KR102291298B1 - 통전용 부스바 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통전용 부스바 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 알루미늄 바아의 표면에 통전성을 향상시키는 은(Ag) 성분을 강하게 접합하여 전도율을 향상시키면서도 은(Ag) 성분이 알루미늄 바아(Al bar)에 박리되는 것을 방지할 수 있고 통전용 부스바의 수명이 연장되며 알루미늄 바아의 표면에 은(실버) 분말과 은나노(Nano Silver) 및 글라스 분말을 포함하는 페이스트 조성물을 스크린 인쇄하여 균일한 두께의 도전성 코팅층을 형성함에 따라 품질을 일정하게 유지할 수 있는 통전용 부스바 및 그 제조 방법을 제공한다.

Description

통전용 부스바 {Electric Bus bar and its manufacturing method}

본 발명은 통전용 부스바에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 알루미늄 바아(Al bar) 표면에 통전성을 향상시키는 실버(Ag) 성분을 강하게 접합하여 전도율을 향상시키면서도 실버(Ag) 성분이 알루미늄 바아(Al bar)에 박리되는 것을 방지하여 신뢰성을 높일 수 있는 통전용 부스바 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 부스바(bus bar)는 전기 에너지를 전달하는 매개체로서 다양한 장점으로 인해 케이블의 대체품으로 전류 용량이 큰 대형 송배전선, 전기기기용 도체, 통신 케이블 등의 송전회로를 구성하는데 많이 사용되고 있다.

이러한 부스바는 케이블과 같이 도체와 절연체를 가진다는 것이지만 부스바의 가장 큰 장점은 같은 부피의 도체로 더욱 많은 전기 에너지를 전달할 수 있에너지의 손실이 적다는 점에서 대용량의 배전 시스템에서 그 사용량이 급속히 증가되고 있다.

종래의 부스바는 표면에 보호필름을 입힌 동(구리) 재질의 부스바(Cu bus bar)를 사용했으나 동(구리) 재질의 특성상 대전류가 흐르면 산화(흑화)되면서 수명이 짧아지고 통전성이 저하되는 단점이 있다.

물론 이러한 점을 해소하기 위해 전기전도율이 향상되고 경량이면서 저렴하도록 개량된 은(Ag)도금된 통전용 부스바가 등록실용신안 제20-0338595호(참고문헌) 등을 통해 제안된 바 있다.

상기 참고문헌은 은(Ag) 도금된 통전용 부스바에 관한 것으로, 전기전도율이 향상되고 경량이면서 저렴하도록 개량된 은(Ag)도금된 통전용 부스바가 개시된다. 상기 통전용 부스바는 일정길이의 알루미늄 바아와, 알루미늄 바아의 표면에 은(Ag)도금되어 형성되는 은도금막과, 은도금막의 표면에 형성되는 보호필름으로 이루어지며, 부스바의 제조방법은 알루미늄 바아를 일정길이를 성형하고 표면에 존재하는 기름, 얼룩을 제거하는 전처리 단계와, 알루미늄 바아를 1차 세척하는 단계와, 1차 세척된 알루미늄 바아의 표면에 세척물로 인한 얼룩을 방지하도록 황산 또는 질산으로 표면처리 하는 단계와, 표면처리 후 2차 세척하는 단계와, 알루미늄 표면에 은(Ag)도금하는 단계와, 은 도금된 알루미늄 바아의 표면을 3차 세척하는 단계를 포함한다.

이와 같이 알루미늄 바아(Al bar)에 은(Ag)도금막을 형성한 부스바는 종래 동재질의 부스바에 비해 전도율을 향상시키고 경제적으로도 비용이 절감되며 경량으로 제작가능하다.

그런데 참고문헌에서와 같이 알루미늄 바아(Al bar)에 은(Ag)도금을 하는 경우 은도금막의 두께가 균일하지 않아 품질관리에 어려움이 있다.

아울러 참고문헌에서와 같이 알루미늄 바아(Al bar)에 형성되는 은(Ag)도금막은 부착력이 약해서 부스바를 통전용으로 사용시 은(Ag)도금막 박리우려가 높고, 이는 부스바의 통전불량과 과열 및 화재 발생 우려를 높이는 문제점이 있다.

참고문헌 : 등록실용신안 제20-0338595호

따라서 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 알루미늄 바아(Al bar) 표면에 통전성을 향상시키는 은(Ag) 성분을 강하게 접합하여 전도율을 향상시키면서도 은(Ag) 성분이 알루미늄 바아(Al bar)에 박리되는 것을 방지하여 신뢰성을 높일 수 있는 통전용 부스바 및 그 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.

특히 본 발명은 알루미늄 바아(Al bar) 표면에 은(Ag) 성분을 포함한 인쇄층을 균일한 두께로 형성하여 품질을 일정하게 유지할 수 있으며 알루미늄 바아(Al bar) 표면에 은(Ag) 성분의 접합 효율을 높여 통전성은 물론 방열 기능을 향상시킬 수 있는 통전용 부스바 및 그 제조 방법을 제공하는데에도 그 목적이 있다.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;

알루미늄 바아의 표면에 은(실버) 분말, 은나노(Nano Silver) 및 글라스(glass) 분말을 포함한 코팅층을 형성하고 소결하여 제조된 것을 특징으로 하는 통전용 부스바를 제공한다.

이때 상기 코팅층을 이루는 페이스트 조성물은 1 ~ 30㎛의 평균 직경을 갖는 은(실버) 분말 100중량부에 대하여 1 ~ 10㎚의 평균 직경을 갖는 은나노(Nano Silver) 12.5 ~ 21.4 중량부, 평균 직경 1 ~ 10㎛의 평균 직경을 갖는 글라스 분말 6.2 ~ 14.3 중량부, 바인더 및 용매 6.2 ~ 14.3 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은;

알류미늄 소재로 이루어지는 알루미늄 바아(10) 표면에 1 ~ 30㎛의 평균 직경을 갖는 은(실버) 분말 100중량부에 대하여 1 ~ 10㎚의 평균 직경을 갖는 은나노(Nano Silver) 12.5 ~ 21.4 중량부, 평균 직경 1 ~ 10㎛의 평균 직경을 갖는 글라스 분말 6.2 ~ 14.3 중량부를 포함하는 페이스트 조성물을 스크린 인쇄(Screen printing)하여 상기 알루미늄 바아의 표면에 10 ~ 17㎛의 두께의 균일하게 도포한 코팅층을 형성하는 제1단계; 및 상기 코팅층이 형성된 알루미늄 바아를 350 ~ 480℃에서 1 ~ 2시간 소결해 알루미늄 바 표면에 통전성을 향상시키는 은 성분이 강하게 접합되는 제2단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 통전용 부스바의 제조 방법도 제공한다.

이때 상기 페이스트 조성물은 바인더 및 용매 6.2 ~ 14.3 중량부를 더 혼합한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 알루미늄 바아의 표면에 통전성을 향상시키는 은(Ag) 성분을 강하게 접합하여 전도율을 향상시키면서도 은(Ag) 성분이 알루미늄 바아(Al bar)에 박리되는 것을 방지할 수 있고 통전용 부스바의 수명이 연장되며 신뢰성이 높다.

또한 본 발명에 따르면 알루미늄 바아의 표면에 은(실버) 분말과 은나노(Nano Silver) 및 글라스 분말을 포함하는 페이스트 조성물을 스크린 인쇄하여 균일한 두께의 도전성 코팅층을 형성함에 따라 품질을 일정하게 유지할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 통전용 부스바의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 통전용 부스바의 제조 공정 흐름도이다.

이하 본 발명에 따른 통전용 부스바 및 그 제조 방법을 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예들에 의해 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 실시 예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1에 의하면, 본 발명에 따른 통전용 부스바(1)는 알루미늄 바아(Al bar)(10) 표면에 은(Ag) 성분을 포함한 페이스트 조성물을 설정 두께로 균일하게 도포하여 코팅층(20)을 형성하고 설정온도 범위에서 소결하여 제조한다. 이를 통해 통전용 부스바(1)의 품질을 일정하게 유지할 수 있으며 알루미늄 바아(10) 표면에 은(Ag) 성분의 접합 효율을 높여 통전성은 물론 방열 기능을 향상시킬 수 있다.

상기 알루미늄 바아(10)는 다양한 알루미늄 계열을 사용할 수 있으나 통전성이 양호한 Al 1050을 사용한다. Al 1050는 순 알루미늄 99.5%로서 합금원소가 없으므로 금속간 화합물이 없고 석출물이 없어 우수한 내식성과 열, 전기전도성을 가지며 높은 연성(high ductility)을 갖는다.

이러한 알루미늄 바아(10)는 일 예로 3mm의 두께를 갖는 것을 사용할 수 있다.

그리고 상기 페이스트 조성물은 은(Ag) 성분을 포함하는 것으로, 은(실버) 분말, 은나노(Nano Silver), 글라스(glass) 분말, 바인더 및 솔벤트를 포함하여 구성된다.

이때 페이스트 조성물은 1 ~ 30㎛의 평균 직경을 갖는 은(실버) 분말 100중량부에 대하여 1 ~ 10㎚의 평균 직경을 갖는 은나노(Nano Silver) 12.5 ~ 21.4 중량부, 1 ~ 10㎛의 평균 직경을 갖는 글라스 분말 6.2 ~ 14.3 중량부, 바인더 및 용매(솔벤트) 6.2 ~ 14.3 중량부를 포함한다.

상기 은(실버) 분말은 저항값이 낮아 전기 전도율이 우수하여 대전력 전송시 온도상승이 낮은 장점이 있다. 이러한 은(실버) 분말은 1 ~ 30㎛의 평균 직경을 갖는 것을 사용 가능하나, 5 ~ 10㎛의 평균 직경을 갖는 은(실버) 분말을 사용함이 바람직하다.

상기 은나노(Nano Silver)는 상기 은(실버) 분말의 장점을 가지면서도 입자의 크기가 나노 사이즈로 작아 낮은 온도(매칭)에 용융이 가능해 알루미늄 소재에 잘 접합(또는 접착)되는 특성이 있다. 이러한 은나노(Nano Silver)는 1 ~ 10㎚의 평균 직경을 갖는 것을 사용 가능하나, 가격 등을 고려하여 5 ~ 10㎚ 평균 직경을 갖는 은나노(Nano Silver)를 은 분말에 비해 소량을 사용함이 바람직하다.

상기 글라스(glass) 분말은 소결과정에서 은(실버) 분말을 알루미늄 바아(10)에 서로 연결하는 브리징(Bridging) 역할을 수행하는 것으로, 1 ~ 10㎛의 평균 직경을 갖는 것을 사용 가능하나, 5㎛ 평균 직경을 갖는 글라스(glass) 분말을 사용함이 바람직하다.

상기 바인더는 각 분말 입자를 감싸주고 인쇄할 표면 위에 분말 입자의 점착을 결정짓고 용매(솔벤트)는 바인더를 혼합하여 딱딱한 덩어리 형태를 스크린 작업에 적합하도록 용해시켜준다.

이러한 바인더는 유기바인더로서 일 예로 에틸셀룰로오스를 사용하지만, 이에 한정하지 않고 메틸셀룰로오스, 카르복시셀룰로오스 등 다양한 바인더를 1종 이상 사용할 수 있다.

또한 상기 용매(솔벤트)는 유기용매로서 일 예로 부틸카비톨을 사용하지만, 이에 한정하지 않고 터피놀, 디하이드로 터피놀 등 다양한 용매를 1종 이상 사용할 수 있다.

상기 바인더 및 용매(솔벤트)는 은(실버) 분말 100중량부에 대하여 6.2 ~ 14.3 중량부를 혼합하며, 이러한 바인더와 용매(솔벤트)는 일 예로 1: 15 ~ 1:25의 중량 비율로 혼합할 수 있다. 물론 바인더와 용매(솔벤트)는 다양한 중량비율로 혼합될 수 있음은 당연하다.

이와 같은 페이스트 조성물은 스크린 인쇄(Screen printing)방식으로 알루미늄 바아(10) 표면에 설정 두께인 10 ~ 30㎛로 균일하게 도포하여 코팅층(20)을 형성한 후, 설정온도 범위인 350 ~ 480℃에서 설정시간인 1 ~ 2시간 소결하여 제조한다.

이 경우 알루미늄 바아(10) 표면에 코팅층(20)을 10㎛ 미만의 두께로 형성하는 경우 전류 통전 불량의 문제점이 발생할 수 있고, 30㎛를 초과하는 두께로 형성하는 경우 제조 비용이 과도하게 상승하는 문제점이 있다.

이러한 알루미늄 바아(10) 표면에 형성하는 코팅층(20)은 10 ~ 17㎛의 두께로 형성하고, 소결로의 온도는 400℃를 유지하며 코팅층(20)이 형성된 알루미늄 바아(10)를 1시간 30분 소결하여 제조함이 바람직하다.

이하, 도 1 및 도 2를 참고로 본 발명의 통전용 부스바의 제조 공정을 구체적으로 설명한다.

우선 통전용 부스바(1) 제조를 위한 알루미늄 소재로서 알루미늄 바아(10)를 준비한다.(S1)

이때 알류미늄 판재(원판)를 프레스 및 피어싱 가공하여 알루미늄 바아(10)를 제작한다. 일 예로 알루미늄 바아(10)는 설정두께(예를 들어 3mm)를 갖는 것을 준비한다.

그리고 1 ~ 30㎛의 평균 직경을 갖는 은(실버) 분말 100중량부에 대하여 1 ~ 10㎚의 평균 직경을 갖는 은나노(Nano Silver) 12.5 ~ 21.4 중량부, 1 ~ 10㎛의 평균 직경을 갖는 글라스 분말 6.2 ~ 14.3 중량부, 바인더 및 용매(솔벤트) 6.2 ~ 14.3 중량부를 혼합한 페이스트 조성물을 준비한다.(22)

다음으로 상기 스크린 인쇄(Screen printing)방식으로 상기 알루미늄 바아(10)의 표면에 10 ~ 17㎛의 두께의 코팅층(20)을 형성하고 자연 또는 열풍 건조시킨다.(S3)

그리고 상기 소결로를 이용해 상기 코팅층(20)이 형성된 알루미늄 바아(10)를 400℃의 온도에서 1시간 30분 소결한다.(S4)

물론 일련의 공정(S1 ~ S3)은 알류미늄 판재(원판)를 프레스 및 피어싱 가공하여 알루미늄 바아(10)를 우선 제작하는 것만을 설명하였으나 알류미늄 판재(원판) 상태에서 스크린 인쇄를 하여 코팅층(20)을 형성한 후 소결한 상태에서 프레스 및 피어싱할 수도 있으며, 이러한 정도의 제조 순서의 변경은 모두 본 발명의 권리범위 내에 속한다.

한편, 이와 같이 소결을 완료하여 제조된 통전용 부스바(1)의 외부면에는 절연을 위해 폴리염화비닐수지(PVC), 에폭시 수지 또는 실리콘 등의 절연재질의 피복(30)을 형성한다.(S5)

이상과 같이 본 발명의 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등의 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미친다.

1: 통전용 부스바 10: 알루미늄 바아
20: 코팅층 30: 피복

Claims (4)

1. 알루미늄 바아(10)의 표면에 은(실버) 분말, 은나노(Nano Silver) 및 글라스(glass) 분말을 포함한 코팅층(20)을 형성하고 소결하여 제조된 통전용 부스바(10)에 있어서;
   상기 코팅층(20)을 이루는 페이스트 조성물은, 은(실버) 분말 100중량부에 대하여 은나노(Nano Silver) 12.5 ~ 21.4 중량부, 글라스 분말 6.2 ~ 14.3 중량부, 바인더 및 용매 6.2 ~ 14.3 중량부를 포함하되,
   상기 은(실버) 분말 및 글라스 분말은 5 ~ 10㎛의 평균 직경을 갖으며,
   상기 은나노(Nano Silver)는 5 ~ 10㎚의 평균 직경을 갖고, 바인더 및 용매에 혼합된 페이스트 조성물을 스크린 인쇄(Screen printing)방식으로 상기 알루미늄 바아(10)의 표면에 10 ~ 17㎛의 두께의 균일하게 도포한 코팅층(20)을 형성하여 350 ~ 480℃에서 1 ~ 2시간 소결해 알루미늄 바 표면에 통전성을 향상시키는 은 성분이 강하게 접합되어 전도율을 향상시키면서 은 성분이 알루미늄 바아(10)의 표면에서 박리되지 않게 제조하는 것을 특징으로 하는 통전용 부스바.
   
   
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