KR20190026345A - 발열 잉크조성물을 이용한 전기레인지 - Google Patents

Abstract

본 발명의 발열 잉크조성물을 이용한 전기레인지에 관한 것으로, 본 발명에서는 입경이 100 나노미터 이하인 구형의 은 나노입자 100 중량부 및 상기 길이가 2 ~ 5 마이크로미터인 막대 형태의 은 마이크로입자 5 ~ 25 중량부를 포함하는 은 조성물, 유무기 하이브리드 수지 및 유기용매를 포함하는 발열 잉크조성물을 이용하여 형성된 발열체를 포함함에 따라, 저온 발열 뿐 아니라 고온 발열 또한 용이하며, 단 시간 내에 조리기구의 가열이 가능하면서도 얇은 두께로 형성될 수 있을 뿐 아니라 발열체가 기판으로부터 쉽게 분리되지 않음에 따라 내구성 및 수명이 향상된 전기레인지를 제공한다.

Description

발열 잉크조성물을 이용한 전기레인지{ELECTRIC RANGE USING EXOTHERMIC INK COMPOSITION}

본 발명은 발열 잉크조성물을 이용한 전기레인지에 관한 것이다.

전기레인지는 전기를 가열수단으로 사용하는 가열기기로서, 전기를 코일히터에 공급하여 발생하는 열로 냄비, 팬 등의 조리기구를 가열하여 식품을 조리할 수 있도록 하는 기기이다. 이러한 전기레인지는 가스레인지의 대용품으로 주로 사용되고 있다. 특히, 전기레인지는 가스를 사용하지 않음에 따라 각종 유해물질의 생성량을 현저히 줄일 수 있을 뿐 아니라 가스레인지에 비해 심미성이 뛰어나, 그 사용이 증가되고 있는 추세이다.

일반적으로 전기레인지는 가열 방식에 따라 하이라이트 방식과 인덕션 방식으로 구분될 수 있다. 상기 하이라이트 방식의 경우 발열코일로부터 발생되는 열을 이용하여 조리기구를 가열하며, 상기 인덕션 방식의 경우 자력선으로부터 발생되는 자기장을 이용하여 조리기구를 가열할 수 있다. 상기 인덕션 방식의 경우 자기장을 이용하여야 함에 따라 조리기구의 소재에 제한이 있어, 최근에는 조리기구의 제한이 없고, 사용이 편리하면서도 800 ℃의 고온으로 발열할 수 있는 하이라이트 방식의 전기레인지의 사용이 증가하고 있다.

공지된 하이라이트 방식의 전기레인지는 대한민국 공개특허 제10-2016-0004224호에 개시된 바와 같이 본체부, 발열판, 발열판의 하부에 위치되는 발열코일, 히터모듈 등으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기와 같은 전기레인지는 발열판 하부에 위치되는 발열코일에 전원을 인가하여 발열코일로부터 열을 발생시키고, 발생된 열이 발열판 및 발열판의 상부에 위치되는 조리기구에 전달 되도록 함으로써, 조리기구 및 조리기구 내의 음식물이 가열할 수 있다.

그러나, 상기된 바와 같이 발열코일을 이용한 종래의 전기레인지는 발열코일의 설치를 위해 발열판 또는 본체부에 별도의 삽입부를 형성하거나 추가의 결합부재, 체결수단 등을 필요로 하는 문제가 있었으며, 발열코일 자체의 두께에 의해 전기레인지의 두께도 두꺼워져 사용성 및 심미성이 저하되는 문제가 있었다. 특히, 발열코일 자체의 낮은 발열 특성으로 인하여 조리기구를 고온으로 가열하기 어려웠으며, 고온 가열에 긴 시간이 소요되는 문제가 있었다.

이에 따라, 최근에는 발열코일을 대체하여 발열이 가능한 조성물을 이용하여 발열체를 형성함으로써 상기와 같은 문제를 해결하고 있다. 예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-1579885호에서는 은(Ag)과 팔라듐(Pd)을 포함하는 페이스트로 발열체를 형성하여, 고온에서 장시간 작동하여도 회로의 들뜸이 없는 고신뢰성 히터를 제공한다. 또한, 대한민국 등록특허 제10-0557398호에서는 은(Ag), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo)을 포함하는 전극 페이스트로 발열체를 형성하여 편발열이 낮고 고른 열 분포를 가지는 히터를 제공하고 있다.

그러나, 상기 등록특허들은 은과 함께 팔라듐, 백금 등 고가의 귀금속을 포함하는 페이스트를 사용하여 발열체를 형성함으로써 발열 시 기판으로부터 발열체가 분리되는 현상을 방지하고 있으나, 여전히 발열체 자체의 안정성이 충분하지 못하며, 발열 시 기판으로부터 발열체가 쉽게 분리되는 문제가 있었다. 특히, 발열체가 600 ℃ 이상의 고온으로 발열할 경우 발열체 자체의 발열특성이 현저히 저하될 뿐 아니라 발열체가 분리되는 현상이 극심해지는 문제가 있었다. 게다가, 백금, 팔라듐 등의 고가의 귀금속 사용에 따라 비용이 증가되어 경제적이지 못한 문제가 있었다.

이에 따라, 발열코일의 대체가 가능하며, 저온 뿐 아니라 600 ℃ 이상의 고온으로 발열하여도 발열특성 및 안정성이 우수한 발열체를 포함하는 전기레인지의 개발이 요구되고 있다.

대한민국 공개특허 제10-2016-0004224호 대한민국 등록특허 제10-1579885호 대한민국 등록특허 제10-0557398호

본 발명의 목적은 저온 뿐 아니라 600 ℃ 이상의 고온으로 발열하여도 우수한 발열 특성을 구현할 수 있을 뿐 아니라 기판으로부터 쉽게 분리되지 않도록 발열 특성 및 안정성이 향상된 발열체를 포함함에 따라, 성능이 더욱 향상된 전기레인지를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 목적은 상기된 바와 같은 기술적과제로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 본체부; 기판, 상기 기판 상에 발열 잉크조성물을 이용하여 형성된 발열체 및 상기 발열체에 연결된 전극을 포함하는 발열부; 상기 발열부에 전원을 공급하는 전원부; 및 상기 발열부의 온도를 조절하는 온도조절부를 포함하고, 상기 발열 잉크조성물은 입경이 100 나노미터 이하인 구형의 은 나노입자 및 길이가 2 ~ 5 마이크로미터인 막대 형태의 은 마이크로입자를 포함하는 은 조성물, 유무기 하이브리드 수지 및 유기용매를 포함하며, 상기 은 조성물은 상기 입경이 100 나노미터 이하인 구형의 은 나노입자 100 중량부 및 상기 길이가 2 ~ 5 마이크로미터인 막대 형태의 은 마이크로입자 5 ~ 25 중량부를 포함하는 것인 발열 잉크조성물을 이용한 전기레인지를 제공한다.

상기 발열 잉크조성물은 상기 은 조성물 100 중량부에 대해 유무기 하이브리드 수지 0.1 ~ 10 중량부 및 유기용매 20 ~ 60 중량부를 포함할 수 있다.

상기 발열부는 상기 발열체를 보호하는 보호층을 더 포함할 수 있다.

상기 유무기 하이브리드 수지는 소수화된 MgO, ZnO, Al₂O₃ 및 ZrO₂로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 무기물과 에폭시 수지를 포함할 수 있다.

본 발명의 발열 잉크조성물을 이용한 전기레인지는 상기 입경이 100 나노미터 이하인 구형의 은 나노입자 100 중량부 및 상기 길이가 2 ~ 5 마이크로미터인 막대 형태의 은 마이크로입자 5 ~ 25 중량부를 포함하는 은 조성물, 유무기 하이브리드 수지 및 유기용매를 포함하는 발열 잉크조성물을 이용하여 형성된 발열체를 포함함에 따라, 저온 발열 뿐 아니라 고온 발열 또한 용이하며, 단 시간 내에 조리기구의 가열이 가능하면서도 얇은 두께로 형성될 수 있다.

또한, 저온 뿐 아니라 고온으로 발열하여도 발열체가 기판으로부터 쉽게 분리되지 않음에 따라, 전기레인지의 내구성 및 수명 특성이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기레인지의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전기레인지의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기레인지의 발열부의 단면을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기레인지의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기레인지의 평면도이다.
도 6은 실시예 1에 따라 제조된 은 조성물의 SEM 사진을 도시한 도면이다.
도 7은 실시예 1에 따라 제조된 은 조성물의 SEM 사진을 도시한 도면이다.
도 8은 실시예 2에 따라 제조된 은 조성물의 SEM 사진을 도시한 도면이다.
도 9은 비교예 7에 따라 제조된 은 조성물의 SEM 사진을 도시한 도면이다.
도 10은 비교예 8에 따라 제조된 은 조성물의 SEM 사진을 도시한 도면이다.
도 11는 비교예 9에 따라 제조된 은 조성물의 SEM 사진을 도시한 도면이다.
도 12은 비교예 10에 따라 제조된 은 조성물의 SEM 사진을 도시한 도면이다.
도 13는 비교예 11에 따라 제조된 은 조성물의 SEM 사진을 도시한 도면이다.
도 14는 비교예 17에 따라 제조된 은 조성물의 SEM 사진을 도시한 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본 발명의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 명세서 전체에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명의 명세서 전체에 있어서, "A 및/또는 B"는, A 또는 B, 또는 A 및 B를 의미한다.

본 발명의 명세서 전체에 있어서, 은 나노입자는 입경이 100 나노미터 이하이며 구형인 은 나노입자를 의미할 수 있다.

본 발명의 명세서 전체에 있어서, 은 마이크로입자는 길이가 2 ~ 5 마이크로미터인 막대 형태의 은 마이크로입자를 의미할 수 있다.

본 발명의 명세서 전체에 있어서, 은 조성물은 상기 은 나노입자와 상기 은 마이크로 입자를 포함하는 것을 의미할 수 있다.

본 발명의 명세서 전체에 있어서, 유무기 하이브리드 수지는 나노미터 크기의 무기물과 유기수지를 분자단위에서 화학적으로 결합시킨 것을 의미할 수 있다.

본 발명의 명세서 전체에 있어서, 입경이 100 나노미터 이하인 구형의 은 나노입자를 구형의 은 나노입자로 간략하게 호칭할 수 있으며, 길이가 2 ~ 5 마이크로미터인 막대 형태의 은 마이크로입자를 막대 형태의 은 마이크로입자로 간략하게 호칭할 수 있다.

본 발명의 명세서 전체에 있어서, “유기용매”는 사용에 따라 “제1유기용매” 또는 “제2유기용매”로 호칭될 수 있으며, 모두 동일한 것일 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명하였으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에서는 발열 잉크조성물을 이용한 전기레인지를 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시에에 따른 전기레인지의 사시도이며, 도 2는 상기 도 1에 도시된 전기레인지의 평면도이다.

도 1 및 2를 보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기레인지는 본체부(200), 기판(110), 상기 기판(110) 상에 발열 잉크조성물을 이용하여 형성된 발열체(120) 및 상기 발열체(120)에 연결된 전극(130)을 포함하는 발열부(100), 상기 발열부(100)에 전원을 공급하는 전원부(300) 및 상기 발열부(100)의 온도를 조절하는 온도조절부(400)로 구성될 수 있다.

본 실시예에 따른 전기레인지는 입경이 100 나노미터 이하인 구형의 은 나노입자 및 길이가 2 ~ 5 마이크로미터인 막대 형태의 은 마이크로입자를 포함하는 은 조성물, 유무기 하이브리드 수지 및 유기용매를 포함하며, 특히, 은 조성물이 상기 입경이 100 나노미터 이하인 구형의 은 나노입자 100 중량부 및 상기 길이가 2 ~ 5 마이크로미터인 막대 형태의 은 마이크로입자 5 ~ 25 중량부를 포함하는 발열 잉크조성물을 이용하여 형성됨에 따라 발열특성 및 안정성이 향상된 발열체(120)를 포함함으로써, 저온 발열 뿐 아니라 고온 발열 또한 용이하여 단 시간 내에 조리기구의 가열이 가능할 수 있다. 또한, 발열체(120)가 기판(110)으로부터 쉽게 분리되지 않음에 따라 전기레인지의 내구성 향상되면서도 수명이 길어질 수 있으며, 발열코일이 아닌 발열 잉크조성물로 발열체(120)를 형성함으로써 얇은 두께로 형성될 수 있다.

본체부(200)는 박스 형태로 형성되어 본 실시예에 따른 발열부(100), 전원부(300) 및 온도조절부(400)를 포함할 수 있으며, 본체부(200)의 내부 공간에는 발열부(100), 전원부(300) 및 온도조절부(400) 간의 기계적 또는 전기적 연결에 필요한 모든 부재가 수용될 수 있다. 즉, 본체부(200)는 상기 발열부(100), 전원부(300), 온도조절부(400)를 연결 내지 수용할 수 있다.

본체부(200)는 세라믹, 세라믹 유리로 제조될 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 공지된 전기레인지의 본체부(200)로서 활용될 수 있는 모든 소재가 적용될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열부(100)의 단면을 도시한 도면이다. 또한, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발열부(100)의 평면도이며, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발열부(100)의 평면도이다.

도 1 내지 5을 보면, 발열부(100)는 기판(110), 상기 기판(110) 상에 발열 잉크조성물을 이용하여 형성된 발열체(120) 및 상기 발열체(120)에 연결된 전극(130)을 포함한다.

기판(110)은 폴리에틸렌 테레프타레이트(Polyethylene Terephthalate), 열가소성 폴리우레탄(Thermoplastic Poly Uretdhane), 폴리카보네이트(Poly Carbonate), 폴리이미드(Polyimide), 폴리아미드(Polyamide) 등의 고분자로 이루어진 필름 또는 사출물, 부직포, 시멘트, 합판, 유리 섬유, 유리, 세라믹, 세라믹유리(Ceramics glass), 운모 등, 발열체(120)의 발열 온도에 따라 적절한 소재를 선택하여 형성할 수 있으며, 상기된 바에 제한되지 않고 전기레인지에 적용될 수 있는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있다.

예를 들어, 발열 온도가 40 ~ 120 ℃ 인 경우에는 폴리에틸렌 테레프타레이트(Polyethylene Terephthalate), 열가소성 폴리우레탄(Thermoplastic Poly Uretdhane), 폴리카보네이트(Poly Carbonate) 등의 고분자로 이루어진 필름 또는 사출물 등이 사용될 수 있으며, 발열 온도가 120 ~ 250 ℃ 인 경우에는 폴리이미드(Polyimide), 폴리아미드(Polyamide) 등 고내열성 고분자로 이루어진 필름 또는 사출물, 유리 섬유, 시멘트, 석고판 등의 무기 소재로 형성될 수 있으며, 발열 온도가 250 ℃를 초과하는 경우에는 세라믹, MICA 판 등으로 형성될 수 있다. 상기 세라믹 소재는 알루미나, 질화알루미늄(Aluminium nitride), 질화붕소(Boron Nitride), 산화베릴륨(BeO) 등 공지된 모든 소재가 적용될 수 있다.

상기 기판(110)의 두께는 0.5 ~ 10 mm일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 기판(110)은 평평하거나 굴곡진 판 형태 뿐 아니라 파이프, 선 등의 형태일 수 있으며, 발열체(120)가 형성될 수 있는 것이라면 형태, 소재, 크기 등에 제한 없이 사용될 수 있다.

발열체(120)는 입경이 100 나노미터 이하인 구형의 은 나노입자 100 중량부 및 길이가 2 ~ 5 마이크로미터인 막대 형태의 은 마이크로입자 5 ~ 25 중량부를 포함하는 은 조성물, 유무기 하이브리드 수지 및 유기용매를 포함하는 발열 잉크조성물을 이용하여 기판(110) 상에 형성된 것으로, 바람직하게는 상기 발열 잉크조성물이 기판(110)상에 도포되어 경화된 것일 수 있다.

특히, 본 실시예의 발열 잉크조성물은 입경이 100 나노미터 이하인 구형의 은 나노입자 및 길이가 2 ~ 5 마이크로미터인 막대 형태의 은 마이크로입자를 포함하는 은 조성물 100 중량부에 대해 유무기 하이브리드 수지 0.1 ~ 10 중량부 및 유기용매 20 ~ 60 중량부를 포함함에 따라, 이를 이용한 발열체(120)는 발열특성 및 저온과 고온에서의 안정성이 향상될 수 있어, 저온 뿐 아니라 600 ℃ 이상의 고온으로 발열하여도 기판(110)으로부터 쉽게 분리되지 않을 수 있다.

은 조성물은 상기 입경이 100 나노미터 이하인 구형의 은 나노입자 100 중량부 및 상기 길이가 2 ~ 5 마이크로미터인 막대 형태의 은 마이크로입자 5 ~ 25 중량부를 포함하는 것으로, 본 실시예의 발열 잉크조성물을 이용하여 형성된 발열체(120)의 발열특성을 향상시킬 수 있다. 특히, 상기 은 조성물을 포함하는 발열 잉크조성물을 이용하여 형성된 발열체(120)는 고온 안정성 및 발열특성이 우수할 수 있다.

본 실시예의 은 조성물에서 입경이 100 나노미터 이하인 구형의 은 나노입자 100 중량부에 대해 상기 길이가 2 ~ 5 마이크로미터인 막대 형태의 은 마이크로입자를 5 ~ 25 중량부로 포함하지 않을 경우에는, 발열 시 저항변화율이 증가하며, 발열체(120)의 안정성이 저하됨에 따라 발열 시 발열체(120)가 기판(110)으로부터 쉽게 분리되는 문제가 있을 수 있다.

한편, 상기 은 조성물의 막대 형태의 은 마이크로입자는 길이 및 폭의 비율은 3 ~ 5 : 1인 것일 수 있으며, 이에 의해 발열 특성이 더욱 향상될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

유무기 하이브리드 수지는 나노미터 크기의 무기물과 유기수지(prepolymer)를 분자단위에서 화학적으로 결합시킨 것으로, 경도, 안정성, 투명성, 저온공정특성, 유연성 및 인성이 우수할 뿐 아니라, 전기적 특성(절연성, 고유전성, 내아크성 등), 열적 특성(고온 내구성, 고열 전도성 등) 및 기계적 특성(내구성, 내마모성, 내스크래치성, 고접착성, 고경도 등)이 우수하다. 또한, 필름이나 섬유형태로의 가공이 용이하며, 상기 무기물과 유기수지의 혼합비, 혼합방법 등을 조절하여 기공률을 조절할 수 있다.

특히, 본 실시예의 유무기 하이브리드 수지는 소수화된 MgO, ZnO, Al₂O₃ 및 ZrO₂ 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 무기물과 에폭시 수지를 포함하는 하나의 조성물 형태일 수 있으며, 바람직하게는 소수화된 MgO, ZnO, Al₂O₃ 및 ZrO₂ 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 무기물과 에폭시 수지가 결합된 수지일 수 있다. 상기 소수화된 MgO, ZnO, Al₂O₃ 및 ZrO₂ 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 무기물과 에폭시 수지의 결합 내지 반응을 위해서는 별도의 교반, 가열이 실시될 수 있고, 촉매제, 반응개시제, 반응종결제, 충진제 등의 첨가제가 더 혼합될 수 있다.

본 실시예에서는 일반 에폭시 수지가 아닌 유무기 하이브리드 수지를 사용함으로써, 발열체(120)의 전기적 특성, 열적 특성 및 기계적 특성을 향상시켰으며, 그 중에서도 기판(110)에 대한 발열체(120)의 접착력을 현저히 향상시킬 수 있다.

본 실시예의 발열 잉크조성물은 은 조성물 100 중량부에 대해 유무기 하이브리드 수지 0.1 ~ 10 중량부, 바람직하게는 1 ~ 8 중량부, 더욱 바람직하게는 1.5 ~ 5 중량부를 포함할 수 있다. 만약, 발열 잉크조성물이 은 조성물 100 중량부에 대해 유무기 하이브리드 수지를 0.1 중량부 미만으로 포함할 경우에는 발열체(120)가 기판(110) 상에 잘 부착되지 않을 뿐 아니라 발열체(120)의 전기적 특성, 열적 특성 및 기계적 특성의 향상이 미미할 수 있다. 반면, 발열 잉크조성물이 은 조성물 100 중량부에 대해 유무기 하이브리드 수지를 10 중량부를 초과하여 포함할 경우에는 발열 잉크조성물의 점도가 지나치게 높아져 사용성이 저하되고, 이에 의해 발열특성이 저하될 수 있다.

유기용매로는 헥실알코올, 도데실알코올, 다이에틸렌알코올아민, 에틸렌글라이콜, 에탄올, 아세톤, 메틸에틸케톤 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 공지된 모든 종류의 유기용매가 적용될 수 있다.

본 실시예의 발열 잉크조성물은 은 조성물 100 중량부에 대해 유기용매를 20 ~ 60 중량부, 바람직하게는 20 ~ 50 중량부, 더욱 바람직하게는 30 ~ 40 중량부를 포함할 수 있다. 만약, 본 실시예의 발열 잉크조성물이 은 조성물 100 중량부에 대해 유기용매를 20 중량부 미만으로 포함할 경우에는 발열 잉크조성물의 점도가 높아져 사용성이 저하되고 유무기 하이브리드 수지와 은 조성물이 균일하게 혼합되지 못하는 문제가 있을 수 있으며, 유기용매를 60 중량부를 초과하여 포함할 경우에는 발열 잉크조성물이 묽어져 기판(110) 상에 인쇄 내지 도포가 어려울 수 있으며, 발열 잉크조성물에 의한 발열체(120)가 기판(110)으로부터 쉽게 분리되는 문제가 있을 수 있다.

상기된 바와 같은 은 조성물, 유무기 하이브리드 수지 및 유기용매 이외에 발열 잉크조성물의 물성 및 사용성 향상을 위한 다양한 종류의 첨가제들이 포함될 수 있다. 참가제는 예를 들어, 분산제, 분산안정제, 경화촉진제, 점증제, 글래스프릿, 경화제, 안료, 금속 입자 등 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

본 실시예의 발열 잉크조성물을 이용한 발열체(120)는 도 2 및 4에 도시된 바와 같이 복수 개의 선으로 도포되어 특정 패턴으로 형성될 수 있고, 도 5에 도시된 바와 같이 기판(110) 상에 층, 도막, 막, 박막 등의 형태로 형성될 수 있다. 또한, 상기 특정 패턴은 복수 개의 선들이 교차하는 벌집 모양, 다이아몬드 모양 등 다양한 형태일 수 있으며, 형태는 특별히 제한되지 않는다.

본 실시예에서 기판(110) 상에 발열 잉크조성물을 이용하여 패턴을 형성하기 위해서는 공지된 모든 방법의 인쇄 또는 도포 방법이 적용될 수 있다. 예를 들어, 그라비아 인쇄, 스프레이 코팅, 롤 프린팅, 실크스크린 인쇄, 옵셋 인쇄, 슬롯다이 코팅, 콤마 코팅, 딥 코팅, 디스펜싱 인쇄, 에어로졸 인쇄 등의 방법이 적용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

상기와 같은 본 실시예의 발열 잉크조성물을 이용하여 형성된 발열체(120)의 두께는 0.1 ~ 100 마이크로미터일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 본 실시예의 발열부(100)에서 상기 발열체(120)는 기판(110) 상에 복수개 형성될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.

전극(130)은 발열체(120)에 전원을 공급하는 것으로, 공지된 모든 형태로 발열부(100)에 적용될 수 있다. 예를 들어, 전극(130)은 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 발열체(120)가 형성된 기판(110)의 양측 단부에 각각 형성될 수 있으며, 도 3 및 4에 도시된 바와 같이 특정 패턴의 발열체(120)의 양단에 각각 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

전극(130)에는 전선(140)이 연결될 수 있으며, 전극(130)에 전원이 인가되면 발열체(120)를 통하여 전류가 흐르면서 발열체(120)가 발열되어 발열부(100)는 발열할 수 있다.

본 실시예의 발열부(100)의 기판(110) 상에 형성된 발열체(120) 상에 외부의 자극으로부터 발열체(120)를 보호하는 보호층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 보호층은 상기 발열체(120)를 보호하면서도 발열체(120)의 열전도 또는 발열특성 등을 저하시키지 않는 모든 소재 내지 형태로 형성될 수 있다.

전원부(300)는 발열부(100)에 전원을 공급하며, 바람직하게는 발열부(100)의 전극(130)과 기계적 또는 전기적으로 연결되어 발열체(120)에 전력을 공급한다. 상기 전원부(300)는 도 1에 도시된 바와 같이 스위치 형태로 본체부(200)의 일측에 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 발열부(100)에 전원을 공급할 수 있도록 하는 모든 공지된 형태로 형성될 수 있다.

온도조절부(400)는 발열부(100)의 온도를 조절하는 것으로, 바람직하게는 발열체(120)의 온도를 조절하는 것이다. 온도조절부(400)는 발열부(100)의 온도를 조절할 수 있도록 하는 모든 공지된 형태로 형성될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 본체부(200)의 일측에 형성되어 발열부(100)와 기계적 또는 전기적으로 연결되어 있을 수 있다.

또한, 본체부(200), 발열부(100), 전원부(300) 및 온도조절부(400)는 기계적 또는 전기적으로 상호 연결되어 있으며, 상기 본체부(200), 발열부(100), 전원부(300) 및 온도조절부(400)는 기계적 또는 전기적으로 상호 연결에 사용되는 각종 연결부재, 체결수단 등은 본체부(200)의 내부 공간에 수용될 수 있다.

본 실시예의 전기레인지는 본체부(200), 발열부(100), 전원부(300) 및 온도조절부(400) 이외에 전기레인지에 적용가능한 모든 부재를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 터치부, 센서, 오디오, 디스플레이, 하우징, 커버 등을 더 포함할 수 있다.

상기 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 잉크조성물을 이용하는 전기레인지의 상기 발열체(120)를 형성하는 발열 잉크조성물은 하기와 같은 방법에 의해 제조될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

예를 들어, 발열 잉크조성물은 디에틸렌글리콜(Diethylene glycol)을 가열하는 제1단계, 상기 가열된 디에틸렌글리콜 100 중량부와 질산은(AgNO₃) 0.5 ~ 5 중량부를 혼합하여 제1혼합물을 제조하는 제2단계, 상기 제1혼합물에 고분자 바인더 0.05 ~ 2 중량부 및 브롬계 화합물 0.1 ~ 3 중량부를 혼합하여 제2혼합물을 제조하는 제3단계, 상기 제2혼합물에 제1유기용매 130 ~ 180 중량부를 혼합한 뒤, 원심분리하여 침전된 은 조성물을 수득하는 제4단계, 상기 은 조성물과 유무기 하이브리드 수지 및 제2유기용매를 혼합하여 발열 잉크조성물을 제조하는 제5단계로 제조될 수 있다.

제1단계에서는 디에틸렌글리콜(Diethylene glycol)을 가열할 수 있다.

디에틸렌글리콜(Diethylene glycol)은 에틸렌옥사이드와 물 또는 에틸렌글리콜의 가열반응에 의해 제조되거나, 에틸렌클로로히드린(Ethylene chlorohydrin) 또는 브로모도히드린(Bromohydrin)을 글리콜과 약 120 ℃ 이상의 온도에서 반응시킴으로써 제조될 수 있고, HOCH₂CH₂OCH₂CH₂OH 구조의 시성식을 가진다.

디에틸렌글리콜은 질산은, 고분자 바인더 및 브롬계 화합물이 서로 균일하게 혼합될 수 있도록 도움을 주는 용매로서 역할을 한다. 제1단계에서는 디에틸렌글리콜을 끓는점 보다 낮은 130 ~ 180 ℃로 가열하여 사용할 수 있으며, 디에틸렌글리콜을 130 ~ 180 ℃로 가열하여 사용함에 따라, 구형의 은 나노입자 100 중량부와 막대 형태의 은 마이크로입자 5 ~ 25 중량부의 적정 비율로 혼합된 은 조성물을 제조할 수 있어 발열 특성이 우수할 수 있다.

만약, 디에틸렌글리콜의 온도가 130 ℃ 미만일 경우에는 디에틸렌글리콜과 질산은, 고분자 바인더 및 브롬계 화합물이 충분히 혼합되지 않아 조성이 균일하지 않을 뿐 아니라 구형의 은 나노입자와 막대 형태의 은 마이크로입자를 상기된 비율로 포함하는 은 조성물을 제조할 수 없으므로, 발열 특성이 저하될 수 있다. 반면, 디에틸렌글리콜의 온도가 180 ℃를 초과할 경우에는 제1혼합물을 제조하는 과정에서 디에틸렌글리콜이 증발되어 질산은의 농도가 달라짐에 따라 구형의 은 나노입자와 막대 형태의 은 마이크로입자를 적정비율로 혼합하여 제조하는 데에 어려움이 있을 뿐 아니라, 입자의 형태가 균일하지 못하여 발열 특성이 저하될 수 있다.

이때, 상기 디에틸렌글리콜의 가열은 공지된 모든 방법에 의해 실시될 수 있다.

제2단계에서는 가열된 디에틸렌글리콜 100 중량부와 질산은( AgNO ₃ ) 0.5 ~ 5 중량부를 혼합하여 제1혼합물을 제조할 수 있다.

제2단계에서는 제1단계에서 가열된 디에틸렌글리콜 100 중량부와 상기 디에틸렌글리콜 100 중량부에 대해 질산은 (AgNO₃) 0.5 ~ 5 중량부, 바람직하게는 1 ~ 4 중량부, 더욱 바람직하게는 1.5 ~ 3 중량부를 혼합하여, 제1혼합물을 제조할 수 있다.

만약, 가열된 디에틸렌글리콜 100 중량부에 대해 질산은을 0.5 중량부 미만으로 포함할 경우에는 은 조성물 제조를 위한 은 입자가 충분히 공급되지 않아 구형의 은 나노입자와 막대 형태의 은 마이크로입자가 적정 비율로 혼합된 은 조성물을 제조할 수 없다. 반면, 가열된 디에틸렌글리콜 100 중량부에 대해 질산은을 5 중량부를 초과하여 포함할 경우에는 경제적이지 못하고, 과도하게 투입된 은 입자들이 응집되거나 침전물을 형성하여 은 나노입자와 막대 형태의 은 마이크로입자가 적정 비율로 혼합된 은 조성물을 제조할 수 없다. 이에 따라, 발열 잉크조성물을 이용한 발열체(120)의 발열특성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.

또한, 제2단계에의 제1혼합물에는 디에틸렌글리콜 및 질산은과 함께 질산니켈(Ni(NO₃)₂)을 더 포함될 수 있으며, 질산니켈의 투입으로 인해 발열 잉크조성물의 접착력이 향상되어 발열 잉크조성물에 의한 발열체(120)가 기판(110)으로부터 쉽게 분리되지 않을 수 있다.

제2단계에서는 질산니켈을 가열된 디에틸렌글리콜 100 중량부에 대해 1 ~ 5 중량부, 바람직하게는 2 ~ 4 중량부, 더욱 바람직하게는 2 ~ 3 중량부의 비율로 포함할 수 있다. 만약, 발열 잉크조성물이 가열된 디에틸렌글리콜 100 중량부에 대해 질산니켈을 1 중량부 미만으로 포함할 경우에는 접착력 개선 효율이 미미하며, 가열된 디에틸렌글리콜 100 중량부에 대해 질산니켈을 5 중량부 초과하여 포함할 경우에는 부산물을 생성하여 발열 잉크조성물을 오염시킬 뿐 아니라 접착력 개선 효율에 큰 차이가 없어 경제성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.

제2단계에서는 제1혼합물의 균일한 혼합을 위해 별도의 교반이 실시될 수 있으며, 교반은 공지된 모든 방법이 적용될 수 있다. 또한, 제2단계에서는 제1단계에서 가열된 디에틸렌글리콜의 온도를 130 ~ 180 ℃로 유지하기 위해 별도의 가열이 실시될 수 있으며, 이로 인해 제2단계에서 제조되는 제1혼합물은 130 ~ 180 ℃의 온도를 가질 수 있다.

제3단계에서는 제1혼합물에 고분자 바인더 0.05 ~ 2 중량부 및 브롬계 화합물 0.1 ~ 3 중량부를 혼합하여 제2혼합물을 제조할 수 있다.

제3단계에서는 제2단계에서 제조된 제1혼합물과 고분자 바인더 및 브롬계 화합물을 혼합함으로써 제2혼합물을 제조할 수 있으며, 제2혼합물의 균일한 혼합을 위해 별도의 교반이 실시될 수 있고, 교반은 공지된 모든 방법에 의해 실시될 수 있다. 또한, 제3단계에서도 상기 제1단계 내지 상기 제2단계와 동일하게 가열이 실시될 수 있으나, 반드시 실시되어야 하는 것은 아니다.

먼저, 고분자 바인더로는 공지된 모든 종류의 고분자 바인더가 적용될 수 있으며, 예를 들어, 폴리비닐피롤리돈, 아마이드계 화합물, 카바마이드계 화합물 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 고분자 바인더는 가열된 디에틸렌글리콜 100 중량부에 대해 0.05 ~ 2 중량부, 바람직하게는 0.1 ~ 1.5 중량부, 더욱 바람직하게는 0.5 ~ 1 중량부의 비율로 포함될 수 있다.

만약, 가열된 디에틸렌글리콜 100 중량부에 대해 고분자 바인더를 0.05 중량부 미만으로 포함할 경우에는 발열 잉크조성물이 겔 상태로 형성되지 않고 묽은 상태가 되어 사용성이 저하될 뿐 아니라 접착성 및 부착성이 저하되어 발열 특성이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 반면, 발열 잉크조성물이 가열된 디에틸렌글리콜 100 중량부에 대해 고분자 바인더를 2 중량부를 초과하여 포함할 경우에는 발열 잉크조성물의 점도가 지나치게 높아져 사용성이 저하될 뿐 아니라, 막대 형태의 은 마이크로입자의 양이 증가하여 구형의 은 나노입자와 막대 형태의 은 마이크로입자가 적정 비율로 혼합된 은 조성물을 제조할 수 없음에 따라, 발열 특성이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 특히, 고분자 바인더의 함량이 2 중량부를 초과할 경우에는 발열체(120)의 치밀도가 떨어져 발열 성능이 저하될 뿐 아니라 발열체(120)가 기판(110)으로부터 쉽게 분리되는 문제가 있을 수 있다.

상기 브롬계 화합물은 브롬화 칼륨, 브롬화 나트륨, 브롬화 바륨, 브롬화 칼슘, 브롬화 리튬 및 브롬화 마그네슘으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 브롬화 칼륨이 사용될 수 있다. 또한, 브롬계 화합물은 상기 가열된 디에틸렌글리콜 100 중량부에 대해 0.1 ~ 3 중량부, 바람직하게는 1 ~ 3 중량부, 더욱 바람직하게는 2 ~ 3 중량부의 비율로 포함될 수 있다.

만약, 가열된 디에틸렌글리콜 100 중량부에 대해 브롬계 화합물을 0.1 중량부 미만으로 포함할 경우에는 막대 형태의 은 마이크로입자의 양이 적게 형성되어 구형의 은 나노입자와 막대 형태의 은 마이크로입자가 적정 비율로 혼합된 은 조성물을 제조할 수 없어 발열 특성이 저하되는 문제가 있을 수 있으며, 가열된 디에틸렌글리콜 100 중량부에 대해 브롬계 화합물 3 중량부를 초과하여 포함할 경우에는 막대 형태의 은 마이크로입자의 양이 증가되어 구형의 은 나노입자와 막대 형태의 은 마이크로입자가 적정 비율로 혼합된 은 조성물을 제조할 수 없어 발열 특성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.

특히, 브롬계 화합물은 구형의 은 나노입자의 응집과 성장을 촉진하여 막대 형태의 은 마이크로입자를 제조할 수 있도록 함에 따라, 은 조성물에서 막대 형태의 은 마이크로입자의 생성량은 브롬계 화합물의 투입량에 따라 조절할 수 있다. 또한, 상기와 같은 제3단계를 통해 제조된 제2혼합물은 구형의 은 나노입자와 막대 형태의 은 마이크로입자를 포함할 수 있으며, 별도의 불순물, 부산물 등이 혼합된 형태일 수 있다.

제4단계에서는 제2혼합물에 제1유기용매 130 ~ 180 중량부를 혼합한 뒤, 원심분리하여 침전된 은 조성물을 수득할 수 있다.

제4단계에서는 상기 제3단계에서 제조된 구형의 은 나노입자, 막대 형태의 은 마이크로입자 및 별도의 불순물 등이 혼합된 제2혼합물과 제1유기용매를 혼합하고, 이를 원심분리함으로써 각종 부산물, 부유물 등을 제거하여 겔 상태의 은 조성물 수득할 수 있다. 제4단계에서 원심분리는 약 2500 ~ 3300 rpm으로 약 5 ~ 15 분 동안 실시될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

제1유기용매는 혼합물 내의 불순물을 제거하고 은 조성물을 수득하기 위해 사용되는 것이다. 예를 들어, 제1유기용매로는 헥실알코올, 도데실알코올, 다이에틸렌알코올아민, 에틸렌글라이콜, 에탄올, 아세톤, 메틸에틸케톤 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 공지된 모든 종류의 유기용매가 적용될 수 있다.

상기 제1유기용매는 가열된 디에틸렌글리콜 100 중량부에 대해 130 ~ 180 중량부, 바람직하게는 140 ~ 170 중량부, 더욱 바람직하게는 150 ~ 160 중량부의 비율로 혼합될 수 있다. 만약, 가열된 디에틸렌글리콜 100 중량부에 대해 제1유기용매가 130 중량부 미만으로 포함될 경우에는 제2혼합물 내의 불순물이 충분히 제거되지 못하는 문제가 있을 수 있으며, 제1유기용매가 180 중량부를 초과하여 포함될 경우에는 사용성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.

한편, 제4단계에서 원심분리는 수회 반복될 수 있다. 예를 들어, 제4단계는 제2혼합물에 제1유기용매 130 ~ 180 중량부를 혼합한 뒤, 약 3000 rpm으로 10 분 동안 원심분리한 후, 상등액을 버리고 침전물을 수득하는 것을 1회로 하여 수회 반복될 수 있다. 상기 원심분리의 횟수는 제한되지 않으나, 1 ~ 3회 반복하는 것이 바람직하다.

상기의 과정을 통해 최종적으로 얻어진 침전물은 상기 제1단계 내지 제3단계에서 투입된 디에틸렌글리콜, 질산은, 질산니켈, 고분자 바인더 및 브롬계 화합물 중에서 반응하지 못한 미반응 물질, 상기 물질들의 부반응에 의해 생긴 부산물 등이 제거된, 입경이 100 나노미터 이하인 구형의 은 나노입자 및 길이가 2 ~ 5 마이크로미터인 막대 형태의 은 마이크로입자를 적정비율로 포함하는 은 조성물일 수 있다.

특히, 제1단계 내지 제4단계를 통해 제조된 은 조성물은 입경이 100 나노미터 이하인 구형의 은 나노입자 100 중량부 및 길이가 2 ~ 5 마이크로미터인 막대 형태의 은 마이크로입자 5 ~ 25 중량부를 포함할 수 있으며, 이로 인해 발열 잉크조성물은 고온 발열 시 기판(110)으로부터 쉽게 분리되지 않으면서도 발열 특성이 우수한 발열체(120)를 형성할 수 있다.

한편, 제1단계 내지 제4단계를 통해 제조된 은 조성물의 막대 형태의 은 마이크로입자는 길이 및 폭의 비율은 3 ~ 5 : 1인 것일 수 있으며, 이에 의해 발열 특성이 더욱 향상될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

제4단계에서 원심분리를 통해 수득된 은 조성물은 겔 상태일 수 있다. 이후 제5단계에서는 사용에 따라 겔 상태의 은 조성물을 사용할 수도 있고, 겔 상태의 은 조성물을 건조하여 사용할 수도 있으나, 이는 특별히 제한되지 않는다.

제5단계에서는 은 조성물과 유무기 하이브리드 수지 및 제2유기용매를 혼합하여 발열 잉크조성물을 제조할 수 있다.

제5단계에서는 상기 제4단계에서 수득된 구형의 은 나노입자와 막대 형태의 은 마이크로입자를 포함하는 은 조성물과 유무기 하이브리드 수지 및 유기용매를 혼합함으로써 발열 잉크조성물을 제조할 수 있다. 특히, 발열 잉크조성물은 은 조성물 100 중량부와 상기 은 조성물 100 중량부에 대해 유무기 하이브리드 수지 0.1 ~ 10 중량부 및 제2유기용매 20 ~ 60 중량부가 혼합됨으로써 제조될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 발열 잉크조성물을 이용하는 전기레인지의 발열 잉크조성물을 이용한 발열부(100)는 하기와 같은 제조방법에 의해 제조될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

예를 들어, 발열부(100)는 입경이 100 나노미터 이하인 구형의 은 나노입자 및 길이가 2 ~ 5 마이크로미터인 막대 형태의 은 마이크로입자를 포함하는 은 조성물, 유무기 하이브리드 수지 및 유기용매를 포함하는 발열 잉크조성물을 제조하는 발열 잉크조성물 제조단계, 기판(110) 상에 발열 잉크조성물을 이용하여 패턴을 형성하는 패턴형성단계, 기판(110)을 180 ~ 210 ℃로 가열하여, 기판(110) 상의 발열 잉크조성물을 1차 경화시키는 제1경화단계 및 상기 1차 경화된 발열 잉크조성물에 전압을 인가하여 1차 경화된 발열 잉크조성물을 2차 경화시킴으로써 발열체(120)를 형성하는 제2경화단계로 제조될 수 있다.

발열 잉크조성물 제조단계에서는 입경이 100 나노미터 이하인 구형의 은 나노입자 및 길이가 2 ~ 5 마이크로미터인 막대 형태의 은 마이크로입자를 포함하는 은 조성물, 유무기 하이브리드 수지 및 유기용매를 포함하는 발열 잉크조성물을 제조할 수 있다.

발열 잉크조성물 제조단계에서는 입경이 100 나노미터 이하인 구형의 은 나노입자 및 길이가 2 ~ 5 마이크로미터인 막대 형태의 은 마이크로입자를 포함하는 은 조성물, 유무기 하이브리드 수지 및 유기용매를 혼합함으로써 발열 잉크조성물을 제조한다. 이때, 발열 잉크조성물 제조단계에서는 은 조성물 100 중량부에 대해 유무기 하이브리드 수지 0.1 ~ 10 중량부, 유기용매 20 ~ 60 중량부 및 경화제 150 ~ 230 중량부를 포함할 수 있다.

특히, 은 조성물은 입경이 100 나노미터 이하인 구형의 은 나노입자 100 중량부 및 길이가 2 ~ 5 마이크로미터인 막대 형태의 은 마이크로입자를 5 ~ 25 중량부로 포함함에 따라, 발열 잉크조성물은 고온 발열 시 기판(110)으로부터 쉽게 분리되지 않으면서도 발열 특성이 우수한 발열체(120)를 형성할 수 있다. 이때, 막대 형태의 은 마이크로입자는 길이 및 폭의 비율은 3 ~ 5 : 1인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

또한, 발열 잉크조성물 제조단계는 상기 제1단계 내지 제5단계를 포함하는 발열 잉크조성물의 제조방법과 동일할 수 있으며, 상기 제1단계 내지 제5단계의 내용을 모두 포함할 수 있다.

패턴형성단계에서는 기판(110) 상에 발열 잉크조성물을 이용하여 패턴을 형성할 수 있다.

패턴형성단계에서는 상기 발열 잉크조성물 제조단계에서 제조된 발열 잉크조성물을 기판(110) 상에 인쇄 내지 도포하여 패턴을 형성할 수 있으며, 패턴의 형태는 특별히 제한되지 않는다.

예를 들어, 패턴형성단계에서는 도 2에 도시된 바와 같이 기판(110) 상에 발열 잉크조성물을 단순히 도포할 수도 있고, 도 3 및 4에 개시된 바와 같이 일정 간격으로 이격된 복수 개의 선으로 형성될 수 있다. 또한, 일정 간격으로 이격된 복수 개의 선들이 교차하는 벌집 모양, 다이아몬드 모양 등 다양한 형태일 수 있으며, 형태는 제한되지 않는다. 상기된 바와 같이, 발열 잉크조성물은 패턴형성단계에서 도포된 형태로 경화되어 발열체(120)를 형성할 수 있다.

기판(110) 상에 발열 잉크조성물을 이용하여 패턴을 형성하기 위해서는 공지된 모든 방법의 인쇄 또는 도포 방법이 적용될 수 있다. 예를 들어, 그라비아 인쇄, 스프레이 코팅, 롤 프린팅, 실크스크린 인쇄, 옵셋 인쇄, 슬롯다이 코팅, 콤마 코팅, 딥 코팅, 디스펜싱 인쇄, 에어로졸 인쇄 등의 방법이 적용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

제1경화단계에서는 패턴이 형성된 기판(110)을 180 ~ 210 ℃로 가열하여, 기판(110) 상의 발열 잉크조성물을 1차 경화시킬 수 있다.

제1경화단계에서는 상기 패턴형성단계에서 발열 잉크조성물을 이용하여 패턴이 형성된 기판(110)을 180 ~ 210 ℃로 가열함으로써, 기판(110) 상의 발열 잉크조성물을 1차로 경화시킬 수 있다.

패턴형성단계에서는 흐름성을 가지는 발열 잉크조성물을 이용하여 기판(110) 상에 패턴을 형성함에 따라 기판(110) 상의 발열 잉크조성물을 경화시키는 과정이 실시되어야한다. 종래에는 단순히 800 ℃ 이상의 고온으로 가열함으로써 발열 잉크조성물을 경화시킴에 따라, 고온 가열을 위한 별도의 장치 및 공정이 추가되어야 하는 문제가 있었으나, 저온에서 1차 경화한 뒤 전압을 인가하여 2차 경화시킴으로써 접착성이 뛰어난 발열체(120)를 형성할 수 있으면서도 비용이 저렴할 수 있다.

상기 가열은 공지된 모든 방법에 의해 실시될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(110)을 고온의 열난로 또는 소성기에 투입한 후 열을 가함으로써 기판(110) 상의 발열 잉크조성물을 1차로 경화할 수 있다. 만약, 제1경화단계에서 180 ℃ 이하로 가열하게 되면 기판(110) 상의 발열 잉크조성물이 충분히 경화되지 않는 문제가 있을 수 있으며, 210 ℃ 이상으로 가열하게 되면 고온으로 가열하기 위한 별도의 장치 등의 필요에 의해 비용이 증가되는 문제가 있을 수 있다.

제2경화단계에서는 상기 1차 경화된 발열 잉크조성물에 전압을 인가하여, 1차 경화된 발열 잉크조성물을 2차 경화시킴으로써 발열체(120)를 형성할 수 있다.

제2경화단계에서는 상기 제1경화단계로 인해 1차 경화된 발열 잉크조성물을 2차 경화시킴으로써 발열체(120)를 형성할 수 있는데, 발열 잉크조성물의 2차 경화를 위해 발열 잉크조성물에 전압을 인가할 수 있다.

제2경화단계에서 기판(110)에 인가되는 전압은 30 ~ 220V일 수 있으며, 인가되는 전압의 세기는 발열선의 길이와 저항에 따라 달라질 수 있으므로, 상기된 바에 제한되지 않는다. 예를 들어, 발열선의 길이가 약 800 mm 이면서 저항이 약 2 Ω인 경우 30 ~ 40 V의 전압이 인가될 수 있으며, 발열선의 길이가 약 4000 mm 이면서 저항이 약 6.5 Ω인 경우 180 ~ 190 V의 전압이 인가될 수 있다. 즉, 인가되는 전압의 세기는 발열선의 길이와 저항에 따라 달라질 수 있으며, 인가되는 전압의 범위는 30 ~ 220V로 이에 맞춰 발열선의 길이와 저항을 적정하게 맞춰야한다.

제2경화단계에서는 발열 잉크조성물의 1차 경화 상태, 기판(110)의 종류, 발열선의 길이와 저항에 따라 전압의 세기를 달리하며 전압을 인가할 수 있다. 상기에 따라 전압이 인가되면 발열 잉크조성물은 약 200 ~ 600 ℃로 발열하면서 완전히 경화되어, 기판(110) 상에 발열체(120)를 형성할 수 있고, 기판(110) 상에 발열체(120)가 형성된 후에 양단에 전극(130)을 형성함으로써 발열부(100)를 형성할 수 있다.

이하 실시예, 비교예, 및 실험예를 통하여 본 발명의 발열 잉크조성물을 이용한 전기레인지에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.

실시예

실시예 1

반응기에 디에틸렌글리콜을 반응기에 투입하고 약 170 ℃로 가열한 뒤, 상기 170 ℃의 디에틸렌글리콜 100 중량부와 질산은 2 중량부를 혼합하여 제1혼합물을 제조하였으며, 상기 제1혼합물에 폴리비닐피롤리돈(고분자바인더) 1 중량부 및 브롬화 칼륨 2 중량부를 혼합하여 제2혼합물을 제조하였다. 이때, 상기 과정에서 계속해서 가열과 교반을 실시하여 제2혼합물의 온도는 약 160 ~ 170 ℃ 이었다. 이어서, 제2혼합물에 아세톤 150 중량부을 투입하고 교반한 뒤, 3000 rpm 으로 약 10 분 동안 원심분리하여 침전물을 수득하였고, 상기 침전물을 아세톤 150 중량부와 혼합한 뒤 원심분리하여 침전된 은 조성물을 수득하였다.

이 후, 상기 은 조성물 100 중량부, 유무기 하이브리드 수지 5 중량부, 헥실알코올과 도데실알코올이 혼합된 유기용매 40 중량부을 혼합하여 발열 잉크조성물을 제조하였다. 이때, 유무기 하이브리드 수지는 소수화된 MgO 및 Al₂O₃가 혼합된 무기물과 에폭시수지를 결합시킨 것으로 사용하였다. 상기 중량부의 단위는 g일 수 있다.

상기 발열 잉크조성물을 이용하여 알루미나 기판의 일면에 패턴을 형성한 뒤, 기판을 200 ℃에서 10 분 동안 가열한 후, 180 ~ 190 V의 전압을 인가(발열선 길이 : 4000 mm, 저항 : 6.5 Ω)하여 발열 잉크조성물을 완전 경화시킴으로써 기판 상에 발열체(두께 : 약 10 ~ 15 마이크로미터)를 형성하였다. 이어서, 상기 발열체가 형성된 기판에 복수 개의 전극을 형성함으로써, 발열부를 형성하였다.

상기 발열부, 전원부, 온도조절부를 박스 형태의 본체부에 수용시키고 이들을 기계적 또는 전기적으로 연결함으로써, 전기레인지를 제조하였다.

실시예 2

실시예 1과 동일하며, 브롬화 칼륨을 3 중량부 혼합하여 전기레인지를 제조하였다.

실시예 3

실시예 2와 동일하며, 디에틸렌글리콜의 온도를 150 ℃로 가열하여 전기레인지를 제조하였다.

실시예 4

실시예 2와 동일하며, 질산니켈 3 중량부를 더 포함하여 전기레인지를 제조하였다.

실시예 5

실시예 2와 동일하며, 발열 잉크조성물을 180 ℃에서 1차 경화시킴으로써 전기레인지를 제조하였다.

실시예 6

실시예 2와 동일하며, 30 ~ 40 V의 전압을 인가(발열선 길이 : 800 mm, 저항 : 2 Ω)함으로써, 전기레인지를 제조하였다.

비교예

비교예 1

실시예 2와 동일하나, 발열 잉크조성물을 이용하여 패턴을 형성한 뒤, 기판을 800 ℃에서 가열함으로써, 전기레인지를 제조하였다(전압인가x).

비교예 2

실시예 2와 동일하나, 발열 잉크조성물을 이용하여 패턴을 형성한 뒤, 기판을 1000 ℃에서 가열함으로써, 전기레인지를 제조하였다(전압인가x).

비교예 3

실시예 2와 동일하나, 발열 잉크조성물을 이용하여 패턴을 형성한 뒤, 기판을 100 ℃에서 가열함으로써, 전기레인지를 제조하였다.

비교예 4

실시예 2와 동일하나, 발열 잉크조성물을 이용하여 패턴을 형성한 뒤, 기판을 300 ℃에서 가열함으로써, 전기레인지를 제조하였다.

비교예 5

실시예 2와 동일하나, 전압을 인가하지 않고, 전기레인지를 제조하였다.

비교예 6

실시예 2와 동일하나, 380 ~ 400 V의 전압을 인가(발열선 길이 : 4000 mm, 저항 : 6.5 Ω)하여, 전기레인지를 제조하였다.

비교예 7

실시예 2와 동일하나, 브롬화 칼륨을 투입하지 않고 전기레인지를 제조하였다.

비교예 8

실시예 2와 동일하나, 브롬화 칼륨을 7 중량부 투입하여 전기레인지를 제조하였다.

비교예 9

실시예 2와 동일하나, 브롬화 칼륨을 15 중량부 투입하여 전기레인지를 제조하였다.

비교예 10

실시예 2와 동일하나, 디에틸렌글리콜을 80 ℃로 가열하여 전기레인지를 제조하였다.

비교예 11

실시예 2와 동일하나, 디에틸렌글리콜을 210 ℃로 가열하여 전기레인지를 제조하였다.

비교예 12

실시예 2와 동일하나, 은 조성물 100 중량부, 유무기 하이브리드 수지 5 중량부, 헥실알코올과 도데실알코올이 혼합된 유기용매 70 중량부를 혼합한 발열 잉크조성물을 이용하여, 전기레인지를 제조하였다.

비교예 13

실시예 2와 동일하나, 은 조성물 100 중량부, 유무기 하이브리드 수지 5 중량부, 헥실알코올과 도데실알코올이 혼합된 유기용매 15 중량부를 혼합한 발열 잉크조성물을 이용하여, 전기레인지를 제조하였다.

비교예 14

실시예 2와 동일하나, 은 조성물 100 중량부, 유무기 하이브리드 수지 20 중량부, 헥실알코올과 도데실알코올이 혼합된 유기용매 40 중량부를 혼합한 발열 잉크조성물을 이용하여, 전기레인지를 제조하였다.

비교예 15

실시예 2와 동일하나, 은 조성물 100 중량부, 유무기 하이브리드 수지 0.01 중량부 및 헥실알코올과 도데실알코올이 혼합된 유기용매 40 중량부를 혼합한 발열 잉크조성물을 이용하여, 전기레인지를 제조하였다.

비교예 16

실시예 2와 동일하나, 유무기 하이브리드 수지를 대신하여 일반 에폭시 수지를 사용하여, 전기레인지를 제조하였다.

비교예 17

실시예 2와 동일하나, 질산은을 10 중량부 사용하여, 전기레인지를 제조하였다.

실험예

실험예 1 : 은 조성물 분석

상기 실시예 1 ~ 2에 따라 제조된 은 조성물과 비교예 7 ~ 11 및 17에 따라 제조된 은 조성물을 분석하여 하기의 표 1 및 표 2에 나타내었으며, 상기와 같은 은 조성물의 분석은 SEM 분석을 통해 실시되었다. 하기의 표 1 및 표 2에 개시된 막대 형태의 은 마이크로입자의 중량비는 구형의 은 나노입자를 기준으로 비교한 것이며, 중량비 측정에 사용된 은 조성물의 SEM 분석 사진 중 일부를 도 6 내지 14에 개시하였다.

중량비	실시예 1	실시예 2
구형의 은 나노입자	100	100
막대 형태의 은 마이크로입자	10 ± 5	20 ± 5
도면	도 6 및 도 7	도 8

비교예
		7	8	9	10	11	17
중량비	구형의 은 나노입자	100	100	100	100	100	X
	막대 형태의 은 마이크로입자	거의 X	25 초과	25 초과	거의 X	25 초과	X
도면		도 9	도 10	도 11	도 12	도 13	도 14

상기 실시예 1 및 2 입경이 100 나노미터 이하인 구형의 은 나노입자 100 중량부 및 길이가 2 ~ 5 마이크로미터인 막대 형태의 은 마이크로입자 5 ~ 25 중량부의 비율을 갖는 은 조성물임을 확인할 수 있다.

반면, 비교예 7 및 10의 경우 길이가 2 ~ 5 마이크로미터인 막대 형태의 은 마이크로입자가 거의 형성되지 않았다. 또한, 비교예 8, 9 및 11의 경우 길이가 2 ~ 5 마이크로미터인 은 마이크로입자에 비해 매우 소량의 입경이 100 나노미터 이하인 은 나노입자가 형성되어, 상기 입경이 100 나노미터 이하인 구형의 은 나노입자 100 중량부 및 길이가 2 ~ 5 마이크로미터인 막대 형태의 은 마이크로입자 5 ~ 25 중량부의 비율을 만족하지 못함을 확인할 수 있다.

또한, 비교예 17의 경우 막대 또는 구형의 입자가 아닌 와이어 또는 서로 연결된 그물 형태를 가짐을 확인할 수 있다.

실험예 2

상기 실시예 1 ~ 6에 따라 제조된 발열부 및 상기 비교예 1 ~ 17에 따라 제조된 발열부에 각각 전류를 공급하여, 600 ℃ 로 발열시킨 다음(1회)의 저항과 이를 600 ℃로 약 5000회 발열시킨 뒤, 저항 변화율을 측정하여 하기의 표 3에 나타내었습니다. 상기 저항변화율의 측정에는 멀티미터(제조사 : HIOKI)를 이용하였다. 이때, 저항변화율은 초기에 비해 저항이 증가된 정도를 측정한 것이다.

	저항 변화율		저항변화율
실시예 1	7.5	비교예 7	30.5
실시예 2	1.2	비교예 8	41.5
실시예 3	1.8	비교예 9	47.7
실시예 4	1.6	비교예 10	31.0
실시예 5	1.5	비교예 11	48.1
실시예 6	1.5	비교예 12	27.4
비교예 1	58.9	비교예 13	33.8
비교예 2	63.8	비교예 14	58.1
비교예 3	-	비교예 15	-
비교예 4	55.8	비교예 16	45.9
비교예 5	-	비교예 17	45.1
비교예 6	56.9

상기 표 3을 참고하면, 실시예 1 내지 6의 저항변화율은 약 10 % 이내이며, 비교예 1 내지 17의 저항변화율은 약 27 ~ 63 %로, 실시예에 비해 비교예의 저항변화율이 매우 높은 것을 확인할 수 있다.

이는, 본 발명에 따라 제조된 발열체를 포함하는 전기레인지는 600 ℃의 고온에서도 발열특성이 우수함을 의미한다.

한편, 비교예 3 및 비교예 5의 경우 발열 잉크조성물이 완전히 경화되지 않아 저항 변화율을 측정할 수 없었다. 또한, 비교예 15의 경우 유무기 하이브리드 수지가 매우 소량 첨가되어 발열체 자체의 형성이 어려움에 따라 저항 변화율의 측정이 불가하였다.

실험예 3

실시예 1 ~ 6 및 비교예 1 ~ 17에 따라 제조된 발열부가 300℃, 400 ℃, 500 ℃, 600 ℃, 700 ℃, 800 ℃로 약 150회 발열한 다음, 기판에 대한 발열체의 접착 상태를 관찰하여 하기의 표 4에 나타내었다(상기 접착 상태의 평가는 ASTM D 3359 규격에 따라 진행함). 이때, 1 회 발열은 약 15 분간 발열 한 후 5분 방치하는 것을 의미한다.

접착 상태는 육안으로 관찰 후 기판 상에서 발열체가 분리되지 않은 경우 5B, 발열체가 일부 들뜨거나 분리된 경우 4B ~ OB 로 하기의 표 4에 표기하였다. 즉, 기판으로부터 분리된 면적이 5B는 0%(가장우수/기판으로부터 분리X), 4B는 분리된 면적이 5% 이하, 3B는 분리된 면적이 5 ~ 15%, 2B는 분리된 면적이 15 ~ 35%, 1B는 분리된 면적이 35 ~ 65%, 0B는 65% 이상(가장나쁨)인 것을 의미한다.

	300 ℃	400 ℃	500 ℃	600 ℃	700 ℃	800 ℃
실시예1	5B	5B	5B	5B	5B	4B
실시예2	5B	5B	5B	5B	5B	5B
실시예3	5B	5B	5B	5B	5B	5B
실시예4	5B	5B	5B	5B	5B	5B
실시예5	5B	5B	5B	5B	5B	5B
실시예6	5B	5B	5B	5B	5B	5B
비교예1	5B	3B	1B	OB	OB	OB
비교예2	5B	3B	1B	OB	OB	OB
비교예3	-	-	-	-	-	-
비교예4	5B	3B	1B	OB	OB	OB
비교예5	-	-	-	-	-	-
비교예6	5B	3B	1B	OB	OB	OB
비교예7	5B	5B	3B	3B	OB	OB
비교예8	5B	5B	3B	0B	OB	OB
비교예9	5B	5B	3B	0B	OB	OB
비교예10	5B	5B	3B	3B	OB	OB
비교예11	5B	5B	3B	0B	OB	OB
비교예12	5B	5B	3B	3B	OB	OB
비교예13	5B	3B	3B	3B	OB	OB
비교예14	5B	3B	OB	OB	OB	OB
비교예15	-	-	-	-	-	-
비교예16	5B	5B	3B	0B	OB	OB
비교예17	5B	5B	3B	0B	OB	OB

상기 표 4를 참고하면, 실시예 1 ~ 6의 발열체는 300 ~ 800 ℃ 까지 모두 안정적으로 발열체가 기판 상에 접착(부착)되어 있음을 확인할 수 있다. 반면, 입경이 100 나노미터 이하인 구형의 은 나노입자 및 길이가 2 ~ 5 마이크로미터인 은 마이크로입자를 적정비율로 포함하지 않는 비교예 7 내지 11의 경우에는 실시예에 비해 접착 상태가 불안정함을 확인할 수 있다.

즉, 본 실시예의 발열 잉크조성물을 이용한 발열체는 고온 안정성이 향상되어, 온도가 증가하여도 기판으로부터 발열체가 쉽게 분리되지 않음을 확인할 수 있다.

실험예 4

상기 실시예 1 및 2에 따른 전기레인지 및 상기 비교예 7 내지 14 및 16 내지 17에 따른 전기레인지 동일하게 220 V의 전압을 인가하고, 상기 실시예 및 비교예의 전기레인지 상판의 온도가 100 ℃, 200 ℃, 300 ℃, 400 ℃, 500 ℃, 600 ℃, 700 ℃, 800℃ 각각에 도달하는 시간(초)을 측정하여 하기의 표 5에 나타내었다.

	100℃	200℃	300℃	400℃	500℃	600℃	700℃	800℃
실시예 1	15	30	48	72	108	114	125	141
실시예 2	12	24	46	63	85	104	117	124
비교예 7	24	51	83	102	120	159	184	213
비교예 8	35	64	104	130	166	187	214	269
비교예 9	36	65	110	134	159	178	207	258
비교예 10	28	56	81	111	134	164	199	221
비교예 11	34	60	105	131	167	190	208	271
비교예 12	38	53	84	105	125	161	190	220
비교예 13	34	51	80	110	131	165	194	225
비교예 14	51	82	115	167	234	324	-	-
비교예 16	46	85	72	114	158	201	281	354
비교예 17	26	44	80	110	139	169	194	255

상기 표 5에 개시된 바에 따르면, 본 발명에 따라 제조된 전기레인지의 승온 속도가 비교예에 비해 현저히 빠른 것을 알 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 전기레인지는 단 시간 내에 목표 온도로 승온이 가능함을 확인할 수 있다.

상기 실험예 1 내지 4를 종합해보면, 본 실시예에 따른 전기레인지는 입경이 100 나노미터 이하인 은 나노입자 100 중량부 및 길이가 2 ~ 5 마이크로미터인 막대 형태의 은 마이크로입자 5 ~ 25 중량부를 포함하는 은 조성물, 유무기 하이브리드 수지 및 용매를 포함하는 발열 잉크조성물을 이용하여 형성된 발열체를 포함함에 따라, 저온 발열 뿐 아니라 고온 발열 또한 용이하며, 단 시간 내에 조리기구의 가열이 가능하면서도 얇은 두께로 형성될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 발열체가 기판으로부터 쉽게 분리되지 않음에 따라 전기레인지의 내구성 향상되며, 수명이 길어짐을 알 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 발열부
110 : 기판
120 : 발열체
130 : 전극
140 : 전선
200 : 본체부
300 : 전원부
400 : 온도조절부

Claims (4)

1. 본체부;
   기판, 상기 기판 상에 발열 잉크조성물을 이용하여 형성된 발열체 및 상기 발열체에 연결된 전극을 포함하는 발열부;
   상기 발열부에 전원을 공급하는 전원부; 및
   상기 발열부의 온도를 조절하는 온도조절부를 포함하고,
   상기 발열 잉크조성물은 입경이 100 나노미터 이하인 구형의 은 나노입자 및 길이가 2 ~ 5 마이크로미터인 막대 형태의 은 마이크로입자를 포함하는 은 조성물, 유무기 하이브리드 수지 및 유기용매를 포함하며,
   상기 은 조성물은 상기 입경이 100 나노미터 이하인 구형의 은 나노입자 100 중량부 및 상기 길이가 2 ~ 5 마이크로미터인 막대 형태의 은 마이크로입자 5 ~ 25 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 잉크조성물을 이용한 전기레인지.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 발열 잉크조성물은
   상기 은 조성물 100 중량부에 대해 유무기 하이브리드 수지 0.1 ~ 10 중량부 및 유기용매 20 ~ 60 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 잉크조성물을 이용한 전기레인지.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 발열부는
   상기 발열체를 보호하는 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 잉크조성물을 이용한 전기레인지.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 유무기 하이브리드 수지는
   소수화된 MgO, ZnO, Al₂O₃ 및 ZrO₂로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 무기물과 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 잉크조성물을 이용한 전기레인지.

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