KR101272147B1 - 마그네틱 로드 셀의 제작 방법 - Google Patents

마그네틱 로드 셀의 제작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마그네틱 로드셀의 제작 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 마그네틱 로드 셀의 제작 방법은 부과된 하중을 검출하기 위한 마그네틱 로드셀의 제작방법에 있어서, 제작하고자 하는 로드셀의 크기로 스테인레스 재질의 박판을 절단하는 박판 가공 단계와, 절단된 박판을 확산 접합법을 이용하여 적층된 상태로 결합시켜서 블럭을 성형하는 확산 접합 단계와, 성형된 블럭에 와이어 커팅공법으로 관통홀을 가공하는 관통홀 가공 단계와, 상기 관통홀이 형성된 블럭의 표면을 연마하는 연마 단계와, 상기 연마 단계를 거친 블럭에 센싱부를 결합하는 결합 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

마그네틱 로드 셀의 제작 방법{a manufacturing method of magnetic load cell}
본 발명은 마그네틱 로드 셀의 제작 방법에 관한 것으로서, 접합제를 사용하지 않고 확산접합을 이용하여 마그네틱 로드 셀을 제작할 수 있는 제작 공법에 관한 것이다.
로드 셀(load cell)은 무게를 측정하기 위한 무게 측정 소자이며, 하중을 받는 소재의 스트레인(strain)을 통해서 하중을 측정한다.
특히, 마그네틱 로드 셀은 외부 하중에 의해서 변형되는 자기장의 변화에 의해서 하중을 측정하는 로드 셀의 종류이다.
도 1은 종래의 마그네틱 로드 셀의 작동 원리를 설명하는 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 수직으로 작용하는 하중은 블럭에 스트레인(strain)을 일으키게 되고, 이러한 스트레인(strain)은 자기탄성(magneticelastic) 특성에 근거한 외부 인장응력에 따른 투자율의 변화를 가져와서 이러한 투자율의 변화에 근거하여 걸리는 하중을 측정하게 된다.
이러한 마그네틱 로드 셀에 관련된 선행 기술에는 미국 특허청에 출원된 특허번호 제6,508,115호(transfer roll), 대한민국 특허청에 출원된 출원 번호 제10-1992-0025532호(로드셀과 로드셀의 제작 방법, 로드셀을 이용한 계량장치) 등이 있다.
도 2는 종래의 마그네틱 로드 셀의 제작 방법을 도시하는 예시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 센싱부가 결합되는 관통홀이 다수 개가 형성된 형태로 스테인레스 재질의 박판을 제작하고자 하는 형태로 절단하고, 이를 구조용 접합제를 이용하여 차례로 적층하여 본딩하게 된다.
본딩된 박판은 정렬하고, 이후에는 이를 가열하여 접합하고, 표면 및 관통홀이 유출된 접합제를 제거하고 연마 공정을 거쳐서 블럭을 완성하고, 상기 블럭에 센싱부를 결합하여 로드 셀 제작을 완료하게 된다.
그러나, 종래의 이러한 로드 셀 제작 방법은 관통홀이 형성된 다수 개의 박판을 차례로 적층하여 접합하여야하는 등 제작 공정이 번거롭고 접합과정에서 균일한 성능을 가지는 제품을 생산하기 힘들고 대량 생산이 불가능하다는 문제점이 있었다.
본 발명에 따른 마그네틱 로드 셀의 제작 방법은 제작 공정을 단순화하고, 균일한 성능을 가지는 마그네틱 로드 셀을 제작할 수 있는 마그네틱 로드 셀의 제작 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 마그네틱 로드 셀의 제작 방법은 부과된 하중을 검출하기 위한 마그네틱 로드셀의 제작방법에 있어서, 제작하고자 하는 로드셀의 크기로 스테인레스 재질의 박판을 절단하는 박판 가공 단계와, 절단된 박판을 확산 접합법을 이용하여 적층된 상태로 결합시켜서 블럭을 성형하는 확산 접합 단계와, 성형된 블럭에 와이어 커팅공법으로 관통홀을 가공하는 관통홀 가공 단계와, 상기 관통홀이 형성된 블럭의 표면을 연마하는 연마 단계와, 상기 연마 단계를 거친 블럭에 센싱부를 결합하는 결합 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 확산 접합 단계는, 적층된 박판을 상하부에서 가압하는 가압체결구를 이용하여 열처리 과정을 거치는 것임을 특징으로 한다.
그리고, 상기 가압 체결구는 다수 개의 볼트를 통해서 결합되며, 다수 개의 박판이 적층되는 상부 및 하부판과, 상기 상부 및 하부판과 박판 사이에 삽입되는 세라믹판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 열처리 과정은 오스테나이트화 단계와, 담금질 단계와, 템퍼링 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 마그네틱 로드 셀의 제작 방법은 확산 접합을 이용하여 박판을 접합하여 블럭을 만들고, 와이어 커팅을 이용하여 관통홀을 제작하므로 제작 공정을 단순화하여 생산 효율을 높일 수 있고, 균일한 성능을 가지는 마그네틱 로드 셀을 제작할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 마그네틱 로드 셀의 작동 원리를 설명하는 개념도.
도 2는 종래의 마그네틱 로드 셀의 제작 방법을 도시하는 예시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 마그네틱 로드 셀의 제작 방법의 순서도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 마그네틱 로드 셀의 제작 방법의 도면 대용 사진.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 가압체결구를 도시하는 사시도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세하게 설명하고자 한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 마그네틱 로드 셀의 제작 방법의 순서도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 마그네틱 로드 셀의 제작 방법은 박판 가공 단계(S100), 확산 접합 단계(S200), 관통홀 가공 단계(S300), 연마단계(S400), 결합 단계(S500)을 포함하여 이루어 진다.
먼저, 박판 가공 단계는 종래의 박판 가공 단계와 유사하게 제작하고 자 하는 로드 셀의 크기로 스테인레스 재질의 박판을 절단하는 과정이며, 종래의 제작 방법과 달리 관통홀을 미리 가공하지 않는다. 따라서, 접합과정에서 신속하고 정확한 작업이 이루어질 수 있게 된다.
다음으로, 확산 접합 단계는 절단된 박판을 확산 접합법을 이용하여 적층된 상태로 결합시켜서 블럭을 성형하는 단계이다, 확산 접합(diffusion bonding) 단계는 탄성 변형 영역 내에서 열과 압력을 가하고 그 접합면에 발생하는 원자의 확산을 이용하여 고상(固相) 상태로 접합하는 방법으로, 접합 후의 열응력이나 변형이 적고 변형량이 적으며, 조직 변화에 의한 재료의 열화가 적다는 장점이 있다.
본 발명에서는 이러한 확산 접합법을 이용하여 박판을 블럭 형태로 성형하게 된다.
여기서, 상기 확산 접합 단계는 적층된 박판을 상하부에서 가압하는 가압체결구를 이용하여 열처리 과정을 거치게 되며, 상기 가압 체결구는 다수 개의 볼트를 통해서 결합되며, 다수 개의 박판이 적층되는 상부 및 하부판과, 상기 상부 및 하부판과 박판 사이에 삽입되는 세라믹판을 포함하여 이루어진다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 가압체결구를 도시하는 사시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이 가압체결구(100)는 상부판(110), 하부판(120), 세라믹판(20)을 포함하여, 상부판(110)과 하부판(120)은 다수 개의 볼트(200)를 통해서 가장자리가 결합되어 사이에 적층된 박판을 가압하게 된다.
먼저, 박판의 표면에 이물질이 없도록 깨끗하게 세척을 하고, 이를 적층하여 일정압력이 가해지도록 볼트를 체결하게 하여 일정한 온도에서 열처리 과정을 거친다.
이러한 열처리 과정은 오스테나이트화 단계와, 담금질 단계와, 템퍼링 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
구체적으로는 섭씨 1030도에서 오스테나이트화 후 담금질 단계(구체적으로는 질소 냉각)를 거쳐서 530도에서 템퍼링 단계를 거치게 된다.
이러한 열처리 과정에서 상부 및 하부판과 박판이 접착되는 것을 방지하기 하여 상부 및 하부판과 박판 사이에 세라믹판이 삽입되고, 도 4에 도시된 바와 같이 적층되는 박판군을 2개로 분리하거나 그 이상으로 적층한 경우, 그 사이에 세라믹판(20a)을 삽입하여 다수 개의 블럭을 한꺼번에 제작할 수도 있다.
상기 과정을 통해서 성형된 블럭은 와이어 커팅 공법으로 관통홀을 가공하는 관통홀 가공 단계를 거쳐서 종래의 제작 방법과 달리 한꺼번에 관통홀을 형성하게 된다. 와이어 커팅 공법(wire electric discharge machining)은 와이어와 가공물 사이에 방전(放電)을 일으켜 방전스파크를 톱날처럼 사용하여 공작물을 가공하는 가공법이며, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이후에 관통홀이 형성된 블럭의 표면을 연마하는 연마 단계와, 상기 연마 단계를 거친 블럭에 센싱부를 결합하는 결합 단계를 거쳐서 제품을 완성하게 된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 마그네틱 로드 셀의 제작 방법의 도면 대용 사진이다.
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 가압 체결구를 통해서 적층된 박판을 가압한 상태에서 열처리 과정을 거치면 도 4의 (b)에 도시된 블럭(12)이 완성되고, 상기 블럭(12)에 와이어 커팅 공법을 이용하여 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 관통홀(12)을 형성하게 되고, 센싱부(14)를 결합하여 제품을 완성하게 된다.
이상과 같이 본 발명은 마그네틱 로드 셀의 제작 방법을 제공하는 것을 주요한 기술적 사상으로 하고 있으며, 도면을 참고하여 상술한 실시 예는 단지 하나의 실시 예에 불과하므로 본 발명의 진정한 범위는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
10: 박판
20: 세라믹판
100: 가압체결구
110: 상부판
120: 하부판
200: 볼트

Claims (4)

  1. 부과된 하중을 검출하기 위한 마그네틱 로드셀의 제작방법에 있어서,
    제작하고자 하는 로드셀의 크기로 스테인레스 재질의 박판을 절단하는 박판 가공 단계와;
    절단된 박판을 확산 접합법을 이용하여 적층된 상태로 결합시켜서 블럭을 성형하는 확산 접합 단계와;
    성형된 블럭에 와이어 커팅공법으로 관통홀을 가공하는 관통홀 가공 단계와;
    상기 관통홀이 형성된 블럭의 표면을 연마하는 연마 단계와;
    상기 연마 단계를 거친 블럭에 센싱부를 결합하는 결합 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 로드 셀의 제작 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산 접합 단계는,
    적층된 박판을 상하부에서 가압하는 가압체결구를 이용하여 열처리 과정을 거치는 것임을 특징으로 하는 마그네틱 로드 셀의 제작 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가압 체결구는,
    다수 개의 볼트를 통해서 결합되며, 다수 개의 박판이 적층되는 상부 및 하부판과, 상기 상부 및 하부판과 박판 사이에 삽입되는 세라믹판을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 로드 셀의 제작 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 열처리 과정은,
    오스테나이트화 단계와, 담금질 단계와, 템퍼링 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마그네틱 로드 셀의 제작 방법.
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