KR100529295B1

KR100529295B1 - 폴리머를 이용한 습도 센서의 제조방법

Info

Publication number: KR100529295B1
Application number: KR10-2002-0005465A
Authority: KR
Inventors: 이한만; 김태균
Original assignee: 자화전자 주식회사
Priority date: 2002-01-30
Filing date: 2002-01-30
Publication date: 2005-11-17
Also published as: KR20030065731A

Abstract

본 발명은 고무(NBR, EPDM, IIR, BR, CHR, CSM), 우레탄 및 실리콘과 같은 모제에 카본 블랙 조성물 및 도전성 액상을 첨가하여 자외선 코팅(UV) 및 열처리 등의 공정을 통해 저항(resistance) 응답 특성을 갖도록 하고, 폴리머 조성물층에 전극을 처리한 후에 상기 전극에 리드선을 연결하여 저항 특성의 변화를 감지하도록 하는 이루게 함으로써, 상기의 폴리머를 이용한 롤(ROLL) 또는 쉬트(SHEET) 형태로 이루게 하여 흡습성이 우수해지고, 고온(80℃)에서도 동작되게 하며, 오염 및 진동 등의 외부환경에도 영향을 받지 않게 하는 폴리머를 이용한 습도 센서의 제조방법을 제공하는데 그 특징이 있다.

또한, 본 발명은 유용한 전자회로를 구성하게 하여 사용되는 전자제품의 적용에 뛰어난 재현성과 신뢰성을 갖도록 하고, 물 또는 수분의 흡탈착 원리를 이용하여 응답성이 뛰어난 소자를 제공하여 간단한 전극 처리를 실시하게 하며, 사용 제품에 손쉽게 적용할 수 있게 기구적 형상 변경이 간편하게 이루는 폴리머를 이용한 습도 센서의 제조방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 이로 인해 전체적인 습도 센서는 공정의 간소화로 대량 생산이 가능하게 하고, 감습 특성이 우수하고 히스테리시스가 적게 이루는 등의 효율성을 향상시켜 이를 사용하는 사용상의 신뢰도와 만족도를 극대화시키는 폴리머를 이용한 습도 센서의 제조방법을 제공하는데 있다.

Description

폴리머를 이용한 습도 센서의 제조방법{MANUFACTURE METHOD OF POLYMER HUMIDITY SENSOR}

본 발명은 습도와 수분을 감지하여 전기 저항 특성을 갖도록 하는 폴리머를 이용한 습도 센서의 제조방법에 관한 것으로,

좀 더 상세하게는 고무(NBR, EPDM, IIR, BR, CHR, CSM), 우레탄 및 실리콘과 같은 모제에 카본 블랙 조성물 및 도전성 액상을 첨가하여 자외선 코팅(UV) 및 열처리 등의 공정을 통해 저항(resistance) 응답 특성을 갖도록 하고, 폴리머 조성물층에 전극을 처리한 후에 상기 전극에 리드선을 연결하여 저항 특성의 변화를 감지하도록 이루게 함으로써, 상기의 폴리머를 이용한 롤(ROLL) 또는 쉬트(SHEET) 형태로 이루게 하여 흡습성이 우수하도록 하는 동시에 고온(80℃)에서도 동작되도록 하고, 오염 및 진동 등의 외부환경에도 영향을 받지 않도록 하며, 유용한 전자회로를 구성하게 하여 사용되는 전자제품의 적용에 뛰어난 재현성과 신뢰성을 제공하도록 하고, 물 또는 수분의 흡탈착 원리를 이용하여 응답성이 뛰어난 소자를 제공하게 하여 간단한 전극 처리를 할 수 있도록 이루는 동시에 사용 제품에 손쉽게 적용할 수 있게 기구적 형상 변경이 간편하게 이루도록 하며, 이로 인해 전체적인 습도 센서는 공정의 간소화로 대량 생산이 가능하도록 할 뿐만 아니라 감습 특성이 우수하고, 히스테리시스가 적게 이루는 효율성을 향상시켜 이를 사용하는 사용상의 신뢰도와 만족도를 극대화하도록 하는 폴리머를 이용한 습도 센서의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전기저항식 습도센서는 알루미나 기판에 형성된 전극에 감습막으로서 전해질 고분자막이 도포되어 있어 공기중의 습도가 변화할 때 감습막으로서의 고분자막의 임피던스가 변화하는 현상을 이용하여 습도를 감지하는 습도센서의 일종인 것으로, 이는 전해질 고분자막이 주위의 수분을 흡수한 후, 해리되어 전도도를 나타내므로 상대습도 0 내지 100%RH(Relative Humidity ; 상대습도) 사이에서 임피던스가 연속적으로 변화하므로써 상대습도를 정확하게 측정할 수 있는 것이다.그러나, 종래에 실시하고 있는 습도센서는 미국특허 제6,063,486호(2000. 5. 16.)에서 제시되고 있으며, 이와 같은 종래의 습도센서의 경우에는 감습제로서 4차암모늄을 포함하는 고분자막을 주로 사용하였으나, 고온, 다습한 영역에서 장시간 사용한 후에는 수분에 의하여 용융되어 특성의 열화가 생기는 문제와, 물속에 수분 내지 수시간 동안 침적시킨 후에도 내수성을 나타내는 감습제로서의 고분자막의 예는 거의 없는 실정이다.

삭제

또한, 종래에는 물 또는 수분의 흡탈착 현상을 이용한 Se, Ge, Si의 반도체 증착막을 이용한 센서류가 주류를 이루고 있으나, 이는 센서소자, 리드선, 히터, 지지용단자 베이스 기판 등으로 구성되어 센서의 구성이 복잡한 문제와, 상기 센서를 만들기 위한 공정수가 많아 단가가 높아짐으로 인해 이를 제조하기 위한 비용이 많이 들어 생산성이 저하되는 문제가 있다.

따라서, 상기의 문제로 인해 종래에 실시되고 있는 습도센서는 효율성에 있어 어느 정도 한계가 있고, 상기 습도센서의 생산성이 저하되는 동시에 이를 사용하는 사용상의 신뢰도 및 만족도가 극소화되는 문제들이 항상 있는 것이다.

본 발명은 상기한 바와 같이 종래에 발생되는 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 다음과 같은 목적을 갖는다.

본 발명은 고무(NBR, EPDM, IIR, BR, CHR, CSM), 우레탄 및 실리콘과 같은 모제에 카본 블랙 조성물 및 도전성 액상을 첨가하여 자외선 코팅(UV) 및 열처리 등의 공정을 통해 저항(resistance) 응답 특성을 갖도록 하고, 폴리머 조성물층에 전극을 처리한 후에 상기 전극에 리드선을 연결하여 저항 특성의 변화를 감지하도록 하는 이루게 함으로써, 상기의 폴리머를 이용한 롤(ROLL) 또는 쉬트(SHEET) 형태로 이루게 하여 흡습성이 우수해지고, 고온(80℃)에서도 동작되게 하며, 오염 및 진동 등의 외부환경에도 영향을 받지 않게 하는 폴리머를 이용한 습도 센서의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 유용한 전자회로를 구성하게 하여 사용되는 전자제품의 적용에 뛰어난 재현성과 신뢰성을 갖도록 하고, 물 또는 수분의 흡탈착 원리를 이용하여 응답성이 뛰어난 소자를 제공하여 간단한 전극 처리를 실시하게 하며, 사용 제품에 손쉽게 적용할 수 있게 기구적 형상 변경이 간편하게 이루는 폴리머를 이용한 습도 센서의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 이로 인해 전체적인 습도 센서는 공정의 간소화로 대량 생산이 가능하게 하고, 감습 특성이 우수하고 히스테리시스가 적게 이루는 등의 효율성을 향상시켜 이를 사용하는 사용상의 신뢰도와 만족도를 극대화시키는 폴리머를 이용한 습도 센서의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 대해 바람직한 실시예인 첨부도면을 참조하여 구체적으로 살펴보기로 한다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라 질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

먼저, 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명을 설명하기 위해 제조방법을 단계적으로 보여주는 공정도를 나타낸 것이다.

즉, 본 발명은 폴리머계인 고무, 우레탄, 실리콘 중 한가지를 선택하여 결합재인 카본 블랙 또는 전도성 액상과 첨가제를 혼합하여 이루어지는 폴리머를 이용한 습도센서의 제조방법에 있어서, 상기 폴리머계인 고무, 우레탄, 실리콘 중 한가지를 선택하여 30%∼90% 중량비로 결합재인 카본 블랙 또는 전도성 액상의 60%∼1% 중량비와 첨가제의 10%~9% 중량비를 혼합하여 배합하는 공정과; 상기의 공정에서 혼합하여 배합된 것을 별도의 기기를 통해 믹싱(Mixing)작업하는 혼련공정과; 상기의 혼련된 것을 제품의 물성 특성 및 전기적 특성을 고려하여 적정 시간동안 숙성시키는 숙성공정과; 상기에 의해 숙성된 재료는 압출 타입과 프레스 타입으로 성형시켜 제품의 형상을 결정하는 성형공정과; 상기의 성형공정 후에는 제품에 대한 특성의 안정화와 효율성을 향상시키고, 가습시 이온간의 이동을 활발하게 하기 위해 실시하는 연마공정과; 상기의 성형공정과 연마공정 후에 전기적 저항 응답 특성을 높이기 위해서 열처리 및 경화할 수 있는 설비에서 UV코팅(자외선) 및 열처리를 실시하는 공정과; 상기에서 실시하는 UV코팅 및 열처리의 공정이 완료되면, 전극 처리를 위해서 상기에서 성형된 제품을 절단시키는 공정과; 상기에서 절단이 이루어진 제품은 SUS 또는 청동, 황동 재질로 전기 전도성이 뛰어난 전극을 처리한 다음 리드선을 연결시키는 공정과; 상기의 전극 처리 및 리드선 연결이 완료되면, 이 제품에 대한 특성을 시험하여 측정한 후에 이상이 없으면 제품으로서 완제품을 이루는 공정으로 이루어지는 것이다.

삭제

한편, 상기의 본 발명은 습도 센서를 제조하는데 있어 상기 제조 공정이 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다.

하지만, 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

상기에서 이루어진 본 발명은 먼저 폴리머계인 고무, 우레탄, 실리콘 중 한가지를 선택하게 된다.

이때, 상기에서 선택된 것중에 30%∼90% 중량비를 이루게 하여 결합재인 카본 블랙 또는 전도성 액상의 60%∼1% 중량비와 혼합시키고, 상기 혼합된 곳에 첨가제의 10%~9% 중량비를 혼합시켜 전체적으로 배합시키게 된다.

상기에서 중량비를 달리하는 것은 전기적 특성 및 성형시 외관이 우수해지고 습도를 감지하는 응답성을 변화시켜 줄 수 있기 때문이다.

상기에서 혼합하여 배합된 것을 별도의 기기를 통해 믹싱(Mixing) 작업하는 혼련을 실시한 다음 제품의 물성 특성 및 전기적 특성을 고려하여 적정 시간동안 숙성시키게 된다.

상기의 숙성에 의해 이루어진 재료는 압출 타입과 프레스 타입으로 성형시켜 제품의 형상을 결정하게 되는데, 이때 압출 타입의 경우 Φ1∼Φ50㎜ 정도의 원형, 사각, 삼각형으로 하는 것이 특성을 극대화하기에 효과적이고, 프레스 타입에서는 0.3㎜∼10㎜의 두께로 하는 것이 좋은 효과를 발생하며, 카렌다 타입(calender type)에서는 시트(sheet) 상태에서 볼 때 두께가 0.2㎜∼10㎜의 형태가 가장 효과적임을 알 수가 있다.

상기의 성형공정 후에는 연마공정을 실시하게 되는데, 이는 제품에 대한 특성의 안정화와 효율성을 향상시키게 하는 동시에 가습시 이온간의 이동을 활발하게 이루기 위한 것이다.

상기의 성형공정 또는 연마공정 후에 전기적 저항 응답 특성을 높이기 위해서 열처리 및 경화할 수 있는 설비에서 UV코팅(자외선) 및 열처리를 실시하게 되고, 이때의 열처리 시간은 10sec∼5min으로 하는 것이 바람직하다.

상기에서 실시하는 UV코팅 및 열처리의 공정이 완료되면, 전극 처리를 위해 서 상기에서 성형된 제품을 절단시킨 다음 상기 절단된 제품에 SUS 또는 청동, 황동 재질로 전기 전도성이 뛰어난 전극을 처리하고, 리드선을 연결시키게 된다.

이때, 상기 리드선을 연결하는 방법은 납땜보다는 터미널 단자를 이용하는 것이 효과적이며 제품에 불필요한 특성 저하를 막을 수 있으며, 전극 처리 부분은 폭이 2㎜∼20㎜가 바람직하다(도 2b 참조).

상기에서 전극 처리 및 리드선 연결이 완료되면, 이 제품에 대한 특성을 시험하여 측정한 후에 이상이 없으면 제품으로서 완제품이 되는 것이다.

첨부도면 도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 의해 제조되는 습도 센서의 실시예를 보여주는 예시도로서, UV코팅 및 열처리된 부분(10)의 하부에 위치한 도전성 조성물층(20)의 절연 저항대는 -1×10⁵ ~ 1×10¹²(Ωㆍ㎝)로 이루어지고, 도 2c의 전체 제품의 길이는 2㎜∼50㎜ 정도로 이루어진 것이다.상기의 전극 처리는 물분자의 공유결합 또는 전자 쌍결합의 특성과 SUS 전극부의 응답 특성을 활용한 것으로, 이는 O-H, H-H, F-H 결합을 가진 물분자가 산소, 질소 또는 플루오르 원자를 포함하는 다른 분자들과의 수소 결합을 응용한 것으로서, 이에 수소 이온은 상대적으로 양전하를 띄고 산소 이온쪽은 음전하를 띄게 된다. 이렇게 분자가 극성을 띄게 되면 분자의 한쪽이 성질이 다른 한쪽과 결합하게 된다. 이러한 응답 특성을 활용한 제품은 롤 형태를 가지게 되고 전극 처리부는 SUS 원형으로 제작하여 저항 특성에 대한 효과를 높이게 되는 것이다.이에 따른, 본 발명은 반도체 증착막을 사용한 기존 센서류와 달리 고무(니트릴 부타디엔 러버)의 흡습성과 물분자의 흡착성을 이용한 것으로, 이는 물분자의 흡착성을 이용함으로써 전극 처리에 대한 간소화로 제조방법상 대량 생산이 가능한 동시에 종래의 방법과의 효율면에서도 상당히 차이가 있다.또한, 전극 처리에 있어 SUS 재질을 사용하여 저항(RESISTANCE) 응답 특성을 갖는 카본 블랙 및 도전성 액상 조성물의 표면에 전극를 처리하게 함으로써 흡탈착 응답 특성이 뛰어난 물, 수분에 노출시켜 감습 특성이 우수하고 히스테리시스가 적게 이루는 등의 효율성을 향상시킬 수 있는 것으로, 이로 인해 전극 처리부와 전도성 표면층에 수분을 흡수한 후에, 해리되어 전도도를 나타내므로 상대 습도 0 내지 100%RH(Relative Humidity;상대습도) 사이에서 임피던스가 연속적으로 변화하게 되어 전자 회로의 응용에 효율적이다.그리고, 본 발명은 부식성 및 내수성이 뛰어난 SUS 재질로 전극를 처리하였고, UV(자외선) 처리 및 열처리된 조성물 사이에 전극를 처리하였기에 내수성이 우수할 뿐만 아니라 전극 처리 부분은 열적의 변형이 없는 SUS 재질로 이루어져 있고, 카본 블랙 고분자 형성층의 표면층과 전극 표면층의 저항 응답 특성을 사용하게 됨으로 인해 별도의 냉각 장치가 필요 없는 등의 제조 단가(비용)가 최소화시킬 수가 있는 것이다.

상기에서 실시하여 이루어지는 본 발명은 습기 및 수분을 감지하기 위해서 회로가 필요로 하는 전자기기 또는 전자제품에 설치하여 활용하는 것으로, 예를 들어 자동식 와이퍼 작동기, 가습기, 전자렌지, 습기차단장치 및 전지오븐 등과 같은 전자기기에 이용되는 것이다.

상기에서 상세히 살펴본 바와 같이 본 발명은 고무(NBR, EPDM, IIR, BR, CHR, CSM), 우레탄 및 실리콘과 같은 모제에 카본 블랙 조성물 및 도전성 액상을 첨가하여 자외선 코팅(UV) 및 열처리 등의 공정을 통해 저항(resistance) 응답 특성을 갖도록 하고, 폴리머 조성물층에 전극을 처리한 후에 상기 전극에 리드선을 연결하여 저항 특성의 변화를 감지하도록 이루게 함으로써, 상기의 폴리머를 이용한 롤(ROLL) 또는 쉬트(SHEET) 형태로 이루게 하여 흡습성이 우수해지는 효과와, 고온(80℃)에서도 동작되게 하고, 오염 및 진동 등의 외부환경에도 영향을 받지 않는 효과를 갖으며, 유용한 전자회로를 구성하게 하여 사용되는 전자제품의 적용에 뛰어난 재현성과 신뢰성이 제공되는 효과가 있고, 물 또는 수분의 흡탈착 원리를 이용하여 응답성이 뛰어난 소자가 제공되게 하여 간단한 전극 처리를 할 수 있도록 이루는 효과와, 사용 제품에 손쉽게 적용할 수 있게 기구적 형상 변경이 간편하게 이루는 효과로 인해 전체적인 습도 센서는 공정의 간소화로 대량 생산이 가능하게 이루고, 감습 특성이 우수하고, 히스테리시스가 적게 이루는 효율성이 향상되어 이를 사용하는 사용상의 신뢰도와 만족도가 극대화되는 등의 여러 효과를 동시에 거둘 수 있는 매우 유용한 발명임이 명백하다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위해 제조방법을 단계적으로 보여주는 공정도,

도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 의해 제조되는 습도 센서의 실시예를 보여주는 예시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : UV코팅 및 열처리된 부분

20 : 도전성 조성물층

Claims

폴리머계인 고무, 우레탄, 실리콘 중 한가지를 선택하여 결합재인 카본 블랙 또는 전도성 액상과 첨가제를 혼합하여 이루어지는 폴리머를 혼련하고, 이를 숙성한후 소정의 형상으로 성형하며, 상기의 성형공정 후 제품의 안정화및 연마공정을 수행하고, 이를 열처리 한후 소정의 크기로 절단하여 전극을 형성하는 공정으로 이루어진 습도센서의 제조방법에 있어서,

폴리머계인 고무, 우레탄, 실리콘 중 한가지를 선택하여 30%∼90% 중량비로 결합재인 카본 블랙 또는 전도성 액상의 60%∼1% 중량비와 첨가제의 10%~9% 중량비를 혼합하여 형성되는 성형품에 SUS 재질로 전극을 처리한 다음 리드선을 연결시키는 것을 특징으로 하는 폴리머를 이용한 습도 센서의 제조방법.
삭제