KR20210112961A - 직물형 플렉서블 압전소자용 원단 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자카드 직기로 제직되는 직물형 플렉서블 압전소자용 원단에 관한 것으로서, 구체적으로는, 자카드 직기를 이용하여 전도체층과 압전소재층이 번갈아가며 적층되어 있는 멀티 레이어 형태의 중직 구조를 가지고 있는 직물형 플렉서블 압전소자용 원단에 관한 것이다.
본 발명에 의한 직물형 플렉서블 압전소자용 원단은 멀티레이어 형태의 중직 구조를 가지도록 제조됨으로써 의류 제작을 위해 다양한 패턴으로 원단을 재단할 때 내부 도선의 단락이 발생하더라도 각 셀별로 압전소자로서의 기능 구현이 가능하다는 장점이 있다.
본 발명에 의한 직물형 플렉서블 압전소자용 원단은 멀티레이어 형태의 중직 구조를 가지도록 제조됨으로써 의류 제작을 위해 다양한 패턴으로 원단을 재단할 때 내부 도선의 단락이 발생하더라도 각 셀별로 압전소자로서의 기능 구현이 가능하다는 장점이 있다.
Description
본 발명은 자카드 직기로 제직되는 직물형 플렉서블 압전소자용 원단에 관한 것으로서, 구체적으로는, 자카드 직기를 이용하여 전도체층과 압전소재층이 번갈아가며 적층되어 있는 멀티 레이어 형태의 중직 구조를 가지고 있는 직물형 플렉서블 압전소자용 원단에 관한 것이다.
현재까지 전자섬유는 섬유에 전자재료를 접목시켜 안정성을 확보하는 기술과 전자섬유 회로설계 기술, 전자섬유와 IT기기간의 커넥팅 기술 등에 집중되어 개발되고 있으며, 개발된 직물 기반 전자부품으로는 전도성 섬유를 이용한 전자회로 접점, 안테나 등의 직물 회로와 pH 센서, 비접촉 정전용량 센서, 압력센서, 온도센서, 습도센서 등의 다양한 센서 시제품 그리고 물리적인 움직임으로부터 섬유 자체가 발전하는 기술 등이 개발되고 있고, 향후 이러한 전자부품을 섬유 속에 삽입하거나 궁극적으로 직물 그 자체가 되도록 하는 방법이 제시되고 있다.
하지만, 전자직물 기반의 웨어러블 제품들은 현재 IT 전자부품을 섬유에 일체화하는 기술적인 한계에 부딪혀 실생활 용도의 의류에 대해서는 적용이 어려운 실정이며, 이를 해결하기 위하여 패션의류용 웨어러블 환경을 위한 System on Fabric 기술에 대한 개발 필요성이 대두되고 있다.
특히 휴대용 전자기기의 발달과 함께 웨어러블 컴퓨터(wearable computer), 스마트 의류(smart wear) 등과 같이 인간의 의복 또는 착용 가능한 전자기기에 대한 수요와 연구가 증가하고 있다.
인체의 움직임에서 발생되는 에너지를 이용하여 섬유 자체에 대해 발열을 유지하도록 한다거나 압전 센서로서의 역할을 할 수 있도록 전원공급을 할 수 있게 된다면 시간과 공간에 제약을 받지 않는 지속적 에너지 공급원으로서 기존의 전원공급 매체의 문제점을 해결 및 관련 분야의 기술발달에 기여할 수 있다. 또한 의복 또는 착용 가능한 에너지 수확 소자의 경우 착용성이 높고 무의식적인 에너지 수확이 가능하다는 장점이 있다.
압전섬유를 이용하여 인체의 움직임에서 발생되는 에너지를 활용한 기술에 대해서는 한국특허공개 제10-2011-0094675호에서‘압전 직물, 및 그를 이용한 마이크로 동력 에너지 수확 시스템’을 제안한 바 있으나, 이 발명은 압전층, 상기 압전층의 하부에 형성되는 하부 전극층 및 상기 압전층의 상부에 형성되는 상부 전극층으로 구성되는 압전소자의 일반적인 구조를 직물에 단순 적용한 것으로 이를 통해서는 효율적인 에너지 발생 및 수집이 어려울뿐만 아니라 섬유를 재단하거나 하는 경우에 단락이 발생되는 경우 작동이 중단되는 문제점 및 한계점을 가지고 있었다.
한편, 상기 종래 기술의 문제점인 효율적인 에너지 발생 및 수집이 어렵다는 점을 해결하기 위하여 한국공개특허 제10-2013-0112661호에서는 '압전섬유를 이용한 모직형 에너지 포집 소자'를 제안하였으나, 본 발명은 격자 구조의 전도체 배치 및 가로 또는 세로 방향의 재단 상황에서 전도체의 단락 이후 성능 구현이 되지 않는다는 문제점이 여전히 남아 있었다.
본 발명은 앞서 설명한 종래기술의 문제점 및 한계점을 극복하기 위해 안출된 것으로서,
본 발명은 일반적인 자카드 직기를 이용하여 의류 제작을 위해 다양한 패턴으로 원단을 재단함으로써 내부 도선의 단락이 있더라도 기능 구현이 가능한 직물형 플렉서블 압전소자용 원단을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 직물형 플렉서블 압전소자용 원단은,
자카드 직기로 중직 형태로 제직되며, 경사 및 위사를 전도성 원사로 하여 격자 형태로 제직되는 제1전도체층, 제1전도체층의 상부에 위치하며 경사 및 위사가 각각 압전성 소재원사로 하여 격자 형태를 가지되 제1전도체층의 경사 또는 위사와 일정한 간격을 두고 체결 접촉이 되도록 제직되는 압전소재층 및 압전소재층의 상부에 위치하며 경사 및 위사를 전도성 원사로 하여 격자 형태를 가지되 압전소재층의 경사 또는 위사와 일정한 간격을 두고 체결 접촉이 되도록 하되 제1전도층의 경사 또는 위사와는 접촉 체결이 일어나지 않도록 제직되는 제2전도체층으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
따라서 이러한 중직 구조의 멀티레이어 형태로 제직되도록 함으로써 각각 음전하와 양전하를 갖는 도선을 기준으로 일정한 면적을 갖는 하나의 셀을 이루도록 배열하여 각 셀마다 독립적인 기능을 할 수 있도록 함으로써 의류 제작 등을 위해 다양한 패턴으로 재단을 하여 내부에 단락이 일어나더라도 각 부분별로 기능을 구현할 수 있도록 하였다.
따라서 압전소자 원단에 세라믹 센서 혹은 기능소자를 제직하거나 부착되어 전자회로 기능을 구현하는 플랙서블 원단으로 활용할 수 있도록 함으로써 다양한 패턴의 그레이딩 재단 후에도 단선되지 않고 성능이 구현된다.
아울러, 상기 압전소재층과 제1전도체층 및 상기 압전소재층과 제2전도체층은 각각 1mm의 간격을 두고 이격되어 위치하는 것이 바람직하다. 접촉 체결이 일어나는 곳의 위치를 조정함으로써 각 셀 단위의 크기를 조절할 수 있다.
아울러, 상기 3개층의 레이어 이외에, 상기 제2전도체층의 상부에 위치하며 경사 및 위사가 각각 압전성 소재원사로 하여 격자 형태를 가지되 제2전도체층의 경사 또는 위사와 일정한 간격을 두고 체결 접촉이 되도록 제직되는 제2압전소재층; 및 제2압전소재층의 상부에 위치하며 경사 및 위사를 전도성 원사로 하여 격자 형태를 가지되 제2압전소재층의 경사 또는 위사와 일정한 간격을 두고 체결 접촉이 되도록 하며 제2전도체층의 경사 또는 위사와는 접촉이 일어나지 않도록 제직되는 제3전도체층이 더 포함되어 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 직물형 플렉서블 압전소자용 원단은 멀티레이어 형태의 중직 구조를 가지도록 제조됨으로써 의류 제작을 위해 다양한 패턴으로 원단을 재단하여 내부 도선의 단락이 발생하더라도 각 셀별로 압전소자로서의 기능 구현이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의한 직물형 플렉서블 압전소자용 원단은 일반적으로 사용되는 자카드 직기를 이용하여 제작이 가능하여 별도의 제직 장비나 도구가 필요없다는 다른 장점이 있다.
아울러, 본 발명에 의한 직물형 플렉서블 압전소자용 원단은 세라믹 센서나 기능성 소자 등을 추가함으로써 의류에 채택하여 사용되는 경우 움직임만으로도 압전소자로서의 기능을 발현하도록 하여 발열 섬유 또는 센서로서 활용할 수 있다는 또 다른 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 플렉서블 압전소자용 원단의 구성을 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 통하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명하기로 한다
도 1은 본 발명에 의한 플렉서블 압전소자용 원단의 구성을 도시한 것이다.
카드 중조직으로 구성된 제1전도체층(100), 압전소재층(200) 및 제2전도체층(300)이 멀티레이어 형태로 구성된 전자회로를 포함한 압전소자 원단의 제직 구성을 나타내었다.
각 경위사별로 전도성 원사 및 압전성 소재원사가 격자 형태로 이루어 배치되되, 제1전도체층(100)을 형성하는 전도성 원사는 일정한 간격으로 배치하여 압전소재층(200)을 형성하는 압전성 소재원사를 기준으로 상하 또는 좌우로 위치하도록 원사의 배열을 설계하여 각각 음전하와 양전하를 갖는 도선을 기준으로 일정한 면적을 가지는 하나의 셀을 이루도록 배열하였다.
이때 제1전도체층(100) 및 압전소재층(200)은 일정한 간격 즉 약 1mm의 간격을 두고 경사 측 혹은 위사 측으로 체결 접촉이 일어나도록 배치하도록 하여야 하며, 압전소재층(200) 및 제2전도체층(300)은 역시 일정한 간격 즉 약 1mm의 간격을 두고 경사 측 혹은 위사 측으로 각각 체결 접촉이 일어나도록 구성하여야 한다. 이때 제1전도체층(100)과 제2전도체층(300)의 경사 또는 위사가 각각 접촉이 되면 쇼트(단락)가 발생하므로 체결 접촉이 일어나지 않도록 하는 것이 중요하다.
각 일장한 크기의 셀 별로 압전소재를 포함한 세라믹 센서 혹은 기능소자를 제직하거나 부착하여 전자회로 기능을 구현하는 플랙서블 원단으로 사용이 가능하며, 다양한 패턴의 그레이딩 재단 후에도 단선되지 않고 압전소자로서의 성능이 구현되도록 할 수 있다.
100 : 제1전도체층(레이어 A)
200 : 압전소재층(레이어 B)
300 : 제2전도체층(레이어 C)
200 : 압전소재층(레이어 B)
300 : 제2전도체층(레이어 C)
Claims (3)
- 자카드 직기로 중직 형태로 제직되며,
경사 및 위사를 전도성 원사로 하여 격자 형태로 제직되는 제1전도체층;
제1전도체층의 상부에 위치하며 경사 및 위사가 각각 압전성 소재원사로 하여 격자 형태를 가지되 제1전도체층의 경사 또는 위사와 일정한 간격을 두고 체결 접촉이 되도록 제직되는 압전소재층; 및
압전소재층의 상부에 위치하며 경사 및 위사를 전도성 원사로 하여 격자 형태를 가지되 압전소재층의 경사 또는 위사와 일정한 간격을 두고 체결 접촉이 되도록 하며 제1전도체층의 경사 또는 위사와는 접촉이 일어나지 않도록 제직되는 제2전도체층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 직물형 플렉서블 압전소자용 원단 - 청구항 1에 있어서,
상기 압전소재층과 제1전도체층 및 상기 압전소재층과 제2전도체층은 각각 1mm의 간격을 두고 이격되어 위치하는 것을 특징으로 하는 직물형 플렉서블 압전소자용 원단 - 청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 제2전도체층의 상부에 위치하며 경사 및 위사가 각각 압전성 소재원사로 하여 격자 형태를 가지되 제2전도체층의 경사 또는 위사와 일정한 간격을 두고 체결 접촉이 되도록 제직되는 제2압전소재층; 및
제2압전소재층의 상부에 위치하며 경사 및 위사를 전도성 원사로 하여 격자 형태를 가지되 제2압전소재층의 경사 또는 위사와 일정한 간격을 두고 체결 접촉이 되도록 하며 제2전도체층의 경사 또는 위사와는 접촉이 일어나지 않도록 제직되는 제3전도체층이 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 직물형 플렉서블 압전소자용 원단
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