KR102555842B1 - 전기자극 의류 - Google Patents

Abstract

본 발명은 안정적이고 지속적으로 인체에 미세한 전기자극을 인가할 수 있으며 제작이 용이한 전기자극 의류에 관한 것으로, 상세하게는 제1전극과 전도성 브릿지가 일체를 이루고 제1전극이 인체와 직접 접촉하는 것을 제한하는 절연성 기재를 포함하며 전도성 브릿지의 일 단부인 접촉부가 피부와 접촉하여 인체에서 발생하는 전기장에 의해 미세한 전기자극을 인체에 인가할 수 있는 전기자극 의류에 관한 것이다.

Description

전기자극 의류{Electric Stimulation Clothing}

본 발명은 인공적인 외부 전력원(power source)의 사용 없이, 자극인가대상에게 전기적 자극을 줄 수 있는 전기자극 의류에 관한 것이다.

4차 산업혁명 시대를 맞아 웨어러블 기기(wearable device)의 개발이 본격화되고 있고, 이미 스마트 워치, 웨어러블 글라스, 피트니스 밴드 등 다양한 웨어러블 기기들이 출시되고 있으며, 크기가 작고 가벼우며 유연성의 특징을 갖는 웨어러블 기기의 출시로 사람들이 항상 입고 있는 필수품인 의류에 웨어러블 기술을 접목하여 활용될 수 있는 기능성 섬유가 많이 개발되고 있다.

특히, 전기자극은 주름 개선, 상처 및 골절 치유 촉진, 근육 피로 개선, 염증개선, 혈액 순환 개선, 복부 지방 감소, 항균 등의 다양한 효과를 가지는 것이 입증된 바 있으므로 전원공급부로부터 인가되는 전류로 근육을 직접 자극해 뇌의 명령없이 근육을 자극시키는 전기근육자극(Electrical Muscle Stimulation; EMS)을 이용한 장치가 개발되고 있다.

그러나, 이러한 종래의 전기근육자극을 이용한 장치들은 인체에 전기자극을 인가하기 위한 배터리 등의 에너지 원을 필요로 하기 때문에, 구성이 복잡하고 소형화에 한계가 있었다.

상세히 설명하면, 기능성 섬유의 동작을 위한 전원 인가부, 전기자극부에 전기자극을 인가하는 전기자극기, 전기자극기의 구동을 제어하는 휴대단말부 등 추가 외부기기를 필요로 하는 기능성 섬유의 경우 일반 직물과 대비하여 같은 질감과 촉감을 유지하는데 한계를 보일 수 밖에 없으므로 활동 시 착용자의 불편함을 야기할 수 있고 장시간 착용에 어려움이 있다.

이에, 본 발명자는 대한민국 공개특허 제10-2020-0079426호 “운동효과 증대 의복”에 개시된 바와 같이, 인체에서 발생하는 전기장을 에너지원으로 사용하여 에너지가 저장되는 배터리 또는 에너지를 전기 에너지로 변환하는 하베스팅 유닛이 필요 없이, 접촉하는 인체 전반에 일정한 전기자극을 인가할 수 있는 의복을 개발하였다.

하지만, 피부와 접촉하는 제1전극, 피부와 접촉하지 않는 제2전극 및 두 전극을 전기적으로 연결시키는 연결매체가 구비되어져야 하는 바, 제작이 복잡하고 연결매체와 전극 간의 단선이나 전극의 박리 또는 탈리와 같은 단점이 존재하며 전기자극으로 인한 앞서 상술한 효과의 향상을 위해 전기자극의 세기를 증대시키는데 한계가 있었다.

이에, 전기자극을 인가할 수 있는 의복을 착용하고 착용자가 활동함에 있어, 지속적인 전기자극을 안정적으로 공급할 수 있어야 하고 전기자극 의류 착용에 의한 효과를 향상시키기 위해서는 피부에 가해지는 전기자극의 세기를 증대 시킬 필요성이 있으며 제작이 용이한 전기자극 의류를 개발할 필요성이 있다.

대한민국 공개특허 10-2020-0079426호

본 발명의 목적은 평상시 일반적인 활동에서 인체에 지속적으로 미세한 전기자극을 안정적으로 인가하여 착용자의 불편함을 최소화하고 장시간 착용 가능한 전기자극 의류를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 필요 목적에 따라 전기자극 세기가 증강되어 전기자극 효과가 향상된 전기자극 의류를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 제작이 용이한 전기자극 의류를 제공하는 것이다.

본 발명의 전기자극 의류는 섬유를 포함하는 절연성 기재; 기재의 일 면에 위치하는 제1전극; 제1전극과 일체를 이루며 제1전극으로부터 연장되어 기재를 두께 방향으로 관통하는 전도성 브릿지; 및 기재 일 면의 대향면에 위치하는 전도성 브릿지의 일 단부인 접촉부;를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 접촉부는 기재의 표면으로 노출되어 의류 착용자의 피부와 접촉할 수 있다.

본 발명에 따른 전기자극 의류는 하나의 제1전극에 둘 이상의 전도성 브릿지가 서로 이격되어 위치할 수 있다.

본 발명에 따른 전기 자극 의류는 기재 일면의 대향면과 접하여 위치하는 관통형 기공 어레이를 포함하는 멤브레인을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인의 일면과 접촉부가 접하는 접촉 범위 내에 개구부가 위치하는 하나 이상의 관통형 기공이 전도성 물질로 채워질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 물질은 멤브레인의 일면의 대향면에 위치하는 관통형 기공의 개구부로 노출되어 전기 자극부를 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자극부는 의류 착용자의 피부와 접촉할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자극부는 관통형 기공을 통해 전도성 브릿지로부터 분지된 형태를 포함할 수 있다.

본 발명의 전기자극 의류는 관통형 기공의 크기, 모양 및 배열에서 하나 이상 선택되는 인자에 의해 전기자극의 세기가 조절될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제1전극, 전도성 브릿지 및 전기 자극부는 서로 동일한 물질일 수 있다.

본 발명의 전기자극 의류는 제1전극 상부에 결착되는 전기 자극 증대부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 전기자극 의류는 절연성 기재 일 면에 위치하여 피부와 접촉하지 않는 제1전극과 피부와 접촉하는 접촉부가 일체형으로 연결되어, 대상자가 착용 후 활동 시에도 안정적으로 발생한 전기장을 접촉된 대상자의 신체에 전달시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 전기자극 의류는 피부와 접촉하는 전기 자극부의 크기, 모양 및 배열에서 하나 이상 선택되는 인자에 의해 전기자극의 세기가 조절될 수 있고, 전기적으로 연결된 부분의 낮은 접촉 저항으로 인해 종래의 전기자극 보다 증강된 자극의 세기를 제공할 수 있는 장점이 있다.

나아가, 별도의 연결매체나 피부와 접촉하는 전극의 제작없이 유동성 있는 전도성 물질을 절연성 기재의 일면에 도포함으로써 전기자극 의류를 제작할 수 있어 제작 공정이 종래의 기술보다 현저히 용이하다는 장점을 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 전기자극 의류를 나타낸 단면 사시도 및 단면 확대도이다.
도 2는 도 1에 도시된 의류의 제1전극 및 접촉부 크기에 따른 전기자극 세기의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 전기자극 의류의 제1 실시예를 나타낸 단면 확대도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전기자극 의류의 제2 실시예를 나타낸 단면 확대도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전기자극 의류의 제3 실시예를 나타낸 단면 확대도이다.

본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 개의 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 수치 범위는 하한치와 상한치와 그 범위 내에서의 모든 값, 정의되는 범위의 형태와 폭에서 논리적으로 유도되는 증분, 이중 한정된 모든 값 및 서로 다른 형태로 한정된 수치 범위의 상한 및 하한의 모든 가능한 조합을 포함한다. 본 발명의 명세서에서 특별한 정의가 없는 한 실험 오차 또는 값의 반올림으로 인해 발생할 가능성이 있는 수치범위 외의 값 역시 정의된 수치범위에 포함된다.

본 명세서의 용어, '포함한다'는 '구비한다', '함유한다', '가진다' 또는 '특징으로 한다' 등의 표현과 등가의 의미를 가지는 개방형 기재이며, 추가로 열거되어 있지 않은 요소, 재료 또는 공정을 배제하지 않는다.

또한, 본 명세서의 용어, '실질적으로'는 특정된 요소, 재료 또는 공정과 함께 열거되어 있지 않은 다른 요소, 재료 또는 공정이 발명의 적어도 하나의 기본적이고 신규한 기술적 사상에 허용할 수 없을 만큼의 현저한 영향을 미치지 않는 양 또는 정도로 존재할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명에 따른 전기자극 의류는 섬유를 포함하는 절연성 기재; 기재의 일 면에 위치하는 제1전극; 제1전극과 일체를 이루며 제1전극으로부터 연장되어 기재를 두께 방향으로 관통하는 전도성 브릿지; 및 기재 일 면의 대향면에 위치하는 전도성 브릿지의 일 단부인 접촉부;를 포함한다.

상세하게, 인체는 70~80퍼센트가 극성 분자인 물로 이루어짐으로 인해 유전 현상이 발생하게 된다. 인체가 움직일 때마다 교류전류가 발생하며 이러한 교류전류는 인체 내 수분에 의해 교류전기장의 형태로 인체의 다른 부위로 전파되게 된다. 전파되는 교류전기장이 인체와 접촉하는 접촉부에 도달하여 접촉부에 교류 전기장이 입력되는 경우 이를 상쇄시키는 방향으로 접촉부와 제1전극간 전하 이동이 발생하며, 절연성 기재의 일 면에 위치하는 제1전극과 절연성 기재의 일 면의 대향면에 위치하는 전도성 브릿지의 일 단부인 접촉부간 전위 차이가 형성된다. 이때, 발생한 교류전기장이 접촉부에 입력됨에 따라 접촉부와 제1전극 간에도 교류 형태로 전위차가 형성되게 되며, 형성된 전기장에 의해 인체가 자극되는 것이다.

일 구체예로 제1전극과 제1전극과 연결되어 기재를 두께 방향으로 관통하는 전도성 브릿지는 제1전극으로부터 연장된 일체형으로 별도의 접착제나 결합제의 사용없이 제1전극과 연결되어 낮은 접촉저항으로 전하의 이동경로를 제공한다.

인체에 가해지는 자극의 효율을 높이기 위해서는 전위 차이로 발생한 전하의 이동이 원활해야 하는데 종래의 기술은 피부와 접촉하는 제1전극과 피부와 접촉하지 않는 제2전극을 전기적으로 연결할 수 있는 연결매체를 포함하고 있다. 이 때, 연결매체와 각각의 전극은 전기적 접촉이 이루어져야 하고 실제 접촉 단면적이 겉보기 접촉 단면적보다 작을 경우 전류의 흐름을 방해하여 접촉저항이 상승하게 되며 이는 결과적으로 전하의 흐름을 방해하여 인체에 가해지는 자극의 세기가 약해질 수 밖에 없다. 또한, 두 전극의 기계적 연결로 인해 전기자극 의류를 착용 후 활동시 각각의 전극과 연결매체와의 연결이 끊어지는 단점이 존재 할 수 있지만, 제1전극과 일체형으로 연결된 전도성 브릿지가 전기적 연결 통로를 제공하는 본 발명의 경우, 단선의 문제로부터 보다 자유로울수 있으며 이는 종래의 전기자극 의류보다 안정적으로 발생한 전기장을 접촉된 대상자의 신체에 전달하는 효과를 가질 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전기자극 의류에 관하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 전기자극 의류를 나타낸 단면 사시도 및 단면 확대도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 전기자극 의류는 절연성 기재(100); 제1전극(200); 전도성 브릿지(300); 및 접촉부(400);를 포함한다.

상세히 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 기재(100)는 빈 공간을 포함하는 직조 또는 비 직조된 섬유일 수 있다.

여기서, 섬유라 함은 평상시에 사용자가 인체에 착용 가능한 형상을 유지할 수 있는 것으로 다양한 형상을 가질 수 있으며, 제1전극(200)과 접촉부(400) 사이의 전기장을 형성할 수 있는 절연체 역할을 하면 충분하다. 섬유는 절연의 성질을 가지고 동일한 전기장에서 제1전극(200)과 접촉부(400)가 전위차를 가지게 하여 전기장을 형성할 수 있는 다양한 물질을 포함할 수 있으므로 특정 섬유로 한정하지 않는다.

바람직한 일 예로 섬유는 신축성이 있어 전기자극 의류를 착용한 사용자의 피부와 섬유상에 형성된 접촉부가 밀착될 수 있다.

신축성이 있는 섬유는 폴리우레탄 또는 스판덱스가 천연 섬유, 나일론 섬유, 폴리에스테르 섬유 및 아크릴 섬유에서 하나 이상 선택되는 섬유와 합성된 섬유를 포함할 수 있다.

일 구체예로 절연성 기재(100)에 포함된 빈 공간은 직조 방법에 따라, 기재의 두께 방향으로 규칙 및/또는 불규칙하게 형성된 어레이 형태일 수 있고 빈 공간이 서로 얽혀있는 네트워크 형태 일 수 있다.

일 예로 빈 공간의 크기는 1 내지 1000μm 일 수 있고 구체적으로는 20 내지 500μm 일 수 있으며, 보다 구체적으로는 40 내지 300μm일 수 있다.

상세히 설명하면, 의류 소재에 사용되는 섬유의 요건으로 굵기는 10 내지 30μm 내외로 가늘고 긴 것이 좋다고 알려져 있다. 섬유의 교차방법이나 고리를 엮는 방법에 따라 조직된 직물의 특징이 결정되며, 의류의 기능 중 하나인 통기성을 확보하고 전기적 연결 통로를 제공할 수 있는 섬유의 빈 공간의 크기는 상기 범위를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 구체예에 따른 전도성 물질을 포함하는 있는 제1전극(200)은 절연성 기재(100)의 일 면에 위치할 수 있다.

후술할 본 발명의 전기자극 의류의 제조방법과 관련하여 전도성 물질은 절연성 기재(100)의 빈 공간으로 충분히 함침될 수 있는 수준의 저점도를 가지는 전도성 조성물로부터 경화되어 생성된 물질일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 물질은 전도성 유기물, 도전성 필러 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

일 구체예에서, 전도성 유기물은 전도성 고분자를 포함할 수 있다. 일 예로, 전도성 고분자는 폴리아세틸렌(polyacethylene)계, 폴리아닐린(Polyaniline)계, 폴리피롤(Polypyrrole)계 및 폴리티오펜(Polythiophene)계 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 실질적인 일 예로, 전도성 고분자는 폴리아세틸렌 (polyacetylene, PA), 폴리아닐린(polyaniline, PANI), 폴리피롤(polypyrrolek, PPy), 폴리티오펜(polythiophen, PT), 폴리에틸렌디옥시티오펜(poly(3,4-ethylenedioxythiophene), PEDOT), 폴리이소티아나프텐(polyisothianaphthene, PITN), 폴리페닐렌 비닐렌(polyphenylene vinylene, PPV), 폴리페닐렌(polyphenylene, PPE), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide, PPS) 및 폴리설퍼니트리드(polysulfur nitride, PSN) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

상세하게, 도전성 필러는 금속, 전도성 탄소재 및 전도성 산화물 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다.

금속은 그 자체로 매우 좋은 도체임에 따라, 알칼리금속, 알칼리토금속, 전이금속 및 후전이금속군에서 하나 이상 선택된 금속 또는 이들의 합금 등이면 족하다. 다만, 자극인가대상이 인체인 경우, 보다 확고한 사용 안정성을 위해, 전도성 금속은 구리, 금, 은, 스테인리스 스틸, 알루미늄 등과 같이 접촉시 생체 안정성이 확인된 금속일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

전도성 탄소재는 탄소섬유, 활성탄소, 탄소나노튜브, 흑연, 카본블랙, 그래핀(환원그래핀옥사이드), 이들의 조합 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

전도성 산화물은 투명 전극으로 통상적으로 사용되는 투명 전도성 산화물을 들 수 있으며, 투명 전도성 산화물로 FTO(Fouorine doped Tin Oxide), ITO(Indium doped Tin Oxide), GZO(Ga doped ZnO), AZO(Al doped ZnO), ZnO, SnO2, TiO2등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

일 구체예에 있어, 도전성 필러는 절연성 기재(100)의 빈 공간으로 충분히 함침될 수 있어야 하므로 입자상과 같은 0차원의 구조일 수 있다.

입자상은 특별히 제한되지 않으나, 활성탄소, 흑연, 카본블랙, 그래핀 응집체(crumpled graphene particle), 환원된 산화그래핀 응집체(crumpled reduced graphene oxide(RGO) particle)등과 같은 전도성 탄소 입자이거나, 금속 입자, 전도성 산화물 입자, 전도성 고분자 입자 또는 이들의 혼합 입자일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

구체적으로 입자상의 크기는 1 내지 1000nm일 수 있고, 구체적으로 10 내지 500nm일 수 있으며, 보다 구체적으로는 40 내지 100nm일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 물질은 도전성 필러가 전도성 유기물 매트릭스에 분산 결합된 형태일 수 있다.

상세하게, 도전성 필러 : 전도성 유기물의 중량비는 1 : 0.1 내지 10 일 수 있고 구체적으로 1 : 1 내지 5 일 수 있다. 전도성 유기물내에서 도전성 필러들의 물리적 접촉이 일어나 전기적 특성을 향상 시킬 수 있고 도전성 필러들의 응집을 방지하기 위해서는 한정된 범위의 중량비를 가지는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 구체예에 따른 전도성 물질은 도전성 필러가 비전도성 유기물 매트릭스에 분산 결합되되, 도전성 필러간의 접촉에 의해 연속적인 전류이동경로가 형성된 것일 수 있다.

이 때 비전도성 매트릭스는 절연성 수지일 수 있다. 절연성 수지는 아크릴레이트수지, 에폭시수지, 폴리에스터, 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 폴리아마이드, 폴리이미드 및 폴리에테르 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

상세하게, 도전성 필러 : 비전도성 매트릭스의 중량비는 1 : 0.1 내지 5 일 수 있고 구체적으로 1 : 0.5 내지 1 일 수 있다. 비전도성 매트릭스 내에서 도전성 필러들이 서로 물리적으로 결착되어 전도성의 특성을 가지기 위해서는 상기 범위의 중량비를 가지는 것이 바람직하다.

앞서 상술한 전도성 물질을 포함하는 제1전극(200)은 높은 유연성을 가질 수 있어, 신축성 또는 탄성의 특성을 갖는 섬유를 포함하는 절연성 기재(100)위에 위치하여 본 발명의 전기자극 의류 착용자가 활동 시 느끼는 불편함을 최소화 할 수 있고 전도성 물질은 절연성 기재(100)에 물리적으로 결착되어 제1전극(200)이 안정적으로 절연성 기재(100)의 일면에 위치할 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따른, 전도성 브릿지(300)는 제1전극(200)과 일체를 이루며 제1전극(200)으로부터 연장되어 절연성 기재(100)를 두께 방향으로 관통하여 위치할 수 있다.

여기서, 제1전극(200)과 전도성 브릿지(300)가 일체를 이룬다 함은 별도의 연결부재나 연결매체에 의한 연결이 아닌 제1전극(200)과 동일 물질로 구성될 수 있으며 제1전극(200)으로부터 연장된 형태임을 알 수 있다.

구체적으로, 앞서 상술한 바와 같이, 저점도의 전도성 조성물로부터 제1전극(200)이 형성됨과 동시에 절연성 기재(100)에 포함된 섬유의 공극을 채움으로써 전도성 브릿지(300)가 형성될 수 있다.

상세하게, 캐필러리 힘과 중력등에 의해, 전도성 조성물이 절연성 기재(100)의 두께 방향으로 흐르며 섬유의 공극이 채워질 수 있으며, 전도성 조성물의 일부는 공극 주변과 인접한 섬유에 스며들면서 절연성 기재를 두께 방향으로 관통하여 전도성 브릿지를 형성할 수 있다.

전도성 브릿지(300)의 일 단부인 접촉부(400) 역시 제1전극(200)과 전도성 브릿지(300)와 동일 물질로 구성됨은 물론이고, 접촉부(400)는 기재의 표면으로 노출되어 전기자극 의류 착용자의 피부와 접촉할 수 있다.

일 구체예에 따른 전도성 브릿지(300)의 폭과 접촉부(400)의 면적은 앞서 설명한 바와 같이, 섬유에 포함된 공극의 크기에 따라 결정될 수 있다. 이 때, 전도성 브릿지(300)의 폭이라 함은 기재의 두께 방향과 수직인 방향으로 위치하는 전도성 브릿지(300)의 길이를 의미한다.

제1전극(200)과 제1전극(200)으로부터 연장되어 형성된 전도성 브릿지(300) 및 전도성 브릿지(300)의 일 단부인 접촉부(400)는 일체형의 구조를 가지고 제1전극(200)과 이종물질로 구성된 연결매체나 연결부재로 서로 연결되는 구조를 가지지 않기때문에 낮은 접촉저항으로 발생한 전기장으로부터 형성된 전하의 이동경로를 제공할 수 있다.

일 구체예로, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1전극(200)과 접촉부(400)의 면적은 현저한 차이를 가질 수 있다. 즉, 접촉부(400)의 크기보다 제1전극(200)의 크기가 더 크게 이루어 질 수 있다.

접촉부(400)의 크기보다 제1전극(200)의 크기가 더 클수록 접촉부(400)에 의해 신체(S)에 가해지는 전기장의 세기는 더 커지게 되며, 접촉부(400)와 제1전극(200)의 크기 차이에 따른 전기장의 세기는 도 2에 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, Symmetric FCS은 신체와 인접한 접촉부(400)의 크기와 제1전극(200)의 크기가 같은 경우에 발생되는 전기장 세기를 시뮬레이션하여 도시한 것이고, Asymmetric FCS는 피부와 인접한 접촉부(400) 보다 제1전극(200)의 크기가 큰 경우의 전기장 세기를 시뮬레이션하여 도시한 것이다. 도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 접촉부(400)의 크기보다 제1전극(200)의 크기가 클수록 접촉부(400)가 신체에 가하는 전기자극 효과는 더 커지게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 전기자극 의류의 제1 실시예를 나타낸 단면 확대도이다.

도 3을 참조하면, 하나의 제1전극(200)으로부터 연장되어 둘 이상의 전도성 브릿지(300)가 서로 이격 위치할 수 있다.

일 구체예로 둘 이상의 전도성 브릿지(300) 사이의 이격 거리는 100 내지 3000μm 일 수 있고 구체적으로는 50 내지 2400μm 일 수 있으며, 보다 구체적으로는 20 내지 1800μm일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.

전도성 브릿지(300)의 일 단부인 접촉부(400) 역시 둘 이상이 서로 이격 위치할 수 있음은 물론이다.

일 예로 둘 이상의 전도성 브릿지(300) 사이의 이격 거리가 한정된 범위를 가짐으로 인해 둘 이상의 서로 다른 전도성 브릿지(300)의 일 단부인 서로 다른 접촉부(400)가 서로 맞닿아 원하는 크기의 접촉부를 형성할 수 없고 이로 인해 피부에 가해지는 전기자극의 세기가 감소할 수 있음을 방지할 수 있다.

일 구체예로, 전도성 브릿지(300)는 앞서 상술한 바와 같이, 절연성 기재(100)에 포함된 섬유의 공극을 채움으로써 형성될 수 있는데 앞서 상술한 섬유에 포함된 빈 공간은 네트워크 형태를 가질수 있으므로 전도성 브릿지(300)들 사이가 연결된 구조를 포함할 수 있다. 바람직한 일 구체예로, 서로 다른 접촉부(400)가 맞닿지 않음으로 인해 접촉부(100)에 전기장이 집중되어 피부에 증강된 전기자극을 인가 할 수 있는 측면에서, 둘 이상의 전도성 브릿지(300) 사이의 이격 거리가 한정된 범위를 갖는 것이 바람직하다.

구체예로 하나의 제1전극(200)과 일체를 이루는 복수의 전도성 브릿지(300) 및 접촉부(400)가 구성됨에 따라 피로 발생이 많은 부위이나 근육 뭉침이 잦은 부위에 선택적으로 자극이 가해지는 부위의 면적을 조절할 수 있고 해당 부위에 강한 전기자극을 줄 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 전기자극 의류의 제2 실시예 및 멤브레인의 확대도를 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 제1전극(200)이 위치하는 절연성 기재(100)의 대향면 접하여 위치하는 멤브레인(500)을 더 포함할 수 있다.

일 구체예로 멤브레인(500)은 신축성을 가지는 탄성 고분자막일 수 있다.

사용자가 멤브레인(500)이 부착된 본 발명의 전기자극 의류를 착용했을 시 착용의 불편을 최소화 할 수 있고 활동성의 편의를 제공할 수 있어야 한다.

구체적으로 멤브레인(500)은 천연고무(Natural Rubber), 폴리이소프렌(polyisoprene), 폴리클로로프렌 (polychloroprene), 폴리부타디엔(polybutadiene), 스티렌부타디엔 고무(Styrene Butadiene Rubber, SBR), 아크릴로니트릴부타디엔 고무(acrylonitrile butadiene rubber), 에틸렌프로필렌디엔모노머(ethylene Propylene Diene Monomer, EPDM), 클로로술포네이티드 폴리에틸렌(chlorosulfonated polyethylene, CSM), 디부톡시 에톡시에틸 아디페이트(Dibutoxyethoxyethyl Adipate, DBEA), 폴리에피클로로히드 린(Polyepichlorohydrin, PECH), 폴리우레탄(Polyurethane, PU), 에틸렌 아크릴산 공중합체(Ethylene acrylicacid copolymer, EAA), 테트라플루오르 에틸렌/프로필렌 고무(tetrafluoro ethylene/propylene rubbers, FEPM), 퍼플루오르-엘라스토머 (perfluoro-elastomers, FFKM) 및 폴리노보넨(Polynorbornene) 등에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 둘 이상으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인(500)은 도 4에 도시된 바와 같이 관통형 기공 어레이(510)와 전기 자극부(600)를 더 포함할 수 있다.

구체적으로 관통형 기공은 멤브레인(500)의 일면과 접촉부(400)가 접하는 면에 위치하는 제1개구부와 멤브레인(500)의 일면의 대향면에 위치하는 개구부를 포함할 수 있다.

일 실시예로, 접촉부(400)와 접하는 멤브레인(500)의 일면에 위치하는 개구부를 기준으로 개구부의 직경은 10 내지 1000μm 일 수 있고 구체적으로는 20 내지 500μm 일 수 있으며, 보다 구체적으로는 40 내지 200μm 일 수 있다.

구체적으로 멤브레인(500)의 일면의 대향면에 위치하는 개구부의 직경은 접촉부(400)와 접하는 멤브레인(500)의 일면에 위치하는 개구부의 직경과 동일하거나 상이 할 수 있다.

보다 구체적으로 서로 다른 위치에 존재하는 개구부의 직경이 상이할 경우, 멤브레인(500)의 일면의 대향면에 위치하는 개구부는 접촉부(400)와 접하는 멤브레인(500)의 일면에 위치하는 개구부의 직경보다 더 작은 직경을 가질 수 있다.

일 예로 멤브레인(500)의 일면의 대향면에 위치하는 개구부의 직경은 5 내지 500μm 일 수 있고 구체적으로는 10 내지 300μm 일 수 있으며, 보다 구체적으로는 20 내지 100μm 일 수 있다.

본 발명의 구체예로, 멤브레인(500)의 일면과 접촉부(400)가 접하는 접촉 범위 내에 개구부가 위치하는 하나 이상의 관통형 기공은 전도성 물질로 채워질 수 있다.

관통형 기공에 채워진 전도성 물질은 멤브레인(500)의 일면의 대향면에 위치하는 개구부로 노출되어 전기 자극부(600)를 형성하고 전기 자극부(600)는 의류 착용자의 피부와 접촉할 수 있다.

일 구체예에서 전기 자극부(600)는 자극인가대상 내로 삽입될 수 있도록 구성될 수 있다. 즉, 전기 자극부(600)는 자극인가대상 내로 삽입될 수 있도록 돌출된 삽입 영역을 포함할 수 있다.

앞서 상술한 바와 같이, 멤브레인(500)의 일면의 대향면에 위치하는 개구부의 직경이 접촉부(400)와 접하는 멤브레인(500)의 일면에 위치하는 개구부의 직경보다 작을 경우 노출되는 전기 자극부가 테이퍼 구조를 가짐으로 자극인가대상 내로 삽입되어 자극인가대상과 전기 자극부(600) 간의 접촉 면적을 증가시킬 수 있다. 또한, 피부와 접촉하는 전기 자극부(600)가 미세 팁(tip)의 형태를 가짐으로 동일한 힘으로 가해지는 피부의 단면적이 작아져 더 큰 압력이 가해질 수 있어 자극인가대상자의 피부 세포를 더욱 효과적으로 자극할 수 있다.

본 발명의 구체예로 제1전극(200), 전도성 브릿지(300) 및 전기 자극부(600)는 동일 물질로 구성될 수 있다.

상세하게, 본 발명의 전기자극 의류는 유동성 있는 저점도의 전도성 물질을 절연성 기재(100)의 일면에 도포하여 전도성 물질이 절연성 기재(100)의 일면에 제1전극(200)을 형성함과 동시에 전도성 물질의 일부가 절연성 기재의 빈 공간으로 스며들어 전도성 브릿지(300)를 형성할 수 있으며, 멤브레인(500)의 일면과 전도성 브릿지(300)의 일 단부인 접촉부(400)가 접하는 접촉 범위 내에 개구부가 위치하는 하나 이상의 관통형 기공이 전도성 물질로 채워져 멤브레인(500)의 일면의 대향면에 위치하는 개구부로 노출되어 전기 자극부(600)를 형성할 수 있으므로 제작 공정이 종래의 기술보다 현저히 간단하다는 장점이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자극부(600)는 전도성 브릿지(300)로부터 분지된 형태일 수 있다.

일 예로, 하나의 전도성 브릿지(300)로부터 1 내지 50개의 전기 자극부(600)가 분지될 수 있고 구체적으로 5 내지 20개의 전기 자극부가 분지된 형태를 가질 수 있다.

본 발명에 따른 전기자극 의류는 관통형 기공의 크기, 모양 및 배열에서 하나 이상 선택되는 인자에 의해 전기 자극의 세기가 조절될 수 있다.

앞서 상술한 바와 같이, 관통형 기공의 크기, 모양 및 배열에 따라 전기 자극부(600)의 형상이 결정되어지고 전기 자극부(600)의 형상에 따라 전기장의 집중 정도가 달라질 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 전기자극 의류의 제3 실시예를 나타낸 단면 확대도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전기자극 의류는 제1전극(200)의 상부에 결착되어 위치하는 도체의 전기자극 증대부(700)를 더 포함할 수 있다.

상세히 설명하면, 제1전극(200)과 도체인 전기자극 증대부(700)가 연결됨으로 인해 제1전극(200)과 전기 자극부(600)의 전위차가 더 커져 의류 착용자가 감지하는 전기자극의 세기가 증대될 수 있다.

일 예로 전기자극 증대부(700)는 제1전극(200)과 결착되는 로고, 지퍼, 단추 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

본 발명의 전기자극 의류의 제조방법적인 측면에서 설명하도록 한다.

본 발명에 따른 전기자극 의류의 제조방법은 섬유를 포함하는 절연성 기재의 일면에 전도성 조성물을 도포하는 단계; 전도성 조성물이 도포되는 절연성 기재의 표면에 제1전극이 형성되는 단계; 전도성 조성물이 절연성 기재의 공극으로 스며들어 기재를 두께 방향으로 관통하는 전도성 브릿지 및 전도성 조성물이 기재 일면의 대향면으로 노출되는 전도성 브릿지의 일 단부인 접촉부가 형성되는 단계; 및 도포된 전도성 조성물이 경화되는 단계를 포함한다.

구체적으로, 본 발명에 따른 전기자극 의류 제조방법은 절연성 기재(100)의 일면에 전도성 조성물을 도포하는 단계 이 후, 제1전극(200), 전도성 브릿지(300) 및 전도성 브릿지의 일 단부인 접촉부(400)는 별도의 추가 공정없이 순차적으로 형성될 수 있고, 이 후에 수행되는 전도성 조성물이 경화되는 단계를 거쳐 완성되는 것으로서 종래의 기술 대비 제조 공정이 현저히 용이하다는 장점을 갖는다.

상세하게, 본 발명의 전기자극 의류의 제조방법은 섬유를 포함하는 절연성 기재(100)의 일면에 저점도의 전도성 조성물을 도포하는 단계를 포함할 수 있다.

이 때, 저점도라 함은 앞서 상술한 절연성 기재(100)에 포함된 빈 공간으로 충분히 함침될 수 있는 수준으로서 이를 만족하는 일 구체예에 따른 전도성 조성물의 점도는 10 내지 15000 cps 일 수 있고 바람직하게는 100 내지 10000 cps 일 수 있다.

일 예로, 전도성 조성물은 앞서 상술한 전도성 유기물, 도전성 필러와 전도성 유기물의 조합 및 도전성 필러와 절연성 수지의 조합 중에서 선택될 수 있는 전도성 물질에 상기 범위의 점도의 특성을 가지기 위해 용제를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 전도성 조성물은 전도성 물질 100 중량부에 대하여 용제를 10 내지 500 중량부, 구체적으로 20 내지 80중량부, 더욱 구체적으로 40 내지 60중량부를 포함할 수 있으나 이에 제한받지 않는다.

일 구체예로, 용제는 물이나 알코올, 아세톤, N-메틸피롤리돈(NMP), 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 글리세린 등과 같은 유기 용제들이 사용될 수 있으나, 도전성 필러가 절연성 기재(100)의 빈 공간으로 충분히 함침될 수 있는 수준의 점도를 가지는 역할을 할 수 있으면 충분하므로 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 있어, 전도성 조성물이 절연성 기재(100)의 일 면에 도포되는 방식은 프린팅, 코팅 중에서 선택되는 하나 이상의 방법으로 도포될 수 있다. 본 발명에 따른 전기자극 의류의 제작에 있어, 저점도의 전도성 물질을 일정량 안정적으로 도포할 수 있는 방법이면 만족하므로 본 발명은 도포 방법에 한정되지 않는다.

앞서 상술한 바와 같이, 일 실시예에 따른 제1전극(200), 전도성 브릿지(300) 및 전도성 브릿지의 일 단부인 접촉부(400)는 별도의 추가 공정없이 순차적으로 형성될 수 있다.

상세하게, 제1전극(200)은 절연성 기재(100)의 일 면에 도포된 저점도의 전도성 조성물이 섬유에 스며들어 형성될 수 있다.

절연성 기재의 표면(100)에 도포된 전도성 조성물의 일부는 절연성 기재(100) 표면에 위치하는 섬유에 스며듦으로 인해 안정적으로 결착되어 제1전극(200)을 형성함으로서 종래의 기술에서 전극이 의류에서 박리되는 문제점으로부터 자유로울 수 있다.

일 실시예로, 전도성 브릿지(300) 및 전도성 브릿지의 일 단부인 접촉부(400)는 제1전극(200)과 일체를 이루며 절연성 기재(100)의 두께 방향으로 전도성 조성물이 절연성 기재(100)에 포함된 섬유의 공극을 통해 절연성 기재(100)의 두께 방향으로 흘러내려 형성될 수 있다.

상세하게, 절연성 기재(100)의 일면에 도포된 유동성 있는 전도성 조성물이 캐필러리 힘과 중력등에 의해 절연성 기재(100)의 일면에 제1전극(200)을 형성함과 동시에 전도성 조성물의 일부가 절연성 기재(100)의 빈 공간으로 스며들어 채움으로써 전도성 브릿지(300)를 형성하고 이어서, 전도성 브릿지(300)의 일 단부인 접촉부(400)가 절연성 기재(100) 일면의 대향면으로 노출되어 형성될 수 있다.

구체적으로, 전도성 브릿지(300)는 절연성 기재(100)의 두께 방향으로 형성된 기공의 통로를 따라 형성됨으로 기공 통로의 형상을 따라 다양한 형태로 형성 될 수 있다. 이 때, 다양한 형태라 함은 절연성 기재(100)의 두께 방향으로 직선이나 곡선의 형태 중 선택되는 하나 이상의 형상을 의미한다.

본 발명에 일 실시예에 따른 전도성 브릿지(300)는 하나의 제1전극(200)에 둘 이상의 전도성 브릿지(300)가 서로 이격 위치하여 형성될 수 있다.

앞서 상술한 바와 같이, 전도성 브릿지(300)는 섬유의 기공 통로 형상을 따라 형성되는데 섬유의 빈 공간은 직조 방법에 따라, 기재의 두께 방향으로 규칙 및/또는 불규칙하게 형성된 어레이 형태일 수 있으므로 어레이 구조에 따라 하나의 제1전극(200)과 일체를 이루며 둘 이상의 전도성 브릿지(300)가 형성될 수 있는 것이다.

본 발명에 일 실시예에 따른 접촉부(400)의 크기는 섬유에 포함된 공극의 크기에 따라 결정될 수 있고 의류 착용자의 피부와 접촉할 수 있다.

상세하게, 제1전극(200), 전도성 브릿지(300) 및 접촉부(400)는 일체형의 구조를 가지고 제1전극(200)과 접촉부(400)의 면적이 현저한 차이를 가지게 형성할 수 있어 피부와 접촉되는 접촉부(400)에서 전기장이 집중되어 전기자극의 세기가 증대될 수 있다. 또한, 별도의 연결매체나 연결부재 및 제2전극이 구비되지 않아도 됨으로 이 구성요소들이 의류로부터 분리 또는 탈리가 되는 문제점으로부터 자유로울 수 있는 장점을 가진다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 절연성 기재(100) 일면의 대향면과 접하여 위치하는 관통형 기공 어레이(510)를 포함하는 멤브레인(500)을 더 포함하여 전기자극 의류를 제조 할 수 있다.

구체적으로, 전도성 물질이 멤브레인(500)의 일면과 전도성 브릿지(300)의 일 단부인 접촉부(400)가 접하는 접촉 범위 내에 개구부가 위치하는 하나 이상의 관통형 기공을 채우고 멤브레인(500)의 일면의 대향면에 위치하는 개구부로 노출되어 전기 자극부(600)를 형성할 수 있다.

일 예로, 멤브레인(500)의 일면의 대향면에 위치하는 개구부의 직경은 접촉부(400)와 접하는 멤브레인(500)의 일면에 위치하는 개구부의 직경과 동일하거나 상이 할 수 있다.

상세하게, 서로 다른 위치에 존재하는 개구부의 직경이 상이하면, 즉, 접촉부(400)와 접하는 멤브레인(500)의 일면에 위치하는 개구부의 직경보다 멤브레인(500)의 일면의 대향면에 위치하는 개구부의 직경이 더 작을 경우, 전기 자극부(600)는 테이퍼 구조의 형상으로 가지게 되고 전기 자극부(600)로 전기장이 집중되는 결과를 야기시켜 자극인가대상자의 피부 세포를 더욱 효과적으로 자극할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 전도성 조성물이 절연성 기재(100)에 도포된 후 형성된 제1전극(200), 전도성 브릿지(300) 및 전기 자극부(600)를 의류에 결착시키기 위해 경화 단계를 포함 할 수 있다.

일 예로, 경화는 전도성 조성물에 포함된 용제를 열적으로 제거함으로써 전도성 조성물에 포함된 수지에 의한 물리적 또는 화학적 결착이 일어나 진행될 수 있다.

구체적으로, 경화는 80 내지 300℃, 구체적으로 100 내지 200℃ 온도 범위에서 1 내지 6시간, 바람직하게 2 내지 4시간 동안 진행할 수 있으나 이에 제한받지 않으며, 당업계에 공지된 경화조건을 제한없이 활용할 수 있다.

일 구체예로, 전기 자극부(600)의 형상을 유지하기 위해 고온에서 저온으로 또는 저온에서 고온으로 진행되는 단계별 응고가 진행될 수 있음은 물론이다.

본 발명에 따른 전기자극 의류의 제작방법은, 전도성 물질의 경화 단계가 수행되기 전 제1전극(200)상에 전기자극 증대부(700)가 결착되는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 예로, 전기자극 증대부(700)는 전도성 물질이 함유된 로고, 지퍼, 단추 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 제1전극(200)과 전도성을 지닌 전기자극 증대부(700)가 연결됨으로 인해 제1전극(200)과 전기 자극부(600)의 전위차가 더 커져 의류 착용자가 감지하는 전기자극의 세기가 증대될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100: 절연성 기재
200: 제1전극
300: 전도성 브릿지
400: 접촉부
500: 멤브레인 510: 관통형 기공 어레이
600: 전기 자극부
700: 전기자극 증대부

Claims (11)

1. 섬유를 포함하는 절연성 기재;
   상기 기재의 일 면에 위치하는 제1전극;
   상기 제1전극과 일체를 이루며 제1전극으로부터 연장되어 상기 기재를 두께 방향으로 관통하는 전도성 브릿지; 및
   상기 기재 일 면의 대향면에 위치하는 전도성 브릿지의 일 단부인 접촉부;를 포함하되,
   상기 제1전극의 크기는 상기 접촉부의 크기보다 더 크고,
   상기 접촉부는 표면으로 노출되어 의류 착용자의 피부와 접촉하며,
   상기 의류 착용자의 움직임을 통해 발생하는 교류전기장에 의해 상기 제1전극과 상기 접촉부 간의 전위차가 형성되어 전기 자극이 발생되는 전기자극 의류.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 전기자극 의류는 하나의 상기 제1전극에 둘 이상의 전도성 브릿지가 서로 이격 위치하는 전기자극 의류.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 기재 일면의 대향면과 접하여 위치하는 관통형 기공 어레이를 포함하는 멤브레인을 더 포함하는 전기자극 의류.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 멤브레인의 일면과 상기 접촉부가 접하는 접촉 범위 내에 개구부가 위치하는 하나 이상의 관통형 기공이 전도성 물질로 채워진 전기자극 의류.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 전도성 물질은 상기 멤브레인의 일면의 대향면에 위치하는 상기 관통형 기공의 개구부로 노출되어 전기 자극부를 형성하는 전기자극 의류.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 전기 자극부는 의류 착용자의 피부와 접촉하는 전기자극 의류.
8. 제 6항에 있어서,
   상기 전기 자극부는 상기 관통형 기공을 통해 상기 전도성 브릿지로부터 분지된 형태인 전기자극 의류.
9. 제 7항에 있어서,
   상기 전기자극 의류는 상기 관통형 기공의 크기, 모양 및 배열에서 하나 이상 선택되는 인자에 의해 전기 자극의 세기가 조절되는 전기자극 의류.
10. 제 6항에 있어서,
    상기 제1전극, 전도성 브릿지 및 전기 자극부는 서로 동일한 물질인 전기자극 의류.
11. 제 1항 및 제 3항 내지 제 10항 중 어느 한 항의 전기자극 의류를 포함하고 상기 제1전극 상부에 결착되는 전기자극 증대부를 더 포함하는 전기자극 의류.

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