KR102070873B1 - 압저항성을 이용한 압력센서 소자 및 이의 조립체 - Google Patents

압저항성을 이용한 압력센서 소자 및 이의 조립체 Download PDF

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울산과학기술원
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Abstract

본 발명은 압저항성을 이용한 압력센서 소자에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면, 판상의 몸체부와, 상기 몸체부의 측면으로부터 돌출된 제1 돌출부 및 제2 돌출부와, 상기 몸체부의 측면에 형성되는 제1 결합 홈 및 제2 결합 홈을 구비하는 탄성 재질의 지지체; 상기 몸체부에 형성되고 상기 몸체부의 두께방향을 따라서 이격되어서 배치되는 제1 전극부 및 제2 전극부; 상기 지지체에 고정되고 상기 제1 돌출부를 통해 일부가 노출되며 상기 제1 전극부와 전기적으로 연결되는 제1 외측 단자 부재; 상기 지지체에 고정되고 상기 제2 돌출부를 통해 일부가 노출되며 상기 제1 전극부와 전기적으로 연결되는 제2 외측 단자 부재; 상기 지지체에 고정되고 상기 제1 결합 홈을 통해 일부가 노출되며 상기 제2 전극부와 전기적으로 연결되는 제1 내측 단자 부재; 및 상기 지지체에 고정되고 상기 제2 결합 홈을 통해 일부가 노출되며 상기 제2 전극부와 전기적으로 연결되는 제2 내측 단자 부재를 포함하며, 상기 지지체는 전기적으로 비전도성인 기재와 상기 기재에 첨가된 압저항성 소재를 포함하는 압저항성을 이용한 압력센서 소자가 제공된다.

Description

압저항성을 이용한 압력센서 소자 및 이의 조립체 {PRESSURE SENSOR COMPONENT USING PIEZORESISTIVITY AND ASSEMBLY THEREOF}
본 발명은 압저항성을 이용한 압력센서 소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압력센서를 다양한 형상으로 제작할 수 있어서 활용성이 향상된 압력센서 소자에 관한 것이다.
압력센서는 그 구동 방법에 따라 일반적으로 스트레인 게이지 방식, 압전 방식, 압저항 방식, 정전용량 방식 및 광학 방식으로 분류된다. 그중 압저항 방식은 전도성 입자가 함유된 고무 재질에 기반을 둔 압력센서이다.
압저항 방식의 센서에 관한 선행특허로서 공개특허 제10-2015-0028125호에는 마주하는 제1면과 제2면을 가지며, 탄성체 재질로 이루어지고, 상기 제1면에 다수의 돌출된 제1 형상가변 구조체가 패턴된 탄성 박막과, 상기 다수의 제1 형상가변 구조체의 표면을 따라 형성된 제1 압저항 전극과, 상기 제1 압저항 전극에 마주하게 배치된 제1 카운터 전극을 포함하는 압력센서가 개시되어 있다.
이러한 종래의 압저항 방식의 압력센서는 모두 특정 형상으로 한정되어 있어서, 활용도에 제한이 따른다.
대한민국 공개특허 제10-2015-0028125호 "압저항(piezo-resistive) 전극을 구비한 저항성 압력 센서" (2015.03.13.) 대한민국 등록특허 제10-1079855호 "압력 센서 및 그 제조 방법" (2011.11.03.)
본 발명의 목적은 압력센서를 다양한 형상으로 제작하여 활용성이 향상시킬 수 있는 압저항성을 이용한 압력센서 소자 및 이의 조립체를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일측면에 따르면, 판상의 몸체부와, 상기 몸체부의 측면으로부터 돌출된 제1 돌출부 및 제2 돌출부와, 상기 몸체부의 측면에 형성되는 제1 결합 홈 및 제2 결합 홈을 구비하는 탄성 재질의 지지체; 상기 몸체부에 형성되고 상기 몸체부의 두께방향을 따라서 이격되어서 배치되는 제1 전극부 및 제2 전극부; 상기 지지체에 고정되고 상기 제1 돌출부를 통해 일부가 노출되며 상기 제1 전극부와 전기적으로 연결되는 제1 외측 단자 부재; 상기 지지체에 고정되고 상기 제2 돌출부를 통해 일부가 노출되며 상기 제1 전극부와 전기적으로 연결되는 제2 외측 단자 부재; 상기 지지체에 고정되고 상기 제1 결합 홈을 통해 일부가 노출되며 상기 제2 전극부와 전기적으로 연결되는 제1 내측 단자 부재; 및 상기 지지체에 고정되고 상기 제2 결합 홈을 통해 일부가 노출되며 상기 제2 전극부와 전기적으로 연결되는 제2 내측 단자 부재를 포함하며, 상기 지지체는 전기적으로 비전도성인 기재와 상기 기재에 첨가된 압저항성 소재를 포함하는 압저항성을 이용한 압력센서 소자가 제공된다.
상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부는 끝단으로 갈수록 폭이 넓어지도록 형성되고, 상기 제1 결합 홈 및 상기 제2 결합 홈은 안쪽 끝단으로 갈수록 폭이 넓어지도록 형성될 수 있다.
상기 제1 외측 단자 부재는 상기 제1 돌출부의 끝단면을 통해 노출되고, 상기 제2 외측 단자 부재는 상기 제2 돌출부의 끝단면을 통해 노출되며, 상기 제1 외측 단자 부재는 상기 제1 돌출부의 끝단면으로부터 돌출되고, 상기 제1 내측 단자 부재는 상기 제1 결합 홈의 안쪽 끝단면을 통해 노출되고, 상기 제2 내측 단자 부재는 상기 제2 결합 홈의 안쪽 끝단면을 통해 노출될 수 있다.
상기 기재는 PDMS(Polydimethylsiloxzne)를 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 측면에 따르면, 가로와 세로방향을 따라서 결합되는 복수 개의 압력센서 소자들을 포함하며, 상기 복수 개의 압력센서 소자들 각각은, 판상의 몸체부와, 상기 몸체부의 측면으로부터 돌출된 제1 돌출부 및 제2 돌출부와, 상기 몸체부의 측면에 형성되는 제1 결합 홈 및 제2 결합 홈을 구비하는 탄성 재질의 지지체와, 상기 몸체부에 형성되고 상기 몸체부의 두께방향을 따라서 이격되어서 배치되는 제1 전극부 및 제2 전극부와, 상기 지지체에 고정되고 상기 제1 돌출부를 통해 일부가 노출되며 상기 제1 전극부와 전기적으로 연결되는 제1 외측 단자 부재와, 상기 지지체에 고정되고 상기 제2 돌출부를 통해 일부가 노출되며 상기 제1 전극부와 전기적으로 연결되는 제2 외측 단자 부재와, 상기 지지체에 고정되고 상기 제1 결합 홈을 통해 일부가 노출되며 상기 제2 전극부와 전기적으로 연결되는 제1 내측 단자 부재와, 상기 지지체에 고정되고 상기 제2 결합 홈을 통해 일부가 노출되며 상기 제2 전극부와 전기적으로 연결되는 제2 내측 단자 부재를 포함하며, 상기 지지체는 전기적으로 비전도성인 기재와 상기 기재에 첨가된 압저항성 소재를 포함하며, 상기 복수 개의 압력센서 소자들 중 이웃한 두 압력센서 소자들은 상기 제1 돌출부 또는 상기 제2 돌출부가 상기 제1 결합 홈 또는 상기 제2 결합 홈에 삽입되어서 결합되는 압력센서 조립체가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 판상의 몸체부와, 상기 몸체부의 측면으로부터 돌출된 제1 돌출부 및 제2 돌출부와, 상기 몸체부의 측면에 형성되는 제1 결합 홈 및 제2 결합 홈을 구비하는 탄성 재질의 전기적으로 비전도성인 지지체; 상기 몸체부 내에 배치되는 압저항성 부재; 상기 압저항성 부재와 전기적으로 연결되고 상기 압저항성 부재로부터 측면으로 연장되며 상기 지지체 내에 위치하는 제1, 제2, 제3, 제4 전극부; 및 상기 제1, 제2, 제3, 제4 전극부 각각과 전기적으로 연결되는 제1, 제2, 제3, 제4 단자부를 포함하며, 상기 제1 단자부는 상기 제1 돌출부의 끝단면을 통해 노출되고, 상기 제2 단자부는 상기 제2 돌출부의 끝단면을 통해 노출되며, 상기 제3 단자부는 상기 제1 결합 홈의 안쪽 끝단면을 통해 노출되고, 상기 제4 단자부는 상기 제2 결합 홈의 안쪽 끝단면을 통해 노출되는 압저항성을 이용한 압력센서 소자가 제공된다.
본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 압저항성을 이용하는 압력센서 소자의 측면에 돌출부와 돌출부에 대응하는 결합 홈이 형성되므로, 돌출부가 다른 압력센서 소자의 결합 홈에 삽입되어 결합되면서 압력센서 조립체가 형성됨에 따라, 압력센서 소자들을 다양한 형태를 갖도록 연결하여 사용하는 것이 가능하게 되고, 압력이 작용하는 위치를 정확하게 감지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서 조립체를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 압력센서 조립체의 배면이 보이도록 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 압력센서 조립체의 압력센서 소자를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 압력센서 소자의 배면이 보이도록 도시한 사시도이다.
도 5는 도 3의 압력센서 소자의 A-A'선에 대한 단면도이다.
도 6은 도 3의 압력센서 소자의 B-B'선에 대한 단면도이다.
도 7은 도 1의 압력센서 조립체에서 두 압력센서 소자가 X 방향 상에서 연결되는 부분에 대한 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 부분에 대한 평면 단면도이다.
도 9는 도 1의 압력센서 조립체에서 두 압력센서 소자가 Y 방향 상에서 연결되는 부분에 대한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력센서 소자를 도시한 평면도이다.
도 11은 도 10의 압력센서 소자에서 압저항성 부재와 전극과 단자를 도시한 사시도이다.
도 12는 도 10의 압력센서 소자의 C-C'선에 대한 단면도이다.
도 13은 도 10의 압력센서 소자의 D-D'선에 대한 단면도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압력센서 조립체의 구조를 개략적으로 설명하는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.
도 1과 도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서 조립체가 사시도로서 각각 양면이 보이도록 도시되어 있다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서 조립체(100)는 가로와 세로방향을 따라서 배치되면서 가로와 세로 방향으로 서로 연결되는 복수 개의 압력센서 소자들(110)을 포함한다. 설명의 편의를 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이 X-Y 직교 좌표를 도입한다.
도 3 및 도 4에는 압력센서 소자(110)가 사시도로서 각각 양면이 보이도록 도시되어 있으며, 도 5 및 도 6에는 압력센서 소자(100)가 도 3의 A-A'선 및 B-B'선에 대한 단면도로서 각각 도시되어 있다. 도 3 내지 도 6을 참조하면, 압력센서 소자(110)는 지지체(120)와, 지지체(120)에 형성된 제1 전극부(180)와, 지지체(120)에 형성되고 제1 전극부(180)와 이격되어서 위치하는 제2 전극부(190)와, 지지체(120)에 고정되는 제1 외측 단자 부재(135)와, 제1 전극부(180)와 제1 외측 단자 부재(135)를 연결하는 제1 외측 단자 연결부(138)와, 지지체(120)에 고정되는 제2 외측 단자 부재(145)와, 제1 전극부(180)와 제2 외측 단자 부재(145)를 연결하는 제2 외측 단자 연결부(148)와, 지지체(120)에 고정되는 제1 내측 단자 부재(155)와, 제2 전극부(190)와 제1 내측 단자 부재(155)를 연결하는 제1 내측 단자 연결부(158)와, 지지체(120)에 고정되는 제2 내측 단자 부재(165)와, 제2 전극부(190)와 제2 내측 단자 부재(165)를 연결하는 제2 내측 단자 연결부(168)를 포함한다.
지지체(120)는 탄성을 갖는 전기비전도성의 재질로 이루어지는 기재와 기재에 첨가되어서 분산된 전도성 필러(125)로 이루어진다. 본 실시예에서는 지지체(120)의 기재가 PDMS(Polydimethylsiloxzne)와 경화제가 10:1로 혼합된 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 탄성을 갖는 전기비전도성 재질이라면 다른 재질도 가능할 것이다. PDMS는 투명하고 신축성이 있으며, 무독성, 불연성의 재료로서 안전성이 높은 소재이다. 기재에 분산된 전도성 필러(125)는 압저항성 소재로서, 전도성 재질의 입자로 이루어지는데, 은, 금, 알루미늄, 구리, 백금, 니켈 및 철을 포함하는 금속 재질일 수 있으며, 10nm 내지 10μm의 평균 입자 크기를 갖는 것이 바람직하다.
지지체(120)는 편평한 몸체부(121)와, 몸체부(121)로부터 돌출되어 형성되는 제1 돌출부(130)와, 몸체부(121)로부터 돌출되어 형성되는 제2 돌출부(140)를 구비한다.
몸체부(121)는 편평한 판상의 형태로서, 본 실시예에서는 정사각형 형상인 것으로 설명하는데, 본 발명은 몸체부(121)를 정사각형으로 제한하는 것은 아니며, 정사각형 외의 다른 사각형, 사각형 외의 다른 다각형, 원형 및 타원형 등 다른 다양한 형태일 수 있고, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다. 정사각형의 판상인 몸체부(121)의 외면은 두께방향 서로 반대편에 형성되는 제1 면(122) 및 제2 면(123)과, 제1 면(122)과 제2 면(123)의 가장자리를 연결하는 측면(124)을 구비한다. 제1 면(122)과 제2 면(123)은 정사각형으로서, 제1 면(122)에는 제1 전극부(180)가 형성되고 제2 면(123)에는 제2 전극부(190)가 형성된다. 몸체부(121)의 측면(124)은 둘레방향을 따라서 차례대로 위치하고 각각 직선으로 연장되는 제1 측면부(125), 제2 측면부(126), 제3 측면부(127) 및 제4 측면부(128)를 구비한다. 제1 측면부(125)와 제3 측면부(127)가 서로 반대편에 위치하며, 제2 측면부(126)와 제4 측면부(128)가 서로 반대편에 위치한다. 제1 측면부(125)의 둘레방향 중심과 제3 측면부(127)의 둘레방향 중심 각각에 제1 돌출부(130)와 제2 돌출부(140)가 위치한다. 제2 측면부(126)의 둘레방향 중심과 제4 측면부(128)의 둘레방향 중심 각각에는 제1 결합 홈(150)과 제2 결합 홈(160)이 형성된다.
제1 결합 홈(150)은 몸체부(121)의 제2 측면부(126)의 폭방향 중심에 위치한다. 제1 결합 홈(150)은 제2 측면부(126)에 폭방향을 따라 길게 연장되는 슬릿 형태로 형성된다. 제1 결합 홈(150)은 안쪽으로 갈수록 폭이 넓어지도록 양 측면(151, 152)이 서로 멀어지게 형성된다. 제1 결합 홈(150)의 안쪽 끝단면(153)에는 제1 내측 단자 부재(155)가 노출된다. 제1 결합 홈(150)은 몸체부(121)의 두께방향 양단인 상부와 하부가 막힌 형태를 갖는다.
제2 결합 홈(160)은 몸체부(121)의 제4 측면부(128)의 폭방향 중심에 위치한다. 제2 결합 홈(160)은 제4 측면부(128)에 폭방향을 따라 길게 연장되는 슬릿 형태로 형성되는데, 구체적인 형상은 앞서 설명한 제1 결합 홈(150)과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 제2 결합 홈(162)의 안쪽 끝단면(163)에는 제2 내측 단자 부재(165)가 노출된다. 제2 결합 홈(160)은 몸체부(121)의 두께방향 양단인 상부와 하부가 막힌 형태를 갖는다.
제1 돌출부(130)는 몸체부(121)의 제1 측면부(125)로부터 돌출되어서 형성된다. 제1 돌출부(130)는 제1 측면부(125)의 폭방향 중심에 위치한다. 제1 돌출부(130)는 제1 결합 홈(150) 또는 제2 결합 홈(160)에 꼭 맞게 삽입되어서 결합되도록 제1 결합 홈(150) 및 제2 결합 홈(160)에 대응하는 형상 및 크기로서, 끝단으로 가면서 폭이 넓어지도록 형성된다. 제1 돌출부(130)의 끝단면(131)에 제1 외측 단자 부재(135)가 노출된다. 지지체(120)는 탄성을 갖는 재질이므로 탄성에 의해 변형되어서 제1 돌출부(130)가 제1 결합 홈(150) 또는 제2 결합 홈(160)에 끼워질 수 있게 된다.
제2 돌출부(140)는 몸체부(121)의 제3 측면부(127)로부터 돌출되어서 형성되어서, 제1 돌출부(130)의 반대편에 위치하게 된다. 제2 돌출부(140)는 제3 측면부(127)의 폭방향 중심에 위치한다. 제2 돌출부(140)의 구체적인 형상은 제1 돌출부(130)와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 제2 돌출부(140)의 끝단면(141)에 제2 외측 단자 부재(145)가 노출된다. 지지체(120)는 탄성을 갖는 재질이므로 탄성에 의해 변형되어서 제2 돌출부(140)가 제1 결합 홈(150) 또는 제2 결합 홈(160)에 끼워질 수 있게 된다.
제1 전극부(180)는 전기전도성 재질로 이루어지며, 지지체(120)의 몸체부(121)의 제1 면(122)의 중심부를 포함하는 영역을 덮도록 형성된다. 도면에서는 설명의 편의를 위하여 다소 두껍게 도시되어 있으나, 실제로는 도시된 것보다 훨씬 얇게 형성된다. 제1 전극부(180)는 제1 외측 단자 연결부(138) 및 제2 외측 단자 연결부(148)를 통해 제1 외측 단자 부재(135) 및 제2 외측 단자 부재(145)와 각각 전기적으로 연결된다. 본 실시예에서는 제1 전극부(180)가 몸체부(121)의 제1 면(122) 상에 형성되는 것으로 설명하지만, 이와는 달리 몸체부(121)의 내부에 형성되어서 노출되지 않을 수도 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
제2 전극부(190)는 전기전도성 재질로 이루어지며, 지지체(120)의 몸체부(121)의 제2 면(123)의 중심부를 포함하는 영역을 덮도록 형성된다. 도면에서는 설명의 편의를 위하여 다소 두껍게 도시되어 있으나, 실제로는 도시된 것보다 훨씬 얇게 형성된다. 제2 전극부(190)는 제1 내측 단자 연결부(158) 및 제2 내측 단자 연결부(168)를 통해 제1 내측 단자 부재(155) 및 제2 내측 단자 부재(165)와 각각 전기적으로 연결된다. 본 실시예에서는 제2 전극부(190)가 몸체부(121)의 제2 면(123) 상에 형성되는 것으로 설명하지만, 이와는 달리 몸체부(121)의 내부에 형성되어서 노출되지 않을 수도 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
외부 압력에 의해 몸체부(121)의 두께가 얇아지는 경우, 전도성 필러(125) 입자들이 접촉함으로써, 제1 전극부(180)와 제2 전극부(190) 사이에 전류가 흐르게 되어서 압력이 감지될 수 있다.
제1 외측 단자 부재(135)는 지지체(120)의 제1 측면부(125) 쪽에 위치하며, 제1 돌출부(130)의 끝단면(131)에 약간 돌출되어서 노출된다. 제1 외측 단자 부재(135)는 전기전도성 재질로 이루어지는 막대 형상으로서 지지체(120)의 묻혀서 고정된다. 제1 외측 단자 부재(135)는 제1 외측 단자 연결부(138)에 의해 제1 단자부(180)와 전기적으로 연결된다.
제1 외측 단자 연결부(138)는 전기전도성 재질로 이루어져서 지지체(120)의 내부에서 제1 외측 단자 부재(135)와 제1 전극부(180)를 전기적으로 연결한다.
제2 외측 단자 부재(145)는 지지체(120)의 제3 측면부(127) 쪽에 위치하며, 제2 돌출부(140)의 끝단면(141)에 약간 돌출되어서 노출된다. 제2 외측 단자 부재(145)는 전기전도성 재질로 이루어지는 막대 형상으로서 지지체(120)의 묻혀서 고정된다. 제2 외측 단자 부재(145)는 제2 외측 단자 연결부(148)에 의해 제1 단자부(180)와 전기적으로 연결된다.
제2 외측 단자 연결부(148)는 전기전도성 재질로 이루어져서 지지체(120)의 내부에서 제2 외측 단자 부재(145)와 제1 전극부(180)를 전기적으로 연결한다.
즉, 제1 전극부(180)의 양측에 제1 외측 단자 부재(135)와 제2 외측 단자 부재(145)가 위치하고, 제1 전극부(180)와 제1 외측 단자 부재(135)는 제1 외측 단자 연결부(138)에 의해 전기적으로 연결되며, 제1 전극부(180)와 제2 외측 단자 부재(145)는 제2 외측 단자 연결부(148)에 의해 전기적으로 연결되는 구조이다.
제1 내측 단자 부재(155)는 지지체(120)의 제2 측면부(126) 쪽에 위치하며, 제1 결합 홈(150)의 안쪽 끝단면(153)에 약간 돌출되어서 노출된다. 제1 내측 단자 부재(155)는 전기전도성 재질로 이루어지는 막대 형상으로서 지지체(120)의 묻혀서 고정된다. 제1 내측 단자 부재(155)는 제1 내측 단자 연결부(158)에 의해 제2 단자부(190)와 전기적으로 연결된다.
제1 내측 단자 연결부(158)는 전기전도성 재질로 이루어져서 지지체(120)의 내부에서 제1 내측 단자 부재(155)와 제2 전극부(190)를 전기적으로 연결한다.
제2 내측 단자 부재(165)는 지지체(120)의 제4 측면부(128) 쪽에 위치하며, 제2 결합 홈(160)의 안쪽 끝단면(163)에 약간 돌출되어서 노출된다. 제2 내측 단자 부재(165)는 전기전도성 재질로 이루어지는 막대 형상으로서 지지체(120)의 묻혀서 고정된다. 제2 내측 단자 부재(165)는 제2 내측 단자 연결부(168)에 의해 제2 단자부(190)와 전기적으로 연결된다.
제2 내측 단자 연결부(168)는 전기전도성 재질로 이루어져서 지지체(120)의 내부에서 제2 내측 단자 부재(165)와 제2 전극부(190)를 전기적으로 연결한다.
즉, 제2 전극부(190)의 양측에 제1 내측 단자 부재(155)와 제2 내측 단자 부재(165)가 위치하고, 제2 전극부(190)와 제1 내측 단자 부재(155)는 제1 내측 단자 연결부(158)에 의해 전기적으로 연결되며, 제2 전극부(190)와 제2 내측 단자 부재(165)는 제2 내측 단자 연결부(168)에 의해 전기적으로 연결되는 구조이다.
도 7과 도 8은 도 1의 압력센서 조립체(100)에서 두 압력센서 소자(110)가 X축 방향 상에서 연결되는 부분에 대한 도면이다. 도 7과 도 8을 참조하면, 두 압력센서 소자(110) 중 우측에 위치하는 하나의 압력센서 소자(110)는 제1 전극부(180)가 위를 향하도록 배치되고 좌측에 위치하는 다른 하나의 압력센서 소자(110)는 제2 전극부(190)가 위를 향하도록 배치된 상태에서 우측에 위치하는 압력센서 소자(110)의 제1 돌출부(130)가 좌측에 위치하는 압력센서 소자(110)의 제2 결합 홈(160)에 삽입되어서 결합된다. 끝으로 갈수록 폭이 넓어지는 제1 돌출부(130)와 안으로 갈수록 폭이 넓어지는 제1 결합 홈(160)의 형상에 의해 두 압력센서 소자(110)의 분리는 제한된다. 도시된 바와 같이, 제1 돌출부(130)가 제2 결합 홈(160)에 삽입되어 결합된 상태에서 우측의 압력센서 소자(110)의 제1 외측 단자 부재(135)와 좌측 압력센서 소자(110)의 제2 내측 단자 부재(165)와 접촉함으로써, X축 방향을 따라서 상면에 배치되는 전극부(180, 190)는 전기적으로 연결된다. 이와 같은 방식으로 X축 방향을 따라서 복수 개의 압력센서 소자(110)들이 결합됨에 따라, X축 방향을 따라 차례대로 배치되어서 결합되는 복수 개의 압력센서 소자(110)들 각각에 상면에 형성된 전극부들은 전기적으로 연결되어서 하나의 라인을 형성하게 된다.
도 9는 도 1의 압력센서 조립체(100)에서 두 압력센서 소자(110)가 Y축 방향 상에서 연결되는 부분에 대한 도면이다. 도 9를 참조하면, 두 압력센서 소자(110) 중 좌측에 위치하는 압력센서 소자(110)는 제1 전극부(180)가 위를 향하도록 배치되고 우측에 위치하는 다른 하나의 압력센서 소자(110)는 제2 전극부(190)가 위를 향햐도록 배치된 상태에서 우측에 위치하는 압력센서 소자(110)의 제1 돌출부(130)가 좌측에 위치하는 압력센서 소자(110)의 제2 결합 홈(160)에 삽입되어서 결합된다. 도시된 바와 같이, 제1 돌출부(130)가 제2 결합 홈(160)에 삽입되어 결합된 상태에서 우측의 압력센서 소자(110)의 제1 외측 단자 부재(135)와 좌측 압력센서 소자(110)의 제2 내측 단자 부재(165)와 접촉함으로써, Y축 방향을 따라서 상면에 배치되는 전극부들(180, 190)은 전기적으로 연결된다. 이와 같은 방식으로 Y축 방향을 따라서 복수 개의 압력센서 소자(110)들이 결합됨에 따라, Y축 방향을 따라 차례대로 배치되어서 결합되는 복수 개의 압력센서 소자(110)들 각각의 하면에 형성된 전극부들은 전기적으로 연결되어서 하나의 라인을 형성하게 된다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 복수 개의 압력센서 소자들(110)이 X축과 Y축 방향을 따라서 결합되어 형성된 압력센서 조립체(100)는 X축을 따라서 연장되는 복수 개의 X축 전극 라인들과 Y축을 따라서 연장되는 복수 개의 Y축 전극 라인들을 형성하게 된다. 이러한 압력센서 조립체(100)의 일부분에 압력이 가해지면, 대응하는 압력센서 소자(110)의 제1 전극부(180)와 제2 전극부(190) 사이에 전류가 흐르게 되어서, 압력이 발생한 위치를 감지할 수 있게 된다.
상기 실시예에서는 하나의 전극 라인을 형성하는 전극부가 모두 상면 또는 하면에 위치하도록 배치되는 것으로 설명하지만, 이와는 달리 상면과 하면에 복합적으로 배치되도록 압력센서 소자(110)들이 결합되는 경우에도 동일한 효과를 얻을 수 있음을 당업자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 압력센서 조립체의 구성이 더욱 용이해진다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력센서 소자에 대한 도면이다. 도 10 내지 도 13을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력센서 소자(310)는 지지체(120)와, 지지체(120) 내부에 위치하는 압저항성 부재(350)와, 지지체(120)의 내부에 위치하는 네 개의 전극부(361, 362, 363, 364)와, 네 개의 전극부(361, 362, 363, 364)의 각 끝에 형성되는 네 개의 단자부(371, 372, 373, 374)를 포함한다.
지지체(120)는 탄성을 갖는 전기비전도성의 재질로 이루어지는데, 본 실시예에서는 지지체(120)의 기재가 PDMS(Polydimethylsiloxzne)와 경화제가 10:1로 혼합된 것으로 설명한다. 지지체(120)는 편평한 몸체부(121)와, 몸체부(121)로부터 돌출되어 형성되는 제1 돌출부(130)와, 몸체부(121)로부터 돌출되어 형성되는 제2 돌출부(140)를 구비한다. 몸체부(121)에는 제1 결합 홈(150)과 제2 결합 홈(160)이 형성되는데, 지지체(120)의 형태는 도 3 내지 도 9에서 설명된 실시예의 지지체(120)의 형태와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
압저항성 부재(350)는 대체로 판상의 형태로서 압저항성 소재로 이루어진다. 압저항성 부재(350)는 지지체(120)의 몸체부(121) 내부에 위치하며, 몸체부(120)와 평행하게 배치된다.
네 개의 전극부(361, 362, 363, 364)는 압저항성 부재(350)와 전기적으로 연결되며 각각 압저항성 부재(350)로부터 측면 바깥쪽으로 연장되는 대체로 판상의 부재이다. 네 개의 전극부(361, 362, 363, 364)는 압저항성 부재(350)로부터 제1 돌출부(130) 쪽으로 연장되고 몸체부(121)와 제1 돌출부(130) 내에 위치하여 외부로 노출되지 않고 보호되는 제1 전극부(361)와, 압저항성 부재(350)로부터 제2 돌출부(130) 쪽으로 연장되고 몸체부(121)와 제2 돌출부(140) 내에 위치하여 외부로 노출되지 않고 보호되는 제2 전극부(362)와, 압저항성 부재(350)로부터 제1 결합 홈(150) 쪽으로 연장되고 몸체부(121) 내에 위치하여 외부로 노출되지 않고 보호되는 제3 전극부(363)와, 압저항성 부재(350)로부터 제2 결합 홈(160) 쪽으로 연장되고 몸체부(121) 내에 위치하여 외부로 노출되지 않고 보호되는 제4 전극부(364)를 구비한다.
네 개의 단자부(371, 372, 373, 374)는, 제1 전극부(361)의 끝단에 절곡된 형태로 형성되어서 제1 돌출부(130)의 끝단면을 통해 외부로 노출되는 제1 단자부(371)와, 제2 전극부(362)의 끝단에 절곡된 형태로 형성되어서 제2 돌출부(140)의 끝단면을 통해 외부로 노출되는 제2 단자부(372)와, 제3 전극부(363)의 끝단에 절곡된 형태로 형성되어서 제1 결합 홈(150)의 안쪽 끝단면을 통해 외부로 노출되는 제3 단자부(373)와, 제4 전극부(364)의 끝단에 절곡된 형태로 형성되어서 제2 결합홈(160)의 안쪽 끝단면을 통해 외부로 노출되는 제4 단자부(374)를 구비한다.
복수 개의 압력센서 소자들(310)은 도 1과 도 2에 도시된 바와 같은 방식으로 조립될 수 있으며, 이 때 제1 단자부(371) 또는 제2 단자부(372)가 다른 압력센서 소자의 제3 단자부(373) 또는 제4 단자부(374)와 접속된다.
도 14에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압력센서 조립체가 개략적으로 도시되어 있다. 도 14를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력센서 조립체(200)는 제1 압력센서 소자(210a)와 제2 압력센서 소자(210b)를 포함한다. 제1 압력센서 소자(210a)에는 네 측면부에 모두 돌출부(230a, 240a, 250a, 260a)가 형성되고, 제2 압력센서 소자(210b)에는 네 측면부에 모두 결합 홈(230b, 240b, 250b. 260b)이 형성된다. 돌출부(230a, 240a, 250a, 260a)의 구성은 도 3 내지 도 6을 통해 설명된 돌출부(130, 140)와 동일하며, 결합 홈(230b, 240b, 250b. 260b)의 구성은 도 3 내지 도 6을 통해 설명된 결합 홈(150, 160)의 구성과 동일하다. 그 외의 구성은 도 1 내지 도 6을 통해 설명된 실시예와 대응하는 구성이 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
100 : 압력센서 조립체 110 : 압력센서 소자
120 : 지지체 121 : 몸체부
130 : 제1 돌출부 140 : 제2 돌출부
135 : 제1 외측 단자 부재 138 : 제1 외측 단자 연결부
145 : 제2 외측 단자 부재 148 : 제2 외측 단자 연결부
155 : 제1 내측 단자 부재 158 : 제1 내측 단자 연결부
165 : 제2 내측 단자 부재 168 : 제2 내측 단자 연결부
180 : 제1 전극부 190 : 제2 전극부

Claims (20)

  1. 판상의 몸체부와, 상기 몸체부의 측면으로부터 돌출된 제1 돌출부 및 제2 돌출부와, 상기 몸체부의 측면에 형성되는 제1 결합 홈 및 제2 결합 홈을 구비하는 탄성 재질의 지지체;
    상기 몸체부에 형성되고 상기 몸체부의 두께방향을 따라서 이격되어서 배치되는 제1 전극부 및 제2 전극부;
    상기 지지체에 고정되고 상기 제1 돌출부를 통해 일부가 노출되며 상기 제1 전극부와 전기적으로 연결되는 제1 외측 단자 부재;
    상기 지지체에 고정되고 상기 제2 돌출부를 통해 일부가 노출되며 상기 제1 전극부와 전기적으로 연결되는 제2 외측 단자 부재;
    상기 지지체에 고정되고 상기 제1 결합 홈을 통해 일부가 노출되며 상기 제2 전극부와 전기적으로 연결되는 제1 내측 단자 부재; 및
    상기 지지체에 고정되고 상기 제2 결합 홈을 통해 일부가 노출되며 상기 제2 전극부와 전기적으로 연결되는 제2 내측 단자 부재를 포함하며,
    상기 지지체는 전기적으로 비전도성인 기재와 상기 기재에 첨가된 압저항성 소재를 포함하며,
    상기 제1 결합 홈과 상기 제2 결합 홈 각각의 상기 두께방향의 양단인 상부와 하부는 막힌 형태이며,
    상기 제1 결합 홈 및 상기 제2 결합 홈은 상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부의 크기 및 형상에 대응하여 형성되며,
    상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부는 끝단으로 갈수록 폭이 넓어지도록 형성되고, 상기 제1 결합 홈 및 상기 제2 결합 홈은 안쪽 끝단으로 갈수록 폭이 넓어지도록 형성되며,
    상기 제1 외측 단자 부재는 상기 지지체에 묻혀서 고정되는 막대형상으로서 상기 제1 돌출부의 끝단면으로부터 돌출되어서 노출되고, 상기 제2 외측 단자 부재는 상기 지지체에 묻혀서 고정되는 막대형상으로서 상기 제2 돌출부의 끝단면으로부터 돌출되어서 노출되며,
    상기 제1 내측 단자 부재는 상기 지지체에 묻혀서 고정되는 막대형상으로서 상기 제1 결합 홈의 안쪽 끝단면으로부터 돌출되어서 노출되고, 상기 제2 내측 단자 부재는 상기 지지체에 묻혀서 고정되는 상기 제2 결합 홈의 안쪽 끝단면으로부터 돌출되어서 노출되는,
    압저항성을 이용한 압력센서 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부는 상기 몸체부의 중심을 기준으로 서로 반대편에 위치하는 압저항성을 이용한 압력센서 소자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 결합 홈과 상기 제2 결합 홈은 상기 몸체부의 중심을 기준으로 서로 반대편에 위치하는 압저항성을 이용한 압력센서 소자.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부는 상기 몸체부의 중심을 기준으로 서로 반대편에 위치하며,
    상기 제1 결합 홈과 상기 제2 결합 홈은 상기 몸체부의 중심을 기준으로 서로 반대편에 위치하며,
    상기 제1, 제2 돌출부 및 상기 제1, 제2 결합 홈은 상기 몸체부의 둘레방향을 따라서 상기 몸체부의 중심을 기준으로 서로 90도의 각도로 이격되어서 배치되는 압저항성을 이용한 압력센서 소자.
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  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 기재는 PDMS(Polydimethylsiloxzne)를 포함하는 압저항성을 이용한 압력센서 소자.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 압저항성 소재는 상기 기재에 분산된 전도성 필러 입자를 포함하는 압저항성을 이용한 압력센서 소자.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 몸체부는 정사각형의 평면 형상을 갖는 압저항성을 이용한 압력센서 소자.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전극부와 상기 제2 전극부는 상기 몸체부의 양면에 형성되는 압저항성을 이용한 압력센서 소자.
  15. 가로와 세로방향을 따라서 결합되는 복수 개의 압력센서 소자들을 포함하며,
    상기 복수 개의 압력센서 소자들 각각은,
    판상의 몸체부와, 상기 몸체부의 측면으로부터 돌출된 제1 돌출부 및 제2 돌출부와, 상기 몸체부의 측면에 형성되는 제1 결합 홈 및 제2 결합 홈을 구비하는 탄성 재질의 지지체와,
    상기 몸체부에 형성되고 상기 몸체부의 두께방향을 따라서 이격되어서 배치되는 제1 전극부 및 제2 전극부와,
    상기 지지체에 고정되고 상기 제1 돌출부를 통해 일부가 노출되며 상기 제1 전극부와 전기적으로 연결되는 제1 외측 단자 부재와,
    상기 지지체에 고정되고 상기 제2 돌출부를 통해 일부가 노출되며 상기 제1 전극부와 전기적으로 연결되는 제2 외측 단자 부재와,
    상기 지지체에 고정되고 상기 제1 결합 홈을 통해 일부가 노출되며 상기 제2 전극부와 전기적으로 연결되는 제1 내측 단자 부재와,
    상기 지지체에 고정되고 상기 제2 결합 홈을 통해 일부가 노출되며 상기 제2 전극부와 전기적으로 연결되는 제2 내측 단자 부재를 포함하며,
    상기 지지체는 전기적으로 비전도성인 기재와 상기 기재에 첨가된 압저항성 소재를 포함하며,
    상기 제1 결합 홈과 상기 제2 결합 홈 각각의 상기 두께방향의 양단인 상부와 하부는 막힌 형태이며,
    상기 제1 결합 홈 및 상기 제2 결합 홈은 상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부의 크기 및 형상에 대응하여 형성되며,
    상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부는 끝단으로 갈수록 폭이 넓어지도록 형성되고, 상기 제1 결합 홈 및 상기 제2 결합 홈은 안쪽 끝단으로 갈수록 폭이 넓어지도록 형성되며,
    상기 제1 외측 단자 부재는 상기 지지체에 묻혀서 고정되는 막대형상으로서 상기 제1 돌출부의 끝단면으로부터 돌출되어서 노출되고, 상기 제2 외측 단자 부재는 상기 지지체에 묻혀서 고정되는 막대형상으로서 상기 제2 돌출부의 끝단면으로부터 돌출되어서 노출되며,
    상기 제1 내측 단자 부재는 상기 지지체에 묻혀서 고정되는 막대형상으로서 상기 제1 결합 홈의 안쪽 끝단면으로부터 돌출되어서 노출되고, 상기 제2 내측 단자 부재는 상기 지지체에 묻혀서 고정되는 상기 제2 결합 홈의 안쪽 끝단면으로부터 돌출되어서 노출되며,
    상기 복수 개의 압력센서 소자들 중 이웃한 두 압력센서 소자들은 상기 제1 돌출부 또는 상기 제2 돌출부가 상기 제1 결합 홈 또는 상기 제2 결합 홈에 꼭 맞게 삽입되어서 결합되고, 하나의 압력센서 소자에 구비되는 상기 제1 외측 단자 부재 또는 상기 제2 외측 단자 부재의 돌출부가 다른 압력센서 소자에 구비되는 상기 제1 내측 단자 부재 또는 상기 제2 내측 단자 부재의 돌출부와 접촉하여 접속되는 압력센서 조립체.
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