KR20190037144A - Fiber based stretch sensor and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 섬유 신축센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고신축 섬유소재를 이용하여 소재표면에 전기저항을 가지는 금속 페이스트(paste) 또는 저항사로 선로(회로)를 구성하여 신축에 의해 저항값이 변하는 섬유 신축센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fiber elongation sensor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a fiber elongation sensor and a method of manufacturing the same by constructing a line (circuit) with a metal paste or a resistive wire And a method of manufacturing the same.
근래 산업간 융합제품이 대량으로 개발되고 있는 추세이며, 이미 각종 전도성 소재와 이를 응용한 센서제품 들이 출시되고 있다. In recent years, convergence products between industries have been developed in large quantities, and various conductive materials and sensor products using them have been released.
그리고 전도성 섬유사를 이용한 자수타입의 센싱용 전극, 금속 페이스트를 이용한 인쇄형 패턴 회로 등 의류 및 산업용에서 다양한 개발과 제품들이 출시되는 상황이다.In addition, various developments and products for clothing and industrial use are being released, including embroidery type sensing electrodes using conductive fiber yarns, and printed pattern circuits using metal pastes.
그러나 상기 제품들은 자수타입의 경우 섬유제품에 사용하기 위해 고정된 부위에 센싱을 위한 전극대용으로밖에 사용되지 못하며, 프린팅한 회로의 경우 뒤틀리거나 신축에 의한 선로의 크랙으로 단선되는 취약한 내구성은 치명적인 단점을 지닌다.However, these products can not be used only as an electrode substitute for sensing on a fixed part for use in textile products in the case of an embroidery type, and the durability of the printed circuit is disadvantageous due to warping or cracking of the line due to expansion and contraction, .
최근 섬유 및 의류산업 분야에서 전도성 섬유를 이용하여 인체의 체온 및 심박 등의 측정이 가능한 웨어러블 제품 개발과 그 사용량이 증가하는 추세이다.Recently, wearable products that can measure the body temperature and heartbeat of the human body using conductive fibers have been developed and used in the textile and clothing industry.
그러나 금속 코팅된 전도사의 공기 중 산화 또는 습기 등에 의한 저항의 변화나 인쇄된 전도성 고분자의 신축 및 사용 중 크랙(crack)에 의한 단선, 세탁에 대한 문제점을 안고 있다. However, the metal coated electroconductors suffer from problems such as changes in resistance due to oxidation or moisture in air, elongation and contraction of printed conductive polymers, cracking due to use, and washing.
또한, 기존의 제품들은 기기 또는 제품 자체에 연결되거나 고정된 곳에서 부착되는 기기의 전극이나 회로의 선로용으로 밖에는 사용되지 못하는 단점이 있다.In addition, conventional products have drawbacks in that they can only be used as an electrode or a circuit of a device attached to the device or the product itself or attached to the product itself.
한편, 후술하는 본 발명에 따른 섬유 신축센서 및 그 제조방법과 관련한 선행특허로, 등록특허 제10-1766151호(등록일자: 2017년 08월 01일)의 도전성 섬유를 구비하는 저항 변화 소자를 포함하는 신축 센서가 있다.On the other hand, the prior art related to the fiber stretchable and shrinkable sensor according to the present invention to be described later and the manufacturing method thereof includes a resistance variable element comprising conductive fibers of Registration No. 10-1766151 (registered on Aug. 01, 2017) There is an extension / contraction sensor.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 다양하게 사용이 가능하고, 신축에 의해 단선 되지도 않으며, 신축에 따라 변하는 전기저항 특징을 활용한 섬유 신축센서를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a fiber stretch sensor using various characteristics of electrical resistance which are not disjointed by expansion and contraction and which change according to elongation and contraction. .
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 섬유 신축센서는, According to an aspect of the present invention,
경사 또는 위사, 또는 경사와 위사에 스트레치성이 있는 편평사로 제직한 직물 표면에, 신축 저항사의 코드자수 또는 전도성 페이스트의 인쇄를 통한 섬유 표면에 신축저항이 있는 회로 구조로 이루어진 것을 그 특징으로 한다.Characterized in that it has a circuit structure in which a surface of a fabric woven with flat yarn having warp or weft or warp and weft stretchability has a stretch resistance on the fiber surface through printing of cord embroidery or conductive paste of stretch resistant yarn.
본 발명에 있어서, 상기 제직 직물은, 폴리우레탄계, 실리콘, 또는 테프론계 신축 복합섬유사로 이루어지되, 20%의 신축율을 구비한다.In the present invention, the woven fabric is made of a polyurethane, silicone, or Teflon extensible composite fiber yarn, and has a stretch ratio of 20%.
본 발명에 있어서, 상기 신축 저항사는 전도성 물질이 포함된 실리콘계 섬유사이며, 상기 전도성 페이스트는, 은, 구리, 니켈, 카본나노튜브 중 어느 하나로 이루어진 고분자 점착 페이스트이다.In the present invention, the expansion and contraction resistor yarn is a silicon fiber yarn including a conductive material, and the conductive paste is a polymeric adhesive paste composed of silver, copper, nickel, or carbon nanotubes.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 섬유 신축센서 제조방법은, According to another aspect of the present invention,
신축 스트레치 직물기재 위에 센서회로를 도시하고, The sensor circuit is shown on a stretch fabric substrate,
신축 저항사를 이용하여 처음과 끝 부분을 디바이스와 연결되는 부위에서 자수를 하거나 동일한 직물기재 위에 코드자수를 하여 신축센서를 구성하고,Using a stretching resistance yarn, the first and the end portions are embroidered at a portion connected to the device, or a cord embroidery is formed on the same fabric substrate,
상기 센서회로가 될 디자인의 마스크를 나일론 또는 스테인리스 스틸 소재로 제작하며, The mask of the design to be the sensor circuit is made of nylon or stainless steel material,
그리고 제작된 마스크를 신축 스트레치 직물기재 위에 올린 후, 상위 기재된 전도성 페이스트를 부어 스퀴지로 긁어내는 것을 그 특징으로 한다.Then, the produced mask is placed on a stretch fabric base material, and then the conductive paste described above is poured and scraped off with a squeegee.
본 발명에 있어서, 상기 스퀴지의 압력 및 속도, 횟수에 따라 구성되는 회로의 두께, 저항 및 내구성이 달라진다.In the present invention, the thickness, the resistance, and the durability of the circuit constituted by the pressure, the speed and the frequency of the squeegee vary.
본 발명의 실시예에 따르면, 구기거나 접어도 되며 세탁이 가능하고, 신축에 대한 크랙이 없어 저항 변화율을 지속적으로 유지할 수 있어, 특히 인체제품 적용시 같은 섬유재질로 거부감이 없으며, 기존 인체용 웨어러블 디바이스 제품과 차별화되는 동작시 신축되는 모든 부위에 센싱 가능하며, 이 밖에도 신축 저항값을 이용한 모든 웨어러블 제품에 적용이 가능하다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to keep the rate of resistance change constantly, because it can be rolled or folded and washed, and there is no crack against elongation and shrinkage. It can be applied to all wearable products using stretch resistance value.
도 1은 본 발명에 따른 섬유 신축센서를 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 섬유 신축센서의 실제 시험 사진.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a configuration diagram of a fiber stretch and shrink sensor according to the present invention;
2 is a photograph of an actual test of a fiber stretch sensor according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에는 본 발명에 따른 섬유 신축센서를 나타낸 구성도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명에 따른 섬유 신축센서의 실제 시험 사진이 도시되어 있다.FIG. 1 is a block diagram showing a fiber stretch sensor according to the present invention, and FIG. 2 is a photograph showing an actual test image of a fiber stretch sensor according to the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 섬유 신축센서는, 경사 또는 위사, 또는 경사와 위사에 스트레치(stretch)성이 있는 저 데니어(low denier) 편평사를 사용하여 고밀도로 제직하여 표면 평활도가 우수한 직물 표면에 신축 저항사(실리콘 얀(yarn))의 코드자수 또는 전도성 페이스트의 인쇄(print)를 통한 섬유표면에 신축저항이 있는 회로(선로) 구조로 이루어진다.Referring to FIGS. 1 and 2, a fiber stretch and shrunk sensor according to the present invention is fabricated by using a low denier flat yarn having a warp or weft, or a stretchable property of warp and weft, (Line) structure with stretch resistance on the fiber surface through the printing of a cord embroidery or conductive paste of a stretch resistant yarn (silicone yarn) on a fabric surface with excellent smoothness.
또한, 자수 또는 인쇄가 되는 제직 직물(또는 섬유기재)은, 폴리우레탄계, 실리콘, 또는 테프론계 신축 복합섬유사로 제직된 직물이며, 인쇄를 위해 표면 평활도가 높은 직물이어야 하며, 무한대 신축에 따른 회로의 회복율과 크랙을 고려해 20% 내외의 신축율을 지닌 직물이어야 한다.In addition, a woven fabric (or a fibrous substrate) to be embroidered or printed is a fabric woven with a polyurethane-based, silicone- or Teflon-based stretchable composite fiber yarn, and must be a fabric having a high surface smoothness for printing, The fabric should have a stretch ratio of about 20% considering the recovery rate and cracks.
그리고 상기 회로를 구성하는 상기 신축 저항사는 적정 저항을 가지는 모든 전도성 물질(은, 구리, 니켈 등 금속합금사, 카본사 등)이 포함된 실리콘계 섬유사이다.The expansion and contraction resistor forming the circuit is a silicon-based fiber including all conductive materials (metal alloy such as silver, copper, nickel, carbon paper, carbon paper, etc.) having an appropriate resistance.
또한, 인쇄 패턴이 되는 전도성 페이스트는 전도성 물질(은, 구리, 니켈 등 금속, 카본나노튜브 등)이 포함된 고분자 점착 페이스트이다. The conductive paste to be a print pattern is a polymer adhesive paste containing a conductive material (metal such as silver, copper, nickel, or carbon nanotube).
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 섬유 신축센서는, 신축성 직물에 구현된 저항 패턴이 동작(스트레치)으로 인해 신축이 되었다가 다시 돌아오게 되는데, 이때 신축시 바뀌게 되는 저항값의 변화를 파악하여 동작에 구현되는 모든 웨어러블 센싱 제품에 적용이 가능하다.In the fiber stretch sensor according to the present invention having the above-described structure, the resistance pattern embodied in the stretchable fabric is expanded and contracted due to the operation (stretching), and then returned. At this time, the change in the resistance value, It is applicable to all wearable sensing products to be implemented.
그리고 본 발명에 따른 섬유 신축센서는, 기존의 기술 또는 제품 대비 20% 이상의 신축성과 탄성회복율, 탄성과 회복에 따른 일정한 저항 변화값을 지속적으로 유지하는 특징을 지닌다. The fiber elongation sensor according to the present invention is characterized in that it maintains a constant resistance change value due to elasticity, elastic recovery, elasticity and recovery in elasticity and elasticity of 20% or more as compared with existing technologies or products.
또한, 본 발명에 따른 섬유 신축센서는, 신축직물 표면에 사용되는 저항의 길이 또는 면적만큼 자수나 인쇄를 이용해 간편하게 제작할 수 있다.Further, the fiber elongation sensor according to the present invention can be easily manufactured by embroidery or printing as much as the length or area of the resistance used on the surface of the stretch fabric.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 섬유 신축센서는, 위에서 이미 기재된 내용과 위의 표 1에 기재된 바와 같이, 종래의 문제점을 없애, 공기 중 산화 또는 습기에 의한 저항의 변화가 없고, 최대 20% 이상의 신축에도 크랙(crack)에 의한 단선이 없다.The fiber stretch sensor according to the present invention having the above-described structure eliminates the conventional problems as described above and in Table 1 above, without any change in resistance due to oxidation or moisture in the air, Even if the elongation or shrinkage is over%, there is no disconnection due to crack.
또한, 본 발명에 따른 섬유 신축센서는, 신축에 의한 저항 변화값을 이용하여 동작에 이용되는 센서에 사용 가능한 제품을 제공한다.Further, the fiber elongation sensor according to the present invention provides a product that can be used in a sensor that is used in an operation using a resistance change value due to elongation and contraction.
그리고 본 발명에 따른 섬유 신축센서의 제조방법을 설명한다.A method of manufacturing the fiber elongation sensor according to the present invention will now be described.
우선, 신축 스트레치 직물기재 위에 센서회로를 도시하고, 신축 저항사(실리콘 얀)를 이용하여 처음과 끝 부분을 IT 디바이스와 연결되는 부위에서 일반 자수를 하거나 동일한 직물기재 위에 전자자수기를 이용해 코드자수를 하여 신축센서를 구성한다. First, a sensor circuit is shown on a stretch fabric base, and the first and the end portions are connected to the IT device using a stretching resistance yarn (silicon yarn), or the embroidery machine is used to embed cord embroidery on the same fabric substrate Thereby constituting an elastic sensor.
이어서, 상기 센서회로가 될 디자인의 마스크를 나일론(Nylon), 또는 스테인리스 스틸(SUS) 소재로 제작하고, 제작된 마스크를 신축 스트레치 직물기재 위에 올린 후, 상위 기재된 전도성 페이스트(Paste)(은, 구리, 니켈 등 금속, 카본나노튜브 등)를 부어 스퀴지로 긁어낸다.Next, a mask of a design to be the sensor circuit is made of nylon or stainless steel (SUS), and the manufactured mask is placed on a stretch fabric base material. Then, a conductive paste paste , Metal such as nickel, carbon nanotube, etc.) is poured and scraped off with a squeegee.
이러한 긁어내는 작업은 스크린 장비 또는 수작업으로 가능하며, 스퀴지의 압력 및 속도, 횟수에 따라 구성되는 회로의 두께, 저항 및 내구성이 달라짐으로 적용 제품의 스팩에 따라 조절이 가능하다.Such scratching can be done by screen equipment or by hand, and the pressure, speed and frequency of the squeegee can change the thickness, resistance, and durability of the circuit, depending on the number of applications.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. .
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.
Claims (5)
상기 제직 직물은, 폴리우레탄계, 실리콘, 또는 테프론계 신축 복합섬유사로 이루어지되, 20%의 신축율을 구비한 것을 특징으로 하는 섬유 신축센서.The method according to claim 1,
Wherein the woven fabric is made of a polyurethane-based, silicone-, or Teflon-based stretchable composite fiber yarn, and has a stretch ratio of 20%.
상기 신축 저항사는 전도성 물질이 포함된 실리콘계 섬유사이며,
상기 전도성 페이스트는, 은, 구리, 니켈, 카본나노튜브 중 어느 하나로 이루어진 고분자 점착 페이스트인 것을 특징으로 하는 섬유 신축센서.The method according to claim 1,
Wherein the expansion and contraction resistor yarn is a silicon-based fiber yarn including a conductive material,
Wherein the conductive paste is a polymer adhesive paste composed of any one of silver, copper, nickel, and carbon nanotubes.
신축 저항사를 이용하여 처음과 끝 부분을 디바이스와 연결되는 부위에서 자수를 하거나 동일한 직물기재 위에 코드자수를 하여 신축센서를 구성하고,
상기 센서회로가 될 디자인의 마스크를 나일론 또는 스테인리스 스틸 소재로 제작하며,
그리고 제작된 마스크를 신축 스트레치 직물기재 위에 올린 후, 상위 기재된 전도성 페이스트를 부어 스퀴지로 긁어내는 것을 특징으로 하는 섬유 신축센서 제조방법.The sensor circuit is shown on a stretch fabric substrate,
Using a stretching resistance yarn, the first and the end portions are embroidered at a portion connected to the device, or a cord embroidery is formed on the same fabric substrate,
The mask of the design to be the sensor circuit is made of nylon or stainless steel material,
Then, the fabricated mask is placed on a stretch fabric base material, and then the conductive paste which has been described is poured and scraped off by a squeegee.
상기 스퀴지의 압력 및 속도, 횟수에 따라 구성되는 회로의 두께, 저항 및 내구성이 달라지는 것을 특징으로 하는 섬유 신축센서 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein a thickness, a resistance, and a durability of a circuit constituted by the pressure, the speed, and the number of times of the squeegee vary.
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