KR20190141227A - 히터 - Google Patents

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KR20190141227A
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로란 나이커
일리디오 실베스트르 게레이로
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다이슨 테크놀러지 리미티드
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Abstract

세라믹 히터 요소 및 상기 세라믹 히터 요소로부터 열을 방산시키기 위한 적어도 2 개의 핀을 포함하는 히터로서, 상기 세라믹 히터 요소는 평면을 따라 1 차원으로 연장되고, 상기 적어도 2 개의 핀은 상기 평면으로부터 멀어지도록 연장되고, 상기 적어도 2 개의 핀은 불연속 연결 부분을 통해 상기 세라믹 히터 요소에 연결된 히터가 개시되어 있다 또한 이러한 히터를 제조하는 방법으로서, (a) 상기 세라믹 히터 요소의 표면에 충전재 재료를 도포하는 단계; (b) 상기 충전재 재료 위에 금속 핀을 위치시켜 히터 템플릿을 생성하는 단계; (c) 상기 히터 템플릿을 750℃ 내지 900℃의 온도의 노 내에서 브레이징하여 상기 충전재를 용융시키고, 상기 충전재와 세라믹 히터 요소를 함께 반응시키는 단계를 포함하는 방법이 개시되어 있다.

Description

히터
본 발명은 히터, 특히 핸드 헬드 전기기구, 예를 들면, 헤어 케어 전기기구용 히터에 관한 것이다.
헤어 케어 전기기구 및 열풍 송풍기와 같은 핸드 헬드 전기기구가 공지되어 있다. 이러한 전기기구에는 이 전기기구를 통과하는 유체 또는 이 전기기구가 향하는 표면을 가열하기 위한 히터가 제공되어 있다. 대부분의 장치는 스위치를 포함하는 손잡이와, 팬 유닛 및 히터와 같은 구성요소를 수용하는 본체를 구비한 권총 손잡이 형태이다. 다른 형태는 핫 스타일링 장치에서 보이는 튜브형 하우징을 위한 것이다. 따라서, 일반적으로, 선택지는 튜브형 하우징의 단부로부터 유체 및/또는 열을 불어내고, 그 하우징 상에 유지되거나 그 튜브형 하우징에 직교하는 손잡이를 제공하는 것이다.
전통적인 히터는 종종 니크롬선과 같은 저항선이 감겨진 단열 및 내열 재료의 스캐폴드(scaffold)로 제조된다. 이러한 히터는 헤어 케어 전기기구에 적합한 최대 약 1200 내지 1500W의 파워의 출력을 생성할 수 있으나, 이들 히터는 비교적 무겁고, 이러한 파워의 출력을 달성하기 위해서는 복잡한 수 미터 배선의 패키징이 필요하다. PTC(power self-limiting positive temperature coefficient material), 예를 들면, 2 개의 전도성 표면 사이에 개재된 도핑된 바륨 티타네이트 산화물의 특성을 이용하여 상이한 유형의 히터를 제조할 수 있다. 열은 핀(fin)을 사용하여 공기류 내로 방산된다. 단일 PTC 히터는 최대 약 200W 및 최대 260℃의 온도를 달성할 수 있고, 생성될 수 있는 파워 및 이에 따른 열을 증대시키기 위해 직렬(전기기구의 크기 및 중량이 증가하는 경향이 있음)로 사용될 수 있다.
본 발명은 히터 요소가 적어도 400℃의 작동 온도에 견딜 수 있는 단순화된 패키징을 구비한 경량의 장점을 갖는 높은 파워 밀도의 히터를 제공하는 것을 모색한다. 따라서, 단일 가열 요소가 제공된다. 본 명세서의 전체를 통해 히터 요소라는 용어는 세라믹 재료 내에 매립된 저항 트랙을 지칭하고, 히터는 방열 요소와 함께 히터 요소를 포함한다.
이를 위해, 고온 공소성 세라믹(HTCC; high temperature co-fired ceramic) 가열 요소가 제안된다. 핀이 방열을 향상시키기 위해 가열 요소의 양 면에 부착된다. 핀은 가열 요소에 부착되는 열 전도성 재료, 예를 들면, 구리, 알루미늄 또는 이들의 합금으로 제조된다. 히터 요소와 방열 핀 사이의 열전도도가 불일치하고, 이는 많은 문제를 일으킨다. 첫째, 핀이 부착될 때, 공정은 고온에서 수행된다. 이는 부품이 냉각될 때 세라믹과 금속 사이의 계면에 잔류 응력을 생성할 수 있다. 세라믹은 세라믹 내의 이 응력이 임계 한계를 초과하면 노 내에서 최초에 냉각될 때 파괴될 수도 있다. 이 공정의 열 사이클은 이를 제한하는데 중요하다. 둘째, 히터는 실온과 사용 중인 전기기구의 최대 작동 온도 사이에서 순환되고, 이 순환으로 인해 잔류 응력의 축적이 유발될 수 있고, 이 것이 임계 한계를 초과하면 파괴를 초래한다.
저전력 히터에서는 히터 요소에 제공되는 에너지 및 접합부에서 달성되는 최대 온도가 상당히 낮기 때문에 열 응력이 덜 중요하다. 또한, 히터의 제조는 사용 중에 히터에 의해 도달되는 온도가 상당히 감소되므로 실온 결합 방법을 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 하나의 목적은 최대 1800W의 전력 입력을 견딜 수 있는 요소를 갖는 세라믹 히터를 제공하는 것이다.
세라믹 재료와 핀 사이에는 열팽창 계수의 불일치뿐만 아니라 결합부가 존재한다. 이 결합부에는 열팽창 불일치 재료가 상호작용할 수 있는 2 가지 재료들 사이의 계면이 있고, 이 상호작용은 계면에서의 응력을 증가시키고, 하나의 재료 또는 두 재료 모두의 파괴를 초래할 수 있다. 결합은 히터 요소와 핀 사이의 적절한 열교환을 달성하기에, 그리고 히터를 포함하는 전기기구가 그 수명 동안 겪는 열 사이클링을 견디기에 충분해야 한다. 따라서, 접합부의 피로 강도는 실온과 최대 작동 온도 사이에서 계면의 열 사이클링을 견디기에 충분해야 하고, 구성 부품의 융점은 계면의 최대 작동 온도보다 높을 필요가 있다.
제 1 실시형태에서, 본 발명은 세라믹 히터 요소 및 상기 세라믹 히터 요소로부터 열을 방산시키기 위한 적어도 2 개의 핀을 포함하는 히터로서, 상기 세라믹 히터 요소는 평면을 따라 1 차원으로 연장되고, 상기 적어도 2 개의 핀은 상기 평면으로부터 멀어지도록 연장되고, 상기 적어도 2 개의 핀은 불연속 연결 부분을 통해 상기 세라믹 히터 요소에 연결된 히터를 제공한다.
불연속 연결 부분이라고 함은 핀이 그 전체 길이를 따라 연결되지 않고, 연결에 간극 또는 끊김이 있다는 것을 의미한다. 이들 간극은 핀과 히터 요소 사이의 응력이 완화될 수 있게 하다. 히터가 고온이거나, 주위 온도로 또는 주위 온도로부터 전이될 때, 핀 재료는 히터 요소보다 더 팽창하거나 더 수축한다. 이 간극 또는 끊김으로 인해 핀 재료는 히터 요소에 과도한 응력을 유발하지 않으면서 약간 팽창 및 변형될 수 있다. 다시 말하면, 주어진 온도 상승에 대하여, 이러한 간극이 도입된 경우에 히터 요소와 핀 사이의 응력이 감소된다.
바람직하게는, 불연속 연결 부분은 세라믹 히터 요소와 적어도 2 개의 핀 사이의 복수의 실질적으로 유사한 접촉 영역이다. 이러한 균일성은 유리한데, 이것이 없으면 가열 요소와의 계면에서 핀의 길이를 따라 열 불일치가 변화되어 특정 영역에서 균열 및/또는 박리되기 쉽기 때문이다.
바람직한 실시형태에서, 불연속 연결 부분은 유사한 크기의 간극 및 간극들 사이의 거리만큼 분리된다(간극 주기). 또한 이러한 균일성은 균일한 형상의 히터를 위해 유리한데, 이것이 없으면 핀의 길이를 따라 열 불일치가 변화되어 특정 영역에서 균열 및/또는 박리되기 쉽기 때문이다. 대안적으로, 비균일 히터, 예를 들면, 만곡형 히터의 경우, 상이한 간극 크기 및 간극 주기가 히터의 인접 영역에 적용되어 작동 온도에 따른 적절한 응력 완화를 제공할 수 있다.
핀은 불연속 연결 부분을 생성하도록 가공되는 금속 시트로 형성된다. 핀은 바람직하게는 0.2mm 내지 0.5mm의 두께를 갖는다. 하나의 실시형태에서, 불연속 연결 부분들 사이의 간극은 방전 가공(EDM)에 의해 형성된다. 이는 금속 시트의 일 연부로부터 원위 단부를 향해 연장되는 복수의 평행한 슬롯을 효과적으로 생성한다. 제 2 단계는 불연속 연결 부분을 생성하는 것으로, 이는 금속 시트를 90° V 프레스 툴에서 구부림으로써 달성된다. 이는 핀 본체의 일부를 형성하는 레그 부분 및 각각의 레그에 대한 불연속 연결 부분을 형성하는 푸트 부분을 갖는 복수의 "L 형" 피처(feature)를 형성한다.
바람직하게는, 핀은 두께를 가지며, 인접한 불연속 연결 부분들 사이의 간극 크기는 핀 두께의 0.8 내지 1.2 배이다.
바람직한 실시형태에서, 세라믹 히터 요소는 세라믹 재료의 층들 사이에 위치된 전기 저항 트랙을 포함한다. 바람직하게는, 세라믹 히터 요소는 고온 공소성 세라믹(HTCC)이며, 이는 트랙이 그린(green) 상태의 세라믹 재료에 적용되고, 다른 세라믹 재료의 층으로 피복되고, 다음에 히터 요소가 단일 유닛으로 소결됨을 의미한다.
바람직하게는, 적어도 2 개의 핀은 세라믹 히터 요소의 양 면 상에 배치된다. 이는 또한 열이 중심에 위치된 저항 트랙으로부터 히터의 양 면 상에서 취출 및 방산되므로 히터의 열관리를 도와준다. 이는 또한 열 사이클링 중에 굴곡 하중으로부터 히터 요소를 보호하는 경향이 있다.
바람직하게는, 히터는 세라믹 히터 요소의 양 면으로부터 연장되는 복수의 핀을 포함한다. 세라믹 히터 요소는 평면을 따라 제 1 연부로부터 제 2 연부로 연장된다. 바람직한 실시형태에서, 복수의 핀은 제 1 연부 내지 제 2 연부까지 높이가 변화한다. 핸드 헬드 전기기구 및 특히 헤어 케어 전기기구는 종종 튜브 형상이므로, 히터의 전통적인 형상이 사용될 수 있다.
또한, 복수의 핀은 제 1 연부와 제 2 연부 사이에서 실질적으로 동등하게 이격되는 것이 유리하다. 이것은 다시 세라믹 가열 요소 전체의 열 구배를 감소시킴으로써 핀 전체의 열 불일치를 관리하는데 도움이 된다. 따라서, 불연속 부분들 사이의 간극은 일 방향으로의 열팽창 계수의 차이에 의해 유발되는 응력을 관리하고, 핀들 사이의 간격은 제 2 방향으로의 열 구배의 차이에 의해 유발되는 응력을 관리한다.
전술한 바와 같이, 헤어 케어 전기기구에서 PTC(정온도 계수) 히터를 제조하지만 저전력 히터를 제조하는 것이 알려져 있다. PTC 재료는 세라믹이고, 이것은 2 개의 전도성 표면들 사이에 개재된다. 이것은 허니컴 형상으로 형성될 수 있고, 여기서 공기는 허니컴에 의해 형성된 개구를 통과한다. 열전도율은 전극에 열 분산 피처를 추가함으로써 개선될 수 있고, 이는 전극이 전도성 재료, 통상적으로 금속 재료로 형성되므로 비교적 간단하고, 열 분산 피처는 또한 일반적으로 금속이 사용되므로 열전도성이고, 따라서 서로간의 부착이 쉽게 실시될 수 있다. 2 개의 부품은 서로 접착되어 양호한 결합부를 형성할 수 있다. 첫째, PTC 히터가 더 높은 출력의 히터에 필요한 더 높은 온도에 도달하지 않고, 둘째, 접착제가 유연한 재료이고, 계면에서의 불일치가 이 층에 의해 해결되므로 열팽창에 관한 문제가 최소화된다.
본 발명의 다른 양태는 세라믹 표면에 금속 열 분산 핀을 부착하는 것에 관한 것이다.
본 발명은 다음의 단계를 포함하는 세라믹 히터 요소에 금속 핀을 부착하는 방법을 제공한다.
(a) 상기 세라믹 히터 요소의 표면에 충전재 재료를 도포하는 단계;
(b) 상기 충전재 재료 위에 금속 핀을 위치시켜 히터 템플릿(template)을 생성하는 단계;
(c) 상기 히터 템플릿을 750℃ 내지 900℃의 노 내에서 브레이징하여 상기 충전재를 용융시키고, 상기 충전재와 상기 세라믹 히터 요소를 함께 반응시키는 단계.
바람직하게는, 충전재 재료는 은, 구리 및 타이타늄을 포함하는 합금이다. 더 바람직하게는, 이 합금은 1-5 중량% 타이타늄이 첨가된 72% 은 및 28% 구리의 초기 조성으로 형성된다. 타이타늄은 반응성을 증가시키고, 세라믹 히터 요소와 반응하여 복잡한 금속간 상을 형성한다. 충전재 재료를 용융시키기 위해 온도가 높아야 하지만 금속 핀을 용융시킬 정도로 높아서는 안 된다. 핀은 바람직하게는 구리, 스테인리스강 및 코바르 중 하나로 제조된다.
바람직하게는, 본 방법은 추가로,
(i) 상기 세라믹 히터 요소의 표면을 금속화 페이스트로 코팅하는 단계;
(ii) 코팅된 상기 세라믹 히터 요소를 소결하는 단계;
(iii) 소결된 상기 코팅된 세라믹 히터 요소 상에 니켈 층을 무전해 도금하여 1 차 금속화된 표면을 생성하는 단계;
(iv) 상기 1 차 금속화된 표면에 플럭스(flux)를 가하는 단계를 포함하며, 상기 단계 (i) 내지 (iv)는 단계 (a) 이전에 실시되고, 단계 (c)는 상기 금속 핀과 상기 1 차 금속화된 표면 사이에 위치된 상기 플럭스를 추가로 용융시키며, 약 600℃의 온도에서 실시된다.
본 발명은 다음의 단계를 포함하는 세라믹 히터 요소에 금속 핀을 부착하는 대안적인 방법을 제공한다.
(a) 상기 세라믹 히터 요소의 표면을 금속화 페이스트로 코팅하는 단계;
(b) 상기 코팅된 세라믹 히터 요소를 소결하여 1 차 금속화된 표면을 생성하는 단계;
(c) 소결된 코팅된 세라믹 히터 요소 상에 니켈 층을 무전해 도금하여 1 차 금속화 층 상에 2 차 금속화 층을 생성하는 단계;
(d) 니켈 도금된 세라믹 히터 요소를 가열하여 니켈 층을 1 차 금속화 층 내로 확산시키는 단계;
(e) 금속화된 표면에 플럭스를 가하여 금속화된 표면을 생성하는 단계;
(f) 플럭스 상에 충전재 재료를 도포하는 단계;
(g) 충전재 재료 상에 금속 핀을 위치시켜 히터 템플릿(template)을 생성하는 단계;
(h) 충전재 및 금속 핀과 금속화된 표면 사이에 위치된 플럭스를 용융시키기 위해 노 내에서 히터 템플릿을 브레이징하는 단계.
바람직하게는, 브레이징은 약 550℃ 내지 650℃ 사이에서 실시된다. 가장 바람직하게는, 온도는 610℃이다.
바람직하게는, 세라믹 히터 요소는 다층 세라믹 기재이고, 이 기재는 이 기재가 그린 상태인 동안에 내층 상에 인쇄된 저항 트랙을 포함한다. 바람직하게는, 저항 트랙은 텅스텐이다. 세라믹 재료는 알루미늄 질화물, 알루미늄 산화물, 규소 질화물, 베릴륨 산화물, 지르코니아 및 규소 탄화물 중 하나이다. 바람직하게는, 세라믹 재료는 알루미늄 질화물이다. 세라믹 히터 요소가 소결되는 온도는 특히 사용된 재료에 의존하며, 알루미늄 질화물의 경우에 이 온도는 바람직하게는 1800℃를 초과한다.
바람직하게는, 금속화 페이스트는 세라믹 히터 요소를 형성하는데 사용되는 세라믹 재료, 텅스텐과 같은 내화 재료에 결합제 및 충전재를 더한 것을 포함한다. 바람직한 실시형태에서, 내화 재료는 텅스텐, 백금, 몰리브데넘 또는 이들의 합금 중 하나이다. 바람직하게는, 내화 재료는 텅스텐이다. 금속화 페이스트는 10 내지 12 마이크론의 두께로 세라믹 히터 요소에 도포되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 코팅된 세라믹 히터 요소는 세라믹 히터 요소와 동일한 조건 하에서 소결된다. 이는 동일한 세라믹 재료가 사용될 때 코팅의 수축과 세라믹 히터 요소의 수축이 실질적으로 동일하여 2 개의 층 사이의 열 응력이 최소화되므로 특히 유리하다.
바람직하게는, 니켈 층은 브러시 전기도금, 침지 전기도금 또는 무전해 도금을 통해 전기도금된다. 바람직한 실시형태에서, 3 - 5 마이크론 두께의 니켈 층이 도금된다.
바람직하게는, 플럭스는 페이스트로서 금속화된 표면에 도포된다. 바람직하게는, 충전재 재료는 포일로부터 제조된다.
바람직하게는, 금속 핀은 알루미늄 합금으로 형성된다. 다른 금속 및 합금, 예를 들면, 구리, 스테인리스강 및 코바르가 적합하지만, 비교적 낮은 탄성률 및 낮은 항복 강도를 갖는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 낮은 탄성률은 열팽창 유발 변형으로 인한 세라믹-핀 계면에서의 응력의 양을 감소시킨다. 낮은 항복 강도는 금속이 접합부 주위의 세라믹 상의 응력을 감소시키는 더 고온에서 변형될 가능성이 더 높은 것을 의미한다.
추가의 실시형태에서, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 400℃의 온도에서 작동할 수 있는 세라믹 히터 요소를 제조하는 방법을 제공한다.
(a) HTCC 세라믹 히터 요소를 생성하는 단계;
(b) 상기 세라믹 히터 요소의 표면을 금속화 페이스트로 코팅하는 단계;
(c) 상기 코팅된 세라믹 히터 요소를 소결하여 1 차 금속화된 표면을 생성하는 단계;
(d) 소결된 코팅된 세라믹 히터 요소 상에 니켈 층을 무전해 도금하여 1 차 금속화 층 상에 2 차 금속화 층을 생성하는 단계;
(e) 니켈 도금된 세라믹 히터 요소를 가열하여 니켈 층을 1 차 금속화 층 내로 확산시켜 금속화된 표면을 생성하는 단계;
(f) 금속화된 표면에 플럭스를 도포하는 단계;
(g) 플럭스 상에 충전재 재료를 도포하는 단계;
(h) 각각의 인접한 쌍의 불연속 연결 부분이 공간에 의해 분리된 복수의 불연속 연결 부분을 갖는 열 분산 핀을 생성하는 단계;
(i) 충전재 재료 상에 방열 핀을 위치시킴으로써 복수의 불연속 연결 부분이 충전재 재료에 인접하여 히터 템플릿을 생성하는 단계;
(j) 충전재 및 금속 핀과 금속화된 표면 사이에 위치된 플럭스를 용융시키기 위해 노 내에서 히터 템플릿을 브레이징하는 단계.
바람직하게는, 불연속 연결 부분은 세라믹 히터 요소와 적어도 2 개의 핀 사이의 복수의 실질적으로 유사한 접촉 영역이다. 바람직한 실시형태에서, 불연속 연결 부분은 각각 유사한 크기의 간극 또는 공간에 의해 분리된다.
바람직하게는, 불연속 연결 부분들 사이의 간극 또는 공간은 방전 가공(EDM)에 의해 형성된다. 이는 금속 시트의 일 연부로부터 원위 단부를 향해 연장되는 복수의 평행한 슬롯을 효과적으로 생성한다. 제 2 단계는 불연속 연결 부분을 생성하는 것으로, 이는 금속 시트를 90° V 프레스 툴에서 구부림으로써 달성된다. 이는 핀 본체의 일부를 형성하는 레그 부분 및 각각의 레그에 대한 불연속 연결 부분을 형성하는 푸트 부분을 갖는 복수의 "L 형" 피처를 형성한다.
바람직하게는, 히터는 세라믹 히터 요소의 양면으로부터 연장되는 복수의 방열 핀을 포함한다.
바람직한 실시형태에서, 세라믹 히터는 직사각형 세라믹 히터 요소로부터 대체로 튜브형 또는 정사각형 히터를 형성한다. 대안적으로, 세라믹 히터 요소는 원호상이다. 바람직하게는, 원호상 세라믹 히터 요소는 일정한 곡률을 갖는다. 바람직한 실시형태에서, 원호상 세라믹 히터 요소는 공통의 원점으로부터 연장되는 내반경 및 외반경을 갖도록 형성된다.
원호상 히터의 경우, 핀은 바람직하게는 만곡되어 있다. 더 바람직하게는, 핀은 세라믹 히터 요소의 곡률과 일치한다. 만곡형 핀을 형성하기 위해, 불연속 연결 부분이 형성되는 제 2 제조 단계 후에, 만곡형 툴로 핀을 스탬핑하는 제 3 단계가 있다.
이 실시형태의 경우에 세라믹 히터 요소의 내반경과 외반경 사이에서 핀의 간격을 변화시키는 것이 유리하다. 인접한 핀들 사이의 간격은 내반경으로부터 외반경으로 증가한다. 그 이유는 2 가지이다. 첫째, 히터 내의 경로 길이가 내반경에서 더 짧으므로 히터를 통과하는 유체에 대한 제한이 덜하고, 따라서 히터의 출구 전체에서 보다 균일한 유동이 얻어지도록 더 제한이 가해져야 할 필요가 있다. 둘째, 경로 길이가 외반경에서 더 길기 때문에 체류 시간이 더 길어지고, 따라서 이 부분을 통과하는 유체는 내반경에서 유동하는 유체보다 비교적 더 뜨거울 수 있다. 따라서, 외반경의 공간을 더 크게 함으로써 더 많은 유체가 그 영역을 통과하고 히터 출구에서의 열 변동이 감소한다. 출구면 전체의 공기 출구 온도의 변동이 낮아지고, 세라믹 가열 요소 전체의 온도 변동이 낮아진다.
이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 예로서 설명한다.
도 1은 브레이징된 샘플의 측면도를 도시하고;
도 2는 브레이징되기 전의 표준 시트와 다중 섹션의 시트의 표면 프로파일을 도시하고;
도 3a는 직사각형 가열 요소의 트랙의 레이아웃의 일 실시례를 도시하고;
도 3b는 원호상 가열 요소 상의 트랙의 레이아웃의 일 실시례를 도시하고;
도 4a는 직사각형 세라믹 히터 요소 상의 베이스 및 핀의 기하학적 형상을 도시하고;
도 4b는 원호상 세라믹 히터 요소 상의 베이스 및 핀의 기하학적 형상을 도시하고;
도 5a는 다중 섹션의 베이스를 도시하고;
도 5b는 도 5a의 부분 확대도이고;
도 6은 불연속 연결 부분을 갖는 열 분산 핀을 도시하고;
도 7a는 직사각형 세라믹 히터 요소에 브레이징된 일 세트의 핀의 등각도를 도시하고;
도 7b는 원호상 세라믹 히터 요소에 브레이징된 2 세트의 핀의 상이한 등각도를 도시하고;
도 8a는 직사각형 세라믹 히터 요소에 브레이징된 일 세트의 높이가 다른 핀의 등각도를 도시하고;
도 8b는 세라믹 히터 요소에 브레이징된 일 세트의 높이가 다른 핀의 측면도를 도시하고;
도 9a는 세라믹 히터 요소에 브레이징된 일 세트의 절첩형 핀의 등각도를 도시하고;
도 9b는 세라믹 히터 요소에 브레이징된 일 세트의 절첩형 핀의 측면도를 도시하고;
도 10a는 브레이징된 핀의 단면도를 도시하고;
도 10b는 브레이징된 핀의 측면도를 도시하고;
도 11a는 원호상 브레이징된 히터의 등각도를 도시하고;
도 11b는 도 11a의 부분 확대도를 도시하고;
도 12a는 히터 프로토타입을 위한 유지 구조물의 제 1 측면을 도시하고;
도 12b는 히터 템플릿을 위한 조립된 유지 구조물을 도시하고;
도 13a는 간격이 다른 핀의 측면도를 도시하고;
도 13b는 어긋난 불연속 연결 부분을 갖는 핀의 측면도를 도시하고;
도 14a는 인클로저 내의 히터의 단부도를 도시하고;
도 14b는 인클로저 내의 히터의 등각도를 도시하고;
도 15a는 본 발명에 따른 히터를 수용하기에 적합한 전기기구의 단면도를 도시하고;
도 15b는 본 발명에 따른 히터를 수용하기에 적합한 전기기구의 부분 등각도를 도시하고;
도 16은 본 발명에 따른 히터를 수용하기에 적합한 대안적인 전기기구의 측면도를 도시한다.
제 1 단계는 HTCC 히터 요소를 제조하는 것이다. 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물 및 규소 질화물의 3 가지가 제조되었다. 알루미나의 등급은 99.6% 알루미나(제품 설명 AT 79)이고, 알루미늄 질화물의 등급은 2015년에 유일하게 입수가능한 것이고, 규소 질화물(제품 설명 SL 200 BG)인 Pecision Ceramics으로부터 시판되는 재료를 사용하였다. 최초에, 소결 시에 70mm x 30mm x 0.5mm 쿠폰(coupon)을 형성하는 직사각형 기재로부터 세라믹 히터 요소를 형성하였다. 그린 상태의 세라믹의 제 1 층의 일 표면 상에 텅스텐 트랙을 스크린 인쇄하였다. 텅스텐은 히터 요소를 형성하는데 사용되는 세라믹과 동일한 조성의 재료를 가진 슬러리 내에 형성되었고, 다음에 그린 상태의 세라믹의 제 2 층이 도포되었다. 이것을 1000℃를 넘는 온도에서 소결하였고, 본 실시례에서는 약 1800℃가 사용되었다. 결과적으로 얻어진 매립된 텅스텐 트랙의 두께는 18-20 마이크론이다. 도 3은 트랙의 일 실시례(본 실시례에서는 2 개의 트랙(300, 310))를 도시한다. 당업자는 상이한 세라믹 조성 및 쿠폰의 크기는 상이한 소결 조건을 필요로 한다는 것을 이해할 것이며, 이러한 정보는 다수의 교과서에서 널리 입수할 수 있다.
표 1은 평가된 세라믹과 금속의 다양한 조합을 보여준다.
세라믹 구리 C103 스테인리스강 S430 코바르
단일 시트 단일 시트 다중 섹션 단일 시트 다중 섹션
Al2O3 5 개의 쿠폰 5 개의 쿠폰 5 개의 쿠폰 5 개의 쿠폰 5 개의 쿠폰
Al3N4 5 개의 쿠폰 5 개의 쿠폰 5 개의 쿠폰 5 개의 쿠폰 5 개의 쿠폰
Si3N4 5 개의 쿠폰 5 개의 쿠폰 5 개의 쿠폰 5 개의 쿠폰 5 개의 쿠폰
브레이징 충전재(20)를 사용하여 850℃의 진공로 내에서 70mm x 30mm x 0.5mm의 세라믹 히터 요소(10)의 쿠폰(직사각형 부분) 상에서 브레이징 공정을 실시하였다. 브레이징 충전재는 AgCuTi 활성 브레이징의 0.05mm 두께의 포일이었고, 금속(30)은 세라믹의 일면에만 적용되었고, 그 결과 브레이징 후 뒤틀림이 발생되었고, 일부의 파괴의 원인이 될 수 있고, 표 2는 다양한 조합에 대한 브레이징 후의 생존율을 상세히 보여준다. 도 1은 구조의 측면도를 도시하고, 도 2는 금속의 단일 시트(40)와 다중 섹션 시트(50) 사이의 차이를 상세히 보여준다. 다중 섹션 시트(50)는 세라믹과 금속 재료 사이에 불연속 결합을 가짐으로써 응력을 완화시키기 위한 첫 번째 시도였다. 세라믹 히터 요소(10)에 결합될 면 상에서 두 방향으로 금속에 릴리프 컷(relief cut; 52)을 형성하였다.
세라믹 구리 C103 스테인리스강 S430 코바르
단일 시트 단일 시트 다중 섹션 단일 시트 다중 섹션
Al2O3 100% (5/5) 0% (0/5) 0% (0/5) 100% (5/5) 80% (4/5)
Al3N4 100% (5/5) 0% (0/5) 0% (0/5) 0% (0/5) 20% (1/5)
Si3N4 100% (5/5) 0% (0/5) 0% (0/5) 60% (3/5) 40% (2/5)
브레이징 공정이 이 합금의 소성 변형 온도 미만이므로, 접합부의 금속 측만 탄성 변형할 수 있고, 이는 접합부에 응력을 도입하므로 스테인리스강 샘플이 파괴되는 것으로 생각된다. 반대로, 구리는 항복하여 응력의 축적을 감소시킬 수 있다.
추가의 연구는 방열 핀을 사용하였다. 핀(44, 54)은 베이스 부분(42, 56)으로부터 각각 직각으로 연장되는 평면의 시트들이다. 도 4a에서, 베이스 부분(42)은 일체형 핀(44)을 가진 단일의 직사각형 시트이다. 핀(44)과 베이스(42)는 핀(60)들 사이의 재료를 제거하기 위해 기계가공된 구리 블록으로부터 형성된다. 도 4b에서, 핀(54) 및 베이스(56)도 또한 일체형이고, 원호상 베이스(56)와 일체인 원호상 핀(54)을 형성하기 위해 기계가공된 원호상 구리 블록으로부터 형성된다. 도 5a 및 도 5b는 일체형 방열 핀(54)을 갖는 다중 섹션 시트(50)를 도시한다. 이 샘플은 핀(54)들 사이의 재료를 제거하기 위해 기계가공되고, 불연속 연결 부분(58)을 제공하기 위해 베이스에 릴리프 컷(52)을 제공한 코바르 블록으로부터 형성하였다. 동일한 핀 형상을 직선 또는 직사각형 샘플 및 동일한 브레이징 조건에서 사용하였다. 브레이징 생존율은 표 3에 표시되어 있다.
세라믹 구리 C103 코바르
직선형 만곡형 직선형
Al2O3 0% (0/3) 0% (0/1) 67% (2/3)
Al3N4 67% (2/3) 100% (1/1) 33% (1/3)
생존 샘플을 열 사이클링을 통해 시험하였으나, 응력의 축적에 기인되어 금속 세라믹 접합부에서 균열이 발생함으로써 모두 파괴되었다. 구리 샘플의 경우, 이는 열팽창 계수의 불일치와 함께 구리 강도를 경시적으로 증가시키는 냉간 가공에 의한 것으로 생각된다.
제 3 시도는 알루미늄 열 분산 핀(60)(도 6)을 사용하여 실시하였다. 선택된 특정 합금은 Al 1050-O였으며, 이 합금의 재료 특성은 항복 강도가 낮고 가공 경화가 적기 때문에 히터를 성공적으로 제작하는데 더 적합하기 때문이다.
이제 도 6 내지 도 11b을 참조하면, 본 시도에서 열 분산 핀(60)은 세라믹 히터 요소 상에서 훨씬 작은 점유면적을 갖는다. 베이스에 불연속 접촉 부분(62)을 포함한 0.3mm 내지 0.5mm의 두께(t)의 알루미늄 1050-O 시트로부터 제작된 개개의 핀은 세라믹과의 다중 섹션의 계면을 생성한다. 핀 어셈블리(160)는 세라믹 상에서 모멘텀의 균형을 맞추기 위해 세라믹 히터 요소의 양면 상에서 동일하였다. 핀의 접촉점(l, d)은 2mm x 2mm였으나, 1.5mm x 1.4mm로 추가의 시험을 수행하였다(도 10a 및 도 10b 참조). 각각의 핀(60)은 밀링 또는 금속 사출 성형을 필요로 하는 이전의 복잡한 3 차원 형상으로부터 원료비 및 제조의 복잡성을 감소시키는 스탬핑된 금속 시트로 제조된다.
직선형 핀의 경우, 금속 시트의 프로파일은 EDM 와이어로 절단하고(도 6), 피트는 90° V 프레스 툴을 이용하여 굴곡시켰다. 만곡형 프로파일의 경우, 최종 만곡 스탬핑 공정이 있다.
개별 핀(60)은 브레이징 중에 모든 핀을 정위치에 유지하기 위한 고정구를 필요로 하며, 선택된 재료는 브레이징 공정의 온도에서 반응하지 않는 흑연이었다. 고정구가 설계되었고, 도 12a 및 도 12b에 도시되어 있다. 제 1 부분(200)이 핀의 일측을 고정하고, 다음에 세라믹 가열 요소(10)가 정렬되고, 다음에 핀(60)의 타측(160a)을 고정하는 고정구의 제 2 부분(210)이 부착된다.
핀이 알루미늄이므로, 활성 브레이징을 사용하지 않았다(온도가 지나치게 높음).
이 공정은 다음과 같이 실시되었다. 먼저 세라믹 히터 요소(10)의 표면을 철저히 세정하고, 다음에 1 차 금속화 층(100)으로 코팅하였다. 이것은 세라믹 히터 요소의 양면 상에 스크린 인쇄된 10-12 마이크론의 텅스텐 층이다. 텅스텐은 금속화 페이스트의 일 요소로서 가하고, 다음에 코팅된 부분을 소결한다. 텅스텐 페이스트의 성분과 동일한 세라믹 재료가 사용되므로 동일한 소결 조건이 사용된다.
텅스텐 상면의 2 차 층(110)은 3-5 마이크론의 무전해 니켈 코팅이다. 이 시도의 경우, 사용된 니켈 합금은 (공정(eutectic) 부근의) Ni-11P 코팅이었다. 이 공정은 '전해 공정' 또는 '자가촉매 공정'으로도 알려져 있다. 이 니켈 층은 공기 중에서 텅스텐 층의 표면 산화를 방지하고, 브레이징 충전재의 웨팅(wetting)을 향상시킨다. 환원 분위기 중에서 약 800℃의 열처리를 사용하여 이 층을 텅스텐 1 차 층 내로 확산시킨다.
무전해 도금을 사용하는 것에 대한 대안으로서, 다른 형태의 전기도금, 예를 들면, 브러시 전기도금 또는 침지 전기도금을 사용할 수 있다.
플럭스 재료를 각각의 전기도금된 표면에 도포한다. 플럭스의 일례는 브러시 도포기를 사용하여 도포된 Harris Al braze-1070 플럭스이다. 처음에 금속화된 세라믹 히터 요소(100, 110)의 양면 상에 0.082 +/- 0.003g을 사용하였다. 추가의 시험에서 각 면당 0.0808 +/- 0.002g를 추가하였다. 플럭스 재료는 알루미늄 및 규소의 둘 모두를 함유하고, 브레이징 공정 중에 용융되어 산화물을 제거하고, 표면의 웨팅을 향상시킨다. 충전재 내에 합금 요소로서 규소를 첨가하면 용융된 금속의 융점 및 점성이 낮아지고, 이는 합금의 간극 충전 능력을 향상시킨다. 공정 조성(eutectic composition)은 이원 합금의 최저 융점 및 최저 점성(단일 고상으로부터 단일 액상으로의 전이)을 가능하게 한다.
마지막으로, 브레이징 충전재 재료(120)를 플럭스 재료 위에 덧댄다. 충전재 재료의 일례는 Prince and Izant Al-718이다. 이것은 590 마이크론 두께의 포일로서 제공된다. 제 1 실시례에서 단일 시트의 포일을 사용하여 각 면당 0.271 +/- 0.004g의 충전재 재료를 제공하였다. 제 2 실시례는 각 면당 0.527 +/- 0.006g의 충전재 재료를 사용하였다(면당 2 개의 50 마이크론 포일 층).
적합한 재료의 다른 예는 Solvay사의 NOCOLOK® Sil 플럭스"이다. 이것은 하나의 페이스트에 충전재와 플럭스를 결합하였으므로 2 단계 도포의 필요성을 제거한다.
선택된 히트싱크 재료는 어닐링 열처리 공정을 거친 상업적으로 순수한 등급인 Al1050-O 등급이었다. '히트싱크 베이스'를 제거하고, 핀만을 사용하였으므로 이 히트싱크는 비전통적인 '핀형 히트싱크'이다. 이들 핀을 '플랜지 티(flanged tee)' 접합을 사용하여 발열 표면에 직접 결합하였다.
핀(60)은 압연 시트로부터 EDM 와이어 절단 및 굽힘 공정을 통해 생성하였다. 절단 공정의 일부로서, 핀의 바닥부에 작은 절단부(cut)를 형성하였다. 이는 금속 시트의 일 연부로부터 원위 단부를 향해 연장되는 복수의 레그(64) 및 각각의 인접한 쌍의 레그 사이에 평행한 슬롯(66)을 효과적으로 생성한다. 제 2 단계는 불연속 연결 부분을 생성하는 것으로, 이는 금속 시트를 90° V 프레스 툴에서 구부림으로써 달성된다. 이로 인해 핀 본체의 일부를 형성하는 레그(64) 및 각각의 레그에 대한 불연속 연결 부분(62)을 형성하는 푸트 부분을 갖는 복수의 "L 형" 피처가 형성된다.
브레이징 공정은 노 내에서 실시된다. 일부의 샘플은 진공로 내에서 브레이징되었으나, 이것은 불필요하며, 샘플을 가열하는데 복사만이 사용되므로 체류 시간을 증가시키는 것으로 밝혀졌다. 추가 공정을 약 1 기압의 환원 분위기 중에서 실시하였다. 히터 템플릿을 인클로저(200, 210) 내에서 조립하고, 실온의 노 내에 장입하고, 다음에 95%의 질소 및 5%의 수소 분위기 중에서 약 610℃까지 가열하였다. 가열 공정을 약 1 시간 실시하였으며, 이 경우에 이것은 사용된 노에서 가장 높았으며, 잠재적으로는 더 높은 속도를 사용하여 브레이징 시간을 줄일 수 있다. 온도를 사전결정된 시간 동안 유지한 후에 실온까지 냉각시켰다. 이 사전결정된 시간은 약 2 분이었으나, 이것은 인클로저(200, 210) 및 히터의 열량에 의존하므로 이들 요인에 따라 변경할 수 있다.
히터를 노에서 취출한 후에 40℃의 초음파 온수조 내에서 세척하여 불연속 연결 부분 사이의 플럭스 잔류물을 제거하였다.
이론적으로, 접합부는 세라믹과 금속 사이의 열팽창 계수의 불일치로 인해 기능하지 않아야 한다. 또한, 2 개의 재료가 세라믹의 파괴없이 접합된 경우, 이 접합부는 많은 열 사이클을 견디지 못한다.
개별 핀(60)을 사용하면, 히트싱크와 세라믹 가열 요소(10) 사이의 접촉 면적이 줄어들고, 이는 세라믹 히터 요소의 전체 폭의 일방향으로 열팽창 계수의 불일치에 의해 유발되는 문제를 제한한다. 또한, 각각의 개별 핀(60)을 따라 불연속 접촉점(62)을 가지면, 불일치에 의해 유발되는 문제는 세라믹 히터 요소(10)의 길이를 따른 다른 배향의 열팽창 계수이다. 불연속 연결 부분은 응력 릴리프 컷(stress relief cut)의 역할을 한다.
이하, 세라믹 히터 형태의 몇 가지 변형례를 논의한다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 핀(60)은 모두 동일한 높이이다. 이것은 브레이징된 히터의 가장 간단한 실시형태이다. 대부분의 헤어 케어 전기기구는 튜브형 케이싱을 가지므로, 핀은 다양한 높이로 제조될 수 있다. 도 8a 및 도 8b는 이것을 보여준다. 적어도 하나의 핀(60)은 최대 높이이다. 이 실시례에서는, 2 개의 핀(60)이 최대 높이이며, 히터를 튜브형으로 제조하기 위해 이들 핀은 세라믹 히터 요소의 중앙에 위치된다. 세라믹 히터 요소(10)에는 제 1 연부(12) 및 제 2 연부(14)가 형성되어 있으므로 세라믹 히터 요소(10)의 중앙은 이들 연부 사이에 있다. 제 1 연부(12) 및 제 2 연부(14) 중 하나에 접근함에 따라, 핀(60a, 60b, 60c)은 높이가 점진적으로 낮아져서 튜브 형상을 형성한다.
전술한 바와 같이, 도 3a는 직사각형 세라믹 히터 요소 내의 히터 트랙(300, 310)의 일례를 도시한다. 이 실시례에서, 두 트랙(300, 310)으로의 전력은 세라믹 히터 요소의 제 1 단부(320)에서 제 1 쌍의 커넥터(324)를 통해 공급되고, 제 2 쌍의 커넥터(326)는 세라믹 히터 요소(10)의 제 2 단부(322)에 제공되어 있다. 당업자가 알고 있는 바와 같이, 커넥터는 세라믹 히터 요소의 다른 위치에 위치될 수 있다.
도 3b는 원호상 세라믹 히터 요소(150)를 도시한다. 이 실시례에서, 2 개의 히터 트랙(302, 312)은 전처럼 인접하지 않고, 오히려 세라믹 히터 요소(150)의 길이를 따라 제 1 단부(320)와 제 2 단부(322) 사이에 위치한 공통 접속부(330)를 공유한다. 이 공통 커넥터는 라이브(live) 커넥터 또는 뉴트럴(neutral) 커넥터일 수 있다. 제 1 트랙(320)의 경우, 제 2 커넥터(332)가 세라믹 히터 요소(150)의 제 1 단부(320)에 인접하여 제공되고, 제 2 트랙(312)의 경우, 제 2 커넥터(334)가 세라믹 히터 요소(150)의 제 2 단부(322)에 인접하여 제공된다. 이들 2 개의 제 2 커넥터(332, 334)는 라이브 커넥터 및 뉴트럴 커넥트 중 다른 하나이다.
세라믹 히터 요소(150)의 연부를 따라 제공되는 커넥터의 대안례로서, 도 13a 및 도 13b는 다른 구성을 도시한다. 이들 실시례에서, 히터 트랙은 도 3a와 같이 인터레이싱(interlacing)되지만 모든 커넥터(340, 342, 344)는 세라믹 히터 요소(150)의 제 1 단부(332)에 제공된다. 이 경우에도 커넥터(344) 중 하나는 공유 커넥터이고, 세라믹 히터 요소(150)에의 라이브 커넥터 또는 뉴트럴 커넥터를 제공하며, 다른 2 개의 커넥터(340, 344)는 라이브 커넥터 및 뉴트럴 커넥터의 다른 하나이다.
도 11a 및 도 11b는 도 8a 및 도 8b와 관련하여 기술된 바와 같은 다양한 높이의 핀(60, 60a, 60b, 60c, 60d)을 가진, 그러나 원호상 세라믹 히터 요소(150) 상에 브레이징된 히터를 도시한다.
도 13a는 간격이 다른 핀(60)을 가진 브레이징된 히터를 도시한다. 원호상 세라믹 히터 요소(150)는 각각 공통 중심(c)을 갖는 내반경(ri) 및 외반경(ro)을 갖는다. 내반경(ri)의 핀 간격은 xi이고, 외반경(ro)의 핀 간격은 xo이고, 여기서 xo는 xi보다 크므로 핀들 사이의 간격은 내반경(ri)으로부터 외반경(ro)을 향해 점진적으로 증가한다. 이 가변 간격은 히터 내의 유체가 제 1 단부(322)로부터 제 2 단부(324)로 유동할 때 열 관리 및 흐름 관리에 도움이 된다. 각 채널 내의 흐름 제한(핀들 사이의 공간)이 변화된다. 이것은 흐름을 재분배할 수 있는 설계 변수이다. 히터의 외반경은 더 긴 채널 길이(더 긴 핀)를 갖는다. 이들 채널에서 소정 체적의 공기는 더 많은 시간을 체류하므로 공기가 채널을 통과할 때 더 많이 가열된다. 이 영역에서 핀들 사이의 간격이 증가하면, 이 채널 내의 유량이 증가한다. 이는 체류 시간을 감소시키므로 공기의 가열이 줄어든다. 이 실시례에서, 내반경은 약 29mm이고 외반경은 약 59mm이다. 내반경과 외반경 사이의 중간선인 중심 경로 길이는 69mm이다. 핀(60)의 높이는 약 13mm이다.
도 13b는 핀(60)이 제 1 단부(322)에서 반드시 정렬될 필요는 없음을 예시한다. 히터의 입구측(350)의 구성에 따라, 불연속 연결 부분(62)이 입구측(350)으로부터 공통의 거리에서 시작하지 않을 수도 있으므로, 제 1 핀(600)은 인접한 핀(602, 604)에 대해 어긋날 수 있다.
도 14a 및 도 14b를 참조하면, 히터(80)가 인클로저(82) 내에 도시되어 있다. 전통적으로 이러한 인클로저는 마이카(Mica)와 같은 절연 재료로 제조된다. 본 명세서에 기술된 직선형 히터 실시례의 경우, 마이카가 허용된다. 그러나, 원호상 히터의 경우, 요구되는 마이카의 길이가 외반경보다 짧으므로 마이카를 특히 내반경의 중심에 감기가 어렵다. 이로 인해 그리고 방열 핀이 비통전 상태이므로 금속 인클로저가 사용될 수 있다. 보다 전통적인 와이어 히터의 경우, 어쩌면 일부의 손상이 지속된 후에 통전 중인 히터 요소가 인클로저에 접촉할 위험이 있으므로 이것이 가능하지 않을 수 있다. 이론적으로는, 인클로저(82)는 히터(80)와 접촉하도록 설계될 수 있으나, 핀의 팁(84)과 세라믹 히터 요소(150)의 제 1 연부(86) 및 제 2 연부(86) 둘 모두 사이에 작은 간극(90)이 있는 것이 유용하다는 것이 밝혀졌다. 0.5mm 내지 2mm의 간극(90)이 사용되었는데, 이것이 만곡부 주위의 흐름 제어 및 인클로저 온도의 열관리를 가능하게 하는 충분한 공기 간극을 제공하기 때문이다. 따라서, 인클로저(82)의 외면은 25℃의 주위 온도에서 75℃였다.
도 15a 및 도 15b는 기술된 히터를 사용할 수 있는 헤어드라이어의 일 실시례를 도시한다. 이 헤어드라이어(700)는 손잡이(720)의 일 단부에 유체 입구(702)가 있고, 유체 유로(704)는 유체 입구(702)로부터 손잡이(720)를 통해 유체 출구(706)까지 연장한다. 유체는 손잡이(720) 내에 위치한 모터(710)에 의해 유체 입구(702) 내로 유입된다. 본 실시례에서, 히터(80)는 만곡형 또는 원호상이며, 제 1 배향의 손잡이(720)로부터 제 2 배향의 유체 출구(706)사이의 전이 영역 내에 위치한다. 이 실시례에서, 제 2 배향은 제 1 배향에 직각이지만, 이것은 사용자가 손잡이를 잡을 때 유체 출구를 사용자의 모발에 대해 쉽게 회전시킬 수 있으므로 바람직한 특징이다.
본 명세서에 기술된 세라믹 히터 요소는 125℃의 출구에서의 최대 유체 온도에서 1500W의 전력 입력으로 400℃에서 견디도록 설계된다. 표 4는 달성된 파라미터의 범위를 보여준다.
유량 최대 출구 온도 트랙 1 온도 트랙 2 온도 전력 히터_P
9 std l=s 76 ℃ 106 ℃ 124 ℃ 514 W 469 Pa
101 ℃ 161 ℃ 186 ℃ 766 W 506 Pa
124 ℃ 213 ℃ 244 ℃ 1003 W 541 Pa
11 std l=s 76 ℃ 110 ℃ 130 ℃ 584 W 617 Pa
101 ℃ 170 ℃ 198 ℃ 895 W 689 Pa
125 ℃ 229℃ 264 ℃ 1197 W 734 Pa
13.5 std l=s 75 ℃ 112℃ 132 ℃ 663 W 875 Pa
101 ℃ 178 ℃ 208 ℃ 1038 W 947 Pa
129 ℃ 260 ℃ 301 ℃ 1504 W 1050 Pa
도 15a 및 도 15b에 도시된 헤어드라이어 내에서, 히터(80) 및 인클로저(82)의 외피(히터 어셈블리)는 35mm의 최대 외경을 갖는다. 이 히터(80)는 13.5 l/s의 공기와 1500W의 입력 전력에서 최대 히터 어셈블리 압력 강하가 1000 Pa인 헤어드라이어를 통과하는 13.5 l/s의 공기 유량에서 1500W의 가열 요소 전력을 제공하는 것이 입증되었다. 도 13a에 도시된 가변 핀 간격에 더하여, 배출되는 공기류의 전체 단면에서의 최대 온도차는 ± 5 ℃이다.
도 9a 및 도 9b는 핀(260)이 별개의 스탬핑된 시트로 형성되지 않고, 대신에 단일의 금속 시트를 파형 또는 성곽형으로 접히고, 베이스 부분(262)이 세라믹 히터 요소(62)에 브레이징되도록 구성된 대안적인 실시형태를 도시하고 있다. 불연속 연결 영역(264)를 형성하는 공정은 스탬핑 공정 후에 그러나 이전과 동일한 방식으로 실시된다. 그러나, 각각의 핀(260)은 개별의 불연속 연결 영역을 가지지 않고 불연속 연결 영역(264)을 공유한다. 이는 접촉 면적 및 이에 따라 금속 핀과 세라믹 히터 요소 사이의 열적 불일치 영역을 더욱 최소화한다. 또한, 2 개의 인접한 핀(260a, 260b)을 통해 열을 공급받는 상부 섹션(264)이 있으므로 핀의 팁을 향하는 열 전달이 향상된다.
도 16은 도 7b에 도시된 직선형 히터에서 사용하기에 적합한 핫 스타일링 장치(800)의 추가의 실시례를 도시한다. 이 장치는 튜브 형상이며, 일단부의 유체 입구(802), 원위 단부의 유체 출구(804), 및 이들 사이의 유체 유로를 갖는다. 사용시, 팬 유닛은 유체 입구 내로 유체를 흡입하고, 히터는 임의선택적으로 유체를 가열하고, 그 후에 유체는 유체 출구에서 장치로부터 배출된다.
본 발명은 헤어드라이어와 고온 스타일링 장치와 관련하여 상세하게 설명하였으나, 이것은 유체를 흡인하여 전기기구로부터 그 유체의 방출을 안내하는 임의의 전기기구에도 적용될 수 있다.
전기기구는 히터의 유무에 무관하게 사용될 수 있고, 고속의 유체의 유출 작용은 건조 효과를 갖는다.
전기기구를 통해 유동하는 유체는 일반적으로 공기이지만, 상이한 조합의 기체나 하나의 기체일 수 있고, 전기기구의 성능 또는 기구가 출력이 향하는 물체, 예를 들면, 모발에 대해 갖는 영향 및 그 모발의 스타일링을 개선하기 위한 첨가제를 포함할 수 있다.
본 발명은 전술한 상세한 설명에 제한되지 않는다. 변경이 당업자에게는 명백할 것이다.

Claims (12)

  1. 세라믹 히터 요소 및 상기 세라믹 히터 요소로부터 열을 방산시키기 위한 적어도 2 개의 핀을 포함하는 히터로서,
    상기 세라믹 히터 요소는 평면을 따라 1 차원으로 연장되고, 상기 적어도 2 개의 핀은 상기 평면으로부터 멀어지도록 연장되고, 상기 적어도 2 개의 핀은 불연속 연결 부분을 통해 상기 세라믹 히터 요소에 연결된, 히터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 불연속 연결 부분은 상기 세라믹 히터 요소와 상기 적어도 2 개의 핀 사이의 복수의 실질적으로 유사한 접촉 영역인, 히터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 불연속 연결 부분은 유사한 크기의 간극에 의해 각각 분리된, 히터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 핀은 두께를 가지며, 상기 간극은 상기 핀 두께의 0.8 내지 1.2 배인, 히터.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 2 개의 핀은 상기 세라믹 히터 요소의 각각의 면 상에 배치된, 히터.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히터는 상기 세라믹 히터 요소의 양 면으로부터 연장된 복수의 핀을 포함하는, 히터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 핀은 제 1 연부로부터 제 2 연부까지 높이가 변화하는, 히터.
  8. 세라믹 히터 요소에 금속 핀을 부착하는 방법으로서,
    (a) 상기 세라믹 히터 요소의 표면에 충전재 재료를 도포하는 단계;
    (b) 상기 충전재 재료 위에 금속 핀을 위치시켜 히터 템플릿(template)을 생성하는 단계;
    (c) 상기 히터 템플릿을 750℃ 내지 900℃의 노 내에서 브레이징하여 상기 충전재를 용융시키고, 상기 충전재와 상기 세라믹 히터 요소를 함께 반응시키는 단계를 포함하는, 세라믹 히터 요소에 금속 핀을 부착하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 핀은 구리, 스테인리스강 및 코바르 중 하나로 제조된, 세라믹 히터 요소에 금속 핀을 부착하는 방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    추가로,
    (i) 상기 세라믹 히터 요소의 표면을 금속화 페이스트로 코팅하는 단계;
    (ii) 코팅된 상기 세라믹 히터 요소를 소결하는 단계;
    (iii) 소결된 상기 코팅된 세라믹 히터 요소 상에 니켈 층을 무전해 도금하여 1 차 금속화된 표면을 생성하는 단계;
    (iv) 상기 1 차 금속화된 표면에 플럭스(flux)를 가하는 단계를 포함하며, 상기 단계 (i) 내지 (iv)는 단계 (a) 이전에 실시되고, 단계 (c)는 상기 금속 핀과 상기 1 차 금속화된 표면 사이에 위치된 상기 플럭스를 추가로 용융시키며, 약 600℃의 온도에서 실시되는, 세라믹 히터 요소에 금속 핀을 부착하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 금속화 페이스트는 상기 세라믹 히터 요소를 형성하는데 사용되는 세라믹 재료와 내화 재료의 혼합물인, 세라믹 히터 요소에 금속 핀을 부착하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 금속화 페이스트는 10 내지 12 마이크론 두께로 상기 세라믹 히터 요소에 도포되는, 세라믹 히터 요소에 금속 핀을 부착하는 방법.
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