KR950013422B1 - 전기기기의 미끄럼접촉자 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전기기기의 미끄럼접촉자

제 1a 도는 본 발명을 적용한 회로차단기의 가동접촉자부분의 평면도.

제 1b 도는 제 1a 도의 가동접촉자부분의 측면도.

제 2 도는 제 1 도의 미끄럼접촉부의 금속조직을 도시한 전자현미경사진.

제 3 도는 미끄럼접촉면에 있어서 그 접촉저항의 측정결과를 나타내는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 고정접촉자 2,8 : 고정도체

3 : 고정접점 6 : 가동접점

4 : 가동접촉자 5 : 가동도체

7 : 홀더 9,10 : L자형 도체

11 : S자형 도체 12 : 지지축

13 : 압축스프링 14 : 접촉스프링

15 : 미끄럼접촉부

본 발명은 회로차단기 등의 각종 전기기기에 있어서, 전기도체를 접속하는 미끄럼접촉자에 관한 것으로서, 특히 이 미끄럼접촉자의 표면처리에 관한 것이다.

회로차단기, 단로잡촉기, 부하개폐기 또는 코넥터 등, 기계적으로 이동하는 도전부분을 갖는 전기기기에 있어서는 가동부와 고정부 사이에 상기 미끄럼접촉자가 이용된다.

미끄럼접촉자는 통전을 받는 접촉면이 미끄럼이동을 하는 과정에서 시시각각 변화하기 때문에 미끄럼이동과정에의 접촉저항은 정지상태와 비교해서 불안정하면서도 높은 경향이 있다. 접촉저항이 높아지면 전기에너지에 의해 접촉부가 가열되며, 여기서 잡촉면이 구리 또는 구리합금 등인 경우 산화에 의해 접촉저항이 더욱 높아져 산화가 더욱 촉진된다. 이와같은 악순환을 방지하기 위해 종래는 큰 전류가 흐르는 미끄럼접촉자의 접촉면에 은(Ag)도금을 행하고 있다.

그러나, Ag 도금은 연질이어서 손상이 발생하기 쉽고, 무부하개폐에 의해서도 쉽게 마모하여 은도금에 덮혀있던 기초부분의 도체가 노출된다. 또 통전시에는 전기열에 의해서도 Ag의 연질화가 촉진되어 미끄럼이동에 의해 도금층의 박리가 발생하며, 전류가 커지면 접촉부가 발열에 의해 용융이 발생한다. 이 발열은 미끄럼접촉자의 접촉력이 커짐에 따라 어느 정도 억제되지만 접촉력이 증가하면 이에 따라서 미끄럼접촉자의 이동성이 악화되므로 접촉력을 증대시키기 위한 구동기구와 스프링의 크기가 커지게 된다. 또, 접촉력을 증대하면 마찰력이 커지므로 전류부하에 의한 손상되는 별도로 도금층의 또다른 손상이 발생하게 된다.

이와같은 현상에 대처하기 위해 Ag도금피막에 도전성의 그리스를 도포하는 작업도 행해지고 있다. 이 방법은 코팅막의 손상을 방지하는 효과가 있고, 또 정지상태에서 접촉저항도 낮게 안정화시키는 효과가 있지만 본 발명자의 실험에 의하면 정지상태가 아닌 미끄럼이동과정에서는 접촉저항이 높고, 더욱이 큰 전류가 흐르는 경우에는 그리스를 도포하지 않은 경우 보다 더 큰 융착이 발생하였다. 또 그리스는 고온에서 장기간 사용하면 고형화하는 경향이 있어 그 사용에 제약이 있다.

따라서, 본 발명은 미끄럼이동과정에 있어서도 미끄럼접촉저항을 낮게 안정된 상태로 하여 통전시킬 수 있는 미끄럼접촉자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기기기의 미끄럼접촉자는 Ag매트릭스에 흑연(C)입자가 분산된 형태의 복합재료 코팅된 코팅면을 가지고, 상대도체와 미끄럼접촉하며, 농도 2-100g/ℓ 범위의 금속은, 농도 2-250g/ℓ 범위의 시안화칼륨, 농도 0.5-15g/ℓ 범위의 수산화칼륨, 농도 1-550g/ℓ 범위의 흑연분말, 흑연분말을 도금액에서 분산시키기 위한 것으로서 농도 10-2000ppm 범위의 분산제를 포함하는 도금액을 이용하여 상기 코팅면을 전기도금에 의해 형성하고 있다.

본 발명의 그밖의 목적 및 이점은 다음의 상세한 설명 청구범위에 기재된 수단을 통해서 보다 알기 쉽게 이해될 수 있고, 또한 용이하게 구현될 수 있다.

다음에, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.

제 1a 도 및 제 1b 도는 본 발명의 일실시예로서 고정도체와, 이 고정도체와 미끄럼접촉하는 가동도체로 이루어진 전원회로차단기의 미끄럼접촉자를 나타낸다. 도면에 있어서 1은 회로차단기(도시하지 않음)의 케이스에 나사 또는 그밖의 적절한 수단(도시하지 않음)으로 고정되는 구리재료의 고정도체(2)와 그 선단에 부착된 접점(3)으로 이루어진 고정접촉자, 4는 개폐기구(도시하지 않음)에 의해 구동되어 개폐를 위해 선회운동을 하는 구리재료의 가동도체(5)와 그 선단에 부착된 접점(6)으로 이루어진 가동접촉자, 7은 가동접촉자(4)를 유지하는 절연물의 홀더, 8은 과전류트립장치(도시하지 않음)의 발열체에 연결된 고정도체이다.

각 고정도체(8)는 직립하여 케이스에 나사(도시하지 않음)로 고정된 L자형 도체 (9), 이것에 수평하게 접합된 역시 L자형 도체(10), 또한 이것에 수평하게 접합된 S자형 도체(11)로 이루어지고, L자형 도체(10)와 S자형 도체(11)는 함께 포크형과 같은 형태를 취하면서 도시한 바와같이 가동도체(5)를 협지하여 이 가동도체와 미끄럼접촉을 하게 된다.

가동도체(5)와 도체(10), (11) 사이에는 가동도체(5)를 회전시키기 위한 지지축(12)이 삽입되고, 이 지지축(12)의 양단은 홀더(7)에 의해 유지되어 있다. 두 도체(10) (11)와 홀더(7)사이에는 각각 압축스프링(13)이 삽입되어, 이 도체(10) (11)를 가동도체(5)에 가압접촉시킨다. 14는 각 가동도체(5)의 수단과 케이스 사이에 삽입된 접촉스프링으로써 가동도체(5)를 도면의 반시계 방향으로 가압시키고, 고정접점(3)과 가동접점(6) 사이에 접촉압력을 발생시킨다.

이와같은 상태에서, 고정접촉자(1)로부터 가동접촉자(4)로 흐른 전류는 제 1a 도에 타원형 점선으로 표시한 미끄럼접촉부(15)와, L자형 도체(10), S자형 도체(11)를 경유하여 고정도체(8)로 흐르고, 다시 과전류트립장치(도시하지 않음)를 경유하여 부하측단자판에 도달한다. 도시한 폐로상태에서 조작핸들(도시하지 않음)이 개방상태로 조작되거나 과전류트립장치가 트립동작을 하면 도시하지 않은 개폐기구(도시하지 않음)가 작동을 하여 가동접촉자(4)는 급속히 지지축(12)를 지지점으로 하여 제 1b 도의 시계방향으로 선회전한다. 이때, 가동도체(5)와 L자형 도체(10) 및 S자형 도체(11)는 각 미끄럼접촉부(15)에서 상호 미끄럼이동한다.

본 발명에 따르면 각 미끄럼접촉부에 있어서 최소한 하나 이상의 미끄럼접촉면이 Ag 매트릭스에 C가 분산된 복합재로 코팅된다. 잘 알려진 바와같이 탄소 C는 뛰어난 윤활성을 갖는 동시에 훌륭한 도전성도 가지고 있으며, Ag와 전혀 융합하지 않는다. 그 때문에 Ag 매트릭스내에 C의 분말을 미세하게 분산시킨 피막을 미끄럼이동면에 코팅함으로써 손상의 발생을 제거하고, 또 미끄럼이동과정에서 접촉저항이 낮게 유지되는 효과가 있다. 또, 큰 전류가 흐르는 경우에 발열에 의해 접촉부가 용융하여도 융착으로 접합하는 경우가 없어 미끄럼접촉면이 평탄하고도 원활하게 유지되므로 안정한 통전을 지속적으로 행할 수 있다.

본 발명에 의하면, 미끄럼접촉면에 Ag매트릭스 내에 C를 분산시킨 복합재의 코팅면을 형성함으로써 미끄럼이동과정에 있어서의 접촉저항이 낮게 유지되어 통전전류에 의한 발열이 억제되고, 또 기계적인 미끄럼이동마모도 적어지므로 통전용량이 크고 수명이 긴 미끄럼접촉자를 구성할 수 있다. 또 발열이 작으므로 접촉력을 작게 할 수 있으며, 그 결과 접촉력을 부여하는 스프링기구, 또는 접촉자를 이동시키기 위한 구동기구를 소용량으로 구성할 수 있어 기기전체의 소형화를 도모할 수 있다.

복합재를 나타내는 다음의 실시예는 본 발명에 대한 이해를 보다 용이하게 할 것이다.

[실시예 1]

예시한 회로차단기의 미끄럼접촉부(15)에 있어서 실시예에서는 가동도체(5) 및 고정도체(8)에 각각 하기와 같은 방법으로 Ag매트릭스내에 C를 6%(체적%) 분산시킨 Ag-6%C 복합재의 피막을 두께 7μm로 전기도금에 의해 코팅하여 코팅면을 형성했다.

제 2 도는 실시예 1에 의해 얻어질 수 있는 도금코팅면 내에서 C의 분산상태를 도시하는 전자현미경 사진(배율 900배)으로서, 도면중 흑점이 C를 나타낸다.

여기서 하기의 "B 도금조건"중 교반을 행하는 이유는 도금액속에 혼합된 흑연분말이 전체적으로 균일하게 분포되도록 하기 위한 것이다.

도금처리 공정이 진행됨에 따라서 도금액 속의 흑연분말은 점차 소모되어 흑연분말의 농도가 저하하게 된다. 은도금의 코팅막 내의 C의 함량을 정확하게 제어하기 위해서는 이 도금액 속의 흑연분말의 농도를 항상 일정하게 유지할 필요가 있으므로 농도가 저하하면 즉시 흑연분말을 보충하여 보급하는 작업을 하게 된다. 이와같은 흑연분말의 보급직후 보급된 흑연분말의 분포가 도금액 속에서 편중되는 현상이 발생하므로 균일한 분포를 위해서는 도금액의 교반을 행하게 된다.

A. 도금액의 조성

금속은농도 : 35g/ℓ

신안화칼륨 : 110g/ℓ

수산화칼륨 : 8g/ℓ

흑연분말 : 20g/ℓ(C입자의 크기 : 장직경 0.5-2μm, 단직경 0.2-0.5μm)

도금액에 있어서 흑연분말의 분산제 : 200ppm

B. 도금조건

애노드 : 은판

도금액온도 : 20℃

전류 밀도 : 1A/dm²

교반 : 있음

[실시예 2]

실시예 1과 동일하게 가동도체(5) 및 고정도체(8)이 각각 Ag-3%C(체적%)의 코팅면을 두께 7μm로 전기도금에 의해 형성했다. 이때의 도금조건은 도금액온도 35℃, C입자의 장직경 0.8-5μm, 단직경 0.3-1μm이며, 그 밖에는 실시예 1의 경우와 동일하다.

[비교 실시예]

또, 비교실시예로서, 7μm의 Ag 도금을 같은 모양의 가동도체(5) 및 고정도체(8) (비교예 1)와, 이것에 그리스를 도포한 것(비교예 2)을 준비하였다.

[비교 실험결과]

가동도체(5) 및 고정도체(8)를 회로차단기에 조립하고, 무부하개폐시험 및 대전류차단시험을 실시하였다. 또, 무부하개폐시험에서 미끄럼접촉부(15)는 무통전상태로 왕복미끄럼이동을 반복하고, 대전류차단시험에서는 미끄럼접촉부(15)가 통전상태로 미끄럼이동하였으며, 그 실험결과를 표 1로 도시하였다.

표 1에 나타낸 바와같이 본 발명의 Ag-C 복합재로 도금한 미끄럼접촉부는 도금된 코팅면 하부의 기초재료가 노출되지 않았다. 그러나 이에 비해 그리스를 도포한 것을 표 1에 나타낸 바와같이 동일한 강도 또는 그 이하의 강도를 갖는 조건하에서 특출나게 손상이 있음을 알 수 있다.

[표 1]

제 3 도는 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 미끄럼이동접촉자에 있어서 DC10A를 흐른 상태로 미끄럼이동시키고, 미끄럼이동접촉부(15)의 접촉저항을 측정한 결과이다. 정지상태에서의 접촉저항은 3자 간에 차이가 적지만 미끄럼이동과정에서는 Ag-6%C(체적%)로 도금한 미끄럼접촉부의 접촉저항이 최고로 낮고, 또 변동도 작다. 일반적으로 접촉자의 전기적 접촉부의 온도는 접촉부의 전압, 즉 전류×접촉저항의 값에 비례하므로 미끄럼이동중 통전시의 온도는 Ag-6%C(체적%)의 복합재로 도금된 경우 최소가 된다.

상기 실시예에서는 회로차단기의 미끄럼접촉자에 있어서 2개의 예를 도시하였지만, 본 발명의 효과는 C의 성질에 의존하는 것이지 C의 체적백분율 또는 C입자의 크기가 이것에만 한정되는 것은 아니다. 미끄럼이동접촉부의 손상정도나 용융정도는 접촉부의 넓이나 면압력에 의해서도 영향을 받으므로 C의 체적백분율 또는 C입자의 크기는 이들 인자 모두를 고려하여 총합적으로 결정할 수 있다. 그러나, 도전성이 있는 C는 전기저항이 Ag의 수백배 내지 수천배이다. 따라서, 쓸모없이 C의 체적백분율을 높힌 상태에서 큰 C입자를 사용하여 도금두께를 통과하는 것은 미끄럼접촉부의 발열을 증가시키는 것이 되므로 바람직하지 않다.

또, 상기 실시예에서는 전기도금피막의 경우를 나타내지만 여기서 중요한 점은 피막이 Ag와 C의 복합재라는 사실이며, 코팅막형성방법은 전기도금에만 한정되는 것은 아니다.

손상방지 또는 용착방지에 기여하는 것은 미끄럼접촉면에 있어서의 C의 존재이므로 가동도체와 고정도체 중 어느 한쪽에만 Ag-C코팅만을 형성하여도 효과가 있다. 그 경우 다른 부품은 Ag도금을 하는 것이 바람직하지만 C는 산화방지작용이 있으므로 구리 자체만 있는 정도의 통전성을 얻을 수 있다. 또, 상기 코팅막을 도체전면에서 코팅할 필요는 없고, 미끄럼이동접촉면에 한정하여 형성하는 것이 바람직하다.

또, Ag-C에 제 3의 입자로서 단단한 성질의 미세입자, 예를 들면 SiC, WC, ZrB, Al₂O₃, ZrO₂, Cr₂O₃, TiO₂, R₂O₃, ThO₂, Y₂O₃, MoO₃, W₂C, TiC, B₄C, CrB₂등의 입자를 분산시키면 피막전체의 경도를 상승시키고, 마모에 있어 보다 긴 수명의 접촉부를 구성할 수 있다.

또, 도금조건으로써는 도금액조성으로 금속은농도 2-100g/ℓ, 시안화칼륨 2-250g/ℓ, 수산화칼륨 0.5-15g/ℓ의 범위에서 기본욕(基本浴)을 이용하고, 흑연분말을 1-550g/ℓ의 범위로 하여도 사용이 가능하다. 흑연 지름은 0.05-25μm가 사용될 수 있지만, 0.2-10μm가 더욱 바람직하다.

이상과 같이 여러 가지 실시예에 대하여 설명하였지만 본 발명의 범위는 이에 한하지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 및 다음의 특허청구의 범위를 일탈하지 않고 이 분야의 통상의 기술자에 의해 여러 가지 변경 및 변형이 가능하다.

Claims (2)

1. Ag 매트릭스에 흑연(C)입자가 분산된 형태의 복합재로 코팅된 코팅면을 가지고, 상대도체와 미끄럼접촉하는 전기기기의 미끄럼접촉자에 있어서, 농도 2-100g/ℓ범위의 금속은, 농도 2-250g/ℓ범위의 시안화칼륨, 농도 0.5-15g/ℓ범위의 수산화칼륨, 농도 1-550g/ℓ범위의 흑연분말, 흑연분말을 도금액내에 분산시키기 위한 것으로서 농도 10-2000ppm범위의 분산제를 포함하는 도금액을 이용하여 상기 코팅면을 전기도금에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 전기기기의 미끄럼접촉자.
2. 제 1 항에 있어서, SiC, WC, ZrB, Al₂O₃, ZrO₂, Cr₂O₃, TiO₂, R₂O₃, ThO₂, Y₂O₃, MoO₃, W₂C, TiC, B₄C, CrB₂등으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 단단한 성질의 미세입자를 제 3의 입자로서 Ag-C 복합재에 분산시킨 것을 특징으로 하는 전기기기의 미끄럼접촉자.