KR101670788B1

KR101670788B1 - 족압 수집용 인솔

Info

Publication number: KR101670788B1
Application number: KR1020150102823A
Authority: KR
Inventors: 김백진; 고철웅; 한세미; 변태민
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2015-07-21
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2016-10-31

Abstract

본 발명은 신발 인솔에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 충격 흡수 재질의 센서 베이스층에 복수 개의 도전 접점을 포함하는 센서를 포함하는 족압 수집용 신발 인솔에 관한 것이다.
본 발명에 따른 족압 수집용 인솔은 우수한 내구성을 가져 데이터 수집의 오차 범위를 줄임에 따라 정확한 족압 데이터 수집이 가능하다.

Description

족압 수집용 인솔{Insole for collecting foot pressure}

본 발명은 신발 인솔에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 충격 흡수 재질의 센서 베이스층에 복수 개의 도전 접점을 포함하는 센서를 포함하여 보행자의 정확한 족압 측정이 가능한 신발 인솔에 관한 것이다.

신발은 발의 보호, 패션 및 바닥에 미끄러지는 것을 방지하기 위한 것으로 그 종류로는 운동화, 패션화, 실내화 등이 있으며, 바닥 또는 외부로부터 전달되는 충격을 완화하기 위해 인솔을 신발 내부에 구비하는 특징이 있다.

상기와 같이, 충격 완화 목적으로 구비되는 종래의 인솔의 경우 실리콘 재질을 채택하여 제조하였다. 일례로 대한민국 등록특허 10-1333728호는 신발 내부에 배치되어 착용자의 발의 저면과 밀착하여 충격을 완화하며 미끄러짐을 방지할 수 있는 특징을 제시하고 있다. 그러나 종래의 신발 인솔에 적용되는 실리콘 재질의 경우 무게가 무거우며, 접착성이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 제조 비용이 많이 들어가 인솔 전면에 실리콘 재질을 적용하기에는 한계가 있어, 이러한 문제점을 해결하기 위해 폴리 우레탄 재질을 적용하여 제조하는 기술을 중점적으로 연구하고 있는 실정이다.

사람들은 일상생활 속에서 많은 보행을 하며, 대략 1Km의 거리를 걸을때마다 대략 10 ~ 20톤의 압력을 받게 된다. 또한 선천적인 발 질환, 운동 부족, 보행 습관 등으로 인해 발과 관련된 후천적 질환들이 발생하게 된다.

이에 따라, 사람의 보행 자세는 그 사람의 건강과 직결되므로 평소 올바른 보행 자세를 갖는 것이 중요하다. 그러나, 대다수의 사람들이 보행 시 올바른 보행 자세를 갖지 않아 오른발과 왼발에 가해지는 충격이 비정상적으로 다른 경우가 대다수이며 이는 보행자의 건강에 나쁜 영향을 미칠 수 있으므로, 보행 자세를 교정할 필요가 있다.

이에, 최근에는 보행자의 보행 자세 분석을 위해 대한민국 등록특허 10-1263216호에 제시된 바와 같이 신발 인솔에 센서를 부착하여 보행 데이터를 추출함으로써, 보행자에게 가장 적합한 건강 관련 서비스를 제공하고자 하였다. 그러나, 기존의 보행자의 보행 자세를 분석하기 위해 적용되는 센서의 경우 고가의 가격으로 인해 비 경제적이며, 일정한 공간에서 일정한 시간 내에 추출된 보행 데이터를 바탕으로 분석함에 따라 정확한 보행 자세를 분석하기 어렵다는 문제점이 있다.

또한, 보행자의 보행 자세 분석을 위해 센서가 구비되는 인솔의 경우 종래의 실리콘 재질에서 폴리 우레탄 재질로 대체하여 제조하였으나, 내구성이 좋지 못한 폴리우레탄을 사용하여 제조함에 따라 압축 및 탄성 복원의 횟수의 증가로 폴리우레탄 인솔 형태의 변형이 일어나게 된다. 따라서, 보행자가 불편한 착용감을 느끼며 보행함에 따라, 정확한 데이터의 수집이 어려우며 인솔의 교체로 인한 비용이 발생된다는 문제점을 가지게 된다.

대한민국 등록특허 제10-1333728호 대한민국 등록특허 제10-1263216호

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 40 ~ 60㎛의 입경 크기를 갖는 발포 폼 셀을 전체 발포 폼 셀 중 40 ~ 60% 포함하는 폴리우레탄을 인솔에 적용함에 따라, 우수한 내구성을 가져 정확한 족압 데이터 수집이 가능한 족압 수집용 인솔을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은

발포 폴리우레탄을 포함하는 센서 베이스층; 및

상기 센서 베이스층에 구비되는 복수 개의 센서를 포함하고,

상기 발포 폴레우레탄은 40 ~ 60㎛ 입경 크기를 갖는 발포 폼 셀을 전체 발포 폼 셀 중 40 내지 60%의 범위로 포함하는 족압 수집용 인솔을 제공한다.

본 발명에 따른 족압 수집용 인솔은 내구성이 우수한 폴리우레탄 재질을 인솔에 적용함에 따라 정확한 족압 수집이 가능하며, 인솔의 추가적인 교체 비용이 감소하게 된다.

따라서, 센서가 구비되는 인솔에 적용되어, 보행자의 활동량 측정 및 병증 확인 등의 맞춤형 건강 관련 서비스를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 족압 수집용 인솔의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 족압 수집용 인솔에 구비되는 센서의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 4의 형태학 분석 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 4의 영구 압축 줄임률 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 4의 반발 탄성력 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1의 내구성 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1의 영구 압축 줄임률 실험 전 후 형태학 비교 광학현미경 사진 및 셀 분포도 그래프이다.

이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 보행자의 족압 데이터를 정확하게 수집할 수 있는 족압 수집용 인솔(1)을 제시한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 족압 수집용 인솔(1)은 발포 폴리우레탄 재질을 적용한 센서 베이스층(10) 및 상기 센서 베이스층(10)에 구비되는 복수 개의 센서(20)을 포함한다.

센서 베이스층(10)은 족압 수집용 인솔(1)을 구성하는 베이스 구성요소로써, 보행자가 보행 시 바닥으로부터 발에 전달되는 충격을 완화시켜준다.

특히, 본 발명에 따른 상기 발포 폴리 우레탄은 40 ~ 60㎛의 입경 크기를 갖는 발포 폼 셀이 전체 발포 폼 셀 중 40 내지 60%의 범위로 포함함으로써, 영구압축 줄임률과 반발 탄성력 물성이 우수한 효과를 갖는다.

상기 40 ~ 60㎛의 입경 크기를 갖는 발포 폼 셀이 전체 발포 폼 셀 중 40% 미만으로 포함될 경우, 일정한 압력으로 인한 압축 후 반발 탄성 시 셀이 회복되지 못하는 문제가 발생되며, 60%를 초과하여 포함할 경우에는 영구압축 줄임률과 반발 탄성력의 물성 향상에 미치는 영향이 미미하기 때문이다.

본 발명에 따른 폴리 우레탄 발포 폼은 우수한 영구압축 줄임률 및 반발 탄성력 물성으로 인해 압력으로 인한 압축 후 반발 탄성되는 횟수가 증가하더라도 폴리 우레탄 발포 폼의 재질이 변형되는 정도가 낮기 때문에, 내구성이 좋아지는 효과를 가져오게 된다.

상기 40 내지 60㎛의 입경 크기를 갖는 발포 폼의 셀은 단위 면적당 50 내지 300개 포함되는 것이 바람직하며, 상기 단위 면적은 1 ~ 3㎟ 범위이다.

이와 같이, 향상된 내구성을 갖는 폴리 우레탄 발포 폼을 포함하는 본 발명의 센서 베이스층(10)은 족압 데이터의 수집 시 오차 범위를 줄일 수 있어 정확한 족압 수집이 가능해진다.

상기 폴리 우레탄 발포 폼은 에테르(ether type)계 폴리올과 카프로락톤계 폴리올을 혼합한 폴리올과 이소시아네이트를 중합하여 제조된 것을 사용하는 것이 좋다. 이때, 상기 이소시아네이트는 메틸렌 디페닐 이소시아네이트(MDI)이다.

또한, 폴리 우레탄 발포 폼은 이소시아네이트기와 폴리올의 히드록실기의 당량비(NCO/OH)가 1 ~ 3 범위에 있는 것을 특징으로 한다. 이는 상기 이소시아네이트기와 히드록실기의 당량비가 상기 범위 미만일 경우에는 폴리우레탄 발포 폼의 물성이 전반적으로 저하되며, 상기 범위를 초과할 경우에는 폴리 우레탄 발포 폼의 엘라스토머의 경도는 향상되나, 딱딱해져 휘어지면 부러지는 문제점이 발생될 수 있기 때문이다.

본 발명의 센서(20)는 상기 센서 베이스층(10)에 복수 개 구비된다.

상기 센서(20)는 본 발명에서 특별히 그 재질을 한정하지는 않으나, 실리콘 재질을 포함하는 것이 바람직하며, 좀 더 바람직하게는 상기 폴리 우레탄 발포 폼과 유사한 영구 압축 줄임률과 반발 탄성력 물성을 갖는 실리콘을 포함하는 것이 좋다.

보행자는 상기 센서 베이스층(10)에 일정한 간격으로 센서(20)가 구비된 상기 족압 수집용 인솔(1)을 신발 내부에 위치시켜 보행한다. 보행 시 보행자의 체중으로 인해 상기 인솔에 일정한 압력을 가하게 됨에 따라 상기 센서 베이스층(10)은 일정한 압축 변형이 일어나며, 가해지는 압력이 제거되면 원래 형상되로 되돌아가려는 반발 탄성 회복이 일어난다.

이때, 센서 베이스층(10)의 재질로 적용되는 폴리 우레탄 발포 폼과 일정한 간격으로 위치되는 센서(20)가 서로 상이한 영구 압축 줄임률과 반발 탄성력 물성을 갖게 될 경우, 보행 시 영구 압축 줄임률과 반발 탄성률이 달라져 족압 수집용 신발 인솔(1)은 평탄한 면을 갖지 못하게 된다. 일례로, 상기 폴리우레탄 발포 폼의 영구 압축 줄임률이 상기 센서(20)보다 높은 경우, 상기 센서(20)보다 발포 폴리우레탄 발포 폼이 더 압축되어 상기 센서(20) 부위를 중심으로 이물감을 느끼게 되며, 반대로 상기 폴리우레탄 발포 폼의 영구 압축 줄임률이 상기 센서(20)보다 낮은 경우, 상기 센서(20)보다 발포 폴리우레탄 발포 폼의 압축 변형되는 정도가 작아 상기 센서(20)가 위치되는 부위를 중심으로 움푹 패인 느낌을 받게 된다.

따라서, 상기 족압 수집용 인솔(1)에 적용되는 폴리 우레탄 발포 폼과 상기 센서(20)의 재질은 서로 압축 줄임률과 반발 탄성력의 물성이 유사한 재질을 채택하여 사용하는 것이 좋으며, 바람직하게는 상기 센서(20)의 재질로 포함되는 실리콘의 영구 압축 줄임률 및 반발 탄성력 수치가 상기 폴리우레탄 발포 폼의 영구압축 줄임률 및 반발 탄성력 수치의 ±15% 내외인 것이 좋다.

또한, 본 발명에 따른 상기 센서(20)는 복수 개의 도전 접점(200)을 포함할 수 있다. 본 발명의 족압 수집용 인솔(1)은 보행자의 보행 시 보행 자세를 분석하기 위해 족압 데이터를 수집한다. 상기 족압 데이터의 수집은 상기 센서 베이스층(10)에 구비되는 센서(20)로부터 족압이 감지되어 데이터의 수집이 이루어지고, 수집된 데이터는 상기 족압 수집용 인솔(1)의 일측면에 구비되는 회로에 전달한다. 이때, 수집된 데이터를 회로에 전달하기 위해서는 상기 센서(20)와 상기 회로가 맞닿아 접촉되어 전달하는 구조를 갖기 때문에, 상기 센서(20)는 도전성을 갖는 물질을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 상기 도전 접점(200)은 제한되지 않으나, 탄소, 금속 및 그래핀으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종을 실리콘과 혼합한다.

이와 같이, 상기 센서(20)로 부터 전달받은 데이터는 유선 또는 와이파이와 같은 무선 장치를 통해 보행자의 족압 데이터를 전달받을 수 있게 된다. 이때, 족압 데이터를 전달받는 방법 및 장치는 한정되지 않으며, 일례로 보행자가 자신의 족압 데이터를 손쉽게 전달받아 서비스를 제공받을 수 있도록 휴대용 장치를 이용하여 어플리케이션과 연동시킴에 따라, 데이터를 실시간으로 전달받고, 분석되어 맞춤형 건강 관련 서비스를 제공받을 수 있게 된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 실험예를 기재한다. 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 보다 명확히 표현하기 위한 목적으로 기재될 뿐 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

본 발명의 족압 수집용 인솔에 적용하기에 적합한 소재를 선정하기 위해 에테르계 타입의 폴리올과 카프로락톤계 폴리올을 혼합한 폴리올과 MDI를 혼합하고 아민계 촉매를 첨가하여 발포된 '두루셀텍'의 폴리우레탄을 채택하여 물성을 측정하였다. 그 중, 2.5㎟의 면적에 포함되는 전체 폴리 우레탄 발포 폼 셀 중 40 ~ 60㎛의 입경 크기를 같는 발포 폼의 셀을 41% 포함하는 폴리 우레탄 발포 폼을 채택하여 형태학 분석을 실시하였으며, 그 결과는 하기 표 1 및 도 3와 같다.(실시예 1: '두루셀텍'의 IHF-B20 제품)

비교예 1 내지 4

2.5㎟의 면적에 포함되는 전체 폴리 우레탄 발포 폼 셀 중 40 ~ 60㎛의 입경 크기를 갖는 발포 폼의 셀이 40% 미만의 범위로 포함되는 'PORON' 제품과 '두루셀텍'의 폴리 우레탄 발포 폼을 선정하였다. 그 중 비교예 1의 경우 전체 발포 폼 셀 중 16%로, 비교예 2의 경우 13%, 비교예 3의 경우 29%, 비교예 4의 경우 21%로 40 ~ 60㎛의 입경 크기를 갖는 발포 폼 셀을 포함하는 폴리 우레탄 재질을 채택하여 형태학 분석을 실시하였으며, 그 결과는 하기 표 1 및 도 3와 같다.(비교예 1: PORON 제품, 비교예 2: '두루셀텍'의 FLF-P25 제품, 비교예 3: '두루셀텍'의 LRS-P20 제품, 비교예 4: '두루셀텍'의 CRS20 제품)

발포 폼 셀의 입경 크기	실시예 1 (IHF-B20)	비교예 1 (PORON)	비교예 2 (FLF-P25)	비교예 3 (LRS-P20)	비교예 4 (CRS0)
0~20㎛	0.58%	-	-	-	-
20~40㎛	22.38%	15.35%	9.36%	14.69%	6.86%
*40~60㎛*	41.38%	*16.49%*	*13.48%*	*29.38%*	*21.08%*
60~80㎛	22.41%	23.91%	10.87%	23.73%	22.30%
80~100㎛	6.2%	18.47%	15.36%	13.56%	19.12%
100~120㎛	1.03%	8.3%	18.73%	9.79%	16.42%
120~140㎛	0.2%	6.06%	10.87%	4.33%	7.60%
140~160㎛	-	5.95%	10.85%	3.01%	4.41%
160~180㎛	-	4.87%	7.87%	1.51%	1.12%
180~200㎛	-	0.3%	1.12%	-	0.59%
200~220㎛	-	0.3%	1.49%	-	0.49%

실험예 1: 영구 압축 줄임률

본 발명에 따른 실시예 1 및 비교예 1 내지 4의 영구압축 줄임률을 측정하여 그 결과는 하기 표 2 및 도 4에 나타내었다. 영구압축 줄임률은 한국의류시험연구원에서 실험하였으며, 시험규격은 ASTM D 3574: 2011, 시험조건은 70℃에서 22시간 동안 50% 압축하는 조건에서 실험을 진행하였다.

<한국의류시험연구원 - 영구압축 줄임률>

	실시예 1	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4
1 차	1.68%	3.81%	6.51%	2.04%	2.48%
2 차	1.79%	4.68%	7.02%	1.84%	2.54%
3 차	2.19%	4.55%	4.89%	1.71%	2.40%
4 차	2.14%	2.68%	5.11%	1.89%	2.93%
5 차	2.22%	5.60%	4.86%	2.04%	2.82%
평균	2.00%	4.26%	5.68%	1.90%	2.63%

상기 표 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1의 경우 비교예 1 내지 2 및 4에 비해 영구압축 줄임률이 좋은 것을 알 수 있다.

실험예 2: 반발 탄성력 실험

본 발명에 따른 상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 4의 반발 탄성력을 측정하여 그 결과는 하기 표 3 및 도 5에 나타내었다. 이때, 반발 탄성력의 시험규격은 ASTM D 2632, 40㎝의 높이에서 떨어뜨리는 조건에서 실험을 진행하였다.

	실시예 1	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4
1 차	80%	90%	26%	7%	15%
2 차	79%	90%	29%	5%	17%
3 차	81%	93%	30%	6%	14%
4 차	82%	88%	27%	5%	14%
5 차	80%	92%	28%	5%	15%
평균	80%	91%	28%	6%	15%

상기 표 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 40 ~ 60㎛의 입경 크기를 갖는 발포 폴리 우레탄 발포 폼 셀을 전체 발포 폼 셀 중 41% 포함하는 실시예 1 폴리 우레탄 발포 폼의 경우, 비교예 2 내지 4에 비해 높은 발발 탄성력을 갖는 것을 알 수 있다.

실험예 3: 내구성 측정

본 발명에 따른 실시예 1의 폴리 우레탄 발포 폼의 내구성을 측정하여 그 결과를 하기 도 6에 나타내었다. 내구성을 측정하기 위해 실시예 1 폴리 우레탄 발포 폼의 시편을 50*50*25mm의 크기로 절단한 후, 동적 피로시험 시스템(INSTRON)장치를 이용하여 50%(12.5mm)의 압축으로 50만 번 압축 진행 후 그 평균값을 구하여 그 결과는 하기 도 6에 나타내었다.

하기 도 6에 도시된 바와 같이, 처음 압축을 진행했을 시를 제외하고 10 ~ 50만 번 압축 시 폴리 우레탄 발포 폼의 면적 변화가 거의 없어, 실시예 1 폴리 우레탄 발포 폼의 내구성이 좋음을 알 수 있다.

실험예 4: 영구압축 줄임률 시험 후 형태학 결과

상기 폴리 우레탄 발포 폼 실시예 1의 영구 압축 줄임률 실험 후 폴리 우레탄 발포 폼의 형태 변화가 있는지에 대한 실험을 진행하였다. 실시예 1의 폴리 우레탄 발포 폼에 영구 압축 줄임률 실험을 진행하기 전 후의 단위 면적당 포함되어 있는 셀의 크기에 따른 개수 분포를 3회 측정한 후 평균값을 구하여 그 결과를 도 7에 나타내었다.

도 7에 도시된 바와 같이, 40 ~ 60㎛의 입경 크기를 갖는 폴리 우레탄 발포 폼 셀을 전체 발포 폼 셀 중 40 내지 60%의 범위로 포함하는 실시예 1의 폴리 우레탄 발포 폼은 영구 압축 줄임률 실험 전 후 비교 시 폴리우레탄 발포 폼의 셀 형태 분포가 거의 유사하여 반발 탄성력이 우수함을 알 수 있다.

족압 수집용 인솔: 1 센서 베이스층: 10
센서: 20 도전 접점: 200

Claims

발포 폴리우레탄을 포함하는 센서 베이스층; 및
상기 센서 베이스층에 구비되는 복수 개의 센서를 포함하고,
상기 발포 폴레우레탄은 40 ~ 60㎛ 입경 크기를 갖는 발포 폼 셀을 전체 발포 폼 셀 중 40 내지 60%의 범위로 포함하는 족압 수집용 인솔.
제 1항에 있어서,
상기 발포 폴리우레탄의 단위면적당 발포 폼의 셀 개수는 50 내지 300인 것을 특징으로 하는 족압 수집용 인솔.
제 2항에 있어서,
상기 단위면적은 1 ~ 3 ㎟인 것을 특징으로 하는 족압 수집용 인솔.
제 1항에 있어서,
상기 발포 폴리우레탄은 에테르계의 폴리올과 카프로락톤계 폴리올을 혼합한 폴리올과 이소시아네이트를 중합한 것을 특징으로 하는 족압 수집용 인솔.
제 4항에 있어서,
상기 이소시아네이트는 메틸렌 디페닐 이소시아네이트(MDI)인 것을 특징으로 하는 족압 수집용 인솔.
제 4항에 있어서,
상기 발포 폴리우레탄은 이소시아네이트기와 히드록실기의 당량비(NCO/OH)가 1 ~ 3 범위에 있는 발포 폴리우레탄인 것을 특징으로 하는 족압 수집용 인솔.
제 1항에 있어서, 상기 센서는 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 족압 수집용 인솔.
제 7항에 있어서,
상기 센서는 복수 개의 도전 접점을 포함하는 것을 특징으로 하는 족압 수집용 인솔.
제 8항에 있어서,
상기 도전 접점은 탄소, 금속, 및 그래핀으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종과 실리콘을 혼합한 것을 특징으로 하는 족압 수집용 인솔.