KR101471271B1 - 온도감응형 섬유구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온도감응형 섬유제품에 사용할 수 있는 온도감응형 섬유구조체에 관한 것으로서 본 발명에 의해 전도성 소재의 커넥터와 함께 별도의 전기저항 측정 컨트롤러와 연결함으로써 외부온도 또는 인체의 온도의 변화에 따른 센서층의 전기저항치의 변화를 온도표시로 변환할 수 있음과 동시에 종래의 센서에 비해 우수한 유연성을 가지고 적은 부피와 경량으로 의류에 부착할 수 있어 유비쿼터스 인프라 구축에서의 개인중심의 인터페이스로의 활용성이 탁월한 온도감응형 섬유제품으로 활용할 수 있다.

Description

온도감응형 섬유구조체{Temperature Responsive Fiber Structure}

본 발명은 온도감응형 섬유제품에 사용할 수 있는 온도감응형 섬유구조체에 관한 것이다.

현대사회에서 여가시간이 늘어나고 건강과 즐거움을 챙기는 웰빙트렌드에 발맞추어 스포츠레져활동의 종류가 다양해지면서 스포츠레져용 의류의 다양화 및 고기능화가 주목을 받고 있다.

더욱이 스포츠레져활동은 단순히 운동을 하는 개념을 탈피하여 몸매관리, 다이어트, 근육량관리, 질환관리 등의 체계적인 퍼스널 트레이닝 개념의 건강관리로 전환되고 있으며, 개인의 건강상태를 체크 및 관리할 수 있는 기기 및 의류에 대한 수요자들의 관심에 대응할 수 있는 패션, 스포츠, 레져, 엔터테인먼트 등 전 부문의 활동을 서포트 할 수 있는 건강관리 및 운동증진 기능의 지능성 섬유제품의 개발이 시급한 실정이다.

근래 IT산업의 급속한 발달로 IT제품을 소재로 한 융합 제품이 개발되고 있으며, 섬유분야에도 이러한 융합형 제품이 개발되고 있다. 섬유분야에서의 이러한 융합형 제품들은 신호전송이나 정보통신을 위한 전도성 소재를 기반으로 하고 있으며 여러특허들이 소개되고 있다.

대한민국특허출원제10-2006-84410호에서는 사용자의 신체에 밀착되는 재질의 의류와, 이 의류의 내측에 배치되어 생체신호를 측정하는 생체신호 측정모듈을 구비하여 구성되고, 상기 생체신호 측정모듈은 전도성 섬유로 구성되는 센서와, PCB기판상에 상기 센서구동 및 생체신호측정용 전자회로모듈을 구비하는 PCB블럭 및, 전도성 섬유로 구성되는 연결부재를 포함하며, 상기 의류의 내측에는 상기 PCB블럭을 수납하기 위한 수납수단을 구비하는 생체신호 측정기능을 갖는 스마트의류를 제공하고 있으나, 상기 선행기술에서의 생체신호 측정모듈은 센서와 PCB블럭 및 연결부재로 이루어져 의류에 유연성있게 부착하기가 어려우며, 의류의 일부분에만 생체신호를 측정할 수 있어 다양한 부위에서의 생체신호의 측정이 어려운 문제점이 잇었다.

한편, 대한민국특허출원제10-2007-78257호에서는 피부 표면과 접촉되도록 의복의 내부면에 일체로 결합되어 생체 신호를 감지하는 전극 센서; 상기 전극 센서에 연결되는 신호 연결선; 상기 신호 연결선과 전기적으로 연결되는 스냅 구조물; 및 상기 스냅 구조물에 장착되어 상기 생체 신호를 측정하는 측정기를 포함하되, 상기 신호 연결선은 신축성을 갖는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정용 의복이 제공되고 있다. 상기 선행기술에서 전극 센서는 전도성 실을 트리코드 방식 또는 니트 방식으로 제조한 전도성 천 전극을 사용하며, 센서를 의복의 내부면에 심실링 테이프 또는 핫-멜트 테이프와 같은 결합용 접착 부재로 부착하고 있어서 유연성이 부족하고, 세탁내구성이 취약할 뿐만 아니라 이물감 및 부피감을 가져 사용시 불편한 문제점을 안고 있다.

그러므로 본 발명에서는 상기 선행기술의 문제점을 해결하여 의류에 유연성있게 부착하기 쉽고, 의류의 다양한 부위에서의 생체신호의 측정이 가능하면서 세탁내구성이 우수할뿐만 아니라 중량, 이물감 및 부피감을 최소한 가져 사용시 착용감 및 활동성이 있는 섬유제품에 사용할 수 있는 온도감응형 섬유구조체를 제공하는 것을 기술적과제로 한다.

그러므로 본 발명에 의하면, 일반섬유로 이루어진 기재층;
비전도성섬유인 시쓰부와 전도성섬유인 코어부로 이루어지는 시쓰코어사 또는 커버링사로 봉제 또는 자수를 통해 일정패턴을 가지는 상기 기재층의 상부에 형성되는 센서층;
상기 센서층상부에 센서층 일부표면을 코팅한 상부코팅층; 및
합성수지로 상기 기재층의 하부에 코팅된 하부코팅층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도감응형 섬유구조체가 제공된다.

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이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 온도감응형 섬유구조체는 일반섬유인 기재층; 비전도성섬유와 전도성섬유로 이루어지는 시쓰코어사 또는 커버링사로 이루어지는 센서층; 및 하부코팅층으로 이루어져 섬유구조체 외부온도의 변화에 따른 센서층의 전기저항치의 변화를 온도표시로 변환하여 표시하도록 하는 것이다.

본 발명의 온도감응형 섬유구조체(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 기재층(10), 센서층(20) 및 하부코팅층(30)으로 이루어지고 기재층의 상부에 센서층이 위치하고 기재층의 하부에 하부코팅층이 형성된다.

상기 기재층은 일반섬유로 이루어지는데, 천연섬유, 합성섬유 및 혼방 중 어느 하나일 수 있다. 기재층의 형태는 직물, 편물 및 부직포 중 어느 하나일 수 있다.

상기 센서층은 시쓰코어사 또는 커버링사로 봉제 또는 자수를 통해 상기 기재층의 상부에 형성되는데, 상기 시쓰코어사 또는 커버링사는 시쓰부가 비전도성섬유로 이루어지고, 코어부가 전도성섬유로 이루어진 것을 사용하여야 한다. 열이나 온도의 변화에 따라 전도성실을 구성하는 코어부분은 저항의 변화가 나타나게 된다. 이때 실의 코어부분 중 일정 측정부위가 신체 접촉면이나 주변공기층에 위치하여 그 변화값을 수집하게 되고 이를 센서층과 연이어져 있는 전도성원사의 코어부분을 통해 전달된다.

이렇게 형성된 센서층은 섬유구조체외부의 온도가 5℃변화할 때마다 저항변화율이 2~4Ω의 변화값을 발생하도록 하는데, 온도가 높아지면 저항이 상승되게 된다. 섬유구조체외부의 온도 변화에 따른 저항변화율은 자수 및 봉제의 패턴이나 그를 구성하는 전기전도성 원사의 측정부위에 따라 변화가 있을수 있다.

상기 센서층의 시쓰코어사 또는 커버링사의 봉제 또는 자수는 한 개이상의 나뭇잎의 줄기모양의 구조인 것이 온도변화에 따른 센서의 감도와 선택도를 높일 수 있다. 또한 상기 센서층은 안정적인 저항변화율을 위해 시쓰코어사 또는 커버링사의 신도를 0.1%~ 2%로 조절하고, 기재층을 평탄하게 하여 센서층의 구김과 수축을 최소로 하여야 한다.

상기 센서층의 시쓰코어사 또는 커버링사의 시쓰부는 면, 양모, 나일론 및 폴리에스테르 중 어느 하나인 비전도성섬유이고, 코어부는 은사, 구리사, 알루미늄사, 철사, 아연사, 니켈사 및 탄소섬유사 중 어느 하나인 전도성섬유인 것이 바람직한데, 상기 코어부에는 상기 열거한 전도성섬유가 2종이상 복수코어부를 형성할 수도 있다.

상기 하부코팅층은 상기 기재층의 하부에 합성수지로 코팅된 층인데, 본 발명의 온도감응형 섬유구조체의 내구성을 향상시키고, 온도 측정을 위한 선택도를 향상시키는 작용을 한다. 상기 하부코팅층의 합성수지는 폴리우레탄수지, 아크릴수지 중 어느 하나인 것이 바람직한데, 코팅방법은 공지의 스핀코팅법, 스프레이법등을 사용할 수 있다.

본 발명의 온도감응형 섬유구조체는 상기 센서층상부에 센서층 일부표면을 코팅한 상부코팅층(40)을 더 가지는 것이 바람직한데, 센서층보호 및 획득하고자 하는 부위의 데이터의 집중도를 부여할 수 있다. 상기 상부코팅층의 합성수지는 폴리우레탄수지, 아크릴수지 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 온도감응형 섬유구조체에서는 상기 하부코팅층의 하부에 접착층(50)을 더 가져 봉제를 하지 않고 의류에 직접 부착하여 사용할 수 있도록 할 수 있다.

이렇게 형성된 본 발명의 온도감응형 섬유구조체(100)는 센서층의 끝단에 전도성 소재의 커넥터(200)를 형성하여 도선(300)으로 별도의 전기저항 측정 컨트롤러(400)를 연결함으로써 외부온도의 변화에 따른 센서층의 전기저항치의 변화를 컨트롤러에서 측정하고 온도표시로 변환할 수 있다.

그러므로 본 발명의 온도감응형 섬유구조체에 의하면 전도성 소재의 커넥터와 함께 별도의 전기저항 측정 컨트롤러와 연결함으로써 외부온도 또는 인체의 온도의 변화에 따른 센서층의 전기저항치의 변화를 온도표시로 변환할 수 있음과 동시에 종래의 센서에 비해 우수한 유연성을 가지고 적은 부피와 경량으로 의류에 부착할 수 있어 유비쿼터스 인프라 구축에서의 개인중심의 인터페이스로의 활용성이 탁월한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 온도감응형 섬유구조체의 일실시예의 단면구조를 나타내는 단면도이며,
도 2는 본 발명의 온도감응형 섬유구조체가 적용되는 활용례의 모식도이다.

이하 실시예에서는 본 발명의 온도감응형 섬유구조체의 비한정적인 예를 들고 있다.

[실시예 1]

폴리에스테르직물로 이루어진 기재층을 준비하고, 나일론사(70d/18fila)인 시쓰부와 구리사(0.05mm), 은도금사(700d, 12fila) 및 스텐레스사(0.035㎜)인 코어부로 이루어진 커버링사로 상기 기재층의 표면부에 도 2에 도시된 바와 같은 패턴으로 자수하여 센서층을 형성하고 폴리우레탄수지로 상기 기재층의 하부에 스핀코팅방법으로 코팅하여 하부코팅층을 형성한 후 센서층의 표면 일부를 폴리우레탄수지로 코팅하여 온도감응형 섬유구조체를 제조하였다.

제조된 온도감응형 섬유구조체를 봉제에 의한 방법으로 의복상의에 부착하고 센서층의 끝단에 구리소재의 커넥터를 형성하여 도선으로 별도의 전기저항 측정 컨트롤러를 연결하여 온도측정결과를 표1에 나타내었다.

온 도	R(Ω)	증감율
30	1071.1	0
35	1073.4	2.3
40	1075.7	2.3
45	1078.1	2.4
50	1081.3	3.2
55	1084.1	2.8
60	1087.3	3.2
65	1091.1	3.8
70	1094.4	3.3
75	1098.1	3.7
80	1100.7	2.6
85	1103.4	2.7
90	1107.1	3.7
95	1110.4	3.3
100	1113.6	3.2

10 : 기재층 20 : 센서층
30 : 하부코팅층 40 : 상부코팅층
50 : 접착층 100 : 온도감응형 섬유구조체
200 : 커넥터 300 : 도선
500 : 전기저항 측정 컨트롤러

Claims (6)

1. 일반섬유로 이루어진 기재층;
   비전도성섬유인 시쓰부와 전도성섬유인 코어부로 이루어지는 시쓰코어사 또는 커버링사로 봉제 또는 자수를 통해 일정패턴을 가지는 상기 기재층의 상부에 형성되는 센서층;
   상기 센서층상부에 센서층 일부표면을 코팅한 상부코팅층; 및
   합성수지로 상기 기재층의 하부에 코팅된 하부코팅층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도감응형 섬유구조체.
2. 제 1항에 있어서, 상기 센서층의 시쓰코어사 또는 커버링사의 시쓰부는 면, 양모, 나일론 및 폴리에스테르 중 어느 하나인 비전도성섬유이고, 코어부는 은사, 구리사, 알루미늄사, 철사, 아연사, 니켈사 및 탄소섬유사 중 어느 하나인 전도성섬유인 것을 특징으로 하는 온도감응형 섬유구조체.
3. 제 1항에 있어서, 상기 센서층의 시쓰코어사 또는 커버링사의 봉제 또는 자수는 나뭇잎의 줄기모양의 구조인 것을 특징으로 하는 온도감응형 섬유구조체.
4. 제 1항에 있어서, 상기 하부코팅층의 합성수지는 폴리우레탄수지, 아크릴수지 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 온도감응형 섬유구조체.
5. 삭제
6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하부코팅층의 하부에 접착층을 더 가지는 것을 특징으로 하는 온도감응형 섬유구조체.

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