KR102153036B1 - 절연 애자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 절연 애자에 관한 것으로, 수지재 절연체와, 상기 절연체의 마주하는 양단에 각각 매립됨과 아울러 상기 절연체의 양단에 형성된 노출공을 통해 제1체결공이 노출되는 제1금구 및 제2금구를 포함하되, 상기 절연체에는 상기 제1금구 및 제2금구 각각의 제1체결공과 연통되는 제2체결공들이 마련되어 상대품이 체결될 수 있다.

Description

절연 애자{A insulator}
본 발명은 절연 애자에 관한 것으로, 더 상세하게는 수지 성형체 절연 애자에 관한 것이다.
일반적으로, 애자(insulator)는 송전선 등에서 전기를 절연하기 위해 이용되는 기구로 정의되나, 옥내배선, 차단기, 피뢰기 등 다양한 용도의 제품이 개발되고 있다. 또한, 저전압용 에폭시 애자의 경우 자동차나 태양광 인버터에도 널리 사용되고 있다.
통상 자동차용이나 태양광 분야에 적용하기 위해서는 소형화와 함께 안정적인 절연특성을 유지할 수 있어야 한다.
통상 에폭시 애자로 대표되는 수지 애자는 무게를 줄일 수 있다는 장점이 있으나, 절연성과 내열성이 상대적으로 낮은 특징이 있다. 따라서 소형화를 위해서는 절연특성의 개선과 내열성을 강화할 필요가 있다.
종래 에폭시 애자의 예로 공개특허 10-2008-0018086(공개일자 2008년 2월 27일, 에폭시수지 애자)가 있다.
위의 공개특허에 공개된 에폭시 애자의 구조를 통해 종래 절연 애자의 문제점에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 절연 애자의 단면 구성도이다.
도 1을 참조하면 종래 절연 애자는, 양단에 금구(1)가 인서트된 상태로 수지재 절연체(2)를 성형한 것으로, 금구(1)에는 외부의 상대품이 회전 결합될 수 있는 체결공(3)이 마련되어 있다.
상기 금구(1)는 상대품과의 견고한 결합을 위해 사용되는 것으로 도전체이기 때문에 절연 애자의 절연특성을 고려할 때에는 바람직한 재질은 아니지만 수지 성형체인 절연체(2)의 견고한 결합을 위해서 사용하고 있다.
도 1에서는 금구(1)가 절연체(2)로부터 이탈되지 않도록 금구(1)의 끝에서 절연체(2)의 중심을 향해 연장되는 이탈방지부(4)를 더 포함하고 있다.
따라서 절연체(2)의 양단에 마련된 금구(1) 사이의 간격은 더 좁아지게 되며, 상기 이탈방지부(4) 간의 간격인 절연거리가 줄어들게 되어 절연특성이 저하되는 문제점이 있었다.
특히 소형화를 위하여 절연체(2)의 크기를 줄이는 경우, 두 이탈방지부(4) 사이의 간격인 절연거리가 더욱 짧아지게 되며, 이는 절연특성을 심각하게 저하시켜 소형화가 어렵다.
또한 절연체(2)로 성형 온도가 140 내지 160℃ 에폭시를 사용하기 때문에 내열성이 낮으며, 충격에 상대적으로 약하기 때문에 적용 분야 및 적용 시장에 한계성이 있는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 절연거리를 확보하여 소형화가 유리한 절연 애자를 제공함에 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 내열성과 내충격성을 확보하여, 다양한 기술 분야에 적용할 수 있는 절연 애자를 제공함에 있다.
아울러 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 절연체와 금구가 쉽게 이탈되지 않도록 함과 아울러 상대품의 체결 또는 분리 과정에서 작용하는 회전력에 의해 금구가 절연체와 분리되는 것을 방지할 수 있는 절연 애자를 제공함에 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명 절연 애자는, 수지재 절연체와, 상기 절연체의 마주하는 양단에 각각 삽입됨과 아울러 상기 절연체의 양단에 형성된 노출공을 통해 제1체결공이 노출되는 제1금구 및 제2금구를 포함하되, 상기 절연체에는 상기 제1금구 및 제2금구 각각의 제1체결공과 연통되는 제2체결공들이 마련되어 상대품이 체결될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제1금구와 제2금구는, 상기 절연체에 매립되어 상기 제1체결공과 제1체결공의 주변부 일부만 상기 노출공을 통해 노출될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제1금구 및 제2금구는, 상기 절연체를 사이에 두고 마주하는 면에 상기 제1체결공의 주변부에 수직방향의 단차면이 형성된 것일 수 있다.
상기 단차면은, 상기 제1체결공 둘레에 위치하는 철(凸)부와 요(凹)부가 접하는 경계에서 제공될 수 있다.
상기 단차면은, 상기 제1체결공 둘레에 위치하는 호형돌출부의 양측면일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제1체결공과 제2체결공에는 동일 나사산 간격을 가지는 탭이 형성되되, 재질의 차이에 의해 수축률에 차이가 있는 것으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 절연체는, 액정 결정성 폴리머(Liquid Crystal Polymer, LCP)를 주성분으로 할 수 있다.
본 발명 절연 애자는, 외부 상대품의 체결을 위한 체결공이 금구의 전체와 절연체의 일부에 형성되도록 하여, 금구 사이의 거리인 절연거리를 충분히 확보하여, 절연특성의 저하를 방지함으로써, 소형화에 매우 유리한 효과가 있다.
또한, 본 발명 절연 애자는, 절연체의 재질을 상대적으로 성형온도가 높고, 기계적 강성이 큰 재료로 하여, 내열성과 내충격성을 확보함으로써, 더 다양한 분야에 적용될 수 있도록 하여, 새로운 시장을 확보하여 산업발전에 기여할 수 있는 효과가 있다.
아울러 본 발명 절연 애자는, 금구와 절연체가 진동이나 외부 상대품의 체결과정에서 상호 분리되는 것을 매립 구조, 체결공의 물성 차이 및 회전을 방지하는 단차면의 제공으로 방지함으로써, 보다 안정된 구조의 절연 애자를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 절연 애자의 단면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 절연 애자의 사시도이다.
도 3은 도 2에서 A-A 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시한 금구의 사시도이다.
도 5는 본 발명에 적용되는 다른 실시예의 금구 사시도이다.
이하, 본 발명 절연 애자에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 실시 예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이며, 아래에 설명되는 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시 예는 본 발명을 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시 예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는"포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.　
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역 및/또는 부위들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부위들은 이들 용어에 의해 한정되지 않음은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역 또는 부위를 다른 부재, 영역 또는 부위와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역 또는 부위는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역 또는 부위를 지칭할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 실시 예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 절연 애자의 사시도이고, 도 3은 도 2의 A-A 단면도이다.
도 2와 도 3을 각각 참조하면 본 발명 절연 애자는, 절연체(10)와, 절연체(10)의 마주하는 양단에서 안쪽으로 매립된 제1금구(20) 및 제2금구(30)와, 상기 제1금구(20)와 제2금구(30) 각각에 형성된 체결공(21,31)과 연통되며, 상기 제1금구(20)와 제2금구(30) 사이의 절연체(10)에 형성된 체결공(11,12)을 포함하여 구성된다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명 절연 애자의 구성과 작용에 대하여 보다 상세히 설명한다.
먼저, 사출 금형 내에 제1금구(20)와 제2금구(30)를 고정 후 수지 사출재료를 금형 내에 주입하여 상기 제1금구(20)와 제2금구(30)가 매립되는 절연체(10)를 형성할 수 있다. 이때 절연체(10)의 체결공(11,12)은 볼트 형상의 인서트를 상기 제1금구(20)와 제2금구(30)에 각각 결합한 상태에서 절연체(10)를 사출함으로써 형성할 수 있다. 상기 볼트 형상의 인서트는 사출 금형의 내측에 금형의 일부로서 형성된 것일 수 있다.
도면에서 절연체(10)의 구조를 중앙부가 돌출된 원기둥형으로 도시하였으나, 절연체(10)의 형상은 필요에 따라 다양한 형태로 설계할 수 있다.
상기 제1금구(20)와 제2금구(30)는 절연체(10) 내에 매립된 구조가 되도록 한다. 여기서 매립된 구조 또는 매립 구조는 제2금구(30)와 제2금구(30)의 일부면 전체가 외부에 노출되지는 않는다는 의미로 해석되는 것이 바람직하다.
도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이 제2금구(30)의 도면상 상면의 중앙부가 절연체(10)의 노출공(14)을 통해 체결공(13)의 주변 일부 영역만 노출되며, 그 외의 다른 영역들은 절연체(10)에 완전히 덮여있는 상태이다.
이와 같은 구조는 절연체(10)로부터 제1금구(20) 및 제2금구(30)가 이탈되는 것을 최대한 방지할 수 있는 구조가 된다.
반면 종래의 예를 도시한 도 1에서 확인할 수 있듯이 종래 절연 애자는 금구의 일면 전체가 노출되어 있는 삽입방식으로 매립방식인 본 발명에 비하여 금구가 이탈될 수 있는 확률이 더 높은 구조이다.
이처럼 제1금구(20)와 제2금구(30)는 매립깊이(t) 만큼 절연체(10) 내에 매립된 상태가 된다. 이때 매립깊이(t)는 도면에 도시하지는 않았으나 볼트 형상의 인서트의 볼트 머리의 두께에 해당하는 것으로, 인서트를 제거한 후 인서트의 볼트 머리 두께에 해당되는 영역은 노출공(13,14)이 각각 형성된다.
상기 노출공(13,14)을 통해 제1금구(20)와 제2금구(30)의 중앙부를 관통하는 체결공(21,31)이 각각 노출된다.
이때 노출공(13,14)의 직경은 제1 및 제2금구(20,30) 각각의 체결공(21,31)의 직경보다 큰 것으로 한다.
도 4는 제1금구(20)의 사시도이다. 제1금구(20)와 제2금구(30)는 동일한 형상으로, 제1금구(20)의 구성과 작용 설명은 제2금구(30)에 그대로 적용될 수 있다.
도 4를 참조하면 제1금구(20)는 매립 상태에서 절연체(10)의 중심을 향하는 면의 가장자리로 돌출되어 제1금구(20)가 절연체(10)로부터 이탈되는 것을 방지하고 견고한 결합상태를 이루도록 이탈방지 돌출부(22)가 돌출된다.
또한, 매립 상태에서 절연체(10)의 중심을 향하는 면에는 체결공(21)의 둘레에 서로 인접하는 철(凸)부(23)와 요(凹)부(24)를 포함한다. 상기 철부(23)와 요부(24)는 그 경계에서 단차면을 형성하며, 이 단차면에 의해 매립된 제1금구(20)는 절연체(10)의 고정상태에서 체결공(21)을 축으로 하는 회전이 방지된다.
이와 같이 철부(23)와 요부(24)는 회전 방지 기능을 하여, 제1금구(20)는 상기 체결공(21)에 외부의 상대품을 결합할 때 발생하는 체결공(21)을 축으로 하는 회전력의 작용에도 절연체(10)로부터 분리되지 않고 고정된 상태를 유지할 수 있다.
상기와 같은 회전 방지 기능은 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 이와 같은 예들은 이후에 좀 더 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 특징적인 구성 중 하나는 외부 상대품의 결합이 제1금구(20) 또는 제2금구(30)에 형성된 체결공(21,31)에서만 이루어지는 것이 아닌, 체결공(21,31)과 연통되어 절연체(10) 내부에 형성된 체결공(11,12)까지 이루어진다는 것이다.
이와 같은 구조의 특징에 의해 상대품과의 체결 깊이를 변화시키지 않으면서 제1금구(20)와 제2금구(30) 사이의 거리(L)인 절연거리를 충분하게 확보할 수 있다.
즉, 본 발명은 두께가 상대적으로 더 얇은 금구를 사용할 수 있다.
절연거리를 충분히 확보함에 따라 본 발명은 소형화에 매우 유리한 장점이 있다.
절연체의 전체 높이를 줄이면서도 절연거리를 충분히 유지할 수 있어, 절연특성의 저하를 방지하면서 소형화가 가능하기 때문이다.
상기 제1금구(20)와 제2금구(30)는 금속이며, 절연체(10)는 수지재로 각각에 형성된 체결공(21,31,11,12)의 나사산 간격 등은 동일한 것으로 한다. 하지만, 수지재인 절연체(10)와 금속인 제1금구(20)와 제2금구(30)의 물성 차이에 의하여 상대품의 체결시 서로 다른 양상을 나타낼 수 있다.
이는 수축률, 마찰계수 등의 물성 차이에 의하여 진동이 발생하는 환경에서, 본 발명은 상태품과의 결합이 보다 견고하게 유지될 수 있다.
수축률의 영향은 사출 금형에서 상기 제1금구(20)와 제2금구(30) 및 볼트형상의 인서트 금형이 삽입된 상태서 수지 융액을 주입하고, 냉각시켜 절연체(10)를 성형할 때, 절연체(10)가 수축되면서 상기 제1금구(20)와 제2금구(30)에 더욱 밀착도를 높일 수 있으며, 상대품이 체결공(11,12)에 결합될 때 좀 더 체결압력을 높일 수 있다.
통상 금속재료간 볼트결합은 진동이 발생하는 환경에서 일부 풀림이 발생할 수 있으나, 수축률에 차이가 있으며, 마찰계수가 더 큰 수지재와 금속간의 결합은 진동 환경에서도 풀림이 쉽게 발생하지 않는다.
이처럼 본 발명은 상대품과의 결합을 위한 체결공을 금구 및 절연체에 형성하여, 절연거리의 확보에 따른 소형화 및 체결 안정성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
상기 절연체(10)는 종래의 에폭시가 아닌 에폭시에 비하여 성형 온도가 더 높은 재료를 사용한다. 에폭시의 성형온도는 140 내지 160℃로 내열성이 낮아 고온 환경에는 적용이 어렵기 때문이다.
구체적으로 절연체(10)는 액정 결정성 폴리머(Liquid Crystal Polymer, LCP)를 주재료로 사용할 수 있다. 알려진 LCP 1형의 경우 성형온도가 250 내지 350℃로 내열성을 높일 수 있다.
또한, 강직한 분자고리의 배향에 따라 자기 강화 효과가 발생되며, 높은 기계적 강도를 나타낸다.
따라서 내열성 및 내충격성을 향상시킬 수 있으며, 산과 알칼리, 용제에 비교적 안정적이어서 다양한 응용분야에 적용할 수 있다.
도 5는 본 발명에 적용되는 제1금구(20)의 다른 실시 구성도이다.
도 5를 참조하면, 제1금구(20)는 체결공(21)의 둘레를 따라 호형으로 돌출되는 복수의 호형돌출부(25)를 포함할 수 있다. 상기 호형돌출부(25)의 마주하는 두 단부는 회전 방향과 회전 방향의 역방향에 대하여 수직인 단차면(26)을 제공하며, 단차면(26)에 의해 상대품과의 체결시 회전이 방지될 수 있다.
이처럼 본 발명은 제2금구(30)와 제2금구(30)에 적어도 회전 방향 및 회전 방향의 역방향에 대하여 단차면을 제공하여, 금구가 절연체와 분리되어 회전하는 것을 방지할 수 있으며, 이러한 단차면을 제공할 수 있는 다양한 구조로 변형실시될 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정, 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
10:절연체 11,12,21,31:체결공
13,14:노출공 20:제1금구
22:이탈방지 돌출부 23:철부
24:요부 25:호형돌출부
26:단차면 30:제2금구

Claims (7)

  1. 수지재 절연체; 및
    상기 절연체의 마주하는 양단에 각각 삽입됨과 아울러 상기 절연체의 양단에 형성된 노출공을 통해 제1체결공이 노출되는 제1금구 및 제2금구를 포함하되,
    상기 절연체에는 상기 제1금구 및 제2금구 각각의 제1체결공과 연통되는 제2체결공들이 마련되어 상대품이 체결되며,
    상기 제1금구 및 제2금구는 상기 절연체를 사이에 두고 마주하는 면에 상기 제1체결공의 주변부에 수직방향의 단차면이 형성된 것을 특징으로 하는 절연 애자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1금구와 제2금구는,
    상기 절연체에 매립되어 상기 제1체결공과 제1체결공의 주변부 일부만 상기 노출공을 통해 노출되는 것을 특징으로 하는 절연 애자.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단차면은,
    상기 제1체결공 둘레에 위치하는 철(凸)부와 요(凹)부가 접하는 경계에서 제공되는 것을 특징으로 하는 절연 애자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단차면은,
    상기 제1체결공 둘레에 위치하는 호형돌출부의 양측면인 것을 특징으로 하는 절연 애자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1체결공과 제2체결공에는 동일 나사산 간격을 가지는 탭이 형성되되,
    재질의 차이에 의해 수축률에 차이가 있는 것을 특징으로 하는 절연 애자.
  7. 삭제
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