"3조-빛나리"의 두 판 사이의 차이
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| + | 1) 라이징테크 유토렉스 퍼펙트케어 무선 칫솔살균기 URT-130CHW | ||
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| + | 라이징테크에서 출시된 유토렉스 퍼펙트케어 무선 칫솔 살균기 URT-130CHW는 10파장 UV LED로 1회에 10분 동안 살균이 가능한 국내 최장 살균시간 기능이 탑재되어 있다. 이 제품은 이중 룸 구조를 통해 칫솔과 날 면도기의 살균 공간을 분리함으로써 세균이 교차 오염될 수 있는 가능성을 미연에 방지하고 있다. 또한 2000mAh의 대용량 리튬이온 배터리로 넉넉한 사용시간을 확보할 수 있고 소비자들이 가장 많이 사용하는 5V USB 충전기로 충전할 수 있게 제작했다. 본체 중앙의 온·오프 버튼을 통해 효율적인 제어도 가능하다. 치간 칫솔이나 전동 칫솔 헤드 등을 살균할 수 있는 멀티 살균 룸을 통해 활용도를 높였으며, 자석 위생 컵, 하단 고리, 다용도 상단 선반 등 편리한 기능들이 포함돼 제품을 더욱 깔끔하게 관리할 수 있도록 도와준다. 그러나 이 제품은 부피가 크기 때문에 휴대용이 아닌 가정용으로만 사용이 가능하다. | ||
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| + | 2) 엑토 프레시 UV 휴대용 칫솔 살균기 TBS-01 | ||
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| + | 엑토에서 출시된 프레시 UV 휴대용 칫솔 살균기 TBS-01는 UV 램프로 6~8분 동안 살균을 한다. 이 제품은 반투명 케이스로 제작이 되어 램프의 작동을 확인할 수 있으며, 통풍구가 있어 젖은 상태의 칫솔로 발생되는 습기를 배출한다. 그러나 이 제품의 UV 살균에 쓰이는 램프는 수은 램프로 유해하다는 문제점을 가지고 있으며, 램프의 사용기간도 한정되어 있어 배터리를 주기적으로 갈아주어야 하는 단점을 가지고 있다. 또한 반투명 케이스가 램프 작동을 확인은 시켜주지만, UV 램프가 외부에서 보이며 인체에 유해하다는 문제점을 가지고 있다. | ||
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| + | 3) 아이담테크 무선 휴대용 칫솔 살균기 울트라웨이브 TS-02 | ||
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| + | 아이담테크에서 출시된 무선 휴대용 칫솔 살균기 울트라웨이브 TS-02는 수은을 함유하지 않은 친환경 소재의 LG INNOTEK UVC LED를 통해 살균을 하며, 최소형과 최경량의 디자인을 가지고 있어 휴대가 편리하다. USB 충전이 가능하며 1회 충전에 60회 살균이 가능하며, 커버를 닫으면 약 3분간 살균 후 자동으로 꺼진다. PCB를 나노방수방습액체에 DEEP 처리하는 방식으로 내구사용성이 우수하며, 미끄럼 방지 실리콘 패드도 적용하였다. 그러나 건조를 위한 설계가 되어 있지 않아 살균이 제대로 이루어지지 않으며, UV 램프가 외부에서 보이며 인체에 유해하다는 문제점을 가지고 있다. | ||
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*마케팅 전략 제시 | *마케팅 전략 제시 | ||
내용 | 내용 | ||
2020년 6월 27일 (토) 23:54 판
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : 신소재종합설계
영문 :
과제 팀명
빛나리
지도교수
정재필 교수님
개발기간
2020년 3월 ~ 2020년 6월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 신소재공학과 201745000** 곽*연 (팀장)
서울시립대학교 신소재공학과 201645000** 권*환
서울시립대학교 신소재공학과 201745000** 김*희
서울시립대학교 신소재공학과 201745000** 김*희
서론
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
◇ UV-C LED 빛을 이용한 칫솔 살균기
UV-C 빛은 250nm~285nm 사이의 파장 영역대의 빛이다. 이 파장대의 빛은 균의 살균효과가 뛰어나기 때문에 각종 살균 장치에 사용되고 있다. 칫솔은 습도가 높은 환경에 주로 노출 되어 균의 번식이 용이한 환경에 처해있고 구강에 직접적으로 접촉하기 때문에 주기적인 살균의 필요성이 매우 크다. 때문에 UV-C LED 빛을 이용한 칫솔 살균기 제품이 시중에 판매 되고 있다. 본 팀은 개선된 칫솔 살균기 제품을 통해 기존의 제품의 문제점을 해결하고 더 나아가 개선된 제품 제작을 목표로 한다.
◇ 광섬유의 이용
UV-C LED 빛은 직진성이 강해 굴절이 거의 일어나지 않는다. 따라서 칫솔 살균기에 UV-C LED 빛을 조사할 시 칫솔모 사이까지 빛의 침투가 어려워 칫솔 내부 영역의 살균이 어렵다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 기존의 칫솔 살균기에 광섬유를 부착하는 방법을 통해 문제점을 해결하기로 하였다. 광섬유는 빛이 닿기 힘든 영역까지 빛을 조사할 수 있는 장점이 있다. 이러한 특성을 활용하여 칫솔모 내부까지 살균이 가능한 칫솔 살균기를 제작했다.
개발 과제의 배경
◇ 배경 살아가면서 치아의 건강을 잘 관리하는 것은 매우 중요하다. 이를 위한 가장 기본적이면서도 중요한 습관이 바로 양치질이다. 하지만 때때로 양치질을 하려고 해도 칫솔이 비위생적일 수 있다는 불안감이 엄습한다. 실제로 칫솔에 수많은 미생물이 서식하고 있다는 것은 널리 알려져 있다. 그런데도 일반적으로 칫솔을 별다른 조치 없이 사용하거나 얼마 지나지 않아 새로운 칫솔로 교체한다. 칫솔 살균기를 적극적으로 활용한다면 칫솔에 서식할지 모르는 미생물을 살균할 수 있다. 이는 치아 건강에 큰 기여를 할 수 있을 것이다. 이는 일상에서 사소하게 스쳐 지나갈 수 있는 부분이지만, 장기적인 관점에서 본다면 치아 건강에 있어 큰 효과를 거둘 수 있다.
◇ 기존 제품의 문제점 칫솔은 수많은 얇고 미세한 모들로 이뤄져 있다. 즉, 이는 표면적이 매우 넓은 구조로 되어 있다. 따라서 이런 넓은 면적에서 미생물들이 번성할 가능성이 크다. 이러한 현상은 칫솔 살균기의 사용을 통해 방지될 수 있다. 그런데 기존의 제품들은 자외선이 조사되지 않는 사각지대가 발생할 가능성이 있다. 칫솔모들이 촘촘하게 붙어 있어서 섬세하게 자외선이 조사되기는 어렵기 때문이다. 이러한 사각지대가 커질수록 살균기의 성능은 떨어질 것이며 실질적인 효과를 거두기 어렵다.
◇ 기대효과 만약 칫솔 살균기의 자외선이 방출되는 부분에 광섬유를 촘촘하게 접착시키면 기존의 살균기가 도달하지 못한 사각지대에까지 자외선이 조사될 수 있을 것이다. 기존의 제품으로는 완벽히 살균하지 못한 영역까지 침투하여 더욱 섬세한 살균이 가능해진다. 광섬유를 통해 구석진 영역까지 자외선이 도달하여 살균 효과를 거둔다면 기존의 제품에 비해 성능이 개선될 것이다.
개발 과제의 목표 및 내용
◇ 살균 성능
칫솔 살균기의 본질에 맞게 살균 성능이 우수하여야 한다. 최종적으로 99% 혹은 그 이상의 살균력을 지닐 수 있도록 제품을 디자인하여야 한다. 살균율은 (KR: 살균율, I: 자외선의 강도, t: 살균 시간)라는 공식을 통해 유도될 수 있다. 이 공식을 활용해 원하는 살균율 99%에 도달할 때까지 걸리는 시간을 알아낼 수 있다.
◇ 회로의 작동
회로의 알고리즘에 맞춰서 제대로 작동하여야 한다. 이 제품의 알고리즘은 우선 칫솔을 칫솔 살균기에 넣고 뚜껑을 닫으면 회로가 작동하면서 자외선 빛이 직접적으로 혹은 광섬유를 통해 칫솔에 조사되어야 한다. 특정한 시간이 지나면 회로의 작동이 자동으로 종료되어야 한다. 만약 작동이 종료되기 전에 칫솔을 꺼내야 해서 뚜껑을 연다면 회로의 작동이 멈춰야 한다. 이는 인체에 유해한 자외선의 외부 유출을 막기 위해서 매우 중요하다.
◇ 자외선 유출의 차단
자외선의 유출이 차단되어야 한다. 이 칫솔 살균기에 사용할 빛은 UV-C인데, 이 빛이 인간에게 직접 조사될 경우 피부암 등의 질병을 유발할 우려가 있다. 따라서 이 빛의 차단은 매우 중요한 과제이다. 자외선이 최대한 차단되게 하기 위해서는 자외선 광이 외부로 새지 않도록 폐쇄적인 구조를 지니게 설계하여야 한다. 유출된 자외선의 강도 등을 확인하는 방법은 자외선 측정기를 이용하는 것이다. 자외선 측정기를 통해 자외선 량을 측정한 뒤, 이 수치가 일정 수준 이하가 되는지 검사하여야 한다.
◇ 편의성
광섬유가 부착된 기판을 통해 칫솔을 살균하다 보면 광섬유와 기판이 칫솔에 남아있는 찌꺼기에 의해서 오염될 가능성이 있다. 이를 해결하기 위해 광섬유가 오염되었다고 판단되면, 슬라이드 형식으로 홈에서 기판을 꺼내서 세척이 용이 혹은 교체할 수 있도록 설계되어야 한다. 광섬유가 부착된 기판을 꺼내기가 편리하여야 하며 다시 안으로 넣기도 편해야 한다. 또한 꺼내기 전후에 제품에 별 이상이 없어야 한다.
관련 기술의 현황
관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
- 전 세계적인 기술현황
-광섬유를 이용한 살균
- 특허조사 및 특허 전략 분석
◇ 광섬유 가이딩 UV LED 살균 장치
◇ 칫솔 살균 및 건조기
◇ 휴대용 칫솔 살균기(1)
◇ 휴대용 칫솔 살균기(2)
◇ 기존 살균기의 경우 칫솔모의 안쪽까지 살균을 하지 못한다는 단점을 가지고 있다.
◇ 위의 광촉매를 이용한 칫솔의 경우처럼 자외선과 광섬유를 함께 이용하여 살균하는 방법을 칫솔 살균기에 접목시켜 기존의 살균기보다 더 큰 살균 효과를 기대할 수 있다.
- 기술 로드맵
- 해당 기술 로드맵은 특정 칫솔 살균기 업체의 상품을 기준으로 발달해온 과정이다.
- 1세대에서 사용한 광원은 UV Lamp였다. UV Lamp는 수은을 사용하는 방식이다. 살균 파장은 자외선 중에서도 UV-A와 UV-B에 속하는 파장대로 파장이 UV-C에 비해 상대적으로 길기 때문에 살균 효과가 떨어진다.
- 2세대에서 사용한 광원은 UV LED였다. 1세대에서 사용한 UV Lamp는 수은을 사용한 Lamp로 2세대가 나왔을 당시에는 아니지만 2020년에 수은 램프는 금지가 될 정도로 제품에 사용하는 데에 적합하지 않다. 살균 파장은 1세대와 마찬가지로 UV-A와 UV-B에 속하는 파장대로 파장이 UV-C에 비해 상대적으로 길기 때문에 살균 효과가 떨어진다. 수명은 UV Lamp를 사용할 때보다는 길어졌다.
- 3세대에서 사용한 광원은 UV-C LED이다. 현재도 사용하고 있는 방식으로 살균 파장도 훨씬 짧아졌다.살균 효과가 매우 뛰어나며, 적은 시간 살균에도 우수한 살균력을 보인다. 수명시간도 2세대보다 길어 졌다.
시장상황에 대한 분석
- 경쟁제품 조사 비교
1) 라이징테크 유토렉스 퍼펙트케어 무선 칫솔살균기 URT-130CHW
라이징테크에서 출시된 유토렉스 퍼펙트케어 무선 칫솔 살균기 URT-130CHW는 10파장 UV LED로 1회에 10분 동안 살균이 가능한 국내 최장 살균시간 기능이 탑재되어 있다. 이 제품은 이중 룸 구조를 통해 칫솔과 날 면도기의 살균 공간을 분리함으로써 세균이 교차 오염될 수 있는 가능성을 미연에 방지하고 있다. 또한 2000mAh의 대용량 리튬이온 배터리로 넉넉한 사용시간을 확보할 수 있고 소비자들이 가장 많이 사용하는 5V USB 충전기로 충전할 수 있게 제작했다. 본체 중앙의 온·오프 버튼을 통해 효율적인 제어도 가능하다. 치간 칫솔이나 전동 칫솔 헤드 등을 살균할 수 있는 멀티 살균 룸을 통해 활용도를 높였으며, 자석 위생 컵, 하단 고리, 다용도 상단 선반 등 편리한 기능들이 포함돼 제품을 더욱 깔끔하게 관리할 수 있도록 도와준다. 그러나 이 제품은 부피가 크기 때문에 휴대용이 아닌 가정용으로만 사용이 가능하다.
2) 엑토 프레시 UV 휴대용 칫솔 살균기 TBS-01
엑토에서 출시된 프레시 UV 휴대용 칫솔 살균기 TBS-01는 UV 램프로 6~8분 동안 살균을 한다. 이 제품은 반투명 케이스로 제작이 되어 램프의 작동을 확인할 수 있으며, 통풍구가 있어 젖은 상태의 칫솔로 발생되는 습기를 배출한다. 그러나 이 제품의 UV 살균에 쓰이는 램프는 수은 램프로 유해하다는 문제점을 가지고 있으며, 램프의 사용기간도 한정되어 있어 배터리를 주기적으로 갈아주어야 하는 단점을 가지고 있다. 또한 반투명 케이스가 램프 작동을 확인은 시켜주지만, UV 램프가 외부에서 보이며 인체에 유해하다는 문제점을 가지고 있다.
3) 아이담테크 무선 휴대용 칫솔 살균기 울트라웨이브 TS-02
아이담테크에서 출시된 무선 휴대용 칫솔 살균기 울트라웨이브 TS-02는 수은을 함유하지 않은 친환경 소재의 LG INNOTEK UVC LED를 통해 살균을 하며, 최소형과 최경량의 디자인을 가지고 있어 휴대가 편리하다. USB 충전이 가능하며 1회 충전에 60회 살균이 가능하며, 커버를 닫으면 약 3분간 살균 후 자동으로 꺼진다. PCB를 나노방수방습액체에 DEEP 처리하는 방식으로 내구사용성이 우수하며, 미끄럼 방지 실리콘 패드도 적용하였다. 그러나 건조를 위한 설계가 되어 있지 않아 살균이 제대로 이루어지지 않으며, UV 램프가 외부에서 보이며 인체에 유해하다는 문제점을 가지고 있다.
- 마케팅 전략 제시
내용
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
내용
경제적, 사회적 기대 및 파급효과
내용
기술개발 일정 및 추진체계
개발 일정
내용
구성원 및 추진체계
내용
설계
설계사양
제품의 요구사항
설계 사양
◇ 살균 능력 ⇛ 기존에 판매되고 있는 칫솔 살균기는 대부분 미생물 배양 실험 시 99% 이상의 살균력을 나타냈다. 광섬유는 빛의 손실을 최소화하고 전달하는 매질이지만, 그 전달과정에서 빛의 손실이 불가피하게 생길 수 있다. 하지만 본 발명의 상용화 가능성을 고려하면 기존의 제품과 비슷하거나 그 이상의 살균 능력을 보유하여야 한다. 따라서 실험을 통해 기존 제품과 동일 혹은 그 이상의 99% 이상의 살균 능력을 평가한다.
◇ 전자회로 구성 ⇛ 제품의 구동을 위해 전자회로를 구성한다. ⇛ 전자회로를 구성할 때, 일정 시간(3분)동안 자외선이 칫솔에 조사된 후 자동으로 종료되게 설정한다.
◇ 안전성 ⇛ UV-C 파장대의 빛은 인체에 조사 시 유해하므로 칫솔 살균기 외부로 빛이 새어 나오는 것을 최대한 방지하도록 케이스는 불투명해야 한다.
◇ 소형화 및 휴대성 ⇛ 본 제품의 목표는 휴대가 가능한 휴대용 칫솔 살균기의 제작이므로 작고, 휴대가 편리해야 한다.
개념설계안
◇ 제어부
⇛ 본체 아래에 회로 기판을 설치한다.
⇛ 회로를 통해 출력시간(3분)을 제어한다.
⇛ UV-C LED 모듈과 스위치는 각각 본체 내부와 본체 상단에 나온다.
⇛ 청색 LED는 본체 하단의 구멍을 통해 본채 내부로 돌출된다.
⇛ 위의 일련의 설명은 아래의 ‘각 부품별 설치방식’의 입면도와 같이 반영된다.
◇ 제어부의 작동 방식
⇛ 커버를 닫으면 커버 안쪽의 돌출부에 의해 본체 상단에 스위치를 누름으로 제어부의 작동이 시작된다.
⇛ 위의 일련의 설명은 아래의 체계와 같이 반영된다.
-커버를 닫았을 때
-커버를 열었을 때
◇ 광원부 및 광섬유
⇛ 광섬유가 부착된 석영 기판 뒤쪽에 UV-C LED 모듈이 설치된다.
⇛ 석영 기판과 UV-C LED 모듈 칫솔의 크기에 따라 위치를 변경할 수 있다.
⇛ 조사된 빛은 칫솔모 사이로 직접적으로 조사되기 어려운 곳으로 조사되어 제품의 살균 능력을 향상시킨다.
⇛ UV-C LED는 육안으로 작동의 여부를 알 수 없기에 청색 LED를 통해 작동의 여부를 확인할 수 있도록 한다.
⇛ 광섬유와 관련된 개념 설계는 ‘3.이론적 계산 및 시뮬레이션’에서 다룬다.
◇ 충전부
⇛ 충전기를 이용하여 건전지를 충전하고 건전지가 칫솔 살균기에 전력을 공급한다.
⇛ 크기에 비해 용량이 큰 리튬이온 배터리를 사용하여 제품의 크기를 줄이고 장시간 이용이 가능하게 한다.
⇛ 3.7V짜리 리튬이온배터리 3개는 회로 기판 뒤에 부착시킨다.
이론적 계산 및 시뮬레이션
내용
상세설계 내용
내용
결과 및 평가
완료 작품의 소개
프로토타입 사진 혹은 작동 장면
1) 광섬유를 이용한 자외선 칫솔 살균기의 전면부
2) 광섬유를 이용한 자외선 칫솔 살균기를 작동시켰을 때의 모습
포스터
관련사업비 내역서
완료작품의 평가
내용
향후계획
내용
특허 출원 내용
내용
