KR101704499B1

KR101704499B1 - 자가 발전을 이용한 화장품 케이스, 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101704499B1
Application number: KR1020150035972A
Authority: KR
Inventors: 이효수; 김상우; 구슬이
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2015-03-16
Filing date: 2015-03-16
Publication date: 2017-02-09
Also published as: KR20160111170A

Abstract

본 발명은 자가발전을 이용한 화장품 케이스 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단순화장품 보관 및 사용을 편리하게 하는 기능만을 수행하는 기본적인 기능에 더하여 자가 발전 시스템을 구비하여 LED 점등이나 센서의 작용과 같은 기능을 구현할 수 있도록 실현된 자가 발전을 이용한 화장품 케이스 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

자가 발전을 이용한 화장품 케이스, 및 그 제조방법{COSMETIC CASE CONTAINING LED USING SELF-POWERED ELECTROICS AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}

기존의 화석 연료의 고갈과 환경 오염 문제로 인하여 전세계적으로 지속 가능한 친환경적 에너지의 확보가 중요한 문제로 떠오르고 있다. 또한 친환경적 에너지의 확보는 미래 산업의 발전에 큰 영향을 끼칠 것으로 보고 있다. 한편 이런 문제의 해결책으로 우리의 주변 환경에 존재하는 빛, 열, 기계적 에너지, 전자기, 화학, 그리고 바이오 등과 같은 다양한 형태의 에너지원에서 에너지를 수확하는 에너지 하베스팅이 떠오르고 있다. 특히 이 중에서 정전기는 일반적으로 서로 다른 물질의 접촉면에서 발생하게 되며, 고체 상호 간에서뿐만 아니라, 액체 상호간, 액체와 기체 간에서도 발견된다. 정전기 현상의 발견에 대한 기록은 고대 그리스의 철학자 탈레스가 호박을 양파에 마찰해 정전기를 발생시킨 것이 시초였으며, 이러한 정전기 현상은 고분자 물질을 흔히 취급하는 우리 실생활에서 빈번하게 발생될 뿐만 아니라 자연 현상에서도 관찰될 수 있다. 그 대표적인 예는 구름에 의한 번개 낙뢰 현상이다. 하지만 이러한 정전기 현상은 실상 생활이나 산업 현장에서 장애적인 요소로 여겨 이를 억제하는 방향으로 연구가 진행되어 왔다. 정전기가 일어날 때, 대전물체 주위에는 정전계가 형성되고, 이 정전계의 강도는 물체의 대전량에 비례하지만, 이것이 점차 커지게 되어 결국, 공기의 절연 파괴 강도 (약 30kV/cm)에 도달하게 되면, 공기의 절연파괴 현상, 즉 방전이 일어나는 것이다.

하지만 이러한 현상을 효과적으로 이용하는 경우, 에너지 하베스팅(Energy harvesting) 소자로 사용할 수 있다. 이와 같은 에너지 하베스팅은 환경 중의 에너지를 수확(harvest)해 전력으로 변환하는 기술이다. 우리 주변은 열, 진동, 빛, 전파 등 다양한 형태의 에너지로 차 있다. 그 에너지의 대부분은 희박한 상태로 존재하고 있어 유용하게 활용되지 못하고 있다. 그러한 미이용 에너지를 수확해 전력이라는 사용하기 쉬운 형태로 변환하기 활용하기 위한 기술이 에너지 하베스팅이다. 에너지 하베스팅 소자 중 마찰전기(triboelectronics)는 뛰어난 전력 특성을 보여주며, 많은 연구원들의 관심을 끌고 있다. 이러한 마찰전기를 이용한 나노제너레이터의 전력 특성은 크게 3가지 요인으로 결정된다.

먼저 마찰전기를 발생시켜 주는 물질로 얼마나 많은 표면에 전하를 유도할 수 있는가가 마찰전기의 발생량을 결정해주는 요소이다.

그리고 두 물질 사이의 거리가 중요한 역할을 하는 데, 두 물질 사이의 거리가 멀수록 유리하다. 마지막으로 두 물질 사이의 표면적이다. 표면적이 넓으면, 넓을 수록 전하가 유도될 수 있는 면적이 넓어지고, 그에 따라서 전체적인 전하량이 증가하여 전압과 전류 특성을 증가시킨다.

이와 같이 마찰전기를 이용하여 다양한 분야에 대한 적용을 시도하고 있으면서도 아직까지 실생활에 유용하게 이용될 수 있는 화장품 케이스와 같은 물품에 대한 적용에 있어서는 연구가 활발하게 이루어지지 못하고 있는 실정이다.

특허문헌 한국 공개 실용신안 공보 20-2010-0007721호에서는 조명기능을 갖는 화장품용 컴팩트에 대하여 청구하고 있지만, 전원으로서 일반적인 배터리를 사용하고 있어서, 에너지 하베스팅 소자로 적용하기에는 어려움이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 에너지 하베스팅 소자로 사용하기 위한 화장품 컴팩트로서, 질량체인 에어 퍼프를 이용한 가압 또는 핸드백의 흔들림 중에 발생하는 진동 중에 무의식적으로 충전되고, 조명 기능을 상시적으로 발휘할 수 있는 자가 발전을 이용한 화장품 케이스 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 자가 발전을 이용한 화장품 케이스에 있어서, 제1,2 전극층; 상기 제1, 2 전극층 사이에 형성되는 유전체; 상기 제1, 2 전극층과 전기적으로 연결된 축전지; 상기 축전지를 통해서 전기적으로 접속된 LED; 상기 제1 전극층 상에 마련되는 컴팩트 조성물; 및 상기 컴팩트 조성물 상에 마련되는 에어 퍼프를 더 포함하여 상기 에어 퍼프에 상기 컴팩트 조성물을 묻히기 위해 문지름 동작이 수행될 때, 상기 제1 전극층과 상기 유전체 사이에 마찰이 발생하여 마찰전기가 생성되고, 상기 에어 퍼프는 질량체로 구성되어 있어, 상기 에어 퍼프가 사용되지 않을 때에도 상기 에어 퍼프에 전달되는 진동 및 충격에 의해 상기 제1 전극층과 상기 유전체 사이에 마찰이 발생하여 자발적으로 마찰전기가 생성되는 것을 특징으로 하는 것인 자가 발전을 이용한 화장품 케이스를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 자가 발전을 이용한 화장품 케이스에 있어서, 제1 전극층과 제2 전극층 사이에 유전체를 포함하고, 상기 제1 전극층에 제1 차 외부 충격이 가해질 때 마찰전기가 발생하여 대전된 전하가 외부 도선을 통해서 흐르고, 제2 차 외부 충격이 가해질 때 대전된 전하가 반대 방향으로 외부 도선을 통해서 흐르고, 상기 대전된 전하가 외부 도선을 통해서 정류되고 축전지에 충전되는 것을 특징으로 하고, 상기 제1 전극층 상에 마련되는 컴팩트 조성물 및 상기 컴팩트 조성물 상에 마련되는 에어 퍼프를 더 포함하여 상기 에어 퍼프에 상기 컴팩트 조성물을 묻히기 위해 문지름 동작이 수행될 때, 상기 제1 전극층과 상기 유전체 사이에 마찰이 발생하여 마찰전기가 생성되고, 상기 에어 퍼프는 질량체로 구성되어 있어, 상기 에어 퍼프가 사용되지 않을 때에도 상기 에어 퍼프에 전달되는 진동 및 충격에 의해 상기 제1 전극층과 상기 유전체 사이에 마찰이 발생하여 자발적으로 마찰전기가 생성되는 것을 특징으로 하는 것인 자가 발전을 이용한 화장품 케이스를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 자가 발전을 이용한 화장품 케이스의 충전 방법에 있어서, 지지판 위에 형성된 제 2 전극층과 상기 제2 전극층 위에 형성된 유전체와 이격된 제1 전극층 사이에 외부 충격을 가하여 상기 제1 전극층과 유전체에 반대되는 극성을 갖는 전하를 형성하는 단계(S10); 상기 형성된 전하가 외부 도선을 통해서 정류되어 축전지에 충전되는 단계(S20); 상기 제1 전극층이 원위치로 복귀되는 단계(S30); 및 상기 제1 전극층에 재차 충격을 가하여 상기 제2 전극층에 이동된 전하가 상기 제1 전극층으로 이동하면서 정류되어 상기 축전지에 충전되는 단계(S40)를 포함하며,상기 제1 전극층 상에는 컴팩트 조성물이 마련되고, 상기 컴팩트 조성물 상에는 에어 퍼프가 마련되며 상기 에어 퍼프에 상기 컴팩트 조성물을 묻히기 위해 문지름 동작이 수행될 때, 상기 제1 전극층과 상기 유전체 사이에 마찰이 발생하여 마찰전기가 생성되고, 상기 에어 퍼프는 질량체로 구성되어 있어, 상기 에어 퍼프가 사용되지 않을 때에도 상기 에어 퍼프에 전달되는 진동 및 충격에 의해 상기 제1 전극층과 상기 유전체 사이에 마찰이 발생하여 자발적으로 마찰전기가 생성되는 것을 특징으로 하는 것인 자가 발전을 이용한 화장품 케이스의 충전 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 자가 발전을 이용하는 화장품 케이스의 제조방법에 있어서, 화장품 케이스의 하면에 지지판을 형성하는 단계(S110); 상기 지지판 위에 제2 전극층을 형성하는 단계(S120); 상기 제2 전극층 위에 유전체를 형성하는 단계(S130); 상기 유전체 위에 제1 전극층을 형성하는 단계(S140); 상기 제1 전극층 상에 화장용 컴팩트 조성물을 실장하는 단계(S150); 및 상기 제1 전극층과 제2 전극층을 정류기를 통해서 축전지에 전기적으로 접속시키는 단계(S160)를 포함하며, 상기 제1 전극층 상에는 컴팩트 조성물이 마련되고, 상기 컴팩트 조성물 상에는 에어 퍼프가 마련되며 상기 에어 퍼프에 상기 컴팩트 조성물을 묻히기 위해 문지름 동작이 수행될 때, 상기 제1 전극층과 상기 유전체 사이에 마찰이 발생하여 마찰전기가 생성되고, 상기 에어 퍼프는 질량체로 구성되어 있어, 상기 에어 퍼프가 사용되지 않을 때에도 상기 에어 퍼프에 전달되는 진동 및 충격에 의해 상기 제1 전극층과 상기 유전체 사이에 마찰이 발생하여 자발적으로 마찰전기가 생성되는 것을 특징으로 하는 것인 자가 발전을 이용한 화장품 케이스의 제조방법을 제공한다.

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본 발명의 일실시예에 따르면, 여성들의 휴대품인 화장품 케이스에 자가 발전장치를 실장할 수 있어서 외부 조명의 도움 없이도 언제든지 자신의 화장 상태를 체크할 수 있고 또한 변경할 수 있어서 화장품 케이스 에너지하베스팅 소자를 구현할 수 있다.

또한 자가 발전 방식을 사용하기 때문에 별도의 충전 수단을 구비하지 않아도 주변을 비출 수 있는 등으로 활용할 수 있어서 집에서 정전 등이 발생하여도 양초 이상의 전원 수단으로 사용할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화장품 케이스이 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화장품 케이스의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 발전부의 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 발전 장치, 정류기, 축전지의 구성을 보여주는 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 발전 장치의 동작 원리를 보여주는 개념도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 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 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

먼저 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 발전을 이용한 화장품 케이스는, 제1, 2 전극층, 상기 제1, 2 전극 층 사이에 형성된 유전체, 상기 제1, 2 전극층과 전기적으로 연결된 정류기 및 상기 정류기와 전기적으로 접속된 축전지를 포함할 수 있다.

도 1, 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화장품 케이스의 사시도와 정면도이다.

도 1을 참조하면 본 발명의 화장품 케이스는 열리고 닫히는 구조로 형성될 수 있으며, 상기 화장품 케이스가 열렸을 때 얼굴을 볼 수 있도록 거울을 구비할 수 있다. 상기 거울(230)의 상측에는 빛이 없는 장소에서도 거울(230)을 사용할 수 있도록 LED(Light Emitting Diode)(210)이 형성될 수 있다.

상기 LED(210)는 본 발명의 자가 발전부와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다. 상기 LED(210)는 화장품 케이스(100)를 열자 마자 점등될 수도 있고, 별도로 버튼부(미도시)를 구비한 채로 버튼을 눌렀을 때 커질 수 있도록 하여 전기를 절약하는 방식으로 형성될 수 있다. 상기 LED(210)는 본 발명의 축전지(220)와 전기적으로 접속될 수 있다.

상기 축전지(220)는 충전상태를 알려주는 점멸등(미도시)을 더 포함할 수 있다. 본 발명의 자가 발전을 이용한 화장품 케이스(100)에서 상기 축전지(220)는 LED(210)를 점멸하기 위한 배터리로 사용되었지만 이에 한정되는 것은 아니다. 각종 센서 또는 전기 소자와 전기적으로 연결되어 작동할 수 있는 배터리일 수 있다. 예를 들면 상기 전기 소자는 상기 화장품 케이스(100)를 열고 닫을 수 있는 잠금 장치일 수 있다.

상기 축전지(220)는 정류기(130)와 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 정류기(130)는 교류를 직류로 변환시켜주는 전파 정류기 일 수 있다. 상기 전파 정류기는 다이오드를 포함할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 발전부의 구성을 보여주는 도면이다.

도 3을 참조하면, 상기 자가 발전부는 화장품 케이스의 하측에 지지판(180)을 포함할 수 있다. 상기 지지판(180)은 경성을 지니는 물질로 형성될 수 있다. 상기 지지판(180)의 상부에는 자가 발전부가 형성될 수 있다. 상기 자가발전부는 제1, 2 전극층(150, 170)과 상기 제1, 2 전극층(150, 170) 사이에 형성된 유전체(160)를 포함할 수 있다.

상기 유전체(160)는 신축성이 있는 물질로 형성될 수 있다. 상기 유전체(160)는 대전되는 성질이 우수한 물질을 사용할 수 있다. 상기 대전은 마찰 전기 효과라고 볼 수 있다. 마찰 전기 효과는 서로 다른 극성을 가진 물질이 접촉하게 되면 전하의 이동이 발생하는 현상으로 설명할 수 있다. 상기 '접촉'은 주로 두 개의 상이한 물질이 닿는 것을 의미하지만, 두 개의 물질이 미끄러지는 것을 포함할 수 있다. 상기 유전체(160)는 유전용량(capacity)이 큰 물질일 수 있다. 상기 유전체는 전기적으로 절연되는 성질을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 유전체(160)는 PDMS(Polydimethylsiloxane)를 포함할 수 있다.

상기 유전체(160)의 상측과 하측에는 전기적으로 전도성이 있는 전극층(150, 170)이 형성될 수 있다. 상기 유전체(160)는 상기 제2 전극층(170)과 맞닿는 형태로 형성될 수 있다. 상기 유전체(160)는 상기 제2 전극층(170)과 반대의 극성을 가질 수 있다. 상기 제1 전극층(150)은 상기 유전체(160)와 이격된 거리d를 가질 수 있다. 상기 제1, 2 전극층(150, 170)은 두 개가 층상을 갖는 형태로 형성되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1, 2 전극층(150, 170)은 정류기(130)에 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 제1, 2 전극층(150, 170)은 양전하(+)를 가질 수 있다. 이에 반하여 상기 유전체(160)는 음전하(-)를 가질 수 있다.

상기 정류기(130)는 역류 방지 다이오드일 수 있다.

상기 제1, 2 전극층(150, 170) 사이에서는 상기 제1 전극층(150)의 유동에 따라 마찰전기 현상이 발생할 수 있다. 상기 마찰 전기 현상은 전하를 띠고 있지 않던 물체가 접촉 또는 미끄러짐, 마찰에 따라 전하를 띠는 현상일 수 있다.

상기 제1 전극층(150) 상에는 컴팩트 조성물(120)이 형성될 수 있다. 상기 컴팩트 조성물(120)은 오일 점증제, 고체상 안료, 틱소트로피성능을 향상시킬 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 상기 컴팩트 조성물(120)은 에어 퍼프(110) 또는 에어 쿠션의 진동 또는 화장품 케이스(100) 사용자의 문지름 동작 등에 의하여 에어 퍼프(110)의 표면으로 이동될 수 있다. 상기 에어 퍼프(110)는 본 발명의 제1 전극층(150)과 유전체(160)와의 마찰 또는 접촉을 유도할 수 있도록 질량체로 형성될 수 있다 상기 질량체인 에어 퍼프(110)는 상기 화장품 케이스(100)의 이동 시에 상기 제1 전극층(150)과 상기 유전체(160)의 사이에 충격을 전달할 수 있는 물질일 수 있다.

상기 컴팩트 조성물(120)의 문지름 동작에 의하여 상기 제1 전극층(150)과 유전체(160)는 마찰되는 현상이 발생하고 대전 또는 정전 현상이 발생할 수 있다. 상기 마찰 전기효과는 서로 다른 마찰전기 극성을 가진 두 물질이 접촉하는 경우 전하 이동이 발생하는 현상으로 설명할 수 있다. 좀더 자세히 설명하면, 기계적인 힘에 의해 접촉면이 맞닿거나, 떨어지게 되는 데, 이때 접촉면에 쌍극자층과 전압강하가 발생하고, 이로 인해 한쪽 물체의 전자가 다른 쪽으로 이동되는 현상이 발생할 수 있다. 여기서 전자의 이동 현상은 접촉하는 두 물질(본 발명의 경우에는 제1 전극층(150)과 유전체(160)가 이에 해당될 수 있다.)의 성질에 따라서 결정되는 것일 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 발전 장치, 정류기, 축전지의 구성을 보여주는 회로도이다.

도 4를 참조하면, 상기 자가 발전 장치는 상기 화장품 케이스(100)의 진동에 따라 마찰전기가 발생하여 에너지가 충전되는 자가발전부일 수 있다.

상기 자가 발전부는 층상으로 형성되어 있는 제1, 2 전극층(150, 170)과 상기 제1, 2 전극층(150, 170) 사이에 형성된 유전체(160)를 포함할 수 있다.

상기 정류기(130)는 도 4에 도시된 바와 같이, 자가 발전부로부터 외부 도선(140)을 통해서 전기적으로 일단이 접속된 다이오드를 포함할 수 있다. 도 4와 같이 다이오드는 정류기(130)로서, 자가발전부가 축전지(220)와 전기적으로 접속되어 있는 경우, 자가 발전부에서 양방향으로 발생하는 전류에 대하여 정류기능을 수행할 수 있다 상기 정류기능은 교류 전류를 직류 전류로 변환시키는 기능일 수 있다.

상기 정류기(130)는 두 개의 다이오드가 서로 반대 방향으로 결합되어 있어서 위쪽과 아래쪽으로 흐르는 전류에 대해서 한 방향으로 흐르도록 만드는 정류 기능을 수행할 수 있다.

상기 축전지(220)는 상술한 바와 같이 별도의 점멸등(미도시)을 구비하여 상기 축전지(220)의 충전상태를 표시할 수 있다. 상기 축전지(220)는 상기 다이오드를 포함하는 정류기(130)의 타단과 전기적으로 접속된 형태일 수 있다. 상기 축전지(220)는 커패시터를 포함할 수 있다.

상기 축전지(220)는 LED(210), 센서 또는 전기소자와 전기적으로 접속된 형태일 수 있다. 상기 축전지(220)는 LED(210)에 전원을 공급할 수 있는 전원부일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 화장품 케이스(100)는 거울(230)의 상측에 LED(210)를 구비하여 상기 화장품 케이스(100)를 여는 동작 시에 상기 거울(230)을 통하여 사용자의 얼굴을 비추어 주는 기능을 수행할 수 있다.

자가발전부의 구성요소인 마찰전기 발생부로부터의 외부 도선(140)과 역류 방지다이오드의 일단이 접속되고 상기 역류 방지 다이오드의 타단과 충전부인 배터리가 접속되어 상기 자가발전부로부터 발생된 전력이 충전될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 발전 장치의 동작 원리를 보여주는 개념도이다.

도 5를 참조하여 본 발명의 마찰 전기를 사용하여 충전 동작이 발생하는 과정에 대해서 상술하면 다음과 같다.

본 발명의 마찰 전기를 이용한 화장품 케이스(100)의 충전 메커니즘은 마찰전기와 정전기가 결합한 형태일 수있다.

도 5의 (a)를 참조하면, 제1 전극층(150)이 유전체(160)와 접촉하기 전에 기본적인 상태를 보여준다. 제1 전극층(150)이 유전체(160)와 접촉하기 전에는 어떠한 전하 이동도 발생하지 않으며, 전압 강하 현상도 발생하지 않는다. 외부 압력이 상기 제1, 2 전극층(150, 170)을 포함하는 자가 발전부에 가해지면, 상기 제1 전극층(150)과 상기 유전체(160)가 마찰되는 현상이 발생할 수 있다. 이때 상기 제1 전극층(150)과 유전체(160)의 대전되는 성질에 따라 한 쪽은 양성(+)을 띠고 다른 한 쪽은 음성(-)을 가지게 된다. 여기서는 서술의 편의를 위해 제1 전극층(150)이 ITO(Indium tin oxide)을 포함하는 물질이고, 상기 유전체(160)는 PDMS이어서 ITO를 포함하는 제1 전극층(150)은 양전하를 가진 형태이고 유전체(160)는 음의 전하를 가질 수 있다(도 5의 (b)). 상기 유전체(160)는 전기적으로 절연체일 수 있다.

가해진 힘이 줄어들게 되면 마찰된 표면이 이격될 수 있다. 여기서 가해진 힘이 줄어든다고 하는 것은 에어퍼프(110)를 통한 문지름 동작이 약해지는 것을 의미할 수 있다.

상기 에어퍼프(110)는 일정 중량(예를 들면 500g 이상이라고 가정할 수 있다) 이상의 질량체를 포함하는 경우 핸드백 등에 들어있는 화장품 케이스(100)가 흔들리는 동작 중에 상기 에어퍼프(110)의 흔들림이 상기 자가 발전부를 눌러주는 효과를 발생시켜 자가 발전부를 통한 축전지(220)의 충전 동작이 발생할 수 있다.

상기 제1 전극층(150)은 제2 전극층(170)보다 높은 퍼텐셜을 가지게 되어 전기적 평형을 이루기 위해 전자(e-)가 제2 전극층(170)으로부터 상기 제1 전극층(150)으로 이동할 수 있다. 상기 전자의 이동은 양전하(+)의 이동으로 설명할 수 있다.

에어 퍼프(110)에 가해지는 힘이 약해져서 상기 제1 전극층(150)이 원래의 위치로 돌아오는 경우, 제1 전극층(150)과 유전체(160)는 다시 일정 거리d를 갖는 형태로 변경될 수 있다(도 5(c ))

외부 힘이 작용하지 않아서 본래의 사이 간격(d)으로 돌아오게 되면, 완전한 평형 상태를 이룰 수 있다(도 5(d)).

만일 외부의 힘이 다시 가해지게 되면, 이번에는 전하가 반대방향으로 이동할 수 있다(도 5(e)). 이와 같은 전하의 이동은 평형을 이루게 되면 정지될 수 있다.

상술한 바와 같은 누름 동작의 반복에 의한 전하의 이동은 상기 정류기(130)를 통한 축전지(220)의 충전을 유도할 수 있다. 상기 누름 동작의 반복이 발생하는 동안 전하의 상태에 따라 전하(본 실시예에서는 전자의 이동은 교류의 형태를 가질 수 있다.

간단히 표현하면 상기 자가 발전장치라고 할 수 있는 마찰전기를 이용한 화장품 케이스의 충전방법은, 지지판(180) 위에 형성된 제2 전극층(170)과 상기 제2 전극층(170) 위에 형성된 유전체(160)와 이격된 제1 전극층(150) 위에 외부 충격을 가하여 상기 제1전극층(150)과 유전체(160)에 반대되는 극성을 갖는 전하를 형성하는 단계(S10)와, 상기 형성된 전하가 외부 도선을 통해서 정류되어 축전지에 충전되는 단계(S20)와, 상기 제1 전극층(150)이 원위치로 복귀되는 단계(S30) 및 상기 제1 전극층(150)에 재차 충격을 가하여 상기 제2 전극층(170)에 이동된 전하가 상기 제1 전극층(150)으로 이동하면서 정류되어 상기 축전지(220)에 충전되는 단계(S40)를 포함할 수 있다.

설사 전하의 이동이 교류의 형태를 띠더라도 상기 정류기(130)의 작동으로 축전지(220)에는 직류 형태로 변환된 형태가 되어 충전현상이 지속적으로 발생할 수 있다. 상기 정류기(130)는 역류 방지 다이오드의 형태를 가질 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 전기를 이용한 화장품 케이스(100)의 제조방법에 대하여 상술한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 화장품 케이스(100)의 제조방법은 화장품 케이스(100)의 하면에 지지판(180)을 형성하는 단계(S110)와, 상기 지지판(180) 위에 제2 전극층(170)을 형성하는 단계(S120)와, 상기 제2 전극층(170) 위에 유전체(160)를 형성하는 단계(S130)와, 상기 유전체(160) 위에 제1 전극층(170)을 형성하는 단계(S140)와, 상기 제1 전극층(170) 상에 화장용 컴팩트 조성물(120)을 실장하는 단계(S150) 및 상기 제1 전극층(150)과 제2 전극층(170)을 정류기(130)를 통해서 축전지(220)에 전기적으로 접속시키는 단계(S160)를 포함할 수 있다.

화장품 케이스(100)의 제일 밑 바닥에는 지지판(180)이 형성될 수 있다(S110).

지지판(180)은 강성을 지니고 있어서 제1 전극층(150), 유전체(160), 및 제2 전극층(170)을 지지할 수 있는 물질이면 특별히 가리지 않는다. 상기 지지판(180)의 상부에는 제2 전극층(170)을 형성할 수 있다(S120). 상기 제2 전극층(170)은 전기전도성을 띠는 물질로서 제1 전극층(150)과 전기적으로 접속되는 물질일 수 있다. 예를 들면, 상기 제 2 전극층(170)은 ITO를 포함할 수 있다.

상기 제2 전극층(170) 상에는 유전체를 형성할 수 있다(S130). 예를 들면 상기 유전체(160)는 PDMS(polydimethylsiloxane)을 포함할 수 있다. 상기 PDMS는 탄성체(elastomer)와 소결 조제(curing agent)를 일정 비율로 혼합할 수 있다. 상기 소결 조제와 탄성체를 혼합한 후 가열하여 PDMS를 제작할 수 있다.

상기 PDMS의 표면은 상기 제1 전극층(150)과의 마찰 전기의 발생을 유도하기 위해 표면 조도(surface roughness)가 큰 상태로 만들 수 있다. 상기와 같이 표면 조도가 큰 물질로 만들 경우 상기 제1 전극층(150)과의 접촉과정에서 다량의 마찰 전기가 발생할 수 있다. 상기 마찰 전기의 발생과정은 상기 화장품 케이스(100)에 있는 질량체인 에어 퍼프(110)의 문지름 또는 진동의 동작에 의해서 발생할 수 있음은 전술한 바와 같다.

상기 PDMS를 포함하는 유전체(160)는 상기 제2 전극층(170) 상에 테이프를 사용하여 접착될 수 있다(S130).

상기와 같이 제조된 유전체(160) 상에 제1 전극층(150)을 형성할 수 있다(S140). 상기 제1 전극층(150)은 표면에 전기전도성이 우수한 물질이 코팅될 수 있다(S132). 상기 전기전도성이 우수한 물질은 Ag을 포함할 수 있다.

상기 전기전도성이 우수한 물질이 코팅됨에 따라 상기 유전체(160)와의 접촉 또는 마찰 시에 발생하는 정전기는 극대화될 수 있다.

도시하지 않았지만 상기 유전체(160)와 상기 제1 전극층(150) 사이에는 상기 유전체(160)를 둘러싸고 상기 유전체(160)와 상기 제1 전극층(160)을 이격시키는 탄성체를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 전극층(150)과 상기 제2 전극층(170)은 외부 도선(140)을 통해서 정류기(130)과 전기적으로 접속될 수 있다(S160).

상기 제1 전극층(150) 상에는 컴팩트 조성물이 실장될 수 있다(S150).

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 화장품 케이스 110: 에어 퍼프
130: 정류기 140: 외부 도선
150: 제1 전극층 160: 유전체
170: 제2 전극층 180: 지지판
210: LED 220: 축전지
230: 거울

Claims

자가 발전을 이용한 화장품 케이스에 있어서,
제1,2 전극층;
상기 제1, 2 전극층 사이에 형성되는 유전체;
상기 제1, 2 전극층과 전기적으로 연결된 축전지;
상기 축전지를 통해서 전기적으로 접속된 LED;
상기 제1 전극층 상에 마련되는 컴팩트 조성물; 및
상기 컴팩트 조성물 상에 마련되는 에어 퍼프를 더 포함하여 상기 에어 퍼프에 상기 컴팩트 조성물을 묻히기 위해 문지름 동작이 수행될 때, 상기 제1 전극층과 상기 유전체 사이에 마찰이 발생하여 마찰전기가 생성되고,
상기 에어 퍼프는 질량체로 구성되어 있어, 상기 에어 퍼프가 사용되지 않을 때에도 상기 에어 퍼프에 전달되는 진동 및 충격에 의해 상기 제1 전극층과 상기 유전체 사이에 마찰이 발생하여 자발적으로 마찰전기가 생성되는 것을 특징으로 하는 것인 자가 발전을 이용한 화장품 케이스.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 유전체는 표면에 요철이 형성된 PDMS를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가 발전을 이용한 화장품 케이스.
제1항에 있어서,
상기 제1 전극층은,
전기 전도성을 갖는 코팅 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 자가 발전을 이용한 화장품 케이스.
제 4항에 있어서,
상기 전기 전도성을 갖는 코팅 물질은 Ag을 포함하는 것을 특징으로 하는 자가 발전을 이용한 화장품 케이스..
제1항에 있어서,
상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 사이에는
상기 유전체를 둘러싸는 탄성체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자가 발전을 이용한 화장품 케이스.
제 1항에 있어서,
상기 제1, 2 전극층과 상기 축전지 사이에는 역류 방지 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자가 발전을 이용한 화장품 케이스..
제1항에 있어서,
상기 축전지는 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가 발전을 이용한 화장품 케이스.
자가 발전을 이용한 화장품 케이스에 있어서,
제1 전극층과 제2 전극층 사이에 유전체를 포함하고,
상기 제1 전극층에 제1 차 외부 충격이 가해질 때 마찰전기가 발생하여 대전된 전하가 외부 도선을 통해서 흐르고,
제2 차 외부 충격이 가해질 때 대전된 전하가 반대 방향으로 외부 도선을 통해서 흐르고,
상기 대전된 전하가 외부 도선을 통해서 정류되고 축전지에 충전되는 것을 특징으로 하고,
상기 제1 전극층 상에 마련되는 컴팩트 조성물 및 상기 컴팩트 조성물 상에 마련되는 에어 퍼프를 더 포함하여 상기 에어 퍼프에 상기 컴팩트 조성물을 묻히기 위해 문지름 동작이 수행될 때, 상기 제1 전극층과 상기 유전체 사이에 마찰이 발생하여 마찰전기가 생성되고,
상기 에어 퍼프는 질량체로 구성되어 있어, 상기 에어 퍼프가 사용되지 않을 때에도 상기 에어 퍼프에 전달되는 진동 및 충격에 의해 상기 제1 전극층과 상기 유전체 사이에 마찰이 발생하여 자발적으로 마찰전기가 생성되는 것을 특징으로 하는 것인 자가 발전을 이용한 화장품 케이스.
자가 발전을 이용한 화장품 케이스의 충전 방법에 있어서,
지지판 위에 형성된 제 2 전극층과 상기 제2 전극층 위에 형성된 유전체와 이격된 제1 전극층 사이에 외부 충격을 가하여 상기 제1 전극층과 유전체에 반대되는 극성을 갖는 전하를 형성하는 단계(S10);
상기 형성된 전하가 외부 도선을 통해서 정류되어 축전지에 충전되는 단계(S20);
상기 제1 전극층이 원위치로 복귀되는 단계(S30); 및
상기 제1 전극층에 재차 충격을 가하여 상기 제2 전극층에 이동된 전하가 상기 제1 전극층으로 이동하면서 정류되어 상기 축전지에 충전되는 단계(S40)를 포함하며,
상기 제1 전극층 상에는 컴팩트 조성물이 마련되고, 상기 컴팩트 조성물 상에는 에어 퍼프가 마련되며 상기 에어 퍼프에 상기 컴팩트 조성물을 묻히기 위해 문지름 동작이 수행될 때, 상기 제1 전극층과 상기 유전체 사이에 마찰이 발생하여 마찰전기가 생성되고,
상기 에어 퍼프는 질량체로 구성되어 있어, 상기 에어 퍼프가 사용되지 않을 때에도 상기 에어 퍼프에 전달되는 진동 및 충격에 의해 상기 제1 전극층과 상기 유전체 사이에 마찰이 발생하여 자발적으로 마찰전기가 생성되는 것을 특징으로 하는 것인 자가 발전을 이용한 화장품 케이스의 충전 방법.
제10항에 있어서,
상기 제1 전극층에 재차 충격을 가하여 상기 제2 전극층에 이동된 전하가 상기 제1 전극층으로 이동하면서 정류되어 상기 축전지에 충전하는 단계(S40)는
상기 제1 전극층이 원위치로 복귀되는 단계(S42)와 상기 제1 전극층에 이동된 전하가 상기 제2 전극층으로 다시 이동하는 단계(S44)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자가 발전을 이용한 화장품 케이스의 충전방법.
자가 발전을 이용하는 화장품 케이스의 제조방법에 있어서,
화장품 케이스의 하면에 지지판을 형성하는 단계(S110);
상기 지지판 위에 제2 전극층을 형성하는 단계(S120);
상기 제2 전극층 위에 유전체를 형성하는 단계(S130);
상기 유전체 위에 제1 전극층을 형성하는 단계(S140);
상기 제1 전극층 상에 화장용 컴팩트 조성물을 실장하는 단계(S150); 및
상기 제1 전극층과 제2 전극층을 정류기를 통해서 축전지에 전기적으로 접속시키는 단계(S160)를 포함하며,
상기 제1 전극층 상에는 컴팩트 조성물이 마련되고, 상기 컴팩트 조성물 상에는 에어 퍼프가 마련되며 상기 에어 퍼프에 상기 컴팩트 조성물을 묻히기 위해 문지름 동작이 수행될 때, 상기 제1 전극층과 상기 유전체 사이에 마찰이 발생하여 마찰전기가 생성되고,
상기 에어 퍼프는 질량체로 구성되어 있어, 상기 에어 퍼프가 사용되지 않을 때에도 상기 에어 퍼프에 전달되는 진동 및 충격에 의해 상기 제1 전극층과 상기 유전체 사이에 마찰이 발생하여 자발적으로 마찰전기가 생성되는 것을 특징으로 하는 것인 자가 발전을 이용한 화장품 케이스의 제조방법.
제12항에 있어서,
상기 유전체는 탄성체와 소결 조제를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가 발전을 이용한 화장품 케이스의 제조방법.
제12항에 있어서,
상기 제2 전극층과 상기 유전체는 테이프로 접착하여 결합하는 것을 특징으로 하는 자가 발전을 이용한 화장품 케이스의 제조방법.
제12항에 있어서,
상기 유전체 위에 제1 전극층을 형성하는 단계(S140) 전에,
상기 제1 전극층 상에 Ag분말을 스핀코팅하여 요철부를 형성하는 단계(S132)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자가 발전을 이용한 화장품 케이스의 제조방법.