KR20070111080A

KR20070111080A - 다종의 도금첨가제 자동공급장치

Info

Publication number: KR20070111080A
Application number: KR1020060043958A
Authority: KR
Inventors: 정명진
Original assignee: 한국산업기술대학교산학협력단
Priority date: 2006-05-16
Filing date: 2006-05-16
Publication date: 2007-11-21
Also published as: KR100824802B1

Abstract

본 발명에 따른 다종의 도금첨가제 자동공급장치는, 정류기(6)의 션트전압신호를 디지털 전압신호로 변환하는 A/D 변환부(31),상기 A/D 변환부(31)로부터 출력되는 디지털 전압신호를 적산하는 전압값 적산부(32),상기 전압값 적산부(32)에서 출력된 적산전압값을 소정의 단위 시간으로 나누어 단위 시간당 적산전압값을 구하는 전압값 연산부(81), 상기 전압값 연산부(81)에서 산출된 단위시간당 적산전압값에 근거하여 복수 개의 펌프들(4a,4b,4c)을 위한 구동신호들을 발생하는 펌프구동신호 발생부(82),상기 도금작업에 필요한 도금첨가제들을 담은 복수 개의 도금첨가제 저장통들, 및 상기 펌프구동신호 발생부(82)의 구동신호들에 따라 각각 상기 도금첨가제 저장통들로부터 상기 도금첨가제들을 펌핑하여 상기 도금조(7)내의 도금용액 안으로 공급하는 복수 개의 펌프들을 포함한다. 본 발명의 도금첨가제 자동공급장치는 전기도금조 내의 도금첨가제의 농도를 도금이 진행되는 조건에 따라 실시간으로 감지하여 도금첨가제를 자동으로 보충함으로써 생산설비의 자동화, 표면처리 제품의 품질향상 및 균일한 제품의 제품생산을 지원할 수 있는 장점이 있다.

도금, 도금첨가제, 첨가제, 첨가물, 션트전압, 적산전류계, 전압값 적산, 펌프 구동, 도금조

Description

다종의 도금첨가제 자동공급장치{Apparatus for automatically supplying multiple plating additions}

도1은 일반적인 전기도금(구리도금)의 원리를 설명하는 도면이다.

도2는 종래의 방법대로 도금첨가제를 도금용액에 투입할 경우의 시간에 따른 도금정도의 관계 그래프이다.

도3 및 도4는 본 발명에 따른 다종의 도금첨가제 자동공급장치를 포함한 도금시스템의 구성도들이다.

도5는 도3 및 도4에 도시된 도금첨가제 자동공급장치의 블록구성도이고, 도6은 본 발명의 작동과정을 개략적으로 표현한 블록도이다.

도7은 본 발명에 따른 다종의 도금첨가제 자동공급장치를 이용하여 도금을 할 경우의 시간에 따른 도금정도의 관계 그래프이다.

*도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명*

1: 도금첨가제 자동공급장치 3: 적산전류계

4a,4b,4c: 펌프 5a,5b: 첨가제 공급관

6a,6b,6c...6h: 정류기 7,7': 도금조

7a,7a': 양극판 7b,7b': 음극판

8a,8b,8c: 차동증폭기 31: A/D 변환부

32: 전압값 적산부 40a: 첨가제 저장통

50a: 첨가제 흡입관 61a,61b: 션트전압신호선

80: 펌프구동제어부 81: 전압값 연산부

82: 펌프구동신호 발생부 83: 메모리

본 발명은 다종의 도금첨가제 자동공급장치에 관한 것으로서, 특히 도금조의 양전극 및 음전극에 공급되는 정류기의 사용전류를 자동으로 감지하여 짧은 시간주기로 펌프를 작동시킴으로써 다종의 첨가제들을 적절하게 도금조에 공급할 수 있도록 하여 도금결과를 개선하고 인력절감 효과를 거둘 수 있는 다종의 도금첨가제 자동공급장치에 관한 것이다.

일반적으로 전기도금은 금속의 이온을 함유한 용액 안에 양전극과 음전극을 넣고 그 사이에 전류를 통함으로써 음전극에서 금속이온이 석출되어 음전극에 놓인 대상물의 표면에 얇은 막이 형성되도록 하는 표면처리 작업을 말한다.

도1은 일반적인 전기도금(구리도금)의 원리를 설명하는 도면이며, 도2는 종래의 방법대로 도금첨가제를 도금용액에 투입할 경우의 시간에 따른 도금정도의 관계 그래프이다.

도1을 참고하면, 일반적인 구리 전기도금은 도금조(7')안에 구리금속(예를 들어 Cu⁺⁺)의 이온을 함유한 황산구리 용액(CuSO₄)을 넣고 그 도금 용액 안에 양전극(7a')과 음전극(7b')을 설치한 다음 전류를 통하게 함으로써 음전극(7b')에서 구리금속이온이 방전해서 석출되게 되며, 이러한 현상을 이용하여 음전극(7b')에 놓인 대상물의 표면에 구리금속의 얇은 막이 만들어진다.

이와 같은 전기도금은 제품을 아름답게 마무리하고, 내식성을 높이며, 내마모성을 키우는 등 기타 필요한 표면성질을 얻기 위해 적용된다. 전기도금에 주로 사용되는 금속은 금. 은, 구리, 니켈, 크롬 등이다.

전기도금을 하는 경우에는 도금용액 안에 광택제, 캐리어, 평탄화제, 억제제 등의 다양한 유기첨가제들을 투입하여야 하는데, 이 도금첨가제들의 구성과 농도는 도금의 질에 결정적인 영향을 미칠 정도로 중요한 역할을 한다. 그러나, 이러한 도금첨가제들은 도금이 진행됨에 따라 점차 농도가 낮아지게 되어, 정류기에 의해 동일한 전류로 도금을 하더라도 단위시간당 도금두께가 점차 줄어들게 되는 문제점이 있었다.

전자부품의 초소형화와 박막화에 따라 전기회로의 선폭이 마이크로미터 단위로 변화하고 있어 표면처리의 기능이 점차 중요시되고 있고, 이에 따라 각종 첨가제의 개발이 활발히 진행되어 고가의 성능이 우수한 첨가제를 사용하고 있으나, 종래 표면처리(전기도금) 공정에서 첨가제의 보충이 수동으로 불완전하게 이루어짐에 따라 요구되어지는 표면처리의 품질을 확보하지 못하고 있는 상황이다.

현재 국내의 대다수 도금업체에서는 도금이 진행되는 조건과 무관하게 일정 시간이 지나면 작업자가 첨가제를 수동으로 보충하는 방식을 취하고 있는데, 이와 같이 작업자가 수동으로 그때 그때의 눈대중으로 도금첨가제들을 보충하게 되면, 그 보충하는 시간주기마다 도금두께의 편차가 심하게 발생하게 되어 일정한 도금두께를 얻지 못하게 되고, 그 결과 도금두께를 매우 정밀하게 관리해야 하는 고부가가치 공정을 진행할 수 없는 단점이 있었다.

즉, 종래의 방식으로 도금첨가제를 투입할 때에는 도2에 나타난 바와 같이 도금첨가제를 보충할 때(t₁,t₂,t₃)마다 도금의 성과가 좋아져서 a의 두께로 도금이 이루어지지만, 시간이 지남에 따라 점차 성과가 떨어져 도금두께가 b로 얇아지게 됨으로써, 톱니형으로 도금두께의 편차가 심하게 발생하는 단점이 있었다.

뿐만 아니라, 도금두께를 정밀하게 관리해야만 하는 공정을 수행하기 위해서는 도금조에 도금첨가제의 농도를 측정하기 위한 고가의 수입 농도계를 장착하여 사용해야만 하였는데, 일반적인 소규모의 영세한 도금업체에서는 이와 같은 고가의 장비를 사용하기 어려워 실제로 정밀한 도금공정을 수행할 수 없는 문제점이 있었다.

상기 문제점을 극복하기 위하여 본 발명은 전기도금조 내의 도금첨가제의 농도를 도금이 진행되는 조건에 따라 실시간으로 감지하여 도금첨가제를 자동으로 보충함으로써 생산설비의 자동화, 표면처리 제품의 품질향상 및 균일한 제품의 제품생산을 지원할 수 있는 다종의 도금첨가제 자동공급장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의해 제공된 다종의 도금첨가제 자동공급장치는, 상기 정류기(6)의 션트전압신호를 디지털 전압신호로 변환하는 A/D 변환부(31); 상기 A/D 변환부(31)로부터 출력되는 디지털 전압신호를 적산하는 전압값 적산부(32); 상기 전압값 적산부(32)에서 출력된 적산전압값을 소정의 단위 시간으로 나누어 단위 시간당 적산전압값을 구하는 전압값 연산부(81); 상기 전압값 연산부(81)에서 산출된 단위시간당 적산전압값에 근거하여 복수 개의 펌프들(4a,4b,4c)을 위한 구동신호들을 발생하는 펌프구동신호 발생부(82); 상기 도금작업에 필요한 도금첨가제들을 담은 복수 개의 도금첨가제 저장통들; 및 상기 펌프구동신호 발생부(82)의 구동신호들에 따라 각각 상기 도금첨가제 저장통들로부터 상기 도금첨가제들을 펌핑하여 상기 도금조(7)내의 도금용액 안으로 공급하는 복수 개의 펌프들(4a,4b,4c);을 포함한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면들을 참고하여 본 발명에 따른 다종의 도금첨가제 자동공급장치의 구성 및 작용효과를 상세히 설명한다.

도3 및 도4는 본 발명에 따른 다종의 도금첨가제 자동공급장치(1)를 포함한 도금시스템의 구성도들이다.

도3을 참고하면, 본 발명이 적용되는 도금시스템은, 도금용액을 담고 있는 도금조(7), 상기 도금조의 양전극(7a) 및 음전극(7b,7c)에 직류전원을 공급하는 정류기(6), 상기 정류기(6)의 션트전압신호를 전달하는 션트신호선(61a,61b), 상기 션트신호선(61a,61b)에 의해 션트전압신호를 받아들여 디지털 형태로 변환한 다음 전압값을 적산하는 적산전류계(3), 상기 적산전류계(3)에 의해 적산된 적산전압값(ΣVi)을 이용해 펌프구동신호를 발생하는 제어부; 상기 제어부에서 발생된 펌프구동신호에 따라 각각의 도금첨가제들을 펌핑하여 상기 도금조로 보내는 펌프들(4a,4b)로 구성된다.

도3에서 미설명부호 2는 도금첨가제 공급장치(1)의 케이스이고, 5a 및 5b는 상기 펌프들(4a,4b)에서 공급된 도금첨가제들을 각각 도금조로 이송하는 첨가제 공급관들이며, 60a 및 60b는 정류기(6)의 직류전원을 도금조의 전극들에 공급하는 직류 도금 전류선들이다.

비록 도3에는 정류기를 1개만 도시하였지만, 도금작업상의 필요에 따라 복수 개의 정류기들을 사용할 필요가 있다. 즉, 직류전원의 용량이 추가적으로 더 필요하여 복수 개의 정류기를 사용할 경우도 있고, 도4에 도시된 바와 같이 1개의 도금조(7)안에 복수 개의 전극들(7a,7b)을 설치함으로써 그에 따라 복수 개의 정류기(6a,6b,..,6h)를 사용하여야 할 경우도 있다. 바람직하게는, 본 발명의 도금첨가제 자동공급장치에서 측정가능한 정류기 수는 1대 부터 8대까지이다.

또한, 도3에는 펌프의 개수를 2개만 도시하였지만, 도금첨가제의 종류는 매우 다양하기 때문에 3개 이상의 도금첨가제를 각각 펌핑하기 위한 펌프들이 더 필요할 경우가 있다.

도4를 참고하면, 본 발명에 따른 도금첨가제 자동공급장치(1)는 도금조(7)에 전류를 공급하는 정류기들(6a,6b,..,6h)로부터 션트 전압신호를 받아들여 이를 디 지털 형태로 변환하고 적산한 다음 그 적산된 값에 대응하여 도금첨가제를 보충하도록 펌프구동신호를 발생한다. 본 발명에서 펌프들(4a,4b)을 구동하여 도금첨가제를 보충함에 있어서는, 정류기로부터 발생되는 직류전류가 도금조의 전극들에 얼마나 공급되었는가가 기준이 된다. 도금의 진행 정도는 도금조에 공급되는 전류의 양에 달려 있는 것이므로, 지금까지 전류가 얼마나 공급되었는지를 감지하면 도금의 진행정도(도금첨가제의 소모 정도)를 파악할 수 있다.

또한, 한번 도금첨가제를 보충한 후에는 시간이 지남에 따라 도금조 안의 도금첨가제 농도가 점차적으로 감소하므로, 도금첨가제를 한번에 많이 투입하기 보다는 조금씩 여러 번에 나누어 투입하는 것이 도금조 안의 도금첨가제의 농도를 가능한 한 일정하게 유지할 수 있도록 하므로 도금의 정밀도를 높이는데 유리하다.

따라서, 이러한 원리에 의하여 본 발명에 따른 다종의 도금첨가제 자동공급장치(1)는 도금이 진행되는 조건에 따라 실시간으로 도금조(7)에 첨가제의 농도를 일정하게 유지하도록 보충하는 역할을 하며, 구체적으로는 기존의 도금시스템에서 사용하는 정류기(6)에 흐르는 전류(도금이 진행된 양에 해당)를 전압으로 환산하여 적산함으로써 도금조(7)에서 사용된 첨가제의 양을 감지하고, 첨가제를 보충하는 펌프(4a)에 구동신호를 인가하여 첨가제를 미세하게 보충하게 된다.

또한, 일반적으로 하나의 도금조(7)에서 여러 물품의 도금이 동시에 이루어지는 것을 감안하여 본 발명의 도금첨가제 자동공급장치(1)는 여러 대의 정류기에 흐르는 전류를 동시에 적산할 수 있도록 제작되는 것이 바람직하다.

도4를 참고하면, 본 발명의 도금첨가제 자동공급장치(1)는 복수 개의 정류기 들(6a,6b,..,6h)로부터 션트 전압 신호를 받아 이 전압값들을 적산함으로써 상기 정류기들(6a,6b,..,6h)로부터 상기 도금조(7)에 공급된 전류의 양을 간접적으로 추산한다. 본 발명의 도금첨가제 자동공급장치(1)안에 설치된 적산전류계(도3 및 도5의 도면부호 3)가 이러한 션트전압값의 적산작업을 수행하며, 펌프구동 제어부(도5의 도면부호 80)에서 상기 적산된 전압값을 기초로 최적의 도금첨가제 보충량과 보충시점을 계산한다. 상기 펌프구동제어부는 결정된 도금첨가제 보충량과 보충시점에 따라 펌프구동신호를 발생하고, 이 구동신호들이 펌프(4a)에 인가됨으로써 펌프(4a)가 도금첨가제 저장통(40a)에 담긴 도금첨가제를 펌핑하여 도금조(7)에 공급한다. 도4에서 미설명부호 5a는 첨가제 공급관이며, 50a는 첨가제 흡입관이다.

도5 및 도6은 정류기가 3개이고 펌프가 3개인 경우를 상정하여 도시되었는데, 도5 및 도6을 참고하면 복수 개의 정류기들(8a,8b,8c)로부터 나온 션트 전압 신호들은 한 쌍의 (+)선과 (-)선이 각각 차동증폭기(8a,8b,8c)의 입력단자에 연결되며, 상기 차동증폭기(8a,8b,8c)는 상기 입력된 (+)선과 (-)선 신호들의 차이를 증폭하여 A/D 변환부(31)로 출력한다. 다음으로, 상기 A/D 변환부(31)에서는 아날로그 형태의 전압신호를 디지털 형태로 변환하여 전압값 적산부(32)로 전송한다(도6의 S10단계).

상기 A/D 변환부(31)와 전압값 적산부(32)는 적산전류계(3)안에 구성되는데, 이에 더하여 상기 차동증폭기(8a,8b,8c)까지 상기 적산전류계(3)안에 구성하는 것 도 가능하다. 도5에서 미설명부호 8은 차동증폭기들(8a,8b,8c)로 구성된 차동증폭부이다.

상기 전압값 적산부(32)에서는 A/D 변환부(31)로부터 전달받은 전압값을 적산하여 적산전압값(ΣV_i)을 산출한다(도6의 S11단계). 상기 적산전압값(ΣV_i)은 펌프구동 제어부(80)의 전압값 연산부(81)에 전달되며, 상기 전압값 연산부(81)에서는 상기 적산전압값(ΣV_i)을 소정의 단위시간(Δt)으로 나누어 단위시간당 적산전압값(ΣV_i/Δt)을 구한다(도6의 S12단계).

한편, 상기 펌프구동제어부(80)의 메모리(83)는 ROM 또는 RAM 형태의 기억소자이며, 이 메모리(83)안에는 사전에 각종의 도금시스템에 대해 실험적인 방법으로 취득해 놓은 단위시간당 적산전압값(ΣV_i/Δt)과 각 도금첨가제들의 최적 보충량에 대한 상관관계 데이터가 테이블 형태로 저장된다. 펌프구동제어부(80)의 펌프구동신호발생부(82)는 상기 메모리(83)에 저장된 상관관계 데이터에 기초하여 상기 전압값 연산부(81)에서 산출된 단위시간당 적산전압값에 대응되는 각 도금첨가제의 투입량을 산출한 다음, 상기 산출된 각각의 도금첨가제의 투입량을 소정 시간 동안 여러 번에 나누어 조금씩 공급될 수 있도록 펌프 구동신호들을 발생한다(도6의 S13단계). 예를 들어, 제1펌프(4a)에서 펌핑되는 도금첨가제의 적절한 투입량이 분당 60cc 라고 결정된 경우에, 이 60cc를 한번에 다 펌핑하는 것이 아니라, 10초에 한번 또는 5초에 한번씩 균일하게 나누어 투입될 수 있도록 펌프를 구동시키는 것이다. 본 발명에서는, 펌프 구동신호는 펄스트레인(pulse train)으로서 분당 0-60 펄 스로 하고, 도금첨가제의 보충량은 분당 0-100cc 범위로 하는 것이 바람직하다.

도6은 본 발명의 도금첨가제 자동공급장치(1)에서 수행되는 연산과정을 흐름도 형식으로 도시한 것인데, 이때 유의할 점은, S10단계부터 S13단계는 한번 수행되고 끝나는 것이 아니라 도금작업이 진행되는 동안 계속적으로 수행된다는 것이다. 즉, S10단계의 A/D 변환은 차동증폭부(8)로부터 공급되는 아날로그 신호에 대해 계속적으로 수행되어 그 변환된 전압신호를 전압값 적산부(81, 도6의 S11 단계)로 계속적으로 출력하며, 소정시간(예를 들어 도2의 t₁ 시점 부터 t₂ 시점까지) 동안 적산된 전압값은 전압값 연산부(82)로 전달되어 단위시간당 적산전압값(ΣV_i/Δt)이 구해지고(S11 단계 및 S12 단계), 펌프구동신호 발생부(83)에 의해 다음 시간주기(예를 들어 도2의 t₂ 시점부터 t₃ 시점까지) 동안의 펌프구동신호가 발생된다(S13 단계).

따라서, 본 발명에 따른 다종의 도금첨가제 자동공급장치(1)는 소정의 시간간격으로 도금첨가제를 보충함과 동시에 각 보충시점 이후로 일정 시간 동안 도금조에 공급된 전류의 양을 계산함으로써 또 다시 도금첨가제를 보충해야 할 최적의 타이밍과 보충량을 자동적으로 결정해 낼 수 있다는 데에 최대의 특징이 있다.

도7은 본 발명에 따른 다종의 도금첨가제 자동공급장치를 이용하여 도금을 할 경우의 시간에 따른 도금정도의 관계 그래프이다. 도7을 참고하면, 시간의 경과에 따라 짧은 시간 간격으로 조금씩 도금첨가제를 보충함에 의해 도금정도의 편차가 작게 나타남을 알 수 있다.

본 발명의 도금첨가제 자동공급장치를 이용하면, 종래에 단순히 작업자의 감각에만 의존하여 도금첨가제를 투입하던 것과 달리 짧은 시간주기 마다 소량의 도금첨가제가 자동적으로 반복 보충되므로 도금두께의 정밀제어가 가능한 장점이 있다.

본 발명에 따른 다종의 도금첨가제 자동공급장치는 정류기의 사용 전류를 감지하여 짧은 시간주기로 자동으로 펌프를 사용하여 첨가제 공급함으로써, 종래의 도금장치의 경우에 사람이 시간주기에 따라 비정기적으로 도금첨가제를 공급함으로써 도금 정도가 시간에 따라 편차가 심하게 나타났던 문제점을 해결하였다.

이에 따라, 본 발명의 도금첨가제 자동공급장치에 의하면, 첨가제 공급을 위한 인력을 절감할 수 있고 도금편차를 최소화하여 정밀한 도금이 가능하며, 다수의 정류기를 사용하는 경우에도 적용가능한 장점이 있다.

Claims

직류전원을 도금조(7)의 양전극 및 음전극에 공급하여 도금작업을 수행하는 정류기(6)의 션트전압신호를 입력받아 디지털 전압신호로 변환하는 A/D 변환부(31);

상기 A/D 변환부(31)로부터 출력되는 디지털 전압신호를 적산하는 전압값 적산부(32);

상기 전압값 적산부(32)에서 출력된 적산전압값을 소정의 단위 시간으로 나누어 단위 시간당 적산전압값을 구하는 전압값 연산부(81);

상기 전압값 연산부(81)에서 산출된 단위시간당 적산전압값에 근거하여 복수 개의 펌프들(4a,4b,4c)을 위한 구동신호들을 발생하는 펌프구동신호 발생부(82);

상기 도금작업에 필요한 도금첨가제들을 담은 복수 개의 도금첨가제 저장통들; 및

상기 펌프구동신호 발생부(82)의 구동신호들에 따라 각각 상기 도금첨가제 저장통들로부터 상기 도금첨가제들을 펌핑하여 상기 도금조(7)내의 도금용액 안으로 공급하는 복수 개의 펌프들;을 포함한 것을 특징으로 하는 다종의 도금첨가제 자동공급장치.
제1항에 있어서, 상기 정류기(6)로부터 나온 (+)극 및 (-)극의 선트전압신호들을 2개의 입력단자들로 각각 받아들인 다음 그 신호차를 증폭하여 상기 A/D 변환 부(31)로 출력하는 차동증폭부(8)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 다종의 도금첨가제 자동공급장치.
제1항에 있어서, 단위시간당 적산전압값과 다종의 도금첨가제들의 투입량에 대한 상관관계 데이터가 저장된 메모리(83)를 더 구비하며,

상기 펌프구동신호 발생부(82)는 상기 메모리(83)에 저장된 상관관계 데이터에 기초하여 상기 전압값 연산부(81)에서 산출된 단위시간당 적산전압값에 대응되는 각 도금첨가제의 투입량을 산출하고, 상기 산출된 각각의 도금첨가제의 투입량이 소정 시간 동안 소정 회수에 걸쳐 균분하여 투입완료될 수 있도록 상기 펌프 구동신호들을 발생하여 상기 펌프들에 각각 인가하는 것을 특징으로 하는 다종의 도금첨가제 자동공급장치.
제3항에 있어서, 상기 펌프구동신호 발생부(82)가 상기 소정시간 동안 소정 회수에 걸쳐 펌프 구동신호들을 발생하는 것과 동시적으로 상기 전압값 적산부(32)는 상기 A/D 변환부(31)로부터 출력되는 디지털 전압신호들을 적산하며, 상기 펌프구동신호 발생부(82)는 상기 소정시간이 경과한 후의 새로운 소정시간 동안에는 상기 전압값 적산부(32)에서 상기 소정시간 동안 미리 적산된 적산전압값에 따라 상기 전압값 연산부(81)에서 산출된 단위시간당 적산전압값에 근거하여 새로운 펌프구동신호들을 발생하는 것을 특징으로 하는 다종의 도금첨가제 자동공급장치.
제1항에 있어서, 상기 정류기가 복수 개 연결되어 상기 도금조(7)에 직류전원을 공급하며, 상기 복수 개의 정류기들로부터 나온 션트전압신호들이 A/D 변환부(31)에 공급되는 것을 특징으로 하는 다종의 도금첨가제 자동공급장치.