KR20140035589A

KR20140035589A - 유기소재의 표면 경도 측정장치 및 방법

Info

Publication number: KR20140035589A
Application number: KR1020120101951A
Authority: KR
Inventors: 심인철
Original assignee: 주식회사 케미랩
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2014-03-24

Abstract

본 발명은 유기소재의 표면 경도측정시에 연필 끝을 갈아내는 전 처리과정을 위해 X축에 소재표면과 90°로 기준 연필을 취부하여 일정 수직하중 하에서 일정 속도로 갈아내고, 마찰력 표시장치를 통해 갈리는 정도를 정량적으로 표현하도록 함으로써, 표면 경도를 육안이 아닌 마찰력으로 표시하여 X축에 90°및 45°로 기준 연필을 취부하여 속도와 수직 하중을 조정하여 측정된 소재 표면의 마찰력을 표시하여 이를 경도의 척도로 사용할 수 있도록 함은 물론, 규격 없이 사용되었던 스틸울 내마모도 시험장치도 연필 대신 X축에 연결하여 이 또한 마찰력을 이용한 내마모도를 측정토록 한 유기소재의 표면 경도 측정장치에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상·하방향으로 작동되는 Z축(10)과; 상기 Z축(10)에 설치되며, 단부에 하중을 검출하는 로드셀(12)이 설치되며, 마찰력 측정을 위한 로드셀 측정부(13)가 설치되는 크로스헤드(11)와; 상기 크로스헤드(11)의 단부에 설치되어 연필을 90°로 취부하여 일정속도로 갈아내는 취부장치(40)와; 상기 크로스헤드(11)의 직하방에 위치하여 전처리과정에서 취부장치(40)에 취부된 기준 연필을 갈아내기 위한 샌드페이퍼 및 경도 측정시에 표면경도 측정을 위한 소재가 위치하는 Y축(30)과; 상기 Y축(30)을 좌·우방향으로 이송하기 위한 X축(20)과; 상기 X, Y, Z축(10)에 각각 설치되어 각각의 구동축(10)(20)(30)의 속도조절을 위한 스텝모터와 리니어 액추에이터 및 이를 제어하는 콘트롤부(50)와; 상기 취부장치(40)에 의해 연필이 갈려지는 정도를 정량적으로 마찰력을 표시하는 표시장치(60);로 이루어진다.

Description

유기소재의 표면 경도 측정장치 및 방법{MEASURING DEVICES AND METHOD OF SURFACE HARDNESS FOR ORGANIC MATERIALS}

본 발명은 유기소재의 표면 경도 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유기소재의 표면 경도측정시에 연필 끝을 갈아내는 전 처리과정을 위해 X축에 소재표면과 90°로 기준 연필을 취부하여 일정 수직하중 하에서 일정 속도로 갈아내고, 마찰력 표시장치를 통해 갈리는 정도를 정량적으로 표현하도록 함으로써, 표면 경도를 육안이 아닌 마찰력으로 표시하여 X축에 90°및 45°로 기준 연필을 취부하여 속도와 수직 하중을 조정하여 측정된 소재 표면의 마찰력을 표시하여 이를 경도의 척도로 사용할 수 있도록 함은 물론, 규격 없이 사용되었던 스틸울 내마모도 시험장치도 연필 대신 X축에 연결하여 이 또한 마찰력을 이용한 내마모도를 측정토록 한 유기소재의 표면 경도 측정장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 유기소재 표면의 경도를 측정하는 방법 중 하나인 연필경도 측정법은 기준 연필의 경도를 이용하여 표면경도를 규정하는 방법이 이용되고 있다.

하지만, 이와 같은 종래기술에서의 기준 연필을 이용한 경도 측정방법 중에는 연필 끝을 갈아내는 전 처리과정을 필요로 하게 되는 데, 이를 위한 종래의 전처리 방법은 수작업으로 샌드페이퍼에 연필 끝을 갈아내어 사용하였으며, 이때 연필심 끝의 각도를 항상 90°의 각도를 유지하여야 하나, 연필심을 고정하는 마땅한 수단이 없기 때문에, 각도가 일정하지 않아 정확성이 부족하여 시험의 재현성을 떨어뜨리게 되는 문제점이 발생하였다.

또, 전 처리 과정 후, 기준 연필을 이용한 표면소재의 경도 측정시에 연필이 고정되는 X축의 속도의 조정과, 그 분해능이 측정 재현성을 높이기에 충분해야 하는데, 미세한 속도에 따른 시험이 어렵다는 문제점이 발생하였다.

또한, 기준 연필을 이용한 표면소재의 경도 테스트 결과, 유기 소재 표면의 스크래치 여부 확인은 대부분 육안으로 판단되는데, 개인차가 발생하게 되어 측정에 어려움이 발생하게 되었다.

즉, 종래의 연필 경도 측정결과, 육안을 통한 확인 또는 긁힘의 감각적 확인은 표면의 광산란이나 굴절 등이 확인될 경우, 쉽고 편하게 긁힘이 확인되지만, 색이 진한 경우 쉽게 확인하기가 어려운 문제점이 있었다.

또, 표면 마찰은 마찰 원인과 피마찰 소재 간의 상대적인 응력 관계가 성립되는 것으로, 표면의 경도뿐만 아니라, 미끄러움도 같이 평가되어야만 정상적인 표면 경도평가가 가능한 것이지만, 종래의 경우, 미끄러움의 평가를 할 수 없는 문제점이 발생하게 되었다.

이에, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 주된 목적으로는

유기소재의 표면 경도측정 시에 연필 끝을 갈아내는 전 처리과정을 위해 X축에 소재표면과 90°로 기준 연필을 취부하여 일정 수직하중 하에서 일정 속도로 갈아내고, 마찰력 표시장치를 통해 갈리는 정도를 정량적으로 표현하도록 함으로써, X축에 90°및 45°로 기준 연필을 취부하여 속도와 수직 하중을 조정하여 측정된 소재 표면의 마찰력을 표시하여 이를 경도의 척도로 사용할 수 있도록 한 유기소재의 표면 경도 측정장치를 제공하는 데 있다.

또, 본 발명의 다른 목적으로는 규격 없이 사용되었던 스틸울 내마모도 시험장치 역시 연필 대신 X축에 연결하여 이 또한 마찰력을 이용한 내마모도를 측정토록 한 유기소재의 표면 경도 측정장치를 제공하는 데 있다.

또, 경도의 판단 기준을 육안이 아닌 마찰력으로 하는 방법과, 동시에 표면의 미끄러움 때문에 생기는 시행착오를 해결할 수 있는 유기소재의 표면 경도 측정장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유기소재의 표면 경도 측정장치에 의하면,

상·하방향으로 작동되는 Z축과;

상기 Z축에 설치되며, 단부에 하중을 검출하는 로드셀이 설치되며, 마찰력 측정을 위한 로드셀 측정부가 설치되는 크로스헤드와;

상기 크로스헤드의 단부에 설치되어 연필을 90°로 취부하여 일정속도로 갈아내는 취부장치와;

상기 크로스헤드의 직하방에 위치하여 전처리과정에서 취부장치에 취부된 기준 연필을 갈아내기 위한 샌드페이퍼 및 경도 측정시에 표면경도 측정을 위한 소재가 위치하는 X축과;

상기 X축을 좌·우방향으로 이송하기 위한 Y축과;

상기 X, Y, Z축에 각각 설치되어 각각의 구동축의 속도조절을 위한 스텝모터와 리니어 액추에이터 및 이를 제어하는 콘트롤부와;

상기 취부장치에 의해 연필이 갈려지는 정도를 정량적으로 마찰력을 표시하는 표시장치;로 이루어진다.

이때, 상기 취부장치는 기준 연필을 갈아내고, 소재의 표면 경도를 측정하기 위해 기준 연필을 취부하는 취부지그와, 취부지그 일 측에 설치되어 전처리단계에서의 90°및 소재의 표면 경도 측정을 위한 45°및 90°각도로 용도에 맞게 각도를 조절하기 위한 각도 조절나사로 이루어진다.

또, 연필경도 측정시 조정가능한 X, Y, Z 구동축의 속도는 0.0001mm/sec까지 0.0001 단위로 조절가능하도록 하며, 이를 변수로 한 경도결과를 정량적으로 얻어내고, 표면 경도와 미끄러운 정도 즉, 슬립성을 구분토록 한다.

또한, 연필경도 테스트를 이용한 표면 경도를 육안이 아닌 마찰력으로 표시하여 정량적인 표현을 하도록 한다.

또, 유기소재의 표면 경도 측정방법은

구동축에 설치되는 취부장치에 기준 연필을 90°로 취부하여 연필 끝을 갈아내는 전처리 단계와;

전 처리과정을 통해 끝이 갈아진 상태에서 취부장치를 통해 90°및 45°로 기준 연필을 취부하여 소재 표면에 갈아내도록 하여 소재 표면의 경도를 측정하는 경도측정단계와;

경도 측정이 완료되면, 측정결과를 마찰력으로 표시하여 정량적으로 표시하는 단계;로 이루어진다.

이와 같은 본 발명에 따른 유기소재의 표면 경도 측정장치에 의하면,

유기소재의 표면 경도측정시에 연필 끝을 갈아내는 전 처리과정을 위해 X축에 소재표면과 90°로 기준 연필을 취부하여 일정 수직하중 하에서 일정 속도로 갈아내고, 마찰력 표시장치를 통해 갈리는 정도를 정량적으로 표현하도록 함으로써, X축에 90°및 45°로 기준 연필을 취부하여 속도와 수직 하중을 조정하여 측정된 소재 표면의 마찰력을 경도의 척도로 사용할 수 있는 효과가 있다.

또, 규격 없이 사용되었던 스틸울 내마모도 시험장치 역시 연필 대신 X축에 연결하여 이 또한 마찰력을 이용한 내마모도를 측정할 수 있는 효과가 있다.

또, 경도의 판단 기준을 육안이 아닌 마찰력으로 하는 방법과, 동시에 표면의 미끄러움 때문에 생기는 시행착오를 해결할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 표면 경도 측정장치에서 전 처리과정을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 표면 경도 측정장치에서 전처리과정을 통한 결과를 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 표면 경도 측정장치를 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 표면 경도 측정장치를 통한 결과를 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 표면 경도 측정장치를 통해 스틸울 테스트를 보인 사시도.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 유기소재의 표면 경도 측정장치를 보인 것으로, 저· 상·하 방향으로 작동되는 Z축(10)을 구비한 다음, 그 Z축(10)에 크로스헤드(11)를 설치하되, 크로스헤드(11)의 단부에는 하중을 검출하는 로드셀(12)과 마찰력 측정을 위한 로드셀 측정부(13)를 설치한다.

이어, 상기 크로스헤드(11)의 단부에는 연필을 90°로 취부하여 일정 속도로 갈아내는 취부장치(40)를 설치한다.

이때, 상기 취부장치는 기준 연필을 갈아내고, 소재의 표면 경도를 측정하기 위해 기준 연필을 취부하는 취부지그(41)와, 취부지그(41) 일 측에 설치되어 전처리단계에서의 90°및 소재의 표면 경도 측정을 위한 45°및 90°각도로 용도에 맞게 각도를 조절하기 위한 각도조절나사(42)로 이루어진다.

이어, 상기 크로스헤드(11)의 직하방에는 전처리과정에서 취부장치(40)에 취부된 기준 연필을 갈아내기 위한 샌드페이퍼 및 경도 측정시에 표면경도 측정을 위한 소재가 위치하는 X축(20)을 설치하고, 그 X축(20)의 하단에는 X축(20)을 좌·우방향으로 이송하기 위한 Y축(30)을 설치한다.

또, 상기 X, Y, Z축(10)에는 각각의 구동축의 속도조절을 위한 스텝모터와 리니어 액추에이터를 각각 설치하고, 일 측에는 이를 제어하는 콘트롤부(50)를 설치한다.

이어, 상기 취부장치(40)의 일 측에는 취부장치(40)에 의해 연필이 갈려지는 정도를 정량적으로 마찰력을 표시하는 표시장치(60)를 설치하여 이루어진다.

이때, 연필경도 측정시 조정가능한 X, Y, Z 구동축(10)(20)(30)의 속도는 0.0001mm/sec까지 0.0001단위로 조절가능하도록 하며, 이를 변수로 한 경도결과를 정량적으로 얻어내고, 표면 경도와 미끄러운 정도 즉, 슬립성을 구분토록 한다.

또, 유기소재의 표면 경도 측정방법은

구동축에 설치되는 취부장치에 기준 연필을 90°로 취부하여 연필 끝을 갈아내는 전 처리 단계와;

전 처리과정을 통해 끝이 갈아진 상태에서 취부장치를 통해 90°및 45°로 기준 연필을 취부하여 소재 표면을 갈아내도록 하여 소재 표면의 경도를 측정하는 경도 측정단계와;

이와 같은 구성의 본 발명에 따른 유기소재의 표면 경도 측정장치 및 방법에 의하면, 기준 연필을 이용하여 소재 표면의 경도를 측정하기 위한 전 처리 과정으로, 먼저 연필 끝을 균일하게 갈아야 하는 것으로 이를 위해 연필 경도를 측정하는 데 사용되는 취부장치(40)에 연필(1)을 90°로 취부하여 연필(1) 끝을 일정한 속도로 갈아내게 되면, 연필(1) 끝의 각도가 일정한 각도로 갈아지게 되어 시험의 재현성이 향상되게 된다.

상기 전 처리 과정을 통해 연필 끝이 균일하게 갈아지게 되면, X축(20)에 경도 측정을 위한 소재를 위치시킨 상태에서 취부장치(40)에 연필(1)을 90°또는 45°로 취부토록 한 후, Z축(10)에 설치되는 크로스헤드(11)를 하강시키고, Y축(30)을 좌·우로 일정 속도로 이송하게 되면, 크로스헤드(11)에 설치되는 로드셀(12) 및 로드셀측정부(13)가 마찰 하중을 측정하고, 그 하중의 패턴을 표시장치(60)를 통해 표시하여 연필 강도를 정량적으로 표시하게 된다.

이때, 연필경도 측정시 조정가능한 X, Y, Z축(10)의 속도는 0.0001mm/sec까지 0.0001단위로 조절가능하도록 하며, 이를 변수로 한 경도결과를 정량적으로 얻어내고, 표면 경도와 슬립성 즉, 미끄러운 정도를 구분하게 된다.

한편, 도 4는 본 발명에 따른 표면 경도 측정장치를 통한 결과를 나타낸 그래프로서, 그래프에서 푸른색의 표시는 슬립보다 마찰이 우세한 경우를 나타낸 것이고, 보라색의 표시는 마찰보다 슬립이 우세한 경우를 나타낸 그래프로 두 가지 모두 긁힘이 확인되었으며, 다만, 표면의 미끄러운 정도가 다르게 작용하게 됨에 따라 그래프의 패턴이 차이가 나게 됨을 알 수 있다.

또한, 도 5에서와 같이, 규격 없이 사용되었던 스틸울(70)을 이용한 내마모도 시험장치 역시 연필 대신 X축(20)에 연결하여 이 또한 마찰력을 이용한 내마모도를 측정할 수 있는 것이다.

10 ; Z축 11 ; 크로스헤드
12 ; 로드셀 13 ; 로드셀 측정부
20 ; X축 30 ; Y축
40 ; 취부장치 41 ; 취부지그
42 ; 각도조절나사 50 ; 콘트롤부
60 ; 표시장치

Claims

상·하방향으로 작동되는 Z축(10)과;
상기 Z축(10)에 설치되며, 단부에 하중을 검출하는 로드셀(12)이 설치되며, 마찰력 측정을 위한 로드셀 측정부(13)가 설치되는 크로스헤드(11)와;
상기 크로스헤드(11)의 단부에 설치되어 연필을 90°로 취부하여 일정속도로 갈아내는 취부장치(40)와;
상기 크로스헤드(11)의 직하방에 위치하여 전처리과정에서 취부장치(40)에 취부된 기준 연필을 갈아내기 위한 샌드페이퍼 및 경도 측정시에 표면경도 측정을 위한 소재가 위치하는 Y축(30)과;
상기 Y축(30)을 좌·우방향으로 이송하기 위한 X축(20)과;
상기 X, Y, Z축(10)에 각각 설치되어 각각의 구동축의 속도조절을 위한 스텝모터와 리니어 액추에이터 및 이를 제어하는 콘트롤부(50)와;
상기 취부장치(40)에 의해 연필이 갈려지는 정도를 정량적으로 마찰력을 표시하는 표시장치(60);로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기소재의 표면 경도 측정장치.
제1항에 있어서, 연필경도 측정시 조정가능한 X, Y, Z 구동축의 속도는 0.0001mm/sec까지 0.0001 단위로 조절가능한 것을 특징으로 하는 유기소재의 표면 경도 측정장치.
제1항에 있어서, 상기 취부장치는 기준 연필을 갈아내고, 소재의 표면 경도를 측정하기 위해 기준 연필을 취부하는 취부지그(41)와, 취부지그(41) 일 측에 설치되어 전 처리단계에서의 90°및 소재의 표면 경도 측정을 위한 45°및 90°각도로 용도에 맞게 각도를 조절하기 위한 각도조절나사(42)로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기소재의 표면 경도 측정장치.
구동축에 설치되는 취부장치에 기준 연필을 90°로 취부하여 연필 끝을 갈아내는 전 처리 단계와;
전 처리과정을 통해 끝이 갈아진 상태에서 취부장치를 통해 90°및 45°로 기준 연필을 취부하여 소재 표면에 갈아내도록 하여 소재 표면의 경도를 측정하는 경도 측정단계와;
경도 측정이 완료되면, 측정결과를 마찰력으로 표시하여 정량적으로 표시하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기소재의 표면 경도 측정방법.