KR20200064772A - 섬유사 압력센서를 이용한 지압측정용 공 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직물이나 편물 등 원단에 사용되는 실(yarn) 자체를 압력센서로 구현하여, 특히 야구공이나 럭비공과 같이 공의 표면을 형성하는 복수의 조각들을 연결하는 봉합사 또는 봉합사의 일부로 사용함으로써 공을 투구하는 행위에서 요구되는 투구자의 능력을 관측하고 이를 야구선수 훈련시스템이나 야구 게임과 같은 놀이시스템에 이용할 수 있는 섬유사 압력센서를 이용한 지압측정용 공을 제공한다. 본 발명의 섬유사 압력센서를 이용한 지압측정용 공은, 야구공 또는 럭비공을 포함하는 공의 표면을 형성하기 위한 복수개의 표피조각과 상기 복수개의 표피조각을 연결하는 봉합사를 포함하며, 상기 봉합사 또는 봉합사의 일부는 섬유사 압력센서로 이루어지고, 상기 섬유사 압력센서와 연결되어 상기 섬유사 압력센서의 출력신호를 외부로 송출하는 무선통신모듈을 상기 표피조각 내측에 설치한 것이다.

Description

섬유사 압력센서를 이용한 지압측정용 공{Ball for Measuring Acupressure Using Fabric Yarn Pressure Sensors}

본 발명은 섬유사 압력센서를 이용한 지압측정용 공에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 직물이나 편물 등 원단에 사용되는 실(yarn) 자체를 압력센서로 구현한 섬유사 압력센서를 이용하여 야구공과 같이 일정한 경로로 공을 투구하는 행위나 럭비공과 같이 정확한 송구가 요구되는 투구자의 능력을 관측할 수 있는 섬유사 압력센서를 이용한 지압측정용 공에 관한 것이다.

최근 웨어러블 디바이스(wearable device)의 수요와 관심이 꾸준히 증가하고 있으며 다양한 형태의 상품이 출시되고 있다.

웨어러블 디바이스의 형태는 손목형(42%), 의복부착형(35%), 귀걸이형(21%), 신발부착형(20%) 순서로 많은 점유율을 보이고 있고, 이들 다음으로 의복일체형 웨어러블 디바이스가 19%의 점유율을 차지하고 있으며 점차 확대되고 있는 것으로 조사되었다 (Source: 2014' North American Consumer Technographics survey).

의복일체형 웨어러블 디바이스의 구성 요소 중 섬유형 센서 소자는 큰 비중을 차지하는데, 높은 신축성, 유연성, 물리화학적 내구성, 높은 민감도 등의 고도한 기계화학적 특성이 요구되어 다양한 관련 연구와 기술 개발이 진행 중이다.

기존의 섬유형 센서에 관한 기술로는 '섬유형 온도센서 제조방법' (한국등록특허 제10-1654025호, 구미전자정보기술원), '광섬유 진동 센서 및 이를 이용한 진동 측정방법' (한국등록특허 제10-1612258호, 부경대학교산학협력단), '광섬유 압력 센서 및 이를 이용한 압력 측정방법' (한국등록특허 제10-1653908호, 부경대학교산학합력단) 등 광섬유를 이용한 기술이 주로 개발되어 있다.

그러나, 광섬유의 특성상, 광-전 전환장치가 필요하고, 통신장애와 전자파를 만드는 단점이 있다. 또한, 연결과 확장이 어려워 실제 의복 일체형으로 적용하기에 어려움이 있다.

또한 종래의 광섬유 압력 센서는 원하는 형태로 성형하기에 어려움이 있기 때문에 이를 적용하기 위한 응용과 설계에 제한이 있다.

이러한 문제는 섬유형 센서 이외에 필름 형태를 포함하는 대부분의 기존 압력 센서에서 보이는 한계로, 수직 압력, 굽힘력, 인장력 및 전단력 등의 다양한 형태의 자극을 판별하여 감지할 수 있는 섬유형 센서의 개발과 이를 실용적으로 응용함으로써 다른 산업분야에서 새로운 시장의 개척이 절실한 실정에 있다.

또한, 기능성을 부여한 섬유를 활용하여 센서를 구현하는 기술은 지속적으로 연구되어진 분야이다. 보편적으로 섬유의 표면에 화학적인 방법을 이용하여 기능성을 부여하는 방법이 사용되고 있으나, 고가의 소재 혹은 생산성이 낮은 방법이 이용되고 있기 때문에 상품화에는 바람직하지 못하다. 또한 상용화 된 섬유를 이용하여 직물 또는 편물을 제작하여 성능을 발현하는 기술도 연구되고 있으나, 압력 측정 분야에는 사용이 전무한 실정이다. 대다수 압력 측정용 기술은 고분자 필름이 이용되고 있으며, 이를 섬유화 하는 기술은 현재 등록된 바가 없다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 한계를 극복하기 위한 노력의 결과로서 본 발명의 목적은 직물이나 편물 등 원단에 사용되는 실(yarn) 자체를 압력센서로 구현하여, 특히 야구공이나 럭비공과 같이 공의 표면을 형성하는 복수의 조각들을 연결하는 봉합사 또는 봉합사의 일부로 사용함으로써 공을 투구하는 행위에서 요구되는 투구자의 능력을 관측하고 이를 야구선수 훈련시스템이나 야구 게임과 같은 놀이시스템에 이용할 수 있는 섬유사 압력센서를 이용한 지압측정용 공을 제공하는데 있다.

또한 본 발명은, 섬유사 한 가닥에 적층구조를 발현하여 압력센서로 구동될 수 있으며, 상기의 적층구조의 섬유사를 이용하여 제편직을 하는 경우에도 압력센서 특성을 유지할 수 있는 섬유사 압력센서를 이용한 지압측정용 공을 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 섬유사 압력센서를 이용한 지압측정용 공은, 야구공 또는 럭비공을 포함하는 공의 표면을 형성하기 위한 복수개의 표피조각과 상기 복수개의 표피조각을 연결하는 봉합사를 포함하며, 상기 봉합사 또는 봉합사의 일부는 섬유사 압력센서로 이루어지고, 상기 섬유사 압력센서와 연결되어 상기 섬유사 압력센서의 출력신호를 외부로 송출하는 무선통신모듈을 상기 표피조각 내측에 설치한 것을 특징으로 한다.

일실시예에서, 상기 섬유사 압력센서는 제1 트위스트사 2가닥을 꼬아 만든 제2 트위스트사; 및 상기 제2 트위스트사 2가닥과 꼬아지는 절연사를 포함하며, 상기 제1 트위스트사는 제1 도전율의 도전사와 상기 제1 도전율과 다른 제2 도전율의 도전사를 꼬아 만든 형태를 구비한다.

일실시예에서, 상기 제1 트위스트사는 S-트위스트(twisted) 형태로 꼬아지고, 상기 제2 트위스트사는 Z-트위스트 형태로 꼬아지고, 상기 제2 트위스트사 2가닥과 상기 절연사는 S-트위스트 형태로 꼬아진다.

일실시예에서, 상기 제1 도전율은 상기 제2 도전율보다 크다.

일실시예에서, 상기 제2 트위스트사 2가닥과 상기 절연사가 꼬아진 실(yarn) 또는 제3 트위스트사의 단위 길이당 저항은 10.0Ω 내지 30.0Ω이고, 초기 저항 복원력은 1초 미만이다.

일실시예에서, 상기 제1 도전율의 도전사와 상기 제2 도전율의 도전사는 무전해도금 도전사일 수 있다.

본 발명은 멀티 트위스트 실(yarn) 타입의 섬유사 압력센서를 이용하여 공의 표피조각을 연결하는 봉합사 또는 봉합사의 일부로 사용함으로써 특히 야구공이나 럭비공과 같이 일정한 경로로 공을 투구하는 행위에서 요구되는 투구자의 능력을 관측할 수 있고, 이를 데이터화 하여 야구 또는 럭비선수 훈련시스템이나 야구 또는 럭비 게임과 같은 놀이시스템에 이용할 수 있으며, 특히 손으로 공을 잡는 선수의 지압을 측정하여 훈련 정보로 사용할 수 있다.

또한 본 발명은 투구용 공을 이용하는 경우, 투구를 관측하기 위해서 다양하게 이용되는 장비를 대폭 감축하는 것이 가능하고, 카메라를 이용하여 관측하기 힘든 투구 시에 나타나는 손의 운동을 직, 간접적으로 관측하기에 용이하다. 이를 통해서 스포츠 산업 분야에 새로운 시장을 개척하는 것이 가능하며, 현재보다 정밀한 선수의 훈련이 가능한 효과가 있다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 섬유사 압력센서를 이용한 지압측정용 공을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 섬유사 압력센서를 이용한 지압측정용 공의 사용상태를 나타낸 블럭도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 섬유사 압력센서를 이용한 지압측정용 공을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 섬유사 압력센서를 이용한 지압측정용 공의 사용상태를 나타낸 블럭도.
도 5는 본 발명에서 사용된 섬유사 압력센서를 설명하기 위한 도면.
도 6은 도 5의 섬유사 압력센서에 채용할 수 있는 도전사에 대한 부분 예시도.
도 7은 도 5의 섬유사 압력센서에 채용할 수 있는 다른 도전사들에 대한 부분 예시도.
도 8은 본 발명에서 사용된 섬유사 압력센서의 제조방법에 대한 흐름도.
도 9는 본 발명에서 사용된 섬유사 압력센서에 대한 평가 과정을 설명하기 위한 도면.
도 10은 본 발명에서 사용된 섬유사 압력센서에 대한 다른 평가 과정을 설명하기 위한 도면.
도 11은 본 발명에서 사용된 섬유사 압력센서에 대한 또 다른 평가 과정을 설명하기 위한 도면.
도 12는 본 발명에서 사용된 섬유사 압력센서를 도출하는 과정에서 생성된 비교예의 섬유사 압력센서들을 설명하기 위한 예시도.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 섬유사 압력센서를 이용한 지압측정용 공을 나타낸 것으로, 야구공에 적용한 것이다.

본 발명에 적용된 야구공은, 표면을 형성하기 위한 복수개의 표피조각(1a)과 상기 복수개의 표피조각(1a)을 연결하는 봉합사(1b)를 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 봉합사(1b)는 섬유사 압력센서로 이루어지고, 섬유사 압력센서로 표피조각(1a)을 봉합하여 연결하는 것에 의해 봉합과 동시에 섬유사 압력센서의 설치가 이루어지며, 야구공의 내부인 표피조각(1a) 내측에는 상기 섬유사 압력센서와 연결되어 상기 섬유사 압력센서의 출력신호를 외부로 송출하는 무선통신모듈(1c)을 구비한다.

도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 섬유사 압력센서를 이용한 지압측정용 공을 나타낸 것으로, 럭비공에 적용한 것이다.

본 발명에 적용된 럭비공은, 표면을 형성하기 위한 복수개의 표피조각(2a)과 상기 복수개의 표피조각(2a)을 연결하는 봉합사(2b)를 포함하여 이루어진다. 상기 봉합사(2b)는 섬유사 압력센서로 이루어지고, 섬유사 압력센서로 표피조각(2a)을 봉합하여 연결하는 것에 의해 봉합과 동시에 섬유사 압력센서의 설치가 이루어지며, 럭비공의 내부인 표피조각(2a) 내측에는 상기 섬유사 압력센서와 연결되어 상기 섬유사 압력센서의 출력신호를 외부로 송출하는 무선통신모듈(2c)을 구비한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 섬유사 압력센서를 이용한 지압측정용 공의 사용상태를 나타낸 블럭도로서, 일정한 경로로 야구공 또는 럭비공을 투구하는 행위에서 요구되는 투구자의 능력을 섬유사 압력센서(1b,2b)가 측정할 수 있고, 이를 무선통신모듈(1c,2c)이 수신하여 컴퓨터(5a) 또는 스마트폰(5b)으로 무선송신함으로써 컴퓨터(5a) 또는 스마트폰(5b)에서 데이터화하여 야구선수 또는 럭비선수의 훈련시스템이나 야구 또는 럭비게임과 같은 놀이시스템에 이용할 수 있다. 특히 야구공의 경우 손가락으로 공을 파지하는 지압을 측정하여 훈련 정보로 사용할 수 있다.

도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 섬유사 압력센서를 이용한 지압측정용 공을 나타낸 것으로, 야구공에 적용한 것이다.

본 발명에 적용된 야구공은, 표면을 형성하기 위한 복수개의 표피조각(3a)과 상기 복수개의 표피조각(3a)을 연결하는 봉합사(3b)를 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 봉합사(3b)의 일부는 일반적인 야구공 봉합용 섬유사(3b-1)이고, 일부는 섬유사 압력센서(3b-2)로 이루어진다. 이는 봉합용 섬유사(3b-1)와 섬유사 압력센서(3b-2)를 교대로 사용하여 표피조각(3a)을 봉합하는 것에 의해 표피조각(3a)의 봉합과 동시에 복수의 섬유사 압력센서(3b-2)를 설치할 수 있으며, 야구공의 내부인 표피조각(3a) 내측에는 상기 복수의 섬유사 압력센서(3b-2)와 연결되어 섬유사 압력센서(3b-2)의 출력신호를 외부로 송출하는 무선통신모듈(3c)을 구비한다.

도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 섬유사 압력센서를 이용한 지압측정용 공을 나타낸 것으로, 럭비공에 적용한 것이다.

본 발명에 적용된 럭비공은, 표면을 형성하기 위한 복수개의 표피조각(4a)과 상기 복수개의 표피조각(4a)을 연결하는 봉합사(4b)를 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 봉합사(4b)의 일부는 일반적인 야구공 봉합용 섬유사(4b-1)이고, 일부는 섬유사 압력센서(4b-2)로 이루어진다. 이는 봉합용 섬유사(4b-1)와 섬유사 압력센서(4b-2)를 교대로 사용하여 표피조각(4a)을 봉합하는 것에 의해 표피조각(4a)의 봉합과 동시에 복수의 섬유사 압력센서(4b-2)를 설치할 수 있으며, 럭비공의 내부인 표피조각(4a) 내측에는 상기 복수의 섬유사 압력센서(4b-2)와 연결되어 섬유사 압력센서(4b-2)의 출력신호를 외부로 송출하는 무선통신모듈(4c)을 구비한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 섬유사 압력센서를 이용한 지압측정용 공의 사용상태를 나타낸 블럭도로서, 일정한 경로로 야구공 또는 럭비공을 투구하는 행위에서 요구되는 투구자의 능력을 복수의 섬유사 압력센서(3b-2,4b-2)가 측정할 수 있고, 이를 무선통신모듈(3c,4c)이 수신하여 컴퓨터(6a) 또는 스마트폰(6b)으로 무선송신함으로써 컴퓨터(6a) 또는 스마트폰(6b)에서 데이터화하여 야구선수 또는 럭비선수의 훈련시스템이나 야구 또는 럭비게임과 같은 놀이시스템에 이용할 수 있다.

특히 야구공의 경우, 투수가 직구, 커브, 포크볼 등 구질에 따라 투구할 때 공의 손가락 파지 형태가 다르고, 봉합실의 일부를 복수의 섬유사 압력센서(3b-2)로 구성한 것이므로, 공의 파지 형태에 따라 투구시 복수의 섬유사 압력센서(3b-2)에서 각각 측정되는 감지량이 다르게 측정될 수 있다.

따라서, 정상적인 투구시 구질에 따른 공의 위치별 기준압력을 마련하여 두고, 투구자의 투구시 복수의 섬유사 압력센서(3b-2)로부터 측정된 데이터를 비교함으로써 개개인의 투구시 손가락 파지 및 투구시 힘을 교정할 수 있다.

또한, 종래의 유연 압력센서는 고분자 필름이 다층으로 적층된 구조로써, 압력의 인가에 따라서 저항 또는 유전율이 변화를 이용하는 방식이 이용되고 있다. 본 발명을 이용하여 제조되는 압력센서는 섬유사 한 가닥에 적층구조를 발현하여 압력센서로 구동될 수 있으며, 결과물을 이용하여 재편직을 하는 경우에도 압력센서 특성을 유지할 수 있다. 따라서 압력센서를 적용하기 위한 응용과 설계에 제한이 없으며, 최소 크기와 형태에도 제한이 없다.

이와 같이, 본 발명에서 제공하는 섬유사를 제조하기 위해서는 최소 1종 이상의 전도사를 포함하여야 하며, 탄성이 있는 원사를 제공하여야 한다. 탄성이 있는 원사는 일반적으로 폴리우레탄으로 제작된 탄성사를 예로 들 수 있으며, 체적이 큰 나일론 섬유들을 동시에 사용하는 것이 바람직하다. 사용되는 전도사의 종류에는 제한이 없지만 합연사 공정으로 꼬임에 용이한 원사를 사용하는 것이 유리하다. 또한, 한 가닥의 섬유사로써 적층 구조를 나타내기 위해서는 탄소계 물질을 포함한 고저항의 원사를 동시에 사용하여야 한다. 본 발명에서 제공하는 표피 연결용 섬유사는 고 저항의 원사를 전도사의 사이에 혼입하여 적층구조를 구현한 섬유사일 수 있다. 적층 구조를 이용하여 제작된 섬유사는 고저항의 원사에 인가된 힘에 의한 변형이 압력 탐지의 원리로 작용하게 되는데, 이는 고저항의 원사의 체적이 변형에 소요되는 힘에 따라서 선형적으로 변화하면서 내부의 저항 또한 선형적으로 변화하는 것을 이용하기 위함이다.

그리고, 섬유사를 이용하여 제조된 공의 내부에는 압력센서로부터 획득한 정보를 송신하기 위한 모듈이 삽입된다. 이러한 모듈에는 자이로센서 등의 추가적인 부착물이 혼재될 수 있으며, 압력 이외의 다양한 정보를 얻기에 바람직한 설계를 추가할 수 있다. 이를 통해서 일정한 경로로 공을 투구하는 행위에서 요구되는 투구자의 능력을 관측하는 것이 가능하다.

이와 같이, 본 발명에서 제공하는 투구용 공을 이용하는 경우, 투구를 관측하기 위해서 다양하게 이용되는 장비를 대폭 감축하는 것이 가능하다. 또한, 카메라를 이용하여 관측하기 힘든 투구 시에 나타나는 손의 운동을 직, 간접적으로 관측하기에 용이하다. 이를 통해서 스포츠 산업 분야에 새로운 시장을 개척하는 것이 가능하며, 현재보다 정밀한 선수의 훈련이 가능할 것으로 전망된다.

도 5는 본 발명에서 사용된 섬유사 압력 센서를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 도 5의 섬유사 압력 센서에 채용할 수 있는 도전사에 대한 부분 예시도이고, 도 7은 도 5의 섬유사 압력 센서에 채용할 수 있는 도전사들에 대한 부분 예시도이다.

종래의 유연 압력센서는 고분자 필름이 다층으로 적층된 구조로써, 압력의 인가에 따라서 저항 또는 유전율이 변화를 이용하는 방식이 이용되고 있다. 본 발명에서 사용된 섬유사 압력센서는 섬유사 한 가닥에 적층구조를 발현하여 압력센서로 구동될 수 있으며, 제조된 실 형태의 압력센서의 결과물을 이용하여 제편직을 하는 경우에도 압력센서 특성을 유지할 수 있다. 따라서 압력센서를 적용하기 위한 응용과 설계에 제한이 없으며, 최소 크기와 형태에도 제한이 없다.

본 발명에서 사용한 섬유사 압력센서를 제조하기 위해서는 최소 1종 이상의 도전사를 포함하여야 하며, 탄성이 있는 원사를 사용하는 것이 바람직하다. 탄성이 있는 원사는 일반적으로 폴리우레탄으로 제작된 탄성사를 예로 들 수 있으며, 체적이 큰 나일론 섬유들을 동시에 사용할 수 있다.

사용되는 도전사의 종류에는 제한이 없지만 합연사 공정으로 꼬임에 용이한 원사를 사용하는 것이 유리하다. 또한, 한 가닥의 섬유사로써 적층 구조를 나타내기 위해서는 탄소계 물질을 포함한 고저항의 원사를 동시에 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 채용될 수 있는 섬유사는 두 가지 종류로써, 하나는 절연사를 이용하여 도전사의 접촉을 회피한 구조의 섬유사이며, 다른 하나는 고 저항의 원사를 도전사의 사이에 혼입하여 적층 구조를 구현한 섬유사이다.

도전사 간의 접촉을 회피한 구조를 제작함에 있어서 2종 이상의 원사를 포함하는 이유는 축 방향과 수직 방향에서의 변형 회복력을 얻기 위함이고, 이를 통해서 인가된 힘에 따른 변형의 회복이 주된 압력 탐지의 원리로 작용한다.

또한, 적층 구조를 이용하여 제작된 섬유사는 고저항의 원사에 인가된 힘에 의한 변형이 압력 탐지의 원리로 작용하게 되는데, 이는 고저항의 원사의 체적이 변형에 소요되는 힘에 따라서 선형적으로 변화하면서 내부의 저항 또한 선형적으로 변화하는 것을 이용하기 위함이다.

이와 같이 본 발명에서 사용하는 섬유사 압력센서는 두 가지의 섬유사 모두의 제편직의 결과물에서 압력센서의 특징을 발현하는 것을 확인하였으며, 이를 통해서 다양한 형태와 응용분야에 적용이 용이함을 확인하였다.

본 발명에서 사용한 섬유사 압력센서(1b,2b,3b-2,4b-2)의 구성은 모두 동일한 것이므로, 이를 하나의 도면부호(100)로 통일하여 좀더 구체적으로 예를 들어 설명한다. 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에서 사용한 섬유사 압력센서(100)는, 제1 트위스트사 2가닥(21, 22)을 꼬아 만든 제2 트위스트사(31), 및 제2 트위스트사 2가닥(31, 32)과 꼬아지는 절연사(33)를 포함한다. 거기서, 제1 트위스트사(21 또는 22)는 제1 도전율의 도전사(11)와 제1 도전율과 다른 제2 도전율의 도전사(12)를 꼬은 형태를 구비할 수 있다.

제1 트위스트사(21; 22) 각각은 제1 도전사(11) 및 제2 도전사(12)를 트위스트한 구조를 구비할 수 있다. 또한, 제1 트위스트사(21; 22)는 단일소재 또는 이중소재로 이루어지거나 나노섬유로 이루어진 멀티필라멘트일 수 있다.

제1 트위스트사(21, 22) 각각은 S-트위스트(twisted) 형태로 꼬아지고, 제2 트위스트사(31, 32) 각각는 Z-트위스트 형태로 꼬아지고, 제2 트위스트사 2가닥(31, 32)과 절연사(33)는 S-트위스트 형태로 꼬아질 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 섬유사 압력센서(100)에서 제2 트위스트사들(31, 32) 각각의 트위스트 방향과 절연사(33)를 추가하여 트위스트하는 방향은 서로 반대 방향이 된다.

제1 트위스트사(21, 22) 각각에서 제1 도전사(11)의 제1 도전율은 제2 도전사(12)의 제2 도전율보다 큰 것이 바람직하다. 이를 위해, 제1 도전사(11)와 제2 도전사(12)는 무전해 도금으로 형성될 수 있다. 또한, 제1 도전사(11)와 제2 도전사(12)는 서로 다른 도전성 재료를 포함할 수 있다. 그 경우, 제1 도전사(11)와 제2 도전사(12)는 동일한 도전성 재료를 포함하거나 도전율이 동일한 경우에 비해 초기 회복 시간이 단축되는 것이 확인되었다.

또한, 실험 결과, 제2 트위스트사 2가닥(31, 32)과 절연사(33)를 꼬은 실(yarn)(이하 '제3 트위스트사'라고도 함)의 단위 길이당 저항은 10.0Ω 내지 30.0Ω이고, 초기 저항 복원력은 1초 미만이었다. 이러한 수치는 기존의 압력센서와 유사한 성능으로서 섬유사 압력센서를 기존의 압력센서를 대신하는 압력센서로 사용할 수 있음을 나타낸다.

한편, 도 6에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 제1 도전사(11), 제2 도전사(12), 제1 트위스트사(21; 22), 제2 트위스트사(31; 32), 절연사(33) 및 제3 트위스트사(100) 중 적어도 어느 하나는 미리 설정된 방향의 제1 연수(L1)을 구비하도록 형성될 수 있다.

또한, 도 7에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 제1 도전사(11), 제2 도전사(12), 제1 트위스트사(21; 22), 제2 트위스트사(31; 32), 절연사(33) 및 제3 트위스트사(100) 중 적어도 어느 하나는 미리 설정된 방향의 제2 연수(L2)을 구비하도록 형성될 수 있다.

전술한 제1 연수(L1) 및 그 연수 방향과, 제2 연수(L2) 및 그 연수 방향의 조합을 제어하면, 섬유사 압력센서(100)의 탄성이나 초기 저항 복원 시간에 어느 정도 영향을 미칠 수 있다. 일례로, 제1 연수는 제2 연수의 40% 내지 90%일 수 있고, 제1 연수를 하연되고, 제2 연수는 상연될 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 섬유사 압력 센서의 제조방법에 대한 흐름도이다.

도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 섬유사 압력센서의 제조방법은, 제1 트위스트사를 형성하기 전에, 제1 도전율의 전도사와 제1 도전율과 다른 제2 도전율의 전도사를 무전해도금으로 형성할 수 있다(S40).

그런 다음, 섬유사 압력센서의 제조방법은, 제1 도전율의 전도사와 제2 도전율의 전도사를 S-트위스트(twisted) 형태로 꼬아 제1 트위스트사를 형성할 수 있다(S41).

다음으로, 제1 트위스트사 2가닥을 Z-트위스트 형태로 꼬아 제2 트위스트사를 형성할 수 있다(S42). 그리고, 제2 트위스트사 2가닥과 절연사를 S-트위스트 형태로 꼬아 섬유사 압력센서를 제조할 수 있다(S43).

위의 단계들(S42 및 S43)에서는 준비된 제1 트위스트사를 이용하여 효과적으로 압력센서를 제조하기 위해 제1 트위스트사 2가닥으로 제2 트위스트사를 형성하는 트위스트 방향과 제2 트위스트사 2가닥과 절연사로 섬유사 압력센서를 형성하는 트위스트 방향을 서로 다르게 한다.

도 9는 본 실시예의 섬유사 압력 센서에 대한 평가 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 10은 본 실시예의 섬유사 압력 센서에 대한 다른 평가 과정을 설명하기 위한 도면이다. 그리고 도 11은 본 실시예의 섬유사 압력 센서에 대한 또 다른 평가 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 9에 도시한 바와 같이, 측정용으로 제작된 지그(Zig, 150)를 사용하여 섬유사 압력센서(100)의 저항과 초기 저항 복원 시간을 측정하였다.

또한, 도 10에 도시한 바와 같이, 제조된 섬유사 압력센서(100)과 다른 섬유사(200)를 사용한 합사를 통해 제조된 편물(편직에 이용된 합사 결과물)(300)을 사용하여 편물에서의 저항과 초기 저항 복원 시간을 측정하였다.

또한, 도 11에 도시한 바와 같이, 두 장의 편물의 적층 구조(400)를 이용하여 저항 및 초기 저항 복원 시간을 측정하였다. 측정 결과를 다음의 표 1과 같다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 섬유사 압력센서 자체의 단위 길이에 대한 저항은 44.11 내지 45.03Ω으로 측정되었고, 초기 저항 복원 시간은 1초 미만으로 측정되었다. 편물을 직접 측정한 경우, 단위 길이 저항은 66.00 내지 68.00Ω으로 측정되었고, 초기 저항 복원 시간은 3초 미만으로 측정되었다. 그리고, 두 장의 편물을 이용한 경우, 단위 길이 저항은 61.00 내지 67.30Ω으로 측정되었고, 초기 저항 복원 시간은 5초 미만으로 측정되었다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 섬유사 압력센서는 압력센서로서 충분한 성능을 구비하는 것으로 확인되었다.

도 12는 본 실시예의 섬유사 압력센서를 도출하는 과정에서 생성된 비교예의 섬유사 압력센서들을 대비하여 설명하기 위한 예시도이다.

본 실시예에서 본 실시예의 섬유사(100)와 비교예의 섬유사(101 내지 107)는 합사기를 이용하여 제조된 실제 결과물이다. 본 실시예에서 용어 '섬유사'는 '트위스트사'에 대응될 수 있다.

아래의 표 2 및 표 3에서 번호(no.) 1 내지 7은 비교예의 섬유사(도 12의 (a) 내지 (g))를 나타내고, 번호 8은 본 실시예의 섬유사(100)를 나타낸다.

표 2 및 표 3에서, CY-8은 베카르트(Bekaert) 사의 스테인리스(stainless) 도전사로서 평균 단위 저항 2.16Ω의 도전사를 지칭하고, CY-18는 별도로 제조된 스판덱스(spandex) 도전사로서 단위 저항이 468.722Ω 정도의 도전사를 지칭한다. 그리고, 괄호() 안의 숫자는 실(yarn)의 갯수를 나타내고, S는 S-트위스트를, Z는 Z-트위스트를 각각 나타낸다.

표 3의 본 실시예에서는 제1 트위스트사의 형성을 위해 제1 도전사로서 스판덱스 2가닥과 제2 도전사로서 CY-18 1가닥을 사용하고 있으나, 이에 한정되지 않고 스판덱스 1가닥과 CY-18 1가닥을 사용하여도 유사한 효과를 얻을 수 있다.

표 2 및 표 3에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 섬유사 압력센서는 제1 도전사와 제2 도전사로 제1 트위스트사를 준비하고, 제1 트위스트사 2가닥을 꼬은 방향과 반대 방향으로 제2 트위스트사 2가닥과 절연사를 꼬아 섬유사 압력센서를 제조할 수 있다.

전술한 스판덱스(spandex)는 섬유산업에서 가장 고부가가치를 지닌 섬유로, '섬유의 반도체'로 불리는 섬유를 지칭한다. 스판덱스는 석유 화합물인 폴리우레탄이 주성분으로, 기존 고무줄에 비해 약 3배의 강도를 가진다. 원래 길이의 5~8배나 늘어날 수 있으며, 고무줄보다 가볍고 원래의 탄성을 유지하는 특성이 뛰어나다. 여성의 속옷이나 수영복, 스타킹, 유아용 종이 기저귀 등에 주로 사용되며 점점 그 수요가 급증하는 추세에 있다. 1959년 미국 듀퐁사에 의해 상업화되어 1962년부터 본격 생산되기 시작하였다. 대한민국에서는 1979년 태광산업이 일본의 도요보 사의 기술을 도입하여 대한민국 최초로 생산하기 시작하였다.

본 실시예에서는 무전해도금 도전사를 이용하여 멀티 트위스티드(multil-twisted) 압력센서용 얀(yarn)을 제조할 수 있다. 이러한 섬유사 압력센서는 실 한 가닥에 압력센서를 구현함으로써, 기존에 사용하고 있는 저항 방식의 압력 센서들, 필름 타입, 섬유 타입을 적용하는데 문제가 있는 다양한 응용에 섬유 타입을 바꾸는 것만으로 바로 적용하여 사용할 수 있고, 화학적 처리 없이 바로 사용할 수 있는 장점이 있다.

특히, 섬유 한 가닥이 압력 센서의 역할을 할 수 있으므로, 구동 회로도 간편하게 설치할 수 있고 바로 구동할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 실시예에 따른 섬유사 압력센서는 실 형태이므로 이용 분야에 특별한 제한이 거의 없다. 종래의 유연 압력센서는 고분자 필름이 적층된 구조로써 원하는 형태로 성형하기가 어렵기 때문에 이를 적용하기 위한 응용과 설계에 제한이 있지만, 본 실시예의 섬유사 압력센서는 실 한 가닥을 이용하여 압력센서를 구현하므로, 다양한 산업 현장에 효과적으로 사용되어 사용자의 정보를 수집할 수 있다. 또한 의료 산업에서 압력과 관련된 정보는 매우 중요하게 작용되며, 이와 관련하여 본 실시예의 섬유사 압력센서는 실질적으로 제한 없이 이용될 수 있다.

위에서 살핀 바와 같이, 상기의 발명으로 제공되는 결과물의 이용 분야는 제한이 없다. 종래의 유연 압력 센서는 고분자 필름이 적층된 구조로써, 원하는 형태로 성형하기에 어려움이 있기 때문에 이를 적용하기 위한 응용과 설계에 제한이 있다. 하지만, 본 발명은 섬유사 한 가닥을 이용하여 압력센서를 제조하는 기술로써, 제조된 섬유사를 제품에 적용한다면 다양한 산업 현장에서 사용자의 정보를 수집할 수 있다. 또한 의료 산업에서 압력과 관련된 정보는 매우 중요하게 작용되며, 상기의 발명은 제한 없이 이용될 수 있다.

한편, 전술한 실시예에서는 야구공과 럭비공을 중심으로 설명하였으나, 본 발명은 그러한 구성으로 한정되지 않고 게임이나 놀이에 사용되는 다양한 공(balls) 뿐만아니라, 물놀이 등에 사용되는 다양한 종류나 형태의 공(balls)에 적용될 수 있다.

또한, 전술한 실시예의 경우에 더하여, 본 발명은 무선 통신 모듈이나 무선 통신 유닛과 자이로 센서를 결합하여 더욱 효과적으로 공의 위치나 방향에 따른 공(balls) 상에서의 지압을 측정하도록 구현될 수 있음은 물론이다.

또한, 전술한 실시예의 경우에 더하여, 내구성을 높이기 위해 전술한 실(yarn)에 추가적으로 나선 감김 형태 등으로 결합하는 고저항 섬유 실을 더 포함하여 이루어질 수 있다.

지금까지 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

1a,2a,3a,4a : 표피조각 1b,2b,3b,4b : 봉합사
1c,2c,3c,4c : 무선통신모듈

Claims (6)

1. 야구공 또는 럭비공을 포함하는 공의 표면을 형성하기 위한 복수개의 표피조각과 상기 복수개의 표피조각을 연결하는 봉합사를 포함하며,
   상기 봉합사 또는 봉합사의 일부는 섬유사 압력센서로 이루어지고, 상기 섬유사 압력센서와 연결되어 상기 섬유사 압력센서의 출력신호를 외부로 송출하는 무선통신모듈을 상기 표피조각 내측에 설치한 것을 특징으로 하는 섬유사 압력센서를 이용한 지압측정용 공.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 섬유사 압력센서는, 제1 트위스트사 2가닥을 꼬아 만든 제2 트위스트사; 및 상기 제2 트위스트사 2가닥과 꼬아지는 절연사를 포함하며, 상기 제1 트위스트사는 제1 도전율의 도전사와 상기 제1 도전율과 다른 제2 도전율의 도전사를 꼬아 만든 형태를 구비한 것을 특징으로 하는 섬유사 압력센서를 이용한 지압측정용 공.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 제1 트위스트사는 S-트위스트(twisted) 형태로 꼬아지고, 상기 제2 트위스트사는 Z-트위스트 형태로 꼬아지고, 상기 제2 트위스트사 2가닥과 상기 절연사는 S-트위스트 형태로 꼬아진 것을 특징으로 하는 섬유사 압력센서를 이용한 지압측정용 공.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 제1 도전율은 상기 제2 도전율보다 큰 것을 특징으로 하는 섬유사 압력센서를 이용한 지압측정용 공.
5. 제 2 항에 있어서, 상기 제2 트위스트사 2가닥과 상기 절연사가 꼬아진 실(yarn) 또는 제3 트위스트사의 단위 길이당 저항은 10.0Ω 내지 30.0Ω이고, 초기 저항 복원력은 1초 미만인 것을 특징으로 하는 섬유사 압력센서를 이용한 지압측정용 공.
6. 제 2 항에 있어서, 상기 제1 도전율의 도전사와 상기 제2 도전율의 도전사는 무전해도금 도전사인 것을 특징으로 하는 섬유사 압력센서를 이용한 지압측정용 공.

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