KR20030065731A - Manufacture method of polymer humidity sensor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 습도와 수분을 감지하여 전기 저항 특성을 갖도록 하는 폴리머를 이용한 습도 센서의 제조방법에 관한 것으로,The present invention relates to a method of manufacturing a humidity sensor using a polymer that senses humidity and moisture to have electrical resistance characteristics.
좀 더 상세하게는 고무(NBR, EPDM, IIR, BR, CHR, CSM), 우레탄 및 실리콘과 같은 모제에 카본 블랙 조성물 및 도전성 액상을 첨가하여 자외선 코팅(UV) 및 열처리 등의 공정을 통해 저항(resistance) 응답 특성을 갖도록 하고, 폴리머 조성물층에 전극을 처리한 후에 상기 전극에 리드선을 연결하여 저항 특성의 변화를 감지하도록 하는 이루게 함으로써, 상기의 폴리머를 이용한 롤(ROLL) 또는 쉬트(SHEET) 형태로 이루게 하여 흡습성이 우수하도록 하는 동시에 고온(80℃)에서도 동작되도록 하고, 오염 및 진동 등의 외부환경에도 영향을 받지 않도록 하며, 유용한 전자회로를 구성하게 하여 사용되는 전자제품의 적용에 뛰어난 재현성과 신뢰성을 제공하도록 하고, 물 또는 수분의 흡탈착 원리를 이용하여 응답성이 뛰어난 소자를 제공하게 하여 간단한 전극 처리를 할 수 있도록 이루는 동시에 사용 제품에 손쉽게 적용할 수 있게 기구적 형상 변경이 간편하게 이루도록 하며, 이로 인해 전체적인 습도 센서는 공정의 간소화로 대량 생산이 가능하도록 할 뿐만 아니라 감습 특성이 우수하고, 히스테리시스가 적게 이루는 효율성을 향상시켜 이를 사용하는 사용상의 신뢰도와 만족도를 극대화하도록 하는 폴리머를 이용한 습도 센서의 제조방법에 관한 것이다.More specifically, the carbon black composition and the conductive liquid are added to the base materials such as rubber (NBR, EPDM, IIR, BR, CHR, CSM), urethane, and silicone, and the resistance (UV) and heat treatment are applied to the resist ( resistance), and after processing the electrode to the polymer composition layer to connect the lead wire to the electrode to sense the change in the resistance characteristics, by the roll (ROLL) or sheet (SHEET) form using the polymer It has excellent hygroscopicity, operates at high temperature (80 ℃), is not affected by external environment such as pollution and vibration, and constitutes useful electronic circuits. To provide reliability, and to provide a responsive device using the adsorption and desorption principle of water or moisture, simple electrode treatment can be performed. In addition, the mechanical shape change can be easily made for easy application to the products used, and the overall humidity sensor not only enables mass production by simplifying the process, but also provides excellent hysteresis and low hysteresis efficiency. It relates to a method of manufacturing a humidity sensor using a polymer to maximize the reliability and satisfaction of using it by using it.
일반적으로, 전기저항식 습도센서는 알루미나 기판에 형성된 전극에 감습막으로서 전해질 고분자막이 도포되어 있어 공기중의 습도가 변화할 때 감습막으로서의 고분자막의 임피던스가 변화하는 현상을 이용하여 습도를 감지하는 습도센서의 일종인 것으로, 이는 전해질 고분자막이 주위의 수분을 흡수한 후, 해리되어 전도도를 나타내므로 상대습도 0 내지 100%RH(Relative Humidity ; 상대습도) 사이에서 임피던스가 연속적으로 변화하므로써 상대습도를 정확하게 측정할 수 있는 것이다.In general, the electrical resistance humidity sensor is applied to the electrode formed on the alumina substrate, the electrolyte polymer film is applied as a moisture sensitive film, the humidity to sense the humidity by using the phenomenon that the impedance of the polymer film as the moisture sensitive film changes when the humidity in the air changes It is a kind of sensor, which absorbs moisture around the electrolyte and dissociates it to show conductivity, so the relative humidity can be accurately measured by continuously changing the impedance between relative humidity 0 to 100% RH (Relative Humidity). It can be measured.
그러나, 상기의 습도센서의 경우, 감습제로서 4차암모늄을 포함하는 고분자막을 주로 사용하였으나, 고온, 다습한 영역에서 장시간 사용한 후에는 수분에 의하여 용융되어 특성의 열화가 생기는 문제와, 물속에 수분 내지 수시간 동안 침적시킨 후에도 내수성을 나타내는 감습제로서의 고분자막의 예는 거의 없는 실정이다.However, in the case of the humidity sensor, a polymer membrane containing quaternary ammonium is mainly used as a moisture absorbent, but after long-term use in a high temperature and high humidity region, it is melted by moisture, causing deterioration of properties, and water in water. There is almost no example of a polymer membrane as a moisture absorbent that exhibits water resistance even after being deposited for several hours.
또한, 종래에는 물 또는 수분의 흡탈착 현상을 이용한 Se, Ge, Si의 반도체 증착막을 이용한 센서류가 주류를 이루고 있으나, 이는 센서소자, 리드선, 히터, 지지용단자 베이스 기판 등으로 구성되어 센서의 구성이 복잡한 문제와, 상기 센서를 만들기 위한 공정수가 많아 단가가 높아짐으로 인해 이를 제조하기 위한 비용이 많이 들어 생산성이 저하되는 문제가 있다.In addition, conventionally, sensors using a semiconductor deposition film of Se, Ge, Si using the adsorption-desorption phenomenon of water or moisture are the mainstream, but this is composed of a sensor element, a lead wire, a heater, a support terminal base substrate, etc. This complex problem, and the number of processes for making the sensor is high, the unit cost is high, there is a problem that the production cost is high, the productivity is lowered.
따라서, 상기의 문제로 인해 종래에 실시되고 있는 습도센서는 효율성에 있어 어느 정도 한계가 있로 인해 상기 습도센서의 생산성이 저하되는 동시에 이를 사용하는 사용상의 신뢰도 및 만족도가 극소화되는 문제들이 항상 있는 것이다.Therefore, the humidity sensor that is conventionally practiced due to the above problems has some limitations in efficiency, so that the productivity of the humidity sensor is lowered and the reliability and satisfaction in using the same are minimized.
본 발명은 상기한 바와 같이 종래에 발생되는 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 다음과 같은 목적을 갖는다.The present invention has been made to solve the problems occurring in the related art as described above, and has the following objects.
본 발명은 고무(NBR, EPDM, IIR, BR, CHR, CSM), 우레탄 및 실리콘과 같은 모제에 카본 블랙 조성물 및 도전성 액상을 첨가하여 자외선 코팅(UV) 및 열처리 등의 공정을 통해 저항(resistance) 응답 특성을 갖도록 하고, 폴리머 조성물층에 전극을 처리한 후에 상기 전극에 리드선을 연결하여 저항 특성의 변화를 감지하도록 하는 이루게 함으로써, 상기의 폴리머를 이용한 롤(ROLL) 또는 쉬트(SHEET) 형태로 이루게 하여 흡습성이 우수해지고, 고온(80℃)에서도 동작되게 하며, 오염 및 진동 등의 외부환경에도 영향을 받지 않게 하는 폴리머를 이용한 습도 센서의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention adds a carbon black composition and a conductive liquid to a base material such as rubber (NBR, EPDM, IIR, BR, CHR, CSM), urethane, and silicone, thereby resisting through a process such as UV coating and heat treatment. It has a response characteristic, and after processing the electrode to the polymer composition layer to connect the lead wire to the electrode to sense the change in the resistance characteristic, to form a roll (ROLL) or sheet (SHEET) form using the polymer It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a humidity sensor using a polymer which is excellent in hygroscopicity, operates at high temperature (80 ° C.), and is not affected by external environment such as contamination and vibration.
본 발명의 다른 목적은 유용한 전자회로를 구성하게 하여 사용되는 전자제품의 적용에 뛰어난 재현성과 신뢰성을 갖도록 하고, 물 또는 수분의 흡탈착 원리를 이용하여 응답성이 뛰어난 소자를 제공하여 간단한 전극 처리를 실시하게 하며, 사용 제품에 손쉽게 적용할 수 있게 기구적 형상 변경이 간편하게 이루는 폴리머를 이용한 습도 센서의 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to make a useful electronic circuit to have excellent reproducibility and reliability in the application of the electronic products used, and to provide a device with excellent responsiveness by using the adsorption and desorption principle of water or moisture to provide a simple electrode treatment The present invention provides a method of manufacturing a humidity sensor using a polymer that can be easily changed in mechanical shape so as to be easily applied to a product.
본 발명의 또 다른 목적은 이로 인해 전체적인 습도 센서는 공정의 간소화로 대량 생산이 가능하게 하고, 감습 특성이 우수하고 히스테리시스가 적게 이루는 등의 효율성을 향상시켜 이를 사용하는 사용상의 신뢰도와 만족도를 극대화시키는 폴리머를 이용한 습도 센서의 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to allow the entire humidity sensor to be mass-produced by simplifying the process, and to improve the efficiency and the like using excellent humidity characteristics and low hysteresis to maximize the reliability and satisfaction of using the same. It is to provide a method of manufacturing a humidity sensor using a polymer.
도 1은 본 발명을 설명하기 위해 제조방법을 단계적으로 보여주는 공정도,1 is a process chart showing a manufacturing method step by step to illustrate the invention,
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 의해 제조되는 습도 센서의 실시예를 보여주는 예시도.Figures 2a to 2c is an illustration showing an embodiment of the humidity sensor produced by the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : UV코팅 및 열처리된 부분10: UV coated and heat treated part
20 : 도전성 조성물층20: conductive composition layer
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 대해 바람직한 실시예인 첨부도면을 참조하여 구체적으로 살펴보기로 한다.In order to achieve the above object, it will be described in detail with reference to the accompanying drawings which is a preferred embodiment of the present invention.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라 질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.The following terms are terms set in consideration of functions in the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the producer, and the definitions should be made based on the contents throughout the present specification.
먼저, 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명을 설명하기 위해 제조방법을 단계적으로 보여주는 공정도를 나타낸 것이다.First, the present invention shows a process diagram showing a manufacturing method step by step to illustrate the present invention, as shown in FIG.
즉, 본 발명은 폴리머계인 고무, 우레탄, 실리콘 중 한가지를 선택하여 30%∼90% 중량비로 결합재인 카본 블랙 또는 전도성 액상의 60%∼1% 중량비와 첨가제의 10%~9% 중량비를 혼합하여 배합하는 공정과, 상기의 공정에서 혼합하여 배합된 것을 별도의 기기를 통해 믹싱(Mixing)작업하는 혼련공정과, 상기의 혼련된 것을 제품의 물성 특성 및 전기적 특성을 고려하여 적정 시간동안 숙성시키는 숙성공정과, 상기에 의해 숙성된 재료는 압출 타입과 프레스 타입으로 성형시켜 제품의 형상을 결정하는 성형공정과, 상기의 성형공정 후에 전기적 저항 응답 특성을 높이기 위해서 열처리 및 경화할 수 있는 설비에서 UV코팅(자외선) 및 열처리를 실시하는 공정과, 상기에서 실시하는 UV코팅 및 열처리의 공정이 완료되면, 전극 처리를 위해 서 상기에서 성형된 제품을 절단시키는 공정과, 상기에서 절단이 이루어진 제품은 SUS 또는 청동, 황동 재질로 전기 전도성이 뛰어난 전극을 처리한 다음 리드선을 연결시키는 공정과, 상기의 전극 처리 및 리드선 연결이 완료되면, 이 제품에 대한 특성을 시험하여 측정한 후에 이상이 없으면 제품으로서 완제품을 이루는 공정으로 이루어지는 것이다.That is, the present invention selects one of the polymer-based rubber, urethane, silicone, by mixing 30% to 90% by weight of carbon black as a binder or 60% to 1% by weight of the conductive liquid and 10% to 9% by weight of the additive The mixing process, the mixing process of mixing and mixing the compounded in the above process through a separate device, and the aging of the kneaded mixture for a suitable time in consideration of the physical and electrical properties of the product UV coating in the process, and the molding process to determine the shape of the product by molding the material matured by the extrusion type and the press type, and UV coating in a facility that can be heat-treated and hardened to increase the electrical resistance response characteristics after the molding process (Ultraviolet rays) and the heat treatment process, and the above UV coating and heat treatment process is completed, the above molded product for electrode treatment The process of cutting, and the product is cut in the above process is a process of treating the electrode having excellent electrical conductivity of SUS, bronze, brass material and then connecting the lead wire, and when the above electrode treatment and lead wire connection is completed, If there is no abnormality after testing and measuring the properties, it is a process of forming a finished product as a product.
또한, 상기의 성형공정 후에는 제품에 대한 특성의 안정화와 효율성을 향상시키고, 가습시 이온간의 이동을 활발하게 하기 위해 실시하는 연마공정이 이루어진다.In addition, after the molding process, a polishing process is performed to improve the stabilization and efficiency of the properties of the product and to actively move the ions during humidification.
한편, 상기의 본 발명은 습도 센서를 제조하는데 있어 상기 제조 공정이 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다.On the other hand, the present invention described above may be variously modified and take various forms in manufacturing the humidity sensor.
하지만, 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It is to be understood, however, that the present invention is not limited to the specific forms referred to in the above description, but rather includes all modifications, equivalents and substitutions within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It should be understood to do.
상기에서 이루어진 본 발명은 먼저 폴리머계인 고무, 우레탄, 실리콘 중 한가지를 선택하게 된다.The present invention made above is to select one of the polymer-based rubber, urethane, silicone.
이때, 상기에서 선택된 것중에 30%∼90% 중량비를 이루게 하여 결합재인 카본 블랙 또는 전도성 액상의 60%∼1% 중량비와 혼합시키고, 상기 혼합된 곳에 첨가제의 10%~9% 중량비를 혼합시켜 전체적으로 배합시키게 된다.At this time, the weight ratio of 30% to 90% among the above selected is mixed with the carbon black of the binder or 60% to 1% by weight of the conductive liquid, and 10% to 9% by weight of the additive mixed in the mixed place as a whole Will be blended.
상기에서 중량비를 달리하는 것은 전기적 특성 및 성형시 외관이 우수해지고 습도를 감지하는 응답성을 변화시켜 줄 수 있기 때문이다.Since the weight ratio is different from the above, the electrical characteristics and appearance may be excellent in molding and may change the responsiveness of sensing humidity.
상기에서 혼합하여 배합된 것을 별도의 기기를 통해 믹싱(Mixing) 작업하는 혼련을 실시한 다음 제품의 물성 특성 및 전기적 특성을 고려하여 적정 시간동안 숙성시키게 된다.After mixing and mixing the above-mentioned mixing through a separate device (Mixing) is carried out for the aging for a suitable time in consideration of the physical properties and electrical properties of the product.
상기의 숙성에 의해 이루어진 재료는 압출 타입과 프레스 타입으로 성형시켜 제품의 형상을 결정하게 되는데, 이때 압출 타입의 경우 Φ1∼Φ50㎜ 정도의 원형, 사각, 삼각형으로 하는 것이 특성을 극대화하기에 효과적이고, 프레스 타입에서는 0.3㎜∼10㎜의 두께로 하는 것이 좋은 효과를 발생하며, 카렌다 타입(calender type)에서는 시트(sheet) 상태에서 볼 때 두께가 0.2㎜∼10㎜의 형태가 가장 효과적임을 알 수가 있다.The material formed by the aging is determined by the extrusion type and the press type to determine the shape of the product. In the case of the extrusion type, it is effective to maximize the characteristics of the round, square, and triangle of about Φ 1 ~ Φ 50㎜ In the press type, the thickness of 0.3 mm to 10 mm produces a good effect. In the calender type, the thickness of 0.2 mm to 10 mm is most effective in the sheet state. have.
상기의 성형공정 후에는 연마공정을 실시하게 되는데, 이는 제품에 대한 특성의 안정화와 효율성을 향상시키게 하는 동시에 가습시 이온간의 이동을 활발하게 이루기 위한 것이다.After the molding process, a polishing process is performed, which is intended to improve the stabilization and efficiency of the properties of the product and at the same time to actively move the ions during humidification.
상기의 성형공정 또는 연마공정 후에 전기적 저항 응답 특성을 높이기 위해서 열처리 및 경화할 수 있는 설비에서 UV코팅(자외선) 및 열처리를 실시하게 되고, 이때의 열처리 시간은 10sec∼5min으로 하는 것이 바람직하다.In order to increase the electrical resistance response characteristics after the molding process or the polishing process, UV coating (ultraviolet ray) and heat treatment are performed in a heat treatment and hardening facility, and the heat treatment time is preferably 10 sec to 5 min.
상기에서 실시하는 UV코팅 및 열처리의 공정이 완료되면, 전극 처리를 위해 서 상기에서 성형된 제품을 절단시킨 다음 상기 절단된 제품에 SUS 또는 청동, 황동 재질로 전기 전도성이 뛰어난 전극을 처리하고, 리드선을 연결시키게 된다.When the process of UV coating and heat treatment carried out in the above is completed, the molded product is cut for electrode treatment, and then the electrode having excellent electrical conductivity is made of SUS, bronze, or brass on the cut product, and the lead wire Will be connected.
이때, 상기 리드선을 연결하는 방법은 납땜보다는 터미널 단자를 이용하는 것이 효과적이며 제품에 불필요한 특성 저하를 막을 수 있으며, 전극 처리 부분은 폭이 2㎜∼20㎜가 바람직하다(도 2b 참조).At this time, the method of connecting the lead wire is effective to use a terminal terminal rather than soldering, it is possible to prevent unnecessary deterioration in the product, the electrode treatment portion is preferably 2mm to 20mm in width (see Fig. 2b).
상기에서 전극 처리 및 리드선 연결이 완료되면, 이 제품에 대한 특성을 시험하여 측정한 후에 이상이 없으면 제품으로서 완제품이 되는 것이다.When the electrode treatment and the lead wire connection is completed in the above, if there is no abnormality after testing and measuring the characteristics for this product is a finished product as a product.
첨부도면 도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 의해 제조되는 습도 센서의 실시예를 보여주는 예시도로서, UV코팅 및 열처리된 부분(10)의 하부에 위치한 도전성 조성물층(20)의 절연 저항대는 -1×105~ 1×1012(Ωㆍ㎝)로 이루어지고, 도 2c의 전체 제품의 길이는 2㎜∼50㎜ 정도로 이루어진 것이다.2A to 2C are exemplary views showing an embodiment of the humidity sensor manufactured by the present invention, wherein the insulation resistance band of the conductive composition layer 20 positioned below the UV coated and heat treated portion 10 is -1. It consists of * 10 <5> -1 * 10 <12> (ohm * cm), and the length of the whole product of FIG. 2C is made into about 2 mm-50 mm.
상기에서 실시하여 이루어지는 본 발명은 습기 및 수분을 감지하기 위해서회로가 필요로 하는 전자기기 또는 전자제품에 설치하여 활용하는 것으로, 예를 들어 자동식 와이퍼 작동기, 가습기, 전자렌지, 습기차단장치 및 전지오븐 등과 같은 전자기기에 이용되는 것이다.The present invention carried out in the above is installed and utilized in the electronic devices or electronic products required by the circuit to sense moisture and moisture, for example, automatic wiper actuator, humidifier, microwave oven, moisture barrier device and battery oven It is used in electronic devices such as.
상기에서 상세히 살펴본 바와 같이 본 발명은 고무(NBR, EPDM, IIR, BR, CHR, CSM), 우레탄 및 실리콘과 같은 모제에 카본 블랙 조성물 및 도전성 액상을 첨가하여 자외선 코팅(UV) 및 열처리 등의 공정을 통해 저항(resistance) 응답 특성을 갖도록 하고, 폴리머 조성물층에 전극을 처리한 후에 상기 전극에 리드선을 연결하여 저항 특성의 변화를 감지하도록 하는 이루게 함으로써, 상기의 폴리머를 이용한 롤(ROLL) 또는 쉬트(SHEET) 형태로 이루게 하여 흡습성이 우수해지는 효과와, 고온(80℃)에서도 동작되게 하고, 오염 및 진동 등의 외부환경에도 영향을 받지 않는 효과를 갖으며, 유용한 전자회로를 구성하게 하여 사용되는 전자제품의 적용에 뛰어난 재현성과 신뢰성이 제공되는 효과가 있고, 물 또는 수분의 흡탈착 원리를 이용하여 응답성이 뛰어난 소자가 제공되게 하여 간단한 전극 처리를 할 수 있도록 이루는 효과와, 사용 제품에 손쉽게 적용할 수 있게 기구적 형상 변경이 간편하게 이루는 효과로 인해 전체적인 습도 센서는 공정의 간소화로 대량 생산이 가능하게 이루고, 감습 특성이 우수하고, 히스테리시스가 적게 이루는 효율성이 향상되어 이를 사용하는 사용상의 신뢰도와 만족도가 극대화되는 등의 여러 효과를 동시에 거둘 수 있는 매우 유용한 발명임이 명백하다.As described in detail above, the present invention adds a carbon black composition and a conductive liquid to a mother material such as rubber (NBR, EPDM, IIR, BR, CHR, CSM), urethane, and silicone, and processes such as ultraviolet coating (UV) and heat treatment. Through the electrode to the resistance (resistance) response characteristics, and after processing the electrode to the polymer composition layer to connect the lead wire to the electrode to sense the change in the resistance characteristics, thereby making a roll or sheet using the polymer (SHEET) form, which has the effect of excellent hygroscopicity, operates at high temperature (80 ℃), has the effect of not being affected by the external environment such as pollution and vibration, and constitutes a useful electronic circuit. It has the effect of providing excellent reproducibility and reliability in the application of electronic products, and the device with excellent responsiveness is provided using the adsorption and desorption principle of water or moisture. Therefore, due to the effect of simple electrode treatment and easy change of mechanical shape for easy application, the overall humidity sensor can be mass-produced by simplifying the process, and it has excellent humidity characteristics. In addition, it is obvious that the invention is a very useful invention that can simultaneously achieve various effects such as improved efficiency with less hysteresis and maximized reliability and satisfaction in using the same.
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