KR101539658B1 - 건식 전극 - Google Patents

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KR101539658B1
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이기원
장종민
이상민
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Abstract

건식 전극이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 전극은, 사용자의 피부에 접하여 전기적인 자극을 가하는 건식 전극에 있어서, 전도성 바디와, 상기 전도성 바디의 일부 영역이 노출되도록 상기 전도성 바디를 둘러싸는 비전도성 커버를 포함하는 본체; 및 상기 본체 중 상기 전도성 바디가 노출된 영역에 탈부착 가능하며, 일면은 상기 전도성 바디에 접하고 타면은 사용자의 피부에 접하는 패치로서, 상기 본체로부터 전류를 제공받아 사용자의 피부에 전기적인 자극을 가하는 것인, 패치를 포함하고, 상기 패치는, 상기 전도성 바디에 접하는 제1 하이드로겔층과, 상기 제1 하이드로겔층에 비해 상대적으로 큰 임피던스를 가지며 사용자의 피부에 접하는 제2 하이드로겔층을 포함한다.

Description

건식 전극{DRY ELECTRODE}
본 발명은 건식 전극에 관한 것으로, 보다 자세하게는 사용자의 피부에 접하여 전기적인 자극을 가하는 건식 전극에 관한 것이다.
저주파 치료는 생체에 저주파 펄스(pulse)를 통전하여 신경이나 근육 등의 치료에 저주파를 이용하는 것을 말하며, 이와 관련하여 저주파 펄스를 생체에 전달하는 전극에 대해서도 연구가 상당히 진행된 상태이다. 현재 저주파 치료기가 널리 이용되고 있으며, 전문 의료인이 아닌 일반인이 이용할 수 있는 제품이 출시되어 있다.
한편, 경두개 직류 전기 자극(transcranial Direct Current Stimulation: tDCS)을 이용한 뇌 전기 자극 기술은 뇌에 전류를 흘리는 자극 기술로서, 인지 능력 향상과, 우울증 및 ADHD(Attention Deficit Hyperactivity Disorder) 등의 정신 질환 치료 등에 효과가 있다고 알려져 있다.
따라서, 뇌 전기 자극 기술을 일상 생활에서 이용할 수 있다면, 뇌 기능을 향상시킬 수 있으며, 신경 간의 연결을 활성화하거나 억제시킴으로써 지속적인 정신 질환의 치료가 가능할 수 있다. 다만, 경두개 직류 전기 자극을 이용한 전기 자극 장치는 머리를 자극한다는 점에서 저주파 자극을 이용하는 저주파 자극 장치에 비해 높은 수준의 안정성이 담보되어야 한다.
공개특허공보 제10-2003-0045730호
특히, 경두개 직류 전기 자극에 있어서 적절한 전극을 사용하지 않으면, 전극 상에서 전류 밀도가 불균일해질 수 있다. 구체적으로, 전극의 가장자리 효과(edge-effect)로 인하여, 전극의 테두리 부분의 전류 밀도가 높아질 수 있다. 따라서, 전극의 특정 위치에 전류가 많이 흐르게 되어, 경우에 따라서 사용자가 피부에 화상을 입을 수도 있다. 이 밖에도, 경우에 따라서, 전극에 부착되는 패치가 박리되거나, 패치에 열변형이 생기는 등의 문제가 발생할 수도 있다.
위와 같은 문제점으로부터 안출된 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 패치가 높은 임피던스(impedance)를 가지는 하이드로겔층을 포함하기 때문에, 전극의 테두리 부분에 전류 밀도가 높아지는 것을 방지할 수 있는 건식 전극을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 패치의 하이드로겔층이 염소 이온을 포함하고 있기 때문에, 피부와 전극 사이에 공통 이온이 존재하여, 피부와 전극 사이에서 과전압(overpotential)이 발생하는 것을 방지할 수 있는 건식 전극을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 피부에 밀착될 수 있는 구조를 가지는 건식 전극을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 언급된 기술적 과제들을 해결하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 전극은, 사용자의 피부에 접하여 전기적인 자극을 가하는 건식 전극에 있어서, 전도성 바디와, 상기 전도성 바디의 일부 영역이 노출되도록 상기 전도성 바디를 둘러싸는 비전도성 커버를 포함하는 본체; 및 상기 본체 중 상기 전도성 바디가 노출된 영역에 탈부착 가능하며, 일면은 상기 전도성 바디에 접하고 타면은 사용자의 피부에 접하는 패치로서, 상기 본체로부터 전류를 제공받아 사용자의 피부에 전기적인 자극을 가하는 것인, 패치를 포함하고, 상기 패치는, 상기 전도성 바디에 접하는 제1 하이드로겔층과, 상기 제1 하이드로겔층에 비해 상대적으로 큰 임피던스를 가지며 사용자의 피부에 접하는 제2 하이드로겔층을 포함한다.
상기 언급된 기술적 과제들을 해결하기 위한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 건식 전극은, 사용자의 피부에 접하여 전기적인 자극을 가하는 건식 전극에 있어서, 일면이 개방되고 내부에 제1 공간이 형성된 제1 전도성 바디와, 상기 제1 전도성 바디의 상기 개방된 일면이 노출되도록 상기 제1 전도성 바디를 둘러싸는 비전도성 커버와, 상기 제1 전도성 바디의 상기 개방된 일면을 덮도록 형성된 제2 전도성 바디를 포함하는 본체로서, 상기 제2 전도성 바디는 상기 제1 전도성 바디와 대면하는 제1 면과 상기 제1 면의 반대면인 제2 면을 포함하는 것인, 본체; 및 상기 본체 중 상기 제2 전도성 바디의 상기 제2 면에 탈부착 가능하며, 일면은 상기 제2 전도성 바디의 상기 제2 면에 접하고 타면은 사용자의 피부에 접하는 패치로서, 상기 본체로부터 전류를 제공받아 사용자의 피부에 전기적인 자극을 가하는 것인, 패치를 포함하고, 상기 제1 전도성 바디의 상기 제1 공간은 상기 제1 전도성 바디와 상기 제2 전도성 바디의 상기 제1 면에 의해 둘러싸인다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 패치가 높은 임피던스를 가지는 하이드로겔층을 포함하기 때문에, 전극의 테두리 부분에 전류 밀도가 높아지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 패치의 하이드로겔층이 염소 이온을 포함하고 있기 때문에, 피부와 전극 사이에 공통 이온이 존재하여, 피부와 전극 사이에서 과전압이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따르면, 건식 전극이 피부에 밀착될 수 있는 구조를 가지고 있기 때문에, 정해진 위치에 안정적으로 전기적인 자극을 가할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 전극의 사시도이다.
도 2는 도 1의 건식 전극의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 건식 전극의 x 방향에 따른 단면도이다.
도 4는 도 1의 건식 전극의 y 방향에 따른 단면도이다.
도 5는 본 발명의 변형 실시예에 따른 건식 전극의 x 방향 또는 y 방향에 따른 단면도이다.
도 6은 도 2의 전도성 바디의 저면도이다.
도 7은 도 1의 건식 전극의 힌지 기능을 설명하기 위한 y 방향에 따른 단면도이다.
도 8 및 도 9는 도 1의 본체와 패치 사이의 결합 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 건식 전극의 사시도이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 건식 전극을 포함하는 전기 자극 장치이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 건식 전극의 사시도이다.
도 13은 도 12의 건식 전극의 분해 사시도이다.
도 14은 도 12의 건식 전극의 x 방향에 따른 분해 단면도이다.
도 15는 도 12의 건식 전극의 x 방향에 따른 단면도이다.
도 16은 도 12의 건식 전극의 y 방향에 따른 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 건식 전극에 대해 설명하기로 한다.
이하, 도 1 내지 도 9을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 전극(1)을 설명한다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 전극(1)의 사시도가 개시되고, 도 2를 참조하면, 도 1의 건식 전극(1)의 분해 사시도가 개시되고, 도 3을 참조하면, 도 1의 건식 전극(1)의 x 방향에 따른 단면도가 개시되고, 도 4를 참조하면, 도 1의 건식 전극(1)의 y 방향에 따른 단면도가 개시되고, 도 5를 참조하면, 본 발명의 변형 실시예에 따른 건식 전극의 x 방향 또는 y 방향에 따른 단면도가 개시되고, 도 6을 참조하면, 도 2의 전도성 바디(11)의 저면도가 개시되고, 도 7을 참조하면, 도 1의 건식 전극(1)의 힌지 기능을 설명하기 위한 y 방향에 따른 단면도가 개시되고, 도 8 및 도 9를 참조하면, 도 1의 본체(10)와 패치(20) 사이의 결합 방법을 설명하기 위한 단면도가 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 건식 전극(1)은 사용자의 피부에 접하여 전기적인 자극을 가할 수 있다. 예컨대, 건식 전극(1)의 외부로부터 건식 전극(1)의 내부로 이어진 도전성 와이어(13)을 통해서 건식 전극(1)으로 전류가 제공될 수 있다. 그리고, 건식 전극(1)은 사용자의 피부에 접해있을 수 있기 때문에, 건식 전극(1)을 통해 전류는 사용자의 피부에 전달되어 사용자에게 전기적인 자극이 가해질 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 건식 전극(1)은 본체(10)와 본체(10)에 탈부착 가능한 패치(20)를 포함할 수 있다. 그리고, 본체(10)는 전도성 바디(11), 비전도성 커버(12) 및 도전성 와이어(13)를 포함할 수 있으며, 패치(20)는 제1 및 제2 하이드로겔(hydrogel)층(21, 22)을 포함할 수 있다. 다만, 도 1 및 도 2에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 더 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 더 적은 구성요소들을 갖는 건식 전극(1)을 구현할 수도 있다.
우선, 본체(10)에 대해 설명한다. 본체(10)는 전도성 바디(11)와, 전도성 바디(11)의 일부 영역이 노출되도록 전도성 바디(11)를 둘러싸는 비전도성 커버(12)를 포함할 수 있다. 그리고 필요에 따라, 도전성 와이어(13)가 전도성 바디(11)에 연결될 수 있다.
도 2를 참조하면, 전도성 바디(11)는 제1 폭(w1)을 가지는 제1 영역(11a)과, 제1 폭(w1)보다 넓은 제2 폭(w2)을 가지는 제2 영역(11b)을 포함할 수 있다. 그리고, 전도성 바디(11)는 예컨대 제2 영역(11b) 상에 제1 영역(11a)이 형성된 형상으로서, 제2 영역(11b)으로부터 제3 방향(z 방향)을 따라 제1 영역(11a)이 돌출된 형상일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 또한, 제1 영역(11a)의 형상이 원통형 형상으로 제한되지 않는다.
도 1, 도 3 및 도 4를 참조하면, 전도성 바디(11)의 제1 영역(11a)에는 도전성 와이어(13)가 연결될 수 있다. 따라서, 도전성 와이어(13)로부터 제공되는 전류가 전도성 바디(11)의 제1 영역(11a)을 거쳐 전도성 바디(11)의 제2 영역(11b)으로 흐를 수 있다. 즉, 전류가 상대적으로 더 좁은 폭을 가지는 제1 영역(11a)으로부터 상대적으로 더 넓은 폭을 가지는 제2 영역(11b)을 향해 흐르기 때문에, 제2 영역(11b)의 x-y 평면 상의 단면의 넓이만큼 넓은 영역을 이용하여 사용자의 피부에 전기적인 자극을 가할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 건식 전극(1)에 따르면, 넓은 영역에 전기적인 자극을 가하기 용이할 수 있다.
구체적으로, 전도성 바디(11)의 제2 영역(11b)은 패치(20)와 접착되는 면을 가지고 있으며, 플랙서블한 특징으로 인해 변형이 용이하여 패치(20)가 피부에 밀착될 수 있도록 도움을 줄 수 있다. 그리고, 전도성 바디(11)의 제1 영역(11a)은 변형 영역인 제2 영역(11b)을 서포트하고 전도성 바디(11)에 전류를 전달하는 영역일 수 있다.
그리고, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 전도성 바디(11)의 제2 영역(11b)은 전체적으로 직육면체의 형상을 가질 수 있으며, 예컨대 제1 방향(x 방향)을 따라 휘어진(굽은) 형상일 수 있다. 즉, 전도성 바디(11)의 제2 영역(11b)은 제1 영역(11a)을 향하여 볼록한 형상일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 구체적으로, 전도성 바디(11)가 제1 방향(x 방향)을 따라 휘어진(굽은) 형상인 경우, 도 3의 제1 방향(x 방향)에 따른 단면도를 참조하면, 전도성 바디(11)가 제1 방향(x 방향)을 따라 휘어진(굽은) 것을 확인할 수 있으며, 도 4의 제2 방향(y 방향)에 따른 단면도를 참조하면, 전도성 바디(11)가 제2 방향(y 방향)을 따라서는 휘어지지 않은 것을 확인할 수 있다.
건식 전극(1)은 예컨대 머리에 전기적인 자극을 가하는 전기 자극 장치에 이용될 수 있는데, 사람의 두상은 평평한 것이 아니라 굴곡이 있다는 점을 고려하면, 전도성 바디(11)가 전체적으로 제1 방향(x 방향)을 따라 굽어있기 때문에, 건식 전극(1)을 머리에 밀착시키기 용이할 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 전극(1)은 우수한 밀착성을 가질 수 있다.
다만, 전도성 바디(11)의 형상은 이에 제한되지 않으며, 몇몇 실시예에서는 전도성 바디(11)의 제2 영역(11b)이 전체적으로 제1 방향(x 방향)을 따라 휘어진(굽은) 형상은 아니지만, 전도성 바디(11) 중 패치(20)와 접하는 면이 예컨대 제1 방향(x 방향)을 따라 휘어진(굽은) 형상일 수 있다.
또한, 몇몇 실시예에서는, 건식 전극(1)이 사람의 이마에 밀착되도록 하기 위해, 전도성 바디(11) 중 패치(20)와 접하는 면에 있어서, 면의 중앙이 오목한 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 도 5를 참조하면, 전도성 바디(11) 중 패치와 접하는 면이 제1 방향(x 방향) 및 제2 방향(y 방향)을 따라 휘어진(굽은) 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 전도성 바디(11) 중 패치(20)와 접하는 면의 중앙 부분이 움푹 파여있는 형상이라는 점을 알 수 있다. 그리고, 도 2 내지 도 6을 참조하면, 전도성 바디(11) 중 패치(20)와 접하는 영역, 즉, 전도성 바디(11)의 제2 영역(11b) 중 패치(20)와 접하는 영역에는 복수의 돌기(11c)가 형성될 수 있다. 돌기(11c)는 전도성 바디(11)의 제2 영역(11b)으로부터 제3 방향(z 방향)을 따라 돌출될 수 있다. 본 명세서의 도면에는 돌기(11c)로서 격자형 돌기가 도시되지만 이에 제한되지 않으며, 몇몇 실시예에서 돌기(11c)는 일자형 돌기, 직사각형 돌기, 벌집형 돌기, 스파이크형 돌기, 나선형 돌기 등 다양한 형상의 돌기로 대체될 수도 있다.
돌기(11c)의 사이에는 홈(11d)이 형성될 수 있다. 즉, 전도성 바디(11) 중 패치(20)와 접하는 영역, 즉, 전도성 바디(11)의 제2 영역(11b) 중 패치(20)와 접하는 영역에는 규칙적으로 홈(11d)이 형성될 수 있다. 예컨대, 도 6을 참조하면, 홈(11d)의 단면은 사각형일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 다만, 몇몇 실시예에서 불규칙적으로 홈(11d)이 형성될 수도 있으며, 홈(11d)의 깊이 또는 단면의 형상은 다양할 수 있다.
이러한 돌기(11c)는 건식 전극(1)을 사용자의 피부에 접하도록 밀착시킬 때, 쿠셔닝(cushioning) 역할 또는 완충 역할을 할 수 있으므로. 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 전극(1)이 머리에 우수한 밀착성을 가질 수 있도록 한다.
한편, 전도성 바디(11)는 전도성을 가지고 있으며, 전도성 바디(11)의 일단은 도전성 와이어(13)에 연결되어 있으므로, 전도성 바디(11)는 도전성 와이어(13)로부터 전류를 제공받아 패치(20)로 전달할 수 있다.
또한, 전도성 바디(11)는 플렉서블(flexible)할 수 있기 때문에, 필요에 따라 전도성 바디(11)의 형상이 일부 변경될 수도 있다. 예컨대, 도 7을 참조하면, 전도성 바디(11)의 플렉서블한 특성을 이용하여, 제1 영역(11a)과 제2 영역(11b)이 이루는 각도를 변경시킬 수 있으므로, 전도성 바디(11)는 일종의 힌지 기능을 가질 수 있다. 다만, 건식 전극(1)은 전도성 바디(11)의 플렉서블한 특성을 이용하는 것 이외의 다른 방식으로 힌지 기능을 가질 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 전극(1)을 이용하면, 각도 변경 또는 형상 변경을 통해 건식 전극(1)을 사용자의 피부에 밀착시키기 용이할 수 있다.
이러한 전도성 및 플렉서블한 특성을 확보하기 위해, 전도성 바디(11)는 전도성 실리콘(conductive silicone) 또는 플렉서블 실리콘(flexible silicone)을 포함할 수 있지만, 전도성 바디(11)를 구성하는 재료가 이에 제한되지 않는다.
비전도성 커버(12)는 전도성 바디(11)의 일부 영역이 노출되도록 전도성 바디(11)를 둘러쌀 수 있다. 구체적으로, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 돌기(11c)가 형성된 제2 영역(11b)의 아랫면 및 도전성 와이어(13)과 연결되는 제1 영역(11a)의 윗면을 제외하고 전도성 바디(11)의 대부분의 영역이 비전도성 커버(12)에 의해 덮일 수 있다. 비전도성 커버(12)는 비전도성 소재로 형성되어 건식 전극(1)의 외면을 둘러싸고 있기 때문에, 건식 전극(1) 중 사용자의 손에 닿을 수 있는 영역은 절연될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 전극(1)을 이용하면, 사용자가 안전하게 건식 전극(1)을 이용할 수 있다.
구체적으로, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 비전도성 커버(12)는 제3 폭(w3)을 가지는 제3 영역(12a)과, 제3 폭(w3)보다 넓은 제4 폭(w4)을 가지는 제4 영역(12b)을 포함할 수 있다. 그리고, 비전도성 커버(12)는 예컨대 제4 영역(12b) 상에 제3 영역(12a)이 형성된 형상으로서, 제4 영역(12b)으로부터 제3 방향(z 방향)을 따라 제3 영역(12a)이 돌출된 형상일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 또한, 제3 영역(12a)의 형상이 원통형 형상으로 제한되지 않는다.
한편, 전도성 바디(11)는 비전도성 커버(12) 내에 결합할 수 있다. 이를 위해, 비전도성 커버(12)의 내부에는 전도성 바디(11)가 결합될 수 있는 빈 공간이 형성될 수 있으므로, 전도성 바디(11)가 비전도성 커버(12)의 내부에 끼워질 수 있다. 예컨대, 비전도성 커버(12)의 제3 영역(12a) 내에 홀(12c)이 형성될 수 있으며, 비전도성 커버(12)의 제4 영역(12b) 내에도 빈 공간이 형성될 수 있다. 따라서, 전도성 바디(11)의 제1 영역(11a)은 비전도성 커버(12)의 제3 영역(12a) 내에 끼워지고, 전도성 바디(11)의 제2 영역(11b)은 비전도성 커버(12)의 제4 영역(12b) 내에 끼워질 수 있고, 전도성 바디(11)의 돌기(11c)는 노출될 수 있다. 이를 위해, 제1 영역(11a)의 제1 폭(w1)은 제3 영역(12a)의 제3 폭(w3)보다 좁고, 제2 영역(11b)의 제2 폭(w2)은 제4 영역(12b)의 제4 폭(w4)보다 좁을 수 있다.
이외에, 도전성 와이어(13)은 건식 전극(1)의 외부의로부터 건식 전극(1)의 내부까지 연장될 수 있으며, 예컨대 전도성 바디(11)의 일부에 접할 수 있다.
이어서, 패치(20)에 대해 설명한다. 패치(20)는 본체(10) 중 전도성 바디(11)가 노출된 영역에 탈부착 가능하며, 일면은 전도성 바디(11)에 접하고 타면은 사용자의 피부에 접할 수 있다. 그리고, 패치(20)는 본체(10)로부터 전류를 제공받아 사용자의 피부에 전기적인 자극을 가할 수 있다.
구체적으로, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 패치(20)는 본체(10)의 아랫면, 즉 전도성 바디(11)의 격자형 구조가 형성된 면에 탈부착될 수 있다. 패치(20)의 탈부착을 위해, 예컨대 패치(20)의 일면에 접착층(미도시)이 형성될 수 있지만, 패치(20)의 탈부착 방법은 이것으로 제한되지 않으며, 다양한 방식이 이용될 수 있다.
예컨대, 패치(20) 중 제1 하이드로겔(21)이 전도성 바디(11)에 접하는데, 제1 하이드로겔(21)이 200gf/cm 이상의 높은 접착력을 가지고 있다. 따라서, 제2 하이드로겔층(22)의 일면에 제1 하이드로겔층(21)이 부착되고, 제2 하이드로겔층(22)의 다른면이 전도성 바디(11)에 접착됨으로써, 패치(20)가 전도성 바디(11)에 부착될 수 있으며, 필요에 따라 패치(20)가 전도성 바디(11)로부터 탈락될 수도 있다.
이 밖에, 도 8을 참조하면, 본체(10)와 패치(20) 중 적어도 하나에 자석(14, 24)이 형성되어 자력을 통해 패치(20)가 본체(10)에 탈부착될 수 있다. 그리고, 도 9를 참조하면, 본체(10)와 패치(20) 중 적어도 하나에 결합 구조물(15, 25)이 형성되어 결합 구조물(15, 25) 사이의 결합을 통해 패치(20)가 본체(10)에 탈부착될 수 있다. 결합 구조물(15, 25)은 예컨대, 스냅 버튼(프레스 버튼) 등의 암수 결합을 위하 구조물이거나, 걸쇠 등의 기계적 결합을 위한 구조물일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 전극(1)에 따르면, 패치(20)의 탈부착이 가능하기 때문에, 패치(20)가 변형되거나 마모된 경우, 손쉽게 교체할 수 있다.
한편, 패치(20)는 제1 및 제2 하이드로겔층(21, 22)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 제1 하이드로겔층(21)은 전도성 바디(11)에 접할 수 있으며, 더욱 자세하게는 돌기(11c)에 접할 수 있다. 따라서, 제1 하이드로겔층(21)은 전도성 바디(11)로부터 제공되는 전류를 제2 하이드로겔층(22)으로 전달할 수 있으며, 전도성 바디(11)에 접하는 패치(20)의 일면은 제1 하이드로겔층(21)의 일면일 수 있다.
제2 하이드로겔층(22)의 접착력은 200gf/cm 이하로 낮다. 따라서, 제2 하이드로겔층(22)은 사용자의 피부에 달라붙지 않을 수 있다. 따라서, 사용자가 착용과 해제를 반복하는 웨어러블 장치에 이용될 수 있으며, 구체적으로 경두개 전류 자극 장치에 이용될 수 있다.
또한, 제2 하이드로겔층(22)은 제1 하이드로겔층(21)에 비해 상대적으로 큰 임피던스를 가지며 사용자의 피부에 접할 수 있다. 예컨대, 건식 전극(1)을 이용하여 경두개 직류 자극을 수행하는 경우, 제2 하이드로겔층(22)은 4 kΩ 이상의 임피던스를 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 전극(1)에 따르면, 제2 하이드로겔층(22)이 높은 임피더스를 가지고 있기 때문에, 전극의 가장자리 효과(edge-effect)로 인하여 전극의 테두리 부분의 전류 밀도가 높아지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 패치(20)의 전 영역에서 일정한 전류 밀도가 유지될 수 있으므로, 건식 전극(1)을 통해 안정적으로 전기적인 자극을 가할 수 있다.
또한, 피부는 상대적으로 높은 임피더스를 가지는 각질과 상대적으로 낮은 임피던스를 가지는 각질 이외의 구성으로 이루어지는데, 전류는 상대적으로 임피던스가 낮은 각질 이외의 구성을 따라 흐르기 쉽기 때문에, 전류가 일정 영역에 집중되어 흐를 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 전극(1)에 따르면, 높은 임피던스의 제2 하이드로겔층(22)에 의해, 각질과 각질 이외의 구성 사이의 임피던스 차이에 의한 영향이 감소할 수 있기 때문에, 피부의 일부에 전류가 집중되어 흐르는 것을 방지하고, 건식 전극(1)과 접하는 피부의 전 영역에 전류 밀도가 고르게 형성될 수 있다. 따라서, 건식 전극(1)을 통해 안정적으로 전기적인 자극을 가할 수 있다.
또한, 제2 하이드로겔층(22)은 염소 이온을 포함할 수 있다. 염소 이온은 사용자의 피부에도 포함되어 있기 때문에, 사용자의 피부와 사용자의 피부에 접하는 제2 하이드로겔층(22)이 공통 이온을 포함하고 있다. 이를 통해, 건식 전극(1)과 사용자의 피부 사이에 형성되는 과전압(overpotential)을 낮출 수 있으므로, 사용자의 피부에 불필요한 크기의 자극이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 건식 전극(1)을 통해 안정적으로 전기적인 자극을 가할 수 있다. 다만, 몇몇 실시예에서는 제2 하이드로겔층(22) 뿐만 아니라 제1 하이드로겔층(21) 역시 염소 이온을 포함할 수 있다.
한편, 제1 하이드로겔층(21)은 건식 전극(1)이 사용자의 피부에 접하는 경우, 압축될 수 있는 일종의 쿠션으로서 기능하기 때문에, 사용자의 피부에 건식 전극(1)이 밀착되도록 할 수 있다.
이하, 도 10을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 건식 전극(2)을 설명한다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 전극(1)과의 차이점을 위주로 설명한다. 도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 건식 전극(2)의 사시도가 개시된다.
도 10을 참조하면, 건식 전극(2)은 패치(20)의 제2 하이드로겔층(22)을 덮는 박리층(30)을 더 포함할 수 있다. 박리층(30)은 패치(20)를 보호하기 위한 덮개로서, 건식 전극(2)의 사용 전 패치(20)를 보호할 수 있다. 따라서, 건식 전극(2)의 사용 시에는 박리층(30)은 제거되고 제2 하이드로겔층(22)이 사용자의 피부에 접할 수 있다.
이하, 도 11을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 건식 전극(1)을 포함하는 전기 자극 장치(40)를 설명한다. 도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 건식 전극(1)을 포함하는 전기 자극 장치(40)가 도시된다.
도 11을 참조하면, 전기 자극 장치(40)는 프레임(41)과 프레임(41)에 부착된 건식 전극(1)을 포함할 수 있다. 건식 전극(1)은 프레임(41)의 안쪽 면에 부착될 수 있으며, 전기 자극 장치(40)를 머리에 착용하는 경우, 사용자의 머리에 접할 수 있다.
건식 전극(1)의 외부는 비전도성 커버(12)로 둘러싸여 있기 때문에, 사용자가 안전하게 사용할 수 있다. 그리고, 건식 전극(1) 중 프레임(41)에 접하는 부분은 각도 조절이 가능한 힌지 기능이 있기 때문에, 사용자가 자신의 머리에 건식 전극(1)을 밀착시키기 용이할 수 있다.
이하, 도 12 내지 도 16을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 건식 전극(3)을 설명한다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 전극(1)과의 차이점을 위주로 설명한다. 도 12를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 건식 전극(3)의 사시도가 개시되고, 도 13을 참조하면, 도 12의 건식 전극(3)의 분해 사시도가 개시되고, 도 14를 참조하면, 도 12의 건식 전극(3)의 x 방향에 따른 분해 단면도가 개시되고, 도 15를 참조하면, 도 12의 건식 전극(3)의 x 방향에 따른 단면도가 개시되고, 도 16을 참조하면, 도 12의 건식 전극(3)의 y 방향에 따른 단면도가 개시된다.
도 12 내지 도 16을 참조하면, 본 실시예에 따른 건식 전극(3)은 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 전극(1)과는 달리 제1 전도성 바디(11) 이외에 제2 전도성 바디(16)를 더 포함할 수 있다.
즉, 도 12 내지 도 14를 참조하면, 본체(10)는, 일면이 개방되고 내부에 제1 공간(11e)이 형성된 제1 전도성 바디(11)와, 제1 전도성 바디(11)의 개방된 일면이 노출되도록 제1 전도성 바디(11)를 둘러싸는 비전도성 커버(12)와, 제1 전도성 바디(11)의 개방된 일면을 덮도록 형성된 제2 전도성 바디(16)를 포함할 수 있다. 그리고, 제2 전도성 바디(16)는 제1 전도성 바디(11)와 대면하는 제1 면(16a)과 제1 면(16a)의 반대면인 제2 면(16b)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 12 내지 도 14를 참조하면, 제1 전도성 바디(11)의 내부에는 제1 공간(11e)이 형성될 수 있다. 제1 공간(11e)은 빈 공간으로서, 사용자의 머리에 건식 전극(3)이 접촉하는 경우, 패치(20)가 사용자의 두상에 따라 변형될 수 있는 자유도를 높이기 위해서 구비된 공간일 수 있다. 제1 전도성 바디(11)에서 일면(예컨대, 하면)이 개방될 수 있으므로, 제1 공간(11e)은 개방된 하면에 의해 노출될 수 있다.
그리고, 도 13 내지 도 16을 참조하면, 제2 전도성 바디(16)는 제1 면(16a)과 제2 면(16b)을 포함할 수 있으며, 제2 면(16b)은 제1 면(16a)과 반대면일 수 있다.
제2 전도성 바디(16)는 제1 전도성 바디(11)의 개방된 일면을 덮도록 형성될 수 있으며, 이 때 제2 전도성 바디(16)의 제1 면(16a)이 제1 전도성 바디(11)와 대면할 수 있다. 도 15 및 도 16을 참조하면, 제2 전도성 바디(16)에 의해 제1 전도성 바디(11)의 개방된 일면이 덮히더라도, 제1 공간(11e)은 제1 전도성 바디(11)와 제2 전도성 바디(16)의 제1 면(16a)에 의해 둘러싸임으로써 보전될 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 건식 전극(3)에 따르면, 본체(10)의 제1 공간(11e)이 보전됨에 따라, 패치(20)가 사용자의 두상에 따라 변형될 수 있는 자유도가 높아질 수 있으므로, 플랙서블한 특징으로 인해 변형이 용이하여 패치(20)가 피부에 밀착될 수 있도록 도움을 줄 수 있다.
제2 전도성 바디(16)는 제1 전도성 바디(11)의 제1 공간(11e)을 보전하면서 제1 전도성 바디(11)의 개방된 일면을 덮을 수 있으면, 그 형상에 제한이 없을 수 있다. 다만, 도 13 내지 도 16을 참조하면, 제2 전도성 바디(16)는 일면(예컨대, 상면)이 개방된 형상일 수 있으며, 제2 전도성 바디(16)의 내부에는 빈 공간인 제2 공간(16e)이 형성될 수 있다. 제2 공간(16e)은 개방된 상면에 의해 노출될 수 있으며, 제2 공간(16e)의 적어도 일부는 제2 전도성 바디(16)의 제1 면(16a)에 의해 둘러싸일 수 있다. 제2 전도성 바디(16)가 제2 공간(16e)을 포함하고 있기 때문에, 제2 전도성 바디(16)에 의해 제1 전도성 바디(11)의 개방된 일면이 덮히더라도, 제1 공간(11e)과 제2 공간(16e)이 오버랩됨으로써, 제1 공간(11e)이 보전될 수 있다.
구체적으로, 도 15 및 도 16을 참조하면, 제2 전도성 바디(16)가 제1 전도성 바디(11)의 제1 공간(11e)에 삽입됨으로써, 제2 전도성 바디(16)가 본체(10)에 끼움 결합될 수 있지만, 결합 방식은 이에 제한되지 않고 보스(boss) 형태 등 다양한 결합 형태가 이용될 수 있다. 제2 전도성 바디(16)가 제1 전도성 바디(11)의 제1 공간(11e)에 삽입되는 경우, 제2 전도성 바디(16)가 제1 전도성 바디(11)의 개방된 일면을 덮고 제2 전도성 바디(16)의 개방된 일면이 제1 전도성 바디(11)의 내면과 대면하도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 전도성 바디(11)의 제1 공간(11e)과 제2 전도성 바디(16)의 제2 공간(16e)은 오버랩될 수 있으므로, 본체(10) 내에 빈 공간이 존재할 수 있다.
한편, 도 13 내지 도 16을 참조하면, 제2 전도성 바디(16)의 제1 면(16a) 상에는 복수의 홈(16d)이 형성될 수 있다. 즉, 제2 전도성 바디(16) 중 패치(20)와 접하는 제2 면(16b)의 반대면인 제1 면(16a)에 규칙적으로 홈(11d)이 형성될 수 있다. 예컨대, 제2 전도성 바디(16)의 제1 면(16a)에 격자 구조가 형성되도록 홈(16d)의 단면은 사각형일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 다만, 몇몇 실시예에서 불규칙적으로 홈(16d)이 형성될 수도 있으며, 홈(16d)의 깊이 또는 단면의 형상은 다양할 수 있다.
제2 전도성 바디(16)의 제1 면(16a) 상에는 복수의 홈(16d)이 형성됨으로써, 상대적으로 제1 면(16a) 상에 복수의 돌기(16c)가 형성될 수 있으며, 예컨대 돌기(16c)는 제3 방향(z 방향)을 따라 돌출될 수 있다. 본 명세서의 도면에는 돌기(16c)로서 격자형 돌기가 도시되지만 이에 제한되지 않으며, 몇몇 실시예에서 돌기(16c)는 일자형 돌기, 직사각형 돌기, 벌집형 돌기, 스파이크형 돌기, 나선형 돌기 등 다양한 형상의 돌기로 대체될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 제2 전도성 바디(16)의 제1 면(16a) 상에는 복수의 홈(16d)이 형성됨에 따라, 제2 전도성 바디(16)의 두께가 감소할 수 있으므로, 패치(20)가 제2 전도성 바디(16)에 결합되는 경우, 사용자의 두상에 따라 패치(20)가 용이하게 변하는 것에 도움을 줄 수 있다.
이 밖에, 전도성 및 플렉서블한 특성을 확보하기 위해, 제1 및 제2 전도성 바디(11, 16)는 전도성 실리콘(conductive silicone) 또는 플렉서블 실리콘(flexible silicone)을 포함할 수 있지만, 제1 및 제2 전도성 바디(11, 16)를 구성하는 재료가 이에 제한되지 않는다.
패치(20)는 제2 전도성 바디(16)의 제2 면(16b)에 탈부착 가능하며, 일면은 제2 전도성 바디(16)의 제2 면(16b)에 접하고 타면은 사용자의 피부에 접하는 패치일 수 있다. 그리고, 패치(20)는 제1 및 제2 전도성 바디(11, 16)를 통해 전류를 제공받아 사용자의 피부에 전기적인 자극을 가할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예 또는 다른 실시예에서 설명한 내용이 적용될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1, 2, 3: 건식 전극 10: 본체
11: 전도성 바디(제1 전도성 바디) 11a: 제1 영역
11b: 제2 영역 11c: 돌기
11d: 홈 11e: 제1 공간
12: 비전도성 커버
12a: 제3 영역 12b: 제4 영역
12c: 홀 13: 도전성 와이어
14, 24: 자석 15, 25: 결합 구조물
16: 제2 전도성 바디 16a: 제1 면
16b: 제2 면 16c: 돌기
16d: 홈 16e: 제2 공간
20: 패치 21: 제1 하이드로겔층
22: 제2 하이드로겔층 30: 박리층
40: 전기 자극 장치 41: 프레임

Claims (9)

  1. 사용자의 피부에 접하여 전기적인 자극을 가하는 건식 전극에 있어서,
    전도성 바디와, 상기 전도성 바디의 일부 영역이 노출되도록 상기 전도성 바디를 둘러싸는 비전도성 커버를 포함하는 본체; 및
    상기 본체 중 상기 전도성 바디가 노출된 영역에 탈부착 가능하며, 일면은 상기 전도성 바디에 접하고 타면은 사용자의 피부에 접하는 패치로서, 상기 본체로부터 전류를 제공받아 사용자의 피부에 전기적인 자극을 가하는 것인, 패치
    를 포함하고,
    상기 패치는,
    상기 전도성 바디에 접하는 제1 하이드로겔층과, 상기 제1 하이드로겔층에 비해 상대적으로 큰 임피던스를 가지며 사용자의 피부에 접하는 제2 하이드로겔층을 포함하고,
    상기 전도성 바디 중 상기 패치와 접하는 면은 일방향을 따라 전체적으로 휘어진 형상인 것인, 건식 전극.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 하이드로겔층은 염소 이온을 포함하는 것인, 건식 전극.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 전도성 바디 중 상기 패치와 접하는 면에는 복수의 돌기가 형성된 것인, 건식 전극.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 전도성 바디는,
    제1 폭을 가지는 제1 영역과, 상기 제1 폭보다 넓은 제2 폭을 가지는 제2 영역을 포함하고,
    상기 제1 영역은 상기 제2 영역 상에 형성되고,
    상기 제2 영역 중 상기 패치와 접하는 면에는 돌기가 형성된 것인, 건식 전극.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 전도성 바디는 전도성 실리콘을 포함하고, 플렉서블한 것인, 건식 전극.
  6. 사용자의 피부에 접하여 전기적인 자극을 가하는 건식 전극에 있어서,
    일면이 개방되고 내부에 제1 공간이 형성된 제1 전도성 바디와, 상기 제1 전도성 바디의 적어도 일부를 둘러싸는 비전도성 커버와, 상기 제1 전도성 바디의 상기 개방된 일면을 덮도록 형성된 제2 전도성 바디를 포함하는 본체로서, 상기 제2 전도성 바디는 상기 제1 전도성 바디와 대면하는 제1 면과 상기 제1 면의 반대면인 제2 면을 포함하는 것인, 본체; 및
    상기 본체 중 상기 제2 전도성 바디의 상기 제2 면에 탈부착 가능하며, 일면은 상기 제2 전도성 바디의 상기 제2 면에 접하고 타면은 사용자의 피부에 접하는 패치로서, 상기 본체로부터 전류를 제공받아 사용자의 피부에 전기적인 자극을 가하는 것인, 패치
    를 포함하고,
    상기 제1 전도성 바디의 상기 제1 공간은 상기 제1 전도성 바디와 상기 제2 전도성 바디의 상기 제1 면에 의해 둘러싸인 것인, 건식 전극.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 전도성 바디는 일면이 개방되며 내부에 제2 공간이 형성되고,
    상기 제2 전도성 바디의 상기 제1 면은 상기 제2 전도성 바디의 상기 제2 공간의 적어도 일부를 둘러싸고,
    상기 제2 전도성 바디가 상기 제1 전도성 바디의 상기 제1 공간에 삽입됨으로써, 상기 제2 전도성 바디가 상기 제1 전도성 바디의 상기 개방된 일면을 덮고 상기 제2 전도성 바디의 상기 개방된 일면이 상기 제1 전도성 바디의 내면과 대면하고,
    상기 제1 전도성 바디의 상기 제1 공간과 상기 제2 전도성 바디의 상기 제2 공간은 오버랩되는 것인, 건식 전극.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2 전도성 바디의 상기 제1 면 상에는 복수의 홈이 형성된 것인, 건식 전극.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 패치는, 상기 제2 전도성 바디의 상기 제2 면에 접하는 제1 하이드로겔층과, 상기 제1 하이드로겔층에 비해 상대적으로 큰 임피던스를 가지며 사용자의 피부에 접하는 제2 하이드로겔층을 포함하는 것인, 건식 전극.
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