KR830000495B1 - 다극절연단자(多極絶緣端子)의 제조방법 - Google Patents

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다극절연단자(多極絶緣端子)의 제조방법

제1도는 선행기술로 이루어진 다극절연단자의 구조를 나타내는 단면도이며, (a)는 횡단면도, (b)는 종단면도.

제2도는 본원 발명의 방법에 의해서 제조된 다극절연단자의 일례의 구조를 나타내는 단면도로서 (a)는 횡단면도, (b)는 종단면도.

제3도는 본원 발명에 의한 다극절연단자의 제조방법의 일례를 나타내는 단면도로서 일점쇄선좌측의 (a)는 가압성형직전의 상태를, 동 우측의 (b)는 가압후의 상태.

제4도는 본원 발명방법에 의해서 제조된 다른 다극절연 단자의 예를 나타내는 단면도로서, (a)는 횡단면도, (b)는 종단면도.

제5도는 제4도에 나타낸 실시에의 제조방법을 설명하는 단면도로서, 일점쇄선좌측의 (a)는 가압성형직전의 상태를, 동 우측의 (b)는 가압후의 상태.

본원 발명은 다극절연단자의 제조방법, 특히 기밀성, 내열성, 내열충격성에 뛰어난 다극절연단자의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 비등냉각식반도체 정류장치, 또는 일반적인 제어, 측정장치 등이며, 전기기기본체를 기밀용기내에 수용하는 것에 있어서는 용기 내부와 외부를 전기적으로

종래, 이 종류의 절연단자로서 일반적으로 사용되고 있는 것에 기밀봉착제(氣密封着劑) 및 전기절연물로서 고무, 유리 또는 자기질 등을 사용한 것이 있지만, 고무를 사용한 것은 내열특성이 결핍되어 경년변화(經年變化)가 있으며, 또는 프론(FREON FRON)(미국 듀폰사 상품명)등의 냉각매체에 대한 내식성 등에 문제가 있고, 유리 또는 자기질을 사용한 것은 열 및 기계충격성이 결핍되며, 특히 전기차 등에 탑재되는 정류장치 등에 사용했을 경우, 진동에 의해 파손한다고 하는 치명적인 결함이 있고, 이들을 사용하는 것은 불가능하다.

상기한 치명적인 결함을 배제한 것, 즉 냉매(冷媒)에 대한 내식성을 지니며, 더구나 경년변화 및 충격특성에 대해서 뛰어난 특성을 유지하고, 나아가서 스페이스, 장착의 용이성 등에서 통전용의 단자도체를 복수개갖는 다극절연 단자가 얻어지지 않기 때문에 통전용 단자도체(이하 간단히 「통전극」이라고 한다.) 1개의 기밀절연단자(이하 단극단자라고 호칭한다.)의 것으로 상기 특성을 완전히 만족시키는 다음에 상술한 것을 필요한 수만큼 사용하고 있었다. 이 경우, 사용수가 증가하기 때문에 장착수단을 요하는 것은 물론, 창작면적이 증가하고, 장치자체의 크기가 필요이상으로 커져서 필연적으로 제조비용이 비싸진다고 하는 피치 못할 조건하에 있었다. 상기 특성의 안정된 단극단자란 앞서 본원 발명자등이 개발한 것이며(일본국 특허공개공보소 52(서기1977-126786. ) 유리질분말과 운모분말의 혼합분말을 기밀봉착 제검 절연물원료로 하고, 이 원료중의 유리질이 연화하는 온도로 원료혼합물을 가열하여, 가열성형함으로써 통전극

다음에 제1도에 의거하여 그 구조를 설명한다. (1)은 기체를 구성하는 외주쇠장식이며, 예컨대 철, 스테인레스 등 600℃정도의 가열에 견딜 수 있는 금속이며, 용접, 나사멈치 기타의 적절한 방법으로 기벽 등 소망의 부분에 설치된 관통구멍에 장착할 수 있다. (2a)는 외주쇠장식 (1)의 중앙부에 설치된 관통구멍(1a)의 중심부에 위치하는 통전극, (2b)는 관통구멍(1a)의 중심부 이외에 위치하는 통전극, (3)은 절연물이며, 단극단자와 마찬가지로 유리질분말과 운모분말의 혼합분말을 원료로 하고, 이 원료를 유리질. 연화하고, 가압에 의해 유동하는 온도를 가열하고, 가열상태에서 가압성형한 유리, 운모소조체(塑造體)이다. 도면에 있어서 통전극 (2a),(2b)는 합계 7개가 도시되어 있지만, 수에 대해서는 관계없이, 이는 통전극이 존재하는 위치이다.

단극단자의 경우는 상기와 같이 뛰어난 특성을 완전히 유지하지만, 다극단자가 되면, 본원 발명자들의 실험에 의하면, 온도의 상승하강이 반복되면 통전극(2)의 의주부의 기밀유지특성이 열화(劣化)한다고 하는 치명적인 결함이 나타나겠금 된다. 그래서 비등냉각장치용의 기밀절연단자 등의 용도에는 사용이 불가능하다.

이 이유에 대해서 설명한다. 통전극이 1개일 경우, 즉 단극단자가 뛰어난 기밀특

이것에 대해서, 제1도에 나타낸 다극단자의 경우에는 관통구멍(1a)의 중심부에 존재하는 통전극(2a)외에 등원주상(等圓周上)에 6개의 통전극(2b)을 배치하고 있지만, 중심부의 통전극(2a)이외의 통전극(2b)은 그외 주면과 외주 쇠장식(1)의 내벽(4)과의 거리가 변화한다. 즉, 내벽(4)에 가까이 위치하고 있는 통전극(2b)의 외주면은 외주쇠장식(1)의 수축에 의한 압축을 직접 받지만 그 반대측의 면은 내벽(4)으로부터의 거리가 길게 되어 있으며 또한 그 사이에 다른 통전극이 존재하고 있기 때문에 받고 있는 압축력이 적게 되어 있다. 이처럼 통전극(2b)의 외주면이 받고 있는 압축력, 바꾸어 말하면 체착력(締着力)이 불균일한 상태로 되어 있다. 성형후의 상온시에 있어서는 충분히 기밀특성을 유지하지만 온도의 상승하강의 반복을 받으면 압축력이 약한 면이 누설현상을 초래하겠금 된다. 상기 설명으로 명백하듯이 이 구조의 다극단자는 온도변화에 의해 기밀특성이 열화되기 쉽다고 하는 치명적인 결함을 지니고 있다.

본원 발명은 상기 제1도에 나타낸 선행기술로 이루어진 다극절연단자의 결점도 배제한 다극절연단자를 용이하게 제조하는 방법을 제공하려고 하는 것이다.

제2도에 본원 발명의 일실시예에 의해서 제조된 기밀절연단자의 구조를 나타낸다. 도면중 (2a)는 단자의 중심부에 존재하는 통전극, (2b)는 중심이외에 위치하는 통전극, (3)은 유리, 운모소조체로 이루어진 절연물, (5)는 기체에서 통전극(2a),(2b)와 같은 수의 관통구멍(6)을 가지고 있으며, 공경(孔經)은 통전극의 경보다 굵게 되어 있다. 더욱 상세히 설명하자면 통전극(2a),(2b)은 관통구멍(6)의 중심부에 위치하고, 절연물(3)은 관통구멍(6)과 통전극(2a),(2b)의 사이의 공극부를 각각 충만시키고, 기체(5)의 상면에서 통전극(2a),(2b)을 둘러싸고 연결해서 구성되어 있다. 다음에 통전극(2a),(2b) 및 기체(5)는 최소한 성형온도, 예컨대 600℃의 가열에 견디고, 기계강도를 유지할 것이 요구된다. 또한 열팽창계수에 관해서는 유리, 운모 소조체의 전위온도까지의 열팽창계수가 기준이된다. 이 유리, 운모소조체의 전위온도까지의 열팽창계수가 기준이 된다. 이 유리, 운모소조체의 전위온도는 원료 유리의 전위온도와 동등하다고 생각해도 무방하다. 또 그 열 팽창계수는 원료유리에 크게 지배되는 것이며, 그 값은 8~12×10^-6정도의 것이 얻어진다. 기체(5)의 열팽창계수는 유리, 운모소조체의 그것보다 큰 것을 사용한다. 또 통전극(2a),(2a)의 열팽창계수는 유리, 운모소조체의 그것보다 작을 것이 이상적이지만 동등 또는 어느 정도 크더라도 지장은 없다. 이 점에 대해서는 제조방법과 밀접히 관계되므로 따로 설명하기로 하고, 먼저 구조자체와의 관계를 설명한다.

본원 발명으로 이루어진 다극단자의 특징은 기체(6)에 통전극과 같은 수의 관통구멍(6)이 설치되어 있고, 통전극(2a),(2b)은 각 관통구멍(6)의 중심부에 위치하고

다음에 제3도에 의거하여 대표적인 제조방법을 설명한다. 도면에 있어서, (7)은 성형틀, (8)은 쇠장식받이이며 통전극(2a),(2b)을 적립해서 유지할 수 있는 유지구멍(8a)의 갖는다. (9)는 가압금이며 통전극(2a),(2b)을 관통할 수 있는 관통구멍(9a)을 갖는다. 이상의 3부품으로 성형형이 구성되어 있다. 또한 상기 성형형 구성부품에는 각각 가열장치(도시하지 않음)가 부설되어 있고 소망의 온도로 가열할 수 있도록 되어 있다.

제조에는 중앙부에 고정반(10)을 가지며, 하부에 상하로 구동하는 구동부(11)와, 상부에 상하로 구동하는 구동부(12)를 갖는 가압성형기를 사용한다. (7)은 고정반(10)에 지그(jig)(도시하지 않음)를 통해서 고정한다. 쇠장식받이(8)는 하부구동부(11)에, 가압금(9)은 상부 구동부(12)에 각각 지그(도시하지 않음)에 의해서 고정한다.

기체(5)를 준비한다. 이들 쇠장식의 재료는 유리, 운모소조체의 유리질의 전위

다음에 예비성형체(13)를 준비한다. 이 예비성형체(13)는 유리질의 분말과 운모분말의 혼합분말을 다른 압형(押型)(도시하지 않음)을 사용해서 상온에서 가압하고 기체(5)에 대응한 소정형상으로 성형한다. 다음에 통전극이지만 재료는 특별히 한정되지 않으며, 철, 티타늄, 동합금 예컨대 동크롬등이 사용 가능하다. 열팽창계수에 대해서는 일반적으로 작은 쪽이 바람직하지만, 성형조건 방법에 의해 대폭으로 확대할 수 있다.

실제의 다극단자의 제조예를 공정에 따라 상세히 설명한다. 먼저 예비성형체(13)의 작성이지만 유리질에는 PbO : 1.0 몰, B₂O₃: 0.4 몰, SiO : 0.4 몰, AlF₃: 0.2 몰의 조성품을 200메쉬로 분쇄한 분말 55중량%, 합성금불소운모의 분말 60~100 메쉬품 45 중량%를 혼합하고, 물 5%를 가하여 습윤상태(濕滿狀態)로 한 것을 원료로 하고, 320g을 평취(枰取)하여 다른 성형형(도시하지 않음)을 사용하고, 냉간가압성형에 의한 외경 37㎜

, 높이 15㎜ 중심부로 및 이중심부를 받것 13㎜의 원중상에 등거리에 위치하는 5㎜

의 관통구멍 6개를 갖는 원판을 장식하고, 120℃의 건조기에 2시간 유지하여 분을 제거해서 작성을 완료했다.

다음에 기체(5)에 대해서는 스테인레스재질로 외경 40㎜

, 높이 20㎜로 중심부 및 이 중심부를 중심으로 하는 반경 13㎜의 원중상에 등거리에 위치하는 7㎜

의

의 것으로 길이를 최단 55㎜에서 각 1.5㎜씩 길게하여 최장 64㎜로 하고 각기 길이가 다른 것 7개로, 그 일단을 1㎜R로 완성한 것을 준비했다. 성형형은 쇠장식받이(8)를 제3도(a)에 나타낸 위치에, 가압금(5)은 틀(7)에 내포하는 위치에 유지하고, 각 가압장치를 사용하여 로300℃ 가열한다. 기체(5)는 550℃로, 또 예비성형체(13)는 600℃로 다른 전기도(도시하지 않음)를 사용해서 가열한다. 각각의 가열이 완료되면 먼저 가압금(9)을 제 3도(a)에 나타내듯이 상승시켜, 틀(7)과의 사이에 공간부를 설치하고, 다음에 쇠장식받이(8)를 그 상면이 틀(7)의 상면과 동위치로 될 때까지 상승시켜 통전극(2a),(2b)을 쇠장식받이(8)의 보유구멍(8a)에 삽전(揷塡)한다. 다음에 기체(5)를 그 관통구멍(6)에 통전극(2a),(2b)을 관입(貫入)시키고, 쇠장식받이(8) 위에 삽전하며, 계속해서 예비 성형체(13)를 같은 요령으로 기체(5)위에 삽전한다. 삽전이 완료되면 쇠장식받이(8)를 원위치까지 하강시키고, 계속해서 가압금(9)을 하강시켜, 관통구멍(9a)에 통전극(2a),(2b)이 진입토록해서 예비성형체(13)를 전압력 20톤으로 가압하고, 제3도 (b)에 나타낸 상태로 한다. 성형품전체를 320℃까지 냉각시켜, 가압금 (9)을 상승시킨후 쇠장식받이를 상승시켜 성형품을 꺼내고 성형을 완료한다.

상기 제조예에 있어서 성형에 직접 관계하는 사항에 대해서 설명한다. 쇠장식받이(8)의 유지구멍(8a)은 통전극(2a),(2b)를 직립해서 그 상단부에 있어서의 서로의 간격이 등거리를 유지하고, 가압금(9)의 하강시에 관통구멍(9a)에 원활하게 통전극(2a),(2b)이 관입할 수 있는 기능을 보유하도록 해두는 것이 중요하다. 또 통전극(2a),(2b)의 길이에 차이를 두고, 그 상단부를 곡면(曲面)으로 한 것은 삽입을 용이

다음의 예비성형체(13)의 형상이지만, 성형시 예비성형체를 삽전하고 나서 가압공정에 이르는 동안에 온도하강이 크면 균일한 성형이 곤란해진다. 이 현상을 피하기 위해서 삽전시에 틀(7)의 내벽 및 통전극(2a),(2b)에 접촉하지 않도록 하는 것이 필요조건이며, 그러기 위해서는 그 외경규격을 틀(7)의 내경보다 작고 또 구멍의 내경을 통전극(2a),(2b)의 외경보다 크게 해놓는 것이 중요하다. 또 이 제조에 있어서는 예비성형체(13)를 구성하는 유리질에 산화연을 함유하는 이른바, 연계(鉛系) 유리를 사용한 것에 대해서 설명했지만, 성분적으로는 하등 이것에 한정하는 것이 아니고 예를 들어 시판의 무연계 법낭용유약을 사용해도 좋다. 또 사용운모분말에 대해서는 유리질과 혼합공존해서 600℃정도 이상으로 가열하므로, 이 온도에서 분해되는 것은 사용할 수 없다. 즉 천연운모는 사용이 불가능하며, 합성운모에 한정되고, 합성불소운모는 가장 적합한 것의 예이다. 다음에 가열가압에 의해 성형한 절연물(3)에 대해서이지만, 구성하는 유리질의 전위온도 이하의 열팽창계수(이 경우에는 열수축 계수가 되지만 동등하게 고려된다)가 기체에 사용하는 금속재료의 그것보다 작을 것이 필수조건이다. 이 발명으로 이루어진 다극단자의 최대의 특징은 완전한 기밀특성을 유지하는 것이며, 그것은 외주에 존재하는 기체(5)가 내포하는 통전극(2a),(2b)을 그 사이에 개개시킨 절연물을 통해서 강력하게 조임으로써 달성되고 있다. 따라서 그 열팽창계수의 차이는 중요한 요인이다. 또한 통전극(2a),(2b)과의 열팽창계수에 대해서는 상기 이유와 마찬가지로 절연물(3)보다 통전극(2a),(2b)이 작은 것이 이상적이지만, 동등정도가 또는 약간 큰 것일

다음에 성형형, 기체(5), 통전극(2a),(2b) 및 예비성형체(13)의 가열온도에 대해서 설명한다. 먼저 성형형의 온도는 원료유리의 전위온도에 밀접하게 관계한다. 즉 전위온도보다 지나치게 높을 경우에는 가압성형시에 절연물(3)이 성형형에 밀착하여, 이형(離型)이 곤란해질 염려가 있고, 지나치게 낮으면 정밀도 부분을 형성할 염려가 있어 전원온도보다 약간 낮게 유지하는 것이 바람직하다. 또한 탈압분해(脫壓分解)시의 온도는 전위온도보다 낮을 것이 필수조건이 되므로, 이 점도 고려해서 온도설절을 하는 것이 중요하다. 기체(5)의 온도는 후술하는 예비성형체(13)의 가열온도와 밀접하게 관계된다. 제조공정에 있어서, 이 기체의 상면위에 예비성형체(13)가 삽전되어 면접촉을 하기 때문에 그 온도가 낮으면 예비성형체(13)를 냉각하고, 그 점성을 상승시켜, 가압성형시의 유동성을 악화시키므로 높은 것이 바람직하지만 너무 지나치게 높으면 기계적강도가 저하하고, 변형의 위험성이 나타나므로 바람직하지 못하다. 실제로는 예비성형체의 가열온도보다 낮게 하는 것이 바람직하다.

다음에 통전극(2a),(2b)의 가열온도는 성형의 삽전공정에 있어서 예비성형체(13)와 직접 접하는 일이 없으며, 절연물(3)이 외주부에 압입되는 것은 매우 단시간이며, 그 열용량도 매우 적으므로, 예비성형체(13)의 온도를 저하시켜 유동성을 저하시키는 일은 거의 없기 때문에 가열을 필요로 하지 않는 것이며, 오히려 상기한 바와 같이 수축의 절대량에도 관계되므로 기밀성확보의 면에서도 낮은편이 바람직하며

다음에 예비성형체(13)의 가열온도는 사용하는 유리질의 연화온도에 직접 관계하며, 법랑유약을 사용할 경우에는 800

~850℃로 되는 일도 있다.

다음의 유리질분말과 운모분말의 배합비율은 특성 및 성형조건에 관계하며 중요한 요인이다. 유리질의 배합비율이 증가하면 가압성형시의 유동성이 양호해지며, 성형이 용이해지지만, 반면 특성중 기계적강도가 저하하거나 금이가는 등의 결함이 나타나며, 지나치게 적으면 성형이 곤란해지는 등의 경향이 나타나 실제로는 용량비율로 해서 유리질이 25~50%의 범위가 적합하다.

다음에 관통구멍(6)의 공경(孔徑)은 통전극(2a),(2b)의 외경과의 관계로 절연저항 및 성형성에 관계된다. 그 차가 클수록 절연저항은 상승하고 동시에 예비성형체의 유동성도 증대한다. 또한 저항에 영향을 끼치는 경우도 있지만 그 직경의 차는 기밀특성에 거의 영향을 끼치지 않는다. 오히려 영향이 큰 것은 인접하는 관통구멍(6)과의 거리이다. 즉 그 거리가 짧으면 체착력에 관계되므로 기밀특성이 나빠지는 일이 있다. 실제로는 인접하는 관통구멍과의 최단거리는 관통구멍(6)의 직경과 같은 정도가 있으면 그 기밀특성은 완전히 확보된다.

상기와 같이 해서 성형을 완료한 것은 필요에 응해서 기계가공을 실시하는 것이 가능하며, 그 공정을 거쳐서 제조를 완료한다.

본원 발명으로 이루어진 다극단자는 그 절연물로서 종래 사용되고 있던 고무, 유리, 또는 자기질을 사용한 것과 달리 내식성, 기밀특성열 및 기계적충격강도를 만족시킬

도면4(a) 및 4(b)는 본원 발명의 다른 실시예로 이루어진 다극단자를 나타내는 것이며, 제5도는 상기 다른 실시예의 제조법을 설명하는 것이다.

이 실시예에서는 절연물(3)은 기체(5)에 설치된 관통구멍(6)과 통전극(2)의 간극부에 존재할뿐만 아니라 통전극(2)의 관통구멍(6)으로부터의 돌출부(21) 주면을 따로따로 포위해서 연면(鉛面) 절연부(31)를 형성하고 있으며, 고전압에 대해서도 유리한 것으로 되어 있다. 제4도의 것은 기체(5)의 단면부(51),(52)를 절연물이 피복(被覆)하고 있으며, 연면절연부(31) 상호의 연결부(32)를 형성하고 있다. 상기 제4도에 나타낸 실시예의 것을 제3도에 나타낸 제조예와 대충 같이해서 제조할 수 있다. 이 경우에 있어서, 가압성형시, 가압금(9)이 하강하면, 먼저 가압금(9)의 선단부(93)가 예비성형체(13)의 상면에 접촉하고, 다음에 예비성형체(13)는 변형해서 가압금(9)의 공간부(92)를 충만시킨다. 다음에 예비성형체(13)는 기체(5)의 관통구멍(6)을 통과해서 쇠장식받이(8)의 공간부(82)에 유동하겠금 된다. 이 유동도중에 있어서 통전극(2a),(2b)는 가압금(9)의 관입구멍(91)에 관입하겠금 된다. 이 시점에서는 통전극(2a),(2b)는 공간부(92)중에 충만된 예비성형체(13)에 의해 외주로부터 압력을 받고 있기 때문에 관입구멍(91)으로의 관입은 어려워진다. 이 어려움을 피하기 위한 수단으로서 가압금(9)의 관입구멍(91)의 입구(94)를 곡면으로 해 두는 것은 유효한 수

다음의 상하의 연면절연부(31)의 형상에 대해서는 실시예에 있어서는 상하 동일 규격형상품을 나타냈지만, 사용환경조건에 의해 각각의 길이에 차이를 두어도 하등 지장이 없다. 또 그 길이가 길수록 성형은 어려워지게 되는 것은 당연하다. 또 형상에 대해서 선단부만큼 경이 가는 원추상으로 함으로써, 성형 완료후의 탈형(脫型)이 용이해진다.

상기와 같이 해서 제조되는 본원 발명의 다극단자는 비등냉각식 반도체 정류장치에 사용하는 기밀절연단자에 한정되지 않고, 예컨대 물을 수용하는 금속용기의 전기방식(防蝕), 고압가스를 충전한 전자기기 등에도 사용이 가능하며, 용도가 광범위하다.

이상, 설명한 바와 같이 본원 발명에 의하면 온도변화에 대해서 기밀특성을 유지하며, 더구나 열적, 기계적충격성, 내식성 등에 뛰어난다고 하는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 도면에 표시하고 본문에 상술한 바와 같이 성형틀 내에 복수의 단자도체를 유지하는 공정, 상기 복수의 단자도체를 따로따로 간극(間隙)을 남기고 관통할 수 있도록 형성된 관통구멍을 가지며, 또한 소정온도로 가열된 기체를 상기 성형틀 내에 수용하는 공정, 상기 복수의 단자도체를 따로따로 관통할 수 있도록 형성된 관통구멍을 가지며, 또한 소정온도로 가열된 유리질과 운모로 이루어진 예비성형체를 상기 성형틀 내에 수용된 기체위에 탑재하는 공정, 상기 예비성형체를 가압하고, 상기 기체에 설치된 관통구멍과 상기 단자도체와 간극부에 충전함으로써 이들 관통구멍과 단자도체를 밀봉고착하는 공정을 갖은 것을 특징으로 하는 다극절연단자의 제조방법.

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