KR102421428B1 - Smart bumper stopper - Google Patents

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강인필
최백규
김성용
오광원
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부경대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 스마트 범퍼 스토퍼 및 이를 제조하는 방법이 개시된다. 상기 스마트 범퍼 스토퍼는, 범퍼 스토퍼 몸체; 상기 범퍼 스토퍼 몸체의 측면에 부착된 탄소 스트립; 상기 탄소 스트립의 양단에 전극부; 및 상기 전극부와 연결된 저항 측정 수단;을 포함하고, 상기 탄소 스트립은 접착 수지 내 탄소 입자가 분산되어 있다.The present invention discloses a smart bumper stopper and a method for manufacturing the same. The smart bumper stopper may include a bumper stopper body; a carbon strip attached to the side of the bumper stopper body; electrode parts at both ends of the carbon strip; and a resistance measuring means connected to the electrode part, wherein carbon particles are dispersed in the carbon strip in an adhesive resin.

Description

스마트 범퍼 스토퍼 {Smart bumper stopper}Smart bumper stopper {Smart bumper stopper}

본 발명은 스마트 범퍼 스토퍼에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 범퍼 스토퍼 몸체의 측면에 2개 이상의 U자 형상을 갖는 탄소 나노 소재 센서가 부착되어, 범퍼 스토퍼에 가해지는 하중 및 변위를 직접 정확하게 측정 가능한 스마트 범퍼 스토퍼에 관한 것이다.The present invention relates to a smart bumper stopper, and more particularly, a carbon nano material sensor having two or more U-shapes is attached to the side of the bumper stopper body to directly accurately measure the load and displacement applied to the bumper stopper. It is about a smart bumper stopper.

범퍼 스토퍼는 차량 서스펜션 시스템에 장착되며 거친 노면에서 차량이 받는 과도한 충격을 완화시켜주는 보조스프링의 역할을 한다. 일차적으로 범퍼 스토퍼는 충격을 받을 때 쇽업-쇼버 압축 시의 가동 변위를 제한하여 맞닿는 금속부 간의 접촉을 방지하며 이차적으로 범퍼 스토퍼에 작용하는 압축 하중에 대한 변위특성에 기반하여 운전자가 느끼는 승차감을 향상시켜주는 핵심요소 부품이다. 다른 명칭으로는, 자운스 범퍼, 범퍼 러버 등이 있다. 범퍼 스토퍼는 충격 흡수에 용이하며 경량의 폴리우레탄 재질 다공성 고무 부품으로 요철 형태의 점진적 스프링(progressive spring)의 구조를 갖는다. 이러한 범퍼 스토퍼의 구조 형태는 부드러운 점진적 압축 거동으로 승차감을 향상시키며 또한 급격한 조향에서 차량 전·후륜의 차체 자세안전성에 영향을 미친다. 이처럼, 범퍼 스토퍼는 하중 전달이 끊임없이 작용하는 자동차 부품 중 하나로, 범퍼 스토퍼의 건전성 감시와 함께 작용하는 하중 변위 정보를 정확하게 측정하는 것이 중요하다. 그러나, 초탄성 재료 기반의 범퍼 스토퍼는 소재의 대변형과 비선형성에 의해 종래의 상용 하중 및 변위 센서로는 연속적인 거동 계측이 용이하지 않으며 정확한 하중-변위 정보 획득하는 것이 어렵고 그 비용이 상당하다. The bumper stopper is mounted on the vehicle's suspension system and acts as an auxiliary spring that relieves the vehicle's excessive impact on rough road surfaces. First, the bumper stopper prevents contact between the metal parts in contact by limiting the movable displacement during shock-to-shock compression when subjected to an impact, and secondarily improves the riding comfort felt by the driver based on the displacement characteristics for the compressive load acting on the bumper stopper. It is a key component that makes Other names include jounce bumpers, bumper rubbers, and the like. The bumper stopper is a lightweight polyurethane porous rubber part that absorbs shock easily and has a structure of a progressive spring in the form of concavities and convexities. The structural form of this bumper stopper improves riding comfort through smooth gradual compression behavior, and also affects the body posture safety of the front and rear wheels of the vehicle in abrupt steering. As such, the bumper stopper is one of the automobile parts that continuously transmits the load, and it is important to accurately measure the load displacement information acting together with the health monitoring of the bumper stopper. However, due to the large deformation and non-linearity of the superelastic material-based bumper stopper, continuous motion measurement is not easy with conventional commercial load and displacement sensors, and it is difficult to obtain accurate load-displacement information and its cost is considerable.

범퍼 스토퍼에 가해지는 하중 및 변위 특성을 검증하는 종래의 평가 방법은 시행 착오법으로 시뮬레이션 해석에 기반을 두고 있으므로, 직접 측정에 의한 정량적인 평가가 아닌 외부 수단을 활용하는 간접 측정법이다. 그러나, 이러한 시뮬레이션 기법은 실제 차량 환경에서는 상당한 오차를 보이며, 이를 입증할 수 있는 정량적인 계측 수단 역시 부재하다. 하지만, 범퍼 스토퍼는 차량의 진동과 소음에 관련한 NVH성능에 가장 큰 영향을 미치는 부품 중 하나이기 때문에 범퍼 스토퍼의 하중 및 변위를 보다 정확하게 측정할 수 있는 새로운 기술의 필요성이 존재한다.The conventional evaluation method for verifying the load and displacement characteristics applied to the bumper stopper is based on simulation analysis by trial and error, so it is an indirect measurement method that utilizes an external means rather than a quantitative evaluation by direct measurement. However, this simulation technique shows a significant error in an actual vehicle environment, and there is also no quantitative measurement means to prove it. However, since the bumper stopper is one of the parts that has the greatest influence on the NVH performance related to vibration and noise of a vehicle, there is a need for a new technology that can more accurately measure the load and displacement of the bumper stopper.

본 발명의 일 목적은, 종래의 범퍼 스토퍼의 하중 및 변위를 직접적으로 정확하게 측정할 수 있는 측정 수단을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a measuring means capable of directly and accurately measuring the load and displacement of a conventional bumper stopper.

일 측면으로서, 본 발명은, 범퍼 스토퍼 몸체; 상기 범퍼 스토퍼 몸체의 측면에 부착된 탄소 스트립; 상기 탄소 스트립의 양단에 전극부; 및 상기 전극부와 연결된 저항 측정 수단;을 포함하고, 상기 탄소 스트립은 접착 수지 내 탄소 입자가 분산되어 있고, 하중과 변위 측정이 가능한 스마트 범퍼 스토퍼를 제공한다.In one aspect, the present invention, a bumper stopper body; a carbon strip attached to the side of the bumper stopper body; electrode parts at both ends of the carbon strip; and a resistance measuring means connected to the electrode part, wherein the carbon strip has carbon particles dispersed in the adhesive resin, and provides a smart bumper stopper capable of measuring load and displacement.

상기 범퍼 스토퍼 몸체의 측면은, 상하로 하중을 받는 범퍼 스토퍼의 하중 방향에 수직한 상면 밑 하면을 이어주는, 상기 상면 밑 하면과 수직한 방향의 원통형 면이다. 상기 측면은 범퍼 스토퍼에 가해지는 하중의 원활한 완충을 위해 요철 형태를 갖는 점진적 스프링 구조를 포함할 수 있다. The side surface of the bumper stopper body is a cylindrical surface in a direction perpendicular to the upper surface and the lower surface, connecting the upper surface and the lower surface perpendicular to the load direction of the bumper stopper receiving a load up and down. The side surface may include a gradual spring structure having a concave-convex shape for smooth buffering of a load applied to the bumper stopper.

본 발명의 탄소 스트립은 상기 범퍼 스토퍼의 측면에 부착되며, 측면 중에서도 요철이 없는 평탄한 구간에 설치될 수 있다. 상기 탄소 스트립은 상기 범퍼 스토퍼에 가해지는 하중 및 변위를 측정하기 위해, 상기 범퍼 스토퍼의 몸체 측면에 직접 위치하며, 상기 범퍼 스토퍼의 압축 거동에 따라 저항값이 변하는 전왜성의 특징을 갖는 탄소 입자를 소재로써 이용할 수 있다. 전왜성이란, 외력이 가해지면 전기적인 특성이 변화하는 성질이며, 이와 같은 전왜성 성질을 갖는 소재를 활용하여, 하중을 측정하는 센서로 사용할 수 있다. The carbon strip of the present invention is attached to the side of the bumper stopper, and may be installed in a flat section without irregularities among the side surfaces. The carbon strip is located directly on the side of the body of the bumper stopper in order to measure the load and displacement applied to the bumper stopper, and carbon particles having an electrostrictive characteristic in which the resistance value changes according to the compression behavior of the bumper stopper. It can be used as a material. Electrostrictive property is a property of changing electrical properties when an external force is applied, and a material having such an electrostrictive property can be used as a sensor for measuring a load.

또한, 상기 탄소 스트립은 범퍼 스토퍼 몸체보다 높은 경도의 접착 수지 소재를 추가로 포함하고, 이에 따라 기존 형태로의 빠른 회복이 가능하여 대변형의 측정에 신속한 응답성을 보여주어 센서로써 적합한 특징을 나타낸다. In addition, the carbon strip additionally contains an adhesive resin material having a higher hardness than the bumper stopper body, and thus it is possible to quickly recover to the existing shape, and it shows a quick response to the measurement of large deformation, showing suitable characteristics as a sensor. .

일 구현예로서, 본 발명은, 상기 탄소 입자는 터널링 저항과 접촉 저항이 상기 수지 내부에 포화 상태로 존재하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the present invention, the carbon particles are characterized in that tunneling resistance and contact resistance exist in a saturated state inside the resin.

탄소 입자를 포함하는 전왜성 센서의 기본 저항(R 0)은 탄소 입자 자체의 저항(R filer), 탄소 입자 상호 간의 터널링 거리 안에서 발생하는 전기적 호핑에 의한 터널링 저항(R tunnel), 및 탄소 입자 상호 간의 접촉에 의한 접촉 저항(R contact)의 세 개 요소에 의해 결정될 수 있으며, 구체적인 관계는 아래의 수식 (1)과 같이 나타내어진다.The basic resistance ( R 0 ) of the electro-dwarf sensor including carbon particles is the resistance of the carbon particles themselves ( R filer ), the tunneling resistance caused by electrical hopping within the tunneling distance between the carbon particles ( R tunnel ), and the carbon particles It can be determined by three factors of the contact resistance ( R contact ) due to the contact between them, and the specific relationship is expressed as Equation (1) below.

R 0 = R filer + R tunnel + R contact 수식(1) R 0 = R filer + R tunnel + R contact formula (1)

이러한 기본 저항은, 탄소 소재로 이루어진 센서에 가해지는 외력에 의해 센서 내 탄소 입자 간의 상호 물리적인 접촉 및 변위에 따라 변화할 수 있다. 상기 탄소 소재로 이루어진 센서에 인장력이 가해졌을 때, 탄소 입자 사이의 거리가 멀어져 터널링 저항 및 접촉 저항에 의한 전도성 통로가 상대적으로 감소하기 때문에 전기전도도가 낮아져 저항이 커지게 된다. 반대로 압축이 가해졌을 때, 탄소 입자 사이의 거리가 가까워져 전도성 통로가 증가하기 때문에 전기전도도가 높아져 저항이 낮아지게 된다.This basic resistance may change according to mutual physical contact and displacement between carbon particles in the sensor due to an external force applied to the sensor made of a carbon material. When a tensile force is applied to the sensor made of the carbon material, the distance between the carbon particles increases, so that the conductive passage due to the tunneling resistance and the contact resistance is relatively decreased. Conversely, when compression is applied, the distance between the carbon particles becomes closer and the conductive passage increases, so that the electrical conductivity increases and the resistance decreases.

일 구현예로서, 본 발명은, 상기 탄소 입자는 탄소 나노 튜브인 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 상기 탄소 나노 튜브는 다중벽 탄소 나노 튜브이다.In one embodiment, the present invention is characterized in that the carbon particles are carbon nanotubes. Preferably, the carbon nanotubes are multi-walled carbon nanotubes.

상기 다중벽 탄소 나노 튜브는, 원기둥 모양의 나노구조를 갖는 탄소의 동소체이며, 열 전도성 및 전기 전도성이 뛰어나고 변형에 대한 내구성 및 물질의 강도 역시 우수한 소재이기 때문에, 다양한 복합구조 물질의 첨가제로 사용된다. 특히, 본 발명에서 사용되는 탄소 나노 튜브는 높은 직경비를 가지는 것이 유리하다. The multi-walled carbon nanotube is an allotrope of carbon having a cylindrical nanostructure, and is used as an additive for various composite structure materials because it is a material having excellent thermal and electrical conductivity, and excellent resistance to deformation and material strength. . In particular, it is advantageous that the carbon nanotubes used in the present invention have a high diameter ratio.

일 구현예로서, 본 발명은, 상기 탄소 스트립은 0.2wt% 내지 0.4wt%의 탄소 입자를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the present invention, the carbon strip is characterized in that it contains 0.2wt% to 0.4wt% of carbon particles.

분산된 탄소 입자를 포함하는 상기 탄소 스트립에서 가장 중요한 것은, 접착 수지 내 포함되어 있는 탄소 입자의 양이다. The most important thing in the carbon strip including dispersed carbon particles is the amount of carbon particles contained in the adhesive resin.

상기 탄소 입자의 양이 너무 적을 경우, 센서의 기본 저항을 이루는 요소가 R filer 와 R contact의 항 보다는 터널링에 의한 R tunnel 항의 비율이 높기 때문에 전도성 통로의 수가 상대적으로 감소하게 된다. 이렇게 전도성 통로의 수가 줄어든 탄소 스트립, 즉 전왜성 센서는, 상기 센서의 형태의 변형에 R tunnel 항의 비율의 증가에 따라 민감도가 매우 높아지지만, 전기전도도가 매우 낮아져서 신호의 안정성이 떨어지게 되며, 변형에 대한 센서의 선형성이 낮다. 또한, 제작 공정에서 균일한 센서의 성능을 얻기 어려움에 따라 신뢰성이 낮다. When the amount of the carbon particles is too small, the number of conductive passages is relatively reduced because the ratio of the R tunnel term due to tunneling is higher than that of R filer and R contact in the element constituting the basic resistance of the sensor. In the carbon strip with the reduced number of conductive passages, that is, the electro-dwarf sensor, the sensitivity is very high as the ratio of the R tunnel term to the deformation of the sensor shape is increased, but the electrical conductivity is very low, so the stability of the signal is deteriorated, The linearity of the sensor is low. In addition, reliability is low due to difficulty in obtaining uniform sensor performance in the manufacturing process.

반면, 상기 탄소 입자의 양이 너무 많을 경우, 센서의 기본 저항을 이루는 요소에 R contact 및 R tunnel이 혼재하여 전도성 통로의 수가 상대적으로 많아 지게 된다. 따라서, 탄소 입자 간 접촉은 충분히 발생하나 기본 상태에서의 탄소 입자 간 접촉이 너무 많기 때문에 변형에 대하여 탄소 입자 간 접촉이 과도하게 생성된다. 이렇게 전도성 통로의 수가 과도하게 생성된 탄소 스트립, 즉, 전왜성 센서는, 상기 센서의 형태 변형에 대하여 R tunnel 항의 비율이 낮고 과도하게 높아진 전기전도도에 의해 변형에 의한 민감도가 낮아지지만 선형성이 높다. 또한 제작 공정에서 균일한 센서의 성능을 얻기에 유리하여 신뢰성이 높다. 따라서 적절한 탄소 입자의 양을 제작·설계 공정에서 선정하는 것이 중요하다.On the other hand, when the amount of the carbon particles is too large, R contact and R tunnel are mixed in the element constituting the basic resistance of the sensor, so that the number of conductive passages is relatively increased. Therefore, although contact between carbon particles is sufficiently generated, contact between carbon particles is excessively generated with respect to deformation because there are too many contacts between carbon particles in the basic state. The carbon strip in which the number of conductive passages is excessively generated, that is, the electrostrictive sensor, has a low ratio of the R tunnel term to the shape deformation of the sensor, and the sensitivity due to deformation is low due to excessively high electrical conductivity, but has high linearity. In addition, since it is advantageous to obtain uniform sensor performance in the manufacturing process, reliability is high. Therefore, it is important to select an appropriate amount of carbon particles in the manufacturing and design process.

또한, 분산된 탄소 입자를 포함하는 상기 탄소 스트립에서 그 다음으로 중요한 것은, 접착 수지 내 포함되어 있는 탄소 입자의 균일한 분산이다.In addition, the next important thing in the carbon strip including dispersed carbon particles is the uniform dispersion of carbon particles contained in the adhesive resin.

상기 탄소 스트립의 접착 수지 내 탄소 입자가 3차원적으로 균일하게 분산되어 있을 경우, 상기 탄소 스트립에 가해지는 하중 및 변형을 비교적 오차가 적게 계측할 수 있다. 반면, 상기 탄소 스트립의 접착 수지 내 탄소 입자가 3차원적으로 불균일하게 분산되어 있을 경우, 하중 및 변형이 가해지더라도, 전기전도도를 결정짓는 탄소 입자가 편재되어 있으면, 상기 탄소 스트립에 가해지는 하중 및 변형을 정확히 측정할 수 없게 된다.When the carbon particles in the adhesive resin of the carbon strip are uniformly dispersed in three dimensions, the load and deformation applied to the carbon strip may be measured with relatively little error. On the other hand, when the carbon particles in the adhesive resin of the carbon strip are non-uniformly dispersed in three dimensions, even if a load and a deformation are applied, if the carbon particles that determine electrical conductivity are ubiquitous, the load applied to the carbon strip and The strain cannot be accurately measured.

이는 탄소 입자를 전왜성 센서 내에 포함시켜 사용할 때 가장 중요한 특성이 되며, 따라서, 상기 탄소 입자의 접착 수지 내 분산이 고르게 될 필요성이 있다.This is the most important characteristic when the carbon particles are included in the electrostrictive sensor and thus, there is a need for uniform dispersion of the carbon particles in the adhesive resin.

센서의 전기전도도와 관련하여 탄소 입자의 포화도를 나타내는 Percolation threshold는 전기전도도의 역치 구간으로, 접착 수지 내 탄소 입자의 양에 따라 탄소 스트립의 전도성이 급격하게 변화하는 구간, 즉, 터널링 저항과 접촉 저항이 탄소 스트립의 내부에 포화 상태로 존재하여 전도성 통로가 최적으로 배열이 되는 구간을 의미한다. 본 발명에서는, 탄소 입자가 접착 수지 내 0.2wt%-수지 내지 0.4wt%-수지의 양으로 포함되는 구간에 해당하며, 상기 역치 구간은 0.2wt%-수지 미만일 때와 비교하여 탄소 스트립의 전도성이 급격하게 증가하고 0.2wt% 내지 0.4wt%으로는 탄소 스트립의 전도성의 뚜렷한 증가가 관찰되지 않는다. 따라서, 본 발명의 탄소 스트립에 적합한 탄소 입자의 양은 0.2wt%-수지 내지 0.4wt%-수지의 양이 바람직하다.The percolation threshold, which indicates the degree of saturation of carbon particles in relation to the electrical conductivity of the sensor, is a threshold section of electrical conductivity, in which the conductivity of the carbon strip changes rapidly depending on the amount of carbon particles in the adhesive resin, that is, tunneling resistance and contact resistance. It means a section in which the conductive passages are optimally arranged because it exists in a saturated state inside the carbon strip. In the present invention, the carbon particles correspond to a section in which the carbon particles are contained in an amount of 0.2 wt%-resin to 0.4wt%-resin in the adhesive resin, and the threshold section is less than 0.2 wt%-resin. The conductivity of the carbon strip is There is a sharp increase and no appreciable increase in the conductivity of the carbon strip is observed from 0.2 wt% to 0.4 wt%. Accordingly, the amount of carbon particles suitable for the carbon strip of the present invention is preferably 0.2 wt%-resin to 0.4 wt%-resin.

일 구현예로서, 본 발명은, 상기 탄소 스트립은, 만곡된 U자 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the present invention, the carbon strip, characterized in that having a curved U-shape.

일 구현예로서, 본 발명은, 상기 탄소 스트립의 U자 형상은, U자 형태가 스마트 범퍼 스토퍼에 가해지는 하중과 수직하도록 가로로 눕혀져 있는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the present invention, the U-shape of the carbon strip is characterized in that the U-shape is laid horizontally so as to be perpendicular to the load applied to the smart bumper stopper.

일 구현예로서, 본 발명은, 상기 탄소 스트립의 U자 형상은 2개 이상 포함되고, 상기 U자 형상들은 각각 서로 다른 방향으로 만곡된 것을 특징으로 한다.As an embodiment, the present invention is characterized in that two or more U-shapes of the carbon strip are included, and the U-shapes are respectively curved in different directions.

상기 탄소 스트립은 범퍼 스토퍼의 초탄성 비선형 거동을 측정하기 위하여 2개 이상의 U자 형상을 갖는 S자형 곡선 형태이기 때문에, 상기 범퍼 스토퍼에 압축 거동이 가해질 때 내부에 혼합된 탄소 소재의 터널링 거리가 멀어짐에 따라 저항이 증가하게 된다. 구체적으로, 상기 탄소 스트립은 압축 하중으로 일정 하중 이상에서 초탄성 재료의 버클링 현상에 의한 굽힘을 받는 2개 이상의 U 자 형상을 갖는 S자형 곡선 형태로, 범퍼 스토퍼의 거동을 정확히 묘사하기 위해 이와 같이 곡선부가 존재하는 형상으로 제작되었다. 이러한 형상에서, 상기 탄소 스트립의 U자 형상은 상기 범퍼 스토퍼 몸체의 압축 대변형을 U자 형상의 평면 굽힘으로 수용하여 상기 범퍼 스토퍼에 주어지는 하중에 선형적이다. 이는, 탄소 스트립이 받는 압축 하중을 인장으로 변환하여 스마트 범퍼 스토퍼의 출력이 인장 방향으로 선형성을 가지도록 설계되었고, 버클링에 의한 굽힘 발생 시에 더욱 가파른 기울기를 가지는 곡선으로 탄소 스트립의 변형에 적합하게 신호를 출력하게 된다.Since the carbon strip is in the form of an S-shaped curve having two or more U-shapes to measure the superelastic nonlinear behavior of the bumper stopper, the tunneling distance of the carbon material mixed inside is increased when the compression behavior is applied to the bumper stopper As a result, the resistance increases. Specifically, the carbon strip is in the form of an S-shaped curve having two or more U-shapes that are bent by the buckling phenomenon of the superelastic material under a certain load or more as a compressive load, and in order to accurately describe the behavior of the bumper stopper, It was manufactured in a shape in which curved parts exist. In this shape, the U-shape of the carbon strip is linear to the load applied to the bumper stopper by accommodating the large compressive deformation of the bumper stopper body into U-shaped plane bending. This is designed to convert the compressive load received by the carbon strip into tension so that the output of the smart bumper stopper has linearity in the tensile direction. to output a signal.

상기 탄소 스트립은 직선부와 U자 형상으로 구분되어, 상기 탄소 스트립의 끝단, 즉, 직선부에 연결되는 전극의 결선 방향이 상기 탄소 스트립의 압축 거동과 수직이 되어 상기 전극이 거동에 주는 영향이 적고, 마찬가지로, 상기 압축 거동에 의해 상기 전극이 영향을 덜 받을 수 있어 전극의 안전성이 향상된다.The carbon strip is divided into a straight part and a U-shape, and the connection direction of the electrode connected to the end of the carbon strip, that is, the straight part, is perpendicular to the compression behavior of the carbon strip, so that the effect of the electrode on the behavior is less, and likewise, the electrode can be less affected by the compressive behavior, thereby improving the safety of the electrode.

본 발명의 스마트 범퍼 스토퍼는, 일정 이상의 압축 하중에서 범퍼 스토퍼 몸체를 이루는 초탄성 재료의 버클링 현상에 의해 굽힘을 받는, 2개의 기울기(압축 및 굽힘)를 가지는 부품이다. 상기 센서가 범퍼 스토퍼의 거동에 의해 압축 하중을 받을 때, 상기 센서 내 탄소 나노 튜브 역시 상호 물리적 접촉 및 변위가 증가하게 되어, 상기 센서의 저항 변화를 유발하는 것으로 상기 범퍼 스토퍼의 거동을 정확하게 파악할 수 있다.The smart bumper stopper of the present invention is a component having two inclinations (compression and bending) that is bent by the buckling phenomenon of the superelastic material constituting the bumper stopper body under a compression load of a certain level or more. When the sensor receives a compressive load by the behavior of the bumper stopper, the carbon nanotubes in the sensor also increase in mutual physical contact and displacement, causing a change in the resistance of the sensor, so that the behavior of the bumper stopper can be accurately identified have.

상기 탄소 스트립의 형상에 포함되는 U자 형상의 수에 따라 본 발명의 탄소 스트립의 측정 성능이 향상되며, 상기 탄소 스트립은 최소 2개 이상의 U자 형상을 포함하여야 한다. 상기 U자 형상의 수에 따라 상기 탄소 스트립의 내구 성능도 향상되며, 상기 U자 형상의 곡률 반경의 크기 역시 탄소 스트립의 감도에 영향을 미친다. 또한, 상기 탄소 스트립은, 상기 범퍼 스토퍼의 점진적 압축 거동에 따라, 1차 저강도 구간, 2차 경화 구간, 및 3차 고강도 구간으로 나누어 구간별 하중의 측정이 가능하다. 한편, 상기 U자 형상의 면적에 따라 탄소 스트립의 감도가 달라질 수 있는데 U자 형상의 수에 따른 반복 특성은 상기 U자 형상의 면적으로 평가가 가능하다. 상기 U자 형상이 하나만 존재하는 경우 하중에 대한 민감성은 좋으나 반복 오차가 불량하고, 최소 2 개 이상의 U자 형상을 갖는 경우부터 반복 오차가 향상되어 낮은 면적의 우수한 히스테리시스 특성을 갖기 때문에, 하중을 측정하기 위한 센서로써 사용 가능한 성능을 나타낸다. The measurement performance of the carbon strip of the present invention is improved according to the number of U-shapes included in the shape of the carbon strip, and the carbon strip should include at least two U-shapes. The durability performance of the carbon strip is also improved according to the number of the U-shape, and the size of the radius of curvature of the U-shape also affects the sensitivity of the carbon strip. In addition, the carbon strip is divided into a first low-strength section, a second hardening section, and a third high-strength section according to the gradual compression behavior of the bumper stopper, so that the load can be measured for each section. On the other hand, the sensitivity of the carbon strip may vary according to the area of the U-shape, and the repeatability according to the number of U-shapes can be evaluated by the area of the U-shape. When there is only one U-shape, the sensitivity to the load is good, but the repetition error is poor, and the repetition error is improved from the case of having at least two or more U-shaped shapes. It shows the performance that can be used as a sensor for

이러한 탄소 스트립의 양쪽 끝단에는 위와 같이 저항값의 변화를 측정하기 위한 전극부가 도포되어있다.Electrodes for measuring the change in resistance are coated on both ends of the carbon strip as above.

일 구현예로서, 본 발명은, 상기 센서는, 탄소 스트립 및 상기 전극부 상단에 도포되는 보호층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the present invention, the sensor, characterized in that it further comprises a carbon strip and a protective layer applied to the top of the electrode part.

일 구현예로서, 본 발명은, 상기 보호층은 상기 접착 수지와 동일한 재질인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the present invention is characterized in that the protective layer is made of the same material as the adhesive resin.

상기 보호층은, 상기 범퍼 스토퍼의 몸체 측면에 위치한, 탄소 나노 소재의 탄소 스트립 및 이와 연결된 전극부를 고정시키는 역할을 한다. The protective layer, located on the side of the body of the bumper stopper, serves to fix the carbon strip made of carbon nano material and the electrode connected thereto.

일 구현예로서, 본 발명은, 상기 범퍼 스토퍼 몸체는 초탄성 재질로 구성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서는, 상기 범퍼 스토퍼 몸체의 소재로 우레탄을 사용하였다.In one embodiment, the present invention, the bumper stopper body is characterized in that it is composed of a super-elastic material. In the present invention, urethane was used as a material of the bumper stopper body.

일 구현예로서, 본 발명은, 상기 접착 수지는 에폭시 계열의 접착형 수지인 것을 특징으로 한다. 본 발명에서는, 상기 접착 수지로 에폭시 수지를 사용하였다.In one embodiment, the present invention is characterized in that the adhesive resin is an epoxy-based adhesive resin. In the present invention, an epoxy resin was used as the adhesive resin.

일 측면으로서, 본 발명은, 탄소 입자를 용매에 분산시켜 탄소 입자의 분산물을 얻는 단계; 상기 분산물의 용매를 일부 증발시켜 탄소 페이스트를 얻는 단계; 상기 탄소 페이스트를 접착 수지와 혼합하고, 상기 남은 용매를 증발시켜 탄소 접착 수지를 제조하는 단계; 범퍼 스토퍼의 몸체 측면에 임의의 스트립 형상을 갖도록 마스킹하는 단계; 마스킹된 영역에 상기 탄소 접착 수지를 도포하는 단계;를 포함하는, 스마트 범퍼 스토퍼를 제조하는 방법을 제공한다.In one aspect, the present invention provides a method comprising: dispersing carbon particles in a solvent to obtain a dispersion of carbon particles; partially evaporating a solvent of the dispersion to obtain a carbon paste; mixing the carbon paste with an adhesive resin, and evaporating the remaining solvent to prepare a carbon adhesive resin; masking to have an arbitrary strip shape on the side of the body of the bumper stopper; It provides a method of manufacturing a smart bumper stopper, including; applying the carbon adhesive resin to the masked area.

상기 기술된 것과 같이, 일 구현예로서, 본 발명은, 상기 탄소 입자는 탄소 나노 튜브인 것을 특징으로 한다. As described above, in one embodiment, the present invention is characterized in that the carbon particles are carbon nanotubes.

일 구현예로서, 본 발명은, 상기 용매는 메틸렌 클로라이드인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the present invention is characterized in that the solvent is methylene chloride.

일 구현예로서, 본 발명은, 상기 분산물을 얻기 위한 분산 공정으로 초음파 공정을 사용하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the present invention is characterized in that an ultrasonic process is used as the dispersion process for obtaining the dispersion.

상기 초음파 공정은, 소니케이터에 의해 수행될 수 있다. 상기 초음파 공정은 40w로 30분 동안 수행될 수 있다.The ultrasonic process may be performed by a sonicator. The ultrasonic process may be performed at 40w for 30 minutes.

일 구현예로서, 본 발명은, 상기 접착 수지는 에폭시 계열의 접착형 수지인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the present invention is characterized in that the adhesive resin is an epoxy-based adhesive resin.

일 구현예로서, 본 발명은, 상기 탄소 페이스트를 접착 수지와 혼합하기 위해 공자전 믹싱 공정을 사용하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the present invention is characterized by using a corotational mixing process to mix the carbon paste with the adhesive resin.

상기 공자전 믹싱 중, 공전 믹싱은 2200rpm으로 3분 동안 수행될 수 있고, 자전 믹싱은 2000rpm으로 2분 동안 수행될 수 있다.Among the revolution mixing, revolution mixing may be performed at 2200rpm for 3 minutes, and rotational mixing may be performed at 2000rpm for 2 minutes.

상기 세 공정, 초음파 공정, 및 공정 믹싱 및 자전 믹싱을 모두 사용할 경우, 상기 접착 수지 내 상기 탄소 나노 소재의 분산도가 우수해지는 효과가 있다.When all of the three processes, the ultrasonic process, and process mixing and rotation mixing are used, the degree of dispersion of the carbon nano material in the adhesive resin is improved.

공자전 믹싱 공정을 거친 이후, 진공 펌프 내에서 상기 액상 내 기포가 제거될 수 있다. 이는, 상기 탄소 나노 소재의 접착 수지 내 고른 분산을 위해 남겨두었던 잔여 용매를 마저 기화시켜 제거하는 과정이다.After the corotational mixing process, the bubbles in the liquid phase may be removed in the vacuum pump. This is a process of vaporizing and removing the residual solvent left for even dispersion in the adhesive resin of the carbon nano material.

일 구현예로서, 본 발명은, 상기 마스킹된 영역에 상기 탄소 접착 수지를 도포하기 위해, 스프레이, 페인팅, 또는 몰딩 기법 중 하나를 활용하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the present invention is characterized in that one of spraying, painting, or molding techniques is used to apply the carbon adhesive resin to the masked area.

본 발명에서, 탄소 나노 소재 센서는, 상기 범퍼 스토퍼의 몸체 측면에 접착제를 사용하여 접착되는 대신, 상기 범퍼 스토퍼의 표면에 직접 경화되는 방식으로 부착되어, 응력 손실 없이 정확하게 하중 및 변위를 측정할 수 있다. 여기서, 상기 액상의 점도에 따라 상이한 방법을 선택하여 상기 범퍼 스토퍼의 몸체 측면에 상기 액상을 경화시킬 수 있다.In the present invention, the carbon nano material sensor is attached to the surface of the bumper stopper in such a way that it is directly hardened, instead of being adhered to the side of the body of the bumper stopper using an adhesive, so that the load and displacement can be accurately measured without stress loss. have. Here, by selecting a different method according to the viscosity of the liquid phase, the liquid phase may be cured on the side surface of the body of the bumper stopper.

일 구현예로서, 본 발명은, 상기 탄소 접착 수지를 도포하는 단계 이후, 상기 탄소 접착 수지를 경화하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the present invention is characterized in that after the step of applying the carbon adhesive resin, it further comprises the step of curing the carbon adhesive resin.

80℃ 이하에서 5시간 동안, 이후 120℃에서 1시간 동안 상기 액상을 경화Curing the liquid phase at 80° C. or lower for 5 hours, then at 120° C. for 1 hour.

일 구현예로서, 본 발명은, 상기 경화된 탄소 접착 수지의 양단에 전선을 배치하고 전도성 전극을 도포한 뒤, 그 위에 전도성 접착제를 도포하여 전극부를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.As an embodiment, the present invention is characterized in that it further comprises the step of forming an electrode part by disposing an electric wire on both ends of the cured carbon adhesive resin and applying a conductive electrode thereon, and then applying a conductive adhesive thereon. .

일 구현예로서, 본 발명은, 상기 전도성 접착제는 에폭시 접착제인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the present invention is characterized in that the conductive adhesive is an epoxy adhesive.

일 구현예로서, 본 발명은, 상기 전극부를 형성하는 단계 이후, 상기 전극부를 보호하는 보호층을 도포하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the present invention is characterized in that, after the step of forming the electrode part, it further comprises the step of applying a protective layer to protect the electrode part.

본 발명에 따르면, 본 발명의 스마트 범퍼 스토퍼의 표면에 직접 설치된 전왜성 탄소 나노 소재 센서에 의해, 범퍼 스토퍼에 가해지는 하중 및 변위를 실시간으로 및 직접 측정할 수 있다. 또한, 종래의 센서 기술로는 측정할 수 없는 데이터를 제공할 수 있어, 해석 입증, 설계 개선, 실차 환경 내 제품 성능 예측, 극한 환경에서의 차량 진동 성능 향상 및 조향 성능 개선 등 많은 분야에서 유용하게 활용될 수 있다.According to the present invention, the load and displacement applied to the bumper stopper can be measured in real time and directly by the electrostrictive carbon nanomaterial sensor installed directly on the surface of the smart bumper stopper of the present invention. In addition, it can provide data that cannot be measured with conventional sensor technology, so it is useful in many fields, such as proof of analysis, design improvement, product performance prediction in the actual vehicle environment, vehicle vibration performance improvement in extreme environments, and steering performance improvement. can be utilized.

도 1은 본 발명의 스마트 범퍼 스토퍼의 샘플 사진을 도시한다.
도 2A는 본 발명의 탄소 나노 소재 센서의 개략도를 도시한다.
도 2B은 본 발명의 탄소 나노 소재 센서의 샘플 사진을 도시한다.
도 3은 탄소 나노 소재의 전왜성에 대한 모식도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 탄소 나노 소재를 제조하는 개략도를 도시한다.
도 5는 종래 범퍼 스토퍼의 장착도 및 장착 사진을 도시한다.
도 6은 본 발명의 스마트 범퍼 스토퍼 샘플의 시험 사진을 도시한다.
도 7은 본 발명의 탄소 나노 소재 센서의 형상에 따른, 압축(mm)에 대한 신호 출력 양상 그래프를 도시한다.
도 8은 3개의 U자 형상을 갖는 본 발명의 탄소 나노 소재 센서의 하중에 대한 신호 출력 양상 그래프를 도시한다.
도 9은 본 발명의 탄소 나노 소재 센서의 형상에 따른 내구성 및 출력의 안정성 그래프를 도시한다.
도 10 은 본 발명의 탄소 나노 소재 센서의 하중-변위 특성 그래프를 도시한다.
도 11은 본 발명의 탄소 스트립의 조성비에 대한 탄소 스트립의 기본 저항을 나타내는 그래프를 도시한다.
도 12는 본 발명의 탄소 스트립의 조성비(Filler loading)에 따른 탄소 스트립 특성을 나타내는 그래프를 도시한다.1 shows a sample photograph of a smart bumper stopper of the present invention.
2A shows a schematic diagram of the carbon nanomaterial sensor of the present invention.
2B shows a sample photograph of the carbon nanomaterial sensor of the present invention.
3 shows a schematic diagram of the electrostrictive properties of carbon nanomaterials.
4 shows a schematic diagram of manufacturing a carbon nanomaterial of the present invention.
5 shows a mounting view and a mounting photograph of a conventional bumper stopper.
6 shows a test photograph of a smart bumper stopper sample of the present invention.
7 is a graph showing a signal output aspect with respect to compression (mm) according to the shape of the carbon nanomaterial sensor of the present invention.
8 is a graph showing a signal output aspect with respect to the load of the carbon nanomaterial sensor of the present invention having three U-shapes.
9 is a graph showing the stability of durability and output according to the shape of the carbon nanomaterial sensor of the present invention.
10 is a load-displacement characteristic graph of the carbon nanomaterial sensor of the present invention.
11 is a graph showing the basic resistance of the carbon strip with respect to the composition ratio of the carbon strip of the present invention.
12 is a graph showing the carbon strip characteristics according to the composition ratio (filler loading) of the carbon strip of the present invention.

도 1은 본 발명의 스마트 범퍼 스토퍼의 샘플 사진을 도시한다.1 shows a sample photograph of a smart bumper stopper of the present invention.

도 2A는 본 발명의 탄소 나노 소재 센서의 개략도를 도시한다.2A shows a schematic diagram of the carbon nanomaterial sensor of the present invention.

도 2B은 본 발명의 탄소 나노 소재 센서의 샘플 사진을 도시한다.2B shows a sample photograph of the carbon nanomaterial sensor of the present invention.

도 3은 탄소 나노 소재의 전왜성에 대한 모식도를 도시한다.3 shows a schematic diagram of the electrostrictive properties of carbon nanomaterials.

도 4는 본 발명의 탄소 나노 소재를 제조하는 개략도를 도시한다.4 shows a schematic diagram of manufacturing a carbon nanomaterial of the present invention.

도 5는 종래 범퍼 스토퍼의 장착도 및 장착 사진을 도시한다.5 shows a mounting view and a mounting photograph of a conventional bumper stopper.

도 6은 본 발명의 스마트 범퍼 스토퍼 샘플의 시험 사진을 도시한다.6 shows a test photograph of a smart bumper stopper sample of the present invention.

도 7은 본 발명의 탄소 나노 소재 센서의 형상에 따른, 압축(mm)에 대한 신호 출력 양상 그래프를 도시한다.7 is a graph showing a signal output aspect with respect to compression (mm) according to the shape of the carbon nanomaterial sensor of the present invention.

도 8은 3개의 U자 형상을 갖는 본 발명의 탄소 나노 소재 센서의 하중에 대한 신호 출력 양상 그래프를 도시한다.8 is a graph showing the signal output aspect with respect to the load of the carbon nanomaterial sensor of the present invention having three U-shapes.

도 9은 본 발명의 탄소 나노 소재 센서의 형상에 따른 내구성 및 출력의 안정성 그래프를 도시한다.9 is a graph showing durability and output stability according to the shape of the carbon nanomaterial sensor of the present invention.

도 10 은 본 발명의 탄소 나노 소재 센서의 하중-변위 특성 그래프를 도시한다.10 is a load-displacement characteristic graph of the carbon nanomaterial sensor of the present invention.

도 11은 본 발명의 탄소 스트립의 조성비에 대한 탄소 스트립의 기본 저항을 나타내는 그래프를 도시한다.11 shows a graph showing the basic resistance of the carbon strip with respect to the composition ratio of the carbon strip of the present invention.

도 12는 본 발명의 탄소 스트립의 조성비(Filler loading)에 따른 탄소 스트립 특성을 나타내는 그래프를 도시한다.12 is a graph showing the carbon strip characteristics according to the composition ratio (filler loading) of the carbon strip of the present invention.

탄소 입자 조성비Carbon particle composition ratio U자 형상U-shaped 실시예 1Example 1 0.5wt%0.5wt% 2개2 실시예 2Example 2 0.5wt%0.5wt% 없음doesn't exist 실시예 3Example 3 0.5wt%0.5wt% 1개One 실시예 4Example 4 0.5wt%0.5wt% 3개Three 실시예 5Example 5 0.125wt%0.125 wt% 2개2 실시예 6Example 6 0.25wt%0.25 wt% 2개2 실시예 7Example 7 0.35wt%0.35 wt% 2개2 실시예 8Example 8 1.0wt%1.0wt% 2개2

도 6에 도시된 것과 같이, 상기와 같이 제조된 실시예 1 내지 실시예 8의 성능 평가 테스트를 수행했다. 상기 도 6은, 스마트 범퍼 스토퍼를 테스트기에 설치하는 A단계, 상기 테스트기를 통해 스마트 범퍼 스토퍼에 장력을 가하는 B 단계, 상기 테스트기를 통해 스마트 범퍼 스토퍼에 압축하중을 가하는 C 단계의 실제 테스트 사진을 보여준다.As shown in FIG. 6 , the performance evaluation tests of Examples 1 to 8 prepared as described above were performed. 6 shows actual test photos of step A of installing the smart bumper stopper on the tester, step B of applying tension to the smart bumper stopper through the tester, and step C of applying a compressive load to the smart bumper stopper through the tester. .

<평가예><Evaluation example>

본 발명의 스마트 범퍼 스토퍼의 성능을 평가하기 위해, 상기의 실시예 1 내지 실시예 8을 이용하여 다음과 같은 테스트를 수행했다.In order to evaluate the performance of the smart bumper stopper of the present invention, the following tests were performed using Examples 1 to 8 above.

테스트1 - 탄소 스트립의 U자 형상 개수에 따른 스마트 범퍼 스토퍼의 신호 출력 양상Test 1 - Signal output pattern of smart bumper stopper according to the number of U-shaped carbon strips

본 발명의 스마트 범퍼 스토퍼의 탄소 스트립 U자 형상의 개수를 달리 한 실시예 1 내지 4를 이용하여, 탄소 스트립의 U자 형상 개수에 따른 스마트 범퍼 스토퍼의 신호 출력 양상을 평가했다.Using Examples 1 to 4 in which the number of carbon strip U-shapes of the smart bumper stopper of the present invention were different, the signal output aspect of the smart bumper stopper according to the number of U-shaped carbon strips was evaluated.

도 2A에 나타난 것과 같이, U자 형상이 없는 구조를 갖는 실시예 2(plain), 1개의 U자 형상이 존재하는 실시예3(1grid), 2개의 U자 형상이 존재하는 실시예1(2grid), 및 3개의 U자 형상이 존재하는 실시예 4(3grid)를, 각각 2개씩 준비했다. As shown in Fig. 2A, Example 2 (plain) having a structure without a U-shape, Example 3 (1grid) in which one U-shape exists, Example 1 (2grid) in which two U-shapes exist ), and Example 4 (3grid) having three U-shapes were prepared two each.

상기 실시예 1 내지 실시예 4의 스마트 범퍼 스토퍼에, 0mm 내지 30mm의 동일한 압축을 가했다. 탄소 스트립의 U자 형상 개수마다 각각 2회의 압축 실험을 실시했다.To the smart bumper stoppers of Examples 1 to 4, the same compression of 0 mm to 30 mm was applied. Two compression tests were performed for each U-shaped number of carbon strips.

도 7은 본 발명의 탄소 나노 소재 센서의 형상에 따른, 압축(mm)에 대한 신호 출력 양상 그래프를 도시한다. 도 7의 그래프에서, 실시예 2의 경우, 단순 압축에 의한 - 방향으로의 신호 출력 및 버클링(부풀림)에 의한 + 방향으로의 신호 출력이 혼합되어 하중에 대한 선형성이 없지만, U자 형상이 존재하는 그 외의 경우(실시예 1, 3 및 4), + 방향으로의 선형성이 상기 범퍼 스토퍼의 구간별로 출력되어, 신호 출력에 대한 반복 오차가 줄어들어 정확한 하중의 측정이 가능하다. 이는, 상용의 로드셀로는 측정하기 어려운 범퍼 스토퍼 영역의 하중이 측정 가능하다는 것을 의미한다.7 is a graph showing a signal output aspect with respect to compression (mm) according to the shape of the carbon nanomaterial sensor of the present invention. In the graph of FIG. 7, in the case of Example 2, the signal output in the - direction by simple compression and the signal output in the + direction by buckling (inflating) are mixed, so there is no linearity with respect to the load, but the U-shape is In other cases (Examples 1, 3, and 4) that exist, linearity in the + direction is output for each section of the bumper stopper, so that repetition errors for signal output are reduced, so that accurate load measurement is possible. This means that the load in the bumper stopper region, which is difficult to measure with a commercial load cell, can be measured.

또한, 본 발명의 스마트 범퍼 스토퍼의 탄소 스트립의 재현성을 입증하기 위해, 실시예 4(3grid)의 스마트 범퍼 스토퍼의 신호 출력 양상을 평가했다.In addition, in order to prove the reproducibility of the carbon strip of the smart bumper stopper of the present invention, the signal output aspect of the smart bumper stopper of Example 4 (3grid) was evaluated.

상기 실시예 4의 스마트 범퍼 스토퍼를 추가로 2개 준비했다(3grid 3 및 3grid 4). 상기 실시예 4의 탄소 스트립이 부착된 스마트 범퍼 스토퍼에, 0N 내지 1000N의 동일한 하중을 가했고, 2회의 하중 실험을 실시했다.Two additional smart bumper stoppers of Example 4 were prepared (3grid 3 and 3grid 4). The same load of 0N to 1000N was applied to the smart bumper stopper to which the carbon strip of Example 4 was attached, and two load experiments were conducted.

도 8은 실시예 4의 스마트 범퍼 스토퍼의 하중에 대한 신호 출력 양상 그래프를 도시한다. 이는 3개의 U자 형상을 갖는 서로 다른 실시예(3grid 3, 및 3grid 4)에서 일정한 스마트 범퍼 스토퍼의 하중 측정 성능을 보여준다는 것을 나타낸다.FIG. 8 shows a graph of the signal output aspect with respect to the load of the smart bumper stopper of Example 4. FIG. This shows that the load measurement performance of the smart bumper stopper is constant in the different examples (3grid 3 and 3grid 4) having three U-shapes.

테스트2 - 탄소 스트립의 U자 형상 개수에 따른 스마트 범퍼 스토퍼의 내구성 측정Test 2 - Measurement of durability of smart bumper stopper according to the number of U-shaped carbon strips

본 발명의 스마트 범퍼 스토퍼의 탄소 스트립 U자 형상의 개수를 달리 한 실시예 1 내지 4를 이용하여, 탄소 스트립의 U자 형상 개수에 따른 스마트 범퍼 스토퍼의 내구성을 평가했다.Using Examples 1 to 4 in which the number of carbon strip U-shapes of the smart bumper stopper of the present invention were different, the durability of the smart bumper stopper according to the number of U-shaped carbon strips was evaluated.

상기와 같이, U자 형상이 없는 구조를 갖는 실시예 2(plain), 1개의 U자 형상이 존재하는 실시예3(1grid), 2개의 U자 형상이 존재하는 실시예1(2grid), 및 3개의 U자 형상이 존재하는 실시예 4(3grid)를, 각각 2개씩 준비했다.As described above, Example 2 (plain) having a structure without a U-shape, Example 3 (1grid) in which one U-shape exists, Example 1 (2grid) in which two U-shapes exist, and Example 4 (3grid) in which three U-shapes exist was prepared two each.

MTS 370.10 모델의 만능재료시험기를 이용하여 스마트 범퍼 스토퍼의 내구성을 평가하였다. 변위 제어 모드에서 시험하였고 최대 변위 30mm, 변위 비율(Displacement ratio)은 0.1 (dmax = 30mm, dmin = 3mm)로 범퍼 스토퍼가 장착되어 압축하중을 받는 시점의 상태를 고려하였다. 시험 주파수는 0.3 Hz로 범퍼 스토퍼가 제작된 테스트 지그에서 벗어나지 않으며 공진이 발생하지 않도록 낮은 주파수 조건에서 시험하였다. 최대 반복 사이클은 1000 사이클로 설정하였다. The durability of the smart bumper stopper was evaluated using the universal material tester of the MTS 370.10 model. The test was conducted in the displacement control mode, and the maximum displacement was 30mm and the displacement ratio was 0.1 (d max = 30mm, d min = 3mm). The test frequency was 0.3 Hz, and the test was conducted in a low frequency condition so that the bumper stopper did not deviate from the manufactured test jig and resonance did not occur. The maximum repetition cycle was set to 1000 cycles.

최대 압축 변위의 환경에서의 내구성을 측정하기 위해, 상기 실시예 1 내지 4의 스마트 범퍼 스토퍼에, 높은 하중(800N 내지 1000N)을 0 내지 1000 사이클 가했다.In order to measure durability in an environment of maximum compressive displacement, a high load (800N to 1000N) was applied to the smart bumper stoppers of Examples 1 to 4 for 0 to 1000 cycles.

도 9는 본 발명의 탄소 나노 소재 센서의 형상에 따른 내구성 및 출력의 안정성 그래프를 도시한다. 상기 그래프는 가해진 사이클에 따른 실시예 1 내지 4의 최대 출력값 및 최소 출력값을 도시하며, 비교예로써 시험기에 장착된 상용 로드셀(그래프 내 흑색 점)의 최대 출력 및 최소 출력 역시 함께 도시한다. 실시예 2의 탄소 스트립은 500 사이클 이상에서 탄소 스트립의 파손이 발생해 내구성이 좋지 않은 반면, 최소 2개 이상의, 서로 다른 방향으로 만곡된 U자 형상을 갖는 탄소 스트립, 즉, 실시예 1, 3 및 4의 탄소 스트립은 1000 사이클까지의 테스트에도 탄소 스트립의 파손 없이 일정한 센서 성능을 보여주었다.9 is a graph showing durability and output stability according to the shape of the carbon nanomaterial sensor of the present invention. The graph shows the maximum output value and the minimum output value of Examples 1 to 4 according to the applied cycle, and as a comparative example, the maximum output and minimum output of a commercial load cell (black dot in the graph) mounted on the tester is also illustrated. The carbon strip of Example 2 has poor durability due to breakage of the carbon strip at 500 cycles or more, whereas at least two or more carbon strips having a U-shape curved in different directions, that is, Examples 1 and 3 and 4 carbon strips showed consistent sensor performance without breakage of the carbon strip even after testing up to 1000 cycles.

도 10은 본 발명의 스마트 범퍼 스토퍼의 사이클 구간별 신호 출력 양상을 도시한다. 상기 그래프는 실시예 1, 4 및 상기 상용 로드셀의 10 사이클에서의 압축하중에 대한 센서 출력값, 실시예 1, 4 및 상기 상용 로드셀의 100 사이클에서의 압축하중에 대한 센서 출력값, 및 실시예 1, 4 및 상기 상용 로드셀의 1000 사이클에서의 압축하중에 대한 센서 출력값을 도시한다.10 shows a signal output aspect for each cycle section of the smart bumper stopper of the present invention. The graph shows the sensor output value for the compressive load in Examples 1 and 4 and 10 cycles of the commercial load cell, the sensor output value for the compressive load in Examples 1 and 4 and 100 cycles of the commercial load cell, and Example 1, 4 and the sensor output value for the compressive load at 1000 cycles of the commercial load cell are shown.

상기 도 10에 의하면, 스마트 범퍼 스토퍼는 탄소 나노 소재 센서가 몸체에 부착되어 하부의 접촉에 의해 계측이 가능한 상용 로드셀로는 측정할 수 없는 몸체의 잔류 응력 정보를 계측할 수 있고, 이와 함께 실시간으로 내구성 및 신호 출력의 상태 감시가 가능한 것을 보여준다.According to FIG. 10, the smart bumper stopper has a carbon nano material sensor attached to the body and can measure residual stress information of the body that cannot be measured with a commercial load cell that can be measured by contact with the lower part, and together with it, in real time It shows that durability and status monitoring of signal output are possible.

테스트3 - 탄소 스트립의 조성비에 따른 스마트 범퍼 스토퍼의 특성 측정Test 3 - Measurement of characteristics of smart bumper stopper according to the composition ratio of carbon strip

본 발명의 스마트 범퍼 스토퍼의 탄소 스트립의 탄소 입자 조성비를 달리 한 실시예 1, 및 실시예 5 내지 8을 이용하여, 탄소 스트립의 탄소 입자 함유량에 따른 스마트 범퍼 스토퍼의 특성을 평가했다.Using Examples 1 and 5 to 8 in which the carbon particle composition ratio of the carbon strip of the smart bumper stopper of the present invention was different, the characteristics of the smart bumper stopper according to the carbon particle content of the carbon strip were evaluated.

0.125wt%의 탄소 입자를 포함하는 실시예 5의 탄소 스트립, 0.25wt%의 탄소 입자를 포함하는 실시예 6의 탄소 스트립, 0.35wt%의 탄소 입자를 포함하는 실시예 7의 탄소 스트립, 0.5wt%의 탄소 입자를 포함하는 실시예 1의 탄소 스트립, 및 1.0wt%의 탄소 입자를 포함하는 실시예 8의 탄소 스트립을 준비했다. The carbon strip of Example 5 comprising 0.125 wt % carbon particles, the carbon strip of Example 6 comprising 0.25 wt % carbon particles, the carbon strip of Example 7 comprising 0.35 wt % carbon particles, 0.5 wt % The carbon strip of Example 1 containing % of carbon particles and the carbon strip of Example 8 containing 1.0 wt% of carbon particles were prepared.

실시예 1, 및 실시예 5 내지 8의 스마트 범퍼 스토퍼의 저항을 측정했다. 탄소 스트립의 탄소 입자 조성비마다 각각 2회의 저항 측정을 실시했다.The resistance of the smart bumper stoppers of Example 1 and Examples 5 to 8 was measured. Resistance measurement was performed twice for each carbon particle composition ratio of the carbon strip.

도 11은 본 발명의 탄소 스트립의 조성비에 대한 탄소 스트립의 기본 저항을 나타내는 그래프(Dimensions(mm):50x8x1.2)를 도시한다.11 shows a graph (Dimensions (mm): 50x8x1.2) showing the basic resistance of the carbon strip with respect to the composition ratio of the carbon strip of the present invention.

상기 그래프를 참조하면, 탄소 스트립 내 탄소 나노 튜브의 함량이 증가함에 따라 기본 저항값이 낮아지고, 이는 즉, 탄소 스트립 내 탄소 나노 튜브의 함량이 증가함에 따라 전도성 통로의 개수가 증가함을 의미하기 때문에 탄소 스트립의 전기전도성이 우수해지는 결과를 유도한다. 상기 그래프 중, 실시예 6, 실시예 7 및 실시예 1의 구간, 즉, 탄소 스트립이 대략 0.2wt% 내지 0.4wt%의 탄소 입자를 포함하는 구간은 역치 구간이며, 상기 탄소 스트립은 상기된 역치 구간인 0.2wt% 내지 0.4wt%의 조성비에서 적절한 기본 저항값을 가지게 된다. Referring to the graph, the basic resistance value decreases as the content of carbon nanotubes in the carbon strip increases, which means that the number of conductive passages increases as the content of carbon nanotubes in the carbon strip increases. Therefore, it leads to the result that the electrical conductivity of the carbon strip is excellent. In the graph, the sections of Examples 6, 7, and 1, that is, the section in which the carbon strip contains approximately 0.2 wt% to 0.4 wt% of carbon particles, is a threshold section, and the carbon strip has the above-described threshold value. It has an appropriate basic resistance value in a composition ratio of 0.2 wt% to 0.4 wt%, which is a section.

또한, 도 12는 본 발명의 탄소 스트립의 조성비(Filler loading)에 따른 탄소 스트립 특성을 나타내는 그래프를 도시한다.In addition, FIG. 12 shows a graph showing the carbon strip characteristics according to the composition ratio (filler loading) of the carbon strip of the present invention.

상기 탄소 스트립 내 탄소 나노 튜브의 함량이 적을수록, 터널링 저항에 지배적으로 반응하여 외력에 대한 저항 민감도가 상승하며, 반대로 상기 탄소 스트립 내 탄소 나노 튜브의 함량이 증가하면 접촉 저항에 의한 전도성 통로가 우세하게 관여하게 되어 외력에 대한 저항 민감도가 하락한다. 따라서 위와 같이, 탄소 스트립의 탄소 나노 튜브 함량에 따라 스마트 범퍼 스토퍼의 특성이 상이하게 된다. 상기 탄소 나노 튜브의 함량이 너무 적을 경우에는 민감도가 상승하는 대신 신호 안정성 및 재현성이 떨어지게 되므로 센서로서의 역할을 할 수 없어, 0.2wt%-수지 이상의 조성비가 스마트 범퍼 스토퍼의 전기적 안정성 및 내구성의 향상에 가장 유익한 효과를 갖는다.As the content of the carbon nanotubes in the carbon strip is small, the resistance sensitivity to external force is increased by reacting predominantly to the tunneling resistance. Sensitivity to resistance to external forces decreases. Therefore, as described above, the characteristics of the smart bumper stopper are different according to the carbon nanotube content of the carbon strip. When the content of the carbon nanotube is too small, the signal stability and reproducibility are reduced instead of increasing the sensitivity, so it cannot serve as a sensor. has the most beneficial effect.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand that you can.

1: 범퍼 스토퍼 몸체
2: 탄소 스트립
21: 직선부
22: U자 형상
3: 전극부
4: 전선1: Bumper stopper body
2: carbon strip
21: straight part
22: U-shape
3: electrode part
4: Wire

Claims (22)

범퍼 스토퍼 몸체; 상기 범퍼 스토퍼 몸체의 측면에 부착된 탄소 스트립; 상기 탄소 스트립의 양단에 전극부; 및 상기 전극부와 연결된 저항 측정 수단;을 포함하고,
상기 탄소 스트립은, 만곡된 U자 형상을 갖고, 상기 U자 형상은, U자 형태가 스마트 범퍼 스토퍼에 가해지는 하중과 수직하도록 가로로 눕혀져 있고,
상기 탄소 스트립은 접착 수지 내 탄소 입자가 분산되어 있는,
하중과 변위 측정이 가능한 스마트 범퍼 스토퍼.bumper stopper body; a carbon strip attached to the side of the bumper stopper body; electrode parts at both ends of the carbon strip; and a resistance measuring means connected to the electrode part;
The carbon strip has a curved U-shape, and the U-shape is laid horizontally so that the U-shape is perpendicular to the load applied to the smart bumper stopper,
The carbon strip has carbon particles dispersed in the adhesive resin,
Smart bumper stopper with load and displacement measurement. 제1항에 있어서,
상기 탄소 입자는 터널링 저항과 접촉 저항이 상기 수지 내부에 포화 상태로 존재하는,
하중과 변위 측정이 가능한 스마트 범퍼 스토퍼.According to claim 1,
The carbon particles have tunneling resistance and contact resistance in a saturated state inside the resin,
Smart bumper stopper with load and displacement measurement. 제1항에 있어서,
상기 탄소 입자는 탄소 나노 튜브인,
하중과 변위 측정이 가능한 스마트 범퍼 스토퍼.According to claim 1,
The carbon particles are carbon nanotubes,
Smart bumper stopper with load and displacement measurement. 제3항에 있어서,
상기 탄소 스트립은 0.2wt% 내지 0.4wt%의 탄소 입자를 포함하는,
하중과 변위 측정이 가능한 스마트 범퍼 스토퍼.4. The method of claim 3,
wherein the carbon strip comprises 0.2 wt % to 0.4 wt % carbon particles,
Smart bumper stopper with load and displacement measurement. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 탄소 스트립의 U자 형상은 2개 이상 포함되고, 상기 U자 형상들은 각각 서로 다른 방향으로 만곡된,
하중과 변위 측정이 가능한 스마트 범퍼 스토퍼.According to claim 1,
Two or more U-shapes of the carbon strip are included, and the U-shapes are each curved in different directions,
Smart bumper stopper with load and displacement measurement. 제1항에 있어서,
상기 스마트 범퍼 스토퍼는, 탄소 스트립 및 상기 전극부 상단에 도포되는 보호층을 추가로 포함하는,
하중과 변위 측정이 가능한 스마트 범퍼 스토퍼.According to claim 1,
The smart bumper stopper further comprises a carbon strip and a protective layer applied to the top of the electrode part,
Smart bumper stopper with load and displacement measurement. 제8항에 있어서,
상기 보호층은 상기 접착 수지와 동일한 재질인,
하중과 변위 측정이 가능한 스마트 범퍼 스토퍼.9. The method of claim 8,
The protective layer is made of the same material as the adhesive resin,
Smart bumper stopper with load and displacement measurement. 제1항에 있어서,
상기 범퍼 스토퍼 몸체는 초탄성 재질로 구성되는,
하중과 변위 측정이 가능한 스마트 범퍼 스토퍼.According to claim 1,
The bumper stopper body is made of a super-elastic material,
Smart bumper stopper with load and displacement measurement. 제1항에 있어서,
상기 접착 수지는 에폭시 계열의 접착형 수지인,
하중과 변위 측정이 가능한 스마트 범퍼 스토퍼.According to claim 1,
The adhesive resin is an epoxy-based adhesive resin,
Smart bumper stopper with load and displacement measurement. 탄소 입자를 용매에 분산시켜 탄소 입자의 분산물을 얻는 단계;
상기 분산물의 용매를 일부 증발시켜 탄소 페이스트를 얻는 단계;
상기 탄소 페이스트를 접착 수지와 혼합하고, 상기 남은 용매를 증발시켜 탄소 접착 수지를 제조하는 단계;
범퍼 스토퍼의 몸체 측면에 임의의 스트립 형상을 갖도록 마스킹하는 단계;
마스킹된 영역에 상기 탄소 접착 수지를 도포하는 단계;를 포함하는,
스마트 범퍼 스토퍼를 제조하는 방법.dispersing the carbon particles in a solvent to obtain a dispersion of carbon particles;
partially evaporating a solvent of the dispersion to obtain a carbon paste;
mixing the carbon paste with an adhesive resin and evaporating the remaining solvent to prepare a carbon adhesive resin;
masking to have an arbitrary strip shape on the side of the body of the bumper stopper;
Including; applying the carbon adhesive resin to the masked area
How to manufacture a smart bumper stopper. 제12항에 있어서,
상기 탄소 입자는 탄소 나노 튜브인,
스마트 범퍼 스토퍼를 제조하는 방법.13. The method of claim 12,
The carbon particles are carbon nanotubes,
How to manufacture a smart bumper stopper. 제12항에 있어서,
상기 용매는 메틸렌 클로라이드인,
스마트 범퍼 스토퍼를 제조하는 방법.13. The method of claim 12,
The solvent is methylene chloride,
How to manufacture a smart bumper stopper. 제12항에 있어서,
상기 분산물을 얻기 위한 분산 공정으로 초음파 공정을 사용하는,
스마트 범퍼 스토퍼를 제조하는 방법.13. The method of claim 12,
Using an ultrasonic process as a dispersion process for obtaining the dispersion,
How to manufacture a smart bumper stopper. 제12항에 있어서,
상기 접착 수지는 에폭시 계열의 접착형 수지인,
스마트 범퍼 스토퍼를 제조하는 방법.13. The method of claim 12,
The adhesive resin is an epoxy-based adhesive resin,
How to manufacture a smart bumper stopper. 제12항에 있어서,
상기 탄소 페이스트를 접착 수지와 혼합하기 위해 공자전 믹싱 공정을 사용하는,
스마트 범퍼 스토퍼를 제조하는 방법.13. The method of claim 12,
Using a corotatory mixing process to mix the carbon paste with the adhesive resin,
How to manufacture a smart bumper stopper. 제12항에 있어서,
상기 마스킹된 영역에 상기 탄소 접착 수지를 도포하기 위해, 스프레이, 페인팅, 또는 몰딩 기법 중 하나를 활용하는,
스마트 범퍼 스토퍼를 제조하는 방법.13. The method of claim 12,
utilizing one of spraying, painting, or molding techniques to apply the carbon adhesive resin to the masked area;
How to manufacture a smart bumper stopper. 제12항에 있어서,
상기 탄소 접착 수지를 도포하는 단계 이후, 상기 탄소 접착 수지를 경화하는 단계를 추가로 포함하는,
스마트 범퍼 스토퍼를 제조하는 방법.13. The method of claim 12,
After the step of applying the carbon adhesive resin, further comprising the step of curing the carbon adhesive resin,
How to manufacture a smart bumper stopper. 제19항에 있어서,
상기 경화된 탄소 접착 수지의 양단에 전선을 배치하고 전도성 전극을 도포한 뒤, 그 위에 전도성 접착제를 도포하여 전극부를 형성하는 단계를 추가로 포함하는,
스마트 범퍼 스토퍼를 제조하는 방법.20. The method of claim 19,
After disposing an electric wire on both ends of the cured carbon adhesive resin and applying a conductive electrode, the method further comprising the step of forming an electrode part by applying a conductive adhesive thereon,
How to manufacture a smart bumper stopper. 제20항에 있어서,
상기 전도성 접착제는 에폭시 접착제인,
스마트 범퍼 스토퍼를 제조하는 방법.21. The method of claim 20,
The conductive adhesive is an epoxy adhesive,
How to manufacture a smart bumper stopper. 제20항에 있어서,
상기 전극부를 형성하는 단계 이후, 상기 전극부를 보호하는 보호층을 도포하는 단계를 추가로 포함하는,
스마트 범퍼 스토퍼를 제조하는 방법.

21. The method of claim 20,
After forming the electrode part, further comprising the step of applying a protective layer to protect the electrode part,
How to manufacture a smart bumper stopper.
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