KR102589746B1 - 도전층간 전류의 독립적 흐름이 보장되는 압력감지재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 도전층간 전류의 독립적 흐름이 보장되는 압력감지재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 두 개의 압력감지재 단위모듈이 상하 마주보도록 배치되며, 상기 압력감지재 단위모듈은, 기판; 상기 기판상에 형성되어 전극으로 작용하는 도전층; 및 상기 도전층상에 형성되어 감지부로 작용하는 접촉층;을 포함하고, 상기 도전층은 각각 기판상에 나란한 복수의 띠형상으로 구현되고, 상기 도전층은 상하 교차하도록 구성되되, 각 압력감지재 단위모듈을 구성하는 접촉층은 서로 분리되어 하나의 도전층이 하나의 접촉층과 접하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 도전층간 전류의 독립적 흐름이 보장되는 압력감지재를 제공한다.
Description
본 발명은 압력감지재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동일평면의 압력감지재 단위모듈을 구성하는 각 접촉층이 단속적으로 구성됨으로써 하나의 도전층을 흐르는 전류신호가 인접 도전층으로 전도되는 현상을 방지하고, 이로써 압력을 보다 더 정밀하게 측정하는 것이 가능하도록 구성되는 도전층간 전류의 독립적 흐름이 보장되는 압력감지재를 제공한다.
최근 장비의 일 영역에서 작용하는 양압, 음압 등 다양한 압력을 감지하기 위하여 압력감지재가 사용되며, 특히 시트형 압력감지재는 넓은 영역을 포괄할 수 있고, 얇게 구성되어 장비의 운용상 제약요소가 적다는 장점이 있다.
도 1과 도 2에 나타낸 바와 같이, 시트형 압력감지재는 상부와 하부에 도전층(12, 15)을 교차하게 구성하고, 도전층(111, 151) 사이에는 절연성 접촉층(130', 170')을 마련하며, 접촉층(130', 170')은 소정의 탄성을 가져 도전층(111, 151)의 교차지점에 압력이 작용하였을 때, 접촉층(130', 170')의 탄성압축과 도전층간의 거리변화로 인하여 해당 위치에서 저항 또는 캐패시턴스가 변화되고 이의 크기를 감지함으로써 압력을 감지하도록 구성되어 있다. 이는 도 1에 나타낸 바와 같다. 각 도전층(111, 151)은 기판(110, 150)에 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다.
그러나, 이와 같이 구성되는 경우에는 하나의 접촉층(130', 170')을 여러개의 도전층(111, 151)이 공유하고 있는 것과 같으므로, 하나의 도전층(111, 151)을 통과하는 전류가 타 도전층(111, 151)로 일부 흐르는 현상이 발생되며, 따라서 정확한 압력감지에 장애요소로 작용하는 문제점이 존재한다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 동일 평면상의 압력감지재 단위모듈에서 도전층의 교차지점만이 하나의 독립된 접촉층을 포함하거나 상기 접촉층에 포함되도록 하여 접촉하고 있어, 해당 도전층으로 흐르는 전류가 다른 도전층으로 일부 흘러들어가지 않도록 함으로써 보다 정확한 압력감지 특성을 나타내도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 두 개의 압력감지재 단위모듈이 상하 마주보도록 배치되며, 상기 압력감지재 단위모듈은, 기판; 상기 기판상에 형성되어 전극으로 작용하는 도전층; 및 상기 도전층상에 형성되어 감지부로 작용하는 접촉층;을 포함하고, 상기 도전층은 각각 기판상에 나란한 복수의 띠형상으로 구현되고, 상기 도전층은 상하 교차하도록 구성되되, 각 압력감지재 단위모듈을 구성하는 접촉층은 각 압력감지재의 단위모듈을 구성하는 도전층의 교차지점을 포함하도록 형상화되거나, 상기 접촉층이 상기 교차지점에 포함되도록 형상화되며, 각 접촉층은 상기 교차지점을 기준으로 서로 독립적으로 분리되어 형성되는 것을 특징으로 하는 도전층간 전류의 독립적 흐름이 보장되는 압력감지재를 제공한다.
상기 도전층이 교차하는 영역의 두 도전층 중 적어도 어느 하나의 폭의 크기가 조절됨으로써 상기 영역의 면적이 확장되되, 확장된 영역 중 어느 하나는 인접한 영역과 중첩되지 않으며, 상기 면적이 확장된 도전층의 교차영역은 내부에 슬롯이 형성되고, 상기 슬롯은 상하 교차하여 배열되도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 상부 또는 하부 압력감지재 단위모듈의 접촉층의 크기 또는 면적은 상기 하부 또는 상부 압력감지재 단위모듈의 접촉층의 크기 또는 면적보다 커서 하나의 접촉층이 다른 하나의 접촉층 내에 포함되도록 배치되는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 동일 평면상의 압력감지재 단위모듈에서 도전층의 교차지점만이 하나의 독립된 접촉층을 포함하거나 상기 접촉층에 포함되도록 하여 접촉하고 있어, 해당 도전층으로 흐르는 전류가 다른 도전층으로 일부 흘러들어가지 않도록 함으로써 보다 정확한 압력감지 특성을 나타내도록 하는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 종래의 압력감지재를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 압력감지재를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 압력감지재를 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 압력감지재에서 압력 감지 영역이 표시된 것을 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 도전층이 교차하는 영역의 면적이 확장된 상태를 나타내는 모식도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도전층이 교차하는 영역에 슬롯이 형성되고, 이를 교차한 상태를 나타내는 모식도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 도전층이 교차하는 영역의 다양한 형상을 나타내는 모식도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도전층이 교차하는 영역에 형성된 슬롯의 다양한 형상을 나타내는 모식도이다.
도 12는 도전층이 확장되지 않은종래의 압력감지재(a)와 도전층이 확장된 압력 감지재(b)의 입력 신호와 출력 신호의 흐름을 각각 나타내는 모식도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 의한 압력감지재에서 압력 감지 영역이 표시된 것을 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 압력감지재를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 압력감지재를 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 압력감지재에서 압력 감지 영역이 표시된 것을 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 도전층이 교차하는 영역의 면적이 확장된 상태를 나타내는 모식도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도전층이 교차하는 영역에 슬롯이 형성되고, 이를 교차한 상태를 나타내는 모식도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 도전층이 교차하는 영역의 다양한 형상을 나타내는 모식도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도전층이 교차하는 영역에 형성된 슬롯의 다양한 형상을 나타내는 모식도이다.
도 12는 도전층이 확장되지 않은종래의 압력감지재(a)와 도전층이 확장된 압력 감지재(b)의 입력 신호와 출력 신호의 흐름을 각각 나타내는 모식도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 의한 압력감지재에서 압력 감지 영역이 표시된 것을 나타내는 평면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명은 상하로 구성되는 압력감지재(100) 단위 모듈에서 접촉층(130, 170)을 도전층(111, 151)간 구성된 교차지점(113, 153)의 갯수에 맞게 독립적으로 구성함으로써, 종래 접촉층(130, 170)을 다수의 도전층(111, 151)이 공유하였을 경우에 비하여 도전층(111, 151)간 전류의 흐름이 인접 도전층(111, 151)으로 누설되는 현상을 효과적으로 배제할 수 있도록 한 것이다. 이로써, 도전층(111, 151)으로 흐르는 전류값에 따른 임피던스의 변화 등에 의하여 감지되는 압력값을 보다 정밀하게 측정할 수 있게 된다.
종래의 압력감지재는 도 1과 도 2에 각각 사시도와 평면도로 나타내었음은 전술한 바와 같다.
본 발명의 접촉층(130, 170)은 예시적으로 도전층(111, 151)간 이루어지는 교차지점(113, 153)에 각각 형성되며, 도 7과 같이 상기 접촉층(130, 170)이 교차지점(113, 153)을 포함하도록 형성되거나 도 13과 같이 교차지점(113, 153)이 접촉층(130, 170)을 포함하도록 형성할 수도 있다.
이로써, 하나의 도전층(111, 151)과 인접 도전층(111, 151)간에 통전의 가교역할을 하였던 종래의 접촉층(130, 170)간 가교 관계를 단절함으로써 하나의 도전층(111, 151)에 인가되는 전류는 해당 도전층(111, 151)만으로 통전되도록 할 수 있다.
도 3과 도 4에 따른 본 발명의 압력감지재(100)는 두 개의 압력감지재(100) 단위모듈이 상하 마주보도록 배치되며, 상기 압력감지재(100) 단위모듈은, 기판(110, 150); 상기 기판(110, 150)상에 형성되어 전극으로 작용하는 도전층(111, 151); 및 상기 도전층(111, 151)상에 형성되어 감지부로 작용하는 접촉층(130, 170);을 포함하고, 상기 도전층(111, 151)은 각각 기판(110, 150)상에 나란한 복수의 띠형상으로 구현되고, 상기 도전층(111, 151)은 상하 교차하도록 구성되되, 각 압력감지재(100) 단위모듈을 구성하는 접촉층(130, 170)은 서로 분리되어 하나의 도전층(111, 151)이 하나의 접촉층(130, 170)과 접하도록 구성되는 것을 특징으로 하며, 이로써 각 도전층(111, 151)의 전류의 독립적 흐름이 보장된다.
본 발명에서, 압력감지재(100) 단위 모듈이 상하 마주보도록 배치되는 것은 예를 들어 상부 압력감지재(100) 단위모듈은 기판(110, 150)-도전층(111, 151)-접촉층(130, 170)의 순서로 배열되고, 하부 압력감지재(100) 단위모듈은 접촉층(130, 170)-도전층(111, 151)-기판(110, 150)의 순서로 배열되어 접촉층(130, 170)끼리 인접하는 것을 말한다. 아울러, 상하 압력감지재(100) 단위모듈은 패턴이 서로 동일하거나 유사할 수도 있고, 서로 다를 수도 있으며, 다만 상하 도전층(111, 151)이 서로 교차하도록만 구성되면 된다.
또한, 도 5와 도 6에 따른 본 발명의 압력감지재(100)는 두 개의 압력감지재(100) 단위모듈이 상하 마주보도록 배치되며, 상기 압력감지재(100) 단위모듈은, 기판(110, 150); 상기 기판(110, 150)상에 형성되어 전극으로 작용하는 도전층(111, 151); 및 상기 도전층(111, 151)상에 형성되어 감지부로 작용하는 접촉층(130, 170);을 포함하고, 상기 도전층(111, 151)은 각각 기판(110, 150)상에 나란한 복수의 띠형상으로 구현되고, 상기 도전층(111, 151)은 상하 교차하도록 구성되되, 각 압력감지재 단위모듈을 구성하는 접촉층은 각 압력감지재의 단위모듈을 구성하는 도전층의 교차지점을 포함하도록 형상화되거나, 상기 접촉층이 상기 교차지점에 포함되도록 형상화되며, 각 접촉층은 상기 교차지점을 기준으로 서로 독립적으로 분리되어 형성되는 것을 특징으로 하며, 이로써 하는 도전층간 전류의 독립적 흐름이 보장되는 압력감지재
여기서 접촉층(130, 170)은 압력이 가해질 때 다소간의 수축이 가능해지는 재질로서, 폴리머에 탄소가 분산되어 제조되는 탄소층을 예로 들 수 있다. 그러나, 접촉층(130, 170)이 탄소층으로 제한되는 것은 아니다. 여기서, 상층과 하층은 각각 기판(110, 150), 도전층(111, 151), 접촉층(130, 170)으로 구성될 수 있다.
도전층(111, 151)은 예를 들어 금속층으로 구성할 수 있으며, 접촉층(130, 170)은 상하 금속층간 절연의 성격이 강하나, 반드시 절연층인 것은 아니며, 예를 들어 탄소층인 경우 도전성도 포함한다. 접촉층(130, 170)은 압력이 가해질 때의 저항 또는 캐패시턴스의 변화가 감지되도록 하는 역할의 비중이 크다.
도 5에는 압력 감지 영역을 나타내었으며, 압력 감지 영역은 접촉층(130, 170)상 위치하는 교차하여 마주보는 도전층(111, 151)들 중 교차 영역에 해당되며, 이를 검은색으로 표시하였다. 이와 같은 압력감지재(100)는 각각 폭이 동일한 띠 형태의 상하 도전층(111, 151)이 교차하여 구성되며, 교차된 면적에서 압력이 작용하거나 압력의 변화가 일어나면 이를 감지하여 압력을 측정할 수 있다. 도전층(111, 151)은 전극으로 사용되어 접촉층(130, 170)과 도전층(111, 151)의 접촉에 의하여 발생되는 압력을 감지하되, 압력의 감지는 전극간(도전층(111, 151) 간)의 이격거리의 변동에 따른 저항 및 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 가능해진다. 이는 압력 발생시 접촉층(130, 170)이 탄성에 의하여 변형됨으로써 가능해진다.
도 6에는 도 5의 압력 감지 영역이 면적상으로 보다 더 확장된 형태를 나타내었다. 즉, 본 발명은 기존의 압력감지재(100)에 비하여 전체 입력단과 출력단의 개수는 동일한데, 작용점이 많아지게 되며, 하나의 지점에서 측정되는 영역이 넓어지고 그 부분에서 감지되는 여러 압력값을 평균값으로 출력할 수 있다.
교차지점(113, 153)의 크기 또는 교차지점(113, 153)의 총 면적이 작은 경우에는 압력을 감지할 수 있는 영역이 작아지며, 이 때에는 정밀하게 압력을 측정하기 어렵다. 교차지점(113, 153)의 총 면적을 늘리기 위하여 보다 얇은 폭을 갖는 더 많은 수의 도전층(111, 151)을 설치할 수 있는데, 이 경우에는 각 도전층(111, 151)마다 필요한 결선이 더 많아지므로 회로구성이 복잡해지는 문제점이 존재한다.
따라서, 본 발명에서는 이를 개선하기 위하여 교차지점(113, 153)의 면적은 넓히되, 면적에 비례하는 도전층(111, 151)의 개수는 지나치게 많아지지 않도록 적절하게 조절되거나, 그 개수가 증가하지 않도록 하였다. 교차지점(113, 153)이 도면부호 115, 155와 같이 확장된 영역을 갖도록 함으로써, 감지되는 압력 감지 영역이 커지며, 이로써 압력감지의 사각지대를 크게 해소하였다.
한편, 압력 감지 영역(도전층(111, 151)이 교차하여 면적이 확장된 영역(115, 155))이 넓어지는 경우, 압력 발생 지점으로부터 일정 범위에서 발생하는 지점이 첨예하지 않고, 넓은 경우에는 명확한 압력발생 지점이 감지되지 않을 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 압력 감지 영역에 슬롯(117, 157)을 마련하고, 해당 슬롯(117, 157) 이외의 영역에서만 압력이 감지되도록 하였다. 즉, 슬롯(117, 157)이 구성되면 압력감지영역을 첨예화 할 수 있다. 이 경우 교차지점(113, 153)의 총 면적을 늘리기 위하여 보다 얇은 폭을 갖는 더 많은 수의 도전층(111, 151)을 설치하는 경우와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있음과 동시에 도전층(111, 151)의 인입부와 인출부의 개수는 그대로 유지할 수 있으므로, 회로구성이 복잡해지는 것을 피할 수 있다.
도 7에서와 같이 상기 슬롯(117, 157)끼리 교차하는 작은 교차지점(113, 153)이 더 생성되며, 위 작은 교차지점(113, 153)을 통하여 압력을 세분화하여 감지할 수 있게 된다. 이로써, 종래의 압력감지재(100)에서 도전층(111, 151)을 세분화하여 교차지점(113, 153)을 증가시키는 것과 같은 효과를 가진다.
상부 도전층(111, 151)과 하부 도전층(111, 151)의 압력 감지 영역은 동일한 형상을 이루는 것이 바람직하며, 슬롯(117, 157)의 형상 및 개수도 상하 도전층(111, 151)에 동일하게 구성할 수도 있다. 슬롯(117, 157)의 생성 방향은 서로 교차하도록 구성될 수 있으며, 또한, 서로 나란하게 구성될 수도 있다.
슬롯(117, 157)이 생성되는 경우, 상부 또는 하부 도전층(111, 151)의 단일의 인입부와 하부 또는 상부 도전층(111, 151)의 단일의 인출부 사이에 슬롯(117, 157)으로 구분되는 복수의 채널이 전류의 통로가 된다(도 10 참조). 이로써, 압력의 감지는 전극간(도전층(111, 151)간)의 이격거리의 변동에 따른 저항 및 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 가능해진다. 접촉층(130, 170)은 도전층간 이격거리의 변동이 가능하도록 다소간의 탄성을 갖는 재질로 구성된다.
만일 교차하는 압력감지영역에 복수의 압력이 작용하는 경우, 압력은 동시에 감지되며, 감지되는 압력값은 평균값으로서 단일의 값으로 산출될 수 있다.
한편, 압력감지영역은 서로 이격되며, 이격시의 간격은 실험적으로 정해질 수 있다. 만일 압력감지영역의 경계가 서로 지나치게 가까운 경우, 압력 발생 지점이 두개의 압력감지영역에 걸칠 수 있으며, 이 경우에는 압력측정에 혼동이 발생될 수 있으므로, 어느 정도 간격이 형성되는 것이 좋다.
도 8과 9에서 도시된 바와 같이, 압력 감지 영역과 슬롯(117, 157)의 형상은 다양하게 구현될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100 : 압력감지재 110, 150 : 기판
111, 151 : 도전층 113, 119, 153 : 교차지점
115, 155 : 확장 영역 117, 157 : 슬롯
130, 170 : 접촉층
111, 151 : 도전층 113, 119, 153 : 교차지점
115, 155 : 확장 영역 117, 157 : 슬롯
130, 170 : 접촉층
Claims (3)
- 두 개의 압력감지재 단위모듈이 상하 마주보도록 배치되며,
상기 압력감지재 단위모듈은,
기판;
상기 기판상에 형성되어 전극으로 작용하는 도전층; 및
상기 도전층상에 형성되어 감지부로 작용하는 접촉층;
을 포함하고,
상기 도전층은 각각 기판상에 나란한 복수의 띠형상으로 구현되고, 상기 도전층은 상하 교차하도록 구성되되,
각 압력감지재 단위모듈을 구성하는 접촉층은 각 압력감지재의 단위모듈을 구성하는 도전층의 교차지점을 포함하도록 형상화되거나, 상기 접촉층이 상기 교차지점에 포함되도록 형상화되며, 각 접촉층은 상기 교차지점을 기준으로 서로 독립적으로 분리되어 형성되는 것을 특징으로 하되,
상기 도전층이 교차하는 영역의 두 도전층 중 적어도 어느 하나의 폭의 크기가 조절됨으로써 상기 영역의 면적이 확장되되, 확장된 영역 중 어느 하나는 인접한 영역과 중첩되지 않으며, 상기 면적이 확장된 도전층의 교차영역은 내부에 슬롯이 형성되고, 상기 슬롯은 상하 교차하여 배열되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 도전층간 전류의 독립적 흐름이 보장되는 압력감지재. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 상부 또는 하부 압력감지재 단위모듈의 접촉층의 크기 또는 면적은 상기 하부 또는 상부 압력감지재 단위모듈의 접촉층의 크기 또는 면적보다 커서 하나의 접촉층이 다른 하나의 접촉층 내에 포함되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 도전층간 전류의 독립적 흐름이 보장되는 압력감지재.
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-
2021
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Patent Citations (3)
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