3조-빛나리

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

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.

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

파일:제품요구사항1.jpg

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용