KR20230052172A - Metal fiber plane heater for aerosol generator - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터에 관한 것이다. The present invention relates to a metal fiber surface heating heater for an aerosol generator.
최근 궐련 담배의 흡연 시 발생할 수 있는 부작용을 개선할 수 있는 다양한 형태의 에어로졸 발생장치들이 개발되고 있다. 이러한 에어로졸 발생장치들은 담뱃잎을 압축하여 필터와 함께 종이에 감싼 지궐련을 가열하여 에어로졸을 발생시키는 타입과, 액상형 카트리지 내에 충진된 액상을 기화시켜 에어로졸을 발생시키는 액상 타입으로 크게 구분된다. Recently, various types of aerosol generators capable of improving side effects that may occur during cigarette smoking have been developed. These aerosol generators are largely divided into a type that generates aerosol by compressing tobacco leaves and heating a cigarette wrapped in paper together with a filter, and a liquid type that generates aerosol by vaporizing a liquid filled in a liquid type cartridge.
액상 타입의 경우 초음파 진동자를 이용하여 에어로졸을 발생시키는 에어로졸 발생장치가 간혹 존재하나, 대부분의 에어로졸 발생장치는 궐련 또는 액상을 가열하는 히터를 구비한다. In case of the liquid type, there are some aerosol generators that generate aerosols using ultrasonic vibrators, but most of the aerosol generators are provided with a cigarette or a heater for heating the liquid.
히터를 구비하는 에어로졸 발생 장치는 배터리, 제어회로, 전기 가열식 히터를 포함한다. 전기 가열식 히터가 에어로졸 형성 기재를 가열하여 에어로졸을 발생시키는데, 에어로졸 형성 기재가 열을 고르게 받지 못하면 그을음이 발생하거나, 에어로졸 발생량이 부족해지는 등 에어로졸 발생에 문제가 생길 수 있다. An aerosol generating device with a heater includes a battery, a control circuit, and an electric heater. The electric heating type heater heats the aerosol-forming substrate to generate aerosol. If the aerosol-forming substrate does not receive heat evenly, there may be problems in aerosol generation, such as soot generation or an insufficient amount of aerosol generation.
전기에너지를 열에너지로 변환시키는 발열체는 일반적으로 금속 또는 세라믹 선으로 만들어진 선상 발열체, 고분자 필름, 탄소계 발열체, 은나노 발열체 등을 이용한 면상발열체가 있다. 선상 발열체는 발열선의 간격에 따라 구역별 온도 편차가 심한 문제점이 있으며, 고분자 필름, 탄소계 발열체, 은나노 발열체를 이용한 면상발열체는 한계 온도가 낮아 에어로졸 발생 장치에는 적합하지 않다.A heating element that converts electrical energy into thermal energy generally includes a linear heating element made of metal or ceramic wire, a planar heating element using a polymer film, a carbon-based heating element, a silver nano heating element, and the like. The linear heating element has a problem of severe temperature deviation by zone depending on the spacing of the heating wire, and the planar heating element using a polymer film, carbon-based heating element, and silver nano heating element has a low limit temperature and is not suitable for an aerosol generating device.
에어로졸 형성 기재에 열을 고르게 전달하기 위해서 면상발열체를 활용하는 새로운 기술 개발이 요구 된다.In order to evenly transfer heat to the aerosol-forming substrate, the development of a new technology using a planar heating element is required.
본 발명은 금속섬유를 직조하여 제조된 면상 발열 히터를 포함하여 에어로졸 형성 기재에 열을 고르게 전달할 수 있는 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터를 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a metal fiber planar heating heater for an aerosol generator capable of evenly transferring heat to an aerosol-forming substrate, including a planar heating heater manufactured by weaving metal fibers.
본 발명은 에어로졸 발생 기질이 가열되어 에어로졸이 발생하는 에어로졸 발생 구역을 직접 또는 간접 가열하는 에어로졸 발생장치용 면상발열 히터에 있어서, 두 가닥 이상의 금속 섬유사를 직조한 것으로 전원 인가에 의해 발열하는 금속섬유 면상발열체; 및 배터리로부터 금속 섬유 면상발열 히터로 전원을 인가하는 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터를 제공한다. The present invention relates to a planar heating heater for an aerosol generator for directly or indirectly heating an aerosol-generating region where an aerosol-generating substrate is heated and aerosol is generated, in which two or more metal fiber yarns are woven, and the metal fiber generates heat by applying power. surface heating element; It provides a metal fiber planar heating heater for an aerosol generator, characterized in that it comprises; and an electrode for applying power from the battery to the metal fiber planar heating heater.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 면상발열체는 금속사를 위사와 경사로 교차하여 직조되며, 경사는 모두 전극에 연결된 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터를 제공한다.In addition, as another example of the present invention, the planar heating element provides a metal fiber planar heating heater for an aerosol generator, characterized in that the metal yarn is woven by crossing the weft and the warp, and the warp is connected to the electrode.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 면상발열체는 에어로졸 발생 구역을 감싸는 형태로 설치되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터를 제공한다.In addition, as another example of the present invention, the planar heating element provides a metal fiber planar heating heater for an aerosol generating device, characterized in that installed in a form surrounding the aerosol generating area.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 면상발열체는 에어로졸 발생 구역의 상류에 위치하며, 면상발열체는 가열 구역으로 유입되는 공기를 가열하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터를 제공한다. In addition, as another example of the present invention, the planar heating element is located upstream of the aerosol generating zone, and the planar heating element provides a metal fiber planar heating heater for an aerosol generating device, characterized in that for heating air introduced into the heating zone.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 면상발열체는 공기의 흐름과 직교하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터를 제공한다. In addition, as another example of the present invention, the planar heating element provides a metal fiber planar heating heater for an aerosol generator, characterized in that disposed perpendicular to the flow of air.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 금속섬유 면상발열체는 원통형으로 브레이딩 직조되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터를 제공한다. In addition, as another example of the present invention, the metal fiber planar heating element provides a metal fiber planar heating heater for an aerosol generator, characterized in that it is braided and woven in a cylindrical shape.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 원통형 금속섬유 면상발열체의 내측에 삽입되며, 면상발열체에 의해 가열되는 원통형 금속 파이프;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터를 제공한다. In addition, as another example of the present invention, a metal fiber planar heating heater for an aerosol generator, characterized in that it further comprises; a cylindrical metal pipe inserted inside the cylindrical metal fiber planar heating element and heated by the planar heating element.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 면상발열체의 내측에 삽입되며, 면상발열체에 의해 가열되는 흡습체;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터를 제공한다.In addition, as another example of the present invention, there is provided a metal fiber planar heating heater for an aerosol generator, characterized in that it further comprises; a moisture absorber inserted inside the planar heating element and heated by the planar heating element.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 면상발열체와 전극은 다공성 세라믹에 결합된 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터를 제공한다. In addition, as another example of the present invention, the planar heating element and the electrode provide a metal fiber planar heating heater for an aerosol generator, characterized in that bonded to a porous ceramic.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 금속섬유는 전기 전도성 금속으로 이루어지며 표면에 절연 코팅이 이루어진 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터를 제공한다.In addition, as another example of the present invention, the metal fiber is made of an electrically conductive metal and provides a metal fiber surface heating heater for an aerosol generator, characterized in that an insulating coating is formed on the surface.
본 발명이 제공하는 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터는, 선상 발열체에 비해 에어로졸 발생 기재에 열을 고르게 전달하여, 에어로졸 발생 기재의 구역별 온도 편차를 줄일 수 있고 그을음을 감소시킬 수 있다. The metal fiber planar heating heater for an aerosol generating device provided by the present invention can evenly transfer heat to an aerosol generating substrate compared to a linear heating element, thereby reducing the temperature deviation of each zone of the aerosol generating substrate and reducing soot.
도 1은 금속섬유 면상발열 히터의 원리를 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터를 제조하기 위한 직조 공법의 일 예를 보여주는 도면,
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터와 가열 영역을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터의 저면을 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터를 도시한 도면. 1 is a view schematically showing the principle of a metal fiber surface heating heater;
2 is a view showing a metal fiber surface heating heater for an aerosol generator according to a first embodiment of the present invention;
3 is a view showing an example of a weaving method for manufacturing a metal fiber surface heating heater for an aerosol generator according to a first embodiment of the present invention;
4 is a view showing a metal fiber surface heating heater and a heating region for an aerosol generator according to a second embodiment of the present invention;
5 is a view showing a metal fiber surface heating heater for an aerosol generator according to a second embodiment of the present invention;
6 is a view showing a metal fiber surface heating heater for an aerosol generator according to a third embodiment of the present invention;
7 is a view showing the bottom surface of a metal fiber planar heating heater for an aerosol generator according to a third embodiment of the present invention;
8 is a view showing a metal fiber surface heating heater for an aerosol generator according to a fourth embodiment of the present invention.
도 1은 금속섬유 면상발열 히터의 원리를 개략적으로 도시한 도면이다. 금속섬유를 면상발열 히터는, 동일한 성분으로 이루어진 두 가닥 이상의 금속 섬유를 직조한 직물 형태의 히터이다. 직조 방식은, 제직이나 브레이딩 등 어떠한 방식으로 이루어져도 무방하며, 효율은 떨어지나 편직 방식으로 직조한 형태여도 무방하다. 도 1에서는 금속 섬유를 편직 형태로 제직한 면상발열 히터를 예시로 들었다. 금속섬유 면상발열 히터(100)는 복수 개의 경사(110)의 앞 뒤를 복수 개의 위사(120)가 어긋나게 가로질러 직조되며, 모든 경사(110)의 양 단에 전극(130)이 접합된다. 따라서 모든 경사는 전극(130)의 양극에 병렬 연결된 형태이다. 금속 섬유의 소재는 SUS316L인 것이 바람직하며, 전극(130)은 니켈(Ni)로 제조된다. 이때, 면상발열 히터를 구성하는 금속섬유인 경사(110)와 위사(120)는 모두 금속섬유는 전기 전도성 금속으로 이루어지며 표면에 절연 코팅이 이루어진다. 전극(130)과 경사(110)의 접합은 전기 저항용접(Spot Welding)을 통해 이루어진다. 1 is a diagram schematically illustrating the principle of a metal fiber surface heating heater. A metal fiber surface heating heater is a heater in the form of a fabric in which two or more metal fibers made of the same component are woven. The weaving method may be made by any method such as weaving or braiding, and it may be woven in a less efficient but knitting method. In FIG. 1, a surface heating heater in which metal fibers are woven in a knitted form is taken as an example. The metal fiber planar heating heater 100 is woven by crossing a plurality of
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터를 도시한 도면, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터를 제조하기 위한 직조 공법의 일 예를 보여주는 도면이다. Figure 2 is a view showing a metal fiber planar heating heater for an aerosol generating device according to a first embodiment of the present invention, Figure 3 is a view showing a metal fiber planar heating heater for an aerosol generating device according to a first embodiment of the present invention It is a drawing showing an example of a weaving method for.
제1 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터는 원통형의 면상발열체(100a) 내부에 원통형의 에어로졸 발생 구역이 형성된다. 이때, 에어로졸 발생 구역에는 면상발열체(100a)에 의해 가열되는 원통형 금속 파이프(200)가 구비될 수 있다. 이때 금속 파이프(200)는 SUS 재질인 것이 바람직하다. 금속 파이프(200) 내부의 공동(210)에는 궐련 등의 에어로졸 발생 기질이 수용되어 가열될 수 있다. 이때 면상발열체(100a)는 도 1에 도시된 바와 같이 제직 방식으로 직조된 다음 금속 파이프(200)의 외주면을 감싸도록 부착 또는 설치될 수도 있으나, 도 3에 도시된 것처럼 금속 파이프(200)의 외주에서 브레이딩되면서 직조와 설치가 동시에 이루어질 수도 있다. In the metal fiber planar heating heater for an aerosol generating device according to the first embodiment, a cylindrical aerosol generating zone is formed inside the cylindrical
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터와 가열 영역을 도시한 도면, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터를 도시한 도면이다. 4 is a view showing a metal fiber surface heating heater for an aerosol generator according to a second embodiment of the present invention and a heating region, and FIG. 5 is a metal fiber surface heating heater for an aerosol generator according to a second embodiment of the present invention. It is a drawing showing
본 발명의 제2 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터는 에어로졸 발생 구역(300)과 면상발열체(100b)가 별도로 설치된다. 에어로졸 발생 구역(300)에는 궐련 형태 혹은 액상 형태의 에어로졸 발생 기재(T)가 수용된다. 면상발열체(100a)는 면상발열체(100a)를 통과하는 공기를 가열하고, 가열된 공기가 에어로졸 발생 구역(300)으로 유입되어 에어로졸 발생 구역(300) 내에 수용된 에어로졸 발생 기재(T)를 가열하여 사용자가 흡입할 수 있는 형태로 에어로졸화한다. In the metal fiber planar heating heater for an aerosol generating device according to the second embodiment of the present invention, the
이때, 면상발열체(100b)는 에어로졸 발생 구역(300)의 상류에 위치하며, 면상발열체(100b)에 의해 가열된 공기는 기류 통로(310)를 통해 에어로졸 발생 구역(300)으로 도입된다. 이때, 가열량을 최대화할 수 있도록 면상발열체(100b)는 기류 통로(310)와 직교하도록 설치되는 것이 바람직하다. At this time, the
이때, 면상발열체(100b)는 원형일 수 있으며, 원형인 경우에도 경사(110b)와 위사(120b)를 엮어서 직조하며, 모든 경사(110b)의 양단이 전극(130b)에 병렬적으로 접합된다. At this time, the
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터를 도시한 도면, 도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터의 저면을 도시한 도면이다.6 is a view showing a metal fiber planar heating heater for an aerosol generating device according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a view showing the bottom of the metal fiber planar heating heater for an aerosol generating device according to a third embodiment of the present invention. It is an illustrated drawing.
본 발명의 제3 실시예에 따르면, 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터는 면상발열체(100c)와 전극(130c)이 다공성 세라믹(400)의 저면에 설치되어 면상발열체(100c)가 다공성 세라믹(400)을 가열하는 형태이다. 다공성 세라믹(400)은 액상 형태의 에어로졸 발생 기질을 머금고 있으며, 면상발열체(100c)의 발열에 의해 가열되며, 액상 형태의 에어로졸 발생 기질이 기화되어 에어로졸이 생성된다. According to the third embodiment of the present invention, in the metal fiber planar heating heater for an aerosol generator, the
일반적으로 다공성 세라믹(400)은 실리게이트, 바인더, 조공제 혼합하여 슬러리로 제조하고 성형, 건조한 다음 소결하여 제조된다. 다공성 세라믹(400)에 면상발열체(100c)와 전극(130c)가 매립되거나, 다공성 세라믹(400)의 표면 부근에 면상발열체(100c)와 전극(130c)이 결합되어 적어도 일부가 노출될 수 있다. 면상발열체(100c)는 다공성 세라믹(400)의 소결 전 성형 시에 인서트 되어 일체로 결합될 수도 있고, 다공성 세라믹(400)의 제조 후에 별도의 공정을 거쳐 결합될 수도 있다. 전극(130c)은 면상발열체(100c)와 함께 다공성 세라믹(400)에 인서트 사출될 수 있고, 면상발열체(100c)만 다공성 세라믹(400)에 인서트 사출되고 전극(130c)은 사출 성형 이후에 결합되거나 그 반대일 수도 있다. 면상발열체(100c)가 다공성 세라믹(400) 성형 시에 인서트 된 다음 소결될 경우, 면상발열체(100c)의 산화를 방지하기 위해 소결 온도는 700~800℃인 것이 바람직하다. In general, the porous ceramic 400 is prepared by mixing a silicate, a binder, and a pore-forming agent to form a slurry, molding, drying, and then sintering. The
이때, 다공성 세라믹(400)의 일면에 결합되는 면상발열체(100c)는 다공성 세라믹(400)의 가장 넓은 면에 설치되어 접촉 면적과 발열 면적을 최대화하는 것이 바람직하다. 다공성 세라믹(400)과 결합하는 면상발열체(100c) 또한 경사(110c)와 위사(120c)를 엮어서 직조하며, 경사(110c)의 양단이 각 전극(130c)에 결합된 형태이다. 이때, 발열면을 최대화하기 위해 다공성 세라믹(400c)에 경사(110c)와 위사(120c)의 길이가 동일하지 않은 경우, 즉 면상발열체(100c)가 설치되는 다공성 세라믹(400c)이 가로와 세로의 길이가 동일하지 않은 경우, 경사(110c)가 위사(120c)보다 더 긴 길이를 가지도록 배치되는 것이 바람직하다. 전극(130c)과 연결되는 경사(110c)의 길이는 위사(120c)와 같거나 유사한 길이를 가지므로, 전극(130c)이 차지하는 면적을 줄일 수 있고, 따라서 면상발열체(100c)의 설치 면적을 최대화할 수 있다. At this time, it is preferable that the
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터를 도시한 도면이다.8 is a view showing a metal fiber surface heating heater for an aerosol generator according to a fourth embodiment of the present invention.
액상형 에어로졸 발생 기질을 심지에 흡습시켜 열선으로 가열하는 종래의 심지형 히터에 면상발열체(100d)를 적용한 것으로, 흡습체(500)를 면상발열체(100d)로 감싼 형태이다. 이때 면상발열체(100d)는 도 1에 도시된 바와 같이 제직 방식으로 직조된 다음 흡습체(500)의 외주면을 감싸도록 부착 또는 설치될 수도 있으나, 도 3에 도시된 것과 유사하게 흡습체(500)의 외주에 직접 브레이딩되면서 직조와 설치가 동시에 이루어질 수도 있다. The
Claims (10)
두 가닥 이상의 금속 섬유사를 직조한 것으로 전원 인가에 의해 발열하는 면상발열체; 및
배터리로부터 금속 섬유 직조물로 전원을 인가하는 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터.A surface heating heater for an aerosol generating device that directly or indirectly heats an aerosol generating region in which an aerosol generating substrate is heated to generate an aerosol,
A plane heating element that is woven of two or more strands of metal fiber yarn and generates heat by applying power; and
Metal fiber surface heating heater for an aerosol generator, characterized in that it comprises; an electrode for applying power from a battery to a metal fiber weave.
면상발열체는 금속사를 위사와 경사로 교차하여 직조되며, 경사는 모두 전극에 연결된 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터.According to claim 1,
The planar heating element is woven by crossing metal yarns with wefts and warp yarns, and the warp yarns are all connected to electrodes.
면상발열체는 에어로졸 발생 구역을 감싸는 형태로 설치되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터.According to claim 2,
A metal fiber surface heating heater for an aerosol generator, characterized in that the planar heating element is installed in a form surrounding the aerosol generating area.
면상발열체는 에어로졸 발생 구역의 상류에 위치하며, 면상발열체는 에어로졸 발생 구역으로 유입되는 공기를 가열하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터.According to claim 2,
The planar heating element is located upstream of the aerosol generating zone, and the planar heating element heats the air introduced into the aerosol generating zone.
면상발열체는 공기의 흐름과 직교하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터.According to claim 4,
The planar heating element is a metal fiber planar heating heater for an aerosol generator, characterized in that arranged perpendicular to the flow of air.
면상발열체는 원통형으로 브레이딩 직조되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터.According to claim 1,
The planar heating element is a metal fiber planar heating heater for an aerosol generator, characterized in that it is braided and woven in a cylindrical shape.
면상발열체의 내측에 삽입되며, 금속섬유 직조물에 의해 가열되는 원통형 금속 파이프;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터.According to claim 6,
A metal fiber surface heating heater for an aerosol generator, characterized in that it further comprises; a cylindrical metal pipe inserted inside the planar heating element and heated by a metal fiber weave.
면상발열체의 내측에 삽입되며, 면상발열체에 의해 가열되는 흡습체;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터.According to claim 6,
A metal fiber planar heating heater for an aerosol generator, characterized in that it further comprises; a moisture absorber inserted inside the planar heating element and heated by the planar heating element.
금속섬유 면상발열체와 전극은 다공성 세라믹에 결합된 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터.According to claim 1,
A metal fiber planar heating heater for an aerosol generator, characterized in that the metal fiber planar heating element and the electrode are bonded to a porous ceramic.
금속섬유는 전기 전도성 금속으로 이루어지며 표면에 절연 코팅이 이루어진 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 금속섬유 면상발열 히터.According to any one of claims 1 to 9,
A metal fiber surface heating heater for an aerosol generator, characterized in that the metal fiber is made of an electrically conductive metal and an insulating coating is formed on the surface.
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