KR20150139872A

KR20150139872A - 유체가-새지 않는 바이어

Info

Publication number: KR20150139872A
Application number: KR1020157030264A
Authority: KR
Inventors: 위베 핏츨
Original assignee: 코스탈 콘탁트 치스테메 게엠베하
Priority date: 2013-03-30
Filing date: 2014-03-26
Publication date: 2015-12-14
Also published as: KR102061385B1; EP2979329B1; EP2979329A1; MX2015013837A; BR112015024955B1; JP2016516282A; BR112015024955A2; US20160020550A1; CN105144496A; WO2014161760A1; CN105144496B; JP6266747B2; MX363550B; US9595783B2; ES2688427T3; DE102013005705A1

Abstract

본 발명은 캡슐화된 부분 위에 하나 또는 그 이상의 변형된 횡단면을 가진, 하나 이상의 평평 접촉부를 포함하는 플라스틱 본체를 통하는 유체가-새지 않는 바이어에 관한 것이다. 상기 플라스틱 본체는 비-수축성 열경화성 재료로 구성되며, 상기 플라스틱 본체 및 하나 이상의 평평 접촉부 사이에 영구적인 탄성 밀봉 수단이 삽입된다.

Description

유체가-새지 않는 바이어{FLUID-TIGHT VIA}

본 발명은 캡슐화된 세그먼트 위에 하나 또는 그 이상의 변형된 횡단면을 가진, 하나 이상의 평평 접촉부를 포함하는 플라스틱 본체를 통하는 유체가-새지 않는 바이어에 관한 것이다.

이러한 유체가-새지 않는 바이어(via)는 독일 특허 DE 10 2009 058 525 A1로부터 공지되어 있다. 이러한 바이어에서, 평평 접촉부(flat contact)는 축방향에서 주변 방향으로 테이퍼구성되는(tapered circumferentially) 횡단면 윤곽을 가진 하나 이상의 섹션을 포함한다. 코팅(coating)을 캡슐화한 뒤, 평평 접촉부는 캡슐화된 코팅에 대해 테이퍼링 방향으로 이동되며(displaced), 테이퍼링된 윤곽의 외측 표면을 따라 공동(cavity)이 밀폐되어(closed), 따라서 바이어가 평평 접촉부의 축방향 부분(axial section)을 따라 밀봉된다(sealed).

여기서, 평평 접촉부의 이동에 의해 밀봉된 공동은 냉각 동안 플라스틱 재료의 수축에 의해 야기된다. 특히, 열가소성 재료(thermoplastic material)는 냉각 동안 자신의 내부 구조를 변경시켜 재료의 체적(volume)을 감소하게 한다. 이러한 후수축(aftershrinkage)으로 인해 접촉부(contact) 내에 작은 틈(gap)이 생성되는데, 이러한 틈은 앞에서 기술된 것과 같이 밀봉된다. 하지만, 구현되는 밀봉 정도(sealing degree)는 종종 바람직하지 못한 환경 상태, 가령, 고압 및 고온 하에서는 충분하지 못하다.

열악한 환경 상태는 자동차의 트랜스미션 하우징(transmission housing) 내에 내장된 커넥터(connector)에 의해 전달된다. 이러한 플러그-인 커넥터는 온도 변화 뿐만 아니라 커다란 온도차에 노출되어, 진동 및 높은 오일 압력을 견뎌내야 한다. 이러한 경우, 둥근 핀(rounded pin)을 가진 플러그-인 커넥터가 거의 배타적으로 사용된다. 이들은, 일반적으로 고압 하에서, 둥근 핀의 횡단면 수치(cross sectional dimension)들 비해 약간 더 작은 수치들을 가진 플라스틱 본체(plastic body) 내의 관통-홀(through-hole) 안에 삽입된다.

이러한 공정은, 평평 접촉부를 사용할 때, 문제가 발생하는 것으로 밝혀졌는데, 관통-홀 내의 압력 힘(pressure force)들이 핀 접촉부의 표면에 걸쳐 대칭으로 작용하지 않기 때문이다. 평평 접촉부의 기다란 에지(long edge)의 영역 내에 밀봉부(seal)를 형성하는 것이 특히 어려운데, 이는 핀 접촉부의 표면에 대한 수직 방향이 불연속적으로(discontinuously) 변경되기 때문이다. 이에 따라, 통상적인 온도 및 압력 변화에서는, 평평 접촉부를 가진 트랜스미션 하우징 핀 커넥터에 대해서 적절한 오일-새지 않음(oil tightness)이 구현되지 않는다.

공개되지 않은 독일 특허출원 DE 10 2011 121 133에는, 플라스틱 본체가 비-수축성 듀로플라스틱 재료(duroplastic material)로 구성되며 하나 이상의 캡슐화된 평평 접촉부의 세로방향 에지가 둥근 바이어가 기술되어 있다. 따라서, 특별히 디자인된 평평 접촉부를 가진 특정 선택된 캡슐화 재료(encapsulation material)의 조합에 의해 유체가-새지 않는 바가 구현된다. 함께 선택된 두 특징 모두, 적어도 유체가-새지 않으며 심지어 특정 압력 영역에 걸쳐 가스가-새지 않는(gas-tight) 바이어가 생성된다. 하지만, 이러한 바이어의 가스가-새지 않는 성질은, 가스 타입에 따라, 압력이 너무 높지 않도록 제한한다.

본 발명의 목적은, 고압 및 고압 하에서도 우수하게 작동하고, 넓은 온도 범위에 걸쳐서도 유체가-새지 않을 뿐만 아니라 가능한 최대한 진동 및 화학물질에 대한 저항(resistance)을 가지며, 추가로 훌륭하게 가스가-새지 않는 성질을 가진, 평평 접촉부(flat contact)를 가진 범용 바이어(via)를 형성하는 데 있다.

본 발명에 따르면, 상기 목적은 비-수축성 듀로플라스틱 재료로 형성된 플라스틱 본체(plastic body)를 형성함으로써 구현되는데, 상기 플라스틱 본체 및 하나 이상의 평평 접촉부의 경계면(interface) 사이에는 영구적인 탄성 밀봉부(seal)가 삽입된다.

이러한 영구적인 탄성 밀봉부에 의해, 오랜 시간 기간 및 커다란 온도 범위에 걸쳐 탄성 성질을 보유하는 재료가 이해되었다. 그 뒤, 영구적인 탄성 밀봉부에 경화되는 바이어가 형성되는, 저-점성 엘라스토머계 재료가 사용된다.

여기서, 하나 이상의 평평 접촉부를 캡슐화하기 위해 듀로플라스틱 재료가 사용되는 것이 중요하다. 종래에, 사출성형을 위해 사용되는 통상적인 열가소성 재료에 비해, 듀로플라스틱 재료는 경화 동안에 체적이 감소되지 않으며 변경되지 않은 상태로 유지되거나 혹은 심지어 팽창한다고 밝혀졌다. 여기서, 해결되어야 하는 문제에 관하여, 또한, "비-수축제(non-shrinker)"로 알려져 있으며, 수축되거나 팽창하지 않는, 비-수축성 듀로플라스틱 재료가 특히 적합하다. 이러한 재료는 예를 들어 에폭시 수지, 페놀 수지, 또는 소위 벌크 몰딩 화합물(bulk molding compound: BMC) 그룹에서 발견될 수 있다. 이러한 비-수축성 듀로플라스틱 재료를 사용하면, 캡슐화 재료를 경화하는 동안 공동(cavity)이 형성되지 않고도, 평평 접촉부가 캡슐화될 수 있게 된다.

하지만, 심지어, 비-수축성 듀로플라스틱 재료에 대해서, 플라스틱 재료 내에서 또는 평평 접촉부 및 플라스틱 본체 사이의 전이 영역(transition region) 사이에는, 극히 미세하게 작은 미세-균열(micro-crack), 모세관(capillary) 등이 형성될 수 있는데, 이에 따라 바이어는 너무 높지 않은 압력까지만 가스가-새지 않는 성질을 가질 수 있게 제한된다.

이러한 문제점은, 이제, 캡슐화 공정(encapsulation process) 동안 발생하는, 피할 수 없는 극소 누출부(minuscule leak)들이, 그 후에 제공되는 엘라스토머 재료로 밀봉됨으로써 해결된다. 이를 위하여, 아직 경화되지 않은 엘라스토머 결합제(elastomeric binder)를 압력차에 의해 밀봉되어야 하는 위치로 이동시키는, 소위, 주입 공정(impregnation procedure)이 적절한 것으로 밝혀졌다.

이는, 예를 들어, 비-수축성 듀로플라스틱 재료로 캡슐화된 하나 또는 그 이상의 평평 접촉부로 구성된 바이어가 아직 경화되지 않은 엘라스토머 결합제와 함께, 배쓰(bath) 내에 위치될 때 발생될 수 있는데, 그 뒤, 높은 압력을 거쳐서, 엘라스토머 결합제 자체가 바이어의 좁다란 모세관 안으로 침투된다(penetrate).

문제가 없는(problem-free) 주입 단계에서 엘라스토머 결합제가 모세관 안에 침투될 수 있도록, 우선, 바이어의 모세관으로부터 모든 수분 및 가스 공동(gas cavity)이 제거되는, 소위, 진공 주입 공법(vacuum impregnation technique)을 사용하는 것이 특히 바람직하다.

본 발명의 추가적인 바람직한 실시예들 및 변형예들은 종속항들에 기술된다.

캡슐화 공정 동안, 평평 접촉부 및 듀로플라스틱 재료 사이에 균일한 연결을 보장하기 위하여, 선택적으로는, 둥근 하나 이상의 평평 접촉부의 세로방향 에지(longitudinal edge)가 제공될 수 있다.

이는 스탬핑 공정(stamping process)을 이용하여 하나 이상의 평평 접촉부의 미가공 에지(raw edge)를 엠보싱하여(embossing) 주변 방향으로 둥글게 형성함으로써(rounded circumferentially) 구현될 수 있다. 따라서, 평평 접촉부는 정확하게 직사각형의 횡단면 형태를 가지지 않지만, 상기 횡단면의 측면(side)들 사이에 둥근 전이부분(rounded transition)들이 있는 거의 직사각형의 횡단면을 가진다. 이러한 프로파일(profile)은 도 5에 개략적으로 도시되어 있다. 또한, 하나 이상의 평평 접촉부는, 예를 들어, 도 3 및 4에 도시된 에지 섹션(edge section) 상의 캡슐화된 부분(encapsulated piece) 위에서 하나 또는 그 이상의 직사각형 형태 또는 둥근 형태의 공동(cavity)을 가진다. 따라서, 평평 접촉부의 횡단면 폭(cross sectional width)은 축방향으로 변경된다.

하나 이상의 평평 접촉부가 폼 피팅(form fitting) 방식으로 캡슐화되고 난 뒤, 리세스(recess)는 하나 이상의 평평 접촉부가 캡슐화 재료에 결합되게 한다. 또한, 상기 리세스들은 평평 접촉부의 축방향으로 미로 구조(labyrinth structure)를 형성하며, 이에 따라 경계 재료(bordering material) 주위에 다-단계 압력 강하(multi-stage pressure drop)가 발생되어, 바이어의 밀봉 특성(sealing property)이 추가로 향상된다. 본 발명에 따르면, 캡슐화 재료의 바람직한 특징은, 공정 동안에는 재료 체적(volume)이 변경되지 않으며 이에 따라 리세스를 타이트하게 채운다(fill tightly)는 사실이다.

하나 이상의 평평 접촉부 및 캡슐화 재료가 가능한 최대한 비슷하며, 이상적으로는, 동일한 열팽창계수를 가지는 것이 특히 바람직하다. 이런 방식으로, 넓은 온도 범위에 걸쳐, 밀봉 특성을 저하시킬 수 있는, 기계적 응력(mechanical stress) 및 공동 형성(cavity formation)이 둘 다 방지된다.

또한, 바람직한 밀봉 특성 및 높은 온도 허용오차(temperature tolerance)의 측면에서 볼 때, 캡슐화된 영역에 영향을 끼치지 않고 갈바닉 공정(galvanic process)에 의해, 하나 이상의 평평 접촉부의 비-캡슐화된 단부 섹션(non-encapsulated end section)이 처리되는 것이 특히 바람직하다. 이런 방식으로, 하나 이상의 평평 접촉부의 캡슐화된 영역 및 비-캡슐화된 영역에는 상이한 갈바닉 코팅(galvanic coating)이 제공되며, 이에 따라 각각의 영역에서 특히 바람직한 성질을 가진다.

따라서, 예를 들어, 하나 이상의 평평 접촉부의 비-캡슐화된 영역만이 주석(tin) 또는 은(silver) 코팅을 가지는 것이 바람직할 수 있다.

이를 위하여, 표면 처리가 되지 않은 평평 접촉부, 및 가능하다면, 변색-방지 재료(anti-tarnishing material)로 처리된 평평 접촉부는, 우선, 공정 절차 동안에 캡슐화될 수 있으며, 그 후에, 플라스틱 본체의 단부들로부터 돌출되는 평평 접촉부가 표면 처리되고, 가능하다면, 부동태화된다(passivated). 평평 접촉부의 오직 몇몇 세그먼트들 만이 처리된다는 사실은, 은 및 부동태화 제제(passivation agent)를 사용할 필요성을 줄이는 추가적인 이점을 제공한다.

본 발명에 따른 바이어(via)의 유리한 실시예들을 위한 추가적인 세부 사항들이 하기 도면들에 대한 설명으로부터 자명해질 것이다.
도 1은 플러그-인 커넥터의 투시도;
도 2는 바이어의 또 다른 예를 도시한 도면;
도 3 및 4는 평평 접촉부를 도시한 단면도;
도 5는 도 4의 평평 접촉부의 한 세그먼트를 도시한 도면이다.

도 1은 두 챔버(9, 10) 사이에 평평 접촉부(1)의 유체가-새지 않는(fluid-tight) 피드스루(feedthrough)를 가진 플러그-인 커넥터(6)의 도면이다. 플러그-인 커넥터 하우징(6)은 사출성형 부분으로서 형성되는데, 여기서, 평평 접촉부(1)의 섹션(4)들은 비-수축성 듀로플라스틱 재료(non-shrinking duroplastic material)로 캡슐화되어(encapsulated) 플러그-인 커넥터 하우징(6)을 형성한다.

도 1에 도시된 바이어의 2-극(two pole) 실시예는 순전히 대표적인 실시예로 제공된다. 본 발명에 따른 바이어는 자유롭게 선택될 수 있는 개수를 가진 캡슐화된 평평 접촉부(1)를 가질 수 있는데, 특히, 단일의 평평 접촉부(1) 또는 심지어 많은 개수를 가진 평평 접촉부(1)를 가진 바이어를 포함한다. 도 2는 서로에 대해 3개의 평행한 열에 배열된 7개의 평평 접촉부(1)를 가진 바이어의 또 다른 예를 도시한 도면이다.

평평 접촉부(1)를 듀로플라스틱 재료로 캡슐화한 뒤에, 바이어는 아직까지는 경화되지 않은 엘라스토머 결합제(도면에는 도시되지 않음)와 함께 배쓰(bath) 내에 위치되며, 그 뒤에, 높은 압력이 제공되어, 엘라스토머 결합제가 평평 접촉부(1)와 플라스틱 본체(2) 사이의 남아 있는 미세 틈(interstices)(모세관) 안으로 들어간다(pressed into).

대안으로 또는 그 외에도, 문제가 없는(problem-free) 주입 단계에서 엘라스토머 결합제가 모세관 안에 침투될 수 있도록, 우선, 바이어의 모세관으로부터 모든 수분 및 기공(gas cavity)이 제거되는 진공 주입 공법(vacuum impregnation technique)이 사용된다.

도 3 및 4에는 섹션(4) 위에 캡슐화 부분(3)에 의해 둘러싸는 단일의 평평 접촉부(1, 1')가 도시된다. 빗금 친 영역은, 도 1 및 2에 도시된 것과 같이, 평평 접촉부(1, 1')를 직접적으로 둘러싸는 플라스틱 본체(2)의 부분적인 체적(volume)을 위한 캡슐화 부분(3)을 개략적으로 보여준다.

평평 접촉부(1, 1')는 캡슐화 부분(3)을 둘러싸는 섹션(4) 내부에 있는 평평 접촉부(1 또는 1')의 세로면(longitudinal side) 내에 형성된 직사각형 형태의 리세스(5b)(도 4) 또는 둥근 리세스(5a)(도 3) 형태의 변형된 복수의 횡단면을 가진다. 캡슐화 부분(3)은, 사용되는 듀로플라스틱 재료의 "비-수축성" 성질 때문에, 광범위한 온도 및 압력 영역에 걸쳐 폼 피팅(form fitting) 형태로 유체가-새지 않는 리세스(5a 또는 5b)와 결합된다.

평평 접촉부(1, 1')의 비-캡슐화된 단부 섹션(7a, 7b)은 캡슐화 공정(encapsulation process) 후에 갈바닉 처리될 수 있으며(galvanically treated), 예를 들어, 은 코팅으로 전기전도성을 향상시킬 수 있다.

도 5는 도 4의 평평 접촉부(1')의 한 세그먼트를 도시한 도면이다. 평평 접촉부(1')의 횡단면 폭(b)이 축방향(a)으로 변경되는 리세스(5b) 중 하나가 도시된다. 또한, 평평 접촉부(1')의 둥근 세로방향 에지(8)도 볼 수 있는데, 상기 에지는 미가공 에지(raw edge) 위에서 스탬핑되어야 하는 측면 상에 평평 접촉부(1')를 엠보싱함으로써 몰딩된다. 둥근 세로방향 에지(8)는 평평 접촉부(1')가 캡슐화 재료에 결합되는 것을 현저하게 향상시킨다.

1,1' : 평평 접촉부 2 : 플라스틱 본체
3 : 캡슐화 부분 4 : 캡슐화된 부분
5a : (둥근) 리세스 5b : (직사각형) 리세스
6 : 플러그-인 커넥터 하우징 7a,7b : 단부 섹션
8 : 세로방향 에지 9,10 : 챔버
a : 축방향 b : 횡단면 폭

Claims

캡슐화된 부분(4) 위에 하나 또는 그 이상의 변형된 횡단면을 가진, 하나 이상의 평평 접촉부(1, 1')를 포함하는 플라스틱 본체(2)를 통하는 유체가-새지 않는 바이어에 있어서,
플라스틱 본체(2)는 비-수축성 듀로플라스틱 재료로 형성되며, 상기 플라스틱 본체(2) 및 하나 이상의 평평 접촉부(1, 1')의 경계면(interface) 사이에 영구적인 탄성 밀봉재(sealant)가 삽입되는 것을 특징으로 하는 유체가-새지 않는 바이어.
제1항에 있어서, 상기 밀봉재는 진공 주입에 의해 삽입되는 것을 특징으로 하는 유체가-새지 않는 바이어.
제1항에 있어서, 상기 밀봉재는 압력 주입에 의해 삽입되는 것을 특징으로 하는 유체가-새지 않는 바이어.
제1항에 있어서, 상기 밀봉재는 듀로플라스틱 재료가 경화된 뒤에 삽입되는 것을 특징으로 하는 유체가-새지 않는 바이어.
제1항에 있어서, 하나 이상의 평평 접촉부(1, 1')의 세로방향 에지(8)는 둥근 것을 특징으로 하는 유체가-새지 않는 바이어.
제1항에 있어서, 변형된 횡단면은 리세스(5a, 5b)를 통해 구현되는 것을 특징으로 하는 유체가-새지 않는 바이어.
제1항에 있어서, 하나 이상의 평평 접촉부(1, 1') 및 플라스틱 본체(2)는 동일한 열팽창계수를 가지는 것을 특징으로 하는 유체가-새지 않는 바이어.
제1항에 있어서, 플라스틱 본체(2)는 플러그-인 커넥터 하우징(6)을 형성하는 것을 특징으로 하는 유체가-새지 않는 바이어.
제4항에 있어서, 바이어는 다-극(multiple pole) 플러그-인 커넥터를 형성하는 것을 특징으로 하는 유체가-새지 않는 바이어.
제1항에 있어서, 하나 이상의 평평 접촉부(1, 1')의 비-캡슐화된 단부 섹션(7a, 7b)은 갈바닉 공정(galvanic process)에 의해 처리되는 것을 특징으로 하는 유체가-새지 않는 바이어.
제1항 또는 제6항에 있어서, 하나 이상의 평평 접촉부(1, 1')는 적어도 부분적으로 주석 또는 은 코팅을 가지는 것을 특징으로 하는 유체가-새지 않는 바이어.
제1항에 있어서, 하나 이상의 평평 접촉부(1, 1')의 세로방향 에지(8)는 미가공 에지(raw edge) 상에서 스탬핑 공정으로 엠보싱되어 주변 방향으로 둥글게 형성되는(rounded circumferentially) 것을 특징으로 하는 유체가-새지 않는 바이어.
제1항에 있어서, 플라스틱 본체(2)는 에폭시 수지, 페놀 수지, 또는 비-수축성 성질을 가진 벌크 몰딩 화합물(bulk molding compound)로 구성되는 것을 특징으로 하는 유체가-새지 않는 바이어.
제1항에 있어서, 바이어는 자동차의 트랜스미션 하우징 내에서 사용되는 전기 플러그-인 커넥터의 한 구성요소인 것을 특징으로 하는 유체가-새지 않는 바이어.