KR20230167764A - 히터 - Google Patents
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Abstract
히터 쿠폰이 개시되며, 상기 히터 쿠폰은, 제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는 세라믹 블록, 상기 세라믹 블록 내에 형성된 적어도 하나의 히터 트레이스, 및 상기 적어도 하나의 히터 트레이스를 PCB(인쇄 회로 기판)에 전기적으로 연결하기 위한 커넥터를 포함한다. 커넥터는 일 단부에서 히터 쿠폰에 연결되고 타 단부에서 PCB에 연결될 수 있다.
커넥터는 히터 쿠폰과 PCB 사이에 직접적인 연결을 제공할 수 있다.
커넥터는, 세라믹 블록의 제 1 표면에 연결하기 위한 제 1 연결 아암 및 세라믹 블록의 제 2 표면에 연결하기 위한 제 2 연결 아암을 포함한다.
커넥터는 히터 쿠폰과 PCB 사이에 직접적인 연결을 제공할 수 있다.
커넥터는, 세라믹 블록의 제 1 표면에 연결하기 위한 제 1 연결 아암 및 세라믹 블록의 제 2 표면에 연결하기 위한 제 2 연결 아암을 포함한다.
Description
본 발명은 히터, 특히 헤어케어 기구와 같은 핸드헬드형(handheld) 기구에 사용하기에 적합한 세라믹 히터 쿠폰(coupon)을 갖는 히터에 관한 것이다.
히터는 절연 스캐폴드 주위에 감긴 저항성 와이어 형태일 수 있다. 대안적인 유형의 히터는, 캡톤(Kapton)과 같은 폴리아미드 시트 상에 인쇄된 히터 트랙(track)을 사용하거나, 또는 전기 전도성 재료(텅스텐 등이 있으나 이에 국한되지 않음)로 만들어진 트레이스(trace)로 형성된 히터 트랙이 임베딩(embedded)된 세라믹 히터 쿠폰을 사용할 수 있다. 세라믹 히터 쿠폰으로부터의 열을 방산시키기 위하여 냉각 핀(fin)이 제공될 수 있다.
세라믹 히터 쿠폰 안팎으로의 전기적 연결은 트레이스를 활선 및 중성선에 전기적으로 연결하는 작업을 수반할 수 있다. 이를 달성하는 한 가지 방법은, 히터 쿠폰 표면으로부터 트레이스 깊이까지 비아(via)를 만들고 비아를 납땜으로 백필링(backfill)한 다음 와이어의 단부에 연결하는 것이다. 이러한 표면 장착형 전기 연결부는 히터 쿠폰 표면으로부터 솟아오른(proud of) 상태로 장착됨에 따라 손상될 위험이 있다.
본 발명은 앞서 언급된 문제를 완화하는 히터 쿠폰과의 전기적 연결을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 히터 쿠폰을 제공하며, 상기 히터 쿠폰은, 제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는 세라믹 블록, 세라믹 블록 내에 형성된 적어도 하나의 히터 트레이스, 및 상기 적어도 하나의 히터 트레이스를 외부 와이어에 전기적으로 연결하기 위한 커넥터를 포함하고, 커넥터는, 상기 세라믹 블록의 제 1 표면에 연결하기 위한 제 1 연결 아암 및 상기 세라믹 블록의 제 2 표면에 연결하기 위한 제 2 연결 아암을 포함한다.
세라믹 블록의 두께에 걸쳐 연결되는 커넥터를 가짐에 따라 안정적이고 견고한 연결 지점이 제공된다.
커넥터는 세라믹 블록의 일 단부에 위치할 수 있다. 커넥터를 단부에 제공하는 것은, 커넥터가 세라믹 블록과 정렬되어 보다 견고한 연결을 얻는다는 것을 의미하며, 유체 흐름 경로 내에서 사용되는 히터의 경우 이는 히터의 일 단부에서 타 단부로 흐르는 유체에 대한 방해를 줄인다.
세라믹 블록은 세라믹 재료의 복수의 층으로 형성될 수 있다. 이러한 세라믹 층은, 예를 들어 테이프 캐스팅(tape casting)에 의해 제조된 시트일 수 있다. 세라믹 재료가 그린 상태(green state)일 때 개별 시트들이 형성되며 이는 서로 적층되어 블록을 생성한다. 적어도 하나의 히터 트레이스는, 텅스텐 또는 텅스텐과 세라믹 재료의 혼합물과 같은 전도성 재료로 형성된다. 적어도 하나의 히터 트레이스는, 세라믹 블록을 형성하는 세라믹 시트의 층들 중 하나의 층 상에 스크린 인쇄될 수 있다. 이러한 방식으로, 적어도 하나의 히터 트레이스가 세라믹 블록 내에 임베딩되고, 세라믹 블록이 소결될 때 그 안에 내장되어 형성된다.
제 1 연결 아암 및 제 2 연결 아암 중 하나 이상은 히터 쿠폰의 두께 내에 리세스(recessed)될 수 있다. 세라믹 블록에는 제 1 연결 아암을 수용하기 위한 제 1 리세스 및 제 2 연결 아암을 수용하기 위한 제 2 리세스가 제공될 수 있다. 제 1 리세스는 제 1 표면으로부터 연장될 수 있고, 제 2 리세스는 제 2 표면으로부터 연장될 수 있다.
이 제 1 리세스는 소정의 깊이를 가짐에 따라 적어도 하나의 히터 트레이스가 커넥터, 특히 제 1 연결 아암 또는 제 2 연결 아암에 노출되도록 할 수 있다. 이 실시예에서는, 제 1 연결 아암 및 제 2 연결 아암이 모두 세라믹 블록과 기계적 연결부를 형성하는 한편, 제 1 연결 아암 및 제 2 연결 아암 중 어느 하나만이 적어도 하나의 히터 트레이스와 전기적 연결부를 형성한다.
제 1 리세스는 벽 및 탭(tab)을 가질 수 있고, 벽은 세라믹 블록 내 리세스의 깊이를 획정(define)하고 탭의 면적을 한정하며, 탭은 제 1 연결 아암이 부착될 수 있는 표면을 제공한다. 제 1 리세스는 제 1 표면으로부터 히터 트레이스까지 연장될 수 있다.
제 2 리세스는 벽 및 탭을 가질 수 있고, 벽은 세라믹 블록 내 리세스의 깊이를 획정하고 탭의 면적을 한정하며, 탭은 제 2 연결 아암이 부착될 수 있는 표면을 제공한다. 제 2 리세스는 제 2 표면으로부터 히터 트레이스까지 연장될 수 있다.
제 1 리세스가 제 1 표면으로부터 연장될 수 있고 히터 트레이스가 제 1 연결 아암에 노출된 경우, 제 1 연결 아암은 세라믹 블록과 커넥터 및 외부 와이어 간의 기계적 연결 및 전기적 연결을 모두 제공한다. 제 2 연결 아암은 기계적 연결만을 제공한다.
적어도 2개의 커넥터가 제공될 수 있으며, 상기 적어도 2개의 커넥터는 서로 전기적으로 격리(isolated)될 수 있다.
커넥터는, 제 1 연결 아암 및 제 2 연결 아암 모두에 연결된 납땜 컵(solder cup)을 더 포함할 수 있다. 납땜 컵은 외부 와이어를 커넥터에 연결하기 위하여 제공된다.
히터 쿠폰은, 테이프 캐스팅된 후 적층되어 그린 상태의 쿠폰을 형성할 수 있는 세라믹 재료의 복수의 층으로 형성된다. 복수의 층이 그린 상태일 때 각 층은 원하는 크기 및 형상으로 트리밍(trimmed)되며, 이는 연결 아암이 세라믹 블록 안으로 리세스될 수 있도록 컷아웃부(cut-outs) 또는 리세스를 제공하는 것을 포함한다. 히터 쿠폰은 세라믹 블록 상에 부가되는 코팅층들을 추가적으로 포함한다. 이러한 코팅층들은 예를 들어 금속화 층(metallisation layer) 및 브레이즈 필러(braze filler) 층을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 히터 트레이스는 3개의 히터 트레이스일 수 있다. 3개의 히터 트레이스는 동일 평면상에 있을 수 있으며, 일 실시예에서 3개의 히터 트레이스는 유사한 경로를 따른다. 이 실시예에서, 3개의 히터 트레이스는, 세라믹 블록으로의 간선 활성 연결(mains live connection)을 제공하는 하나의 공통 커넥터로부터 연장되고 이어서 외부 와이어링에도 연결되는 개별 중성 커넥터로 연장될 수 있다. 따라서, 3개의 히터 트레이스가 세라믹 블록 상의 4개의 연결 지점 및 4개의 커넥터를 사용하여 제공된다. 활성 커넥터는 중성 커넥터보다 클 수 있다. 각각의 히터 트레이스에 대한 3개의 개별 중성 커넥터를 사용함에 따라 각각의 히터를 독립적으로 제어하여 다양한 온도 설정을 제공할 수 있다.
3개의 히터 트레이스는, 세라믹 블록의 제 1 에지에 인접한 세라믹 블록의 제 1 단부로부터 원위 단부를 향해 연장된 후 제 1 단부로 되돌아오며, 세라믹 블록의 제 2 에지에 도달할 때까지 이 패턴을 여러 번 반복한다. 이 실시예에서, 활성 커넥터 및 3개의 중성 커넥터는 모두 세라믹 블록의 제 1 단부에 위치한다.
적어도 2개의 커넥터가 제공될 수 있으며, 선택적으로, 각각의 커넥터는 서로 전기적으로 격리된다. 세라믹 블록에는 적어도 2개의 커넥터 사이의 두께 관통 슬롯(through thickness slot)이 제공될 수 있다. 두께 관통 리세스 슬롯은 제 1 표면으로부터 제 2 표면까지 연장될 수 있다. 두께 관통 슬롯을 사용하면 전체 커넥터를 전기적으로 격리시킬 수 있다. 두께 관통 슬롯을 사용하면, 슬롯의 측면, 커넥터, 및 세라믹 블록에 전기적으로 연결되는 외부 와이어의 단부에 걸쳐 열수축체(heat shrink)를 적용할 수 있다.
0V 연결부는 보다 넓은 면적을 전기 절연 재료로 덮을 수 있도록 보다 큰 두께 관통 슬롯을 가질 수 있다. 이에 따라 잔여물(debris) 유입 가능성이 최소화되므로 정확한 온도 감지가 보장된다.
세라믹 블록은, RTD(저항성 온도 검출기)와 같은 내장된 열 센서를 추가적으로 포함할 수 있다. RTD는 세라믹 블록 내의 온도를 측정한다. RTD는, 텅스텐 또는 텅스텐과 세라믹 재료의 혼합물과 같은 전도성 재료로 형성된다. RTD는 실질적으로 세라믹 블록의 전체 영역을 덮고, 히터 트레이스와는 상이한 경로를 따를 수 있다. 한 가지 예는, RTD가 2개의 실질적으로 유사한 사행형(serpentine) 트레이싱 블록으로 형성되게 하는 것이다.
세라믹 재료는 유전체이므로 온도에 따라 재료의 저항이 변한다. 이는 내장된 열 센서의 측정에 영향을 미칠 수 있다. 세라믹 재료의 유전 특성은 개선될 수 있는데, 즉, 재료 선택 및 히터 쿠폰의 그린 상태에서 소결된 상태로의 처리를 통해 저항 변화가 줄어들도록 히터 쿠폰을 최적화함에 따라 유전 특성을 더 일정하게 만들 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 접지 차폐층(ground shield layer)이 세라믹 블록 내에 제공될 수도 있다. 접지 차폐층은 세라믹 재료층 상에 스크린 인쇄될 수 있는 또 다른 트레이스이며, 이는 0볼트 공급원에 연결되고 적어도 하나의 히터 트레이스와 RTD 사이에 위치한다. 접지 차폐부는, 온도가 상승함에 따라 세라믹 블록을 통과하는 누설 전류가 RTD에 의해 기록되는 온도에 영향을 미치지 않도록 방지하는 기능을 갖는다.
세라믹 블록 내에 내장된 열 센서가 형성될 수 있다. 내장된 열 센서는 추가 커넥터를 통해 외부 와이어에 연결될 수 있다. 추가 커넥터는, 세라믹 블록의 제 1 표면에 연결하기 위한 제 1 연결 아암 및 세라믹 블록의 제 2 표면에 연결하기 위한 제 2 연결 아암을 포함한다. 세라믹 블록은, 상기 추가 커넥터의 제 1 연결 아암을 수용하기 위한 제 3 리세스 및 상기 추가 커넥터의 제 2 연결 아암을 수용하기 위한 제 4 리세스를 가질 수 있다.
제 3 리세스는 벽 및 탭을 가지고, 벽은 세라믹 블록 내 리세스의 깊이를 획정하고 탭의 면적을 한정하며, 탭은 상기 추가 커넥터의 제 1 연결 아암이 부착될 수 있는 표면을 제공한다. 제 4 리세스는 제 2 표면으로부터 히터 트레이스 층까지 연장될 수 있다. 추가 커넥터의 제 1 연결 아암은 히터 트레이스가 스크린 인쇄된 세라믹 층과 기계적으로 연결되지만, 제 3 리세스는 히터 트레이스로의 접근부를 제공하거나 히터 트레이스를 노출시키지 않는다.
제 4 리세스는 벽 및 탭을 가질 수 있고, 벽은 세라믹 블록 내 리세스의 깊이를 획정하고 탭의 면적을 한정하며, 탭은 상기 추가 커넥터의 제 2 연결 아암이 부착될 수 있는 표면을 제공한다. 제 4 리세스는 제 2 표면으로부터 연장될 수 있고, 내장된 열 센서는 상기 추가 커넥터의 제 2 연결 아암에 노출된다. 제 4 리세스는 제 2 표면으로부터 연장될 수 있고, 이러한 예에서 내장된 열 센서는 제 2 연결 아암에 노출된다. 이 경우, 제 1 커넥터는 기계적 지지를 제공하는 한편 제 2 커넥터는 기계적 지지 및 내장된 열 센서와 외부 와이어 사이의 전기적 연결을 제공한다. 내장된 열 센서가 사용되는 경우 공급 전압은 약 3 내지 5V로 낮고, 저전압 입력 및 0V의 2개의 추가 커넥터가 필요하다.
연결부는 전도성 재료로 이루어지지만 세라믹 블록은 절연체이므로, 이들이 상이한 열 용량을 가짐에 따라 히터 쿠폰이 가열될 때 열적 불일치가 발생한다. 커넥터 상의 응력을 완화하기 위해 스트레인 릴리프(strain relief)가 제공될 수 있다. 스트레인 릴리프는 세라믹 블록에 연결되는 커넥터 부분과 연동된다. 다양한 선택 사항이 있지만, 히터 쿠폰과 각각의 커넥터 아암 사이의 접촉 단면적을 줄인다는 원리는 동일하다. 일 실시예에서, 커넥터 아암은 히터 쿠폰에 연결되는 중앙 리세스를 갖는 대체로 직사각형의 형태를 포함한다. 다른 일 실시예에서, 커넥터 아암은 히터 쿠폰에 연결되는 부분에서 후크(hook)형태의 윤곽을 갖는다.
이러한 예에서는 커넥터가 브레이징(brazing)을 사용하여 부착되므로, 적어도 연결 부위에서 브레이즈 필러가 금속화 층 위에 도포된다. 히터 쿠폰에 의해 생성된 열을 분산시키기 위해 금속 냉각 핀이 추가되는 일 실시예에서, 히터 쿠폰은, 제 1 표면 및 제 2 표면 중 하나 이상에 걸쳐 냉각 핀을 부착하기 위해 금속화 층 위에 도포된 브레이즈 필러 층을 추가로 포함한다. 유리하게는 커넥터 및 냉각 핀 모두를 위한 브레이즈 층이 단일 공정 중에 제공된다.
제 1 연결 아암 및 제 2 연결 아암은 스트레인 릴리프 특징부를 포함할 수 있다.
설명된 바와 같은 히터는, 헤어 드라이어, 헤어 스타일러, 또는 기타 가열식 헤어케어 기구와 같은 헤어케어 기구에 사용될 수 있다.
제 2 양태에 따르면, 히터 쿠폰이 제공되며, 상기 히터 쿠폰은, 제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는 세라믹 블록, 세라믹 블록 내에 형성된 적어도 하나의 히터 트레이스, 및 상기 적어도 하나의 히터 트레이스를 PCB(인쇄 회로 기판)에 전기적으로 연결하기 위한 커넥터를 포함한다.
커넥터는 일 단부에서 히터 쿠폰에 연결되고 타 단부에서 PCB에 연결될 수 있다.
커넥터는 히터 쿠폰과 PCB 사이에 직접적인 연결을 제공할 수 있다.
커넥터는, 세라믹 블록의 제 1 표면에 연결하기 위한 제 1 연결 아암 및 세라믹 블록의 제 2 표면에 연결하기 위한 제 2 연결 아암을 포함한다.
커넥터는 세라믹 블록의 일 단부에 위치할 수 있다.
세라믹 블록은 세라믹 재료의 복수의 층으로 형성될 수 있다.
적어도 하나의 히터 트레이스는, 세라믹 블록을 형성하는 세라믹 시트의 층들 중 하나의 층 상에 스크린 인쇄될 수 있다.
세라믹 블록에는 제 1 연결 아암을 수용하기 위한 제 1 리세스 및 제 2 연결 아암을 수용하기 위한 제 2 리세스가 제공될 수 있다.
제 1 리세스는 벽 및 탭을 가질 수 있고, 벽은 세라믹 블록 내 리세스의 깊이를 획정하고 탭의 면적을 한정하며, 탭은 제 1 연결 아암이 부착될 수 있는 표면을 제공한다. 제 1 리세스는 제 1 표면으로부터 히터 트레이스까지 연장될 수 있다.
제 2 리세스는 벽 및 탭을 가질 수 있고, 벽은 세라믹 블록 내 리세스의 깊이를 획정하고 탭의 면적을 한정하며, 탭은 제 2 연결 아암이 부착될 수 있는 표면을 제공한다. 제 2 리세스는 제 2 표면으로부터 히터 트레이스까지 연장될 수 있다.
제 1 리세스 및 제 2 리세스는 실질적으로 동일한 깊이 및 면적을 가질 수 있다.
적어도 2개의 커넥터가 제공될 수 있으며, 상기 적어도 2개의 커넥터는 서로 전기적으로 격리된다.
세라믹 블록 내에 내장된 열 센서가 형성될 수 있다. 내장된 열 센서는 상기 추가 커넥터를 통해 외부 와이어에 연결될 수 있다.
제 2 리세스는 제 2 표면으로부터 내장된 열 센서까지 연장될 수 있다.
세라믹 블록에는, 상기 추가 커넥터의 제 1 연결 아암을 수용하기 위한 제 3 리세스 및 상기 추가 커넥터의 제 2 연결 아암을 수용하기 위한 제 4 리세스가 제공될 수 있다.
제 3 리세스는 벽 및 탭을 가질 수 있고, 벽은 세라믹 블록 내 리세스의 깊이를 획정하고 탭의 면적을 한정하며, 탭은 상기 추가 커넥터의 제 1 연결 아암이 부착될 수 있는 표면을 제공한다.
제 4 리세스는 제 1 표면으로부터 히터 트레이스 층까지 연장될 수 있다.
제 4 리세스는 벽 및 탭을 가질 수 있고, 벽은 세라믹 블록 내 리세스의 깊이를 획정하고 탭의 면적을 한정하며, 탭은 상기 추가 커넥터의 제 2 연결 아암이 부착될 수 있는 표면을 제공한다.
제 4 리세스는 제 2 표면으로부터 연장될 수 있고, 내장된 열 센서는 상기 추가 커넥터의 제 2 연결 아암에 노출된다.
이제, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 예시의 방식으로 설명될 것이며, 도면에서:
도 1a는, 인클로저(enclosure) 내 히터의 등각투상도(isometric view)를 도시한다.
도 1b는, 도 1a의 등각투상도를 분해된 부품들과 함께 도시한다.
도 2a는, 히터 쿠폰의 등각투상도를 도시한다.
도 2b는, 도 2a의 등각투상도를 분해된 부품들과 함께 도시한다.
도 3은, 히터 쿠폰 내의 층들에 대한 일 예를 도시한다.
도 4는, 히터 쿠폰에 대한 대안적인 레이업(layup)을 도시한다.
도 5a 및 5b는, 냉각 핀이 히터 쿠폰에 부착될 수 있는 방식을 도시한다.
도 6은, 본 발명에 따른 히터가 사용될 수 있는 헤어드라이어를 도시한다.
도 7a는, 히터 및 커넥터의 측면도를 도시한다.
도 7b는, 도 7a의 확대된 일부분을 일부 특징부가 제거된 상태로 도시한다.
도 8은, 히터 쿠폰에 연결된 커넥터의 등각투상도를 도시한다.
도 9는, 히터 쿠폰과 함께 사용되기 위한 커넥터를 도시한다.
도 10은, 히터 쿠폰과 함께 사용되기 위한 대안적인 커넥터를 도시한다.
도 11a는, 히터 쿠폰과 함께 사용되기 위한 제 3 커넥터를 도시한다.
도 11b는, 히터 쿠폰에 연결된 제 3 커넥터를 도시한다.
도 11c는, PCB에 직접 연결된 제 3 커넥터를 도시한다.
도 12는, RTD 트레이스의 일 예를 도시한다.
도 13은, 히터 트레이스의 일 예를 도시한다.
도 1a는, 인클로저(enclosure) 내 히터의 등각투상도(isometric view)를 도시한다.
도 1b는, 도 1a의 등각투상도를 분해된 부품들과 함께 도시한다.
도 2a는, 히터 쿠폰의 등각투상도를 도시한다.
도 2b는, 도 2a의 등각투상도를 분해된 부품들과 함께 도시한다.
도 3은, 히터 쿠폰 내의 층들에 대한 일 예를 도시한다.
도 4는, 히터 쿠폰에 대한 대안적인 레이업(layup)을 도시한다.
도 5a 및 5b는, 냉각 핀이 히터 쿠폰에 부착될 수 있는 방식을 도시한다.
도 6은, 본 발명에 따른 히터가 사용될 수 있는 헤어드라이어를 도시한다.
도 7a는, 히터 및 커넥터의 측면도를 도시한다.
도 7b는, 도 7a의 확대된 일부분을 일부 특징부가 제거된 상태로 도시한다.
도 8은, 히터 쿠폰에 연결된 커넥터의 등각투상도를 도시한다.
도 9는, 히터 쿠폰과 함께 사용되기 위한 커넥터를 도시한다.
도 10은, 히터 쿠폰과 함께 사용되기 위한 대안적인 커넥터를 도시한다.
도 11a는, 히터 쿠폰과 함께 사용되기 위한 제 3 커넥터를 도시한다.
도 11b는, 히터 쿠폰에 연결된 제 3 커넥터를 도시한다.
도 11c는, PCB에 직접 연결된 제 3 커넥터를 도시한다.
도 12는, RTD 트레이스의 일 예를 도시한다.
도 13은, 히터 트레이스의 일 예를 도시한다.
도 1 및 2는 인클로저(30) 내에 수용된 히터(10)를 도시한다. 히터(10)는 히터 쿠폰(20) 및 복수의 냉각 핀(12)을 포함한다. 도시된 히터 쿠폰(20)은, 제 1 표면(22)과 제 2 표면(24) 사이에 히터 쿠폰(20)의 두께(t)를 형성하는 여러 개의 세라믹 재료 층이 적층되어 만들어진 평평한 아치형 물품이다. 적층 배열의 구체적인 예는 도 3 및 4와 관련하여 논의될 것이다.
냉각 핀(12)은 제 1 표면(22) 및 제 2 표면(24) 모두에 부착되고 그로부터 직각으로 연장된다. 이러한 예에서, 냉각 핀(12)은 금속 시트로부터 스탬핑(stamped)되고, 브레이징 페이스트 또는 필러(248)를 사용하여 히터 쿠폰(20)의 금속화된 표면(22a)에 브레이징된다. 이 예에서 냉각 핀(12)은 아치형 히터 쿠폰(20)의 커브를 따르도록 구부러져 있지만, 히터 쿠폰이 직사각형 형태라면 냉각 핀은 곧은 모양일 수 있다.
이제 도 3 및 도 4를 참조하여 히터 쿠폰(20, 100) 구조의 예가 논의될 것이다. 제 1 실시예는 11개의 그린 상태 세라믹 재료 층(14)을 포함하며 이는 적층되어 히터 스택(stack)을 형성한다. 이 히터 스택은 후속적으로 소결되어 히터 쿠폰을 형성한다. 세라믹 재료는, 질화알루미늄, 산화알루미늄, 질화규소, 산화규소, 또는 다른 적합한 세라믹 재료일 수 있고, 필요한 특성에 따른 재료의 혼합물을 포함할 수 있다. 히터 쿠폰(20) 내에는 히터(10)의 요소인 저항성 트레이스(26)가 있으며, 이는 에너지가 공급될 때 가열되고 그 열은 히터 쿠폰(20) 및 냉각 핀(12) 내에서 방산된다. 저항성 트레이스(26)는, 텅스텐 또는 텅스텐과 세라믹 재료의 혼합물과 같은 전도성 재료의 연속적인 트랙이며, 히터 스택 내의 세라믹 층 상에 스크린 인쇄될 수 있다.
유리하게는, 히터 쿠폰(20)은 또한 RTD(28)와 같은 내장된 열 안전 디바이스를 수용하며, 이는 텅스텐 또는 텅스텐과 세라믹 재료의 혼합물과 같은 전도성 재료의 또 다른 연속적인 트랙을 포함하고, 역시 스크린 프링팅에 의해 세라믹 층 상에 도포된다. 히터 쿠폰(20) 내의 온도 변화에 따른 RTD(28)의 저항 변화로부터 히터 쿠폰 내 온도를 추산할 수 있다. 대안적으로, 히터 주변의 공기 온도를 측정하는 외부에 장착된 열 안전 디바이스가 사용될 수 있다.
저항성 트레이스(26) 또는 RTD(28)를 갖는 세라믹 층은 노출된 부분을 가진다. 이러한 부분 중 하나가 도 3 및 4에 도시되어 있으며, 노출된 부분은 저항성 트레이스(26) 또는 RTD(28)가 커넥터(60)와 전기적으로 연결될 수 있게 하는 탭(80)을 생성한다.
히터 쿠폰의 온도가 상승함에 따라, 세라믹 재료의 유전 특성으로 인해 세라믹의 절연성이 감소되므로 히터 쿠폰을 통한 누설 전류가 발생할 수 있다. 이는 RTD로부터 추산되는 온도 판독값에 영향을 미칠 수 있어, 상황에 따라서는 접지면(ground plane : 32)이 히터 스택 내 저항성 트레이스(26)와 RTD(28) 사이에 배치된다. 접지면(32)은, 히터 쿠폰 내 세라믹 층의 표면에 걸쳐 연장되고 0V 연결부에 연결되는 트레이스이다. 도 3에 도시된 예에서, 히터 쿠폰(10)은, 4개의 테이프 캐스팅된 질화알루미늄 층(14), 상부 표면에 저항성 트레이스(26)를 갖는 제 5 층, 2개의 추가적인 테이프 캐스팅된 질화알루미늄 층(14), 상부 표면의 접지면(32) 및 하부 표면의 RTD(28)를 갖는 제 8 층, 이어서 3개의 추가적인 테이프 캐스팅된 질화알루미늄 층(14)을 포함한다.
두 번째 예가 도 4에 도시되어 있는데, 여기서 히터 쿠폰(100)은 보다 두께가 큰 테이프 캐스팅된 질화알루미늄 층을 더 적은 수로 가지며, 사용되는 재료의 조성을 최적화함으로써 세라믹 재료의 유전 특성이 개선됨에 따라 접지면이 없다. 이러한 예에서, 히터 쿠폰(100)은, 1개의 테이프 캐스팅된 질화알루미늄 층(14a), 상부 표면에 저항성 트레이스(26)를 갖는 제 2 층, 2개의 추가적인 테이프 캐스팅된 질화알루미늄 층(14), 하부 표면에 RTD(28)를 갖는 제 5 층, 이어서 1개의 추가적인 테이프 캐스팅된 질화알루미늄 층(14)을 포함한다.
테이프 캐스팅된 재료를 사용하는 것은, 두께 조절이 용이하고, 히터 쿠폰(20, 100)을 형성하기 위한 소성(firing) 또는 소결 전에 그린 상태 세라믹을 크기 및 형태에 맞게 절단할 수 있기 때문에 바람직하다.
이제 도 5a 및 5b를 참조하여 냉각 핀(12)을 부착하는 방식이 논의될 것이다. 명확성을 위해 도면에서는 한쪽 면만이 도시된다. 히터 쿠폰(20)과 금속 냉각 핀은 쉽게 부착되지 않으며, 히터 쿠폰으로부터 핀을 통해 히터 주변의 공기로 열이 전달되게 하려면 양호한 부착력이 필요하다. 이를 용이하게 하기 위해, 히터 쿠폰(20)은 금속 또는 금속-세라믹 혼합물을 제 1 표면(22) 및 제 2 표면(24)에 도포하여 금속화된다. 그 예에는 2개 층 시스템이 포함되며, 시스템은, 질화알루미늄과 텅스텐 또는 몰리브덴의 혼합물(주 성분은 질화알루미늄임)을 포함하는 제 1 금속화 표면 (40) 및 질화알루미늄과 텅스텐 또는 몰리브덴의 혼합물(주 성분은 텅스텐 또는 몰리브덴임)을 포함하는 제 2 금속화 표면 (42)을 갖는다. 대안적으로, 도 5b에 도시된 바와 같이 단일 금속화 층(244)이 사용될 수 있다.
금속화 이후, 제 1 표면(22) 및 제 2 표면(24)은 예를 들어 니켈-붕소 코팅(246)으로 도금되고, 이어서 브레이즈 필러(248)가 도포되어 냉각 핀(12)이 히터 쿠폰의 외부 표면에 부착될 수 있도록 한다. 이어서 전체 히터(10)가 내식성을 위해 도금되거나 냉각 핀(12)이 히터 쿠폰(20)에 부착되기 전에 도금될 수 있다. 브레이즈 필러의 일 예는 Morgan Advanced Materials의 Nicusil이지만, 당업자는 다른 적합한 재료를 인지하고 있을 것이다.
이제 도 6을 참조하면, 히터(10)가 통합된 헤어드라이어(100)가 도시되어 있다. 헤어드라이어(100)는, 유체 입구(140)를 포함하는 제 1 단부(112) 및 추가 하우징(120)에 연결되는 제 2 단부(124)를 갖는 핸들(110)을 포함한다. 전력은 케이블(50)을 통해 헤어드라이어(100)에 공급된다. 헤어드라이어(10)로부터의 케이블(50)의 원위 단부에는 플러그(도시되지 않음)가 제공되며, 플러그는 주 전원 또는 배터리 팩으로의 전기적 연결을 제공할 수 있는데, 예를 들어 헤어드라이어와 플러그 또는 배터리 팩 사이의 케이블에 위치한 전자제어박스(electronic control box)가 있을 수 있다. 대안적으로, 플러그가 특정 전자 부품을 포함할 수 있다. 유체 입구(140)에는 2층 또는 3층의 여과를 포함하는 필터링 시스템이 제공된다. 이러한 예에서, 필터링 시스템의 외부 층은 제거 가능한 필터 그릴(142)로 형성된다.
핸들(110)은 외벽(116)을 가지며, 본 예에서 필터 그릴(142)의 외부 표면과 외벽(116)은 동일한 직경을 가지므로, 핸들의 윤곽(profile)은 핸들(110)의 제 1 단부(112)에서 제 2 단부(114)까지 일정하다. 대안적으로, 필터 그릴(142)은 핸들(110)보다 더 큰 직경을 가지며, 이에 따라 더 많은 필터링 매체가 제공될 수 있다. 이는 예를 들어 미용실과 같이 헤어드라이어를 자주 사용하는 경우에 특히 유용하다. 필터 그릴(142)은, 일련의 행 및/또는 열을 이루며 연장되는 어퍼처(146)의 어레이, 및 외부 표면(142)으로부터 반경 방향 안쪽으로 연장되는 단부 벽(148)을 포함한다. 케이블(50)은 단부 벽(148)의 어퍼처(150)을 통해 헤어드라이어 안으로 들어간다. 케이블(50)은 단부 벽(148)의 가운데에 대략적으로 위치하여 핸들(110)의 중앙으로부터 연장된다.
필터 그릴(142)은, 머리카락 및 기타 이물질이 헤어드라이어의 유체 흐름 경로(160)로 들어가는 것을 방지하는 데 도움이 되며, 조대(coarse) 필터링 스테이지를 제공한다. 어퍼처(146)는 약 2.8mm(2800 마이크론)의 직경을 갖는다.
유체 입구(140)의 상류(upstream)에는 팬 유닛(fan unit: 70)이 제공된다. 팬 유닛(70)은 임펠러 및 모터를 포함한다. 팬 유닛(70)은, 유체 입구(110) 안으로 유체를 빨아들여 유체 흐름 경로(160)를 통하게 하며, 유체 흐름 경로는 유체 입구(110) 로부터 히터(10) 주위로, 그리고 추가 하우징(120)의 유체 출구(170)로 연장되고, 유체 출구에서는 팬 유닛에 의해 빨아들여진 유체가 유체 흐름 경로(160)를 빠져나간다. 유체 흐름 경로(160)는 비선형적이며, 핸들(110)을 통해 제 1 방향으로, 그리고 추가 하우징(120)을 통해 제 1 방향에 대하여 각을 이루는(angled to) 제 2 방향으로 흐른다. 추가 하우징(120)은 곡선형이고, 본 예에서 유체 출구(170)는 유체 입구(140)에 직교한다. 추가 하우징(120) 내에서 유체 흐름 경로는 90°만큼 회전한다.
본 실시예에서 히터(10)는 추가 하우징(120) 내에 위치하지만, 당업자는 히터가 대안적으로 핸들 내에 위치할 수도 있음을 이해할 것이다. 유체 흐름 경로는 임의의 각도만큼 회전될 수 있고, 선형일 수도 있다. 90°의 각도가 사용자에게 편리한 것으로 나타나는데, 유출구가 자연스럽게 사용자의 머리를 향하기 때문이다.
케이블(50)은 헤어드라이어(100)에 전력을 공급하고, 와이어링 룸(wiring loom : 40)이 헤어드라이어(100) 내의 와이어 가이드(42)를 통해 케이블로부터 팬 유닛(70) 및 히터(10)를 향해 연장된다. 와이어링 룸(40) 내에는, 팬 유닛(70) 용 한 쌍의 와이어가 제공되고, 히터 트레이스(26) 용 4개의 와이어 및 RTD 트레이스(28) 용 2개의 와이어가 제공된다. 핸들(110)은, 외벽(116) 내의 유체 입구(140)로부터 핸들(110)의 제 2 단부(114)까지 연장되는 내벽(118)을 포함한다. 내벽(118)은 와이어 가이드(42)를 유지하고 와이어링 룸(40)을 케이블로부터 내벽(118)의 외부 표면까지 라우팅하며, 여기서 와이어링 룸(40)은 분할되고 서로 다른 기능을 위한 와이어들이 내벽(118)과 외벽(116) 사이에서 내벽(118)을 따라, 그리고 내벽 주위로 라우팅된다.
히터(10)의 경우, 히터 트레이스 와이어링(44)이 내벽(118)과 외벽(116) 사이에서 팬 유닛(70)을 지나 연장되고, 내벽(118)의 어퍼처는 유체 흐름 경로(160)로의 접근부를 제공한다. 고무 그로밋(46)이 히터 트레이스 와이어링(44) 및 어퍼처 주위를 밀봉하여, 유체가 내벽(118)과 외벽(116) 사이의 공간과 유체 흐름 경로(160) 간에 이동하는 것을 방지한다. RTD 와이어링(48) 또한 내벽(118)과 외벽(116) 사이에서 팬 유닛(70)을 지나 연장되고, 내벽(118)의 제 2 어퍼처가 유체 흐름 경로(160)로의 접근부를 제공한다. 고무 그로밋(52)이 RTD 와이어링(48) 및 어퍼처 주위를 밀봉하여, 유체가 내벽(118)과 외벽(116) 사이의 공간과 유체 흐름 경로(160) 간에 이동하는 것을 방지한다. 와이어 가이드(도시되지 않음)는 내벽(188)의 외부 표면 상에 몰딩(moulded)되어, 헤어드라이어 내의 와이어링을 배치하고 가이딩한다.
히터 트레이스 와이어링(44)은 커넥터(60)를 통해 히터 쿠폰(20)에 연결되며, 이는 특히 도 7a, 7b, 및 9를 참조하여 논의될 것이다. 커넥터(60)는, 히터 트레이스 와이어링(44)의 와이어(44a, 44b)를 수용하고 유지하기 위한 납땜 컵(62), 히터 쿠폰(20)에 연결하기 위한 제 1 연결 아암(64) 및 제 2 연결 아암(66)의 세 부분을 갖는다. 제 1 연결 아암(64) 및 제 2 연결 아암(66)은 그 사이에 히터 쿠폰(20)을 끼워 넣도록 설계된다. 따라서, 각각의 커넥터(60)는 히터 쿠폰(20)에 기계적 키(key)를 제공한다.
히터 쿠폰(20)은 그린 상태에서 원하는 형상 및 구성으로 절단된 세라믹 층들의 스택으로 형성된다. 각각의 커넥터(60)가 히터 쿠폰(20)에 고정되는 부분에 한 쌍의 탭(80)이 제공된다. 탭은, 해당 층을 노출시키기 위해 탭(80)과 표면 사이의 층들을 절단함으로써 형성된다. 히터 쿠폰의 제 1 표면(22) 또는 제 2 표면(24)과 탭(80)의 위치 사이에 있는 모든 세라믹 층이 탭 위치에서 절단되어 한 쌍의 리세스(82)를 형성하며, 이는 히터 쿠폰의 일 단부에서 한 쌍의 탭(80)을 노출시킨다. 리세스(82)는, 세라믹 블록 내 리세스의 깊이를 획정하고 탭(80)의 면적을 한정하는 벽, 및 연결 아암이 부착될 수 있는 표면을 제공하는 탭에 의해 획정된다. 제 1 연결 아암(64) 및 제 2 연결 아암(66)은 리세스(82) 내에 꼭 맞는(fit within) 크기이며, 제 1 연결 아암(64) 및 제 2 연결 아암(66)은 히터 트레이스(26)로의 전기적 연결을 위해 한 쌍의 탭(80)을 따라 리세스(82) 안으로 밀어넣어질 수 있다. 각각의 세라믹 층은 쿠키 커터와 유사한 도구를 사용하여 필요한 형상으로 절단된다.
본 예에서는 히터 쿠폰 내에 3개의 히터 트레이스가 있으므로, 히터 트레이스 와이어링(44)은 4개의 와이어를 갖는다. 3개의 히터 트레이스(26a, 26b, 26c) 모두 동일한 세라믹 층 상에 스크린 인쇄되고 히터 쿠폰(20)내로의 공통 활선(44b)을 공유하며, 3개의 중성선(44a)에 대한 연결을 위하여 각자의 원위 단부에 개별 중성 연결부를 갖는다. 히터 트레이스(26a, 26b, 26c)는 모두 히터 쿠폰을 빙 둘러 공통된 루트를 따르며, 히터 쿠폰에 사용된 세라믹 재료와 텅스텐과 같은 금속 원소의 혼합물을 스크린 인쇄함으로써 형성된다. 히터 트레이스 와이어링(44)과 저항성 트레이스(26) 사이의 연결은, 저항성 트레이스 재료로 만들어진 확장된 영역인 패드(126)를 통해 이루어지며, 패드는 와이어(44)와 저항성 트레이스(26) 간의 양호한 전기 연결을 위해 각각의 리세스(82)에 의해 획정되는 탭(80)을 채우도록 구성된다.
히터 트레이스는 반드시 동일한 세라믹 층에 스크린 인쇄될 필요는 없으며, 온도 요건에 따라 히터 트레이스가 더 많거나 적을 수 있다. 임의의 트레이스 조합이 서로 다른 층 상에 존재할 수 있다. 본 실시예의 경우, 모든 히터 트레이스에 대하여 단일 세라믹 층을 사용함에 따라 하나의 활선이 제품을 통해 케이블(50)로부터 라우팅될 수 있고 히터 쿠폰(20) 내에서 분할될 수 있어, 와이어링 룸이 간소화된다.
도 12를 참조하면, 히터 트레이스(26)는 탭(80)의 위치에 대응하는 제 1 패드(126)를 갖는다. 이 제 1 패드(126)는 커넥터(60)를 통해 히터의 활선(44b)을 위한 연결 영역을 제공한다. 제 1 패드(126)는 커넥터(60)로의 연결을 위해 리세스(82) 내의 외부 표면으로서 노출된다. 제 1 패드(126)는 3개의 실질적으로 유사한 트레이스(26a, 26b, 26c)로 분할되어 히터 쿠폰(20)을 통한 사행형 경로를 따라 각각의 트레이스(26a, 26b, 26c)에 대응되는 제 2, 제 3, 및 제 4 패드(126a, 126b, 126c)까지 이어지며, 상기 패드들은 각각 히터 쿠폰(20)의 해당 탭(80)과 정렬됨에 따라 커넥터(60)로의 연결을 위하여 노출되어 있다. 제 2, 제 3, 및 제 4 패드(126a, 126b, 126c)는 각각 커넥터(60)를 통해 3개의 중성선(44a) 중 하나에 연결된다. 따라서, 저항성 트레이스(26)를 위해 4쌍의 탭(80)이 히터 쿠폰(20)에 제공된다.
각각의 탭(80) 쌍 중 하나는 해당 리세스(82) 내의 패드(126, 126a, 126b, 126c)를 노출하고 이에 따라 커넥터(60)의 제 1 연결 아암(64) 또는 제 2 연결 아암(66)이 저항성 트레이스(26)에 연결된다. 제 1 연결 아암(64) 또는 제 2 연결 아암(66) 중 다른 하나는 세라믹 쿠폰의 다른 표면으로부터 연장되는 대응하는 리세스(82) 내에 놓이며, 탭(80)으로서 형성된 노출된 세라믹 재료에 연결된다. 따라서, 하나의 아암은 전기적 연결을 제공하고, 두 아암 모두 히터 쿠폰(20)과 커넥터(60) 사이의 기계적 연결을 제공한다.
히터 트레이스(26)로의 모든 전기적 연결은 제 1 연결 아암(64) 또는 제 2 연결 아암(66) 중 하나에 의해 제공된다. 각각의 탭(80) 쌍 중 다른 하나에는 세라믹 히터 쿠폰(20)에 대한 금속 커넥터의 기계적 연결을 용이하게 하는 브레이즈 패드(도시되지 않음)가 제공된다. 브레이즈 패드는 리세스(82) 내에 꼭 맞는 크기이며 히터 트랙(26) 및 RTD(28)와 동일한 재료로 형성된다. 이상적으로는 브레이즈 패드가 히터 트랙(26) 및 RTD(28)와 동시에 해당 세라믹 재료 층 상에 스크린 인쇄된다. 브레이즈 패드는 별개의(discrete) 요소이며 전기적 연결을 제공하지 않는다.
이제 도 11을 참조하여 RTD(28)가 상세하게 논의될 것이다. RTD(28)는, 히터 트레이스(26)와 동일한 조성을 가지거나 또는 세라믹과 텅스텐 비율을 다르게 가질 수 있는 저항성 트레이스이다. RTD(28)는 히터 트레이스(26)와 동일한 방식으로 세라믹 재료층 상에 스크린 인쇄되며, 이 층은 히터 스택 내에서 히터 트레이스(26)와는 상이한 위치에 배치된다. 이상적으로, RTD(28)는 실질적으로 히터 쿠폰(20)의 단면적 전체를 덮는다. 이에 따라 히터 쿠폰(20) 내에 온도 핫 스팟(hot spot)이 있는 경우 RTD(28)가 이를 포착할 수 있다. 본 예에서, RTD(28)는 히터 트레이스(26)의 패턴과는 상이한 패턴을 갖는다. RTD(28)로의 전력은, 활선(48b) 및 0V 와이어(48a)로 구성되는 RTD 와이어링(48)을 통해 공급된다. RTD(28)는 제 1 RTD 패드(128) 및 제 2 RTD 패드(128a)를 포함하며 이들을 통해 RTD 와이어링(48)으로의 연결이 이루어진다. 제 1 RTD 패드(128) 및 제 2 RTD 패드(128a)는 커넥터(60)로의 연결을 위해 노출되고, 각각이 리세스(82) 및 해당 탭(80) 쌍과 정렬된다.
본 실시예에서, 히터 트레이스(26)는 히터 쿠폰(20)의 제 1 표면(22)에 대하여 노출되며 이에 따라 제 1 연결 아암(64)을 통해 전기적 연결이 이루어진다. 유리하게는, RTD(28)는 히터 쿠폰(20)의 제 2 표면(24)에 대하여 노출되며 이에 따라 제 2 연결 아암(66)을 통해 전기적 연결이 이루어진다. 히터 트레이스(26) 및 RTD(28)의 경우에 대하여 동일하게, 제 1 연결 아암(64) 및 제 2 연결 아암(66)은 모두 커넥터(60)와 히터 쿠폰(20) 사이에 기계적 연결을 제공한다. RTD 패드(128, 128a)가 히터 트레이스 패드(126, 126a, 126b, 126c)와는 상이한 표면 상에서 노출된다는 것은, 히터 쿠폰(20)의 각 측면에서 리세스들이 균일한 깊이를 가질 수 있다는 것을 의미한다. 제 1 표면(22) 상의 리세스는 제 2 표면(24) 상의 리세스와 두께가 다르거나, 또는 실질적으로 동일한 깊이일 수 있다. 이는 모든 커넥터(60)가 서로에 대하여, 또한 히터 쿠폰(20)에 대하여 정렬되어 있음을 의미한다. 모든 탭(80)과 리세스(82)는 히터 쿠폰(20)의 일 단부를 따라 이격되고, 그 사이사이로 완전한 두께의 히터 스택 부분을 가져 전기 절연을 제공한다.
커넥터(60)의 예시들이 도 9, 10, 및 11에 도시된다. 크게 두 가지 유형이 있다. 도 9 및 10에서, 커넥터(60)는 일 단부에서 히터 쿠폰(20)에 연결되고 타 단부에서 와이어(44, 48)에 연결되도록 설계된다. 이들 두 커넥터(60) 모두는 제 1 연결 아암(64) 및 제 2 연결 아암(66)에 연결된 납땜 컵(62)을 가지며, 연결 아암들은 납땜 컵(62)의 대략적으로 서로 반대쪽에 있는 측면들로부터 연장되어 그 사이에 간극(68)을 형성한다. 간극(68)은 제 1 연결 아암(64) 및 제 2 연결 아암(66)의 길이를 따라 연장되어 공간을 형성하는데, 커넥터(60)가 히터 쿠폰(20)에 부착될 때 히터 쿠폰(20), 특히 탭(80)이 이 공간 안에 배치될 수 있다.
각각의 탭(80) 주위에 형성된 리세스(82)는 제 1 연결 아암(64) 또는 제 2 연결 아암(66)을 수용하기 위한 크기를 가진다. 제 1 연결 아암(64) 및 제 2 연결 아암(66)은, 각각 제 1 표면(22) 및 제 2 표면(24)과 동일한 높이에(flush with) 있거나, 또는 도 8에 도시된 바와 같이 히터 쿠폰(20)의 두께(t) 내로 리세스될 수 있다.
커넥터(60)는 와이어링 룸과 히터 쿠폰(20) 간의 회로의 일부를 형성함에 따라 금속으로 만들어진다. 세라믹 재료가 낮은 열팽창 계수를 가지므로 금속은 열팽창이 낮은 물질로 선택되며, 이에 따라 히터(10)가 가열될 때 열적 불일치를 감소시킨다. 코바아(Kovar)와 같은 금속이 적절하며, 당업자는 다른 적합한 재료를 인지하고 있을 것이다. 열적 불일치가 감소하더라도, 커넥터(60)는 세라믹 히터 쿠폰(20)에 비하여 더 많이 팽창할 것이다. 이러한 이유로, 커넥터(60)에는 스트레인 릴리프 특징부(168a, 168b)가 제공될 수 있다. 스트레인 릴리프 특징부(168a, 168b)는, 가열 주기(cycle) 동안 세라믹 히터 쿠폰(20)에 과도한 스트레인을 가하지 않으면서 탭(80)과 제 1 연결 아암(64) 또는 제 2 연결 아암(66) 사이에 양호한 전기 연결이 이루어지도록 설계된다. 스트레인 릴리프 특징부(168a)의 일 예는, 히터 쿠폰(20)에 부착된 커넥터(60) 부분에 형성된 어퍼처이다. 스트레인 릴리프 특징부(168b)의 다른 예는 연결부를 후크로 형성하는 것으로, 이때 후크의 일부로서 형성된 빈 부분(hollow)이 스트레인 릴리프를 제공한다. 이 각각은 커넥터(60)와 히터 쿠폰(20)간에 중첩된 단면 전체를 덮지 않으면서도 충분한 기계적 및 전기적 연결을 유지한다.
두 번째 유형의 커넥터(60')는 PCB(92) 상의 리셉터클(90)에 직접 연결되고, 따라서 커넥터(60')는 납땜 컵(62) 대신에 제 1 연결 아암(64) 및 제 2 연결 아암(66)으로부터 원위 단부(262)로 연장되는 샤프트(62')를 갖는다. 도 11b 및 11c를 참조하면, 제 1 연결 아암(64) 및 제 2 연결 아암(66)은 히터 쿠폰(60)에 형성된 리세스들 내에 안착된다. 이 예에서, 제 1 연결 아암(64) 및 제 2 연결 아암(66)은 제 1 표면(22) 및 제 2 표면(24)으로부터 솟아오른 상태로 안착되나, 이전의 예들과 같이 리세스될 수도 있다. 제 1 연결 아암(64) 및 제 2 연결 아암(66)은 샤프트(62')로 연결되며, 샤프트(62')의 원위 단부(262)는 PCB(92) 상에 장착된 리셉터클(90) 내에 수용된다.
제 1 RTD 패드(128) 및 제 2 RTD 패드(128a)는, 히터 트레이스 패드(126, 126a, 126b, 126c)와 마찬가지로, 모두 히터 쿠폰(20)의 일 단부(20a)에 위치한다. 각각의 패드는 히터 쿠폰(20)의 단부(20a)의 길이를 따라 이격되어 있다. 유리하게는, RTD 패드(128, 128a)는 히터 쿠폰의 제 1 에지(130)에 인접하게 위치하고 히터 패드(126, 126a, 126b, 126c)는 히터 쿠폰의 제 2 에지(132)로부터 한 줄로 연장된다. 이는 RTD(28) 및 히터 트레이스(26)를 위한 와이어링이 기구 내에서 따로따로 채널링될 수 있으며 히터 쿠폰(20)의 각자의 에지에 인접하여 유체 흐름 경로(160)를 빠져나갈 수 있음을 의미한다.
각각의 커넥터(60)는, 커넥터(60) 길이의 적어도 일부에 걸쳐 열수축체(162)를 적용함으로써 유체 흐름 경로(160)로부터 전기적으로 격리된다. 열수축체(160)는, 납땜 컵(62) 위로, 그리고 적어도 부분적으로 제 1 연결 아암(64) 및 제 2 연결 아암(66)을 따라 장착되는 튜브이다. 대부분의 커넥터(60)의 경우, 열수축체(160)는 히터 쿠폰(20)의 단부(20a)와 맞닿는다(abut). 그러나, RTD 패드(128a)에 연결되는 RTD 활선(48b)의 경우, 열수축체는 커넥터(60a)의 원위 단부까지 연장된다. 이는 이 연결부가 기구의 열 안전 시스템의 일부이므로 유체 흐름 경로(160) 내의 잔여물이 이 연결부에 단락(short)을 일으킬 수 없도록 하기 위한 것이다. 열수축체(160)의 배치를 용이하게 하기 위해, 히터 쿠폰(20a)의 단부(20a)가 절단되어 히터 쿠폰(20)이 양쪽 모두에서 커넥터(60)에 대하여 동일한 레벨에 있도록 한다. RTD 활선(48b)의 경우 커넥터(60) 양쪽에 있는 히터 쿠폰(20)에 슬롯(164)이 형성된다.
앞서 특정한 예시 및 실시예가 설명되었으나, 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정이 이루어질 수 있음이 이해되어야 한다.
Claims (22)
- 히터 쿠폰으로서,
제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는 세라믹 블록, 상기 세라믹 블록 내에 형성된 적어도 하나의 히터 트레이스(heater trace), 및 상기 적어도 하나의 히터 트레이스를 PCB(인쇄 회로 기판)에 전기적으로 연결하기 위한 커넥터를 포함하는,
히터 쿠폰. - 제 1 항에 있어서,
상기 커넥터는 일 단부에서 상기 히터 쿠폰에 연결되고 타 단부에서 상기 PCB에 연결되는,
히터 쿠폰. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 커넥터는 상기 히터 쿠폰과 상기 PCB 사이에 직접적인 연결을 제공하는,
히터 쿠폰. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커넥터는, 상기 세라믹 블록의 상기 제 1 표면에 연결하기 위한 제 1 연결 아암 및 상기 세라믹 블록의 상기 제 2 표면에 연결하기 위한 제 2 연결 아암을 포함하는,
히터 쿠폰. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커넥터는 상기 세라믹 블록의 일 단부에 위치하는,
히터 쿠폰. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세라믹 블록은 세라믹 재료의 복수의 층으로 형성되는,
히터 쿠폰. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 히터 트레이스는, 상기 세라믹 블록을 형성하는 세라믹 시트의 층들 중 하나의 층 상에 스크린 인쇄되는,
히터 쿠폰. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세라믹 블록에는 상기 제 1 연결 아암을 수용하기 위한 제 1 리세스 및 상기 제 2 연결 아암을 수용하기 위한 제 2 리세스가 제공되는,
히터 쿠폰. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 리세스는 벽 및 탭을 가지고, 상기 벽은 상기 세라믹 블록 내 상기 리세스의 깊이를 획정(define)하고 상기 탭의 면적을 한정하며, 상기 탭은 상기 제 1 연결 아암이 부착될 수 있는 표면을 제공하는,
히터 쿠폰. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 리세스는 상기 제 1 표면으로부터 상기 히터 트레이스로 연장되는,
히터 쿠폰. - 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 제 2 리세스는 벽 및 탭을 가지고, 상기 벽은 상기 세라믹 블록 내 상기 리세스의 깊이를 획정하고 상기 탭의 면적을 한정하며, 상기 탭은 상기 제 2 연결 아암이 부착될 수 있는 표면을 제공하는,
히터 쿠폰. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 2 리세스는 상기 제 2 표면으로부터 상기 히터 트레이스로 연장되는,
히터 쿠폰. - 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 리세스 및 상기 제 2 리세스는 실질적으로 동일한 깊이 및 면적을 가지는,
히터 쿠폰. - 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 2개의 커넥터가 제공되며, 상기 적어도 2개의 커넥터는 서로 전기적으로 격리(isolated)되는,
히터 쿠폰. - 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
내장된 열 센서가 상기 세라믹 블록 내에 형성되는,
히터 쿠폰. - 제 15 항에 있어서,
상기 내장된 열 센서는 추가 커넥터를 통해 외부 와이어에 연결되는,
히터 쿠폰. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 2 리세스는 상기 제 2 표면으로부터 상기 내장된 열 센서로 연장되는,
히터 쿠폰. - 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세라믹 블록에는, 상기 추가 커넥터의 상기 제 1 연결 아암을 수용하기 위한 제 3 리세스 및 상기 추가 커넥터의 상기 제 2 연결 아암을 수용하기 위한 제 4 리세스가 제공되는,
히터 쿠폰. - 제 18 항에 있어서,
상기 제 3 리세스는 벽 및 탭을 가지고, 상기 벽은 상기 세라믹 블록 내 상기 리세스의 깊이를 획정하고 상기 탭의 면적을 한정하며, 상기 탭은 상기 추가 커넥터의 상기 제 1 연결 아암이 부착될 수 있는 표면을 제공하는,
히터 쿠폰. - 제 19 항에 있어서,
상기 제 4 리세스는 상기 제 1 표면으로부터 상기 히터 트레이스 층으로 연장되는,
히터 쿠폰. - 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
상기 제 4 리세스는 벽 및 탭을 가지고, 상기 벽은 상기 세라믹 블록 내 상기 리세스의 깊이를 획정하고 상기 탭의 면적을 한정하며, 상기 탭은 상기 추가 커넥터의 상기 제 2 연결 아암이 부착될 수 있는 표면을 제공하는,
히터 쿠폰. - 제 21 항에 있어서,
상기 제 4 리세스는 상기 제 2 표면으로부터 연장되고, 상기 내장된 열 센서는 상기 추가 커넥터의 상기 제 2 연결 아암에 노출되는,
히터 쿠폰.
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