KR20190118343A - 힘 센서를 구비하는 필름 히터 조립체 및 그를 이용한 필름 히터 장치 - Google Patents

힘 센서를 구비하는 필름 히터 조립체 및 그를 이용한 필름 히터 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 힘 센서를 구비하는 필름 히터 조립체 및 그를 이용한 필름 히터 조립체에 관한 것으로, 복사열을 방출하는 면의 접촉에 의한 저온화상의 위험을 억제하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 필름 히터 장치는 전원을 인가받아 발열하여 복사열을 방출하는 복수의 면상 발열체를 구비하는 필름 히터, 필름 히터의 일면에 적층되며 필름 히터로 작용하는 압력을 감지하여 압력 감지 신호를 출력하는 힘 센서, 및 힘 센서로부터 압력 감지 신호를 수신하면 필름 히터로 인가되는 전원의 제어를 통해서 필름 히터의 발열 온도를 낮추는 제어부를 포함한다. 필름 히터 조립체는 필름 히터와 힘 센서를 포함한다.

Description

힘 센서를 구비하는 필름 히터 조립체 및 그를 이용한 필름 히터 장치{A film heater assembly including a force sensor and film heater apparatus using the same}
본 발명은 히터 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복사열을 방출하는 면의 접촉에 의한 저온화상의 위험을 억제하는 힘 센서를 구비하는 필름 히터 조립체 및 그를 이용한 필름 히터 장치에 관한 것이다.
자동차 분야의 배기가스 및 연비규제 등의 환경규제가 매년 강화됨으로써, 전기차, 하이브리드 자동차 등의 친환경 자동차 성장이 기정사실화 되었다. 또한 폭스바겐의 디젤게이트로 인해서 디젤차에 대한 솔루션이 사라졌기 때문에, 전기차 시장은 전문가의 예상을 초월하는 성장을 보일 것으로 보인다.
이러한 급속한 전기차 시장의 성장에도 불구하고 기술적으로 해결해야 될 문제 중 하나가 저온 환경에서의 난방 효율의 극대화이다. 즉 전기차는 엔진 없이 배터리를 통한 전기에너지를 주 동력원으로 하는 자동차이기 때문에, 히터와 같은 난방을 위한 열원이 별도로 필요하다. 전기차가 동절기의 외부 환경에 장시간 노출될 경우, 운전자의 운전 편의성을 증대하기 위해서 운전자의 가장 근접 거리에 위치한 곳, 즉 무릎 위에 복사열에 의한 히터의 요구가 증대되고 있다.
이러한 히터는 전기차 이외에 다양한 환경 예컨대 사무실의 데스크의 하부에 장착하거나 벽면에 설치되어 사용되고 있다. 히터의 열원으로 PTC 소자(Positive Temperature Coefficient Element)를 사용할 수 있다. PTC 소자는 전류 공급시 저항열이 발생하므로 발열체로서 이용할 수 있으며, 발열에 의해 온도가 상승하다가 특정 온도에 이르면 저항값이 급격하게 증가하여 전류의 흐름이 억제됨으로써 발열이 중지되는 특성을 갖는다.
하지만 PTC 소자를 이용한 히터는 전력 사용량이 높고, 사용 전력에 비해서 발열 효율이 떨어지고, 승온 속도도 느린 문제점을 가지고 있다.
또한 히터의 복사열을 방출하는 면에 신체가 짧은 시간 접촉할 경우 화상의 우려는 없지만, 장시간 접촉할 경우 저온화상의 우려가 있다.
공개특허공보 제2016-0039415호(2016.04.11.)
따라서 본 발명의 목적은 장시간 접촉에 의한 저온화상을 억제할 수 있는 힘 센서를 구비하는 필름 히터 조립체 및 그를 이용한 필름 히터 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 필름 히터에 힘 센서의 적층으로 인한 두께 증가를 최소화할 수 있는 힘 센서를 구비하는 필름 히터 조립체 및 그를 이용한 필름 히터 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 저전력으로 높은 복사열을 방출하는 힘 센서를 구비하는 필름 히터 조립체 및 그를 이용한 필름 히터 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 승온 속도가 빠른 힘 센서를 구비하는 필름 히터 조립체 및 그를 이용한 필름 히터 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전원을 인가받아 발열하여 복사열을 방출하는 복수의 면상 발열체를 구비하는 필름 히터; 상기 필름 히터의 일면에 적층되며, 상기 필름 히터로 작용하는 압력을 감지하여 압력 감지 신호를 출력하는 힘 센서; 및 상기 힘 센서로부터 압력 감지 신호를 수신하면, 상기 필름 히터로 인가되는 전원의 제어를 통해서 상기 필름 히터의 발열 온도를 낮추는 제어부;를 포함하는 힘 센서를 구비하는 필름 히터 장치를 제공한다.
상기 제어부는, 상기 압력 감지 신호가 일정 시간 이상 지속되면, 상기 필름 히터로 인가되는 전원의 제어를 통해서 상기 필름 히터의 발열 온도를 낮출 수 있다.
상기 제어부는, 상기 압력 감지 신호가 일정 시간 이상 지속되면, 상기 필름 히터로 인가되는 전원 공급을 차단할 수 있다.
상기 필름 히터는, 하부면과, 상기 하부면에 반대되는 상부면을 갖는 베이스 기판; 상기 베이스 기판의 상부면에 형성된 금속 소재의 전극 배선 패턴; 상기 베이스 기판 상부면의 상기 전극 배선 패턴에 연결되게 발열체 조성물을 인쇄하여 형성되며, 상기 전극 배선 패턴으로 전원을 인가받아 발열하는 상기 복수의 면상 발열체; 및 상기 복수의 면상 발열체가 형성된 상기 베이스 기판의 상부면을 봉합하며 상기 복수의 면상 발열체에서 발생된 열이 방출되는 덮개층;을 포함할 수 있다.
상기 복수의 면상 발열체는 전도성 입자로 탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자를 함유하는 발열체 조성물을 인쇄하여 형성될 수 있다.
상기 힘 센서가 적층되는 필름 히터의 일면은 상기 베이스 기판의 하부면 및 상기 덮개층의 상부면 중에 하나이다.
상기 힘 센서는, 상기 필름 히터의 일면을 기저층으로 하여 상기 필름 히터의 일면에 형성되는 제1 전극 패턴; 상기 제1 전극 패턴을 덮도록 상기 제1 전극 패턴 위에 형성되며, 전체적으로 균일하게 복수의 관통 구멍이 형성된 스페이서 층; 및 상기 스페이서 층을 덮도록 상기 스페이서 층 위에 형성되며, 상기 스페이서 층 위에 상기 제1 전극 패턴과 마주보게 형성되는 제2 전극 패턴을 구비하는 제2 전극 패턴층;을 포함할 수 있다.
제2 전극 패턴층은, 베이스 필름; 및 상기 베이스 필름의 일면에 형성된 상기 제2 전극 패턴;을 포함할 수 있다.
상기 제2 전극 패턴이 형성된 상기 베이스 필름의 일면이 상기 스페이서 층 위에 적층될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극 패턴 중에 하나는 금속 소재이고, 다른 하나는 탄소 소재일 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극 패턴 중에 탄소 소재의 전극 패턴은 면저항이 100 Ω/□ 내지 2kΩ/□ 일 수 있다.
본 발명은 또한, 전원을 인가받아 발열하여 복사열을 방출하는 복수의 면상 발열체를 구비하며, 상기 복수의 면상 발열체는 전도성 입자로 탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자를 함유하는 발열체 조성물을 인쇄하여 형성되는 필름 히터; 상기 필름 히터의 상부면에 부착되는 장식용 필름; 상기 필름 히터의 하부면에 적층되며, 상기 필름 히터로 작용하는 압력을 감지하여 압력 감지 신호를 출력하는 힘 센서; 및 상기 힘 센서로부터 압력 감지 신호를 수신하면, 상기 필름 히터로 인가되는 전원의 제어를 통해서 상기 필름 히터의 발열 온도를 낮추는 제어부;를 포함하는 힘 센서를 구비하는 필름 히터 장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 전원을 공급하는 전원 공급부; 상기 전원 공급부로부터 전원을 인가받아 발열하여 복사열을 방출하는 복수의 면상 발열체를 구비하는 필름 히터; 상기 필름 히터의 일면에 적층되며, 상기 필름 히터로 작용하는 압력을 감지하여 압력 감지 신호를 출력하는 힘 센서; 상기 필름 히터에서 외부로 복사열이 방출되는 면에 반대되는 면 아래에 적층되며, 다공성을 갖는 메쉬형 조립판; 상기 메쉬형 조립판에 적층되며, 상기 필름 히터에서 메쉬형 조립판으로 방출되는 복사열을 상기 필름 히터 쪽으로 반사하는 반사판; 및 상기 힘 센서로부터 압력 감지 신호를 수신하면, 상기 전원 공급부를 통하여 상기 필름 히터로 인가되는 전원을 제어하여 상기 필름 히터의 발열 온도를 낮추는 제어부;를 포함하는 힘 센서를 구비하는 필름 히터 장치를 제공한다.
그리고 본 발명은 전원을 인가받아 발열하여 복사열을 방출하는 복수의 면상 발열체를 구비하는 필름 히터; 상기 필름 히터의 일면에 적층되며, 상기 필름 히터로 작용하는 압력을 감지하는 힘 센서; 상기 필름 히터에서 외부로 복사열이 방출되는 면에 반대되는 면 아래에 적층되며, 다공성을 갖는 메쉬형 조립판; 및 상기 메쉬형 조립판에 적층되며, 상기 필름 히터에서 메쉬형 조립판으로 방출되는 복사열을 상기 필름 히터 쪽으로 반사하는 반사판;을 포함하는 힘 센서를 구비하는 필름 히터 조립체를 제공한다.
본 발명에 따르면, 필름 히터에 신체의 일부가 일정 시간 이상 접촉하게 되면 필름 히터의 발열 온도를 낮추거나 필름 히터의 구동을 정지시킴으로써, 장시간 접촉에 의한 저온화상을 억제할 수 있다.
필름 히터 조립체는 필름 히터의 일면에 힘 센서가 적층되어 일체형으로 형성된 구조를 갖기 때문에, 필름 히터와 힘 센서를 별도로 구성하는 것과 비교하여 두께 및 크기 증가를 최소화할 수 있고 제조 원가도 낮출 수 있는 이점이 있다.
필름 히터의 일면에 힘 센서를 형성하여 필름 히터 조립체로 구현할 때, 필름 히터의 일면을 힘 센서의 기저층으로 활용함으로써, 필름 히터에 힘 센서의 적층으로 인한 두께 증가를 최소화할 수 있다.
필름 히터 조립체는 DC 8 내지 18V의 저전력으로 구동이 가능한 면상 발열체를 구비하는 필름 히터를 포함하기 때문에, 저전력으로 짧은 시간에 대면적 발열이 가능하여 높은 복사열을 방사할 수 있다.
필름 히터 조립체는 DC 전원으로 구동하기 때문에, 전자파 위험이 적다.
필름 히터 조립체는 필름 형태로 구현되기 때문에, 자동차 실내, 사무실의 데스크의 하부나 벽면 등과 같은 다양한 객체에 쉽게 부착 또는 장착이 가능하다.
필름 히터 조립체는 외부에 노출되는 필름 히터의 면에 장식용 필름을 함께 부착함으로써, 필름 히터 조립체가 설치된 객체 또는 주변 환경과의 조화나 심미감을 높일 수 있다.
필름 히터는 열용량이 낮은 플라스틱 소재의 베이스 기판을 기반으로 하기 때문에, 신속한 히팅이 가능하고 에너지 효율이 높은 장점이 있다.
필름 히터는 일반적인 PTC 히터에 비해서 허용 전류가 낮기 때문에, 낮은 전류량으로도 높은 발열온도를 발생시킬 수 있다.
필름 히터는 평면 상에 배열된 복수의 면상 발열체를 구비하기 때문에, 일반적인 PTC 히터에 비해서 발열 면적이 커 열전달 과정에서의 열손실을 최소화할 수 있다.
필름 히터의 면상 발열체는 인쇄 공정을 통하여 다양하게 설계가 가능하기 때문에, 필름 히터 장치가 사용되는 기기나 환경에서 사용 가능한 다양한 구동 전압에서 구동하도록 필름 히터를 제조할 수 있다.
필름 히터의 면상 발열체는 전도성 입자와 혼합 바인더를 포함하는 도료 형태의 발열체 조성물로 형성하기 때문에, 비저항이 낮고 열전도율이 우수해 저전압 구동에 유리하고 승온 속도가 빠른 장점이 있다. 즉 발열체 조성물은 전도성 입자와 함께, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 또는 에폭시 아크릴레이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지를 포함하는 혼합 바인더를 포함하기 때문에, 200℃ 이상의 온도에서도 내열성을 유지할 수 있다. 이로 인해 온도에 따른 저항 변화가 작아 발열 거동 및 안정성이 높은 면상 발열체를 구비하는 필름 히터를 제공할 수 있다.
탄소나노튜브 입자와 그라파이트 입자를 포함하는 발열체 조성물로 형성한 면상 발열체는 블랙 바디(block body)이기 때문에, 필름 히터는 흑체 복사로 인해 추가적인 에너지 효율을 향상을 얻을 수 있다. 필름 히터는 흑체 복사로 인해 원적외선도 방사하기 때문에, 사용자에게 유익한 원적외선을 제공할 수 있다. 또한 필름 히터의 상부에 원적외선을 방사하는 세라믹층이 형성된 복사판을 설치할 경우, 원적외선의 방출량을 더욱 증가시킬 수 있다.
발열체 조성물은 비저항이 낮고 두께 조절이 용이하여 저전압 및 저전력으로 고온 발열이 가능한 필름 히터를 제공할 수 있다.
발열체 조성물은 스크린 인쇄, 롤투롤 그라비아 인쇄, 롤투롤 콤마 코팅, 플렉소 인쇄, 옵셋 인쇄가 가능하기 때문에, 필름 히터의 대량 생산에 유리할 뿐만 아니라 제품 길이 및 면적에 대한 제약을 해소할 수 있다.
그리고 필름 히터 조립체는 복사열이 방사되는 방향에 반대되는 쪽에 메쉬형 조립판과 반사판이 배치된 구조를 갖기 때문에, 복사열의 방사되는 방향으로의 방사효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 힘 센서를 구비하는 필름 히터 조립체를 이용한 필름 히터 장치를 보여주는 개략도이다.
도 2는 도 1의 필름 히터 조립체를 보여주는 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 필름 히터 조립체를 보여주는 결합 사시도이다.
도 4는 도 2의 필름 히터를 보여주는 평면도이다.
도 5는 도 2의 힘 센서를 보여주는 분해 사시도이다.
도 6은 도 2의 6-6선 단면도이다.
도 7은 제1 내지 제4 실험예에 따른 필름 히터의 단위 발열체를 보여주는 평면도이다.
도 8 내지 도 11은 제1 내지 제4 실험예에 따른 단위 발열체의 기전류 및 발열온도의 변화를 보여주는 그래프들이다.
도 12는 스티어링 휠 컬럼용으로 제조된 본 발명의 제1 실시예에 따른 필름 히터 조립체를 보여주는 평면도이다.
도 13은 도 12의 필름 히터 조립체에 DC 12V 인가 시의 열화상이미지이다.
도 14는 도 12의 필름 히터 조립체에 압력을 인가하는 상태를 보여주는 사진이다.
도 15는 도 14의 필름 히터 조립체에 압력을 인가 시의 열화상이미지이다.
도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따른 필름 히터 조립체를 보여주는 단면도이다.
도 17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 필름 히터 조립체를 보여주는 단면도이다.
도 18은 본 발명의 제4 실시예에 따른 필름 히터 조립체를 보여주는 단면도이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
[제1 실시예]
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 힘 센서를 구비하는 필름 히터 조립체를 이용한 필름 히터 장치의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 필름 히터 장치(100)는 필름 히터 조립체(90)와 제어부(85)를 포함한다. 필름 히터 조립체(90)는 필름 히터(10)와 힘 센서(60)를 포함한다. 필름 히터(10)는 전원을 인가받아 발열하여 복사열을 방출하는 복수의 면상 발열체(40)를 구비한다. 힘 센서(60)는 필름 히터(10)의 일면에 적층되며, 필름 히터(10)로 작용하는 압력을 감지하여 압력 감지 신호를 출력한다. 그리고 제어부(85)는 힘 센서(60)로부터 압력 감지 신호를 수신하면, 필름 히터(10)로 인가되는 전원의 제어를 통해서 필름 히터(10)의 발열 온도를 낮춘다. 제1 실시예에 따른 필름 히터 장치(100)는 전원 공급부(81)와 스위치(83)를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 제1 실시예에 따른 필름 히터 장치(100)의 각 구성요소에 대해서 상세히 설명하면 다음과 같다.
전원 공급부(81)는 제어부(85)의 제어에 따라 전원을 필요로 하는 필름 히터 장치(100)의 각 부분에 전원을 공급한다. 전원 공급부(81)는 필름 히터(10)의 구동에 필요한 전원을 공급한다. 전원 공급부(81)로는 납축전지, 이차 전지, 슈퍼 커패시터 등이 사용될 수 있다.
스위치(83)는 전원 공급부(81)에서 필름 히터(10)로의 전원 공급을 스위칭 한다. 이때 제어부(85)는 스위치(83)의 스위칭을 통해서 필름 히터(10)로의 전원 공급을 제어한다.
필름 히터(10)는 제어부(85)의 제어에 따라 전원 공급부(81)로부터 전원을 공급받아 발열하여 복사열을 외부로 방출하는 필름 타입의 복사 히터이다. 필름 히터(10)는 복수의 면상 발열체(40)가 평면 상에 균일하게 배열된 구조를 갖는다. 면상 발열체(40)는 전도성 입자로 탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자를 함유하는 발열체 조성물을 인쇄하여 형성할 수 있다.
힘 센서(60)는 필름 히터(10)와 동일하게 필름 타입으로, 필름 히터(10)의 일면에 적층된다. 여기서 힘 센서(10)가 적층되는 필름 히터(10)의 일면은 필름 히터(10)의 상부면 및 하부면 중에 하나이다.
필름 히터 조립체(90)는 다음과 같이 제조될 수 있다.
먼저 필름 히터(10)와 힘 센서(60)를 각각 제조한 후, 힘 센서(60)를 필름 히터(10)의 일면에 적층하여 필름 히터 조립체(90)를 제조할 수 있다.
또는 필름 히터(10)와 힘 센서(60)의 구성요소를 순차적으로 적층하여 필름 히터 조립체(90)를 제조할 수 있다. 이때 힘 센서(60)는 필름 히터(10)의 일면을 기저층으로 사용할 수 있다. 즉 필름 히터(10)의 상부면과 하부면은 절연성 소재로 형성되기 때문에, 힘 센서(60)를 형성하는 구성요소를 순차적으로 필름 히터(10)의 일면에 적층하여 형성할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 하겠다.
필름 히터(10)와 힘 센서(60)는 서로 10% 내외의 오차로 거의 동일한 면적으로 적층된 구조를 갖는다. 이로 인해 힘 센서(60)는 필름 히터(10)의 어느 부분으로 압력이 작용하더라도 이를 정확히 감지할 수 있다.
그리고 제어부(85)는 필름 히터 장치(100)의 전반적인 제어 동작을 수행하는 마이크로프로세서(microprocessor)이다. 제어부(85)는 전원 공급부(81)의 제어를 통해서 필름 히터(10)의 구동을 제어한다. 제어부(85)는 힘 센서(60)로부터 수신하는 압력 감지 신호에 따라서 필름 히터(10)로의 전원 공급을 제어한다.
제어부(85)는 압력 감지 신호를 이용하여 필름 히터(10)의 온도 제어를 다음과 같이 수행할 수 있다.
먼저 제어부(85)가 필름 히터(10)로 전원을 공급하여 필름 히터(10)를 구동시킨다. 필름 히터(10)의 구동은 입력부를 통한 사용자의 입력, 주변 온도 감지 또는 객체 감지에 따른 신호가 제어부(85)로 입력되면 수행될 수 있다.
다음으로 제어부(85)는 힘 센서(60)로부터 압력 감지 신호가 수신되는 지의 여부를 모니터링 한다.
모니터링 결과 압력 감지 신호가 수신되지 않으면, 제어부(85)는 필름 히터(10)의 구동 상태를 유지한다.
모니터링 결과 압력 감지 신호가 수신되면, 제어부(85)는 필름 히터(10)로 인가되는 전원의 제어를 통해서 필름 히터(10)의 발열 온도를 낮춘다. 예컨대 필름 히터(10)의 발열 온도를 낮추기 위해서, 제어부(85)는 필름 히터(10)로 인가되는 전원의 세기를 낮추거나 차단할 수 있다.
이때 압력 감지 신호가 수신되면, 제어부(85)는 바로 필름 히터(10)의 발열 온도를 낮출 수 있다.
또는 압력 감지 신호가 수신된 후 압력 감지 신호가 일정 시간 이상 지속적으로 수신되면, 제어부(85)는 필름 히터(10)의 발열 온도를 낮출 수 있다. 즉 필름 히터(10)에 신체가 접촉하여 압력을 인가하는 순간에 바로 저온화상이 발생되는 것은 아니기 때문에, 접촉 시간에 따른 저온화상이 발생되는 시간을 고려하여 제어부(85)는 필름 히터(10)의 발열 온도를 조절할 수 있다. 이로 인해 저온화상의 우려가 없는 일정 시간 이내에서는 압력 감지 신호가 수신되더라도, 제어부(85)는 필름 히터(10)의 구동 상태를 유지할 수 있다. 그리고 일정 시간 이상 압력 감지 신호가 수신되면, 제어부(85)는 필름 히터(10)의 발열 온도를 낮출 수 있다.
그리고 필름 히터(10)로 작용하는 압력이 제거되면, 제어부(85)는 필름 히터(10)로 다시 전원을 공급하여 정상 가동시킬 수 있다.
한편 제1 실시예에 따른 필름 히터 장치(100)는 경보 부재를 더 포함할 수 있다. 경보 부재는 빛, 소리, 진동 등을 출력하는 부재이다. 경보 부재는 필름 히터(10)로 압력을 인가하는 객체에 직접 또는 객체를 취급하는 사용자에게 필름 히터(10)에 압력이 작용하고 있고, 이로 인해 저온화상이 발생될 수 있음을 경고할 수 있다.
이와 같이 제1 실시예에 따른 필름 히터 장치(100)는 필름 히터(10)에 신체의 일부가 일정 시간 이상 접촉하게 되면 필름 히터(10)의 발열 온도를 제어함으로써, 장시간 접촉에 의한 저온화상을 억제할 수 있다.
필름 히터 조립체(90)는 필름 히터(10)의 일면에 힘 센서(60)가 적층되어 일체형으로 형성된 구조를 갖기 때문에, 필름 히터(10)와 힘 센서(60)를 별도로 구성하는 것과 비교하여 두께 및 크기 증가를 최소화할 수 있고 제조 원가도 낮출 수 있는 이점이 있다.
필름 히터(10)의 일면에 힘 센서(60)를 형성하여 필름 히터 조립체(90)로 구현할 때, 필름 히터(10)의 일면을 힘 센서(60)의 기저층으로 활용함으로써, 필름 히터(10)에 힘 센서(60)의 적층으로 인한 두께 증가를 최소화할 수 있다.
이와 같은 제1 실시예에 따른 필름 히터 조립체(90)에 대해서 도 2 내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 2는 도 1의 필름 히터 조립체(90)를 보여주는 분해 사시도이다. 도 3은 도 2의 필름 히터 조립체(90)를 보여주는 결합 사시도이다. 도 4는 도 2의 필름 히터(10)를 보여주는 평면도이다. 도 5는 도 2의 힘 센서(60)를 보여주는 분해 사시도이다. 그리고 도 6은 도 2의 6-6선 단면도이다. 여기서 도 4에서는 전극 배선 패턴(30)과 면상 발열체(40)를 도시하기 위해서 덮개층의 도시를 생략하였다.
필름 히터 조립체(90)는 필름 히터(10)와, 필름 히터(10)의 일면에 적층된 힘 센서(60)를 포함한다. 제1 실시예에 따른 필름 히터 조립체(90)는 필름 히터(10)의 하부면에 힘 센서(60)가 적층된 구조를 갖는다.
여기서 필름 히터(10)는 베이스 기판(20), 전극 배선 패턴(30), 복수의 면상 발열체(40) 및 덮개층(50)을 포함한다. 베이스 기판(20)은 전극 배선 패턴(30), 복수의 면상 발열체(40) 및 덮개층(50)을 형성할 수 있는 기저층이다. 전극 배선 패턴(30)은 베이스 기판(20)의 상부면에 형성되며, 금속 소재로 형성될 수 있다. 복수의 면상 발열체(40)는 베이스 기판(20)의 상부면의 전극 배선 패턴(30) 위에 발열체 조성물을 인쇄하여 형성되며, 전극 배선 패턴(30)으로 전원을 인가받아 발열한다. 그리고 덮개층(50)은 복수의 면상 발열체(40)가 형성된 베이스 기판(20)의 일면을 봉합하며 복수의 면상 발열체(40)에서 발생된 열이 방출된다.
베이스 기판(20)은 하부면과, 하부면에 반대되는 상부면을 갖는다. 베이스 기판(20)은 하부면에 힘 센서(60)가 형성된다. 베이스 기판(20)은 상부면에 전극 배선 패턴(30), 복수의 면상 발열체(40) 및 덮개층(50)이 형성된다. 이러한 베이스 기판(20)으로는 플라스틱 기판이 사용될 수 있다. 플라스틱 기판의 소재로는 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르술폰(polyethersulphone; PES), 폴리아크릴레이트(polyacrylate: PAR), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile; PAN), 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), 폴리우레탄(polyurethane; PU), 실리콘 또는 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinonate; CAP)가 사용될 수 있으며, 나열된 것들로 한정되는 것은 아니다. 베이스 기판(20)의 소재는 필름 히터 조립체(90)가 사용되는 응용 분야나 발열 온도에 따라서 적절히 선택될 수 있다.
전극 배선 패턴(30)은 베이스 기판(20)의 상부면에 형성되며, 외부에서 인가되는 전원을 면상 발열체(40)로 공급한다. 전극 배선 패턴(30)은 전압 강하(voltage drop)를 최소화할 수 있도록 금속 소재로 형성될 수 있다. 전극 배선 패턴(30)을 형성하는 금속 소재로는 은, 알루미늄, 구리, 니켈, 스테인리스 스틸 또는 이들의 합금이 사용될 수 있다.
전극 배선 패턴(30)은 금속박을 이용한 에칭 방법 또는 금속 페이스트를 이용한 인쇄 방법으로 형성할 수 있다. 즉 전극 배선 패턴(30)은 베이스 기판(20)의 상부면에 금속박을 적층한 후 에칭 방법으로 패터닝하여 형성할 수 있다. 또는 전극 배선 패턴(30)은 금속 페이스트를 베이스 기판(20)의 상부면에 인쇄하여 형성할 수 있다. 금속 페이스트에는 은, 알루미늄, 구리, 니켈, 스테인리스 스틸 또는 이들의 합금이 포함될 수 있다.
이러한 전극 배선 패턴(30)은 복수의 면상 발열체(40)에 각각 병렬로 연결되어 전원을 인가한다. 전극 배선 패턴(30)은 제1 전극 패드(31), 제1 연결 배선(32), 복수의 제1 전극 단자(33), 제2 전극 패드(36), 제2 연결 배선(37), 및 복수의 제2 전극 단자(38)를 포함한다.
제1 전극 패드(31) 및 제2 전극 패드(36)는 각각 케이블을 매개로 전원 공급부(도 1의 81)에 연결되어 전원을 공급받는다. 제1 전극 패드(31) 및 제2 전극 패드(36)는 복수의 면상 발열체(40)에서 이격되게 형성된다. 복수의 면상 발열체(40)가 배열된 영역에서 이격된 위치에 제1 전극 패드(31) 및 제2 전극 패드(36)가 형성된 예를 개시하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 후술되겠지만, 제1 전극 패드(31) 및 제2 전극 패드(36)는 덮개층(50) 밖으로 돌출되어 전원을 인가받는다.
제1 연결 배선(32)은 제1 전극 패드(31)와 연결되며, 복수의 면상 발열체(40)의 일측에 복수의 면상 발열체(40)가 배열된 방향을 따라서 형성된다.
복수의 제1 전극 단자(33)는 제1 연결 배선(32)에 연결되며, 복수의 면상 발열체(40)의 하부에 각각 형성될 수 있다.
제2 연결 배선(37)은 제2 전극 패드(36)와 연결되며, 복수의 면상 발열체(40)의 타측에 복수의 면상 발열체(40)가 배열된 방향을 따라서 형성된다. 이로 인해 복수의 면상 발열체(40)에 형성되는 제1 연결 배선(32) 및 제2 연결 배선(37)은 복수의 면상 발열체(40)를 사이에 두고 평행하게 형성될 수 있다.
그리고 복수의 제2 전극 단자(38)는 제2 연결 배선(37)에 연결되며, 복수의 면상 발열체(40)의 하부에 각각 형성되며, 복수의 제1 전극 단자(33)에 이격되게 형성된다. 제1 및 제2 전극 단자(33,38)는 서로 평행하게 형성될 수 있다. 이때 복수의 면상 발열체(40)는 제1 전극 단자(33) 및 제2 전극 단자(38)를 통하여 전원 공급부(도 1의 81)로부터 전원을 인가받아 발열하게 된다.
복수의 면상 발열체(40)는 각각 전극 배선 패턴(30)의 제1 및 제2 전극 단자(33,38)를 연결하도록 형성된다. 면상 발열체(40)는 발열체 조성물을 제1 및 제2 전극 단자(33,38)를 연결하도록 인쇄한 후, 건조 및 경화하여 형성한다. 발열체 조성물의 인쇄 방법으로는 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄(내지 롤투롤 그라비아 인쇄), 콤마 코팅(내지 롤투롤 콤마 코팅), 플렉소, 임프린팅, 옵셋 인쇄 등이 사용될 수 있다. 건조 및 경화는 100℃ 내지 180℃에서 수행될 수 있다.
면상 발열체(40)는 베이스 기판(20) 위에 수평 방향으로 배열되게 형성된다. 즉 면상 발열체(40)는 n행m렬(n, m은 2 이상의 자연수)로 베이스 기판(20)의 상부면(33)에 형성될 수 있다. 제1 실시예에서는 면상 발열체(40)가 4행4렬로 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 전극 배선 패턴(30)은 베이스 기판(20)의 상부면에 형성되는 복수의 면상 발열체(40)를 병렬로 연결하도록 형성된다.
이러한 면상 발열체(40)를 형성하는 발열체 조성물은 혼합 바인더 및 전도성 입자를 포함한다. 면상 발열체(40)를 형성하기 위해서, 인쇄 공정에 투입되는 발열체 조성물은 혼합 바인더 및 전도성 입자 이외에, 유기 용매와 분산제를 더 포함한다.
발열체 조성물은 발열체 조성물 100 중량부에 대해서, 혼합 바인더 5 내지 30 중량부, 전도성 입자 0.7 내지 60 중량부, 유기 용매 29 내지 80 중량부, 및 분산제 0.5 내지 5 중량부를 포함할 수 있다.
전도성 입자는 전도성을 갖는 탄소 입자 또는 금속 분말을 포함한다. 탄소 입자로는 탄소나노튜브 입자 또는 그라파이트 입자가 사용될 수 있다. 금속 분말로는 은, 구리 또는 니켈 소재의 분말이 사용될 수 있다. 예컨대 전도성 입자는 발열 조성물 100 중량부에 대하여 탄소나노튜브 입자 0.1 내지 5 중량부, 그라파이트 입자 0.1 내지 20 중량부 또는 금속 분말 10 내지 60 중량부를 포함할 수 있다.
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.
그라파이트 입자는 직경이 1㎛ 내지 25㎛일 수 있고, 두께가 1nm 내지 25㎛일 수 있다.
금속 분말은 은, 구리 또는 니켈 소재의 분말을 포함한다. 은 분말의 경우, 플레이크, 구형, 다각형 판상, 막대(rod) 등의 형태를 가질 수 있다. 구리 분말로는 은이 코팅된 구리(Ag coated Cu) 분말, 니켈이 코팅된 구리(Ni coated Cu) 분말 등이 사용될 수 있다. 그리고 니켈 분말로는 은이 코팅된 니켈(Ag coated Ni) 분말이 사용될 수 있다.
탄소 입자와 금속 분말을 포함하는 발열체 조성물로 면상 발열체(40)를 형성하는 경우, 금속 분말이 주 전기적 네트워크를 형성하고, 금속 분말 사이의 공간에 탄소 입자가 채워져 3차원 랜덤 네트워크 구조를 형성한다.
이와 같이 발열체 조성물은 탄소 입자와 금속 분말을 포함함으로써, 면상 발열체(40)의 에너지 효율 및 발열 속도를 높일 수 있다. 즉 금속 분말은 흑체 복사 기능을 갖지 않는다. 하지만 발열체 조성물에 탄소 입자를 포함시킴으로써, 흑체 복사 기능을 구현할 수 있다. 탄소 입자로 인해서 면상 발열체(40)의 내열성을 높일 수 있다. 그리고 탄소 입자로 인해서, 면상 발열체(40)의 발열 속도 및 에너지 효율을 높일 수 있다.
면상 발열체(40)의 비저항은 전체 고형분 중 탄소 입자 또는 금속 분말의 함량에 의해 결정될 수 있다. 예컨대 1×10-2Ω㎝ 영역대까지는 탄소 입자만으로 비저항 조절이 가능하나, 그 이하의 영역은 금속 분말의 추가적인 도입이 필요하다. 면상 발열체(40)는 9×10-2 내지 1.1×10-3 Ω㎝의 비저항을 가질 수 있다.
혼합 바인더는 300℃ 가량의 온도에서도 내열성을 가질 수 있도록, 페놀계 수지, 아세탈계 수지, 이소시아네이트계 수지 및 에폭시계 수지 중 적어도 2종을 포함한다. 예컨대 혼합 바인더는 에폭시(epoxy), 에폭시 아크릴레이트(epoxy acrylate), 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지 중 적어도 2종을 포함한다.
예컨대 혼합 바인더는 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지를 포함하거나 에폭시 아크릴레이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지를 포함할 수 있다. 여기서 혼합 바인더는, 에폭시 아크릴레이트 또는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 100 중량부에 대하여 폴리비닐 아세탈 수지 10 내지 150 중량부, 페놀계 수지 100 내지 500 중량부를 포함할 수 있다. 페놀계 수지가 에폭시 아크릴레이트 또는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 100 중량부에 대하여 100 중량부 이하인 경우 내열성이 저하되고, 500 중량부를 초과하는 경우 면상 발열체(40)의 유연성이 저하되어 취성이 강해질 수 있다.
이와 같이 혼합 바인더의 내열성을 높임으로써, 면상 발열체(40)를 300℃ 가량의 고온으로 발열시키는 경우에도, 면상 발열체(40)의 저항 변화나 파손을 억제할 수 있다.
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.
유기 용매는 전도성 입자 및 혼합 바인더를 분산시키기 위한 것으로, 카비톨 아세테이트(Carbitol acetate), 부틸 카비톨 아세테이트(Butyl carbotol acetate), DBE(dibasic ester), 에틸카비톨, 에틸카비톨아세테이트, 디프로필렌글리콜메틸에테르, 셀로솔브아세테이트, 부틸셀로솔브아세테이트, 부탄올(Butanol) 및 옥탄올(Octanol) 중에서 선택되는 2 이상의 혼합 용매일 수 있다.
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.
그리고 분산제는 전도성 입자의 분산을 보다 원활히 위한 것으로, BYK류와 같이 당업계에서 이용되는 통상의 분산제, Triton X-100과 같은 양쪽성 계면활성제, SDS 등과 같은 이온성 계면활성제를 이용할 수 있다.
또한 발열체 조성물은 발열체 조성물 100 중량부에 대하여, 첨가제로서 실란 커플링제 0.1 내지 5 중량부를 더 포함할 수 있다.
실란 커플링제는 발열체 조성물의 배합 시에 수지들 간에 접착력을 증진시키는 접착증진제 기능을 한다. 실란 커플링제는 에폭시 함유 실란 또는 머켑토 함유 실란일 수 있다. 이러한 실란 커플링제의 예로는 에폭시가 함유된 것으로 2-(3,4 에폭시 사이클로헥실)-에틸트리메톡시실란, 3-글리시독시트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란이 있고, 아민기가 함유된 것으로 N-2(아미노에틸)3-아미토프로필메틸디메톡시실란, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필트리메톡시실란, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-트리에톡시실리-N-(1,3-디메틸뷰틸리덴)프로필아민, N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란이 있으며, 머켑토가 함유된 것으로 3-머켑토프로필메틸디메톡시실란, 3-머켑토프로필트리에톡시실란, 이소시아네이트가 함유된 3-이소시아네이트프로필트리에톡시실란 등이 있으며, 이것에 한정되지 않는다.
또한 발열체 조성물은 발열체 조성물 100 중량부에 대하여, 첨가제로서 세라믹 입자 0.5 내지 20 중량부를 더 포함할 수 있다. 세라믹 입자는 면상 발열체(40)의 열용량을 증가시킨다. 이러한 세라믹 입자로는 유리 입자 또는 실리콘 입자가 사용될 수 있다.
이러한 필름 히터(10)는 DC 전원을 인가하여 구동이 가능하고, DC 8 내지 18V의 저전력으로 신속하게 높은 복사열을 방출한다.
그리고 덮개층(50)은 복수의 면상 발열체(40)가 형성된 베이스 기판(20)의 상부면을 덮도록 형성된다. 덮개층(50)은 베이스 기판(20)의 상부면에 형성된 전극 배선 패턴(30)과 복수의 면상 발열체(40)를 외부 환경으로부터 보호하는 기능과, 복수의 면상 발열체(40)에서 발생된 열을 외부로 방출하는 기능을 함께 수행한다. 이때 전극 배선 패턴(30) 중 제1 전극 패드(31) 및 제2 전극 패드(36)는 덮개층(50) 밖으로 돌출되어 있다.
이러한 덮개층(50)의 소재로는 우레탄 수지, 실리콘 수지, 이미드계 수지 또는 면상 발열체(40)와의 접촉면에 절연 접착층이 형성된 금속박이 사용될 수 있다. 절연 접착층의 소재로는 아크릴계, 에폭시계, 폴리이미드계 또는 우레탄계가 사용될 수 있다. 예컨대 덮개층(50)은 핫 프레싱(hot pressing) 또는 라미네이팅(laminating) 방법으로 베이스 기판(20)에 접합될 수 있다.
힘 센서(60)는 제1 전극 패턴(61b), 스페이서 층(63) 및 제2 전극 패턴층(67)을 포함한다. 제1 전극 패턴(61b)은 필름 히터(10)의 일면을 기저층으로 하여 필름 히터(10)의 일면에 형성된다. 스페이서 층(63)은 제1 전극 패턴(61b)을 덮도록 제1 전극 패턴(61b)의 하부면에 형성되며, 전체적으로 균일하게 복수의 관통 구멍(65)이 형성되어 있다. 그리고 제2 전극 패턴층(67)은 스페이서 층(63)을 덮도록 스페이서 층(63)의 하부면에 형성되며, 스페이서 층(63)의 하부면에 제1 전극 패(61b)턴과 마주보게 형성되는 제2 전극 패턴(67b)을 구비한다.
제1 실시예에 따른 힘 센서(60)는 필름 히터(10)의 하부면에 형성되기 때문에, 제1 전극 패턴(61b)은 필름 히터(10)의 하부면 즉, 베이스 기판(20)의 하부면을 기저층으로 하여 형성된다.
제1 및 제2 전극 패턴(61b,67b) 중에 하나는 금속 소재이고, 다른 하나는 탄소 소재일 수 있다. 제1 실시예에서는 제1 전극 패턴(61b)이 탄소 소재로 형성되고, 제2 전극 패턴(67b)이 금속 소재로 형성된 예를 개시하였다.
제1 전극 패턴(61b)의 탄소 소재로는 필름 히터(10)가 발열하는 온도에서 전기 전도성을 유지하는 소재로서, 100 Ω/□ 내지 2kΩ/□ 의 면저항을 갖는다. 예컨대 탄소 소재로는 카본블랙, 탄소나노튜브, 그라파이트 등이 사용될 수 있다.
이러한 제1 전극 패턴(61b)은 베이스 기판(20)의 하부면에 탄소 소재의 조성물을 인쇄하여 형성할 수 있다. 인쇄 방법으로는 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄(내지 롤투롤 그라비아 인쇄), 콤마 코팅(내지 롤투롤 콤마 코팅), 플렉소, 임프린팅, 옵셋 인쇄 등이 사용될 수 있다. 제1 전극 패턴(61b)은 베이스 기판(20)의 하부면 전체에 형성된다.
이와 같이 제1 전극 패턴(61b)은 베이스 기판(20)을 기저층으로 형성되기 때문에, 제1 전극 패턴(61b)을 형성하기 위한 제1 베이스 필름(도 16의 61a)의 사용을 생략할 수 있다. 이로 인해 제1 실시예에 따른 필름 히터 조립체(90)의 두께를 줄일 수 있는 이점이 있다.
한편으로 제1 전극 패턴(61b)을 베이스 기판(20)의 하부면에 직접 형성하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 필름 히터 조립체의 두께에 대한 제약이 없다면, 제1 베이스 필름에 제1 전극 패턴을 형성하여 베이스 기판의 하부면에 적층할 수 있다.
스페이서 층(63)은 필름 히터(10)로 외력(압력)이 작용하지 않는 동안에는 제1 전극 패턴(61b)과 제2 전극 패턴(67b)이 서로 이격될 수 있도록 간격을 유지시켜 준다. 스페이서 층(63)은 외력이 작용할 때에는 제1 전극 패턴(61b)과 제2 전극 패턴(67b)이 서로 접촉할 수 있도록 복수의 관통 구멍(65)이 형성되어 있다. 복수의 관통 구멍(65)은 외력이 작용하는 부분에 배치된 제1 전극 패턴(61b)과 제2 전극 패턴(67b)이 서로 접촉할 수 있는 통로로 사용될 수 있도록, 제1 및 제2 전극 패턴(61b,67b) 사이에 균일하게 형성된다. 그리고 작용했던 외력이 제거되면, 스페이서 층(63), 베이스 기판(20) 또는 제2 전극 패턴층(67)의 탄성에 의해 접촉했던 제1 전극 패턴(61b)과 제2 전극 패턴(67b)이 서로 이격된다. 스페이서 층(63)의 소재로는 절연성, 탄성 및 필름 히터(10)가 발열하는 온도 범위에서 내열성을 갖는 플라스틱 소재가 사용될 수 있다.
그리고 제2 전극 패턴층(67)은 제2 베이스 필름(67a)과 제2 전극 패턴(67b)을 포함한다. 제2 전극 패턴(67b)은 제2 베이스 필름(67a)의 상부면에 형성된다. 제2 전극 패턴(67b)이 형성된 제2 베이스 필름(67a)의 상부면이 스페이서 층(63) 위에 적층된다.
제2 베이스 필름(67a)의 소재로는 베이스 기판(20)의 소재가 사용될 수 있다.
제2 전극 패턴(67b)은 제1 패턴 패드(68a), 제1 연결 패턴(68b), 복수의 제1 전극(68c), 제2 패턴 패드(69a), 제2 연결 패턴(69b), 및 복수의 제2 전극(69c)을 포함한다. 제2 전극 패턴(67b)은, 전극 배선 패턴(30)의 제조 방법과 동일하게, 금속박을 이용한 에칭 방법 또는 금속 페이스트를 이용한 인쇄 방법으로 형성할 수 있다.
제1 패턴 패드(31) 및 제2 패턴 패드(36)는 각각 케이블을 매개로 전원 공급부(도 1의 81)에 연결되어 전원을 공급받는다. 제1 패턴 패드(31) 및 제2 패턴 패드(36)는 제1 연결 패턴(68b), 복수의 제1 전극(68c), 제2 연결 패턴(69b) 및 복수의 제2 전극(69c)에서 이격되게 형성된다.
제1 패턴 패드(68a) 및 제2 패턴 패드(69a)는 제1 전극 패드(31) 및 제2 전극 패드(36)가 형성된 쪽에 형성될 수 있다. 이때 제1 패턴 패드(68a) 및 제2 패턴 패드(69a)는 제1 전극 패드(31) 및 제2 전극 패드(36) 아래에 적층된 형태로 구현될 수 있다. 전원 공급부(도 1의 81)를 통하여 전원을 인가받을 수 있도록, 제1 패턴 패드(68a) 및 제2 패턴 패드(69a)는 제1 전극 패드(31) 및 제2 전극 패드(36)가 서로 다른 길이를 갖도록 형성될 수 있다. 즉 제1 패턴 패드(68a) 및 제2 패턴 패드(69a)는 제1 전극 패드(31) 및 제2 전극 패드(36) 보다는 길게 형성될 수 있다.
한편 제1 실시예에서는 제1 패턴 패드(68a) 및 제2 패턴 패드(69a)가 제1 전극 패드(31) 및 제2 전극 패드(36) 아래에 적층된 형태로 구현된 예를 개시하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 제1 패턴 패드(68a) 및 제2 패턴 패드(69a)는 제1 전극 패드(31) 및 제2 전극 패드(36)와 서로 다른 위치에 형성될 수 있다.
제1 연결 패턴(68b) 및 제2 연결 패턴(69b)은 각각 제1 패턴 패드(68a) 및 제2 패턴 패드(69a)에 연결되어 제2 베이스 필름(67a)의 상부면의 마주보는 양쪽 가장자리 부분을 따라서 형성될 수 있다.
그리고 복수의 제1 전극(68c) 및 복수의 제2 전극(69c)은 서로 마주보는 제1 연결 패턴(68b) 및 제2 연결 패턴(69b)에 각각 연결되어 교대로 배열되게 형성될 수 있다. 제1 실시예에서는 복수의 제1 전극(68c) 및 복수의 제2 전극(69c)이 직선 형태로 서로 수평하게 형성된 예를 개시하였다.
한편 제1 실시예에서는 제1 전극 패턴(61b)이 베이스 기판(20)의 하부면에 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 제2 전극 패턴이 베이스 기판의 하부면에 형성될 수 있다. 이 경우 제2 전극 패턴은 베이스 기판을 기저층으로 하여 형성되기 때문에, 제2 베이스 필름을 생략할 수 있다. 제1 전극 패턴은 제1 베이스 필름 위에 형성된다. 제1 전극 패턴이 형성된 제1 베이스 필름의 하부면이 스페이서 층의 하부면에 적층된다. 즉 힘 센서의 제1 전극 패턴과 제2 전극 패턴이 반전되어 필름 히터의 하부면에 적층될 수 있다.
이와 같은 제1 실시예에 따른 필름 히터 조립체(90)의 필름 히터(10)의 특성을 확인하기 위해서 아래와 같은 실험을 수행하였다.
제1 실시예에 따른 필름 히터 조립체(90)를 자동차에 적용하기 위해서, DC 12V 구동 시 면상 발열체(40)의 크기, 예컨대 제1 및 제2 전극 단자(33,38) 간의 거리 변화에 따른 기전류 및 발열온도를 측정하였다. 면상 발열체(40)의 크기에 따른 기전류 및 발열온도 변화를 분석하기 위해서, 도 7과 같은 형태로 필름 히터의 단위 발열체(10a)를 구현하였다.
도 7은 제1 내지 제4 실험예에 따른 필름 히터의 단위 발열체(10a)를 보여주는 평면도이다.
도 7을 참조하면, 단위 발열체(10a)는 제1 및 제2 전극 단자(33,38)와, 제1 및 제2 전극 단자(33,38)를 연결하는 면상 발열체(40)를 포함한다. 면상 발열체(40)는 가로(X)×세로(Y)의 면적을 갖는다. 단위 발열체(10a)에서는 베이스 기판의 도시를 생략하였다.
발열체 조성물은 아래와 같이 제조하였다. 탄소나노튜브, 그라파이트 입자를 카비톨아세테이드 용매에 첨가하고 분산제를 첨가하여 60분간 초음파 처리를 통해 탄소나노튜브/그라파이트 분산액(Solution A)을 제조하였다. 에폭시아크릴레이트, 페놀 수지 및 폴리비닐 아세탈 수지를 혼합하고 카비톨아세테이트 용매에 첨가하여 물리적인 교반(mechanical stirring) 또는 자전공전이 가능한 기계적 혼련을 통해 마스터 배치(master batch, M/B)를 제조한다. 그리고 Solution A와 M/B를 물리적인 교반을 통해 혼련한 후, 3-롤 밀( 3-roll mill)을 이용하여 완전히 혼련함으로써 발열체 조성물을 제조하였다.
전술된 제조 방법으로 제조된 발열체 조성물을 이용하여 단위 발열체(10a)를 제조하였다.
우레탄 소재의 베이스 기판을 준비하고, 베이스 기판 위에 금속 페이스트를 250메쉬 스크린 마스크를 이용하여 스크린 인쇄한 후 150℃에서 30분간 열처리하여 제1 및 제2 전극 단자(33,38)를 형성한다. 이후 발열체 조성물을 동일하게 제1 및 제2 전극 단자(33,38)에 따라 스크린 인쇄한 후 150℃에서 30분간 열처리하여 면상 발열체(40)를 형성한다. 그리고 접착층이 있는 우레탄 필름(덮개층)을 핫 프레싱하고 타발한 후 와이어링하여 단위 발열체(10a)를 제조하였다.
이때 면상 발열체(40)는 제1 내지 제4 실험예에 사용될 단위 발열체(10a)의 크기에 맞게 스크린 인쇄하여 형성하였다.
면상 발열체(40)의 형태에 따른 기전류 및 발열온도 변화를 분석한 결과는 도 8 내지 도 11과 같다. 여기서 도 8 내지 도 11은 제1 내지 제4 실험예에 따른 단위 발열체의 기전류와 발열온도의 변화를 보여주는 그래프들이다.
Y값이 1cm, 1.5cm, 2cm, 2.5cm로 각각 일정할 때, X값의 변화에 따른 DC 12V 구동시의 기전류 및 발열온도를 측정하였고, 측정 결과는 도 8 내지 도 11에 도시된 그래프와 같다. 여기서 도 8은 Y값이 1cm인 경우, 도 9는 Y값이 1.5cm인 경우, 도 10은 Y값이 2cm인 경우, 그리고 도 11은 Y값이 2.5cm인 경우이다. 4가지 Y값에 대해서 X값은 각각 2cm, 2.5cm, 3cm, 3.5cm, 4cm, 4.5cm이다.
도 8 내지 도 11을 참조하면, 면상 발열체는 X값이 감소할수록 기전류 및 발열온도가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 면상 발열체는 X값과 Y값의 변화에 따라서 기전류 및 발열온도가 다양하게 변화하는 것을 확인할 수 있다. 특히 면상 발열체는 X값이 4cm 이하일 경우, 100℃ 이상 발열하는 것을 확인할 수 있다.
따라서 DC 12V로 구동하는 필름 히터 조립체를 제조할 경우, 면상 발열체의 면적 조절을 통하여 발열온도 및 전력량을 자유롭게 설계할 수 있다.
이와 같은 제1 실시예에 따른 필름 히터 조립체의 발열 거동 및 전기적 특성을 확인하기 위해서, 도 12에 도시된 바와 같이 필름 히터 조립체(90a)를 스티어링 휠 컬럼용으로 제조하였다.
도 12는 스티어링 휠 컬럼용으로 제조된 본 발명의 제1 실시예에 따른 필름 히터 조립체(90a)를 보여주는 평면도이다.
도 12를 참조하면, 스티어링 휠 컬럼용으로 제조된 제1 실시예에 따른 필름 히터 조립체(90a)는 필름 히터(10)의 하부면에 힘 센서(60)가 적층된 구조를 갖는다. 필름 히터(10)는 배열된 복수의 면상 발열체(40)를 구비한다.
도 13은 도 12의 필름 히터 조립체에 DC 12V 인가 시의 열화상이미지이다.
도 13을 참조하면, 필름 히터 조립체에 DC 12V 인가시 표면 온도가 100 내지 110℃까지 발열함을 확인할 수 있다. 이때 필름 히터 조립체에는 압력을 인가하지 않은 상태이다.
도 14는 도 12의 필름 히터 조립체에 압력을 인가하는 상태를 보여주는 사진이다. 도 15는 도 14의 필름 히터 조립체에 압력을 인가 시의 열화상이미지이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 필름 히터 조립에 압력을 인가하면, 필름 히터 조립체의 발열 온도가 67 내지 70℃가 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 즉 필름 히터에 압력이 인가되면, 이를 힘 센서가 감지한다. 힘 센서는 압력 감지 신호를 제어부로 전달한다. 제어부는 필름 히터로 인가되는 전원의 제어를 통해서 필름 히터의 온도를 낮춘다. 이때 제어부는 필름 히터로 인가되는 전원을 차단하였다.
이와 같이 제1 실시예에 따른 필름 히터 장치는 필름 히터에 신체와 포함한 다양한 객체가 일정 시간 이상 접촉하게 되면, 필름 히터의 발열 온도를 제어함으로써, 장시간 접촉에 의한 저온화상을 억제할 수 있다.
필름 히터의 일면에 힘 센서를 형성하여 필름 히터 조립체로 구현할 때, 필름 히터의 일면을 힘 센서의 기저층으로 활용함으로써, 필름 히터에 힘 센서의 적층으로 인한 두께 증가를 최소화할 수 있다.
그리고 필름 히터 조립체는 DC 8 내지 18V의 저전력으로 구동이 가능한 면상 발열체를 구비하는 필름 히터를 포함하기 때문에, 저전력으로 짧은 시간에 대면적 발열이 가능하여 높은 복사열을 방사할 수 있다.
[제2 실시예]
한편 제1 실시예에 따른 필름 히터 조립체(90)는 필름 히터(10)의 하부면에 힘 센서(60)가 적층된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 16에 도시된 바와 같이, 필름 히터(10)의 상부면에 힘 센서(60)가 적층될 수 있다.
도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따른 필름 히터 조립체(190)를 보여주는 단면도이다.
도 16을 참조하면, 제2 실시예에 따른 필름 히터 조립체(190)는 필름 히터(10)와, 필름 히터(10)의 상부면에 적층된 힘 센서(60)를 포함한다.
필름 히터(10)는 제1 실시예에 따른 필름 히터와 동일한 구성을 갖기 때문에, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
그리고 힘 센서(60)는 필름 히터(10)의 상부면 즉 덮개층(50)의 상부면에 적층된다. 이러한 힘 센서(60)는 제2 전극 패턴(67b), 스페이서 층(63) 및 제1 전극 패턴층(61)을 포함한다. 제2 전극 패턴(67b)은 덮개층(50)을 기저층으로 하여 필름 히터(10)의 상부면에 형성된다. 스페이서 층(63)은 제2 전극 패턴(67b)을 덮도록 제2 전극 패턴(67b) 위에 형성되며, 전체적으로 균일하게 복수의 관통 구멍(65)이 형성되어 있다. 그리고 제1 전극 패턴층(61)은 스페이서 층(63)을 덮도록 스페이서 층(63) 위에 형성되며, 스페이서 층(63) 위에 제2 전극 패턴(67b)과 마주보게 형성되는 제1 전극 패턴(61b)을 구비한다.
제1 및 제2 전극 패턴(61b,67b) 중에 하나는 금속 소재이고, 다른 하나는 탄소 소재일 수 있다. 제2 실시예에서는 제1 전극 패턴(61b)이 탄소 소재로 형성되고, 제2 전극 패턴(67b)이 금속 소재로 형성된 예를 개시하였다.
제1 및 제2 전극 패턴(61b,67b)은 제1 실시예에 따른 제1 및 제2 전극 패턴과 동일한 구성을 갖기 때문에, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
그리고 제1 전극 패턴층(61)은 제1 베이스 필름(61a)과 제1 전극 패턴(61b)을 포함한다. 제1 전극 패턴(61b)은 제1 베이스 필름(61a)의 하부면에 형성된다. 제1 전극 패턴(61b)이 형성된 제1 베이스 필름(61a)의 하부면이 스페이서 층(63) 위에 적층된다.
제1 베이스 필름(61a)의 소재로는 베이스 기판의 소재가 사용될 수 있다.
한편 제2 실시예에서는 제2 전극 패턴(67b)이 덮개층(50)의 상부면에 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 제1 전극 패턴이 덮개층의 상부면에 형성될 수 있다. 즉 힘 센서의 제1 전극 패턴과 제2 전극 패턴이 반전되어 필름 히터의 상부면에 적층될 수 있다.
이와 같이 제1 실시예에서와 같이 필름 히터의 하부면에 힘 센서를 적층하는 경우, 필름 히터의 표면 복사 효율 측면에서 유리한 점이 있습니다. 반면에 제2 실시예에서와 같이 필름 히터(10)의 상부면에 힘 센서(60)를 적층하는 경우, 힘 센서(10)의 민감도 측면에서 유리한 점이 있습니다.
[제3 실시예]
한편 제1 실시예에 따른 필름 히터 조립체는 필름 히터의 덮개층이 외부로 노출되는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 도 17에 도시된 바와 같이, 덮개층(50) 위에 장식용 필름(71)을 더 부착할 수 있다.
도 17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 필름 히터 조립체(290)를 보여주는 단면도이다.
도 17을 참조하면, 제3 실시예에 따른 필름 히터 조립체(290)는 필름 히터(10)와, 필름 히터(10)의 하부면에 적층된 힘 센서(60), 및 필름 히터(10)의 상부면에 부착되는 장식용 필름(71)을 포함한다.
제3 실시예에 따른 필름 히터 조립체(290)는 장식용 필름(71)을 제외하면 제1 실시예에 따른 필름 히터 조립체와 동일한 구성을 갖기 때문에, 장식용 필름(71)이 부착된 구성을 중심으로 설명하겠다.
장식용 필름(71)은 접착층을 매개로 필름 히터(10)의 상부면에 부착된다. 접착층의 소재로는 아크릴계, 에폭시계, 폴리이미드계 또는 우레탄계가 사용될 수 있다.
예컨대 필름 히터 조립체(290)가 스티어링 휠 컬럼용으로 구현되는 경우, 장식용 필름(71)은 자동차의 내장재로 사용되는 플라스틱 소재가 사용될 수 있다. 장식용 필름(71)은 표면에 요철이 형성되어 있을 수 있다. 표면에 형성된 요철은 가죽이나 섬유의 느낌을 줄 수 있다. 장식용 필름(71)은 블랙 또는 브라운 계통과 같이 원적외선 방사율을 저하하지 않는 색상의 필름을 사용하는 것이 유리하다. 장식용 필름(71)은 단일층 필름 또는 두 층 이상의 복합 구조를 가질 수 있다.
장식용 필름(71)의 하부면 또는 필름 히터(10)의 상부면에 접착층을 형성하는 접착제를 도포한 상태에서, 필름 히터(10)와 장식용 필름(71) 간에 열과 압력을 인가함으로써, 필름 히터(10)의 상부면에 장식용 필름(71)을 부착할 수 있다. 예컨대 장식용 필름(71)은 TOM법(three dimension overlay method)을 이용하여 필름 히터(10)의 상부면에 부착할 수 있다.
한편 제3 실시예에서는 필름 히터(10)의 덮개층(50) 위에 장식용 필름(71)을 부착하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 장식용 필름이 덮개층의 역할을 함께 수행할 수도 있다. 즉 베이스 기판 위에 전극 배선 패턴 및 복수의 면상 발열체를 형성한 이후에, 복수의 면상 발열체가 형성된 베이스 기판의 상부면을 덮도록 장식용 필름을 부착할 수도 있다.
이와 같이 제3 실시예에 따른 필름 히터 조립체(290)는 외부에 노출되는 필름 히터(10)의 면에 장식용 필름(71)을 부착함으로써, 객체나 주변 환경과의 조화나 심미감을 높일 수 있다.
한편 제3 실시예에 따른 필름 히터 조립체(290)는 장식용 필름(71)이 필름 히터(10)의 상부면에 부착된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 제2 실시예에 따른 필름 히터 조립체의 힘 센서의 상부면에 장식용 필름을 부착할 수 있다.
[제4 실시예]
한편 제1 내지 제3 실시예에 따른 필름 히터 조립체는 필름 히터에서 발생되는 열에 의해 복사열은 필름 히터를 중심으로 상부면과 하부면으로 방출된다. 이때 필름 히터의 상부면으로 방출되는 복사열은 사용자 또는 객체에 온열감을 제공하지만, 필름 히터의 하부면으로 방출되는 복사열은 낭비되는 요소이다.
따라서 도 18에 도시된 바와 같이, 필름 히터(10)의 하부에 반사판(75)을 설치하여 필름 히터(10)의 하부면으로 방출되는 복사열이 낭비되는 것을 억제할 수 있다.
도 18은 본 발명의 제4 실시예에 따른 필름 히터 조립체(390)를 보여주는 단면도이다.
도 18을 참조하면, 제4 실시예에 따른 필름 히터 조립체(390)는 필름 히터(10)와, 필름 히터(10)의 하부면에 적층된 힘 센서(60)를 포함하고, 더하여 필름 히터(10)의 상부면에 장식용 필름(71)이 부착되고, 힘 센서(60)의 하부면에 다공성 조립체(73) 및 반사판(75)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.
제4 실시예에 따른 필름 히터 조립체(390)에 있어서, 장식용 필름(71), 필름 히터(10) 및 힘 센서(60)가 적층된 구조는 제3 실시예에 따른 필름 히터 조립체와 동일한 구성을 갖기 때문에 이에 대한 설명은 생략한다. 힘 센서(60)의 하부면에 다공성 조립체(73) 및 반사판(75)이 순차적으로 적층된 구조를 중심으로 설명하면 다음과 같다.
반사판(75)은 힘 센서(60)에 대해서 이격되게 배치된다. 즉 반사판(75)은 힘 센서(60) 아래에 사이에 공기층을 형성한다. 반사판(75)과 필름 히터(10) 사이의 공기층으로 외부 공기가 유입될 수 있도록, 공기층은 외부와 연결된 부분을 갖는다.
반사판(75)은 필름 히터(10)의 하부면으로 방출되는 복사열을 반사하여 필름 히터(10)의 상부면으로 반사시켜, 제4 실시예에 따른 필름 히터 조립체(390)의 방사효율을 향상시킬 수 있다.
그리고 반사판(75)은 필름 히터(10)와의 사이에 공기층을 형성함으로써, 적은 열용량으로 인해서 필름 히터(10)의 상부면 가열에 좀 더 유리할 수 있고, 필름 히터(10)의 상부면 접촉에 의해 저온화상을 억제할 수 있다. 즉 필름 히터(10)의 하부면에 공기층이 형성되어 있기 때문에, 필름 히터(10)에서 발생되는 열을 공기층이 균일하게 분산시킴으로써, 필름 히터(10)에 객체의 접촉이 발생되더라도 접촉에 의해 객체의 저온화상을 억제할 수 있다.
반사판(75)의 소재로는 복사열을 양호하게 반사하는 금속 소재가 사용될 수 있다. 예컨대 반사판(75)의 소재로는 알루미늄, 스테인리스 스틸 등이 사용될 수 있다.
메쉬형 조립판(73)은 힘 센서(60)와 반사판(75)에 개재되어 힘 센서(60)와 반사판(75) 사이의 공기층의 비율을 조절한다. 즉 메쉬형 조립판(73)은 다공성을 갖는다. 메쉬형 조립판(73)의 개구율을 조절함으로써, 힘 센서(60)와 반사판(75) 사이의 공기층의 비율을 조절하게 된다.
메쉬형 조립판(73)은 필름 히터(10)와 반사판(75)과 마주보는 면에 대해서 이웃하는 측면이 개방되어 있다. 이로 인해 반사판(75)과 필름 히터(10) 사이의 메쉬형 조립판(73)으로 외부 공기가 유입될 수 있도록 한다.
메쉬형 조립판(73)의 개구율은 40% 이상이 바람직하다. 개구율이 40% 미만인 경우, 필름 히터(10)의 상부면으로 방출되는 복사열의 복사효율 향상에는 거의 기여하지 못한다. 하지만 개구율이 40% 이상인 경우, 필름 히터(10)의 상부면으로 방출되는 복사열의 복사효율을 향상시킬 수 있다. 메쉬형 조립판(73)의 소재로는 열전도성이 낮은 플라스틱 소재가 사용될 수 있다.
반사판(75)은 접착층을 매개로 메쉬형 조립판(73)의 하부면에 부착될 수 있다. 접착층의 소재로는 아크릴계, 에폭시계, 폴리이미드계 또는 우레탄계가 사용될 수 있다. 메쉬형 조립판(73)의 하부면 또는 반사판(75)의 상부면에 접착층을 형성하는 접착제를 도포한 상태에서, 메쉬형 조립판(73)과 반사판(75) 간에 열과 압력을 인가함으로써, 메쉬형 조립판(73)의 하부면에 반사판(75)을 부착할 수 있다.
한편 제4 실시예에서는 메쉬형 조립판(73)에 적층되는 반사판(75)이 접착층을 매개로 부착되는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 메쉬형 조립판(73)에 접촉되게 반사판(75)을 적층한 후, 물리적인 결합 방식으로 고정할 수도 있다. 물리적인 결합 방식은 끼움 방식, 자석 부착 방식, 나사 결합 방식 등이 사용될 수 있다.
제4 실시예에서는 장식용 필름(71), 메쉬형 조립판(73) 및 반사판(75)을 구비하는 예를 개시하였지만, 장식용 필름(71) 또는 메쉬형 조립판(73)을 생략할 수 있다.
그리고 제4 실시예에 따른 필름 히터 조립체(390)는 필름 히터(10)의 하부면에 힘 센서(60)가 적층되는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 필름 히터의 상부면에 힘 센서가 적층되고, 필름 히터의 하부면에 메쉬형 조립판 및 반사판이 적층될 수도 있다.
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.
10 : 필름 히터 20 : 베이스 기판
30 : 전극 배선 패턴 31 : 제1 전극 패드
32 : 제1 연결 배선 33 : 제1 전극 단자
36 : 제2 전극 패드 37 : 제2 연결 배선
38 : 제2 전극 단자 40 : 면상 발열체
50 : 덮개층 60 : 힘 센서
61 : 제1 전극 패턴층 61a : 제1 베이스 필름
61b : 제1 전극 패턴 63 : 스페이서 층
65 : 관통구멍 67 : 제2 전극 패턴층
67a : 제2 베이스 필름 67b : 제2 전극 패턴
68a : 제1 패턴 패드 68b : 제1 연결 패턴
68c : 제1 전극 69a : 제2 패턴 패드
69b : 제2 연결 패턴 69c : 제2 전극
71 : 장식용 필름 73 : 메쉬형 조립판
75 : 반사판 81 : 전원 공급부
83 : 스위치 85 : 제어부
90, 90a, 190, 290, 390 : 필름 히터 조립체
100 : 필름 히터 장치

Claims (12)

  1. 전원을 인가받아 발열하여 복사열을 방출하는 복수의 면상 발열체를 구비하는 필름 히터;
    상기 필름 히터의 일면에 적층되며, 상기 필름 히터로 작용하는 압력을 감지하여 압력 감지 신호를 출력하는 힘 센서; 및
    상기 힘 센서로부터 압력 감지 신호를 수신하면, 상기 필름 히터로 인가되는 전원의 제어를 통해서 상기 필름 히터의 발열 온도를 낮추는 제어부;
    를 포함하는 힘 센서를 구비하는 필름 히터 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 압력 감지 신호가 일정 시간 이상 지속되면, 상기 필름 히터로 인가되는 전원의 제어를 통해서 상기 필름 히터의 발열 온도를 낮추는 것을 특징으로 하는 힘 센서를 구비하는 필름 히터 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 압력 감지 신호가 일정 시간 이상 지속되면, 상기 필름 히터로 인가되는 전원 공급을 차단하는 것을 특징으로 하는 힘 센서를 구비하는 필름 히터 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 필름 히터는,
    하부면과, 상기 하부면에 반대되는 상부면을 갖는 베이스 기판;
    상기 베이스 기판의 상부면에 형성된 금속 소재의 전극 배선 패턴;
    상기 베이스 기판 상부면의 상기 전극 배선 패턴에 연결되게 발열체 조성물을 인쇄하여 형성되며, 상기 전극 배선 패턴으로 전원을 인가받아 발열하는 상기 복수의 면상 발열체; 및
    상기 복수의 면상 발열체가 형성된 상기 베이스 기판의 상부면을 봉합하며 상기 복수의 면상 발열체에서 발생된 열이 방출되는 덮개층;을 포함하고,
    상기 복수의 면상 발열체는 전도성 입자로 탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자를 함유하는 발열체 조성물을 인쇄하여 형성되는 것을 특징으로 하는 힘 센서를 구비하는 필름 히터 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 힘 센서가 적층되는 필름 히터의 일면은 상기 베이스 기판의 하부면 및 상기 덮개층의 상부면 중에 하나인 것을 특징으로 하는 힘 센서를 구비하는 필름 히터 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 힘 센서는,
    상기 필름 히터의 일면을 기저층으로 하여 상기 필름 히터의 일면에 형성되는 제1 전극 패턴;
    상기 제1 전극 패턴을 덮도록 상기 제1 전극 패턴 위에 형성되며, 전체적으로 균일하게 복수의 관통 구멍이 형성된 스페이서 층; 및
    상기 스페이서 층을 덮도록 상기 스페이서 층 위에 형성되며, 상기 스페이서 층 위에 상기 제1 전극 패턴과 마주보게 형성되는 제2 전극 패턴을 구비하는 제2 전극 패턴층;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 힘 센서를 구비하는 필름 히터 장치.
  7. 제6항에 있어서, 제2 전극 패턴층은,
    베이스 필름; 및
    상기 베이스 필름의 일면에 형성된 상기 제2 전극 패턴;을 포함하며,
    상기 제2 전극 패턴이 형성된 상기 베이스 필름의 일면이 상기 스페이서 층 위에 적층되는 것을 특징으로 하는 힘 센서를 구비하는 필름 히터 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극 패턴 중에 하나는 금속 소재이고, 다른 하나는 탄소 소재인 것을 특징으로 하는 힘 센서를 구비하는 필름 히터 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극 패턴 중에 탄소 소재의 전극 패턴은 면저항이 100 Ω/□ 내지 2kΩ/□ 인 것을 특징으로 하는 힘 센서를 구비하는 필름 히터 장치.
  10. 전원을 인가받아 발열하여 복사열을 방출하는 복수의 면상 발열체를 구비하며, 상기 복수의 면상 발열체는 전도성 입자로 탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자를 함유하는 발열체 조성물을 인쇄하여 형성되는 필름 히터;
    상기 필름 히터의 상부면에 부착되는 장식용 필름;
    상기 필름 히터의 하부면에 적층되며, 상기 필름 히터로 작용하는 압력을 감지하여 압력 감지 신호를 출력하는 힘 센서; 및
    상기 힘 센서로부터 압력 감지 신호를 수신하면, 상기 필름 히터로 인가되는 전원의 제어를 통해서 상기 필름 히터의 발열 온도를 낮추는 제어부;
    를 포함하는 힘 센서를 구비하는 필름 히터 장치.
  11. 전원을 공급하는 전원 공급부;
    상기 전원 공급부로부터 전원을 인가받아 발열하여 복사열을 방출하는 복수의 면상 발열체를 구비하는 필름 히터;
    상기 필름 히터의 일면에 적층되며, 상기 필름 히터로 작용하는 압력을 감지하여 압력 감지 신호를 출력하는 힘 센서;
    상기 필름 히터에서 외부로 복사열이 방출되는 면에 반대되는 면 아래에 적층되며, 다공성을 갖는 메쉬형 조립판;
    상기 메쉬형 조립판에 적층되며, 상기 필름 히터에서 메쉬형 조립판으로 방출되는 복사열을 상기 필름 히터 쪽으로 반사하는 반사판; 및
    상기 힘 센서로부터 압력 감지 신호를 수신하면, 상기 전원 공급부를 통하여 상기 필름 히터로 인가되는 전원을 제어하여 상기 필름 히터의 발열 온도를 낮추는 제어부;
    를 포함하는 힘 센서를 구비하는 필름 히터 장치.
  12. 전원을 인가받아 발열하여 복사열을 방출하는 복수의 면상 발열체를 구비하는 필름 히터;
    상기 필름 히터의 일면에 적층되며, 상기 필름 히터로 작용하는 압력을 감지하는 힘 센서;
    상기 필름 히터에서 외부로 복사열이 방출되는 면에 반대되는 면 아래에 적층되며, 다공성을 갖는 메쉬형 조립판; 및
    상기 메쉬형 조립판에 적층되며, 상기 필름 히터에서 메쉬형 조립판으로 방출되는 복사열을 상기 필름 히터 쪽으로 반사하는 반사판;
    을 포함하는 힘 센서를 구비하는 필름 히터 조립체.
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