KR102442252B1 - 롤러에 내장되는 압력 감지 및 전송 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 롤러용 압력감지 시스템에 있어서, 적어도 두개의 원통형 롤러와 상기 롤러의 외부에 면접하면서 감기는 이송체 사이에서 상기 롤러의 표면의 이송체와 면접하는 부분 중 적어도 일부분에 밀착되도록 감기어 압력을 감지하는 압력감지재; 상기 압력감지재와 전기적으로 연결되며, 상기 롤러의 내부에 장입되고, 상기 압력감지재로부터 감지되는 압력신호를 수신하는 제어부; 및 상기 제어부에 의해서 수신된 압력신호를 외부로 전송하기 위한 전송부;를 포함하여 구성되며, 상기 압력감지재는 롤러에 의하여 이송체에 국부적으로 작용하는 장력을 감지하거나, 이송체의 진행방향과 수직방향을 기준으로 롤러의 일단과 반대단의 지점에서 측정된 압력을 통하여 롤러의 기울어진 정도를 감지하는 것을 특징으로 하는 롤러에 내장되는 압력 감지 및 전송 시스템을 제공한다.

Description

롤러에 내장되는 압력 감지 및 전송 시스템{A pressure signal detecting and forwarding system laid inside a roller}
본 발명은 롤러에 내장되는 압력 감지 및 전송 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압력 감지 시트가 롤러의 표면에 감기고, 상기 압력 감지 시트와 전기적으로 결선된 제어부가 롤러의 내부에 장입되며, 상기 제어부는 압력 감지 시트로부터 감지되는 압력의 분포를 무선 전송 수단에 의하여 수신 서버로 전송하는 것을 특징으로 한다.
롤러의 용도는 권취되는 대상, 즉 벨트, 필름, 시트 등을 균일하게 권취하기 위하여 이들을 이송하는 역할을 수행하며, 롤러의 양단간에 이송되는 벨트, 필름 또는 시트에 의한 압력이 롤러 전반에 걸쳐서 균일하게 작용되도록 함으로써, 궁극적으로 권취된 벨트, 필름, 시트 등이 바르게 권취되도록 하여야 한다. 만일 롤러를 경유하는 벨트, 필름 또는 시트가 롤러상에서 국부적으로 불균일하게 압력이 작용되는 경우, 특히, 롤러의 양단간에 작용하는 압력의 크기가 상이한 경우, 벨트, 필름 또는 시트의 진행방향이 편향되며, 따라서 벨트, 필름 또는 시트가 궁극적으로는 균일하게 권취되지 않게되므로, 롤러에 작용하는 압력이 롤러 전반에 걸쳐서 균일하게 이루어지고 있는지 지속적으로 모니터링 하여야 한다.
이와 같은 모니터링은 통상 센서에 의하여 이루어지는데, 첫째, 롤러의 외부에 장력 센서를 구축하고, 상기 장력 센서(tension meter, 14)를 위치시켜 운용하고 있으며, 복수의 롤러(11)가 설치되는 경우, 벨트, 필름, 시트(12)의 방향이 전환되는 지점의 롤러 양단에는 기울어짐을 측정하기 위한 센서(15)를 각각 근접하게 위치시키고 기울어짐을 측정하고 있다.
그러나, 이와 같이 롤러에 의하여 벨트, 필름, 시트 등에 작용하는 장력이나 롤러 자체의 기울어짐을 측정하기 위해서는 별도의 장비를 구축하여야 함은 물론, 특히 장력의 측정시 롤러 전체 중 특정 포인트의 장력을 측정함에 불과한 바, 롤러상에서의 장력의 국부적인 차이를 면밀하게 측정하여 이에 대처하기 어려운 문제가 발생된다. 즉, 측정 위치에 따라서 감지되는 장력의 차이를 정확하게 감지하기 어렵다.
특히, 롤러에서 장력측정시 롤러 길이방향의 분포를 측정하는 센서는 적용된 바 없다. 통상적으로 롤러에 걸리는 힘의 크기만을 측정하기 때문에 롤러의 길이 방향으로 발생하고 있는 장력의 크기를 측정하지 못한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 롤러에 복수의 압력감지부를 갖는 압력감지재를 감아서 압력 분포를 측정함으로써, 롤러에 의해 이동하는 벨트, 필름, 시트 등 이동 대상에 의하여 롤러 전반에 작용하는 장력을 국부적으로 모두 감지할 수 있도록 하는 롤러에 내장되는 압력 감지 및 전송 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 감지된 압력 신호를 수신하고, 이를 서버로 전송할 수 있도록 하기 위한 제어부를 롤러 내부에 구성하였으며, 궁극적으로 롤러 내부를 활용하여 공간활용도를 높이도록 하는 롤러에 내장되는 압력 감지 및 전송 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 롤러에 압력감지재를 감는 것만으로도 별도의 측정장비를 부가하지 않아도 롤러에 작용하는 장력과 롤러의 기울어짐(비틀어짐)을 감지할 수 있는 롤러에 내장되는 압력 감지 및 전송 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 롤러의 길이방향으로 걸리고 있는 압력의 산포를 실시간 측정가능하기 때문에 길이방향으로 걸리는 장력의 산포, 변화, 벨트, 필름, 시트의 이동(사행) 등 다양한 변화를 감지할 수 있도록 하는 롤러에 내장되는 압력 감지 및 전송 시스템을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 롤러 위를 지나가는 이동체의 무게의 변화, 이동 등을 감지하여 낙하 등을 예상할 수 있으며, 사람이 올라갔을 때의 압력의 급작스런 변화를 예방하여 안전사고를 방지할 수 있도록 하는 롤러에 내장되는 압력 감지 및 전송 시스템을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 도전층이 상하 교차하도록 배열되어 적층된 면상의 압력감지재의 감지 면적을 확장하여 압력을 감지할 수 있는 작용점이 많아지도록 하고 따라서 압력을 보다 폭넓고 정밀하게 감지할 수 있도록 하는 롤러에 내장되는 압력 감지 및 전송 시스템을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 압력 측정의 유효 면적이 넓어지므로, 압력 측정이 가능한 작용점이 보다 많아지며, 따라서, 평균값을 측정함으로써, 압력의 객관적인 값을 정확히 감지해낼 수 있도록 하는 롤러에 내장되는 압력 감지 및 전송 시스템을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 유효 면적이 넓어진 압력 측정 영역에 다수의 슬롯을 도입함으로써 입력단과 출력단의 숫자를 줄일 수 있으며, 따라서 회로 구성을 보다 단순하게 할 수 있는 롤러에 내장되는 압력 감지 및 전송 시스템을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은 도전층 중 상층 또는 하층에 전류 인입부와 인출부를 모두 마련함으로써 전류의 입력과 출력의 층을 단일화하였고, 따라서, 기존에는 상층과 하층이 제대로 정합되도록 면밀하게 설계하고 정합과정도 면밀하게 진행하였다면 본 발명은 상층 또는 하층을 구성한 후, 하층 또는 상층은 개별적으로 간단하게 부착하는 형식으로 제작하면 되므로, 제조방법이 크게 단순화하도록 개선된 버튼형 압력감지재가 탑재되는 롤러에 내장되는 압력 감지 및 전송 시스템을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전극면의 교차점이 압력감지재 제품내 및 제품간 모두 동일하게 되도록 하는 버튼형 압력감지재를 탑재하는 롤러에 내장되는 압력 감지 및 전송 시스템을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 롤러용 압력감지 시스템에 있어서, 적어도 두개의 원통형 롤러와 상기 롤러의 외부에 면접하면서 감기는 이송체 사이에서 상기 롤러의 표면의 이송체와 면접하는 부분 중 적어도 일부분에 밀착되도록 감기어 압력을 감지하는 압력감지재; 상기 압력감지재와 전기적으로 연결되며, 상기 롤러의 내부에 장입되고, 상기 압력감지재로부터 감지되는 압력신호를 수신하는 제어부; 및 상기 제어부에 의해서 수신된 압력신호를 외부로 전송하기 위한 전송부;를 포함하여 구성되며, 상기 압력감지재는 롤러에 의하여 이송체에 국부적으로 작용하는 장력을 감지하거나, 이송체의 진행방향과 수직방향을 기준으로 롤러의 일단과 반대단의 지점에서 측정된 압력을 통하여 롤러의 기울어진 정도를 감지하는 것을 특징으로 하는 롤러에 내장되는 압력 감지 및 전송 시스템을 제공한다.
상기 롤러의 양단부는 비금속 재질로 마감되어, 상기 전송부로부터 송신되는 신호가 차폐되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
상기 압력감지재는, 두 개의 압력감지재 단위모듈이 상하 대향되도록 배치되며, 상기 압력감지재 단위모듈 중 하나는, 기판; 상기 기판상에 형성되어 전극으로 작용하는 도전층; 및 상기 도전층상에 형성되어 감지부로 작용하는 접촉층;을 포함하고, 상기 압력감지재 단위모듈 중 다른 하나는, 기판; 상기 기판상에 형성되어 전극으로 작용하는 도전층;을 포함하며, 상기 도전층은 각각 기판상에 나란한 복수의 띠형상으로 구현되고, 상기 도전층은 상하 교차하도록 구성되되, 상기 도전층이 교차하는 영역의 두 도전층 중 적어도 어느 하나의 폭의 크기가 조절됨으로써 상기 영역의 면적이 확장되되, 확장된 영역 중 어느 하나는 인접한 영역과 중첩되지 않도록 하고, 상기 면적이 확장된 도전층의 교차지점은 내부에 슬롯이 형성되며, 상기 슬롯은 상하 교차하여 배열되도록 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명은 롤러에 복수의 압력감지부를 갖는 압력감지재를 감아서 압력 분포를 측정함으로써, 롤러에 의해 이동하는 벨트, 필름, 시트 등 이동 대상에 의하여 롤러 전반에 작용하는 장력을 국부적으로 모두 감지할 수 있도록 하는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명은 감지된 압력 신호를 수신하고, 이를 서버로 전송할 수 있도록 하기 위한 제어부를 롤러 내부에 구성하였으며, 궁극적으로 롤러 내부를 활용하여 공간활용도를 높이도록 하는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명은 롤러에 압력감지재를 감는 것만으로도 별도의 측정장비를 부가하지 않아도 롤러에 작용하는 장력과 롤러의 기울어짐(비틀어짐)을 감지할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명은 롤러의 길이방향으로 걸리고 있는 압력의 산포를 실시간 측정가능하기 때문에 길이방향으로 걸리는 장력의 산포, 변화, 벨트, 필름, 시트의 이동(사행) 등 다양한 변화를 감지할 수 있도록 하는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명은 롤러 위를 지나가는 이동체의 무게의 변화, 이동 등을 감지하여 낙하 등을 예상할 수 있으며, 사람이 올라갔을 때의 압력의 급작스런 변화를 예방하여 안전사고를 방지할 수 있도록 하는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명은 도전층이 상하 교차하도록 배열되어 적층된 면상의 압력감지재의 감지 면적을 확장하여 압력을 감지할 수 있는 작용점이 많아지도록 하고 따라서 압력을 보다 폭넓고 정밀하게 감지할 수 있도록 하는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명은 압력 측정의 유효 면적이 넓어지므로, 압력 측정이 가능한 작용점이 보다 많아지며, 따라서, 평균값을 측정함으로써, 압력의 객관적인 값을 정확히 감지해낼 수 있도록 하는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명은 유효 면적이 넓어진 압력 측정 영역에 다수의 슬롯을 도입함으로써 입력단과 출력단의 숫자를 줄일 수 있으며, 따라서 회로 구성을 보다 단순하게 할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명은 압력감지재의 도전층 중 상층 또는 하층에 전류 인입부와 인출부를 모두 마련함으로써 전류의 입력과 출력의 층을 단일화하였고, 따라서, 기존에는 상층과 하층이 제대로 정합되도록 면밀하게 설계하고 정합과정도 면밀하게 진행하였다면 본 발명은 상층 또는 하층을 구성한 후, 하층 또는 상층은 개별적으로 간단하게 부착하는 형식으로 제작하면 되므로, 압력감지재의 제조방법이 크게 단순화하도록 개선되는 효과를 기대할 수 있다.
본 발명은 전극면의 교차점이 압력감지재 제품내 및 제품간 모두 동일하게 되도록 한 버튼형 압력감지재를 도입함으로써 제품의 신뢰도를 높일 수 있도록 하는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 롤러에 작용하는 장력 및 기울어짐 측정을 위한 종래 방법을 나타내는 장치 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력감지재를 롤러에 감는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 롤러에 작용하는 장력 및 기울어짐 측정 방법을 나타내는 장치 모식도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 롤러에 작용하는 장력 및 기울어짐 측정 방법을 나타내는 장치 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력감지재와 연결되며, 롤러의 내부에 내장되는 제어부를 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 5의 본 발명의 일 실시예에 따른 압력감지재와 연결되며, 롤러의 내부에 통신수단과 제어부가 내장된 것을 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 6의 롤러와 외부 서버와 단말기간의 통신을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력감지재에서 도전층이 교차하는 영역의 면적이 확장된 상태를 나타내는 모식도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력감지재에서 도전층이 교차하는 영역에 슬릿이 형성된 것을 나타내는 모식도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력감지재에서 도전층이 교차하는 영역에 슬릿이 형성되고, 이를 교차한 상태를 나타내는 모식도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력감지재에서 도전층이 교차하는 영역의 전류의 흐름을 나타내는 모식도이다.
도 12는 기본적인 압력감지재를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 버튼형 압력감지재 및 전류의 흐름을 나타내는 모식도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 버튼형 압력감지재를 제작하는 과정을 나타내는 모식도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 롤러에 내장되는 압력 감지 및 전송 시스템에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 롤러에 작용하는 장력 및 기울어짐 측정을 위한 종래 방법을 나타내는 장치 모식도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력감지재를 롤러에 감는 과정을 나타내는 모식도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 롤러에 작용하는 장력 및 기울어짐 측정 방법을 나타내는 장치 모식도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 롤러에 작용하는 장력 및 기울어짐 측정 방법을 나타내는 장치 모식도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력감지재와 연결되며, 롤러의 내부에 내장되는 제어부를 나타내는 단면도이고, 도 6은 도 5의 본 발명의 일 실시예에 따른 압력감지재와 연결되며, 롤러의 내부에 통신수단과 제어부가 내장된 것을 나타내는 단면도이며, 도 7은 도 6의 롤러와 외부 서버와 단말기간의 통신을 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 도전층이 교차하는 영역의 면적이 확장된 상태를 나타내는 모식도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도전층이 교차하는 영역에 슬릿이 형성된 것을 나타내는 모식도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 도전층이 교차하는 영역에 슬릿이 형성되고, 이를 교차한 상태를 나타내는 모식도이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 도전층이 교차하는 영역의 전류의 흐름을 나타내는 모식도이고, 도 12는 기본적인 압력감지재를 나타내는 도면이다.
도 12에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 압력감지재는 두 개의 압력감지재 단위모듈이 상하 대향되도록 배치되며, 상기 압력감지재 단위모듈 중 하나는, 기판(11); 상기 기판(14)상에 형성되어 전극으로 작용하는 도전층(12); 및 상기 도전층(12)상에 형성되어 감지부로 작용하는 접촉층(13);을 포함하고, 상기 압력감지재 단위모듈 중 다른 하나는, 기판(14); 상기 기판(14)상에 형성되어 전극으로 작용하는 도전층(15);을 포함하며, 상기 압력감지재 단위모듈은 접촉층(13)이 서로 마주보도록 상하로 적층되고, 도전층(12, 15)이 상하 중첩되는 영역에서 압력이 감지된다.
여기서, 도전층(12, 15)은 대개 금속층이 될 것이나, 재질상 금속으로 한정되는 것은 아니다.
또한, 접촉층(13)은 압력이 가해질 때 다소간의 수축이 가능해지는 재질로서, 폴리머에 탄소가 분산되어 제조되는 탄소층을 예로 들 수 있다. 그러나, 접촉층(13)이 탄소층으로 제한되는 것은 아니다.
여기서, 상층과 하층은 각각 기판(11, 14), 도전층(12, 15), 접촉층(13)으로 구성될 수 있으나, 접촉층(13)은 상층과 하층 중 어느 하나에만 형성될 수도 있고, 이 경우 상층과 하층이 접촉층(13)을 공유하고 있는 것과 같은 형태가 된다.
도전층(12, 15)은 전도층으로 작용하며, 접촉층(13)은 절연층의 성격이 더 강하다. 접촉층(13)은 압력이 가해질 때의 저항 또는 캐패시턴스의 변화가 감지되도록 하는 역할의 비중이 크다.
도전층(12, 15)은 일 실시예로서, 각각 폭이 동일한 띠 형태의 상하 도전층(12, 15)이 교차하여 구성되며, 교차된 면적에서 압력이 작용하거나 압력의 변화가 일어나면 이를 감지하여 압력을 측정할 수 있다. 이는 통상의 압력감지재를 나타낸 것이다. 여기서, 전류의 흐름은 하나의 도전층(12, 15)으로부터 인입되는 전류 중 일부가 다른 하나의 도전층(12, 15)을 통해 인출되도록 흐름이 형성된다. 이로부터 압력의 변화가 측정될 수 있다. 즉, 상부 도전층(12, 15)으로부터 하부 도전층(12, 15)으로, 또는 하부 도전층(12, 15)으로부터 상부 도전층(12, 15)으로 전류가 흐르도록 구성된다. 결국 전류의 인입과 인출은 서로 다른 층의 도전층(12, 15)으로 진행되는 것이다.
도 2 내지 도 4에서 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 롤러(110)에 가해지는 압력의 불균형을 감지하기 위하여 압력감지재(200)를 롤러(110)의 전부 또는 적어도 일부분에 감아서 설치할 수 있다. 여기서, 압력감지재(200)는 설명을 위하여 구성을 단순화하여 표현하였으며, 금속층으로만 표시하였다. 이 때, 압력감지재(200)가 감지하는 압력은 롤러(110)와 이송체 사이에 작용하는 힘으로부터 측정될 수 있으며, 이는 이송체에 작용하는 장력으로 환산될 수 있다. 이 경우 압력의 측정지점을 복수개로 하게 되면 롤러(110)와 이송체의 국부적 장력이 모두 계산될 수 있으며, 장력의 불균형이 임계치 이상으로 커지면 이를 보정하는 조치를 취할 수 있다. 만일 이를 종래의 방법으로 수행하려면 수많은 센서를 롤러(110) 인근에 설치하여야 하며, 이 경우 설비비가 높아질 뿐만 아니라 설비가 복잡해지는 문제가 발생된다. 이를 고려하면 본 발명은 설비비가 거의 들지 않고, 설비도 간단하며, 그럼에도 불구하고 훨씬 많은 국부적 압력값과 압력 평균값을 도출할 수 있다. 또한, 보다 정확하게 롤러(110)의 오류를 조절할 수 있다.
도 5에서 도시된 바와 같이, 롤러(110)의 내부에는 압력감지재(200)와 전기적으로 연결되며, 상기 압력감지재(200)로부터 감지되는 압력신호를 수신하는 제어부(130)가 내장된다. 또한, 상기 제어부(130)에 의해서 수신된 압력신호를 외부로 전송하기 위한 전송부(140)도 내장된다. 즉, 종래의 기술과는 달리 압력감지와 감지신호 수신, 수신된 신호의 전송을 모두 롤러(110) 자체에서 해결할 수 있다. 제어부(130)와 전송부(140)의 경우, 롤러(110)의 내부에 마련된 공간내에 설치함으로써, 롤러(110)의 내부 공간을 활용할 수 있도록 하였다는데 의의가 있다. 즉, 압력 감지 시스템의 부피, 복잡도 등 다양한 면에서 소형화, 단순화 시킬 수 있다는 점에 특징이 있다.
상기 압력감지재(200)는 롤러(110)에 의하여 이송체에 국부적으로 작용하는 장력을 감지하거나, 이송체의 진행방향과 수직방향을 기준으로 롤러(110)의 일단과 반대단의 지점에서 측정된 압력을 통하여 롤러(110)의 기울어진 정도를 감지한다.
도 6에서 도시된 바와 같이, 상기 롤러(110)의 양단부 중 적어도 하나는 비금속 재질로 마감된 마감부(111)가 구비되어, 상기 전송부(140)로부터 송신되는 신호가 차폐되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 전송부(140)로부터 송신되는 신호는 금속과 만나면 그 신호의 진행이 방해되어 신호의 강도가 급감하는 경향이 있는 바, 롤러(110)의 대부분을 높은 강도를 갖는 금속으로 구성하되, 양단부 중 적어도 일단부는 플라스틱 등 전파가 차폐되지 않는 재질로 구성할 수 있다. 전파를 차폐하지 않는 한, 플라스틱 이외의 어떠한 구성도 적용할 수 있다.
이로써, 도 7에서 도시된 바와 같이, 외부의 서버(400), 스마트폰 등 단말기(500)는 롤러(110)로부터 전송되는 롤러(110)에 작용하는 다양한 압력신호를 확인할 수 있으며, 이상 발생시 즉각적으로 조치할 수 있다.
한편, 도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 압력감지재(200)의 형상을 변경하여 압력감지재(200) 운용을 보다 효과적으로 하고자 하였다.
즉, 본 발명에서는 두 개의 압력감지재(200) 단위모듈이 상하 대향되도록 배치되며, 상기 압력감지재(200) 단위모듈 중 하나는, 기판; 상기 기판상에 형성되어 전극으로 작용하는 도전층(240, 250); 및 상기 도전층(240, 250)상에 형성되어 감지부로 작용하는 접촉층;을 포함하고, 상기 압력감지재(200) 단위모듈 중 다른 하나는, 기판; 상기 기판상에 형성되어 전극으로 작용하는 도전층(240, 250);을 포함하며, 상기 도전층(240, 250)은 각각 기판상에 나란한 복수의 띠형상으로 구현되고, 상기 도전층(240, 250)은 상하 교차하도록 구성되되, 상기 도전층(240, 250)이 교차하는 영역의 두 도전층(240, 250) 중 적어도 어느 하나의 폭의 크기가 조절됨으로써 상기 영역의 면적이 확장되되, 확장된 영역 중 어느 하나는 인접한 영역과 중첩되지 않는 유효 감지 면적이 확장된 압력감지재(200)를 구성하였다.
상기 면적이 확장된 도전층(240, 250)의 교차지점은 내부에 슬롯(242, 252)이 형성되며, 상기 슬롯(242, 252)은 상하 교차하여 배열되도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 도전층(240, 250)은 전극으로 사용되어 접촉층과 도전층(240, 250)의 접촉에 의하여 발생되는 압력을 감지하되, 압력의 감지는 전극간(도전층(240, 250)간)의 이격거리의 변동에 따른 저항 및 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 가능해진다. 이는 전술한 바와 같이 압력 발생시 접촉층이 탄성에 의하여 변형됨으로써 가능해진다.
또한, 본 발명의 압력감지재(200)는 기존의 압력감지재(200)에 비하여 전체 입력단과 출력단의 개수는 동일한데, 작용점이 많아지게 되며, 하나의 지점에서 측정되는 영역이 넓어지고 그 부분에서 감지되는 여러 압력값을 평균값으로 출력할 수 있다.
통상적인 압력감지재(200)의 도전층(240, 250)은 도시되지는 않았으나, 각각 폭이 동일한 띠 형태의 상하 도전층(240, 250)이 교차하여 구성되며, 교차된 면적에서 압력이 작용하거나 압력의 변화가 일어나면 이를 감지하여 압력을 측정할 수 있다.
교차지점(251, 253)의 크기 또는 교차지점(251, 253)의 총 면적이 작은 경우에는 압력을 감지할 수 있는 영역이 작아짐을 의미하며, 정밀하게 압력을 측정하기 어렵다. 교차지점(251, 253)의 총 면적을 늘리기 위하여 보다 얇은 폭을 갖는 더 많은 수의 도전층(240, 250)을 설치할 수 있는데, 이 경우에는 각 도전층(240, 250)마다 필요한 결선이 더 많아지므로 회로구성이 복잡해지는 문제점이 존재한다.
따라서, 본 발명에서는 이를 개선하기 위하여 교차지점(251, 253)의 면적은 넓히되, 면적에 비례하는 도전층(240, 250)의 개수는 지나치게 많아지지 않도록 적절하게 조절되거나, 그 개수가 증가하지 않도록 하였다. 교차지점(251, 253)이 넓어짐으로써 감지되는 압력감지영역이 커지며, 따라서, 압력감지의 사각지대를 크게 해소하였다.
한편, 압력감지영역(도전층(240, 250)이 교차하여 면적이 확장된 영역)이 넓어지는 경우, 압력발생지점으로부터 일정 범위에서 발생하는 지점이 첨예하지 않고, 넓은 경우에는 명확한 압력발생 지점이 감지되지 않을 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 압력감지영역에 슬롯(242, 252)을 마련하고, 해당 슬롯(242, 252) 이외의 영역에서만 압력이 감지되도록 하였다. 즉, 슬롯(242, 252)이 구성되면 압력감지영역을 첨예화 할 수 있다. 이 경우 교차지점(251, 253)의 총 면적을 늘리기 위하여 보다 얇은 폭을 갖는 더 많은 수의 도전층(240, 250)을 설치하는 경우와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있음과 동시에 도전층(240, 250)의 인입부와 인출부의 개수는 그대로 유지할 수 있으므로, 회로구성이 복잡해지는 것을 피할 수 있다.
상부 도전층(240, 250)과 하부 도전층(240, 250)의 압력감지영역은 동일한 형상을 이루는 것이 바람직하며, 슬롯(242, 252)의 형상 및 개수도 상하 도전층(240, 250)에 동일하게 구성할 수도 있다. 슬롯(242, 252)의 생성 방향은 서로 교차하도록 구성될 수 있으며, 또한, 서로 나란하게 구성될 수도 있다.
슬롯(242, 252)이 생성되는 경우, 상부 또는 하부 도전층(240, 250)의 단일의 인입부와 하부 또는 상부 도전층(240, 250)의 단일의 인출부 사이에 슬롯(242, 252)으로 구분되는 복수의 채널이 전류의 통로가 된다(도 11 참조). 이로써, 압력의 감지는 전극간(도전층(240, 250)간)의 이격거리의 변동에 따른 저항 및 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 가능해진다. 접촉층은 전극간 이격거리의 변동이 가능하도록 다소간의 탄성을 갖는 재질로 구성된다.
만일 교차하는 압력감지영역에 복수의 압력이 작용하는 경우, 압력은 동시에 감지되며, 감지되는 압력값은 평균값으로서 단일의 값으로 산출될 수 있다.
한편, 압력감지영역은 서로 이격되며, 이격시의 간격은 실험적으로 정해질 수 있다. 만일 압력감지영역의 경계가 서로 지나치게 가까운 경우, 압력 발생 지점이 두개의 압력감지영역에 걸칠 수 있으며, 이 경우에는 압력측정에 혼동이 발생될 수 있으므로, 어느 정도 간격이 형성되는 것이 좋다.
본 발명의 버튼형 압력감지재(300)는 두 개의 압력감지재 단위모듈이 상하 대향되도록 배치되며, 상기 압력감지재 단위모듈 중 제1단위모듈(320)은, 기판; 상기 기판상에 형성되어 전극으로 작용하는 도전층(330, 380); 및 상기 도전층(330, 380)상에 형성되어 감지부로 작용하는 접촉층(350);
을 포함하고, 상기 압력감지재 단위모듈 중 제2단위모듈(310)은, 기판; 상기 기판상에 형성되어 전극으로 작용하는 도전층(330, 380);을 포함하며, 상기 압력감지재 단위모듈은 접촉층(350)이 서로 마주보도록 상하로 적층되고, 상기 도전층(330, 380)들 중 어느 하나의 층에 위치하는 도전층(330, 380)은 동일기판상에서 두개의 인접하는 제1도전층(330)과 제2도전층(380)으로 구성되고, 제1도전층(330) 및 제2도전층(380) 중 어느 하나는 전류 인입부(370)와 연결되며, 나머지 하나는 전류 인출부(140)와 연결되고, 제1도전층(330)과 제2도전층(380)은 서로 중첩되는 부분이 존재하지 아니하여 전류 인가시 제1도전층(330)과 제2도전층(380)은 또 다른 층에 위치하는 도전층(330, 380)을 매개로 서로 통전되도록 구성된다.
제1도전층(330) 또는 제2도전층(380)은, 제2도전층(380) 또는 제1도전층(330)과 동심을 이루며, 제1도전층(330) 또는 제2도전층(380)은 제2도전층(380) 또는 제1도전층(330)을 둘러싸되, 서로 중첩되지 않도록 할 수 있다.
상기 중첩되지 않도록 한다는 것은 제1도전층(330)과 제2도전층(380)이 간극을 이루되, 서로 단락되지 않도록 구성된다는 의미이다.
여기서 접촉층(350)은 압력이 가해질 때 다소간의 수축이 가능해지는 재질로서, 폴리머에 탄소가 분산되어 제조되는 탄소층을 예로 들 수 있다. 그러나, 접촉층(350)이 탄소층으로 제한되는 것은 아니다.
여기서, 상층과 하층은 각각 기판, 도전층(330, 380), 접촉층(350)으로 구성될 수 있으나, 접촉층(350)은 상층과 하층 중 어느 하나에만 형성될 수도 있고, 이 경우 상층과 하층이 접촉층(350)을 공유하고 있는 것과 같은 형태가 된다.
도전층(330, 380)은 전도층으로 작용하며, 접촉층(350)은 절연층의 성격이 더 강하다. 접촉층(350)은 압력이 가해질 때의 저항 또는 캐패시턴스의 변화가 감지되도록 하는 역할의 비중이 크다.
하나의 압력감지재 단위모듈에 구성된 도전층(330, 380)이 제1도전층(330)과 제2도전층(380)으로 구성되는 경우에는 나머지 하나의 압력감지재 단위모듈에 구성된 도전층(330, 380)은 이와 같이 구분되지 않고, 단일체로 구성된다. 압력감지재 단위모듈이 중첩될 때에는 단일체로 구성된 도전층(330, 380)은 제1도전층(330)과 제2도전층(380) 사이에 형성되는 간극을 모두 덮을 수 있도록 중첩되어야 한다. 그래야 통전의 사각지대가 없게 된다.
도 13에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 의하면 압력감지재 단위모듈 중 하나의 도전층(330, 380)은 제1도전층(330)과 제2도전층(380)으로 구성되며, 제1도전층(330)과 제2도전층(380)은 동심원을 이루도록 하면서, 서로 단락되지 않도록 형상화되었다. 여기서 제1도전층(330)은 제2도전층(380) 주변 대부분을 둘러싸는 형태로 구성되며, 제1도전층(330)은 그 외주면 중 한 부분으로 전류가 인출되도록 전류 인출부(140)가 구성되고, 제2도전층(380)은 그 외주면 중 제1도전층(330)과 멀어지는 방향으로 전류 인입부(370)가 구성된다. 전류 인출부(140)와 전류 인입부(370)는 서로 대체되어도 무방하다.
하나의 압력감지재 단위모듈만으로는 제1도전층(330)과 제2도전층(380)을 관통할 수 없는데, 이는 제1도전층(330)과 제2도전층(380)간에 단락되는 부분없이 완전히 분리되어 있기 때문이다.
이 경우, 제1도전층(330)과 제2도전층(380)의 간극을 이격된 상태에서 가교시키도록 또 다른 압력감지재 단위모듈이 제1도전층(330)과 제2도전층(380)이 포함된 압력감지재 단위모듈에 적층된다. 전술한 바와 같이, 적층된 압력감지재 단위모듈의 도전층(330, 380)은 제1도전층(330)과 제2도전층(380)으로 구분되지 않고, 단일체로 구성되며, 간극을 가교시켜 통전이 가능하도록 한다. 통전되는 경로를 도 13에 나타내었다.
이와 같이 구성할 경우, 도 14와 같은 예시적인 형태의 압력감지재 단위모듈을 복수로 구성하고, 각 압력감지재 단위모듈에 또 다른 압력감지재 단위모듈을 기계적으로 적층시키기만 하면 되며, 종래에서와 같이 압력감지재를 구성하기 위하여 적층하는 과정에서 기울어야 하는 주의 수준이 낮아지고, 오류도 낮아지는 장점이 존재한다.
도전층(330, 380)은 전극으로 사용되어 접촉층(350)과 도전층(330, 380)의 접촉에 의하여 발생되는 압력을 감지하되, 압력의 감지는 전극간(도전층(330, 380)간)의 이격거리의 변동에 따른 저항 및 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 가능해진다. 이는 전술한 바와 같이 압력 발생시 접촉층(350)이 탄성에 의하여 변형됨으로써 가능해진다.
한편, 위 간극의 간격은 실험적으로 정해질 수 있다. 만일 간격이 지나치게 좁은 경우, 압력 발생 지점이 두개의 압력감지영역에 걸칠 수 있으며, 이 경우에는 압력측정에 혼동이 발생될 수 있으므로, 어느 정도 간격이 형성되는 것이 좋다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100, 200 : 압력감지재 110 : 롤러
101, 102, 240, 250, 350 : 도전층 103, 241, 251, 253 : 교차지점
130 : 제어부 140 : 전송부
150 : 안테나 242, 252 : 슬롯
300 : 버튼형 압력감지재 310 : 제2단위모듈
320 : 제1단위모듈 330 : 제1도전층
340 : 전류 인출부 350 : 접촉층
370 : 전류 인입부 380 : 제2도전층
400 : 서버 500 : 단말기

Claims (4)

  1. 롤러용 압력감지 시스템에 있어서,
    적어도 두개의 원통형 롤러와 상기 롤러의 외부에 면접하면서 감기는 이송체 사이에서 상기 롤러의 표면의 이송체와 면접하는 부분 중 적어도 일부분에 밀착되도록 감기어 압력을 감지하는 압력감지재;
    상기 압력감지재와 전기적으로 연결되며, 상기 롤러의 내부에 장입되고, 상기 압력감지재로부터 감지되는 압력신호를 수신하는 제어부; 및
    상기 제어부에 의해서 수신된 압력신호를 외부로 전송하기 위한 전송부;
    를 포함하여 구성되며,
    상기 압력감지재는 롤러에 의하여 이송체에 국부적으로 작용하는 장력을 감지하거나, 이송체의 진행방향과 수직방향을 기준으로 롤러의 일단과 반대단의 지점에서 측정된 압력을 통하여 롤러의 기울어진 정도를 감지하고,
    상기 롤러의 양단부 중 적어도 하나는 비금속 재질로 마감되어, 상기 전송부로부터 송신되는 신호가 차폐되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 롤러에 내장되는 압력 감지 및 전송 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압력감지재는,
    두 개의 압력감지재 단위모듈이 상하 대향되도록 배치되며,
    상기 압력감지재 단위모듈 중 하나는,
    기판;
    상기 기판상에 형성되어 전극으로 작용하는 도전층; 및
    상기 도전층상에 형성되어 감지부로 작용하는 접촉층;
    을 포함하고,
    상기 압력감지재 단위모듈 중 다른 하나는,
    기판;
    상기 기판상에 형성되어 전극으로 작용하는 도전층;
    을 포함하며,
    상기 도전층은 각각 기판상에 나란한 복수의 띠형상으로 구현되고, 상기 도전층은 상하 교차하도록 구성되되,
    상기 도전층이 교차하는 영역의 두 도전층 중 적어도 어느 하나의 폭의 크기가 조절됨으로써 상기 영역의 면적이 확장되되, 확장된 영역 중 어느 하나는 인접한 영역과 중첩되지 않도록 하고,
    상기 면적이 확장된 도전층의 교차지점은 내부에 슬롯이 형성되며, 상기 슬롯은 상하 교차하여 배열되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 롤러에 내장되는 압력 감지 및 전송 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압력감지재는,
    두 개의 압력감지재 단위모듈이 상하 대향되도록 배치되며,
    상기 압력감지재 단위모듈 중 제1단위모듈은,
    기판; 상기 기판상에 형성되어 전극으로 작용하는 도전층; 및 상기 도전층상에 형성되어 감지부로 작용하는 접촉층;
    을 포함하고,
    상기 압력감지재 단위모듈 중 제2단위모듈은,
    기판; 상기 기판상에 형성되어 전극으로 작용하는 도전층;
    을 포함하며,
    상기 압력감지재 단위모듈은 접촉층이 서로 마주보도록 상하로 적층되고,
    상기 도전층들 중 어느 하나의 층에 위치하는 도전층은 동일기판상에서 두개의 인접하는 제1도전층과 제2도전층으로 구성되고, 제1도전층 및 제2도전층 중 어느 하나는 전류 인입부와 연결되며, 나머지 하나는 전류 인출부와 연결되고, 제1도전층과 제2도전층은 서로 중첩되는 부분이 존재하지 아니하여 전류 인가시 제1도전층과 제2도전층은 또 다른 층에 위치하는 도전층을 매개로 서로 통전되는 것을 특징으로 하는 롤러에 내장되는 압력 감지 및 전송 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    제1도전층 또는 제2도전층은, 제2도전층 또는 제1도전층과 동심을 이루며, 제1도전층 또는 제2도전층은 제2도전층 또는 제1도전층을 둘러싸되, 서로 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는 롤러에 내장되는 압력 감지 및 전송 시스템.
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