KR102193916B1

KR102193916B1 - 전도성 원사용 커넥터

Info

Publication number: KR102193916B1
Application number: KR1020190092279A
Authority: KR
Inventors: 정재석
Original assignee: 한국섬유개발연구원
Priority date: 2019-07-30
Filing date: 2019-07-30
Publication date: 2020-12-22

Abstract

본 발명은 전도성 원사(W) 및 전자모듈 터미널(T)의 커넥터(1)에 관한 것이다. 그러한 전도성 원사(W) 및 전자모듈 터미널(T)의 커넥터(1)는, 전도성 원사(W)와 전자모듈 터미널(T)을 전기적으로 연결하는 상,하부 전도성 구조체(7,9)와; 상,하부 전도성 구조체(7,9)의 상부 및 하부에 각각 배치되어 전기적으로 연결된 다수의 전도성 원사(W)와 터미널(T)을 이웃한 전도성 원사(W) 및 터미널(T)과 전기적으로 분리하는 상,하부 하우징(3,5)을 포함한다.

Description

전도성 원사용 커넥터{Connector for conductive yarn}

본 발명은 전도성 원사용 커넥터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전도성 원사와 전자모듈의 터미널을 연결하는 커넥터의 구조를 개선함으로써 전도성 원사와 전자모듈간의 연결을 쉽고 안정적으로 실시할 수 있는 기술에 관한 것이다.

최근 사람, 사물 등이 네트워크로 연결되는 ‘초 연결 사회’의 조기 도래와 웨어러블 스마트 디바이스에 대한 폭발적 수요가 증대됨에 따라 웨어러블 스마트 디바이스 사용자가 해당 기기를 인식하고 ‘소지’해야 하는 방식에서 자연스럽게 ‘착용’하는 방식으로 변화하는 추세이다.

스마트폰 시장 이후 글로벌 산업 패러다임은 웨어러블 스마트 디바이스 산업 중심으로 조기 개편 예상되고 있어, 글로벌 기업인 구글, 애플, MS 등은 스마트폰 이후 웨어러블 기기에 최우선으로 집중하고 있으며, 이와 관련한 특허 및 기업 인수에 총력을 기울이고 있는 상황이다.

그러나 스마트의류(Smart Clothing) 및 전자섬유(Smart Textronics)의 원활한 제조경쟁력을 갖추기 위해서는 전자섬유 배선단자 및 모듈단자(Module Terminal)의 용이한 접속방법과 관련부품 및 요소기술이 확보되어야한다.

왜냐하면 전자섬유와 디바이스단자를 안정적으로 연결해야하는 작업 빈도수도 많고 단자의 형태도 각각 다르기 때문에 이를 포괄적으로 수용할 수 있는 EASY CONNECTOR의 개발이 더욱 필요하게 되었다. 이를 해결해야만 향후 웨어러블 스마트 디바이스의 기술력 향상과 신 시장을 확대할 수 있는 기회를 선점할 수 있기 때문이다.

또한, 웨어러블 스마트 디바이스 제조공정 중에서 중요한 요소 기술 중 하나가 커넥터 장치로 귀결된다. 이는 전자섬유 회로내에서 커넥터 노이즈 발생이나 통신 및 전력량 손실없이 필요한 장치에 정보와 전하를 안정적으로 전송하여야 되기 때문이다.

특히 스마트 의류에는 장치적으로 안정되게 결합되어야 할 뿐만 아니라, 차지하는 공간이 적어야 한다. 일반적으로 전기전도성 섬유소재는 전기적 저항이 크기 때문에, 일반적인 커넥터가 사용될 경우, 접촉 저항이 크다는 단점을 가지고 있어서 기존에 시판중인 커넥터를 사용하기엔 많은 문제점이 노출된다.

따라서, 적은 공간을 차지하면서 접촉 저항도 적고 안정적인 접속과 탈착이 용이한 전자섬유용 커넥터 개발이 필요하다.

1)특허등록 제10-1892729호 2)한국등록특허공보 제10-2018-0051323호

따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 전도성 원사와 전자모듈의 터미널을 연결하는 커넥터의 구조를 개선함으로써 전도성 원사와 전자모듈간의 연결을 쉽고 안정적으로 실시할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는,

전도성 원사(W)와 전자모듈 터미널(T)을 전기적으로 연결하는 상,하부 전도성 구조체(7,9)와;

상,하부 전도성 구조체(7,9)의 상부 및 하부에 각각 배치되어 전기적으로 연결된 다수의 전도성 원사(W)와 터미널(T)을 이웃한 전도성 원사(W) 및 터미널(T)과 전기적으로 분리하는 상,하부 하우징(3,5)을 포함하는 전도성 원사(W) 및 전자모듈 터미널(T)의 커넥터를 제공한다.

이상과 같이 본 발명의 일 실시예는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 전도성 원사와 전도성 원사에 연결되는 전자모듈을 연결하는 커넥터의 구조를 개선함으로써 전도성 원사와 전자모듈간의 연결을 쉽고 안정적으로 실시할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 스마트의류 및 웨어러블 스마트 디바이스의 전자섬유 배선과 전자모듈의 단자 연결에 적은 공간과 인터커넥션 작업을 용이하게 제공한다.

셋째, 미세가공공정을 적용하여 안정적인 인터커넥션 품질을 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 원사의 커넥터의 외관을 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 평면도이다.
도 4는 도 1의 측면도이다.
도 5는 도 2에 도시된 전도성 구조체의 제조공정을 순서대로 보여주는 도면이다.
도 6은 도 2에 도시된 하우징의 제조공정을 순서대로 보여주는 도면이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 원사의 커넥터를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 커넥터(1)는 전도성 원사(W)와 전자모듈의 터미널(T)을 쉽고 안정적으로 연결하기 위한 것으로서, 전도성 원사(W)의 직경 혹은 터미널(T)의 크기에 제약을 받지않고 쉽게 연결하여 전기적인 신호 혹은 전기를 안정적으로 전달할 수 있다.

즉, 전도성 섬유 구조체가 배선된 전기전도성 원사의 단자와 전자모듈에서 제공되는 단자는 그 크기와 형태가 다양하게 제공되는 바, 커넥터에서 이를 수용하지 못하면 안정적인 인터커넥션이 어렵게 된다.

따라서, 본 발명에서는 커넥터 하우징 소재를 단자의 크기에 따른 비 접촉 방지를 위하여 비전도체이면서 탄성소재인 TPU(Thermal Poly Urethane)소재를 사용하였다.

이러한 전도성 원사의 컨넥터(1)는, 전도성 원사(W)와 전자모듈 터미널(T)을 전기적으로 연결하는 상,하부 전도성 구조체(7,9)와;

상,하부 전도성 구조체(7,9)의 상부 및 하부에 각각 배치되어 전기적으로 연결된 다수의 전도성 원사(W)와 터미널(T)을 전기적으로 서로 분리하는 상,하부 하우징(3,5)을 포함한다.

보다 상세하게 설명하면, 상,하부 전도성 구조체(7,9)는 판상의 전도층을 배치하고, 전도성 원사(W)의 단부와 터미널(T)의 단부가 이 판상 전도체(13,21)상에 서로 전기적으로 접촉하는 구조를 갖는다. 이때, 판상 전도체(13,21)의 폭(D)은 일정 거리 이상으로 형성되므로 전도성 원사(W)와 터미널(T)의 단부를 서로 반대방향에서 판상 전도체(13,21)의 상면에 단순히 올려놓음으로써쉽게 전기적으로 연결될 수 있다.

일반적으로 전도성 원사(W)의 굵기가 합섬의 경우 150데니어이므로 130~150마이크론 전후, 소모사인 경우에도 1/60 미터식 번수(Nm)이므로 130~150마이크론이 사용되고, 전기모듈의 터미널(T)은 600~800마이크론이므로 이 두가지를 모두 공통적으로 안정적인 접촉이 가능하기 위하여는 판상 전도체(13,21)의 폭(D)을 100~800마이크론으로 하는 것이 바람직하다.

이러한 상,하부 전도성 구조체(7,9)는 서로 동일한 구조를 갖는 바, 비전도성의 베이스(11,24)와; 베이스(11,24) 상에 정전분무공정에 의하여 판상으로 형성되며 상면에는 전도성 원사(W)와 전자모듈의 터미널(T)이 안착되는 적어도 하나 이상의 판상 전도체(13,21)를 포함한다.

상기한 상,하부 전도성 구조체(7,9)의 제조공정을 설명하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 먼저 판상형의 비전도성 소재, 예를 들면 유리소재의 상면에 은나노 와이어를 도포한다. 그리고, 은나노와이어를 도포한 후 3D 프린터 등을 통하여 TPU소재를 분사한다. 이때, TPU소재로 형성된 부분이 베이스(11,24)이며, 은나노 와이어가 도포된 부분이 판상 전도체(13,21)가 된다. 이 상태에서 100~150도(℃) 전후로 열처리를 실시한다.

그리고, 정전분무장치를 통하여 선택적으로 은나노와이어를 분사하여 전기전도도를 향상시킨다.

이러한 공정을 통하여 상,하부 전도성 구조체(7,9)를 순차적으로 제조한다.

한편, 상,하부 하우징(3,5)은 상,하부 전도성 구조체(7,9)의 상부 및 하부에 각각 배치되어 비전도 공간(S)을 형성함으로써 서로 연결된 전도성 원사(W)와 터미널(T)이 이웃한 전도성 원사(W) 및 터미널(T)을 전기적으로 서로 분리한다.

상부 하우징(5)은 다수의 홀이 형성된 프레임(20)과; 프레임(20)의 저면에 돌출된 결합돌기(22)를 포함한다.

또한, 하부 하우징(3)은 다수의 홀이 형성된 프레임(15)과; 프레임(15)의 상면에 돌출되어 결합돌기(22)가 결합되는 한 쌍의 수납돌기(17)를 포함한다.

이러한 상,하부 하우징(3,5)을 제조하는 공정은, 도 6에 도시된 바와 같이, MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems), 일렉트로 포밍(Electroforming), 핫 엠보싱(Hot embossing), 분리(Separating)공정의 순서로 진행된다.

먼저 하부 하우징(3)의 제조공정을 설명하면, MEMS 공정에서는 실리콘 및 포토 레지스트를 이용하여 하부 하우징(3) 형상의 모형(M)을 제조한다. 즉, 실리콘의 상면에 하부 하우징(3)의 프레임(15)을 형성하고, 이 프레임(15)의 상면에 포토레지스트를 적층하여 상측으로 돌출된 한 쌍의 수납돌기(17)를 형성한다.

MEMS 공정이 완료된 후, 일렉트로 포밍 공정이 진행되는 바, 하우징 모형(M)의 역상으로 니켈(Nickel)을 성장시킨다.

그리고, 하부의 실리콘 및 포토레지스트를 제거함으로써 니켈소재로 된 하우징 모형(M)을 제조할 수 있다.

일렉트로 포밍공정이 완료된 후, 핫 엠보싱 공정이 진행된다. 즉, 니켈소재로 된 하우징 모형(M1)의 상면에 플라스틱판을 배치하고, 가압하면서 소정의 온도로 가열하게 된다. 가열된 플라스틱판은 용융되면서 하우징 모형(M1)의 상면에 형성된 프레임(15)과 수납돌기(17) 형상의 공간을 채우게 된다.

그리고, 일정시간 냉각시킨 후, 분리하므로써 하부 하우징(3)을 제조할 수 있다.

상부 하우징(5)은 하부 하우징(3)의 형상과 유사한 바, 상기한 공정과 동일하게 제조한다. 다만, 한 쌍의 수납돌기(17) 위치에 결합돌기(22)가 돌출 형성된다.

이러한 공정으로 상부 하우징(5)과, 하부 하우징(3)을 순차적으로 제조할 수 있다.

상기한 바와 같이, 상,하부 전도성 구조체(7,9)와,상,하부 하우징(3,5)을 제조한 후, 서로 결합하게 된다.

즉, 하부 전도성 구조체(7)의 상부에 하부 하우징(5)을 적치한다. 이때, 하부 하우징(5)에 형성된 다수의 프레임(15) 사이의 비 전도 공간(S)에 하부 전도성 구조체(7)의 판상 전도체(13)가 각각 배치된다.

그리고, 전도성 원사(W) 및 전자모듈의 터미널(T)의 단부를 다수의 프레임(15) 사이에 적치한다. 이때, 하부 전도성 구조체(7)는 일정 폭(D)을 갖음으로 전도성 원사(W)의 단부와 터미널(T)의 단부는 정확한 위치에 배치하지 않았도 전기적으로 연결될 수 있다.

이와 같이, 다수의 전도성 원사(W) 및 터미널(T)을 하부 하우징(3)의 프레임(15) 사이에 배치한 후, 상부 하우징(5)을 하부 하우징(3)에 결합한다. 즉, 상부 하우징(5)의 결합돌기(22)를 하부 하우징(3)의 한 쌍의 수납돌기(17)에 결합하게 된다.

따라서, 상부 및 하부 하우징(3)의 사이 공간은 각각의 결합돌기(22) 및 수납돌기(17)에 의하여 공간이 분리됨으로써 비전도 공간(S)이 형성된다.

결국, 다수의 비전도 공간(S)에 전도성 원사(W) 및 터미널(T)이 전기적으로 연결된 상태로 배치되고, 이웃한 전도성 원사(W) 및 터미널(T)과는 전기적으로 분리된다.

이와 같이, 상부 하우징(5)을 하부 하우징(3)에 결합한 후, 상부 하우징(5)의 상부 외측에 상부 전도성 구조체(9)를 일체로 결합한다. 이때, 상부 하우징(5)의 저면에도 판상 전도체(21)가 배치된 상태이다.

따라서, 상부 하우징(5)이 결합되면, 전도성 원사(W) 및 터미널(T)의 단자는 상부 및 하부 하우징(3)의 판상 전도체(13)에 의하여 상부 및 하부가 가압됨으로써 보다 안정적으로 연결될 수 있다.

Claims

전도성 원사(W)와 전자모듈 터미널(T)을 전기적으로 연결하는 상,하부 전도성 구조체(7,9)와;
상,하부 전도성 구조체(7,9)의 상부 및 하부에 각각 배치되어 전기적으로 연결된 다수의 전도성 원사(W)와 터미널(T)을 이웃한 전도성 원사(W) 및 터미널(T)과 전기적으로 분리하는 상, 하부 하우징(3,5)을 포함하며,
상부 하우징(5)은 다수의 홀이 형성된 프레임(20)과, 프레임(20)의 저면에 돌출된 결합돌기(22)를 포함하고,
하부 하우징(3)은 다수의 홀이 형성된 프레임(15)과, 프레임(15)의 상면에 돌출되어 결합돌기(22)가 결합되는 한 쌍의 수납돌기(17)를 포함하는 전도성 원사(W) 및 전자모듈 터미널(T)의 커넥터.
제 1항에 있어서,
상,하부 전도성 구조체(7,9)는 비전도성의 베이스(11,24)와; 베이스(11,24) 상에 정전분무공정에 의하여 판상으로 형성되며 상면에는 전도성 원사(W)와 전자모듈의 터미널(T)이 안착되는 적어도 하나 이상의 판상 전도체(13,21)를 각각 포함하며,
판상 전도체(13,21)의 폭(D)은 100~800마이크론 범위인 전도성 원사(W) 및 전자모듈 터미널(T)의 커넥터.
제 2항에 있어서,
상,하부 전도성 구조체(7,9)는, 판상형의 비전도성 소재의 상면에 은나노 와이어를 도포하고, TPU소재를 분사하여 베이스(11,24)를 형성하고, 열처리를 실시한 후, 정전분무방식에 의하여 선택적으로 은나노와이어를 분사하여 전기전도도를 향상시키는 전도성 원사(W) 및 전자모듈 터미널(T)의 커넥터.
삭제
제 1항에 있어서,
상,하부 하우징(3,5)은,
실리콘 및 포토 레지스트를 이용하여 상,하부 하우징(3,5) 형상의 모형(M)을 제조하는 MEMS 공정과; 하우징 모형(M)의 상부에 니켈(Nickel)을 적층하고, 하부의 실리콘 및 포토레지스트를 제거함으로써 니켈소재로 된 하우징 모형(M)을 제조하는 일렉트로 포밍 공정과; 니켈소재로 된 하우징 모형(M)의 상면에 플라스틱판을 배치하고, 가압하면서 소정의 온도로 가열하고, 가열된 플라스틱판은 용융되면서 하우징 모형(M)의 상면에 형성된 프레임(15,20)과 수납돌기(17) 형상의 공간을 채우게 되는 핫 엠보싱 공정과; 일정시간 냉각시킨 후, 분리하므로써 하우징(3,5)을 제조하는 분리공정에 의하여 제조되는 전도성 원사(W) 및 전자모듈 터미널(T)의 커넥터.