KR102498977B1 - 미세입자 발생장치용 히터 및 그 설치구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미세입자 발생장치용 히터 및 그 설치구조에 관한 것이다.
본 발명은 원통 형상의 금속 구조물; 및 금속 구조물 외면에 부착되며, 폴리이미드 필름과 폴리이미드 필름 상에 부착된 발열 패턴을 구비하는 발열층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치용 히터를 제공한다.

Description

미세입자 발생장치용 히터 및 그 설치구조{HEATER FOR MICROPARTICLE GENERATOR AND INSTALLATION STRUCTURE OF THE SAME}
본 발명은 미세입자 발생장치용 히터 및 그 설치구조에 관한 것이다.
공기 중의 미세입자, 즉 에어로졸을 흡입하는 것으로 흔히 말하는 흡연과 같은 기호 물질 흡입이 달성될 수 있다. 종래에는 궐련 형태의 담배가 이러한 기호 물질 흡입의 거의 유일한 수단이었으나 최근에는 전자 담배라는 것도 또 하나의 수단으로 자리 잡고 있다. 전자 담배는 흡입 물질이 액체 형태로 담긴 카트리지에 열이나 초음파를 가하여 흡입 물질을 증기로 기화시켜 미세 입자를 발생시키므로 연소를 시켜 연기를 발생시키는 종래의 궐련 형태의 담배와는 방식 면에서 완전히 차별되며, 그로 인한 장점, 특히 연소로 발생할 수 있는 다양한 유해 물질의 발생을 저지할 수 있다는 장점을 보유한다.
또한, 궐련 형태의 통상의 담배를 선호하는 수요자들의 요구에 따라, 통상의 담배의 필터부와, 궐련부의 모양을 갖는 전자 담배도 제안되고 있는데, 이 전자담배는 궐련부에 포함된 흡입물질을 전자히터로 기화시키면서 통상의 담배와 동등한 구성을 갖는 필터부를 통해 사용자가 흡입하는 구성을 갖는다. 전자 담배를 홀더에 끼우고 홀더 내부의 히터가 가열되어 궐련부 내부의 흡입물질을 기화시키면 사용자가 필터부를 통해 기화되는 흡입 물질을 흡입할 수 있게 된다. 종전의 전자 담배와 마찬가지로 연소가 일어나지 않는다는 장점은 가지면서 통상의 담배를 피울 때와 똑같은 메카니즘으로 필터부를 통해 기화된 흡입 물질을 흡입할 수 있으므로 사용자 입장에서는 통상의 담배를 피우는 것과 같은 기분을 느낄 수 있게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 미세입자 발생장치의 히터의 일 예를 도시한 도면이다. 종래 기술에 따른 미세입자 발생장치의 히터는 블레이드 타입으로, 미세입자 형성 기재(A) 내로 블레이드 타입의 히터가 삽입된다. 블레이드 타입 히터는 전기적으로 절연되며 단단한 기판(11) 상에 복수의 전기 전도성 트랙(13)이 형성되며, 전도성 트랙(13)으로 전원을 인가하는 결선(15)이 기판(11) 외부로 인출되어 있는 형태이다.
도 2는 종래 기술에 따른 미세입자 발생장치의 히터의 또 다른 일 예를 도시한 도면이다. 미세입자 발생장치의 히터는 전기적으로 절연인 기판(21) 상에 전도성 트랙(23)이 형성되며, 전도성 트랙(23)으로 전원을 인가하는 결선(25)을 포함하는 제1 파트(29)와, 전기적으로 절연인 기판(21) 상에 단열 반사 허니콤 구조(27)가 형성된 제2 파트(31)를 포함한다. 제1 파트(29)가 내측에 위치하고, 제2 파트(31)가 외측에 위치하도록 튜브 형상으로 감아 히터를 형성한다.
그러나 종래 기술에 따른 미세입자 발생장치의 히터는 히터의 온도를 측정하기 위한 센서의 설치가 복잡하며, 전도성 트랙(23)에서 발생한 열을 미세입자 발생용 기재로 고르게 전달하기 어렵다는 단점이 있었다.
유럽 등록특허 2493342호 유럽 등록특허 2850956호 유럽 등록특허 3248483호 유럽 등록특허 3248484호 유럽 등록특허 3248486호
본 발명은 필름 형태의 발열체를 금속 구조물에 부착하여 가열함으로써, 미세입자 발생용 기재를 고르게 가열하여 미세입자를 발생시킬 수 있는 미세입자 발생장치용 히터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 원통 형상의 금속 구조물; 및 금속 구조물 외면에 부착되며, 폴리이미드 필름과 폴리이미드 필름 상에 부착된 발열 패턴을 구비하는 발열층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치용 히터를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 발열 패턴은 콘스탄탄으로 제조되는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치용 히터를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 발열층은 일부가 금속 구조물 외측으로 연장된 연장부를 구비하며, 발열층의 연장부에는 발열 패턴과 외부 전원을 연결하기 위한 납땜 패드가 구비되는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치용 히터를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 발열 패턴 외면에 부착되며 폴리이미드 필름으로 제조되는 중간층; 및 중간층 외면에 부착되며, 폴리이미드 필름 상에 온도를 감지하는 센서 패턴이 인쇄된 센서층;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치용 히터를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로,센서 패턴은 Cu 재질로 인쇄되는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치용 히터를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로,센서 패턴은 중간층과 맞닿는 면에 인쇄되는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치용 히터를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 센서층은 일부가 금속 구조물 외측으로 연장된 연장부를 구비하며, 센서 패턴은 양 단부가 연장부를 따라 연장되며, 연장부의 끝에 터미널이 형성되는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치용 히터를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 센서층의 연장부는 단부에 터미널의 설치를 용이하게 하기 위해 부착되는 보강부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치용 히터를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 발열층은 센서층의 연장부를 따라 연장된 연장부를 구비하며, 발열층의 연장부에는 저항선과 신호선을 연결하기 위한 납땜 패드가 구비되고, 센서층의 연장부는 납땜 패드가 노출되도록 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치용 히터를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 발열층, 중간층, 센서층은 합지된 다음 금속 구조물에 부착되는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치용 히터를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 절연 필름은 폴리이미드로 제조되며, 발열층은 절연 필름에 열과 압력을 가해 변형시킴으로써 금속 구조물에 부착되는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치용 히터를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 절연 필름이 금속 구조물에 부착될 때, 300℃ 이상의 열과 1kgf/cm2 이상의 압력이 가해지는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치용 히터를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 발열층은, 액체 상태의 폴리이미드를 접착제로 사용하여 금속 구조물에 부착되는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치용 히터를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 상기 어느 일 예에 따른 미세입자 발생장치용 히터; 히터를 지지하며, 히터의 외주면과 간격을 두고 히터를 감싸도록 설치되는 히터 홀더; 및 히터의 외주면과 히터 홀더의 내주면 사이에 형성되는 단열 공기층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치용 히터 설치구조를 제공한다.
본 발명이 제공하는 미세입자 발생장치용 히터는, 발열 패턴이 직접 미세입자 발생 기재를 가열하는 것이 아니라, 열 전달율이 높은 폴리이미드 필름 상에 부착된 발열 패턴이 가열되고, 발열 패턴의 열이 폴리이미드 필름을 거쳐 금속 구조물로 전달된 다음 금속 구조물에 의해 미세입자 발생 기재가 가열됨에 따라 기재를 고르게 가열할 수 있다는 장점이 있다.
또한 본 발명은 발열층 상에 센서층이 형성되며, 센서 패턴이 발열 면적 전체에서 온도를 측정함으로써 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 미세입자 발생장치의 히터의 일 예를 도시한 도면,
도 2는 종래 기술에 따른 미세입자 발생장치의 히터의 또 다른 일 예를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 발생장치용 히터의 분해도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 발생장치용 히터의 사시도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 발생장치용 히터의 필름 구조물을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 발생장치용 히터의 설치구조를 도시한 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 발생장치용 히터의 분해도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 발생장치용 히터의 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 발생장치용 히터는, 원통 형상의 금속 구조물(100)과, 금속 구조물(100)의 외주면에 부착되는 필름 구조물(200)을 포함한다. 필름 구조물(200)은 후술할 발열층과 센서층을 구비하며, 절연 필름 상에 도전성 패턴이 형성된 필름을 합지하여 제조된다.
절연 필름으로는 폴리이미드 필름 또는 LCP 필름이 적당하며, 폴리이미드 필름은 비교적 열 전도도가 높아, 금속 구조물(100)로 열을 전달하는 역할을 하기에 적합하다. 필름 구조물(200)은 에폭시나 본드 등 비교적 열에 강하며, 열 전도도가 높은 접착제를 이용하여 금속 구조물(100)에 부착될 수 있다.
특히, 절연 필름이 폴리이미드 필름으로 제조될 경우, 폴리이미드 필름이 괄과 압력에 의해 변형되는 성질을 이용하여, 필름 구조물(200)을 금속 구조물(100)에 부착할 수 있다. 예를 들어, 300℃ 이상의 열과 1kgf/cm2 이상의 압력이 가하여 폴리이미드로 제조된 절연 필름을 금속 구조물(100)에 밀착되도록 변형하여 부착할 수 있다.
또는 필름 구조물(200)을 액체 상태의 폴리이미드를 접착제로 사용하여 금속 구조물(100)에 부착할 수도 있다. 앞서 설명한 바와 같이 폴리이미드는 비교적 열 전도도가 높아 필름 구조물(200)에서 발생한 열을 금속 구조물(100)로 전달하면서 필름 구조물(200)을 금속 구조물(100)에 부착하기 용이하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 발생장치용 히터의 필름 구조물을 도시한 도면이다.
미세입자 발생장치용 히터의 필름 구조물(200)은, 절연 필름(210)에 발열 패턴(220)이 부착된 발열층과 발열층 외면에 부착된 중간층(230), 그리고 절연 필름(240) 내면에 센서 패턴(250)이 부착된 센서층을 포함한다.
발열층의 절연 필름(210)은, 대략 10~60㎛ 내외의 두께로 폴리이미드 재질로 형성된다. 발열 패턴(220)은, 금속 소재로는, Cu, Kanthal, Inconel, SUS, Cu alloy, Ru, Pt, Ru, Ag/Pd, 비금속 소재로는 CNT, CNT/binder가 이용될 수 있다. 발열 패턴(220)의 두께는 10~60um에, 저항은 0.5~15Ω인 것이 바람직하다. 발열 패턴(220)은 절연 필름(210) 상에 그라비아 코팅, 스크린 인쇄, 에칭, 스프레이 코팅 등의 방법에 의해 형성될 수 있다. 또한 발열 패턴(220) 소재의 TCR 범위는 100~4000ppm/deg C인 것이 바람직하다.
특히, 본 발명의 일 실시예로, 발열층은 20㎛ 내외의 절연 필름(210) 상에 20㎛ 내외의 두께로 형성되는 콘스탄탄 발열 패턴(220)이 부착되는 것이 바람직하다. 이때, 발열 패턴(220)의 저항은 0.7±0.035Ω의 값을 가지는 것이 바람직하다.
중간층(230)은 발열 패턴(220)과 센서 패턴(250) 사이의 절연을 위한 것으로, 마찬가지로 폴리이미드 필름으로 제조되며, 20㎛ 내외의 두께로 형성된다.
센서층은, 9㎛ 내외의 두께를 가지는 절연 필름(240)에 6㎛ 내외의 두께로 Cu 재질의 센서 패턴(250)을 부착하여 제조된다. 센서 패턴(250)의 저항은 10±1.0Ω의 값을 가지는 것이 바람직하다.
센서 패턴(250)은 발열 패턴(220)을 향하도록, 즉 중간층(230)에 맞닿도록 센서층의 절연 필름(240)의 내면에 형성되는 것이 바람직하다.
센서 패턴(250)은 금속 구조물(100)의 외주면에 부착되는 필름 구조물(200)의 전면적에 걸쳐서 온도를 측정할 수 있도록 함으로써 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
한편, 필름 구조물(200)은, 금속 구조물(100)의 외주면에 부착되는 부분 외에 금속 구조물(100)의 외측으로 연장되는 연장부(202)를 구비한다. 연장부(202)는 금속 구조물(100)의 아래측으로 연장되는 것이 바람직하다. 연장부(202)는 금속 구조물(100)에 부착되는 부분과 마찬가지로, 발열층의 연장부와 센서층의 연장부를 발열층의 연장부와 센서층의 연장부를 절연하는 중간층의 연장부로 이루어진다.
발열층의 연장부에는 발열 패턴(220)과 외부 전원을 연결하기 위한 납땜 패드(222)가 구비되는 것이 바람직하다.
센서층의 연장부(242)는 발열층의 연장부보다 조금 더 길게 연장되며, 센서 패턴(250)의 연장부(252) 단부에는 외부의 회로 기판에 접속하기 위한 터미널(254)이 구비될 수 있다. 이때, 회로 기판에 좀 더 쉽게 접속할 수 있도록 보강 부재(260)를 구비할 수 있다. 보강 부재(260)는 터미널(254)의 이면에 설치되어 터미널(254)이 회로 기판과 접촉하는 데 방해가 되지 않아야 한다. 센서층의 절연 필름(240)의 내면에 센서 패턴(250)이 형성되며, 이러한 구조가 연장부(242)까지 이어지므로, 터미널(254)은 연장부(242)의 내측면에 형성되고, 보강 부재(260)는 연장부(242)의 외측면에 설치된다. 보강 부재(260)는 필름 구조물(200)과의 접합이 용이하도록 동종의 폴리이미드 재질로 제조될 수 있다. 보강 부재는 대략 200㎛의 두께를 가지는 것이 바람직하다.
한편 발열층의 절연 필름(210)의 외측면에 발열 패턴(220)이 형성되므로, 납땜 패드(222) 역시 발열층의 연장부에서도 절연 필름(210)의 외측면에 위치하게 된다. 납땜을 용이하게 하기 위해, 센서층의 연장부(242)는 납땜 패드(222)가 노출되도록 홀을 가지는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 발생장치용 히터의 설치구조를 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 발생장치용 히터의 설치 구조는 상기한 바와 같이 원통 형상의 금속 구조물(100) 외주면에 필름 구조물(200)이 부착된 히터를 구비한다. 또한 금속 구조물(100)을 지지하며, 필름 구조물(200)의 외주면과는 접촉하지 않고 간격을 두고 히터를 감싸는 히터 홀더(300)를 더 포함한다.
즉, 히터 홀더(300)와 히터의 외주면 사이에 형성되는 공기층(320)이 단열재 역할을 해주어, 미세입자 발생장치의 외부 케이스(미도시)까지 열이 전달되는 것을 차단해준다. 공기층(320)으로 단열 부재를 대신함으로써 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 무게를 줄일 수 있다는 장점이 있다.

Claims (14)

  1. 원통 형상의 금속 구조물;
    금속 구조물 외면에 부착되며, 절연 필름과 절연 필름 상에 부착된 발열 패턴을 구비하는 발열층;
    발열 패턴 외면에 부착되며 절연 필름으로 제조되는 중간층; 및
    중간층 외면에 부착되며, 절연 필름 상에 온도를 감지하는 센서 패턴이 인쇄된 센서층;을 포함하되,
    센서층은 일부가 금속 구조물 외측으로 연장된 연장부를 구비하며,
    센서 패턴은 양 단부가 연장부를 따라 연장되며, 연장부의 끝에 터미널이 형성되는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치용 히터.
  2. 제1항에 있어서,
    절연 필름은 폴리이미드(PI) 및 LCP 중 어느 하나로 제조되며, 발열 패턴은 콘스탄탄으로 제조되는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치용 히터.
  3. 제1항에 있어서,
    발열층은 일부가 금속 구조물 외측으로 연장된 연장부를 구비하며,
    발열층의 연장부에는 발열 패턴과 외부 전원을 연결하기 위한 납땜 패드가 구비되는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치용 히터.
  4. 제1항에 있어서,
    센서 패턴은 Cu 재질로 인쇄되는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치용 히터.
  5. 제1항에 있어서,
    센서 패턴은 중간층과 맞닿는 면에 인쇄되는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치용 히터.
  6. 제1항에 있어서,
    센서층의 연장부는 단부에 터미널의 설치를 용이하게 하기 위해 부착되는 보강부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치용 히터.
  7. 제1항에 있어서,
    발열층은 센서층의 연장부를 따라 연장된 연장부를 구비하며,
    발열층의 연장부에는 저항선과 신호선을 연결하기 위한 터미널이 형성되는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치용 히터.
  8. 제7항에 있어서,
    발열층의 연장부에 터미널로 납땜 패드가 구비되는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치용 히터.
  9. 제8항에 있어서,
    센서층의 연장부는 납땜 패드가 노출되도록 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치용 히터.
  10. 제1항에 있어서,
    발열층, 중간층, 센서층은 합지된 다음 금속 구조물에 부착되는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치용 히터.
  11. 제1항에 있어서,
    절연 필름은 폴리이미드로 제조되며,
    발열층은 절연 필름에 열과 압력을 가해 변형시킴으로써 금속 구조물에 부착되는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치용 히터.
  12. 제11항에 있어서,
    절연 필름이 금속 구조물에 부착될 때, 300℃ 이상의 열과 1kgf/cm2 이상의 압력이 가해지는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치용 히터.
  13. 제1항에 있어서,
    발열층은, 액체 상태의 폴리이미드를 접착제로 사용하여 금속 구조물에 부착되는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치용 히터.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 미세입자 발생장치용 히터;
    히터를 지지하며, 히터의 외주면과 간격을 두고 히터를 감싸도록 설치되는 히터 홀더; 및
    히터의 외주면과 히터 홀더의 내주면 사이에 형성되는 단열 공기층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치용 히터 설치구조.
KR1020210051611A 2020-12-01 2021-04-21 미세입자 발생장치용 히터 및 그 설치구조 KR102498977B1 (ko)

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