KR102273490B1

KR102273490B1 - 누액감지센서 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102273490B1
Application number: KR1020200111013A
Authority: KR
Inventors: 성백명
Original assignee: 성백명
Priority date: 2020-09-01
Filing date: 2020-09-01
Publication date: 2021-07-06
Also published as: CN114193690A; JP2022550925A; JP7402546B2; US11747234B2; US20220065737A1; WO2022050689A1

Abstract

본 발명은 누액감지센서 제조방법에 관한 것으로, 특히 비전도성과 전도성층을 연속하여 위치시킨 후 프레스에 의해 압축시킴으로써 저렴하며서도 제조가 매우 쉽도록 한 누액감지센서 제조방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 비도전성 파우더에 의해 상부면과 하부면이 평평한 비도전성 성형물을 성형하는 제1과정; 도전성 원료에 의해 상부면과 하부면이 평평한 도전성 성형물을 성형하는 제2과정; 금형에 비도전성 성형물과 도전성 성형물을 교번하면서 상하방향으로 적층하는 제3과정; 상기 적층된 비도전성 성형물과 도전성 성형물을 상하방향에서 프레스에 의해 압력을 가하여 압축함으로써 하나의 압축물을 성형하는 제4과정; 상기 성형된 압축물을 소결하는 제5과정; 소결된 상기 압축물의 측면을 일정한 두께로 스카이빙(Skiving) 가공하는 제6과정;으로 구성된다.

Description

누액감지센서 및 그 제조방법{Leakage detection sensor and manufacturing method thereof}

본 발명은 누액감지센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 비전도성과 전도성층을 연속하여 위치시킨 후 프레스에 의해 압축시켜 성형된 성형물을 스카이빙 가공함으로써 저렴하면서도 제조가 매우 쉽도록 한 누액감지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 출원인이 등록한 대한민국 등록특허 제10-2084721호(정전용량형 누설 감지 센서)에서는 각종 누설되는 물, 전도성 및 비전도성 화학용액, 오일 및 유기용제를 감지하는 구조를 가지게 되며, 그 구조는 "내약품 및 내화학성이 우수한 재질로 된 베이스 필름; 상기 베이스 필름의 상부면에서 서로 간격을 두고 한 쌍으로 형성되어 그 면적과 간격에 의해 정전용량을 형성하는 도전라인;으로 구성되고,

상기 상기 각 도전라인은 3개의 금속층으로 구성되되, 가장 하부의 제1층은 에칭에 의해 구리로 형성되고, 상기 제1층의 상측으로 형성되는 제2층은 도금방식으로 니켈-구리층이 형성되며, 상기 제2층의 상측으로는 금도금방식으로 제3층이 형성되는 구조"로 되어 있다.

따라서, 이웃하는 도전라인 사이에 누설된 액체가 유입되면, 그 정전용량값의 변화에 의해 물, 전도성 및 비전도성 화학용액, 그리고 오일 및 유기용제를 판별할 수 있게 된다.

물론, 정전용량값이 아닌 누액에 의한 전기전도도 변화, 저항값의 변화에 의해 누액된 상태를 감지하는 감지장치에도 적용된다.

그런데, 이러한 종래기술에 따르면 베이스 필름의 상부면에 구리, 니켈-구리, 금 등의 전도성을 갖는 금속 재질에 의해 도금 방법으로 도전라인을 형성함으로써 전도율이 매우 좋지만, 알칼리 용액, 산용액 등의 화학용액이 접촉한 경우에 쉽게 부식되면서 박리가 발생하여 반복사용 횟수가 한정적이며, 부식에 따른 잦은 감지신호오류가 발생하는 문제점과 제조과정이 매우 번거롭고, 고가인 단점이 있다.

물론, 탄소재질에 의해 인쇄 등의 방법으로 도전라인을 형성하는 경우에는 금속재질보다 비교적 화학용액에 강하지만, 이는 베이스 필름과 도전라인 사이에 단차가 발생하여 베이스 필름의 상부로 도전라인을 보호하기 위한 보호필름을 적층하는 경우에 그 단차에 의해 보호필름이 쉽게 박리되는 문제점이 있다.

<선행기술문헌>

1. 대한민국 등록특허 제10-2084721호

(정전용량형 누설 감지 센서)

이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 원통형으로 된 금형에 비도전성 성형물과 도전성 성형물을 교번하면서 적층한 다음 이를 프레스에 의해 압축하여 원통형의 압축물을 성형하고, 이를 소결한 다음 측면부위를 따라서 일정한 두께로 스카이빙(Skiving) 가공하여 제조되는 누액감지센서 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 누액감지센서는,

비도전성 재질로 된 비도전층의 측면으로 도전층이 소결되어 위치하고, 상기 비도전층과 도전층이 적어도 1회 이상 교번하면서 소결되어 위치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 누액감지센서 제조방법은,

비도전성 파우더에 의해 상부면과 하부면이 평평한 비도전성 성형물을 성형하는 제1과정;

도전성 원료에 의해 상부면과 하부면이 평평한 도전성 성형물을 성형하는 제2과정;

금형에 비도전성 성형물과 도전성 성형물을 교번하면서 상하방향으로 적층하는 제3과정;

상기 적층된 비도전성 성형물과 도전성 성형물을 상하방향에서 프레스에 의해 압력을 가하여 압축함으로써 하나의 압축물을 성형하는 제4과정;

상기 성형된 압축물을 소결하는 제5과정;

소결된 상기 압축물의 측면을 일정한 두께로 스카이빙(Skiving) 가공하는 제6과정;으로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 비도전층 또는 도전성 파우더는 PTFE(Poly Tetra Fluoro Ethylene)로 성형되고, 상기 도전층 또는 도전성 원료는 PTFE와 CNT(Carbon Nano Tube)가 혼합된 원료에 의해 성형된다.

본 발명에 따른 누액감지센서 및 그 제조방법은, 원통형으로 된 금형에 PTFE로 된 비도전성 성형물과, PTFE와 CNT로 된 도전성 성형물을 교번하면서 적층한 다음 이를 프레스에 의해 압축하여 원통형의 압축물을 성형하고, 이를 소결한 다음 측면부위 따라서 일정한 두께로 스카이빙(Skiving) 가공함으로써 저렴하고 매우 용이하게 제조되는 장점이 있다.

또한, 비도전라인과 도전라인 소결되어 있으므로, 종래 기술과 같이 박리가 발생하지 않으면서도, 내약품과 내화학성이 매우 우수한 장점이 있다.

도1 부터 도3까지는 본 발명에 의한 누액감지센서 제조공정을 설명하기 위한 도.
도4는 본 발명의 누액감지센서의 구조를 보인 도.
도5는 본 발명의 횡단면 구조도.
도6은 누액감지센서의 다른 형태를 보인 도.
도7은 누액감지센서 제조방법을 나타낸 흐름도.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다.

또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다.

따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시 예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.

도1 부터 도3까지는 본 발명에 의한 누액감지센서 제조공정을 설명하기 위한 도이고, 도4는 본 발명의 누액감지센서의 구조를 보인 도이며, 도5는 본 발명의 횡단면 구조도이다.

도6은 누액감지센서의 다른 형태를 보인 도이고, 도7은 누액감지센서 제조방법을 나타낸 흐름도이다.

본 발명의 누액감지센서를 제조하기 위하여, 먼저 도1에서와 같이 비도전성 파우더에 의해 상부면과 하부면이 평평한 원기둥 형태의 비도전성 성형물을 제조하게 되는데, 상기 비도전성 파우더는 내약품성과 내화학성을 갖는 PTFE(Poly Tetra Fluoro Ethylene) 파우더가 될 수 있다.

이러한 비도전성 파우더는 PTFE외에도 FEP(Fluorinated Ethylene Propylene Copolymer), PFA(Perfluoroalkoxy), ETFE(Edthylene Tetra Fluoro Ethylene) 등의 파우더 형태로 된 다양한 소재를 사용할 수 있다.

본 발명에서는 PTFE 파우더를 사용하는 것을 예를 들어 설명하지만, 이에 국한되는 것은 아니다.

상기 비도전성 성형물에 적층되는 도전성 성형물은 PTFE 파우더와 CNT(Carbon Nano Tube)에 의해 성형되는데, PTFE 파우더 10 ~ 30 중량%, MWCNT(Multi-Wall Carbon Nano Tube) 1 ~ 10 중량%, 유기용매 59.9 ~ 88.1 중량%, 메탈 커플링 에이젼트 0.1 ~ 0.9 중량%를 투입하여 교반한 다음 유기용매를 제거하고, 이를 저온 건조시킨 다음 상기 비도전성 성형물과 같이 상부면과 하부면이 평평한 원기둥 형태로 성형하게 된다.

이러한 CNT는 탄소로 이루어진 나노크기의 직경에 튜브 형태로 된 것으로서, 높은 열/전기전도성과, 고강도, 화학적 안정적을 갖는 특징으로 가지고 있으며, CNT 외에도 그래핀(Graphene) 등의 소재를 사용할 수 있을 것이다.

이렇게 PTFE와 CNT의 결합에 의해 PTFE의 고유한 특성을 유지하면서도 CNT의 특성인 높은 전기전도성을 가지게 되는 것이다.

상기의 비도전성 성형물과 도전성 성형물은 도2에서와 같이 원통형으로 된 금형(100)의 내측에서 교번하면서 적층되는데, 금형(100)의 하측으로 삽입된 하부 프레스(110)의 상측으로 제1비도전성 성형물(210)이 위치하고, 제1비도전성 성형물(210)의 상측으로 제1도전성 성형물(220)이 적층되며, 제1도전성 성형물(220)의 상측으로 제2비도전성 성형물(230)이 적층된다.

또한, 상기 제2비도전성 성형물(230)의 상측으로는 제2도전성 성형물(240)이 적층되며, 제2도전성 성형물(240)의 상측으로는 제3비도전성 성형물(250)이 적층된다.

물론, 제3비도전성 성형물(250)의 상측으로 도전성 성형물과 비도전성 성형물이 계속 교번하면서 적층될 수 있으며, 이는 도전성 성형물이 형성하는 도전라인의 갯수를 얼마든지 증가시킬 수 있는 것이다.

이렇게 비도전성 성형물과 도전성 성형물이 적층되면, 하부프레스(110)와 상부프레스(120)를 가압하여 압축시킴으로써 하나의 원기둥 형태의 압축물을 성형하게 된다.

이러한 압축물은 아직 비도전성 성형물과 도전성 성형물이 견고하게 접합된 상태가 아니므로, 이를 소결함으로써 접합시키게 되는데, 비도전성 성형물이 PTFE로 성형되어 있고, 또한 도전성 성형물도 PTFE를 함유하고 있으므로, 동일한 재질에 의해 쉽게 소결되어 접합이 이루어지는 것이다.

결국, 비도전성 성형물과 도전성 성형물이 동일한 재질로 성형되어야만 소결에 따른 접합이 용이하게 이루어진다.

상기에서는 비도전성 성형물을 미리 원기둥 형태로 성형하여 금형(100) 내부에 투입하는 과정을 설명하였지만, 또다른 형태로서, PTFE 파우더를 곧바로 적층시킬 수 있게 된다.

즉, 제1도전성 성형물(210) 대신에 PTFE 파우더를 동일한 높이로 쌓은 다음 상부면을 다져서 평평하게 하고, 그 상부로 제2도전성 성형물(220)의 적층시키고, 다시 제2도전성 성형물(220)의 상측으로 PTFE 파우더를 쌓은 다음 다져서 평평하게 한다.

이러한 과정을 반복함으로서 비도전성 성형물 대신에 비도전성 파우더를 적층시킬 수 있는 것이다.

이후 하부 프레스(110)와 상부 프레스(120)에 의해 압력을 가하여 원기둥 형태의 압축물을 성형 다음 이를 소결함으로써 비도전성 파우더와 도전성 성형물을 접합하게 된다.

이렇게 형성된 원기둥 형태의 압축물은 도3에서와 같이 가장 하측으로부터 제1비도전성 성형물(210)에 의해 제1비도전층(310)이 형성되고, 제1도전성 성형물(220)에 의해 제1도전층(320)이 접합되어 적층되며, 제2비도전성 성형물(230)에 의해 제2비도전층(330)이 형성되고, 제2도전성 성형물(240)에 의해 제2도전층(340)이 접합되어 적층되어 있다. 그리고, 제3비도전성 성형물(250)에 의해 제3비도전층(350)이 형성되는 것이다.

이러한 원기둥 압축물을 스카이빙(skiving) 기계(400)에 의해 외주면부터 일정한 두께로 스카이빙 가공하게 되면, 도4에서와 같이 기다린 띠 형태의 누액감지센서(300)가 형성되는 것이다.

즉, 횡방향으로 제1비도전층(310), 제1도전층(320), 제2비도전층(330), 제2도전층(340), 제3비도전층(350)들의 측면부위가 서로 소결되어 접합된 상태로 위치하게 되고, 제1 및 제2도전층(320,340) 사이에서 제2비도전층(330)이 절연 역할을 하게 되며, 가장 외곽의 제1비도전층(310)과 제3비도전층(350)은 제1 및 제2도전층(320,340)의 측면부위를 외부로 노출되지 않도록 하여 보호하게 된다.

이로 인해 도5에서와 같이 제1도전층(320)과 제2도전층(340)이 제2비도전층(330)에 의해 간격을 유지하면서 나란히 위치하게 되어 전극역할을 함으로써, 누설된 용액(L)이 제1도전층(320)과 제2도전층(340)의 상부면으로 위치하게 되면, 정전용량방식, 저항방식, 전도도방식 등에 의해 용액(L)의 누설상태를 감지할 수 있게 되는 것이다.

상기 스카이빙 가공에 의해 누액감지센서(300)의 하부면과 상부면은 평평한 상태를 가지므로, 하부면에는 바닥에 접착하기 위한 접착부재가 들뜸없이 부착되며, 상부면에는 보호필름이 밀착되어 부착될 수 있다.

즉, 종래와 같이 베이스 필름의 상부면에 도전라인이 형성됨으로써 베이스 필름과 도전라인 사이의 단차에 의해 보호필름이 쉽게 들떠서 박리되지만, 본 발명에서는 비도전층(310,330,350)과 도전층(320,340)이 동일한 높이로 평평하게 형성되므로 보호필름이 매우 안정적으로 부착될 수 있는 것이다.

한편, 상기 비도전층(310,330,350)과 도전층(320,340)은 PTFE를 함유하고 있으므로, 그 표면이 매우 매끄러운 윤활성을 가지게 되어 누설된 용액(L)이 상부면으로 유입되었을 때 쉽게 미끄러져 도전층(320,330) 사이에 위치하기 어려울 수 있다.

이를 해결하기 위하여 도5(a)와 같이 PTFE 재질로 된 실(321,341)에 의해 도전층(320,340)의 길이방향을 따라 박음질함으로써 그 박음질된 실(321,341)의 상단부위가 도전층(320,340)의 표면보다 높게 위치하도록 한다.

그러므로, 박음질 된 실(321,341) 사이에 누설된 용액(L)이 가둬진 상태로 위치하여 흘러내리지 않게 됨으로써 도전층(320,340)에 의해 매우 용이하게 감지가 이뤄질 수 있게 된다.

이러한 실(321,341)에 의한 박음질은 도전층(320,340)에서 길이방향을 따라서 행해지거나, 또는 도5(b)와 같이 도전층(320,340)의 외측 가장자리 부위 즉, 제1도전층(320)과 제1비도전층(310)의 사이, 제2도전층(340)과 제3비도전층(350) 사이에서 길이방향을 따라 형성될 수 있을 것이다.

상기에서 실(321,341)은 PTFE 재질로 설명하였지만, PTFE외에도 내약품성 및 내화학성을 갖는 FEP(Fluorinated Ethylene Propylene Copolymer), PFA(Perfluoroalkoxy), ETFE(Edthylene Tetra Fluoro Ethylene) 등의 다양한 재질을 사용할 수 있다.

도6은 누액감지센서(300)의 다른 형태를 보인 도로서, 제2비도전층(330)을 사이에 두고, 양측에 도전층(320,340)이 나란히 위치하는 구조를 가질 수 있다.

이는 전극 역할을 하는 2개의 도전층(320,340) 사이에서 제2비도전층(330)이 위치하여 2개의 도전층(320,340)이 일정한 간격을 유지하도록 함은 물론, 절연이 될 수 있도록 하며, 도5에서와 같이 5개의 층으로 이루어지지 않고 3개의 층만으로 이루어질 수 있어서, 제조비용이 그만큼 절감될 수 있을 것이다.

또한, 도전층(320,340)의 길이방향으로 실(321,341)에 의해 박음질이 되어 있을 수 있다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 예일뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다.

따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

100 : 금형 110 : 하부 프레스
120 : 상부 프레스 210,230,250 : 비도전성 성형물
220,240 : 도전성 성형물 300 : 누액감지센서
310,330,350 : 비도전층 320,340 : 도전층
400 : 스카이빙 기계

Claims

도전성 원료로 된 도전층, 비도전성 원료로 된 비도전층, 그리고 도전층이 순차적으로 적층된 후 압축되어 압축물이 형성되고, 상기 압축물의 측면을 일정한 두께로 스카이빙(Skiving) 가공하여 구성된 것을 특징으로 하는 누액감지센서.
도전성 원료로 된 도전층과 비도전성 원료로 된 비도전층이 적어도 2회 이상 교번하여 적층된 후 압축되어 압축물이 형성되고, 상기 압축물의 측면을 일정한 두께로 스카이빙(Skiving) 가공하여 구성된 것을 특징으로 하는 누액감지센서.
제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압축물은 압축된 후 소결된 것을 특징으로 하는 누액감지센서.
제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비도전층은 PTFE(Poly Tetra Fluoro Ethylene)로 성형되고, 상기 도전층은 PTFE 파우더와 CNT(Carbon Nano Tube)가 혼합된 원료, 또는 PTFE 파우더와 그래핀(Graphene)이 혼합된 원료, 또는 PTFE와 CNT 및 그래핀이 혼합된 원료에 의해 성형된 것을 특징으로 하는 누액감지센서.
제1항에 있어서, 상기 도전층 또는 도전층의 가장자리에는 길이방향을 따라 실에 의해 박음질된 것을 특징으로 하는 누액감지센서.
비도전성 파우더에 의해 상부면과 하부면이 평평한 비도전성 성형물을 성형하는 제1과정;
도전성 원료에 의해 상부면과 하부면이 평평한 도전성 성형물을 성형하는 제2과정;
상기 도전성 성형물 사이에 상기 비도전성 성형물이 위치하도록 적층하거나 또는 비도전성 성형물과 도전성 성형물을 적어도 2회 이상 교번하면서 금형 내부에 상하방향으로 적층하는 제3과정;
상기 적층된 비도전성 성형물과 도전성 성형물을 상하방향에서 프레스에 의해 압력을 가하여 압축함으로써 하나의 압축물을 성형하는 제4과정;
상기 성형된 압축물을 소결하는 제5과정;
소결된 상기 압축물의 측면을 일정한 두께로 스카이빙(Skiving) 가공하는 제6과정;으로 구성된 것을 특징으로 하는 누액감지센서 제조방법.
도전성 원료에 의해 성형되는 도전성 성형물 사이에 비도전성 파우더가 위치하도록 적층하거나 또는 비도전성 파우더와 상기 도전성 성형물을 적어도 2회 이상 교번하면서 금형 내부에 상하방향으로 적층하는 제1과정;
상기 적층된 비도전성 파우더와 도전성 성형물을 상하방향에서 프레스에 의해 압력을 가하여 압축함으로써 하나의 압축물을 성형하는 제2과정;
상기 성형된 압축물을 소결하는 제3과정;
소결된 상기 압축물의 측면을 일정한 두께로 스카이빙(Skiving) 가공하는 제4과정;으로 구성된 것을 특징으로 하는 누액감지센서 제조방법.
제6항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비도전성 파우더는 PTFE 파우더이고, 상기 도전성 원료는 PTFE 파우더와 CNT 혼합물, 또는 PTFE 파우더와 그래핀 혼합물, 또는 PTFE와 CNT 및 그래핀의 혼합물인 것을 특징으로 하는 누액감지센서 제조방법.
제6항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비도전성 성형물 또는 비도전성 파우더와 도전성 성형물이 복층으로 교번하면서 적층될 때 가장 하측과 가장 상측에 비도전성 성형물 또는 비도전성 파우더가 위치하는 것을 특징으로 하는 누액감지센서 제조방법.
제6항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비도전성 성형물 또는 비도전성 파우더와 도전성 성형물이 복층으로 교번하면서 적층될 때 가장 하측과 가장 상측에 도전성 성형물이 위치하는 것을 특징으로 하는 누액감지센서 제조방법.
제6항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스카이빙 가공 후 도전성 성형물의 위치 또는 도전성 성형물의 가장자리에서 길이방향을 따라 내약품성 및 내화학성을 갖는 실에 의해 박음질하는 과정을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 누액감지센서 제조방법.