KR102030940B1 - 매듭을 가진 써모커플 실 - Google Patents

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Abstract

전도사를 사용하여 실용적으로 효과적으로 구현한 매듭을 가진 써모커플 실이 개시된다. 써모커플 실은, 제1 금속성 재료로 도금된 제1 도금사와, 제1 도금사와 분리 또는 이격 배치되고 제1 금속성 재료와 다른 제2 금속성 재료로 도금된 제2 도금사와, 제1 및 제2 도금사들의 단위 센서 부분의 한쪽 말단부들 또는 그 중간부분이 매듭 형태로 결합되고, 매듭 형태 부분에 코팅된 제3 전도성 재료의 코팅층을 포함한다.

Description

매듭을 가진 써모커플 실{THERMOCOUPLE YARNS WITH A TIE}
본 발명의 실시예는 써모커플에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전도사를 사용하여 실용적으로 효과적으로 구현한 매듭을 가진 써모커플 실에 관한 것이다.
온도센서는 원리에 따라 써모커플(thermocouple), 저항 온도 감지기(resistance temperature detector, RTD), 써미스터(thermistor) 방식으로 구분된다. 기존의 섬유형 온도센서는 주로 RTD 방식의 온도센서로 얀(YARN)의 소정 길이에 기초하여 온도에 따라 변하는 전기적 저항을 측정하도록 구성되거나, 금속선 타입의 써모커플을 직물 혹은 편물 텍스타일(textiel) 기지에 삽입하는 방식을 사용하여 구성된다.
현재 소형 전자기기 산업이 웨어러블(wearable) 시장, 즉 옷이나 시계, 안경처럼 자유롭게 몸에 착용하고 다닐 수 있는 기기에 진입함에 따라 에너지 발전 소자에 대한 관심이 고도화되고 있다. 그 중에 태양전지는 차세대 전지로써 각광받고 있다. 하지만, 태양전지는 실리콘 기판이나 유리 기판을 바닥면으로 사용하여 태양전지층을 적층하는 구성이므로, 웨어러블 산업에 적용되기 위해서 담보되어야 할 유연성을 달성하기에 어려움이 있다.
또한, 기존 섬유타입의 써모커플 재료쌍은 콘스탄탄-철, 콘스탄탄-구리 금속선 타입으로, 기존 써모커플을 편물이나 직물 섬유 기지에 삽입하는 경우, 써모커플이 쉽게 깨지며 유연성이 떨어지는 문제가 있다.
최근 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(graphene) 등의 탄소 베이스로 써모커플에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있고, 일부 연구에서 제백계수(V/K, 온도변화당 생성되는 전압)가 향상되었지만, 이 제품의 물질은 인체에 유해하기 때문에 스마트웨어 제품으로 응용이 어려운 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로 본 발명의 목적은 이물감을 낮추고 낮은 유연성의 문제를 해결하며 신체와 직접 접촉하는 제품에 응용하여 온도를 감지할 수 있는, 매듭을 가진 써모커플 실을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 스마트의류, 스마트웨어, 스마트가구 등 섬유(textile) 기지의 온도 센싱이 필요한 모든 분야에 직접 적용이 가능하고, 자수기를 사용해 봉제 직전의 의류, 가방, 매트리스 커버 등에 부착되는 온도 센서로 응용할 수 있는, 매듭을 가진 써모커플 실을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 매듭을 가진 써모커플 실은, 제1 금속성 재료로 도금된 제1 도금사; 상기 제1 도금사와 분리 또는 이격 배치되고 상기 제1 금속성 재료와 다른 제2 금속성 재료로 도금된 제2 도금사; 및 상기 제1 및 제2 도금사들의 한쪽 말단부들을 매듭 형태로 결합되고, 상기 매듭 형태 부분에 코팅된 제3 전도성 재료의 코팅층을 포함한다.
일실시예에서, 상기 제1 또는 제2 금속성 재료는 은(silver), 구리(copper), 금(gold), 알루미늄(aluminum) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 제1 및 제2 금속성 재료는 하나 또는 두 개 이상의 재료로 각각 구성되고, 주성분의 금속 재료는 동일한 재료일 수 있다. 제1 금속성 재료는 은(Ag)을 50중량% 미만으로 함유하는 구리 합금이고, 제2 금속성 재료는 구리만으로 이루어진 구리일 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 매듭을 가진 써모커플 실은, 은(Ag) 도금 실(yarn); 상기 은 도금 실의 한쪽 말단부와 결합하여 매듭을 형성하는 한쪽 말단부를 구비하는 구리 도금 실; 및 상기 매듭으로 형성된 부분에 형성되고 전도성 재료를 포함하는 코팅층을 구비한다.
일실시예에서, 상기 코팅층은 실버 페이스트를 120℃ 온도에서 30분 경화하여 접합부를 형성한 것일 수 있다.
일실시예에서, 상기 코팅층의 전도성 재료는, 은(silver), 구리(copper), 금(gold), 알루미늄(aluminum) 또는 이들의 조합만으로 이루어지거나, 나노리본, AlN, SiC 또는 이들의 조합을 추가로 포함하거나, 탄소나노튜브, 그래핀(graphene), 다이아몬드 또는 이들의 조합을 추가로 포함할 수 있다.
전술한 매듭을 가진 써모커플 실을 사용하는 경우에는, 인체를 감싸는 의류 등에 적용하여 사용될 수 있는 온도센서를 효과적으로 제공할 수 있다. 특히, 본 실시예의 써모커플 실은 은(Ag) 도금사와 구리(Cu) 도금사를 사용할 수 있으므로, 유연한 신체 온도 측정용 써모커플로 사용하기에 적합하며, 이를 토대로 다양한 섬유제품에 응용 가능하다.
또한, 이종의 물질 한쪽 끝을 접합후, 접합부와 말단부의 온도차이에 의해 발생하는 전압을 측정하여 접합부분의 온도를 환산하는 원리를 이용함으로써 섬유제품에 적용하여도 센서의 신뢰성과 내구성을 효과적으로 확보할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 의류, 손목밴드, 의자 천 또는 매트릭스 커버에 사용되는 다양한 천에 엮은 써모커플 실을 통해 실시간 체온을 측정할 수 있는 의류를 효과적으로 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 매듭을 가진 써모커플 실에 대한 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 매듭을 가진 써모커플 실에 대한 개략적인 구성도.
도 3a 내지 도 3c는 도 1 또는 도 2의 써모커플 실을 이용한 섬유 제품의 예시도들.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 매듭을 가진 써모커플 실에 대한 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 매듭을 가진 써모커플 실(100)은 제1 도금사(10), 제2 도금사(20) 및 제1 도금사(10)와 제2 도금사(20)의 매듭(30) 상에 형성되는 전도성 코팅층(40)을 구비한다.
제1 도금사(10) 및 제2 도금사(20)는 최소 1종 이상의 도전성 재료를 사용하여 구현될 수 있다. 도전성 재료에는 특별히 제한이 없지만, 용도에 따라 예컨대 체온 측정에 사용하고자 하는 경우, 인체에 유해하지 않는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 제1 도금사(10)와 제2 도금사(20)는 온도 측정용 써모커플로써 작동할 수 있도록 전도성에 차이를 가질 수 있다.
예를 들어, 제1 도금사(10)는 은(Ag) 도금된 실(yarn)이고, 제2 도금사(20)는 구리(Cu) 도금된 실이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 구현에 따라서 제1 도금사(10)는 은 실(Ag yarn)과 은 실의 중량 대비 10% 이하로 절연사를 혼사한 것이고, 제2 도금사(10)는 은 실과 은 실의 중량 대비 20% 이상 30% 이하로 절연사를 혼사한 것일 수 있다. 30%를 초과하는 절연사를 사용한 혼사의 경우, 자체 전도성이 저하되어 써모커플용 실로 사용하기 어렵다.
매듭(30)은 제1 도금사(10)와 제2 도금사를 1회 이상 묻거나 하나가 다른 하나의 주위를 1회 이상 둘러싸거나 서로가 상대를 1회 이상 감싸는 형태를 가질 수 있다. 매듭(30)은 체온 등의 온도 측정을 위해 피측정 대상인 신체 등과 접촉되는 부분이다.
전도성 코팅층(40)은 매듭(30)에서 제1 도금사(10)와 제2 도금사(20) 간의 접합에 대한 신뢰성을 확보하기 위해 사용된다. 전도성 코팅층(40)은 두 도금사(10, 20) 간의 전기적인 접합과 물리적인 접합을 지지하도록 구현될 수 있다.
제조된 써모커플 실(100)은 매듭(30)의 반대측에 위치하는 제1 도금사(10)의 일단과 제2 도금사의 일단 간의 도금사들 사이의 전압(Vo)에 기초하여 온도를 측정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 매듭을 가진 써모커플 실에 대한 개략적인 구성도이다. 도 3a 내지 도 3c는 도 1 또는 도 2의 써모커플 실을 이용한 섬유 제품의 예시도들이다.
도 2 및 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 본 실시예에 따른 매듭을 가진 써모커플 실은, 의류, 손목밴드, 의자 천 또는 매트릭스 커버에 사용되는 천에 엮어져 사용자의 체온을 측정하도록 사용될 수 있다.
써모커플 실은, 제1 금속성 재료로 도금된 제1 도금사(10), 제1 도금사(10)와 분리 또는 이격 배치되고 제1 금속성 재료와 다른 제2 금속성 재료로 도금된 제2 도금사(20), 및 제1 및 제2 도금사들의 단위 온도 센서 부분의 한쪽 말단부들이 매듭 형태로 결합되고, 상기 매듭 형태 부분(30)에 코팅된 제3 전도성 재료의 코팅층(40)을 구비한다.
제1 도금사(10)는 전도사가 삽입되거나 코팅 형태로 배열되는 구조에서 부분적으로 삽입 또는 코팅되지 않은 부분(12)을 구비할 수 있다. 이와 유사하게, 제2 도금사(20)는 전도사가 삽입되거나 코팅 형태로 배열되는 구조에서 부분적으로 삽입 또는 코팅되지 않은 부분(22)을 구비할 수 있다. 이 경우, 제1 도금사(10)와 제2 도금사(20)를 사용하여 2개의 온도센서 혹은 복수의 단위 온도센서를 단일 원단이나 단일 의류 상에 용이하게 형성할 수 있다.
제1 또는 제2 금속성 재료는 은(silver), 구리(copper), 금(gold), 알루미늄(aluminum) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
제1 및 제2 금속성 재료는 하나 또는 두 개 이상의 재료로 각각 구성되고, 주성분의 금속 재료는 동일한 재료일 수 있다. 제1 금속성 재료는 은(Ag)을 50중량% 미만으로 함유하는 구리 합금이고, 제2 금속성 재료는 구리만으로 이루어진 구리일 수 있다.
전도성 코팅층(30)은 실버 페이스트를 120도 온도에서 30분 경화하여 접합부를 형성한 것일 수 있다.
코팅층의 재료는, 은(silver), 구리(copper), 금(gold), 알루미늄(aluminum) 또는 이들의 조합만으로 이루어지거나, 나노리본, AlN, SiC 또는 이들의 조합을 추가로 포함하거나, 탄소나노튜브, 그래핀(graphene), 다이아몬드 또는 이들의 조합을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 매듭을 가진 써미커플 실의 일단에서는 전압을 측정하는 전압센서(50)가 연결될 수 있다.
본 실시예에서는 이물감이 큰 금속선 대신에 전도성 얀(yarn)을 사용하였고, 접합을 확실히 하기 위해 2개의 전도사로 매듭(30)을 형성한 후 실버 페이스트로 코팅층(40)을 형성하여 마감하도록 이루어진다. 또한, 자수기를 사용하여 전도사(10, 20)를 자수사로 커버하여 전도사 부분의 노출을 줄여 심미적으로 디자인하는 것이 가능한다.
다시 말해서, 기존의 섬유타입의 써모커플은 편물이나 직물 섬유(textile) 기지에 금속선을 직접 삽입하는 형태로 써모커플이 깨지기 쉬우며 유연성 또한 떨어지는 문제가 있었으나, 본 실시예에서는 금속선 대신에 얀(yarn)을 사용함으로써 즉, 섬유 기지에 전도사를 삽입하는 방법으로 자수기를 사용할 수 있는 장점이 있다. 이러한 구성에 의하면, 섬유 기지에 전도성 얀을 직접 자수 후 봉제하여 스마트 의류 및 스마트 매트리스 등 완제품으로 생산이 용이한 장점도 있다.
이와 같이, 본 실시예에 의하면, 도 3a 내지 3c 등과 같은 다양한 원단(100a, 100b, 100c)이나 천에 엮어진 하나 이상의 써모커플 실로서, 은(Ag) 도금 실(yarn)의 한쪽 말단부에서 결합하여 매듭을 형성하는 구리 도금 실과, 상기 매듭을 형성하는 부분에 배치되는 전도성 코팅층을 구비하는 섬유제품을 제공할 수 있다. 원단은 평직(plain weave), 능직(twill weave), 주자직(satin weave) 또는 이들의 조합된 형태를 구비할 수 있다.
본 실시예에 따른 써모커플 실을 이용한 섬유제품의 샘플제작은 다음과 같다.
은도금사 3종(Cy-15, Cy-20, Cy-21)을 각각 구리 도금사와 쌍을 이뤄 한쪽 끝에 매듭을 짓고, 매듭 부분에 실버 페이스트를 도포한 뒤 120℃ 온도의 오븐 속에서 30분간 경화시켰다. 25℃ 온도 환경에서 샘플을 놓고 매듭 부분에 손가락을 올리고 전압계로 전압을 측정하였다. 매듭 부분에 인체의 온도 약 32.5℃가 전해지면서 주위 환경과 약 7.5℃의 온도 차이에 의한 전압 발생을 확인하였다.
전술한 실험 결과는 아래의 표 1과 같다.
샘플 1 샘플 2 샘플 3
도금사 쌍 Cy-15 & Cu Cy-20 & Cu Cy-21 & Cu
전압(mV) 22 ~ 26 35 ~ 50 22 ~ 24.3
실험 결과, 전압값이 mV 단위의 전압값으로 측정되었고, 이는 상용화된 체온 측정용 써모커플과 비슷한 크기의 전압을 발생시키므로, 섬유형 온도센서로 적용가능함을 보여준다고 할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 이물감을 낮추고 낮은 유연성의 문제를 해결하며 신체와 직접 접촉하는 제품에 응용하여 온도를 감지할 수 있는, 매듭을 가진 써모커플 실을 제공할 수 있다. 또한, 스마트의류, 스마트웨어, 스마트가구 등 섬유(textile) 기지의 온도 센싱이 필요한 모든 분야에 직접 적용이 가능하고, 자수기를 사용해 봉제 직전의 의류, 가방, 매트리스 커버 등에 부착되는 온도 센서로 응용할 수 있는, 매듭을 가진 써모커플 실을 제공할 수 있다.
전술한 매듭을 가진 써모커플 실을 사용하는 경우에는, 인체를 감싸는 의류 등에 적용하여 사용될 수 있는 온도센서를 효과적으로 제공할 수 있다. 특히, 본 실시예의 써모커플 실(yarns)은 은(Ag) 도금사와 구리(Cu) 도금사를 사용할 수 있으므로, 유연한 신체 온도 측정용 써모커플로 사용하기에 적합하며, 이를 토대로 다양한 섬유제품에 응용 가능하다. 또한, 이종의 물질 한쪽 끝을 접합후, 접합부와 말단부의 온도차이에 의해 발생하는 전압을 측정하여 접합부분의 온도를 환산하는 원리를 이용함으로써 섬유제품에 적용하여도 센서의 신뢰성과 내구성을 효과적으로 확보할 수 있는 장점이 있다.
지금까지 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (4)

  1. 제1 금속성 재료로 도금된 제1 도금사;
    상기 제1 금속성 재료와 다른 제2 금속성 재료로 도금된 제2 도금사; 및
    상기 제1 및 제2 도금사들의 한쪽 말단부들을 매듭 형태로 결합되고, 상기 매듭 형태 부분에 코팅된 제3 전도성 재료의 코팅층;
    을 포함하는 매듭을 가진 써모커플 실.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 및 제2 금속성 재료는 하나 또는 두 개 이상의 재료로 각각 구성되고, 주성분의 금속 재료는 동일한 재료인 매듭을 가진 써모커플 실.
  3. 은(Ag) 도금 실(yarn);
    상기 은 도금 실의 한쪽 말단부와 결합하여 매듭을 형성하는 한쪽 말단부를 구비하는 구리 도금 실; 및
    상기 매듭으로 형성된 부분에 형성되고 전도성 재료를 포함하는 코팅층을 구비하는 매듭을 가진 써모커플 실.
  4. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 코팅층의 전도성 재료는, 은(silver), 구리(copper), 금(gold), 알루미늄(aluminum) 또는 이들의 조합만으로 이루어지거나,
    나노리본, AlN, SiC 또는 이들의 조합을 추가로 포함하거나,
    탄소나노튜브, 그래핀(graphene), 다이아몬드 또는 이들의 조합을 추가로 포함하는 매듭을 가진 써모커플 실.
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