KR101016184B1

KR101016184B1 - 점진적 하중 변화방식의 스크래치 시험장치

Info

Publication number: KR101016184B1
Application number: KR1020090013911A
Authority: KR
Inventors: 석창성; 박홍선; 원종일
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2009-02-19
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2011-02-24
Also published as: KR20100094769A; US20100206041A1; US8375774B2

Abstract

본 발명은 팁(tip)이 설치된 헤드부가 수평으로 이동하면서, 시험편의 표면에 가해지는 가압력이 점진적으로 증가 또는 감소하는 점진적 하중 변화방식의 스크래치 시험 장치에 관한 것으로, 하부에 팁이 설치된 헤드부와, 상기 헤드부를 수평방향으로 이동하도록 안내하는 가이드 수단 및, 상기 헤드부가 상기 가이드 수단을 따라 이동하면서, 상기 팁에 가해지는 가압력을 변화시켜주는 가압력 변화수단을 구비하도록 구성된 특징이 있다.

본 발명의 구성에 의해, 팁이 설치된 헤드부가 수평방향으로 이동할수록, 팁을 통해 시험편에 가해지는 하중을 점진적으로 증가 또는 감소시키면서 스크래치 시험을 행할 수 있는 효과가 있다.

눌림 수단, 경사 레일, 팁부, 볼스크류, 모터, 헤드부

Description

점진적 하중 변화방식의 스크래치 시험장치{SCRATCH TESTING APPARATUS BY METHOD FOR GRADUALLY INCREASING OR DECREASING OF LOAD}

본 발명은 점진적 하중 변화방식의 스크래치 시험장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 팁(tip)이 장착된 시험기 헤드부가 수평으로 이동하면서 상기 팁에 가해지는 가압력이 점진적으로 증가 또는 감소하여, 시험편에 가해지는 하중을 변화시키면서 스트레치 작업을 행할 수 있는 점진적 하중 변화방식의 스크래치 시험 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 소재 자체의 특성을 유지, 보강하기 위하여 실시하는 코팅, 도색 박막과 소재간의 접착력을 측정하기 위한 방법으로는, 소재 표면에 테이프를 붙인 후 떼어내어 코팅 등이 떨어지는지의 유무를 판단하는 테이프 시험법과, 굽힘에 의해 코팅이 벗겨지는 하중을 측정하는 굽힘 시험, 압입 후 코팅 등의 표면에 발생하는 하중을 통해 접착력을 측정하는 압입 시험, 코팅 등의 표면을 긁어서 표면에 발생하는 스크래치의 유무로 임계하중을 측정하는 스크래치 시험이 있다.

이중 스크래치 시험은 편리하고 정량적 측정이 가능하여 산업적으로 가장 널리 채택되고 있다.

스크래치 시험은 코팅, 도색, 박막 등의 색이나 표면에 나타나는 소성 변형의 유무로 소재간의 접착력을 판단한다.

이를 측정하기 위해서 표면에 일정하중을 가한 후, 긁는 방법이 사용되고 있지만 임계하중을 결정하기 위해서는 다량의 시험이 수행되어야 하는 단점이 있다.

이러한 이유로, 최근에는 스크래치의 시작점에서 종료점으로 팁이 이동해 가면서 시험편에 가해지는 하중을 변화시킬 수 있는 점진적 하중 변화방식의 스크래치 시험법이 ASTM D7027과 ISO 1518, 1SO 12137-2에서 규격화하여 제시되어 있다.

위 방법은 표면에 스크래치가 발생하는 순간의 하중을 측정하여 표면과 소재 간의 접착력을 결정한다.

ASTM D7027에서는 100mm/s의 속도로 100mm의 변위를 2N에서 50N까지 점진적 하중을 증가시키면서 백화현상을 관찰하여 임계하중을 결정하도록 규격화하고 있다.

또한 ISO 1518과 ISO 12137-2는 페인트, 코팅 플라스틱의 스크래치 임계하중을 결정하기 위하여 200mm/s의 속도로 시험을 실시하도록 규정하고 있다.

그러나 이 시험법은 상당히 빠른 속도로 시험을 실시하여야 하므로 시험기의 하중과 변위를 제어하는데 어려움이 있으며, 수직축과 수평축의 시작과 운송, 정지의 동기화에 어려움이 따르고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 창출된 것으로, 그 목적은, 점진적으로 하중을 증가 또는 감소시켜 가면서 스크래치 시험을 수행할 수 있는 점진적 하중 변화방식의 스크래치 시험 장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 점진적 하중 변화방식의 스크래치 시험장치는, 하부에 팁이 설치된 헤드부와, 상기 헤드부를 수평방향으로 이동하도록 안내하는 가이드 수단 및, 상기 헤드부가 상기 가이드 수단을 따라 이동하면서, 상기 팁에 가해지는 가압력을 변화시켜주는 가압력 변화수단을 포함하고 있다.

또한, 상기 가압력 변화수단은, 상기 헤드부의 상방에 경사져 배치되는 경사레일과, 상기 헤드부의 내부에 설치되는 스프링부를 갖는다.

또, 경사레일의 하면에는 눌림수단이 설치되며, 이 눌림수단의 하부측에는 높낮이 조절부가 형성되어 있다.

본 발명의 청구항 1 에 기재된 구성에 의하면, 팁을 통해 시험편에 가해지는 하중을 점진적으로 증가 또는 감소시키면서 스크래치 시험을 행할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 청구항 2에 기재된 구성에 의하면, 경사레일과 스프링부를 갖는 가압력 변화수단에 의해, 팁을 통해 시험편에 가해지는 하중을 용이하게 변화시킬 수 있다.

본 발명의 청구항 3과 청구항 5에 기재된 구성에 의하면, 눌림수단의 하부에 설치된 높낮이 조절부의 조작에 의해 다양한 두께의 시험편에 적합한 하중을 용이하게 가해줄 수 있다.

본 발명의 청구항 4에 기재된 구성에 의하면, 스프링부에 상이한 스프링계수를 갖는 다양한 스프링을 채용하므로서, 시험편의 크기와 재질에 관계없이, 시험편에 가해지는 하중의 크기와 형태(profile)를 다양하게 변화시킬 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 점진적 하중 변화방식의 스크레치 시험장치를 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 구체적으로 설명키로 한다.

도 1 은 본 발명의 점진적 하중 변화방식의 스크레치 시험장치의 헤드부를 나타내는 도면이고, 도 2 는 본 발명의 점진적 하중 변화방식의 스크레치 시험장치를 나타내는 도면이고, 도 3 은 본 발명의 점진적 하중 변화방식의 스크레치 시험장치의 작동상태를 나타내는 도면이다.

본 발명의 점진적 하중 변화방식의 스크레치 시험장치에 있어, 도 1 에 도시된 바와 같이 수평으로 이동되는 헤드부(10)에는 상부측이 가압되면 수직방향으로 눌려져 내려가는 눌림 수단이 형성된다.

상기 눌림 수단은 베어링부(16)로 마찰력을 최소화시킨 형상으로 표면과 마찰되었을시 마찰을 최소화할 수 있다.

상기 눌림 수단으로서 베어링부(16)를 예시하였지만 이에 한정되지 않고, 다른 미끄럼 부재 또는 수직봉 등으로 형성시킬 수도 있다. 즉, 눌림 수단은 맞닿음되는 면에서 마찰력을 최소화시켜 줄 수 있는 부재라면, 그 종류는 불문한다.

상기 눌림 수단인 베어링부(16)의 하단부측에는 이와 일체로 연동되는 스프링부(13)가 형성되어 있다.

상기 스프링부(13) 하단부측에는 상부측의 베어링부(16)에 의해 눌려질시, 눌려지는 높이만큼 스프링부(13)를 하부측으로 가압시킨다.

이때 베어링부(16)에 의해 수직방향으로 눌려지는 스프링부(13)는 단부에 연동되게 결합되어 있는 팁부(12)를 수직하방측으로 가압하도록 형성되어 있다.

상기 스프링부(13)상에는 댐퍼가 장착되어 있어 스프링부(13)가 베어링부(16)에 의해 수직하방으로 눌리면서 수평으로 이동시 진동 등을 방지하고 있다.

상기 헤드부(10)의 베어링부(16)가 눌려져 스프링부(13)를 하부측으로 가압함과 동시에 상기 스프링부(13)의 탄발력으로 인해, 팁부(12)가 본체(20)의 하단부에 형성된 테스트 베드(21)상에 올려 놓여진 시험편(40)으로 수직 하중을 가하게 된다.

상기 헤드부(10)의 팁부(12)를, 수직방향으로 누르도록 탄성하중을 가하는 스프링부(13)는, 도시하지는 않았지만 상이한 스프링의 계수를 갖는 다양한 스프링으로 쉽게 교체하여 작동케 하므로 시작 하중과 종료 하중을 변경시킬 수 있음은 물론이다.

상기와 같이 작동되는 헤드부(10)의 팁부(12)는 수직방향으로 눌려짐과 동시 에 수평 방향으로 모터(11)에 의해 자동으로 이동되게 장착되어 있다.

또한, 상기 헤드부(10) 상에 장착되어 있는 스프링부(13)에는 당해 스프링부(13)를 통해서 가압되는 가압량을 체크할 수 있는 수직 하중 로드셀(load cell:15)이 장착되어 있다.

따라서, 수직 하중 로드셀(15)에 의해 팁부(12)의 수직방향으로 가해지는 수직 하중을 체크할 수 있다.

또한, 상기 모터(11)에는 수평 하중 로드셀(14)이 장착되어 있어, 팁부(12)가 테스트 베드(21) 상에 놓여져 고정되어 있는 시험편(40)의 표면을 수평 방향으로 긁으면서 이동시, 이동방향으로 가해지는 수평 하중을 체크 할 수 있다.

이와 같이 작동되는 본 발명의 팁부(12)를 갖는 헤드부(10)는 도 2 에 도시된 바와 같이, 본체(20)의 테스트 베드(21) 상에 수직 프레임(23)의 양단에 형성된 볼스크류(22)를 따라 이동되게 장착되어 있다.

상기 헤드부(10)가 본체(20)의 볼스크류(22)에 장착되면, 상기 헤드부(10)는 모터(11)의 작동에 의해 볼스크류(22)를 따라 수평 이동된다.

상기와 같이 헤드부(10)가 모터(11)의 구동에 의해 볼스크류(22)를 따라 진동없이 매끄럽게 미끄러지면서 수평 이동되면, 상기 헤드부(10) 상의 베어링부(16)가 본체(20)의 상단 프레임(24)에 형성되어 있는 경사 레일(30)의 하면을 따라 맞닿음 된 상태에서 횡방향으로 미끄러지면서 이동된다.

즉, 상기와 같이 이동되는 경사 레일(30)을 따라 이동되는 베어링부(16)은 경사 레일(30)의 경사 각도만큼 수평방향으로 이동되면서 동시에 수직방향으로도 가압된다.

이와 같이 모터(10)의 구동에 의해 이동되는 베어링부(16)가 수평방향으로 부터 일정각도로 기울어져 있는 경사 레일(30)의 하면을 따라 이동되면, 상기 베어링부(30)의 하부측에 형성되어 있는 스프링부(13)를 수직방향으로 점진적으로 가압시키기 때문에 도 3에 도시된 바와 같이, 스프링부(13)의 탄발력에 의해, 스프링부(13)의 하방에 설치되어 있는 팁부(12)에 가압력이 가해져, 테스트 베드(21)상에 놓여져 있는 시험편(40)의 표면에 가해지는 하중을 증가시키면서, 스크레칭이 행해진다.

따라서, 헤드부(10)의 팁부(12)는 경사 레일(30)의 처음 시작점에서 끝나는 종료점까지 점차로 가압력이 증대 되면서 시험편(40)의 표면을 긁는 스크래치 작업을 행하게 된다. 즉, 본 발명의 경사 레일(30)을 이용한 스크래치 시험 방법은 상단 프레임(24)에 경사 레일(30)을 도2 와 도3 에 예시되어 있는 바와 같이 도면의 우측으로 갈수록 하방으로 경사져 기울어지게 설치함으로써 시험이 개시되어, 헤드부(10)가 수평방향으로 이동할수록 높이가 낮아져 스프링부(13)를 압축하게 된다.

상기와 같이 경사 레일(30)이 경사져 설치됨에 따라 발생된 팁부(12)에의 가압력은 스프링부(13)의 탄발력으로서 팁부(12)에 전달되어 시험편(40)을 압입하는 상태에서 헤드부(10)가 수평방향으로 이동하므로 스크래치가 발생함과 동시에 시험편에 가해지는 수직하중도 증가 된다.

본 발명에서는 경사 레일(30)의 위치와 각도를 달리할 수 있으므로 시험 시작시의 하중과 시험 종료시의 하중을 원하는 크기로 임의로 결정하여 시험할 수 있 다.

또한, 본 발명의 베어링부(16)는 하부측에 나사형태의 높낮이 조절부(17)가 형성되어 있어 높낮이 조절부(17)를 예컨대, 일방향으로 회전시키면, 베어링부(16)가 상승되면서 하부측에 연동되게 결합되어 있는 스프링부(13)와 그 하단부에 형성되어 있는 팁부(12)를 상승시킬 수 있다.

또한, 베어링부(16) 하부에 일체로 형성된 높낮이 조절부(17)를 상기 방향과 반대방향으로 회전시키면 팁부(12)를 하강시킬수도 있다.

따라서, 상기와 같이 높낮이 조절부(17)를 이용해 팁부(12)의 높낮이를 수월하게 조절할 수 있기 때문에 테스트 베드(21)상에 놓여진 시험편(40)의 두께가 달라지더라도 이에 적합하게 적용시킬 수 있다.

지금까지 설명한 실시예는 단지 예시적인 것으로서, 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것은 아니다.

따라서, 첨부의 특허청구범위에 기재된 발명의 범위를 일탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형과 개조가 가능함을 말할 나위 없다.

예를 들면, 전술한 실시예에 있어서는, 헤드부(10)가 수평방향으로 이동하면서 시험편(40)에 가해지는 팁(12)의 수직하중이 증가되는 경우를 설명하였지만, 상기 경사레일(30)의 경사방향을 상기 실시예와 반대, 즉 도2 와 도3 에 예시되어 있는 경우와는 반대인 도면의 우측으로 갈수록 상방으로 경사져 기울어지게 설치할 경우, 점진적으로 하중을 감소시킬 수도 있음은 물론이다.

도 1 은 본 발명의 점진적 하중 변화방식의 스크레치 시험장치의 헤드부를 나타내는 도면.

도 2 는 본 발명의 점진적 하중 변화방식의 스크레치 시험장치를 나타내는 도면.

도 3 은 본 발명의 점진적 하중 변화방식의 스크레치 시험장치의 작동상태를 나타내는 도면.

-도면의 주요부분에 대한 간단한 부호의 설명-

11: 모터 12: 팁부

21: 테스트 베드 10: 헤드부

13: 스프링부 14: 수평 하중 로드셀

15: 수직하중 로드셀 16: 베어링부(눌림수단)

17: 높낮이 조절부 23: 수직 프레임

20: 본체 22: 볼스크류(가이드 수단)

24: 상단 프레임 25: 각도 조절나사

30: 경사레일 31: 시험편

Claims

하부에 팁(12)이 설치된 헤드부(10)와,

상기 헤드부(10)를 수평방향으로 이동하도록 안내하는 가이드 수단(22) 및,

상기 헤드부(10)가 상기 가이드 수단(22)을 따라 이동하면서, 상기 팁(12)에 가해지는 가압력을 변화시켜주는 가압력 변화수단을 포함하는 점진적 하중 변화방식의 스크레치 시험 장치에 있어서,

상기 가압력 변화수단이 상기 헤드부(10)의 상방에 경사져 설치되는 경사레일(30)을 갖는 것을 특징으로 하는 점진적 하중 변화방식의 스크레치 시험 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 가압력 변화수단이, 상기 헤드부(10)의 내부에 설치되는 스프링부(13)를 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 점진적 하중 변화방식의 스크레치 시험 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 경사레일(30)의 하면에 맞닿음되는 눌림수단(16)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 점진적 하중 변화방식의 스크레치 시험 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 스프링부(13)는 상이한 스프링계수를 갖는 스프링으로 교체 가능한 것을 특징으로 하는 점진적 하중 변화방식의 스크레치 시험 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 눌림수단(16)의 하부측에는 높낮이 조절부(17)가 형성되는 것을 특징으로 하는 점진적 하중 변화방식의 스크레치 시험 장치.