KR20180126795A

KR20180126795A - 발열 부재 제조 방법 및 이에 의해 제조되는 발열 부재

Info

Publication number: KR20180126795A
Application number: KR1020170061646A
Authority: KR
Inventors: 조만호
Original assignee: 주식회사 화진
Priority date: 2017-05-18
Filing date: 2017-05-18
Publication date: 2018-11-28
Also published as: KR101934957B1

Abstract

본 발명은 발열 부재에 관한 것으로서, 베이스 부재; 상기 베이스 부재의 상면에 배치되어 있으며, 전원의 양극에 연결될 수 있는 양극부와, 전원의 음극에 연결될 수 있으며 상기 양극부와 분리되어 있는 음극부를 포함하는 전극층; 상기 베이스 부재의 상면에 배치되어 상기 음극부와 상기 양극부를 전기적으로 연결하는 열가변 저항층으로서, 특정한 온도 구간에서 온도가 상승하면 저항값이 증가하는 정온계수(Positive Temperature Coefficient) 특성을 구비하는 PTC 저항층; 상기 PTC 저항층의 상면에 배치되어 있으며, 상기 PTC 저항층을 전기적으로 절연시키는 절연층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 급격한 온도 상승을 방지하는 "자기 온도 조절"이 가능하고, 외부의 습기나 이물질로부터 안전한 발열 부재를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

PTC 저항층을 구비한 발열 부재 및 그 제조 방법{Heating Members with a PTC resistance layer and A Method for Manufacturing the same}

본 발명은 발열 부재에 관한 것으로서, 특히 급격한 온도 상승을 방지하는 "자기 온도 조절"이 가능하고, 외부의 습기나 이물질로부터 안전한 발열 부재에 관한 것이다.

PTC 저항체 또는 PTC 서미스터(thermistor)는, 특정한 온도 구간에서 온도가 상승하면 저항값이 급격히 증가하는 정온계수(Positive Temperature Coefficient; PTC) 특성을 구비하는 열가변(Thermally variable) 저항의 일종으로서, 열가변 저항기라고도 하며, 정온 전선, 과전류 차단용 보호장치, 회로 보호소자, 가열기 등으로 이용된다.

상기 PTC 저항체는, 일반적으로 결정성 고분자를 포함하는 베이스 폴리머와, 상기 베이스 폴리머의 내부에 분산된 카본블랙, 카본파이버, 금속, 흑연 등의 전도성 물질을 포함하는데, 온도가 상승하면 상기 베이스 폴리머의 체적이 팽창하게 되고, 그 베이스 폴리머의 팽창에 의하여 상기 전도성 물질의 도전 버스가 절단됨으로써 저항이 상승함으로써 발열량이 감소하게 되고, 반대로 온도가 하강하면 상기 베이스 폴리머의 체적이 수축하여 저항이 감소함으로써 다시 발열량이 증가하기 시작하는 선순환 메커니즘을 가진다.

특히 상기 PTC 저항체는, 발열체와 온도센서, 컨트롤러의 세 가지 작용을 겸비하고 있으므로, 과열 위험이 없는 자기 제어 히터를 구성할 수 있는 효과가 있다.

한편, 한국등록특허공보(등록번호 10-1684260)에는 이러한 PTC 저항을 사용한 PTC히터 조립체(100)가 개시되어 있다. 이 PTC히터 조립체(100)는, PTC소자(120)를 사이에 두고 일측과 타측에 각각 배치되는 한 쌍의 터미널 프레임(110)과, 상기 한 쌍의 터미널 프레임(110) 테두리 둘레를 감싸는 절연프레임(130)을 구비하고 있다.

그러나 상기 종래의 PTC히터 조립체(100)는, 비교적 상기 터미널 프레임(110) 및 절연프레임(130) 등의 무게가 무겁고, 복수의 가열챔버(21)를 구비한 하우징 덮개(20) 등의 장착 구조가 필요하므로, 전체적인 장치의 무게와 설치 공간이 증가하고, 설치 장소도 제약되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 급격한 온도 상승을 방지하는 "자기 온도 조절"이 가능하고, 외부의 습기나 이물질로부터 안전하도록 구조가 개선된 발열 부재를 제공하기 위함이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 발열 부재를 제조하는 방법을 제공하기 위함이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 발열 부재는, 베이스 부재; 상기 베이스 부재의 상면에 배치되어 있으며, 전원의 양극에 연결될 수 있는 양극부와, 전원의 음극에 연결될 수 있으며 상기 양극부와 분리되어 있는 음극부를 포함하는 전극층; 상기 베이스 부재의 상면에 배치되어 상기 음극부와 상기 양극부를 전기적으로 연결하는 열가변 저항층으로서, 특정한 온도 구간에서 온도가 상승하면 저항값이 증가하는 정온계수(Positive Temperature Coefficient) 특성을 구비하는 PTC 저항층; 상기 PTC 저항층의 상면에 배치되어 있으며, 상기 PTC 저항층을 전기적으로 절연시키는 절연층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 PTC 저항층은, 결정성 고분자를 포함하는 베이스 폴리머; 카본블랙, 카본파이버, 금속, 흑연을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하며, 상기 베이스 폴리머의 내부에 분산되어 있는 전도성 물질;을 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 PTC 저항층은 5 내지 300μm 의 두께를 가지는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 베이스 부재는, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르, 나일론, 에폭시, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리비닐클로라이드, 폴리올레핀, 프로필렌글리콜, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 베이스 부재는, 시트 형상의 베이스 필름; 상기 베이스 필름의 상면에 미리 정한 두께로 형성되는 프라이머층;을 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 베이스 부재는, 시트 형상의 베이스 필름; 상기 베이스 필름의 하면에 결합되며 미리 정한 두께로 형성되는 구조재:를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 양극부와 상기 음극부는, 빗살 형태로 나열되어 있는 다수 개의 가지 전극; 상기 다수 개의 가지 전극들의 일단부를 전기적으로 연결하는 줄기 전극;을 포함하며, 상기 양극부의 가지 전극과 상기 음극부의 가지 전극은, 교대로 나열되어 있으며, 상기 양극부의 줄기 전극과 상기 음극부의 줄기 전극의 사이에, 상기 다수 개의 가지 전극들이 나열되어 있는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 전극층은, 은(Ag) 분말을 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 전극층은 0.1 내지 30Ω의 저항을 가지는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 전극층은 0.5 내지 100μm 의 두께를 가지는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 절연층은 0.5 내지 100μm 의 두께를 가지는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 절연층의 상면에 배치되어 있으며, 수압 전사 인쇄법에 의하여 미리 정한 무늬로 형성되는 수압 전사 무늬층을 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 절연층의 상면에 미리 정한 두께로 형성되는 보호층을 더 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 자동차의 실내 장식을 위한 내장용 부재로 사용될 수 있는 것이 바람직하다.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 발열 부재 제조 방법은, 베이스 부재를 마련하는 베이스 부재 마련 단계; 상기 베이스 부재의 상면에, 전원의 양극에 연결될 수 있는 양극부와, 전원의 음극에 연결될 수 있으며 상기 양극부와 이격되어 있는 음극부를 포함하는 전극층을 형성하는 전극층 형성 단계; 상기 베이스 부재의 상면에, 상기 음극부와 상기 양극부를 전기적으로 연결하는 열가변 저항층으로서 특정한 온도 구간에서 온도가 상승하면 저항값이 증가하는 정온계수(Positive Temperature Coefficient) 특성을 구비하는 PTC 저항층을 형성하는 PTC 저항층 형성 단계; 상기 PTC 저항층의 상면에, 상기 PTC 저항층을 전기적으로 절연시키는 절연층을 형성하는 절연층 형성 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 전극층 형성 단계에서, 상기 전극층은, 은(Ag) 분말을 포함하는 은(Ag) 페이스트가 상기 베이스 부재의 상면에 도포된 후 건조됨으로써 형성되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 PTC 저항층 형성 단계에서, 상기 PTC 저항층은, 결정성 고분자를 포함하는 베이스 폴리머; 카본블랙, 카본파이버, 금속, 흑연을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하며 상기 베이스 폴리머의 내부에 분산되어 있는 전도성 물질;을 포함하는 전도성 페이스트가 상기 베이스 부재의 상면에 도포된 후 건조됨으로써 형성되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 전극층 형성 단계에서, 상기 전극층이 탄성 패드를 이용하는 패드 인쇄법에 의하여 상기 베이스 부재의 상면에 인쇄되고, 상기 PTC 저항층 형성 단계에서, 상기 PTC 저항층이 스크린 인쇄법에 의하여 상기 베이스 부재의 상면에 인쇄되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 베이스 부재는, 시트 형상의 베이스 필름; 상기 베이스 필름의 하면에 결합되는 구조재:를 포함하며, 상기 베이스 부재 마련 단계에서, 상기 구조재가 인서트 사출 공법에 의하여 상기 베이스 필름의 하면에 일체로 결합되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 베이스 부재; 상기 베이스 부재의 상면에 배치되어 있으며, 전원의 양극에 연결될 수 있는 양극부와, 전원의 음극에 연결될 수 있으며 상기 양극부와 분리되어 있는 음극부를 포함하는 전극층; 상기 베이스 부재의 상면에 배치되어 상기 음극부와 상기 양극부를 전기적으로 연결하는 열가변 저항층으로서, 특정한 온도 구간에서 온도가 상승하면 저항값이 증가하는 정온계수 특성을 구비하는 PTC 저항층; 상기 PTC 저항층의 상면에 배치되어 있으며, 상기 PTC 저항층을 전기적으로 절연시키는 절연층;을 포함하므로, 급격한 온도 상승을 방지하는 "자기 온도 조절"이 가능하고, 외부의 습기나 이물질로부터 안전한 발열 부재를 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 발열 부재를 제조하는 방법의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 도 1에 도시된 발열 부재 제조 방법에 따라 베이스 부재의 상면에 전극층이 형성된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 베이스 부재의 상면에 PTC 저항층이 형성된 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 PTC 저항층의 상면에 절연층이 형성된 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 절연층의 상면에 수압 전사 무늬층 및 보호층이 형성된 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 2에 도시된 베이스 부재의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 2에 도시된 베이스 부재의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 2에 도시된 전극층의 평면도이다.
도 9는 잉크판에 탄성 패드가 밀착된 상태를 나타내는 도면이다.

이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 발열 부재를 제조하는 방법의 일례를 설명하기 위한 흐름도이며, 도 2는 도 1에 도시된 발열 부재 제조 방법에 따라 베이스 부재의 상면에 전극층이 형성된 상태를 나타내는 단면도이다. 도 3은 도 2에 도시된 베이스 부재의 상면에 PTC 저항층이 형성된 상태를 나타내는 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발열 부재(100)는, 자동차용 실내 히터(heater) 및 배터리 보호용 히터에 사용될 수 있는 발열 부재로서, 베이스 부재(10)와, 전극층(20)과, PTC 저항층(30)과, 절연층(40)과, 수압 전사 무늬층(50)과, 보호층(60)을 포함하여 구성된다.

본 실시예에서는 상기 발열 부재(100)가, 자동차의 실내 장식을 위한 내장용 부재로 사용될 수 있는 패널(panel)형 발열 부재로 제조되며, 자동차의 암 레스트(arm rest), 도어(door)의 내측면, 대시보드(dashboard), 도어 트림(door trim) 등의 장식 부재로 사용될 수 있다.

상기 베이스 부재(10)는, 상기 발열 부재(100)의 기초가 되는 부재로서, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르, 나일론, 에폭시, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리비닐클로라이드, 폴리올레핀, 프로필렌글리콜, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나의 합성 수지를 사용하여 패널(panel)형으로 제조될 수 있다.

상기 베이스 부재(10)는, 평면형 패널(panel) 또는 곡면형 패널(panel)의 형상을 가질 수 있으며, 특정한 자동차 부품을 감쌀 수 있는 외피 부재 내지 케이스 형태로 제조될 수도 있다.

본 실시예에서, 상기 베이스 부재(10)는, 도 7에 도시된 바와 같이 베이스 필름(11)과 프라이머층(12)과 구조재(13)을 포함하는 베이스 부재(10b)이다.

상기 베이스 필름(11)은, 시트 형상의 유연(flexible)한 필름으로서, 본 실시예에서는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 열가소성 폴리우레탄(TPU; Thermo Plastic Polyurethane)을 사용하여 비교적 얇은 필름 형태로 제작된다.

상기 프라이머층(12)은, 상기 베이스 필름(11)의 상면에 미리 정한 두께로 형성되는 프라이머(primer)층으로서, 알키드 수지계 도료, 염화고무 수지계도료, 비닐 수지계 도료, 에폭시 수지계 도료, 폴리우레탄 수지계 도료, 아크릴 수지계 도료 등을 상기 베이스 필름(11)의 상면에 도포함으로써 5 내지 60㎛의 두께로 형성된다.

상기 구조재(13)는, 상기 베이스 필름(11)의 하면에 결합되며 미리 정한 두께로 형성되는 시트형 구조재로서, 상기 베이스 필름(11)에 비하여 상대적으로 두꺼운 두께를 가진다.

상기 구조재(13)는, ABS수지(acrylonitrile butadiene styrene resin), 폴리카보네이트(PC; polycarbonate), PC/ABS 혼합수지(polycarbonate/acrylonitrile butadiene styrene), 폴리부틸렌테레프탈레이트 (PBT; Polybutylen Terephthalate), 폴리우레탄 폼(foam), 부직포로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 합성 수지를 사용하여 제조될 수 있다.

상기 구조재(13)는, 상기 발열 부재(100)의 형상을 유지하거나, 외력을 감당할 수 있는 기능을 수행할 수 있다.

상기 전극층(20)은, 도 8에 도시된 바와 같이 양극부(20a)와 음극부(20b)를 구비하는 전극층으로서, 상기 베이스 부재(10)의 상면에 배치되어 있다.

상기 전극층(20)은, 스크린 인쇄법, 패드 인쇄법 등을 사용하여 상기 베이스 부재(10)의 상면에 인쇄될 수 있다. 본 실시예에서 상기 전극층(20)은 패드 인쇄법을 사용하여 상기 베이스 부재(10)의 상면에 인쇄된다.

상기 양극부(20a)는, 전원의 양극(+)에 연결될 수 있는 전극부로서, 줄기 전극(21)과 다수 개의 가지 전극(23)을 포함한다.

상기 줄기 전극(21)은, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 다수 개의 가지 전극(23)들의 상단부를 전기적으로 연결하는 수평 방향 전극으로서, 제1 중심축(C1)을 따라 길게 연장되어 있으며, 상기 베이스 부재(10)의 상단부에 배치되어 있다.

상기 가지 전극(23)은, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 베이스 부재(10)의 상단부로부터 하단부까지 제2 중심축(C2)을 따라 미리 정한 길이 만큼 연장되는 수직 방향 전극으로서, 상기 제1 중심축(C1)을 따라 미리 정한 간격만큼 이격된 상태로 상기 베이스 부재(10)의 상면에 빗살 형태로 나열되어 있다. 여기서 상기 제2 중심축(C2)은 상기 제1 중심축(C1)과 수직하게 교차한다.

따라서 상기 가지 전극(23)은 상기 줄기 전극(21)에 대하여 전기적으로 "병렬"로 연결되어 있다.

상기 음극부(20b)는, 전원의 음극(-)에 연결될 수 있는 전극부로서, 줄기 전극(22)과 다수 개의 가지 전극(24)을 포함하며, 상기 양극부(20a)로부터 분리되어 있다.

상기 줄기 전극(22)은, 상기 다수 개의 가지 전극(24)들의 하단부를 전기적으로 연결하는 수평 방향 전극으로서, 제1 중심축(C1)을 따라 길게 연장되어 있으며, 상기 베이스 부재(10)의 하단부에 배치되어 있다.

상기 가지 전극(24)은, 상기 베이스 부재(10)의 하단부로부터 상단부까지 상기 제2 중심축(C2)을 따라 미리 정한 길이 만큼 연장되는 수직 방향 전극으로서, 상기 제1 중심축(C1)을 따라 미리 정한 간격만큼 이격된 상태로 상기 베이스 부재(10)의 상면에 빗살 형태로 나열되어 있다.

상기 양극부(20a)의 가지 전극(23)과 상기 음극부(20b)의 가지 전극(24)은, 상기 제1 중심축(C1)을 따라 교대로 나열되어 있으며, 서로 미리 정한 간격만큼 이격되어 있다.

상기 다수 개의 가지 전극(23, 24)들은, 상기 양극부(20a)의 줄기 전극(21)과 상기 음극부(20b)의 줄기 전극(22)의 사이에 배치되어 있다.

상기 다수 개의 가지 전극(23, 24)들은, 상기 베이스 부재(10)의 상면을 거의 대부분 커버하고 있다.

상기 전극층(20)은, 50 내지 80% 중량비의 은(Ag) 분말을 포함하는 은(Ag) 페이스트가 상기 베이스 부재(10)의 상면에 도포된 후 건조됨으로써 형성된다.

본 실시예에서 상기 전극층(20)은 0.1 내지 30Ω의 저항을 가지는 것이 적절하다.

본 실시예에서 상기 전극층(20)은 0.5 내지 100μm의 두께를 가지는 것이 적절하다.

상기 PTC 저항층(30)은, 특정한 온도 구간에서 온도가 상승하면 저항값이 증가하는 정온계수(Positive Temperature Coefficient; PTC) 특성을 구비하는 열가변(Thermally variable) 저항층으로서, 상기 베이스 부재(10)의 상면에 배치되어 있다.

상기 PTC 저항층(30)은, 상기 음극부(20b)와 상기 양극부(20a)를 전기적으로 연결하도록, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 다수 개의 가지 전극(23, 24)들 사이의 이격 공간을 채우고 있다.

본 실시예에서 상기 PTC 저항층(30)은, 상기 전극층(20)의 상면을 완전히 덮을 수 있도록 형성되어 있다.

상기 PTC 저항층(30)은, 결정성 고분자를 포함하는 베이스 폴리머와, 카본블랙, 카본파이버, 금속, 흑연을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하며 상기 베이스 폴리머의 내부에 분산되어 있는 전도성 물질;을 포함하고 있다.

상기 PTC 저항층(30)은, 디핑법, 스프레이법, 스크린 인쇄법, 패드 인쇄법 등을 사용하여, 상기 전극층(20)의 상면에 형성될 수 있다.

본 실시예에서 상기 PTC 저항층(30)은, 스크린 인쇄법을 사용하여 카본블랙(carbon black)을 함유하는 전도성 카본 페이스트(carbon paste)가 상기 베이스 부재(10)의 상면에 도포된 후 건조됨으로써 형성된다.

본 실시예에서 상기 PTC 저항층(30)은, 수 kΩ 내지 수 MΩ의 저항을 가지는 것이 적절하다.

본 실시예에서 상기 PTC 저항층(30)은 5 내지 300μm 의 두께를 가지는 것이 적절하다.

상기 절연층(40)은, 상기 PTC 저항층(30)과 상기 전극층(20)을 전기적으로 절연시키고 외부의 습기나 이물질로부터 보호하기 위한 층으로서, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 PTC 저항층(30)의 상면에 배치되어 있다.

상기 절연층(40)은, 열경화성 수지, 열가소성 수지, UV경화 수지를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나의 합성 수지를 사용하여 형성시킬 수 있다.

본 실시예에서 상기 절연층(40)은 0.5 내지 100μm의 두께를 가지는 것이 적절하다.

상기 수압 전사 무늬층(50)은, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 절연층(40)의 상면에 수압 전사 인쇄법(Hydro transfer printing method)에 의하여 미리 정한 무늬를 가지도록 형성된 무늬층이다.

상기 수압 전사 인쇄법은, 수용액이 저장된 수조를 준비한 후 그 수용액의 수면 위에 미리 정한 무늬를 가지는 전사지(Transfer Printing film)을 띄운 상태에서, 전사지의 상부로부터 피전사물인 상기 절연층(40)이 형성된 베이스 부재(10)를 침강시킴으로써 수압에 의해 상기 피전사물의 표면에 상기 무늬를 인쇄하는 방법으로서, 당업자에게 널리 알려진 인쇄법이므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 보호층(60)은, 상기 수압 전사 무늬층(50)의 상면에 미리 정한 두께로 형성되는 보호층으로서, 상기 수압 전사 무늬층(50)을 보호하는 기능을 한다.

상기 보호층(60)은, 알키드 수지계 도료, 염화고무 수지계 도료, 비닐 수지계 도료, 에폭시 수지계 도료, 폴리우레탄 수지계 도료, 아크릴 수지계 도료 등을 상기 수압 전사 무늬층(50)의 상면 위에 도포함으로써 형성될 수 있다.

본 실시예에서 상기 보호층(60)은, 폴리우레탄(PU) 수지 또는 UV경화 수지 도료를 사용하여 형성되며, 상기 수압 전사 무늬층(50)의 적어도 일부가 외부에서 관찰될 수 있도록, 투명 또는 반투명 상태로 형성되어 있다.

이하에서는, 상술한 구성의 발열 부재(100)를 제조하는 방법의 일례를 설명하기로 한다.

먼저, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 사용하여 유연한 필름 형태로 상기 베이스 필름(11)을 제조한 후, 상기 베이스 필름(11)의 상면에 상기 프라이머층(12)을 형성한다. 이어서, 인서트 사출 공법에 의하여 상기 구조재(13)를 상기 베이스 필름(11)의 하면에 일체로 결합시킨다.

이어서, 상기 베이스 필름(11)을 고온으로 장시간 유지시킨 후 서서히 냉각하는 어닐링(annealing) 처리를 함으로써, 상기 베이스 부재(10)를 마련한다. 아래의 전극층 형성 단계(S200) 이전에 상기 어닐링(annealing)을 미리 수행함으로써, 추후 수행되는 건조 공정 등에서 상기 베이스 필름(11)이 추가적으로 열변형 되는 것이 방지될 수 있다. (베이스 부재 마련 단계; S100)

이렇게 상기 베이스 부재(10)를 마련한 후, 50 내지 80% 중량비의 은(Ag) 분말을 포함하는 은(Ag) 페이스트를 상기 프라이머층(12)의 상면에 도포한 후 50 내지 150℃의 온도하에서 건조시킴으로써, 0.5 내지 100μm 의 두께를 가지는 상기 전극층(20)을 형성시킨다.

이때, 도 9에 도시된 바와 같이 고무, 실리콘 고무, 아교 등과 같이 탄성을 가진 재질로 만들어진 탄성 패드(elastic pad)(1)를 사용하는 패드 인쇄법(pad printing method)에 의하여 상기 전극층(20)이 인쇄된다.

상기 패드 인쇄법(pad printing method)은, 탄성 패드로 제품에 인쇄를 하는 직접인쇄의 한 방법으로서, 상기 양극부(20a)와 음극부(20b)의 평면 형상과 동일한 형상의 잉크 수용부(3)를 구비한 잉크판(2)에 수용된 액상 잉크(4)를, 상기 탄성 패드(1)에 묻힌 후, 피인쇄체인 상기 프라이머층(12)의 상면에 전사하는 방법인데, 스크린 인쇄법(screen printing)과는 달리, 평면·곡면·오목면·볼록면 등이 있는 비교적 면적이 작고 복잡한 형상의 표면에도 정밀한 곡면 인쇄(curved surface printing)가 가능하다는 특징이 있다.

즉, 상기 잉크판(2)의 잉크 수용부(3)에 은(Ag) 페이스트를 포함하는 잉크(4)를 채운 후, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 탄성 패드(1)를 상기 잉크판(2) 방향으로 하강시켜 상기 잉크판(2)의 상면에 접촉시켰다가, 상기 탄성 패드(1)를 상승시키면 상기 잉크 수용부(3)에 수납된 잉크(4)가 상기 탄성 패드(1)의 하면에 부착하게 되고, 상기 잉크(4)가 부착된 탄성 패드(1)의 하면을 상기 프라이머층(12)의 상면에 접촉시켰다가 분리시키면, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 전극층(20)이 상기 프라이머층(12)의 상면에 형성된다. (전극층 형성 단계; S200)

이렇게 상기 전극층(20)이 형성된 후, 카본블랙(carbon black)을 함유하는 전도성 카본 페이스트(carbon paste)를 상기 베이스 부재(10) 및 상기 전극층(20)의 상면에 도포한 후 50 내지 150℃의 온도하에서 건조시킴으로써, 도 3에 도시된 바와 같이 5 내지 300μm 의 두께를 가지는 상기 PTC 저항층(30)을 형성한다.

이때, 비교적 큰 인쇄 면적에 유리한 스크린 인쇄법을 사용하여, 상기 PTC 저항층(30)이 상기 베이스 부재(10) 및 전극층(20)의 상면에 인쇄된다. (PTC 저항층 형성 단계; S300)

상기 PTC 저항층(30)을 형성한 후에, 스크린 인쇄법을 사용하여, 상기 PTC 저항층(30)의 상면에 상기 절연층(40)을 도포한 후 50 내지 150℃의 온도하에서 건조시킴으로써, 0.5 내지 100μm의 두께를 가지는 상기 절연층(40)을 형성시킨다.

상기 절연층(40)을 건조시킨 후, 상기 양극부(20a)와 음극부(20b)의 줄기 전극(21, 22)의 말단에 전원 공급을 위한 전선의 접속을 위하여 금속 단자(미도시)를 형성시킨다. 이때 프레스 리벳 압착 공법을 사용하며, 상기 금속 단자(미도시)의 방수 처리를 위하여 핫멜트 코팅, UV경화수지 코팅 등을 사용하여 마감한다. (절연층 형성 단계; S400)

이어서, 상기 절연층(40)의 상면에 수압 전사 인쇄법(Hydro transfer printing method)에 의하여 미리 정한 무늬를 가지는 수압 전사 무늬층(50)을 형성시킨다.

본 실시예에서는, 상기 수압 전사 무늬층(50)을 형성하기 위하여 천연 나뭇결을 모방한 우드 그레인(wood grain) 무늬가 인쇄된 전사지가 사용되고 있다. 상기 전사지는 그라비아 인쇄기법에 의하여 수용성 필름 위에 복수 개의 인쇄층을 가지도록 미리 제조되어 있다.

본 실시예에서, 도 5에는 상기 수압 전사 무늬층(50)이 상기 절연층(40)의 상면 전부를 커버하는 것으로 도시되어 있으나, 상기 절연층(40)의 상면 중 적어도 일부는 상기 수압 전사 무늬층(50)에 의하여 커버되지 않을 수도 있다. (수압 전사 단계; S500)

이렇게 상기 수압 전사 무늬층(50)을 형성한 후, 폴리우레탄(PU) 수지 도료를 상기 수압 전사 무늬층(50)의 상면에 미리 정한 두께로 도포한 후 건조하여 상기 보호층(60)을 형성시킨다.

본 실시예에서 상기 보호층(60)은 상기 수압 전사 무늬층(50)의 적어도 일부가 외부에서 관찰될 수 있도록, 투명 또는 반투명 상태로 형성된다. (보호층 형성 단계; S600)

상술한 구성의 발열 부재(100)는, 베이스 부재(10); 상기 베이스 부재(10)의 상면에 배치되어 있으며, 전원의 양극에 연결될 수 있는 양극부(20a)와, 전원의 음극에 연결될 수 있으며 상기 양극부(20a)와 분리되어 있는 음극부(20b)를 포함하는 전극층(20); 상기 베이스 부재(10)의 상면에 배치되어 상기 음극부(20b)와 상기 양극부(20a)를 전기적으로 연결하는 열가변 저항층으로서, 특정한 온도 구간에서 온도가 상승하면 저항값이 증가하는 정온계수(Positive Temperature Coefficient) 특성을 구비하는 PTC 저항층(30); 상기 PTC 저항층(30)의 상면에 배치되어 있으며, 상기 PTC 저항층(30)을 전기적으로 절연시키는 절연층(40);을 포함하므로, 별도의 온도센서나 온도제어장치 없이도 급격한 온도 상승을 방지하는 "자기 온도 조절"이 가능하고, 상기 전극층(20) 및 PTC 저항층(30)을 전기적으로 절연시키고 외부의 습기나 이물질로부터 보호할 수 있는 장점이 있다.

그리고 상기 발열 부재(100)는, 상기 PTC 저항층(30)이, 결정성 고분자를 포함하는 베이스 폴리머; 카본블랙, 카본파이버, 금속, 흑연을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하며, 상기 베이스 폴리머의 내부에 분산되어 있는 전도성 물질;을 포함하므로, 전도성 페이스트(paste)를 상기 베이스 부재(10)의 상면에 도포한 후 건조시킴으로써 간편하게 상기 PTC 저항층(30)을 형성할 수 있는 장점이 있다.

아울러 상기 발열 부재(100)는, 상기 베이스 부재(10)가, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르, 나일론, 에폭시, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리비닐클로라이드, 폴리올레핀, 프로필렌글리콜, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하므로, 필름 형태나 패널 형태 등 다양한 형상으로 상기 베이스 부재(10)를 가공할 수 있는 장점이 있다.

또한 상기 발열 부재(100)는, 상기 베이스 부재(10)가, 시트 형상의 베이스 필름(11); 상기 베이스 필름(11)의 상면에 미리 정한 두께로 형성되는 프라이머층(12);을 포함하므로, 상기 베이스 필름(11)의 상면의 평활성이 낮아 매끈하지 않은 경우에도, 상기 프라이머층(12)의 상면의 평활성을 상승시킬 수 있어, 상기 전극층(20) 및 PTC 저항층(30)을 매끈하게 형성시킬 수 있으며, 비교적 두께가 얇고 무게가 가벼우며, 필요한 설치 공간이 작으며 설치 장소에 제약이 거의 없는 장점이 있다.

그리고 상기 발열 부재(100)는, 상기 베이스 부재(10)가 시트 형상의 베이스 필름(11); 상기 베이스 필름(11)의 하면에 결합되며 미리 정한 두께로 형성되는 구조재(13):를 포함하므로, 상기 발열 부재(100)의 형상을 일정하게 유지하고, 외력을 감당할 수 있는 하중 감당 능력이 증가하는 장점이 있다.

또한 상기 발열 부재(100)는, 상기 양극부(20a)와 상기 음극부(20b)가, 빗살 형태로 나열되어 있는 다수 개의 가지 전극(23, 24); 상기 다수 개의 가지 전극(23, 24)들의 일단부를 전기적으로 연결하는 줄기 전극(21, 22);을 포함하며, 상기 양극부(20a)의 가지 전극(23)과 상기 음극부(20b)의 가지 전극(24)은, 교대로 나열되어 있으며, 상기 양극부(20a)의 줄기 전극(21)과 상기 음극부(20b)의 줄기 전극(22)의 사이에, 상기 다수 개의 가지 전극(23, 24)들이 나열되어 있으므로, 상기 베이스 부재(10)의 상면 전체에 상기 전극층(20)을 균일하게 배치할 수 있으며, 상기 가지 전극(23, 24)들 중 일부가 단선되더라도 상기 PTC 저항층(30)의 발열량에 큰 변화가 없다는 장점이 있다.

그리고 상기 발열 부재(100)는, 상기 전극층(20)이 은(Ag) 분말을 포함하므로, 은(Ag) 분말을 포함하는 은(Ag) 페이스트를 상기 베이스 부재(10)의 상면에 도포한 후 건조시킴으로써 다양한 평면 형상을 가지는 전극층(20)을 간편하게 형성시킬 수 있으며, 상기 전극층(20)의 저항값을 0.1 내지 30Ω으로 매우 낮게 유지할 수 있는 장점이 있다.

또한 상기 발열 부재(100)는, 상기 절연층(40)의 상면에 배치되어 있으며 수압 전사 인쇄법에 의하여 미리 정한 무늬로 형성되는 수압 전사 무늬층(50)을 포함하므로, 상기 수압 전사 무늬층(50)에 의하여 장식감이 우수하다는 장점이 있다.

그리고 상기 발열 부재(100)는, 상기 절연층(40)의 상면에 미리 정한 두께로 형성되는 보호층(60)을 더 포함하므로, 외부 충격에 의하여 상기 수압 전사 무늬층(50)이 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 상기 보호층(60)에 의한 장식 효과를 발생시킬 수 있는 장점이 있다.

또한 상기 발열 부재(100)는, 자동차의 실내 장식을 위한 내장용 부재로 사용될 수 있으므로, 자동차의 암 레스트(arm rest), 도어(door)의 내측면, 대시보드(dashboard), 도어 트림(door trim) 등의 장식 부재 또는 외피 부재로 사용됨과 동시에 난방 기능을 수행할 수 있는 장점이 있다. 특히 상기 발열 부재(100)는 내연 기관을 엔진으로 사용하지 않는 전기 자동차의 실내 난방기(Heater)로서 사용될 수 있는 장점이 있다.

한편, 상술한 발열 부재 제조 방법은, 시트 형상의 베이스 부재(10)를 마련하는 베이스 부재 마련 단계(S100); 상기 베이스 부재(10)의 상면에, 전원의 양극에 연결될 수 있는 양극부(20a)와, 전원의 음극에 연결될 수 있으며 상기 양극부(20a)와 이격되어 있는 음극부(20b)를 포함하는 전극층(20)을 형성하는 전극층 형성 단계(S200); 상기 베이스 부재(10)의 상면에, 상기 음극부(20b)와 상기 양극부(20a)를 전기적으로 연결하는 열가변 저항층으로서 특정한 온도 구간에서 온도가 상승하면 저항값이 증가하는 정온계수(Positive Temperature Coefficient) 특성을 구비하는 PTC 저항층(30)을 형성하는 PTC 저항층 형성 단계(S300); 상기 PTC 저항층(30)의 상면에, 상기 PTC 저항층(30)을 전기적으로 절연시키는 절연층(40)을 형성하는 절연층 형성 단계(S400);를 포함하므로, 급격한 온도 상승을 방지하는 자기 온도 조절이 가능하며, 상기 전극층(20) 및 PTC 저항층(30)을 전기적으로 절연시키고 외부의 습기나 이물질로부터 보호할 수 있는 발열 부재(100)를 대량으로 신속하게 제조할 수 있는 장점이 있다.

그리고 상기 발열 부재 제조 방법은, 상기 전극층 형성 단계(S200)에서, 상기 전극층이 은(Ag) 분말을 포함하는 은(Ag) 페이스트가 상기 베이스 부재(10)의 상면에 도포된 후 건조됨으로써 형성되므로, 다양한 평면 형상을 가지는 전극층(20)을 간편하게 형성시킬 수 있으며, 상기 전극층(20)의 저항값을 0.1 내지 30Ω으로 매우 낮게 유지할 수 있는 장점이 있다.

또한 상기 발열 부재 제조 방법은, 상기 PTC 저항층 형성 단계(S300)에서, 상기 PTC 저항층(30)이, 결정성 고분자를 포함하는 베이스 폴리머; 카본블랙, 카본파이버, 금속, 흑연을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하며 상기 베이스 폴리머의 내부에 분산되어 있는 전도성 물질;을 포함하는 전도성 페이스트가 상기 베이스 부재(10)의 상면에 도포된 후 건조됨으로써 형성되므로, 다양한 평면 형상을 가지는 PTC 저항층(30)을 간편하게 형성할 수 있는 장점이 있다.

그리고 상기 발열 부재 제조 방법은, 상기 전극층 형성 단계(S200)에서, 상기 전극층(20)이 탄성 패드(1)를 이용하는 패드 인쇄법에 의하여 상기 베이스 부재(10)의 상면에 인쇄되고, 상기 PTC 저항층 형성 단계(S300)에서, 상기 PTC 저항층(30)이 스크린 인쇄법에 의하여 상기 베이스 부재(10)의 상면에 인쇄되므로, 비교적 작은 인쇄 면적에 유리한 패드 인쇄법을 사용하여 상기 전극층(20)의 정밀한 인쇄를 수행하고, 비교적 큰 인쇄 면적에 유리한 스크린 인쇄법을 사용하여 상기 PTC 저항층(30)을 신속히 인쇄할 수 있는 장점이 있다.

또한 상기 발열 부재 제조 방법은, 상기 베이스 부재(10)가, 시트 형상의 베이스 필름(11); 상기 베이스 필름(11)의 하면에 결합되는 구조재(13):를 포함하며, 상기 베이스 부재 마련 단계(S100)에서, 상기 구조재(13)가 인서트 사출 공법(insert injection molding)에 의하여 상기 베이스 필름(11)의 하면에 일체로 결합되므로, 별도의 접착제 없이 상기 베이스 필름(11)과 상기 구조재(13)를 결합시킬 수 있으며, 상기 베이스 필름(11)과 구조재(13) 간의 결합력도 증가시킬 수 있는 장점이 있다. 그리고 인서트 사출 공법(insert injection molding)을 사용하므로, 암 레스트(arm rest) 등의 자동차 부품을 생산하는 공정에서, 그 특정한 자동차 부품과 상기 발열 부재(100)를 일체화시킬 수 있는 장점이 있다.

본 실시예에서는 상기 베이스 부재(10)가, 도 7에 도시된 바와 같이 시트형 베이스 필름(11)과 프라이머층(12)과 구조재(13)을 포함하는 베이스 부재(10b)이나, 도 6에 도시된 바와 같이 베이스 필름(11)과 프라이머층(12)을 포함하는 베이스 부재(10a)일 수도 있으며, 베이스 필름(11)만을 포함하는 베이스 부재일 수도 있음은 물론이다.

본 실시예에서는 상기 구조재(13)는 상기 베이스 부재(10)와 마찬가지로 시트형으로 설명되고 있으나, 상기 구조재(13)가 암 레스트(arm rest) 등과 같은 3차원 자동차 부품의 일부를 포함할 수도 있음은 물론이다.

본 실시예에서는 상기 베이스 부재(10)가 시트형 베이스 필름(11)을 포함하고 있으나, 상기 베이스 부재(10)가 암 레스트(arm rest) 등과 같은 3차원 자동차 부품의 일부를 포함할 수도 있음은 물론이다.

본 실시예에서 상기 발열 부재(100)는 수압 전사 무늬층(50) 및 보호층(60)을 포함하고 있으나, 상기 수압 전사 무늬층(50) 또는 상기 보호층(60)을 구비하지 않을 수도 있음은 물론이다.

이상으로 본 발명을 설명하였는데, 본 발명의 기술적 범위는 상술한 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것은 아니며, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 수정 또는 변경된 등가의 구성은 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 것임은 명백하다.

＊ 도면의 주요부위에 대한 부호의 설명 ＊
100: 발열 부재
10: 베이스 부재
11: 베이스 필름
12: 프라이머층
13: 구조재
20: 전극층
20a: 양극부
20b: 음극부
21: 줄기 전극
22: 줄기 전극
23: 가지 전극
24: 가지 전극
30: PTC 저항층
40: 절연층
50: 수압 전사 무늬층
60: 보호층
1: 패드
2: 잉크판
3: 잉크 수용부
4: 잉크

Claims

베이스 부재;
상기 베이스 부재의 상면에 배치되어 있으며, 전원의 양극에 연결될 수 있는 양극부와, 전원의 음극에 연결될 수 있으며 상기 양극부와 분리되어 있는 음극부를 포함하는 전극층;
상기 베이스 부재의 상면에 배치되어 상기 음극부와 상기 양극부를 전기적으로 연결하는 열가변 저항층으로서, 특정한 온도 구간에서 온도가 상승하면 저항값이 증가하는 정온계수(Positive Temperature Coefficient) 특성을 구비하는 PTC 저항층;
상기 PTC 저항층의 상면에 배치되어 있으며, 상기 PTC 저항층을 전기적으로 절연시키는 절연층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 부재
제 1항에 있어서,
상기 PTC 저항층은,
결정성 고분자를 포함하는 베이스 폴리머;
카본블랙, 카본파이버, 금속, 흑연을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하며, 상기 베이스 폴리머의 내부에 분산되어 있는 전도성 물질;을 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 부재
제 1항에 있어서,
상기 PTC 저항층은 5 내지 300μm 의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 발열 부재
제 1항에 있어서,
상기 베이스 부재는,
폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르, 나일론, 에폭시, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리비닐클로라이드, 폴리올레핀, 프로필렌글리콜, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 부재
제 1항에 있어서,
상기 베이스 부재는, 시트 형상의 베이스 필름; 상기 베이스 필름의 상면에 미리 정한 두께로 형성되는 프라이머층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 부재
제 1항에 있어서,
상기 베이스 부재는, 시트 형상의 베이스 필름; 상기 베이스 필름의 하면에 결합되며 미리 정한 두께로 형성되는 구조재:를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 부재
제 1항에 있어서,
상기 양극부와 상기 음극부는,
빗살 형태로 나열되어 있는 다수 개의 가지 전극;
상기 다수 개의 가지 전극들의 일단부를 전기적으로 연결하는 줄기 전극;
을 포함하며,
상기 양극부의 가지 전극과 상기 음극부의 가지 전극은, 교대로 나열되어 있으며,
상기 양극부의 줄기 전극과 상기 음극부의 줄기 전극의 사이에, 상기 다수 개의 가지 전극들이 나열되어 있는 것을 특징으로 하는 발열 부재
제 1항에 있어서,
상기 전극층은, 은(Ag) 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 부재
제 1항에 있어서,
상기 전극층은 0.1 내지 30Ω의 저항을 가지는 것을 특징으로 하는 발열 부재
제 1항에 있어서,
상기 전극층은 0.5 내지 100μm 의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 발열 부재
제 1항에 있어서,
상기 절연층은 0.5 내지 100μm 의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 발열 부재
제 1항에 있어서,
상기 절연층의 상면에 배치되어 있으며, 수압 전사 인쇄법에 의하여 미리 정한 무늬로 형성되는 수압 전사 무늬층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 부재
제 1항에 있어서,
상기 절연층의 상면에 미리 정한 두께로 형성되는 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 부재
제 1항에 있어서,
자동차의 실내 장식을 위한 내장용 부재로 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 발열 부재
베이스 부재를 마련하는 베이스 부재 마련 단계;
상기 베이스 부재의 상면에, 전원의 양극에 연결될 수 있는 양극부와, 전원의 음극에 연결될 수 있으며 상기 양극부와 이격되어 있는 음극부를 포함하는 전극층을 형성하는 전극층 형성 단계;
상기 베이스 부재의 상면에, 상기 음극부와 상기 양극부를 전기적으로 연결하는 열가변 저항층으로서 특정한 온도 구간에서 온도가 상승하면 저항값이 증가하는 정온계수(Positive Temperature Coefficient) 특성을 구비하는 PTC 저항층을 형성하는 PTC 저항층 형성 단계;
상기 PTC 저항층의 상면에, 상기 PTC 저항층을 전기적으로 절연시키는 절연층을 형성하는 절연층 형성 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 부재 제조 방법
제 15항에 있어서,
상기 전극층 형성 단계에서,
상기 전극층은, 은(Ag) 분말을 포함하는 은(Ag) 페이스트가 상기 베이스 부재의 상면에 도포된 후 건조됨으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 발열 부재 제조 방법
제 15항에 있어서,
상기 PTC 저항층 형성 단계에서,
상기 PTC 저항층은, 결정성 고분자를 포함하는 베이스 폴리머; 카본블랙, 카본파이버, 금속, 흑연을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하며 상기 베이스 폴리머의 내부에 분산되어 있는 전도성 물질;을 포함하는 전도성 페이스트가 상기 베이스 부재의 상면에 도포된 후 건조됨으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 발열 부재 제조 방법
제 15항에 있어서,
상기 전극층 형성 단계에서,
상기 전극층이 탄성 패드를 이용하는 패드 인쇄법에 의하여 상기 베이스 부재의 상면에 인쇄되고,
상기 PTC 저항층 형성 단계에서,
상기 PTC 저항층이 스크린 인쇄법에 의하여 상기 베이스 부재의 상면에 인쇄되는 것을 특징으로 하는 발열 부재 제조 방법
제 15항에 있어서,
상기 베이스 부재는, 시트 형상의 베이스 필름; 상기 베이스 필름의 하면에 결합되는 구조재:를 포함하며,
상기 베이스 부재 마련 단계에서,
상기 구조재가 인서트 사출 공법에 의하여 상기 베이스 필름의 하면에 일체로 결합되는 것을 특징으로 하는 발열 부재 제조 방법