KR20130141283A

KR20130141283A - 전기 전도성 섬유를 포함하는 밴드 센서

Info

Publication number: KR20130141283A
Application number: KR1020120064580A
Authority: KR
Inventors: 이정욱; 박성미; 정경희
Original assignee: 코오롱글로텍주식회사
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2013-12-26

Abstract

본 발명은 신체의 움직임에 대한 변화값을 측정하기 위한 밴드 센서를 개시한다. 본 발명의 밴드 센서는 길이 또는 형상이 변화함에 따라 저항값이 변하는 도전층; 및 상기 도전층의 적어도 일면에 형성되는 기재층을 포함한다. 본 발명의 밴드 센서에 따르면 밴드의 길이 또는 형상 변형을 통해 가변하는 저항값을 용이하게 측정할 수 있고, 특히 의복에 적용할 경우 신체의 움직임 변화를 거부감 없이 측정하기에 적합하다.

Description

전기 전도성 섬유를 포함하는 밴드 센서{Band sensor comprising an electro-conductive textile}

본 발명은 섬유 타입의 밴드 센서에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 의류에 일체로 형성되거나, 또는 별도로 부착되어 적용될 수 있는 섬유 타입의 밴드 및 이를 이용한 밴드 센서에 관한 것이다.

전기 전도성(electro-conductivity)을 갖는 도전성 섬유는 섬유에 전기 전도성 재료를 도금 또는 함침 등의 방식으로 코팅하여 얻어지는 것으로서, 종래의 도전성 섬유는 전류를 도통시키기 위한 경우, 전자파 차폐가 필요한 경우, 또는 금속 재료가 적용되기 어려운 경우에 사용되는 것이 일반적이었으며, 이러한 전도성 섬유를 이용한 섬유 타입의 센서는 존재하지 않았다.

본 발명은 신체의 움직임을 거부감 없이 용이하게 측정하기 위한 밴드 센서로서, 특히 섬유 타입의 밴드 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 밴드의 길이 또는 형상이 변화함에 따라 저항값이 변하는 도전층; 및 상기 도전층의 적어도 일면에 형성되는 기재층을 포함하는 밴드 센서를 제공한다.

본 발명의 밴드 센서는 제1 전극, 상기 제1 전극과 소정의 간격을 두고 떨어진 제2 전극을 포함하며, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 도전층을 전기적으로 연결하는 도전 경로도 포함할 수 있다. 상기 기재층은 상기 도전층의 일면에 형성된 제1 기재층과, 상기 도전층의 다른 일면에 형성된 제2 기재층을 포함할 수 있다.

본 발명의 밴드 센서는 상기 제1 기재층에 위치하는 제1 전극과, 상기 제2 기재층에 위치하는 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제1 기재층을 전기적으로 연결하는 제1 도전 경로, 상기 제2 전극과 상기 제2 기재층 전기적으로 연결하는 제2 도전 경로를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 밴드 센서는 상기 제1 기재층, 상기 도전층 및 상기 제2 기재층 순으로 적층되며, 제1 도전 경로와 상기 제2 도전 경로의 배열 패턴은 적어도 일부에서 대칭성을 갖는 것이 바람직하고, 도전층은 전기 전도성을 갖는 도전성 섬유, 또는 도전성 매쉬가 바람직하다. 또한, 상기 제1 도전 경로와 상기 제2 도전 경로는 전기적으로 직접 연결되지 않도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 제1 도전 경로와 제2 도전 경로의 재료는 전도성 실 또는 와이어이며, 상기 제1 도전 경로와 제2 도전 경로의 패턴은 서로 대칭되고, 상기 도전 경로는 상기 제1 기재층, 제2 기재층 및 상기 도전층을 결합하도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 제1 도전 경로는 상기 제1 전극, 상기 제1 기재층, 상기 도전층, 상기 제2 기재층, 상기 도전층, 상기 제1 기재층을 포함하는 순서로 상기 층들을 관통하여, 상기 제1 기재층, 상기 도전층, 상기 제2 기재층을 결합시키고,

상기 제2 도전 경로는 상기 제2 전극, 상기 제2 기재층, 상기 도전층, 상기 제1 기재층, 상기 도전층, 상기 제2 기재층을 포함하는 순서로 상기 층들을 관통하여, 상기 제1 기재층, 상기 도전층, 상기 제2 기재층을 결합시키도록 구성될 수 있다.

본 발명의 밴드 센서에 따르면, 밴드의 길이 또는 형상 변형에 따라 변하는 저항값을 용이하게 측정할 수 있다. 특히, 본 발명 밴드 센서는 섬유 타입의 재료를 통해 구현 가능하므로 의복에 적용하기 용이하며, 의복에 적용할 경우 신체의 움직임 변화를 거부감 없이 측정하기에 적합하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밴드 센서를 나타낸 구조이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 밴드 센서를 나타낸 구조도이다.
도 3은 도 2의 밴드 센서에 대한 분해도이다.
도 4는 도 2의 밴드 센서에서 도전 경로의 대칭성을 나타내는 투시도이다.
도 5a는 도 2의 밴드 센서에 외력을 가하지 않았을 경우를 나타낸 것이고,
도 5b는 도 2의 밴드 센서에 외력을 가하여 늘린 경우를 나타내는 그림이다.

이하의 내용은 발명의 원리를 예시하기 위한 것이다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 발명의 원리, 관점 및 실시예들 뿐만 아니라 특정 실시예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 발명을 설명함에 있어서 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 발명에 따른 밴드 센서를 바람직한 실시예를 통해 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밴드 센서를 나타낸 구조도이다.

도 1의 밴드 센서(1)는 전기 전도성을 갖는 도전층(10)과, 기재층(20)을 포함한다. 본 실시예의 밴드 센서(1)는 외부 상황에 따라 길이 내지는 형상이 변화될 수 있고, 상기 도전층의 저항값은 상기 밴드 센서의 길이 내지는 형상의 변화에 따라 가변되도록 구성될 수 있다. 여기에서 외부 상황은, 예를 들어 밴드 센서가 의복에 적용되었을 때, 의복 착용자의 자세 변화에 따라 밴드가 늘어나거나, 오므라드는 상황을 의미한다.

본 실시예의 밴드 센서는 의복에 직접 적용되어, 신체 활동에 따라 오므라지거나 늘어지게 되며, 그러한 밴드 센서의 물리적 변화를 전기적 신호의 형태로 센싱하는 것을 가능하게 한다. 특히, 본 발명의 밴드 센서는 아날로그 타입 신체 정보를 획득하는데 유용하게 활용될 수 있다.

본 실시예에서 도전층(10)는 외부의 조건에 따라 길이 내지는 형상이 변화하게되고, 이러한 물리적인 변화는 도전층 저항값 변화와 긴밀한 관계가 있는 재료이어야 한다. 특히, 도전층은 길이 변화에 따라 저항이 변화하는 재료가 바람직하다. 전기가 흐르는 경로가 길어질 경우 저항이 증가하고, 경로의 폭이 좁아질 수록 저항이 증가하는 재료가 바람직하다.

도전층은 예를들어 금속 분말, 이온성 재료가 코팅된 도전성 섬유(conductive textile), 도전성 매쉬(conductive mesh), 도전성 탄성 고무가 가능하다. 특히, 도전성 섬유가 바람직한데, 도전성 섬유의 경우 외력에 의하여 길게 늘어질 경우 저항이 증가하며, 외력이 제거될 경우 원래의 값으로 복원되는 성질이 있기 때문이다. 또한, 도전층(10)은 도전층은 길이, 형상 변형에 의하여 저항값이 변경되어야 하는 소재로서, 전선과 같이 저항이 낮은 전기 전도성 소재이 비하여 상대적으로 저항값이 높다.

기재층(20)은 도전층과 함께 또는 독립적으로 외부의 상황에 따라 길이 또는 형상이 변형될 수 있다. 기재층은 신축성 또는 탄성이 있는 섬유, 메시 타입의 재료가 바람직하다. 기재층(20)은 도전층을 보호하며, 도전층을 지지한다. 본 실시예와 달리 외력에 의하여 도전층만이 변형되고, 기재층이 변형되지 않도록 구성하는 것도 가능하다. 본 실시예에서 기재층은 예를들어 네오프렌(Neoprene) 혼합 섬유가 있다.

도 1은 기재층과 도전층만으로 구성된 간략화된 개념의 밴드 센서가 도시되어 있다. 밴드 센서를 통해 획득되는 저항값의 일정성 측면에서 볼 때, 본 실시예의 밴드 센서의 크기는 길이 방향으로 10~300mm, 특히 80~120mm가 바람직하고, 폭 방향으로는 1~30mm, 특히 8~12mm가 바람직하다.

도 1의 실시예는 도전층은 기재층에 감싸진 경우를 도시하고 있으나, 이는 하나의 예일 뿐 본 특허의 권리 범위는 이에 한정되지 않는다. 예를들어 도 2와 같이, 도전층의 측면이 개방된 형대로 적층되도록 구성하는 것도 가능하다.

본 실시예의 밴드를 이용한 센싱을 위해서는 전원 공급원이 별도로 필요하다. 전원 공급원은 밴드의 구성 내부에 또는 별도로 외부에 위치하도록 구성될 수 있다. 밴드에 전류가 공급되면, 도전층은 가변 저항의 역할을 하게 되면, 밴드의 양 끝단, 또는 특정된 2개의 지점간의 저항값을 측정할 수 있다. 측정된 저항값은 밴드에 가해진 외부 상황, 또는 외부 힘에 대한 측정값을 의미한다.

도 2는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 밴드 센서(100)의 단면 구조를 나타낸 것이고, 도 3은 밴드 센서(100)의 분해도이다.

도 2 및 3에 도시된 밴드 센서(100)는, 도전층(110), 제1 기재층(120), 제2 기재층(130), 전극(140)을 포함한다. 도 2의 밴드 센서는 기재층과 전극을 2개로 구분하여 구성한 것이며, 도 1과 공통된 사항에 대한 설명은 이하 생략한다.

도 2에서, 도전층(110)은 제1 기재층(120)과 제2 기재층(130)의 사이에 위치한다. 본 도면에 도시된 도전층의 크기와 두께는 예일 뿐이며, 이에 한정되어서는 안된다.

제1 기재층(120)은 상기 도전층을 지지하고, 보호하며, 도전층과 결합하여 구성된다. 특히 본 실시예의 밴드가 인체에 적용될 경우에는 피부와 도전층이 직접 닿는 것을 방지한다. 제2 기재층(130)은 제1 기재층의 반대측면에 위치한다.

도전층은 외부의 힘, 외부의 상황에 따라 길이 변형, 형상 변형이 수반되고, 제1 기재층, 제2 기재층, 도전층이 일체로 결합될 경우 이러한 변형은 기재층에도 동일한 양상으로 발생할 수 있다. 하지만, 외부 상황의 센싱은 기본적으로 도전층의 변화를 통하여 센싱하는 것이기 때문에, 기재층에도 그러한 변형이 필수적으로 수반되어야 하는 것은 아니다.

본 실시예에서 전극(140)은 제1 전극(142)와 제2 전극(144)를 포함한다. 제1 전극은 제1 기재층와 결합되며, 제2 전극은 제2 기재층과 결합한다. 전극은, 예를 들어 전도성 섬유, 금속박, 또는 금속판재가 있다. 본 실시예는 전극을 기재층과 직접 결합시키는 구성의 예인데, 이와 달리, 제1 전극과 제2 전극을 직접 도전층(110)에 연결하여 구성하는 것도 가능하다.

본 실시예에서 도전 경로는, 예를 들어 전도성 실, 또는 전도성 와이어가 바람직하다. 이러한 도전 경로는 전극으로부터 유입되는 전류의 이동 통로가 된다. 제1 도전 경로(152)는 제1 전극(142)과 전기적으로 직접 연결되도록 구성된다. 제2 도전 경로(154)는 제2 전극(144)과 전기적으로 직접 연결되도록 구성된다.

또한, 본 실시예에서 도전 경로는 전도성 실이 바람직하다. 도 2는 전도성 실을 이용하여 제1 기재층(120), 도전층(110), 제2 기재층(130)을 꿰매도록 구성된 예이다. 도 2와 같이 전도성 실을 사용할 경우, 전도성 실은 전기적인 경로는 물론, 상기 층들을 결합하는 결합 수단으로서의 활용도 가능하다. 제1 매듭(156), 제2 매듭(158)은 도전 경로의 말단에 형성되는 매듭이다.

본 실시예에서 제1 도전 경로(152)와 제2 도전 경로(154)는 전기적으로 직접 접촉하지 않도록 배치되는 것이 바람직하다. 양 도전 경로가 서로 직접 접촉할 경우, 전류는 저항을 제공하는 도전층(110)을 통과하지 않고, 도전 경로를 통해 직접 흐르기 때문에 도전층의 변형에 따른 저항의 변화를 센싱할 수 없기 때문이다.

도 4는 도전 경로의 대칭 패턴을 나타내는 도면이다. 특히, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1, 제2 도전 경로는 서로 대칭성을 갖도록 배치되는 것이 바람직하다. 여기에서, 대칭성의 의미는 도 2의 경우와 같이 지그재그 패턴이 서로 엇갈리도록 배열되는 경우, 일부 또는 완전 동일한 패턴이 서로 엇갈리도록 배열되는 경우를 포함한다. 또한, 여기에서의 대칭성은 전기적인 측정값의 대칭성을 포함한다. 이러한 대칭성은 제1 전극과 제2 전극에서 측정되는 저항값과 밴드의 형상 변화의 관계가 일정성을 갖기 위함이다.

도 5a는 도 2의 밴드 센서에 어떠한 힘도 가하지 않을 경우를 나타내는 예이고, 도 5b는 외력을 가하여 도 2의 밴드 센서를 늘렸을 경우를 나타내는 예이다. 도 5a에서 외부의 힘이 없을 때 도전층의 저항은 일정한 기준값을 갖게 되며, 도 5b와 같이 힘을 주어 늘렸을 때에는 증가된 저항값을 관측할 수 있다. 도 5a, 5b에서 저항측정기(200)는 전원을 내부에 구비하고 있으며, 저항측정기는 밴드 센서(100)의 저항을 측정한다.

이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 발명을 한정하는 것이 아니며, 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 특허 청구 범위에서 규정하는 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

길이 또는 형상이 변화함에 따라 저항값이 변하는 도전층; 및
상기 도전층의 적어도 일면에 형성되는 기재층을 포함하는 것을 특징으로 하는 밴드 센서.
제1 항에 있어서, 상기 밴드 센서는,
제1 전극, 상기 제1 전극과 소정의 간격을 두고 떨어진 제2 전극,
상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 도전층을 전기적으로 연결하는 도전 경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 밴드 센서.
제1 항에 있어서,
상기 기재층은 상기 도전층의 일면에 형성된 제1 기재층과, 상기 도전층의 다른 일면에 형성된 제2 기재층을 포함하고,
상기 밴드 센서는 상기 제1 기재층에 위치하는 제1 전극과, 상기 제2 기재층에 위치하는 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제1 기재층을 전기적으로 연결하는 제1 도전 경로, 상기 제2 전극과 상기 제2 기재층 전기적으로 연결하는 제2 도전 경로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밴드 센서.
제1 항에 있어서,
상기 도전층은 전기 전도성을 갖는 도전성 섬유, 또는 도전성 매쉬를 포함하는 것을 특징으로 하는 밴드 센서.
제3 항에 있어서,
상기 밴드 센서는 상기 제1 기재층, 상기 도전층 및 상기 제2 기재층 순으로 적층되며, 제1 도전 경로와 상기 제2 도전 경로의 배열 패턴은 적어도 일부에서 대칭성을 갖는 것을 특징으로 하는 밴드 센서.
제3 항에 있어서,
상기 밴드 센서는 상기 제1 기재층, 상기 도전층 및 상기 제2 기재층 순으로 적층되며, 상기 제1 도전 경로와 상기 제2 도전 경로는 전기적으로 직접 연결되지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는 밴드 센서.
제6 항에 있어서,
상기 제1 도전 경로와 제2 도전 경로의 재료는 전도성 실 또는 와이어이며,
상기 제1 도전 경로와 제2 도전 경로의 패턴은 서로 대칭되는 것을 특징으로 하는 밴드 센서.
제6 항에 있어서,
상기 제1 도전 경로 또는 제2 도전 경로는,
상기 제1 기재층, 제2 기재층 및 상기 도전층을 결합하도록 구성된 것을 특징으로 하는 밴드 센서.
제8 항에 있어서,
상기 제1 도전 경로와 제2 도전 경로의 재료는 전도성 실 또는 전도성 와이어이며,
상기 제1 도전 경로는 상기 제1 전극, 상기 제1 기재층, 상기 도전층, 상기 제2 기재층, 상기 도전층, 상기 제1 기재층을 포함하는 순서로 상기 층들을 관통하여, 상기 제1 기재층, 상기 도전층, 상기 제2 기재층을 결합시키고,
상기 제2 도전 경로는 상기 제2 전극, 상기 제2 기재층, 상기 도전층, 상기 제1 기재층, 상기 도전층, 상기 제2 기재층을 포함하는 순서로 상기 층들을 관통하여, 상기 제1 기재층, 상기 도전층, 상기 제2 기재층을 결합시키는 것을 특징으로 하는 밴드 센서.
제9 항에 있어서,
상기 제1 도전 경로는 지그재그 패턴으로 형성되고,
상기 제2 도전 경로는 상기 제1 도전 경로의 지그재그 패턴과 엇갈린 지그재그 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 밴드 센서.