KR101630980B1

KR101630980B1 - 금속박판 제조장치

Info

Publication number: KR101630980B1
Application number: KR1020140179426A
Authority: KR
Inventors: 정관호; 김홍준; 김준섭; 김기수; 홍재화; 최철희; 김현태; 양홍석; 이재곤
Original assignee: 주식회사 포스코; (주)피엔티
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2016-06-16
Anticipated expiration: 2034-12-12

Abstract

본 발명에 따른 금속박판 제조장치는, 전해액이 수용된 전해조;와, 상기 전해조 내에 일부가 침지되어 회전하는 드럼형 음극재;와, 상기 전해조 내에 침지되되 상기 음극재의 둘레에 배치된 양극재; 및 상기 전해조 내에 침지되되 상기 음극재의 둘레에 배치되며, 상기 음극재와 양극재 사이에 전해액을 공급하되, 전도체로서 양극을 띄는 공급노즐;을 포함하고, 상기 공급노즐은, 전해액 공급라인과 연결된 노즐본체; 및 상기 노즐본체에 제공되되, 상기 음극재와 대면되며 전도체로서 양극을 띄는 전극커버;를 구비하되, 상기 노즐본체와 전극커버 사이에 제공되며, 상기 음극재 방향으로 연장되되 양측의 상기 양극재 측으로 각각 경사지게 측방분사구가 형성되며, 상기 전극커버에 형성되되, 양측의 상기 측방분사구 사이에 배치된 중앙분사구가 형성될 수 있다.
이와 같이 본 발명은, 전도체로서 양극을 띄는 공급노즐을 구비함으로써, 음극재 둘레에서의 단전영역을 제거함에 따라, 금속박판의 단면에 불연속층이 있는 다층구조가 발생하는 것을 방지하여, 고품질의 금속박판을 제조할 수 있다.

Description

금속박판 제조장치{Apparatus for continuous electroforming}

본 발명은 금속박판 제조장치로서, 연속적인 전기주조를 통해 금속박판을 제조하는 금속박판 제조장치에 관한 것이다.

금속 극박은 다양한 용도로 개발되어 가정/산업에 널리 이용되고 있다.

일례로서, 알루미늄 포일은 가정용이나 음식 조리용으로 널리 사용되고 있으며, 스테인레스 스틸 포일은 건축용 내장재나 외장재로써 주로 이용되고 있다.

또한, 전해 동박은 인쇄회로기판(PCB : Printed Circuit Board)의 회로로 널리 사용되고 최근 노트북 컴퓨터, 개인휴대단말기(PDA), E북, 휴대폰 등의 소형제품을 중심으로 널리 사용되고 있다.

그리고, 특수한 용도의 금속 포일도 생산되고 있는데, 인바 합금 포일의 경우 열팽창계수(CTE, Coefficient of Thermal Expansion)가 낮아 유기발광 다이오드의 봉지재 및 FMM(Fine metal mask)으로 이용되기도 한다. 나아가, 이차전지의 음극 집전체 및 전자소자의 기판으로서도 각광받고 있는 상황이다.

상술된 바와 같은 배경의 다양한 용도에 부합하도록 인바의 굴곡성이 요구 되고 있는데, 인바 굴곡성을 개선하기 위해서는 인바의 두께를 얇게 하는 것이 바람직하다.

일례로서, 굴곡성이 우수한 인바로서 압연 인바가 알려져 있다. 압연 인바의 제조방법으로서는, 철과 니켈을 잉곳(ingot)에서 주조하고, 압연과 소둔을 반복하여 박판 모양으로 제조한다.

이러한 방법에 의해 제조된 인바는 신장율도 높고, 표면이 평활하기 때문에 크랙이 들어가기 어렵다.

그러나, 압연 인바는 제조시의 기계적인 제약에 의해 인바의 폭을 1m 이상으로 제조하는 것이 곤란하며, 일정 두께(약 20㎛) 이하의 생산도 쉽지 않기 때문에 고가라는 단점이 있다.

한편, 저가격으로 인바의 두께조정을 비교적 용이하게 수행할 수 있도록 인바를 전기주조방식(EF, Electroforming)으로 제조할 수 있다.

이와 같은 전기주조방식에 의한 금속박판 제조장치는, 도 1에 나타난 바와 같이, 전해조(11) 내에 설치되어 회전하는 원통형의 드럼형 음극재(12)과 한쌍의 원호 형상의 양극재(13)에 둘러싸인 틈으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 공급노즐(14)을 통해 전해액을 공급하여 직류 전류를 통전하여, 드럼형 음극재(12)의 표면에 금속전착시킨 후 이를 권취하여 금속박판(1)인 인바를 제조한다.

이때, 한 쌍의 상기 양극재(13) 사이에는 일정한 간극이 존재하게 되고, 이 간극 사이에서 공급노즐(14)을 통해 전해액 공급이 이루어지는데, 상기 공급노즐(14)이 양극을 띄고 있지 않기 때문에, 이 간극이 존재하는 부분에서 원활한 전착이 이루어지지 않게 되는 문제점이 있다.

아울러, 상기 공급노즐(14)에는 드럼형 음극재(12) 측으로 상방 형성된 분사구(14a)가 형성됨으로써, 드럼형 음극재(12)과 양극재(13) 사이에 전해액이 원활하게 공급되지 않는 한계점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 균일한 금속전착을 이루도록 구성되는 금속박판 제조장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 금속박판 제조장치는, 전해액이 수용된 전해조;와, 상기 전해조 내에 일부가 침지되어 회전하는 드럼형 음극재;와, 상기 전해조 내에 침지되되 상기 음극재의 둘레에 배치된 양극재; 및 상기 전해조 내에 침지되되 상기 음극재의 둘레에 배치되며, 상기 음극재와 양극재 사이에 전해액을 공급하되, 전도체로서 양극을 띄는 공급노즐;을 포함하고, 상기 공급노즐은, 전해액 공급라인과 연결된 노즐본체; 및 상기 노즐본체에 제공되되, 상기 음극재와 대면되며 전도체로서 양극을 띄는 전극커버;를 구비하되, 상기 노즐본체와 전극커버 사이에 제공되며, 상기 음극재 방향으로 연장되되 양측의 상기 양극재 측으로 각각 경사지게 측방분사구가 형성되며, 상기 전극커버에 형성되되, 양측의 상기 측방분사구 사이에 배치된 중앙분사구가 형성될 수 있다.

여기에서, 상기 양극재는 상기 음극재의 둘레를 따라 복수 개가 서로 이격되어 배치되며, 상기 공급노즐은 복수 개의 상기 양극재 사이에 배치될 수 있다.

또한, 상기 공급노즐은, 상기 음극재와 양극재 사이의 전류밀도와 동일한 전류밀도를 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 금속박판 제조장치.

또한, 상기 공급노즐은, 상기 음극재와 상기 양극재 사이의 이격간격과 동일한 간격으로 상기 음극재와 이격될 수 있고, 상기 음극재와 대응되는 부분이 상기 양극재와 동일한 곡률로 형성될 수 있다.

아울러, 상기 공급노즐은, 티타늄, 이리듐, 플래티늄, 니켈, 루테늄, 금, 로듐, 납, 주속, 및 탄소로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.

일례로서, 상기 중앙분사구는, 드럼형 상기 음극재의 폭방향으로 복수 개가 서로 이격되어 배치될 수 있다.

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본 발명에 따른 금속박판 제조장치는, 전도체로서 양극을 띄는 공급노즐을 구비함으로써, 음극재 둘레에서의 단전영역을 제거함에 따라, 금속박판의 단면에 불연속층이 있는 다층구조가 발생하는 것을 방지하여, 고품질의 금속박판을 제조할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 종래기술에 따른 금속박판 제조장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 공급노즐을 나타낸 확대도이다.
도 3은 도 1의 금속박판 제조장치에 의해 제조된 박판을 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 3의 박판이 박리되는 것을 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속박판 제조장치를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 금속박판 제조장치에서 양극재와 공급노즐을 나타낸 확대도이다.
도 7은 도 6의 공급노즐을 나타낸 확대도이다.
도 8은 도 7의 공급노즐의 전극커버를 나타낸 평면도이다.

이하, 본 발명의 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명하기로 한다. 각 도면의 구성요소들에 도면부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속박판 제조장치를 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5의 금속박판 제조장치에서 양극재와 공급노즐을 나타낸 확대도이다.

도면을 참조하면, 본 발명은 금속박판 제조장치로서 연속해서 전기주조방식으로 드럼형 음극재(120)에 도금방식으로 박판을 제조하도록 구성되며, 구체적으로 전해액이 수용된 전해조(110), 상기 전해조(110)에 침지된 음극재(120)와 양극재(130), 공급노즐(140)을 포함한다.

여기에서, 상기 음극재(120)는 전해조(110) 내에 일부가 침지되며, 드럼형으로서 회전하도록 구성된다.

또한, 상기 양극재(130)는 전해조(110) 내에 침지되되 음극재(120)와 이격되어 음극재(120)의 둘레를 따라 배치된다. 이때, 상기 양극재(130)는 비록 도면에 도시되지는 않았지만 하나가 일체형으로 배치될 수 있는데, 이러한 경우 상기 공급노즐(140)은 양극재(130)의 일측에 배치되어, 음극재(120)와 양극재(130) 사이에 전해액을 공급할 수 있다.

그런데, 상기 공급노즐(140)에 의한 전해액 공급이 음극재(120)와 양극재(130) 사이의 전체적인 부분에 균일하도록 하기 위해서는, 상기 양극재(130)는 복수 개가 서로 이격되어 배치될 수 있고, 바람직한 일례로서 두 개가 한 쌍으로서 서로 이격되어 배치된 구조를 취할 수 있다. 이어서 후술되는 본 발명의 기술내용은 양극재(130)가 한 쌍으로서 서로 이격된 배치구조를 전제로 하여 설명하기로 한다.

한편, 상기 공급노즐(140)은 한 쌍의 상기 양극재(130) 사이에 배치되어 전해액을 공급하도록 구성될 수 있는데, 구체적으로 별도의 저장탱크(미도시)에 저장된 전해액을 전해조(110)에 공급하도록 저장탱크로부터 연장된 전해액 공급라인(미도시)과 연결될 수 있다.

여기에서 상기 공급노즐(140)은 전도체로서 양극을 띄도록 구성될 수 있는데, 즉 전류가 통하는 도체로 이루어지고 양극 전류가 흐르도록 구성될 수 있는데, 이러한 구성에 의해 불연속층이 생성되지 않는 고품질의 금속박판(2)을 제조할 수 있다.

이와 같이, 상기 공급노즐(140)이 전도체로서 양극을 띄도록 구성됨으로써, 한 쌍의 양극재(130) 사이에서의 간극에서 나타나는 단전영역을 제거함에 따라, 금속박판(2)의 단면에 불연속층이 있는 다층구조가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

이와 관련하여 종래기술에 따른 금속박판 제조장치를 도 1 및 도 2를 참조하여 살펴보면, 공급노즐(14)이 부도체로서 양극을 띄고 있지 않음으로써, 음극재(12)의 외주면에 금속전착되어 제조되는 금속박판(1)에 도 3에 도시된 바와 같이 금속전착이 불완전한 불연속층(1a)이 생성되는 문제점이 있다.

구체적으로, 이러한 불연속층(1a)이 생성되는 과정을 설명하자면, 일례로서 드럼형 음극재(12)가 좌측 9시 방향에서 3시 방향으로 반시계방향 회전하면서 외주면에 금속전착이 이루어진다.

이때, 양극재(13)가 존재하지 않는 간극 부분인 공급노즐(14)이 위치된 부분에서 전착이 원활하게 이루어지지 않게 되는데, 이에 따라 드럼형 음극재(12)의 외주면 일 부분이 공급노즐(14)의 상측을 통과한 후 계속해서 반시계방향으로 회전하는 과정에서, 공급노즐(14)의 상측을 통과하는 후속 부분에 계속해서 금속전착이 원활하게 이루어지지 않은 불연속층(1a)이 생성된다.

이러한 불연속층(1a)은, 드럼형 음극재(12)의 외주면 일 부분이 양극재(13)와 대면되는 위치를 통과한 후 이후 양극재(13)와 대면되는 위치를 계속해서 통과하는 후속 부분에 생성되는 연속층(1b), 즉 금속전착이 원활하게 이루어진 연속층(1b)과는 이질적인 층이다.

이와 같은 불연속층(1a)은, 도 3에 도시된 바와 같이 금속박판(1)의 수직단면인 두께방향 단면을 살펴보면 상측과 하측 부분과는 재질 상 다르기 때문에, 외부 응력 발생시 도 4에 도시된 바와 같은 중간층 박리 현상을 유발하게 된다.

즉, 이러한 불연속층(1a)이 포함된 금속박판(1)은 상술된 바와 같이 제조된 후, 이후 공정으로서 화학적 가공인 에칭 시에는 불연속층(1a)이 연속층(1b)에 비하여 과도하게 에칭되고, 아울러 물리적 가공인 절단 시에는 불연속층(1a)을 경계로 하여 박리되는 중간층 박리 현상이 발생하는 등, 금속박판의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상술된 바와 같은 불연속층이 금속박판에 생성되지 않도록 하기 위해, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 복수 개의 양극재(130) 사이에 배치된, 바람직한 일례로서 한 쌍의 양극재(130) 사이에 배치된 공급노즐(140)이 양극재(130)와 마찬가지로 전도체로서 양극을 띄게 구성될 수 있다.

이러한 공급노즐(140)은 바람직하게, 음극재(120)와 양극재(130) 사이에서 발생하는 금속전착과 동일한 품질을 유지하기 위해, 상기 음극재(120)와 양극재(130) 사이의 전류밀도와 동일한 전류밀도를 가지도록 구성될 수 있다. 즉, 음극재(120)와 양극재(130) 사이의 일정한 전압과 같이 음극재(120)와 공급노즐(140) 사이에서도 일정한 전압을 유지시킴으로써, 동일한 전류밀도를 유지할 수 있다.

이를 위해, 상기 공급노즐(140)은 음극재(120)와 양극재(130) 사이의 이격간격과 동일한 간격으로 음극재(120)와 이격된 배치구조를 취할 수 있으며, 또한 상기 공급노즐(140)은 음극재(120)와 대응되는 부분이 양극재(130)의 곡률(R₁)과 동일한 곡률(R₂)로 형성될 수 있고, 아울러 상기 공급노즐(140)은 음극재(120)와 대응되는 부분이 양극재(130)의 두께(t₁)와 동일한 두께(t₂)로 형성될 수 있다. 참고로, 이때 상기 공급노즐(140)에서 음극재(120)와 대응되는 부분은 후술되는 전극커버(142)일 수 있다.

그리고, 상기 공급노즐(140)은 양극을 띄기 위해 적어도 일부가 전도체로서 양극을 띄도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 공급노즐(140)은 모든 부분이 양극을 띄는 전도체로 이루어질 수 있고, 또는 음극재(120)와 대응되는 부분만 양극을 띄는 전도체로 이루어질 수 있다.

나아가, 상기 공급노즐(140)은 전도체로 코팅됨으로써 음극재(120)와 대응되는 양극을 띌 수 있다.

이에 따라 상기 공급노즐(140)은, 불용성 재질인 티타늄, 이리듐, 플래티늄, 니켈, 루테늄, 금, 로듐, 납, 주속, 및 탄소로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하여 제조되거나, 이러한 재질로 코팅되는 것이 바람직하다.

한편, 상기와 같이 구성되는 공급노즐(140)은 바람직한 일례로서, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같은 형상을 취할 수 있다.

도 7은 도 6의 공급노즐을 나타낸 확대도이고, 도 8은 도 7의 공급노즐의 전극커버를 나타낸 평면도이다.

도면을 참조하면, 상기 공급노즐(140)은, 전해액 공급라인과 연결된 노즐본체(141)와, 상기 노즐본체(141)에 제공되는 전극커버(142)를 구비할 수 있다.

여기에서, 상기 노즐본체(141)는 전해액을 제공받도록 전해액 공급라인과 연결되면 될 뿐, 그 구체적인 구조에 대해서는 본 발명에 의해 한정되지 않는다.

또한, 상기 전극커버(142)는 음극재(120)와 대응되는 부분으로서, 이때 전극커버(142)는 음극재(120)와 대면되는 위치에 배치되도록 상기 노즐본체(141)에 설치되면 될 뿐, 구체적인 설치구조에 대해서는 본 발명에 의해 한정되지 않는다.

이와 같이 공급노즐(140)의 일부분으로서 음극재(120)와 대면되는 부분인 전극커버(142)만이 양극을 띄는 전도체로 이루어짐으로써, 유지보수관리에 있어서 전극커버(142)만을 노즐본체(141)로부터 탈거하여 수리 또는 교체할 수 있음에 따라 노동부하 및 노동시간 그리고 비용적인 측면에 효율적인 장점이 있다.

그리고, 상기 공급노즐(140)은 노즐본체(141)와 전극커버(142) 사이에 측방분사구(140a)가 형성될 수 있는데, 이러한 측방분사구(140a)는 음극재(120) 방향으로 연장되되 양측의 양극재(130) 측으로 각각 경사지게 형성된 구조를 취할 수 있다. 이에 따라, 측방분사구(140a)를 통해 분사되는 전해액이 음극재(120)와 양극재(130) 사이로 원활하게 공급될 수 있다.

또한, 상기 공급노즐(140)은 전극커버(142)에 중앙분사구(140b)가 형성될 수 있는데, 이러한 중앙분사구(140b)는 측방분사구(140a)에 의해 양측으로만 전해액이 공급되어 전해액 공급이 미흡한 음극재(120)와 공급노즐(140) 사이의 공간에 전해액을 보충해주는 역할을 수행한다.

이때, 상기 중앙분사구(140b)는 드럼형 상기 음극재(120)의 폭방향으로 복수 개가 서로 이격되어 배치될 수 있다. 이는 중앙분사구(140b)에 의한 빈 공간으로 인하여 양극으로서의 극성이 저하되는 것을 방지하는 구조로서, 전극커버(142)에서 복수 개의 중앙분사구(140b) 사이의 부분으로 음극재(120)에 대응되는 양극을 형성시킬 수 있다.

결과적으로, 상술된 바와 같은 본 발명은 전도체로서 양극을 띄는 공급노즐(140)을 구비함으로써, 음극재(120) 둘레에서의 단전영역을 제거함에 따라, 금속박판(2)의 단면에 불연속층이 있는 다층구조가 발생하는 것을 방지하여, 고품질의 금속박판을 제조할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

2 : 금속박판 110 : 전해조
120 : 음극재 130 : 양극재
140 : 공급노즐 141 : 노즐본체
142 : 전극커버 140a : 측방분사구
140b : 중앙분사구

Claims

전해액이 수용된 전해조;
상기 전해조 내에 일부가 침지되어 회전하는 드럼형 음극재;
상기 전해조 내에 침지되되 상기 음극재의 둘레에 배치된 양극재; 및
상기 전해조 내에 침지되되 상기 음극재의 둘레에 배치되며, 상기 음극재와 양극재 사이에 전해액을 공급하되, 전도체로서 양극을 띄는 공급노즐;을 포함하고,
상기 공급노즐은,
전해액 공급라인과 연결된 노즐본체; 및
상기 노즐본체에 제공되되, 상기 음극재와 대면되며 전도체로서 양극을 띄는 전극커버;를 구비하되,
상기 노즐본체와 전극커버 사이에 제공되며, 상기 음극재 방향으로 연장되되 양측의 상기 양극재 측으로 각각 경사지게 측방분사구가 형성되며,
상기 전극커버에 형성되되, 양측의 상기 측방분사구 사이에 배치된 중앙분사구가 형성된 금속박판 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 양극재는 상기 음극재의 둘레를 따라 복수 개가 서로 이격되어 배치되며,
상기 공급노즐은 복수 개의 상기 양극재 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 금속박판 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 공급노즐은, 상기 음극재와 양극재 사이의 전류밀도와 동일한 전류밀도를 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 금속박판 제조장치.
제3항에 있어서,
상기 공급노즐은, 상기 음극재와 상기 양극재 사이의 이격간격과 동일한 간격으로 상기 음극재와 이격된 것을 특징으로 하는 금속박판 제조장치.
제3항에 있어서,
상기 공급노즐은, 상기 음극재와 대응되는 부분이 상기 양극재와 동일한 곡률로 형성된 것을 특징으로 하는 금속박판 제조장치.
제3항에 있어서,
상기 공급노즐은, 상기 음극재와 대응되는 부분이 상기 양극재와 동일한 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 금속박판 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 공급노즐은, 티타늄, 이리듐, 플래티늄, 니켈, 루테늄, 금, 로듐, 납, 주속, 및 탄소로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속박판 제조장치.
삭제
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제1항에 있어서,
상기 중앙분사구는, 드럼형 상기 음극재의 폭방향으로 복수 개가 서로 이격되어 배치된 것을 특징으로 하는 금속박판 제조장치.