KR20080010086A - Manufacturing method of busbar - Google Patents
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Abstract
Description
도1은 본 발명의 제조방법에 의해서 제조된 부스바를 개략적으로 나타낸 사시도,1 is a perspective view schematically showing a bus bar manufactured by the manufacturing method of the present invention;
도2는 본 발명의 제조방법에 의해서 제조된 부스바를 개략적으로 나타낸 단면도,Figure 2 is a cross-sectional view schematically showing a bus bar manufactured by the manufacturing method of the present invention,
도3은 본 발명의 부스바를 제조하기 위한 코팅장치 블록도,3 is a block diagram of a coating apparatus for manufacturing a busbar of the present invention;
도4는 본 발명의 방법으로 기판 상에 다양한 두께의 코팅 층을 형성한 상태를 나타낸 사진,4 is a photograph showing a state in which coating layers of various thicknesses are formed on a substrate by the method of the present invention;
도5는 본 발명의 방법으로 코팅된 코팅 층의 조직사진,5 is a tissue photograph of the coating layer coated by the method of the present invention,
도6은 본 발명의 방법으로 코팅된 코팅 층의 확대 조직사진.Figure 6 is an enlarged tissue photograph of the coating layer coated by the method of the present invention.
본 발명은 비중이 가볍고 저가의 알루미늄 1000계열 내지 6000계열의 기판 상에 저온분사 코팅법을 이용하여 높은 전기전도도 및 열전도도를 가지는 구리 또는 구리-텅스텐혼합분말을 코팅하여 부스바로 사용하도록 한 부스바 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 부스바에 관한 것이다.The present invention is a bus bar coated with a copper or copper-tungsten mixed powder having high electrical conductivity and thermal conductivity by using a low temperature spray coating method on a low specific gravity and low cost aluminum 1000 series to 6000 series substrates. It relates to a manufacturing method and a bus bar manufactured by the manufacturing method.
일반적으로 사용되는 부스바(busbar)의 경우 높은 전기전도성이 필요하고, 차단기와 같은 특수 개폐기에 사용되는 부스바의 경우 스프링이나 다른 장치에 의해 접점이 이루어지는 작용을 한다. 그러므로 부스바 및 차단기 개폐용 부스바의 재질은 전기전도도가 좋은 구리를 사용하고 있다.In general, a busbar used has high electrical conductivity, and a busbar used in a special switch, such as a circuit breaker, has a contact function by a spring or another device. Therefore, the material of busbars and breaker opening and closing busbars uses copper with good electrical conductivity.
또한 전기 판넬부에서 각 장치로 전기를 공급해주는 연결부인 부스바는 상기와 같이 대부분이 구리재질을 사용하고 있으나, 구리 소재의 특성상 무게가 무겁고, 다른 전기전도도가 높은 소재인 알루미늄등과 비교하였을 때 상대적으로 재료비의 상승을 야기하여 개폐기 부품의 가격상승을 초래하고 중전기기나 그 이상의 용량 기기에 있어서 고 중량의 무게로 제품의 내구성에 문제를 일으킬 소지가 발생하게 된다.In addition, the busbar, which is a connection part that supplies electricity from the electric panel part to each device, is mostly made of copper as described above. However, when compared to aluminum, which is heavy in weight and high in electrical conductivity, the copper material Increasing the cost of materials will lead to an increase in the price of the switch parts, and the heavy weight of the heavy electric equipment or higher capacity equipment may cause problems in the durability of the product.
이와 같은 문제로 전기전도도가 좋으며 가격이 저렴한 소재인 알루미늄을 사용할 수 있다. 그러나 구리소재에 비하여 낮은 전기전도도로 인하여 전기 통전시 열이 발생하게 되어 사용 환경에 따라서 냉각기를 설치해 주어야 하는 문제가 발생한다. 특히 통전시 발생 가능한 아크에 의해서 용융점이 낮은 알루미늄 소재의 용융이 발생할 여지가 높기 때문에 중전기기나 그 이상의 용량 기기에는 적합하지 않은 문제점이 있다.Due to this problem, it is possible to use aluminum, which has good electrical conductivity and low cost. However, due to the low electrical conductivity compared to the copper material, heat is generated when the electricity is energized, causing a problem in that a cooler must be installed according to the use environment. In particular, since there is a high possibility that the melting of the aluminum material having a low melting point due to the arc that can occur during energization, there is a problem that is not suitable for heavy electric machines or higher capacity equipment.
전기접점이 발생하는 부분에 상대적으로 전기전도도가 높고 용융점이 높은 구리소재를 위치시켜주는 것이 바람직하다. 이와 같은 알루미늄 소재와 구리소재를 접합해 주는 방법은 대표적인 예로 클래드법을 들 수가 있다.It is preferable to place a copper material having a high electrical conductivity and a high melting point relative to a portion where an electrical contact occurs. Such a method of bonding the aluminum material and the copper material may be a clad method as a representative example.
그런데 구리와 알루미늄을 클래드 할때 접합 하고자 하는 소재의 표면에 불 순물이 존재하여 접합면에 불량이 발생할 수 있기 때문에 클래드 전 표면처리공정이 필요하게 된다. 또한 가압에 의한 방법이기 때문에 클래드 전과 후의 치수변화가 발생하는 문제점이 있으며, 특히 국부적인 접합이 불가능하다는 문제점이 있다.However, when cladding copper and aluminum, impurity is present on the surface of the material to be bonded and defects may occur on the joining surface, thereby requiring surface treatment before cladding. In addition, there is a problem that the dimensional change before and after the clad occurs because of the method by pressing, in particular, there is a problem that local bonding is impossible.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해서 발명한 것으로, 비중이 가볍고 저가의 알루미늄 1000계열 내지 6000계열의 기판 상에 저온분사 코팅법을 이용하여 높은 전기전도도 및 열전도도를 가지는 구리 또는 구리-텅스텐혼합분말을 코팅하여 저가의 부스바를 생산하도록 한 부스바 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 부스바를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been invented to solve the above problems, copper or copper-tungsten having a high electrical conductivity and thermal conductivity by using a low-temperature spray coating method on light weight and low-cost aluminum 1000 series to 6000 series substrates An object of the present invention is to provide a busbar manufacturing method and a busbar manufactured by the method for producing a busbar at low cost by coating a mixed powder.
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 부스바 제조방법은, 알루미늄 1000계열 내지 알루미늄 8000계열의 모재로 부스바 형성용 기판을 마련하는 단계; 상기 기판 표면에 예열된 구리분말 또는 구리-텅스텐혼합분말과 가스를 혼합챔버에서 혼합하고 그를 분사노즐로 분사하여 코팅 층을 형성하는 단계: 상기 코팅 된 기판을 열처리 하는 단계로 이루어진다.In order to achieve the above object, the busbar manufacturing method of the present invention comprises the steps of: preparing a busbar forming substrate with a base material of aluminum series of 1000 to aluminum 8000; Mixing the preheated copper powder or copper-tungsten mixed powder and gas in the mixing chamber and spraying them with a spray nozzle to form a coating layer: heat-treating the coated substrate.
상기와 같은 방법으로 이루어지는 본 발명에 따른 부스바 제조방법을 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Referring to the accompanying drawings, the busbar manufacturing method according to the present invention made as described above in detail as follows.
먼저 부스바 형성용 기판을 알루미늄 1000계열 내지 알루미늄 6000계열로 하는 이유는 일반적으로 사용되는 구리(Cu)에 비하여 가격이 저렴하고 그 비중이 가벼우며 전기전도도가 높아 경제적인 면에서 유리하기 때문이다.First of all, the reason why the busbar forming substrate is 1000 series aluminum to 6000 series aluminum is low in price, light in weight, and high in electrical conductivity, which is advantageous in terms of economy compared to copper (Cu).
또한 본 발명의 기판에 구리 또는 구리-텅스텐혼합분말을 코팅함에 있어 그 코팅되는 기판의 해당 면은 도1과 같이 평면상에 코팅하거나 또는 도2와 같이 요철 면이 형성된 기판의 표면에 코팅하여 사용할 수도 있다. In addition, in coating the copper or copper-tungsten mixed powder on the substrate of the present invention, the corresponding surface of the substrate to be coated may be coated on a flat surface as shown in FIG. 1 or coated on the surface of a substrate having an uneven surface as shown in FIG. It may be.
그리고 상기 알루미늄 1000계열 내지 알루미늄 6000계열의 기판 표면에 구리 또는 구리-텅스텐혼합분말을 코팅하는 것은 저온분사 코팅법에 의해 하는 것이며 그 코팅장치는 도3에 나타낸 바와 같다.The coating of copper or copper-tungsten mixed powder on the surface of the aluminum 1000 series to the 6000 series aluminum is performed by a low temperature spray coating method, and the coating apparatus is shown in FIG. 3.
상기 코팅장치의 구성은, 가스컨트롤부(10), 가스히터(20), 구리분말송급장치(30), 구리분말예열장치(40), 혼합챔버(50), 컨트롤부(60), 분사노즐(70)로 이루어지며, 상기 가스컨트롤부(10)는 가스의 공급량을 제어하는 것으로, 이동되는 가스를 가스히터(20)로 이동시킴과 동시에 일부의 가스를 구리분말송습장치(30)로 이동시킨다. 상기 가스히터(20)는 가스를 일정온도로 예열하는 곳이며, 그 예열된 가스히터(20)는 혼합챔버(50)로 공급한다.The coating apparatus includes a
상기 구리분말송급장치(30)는 구리분말을 공급하는 장치로써, 가스컨트롤부(10)로부터 공급된 가스를 이용하여 구리분말을 구리분말예열장치(40)로 전송한다. 그리고 상기 구리분말예열장치(40)는 스크류 형상으로 형성되는 이송관과 이를 가열하는 저항선, 또는 이송관을 직접 가열하는 직접가열 방식의 이송관을 구비한다.The copper
이에 따라 발열시 이송관을 통과하면서 예열된 구리분말은 혼합챔버(50)로 전송된다. 이러한 구리분말예열 장치(40)와 가스히터(20)는 컨트롤부(60)를 통하여 온도 조절이 이루어진다.Accordingly, the preheated copper powder is transferred to the
상기 혼합챔버(50)에서는 예열된 구리분말과 가스가 혼합되고, 그 혼합챔버(50)를 통하여 혼합된 구리분말과 가스는 분사노즐(70)을 통하여 기판으로 분사되어 코팅 층(110)을 형성하게 된다.In the
상기의 구성을 갖는 상기 코팅장치는 통상의 장치로서, 기판(120)의 표면이 분사노즐(70)을 향하도록 설치된다. 그 각도는 가장 높은 적층효율을 달성하기 위하여 90도의 각도를 가지는 것이 바람직하다. The coating apparatus having the above configuration is a conventional apparatus, and is installed such that the surface of the
부스바는 일정 크기로 절단된 후 지그장치와 같은 것에 의해 고정될 수 있고, 또는 압출장치와 연동하도록 코팅장치를 설치하여 압출과 동시에 코팅 될 수 있게 해도 된다.The busbars may be fixed by something like a jig device after being cut to a certain size, or may be coated simultaneously with extrusion by installing a coating device to interlock with the extrusion device.
상기와 같은 장치에 의해 알루미늄 1000계열 내지 알루미늄 6000계열의 기판 표면에 구리 또는 구리-텅스텐혼합분말을 코팅함에 있어 그 구체적인 조건은 먼저, 구리 또는 구리-텅스텐혼합분말 입자 크기는 5~200㎛로 하는데, 그 이유는, 5㎛ 미만이면 보우 쇽(bow shock)작용에 의해 코팅이 정상적으로 이루어지지 않는 문제점이 발생하게 되고, 200㎛를 초과하게 되면 입자가 너무 커서 적층 율이 현저히 떨어지는 문제점이 발생한다. 따라서 구리 또는 구리-텅스텐혼합분말 입자 크기는 5~200㎛로 함이 바람직하다.In the coating of copper or copper-tungsten mixed powder on the surface of aluminum 1000 series to aluminum 6000 series by the above device, the specific conditions are as follows: the particle size of copper or copper-tungsten mixed powder is 5 ~ 200㎛. The reason for this is that if the coating thickness is less than 5 μm, a problem occurs in that the coating is not normally performed by a bow shock action. If the thickness is more than 200 μm, the particle size is too large and the lamination rate is significantly reduced. Therefore, the copper or copper-tungsten mixed powder particle size is preferably set to 5 ~ 200㎛.
그리고 상기 구리 또는 구리-텅스텐혼합분말의 입자는 구형으로 함이 바람직한데, 그 이유는, 코팅의 효율이 타 형상의 입자보다 양호하기 때문이다.The particles of the copper or copper-tungsten mixed powder are preferably spherical because the coating efficiency is better than that of other particles.
상기 구리 또는 구리-텅스텐혼합분말의 예열온도는 상온-600℃로 하는데, 사용되는 부품에 따라 낮은 온도를 조절할수 있다. 그러나 600℃를 초과하게 되면 분말이 이송되는 관내에 고착될 염려가 있음은 물론, 예열하는 히터가 훼손되고, 코팅장치의 피팅 연결부가 열에 의하여 변형을 일으켜 기밀이 유지되지 않는 문제점이 발생한다. 따라서 분말의 예열온도는 상온-600℃로 함이 바람직하다.The preheating temperature of the copper or copper-tungsten mixed powder is a room temperature of -600 ℃, it can be adjusted to a low temperature depending on the components used. However, if the temperature exceeds 600 ° C., there is a concern that the powder may be fixed in the pipe to be transported, and the heater to be preheated is damaged, and the fitting connection part of the coating apparatus is deformed by heat, so that the airtightness is not maintained. Therefore, the preheating temperature of the powder is preferably at room temperature-600 ℃.
상기 메인 가스의 예열온도는 200-800℃로 하는데 그 이유는, 상기 분말예열온도와 마찬가지로 200℃ 미만에서는 가스 분사 속도가 떨어져 생산효율이 저하되는 문제점이 발생하고, 800℃를 초과하게 되면 코팅장치의 피팅 연결부가 열에 의하여 변형을 일으켜 기밀이 유지되지 않는 문제점이 발생한다. 따라서 가스 예열온도는 200℃-800℃로 함이 바람직하다.The preheating temperature of the main gas is 200-800 ° C. The reason is that, as with the powder preheating temperature, the gas injection speed is lowered below 200 ° C., which lowers the production efficiency. There is a problem that the fitting connection of the deformed by heat, the airtight is not maintained. Therefore, the gas preheating temperature is preferably 200 ° C-800 ° C.
상기 분사노즐의 선단과 기판의 코팅 해당 면간의 거리는 5~50mm를 유지함이 바람직한데, 그 이유는, 분사되는 가스의 기류에 5mm 미만의 분말이 보우쇽 효과(bow-shock effect)에 의해서 코팅이 이루어지지 않는 문제점이 발생하고, 50mm를 초과하면 노즐 출구를 벗어난 분말의 속도가 코팅이 이루어지는 임계속도 이하로 낮아지기 때문에 코팅이 이루어지지 않거나, 코팅 효율 및 코팅 특성이 낮아지는 문제점이 발생하기 때문이다. 따라서 분사노즐의 출구와 코팅 대상물 면간의 거리는 5~50mm를 유지함이 바람직하다.The distance between the tip of the injection nozzle and the corresponding surface of the coating of the substrate is preferably maintained at 5 to 50 mm, because the powder is less than 5 mm in the airflow of the injected gas due to the bow-shock effect. This is because a problem that is not made occurs, and if the thickness exceeds 50 mm, the coating speed is lowered below the critical speed at which the coating is performed, or the coating is not made, or the coating efficiency and coating characteristics are lowered. Therefore, the distance between the outlet of the spray nozzle and the surface of the coating object is preferably maintained at 5 to 50 mm.
상기 가스는 질소, 헬륨, 대기 중의 압축공기 중 어느 하나 또는 그들을 2가지 이상 혼합한 것을 사용하는데, 그 이유는, 고온으로 가열시 폭발과 같은 반응이 없고, 가스 기류내 비행하는 분말입자들과 산소와의 반응이 차단시켜줄수 있는 가스를 사용하기 위함이다.The gas may be any one of nitrogen, helium, and compressed air in the atmosphere, or a mixture of two or more thereof. The reason for this is that there is no reaction such as explosion when heated to a high temperature, and powder particles and oxygen flying in the gas stream This is to use a gas that can block the reaction with.
상기 구리 또는 구리-텅스텐혼합분말이 코팅 된 기판의 열처리온도는 100- 500℃인데, 그 이유는, 100℃ 미만에서 열처리를 하게 되면 조직의 풀림효과(annealing)를 가지지 못하는 문제점이 발생하고, 500℃를 초과하게 되면 모재인 알루미늄의 용융온도에 가깝기 때문에 모재의 변형을 발생시키는 문제점이 발생하기 때문이다. 따라서 구리 또는 구리-텅스텐혼합분말이 코팅 된 기판의 열처리온도는 100-500℃로 함이 바람직하다.The heat treatment temperature of the substrate coated with the copper or copper-tungsten mixed powder is 100-500 ° C., because the heat treatment at less than 100 ° C. causes the annealing effect of the tissue to not occur. This is because if the temperature exceeds the melting temperature of the base material aluminum, a problem occurs that causes deformation of the base material. Therefore, the heat treatment temperature of the substrate coated with copper or copper-tungsten mixed powder is preferably 100-500 ° C.
그리고 본 발명의 구리 및 구리-텅스텐혼합분말의 송급 속도는 1-15kg/hr로 함이 바람직하고, 가스의 공급압력은 10-40kg/cm2로 함이 바람직하다.The feed rate of the copper and copper-tungsten mixed powder of the present invention is preferably 1-15 kg / hr, and the supply pressure of the gas is preferably 10-40 kg / cm 2 .
이하 본 발명의 실시예를 들어 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
[실시예]EXAMPLE
본 발명은 상기의 코팅방법을 이용하여 도4에 나타낸 바와 같이 여러 가지 두께를 가지는 부스바를 제작하였다. 기판 소재는 알루미늄 합금(Al 6061)으로 하고, 제작시 사용된 실제 저온분사 공정 조건을 아래와 표1과 같은 조건에서 실시하였다.The present invention produced a busbar having various thicknesses as shown in Figure 4 by using the above coating method. The substrate material was made of aluminum alloy (Al 6061), and the actual low temperature spraying process conditions used in manufacturing were performed under the conditions shown in Table 1 below.
코팅 회수에 따른 코팅 층을 형성한 모습이 도4에 보여지고 있다. 사용한 코팅 분말은 5~45㎛의 구리 분말을 사용하였다.The formation of the coating layer according to the number of coatings is shown in FIG. 4. As the coating powder used, copper powder having a thickness of 5 to 45 µm was used.
또한 도5은 상기 기판에 형성된 코팅 층의 단면을 보여주고 있다. 도6은 코팅분말의 조직을 보기위하여 에칭한 단면조직사진을 보여준다. 이와 같이 이종재료인 알루미늄과 구리코팅소재간의 경계면이 저온분사 코팅 공정 중에 소성변형에 의해서 경계에 결함 없이 접합이 되어 있음을 볼 수 있다. 그리고 코팅층 조직사진에서 알수 있듯이 모재와 가까울수록 코팅시 피닝(peening)효과에 의해서 조직이 코팅표면에 대비하여 치밀함을 알 수가 있다. Figure 5 also shows a cross section of the coating layer formed on the substrate. Figure 6 shows a cross-sectional texture picture etched to see the texture of the coating powder. As such, it can be seen that the interface between the dissimilar material aluminum and the copper coating material is bonded without defects in the boundary due to plastic deformation during the low temperature spray coating process. And as can be seen from the coating layer texture picture, the closer to the base material, the more precise the tissue is compared to the coating surface due to the peening effect.
또한 본 실시예의 제조방법에 따르면 도5의 확대 단면사진에서 보이듯이 기공이 거의 존재하지 않는 우수한 코팅 층을 얻을 수 있음을 알 수 있다.In addition, according to the manufacturing method of the present embodiment, it can be seen that an excellent coating layer having almost no pores can be obtained as shown in the enlarged cross-sectional photograph of FIG.
상술한 바와 같은 알루미늄 1000계열 내지 알루미늄 6000계열의 기판에 구리 또는 구리-텅스텐혼합분말을 간편하고 용이하게 코팅함으로서 생산성 증대에 기여할 수 있는 효과가 있고, 또, 종래 고가이며 비중이 무거운 구리를 사용함으로서, 경제성 측면과 하중 측면에서 발생하는 문제점에 비하여 비중이 낮은 알루미늄 혹은 알루미늄 합금을 사용하기 때문에 비용절감 및 무게절감이 된 부스바를 제작할 수 있는 효과가 있다.By simply and easily coating copper or copper-tungsten mixed powder on the substrates of the aluminum 1000 series to the aluminum 6000 series as described above, there is an effect that can contribute to the productivity increase, and by using conventionally expensive and heavy specific gravity copper As a result, the use of aluminum or aluminum alloys with a lower specific gravity than the problems occurring in terms of economics and loads makes it possible to produce busbars with reduced cost and weight.
또 본 발명은 용융의 고온이 존재하지 않으므로 작업의 안전성을 기할 수 있으며, 더욱이 본 발명은 로봇등과 같은 분사노즐 조정을 통하여 복잡한 형상의 제작이 가능하고 대형 부품 등 부품 크기에 제약을 받지 않는 이점이 있다. In addition, the present invention can ensure the safety of the work because there is no high temperature of melting, moreover, the present invention is capable of producing a complex shape through the adjustment of the injection nozzle, such as robot, and is not limited by the size of parts such as large parts There is this.
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