KR102215926B1 - Method for manufacturing strain gauge with micro crack - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미세 균열이 형성된 스트레인 게이지의 제작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 넓은 면적에 미세 균열이 균일하게 생성되도록 하기 위한 미세 균열이 형성된 스트레인 게이지의 제작방법에 관한 것이다. 본 발명의 구성은 a) 기재부를 코팅하는 단계; b) 코팅된 상기 기재부의 상부에 미소구를 포함한 중합체로 이루어진 혼합층을 형성하는 단계; c) 상기 혼합층의 상부에 금속 전극을 증착하는 단계; 및 d) 상기 금속 전극이 증착된 상기 혼합층에 열을 가해 상기 미소구를 팽창시킴으로써, 상기 금속 전극에 미세 균열을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 미소구는 열팽창형 중공 미소구(TEMS, thermo expandable microcapsules)인 것을 특징으로 하는 미세 균열이 형성된 스트레인 게이지의 제작방법을 제공한다.The present invention relates to a method of manufacturing a strain gauge having microcracks formed thereon, and more particularly, to a method of manufacturing a strain gauge having microcracks formed therein so as to uniformly generate microcracks over a large area. The configuration of the present invention comprises the steps of: a) coating a substrate; b) forming a mixed layer made of a polymer including microspheres on an upper portion of the coated substrate; c) depositing a metal electrode on the mixed layer; And d) applying heat to the mixed layer on which the metal electrode is deposited to expand the microspheres, thereby forming microcracks in the metal electrode, wherein the microspheres are thermo-expandable microcapsules (TEMS). It provides a method of manufacturing a strain gauge in which microcracks are formed, characterized in that).
Description
본 발명은 미세 균열이 형성된 스트레인 게이지의 제작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 넓은 면적에 미세 균열이 균일하게 생성되도록 하기 위한 미세 균열이 형성된 스트레인 게이지의 제작방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a strain gauge having microcracks formed thereon, and more particularly, to a method of manufacturing a strain gauge having microcracks formed therein so as to uniformly generate microcracks over a large area.
전도성 금속 박막에 생긴 미세 균열(crack)은 인장 및 압축 응력 발생시 큰 저항변화를 발생시켜 높은 감도의 스트레인 게이지(센서)를 제작하도록 할 수 있다.Micro-cracks generated in the conductive metal thin film can cause a large resistance change when tensile and compressive stresses are generated, and thus a strain gauge (sensor) with high sensitivity can be manufactured.
이처럼, 미세 균열이 생성된 스트레인 게이지의 높은 감도는 별도의 신호 증폭 회로가 필요 없고 매우 작은 변화에도 민감하게 저항이 변하게 됨으로 인식률이 매우 높으며 다양한 분야에 적용될 수 있다.As such, the high sensitivity of the strain gauge in which microcracks are generated does not require a separate signal amplification circuit, and the resistance changes sensitively to very small changes, so the recognition rate is very high and can be applied to various fields.
이에 종래에는, 미세 균열을 의도적으로 생성시키는 다양한 방법들이 개발되어 왔다. 구체적으로, 종래에는 외부의 힘을 인장방향으로 가하거나, 둥글게 밴딩시켜 미세 크랙을 생성시키는 방법들을 통해 높은 게이지율(gauge factor)를 가지는 스트레인 게이지 제작 기술이 개발되어 왔다.Thus, in the past, various methods of intentionally generating microcracks have been developed. Specifically, conventionally, a strain gauge manufacturing technology having a high gauge factor has been developed through methods of applying an external force in the tensile direction or bending it in a round shape to generate fine cracks.
하지만, 기존의 미세 균열 생성 방법은 외부에서 힘을 가하기 때문에 외력에 의해 센서가 고장나는 문제가 발생할 수 있다.However, since the conventional method for generating microcracks applies a force from the outside, a problem in which the sensor may be broken due to external force may occur.
또한, 외력에 의해 미세 균열을 형성할 경우, 센서 성능이 불균일해지며, 센서 각각에 대해 외력을 가해 미세 균열을 생성해야 하기 때문에 공정에 소요되는 시간이 길었다.In addition, when microcracks are formed by external force, the sensor performance becomes uneven, and the time required for the process is long because microcracks must be generated by applying an external force to each sensor.
따라서, 외부의 기계적 힘을 가하지 않고 대면적에 대해 신속하게 미세 균열을 생성할 수 있는 스트레인 게이지 제작 기술이 필요하다.Therefore, there is a need for a strain gauge manufacturing technology capable of rapidly generating microcracks over a large area without applying an external mechanical force.
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 넓은 면적에 미세 균열이 균일하게 생성되도록 하기 위한 미세 균열이 형성된 스트레인 게이지의 제작방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a method of manufacturing a strain gauge having microcracks formed thereon for uniformly generating microcracks over a large area.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems that are not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs from the following description. There will be.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 a) 기재부를 코팅하는 단계; b) 코팅된 상기 기재부의 상부에 미소구를 포함한 중합체로 이루어진 혼합층을 형성하는 단계; c) 상기 혼합층의 상부에 금속 전극을 증착하는 단계; 및 d) 상기 금속 전극이 증착된 상기 혼합층에 열을 가해 상기 미소구를 팽창시킴으로써, 상기 금속 전극에 미세 균열을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 미소구는 열팽창형 중공 미소구(TEMS, thermo expandable microcapsules)인 것을 특징으로 하는 미세 균열이 형성된 스트레인 게이지의 제작방법을 제공한다.The configuration of the present invention for achieving the above object comprises the steps of: a) coating a substrate; b) forming a mixed layer made of a polymer including microspheres on an upper portion of the coated substrate; c) depositing a metal electrode on the mixed layer; And d) applying heat to the mixed layer on which the metal electrode is deposited to expand the microspheres, thereby forming microcracks in the metal electrode, wherein the microspheres are thermo-expandable microcapsules (TEMS). It provides a method of manufacturing a strain gauge in which microcracks are formed, characterized in that).
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 a) 단계에서, 상기 기재부의 상면에는, 유기물질이 부착되는 것을 방지하도록 자기조립단분자막(Self-assembled Monolayer)이 기상법에 의해 코팅되도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in step a), a self-assembled monolayer is provided to be coated by a vapor phase method to prevent organic substances from adhering to the upper surface of the substrate. .
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 b) 단계는, b1) 상기 기재부의 상부에 폴리머(polymer)를 캐스팅(casting)하여 폴리머층을 형성하는 단계; 및 b2) 형성된 상기 폴리머층의 상부에 PDMS(Polydimethylsiloxane) 및 상기 미소구를 혼합한 상기 중합체를 코팅하여 혼합층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 중합체는 스핀 코팅에 의해 코팅되는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the step b) may include: b1) forming a polymer layer by casting a polymer on an upper portion of the substrate; And b2) forming a mixed layer by coating the polymer obtained by mixing PDMS (Polydimethylsiloxane) and the microspheres on an upper portion of the formed polymer layer, wherein the polymer is coated by spin coating. .
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 d) 단계에서, 상기 혼합층은 상기 금속 전극에 미세 균열이 형성될 수 있도록 100도 이상으로 가열되는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in step d), the mixed layer may be heated to 100 degrees or more so that micro cracks may be formed in the metal electrode.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 d) 단계 이후에는, e) 상기 금속 전극의 양단에 저항 측정용 전극을 연결하여 스트레인 게이지를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, after step d), e) forming a strain gauge by connecting electrodes for measuring resistance to both ends of the metal electrode may be further included.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 미소구는, 내부가 중공 형성된 중공구; 및 상기 중공구 내부에 형성된 충진재로 이루어지며, 상기 충진재는 열이 가해지면 부피가 팽창하도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the microsphere is a hollow sphere formed with a hollow inside; And a filler formed inside the hollow hole, and the filler may be provided to expand its volume when heat is applied.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 중공구는 열가소성수지(thermoplastic resin)로 이루어지고, 상기 충진재는 탄화수소(Hydro carbon)로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the hollow sphere may be made of a thermoplastic resin, and the filler may be made of a hydrocarbon (Hydro carbon).
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 중공구의 두께는 2 내지 15㎛인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the thickness of the hollow sphere may be characterized in that 2 to 15㎛.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 미세 균열이 형성된 스트레인 게이지의 제작방법에 의해 제작된 스트레인 게이지를 제공한다.The configuration of the present invention for achieving the above object provides a strain gauge manufactured by a method of manufacturing a strain gauge in which microcracks are formed.
상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 외부의 기계적 힘에 의해 미세 균열을 만드는 종래의 방법들은 외부의 기계적 힘의 방향과 크기에 의해 센서 간의 편차가 발생하거나 센서 내부의 불균일도가 존재하였다. 그러나, 본 발명에 따르면, 센서 간의 성능 편차를 줄이고, 센서 전체적으로 균일한 감도를 유지할 수 있다.The effect of the present invention according to the configuration as described above is that in the conventional methods of creating microcracks by external mechanical force, deviation between sensors or non-uniformity in the sensor existed due to the direction and magnitude of the external mechanical force. . However, according to the present invention, it is possible to reduce the performance deviation between sensors and maintain a uniform sensitivity throughout the sensor.
또한, 본 발명에 따르면, 대면적 센서에 대해 미세 균열을 빠르고 쉽게 제작할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to quickly and easily produce microcracks for a large area sensor.
또한, 탄성 중합체로 이루어진 혼합층을 모재로 하여 제작할 경우 매우 부드럽고 낮은 힘에도 큰 변위를 만들어 민감한 센서 제작이 가능하다.In addition, when fabricated using a mixed layer made of an elastomer as a base material, it is very soft and makes a large displacement even at a low force, making it possible to manufacture a sensitive sensor.
또한, 상용 스트레인 게이지의 게이지율은 2에 불과하여 감도가 매우 낮으나, 본 발명에 따르면 1.6% 스트레인에서 게이지율 20,000 이상인 매우 높은 감도를 가지는 센서 제작이 가능하다. In addition, although the sensitivity of the commercial strain gauge is only 2, the sensitivity is very low, but according to the present invention, it is possible to manufacture a sensor having a very high sensitivity with a gauge rate of 20,000 or more at 1.6% strain.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above effects, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 미세 균열이 형성된 스트레인 게이지의 제작방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 기재부를 코팅하는 단계의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 혼합층을 형성하는 단계의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 폴리머층을 형성하는 단계의 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 혼합층을 형성하는 단계의 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 미소구의 예시도 및 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 금속 전극을 증착하는 단계의 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 금속 전극을 증착하는 단계에서, 스트레인 게이지의 단면을 나타낸 단면예시도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 미세 균열을 형성하는 단계의 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 미세 균열을 형성하는 단계에서, 스트레인 게이지의 단면을 나타낸 단면예시도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 미세 크랙 형성 전후의 위치에 따른 표면 높이를 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 인장 전후의 감도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 미세 크랙 형성 전후의 인장별 감도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 인장별 감도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a flowchart of a method of manufacturing a strain gauge in which microcracks are formed according to an embodiment of the present invention.
2 is an exemplary view of a step of coating a substrate according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart of a step of forming a mixed layer according to an embodiment of the present invention.
4 is an exemplary diagram of a step of forming a polymer layer according to an embodiment of the present invention.
5 is an exemplary diagram of a step of forming a mixed layer according to an embodiment of the present invention.
6 is an exemplary view and a cross-sectional view of a microsphere according to an embodiment of the present invention.
7 is an exemplary diagram of a step of depositing a metal electrode according to an embodiment of the present invention.
8 is an exemplary cross-sectional view showing a cross section of a strain gauge in a step of depositing a metal electrode according to an embodiment of the present invention.
9 is an exemplary diagram of a step of forming microcracks according to an embodiment of the present invention.
10 is a cross-sectional view showing a cross section of a strain gauge in the step of forming a micro-crack according to an embodiment of the present invention.
11 is a graph showing a surface height according to a position before and after formation of fine cracks according to an embodiment of the present invention.
12 is a graph showing a result of measuring sensitivity before and after tensioning according to an embodiment of the present invention.
13 is a graph showing a change in sensitivity for each tension before and after formation of fine cracks according to an embodiment of the present invention.
14 is a graph showing a result of measuring sensitivity for each tensile according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms, and therefore is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and similar reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, bonded)" with another part, it is not only "directly connected", but also "indirectly connected" with another member in the middle. "Including the case. In addition, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further provided, rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or a combination thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 미세 균열이 형성된 스트레인 게이지의 제작방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 기재부를 코팅하는 단계의 예시도이다.1 is a flow chart of a method of manufacturing a strain gauge having microcracks formed according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exemplary view of a step of coating a substrate according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2에 도시된 것처럼, 미세 균열이 형성된 스트레인 게이지의 제작방법은 먼저 기재부를 코팅하는 단계(S10)를 수행할 수 있다.As shown in FIGS. 1 and 2, in the method of manufacturing a strain gauge in which microcracks are formed, a step (S10) of first coating a substrate may be performed.
기재부를 코팅하는 단계(S10)에서, 상기 기재부(110)의 상면에는, 유기물질이 부착되는 것을 방지하도록 자기조립단분자막(Self-assembled Monolayer, 120)이 기상법에 의해 코팅되도록 마련될 수 있다.In the step S10 of coating the substrate portion, a self-assembled
기재부를 코팅하는 단계(S10) 이후에는, 코팅된 기재부의 상부에 미소구를 포함한 중합체로 이루어진 혼합층을 형성하는 단계(S20)를 수행할 수 있다.After the step of coating the substrate (S10), a step (S20) of forming a mixed layer made of a polymer including microspheres on an upper portion of the coated substrate may be performed.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 혼합층을 형성하는 단계의 순서도이다.3 is a flowchart of a step of forming a mixed layer according to an embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 것처럼, 코팅된 기재부의 상부에 미소구를 포함한 중합체로 이루어진 혼합층을 형성하는 단계(S20)는 기재부의 상부에 폴리머(polymer)를 캐스팅(casting)하여 폴리머층을 형성하는 단계(S21) 및 형성된 폴리머층의 상부에 PDMS(Polydimethylsiloxane) 및 미소구를 혼합한 중합체를 코팅하여 혼합층을 형성하는 단계(S22)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 3, the step of forming a mixed layer made of a polymer including microspheres on an upper portion of the coated substrate (S20) is a step of forming a polymer layer by casting a polymer on the upper portion of the substrate portion ( S21) and forming a mixed layer by coating a polymer obtained by mixing PDMS (Polydimethylsiloxane) and microspheres on the upper portion of the formed polymer layer (S22).
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 폴리머층을 형성하는 단계의 예시도이다.4 is an exemplary diagram of a step of forming a polymer layer according to an embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 것처럼, 기재부의 상부에 폴리머(polymer)를 캐스팅(casting)하여 폴리머층을 형성하는 단계(S21)에서는, 상기 기재부(110)의 상면에 폴리머(Polymer)를 도포하고, 블레이드(B)를 이용하여 도포된 폴리머를 균일하게 펼 수 있다.As shown in FIG. 4, in the step (S21) of forming a polymer layer by casting a polymer on an upper portion of the substrate portion, a polymer is applied to the upper surface of the
이때, 상기 폴리머는 드래곤 스킨(dragon skin) 소재로 마련될 수도 있다.In this case, the polymer may be made of a dragon skin material.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 혼합층을 형성하는 단계의 예시도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 미소구의 예시도 및 단면도이다.5 is an exemplary view of a step of forming a mixed layer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is an exemplary view and a cross-sectional view of a microsphere according to an embodiment of the present invention.
도 5를 더 참조하면, 기재부의 상부에 폴리머(polymer)를 캐스팅(casting)하여 폴리머층을 형성하는 단계(S21) 이후에는, 형성된 폴리머층의 상부에 PDMS(Polydimethylsiloxane) 및 미소구를 혼합한 중합체를 코팅하여 혼합층을 형성하는 단계(S22) 수행할 수 있다.5, after the step (S21) of forming a polymer layer by casting a polymer on an upper portion of the substrate, a polymer in which PDMS (polydimethylsiloxane) and microspheres are mixed on the upper portion of the formed polymer layer. The step of forming a mixed layer by coating (S22) may be performed.
형성된 폴리머층의 상부에 PDMS(Polydimethylsiloxane) 및 미소구를 혼합한 중합체를 코팅하여 혼합층을 형성하는 단계(S22)에서는 상기 폴리머층(130)의 상부에 상기 PDMS와 상기 미소구(150)를 혼합한 중합체를 도포하고, 표면이 고르고 거칠기가 낮은 필름 형태로 경화함으로써 혼합층(140)을 형성할 수 있다.In the step (S22) of forming a mixed layer by coating a polymer mixed with polydimethylsiloxane (PDMS) and microspheres on the upper portion of the formed polymer layer (S22), the PDMS and the
여기서, 상기 미소구(150)는 열팽창형 중공 미소구(TEMS, thermo expandable microcapsules)일 수 있으며, 중공구(151) 및 충진재(152)로 이루어질 수 있다.Here, the
상기 중공구(151)는, 내부가 중공 형성된 구 형태로 마련될 수 있다. 그리고, 상기 중공구(151)는 열가소성수지(thermoplastic resin)로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 중공구(151)의 두께는 2 내지 15㎛로 마련되고, 외경은 5 내지 50㎛로 마련될 수 있다.The
상기 충진재(152)는 상기 중공구(151)의 내부 빈 공간에 채워지도록 마련되며, 열이 가해지면 부피가 팽창하는 소재로 마련될 수 있다.The
구체적으로, 상기 충진재(152)는 탄화수소(Hydro carbon)로 이루어질 수 있다.Specifically, the
또한, 탄성 중합체로 이루어진 상기 혼합층(140)을 모재로 하여 제작할 경우 매우 부드럽고 낮은 힘에도 큰 변위를 만들 수 있어 보다 민감한 센서 제작이 가능하다.In addition, when the
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 금속 전극을 증착하는 단계의 예시도이다. 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 금속 전극을 증착하는 단계에서, 스트레인 게이지의 단면을 나타낸 단면예시도이다.7 is an exemplary diagram of a step of depositing a metal electrode according to an embodiment of the present invention. 8 is an exemplary cross-sectional view showing a cross section of a strain gauge in a step of depositing a metal electrode according to an embodiment of the present invention.
도 7 및 도 8을 더 참조하면, 코팅된 기재부의 상부에 미소구를 포함한 중합체로 이루어진 혼합층을 형성하는 단계(S20) 이후에는, 상기 혼합층의 상부에 금속 전극을 증착하는 단계(S30)를 수행할 수 있다.7 and 8, after the step of forming a mixed layer made of a polymer including microspheres on the coated substrate (S20), a step of depositing a metal electrode on the mixed layer (S30) is performed. can do.
혼합층의 상부에 금속 전극을 증착하는 단계(S30)에서, 상기 금속 전극(160)은 금속 박막 형태로 마련될 수 있다.In the step of depositing a metal electrode on the mixed layer (S30), the
그리고, 본 발명에 따른 상기 금속 전극(160)의 형상은 직사각형 형태로만 한정되지 않으며 다양한 형태로 마련될 수 있다.In addition, the shape of the
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 미세 균열을 형성하는 단계의 예시도이고, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 미세 균열을 형성하는 단계에서, 스트레인 게이지의 단면을 나타낸 단면예시도이다.9 is an exemplary view showing a step of forming micro-cracks according to an embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a cross-sectional view showing a cross section of a strain gauge in the step of forming micro-cracks according to an embodiment of the present invention. to be.
도 9 및 도 10을 더 참조하면, 혼합층의 상부에 금속 전극을 증착하는 단계(S30) 이후에는, 금속 전극이 증착된 혼합층에 열을 가해 상기 미소구를 팽창시킴으로써, 금속 전극에 미세 균열을 형성하는 단계(S40)를 수행할 수 있다.9 and 10, after the step of depositing a metal electrode on the upper portion of the mixed layer (S30), heat is applied to the mixed layer on which the metal electrode is deposited to expand the microspheres, thereby forming microcracks in the metal electrode. The step (S40) may be performed.
금속 전극이 증착된 혼합층에 열을 가해 상기 미소구를 팽창시킴으로써, 금속 전극에 미세 균열을 형성하는 단계(S40)에서, 상기 혼합층(140)의 상기 미소구(150)가 팽창하여 상기 금속 전극(160)에 목표로하는 정도의 미세 균열이 형성될 수 있도록 가열이 이루어질 수 있다.In the step (S40) of forming microcracks in the metal electrode by applying heat to the mixed layer on which the metal electrode is deposited to expand the microspheres, the
일 예로, 상기 혼합층(140)은 상기 금속 전극(160)에 미세 균열이 형성될 수 있도록 100도 이상으로 가열될 수 있다.For example, the
보다 구체적으로, 금속 전극이 증착된 혼합층에 열을 가해 상기 미소구를 팽창시킴으로써, 금속 전극에 미세 균열을 형성하는 단계(S40)에서, 상기 혼합층(140)에 열이 가해지면, 상기 혼합층(140)의 내부에 혼합되어 수용되어 있는 상기 미소구(150)가 팽창하게 된다. 이처럼 상기 미소구(150)가 팽창하게 되면, 상기 미소구(150)가 상기 혼합층(140)에 증착되어 있는 상기 금속 전극(160)에 외력을 가해 상기 금속 전극(160)에 미세 균열(170)들을 형성하게 된다.More specifically, in the step (S40) of forming microcracks in the metal electrode by applying heat to the mixed layer on which the metal electrode is deposited to expand the microspheres, when heat is applied to the
이처럼 마련된 본 발명은 외부의 기계적 힘에 의해 미세 균열을 만드는 종래의 방법들에 비해 센서 간의 성능 편차를 줄이고, 센서 전체적으로 균일한 감도를 유지하도록 할 수 있다.The present invention prepared as described above can reduce a performance deviation between sensors and maintain a uniform sensitivity throughout the sensor compared to conventional methods of creating micro-cracks by external mechanical force.
또한, 본 발명에 따르면, 외부 기구를 이용하여 외력을 가해 미세 균열을 형성하지 않고 열을 가해 미소구의 팽창으로 미세 균열(170)을 형성하기 때문에 대면적 센서에 대해 미세 균열(170)을 빠르고 쉽게 형성할 수 있다.In addition, according to the present invention, since
금속 전극이 증착된 혼합층에 열을 가해 상기 미소구를 팽창시킴으로써, 금속 전극에 미세 균열을 형성하는 단계(S40) 이후에는, 상기 금속 전극의 양단에 저항 측정용 전극을 연결하여 스트레인 게이지를 형성하는 단계(S50)를 수행할 수 있다. After the step of forming microcracks in the metal electrode by applying heat to the mixed layer on which the metal electrode is deposited to expand the microspheres (S40), a strain gauge is formed by connecting electrodes for resistance measurement to both ends of the metal electrode. Step S50 may be performed.
이하, 하기 도면들을 참조하여 미세 균열이 형성된 스트레인 게이지의 제작방법에 의해 제작된 스트레인 게이지에 대한 감도의 효과를 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, the effect of the sensitivity on the strain gauge manufactured by the method of manufacturing a strain gauge in which microcracks are formed will be described in detail with reference to the following drawings.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 미세 크랙 형성 전후의 위치에 따른 표면 높이를 나타낸 그래프이다.11 is a graph showing a surface height according to a position before and after formation of fine cracks according to an embodiment of the present invention.
도 11의 (a)는 미소구(150)가 팽창하기 전의 상기 혼합층(140)의 표면 높이이고, 도 11의 (b)는 미소구(150)가 팽창한 후의 상기 혼합층(140)의 표면 높이를 나타낸 그래프이다. 도시된 바와 같이, 상기 미소구(150)가 팽창함에 따라 미세 균열이 형성되는 것을 확인할 수 있다.Figure 11 (a) is the surface height of the
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 인장 전후의 감도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.12 is a graph showing a result of measuring sensitivity before and after tensioning according to an embodiment of the present invention.
도 12는 스트레인 게이지를 0.8% 만큼 인장한 상태에서 시간에 따른 감도의 변화를 나타내었다. 도 12의 (a)는 미세 균열(170)을 형성하기 전이고 도 12의 (b)는 미세 균열(170)이 형성된 상태를 나타낸 그래프이다.12 shows the change in sensitivity over time in a state in which the strain gauge is stretched by 0.8%. FIG. 12A is a graph showing a state in which the
미세 균열(170)이 형성되기 전에는 게이지율이 17이었으나 미세 균열(170)이 형성된 후에는 게이지율이 1,275로 상승하여 약 70배의 감도 상승을 확인할 수 있다.Before the
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 미세 크랙 형성 전후의 인장별 감도의 변화를 나타낸 그래프이다.13 is a graph showing a change in sensitivity for each tension before and after formation of fine cracks according to an embodiment of the present invention.
도 13을 참조하면, 미세 균열(170)이 형성되지 않은 스트레인 게이지의 경우, 인장률이 변화함에 따라 게이지율의 변화가 적으나, 미세 균열(170)이 형성된 스트레인 게이지의 경우 인장률이 변화함에 따라 게이지율이 크게 증가하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 미세 균열(170)이 형성된 스트레인 게이지는 미세 균열(170)이 형성되지 않은 스트레인 게이지에 비해 감도가 매우 뛰어남을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 13, in the case of the strain gauge in which the
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 인장별 감도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.14 is a graph showing a result of measuring sensitivity for each tensile according to an embodiment of the present invention.
도 14를 참조하면, 도 14의 (a)는 게이지율이 1,275이고, 도 14의 (b)는 게이지율이 2,617이며, 도 14의 (c)는 게이지율이 24,603이다.Referring to FIG. 14, (a) of FIG. 14 has a gauge rate of 1,275, (b) of FIG. 14 has a gauge rate of 2,617, and (c) of FIG. 14 has a gauge rate of 24,603.
도 14에서도 확인할 수 있듯이 인장률 증가함에 따라 스트레인 게이지의 감도가 급격이 증가함을 확인할 수 있다.As can be seen in FIG. 14, it can be seen that the sensitivity of the strain gauge increases rapidly as the tensile modulus increases.
이처럼 본 발명에 따른 미세 균열이 형성된 스트레인 게이지의 제작방법에 의해 제작된 스트레인 게이지는 미세 균열이 형성되지 않은 스트레인 게이지에 비해 감도가 뛰어나다.As described above, the strain gauge manufactured by the method of manufacturing a strain gauge in which microcracks are formed according to the present invention has superior sensitivity compared to a strain gauge in which microcracks are not formed.
또한, 전술한 바와 같이 본 발명에 따르면 스트레인 게이지 간의 감도 편차가 거의 없으며, 스트레인 게이지 내에서도 미세 균열(170)이 균일하게 분포하여 항상 균일한 성능을 기대할 수 있다.In addition, as described above, according to the present invention, there is almost no variation in sensitivity between strain gauges, and even within the strain gauges, the
또한, 본 발명에 따르면 열을 가하는 것만으로 미세 균열(170)을 형성할 수 있기 때문에 스트레인 게이지의 대량 생산이 가능하고, 생산 설비의 소형화가 가능하고, 제작 과정에서의 불량 발생률이 적어 경제적이다.In addition, according to the present invention, since the micro-cracks 170 can be formed only by applying heat, mass production of strain gauges is possible, miniaturization of production equipment is possible, and the occurrence of defects in the manufacturing process is small, which is economical.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustrative purposes only, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
110: 기재부
120: 자기조립단분자막
130: 폴리머층
140: 혼합층
150: 미소구
151: 중공구
152: 충진재
160: 금속 전극
170: 미세 균열
B: 블레이드110: base
120: self-assembled monolayer
130: polymer layer
140: mixed layer
150: microsphere
151: hollow ball
152: filler
160: metal electrode
170: microcracks
B: blade
Claims (9)
b) 코팅된 상기 기재부의 상부에 미소구를 포함한 중합체로 이루어진 혼합층을 형성하는 단계;
c) 상기 혼합층의 상부에 미세 균열이 형성되지 않은 금속 박막 상태의 금속 전극을 증착하는 단계; 및
d) 상기 금속 전극이 증착된 상기 혼합층에 열을 가해 상기 미소구를 팽창시킴으로써, 상기 금속 전극에 미세 균열을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 미소구는 열팽창형 중공 미소구(TEMS, thermo expandable microcapsules)이고,
상기 미소구는, 내부가 중공 형성된 중공구; 및 상기 중공구 내부에 형성되며 열이 가해지면 부피가 팽창하도록 마련된 충진재로 이루어지며,
상기 d) 단계에서, 상기 혼합층에 열이 가해질 때 상기 혼합층의 내부에 수용되어 있는 상기 미소구가 팽창하면서 상기 혼합층에 증착되어 있는 상기 금속 전극에 외력을 가해 상기 금속 전극에 미세 균열을 형성하도록 마련된 것을 특징으로 하는 미세 균열이 형성된 스트레인 게이지의 제작방법.
a) coating the substrate;
b) forming a mixed layer made of a polymer including microspheres on an upper portion of the coated substrate;
c) depositing a metal electrode in the state of a metal thin film in which microcracks are not formed on the mixed layer; And
d) applying heat to the mixed layer on which the metal electrode is deposited to expand the microspheres, thereby forming microcracks in the metal electrode,
The microspheres are thermo expandable microcapsules (TEMS),
The microspheres are hollow spheres having a hollow inside; And a filler formed inside the hollow hole and provided to expand the volume when heat is applied,
In step d), when heat is applied to the mixed layer, the microspheres accommodated in the mixed layer expand, and an external force is applied to the metal electrode deposited on the mixed layer to form microcracks in the metal electrode. A method of manufacturing a strain gauge having microcracks formed thereon.
상기 a) 단계에서,
상기 기재부의 상면에는, 유기물질이 부착되는 것을 방지하도록 자기조립단분자막(Self-assembled Monolayer)이 기상법에 의해 코팅되도록 마련된 것을 특징으로 하는 미세 균열이 형성된 스트레인 게이지의 제작방법.
The method of claim 1,
In step a),
A method of manufacturing a strain gauge with fine cracks, characterized in that a self-assembled monolayer is coated on the upper surface of the substrate by a vapor phase method to prevent adhesion of organic substances.
상기 b) 단계는,
b1) 상기 기재부의 상부에 폴리머(polymer)를 캐스팅(casting)하여 폴리머층을 형성하는 단계; 및
b2) 형성된 상기 폴리머층의 상부에 PDMS(Polydimethylsiloxane) 및 상기 미소구를 혼합한 상기 중합체를 코팅하여 혼합층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 중합체는 스핀 코팅에 의해 코팅되는 것을 특징으로 하는 미세 균열이 형성된 스트레인 게이지의 제작방법.
The method of claim 1,
Step b),
b1) forming a polymer layer by casting a polymer on the top of the substrate; And
b2) forming a mixed layer by coating the polymer obtained by mixing PDMS (Polydimethylsiloxane) and the microspheres on the formed polymer layer,
The method of manufacturing a strain gauge with microcracks, characterized in that the polymer is coated by spin coating.
상기 d) 단계에서,
상기 혼합층은 상기 금속 전극에 미세 균열이 형성될 수 있도록 100도 이상으로 가열되는 것을 특징으로 하는 미세 균열이 형성된 스트레인 게이지의 제작방법.
The method of claim 1,
In step d),
The mixed layer is a method of manufacturing a strain gauge with microcracks, characterized in that heated to 100 degrees or more so that microcracks can be formed in the metal electrode.
상기 d) 단계 이후에는,
e) 상기 금속 전극의 양단에 저항 측정용 전극을 연결하여 스트레인 게이지를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 균열이 형성된 스트레인 게이지의 제작방법.
The method of claim 1,
After step d),
e) forming a strain gauge by connecting an electrode for measuring resistance to both ends of the metal electrode.
상기 중공구는 열가소성수지(thermoplastic resin)로 이루어지고, 상기 충진재는 탄화수소(Hydro carbon)로 이루어진 것을 특징으로 하는 미세 균열이 형성된 스트레인 게이지의 제작방법.
The method of claim 1,
The hollow hole is made of a thermoplastic resin (thermoplastic resin), the filler is a method of manufacturing a strain gauge with microcracks, characterized in that made of hydrocarbon (Hydro carbon).
상기 중공구의 두께는 2 내지 15㎛인 것을 특징으로 하는 미세 균열이 형성된 스트레인 게이지의 제작방법.
The method of claim 1,
The method of manufacturing a strain gauge with fine cracks, characterized in that the thickness of the hollow sphere is 2 to 15㎛.
A strain gauge manufactured by the method of manufacturing a strain gauge having microcracks according to claim 1.
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