KR100549965B1 - 마이크로스위치 - Google Patents

Abstract

마이크로스위치의 고정접점부재(13)와 가동접점부재(17)중 어느 한 쪽을 은-탄소소결금속에 의해 구성하고, 다른 쪽을 은-금속산화물계합금에 의해 구성한다. 은-탄소소결금속은 평균입경이 작은 탄소분말의 사용에 의하여 소성가공가능한 소결금속으로 하고, 은-탄소소결금속에 의한 접점부재를 접점지지판에 직접 코킹결합한다.

마이크로스위치, 은-탄소소결금속, 은-금속산화물계합금, 고정접점측 단자부재, 가동접점측 단자부재

Description

마이크로스위치{microswitch}

이 발명은, 마이크로스위치에 관하여, 특히 공조장치, 냉동장치, 히터장치 등에서 사용되는 대전류용 마이크로스위치에 관한 것이다.

공조장치, 냉동장치, 히터장치 등에는, 온도조절기를 사용한 온도제어를 하는데 있어서, 릴레이를 쓰지 않고 대용량에도 견딜 수 있는 마이크로스위치로 통전의 온오프(on-off)를 하는 것이 요구되고, 또는, 이미 실시되고 있다.

이러한 대용량에도 견딜 수 있는 마이크로스위치는, 고정접점부재와 가동접점부재와 스냅액션기구를 갖고, 상기 스냅액션기구에 의한 상기 가동접점부재의 기계적 변위에 의해서 상기 가동접점부재가 상기 고정접점부재에 이접(離接)하여, 상기 회로를 개폐하도록 구성되어 있다.

마이크로스위치에서의 고정접점부재, 가동접점부재의 재료로는, 은, 은-탄소소결금속, 은-금속산화물계합금 등이 있고, 대전류용의 마이크로스위치에서는, 내용착성, 내아크소모성이 우수한 은-금속산화물계합금이 많이 사용된다.

특개소 제 59-123108호 공보에는, 한 쪽의 접점부재를 은-탄화텅스텐(Ag - WC)계소결금속에 의해 구성하고, 다른 쪽의 접점부재를 은-금속산화물계합금인 Ag - SnO₂계 복합합금에 의해 구성하여, 쌍을 이루는 접점부재를 종류가 다른 재료로 구성하는 것을 나타내고 있다.

대전류용의 마이크로스위치에 있어서, 많이 사용되고 있는 은-금속산화물계합금은, 내용착성, 내아크소모성이 우수하지만, 은, 은-탄소소결금속에 비하여 접점접촉저항이 크고, 통전시 접점온도상승이 높다는 문제점이 있다.

이때문에, 가동접점부재와 고정접점부재가 함께, 은-금속산화물계합금에 의해 구성되면, 접점접촉저항이 높은 것에 의해 접점온도상승이 높게 되어, 전기적 성능이 저하한다. 이 대처방안으로서, 접촉면적의 증대에 의한 접점접촉저항의 저하때문에 접점부재의 지름을 크게 하거나, 방열을 위해서 열전도성이 높은 보조접점판을 부가하는 등의 필요가 생긴다.

스위치 케이스의 치수를 바꾸지 않고 접점부재의 지름을 크게 하면, 접점부재와 다른 부재 사이의 공극이 작게 되어, 이것들 사이에서, 아크방전을 일으킬 우려가 생긴다. 특히, 스냅액션기구가, 일단이 스위치케이스에 고정된 판스프링과, 판스프링의 자유단측과 가동접점을 유지하는 가동접점지지판의 자유단측에 걸쳐서 걸어맞춤된 U자형의 스냅액션 스프링으로 구성되어 있는 것에서는, 스냅액션 스프링과 고정접점부재가 근접하여 양자사이에서 아크방전을 일으키기때문에, 고정접점부재의 스냅액션 스프링측을 깎아내어 고정접점부재를 D자형으로 가공할 필요가 생긴다.

이것에 대하여, 은-탄소소결금속에 의한 접점부재끼리는, 은-금속산화물계합금제의 접점부재에서의 상술한 바와 같은 문제는 없지만, 내용착성, 내아크소모성이 은-금속산화물계합금제인 것에 비해 뒤떨어지고, 전기적 수명이 짧으며, 또한, 은-탄소소결금속은 비교적 인성이 높고 소성가공할 수 없으며, 다이스의 늘어난 선이나 접점부재를 접점지지판에 직접 코킹(caulking)고정(코킹결합)할 수 없다.

특개소 제 59-123108호 공보에서는, 한 쪽의 접점부재를 은-텅스텐탄화물계 소결금속에 의해 구성하고, 다른 쪽의 접점부재를 은-금속산화물계합금에 의해 구성함으로써, 내용착성을 확보하여, 접점접촉저항이 절감하여 접점온도의 상승을 억제할 수 있지만, 내용착성의 확보, 접점온도상승의 억제에 관하여 아직 충분하지 않고, 또한 텅스텐을 고열가공한 탄화텅스텐이 필요하다.

본 발명은, 상술한 바와 같은 문제점에 주목하여 이루어진 것이고, 내용착성 및 내아크소모성의 확보와 접점접촉저항의 절감이 충분히 양립하여, 보조접점지지부재의 불필요화, 접점부재의 소형화를 가능하게 함과 동시에 전기적 수명의 향상을 꾀하고, 또한 접점부재를 접점지지판에 직접 코킹고정할 수 있어, 접점 맞붙음이 우수한 마이크로스위치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술의 목적을 달성하기 위해서, 구성(1)의 발명에 의한 마이크로스위치는, 고정접점부재와 가동접점부재와 스냅액션기구를 가지고, 상기 스냅액션기구에 의한 상기 가동접점부재의 기계적 변위에 의해서 상기 가동접점부재가 상기 고정접점부재에 이접하는 마이크로스위치에 있어서, 상기 고정접점부재와 상기 가동접점부재중 어느 한 쪽이 은-탄소소결금속에 의해 구성되고, 다른 쪽이 은-금속산화물계합금에 의해 구성되어 있는 것이다.

구성(2)의 발명에 의한 마이크로스위치는, 상기 한 쪽의 접점부재를 구성하는 은-탄소소결금속이, 평균입경이 작은 탄소분말의 사용에 의해서 소성가공가능한 소결금속으로 소결되고, 해당 접점부재가 접점지지판에 직접 코킹결합되어 있는 것이다.

구성(3)의 발명에 의한 마이크로스위치는, 상기 은-탄소소결금속이, 평균입경 1μm 이하의 탄소분말 0.01 내지 0.5중량%를 은분말에 첨가하여 분산시켜 소결한 것이다.

구성(4)의 발명에 의한 마이크로스위치는, 상기 고정접점부재 및 상기 가동접점부재를 내장하는 스위치 케이스와, 상기 스위치 케이스에 고정된 고정접점측 단자부재와 가동접점측 단자부재를 갖고, 상기 고정접점은 상기 고정접점측 단자부재에 고정되고, 상기 가동접점부재는 상기 가동접점측 단자부재에 도전접속되어 상기 스위치 케이스에 캔틸레버식으로 지지된 스프링성을 갖는 가동접점지지판의 자유단측에 고정되고, 상기 스냅액션기구는, 일단이 상기 스위치 케이스에 고정된 판스프링과, 상기 판스프링의 자유단측과 상기 가동접점지지판의 자유단측에 걸쳐서 걸어맞춤된 U자형의 스냅액션 스프링에 의해 구성되어 있는 것이다.

구성(1)의 발명에 의한 마이크로스위치에 의하면, 은-탄소소결금속에 의한 접점부재와, 은-금속산화물계합금에 의한 접점부재에 의한 성질이 다른 접점재료의 편성으로, 단일접점재료에 의한 경우에 비해서 서로의 결점을 커버하고, 내용착성 및 내아크소모성의 확보와 접점접촉저항의 절감이 충분히 양립한다.

구성(2)의 발명에 의한 마이크로스위치에 의하면, 한 쪽의 접점부재가 소성 가공가능한 은-탄소소결금층에 의해 구성되고, 이 은-탄소소결금속에 의한 접점부재는 가동접점지지판에 직접 코킹결합되어 있다.

구성(3)의 발명에 의한 마이크로스위치에 의하면, 은-탄소소결금속이, 평균입경 1μm 이하의 탄소분말 0.01 내지 0.5중량%를 은분말에 첨가하여 분산시켜 소결한 것에 의해, 한 쪽 접점부재는 내용착성을 구비하여 소성가공가능한 소결금속에 의해 구성되고, 이 접점부재는 코킹결합에 의해 접점지지판에 직접 고정된다.

구성(4)의 발명에 의한 마이크로스위치에 의하면, 고정접점은 고정접점측 단자부재에 의해서 스위치 케이스에 고정되고, 가동접점부재는 가동접점측 단자부재에 도전접속되어 스위치 케이스에 캔틸레버식으로 지지된 가동접점지지판의 자유단측에 고정되어, 일단이 상기 스위치 케이스에 고정된 판스프링과 해당 판스프링의 자유단측과 가동접점지지판의 자유단측에 걸쳐서 걸어맞춤된 U자형의 스냅액션 스프링에 의해 스냅액션기구가 구성되고, 상기 스냅액션기구에 의해서 가동접점부재의 접점사이 이동이 고속도로 행해진다. 이 마이크로스위치에서는, 접점부재를 구성하는 재질의 편성에 의해서 접점온도의 상승이 억제되어 있기때문에, 접점부재의 지름을 크게 할 필요가 없고, 마이크로스위치의 치수를 크게 하지않고 접점부재와 스냅액션 스프링과의 간격을 크게 할 수 있으며, 양자 사이에서 아크방전을 일으키지 않는다

도 1은 본 발명에 의한 마이크로스위치의 일실시 형태를 접점이 닫힌 상태에서 나타낸 단면도이다.

도 2는 본 발명에 의한 마이크로스위치의 일실시 형태를 접점이 열린 상태에서 나타낸 단면도이다.

도 3은 성능비교 평가시험에서 통전 파형을 나타내는 그래프이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 상세히 설명한다.

도 1, 및 도 2는 본 발명에 의한 마이크로스위치의 일실시 형태를 나타내고 있다. 마이크로스위치는, 전기절연재료인 터미널 박스(1)와 터미널 커버(3)에 의한 밀폐구조의 스위치 케이스(5)를 갖고 있다. 터미널 박스(1)에는 고정접점측 단자편(7)과 가동접점측 단자편(9)이 각각 박혀져 고정되게 장착된다.

고정접점측 단자편(7)은 스위치 케이스(5)내에 위치하는 꺽쇠모양의 접점지지부(11)를 일체로 갖고 있고, 접점지지부(11)의 밑면에는 버튼모양의 고정접점부재(13)가 코킹고정되어 있다.

가동접점측 단자편(9)은 스위치 케이스(5)내에서 판스프링에 의해 옆으로 회전하는 U자 모양의 가동접점지지판(15)의 일단을 터미널 박스(1) 사이에 끼워 고정하고 있다. 이것에 의해 가동접점지지판(15)은 가동접점측 단자편(9)과 도전접속되어 스위치 케이스(5)에 캔틸레버식으로 지지된다. 가동접점지지판(15)의 자유단측의 상면에는 버튼모양의 가동접점부재(17)가 고정되어 있다.

가동접점지지판(15)의 자유단은 접점지지부(11)의 아래쪽으로 위치하고 있음으로써, 가동접점부재(17)는 고정접점부재(13)와 미소접점간격을 두고 대향하고 있다.

터미널박스(1)에는 접점간격을 조정하기위해서 접점간격 조정나사(19)와 와셔 스프링(21)이 설치되어 있다.

가동접점측 단자편(9)은 스냅액션기구의 옆으로 회전하는 U자 모양의 판스프링(23)의 일단을 터미널박스(1) 사이에 끼워 고정하고 있다. 판스프링(23)의 자유단측과 가동접점지지판(15)의 자유단측 사이에는 상기 양자에 걸쳐서 걸어맞춤된 U자형의 스냅액션 스프링(25)이 설치되어 있다. 판스프링(23)에는, 마이크로스위치를 개폐하는 막대모양의 액추에이터(27)가 접속되어 있다.

이 마이크로스위치에서는, 도 1에 나타내고 있듯이, 액추에이터(27)가 가압되어 내려지는 것에 의해, 상술의 스냅액션기구에 의한 스냅액션에 의해서 가동접점부재(17)가 상승변위하여 고정접점부재(13)와 접하여, 접점을 닫고, 이것에 대하여, 도 2에 나타내고 있듯이, 액추에이터(27)가 들어 올려지는 것에 의해, 상술한 스냅액션기구에 의한 역(逆)스냅액션에 의해서 가동접점부재(17)가 하강하여 위치가 변하며 고정접점부재(13)에서 떨어지고, 접점을 닫는다.

상술한 바와 같은 구조에 의한 스냅액션기구에 의해, 접점개폐에서의 가동접점부재(17)의 접점간 이동이 고속으로 행해지게 되어, 전기 스위치의 이른바 끊어짐이 좋게 된다.

고정접점부재(13)는 Ag-In-SnO₂등에 의한 은-금속산화물계합금으로 형성되어 있다.

이것에 대하여, 가동접점부재(17)는 은-탄소(Ag-Gr)소결금속에 의해 구성되어 있다. 가동접점부재(17)를 구성하는 은-탄소소결금속은, 평균입경 1μm 이하, 특히 바람직하게는 0. 1μm 이하의 탄소분말 0.01 내지 0.5중량%를 은분말에 첨가하여 분산시켜 소결한 것이고, 내용착성을 손상하지않고 소성가공성을 갖고 있다.

이것에 의해, 가동접점부재(17)는 가동접점지지판(15)에 코킹결합에 의해 직접 고정되어 있다.

은-탄소소결금속에 첨가하는 탄소분말의 평균입경이 1μm 이하, 특히 바람직하게는 0. 1μm 이하인 것에 의해, 불용착성을 얻는데 필요한 탄소량이 최저 5중량%정도에서 0. 01∼0. 5중량%로 절감하고, 이것과 탄소분말의 평균입경이 극소인 것이, 은-탄소소결금속의 소성가공을 가능하게 하고 있다고 생각된다.

탄소분말의 평균입경이 1μm 이하가 아니면, 필요한 내용착성을 얻기위해 필요한 탄소량이 늘어나, 건전한 소성가공을 불가능하게 한다. 탄소분말의 평균입경이 1μm 이하이면, 탄소량이 0. 01중량% 이하이면, 필요한 내용착성을 얻을 수 없고, 탄소량이 0. 5중량% 이상이면, 소성가공이 제대로 행해질 수 없게 된다.

또, 상술한 은-탄소소결금속에 의한 상기 접점재료는, 일본국 특개평 6-228678호 공보에 나타내고 있는 것과 동등한 것도 좋다.

상술한 바와 같이, 가동접점부재(17)가 은-탄소소결금속에 의해 구성되고, 고정접점부재(13)가 은-금속산화물계합금에 의해 구성되어 있음으로써, 단일접점재료에 의한 경우에 비하여 서로의 결점이 커버되어, 내용착성 및 내아크소모성의 확보와 접점접촉저항의 절감이 충분히 양립하여, 접점온도의 상승이 억제된다.

이것에 의해, 내구성이 향상하고, 전기적 수명이 길게 됨과 동시에, 접촉면적의 증대에 의한 접점접촉저항의 저하때문에 고정접점부재(13)나 가동접점부재 (17)의 지름을 크게 하거나, 방열 때문에 열전도성이 높은 보조접점판을 부가하는 등의 필요가 없어져, 마이크로스위치의 소형화설계와 부품수가 줄어드는 것이 도모된다.

상술한 바와 같이, 고정접점부재(13)의 지름을 크게 할 필요가 없기때문에, 마이크로스위치의 치수를 크게하지 않고 고정접점부재(13)와 스냅액션 스프링(25)과의 간격을 크게 할 수 있어, 양자간 아크방전을 일으키는 것이 없다. 이에 따라, 내구성이 향상하여, 장기간에 걸쳐 안정되고 우수한 전기적 성능을 얻을 수 있다.

또한, 은-탄소소결금속에 의한 가동접점부재(17)는 가동접점지지판(15)에 직접 코킹결합되어 있기때문에, 접점 맞붙음이 우수하다.

상술의 구성에 의한 이 발명의 실시품과 종래품(고정접점부재와 가동접점부재가 함께 Ag-In-SnO₂에 의한 은-금속산화물계합금으로 구성되어 있는 것)과의 성능비교 평가시험을 이하의 조건으로 행하였다.

평가될 마이크로스위치를 압력식 온도조절기에 짜 넣고, 하기 조건의 전기부하를 마이크로스위치에 인가하여, 모세관에서 공기압을 액츄에이터(27)에 인가함으로써 접점을 개폐시키고, 접점용착의 유무 및 전이, 소모상태를 조사한다.

접점용착이란, 모세관에서 인가하는 공기압에 의해서 설정하고 있는 본래의 접점개폐시간에 대하여 1초 이상의 전류차단지연 (통전연장)이 있는 경우를 가리키고, 접점용착이 발생하면, 시험장치를 정지한다. 또, 시험장치에서 샘플을 분리한 시점에서, 접점이 스스로 열리는 경우는 경용착(輕溶着)으로서 내구시험을 계속하고, 스스로 열리지 않는 경우는 완전용착으로 한다.

상기부하조건;

전압 : AC250V

전류 i ₁: 80A (c o s ø 0. 45)

전류 i ₂: 20A (c o s ø 0. 75)

전류 i ₁통전시간 t ₁: 0. 2초

전류 I ₂통전시간 t ₂: 0. 8초

통전휴지시간 t ₃: 9초

빈도 : 6회 / 분

이 전기부하조건에 의한 통전파형을 도 3에 나타내고 있다.

평가결과를 표1에 나타낸다.

	실 시 예	종 래 품
경 용 접(輕溶接)	24만회 이후 4/5만큼 발생	12만회 이후 5/5 만큼 발생
완전용접	30만회 이후 발생하지 않음	22∼30만회까지 2/5만큼 발생
접촉저항 (1A 전압 강하법)	최대 10mΩ	최대 39mΩ
접점온도상승	34.5 ∼ 50 ℃	48 ∼ 63 ℃

표 1에 나타내고 있는 평가결과에서, 종래품에서는, 12만회 이후에, 이미 경용착이 발생하고, 22만회∼ 30만회까지에서 5대중 2대에 완전용착이 발생하여, 접촉저항이 최대 39 m Ω까지 오르고, 접점온도상승이 63℃까지 상승하였지만, 이 발명에 의한 실시품에서는, 24만회 이후에 비로소 5대중 4대에 경용착이 발생하고, 30만회까지 완전용착의 발생이 없으며, 접촉저항이 최대 10 m Ω이고, 접점온도상승이 50℃ 이하로 억제할 수 있다는 우수한 평가가 얻어졌다.

발명의 상세한 설명에 기재한 구성(1)에 의한 마이크로스위치에 의하면, 접점온도의 상승이 억제되어, 내구성이 향상되고, 전기적 수명의 길게 됨과 동시에, 접촉면적의 증대에 의한 접점접촉저항의 저하때문에 고정접점부재나 가동접점부재의 지름을 크게 하거나, 방열때문에 열전도성이 높은 보조접점판을 부가하는 등의 필요가 없어져, 마이크로스위치의 소형화설계와 부품점수의 삭감을 도모할 수 있다.

구성(2)에 의한 마이크로스위치에 의하면, 접점 맞붙음이 좋게 되어, 제작비용의 절감을 도모할 수 있다.

구성(3)에 의한 마이크로스치에 의하면, 고정접점부재의 지름을 크게 할필요가 없기 때문에, 마이크로스위치의 치수를 크게 하지않고 고정접점부재와 스냅액션 스프링과의 간격을 크게 할 수 있어, 양자간에 아크방전을 일으키지 않는다. 이것에 따라서, 내구성이 향상되고, 장기간에 걸쳐 안정되고 우수한 전기적 성능을 얻을 수 있다.

구성(4)에 의한 마이크로스위치에 의하면, 마이크로스위치의 치수를 크게 하지않고 접점부재와 스냅액션 스프링과의 간격을 크게 할 수 있어, 양자간에 아크방전을 일으키지않는다. 이것에 따라서, 내구성이 향상되어, 장기간에 걸쳐 안정되고 우수한 전기적 성능을 얻을 수 있다.

Claims (4)

1. 고정접점부재, 가동접점부재, 및 스냅액션기구를 구비하고, 상기 스냅액션기구에 의한 상기 가동접점부재의 기계적 변위에 의해 상기 가동접점부재가 상기 고정접점부재에 이접하는 마이크로스위치에 있어서,

   상기 고정접점부재와 상기 가동접점부재중 어느 한 쪽이 은-탄소소결금속에 의해 구성되고, 다른 쪽이 Ag-SnO₂계 합금에 의해 구성되어 있으며,

   상기 고정접점부재와 상기 가동접점부재를 내장하는 스위치 케이스, 상기 스위치 케이스에 고정된 고정접점측 단자부재, 및 가동접점측 단자부재를 구비하고, 상기 고정접점은 상기 고정접점측 단자부재에 고정되며, 상기 가동접점부재는 상기 가동접점측 단자부재에 도전접속되어 상기 스위치 케이스에 캔틸레버식으로 지지된 스프링성을 갖는 가동접점 지지판의 자유단측에 고정되고, 상기 스냅액션기구는, 일단이 상기 스위치 케이스에 고정된 판스프링, 및 상기 판스프링의 자유단측과 상기 가동접점 지지판의 자유단측에 걸쳐서 걸어맞춤된 U자형의 스냅액션 스프링에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로스위치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 한 쪽의 접점부재를 구성하는 은-탄소소결금속이, 평균입경이 작은 탄소분말의 사용에 의하여 소성가공가능한 소결금속으로 소결되고, 상기 한 쪽의 접점부재가 접점지지판에 직접 코킹결합되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로스위치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 은-탄소소결금속은, 평균입경 1μm 이하의 탄소분말 0.01 내지 0.5중량%를 은분말에 첨가하여 분산시켜 소결한 것을 특징으로 하는 마이크로스위치.
4. 제 1 항에 있어서, 접점간격조정용 스프링을 더 구비하고, 상기 고정접점부재와 상기 가동접점부재와의 접점간격이 조정가능한 것을 특징으로 하는 마이크로스위치.

Images