KR20120021525A - 필름히터 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발열량이 균일하게 분포되어 발열효율이 높고, 유연성 및 형태안정성이 우수한 필름히터 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
이를 위해 본 발명에서는 제1절연필름과; 상기 제1절연필름의 외측면에 길이 방향을 따라 감기어 전원공급에 의해 열을 발산하는 발열선과; 상기 제1절연필름과 발열선의 상하면을 커버하여 밀착되는 제2 및 제3절연필름과; 상기 제2 및 제3절연필름의 일측을 통하여 상기 발열선의 양단과 연결된 전선; 및 상기 제2 및 제3절연필름의 외측면을 휘감아 싸서 고정하는 절연테이프를 포함하는 필름히터가 개시된다.

Description

필름히터 및 그 제조방법{FILM HEATER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 필름히터 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 발열량이 균일하게 분포되어 발열효율이 높고, 유연성 및 형태안정성이 우수한 필름히터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
면상발열체의 한 형태인 필름히터는 전기 통전에 의해 발생하는 복사열을 이용하고 있어 온도조절이 용이하고 공기가 오염되지 않아 위생적이며 소음이 없기 때문에 히팅 매트나 패드, 이불 등의 침구류에 이용되며, 건물의 난방장치, 각종 산업용 가열장치, 농업용 건조설비, 도로나 주차장의 결빙방지장치, 레저용이나 방한용 의류, 가전제품 등에도 폭넓게 활용되고 있다.
필름히터를 구성하는 발열체의 소재로는 금속발열체, 비금속발열체, 기타발열체로 나눌 수 있는 데, 초기 발열체의 주류는 Fe-Cr-Al계, Ni-Cr계, 고융점 금속(Pt,Mo,W,Ta 등)의 금속발열체를 이용한 봉상형 히터였으며, 비금속발열체의 재질로는 탄화규소, 몰리브덴 실리사이드(MoSi2), 란탄크로마이트(LaCrO2), 탄소, 지르코니아(ZrO2) 등이 이용되며, 기타발열체로는 세라믹스 재질과 탄산바륨 등이 있다.
최근의 필름히터는 대부분 후막 저항을 이용한 직접 통전형 발열체로, 고분자 절연필름에 열전도도가 좋고 열팽창계수가 낮은 카본블랙이나 카본섬유를 코팅 및 인쇄한 후 전극을 부착하고, 전기적인 절연 및 방수 기능과 함께 표면 보호를 위한 절연필름을 라미네이팅 처리하여 유연성을 가지도록 성형한 형태가 주로 사용되고 있다.
이러한 필름히터의 예로는 미국특허 제4,250,398호, 제4,960,979호, 일본공개특허공보 5-144554호, 대한민국 등록실용신안공보 20-0324833호 등을 들 수 있다.
그런데 이와 같은 필름히터는 접착제 도포와 라미네이팅 공정이 수반되므로 접착제의 도포상태, 발열체의 표면상태 및 라미네이팅 작업조건 등의 여러 요인에 의해서 접착면의 전체 영역에 걸쳐 완전한 접착이 이루어지기 어려워 발열체와 절연필름 사이가 들뜨는 부분이 존재할 수밖에 없을 뿐만 아니라 심한 경우 접착력이 약한 부분의 절연필름이 사용 도중에 박리되는 현상이 종종 발생된다.
또한, 카본블랙 후막 발열체의 경우에는 금속발열체에 비하여 상대적으로 전기전도성, 열전도성, 내열성, 내식성, 내마모성 및 윤활성 등과 같은 전기적?물리적 특성이 우수하나 페인팅 공정으로 인해 두께의 균일성에 문제가 있을 수 있으며, 후막용 페이스트를 카본블랙 분말과 바인더를 혼합하여 만들기 때문에 휘발이나 연소 정도에 따라 전기비저항이 변하며, 장시간 사용 시 바인더가 거의 휘발되어 발열체에 균열이 발생되고, 이로 인해 전기저항이 급격히 증가하여 발열특성이 현저히 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
이에 따라 고분자 내에 카본블랙 분말이나 입자 형상의 금속분말, 인듐 산화물이나 주석 산화물 같은 전도성 필러(Filler)를 분산시키거나 이들을 조합하여 분산시킨 전도성 고분자 발열시트가 개발되었으나 카본블랙 분말을 분산시킨 발열시트가 우수한 발열특성을 나타내기 위해서는 발열시트 내에서 카본블랙 분말들 간의 연속적인 접촉이 이루어져 높은 전기전도성이 확보되어야만 하기 때문에 많은 양의 카본블랙을 분산시켜야 하는 데다 카본블랙 분말의 함량을 변화시킬 수 있는 범위가 제한받게 되어 발열특성을 다양하게 변화시키는 데 제약을 받는 등의 문제점이 있다.
또한, 금속분말을 분산시킨 경우에는 금속분말 표면에 전기부도체인 산화물층이 형성됨에 따라 발열시트의 전기저항이 매우 증가하여 거의 발열이 되지 않을 수도 있으며, 금속성 산화물은 고가이며 전기비저항이 높기 때문에 발열특성이 떨어지는 결점이 있다.
더욱이 종래의 필름히터는 형태안전성 및 밀착성이 미흡하여 굴곡 부위나 유동성이 요구되는 것에는 제대로 적용할 수 없는 한계가 따랐다.
이에 본 발명자는 상술한 제반 사항 및 문제점 해결에 역점을 두어 새로운 형태의 필름히터를 개발하고자 심혈을 기울여 연구하던 중 본 발명을 창안하여 완성하게 되었다.
따라서 본 발명의 목적은 금속발열체를 적용하여 발열량의 분포가 균일하고 발열효율 및 유연성이 우수할 수 있도록 하는 필름히터 및 그 제조방법을 제공하는 데 있는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 형태안정성이 뛰어나 변형된 상태를 안정적으로 유지할 수 있도록 하는 필름히터 및 그 제조방법을 제공하는 데 있는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 제1절연필름과; 상기 제1절연필름의 외측면에 길이 방향을 따라 감기어 전원공급에 의해 열을 발산하는 발열선과; 상기 제1절연필름과 발열선의 상하면을 커버하여 밀착되는 제2 및 제3절연필름과; 상기 제2 및 제3절연필름의 일측을 통하여 상기 발열선의 양단과 연결된 전선; 및 상기 제2 및 제3절연필름의 외측면을 휘감아 싸서 고정하는 절연테이프를 포함하는 필름히터를 제공한다.
또한, 본 발명의 상기 제1절연필름은 길이 방향의 양단부에 권취홈이 다수 형성된 필름히터를 제공한다.
또한, 본 발명의 상기 제1 내지 제3절연필름과 절연테이프는 폴리이미드(Polyimide)로 형성된 필름히터를 제공한다.
그리고 본 발명은 (가) 제1절연필름의 일면에 두 개의 고형필름 중 일부분을 겹친 상태로 그 고형필름들의 테두리가 상기 제1절연필름의 테두리와 대응되게 밀착시키는 공정; (나) 상기 제1절연필름과 고형필름들의 외측면 길이 방향을 따라 일정한 간격을 두고 발열선을 여러 번 감아서 그 양단이 상기 제1절연필름의 일측으로 돌출되게 위치시키는 공정; (다) 상기 고형필름들의 길이 방향 양측을 가압하여 두 개의 고형필름이 완전히 겹쳐지도록 하거나 그 양측의 테두리가 상기 제1절연필름의 테두리 내측으로 들어가도록 한 후, 상기 제1절연필름 및 발열선에서 분리하는 공정; (라) 상기 발열선의 양단에 전선을 각각 연결하는 공정; (마) 상기 제1절연필름과 발열선 및 발열선의 양단과 연결된 전선 일부분의 상하면에 제2 및 제3절연필름을 가접착하는 공정; (바) 상기 제2 및 제3절연필름의 외측면을 절연테이프로 휘감아 싸서 고정시키는 공정을 포함하는 필름히터 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 상기 제2 및 제3절연필름의 크기는 상기 제1절연필름의 크기보다 크게 형성된 필름히터 제조방법을 제공한다.
상술한 바와 같은 과제 해결 수단 및 구성을 갖춘 본 발명은 금속발열체를 적용함으로 인해 발열량의 분포가 균일하고 발열효율이 우수하여 발열특성을 다양하게 변화시킬 수 있을 뿐만 아니라 사용에 따른 형태안정성과 유연성이 뛰어나 응력에 의해 변형된 상태를 자연스럽고 안정적으로 유지하여 굴곡 부위나 유동성이 요구되는 것 등의 다양한 형태에 견고하게 밀착되는 매우 유리한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 발열체 부착을 위한 접착제 도포나 라미네이팅, 페인팅, 프린팅 등의 공정이 배제되고, 테이핑 공정에 의해 절연필름 및 발열선 전체에 완전한 결속이 이루어지기 때문에 사용 과정에서 발열선과 절연필름 사이가 들뜨거나 절연필름이 박리되는 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시례에 따른 필름히터를 부분적으로 절개한 상태를 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명의 실시례에 따른 필름히터의 요부 확대단면도,
도 3은 본 발명의 실시례에 따른 필름히터의 요부 평면도,
도 4a 내지 4f는 본 발명의 실시례에 따른 필름히터의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정도,
이하, 본 발명에 따른 실시례를 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
이에 앞서, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 개념과 기술분야에서 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.
또한, 본 발명과 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시례에 따른 필름히터를 부분적으로 절개한 상태를 나타낸 구성도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 실시례에 따른 필름히터의 요부 확대단면도 및 평면도로서, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시례에 따른 필름히터는 제1 내지 제3절연필름(10/20/30), 발열선(40), 전선(50) 및 절연테이프(60)를 포함하여 구성된다.
먼저, 제1 내지 제3절연필름(10/20/30)은 내열성이 양호하고 유연성이 우수한 열가소성 수지로써 직사각형 등의 외형과, 대략 0.5mm ~ 1mm 두께의 얇은 박막 형태로 형성되어 있다.
여기서, 열가소성 수지의 예로는 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 아크릴, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등을 들 수 있다.
특히 폴리이미드(Polyimide) 소재로 제1 내지 제3절연필름(10,20,30)을 형성할 경우, 영상 400도 이상의 고온이나 영하 269도의 저온을 견디는 높은 열 안정성과 뛰어난 유연성, 굴곡성, 내화학성, 내마모성 및 효과적인 기계적 특성을 발휘하며, 열악한 환경에서 안정적인 성능 유지할 수 있게 된다.
그리고 제1절연필름(10)의 길이 방향의 양단부에는 발열선(40)이 동일한 간격을 균일하게 유지하여 인접하는 발열선과 서로 접촉되는 것을 방지하기 위한 권취홈(11)이 일정한 간격을 두고 사선 형태로 다수 형성되어 있다.
또한, 제2 및 제3절연필름(20/30)은 제1절연필름(10)과 발열선(40)을 안정적으로 커버 및 보호하기 위해 제1절연필름(10)의 크기 및 폭보다 크게 형성되어 있다. 즉, 제1절연필름(10)의 상하 및 좌우 폭은 제2 및 제3절연필름(20/30)의 상하 및 좌우 폭보다 약간 좁게 형성되어 있다.
이러한 제1 내지 제3절연필름(10/20/30)은 전기적 절연은 물론 발열선(40)의 배열 패턴을 지지 및 보호하는 역할과 동시에 내부로 수분이나 이물질이 유입되는 것을 방지한다.
발열선(40)은 전원의 공급에 의해 열을 발산하여 가열 대상물을 가열하는 것으로, 전선(Wire) 또는 박막(Foil) 형태로 제공되어 제1절연필름(10)의 외측면에 길이 방향을 따라 일정 간격을 두고 지그재그 형태로 감겨 있다.
즉, 발열선(40)은 제1절연필름(10)의 길이 방향 양단부에 형성된 권취홈(11)을 통해 인접하는 발열선과 전기적인 접촉 없이 안정적으로 감긴 상태를 유지하게 된다.
이러한 발열선(40)으로는 단면의 형상이 원형 또는 직사각형인 니크롬선 등과 같은 여러 종류의 금속발열체를 사용할 수 있다.
전선(50)은 발열선(40)에 전원을 공급하기 위한 것으로, 발열선(40)의 양단과 전기적으로 연결되어 있다.
이러한 전선(50)으로는 구리선과 같이 전류가 흐르는 도체의 표면에 테프론 등의 수지가 피복된 통상의 전선을 사용할 수 있다.
절연테이프(60)는 제2 및 제3절연필름(20/30)의 외측면을 휘감아 싸서 고정하는 것으로, 제1 내지 제3절연필름(10/20/30)과 동일한 소재로 이루어져 전기적 절연은 물론 필름히터의 형태를 견고하게 고정 및 보호하는 역할과 동시에 내부로 수분이나 이물질이 유입되는 것을 방지하게 된다.
이러한 절연테이프(60)로는 대상물의 고정을 위해 일면 또는 양면에 점착제가 도포된 통상의 박막형 절연용 테이프를 사용할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시례에 따른 필름히터는 니크롬선 등의 금속발열체를 발열선(40)으로 배열하고 제1 내지 제3절연필름(10/20/30)으로 지지 및 커버함으로써 발열량의 분포가 균일하고 발열효율이 우수하며, 형태안정성과 유연성이 뛰어나 응력에 의해 변형된 상태를 자연스럽고 안정적으로 유지하여 사용에 따른 밴딩이 용이함은 물론이고, 급격한 밴딩에도 발열선(40)이 단선되지 않아 안정적인 발열을 기대할 수 있게 된다.
따라서 본 발명의 실시례에 따른 필름히터는 가열 대상물의 외형에 따라 탄력적으로 대응하여 'ㄱ', 'ㄷ', 'ㅁ', 'O', 'L', 'U', 'P', 'W', 'S', 'Z', 'N', 'M', 'C', 'V', 'D', 'J' 자형 등과 같은 다양한 형태로 유연하고 자연스럽게 변형시켜 설치할 수 있고, 아울러 효율적이고 우수한 발열 성능을 발휘할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시례에 따른 필름히터의 제조방법을 도 4a 내지 4f를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
여기서, 본 발명의 실시례에 따른 필름히터의 제조방법 중 상술한 필름히터의 실시례와 동일 또는 유사한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하며, 그에 대한 반복적인 설명은 생략한다.
먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 제1절연필름(10)의 일면 바람직하게는 저면에 두 개의 박판형 고형필름(70) 중 서로 마주하는 일부분을 겹친 상태로 그 고형필름(70)들의 테두리가 제1절연필름(10)의 테두리와 대응되도록 밀착시킨다.
이 과정에서 두 개의 고형필름(70)을 겹치지 않고 양측에서 가압 시 미끄러지면서 쉽게 포개지게끔 서로 엇각의 형태로 마주하도록 할 수도 있음은 물론이다.
여기서, 고형필름(70)으로는 제1 내지 제3절연필름(10/20/30)과 같이 두께가 얇은 아크릴 수지 등을 이용할 수 있고, 제1절연필름(10)의 좁은 쪽 폭과 동일한 폭을 가지며 제1절연필름(10)의 길이 방향 폭보다 1/3정도 짧은 폭으로 형성된 것을 사용할 수 있다.
이러한 고형필름(70)은 제1절연필름(10)이 유연하게 휘어지는 소재의 특성상 발열선(40)을 안정적인 형태로 감기가 어렵기 때문에 이를 일시적으로 보완 및 보강하기 위한 용도로 사용되는 것이다.
다음으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 제1절연필름(10)과 고형필름(70)들의 외측면 길이 방향을 따라 일정한 간격을 두고 발열선(40)을 여러 번 감아서 발열선(40)의 양단이 제1절연필름(10)의 동일한 일측으로 돌출되도록 위치시킨다.
이때, 발열선(40)은 제1절연필름(10)의 양단부에 일정한 간격을 두고 형성된 권취홈(11)에 부분적으로 삽입된 형태로 감을 수 있으므로 인접하여 감기는 발열선과 서로 접촉되는 것을 방지할 수 있게 된다.
다음으로, 도 4c에 도시된 바와 같이, 고형필름(70)들의 길이 방향 양측을 가압하여 두 개의 고형필름(70)이 완전히 겹쳐지도록 하거나 그 양측의 테두리가 제1절연필름(10)의 테두리 내측으로 들어가도록 한 후, 이에 의해 벌어진 틈새를 통해 제1절연필름(10) 및 발열선(40)에서 고형필름(70)들을 분리한다.
이때, 제1절연필름(10)과 발열선(40)은 일방으로 약간 볼록하게 휘어진 상태가 되므로 고형필름(70)들을 제거한 후에는 원래의 형태대로 판판하게 펴주어야 한다.
다음으로, 도 4d에 도시된 바와 같이, 발열선(40)의 돌출된 양단에 전선(50)의 피복을 일부 제거하여 각각 연결한다.
다음으로, 도 4e에 도시된 바와 같이, 제1절연필름(10)과 발열선(40) 및 발열선(40)의 양단과 연결된 전선(50) 일부분의 상하면에 제1절연필름(10)의 상하 및 좌우 폭보다 큰 폭의 제2 및 제3절연필름(20/30)을 일시적으로 가접착한다.
즉, 제2 및 제3절연필름(20/30)의 대향면에 양면테이프나 접착제 등을 부분적으로 부착 및 도포하여 제2 및 제3절연필름(20/30)이 제1절연필름(10)과 발열선(40)에 대하여 자유로이 유동되는 것을 방지한다.
이러한 가접착은 제2 및 제3절연필름(20/30) 등이 유동되면 절연테이프(60)를 안정적인 형태로 감기가 어렵고 서로 뒤틀릴 수 있기 때문에 이를 잡아주기 위해서 처리하는 것이다.
다음으로, 도 4f에 도시된 바와 같이, 제2 및 제3절연필름(20/30)의 외측면을 절연테이프(60)로 촘촘하고 매끈하게 휘감아 싸서 마무리한다.
여기서, 절연테이프(60)는 제2 및 제3절연필름(20/30)의 길이 방향 폭과 동일한 폭으로 형성된 것을 사용할 수도 있다.
이와 같은 본 발명의 실시례에 따른 필름히터 제조공정에 의해 발열량의 분포가 균일하고 발열효율이 우수하여 발열특성을 다양하게 변화시킬 수 있고, 사용에 따른 형태안정성이 매우 뛰어나고 유연성이 월등한 필름히터를 얻을 수 있다.
게다가 본 발명은 발열체 부착을 위한 접착제 도포나 라미네이팅, 페인팅, 프린팅 등의 공정이 필요 없고, 아울러 절연테이프(60)를 휘감아 싸는 공정을 통해 제1 내지 제3절연필름(10/20/30) 및 발열선(40)이 견고하게 결속되므로 사용 과정에서 발열선(40)과 제2 및 제3절연필름(20/30)의 사이가 들뜨거나 제2 및 제3절연필름(20/30)이 분리되는 현상을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 실시례 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 안에서 치환 및 균등한 타 실시례로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어서 명백할 것이다.
10: 제1절연필름
11: 권취홈
20: 제2절연필름
30: 제3절연필름
40: 발열선
50: 전선
60: 절연테이프
70: 고형필름

Claims (5)

  1. 제1절연필름과;
    상기 제1절연필름의 외측면에 길이 방향을 따라 감기어 전원공급에 의해 열을 발산하는 발열선과;
    상기 제1절연필름과 발열선의 상하면을 커버하여 밀착되는 제2 및 제3절연필름과;
    상기 제2 및 제3절연필름의 일측을 통하여 상기 발열선의 양단과 연결된 전선; 및
    상기 제2 및 제3절연필름의 외측면을 휘감아 싸서 고정하는 절연테이프;
    를 포함하는 필름히터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1절연필름은 길이 방향의 양단부에 권취홈이 다수 형성된 것을 특징으로 하는 필름히터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3절연필름과 절연테이프는 폴리이미드(Polyimide)로 형성된 것을 특징으로 하는 필름히터.
  4. 다음의 각 공정으로 이루어지는 필름히터 제조방법.
    (가) 제1절연필름의 일면에 두 개의 고형필름 중 일부분을 겹친 상태로 그 고형필름들의 테두리가 상기 제1절연필름의 테두리와 대응되게 밀착시키는 공정;
    (나) 상기 제1절연필름과 고형필름들의 외측면 길이 방향을 따라 일정한 간격을 두고 발열선을 여러 번 감아서 그 양단이 상기 제1절연필름의 일측으로 돌출되게 위치시키는 공정;
    (다) 상기 고형필름들의 길이 방향 양측을 가압하여 두 개의 고형필름이 완전히 겹쳐지도록 하거나 그 양측의 테두리가 상기 제1절연필름의 테두리 내측으로 들어가도록 한 후, 상기 제1절연필름 및 발열선에서 분리하는 공정;
    (라) 상기 발열선의 양단에 전선을 각각 연결하는 공정;
    (마) 상기 제1절연필름과 발열선 및 발열선의 양단과 연결된 전선 일부분의 상하면에 제2 및 제3절연필름을 가접착하는 공정;
    (바) 상기 제2 및 제3절연필름의 외측면을 절연테이프로 휘감아 싸서 고정시키는 공정.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2 및 제3절연필름의 크기는 상기 제1절연필름의 크기보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 필름히터 제조방법.
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