KR102185565B1 - Conductive composite yarn capable of sensing the force in vertical and horizontal direction and textile sensor having the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수평 및 수직방향으로 작용하는 외력을 측정할 수 있는 전도성 복합사와 이를 포함하는 직물센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신축성이 있는 중심사 외면에 전기 전도도가 서로 다른 복수의 섬유를 다중으로 커버링되는 섬유로 이루어져 수평방향의 인장력과 수직방향의 압력을 모두 측정할 수 있는 전도성 복합사와 이를 포함하는 직물센서에 관한 것이다. The present invention relates to a conductive composite yarn capable of measuring an external force acting in the horizontal and vertical directions and a fabric sensor including the same, and more particularly, a plurality of fibers having different electrical conductivity on the outer surface of the elastic core yarn are multiplexed. The present invention relates to a conductive composite yarn made of covered fibers and capable of measuring both a tensile force in a horizontal direction and a pressure in a vertical direction, and a fabric sensor including the same.
IT 기술이 발전함에 따라 경박 단소하고 휴대가 편리한 전자제품의 개발이 활발하게 진행되고 있으며, 이에 따라 다양한 소재 또는 부품의 개발도 함께 이루어지고 있다. 이들 중 금속분말이나 전도성 폴리머 등을 코팅하여 섬유에 전기전도성을 부여한 전자섬유가 최근 각광받고 있다.With the development of IT technology, the development of light, compact and portable electronic products is actively progressing, and accordingly, various materials or parts are being developed together. Among these, electronic fibers, which are coated with a metal powder or a conductive polymer to impart electrical conductivity to the fibers, are in the spotlight recently.
전자섬유는 가볍고 쉽게 휘어지는 섬유의 특성을 그대로 가지면서 전기전도성을 발현됨에 따라, 플렉서블 디스플레이(Flexible Display), 웨어러블 스마트 디바이스(Wearable Smart Device), 각종 센서로 사용되고 있다.Electronic fibers are used as flexible displays, wearable smart devices, and various sensors as they exhibit electrical conductivity while retaining the characteristics of light and easily bent fibers.
전자섬유를 이용한 센서로 대한민국 공개특허 제10-2019-0032987호의 "수평 방향의 인장력을 센싱하는 스트레인 센서 및 이의 제조 방법", 공개특허 제10-2018-0083220호의 "압력 측정이 가능한 직물 및 이를 이용한 압력 측정 장치"가 개시되어 있다. As a sensor using an electronic fiber, “a strain sensor for sensing the tensile force in the horizontal direction and a method for manufacturing the same” in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2019-0032987, and “a fabric capable of measuring pressure and using the same” in Korean Patent Publication No. 10-2019-0032987 A pressure measuring device" is disclosed.
공개특허 제10-2019-0032987호의 센서는 인장탄성 계수 또는 단위 면적당 전도성 입자 밀도가 상이한 섬유를 좌우 방향으로 서로 접하게 배치함으로서, 수평방향으로 인장 시 저항변화를 감지하여 인장력을 측정한다. 그리고, 공개특허 제10-2018-0083220호의 직물은 탄성이 있는 고분자 피복층을 구비하는 전도성 복합사인 위사와 경사로 이루어져, 수직방향으로 압력이 인가되면 위사와 경사의 교차점에서 고분자 피복층의 두께가 변함에 따라 가변되는 정전용량 또는 저항에 따른 압력을 검출한다. The sensor of Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2019-0032987 measures a tensile force by detecting a change in resistance when tensile in a horizontal direction by placing fibers having different tensile modulus or conductive particle density per unit area in contact with each other in the left and right directions. And, the fabric of Korean Patent Application Publication No. 10-2018-0083220 consists of weft yarn and warp, which is a conductive composite yarn having an elastic polymer coating layer, and when pressure is applied in the vertical direction, the thickness of the polymer coating layer changes at the intersection of the weft yarn and warp. It detects the pressure according to the variable capacitance or resistance.
하지만, 센싱되는 물체에 인가되는 외력은 수평방향과 수직방향으로 다양하게 발생할 수 있어, 상기 물체에 외력을 측정하기 위해서는 상술한 스트레인 센서와 압력센서를 별도로 설치해야 하는 부담이 있다. However, since the external force applied to the object to be sensed can be generated in various directions in the horizontal and vertical directions, there is a burden to separately install the above-described strain sensor and the pressure sensor in order to measure the external force on the object.
본 발명은 수평방향으로 작용하는 인장력과 수직방향으로 작용하는 압력을 모두 측정할 수 있는 전도성 복합사 및 이를 포함하는 직물센서를 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a conductive composite yarn capable of measuring both a tensile force acting in a horizontal direction and a pressure acting in a vertical direction, and a fabric sensor including the same.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 복합사는 탄성재질로 이루어지는 중심사와, 전기가 전도되도록 전도층이 형성되어 중심사를 감싸는 제1 커버링사 및, 제1 커버링사의 보다 큰 전기저항을 가지도록 전도층이 형성되어 제1 커버링사를 감싸는 제2 커버링사를 구비하는 전도사가 합사되어 형성된다.In order to solve the above technical problem, the conductive composite yarn according to an embodiment of the present invention includes a core yarn made of an elastic material, a conductive layer formed to conduct electricity to surround the core yarn, and a first covering yarn. A conductive layer is formed so as to have a greater electrical resistance of the yarn, and the conductive yarn having a second covering yarn surrounding the first covering yarn is formed by combining them.
그리고, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전도성 복합사는 탄성재질로 이루어지는 중심사와, 전기가 전도되도록 전도층이 형성되어 중심사를 감싸는 제1 커버링사와, 제1 커버링사의 보다 큰 전기저항을 가지도록 전도층이 형성되어 제1 커버링사를 감싸는 제2 커버링사 및, 제2 커버링사 보다 작은 전기저항을 가지도록 전도층이 형성되어 제2 커버링사를 감싸는 제3 커버링사를 구비한다.In addition, the conductive composite yarn according to another embodiment of the present invention includes a core yarn made of an elastic material, a conductive layer formed to conduct electricity, and surrounds the core yarn, and conducts the first covering yarn to have a greater electrical resistance. A second covering yarn is formed with a layer to surround the first covering yarn, and a third covering yarn is formed with a conductive layer formed to have an electric resistance smaller than that of the second covering yarn to surround the second covering yarn.
또한, 본 발명은 수평 및 수직방향으로 작용하는 외력을 측정하도록 상술한 전도성 복합사를 경사 또는 위사로 구비하는 직물센서를 제공한다.In addition, the present invention provides a fabric sensor including the above-described conductive composite yarn as warp or weft yarn to measure external forces acting in horizontal and vertical directions.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 직물센서는 탄성재질로 이루어지는 중심사와, 전기가 전도되도록 전도층이 형성되어 중심사를 감싸는 제1 커버링사와, 제1 커버링사의 전도층 보다 큰 전기저항을 가지는 전도층이 형성되어 제1 커버링사를 감싸는 제2 커버링사를 구비하는 전도성 복합사를 위사 또는 경사로 포함하는 제1 직물층과 제2 직물층이 일부 또는 전체 영역이 적층되어 형성된다.In addition, the fabric sensor according to another embodiment of the present invention has a center yarn made of an elastic material, a conductive layer formed to conduct electricity, and surrounds the core yarn, and has an electrical resistance greater than that of the conductive layer of the first covering yarn. A first fabric layer and a second fabric layer including a conductive composite yarn having a second covering yarn surrounding the first covering yarn as a weft yarn or a warp yarn are partially or entirely laminated to form a conductive layer.
본 발명에 따른 전도성 복합사는 신축성이 있는 중심사 외면에 전기 전도도가 서로 다른 복수의 섬유를 다중으로 커버링한 섬유로 이루어져, 수평방향으로 신축되거나 수직방향으로 압축되는 경우 전기 저항이 가변됨에 따라, 이를 경사 또는 위사로 제직된 직물센서는 인가되는 외력에 파손되지 않고 신장 및 압축되면서도 수평 및 수직방향으로 작용하는 외력을 모두 측정할 수 있어 스트레인 센서 및 압력센서로 함께 활용될 수 있다.The conductive composite yarn according to the present invention is composed of fibers in which a plurality of fibers having different electrical conductivity are covered in multiple layers on the outer surface of the elastic core yarn, and when it is stretched in the horizontal direction or compressed in the vertical direction, the electrical resistance is changed, The fabric sensor woven with warp or weft can be used as a strain sensor and a pressure sensor because it can measure both the external force acting in the horizontal and vertical directions while being stretched and compressed without being damaged by an applied external force.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직물센서의 평면도이다.
도 2는 도 1의 직물센서에 사용되는 전도성 복합사를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 사용되는 전도성 복합사의 제1 커버링사와 제2 커버링사의 단면도이다.
도 4는 도 1 직물센서에 사용되는 전도성 복합사의 수평방향 신장 전, 후 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 도 1의 직물센서의 수직방향 압축 전, 후의 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 직물센서의 평면도이다.
도 7은 도 6의 직물센서에 사용되는 전도성 복합사를 도시한 도면이다.
도 8은 도 6의 직물센서의 수직방향 압축 전, 후의 상태를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 직물센서를 도시한 도면이다.
도 10은 도 9의 직물센서의 수직방향 압축 전, 후의 상태를 도시한 도면이다.1 is a plan view of a fabric sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a conductive composite yarn used in the fabric sensor of FIG.
3 is a cross-sectional view of a first covering yarn and a second covering yarn of the conductive composite yarn used in FIG. 1.
FIG. 4 is a view showing states before and after stretching the conductive composite yarn used in the fabric sensor of FIG. 1 in the horizontal direction.
5 is a view showing the state before and after the vertical compression of the fabric sensor of Figure 1;
6 is a plan view of a fabric sensor according to another embodiment of the present invention.
7 is a view showing a conductive composite yarn used in the fabric sensor of FIG. 6.
8 is a view showing the state before and after the vertical compression of the fabric sensor of Figure 6;
9 is a view showing a fabric sensor according to another embodiment of the present invention.
10 is a view showing a state before and after the vertical compression of the fabric sensor of Figure 9;
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로서, 도면에서의 요소의 형상, 요소의 크기, 요소간의 간격 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되거나 축소되어 표현될 수 있다.This embodiment is provided to more completely describe the present invention to those with average knowledge in the art, and the shape of the element, the size of the element, the spacing between the elements, etc. in the drawings emphasize a more clear description. For this reason, it can be exaggerated or reduced.
또한, 실시예를 설명하는데 있어서 원칙적으로 관련된 공지의 기능이나 공지의 구성과 같이 이미 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 기술적 특징을 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.In addition, when it is determined that the technical features of the present invention may be unnecessarily obscure as matters already obvious to those skilled in the art, such as known functions or known configurations related in principle in describing the embodiments, the detailed The explanation will be omitted.
본 발명에서의 용어 '섬유'란, 길고 가늘며 연하게 굽힐 수 있는 천연 또는 인조의 선상 고분자 물체를 의미하고, 용어 '전도성 복합사'는 본 발명의 직물센서에 위사 또는 경사로 사용되어 수평방향 및 수직방향으로 작용하는 외력에 따라 전기저항이 가변하는 섬유이다. The term'fiber' in the present invention refers to a natural or artificial linear polymer object that can be bent long, thin, and soft, and the term'conductive composite yarn' is used as a weft or warp in the fabric sensor of the present invention to It is a fiber whose electrical resistance varies depending on the external force acting in the direction.
도 1은 본 발명에 따른 직물센서(10)의 평면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 직물센서(10)는 위사(11)와 경사(12)로 제직되는데, 직물 조직은 평직은 물론 능직, 주자직 또는 이들의 변화조직으로 다양하게 형성될 수 있다. 직물센서(10)는 하나 이상의 위사(11)은 전도성 복합사(110)로 형성되고, 위사(11)와 교직되는 경사(12)는 전기적인 단락을 일으키지 않는 폴리에스테르사, 나일론사 등의 비전도사로 형성된다. 1 is a plan view of a
전도성 복합사(110)로 형성되는 위사(11)는 후술하는 바와 같이 수평 또는 수직으로 인가되는 외력에 따라 전기저항이 변하게 되어 외력을 검출하는데, 센서 감도나 용도에 따라 직물센서(10)의 일부 위사(11)에만 전도성 복합사(110)가 사용될 수도 있고, 전체 위사(11) 모두에 전도성 복합사(110)가 사용될 수도 있다. The
도 1에 도시되는 바와 같이, 전기 전도성을 가지는 위사(11)는 2 가닥의 전도사(110a,110b)가 합사된 전도성 복합사(110)로 형성되는데, 이와 같은 전도성 복합사(110)가 도 2에 도시되어 있다. 도 2에 도시되는 바와 같이 전도사(110a,110b)는 신축성을 가지는 중심사(111), 중심사(111)를 감싸며 전기가 전도되는 제1 커버링사(112), 제1 커버링사(112) 보다 큰 전기저항을 가지며 제1 커버링사(112)를 감싸는 제2 커버링사(113)를 구비한다. As shown in FIG. 1, the
중심사(111)는 폴리우레탄(polyurethane), SBS(styrene-butadiene-styrene), SBR(styrene butadiene rubber), PDMS(polydimethylsiloxane) 또는 실리콘과 같은 탄성재질의 단일섬유 또는 복합섬유로 형성되어, 직물센서(10)에 위사 방향으로 인가되는 외력에 의해 신축될 수 있다. The
제1 커버링사(112)는 전기 전도성을 가지는 섬유로, 금속 나노입자나 도전성 폴리머로 이루어진 전도층(115)이 도 3(a)에 도시되는 바와 같이, 전기 전도층(115)이 외주면 전체에 보다 넓은 표면적으로 형성된다. 여기서, 금속 나노입자는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni) 등이 사용될 수 있으며, 도전성 폴리머는 카본블랙, 카본나노튜브 (CNT), 은 나노와이어, 폴리우레탄 등이 사용될 수 있다. 이와 같이 전도층(115)이 넓은 표면적으로 형성되는 제1 커버링사(112)는 선 저항이 1~100 Ω/cm, 바람직하게는 100 Ω/cm 이하로 낮게 형성되어 전기가 원활하게 통전될 수 있다. 이와 같이 형성되는 제1 커버링사(112)는 중심사(111)의 중심축을 따라 스프링구조로 감겨지는데, 중심축 방향으로 신축되는 중심사(111)에 의해 제1 커버링사(112)의 간격이 가변하게 되어 저항변화가 발생하게 된다. The
제2 커버링사(113)는 2가닥으로 합사되는 전도사(110a,110b)를 전기적으로 절연하지 않으면서도, 직물센서(10)에 수직방향으로 작용하는 압력을 감지되도록 실질적으로 분리시키도록 마련되는 구성이다. 이를 위하여 제2 커버링사(113)는 제1 커버링사(112) 보다 큰 전기저항을 가지도록 전도층이 형성된다. 전도층은 제1 커버링사(112)의 전도층(115) 보다 비저항값이 높은 도전성 재질로 작은 표면적으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 커버링사(113)의 전도층은 금속보다 비저항값이 높은 탄소로 이루어질 수 있으며, 도 3에 도시되는 바와 같이 전도층(116)은 제2 커버링사(113)의 내부에 소정 두께로 형성되거나(도 3(b)), 제2 커버링사(113)의 표면 일부 즉, 소정 폭을 가지는 다수 스트립(strip) 형태로 길이방향으로 전도층(117)이 형성될 수 있다(도 3(c)). The
이와 같이 형성되는 전도층(116,117)으로 인하여 제2 커버링사(113)는 전기 전도성을 가지나, 선 저항이 105~108Ω/cm으로 크게 형성된다. 이와 같이 제2 커버링사(113)의 선 저항이 105Ω/cm 이상으로 크게 형성됨에 따라, 합사되는 2가닥 전도사(110a,110b)의 제1 커버링사(112) 각각은 전기적으로는 실질적으로 격리할 수 있어 후술하는 바와 같이 수직방향의 압력에만 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 제2 커버링사(113)의 선 저항이 108Ω/cm을 초과하면, 수직방향의 압력에 따라 제2 커버링사(113)가 스위치로 작용하여 On/Off에 따른 급격한 전기적인 변화로 인하여 센서 감도를 저해하는 문제가 있다. 따라서, 제2 커버링사(113)를 도전체 보다는 전기 전도성이 낮지만 절연하지 않도록 통전가능하게 형성된다. 제2 커버링사(113)는 중심사(111)의 중심축을 따라 제1 커버링사(112)에 감겨지는데, 제1 커버링사(112)와 제2 커버링사(113)의 꼬임방향이 같을 경우 전도성 복합사(110)의 뒤틀림 현상이 발생될 수 있어 도 2에 도시되는 바와 같이 서로 다른 방향으로 꼬임되는 것이 바람직하다.Due to the
이와 같이 형성되는 전도성 복합사(110)에 수평방향으로 외력이 작용하여 신장 전, 후 상태가 도 4에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 수평방향, 즉 전도성 복합사(110)가 배열된 위사방향으로 전도성 복합사(110)가 신장되면, 신축사인 중심사(111)가 신장하고 중심사(111) 표면에 스프링 구조로 감겨진 제1 커버링사(112)의 간격이 넓게 되어 저항변화가 발생함에 따라 수평방향의 외력을 검출할 수 있다. An external force acts on the conductive
그리고, 직물센서(10)에 수직방향으로 압력이 작용하여 압축 전, 후 상태가 도 5에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 압축 전에는 전도성 복합사(110)는 전도사(110a,110b)의 가장 외층에 있는 제2 커버링사(113)에 의해 2가닥의 전도사(110a,110b)가 실질적으로 분리되어 있고, 여기서 수직방향으로 압력이 작용하면, 탄성재질로 이루어진 중심사(111)로 인하여 2가닥의 전도사(110a,110b)가 압착되어 도전체인 각각의 제1 커버링사(112)가 전기적으로 연결되어 저항변화가 발생함에 따라 수직방향의 압력도 검출할 수 있다. And, the pressure acts on the
이와 같은 수평방향 및 수직방향의 외력을 측정하도록 직물센서(10)에서 전도사(110a,110b)의 제1 커버링사(112) 각각이 서로 다른 극성의 전극에 연결되어 인장력 및 압력 측정장치(미도시)와 전기적으로 연결된다. 여기서 인장력 및 압력 측정장치는 배터리, 메모리, 메모리 제어기, 하나 이상의 프로세서(CPU), 디스플레이 장치, 입력 장치 및 통신 회로를 포함할 수 있고, 이러한 구성요소는 하나 이상의 통신 버스 또는 신호선을 통하여 통신한다. 인장력 및 압력 측정장치의 메모리에 외력 측정 프로그램이 설치되고, 상기 하나 이상의 프로세서는 메모리에 저장된 외력 측정 프로그램에 따라 직물센서(10)의 저항변화를 측정한 후, 이를 외력정보로 디스플레이 장치에 표시할 수 있고, 또는 통신 회로를 통해 원격의 장치로 전송할 수도 있으며, 시간대별로 압력 정보를 저장하여 통계 정보를 디스플레이 장치에 표시할 수도 있다Each of the
한편, 실시예로 2가닥의 전도사(110a,110b)를 합사한 전도성 복합사(110)로 형성되는 직물센서(10)를 설명하였지만, 3가닥 이상의 전도사(110a,110b)를 합사한 전도성 복합사(110)로 직물센서(10)를 구현할 수도 있다. On the other hand, as an example, the
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 직물센서(20)의 평면도이고, 도 7은 이에 사용되는 전도성 복합사(210)를 도시한 도면이다. 도 6의 실시예는 전술한 도 1 실시예와 마찬가지로 하나 이상의 위사(21)는 전도성 복합사(210)로, 경사(22)는 비전도사로 형성되는 점은 동일하나, 두 가닥의 전도사(110a,110b)가 합사되어 전도성 복합사(110)로 형성되는 도 1 실시예와 달리, 도 6의 실시예는 단사인 전도성 복합사(210)가 형성된다. 6 is a plan view of a
전도성 복합사(210)는 도 6,7에 도시되는 바와 같이, 신축성을 가지는 중심사(211), 중심사(211)를 감싸며 전기가 전도되는 제1 커버링사(212), 제1 커버링사(112) 보다 큰 전기저항을 가지며 제1 커버링사(212)를 감싸는 제2 커버링사(213), 제2 커버링사(213) 보다 작은 전기저항을 가지며 제2 커버링사(213)를 감싸는 제3 커버링사(214)를 구비한다. 본 실시예에 따른 전도성 복합사(210)의 제1 커버링사(212)에는 전술한 전도성 복합사(110)와 동일한 구조의 전도층(115)이 형성되고, 제2 커버링사(213) 역시 전술한 전도성 복합사(110)와 동일한 구조의 전도층(116, 117)이 각각 형성되며, 제3 커버링사(214)가 더 형성되어 있다. As shown in Figs. 6 and 7, the conductive
여기서, 제3 커버링사(214)는 전기가 원활하게 통전되도록 제1 커버링사(212)와 동일한 선 저항, 즉 1~100 Ω/cm, 바람직하게는 100 Ω/cm 이하로 낮게 형성되도록 전도층이 구비된다. 제3 커버링사(214)의 전도층은 제1 커버링사(212)의 전도층(115)과 같이 금속 나노입자나 도전성 폴리머로 이루어져 외주면 전체에 보다 넓은 표면적으로 형성되며, 전도성 복합사(210)가 뒤틀리지 않도록 내측의 제2 커버링사(213)와 서로 다른 방향으로 꼬임된다. Here, the
이와 같이 형성되는 전도성 복합사(210)는 신축 시, 전술한 실시예와 마찬가지로 제1 커버링사(112)의 간격변화에 따른 저항변화가 발생하여 수평방향의 외력을 검출할 수 있다. 그리고, 도 6의 실시예에서 수직방향으로 작용하는 압력에 따른 직물센서(20)의 압축 전, 후 상태가 도 8에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 압축 전에는 높은 저항값을 가진 제2 커버링사(213)에 의해 제1 커버링사(212)와 제3 커버링사(214)가 전기적으로는 실질적으로 분리되어 있고, 여기서 수직방향으로 압력이 작용하면, 탄성재질로 이루어진 중심사(211)로 인하여 전도성 복합사(210)가 압착되어 도전체인 제1 커버링사(212)와 제3 커버링사(214)가 전기적으로 연결되어 저항변화가 발생함에 따라 수직방향의 압력도 검출할 수 있다. 한편, 이와 같은 수직방향 및 수평방향의 외력을 검출하도록 제1 커버링사(212) 및 제3 커버링사(214)는 각각 서로 다른 극성의 전극에 연결되어 전술한 인장력 및 압력 측정장치와 전기적으로 연결된다. When the conductive
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 직물센서(30)의 평면도이다. 도 9의 직물센서(30)는 제1 직물층(30a)과 제2 직물층(30b)이 적층되어 형성되는데, 각각의 직물층(30a,30b)에서 하나 이상의 위사(31)는 전도성 복합사(310)로, 경사(32)는 비전도사로 형성된다. 전도성 복합사(310)로는 중심사(111), 제1커버링사(112), 제2 커버링사(113)로 이루어지는 도 1 전도사(110a,110b)를 사용하나, 합사하지 않은 단사로 사용한다. 도 9의 직물센서(30)는 이와 같은 전도성 복합사(310)로 이루어진 위사(31)를 포함하는 제1 직물층(30a)과 제2 직물층(30b)이 적층되어 형성된다. 도 9에는 제1 직물층(30a)과 제2 직물층(30b)의 일부영역이 적층되는 것으로 도시되어 있으나, 전체영역이 적층되어 형성될 수도 있다.9 is a plan view of a
도 9의 직물센서(30)에서 제1 직물층(30a)과 제2 직물층(30b)의 제1 커버링사(112)에 +전극, -전극이 각각 연결되어 인장력 및 압력 측정장치와 전기적으로 연결된다. 이와 같은 직물센서(30)는 상술한 실시예와 마찬가지로 신축 시, 제1 커버링사(112)의 간격변화에 따른 저항변화가 발생하여 수평방향의 외력을 검출할 수 있고, 마찬가지로 수직방향으로 작용하는 압력도 검출할 수 있는데, 직물센서(30)의 압축 전, 후 상태가 도 10에 도시되어 있다. 도 10에 도시되는 바와 같이, 직물센서(30)의 압축 전에는 제1 직물층(30a)과 제2 직물층(30b)이 분리되어 있는데, 수직방향으로 압력이 작용하면, 탄성재질로 이루어진 중심사(111)로 인하여 제1 직물층(30a)과 제2 직물층(30b) 각각의 전도성 복합사(110)가 압착되어 전기적으로 연결되어 저항변화가 발생함에 따라 수직방향의 압력도 검출할 수 있다. In the
한편 이상의 실시예에서, 전도성 복합사를 위사로 사용하는 예를 설명하였으나, 경사를 전도성 복합사로 사용하여 직물센서를 구현할 수 있음은 물론이다. Meanwhile, in the above embodiments, an example of using the conductive composite yarn as the weft has been described, but it is of course possible to implement a fabric sensor by using the warp as the conductive composite yarn.
본 발명에 따른 전도성 복합사는 신축성이 있는 중심사 외면에 전기 전도도가 서로 다른 복수의 섬유를 다중으로 커버링한 섬유로 이루어져, 수평방향으로 신축되거나 수직방향으로 압축되는 경우 전기 저항이 가변된다. 따라서 이와 같은 전도성 복합사로 제직된 직물센서는 인가되는 외력에 파손되지 않고 신장 및 압축되면서도 수평 및 수직방향으로 작용하는 외력을 모두 측정할 수 있어 스트레인 센서 및 압력센서로 함께 활용될 수 있다.The conductive composite yarn according to the present invention is composed of fibers in which a plurality of fibers having different electrical conductivity are covered in multiple layers on the outer surface of the elastic core yarn, and the electrical resistance is variable when it is stretched in a horizontal direction or compressed in a vertical direction. Therefore, the fabric sensor woven with such a conductive composite yarn can be used as a strain sensor and a pressure sensor because it is not damaged by an applied external force and can measure both external forces acting in the horizontal and vertical directions while being stretched and compressed.
이상 설명한 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.The present invention described above is not limited to the described embodiments, and it is apparent to those of ordinary skill in the art that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, such variations or modifications will have to belong to the claims of the present invention.
10, 20, 30 : 직물센서 11 : 위사
12 : 경사 30a: 제1 직물층
30b : 제2 직물층 110, 210 : 전도성 복합사
110a,110b : 전도사 115, 215, 217 : 전도층
111, 211 : 중심사 112, 212 : 제1 커버링사
113, 213 : 제2 커버링사 214 : 제3 커버링사 10, 20, 30: fabric sensor 11: weft
12:
30b:
110a,110b:
111, 211:
113, 213: second covering yarn 214: third covering yarn
Claims (12)
탄성재질로 이루어지는 중심사;
전기가 전도되도록 전도층이 형성되어 상기 중심사를 감싸는 제1 커버링사; 및,
상기 제1 커버링사의 보다 큰 전기저항을 가지도록 전도층이 형성되어 상기 제1 커버링사를 감싸는 제2 커버링사;를 구비하는 전도사가 합사되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전도성 복합사.In the conductive composite yarn whose electrical resistance is variable according to an external force acting in horizontal and vertical directions,
A core yarn made of an elastic material;
A first covering yarn formed with a conductive layer to conduct electricity to surround the center yarn; And,
Conductive composite yarn, characterized in that formed by combining the conductive yarns having a; a second covering yarn to surround the first covering yarn by forming a conductive layer to have a greater electrical resistance than the first covering yarn.
탄성재질로 이루어지는 중심사;
전기가 전도되도록 전도층이 형성되어 상기 중심사를 감싸는 제1 커버링사;
상기 제1 커버링사의 보다 큰 전기저항을 가지도록 전도층이 형성되어 상기 제1 커버링사를 감싸는 제2 커버링사; 및,
상기 제2 커버링사 보다 작은 전기저항을 가지도록 전도층이 형성되어 상기 제2 커버링사를 감싸는 제3 커버링사;를 구비하는 것을 특징으로 하는 전도성 복합사.In the conductive composite yarn whose electrical resistance is variable according to an external force acting in horizontal and vertical directions,
A core yarn made of an elastic material;
A first covering yarn formed with a conductive layer to conduct electricity to surround the center yarn;
A second covering yarn having a conductive layer formed to have a greater electrical resistance than the first covering yarn to surround the first covering yarn; And,
And a third covering yarn having a conductive layer formed to have an electrical resistance smaller than that of the second covering yarn to surround the second covering yarn.
상기 제1 커버링사 및 제3 커버링사의 전도층은 금속 나노입자 또는 도전성 폴리머로 커버링사의 외주면 전체에 형성되는 것을 특징으로 하는 전도성 복합사.The method according to claim 1 or 2,
The conductive layer of the first covering yarn and the third covering yarn is formed of metal nanoparticles or a conductive polymer on the entire outer peripheral surface of the covering yarn.
상기 제1 커버링사 및 제3 커버링사의 선 저항은 100 Ω/cm 이하인 것을 특징으로 하는 전도성 복합사.The method of claim 3,
The conductive composite yarn, characterized in that the line resistance of the first covering yarn and the third covering yarn is 100 Ω/cm or less.
상기 제2 커버링사의 전도층은 제1 커버링사 및 제3 커버링사 보다 비저항값이 높은 도전성 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 전도성 복합사.The method according to claim 1 or 2,
The conductive layer of the second covering yarn is a conductive composite yarn, characterized in that formed of a conductive material having a higher specific resistance value than the first covering yarn and the third covering yarn.
상기 제2 커버링사의 전도층은 탄소로 이루어져, 상기 제1 커버링사 및 제3 커버링사의 전도층 보다 작은 표면적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전도성 복합사.The method of claim 3,
A conductive composite yarn, characterized in that the conductive layer of the second covering yarn is made of carbon, and has a smaller surface area than that of the conductive layers of the first and third covering yarns.
상기 제2 커버링사의 선 저항은 105~108Ω/cm 인 것을 특징으로 하는 전도성 복합사.The method of claim 5,
Conductive composite yarn, characterized in that the line resistance of the second covering yarn is 10 5 ~ 10 8 Ω / cm.
상기 제2 커버링사는 제1 커버링사와 서로 다른 방향으로 꼬임되고, 및 제3 커버링사는 제2 커버링사와 서로 다른 방향으로 꼬임되는 것을 특징으로 하는 전도성 복합사.The method according to claim 1 or 2,
The second covering yarn is twisted in different directions from the first covering yarn, and the third covering yarn is twisted in different directions from the second covering yarn.
탄성재질로 이루어지는 중심사;
전기가 전도되도록 전도층이 형성되어 상기 중심사를 감싸는 제1 커버링사; 및,
상기 제1 커버링사의 전도층 보다 큰 전기저항을 가지는 전도층이 형성되어 상기 제1 커버링사를 감싸는 제2 커버링사;를 구비하는 전도성 복합사를 위사 또는 경사로 포함하는 제1 직물층과 제2 직물층이 일부 또는 전체 영역이 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 직물센서.In a textile sensor that measures external forces acting in horizontal and vertical directions,
A core yarn made of an elastic material;
A first covering yarn formed with a conductive layer to conduct electricity to surround the center yarn; And,
A first fabric layer and a second fabric including a conductive composite yarn having a weft or a warp; a second covering yarn formed with a conductive layer having an electrical resistance greater than that of the conductive layer of the first covering yarn to surround the first covering yarn Fabric sensor, characterized in that the layer is formed by laminating some or all areas.
상기 제1 직물층과 제2 직물층의 제1 커버링사에 서로 다른 극성의 전극에 연결되는 것을 특징으로 하는 직물센서.The method of claim 11,
Fabric sensor, characterized in that connected to electrodes of different polarities to the first covering yarn of the first fabric layer and the second fabric layer.
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