KR20190119775A - 탈착 특성 측정 시험 장치 및 그 방법 - Google Patents

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김유섭
이수열
채원기
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한국전력공사
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Abstract

본 발명은 탈착 특성 측정 시험 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 탈착 특성 측정 시험 장치는, 지면에 지지되는 서브프레임; 상기 서브프레임에 세워지는 메인프레임; 상기 메인프레임을 따라 이동함에 따라 대상기판에 부착된 테이프에 탈착 성능 측정 시험에 필요한 힘을 인가하기 위한 승하강부; 상기 승하강부에 장착되어 상기 대상기판에 부착된 상기 테이프의 탈착 성능 측정을 측정하기 위한 탈착 특성 측정부; 및 상기 서브프레임에 착탈 가능하되, 상기 대상기판을 거치하여 상기 대상기판에 부착된 상기 테이프에 대한 탈착각도 180° 또는 90°의 탈착 특성을 선택적으로 측정 가능하게 하기 위한 탈착 시험 거치대;를 포함한다.

Description

탈착 특성 측정 시험 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TESTING AND MEASURING DETACHMENT PROPERTIES}
본 발명은 탈착 특성 측정 시험 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대상기판에 대한 테이프류의 탈부착 특성 측정을 위해 90° 및 180° 탈착 시험 거치대를 간단한 방식으로 변경 및 장착함으로써, 하나의 시험 장치에서 탈착각도 90°와 180°에 대한 탈착 특성 측정이 모두 가능하게 하기 위한, 탈착 특성 측정 시험 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
탈착 특성 측정 시험은 기판에 대한 테이프의 점착 성능을 평가하는 시험법의 한 분야로써, 테이프의 제작이나 부착 방지 코팅제 성능을 평가하기 위한 지표로 사용된다.
이와 관련된 표준 시험법은 포장, 봉합, 표식 등에 사용하는 점착 테이프 및 점착 시트의 시험방법에 대하여 규정하고 있는 '점착테이프 및 점착시트의 시험방법'(KS T 1028)이 있다. 여기서는 90°시험과 180°시험이 제시되어 있으나, 정밀성, 정확성 또는 경제성 있는 평가를 위한 세부적인 시험장치 및 평가 방법에 대해 보완이 필요한 실정이다.
한편, 기존에는 테이프 점착력 측정 장치와 관련된 대한민국 등록특허공보 제10-1090574호와 박리강도 측정 장치와 관련된 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0085715호가 개시된 바 있다. 이는 90°시험에 대해서만 기재되어 있고, 180° 시험에 대해서 측정이 불가능하여 각도에 관한 요인을 파악할 수 없을 뿐만 아니라, 기판 고정장치가 없기 때문에 다양한 종류의 기판에 대해 부착력을 측정 할 수 없는 한계가 있다.
또한, 기존에는 전자저울을 이용한 점착력 측정장치 및 그 측정방법에 관련된 대한민국 등록특허공보 제10-1826726호가 개시된 바 있다. 이는 간편하게 부착력을 측정 가능한 장치이지만, 90°시험을 수행할 경우 탈착 각도가 90°로 유지되지 않아 정밀한 측정이 불가능하다는 한계가 있고, 장치가 간편한 만큼 정밀도가 떨어져 데이터 신뢰성이 높지 않다는 단점이 있다.
그리고, 기존에는 점착 테이프 시험장치와 관련된 대한민국 등록실용신안공보 제20-0416855호가 개시된 바 있다. 이는 90°시험과 180°시험이 모두 가능하고, 90°시험에서 탈착 각도가 90°로 유지 가능한다. 그런데, 여기서는 탈착 각도가 90°로 유지할 때 기판의 슬라이딩 기능만 활용하므로, 구동부가 움직인 거리와 테이프가 탈착된 길이가 정확히 일치한다고 볼 수 없다. 즉, 탈착각도는 정밀하게 90°로 유지된다고 보기 어렵다. 또한, 여기서는 기판을 고정시킬 수 있는 장치가 마련되지 않아 다양한 기판에 대한 부착력을 측정할 수 없는 한계가 있다.
따라서, 탈착 특성 측정 시험은 다양한 대상기판별로 테이프류의 탈부착 특성을 정밀하고 정확하게 측정할 수 있는 평가 방안이 마련될 필요성이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1090574호 (2011.11.30 등록) 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0085715호 대한민국 등록특허공보 제10-1826726호 (2018.02.01 등록) 대한민국 등록실용신안공보 제20-0416855호 (2006.05.12 등록)
본 발명의 목적은 대상기판에 대한 테이프류의 탈부착 특성 측정을 위해 90° 및 180° 탈착 시험 거치대를 간단한 방식으로 변경 및 장착함으로써, 하나의 시험 장치에서 탈착각도 90°와 180°에 대한 탈착 특성 측정이 모두 가능하게 하기 위한, 탈착 특성 측정 시험 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 탈착 특성 측정 시험 장치는, 지면에 지지되는 서브프레임; 상기 서브프레임에 세워지는 메인프레임; 상기 메인프레임을 따라 이동함에 따라 대상기판에 부착된 테이프에 탈착 성능 측정 시험에 필요한 힘을 인가하기 위한 승하강부; 상기 승하강부에 장착되어 상기 대상기판에 부착된 상기 테이프의 탈착 성능 측정을 측정하기 위한 탈착 특성 측정부; 및 상기 서브프레임에 착탈 가능하되, 상기 대상기판을 거치하여 상기 대상기판에 부착된 상기 테이프에 대한 탈착각도 180° 또는 90°의 탈착 특성을 선택적으로 측정 가능하게 하기 위한 탈착 시험 거치대;를 포함할 수 있다.
상기 서브프레임은, 상기 탈착 시험 거치대를 변경 및 장착하기 위한 거치대 연결부가 설치되고, 상기 거치대 연결부는, 상기 탈착 시험 거치대를 지지하는 받침대; 상기 받침대 상에 형성되어 상기 탈착 시험 거치대와 연결을 위한 연결홈이 형성되어 있는 고정대; 및 상기 고정대와 상기 탈착 시험 거치대 간의 연결상태를 상호 체결시키기 위한 고정핀;을 포함할 수 있다.
상기 탈착 특성 측정부는, 상기 대상기판에 부착된 상기 테이프에 대한 탈착힘을 측정하기 위한 로드셀(loadcell)과, 상기 대상기판의 이동에 해당되는 탈착 변위를 측정하는 변위계를 포함하는 것일 수 있다.
상기 탈착 시험 거치대는, 180° 전용 거치대인 경우에, 상기 서브프레임이 아래쪽 부분에 착탈 가능하게 체결되고, 상기 대상기판이 좌우측 부분 사이에 수직으로 세워져 거치되는 U자형 바디; 상기 대상기판을 상기 U자형 바디의 좌우측 부분 각각에 고정 또는 고정 해제시키기 위한 기판 수직 고정부; 및 상기 기판 수직 고정부에서 상기 대상기판에 접촉하는 끝단에 상기 대상기판에 대한 접촉면적을 형성하기 위한 기판 접촉부;를 포함할 수 있다.
상기 탈착 시험 거치대는, 90° 전용 거치대인 경우에, 상기 서브프레임에 착탈 가능하게 체결되는 서브프레임 연결부; 상기 서브프레임 연결부가 하부면에 연결 고정되는 메인 바디; 상기 메인바디의 상부면에 슬라이딩으로 좌우 방향으로 이동 가능하게 설치되고, 상기 테이프가 부착된 상기 대상기판을 지면에 대해 수평 방향으로 배치시키는 기판 받침대;를 포함하고, 상기 기판 받침대는, 상기 승하강부가 상부측으로 이동함에 따라 상기 승하강부에 연결된 줄을 통해 당겨지는 힘에 의해 이동하는 것일 수 있다.
실시예에 의하면, 상기 대상기판의 측부 양쪽을 고정시키기 위한 기판 수평 고정부; 및 상기 기판 수평 고정부를 상기 기판 받침대에 체결시키기 위한 기판 수평 고정부 고정나사;를 더 포함할 수 있다.
상기 승하강부에 일체로 장착되어 상기 줄의 풀림과 감김을 조정하기 위한 릴부;를 더 포함하는 탈착 특성 측정 시험 장치.
상기 릴부와 상기 기판 받침대는, 상기 줄을 통해 서로 연결할 때 갈고리와 연결고리를 이용하는 것일 수 있다.
상기 메인 바디는, 상기 줄의 이동 경로를 형성하기 위해 도르래를 이용하는 도르래 지지부가 장착되는 것일 수 있다.
상기 메인 바디는, 상기 승하강부가 상부측으로 이동함에 따라 상기 승하강부에 연결된 줄을 통해 당겨지는 힘에 대응하는 반대 방향으로 상기 기판 받침대를 회복시키려는 스프링이 설치되는 스프링 지지부가 장착되는 것일 수 있다.
상기 승하강부가 상부측으로 올라간 높이는, 상기 대상기판에 부착된 상기 테이프가 탈착된 길이와 서로 일치하는 것일 수 있다.
실시예에 의하면, 상기 탈착 특성 측정부에 의해 측정된 결과데이터를 이용하여 탈착 특성 측정 지표를 산출하기 위한 결과 분석 단말기;를 더 포함할 수 있다.
상기 탈착 특성 측정 지표는, 평균 탈착힘(N), 부착력(N/cm), 탈착 에너지(J), 단위 탈착 에너지(J/cm), 통계적 모델링 중 어느 하나일 수 있다.
상기 결과 분석 단말기는, 상기 측정된 결과데이터에서 상기 테이프의 전/후단을 일정 범위 차감하여 상기 탈착 성능 측정 지표를 산출하는 것일 수 있다.
상기 결과 분석 단말기는, 상기 테이프의 탈착 속도에 대한 부착력을 나타낸 관계식으로 테이프 탈착 특성 모델을 나타내는 것일 수 있다.
상기 대상기판은, 분체 도장(powder coating), 탄소강(carborn steel), 스테인리스 스틸(stainless steel) 중 어느 하나일 수 있다.
실시예에 의하면, 상기 승하강부의 이동을 제어하기 위한 컨트롤러;를 더 포함할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 대상기판에 부착된 상기 테이프에 대한 탈착 특성 측정 시험을 진행하기 위해 입/출력 기능이 동시에 구현 가능한 터치형 디스플레이를 구비하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 탈착 특성 측정 시험 방법은, 대상기판에 부착된 테이프에 탈착 성능 측정에 필요한 힘을 인가하는 단계; 상기 대상기판에 부착된 상기 테이프의 탈착 성능을 측정하는 단계; 상기 측정된 결과 데이터를 이용하여 탈착 성능 측정 지표를 산출하는 단계;를 포함하되, 상기 측정된 결과데이터에서 상기 테이프의 전/후단을 일정 범위 차감하여 상기 탈착 성능 측정 지표를 산출하는 것일 수 있다.
상기 측정 단계는, 상기 대상기판에 부착된 상기 테이프에 대한 탈착각도 180° 또는 90°의 탈착 특성을 측정하는 것일 수 있다.
상기 산출 단계는, 상기 테이프의 탈착 속도에 대한 부착력을 나타낸 관계식으로 테이프 탈착 특성 모델을 나타내는 것일 수 있다.
본 발명은 대상기판에 대한 테이프류의 탈부착 특성 측정을 위해 90° 및 180° 탈착 시험 거치대를 간단한 방식으로 변경 및 장착함으로써, 하나의 시험 장치에서 탈착각도 90°와 180°에 대한 탈착 특성 측정이 모두 가능하게 할 수 있다.
또한, 본 발명은 탈착힘, 부착력, 탈착에너지 등의 특성 지표와 관련된 주요 인자를 도출하여 테이프의 탈착 특성을 추정하는 회기분석 및 통계를 활용함으로써 탈부착 모델링을 제공할 수 있다.
즉, 본 발명은 대상기판과 테이프류의 탈착 특성 및 성능 평가를 위한 테이프의 탈착 데이터 측정, 특성지표 계산, 탈착 특성 모델링 기법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 시험의 정밀 및 정확성 향상이 가능한 보조장치로서, 슬라이딩 이동이 가능한 기판 받침대, 줄, 스프링 및 도르래 등이 활용되고, 사용자가 간단하게 대상기판을 착탈하기 위해 기판 고정용 나사 등을 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탈착 특성 측정 시험 장치를 나타낸 정면도,
도 2는 상기 도 1의 탈착 특성 측정 시험 장치를 나타낸 측면도,
도 3은 180° 전용 거치대에 대한 정면도,
도 4는 상기 도 3의 180° 전용 거치대에 대한 하부 평면도,
도 5는 90° 전용 거치대에 대한 측면도,
도 6은 상기 도 5의 90° 전용 거치대에 대한 평면도,
도 7a는 기판 받침대가 고정된 경우 탈착 각도를 설명하는 도면,
도 7b는 기판 받침대가 이동하는 경우 탈착 각도를 설명하는 도면,
도 8은 상기 도 1의 릴부에 대한 사시도,
도 9는 상기 도 8의 릴 회전부를 나타낸 도면,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 테이프 탈착 특성 측정 지표를 설명하는 도면,
도 11은 차감 방식 적용에 따른 평균 부착력과 표준편차를 비교한 도면,
도 12는 테이프 탈착 특성 모델링을 설명하는 도면,
도 13a는 180°탈착 시험 모형에서 작용점에서 힘의 분해를 설명하는 도면,
도 13b는 90°탈착 시험 모형에서 작용점에서 힘의 분해를 설명하는 도면,
도 14a는 본 발명의 실시예에 따른 탈착 특성 측정 시험 장치에 180° 전용 거치대가 설치된 경우를 나타낸 도면,
도 14b는 본 발명의 실시예에 따른 탈착 특성 측정 시험 장치에 90° 전용 거치대가 설치된 경우를 나타낸 도면,
도 15a는 상기 도 14a의 탈착 특성 측정 시험 장치에서 180°탈착 시험 측정데이터를 나타낸 도면,
도 15b는 상기 도 14b의 탈착 특성 측정 시험 장치에서 80°탈착 시험 측정데이터를 나타낸 도면,
도 16은 조도에 대한 부착 특성을 나타낸 도면,
도 17a는 스테인리스 스틸의 탈착 속도 및 각도에 대한 부착 특성을 나타낸 도면,
도 17b는 분체도장의 탈착 속도 및 각도에 대한 부착 특성을 나타낸 도면,
도 18a는 상기 17b의 분체도장 부착 특성 모델링을 나타낸 도면,
도 18b는 상기 도 18a의 모평균에 대한 95% 신뢰도 구간을 설정하는 도면이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탈착 특성 측정 시험 장치를 나타낸 정면도이고, 도 2는 상기 도 1의 탈착 특성 측정 시험 장치를 나타낸 측면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 탈착 특성 측정 시험 장치(100)는, 대상기판에 대한 테이프류의 탈부착 특성 측정을 위해 90° 및 180° 탈착 시험 거치대를 간단한 방식으로 변경 및 장착함으로써, 하나의 시험 장치에서 탈착각도 90°와 180°에 대한 탈착 특성 측정이 모두 가능하다.
여기서, 대상기판은 시험 분석에 사용하기 위하 골라낸 시편(試片)으로서, 예를 들어, 분체 도장(powder coating), 탄소강(carborn steel), 스테인리스 스틸(stainless steel) 중 어느 하나일 수 있다.
탈착 특성 측정 시험 장치(100)는 지면에 닿는 하부에 수평으로 지지하는 서브프레임(1)과, 서브프레임(1)에 수직으로 세워지는 메인프레임(2)을 구비한다.
먼저, 서브프레임(1)에는 후술할 탈착 시험 거치대(140, 150)를 변경 및 장착하기 위한 거치대 연결부(10)가 설치되어 있다. 여기서, 후술할 탈착 시험 거치대(140, 150)는 탈착각도 180°에 대한 탈착 특성을 측정하기 위한 180° 전용 거치대(후술할 도 3 및 도 4 참조)와 탈착각도 90°에 대한 탈착 특성을 측정하기 위한 90° 전용 거치대(후술할 도 5 및 도 6 참조)를 포함한다.
여기서, 거치대 연결부(10)는 탈착 시험 거치대(140, 150)를 지지하는 받침대(11), 받침대(11) 상에 형성되어 탈착 시험 거치대(140, 150)와 연결을 위한 연결홈(12a)이 형성되어 있는 고정대(12), 고정대(12)와 탈착 시험 거치대(140, 150) 간의 연결상태를 상호 체결시키기 위한 고정핀(13)을 구비한다.
이처럼, 탈착 시험 거치대(140, 150)는 거치대 연결부(10)의 고정대(12)와 고정핀(13)을 이용한 간단한 체결 방식을 이용하여 변경 및 장착이 가능하다.
그리고, 메인프레임(2)에는 지면에 대해 수평 방향의 바(bar) 형태로 상하 방향으로 이동 가능한 승하강부(110), 탈착 특성 시험 측정을 운영하기 위해 장치 구성들을 제어하면서 결과 데이터를 확인 가능한 컨트롤러(130)가 탑재되어 있다. 여기서, 승하강부(110)는 탈착 특성 측정 시험을 실시하여 측정 데이터를 계측하기 위한 탈착 특성 측정부(120)가 연결되어 있다.
탈착 특성 측정부(120)는 탈착 특성 측정 시험을 실시할 때 필요한 보조기구 연결을 위한 보조 연결부(20)를 구비할 수 있다. 이러한 보조 연결부(20)는 앞서 언급한 거치대 연결부(10)의 형태로 제작되는 경우를 예로 표시하였으며, 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이, 탈착 특성 측정 시험 장치(100)는 승하강부(110), 탈착 특성 측정부(120), 컨트롤러(130), 탈착 시험 거치대(140, 150), 결과 분석 단말기(170)를 포함할 수 있다.
승하강부(110)는 메인 구동부(미도시)에 의해 메인프레임(2)을 따라 상하로 왕복운동이 가능하다. 예를 들어, 승하강부(110)는 모터에 연결된 체인과 연동하여 상하로 왕복운동이 가능할 수 있다. 다만, 승하강부(110)는 통상의 기술자에 의해 쉽게 이해될 수 있는 통상의 승하강 방식이 다양하게 적용될 수 있다.
승하강부(110)는 대상기판에 대한 탈착 특성 시험 측정을 수행하기 위한 탈착 특성 측정부(120), 후술할 도 5 및 도 6에서 90°탈착 시험을 진행하기 위한 90° 전용 거치대(150)에 줄로 연결하기 위한 릴부(reel)(160)가 장착되어 있다. 즉, 탈착 특성 측정부(120)와 릴부(160)는 승하강부(110)와 일체로 장착되어 있기 때문에 승하강부(110)의 상부측으로 이동함에 따라 함께 움직이게 된다.
한편, 승하강부(110)는 상부측으로 이동함에 따라 탈착 특성 측정 시험을 시행할 때 필요한 힘(N)을 대상기판(S)에 부착되어 있는 테이프(TP)에 인가하게 된다. 이때, 승하강부(110)는 컨트롤러(130)에 의해 상부측으로의 이동이 제어된다.
탈착 특성 측정부(120)는 로드셀(load cell)과 변위계를 포함한다. 즉, 탈착 특성 측정부(120)는 외력에 의해 비례적으로 변하는 탄성체와 이를 전기적 신호로 바꾸어주는 스트레인 게이지를 이용한 하중 감지 센서인 로드셀(load cell)을 이용하여 탈착힘(N)을 측정하고, 변위계를 이용하여 대상기판의 이동에 해당되는 탈착변위(cm)를 측정한다.
컨트롤러(130)는 탈착 특성 측정 시험을 진행하기 위해 승하강부(110)와 탈착 특성 측정부(120)의 구동을 제어한다. 이때, 컨트롤러(130)는 탈착 특성 측정 시험을 진행하기 위한 사용자 인터페이스 환경을 제공한다. 즉, 컨트롤러(130)는 입/출력 기능이 동시에 구현 가능한 터치형 디스플레이(131)와 연동한다. 그리고, 컨트롤러(130)는 결과 분석 단말기(170)와 탈착 특성 측정 시험을 운영하기 위한 데이터를 상호 호환하여 통신하기 위한 통신 인터페이스 환경을 구비한다.
결과 분석 단말기(170)는 데스크탑, 노트북 등의 컴퓨터로 구현이 가능하며, 탈착 특성 측정부(120)에 의해 측정된 결과데이터를 이용하여 탈착 성능 측정 지표를 산출한다. 여기서, 결과 분석 단말기(170)에서 산출하는 탈착 성능 측정 지표는 평균 탈착힘(N), 부착력(N/cm), 탈착 에너지(J), 단위 탈착 에너지(J/cm), 통계적 모델링이 포함될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술할 도 10 및 도 11을 참조하기로 한다.
이하, 후술할 도 3 및 도 4를 참조하여 탈착 시험 거치대(140, 150)의 180° 전용 거치대에 대해 설명하기로 한다.
도 3은 180° 전용 거치대에 대한 정면도이고, 도 4는 상기 도 3의 180° 전용 거치대에 대한 하부 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 180° 전용 거치대(140)는 U자형 바디(141), 기판 수직 고정부(142), 기판 접촉부(143)을 포함한다.
먼저, U자형 바디(141)는 U자형 아래측 부분에서 거치대 연결부(10)가 체결된다.
즉, U자형 바디(141)의 아래측 부분에는 측방에서 거치대 연결부(10)의 고정핀(13)이 삽입되는 제1 고정핀 관통홀(141a), 하방에서 거치대 연결부(10)의 고정대(12)가 삽입되는 제1 고정대 삽입홀(141b)이 형성되어 있다. 이때, 고정핀(13)은 고정대(12)의 연결홈(12a)과 제1 고정핀 관통홀(141a)을 일직선상에서 관통하게 된다.
다음으로, U자형 바디(141)는 U자형 좌우측 부분 각각에서 기판 수직 고정부(142)가 체결된다. 이때, 기판 수직 고정부(142)는 U자형 좌우측 부분 각각에 나사 결합 방식으로 감거나 풀 수 있다. 이로써, 기판 수직 고정부(142)는 감거나 풀어서 대상기판(S)을 세워서 U자형 바디(141)에 고정시키거나, 대상기판(S)을 U자형 바디(141)로부터 고정 해제할 수 있다.
그리고, 기판 수직 고정부(142)는 대상기판(S)을 직접 접촉하여 고정하지 않고, 대상기판(S)에 대한 접촉면적을 확보하고 접촉력을 향상시키는 기판 접촉부(143)을 통해 대상기판(S)을 고정할 수 있다. 이러한 기판 접촉부(143)은 기판 수직 고정부(142)가 회전 운동하더라도 회전 운동하지 않는 구조(예, 베어링 체결 구조)로 기판 수직 고정부(142)에 연결되어 있다.
여기서, 대상기판(S)은 탈착 특성 측정부(120)에 대해 탈착각도 180°를 가지며, 테이프(TP)의 부착에 대해 다양한 탈착 특성 측정 시험을 진행하기 위해 다양하게 교체할 수 있다.
이하, 후술할 도 5 및 도 6을 참조하여 탈착 시험 거치대(140, 150)의 90° 전용 거치대에 대해 설명하기로 한다.
도 5는 90° 전용 거치대에 대한 측면도이고, 도 6은 상기 도 5의 90° 전용 거치대에 대한 평면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 90° 전용 거치대(150)는 서브프레임 연결부(151), 메인 바디(152), 기판 받침대(153), 기판 수평 고정부(154), 연결고리(155), 도르래 지지부(156), 스프링 지지부(157)를 포함한다.
서브프레임 연결부(151)는 거치대 연결부(10)가 체결된다. 이를 위해, 서브프레임 연결부(151)는 측방에서 거치대 연결부(10)의 고정핀(13)이 삽입되는 제2 고정핀 관통홀(151a), 하방에서 거치대 연결부(10)의 고정대(12)가 삽입되는 제2 고정대 삽입홀(151b)이 형성되어 있다. 이때, 고정핀(13)은 고정대(12)의 연결홈(12a)과 제2 고정핀 관통홀(151a)을 일직선상에서 관통하게 된다.
또한, 서브프레임 연결부(151)는 메인 바디(152)의 하부면에 연결되어 있기 때문에, 메인 바디(152)는 움직이지 않는 상태로 고정된다. 메인 바디(152)의 상부면에는 슬라이딩 방식을 이용하여 좌우 방향으로 이동 가능한 기판 받침대(153)가 설치되어 있다. 기판 받침대(153)는 필요에 따라 위치 고정을 위한 기판 받침대 고정나사(153a)를 구비할 수 있다.
그리고, 기판 받침대(153)의 상부면에는 테이프(TP)가 부착된 대상기판(S)이 지면에 대해 수평 방향으로 배치된다. 기판 받침대(153)는 대상기판(S)의 측부 양쪽을 고정시키기 위한 기판 수평 고정부(154)가 결합될 수 있다. 이때, 기판 수평 고정부(154)는 기판 수평 고정부 고정나사(154a)를 이용하여 기판 받침대(153)에 체결된다.
여기서, 대상기판(S)은 테이프(TP)의 부착에 대해 다양한 탈착 특성 측정 시험을 진행하기 위해 다양하게 교체할 수 있다.
또한, 기판 받침대(153)는 승하강부(110)에 장착된 릴부(160)로부터 풀려진 줄(162b)을 연결하기 위한 연결고리(155)가 장착되어 있다. 이때, 기판 받침대(153)는 승하강부(110)가 상부측으로 이동함에 따라 릴부(160)의 줄(162b)을 통해 당겨지는 힘에 의해 좌측 방향으로 이동하게 된다.
그리고, 메인 바디(152)는 도르래(156a)를 이용하여 릴부(160)의 줄(162b)이 이동하는 경로를 형성하기 위한 도르래 지지부(156)가 장착되어 있다. 도르래 지지부(156)와 연결고리(155) 각각은 메인 바디(152)와 기판 받침대(153)의 동일 면상에 장착되어 있다.
도르래 지지부(156)는 하나 이상의 도르래(156a)를 이용하여 릴부(160)의 줄(162b)이 이동하는 방향을 변경시켜 준다. 즉, 줄(162b)은 지면에 대해 수평 방향으로 연결고리(155)에 연결되어 있지만, 도르래 지지부(156)에 의해 지면에 대해 수직 방향으로 승하강부(110)의 릴부(160)에 연결되어 있다.
이러한 도르래 지지부(156)는 릴부(160)의 줄(162b)이 기판 받침대(153)를 당길 때 기판 받침대(153)가 안정적으로 동작이 가능하도록, 기판 받침대(153)의 슬라이딩 과정에서 흔들림과 진동을 최소화시켜준다. 이는 90°탈착 시험에서 탈착 특성 측정부(120)에게 안정성과 정밀성을 부여하게 한다.
그리고, 도르래 지지부(156)는 기판 받침대(153)에 대해 릴부(160)의 줄(162b)에 의해 당겨지는 힘의 방향을 수평 방향으로 변경시켜 주기 때문에, 릴부(160)의 줄(162b)에 의해 당겨지는 힘이 탈착 특성 측정부(120)의 측정 범위인 중력 방향에 대해 영향을 미치지 않게 한다. 즉, 탈착 특성 측정부(120)는 릴부(160)의 줄(162b)에 의해 당겨지는 힘에 영향을 받지 않고, 순수하게 테이프(TP)의 부착력만 측정하게 된다.
한편, 전술한 바와 같이, 기판 받침대(153)는 메인 바디(152)의 상부면에서 슬라이딩 방식을 이용하여 이동 가능하다. 즉, 기판 받침대(153)는 릴부(160)의 줄(162b)에 의해 당겨질 때 메인 바디(152)의 상부면에서 슬라이딩 방식으로 이동한다. 이는 탈착 특성 측정 시험이 진행되더라도 대상기판(S)에 부착된 테이프(TP)의 탈착 각도를 90°로 유지시키기 위해 필요하다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 도 7a와 같이 탈착 특성 측정 시험을 진행할 때 기판 받침대(153)가 고정되는 경우에는 대상기판(S)에 부착된 테이프(TP)의 탈착 각도를 90°로 유지하기 어렵지만, 도 7b와 같이 탈착 특성 측정 시험을 진행할 때 기판 받침대(153)가 이동되는 경우에는 대상기판(S)에 부착된 테이프(TP)의 탈착 각도를 90°로 유지할 수 있다. 도 7a는 기판 받침대가 고정된 경우 탈착 각도를 설명하는 도면이고, 도 7b는 기판 받침대가 이동하는 경우 탈착 각도를 설명하는 도면이다.
도 7b에서 테이프(TP)의 탈착 각도는 '승하강부(110)가 상부측으로 올라간 높이'와 '테이프(TP)가 탈착된 길이'를 서로 일치되기 때문에 90°를 유지할 수 있다. 즉, '승하강부(110)가 상부측으로 올라간 높이'와 '테이프(TP)가 탈착된 길이'는 도 7b에서 'P1'와 'P2'사이의 변위에 해당되는 X(cm)가 된다.
한편, 메인 바디(152)는 기판 받침대(153)를 기준으로 좌측에 도르래 지지부(156)가 장착되어 있고, 그 반대편 우측에 스프링 지지부(157)가 장착된다.
스프링 지지부(157)는 릴부(160)의 줄(162b)에 의해 당겨지는 힘에 대응하는 반대 방향으로 기판 받침대(153)를 회복시키려는 스프링(157a)이 설치된다. 여기서, 스프링(157a)은 기판 받침대(153)와 스프링 지지부(157) 사이에 연결된다. 스프링(157a)은 탈착 특성 측정 시험이 완료된 이후에, 승하강부(110)가 원래 위치로 복귀함에 따라 기판 받침대(153)도 원래 위치로 복귀시킨다.
이처럼, 스프링(157a)은 탈착 특성 측정 시험을 진행할 때 기판 받침대(153)를 고정시키는 기능을 담당하므로, 기판 받침대(153)의 흔들림 및 진동 등과 같이 데이터에 영형을 줄 수 있는 요인 발생을 방지하여 데이터 측정의 정밀성을 향상시켜줄 수 있다.
스프링(157a)의 탄성력은 릴부(160)의 줄(162b)과 같이 기판 받침대(153)에 수평 방향의 힘을 가하므로, 탈착 특성 측정부(120)의 측정 범위인 중력 방향에 대해 영향을 미치지 않는다. 즉, 탈착 특성 측정부(120)는 스프링(157a)에 의해 당겨지는 힘에 영향을 받지 않고, 순수하게 테이프(TP)의 부착력만 측정하게 된다.
도 8은 상기 도 1의 릴부에 대한 사시도이고, 도 9는 상기 도 8의 릴 회전부를 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 릴부(160)는 릴 지지대(161)와 릴 회전부(162)를 포함한다.
릴 지지대(161)는 소정의 길이를 가지는 막대형 구조로서, 일단에 승하강부(110)의 상부면이 연결되고, 타단에 기판 받침대(153)의 연결고리(155)에 연결되는 줄(162b)을 감거나 풀기 위한 릴 회전부(162)가 연결된다.
여기서, 릴 회전부(162)는 드럼부(162a), 줄(162b), 갈고리(162c), 드럼 지지부(162d), 드럼 회전 나사(162e), 드럼 고정 나사(162f)를 포함한다.
드럼부(162a)는 줄(162b)이 감겨져 있는 원통으로, 드럼 회전 나사(162e)에 의해 일체로 형성되어 드럼 회전 나사(162e)에 의해 감겨지거나 풀려진다. 여기서, 줄(162b)의 일단은 드럼부(162a)에 감겨 있고, 타단은 기판 받침대(153)의 연결고리(155)에 연결을 위한 갈고리(162c)가 연결되어 있다. 줄(162b)은 승하강부(110)의 시작 위치와 상관없이 드럼 회전 나사(162e)에 의해 원하는 길이 만큼 길이가 조절될 수 있다.
그리고, 드럼부(162a)는 릴 지지대(161)와 일체로 형성되어 있는 드럼 지지부(162d)에 의해 지탱된다. 즉, 드럼부(162a)는 일단(162a-1)이 드럼 지지부(162d)에 회전 가능한 상태로 삽입되어 있고, 타단(162a-2)이 드럼 회전 나사(162e)에 일체로 연결되어 있다. 즉, 드럼부(162a)는 일단(162a-1)과 타단(162a-2)이 회전 가능하다.
또한, 드럼부(162a)의 일단(162a-1)이 삽입되어 있는 드럼 지지부(162d)에는 드럼부(162a)를 고정시키기 위한 드럼 고정 나사(162f)가 구비된다. 즉, 드럼 고정 나사(162f)는 줄(162b)을 일정한 길이만큼 늘린 다음 드럼부(162a)에 감겨진 줄(162b)이 풀리지 않도록 고정한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 테이프 탈착 특성 측정 지표를 설명하는 도면이다.
도 10은 테이프 탈착 특성 측정 시험을 통해 탈착 특성 측정부(120)의 로드셀로부터 취득한 실시간 힘(N)을 나타낸 그래프이다.
KS 표준을 포함한 기준 측정 방식에서는 '20㎜ 간격으로 4점'을 제시하고 있으나, 측정 범위가 모호하고 테이프의 탈착 특성을 나타내는 대표값으로 간주하기는 어렵다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 대상기판과 테이프의 탈착 특성을 명확히 평가하기 위해, 테이프 전/후단의 15% 차감 방식(offset method)을 적용하고, 1㎐ 내외로 측정한 탈착힘에 대한 평균힘(N)을 대표값으로 정의한다.
여기서, 15% 차감 방식은 전체 힘이 아닌 안정구간을 기준으로 평균 탈착힘을 구하게 된다.
일반적으로, 테이프를 대상기판에 부착하는 경우에, 대상기판의 가장자리(모서리) 부분이 대상기판의 평면에서 더 많은 힘이 집중되기 때문에, 가장자리 부분의 테이프를 탈착할 때 더 많은 힘이 필요하게 된다. 이는 전체 힘을 기준으로 평균 탈착힘을 구할 때 오차가 발생할 수 있는 요인이 될 수 있다.
또한, 승하강부(110)는 등속 운동을 통해 힘의 안정성을 유지한다. 다만, 승하강부(110)는 시작 부분과 끝 부분에 필연적으로 가속도 운동을 하기 때문에 힘의 안정성이 유지되지 않을 수 있다.
따라서, 평균 탈착힘은 승하강부(110)가 등속 운동을 진행하여 힘이 안정화되는 구간(즉, 안정구간)에 대해서 측정하는 것이 바람직하다. 즉, 15% 차감 방식은 탈착 특성 측정 지표로서 평균 탈착힘을 산출할 때 데이터 편차를 줄일 수 있고, 일관성있는 결과를 얻을 수 있게 한다. 이에 대해서는 후술한 도 11을 통해 확인할 수 있을 것이다.
도 11은 차감 방식 적용에 따른 평균 부착력과 표준편차를 비교한 도면이다.
도 11을 참조하면, 차감 방식을 적용한 경우에는 표준편차가 약 40% 정도로 감소되는 것으로 확인되고, 평균 부착력이 1.98(N/cm)에서 2.21(N/cm)로 상향 조정되는 것으로 확인된다. 여기서는 3M社의 청테이프에 대해 90°탈착 시험을 진행한 결과를 나타낸다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 도 1의 결과 분석 단말기(170)는 탈착 특성 측정부(120)에 의해 측정된 결과데이터를 이용하여 테이프 탈착 특성 측정 지표를 산출한다.
구체적으로, 결과 분석 단말기(170)는 탈착 특성 측정부(120)에 의해 측정된 결과데이터에 대해, 탈착힘이 불안정한 구간을 충분히 제외하는 시작 부분과 끝 부분의 15%를 제외한 나머지 70% 부분의 안정 구간을 설정한 다음, 아래 수학식 1 및 2를 이용하여 평균 탈착힘과 부착력을 산출한다.
먼저, 평균 탈착힘(N)은 아래 수학식 1과 같이 정의하여 산출한다.
Figure pat00001
다음, 부착력(N/cm)은 아래 수학식 2와 같이 정의하여 산출한다.
Figure pat00002
또한, 결과 분석 단말기(170)는 산출된 평균 탈착힘(N)과 부착력(N/cm)을 이용하여 탈착 에너지(J)를 도출한다.
즉, 탈착 에너지(J)는 아래 수학식 3과 같이 정의하여 산출한다.
Figure pat00003
다음, 단위 탈착 에너지(J)는 아래 수학식 4와 같이 정의하여 산출한다.
Figure pat00004
여기서, n은 탈착힘 측정 횟수(회)이고, w는 테이프 너비(cm)이다. Cd는 단위 탈착길이 전환계수(%)로서, 단위길이(l')/유효길이(l)로 나타낼 수 있다.
이와 같이, 평균 탈착힘(N)은 테이프 전체를 대표하는 점착성을 파악하는 것이다. 이러한 평균 탈착힘을 바탕으로 단위 면적당 점착력이 작용하는 힘인 부착력 (N/cm)이 산출될 수 있고, 최종적으로 부착력을 적분하여 대상기판에서 테이프를 제거할 때 필요한 탈착 에너지가 계산될 수 있다. 이들 측정 지표들은 대상기판에 대한 테이프류의 탈착 특성을 비교 및 평가가 가능하게 한다.
도 12는 테이프 탈착 특성 모델링을 설명하는 도면이다.
도 12의 테이프 탈착 특성 모델은 대상기판과 테이프류의 부착력 간의 관계를 정량적으로 도출할 수 있게 한다. 이러한 테이프 탈착 특성 모델은 결과 분석 단말기(170)에 의해 도출될 수 있다.
테이프 탈착 특성 모델은 탈착 속도, 탈착 각도, 시험 온도, 기판 조도, 테이프의 점착력, 상대 습도 등의 요인에 영향을 받는다. 이는 아래 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00005
여기서, θp는 탈착 각도(peeling angle), St는 점착력(stickiness), Te는 시험 온도(operating temperature), Rs는 기판 조도(specimen roughness), Hr은 상대습도(real humidity)이다.
이러한 테이프 탈착 특성 모델은 테이프의 탈착 속도에 대한 부착력 형태의 식으로 정의되어 대상기판에 작용되는 테이프의 탈착 특성과 경향이 예측 가능하다.
여기서, 테이프의 탈착 속도(v)에 대한 부착력(σ)은 σ=avb 형태의 식으로 정의될 수 있는데, 이는 다양한 속도에 대한 부착력으로 추정 가능하게 한다.
즉, KS 규격에서는 매우 느린 탈착 속도(300㎜/min)에 대해서만 기준이 마련되어 있으나, 실제로는 매우 광범위한 탈착 속도(100∼1500㎜/min)에서 발생할 수 있다. 이처럼, 도 12의 테이프 탈착 특성 모델은 광범위한 탈착 속도의 범위까지 확장하여 평가할 수 있다.
테이프의 탈착 속도(v)에 대한 부착력(σ)은 실제 사람이 테이프를 탈착할 때의 속도에 대한 대상기판과 테이프 간의 부착력을 모델링한 것이다.
사람이 손으로 탈착 가능한 탈착 각도는 90°∼180°일 수 있다. 이에 따라, 부착력 시험은 탈착 각도가 90°∼180°의 범위에서 설정된다. 90°와 180° 탈착 시험은 대상기판과 테이프 간의 부착력 범위 추정이 가능하다.
이는 하기 수학식 6과 같이 95%의 신뢰도 구간을 설정하여 탈착 속도와 탈착 각도에 대한 테이프 전체의 부착특성을 대표하는 통계적 모델링을 제시할 수 있다.
Figure pat00006
여기서, 모집단의 분포는 정규분포 N(m,σ2)이고, n는 표본크기이며, bar X는 표본 평균이다.
도 13a는 180°탈착 시험 모형에서 작용점에서 힘의 분해를 설명하는 도면이고, 도 13b는 90°탈착 시험 모형에서 작용점에서 힘의 분해를 설명하는 도면이다.
도 13a 및 도 13b에서 (a)는 탈착 시험 모형을 나타내고, (b)는 작용점에서 힘의 분해를 나타낸다.
도 13a 및 도 13b에서 Ft는 테이프와 대상기판 사이에 작용하는 일정한 점착력이고, Fx는 작용점에서의 x축 방향으로 작용하는 힘이며, Fy는 작용점에서 y축 방향으로 작용하는 힘이고, Fm은 작용점에서의 알짜힘을 나타낸다.
탈착 특성 측정부(120)에서 로드셀의 작용점에서 작용하는 알짜힘(Fm)은, 벡터 분해를 통해 해석될 수 있다. 여기서, Fm은 x성분 Fx와 y성분 Fy로 분해되며, 각각 Fx=Fmcosθ, Fx=Fmsinθ로 정의될 수 있다.
먼저, 180° 탈착 시험에서는 x성분 Fx와 y성분 Fy로 분해되고, 각각 Fx=Fmcosθ, Fx=Fmsinθ로 정의될 때, Fx와 Fy 간의 각도(θ)는 약 45°이므로 Fx의 크기는 0이 될 수 없다. 즉, 이 경우에는
Figure pat00007
와 같다.
다음으로, 90° 탈착 시험에서는 x성분 Fx와 y성분 Fy로 분해되고, 각각 Fx=Fmcosθ, Fx=Fmsinθ로 정의될 때, Fx와 Fy 간의 각도(θ)는 90°이므로 Fx의 크기는 0이 된다. 즉, 이 경우에는
Figure pat00008
와 같다.
따라서, 180° 탈착 시험은 90° 탈착 시험 보다 작용점에서 Fm의 x성분인 Fx로 인해서 더 큰 힘이 필요하게 된다. 예를 들어, 저속에서 동일한 힘으로 90° 탈착 시험과 180° 탈착 시험을 하는 경우에, 180° 탈착 시험에서 Fm은 Fx 성분에 의해 90°에서 측정된 힘의 약
Figure pat00009
(즉, 1.414)배 만큼의 힘이 더 필요하게 된다.
도 14a는 본 발명의 실시예에 따른 탈착 특성 측정 시험 장치에 180° 전용 거치대가 설치된 경우를 나타낸 도면이고, 도 14b는 본 발명의 실시예에 따른 탈착 특성 측정 시험 장치에 90° 전용 거치대가 설치된 경우를 나타낸 도면이며, 도 15a는 상기 도 14a의 탈착 특성 측정 시험 장치에서 180°탈착 시험 측정데이터를 나타낸 도면이고, 도 15b는 상기 도 14b의 탈착 특성 측정 시험 장치에서 80°탈착 시험 측정데이터를 나타낸 도면이다.
탈착 특성 측정 시험 장치(100)는 아래와 같은 시험 조건으로 탈착 시험을 실시하였다.
[시험 조건]
대상기판 : 분체도장
탈착속도 : 300㎜/min
온도 : 23±2℃
습도 : 50±5%
테이프 : 3M 3015 청테이프(점착제 : polyisoprene, limonene, CaCo3 등)
부착방법 : 2㎏ 롤러
도 15a와 도 15b를 참조하면, 탈착 특성 측정 시험 장치(100)는 대상기판과 3M 테이프 간의 전체 힘에 대한 15% 차감 방식을 적용하여 탈착힘(N), 부착력(N/㎝), 탈착에너지(J)를 아래와 같이 계산한다.
먼저, 테이프의 평균 탈착힘(N)은 상기 수학식 1을 이용하여 계산된다. 여기서, 180° 탈착 시험에서 테이프의 평균 탈착힘(N)은 13.79N으로 계산되고, 90° 탈착 시험에서 테이프의 평균 탈착힘(N)은 11.90N으로 계산된다.
다음으로, 테이프의 부착력(N/㎝)은 상기 수학식 2를 이용하여 계산된다. 여기서, 180° 탈착 시험에서 테이프의 부착력(N/㎝)은 2.8729(N/㎝)으로 계산된다. 즉, 테이프의 너비가 4.8㎝일 때, 13.79N/4.8㎝=2.8729(N/㎝)이다. 그리고, 90° 탈착 시험에서 테이프의 부착력(N/㎝)은 2.4792(N/㎝)으로 계산된다. 즉, 테이프의 너비가 4.8㎝일 때, 11.90N/4.8㎝=2.4792(N/㎝)이다.
다음으로, 테이프의 탈착에너지(J)는 상기 수학식 3을 이용하여 계산된다. 여기서, 180° 탈착 시험에서 테이프의 탈착에너지(J)는 1.2479(J)로 계산된다. 즉,
Figure pat00010
이다. 그리고, 90° 탈착 시험에서 테이프의 탈착에너지(J)는 1.2970(J)로 계산된다. 즉,
Figure pat00011
다음으로, 테이프의 탈착길이 5㎝에서의 단위 탈착에너지(J)는 상기 수학식 4를 이용하여 계산된다. 여기서, 180° 탈착 시험에서 테이프의 단위 탈착에너지(J)는 0.7751(J)로 계산된다. 즉,
Figure pat00012
이다. 또한, 90° 탈착 시험에서 테이프의 단위 탈착에너지(J)는 0.5977(J)로 계산된다.
Figure pat00013
이다.
이와 같이, 탈착 특성 측정 시험 장치(100)는 테이프의 탈착 특성을 객관적이고 정략적인 수치로 측정이 가능하며, 테이프의 탈착 특성을 정밀하고 정확하게 평가할 수 있다.
도 16은 조도에 대한 부착 특성을 나타낸 도면이다.
탈착 특성 측정 시험 장치(100)는 아래와 같은 시험 조건으로 대상기판의 거칠고 매끄러운 정도를 나타내는 조도(roughness)에 대한 탈착 시험을 실시하였다.
[시험 조건]
대상기판 : 탄소강, 스테인리스 스틸
탈착속도 : 300㎜/min
온도 : 23±2℃
습도 : 50±5%
테이프 : 3M 3015 청테이프(점착제 : polyisoprene, limonene, CaCo3 등)
부착방법 : 2㎏ 롤러
조도 제어 : 대상기판 표면 폴리싱
사용 사포 거칠기 : 60, 100, 220, 400, 600, 1000, 1600, 2000
조도측정 : Mitutoyo SJ-310
표면형상 측정 : Carl Zeiss Axio Vert A1
도 16을 참조하면, 탈착 특성 측정 시험 장치(100)는 대상기판의 조도에 따른 탈착 성능을 평가하기 위해 탄소강과 스테인리스 스틸에 대한 테이프 부착력 성능시험을 진행하였다.
여기서는 대상기판의 거칠기 지표인 표면조도(Ra)가 커질수록 부착력이 낮아지는 경향성이 확인되었다. 즉, 부착력은 대상기편의 표면상태에 따라 확연한 차이가 나타난다. 대상기편별 조도에 대한 부착 특성은 아래와 같이 나타낼 수 있다.
[탄소강]
(부착력 y)＝－0.8861×(탈착 속도 x)＋2.7854(R2=0.9799)
[스테인리스 스틸]
(부착력 y)＝－1.0946×(탈착 속도 x)＋3.1613(R2=0.9291)
이러한 회기방법은 다양한 조도 변화에 대한 부착력을 추정할 수 있기 때문에, 실측이 어려운 조도 범위까지 부착 특성을 확대 해석할 수 있다.
도 17a는 스테인리스 스틸의 탈착 속도 및 각도에 대한 부착 특성을 나타낸 도면이고, 도 17b는 분체도장의 탈착 속도 및 각도에 대한 부착 특성을 나타낸 도면이다.
탈착 특성 측정 시험 장치(100)는 아래와 같은 시험 조건으로 탈착 속도와 탈착 각도에 대한 테이프의 부착력을 분석하여 평가하였다.
[시험 조건]
대상기판 : 스테인리스 스틸, 분체도장
탈착속도 : 100∼1500㎜/min
온도 : 23±2℃
습도 : 50±5%
테이프 : 3M 3015 청테이프(점착제 : polyisoprene, limonene, CaCo3 등)
부착방법 : 2㎏ 롤러
도 17a 및 도 17b를 참조하면, 탈착 특성 측정 시험 장치(100)는 대상기판과 테이프의 탈착 범위를 평가하기 위해 탈착 속도와 탈착 각도에 대한 부착 특성을 평가하였다.
여기서는 탈착 속도가 빠를수록, 탈착 각도가 클수록 부착력이 높아지는 경향성을 확인하였다. 대상기판별 탈착 속도와 탈착 각도에 대한 부착 특성은 아래와 같이 나타낼 수 있다.
[스테인리스 스틸, 180°]
(부착력 y)＝0.7175×(탈착속도 x)0.3348 (R2=0.9905)
[스테인리스 스틸, 90°]
(부착력 y)＝0.6908×(탈착속도 x)0.2721 (R2=0.9746)
[분장도장, 180°]
(부착력 y)＝0.5616×(탈착속도 x)0.2785 (R2=0.9972)
[분장도장, 90°]
(부착력 y)＝0.7912×(탈착속도 x)0.2061 (R2=0.9107)
이와 같이, 이러한 평가방법은 탈착 속도와 탈착 각도 변화에 대한 부착 특성을 추정하는 것으로, 실제 탈착 속도 및 탈착 각도와 유사한 범위내의 부착 특성을 파악하고, 기준점 및 참고 자료를 구성하여 성능 평가 및 기술개발 비교 평가에 활용할 수 있다.
도 18a는 상기 17b의 분체도장 부착 특성 모델링을 나타낸 도면이고, 도 18b는 상기 도 18a의 모평균에 대한 95% 신뢰도 구간을 설정하는 도면이다.
도 18a 및 도 18b는 대상기판과 테이프에 대한 탈착 특성 모델링을 나타낸다.
여기서는 테이프 부착력의 모평균을 구하는 것으로, 도 17b의 분체도장 부착 특성을 활용하여 다양한 속도 범위 중 규격 기준이 되는 300mm/min의 속도를 기준으로 분체도장에 대한 3M 3015 청테이프의 부착 특성을 측정한다.
즉, 여기서는 테이프 모델링과 실측 데이터를 근거로 하여, 도 17b와 도 18a의 측정값을 비교하여 모평균에 대한 95% 신뢰도 구간을 설정하는 것으로, 탈착 속도와 탈착 각도에 대한 테이프 전체의 부착 특성을 대표하는 부착력 범위를 제시할 수 있다.
탈착 특성 측정 시험 장치(100)는 아래와 같은 시험 조건으로 탈착 속도와 탈착 각도에 대한 테이프 표본의 부착력을 측정하였다.
[시험 조건]
대상기판 : 분체도장
탈착속도 : 300㎜/min
온도 : 23±2℃
습도 : 50±5%
테이프 : 3M 3015 청테이프(점착제 : polyisoprene, limonene, CaCo3 등)
부착방법 : 2㎏ 롤러
표본크기 : 20개(/탈착 속도)
180°와 90° 탈착 시험 각각은 300mm/min의 속도로 20개의 테이프 표본에 대한 탈착 시험을 통해 모평균과 표준편차를 구한다. 이 경우에는 상기 수학식 6과 같이 가장 보편적으로 사용하는 모평균에 대한 95% 신뢰도 구간을 적용하였다.
도 18a 및 도 18b를 참조하면, 여기서는 챔버를 설치하여 온도와 습도를 일정하게 유지하면서 테이프 표본 20개(/탈착 속도)로 모평균과 95% 신뢰도 구간을 적용한 결과를 나타낸다. 그리고, 여기서는 탈착속도 300mm/min에 해당하는 데이터를 기준으로, 각각의 변동폭[(A2/A1)×100, (B2/B1)×100]을 계산하였다.
아울러, 여기서는 탈착 속도에 대한 나머지 측정값에 같은 동비율(%)로 적용함으로서, 나머지 모평균 값을 반영한 95% 신뢰도 구간을 적용한 최종 부착 특성 모델링을 완성하였다. 그 구체적인 식은 아래와 같다.
[180° 탈착 시험]
(부착력)＝0.8580×(탈착 속도)0.2412 (R2=0.9798)
[90° 탈착 시험]
(부착력)＝0.6687×(탈착 속도)0.2243 (R2=0.9637)
도 18b의 모델링 결과에서 빗금친 영역은 90°∼180° 사이의 모든 탈착 각도와 탈착 속도에 대한 부착 특성을 모두 추정할 수 있다. 이는 특정 탈착 각도와 탈착 속도에 대한 부착 특성을 파악하는 것이 아니라, 실제 환경과 조건에 일치하는 값을 추정하여 실제 산업에 적용 및 응용이 가능하다.
일부 실시 예에 의한 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CDROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
비록 상기 설명이 다양한 실시예들에 적용되는 본 발명의 신규한 특징들에 초점을 맞추어 설명되었지만, 본 기술 분야에 숙달된 기술을 가진 사람은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 상기 설명된 장치 및 방법의 형태 및 세부 사항에서 다양한 삭제, 대체, 및 변경이 가능함을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 설명에서보다는 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된다. 특허청구범위의 균등 범위 안의 모든 변형은 본 발명의 범위에 포섭된다.
1 : 서브프레임 2 : 메인프레임
10 : 거치대 연결부 11 : 받침대
12 : 고정대 12a : 연결홈
13 : 고정핀 110 : 승하강부
120 : 탈착 특성 측정부 130 : 컨트롤러
131 : 터치형 디스플레이 140 : 180° 전용 거치대
141 : U자형 바디 141a : 제1 고정핀 관통홀
141b : 제1 고정대 삽입홀 142 : 기판 수직 고정부
143 : 기판 접촉부 150 : 90° 전용 거치대
151 : 서브프레임 연결부 152 : 메인바디
153 : 기판 받침대 153a : 기판 받침대 고정나사
154 : 기판 수평 고정부 154a : 기판 수평 고정부 고정나사
155 : 연결고리 156 : 도르래 지지부
156a : 도르래 157 : 스프링 지지부
157a : 스프링 160 : 릴부
161 : 릴 지지대 162 : 릴 회전부
162a : 드럼부 162b : 줄
162c : 갈고리 162d : 드럼 지지부
162e : 드럼 회전 나사 162f : 드럼 고정 나사
170 : 결과 분석 단말기 S : 대상기판
TP : 테이프

Claims (22)

  1. 지면에 지지되는 서브프레임;
    상기 서브프레임에 세워지는 메인프레임;
    상기 메인프레임을 따라 이동함에 따라 대상기판에 부착된 테이프에 탈착 성능 측정 시험에 필요한 힘을 인가하기 위한 승하강부;
    상기 승하강부에 장착되어 상기 대상기판에 부착된 상기 테이프의 탈착 성능 측정을 측정하기 위한 탈착 특성 측정부; 및
    상기 서브프레임에 착탈 가능하되, 상기 대상기판을 거치하여 상기 대상기판에 부착된 상기 테이프에 대한 탈착각도 180° 또는 90°의 탈착 특성을 선택적으로 측정 가능하게 하기 위한 탈착 시험 거치대;
    를 포함하는 탈착 특성 측정 시험 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브프레임은,
    상기 탈착 시험 거치대를 변경 및 장착하기 위한 거치대 연결부가 설치되고,
    상기 거치대 연결부는,
    상기 탈착 시험 거치대를 지지하는 받침대;
    상기 받침대 상에 형성되어 상기 탈착 시험 거치대와 연결을 위한 연결홈이 형성되어 있는 고정대; 및
    상기 고정대와 상기 탈착 시험 거치대 간의 연결상태를 상호 체결시키기 위한 고정핀;
    을 포함하는 탈착 특성 측정 시험 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탈착 특성 측정부는,
    상기 대상기판에 부착된 상기 테이프에 대한 탈착힘을 측정하기 위한 로드셀(loadcell)과, 상기 대상기판의 이동에 해당되는 탈착 변위를 측정하는 변위계를 포함하는 것인 탈착 특성 측정 시험 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 탈착 시험 거치대는, 180° 전용 거치대인 경우에,
    상기 서브프레임이 아래쪽 부분에 착탈 가능하게 체결되고, 상기 대상기판이 좌우측 부분 사이에 수직으로 세워져 거치되는 U자형 바디;
    상기 대상기판을 상기 U자형 바디의 좌우측 부분 각각에 고정 또는 고정 해제시키기 위한 기판 수직 고정부; 및
    상기 기판 수직 고정부에서 상기 대상기판에 접촉하는 끝단에 상기 대상기판에 대한 접촉면적을 형성하기 위한 기판 접촉부;
    를 포함하는 탈착 특성 측정 시험 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 탈착 시험 거치대는, 90° 전용 거치대인 경우에,
    상기 서브프레임에 착탈 가능하게 체결되는 서브프레임 연결부;
    상기 서브프레임 연결부가 하부면에 연결 고정되는 메인 바디;
    상기 메인바디의 상부면에 슬라이딩으로 좌우 방향으로 이동 가능하게 설치되고, 상기 테이프가 부착된 상기 대상기판을 지면에 대해 수평 방향으로 배치시키는 기판 받침대;를 포함하고,
    상기 기판 받침대는,
    상기 승하강부가 상부측으로 이동함에 따라 상기 승하강부에 연결된 줄을 통해 당겨지는 힘에 의해 이동하는 것인 탈착 특성 측정 시험 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 대상기판의 측부 양쪽을 고정시키기 위한 기판 수평 고정부; 및
    상기 기판 수평 고정부를 상기 기판 받침대에 체결시키기 위한 기판 수평 고정부 고정나사;
    를 더 포함하는 탈착 특성 측정 시험 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 승하강부에 일체로 장착되어 상기 줄의 풀림과 감김을 조정하기 위한 릴부;를 더 포함하는 탈착 특성 측정 시험 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 릴부와 상기 기판 받침대는,
    상기 줄을 통해 서로 연결할 때 갈고리와 연결고리를 이용하는 것인 탈착 특성 측정 시험 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 메인 바디는,
    상기 줄의 이동 경로를 형성하기 위해 도르래를 이용하는 도르래 지지부가 장착되는 것인 탈착 특성 측정 시험 장치.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 메인 바디는,
    상기 승하강부가 상부측으로 이동함에 따라 상기 승하강부에 연결된 줄을 통해 당겨지는 힘에 대응하는 반대 방향으로 상기 기판 받침대를 회복시키려는 스프링이 설치되는 스프링 지지부가 장착되는 것인 탈착 특성 측정 시험 장치.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 승하강부가 상부측으로 올라간 높이는,
    상기 대상기판에 부착된 상기 테이프가 탈착된 길이와 서로 일치하는 것인 탈착 특성 측정 시험 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 탈착 특성 측정부에 의해 측정된 결과데이터를 이용하여 탈착 특성 측정 지표를 산출하기 위한 결과 분석 단말기;
    를 더 포함하는 탈착 특성 측정 시험 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 탈착 특성 측정 지표는,
    평균 탈착힘(N), 부착력(N/cm), 탈착 에너지(J), 단위 탈착 에너지(J/cm), 통계적 모델링 중 어느 하나인 탈착 특성 측정 시험 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 결과 분석 단말기는,
    상기 측정된 결과데이터에서 상기 테이프의 전/후단을 일정 범위 차감하여 상기 탈착 성능 측정 지표를 산출하는 것인 탈착 특성 측정 시험 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 결과 분석 단말기는,
    상기 테이프의 탈착 속도에 대한 부착력을 나타낸 관계식으로 테이프 탈착 특성 모델을 나타내는 것인 탈착 특성 측정 시험 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 대상기판은,
    분체 도장(powder coating), 탄소강(carborn steel), 스테인리스 스틸(stainless steel) 중 어느 하나인 탈착 특성 측정 시험 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 승하강부의 이동을 제어하기 위한 컨트롤러;
    를 더 포함하는 탈착 특성 측정 시험 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 대상기판에 부착된 상기 테이프에 대한 탈착 특성 측정 시험을 진행하기 위해 입/출력 기능이 동시에 구현 가능한 터치형 디스플레이를 구비하는 것인 탈착 특성 측정 시험 장치.
  19. 대상기판에 부착된 테이프에 탈착 성능 측정에 필요한 힘을 인가하는 단계;
    상기 대상기판에 부착된 상기 테이프의 탈착 성능을 측정하는 단계;
    상기 측정된 결과데이터를 이용하여 탈착 성능 측정 지표를 산출하는 단계;를 포함하되,
    상기 측정된 결과데이터에서 상기 테이프의 전/후단을 일정 범위 차감하여 상기 탈착 성능 측정 지표를 산출하는 것인 탈착 특성 측정 시험 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 측정 단계는,
    상기 대상기판에 부착된 상기 테이프에 대한 탈착각도 180° 또는 90°의 탈착 특성을 측정하는 것인 탈착 특성 측정 시험 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 탈착 특성 측정 지표는,
    평균 탈착힘(N), 부착력(N/cm), 탈착 에너지(J), 단위 탈착 에너지(J/cm), 통계적 모델링 중 어느 하나인 탈착 특성 측정 시험 방법.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 산출 단계는,
    상기 테이프의 탈착 속도에 대한 부착력을 나타낸 관계식으로 테이프 탈착 특성 모델을 나타내는 것인 탈착 특성 측정 시험 방법.
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