KR20190058794A - Toner fused metal plate heater and fusing belt using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 토너 융착 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저 프린터, 복합기, 복사기 등에서 토너 융착을 위해 사용되는 금속플레이트 히터 및 그를 이용한 융착 벨트에 관한 것이다.The present invention relates to a toner fusing technique, and more particularly, to a metal plate heater used for toner fusing in a laser printer, a multifunction printer, a copying machine, and the like, and a fusing belt using the same.
토너를 이용하는 레이저 프린터, 복합기, 복사기 등은 용지에 토너로 인쇄하고, 토너가 인쇄된 용지의 용지면에 180℃ 이상의 열을 인가하여 인쇄된 토너를 용지면에 융착시킨 후, 용지를 밖으로 배출하는 구조를 갖는다.A laser printer, a multifunction apparatus, a copying machine, or the like using a toner prints a toner on paper, applies heat of 180 ° C or more to the paper surface of the paper on which the toner is printed, fuses the printed toner to the paper surface, .
용지에 인쇄된 토너를 융착시키기 위해서 열을 인가하는 수단으로 일반적으로 할로겐 램프가 사용되고 있다. 할로겐 램프는 융착 표면의 온도를 180℃ 이상으로 올리기 위해서 300 내지 500℃ 사이의 자체 발열이 요구된다. 이것은 할로겐 램프의 가열 방식에 기인하는 것으로, 직접적으로 융착 벨트(fusing belt)의 융착 표면과 접촉하여 가열하는 것이 아니라 복사열(Radiation heat)로 가열하기 때문이다.A halogen lamp is generally used as means for applying heat to fuse the toner printed on the paper. Halogen lamps require self heat generation between 300 and 500 ° C to raise the temperature of the fused surface to 180 ° C or higher. This is due to the heating method of the halogen lamp, because it does not directly contact with the fusing surface of the fusing belt but is heated by radiation heat.
이와 같은 할로겐 램프를 이용한 토너 융착 방식은 실제 필요한 온도에 비해서 더 많은 가열이 요구되고, 이로 인해서 에너지 효율이 낮은 문제가 있다. 또한 복사열에 의해 융착 표면을 가열하기 때문에. 융착 표면 이외에 타방향으로 방출되는 열이 많아 30% 이상의 에너지 손실이 발생한다.Such a toner fusing method using a halogen lamp requires more heating than the actual required temperature, which causes a problem of low energy efficiency. Also, because the fused surface is heated by radiant heat. In addition to the fused surface, more heat is emitted in the other direction, resulting in energy loss of more than 30%.
따라서 할로겐 램프에 의한 융착 방식은 전체 레이저 프린터의 에너지 효율을 저하시키는 문제가 있다.Therefore, the fusing method using a halogen lamp has a problem of lowering the energy efficiency of the entire laser printer.
레이저 프린터의 인쇄 속도(Printing speed 혹은 Quick start)는 융착 벨트의 발열속도 (heat-up rate 혹은 warm-up rate)에 의해서 좌우되는데, 할로겐 램프의 특성상 발열속도가 느리다.Printing speed or quick start of a laser printer depends on the heat-up rate or warm-up rate of the fusing belt. Due to the nature of the halogen lamp, the heating rate is slow.
결론적으로 할로겐 램프는 에너지를 많이 소비하고, 레이저 프린터의 중요한 성능인 인쇄 속도가 느린 문제가 있다.In conclusion, halogen lamps consume a lot of energy and have a problem of slow printing speed, which is an important performance of laser printers.
할로겐 램프는 AC-AC 컨버터를 통해서 AC 110V, AC 220V의 전압을 위상차로 제어하기 때문에, 회로 제어가 복잡하고, 많은 안전회로를 레이저 프린터 내부에 설치해야 하는 문제도 있다.Since the halogen lamp controls the voltages of AC 110V and AC 220V with the phase difference through the AC-AC converter, circuit control is complicated and there is a problem that many safety circuits must be installed inside the laser printer.
이러한 할로겐 램프를 이용한 토너 융착 방식의 문제점을 해소하기 위해서, 다양한 형태 및 구조의 히터 기술이 연구개발 되고 있으며, 그 중 세라믹 히터가 장착된 융착벨트 방식이 대표적으로 사용되고 있다.In order to solve the problems of the toner fusion method using the halogen lamp, various types and structures of heater technologies have been researched and developed. Among them, a fusing belt system equipped with a ceramic heater is typically used.
세라믹 히터는 탄성체로 구성된 융착벨트의 내부에 기구적으로 설치되어 인쇄 용지의 이송시 인쇄 롤러(impression roller)와 융착벨트가 맞물려 회전하면서 융착벨트에 설치된 세라믹 히터가 융착면을 국부적으로 가열하기 때문에, 에너지 효율이 높고 직접 융착면을 가열하므로 발열 속도가 높다.Since the ceramic heater is mechanically provided inside the fusing belt composed of the elastic body and the ceramic heater installed on the fusing belt rotates the fusing surface locally while the impression roller and the fusing belt rotate while being conveyed, It has high energy efficiency and high heat rate because it directly heated fused surface.
이러한 세라믹 히터를 구현하기 위해서, 종래에는 은(Ag)과 팔라듐(Pd)으로 구성된 Ag/Pd 혼성 페이스트를 스크린 인쇄를 통해서 알루미나 등의 세라믹 기판에 발열 전극을 형성하고, 800℃ 내외의 고온으로 소결함으로써 발열 전극 회로를 제조하였다.In order to realize such a ceramic heater, conventionally, an Ag / Pd mixed paste composed of silver (Ag) and palladium (Pd) is screen printed to form a heating electrode on a ceramic substrate such as alumina and sintered at a high temperature Whereby an exothermic electrode circuit was manufactured.
기존의 세라믹 히터는 할로겐 램프에 비해서 에너지 효율 및 발열 속도가 높으나, Ag/Pd 혼성 페이스트가 매우 고가이고 800℃ 내외의 고온 소결 공정으로 인해서 원가경쟁력이 낮은 문제가 있다.Conventional ceramic heaters have higher energy efficiency and higher heat generation rate than halogen lamps, but Ag / Pd hybrid paste is very expensive, and cost competitiveness is low due to high temperature sintering process at about 800 ° C.
또한 기존의 세라믹 히터는 Ag/Pd 혼성 페이스트의 사용으로 800℃ 내외의 고온 소결 공정을 진행해야 하기 때문에, 열충격에 강한 세라믹 기판만을 사용해야 하는 문제가 있다.In addition, since conventional ceramic heaters must be sintered at a high temperature of about 800 ° C. by using Ag / Pd mixed paste, there is a problem that only a ceramic substrate resistant to thermal shock is required.
따라서 본 발명의 목적은 세라믹 히터를 대체할 수 있는 토너 융착용 금속플레이트 히터 및 그를 이용한 융착 벨트를 제공하는 데 있다.Therefore, an object of the present invention is to provide a toner fusing metal plate heater which can replace ceramic heaters, and a fusing belt using the same.
본 발명의 다른 목적은 Ag/Pd 혼성 페이스트와 세라믹 기판을 대체하는 토너 융착용 금속플레이트 히터 및 그를 이용한 융착 벨트를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a toner fused metal plate heater replacing the Ag / Pd mixed paste and a ceramic substrate, and a fusing belt using the same.
본 발명의 또 다른 목적은 열경화 및 300℃ 내외의 에이징으로 저항 및 접착력 확보가 가능한 토너 융착용 금속플레이트 히터 및 그를 이용한 융착 벨트를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a toner fusing metal plate heater capable of securing resistance and adhesion by thermal curing and aging at about 300 DEG C and a fusing belt using the same.
본 발명의 또 다른 목적은 에너지 효율 및 발열 속도가 높은 토너 융착용 금속플레이트 히터 및 그를 이용한 융착 벨트를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a toner fusing metal plate heater having a high energy efficiency and a high heat generation rate, and a fusing belt using the same.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 금속플레이트 기판; 상기 금속플레이트 기판의 상부면을 덮는 절연막; 및 상기 절연막의 상부면에 발열 조성물을 인쇄하여 형성한 발열 전극;을 포함하는 토너 융착용 금속플레이트 히터를 제공한다. 이때 상기 발열 전극의 발열 조성물은 에폭시 아크릴레이트 또는 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지가 혼합된 혼합 바인더; 탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자를 포함하는 탄소 입자; 은 또는 구리 소재의 금속 분말; 유기 용매; 및 분산제;를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a metal plate substrate, An insulating film covering an upper surface of the metal plate substrate; And a heating electrode formed by printing a heating composition on an upper surface of the insulating film. Here, the exothermic composition of the exothermic electrode may include a mixed binder in which epoxy acrylate or hexamethylene diisocyanate, polyvinyl acetal, and phenolic resin are mixed; Carbon particles including carbon nanotube particles and graphite particles; Metal powder of silver or copper; Organic solvent; And a dispersant.
상기 금속플레이트 기판은 두께가 0.025mm 내지 1.5mm이고, 소재가 스테인리스 스틸, 황동, 알루미늄 또는 이들의 합금을 포함한다.The metal plate substrate has a thickness of 0.025 mm to 1.5 mm, and the material includes stainless steel, brass, aluminum, or an alloy thereof.
상기 절연막은 코팅 또는 캐스팅으로 상기 금속플레이트 기판의 상부면에 형성될 수 있다.The insulating layer may be formed on the upper surface of the metal plate substrate by coating or casting.
상기 발열 조성물은, 상기 발열 조성물 100 중량부에 대하여 혼합 바인더는 8 내지 10 중량부, 탄소나노튜브 입자는 0.1 내지 5 중량부, 그라파이트 입자는 0.1 내지 20 중량부, 금속 분말 10 내지 60 중량부, 유기 용매는 20 내지 80 중량부, 및 분산제는 0.5 내지 5 중량부를 포함한다.The exothermic composition preferably contains 8 to 10 parts by weight of a mixed binder, 0.1 to 5 parts by weight of carbon nanotube particles, 0.1 to 20 parts by weight of graphite particles, 10 to 60 parts by weight of metal powder, 20 to 80 parts by weight of an organic solvent, and 0.5 to 5 parts by weight of a dispersant.
상기 혼합 바인더는 에폭시 아크릴레이트 또는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 100 중량부에 대하여 폴리비닐 아세탈 수지 10 내지 150 중량부, 페놀계 수지 10 내지 500 중량부가 혼합된다.10 to 150 parts by weight of a polyvinyl acetal resin and 10 to 500 parts by weight of a phenolic resin are mixed with 100 parts by weight of epoxy acrylate or hexamethylene diisocyanate.
상기 탄소나노튜브 입자는 직경이 1nm 내지 20nm, 길이가 1㎛ 내지 100㎛이다.The carbon nanotube particles have a diameter of 1 nm to 20 nm and a length of 1 占 퐉 to 100 占 퐉.
상기 그라파이트 입자는 직경이 1㎛ 내지 25㎛, 두께가 1nm 내지 25㎛이다.The graphite particles have a diameter of 1 탆 to 25 탆 and a thickness of 1 nm to 25 탆.
은 소재의 금속 분말은 플레이크, 다각형 판상 또는 막대(rod) 형상을 갖는다.The metallic powder of the silver material has a shape of flake, polygonal plate or rod.
구리 소재의 금속 분말은 은이 코팅된 구리 또는 니켈이 코팅된 구리를 포함한다.The metal powder of the copper material includes copper coated with silver or nickel coated with nickel.
상기 발열 조성물은 100℃ 내지 180℃에서 열경화되고, 250 내지 350℃에서 에이징된다.The exothermic composition is thermally cured at 100 ° C to 180 ° C and aged at 250 to 350 ° C.
본 발명에 따른 금속플레이트 히터는, 상기 절연막의 상부면에 형성되며, 상기 발열 전극에 연결되어 상기 발열 전극에 전원을 인가하는 배선 전극; 및 상기 절연막의 상부면을 덮되, 상기 배선 전극을 제외한 상기 발열 전극을 덮는 덮개층;을 더 포함할 수 있다.A metal plate heater according to the present invention includes: a wiring electrode formed on an upper surface of the insulating film and connected to the heating electrode to apply power to the heating electrode; And a cover layer covering the upper surface of the insulating film, the covering layer covering the heating electrode except for the wiring electrode.
상기 덮개층은 폴리미이드 또는 에폭시 접착제를 매개로 상기 절연막의 상부면을 덮도록 형성된다.The cover layer is formed to cover the upper surface of the insulating film via a polyimide or epoxy adhesive.
상기 발열 전극은 상기 절연막 위에 직렬로 전기적으로 연결되는 복수의 라인으로 형성된다.The heating electrode is formed of a plurality of lines electrically connected in series on the insulating film.
본 발명에 따른 금속플레이트 히터는, 상기 절연막의 상부면에 형성되며, 상기 발열 전극과 배선 전극을 직렬로 연결하며, 상기 덮개층에 의해 덮이는 연결 배선;을 더 포함할 수 있다.The metal plate heater according to the present invention may further include a connection wiring formed on an upper surface of the insulating film and connecting the heating electrode and the wiring electrode in series and covered by the cover layer.
그리고 본 발명은, 축 방향으로 내부 공간을 가지며, 회전 가능하게 설치되는 롤러; 및 상기 롤러의 내부 공간에 설치되되, 압축 롤러와 맞물리는 부분에 근접하게 설치되고, 상부면에 절연막이 형성된 금속플레이트 기판과, 상기 금속플레이트 기판의 상부면에 발열 조성물을 인쇄하여 형성한 발열 전극을 포함하는 금속플레이트 히터;를 포함하는 토너 융착용 융착 벨트를 제공한다.The present invention also provides a rolling bearing comprising: a roller having an internal space in an axial direction and rotatably installed; A metal plate substrate provided in an inner space of the roller, the metal plate substrate being disposed adjacent to a portion where the roller is engaged with the compression roller and having an insulating film formed on an upper surface thereof, and a heating electrode formed by printing a heating composition on the upper surface of the metal plate substrate. And a metal plate heater including the metal plate heater.
본 발명에 따르면, 발열 조성물은 발열체로 은 또는 구리와 같은 금속 분말과 탄소 입자를 포함하기 때문에, 발열체로 금속 분말만을 포함하는 발열 조성물에 비해서 에너지 효율 및 발열 속도를 높일 수 있다.According to the present invention, since the exothermic composition includes metal powder such as silver or copper and carbon particles as a heat generating element, energy efficiency and heat generation rate can be increased as compared with a exothermic composition containing only metal powder as a heat generating element.
이로 인해 발열 조성물은 기존의 Ag/Pd 혼성 페이스트 조성물과 대비하여, 동일하거나 그 이상의 효율을 발휘하면서 제조 원가도 낮기 때문에, 기존의 Ag/Pd 혼성 페이스트 조성물을 대체할 수 있다.As a result, the exothermic composition exhibits the same or higher efficiency as compared with the conventional Ag / Pd hybrid paste composition, and the manufacturing cost is low, so that the existing Ag / Pd hybrid paste composition can be substituted.
발열 조성물은 300℃ 이하에서의 열경화 및 에이징으로 발열 전극을 제조할 수 있기 때문에, 800℃ 내외의 고온 소결 공정이 불필요하고, 공정 시간을 줄일 수 있다. 더욱이 발열 전극을 형성하는 기판으로 세라믹 기판을 금속플레이트 기판으로 대체할 수 있다.Since the exothermic composition can produce an exothermic electrode by thermosetting and aging at 300 DEG C or less, a high-temperature sintering process at about 800 DEG C is unnecessary, and the process time can be shortened. Further, the ceramic substrate can be replaced with the metal plate substrate as the substrate for forming the heating electrode.
본 발명에 따른 금속플레이트 히터는 세라믹 기판 대신에 금속플레이트 기판을 사용함으로써, 제조 원가를 줄일 수 있다. 이로 인해 본 발명에 따른 토너 융착용 금속플레이트 히터를 포함하는 융착 벨트는 고속 레이저 프린터 이외에 보급형 레이저 프린터에도 적용할 수 있다.The metal plate heater according to the present invention uses a metal plate substrate in place of the ceramic substrate, thereby reducing the manufacturing cost. Accordingly, the fusing belt including the toner fusing metal plate heater according to the present invention can be applied to a low-cost laser printer in addition to a high-speed laser printer.
발열 조성물은 탄소나노튜브 입자와 그라파이트 입자를 포함하고, 이로 인해 제조되는 발열 전극은 블랙 바디(block body)이기 때문에, 흑체 복사로 인해 추가적인 에너지 효율을 향상을 얻을 수 있다.Since the exothermic composition includes carbon nanotube particles and graphite particles, and the exothermic electrode manufactured thereby is a black body, additional energy efficiency can be improved due to blackbody radiation.
발열 조성물은 은(Ag)의 이온 마이그레이션(ion migration) 문제를 최소화할 수 있기 때문에, 발열 조성물 및 그 발열 조성물로 제조되는 금속플레이트 히터의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.Since the exothermic composition can minimize the ion migration problem of silver (Ag), the reliability of the exothermic composition and the metal plate heater made of the exothermic composition can be improved.
발열 조성물은 300℃ 정도의 온도에서도 내열성을 유지할 수 있고 온도에 따른 저항 변화가 작아 안정적이기 때문에, 고온으로 가열 가능한 금속플레이트 히터로 제조될 수 있다.The exothermic composition can be made of a metal plate heater that can be heated to a high temperature because it can maintain the heat resistance even at a temperature of about 300 ° C and is stable because the resistance change with temperature is small.
발열 조성물은 스크린 인쇄 또는 그라비아 인쇄가 가능하기 때문에, 대량 생산에 유리할 뿐만 아니라 발열 전극의 두께 제어가 용이하여 다양한 저항대 및 사이즈에 따른 제품 설계가 가능하다.Since the exothermic composition can be screen printed or gravure printed, it is not only advantageous for mass production but also easy to control the thickness of the exothermic electrode, so that it is possible to design products according to various resistance zones and sizes.
그리고 발열 조성물은 비저항이 낮고 두께 조절이 용이하여 저전압 및 저전력으로 고온 발열이 가능한 이점을 가지고 있다.In addition, the exothermic composition has a low resistivity and is easy to control the thickness, so that it has an advantage of being able to generate high temperature at low voltage and low power.
도 1은 본 발명에 따른 토너 융착용 금속플레이트 히터가 적용된 레이저 프린터의 토너 융착 장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 금속플레이트 히터를 보여주는 평면도이다.
도 3은 도 2의 3-3선 단면도이다.
도 4는 도 2의 4-4선 단면도이다.
도 5는 탄소 소재 발열체와 금속 소재(Ag/Pd 소재) 발열체의 발열 온도에 따른 전력 소모량을 비교한 그래프이다.
도 6은 비교예에 따른 세라믹 히터와 실시예에 따른 금속플레이트 히터의 온/오프 제어 발열 특성 시험 결과를 보여주는 그래프이다.
도 7은 실시예에 따른 금속플레이트 히터의 장기 신뢰성 평가를 위한 반복 사이클링 시험 프로파일을 보여주는 도면이다.1 is a view showing a toner fusing device of a laser printer to which a toner fusing metal plate heater according to the present invention is applied.
Fig. 2 is a plan view showing the metal plate heater of Fig. 1; Fig.
3 is a sectional view taken along line 3-3 of Fig.
4 is a cross-sectional view taken along line 4-4 of Fig.
5 is a graph comparing power consumption according to a heating temperature of a carbon material heating element and a metal material (Ag / Pd material) heating element.
6 is a graph showing the on / off controlled heating characteristic test results of the ceramic heater according to the comparative example and the metal plate heater according to the embodiment.
7 is a view showing a cyclic cyclic test profile for evaluating the long-term reliability of a metal plate heater according to an embodiment.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.In the following description, only parts necessary for understanding embodiments of the present invention will be described, and descriptions of other parts will be omitted to the extent that they do not disturb the gist of the present invention.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings and the inventor is not limited to the meaning of the terms in order to describe his invention in the best way. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely preferred embodiments of the present invention, and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention, so that various equivalents And variations are possible.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 토너 융착용 금속플레이트 히터가 적용된 레이저 프린터의 토너 융착 장치를 보여주는 도면이다.1 is a view showing a toner fusing device of a laser printer to which a toner fusing metal plate heater according to the present invention is applied.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 레이저 프린터의 토너 융착 장치(100)는 서로 맞물려 회전하면서 용지(60)에 인쇄된 미융착 토너(71)를 용지(60)에 융착시키는 융착 벨트(20)와 압축 롤러(10)를 포함한다.1, a
즉 융착 벨트(20)는 압축 롤러(10)와의 사이를 통과하는 용지(60)에 열을 전달한다. 압축 롤러(10)는 고무 등의 탄성 재질을 포함하여 융착 벨트(20)와의 사이에 있는 용지(60)에 융착 벨트(20)와 맞물려 적절한 압력을 전달한다. 따라서 융착 벨트(20)와 압축 롤러(10) 사이를 통과하는 용지(60)에 열과 압력을 전달함으로써, 용지(60)에 인쇄된 미융착 토너(71)를 용지(60)에 융착시킨다. 즉 용지(60)에 인쇄되어 있는 미융착 토너(71)는 토너 융착 장치(100)를 통과함으로써 용지(60)에 융착된다. 도면부호 73은 융착 토너를 나타낸다.That is, the fusing
이러한 융착 벨트(20)는 롤러(30)와, 롤러(30)에 설치된 금속플레이트 히터(50)를 포함한다. 롤러(30)는 축 방향으로 내부 공간을 갖는 원통형으로 회전 가능하게 설치되며, 내부에 금속플레이트 히터(50)가 설치된다. 롤러(30)는 금속플레이트 히터(50)에서 발생되는 열을 용지(60)에 전달하다. 금속플레이트 히터(50)는 롤러(30)의 내부에 히터 지지체(40)를 매개로 고정 설치되며, 압축 롤러(10)와 맞물리는 부분을 향하도록 설치된다. 융착 벨트(20)의 회전 시, 롤러(30)는 회전하지만 금속플레이트 히터(50)는 회전하지 않는다.The fusing
본 발명에 따른 금속플레이트 히터(50)에 대해서 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 2는 도 1의 금속플레이트 히터(50)를 보여주는 평면도이다. 도 3은 도 2의 3-3선 단면도이다. 그리고 도 4는 도 2의 4-4선 단면도이다.The
금속플레이트 히터(50)는 금속플레이트 기판(51) 및 발열 전극(57)을 포함하며, 배선 전극(53) 및 덮개층(59)을 더 포함할 수 있다.The
금속플레이트 기판(51)은 발열 전극(57)이 형성되는 지지체로서, 발열 전극(57)으로 인가되는 전원이 외부로 세는 것을 억제하는 절연성과, 발열 전극(57)에서 발생되는 열을 롤러(30)에 안정적으로 전달하는 열전도성을 갖는 금속플레이트 소재로 제조된다. 예컨대 금속플레이트 기판(51)은 두께가 0.025mm 내지 1.5mm이고, 소재가 스테인리스 스틸, 황동, 알루미늄 또는 이들의 합금이 사용될 수 있다.The
금속플레이트 기판(51)의 두께가 0.225mm 미만인 경우, 양호한 열전도성을 제공할 수 있지만 두께가 얇아 열변형이 쉽게 발생하고 취급상의 주의가 필요한 단점이 있다. 금속플레이트 기판(51)의 두께가 1.5mm를 초과하는 경우, 목표로 하는 온도까지 가열하는데 보다 많은 시간이 소요될 수 있다.When the thickness of the
절연막(52)은 금속플레이트 기판(51)의 상부면에 코팅 또는 캐스팅으로 형성된다. 절연막(52)의 소재로는 절연성이 있는 플라스틱 소재가 사용될 수 있다. 예컨대 절연막(52)의 소재로는 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르술폰(polyethersulphone; PES), 폴리아크릴레이트(polyacrylate: PAR), 폴리에테르이미드(polyetherimide; PEI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethyelenen napthalate; PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethyeleneterepthalate; PET), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리카보네이트(PC), 셀룰로오스 트리아세테이트(cellulose triacetate; CTA) 또는 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinonate; CAP)가 사용될 수 있으며, 나열된 것들로 한정되는 것은 아니다.The insulating
절연막(52)의 소재로는 절연 잉크 조성물이 사용될 수 있다. 예컨대 절연 잉크 조성물은 혼합 바인더, 무기 나노 입자, 분산제 및 유기 용매를 포함한다. 절연 잉크 조성물은 무기 필러, 레벨링제를 더 포함할 수 있다.As the material of the insulating
절연 잉크 조성물은 유기 용매의 사용량을 조절함으로써, 도료 또는 용액 형태로 구현할 수 있다.The insulating ink composition can be implemented in the form of a coating or a solution by controlling the amount of the organic solvent used.
그리고 절연 잉크 조성물은, 절연 잉크 조성물 100 중량부에 대하여 혼합 바인더 8 내지 10 중량부, 무기 나노 입자 0.001 내지 0.5 중량부, 유기 용매 20 내지 80 중량부, 및 분산제는 0.5 내지 5 중량부를 포함한다.The insulating ink composition includes 8 to 10 parts by weight of a mixed binder, 0.001 to 0.5 parts by weight of inorganic nanoparticles, 20 to 80 parts by weight of an organic solvent, and 0.5 to 5 parts by weight of a dispersant, based on 100 parts by weight of the insulating ink composition.
여기서 혼합 바인더, 분산제, 유기 용매, 레벨링제는 후술될 발열체 조성물에 포함된 혼합 바인더, 분산제, 유기 용매, 레벨링제와 동일한 소재가 사용될 수 있다.The mixed binder, dispersant, organic solvent, and leveling agent may be the same materials as the mixed binder, dispersant, organic solvent, and leveling agent included in the heating element composition described later.
무기 나노 입자는 그래핀 산화물(Graphene oxide; GO) 입자, 부분적으로 환원된 그래핀 산화물 입자(partially reduced graphene oxide particle) 또는 직경이 나노크기인 전도성 카본 입자를 포함한다. 무기 나노 입자는 절연 잉크 조성물의 내열성과 절연성을 강화한다.The inorganic nanoparticles include graphene oxide (GO) particles, partially reduced graphene oxide particles, or conductive carbon particles of nanometer-sized diameter. The inorganic nanoparticles enhance the heat resistance and insulation of the insulating ink composition.
무기 나노 입자는, 절연 잉크 조성물 100 중량부에 대해서, 0.001 내지 0.5 중량부를 포함한다. 이로 인해 전도성 카본 입자는 혼합 바인더가 형성하는 메트릭스 사이에 아일랜드 형태로 분포할 수 있다.The inorganic nanoparticles include 0.001 to 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the insulating ink composition. As a result, the conductive carbon particles can be distributed in island form between the matrix formed by the mixed binder.
그래핀 산화물 입자는 120층 이내에서 절연성을 가지며, 부분적으로 흑연화(graphitization)된 입자이다.Graphene oxide particles are insulated within 120 layers and are partially graphitized particles.
그래핀 산화물 입자는 다양한 관능기를 가지고 있다. 이러한 다양한 관능기를 이용하여 그래핀 산화물 입자는 유기 바인더인 혼합 바인더와 직접적인 화학적 공유 결합을 유도할 수 있다. 이로 인해 절연 잉크 조성물은 300℃ 부근 온도에서도 안정적인 내열성을 갖는다.Graphene oxide particles have various functional groups. Using these various functional groups, graphene oxide particles can induce direct chemical covalent bonding with the organic binder binder. Thus, the insulating ink composition has stable heat resistance even at a temperature of around 300 캜.
그래핀 산화물 입자는 표면과 에지부에 카르복실, 아민, 이민, 하이드록실, 카르보닐, 락톤 등의 다양한 화학적 반응성이 우수한 관능기를 가지고 있다. 그래핀 산화물 입자에 포함된 관능기는 디이소시아네이트, 페놀, 에폭시에 포함된 관능기와 화학적 공유결합이 가능하다. 따라서 그래핀 산화물 입자는 혼합 바인더에 포함되는 에폭시 아크릴레이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 및 페놀계 수지와 화학적 공유 결합을 형성한다. 이러한 그래핀 산화물 입자와 혼합 바인더 간의 화학적 공유 결합은 3차원 네트워크를 형성하고, 고분자 사슬의 움직임을 억제하는 효과가 있기 때문에, 유리전이도 및 분해개시온도의 상승을 유발할 수 있다.Graphene oxide particles have functional groups with excellent chemical reactivity such as carboxyl, amine, imine, hydroxyl, carbonyl and lactone on the surface and edge. The functional groups contained in graphene oxide particles can be chemically covalently bonded to functional groups contained in diisocyanate, phenol, and epoxy. Thus, graphene oxide particles form chemical covalent bonds with the epoxy acrylate, hexamethylene diisocyanate and phenolic resin contained in the mixed binder. The chemical covalent bond between the graphene oxide particles and the binder binder forms a three-dimensional network and inhibits the movement of the polymer chains, which can lead to an increase in the glass transition temperature and the decomposition initiation temperature.
그래핀 산화물 입자는 전술된 바와 같이 표면과 에지부에 다수의 관능기를 갖고 있기 때문에, 혼합 바인더 및 유기 용매에 양호한 분산성을 나타낸다.Since the graphene oxide particles have a large number of functional groups on the surface and the edge portion as described above, they exhibit good dispersibility in the mixed binder and the organic solvent.
전도성 카본 입자는 카본블랙 또는 20층 이하의 그라파이트 입자를 포함할 수 있다. 그라파이트 입자는 2㎛ 미만의 직경을 가질 수 있다. 그라파이트 입자의 직경이 2㎛를 초과하는 경우, 임펄스 파괴강도가 낮아지는 문제가 발생될 수 있기 때문이다.The conductive carbon particles may include carbon black or 20 or less layers of graphite particles. The graphite particles may have a diameter of less than 2 탆. If the diameter of the graphite particles exceeds 2 mu m, the impulse breaking strength may be lowered.
한편 전도성 카본 입자로서 탄소나노튜브, 카본 파이버와 같은 침상형은 바람직하지 못한다. 이유는 침상형의 탄소나노튜브 또는 카본 파이버는 작은 함량으로도 전기적 네트워크를 형성할 수 있기 때문에, 절연층(20)을 형성하기 위한 절연 잉크 조성물의 성분으로는 적합하지 못하다.On the other hand, the conductive carbon particles, such as carbon nanotubes and carbon fibers, are not preferable. The reason is that acicular carbon nanotubes or carbon fibers are not suitable as a component of the insulating ink composition for forming the insulating
무기 필러는 절연 잉크 조성물을 이용하여 형성하는 절연층(20)의 표면강도 및 내흡습 특성 등과 같은 신뢰성을 향상시키기 위한 목적으로 첨가할 수 있다. 무기 필러는, 절연 잉크 조성물 100 중량부에 대해서, 10 내지 70 중량부를 포함할 수 있다. 무기 필러로는 입자 크기가 50nm 내지 2㎛인 용융 실리카 입자 또는 알루미나 입자가 사용될 수 있다. 패킹율(packing ratio)을 증가시키기 위해서, 용융 실리카 입자는 2종 이상의 입도를 갖는 입자를 사용할 수 있다.The inorganic filler may be added for the purpose of improving reliability such as surface strength and moisture absorption properties of the insulating
이와 같이 절연막(52)은 금속플레이트 기판(51) 위에 코팅 또는 캐스팅으로 형성되기 때문에, 금속플레이트 기판(51)에 절연막(52)을 형성하기 위해서 별도의 접착제를 사용할 필요가 없다.As described above, since the insulating
금속플레이트 기판(51)의 상부면에는 절연막(52)과, 배선 전극(55)과, 발열 전극(57)과 배선 전극(55)을 연결하는 연결 배선(53)이 형성되어 있다. 연결 배선(53) 및 배선 전극(55)은 절연막(52)의 상부면에 은 또는 구리 소재의 박막을 부착하여 형성할 수 있다. 또는 연결 배선(53) 및 배선 전극(55)은 은 페이스트 또는 구리 페이스트를 절연막(52)의 상부면에 인쇄, 건조 및 경화시켜 형성할 수 있다.The upper surface of the
발열 전극(57)은 금속플레이트 기판(51)의 상부면에 발열 조성물을 인쇄하여 형성한다. 즉 발열 전극(57)은 금속플레이트 기판(51)의 상부면에 발열 조성물을 인쇄한 후, 열경화 및 에이징하여 형성한다. 발열 조성물의 인쇄 방법으로는 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄(내지 롤투롤 그라비아 인쇄), 콤마 코팅(내지 롤투롤 콤마코팅), 플렉소, 임프린팅, 옵셋 인쇄 등이 사용될 수 있다. 경화는 100℃ 내지 180℃에서 수행하고, 에이징은 250 내지 350℃에서 수행할 수 있다.The heating electrode (57) is formed by printing a heating composition on the upper surface of the metal plate substrate (51). That is, the
발열 전극(57)은 금속플레이트 기판(51)에 형성된 연결 배선(53)에 의해 하나의 라인으로 직렬로 연결될 수 있다. 예컨대 도 2에서는 두 개의 라인으로 서로 평행하게 발열 전극(57)이 형성된 예를 개시하였기 때문에, 두 개의 발열 전극(57)을 하나의 라인으로 연결하기 위해서, 연결 배선(53)은 두 개의 발열 전극(57)과 함께 영문자 "U"자를 형성하도록 연결할 수 있다. 이때 두 개의 발열 전극(57)을 제1 발열 전극(57a) 및 제2 발열 전극(57b)이라 할 때, 제1 발열 전극(57a) 및 제2 발열 전극(57b)의 양단은 연결 배선(53)에 의해 연결된다.The
한편 발열 전극(57)을 형성하는 발열 조성물에 대해서 후술하도록 하겠다.The exothermic composition for forming the
그리고 덮개층(59)은 금속플레이트 기판(51)의 상부면에 형성된 발열 전극(57) 및 연결 배선(53)을 덮도록 형성된다. 덮개층(59)은 배선 전극(55)이 외부로 노출되게 형성된다. 덮개층(59)의 소재로는 폴리이미드, 에폭시 수지, OCA(optically clear adhesive) 또는 OCR(optically clear resin) 등이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 덮개층(59)은 폴리미이드 또는 에폭시 접착제를 매개로 금속플레이트 기판(51)의 상부면을 덮도록 형성되는 폴리이미드 필름일 수 있다. 덮개층(59)을 형성하는 폴리이미드 필름은 핫프레싱 방법으로 금속플레이트 기판(51)의 상부면에 합지될 수 있다.The
그리고 배선 전극(55)은 발열 전극(57)의 양단에 연결되어 외부로부터 인가되는 전원을 발열 전극(57)에 인가한다. 즉 배선 전극(55)은 덮개층(59) 밖으로 노출되는 발열 전극(57)의 단부에 전기적으로 연결된다. 배선 전극(55)은 제1 발연 전극(57a)에 연결된 제1 배선 전극(55a)과, 제2 발열 전극(57b)에 연결된 제2 배선 전극(55b)을 포함한다. 즉 제1 및 제2 발열 전극(57a,57b)의 일단에는 제1 및 제2 배선 전극(55a,55b)가 형성되고, 제1 및 제2 발열 전극(57a,57b)의 타단은 연결 배선(53)에 의해 서로 연결된다.The
이때 배선 전극(55)은 절연막(52) 위에 형성되며, 외부에서 인가되는 전원을 발열 전극(57)로 공급한다. 배선 전극(55)은 전압 강하(voltage drop)를 최소화할 수 있도록 금속 소재로 형성될 수 있다. 배선 전극(55)을 형성하는 금속 소재로는 은, 알루미늄, 구리, 니켈, 스테인리스 스틸, 황동 또는 이들의 합금이 사용될 수 있다. 배선 전극(55)을 형성할 때 연결 배선(53)도 함께 형성한다.At this time, the
연결 배선(53) 및 배선 전극(55)은 금속박을 이용한 에칭 방법 또는 금속 페이스트를 이용한 인쇄 방법으로 형성할 수 있다. 즉 연결 배선(53) 및 배선 전극(55)은 절연막(52) 위에 금속박을 적층한 후 에칭 방법으로 패터닝하여 형성할 수 있다. 또는 연결 배선(53) 및 배선 전극(55)은 금속 페이스트를 절연막(52) 위에 인쇄하여 형성할 수 있다.The
한편 도 2에서는 두 개의 라인으로 발열 전극(57)을 형성하는 예를 개시하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉 발열 전극(57) 하나 이상의 라인으로 형성될 수 있다. 예컨대 발열 전극은 하나의 라인으로 형성될 수 있다. 이 경우 발열 전극의 양단에 배선 전극이 연결된다. 또는 3개의 라인으로 발열 전극이 형성되는 경우, 3개의 라인은 연결 배선에 의해 영문자 "S"자형으로 연결되고, 첫 번째 및 세 번째 위치하는 발연 전극의 서로 반대되는 단부에 배선 전극이 연결된다. 즉 홀수 개의 발열 전극이 형성되는 경우 서로 반대되는 쪽에 배선 전극이 연결되고, 짝수 개의 발열 전극이 형성되는 경우 서로 같은 쪽에 배선 전극이 연결될 수 있다.On the other hand, Fig. 2 shows an example in which the
이와 같이 적어도 하나의 발열 전극은 직렬로 연결되게 연결 배선 및 배선 전극이 형성된다.In this manner, the connection wiring and the wiring electrode are formed so that at least one heating electrode is connected in series.
본 발명에 따른 발열 전극(57)을 형성하는 발열 조성물은 혼합 바인더, 탄소 입자, 금속 분말, 유기 용매 및 분산제를 포함한다. 탄소 입자는 탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자를 포함한다.The exothermic composition forming the
본 발명에 따른 발열 조성물은 유기 용매의 사용량을 조절함으로써, 도료, 잉크 또는 페이스트 형태로 구현할 수 있다.The exothermic composition according to the present invention can be realized in the form of a paint, ink or paste by controlling the amount of the organic solvent used.
본 발명에 따른 발열 조성물은, 발열 조성물 100 중량부에 대하여 혼합 바인더는 8 내지 10 중량부, 탄소나노튜브 입자는 0.1 내지 5 중량부, 그라파이트 입자는 0.1 내지 20 중량부, 금속 분말 10 내지 60 중량부, 유기 용매는 20 내지 80 중량부, 및 분산제는 0.5 내지 5 중량부를 포함할 수 있다.The exothermic composition according to the present invention comprises 8 to 10 parts by weight of a mixed binder, 0.1 to 5 parts by weight of carbon nanotube particles, 0.1 to 20 parts by weight of graphite particles, 10 to 60 parts by weight of metal powder, 20 to 80 parts by weight of an organic solvent, and 0.5 to 5 parts by weight of a dispersing agent.
본 발명에 따른 발열 조성물로 형성한 발열 전극(57)에 있어서, 주 전기적 네트워크는 금속 분말이 형성하며, 금속 분말 사이의 공간에 탄소나노튜브 입자 또는 그라파이트 입자가 채워지는 3차원 랜덤 네트워크 구조를 갖는다.In the
혼합 바인더는 발열 조성물이 300℃ 가량의 온도 범위에서도 내열성을 가질 수 있도록 하는 기능을 하는 것으로, 에폭시 아크릴레이트(Epoxy acrylate) 또는 헥사메틸렌 디이소시아네이트(Hexamethylene diisocyanate), 폴리비닐 아세탈(Polyvinyl acetal) 및 페놀계 수지(Phenol resin)가 혼합된 형태를 갖는다. 즉 혼합 바인더는 에폭시 아크릴레이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지가 혼합된 형태일 수 있고, 또는 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지가 혼합된 형태일 수도 있다. 본 발명에서는 혼합 바인더의 내열성을 높임으로써, 300℃ 가량의 고온으로 발열시키는 경우에도 발열 전극(57)의 저항 변화나 발열 전극(57)의 파손을 억제할 수 있다.The mixed binder functions to allow the exothermic composition to have heat resistance even in a temperature range of about 300 DEG C, and is preferably an epoxy acrylate or a hexamethylene diisocyanate, a polyvinyl acetal, or a phenol (Phenol resin) are mixed with each other. That is, the mixed binder may be a mixture of epoxy acrylate, polyvinyl acetal and phenolic resin, or a mixture of hexamethylene diisocyanate, polyvinyl acetal and phenolic resin. In the present invention, by increasing the heat resistance of the mixed binder, the resistance of the
예컨대 혼합 바인더의 혼합 비율은 에폭시 아크릴레이트 또는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 100 중량부에 대하여 폴리비닐 아세탈 수지 10 내지 150 중량부, 페놀계 수지 10 내지 500 중량부의 비율일 수 있다. 페놀계 수지의 함량이 10 중량부 이하인 경우 발열 조성물의 내열 특성이 저하되며, 500 중량부를 초과하는 경우에는 유연성이 저하되어 취성이 강해진다.For example, the mixing ratio of the mixed binder may be 10 to 150 parts by weight of the polyvinyl acetal resin and 10 to 500 parts by weight of the phenolic resin with respect to 100 parts by weight of the epoxy acrylate or hexamethylene diisocyanate. When the content of the phenolic resin is 10 parts by weight or less, the heat-resistant property of the exothermic composition is deteriorated. When the content of the phenolic resin exceeds 500 parts by weight, the flexibility is lowered and the brittleness is increased.
여기에서 페놀계 수지는 페놀 및 페놀 유도체를 포함하는 페놀계 화합물을 의미한다. 예컨대 페놀 유도체는 p-크레졸(p-Cresol), o-구아야콜(o-Guaiacol), 크레오졸(Creosol), 카테콜(Catechol), 3-메톡시-1,2-벤젠디올(3-methoxy-1,2-Benzenediol), 호모카테콜(Homocatechol), 비닐구아야콜(Vinylguaiacol), 시링콜(Syringol), 이소-유제놀(Iso-eugenol), 메톡시 유제놀(Methoxyeugenol), o-크레졸(o-Cresol), 3-메틸-1,2-벤젠디올 (3-methyl-1,2-Benzenediol), (z)-2-메톡시-4-(1-프로페닐)-페놀((z)-2-methoxy-4-(1-propenyl)-Phenol), 2,6-디에톡시-4-(2-프로페닐)-페놀(2,6-dimethoxy-4-(2-propenyl)-Phenol), 3,4-디메톡시-페놀(3,4-dimethoxy-Phenol), 4-에틸-1,3-벤젠디올(4-ethyl-1,3-Benzenediol), 레졸 페놀(Resole phenol), 4-메틸-1,2-벤젠디올(4-methyl-1,2-Benzenediol), 1,2,4-벤젠트리올(1,2,4-Benzenetriol), 2-메톡시-6-메틸페놀(2-Methoxy-6-methylphenol), 2-메톡시-4-비닐페놀(2-Methoxy-4-vinylphenol) 또는 4-에틸-2-메톡시-페놀(4-ethyl-2-methoxy-Phenol) 등이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.Here, the phenolic resin means a phenolic compound including phenol and phenol derivatives. For example, phenol derivatives include p-cresol, o-Guaiacol, Creosol, Catechol, 3-methoxy-1,2-benzenediol (3- methoxy-1,2-benzenediol, Homocatechol, Vinylguaiacol, Syringol, Iso-eugenol, Methoxyeugenol, o- Cresol, 3-methyl-1,2-benzenediol and (z) -2-methoxy-4- (1-propenyl) -phenol 2-methoxy-4- (1-propenyl) -phenol, 2,6-dimethoxy-4- (2-propenyl) Phenol, 3,4-dimethoxy-Phenol, 4-ethyl-1,3-benzenediol, Resole phenol, 4-methyl-1,2-benzenediol, 1,2,4-benzene triol, 2-methoxy-6-methylphenol 2-Methoxy-6-methylphenol, 2-Methoxy-4-vinylphenol or 4-ethyl-2-methoxy- , Etc. It is not.
탄소 입자는 흑체 복사 및 전기전도성을 부여하며, 전술된 바와 같이 탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자를 포함한다.The carbon particles impart black body radiation and electrical conductivity, and include carbon nanotube particles and graphite particles as described above.
탄소나노튜브 입자는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 또는 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 예컨대 탄소나노튜브 입자는 다중벽 탄소나노튜브(multi wall carbon nanotube)일 수 있다. 탄소나노튜브 입자가 다중벽 탄소나노튜브일 때, 직경은 1nm 내지 20nm 일 수 있고, 길이는 1㎛ 내지 100㎛일 수 있다.The carbon nanotube particles can be selected from single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, or mixtures thereof. For example, the carbon nanotube particles may be multi wall carbon nanotubes. When the carbon nanotube particles are multi-walled carbon nanotubes, the diameter may be 1 nm to 20 nm, and the length may be 1 to 100 mu m.
그라파이트 입자는 직경이 1㎛ 내지 25㎛일 수 있고, 두께가 1nm 내지 25㎛일 수 있다.The graphite particles may have a diameter of 1 탆 to 25 탆 and a thickness of 1 nm to 25 탆.
금속 분말은 주 전기전도성 물질로서, 은 또는 구리 소재의 분말을 포함한다. 은 분말의 경우, 플레이크, 다각형 판상, 막대(rod) 등의 형태를 가질 수 있다. 구리 분말로는 은이 코팅된 구리(Ag coated Cu), 니켈이 코팅된 구리(Ni coated Cu) 분말 등이 사용될 수 있다.The metal powder is a predominantly electrically conductive material and includes powders of silver or copper. In the case of silver powder, it may have the form of flakes, polygonal plates, rods, and the like. Examples of the copper powder include silver coated Cu, nickel coated Cu powder, and the like.
이와 같이 본 발명에 따른 발열 조성물은 탄소 입자와 금속 분말을 포함함으로써, 발열 조성물의 에너지 효율 및 발열 속도를 높일 수 있다. 즉 금속 분말은 흑체 복사 기능을 갖지 않지만, 발열 조성물에 탄소 입자를 포함시킴으로써, 흑체 복사 기능을 구현할 수 있다. 탄소 입자로 인해서 발열 조성물의 내열성을 높일 수 있다. 그리고 탄소 입자로 인해서 발열 속도 및 에너지 효율을 높일 수 있다.As described above, the exothermic composition according to the present invention includes carbon particles and a metal powder, thereby enhancing energy efficiency and heat generation rate of the exothermic composition. That is, the metal powder does not have a blackbody radiation function, but a black body radiation function can be realized by including carbon particles in the exothermic composition. The carbon particles can increase the heat resistance of the exothermic composition. And carbon particles can increase the heating rate and energy efficiency.
유기 용매는 탄소 입자, 금속 분말 및 혼합 바인더를 분산시키기 위한 것으로, 카비톨 아세테이트(Carbitol acetate), 부틸 카비톨 아세테이트(Butyl carbotol acetate; BCA), DBE(dibasic ester), 에틸카비톨, 에틸카비톨아세테이트, 디프로필렌글리콜메틸에테르(Dipropylene glycol methyl ether; DPM), 셀로솔브아세테이트, 부틸셀로솔브아세테이트, 부탄올(Butanol) 및 옥탄올(Octanol) 중에서 선택되는 2 이상의 혼합 용매일 수 있다.The organic solvent is for dispersing the carbon particles, the metal powder and the binder. The organic solvent is selected from the group consisting of Carbitol acetate, Butyl carbotol acetate (BCA), DBE (dibasic ester), Ethyl Carbitol, Ethyl Carbitol (Dipropylene Glycol Methyl Ether (DPM), Cellosolve Acetate, Butyl Cellosolve Acetate, Butanol, and Octanol.
한편, 분산을 위한 공정은 통상적으로 사용되는 다양한 방법들이 적용될 수 있으며, 예를 들면 초음파처리(Ultra-sonication), 롤밀(Roll mill), 비드밀(Bead mill) 또는 볼밀(Ball mill) 과정을 통해 이루어질 수 있다.Meanwhile, various methods commonly used may be applied to the dispersion process. For example, ultrasonic treatment (roll-milling), bead milling or ball milling Lt; / RTI >
그리고 분산제는 분산을 보다 원활하게 하기 위한 것으로, BYK류와 같이 당업계에서 이용되는 통상의 분산제, Triton X-100과 같은 양쪽성 계면활성제, 도데실황산나트륨(Sodium Dodecyl Sulfate; SDS) 등과 같은 이온성 계면활성제를 이용할 수 있다.The dispersing agent is used to make the dispersion more smooth. Examples thereof include conventional dispersants used in the art such as BYK, amphoteric surfactants such as Triton X-100, ionic surfactants such as sodium dodecyl sulfate (SDS) Surfactants can be used.
이하, 본 발명에 따른 발열 조성물 및 이를 이용한 금속플레이트 히터를 시험예를 통하여 상세히 설명한다. 하기 시험예는 본 발명을 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 발명이 하기 시험예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the heat generating composition according to the present invention and the metal plate heater using the same will be described in detail with reference to test examples. The following test examples are only illustrative of the present invention, and the present invention is not limited by the following test examples.
[시험예][Test Example]
도 5는 탄소 소재 발열체와 금속 소재 발열체의 발열 온도에 따른 전력 소모량을 비교한 그래프이다. 여기서 도 5는 동일한 조성물에 기반하여 면저항을 거의 동일하게 조절하여 제조한 10x10 ㎠ 사이즈의 발열체에 대해서 전력 소모량을 측정한 결과이다.5 is a graph comparing power consumption according to a heating temperature of a carbon material heating element and a metal material heating element. Here, FIG. 5 shows the result of measuring power consumption for a heating element having a size of 10 x 10
도 5에 도시된 바와 같이, 면저항이 거의 유사하기 때문에 100℃ 근방까지는 탄소 입자만으로 구성된 탄소 소재 발열체와 금속 분말만으로 구성된 금속 소재 발열체가 유사한 전력 소모량을 보이는 반면, 발열 온도가 높아짐에 따라 탄소 소재 발열체의 전력 효율이 우수함을 알 수 있다.As shown in FIG. 5, since the sheet resistances are almost similar, a metallic material heating element composed of only carbon particles and a metallic material heating element composed of only carbon particles show similar power consumption up to around 100 ° C., The power efficiency is excellent.
따라서 탄소 입자가 전력 효율 향상에 기여함을 알 수 있으며, 그 이유는 탄소 입자의 흑체 복사에 의한 발열 효율이 더해진 것과 금속 분말의 비열이 탄소 입자에 비해서 높기 때문인 것으로 판단된다.Therefore, it can be understood that the carbon particles contribute to the improvement of the power efficiency because the heating efficiency by the black body radiation of the carbon particles is added and the specific heat of the metal powder is higher than that of the carbon particles.
따라서 본 발명에서 추가하는 탄소 입자와 전기전도도 향상을 위한 금속 분말의 혼성은 고효율의 발열 물질로 바람직한 구성임을 예측할 수 있다.Therefore, it can be predicted that the hybridization of the carbon particles added in the present invention and the metal powder for improving electrical conductivity is a preferable constitution as a highly efficient heating material.
[실시예 및 비교예][Examples and Comparative Examples]
혼합바인더, BCA, DPM, 분산제로 구성되는 혼합물에 먼저 CNT 2중량%를 첨가하고 프랜터리 믹서(planetary mixer)를 이용하여 교반한다. 이후 CNT가 추가된 혼합물에 직경이 25㎛이고 두께가 1㎛이하인 그라파이트 입자 3중량% 및 플레이크형의 Ag 분말 40중량%를 첨가하여 재교반한다. 그리고 선분산된 혼합물을 3-롤 밀(3-roll mill)을 이용하여 30분간 충분히 교반함으로써, 실시예에 따른 발열 조성물을 제조하였다.To the mixture composed of the mixed binder, BCA, DPM and dispersant, 2 wt% of CNT was added first and stirred using a planetary mixer. Thereafter, 3 wt% of graphite particles having a diameter of 25 mu m and a thickness of 1 mu m or less and 40 wt% of flake-type Ag powder are added to the mixture to which CNT is added and re-crosslinked. Then, the linearly dispersed mixture was thoroughly stirred for 30 minutes using a 3-roll mill to prepare the exothermic compositions according to the examples.
제조된 발열 조성물을 배선 전극이 형성된 알루미나 소재의 금속플레이트 기판에 250메쉬 스크린 마스크를 이용하여 스크린 인쇄하였다. 인쇄된 금속플레이트 기판을 컨백션 오븐(convection oven)에서 150℃에서 30분간 열경화하고, 290℃에서 30분간 에이징함으로써 발열 전극을 형성하였다. 그리고 마지막으로 배선 전극과 발열 전극이 형성된 상부에 덮개층을 형성함으로써, 실시예에 따른 레이저 프린터용 금속플레이트 히터를 제조하였다.The prepared heat generating composition was screen printed on a metal plate substrate made of alumina on which wiring electrodes were formed by using a 250 mesh screen mask. The printed metal plate substrate was thermally cured in a convection oven at 150 캜 for 30 minutes and aged at 290 캜 for 30 minutes to form a heating electrode. Finally, a metal plate heater for a laser printer according to the embodiment was fabricated by forming a cover layer on the upper portion where wiring electrodes and heating electrodes were formed.
실시예에 따른 금속플레이트 히터는 270×6×1mm의 크기로 제조하였다.The metal plate heater according to the embodiment was manufactured in a size of 270 x 6 x 1 mm.
[비교예][Comparative Example]
비교예에 따른 레이저 프린터용 세라믹 히터는 세라믹 기판 위에 Ag/Pd 혼성 페이스트를 스크린 인쇄를 통해서 발열 전극을 형성하고, 유리막 절연 소재를 이용하여 발열 전극을 덮도록 덮개층을 형성하였다.In the ceramic heater for a laser printer according to the comparative example, an exothermic electrode was formed by screen printing an Ag / Pd mixed paste on a ceramic substrate, and a cover layer was formed so as to cover the exothermic electrode using a glass insulation material.
도 6은 비교예에 따른 세라믹 히터와 실시예에 따른 금속플레이트 히터의 온/오프 제어 발열 특성 시험 결과를 보여주는 그래프이다. 이때 온/오프 제어 발열 특성 시험은 온 시간(on time) 0.6초, 오프 시간(off time) 2.2초 진행하였다. 목표온도는 200℃이다. 기존 세라믹은 비교예에 따른 세라믹 히터를 나타내고, CNT_A는 실시예에 따른 금속플레이트 히터를 나타낸다.6 is a graph showing the on / off controlled heating characteristic test results of the ceramic heater according to the comparative example and the metal plate heater according to the embodiment. At this time, the ON / OFF controlled heating characteristic test was conducted on time 0.6 second and off time 2.2 second. The target temperature is 200 ° C. The conventional ceramic represents the ceramic heater according to the comparative example, and CNT_A represents the metal plate heater according to the embodiment.
온/오프 제어 발열 특성 시험 결과는 도 6 및 아래의 표 1과 같다.The on / off control heating characteristic test results are shown in Fig. 6 and Table 1 below.
도 6과 표 1을 참조하면, 실시예에 따른 금속플레이트 히터가 비교예에 따른 세라믹 히터와 동등한 발열 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6 and Table 1, it can be seen that the metal plate heater according to the embodiment exhibits heat generation characteristics equivalent to those of the ceramic heater according to the comparative example.
도 7은 실시예에 따른 금속플레이트 히터의 장기 신뢰성 평가를 위한 반복 사이클링 시험 프로파일을 보여주는 도면이다.7 is a view showing a cyclic cyclic test profile for evaluating the long-term reliability of a metal plate heater according to an embodiment.
도 7을 참조하면, 실시예에 따른 금속플레이트 히터의 장기 신뢰성 평가는 10초간 목표 온도인 200℃까지 승온 후 자동 전압 조절을 통해 200℃에서 60초간 유지하며, 냉각 팬(cooling fan)을 통해 다시 상온으로 냉각하고 다시 승온/유지/냉각을 10만회 반복하면서 사이클링 횟수에 따라 저항의 변화 및 파괴 거동을 확인하였다.Referring to FIG. 7, the long-term reliability evaluation of the metal plate heater according to the embodiment is performed by maintaining the temperature at 200 ° C. for 60 seconds by automatic voltage control after raising the temperature to 200 ° C. which is the target temperature for 10 seconds, After cooling to room temperature and repeating heating / maintaining / cooling 100,000 times, resistance change and fracture behavior were confirmed according to the number of cycles.
실시예에 따른 금속플레이트 히터의 장기 신뢰성 평가 결과는 아래의 표 2와 같다.The results of the long-term reliability evaluation of the metal plate heater according to the embodiment are shown in Table 2 below.
실시예에 따른 금속플레이트 히터는 선저항 변화율이 0.26 내지 0.45% 이었고, 더욱이 10만회 반복에서도 0.45%로 낮음을 확인하였다. 실시예에 따른 금속플레이트 히터는 10만회 반복에서 파괴되지 않고 정상적으로 동작함을 확인하였다.The metal plate heater according to the embodiment was found to have a line resistance change rate of 0.26 to 0.45% and a low 0.45% even after 100,000 repetitions. It was confirmed that the metal plate heater according to the embodiment operated normally without being destroyed by repetition of 100,000 times.
이와 같은 장기 신뢰성 평가를 통하여, 실시예에 따른 금속플레이트 히터는 우수한 장수명 특성을 갖고 있음을 확인하였다.Through such a long-term reliability evaluation, it was confirmed that the metal plate heater according to the embodiment had excellent long-life characteristics.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.It should be noted that the embodiments disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of specific examples for the purpose of understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.
10 : 압축 롤러
20 : 융착 벨트
30 : 롤러
40 : 히터 지지체
50 : 금속플레이트 히터
51 : 금속플레이트 기판
52 : 절연막
53 : 연결 배선
55 : 배선 전극
55a : 제1 배선 전극
55b : 제2 배선 전극
57 : 발열 전극
57a : 제1 발열 전극
57b : 제2 발열 전극
59 : 덮개층
60 : 용지
71 : 미융착 토너
73 : 융착 토너
100 : 토너 융착 장치10: Compression roller
20: Fusing belt
30: Rollers
40: heater support
50: Metal plate heater
51: metal plate substrate
52: Insulating film
53: Connection wiring
55: wiring electrode
55a: first wiring electrode
55b: second wiring electrode
57: heating electrode
57a: first heating electrode
57b: second heating electrode
59: cover layer
60: Paper
71: unfused toner
73: fusion toner
100: Toner fusing device
Claims (13)
상기 금속플레이트 기판의 상부면을 덮는 절연막; 및
상기 절연막의 상부면에 발열 조성물을 인쇄하여 형성한 발열 전극;을 포함하고,
상기 발열 전극의 발열 조성물은
에폭시 아크릴레이트 또는 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지가 혼합된 혼합 바인더;
탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자를 포함하는 탄소 입자;
은 또는 구리 소재의 금속 분말;
유기 용매; 및
분산제;
를 포함하는 토너 융착용 금속플레이트 히터.Metal plate substrate;
An insulating film covering an upper surface of the metal plate substrate; And
And a heating electrode formed by printing a heating composition on an upper surface of the insulating film,
The exothermic composition of the exothermic electrode
A mixed binder in which epoxy acrylate or hexamethylene diisocyanate, polyvinyl acetal, and phenolic resin are mixed;
Carbon particles including carbon nanotube particles and graphite particles;
Metal powder of silver or copper;
Organic solvent; And
Dispersing agent;
Wherein the metal plate heater is a metal plate heater.
상기 금속플레이트 기판은 두께가 0.025mm 내지 1.5mm이고, 소재가 스테인리스 스틸, 황동, 알루미늄 또는 이들의 합금을 포함하는 토너 융착용 금속플레이트 히터.The method according to claim 1,
Wherein the metal plate substrate has a thickness of 0.025 mm to 1.5 mm and the material comprises stainless steel, brass, aluminum or an alloy thereof.
상기 절연막은 코팅 또는 캐스팅으로 상기 금속플레이트 기판의 상부면에 형성되는 토너 융착용 금속플레이트 히터.3. The method of claim 2,
Wherein the insulating film is formed on the upper surface of the metal plate substrate by coating or casting.
상기 발열 조성물 100 중량부에 대하여 혼합 바인더는 8 내지 10 중량부, 탄소나노튜브 입자는 0.1 내지 5 중량부, 그라파이트 입자는 0.1 내지 20 중량부, 금속 분말 10 내지 60 중량부, 유기 용매는 20 내지 80 중량부, 및 분산제는 0.5 내지 5 중량부를 포함하는 토너 융착용 금속플레이트 히터.The heat generating composition according to claim 1,
Wherein the mixed binder is 8 to 10 parts by weight, the carbon nanotube particles are 0.1 to 5 parts by weight, the graphite particles are 0.1 to 20 parts by weight, the metal powder is 10 to 60 parts by weight, the organic solvent is 20 to 100 parts by weight, 80 parts by weight, and the dispersing agent comprises 0.5 to 5 parts by weight.
상기 혼합 바인더는 에폭시 아크릴레이트 또는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 100 중량부에 대하여 폴리비닐 아세탈 수지 10 내지 150 중량부, 페놀계 수지 10 내지 500 중량부가 혼합되는 토너 융착용 금속플레이트 히터.5. The method of claim 4,
Wherein the mixed binder is a mixture of 10 to 150 parts by weight of a polyvinyl acetal resin and 10 to 500 parts by weight of a phenolic resin based on 100 parts by weight of epoxy acrylate or hexamethylene diisocyanate.
상기 탄소나노튜브 입자는 직경이 1nm 내지 20nm, 길이가 1㎛ 내지 100㎛이고,
상기 그라파이트 입자는 직경이 1㎛ 내지 25㎛, 두께가 1nm 내지 25㎛인 토너 융착용 금속플레이트 히터.5. The method of claim 4,
The carbon nanotube particles have a diameter of 1 nm to 20 nm and a length of 1 占 퐉 to 100 占 퐉,
Wherein the graphite particles have a diameter of 1 탆 to 25 탆 and a thickness of 1 nm to 25 탆.
은 소재의 금속 분말은 플레이크, 다각형 판상 또는 막대(rod) 형상을 갖고,
구리 소재의 금속 분말은 은이 코팅된 구리 또는 니켈이 코팅된 구리를 포함하는 토너 융착용 금속플레이트 히터.5. The method of claim 4,
The metal powder of the silver material has a shape of flake, polygonal plate or rod,
A toner fused metal plate heater comprising copper coated with copper or nickel coated with a metal powder of copper material.
상기 발열 조성물은 100℃ 내지 180℃에서 열경화되고, 250 내지 350℃에서 에이징되는 토너 융착용 금속플레이트 히터.5. The method of claim 4,
Wherein the exothermic composition is thermally cured at 100 占 폚 to 180 占 폚 and aged at 250 to 350 占 폚.
상기 절연막의 상부면에 형성되며, 상기 발연 전극에 연결되어 상기 발열 전극에 전원을 인가하는 배선 전극; 및
상기 절연막의 상부면을 덮되, 상기 배선 전극을 제외한 상기 발열 전극을 덮는 덮개층;
을 더 포함하는 토너 융착용 금속플레이트 히터.The method according to claim 1,
A wiring electrode formed on an upper surface of the insulating film and connected to the fuming electrode to apply power to the heating electrode; And
A covering layer covering the upper surface of the insulating film, the covering layer covering the heating electrode except for the wiring electrode;
Further comprising a metal plate heater for heating the toner.
상기 덮개층은 폴리미이드 또는 에폭시 접착제를 매개로 상기 절연막의 상부면을 덮도록 형성되는 폴리이미드 필름을 포함하는 토너 융착용 금속플레이트 히터.10. The method of claim 9,
Wherein the cover layer comprises a polyimide film formed to cover an upper surface of the insulating film via a polyimide or epoxy adhesive.
상기 발열 전극은 상기 절연막 위에 직렬로 전기적으로 연결되는 복수의 라인으로 형성되는 것을 특징으로 하는 토너 융착용 금속플레이트 히터.10. The method of claim 9,
Wherein the heating electrode is formed of a plurality of lines electrically connected in series on the insulating film.
상기 절연막의 상부면에 형성되며, 상기 발열 전극과 배선 전극을 직렬로 연결하며, 상기 덮개층에 의해 덮이는 연결 배선;
을 더 포함하는 토너 융착용 금속플레이트 히터.10. The method of claim 9,
A connection wiring line formed on an upper surface of the insulating layer, connecting the heating electrode and the wiring electrode in series, and covered by the cover layer;
Further comprising a metal plate heater for heating the toner.
상기 롤러의 내부 공간에 설치되되, 압축 롤러와 맞물리는 부분에 근접하게 설치되고, 상부면에 절연막이 형성된 금속플레이트 기판과, 상기 금속플레이트 기판의 상부면에 발열 조성물을 인쇄하여 형성한 발열 전극을 포함하는 금속플레이트 히터;를 포함하며,
상기 발열 전극의 발열 조성물은,
에폭시 아크릴레이트 또는 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지가 혼합된 혼합 바인더; 및
탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자를 포함하는 탄소 입자;
은 또는 구리 소재의 금속 분말;
유기 용매; 및
분산제;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 토너 융착용 융착 벨트.A roller having an inner space in the axial direction and rotatably installed; And
A metal plate substrate provided in an inner space of the roller and disposed adjacent to a portion to be engaged with the compression roller and having an insulating film formed on an upper surface thereof and a heating electrode formed by printing a heating composition on an upper surface of the metal plate substrate, And a metal plate heater
The exothermic composition of the exothermic electrode,
A mixed binder in which epoxy acrylate or hexamethylene diisocyanate, polyvinyl acetal, and phenolic resin are mixed; And
Carbon particles including carbon nanotube particles and graphite particles;
Metal powder of silver or copper;
Organic solvent; And
Dispersing agent;
Wherein the toner fusing belt is a belt.
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| CN110167215A (en) * | 2019-06-17 | 2019-08-23 | 宁波凌光热材料科技有限公司 | A kind of preparation method of new far infrared electric heating film |
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- 2017-11-22 KR KR1020170156078A patent/KR102117823B1/en active IP Right Grant
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| KR102117823B1 (en) | 2020-06-03 |
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