WO2021141395A1 - 전도사 압력센서 - Google Patents

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WO2021141395A1
WO2021141395A1 PCT/KR2021/000166 KR2021000166W WO2021141395A1 WO 2021141395 A1 WO2021141395 A1 WO 2021141395A1 KR 2021000166 W KR2021000166 W KR 2021000166W WO 2021141395 A1 WO2021141395 A1 WO 2021141395A1
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conductive
adhesive member
pressure sensor
unit
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김원효
성우경
이국녕
윤수미
홍동기
김영주
강혜림
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한국전자기술연구원
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Definitions

  • One embodiment of the invention relates to a conductive wire pressure sensor.
  • pressure sensors are bonded to a conventional substrate or substrate as a thin film on a plane, and can sense the degree of bending or deformation in response to contraction and relaxation according to the deformation of the substrate.
  • Patent Document 1 KR101301277 B1
  • An object of the present invention is to provide a conductive pressure sensor that can effectively sense the pressure applied through the flexible pressure sensor by effectively applying it to clothing and other various flexible materials or devices.
  • an embodiment of the present invention is to provide a conductive pressure sensor capable of sensing the position and area of the applied pressure on a plane together with the pressure sensing through the conductive wire.
  • a conductive wire pressure sensor includes: a porous fiber layer having a predetermined cavity formed therein; a first sensing electrode made of a first conductive wire formed on one surface of the porous fiber layer; and a second sensing electrode made of a second conductive yarn formed on the other surface of the porous fiber layer, wherein the first sensing electrode or the second sensing electrode is in contact with each other in the cavity of the porous fiber layer by external pressure.
  • the first sensing electrode is formed such that a plurality of first conductive wires formed in one direction on one surface of the porous fiber layer are densely clustered side by side so that a plurality of first unit sensing electrodes are insulated from each other in one direction
  • the second sensing electrode is the A plurality of second unit sensing electrodes formed by clustering a plurality of second conductive yarns formed in another direction on the other surface of the porous fiber layer are formed to be insulated from each other in the other direction, the longitudinal direction of the first unit sensing electrode and the second unit sensing
  • the longitudinal directions of the electrodes may be formed to cross each other in a mutually overlapping direction.
  • the plurality of first unit sensing electrodes of the first sensing electrode may be electrically connected to each independent power supply
  • the plurality of second unit sensing electrodes of the second sensing electrode may be electrically connected to each independent power supply.
  • a conductive wire pressure sensor includes: an adhesive member having a predetermined spacer formed thereon; a first sensing electrode made of a conductive wire formed on one surface of the adhesive member; and a second sensing electrode made of a conductive thread formed on the other surface of the adhesive member, wherein the first sensing electrode or the second sensing electrode is in contact with each other at the spacer of the adhesive member by external pressure.
  • the first sensing electrode is formed such that a plurality of first unit sensing electrodes formed by a plurality of conductive wires formed in one direction on one surface of the adhesive member are closely insulated from each other in one direction
  • the second sensing electrode is the adhesive member
  • a plurality of second unit sensing electrodes formed by clustering a plurality of conductive wires formed in the other direction on the other surface side by side are formed to be insulated from each other in the other direction
  • a longitudinal direction of the first unit sensing electrode and a longitudinal direction of the second unit sensing electrode may be formed to cross each other in the spacer region in a mutually overlapping direction.
  • the plurality of first unit sensing electrodes of the first sensing electrode may be electrically connected to each independent power supply
  • the plurality of second unit sensing electrodes of the second sensing electrode may be electrically connected to each independent power supply.
  • the size of the spacer of the adhesive member is a square of 0.4 cm to 0.5 cm
  • the height in the thickness direction is 0.4 mm to 0.5 mm
  • the average thickness of the first sensing electrode and the second sensing electrode is 0.4 mm to 0.5 mm.
  • Conductive pressure sensor includes a conductive film, a first adhesive member formed on one surface of the conductive film, a predetermined spacer is formed, and a second adhesive member formed on the other surface of the conductive film and provided with a predetermined spacer , a first sensing electrode made of a conductive wire formed on one surface of the first adhesive member; and a second sensing electrode made of a conductive thread formed on one surface of the second adhesive member, wherein the first sensing electrode or the second sensing electrode is in mutual contact with the conductive film in the spacer region of the adhesive member by external pressure do.
  • the first sensing electrode is formed such that a plurality of conductive wires formed in one direction on one surface of the first adhesive member are clustered side by side so that a plurality of first unit sensing electrodes are insulated from each other in one direction
  • the second sensing electrode is the A plurality of second unit sensing electrodes formed by clustering a plurality of conductive wires formed in the other direction on the other surface of the second adhesive member in the other direction are formed to be insulated from each other in the other direction, the longitudinal direction of the first unit sensing electrode and the second unit sensing
  • the longitudinal directions of the electrodes may be formed to cross each other in the spacer region in a mutually overlapping direction.
  • the plurality of first unit sensing electrodes of the first sensing electrode may be electrically connected to each independent power supply
  • the plurality of second unit sensing electrodes of the second sensing electrode may be electrically connected to each independent power supply.
  • a unit pressure sensor attached with an adhesive member in a predetermined cavity with a conductor, it can be arranged and applied to a variety of flexible clothing, materials and devices, thereby effectively securing the reliability of pressure sensing in various fields. It works.
  • FIG. 1A is an exploded perspective view of a conductive wire pressure sensor according to a first embodiment of the present invention
  • Figure 1b is an exploded perspective view according to another example of the conductive pressure sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is an exploded perspective view according to another example of the conductive pressure sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a conductive pressure sensor according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the operation of the conductive wire pressure sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of a conductive pressure sensor according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a conductive pressure sensor according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the operation of the conductive wire pressure sensor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view of a conductive wire pressure sensor according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a conductive wire pressure sensor according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a photograph of the experimental apparatus for the data of FIG. 5 of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a partially enlarged view of FIG. 13 .
  • Figure 1a is an exploded perspective view of a conductive pressure sensor according to a first embodiment of the present invention
  • Figure 1b is an exploded perspective view according to another example of a conductive wire pressure sensor according to the first embodiment of the present invention
  • Figure 2 is the first of the present invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the conductive pressure sensor according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a conductive pressure sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • 5 is an experimental data of a change in resistance value for pressure sensing of a conductive pressure sensor according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 13 is a photograph of an experimental apparatus for the data of FIG. 5 of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a partially enlarged view of FIG. 13 .
  • the conductive wire sensor according to the first embodiment of the present invention includes a first sensing electrode 20 comprising a porous fiber layer 10 having a predetermined cavity formed therein, a first conductive wire 22 formed on one surface of the porous fiber layer 10, and the and a second sensing electrode 30 made of a second conductive yarn 32 formed on the other surface of the porous fiber layer, wherein the first sensing electrode or the second sensing electrode 30 is applied to the porous fiber layer 10 by external pressure. are formed to be in contact with each other in the cavity of
  • the first sensing electrode 20 formed of the first conductive wire 22 is formed on one surface of the porous fiber layer 10, and the porous The second sensing electrode 30 formed of the second conductive yarn 32 is formed on the other surface of the fiber layer 10 .
  • the porous fiber layer 10 includes woven fabrics or fibers of general clothing, and porosity means that it includes a cavity naturally generated by the sparseness of a woven thread of a general textile material. Due to this cavity, the first sensing electrode 20 above the fiber layer and the second sensing electrode 30 under the fiber layer come into contact with each other by pressure, so that a change in resistance, that is, a decrease in resistance, is sensed, so that pressure can be sensed. there will be If the contact area increases proportionally as the pressure increases, the decrease in resistance increases as the contact area increases, so that the increase in pressure can be sensed proportionally.
  • the first sensing electrode 20 or the second conductive wire 32 is in contact with each other to form a surface.
  • it may be formed of two sensing electrodes 30 .
  • a plurality of first conductive yarns 22 in one direction and a plurality of second conductive yarns 32 formed in the same longitudinal direction in a corresponding direction are combined with the porous fiber layer 10 to implement a conductive pressure sensor.
  • the first conductive wire 22 and the second conductive wire 32 are formed so that the individual conductive wires 22. 32 are closely spaced apart and insulated, as shown, so that the first conductive wire and the second conductive wire cross each other. It is possible to effectively sense a specific position where pressure is applied through a change in capacitance.
  • the first sensing electrode 20 is a porous fiber layer 10 with a plurality of first conductive yarns 22 formed in one direction on one surface are clustered side by side.
  • the formed plurality of first unit sensing electrodes 21 are formed to be insulated from each other in one direction
  • the second sensing electrode 30 has a plurality of second conductive wires 32 formed on the other surface of the porous fiber layer 10 in the other direction side by side.
  • a plurality of densely formed second unit sensing electrodes 31 are formed to be insulated from each other in the other direction, and the longitudinal direction of the first unit sensing electrode 21 and the longitudinal direction of the second unit sensing electrode 31 overlap each other. It may be formed to cross each other in the direction.
  • the plurality of first unit sensing electrodes 21 of the first sensing electrode 20 formed to cross each other are each independently connected to a power source
  • the plurality of second unit sensing electrodes 31 of the second sensing electrode 30 are each independently connected to each other.
  • the first unit sensing electrode 21 and the second unit sensing electrode 31 are formed by combining a plurality of conductive wires, as well as being implemented through one independent conductive wire having a predetermined thickness. to be.
  • 5 is a graph showing the results of an experimental example through a practical sample.
  • the sample sample 20a substantially corresponding to the first sensing electrode 20 and the sample sample 30a corresponding to the second sensing electrode 30 .
  • the sample sample 10a corresponding to the intermediate porous fiber layer 10 is 0.1 mm, and when a force is applied to the sample sample 20a through the bar P of the pressing force from the top, As the sample sample 20a and the sample sample 30a come into contact with each other through a plurality of minute cavities of the sample sample 10a of the porous fiber layer, the change in resistance value is measured through the resistance meter V.
  • These result values are the same as the graph shown in FIG. 5 . That is, it can be seen that as the contact area between the sample sample 20a and the sample sample 30a increases by increasing the pressing force, the resistance value decreases in proportion to this.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of a conductive pressure sensor according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a conductive pressure sensor according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a conductive wire according to a second embodiment of the present invention.
  • a cross-sectional view of the pressure sensor and FIG. 9 are experimental data of a change in resistance value with respect to pressure sensing of the conductive wire pressure sensor according to the second embodiment of the present invention.
  • the adhesive member 40 having a predetermined spacer formed thereon, the first sensing electrode 20 and the adhesive member 40 made of a conductive wire formed on one surface of the adhesive member 40 It includes a second sensing electrode 30 made of a conductive thread formed on the other surface, and the first sensing electrode or the second sensing electrode 30 is in contact with each other at the spacer of the adhesive member 40 by external pressure.
  • the first sensing electrode 20 is coupled to one surface of the adhesive member 40 on which the spacer is formed
  • the second sensing electrode 30 is coupled to the other surface of the adhesive member 40 . Since the first sensing electrode 20 and the second sensing electrode 30 substantially overlap with the description of the first sensing electrode 20 and the second sensing electrode 30 according to the first embodiment, the overlapping description is to be omitted.
  • the first sensing electrode 20 includes a plurality of first unit sensing electrodes 21 formed by densely clustering a plurality of conductive wires formed in one direction on one surface of the adhesive member 40 in one direction in one direction. It is formed so as to be insulated, and the second sensing electrode 30 is formed such that a plurality of conductive wires formed in the other direction on the other surface of the adhesive member 40 are clustered side by side so that the plurality of second unit sensing electrodes 31 formed in the other direction are insulated from each other. and the longitudinal direction of the first unit sensing electrode 21 and the longitudinal direction of the second unit sensing electrode 31 may be coupled to each other to cross each other in the spacer region in a mutually overlapping direction.
  • the plurality of first unit sensing electrodes 21 of the first sensing electrode 20 are connected to an independent power source, and the second sensing electrode 30 also has the plurality of second unit sensing electrodes 31 independent of each other.
  • the sensing electrode in addition to basic pressure sensing, since it is connected to a phosphorus power source, it is possible to detect a point where actual pressure is applied by finding the contact position of each intersecting sensing electrode.
  • the adhesive member 40 is a conventional insulating material, and may be an adhesive member 40 in the form of a sheet, but a spacer space is provided on the opposite surface of either the first sensing electrode 20 or the second sensing electrode 30 . Of course, it may be formed by applying an adhesive material or material to be patterned.
  • the tendency can be confirmed through a graph through an experiment under specific conditions.
  • resistance values due to external pressure are measured using the same experimental apparatus as in FIG. 13 through samples having respective corresponding components. That is, the average thickness of the first sensing electrode 20 and the second sensing electrode 30 is 0.45 mm, the adhesive layer is also formed to have the same thickness of 0.45 mm, the spacer space has a square shape of 0.45 cm, and the depth in the thickness direction.
  • the change in the resistance value is shown. As shown, it can be seen that the resistance value due to the contact between the first sensing electrode 20 and the second sensing electrode 30 gradually decreases as the pressure increases. By changing the resistance value, it is possible to effectively sense the applied pressure.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view of a conductive pressure sensor according to a third embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a conductive pressure sensor according to a third embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a third embodiment of the present invention It is a cross-sectional view of the operation of the conductive wire pressure sensor.
  • the third embodiment of the present invention has a structure similar to the above-described second embodiment, wherein the first sensing electrode 20 and the second sensing electrode 30 do not directly contact in the spacer space of the adhesive member 40, By making each of the conductive films contact each other, the width of the resistance change of the conductive yarn can be more effectively increased, thereby improving the sensing sensitivity of the pressure sensor.
  • a first adhesive member 41 is formed on one surface of the conductive film and a second adhesive member 42 is formed on the other surface of the conductive film, and a first sensing electrode is formed on the first adhesive member 41 .
  • (20) is laminated, and the second sensing electrode (30) is laminated on the second adhesive member (42).
  • the first sensing electrode 20 and the second sensing electrode 30 when pressure is applied on the first sensing electrode 20, the first sensing electrode 20 and the second sensing electrode 30 are connected to the first adhesive member 41 while naturally receiving pressure. ) and the conductive film in the spacer space of the second adhesive member 42, respectively, to further amplify the contact resistance, thereby increasing the sensitivity of pressure sensing.
  • the conductive film may be implemented in the form of a sheet made of conductivity, and a medium capable of effectively amplifying the resistance change due to the contact between the first sensing electrode 20 and the second sensing electrode 30 through a material having good conductivity. It is appropriate that it can be
  • first sensing electrode 20 the second sensing electrode 30, the first adhesive member 41 and the second adhesive member 42 is the same as in the first and second embodiments described above. Since the first sensing electrode 20 , the second sensing electrode 30 , and the adhesive member 40 have substantially the same configuration, overlapping descriptions will be omitted.
  • porous fiber layer 20 first sensing electrode
  • first unit sensing electrode 22 first conductive wire

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Abstract

본 발명의 제1 실시예에 따른 전도사 센서는, 소정의 공동이 형성된 다공성 섬유층,상기 다공성 섬유층 일면에 형성된 제1 전도사로 이루어진 제1 센싱전극 및 상기 다공층 섬유층 타면에 형성된 제2 전도사로 이루어진 제2 센싱전극을 포함하고, 상기 제 1센싱전극 또는 상기 제2 센싱전극이 외부 압력에 의해 상기 다공성 섬유층의 상기 공동에서 상호 접촉되도록 형성된다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 전도사를 통해 플렉서블한 의류나 섬유소재에 적용함으로써 외부 압력에 대한 변형에 효과적으로 대응하여 압력을 센싱할 수 있는 효과가 있다.

Description

전도사 압력센서
발명의 일실시예는 전도사 압력센서에 관한 것이다.
기존에 압력센서들은 통상적인 기판이나 기재에 평면상에 박막으로 결합되어, 기재의 변형에 따른 수축 및 이완에 반응하여 그 휘어짐 정도나 변형정도를 센싱할 수 있었다.
그러나, 최근에 다양한 기재들, 일반적인 플렉서블 기판 뿐만 아니라 섬유소재나 더욱 변형정도가 큰 소재들에 센서가 부착되는 환경이 많아 짐에 따라, 센서 자체의 변형에 효과적으로 대응할 수 있고, 이러한 설계자유도가 높은 압력센서의 연구가 필연적으로 대두되고 있다.
[선행기술술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) KR101301277 B1
본 발명의 일실시예에 따른 목적은 의류 기타 다양한 플렉서블한 소재나 디바이스에 효과적으로 적용함으로써 유연한 압력센서를 통해 가해지는 압력을 효과적으로 센싱할 수 있는 전도사 압력센서를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 일실시예는 전도사를 통한 압력센싱과 함께 평면상의 가해지는 압력의 위치와 면적을 함께 센싱할 수 있는 전도사 압력센서를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 전도사 압력센서는, 소정의 공동이 형성된 다공성 섬유층, 상기 다공성 섬유층 일면에 형성된 제1 전도사로 이루어진 제1 센싱전극; 및 상기 다공층 섬유층 타면에 형성된 제2 전도사로 이루어진 제2 센싱전극을 포함하고, 상기 제 1센싱전극 또는 상기 제2 센싱전극이 외부 압력에 의해 상기 다공성 섬유층의 상기 공동에서 상호 접촉된다.
여기서, 상기 제1 센싱전극은 상기 다공성 섬유층 일면에 일방향으로 형성된 복수개의 제1 전도사가 나란히 밀집되어 형성된 복수개의 제1 단위센싱전극이 일측방향으로 상호 절연되도록 형성되고, 상기 제2 센싱전극은 상기 다공성 섬유층 타면에 타방향으로 형성된 복수개의 제2 전도사가 나란히 밀집되어 형성된 복수개의 제2 단위센싱전극이 타측방향으로 상호 절연되도록 형성되며, 상기 제1 단위센싱전극의 길이방향과 상기 제2 단위센싱전극의 길이방향은 상호 중첩되는 방향으로 상호 교차되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 센싱전극의 복수개의 상기 제1 단위센싱전극은 각각 독립된 별개 전원으로 전기적 연결되며, 상기 제2 센싱전극의 복수개의 상기 제2 단위센싱전극은 각각 독립된 별개의 전원으로 전기적 연결될 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 전도사 압력센서는, 소정 스페이서가 형성된 접착부재, 상기 접착부재 일면에 형성된 전도사로 이루어진 제1 센싱전극; 및 상기 접착부재 타면에 형성된 전도사로 이루어진 제2 센싱전극을 포함하고, 상기 제 1센싱전극 또는 상기 제2 센싱전극이 외부 압력에 의해 상기 접착부재의 상기 스페이서에서 상호 접촉된다.
여기서, 상기 제1 센싱전극은 상기 접착부재 일면에 일방향으로 형성된 복수개의 전도사가 나란히 밀집되어 형성된 복수개의 제1 단위센싱전극이 일측방향으로 상호 절연되도록 형성되고, 상기 제2 센싱전극은 상기 접착부재 타면에 타방향으로 형성된 복수개의 전도사가 나란히 밀집되어 형성된 복수개의 제2 단위센싱전극이 타측방향으로 상호 절연되도록 형성되며, 상기 제1 단위센싱전극의 길이방향과 상기 제2 단위센싱전극의 길이방향은 상호 중첩되는 방향으로 상기 스페이서 영역에서 상호 교차되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 센싱전극의 복수개의 상기 제1 단위센싱전극은 각각 독립된 별개 전원으로 전기적 연결되며, 상기 제2 센싱전극의 복수개의 상기 제2 단위센싱전극은 각각 독립된 별개의 전원으로 전기적 연결될 수 있다.
또한, 상기 접착부재의 스페이서의 크기는 0.4㎝ 내지 0.5㎝의 정사각형으로 두께방향의 높이는 0.4㎜ 내지 0.5㎜를 이루며, 상기 제1 센싱전극 및 상기 제2 센싱전극의 평균두께는 0.4㎜ 내지 0.5㎜를 갖을 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 전도사 압력센서는, 도전막, 상기 도전막 일면에 형성되고, 소정 스페이서가 형성된 제1 접착부재, 상기 도전막 타면에 형성되고, 소정 스페이서가 형성된 제2 접착부재, 상기 제1 접착부재 일면에 형성된 전도사로 이루어진 제1 센싱전극; 및 상기 제2 접착부재 일면에 형성된 전도사로 이루어진 제2 센싱전극을 포함하고, 상기 제 1센싱전극 또는 상기 제2 센싱전극이 외부 압력에 의해 상기 접착부재의 상기 스페이서 영역에서 상기 도전막과 상호 접촉된다.
여기서, 상기 제1 센싱전극은 상기 제1 접착부재 일면에 일방향으로 형성된 복수개의 전도사가 나란히 밀집되어 형성된 복수개의 제1 단위센싱전극이 일측방향으로 상호 절연되도록 형성되며, 상기 제2 센싱전극은 상기 제2 접착부재 타면에 타방향으로 형성된 복수개의 전도사가 나란히 밀집되어 형성된 복수개의 제2 단위센싱전극이 타측방향으로 상호 절연되도록 형성되며, 상기 제1 단위센싱전극의 길이방향과 상기 제2 단위센싱전극의 길이방향은 상호 중첩되는 방향으로 상기 스페이서 영역에서 상호 교차되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 센싱전극의 복수개의 상기 제1 단위센싱전극은 각각 독립된 별개 전원으로 전기적 연결되며, 상기 제2 센싱전극의 복수개의 상기 제2 단위센싱전극은 각각 독립된 별개의 전원으로 전기적 연결될 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 전도사를 통해 플렉서블한 의류나 섬유소재에 적용함으로써 외부 압력에 대한 변형에 효과적으로 대응하여 압력을 센싱할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전도사의 배치를 평면상의 X 및 Y축 방향에 대응하도록 배치하여 개별전원으로 센싱하게 됨으로써, 외부압력에 의한 저항변화에 따른 압력의 센싱과 함께, 압력이 가해지는 위치범위를 효과적으로 센싱할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전도사의 접촉 뿐만 아니라, 전도사의 접촉 공간 사이에 도전막을 추가함으로써, 전도사와 도전막의 접촉에 의한 저항변화를 보다 증가시킴으로써 압력센싱의 민감도를 효과적으로 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 전도사와 소정 공동의 접착부재를 부착한 단위 압력센서를 통해, 플렉서블한 다양한 의류나 소재 및 디바이스에 다양하게 배치 및 적용할 수 있게 됨으로써 다양한 분야에서의 압력센싱의 신뢰성을 효과적으로 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전도사 압력센서의 분해 사시도;
도 1b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전도사 압력센서의 다른 예에 의한 분해 사시도;
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전도사 압력센서의 또 다른 예에 의한 분해 사시도;
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전도사 압력센서의 단면도;
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전도사 압력센서의 작용 단면도;
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전도사 압력센서의 압력센싱에 대한 저항값의 변화의 실험 데이터;
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전도사 압력센서의 분해 사시도;
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전도사 압력센서의 단면도;
도 8은 보 발명의 제2 실시예에 따른 전도사 압력센서의 작용 단면도;
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전도사 압력센서의 압력센싱에 대한 저항값의 변화의 실험 데이터;
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전도사 압력센서의 분해 사시도;
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전도사 압력센서의 단면도;
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전도사 압력센서의 작용 단면도;
도 13은 본 발명의 제1 실시예의 도 5의 데이터를 위한 실험장치 사진이고,
도 14는 도 13의 부분확대도 이다.
발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명하기로 하며, 동일한 참조부호는 동일한 부재를 가리킨다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전도사 압력센서의 분해 사시도, 도 1b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전도사 압력센서의 다른 예에 의한 분해 사시도, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전도사 압력센서의 또 다른 예에 의한 분해 사시도, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전도사 압력센서의 단면도, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전도사 압력센서의 작용 단면도 및 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전도사 압력센서의 압력센싱에 대한 저항값의 변화의 실험 데이터, 도 13은 본 발명의 제1 실시예의 도 5의 데이터를 위한 실험장치 사진이고, 도 14는 도 13의 부분확대도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 전도사 센서는, 소정의 공동이 형성된 다공성 섬유층(10), 상기 다공성 섬유층(10) 일면에 형성된 제1 전도사(22)로 이루어진 제1 센싱전극(20) 및 상기 다공층 섬유층 타면에 형성된 제2 전도사(32)로 이루어진 제2 센싱전극(30)을 포함하고, 상기 제 1센싱전극 또는 상기 제2 센싱전극(30)이 외부 압력에 의해 상기 다공성 섬유층(10)의 상기 공동에서 상호 접촉되도록 형성된다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전도사 압력센서는 다공성 섬유층(10)의 일면상에 제1 전도사(22)로 형성된 제1 센싱전극(20)이 형성되고, 다공성 섬유층(10) 타면상에 제2 전도사(32)로 형성된 제2 센싱전극(30)이 형성된다.
다공성 섬유층(10)은 일반적인 의류의 직물지나 섬유를 포함하는 것으로, 다공성은 일반적인 섬유소재의 짜인 실의 성김에 의해 자연스럽게 생기는 공동을 포함하는 것을 의미한다. 이러한 공동에 의해 섬유층 상부의 제1 센싱전극(20)과 섬유층 하부의 제2 센싱전극(30)이 압력에 의해 상호 접촉되게 됨으로써 저항의 변화, 즉 저항 감소가 감지됨으로써 이를 통해 압력을 센싱할 수 있는 것이다. 압력이 커짐에 따라 접촉되는 면적이 비례하여 늘어나게 되면, 그러한 접촉면적의 증가에 따라 저항의 감소폭이 커지므로 이에 비례하여 압력의 증가를 센싱할 수 있다.
도 1a에 도시된 것은 복수개의 전도사가 상호 이격되어 형성된 것을 도시하였지만, 복수개의 제1 전도사(22) 또는 제2 전도사(32)가 상호 접촉되어 면을 형성하도록 제1 센싱전극(20) 또는 제2 센싱전극(30)으로 형성될 수 있음은 물론이다. 복수개의 전도사로 형성됨으로써, 결합되는 다공성 섬유층(10)의 외부 압력에 의한 변형에도 개별 전도사의 변형이 유연하게 이루어질 수 있으므로 압력센서 자체가 파손되거나 손상되지 않고 섬유층에 변형에 효과적으로 대응하면서 압력을 센싱할 수 있는 것이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 복수개 일방향의 제1 전도사(22)와 이에 대응되는 방향으로 동일한 길이방향으로 형성된 복수개의 제2 전도사(32)가 다공성 섬유층(10)과 결합하여 전도사 압력센서를 구현할 수 있다.
뿐만 아니라, 도 1b에 도시된 바와 같이, 제1 전도사(22)와 제2 전도사(32)의 길이방향이 상호 교차하도록 형성함으로써, 외부 압력에 의한 저항변화를 통한 압력의 센싱 뿐만 아니라, 제1 전도사(22)와 제2 전도사(32)가 X축과 Y축의 좌표축을 이루도록 함으로써, 외력에 의해 압력이 가해지는 지점의 위치를 함께 센싱할 수 있다. 이 경우, 제1 전도사(22)와 제2 전도사(32)는 도시된 바와 같이, 개별적인 각 전도사(22. 32)가 촘촘히 이격되어 절연되도록 형성됨으로써, 제1 전도사와 제2 전도사가 교차된 영역에서 압력이 가해진 특정위치를 정전용량의 변화를 통해 효과적으로 센싱할 수 있는 것이다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명 제1 실시예의 변형된 예로써 제1 센싱전극(20)은 다공성 섬유층(10) 일면에 일방향으로 형성된 복수개의 제1 전도사(22)가 나란히 밀집되어 형성된 복수개의 제1 단위센싱전극(21)이 일측방향으로 상호 절연되도록 형성되며, 제2 센싱전극(30)은 다공성 섬유층(10) 타면에 타방향으로 형성된 복수개의 제2 전도사(32)가 나란히 밀집되어 형성된 복수개의 제2 단위센싱전극(31)이 타측방향으로 상호 절연되도록 형성되며, 제1 단위센싱전극(21)의 길이방향과 제2 단위센싱전극(31)의 길이방향은 상호 중첩되는 방향으로 상호 교차되도록 형성될 수 있다.
여기서, 상호 교차되도록 형성된 제1 센싱전극(20)의 복수개의 제1 단위센싱전극(21)들이 각각 독립적으로 전원에 연결되고, 제2 센싱전극(30)의 복수개의 제2 단위센싱전극(31)들이 각각 독립적으로 전원에 연결됨으로써, 외부압력에 의해 제1 센싱전극(20)과 제2 센싱전극(30)이 접촉될 때의 저항의 변화 뿐만 아니라, 각 압력이 가해지는 위치를 함께 센싱할 수 있어, 다양한 분야의 디바이스에 적용되어 압력센서의 기능을 확장할 수 있는 효과가 있다.
제1 단위센싱전극(21) 및 제2 단위센싱전극(31)은 도시된 바와 같이, 복수개의 전도사가 결합되어 형성됨은 물론, 소정의 두께를 갖는 하나의 독립된 전도사를 통해 구현될 수 있음은 물론이다.
구체적으로, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 전도사 압력센서 상부에서 압력(힘)이 가해지면 하방으로 자연스럽게 눌리면서 제1 센싱전극(20)과 제2 센싱전극(30)이 다공성 섬유층(10)의 소정의 공동상에서 접촉이 이루어진다. 이러한 접촉에 의해 저항의 변화가 생기고, 이에 따른 압력값을 센싱하게 된다.
도 5는 실질적인 샘플을 통한 실험예의 결과 그래프이다.
즉, 도 13 및 도 14에 도시된 실험사진에서와 같이, 실질적으로 제1 센싱전극(20)에 대응되는 시료샘플(20a)와 제2 센싱전극(30)에 대응되는 시료샘플(30a)의 평균적인 두께를 0.1㎜로 하고, 중간 다공성 섬유층(10)에 대응되는 시료샘플(10a)를 0.1㎜로 하여, 상부에서 가압력의 바(P)를 통해 시료샘플(20a)에 힘을 가했을때, 시료샘플(20a)와 시료샘플(30a)가 다공성 섬유층의 시료샘플(10a)의 미세한 다수의 공동을 통해 상호 접촉됨으로써 저항값의 변화를 저항측정기(V)를 통해 측정한 것이다. 이러한 결과값은 도 5에 도시된 그래프와 같다. 즉, 가압력을 증가시켜 시료샘플(20a)과 시료샘플(30a)의 접촉면적이 증가할수록 저항값이 이에 비례하여 감소되는 것을 확인할 수 있다.
이를 통해, 외부의 압력이 가해질 때, 제1 센싱전극(20)과 제2 센싱전극(30)의 접촉 면적이 점점 커지면서 이에 비례하여 저항값이 줄어드는 것을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전도사 압력센서의 분해 사시도, 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전도사 압력센서의 단면도, 도 8은 보 발명의 제2 실시예에 따른 전도사 압력센서의 작용 단면도 및 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전도사 압력센서의 압력센싱에 대한 저항값의 변화의 실험 데이터이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 전도사 압력센서는, 소정 스페이서가 형성된 접착부재(40), 상기 접착부재(40) 일면에 형성된 전도사로 이루어진 제1 센싱전극(20) 및 상기 접착부재(40) 타면에 형성된 전도사로 이루어진 제2 센싱전극(30)을 포함하고, 상기 제 1센싱전극 또는 상기 제2 센싱전극(30)이 외부 압력에 의해 상기 접착부재(40)의 상기 스페이서에서 상호 접촉된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 스페이서가 형성된 접착부재(40)의 일면에 제1 센싱전극(20)과 접착부재(40)의 타면에 제2 센싱전극(30)이 결합된다. 제1 센싱전극(20)과 제2 센싱전극(30)은 상술한 제1 실시예에 따른 제1 센싱전극(20)과 제2 센싱전극(30)의 설명과 실질적으로 중복되므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제1 센싱전극(20)은 상기 접착부재(40) 일면에 일방향으로 형성된 복수개의 전도사가 나란히 밀집되어 형성된 복수개의 제1 단위센싱전극(21)이 일측방향으로 상호 절연되도록 형성되며, 제2 센싱전극(30)은 접착부재(40) 타면에 타방향으로 형성된 복수개의 전도사가 나란히 밀집되어 형성된 복수개의 제2 단위센싱전극(31)이 타측방향으로 상호 절연되도록 형성되며, 제1 단위센싱전극(21)의 길이방향과 상기 제2 단위센싱전극(31)의 길이방향은 상호 중첩되는 방향으로 상기 스페이서 영역에서 상호 교차하도록 결합될 수 있다.
도시된 실시예는, 제1 센싱전극(20)의 복수개 제1 단위센싱전극(21)이 독립적인 전원에 연결되고, 제2 센싱전극(30)도 복수개 제2 단위센싱전극(31)이 독립적인 전원에 연결됨으로서 기본적인 압력센싱 이외에도 각 교차되는 각각의 센싱전극의 접촉 위치를 찾아내 실질적인 압력이 가해지는 지점을 센싱할 수 있는 것이다. 그러나, 본 제2 실시예에서도 상부 제1 센싱전극(20)과 하부의 제2 센싱전극(30)이 복수개의 전도사가 나란히 측면방향으로 밀착결합된 면을 이루는 형태의 센싱전극의 구현도 가능함음 제1 실시예의 도시된 바와 실질적으로 동일하다.
접착부재(40)는 통상적인 절연소재로, 시트형태의 접착부재(40)일 수 있지만, 제1 센싱전극(20) 또는 제2 센싱전극(30) 어느 하나의 마주보는 면에 스페이서의 공간이 패터닝 되도록 접착물질이나 소재를 도포하는 방식으로 형성될 수 있음은 물론이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 전도사 센서의 상방에서 압력이 가해지면, 자연스럽게 제1 센싱전극(20)과 제2 센싱전극(30)이 스페이서 공간영역에서 접촉되므로 상호 저항값이 변하게 된다.
구체적으로, 도 9에 도시된 바와 같이 구체적인 조건에 의한 실험을 통한 그래프를 통해 그 경향성을 확인할 수 있다. 이는 상술한 본 발명의 제1 실시예와 같이 도 13과 동일한 실험장치를 이용하여 각각의 대응되는 구성의 시료를 통해 외부 압력에 의한 저항값을 측정한 것이다. 즉, 제1 센싱전극(20)과 제2 센싱전극(30)의 평균적 두께가 0.45㎜이고, 접착층도 동일한 0.45㎜두께로 형성되고, 스페이서 공간의 크기가 0.45cm의 정사각형 형태고 두께 방향의 깊이 0.4㎜로 하여 실험한 결과 저항값의 변화 수치를 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 제1 센싱전극(20)과 제2 센싱전극(30)의 접촉에 의한 저항값은, 압력이 쎄질수록 점점 저항값이 작아지는 것을 볼 수 있다. 이러한 저항값을 변화를 통해 가해지는 압력에 대한 센싱을 효과적으로 수행할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전도사 압력센서의 분해 사시도, 도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전도사 압력센서의 단면도이고, 도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전도사 압력센서의 작용 단면도이다.
본 발명의 제3 실시예는 상술한 제2 실시예와 유사한 구조로써, 제1 센싱전극(20)과 제2 센싱전극(30)이 접착부재(40)의 스페이서 공간에서 직접 접촉되는 것이 아닌, 도전막에 각각 접촉하도록 함으로써, 전도사의 저항변화의 폭을 더욱 효과적으로 증가시켜 압력센서의 센싱감도를 향상시킬 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 도전막의 일면상에 제1 접착부재(41)와 도전막의 타면상에 제2 접착부재(42)를 형성하고, 제1 접착부재(41)상에 제1 센싱전극(20)을 적층하고 제2 접착부재(42)상에 제2 센싱전극(30)을 적층하게 된다.
도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 제1 센싱전극(20)상으로 압력이 가해지면 자연스럽게 압력을 받으면서 제1 센싱전극(20)과 제2 센싱전극(30)이 제1 접착부재(41)와 제2 접착부재(42)의 스페이서 공간상에서 도전막에 각각 접촉됨으로써, 접촉저항값을 보다 증폭시켜 압력센싱의 민감도를 높일 수 있는 것이다.
여기서, 도전막은 도전성으로 이루어진 시트형태를 통해 구현될 수 있고, 전도성이 좋은 소재를 통해 제1 센싱전극(20)과 제2 센싱전극(30)의 접촉에 의한 저항변화를 효과적으로 증폭시킬 수 있는 매개체가 될 수 있는 것이 적절하다.
기타, 제1 센싱전극(20)과 제2 센싱전극(30), 제1 접착부재(41)와 제2 접착부재(42)의 구성에 대한 설명은 이미 상술한 제1 및 제2 실시예상의 제1 센싱전극(20), 제2 센싱전극(30) 및 접착부재(40)와 그 실질적인 구성이 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 전도사 압력센서는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다. 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
[부호의 설명]
10: 다공성 섬유층 20: 제1 센싱전극
21: 제1 단위센싱전극 22: 제1 전도사
30: 제2 센싱전극 31: 제2 단위센싱전극
32: 제2 전도사 40: 접착부재
41: 제1 접착부재 42: 제2 접착부재
50: 도전막 h: 공동
s: 스페이서

Claims (10)

  1. 소정의 공동이 형성된 다공성 섬유층
    상기 다공성 섬유층 일면에 형성된 제1 전도사로 이루어진 제1 센싱전극; 및
    상기 다공층 섬유층 타면에 형성된 제2 전도사로 이루어진 제2 센싱전극을 포함하고, 상기 제 1센싱전극 또는 상기 제2 센싱전극이 외부 압력에 의해 상기 다공성 섬유층의 상기 공동에서 상호 접촉되는 전도사 압력센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 센싱전극은 상기 다공성 섬유층 일면에 일방향으로 형성된 복수개의 제1 전도사가 나란히 밀집되어 형성된 복수개의 제1 단위센싱전극이 일측방향으로 상호 절연되도록 형성되고,
    상기 제2 센싱전극은 상기 다공성 섬유층 타면에 타방향으로 형성된 복수개의 제2 전도사가 나란히 밀집되어 형성된 복수개의 제2 단위센싱전극이 타측방향으로 상호 절연되도록 형성되며,
    상기 제1 단위센싱전극의 길이방향과 상기 제2 단위센싱전극의 길이방향은 상호 중첩되는 방향으로 상호 교차되도록 형성된 전도사 압력센서.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 센싱전극의 복수개의 상기 제1 단위센싱전극은 각각 독립된 별개 전원으로 전기적 연결되며,
    상기 제2 센싱전극의 복수개의 상기 제2 단위센싱전극은 각각 독립된 별개의 전원으로 전기적 연결되는 전도사 압력센서.
  4. 소정 스페이서가 형성된 접착부재;
    상기 접착부재 일면에 형성된 전도사로 이루어진 제1 센싱전극; 및
    상기 접착부재 타면에 형성된 전도사로 이루어진 제2 센싱전극을 포함하고, 상기 제 1센싱전극 또는 상기 제2 센싱전극이 외부 압력에 의해 상기 접착부재의 상기 스페이서에서 상호 접촉되는 전도사 압력센서.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 센싱전극은 상기 접착부재 일면에 일방향으로 형성된 복수개의 전도사가 나란히 밀집되어 형성된 복수개의 제1 단위센싱전극이 일측방향으로 상호 절연되도록 형성되고,
    상기 제2 센싱전극은 상기 접착부재 타면에 타방향으로 형성된 복수개의 전도사가 나란히 밀집되어 형성된 복수개의 제2 단위센싱전극이 타측방향으로 상호 절연되도록 형성되며,
    상기 제1 단위센싱전극의 길이방향과 상기 제2 단위센싱전극의 길이방향은 상호 중첩되는 방향으로 상기 스페이서 영역에서 상호 교차되도록 형성된 전도사 압력센서.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 센싱전극의 복수개의 상기 제1 단위센싱전극은 각각 독립된 별개 전원으로 전기적 연결되며,
    상기 제2 센싱전극의 복수개의 상기 제2 단위센싱전극은 각각 독립된 별개의 전원으로 전기적 연결되는 전도사 압력센서.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 접착부재의 스페이서의 크기는 0.4㎝내지 0.5㎝의 정사각형으로 두께방향의 높이는 0.4㎜ 내지 0.5㎜를 이루며, 상기 제1 센싱전극 및 상기 제2 센싱전극의 평균두께는 0.4㎜ 내지 0.5㎜를 갖는 전도사 압력센서
  8. 도전막;
    상기 도전막 일면에 형성되고, 소정 스페이서가 형성된 제1 접착부재;
    상기 도전막 타면에 형성되고, 소정 스페이서가 형성된 제2 접착부재;
    상기 제1 접착부재 일면에 형성된 전도사로 이루어진 제1 센싱전극; 및
    상기 제2 접착부재 일면에 형성된 전도사로 이루어진 제2 센싱전극을 포함하고, 상기 제 1센싱전극 또는 상기 제2 센싱전극이 외부 압력에 의해 상기 접착부재의 상기 스페이서 영역에서 상기 도전막과 상호 접촉되는 전도사 압력센서.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 센싱전극은 상기 제1 접착부재 일면에 일방향으로 형성된 복수개의 전도사가 나란히 밀집되어 형성된 복수개의 제1 단위센싱전극이 일측방향으로 상호 절연되도록 형성되며,
    상기 제2 센싱전극은 상기 제2 접착부재 타면에 타방향으로 형성된 복수개의 전도사가 나란히 밀집되어 형성된 복수개의 제2 단위센싱전극이 타측방향으로 상호 절연되도록 형성되며,
    상기 제1 단위센싱전극의 길이방향과 상기 제2 단위센싱전극의 길이방향은 상호 중첩되는 방향으로 상기 스페이서 영역에서 상호 교차되도록 형성된 전도사 압력센서.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 센싱전극의 복수개의 상기 제1 단위센싱전극은 각각 독립된 별개 전원으로 전기적 연결되며,
    상기 제2 센싱전극의 복수개의 상기 제2 단위센싱전극은 각각 독립된 별개의 전원으로 전기적 연결되는 전도사 압력센서.
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