 제조된 발열소자를 제공하는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명에 의하면, 도전성 접착재를 구비하는 것에 의해, 전극부의 박리가 없으며, 또한 접합작업이 간단하게 되므로, 발열소자의 작업비용이 더 한층 저감되며, 더 한층 싼 발열소자를 제공하는 것이 가능하게 된다.

Claims (2)

1. 투명기판과,

   상기 투명기판의 이면에 형성되는 도전성 박막과,

   상기 도전성 박막의 이면의 양단부에 설치되는 단책(短冊)모양의 전극부와,

   상기 도전성 박막과 상기 전극부와의 사이에 설치되며, 상기 도전성 박막과 상기 전극부를 접합하는 도전성 고정재를 구비하는 발열소자로서,

   상기 도전성 고정재는 상기 전극부의 길이방향을 따라 복수 설치되고, 상기 도전성 고정재의 각각의 사이에 공극부가 설치되는 것을 특징으로 하는 발열소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 도전성 고정재의 각각의 이면에 설치되고, 상기 도전성 고정재와 상기 전극부를 접합하는 도전성 접착재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 발열소자.

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