KR20090046930A - 전하 보호 장비 - Google Patents

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KR20090046930A KR1020097004794A KR20097004794A KR20090046930A KR 20090046930 A KR20090046930 A KR 20090046930A KR 1020097004794 A KR1020097004794 A KR 1020097004794A KR 20097004794 A KR20097004794 A KR 20097004794A KR 20090046930 A KR20090046930 A KR 20090046930A
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Abstract

전위를 안전하게 방전하는 보호 장비는 착용자에 적합한 경계면(10,50,60)을 포함한다. 상기 경계면에서 도전 경로는 상기 착용자에 접촉되고, 상기 도전 경로는 접지에 이른다. 제 1 회로 장치(30)는 도전 경로에서 구비된다. 상기 착용자와 상기 접지 사이의 전위차를 증가시키는 기능으로서 상기 제 1 회로 장치(30)는 적어도 하나의 가변 저항을 가져서, 상기 도전 경로에서 도전성을 감소시키도록 가변 저항의 제 1 레벨에 대항하고, 정전기가 보호 장비를 통해 방전되도록 한다.
보호 장비, 경계면, 제 1 회로 장치, 착용자, 가변 저항, 정전기

Description

전하 보호 장비{ELECTRIC­CHARGE PROTECTIVE EQUIPMENT}
본 특허 출원은 2006년 8월 11일에 제출된 국제 출원 특허 PCT/IB2006/052789와, 2007년 2월 19일에 제출된 미국 가출원 특허 60/890,549에 관한 우선권을 주장한다.
본 출원은 감전 방지에 관한 것으로, 특히, 전기 방전에 대해 보호용으로서 사용되는 보호 장비에 관한 것이다.
인간의 환경(예를 들면, 움직임을 통한 마찰)에 속한 상호작용은 인간이 가진 정전하의 축적을 일으킨다. 인간은 통상적으로, 비-도전성 의류(예를 들면, 효과가 있는 절연체인 고무-바닥 신발)를 착용하는데, 이는 인간에 의해 정전하의 축적을 증대시킨다. 특히, 의류는 인간과 대지 사이에서 종종 경계면(interface)일 수 있다. 경계면이 절연 속성(예를 들면, 고무 바닥을 가진 신발)을 가질 시, 인간은 정전하를 축적한다. 그와 같이, 접지를 나타내는 대상이 접촉될 시, 인간은 전하가 접지에 방전됨에 따라 불쾌한 정전기를 느낀다.
일부 작업장에서, 작업자의 정전하 레벨은 제어된다. 일례로, 전자 분야에 있어서, 작업자가 전하 등의 방전을 느낄 수 없을지라도 100 V 전하는 자기 데이터 매체의 데이터 삭제 등의 전자 구성요소에 손상을 가할 수 있다. 탄화수소로 작동 함에 있어서(석유 및 가스 산업계), 50 V 전하는 스파크 가연성 증기일 수 있다. 플라스틱 산업계에 있어서, 정전하는 전기 감전으로 인해 심각한 손상을 일으키는 중요요소일 수 있다. 그러므로, 정전하의 제어는, 작업자의 안전성을 위하거나 생산성의 레벨을 유지하기 위해 중요하다.
신발, 손목 밴드, 뒤꿈치(heel) 패드, 발목 팔찌 등의 보호 장비는 작업자의 전하를 제어하기 위해 개발되었다. 그러나, 그러한 보호 장비가 높은 도전성을 가진 경우, 착용자에 대해 감전사의 위험을 증가시킨다. 도전성이 높은 보호 장치를 지닌 착용자는 높은-전압 장치 또는 배선용 접지일 수 있다.
복수의 상품은 개선되고, 특허는 도전성, 절연성 및 정전기 방지 장치에 대한 필요성을 해결하기 위한 것으로 간주되어 왔다. 특허의 일례는 다른 특허 중에서, 미국 특허 No. 493,782, No. 2,261,072, No. 2,712,099를 포함한다.
그러므로, 본 발명의 목적은 종래 기술에 연관된 문제점을 해결하는 전하 보호 장비를 제공함에 있다.
그러므로, 바람직한 실시예에 따라서, 전위를 안전하게 방전하는 보호 장비가 제공되며, 상기 보호 장비는: 착용자에 접촉되기에 적합한 경계면; 상기 착용자에 접촉하는 상기 경계면에서, 접지에 이르는 도전 경로; 및 상기 도전 경로에서의 제 1 회로 장치를 포함하고, 상기 착용자와 상기 접지 사이의 전위차를 증가시키는 기능으로서 상기 제 1 회로 장치는 적어도 하나의 가변 저항을 가져서, 상기 도전 경로에서 도전성을 감소시키도록 가변 저항의 제 1 레벨에 대항하고, 정전기가 보호 장비를 통해 방전되도록 한다.
추가적으로 바람직한 실시예에 따라서, 상기 제 1 회로 장치는 제 1 저항 및 제 1 쌍의 트랜지스터를 포함하고, 상기 제 1 쌍의 트랜지스터는 상기 제 1 저항에 대해 배치되어, 전류 흐름 방향으로 상기 제 1 저항에 걸쳐 전위차에 따른 가변 저항의 제 1 레벨을 제공한다.
여전히 추가적으로 바람직한 실시예에 따라서, 상기 보호 장비는 상기 제 1 회로 장치와 직렬로 상기 도전 경로에서 제 2 회로 장치를 더 포함하고, 상기 제 2 회로 장치는 제 2 저항 및 제 2 쌍의 트랜지스터를 가지고, 상기 제 2 쌍의 트랜지스터는 상기 제 2 저항에 대해 배치되어, 전류 흐름 방향으로 상기 제 2 저항에 걸쳐 전위차에 따른 가변 저항의 제 2 레벨을 제공한다.
여전히 추가적으로 바람직한 실시예에 따라서, 상기 제 1 쌍의 트랜지스터는 모스펫이고, 상기 트랜지스터는 상기 제 1 저항의 양측에 배치되어, 상기 착용자에서 상기 접지로 전류가 흐를 시에 공핍 모드로 동작된다.
여전히 추가적으로 바람직한 실시예에 따라서, 상기 제 1 쌍의 트랜지스터 및 상기 제 2 쌍의 트랜지스터는 모스펫이고, 상기 제 1 쌍의 트랜지스터 및 상기 제 2 쌍의 트랜지스터는 상기 제 1 저항의 양측 및 상기 제 2 저항의 양측에 각각 배치되어, 상기 착용자에서 상기 접지로 전류가 흐를 시에 공핍 모드로 동작된다.
여전히 추가적으로 바람직한 실시예에 따라서, 상기 경계면은 신발이고, 상기 신발은 깔창, 절연 중창 및 밑창을 가지고, 회로 장치는 중창에서 수용되고, 상기 깔창 및 상기 밑창에 접촉된다.
여전히 추가적으로 바람직한 실시예에 따라서, 상기 깔창은 도전층 및 상기 회로장치에 접촉하는 도전성 리본을 가지고, 상기 도전층은 상기 착용자의 족(foot)에 접촉된다.
여전히 추가적으로 바람직한 실시예에 따라서, 상기 밑창은 상기 회로 장치에 접촉되는 적어도 하나의 도전성 뒤꿈치부 및 도전성 탭부를 포함한다.
여전히 추가적으로 바람직한 실시예에 따라서, 상기 경계면은 손목 밴드 및 발목 밴드 중 어느 하나이며, 상기 경계면은 접지된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라서, 위에서 본 전하 보호 신발밑창의 분해도이고;
도 2는 도 1의 아래에서 본 전하 보호 신발밑창의 분해도이고;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라서, 전하 보호 손목 팔찌의 사시도이고;
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라서, 전하 보호 발목 팔찌의 사시도이고; 그리고
도 5는 도 1 내지 4의 전하 보호 장치에 의해 사용된 회로도이다.
지금 도면을 참조하여, 그리도 특히, 도 1 및 2를 참조하여, 실시예에 따라 구성된 전하 보호 신발밑창은 10으로 일반적으로 제시된다. 신발밑창(10)은 상부에서 하부까지, 도전층(12), 깔창(14), 상부용 조립품 베이스(16), 중창(18) 및 밑 창(20)을 가진다. 다른 층은 밑창(20)에서 발견될 수도 있거나, 또는 상술된 층의 일부는 선택적일 수 있다.
도전층(12)은 착용자의 족(foot)과 신발밑창(10) 사이의 경계면이다. 깔창(14)은 청결한 층이고, 그리고 통상적으로 흡수층으로 구성되어 냄새 및 습기를 흡수한다. 깔창(14)은 전기-절연물질로 이루어진다.
조립품 베이스(16)는 구두갑피(upper)를 신발밑창(10)에 연결시키기 위해 사용된다. 명확성의 목적으로 제시되어 있지는 않지만, 구두갑피는 조립품 베이스(16)의 완전한 일부일 수 있다. 조립품 베이스는 개구부(16A)를 특징으로 가진다.
중창(18)은 밑창(20)에 대해 조립품 베이스(16)의 상호관계를 가진다. 중창(18)은 전기-절연물질로 이루어진다.
밑창(20)은 대지와 신발밑창(10)의 경계면이다.
도 1 및 2를 여전히 참조하여, 신발밑창(10)으로 사용된 바와 같이, 전하 보호 장치는 30으로 일반적으로 제시된다. 보호 장치(30)는 신발밑창(10)에 수용된 전자 구성요소이다. 보호 장치(30)는 착용자의 전하에 대한 소산 경로의 일부이기 위해 도전 소자와 연관된다.
특히, 보호 장치(30)는 상위 전극(31A) 및 하위 전극(31B)을 가진다. 상위 전극(31A)은 상위 도전 리본(32A)에 접촉한다. 상위 도전 리본(32A)은 깔창(14)에서 한 쌍의 개구부를 통해 가서 도전층(12)에 잘 접촉된다. 깔창(14)이 절연물질로 바람직하게 이루어짐에 따라서, 도전 리본(32A)은 착용자와 보호 장치(30) 사이에 서 도전 경로를 형성한다.
하위 도전 리본(32B)은, 조립품 베이스(16)의 개구부(16A)와 중창(18)의 한 쌍의 개구부를 통해감으로써, 보호 장치(30)의 하위 전극(31B)을 접촉시키고, 밑창(20) 앞면의 도전 탭부(33) 및 밑창(20) 뒷면의 도전 뒤꿈치부(34) 양부를 접촉시킨다. 중창(18)이 절연물질로 바람직하게 구성됨으로써, 도전 리본(32B)은 보호 장치(30)와 대지 사이에서 도전 경로를 형성한다. 탭부(33) 및 뒤꿈치부(34)는 통상적으로 다른 물질 중에서, 선택된 도전 폴리머 또는 고무 등의 도전 재료로 이루어진다. 도전 리본(32A 및 32B)은 통상적으로 금속재료로 이루어지고, 신발밑창(10)의 다양한 층에서 PCB로서 대안이 될 수 있다.
종래 기술 장치에 연관된 문제점들을 극복하기 위해, 전하 보호 장치(30)는 착용자에 의해 축적된 전하의 기능으로서 가변 저항을 제공한다. 보호 장치의 가변 저항은 전하 전위의 다양한 레벨을 방전하는 저항의 변화 레벨을 보여주는 회로 장치의 형태로 제공된다. 도 5를 참조하면, 보호 장치(30)의 회로는 40으로 일반적으로 제시되고, 그리고 상위 전극(31A) 및 하위 전극(31B)을 가진다.
착용자에서 대지로 방전이 일어날 시, 전극(31A)에서 전극(31B)으로의 전류는 트랜지스터(41AB/41BA)(제 1 회로 장치) 및 42AB/42BA(제 2 회로 장치)를 통하여 가야 한다. 트랜지스터는 실시예에서, 전계-효과 트랜지스터의 다른 타입이 잘 사용될 수 있지만, 공핍-타입의 모스펫(즉, 금속-산화물-반도체 전계- 효과 트랜지스터)이다. 트랜지스터(41AB/41BA 및 42AB/42BA)는 전극 중 하나에서 방전 전위에 따른 저항, 그 트랜지스터 임계 전압 및 그 게이트(g), 소스(s) 및 드레인 단자에 있는 전압 각각에서 변화되기 위해 선택되어서, 공핍 모드에서 동작한다. 본 설명에서, 양 전압이 전극(31A)에서 나타날 시, 즉, 전류가 착용자에서 대지로 흐를 시에, 이 경우에서 Vgs는 음이기 때문에 동작의 공핍 모드는 트랜지스터(41AB 및 42AB)를 위해 보장된다.
유사하게, 양 전압이 전극(31A)에서 나타날 시, 즉, 전류가 착용자에서 대지로 흐를 시에, 이 경우에서, Vgs는 양이기 때문에 동작의 공핍 모드는 트랜지스터(41BA 및 42BA)를 위해 보장된다.
음의 Vgs 전압이 트랜지스터(41AB 및 42AB)의 각 게이트 및 소스 단자에서 나타나고, 양의 Vgs 전압이 트랜지스터(41BA 및 42BA)의 각 게이트 및 소스 단자에서 나타나는 상황에서, 모든 트랜지스터는 전극(31A 및 31B)에 걸쳐 전위차의 기능으로서 그들의 도전성을 감소시킬 것이다. 즉, 방전 경로의 전체 저항은 착용자의 전하 전위의 기능으로서 증가된다.
저항(43 및 44) 각각은 트랜지스터(41AB 및 42AB) 다음에 각각 위치되고, 각 트랜지스터가 공핍 모드에서 동작할 수 있는 여부를 검출하기 위한 수단뿐만 아니라, 방전 경로에 더 많은 저항을 제공한다.
예를 들면, 전극(31A)에서 나타나는 전압이 최소 임계값 아래인 경우, 트랜지스터는 전류가 트랜지스터(41AB/41BA 및 42AB/42BA)의 드레인에서 소스로(또는 소스에서 드레인으로) 균등하게 흐르지 않도록 동작되어, 이로써, 전극(31A)에서 나타난 전압이 임계값보다 더 큰 경우에서보다 더 낮은 저항을 저항 경로에 제공한다.
전압이 최대 임계값 위에 있는 경우, 트랜지스터(41AB/BA 및 42AB/BA)는 각 저항(43 및 44)에 걸쳐 각각 확보된 전압차에 따라 변화되는 그 자신의 내부 저항과 함께 전류에 대한 저항(43 및 44)에 대항한다.
트랜지스터(41AB/BA 및 42AB/BA)의 작용은 최소와 최대 임계값 사이의 중간값을 정의하기 위해 결합하는데, 이때 저항(43 및 44) 중 어느 저항의 효과가 각 트랜지스터의 동작 저항성 또는 도전성 각각 및 저항 방전 경로에 의해 제공된 전체 저항을 정의한다.
설명된 목적에 대해 제공된 한 실시예에 있어서, 보호 장치(30)는 전압이 5 V까지가 되기 위해 0.02 메가 옴보다 낮은 평균 저항, 5 V와 100 V 사이에서 약 0.4 메가 옴의 평균 저항, 100 V와 300 V 사이의 약 1.0 메가 옴의 평균 저항 및 300 V 이상의 약 1.4 메가 옴의 평균 저항에 대항한다. 다른 임계값은 보호 장치의 고안된 사용에 따라 설정될 수 있다. 상술된 임계값은 착용자의 정전기가 접지에 안전하게 소산되도록 하기에 적합하고, 한편, 접지로부터 정전기로 감전된 착용자를 보호한다.
주목할 점은, 더 큰 전위가 전극(31A)(착용자)과 비교하여 전극(31B)(또는 접지)에서 발견되는 경우에서, 트랜지스터(42BA)(또는 트랜지스터의 단일 세트가 제공되는 경우에서의 트랜지스터(41BA))가 착용자에 대한 방전을 차단하기 때문에 보호 장치(30)는 보호용으로 제공된다는 점이다.
도 5에서 방전 경로가 p-타입에 대한 n-타입 트랜지스터를, 그리고 n-타입에 대한 p-타입을 역으로 하여 전극(31B)에서 전극(31A)으로(제 2 방향) 가기에 필요 한 경우에서, 상술된 보호 장치(30)는 유사한 가변 저항 보호를 제공하기 위해 적용될 수 있다. 다른 구성 또한 다양하게 간주된다.
회로(40)가 해당 방향으로 트랜지스터/저항 세트 쌍을 직렬로 가지게 제시되었지만, 회로(40)는 단일 방향으로 한 쌍의 트랜지스터/저항 세트에 한정되게 간주된다. 또한, 단일 트랜지스터/저항 세트 또는 다수의 트랜지스터/저항 세트는 회로(40)로 구비될 수 있어서, 그 고안된 사용에 대해 보호 장치(30)를 맞춤형으로 할 수도 있다.
다른 형태에서 가변-저항 보호를 구비하도록 고안될 수 있다. 일례로, 도 3을 참조하면, 전하 보호 손목 팔찌는 일반적으로 50으로 제시된다. 손목 팔찌(50)는 착용자의 손목에 도전성으로 연결되고, 배선(51) 방식으로 접지(G)에 연결되어 보호 장치(30)의 특징을 가진다. 또 다른 일례에서, 도 4를 참조하면, 전하 보호 발목 팔찌는 일반적으로 60으로 제시된다. 발목 팔찌(60)는 착용자의 발목에 도전성으로 연결되고, 이때, 보호 장치는 배선(61) 방식으로 접지에 연결된다.

Claims (9)

  1. 전위를 안전하게 방전하는 보호 장비에 있어서, 상기 보호 장비는:
    착용자에 접촉되기에 적합한 경계면;
    상기 착용자에 접촉하는 상기 경계면에서, 접지에 이르는 도전 경로; 및
    상기 도전 경로에서의 제 1 회로 장치를 포함하고, 상기 착용자와 상기 접지 사이의 전위차를 증가시키는 기능으로서 상기 제 1 회로 장치는 적어도 하나의 가변 저항을 가져서, 상기 도전 경로에서 도전성을 감소시키도록 가변 저항의 제 1 레벨에 대항하고, 정전기가 보호 장비를 통해 방전되도록 하는 것을 특징으로 하는 보호 장비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 회로 장치는 제 1 저항 및 제 1 쌍의 트랜지스터를 포함하고, 상기 제 1 쌍의 트랜지스터는 상기 제 1 저항에 대해 배치되어, 전류 흐름 방향으로 상기 제 1 저항에 걸쳐 전위차에 따른 가변 저항의 제 1 레벨을 제공하는 것을 특징으로 하는 보호 장비.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 회로 장치와 직렬로 상기 도전 경로에서 제 2 회로 장치를 더 포함하고, 상기 제 2 회로 장치는 제 2 저항 및 제 2 쌍의 트랜지스터를 가지고, 상 기 제 2 쌍의 트랜지스터는 상기 제 2 저항에 대해 배치되어, 전류 흐름 방향으로 상기 제 2 저항에 걸쳐 전위차에 따른 가변 저항의 제 2 레벨을 제공하는 것을 특징으로 하는 보호 장비.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 쌍의 트랜지스터는 모스펫이고, 상기 트랜지스터는 상기 제 1 저항의 양측에 배치되어, 상기 착용자에서 상기 접지로 전류가 흐를 시에 공핍 모드로 동작되는 것을 특징으로 하는 보호 장비.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 쌍의 트랜지스터 및 상기 제 2 쌍의 트랜지스터는 모스펫이고, 상기 제 1 쌍의 트랜지스터 및 상기 제 2 쌍의 트랜지스터는 상기 제 1 저항의 양측 및 상기 제 2 저항의 양측에 각각 배치되어, 상기 착용자에서 상기 접지로 전류가 흐를 시에 공핍 모드로 동작되는 것을 특징으로 하는 보호 장비.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 경계면은 신발이고, 상기 신발은 깔창, 절연 중창 및 밑창을 가지고, 회로 장치는 중창에서 수용되고, 상기 깔창 및 상기 밑창에 접촉되는 것을 특징으로 하는 보호 장비.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 깔창은 도전층 및 상기 회로장치에 접촉하는 도전성 리본을 가지고, 상기 도전층은 상기 착용자의 족에 접촉되는 것을 특징으로 하는 보호 장비.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 밑창은 상기 회로 장치에 접촉되는 적어도 하나의 도전성 뒤꿈치부 및 도전성 탭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 보호 장비.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 경계면은 손목 밴드 및 발목 밴드 중 어느 하나이며, 상기 경계면은 접지되는 것을 특징으로 하는 보호 장비.
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