KR100781940B1 - 알루미늄 고분자 콘덴서의 회전식 중합 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 고분자 콘덴서 제조시 회전방식으로 콘덴서 소자를 중합하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 다수의 콘덴서 소자가 취부된 생산단위를 지속적으로 혹은 단속적으로 회전시키면서 중합 공정을 실시하여 콘덴서 소자의 내부에 주입된 고분자 용액이 소자의 구성 단위인 미세 다공성 알루미늄 박의 에칭 피트 내부는 물론 절연지, 음극용 집전체 박 전체에 걸쳐 균일하고 고르게 충분히 침투되도록 함으로써, 중합 완료 후 소자 내부에 전체적으로 다량의 균일하고 치밀한 고체 전해질 층을 형성할 수 있으며, 이에 따라 콘덴서의 저항, 손실 특성을 크게 향상시킬 수 있는 것은 물론, 소자의 외관도 깨끗하게 유지시킬 수 있고, 또 고분자 전해질 층의 불균일한 생성에 의한 구조적인 소자의 경도 약화 현상을 방지하여 후 공정의 알루미늄 케이스와 밀봉용 고무재료를 사용한 자동 조립공정에 있어서도 조립불량 발생을 최소화할 수 있으며, 또 중합 과정 중에 발생하는 단량체, 산화제, 저분자, 고분자 등의 배기가스를 전체 방향으로 분산시켜 소자의 오염을 방지할 수 있는 알루미늄 고분자 콘덴서의 회전식 중합 방법을 제공한다.

알루미늄 고분자 콘덴서, 중합 공정, 고분자 전해질 층, 회전식

Description

알루미늄 고분자 콘덴서의 회전식 중합 방법{Revolving polymerization method of polymer condenser}

도 1은 일반적인 알루미늄 고분자 콘덴서의 중합공정을 나타내는 블럭도

도 2는 종래의 알루미늄 고분자 콘덴서의 중합 방법을 적용하기 위한 지그를 나타내는 사시도

도 3은 종래의 알루미늄 고분자 콘덴서의 중합 방법을 나타내는 개략도

도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 루미늄 고분자 콘덴서의 중합 방법을 적용하기 위한 지그를 나타내는 사시도

도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 알루미늄 고분자 콘덴서의 중합 방법을 나타내는 개략도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 콘덴서 소자 11 : 금속판 막대

12 : 지그 13 : 오븐

14 : 보조 금속 막대 15 : 홀

16 : 지그 축 17 : 축 가이드

18 : 구동수단 18 : 체결부

본 발명은 알루미늄 고분자 콘덴서의 회전식 중합 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 중합 공정시 콘덴서 소자를 포함하는 지그 전체를 회전시키면서 중합 공정을 실시하는 새로운 형태의 중합 방식을 구현함으로써, 콘덴서 소자 내부의 고분자 용액을 소자 전체에 걸쳐 균일하고 충분하게 침투시킬 수 있으며, 이에 따라 콘덴서의 저항, 손실 특성을 크게 향상시킬 수 있는 알루미늄 고분자 콘덴서의 회전식 중합 방법에 관한 것이다.

일반적으로 알루미늄 고분자 콘덴서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 두께 70∼150㎛ 두께의 고순도(99.99% 이상) 알루미늄 박을 화학적 혹은 전기화학적으로 에칭(etching)하는 에칭 공정과, 상기 알루미늄 박의 에칭 후 이를 전기화학적으로 정격전압 및 정전용량에 맞게 화성(formation)하여 유전체이자 절연체인 Al₂O₃ 산화피막을 형성하는 화성 공정과, 이 화성공정 후 용도에 맞는 크기로 절단(slitting)하는 절단 공정과, 절단 후 양극 리드 단자를 점철하여 양극으로 사용하고 여기에 양극과 음극의 단락(short) 현상을 방지하기 위하여 전해지(separator)를 사이에 두고 음극 리드 단자가 점철된 음극용 알루미늄 박판과 함께 권취(winding)하는 권취 공정과, 권취 후 재화성 처리를 거친 다음 200∼300℃에서 30∼150분 동안 가열 하여 섬유조직으로 구성된 전해지를 탄화시키는 탄화 공정과, 탄화공정 후에 각종 유기용제에 용해되어 있는 전도성 고분자 혹은 전도성 고분자 단량체 용액에서 화학적산화중합을 거치는 중합 공정과, 이렇게 중합 공정을 마친 콘덴서 소자에 대해 처리되는 조립 공정, 에이징 공정 및 마킹 공정 등의 단계를 거쳐 제조된다.

또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 권취 공정에서는 양극 리드 단자가 점철된 양극용 알루미늄 박과 음극 리드 단자가 점철된 음극 집전체용 알루미늄 박 사이에 종이 재질의 전해지를 삽입한 뒤 권취하여 단위 콘덴서 소자(10)를 만들고, 이를 알루미늄 혹은 철 등의 금속 재질의 금속판 막대(11)에 20∼50 여개의 소자를 저항 용접하여 기본 단위를 구성하고, 이를 소자가 용접된 금속판 막대 20∼50 여개를 지그(12)에 거치하여 하나의 생산 단위를 구성하는 과정을 수행한다.

또한, 상기 중합 공정에서는 고분자 용액이 콘덴서 소자의 구성단위 내부에 균일하게 침투되도록 하기 위하여 콘덴서 소자에 단량체인 에틸렌디옥시씨오펜, 산화제인 페릭톨루엔설퍼네이트가 혼합된 중합용액 혹은 이들 각각의 용액을 디스펜서 등의 용액 주입기를 사용하여 적당량 주입한 후, 100∼200℃ 범위의 고온의 오븐 안에서 30∼120분간 건조하면서 중합하는 과정을 수행한다.

이때, 금속판 막대에 용접된 소자는, 도 3에 도시한 바와 같이, 소자 몸통을 아래로 하여 지그에 매달린 채로 배치식 또는 터널식의 고온의 오븐(13) 안에서 가열 경화되고, 이러한 중합 과정을 통해 소자에는 고체 전해질 층이 생성된다.

기존 중합 공정의 경우 중합이 진행되면서 콘덴서 소자는 중력을 받게 되어 중합 용액이 지속적으로 콘덴서 소자의 하단부위로 흘러 내리게 되고, 이로 인해 중합이 완료된 후에는 소자의 상단부위보다 하단부위에 고분자 전해질 층이 집중되는 현상이 발생한다.

이러한 집중현상은 콘덴서 소자가 탄화가 완료된 상태에서 초기의 소자 부피보다 감소하여 초기의 권취 압력을 유지하기 못하기 때문에 고분자 중합 이후에도 중력의 영향으로 소자 내부의 틈이 상단부위에는 여전히 존재하고, 하단부위만 공간이 채워지는 매우 불균일한 전해질 층을 형성하게 된다.

따라서, 소자의 기계적 강도는 상단과 하단의 차이가 심하고 전체적으로 약해지게 된다.

또한, 고분자 전해질 층이 불균일하여 전자 전도 경로도 동일하게 불균일하게 되어 콘덴서 완성시 저항과 손실이 증가하는 문제점을 가지고 있다.

또한, 중합 과정에서 발생하는 산화제, 단량체, 저분자, 고분자 등의 배기가스가 밀도차이에 의한 대류현상에 의해 오븐의 상부로 집중적으로 이동하게 되면서 소자의 양극 및 음극 리드단자가 짙은 남색, 고동색, 검정색 등으로 오염되어 변색되는 외관품질 불량문제를 심화시킨다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 다수의 콘덴서 소자가 취부된 생산단위를 지속적으로 혹은 단속적으로 회전시키면서 중합 공정을 실시하여 콘덴서 소자의 내부에 주입된 고분자 용액이 소자의 구성 단위인 미세 다공성 알루미늄 박의 에칭 피트 내부는 물론 절연지, 음극용 집전체 박 전체에 걸 쳐 균일하고 고르게 충분히 침투되도록 함으로써, 중합 완료 후 소자 내부에 전체적으로 다량의 균일하고 치밀한 고체 전해질 층을 형성할 수 있으며, 이에 따라 콘덴서의 저항, 손실 특성을 크게 향상시킬 수 있는 것은 물론, 소자의 외관도 깨끗하게 유지시킬 수 있고, 또 고분자 전해질 층의 불균일한 생성에 의한 구조적인 소자의 경도 약화 현상을 방지하여 후 공정의 알루미늄 케이스와 밀봉용 고무재료를 사용한 자동 조립공정에 있어서도 조립불량 발생을 최소화할 수 있으며, 또 중합 과정 중에 발생하는 단량체, 산화제, 저분자, 고분자 등의 배기가스를 전체 방향으로 분산시켜 소자의 오염을 방지할 수 있는 알루미늄 고분자 콘덴서의 회전식 중합 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 콘덴서 소자에 고분자 용액 주입 후 오븐에서 100∼200℃의 온도로 20∼120분 동안 건조 중합하는 알루미늄 고분자 콘덴서의 중합 방법에 있어서, 상기 콘덴서 소자들이 용접된 금속판 막대를 지그를 사용하여 오븐 내에서 중합시 콘덴서 소자 및 금속판 막대를 포함하는 지그 전체를 회전가능한 구조로 지지하는 동시에 구동수단으로 회전시키면서 중합을 실시하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 지그 전체를 회전시키는 방식은 1∼10분 간격으로 연속적으로 회전시키거나, 또는 1∼20분 간격으로 90°씩 단속적으로 회전시키는 방식인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 콘덴서 소자들이 용접된 금속판 막대는 이 금속판 막대의 상부를 가로지르는 동시에 압착하면서 지그의 양측에 체결 고정되는 적어도 2개의 보조 금속 막대에 의해 고정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 지그는 양단의 축을 통해 오븐에 마련되어 있는 축 가이드에 결합되어 회전가능한 형태로 지지되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 오븐은 컨베이어를 포함하는 터널식 오븐이거나, 또는 배치식 오븐을 적용할 수 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 구현예에 따른 알루미늄 고분자 콘덴서의 회전식 중합 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 알루미늄 고분자 콘덴서의 회전식 중합 방법은 콘덴서 소자에 대한 고온 건조 중합시 종전과 같이 콘덴서 소자가 용접된 금속판 막대를 포함하는 지그 전체를 고정시킨 상태에서 중합을 실시하는 방법 대신에 콘덴서 소자 및 금속판 막대를 포함하는 지그 전체를 고온의 건고 중합 과정 중에 지속적으로 혹은 단속적으로 회전시키면서 중합을 실시하는 방법이다.

즉, 콘덴서 소자의 내부에 고분자 용액이 주입된 이후 본격적인 중합과정인 고온 건조 중합 중에도 중력의 영향을 받지 않으면서 초기와 같이 소자 전체 부분에 균일하게 침적된 상태를 유지해야 하므로, 이를 위하여 콘덴서 소자들을 연속적으로 혹은 단속적으로 회전시키면서 특정부분에만 중력이 집중되는 현상을 방지할 수 있도록 하는 중합 방법이다.

또한, 본 발명에서는 기본적으로 대량 생산을 위하여 콘덴서 소자들이 용접 된 금속판 막대들을 다수 끼워서 걸어 놓은 지그를 회전시켜도 이들 금속판 막대들이 쏟아지지 않고 단단하게 고정될 수 있도록 하는 방식을 제공한다.

즉, 금속판 막대들을 지그상에 단순히 걸어 놓는 종래의 방식과는 달리 소정의 보조 금속 막대를 이용하여 금속판 막대들이 지그상에 견고하게 고정될 수 있도록 하는 방식을 제공한다.

따라서, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 콘덴서 소자(10)에 단량체인 에틸렌디옥시씨오펜, 산화제인 페릭톨루엔설퍼네이트가 혼합된 중합용액 혹은 이들 각각의 용액을 디스펜서 등의 용액 주입기를 사용하여 적당량 주입한 후, 100∼200℃ 범위의 오븐(13) 안에서 20∼120분간 건조하는 중합 공정시 고분자 용액이 주입된 이후 고온의 중합용 오븐 내에 콘덴서 소자(10)를 포함하는 지그(12)를 설치할 때 지그(12)를 회전가능한 구조로 설치하여 소자가 회전되도록 하는 상태에서 고온 건조 중합을 실시한다.

먼저, 콘덴서 소자(10)들이 용접된 금속판 막대(11)를 지그(12)상에 고정시키기 위하여 지그(12)의 양편에 일정높이의 체결부(19)가 일체 형성되고, 이렇게 형성된 각 체결부(19)에는 다수의 홀(15)이 형성되며, 또 양단부에 나사산이 형성되어 있는 수평 연장부를 가지는 대략 “ㄷ”자 형태의 보조 금속 막대(14)가 다수 구비된다.

이때의 보조 금속 막대(14)는 콘덴서 소자(10)가 용접되어 있는 금속판 막대(12)들의 상부를 가로지르는 형태로 배치되고, 계속해서 지그(12)의 체결부(19)에 있는 홀(15)을 관통한 후 그 단부에 너트가 체결되면서 고정되므로, 금속판 막 대(11)들은 이러한 보조 금속 막대(14)에 의해 견고한 고정상태를 유지할 수 있게 된다.

즉, 보조 금속 막대(14)가 콘덴서 소자(10)가 용접되어 있는 금속판 막대(11)들의 윗쪽을 가로지르면서 윗면을 눌러주는 형태로 금속판 막대들을 잡아주게 되므로, 회전시에도 견고한 고정상태를 유지할 수 있게 된다.

여기서, 상기 보조 금속 막대(14)의 길이, 즉 양쪽의 나사부가 있는 연장부위를 제외한 길이는 지그가 가지는 양편의 체결부 사이 간격보다 짧기 때문에 보조 금속 막대(14)를 지그상에 체결하는데에는 전혀 문제가 없게 된다.

또한, 상기 지그(12)는 양단부에 착탈가능한 축(16)을 갖고 있어서 이때의 축(16)을 이용하여 오븐(13)에 마련되어 있는 축 가이드(17)에 회전가능한 형태로 지지된다.

즉, 상기 지그(12)는 양단 축을 중심점으로 하여 회전될 수 있게 된다.

여기서, 축과 축 가이드 간의 결합이나 분리 방법은 공지의 방법을 적용할 수 있다.

실질적으로 지그(12)를 회전시키는 역할은 구동수단(18)이 담당하게 되며, 이때의 구동수단(18)은 회전량 제어가 가능한 서보 모터 등을 적용할 수 있다.

또한, 서보 모터의 동력을 지그(12)측에 전달하는 수단으로는 스프로킷을 이용한 공지의 체인전동수단을 적용할 수 있다.

특히, 본 발명에서는 콘덴서 소자를 포함하는 지그의 회전방식으로 연속식 또는 단속식을 적용할 수 있다.

예를 들면, 지그 전체를 1∼10분 간격으로 연속적으로 회전시키거나, 또는 1∼20분 간격으로 90°씩 단속적으로 회전시키는 방식을 적용할 수 있다.

이러한 회전방식은 서보 모터를 제어하는 것에 의해 구현이 가능하며, 서보 모터를 제어하여 지그를 연속적 또는 단속적으로 제어하는 방법은 당해 기술분야에서 통상적으로 알려져 있는 방법이라면 특별히 제한되지 않고 채택될 수 있다.

도 5는 본 발명의 알루미늄 고분자 콘덴서의 회전식 중합 방법을 나타내는 개략도이다.

여기서, 위와 같은 회전방식을 채용하는 오븐의 경우 컨베이어를 포함하는 터널식 오븐, 또는 배치식 오븐을 모두 적용할 수 있으며, 본 발명에서는 배치식 오븐의 경우를 예로 들어 설명한다.

도 5에 도시한 바와 같이, 여기서는 중합 공정을 위하여 오븐(13)의 내부에서 배치되는 콘덴서 소자들의 상태를 보여준다.

고분자 용액이 주입된 다수 개의 콘덴서 소자(10)가 용접되어 있는 금속판 막대(11)들은 지그(12)상에서 일정간격을 두고 나란하게 배치되면서 그 윗쪽을 가로지르는 적어도 2개의 보조 금속 막대(14)에 의해 고정된다.

이렇게 콘덴서 소자들이 배치되어 있는 상태에서 100∼200℃의 고온에서 20∼120분 정도 건조 중합 공정을 실시하게 되는데, 콘덴서 소자 및 금속판 막대를 포함하는 지그 전체를 회전시키면서 건조 중합 공정을 실시하게 된다.

이때의 회전은 중합이 완료될 때까지 지속적으로 정해진 속도로 회전을 진행하는 연속방법과 한번에 90°씩 정해진 시간 간격으로 회전을 진행하는 단속방법을 공정에 맞게 진행되도록 한다.

연속식의 경우 1회전하는데 1∼10분 정도의 범위에서 중합용액의 점도, 오븐의 온도, 전체 중합시간에 맞게 조정하면서 실시할 수 있고, 단속식의 경우 1회 회전시 90°로 회전하며 시간간격은 1∼20분 간격으로 조정하면서 실시할 수 있다.

이러한 중합 공정시 콘덴서 소자가 회전하기 때문에 중력에 의한 영향을 배제할 수 있게 되고, 결국 소자 내에서 고분자 전도체 층이 어느 한 곳으로 집중되는 현상을 방지할 수 있게 된다.

또한, 콘덴서 소자 몸통 내부에 침투한 고분자 용액들이 중합되면서 산화제 용액 성분, 단량체 용액 성분, 저분자 상태의 폴리에틸렌디오시씨오펜 성분 등이 사용된 용매와 함께 배출되는데, 이때 콘덴서 소자가 회전을 하게 되는 관계로 배출되는 중합기체들은 사방으로 퍼져나가게 되고, 결국 콘덴서 소자는 중합기체들에 의한 영향을 받지 않게 된다.

이상에서와 같이 중합 공정시 콘덴서 소자를 포함하는 생산단위를 회전시키면서 중합을 실시하여 콘덴서 소자의 내부에 주입된 고분자 용액이 소자의 구성 단위인 미세 다공성 알루미늄 박의 에칭 피트 내부, 절연지, 음극용 집전체 박 전체에 걸쳐 균일하고 고르게 충분히 침투되도록 하는 본 발명의 중합 방법은 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 중합 완료 후 소자 내부에 전체적으로 다량의 균일하고 치밀한 고체 전해질 층을 형성할 수 있다.

둘째, 콘덴서의 저항, 손실 특성을 크게 향상시킬 수 있다.

셋째, 고분자 전해질 층의 불균일한 생성에 의한 구조적인 소자의 경도 약화 현상을 방지하여 후 공정의 알루미늄 케이스와 밀봉용 고무재료를 사용한 자동 조립공정에 있어서도 조립불량 발생을 최소화할 수 있다.

넷째, 중합 과정 중에 발생하는 단량체, 산화제, 저분자, 고분자 등의 배기가스를 전체 방향으로 분산시켜 소자의 오염을 방지함으로써, 후 공정에서의 세척을 용이하게 실시할 수 있고, 이에 따라 콘덴서 외관 품질을 높일 수 있다.

Claims (5)

1. 콘덴서 소자에 고분자 용액 주입 후 오븐에서 100∼200℃의 온도로 20∼120분 동안 건조 중합하는 알루미늄 고분자 콘덴서의 중합 방법에 있어서,

   상기 콘덴서 소자들이 용접된 금속판 막대를 지그를 사용하여 오븐 내에서 중합시 콘덴서 소자 및 금속판 막대를 포함하는 지그 전체를 회전가능한 구조로 지지하는 동시에 구동수단으로 회전시키면서 중합을 실시하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 고분자 콘덴서의 회전식 중합 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 지그 전체를 회전시키는 방식은 1∼10분 간격으로 연속적으로 회전시키거나, 또는 1∼20분 간격으로 90°씩 단속적으로 회전시키는 방식인 것을 특징으로 하는 알루미늄 고분자 콘덴서의 회전식 중합 방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 콘덴서 소자들이 용접된 금속판 막대는 이 금속판 막대의 상부를 가로지르는 동시에 압착하면서 지그의 양측에 체결 고정되는 적어도 2개의 보조 금속 막대에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 고분자 콘덴서의 회전식 중합 방법.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 지그는 양단의 축을 통해 오븐에 마련되어 있는 축 가이드에 결합되어 회전가능한 형태로 지지되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 고분자 콘덴서의 회전식 중합 방법.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 오븐은 컨베이어를 포함하는 터널식 오븐이거나, 또는 배치식 오븐을 적용할 수 있는 것을 특징으로 하는 알루미늄 고분자 콘덴서의 회전식 중합 방법.

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