KR102103964B1 - 전기 접속부의 전도성을 개선하기 위한 분말 및 페이스트 - Google Patents

전기 접속부의 전도성을 개선하기 위한 분말 및 페이스트 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 주석, 인듐 또는 이의 합금 중 적어도 하나의 코팅으로 피복된 철, 코발트, 니켈 및 이의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 연속셀 금속 발포체의 골격을 분쇄함으로써 얻어지는 입자를 포함하는 전기 접속 분말에 관한 것이다. 그 페이스트는 이 분말을 그리스와 같은 결합제 중에 분산시켜 형성된다. 상기 분말 또는 페이스트는 크림핑 링(26)에 의하여 복수의 가닥(30, 32, 34)으로 이루어지는 전선(24)에 연결되는 단자(20)로 이루어진 전기 접속부의 전도성을 개선시키는 데 특히 유용하다.

Description

전기 접속부의 전도성을 개선하기 위한 분말 및 페이스트{POWDER AND PASTE FOR IMPROVING THE CONDUCTIVITY OF ELECTRICAL CONNECTIONS}
본 발명은 2 개의 금속 전도체 사이의 전기 접속의 기술적인 개선에 관한 것이고, 보다 상세하게는 2 개의 금속 전도체 사이의 전기 접속을 개선하기 위한 분말 및 페이스트에 관한 것이다.
금속 전기 접속부가 이용되는 모든 분야, 특히 전력 전기 분야에서, 2 개의 금속이 접촉하는 전기 접속부는 시간이 지남에 따라 열화한다. 그 결과 전도체 사이의 전기 저항이 점점 커짐으로 인해 큰 전기 손실이 일어난다. 이것은 전도체 표면을 통한 전류 밀도의 변동으로 인한 것이다. 그 결과 주울 효과로 인한 전기 손실 및 결과적으로 온도의 증가가 일어난다. 접촉하는 표면의 열화는 접속의 열화와 전도체의 열화를 가속시키고 심지어 융해를 유발할 수 있다. 이러한 열화는 비가역적이므로, 이러한 전기 접속부를 포함하는 장치에 유해한 수율 손실이 생기게 된다.
또한, 전도체 가닥으로 구성되는 전선의 단부에 단자가 사용되는 경우, 전기 접속도 악화된다. 이러한 악화는 전선의 가닥과 단자 사이 그리고 전선의 가닥들 사이의 전기 접촉 악화로 인한 것으로, 이것은 큰 저항을 유발한다. 앞에서 언급한 바와 같이, 그 결과 전기 접속부의 과열과 때때로 전선 가닥의 융해가 일어난다.
2 개의 금속 전도체 사이의 전기 접속을 개선한다는 목적에서, 2,847,391호로 공개된 프랑스 특허는 전기 접속부의 2 개의 전도체의 두 접촉 표면 사이에 은 발포체로 이루어진 삽입 전도체 요소를 포함하는 접촉 장치를 개시하고 있다. 그러나, 은 발포체는 특히 비용이 많이 든다.
2,962,856호로 공개된 다른 프랑스 특허도, 주석, 인듐 또는 이의 합금 중 하나로 이루어진 적어도 하나의 코팅으로 피복된 철, 코발트, 니켈 및 이의 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 금속 발포체 골격으로 구성되는 삽입 전도체 요소를 포함하는 접촉 장치를 개시한다.
이 특허의 도 1에 도시된 바와 같이, 2 개의 전도체(12 및 14)는 금속 발포체로 이루어진 삽입 전도체 요소(10)에 의하여 분리되어 이들의 표면이 상기 발포체와 접촉한다. 전도체(12 및 14) 사이의 전기 접속은 상기 삽입 전도체 요소 및 상기 2 개의 전도체를 관통하는 결합용 볼트(16)와 같은 고정 수단에 의하여 고정 접점에 의하여 실현된다.
동일 특허의 도 2에 도시된 바와 같이, 삽입 요소는 바람직하게는 접점 둘레에 밀봉 배리어를 형성함으로써 손상성 외인성 제제의 침입을 감소시킬 수 있는 둘레 밀봉 조인트(20)를 포함한다.
주로 비용적인 이유에서, 구리제 전도체는 오늘날 모든 접속 장치에서 훨씬 더 저렴하면서 구리 셀에 매우 가까운 전기 전도성을 갖는 금속인 알루미늄제 전도체로 대체되고 있다. 그러나, 알루미늄의 단점은 전도체간 저항을 증가시킴으로써 접속부에서 취약한 연결이 되는 알루미나 층을 형성한다는 것이다.
따라서, 본 발명의 주요 목적은, 특히 복수의 가닥을 포함하는 전선에 의하여 접속이 실현되는 경우에, 전기 접속부의 전기 전도성을 향상시키고 접촉 표면의 열화를 지연시킬 수 있는 전기 접속 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 대상은 주석, 인듐 또는 이의 합금 중 적어도 하나의 코팅으로 피복된 철, 코발트, 니켈 및 이의 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 금속의 연속셀 발포체의 입자로 구성되는 전기 접속 분말이다.
본 발명의 제2 대상은 상기 분말 및 상기 분말이 분산되는 결합제를 포함하는 전기 접속 페이스트이다.
본 발명의 다른 과제, 대상 및 특징은 도면을 참조하여 이루어지는 이하의 상세한 설명의 교시로 더 명확해질 것이다.
도 1은 2,962,856호로 공개된 프랑스 특허에 개시된 전기 접속부의 한 실시양태의 단면도를 도시한 것이다.
도 2는 2,962,856호로 공개된 프랑스 특허에 개시된 삽입 전도체 요소를 도시한 것이다.
도 3은 크림핑 링의 일부의 전기 접속 전선의 단부를 평면도로 도시한 것이다.
본 발명의 원리에 따른 전기 접속부는 도 1에 도시된 것과 같이 구현될 수 있다. 2,962,856호로 공개된 프랑스 특허에서와 같이, 상기 접속부는 2 개의 전도체(12 및 14) 사이에 삽입 전도체 요소(10)를 포함할 수 있으나, 이 삽입 요소는 본 발명의 대상인 분말 또는 페이스트로 구성된다.
상기 전도체(12 및 14) 사이의 전기 접속은 삽입 전도층(10) 및 상기 2 개의 전도체(12 및 14)를 관통하는 결합용 볼트(16)와 같은 고정 수단을 이용함으로써 고정 접점에 의하여 실현된다.
상기 2 개의 전도체를 서로 고정하는 경우, 삽입 요소는 분말 알갱이 및 상기 분말이 분산되는 결합제가 상기 삽입 요소의 둘레에 분사되기 때문에 압축되고 그 두께가 부분적으로 감소된다. 결과적으로, 2,962,856호로 공개된 상기 특허에 개시된 구현 방식과 대조적으로, 삽입 요소를 둘러싸는 밀봉 조인트를 마련할 필요가 없다.
전도체 중 적어도 하나는 알루미늄으로 이루어지는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명은 이 경우에 한정되지 않으며 모든 전도체에, 예컨대 구리로 이루어진 전도체에도 적용된다.
금속 발포체는 주석, 인듐 또는 이의 합금 중 하나로 이루어진 코팅과 같은 적어도 하나의 금속 코팅으로 예컨대 직접 피복된 철, 코발트, 니켈 및 이의 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 금속 발포체 골격으로 구성되는 벌집형 연속셀 발포체이다.
발포체 골격은 2,962,856호로 공개된 프랑스 특허에 개시된 복수의 방법에 의해 수득될 수 있다.
발포체의 구조는 벌집형이며 그 물리적 특성은 기본적으로 다공성 및 변형성인데, 이것은 400 g/m 정도의 저밀도 및 전선의 전기 저항 감소의 효과를 갖는다.
본 발명의 특징은 금속 발포체 골격을 예컨대 직접적으로 전해에 의하여 또는 벌집형 표면을 다른 금속으로 피복하는 모든 다른 방법에 의해 다른 금속의 코팅으로 피복하는 것이다. 골격을 구성하는 금속의 각 포인트의 접촉 표면적을 증가시키고, 전도체 표면의 줄무늬로 침투하고, 전도체의 금속과 발포체의 골격 사이의 전기화학적 상용성을 향상시키기 위하여, 골격을 구성하는 금속과 달리, 코팅의 금속은 바람직하게는 주석, 인듐 또는 이의 합금 중 하나와 같은 연성 금속이다.
제1 코팅은 또한 제1 코팅의 금속과 상이한 금속의 다른 코팅 등으로 계속해서 피복될 수 있다. 예컨대, 제1 코팅이 주석인 경우, 제2 코팅은 인듐일 수 있다. 이후 금속 발포체를 적절한 모든 수단에 의해 분말로 축소시킨다.
이렇게 얻어진 알갱이는 직경이 바람직하게는 약 0.5 mm 내지 5 mm, 더 바람직하게는 1∼2 밀리미터, 예컨대 1.6 mm이다.
금속 발포체는 벌집형 구조를 유지할 수 있는 모든 적절한 수단에 의하여 입자의 직경이 1∼2 mm인 분말로 축소된다. 분말은 발포체의 벌집형 구조를 변경시키지 않고 발포체의 모든 전기적 및 기계적 특성을 보존할 수 있는 발포체의 컷팅, 바람직하게는 레이저 컷팅에 의하여 수득된다. 또한, 레이저 컷팅은 작은 발포체 단편 상에 예리한 모서리를 형성할 수 있고 이것은 접촉하는 전도체로 더 쉽게 침투된다.
수득되는 분말은 그 벌집형 구조로 인하여 대부분 공극으로 구성된다. 이 때문에, 분말의 입자의 표면은 그 수치가 mm2당 30 포인트에 이르는 미크론 정도의 복수의 접촉 포인트를 포함한다. 이들 포인트로 인하여 다수의 접점을 갖는 삽입 요소(10)는 전도성이 크므로 저항이 작다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 분말은 결합제내에 분산되어 페이스트를 형성하며 이것은 분말과 마찬가지로 전기 접속부의 전기 전도성을 향상시킬 수 있다. 그리스(grease) 또는 바셀린일 수 있는 이 결합제는 발포체의 입자의 벌집을 완전히 채워, 표면을 산화시키거나 분해시키기 쉬운 제제 또는 오염물의 침투를 방해한다.
또한, 이러한 그리스는 사용 수명을 증대시키는 수 미크론의 금속 입자 및 항산화물을 포함할 수 있다. 입자는 은, 금 또는 양호한 전기 전도체인 모든 다른 금속의 입자일 수 있다. 변형예에 따르면, 발포체 분말은 또한 전도체 표면을 연마하고/연마하거나 알루미늄 전도체 상의 알루미나와 같이 전도체 표면에 높은 저항 층의 형성을 감소시키기 위한 성분이 함침 또는 충전될 수 있다.
본 발명의 대상인 분말 및 페이스트는 오래된 전기 접속부 또는 새로운 전기 접속부에 사용될 수 있다.
새로운 전기 접속부에서, 접점은 고정 수단 또는 결합용 볼트(16)에 가까이 위치할수록 더 커진다. 결과적으로, 접촉하는 전도체(12 및 14)로 구성되는 전기 접속부의 저항 및 이에 따른 전기 손실은 고정 수단(16) 근처에서 최소이고 멀어질수록 증가한다. 이러한 전류의 불균일 분포는 전류 농도가 더 증가된 구역 및 이에 따라 더 많이 외력을 받아 더 빠르게 분해되는 구역을 조장한다. 층(10)의 페이스트 또는 분말의 전도성 입자의 기여로 상기 2 개의 전도체(12 및 14) 사이의 접촉 포인트가 증가되므로 접점의 전체 표면에 걸쳐 전류의 균일한 분포가 가능하다. 이러한 균일한 분포로 인하여, 전류 농도 구역도, 더 많이 외력을 받아 더 빠르게 분해되기 쉬운 구역도 존재하지 않는다.
본 발명의 대상인 분말 및 페이스트는 또한 열화 또는 변형된 전기 접속부의 접점에 유리하게 이용될 수 있다. 이러한 열화는 산화물 층의 형성을 야기하는 공기의 산소로 인한 것이다. 따라서, 알루미늄으로 이루어진 전도체의 경우, 알루미나인 이러한 산화물은 접속부의 저항을 증대시킨다.
삽입 요소(10)에서, 분말의 입자의 표면에 위치하는 포인트는 전도체(12 및 14)의 표면에 영구히 형성되는 알루미나와 같은 산화물 층에도 침투하여, 사용된 접속부의 전기 전도성을 향상시킬 수 있으며 이것은 미리 적시지 않더라도 마찬가지이다.
상기 개시한 페이스트를 이용하는 장점은 전기 접속이 케이블에 의하여 구현되는 경우 가장 중요하다. 실제로, 전기 케이블이 복수의 전도체 가닥으로 구성되면, 상기 가닥들이 서로 충분히 전기적으로 연결되지 않기 때문에 단자에 연결된 전기 케이블의 단부는 시간이 지남에 따라 저항이 점점 커진다. 이러한 저항은 한편으로는 단자에 전선을 연결하는 크림핑 링과 전선의 외부 가닥의 접촉이 떨어지기 때문이고 다른 한편으로는 전선의 내부 가닥과 외부 가닥 사이의 접촉이 떨어지기 때문이다.
본 발명에 따른 페이스트의 다른 이점은 상기 가닥의 코팅을 제공하여 상기 가닥의 산화를 방지한다는 것이다.
도 3은 전선을 이용하는 전기 접속부를 도시한 것이다. 단부는 일반적으로 평면형인 단자(20)로 형성되며 다른 평면형 전도체에 이 단자를 고정하기 위하여 이용되는 구멍(22)을 포함한다. 단자와 다른 전도체 사이의 접촉의 개선은 본 발명의 대상인 분말 또는 페이스트의 삽입층에 의하여 상기 개시된 방식으로 실현된다.
단자(20)와 전선(24) 사이의 양호한 전기 접촉을 실현하기 위하여 설치시 큰 압력이 가해지는 크림핑 링(26)에 의하여 단자(20)가 전선(24)에 연결된다.
상기 링(26)에 의한 전선(24)의 크림핑 전에, 페이스트가 전선 가닥 사이의 틈으로, 예컨대 틈(36)으로 들어가도록 예컨대 분사에 의하여 본 발명의 대상인 페이스트로 전선 가닥을 코팅하거나 또는 본 발명의 대상인 분말 안에 전선을 침지한다. 상기 링(26)에 의하여 전선(24)을 고정하는 경우, 상기 분말 또는 페이스트는 압력의 인가에 의해 상기 틈 안으로 더 깊이 침투한다.
본 발명의 대상인 분말 및 페이스트는 그 효율이 온도와 함께 증가하는 만큼 더 유리하다. 실제로, 주석으로 피복된 니켈 발포체에서 유래하는 본 발명에 따른 분말 또는 페이스트를 이용한 1 dm2의 접속부의 전위 강하는 80℃의 온도에서 5000 A의 강도의 전류에 대하여 수 mV 정도이다. 이러한 특수성은 발포체의 포인트들이 이것이 접촉하는 전도체에 온도의 영향 하에 용접되기 때문이다.
이미 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 분말 및 페이스트는 2 개의 전도체가 알루미늄으로 이루어진 전기 접속부의 전도성을 향상시키는 데 특히 유리하지만, 2 개의 전도체 중 하나가 구리로 이루어지고 다른 하나가 알루미늄으로 이루어진 경우 또는 2 개의 전도체가 구리로 이루어진 경우에도 유리하다.
끝으로, 본 발명의 대상인 분말 또는 페이스트는 이것이 유도하는 전기 손실을 감소시키기 때문에 고강도의 전류, 예컨대 1000 A를 초과하는 강도의 전류에 특히 적용된다.
탄성적으로 변형가능한 발포체 입자의 사용은 또한 고정 수단의 분리의 충격을 감소시키는 이점을 가지는데 그 이유는 이 경우 발포체 입자가 느슨해져 접촉 표면에 약한 압력을 주면 접촉 표면과 지속적으로 정합하기 때문이다.
본 발명의 대상이 되는 분말 및 페이스트는 강한 세기의 전류를 이용하는 모든 전기 기술 분야에 응용된다. 따라서, 전기분해조 및 제강로(steel furnace) 분야에서, 고강도의 전류 및 고온에 노출되는 전기 접속부의 마모는 주로 전기 접속부의 접촉 표면의 변형에 의하여 구체화된다. 그 결과 수 KW에 이를 수 있는 큰 전기 손실이 접속부 및 이들 접촉 표면을 통과하는 전류의 강도의 변화에 의하여 일어난다.
본 발명의 대상인 분말 및 페이스트는 또한 알루미늄의 전기분해에 이용되는 애노드의 접점과 같은 중화학공업에서 미끄럼 접촉(sliding contact)을 개선하기 위하여 이용될 수 있다.
개시한 본 발명에 의하면, 밀리미터 정도의 변형이 일어날지라도 열화 및 변형된 접촉 표면을 갖는 전기 접속부의 큰 개선이 얻어진다. 실제로, 본 발명의 대상인 분말 및 페이스트는 접촉하는 전도체의 열화된 표면의 윤곽과 정합하므로 접촉 표면적을 증대시킨다.

Claims (10)

  1. 벌집형 연속셀 발포체의 입자로 구성되는 전기 접속 분말로서, 상기 발포체 입자의 직경이 1∼2 mm이고, 상기 발포체가 주석, 인듐 또는 이의 합금 중 적어도 하나의 코팅으로 피복된 철, 코발트, 니켈 및 이의 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 금속으로 이루어진 발포체 골격으로 구성되는 전기 접속 분말의 제조방법으로서,
    벌집 구조를 갖는 발포체 골격을 제작하는 단계 및 이어서 이것을 발포체의 벌집 구조를 유지하는 수단에 의하여 0.5∼5 mm의 직경의 입자로 컷팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 접속 분말의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 발포체가 니켈 발포체 골격을 포함하는 전기 접속 분말의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 니켈 발포체 골격이 주석 코팅으로 피복되는 전기 접속 분말의 제조방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포체를 레이저 장치로 컷팅하는 전기 접속 분말의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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