KR101242374B1 - 회전음극드럼 제작 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 회전음극드럼 제작 방법에 관한 것으로, 바깥쪽 원통, 중간 원통 및 안쪽 원통으로 구성되는 회전음극드럼에 있어서, 양쪽 측면에 측면판(120)이 용접고정된 상기 안쪽원통(100)의 원주둘레면(110)에 중간원통(200)을 열가열에 의한 억지끼워맞춤하고, 상기 중간원통(200)의 원주둘레면(210)을 연마하는 단계와, 상기 안쪽원통(100)과 상기 중간원통(200)의 측면에 바깥쪽원통측면판(320)을 용접고정하는 단계와, 상기 중간원통(200)의 원주둘레면(210)에 바깥쪽원통(300)을 열가열에 의한 억지끼워맞춤한 후 상기 바깥쪽원통(300)의 원주둘레면(310)의 양쪽 모퉁이를 굽힘가공하여 구면(330)으로 형성하고, 상기 구면(330)의 끝단을 상기 바깥쪽원통(300)의 바깥쪽원통측면판(320)에 용접고정하는 단계를 수행하되, 상기 바깥쪽원통(300)은 바깥쪽원통원주둘레면의 이음부(340)를 바깥쪽원통(300)의 안쪽에서 플라즈마 용접하고 용접으로 인해 돌출된 용접 비드면을 압연 프레스 성형에 의해 모재와 같은 두께로 시정하여, 바깥쪽원통의 원주둘레면(310)에 응고 석출되는 동박판에 용접 비드마크가 전사되는 것을 방지하는 동시에 바깥쪽원통(300)의 중앙부보다 바깥쪽원통의 모퉁이로 전계가 집중되는 현상을 최소화 할 수 있도록 함을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 전해 도금법에 의해 동박판 생산이 가능한 평등전계를 갖는 회전음극드럼에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음극드럼의 바깥쪽원통이 티타늄으로 이루어지고, 바깥쪽원통과 안쪽원통 사이에 바깥쪽원통과 안쪽원통보다 연질이고 도전율 및 열팽창률이 큰 중간원통을 열가열에 의한 억지끼워맞춤을 통하여 바깥쪽원통과 중간원통과의 밀착성 및 바깥원통으로 전달되는 통전효율을 높일 수 있고, 음극드럼의 표면에 평등전계(uniform potential field)를 유지하기 위하여 음극드럼의 바깥쪽원통의 원주둘레면을 균일한 평면으로 가공하고, 또한 원주둘레면의 모퉁이 가장자리는 구면으로 형성하여, 음극드럼의 바깥쪽원통의 중앙부보다 전극주변의 바깥쪽원통의 모퉁이로 전계가 집중되는 현상을 최소화할 수 있는 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 제작 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 음극드럼의 바깥쪽원통의 원주둘레면의 이음부가 바깥쪽원통의 안쪽에서 용접이 행해지도록 한 후, 열처리와 압연 프레스 성형에 의하여 결정립을 미세화하여 음극드럼에 융착되어 응고 석출되는 동박판에 용접 비드마크가 전사되는 것을 방지할 수 있는 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 제작 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 음극드럼의 바깥쪽원통의 원주둘레면의 이음부가 바깥쪽원통의 안쪽에서 용접이 행해지도록 한 후, 열처리와 압연 프레스 성형에 의하여 결정립을 미세화하여 음극드럼에 융착되어 응고 석출되는 동박판에 용접 비드마크가 전사되는 것을 방지할 수 있는 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 제작 방법에 관한 것이다.
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일반적으로, 전해동박판은 전기·전자 산업분야에서 사용되는 PCB(Printed Circuit Board: 인쇄회로기판)의 기판재료로 널리 사용되는 것으로써, 슬림형 노트북 컴퓨터, 개인휴대 단말기(PDA), 전자북, MP3 플레이어, 차세대 휴대폰, 초박형 평판 디스플레이 등의 소형 제품을 중심으로 그 수요가 급속히 증대되고 있다.
최근에는 전기·전자 기기류의 경박단소(輕薄短小)화가 가속화되고 있으며, 이에 따라 그 기기에 내장되는 회로도 미세화되는 추세이다. 따라서, PCB에 형성되는 회로도 점점 초박판화되고 있다. 이에 따라 전해동박판 또한 초박판형화되고 있으며 따라서 고품질 전해동박판에 대한 중요도가 더욱 커지고 있다.
이러한 전해동박판은 음극드럼 및 음극드럼과 더불어 일정 간격을 갖고 전해조 내에 수장되는 양극전극을 포함하는 제반장치에 의해 제조된다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 전해동박판 제조장치는 전해액(2)이 지속적으로 공급되는 전해조(1)와, 상기 전해조(1)의 전해액(2)에 그 일부가 잠긴 채로 회전하는 음극드럼(4)과, 상기 음극드럼(4)의 형상을 따라 배치된 양극 전극(3)을 포함한다.
통상적으로 상기 전해액(2)은 황산, 구리 이온 및 염소 이온을 포함하는 황산동 용액으로서 강산성의 특성을 가진다. 상기 전해액(2)은 음극드럼(4) 부근에서 동 이온의 결핍을 방지하기 위하여 전해조(1)내에서 비교적 빠른 속도로 공급 순환된다.
또한, 상기 음극드럼(4)의 표면재질은 전해액(2)에 대해 내산성을 유지하고, 전해동박판(5)의 박리를 용이하게 하는 티타늄으로 구성된다. 이와 같은 구성에서, 음전위로 대전된 음극드럼(4)과 양전위로 대전된 양극전극(3) 사이에 전해액(2)을 매질로 하여 높은 밀도의 전류를 가하게 되면, 전해액(2)에 포함된 양이온 상태의 동이 음극드럼에 융착하게 되고, 따라서 고체로 응고 및 석출된다.
상기 석출된 동은 회전하는 음극드럼(4)의 표면을 따라 금속박막 형태의 전해동박판(5)으로 제박되고, 상기 제박된 전해동박판(5)은 가이드 롤(6)들의 안내를 받아 보빈(7)에 감기게 된다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 음극드럼은 회전축(8)을 중심으로 안쪽원통과 바깥쪽원통으로 구성되며, 이들 중 안쪽원통은 스테인레스강과 동합금을 이용하여 원통형상으로 제작 기계 가공한 후 장착하고, 바깥쪽원통은 일정두께의 티타늄 압연판을 원통형상으로 성형하여 안쪽원통에 억지끼워맞춤된다. 또한 바깥쪽원통의 표면은 기계가공 및 연마한다.
이와 같은 동박판용 전착드럼의 일반적 치수는 직경 2~3m, 폭 1~2m이고 전착면에 사용되는 티타늄의 두께는 5~8mm이다. 도 2에 나타낸 바와 같이 회전축(8)의 양단을 축받침(9)으로 지지하며 전기를 공급해주는 직류 전원(11)과 직류 전류가 도전되는 링(10)을 나타내고 있다.
그런데, 음극드럼 표면에 불균일하게 형성된 전류밀도는 생산되는 금속박판에 영향을 미치게 되고 따라서 두께가 불균일한 금속박막의 생산을 통해 품질저하를 초래하는 주요원인으로 알려져 있다.
기존의 드럼에서 표면부위와 드럼의 모통이 부분에 지속적으로 전류밀도가 불균일하게 나타나는 문제가 있다.
즉, 음극드럼과 양극전극 사이에 공급되는 전해액의 분포나 전류 밀도가 불균일할 경우, 티타늄 음극면에 전착되는 동박판은 필연적으로 두께 차이가 발생하게 되고, 이로 인해 동박판의 품질 저하 및 추가 가공이 필요하게 된다.
또한, 바깥쪽원통의 용접부의 용접비드에 따라서도 밀착력이 불균일하게 나타나고 이로 인해 동박판 두께의 불균일이나 국부 가열에 의한 변색 및 전해 동박판면에 용접비드마크가 전사되는 문제가 발생하고 있다. 이와 같은 제반 문제에 의해 제품의 품질이 저하되고 따라서 제품의 원가 상승의 원인이 되고 있다.
본 발명은 상기의 문제를 해소하기 위한 것으로, 본 발명은 회전음극드럼을 이용한 동박판 제조시, 기존에 나타나던 음극과 양극간의 불균일한 전류밀도 형성으로 인한 동박판 두께의 차이를 극복하고자 새로운 방식의 음극드럼 설계를 통해 균일한 전류밀도 형성을 구현하고자 함을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 음극드럼의 바깥쪽원통의 원주둘레면을 균일한 평면으로 가공하고, 또한 원주둘레면의 모퉁이 가장자리는 구면으로 형성하여, 음극드럼의 바깥쪽원통의 중앙부보다 전극주변의 바깥쪽원통의 모퉁이로 전계가 집중되는 현상을 최소화함을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기존의 드럼에서 지속적으로 발생했던 전류밀도가 불균일하게 나타나는 기술적 문제를 해결하여 균일한 동박판 생산 및 소재의 손실 저감이라는 경제적 이점을 갖는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 음극드럼의 바깥쪽원통의 이음 용접부를 플라즈마 아크용접 후 열처리하고 압연 프레스 가공하여 바깥쪽원통의 원주둘면의 결정립을 미세화함을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 음극드럼의 바깥쪽원통의 원주둘레면을 균일한 평면으로 가공하고, 또한 원주둘레면의 모퉁이 가장자리는 구면으로 형성하여, 음극드럼의 바깥쪽원통의 중앙부보다 전극주변의 바깥쪽원통의 모퉁이로 전계가 집중되는 현상을 최소화함을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기존의 드럼에서 지속적으로 발생했던 전류밀도가 불균일하게 나타나는 기술적 문제를 해결하여 균일한 동박판 생산 및 소재의 손실 저감이라는 경제적 이점을 갖는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 음극드럼의 바깥쪽원통의 이음 용접부를 플라즈마 아크용접 후 열처리하고 압연 프레스 가공하여 바깥쪽원통의 원주둘면의 결정립을 미세화함을 목적으로 한다.
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본 발명은 바깥쪽 원통, 중간 원통 및 안쪽 원통으로 구성되는 회전음극드럼 제작 방법에 있어서, 양쪽 측면에 측면판(120)이 용접고정된 상기 안쪽원통(100)의 원주둘레면(110)에 중간원통(200)을 열가열에 의한 억지끼워맞춤하고, 상기 중간원통(200)의 원주둘레면(210)을 연마하는 단계와, 상기 안쪽원통(100)과 상기 중간원통(200)의 측면에 바깥쪽원통측면판(320)을 용접고정하는 단계와, 상기 중간원통(200)의 원주둘레면(210)에 바깥쪽원통(300)을 열가열에 의한 억지끼워맞춤한 후 상기 바깥쪽원통(300)의 원주둘레면(310)의 양쪽 모퉁이를 굽힘가공하여 구면(330)으로 형성하고, 상기 구면(330)의 끝단을 상기 바깥쪽원통(300)의 바깥쪽원통측면판(320)에 용접고정하는 단계를 수행하여, 회전음극드럼을 제작하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 바깥쪽원통(300)은 바깥쪽원통원주둘레면(310)의 이음부(340)를 바깥쪽원통(300)의 안쪽에서 플라즈마 용접하고 용접으로 인해 돌출된 용접 비드면을 압연 프레스 성형에 의해 모재와 같은 두께로 시정하여, 바깥쪽 원통(300)의 원주둘레면(310)에 응고 석출되는 동박판에 용접 비드마크가 전사되는 것을 방지하는 동시에 바깥쪽원통(300)의 중앙부보다 바깥쪽원통의 모퉁이로 전계가 집중되는 현상을 최소화 할 수 있도록 함을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 바깥쪽원통(300)은 바깥쪽원통원주둘레면(310)의 이음부(340)를 바깥쪽원통(300)의 안쪽에서 플라즈마 용접하고 용접으로 인해 돌출된 용접 비드면을 압연 프레스 성형에 의해 모재와 같은 두께로 시정하여, 바깥쪽 원통(300)의 원주둘레면(310)에 응고 석출되는 동박판에 용접 비드마크가 전사되는 것을 방지하는 동시에 바깥쪽원통(300)의 중앙부보다 바깥쪽원통의 모퉁이로 전계가 집중되는 현상을 최소화 할 수 있도록 함을 특징으로 한다.
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이상과 같이, 본 발명은 바깥쪽원통과 안쪽원통 사이에 도전성 및 열팽창성이 뛰어난 금속을 사용함에 따라, 접촉면의 회전에 의해 상대적으로 이동할 수 있음에도 불구하고 안정된 밀착 상태를 유지하기 때문에 통전효율이 향상 되는 것과 동시에 전류분포가 균일화하고 국부적인 불량 발생을 막아 드럼의 사용 년수를 길게 하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명은 기존의 음극드럼에서 지속적으로 발생했던 전류밀도가 불균일하게 나타나는 문제를 해결하여 균일한 동박판 생산 및 소재의 손실 저감이라는 경제적 문제점을 해결할 수 있다.
아울러 용접부나 용접부 부근의 변태한 조직(transformed microstructure)이 모재와 근사하도록 개선되고, 열영향부의 최소화를 통해 고품질의 동박판의 제조가 가능하다.
도 1 은 일반 전해동박판의 제조예를 나타내는 개략도,
도 2 는 일반 전해동박판의 제조예의 개략 정면도,
도 3 은 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 안쪽원통을 원통형상으로 성형한 예의 단면도,
도 4 는 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 안쪽원통의 양쪽에 측면판이 용접 고정된 단면도,
도 5 는 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 안쪽원통의 원주둘레면에 중간원통이 열가열에 의한 억지끼워맞춤된 단면도,
도 6 은 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 안쪽원통의 원주둘레면에 중간원통이 결합되고, 중간원통의 원주둘레면에 바깥쪽원통이 결합된 예의 단면도,
도 7 은 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼과 종래의 드럼의 전류밀도 분포 비교 그래프,
도 8 은 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 바깥쪽원통의 이음부에 용접을 행한 후의 이음부의 티타늄 미시조직의 사진,
도 9 은 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 바깥쪽원통의 이음부에 용접을 한 후, 후처리 가공한 이음부의 티타늄의 미시조직 사진,
도 10 은 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 바깥쪽원통의 이음부의 용접처리 한 상태의 종단면도,
도 11 은 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 바깥쪽원통의 이음부의 용접처리 후, 후처리의 예의 블록도.
도 2 는 일반 전해동박판의 제조예의 개략 정면도,
도 3 은 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 안쪽원통을 원통형상으로 성형한 예의 단면도,
도 4 는 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 안쪽원통의 양쪽에 측면판이 용접 고정된 단면도,
도 5 는 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 안쪽원통의 원주둘레면에 중간원통이 열가열에 의한 억지끼워맞춤된 단면도,
도 6 은 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 안쪽원통의 원주둘레면에 중간원통이 결합되고, 중간원통의 원주둘레면에 바깥쪽원통이 결합된 예의 단면도,
도 7 은 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼과 종래의 드럼의 전류밀도 분포 비교 그래프,
도 8 은 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 바깥쪽원통의 이음부에 용접을 행한 후의 이음부의 티타늄 미시조직의 사진,
도 9 은 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 바깥쪽원통의 이음부에 용접을 한 후, 후처리 가공한 이음부의 티타늄의 미시조직 사진,
도 10 은 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 바깥쪽원통의 이음부의 용접처리 한 상태의 종단면도,
도 11 은 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 바깥쪽원통의 이음부의 용접처리 후, 후처리의 예의 블록도.
본 발명의 구체적인 예를 첨부도면에 의하여 상세히 설명하면 아래와 같다.
도 1 은 일반 전해동박판의 제조예를 나타내는 개략도이고, 또한 도 2 는 일반 전해동박판의 제조예의 개략 정면도이며, 또한 도 3 은 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 안쪽원통을 원통형상으로 성형한 예의 단면도이고, 또한 도 4 는 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 안쪽원통의 양쪽에 측면판이 용접 고정된 단면도이며, 또한 도 5 는 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 안쪽원통의 원주둘레면에 중간원통이 열가열에 의한 억지끼워맞춤된 단면도이고, 또한 도 6 은 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 안쪽원통의 원주둘레면에 중간원통이 결합되고, 중간원통의 원주둘레면에 바깥쪽원통이 결합된 예의 단면도이며, 또한 도 7 은 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼과 종래의 드럼의 전류밀도 분포 비교 그래프이고, 또한 도 8 은 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 바깥쪽원통의 이음부에 용접을 행한 후의 이음부의 티타늄 미시조직의 사진이며, 또한 도 9 은 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 바깥쪽원통의 이음부에 용접을 한 후, 후처리 가공한 이음부의 티타늄의 미시조직 사진이고, 또한 도 10 은 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 바깥쪽원통의 이음부의 용접처리 한 상태의 종단면도이며, 또한 도 11 은 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 바깥쪽원통의 이음부의 용접처리 후, 후처리의 예의 블록도이다.
본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼(10)은 도 3 내지 도 6에 나타낸 바와 같이, 안쪽원통(100), 중간원통(200) 및 바깥쪽원통(300)의 구성요소로 이루어져, 안쪽원통(100)는 탄소강 스테인레스강 등을 소재이고, 또한 바깥쪽원통(300)은 티타늄 소재이다.
상기 안쪽원통(100)의 원주둘레면의 외주면은 중간원통(200)과 접촉하는 면으로써 기계가공 및 연마를 통해 평활한 면 상태를 유지한다. 상기 안쪽원통(100)과 바깥쪽원통(300)의 사이에 결합되는 중간원통(200)은 안쪽원통(100)과 바깥쪽원통(300)보다 도전율 및 열팽창이 큰 소재, 예를 들면 동 또는 동합금으로써, 그 두께는 약 6~8mm 정도이다. 상기 중간원통(200)의 원주둘레면 외주면은 바깥쪽원통(300)과 접촉하는 면으로써 기계가공 및 연마를 통해 평활한 면 상태를 유지한다.
상기 안쪽원통(100), 중간원통(200) 및 바깥쪽원통(300)은 평판을 두루마리식으로 말아 이음부를 용접하여 원통형상으로 제작된다.
도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이 안쪽원통(100)의 양쪽 측면에 안쪽원통(100)과 동일 재질의 원판인 측면판(120)이 용접고정된다. 안쪽원통(100)의 안쪽면에 상기 측면판(120)의 원주면이 용접 고정된다. 상기 용접처리 후, 용접부위 및 양쪽끝단은 기계가공에 의하여 마무리처리 된다.
또한, 도 5에 나타낸 바와 같이 상기 안쪽원통(100)의 원주둘레면(110)에 중간원통(200)이 열가열에 의한 억지끼워맞춤되고, 또한 상기 중간원통(200)의 원주둘레면(210)에 바깥쪽원통(300)이 열가열에 의한 억지끼워맞춤에 의하여 결합된다.
상기 중간원통(200)의 원주둘레면(210)은 기계가공 및 연마를 통해 매끄러운 면을 유지하도록 한다. 이는 바깥쪽원통(300)과의 결합시 접촉면 불량을 막기 위함이며 이와 같은 가공을 통해 바깥쪽원통(300)의 내측과 중간원통(200)의 원주둘레면(210)의 밀착성이 증가하게 된다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명은 바깥쪽원통(300)의 양쪽 측면에 바깥쪽원통측면판(320)이 용접 고정된다. 상기 바깥쪽원통측면판(320)은 스테인레스 및 탄소강으로 제작된 안쪽원통(100)의 측면을 보호하기 위해 티타늄재질의 바깥쪽원통측면판을 용접하여 결합한다.
음극드럼(10)의 표면에 평등전계를 형성시키기 위해 바깥쪽원통(300)의 원주둘레면(310)의 양쪽 모퉁이 가장자리가 구면(330)으로 형성되어, 상기 구면(330)의 끝단이 상기 바깥쪽원통(300)의 바깥쪽원통측면판(320)에 용접고정되어서, 상기 음극드럼(10)의 바깥쪽원통(300)의 중앙부보다 전극주변의 바깥쪽원통(300)의 모퉁이로 전계가 집중되는 현상을 최소화할 수 있도록 되어 있다.
상기 바깥쪽원통(300)의 원주둘레면(310)의 양쪽 모퉁이 가장자리의 구면(330)은, 굽힘가공처리에 의하여 반구형상으로 성형되어, 그의 끝단이 상기 바깥쪽원통(300)의 바깥쪽원통측면판(320)에 용접 고정된다.
바깥쪽원통(300)의 양쪽 끝단을 원형 또는 반원의 형태로 가공하여 기존에 나타나던 드럼의 양 끝단에 전류가 집중되는 문제를 해결할 수 있다. 구체적인 방안은 중간원통(200)에 바깥쪽원통(300)을 수축 끼워맞춤한 뒤, 바깥쪽원통(300)의 양쪽 끝단에 굽힘 가공 하는 방식을 채택한다.
굽힘 가공의 형상은 균일한 전류밀도 생성을 위해 사인 커브(sine curve) 모양을 따라 제작하는 것이 이상적일 수 있으나 가공의 편의성에 의해 반원이나 사분원의 형태에 따라 제작할 수 있다.
또한, 굽힘 가공이 어려울 경우 미리 제작된 반원 형태의 티타늄판을 드럼 양 끝에 용접하는 방법을 통해 제작이 가능하다. 이러한 방법을 통해 대전류를 사용하는 음극드럼의 환경에서 드럼의 양 끝에 전류가 집중되어 평등전계가 형성되지 못하고 불균일한 전류밀도가 나타나던 문제를 해결하고 양호한 평등전계를 얻을 수 있다.
도 7 은 종래의 음극드럼과 본 발명의 음극드럼의 전류밀도 분포를 나타낸 그래프이다. 본 발명의 음극드럼의 경우 종래의 음극드럼에 비해 양 끝단에 집중되는 전류의 양이 약 32.5% 줄어든 것을 확인 할 수 있었고, 평균적으로 약 14.8% 균일도 향상을 확인 할 수 있다.
본 발명의 바깥쪽원통(300)은 대략 6mm의 두께를 가지는 티타늄 판으로 제작되며, 원통형으로 성형한 후 가열하고 중간원통(200)의 외면에 수축 끼워맞춤한다. 수축 끼워맞춤한 후 중간원통(200)의 외면이 바깥쪽원통(300)의 내면에 밀착하고, 상대적으로 연질인 중간원통(200)은 냉각과 가열을 되풀이한 것에 의해 바깥쪽원통(300)와 안쪽원통(100)의 상대적인 이동에도 안정적으로 밀착성을 유지한다.
상기 수축 끼워맞춤이란, 축의 외경보다 다소 작은 내경을 가진 링과 축을 결합함에 있어서, 링을 가열 팽창시킨 후 끼워맞춤으로써 축을 밀착시키고 냉각시킨 뒤 기밀성을 우수하게 하는 끼워맞춤 방식입니다.
본 발명은 안쪽원통(100)과 중간원통(200)이 1차 수축 끼워맞춤 하게 되며, 또한 안쪽원통(100)과 중간원통(200)을 결합한 후, 상기 결합된 중간원통(200)의 원주둘레면(210)에 티타늄 재질의 바깥쪽원통(300)이 2차 수축 끼워맞춤한다.
예를 들어, 동 및 동합금의 재질인 중간원통(200)의 경우 대략 200℃, 티타늄재질의 바깥쪽원통(300)의 경우 대략 350℃로 가열하여 수축 끼워맞춤을 실시하게 된다.
또한, 본 발명은 동박판면에 용접비드마크가 전사되는 것을 줄이기 위해 플라즈마 아크용접 후 열처리하고 결정립을 미세화하기 위해 프레스 가공을 실시한다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 구체적으로 바깥쪽원통(300)의 이음부(340)의 용접시, 바깥쪽원통(300)의 원통체의 내면에 V형 혹은 I형 그루브를 형성하고, 내측으로부터 플라즈마 용접을 수행 한다.
이 때문에 기존의 바깥쪽원통(300)의 제작 시 행해지던 용접 경우와 비교하여 본 발명의 바깥쪽원통(300)에 나타나는 용접비드의 폭이 좁아진다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 상기 용접을 행한 후 용접으로 인해 돌출된 용접 비드면을 압연이나 프레스 등으로 모재와 같은 두께로 시정하는 것과 동시에, 용접부 및 그 부근의 열영향부에 대해 재결정(recrystallization)에 필요한 충분한 외력을 가한다.
뒤이어 가공부를 약 600℃ 가열하고 20분 동안 유지 후, 방냉하는 열처리과정을 통해 용접부 및 그 부근의 열영향부의 조대 조직을 세립균형화 한다.
그 결과 용접부 및 열영향부는 모재와 비슷한 정도의 결정입도를 가지게 되고 연마후 용접비드가 육안으로 관찰되지 않는 균질한 전착드럼용 티타늄 바깥쪽원통이 얻어질 수 있다. 도 8 은 용접을 행한 후 나타나는 바깥쪽원통(300)의 용접부의 미시조직을 관찰한 사진이며 도 9 는 후처리 즉, 열처리 및 프레스 가공 후 나타나는 티타늄 용접부의 미시조직을 관찰한 사진이다.
후처리 과정을 통해 결정립의 크기가 용접 후, 대략 126㎛에서 62㎛로 조직 미세화가 진행되었음을 확인할 수 있으며, 이는 모재의 결정립과 유사한 것으로 따라서 전체적인 조직의 균질화를 통해 보다 균일한 전류밀도 구현이 가능해 짐을 알 수 있다.
도 1 은 일반 전해동박판의 제조예를 나타내는 개략도이고, 또한 도 2 는 일반 전해동박판의 제조예의 개략 정면도이며, 또한 도 3 은 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 안쪽원통을 원통형상으로 성형한 예의 단면도이고, 또한 도 4 는 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 안쪽원통의 양쪽에 측면판이 용접 고정된 단면도이며, 또한 도 5 는 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 안쪽원통의 원주둘레면에 중간원통이 열가열에 의한 억지끼워맞춤된 단면도이고, 또한 도 6 은 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 안쪽원통의 원주둘레면에 중간원통이 결합되고, 중간원통의 원주둘레면에 바깥쪽원통이 결합된 예의 단면도이며, 또한 도 7 은 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼과 종래의 드럼의 전류밀도 분포 비교 그래프이고, 또한 도 8 은 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 바깥쪽원통의 이음부에 용접을 행한 후의 이음부의 티타늄 미시조직의 사진이며, 또한 도 9 은 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 바깥쪽원통의 이음부에 용접을 한 후, 후처리 가공한 이음부의 티타늄의 미시조직 사진이고, 또한 도 10 은 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 바깥쪽원통의 이음부의 용접처리 한 상태의 종단면도이며, 또한 도 11 은 본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼의 바깥쪽원통의 이음부의 용접처리 후, 후처리의 예의 블록도이다.
본 발명의 평등전계를 갖는 회전음극드럼(10)은 도 3 내지 도 6에 나타낸 바와 같이, 안쪽원통(100), 중간원통(200) 및 바깥쪽원통(300)의 구성요소로 이루어져, 안쪽원통(100)는 탄소강 스테인레스강 등을 소재이고, 또한 바깥쪽원통(300)은 티타늄 소재이다.
상기 안쪽원통(100)의 원주둘레면의 외주면은 중간원통(200)과 접촉하는 면으로써 기계가공 및 연마를 통해 평활한 면 상태를 유지한다. 상기 안쪽원통(100)과 바깥쪽원통(300)의 사이에 결합되는 중간원통(200)은 안쪽원통(100)과 바깥쪽원통(300)보다 도전율 및 열팽창이 큰 소재, 예를 들면 동 또는 동합금으로써, 그 두께는 약 6~8mm 정도이다. 상기 중간원통(200)의 원주둘레면 외주면은 바깥쪽원통(300)과 접촉하는 면으로써 기계가공 및 연마를 통해 평활한 면 상태를 유지한다.
상기 안쪽원통(100), 중간원통(200) 및 바깥쪽원통(300)은 평판을 두루마리식으로 말아 이음부를 용접하여 원통형상으로 제작된다.
도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이 안쪽원통(100)의 양쪽 측면에 안쪽원통(100)과 동일 재질의 원판인 측면판(120)이 용접고정된다. 안쪽원통(100)의 안쪽면에 상기 측면판(120)의 원주면이 용접 고정된다. 상기 용접처리 후, 용접부위 및 양쪽끝단은 기계가공에 의하여 마무리처리 된다.
또한, 도 5에 나타낸 바와 같이 상기 안쪽원통(100)의 원주둘레면(110)에 중간원통(200)이 열가열에 의한 억지끼워맞춤되고, 또한 상기 중간원통(200)의 원주둘레면(210)에 바깥쪽원통(300)이 열가열에 의한 억지끼워맞춤에 의하여 결합된다.
상기 중간원통(200)의 원주둘레면(210)은 기계가공 및 연마를 통해 매끄러운 면을 유지하도록 한다. 이는 바깥쪽원통(300)과의 결합시 접촉면 불량을 막기 위함이며 이와 같은 가공을 통해 바깥쪽원통(300)의 내측과 중간원통(200)의 원주둘레면(210)의 밀착성이 증가하게 된다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명은 바깥쪽원통(300)의 양쪽 측면에 바깥쪽원통측면판(320)이 용접 고정된다. 상기 바깥쪽원통측면판(320)은 스테인레스 및 탄소강으로 제작된 안쪽원통(100)의 측면을 보호하기 위해 티타늄재질의 바깥쪽원통측면판을 용접하여 결합한다.
음극드럼(10)의 표면에 평등전계를 형성시키기 위해 바깥쪽원통(300)의 원주둘레면(310)의 양쪽 모퉁이 가장자리가 구면(330)으로 형성되어, 상기 구면(330)의 끝단이 상기 바깥쪽원통(300)의 바깥쪽원통측면판(320)에 용접고정되어서, 상기 음극드럼(10)의 바깥쪽원통(300)의 중앙부보다 전극주변의 바깥쪽원통(300)의 모퉁이로 전계가 집중되는 현상을 최소화할 수 있도록 되어 있다.
상기 바깥쪽원통(300)의 원주둘레면(310)의 양쪽 모퉁이 가장자리의 구면(330)은, 굽힘가공처리에 의하여 반구형상으로 성형되어, 그의 끝단이 상기 바깥쪽원통(300)의 바깥쪽원통측면판(320)에 용접 고정된다.
바깥쪽원통(300)의 양쪽 끝단을 원형 또는 반원의 형태로 가공하여 기존에 나타나던 드럼의 양 끝단에 전류가 집중되는 문제를 해결할 수 있다. 구체적인 방안은 중간원통(200)에 바깥쪽원통(300)을 수축 끼워맞춤한 뒤, 바깥쪽원통(300)의 양쪽 끝단에 굽힘 가공 하는 방식을 채택한다.
굽힘 가공의 형상은 균일한 전류밀도 생성을 위해 사인 커브(sine curve) 모양을 따라 제작하는 것이 이상적일 수 있으나 가공의 편의성에 의해 반원이나 사분원의 형태에 따라 제작할 수 있다.
또한, 굽힘 가공이 어려울 경우 미리 제작된 반원 형태의 티타늄판을 드럼 양 끝에 용접하는 방법을 통해 제작이 가능하다. 이러한 방법을 통해 대전류를 사용하는 음극드럼의 환경에서 드럼의 양 끝에 전류가 집중되어 평등전계가 형성되지 못하고 불균일한 전류밀도가 나타나던 문제를 해결하고 양호한 평등전계를 얻을 수 있다.
도 7 은 종래의 음극드럼과 본 발명의 음극드럼의 전류밀도 분포를 나타낸 그래프이다. 본 발명의 음극드럼의 경우 종래의 음극드럼에 비해 양 끝단에 집중되는 전류의 양이 약 32.5% 줄어든 것을 확인 할 수 있었고, 평균적으로 약 14.8% 균일도 향상을 확인 할 수 있다.
본 발명의 바깥쪽원통(300)은 대략 6mm의 두께를 가지는 티타늄 판으로 제작되며, 원통형으로 성형한 후 가열하고 중간원통(200)의 외면에 수축 끼워맞춤한다. 수축 끼워맞춤한 후 중간원통(200)의 외면이 바깥쪽원통(300)의 내면에 밀착하고, 상대적으로 연질인 중간원통(200)은 냉각과 가열을 되풀이한 것에 의해 바깥쪽원통(300)와 안쪽원통(100)의 상대적인 이동에도 안정적으로 밀착성을 유지한다.
상기 수축 끼워맞춤이란, 축의 외경보다 다소 작은 내경을 가진 링과 축을 결합함에 있어서, 링을 가열 팽창시킨 후 끼워맞춤으로써 축을 밀착시키고 냉각시킨 뒤 기밀성을 우수하게 하는 끼워맞춤 방식입니다.
본 발명은 안쪽원통(100)과 중간원통(200)이 1차 수축 끼워맞춤 하게 되며, 또한 안쪽원통(100)과 중간원통(200)을 결합한 후, 상기 결합된 중간원통(200)의 원주둘레면(210)에 티타늄 재질의 바깥쪽원통(300)이 2차 수축 끼워맞춤한다.
예를 들어, 동 및 동합금의 재질인 중간원통(200)의 경우 대략 200℃, 티타늄재질의 바깥쪽원통(300)의 경우 대략 350℃로 가열하여 수축 끼워맞춤을 실시하게 된다.
또한, 본 발명은 동박판면에 용접비드마크가 전사되는 것을 줄이기 위해 플라즈마 아크용접 후 열처리하고 결정립을 미세화하기 위해 프레스 가공을 실시한다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 구체적으로 바깥쪽원통(300)의 이음부(340)의 용접시, 바깥쪽원통(300)의 원통체의 내면에 V형 혹은 I형 그루브를 형성하고, 내측으로부터 플라즈마 용접을 수행 한다.
이 때문에 기존의 바깥쪽원통(300)의 제작 시 행해지던 용접 경우와 비교하여 본 발명의 바깥쪽원통(300)에 나타나는 용접비드의 폭이 좁아진다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 상기 용접을 행한 후 용접으로 인해 돌출된 용접 비드면을 압연이나 프레스 등으로 모재와 같은 두께로 시정하는 것과 동시에, 용접부 및 그 부근의 열영향부에 대해 재결정(recrystallization)에 필요한 충분한 외력을 가한다.
뒤이어 가공부를 약 600℃ 가열하고 20분 동안 유지 후, 방냉하는 열처리과정을 통해 용접부 및 그 부근의 열영향부의 조대 조직을 세립균형화 한다.
그 결과 용접부 및 열영향부는 모재와 비슷한 정도의 결정입도를 가지게 되고 연마후 용접비드가 육안으로 관찰되지 않는 균질한 전착드럼용 티타늄 바깥쪽원통이 얻어질 수 있다. 도 8 은 용접을 행한 후 나타나는 바깥쪽원통(300)의 용접부의 미시조직을 관찰한 사진이며 도 9 는 후처리 즉, 열처리 및 프레스 가공 후 나타나는 티타늄 용접부의 미시조직을 관찰한 사진이다.
후처리 과정을 통해 결정립의 크기가 용접 후, 대략 126㎛에서 62㎛로 조직 미세화가 진행되었음을 확인할 수 있으며, 이는 모재의 결정립과 유사한 것으로 따라서 전체적인 조직의 균질화를 통해 보다 균일한 전류밀도 구현이 가능해 짐을 알 수 있다.
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10 : 음극드럼 100 : 안쪽원통
110 : 원주둘레면 120 : 측면판
200 : 중간원통 210 : 원주둘레면
300 : 바깥쪽원통 310 : 원주둘레면
320 : 바깥쪽원통측면판 330 : 구면
340 : 이음부
110 : 원주둘레면 120 : 측면판
200 : 중간원통 210 : 원주둘레면
300 : 바깥쪽원통 310 : 원주둘레면
320 : 바깥쪽원통측면판 330 : 구면
340 : 이음부
Claims (3)
- 바깥쪽 원통, 중간 원통 및 안쪽 원통으로 구성되는 회전음극드럼 제작 방법에 있어서,
양쪽 측면에 측면판(120)이 용접고정된 상기 안쪽원통(100)의 원주둘레면(110)에 중간원통(200)을 열가열에 의한 억지끼워맞춤하고, 상기 중간원통(200)의 원주둘레면(210)을 연마하는 단계와,
상기 안쪽원통(100)과 상기 중간원통(200)의 측면에 바깥쪽원통측면판(320)을 용접고정하는 단계와,
상기 중간원통(200)의 원주둘레면(210)에 바깥쪽원통(300)을 열가열에 의한 억지끼워맞춤한 후 상기 바깥쪽원통(300)의 원주둘레면(310)의 양쪽 모퉁이를 굽힘 가공하여 구면(330)으로 형성하고, 상기 구면(330)의 끝단을 상기 바깥쪽원통(300)의 바깥쪽원통측면판(320)에 용접고정하는 단계를 수행하여,
바깥쪽원통(300)의 중앙부보다 바깥쪽원통의 모퉁이로 전계가 집중되는 현상을 최소화할 수 있도록 함을 특징으로 하는 회전음극드럼 제작 방법. - 청구항 1에 있어서, 상기 바깥쪽원통(300)은
바깥쪽원통원주둘레면의 이음부(340)를 바깥쪽원통(300)의 안쪽에서 플라즈마 용접하고 용접으로 인해 돌출된 용접 비드면을 압연 프레스 성형에 의해 모재와 같은 두께로 시정함으로써, 바깥쪽원통의 원주둘레면(310)에 응고 석출되는 동박판에 용접 비드마크가 전사되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 회전음극드럼 제작 방법. - 삭제
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| KR101902428B1 (ko) * | 2017-07-20 | 2018-09-28 | 김휘호 | 극 박막 제조용 회전 음극드럼 |
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-
2010
- 2010-01-19 KR KR1020100004670A patent/KR101242374B1/ko active IP Right Grant
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| KR20110085077A (ko) | 2011-07-27 |
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