KR101914294B1 - 자동차 시트용 섬유기반 정전용량센서의 구조 - Google Patents

자동차 시트용 섬유기반 정전용량센서의 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 시트용 섬유기반 정전용량센서의 구조에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 2개소의 유전체 레이어 간 중앙전도성섬유층이 내입됨에 따라 전체 7개소의 레이어로 구성되는 정전용량 섬유센서를 자동차 시트 내 착석부 및 등받이부에 각각 개별 설치하되, 중앙전도섬유층을 4 내지 8개소로 분리 분포시켜 각각 정전용량을 측정함으로써 전극연결의 편의성을 유도함과 동시에 유전체 두께 증대에 의한 유전율 증대를 유도하여 센싱 감도가 대폭 향상되는 자동차 시트용 섬유기반 정전용량센서의 구조에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 자동차 시트 내 착석부 및 등받이부에 삽입되는 섬유기반 정전용량센서의 구조에 있어서, 상기 정전용량센서는 상부측 및 하부측에 위치되는 제1, 제2패킹섬유층과; 상기 제1, 제2패킹섬유층으로부터 각각 하부측 및 상부측에 배치되는 제1, 제2아우터전도성섬유층과; 상기 제1, 제2아우터전도성섬유층으로부터 각각 하부측 및 상부측에 배치되는 제1, 제2유전체; 및 상기 제1, 제2유전체간에 배치되며 좌, 우측으로 대칭되도록 복수개가 분리 구성되는 중앙전도성섬유층;을 포함하여 이루어진다.
여기서 상기 착석부에 삽입되는 정전용량센서의 중앙전도성섬유층은 서로 분리되며 좌측 및 우측에 전후 방향으로 각 3개소가 배치되되, 좌측과 우측 간에 서로 이웃하는 중앙전도성섬유층은 각각 크기와 형상이 동일하고, 전후 방향으로 서로 이웃하는 중앙전도성섬유층은 각각 크기와 형상이 동일 또는 상이하게 이루어진다.

Description

자동차 시트용 섬유기반 정전용량센서의 구조{Structure of fiber-based capacitive sensor for car seat}
본 발명은 자동차 시트용 섬유기반 정전용량센서의 구조에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 2개소의 유전체 레이어 간 중앙전도성섬유층이 내입됨에 따라 전체 7개소의 레이어로 구성되는 정전용량 섬유센서를 자동차 시트 내 착석부 및 등받이부에 각각 개별 설치하되, 중앙전도섬유층을 4 내지 8개소로 분리 분포시켜 각각 정전용량을 측정함으로써 전극연결의 편의성을 유도함과 동시에 유전체 두께 증대에 의한 유전율 증대를 유도하여 센싱 감도가 대폭 향상되는 자동차 시트용 섬유기반 정전용량센서의 구조에 관한 것이다.
자동차의 시트는 탑승자의 엉덩이부분이 착석되는 착석부와, 탑승자의 등부분이 기대어지는 등받이부로 나뉘어진다. 통상적으로 자동차의 운전자는 신체조건이나 운전습관에 따라 편안함과 안락함을 느끼는 시트의 형태가 달라진다.
이에 따라 자동차의 시트 제조시 일반적인 평균 신체의 운전자를 기준으로 착석한 상태에서 시트에 가압이 이루어지는 부분과 이보다 적게 이루어지는 부분을 측정하여 이에 맞게 다양한 굴곡을 가지는 형태로 시트가 제작되고 있다.
하지만 보다 정확하고 정밀한 사용자의 시트 가압 분포를 측정하기 위해 다양한 형태의 압력 센서가 적용되어 가압 분포를 측정하는데, 일예로 한국등록특허 1229798호에서는 의자 또는 방석에 가압 분포를 측정하여 자세 교정을 하기 위한 목적으로 복수의 어레이를 구성하는 복수의 도전성 섬유 패드를 개시하고 있다.
이를 살펴보면 도 1에 도시된 바와 같이 자세 교정용 장치는 복수의 도전성 섬유 패드(5)를 포함하는 어레이(3)와 정전 용량 감지모듈(2)을 포함한다. 자세 교정용 장치의 각 블록을 간단히 살펴보면 복수의 도전성 섬유 패드(5)를 포함하는 어레이(3)는, 정형화된 N(N은 1 이상의 정수)개의 라인과 M(M은 2 이상의 정수)개의 열로 구성된 도전성 섬유 패드(5)를 포함하는 어레이(3)이다.
이러한 어레이(3)는 인체가 접촉할 수 있는 부분을 가진 의자나 방석 등에 부착되거나 혹은 의자나 방석의 직물과 같이 직조 되어, 인체가 접촉할 수 있는 부분으로부터의 압력에 따른 정전 용량(Capacitance)을 측정할 수 있도록 한다.
이러한 정전 용량은 압력의 변화에 따라 변화될 수 있다. 따라서 이러한 어레이(3)는 인체의 엉덩이가 접촉하여 압력을 받는 좌석, 등(back)이 접촉하여 압력을 받는 등받이 등을 구성하는 직물이나 가죽의 인체에 노출되는 외피나 혹은 인체에 노출되지 않는 내피에 배치될 수 있다.
하지만, 상기와 같이 작은 공간에 많은 양의 어레이로 구성되는 경우 도전성 패드의 압력이 가해지는 면적 값이 낮아져 압력시 정전용량 변화값 또한 낮아지게 됨에 따라 정전용량 센서의 재현성 및 분해능이 저하되는 문제가 있으며, 많은 양의 어레이에 전극 연결이 이루어져야 함에 따라 구성시 작업 난이도가 증대되는 문제점이 발생된다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 2개소의 유전체 레이어 간 중앙전도성섬유층이 내입됨에 따라 전체 7개소의 레이어로 구성되는 정전용량 섬유센서를 자동차 시트 내 착석부 및 등받이부에 각각 개별 설치하되, 중앙전도섬유층을 4 내지 8개소로 분리 분포시켜 각각 정전용량을 측정함으로써 전극연결의 편의성을 유도함과 동시에 유전체 두께 증대에 의한 유전율 증대를 유도하여 센싱 감도가 대폭 향상되는 자동차 시트용 섬유기반 정전용량센서의 구조를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.
본 발명은 자동차 시트 내 착석부 및 등받이부에 삽입되는 섬유기반 정전용량센서의 구조에 있어서, 상기 정전용량센서는 상부측 및 하부측에 위치되는 제1, 제2패킹섬유층과; 상기 제1, 제2패킹섬유층으로부터 각각 하부측 및 상부측에 배치되는 제1, 제2아우터전도성섬유층과; 상기 제1, 제2아우터전도성섬유층으로부터 각각 하부측 및 상부측에 배치되는 제1, 제2유전체; 및 상기 제1, 제2유전체간에 배치되며 좌, 우측으로 대칭되도록 복수개가 분리 구성되는 중앙전도성섬유층;을 포함하여 이루어진다.
여기서 상기 착석부에 삽입되는 정전용량센서의 중앙전도성섬유층은 서로 분리되며 좌측 및 우측에 전후 방향으로 각 3개소가 배치되되, 좌측과 우측 간에 서로 이웃하는 중앙전도성섬유층은 각각 크기와 형상이 동일하고, 전후 방향으로 서로 이웃하는 중앙전도성섬유층은 각각 크기와 형상이 동일 또는 상이하게 이루어진다.
아울러 상기 등받이부에 삽입되는 정전용량센서의 중앙전도성섬유층은 서로 분리되며 좌측 및 우측에 상하 방향으로 각 2개소가 배치되되, 좌측과 우측 간에 서로 이웃하는 중앙전도성섬유층은 각각 크기와 형상이 동일하고, 상하 방향으로 서로 이웃하는 중앙전도성섬유층은 각각 크기와 형상이 동일 또는 상이하게 이루어진다.
또한 상기 제1, 제2패킹섬유층은 각각 그 상부측 및 하부측에 인체접촉으로 발생되는 유전체의 유전율 변화를 제거하기 위해 절연 필름이 결합된다.
본 발명에 따르면 최소면적의 가압에도 정전용량 감지가 가능하며 전극연결의 편의성이 향상됨은 물론 구조가 종래 보다 매우 간단하여 제작 비용이 감소됨에 따라 생산성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 종래 의자 또는 방석에 적용되는 복수의 도전성 섬유 패드를 가지는 자세 교정용 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 자동차 시트에 중앙전도섬유층이 배치되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 섬유기반 정전용량센서의 구조를 나타내는 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.
먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 자동차 시트에 중앙전도섬유층이 배치되는 모습을 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 섬유기반 정전용량센서의 구조를 나타내는 도면이다.
도면을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 섬유기반 정전용량센서(100)는 크게 상기 정전용량센서(100)는 상부측 및 하부측에 위치되는 제1, 제2패킹섬층(10, 11)과, 상기 제1, 제2패킹섬유층(10, 11)으로부터 각각 하부측 및 상부측에 배치되는 제1, 제2아우터전도성섬유층(20, 21)과, 상기 제1, 제2아우터전도성섬유층(20, 21)으로부터 각각 하부측 및 상부측에 배치되는 제1, 제2유전체(30, 31) 및 상기 제1, 제2유전체(30, 31) 간에 배치되며 좌, 우측으로 대칭되도록 복수개가 분리 구성되는 중앙전도성섬유층(40)으로 이루어진다.
여기서 상기 제1, 제2패킹섬유층(10, 11)은 각각 상부측 및 하부측에 위치하여 테두리를 따라 결합됨으로써 내부측에 수용공간이 마련되고, 그 내부측 수용공간에 제1, 제2아우터전도성섬유층(20, 21), 제1, 제2유전체(30, 31) 및 중앙전도성섬유층(40)을 수용하도록 한다.
아울러 이러한 제1, 제2패킹섬유층(10, 11)은 착석자의 신체 부위 접촉으로 인한 내부 유전율 변화를 차단하기 위해 절연성 재질로 이루어지며, 보다 절연성을 높이기 위해 제1패킹섬유층(10) 상부측 및 제2패킹섬유층(11) 하부측에 PU 또는 TPU로 이루어지는 절연 필름이 결합됨이 바람직하다.
한편 상기 제1, 제2아우터전도성섬유층(20, 21)은 판상으로 형성되어 접지(GND) 연결되는데, 링 타입 스냅버튼을 통해 접지시킴으로써 하나의 셀단위로 이루어지는 정전용량센서(100)의 면적에 따른 초기 정전용량 값을 증대시키도록 구성된다.
또한 상기 제1, 제2유전체(30, 31)는 각각 상기 제1, 제2아우터전도성섬유층(20, 21)의 하부측 및 상부측에 위치되어 제1, 제2아우터전도성섬유층(20, 21) 및 중앙전도성섬유층(40)에 전극이 연결되면 분극이 발생된다.
아울러 상기 중앙전도성섬유층(40)은 상기 제1, 제2유전체(30, 31) 사이에 배치되며 좌, 우측으로 대칭되도록 복수개가 분리 구성된다.
이에 따라 분리되는 중앙전도성섬유층(40)별로 착석자가 가압시 발생되는 정전용량 변화값을 측정함으로써 가압 분포를 취득할 수 있다.
정전용량 변화값은 초기 정전용량값과 착석자의 가압시 변화되는 정전용량값의 차로 취득되는데, 초기 정전용량값 및 가압시 정전용량값은 아래와 같다.
Figure 112017102798144-pat00001
여기서 상기 Ca는 초기 정전용량값, Aa는 정전용량센서 전도성섬유층 면적, ε0는 유전체가 가지는 유전상수, da는 전도성섬유층 간 거리이다.
Figure 112017102798144-pat00002
여기서 상기 Cb는 초기 정전용량값, Ab는 정전용량센서 전도성섬유층 면적, ε0는 유전체가 가지는 유전상수, db는 전도성섬유층 간 거리이다.
따라서 정전용량 변화값(Cc)은
Figure 112017102798144-pat00003
이다.
이에 따라 정전용량 변화값을 클수록 정전용량센서의 재현성 및 분해능이 높은 것으로 본 발명에서는 제1, 제2유전체(30, 31)의 두께를 늘려 면적이 작은 단위셀에서 Cc 값을 높이는 원리로 정전용량 변화값을 증대시킨다.
아울러 단순 동일한 크기 및 형태의 중앙전도성섬유층(40)의 배치가 아닌 목적하는 부위와 크기의 변화값을 추출가능하여 맞춤형 정전용량센서 구성이 가능하다.
아울러 본 발명에 따른 정전용량센서(100)는 착석부(H)와 등받이부(B)에 각각 한 셀단위로 설치가 이루어지며, 상기 착석부(H)에 삽입되는 정전용량센서(100)의 중앙전도성섬유층(40)은 서로 분리되며 좌측 및 우측에 전후 방향으로 각 3개소가 배치되되, 좌측과 우측 간에 서로 이웃하는 중앙전도성섬유층(40)은 각각 크기와 형상이 동일하고, 전후 방향으로 서로 이웃하는 중앙전도성섬유층(40)은 각각 크기와 형상이 동일 또는 상이하게 이루어진다.
또한 상기 등받이부(B)에 삽입되는 정전용량센서(100)의 중앙전도성섬유층(40)은 서로 분리되며 좌측 및 우측에 상하 방향으로 각 2개소가 배치되되, 좌측과 우측 간에 서로 이웃하는 중앙전도성섬유층(40)은 각각 크기와 형상이 동일하고, 상하 방향으로 서로 이웃하는 중앙전도성섬유층(40)은 각각 크기와 형상이 동일 또는 상이하게 이루어진다.
물론 필요에 따라 하나의 셀단위로 착석부(H)와 등받이부(B)를 연결하고 중앙전도성섬유층(40)의 배치구조를 착석부(H)에 6개소, 등받이부(B)에 4개소가 배치되도록 구성할 수 있으며, 또한 착석자의 머리를 지지하는 헤드레스트 부위로 추가 연장하여 착석자의 머리의 정전용량 변화값 추출이 이루어지도록 할 수 있다.
이에 따라 기존 자동차업계에서 자동차 시트 제작시 압력 분포 취득을 위해 고가의 칩으로 구성할 필요없이 비교적 간단한 구성으로 정전용량센서의 구성이 가능해지고, 대면적에서의 압력에 대한 재현성을 높임에 따라 다양한 산업에서 부품, 소재로 활용이 가능해진다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 제1패킹섬유층 11 : 제2패킹섬유층
20 : 제1아우터전도성섬유층 21 : 제2아우터전도성섬유층
30 : 제1유전체 31 : 제2유전체
40 : 중앙전도성섬유층 100 : 정전용량센서

Claims (4)

  1. 자동차 시트(S) 내 착석부(H) 및 등받이부(B)에 삽입되는 섬유기반 정전용량센서의 구조에 있어서,
    상기 정전용량센서(100)는
    상부측 및 하부측에 위치되는 제1, 제2패킹섬유층(10, 11)과;
    상기 제1, 제2패킹섬유층(10, 11)으로부터 각각 하부측 및 상부측에 배치되는 제1, 제2아우터전도성섬유층(20, 21)과;
    상기 제1, 제2아우터전도성섬유층(20, 21)으로부터 각각 하부측 및 상부측에 배치되는 제1, 제2유전체(30, 31); 및
    상기 제1, 제2유전체(30, 31) 간에 배치되며 좌, 우측으로 대칭되도록 복수개가 분리 구성되는 중앙전도성섬유층(40);을 포함하여 이루어지며,
    상기 중앙전도성섬유층(40)의 판면 두께에 비해 상기 제1, 제2유전체(30, 31)의 두께가 상대적으로 더 두껍게 마련되며,
    상기 착석부(H) 또는 등받이부(B)에 삽입되는 정전용량센서(100)의 중앙전도성섬유층(40)은 4 내지 8 개소로 분리되며 좌측 및 우측에 개별 설치되되,
    상기 착석부(H)에 삽입되는 정전용량센서(100)의 중앙전도성섬유층(40)은
    좌측 및 우측에 전후 방향으로 각 3개소가 배치되고,
    상기 등받이부(B)에 삽입되는 정전용량센서(100)의 중앙전도성섬유층(40)은
    좌측 및 우측에 상하 방향으로 각 2개소가 배치되며,
    상기 제1, 제2패킹섬유층(10, 11)은 각각 그 상부측 및 하부측에 인체접촉으로 발생되는 유전체의 유전율 변화를 제거하기 위해 절연 필름이 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차 시트용 섬유기반 정전용량센서의 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    좌측과 우측 간에 서로 이웃하는 상기 중앙전도성섬유층(40)은
    각각 크기와 형상이 동일하고, 전후 방향으로 서로 이웃하는 중앙전도성섬유층(40)은 각각 크기와 형상이 동일 또는 상이하게 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 시트용 섬유기반 정전용량센서의 구조.
  3. 제1항에 있어서,
    좌측과 우측 간에 서로 이웃하는 상기 중앙전도성섬유층(40)은
    각각 크기와 형상이 동일하고, 상하 방향으로 서로 이웃하는 중앙전도성섬유층(40)은 각각 크기와 형상이 동일 또는 상이하게 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 시트용 섬유기반 정전용량센서의 구조.
  4. 삭제
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