KR102349399B1 - 자기유변형탄성체 시험 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기유변형탄성체 시험 장치 및 방법에 관한 것으로서, 개방형 루프로 형성되고, 자기장을 발생 시켜 일측의 개방된 통로로 자기력선이 순환되어 상기 통로에 배치되는 시편에 자기장이 인가되도록 형성되는 전자석부; 적어도 일부분이 상기 통로 내에 형성되어 상기 통로 내에 배치되는 상기 시편을 가압 고정하고, 상기 시편에 인가되는 하중이 일정 하중으로 고정되도록 하중 측정부가 형성되는 고정부; 및 상기 시편에 접촉되고 상기 시편에 시간, 온도 및 진동수 중 적어도 어느 하나 이상을 인가하여 상기 시편의 기계적 물성을 측정하는 물성 측정부가 형성되는 측정부;를 포함할 수 있다.

Description

자기유변형탄성체 시험 장치 및 방법{Magnetorheological elastomers test apparatus and method}

본 발명은 자기유변형탄성체 시험 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외부 자기장 인가에 따라 기계적 특성을 가역적으로 변화시킬 수 있는 소재인 자기유변형 탄성체의 성능을 평가하는 자기유변형탄성체 시험 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자기유변탄성체(Magnetorheological elastomer, MRE)는 외부 자기장 인가에 따라 기계적 특성을 가역적으로 변화시킬 수 있는 소재이다. 전자기에 대한 응답속도가 빠르고 전류의 세기와 방향에 대한 제어를 통해 원하는 강성을 나타낼 수 있으며, 이는 진동의 진폭과 주파수의 크기에 대해 능동적으로 특성을 변화하여 넓은 영역의 진동을 보다 효과적으로 흡수할 수 있다.

현재 자기유변탄성체를 사용하는 자동차 방진부품 개발이 꾸준히 진행되고 있으며, 차량에 장착될 경우 진동의 진폭과 주파수의 크기에 대해 외부 자기장을 인가하는 세기를 조절하여 적절한 크기의 특성 변화를 유도하게 된다. 따라서 자기유변탄성체는 외부 자기장이 인가된 상태에서 피로성능을 검토하기 위한 테스트 장치가 요구되고 있다.

종래에는 동적기계분석기(DMA, Dynamic Mechanical Analyzer), Rheometer, fatigue tester 등과 같은 범용 시험장치에 전단변형과 수직인 방향으로 자기장을 인가하여 자기장 인가 전/후의 전단계수로 MR효과를 측정하는 방식으로 자기장 인가장치로는 전자석을 이용하며, 전류량으로 자기장 세기를 제어하여 MR효과를 측정하였다.

전단계수에 대한 MR효과를 측정하기 위한 장치의 구조는 크게 2가지로 나눌 수 있다. 하나는 rheometer 방식으로, disk 형상의 MRE 시편을 바닥에 고정시킨 후 회전각과 회전하중 측정이 가능한 rotary disk로 일정한 수직하중을 인가한 후 정해진 변위 또는 하중으로 회전시켜 전단계수를 측정한다. 이때, 자기력선이 수직하중과 동일한 방향(회전각 또는 회전하중과 수직방향)의 자기장을 인가하여 MR효과를 측정할 수 있다.

다른 방법은 MRE 시편이 하나 또는 양쪽 두 개에 대해 전후 또는 좌우 변형을 가하면서 변위와 하중 측정이 가능한 rod를 이용하여 측정하는 방식이다. 마찬가지로 자기력선이 변위의 방향과 수직인 자기장을 인가하여 MR효과를 측정할 수 있다.

그러나, 이러한 종래의 장치인 Rheometer 방식은 범용 시험장치 자체적으로 Normal force 제어 기능이 있어 균일한 조건에서의 측정이 가능하지만, DMA와 UTM 및 피로시험기 등으로부터 변형된 장치는 샘플 고정력(Clamping force)을 제어하기 위한 장치가 고려되지 않고, 전자석 코일(coil)의 발열에 의한 전압의 감소로 자기장 세기가 감소하지만, 이를 유지하기 위한 제어장치가 고려되지 않았다.

또한, 자기장을 제거하더라도 클램프 및 전극에 잔류자장이 쌓여 자기장 세기 유지 및 자기장이 없는 조건에서의 분석 오차를 줄이기 위한 탈자(demagnetization) 기능이 없고, 전단계수가 아닌 압축, 인장탄성계수를 측정하여 MR효과로 나타내거나, 분위기 온도 조성을 하지 않아 온도에 따른 편차를 고려하지 못하는 문제점들이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 자기장을 인가함과 동시에 동적기계분석기(DMA, Dynamic Mechanical Analyzer)를 이용한 자기유변형탄성체(MRE) 샘플의 전단시험이 가능하고, 잔류자장을 없애기 위한 탈자가 가능하고, 샘플을 고정하는 힘(Clamping force)의 제어가 가능하고, 지속적인 자기장 세기의 유지가 가능하고, 분위기 온도 조성이 가능하고, 자기장 인가 조건을 프로그래밍 하여 자기장 인가 유/무 및 세기를 Cycle 또는 Step으로 작동이 가능한 자기유변탄성체(MRE)의 자기유변특성(MR효과)을 측정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 자기유변형탄성체 시험 장치는, 개방형 루프로 형성되고, 자기장을 발생 시켜 일측의 개방된 통로로 자기력선이 순환되어 상기 통로에 배치되는 시편에 자기장이 인가되도록 형성되는 전자석부; 적어도 일부분이 상기 통로 내에 형성되어 상기 통로 내에 배치되는 상기 시편을 가압 고정하고, 상기 시편에 인가되는 하중이 일정 하중으로 고정되도록 하중 측정부가 형성되는 고정부; 및 상기 시편에 접촉되고 상기 시편에 시간, 온도 및 진동수 중 적어도 어느 하나 이상을 인가하여 상기 시편의 기계적 물성을 측정하는 물성 측정부가 형성되는 측정부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 고정부는 상기 통로에서 상기 전자석부에 형성된 제 1 전극부와 일정거리 이격되어 형성되고, 상기 고정부와 상기 전자석부에 형성된 제 2 전극부 사이에 상기 시편이 적어도 한쌍 형성되고, 적어도 한쌍의 상기 시편 사이에 상기 측정부가 형성되어, 상기 고정부와 상기 제 2 전극부가 적어도 한쌍의 상기 시편과 적어도 한쌍의 상기 시편 사이의 측정부를 가압하고, 상기 측정부는 양측에 형성된 적어도 한쌍의 상기 시편의 전단변형을 측정하기 위하여 시간, 온도 및 진동수 중 적어도 어느 하나 이상을 제어할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 전자석부는, 제 1 수직부, 제 2 수직부 및 상기 제 1 수직부와 상기 제 2 수직부를 연결하는 수평부로 형성된 지그; 상기 제 1 수직부를 관통하여 결합되는 제 1 전극부; 상기 제 1 수직부 측면에서 상기 제 1 전극부를 감싸도록 형성되는 제 1 코일부; 상기 제 2 수직부를 관통하여 결합되는 제 2 전극부; 상기 제 2 수직부 측면에서 상기 제 2 전극부를 감싸도록 형성되는 제 2 코일부; 및 상기 제 1 전극부의 둘레에 형성되어 상기 자기장의 세기를 측정하는 자기센서;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 전자석부는, 상기 제 1 전극부 및 상기 제 2 전극부 중 적어도 하나 이상이 횡방향 이동하여 상기 시편을 가압하여 고정할 수 있도록 상기 제 1 전극부 및 상기 제 2 전극부 중 적어도 하나 이상의 단부에 연결되어 형성되는 미세 조절부;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 고정부는, 하중 또는 하중의 변화를 측정하는 로드셀; 및 상기 로드셀에 연결되고 상기 통로 내에 배치되는 상기 시편을 고정할 수 있도록 평판형상으로 형성되는 시편 고정부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 측정부는, 시간, 온도 및 진동수 중 적어도 어느 하나 이상을 제어하여 상기 시편의 물성을 측정하는 동적기계분석장치; 상기 통로 내에서 상기 고정부의 일측에 형성되는 분석판; 및 상기 동적기계분석장치에서 인가되는 변화를 상기 분석판에 전달할 수 있도록 상기 동적기계분석장치와 상기 분석판을 연결하는 분석장치 연결부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 시편에 인가되는 시간, 온도 및 진동수 중 적어도 어느 하나 이상을 제어하고, 상기 전자석부에 인가되는 전류의 세기 또는 시간을 설정하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 제어부는, 상기 시편을 상기 전자석부 및 상기 고정부의 정위치에 배치하기 위하여 상기 전자석부에 임시 전류를 인가하는 임시 전류 인가부; 및 상기 전자석부의 전류량을 감소시키면서 전류의 방향을 정방향과 역방향으로 반복인가하여 잔류자기장을 소거할 수 있는 탈자부;를 포함할 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 자기유변형탄성체 시험 방법은, 개방형 루프로 형성되고 일측의 개방된 통로로 자기력선이 순환되는 전자석부, 시편에 일정 하중을 인가하여 가압 고정하는 고정부 및 시편의 물성을 측정하는 측정부를 형성하는 자기유변형 탄성체 시험 장치를 준비하는, 장치 준비 단계; 상기 전자석부에 임시 전류를 인가하여 상기 시편이 상기 통로 내에서 상기 고정부와 상기 전자석부에 붙어 고정되어 정위치에 배치되는 시편 고정 단계; 및 상기 전자석부의 전류량을 감소시키면서 전류의 방향을 정방향과 역방향으로 반복인가하여 잔류자기장을 소거하는 탈자 단계; 및 상기 측정부에서 상기 시편에 시간, 온도 및 진동수 중 적어도 어느 하나 이상을 인가하고 되돌아오는 파형을 측정하여 상기 시편의 기계적 물성을 측정하는 측정 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 측정 단계는, 상기 시편에 자기장을 인가하지 않은 상태에서, 상기 측정부에서 상기 시편에 시간, 온도 및 진동수 중 적어도 어느 하나 이상을 인가하여 측정된 상기 시편의 기계적 물성을 측정하는 자기장 비인가 변위 측정 단계; 제어부에서 전달받은 신호에 따라 상기 시편에 자기장을 인가하고, 상기 측정부에서 상기 시편에 시간, 온도 및 진동수 중 적어도 어느 하나 이상을 인가하여 측정된 상기 시편의 기계적 물성을 측정하는 자기장 인가 변위 측정 단계; 및 상기 자기장 비인가 변위 측정 단계와 상기 자기장 인가 변위 측정 단계에서 측정된 값을 비교하여 MR효과를 산출 하는 산출 단계;를 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 외부 자기장 인가장치를 구성하여, 자기장의 세기, 피로형태, 변위에 따른 피로성능평가가 가능하고, 자기장을 인가함과 동시에 동적기계분석기(DMA, Dynamic Mechanical Analyzer)를 이용한 자기유변형탄성체(MRE) 샘플의 전단시험이 가능한 효과를 가지고 있다.

또한, 자기장이 인가된 상태에서 전단, 압축, 인장 등 다양한 변형방식과 다양한 시험조건에서의 피로시험이 가능하고, 잔류자장을 없애기 위한 탈자가 가능하고, 샘플을 고정하는 힘(Clamping force)의 제어가 가능하고, 지속적인 자기장 세기의 유지가 가능하고, 분위기 온도 조성이 가능하고, 자기장 인가 조건을 프로그래밍하여 자기장 인가 유/무 및 세기를 Cycle 또는 Step으로 작동이 가능하여, 재현성 및 신뢰도가 높은 자기유변탄성체(MRE)의 자기유변특성(MR효과) 측정이 가능한 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기유변형탄성체 시험 장치를 나타내는 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기유변형탄성체 시험 장치를 나타내는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기유변형탄성체 시험 장치를 더욱 구체적으로 나타내는 정면도이다.
도 4는 도 3의 자기유변형탄성체 시험 장치의 일부를 나타내는 정면도이다.
도 5는 도 3의 자기유변형탄성체 시험 장치를 나타내는 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기유변형탄성체 시험 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기유변형탄성체 시험 방법 중 측정 단계를 나타내는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 시편 준비 단계를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기유변형탄성체 시험 장치를 나타내는 정면도이고, 도 2는 자기유변형탄성체 시험 장치를 나타내는 측면도이다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예들에 따른 자기유변형탄성체 시험 장치는, 크게 전자석부(10), 고정부(20), 측정부(30), 제어부(50), 표시부(60) 및 히터(70)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자기유변형탄성체 시험 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 장치부 및 조작부를 포함할 수 있다. 상기 장치부는 전자석부(10), 고정부(20), 측정부(30) 및 히터(70)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 장치부는 자기유변형탄성체인 시편의 기계적 물성을 측정할 수 있는 장치이다.

상기 조작부는 제어부(50), 표시부(60), 전원부(61) 및 자속계기부(62)를 포함할 수 있으며, 자기유변형탄성체인 시편의 기계적 물성을 측정하기위하여 전원을 인가하고, 상기 장치부를 제어 및 분석하고, 자기장의 세기, 전류값, 전압값, 시편의 물성 측정값, 측정 결과값 등을 표시할 수 있는 장치이다.

시편(1)은 자기유변형탄성체(MRE, Magnetorheological elastomer)를 포함할 수 있으며, 상기 자기유변형탄성체는 내부에 자기입자를 포함하고 있는 물질로서, 외부의 자기장에 의하여 내부에 존재하는 상기 자기입자들이 자기장의 자기력선을 따라 일정한 규칙 또는 질서를 가지고 배열되어, 자기유변형탄성체의 탄성계수 값(K)이 변화한다.

즉, 외부에 자기장이 형성될 경우 자기유변형탄성체의 탄성계수 값(K)이 커져, 외부에 자기장이 없을 경우 보다 자기유변형탄성체가 경질화 될 수 있다.

또한, 외부에 형성되는 자기장의 세기나 거리에 따라 탄성계수 값이 변화할 수 있다.

이때, 시편의 기계적 물성은, 점탄성 거동(viscoelastic behavior), 완화거동(relaxation behavior), 유리전이(glass transition), 기계적 탄성율(mechanical modulus), 댐핑거동(damping behavior), 연화(softening), viscous flow, 결정화 및 용융(crystallization and melting), 상분리(phase separations), 겔화(gelation), 형태변화(changes in morphology), 블렌드의 조성(composition of blends), 첨가제 활성도(filler activity), 재료 검사(material faults), 경화거동 (curing reactions), 가교반응(cross-linking reactions), 가황거동(vulcanization systems) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

이하에서는 각각의 구성에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기유변형탄성체 시험 장치를 더욱 구체적으로 나타내는 정면도이고, 도 4는 도 3의 자기유변형탄성체 시험 장치의 일부를 나타내는 정면도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 전자석부(10)는, 개방형 루프로 형성되고, 자기장을 발생시켜 일측의 개방된 통로(T)로 자기력선이 순환되어 상기 통로(T)에 배치되는 시편(1)에 자기장이 인가되도록 형성될 수 있다.

더욱 구체적으로, 전자석부(10)는, 지그(12), 제 1 코일부(13), 제 1 전극부(14), 제 2 코일부(15), 제 2 전극부(16), 자기센서(17), 미세 조절부(18) 및 통로(T)를 포함할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 통로(T)는 'ㄷ'자 형상의 전자석부(10)의 일측에서 개방된 부분의 자기력선이 순환되는 통로일 수 있으며, 이에 한정되지 않고, 제 1 전극부(14), 제 2 전극부(16) 및 지그(12)의 내부에 형성되는 자기력선이 순환하는 통로를 포함할 수 있다.

지그(12)는, 제 1 수직부(12-1), 제 2 수직부(12-3) 및 제 1 수직부(12-1)와 제 2 수직부(12-3)를 연결하는 수평부(12-2)로 형성될 수 있다.

제 1 수직부(12-1), 제 2 수직부(12-3) 및 수평부(12-2)는 각각 블록으로 형성되어, 제 1 수직부(12-1) 및 제 2 수직부(12-3)는 서로 대향되도록 형성되고, 제 1 수직부(12-1)의 일측과 제 2 수직부(12-3)의 일측이 수평부(12-2)로 연결될 수 있으며, 또한, 제 1 수직부(12-1), 제 2 수직부(12-3) 및 수평부(12-2)는 일체형으로 구성되어 전체적으로 'ㄷ'자로 형성될 수 있다.

제 1 전극부(14)는 제 1 수직부(12-1)를 관통하여 결합되고, 제 2 전극부(16)는 제 2 수직부(12-3)를 관통하여 결합될 수 있다. 또한, 제 1 수직부(12-1) 측면에서 제 1 전극부(14)를 감싸도록 제 1 코일부(13)가 형성되고, 제 2 수직부(12-3) 측면에서 제 2 전극부(16)를 감싸도록 제 1 코일부(15)가 형성될 수 있다.

제 1 전극부(14) 및 제 2 전극부(16)는 각각 제 1 수직부(12-1) 및 제 2 수직부(12-3)를 내측 방향으로 관통되어 서로 마주보도록 대향되어 형성되며, 마주보는 제 1 전극부(14)와 제 2 전극부(16)에 제 1 코일부(13) 및 제 2 코일부(15)가 형성될 수 있다.

제 1 코일부(13)는 제 1 수직부(12-1)의 측면에서 제 2 수직부(12-3) 방향으로 형성될 수 있고, 제 2 코일부(15)는 제 1 코일부(13)와 대응되도록 제 2 수직부(12-3)의 측면에서 제 1 수직부(12-1) 방향으로 형성될 수 있다.

본 발명의 자기유변형탄성체 시험 장치는, 외부 자기장 인가장치인 전자석부(10)를 통하여 자기장의 세기, 피로형태, 변위에 따른 피로성능평가가 가능하고, 자기장을 인가함과 동시에 전단피로시험, 인장피로시험, 압축피로시험 등이 가능할 수 있다.

자기센서(17)는 제 1 전극부(14)의 둘레에 형성되어 자기장의 세기를 측정할 수 있다.

자기센서(17)는 제 1 전극부(14) 또는 제 2 전극부(16)을 둘러싸고 형성될 수 있으며, 제 1 코일부(13)또는 제 2 코일부(15) 내의 자속변화를 측정하여 자기력 검출할 수 있으며, 검출된 자기력을 통하여 전류량을 설정할 수 있다.

미세 조절부(18)는 제 1 전극부(14) 및 제 2 전극부(16) 중 적어도 하나 이상이 횡방향 이동하여 시편(1)을 가압하여 고정할 수 있도록 제 1 전극부(14) 및 제 2 전극부(16) 중 적어도 하나 이상의 단부에 연결되어 형성될 수 있다.

자기유변형탄성체 시험 장치의 지그(12), 제 1 전극(14) 및 제 2 전극(16)은 강자성체로 구성되고, 자기센서(17), 미세 조절부(18) 등 주변의 구성요소는 상자성체로 구성될 수 있다.

그리하여, 주변의 구성요소는 자기장에 의한 영향이 없거나 최소화하여, 자기장이 인가되었을 때 자기력선이 순환하는 지그(12), 제 1 전극(14) 및 제 2 전극(16)에 형성되는 통로(T)는 자기력의 손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

상기 강자성체는 외부에서 강한 자기장을 걸어주었을 때 그 자기장의 방향으로 강하게 자화되고, 자기장이 제거되어도 자성이 남아있는 물질로서, 예컨대, 철, 니켈, 코발트 등을 포함할 수 있다.

상기 상자성체는 외부에서 강한 자기장을 걸어주었을 때 그 자기장의 방향으로 약하게 자화하고, 자기장이 제거되면 자화하지 않는 물질로서, 예컨대, 알루미늄, 티타늄, 주석, 백금, 산소, 공기 등을 포함할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기유변형탄성체 시험 장치를 더욱 구체적으로 나타내는 정면도이고, 도 5는 도 3의 자기유변형탄성체 시험 장치를 나타내는 측면도이다.

도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 고정부(20)는, 적어도 일부분이 통로(T) 내에 형성되어 통로(T) 내에 배치되는 시편(1)을 가압 고정하고, 시편(1)에 인가되는 하중이 일정 하중으로 고정되도록 하중 측정부가 형성될 수 있다.

상기 하중 측정부는 로드셀일 수 있다.

구체적으로, 고정부(20)는, 하중 또는 하중의 변화를 측정하는 로드셀(21) 및 로드셀(21)에 연결되고 통로(T) 내에 배치되는 적어도 한쌍의 시편(1-1, 1-2)을 고정할 수 있도록 평판형상으로 형성되는 시편 고정부(22)를 포함할 수 있다.

도 3 및 도 5에 개시된 바와 같이, 시편 고정부(22)는, 시편(1)을 고정할 수 있도록 평판형상으로 형성되어 있으며, 전자석부(10)의 제 1 코일부(13) 또는 제 2 코일부(15)의 사이에 시편(1)을 고정하는 역할을 하고 있으며, 고정된 시편(1)에 가해지는 하중을 로드셀(21)에 전달할 수 있다.

로드셀(21)은 일단은 시편 고정부(22)에 연결되어 시편 고정부(22)에서 전달된 시편(1)의 하중 또는 하중의 변화를 측정할 수 있으며, 타단은 로드셀 고정부(23)에 연결되어 지지될 수 있다.

로드셀 고정부(23)는 일측이 전자석부(10)의 일부분에 고정되어 형성되고, 타측이 로드셀(21)의 타단에 연결되어 형성될 수 있다. 더욱 구체적으로, 로드셀 고정부(23)는 일측은 전자석부(10)의 수평부(12-2)에 연결되고, 로드셀 고정부(23)는 타측이 로드셀(21)의 타단에 연결되어, 로드셀(21)을 전자석부(10)에 고정된 상태로 시편(1)에 가해지는 하중 또는 하중의 변화를 측정할 수 있다.

또한, 도시되지 않았지만, 로드셀 고정부(23)는 전자석부(10), 고정부(20) 및 측정부(30)가 지지되는 지지 프레임에 직접 고정되어 형성될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 측정부(30)는, 시편(1)에 접촉되고, 시편(1)에 시간, 온도 및 진동수 중 적어도 어느 하나 이상을 인가하여 시편의 기계적 물성을 측정하는 물성 측정부가 형성될 수 있다.

더욱 구체적으로, 측정부(30)는, 시간, 온도 및 진동수 중 적어도 어느 하나 이상을 제어하여 시편(1)의 기계적 물성을 측정하는 동적기계분석장치(31), 통로(T) 내에서 고정부(20)의 일측에 형성되는 분석판(32) 및 동적기계분석장치(31)에서 인가되는 변화를 분석판(32)에 전달할 수 있도록 동적기계분석장치(31)와 분석판(32)을 연결하는 분석장치 연결부(33)을 포함할 수 있다.

측정부(30)는 판형상의 분석판(32)이 통로(T) 내에 형성되어, 분석판(32)의 일측방과 전자석부(10)에 형성된 제 1 전극부(14) 또는 제 2 전극부(16)와의 사이에 시편을 고정할 수 있다. 또한, 분석판(32)의 타측방과 고정부(20)에 형성된 시편 고정부(22)와의 사이에 다른 시편을 고정 할 수 있다.

예컨대, 도 8에 도시된 바와 같이, 시편 고정부(22)는 통로(T) 내부에서 전자석부(10)에 형성된 제 1 전극부(14)와 일정거리(d) 이격되어 형성되고, 고정부(20)와 전자석부(10)에 형성된 제 2 전극부(16) 사이에 시편(1-1, 1-2)이 적어도 한쌍 형성되고, 적어도 한쌍의 시편(1-1, 1-2) 사이에 측정부(30)에 형성되어, 고정부(20)와 제 2 전극부(16)가 적어도 한쌍의 시편(1-1, 1-2) 사이의 측정부를 가압할 수 있고, 측정부(30)는 양측에 형성된 적어도 한쌍의 시편(1-1, 1-2)의 전단변형을 측정하기 위하여, 시간, 온도 및 진동수 중 적어도 어느 하나 이상을 제어할 수 있다.

즉, 제 1 전극부(14)에서 일정거리(d) 이격되어 시편 고정부(22)가 형성되고, 시편 고정부(22)와 분석판(32) 사이에서 시편(1-1)이 접촉되어 가압되고, 분석판(32)과 제 2 전극부(16) 사이에서 시편(1-2)이 접촉되어 가압될 수 있다.

이때, 분석판(32)은 분석장치 연결부(33)를 통하여 동적기계분석장치(31)에 연결될 수 있다.

동적기계분석장치(31)는 시간과 하중의 변화를 주면서 온도를 조절하여 시편의 점, 탄성 특성과 탄성률 및 진동 감폭 값 등의 시편의 역학적인 거동을 측정할 수 있다. 즉, 동적기계분석장치(31)는 시편에 일정한 힘과 진동을 적용시켜 발생되는 시편의 변형 및 힘을 가지고 점성과 탄성을 측정할 수 있다.

측정부(30)에 형성된 동적기계분석장치(31)에서 시편(1)에 인가되는 시간, 온도 및 진동수 등을 설정하여 시험을 진행하고, 고정부(20)에 형성된 로드셀(21)에서 하중 또는 하중의 변화를 기록하여, 정해진 변위 및 기록된 하중으로 자기유변형탄성체 시편(1)의 전단 탄성률을 계산할 수 있으며, 자기유변특성(MR효과)의 계산도 가능하므로 피로경과에 따른 MR효과 분석도 가능할 수 있다.

이때, 동적기계분석장치(31)가 갖는 자체 기능을 이용하여 전단계수를 측정할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 자기유변형탄성체 시험 장치는, 히터(70)를 더 포함할 수 있다.

히터(70)는 시편(1)이 배치되는 통로(T)의 주변에서 시편(1)에 가해지는 하중 또는 하중의 변화에 영향을 미치는 온도에 따른 편차를 고려하여 분위기 온도를 조성할 수 있으며, 시편(1)이 제품화되어 사용되는 온도와 유사한 온도를 조성하여 사용에 따른 정확한 MR 효과를 측정할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 자기유변형탄성체 시험 장치는, 시편(1)에 인가되는 시간, 온도 및 진동수 중 적어도 어느 하나 이상을 제어하고, 전자석부(10)에 인가되는 전류의 세기 또는 시간을 설정하는 제어부(50)를 더 포함할 수 있다.

제어부(50)는 전원부(61)와 연동되어 전류량 설정, 인가 시간, 인가 유/무, Cycle 및 Step 중 적어도 어느 하나 이상의 프로그래밍을 설정할 수 있다. 이때, 상기 전류량 설정은 전원부(61)와 연동된 제어부(50)를 통해 전류의 세기를 설정하고, 코일의 발열로 인해 전압이 감소하더라도 설정된 전류의 세기를 유지할 수 있도록 설정될 수 있다.

제어부(50)는 전류의 세기를 유지할 뿐만 아니라 전자석에 전류를 인가하는 전류량과 시간을 설정할 수 있고, Cycle 또는 Step으로 작동할 수 있는 기능 포함하여, 장시간 지속적인 자기장 세기의 유지가 가능하고, 자기장 인가 조건을 프로그래밍하여 자기장 인가 유/무 및 세기를 Cycle 또는 Step으로 작동이 가능한 효과를 가질 수 있다.

제어부(50)는 시편(1)을 전자석부(10) 및 고정부(20)의 정위치에 배치하기 위하여 전자석부(10)에 임시 전류를 인가하는 임시 전류 인가부 및 전자석부(10)의 전류량을 감소시키면서 전류의 방향을 정방향과 역방향으로 반복인가하여 잔류자기장을 소거할 수 있는 탈자부를 포함할 수 있다.

상기 임시 전류 인가부는, 약한 자장을 인가하여, 시편(1-1, 1-2)이 전자석부(10)에 형성된 전극부(제 1 전극부 또는 제 2 전극부)와 고정부(20)에 형성된 시편 고정부(22)에 달라붙도록 하여, 적어도 한쌍의 시편(1-1, 1-2)이 통로(T) 내에 동일한 위치에 고정되도록 할 수 있다.

상기 탈자부는, 제어부(50)의 설정에 따라 가해진 자기장으로 인해 자기장을 제거하더라도 상기 강자성체의 자성이 남아있어 자기장 세기의 변경 또는 자기장 유/무 등 Cycle 또는 Step 변경 시에 잔류자기장을 소거할 수 있다.

예컨대, 상기 탈자부는 자석에 전류량을 감소시키면서 전류의 방향을 정방향과 역방향으로 반복인가하여 잔류자기장을 소거하여, 자기장이 없는 조건에서의 분석 오차를 최소화할 수 있는 효과를 가지고 있다.

제어부(50)에서 전달받은 신호에 따라 자기유변형탄성체 시편(1)에 자기장을 인가하고, 동적기계분석장치(31)에서 시간, 온도 및 진동수 등을 인가하면서, 시편(1)의 하중 또는 하중의 변화를 상부의 로드셀(21)을 통하여 측정하여 전단피로시험, 인장피로시험, 압축피로시험 등의 각종 피로시험이 가능할 수 있다.

또한, 제어부(50)에서는 로드셀(21)에서 측정된 값으로 아래 수식을 이용하여 자기유변특성(MR효과)을 계산할 수 있다.

[식 1]

(G`m - G`S0) / G`S0 x 100%

이때, G`S0는 자기장의 영향 없이 측정한 전단 변형 방식에 기초한 전단 탄성률(Pa)이고, G`m은 외부 자기장이 인가된 상태에서 측정한 전단 변형 방식에 기초한 전단 탄성률(Pa)이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기유변형탄성체 시험 방법을 나타내는 순서도이고, 도 7은 측정 단계를 나타내는 순서도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자기유변형탄성체 시험 방법은, 장치 준비 단계(S10), 시편 고정 단계(S20), 탈자 단계(S30) 및 측정 단계(S40)를 포함할 수 있다.

도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 장치 준비 단계(S10)는 개방형 루프로 형성되고 일측의 개방된 통로(T)로 자기력선이 순환되는 전자석부(10), 시편(1)에 일정 하중을 인가하여 가압 고정하는 고정부(20) 및 시편의 기계적 물성을 측정하는 측정부(30)를 형성하는 자기유변형 탄성체 시험 장치를 준비하는 단계이다.

전자석부(10)는 지그(12), 제 1 코일부(13), 제 1 전극부(14), 제 2 코일부(15), 제 2 전극부(16), 자기센서(17), 미세 조절부(18) 및 통로(T)를 포함할 수 있으며, 고정부(20)는 로드셀(21), 시편 고정부(22) 및 로드셀 연결부(23)를 포함할 수 있으며, 상술한 바와 같다.

장치 준비 단계(S10)는 로드셀(21)의 일단을 시편 고정부(22)에 연결하고, 로드셀(21)의 타단을 로드셀 고정부(23)의 타측에 연결하는 단계 및 타측에 로드셀(21)이 연결된 로드셀 고정부(23)의 일측을 전자석부(10)에 형성된 수평부(12-2)에 연결하는 단계 및 동적기계분석장치(31)에서 인가되는 변화를 분석판(32)에 전달할 수 있도록 동적기계분석장치(31)에 분석장치 연결부(33) 및 분석판(32)을 연결하는 단계를 포함할 수 있다.

구체적으로, 시편 고정 단계(S20)는, 상기 전자석부(10)에 임시 전류를 인가하여 시편(1)이 통로(T) 내에서 고정부(20)와 전자석부(10)에 붙어 고정되어 정위치에 배치되는 단계이다.

구체적으로, 시편 고정 단계(S20)는 통로(T) 내에서 고정부(20)와 전자석부(10) 사이에 적어도 한쌍의 시편(1-1, 1-2)을 배치하는 단계로서, 고정부(20)를 통로(T)에서 전자석부(10)에 형성된 제 1 전극부(14)와 일정거리(d) 이격되어 형성시키고, 고정부(20)와 전자석부(10)에 형성된 제 2 전극부(16) 사이에 적어도 한쌍의 시편(1-1, 1-2)을 배치하여, 적어도 한쌍의 시편(1-1, 1-2) 사이에 측정부(30)를 형성시킬 수 있다.

이후에, 약한 자장을 인가하여, 적어도 한쌍의 시편(1-1, 1-2)이 전자석부(10)에 형성된 전극부(제 1 전극부 또는 제 2 전극부)와 고정부(20)에 형성된 시편 고정부(22)에 달라붙도록 하는 단계이다.

탈자 단계(S30)는 전자석부(10)의 전류량을 감소시키면서 전류의 방향을 정방향과 역방향으로 반복인가하여 잔류자기장을 소거하는 단계이다.

탈자 단계(S30)는 분석판(32) 양쪽에 시편(1-1, 1-2)이 고정되고, 시편(1-1, 1-2)의 양쪽에 시편 고정부(22)와 전극부(제 1 전극부 또는 제 2 전극부)가 달라붙어 고정된 후에 전자석부(10)의 전류량을 감소시켜 잔류자기장을 소거하는 단계이다.

탈자 단계(S30)에서 잔류자기장을 소거하므로서, 자기장이 없는 조건에서의 분석 오차를 최소화할 수 있는 효과를 가지고 있다.

이때, 탈자 단계(S30) 이전에, 시편 고정부(22), 시편(1-1), 분석판(32), 시편(1-2) 및 전극부(제 1 전극부 또는 제 2 전극부)가 순서대로 달라붙어 시편(1-1, 1-2)가 고정된 후에 미세 조절부(18)를 사용하여 시편(1-2)에 붙은 상기 전극부를 이동하여, 시편 고정부(22)와 상기 전극부 사이에 시편(1-1, 1-2)을 가압하는 단계를 더 포함할 수 있다.

그리하여, 시편 고정부(22), 시편(1-1), 분석판(32), 시편(1-2) 및 하나의 전극부를 정위치에서 배치하여 약한 자장을 인가하여 정렬하고, 미세 조절부(18)로 상기 전극부를 이동시켜 시편(1-1, 1-2)을 정위치에서 가압하고, 시편 고정부(22)에 연결된 로드셀에 전달되는 힘을 측정하여 정해진 힘에 도달하면 상기 시편의 전단계수를 측정하기 위한 준비를 완료할 수 있다.

측정 단계(S40)는 측정부(30)에서 시편(1-1, 1-2)에 시간, 온도 및 진동수 중 적어도 어느 하나 이상을 인가하고 되돌아오는 파형을 측정하여 시편(1-1,1-2)의 기계적 물성을 측정하는 단계이다.

측정 단계(S40)는 시편(1-1, 1-2)에 자기장을 인가하지 않은 상태에서, 측정부(30)에서 상기 시편(1-1, 1-2)에 시간, 온도 및 진동수 중 적어도 어느 하나 이상을 인가하여 측정된 상기 시편(1-1, 1-2)의 기계적 물성을 측정하는 자기장 비인가 변위 측정 단계(S41) 및 제어부(50)에서 전달받은 신호에 따라 시편(1-1, 1-2)에 자기장을 인가하고, 측정부(30)에서 상기 시편(1-1, 1-2)에 시간, 온도 및 진동수 중 적어도 어느 하나 이상을 인가하여 측정된 시편(1-1, 1-2)의 기계적 물성을 측정하는 자기장 인가 변위 측정 단계(S42)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 자기장 비인가 변위 측정 단계(S41)와 상기 자기장 인가 변위 측정 단계(S42)에서 측정된 값을 비교하여 MR효과를 산출하는 산출 단계(S43)를 포함할 수 있다.

도시되지 않았지만, 측정 단계(S40)는 자기장 인가 변위 측정 단계(S42), 자기장 비인가 변위 측정 단계(S41), 산출 단계(S43)의 순서로 진행될 수 있으며, 이때, 자기장 인가 변위 측정 단계(S42)에서 전자석부(10)에 인가된 자기장을 제거하기 위하여 제 2 탈자 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 제 2 탈자 단계는 자기장 인가 변위 측정 단계(S42)에서 인가된 전자석부(10)의 전류량을 감소시키면서 전류의 방향을 정방향과 역방향으로 반복인가하여 잔류자기장을 소거하는 단계이며, 상기 제 2 탈자 단계에서 잔류자기장을 소거하므로서, 자기장이 없는 조건에서의 분석 오차를 최소화할 수 있는 효과를 가지고 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

1, 1-1, 1-2 : 시편
10 : 전자석부
11 : 전자석부 몸체
12 : 지그
12-1 : 제 1 수직부
12-2 : 수평부
12-3 : 제 2 수직부
13 : 제 1 코일부
14 : 제 1 전극부
15 : 제 2 코일부
16 : 제 2 전극부
17 : 자기 센서
20 : 상측 고정부
21 : 로드셀
22 : 시편 고정부
23 : 로드셀 고정부
30 : 측정부
31 : 동적기계분석장치
32 : 분석판
33 : 분석장치 연결부
50 : 제어부
60 : 표시부
61 : 전원부
62 : 자속계기부
70 : 히터
T : 통로

Claims (10)

1. 개방형 루프로 형성되고, 자기장을 발생 시켜 일측의 개방된 통로로 자기력선이 순환되어 상기 통로에 배치되는 시편에 자기장이 인가되도록 형성되는 전자석부;
   적어도 일부분이 상기 통로 내에 형성되어 상기 통로 내에 배치되는 상기 시편을 가압 고정하고, 상기 시편에 인가되는 하중이 일정 하중으로 고정되도록 하중 측정부가 형성되는 고정부;
   상기 시편에 접촉되고 상기 시편에 시간, 온도 및 진동수 중 적어도 어느 하나 이상을 인가하여 상기 시편의 기계적 물성을 측정하는 물성 측정부가 형성되는 측정부; 및
   상기 시편에 인가되는 시간, 온도 및 진동수 중 적어도 어느 하나 이상을 제어하고, 상기 전자석부에 인가되는 전류의 세기 또는 시간을 설정하는 제어부;
   를 포함하고,
   상기 고정부는 상기 통로에서 상기 전자석부에 형성된 제 1 전극부와 일정거리 이격되어 형성되고,
   상기 고정부와 상기 전자석부에 형성된 제 2 전극부 사이에 상기 시편이 적어도 한쌍 형성되고,
   적어도 한쌍의 상기 시편 사이에 상기 측정부가 형성되어, 상기 고정부와 상기 제 2 전극부가 적어도 한쌍의 상기 시편과 적어도 한쌍의 상기 시편 사이의 측정부를 가압하고,
   상기 측정부는 양측에 형성된 적어도 한쌍의 상기 시편의 전단변형을 측정하기 위하여 시간, 온도 및 진동수 중 적어도 어느 하나 이상을 제어하고,
   상기 제어부는,
   상기 시편을 상기 전자석부 및 상기 고정부의 정위치에 배치하고, 적어도 한쌍의 상기 시편이 상기 통로 내에 동일한 위치선상에 고정되도록 상기 전자석부에 임시 전류를 인가하는 임시 전류 인가부; 및
   상기 전자석부의 전류량을 감소시키면서 전류의 방향을 정방향과 역방향으로 반복인가하여 잔류자기장을 소거할 수 있는 탈자부;
   를 포함하는, 자기유변형탄성체 시험 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 전자석부는,
   제 1 수직부, 제 2 수직부 및 상기 제 1 수직부와 상기 제 2 수직부를 연결하는 수평부로 형성된 지그;
   상기 제 1 수직부를 관통하여 결합되는 제 1 전극부;
   상기 제 1 수직부 측면에서 상기 제 1 전극부를 감싸도록 형성되는 제 1 코일부;
   상기 제 2 수직부를 관통하여 결합되는 제 2 전극부;
   상기 제 2 수직부 측면에서 상기 제 2 전극부를 감싸도록 형성되는 제 2 코일부; 및
   상기 제 1 전극부의 둘레에 형성되어 상기 자기장의 세기를 측정하는 자기센서;
   를 포함하는, 자기유변형탄성체 시험 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 전자석부는,
   상기 제 1 전극부 및 상기 제 2 전극부 중 적어도 하나 이상이 횡방향 이동하여 상기 시편을 가압하여 고정할 수 있도록 상기 제 1 전극부 및 상기 제 2 전극부 중 적어도 하나 이상의 단부에 연결되어 형성되는 미세 조절부;
   를 더 포함하는, 자기유변형탄성체 시험 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 고정부는,
   하중 또는 하중의 변화를 측정하는 로드셀; 및
   상기 로드셀에 연결되고 상기 통로 내에 배치되는 상기 시편을 고정할 수 있도록 평판형상으로 형성되는 시편 고정부;
   를 포함하는, 자기유변형탄성체 시험 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 측정부는,
   시간, 온도 및 진동수 중 적어도 어느 하나 이상을 제어하여 상기 시편의 물성을 측정하는 동적기계분석장치;
   상기 통로 내에서 상기 고정부의 일측에 형성되는 분석판; 및
   상기 동적기계분석장치에서 인가되는 변화를 상기 분석판에 전달할 수 있도록 상기 동적기계분석장치와 상기 분석판을 연결하는 분석장치 연결부;
   를 포함하는, 자기유변형탄성체 시험 장치.
7. 삭제
8. 삭제
9. 개방형 루프로 형성되고 일측의 개방된 통로로 자기력선이 순환되는 전자석부, 시편에 일정 하중을 인가하여 가압 고정하는 고정부 및 시편의 물성을 측정하는 측정부를 형성하는 자기유변형 탄성체 시험 장치를 준비하는, 장치 준비 단계;
   상기 전자석부에 임시 전류를 인가하여 상기 시편이 상기 통로 내에서 상기 고정부와 상기 전자석부에 붙어 고정되어 정위치에 배치되는 시편 고정 단계; 및
   상기 전자석부의 전류량을 감소시키면서 전류의 방향을 정방향과 역방향으로 반복인가하여 잔류자기장을 소거하는 탈자 단계; 및
   상기 측정부에서 상기 시편에 시간, 온도 및 진동수 중 적어도 어느 하나 이상을 인가하고 되돌아오는 파형을 측정하여 상기 시편의 기계적 물성을 측정하는 측정 단계;
   를 포함하고,
   상기 시편 고정 단계는,
   상기 통로 내에서 상기 고정부와 상기 전자석부 사이에 적어도 한쌍의 상기 시편을 배치하고,
   상기 고정부를 상기 통로에서 상기 전자석부에 형성된 제 1 전극부와 일정거리 이격되어 형성시키고,
   상기 고정부와 상기 전자석부에 형성된 제 2 전극부 사이에 적어도 한쌍의 상기 시편을 배치하여, 적어도 한쌍의 상기 시편 사이에 상기 측정부를 형성시키고,
   적어도 한쌍의 상기 시편이 상기 전자석부에 형성된 상기 제 1 전극부 또는 상기 제 2 전극부와 상기 고정부에 달라붙도록 하는, 자기유변형탄성체 시험 방법.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 측정 단계는,
    상기 시편에 자기장을 인가하지 않은 상태에서, 상기 측정부에서 상기 시편에 시간, 온도 및 진동수 중 적어도 어느 하나 이상을 인가하여 측정된 상기 시편의 기계적 물성을 측정하는 자기장 비인가 변위 측정 단계;
    제어부에서 전달받은 신호에 따라 상기 시편에 자기장을 인가하고, 상기 측정부에서 상기 시편에 시간, 온도 및 진동수 중 적어도 어느 하나 이상을 인가하여 측정된 상기 시편의 기계적 물성을 측정하는 자기장 인가 변위 측정 단계; 및
    상기 자기장 비인가 변위 측정 단계와 상기 자기장 인가 변위 측정 단계에서 측정된 값을 비교하여 MR효과를 산출 하는 산출 단계;
    를 포함하는, 자기유변형탄성체 시험 방법.

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