KR20160118110A - 복합센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복합센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, X전극사 및 Y전극사가 교차되게 배치되어 촉각센서의 기능을 수행함과 동시에 온도센서, 압력센서, 습도센서, 촉각센서 등의 기능을 수행할 수 있는 복합센서에 관한 것이다.
본 발명에 따른 복합센서는, 복합 센서에 있어서, 선형으로 형성되어 일방향으로 이격 배치되는 X전극사; 선형으로 형성되어 상기 X전극사에 교차되게 배치되는 Y전극사; 및 상기 X전극사 및 상기 Y전극사 사이에 배치되고 유전성물질을 포함하는 유전체부재를 구비하고, 상기 유전체부재는 유전성물질을 포함하는 선형유전체로 구성되어, 상기 X전극사 또는 상기 Y전극사 중 적어도 하나 이상에 감김되거나 엮임되어 배치되고, 상기 X전극사 및 상기 Y전극사는 물리적 또는 화학적 변화에 대응하여 전기저항값이 변화하는 도전성선재로 구성되고, 상기 도전성선재는 신축성고분자사로 형성된 중심사에 도전성을 갖는 도전사가 감김 또는 엮임 되되 서로 접촉되게 배치된 구조, 또는 도전성을 갖는 도전사가 코일형 또는 파형으로 형성되되 서로 접촉되게 배치된 구조인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 복합센서에 의하면, X전극사 및 Y전극사가 교차되게 직물지 형태로 배치되어 촉각센서의 기능을 수행함과 동시에 온도센서, 압력센서, 습도센서, 촉각센서 등의 기능을 수행할 수 있어서 각종 센서들을 각각 개별적으로 설치할 필요가 없으므로 스마트 의류나 헬스케어 의류 등과 같은 제품의 제조시에 구조를 간결, 단순화할 수 있고 조립성 및 생산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 복합센서는, 복합 센서에 있어서, 선형으로 형성되어 일방향으로 이격 배치되는 X전극사; 선형으로 형성되어 상기 X전극사에 교차되게 배치되는 Y전극사; 및 상기 X전극사 및 상기 Y전극사 사이에 배치되고 유전성물질을 포함하는 유전체부재를 구비하고, 상기 유전체부재는 유전성물질을 포함하는 선형유전체로 구성되어, 상기 X전극사 또는 상기 Y전극사 중 적어도 하나 이상에 감김되거나 엮임되어 배치되고, 상기 X전극사 및 상기 Y전극사는 물리적 또는 화학적 변화에 대응하여 전기저항값이 변화하는 도전성선재로 구성되고, 상기 도전성선재는 신축성고분자사로 형성된 중심사에 도전성을 갖는 도전사가 감김 또는 엮임 되되 서로 접촉되게 배치된 구조, 또는 도전성을 갖는 도전사가 코일형 또는 파형으로 형성되되 서로 접촉되게 배치된 구조인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 복합센서에 의하면, X전극사 및 Y전극사가 교차되게 직물지 형태로 배치되어 촉각센서의 기능을 수행함과 동시에 온도센서, 압력센서, 습도센서, 촉각센서 등의 기능을 수행할 수 있어서 각종 센서들을 각각 개별적으로 설치할 필요가 없으므로 스마트 의류나 헬스케어 의류 등과 같은 제품의 제조시에 구조를 간결, 단순화할 수 있고 조립성 및 생산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 복합센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, X전극사 및 Y전극사가 교차되게 배치되어 촉각센서의 기능을 수행함과 동시에 온도센서, 압력센서, 습도센서, 촉각센서 등의 기능을 수행할 수 있는 복합센서에 관한 것이다.
일반적으로, 의복 자체가 외부 자극을 감지하고 스스로 설정된 조건에 반응하도록 구성되는 스마트 의류나, 착용한 상태에서 체온, 심박수, 수분, 압력 등을 감지할 수 있는 헬스케어 의류는 온도센서, 압력센서, 습도센서, 촉각센서 등이 설치되어 있다.
예컨대, 촉각센서는 접촉 여부 즉 접촉(touch) 또는 비접촉(no touch)을 검출하는 접촉 센싱(touch sensing) 기능, 특정 영역에 수직한 힘의 공간적 분포를 측정하는 촉각 센싱(tactile sensing) 기능, 및 센서에 대한 물체의 이동을 검출하는 슬립(slip) 기능을 수행하는 센서로서 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2012-0054206호에는 곡면형 촉각센서 및 그 제조방법이 개시되어 있다.
예컨대, 압력센서로는 대한민국 등록특허 등록번호 제10-009264호로 개시된 압력센서장치, 대한민국 등록특허 등록번호 제10-0088122호로 개시된 압력센서, 대한민국 등록특허 등록번호 제10-0071444호 개시된 압력센서 등이 개시되어 있다. 하지만, 전술한 압력센서들은 기계장치 등의 압력 감지용으로는 활용할 수 있지만, 전고가 높고 딱딱한 소재의 하우징에 전극이나 다이아프램 등의 부품들이 내장된 구조이므로 의복, 침구 등과 같이 인체에 착용하거나 인체가 접촉되는 물품에 적용할 수 없는 한계점이 있다.
그리고 온도센서로는 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-0369312호(등록일자:2003.01.10)에 개시된 바와 같은 것이 제안되어 있다.
상기한 온도센서는 서로 마주보게 배치되는 한 쌍의 전극 단자(13,14), 이 전극 단자 사이에 형성되는 검출소자(12), 전극 단자에 일측 말단이 접속되는 리드선(15,16), 및 리드선의 외주면에 피복되는 전기절연수지 재질의 절연피복층(17b)으로 구성된다. 그리고, 리드선(15,16)의 타측 말단은 감지신호 수신측과 접속을 위한 접속 단자가 형성되도록 절연피복층 미형성부가 형성되어 있다. 하지만, 전술한 온도센서 또한 부피가 크고 딱딱하여 설치하기가 곤란하고, 이물감을 줄 뿐만 아니라 의복의 외부로 노출됨에 따라 미감을 해치게 되는 문제점이 있다.
특히, 전술한 바와 같은 종래 촉각센서, 온도센서, 압력센서 등의 각종 센서는 신축성을 갖고 있지 않으므로 의복의 착용감을 심각하게 저해하는 문제점이 있고, 착용중이나 사용 중에 인가되는 외력으로 인해 길이가 늘어나거나 부피가 증가되는 부분에 설치할 경우 쉽게 손상 또는 파손되므로 전혀 적용할 수 없는 한계점을 갖고 있다.
그리고, 스마트 의류나 헬스케어 의류는 제작하기 위해서는 전술한 각종 센서들은 각각 개별적으로 설치하여야 하므로 설치작업이 복잡하고 많은 시간이 소요되는 단점이 있다. 또한, 의류의 한정된 설치면적에 여러 가지 센서를 설치하는 것은 공간적 제한이 따르고 작업이 어려울 뿐만 아니라 미관이 불량해지는 단점이 있다.
본 발명은 상기 내용에 착안하여 제안된 것으로, X전극사 및 Y전극사가 교차되게 배치되어 촉각센서의 기능을 수행함과 동시에 온도센서, 압력센서, 습도센서, 촉각센서 등의 기능을 수행할 수 있도록 한 복합 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 직물지 형태로 가요성 및 신축성을 갖도록 함으로써 이동성, 활동성 및 착용감이 요구되는 물품이나 장치에 효과적으로 적용할 수 있고, 제조과정이 간결, 단순하여 생산성을 향상시킬 수 있고 제조원가를 절감할 수 있도록 한 복합센서를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 복합센서는, 복합 센서에 있어서, 선형으로 형성되어 일방향으로 이격 배치되는 X전극사; 선형으로 형성되어 상기 X전극사에 교차되게 배치되는 Y전극사; 및 상기 X전극사 및 상기 Y전극사 사이에 배치되고 유전성물질을 포함하는 유전체부재를 구비하고, 상기 유전체부재는 유전성물질을 포함하는 선형유전체로 구성되어, 상기 X전극사 또는 상기 Y전극사 중 적어도 하나 이상에 감김되거나 엮임되어 배치되고, 상기 X전극사 및 상기 Y전극사는 물리적 또는 화학적 변화에 대응하여 전기저항값이 변화하는 도전성선재로 구성되고, 상기 도전성선재는 신축성고분자사로 형성된 중심사에 도전성을 갖는 도전사가 감김 또는 엮임 되되 서로 접촉되게 배치된 구조, 또는 도전성을 갖는 도전사가 코일형 또는 파형으로 형성되되 서로 접촉되게 배치된 구조인 것을 특징으로 한다.
상기 복합센서는 복수의 상기 X전극사가 위사로 공급되고, 복수의 상기 Y전극사가 경사로 공급되어 직조된 센싱면상구조체로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 센싱면상구조체는 복수의 상기 X전극사 사이와, 복수의 상기 Y전극사 사이에 복수의 섬유사가 공급, 직조된 간격유지부가 형성되어 상기 X전극사 및 Y전극사의 교차점 사이에 이격거리가 마련되도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 복합센서는 상기 X전극사가 위사 또는 경사로 공급되어 직조된 띠 형상의 제1 센싱면상구조체와, 상기 Y전극사가 위사 또는 경사로 공급되어 직조된 띠 형상의 제2 센싱면상구조체가 서로 교차되게 배치될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 복합센서는, 복합센서에 있어서, 선형으로 형성되어 일방향으로 이격 배치되는 X전극사; 선형으로 형성되어 상기 X전극사에 교차되게 배치되는 Y전극사; 및 상기 X전극사 및 상기 Y전극사 사이에 배치되고 선형으로 형성된 선형유전체로 구성된 유전체부재를 구비하고, 상기 선형유전체로서 유전성섬유사가 위사 및 경사로 공급되어 센싱면상구조체로 직조되고, 상기 센싱면상구조체의 직조과정에서 복수의 상기 X전극사와 상기 Y전극사가 위사 및 경사의 일부로 공급되어 서로 이격되게 배치되며, 상기 X전극사 및 상기 Y전극사는 물리적 또는 화학적 변화에 대응하여 전기저항값이 변화하는 도전성선재로 구성되고, 상기 도전성선재는 신축성고분자사로 형성된 중심사에 도전성을 갖는 도전사가 감김 또는 엮임 되되 서로 접촉되게 배치된 구조, 또는 도전성을 갖는 도전사가 코일형 또는 파형으로 형성되되 서로 접촉되게 배치된 구조인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 복합센서는, 촉각센서에 있어서, 선형으로 형성되어 일방향으로 이격 배치되는 X전극사; 선형으로 형성되어 상기 X전극사에 교차되게 배치되는 Y전극사; 및 유전성물질을 포함하는 유전체부재를 구비하고, 상기 유전체부재는 선형유전체로 구성되어 상기 X전극사 또는 상기 Y전극사 중 적어도 하나 이상에 감김되거나 엮임되어 배치되고, 상기 X전극사 및 상기 Y전극사가 위사 및 경사의 일부로 공급되어 직조된 센싱면상구조체로 구성되되, 상기 센싱면상구조체는 위사 및 경사에 의해 직조되는 상부센싱면상부, 위사 및 경사에 의해 직조되고 상부센싱면상부와 대응되게 이격공간을 갖도록 배치되는 하부센싱면상부, 및 상기 상부센싱면상부와 하부센싱면상부와의 사이에 연결되는 연결사에 의해 형성된 연결센싱부를 포함하고, 상기 X전극사 및 상기 Y전극사는 물리적 또는 화학적 변화에 대응하여 전기저항값이 변화하는 도전성선재로 구성되고, 상기 도전성선재는 신축성고분자사로 형성된 중심사에 도전성을 갖는 도전사가 감김 또는 엮임 되되 서로 접촉되게 배치된 구조, 또는 도전성을 갖는 도전사가 코일형 또는 파형으로 형성되되 서로 접촉되게 배치된 구조인 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 복합센서는, 복합센서에 있어서, 선형으로 형성되어 일방향으로 이격 배치되는 X전극사; 선형으로 형성되어 상기 X전극사에 교차되게 배치되는 Y전극사; 및 위사 및 경사에 의해 직조되는 상부센싱면상부, 위사 및 경사에 의해 직조되고 상기 상부센싱면상부와 대응되게 이격공간을 갖도록 배치되는 하부센싱면상부, 및 상기 상부센싱면상부와 하부센싱면상부와의 사이에 연결되는 연결사에 의해 형성된 연결센싱부가 구비된 센싱면상구조체를 포함하고, 상기 위사, 경사 및 연결사 중에서 일부 또는 전부가 유전성물질을 포함하여 형성된 선형유전체로 구성되고, 상기 X전극사 및 상기 Y전극사는 물리적 또는 화학적 변화에 대응하여 전기저항값이 변화하는 도전성선재로 구성되어 상기 위사 및 경사의 일부로서 공급, 직조되고, 상기 도전성선재는 신축성고분자사로 형성된 중심사에 도전성을 갖는 도전사가 감김 또는 엮임 되되 서로 접촉되게 배치된 구조, 또는 도전성을 갖는 도전사가 코일형 또는 파형으로 형성되되 서로 접촉되게 배치된 구조인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 상부센싱면상부 및 상기 하부센싱면상부 중에서 적어도 한 곳 이상에 상기 X전극사 및 상기 Y전극사가 위사 및 경사의 일부로 공급되어 서로 교차되게 직조될 수 있다.
아울러, 상기 상부센싱면상부 및 상기 하부센싱면상부 중에서 적어도 한 곳 이상에 상기 X전극사 및 상기 Y전극사가 위사 및 경사의 일부로 공급되어 서로 교차되게 직조되고, 상기 연결사의 일부로서 선형으로 형성된 Z전극사가 더 구비될 수 있다.
상기한 X전극사 및 상기 Y전극사는 복수의 굴곡부를 갖도록 배치될 수 있다.
한편, 상기한 복합센서는 복수의 상기 X전극사가 등 간격으로 배치되고, 상기 Y전극사는 복수의 상기 X전극사에 복수의 교차점을 갖도록 굴곡 구조로 배치될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 복합센서는, 복합 센서에 있어서, 선형으로 형성되어 일방향으로 이격 배치되는 X전극사; 및 선형으로 형성되어 상기 X전극사에 교차되게 배치되는 Y전극사를 포함하고, 상기 X전극사 및 상기 Y전극사 사이에 배치되고 유전성물질을 포함하는 유전체부재를 구비하고, 상기 X전극사 또는 상기 Y전극사와 동반하여 배치되는 보조감지수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 보조감지수단은 전기저항값이 서로 다른 도전성선재로 형성된 제1 센서선 및 제2 센서선이 접촉점을 갖도록 배치된 온도감지부로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 X전극사 및 상기 Y전극사는 물리적 또는 화학적 변화에 대응하여 전기저항값이 변화하는 도전성선재로 구성되고, 상기 도전성선재는 신축성고분자사로 형성된 중심사에 도전성을 갖는 도전사가 감김 또는 엮임 되되 서로 접촉되게 배치된 구조, 또는 도전성을 갖는 도전사가 코일형 또는 파형으로 형성되되 서로 접촉되게 배치된 구조이고, 상기 보조감지수단은 상기 도전성선재에 배치될 수 있다.
그리고, 상기 X전극사 및 상기 Y전극사는 위사 또는 경사로 공급되어 직조된 센싱면상구조체로 구성되고, 상기 보조감지수단은 상기 센싱면상구조체에 배치될 수 있다.
한편, 센싱면상구조체는 위사 및 경사에 의해 직조되는 상부센싱면상부, 위사 및 경사에 의해 직조되고 상기 상부센싱면상부와 대응되게 이격공간을 갖도록 배치되는 하부센싱면상부, 및 상기 상부센싱면상부와 하부센싱면상부와의 사이에 연결되는 연결사에 의해 형성된 연결센싱부를 포함하고, 상기 X전극사 및 상기 Y전극사는 상기 위사, 경사 및 연결사의 일부로 공급되어 직조될 수 있다.
상기 X전극사 및 상기 Y전극사는 물리적 또는 화학적 변화에 대응하여 전기저항값이 변화하는 도전성선재로 구성되고, 상기 보조감지수단은 상기 도전성선재에 배치될 수 있다.
상기 보조감지수단은 상기 상부센싱면상부, 상기 하부센싱면상부, 상기 연결센싱부 중에서 적어도 한 곳 이상에 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 복합센서에 의하면, X전극사 및 Y전극사가 교차되게 직물지 형태로 배치되어 촉각센서의 기능을 수행함과 동시에 온도센서, 압력센서, 습도센서, 촉각센서 등의 기능을 수행할 수 있어서 각종 센서들을 각각 개별적으로 설치할 필요가 없으므로 스마트 의류나 헬스케어 의류 등과 같은 제품의 제조시에 구조를 간결, 단순화할 수 있고 조립성 및 생산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 복합센서에 의하면, X전극사 및 Y전극사를 위사 및 경사로 공급하여 직조방식으로 제조하므로 구조가 간결하고 별도의 조립공정이 요구되지 않아 제조공정이 단순하며 제조비용이 절감되는 장점이 있다
아울러, 본 발명에 따른 복합센서에 의하면, X전극사 및 Y전극사가 교차되게 배치된 직물지 형태의 센싱면상구조체에 다양한 센싱 기능을 갖는 보조감지수단이 섬유사와 유사하게 직조방식이나 자수방식으로 구성되므로 국부적인 집중하중이 인가되거나 충격력이 인가될 경우에도 쉽게 손상되지 않아서 내구성을 향상시킬 수 있고, 이동성 및 활동성이 요구되는 장치나 물품, 착용감이 요구되는 의복, 침구 등과 같이 인체에 착용하거나 인체가 접촉되는 물품의 복합 감지수단으로 효과적으로 적용할 수 있는 장점이 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합센서를 나타낸 도면,
도2a 및 도2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합센서의 제1 변형예를 설명하기 위한 도면,
도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합센서의 제2 변형예를 나타낸 개략적인 사시도,
도4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합센서의 제3 변형예를 나타낸 개략적인 사시도,
도5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합센서를 나타낸 개략적인 사시도,
도6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 복합센서를 나타낸 사시도,
도7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 복합센서를 나타낸 사시도,
도8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 복합센서를 나타낸 사시도,
도9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 복합센서의 제1 변형예를 나타낸 요부의 개략적인 단면도,
도10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 복합센서를 나타낸 개략적인 사시도,
도11은 본 발명의 제7 실시예에 따른 복합센서를 나타낸 도면이다.
도2a 및 도2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합센서의 제1 변형예를 설명하기 위한 도면,
도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합센서의 제2 변형예를 나타낸 개략적인 사시도,
도4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합센서의 제3 변형예를 나타낸 개략적인 사시도,
도5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합센서를 나타낸 개략적인 사시도,
도6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 복합센서를 나타낸 사시도,
도7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 복합센서를 나타낸 사시도,
도8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 복합센서를 나타낸 사시도,
도9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 복합센서의 제1 변형예를 나타낸 요부의 개략적인 단면도,
도10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 복합센서를 나타낸 개략적인 사시도,
도11은 본 발명의 제7 실시예에 따른 복합센서를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도1 내지 도11에 의거하여 상세히 설명하고, 도1 내지 도11에 있어서 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조번호를 부여한다. 한편 각 도면에서 일반적인 기술로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시하였다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합센서를 나타낸 도면으로, 평면상에서 나타나는 형상을 간략하게 도시한 것이고, 확대부는 X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)의 일부를 확대하여 나타낸 사시도이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합센서는 촉각센서로서의 기능을 수행하도록 선형으로 형성되어 일방향으로 이격 배치되는 X전극사(1a), 선형으로 형성되어 X전극사(1a)에 교차되게 배치되는 Y전극사(1b), 및 X전극사(1a) 및 Y전극사(1a) 사이에 배치되고 유전성물질을 포함하는 유전체부재(2)를 구비하되 촉각센서의 기능 외에 복수의 물리적 및 화학적 특성 변화를 동시에 센싱할 수 있도록 구성되어 있다.
이를 위해, 상기 X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)는 물리적 또는 화학적 변화에 대응하여 전기저항값이 변화하는 도전성선재로 구성되어 있다.
예컨대, 도전성선재는 도1의 확대부에 도시된 바와 같이 중심사(12)에 도전성을 갖는 도전사(11)가 코일 형태로 감김(또는 엮임될 수도 있다)되되 코일 부분이 서로 접촉되게 배치된 구조로 되어 있다.
중심사(12)는 인장력이 작용 될 경우 손상되지 않도록 신축성 구조로 구성될 수 있다. 이를 위해 상기한 중심사(12)는 통상 스판사 등으로 호칭되고 있는 신축성 고분자사로 구성된다. 여기서 신축성 고분자사는 실리콘수지(silicone resin), 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 이들의 공중합체 등의 신축성 고분자수지로 제작된 선사이다.
상기 도전사(11)는 전기의 통전이 가능한 도전성 물질을 포함하여 선형으로 형성된 부재라면 특별한 제한 없이 선택하여 적용할 수 있는 것으로 예컨대, 도전성 금속으로 형성된 금속사, 탄소사, 도전성 물질(도전성 금속나노입자, 금속산화물 입자, 그래핀 등)을 포함하는 섬유사, 도전성 물질이 코팅된 섬유사 등이 적용될 수 있지만, 스테인레스, 티타늄, 동(Cu) 등으로 형성된 도전성 금속사가 대표적으로 적용될 수 있다.
도전사(11)는 10 내지 500 마이크로미터(㎛) 범위의 직경을 갖는 것을 적용하는 것이 바람직하다. 그리고 도전사로서 상기한 직경 범위의 도전성 금속사를 적용하는 이유는 도전성 금속사와 중심사 등이 포함되어 X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)로 구성된 상태에서의 그 전체 직경이 1000마이크로미터(㎛) 이하가 되어야 직기에 원활하게 공급하여 직조할 수 있기 때문이다.
도전사(11)는 그 직경이 500 마이크로미터(㎛) 이상일 경우 직조에 어려움이 있고, 10 마이크로미터(㎛) 이하의 도전성 금속사는 현재의 생산기술로는 대량 생산이 곤란하여 품질의 실질적인 검증이 어려운 상황이기 때문에 본 실시예에서는 도전성, 내구성 및 품질이 검증된 20 내지 100 마이크로미터(㎛) 범위의 직경을 갖는 것을 적용한다.
한편, 상기 유전체부재(2)는 유전체(dielecric)에 의해 선형으로 형성된 선형유전체로 구성되어 있다. 이러한 선형유전체(2a)는 X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)에 감김(또는 엮임될 수도 있다)되어 배치된다. 여기서, 유전체는 전계 중에 두면 그 표면에 전하가 나타나는 부도체를 의미하는 것으로, 다양한 종류의 유전체가 제한 없이 선택되어 적용될 수 있지만 X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)에 감김되거나 후술되는 바와 같이 위사 및 경사의 일부로 공급되어 직물지로 직조할 수 있도록 유전성을 갖는 섬유사(이하 유전성섬유사라 한다)로 구성하는 것이 바람직하다. 예컨대, 유전체는 유전 특성이 우수한 것으로 알려진 PE(Polyethylene), PTFE(Polyetrafluorethylene), FEP(Fluorinated ethylene propylene) 등과 같은 성분을 포함하는 유전성섬유사를 적용할 수 있지만 본 실시예에서는 대표적으로 나일론(nylon) 섬유사를 적용하여 구성한다.
한편 복합센서는 도1에 도시된 바와 같이 복수의 X전극사(1a)가 경사로 공급되고, 복수의 Y전극사(1b)가 위사로 공급되어 직조된 직물지(여기서 직물지는 통상 제직방식에 의해 직조되는 제직물과 편직방식에 의해 직조되는 편물을 포함하는 개념이다) 형태의 센싱면상구조체로 구성되어 있다. 이러한 형태의 복합센서는 통상 평직기로 호칭되는 직기에 의해 제조할 수 있다.
전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합센서의 제조과정 및 작용을 간략하게 설명한다.
먼저 권취기(전선과 같은 여러 가닥의 선재를 감는 장비나 장치를 의미함)에 중심사(12)를 공급하면서 도전사(11)를 서로 접촉되게 권취하여 X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)를 구성하고, 이 X전극사(1a) 및 Y전극사(1b) 외부에 선형유전체(2a)로서 나이론사를 권취한다. 이후 선형유전체(2a)가 감김된 X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)를 평직기에 위사 및 경사로 공급하여 직조하게 되면 도1에 도시된 바와 같이 X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)가 복수의 교차점(p)을 갖도록 교차되면서 도전사(11)에 감겨진 선형유전체(2a)에 의해 서로 이격된 형태의 복합센서로 제조된다. 그리고, 평직기에 의한 제직과정에서 선형유전체(2a)는 내부의 도전사(11)를 보호하는 외피층의 기능을 수행하므로 직조과정에서 도전사의 손상을 방지할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 제조된 복합센서는 도1에 도시된 X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)의 도전사(11) 각 단부에 감지신호 전달용 전선(미도시;이하 신호전달선이라 한다)을 연결하고 정해진 위치에 설치한 다음 적은 양의 전류를 흘려주면 동작대기상태가 된다. 이러한 상태에서 사용자가 X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)의 특정 교차점(p)에 손을 가져다 대면 인체의 전기가 흘러 짧은 시간에 전압이 변하게 되고 내부의 회로는 그 전압에 반응하여 출력이 변하면서 전기신호를 생성하게 되므로 촉각센서로 사용할 수 있다.
그리고, X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)는 인장력과 같은 외력이 인가될 경우 인장력을 감지하는 부하감지센서로서의 기능을 수행할 수 있다.
예컨대, X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)는 외력이 작용되지 않은 최초의 상태에서는 도1a에 도시된 바와 같이 복수의 코일 부분이 서로 접촉되어 있는 상태에 있으므로 널리 알려진 전기저항 공식에 따르면 전류가 흐르는 도전체인 도전사의 단면적이 상대적으로 커서 전기저항값이 작지만, 인장력이 인가되어 코일 부분의 접촉된 상태가 점차적으로 벌어질 경우 도전사의 단면적이 점차 작아지게 되면서 전기저항값이 증가 되므로 이러한 전기신호를 인가받아 압력과 같은 외력의 크기(부하의 크기)를 검출할 수 있다.
도2a 및 도2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합센서의 제1 변형예를 설명하기 위한 도면으로, 도2a는 평면상에서 나타나는 형상을 간략하게 도시한 것으로서 확대부는 X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)의 일부를 확대하여 나타낸 사시도이다. 도2b는 유전체부재(2)를 포함하는 전극사(1a) 및 Y전극사(1b)의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도2a를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예의 제1 변형예에 따른 복합센서는 X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)가 물리적 또는 화학적 변화에 대응하여 전기저항값이 변화하도록 도전사(11)가 코일형(또는 파형으로 서로 접촉되게 형성될 수 있음)으로 형성되되 서로 접촉되게 배치된 구조의 도전성선재로 구성되어 있다.
상기한 X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)의 제조방법을 보다 구체적으로 설명하면, 중심사(12)에 도전사를 코일 형태로 감고 유전체부재(2)를 감은 다음 중심사를 제거하게 되면 외경(100 내지 1000㎛)이 작은 코일형 도전사를 제조할 수 있다.
예컨대, 도2b의 점선으로 도시된 중심사(12)에 도전사(11) 및 선형유전체(2a)를 감은 다음 중심사(12)를 제거하는 방식으로 제조할 수 있다. 이를 위해 중심사(12)는 물리적, 화학적 및 광학적 처리과정을 통해 제거할 수 있는 선사로 구성된다. 이를 위해, 중심사(12)는 도전사(11)보다 저온에서 용융되는 저융점 선사, 광의 조사시에 분해되는 광분해성 선사, 유기용제와 접촉시에 분해되는 유기용제분해성 선사, 수분과 접촉시에 분해되는 수분분해성 선사 중에서 선택될 수 있다.
예컨대, 광분해성 선사는 산화티타늄(TiO2)과 같은 광촉매 물질을 함유한 광분해성 PP수지 또는 PE 수지를 이용하여 뽑아낸 선사 등과 같이 광의 조사시에 분해되는 선사를 적용하여 구성할 수 있다. 이와 같이 광분해성 선사가 중심사로 적용된 X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)에 광을 조사하는 램프를 근접시키는 방식으로 제거하게 되면 코일 형태로 배치된 도전사만 잔류하는 X전극사 및 Y전극사를 제조할 수 있다.
또한, 중심사(12)를 유기용제와 접촉시에 분해되는 유기용제분해성 선사를 적용할 경우, 아세톤에 분해되는 폴리염화비닐사나, 신나, 에틸렌 등에 분해되는 폴리스틸렌사로 형성한 것을 적용하여 구성할 수 있다. 이와 같이 유기용제분해성 선사를 중심사로 적용한 경우 이와 화학반응하는 해당 용매를 중심사에 분무하는 방식으로 제거할 수 있다.
그 외에도, 중심사(12)는 펄프 등과 같이 수분과의 접촉시에 분해되는 수분분해성 소재를 이용하여 뽑아낸 원사를 적용할 수 있다. 대표적으로는 PVA섬유(Poly Vinyl Alcohol, 포발액에서 방사한 후 가공하지 않은 그대로의 것)을 적용할 수 있다. 부연 설명하면 PVA섬유는 포발(poval)을 녹여 방사 원액을 만들고 레이온과 유사한 방사법으로 방사하여 제조하는 필라멘트사 형태의 원사로서 방사한 상태의 것은 물에 쉽게 녹지만 통상 물에 강하도록 후처리하여 사용하므로 본 실시예에서는 가공하기 전의 PVA섬유를 적용한다.
도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합센서의 제2 변형예를 나타낸 개략적인 사시도로서, 일 부분을 확대하여 나타낸 것이다.
도3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예의 제2 변형예에 따른 복합센서는 복수의 X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)가 위사 및 경사로 공급되어 직조된 센싱면상구조체로 구성되되, 복수의 X전극사(1a) 사이와, 복수의 Y전극사(1b) 사이에 복수의 간격유지용 섬유사(f1)가 공급, 직조된 간격유지부(i)가 형성되어 교차점(p;터치 포인트) 사이에 이격거리가 마련되도록 구성되어 있다.
이때, 간격유지부(i)를 구성하는 위사 및 경사는 인장력이나 충격력과 같은 외력이 인가될 경우 늘어나고 외력의 해제시에 복귀될 수 있도록 일부 또는 전부가 스판사 등으로 호칭되는 신축성고분자사(미도시)로 구성될 수 있다.
그리고, X전극사(11) 및 Y전극사(12)를 보호할 수 있도록 상면 및 하면에 위사 및 경사에 의해 직조되어 적층되는 보호층(미도시)이 더 구비될 수 있다. 보호층은 두꺼운 직물의 직조시와 마찬가지로 간격유지부(i)를 형성하는 위사 및 경사에 꿰여지도록 위사 및 경사를 추가로 공급하여 직조한다.
전술한 바와 같이 X전극사(1a)와 Y전극사(1b) 사이에 간격유지부(i)가 형성되면 손가락으로 특정 교차점을 터치할 경우 인접하는 교차점에 손가락이 접촉되지 않으므로 오조작을 방지하여 정확한 터치 동작을 수행할 수 있는 장점이 있다.
도4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합센서의 제3 변형예를 나타낸 개략적인 사시도로서, 확대부는 요부를 확대하여 나타낸 사시도이다.
도4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예의 제3 변형예에 따른 복합센서는 섬유사를 위사 및 경사로 공급하여 직물지 형태로 직조하면서 선형유전체(2a)가 감김된 복수의 X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)가 위사 및 경사의 일부로 공급되어 직조된 센싱면상구조체로 구성되되, X전극사(1a) 또는 Y전극사(1b)는 복수의 굴곡부를 갖도록 배치되어 있다.
예컨대, 도4의 확대부에 도시된 바와 같이 센싱면상구조체에 X전극사(1a)가 등간격으로 배치되어 있고, Y전극사(1b)는 X전극사(1a)에 복수의 교차점(p)을 갖도록 굴곡 구조로 배치되어 있다.
전술한 바와 같이 X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)가 파형구조와 같은 복수의 굴곡부를 갖도록 배치되면, 인장력과 같은 외력이 작용 될 경우 굴곡부 부분이 펼쳐지는 형태로 변형되므로 X전극사 및 Y전극사의 파단이나 손상을 방지할 수 있다.
그리고, 센싱면상구조체는 X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)와 함께 위사 및 경사로 공급되는 섬유사로서 신축성고분자사를 선택, 공급하여 직조함으로써 인장력이나 충격력과 같은 외력이 인가될 경우 늘어나고 외력의 해제시에 복귀될 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 제2 실시예 내지 제7 실시예를 설명하되, 전술한 제1 실시예와 그 변형예에 나타난 구성요소와 유사한 구성요소에 대하여는 구체적인 설명을 생략하고 차이점을 갖는 구성요소를 중심으로 설명한다. 그리고, 이하의 제2 내지 제7 실시예에서는 제1 실시예와 그 변형예 등에 나타난 구성요소 중 채용 가능한 구조라면 선택적으로 적용할 수도 있는 것으로 구체적인 설명이나 도면상 도시는 생략할 수 있다.
도5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합센서를 나타낸 개략적인 사시도이다.
도5를 참조하면 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합센서는 선형으로 형성되어 일방향으로 이격 배치되는 X전극사(1a), 선형으로 형성되어 X전극사(1a)에 교차되게 배치되는 Y전극사(1b), X전극사 또는 상기 Y전극사 중 적어도 하나 이상에 감김되거나 엮임되고 선형유전체(2a)로 구성된 유전체부재(2)를 구비하되, X전극사(1a)가 위사 또는 경사로 공급되어 직조된 띠 형상의 제1 센싱면상구조체(b2)와, Y전극사(1b)가 위사 또는 경사로 공급되어 직조된 띠 형상의 제2 센싱면상구조체(b3)가 서로 교차되게 배치되어 있다.
이때, X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)는 인장력이 인가될 경우 파단되지 않고 신축될 수 있도록 도5에 도시된 바와 같이 파형의 굴곡부를 갖는 구조로 배치되어 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 복합센서는 제1 센싱면상구조체(b2)와 제2 센싱면상구조체(b3) 사이에 통공이 형성되므로 충분한 통풍성을 확보할 수 있고, 유체가 유동되는 곳에 설치하더라도 저항이 작아서 안정된 설치상태를 유지할 수 있는 장점이 있다.
도6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 복합센서를 나타낸 사시도로서, 여기서 센싱면상구조체는 X전극사(1a)가 배치된 상부층(b4), Y전극사(1b)가 배치된 하부층(b5) 및 중간층(b6)은 서로 독립된 직물지층이 아니라 하나의 두꺼운 직물층으로 구성된 것이지만 이해를 돕기 위해 일부를 풀어헤친 형태로 분리하여 도시하였다.
도6을 참조하면 본 발명의 제3 실시예에 따른 복합센서는 선형으로 형성되어 일방향으로 이격 배치되는 X전극사(1a), 선형으로 형성되어 X전극사에 교차되게 배치되는 Y전극사(1b), X전극사 및 Y전극사 사이에 배치되고 선형으로 형성된 선형유전체(1a)로 구성된 유전체부재(2)를 구비하되, 상기 선형유전체(2a)는 유전성섬유사가 위사 및 경사로 공급되어 센싱면상구조체의 중간층(b6)과 상부층(b4) 및 하부층(b5)의 일부로 직조된다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 X전극사(1a)는 유전성섬유사와 함께 공급되어 센싱면상구조체의 상부층(b4)에 복수 개가 배치되고, 상기 Y전극사(1b)는 유전성섬유사와 함께 공급되어 센싱면상구조체의 하부층(b5)에 복수 개가 배치된다. 그리고, X전극사(1a)가 배치된 상부층(b4), Y전극사(1b)가 배치된 하부층(b5) 사이의 중간층(b6)은 유전성섬유사가 위사 및 경사로 공급, 직조되어 상부층 및 하부층을 이격시키는 기능을 수행한다.
전술한 바와 같이 본 발명의 제3 실시예에 따른 복합센서는 X전극사(1a)가 배치된 상부층(b4)과 Y전극사(1b)가 배치된 하부층(b5) 사이의 중간층(b6)에 의해 이격되어 있으므로, X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)를 구성하는 도전성선재는 선형유전체가 별도로 감김되어 있지 않고 도6의 확대부에 나타난 바와 같이 중심사(12)와 이 중심사에 감김되는 도전사(11)로만 형성되어 있다.
도7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 복합센서를 나타낸 사시도로서, 확대부는 지시된 부분을 확대단면도이다.
도7을 참조하면 본 발명의 제4 실시예에 따른 복합센서는 선형으로 형성되어 일방향으로 이격 배치되는 X전극사(1a), 선형으로 형성되어 X전극사에 교차되게 배치되는 Y전극사(1b), 유전성물질을 포함하는 유전체부재(2), 상기 X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)가 위사 및 경사의 일부로 공급되어 직조된 센싱면상구조체로 구성되되, 상기 센싱면상구조체는 위사 및 경사에 의해 직조되는 상부센싱면상부(b7), 위사 및 경사에 의해 직조되고 상부센싱면상부(b7)와 대응되게 이격공간을 갖도록 배치되는 하부센싱면상부(b8), 및 상부센싱면상부(b7)와 하부센싱면상부(b8)와의 사이에 연결되는 연결사(c)에 의해 형성된 연결센싱부(b9)로 구성되어 있다.
그리고, 유전체부재(2)는 도7의 확대부에 도시된 바와 같이 선형유전체(2a)로 구성되어 X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)에 감김되어 있다.
X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)는 각각 상부센싱면상부(b7) 및 하부센싱면상부(b8)를 형성하는 위사(a) 및 경사(b)의 일부로 섬유사와 함께 공급되어 서로 교차되게 직조된다.
보다 구체적으로 설명하면, X전극사(1a)는 위사방향으로 배치되고 Y전극사(1b)는 경사방향으로 배치되어 있다. 이러한 형태로 X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)가 배치되면 평면상에서 보았을 때 서로 교차되는 형태가 된다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 복합센서는 X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)가 연결센싱부(b9)에 의해 형성되는 이격공간만큼 서로 벌어져 있으므로 특정 영역에 수직방향의 힘이 가해져 상부센싱면상부(b7) 또는 하부센싱면상부(b8)가 변형될 경우 서로 근접되어 전기신호가 출력되는 촉각 센싱(tactile sensing) 용도로 사용할 수 있다. 아울러, X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)는 인장력과 같은 외력이 인가될 경우 전술한 제1 실시예와 마찬가지로 인장력을 감지하는 부하감지센서로서의 기능을 수행할 수 있다.
도8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 복합센서를 나타낸 사시도로서, 확대부는 지시된 부분을 확대단면도이다.
도8을 참조하면 본 발명의 제5 실시예에 따른 복합센서는 선형으로 형성되어 일방향으로 이격 배치되는 X전극사(1a), 선형으로 형성되어 X전극사에 교차되게 배치되는 Y전극사(1b), 위사 및 경사에 의해 직조되는 상부센싱면상부(b7), 위사 및 경사에 의해 직조되고 상부센싱면상부와 대응되게 이격공간을 갖도록 배치되는 하부센싱면상부(b8), 및 상부센싱면상부(b7)와 하부센싱면상부(b8)와의 사이에 연결되는 연결사(c)에 의해 형성된 연결센싱부(b9)가 구비된 센싱면상구조체로 구성되어 있다.
여기서, 상기 위사(a), 경사(b) 및 연결사(c) 중에서 일부 또는 전부가 유전성물질을 포함하여 형성된 선형유전체로 구성된다.
그리고, X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)를 구성하는 도전성선재는 선형유전체가 별도로 감김되어 있지 않고 도8의 확대부에 나타난 바와 같이 중심사(12)와 이 중심사(12)에 감김되는 도전사(11)로만 형성되어 있다.
또한, X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)는 상부센싱면상부(b7) 및 하부센싱면상부(b8)를 형성하는 위사(a) 및 경사(b)의 일부로 섬유사와 함께 공급되어 서로 교차되게 직조된다. 즉, X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)는 상부센싱면상부(b7) 및 하부센싱면상부(b8)에 각각 배치되어 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 제5 실시예에 따른 복합센서는 상부센싱면상부(b7) 및 하부센싱면상부(b8)에 각각 X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)가 교차되게 배치되어 상방 및 하방에서 가해지는 터치 신호를 감지할 수 있어서 입체적인 감지기능을 수행할 수 있다.
도9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 복합센서의 제1 변형예를 나타낸 요부의 개략적인 단면도이다.
도9를 참조하면, 본 발명의 제5 실시예의 제1 변형예에 따른 복합센서는 상부센싱면상부(b7), 하부센싱면상부(b8), 및 연결센싱부(b9)로 구성된 센싱면상구조체로 구성되되, 상부센싱면상부(b7) 및 하부센싱면상부(b8)를 구성하는 위사(a) 및 경사(b)의 일부로 X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)가 공급되어 서로 교차되게 직조되고, 연결사(c)의 일부로서 선형으로 형성된 Z전극사(1c)가 더 구비되어 있다. 이때, Z전극사(1c)는 전술한 X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)와 동일, 유사하게 형성된 것을 적용하여 구성한다.
도9에 도시된 본 발명의 제5 실시예의 제1 변형예에 따른 복합센서는 상부센싱면상부(b7) 및 하부센싱면상부(b8)에 각각 X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)가 배치되어 있어서 상부 및 하부방향에서 인가되는 터치 신호를 감지할 수 있을 뿐만 아니라 상부센싱면상부(b7) 또는 하부센싱면상부(b8)에 인가되는 터치 압력이 클 경우 해당 부분이 변형되면 X전극사(1a) 또는 Y전극사(1b)와 연결센싱부(b9)에 배치된 Z전극사(1c)가 서로 교차하면서 인체의 전기가 흘러 짧은 시간에 전압이 변하게 되고 내부의 회로는 그 전압에 반응하여 출력이 변하면서 전기신호를 생성하게 되므로 보다 입체적인 감지기능을 갖는 복합센서를 구현할 수 있다.
도10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 복합센서를 나타낸 개략적인 사시도이다.
도10을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 복합센서는 선형으로 형성되어 일방향으로 이격 배치되는 X전극사(1a), 선형으로 형성되어 X전극사에 교차되게 배치되는 Y전극사(1b), X전극사 및 Y전극사에 감김되고 선형유전체(2a)로 형성된 유전체부재(2)을 구비하되, X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)와 동반하여 배치되는 보조감지수단(4)이 더 구성되어 있다. 이때, 보조감지수단(4)은 X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)가 위사 또는 경사로 공급되어 직조된 센싱면상구조체(b1)에 배치되어 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 보조감지수단(4)은 도10에 도시된 바와 같이 전기저항값이 서로 다른 도전성선재로 형성된 제1 센서선(41a) 및 제2 센서선(41b)이 접촉점(9)을 갖도록 배치된 온도감지부(41)로 구성된다.
여기서 제1 및 제2 센서선(41a,41b)은 도전사로 구성하되 대표적으로 전기저항값이 서로 다른 금속사를 적용한다. 이와 같이 제1 및 제2 센서선(41a,41b)을 구성하는 도전사를 전기저항값이 서로 다른 금속사로 구성하는 이유는 제1 및 제2 센서선(41a,41b)을 접속하고 임의의 한 접점에 온도변화를 줄 때 제베크 효과에 의해 열전류가 흐르도록 하여 온도의 측정이 가능하도록 하기 위해서이다.
제1 및 제2 센서선(41a,41b)을 구성하는 도전사는 안티몬, 철, 금, 텅스턴, 동, 납, 알루미늄, 백금, 니켈, 비스무트 등을 측정하고자 하는 온도범위에 따라 선택하여 구성한다. 예컨대, 제1 및 제2 센서선(41a,41b)을 구성하는 도전사는 백금 및 백금로듐, 구리 및 콘스탄탄, 구리 및 금코발트 등과 같은 선사의 조합이 되도록 구성한 것을 적용할 수 있다.
그리고, 보조감지수단(4)으로서 촉각감지, 습도감지, 외부 부하감지 등의 기능을 수행하도록 도전성선재를 센싱면상구조체에 파형구조로 배치하여 신호전달선(42a), 제1 및 제2 감지부(42b,42c)를 구비한 선형감지부(42)가 구성되되 신호전달선(42a)은 진폭이 낮은 소진폭부로 구성하고, 제1 및 제2 감지부(42b,42c)는 소직폭부에 비해 진폭이 큰 대진폭부로 구성한다. 여기서, 제1 및 제2 감지부(42b,42c)는 대진폭부의 중앙 부분이 제거되면서 서로 이격구간(d)를 갖도록 떨어져 있다.
그리고, 신호전달선(42a), 제1 및 제2 감지부(42b,42c)의 제조방법은 도전성선재를 파형 구조로 직조하되, 신호전달선, 제1 및 제2 감지부의 형성구간에서 도전성선재는 위사 및 경사에 구속되도록 직조하고, 제1 및 제2 감지부(42b,42c) 사이의 이격구간(d;대진폭부의 중앙 부분에 해당되는 구간)은 도전성선재가 위사 및 경사에 구속되지 않고 외부로 노출되는 노출구간을 갖도록 직조한 후 노출구간의 도전성선재를 절단, 제거하는 방식으로 제조한다. 이와 같은 방법으로 제조할 경우 노출구간에서는 도전성선재가 직물지의 표면 상방으로 이격, 노출되어 있으므로 직물지에 혼합되어 있는 수많은 섬유사들 사이에서 일일이 찾아낼 필요없이 손쉽게 찾아내 도전성선재를 절단할 수 있는 장점이 있다.
전술한 바와 같이 배치된 제1 및 제2 감지부(42b,42c) 사이 공간에 손가락을 접촉시키게 되면 제1 및 제2 감지부가 도전체인 인체(손가락)에 의해 연결되어 전기적으로 도통되면서 접촉신호를 생성하게 되므로 접촉센서로서 사용할 수 있다. 그리고, 본 발명에 따른 복합 센서를 기저귀 등에 설치한 상태에서 제1 및 제2 감지부(42b,42c) 사이 공간에 수분이 유입될 경우에는 수분에 의해 전기적으로 연결되어 신호를 생성하게 되므로 수분센서로도 사용할 수 있다. 또한, 센서면상구조체에 인장력이 인가되어 늘어나게 되면 근접되어 있던 제1 및 제2 감지부(42b,42c) 사이의 이격구간(d)이 벌어져 정전용량값이 변화되므로 인장력의 인가 여부를 검출할 수 있는 센서로도 활용할 수 있다.
한편, 본 발명의 제6 실시예에 따른 복합센서는 별도의 도면을 첨부하여 설명하지는 않았으나 도7 및 도8에 도시된 바와 같이 센싱면상구조체로서 위사 및 경사에 의해 직조되는 상부센싱면상부, 위사 및 경사에 의해 직조되고 상부센싱면상부와 대응되게 이격공간을 갖도록 배치되는 하부센싱면상부, 및 상부센싱면상부와 하부센싱면상부와의 사이에 연결되는 연결사에 의해 형성된 연결센싱부로 구성된 것을 적용할 수 있다.
이때, 상기 X전극사 및 상기 Y전극사는 위사, 경사 및 연결사의 일부로 공급되어 직조되고, 전술한 보조감지수단은 상부센싱면상부, 하부센싱면상부, 연결센싱부 중에서 적어도 한 곳 이상에 배치될 수 있다.
도11은 본 발명의 제7 실시예에 따른 복합센서를 나타낸 도면으로서, 확대부는 요부를 확대한 사시도이다.
도11을 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 복합센서는 선형으로 형성되어 일방향으로 이격 배치되는 X전극사(1a), 선형으로 형성되어 X전극사에 교차되게 배치되는 Y전극사(1b), 선형유전체로 형성된 유전체부재(2)가 X전극사 및 Y전극사에 감김되되, 상기 X전극사(1a) 또는 Y전극사(1b)와 동반하여 배치되는 보조감지수단(4)이 더 감김(또는 엮임될 수도 있다)되어 있다.
상기 X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)는 전술한 제1 실시예의 도1 및 도2a의 확대부에 도시된 형태와 유사한 구조를 갖되, 도10의 확대부에 나타난 바와 같이 보조감지수단(4)이 추가로 감김 또는 엮임되어 배치된다.
예컨대, 보조감지수단(4)은 상기 제6 실시예에 기재된 바와 같이 제1 센서선(41a) 및 제2 센서선(41b)이 접촉점을 갖도록 배치된 온도감지부(41)로 구성된다.
한편, 보조감지수단(4)은 전술한 온도감지부(41) 외에도 X전극사(1a) 및 Y전극사(1b)에 감거나 엮을 수 있는 선형 구조로 형성된 감지수단이라면 제한 없이 선택하여 구성할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 복합센서를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않은 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.
상기한 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
1a:X전극사 1b:Y전극사
1c:Z전극사 11:도전사
12:중심사 2:유전체부재
2a:선형유전체 4:보조감지수단
41:온도감지부 a:위사
b:경사 c:연결사
b1:센싱면상구조체 b2:제1 센싱면상구조체
b3:제2 센싱면상구조체 b7:상부센싱면상부
b8:하부센싱면상부 b9:하부센싱면상부
1c:Z전극사 11:도전사
12:중심사 2:유전체부재
2a:선형유전체 4:보조감지수단
41:온도감지부 a:위사
b:경사 c:연결사
b1:센싱면상구조체 b2:제1 센싱면상구조체
b3:제2 센싱면상구조체 b7:상부센싱면상부
b8:하부센싱면상부 b9:하부센싱면상부
Claims (18)
- 복합 센서에 있어서,
선형으로 형성되어 일방향으로 이격 배치되는 X전극사;
선형으로 형성되어 상기 X전극사에 교차되게 배치되는 Y전극사; 및
상기 X전극사 및 상기 Y전극사 사이에 배치되고 유전성물질을 포함하는 유전체부재를 구비하고,
상기 유전체부재는 유전성물질을 포함하는 선형유전체로 구성되어, 상기 X전극사 또는 상기 Y전극사 중 적어도 하나 이상에 감김되거나 엮임되어 배치되고,
상기 X전극사 및 상기 Y전극사는 물리적 또는 화학적 변화에 대응하여 전기저항값이 변화하는 도전성선재로 구성되고, 상기 도전성선재는 신축성고분자사로 형성된 중심사에 도전성을 갖는 도전사가 감김 또는 엮임 되되 서로 접촉되게 배치된 구조, 또는 도전성을 갖는 도전사가 코일형 또는 파형으로 형성되되 서로 접촉되게 배치된 구조인 것을 특징으로 하는 복합센서. - 제1항에 있어서,
복수의 상기 X전극사가 위사로 공급되고, 복수의 상기 Y전극사가 경사로 공급되어 직조된 센싱면상구조체로 구성된 것을 특징으로 하는 복합센서. - 제2항에 있어서,
상기 센싱면상구조체는 복수의 상기 X전극사 사이와, 복수의 상기 Y전극사 사이에 복수의 섬유사가 공급, 직조된 간격유지부가 형성되어 상기 X전극사 및 Y전극사의 교차점 사이에 이격거리가 마련된 것을 특징으로 하는 복합센서. - 제2항에 있어서,
상기 X전극사가 위사 또는 경사로 공급되어 직조된 띠 형상의 제1 센싱면상구조체와, 상기 Y전극사가 위사 또는 경사로 공급되어 직조된 띠 형상의 제2 센싱면상구조체가 서로 교차되게 배치된 것을 특징으로 하는 복합센서. - 복합센서에 있어서,
선형으로 형성되어 일방향으로 이격 배치되는 X전극사;
선형으로 형성되어 상기 X전극사에 교차되게 배치되는 Y전극사; 및
상기 X전극사 및 상기 Y전극사 사이에 배치되고 선형으로 형성된 선형유전체로 구성된 유전체부재를 구비하고,
상기 선형유전체로서 유전성섬유사가 위사 및 경사로 공급되어 센싱면상구조체로 직조되고,
상기 센싱면상구조체의 직조과정에서 복수의 상기 X전극사와 상기 Y전극사가 위사 및 경사의 일부로 공급되어 서로 이격되게 배치되며
상기 X전극사 및 상기 Y전극사는 물리적 또는 화학적 변화에 대응하여 전기저항값이 변화하는 도전성선재로 구성되고, 상기 도전성선재는 신축성고분자사로 형성된 중심사에 도전성을 갖는 도전사가 감김 또는 엮임 되되 서로 접촉되게 배치된 구조, 또는 도전성을 갖는 도전사가 코일형 또는 파형으로 형성되되 서로 접촉되게 배치된 구조인 것을 특징으로 하는 복합센서. - 촉각센서에 있어서,
선형으로 형성되어 일방향으로 이격 배치되는 X전극사;
선형으로 형성되어 상기 X전극사에 교차되게 배치되는 Y전극사; 및
유전성물질을 포함하는 유전체부재를 구비하고,
상기 유전체부재는 선형유전체로 구성되어 상기 X전극사 또는 상기 Y전극사 중 적어도 하나 이상에 감김되거나 엮임되어 배치되고,
상기 X전극사 및 상기 Y전극사가 위사 및 경사의 일부로 공급되어 직조된 센싱면상구조체로 구성되되, 상기 센싱면상구조체는 위사 및 경사에 의해 직조되는 상부센싱면상부, 위사 및 경사에 의해 직조되고 상부센싱면상부와 대응되게 이격공간을 갖도록 배치되는 하부센싱면상부, 및 상기 상부센싱면상부와 하부센싱면상부와의 사이에 연결되는 연결사에 의해 형성된 연결센싱부를 포함하고,
상기 X전극사 및 상기 Y전극사는 물리적 또는 화학적 변화에 대응하여 전기저항값이 변화하는 도전성선재로 구성되고, 상기 도전성선재는 신축성고분자사로 형성된 중심사에 도전성을 갖는 도전사가 감김 또는 엮임 되되 서로 접촉되게 배치된 구조, 또는 도전성을 갖는 도전사가 코일형 또는 파형으로 형성되되 서로 접촉되게 배치된 구조인 것을 특징으로 하는 촉각센서. - 복합센서에 있어서,
선형으로 형성되어 일방향으로 이격 배치되는 X전극사;
선형으로 형성되어 상기 X전극사에 교차되게 배치되는 Y전극사; 및
위사 및 경사에 의해 직조되는 상부센싱면상부, 위사 및 경사에 의해 직조되고 상기 상부센싱면상부와 대응되게 이격공간을 갖도록 배치되는 하부센싱면상부, 및 상기 상부센싱면상부와 하부센싱면상부와의 사이에 연결되는 연결사에 의해 형성된 연결센싱부가 구비된 센싱면상구조체를 포함하고,
상기 위사, 경사 및 연결사 중에서 일부 또는 전부가 유전성물질을 포함하여 형성된 선형유전체로 구성되고,
상기 X전극사 및 상기 Y전극사는 물리적 또는 화학적 변화에 대응하여 전기저항값이 변화하는 도전성선재로 구성되어 상기 위사 및 경사의 일부로서 공급, 직조되고, 상기 도전성선재는 신축성고분자사로 형성된 중심사에 도전성을 갖는 도전사가 감김 또는 엮임 되되 서로 접촉되게 배치된 구조, 또는 도전성을 갖는 도전사가 코일형 또는 파형으로 형성되되 서로 접촉되게 배치된 구조인 것을 특징으로 하는 복합센서. - 제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 상부센싱면상부 및 상기 하부센싱면상부 중에서 적어도 한 곳 이상에 상기 X전극사 및 상기 Y전극사가 위사 및 경사의 일부로 공급되어 서로 교차되게 직조된 것을 특징으로 하는 복합센서. - 제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 상부센싱면상부 및 상기 하부센싱면상부 중에서 적어도 한 곳 이상에 상기 X전극사 및 상기 Y전극사가 위사 및 경사의 일부로 공급되어 서로 교차되게 직조되고,
상기 연결사의 일부로서 선형으로 형성된 Z전극사가 더 구비된 것을 특징으로 하는 복합센서. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 X전극사 및 상기 Y전극사는 복수의 굴곡부를 갖도록 배치된 것을 특징으로 하는 복합센서. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 상기 X전극사가 등 간격으로 배치되고,
상기 Y전극사는 복수의 상기 X전극사에 복수의 교차점을 갖도록 굴곡 구조로 배치된 것을 특징으로 하는 복합센서. - 복합 센서에 있어서,
선형으로 형성되어 일방향으로 이격 배치되는 X전극사; 및
선형으로 형성되어 상기 X전극사에 교차되게 배치되는 Y전극사를 포함하고,
상기 X전극사 및 상기 Y전극사 사이에 배치되고 유전성물질을 포함하는 유전체부재를 구비하고,
상기 X전극사 또는 상기 Y전극사와 동반하여 배치되는 보조감지수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 센서. - 제12항에 있어서,
상기 보조감지수단은 전기저항값이 서로 다른 도전성선재로 형성된 제1 센서선 및 제2 센서선이 접촉점을 갖도록 배치된 온도감지부로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 센서. - 제13항에 있어서,
상기 X전극사 및 상기 Y전극사는 물리적 또는 화학적 변화에 대응하여 전기저항값이 변화하는 도전성선재로 구성되고, 상기 도전성선재는 신축성고분자사로 형성된 중심사에 도전성을 갖는 도전사가 감김 또는 엮임 되되 서로 접촉되게 배치된 구조, 또는 도전성을 갖는 도전사가 코일형 또는 파형으로 형성되되 서로 접촉되게 배치된 구조이고,
상기 보조감지수단은 상기 도전성선재에 배치된 것을 특징으로 하는 복합센서. - 제12항에 있어서,
상기 X전극사 및 상기 Y전극사는 위사 또는 경사로 공급되어 직조된 센싱면상구조체로 구성되고,
상기 보조감지수단은 상기 센싱면상구조체에 배치된 것을 특징으로 하는 복합 센서. - 제12항에 있어서,
위사 및 경사에 의해 직조되는 상부센싱면상부, 위사 및 경사에 의해 직조되고 상기 상부센싱면상부와 대응되게 이격공간을 갖도록 배치되는 하부센싱면상부, 및 상기 상부센싱면상부와 하부센싱면상부와의 사이에 연결되는 연결사에 의해 형성된 연결센싱부를 포함하는 센싱면상구조체를 구비하고,
상기 X전극사 및 상기 Y전극사는 상기 위사, 경사 및 연결사의 일부로 공급되어 직조된 것을 특징으로 하는 복합 센서. - 제16항에 있어서,
상기 X전극사 및 상기 Y전극사는 물리적 또는 화학적 변화에 대응하여 전기저항값이 변화하는 도전성선재로 구성되고, 상기 보조감지수단은 상기 도전성선재에 배치된 것을 특징으로 하는 복합 센서. - 제16항에 있어서,
상기 보조감지수단은 상기 상부센싱면상부, 상기 하부센싱면상부, 상기 연결센싱부 중에서 적어도 한 곳 이상에 배치된 것을 특징으로 하는 복합 센서.
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