KR102437967B1 - 전기전도성 복합소재의 저항측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시험편의 표면에 탄력적으로 유동가능하게 접촉하는 다수개의 저항 프로브핀을 이용하여 두께가 일정하지 않거나, 유연성을 가지는 소재로 인해 굴곡면을 가지는 시험편에 대해서도 전체적으로 정확한 측정이 가능한 전기전도성 복합소재의 저항측정장치를 제공한다.
본 발명의 저항측정장치는, 복수개의 가이드봉에 의해 지지되어 상하로 소정간격 이격 배치된 상,하부고정판과, 상,하부고정판 사이에 위치하고 상기 가이드봉에 안내되어 상하방향으로 이동하도록 설치된 이동판과, 이동판을 이동시키기 위한 구동수단과, 하부고정판과 이동판에 각각 다수개 설치되어 접촉부가 상호 마주보도록 설치된 다수개의 프로브핀을 포함하며, 프로브핀은, 하부고정판과 이동판에 상하방향으로 각각 고정 설치된 원통체 내에 일단이 삽입되어 상하방향으로 이동하도록 설치되고, 원통체 내의 프로브핀 일단과 원통체 내벽 사이에는 탄성부재가 탄력설치되어 프로브핀이 원통체로부터 외측으로 돌출하는 방향으로 항상 탄성력을 부여하도록 된 것이다.

Description

전기전도성 복합소재의 저항측정장치{Resistance measuring device of electrically conductive composite materials}

본 발명은 복합소재의 전기적 특성을 분석하기 위한 저항측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 두께가 일정하지 않은 시험편은 물론, 유연성을 가지는 소재로 인해 굴곡면이 형성된 시험편(T)에 대해서도 측정이 가능한 저항측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 전자기파 차폐를 위한 고분자 복합소재를 사출성형하여 제조할 경우, 사출 성형전 소재의 전기적 특성과 사출 성형후 부품의 전기적 특성에 차이가 나타나는 경우가 발생되어, 성형 공정 조건에 따라 소재의 품질 관리가 필요하고, 이를 위해 성형 공정후 소재의 전기적 특성 분석이 매우 중요하다.

종래에는 밀티미터나 4-포인트 프로브를 이용하여 전기적 특성을 측정할 수 있다. 멀티미터를 사용할 경우 시험편의 한 포인트만을 측정하게 되고, 4-포인트 프로브를 사용할 경우 반도체 웨이퍼 등과 같이 전체 시험편의 면적과 두께의 상대적인 비율이 확보되어야 한다거나 하는 등 시험편의 저항을 정확하게 측정하는데 한계가 있다.

또한 국내 공개특허공보 제10-2019-0073685호에는, 전극 원형 시험편을 지지하는 시험편 지지대와, 상기 전극 원형 시험편과 도전 가능하게 고정되는 한 쌍의 시험편 고정 블럭과, 상기 시험편 고정 블럭과 연결되어 전극 원형 시험편에 외부 변형력을 가하는 인장력 적용 장치와, 상기 전극 원형 시험편에 외부 변형력이 인가되는 상태에서 전극 원형 시험편에 대한 전기저항을 측정하는 전기저항측정 장치를 포함하는 '연료전지용 전극의 전기저항 측정 장치'가 알려져 있고, 이러한 저항측정장치에 의하면 전극 원형에 외부 변형력을 가하면서 전극 원형의 전기적 특성 변화를 측정하여 정량화함으로써, 수일 이내의 짧은 시간내 연료전지 전극의 열화성을 평가할 수 있고, 이로부터 강건한 전극을 신속하게 설계하는데 일조할 수 있지만, 시험편의 두께가 일정하지 않거나, 유연성을 가지는 소재의 굴곡면에 대해서는 정확한 측정이 어려운 단점이 있다.

또한 국내 등록특허공보 제10-1724016호에는, 서로 조립되는 두 개의 부품들을 각각 전도성 복합소재로 형성하고, 서로 접촉하는 부분을 폴리싱을 통해 전도성 물질을 노출시켜 전기적 네트워크를 형성하도록 하여, 두 개의 부품 간의 접촉 면적이나 표면 압력에 따른 저항 변화를 측정함으로써, 별도의 변위 센서나 압력 센서를 부착할 필요가 없고, 변위나 압력에 대해 자체 센싱(In-situ self-sensing)이 가능한 전동성 복합소재를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치가 알려져 있으나, 이 역시 소재의 두께가 일정하지 않거나, 유연성을 가지는 소재의 굴곡면에 대해서는 정확한 측정이 어려운 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 시험편의 표면에 탄력적으로 유동가능하게 접촉하는 다수개의 저항 프로브핀을 이용하여 두께가 일정하지 않거나, 유연성을 가지는 소재로 인해 굴곡면을 가지는 시험편에 대해서도 전체적으로 측정이 가능하여 시험편의 저항분포를 측정할 수 있으며, 이로인해 복합소재의 필러 분산성을 예측할 수 있는 저항측정장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 복수개의 가이드봉에 의해 지지되어 상하로 소정간격 이격 배치된 상,하부고정판; 상기 상,하부고정판 사이에 위치하고 상기 가이드봉에 안내되어 상하방향으로 이동하도록 설치된 이동판; 상기 이동판을 이동시키기 위한 구동수단; 및 상기 하부고정판과 이동판에 각각 다수개 설치되어 접촉부가 상호 마주보도록 설치된 다수개의 프로브핀을 포함하며, 상기 프로브핀은, 하부고정판과 이동판에 상하방향으로 각각 고정 설치된 원통체 내에 일단이 삽입되어 상하방향으로 이동하도록 설치되고, 상기 원통체 내의 프로브핀 일단과 원통체 내벽 사이에는 탄성부재가 탄력설치되어 프로브핀이 원통체로부터 외측으로 돌출하는 방향으로 항상 탄성력을 부여하도록 되며, 전기전도성 복합소재의 저항을 측정하고, 이 저항값의 분포로부터 시험편의 필러 분산성을 예측할 수 있는 저항측정장치에 특징이 있다.

또한 상기 본 발명에 있어서, 구동수단은 상기 이동판에 상하방향으로 구비된 나사구멍과, 상기 나사구멍에 나사맞춤되어 양단이 상,하부고정판에 회전지지된 나사봉과, 상기 나사봉을 회전시키기 위한 감속모터로 이루어지는 전기전도성 복합소재의 저항측정장치에 특징이 있다.

또한 상기 본 발명에 있어서, 하부고정판의 상면에는 시험편을 하부고정판의 프로브핀 상에 얹어 놓을 때, 항상 일정한 위치에 얹어놓을 수 있도록 하는 지그블럭을 구비한 전기전도성 복합소재의 저항측정장치에 특징이 있다.

또한 상기 본 발명에 있어서, 상,하부고정판 사이에 상하방향으로 설치되어 이동판의 위치를 검출하기 위한 위치센서브라켓을 더 포함하는 전기전도성 복합소재의 저항측정장치에 특징이 있다.

상기의 특징적 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 하부고정판과 이동판에 각각 마주보도록 설치된 프로브핀의 접촉부가 탄력적으로 이동가능함에 따라, 두께가 일정하지 않거나 굴곡면을 가지는 시험편에 대하여 정확한 측정이 가능하고, 이동판이 상하로 이동가능하여 다양한 두께의 시험편에 대한 측정이 가능한 효과가 있으며, 이로 인해 전자기파 차폐 특성 측정 전에 소재의 전기저항을 측정하여 생산과정에서의 검증이 이루어질 수 있는 장점을 가지고 있다.

또한 본 발명은 프로브핀이 탄력적으로 유동됨에 따라, 시험편의 종류에 따라 접촉면의 크기와 압력을 조절할 수 있으며, 경질(hard)의 시험편과 연질(soft)의 시험편에 대한 측정이 모두 가능하여 호환성을 가지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 저항측정장치를 정면에서 본 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 저항측정장치를 측면에서 본 단면도.
도 3은 도 2의 A-A'선 단면도.
도 4는 도 1에서 프로브핀의 설치상태를 나타낸 확대도.
도 5는 본 발명의 저항측정장치에 의한 시험편의 저항 측정상태도.
도 6의 (a) 및 (b)는 본 발명의 저항측정장치에 의한 다른 시험편의 저항 측정상태도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세하게 설명한다. 도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 저항측정장치를 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 본 발명의 저항측정장치는 상,하로 배치된 상,하부고정판(11,12)을 구비한다.

상,하부고정판(11,12)은 복수개의 가이드봉(13)에 의해 소정간격 이격 설치된다. 가이드봉(13)은 원형의 봉형상으로 형성되어 상,하부고정판(11,12)의 네모서리부에 상하방향으로 설치되고 양단이 상,하부고정판(11,12)에 각각 고정된다.

상,하부고정판(11,12) 사이에는 이동판(14)이 설치되고, 이동판(14)은 상기 4개의 가이드봉(13)이 관통되어 상하방향으로 승하강하도록 안내된다. 이때 가이드봉(13)이 관통하는 이동판(14)에는 가이드봉(13)의 외측에 끼워맞춤되어 길이방향으로 길게 형성한 부싱(14a)이 설치되고, 이 부싱(14a)의 외측에 이동판(14)이 설치된다. 따라서 이동판(14)은 승하강시 부싱(14a)에 의해 좌우 유동없이 정밀하게 수평을 유지한 상태에서 이동할 수 있게 된다.

이동판(14)은 도 2에 도시된 바와 같이 구동수단에 의해서 상하방향으로 이동한다. 구동수단은 이동판(14)에 상하방향으로 구비된 나사구멍(21)과, 상기 나사구멍(21)에 나사맞춤되어 양단이 상,하부고정판(11,12)에 회전지지된 나사봉(22)과, 상기 나사봉(22)을 회전시키기 위한 감속모터(23)로 이루어진다.

이때 상기 나사구멍(21)은 이동판(14)에 직접형성할 수도 있지만, 이동판(14)을 관통시켜 부싱(14b)을 고정설치하고, 이 부싱(14b)에 나사구멍(21)을 형성하는 것이 바람직하며, 나사봉(22)은 제자리에서 회전할 수 있도록 상,하단을 상,하부고정판(11,12) 사이에 부싱(11a,12a)을 개재하여 회전지지시킨다.

또한, 나사봉(22)의 위치는 후술하는 프로브핀(31)의 배치에 방해되지 않으면서 나사봉(22)의 회전운동이 이동판(14)의 상하운동으로 원활하게 전달되는 위치로 설정하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 도 3에 도시된 바와 같이 이동판(14)의 후방에 위치하고, 양쪽 가이드봉(13)의 중간인 위치에 나사봉(22)이 설치된 것을 예시하고 있다. 또한 구동수단의 구성요소로서 나사봉(22)을 이용한 것을 예시하였지만, 래크와 피니언 등과 같이 회전운동을 직선운동으로 전환하는 구성요소라면 적용 가능하다.

상기 하부고정판(11,12)과 이동판(14)에는 시험편(T)의 표면과 접촉하여 저항을 측정하기 위한 프로브핀(31)이 각각 설치된다. 하부고정판(11,12)과 이동판(14)에 설치되는 프로브핀(31)은 접촉부(31a)가 상호 마주보도록 하여 다수개 설치되는 것으로, 본 실시예에서는 프로브핀(31)을 7개의 행과 열로 모두 49개를 배치한 것을 예시하고 있지만, 저항측정장치의 사양에 따라 증감될 수 있으며, 다수개의 프로브핀(31)은 도시하지 않은 멀티미터(multimeter)와 전기적으로 연결되어 다수개의 프로브핀(31)을 통해 시험편(T)의 여러 지점에 대한 저항을 측정할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 프로브핀(31)은, 접촉부(31a)의 위치가 상하방향으로 탄력적으로 유동하도록 하부고정판(11,12)과 이동판(14)에 설치된다. 프로브핀(31)의 설치구성은 하부고정판(11,12)측과 이동판(14)측 모두 동일하므로, 이동판(14)에 설치된 경우를 대표하여 설명한다.

즉, 도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 이동판(14)에는 속이 빈 원통체(32)를 상하방향으로 관통시켜 고정하고, 이 원통체(32) 내에 프로브핀(31)의 접촉부(31a) 반대쪽 일단을 삽입하되, 접촉부(31a)는 원통체(32)의 외부로 노출된 상태가 되게 하여 상하방향으로 유동할 수 있게 설치한다.

원통체(32) 내에는 원통체(32)와 프로브핀(31)의 일단 사이에 탄성부재(33)가 탄력설치된다. 본 실시예에서는 탄성부재(33)를 압축코일스프링으로 구성한 것으로, 압축코일스프링의 일단은 원통체(32)의 내벽에 탄력 지지시키고 타단은 프로브핀(31)의 일단에 탄력 지지시킴으로써 프로브핀(31)이 원통체(32)로부터 외측으로 돌출하는 방향으로 항상 탄성력을 부여할 수 있으며, 이로 인해 프로브핀(31)의 접촉부(31a)는 소정거리 탄력적으로 유동가능한 상태가 된다.

다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 하부고정판(12)의 상면에는 시험편(T)을 하부고정판(12)의 프로브핀(31) 상에 얹어 놓을 때, 항상 일정한 위치에 얹어놓을 수 있도록 하는 지그블럭(15)이 구비되고, 이 지그블럭(15)은 행과 열로 다수개 배치된 프로브핀(31)의 한쪽 행과 열에 대응하여 배치한다. 또한, 상,하부고정판(,12) 사이에는 상하방향으로 위치센서브라켓(16)이 설치되어 이동판(14)의 위치를 검출하도록 되어 있다.

이러한 구성으로 이루어진 저항측정장치의 작용을 설명하면 다음과 같다. 먼저 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 저항을 측정하기 위한 시험편(T)을 하부고정판(12)에 설치된 프로브핀(31) 상에 올려 놓으면, 시험편(T)의 하면이 다수개의 프로브핀(31)의 접촉부(31a)에 접촉된 상태로 올려지게 된다. 이때 시험편(T)의 가장자리부를 지그블럭(15)에 접촉시키게 되면, 동일한 시험편(T)의 경우 항상 동일한 위치에 위치시켜 동일 지점의 저항을 측정할 수 있고, 이로써 동일 공정의 여러 시험편(T)을 측정할 때 측정값으로 공정 변수를 도출할 수 있다.

이어서, 도 1 및 도 2에서와 같이 감속모터(23)를 구동하여 나사봉(22)을 회전시키면, 나사봉(22)과 이동판(14)의 나사구멍(21)이 나사맞춤된 것이므로 이동판(14)은 하방으로 이동하게 되고 4개의 가이드봉(13)에 안내되어 수평을 유지한 상태로 서서히 하강하게 된다.

이동판(14)이 하강하면, 도 5에 도시된 바와 같이 이동판(14)에 다수개 설치된 프로브핀(31)의 접촉부(31a)가 시험편(T)의 상면에 접촉되고, 이때 감속모터(23)의 구동을 정지시킴으로써 이동판(14)의 하강을 멈추게 되며, 이로써 시험편(T)의 양면에 접촉된 다수개의 프로브핀(31)에 의해 시험편(T)의 다수곳에 대한 저항을 측정할 수 있게 된다.

도 5는 시험편(T)의 두께가 일정한 경우의 측정상태를 나타낸 것으로, 도 6의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 시험편(T)의 두께가 다르거나 굴곡면이 형성된 경우에도 측정이 가능하다.

즉, 도 6의 (a)에서와 같이 이동판(14)이 하강하여 프로브핀(31)의 접촉부(31a)가 두께가 다른 시험편(T1)에 접촉할 때 시험편(T)의 두께에 대응하여 프로브핀(31)이 유동하여 원통체(32)로부터 돌출되는 길이가 다르게 되므로 측정이 가능하고, 도 6의 (b)에서와 같이 시험편(T)에 굴곡면이 형성된 경우에도 굴곡면에 대응하여 프로브핀(31)이 유동하여 원통체(32)로부터 돌출되는 길이가 다르게 되므로 역시 측정이 가능하다.

이와 같이 본 발명은, 두께가 일정하지 않거나 굴곡면을 가지는 시험편(T)에 대해서도 정확한 측정이 가능하고, 이동판(14)이 상하로 이동하는 것에 의해 다양한 두께의 시험편(T)을 측정할 수 있으며, 프로브핀(31)의 접촉부(31a)가 탄력적으로 유동됨에 따라, 시험편(T)의 종류에 따라 접촉면의 크기와 압력을 조절할 수 있고, 경질(hard)의 시험편(T)과 연질(soft)의 시험편(T)에 대한 측정이 모두 가능하다.

지금까지 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

11,12 : 상,하부고정판 13 : 가이드봉
14 : 이동판 15 : 지그블럭
16 : 위치센서브라켓 21 : 나사구멍
22 : 나사봉 23 : 감속모터
31 : 프로브핀 31a : 접촉부
32 : 원통체 33 : 탄성부재

Claims (3)

1. 복수개의 가이드봉에 의해 지지되어 상하로 소정 간격 이격 배치된 상부고정판 및 하부고정판;
   상기 상부고정판과 하부고정판 사이에 위치하고 상기 가이드봉에 안내되어 상하방향으로 이동하도록 설치된 이동판;
   상기 이동판을 이동시키기 위한 구동수단; 및
   상기 하부고정판에 접촉부가 상부를 향하도록 삽입 설치된 다수의 하부프로브핀과, 상기 이동판에 접촉부가 하부를 향하도록 삽입 설치되어 상기 하부프로브핀과 상호 마주보도록 설치된 다수의 상부프로브핀을 포함하되,
   상기 복수개의 가이드봉은 봉형상으로, 양단이 상기 상부 고정판 및 상기 하부고정판에 각각 고정되고;
   상기 이동판은 상기 가이드봉이 관통되어 상기 상부고정판과 상기 하부고정판의 사이에서 상하방향으로 승하강하도록 안내되며, 상기 이동판에는 상기 가이드봉의 외측에 끼워맞춤되어 길이방향으로 길게 형성된 부싱이 설치되고;
   상기 구동수단은 상기 상부고정판의 상부에 위치하여 상기 이동판을 상하로 이동시키는 모터를 포함하고,
   상기 상부프로브핀 하부프로브핀 각각은 상기 하부고정판과 상기 이동판에 상하방향으로 각각 삽입된 원통체 내에 접촉부의 일단이 삽입되어 상하방향으로 이동하도록 설치되고, 상기 원통체 내의 접촉부의 일단과 원통체 내벽 사이에 위치하는 탄성부재에 의해 상기 접촉부의 타단이 원통체로부터 외측으로 돌출하는 방향으로 항상 탄성력을 부여받고;
   상기 하부고정판 위에 시험편을 올려놓으면 상기 하부프로브핀의 접촉부가 시험편의 하면에 접촉되고, 상기 이동판이 하강하여 상기 상부프로브핀의 접촉부가 시험편의 상면에 접촉되는 것을 특징으로 하는 전기전도성 복합소재의 저항측정장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 구동수단은,
   상기 이동판에 상하방향으로 구비된 나사구멍; 및
   상기 나사구멍에 나사맞춤되며 양단이 상기 상부고정판과 상기 하부고정판에 회전지지되는 나사봉을 추가로 포함하여,
   상기 모터에 의해 상기 나사봉이 회전함에 따라 상기 이동판이 상하로 승강하는 것을 특징으로 하는 전기전도성 복합소재의 저항측정장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 하부고정판의 상면에,
   상기 시험편을 상기 하부고정판의 프로브핀 상에 얹어 놓을 때, 상기 시험편이 항상 일정한 위치에 있도록 기준 위치를 정하는 지그블럭이 포함되는 것을 특징으로 하는 전기전도성 복합소재의 저항측정장치.

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