KR102378947B1 - 압력 방향 및 세기의 감지가 가능한 섬유부재 - Google Patents

압력 방향 및 세기의 감지가 가능한 섬유부재 Download PDF

Info

Publication number
KR102378947B1
KR102378947B1 KR1020200116661A KR20200116661A KR102378947B1 KR 102378947 B1 KR102378947 B1 KR 102378947B1 KR 1020200116661 A KR1020200116661 A KR 1020200116661A KR 20200116661 A KR20200116661 A KR 20200116661A KR 102378947 B1 KR102378947 B1 KR 102378947B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lower layer
layers
conductive
yarn
conductive yarn
Prior art date
Application number
KR1020200116661A
Other languages
English (en)
Inventor
이강호
신민기
이동규
권오원
Original Assignee
한국기계연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기계연구원 filed Critical 한국기계연구원
Priority to KR1020200116661D priority Critical patent/KR20220034375A/ko
Priority to KR1020200116661A priority patent/KR102378947B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102378947B1 publication Critical patent/KR102378947B1/ko

Links

Images

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D25/00—Woven fabrics not otherwise provided for
    • D03D25/005—Three-dimensional woven fabrics
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D1/00—Woven fabrics designed to make specified articles
    • D03D1/0088—Fabrics having an electronic function
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D11/00—Double or multi-ply fabrics not otherwise provided for
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D13/00—Woven fabrics characterised by the special disposition of the warp or weft threads, e.g. with curved weft threads, with discontinuous warp threads, with diagonal warp or weft
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D13/00—Woven fabrics characterised by the special disposition of the warp or weft threads, e.g. with curved weft threads, with discontinuous warp threads, with diagonal warp or weft
    • D03D13/004—Woven fabrics characterised by the special disposition of the warp or weft threads, e.g. with curved weft threads, with discontinuous warp threads, with diagonal warp or weft with weave pattern being non-standard or providing special effects
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D15/00—Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D15/00—Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used
    • D03D15/50—Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used characterised by the properties of the yarns or threads
    • D03D15/533—Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used characterised by the properties of the yarns or threads antistatic; electrically conductive
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/04—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands
    • G01L5/045—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands for measuring the tension across the width of a band-shaped flexible member
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2401/00—Physical properties
    • D10B2401/16—Physical properties antistatic; conductive

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Knitting Of Fabric (AREA)
  • Woven Fabrics (AREA)

Abstract

압력 방향 및 세기의 감지가 가능한 섬유부재는 상부 및 하부 레이어 유닛들, 지지부재 및 전도사를 포함한다. 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들은, 각각 상면 및 하면을 형성한다. 상기 지지부재는 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들 사이에서 탄성력을 가지며 소정 두께를 형성하도록 얽히면서 연결되어, 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들을 지지한다. 상기 전도사는 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들에 편성되어 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들을 전기적으로 연결한다. 상기 전도사는, 상기 상부 레이어 유닛과 상기 하부 레이어 유닛 사이에서는 대각선 방향으로만 연결된다. 또한, 상기 전도사는, 상기 상부 레이어 유닛의 상부 레이어들 사이, 및 상기 하부 레이어 유닛의 하부 레이어들 사이에서는, 서로 인접한 3개의 레이어들 중 인접한 2개의 레이어들 사이에서만 연결된다.

Description

압력 방향 및 세기의 감지가 가능한 섬유부재{TEXTILE ELEMENT SENSING DIRECTION AND INTENSITY OF PRESSURE}
본 발명은 섬유부재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 의류 또는 산업용 섬유산업에 사용되는 섬유부재에서, 에어메쉬 원단에 소정의 저항을 가지는 전도사를 특정 방향으로 연결함으로써, 횡방향의 압력의 방향 및 압력의 세기의 감지가 가능한 섬유부재에 관한 것이다.
일반적으로 섬유 기반의 압력 센서의 경우, 외부에서 인가되는 하중을 측정하기 위해 정전용량형 센서를 주로 사용한다.
이러한 정전용량형 센서의 경우, 전극의 역할을 수행하는 전도성 레이어를 상하방향으로 배치하고, 사이에 유전체로서 탄성력을 갖는 섬유 폼(form) 레이어를 삽입하는 형태이며, 이를 통해, 상하 전도성 레이어의 두께가 가변됨에 따라 정전용량이 변화하는 것을 센싱하는 것을 특징으로 한다.
그러나, 이러한 정전용량형 센서는 기본적으로 2차원 형태로 배치가 되어야 하며 이에 따라 섬유 내에 배치될 때 통기성 및 세탁성을 방해하는 단점을 가진다. 나아가, 미세한 정전용량 값의 측정시 노이즈에 의한 측정값의 부정확성이 높아지는 문제가 있다.
이에, 대한민국 등록특허 제10-2052461호에서는, 종래 정전용량형 센서의 상기 문제를 해결하여, 도 1에서와 같이, 에어메쉬 원단(10) 사이를 필라멘트사(11)를 지지대로 삽입 연결한 상태에서, 소정의 저항을 가지는 전도사를 상하 방향으로 메쉬망 구조로 편성 연결하는 것만으로, 저항센서를 구현하고, 특히 미세한 정전용량 값의 정밀한 측정이 가능한 기술이 개발되었다.
다만, 상기 등록특허 제10-2052461호의 경우, 메쉬망 구조의 편성 연결의 한계로 인해, 인가되는 실제 힘의 방향과 무관하게 수직방향의 힘 성분만 센싱이 가능한 한계가 있다.
대한민국 등록특허 제10-2052461호
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 에어메쉬 원단에 소정의 저항을 가지는 전도사를 특정 방향으로 연결함으로써, 인가되는 힘 또는 압력의 횡방향 성분 및 횡방향 세기를 센싱할 수 있는 압력 방향 및 세기의 감지가 가능한 섬유부재에 관한 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 섬유부재는 상부 및 하부 레이어 유닛들, 지지부재 및 전도사를 포함한다. 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들은, 각각 상면 및 하면을 형성한다. 상기 지지부재는 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들 사이에서 탄성력을 가지며 소정 두께를 형성하도록 얽히면서 연결되어, 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들을 지지한다. 상기 전도사는 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들에 편성되어 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들을 전기적으로 연결한다. 상기 전도사는, 상기 상부 레이어 유닛과 상기 하부 레이어 유닛 사이에서는 대각선 방향으로만 연결된다. 또한, 상기 전도사는, 상기 상부 레이어 유닛의 상부 레이어들 사이, 및 상기 하부 레이어 유닛의 하부 레이어들 사이에서는, 서로 인접한 3개의 레이어들 중 인접한 2개의 레이어들 사이에서만 연결된다.
일 실시예에서, 상기 전도사는, 상기 상부 레이어 유닛 및 상기 하부 레이어 유닛 사이에서 연속적으로 연장될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전도사는, 상기 상부 레이어들 및 상기 하부 레이어들 사이에서, 일 측 방향으로만 경사지는 대각선 방향으로 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전도사는, 상하방향으로 서로 마주하는 상부 및 하부 레이어들을 기준으로, 상기 하부 레이어가, 상기 하부 레이어에 마주하는 상부 레이어의 우측 또는 좌측에 인접한 상부 레이어와 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전도사는, 서로 인접한 2개의 상부 레이어들을 서로 연결하는 경우, 상기 서로 연결된 상부 레이어들의 양 측에 각각 위치하는 상부 레이어들과는 연결되지 않으며, 서로 인접한 2개의 하부 레이어들을 서로 연결하는 경우, 상기 서로 연결된 하부 레이어들의 양 측에 각각 위치하는 하부 레이어들과는 연결되지 않을 수 있다.
일 실시예에서, 상기 서로 연결 편성되는 2개의 상부 레이어들, 및 상기 서로 연결 편성되는 2개의 하부 레이어들은, 수직 방향으로 서로 마주하도록 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 상부 레이어 유닛 또는 상기 하부 레이어 유닛에 횡방향으로 인가되는 압력에 따라, 상기 일 측 방향으로 경사지도록 연결된 상기 전도사는, 경사각이 증가하거나 감소할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전도사와 연결되는 저항 측정회로에서 측정되는 초기 상태의 저항값과, 상기 경사각이 증가 또는 감소함에 따라 상기 저항 측정회로에서 측정되는 저항값을 비교하여 상기 압력이 인가되는 방향이 센싱될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들 각각은 복수의 통기공이 형성된 메쉬(mesh)망 구조로 형성되고, 상기 지지부재는 필라멘트 파일사일 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 상부 및 하부 레이어 유닛들 사이에 편성되어 연결되는 전도사가, 일 방향으로 경사진 대각선 방향으로 연결되며, 전체적으로 지그재그 형태로 연결됨에 따라, 횡 방향으로 인가되는 힘 또는 압력에 따라, 기울어진 상태의 전도사의 기울어지는 경사각이 변화하게 되며, 이러한 경사각 변화는 상기 전도사로부터 측정되는 저항 또는 전압의 변화량을 서로 다르게 유도할 수 있고, 이를 통해 상기 인가되는 힘 또는 압력의 횡 방향을 감지할 수 있다.
즉, 기 설정된 상기 전도사의 경사각은, 횡 방향의 인가 압력 또는 힘에 따라 증가하거나 감소하게 되며, 이러한 전도사 경사각의 증가 또는 감소에 따라 측정되는 저항 또는 전압값이 변화하게 되며, 이러한 저항 또는 전압값의 변화를 바탕으로 상기 인가되는 압력 또는 힘의 방향을 감지할 수 있다.
나아가, 상기 전도사의 경사각에 따른 전압값의 변화량을 바탕으로, 상기 인가되는 압력 또는 힘의 세기, 즉 크기도 도출할 수 있다.
이를 통해, 상기 섬유부재가 적용되는 의류는 물론, 직물 베이스로 제작되는 의료용 로봇 등에 적용되어, 다양하게 인가되는 힘의 방향 및 세기를 도출할 수 있다.
도 1은 종래의 에어메쉬 원단을 도시한 이미지이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 섬유부재를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 섬유부재에서, 전도사가 상부 레이어들 및 하부 레이어들에 연결되는 상태를 도시한 확대도이다.
도 4는 도 2의 섬유부재에서, 전도사의 연결 상태만을 도시한 모식도이고, 도 5는 도 2의 섬유부재에 인가되는 압력 상태에 따른 저항의 변화를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 섬유부재를 도시한 단면도이다.
도 7은 도 6의 섬유부재에서, 전도사의 연결 상태만을 도시한 모식도이고, 도 8은 도 6의 섬유부재에 인가되는 압력 상태에 따른 저항의 변화를 도시한 그래프이다.
도 9는 도 2 또는 도 6의 섬유부재에서, 전도사의 저항을 감지하는 회로의 일 예를 도시한 모식도이다.
도 10은 도 2 또는 도 6의 섬유부재에서, 전도사의 저항을 감지하는 회로의 다른 예를 도시한 모식도이다.
도 11은 도 2 또는 도 6의 섬유부재에서, 전도사의 저항을 감지하는 회로의 또 다른 예를 도시한 모식도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 종래의 에어메쉬 원단을 도시한 이미지이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 에어메쉬 원단은, 3차원 입체 구조를 가지며, 양 메쉬원단 레이어들(10) 사이에 탄성을 가진 필라멘트사(11)를 지지대로 삽입 연결한 구조로, 상부 또는 하부 레이어들(10)에 압력이 인가되는 경우 탄성을 가진 필라멘트사(11)가 압축되고, 인가되는 압력이 사라지면 상기 필라멘트사(11)는 다시 원 위치로 회복되는 것을 특징으로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 섬유부재를 도시한 단면도이다. 도 3은 도 2의 섬유부재에서, 전도사가 상부 레이어들 및 하부 레이어들에 연결되는 상태를 도시한 확대도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 섬유부재(20)는 상부 레이어 유닛(100), 하부 레이어 유닛(200), 지지부재(300) 및 전도사(400)를 포함한다.
본 실시예에서의 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들(100, 200) 및 상기 지지부재(300)의 구조는 도 1을 참조하여 설명한 상기 종래의 에어메쉬 원단 구조와 실질적으로 동일하다. 다만, 본 실시예에서의 상기 섬유부재(20)는 상기 전도사(400)가 더 구비된 것으로, 상기 전도사(400)를 추가로 구비함으로써, 압력 또는 힘의 인가 방향 및 세기를 센싱할 수 있는 것을 특징으로 한다.
즉, 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들(100, 200)은 직물로 이루어져 상면 및 하면의 층을 이루는 것으로 판상 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들(100, 200)의 단면에는 복수의 통기공들(110, 210)이 각각 형성될 수 있으며 이에 따라 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들(100, 200)은 메쉬(mesh)망 구조로 형성될 수 있다.
즉, 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들(100, 200)은 도 1에 도시된 바와 같은 메쉬(mesh)망 구조를 가지는 것으로, 도 2에서는 단면을 도시한 것이므로 서로 이격된 원형 형상의 구조를 가지는 것으로 도시되고 있으나, 실질적으로는 서로 연결된 구조를 가진다.
상기 상부 레이어 유닛(100)은, 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 지지부재(300)의 상면을 따라 서로 이격되는 복수의 제1, 제2, 제3 및 제4 상부 레이어들(101, 102, 103, 104)을 포함할 수 있으며, 마찬가지로, 상기 하부 레이어 유닛(200)은, 상기 지지부재(300)의 하면을 따라 서로 이격되는 복수의 제1, 제2, 제3 및 제4 하부 레이어들(201, 202, 203, 204)을 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 상부 및 하부 레이어들의 개수는, 후술되는 설명의 편의를 위해 선택적으로 도시한 것에 불과하며, 개수가 제한되지는 않는다.
이 경우, 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들(100, 200)은 서로 연결되더라도 전기적으로 통전되는 상태가 아니므로, 이를 표현하기 위해 도 2에서는 서로 이격된 복수의 상부 레이어들 및 하부 레이어들을 도시한 것이다.
또한, 상기 상부 레이어들 및 하부 레이어들 사이에서, 후술되는 상기 전도사(400)를 통해 서로 연결된 레이어들은 전기적으로 통전되도록 연결되는 것으로 이해하면 충분하다.
한편, 상기 복수의 통기공들(110, 210)은 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들(100, 200) 각각에 형성되며, 복수의 통기공들(110, 210)은 서로 상이한 크기를 갖거나 서로 동일한 크기를 갖도록 형성될 수 있다.
이와 같은 복수의 통기공들(110, 210)이 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들(100, 200)에 형성되면 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들(100, 200)의 통기성 및 건조력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
상기 상부 및 하부 레이어 유닛들(100, 200) 사이에는 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들(100, 200)을 지지하는 상기 지지부재(300)가 형성된다. 상기 지지부재(300)는 예를 들어, 탄성력을 갖는 필라멘트 파일사일 수 있다.
따라서 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들(100, 200) 사이에 형성된 공간을 탄성력을 갖는 필라멘트 파일사로 연결함으로써, 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들(100, 200)을 소정 두께를 가지는 하나의 섬유층으로 형성할 수 있다.
또한, 상기 지지부재(300)인 상기 필라멘트 파일사는 복잡하게 얽히면서 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들(100, 200) 사이를 연결할 수 있고, 상기 얽히는 구조는 매우 다양하고 임의적으로 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 지지부재(300)는 외부 압력에 따라 탄성 변형된다. 상기 지지부재(300)는 어느 한쪽의 레이어에 외력이 가해졌을 때 반대측 레이어를 향해 이동했다가 외력이 사라지면 원래의 상태로 복원되도록 탄성력을 발휘하게 된다.
따라서 상기 지지부재(300)는 외부압력에 의해 눌리는 경우 압축되고, 상기 외부 압력이 제거되면 본래의 형상으로 신속히 복원될 수 있는 재료로 구성된다.
예를 들면, 상기 지지부재(300)는 폴리올리피계, PVC계, 폴리스틸렌계, 폴리에스테르계, 폴리우레탄계, 폴리아미드계 등 널리 알려진 열가소성 탄성체 중 하나로 형성될 수 있으며, 이외에도 고무상 고분자로서 NBR(Acrylonitrile Butadiene Rubber), SBR(Styrene Butadiene Rubber), 부틸러버(BR), 이소프렌러버(IR), 클로로프렌러버(CR), 실리콘고무 등으로 구성될 수 있다.
상기 전도사(400)는 연결 전도사(410), 상부 전도사(420) 및 하부 전도사(430)를 포함한다.
상기 연결 전도사(410)는 도시된 바와 같이, 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들(100, 200) 사이에서 상기 지지부재(300)를 관통하며 대각선 방향으로 연결된다.이 경우, 상기 연결 전도사(410)의 연결은, 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들(100, 200)에 편성되며 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들(100, 200)을 전기적으로 연결한다.
이하에서는, 설명의 편의상 이러한 편성되도록 연결되는 것으로, 연결하는 것으로 통칭한다.
본 실시예의 경우, 상기 연결 전도사(410)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들(100, 200) 사이를 일 방향, 즉 우측방향으로 기울어진 상태의 대각선 방향으로 서로 연결한다. 또한, 이 경우, 상기 연결 전도사(410)의 기울어진 상태, 즉 연결되는 경사의 경사각(θ, 도 4 참조)은 일정할 수 있다.
즉, 상기 연결 전도사(410)의 제1 연결 전도사(411)는, 상기 제1 하부 레이어(201)와 상기 제1 상부 레이어(101)를 서로 연결하며, 상기 연결 전도사(410)의 제2 연결 전도사(412)는, 상기 제2 하부 레이어(202)와 상기 제2 상부 레이어(102)를 서로 연결한다.
도 2에서, 상기 제1 하부 레이어(201)와 상기 제1 상부 레이어(101), 및 상기 제2 하부 레이어(202)와 상기 제2 상부 레이어(102)는 서로 대각선 방향으로 배치되며, 이 경우, 상기 제1 상부 레이어(101)와 상기 제2 하부 레이어(202)가 수직한 방향으로 서로 마주하도록 배치되는 것으로, 결국, 상기 제1 연결 전도사(411)는 소정의 경사각(θ)을 가지며 우측으로 기울어진 대각선 방향으로 상기 제1 하부 레이어(201) 및 상기 제1 상부 레이어(101)를 연결하며, 상기 제2 연결 전도사(412)는 동일한 경사각(θ)을 가지며 동일한 방향으로 상기 제2 하부 레이어(202) 및 상기 제2 상부 레이어(102)를 연결한다.
이상과 같이, 상기 연결 전도사(420) 각각은, 상기 우측으로 기울어진 대각선 방향으로 소정의 경사각(θ)을 가지도록 연장되어, 서로 대각선 방향으로 위치하는 상부 레이어와 하부 레이어를 서로 연결한다.
상기 상부 전도사(420)는, 상기 상부 레이어 유닛들(100) 사이를 연결한다. 즉, 상기 상부 전도사(420)는 상기 상부 레이어 유닛들(100) 사이를 선택적으로 전기적으로 연결한다.
예를 들어, 도시된 바와 같이, 상기 상부 전도사(420)의 제1 상부 전도사(421)는, 상기 제1 상부 레이어(101)와 상기 제1 상부 레이어(101)에 우측 방향으로 인접한 상기 제2 상부 레이어(102)를 서로 연결한다.
또한, 상기 상부 전도사(420)의 제2 상부 전도사(422)는, 상기 제3 상부 레이어(103)와 상기 제3 상부 레이어(103)에 우측 방향으로 인접한 상기 제4 상부 레이어(104)를 서로 연결한다.
이 경우, 상기 상부 전도사(420)는, 상기 제2 상부 레이어(102)와 상기 제3 상부 레이어(103)는 서로 연결하지 않는다.
즉, 상기 상부 전도사(420)는, 서로 인접한 한 쌍의 상부 레이어들(101, 102)은 서로 연결하고, 이에 연이은 한 쌍의 상부 레이어들(102, 103)은 서로 연결하지 않는 것으로, 결국 인접하는 세 개의 상부 레이어들(101, 102, 103) 중 서로 인접한 2개의 상부 레이어들만 서로 연결한다.
상기 하부 전도사(430)도 상기 상부 전도사(420)와 동일한 방식으로 상기 하부 레이어들을 서로 연결하며, 이에 따라, 상하 방향으로 서로 마주하도록 배치되는 한 쌍의 상부 레이어들 및 한 쌍의 하부 레이어들에서, 상부의 서로 인접한 한 쌍의 상부 레이어들이 서로 연결되면 하부의 서로 인접한 한 쌍의 하부 레이어들도 서로 연결되고, 이와 달리 상부의 서로 인접한 한 쌍의 상부 레이어들이 서로 연결되지 않으면 하부의 서로 인접한 한 쌍의 하부 레이어들도 서로 연결되지 않는다.
예를 들어, 도시된 바와 같이, 상기 하부 전도사(430)의 제1 하부 전도사(431)는, 상기 제1 하부 레이어(201)와 상기 제1 하부 레이어(201)에 좌측 방향으로 인접한 하부 레이어(참조번호 없음)를 서로 연결한다.
또한, 상기 하부 전도사(430)의 제2 하부 전도사(432)는, 상기 제3 하부 레이어(203)와 상기 제3 하부 레이어(203)에 좌측 방향으로 인접한 상기 제2 하부 레이어(202)를 서로 연결한다.
이 경우, 상기 하부 전도사(430)는, 상기 제1 하부 레이어(201)와 상기 제2 하부 레이어(202)는 서로 연결하지 않는다.
즉, 상기 하부 전도사(430) 역시, 서로 인접한 한 쌍의 하부 레이어들(202, 203)은 서로 연결하고, 이에 연이은 한 쌍의 하부 레이어들(203, 204)은 서로 연결하지 않는 것으로, 결국 인접하는 세 개의 하부 레이어들(202, 203, 204) 중 서로 인접한 2개의 하부 레이어들만 서로 연결한다.
도 3을 참조하면, 상기 전도사(400)는 전체적으로 상기 상부 및 하부 레이어들을 연결하되, 상기 상부 및 하부 레이어들 사이에서 연속적으로 연장될 수 있다.
즉, 상기 제1 하부 전도사(431)가 상기 제1 하부 레이어(201)를 감싸도록 연장되며, 상기 제1 연결 전도사(411)로 연장되어 상기 제1 하부 레이어(201)와 상기 제1 상부 레이어(101)의 사이에서 대각선 방향으로 연장되며, 상기 제1 연결 전도사(411)에 연장되는 제1 상부 전도사(421)는 상기 제1 상부 레이어(101)를 감싸도록 연장되며 상기 제1 상부 레이어(101)에 인접한 상기 제2 상부 레이어(102)로 연장된다.
또한, 상기 제1 상부 전도사(421)는 상기 제2 상부 레이어(102)를 감싸도록 연장되며, 상기 제2 연결 전도사(412)로 연장되어 상기 제2 상부 레이어(102)와 상기 제2 하부 레이어(202)의 사이에서 대각선 방향으로 연장되며, 상기 제2 연결 전도사(412)에 연장되는 제2 하부 전도사(432)는 상기 제2 하부 레이어(202)를 감싸도록 연장된 상기 제2 하부 레이어(202)에 인접한 상기 제3 하부 레이어(203)로 연장된다.
이상과 같이, 상기 전도사(400)는, 도 3에 도시된 바와 같은 연결을 통해, 연속적으로, 상기 하부 레이어들 및 상부 레이어들을 서로 연결하게 된다.
이 경우, 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들(100, 200) 각각은 도시된 바와 같이 서로 이격된 원형 형상의 단면 구조를 가지는 것으로, 이때 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들(100, 200) 각각에 직조되는 상기 전도사들(400)은 실질적으로 상기 원형 형상의 구조를 감싸며 직조된다.
또한, 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들(100, 200) 각각의 단면의 형상은, 도 2 및 도 3에서는 원형으로 도시되었으나, 원형, 타원형 등 라운드된 형상으로 형성될 수 있으며, 이에 따라, 상기 전도사들(400)은 상기 각각의 라운드 된 형상의 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들(100, 200) 각각의 외주면을 감싸는 형태로 연결될 수 있다.
한편, 상기 전도사(400)는 직물로 구성될 수 있으며, 소정 저항을 가지는 전도성 소재로 이루어질 수 있다. 상기 전도성 소재는 예를 들면, 은, 구리, 알루미늄, 철, 아연, 니켈 또는 이들의 합금을 사용하거나 또는 탄소나노튜브의 전도성 소재를 사용할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
도 4는 도 2의 섬유부재에서, 전도사의 연결 상태만을 도시한 모식도이고, 도 5는 도 2의 섬유부재에 인가되는 압력 상태에 따른 저항의 변화를 도시한 그래프이다.
도 2 및 도 3에서의 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들(100, 200)에 연결되는 상기 전도사(400)는, 결국 도 4에서와 같이 연결되는 형태를 가진다.
즉, 상기 전도사(400)에서, 상기 연결 전도사(410)는 우측 방향으로 기울어지도록 경사지며, 상기 하부 전도사(430)에 대하여 소정의 경사각(θ)을 가진다.
또한, 상기 하부 전도사(430)와 상기 상부 전도사(420)는 서로 평행하게 연장되지만, 상기 하부 전도사(430)는 연결과 단속이 교번적으로 수행되며, 마찬가지로 상기 상부 전도사(420)도 연결과 단속이 교번적으로 수행된다.
그리하여, 전체적으로 상기 전도사(400)는, 한 쌍의 상부 레이어들과 한 쌍의 하부 레이어들이 교번적으로 서로 연결되는 형태로 도 4와 같은 연결을 갖게 된다.
한편, 상기 전도사(400)가 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들(100, 200)에 연결되는 경우, 후술되는 도 9 내지 도 11의 회로를 통해 상기 전도사에 인가되는 저항 또는 전압을 측정할 수 있다. 이하, 설명의 편의상 저항을 측정하는 것으로 설명한다.
즉, 초기 상태에서, 상기 섬유부재(20)의 상기 전도사(400)가 도 4와 같은 형태의 연결을 갖게 되는 경우, 도 5에서와 같이 'B'구간의 초기 저항값을 가질 수 있다.
이 경우, 상기 섬유부재(20)로, 횡방향으로 압력 또는 힘(이하, 압력으로 통칭한다)이 인가되는 경우 상기 초기 저항값은 변화하게 된다.
이 경우, 횡방향으로의 압력이 작용하는 경우, 상기 압력의 인가에 따라 전체적으로 상기 전도사(400)는 압축되며, 상기 전도사(400)가 전체적으로 압축됨에 따라, 전도사들 사이의 접촉이 증가하고 이에 따라 저항이 감소하여, 전체적으로 초기 저항값보다 저항값이 감소하는 것은 자명하다.
다만, 상기 횡방향이 어느 방향으로 인가되는가에 따라, 상기 초기 저항값에 대하여 저항값이 감소하는 비율은 서로 다르게 된다.
예를 들어, 상기 상부 레이어 유닛(100)으로는 우측방향(→)을 향하는 압력이 인가되고, 상기 하부 레이어 유닛(200)으로는 좌측방향(←)을 향하는 압력이 인가되는 경우, 도 4에서와 같이 연결된 상기 전도사(400)는, 상기 경사각(θ)이 상대적으로 감소하는 방향으로 압력이 작용하게 된다. 이 경우, 상기 경사각(θ)이 상대적으로 감소하더라도, 전체적으로 상기 전도사(400)가 연결되는 상태는 유지하게 된다.
따라서, 상기와 같은 방향으로 압력이 인가되는 경우, 도 5의 'A'구간에서와 같이, 초기 저항값과 대비하여, 감소하는 저항값의 크기는 상대적으로 작게 유지될 수 있다. 즉, 전체적으로 상기 전도사(400)가 연결되는 상태가 유지되므로, 상기 전도사들(400) 사이의 접촉 정도가 크지 않으며 이에 따라 저항값의 감소가 상대적으로 작게 유지될 수 있다.
이와 달리, 상기 상부 레이어 유닛(100)으로는 좌측방향(←)을 향하는 압력이 인가되고, 상기 하부 레이어 유닛(200)으로는 우측방향(→)을 향하는 압력이 인가되는 경우, 도 4에서와 같이 연결된 상기 전도사(400)는, 상기 경사각(θ)이 상대적으로 증가하는 방향으로 압력이 작용하게 된다. 이 경우, 상기 경사각(θ)이 상대적으로 증가함에 따라, 상기 전도사(400)가 압축되는 정도가 증가하게 되며 상기 전도사(400)의 초기 연결 상태는 상대적으로 덜 유지되도록 변화하게 된다.
따라서, 상기와 같은 방향으로 압력이 인가되는 경우, 도 5의 'C'구간에서와 같이, 초기 저항값과 대비하여, 감소하는 저항값의 크기는 상대적으로 크게 변경될 수 있다. 즉, 전체적으로 상기 전도사(400)가 연결되는 상태가 유지되지 못하게 되므로, 상기 전도사들(400) 사이의 접촉 정도가 크게 증가하며 이에 따라 저항값의 감소가 상대적으로 크게 증가하게 된다.
이상과 같이, 상기 섬유부재(20)에 연결되는 상기 전도사(400)가 소정의 방향으로 경사지도록 연결된 상태에서는, 인가되는 횡 방향의 압력에 따라 상기 전도사(400)가 연결되는 형태가 유지되거나 붕괴될 수 있으며, 이에 따라, 초기 저항값과 대비하여 저항값의 감소 정도가 변화되고, 이를 바탕으로 인가되는 압력의 방향을 감지할 수 있다.
나아가, 상기 저항값의 감소 정도를 바탕으로, 상기 인가되는 압력의 세기까지 감지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 섬유부재를 도시한 단면도이다.
본 실시예에서의 상기 섬유부재(30)는, 전도사(500)가 연결되는 방향이, 도 2를 참조하여 설명한 상기 섬유부재(20)에서와, 반대 방향으로 경사지도록 연결되는 것을 제외하고는 도 2의 상기 섬유부재(20)와 실질적으로 동일하다. 이에, 중복되는 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 사용하고, 중복되는 설명은 이를 생략한다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에서의 상기 전도사(500)는 연결 전도사(510), 상부 전도사(520) 및 하부 전도사(530)를 포함한다.
상기 연결 전도사(510)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들(100, 200) 사이를 일 방향, 즉 좌측방향으로 기울어진 상태의 대각선 방향으로 서로 연결한다. 또한, 이 경우, 상기 연결 전도사(510)의 기울어진 상태, 즉 연결되는 경사의 경사각(θ, 도 7 참조)은 일정할 수 있다.
즉, 상기 연결 전도사(510)의 제1 연결 전도사(511)는, 상기 제1 하부 레이어(201)와 상기 제1 상부 레이어(101)를 서로 연결하며, 상기 연결 전도사(510)의 제2 연결 전도사(512)는, 상기 제2 하부 레이어(202)와 상기 제2 상부 레이어(102)를 서로 연결한다.
도 6에서, 상기 제1 하부 레이어(201)와 상기 제1 상부 레이어(101), 및 상기 제2 하부 레이어(202)와 상기 제2 상부 레이어(102)는 서로 대각선 방향으로 배치되며, 이 경우, 상기 제2 상부 레이어(102)와 상기 제1 하부 레이어(201)가 수직한 방향으로 서로 마주하도록 배치되는 것으로, 결국, 상기 제1 연결 전도사(511)는 소정의 경사각(θ)을 가지며 좌측으로 기울어진 대각선 방향으로 상기 제1 하부 레이어(201) 및 상기 제1 상부 레이어(101)를 연결하며, 상기 제2 연결 전도사(512)는 동일한 경사각(θ)을 가지며 동일한 방향으로 상기 제2 하부 레이어(202) 및 상기 제2 상부 레이어(102)를 연결한다.
이상과 같이, 상기 연결 전도사(520) 각각은, 상기 좌측으로 기울어진 대각선 방향으로 소정의 경사각(θ)을 가지도록 연장되어, 서로 대각선 방향으로 위치하는 상부 레이어와 하부 레이어를 서로 연결한다.
상기 상부 전도사(520)는, 상기 상부 레이어 유닛들(100) 사이를 연결한다. 즉, 상기 상부 전도사(520)는 상기 상부 레이어 유닛들(100) 사이를 선택적으로 전기적으로 연결한다.
예를 들어, 도시된 바와 같이, 상기 상부 전도사(520)의 제1 상부 전도사(51)는, 상기 제1 상부 레이어(101)와 상기 제1 상부 레이어(101)에 좌측 방향으로 인접한 상부 레이어(참조번호 없음)를 서로 연결한다.
또한, 상기 상부 전도사(520)의 제2 상부 전도사(522)는, 상기 제3 상부 레이어(103)와 상기 제3 상부 레이어(103)에 좌측 방향으로 인접한 상기 제2 상부 레이어(102)를 서로 연결한다.
이 경우, 상기 상부 전도사(520)는, 상기 제1 상부 레이어(101)와 상기 제2 상부 레이어(102)는 서로 연결하지 않는다.
즉, 상기 상부 전도사(520)는, 서로 인접한 한 쌍의 상부 레이어들(102, 103)은 서로 연결하고, 이에 연이은 한 쌍의 상부 레이어들(103, 104)은 서로 연결하지 않는 것으로, 결국 인접하는 세 개의 상부 레이어들(102, 103, 104) 중 서로 인접한 2개의 상부 레이어들만 서로 연결한다.
상기 하부 전도사(530)도 상기 상부 전도사(520)와 동일한 방식으로 상기 하부 레이어들을 서로 연결하며, 이에 따라, 상하 방향으로 서로 마주하도록 배치되는 한 쌍의 상부 레이어들 및 한 쌍의 하부 레이어들에서, 상부의 서로 인접한 한 쌍의 상부 레이어들이 서로 연결되면 하부의 서로 인접한 한 쌍의 하부 레이어들도 서로 연결되고, 이와 달리 상부의 서로 인접한 한 쌍의 상부 레이어들이 서로 연결되지 않으면 하부의 서로 인접한 한 쌍의 하부 레이어들도 서로 연결되지 않는다.
예를 들어, 도시된 바와 같이, 상기 하부 전도사(530)의 제1 하부 전도사(531)는, 상기 제1 하부 레이어(201)와 상기 제1 하부 레이어(201)에 우측 방향으로 인접한 상기 제2 하부 레이어(202)를 서로 연결한다.
또한, 상기 하부 전도사(530)의 제2 하부 전도사(532)는, 상기 제3 하부 레이어(203)와 상기 제3 하부 레이어(203)에 우측 방향으로 인접한 상기 제4 하부 레이어(204)를 서로 연결한다.
이 경우, 상기 하부 전도사(530)는, 상기 제2 하부 레이어(202)와 상기 제3 하부 레이어(203)는 서로 연결하지 않는다.
즉, 상기 하부 전도사(530) 역시, 서로 인접한 한 쌍의 하부 레이어들(201, 202)은 서로 연결하고, 이에 연이은 한 쌍의 하부 레이어들(202, 203)은 서로 연결하지 않는 것으로, 결국 인접하는 세 개의 하부 레이어들(201, 202, 203) 중 서로 인접한 2개의 하부 레이어들만 서로 연결한다.
한편, 상기 전도사(500)는 전체적으로 상기 상부 및 하부 레이어들을 연결하되, 상기 상부 및 하부 레이어들 사이에서 연속적으로 연장될 수 있음은 도 3에서와 같고, 세부적인 연속 연결 상태에 대하여는 설명은 생략한다.
도 7은 도 6의 섬유부재에서, 전도사의 연결 상태만을 도시한 모식도이고, 도 8은 도 6의 섬유부재에 인가되는 압력 상태에 따른 저항의 변화를 도시한 그래프이다.
도 6에서의 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들(100, 200)에 연결되는 상기 전도사(500)는, 결국 도 7에서와 같이 연결되는 형태를 가진다.
즉, 상기 전도사(500)에서, 상기 연결 전도사(510)는 좌측 방향으로 기울어지도록 경사지며, 상기 하부 전도사(530)에 대하여 소정의 경사각(θ′)을 가진다.
또한, 상기 하부 전도사(530)와 상기 상부 전도사(520)는 서로 평행하게 연장되지만, 상기 하부 전도사(530)는 연결과 단속이 교번적으로 수행되며, 마찬가지로 상기 상부 전도사(520)도 연결과 단속이 교번적으로 수행된다.
그리하여, 전체적으로 상기 전도사(500)는, 한 쌍의 상부 레이어들과 한 쌍의 하부 레이어들이 교번적으로 서로 연결되는 형태로 도 7과 같은 연결을 갖게 된다.
한편, 상기 전도사(500)가 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들(100, 200)에 연결되는 경우, 후술되는 도 9 내지 도 11의 회로를 통해 상기 전도사에 인가되는 저항 또는 전압을 측정할 수 있다. 이하, 설명의 편의상 저항을 측정하는 것으로 설명한다.
즉, 초기 상태에서, 상기 섬유부재(20)의 상기 전도사(500)가 도 7과 같은 형태의 연결을 갖게 되는 경우, 도 8에서와 같이 'B′'구간의 초기 저항값을 가질 수 있다.
이 경우, 상기 섬유부재(20)로, 횡방향으로 압력 또는 힘(이하, 압력으로 통칭한다)이 인가되는 경우 상기 초기 저항값은 변화하게 된다. 횡방향으로의 압력이 작용하는 경우, 상기 전도사(500)로부터 측정되는 저항값이 감소하는 것은 앞서 설명한 바와 같으며, 다만, 상기 횡방향이 어느 방향으로 인가되는가에 따라, 상기 초기 저항값에 대하여 저항값이 감소하는 비율은 서로 다르게 된다.
예를 들어, 상기 상부 레이어 유닛(100)으로는 좌측방향(←)을 향하는 압력이 인가되고, 상기 하부 레이어 유닛(200)으로는 우측방향(→)을 향하는 압력이 인가되는 경우, 도 7에서와 같이 연결된 상기 전도사(500)는, 상기 경사각(θ′)이 상대적으로 증가하는 방향으로 압력이 작용하게 된다. 이 경우, 상기 경사각(θ′)이 상대적으로 증가(즉, 좌측으로 기울어지는 정도가 증가함)하더라도, 전체적으로 상기 전도사(500)가 연결되는 상태는 유지하게 된다.
따라서, 상기와 같은 방향으로 압력이 인가되는 경우, 도 8의 'C′'구간에서와 같이, 초기 저항값과 대비하여, 감소하는 저항값의 크기는 상대적으로 작게 유지될 수 있다. 즉, 전체적으로 상기 전도사(500)가 연결되는 상태가 유지되므로, 상기 전도사들(500) 사이의 접촉 정도가 크지 않으며 이에 따라 저항값의 감소가 상대적으로 작게 유지될 수 있다.
이와 달리, 상기 상부 레이어 유닛(100)으로는 우측방향(→)을 향하는 압력이 인가되고, 상기 하부 레이어 유닛(200)으로는 좌측방향(←)을 향하는 압력이 인가되는 경우, 도 7에서와 같이 연결된 상기 전도사(500)는, 상기 경사각(θ′)이 상대적으로 감소하는 방향으로 압력이 작용하게 된다. 이 경우, 상기 경사각(θ′)이 상대적으로 감소함에 따라, 상기 전도사(500)가 압축되는 정도가 증가(전도사가 수직 방향으로 기립함에 따라 압축정도가 증가함)하게 되며 상기 전도사(500)의 초기 연결 상태는 상대적으로 덜 유지되도록 변화하게 된다.
따라서, 상기와 같은 방향으로 압력이 인가되는 경우, 도 8의 'A′'구간에서와 같이, 초기 저항값과 대비하여, 감소하는 저항값의 크기는 상대적으로 크게 변경될 수 있다. 즉, 전체적으로 상기 전도사(500)가 연결되는 상태가 유지되지 못하게 되므로, 상기 전도사들(500) 사이의 접촉 정도가 크게 증가하며 이에 따라 저항값의 감소가 상대적으로 크게 증가하게 된다.
이상과 같이, 상기 섬유부재(20)에 연결되는 상기 전도사(500)가 소정의 방향으로 경사지도록 연결된 상태에서는, 인가되는 횡 방향의 압력에 따라 상기 전도사(500)가 연결되는 형태가 유지되거나 붕괴될 수 있으며, 이에 따라, 초기 저항값과 대비하여 저항값의 감소 정도가 변화되고, 이를 바탕으로 인가되는 압력의 방향을 감지할 수 있다. 나아가, 상기 저항값의 감소 정도를 바탕으로, 상기 인가되는 압력의 세기까지 감지할 수 있다.
도 9는 도 2 또는 도 6의 섬유부재에서, 전도사의 저항을 감지하는 회로의 일 예를 도시한 모식도이다. 도 10은 도 2 또는 도 6의 섬유부재에서, 전도사의 저항을 감지하는 회로의 다른 예를 도시한 모식도이다.
우선, 상기 전도사(400, 500)의 저항을 감지하기 위한 하나의 방법으로서 도 9를 참조하면, 상기 상부 레이어 유닛(100)에 연결된 상기 상부 전도사(420)는 전원과 연결되어 전압(V)을 공급받으며 저항(R1)과 연결되고, 상기 하부 레이어 유닛(200)에 연결된 상기 하부 전도사(430)는 접지된다.
이 경우, 상기 상부 레이어 유닛(100)에 연결된 상기 상부 전도사(420)의 일단의 출력전압(Vsense)을 측정할 수 있으며, 상기 출력전압(Vsense)을 통해 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들(100, 200) 사이에 연결된 상기 연결 전도사(410)의 양단에 걸리는 출력저항(Rsense)을 계측할 수 있다.
상기 출력저항(Rsense)은 하기 식 (1)을 통해 계측된다.
Figure 112020096485536-pat00001
식 (1)
이와 달리, 전도사의 저항을 감지하기 위한 다른 방법으로서 도 10을 참조하면, 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들(100) 각각에 연결된 상기 상부 및 하부 전도사들(420, 430)은 휘스톤브릿지(Wheatstone bridge) 회로와 연결된다.
이 경우, 상기 휘스톤브릿지 회로의 초기저항(R)은 하기 식 (2)와 같이,
R1 = R2 = R3 = R 식 (2)
회로에 구비된 저항들(R1, R2, R3) 각각의 저항값과 같이 설정된다.
이 경우, 도 10에 도시된 바와 같은 회로를 통해, 휘스톤브릿지 회로의 출력전압(Vout)을 측정할 수 있으며, 상기 출력전압(Vout) 및 상기 초기저항(R)을 이용하여 하기 식 (3)을 통해 상기 연결 전도사(410)의 저항의 변화량(ΔR)을 구할 수 있다.
Figure 112020096485536-pat00002
식 (3)
따라서, 상기 식 (3)을 통해 저항의 변화량(ΔR)을 구하면, 하기 식(4)를 통해 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들(100, 200) 사이에 연결된 상기 연결 전도사(410)의 양단에 걸리는 출력저항(Rsense)을 계측할 수 있다.
Figure 112020096485536-pat00003
식 (4)
즉, 이상과 같이, 상기 섬유부재(20, 30) 외부로 상기 상부 및 하부 전도사들(420, 430)이 별도의 저항 또는 전압 측정 회로와 연결되고, 저항 또는 전압 변화를 바탕으로, 상기 섬유부재(20, 30)의 내부에 연결된 상기 연결 전도사(410)의 저항 변화를 계측할 수 있으며, 이를 통해 상기 섬유부재(20, 30)에 인가되는 압력을 계측할 수 있다.
도 11은 도 2 또는 도 6의 섬유부재에서, 전도사의 저항을 감지하는 회로의 또 다른 예를 도시한 모식도이다.
도 11에 도시된 회로를 통해서는, 서로 인접한 섬유부재들(20, 30) 사이의 차동 전압을 출력할 수 있다.
즉, 도 9를 참조하면, 상기 섬유부재(20)에 대한 출력저항(Rsense) 계측 회로를 통해, 즉 상기 식 (1)을 통해, 상기 출력저항(Rsense)의 정보가 제공되면 상기 상부 전도사(420)의 일 단의 출력전압(Vsense)을 측정할 수 있음은 이미 설명한 바와 같다.
따라서, 상기 식 (1)로부터, 도 11의 좌측의 상기 섬유부재(20)에 연결되는 회로에서 상기 출력전압(Vsense+)은 상기 출력저항(Rsense1)으로부터 하기 식 (5)와 같이 도출된다.
Figure 112020096485536-pat00004
식 (5)
마찬가지로, 상기 식 (1)로부터, 도 11의 우측의 상기 섬유부재(30)에 연결되는 회로에서 상기 출력전압(Vsense-)도 상기 출력저항(Rsense2)으로부터 하기 식 (6)과 같이 도출된다.
Figure 112020096485536-pat00005
식 (6)
따라서, 상기 도 11의 회로에서, 상기 양 측의 섬유부재들(20, 30) 사이의 차동 전압(Vsense)은 하기 식 (7)과 같이 도출되며, 하기 식 (7)에서, R1>>Rsense1 및 R>>Rsense2이면, 상기 식 (8)로 상기 차동 전압(Vsense)이 도출될 수 있다.
Figure 112020096485536-pat00006
식 (7)
Figure 112020096485536-pat00007
식 (8)
이상과 같이, 상기 섬유부재들(20, 30) 외부로 연결되는 별도의 회로 구성을 통해, 복수의 서로 인접하는 섬유부재들(20, 30) 사이에서의 차동 전압을 도출할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 상부 및 하부 레이어 유닛들 사이에 편성되어 연결되는 전도사가, 일 방향으로 경사진 대각선 방향으로 연결되며, 전체적으로 지그재그 형태로 연결됨에 따라, 횡 방향으로 인가되는 힘 또는 압력에 따라, 기울어진 상태의 전도사의 기울어지는 경사각이 변화하게 되며, 이러한 경사각 변화는 상기 전도사로부터 측정되는 저항 또는 전압의 변화량을 서로 다르게 유도할 수 있고, 이를 통해 상기 인가되는 힘 또는 압력의 횡 방향을 감지할 수 있다.
즉, 기 설정된 상기 전도사의 경사각은, 횡 방향의 인가 압력 또는 힘에 따라 증가하거나 감소하게 되며, 이러한 전도사 경사각의 증가 또는 감소에 따라 측정되는 저항 또는 전압값이 변화하게 되며, 이러한 저항 또는 전압값의 변화를 바탕으로 상기 인가되는 압력 또는 힘의 방향을 감지할 수 있다.
나아가, 상기 전도사의 경사각에 따른 전압값의 변화량을 바탕으로, 상기 인가되는 압력 또는 힘의 세기, 즉 크기도 도출할 수 있다.
이를 통해, 상기 섬유부재가 적용되는 의류는 물론, 직물 베이스로 제작되는 의료용 로봇 등에 적용되어, 다양하게 인가되는 힘의 방향 및 세기를 도출할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
20, 30 : 섬유부재 100 : 상부 레이어 유닛
101, 102, 103, 104 : 상부 레이어들
200 : 하부 레이어 유닛
201, 202, 203, 204 : 하부 레이어들
300 : 지지부재 400, 500 : 전도사
410, 510 : 연결 전도사 420, 520 : 상부 전도사
430, 530 : 하부 전도사

Claims (9)

  1. 각각 상면 및 하면을 형성하는 상부 및 하부 레이어 유닛들;
    상기 상부 및 하부 레이어 유닛들 사이에서 탄성력을 가지며 소정 두께를 형성하도록 얽히면서 연결되어, 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들을 지지하는 지지부재; 및
    상기 상부 및 하부 레이어 유닛들에 편성되어 상기 상부 및 하부 레이어 유닛들을 전기적으로 연결하는 전도사를 포함하며,
    상기 전도사는, 상기 상부 레이어 유닛과 상기 하부 레이어 유닛 사이에서는 대각선 방향으로만 연결되고,
    상기 전도사는, 상기 상부 레이어 유닛의 상부 레이어들 사이, 및 상기 하부 레이어 유닛의 하부 레이어들 사이에서는, 서로 인접한 3개의 레이어들 중 인접한 2개의 레이어들 사이에서만 연결되는 것을 특징으로 하는 섬유부재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전도사는,
    상기 상부 레이어 유닛 및 상기 하부 레이어 유닛 사이에서 연속적으로 연장되는 것을 특징으로 하는 섬유부재.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전도사는,
    상기 상부 레이어들 및 상기 하부 레이어들 사이에서, 일 측 방향으로만 경사지는 대각선 방향으로 연결되는 것을 특징으로 하는 섬유부재.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전도사는,
    상하방향으로 서로 마주하는 상부 및 하부 레이어들을 기준으로,
    상기 하부 레이어가, 상기 하부 레이어에 마주하는 상부 레이어의 우측 또는 좌측에 인접한 상부 레이어와 연결되는 것을 특징으로 하는 섬유부재.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전도사는,
    서로 인접한 2개의 상부 레이어들을 서로 연결하는 경우, 상기 서로 연결된 상부 레이어들의 양 측에 각각 위치하는 상부 레이어들과는 연결되지 않으며,
    서로 인접한 2개의 하부 레이어들을 서로 연결하는 경우, 상기 서로 연결된 하부 레이어들의 양 측에 각각 위치하는 하부 레이어들과는 연결되지 않는 것을 특징으로 하는 섬유부재.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 서로 연결 편성되는 2개의 상부 레이어들, 및 상기 서로 연결 편성되는 2개의 하부 레이어들은, 수직 방향으로 서로 마주하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 섬유부재.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 상부 레이어 유닛 또는 상기 하부 레이어 유닛에 횡방향으로 인가되는 압력에 따라,
    상기 일 측 방향으로 경사지도록 연결된 상기 전도사는, 경사각이 증가하거나 감소하는 것을 특징으로 하는 섬유부재.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전도사와 연결되는 저항 측정회로에서 측정되는 초기 상태의 저항값과,
    상기 경사각이 증가 또는 감소함에 따라 상기 저항 측정회로에서 측정되는 저항값을 비교하여 상기 압력이 인가되는 방향이 센싱되는 것을 특징으로 하는 섬유부재.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 레이어 유닛들 각각은 복수의 통기공이 형성된 메쉬(mesh)망 구조로 형성되고,
    상기 지지부재는 필라멘트 파일사인 것을 특징으로 하는 섬유부재.
KR1020200116661A 2020-09-11 2020-09-11 압력 방향 및 세기의 감지가 가능한 섬유부재 KR102378947B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200116661D KR20220034375A (ko) 2020-09-11 2020-09-11 압력 방향 및 세기의 감지가 가능한 섬유부재
KR1020200116661A KR102378947B1 (ko) 2020-09-11 2020-09-11 압력 방향 및 세기의 감지가 가능한 섬유부재

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200116661A KR102378947B1 (ko) 2020-09-11 2020-09-11 압력 방향 및 세기의 감지가 가능한 섬유부재

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102378947B1 true KR102378947B1 (ko) 2022-03-25

Family

ID=80935165

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200116661D KR20220034375A (ko) 2020-09-11 2020-09-11 압력 방향 및 세기의 감지가 가능한 섬유부재
KR1020200116661A KR102378947B1 (ko) 2020-09-11 2020-09-11 압력 방향 및 세기의 감지가 가능한 섬유부재

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200116661D KR20220034375A (ko) 2020-09-11 2020-09-11 압력 방향 및 세기의 감지가 가능한 섬유부재

Country Status (1)

Country Link
KR (2) KR20220034375A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102052461B1 (ko) 2017-11-24 2019-12-06 한국기계연구원 저항성 센싱 정보를 가지는 3d 에어메쉬 원단

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102052461B1 (ko) 2017-11-24 2019-12-06 한국기계연구원 저항성 센싱 정보를 가지는 3d 에어메쉬 원단

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220034375A (ko) 2022-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11150147B2 (en) Woven fabric having a plurality of woven fabric layers
US7544627B2 (en) Pressure sensing fabric
US6714117B2 (en) Detector constructed from fabric
US9645021B2 (en) Sheet pressure sensor
KR102351848B1 (ko) 압력 감지 센서 및 이를 포함하는 압력 감지 장치
KR101326796B1 (ko) 텍스타일 터치 센서
JP2010203809A (ja) 感圧シートおよびこれを用いた感圧センサ
JP2017194960A (ja) フレキシブルタッチセンサおよびその製造方法
KR102052461B1 (ko) 저항성 센싱 정보를 가지는 3d 에어메쉬 원단
US20220252472A1 (en) Stitched sensor
JP2020009418A (ja) 静電容量式タッチセンシング用の位置検出用複合糸
KR102378947B1 (ko) 압력 방향 및 세기의 감지가 가능한 섬유부재
JP6671910B2 (ja) 静電容量式タッチセンサ
JP5659349B2 (ja) 引張変形検知布
JP2017123911A (ja) 動作測定装置、方法、およびプログラム
JP2020077383A (ja) 静電容量式タッチセンサ
KR101770141B1 (ko) 일렉트릭 텍스타일
US11467048B2 (en) Pressure sensor for sensing pressure in vertical direction, strain sensor for sensing tension in horizontal direction, and method for manufacturing sensors
KR102010174B1 (ko) 수평 방향의 인장력을 센싱하는 스트레인 센서 및 이의 제조 방법
KR102009750B1 (ko) 스트레치 센서를 이용한 유연 압력측정 시스템 및 이를 포함한 대면적 섬유직물
CN112066868A (zh) 弯曲程度检测单元、装置、方法、及可穿戴设备
KR20200068369A (ko) 직렬식 텍스타일형 인장센서 및 이의 제조방법
EP2743387A1 (en) Fabric product and sensing fabric made thereof
KR102002699B1 (ko) 하나의 터치 전극을 포함하는 텍스타일형 하이브리드 제어 장치
KR102010173B1 (ko) 수직 방향의 압력을 센싱하는 압력 센서 및 이의 제조 방법