KR101204322B1 - 회전 디스크 전극 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 회전 디스크 전극 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 선단부에 압입홈이 형성되고, 후단부에 나선결합홈이 형성된 샤프트, 후단부에 형성된 압입돌기가 상기 압입홈에 압입되어 상기 샤프트와 압입결합하는 카본 팁 및 내부에 중공이 형성된 원통 형상으로서 상기 카본 팁의 외주면에 압입결합되는 절연 커버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전기 전도성이 우수한 농축 글래시 카본 전극을 사용하면서도 전극의 깨짐, 분리를 방지할 수 있어 전기 화학 측정 시 정확하면서도 재연성 있는 결과값을 얻을 수 있고, 카본 팁과 절연 커버 간의 결합력을 높임으로써 누수에 의한 절연 파괴를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

회전 디스크 전극 및 그 제조방법{Ratating Disk Electrode And Method Thereof}
본 발명은 전기 화학 측정 장비에 속하는 유체 운동 전극 중 하나인 회전 디스크 전극 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 샤프트, 카본 팁 및 절연커버가 강하게 압입 결합되어 고속 회전시 분리를 방지할 수 있고 방수 기능이 우수한 회전 디스크 전극을 제공하는 것이다.
유체 운동 전극은 다른 전기 화학 측정 장비와 달리 정상 상태를 빨리 얻을 수 있고, 별도의 장비 없이 간단히 측정이 가능하며 정상 상태에서 측정하기 때문에 전기 이중층이 결과값에 영향을 미치지 않고 물질 전달의 속도가 상대적으로 크기 때문에 전자 전달에 대한 물질 전달의 영향이 상대적으로 적은 특징을 가지고 있다.
유체 운동 전극 중 회전 디스크 전극은 현재 사용되는 전기 화학 전극으로서 가장 널리 사용되는 것 중 하나로서 전극이 스스로 회전하는 장비이며 각종 전기 화학 관련 실험에 이용되고 있다.
도 1은 회전 디스크 전극을 사용하는 전극 장치의 일례를 나타낸 사진이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 장치는 본체(1)와, 본체(1)의 내부에 장착되어 회전력을 제공하는 모터(2)와, 본체 상부로 연장형성되는 전극팁 결합부(3)와 전극팁 결합부(3)에 결합되는 회전 디스크 전극(4)을 포함하여 구성된다.
회전 디스크 전극 실험은 전극의 회전에 의해 발생하는 대류, 전극 표면과 외부의 농도 차이로 발생하는 확산에 의한 물질 전달에 의해 표현되는 전류를 시간에 따라 일정하게 전압을 변화시켜 그 도표를 이용하여 전기화학적 특성값을 얻는 실험이다.
회전 디스크 전극(4)은 샤프트에 수직방향으로 전기 전도성을 갖는 디스크 모양의 전극팁이 결합되고 전극팁 외주면에 절연커버가 감싸지는 형태로 구성되어 있다.
여러 문헌에 따르면 회전 디스크 전극의 절연 커버의 모양과 카본 팁의 샤프트에 대한 정렬이 전극 성능에 중요한 요소로 알려져 있다.
특히, 회전 속도가 고속인 경우 난류나 소용돌이가 발생할 경우 정확한 측정에 치명적인 결함을 가져올 수 있다. 또한 디스크에 사용되는 전극의 표면 상태가 일정하여야만 전기 화학 측정 시 재연성 있는 결과값을 얻을 수 있게 된다.
그러나, 종래 회전 디스크 전극의 경우 고속 회전시 샤프트와 카본 팁이 분리되어 버리거나 절연커버에 누수가 발생하여 절연이 파괴되는 심각한 문제점이 발생하고 있다.
특히, 카본 팁은 전기 전도도를 높이기 위해 고농축된 글래시(glassy) 카본이 사용되는데 글래시 카본의 경우 딱딱하여 쉽게 부서지는 단점이 발생한다.
이와 같이 종래의 회전 디스크 전극은 상기 조건을 충분히 만족시키지 못하고 있어 상기 조건을 충족할 수 있는 회전 디스크 전극의 설계가 절실하게 요구되고 있다.
본 발명은 이러한 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 샤프트, 카본 팁 및 절연커버가 강하게 압입 결합되어 고속 회전시 분리를 방지할 수 있고 방수 기능이 우수한 회전 디스크 전극을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선단부에 압입홈이 형성되고, 후단부에 나선결합홈이 형성된 샤프트, 후단부에 형성된 압입돌기가 상기 압입홈에 압입되어 상기 샤프트와 압입결합하는 카본 팁 및 내부에 중공이 형성된 원통 형상으로서 상기 카본 팁의 외주면에 압입결합되는 절연 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 디스크 전극이 제공된다.
여기서, 상기 카본 팁의 선단부 단면은 성형 연삭 및 래핑 처리되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 선단부에 압입홈이 형성되고 후단부에 나선결합홈이 형성된 샤프트를 준비하는 단계, 후단부에 상기 압입홈에 대응되는 형상의 압입돌기가 형성된 카본 팁을 준비하는 단계, 상기 카본 팁을 상온 이하로 급냉하여 응축시킨 후 상기 샤프트에 압입하는 단계, 내부에 중공이 형성된 튜브 구조의 절연 커버를 준비하는 단계 및 상기 카본 팁이 조립된 상기 샤프트를 상온 이하로 급냉하여 응축시킨 후 상기 절연 커버에 압입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 디스크 전극 제조방법이 제공된다.
여기서, 상기 카본 팁의 선단부 단면을 성형 연삭 및 래핑 처리하는 단계가 더 포함되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 전기 전도성이 우수한 농축 글래시 카본 전극을 사용하면서도 전극의 깨짐, 분리를 방지할 수 있어 전기 화학 측정 시 정확하면서도 재연성 있는 결과값을 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 카본 팁과 절연 커버 간의 결합력을 높임으로써 누수에 의한 절연 파괴를 미연에 방지할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 회전 디스크 전극을 사용하는 전극 장치의 일례를 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 회전 디스크 전극의 측단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 회전 디스크 전극의 제조 방법을 설명하는 공정도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 회전 디스크 전극의 측단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 회전 디스크 전극(4)은 크게 샤프트(41)와, 카본 팁(42)과 절연커버(43)가 상호 압입 결합되는 구조를 갖는다.
샤프트(41)는 후단에 일정 깊이의 나선 결합홈(41b)가 형성된 튜브 구조로서, 선단부에는 압입홈(41a)이 형성되고 후단부의 나선 결합홈(41b) 내의 내주면에는 나선(41c)이 형성되어 있다. 샤프트(41)는 스테인레스 재질이 사용될 수 있다.
카본 팁(42)은 디스크 형상으로서 후단부에는 샤프트(41)의 압입홈(41a)에 대응되는 형상의 압입돌기(42a)가 형성되어 있다. 카본 팁(42)의 선단부는 종단면을 성형 연삭 및 래핑처리하여 표면 상태를 일정하게 하여 전기 화학 측정 시 재연성 있는 결과값을 얻을 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 카본 팁(42)은 전기 전도도를 높이기 위해 고농축된 글래시 카본을 사용하는 것이 바람직하다.
절연 커버(43)는 내부에 중공이 형성된 원통 형상으로서 카본 팁(42)의 외주면에 압입결합된다. 절연 커버(43)는 PEEK 등의 절연 수지가 사용될 수 있다. PEEK(Polyether ether ketone)는 고온에서 기계적 화학적 저항이 우수한 반정질의 열가소성 수지로서, 영 계수가 3.6 GPa이고 인장강도가90 ~ 100 MPa로서, 고강도 특성에 따라 베어링, 피스톤, 펌프, 컴프레서, 플레이트 밸브, 케이블 절연 등의 재료로 널리 사용된다.
본 실시예에서 샤프트(41), 카본 팁(42) 및 절연커버(43)는 순차적으로 압입결합되는데, 이를 위해 압입 대상의 외경과 피압입 대상의 내경의 공차를 정밀하게 제어하는 것이 중요하다. 상기 공차는 1/100 ~ 5/1000mm 정도인 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명에 따른 회전 디스크 전극의 제조 방법을 설명하는 공정도이다.
도 3을 참조하면, 우선, 카본 팁(42)와 샤프트(41)가 제조된다(S300, S310), 상기와 같이, 샤프트(41)는 선단부에는 압입홈(41a)이 형성되고 후단에 일정 깊이의 나선 결합홈(41b)가 형성된 튜브 구조이고, 카본 팁(42)은 디스크 형상으로서 후단부에는 샤프트(41)의 압입홈(41a)에 대응되는 형상의 압입돌기(42a)가 형성된 구조로 제작된다.
카본 팁(42)과 샤프트(41)가 준비되면, 카본 팁(42)을 상온 이하(-40 ~ -50 ℃)로 급냉하여 응축시킨 후 샤프트(41)에 압입한다(S320). 카본 팁(42)을 냉각하면 압입돌기(42a)가 응축되어 외경이 일시적으로 감소하게 되므로 샤프트(41)의 압입홈(41a)에 용이하게 삽입될 수 있다. 이때, 카본 팁(42)의 후단면이 샤프트(41)의 압입홈(41a)의 내측면에 정확하게 안착되도록 하여야 하며, 카본 팁(42)이 외경 부분이 깨지지 않도록 주의하는 것이 중요하다.
카본 팁(42)이 샤프트(41)에 압입되면, 절연 커버(43)를 준비하고(S330), 카본 팁(42)이 결합된 샤프트(41)를 다시 상온 이하(-40 ~ -50 ℃)로 급냉하여 응축시킨 후 샤프트(41)를 절연 커버(43)에 압입한다(S340). 전단계에 마찬가지로, 샤프트(41)를 냉각하면 샤프트(41)가 응축되어 그 외경이 일시적으로 감소하게 되므로 샤프트(41)가 절연 커버(43)에 용이하게 삽입될 수 있다.
회전 디스크 전극 조립체가 완성되면, 카본 팁(42)의 선단면을 래핑 가공하여 마감처리한다(S350).
1 : 전극 장치 2 : 모터
3 : 전극팁 결합부 4 : 회전 디스크 전극
41 : 샤프트 41a : 압입홈
41b : 나선결합홈 41c : 나선
42 : 카본 팁 42a : 압입돌기
43 : 절연 커버

Claims (4)

  1. 선단부에 압입홈이 형성되고, 후단부에 나선결합홈이 형성된 샤프트;
    후단부에 상기 압입홈보다 직경이 5/1000 내지 1/100mm 크게 형성된 압입돌기가 상기 압입홈에 냉간압입되어 상기 샤프트와 결합하는 카본 팁; 및
    내부에 상기 샤프트의 외경보다 직경이 5/1000 내지 1/100mm 작게 중공이 형성된 원통 형상으로서, 상기 중공에 상기 샤프트를 냉간압입하고 상기 카본 팁의 외주면에 압입결합되는 절연 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 디스크 전극.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 카본 팁의 선단부 단면은 성형 연삭 및 래핑 처리되는 것을 특징으로 하는 회전 디스크 전극.
  3. 선단부에 압입홈이 형성되고 후단부에 나선결합홈이 형성된 샤프트를 준비하는 단계;
    후단부에 상기 압입홈에 대응되는 형상의 압입돌기가 형성된 카본 팁을 준비하는 단계;
    상기 카본 팁을 상온 이하로 급냉하여 응축시킨 후 상기 샤프트에 압입하는 단계;
    내부에 중공이 형성된 튜브 구조의 절연 커버를 준비하는 단계; 및
    상기 카본 팁이 조립된 상기 샤프트를 상온 이하로 급냉하여 응축시킨 후 상기 절연 커버에 압입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 디스크 전극 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 카본 팁의 선단부 단면을 성형 연삭 및 래핑 처리하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 회전 디스크 전극 제조방법.
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