KR20110101453A - 센서 직물, 직물기반 압력 센서 시스템, 직물기반 압력 센서 시스템 제조용 장치 및 직물기반 압력 센서 시스템을 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전도성 소재의 코어층과 피복층으로 구성된 다층구조 전도사를 경사 및 위사로서 포함하는 센서 직물을 제공한다. 상기 본 발명의 센서 직물은 일반 센서에서 구현할 수 없는 유연성을 갖고, 그러한 센서 직물을 활용한 직물기반 압력 센서 시스템은 그 두께와 부피를 절감하고, 경량화할 수 있으며, 제조원가도 낮출 수 있는 장점이 있다.

Description

센서 직물, 직물기반 압력 센서 시스템, 직물기반 압력 센서 시스템 제조용 장치 및 직물기반 압력 센서 시스템을 제조하는 방법{Sensor textile, textile based pressure sensor, instrument for preparing textile based pressure sensor and method for textile based pressure sensor}
본 발명은 센서 직물, 직물기반 압력 센서 시스템, 직물기반 압력 센서 시스템 제조용 장치 및 직물기반 압력 센서 시스템을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 압력 신호를 전기적 신호로 변환하여 전송할 수 있는 센서 직물, 상기 센서 직물을 활용하는 직물기반 압력 센서 시스템, 상기 센서 직물을 이용하여 직물기반 압력 센서 시스템으로 제조하는 장치 및 상기 센서 직물을 이용하여 직물기반 압력 센서 시스템을 제조하는 방법에 관한 것이다.
근래 IT 산업의 급속한 발달로 IT 제품을 소재로 한 융합 제품이 개발되고 있으며, 섬유 산업에도 이러한 융합형 제품이 신규 수요를 창출하며 미래시장을 주도할 것으로 여러 기관들이 전망하고 있다.
섬유 산업에서의 이러한 융합형 제품들은 신호 전송이나 정보통신을 위한 전도성 소재를 기반으로 하고 있으며, IT 제품을 작동시키기 위한 시스템은 압력 신호를 인식하는 센서로 구성된다.
종래의 직물기반 압력 센서로서 KR 2002-7013355는 전도체를 소재로 제직하여, 직물의 압력 인가로 인한 전도체의 접촉 방식을 이용한 압력 센서로서, 전기 저항의 변화 성질을 이용한 압력 센서에 관한 것이고, KR 2006-7020393은 압전 저항 재료와 비도전성 직물을 3개의 직물 층으로 형성하여 제작한 직물형 터치센서에 관한 것으로서, 전도성 또는 비전도성 소재들의 전기 저항에 의한 감지 기능을 이용하였다.
KR 2008-0017487는　전도성 소재를 이용하여 자수 방식으로 제작하였으며, 전도성 소재의 전도성을 이용한 신호 전송 수단으로 활용할 수 있는 직물기반 전자 회로에 관한 것이다.
위의 특허들은 직물상의 도전성 물질을 형성하거나, 2층의 직물 구조를 형성하여 센서로 활용하고 있다.
본 발명의 목적은 물리적 신호를 전기적 신호로 바꾸어 전송하는 센서 직물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 물리적 신호를 전기적 신호로 바꾸어 전송할 수 있으면서 유연성이 뛰어난 센서 직물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기의 센서 직물을 적용한 직물기반 압력 센서 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기의 센서 직물을 적용하여 부피를 절감되고 경량화되면서 그 활용도가 높은　직물기반 압력 센서 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기의 센서 직물을 적용하여 직물기반 압력 센서 시스템을 제조하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기의 센서 직물을 적용하여 부피를 절감되고 경량화되면서 그 활용도가 높은　직물기반 압력 센서 시스템을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본　발명의　상기　및　기타의　목적들은　상세히　설명되는　본　발명에　의하여　모두　달성될　수　있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명은 전도성 소재의 코어층과 피복층으로 구성된 다층구조 전도사를 경사 및 위사로서 포함하는 센서 직물을 제공한다.
본 발명의 일 구체예에서, 상기 다층구조 전도사의 경사 및 위사의 교차로 인해 발생하는 정전용량 발생 면적이 직물 1㎠당 0.1 내지 50㎟이다.
본 발명의 다른 구체예에서, 상기 코어층은 전도성 소재의 복수 개의 가닥이 합사된 것이다. 바람직하게는 1, 3, 7 또는 9 개의 전도성 소재 가닥이 합사된다.
본 발명의 또 다른 구체예에서, 상기 다층구조 전도사는 상기 코어층 및 상기 피복층 사이에 점착사를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구체예에서, 상기 다층구조 전도사는 상기 피복층 외각으로 커버링 원사를 더 포함할 수 있다.
상기 전도성 소재는 은, 구리, 알루미늄, 철, 아연, 니켈 또는 이들의 합금이거나, 탄소나노튜브일 수 있다. 상기 피복층은 면, 양모, 명주, 마, 나일론 또는 폴리에스터일 수 있다. 상기 점착사는 나일론 또는 나일론 혼합사일 수 있다. 상기 커버링 원사의 소재는 면, 양모, 명주, 마, 나일론 또는 폴리에스터일 수 있다.
바람직하게는, 상기 피복층의 유전율이 1.5 내지 7이다.
바람직하게는, 상기 커버링 원사의 유전율이 1.5 내지 7이다.
바람직하게는, 상기 다층구조 전도사의 번수가 1/10 Nm 내지 1/16 Nm일 때의 단일직의 제직밀도가 42 본/inch 내지 54 본/inch 이고, 이중직의 제직밀도는 60 본/inch 내지 80 본/inch 이다.
본 발명의 또 다른 구체예에서, 센서 직물은 상기 다층구조 전도사로만 직조된다.
본 발명의 또 다른 구체예에서, 센서 직물은 상기 다층구조 전도사와 일반사가 함께 직조된다.
상기 일반사의 소재는 면, 양모, 명주, 마, 나일론 또는 폴리에스터일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구체예에서, 상기 다층구조 전도사와 상기 일반사의 제직비율이 1 : 1 내지 1 : 15이다.
상기 다른 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명은　상기 본 발명에 따른 센서 직물; 및 상기 센서 직물을 구성하는 다층구조 전도사 내부의 전도성 소재에 연결된 정전용량 측정 컨트롤러를 포함하는 직물기반 압력 센서 시스템을 제공한다. 상기 센서 직물 내의 경사 및 위사의 교차점에서 경사 및 위사 내부의 전도성 소재가 각각 축전기의 전극을 형성하고, 상기 정전용량 측정 컨트롤러가 센서 직물에 가해지는 압력 변화에 따른 정전용량 변화를 감지하여 작동된다.
본 발명의 또 다른 구체예에서, 상기 정전용량 측정 컨트롤러는 다층구조 전도사 내부의 전도성 소재에 전하를 공급하는 수단 또는 이러한 수단으로 연결하는 수단 및 하나 이상의 센서 직물로부터 전송되어 온 전기적 신호를 인식하는 수단을 포함한다.
본 발명의 또 다른 구체예에서, 상기 센서 직물은 복수의 유닛으로 포함되어 상기 정전용량 측정 컨트롤러에 연결되고, 상기 정전용량 측정 컨트롤러는 상기 센서 직물의 각각의 유닛을 개별적으로 통제하여 작동된다.
본 발명의 또 다른 구체예에서, 상기 정전용량 측정 컨트롤러는 상기 센서 직물 내의 단일 경사와 단일 위사를 각각 개별적으로 통제하여 작동된다.
본 발명의 또 다른 구체예에서, 상기 정전용량 측정 컨트롤러는 상기 센서 직물에 가해지는 압력 변화에 따른 정전용량의 변화를 감지하여 그 변화량에 따라서 전원을 공급하거나 차단하는 스위치 기능을 제공한다.
본 발명의 또 다른 구체예에서, 상기 정전용량 측정 컨트롤러는 시간을 측정하는 수단을 더 포함하여 시간에 따른 상기 센서 직물의 정전용량 변화를 감지하여 작동한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명은　히터, 브러쉬 및 직물 와인딩 장치를 구비하여 상기 본 발명에 따른 직물기반 압력 센서 시스템을 제조하는　장치를 제공한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명은 전도성 소재의 코어층과 피복층으로 구성된 다층구조 전도사로 직조된 센서 직물의 끝단에 전도성 소재의 용융점 이하와 피복층 물질의 연소점 이상의 온도를 가하여 피복층을 히터로 연소시키고, 연소된 피복층의 이물을 브러쉬로 긁어서 제거하여 다층구조 전도사의 끝단에서 피복층을 제거하고, 그리고 피복층이 제거된 다층구조 전도사의 끝단의 전도성 소재를 배선하여 센서 직물과 정전용량 측정 컨트롤러를 연결하는 단계를 포함하는 직물기반 압력 센서 시스템을 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 센서 직물은 단일 직물에서 압전 센서를 구현할 수 있고, 단일 직물 자체에서 센서의 특성을 가지므로, 일반 센서에서 구현할 수 없는 유연성을 갖는다. 그러한 센서 직물을 활용한 직물기반 압력 센서 시스템은 그 두께와 부피를 절감하고, 경량화할 수 있으며, 제조원가도 낮출 수 있는 장점이 있다.
도 1은 다층구조 전도사의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.
도 2는 다층구조 전도사 단면의 SEM(전자주사현미경) 사진이다.
도 3 및 도 4는 다층구조 전도사를 확대한 표면 사진이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 구체예에 따른 센서 직물의 모식도이다.
도 7은 본 발명의 다른 구체예에 따른 센서 직물 내의 다층구조 전도사 경사와 위사가 교차하는 지점에서의 센서 직물 단면의 모식도이다.
도 8은 일반 축전기(capacitor)의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 센서 직물을 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 센서 직물의 단면을 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 센서 직물에 하중이 가해지는 예시적인 경우를 보여주기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 직물기반 압력 센서 시스템에 대한　모식도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 직물기반 압력 센서 시스템에 대한　모식도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 직물기반 압력 센서 시스템에 대한　모식도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 센서 직물의 사진이다.
도 16는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 센서 직물을 일부를 확대한 사진이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 센서 직물을 직조하기 위하여 제조된　다층구조 전도사의 사진이고, 도 18은 그 단면의 SEM 사진이다.
도 19는 직물기반 압력 센서 시스템을 제조에 사용될 수 있는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 장치의 사진이다.
도 20은 본 발명의 또 다른 구체예에 따른　직물기반 압력 센서 시스템을 제조하는 공정을 플로우 챠트로 나타낸 것이다.
도 21은 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 직물기반 압력 센서 시스템의 사진이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 전도성 소재의 코어층과 피복층으로 구성된 다층구조 전도사를 경사 및 위사로서 포함하는 센서 직물을 제공한다.
본 발명에 따른 센서 직물은 다층구조의 전도사가 센서 직물의 경사 및 위사를 형성하면서 직조된 직물로서, 이러한 센서 직물에 압력을 가하면 다층구조 전도사의 정전용량의 변화가 유도되는데, 이러한 성질을 이용하여 센서로서 작동할 수 있다.
본 발명의 센서 직물은 단일 직물에서 경사(또는 위사)와 위사(또는 경사)를 각각의 축전지의 전극으로 설계하였으므로, 단일 직물에서 압전 센서를 구현할 수 있다. 이러한 기술은 직물기반 압력 센서의 두께와 부피를 절감하고, 경량화할 수 있으며, 제조원가도 낮출 수 있는 장점이 있다. 그리고, 단일 직물 자체에서 센서의 특성을 가지므로, 일반 센서에서 구현할 수 없는 유연성(Flexible)을 갖출 수 있고, 직물/센서 일체형 구조로 제작이 가능하며, 보안용 카펫, 스마트 의류용 터치센서, 방향감지센서 등으로 활용할 수 있다.
상기 다층구조 전도사는 전도성 소재의 코어층과 피복층으로 구성된다. 도 1은 상기 다층구조 전도사의 개략적인 단면도를 도시한 것이다. 도 1에서 중심부의 코어층(10)은 전도성 소재로 이루어지고, 피복층(30)은 비전도성 소재를 사용한다.
상기 다층구조 전도사는, 바람직하게는, 점착사(20)를 더 포함하여, 코어층(10)의 전도성 소재와 피복층(30) 간의 결합력을 높일 수 있다. 점착사를 사용하지 않고 전도성 소재와 피복층의 비전도성 소재 만을 사용하여 방적하여 상호간의 충분한 결합이 이루지지 않을 경우, 피복층이 벗겨져 전도성 소재가 표면에 노출되는 현상이 나타날 수 있다. 한편, 전도성 소재의 표면에 피복층의 비전도성 소재로서 합성수지를 코팅하는 경우와 같이, 자체 결합력이 높은 소재를 피복층으로 사용할 경우, 별도의 점착사를 필요로 하지 않는다.
상기 다층구조 전도사는 상기 피복층 외각으로 커버링 원사를 더 포함할 수 있다. 커버링 원사를 더 포함함으로써, 센서 직물의 수분에 대한 안정성을 부여할 수 있다.
코어층의 전도성 소재는, 예를 들면, 은, 구리, 알루미늄, 철, 아연, 니켈 또는 이들의 합금을 사용하거나, 또는 탄소나노튜브의 전도성 소재를 사용할 수 있고, 여기에 한정되지는 않는다. 피복층의 비전도성 소재는 면, 양모, 명주, 마, 나일론, 우레탄 등의 비전도성 소재를 사용할 수 있고, 여기에 한정되지는 않는다. 점착사는 나일론, 또는 나일론 혼합사 등을 사용할 수 있다. 커버링 원사로서는 면, 양모, 명주, 마, 나일론, 폴리에스터 등의 일반적인 섬유가 사용할 수 있고, 여기에 한정되지는 않는다.
도 2는 다층구조 전도사 단면의 SEM(전자주사현미경) 사진이고, 도 3 및 도 4는 다층구조 전도사를 확대한 표면 사진이다. 　　　　
이러한 다층구조 전도사를 이용하여 본 발명의 센서 직물을 직조하면, 도 5와 같이 짜여진 직물을 얻을 수 있게 된다. 도 6은 이를 보다 확대한 모식도로서, 다층구조 전도사가 경사 및 위사로 짜여진 형태를 나타내고 있다.
도 5 및 도 6에서, 다층구조 전도사 내부의 전도성 소재에 (+) 또는 (-)의 전하를 공급하게 되면, 다층구조 전도사의 경사와 위사가 교차하는 지점에서 다층구조 전도사 내부의 전도성 소재가 전극을 구성하게 되어 축전지처럼 작용하게 된다.
도 7은 다층구조 전도사의 경사와 위사가 교차하는 지점에서의 센서 직물 단면의 모식도이고, 도 8은 일반 축전기(capacitor)의 구조를 나타낸 것이다. 즉, 도 7의 경사 및 위사 내부의 전도성 소재가 도 8의 축전기에서 금속판으로 작용하게 되고, 이때 금속판 간의 거리 d는 도 7에서의 나타난 d에 대응한다. 도 8의 축전기의 정전 용량(C)는 하기 식으로 표현된다.
Figure pat00001
ε: 유전율
S: 전극 면적
d: 전극간 거리
본 발명의 센서 직물의 교차점에서의 정전 용량도 마찬가지로 계산될 수 있고, 이때, 전극 면적(S)은 경사 및 위사의 교차점에서의 코어층의 표면 면적에 대응하고, 유전율(ε)은 다층구조 전도사의 피복층의 유전율이며, 전극간 거리(d)는 경사 및 위사 내의 코어층간 거리이다.
도 7에서 우측 도면은 센서 직물이 압력을 받았을 때의 다층구조 전도사의 경사 및 위사의 교차점의 단면을 보여준다. 즉, 센서 직물이 압력을 받게 되면, 전극간 거리(d')가 줄어들게 되는 것이다. d'가 작아지면 정전 용량(C)은 커지게 되므로, 결국 센서 직물에 압력이 가해질 경우 정전 용량(C)의 변화를 초래하게 되는 것이다. 즉, 센서 직물을 누르게 되면 경사 및 위사 간의 간격이 좁아지게 되고, 이에 반비례하여 정전 용량(C)이 커지게 된다. 이러한 정전 용량(C)의 변화량을 인식하여 압력 신호의 크기를 측정할 수 있게 되는 것이다.
이하, 보다 구체적으로, 각각 20개의 경사와 위사를 포함하는 1㎠ 면적의 센서 직물을 예로서 설명한다.
도 9는 각각 20개의 경사와 위사를 포함하는 1㎠ 면적의 센서 직물을 도시한 것으로 우측 확대 도면은 경사와 위사의 교차점에서 다층구조 전도사 내부의 직경 0.08㎜ 전도성 소재의 코어층이 겹쳐지는 면적을 나타낸 것이다. 정전용량을 발생시키는 면적(S1)은 1㎠ 전체에서 전도성 소재의 표면적과 동일하므로,
S1　= 전도성 소재의 표면적 ×　1㎠ 당 경사 본 수 ×　1㎠ 당 위사 본 수
　　　= (2πr ×　2πr) ×　20 ×　20
　　　= (2×π×0.04 ×　2×π×0.04) ×　20 ×　20
　　　= 25.26 (㎟)이다. 　　　　　　　　　　　
상기 식에서 r은 전도성 소재의 반경으로서, 직경 0.08㎜ 전도성 소재를 사용하였으므로, r = 0.04㎜이다.
또한, 피복층을 나일론으로 사용할 경우, 나일론의 유전상수는 3.03이므로,
유전율(ε)은:
ε = 3.03 ×　ε0　= 3.03 ×　8.8541878176×10-12　= 2.68×10-11　F/m 이다(ε0: 진공에서의 유전율).
도 10은 센서 직물의 일 단면을 도시한 단면도로서, 경사와 위사의 전도성 소재 간의 간격(d1)이 약 0.1㎜　이고, 1cm2　면적의 센서 직물에 작용하는 정전용량(C1)는
C1　= ε×S1/d1　= 　2.68×10-11 F/m ×　2.56×10-5 m2　/ 0.0001 m = 6.77 pF 이다.
일반적인 전도성 금속판의 면적(S0)이 1cm2　이고, 금속판 간의 간격(d0)이 0.1mm 일 경우에 작용하는 정전용량(C0)은
C0　= ε×S0/d0　= 　2.68×10-11 F/m ×　1×10-4 m2　/ 0.0001 m = 26.8 pF 이다.
따라서, 상기 센서 직물에 작용하는 정전용량(C1)는 일반 금속판에 작용하는 정전용량(C0)의 약 25%의 정전용량이 발휘된다고 볼 수 있다.
한편, 상기 센서 직물에 일정 하중을 가하여, 전도성 소재 간의 간격(d2)이 전체적으로 0.05㎜로 줄어들 경우의 정전용량(C2)은
C2　= ε×S1/d1　= 　2.68×10-11 F/m ×　2.56×10-5 m2　/ 0.00005 m = 13.5 pF로 변화하게 된다. 이와 같이 센서 직물에 가해진 하중에 따라 정전용량이 변화하는 차이값을 인식함으로써, 센서 직물에 가해진 하중의 유무와 그 하중의 크기를 인식하는 센서로 활용할 수 있다.
도 11은 본 발명의 센서 직물을 활용하여 동일한 하중의 압력이라도 압력을 가해지는 지점을 파악하면, 하중이 가해지는 면적과 압력 크기를 인지할 수 있음을 보여주기 위한 도면이다. 즉, 동일한 무게이면서도 A는 하중 면적이 좁으므로 압력이 높고, A'는 하중 면적이 넓으므로, 압력이 낮다. 압력의 크기는 정전 용량의 변화량을 측정하는 수단을 센서 직물에 연결하여 인지할 수 있고, 압력이 가해지는 지점은 각각의 위사 및 경사에 배선 연결하여 그 위치 파악이 가능하도록 하여 파악할 수 있게 된다.
즉, 본 발명은 이와 같은 이론적 기술을 바탕으로 직물의 위사(또는 경사)의 전도성 소재를 하나의 전극으로 형성하고, 경사(또는 위사)의 전도성 소재를 다른 하나의 전극으로 형성하며, 전도성 소재의 피복층을 유전체로 형성하여, 정전용량의 변화량을 감지하고 정전용량을 제어할 수 있는 센서 직물을 개발한 것이다.
정전용량(C)의 변화의 정도는 센서 직물의 민감도와 관계된다. 정전 용량(C)의 변화를 보다 크게 하기 위해서 경사 및 위사의 교차점에서의 코어층의 표면 면적을 크게 하거나, 유전율(ε)을 크게 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 다층구조 전도사의 경사 및 위사의 교차로 인해 발생하는 정전용량 발생 면적이 직물 1㎠당 0.1 내지 50㎟이다.
경사 및 위사의 교차점에서의 코어층의 표면 면적을 크게 하기 위해서, 다층구조 전도사의 코어층을 전도성 소재의 복수 개의 가닥이 합사된 것으로 형성할 수 있다. 예를 들면, 전도성 소재 1, 3, 7 또는 9 개의 전도성 소재 가닥을 합사하여 다층구조 전도사의 코어층을 형성할 수 있다.
유전율(ε)을 크게 하기 위해서, 피복층의 소재로 높은 유전율(ε)을 갖는 비전도성 소재를 사용할 수 있다. 바람직하게는, 상기 피복층의 유전율은 1.5 내지 7이다. 마찬가지로, 높은 유전율(ε)을 갖는 비전도성 소재를 커버링 원사로 사용할 수 있다. 바람직하게는, 상기 커버링 원사 소재의 유전율은 　1.5 내지 7이다.
다층구조 전도사의 밀도 역시 센서 직물의 민감도에 영향을 줄 수 있다. 바람직하게는, 다층구조 전도사의 제직밀도는 다층구조 전도사의 번수가 1/10 Nm 내지 1/16 Nm일 때에 단일직은 42 본/inch 내지 54 본/inch 이고, 이중직의 제직밀도는 60 본/inch 내지 80 본/inch 이다.
본 발명의 센서 직물은 또한 그 용도에 따라서 다층구조 전도사로만 직조될 수도 있고, 다층구조 전도사와 일반사가 함께 섞여서 직조될 수 있다. 상기 일반사는 면, 양모, 명주, 마, 나일론 또는 폴리에스터　등의 일반적인 섬유가 사용될 수 있고, 상기 예시로만 한정되지는 않는다. 일반사를 함께 직조함으로써, 센서의 민감도, 수분에 대한 안정성, 제조원가, 생산품질 등을 조절할 수 있으므로 용도에 맞게 활용할 수 있다. 바람직하게는, 다층구조 전도사와 일반사의 제직비율이 1 : 1 내지 1 : 15이다.
기존의 압력 센서 및 소자는 일정 형태의 고체로 제작되어 있어 유연성이 없으므로, 의류나 카펫, 소파 등의 섬유를 소재로 하는 제품에 사용이 부적합한 단점이 있는데 반하여, 본 발명의 직물기반 압력 센서 시스템은　전도성 소재의 피복을 섬유 소재를 이용하고, 제직 방식으로 제작되어 유연성을 가지므로, 이와 같은 특성이 요구되는 의류나 카펫, 소파 등의 섬유를 소재로 하는 제품의 압력 센서 및 소재로 활용할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 직물기반 압력 센서는 재단과 봉제가 가능하므로 디자인에 구애받지 않으며, 전도성 소재의 크기보다 크다면 제품의 크기에도 구애받지 않는다.
특히 본 발명은 단일 직물로 제작되므로 원료 단가가 절감되며 제작 공정이 단순화된다는 잇점이 있다.
최근 IT 융합과 관련된 스마트 의류는 의류 표면에 키보드 또는 키패드를 구현하여 제작할 수 있는데, 이러한 스마트 의류는 유연한(flexible) 특성을 유지해야하므로, 본 발명의 센서 직물이 매우 유용하게 적용될 수 있다.
그 밖에도 낙상 방지용 매트나 보안용 카펫의 제품도 섬유 특성을 유지하여야 하므로 섬유를 소재로 하는 본 발명의 센서 직물이 또한 매우 유용하게 적용될 수 있다.
　
본 발명은 또한 전술한 센서 직물을 활용한 직물기반 압력 센서 시스템을 제공한다. 즉, 본 발명의 센서 직물과, 상기 센서 직물을 구성하는 다층구조 전도사 내부의 전도성 소재에 정전용량 측정 컨트롤러를 연결시켜, 센서 직물과 정전용량 측정 컨트롤러를 포함하는 직물기반 압력 센서 시스템을 제공한다.
상기 정전용량 측정 컨트롤러는 다층구조 전도사 내부의 전도성 소재에 전하를 공급하는 수단 또는 이러한 수단으로 연결하는 수단, 하나 이상의 센서 직물로부터 전송되어 온 전기적 신호를 인식하는 수단을 포함하게 된다.
센서 직물에 전원을 연결하여 전하가 공급되게 되면, 센서 직물은 축전기로 작동하게 되는데, 이때 센서 직물의 경사와 위사의 전극 설정 방법에 따라서 압력 신호의 이동 경로를 추적할 수 있는 센서 기능을 변화시킬 수도 있다.
센서 직물에 전하를 공급하여 전극을 설정함으로써 센서용 축전기로 작동시키기 위해서는 다층구조 전도사는 피복층이 형성되어 있으므로　경사(또는 위사) 끝단의 피복층을 제거하여 드러나는 전도성 소재에 연결하여야 한다.
상기 배선 방법에 대하여 예시적으로 설명하면, 먼저, 전도성 소재의 용융점 이하와 피복층 물질의 연소점 이상의 온도를 가하여 피복층에 가하여 피복층을 히터로 연소시킨 후, 연소된 피복층의 이물을 브러쉬로 긁어서 제거한 다음, 피복층이 제거된 다층구조 전도사의 끝단의 전도성 소재를 배선하여 센서 직물과 정전용량 측정 컨트롤러를 연결시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 전도성 소재의 용융점 이하와 피복층 물질의 연소점 이상의 온도는 대략 150 내지 350℃일 수 있다.　　
본 발명은 또한 히터, 브러쉬 및 직물 와인딩 장치를 구비한 직물기반 압력 센서 시스템 제조용　장치를 제공하는데, 이를 이용하여 상기 예시한 배선 방법으로 센서 직물에 전극을 설정할 수 있다.
도 12는 위사(또는 경사)의 전도성 소재를 모두 연결하여 하나의 전극으로 하고, 경사(또는 위사)의 전도성 소재를 모두 연결하여 또 하나의 전극으로 구성한 축전지를 제작하는 경우의 직물기반 압력 센서 시스템에 대한　모식도로서, 센서 직물 상에 작용하는 압력에 따라 상기와 같이 형성된 축전기의 전극의 간격이 변화하게 되고, 간격의 변화에 따라 정전용량이 변화하는 직물기반 압력 센서 시스템을　제작할 수 있다.
센서 직물을 어떠한 구성으로 배치하여 전극을 설정하고, 정전용량 측정 컨트롤러에 연결하여 작동시키는가에 따라 다양하게 활용이 가능하다.
일 구체예에서, 상기 정전용량 측정 컨트롤러는 상기 센서 직물 내의 단일 경사와 단일 위사를 각각 개별적으로 통제하여 작동시킴으로써, 압력이 가해진 지점의 경사와 위사의 교차점 위치 파악이 가능할 수 있다. 도 13은 각각의 경사와 각각의 위사가 개별적으로 전극으로 작동하는 직물기반 압력 센서 시스템의 모식도이다.
도 13에서, A 지점에 압력을 가하면 점선으로 표시된 다층구조 전도사와 연결된 배선의 전극에 해당하는 정전용량이 변화하게 되고, 정전용량 측정 컨트롤러에서는 이 위치에 대한 정전용량 변화량을 인지하여 위치와 압력의 크기를 나타낼 수 있다. 도 13과 같은 구조로 제작하게 되면, 압력이 부하된 위치 인식의　　해상도를 높일 수 있으며, 사용되는 직물 원단의 양도 줄일 수 있어 원가가 절감된다. 실제로, 압력 위치에 대한 해상도는 다층구조 전도사 간의 간격과 일치한다. 이러한 구조로 제작된 직물기반 압력 센서 시스템은　키패드, 터치패드 등, 컴퓨터용 마우스를 대체하는 용도로 사용할 수 있고, 휴대전화 및 MP3 등과 같은 디지털 장치를 작동시킬 수 있는 스마트 의류용 압력 센서 등의 다양한 제품 전개가 가능하다.
다른 구체예에서, 상기 정전용량 측정 컨트롤러는 상기 센서 직물에 가해지는 압력 변화에 따른 정전용량의 변화를 감지하여 그 변화량에 따라서 전원을 공급하거나 차단하는 스위치 기능을 제공할 수 있다.
또 다른 구체예에서, 상기 센서 직물은 복수의 유닛으로 포함되어 상기 정전용량 측정 컨트롤러에 연결되고, 상기 정전용량 측정 컨트롤러는 상기 센서 직물의 각각의 유닛을 개별적으로 통제하여 작동시킴으로써, 각 유닛의 위사(또는 경사)와 경사(또는 위사)의 전도성 소재를 각각의 전극으로 설정하여 센서 직물에 작용하는 압력의 위치와 크기를 유닛 별로 감지할 수 있다.
도 14는 복수의 유닛의 센서 직물을 포함하는 직물기반 압력 센서의 모식도이다. 도 14에서는 복수의 유닛의 본 발명의 센서 직물을 소정의 배열을 이루도록 행과 열 방향으로 나열하고, 각각의 유닛의 센서 직물에 작용하는 압력의 위치와 크기를 인식하는 직물기반 압력 센서를　구현하고 있다. 이러한 직물기반 압력 센서는, 예를 들면　넓은 면적의 카펫으로 제작하여 사람의 이동 경로를 파악할 수 있다. 예를 들면, 도 12에서, A 센서와 B 센서에서 차례로 인지될 경우는 A 지점에서 B 지점으로 이동한 경우이며, A 센서와 D 센서에서 차례로 인지될 경우는 A 지점에서 D 지점으로 이동한 경우이다. 그리고, A 센서, B 센서, D 센서, C 센서가 차례로 반복될 경우는 시계방향으로 회전하고 있다는 것을 나타내는 것이다.
동일한 원리로, 이러한 직물기반 압력 센서 시스템은　크기에 제한을 받지 않는 키보드, 키패드 등으로 제작할 수 있다.　
또 다른 구체예에서, 상기 정전용량 측정 컨트롤러는 시간을 측정하는 수단을 더 포함하여 시간에 따른 상기 센서 직물의 정전 용량 변화를 감지하여 작동할 수 있다. 이 경우, 압력이 가해진 체류 시간을 측정할 수 있게 된다.
　
본　발명은　하기의　실시예에　의하여　보다　더　잘　이해될　수　있으며,　하기의　실시예는　본　발명의　예시　목적을　위한　것이며　첨부된　특허청구　범위　에　의하여　한정되는　보호범위를　제한하고자　하는　것은　아니다.
　
<실시예>
제조예 1
전도성 소재로서 구리(Cu)를 사용하고, 직경 0.08㎜ 한 가닥으로 코어를 형성한 다음 피복층을 면(Cotton)으로 하여 다층구조 전도사를 제조하고 이를 직조하여 센서 직물을 제조하였다.
제조예 2
전도성 소재로서 구리(Cu)를 사용하고, 직경 0.05㎜ 한 가닥으로 코어를 형성한 다음 피복층을 면으로 하여 다층구조 전도사를 제조하고 이를 직조하여 센서 직물을 제조하였다. 　　　
제조예 3
전도성 소재로서 구리(Cu)를 사용하고, 직경 0.05㎜ 세 가닥으로(3합) 코어를 형성한 다음 피복층을 면으로 하여 다층구조 전도사를 제조하고 이를 직조하여 센서 직물을 제조하였다. 　
제조예 4
전도성 소재로서 구리(Cu)를 사용하고, 직경 0.08㎜ 세 가닥으로(3합) 코어를 형성한 다음 피복층을 모(Wool)로 하여 다층구조 전도사를 제조하고 이를 직조하여 센서 직물을 제조하였다.
　
도 3은 제조예 1의 센서 직물 제조에 사용된 다층구조 전도사의 사진이고, 도 2는 그 단면의 SEM 사진이다. 도 17은 제조예 3의 센서 직물 제조에 사용된 다층구조 전도사의 사진이고, 도 18은 그 단면의 SEM 사진이다.
도 15는 제조예 1에서 제조된 센서 직물의 사진이다. 도 16은 제조예 1에서 제조된 센서 직물 표면을 확대한 사진이다. 하기 표 1은 제조예 1 내지 3에서 제조된 센서 직물의 정전 용량 및 전기 저항을 측정하여 나타낸 것이다. 정전 용량은 FLUKE社의 LCR Meter를 사용하여 측정하였고, 전기 저항은 FLUKE社의 Multi Tester를 사용하여 측정하였다.
특성 항목 단위 실시예 1 실시예 2 실시예 3 평가방법
0.05mm 0.08mm 0.05 / 3合
정전용량 nF /m 2 83.91 125.86 186.9 LCR Meter
전기저항 Ω/m 3.93 10.43 3.26 Multi Tester
　
실시예 1 내지 4
히터, 브러쉬 및 직물 와인딩 장치를 구비하는 장치를 사용하여 제조예 1 내지 4에서 제조된 센서 직물의 끝단의 피복층을 제거하고 배선하여 정전용량 측정 컨트롤러에 연결시켜 직물기반 압력 센서 시스템을 사용하였다. 도 19는 상기 히터, 브러쉬 및 직물 와인딩 장치를 구비하는 장치의 사진이다. 먼저, 상기 장치의 히터로 200℃　온도를 센서 직물의 끝단에 가하여 피복층을 연소시키고, 연소된 피복층의 이물을 브러쉬로 긁어서 제거하여 다층구조 전도사의 끝단에서 피복층을 제거한 다음, 피복층이 제거된 다층구조 전도사의 끝단의 전도성 소재를 배선하여 센서 직물과 정전용량 측정 컨트롤러를 연결하여 직물기반 압력 센서 시스템을 제조하였다.
　
도 20은 상기 제조예 1 내지 4에서 다층구조 전도사를 제조한 뒤 이를 직조하여 센서 직물을 제조하고, 상기 실시예 1 내지 4에서의 직물기반 압력 센서 시스템을 제조하는 공정을 플로우 챠트로 나타낸 것이다.
도 21은 실시예 1에 따라 제조된 직물기반 압력 센서 시스템의 사진이다.
상기 실시예 1 내지 4에서 제조된 직물기반 압력 센서 시스템의 특성과 제품의 수명을 평가하기 위하여 센서 직물의 압축탄성률과 마모강도, 피복도와 센서의 회복시간, 세탁내구성을 항목으로 정하여 하기 표 2의 평가방법에 나타난 기준에 따라 측정하여 그 측정값을 표 2에 나타내었다.
특성 항목 단위 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 평가방법
0.05mm
Cotton		 0.08mm
Cotton		 0.05 / 3合
Cotton		 0.05 / 3合
Wool
압축탄성률 % 85.42 95.76 - - KS K0815
회복시간 sec. 3.88 4.07 4.09 2.24 초기정전용량 80% 회복
피복도 Kc 32.55 30.51 31.71 27.69 KS K0511-3
세탁 내구성 회 1 2 2 2 KS K 0464
마모강도 회 2333 2667 - 　 KS K0815
10: 전도성 소재의 코어층
20: 피복층
30: 점착사

Claims (25)

  1. 전도성 소재의 코어층과 피복층으로 구성된 다층구조 전도사를 경사 및 위사로서 포함하는 센서 직물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다층구조 전도사의 경사 및 위사의 교차로 인해 발생하는 정전용량 발생 면적이 직물 1㎠당 0.1 내지 50㎟인 것을 특징으로 하는 센서 직물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 코어층은 전도성 소재의 복수 개의 가닥이 합사된 것임을 특징으로 하는 센서 직물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 코어층은 전도성 소재가 1, 3, 5 또는 9 개의 가닥이 합사된 것임을 특징으로 하는 센서 직물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 피복층의 유전율이 1.5 내지 7인 것을 특징으로 하는 센서 직물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전도성 소재는 은, 구리, 알루미늄, 철, 아연, 니켈 또는 이들의 합금이거나, 탄소나노튜브인 것을 특징으로 하는 센서 직물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 피복층은 면, 양모, 명주, 마, 나일론 또는 우레탄인　것을 특징으로 하는 센서 직물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 다층구조 전도사는 상기 코어층 및 상기 피복층 사이에 점착사를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 직물.
  9. 제8항에 있어서, 상기 점착사는 나일론 또는 나일론 혼합사인 것을 특징으로 하는 센서 직물.
  10. 제1항에 있어서, 상기 다층구조 전도사는 상기 피복층 외각으로 커버링 원사를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 직물.
  11. 제10항에 있어서, 상기 커버링 원사의 유전율이 1.5 내지 7인 것을 특징으로 하는 센서 직물.
  12. 제10항에 있어서, 상기 커버링 원사는 면, 양모, 명주, 마, 나일론 또는 폴리에스터인 것을 특징으로 하는 센서 직물.
  13. 제1항에 있어서, 상기 다층구조 전도사의 제직밀도는 다층구조 전도사의 번수가 1/10 Nm 내지 1/16 Nm일 때에 단일직은 42 본/inch 내지 54 본/inch 이고, 이중직의 제직밀도는 60 본/inch 내지 80 본/inch인 것을 특징으로 하는 센서 직물.
  14. 제1항에 있어서, 상기 다층구조 전도사로만 직조된 것을 특징으로 하는 센서 직물.
  15. 제1항에 있어서, 상기 다층구조 전도사와 일반사가 함께 직조된 것을 특징으로 하는 센서 직물.
  16. 제15항에 있어서, 상기 일반사는 면, 양모, 명주, 마, 나일론 또는 폴리에스터인 것을 특징으로 하는 센서 직물.
  17. 제15항에 있어서, 상기 다층구조 전도사 및 상기 일반사의 제직비율이 1 : 1 내지 1 : 15인 것을 특징으로 하는 센서 직물.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 센서 직물; 및
    상기 센서 직물을 구성하는 다층구조 전도사 내부의 전도성 소재에 연결된 정전용량 측정 컨트롤러를 포함하는 직물기반 압력 센서 시스템으로서,
    상기 센서 직물 내의 경사 및 위사의 교차점에서 경사 및 위사 내부의 전도성 소재가 각각 축전기의 전극을 형성하고, 상기 정전용량 측정 컨트롤러가 센서 직물에 가해지는 압력 변화에 따른 정전용량 변화를 감지하여 작동되는 것을 특징으로 하는 직물기반 압력 센서 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 정전용량 측정 컨트롤러는 다층구조 전도사 내부의 전도성 소재에 전하를 공급하는 수단 또는 이러한 수단으로 연결하는 수단 및 하나 이상의 센서 직물로부터 전송되어 온 전기적 신호를 인식하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 직물기반 압력 센서 시스템.　
  20. 제18항에 있어서, 상기 센서 직물은 복수의 유닛으로 포함되어 상기 정전용량 측정 컨트롤러에 연결되고, 상기 정전용량 측정 컨트롤러는 상기 센서 직물의 각각의 유닛을 개별적으로 통제하여 작동되는 것을 특징으로 하는 직물기반 압력 센서 시스템.
  21. 제18항에 있어서, 상기 정전용량 측정 컨트롤러는 상기 센서 직물 내의 단일 경사와 단일 위사를 각각 개별적으로 통제하여 작동되는 것을 특징으로 하는 직물기반 압력 센서 시스템.
  22. 제18항에 있어서, 상기 정전용량 측정 컨트롤러는 상기 센서 직물에 가해지는 압력 변화에 따른 정전용량의 변화를 감지하여 그 변화량에 따라서 전원을 공급하거나 차단하는 스위치 기능을 제공하는 것을 특징으로 하는 직물기반 압력 센서 시스템.
  23. 제18항에 있어서, 상기 정전용량 측정 컨트롤러는 시간을 측정하는 수단을 더 포함하여 시간에 따른 상기 센서 직물의 정전 용량 변화를 감지하여 작동하는 것을 특징으로 하는 직물기반 압력 센서 시스템.
  24. 히터, 브러쉬 및 직물 와인딩 장치를 구비하여 제18항 내지 제23항의 직물기반 압력 센서 시스템을 제조하는　장치.
  25. 전도성 소재의 코어층과 피복층으로 구성된 다층구조 전도사로 직조된 센서 직물의 끝단에 전도성 소재의 용융점 이하와 피복층 물질의 연소점 이상의 온도를 가하여 피복층을 히터로 연소시키고,
    연소된 피복층의 이물을 브러쉬로 긁어서 제거하여 다층구조 전도사의 끝단에서 피복층을 제거하고, 그리고
    피복층이 제거된 다층구조 전도사의 끝단의 전도성 소재를 배선하여 센서 직물과 정전용량 측정 컨트롤러를 연결하는 단계를 포함하는 직물기반 압력 센서 시스템을 제조하는 방법.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103882730A (zh) * 2012-12-21 2014-06-25 英特尔公司 感测和响应织物
KR20170061902A (ko) 2015-11-27 2017-06-07 한국기계연구원 직물형 센서 어레이 구조체, 이를 포함하는 직물 구조체 및 장치, 및 이를 이용하는 감지 방법
KR20180077769A (ko) * 2016-12-29 2018-07-09 엘지이노텍 주식회사 전기변색직물
KR20180083220A (ko) * 2017-01-12 2018-07-20 주식회사 소프트로닉스 압력 측정이 가능한 직물 및 이를 이용한 압력 측정 장치
KR20200077708A (ko) * 2018-12-21 2020-07-01 주식회사 덕우실업 센서용 직물
WO2021132771A1 (ko) * 2019-12-27 2021-07-01 (주)부영섬유 수평방향 인장력 및 수직방향 압력 측정이 가능한 전도성 복합사 및 이를 포함하는 직물센서

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006234716A (ja) * 2005-02-28 2006-09-07 Aichi Prefecture シート状センサ装置
KR100966842B1 (ko) 2008-02-26 2010-06-29 한국생산기술연구원 자수 기술을 이용한 디지털 가먼트 및 그 제조 방법

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103882730A (zh) * 2012-12-21 2014-06-25 英特尔公司 感测和响应织物
KR20170061902A (ko) 2015-11-27 2017-06-07 한국기계연구원 직물형 센서 어레이 구조체, 이를 포함하는 직물 구조체 및 장치, 및 이를 이용하는 감지 방법
KR20180077769A (ko) * 2016-12-29 2018-07-09 엘지이노텍 주식회사 전기변색직물
KR20180083220A (ko) * 2017-01-12 2018-07-20 주식회사 소프트로닉스 압력 측정이 가능한 직물 및 이를 이용한 압력 측정 장치
KR20200077708A (ko) * 2018-12-21 2020-07-01 주식회사 덕우실업 센서용 직물
WO2021132771A1 (ko) * 2019-12-27 2021-07-01 (주)부영섬유 수평방향 인장력 및 수직방향 압력 측정이 가능한 전도성 복합사 및 이를 포함하는 직물센서

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