KR102014065B1

KR102014065B1 - 섬유 질 센서

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Publication number: KR102014065B1
Application number: KR1020187032362A
Authority: KR
Inventors: 러츠 크리스티앙 게르하르트; 시마 아스바디; 리에로프 미쉘 마리아 요하네스 반; 네일 프란시스 조이; 마르크 토마스 요한슨; 마틴 우웨르케르크
Original assignee: 코닌클리케 필립스 엔.브이.
Priority date: 2016-04-08
Filing date: 2017-03-27
Publication date: 2019-08-27
Also published as: WO2017174381A1; CN109068988A; KR20180123590A; EP3439539B1; RU2018139048A3; US20190150824A1; EP3439539A1; CN109068988B; PL3439539T3; EP3228240A1; JP2019518933A; JP6507325B1; ES2758548T3; RU2740258C2; RU2018139048A

Abstract

섬유 질 센서(S)는 상호 인접한 전극들의 제1 쌍을 포함하고,
전극들의 제1 쌍은 섬유와 접촉하여 전극들에 걸쳐 제1 전압을 발생시키도록 배열되며, 제1 전압은 섬유의 질을 나타내고, 전극들의 제1 쌍은 제1 도전성 전극(1), 및
도전성 배킹(2)을 구비하는, 제1 유전성 재료(D)를 갖는 제1 유전성 전극(D, 2)을 포함한다. 섬유 질 센서는 전극들의 제2 쌍을 추가로 포함할 수 있고, 전극들의 제2 쌍은 섬유와 접촉하여 전극들에 걸쳐 제2 전압을 발생시키도록 배열되며, 제2 전압은 섬유의 질을 나타내고,
상호 인접한 전극들의 제2 쌍은 제2 도전성 전극(1), 및
도전성 배킹을 구비하는, 제2 유전성 재료를 갖는 제2 유전성 전극(D, 2)을 포함하며, 마찰전기 재료 시리즈에서, 도전성 전극의 재료가 제1 유전성 재료와 제2 유전성 재료 사이에 배열된다. 섬유 질 센서(S)는 수평으로 또는 수직으로 교번하는, 전극들의 제1 쌍 및 제2 쌍을 포함할 수 있다. 전극들의 제1 및/또는 제2 쌍들은 경사지고/지거나 기울어지고/기울어지거나 지그재그 형상일 수 있다. 섬유 질 센서(S)는, 상기 또는 각각의 전극들의 쌍에 대해, 전극들의 쌍에 결합되고 1 TΩ을 초과하고 바람직하게는 200 TΩ인 입력 임피던스를 갖는 증폭기를 추가로 포함할 수 있다. 섬유 질 센서(S)는 유리하게는 모발 관리 장치에 적용된다.

Description

섬유 질 센서

본 발명은 모발 손상 센서와 같은 섬유 질 센서(fiber quality sensor), 및 그러한 모발 손상 센서를 포함하는 모발 관리 장치(hair care device)에 관한 것이다.

문헌[Biophysics of Human Hair: Structural, Nanomechanical, and Nanotribological Studies, pp. 153-169 (2010)]에서 부샨(Bhushan)에 의한 제7장 "켈빈 탐침 현미경 관찰법을 사용한 인간 모발의 표면 전위 연구(Surface Potential Studies of Human Hair Using Kelvin Probe Microscopy)"는 건강 모발(virgin hair)이 더 양호한 전하 이동도(charge mobility)를 가지고, 따라서 화학적으로 손상된 모발보다 더 용이하게 전하를 소산시킬 수 있음을 개시한다.

미국 특허 제6,518,765호는 원격 환경의 정전기 특성을 시험하기 위해 마찰전기 센서(triboelectric sensor)들의 어레이를 사용하는 것을 기술한다. 재료의 마찰전기 특성을 결정하는 방법은 복수의 절연체들을 선택하는 단계;

복수의 절연체들을 재료에 대고 동시에 문지르는 단계; 시간 경과에 따른 복수의 절연체들 각각에 대한 전하의 크기 및 극성의 변화를 측정하는 단계; 및 상기 측정으로부터의 결과에 응답하여 재료의 마찰전기 특성을 결정하는 단계를 포함한다. 절연 재료들은 그들의 마찰전기 특성이 원하는 범위를 포함하도록 선택될 수 있다.

미국 특허 출원 공개 제2003/226397호는 모발과 같은 기재(substrate)의 수분 함량을 측정하기 위한 방향성 결합기 센서(directional coupler sensor)를 기술한다. 센서는 결합 간극을 사이에 한정하는 한 쌍의 대체로 평행한 플레이트들을 갖는 고주파수 방향성 결합기를 포함한다. 고주파 신호 발생기가, 기재가 결합 간극을 가로질러 배치된 상태에서, 간극을 가로질러 전자기장을 발생시킨다. 결합된 전력은 기재의 수분 함량과 관련된다. 결합 간극을 가로지른 기재의 요구되는 밀집도(compactness)가 달성되어 정확하고 신뢰성 있으며 일관된 결과를 얻는 것을 보장하도록 압력 센서가 제공된다.

미국 특허 출원 공개 제2016/0028327호는 전기 전하를 생성하기 위해, 유전성(dielectric) 중합체 재료의 마찰전기 특성과 상이한 마찰전기 특성을 갖는 다른 재료와 접촉하여 배치되도록 의도된 거친 유전성 중합체에 기초한 재료를 포함하는 마찰전기 발생기 요소를 제조하는 방법을 기술하는데, 이 방법은 주어진 유전성 중합체로 형성된 재료에 기초한 층을 지지체 상에 형성하는 단계를 포함한다.

미국 특허 출원 공개 제2016/0011233호는 섬유의 정전하를 측정하기 위한 센서로서, 절연된 센서 핸들; 센서 핸들에 연결되는 금속 센서 헤드; 절연된 센서 핸들 내부에 둘 모두 있는 전위계 및 커패시터(이에 의해, 절연된 핸들은 섬유와 직접 접촉하지 않고 전기 신호를 생성하지 않음); 및 핸들 상의 디스플레이를 포함하고, 섬유와 센서 헤드 사이의 접촉 동안에 발생된 정전하는 센서 헤드로부터 커패시터로 전달되고, 커패시터에 연결된 전위계에 의해 측정되며, 디스플레이 상에 나타내어지는, 센서를 기술한다. 센서 헤드는 바람직하게는 브러시 또는 빗의 형상이며, 빗질하는 동안에 정전하가 발생된다. 특히 섬유들을 빗질할 때 섬유들의 정전기의 측정은 케라틴 섬유 조건을 평가하는 일반적인 방법들 중 하나이다. 일반적으로 말하면, 섬유들 상의 보다 많은 정전기는 섬유들의 더 많은 날림(fly-away)을 유발한다. 더 많이 손상되고/되거나 말린(curled) 케라틴 섬유는, 빗질할 때의 더 많은 마찰 및/또는 섬유들간의 엉김으로 인해, 빗질할 때 더 많은 정전기 대전을 유발할 수 있다.

미국 특허 제6504375호는 정전 전압계 변조기와 일정 표면 사이의 정전기장을 측정하기 위한 정전 전압계 변조기가 차폐체, 감지 전극, 및 차폐체와 감지 전극 사이에 배치된 층을 포함하는 것을 기술한다.

본 발명의 목적은 특히 섬유 질 센서를 제공하는 것이다. 본 발명은 독립항에 의해 한정된다. 유리한 실시예가 종속항에 한정된다.

본 발명의 실시예는 모발 건강 또는 손상을 검출하기 위하여 자가 발생 센서 신호를 갖는 모발 기반 마찰전기 센서 장치, 특히 스트레이트너(straightener)와 같은 모발 관리 장치를 이용한 헤어 트리트먼트 동안에 신호 형상, 모발 표면 전위의 크기, 및 모발 표면 방전율(전하 유지/소산)을 측정 및 분석하는 센서 장치를 제공한다. 센서 기술은 모발 섬유의 정전기 및/또는 마찰전기 표면 대전 특성의 분석에 기초한다. 자가 발생 신호를 갖는 모발 기반 감지 기술은 기존의 헤어 스타일링 장치(예를 들어, 헤어 스트레이트너, 스타일러) 내에 통합된 모듈과, 독립형 소비자 및/또는 전문가 장치 둘 모두에 대해 전위를 제공한다. 모발 기반 센서는 모발의 표면 특성(토포그래피(topography), 화학적 성질)에 의존하는 전하(전압 또는 표면 전위 변화)를 측정하기 위한 센서로서 사용되는 활주식 마찰전기 발생기에 기초하지만 이로 한정되지 않는다. 센서 원리는 마찰전기 효과, 면내(in-plane) 전하 분리, 및 정전 유도를 이용한다. (예를 들어, 관리 장치의) 상대 표면에 대항한 모발의 문지름은 도전성 및 유전성 전극으로 제조된 특정 센서 전극 어레이에서 전하 축적 및 전하 유도를 유발하고, 유전성 전극은 시간-의존적이고 공간적인 거시적 방전 거동을 모니터링하는 것을 허용한다. 전하는 모발 및/또는 센서 특정 유도 전극 재료/구성을 통해 누출된다. 이러한 과정의 속도는 모발 섬유의 구조적 특성(모표피의 완전성, 제거된 모표피 층의 개수) 및 물리 화학적 표면 특성(지질의 존재, 수분 수준)에 의존한다. 전압 시그니처(signature)를 기준 형상과 비교하고 시간 및 주파수 도메인에서 신호를 분석함으로써, 손상된 모발의 수준이 평가되고 정량화될 수 있거나(보정 곡선이 이용가능한 경우), 기준치(baseline) 측정이 행해질 수 있다.

본 발명의 이들 및 다른 태양이 후술되는 실시예로부터 명백하고 이러한 실시예를 참조하여 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 원리를 예시하는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 모발 손상 센서의 제1 실시예를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 모발 손상 감지/검출을 위한 (다수의) 상호맞물림형(interdigitated) 하이브리드 유도 전극 쌍 실시예를 도시하는 도면.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 모발 팁(tip)들에서의 모발 길이 차이 및 각편위(angular deviation)를 보상하기 위한 헤어 스트레이트너 플레이트 상에서의 상이한 전극 배열들을 도시하는 도면.
도 5, 도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 섬유 질 센서에 사용하기 위한 전극 구성들의 예들을 도시하는 도면.

본 발명의 실시예는 모발 건강 또는 손상을 검출하기 위한 자가 발생 센서 신호를 갖는 모발 기반 마찰전기 센서를 제공한다. 특히, 실시예는 스트레이트너와 같은 모발 관리 장치를 이용한 헤어 트리트먼트(hair treatment) 동안에 신호 형상, 모발 표면 전위 크기, 및 모발 표면 방전율(전하 유지/소산)을 측정 및 분석하는 센서 장치를 제공한다. 센서는 모발 위에서의 모발 관리 장치의 이동에 응답하여 전하를 발생시키는 모발 기반 활주식 마찰전기 발생기에 기초하고, 이러한 모발 기반 마찰전기 발생기는 표면 특성(토포그래피, 화학적 성질)에 의존하는 파라미터를 측정하기 위한 센서로서 사용되며, 센서 신호는 마찰전기 발생기에 의해 발생되는 전하(전압)이다. 센서 원리는 마찰전기 효과, 면내 전하 분리, 및 정전 유도를 이용한다. (예를 들어, 모발 관리 장치의) 상대 표면에 대항한 모발의 문지름은 도전성 및 유전성 전극으로 제조된 특정 센서 전극 어레이에서 전하 축적 및 전하 유도를 유발하고, 유전성 전극은 시간-의존적이고 공간적인 거시적 방전 거동을 모니터링하는 것을 허용한다. 전하는 모발 및/또는 센서 특정 유도 전극 재료/구성을 통해 누출된다. 이러한 과정의 속도는 모발 섬유의 구조적 특성(모표피의 완전성, 제거된 모표피 층의 개수) 및 물리 화학적 표면 특성(지질의 존재, 수분 수준)에 의존한다. 전압 시그니처를 기준 형상과 비교하고 시간 및 주파수 도메인에서 신호를 분석함으로써, 손상된 모발의 수준이 평가되고 정량화될 수 있거나(보정 곡선이 이용가능한 경우), 기준치 측정이 행해질 수 있다.

도 1은 본 발명의 특정 전극 구성 대상 위에서의 금발의 일방향 스트로크(stroke) 동안에 측정되는, 미처리된 모발(UH) 및 표백된 모발(BH)(구매가능한 화학적 표백 제품을 사용함)의 볼트 단위의 마찰전기 모발 표면 전위 변화 대 초 단위의 시간을 도시한다. 곡선 BH는 표백된 모발이 더 많은 표면 전하(보다 높은 피크간 전압 Vpp: 18V 대 10V)를 축적할 수 있음을 보여 주지만, 표백되지 않은 모발(UH)과 비교하여 전하가 더 빨리 더 큰 정도(포화 전압: -40V 대 -10V)로 누설된다. 표백되지 않은 모발에 대한 곡선 UH는 전위의 증가(제2 피크가 제1 피크보다 더 큼)를 도시하는 반면, 표백된 모발(BH)에 대해서는 제2 피크가 더 낮고/낮거나 제1 피크만큼 높다는 사실에 의해 지시되는 바와 같이 전하 누출이 더 빠르다. 최소값은 또한 표백되지 않은 모발(UH)보다 표백된 모발(BH)에 대해 더 낮은데, 이는 더 큰 누출률을 나타낸다. 2개의 연속 피크의 선단 에지의 계단 진폭 비는 유사하고(표백된 모발(BH)의 경우 12V/18V, 표백되지 않은 모발(UH)의 경우 5V/8V) 아마도 전극의 (기하학적) 특성과 관련되지만, 2개의 연속 피크의 절대 피크 높이 비는 모발의 누출률 및 전하 보유 특성 및 모발 조건(예를 들어, 지질의 존재, 수분 수준)에 대한 정보를 제공한다. 절대 피크 높이 비가 1 미만이라는 것은 시간 내의 전하 누출 우세형 전하 축적(표백된 모발(BH)의 경우: 11.5V/12V)을 나타내고, 1 초과의 비는 시간 내의 전하 축적 우세형 전하 누출(표백되지 않은 모발(UH)의 경우: 10V/8V)을 나타낸다. 제1 피크 및 제2 피크의 높이, 따라서 절대 피크 높이 비가 또한 마찰전기 센서 구성 및 스트로크 속도에 의존한다는 것에 주목하여야 한다.

핸드헬드(handheld) 장치에서 본 발명을 사용할 수 있도록, 전극 쌍 또는 격자 구조 - 활주식 마찰전기 발생기를 형성하는 모발과 함께 - 는 모발 관리 장치에 통합되어, 마찰전기 대전 및 정전 유도에 의해 표면 전하 축적에 응답한다. 신호/전하 축적을 포착하기에 적합한 전자 장치는 큰 입력 저항(전형적으로 10¹² Ω 초과)을 갖는 증폭기이다.

본 발명의 제1 실시예에서, 도전성 및 유전성 전극으로 제조된 특정 하이브리드 전극 설계는 시간-의존적이고 공간적인 거시적 방전 거동을 모니터링하는 것을 허용한다. 도전성 부분은 구리(Cu), 알루미늄(Al)과 같은 도전성 재료, 또는 인듐 주석 산화물(ITO), 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜) 폴리스티렌 설포네이트(PEDOT-PSS) 또는 그래핀으로 제조된다. 유전성 부분은 폴리에스테르(PET) 또는 플루오르화 에틸렌 프로필렌(FEP)과 같은 유전성 재료로 제조된다. 본 발명은 열거된 재료로 제한되지 않는다. 다른 많은 적합한 재료들의 조합들이 또한 사용될 수 있는데, 당업자는 재료들의 마찰전기 특성에 기초하여 이들을 정확하게 조합하는 방법을 알고 있다. 하나의 금속화된 유전체(금속이 배면측에 있음)와 하나의 도전성 재료로 제조된 면내 유도 전극 쌍 또는 다수의 상호맞물림형 전극은 큰 편평한 모발 묶음을 측정하고 도전성 전극(들)을 통한 제어된 방전에 기초하여 모발 손상 상태를 평가할 수 있다. 이들 전극 어레이들 위에 문질러진 모발은 다수의 면내 전하 분리 및 유도 이벤트들을 초래하지만, 또한 도전성 금속 전극으로 인한 '강제' 방전 이벤트들을 초래하여, 동적 방전 거동을 관찰할 수 있게 한다.

도 2는 교번하는 도전성 및 유전성 전극 세그먼트들을 갖는, 본 발명에 따른 모발 손상 센서의 제1 실시예를 도시한다. M은 모발(H)을 따른 센서(S)의 일방향 이동을 나타낸다. 센서(S)는 2개의 전극(1, 2)을 포함하고, 제2 전극(2)은 유전체(D)에 의해 덮여 있다. 전극(1, 2)의 출력 전압은 약 200 TΩ의 매우 높은 입력 임피던스(Z)를 갖는 증폭기에 인가된다. 증폭기의 매우 큰 입력 임피던스(Z)는 전극(1, 2) 상에 존재하는 전하가 증폭기로 매우 서서히 누출되는 것을 보장한다. 그러한 유전성-도전성 전극 쌍 또는 유전성-도전성 전극들의 교번하는 어레이 위에 문질러질 때, 전극 쌍 양단에 특정 전압 전위가 생성된다. 이러한 전압 전위는 모발/센서 인터페이스에서 생성되는 마찰전기 전하와 정전 유도에 기인한다. 또한, 모발로부터 도전성 전극(1)(예를 들어, 구리 전극)으로의 전하 누출은 또한 측정된 전압에 영향을 미친다. 따라서 전극 쌍 양단에서 측정된 전압 전위는 모발 표면 토포그래피/화학적 성질에 (부분적으로) 의존하고, 따라서 모발의 건강 상태의 특성화를 허용한다.

특유의 신호 시그니처가 벗어난다면, 이는 모발의 대전 상태/특성 및 표면 조건에 대한 서술을 허용한다(실시예 4 참조).

본 명세서에 기술된 모든 면내 전극 쌍들/어레이들은, 예를 들어 헤어 스트레이트너의 플레이트에 통합될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 모발 손상 감지/검출을 위한 (다수의) 상호맞물림형 하이브리드 유도 전극 쌍 실시예를 도시한다. 유전체 = FEP; 도전체 = 구리 Cu. 도 2에서처럼, FEP 전극은 구리 배킹(backing)을 갖는다.

본 발명의 제2 실시예에서, 모발 관리 장치의 사용 동안에 모발 팁에서의 신호 잡음을 피하고 각편위를 보상하기 위하여 하이브리드 전극의 다양한 기하학적 구조들이 사용된다. 이들 기하학적 구조들은 센서 신호를 개선하는 것을 목표로 한다. 센서 신호를 완전히 이용하기 위하여, 이상적인 경우에, 모발은 전극 쌍들의 배향에 대해 실질적으로 수직으로 문질러져야 한다. 많은 모발 관리 응용에서, 그러한 실질적으로 수직인 배향을 유지 또는 제어하는 것이 어려울 수 있거나, 장치는 모발 묶음의 길이 또는 모근-팁 방향에 대해 소정 각도 하에 사용된다. 따라서, 모발 팁에서 활주하는 동안에 교류 전압 신호 대신에 생성될 DC 잡음 버스트(burst)에 대해 스트레이트닝을 강건하게 하는 특정 전극 설계 구성이 필요하게 된다. 전술된 하이브리드 전극(실시예 1)의 특정 배열 및 변형을 사용함으로써, 그러한 잡음 버스트가 회피될 수 있고 깨끗한 신호가 추출될 수 있다. 완벽한 90도 각도 또는 각도 오정렬로부터의 각편위를 보상하고 센서 신호(신호 대 잡음비)를 향상시키기 위해, 전용 기하학적 구조는 하기의 전극 기하학적 구조 또는 그 조합을 포함할 수 있다.

기울어진/경사진 전극

V형 전극

지그재그형 전극

곡류형(meander-like) 전극

엇걸린(staggered) 전극

전극 핑거(finger)들의 비대칭 폭(예를 들어, 방전 이벤트를 개선하기 위하여 유전성 전극의 폭의 2배인 도전성 전극의 폭)을 갖는 교번하는 전극.

도 4a, 도 4b 및 도 4c는 모발 팁들에서의 모발 길이 차이 및 각편위를 보상하기 위한 헤어 스트레이트너 플레이트 상에서의 상이한 전극 배열들을 도시한다. 도 4a는 기울어진/경사진 전극을 도시하고, 도 4b는 V형 전극을 도시하며, 도 4c는 모발 관리 장치의 스트레이트너 플레이트 상에 제공될 수 있는 바와 같은 지그재그형 전극을 도시한다.

제3 실시예에서, 제1 실시예 및 제2 실시예와 유사하게, 교번하는 전극 재료들의 면내 전극 구성이 사용된다. 이 실시예에서, 하나의 추가 재료가 있고, 따라서 총 3가지 유형의 재료, 즉 (1) 구리(Cu)와 같은 금속과 같은 전기 도전성 재료, (2) 모발에 비해 마찰전기 시리즈에서의 선택된 전기 도전성 재료보다 더 낮은 재료, 예를 들어 플루오르화 에틸렌 프로필렌(FEP) 또는 테플론(Teflon) 유형, 및 (3) 마찰전기 시리즈에서의 선택된 전기 도전성 재료(예를 들어, 구리(Cu))보다 상위 순위의 제3 재료가 존재한다. 이상적으로, 이러한 제3 재료는 또한 모발보다 상위 순위이어야 하는데, 예를 들어 폴리우레탄 또는 음으로 대전된 β-P(VDF-TrFE)이다. 예를 들어, 음전하에 대한 그들 각자의 친화력에 따라 다양한 재료들을 열거하는 표를 위해 https://www.trifield.com/content/tribo-electric-series/, http://www.regentsprep.org/regents/physics/phys03/atribo/default.htm, 또는 http://Www.rfcafe.com/references/electrical/triboelectric-series.htm을 참조한다.

도 5에 도시된 전극 구성이 예로서 사용된다. 이전 실시예들과 유사하게, 전극 A와 전극 B 사이의 전압 전위가 모니터링된다. 부가적으로, 전극 C와 전극 D 사이의 전압 전위가 또한 모니터링된다. 도 5에 도시된 구성은 빗질 방향에 "덜 민감한" 출력을 만들지 못한다. 이를 행하기 위하여, 구성을 "거울상으로 하는 것", 예를 들어 ABCDCDAB 또는 심지어 ABBACDDC로 하는 것이 필요할 것이다. 이전의 실시예들에서처럼, FEP 및 β-폴리(비닐리덴 플루오라이드-트라이플루오로에틸렌)(축약하면: β-P(VDF-TrFE)) 전극은 배면에서 금속화된다. 부호 A 내지 D;

X1 내지 X3, 그리고 Y는 전극의 치수를 나타낸다. 이들 치수는 최적의 신호를 얻기 위해 다양할 수 있다.

모발 가닥이 표면 위에서 문질러지거나 그 반대인 경우, 비-도전성 세그먼트들에서 시작하여 도전성 세그먼트로 이동하면, 2개의 전기 신호가 발생된다. 2개의 마찰전기 전하 발생 재료(구리에 비해 마찰전기 시리즈에서 하나의 재료는 더 높고 하나의 재료는 더 낮음)의 사용은 주로 서로의 반대 방향인 (각각 양으로 그리고 음으로) 2개의 전기 신호를 초래한다.

이러한 추가 신호 및 이들 신호 사이의 비는 모발의 표면 화학적 상태에 대한 추가의 공간 정보(예를 들어, 모근으로부터 팁까지의 전체 모발 길이에 걸쳐 변하는 극성 및 비극성 그룹들의 상대적 존재) 또는 개별 큐티클 길이(전형적으로 3 내지 5 μm, 즉 제3 전극 재료의 제안된 폭은 1 내지 3 μm임)를 얻는 데 사용될 수 있다. 오정렬(모피질 방향에 관한 활성 마찰 영역의 비-평행성)을 보상하거나 무효화하기 위해, 전극은 예를 들어 길이 및/또는 폭이 10 × 10 μm, 바람직하게는 1 내지 5 μm 정도의 길이 및 폭을 갖는 다수의 작은 세그먼트를 가져야 한다. 활성 마찰 영역의 이들 치수는 제3 재료로 한정되지 않으며, 다른 사용된 재료들 중 하나 이상을 위해 사용될 수 있다. 세포 경계로부터 멀리 떨어진 곳에서 측정될 때 모피질의 상대적으로 균일한 전위는 모피질 세포의 에지에 근접하여 증가하여, 이들 영역이 단백질 노출로 인해 더 극성이 됨을 나타낸다.

또한, 이는 팁으로부터 모근으로의 또는 모근으로부터 팁으로의 빗질 방향을 구별하기 위해 사용될 수 있는데, 그 이유는 빗질 방향의 차이가 상이한 전기 출력 신호를 초래하기 때문이다.

부호 A 내지 D, X1 내지 X3 및 Y에 의해 도 5에 나타낸 전극 치수를 변화시킴으로써, 전기 출력 신호가 조절될 수 있다. 예를 들어, 대전 표면을 증가시키기 위하여 FEP 및 β-P(VDF-TrFE) 피복 전극의 면적이 증가될 수 있다.

또한, 다수의 세그먼트 및 이들 세그먼트의 조합이 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 5의 구성이 수평으로 그리고/또는 수직으로 반복될 수 있다. 도 6a 및 도 6b는 구리(Cu), 플루오르화 에틸렌 프로필렌(FEP) 및 폴리우레탄(PU)으로 제조된 전극을 갖는 몇몇 다른 예를 도시하며, 이들 구성이 또한 수평으로 그리고/또는 수직으로 반복될 수 있다. 도 6a는 교번하는 도전성 및 전하 발생 표면들을 도시하고, 도 6b는 모발(H) 위에서의 센서의 이동과 관련하여 도전성 세그먼트들이 뒤따르는 전방의 전하 발생 표면들 둘 모두를 도시한다.

본 발명의 제4 실시예에서, 변조된 전하 소산 신호(모발 표면 토포그래피/화학 특성, 및 전극 세그먼트의 폭과 같은 전극 설계에 의존함)의 분석은 모발 손상 상태에 대해 결론을 내릴 수 있게 한다. 실시예 2와 관련하여 언급된 바와 같이, 전극 레이아웃은 발생된 마찰전기 전압의 형상을 좌우한다. 신호는 변조되고, 반복되는 펄스들의 독특한 패턴을 초래한다. 독특한 마찰전기 표면 전위 패턴의 신호 분석에 의한 모발의 손상 검출은 하기를 통해 적합하게 프로그래밍된 마이크로프로세서에 의해 가능하다:

손상되지 않거나 처치되지 않은/표백되지 않은 모발의 표준 시그니처로부터의 편차와 마찰전기 신호의 비교.

시간 도메인 또는 공간 도메인에서의 변조된 신호의 특징적 형상: 전극 세그먼트 위에서의 문지름 동안의 관련 시간 대 변위/이동.

전하 교환, 마찰전기 표면 전위 신호의 유지/소산율(1차 미분): 시간 미분.

주파수 스펙트럼(고조파, 고조파의 비, 주파수 범위).

따라서, 본 발명의 실시예는 마찰전기 효과 및 정전 전하 유도에 기초한 자가 발생 신호를 갖는 새로운 센서 기술을 제공한다. 교번하는 도전성 및 유전체 코팅된 세그먼트들을 갖는 2개의 면내 전극, 즉 교번하는 도전성 전극(전하 소산 전극) 및 유전체 덮인 유도 전극의 어레이를 갖는 특정 전극 구성이 제공된다. 이러한 특징부의 주요 이점은 이러한 특징부가 전하 축적 및 모발의 방전 거동/이벤트의 모니터링을 허용한다는 것이다. 이러한 구성은 종래의 마찰전기 발생기와 근본적으로 상이한데, 그 이유는 그러한 종래의 마찰전기 발생기에서 도전성 방전 전극은 유전성 전극 바로 옆에 배치되지 않으며, 이는 전하가 누출됨에 따라 전력 발생/센서 신호 크기에 부정적으로 영향을 미칠 것이기 때문이다. 모발의 제어식 또는 강제식 순차 방전 모니터링은 도 1에 도시된 바와 같은 전하 누출/소산 거동에 기초하여 손상된 모발로부터 건강한 모발을 구별하는 것을 허용한다. 전형적인 방전 신호에 기초하여 건강한 모발 및 손상된 모발을 특성화할 수 있기 위하여 그러한 제어되는 계획적 전하 누출이 요구된다. 모발 스트레이트너에서의 센서의 구현을 위해 최소한의 추가 전자 장치 및 시스템 아키텍처 변경이 필요하다. 모발 건강 감지를 위한 내장형 마찰전기 센서 시스템을 갖는 장치가 실현될 수 있는데, 센서에 급전하는 데 외부 전원이 필요하지 않다. 모발은 자가 발생 신호를 갖는 마찰전기 감지 장치를 형성하는 센서 시스템의 일부이다.

일 실시예는 교번하는 유전체(중합체 절연체) 코팅된 전극 세그먼트 및 도전성(금속성) 전극 세그먼트를 갖는 (바람직하게는, 면내) 전극 어레이를 제공한다. 전극 위에서의 제3 재료(섬유, 모발)의 이동(또는 그 반대) 동안에 발생되는 마찰전기 전하는 둘 모두의 전극들 사이에서 측정된 표면 전위차를 초래한다. 다른 유형의 마찰전기 발생기, 예를 들어 수직 접촉 분리(태핑 모드(tapping mode)) 발생기가 대안적으로 가능하다. 대안적으로, 섬유들을 연속적으로 단지 태핑함으로써, 특유의 전하-방전 시그니처가 얻어질 수 있다. 측정될 수 있는 전기 신호를 생성하는 임의의 형태의 접촉 전화(electrification) 또는 마찰 대전이 본 발명에 채용될 수 있다. 도전성 전극은 문지름 동안에 제어되는 반복 방전 이벤트들을 유도하고, 전하 소산 전극으로서 주로 기능한다. 문지름 동안 마찰전기/정전기 대전 및 제어된 방전의 조합은, 표면 전기화학적 특성 및 토포그래피 특성(예를 들어, 손상, 표면 완전성, 전기화학적 표면 상태)을 결정하기 위해 마이크로프로세서에 의해 사용될 수 있는 섬유의 특유한 시그니처를 생성한다.

일 실시예는 특정한 교번하는 유전성 및 도전성 전극 세그먼트 구성들을 사용하여 문지르는 동안에 정전 전하의 축적 및 방전 둘 모두를 동시에 측정하는 것을 허용하는 센서를 제공하며, 이후에 발생된 전하는 고 저항 전위계를 사용하여 전압으로 변환된다.

일 실시예는 교번하는 도전성 세그먼트 및 유전체 코팅된 세그먼트(절연체)의 쌍 또는 어레이, 제3 섬유형 재료, 및 교번하는 전극들의 쌍에 연결되고 1 내지 200 Tohm 범위의 입력 임피던스를 갖는 증폭기를 포함하는 섬유 센서 시스템을 제공한다. 전극 위에서의 제3 재료의 이동(또는 그 반대) 동안에 발생되는 마찰전기 전하는 둘 모두의 전극들 사이에서 측정된 표면 전위차를 초래한다. 도전성 전극은 문지름 동안에 제어되는 반복 방전 이벤트들을 유도하고, 전하 소산 전극으로서 주로 기능하여 섬유의 전기화학적 및 토포그래피 표면 상태를 특성화한다.

본 발명의 일 실시예는 교번하는 유전체(절연체) 코팅된 전극 세그먼트 및 도전성(금속성) 전극 세그먼트를 갖는 전극 어레이, 표면 전위 변화의 차동 측정, 입력 저항이 1 Tohm 이상인 특정 센서 전자 장치, 및 특유한 마찰전기 섬유 시그니처를 제공하는 조합된 정전 전하 및 방전(율) 거동의 측정을 포함한다.

본 발명의 태양은 하기를 포함한다:

마찰전기 대전 및 정전기 방전 현상을 기반으로 하는, 표면 손상(예를 들어, 코팅 불량/도핑된 표면)을 감지하기 위한 센서.

모발 손상을 검출하기 위한 자가 발생 센서 신호를 갖는 모발 기반 마찰전기 센서 장치.

모발은 마찰전기 감지 장치를 형성하는 센서 시스템의 일부이다.

모발 건강/손상에 대한 지시기/척도로서 마찰전기 표면 전위(모발 표면과 모발 관리 장치의 상대 표면 사이에 발생되는 마찰 전압)의 사용.

유전성 또는 불량 도전성 코팅의 거시적 표면 대전 메커니즘을 특성화하는 방법: 시간 및 주파수 도메인에서의 신호 분석.

손상되지 않은 모발과 손상된 모발을 구별하는 방법: 시간 및 주파수 도메인에서의 신호 분석.

마찰전기 전하 및 정전기 방전 현상을 기반으로 하는, 표면 손상(예를 들어, 코팅 불량/도핑된 표면)을 감지하기에 적합한 핸드헬드 기기.

모발 건강/손상을 모니터링하기 위한 자가 발생 센서 신호를 갖는 장치 내재형 마찰전기 센서.

과도한 처치에 대한 사전 경고 및 모발 건강의 마찰전기 감지를 위한 핸드헬드 기기.

본 발명은 본 발명에 따른 섬유 질 센서(S), 및 섬유 질 센서로부터 출력 신호를 수신하도록 결합된 마이크로프로세서를 포함하는 모발 관리 장치에 유리하게 사용된다. 모발 관리 장치는, 예를 들어 과열을 피하기 위해 사용자가 처치를 중단해야 한다는 표시(예를 들어, 광학 또는 음향 경보)를 사용자에게 제공할 수 있다. 설정(예를 들어, 온도)이 또한 조정될 수 있다.

본 발명은 모발 관리 응용에서뿐만 아니라, 텍스타일(섬유) 응용, 예를 들어 생산 동안 텍스타일 마무리의 질 및 내구성의 모니터링에서, 또는 의류 관리, 예를 들어 사용 동안 또는 세탁 후 텍스타일의 질 및 내구성의 모니터링에서 적용될 수 있다.

전술된 실시예가 본 발명을 제한하기보다는 예시하고, 당업자가 첨부된 청구범위의 범주로부터 벗어남이 없이 많은 대안적인 실시예를 설계할 수 있을 것임에 유의하여야 한다. 청구범위에서, 괄호 안에 있는 임의의 항목은, 청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안되는, 도면의 예를 언급하는 단지 도면 부호이다. 특히, 청구범위의 범주는 도면 부호와 일치하는 재료에 의해 제한되지 않아, 구리(Cu) 대신에 임의의 적합한 도전성 재료가 사용될 수 있는 반면, FEP 및 PU 대신에 다른 적합한 유전성 재료가 사용될 수 있다. 단어 "포함하는(comprising)"은 청구범위에 열거된 요소 또는 단계 이외의 요소 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다. 요소에 선행하는 단수형 표현("a" 또는 "an")은 복수의 그러한 요소의 존재를 배제하지 않는다. 따라서, "쌍"이라는 개념은 복수의 쌍을 포함하고, "상호 인접한 전극들의 쌍"이라는 개념은 상호맞물림형 전극 어레이 또는 다수의 상호맞물림형 전극을 포함한다. 소정의 수단들이 서로 상이한 종속항들에 열거된다는 단순한 사실이, 이들 수단의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지는 않는다.

Claims

섬유(H)의 질(quality)을 감지하기 위한 마찰전기 섬유 질 센서(S)로서,
상기 섬유 질 센서(S)는 상호 인접한 전극들의 제1 면내(in-plane) 쌍을 포함하고,
상기 전극들의 제1 면내 쌍은 상기 섬유(H)와 접촉하여 상기 전극(들)에 걸쳐 제1 전압을 발생시키도록 배열되며,
상기 제1 전압은 상기 섬유(H)의 질을 나타내고,
상기 전극들의 제1 쌍은,
제1 도전성 전극(1, Cu), 및
도전성 배킹(backing)(2)을 구비하는, 제1 유전성 재료(D, FEP)를 갖는 제1 유전성 전극(D, 2)
을 포함하는, 마찰전기 섬유 질 센서(S).
제1항에 있어서, 상기 마찰전기 섬유 질 센서는 상호 인접한 전극들의 제2 면내 쌍을 추가로 포함하고, 상기 전극들의 제2 면내 쌍은 상기 섬유(H)와 접촉하여 상기 전극(들)에 걸쳐 제2 전압을 발생시키도록 배열되며, 상기 제2 전압은 상기 섬유(H)의 질을 나타내고,
상기 전극들의 제2 쌍은,
제2 도전성 전극(1, Cu), 및
도전성 배킹을 구비하는, 제2 유전성 재료(PU)를 갖는 제2 유전성 전극(D, 2)
을 포함하며,
재료들의 마찰전기 시리즈(triboelectric series)에서, 상기 제 1 또는 제 2 도전성 전극(Cu)의 재료는 상기 제1 유전성 재료(FEP)와 상기 제2 유전성 재료(PU) 사이에 배치되는, 마찰전기 섬유 질 센서(S).
제2항에 있어서, 수평으로 또는 수직으로 교번하는, 전극들의 제1 면내 쌍 및 제2 면내 쌍을 포함하는, 마찰전기 섬유 질 센서(S).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극들의 제1 면내 쌍 및/또는 제2 면내 쌍은 경사지고/지거나 기울어지고/지거나 지그재그 형상이거나, 상기 전극들의 면내 쌍들은 상호맞물림형 격자 구조체(interdigitated grating structure)와 같은 반복 상호맞물림형 패턴으로 배열되는, 마찰전기 섬유 질 센서(S).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극들의 제1 면내 쌍 및 제2 면내 쌍 또는 각각의 전극들의 제 1 면내 쌍 및 제 2 면내 쌍에 대해, 상기 전극들의 쌍에 결합되고 1 TΩ를 초과하는, 또는 200 TΩ인 입력 임피던스를 갖는 증폭기를 추가로 포함하는, 마찰전기 섬유 질 센서(S).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 청구된 마찰전기 섬유 질 센서(S)를 포함하는, 헤어 스타일링 장치.
제6항에 있어서, 상기 제1 전압 신호를 분석하기 위한 마이크로프로세서를 추가로 포함하는, 헤어 스타일링 장치.
제7항에 있어서, 상기 마이크로프로세서의 출력에 응답하여, 과열을 피하기 위해 사용자가 처치를 중단해야 한다는 표시를 사용자에게 제공하기 위한 지시기(indicator)를 추가로 포함하는, 헤어 스타일링 장치.
제7항에 있어서, 상기 헤어 스타일링 장치는 상기 마이크로프로세서의 출력에 응답하여 온도 설정을 수정하도록 배열되는, 헤어 스타일링 장치.