KR20150115356A - 정특성 서미스터를 이용한 안전장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 특정 임계 온도 보다 높아지면 전기저항이 커지는 판형의 정특성 서미스터와, 상기 정특성 서미스터 하면에 구비된 하부전극과, 상기 정특성 서미스터 상면에 고립되게 구비된 상부전극과, 상기 상부전극 상부에 구비되고 위로 볼록한 판형의 바이메탈과, 상기 하부전극과 전기적으로 접속되는 판형의 베이스 단자 및 상기 베이스 단자와 전기적으로 단속(斷續)되고 상기 바이메탈의 변형온도 미만에서 상기 바이메탈의 위로 볼록한 부분과 접속되는 가동 단자를 포함하는 안전장치에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 정특성 서미스터(positive temperature coefficient thermistor; PTC)를 부속물이 아닌 판형의 기판으로 사용하여 안전장치의 케이스 역할을 할 뿐만 아니라 바이메탈 작동 후 지속적인 접점의 오프(Off) 상태를 유지하고 정특성 서미스터(PTC) 본래의 특성인 발열체 역할도 동시에 수행할 수 있다.
Description
본 발명은 안전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자기기 등에 과전류가 흐르거나 온도가 급격하게 상승하는 경우에 전류를 차단하기 위한 안전장치에 관한 것이다.
전자기기, 자동차 등의 모터에 과전류가 흐르거나 온도가 급격하게 상승하는 경우에 전류를 차단하기 위한 안전장치가 사용되고 있다. 안전을 확보하기 위해 사용하는 안전장치로 바이메탈을 주로 사용하고 있다.
특히 최근에는 전자제품의 소형화, 고성능화에 따라 소형화된 안전장치가 요구되고 있다. 예를 들면, 휴대전화, 랩탑 컴퓨터, 테블릿 PC(personal computer) 등이 소형화되고 가벼벼짐에 따라 이에 사용되는 안전장치도 소형화될 필요가 있다.
바이메탈을 이용한 안전장치는 전자제품 등의 온도가 과도하게 상승하게 되면 바이메탈의 형상이 변화되어(사각 모양의 바이메탈이 위로 볼록한 형태에서 아래로 볼록한 형태로 반전됨) 전류의 흐름이 차단된다. 그러나 전류차단에 의하여 온도가 저하되면 바이메탈은 원래의 형상(작동 전의 형상)으로 자동으로 되돌아가 온(On) 상태가 되고 전류가 다시 흐르게 되어 안전이 확보되기 전에 회로가 온(On)되는 결과가 되어 안전면에서 문제가 있었다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여 대한민국 특허등록번호 제10-1064931호는 바이메탈을 이용한 안전장치를 개시하고 있다. 대한민국 특허등록번호 제10-1064931호에 기재된 바이메탈을 이용한 안전장치는 바이메탈과 PTC(positive temperature coefficient thermistor)를 복합화한 소형의 압축된 복합안전부품으로서, 아암터미털, 가동아암, 베이스터미널, 바이메탈 및 PTC를 포함하는 부품이 전기제품의 온도를 받을 수 있는 상태에 있는 수지 케이스내에 내장되고, 아암터미널, 가동아암 및 베이스터미널은 직렬로 접속되어 평상시에 전기제품의 전류가 흐르는 상태에 있으며, 온도상승에 의하여 바이메탈이 작동되면 가동아암이 변위시켜져 그 가동아암과 베이스터미널과의 접속이 차단되도록 구성되어 이루어지는 안전장치이며, 바이메탈 작동에 의한 차단 상태 시는 가동아암, 바이메탈, PTC 및 베이스터미널이 통전 상태가 되는 구조이다.
그러나, 대한민국 특허등록번호 제10-1064931호에 기재된 바이메탈을 이용한 안전장치에서 세라믹제의 PTC는 그 크기가 지름 1.5∼2.5mm, 두께 0.2∼0.4mm 매우 작아 깨지기 쉬워 PTC 단품의 제작이 매우 까다롭고, 또한 조립 후에도 파손의 우려가 있으며, 파손 뒤에는 PTC 조각이 안전장치의 수지 케이스 내에 존재할 경우 도통되지 않는 등 전기적으로 불량상태의 원인이 되는 일이 있어서, PTC 표면의 일부 이상을 코팅제로 코팅하여 PTC를 제작한다. PTC의 표면코팅은 유기계 또는 무기계의 코팅제로 스크린 인쇄, 코터, 수동도포, 기계도포 등의 공지의 도포방법으로 코팅한다. 따라서 PTC를 제작하기 매우 어려워 생산성이 떨어지고, 제조원가가 증가하는 문제점이 있다. 또한 코팅처리가 되어 있어도 수지 내에서 파손될 경우 안전문제가 여전히 상존하고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 정특성 서미스터(positive temperature coefficient thermistor; PTC)를 부속물이 아닌 판형의 기판으로 사용하여 안전장치의 케이스 역할을 할 뿐만 아니라 바이메탈 작동 후 지속적인 접점의 오프(Off) 상태를 유지하고 정특성 서미스터(PTC) 본래의 특성인 발열체 역할도 동시에 수행할 수 있는 안전장치를 제공함에 있다.
본 발명은, 특정 임계 온도 보다 높아지면 전기저항이 커지는 판형의 정특성 서미스터와, 상기 정특성 서미스터 하면에 구비된 하부전극과, 상기 정특성 서미스터 상면에 고립되게 구비된 상부전극과, 상기 상부전극 상부에 구비되고 위로 볼록한 판형의 바이메탈과, 상기 하부전극과 전기적으로 접속되는 판형의 베이스 단자 및 상기 베이스 단자와 전기적으로 단속(斷續)되고 상기 바이메탈의 변형온도 미만에서 상기 바이메탈의 위로 볼록한 부분과 접속되는 가동 단자를 포함하며, 상기 바이메탈은 변형온도 미만에서 위로 볼록한 판재 형상을 이루다가 변형온도 이상이 되면 아래로 볼록한 판재 형상으로 변이하며, 상기 변형온도 이상이 되면 상기 가동 단자는 상기 바이메탈의 변이에 연동되어 움직여서 상기 베이스 단자와의 전기적 연결이 끊어지는 것을 특징으로 하는 안전장치를 제공한다.
기준치 보다 높은 과전류가 인가되거나 외부 환경에 의해 상기 바이메탈 주변의 온도가 변형온도 이상이 되면 상기 바이메탈은 아래로 볼록한 판재 형상으로 변이하며, 상기 바이메탈의 변이에 연동되어 상기 가동 단자가 상부로 움직여서 상기 베이스 단자와 상기 가동 단자 사이가 이격됨으로써 상기 베이스 단자와 상기 가동 단자 사이의 전류 흐름이 차단되고, 상기 과전류가 사라지거나 상기 바이메탈 주변의 온도가 변형온도 미만이 되면 상기 바이메탈은 위로 볼록한 판재 형상으로 복귀하며, 상기 바이메탈의 형상 복귀에 연동되어 상기 가동 단자가 하부로 움직여서 상기 베이스 단자와 상기 가동 단자가 전기적으로 접속된다.
상기 베이스 단자는 비아 및 제1 접속 플레이트를 통해 상기 하부전극에 전기적으로 접속될 수 있고, 상기 비아는 상기 정특성 서미스터를 관통하여 일단에 구비되고 상기 하부전극과 전기적으로 접속되며, 상기 제1 접속 플레이트는 상기 정특성 서미스터 상면의 일단에 상기 비아와 접속되게 구비될 수 있다.
또한, 상기 베이스 단자는 상기 정특성 서미스터와 대면하는 단부에 구비된 단자연결부를 통해 상기 하부전극에 접속될 수 있고, 상기 단자연결부는 제1 단자 연결부와 제2 단자 연결부를 포함할 수 있으며, 상기 제1 단자연결부는 상기 정특성 서미스터의 측면을 따라 하부로 뻗어있는 부분이고, 상기 제2 단자연결부는 상기 정특성 서미스터의 하면을 따라 뻗어있는 부분으로서 상기 하부전극과 접속되는 부분일 수 있다.
상기 가동 단자는, 상기 베이스 단자와 접속하는 부위인 제1 접속부와, 상기 제1 접속부와 연결되어 있는 제1 연결부와, 상기 제1 연결부와 연결되고 정상상태에서 상기 바이메탈의 위로 볼록한 부분과 연결되는 플레이트부와, 상기 플레이트부와 연결되어 있는 제2 연결부 및 상기 제2 연결부에 연결되고 제2 접속 플레이트와 접속하는 부위인 제2 접속부를 포함할 수 있다.
상기 가동 단자는, 상기 베이스 단자와 접속하는 부위인 제1 접속부와, 상기 제1 접속부와 연결되어 있는 제1 연결부와, 상기 제1 연결부와 연결되고 정상상태에서 상기 바이메탈의 위로 볼록한 부분과 연결되는 플레이트부와, 상기 플레이트부와 연결되어 있는 제2 연결부 및 상기 제2 연결부에 연결되고 제2 상부전극과 접속하는 부위인 제2 접속부를 포함할 수 있다.
상기 안전장치는 상기 베이스 단자 및 상기 가동 단자가 부착된 상기 정특성 서미스터의 상부에 구비되는 커버를 더 포함할 수 있고, 상기 커버는 내부 공간을 갖는 박스 형상을 갖고, 상기 커버는 상기 베이스 단자의 일부, 상기 바이메탈, 상기 가동 단자의 일부를 수납하여 보호하며, 상기 커버의 제1 측면에 제1 개구부가 구비되고, 상기 제1 개구부를 통해 상기 베이스 단자가 외부로 돌출되어 있으며, 상기 커버의 제2 측면에는 제2 개구부가 구비되고, 상기 제2 개구부를 통해 상기 가동 단자가 외부로 돌출되어 있을 수 있다.
상기 안전장치는 상기 베이스 단자와 상기 가동 단자를 고정시키면서 상기 커버의 내부를 밀봉 처리하기 위한 절연성 실링부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, 특정 임계 온도 보다 높아지면 전기저항이 커지는 판형의 정특성 서미스터와, 상기 정특성 서미스터 하면에 구비된 하부전극과, 상기 정특성 서미스터 상면에 서로 이격되게 구비된 제1 상부전극 및 제2 상부전극과, 상기 정특성 서미스터 상부에 고립되게 구비된 절연층과, 상기 절연층 상부에 구비되고 위로 볼록한 판형의 바이메탈과, 상기 제1 상부전극과 전기적으로 접속되는 판형의 베이스 단자 및 상기 베이스 단자와 전기적으로 단속(斷續)되고 상기 제2 상부전극과 전기적으로 접속되면서 상기 바이메탈의 변형온도 미만에서 상기 바이메탈의 위로 볼록한 부분과 접속되는 가동 단자를 포함하며, 상기 바이메탈은 변형온도 미만에서 위로 볼록한 판재 형상을 이루다가 변형온도 이상이 되면 아래로 볼록한 판재 형상으로 변이하며, 상기 변형온도 이상이 되면 상기 가동 단자는 상기 바이메탈의 변이에 연동되어 움직여서 상기 베이스 단자와의 전기적 연결이 끊어지는 것을 특징으로 하는 안전장치를 제공한다.
기준치 보다 높은 과전류가 인가되거나 외부 환경에 의해 상기 바이메탈 주변의 온도가 변형온도 이상이 되면 상기 바이메탈은 아래로 볼록한 판재 형상으로 변이하며, 상기 바이메탈의 변이에 연동되어 상기 가동 단자가 상부로 움직여서 상기 베이스 단자와 상기 가동 단자 사이가 이격됨으로써 상기 베이스 단자와 상기 가동 단자 사이의 전류 흐름이 차단되고, 상기 과전류가 사라지거나 상기 바이메탈 주변의 온도가 변형온도 미만이 되면 상기 바이메탈은 위로 볼록한 판재 형상으로 복귀하며, 상기 바이메탈의 형상 복귀에 연동되어 상기 가동 단자가 하부로 움직여서 상기 베이스 단자와 상기 가동 단자가 전기적으로 접속된다.
상기 안전장치는 상기 베이스 단자 및 상기 가동 단자가 부착된 상기 정특성 서미스터의 상부에 구비되는 커버를 더 포함할 수 있고, 상기 커버는 내부 공간을 갖는 박스 형상을 갖고, 상기 커버는 상기 베이스 단자의 일부, 상기 바이메탈, 상기 가동 단자의 일부를 수납하여 보호하며, 상기 커버의 제1 측면에 제1 개구부가 구비되고, 상기 제1 개구부를 통해 상기 베이스 단자가 외부로 돌출되어 있으며, 상기 커버의 제2 측면에는 제2 개구부가 구비되고, 상기 제2 개구부를 통해 상기 가동 단자가 외부로 돌출되어 있을 수 있다.
상기 안전장치는 상기 베이스 단자와 상기 가동 단자를 고정시키면서 상기 커버의 내부를 밀봉 처리하기 위한 절연성 실링부를 더 포함할 수 있다.
상기 커버는 금속, 절연성 코팅된 금속 또는 세라믹 재질로 이루어진 것일 수 있다.
본 발명의 안전장치에 의하면, 정특성 서미스터(positive temperature coefficient thermistor; PTC)를 부속물이 아닌 판형의 기판으로 사용하여 안전장치의 케이스 역할을 할 뿐만 아니라 바이메탈 작동 후 지속적인 접점의 오프(Off) 상태를 유지하고 정특성 서미스터(PTC) 본래의 특성인 발열체 역할도 동시에 수행할 수 있다.
정특성 서미스터(PTC)를 판형 기판 형태로 제작하여 비교적 크기가 커서(예컨대, 가로 3∼4mm, 세로 4∼5mm, 두께 0.3∼1mm) 제작이 용이하여 생산성의 증가와 이로 인한 제조단가를 저렴하게 할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 안전장치는, 휴대전화, 랩탑 컴퓨터, 테블릿 PC, 충전기와 같은 소형 전자기기 뿐만 아니라, 에어콘의 팬, 세탁기 등의 대형 가전제품에도 사용 가능하며, 자동차의 모터 등에도 전류를 차단하기 위한 안전장치로도 사용 가능하다.
도 1 내지 도 12는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 안전장치를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 정상상태의 안전장치를 도시한 단면도이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 작동상태의 안전장치를 도시한 단면도이다.
도 15 내지 도 21은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 안전장치를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 22는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 정상상태의 안전장치를 도시한 단면도이다.
도 23은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 작동상태의 안전장치를 도시한 단면도이다.
도 24 내지 도 31은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 안전장치를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 32는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 정상상태의 안전장치를 도시한 단면도이다.
도 33은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 작동상태의 안전장치를 도시한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 정상상태의 안전장치를 도시한 단면도이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 작동상태의 안전장치를 도시한 단면도이다.
도 15 내지 도 21은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 안전장치를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 22는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 정상상태의 안전장치를 도시한 단면도이다.
도 23은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 작동상태의 안전장치를 도시한 단면도이다.
도 24 내지 도 31은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 안전장치를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 32는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 정상상태의 안전장치를 도시한 단면도이다.
도 33은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 작동상태의 안전장치를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명은 전자기기 등에 과전류가 흐르거나 온도가 급격하게 상승하는 경우에 전류를 차단하기 위한 안전장치를 제시한다. 상기 안전장치는 전류를 차단하여 안전을 확보하는 보호장치로서 전자기기 등의 전기회로 등에 연결된다.
본 발명에서는 정특성 서미스터(positive temperature coefficient thermistor; PTC)를 부속물이 아닌 판형의 기판으로 사용하여 안전장치의 케이스 역할을 할 뿐만 아니라 바이메탈 작동 후 지속적인 접점의 오프(Off) 상태를 유지하고, 정특성 서미스터(PTC) 본래의 특성인 발열체 역할도 동시에 수행할 수 있도록 하였다.
이때, 정특성 서미스터(PTC)를 판형 기판 형태로 제작하여 비교적 크기가 커서(예컨대, 가로 3∼4mm, 세로 4∼5mm, 두께 0.3∼1mm) 제작이 용이하여 생산성의 증가와 이로 인한 제조단가를 저렴하게 할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 안전장치는, 특정 임계 온도 보다 높아지면 전기저항이 커지는 판형의 정특성 서미스터와, 상기 정특성 서미스터 하면에 구비된 하부전극과, 상기 정특성 서미스터 상면에 고립되게 구비된 상부전극과, 상기 상부전극 상부에 구비되고 위로 볼록한 판형의 바이메탈과, 상기 하부전극과 전기적으로 접속되는 판형의 베이스 단자 및 상기 베이스 단자와 전기적으로 단속(斷續)되고 상기 바이메탈의 변형온도 미만에서 상기 바이메탈의 위로 볼록한 부분과 접속되는 가동 단자를 포함하며, 상기 바이메탈은 변형온도 미만에서 위로 볼록한 판재 형상을 이루다가 변형온도 이상이 되면 아래로 볼록한 판재 형상으로 변이하며, 상기 변형온도 이상이 되면 상기 가동 단자는 상기 바이메탈의 변이에 연동되어 움직여서 상기 베이스 단자와의 전기적 연결이 끊어진다.
기준치 보다 높은 과전류가 인가되거나 외부 환경에 의해 상기 바이메탈 주변의 온도가 변형온도 이상이 되면 상기 바이메탈은 아래로 볼록한 판재 형상으로 변이하며, 상기 바이메탈의 변이에 연동되어 상기 가동 단자가 상부로 움직여서 상기 베이스 단자와 상기 가동 단자 사이가 이격됨으로써 상기 베이스 단자와 상기 가동 단자 사이의 전류 흐름이 차단되고, 상기 과전류가 사라지거나 상기 바이메탈 주변의 온도가 변형온도 미만이 되면 상기 바이메탈은 위로 볼록한 판재 형상으로 복귀하며, 상기 바이메탈의 형상 복귀에 연동되어 상기 가동 단자가 하부로 움직여서 상기 베이스 단자와 상기 가동 단자가 전기적으로 접속된다.
상기 베이스 단자는 비아 및 제1 접속 플레이트를 통해 상기 하부전극에 전기적으로 접속될 수 있고, 상기 비아는 상기 정특성 서미스터를 관통하여 일단에 구비되고 상기 하부전극과 전기적으로 접속되며, 상기 제1 접속 플레이트는 상기 정특성 서미스터 상면의 일단에 상기 비아와 접속되게 구비될 수 있다.
또한, 상기 베이스 단자는 상기 정특성 서미스터와 대면하는 단부에 구비된 단자연결부를 통해 상기 하부전극에 접속될 수 있고, 상기 단자연결부는 제1 단자 연결부와 제2 단자 연결부를 포함할 수 있으며, 상기 제1 단자연결부는 상기 정특성 서미스터의 측면을 따라 하부로 뻗어있는 부분이고, 상기 제2 단자연결부는 상기 정특성 서미스터의 하면을 따라 뻗어있는 부분으로서 상기 하부전극과 접속되는 부분일 수 있다.
상기 가동 단자는, 상기 베이스 단자와 접속하는 부위인 제1 접속부와, 상기 제1 접속부와 연결되어 있는 제1 연결부와, 상기 제1 연결부와 연결되고 정상상태에서 상기 바이메탈의 위로 볼록한 부분과 연결되는 플레이트부와, 상기 플레이트부와 연결되어 있는 제2 연결부 및 상기 제2 연결부에 연결되고 제2 접속 플레이트와 접속하는 부위인 제2 접속부를 포함할 수 있다.
상기 가동 단자는, 상기 베이스 단자와 접속하는 부위인 제1 접속부와, 상기 제1 접속부와 연결되어 있는 제1 연결부와, 상기 제1 연결부와 연결되고 정상상태에서 상기 바이메탈의 위로 볼록한 부분과 연결되는 플레이트부와, 상기 플레이트부와 연결되어 있는 제2 연결부 및 상기 제2 연결부에 연결되고 제2 상부전극과 접속하는 부위인 제2 접속부를 포함할 수 있다.
상기 안전장치는 상기 베이스 단자 및 상기 가동 단자가 부착된 상기 정특성 서미스터의 상부에 구비되는 커버를 더 포함할 수 있고, 상기 커버는 내부 공간을 갖는 박스 형상을 갖고, 상기 커버는 상기 베이스 단자의 일부, 상기 바이메탈, 상기 가동 단자의 일부를 수납하여 보호하며, 상기 커버의 제1 측면에 제1 개구부가 구비되고, 상기 제1 개구부를 통해 상기 베이스 단자가 외부로 돌출되어 있으며, 상기 커버의 제2 측면에는 제2 개구부가 구비되고, 상기 제2 개구부를 통해 상기 가동 단자가 외부로 돌출되어 있을 수 있다.
상기 안전장치는 상기 베이스 단자와 상기 가동 단자를 고정시키면서 상기 커버의 내부를 밀봉 처리하기 위한 절연성 실링부를 더 포함할 수 있다.
상기 커버는 금속, 절연성 코팅된 금속 또는 세라믹 재질로 이루어진 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 안전장치는, 특정 임계 온도 보다 높아지면 전기저항이 커지는 판형의 정특성 서미스터와, 상기 정특성 서미스터 하면에 구비된 하부전극과, 상기 정특성 서미스터 상면에 서로 이격되게 구비된 제1 상부전극 및 제2 상부전극과, 상기 정특성 서미스터 상부에 고립되게 구비된 절연층과, 상기 절연층 상부에 구비되고 위로 볼록한 판형의 바이메탈과, 상기 제1 상부전극과 전기적으로 접속되는 판형의 베이스 단자 및 상기 베이스 단자와 전기적으로 단속(斷續)되고 상기 제2 상부전극과 전기적으로 접속되면서 상기 바이메탈의 변형온도 미만에서 상기 바이메탈의 위로 볼록한 부분과 접속되는 가동 단자를 포함하며, 상기 바이메탈은 변형온도 미만에서 위로 볼록한 판재 형상을 이루다가 변형온도 이상이 되면 아래로 볼록한 판재 형상으로 변이하며, 상기 변형온도 이상이 되면 상기 가동 단자는 상기 바이메탈의 변이에 연동되어 움직여서 상기 베이스 단자와의 전기적 연결이 끊어진다.
기준치 보다 높은 과전류가 인가되거나 외부 환경에 의해 상기 바이메탈 주변의 온도가 변형온도 이상이 되면 상기 바이메탈은 아래로 볼록한 판재 형상으로 변이하며, 상기 바이메탈의 변이에 연동되어 상기 가동 단자가 상부로 움직여서 상기 베이스 단자와 상기 가동 단자 사이가 이격됨으로써 상기 베이스 단자와 상기 가동 단자 사이의 전류 흐름이 차단되고, 상기 과전류가 사라지거나 상기 바이메탈 주변의 온도가 변형온도 미만이 되면 상기 바이메탈은 위로 볼록한 판재 형상으로 복귀하며, 상기 바이메탈의 형상 복귀에 연동되어 상기 가동 단자가 하부로 움직여서 상기 베이스 단자와 상기 가동 단자가 전기적으로 접속된다.
상기 안전장치는 상기 베이스 단자 및 상기 가동 단자가 부착된 상기 정특성 서미스터의 상부에 구비되는 커버를 더 포함할 수 있고, 상기 커버는 내부 공간을 갖는 박스 형상을 갖고, 상기 커버는 상기 베이스 단자의 일부, 상기 바이메탈, 상기 가동 단자의 일부를 수납하여 보호하며, 상기 커버의 제1 측면에 제1 개구부가 구비되고, 상기 제1 개구부를 통해 상기 베이스 단자가 외부로 돌출되어 있으며, 상기 커버의 제2 측면에는 제2 개구부가 구비되고, 상기 제2 개구부를 통해 상기 가동 단자가 외부로 돌출되어 있을 수 있다.
상기 안전장치는 상기 베이스 단자와 상기 가동 단자를 고정시키면서 상기 커버의 내부를 밀봉 처리하기 위한 절연성 실링부를 더 포함할 수 있다.
상기 커버는 금속, 절연성 코팅된 금속 또는 세라믹 재질로 이루어진 것일 수 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
도 1은 비아홀이 형성된 정특성 서미스터를 도시한 도면이고, 도 2는 정특성 서미스터 하면에 하부전극이 형성된 모습을 보여주는 도면이며, 도 3은 정특성 서미스터 상면에 상부전극이 형성된 모습을 보여주는 도면이고, 도 4는 정특성 서미스터 상면에 제1 접속 플레이트, 제2 접속 플레이트 및 커버 부착용 전극이 형성된 모습을 보여주는 도면이며, 도 5는 변형온도 미만에서 정상상태의 바이메탈을 보여주는 단면도와 사시도이고, 도 6은 변형온도 이상에서 작동상태의 바이메탈을 보여주는 단면도와 사시도이며, 도 7은 상부전극 상부에 바이메탈이 장착된 모습을 보여주는 도면이고, 도 8은 베이스 단자가 부착된 모습을 보여주는 도면이며, 도 9는 가동 단자가 부착된 모습을 보여주는 도면이며, 도 10은 베이스 단자와 가동 단자가 부착된 정특성 서미스터 상부에 커버가 장착되는 모습을 보여주는 도면이고, 도 11은 커버가 장착된 모습을 보여주는 도면이며, 도 12는 커버의 내부를 밀봉 처리하기 위한 절연성 실링부가 형성된 모습을 보여주는 도면이고, 도 13은 정상상태의 안전장치를 도시한 단면도이고, 도 14는 작동상태의 안전장치를 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 14를 참조하면, 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 안전장치는, 특정 임계 온도 보다 높아지면 전기저항이 커지는 판형의 정특성 서미스터(110)와, 정특성 서미스터(110) 하면(110b)에 구비된 하부전극(120)과, 정특성 서미스터(110) 상면에 고립되게 구비된 상부전극(130)과, 상부전극(130) 상부에 구비되고 위로 볼록한 판형의 바이메탈(160)과, 하부전극(120)과 전기적으로 접속되는 판형의 베이스 단자(170) 및 베이스 단자(170)와 전기적으로 단속(斷續)되고 바이메탈(160)의 변형온도 미만에서 바이메탈(160)의 위로 볼록한 부분과 접속되는 가동 단자(180)를 포함한다. 비아(112a)는 정특성 서미스터(110)를 관통하여 일단에 구비되고 하부전극(120)과 전기적으로 접속된다. 베이스 단자(170)는 비아(112a)와 전기적으로 접속되고, 비아(112a)를 통해 하부전극(120)과 전기적으로 접속된다.
바이메탈(160)은 변형온도 미만에서 위로 볼록한 판재 형상을 이루다가 변형온도 이상이 되면 아래로 볼록한 판재 형상으로 변이하며, 상기 변형온도 이상이 되면 가동 단자(160)는 바이메탈(160)의 변이에 연동되어 움직여서 베이스 단자(170)와의 전기적 연결이 끊어진다.
기준치 보다 높은 과전류가 인가되거나 외부 환경에 의해 바이메탈(160) 주변의 온도가 변형온도 이상이 되면 바이메탈(160)은 아래로 볼록한 판재 형상으로 변이하며, 바이메탈(160)의 변이에 연동되어 가동 단자(160)가 상부로 움직여서 베이스 단자(170)와 가동 단자(180) 사이가 이격됨으로써 베이스 단자(170)와 가동 단자(180) 사이의 전류 흐름이 차단된다.
상기 과전류가 사라지거나 바이메탈(160) 주변의 온도가 변형온도 미만이 되면 바이메탈(160)은 위로 볼록한 판재 형상으로 복귀하며, 바이메탈(160)의 형상 복귀에 연동되어 가동 단자(160)가 하부로 움직여서 베이스 단자(170)와 가동 단자(180)가 전기적으로 접속된다.
정특성 서미스터(110)는 온도가 올라가면 저항값이 올라가는 정온도계수(positive temperature coefficient; PTC)를 갖는 서미스터(thermally sensitive resistor)로서 온도 변화에 대하여 저항값이 급격하게 증가하는 저항기이다. 이와 같은 정특성 서미스터(110)는 자체발열(self-heating)하는 특성을 나타낸다.
정특성 서미스터(110)는 도 34에 도시된 바와 같이 임계 온도(퀴리 온도) 근처에서 전기저항이 급변하는 특성을 갖는다. 임계 온도는 물질에 따른 고유 값을 갖는다.
도 34는 정특성 서미스터(110)의 온도에 따른 저항 특성을 보여준다. 일반적인 정특성 서미스터들은 80∼150℃에서 전기저항이 매우 급격히 증가된다. 이와 같은 정특성 서미스터가 구비된 안전장치는, 과전류에 의하여 정특성 서미스터(110)의 온도가 임계 온도인 80∼150 ℃ 이상으로 상승하게 되면 정특성 서미스터(110) 자체의 전기저항이 매우 급격히 증가됨으로써 전류가 거의 통전하지 않게 된다. 과전류에 의하여 정특성 서미스터(110)가 특정 임계 온도 이상으로 상승하게 되면 정특성 서미스터(110)의 전기저항이 급격하게 증가되어 전류의 흐름이 계속 제한됨으로써 전원 공급을 지속적으로 차단할 수 있고 과전류가 사라지게 되면 정특성 서미스터(110)가 냉각되게 된다.
본 발명에서는 온도가 상승할수록 전기 저항이 커지고 특히 특정한 임계 온도 이상에서는 전기저항이 급격히 커져서 전류 흐름을 지속적으로 제한하는 특성을 지닌 세라믹 또는 폴리머 재질이 사용되어 정특성 서미스터(110)가 형성될 수 있다.
정특성 서미스터(110)는 티탄산바륨(BaTiO3)계 세라믹이나 폴리머 재질로 이루어질 수 있으며, 온도가 상승하면 전기저항이 급격히 커지는 성질을 지니고 있다. 정특성 서미스터(110)는 온도 상승에 정비례하여 전기저항이 서서히 증가되는 것이 아니라, 특정 임계 온도에서 전기저항이 급격히 증가되는 특성을 지니고 있으며, 상기 특정 임계 온도 이상으로 유지되면 전류의 흐름을 지속적으로 제한하여 외기의 온도나 전원전압의 변동에도 불구하고 정특성 서미스터(110) 자체의 온도는 거의 일정하게 유지되며, 이에 따라 온도에 따라 전기저항이 달라지거나 또는 과전류가 흐르면 전기저항이 커져서 전류가 흐르지 않게 하는 스위치 작용을 수행할 수 있다.
정특성 서미스터(110)는 상온에서는 비교적 저항이 낮아 통상적인 저전류에서는 도체이나 과전류가 유입될 경우에는 자체 주울열(Joule heat)에 의해 정특성 서미스터(110)의 온도가 상승하면 저항이 급격히 증가하여 결과적으로 전류를 차단하는 과전류 차단의 역할을 수행한다. 그리고, 한번 과전류가 흘러 고저항 영역에 이르면 수 ㎂의 아주 약한 전류가 흘러도 계속 고온을 유지하여 지속적으로 과전류를 차단하고 있다.
비아(via)(112a)는 정특성 서미스터(110)를 관통하여 일단에 구비되고 하부전극(120)과 전기적으로 접속된다. 비아(112a)는 베이스 단자(170)가 부착되는 정특성 서미스터(110)의 일단에 구비되고, 상기 비아(112a)는 정특성 서미스터(110)의 양면(상면(110a)과 하면(110b))을 관통하는 형태로 형성된다.
하부전극(120)은 정특성 서미스터(110)의 하면(110b)에 구비된다. 하부전극(120)은 사각형 등의 다각형, 원형, 타원형 등의 다양한 형상으로 형성할 수 있으며, 그 형태에 제한이 있는 것은 아니다.
상부전극(130)은 정특성 서미스터(110)의 상면(110a)에 섬(island) 형태로 고립되게 구비된다. 이때, 비아(via)(112a)와 상부전극(130)은 접속되지 않게 배치된다. 상부전극(130)은 정특성 서미스터(110)의 상면(110a) 중앙부에 위치되게 구비되는 것이 바람직하다. 상부전극(130)은 사각형 등의 다각형, 원형, 타원형 등의 다양한 형상으로 형성할 수 있으며, 그 형태에 제한이 있는 것은 아니다.
제1 접속 플레이트(150a)와 제2 접속 플레이트(150b)는 상부전극(130)에 접속되지 않게 배치되며, 상부전극(130)에 대하여 이격되게 정특성 서미스터(110)의 상면(110a) 단부에 구비되는 것이 바람직하다. 제1 접속 플레이트(150a)는 베이스 단자(170)와 접속되어 전기적으로 연결되는 부분이고, 제2 접속 플레이트(150b)는 가동 단자(180)와 접속되어 전기적으로 연결되는 부분이다. 제1 접속 플레이트(150a)는 비아(112a)와 접속되게 형성하여 서로 전기적으로 연결될 수 있게 한다.
커버 부착(용접)용 전극 또는 접착제(이하 '커버 부착용 전극'이라 함)(140a, 140b)는 커버(190)를 정특성 서미스터(110)의 상면에 부착(또는 용접)시키기 위해 형성하는 것으로서, 금속과 같은 도전성의 전극으로 형성할 수도 있고 접착제로 형성할 수도 있다.
바이메탈(160)은 상부전극(130) 상부에 위치된다. 바이메탈(160)은 열팽창률이 다른 이종금속을 접합시킨 것으로, Fe-Ni, Cu-Zn, Mn-Cu-Ni, Fe-Ni-Cr 등의 2원 또는 3원계로 제작할 수 있는데, 열팽창률의 정도 및 변형온도의 범위에 따라 다양하게 설계하여 제작할 수 있다. 이러한 바이메탈(160)은 도 5에 도시된 바와 같이 변형온도 미만에서(정상상태에서) 위로 볼록한 판재 형상을 갖고, 변형온도 이상(작동상태)이 되면 도 6에 도시된 바와 같이 아래로 볼록한 판재 형상을 갖는다. 바이메탈(160)은 주변 온도가 과도하게 상승하여 변형온도 이상이 되면 그 형상이 변화되어 위로 볼록한 형태에서 아래로 볼록한 형태로 반전되는 특성을 갖는다. 또한 바이메탈 대신에 형상기억합금을 적용할 수도 있는데, 형상기억합금은 변태온도 미만에서 일정 형태를 유지하다가 변태온도 이상이 되면 본래의 형상으로 변형되는 성질을 갖는데, 이러한 특성을 이용하여 바이메탈과 유사한 기능을 구현할 수 있다. 이러한 형상기억합금은 티탄(Ti)과 니켈(Ni)의 합금인 니티놀(nitinol) 또는 구리(Cu)/아연(Zn)/알루미늄(Al) 합금 등을 포함하여 이루어질 수 있다. 본 발명의 안전장치는 정상상태(변형온도 미만)에서 위로 볼록한 판재 형상을 갖고 작동상태(변형온도 이상)가 되면 아래로 볼록한 판재 형상을 갖는 바이메탈 또는 형상기억합금(이하에서, 바이메탈이라고 함은 형상기억합금을 포함하는 의미로 사용한다)의 특성을 이용한다. 바이메탈(160)은 제1 접속 플레이트(150a) 및 제2 접속 플레이트(150b)에 접속되지 않게 배치된다.
베이스 단자(170)는 비아(112a)와 전기적으로 접속되는 단자이며, 제1 접속 플레이트(150a)를 통해 비아(112a)와 접속된다. 베이스 단자(170)는 외부 전원을 인가받거나 전원과 연결되는 구성요소로서, 도전성 물질을 포함하여 구성된다. 베이스 단자(170)는 비아(112a)에 형성된 정특성 서미스터(110) 일측(일단)에 배치된다. 베이스 단자(170)는 판형의 형태로 구비되는 것이 바람직하다.
가동 단자(180)는 베이스 단자(170)와 전기적으로 단속(斷續)되고 바이메탈(160)의 변형온도 미만에서 바이메탈(160)의 위로 볼록한 부분과 접속되는 단자이다. 가동 단자(180)는 제2 접속 플레이트(150b)에 접속되고 정상상태에서 바이메탈(160)의 위로 볼록한 부분과 접속된다. 가동 단자(180)는 전기적 연결을 위한 수단으로서, 예를 들면 베이스 단자(170)로부터 인가받은 전류를 전기전자 소자에 전달하며, 도전성 물질을 포함하여 구성된다. 이러한 가동 단자(180)는 베이스 단자(170)와 접속하는 부위인 제1 접속부(180a), 제1 접속부(180a)와 연결되어 있는 제1 연결부(180b), 제1 연결부(180b)와 연결되고 정상상태에서 바이메탈(160)의 위로 볼록한 부분과 연결되는 플레이트부(180c), 플레이트부(180c)와 연결되어 있는 제2 연결부(180d), 제2 연결부(180d)에 연결되고 제2 접속 플레이트(150b)와 접속하는 부위인 제2 접속부(180e)를 포함한다.
제1 접속부(180a)는 베이스 단자(170)와 접속하는 부위로서 평평한 판형으로 구비될 수 있으며, 전도성 물질을 포함하여 구성될 수 있다.
제1 접속부(180a)와 연결되어 있는 제1 연결부(180b)는 평평한 판형으로 구비될 수 있으며, 전도성 물질을 포함하여 구성될 수 있다. 제1 연결부(180b)는 제1 접속부(180a)와 플레이트부(180c)를 연결하는 매개체의 역할을 하며, 제1 접속부(180a)에 수직하거나 사선형으로 구비되고 플레이트부(180c)에 대하여도 수직하거나 사선형으로 구비될 수 있다.
제1 접속부(180a), 제1 연결부(180b) 및 플레이트부(180c)의 전체 구조는 플레이트부(180c)의 위치가 제1 접속부(180a)의 위치 보다 높은 계단형 구조를 가질 수 있다.
플레이트부(180c)는 제1 연결부(180b)와 연결되어 있고, 정상상태에서 바이메탈(160)의 위로 볼록한 부분과 접속되는 부분이며, 바이메탈(160)의 변형에 따른 직접적인 힘을 받는 부재이다. 플레이트부(180c)는 판형으로 구비될 수 있고, 전도성 물질을 포함하여 구성될 수 있다.
플레이트부(180c)와 연결되어 있는 제2 연결부(180d)는 평평한 판형으로 구비될 수 있으며, 전도성 물질을 포함하여 구성될 수 있다. 제2 연결부(180d)는 플레이트(180c)와 제2 접속부(180e)를 연결하는 매개체의 역할을 하며, 플레이트부(180c)에 수직하거나 사선형으로 구비되고 제2 접속부(180e)에 대하여도 수직하거나 사선형으로 구비될 수 있다.
제2 접속부(180e)는 제2 접속 플레이트(150b)와 전기적으로 접속되는 부위로서, 평평한 판형으로 구비될 수 있다. 제2 접속부(180e)는 전도성 물질을 포함하여 구성되어 있다.
플레이트부(180c), 제2 연결부(180d) 및 제2 접속부(180e)의 전체 구조는 플레이트부(180c)의 위치가 제2 접속부(180a)의 위치 보다 높은 계단형 구조를 가질 수 있다.
커버(190)는 베이스 단자(170) 및 가동 단자(180)가 부착된 정특성 서미스터(110)의 상부에 구비된다. 커버(190)는 내부 공간을 갖는 원형 박스, 타원형 박스, 다각형 박스 등의 다양한 형상을 가질 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 일 예로서 커버(190)는 내부 공간을 갖는 사각 박스 형상을 갖는다. 커버(190)는 내부에 베이스 단자(170)의 일부, 바이메탈(160), 가동 단자(180)의 제1 접속부(180a), 제1 연결부(180b), 플레이트부(180c), 제2 연결부(180d), 그리고 제2 접속부(180e)의 일부를 수납하여 보호한다. 커버(190)의 제1 측면에는 제1 개구부(190a)가 형성되며, 커버(190)의 제1 측면에 형성된 제1 개구부(190a)를 통해 베이스 단자(170)가 외부로 돌출되게 된다. 커버(190)의 제2 측면에는 제2 개구부(190b)가 형성되며, 커버(190)의 제2 측면에 형성된 제2 개구부(190b)를 통해 가동 단자(180)가 외부로 돌출되게 된다. 커버(190)는 실시 형태에 따라 금속, 절연성 코팅된 금속 또는 세라믹 재질 등으로 이루어진 것일 수 있다.
안전장치는 베이스 단자(170)와 가동 단자(180)를 고정시키면서 커버(190)의 내부를 밀봉 처리하기 위한 절연성 실링부(192)를 더 포함할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 안전장치의 동작을 설명한다.
상기와 같은 구조를 갖는 안전장치는 베이스 단자(170)에 기준치 이하의 정상적인 전류 또는 전압이 인가되거나 커버(190) 내부 온도가 특정 임계 온도 이하일 때, 도 13에 도시된 바와 같이, 바이메탈(160)은 위로 볼록한 판재 형상을 유지하며, 베이스 단자(170)와 가동 단자(180)는 전기적으로 접속된 상태를 유지하여 전류가 정상상태로 흐른다. 과전류 혹은 주변온도가 과열 상태가 아닌 경우로서 전기전자 제품에 공급되는 전원이 정상상태일 경우에는, 전류는 베이스 단자(170)로부터 가동 단자(180)로 정상적으로 흘러 거의 도선에 가까운 저항값(예컨대, 수mΩ 정도)을 유지한다.
그러나, 기준치 보다 높은 과전류가 인가되거나 외부 환경(외부 열원)에 의해 바이메탈(160) 주변의 온도가 변형온도 이상이 되면 바이메탈(160)은 도 14에 도시된 바와 같이 아래로 볼록한 판재 형상으로 변이하게 되며(작동상태), 바이메탈(160)의 변이에 연동되어 가동 단자(160)가 상부로 움직여서 베이스 단자(170)와 가동 단자(180) 사이가 이격됨으로써 베이스 단자(170)와 가동 단자(180) 사이의 전류 흐름이 차단된다. 이와 같이 바이메탈(160)의 형상 변이가 일어나면서 바이메탈(160)은 가동 단자(180)를 상방향으로 들어올리게 되고 베이스 단자(170)와 가동 단자(180)는 이격되어 베이스 단자(170)와 가동 단자(180) 사이에는 전류가 흐르지 않는다. 베이스 단자(170)와 가동 단자(180) 사이는 전기적인 오프(Off) 상태가 된다.
가동 단자(180)가 베이스 단자(170)로부터 이격되어 떨어지게 되어 전류의 흐름이 차단되게 되면, 도 14에 도시된 화살표와 같이 전류 패스(path)는 베이스 단자(170), 제1 접속 플레이트(150a), 비아(112a), 하부전극(120), 정특성 서미스터(110), 상부전극(130), 바이메탈(160) 및 가동 단자(180)를 흐르는 경로를 이루게 되고, 이러한 경로를 통해 베이스 단자(170)로부터 가동 단자(180)로 미세 전류가 흐르게 된다. 정특성 서미스터(110)의 저항은 수십mΩ∼수백Ω 정도로서 과전류에 의해 주울(Joule) 발열하여 수 초(second) 내에 저항값이 수십㏀∼수십㏁으로 증가하게 되어 거의 절연체화 되므로 과전류를 차단하는 효과를 나타내게 된다.
정특성 서미스터(110)는 티탄산바륨(BaTiO3)계 세라믹이나 폴리머 재질로 이루어지며, 앞서도 설명한 바와 같이 온도가 상승하거나 과전류가 흐르면 전기저항이 급격히 커지는 성질을 지니고 있다. 정특성 서미스터(110)는 온도 상승에 정비례하여 전기저항이 서서히 증가되는 것이 아니라, 특정 임계 온도에서 전기저항이 급격히 증가되는 특성을 지니고 있으며, 상기 특정 임계 온도 이상으로 유지되면 전류의 흐름을 지속적으로 제한한다. 이러한 정특성 서미스터(110)는 온도에 따라 전기저항이 달라지거나 또는 과전류가 흐르면 전기저항이 커져서 전류가 흐르지 않게 하는 스위치 작용을 수행할 수 있다. 정특성 서미스터는 주울(joule)열에 의해 급격히 온도가 상승하게 되고 특정 임계 온도 이상으로 상승하게 되면 정특성 서미스터(110) 자체의 전기저항이 급격히 증가되고 자체발열(self-heating)함으로써 바이메탈(160)이 변이 상태로 계속 유지되게 함으로써 정특성 서미스터(110)의 온도가 특정 임계 온도 이하로 하강하지 않는 한 전류의 흐름이 지속적으로 차단될 수 있다.
또한, 과전류가 지속적으로 인가되더라도 정특성 서미스터(110)의 온도가 특정 임계 온도 이하로 하강하지 않아, 정특성 서미스터(110) 자체의 높은 전기 저항이 그대로 유지되고 정특성 서미스터(110)의 발열에 의해 바이메탈(160)을 변이된 상태로 계속 유지되게 하며, 이로 인하여 베이스 단자(170)과 가동 단자(180) 사이에는 전류가 통전되지 않는 상태가 지속된다. 따라서, 바이메탈(160)의 변이(형상 변형)로 인한 베이스 단자(170)와 가동 단자(180) 사이의 전기적 차단 상태가 지속되는 동안에는 전류의 흐름이 지속적으로 차단되므로, 안전장치를 통한 전원 공급을 차단할 수 있게 된다. 정특성 서미스터(110)가 포함된 안전장치는 과전류가 지속적으로 인가되더라도 정특성 서미스터(110)에 의해 전류 차단 상태를 계속 유지하여 안전장치가 전기적으로 연결되는 것을 방지함으로써, 회로 등의 과열에 의한 전기전자 제품의 화재나 고장 발생을 예방할 수 있다. 바이메탈(160)의 형상이 복귀되어 베이스 단자(170)와 가동 단자(180) 사이가 접속되기 전에는 안전장치를 통한 전원 공급이 완전히 차단된다.
상기 과전류가 사라지거나 바이메탈(160) 주변의 온도가 변형온도 미만이 되면 바이메탈(160)은 위로 볼록한 판재 형상으로 복귀하며, 바이메탈(160)의 형상 복귀에 연동되어 가동 단자(160)가 하부로 움직여서 베이스 단자(170)와 가동 단자(180)가 전기적으로 접속된다. 비정상적인 전원(예컨대 과전류)이 사라지게 되면 정특성 서미스터(110)가 냉각되고 바이메탈(160)이 복귀하여 베이스 단자(170)와 가동 단자(180)가 전기적으로 접속된 후에는 정상상태의 전류 흐름으로 복귀되며, 정상상태의 전류 흐름으로 복귀되는 경우에 있어 정특성 서미스터(110)가 냉각되는 시간 만큼 시간이 지연되게 되고, 따라서 회로 등이 충분히 냉각된 상태에서 상기 전원 차단 상태를 자동적으로 해제하는 과정이 수행됨으로써 안전장치 자체에서 이상이 발생하는 현상이 억제되고 전기전자 제품의 회로 과열 등과 같은 현상이 억제될 수 있다.
상술한 예의 설명에서 베이스 단자(170)에 전원이 연결되고 가동 단자(180)에 회로와 같은 전기전자 소자가 연결되는 것으로 설명하였으나, 가동 단자(180)에 전원이 연결되고 베이스 단자(170)에 전기전자 소자가 연결될 수도 있음은 물론이다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 안전장치의 제조방법을 구체적으로 설명한다.
도 1 내지 도 12를 참조하면, 정특성 서미스터(110)를 준비한다.
정특성 서미스터(110)는 BaTiO3계 세라믹에 망간, 안티몬 등을 소정 함량(예컨대, 2∼0.01%) 혼합하여 만들 수 있다.
정특성 서미스터(110)를 제조하는 다른 일 예로서 티탄산바륨(BaTiO3) 분말과 삼산화나이오븀(NbO3) 분말을 중량비로 98∼99.95:2∼0.05의 비율로 혼합하고, 원하는 정특성 서미스터의 형상으로 성형한 후, 1100∼1500℃ 정도의 온도에서 1∼12시간 동안 소성하여 형성할 수도 있다.
정특성 서미스터(110)를 제조하는 또 다른 일 예로서 티탄산바륨(BaTiO3) 분말, 삼산화나이오븀(NbO3) 분말, 오산화이나이오븀(Nb2O5) 분말을 소정의 중량비(예컨대, 98∼99.95:2∼0.05:0.5∼0.01의 비율)로 혼합하고, 원하는 정특성 서미스터의 형상으로 성형한 후, 1100∼1500℃ 정도의 온도에서 1∼12시간 동안 소성하여 형성할 수도 있다.
정특성 서미스터(110)는 다른 예로서 도전성을 갖는 니켈(Ni)과 같은 도전성 금속 입자들이 폴리머 매트릭스 내에 함유되어 형성된 폴리머 재질로 이루어질 수도 있다.
정특성 서미스터(110)의 일단에 비아홀(via hall)(112)을 형성한다. 상기 비아홀(112)은 정특성 서미스터(110)의 양면(상면(110a)과 하면(110b))을 관통하는 형태로 형성한다.
정특성 서미스터(110)의 하면(110b)에 하부전극(120)을 형성한다. 하부전극(120)은 전도성 페이스트를 스크린 프린팅(screen printing) 방법으로 정특성 서미스터(110)의 하면(110b)에 인쇄하고 열처리하여 형성할 수 있다. 하부전극(120)은 사각형 등의 다각형, 원형, 타원형 등의 다양한 형상으로 형성할 수 있으며, 그 형태에 제한이 있는 것은 아니다. 상기 전도성 페이스트는 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 알루미늄(Al)과 같은 도전성 금속 분말 또는 도전성 금속합금 분말을 포함하는 페이스트인 것이 바람직하다. 상기 스크린 프린팅 방법은 일반적으로 잘 알려진 방법이므로 여기서는 그에 대한 설명을 생략한다. 상기 열처리는 300∼600℃ 정도의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 스크린 프린팅(screen printing) 시에 비아홀(112)에도 전도성 페이스트가 충진되게 하고 열처리에 의해 비아(via)(112a)가 형성되게 한다.
정특성 서미스터(110)의 상면(110a)에 상부전극(130)을 형성한다. 이때, 비아(via)(112a)와 상부전극(130)은 접속되지 않게 배치한다. 상기 상부전극(130)은 정특성 서미스터(110)의 상면(110a) 중앙부에 위치되게 형성하는 것이 바람직하다. 상부전극(130)은 사각형 등의 다각형, 원형, 타원형 등의 다양한 형상으로 형성할 수 있으며, 그 형태에 제한이 있는 것은 아니다. 상부전극(130)은 전도성 페이스트를 스크린 프린팅(screen printing) 방법으로 정특성 서미스터(110)의 상면(110a)에 인쇄하고 열처리하여 형성할 수 있다. 상기 전도성 페이스트는 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 알루미늄(Al)과 같은 금속 분말 또는 도전성 금속합금 분말을 포함하는 페이스트인 것이 바람직하다. 상기 열처리는 300∼600℃ 정도의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.
정특성 서미스터(110)의 상면(110a)에 제1 접속 플레이트(150a), 제2 접속 플레이트(150b), 그리고 커버 부착용 전극(140a, 140b)을 형성한다.
제1 접속 플레이트(150a)와 제2 접속 플레이트(150b)는 상부전극(130)에 접속되지 않게 배치하며, 상부전극(130)에 대하여 이격되게 정특성 서미스터(110)의 상면(110a) 단부에 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 제1 접속 플레이트(150a)는 비아(112a)와 접속되게 형성하여 서로 전기적으로 연결될 수 있게 한다. 제1 접속 플레이트(150a)는 베이스 단자(170)와 접속되어 전기적으로 연결되는 부분이고, 제2 접속 플레이트(150b)는 가동 단자(180)와 접속되어 전기적으로 연결되는 부분이다. 제1 접속 플레이트(150a)와 제2 접속 플레이트(150b)는 사각형 등의 다각형, 원형, 타원형 등의 다양한 형상으로 형성할 수 있으며, 그 형태에 제한이 있는 것은 아니다. 제1 접속 플레이트(150a)와 제2 접속 플레이트(150b)는 전도성 페이스트를 스크린 프린팅(screen printing) 방법으로 정특성 서미스터(110)의 상면(110a)에 인쇄하고 열처리하여 형성할 수 있다. 상기 전도성 페이스트는 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 알루미늄(Al)과 같은 금속 분말 또는 도전성 금속합금 분말을 포함하는 페이스트인 것이 바람직하다. 상기 열처리는 300∼600℃ 정도의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 제1 접속 플레이트(150a)와 제2 접속 플레이트(150b)는 상부전극(130)을 형성할 때 함께 형성할 수도 있음은 물론이다.
커버 부착용 전극(140a, 140b)은 커버(190)를 정특성 서미스터(110)의 상면에 부착(또는 용접)시키기 위해 형성하는 것으로서, 금속과 같은 도전성의 전극으로 형성할 수도 있고 접착제로 형성할 수도 있다. 커버 부착용 전극(140a, 140b)을 부착(또는) 용접을 위한 전극으로 형성하는 경우에는 전도성 페이스트를 스크린 프린팅(screen printing) 방법으로 정특성 서미스터(110)의 상면(110a)에 인쇄하고 열처리하여 형성할 수 있다. 상기 전도성 페이스트는 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 알루미늄(Al)과 같은 금속 분말 또는 도전성 금속합금 분말을 포함하는 페이스트인 것이 바람직하다. 상기 열처리는 300∼600℃ 정도의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 커버 부착용 전극(140a, 140b)을 부착(또는) 용접을 위한 전극으로 형성하는 경우에는 제1 접속 플레이트(150a)와 제2 접속 플레이트(150b)를 형성할 때 함께 형성할 수도 있으며, 상부전극(130)을 형성할 때 함께 형성할 수도 있음은 물론이다. 커버 부착용 전극(140a, 140b)을 접착제로 형성하는 경우에는 정특성 서미스터(110)의 상면(110a)에 접착제를 도포하여 형성할 수 있다.
바이메탈(160)을 상부전극(130) 상부에 장착한다. 이러한 바이메탈(160)은 열팽창률이 다른 이종금속을 접합시킨 것으로 Fe-Ni, Cu-Zn, Mn-Cu-Ni, Fe-Ni-Cr 등의 2원 또는 3원계로 제작할 수 있는데, 열팽창률의 정도 및 변형온도의 범위에 따라 다양하게 설계하여 제작할 수 있다. 바이메탈(160) 대신에 형상기억합금을 사용하는 경우에는 티탄(Ti)과 니켈(Ni)의 합금인 니티놀(nitinol) 또는 구리(Cu)/아연(Zn)/알루미늄(Al) 합금 등으로 제작할 수 있다. 바이메탈(160)은 제1 접속 플레이트(150a) 및 제2 접속 플레이트(150b)에 접속되지 않게 배치한다.
제1 접속 플레이트(150a)에 접속되게 베이스 단자(170)를 부착한다. 베이스 단자(170)는 도전성 물질을 포함하여 구성된다. 베이스 단자(170)는 비아(112a)가 형성된 정특성 서미스터(110) 일측(일단)에 배치된다.
제2 접속 플레이트(150b)에 접속되고 정상상태에서 바이메탈(160)의 위로 볼록한 부분과 접속되는 가동 단자(180)를 부착한다. 가동 단자(180)는 베이스 단자(170)와 접속하는 부위인 제1 접속부(180a), 제1 접속부(180a)와 연결되어 있는 제1 연결부(180b), 제1 연결부(180b)와 연결되고 정상상태에서 바이메탈(160)의 위로 볼록한 부분과 연결되는 플레이트부(180c), 플레이트부(180c)와 연결되어 있는 제2 연결부(180d), 제2 연결부(180d)에 연결되고 제2 접속 플레이트(150b)와 접속하는 부위인 제2 접속부(180e)를 포함한다.
베이스 단자(170) 및 가동 단자(180)가 부착한 후, 정특성 서미스터(110) 상부에 커버(190)를 장착한다. 커버(190)는 실시 형태에 따라 금속, 절연성 코팅된 금속 또는 세라믹 재질 등으로 형성할 수 있다. 상기 절연성 코팅된 금속은 금속 표면에 절연성 코팅막을 코팅 방식, 도금 방식 등의 방법으로 형성할 수 있다.
베이스 단자(170)와 가동 단자(180)를 고정시키며 커버(190)의 내부를 밀봉 처리하기 위하여 절연성 실링부(192)를 형성한다.
<실시예 2>
도 15는 정특성 서미스터 하면에 하부전극이 형성된 모습을 보여주는 도면이며, 도 16은 정특성 서미스터 상면에 상부전극이 형성된 모습을 보여주는 도면이고, 도 17은 정특성 서미스터 상면에 제1 접속 플레이트, 제2 접속 플레이트 및 커버 부착용 전극이 형성된 모습을 보여주는 도면이며, 도 18은 상부전극 상부에 바이메탈이 장착된 모습을 보여주는 도면이고, 도 19는 베이스 단자가 부착되는 모습을 보여주는 도면이며, 도 20은 베이스 단자와 가동 단자가 부착된 모습을 보여주는 도면이며, 도 21은 베이스 단자와 가동 단자가 부착된 정특성 서미스터 상부에 커버가 장착되고 커버의 내부를 밀봉 처리하기 위한 절연성 실링부가 형성된 모습을 보여주는 도면이고, 도 22는 정상상태의 안전장치를 도시한 단면도이고, 도 23은 작동상태의 안전장치를 도시한 단면도이다.
도 15 내지 도 23을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 안전장치는, 특정 임계 온도 보다 높아지면 전기저항이 커지는 판형의 정특성 서미스터(110)와, 정특성 서미스터(110) 하면(110b)에 구비된 하부전극(120)과, 정특성 서미스터(110) 상면에 고립되게 구비된 상부전극(130)과, 상부전극(130) 상부에 구비되고 위로 볼록한 판형의 바이메탈(160)과, 하부전극(120)과 전기적으로 접속되는 판형의 베이스 단자(170) 및 베이스 단자(170)와 전기적으로 단속(斷續)되고 바이메탈(160)의 변형온도 미만에서 바이메탈(160)의 위로 볼록한 부분과 접속되는 가동 단자(180)를 포함한다.
바이메탈(160)은 변형온도 미만에서 위로 볼록한 판재 형상을 이루다가 변형온도 이상이 되면 아래로 볼록한 판재 형상으로 변이하며, 상기 변형온도 이상이 되면 가동 단자(160)는 바이메탈(160)의 변이에 연동되어 움직여서 베이스 단자(170)와의 전기적 연결이 끊어진다.
기준치 보다 높은 과전류가 인가되거나 외부 환경에 의해 바이메탈(160) 주변의 온도가 변형온도 이상이 되면 바이메탈(160)은 아래로 볼록한 판재 형상으로 변이하며, 바이메탈(160)의 변이에 연동되어 가동 단자(160)가 상부로 움직여서 베이스 단자(170)와 가동 단자(180) 사이가 이격됨으로써 베이스 단자(170)와 가동 단자(180) 사이의 전류 흐름이 차단된다.
상기 과전류가 사라지거나 바이메탈(160) 주변의 온도가 변형온도 미만이 되면 바이메탈(160)은 위로 볼록한 판재 형상으로 복귀하며, 바이메탈(160)의 형상 복귀에 연동되어 가동 단자(160)가 하부로 움직여서 베이스 단자(170)와 가동 단자(180)가 전기적으로 접속된다.
정특성 서미스터(110)는 온도가 올라가면 저항값이 올라가는 정온도계수(positive temperature coefficient; PTC)를 갖는 서미스터(thermally sensitive resistor)로서 온도 변화에 대하여 저항값이 급격하게 증가하는 저항기이다. 이와 같은 정특성 서미스터(110)는 자체발열(self-heating)하는 특성을 나타낸다.
정특성 서미스터(110)는 도 34에 도시된 바와 같이 임계 온도(퀴리 온도) 근처에서 전기저항이 급변하는 특성을 갖는다. 임계 온도는 물질에 따른 고유 값을 갖는다.
도 34는 정특성 서미스터(110)의 온도에 따른 저항 특성을 보여준다. 일반적인 정특성 서미스터들은 80∼150℃에서 전기저항이 매우 급격히 증가된다. 이와 같은 정특성 서미스터(110)가 구비된 안전장치는, 과전류에 의하여 정특성 서미스터(110)의 온도가 임계 온도인 80∼150 ℃ 이상으로 상승하게 되면 정특성 서미스터(110) 자체의 전기저항이 매우 급격히 증가됨으로써 전류가 거의 통전하지 않게 된다. 과전류에 의하여 정특성 서미스터(110)가 특정 임계 온도 이상으로 상승하게 되면 정특성 서미스터(110)의 전기저항이 급격하게 증가되어 전류의 흐름이 계속 제한됨으로써 전원 공급을 지속적으로 차단할 수 있고 과전류가 사라지게 되면 정특성 서미스터(110)가 냉각되게 된다.
본 발명에서는 온도가 상승할수록 전기 저항이 커지고 특히 특정한 임계 온도 이상에서는 전기저항이 급격히 커져서 전류 흐름을 지속적으로 제한하는 특성을 지닌 세라믹 또는 폴리머 재질이 사용되어 정특성 서미스터(110)가 형성될 수 있다.
정특성 서미스터(110)는 티탄산바륨(BaTiO3)계 세라믹이나 폴리머 재질로 이루어질 수 있으며, 온도가 상승하면 전기저항이 급격히 커지는 성질을 지니고 있다. 정특성 서미스터(110)는 온도 상승에 정비례하여 전기저항이 서서히 증가되는 것이 아니라, 특정 임계 온도에서 전기저항이 급격히 증가되는 특성을 지니고 있으며, 상기 특정 임계 온도 이상으로 유지되면 전류의 흐름을 지속적으로 제한하여 외기의 온도나 전원전압의 변동에도 불구하고 정특성 서미스터(110) 자체의 온도는 거의 일정하게 유지되며, 이에 따라 온도에 따라 전기저항이 달라지거나 또는 과전류가 흐르면 전기저항이 커져서 전류가 흐르지 않게 하는 스위치 작용을 수행할 수 있다.
정특성 서미스터(110)는 상온에서는 비교적 저항이 낮아 통상적인 저전류에서는 도체이나 과전류가 유입될 경우에는 자체 주울열(Joule heat)에 의해 정특성 서미스터(110)의 온도가 상승하면 저항이 급격히 증가하여 결과적으로 전류를 차단하는 과전류 차단의 역할을 수행한다. 그리고, 한번 과전류가 흘러 고저항 영역에 이르면 수 ㎂의 아주 약한 전류가 흘러도 계속 고온을 유지하여 지속적으로 과전류를 차단하고 있다.
하부전극(120)은 정특성 서미스터(110)의 하면(110b)에 구비된다. 하부전극(120)은 사각형 등의 다각형, 원형, 타원형 등의 다양한 형상으로 형성할 수 있으며, 그 형태에 제한이 있는 것은 아니다.
상부전극(130)은 정특성 서미스터(110)의 상면(110a)에 섬(island) 형태로 고립되게 구비된다. 상부전극(130)은 정특성 서미스터(110)의 상면(110a) 중앙부에 위치되게 구비되는 것이 바람직하다. 상부전극(130)은 사각형 등의 다각형, 원형, 타원형 등의 다양한 형상으로 형성할 수 있으며, 그 형태에 제한이 있는 것은 아니다.
제1 접속 플레이트(150a)와 제2 접속 플레이트(150b)는 상부전극(130)에 접속되지 않게 배치되며, 상부전극(130)에 대하여 이격되게 정특성 서미스터(110)의 상면(110a) 단부에 구비되는 것이 바람직하다. 제1 접속 플레이트(150a)는 베이스 단자(170)와 접속되어 전기적으로 연결되는 부분이고, 제2 접속 플레이트(150b)는 가동 단자(180)와 접속되어 전기적으로 연결되는 부분이다.
커버 부착(용접)용 전극 또는 접착제(이하 '커버 부착용 전극'이라 함)(140a, 140b)는 커버(190)를 정특성 서미스터(110)의 상면에 부착(또는 용접)시키기 위해 형성하는 것으로서, 금속과 같은 도전성의 전극으로 형성할 수도 있고 접착제로 형성할 수도 있다.
바이메탈(160)은 상부전극(130) 상부에 위치된다. 바이메탈(160)은 열팽창률이 다른 이종금속을 접합시킨 것으로, Fe-Ni, Cu-Zn, Mn-Cu-Ni, Fe-Ni-Cr 등의 2원 또는 3원계로 제작할 수 있는데, 열팽창률의 정도 및 변형온도의 범위에 따라 다양하게 설계하여 제작할 수 있다. 이러한 바이메탈(160)은 변형온도 미만에서(정상상태에서) 위로 볼록한 판재 형상을 갖고, 변형온도 이상(작동상태)이 되면 아래로 볼록한 판재 형상을 갖는다. 바이메탈(160)은 주변 온도가 과도하게 상승하여 변형온도 이상이 되면 그 형상이 변화되어 위로 볼록한 형태에서 아래로 볼록한 형태로 반전되는 특성을 갖는다. 또한 바이메탈 대신에 형상기억합금을 적용할 수도 있는데, 형상기억합금은 변태온도 미만에서 일정 형태를 유지하다가 변태온도 이상이 되면 본래의 형상으로 변형되는 성질을 갖는데, 이러한 특성을 이용하여 바이메탈과 유사한 기능을 구현할 수 있다. 이러한 형상기억합금은 티탄(Ti)과 니켈(Ni)의 합금인 니티놀(nitinol) 또는 구리(Cu)/아연(Zn)/알루미늄(Al) 합금 등을 포함하여 이루어질 수 있다. 본 발명의 안전장치는 정상상태(변형온도 미만)에서 위로 볼록한 판재 형상을 갖고 작동상태(변형온도 이상)가 되면 아래로 볼록한 판재 형상을 갖는 바이메탈 또는 형상기억합금(이하에서, 바이메탈이라고 함은 형상기억합금을 포함하는 의미로 사용한다)의 특성을 이용한다. 바이메탈(160)은 제1 접속 플레이트(150a) 및 제2 접속 플레이트(150b)에 접속되지 않게 배치된다.
베이스 단자(170)는 하부전극(120)과 전기적으로 접속되는 단자이며, 제1 접속 플레이트(150a)와도 접속된다. 베이스 단자(170)는 외부 전원을 인가받거나 전원과 연결되는 구성요소로서, 도전성 물질을 포함하여 구성된다. 베이스 단자(170)는 정특성 서미스터(110) 일측(일단)에 배치된다. 베이스 단자(170)는 정특성 서미스터(110)와 대면하는 단부에 구비된 단자연결부(117a, 170b)를 통해 하부전극(120)에 접속된다. 베이스 단자(170)의 단자연결부(117a, 170b)는 'ㄴ'자 형상으로 이루어지며, 제1 단자연결부(117a)는 정특성 서미스터(110)의 측면을 따라 하부로 뻗어있는 부분이고, 제2 단자연결부(117b)는 정특성 서미스터(110)의 하면을 따라 뻗어있는 부분으로서 하부전극(120)과 접속되는 부분이다.
가동 단자(180)는 베이스 단자(170)와 전기적으로 단속(斷續)되고 바이메탈(160)의 변형온도 미만에서 바이메탈(160)의 위로 볼록한 부분과 접속되는 단자이다. 가동 단자(180)는 제2 접속 플레이트(150b)에 접속되고 정상상태에서 바이메탈(160)의 위로 볼록한 부분과 접속된다. 가동 단자(180)는 전기적 연결을 위한 수단으로서, 예를 들면 베이스 단자(170)로부터 인가받은 전류를 전기전자 소자에 전달하며, 도전성 물질을 포함하여 구성된다. 이러한 가동 단자(180)는 베이스 단자(170)와 접속하는 부위인 제1 접속부(180a), 제1 접속부(180a)와 연결되어 있는 제1 연결부(180b), 제1 연결부(180b)와 연결되고 정상상태에서 바이메탈(160)의 위로 볼록한 부분과 연결되는 플레이트부(180c), 플레이트부(180c)와 연결되어 있는 제2 연결부(180d), 제2 연결부(180d)에 연결되고 제2 접속 플레이트(150b)와 접속하는 부위인 제2 접속부(180e)를 포함한다.
제1 접속부(180a)는 베이스 단자(170)와 접속하는 부위로서 평평한 판형으로 구비될 수 있으며, 전도성 물질을 포함하여 구성될 수 있다.
제1 접속부(180a)와 연결되어 있는 제1 연결부(180b)는 평평한 판형으로 구비될 수 있으며, 전도성 물질을 포함하여 구성될 수 있다. 제1 연결부(180b)는 제1 접속부(180a)와 플레이트부(180c)를 연결하는 매개체의 역할을 하며, 제1 접속부(180a)에 수직하거나 사선형으로 구비되고 플레이트부(180c)에 대하여도 수직하거나 사선형으로 구비될 수 있다.
플레이트부(180c)는 제1 연결부(180b)와 연결되어 있고, 정상상태에서 바이메탈(160)의 위로 볼록한 부분과 접속되는 부분이며, 바이메탈(160)의 변형에 따른 직접적인 힘을 받는 부재이다. 플레이트부(180c)는 판형으로 구비될 수 있고, 전도성 물질을 포함하여 구성될 수 있다.
제1 접속부(180a), 제1 연결부(180b) 및 플레이트부(180c)의 전체 구조는 플레이트부(180c)의 위치가 제1 접속부(180a)의 위치 보다 높은 계단형 구조를 가질 수 있다.
플레이트부(180c)와 연결되어 있는 제2 연결부(180d)는 평평한 판형으로 구비될 수 있으며, 전도성 물질을 포함하여 구성될 수 있다. 제2 연결부(180d)는 플레이트(180c)와 제2 접속부(180e)를 연결하는 매개체의 역할을 하며, 플레이트부(180c)에 수직하거나 사선형으로 구비되고 제2 접속부(180e)에 대하여도 수직하거나 사선형으로 구비될 수 있다.
제2 접속부(180e)는 제2 접속 플레이트(150b)와 전기적으로 접속되는 부위로서, 평평한 판형으로 구비될 수 있다. 제2 접속부(180e)는 전도성 물질을 포함하여 구성되어 있다.
플레이트부(180c), 제2 연결부(180d) 및 제2 접속부(180e)의 전체 구조는 플레이트부(180c)의 위치가 제2 접속부(180a)의 위치 보다 높은 계단형 구조를 가질 수 있다.
커버(190)는 베이스 단자(170) 및 가동 단자(180)가 부착된 정특성 서미스터(110)의 상부에 구비된다. 커버(190)는 내부 공간을 갖는 원형 박스, 타원형 박스, 다각형 박스 등의 다양한 형상을 가질 수 있다. 도 21에 도시된 바와 같이, 일 예로서 커버(190)는 내부 공간을 갖는 사각 박스 형상을 갖는다. 커버(190)는 내부에 베이스 단자(170)의 일부, 바이메탈(160), 가동 단자(180)의 제1 접속부(180a), 제1 연결부(180b), 플레이트부(180c), 제2 연결부(180d), 그리고 제2 접속부(180e)의 일부를 수납하여 보호한다. 커버(190)의 제1 측면에는 제1 개구부(190a)가 형성되며, 커버(190)의 제1 측면에 형성된 제1 개구부(190a)를 통해 베이스 단자(170)가 외부로 돌출되게 된다. 커버(190)의 제2 측면에는 제2 개구부(190b)가 형성되며, 커버(190)의 제2 측면에 형성된 제2 개구부(190b)를 통해 가동 단자(180)가 외부로 돌출되게 된다. 커버(190)는 실시 형태에 따라 금속, 절연성 코팅된 금속 또는 세라믹 재질 등으로 이루어진 것일 수 있다.
안전장치는 베이스 단자(170)와 가동 단자(180)를 고정시키면서 커버(190)의 내부를 밀봉 처리하기 위한 절연성 실링부(192)를 더 포함할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 안전장치의 동작을 설명한다.
상기와 같은 구조를 갖는 안전장치는 베이스 단자(170)에 기준치 이하의 정상적인 전류 또는 전압이 인가되거나 커버(190) 내부 온도가 특정 임계 온도 이하일 때, 도 22에 도시된 바와 같이, 바이메탈(160)은 위로 볼록한 판재 형상을 유지하며, 베이스 단자(170)와 가동 단자(180)는 전기적으로 접속된 상태를 유지하여 전류가 정상상태로 흐른다. 과전류 혹은 주변온도가 과열 상태가 아닌 경우로서 전기전자 제품에 공급되는 전원이 정상상태일 경우에는, 전류는 베이스 단자(170)로부터 가동 단자(180)로 정상적으로 흘러 거의 도선에 가까운 저항값(예컨대, 수mΩ 정도)을 유지한다.
그러나, 기준치 보다 높은 과전류가 인가되거나 외부 환경(외부 열원)에 의해 바이메탈(160) 주변의 온도가 변형온도 이상이 되면 바이메탈(160)은 도 23에 도시된 바와 같이 아래로 볼록한 판재 형상으로 변이하게 되며(작동상태), 바이메탈(160)의 변이에 연동되어 가동 단자(160)가 상부로 움직여서 베이스 단자(170)와 가동 단자(180) 사이가 이격됨으로써 베이스 단자(170)와 가동 단자(180) 사이의 전류 흐름이 차단된다. 이와 같이 바이메탈(160)의 형상 변이가 일어나면서 바이메탈(160)은 가동 단자(180)를 상방향으로 들어올리게 되고 베이스 단자(170)와 가동 단자(180)는 이격되어 베이스 단자(170)와 가동 단자(180) 사이에는 전류가 흐르지 않는다. 베이스 단자(170)와 가동 단자(180) 사이는 전기적인 오프(Off) 상태가 된다.
가동 단자(180)가 베이스 단자(170)로부터 이격되어 떨어지게 되어 전류의 흐름이 차단되게 되면, 도 23에 도시된 화살표와 같이 전류 패스(path)는 베이스 단자(170), 하부전극(120), 정특성 서미스터(110), 상부전극(130), 바이메탈(160) 및 가동 단자(180)를 흐르는 경로를 이루게 되고, 이러한 경로를 통해 베이스 단자(170)로부터 가동 단자(180)로 미세 전류가 흐르게 된다. 정특성 서미스터(110)의 저항은 수십mΩ∼수백Ω 정도로서 과전류에 의해 주울(Joule) 발열하여 수 초(second) 내에 저항값이 수십㏀∼수십㏁으로 증가하게 되어 거의 절연체화 되므로 과전류를 차단하는 효과를 나타내게 된다.
정특성 서미스터(110)는 티탄산바륨(BaTiO3)계 세라믹이나 폴리머 재질로 이루어지며, 앞서도 설명한 바와 같이 온도가 상승하거나 과전류가 흐르면 전기저항이 급격히 커지는 성질을 지니고 있다. 정특성 서미스터(110)는 온도 상승에 정비례하여 전기저항이 서서히 증가되는 것이 아니라, 특정 임계 온도에서 전기저항이 급격히 증가되는 특성을 지니고 있으며, 상기 특정 임계 온도 이상으로 유지되면 전류의 흐름을 지속적으로 제한한다. 이러한 정특성 서미스터(110)는 온도에 따라 전기저항이 달라지거나 또는 과전류가 흐르면 전기저항이 커져서 전류가 흐르지 않게 하는 스위치 작용을 수행할 수 있다. 정특성 서미스터는 주울(joule)열에 의해 급격히 온도가 상승하게 되고 특정 임계 온도 이상으로 상승하게 되면 정특성 서미스터(110) 자체의 전기저항이 급격히 증가되고 자체발열(self-heating)함으로써 바이메탈(160)이 변이 상태로 계속 유지되게 함으로써 정특성 서미스터(110)의 온도가 특정 임계 온도 이하로 하강하지 않는 한 전류의 흐름이 지속적으로 차단될 수 있다.
또한, 과전류가 지속적으로 인가되더라도 정특성 서미스터(110)의 온도가 특정 임계 온도 이하로 하강하지 않아, 정특성 서미스터(110) 자체의 높은 전기 저항이 그대로 유지되고 정특성 서미스터(110)의 발열에 의해 바이메탈(160)을 변이된 상태로 계속 유지되게 하며, 이로 인하여 베이스 단자(170)과 가동 단자(180) 사이에는 전류가 통전되지 않는 상태가 지속된다. 따라서, 바이메탈(160)의 변이(형상 변형)로 인한 베이스 단자(170)와 가동 단자(180) 사이의 전기적 차단 상태가 지속되는 동안에는 전류의 흐름이 지속적으로 차단되므로, 안전장치를 통한 전원 공급을 차단할 수 있게 된다. 정특성 서미스터(110)가 포함된 안전장치는 과전류가 지속적으로 인가되더라도 정특성 서미스터(110)에 의해 전류 차단 상태를 계속 유지하여 안전장치가 전기적으로 연결되는 것을 방지함으로써, 회로 등의 과열에 의한 전기전자 제품의 화재나 고장 발생을 예방할 수 있다. 바이메탈(160)의 형상이 복귀되어 베이스 단자(170)와 가동 단자(180) 사이가 접속되기 전에는 안전장치를 통한 전원 공급이 완전히 차단된다.
상기 과전류가 사라지거나 바이메탈(160) 주변의 온도가 변형온도 미만이 되면 바이메탈(160)은 위로 볼록한 판재 형상으로 복귀하며, 바이메탈(160)의 형상 복귀에 연동되어 가동 단자(160)가 하부로 움직여서 베이스 단자(170)와 가동 단자(180)가 전기적으로 접속된다. 비정상적인 전원(예컨대 과전류)이 사라지게 되면 정특성 서미스터(110)가 냉각되고 바이메탈(160)이 복귀하여 베이스 단자(170)와 가동 단자(180)가 전기적으로 접속된 후에는 정상상태의 전류 흐름으로 복귀되며, 정상상태의 전류 흐름으로 복귀되는 경우에 있어 정특성 서미스터(110)가 냉각되는 시간 만큼 시간이 지연되게 되고, 따라서 회로 등이 충분히 냉각된 상태에서 상기 전원 차단 상태를 자동적으로 해제하는 과정이 수행됨으로써 안전장치 자체에서 이상이 발생하는 현상이 억제되고 전기전자 제품의 회로 과열 등과 같은 현상이 억제될 수 있다.
상술한 예의 설명에서 베이스 단자(170)에 전원이 연결되고 가동 단자(180)에 회로와 같은 전기전자 소자가 연결되는 것으로 설명하였으나, 가동 단자(180)에 전원이 연결되고 베이스 단자(170)에 전기전자 소자가 연결될 수도 있음은 물론이다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 안전장치의 제조방법을 구체적으로 설명한다.
도 15 내지 도 21을 참조하면, 정특성 서미스터(110)를 준비한다.
정특성 서미스터(110)는 BaTiO3계 세라믹에 망간, 안티몬 등을 소정 함량(예컨대, 2∼0.01%) 혼합하여 만들 수 있다.
정특성 서미스터(110)를 제조하는 다른 일 예로서 티탄산바륨(BaTiO3) 분말과 삼산화나이오븀(NbO3) 분말을 중량비로 98∼99.95:2∼0.05의 비율로 혼합하고, 원하는 정특성 서미스터의 형상으로 성형한 후, 1100∼1500℃ 정도의 온도에서 1∼12시간 동안 소성하여 형성할 수도 있다.
정특성 서미스터(110)를 제조하는 또 다른 일 예로서 티탄산바륨(BaTiO3) 분말, 삼산화나이오븀(NbO3) 분말, 오산화이나이오븀(Nb2O5) 분말을 소정의 중량비(예컨대, 98∼99.95:2∼0.05:0.5∼0.01의 비율)로 혼합하고, 원하는 정특성 서미스터의 형상으로 성형한 후, 1100∼1500℃ 정도의 온도에서 1∼12시간 동안 소성하여 형성할 수도 있다.
정특성 서미스터(110)는 다른 예로서 도전성을 갖는 니켈(Ni)과 같은 도전성 금속 입자들이 폴리머 매트릭스 내에 함유되어 형성된 폴리머 재질로 이루어질 수도 있다.
정특성 서미스터(110)의 하면(110b)에 하부전극(120)을 형성한다. 하부전극(120)은 전도성 페이스트를 스크린 프린팅(screen printing) 방법으로 정특성 서미스터(110)의 하면(110b)에 인쇄하고 열처리하여 형성할 수 있다. 하부전극(120)은 사각형 등의 다각형, 원형, 타원형 등의 다양한 형상으로 형성할 수 있으며, 그 형태에 제한이 있는 것은 아니다. 상기 전도성 페이스트는 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 알루미늄(Al)과 같은 도전성 금속 분말 또는 도전성 금속합금 분말을 포함하는 페이스트인 것이 바람직하다. 상기 스크린 프린팅 방법은 일반적으로 잘 알려진 방법이므로 여기서는 그에 대한 설명을 생략한다. 상기 열처리는 300∼600℃ 정도의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.
정특성 서미스터(110)의 상면(110a)에 상부전극(130)을 형성한다. 상기 상부전극(130)은 정특성 서미스터(110)의 상면(110a) 중앙부에 위치되게 형성하는 것이 바람직하다. 상부전극(130)은 사각형 등의 다각형, 원형, 타원형 등의 다양한 형상으로 형성할 수 있으며, 그 형태에 제한이 있는 것은 아니다. 상부전극(130)은 전도성 페이스트를 스크린 프린팅(screen printing) 방법으로 정특성 서미스터(110)의 상면(110a)에 인쇄하고 열처리하여 형성할 수 있다. 상기 전도성 페이스트는 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 알루미늄(Al)과 같은 금속 분말 또는 도전성 금속합금 분말을 포함하는 페이스트인 것이 바람직하다. 상기 열처리는 300∼600℃ 정도의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.
정특성 서미스터(110)의 상면(110a)에 제1 접속 플레이트(150a), 제2 접속 플레이트(150b), 그리고 커버 부착용 전극(140a, 140b)을 형성한다.
제1 접속 플레이트(150a)와 제2 접속 플레이트(150b)는 상부전극(130)에 접속되지 않게 배치하며, 상부전극(130)에 대하여 이격되게 정특성 서미스터(110)의 상면(110a) 단부에 형성하는 것이 바람직하다. 제1 접속 플레이트(150a)는 베이스 단자(170)와 접속되어 전기적으로 연결되는 부분이고, 제2 접속 플레이트(150b)는 가동 단자(180)와 접속되어 전기적으로 연결되는 부분이다. 제1 접속 플레이트(150a)와 제2 접속 플레이트(150b)는 사각형 등의 다각형, 원형, 타원형 등의 다양한 형상으로 형성할 수 있으며, 그 형태에 제한이 있는 것은 아니다. 제1 접속 플레이트(150a)와 제2 접속 플레이트(150b)는 전도성 페이스트를 스크린 프린팅(screen printing) 방법으로 정특성 서미스터(110)의 상면(110a)에 인쇄하고 열처리하여 형성할 수 있다. 상기 전도성 페이스트는 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 알루미늄(Al)과 같은 금속 분말 또는 도전성 금속합금 분말을 포함하는 페이스트인 것이 바람직하다. 상기 열처리는 300∼600℃ 정도의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 제1 접속 플레이트(150a)와 제2 접속 플레이트(150b)는 상부전극(130)을 형성할 때 함께 형성할 수도 있음은 물론이다.
커버 부착용 전극(140a, 140b)은 커버(190)를 정특성 서미스터(110)의 상면에 부착(또는 용접)시키기 위해 형성하는 것으로서, 금속과 같은 도전성의 전극으로 형성할 수도 있고 접착제로 형성할 수도 있다. 커버 부착용 전극(140a, 140b)을 부착(또는) 용접을 위한 전극으로 형성하는 경우에는 전도성 페이스트를 스크린 프린팅(screen printing) 방법으로 정특성 서미스터(110)의 상면(110a)에 인쇄하고 열처리하여 형성할 수 있다. 상기 전도성 페이스트는 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 알루미늄(Al)과 같은 금속 분말 또는 도전성 금속합금 분말을 포함하는 페이스트인 것이 바람직하다. 상기 열처리는 300∼600℃ 정도의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 커버 부착용 전극(140a, 140b)을 부착(또는) 용접을 위한 전극으로 형성하는 경우에는 제1 접속 플레이트(150a)와 제2 접속 플레이트(150b)를 형성할 때 함께 형성할 수도 있으며, 상부전극(130)을 형성할 때 함께 형성할 수도 있음은 물론이다. 커버 부착용 전극(140a, 140b)을 접착제로 형성하는 경우에는 정특성 서미스터(110)의 상면(110a)에 접착제를 도포하여 형성할 수 있다.
바이메탈(160)을 상부전극(130) 상부에 장착한다. 이러한 바이메탈(160)은 열팽창률이 다른 이종금속을 접합시킨 것으로 Fe-Ni, Cu-Zn, Mn-Cu-Ni, Fe-Ni-Cr 등의 2원 또는 3원계로 제작할 수 있는데, 열팽창률의 정도 및 변형온도의 범위에 따라 다양하게 설계하여 제작할 수 있다. 바이메탈(160) 대신에 형상기억합금을 사용하는 경우에는 티탄(Ti)과 니켈(Ni)의 합금인 니티놀(nitinol) 또는 구리(Cu)/아연(Zn)/알루미늄(Al) 합금 등으로 제작할 수 있다. 바이메탈(160)은 제1 접속 플레이트(150a) 및 제2 접속 플레이트(150b)에 접속되지 않게 배치한다.
제1 접속 플레이트(150a)와 하부전극(120)에 접속되게 베이스 단자(170)를 부착한다. 베이스 단자(170)는 도전성 물질을 포함하여 구성된다. 베이스 단자(170)는 정특성 서미스터(110) 일측(일단)에 배치된다.
제2 접속 플레이트(150b)에 접속되고 정상상태에서 바이메탈(160)의 위로 볼록한 부분과 접속되는 가동 단자(180)를 부착한다. 가동 단자(180)는 베이스 단자(170)와 접속하는 부위인 제1 접속부(180a), 제1 접속부(180a)와 연결되어 있는 제1 연결부(180b), 제1 연결부(180b)와 연결되고 정상상태에서 바이메탈(160)의 위로 볼록한 부분과 연결되는 플레이트부(180c), 플레이트부(180c)와 연결되어 있는 제2 연결부(180d), 제2 연결부(180d)에 연결되고 제2 접속 플레이트(150b)와 접속하는 부위인 제2 접속부(180e)를 포함한다.
베이스 단자(170) 및 가동 단자(180)가 부착한 후, 정특성 서미스터(110) 상부에 커버(190)를 장착한다. 커버(190)는 실시 형태에 따라 금속, 절연성 코팅된 금속 또는 세라믹 재질 등으로 형성할 수 있다. 상기 절연성 코팅된 금속은 금속 표면에 절연성 코팅막을 코팅 방식, 도금 방식 등의 방법으로 형성할 수 있다.
베이스 단자(170)와 가동 단자(180)를 고정시키며 커버(190)의 내부를 밀봉 처리하기 위하여 절연성 실링부(192)를 형성한다.
<실시예 3>
도 24는 정특성 서미스터 하면에 하부전극이 형성된 모습을 보여주는 도면이며, 도 25은 정특성 서미스터 상면에 상부전극이 형성된 모습을 보여주는 도면이고, 도 26은 상부전극 상부에 절연층이 형성된 모습을 보여주는 도면이고, 도 27은 정특성 서미스터 상면에 커버 부착용 전극이 형성된 모습을 보여주는 도면이며, 도 28은 절연층 상부에 바이메탈이 장착된 모습을 보여주는 도면이고, 도 29는 베이스 단자가 부착되는 모습을 보여주는 도면이며, 도 30은 베이스 단자와 가동 단자가 부착된 정특성 서미스터 상부에 커버가 장착되는 모습을 보여주는 도면이고, 도 31은 커버가 장착되고 커버의 내부를 밀봉 처리하기 위한 절연성 실링부가 형성된 모습을 보여주는 도면이고, 도 22는 정상상태의 안전장치를 도시한 단면도이고, 도 33은 작동상태의 안전장치를 도시한 단면도이다.
도 24 내지 도 33을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 안전장치는, 특정 임계 온도 보다 높아지면 전기저항이 커지는 판형의 정특성 서미스터(110)와, 정특성 서미스터(110) 하면(110b)에 구비된 하부전극(120)과, 정특성 서미스터(110) 상면에 서로 이격되게 구비된 제1 상부전극(130a) 및 제2 상부전극(130b)과, 정특성 서미스터(110) 상부에 고립되게 구비된 절연층(135)과, 절연층(135) 상부에 구비되고 위로 볼록한 판형의 바이메탈(160)과, 제1 상부전극(130a)과 전기적으로 접속되는 판형의 베이스 단자(170)와, 베이스 단자(170)와 전기적으로 단속(斷續)되고 제2 상부전극(130b)과 전기적으로 접속되면서 바이메탈(160)의 변형온도 미만에서 바이메탈(160)의 위로 볼록한 부분과 접속되는 가동 단자(180)를 포함하며, 바이메탈(160)은 변형온도 미만에서 위로 볼록한 판재 형상을 이루다가 변형온도 이상이 되면 아래로 볼록한 판재 형상으로 변이하며, 상기 변형온도 이상이 되면 가동 단자(160)는 바이메탈(160)의 변이에 연동되어 움직여서 베이스 단자(170)와의 전기적 연결이 끊어진다.
기준치 보다 높은 과전류가 인가되거나 외부 환경에 의해 바이메탈(160) 주변의 온도가 변형온도 이상이 되면 바이메탈(160)은 아래로 볼록한 판재 형상으로 변이하며, 바이메탈(160)의 변이에 연동되어 가동 단자(160)가 상부로 움직여서 베이스 단자(170)와 가동 단자(180) 사이가 이격됨으로써 베이스 단자(170)와 가동 단자(180) 사이의 전류 흐름이 차단된다.
상기 과전류가 사라지거나 바이메탈(160) 주변의 온도가 변형온도 미만이 되면 바이메탈(160)은 위로 볼록한 판재 형상으로 복귀하며, 바이메탈(160)의 형상 복귀에 연동되어 가동 단자(160)가 하부로 움직여서 베이스 단자(170)와 가동 단자(180)가 전기적으로 접속된다.
정특성 서미스터(110)는 온도가 올라가면 저항값이 올라가는 정온도계수(positive temperature coefficient; PTC)를 갖는 서미스터(thermally sensitive resistor)로서 온도 변화에 대하여 저항값이 급격하게 증가하는 저항기이다. 이와 같은 정특성 서미스터(110)는 자체발열(self-heating)하는 특성을 나타낸다.
정특성 서미스터(110)는 도 34에 도시된 바와 같이 임계 온도(퀴리 온도) 근처에서 전기저항이 급변하는 특성을 갖는다. 임계 온도는 물질에 따른 고유 값을 갖는다.
도 34는 정특성 서미스터(110)의 온도에 따른 저항 특성을 보여준다. 일반적인 정특성 서미스터들은 80∼150℃에서 전기저항이 매우 급격히 증가된다. 이와 같은 정특성 서미스터(110)가 구비된 안전장치는, 과전류에 의하여 정특성 서미스터(110)의 온도가 임계 온도인 80∼150 ℃ 이상으로 상승하게 되면 정특성 서미스터(110) 자체의 전기저항이 매우 급격히 증가됨으로써 전류가 거의 통전하지 않게 된다. 과전류에 의하여 정특성 서미스터(110)가 특정 임계 온도 이상으로 상승하게 되면 정특성 서미스터(110)의 전기저항이 급격하게 증가되어 전류의 흐름이 계속 제한됨으로써 전원 공급을 지속적으로 차단할 수 있고 과전류가 사라지게 되면 정특성 서미스터(110)가 냉각되게 된다.
본 발명에서는 온도가 상승할수록 전기 저항이 커지고 특히 특정한 임계 온도 이상에서는 전기저항이 급격히 커져서 전류 흐름을 지속적으로 제한하는 특성을 지닌 세라믹 또는 폴리머 재질이 사용되어 정특성 서미스터(110)가 형성될 수 있다.
정특성 서미스터(110)는 티탄산바륨(BaTiO3)계 세라믹이나 폴리머 재질로 이루어질 수 있으며, 온도가 상승하면 전기저항이 급격히 커지는 성질을 지니고 있다. 정특성 서미스터(110)는 온도 상승에 정비례하여 전기저항이 서서히 증가되는 것이 아니라, 특정 임계 온도에서 전기저항이 급격히 증가되는 특성을 지니고 있으며, 상기 특정 임계 온도 이상으로 유지되면 전류의 흐름을 지속적으로 제한하여 외기의 온도나 전원전압의 변동에도 불구하고 정특성 서미스터(110) 자체의 온도는 거의 일정하게 유지되며, 이에 따라 온도에 따라 전기저항이 달라지거나 또는 과전류가 흐르면 전기저항이 커져서 전류가 흐르지 않게 하는 스위치 작용을 수행할 수 있다.
정특성 서미스터(110)는 상온에서는 비교적 저항이 낮아 통상적인 저전류에서는 도체이나 과전류가 유입될 경우에는 자체 주울열(Joule heat)에 의해 정특성 서미스터(110)의 온도가 상승하면 저항이 급격히 증가하여 결과적으로 전류를 차단하는 과전류 차단의 역할을 수행한다. 그리고, 한번 과전류가 흘러 고저항 영역에 이르면 수 ㎂의 아주 약한 전류가 흘러도 계속 고온을 유지하여 지속적으로 과전류를 차단하고 있다.
하부전극(120)은 정특성 서미스터(110)의 하면(110b)에 구비된다. 하부전극(120)은 사각형 등의 다각형, 원형, 타원형 등의 다양한 형상으로 형성할 수 있으며, 그 형태에 제한이 있는 것은 아니다.
제1 상부전극(130a) 및 제2 상부전극(130b)은 정특성 서미스터(110)의 상면(110a)에 서로 이격되게 구비된다. 제1 상부전극(130a)은 정특성 서미스터(110)의 상면(110a) 일단에 위치되게 구비되는 것이 바람직하고, 제2 상부전극(130b)은 정특성 서미스터(110)의 상면(110a) 타단에 위치되게 구비되는 것이 바람직하다. 제1 상부전극(130a) 및 제2 상부전극(130b)은 사각형 등의 다각형, 원형, 타원형 등의 다양한 형상으로 형성할 수 있으며 그 형태에 제한이 있는 것은 아니지만, 도 25에 도시된 바와 같이 'T'자형 형태로 구비되는 것은 바람직하다. 제1 상부전극(130a)과 제2 상부전극(130b)은 서로 접속되지 않게 배치된다. 제1 상부전극(130a)은 베이스 단자(170)와 접속되어 전기적으로 연결되는 부분이고, 제2 상부전극(130b)은 가동 단자(180)와 접속되어 전기적으로 연결되는 부분이다.
절연층(135)은 정특성 서미스터(110) 상부에 섬(island) 형태로 고립되게 구비된다. 절연층(135)은 SiO2와 같은 절연성 물질을 포함하여 구성된다. 절연층(135)은 제1 상부전극(130a)의 일부와 제2 상부전극(130b)의 일부를 덮게 구비되는 것이 바람직하다.
커버 부착(용접)용 전극 또는 접착제(이하 '커버 부착용 전극'이라 함)(140a, 140b)는 커버(190)를 정특성 서미스터(110)의 상면에 부착(또는 용접)시키기 위해 형성하는 것으로서, 금속과 같은 도전성의 전극으로 형성할 수도 있고 접착제로 형성할 수도 있다.
바이메탈(160)은 상부전극(130) 상부에 위치된다. 바이메탈(160)은 열팽창률이 다른 이종금속을 접합시킨 것으로, Fe-Ni, Cu-Zn, Mn-Cu-Ni, Fe-Ni-Cr 등의 2원 또는 3원계로 제작할 수 있는데, 열팽창률의 정도 및 변형온도의 범위에 따라 다양하게 설계하여 제작할 수 있다. 이러한 바이메탈(160)은 변형온도 미만에서(정상상태에서) 위로 볼록한 판재 형상을 갖고, 변형온도 이상(작동상태)이 되면 아래로 볼록한 판재 형상을 갖는다. 바이메탈(160)은 주변 온도가 과도하게 상승하여 변형온도 이상이 되면 그 형상이 변화되어 위로 볼록한 형태에서 아래로 볼록한 형태로 반전되는 특성을 갖는다. 또한 바이메탈 대신에 형상기억합금을 적용할 수도 있는데, 형상기억합금은 변태온도 미만에서 일정 형태를 유지하다가 변태온도 이상이 되면 본래의 형상으로 변형되는 성질을 갖는데, 이러한 특성을 이용하여 바이메탈과 유사한 기능을 구현할 수 있다. 이러한 형상기억합금은 티탄(Ti)과 니켈(Ni)의 합금인 니티놀(nitinol) 또는 구리(Cu)/아연(Zn)/알루미늄(Al) 합금 등을 포함하여 이루어질 수 있다. 본 발명의 안전장치는 정상상태(변형온도 미만)에서 위로 볼록한 판재 형상을 갖고 작동상태(변형온도 이상)가 되면 아래로 볼록한 판재 형상을 갖는 바이메탈 또는 형상기억합금(이하에서, 바이메탈이라고 함은 형상기억합금을 포함하는 의미로 사용한다)의 특성을 이용한다. 바이메탈(160)은 제1 접속 플레이트(150a) 및 제2 접속 플레이트(150b)에 접속되지 않게 배치된다.
베이스 단자(170)는 제1 상부전극(130b)과 전기적으로 접속되는 단자이다. 베이스 단자(170)는 외부 전원을 인가받거나 전원과 연결되는 구성요소로서, 도전성 물질을 포함하여 구성된다. 베이스 단자(170)는 정특성 서미스터(110) 일측(일단)에 배치된다.
가동 단자(180)는 베이스 단자(170)와 전기적으로 단속(斷續)되고 바이메탈(160)의 변형온도 미만에서 바이메탈(160)의 위로 볼록한 부분과 접속되는 단자이다. 가동 단자(180)는 제2 상부전극(130b)에 접속되고 정상상태에서 바이메탈(160)의 위로 볼록한 부분과 접속된다. 가동 단자(180)는 전기적 연결을 위한 수단으로서, 예를 들면 베이스 단자(170)로부터 인가받은 전류를 전기전자 소자에 전달하며, 도전성 물질을 포함하여 구성된다. 이러한 가동 단자(180)는 베이스 단자(170)와 접속하는 부위인 제1 접속부(180a), 제1 접속부(180a)와 연결되어 있는 제1 연결부(180b), 제1 연결부(180b)와 연결되고 정상상태에서 바이메탈(160)의 위로 볼록한 부분과 연결되는 플레이트부(180c), 플레이트부(180c)와 연결되어 있는 제2 연결부(180d), 제2 연결부(180d)에 연결되고 제2 상부전극(130b)과 접속하는 부위인 제2 접속부(180e)를 포함한다.
제1 접속부(180a)는 베이스 단자(170)와 접속하는 부위로서 평평한 판형으로 구비될 수 있으며, 전도성 물질을 포함하여 구성될 수 있다.
제1 접속부(180a)와 연결되어 있는 제1 연결부(180b)는 평평한 판형으로 구비될 수 있으며, 전도성 물질을 포함하여 구성될 수 있다. 제1 연결부(180b)는 제1 접속부(180a)와 플레이트부(180c)를 연결하는 매개체의 역할을 하며, 제1 접속부(180a)에 수직하거나 사선형으로 구비되고 플레이트부(180c)에 대하여도 수직하거나 사선형으로 구비될 수 있다.
플레이트부(180c)는 제1 연결부(180b)와 연결되어 있고, 정상상태에서 바이메탈(160)의 위로 볼록한 부분과 접속되는 부분이며, 바이메탈(160)의 변형에 따른 직접적인 힘을 받는 부재이다. 플레이트부(180c)는 판형으로 구비될 수 있고, 전도성 물질을 포함하여 구성될 수 있다.
제1 접속부(180a), 제1 연결부(180b) 및 플레이트부(180c)의 전체 구조는 플레이트부(180c)의 위치가 제1 접속부(180a)의 위치 보다 높은 계단형 구조를 가질 수 있다.
플레이트부(180c)와 연결되어 있는 제2 연결부(180d)는 평평한 판형으로 구비될 수 있으며, 전도성 물질을 포함하여 구성될 수 있다. 제2 연결부(180d)는 플레이트(180c)와 제2 접속부(180e)를 연결하는 매개체의 역할을 하며, 플레이트부(180c)에 수직하거나 사선형으로 구비되고 제2 접속부(180e)에 대하여도 수직하거나 사선형으로 구비될 수 있다.
제2 접속부(180e)는 제2 상부전극(130b)와 전기적으로 접속되는 부위로서, 평평한 판형으로 구비될 수 있다. 제2 접속부(180e)는 전도성 물질을 포함하여 구성되어 있다.
플레이트부(180c), 제2 연결부(180d) 및 제2 접속부(180e)의 전체 구조는 플레이트부(180c)의 위치가 제2 접속부(180a)의 위치 보다 높은 계단형 구조를 가질 수 있다.
커버(190)는 베이스 단자(170) 및 가동 단자(180)가 부착된 정특성 서미스터(110)의 상부에 구비된다. 커버(190)는 내부 공간을 갖는 원형 박스, 타원형 박스, 다각형 박스 등의 다양한 형상을 가질 수 있다. 도 30에 도시된 바와 같이, 일 예로서 커버(190)는 내부 공간을 갖는 사각 박스 형상을 갖는다. 커버(190)는 내부에 베이스 단자(170)의 일부, 바이메탈(160), 가동 단자(180)의 제1 접속부(180a), 제1 연결부(180b), 플레이트부(180c), 제2 연결부(180d), 그리고 제2 접속부(180e)의 일부를 수납하여 보호한다. 커버(190)의 제1 측면에는 제1 개구부(190a)가 형성되며, 커버(190)의 제1 측면에 형성된 제1 개구부(190a)를 통해 베이스 단자(170)가 외부로 돌출되게 된다. 커버(190)의 제2 측면에는 제2 개구부(190b)가 형성되며, 커버(190)의 제2 측면에 형성된 제2 개구부(190b)를 통해 가동 단자(180)가 외부로 돌출되게 된다. 커버(190)는 실시 형태에 따라 금속, 절연성 코팅된 금속 또는 세라믹 재질 등으로 이루어진 것일 수 있다.
안전장치는 베이스 단자(170)와 가동 단자(180)를 고정시키면서 커버(190)의 내부를 밀봉 처리하기 위한 절연성 실링부(192)를 더 포함할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 안전장치의 동작을 설명한다.
상기와 같은 구조를 갖는 안전장치는 베이스 단자(170)에 기준치 이하의 정상적인 전류 또는 전압이 인가되거나 커버(190) 내부 온도가 특정 임계 온도 이하일 때, 도 32에 도시된 바와 같이, 바이메탈(160)은 위로 볼록한 판재 형상을 유지하며, 베이스 단자(170)와 가동 단자(180)는 전기적으로 접속된 상태를 유지하여 전류가 정상상태로 흐른다. 과전류 혹은 주변온도가 과열 상태가 아닌 경우로서 전기전자 제품에 공급되는 전원이 정상상태일 경우에는, 전류는 베이스 단자(170)로부터 가동 단자(180)로 정상적으로 흘러 거의 도선에 가까운 저항값(예컨대, 수mΩ 정도)을 유지한다.
그러나, 기준치 보다 높은 과전류가 인가되거나 외부 환경(외부 열원)에 의해 바이메탈(160) 주변의 온도가 변형온도 이상이 되면 바이메탈(160)은 도 33에 도시된 바와 같이 아래로 볼록한 판재 형상으로 변이하게 되며(작동상태), 바이메탈(160)의 변이에 연동되어 가동 단자(160)가 상부로 움직여서 베이스 단자(170)와 가동 단자(180) 사이가 이격됨으로써 베이스 단자(170)와 가동 단자(180) 사이의 전류 흐름이 차단된다. 이와 같이 바이메탈(160)의 형상 변이가 일어나면서 바이메탈(160)은 가동 단자(180)를 상방향으로 들어올리게 되고 베이스 단자(170)와 가동 단자(180)는 이격되어 베이스 단자(170)와 가동 단자(180) 사이에는 전류가 흐르지 않는다. 베이스 단자(170)와 가동 단자(180) 사이는 전기적인 오프(Off) 상태가 된다.
가동 단자(180)가 베이스 단자(170)로부터 이격되어 떨어지게 되어 전류의 흐름이 차단되게 되면, 도 33에 도시된 화살표와 같이 전류 패스(path)는 베이스 단자(170), 제1 상부전극(130a), 정특성 서미스터(110), 제2 상부전극(130b) 및 가동 단자(180)를 흐르는 경로를 이루게 되고, 이러한 경로를 통해 베이스 단자(170)로부터 가동 단자(180)로 미세 전류가 흐르게 된다. 정특성 서미스터(110)의 저항은 수십mΩ∼수백Ω 정도로서 과전류에 의해 주울(Joule) 발열하여 수 초(second) 내에 저항값이 수십㏀∼수십㏁으로 증가하게 되어 거의 절연체화 되므로 과전류를 차단하는 효과를 나타내게 된다.
정특성 서미스터(110)는 티탄산바륨(BaTiO3)계 세라믹이나 폴리머 재질로 이루어지며, 앞서도 설명한 바와 같이 온도가 상승하거나 과전류가 흐르면 전기저항이 급격히 커지는 성질을 지니고 있다. 정특성 서미스터(110)는 온도 상승에 정비례하여 전기저항이 서서히 증가되는 것이 아니라, 특정 임계 온도에서 전기저항이 급격히 증가되는 특성을 지니고 있으며, 상기 특정 임계 온도 이상으로 유지되면 전류의 흐름을 지속적으로 제한한다. 이러한 정특성 서미스터(110)는 온도에 따라 전기저항이 달라지거나 또는 과전류가 흐르면 전기저항이 커져서 전류가 흐르지 않게 하는 스위치 작용을 수행할 수 있다. 정특성 서미스터는 주울(joule)열에 의해 급격히 온도가 상승하게 되고 특정 임계 온도 이상으로 상승하게 되면 정특성 서미스터(110) 자체의 전기저항이 급격히 증가되고 자체발열(self-heating)함으로써 바이메탈(160)이 변이 상태로 계속 유지되게 함으로써 정특성 서미스터(110)의 온도가 특정 임계 온도 이하로 하강하지 않는 한 전류의 흐름이 지속적으로 차단될 수 있다.
또한, 과전류가 지속적으로 인가되더라도 정특성 서미스터(110)의 온도가 특정 임계 온도 이하로 하강하지 않아, 정특성 서미스터(110) 자체의 높은 전기 저항이 그대로 유지되고 정특성 서미스터(110)의 발열에 의해 바이메탈(160)을 변이된 상태로 계속 유지되게 하며, 이로 인하여 베이스 단자(170)과 가동 단자(180) 사이에는 전류가 통전되지 않는 상태가 지속된다. 따라서, 바이메탈(160)의 변이(형상 변형)로 인한 베이스 단자(170)와 가동 단자(180) 사이의 전기적 차단 상태가 지속되는 동안에는 전류의 흐름이 지속적으로 차단되므로, 안전장치를 통한 전원 공급을 차단할 수 있게 된다. 정특성 서미스터(110)가 포함된 안전장치는 과전류가 지속적으로 인가되더라도 정특성 서미스터(110)에 의해 전류 차단 상태를 계속 유지하여 안전장치가 전기적으로 연결되는 것을 방지함으로써, 회로 등의 과열에 의한 전기전자 제품의 화재나 고장 발생을 예방할 수 있다. 바이메탈(160)의 형상이 복귀되어 베이스 단자(170)와 가동 단자(180) 사이가 접속되기 전에는 안전장치를 통한 전원 공급이 완전히 차단된다.
상기 과전류가 사라지거나 바이메탈(160) 주변의 온도가 변형온도 미만이 되면 바이메탈(160)은 위로 볼록한 판재 형상으로 복귀하며, 바이메탈(160)의 형상 복귀에 연동되어 가동 단자(160)가 하부로 움직여서 베이스 단자(170)와 가동 단자(180)가 전기적으로 접속된다. 비정상적인 전원(예컨대 과전류)이 사라지게 되면 정특성 서미스터(110)가 냉각되고 바이메탈(160)이 복귀하여 베이스 단자(170)와 가동 단자(180)가 전기적으로 접속된 후에는 정상상태의 전류 흐름으로 복귀되며, 정상상태의 전류 흐름으로 복귀되는 경우에 있어 정특성 서미스터(110)가 냉각되는 시간 만큼 시간이 지연되게 되고, 따라서 회로 등이 충분히 냉각된 상태에서 상기 전원 차단 상태를 자동적으로 해제하는 과정이 수행됨으로써 안전장치 자체에서 이상이 발생하는 현상이 억제되고 전기전자 제품의 회로 과열 등과 같은 현상이 억제될 수 있다.
상술한 예의 설명에서 베이스 단자(170)에 전원이 연결되고 가동 단자(180)에 회로와 같은 전기전자 소자가 연결되는 것으로 설명하였으나, 가동 단자(180)에 전원이 연결되고 베이스 단자(170)에 전기전자 소자가 연결될 수도 있음은 물론이다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 안전장치의 제조방법을 구체적으로 설명한다.
도 24 내지 도 31을 참조하면, 정특성 서미스터(110)를 준비한다.
정특성 서미스터(110)는 BaTiO3계 세라믹에 망간, 안티몬 등을 소정 함량(예컨대, 2∼0.01%) 혼합하여 만들 수 있다.
정특성 서미스터(110)를 제조하는 다른 일 예로서 티탄산바륨(BaTiO3) 분말과 삼산화나이오븀(NbO3) 분말을 중량비로 98∼99.95:2∼0.05의 비율로 혼합하고, 원하는 정특성 서미스터의 형상으로 성형한 후, 1100∼1500℃ 정도의 온도에서 1∼12시간 동안 소성하여 형성할 수도 있다.
정특성 서미스터(110)를 제조하는 또 다른 일 예로서 티탄산바륨(BaTiO3) 분말, 삼산화나이오븀(NbO3) 분말, 오산화이나이오븀(Nb2O5) 분말을 소정의 중량비(예컨대, 98∼99.95:2∼0.05:0.5∼0.01의 비율)로 혼합하고, 원하는 정특성 서미스터의 형상으로 성형한 후, 1100∼1500℃ 정도의 온도에서 1∼12시간 동안 소성하여 형성할 수도 있다.
정특성 서미스터(110)는 다른 예로서 도전성을 갖는 니켈(Ni)과 같은 도전성 금속 입자들이 폴리머 매트릭스 내에 함유되어 형성된 폴리머 재질로 이루어질 수도 있다.
정특성 서미스터(110)의 하면(110b)에 하부전극(120)을 형성한다. 하부전극(120)은 전도성 페이스트를 스크린 프린팅(screen printing) 방법으로 정특성 서미스터(110)의 하면(110b)에 인쇄하고 열처리하여 형성할 수 있다. 하부전극(120)은 사각형 등의 다각형, 원형, 타원형 등의 다양한 형상으로 형성할 수 있으며, 그 형태에 제한이 있는 것은 아니다. 상기 전도성 페이스트는 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 알루미늄(Al)과 같은 도전성 금속 분말 또는 도전성 금속합금 분말을 포함하는 페이스트인 것이 바람직하다. 상기 스크린 프린팅 방법은 일반적으로 잘 알려진 방법이므로 여기서는 그에 대한 설명을 생략한다. 상기 열처리는 300∼600℃ 정도의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.
정특성 서미스터(110)의 상면(110a)에 서로 이격된 제1 상부전극(130a) 및 제2 상부전극(130b)을 형성한다. 제1 상부전극(130a)은 정특성 서미스터(110)의 상면(110a) 일단에 위치되게 형성하는 것이 바람직하고, 제2 상부전극(130b)은 정특성 서미스터(110)의 상면(110a) 타단에 위치되게 형성하는 것이 바람직하다. 제1 상부전극(130a) 및 제2 상부전극(130b)은 사각형 등의 다각형, 원형, 타원형 등의 다양한 형상으로 형성할 수 있으며 그 형태에 제한이 있는 것은 아니지만, 도 25에 도시된 바와 같이 'T'자형 형태로 형성하는 것은 바람직하다. 제1 상부전극(130a)와 제2 상부전극(130b)은 서로 접속되지 않게 배치한다. 제1 상부전극(130a)은 베이스 단자(170)와 접속되어 전기적으로 연결되는 부분이고, 제2 상부전극(130b)은 가동 단자(180)와 접속되어 전기적으로 연결되는 부분이다. 제1 상부전극(130a) 및 제2 상부전극(130b)은 전도성 페이스트를 스크린 프린팅(screen printing) 방법으로 정특성 서미스터(110)의 상면(110a)에 인쇄하고 열처리하여 형성할 수 있다. 상기 전도성 페이스트는 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 알루미늄(Al)과 같은 금속 분말 또는 도전성 금속합금 분말을 포함하는 페이스트인 것이 바람직하다. 상기 열처리는 300∼600℃ 정도의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.
정특성 서미스터(110) 상부에 섬(island) 형태로 고립되게 절연층(135)을 형성한다. 절연층(135)은 SiO2와 같은 절연성 물질을 포함하여 구성된다. 절연층(135)은 제1 상부전극(130a)의 일부와 제2 상부전극(130b)의 일부를 덮게 형성되는 것이 바람직하다.
정특성 서미스터(110)의 상면(110a)에 커버 부착용 전극(140a, 140b)을 형성한다. 커버 부착용 전극(140a, 140b)은 커버(190)를 정특성 서미스터(110)의 상면에 부착(또는 용접)시키기 위해 형성하는 것으로서, 금속과 같은 도전성의 전극으로 형성할 수도 있고 접착제로 형성할 수도 있다. 커버 부착용 전극(140a, 140b)을 부착(또는) 용접을 위한 전극으로 형성하는 경우에는 전도성 페이스트를 스크린 프린팅(screen printing) 방법으로 정특성 서미스터(110)의 상면(110a)에 인쇄하고 열처리하여 형성할 수 있다. 상기 전도성 페이스트는 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 알루미늄(Al)과 같은 금속 분말 또는 도전성 금속합금 분말을 포함하는 페이스트인 것이 바람직하다. 상기 열처리는 300∼600℃ 정도의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 커버 부착용 전극(140a, 140b)을 부착(또는) 용접을 위한 전극으로 형성하는 경우에는 제1 상부전극(130a) 및 제2 상부전극(130b)을 형성할 때 함께 형성할 수도 있음은 물론이다. 커버 부착용 전극(140a, 140b)을 접착제로 형성하는 경우에는 정특성 서미스터(110)의 상면(110a)에 접착제를 도포하여 형성할 수 있다.
바이메탈(160)을 절연층(135) 상부에 장착한다. 바이메탈(160)의 면적은 절연층(135)의 면적보다 작게 하는 것이 바람직하다. 바이메탈(160)은 티탄(Ti)과 니켈(Ni)의 합금인 니티놀(nitinol) 또는 구리(Cu)/아연(Zn)/알루미늄(Al) 합금 등을 포함하여 이루어질 수 있다. 바이메탈(160)은 제1 상부전극(130a) 및 제2 상부전극(130b)에 접속되지 않게 배치한다.
바이메탈(160)을 상부전극(130) 상부에 장착한다. 이러한 바이메탈(160)은 열팽창률이 다른 이종금속을 접합시킨 것으로 Fe-Ni, Cu-Zn, Mn-Cu-Ni, Fe-Ni-Cr 등의 2원 또는 3원계로 제작할 수 있는데, 열팽창률의 정도 및 변형온도의 범위에 따라 다양하게 설계하여 제작할 수 있다. 바이메탈(160) 대신에 형상기억합금을 사용하는 경우에는 티탄(Ti)과 니켈(Ni)의 합금인 니티놀(nitinol) 또는 구리(Cu)/아연(Zn)/알루미늄(Al) 합금 등으로 제작할 수 있다. 바이메탈(160)은 제1 접속 플레이트(150a) 및 제2 접속 플레이트(150b)에 접속되지 않게 배치한다.
제2 상부전극(130b)에 접속되고 정상상태에서 바이메탈(160)의 위로 볼록한 부분과 접속되는 가동 단자(180)를 부착한다. 가동 단자(180)는 베이스 단자(170)와 접속하는 부위인 제1 접속부(180a), 제1 접속부(180a)와 연결되어 있는 제1 연결부(180b), 제1 연결부(180b)와 연결되고 정상상태에서 바이메탈(160)의 위로 볼록한 부분과 연결되는 플레이트부(180c), 플레이트부(180c)와 연결되어 있는 제2 연결부(180d), 제2 연결부(180d)에 연결되고 제2 상부전극(130b)와 접속하는 부위인 제2 접속부(180e)를 포함한다.
베이스 단자(170) 및 가동 단자(180)가 부착한 후, 정특성 서미스터(110) 상부에 커버(190)를 장착한다. 커버(190)는 실시 형태에 따라 금속, 절연성 코팅된 금속 또는 세라믹 재질 등으로 형성할 수 있다. 상기 절연성 코팅된 금속은 금속 표면에 절연성 코팅막을 코팅 방식, 도금 방식 등의 방법으로 형성할 수 있다.
베이스 단자(170)와 가동 단자(180)를 고정시키며 커버(190)의 내부를 밀봉 처리하기 위하여 절연성 실링부(192)를 형성한다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
110: 정특성 서미스터
112: 비아홀
112a: 비아 120: 하부전극
130: 상부전극 130a: 제1 상부전극
130b: 제2 상부전극 135: 절연층
140a, 140b: 커버 부착용 전극
150a, 150b: 접속 플레이트
160: 바이메탈 170: 베이스 단자
180: 가동 단자 190: 커버
192: 절연성 실링부
112a: 비아 120: 하부전극
130: 상부전극 130a: 제1 상부전극
130b: 제2 상부전극 135: 절연층
140a, 140b: 커버 부착용 전극
150a, 150b: 접속 플레이트
160: 바이메탈 170: 베이스 단자
180: 가동 단자 190: 커버
192: 절연성 실링부
Claims (10)
- 특정 임계 온도 보다 높아지면 전기저항이 커지는 판형의 정특성 서미스터;
상기 정특성 서미스터 하면에 구비된 하부전극;
상기 정특성 서미스터 상면에 고립되게 구비된 상부전극;
상기 상부전극 상부에 구비되고 위로 볼록한 판형의 바이메탈;
상기 하부전극과 전기적으로 접속되는 판형의 베이스 단자; 및
상기 베이스 단자와 전기적으로 단속(斷續)되고 상기 바이메탈의 변형온도 미만에서 상기 바이메탈의 위로 볼록한 부분과 접속되는 가동 단자를 포함하며,
상기 바이메탈은 변형온도 미만에서 위로 볼록한 판재 형상을 이루다가 변형온도 이상이 되면 아래로 볼록한 판재 형상으로 변이하며,
상기 변형온도 이상이 되면 상기 가동 단자는 상기 바이메탈의 변이에 연동되어 움직여서 상기 베이스 단자와의 전기적 연결이 끊어지는 것을 특징으로 하는 안전장치.
- 특정 임계 온도 보다 높아지면 전기저항이 커지는 판형의 정특성 서미스터;
상기 정특성 서미스터 하면에 구비된 하부전극;
상기 정특성 서미스터 상면에 서로 이격되게 구비된 제1 상부전극 및 제2 상부전극;
상기 정특성 서미스터 상부에 고립되게 구비된 절연층;
상기 절연층 상부에 구비되고 위로 볼록한 판형의 바이메탈;
상기 제1 상부전극과 전기적으로 접속되는 판형의 베이스 단자; 및
상기 베이스 단자와 전기적으로 단속(斷續)되고 상기 제2 상부전극과 전기적으로 접속되면서 상기 바이메탈의 변형온도 미만에서 상기 바이메탈의 위로 볼록한 부분과 접속되는 가동 단자를 포함하며,
상기 바이메탈은 변형온도 미만에서 위로 볼록한 판재 형상을 이루다가 변형온도 이상이 되면 아래로 볼록한 판재 형상으로 변이하며,
상기 변형온도 이상이 되면 상기 가동 단자는 상기 바이메탈의 변이에 연동되어 움직여서 상기 베이스 단자와의 전기적 연결이 끊어지는 것을 특징으로 하는 안전장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 기준치 보다 높은 과전류가 인가되거나 외부 환경에 의해 상기 바이메탈 주변의 온도가 변형온도 이상이 되면 상기 바이메탈은 아래로 볼록한 판재 형상으로 변이하며, 상기 바이메탈의 변이에 연동되어 상기 가동 단자가 상부로 움직여서 상기 베이스 단자와 상기 가동 단자 사이가 이격됨으로써 상기 베이스 단자와 상기 가동 단자 사이의 전류 흐름이 차단되고,
상기 과전류가 사라지거나 상기 바이메탈 주변의 온도가 변형온도 미만이 되면 상기 바이메탈은 위로 볼록한 판재 형상으로 복귀하며, 상기 바이메탈의 형상 복귀에 연동되어 상기 가동 단자가 하부로 움직여서 상기 베이스 단자와 상기 가동 단자가 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 안전장치.
- 제1항에 있어서, 상기 베이스 단자는 비아 및 제1 접속 플레이트를 통해 상기 하부전극에 전기적으로 접속되고,
상기 비아는 상기 정특성 서미스터를 관통하여 일단에 구비되고 상기 하부전극과 전기적으로 접속되며,
상기 제1 접속 플레이트는 상기 정특성 서미스터 상면의 일단에 상기 비아와 접속되게 구비되는 것을 특징으로 하는 안전장치.
- 제1항에 있어서, 상기 베이스 단자는 상기 정특성 서미스터와 대면하는 단부에 구비된 단자연결부를 통해 상기 하부전극에 접속되고,
상기 단자연결부는 제1 단자 연결부와 제2 단자 연결부를 포함하며,
상기 제1 단자연결부는 상기 정특성 서미스터의 측면을 따라 하부로 뻗어있는 부분이고,
상기 제2 단자연결부는 상기 정특성 서미스터의 하면을 따라 뻗어있는 부분으로서 상기 하부전극과 접속되는 부분인 것을 특징으로 하는 안전장치.
- 제1항에 있어서, 상기 가동 단자는,
상기 베이스 단자와 접속하는 부위인 제1 접속부;
상기 제1 접속부와 연결되어 있는 제1 연결부;
상기 제1 연결부와 연결되고 정상상태에서 상기 바이메탈의 위로 볼록한 부분과 연결되는 플레이트부;
상기 플레이트부와 연결되어 있는 제2 연결부; 및
상기 제2 연결부에 연결되고 제2 접속 플레이트와 접속하는 부위인 제2 접속부를 포함하는 것을 특징으로 하는 안전장치.
- 제2항에 있어서, 상기 가동 단자는,
상기 베이스 단자와 접속하는 부위인 제1 접속부;
상기 제1 접속부와 연결되어 있는 제1 연결부;
상기 제1 연결부와 연결되고 정상상태에서 상기 바이메탈의 위로 볼록한 부분과 연결되는 플레이트부;
상기 플레이트부와 연결되어 있는 제2 연결부; 및
상기 제2 연결부에 연결되고 제2 상부전극과 접속하는 부위인 제2 접속부를 포함하는 것을 특징으로 하는 안전장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 베이스 단자 및 상기 가동 단자가 부착된 상기 정특성 서미스터의 상부에 구비되는 커버를 더 포함하고,
상기 커버는 내부 공간을 갖는 박스 형상을 갖고,
상기 커버는 상기 베이스 단자의 일부, 상기 바이메탈, 상기 가동 단자의 일부를 수납하여 보호하며,
상기 커버의 제1 측면에 제1 개구부가 구비되고,
상기 제1 개구부를 통해 상기 베이스 단자가 외부로 돌출되어 있으며,
상기 커버의 제2 측면에는 제2 개구부가 구비되고,
상기 제2 개구부를 통해 상기 가동 단자가 외부로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 안전장치.
- 제8항에 있어서, 상기 베이스 단자와 상기 가동 단자를 고정시키면서 상기 커버의 내부를 밀봉 처리하기 위한 절연성 실링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안전장치.
- 제9항에 있어서, 상기 커버는 금속, 절연성 코팅된 금속 또는 세라믹 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 안전장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140040259A KR20150115356A (ko) | 2014-04-04 | 2014-04-04 | 정특성 서미스터를 이용한 안전장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140040259A KR20150115356A (ko) | 2014-04-04 | 2014-04-04 | 정특성 서미스터를 이용한 안전장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150115356A true KR20150115356A (ko) | 2015-10-14 |
Family
ID=54357522
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020140040259A KR20150115356A (ko) | 2014-04-04 | 2014-04-04 | 정특성 서미스터를 이용한 안전장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20150115356A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113572128A (zh) * | 2021-08-11 | 2021-10-29 | 上海维安电子有限公司 | 一种过温和过电流一体式防护元件 |
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2014
- 2014-04-04 KR KR1020140040259A patent/KR20150115356A/ko not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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