KR100921704B1 - A manufacturing method of the planer electric contact - Google Patents
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Abstract
개시된 내용은, 전자개폐기, 배선차단기, 누전차단기(이하 "개폐기" 라고 함) 등의 중부하 전류를 개폐시키도록 사용되는 중부하용 원판형 또는 각판형(이하 "판상형" 이라 함)의 전기접점소자(은-금속산화물 및 은으로 이루어짐)를 제조하는 경우, 작업공정을 줄이고 수율을 향상시키도록 냉간압접법에 의해 제조하므로 원가비용을 줄이면서 접점특성을 향상시킬 수 있도록 한 것으로,Disclosed information is a heavy-duty disc-shaped or square-plate (hereinafter referred to as "plate-shaped") electrical contact element used to open and close heavy-load currents such as an electronic switch, a circuit breaker, an earth leakage circuit breaker (hereinafter referred to as "the breaker"). In the case of manufacturing (consisting of silver-metal oxide and silver), it is manufactured by cold press method to reduce the work process and improve the yield, so that the contact characteristics can be improved while reducing the cost cost.
본 발명의 실시예에 의한 판상형 복합 전기접점소자의 제조방법은, 판상형 복합 전기접점소자의 제조방법에 있어서,In the manufacturing method of the plate-type composite electrical contact element according to the embodiment of the present invention,
은 75∼95wt%의 성분비를 가지는 합금재와, 접합용 은을 각각 주조, 압출 및 인발 공정을 거쳐 소정직경의 선재를 성형하는 전처리 작업공정과,An alloying material having a composition ratio of 75 to 95 wt% of silver, a pretreatment work step of forming a wire having a predetermined diameter through casting, extrusion and drawing processes of the joining silver, respectively,
각각의 선재를 헤딩머시인을 이용하여 접합시키는 냉간압착 및 성형공정과,Cold pressing and forming process of joining each wire using a heading machine,
냉간압착된 전기접점소자의 계면의 결합력을 높이고 냉간압접에 의한 내부응력을 감소시키도록 확산소둔처리하는 공정과,A process of diffusion annealing to increase the bonding strength of the interface of the cold-pressed electrical contact element and to reduce the internal stress caused by cold-welding;
확산소둔처리된 전기접점소자의 외측부 미 접합부분을 제거하는 공정과,Removing the outer unbonded portion of the electrical contact element subjected to the diffusion annealing process;
미 접합부분이 제거된 전기접점소자의 접점특성을 개선시키도록 산소분위기하에서 산화시키는 내부 산화공정을 포함한다.An internal oxidation process is oxidized under an oxygen atmosphere to improve the contact characteristics of the electrical contact element from which the unbonded portion is removed.
판상형 복합 전기접점소자, 프레스 타발, 은, 금속산화물, 냉간 압접법 Plate-type composite electrical contact element, punching, silver, metal oxide, cold welding
Description
본 발명은 전자개폐기, 배선차단기, 누전차단기(이하 "개폐기" 라고 함) 등의 중부하 전류를 개폐시키도록 사용되는 원판형 또는 각판형(이하 "판상형" 이라 함)의 복합 전기접점소자를 헤딩머시인(heading machine)을 이용한 냉간압접법에 의해 제조할 수 있도록 한 판상형 복합 전기접점소자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention is headed by a complex electrical contact element of a disc or square (hereinafter referred to as "plate-type") used to open and close heavy-load current, such as electronic switchgear, wiring breaker, earth leakage breaker (hereinafter referred to as "switcher") The present invention relates to a method for manufacturing a plate-type composite electrical contact element which can be manufactured by cold press welding using a heading machine.
더욱 상세하게는, 중부하(中負荷)용 판상형 복합 전기접점소자(은-금속산화물 및 은으로 이루어짐)를 냉간압접법에 의해 제조함에 따라, 제품의 수율을 높여(7%이하 → 90%이상) 원가비용을 줄이면서 접점수명 등의 접점특성을 향상시킬 수 있도록 한 판상형 복합 전기접점소자의 제조방법에 관한 것이다.More specifically, the heavy plate-shaped composite electrical contact element (consisting of silver-metal oxide and silver) is manufactured by cold pressure welding to increase the yield of the product (from 7% to 90% or more). The present invention relates to a method of manufacturing a plate-type composite electrical contact element capable of improving contact characteristics such as contact life while reducing cost cost.
일반적으로, 전기접점소자는 아크(arc)를 최종적으로 담당하여 아크에 의해 생성된 고압, 고열의 환경하에서 이상소모, 용착, 교락 등의 사고가 발생되는 것을 방지하며, 표면에 절연필름의 생성에 의한 통전불량 등의 문제를 해결하기 위하여 사용된다.In general, the electrical contact element is ultimately in charge of the arc (arc) to prevent the occurrence of abnormal consumption, welding, entanglement, etc. under the high pressure, high temperature environment generated by the arc, and to prevent the formation of insulating film on the surface It is used to solve problems such as poor electricity supply.
전기접접소자는 그 사용전류 영역과 특성에 따라 중부하(重負荷)용 접점, 중부하(中負荷)용 접점, 경부하용 접점 등으로 분류된다. 재질에 따라 텅스턴계 접점, 은-산화물 접점, 귀금속 접점 등으로 분류된다. 이중에서 일반적으로 사용되는 접점은 은-산화물계(Ag-CdO)이다.Electrical contact elements are classified into heavy load contacts, heavy load contacts, light load contacts, and the like according to their current range and characteristics. Depending on the material, it is classified into tungsten-based contacts, silver-oxide contacts, and precious metal contacts. Commonly used contacts are silver-oxide based (Ag-CdO).
은-산화물(Ag-CdO) 접점은 약전으로부터 중부하 영역에 이르기까지 넓은 범위에서 폭넓게 사용되고 있으나, CdO의 유해성 때문에 최근 환경문제가 국제적으로 심각하게 표면화되는 추세이므로 그 사용량이 제한되면서 점차 축소되고 있는 실정이다.Silver-oxide (Ag-CdO) contacts are widely used in a wide range from the pharmacopeias to the heavy load region. However, due to the harmfulness of CdO, the recent environmental problems have been seriously surfaced internationally. It is true.
Ag-SnO₂접점은 Ag-CdO에 비해 기계적 강도가 크고, 산화물이 보다 섬세하고 치밀하게 분포되어 있어 내마멸성이 뛰어나고, 내용착 특성이 크게 향상되어 우수한 접점이다. 반면에 가공이 힘들고 접촉저항이 불안정한 단점을 갖는다.Ag-SnO₂ contacts are superior contacts because they have higher mechanical strength than Ag-CdO, oxides are more delicate and more precisely distributed, and have excellent abrasion resistance and greatly improved welding characteristics. On the other hand, processing is difficult and contact resistance is unstable.
전술한 Ag-SnO₂접점의 제조방법은 분말야금법과 내부산화법으로 분류된다. Ag-SnO₂접점의 분말야금법은 비교적 제조가 쉽고, 각 공정변수 및 재료 특성의 변화가 용이한 반면에, 괴상보다 고가의 분말을 사용하므로 생산단가가 높고, 특성이 떨어지는 단점을 갖는다.The aforementioned Ag-SnO₂ contact method is classified into powder metallurgy and internal oxidation. The powder metallurgy method of Ag-SnO₂ contact is relatively easy to manufacture, and it is easy to change each process variable and material property, but has a disadvantage of high production cost and deterioration due to the use of expensive powder than bulk.
Ag-SnO₂접점의 내부산화법은 기술적인 제조가 어렵고, 공정이 복잡하여 개발에 어려움이 뒤따르는 반면에, 특성이 분말야금법보다 상대적으로 높아 신뢰성이 요구되는 부위 또는 마모가 큰 부위에 주로 사용된다.The internal oxidation method of Ag-SnO₂ contact is difficult to manufacture technically and is difficult to develop due to the complicated process.However, it is mainly used for the areas where reliability is required because of its relatively high characteristics than powder metallurgy or where wear is high. .
복합 전기접점소자를 제조하는 경우, 도 1(a,b)에 도시된 바와 같이, 펀치(1a,1b)가 장착되는 햄머(1) 및 금형(2)을 이용하여 직경이 5㎜이상인 전기접점소자(3)를 모재(4)로부터 프레스 타출성형하게 된다.In the case of manufacturing a composite electric contact element, as shown in Fig. 1 (a, b), by using a hammer (1) and a mold (2) on which the punch (1a, 1b) is mounted, an electrical contact having a diameter of 5mm or more The
전기접점소자를 프레스 타출성형하는 경우, 접점수명 등의 접점특성이 뛰어난 반면, 전기접점소자의 제조공정이 복잡하여 작업능률이 떨어지고, 스크랩 처리부위가 증가되어 제품의 수율(7% 이하)이 떨어지는 문제점을 갖는다.In case of press injection molding of the electric contact element, the contact characteristics such as the life of the contact point are excellent, while the manufacturing process of the electric contact element is complicated and the work efficiency is reduced, and the scrap processing area is increased, resulting in a drop in product yield (less than 7%). I have a problem.
즉 직경이 5㎜이상의 중부하(中負荷)용 전기접점소자는 프레스 타발법에 의해 제조하고 있다. 도 1(b) 및 도 1(c)에 도시된 바와 같이 모재로부터 타발성형되는 전기접점소자를 제외한 부분(스크랩(scrap))의 비율이 높아 원가비용이 상승되고, 귀금속(Ag)재를 재활용할 수 있도록 스크랩을 회수하는데 소요되는 회수비용이 증가되는 문제점을 갖는다. 즉 전기접점소자를 제조하는 제작자에게는 제조원가비용의 상승요인을 초래하여 가격 경쟁력이 떨어지는 문제점을 갖는다.That is, the heavy-duty electrical contact element whose diameter is 5 mm or more is manufactured by the press punching method. As shown in FIGS. 1 (b) and 1 (c), the ratio of parts (scraps) except the electrical contact elements that are molded from the base material is high, resulting in high cost and recycling of precious metal (Ag) materials. There is a problem that the recovery cost required to recover the scrap is increased. That is, the manufacturer of the electrical contact device has a problem that the price competitiveness is lowered due to the rise of the manufacturing cost cost.
도 2(a,b)에 도시된 바와 같이, 중부하(中負荷)용 판상형 복합 전기접점소자(3)는 내부산화가 완료된 은(Ag)을 주성분으로 하는 합금층(5)과, 접합용(bonding) 은(6)을 포함한다.As shown in Fig. 2 (a, b), the heavy-duty plate-type composite electrical contact element (3) is for joining an alloy layer (5) composed mainly of silver (Ag) having internal oxidation is completed, (bonding) comprises (6).
도 2(b)에 도시된 바와 같이, 중부하(中負荷)용 판상형 복합 전기접점소자(3)는 접합용 은(6)과 단자부(9)사이에 융점온도가 낮은 브레이징 메탈(8)(brazing filter metal)을 용융시켜 개폐기에 실장한다.As shown in Fig. 2 (b), the heavy plate-shaped composite
도 2(c)에 도시된 바와 같이, 경부하용 및 중부하(中負荷)용 복합 전기접점소자(3)는 은-금속산화물 선재와 동선재를 이용하여 전기접점소자의 직경이 8㎜이 하인 리벳 형상으로 제조하고 있다.As shown in FIG. 2 (c), the light and heavy load composite
이때 은-금속산화물 선재(일예로서, Ag-CdO산화물의 와이어)를 이용하여 동선재와 압접하게 되므로, 전기접점소자의 직경이 커질수록 보다 높은 압접력이 필요하게 되어 충격에 취약한 산화물에 대해 미세한 균열이 발생될 수 있다. 즉 접점수명이 단축되고, 이종(異種)의 재료를 압접함에 따라 전단응력이 저하되는 문제점을 갖는다.At this time, since the copper-wire is pressed by using a silver-metal oxide wire (for example, a wire of Ag-CdO oxide), the larger the diameter of the electrical contact element is, the higher the pressure contact force is required, and thus the finer the oxide to be vulnerable to impact. Cracking may occur. That is, the contact life is shortened, and the shear stress is lowered as the different materials are pressed.
도 3(a)에 도시된 바와 같이, 제품의 수율이 높은 반면에, 은-산화물계 선재를 이용하므로 전단강도가 낮고 접점특성이 떨어지는 냉간압접법이 사용되고 있다.As shown in Figure 3 (a), while the yield of the product is high, since the use of silver-oxide-based wire is cold cold welding method is low shear strength and low contact characteristics are used.
따라서, 전기접점소자를 제조할 경우, 제조공정 단순화 및 제품 수율을 향상시킬 수 있는 냉간압접법과 접점특성이 우수한 프레스 타발법의 장점을 동시에 만족시킬 수 있는 새로운 제조방법이 절실하게 요구되는 실정이다.Therefore, when manufacturing the electrical contact element, there is an urgent need for a new manufacturing method that can simultaneously satisfy the advantages of the cold pressing method and the excellent press punching method excellent in contact characteristics to simplify the manufacturing process and improve product yield.
본 발명의 실시예는, 판상형 전기접점소자를 제조하는 경우, 작업공정을 줄이고 수율을 향상시키는 헤딩머시인을 이용한 냉간압접법과 접점수명 등의 접점특성이 우수한 프레스 타발법의 장점을 살릴 수 있는 새로운 제조방법에 의해 원가비용을 줄이면서 접점특성을 향상시킬 수 있도록 한 판상형 복합 전기접점소자의 제조방법과 관련된다.In the embodiment of the present invention, when manufacturing a plate-type electrical contact element, it is possible to utilize the advantages of the cold punching method using a heading machine to reduce the work process and improve the yield and the excellent press-pulling method such as contact life, such as contact life The present invention relates to a method for manufacturing a plate-type composite electrical contact element capable of improving the contact characteristics while reducing the cost cost by the manufacturing method.
본 발명의 실시예는, 전성과 연성이 뛰어난 은-금속합금재의 선재와 순은(Ag)을 접합재(bonding)로서 이용하여 냉간압접함에 따라, 접합이 용이하고, 냉간압접 충격을 최소화하며, 가공응력에 의한 상호확산을 원활하게 하여 계면소멸을 촉진시켜 전단강도를 높일 수 있도록 한 판상형 복합 전기접점소자의 제조방법과 관련된다.Embodiment of the present invention, by using a cold-welded silver-metal alloy wire and pure silver (Ag) as a bonding material (bonding), the bonding is easy, the cold pressing impact is minimized, and the processing stress The present invention relates to a method for manufacturing a plate-type composite electrical contact element that facilitates interdiffusion by stimulating interfacial decay and thereby increasing shear strength.
본 발명의 실시예는, 확산소둔처리된 접점소자의 외측부 미 접합부분을 프레스 타발하여, 전기접점소자의 전기적, 물리적, 열적 피로현상에 의해 단자부로부터 박리 또는 탈리되는 것을 방지할 수 있도록 한 판상형 복합 전기접점소자의 제조방법과 관련된다.According to an embodiment of the present invention, a plate-shaped composite which prevents peeling or detaching from a terminal part by press-breaking the outer unbonded portion of a diffusion annealing contact element, by electrical, physical and thermal fatigue of the electrical contact element. It relates to a method of manufacturing an electrical contact element.
본 발명의 실시예에 의한 판상형 복합 전기접점소자의 제조방법은, 판상형 복합 전기접점소자의 제조방법에 있어서,In the manufacturing method of the plate-type composite electrical contact element according to the embodiment of the present invention,
은 75∼95wt%의 성분비를 가지는 합금재와, 접합용 은을 각각 주조, 압출 및 인발 공정을 거쳐 소정직경의 선재를 성형하는 전처리 작업공정과,An alloying material having a composition ratio of 75 to 95 wt% of silver, a pretreatment work step of forming a wire having a predetermined diameter through casting, extrusion and drawing processes of the joining silver, respectively,
각각의 선재를 헤딩머시인을 이용하여 접합시키는 냉간압착 및 성형공정과,Cold pressing and forming process of joining each wire using a heading machine,
냉간압착된 전기접점소자의 계면의 결합력을 높이고 냉간압접에 의한 내부응력을 감소시키도록 확산소둔처리하는 공정과,A process of diffusion annealing to increase the bonding strength of the interface of the cold-pressed electrical contact element and to reduce the internal stress caused by cold-welding;
확산소둔처리된 전기접점소자의 외측부 미 접합부분을 제거하는 공정과,Removing the outer unbonded portion of the electrical contact element subjected to the diffusion annealing process;
미 접합부분이 제거된 전기접점소자의 접점특성을 개선시키도록 산소분위기하에서 산화시키는 내부 산화공정을 포함한다.An internal oxidation process is oxidized under an oxygen atmosphere to improve the contact characteristics of the electrical contact element from which the unbonded portion is removed.
전술한 헤딩머시인의 몰드의 경사각을 5°∼30°범위로 형성하여, 은 75∼95wt%의 성분비를 가지는 합금층과 접합용 은층의 두께의 비율을 5:1 ∼ 9:1을 갖도록 냉간압착 및 성형할 수 있다.The inclination angle of the mold of the heading machine described above is formed in the range of 5 ° to 30 °, and the ratio of the thickness of the alloy layer having a component ratio of silver to 75 to 95 wt% and the silver layer for bonding is 5: 1 to 9: 1 to be cold. It can be pressed and molded.
전술한 전기접점소자의 확산소둔처리는, 600∼750℃의 불활성 가스 분위기 또는 환원성 가스 분위기하에서 150∼300분 가열할 수 있다.The diffusion annealing treatment of the electrical contact element described above can be performed for 150 to 300 minutes in an inert gas atmosphere or a reducing gas atmosphere at 600 to 750 ° C.
전술한 전기접점소자의 산화공정은 4∼50㎏/㎠의 압력을 유지하는 산소분위기로에서 600∼850℃의 온도조건과, 24∼72시간동안 산화처리할 수 있다.The above-described oxidation process of the electrical contact element can be oxidized for 24 to 72 hours under a temperature condition of 600 to 850 ° C. in an oxygen atmosphere maintaining a pressure of 4 to 50 kg /
전술한 전기접점소자의 외측부에 미 접합부분이 발생되는 경우, 전기접점소자의 최종적인 형상 및 사이즈를 프레스 타발에 의해 절단할 수 있다.When an unbonded portion is generated in the outer portion of the electrical contact element described above, the final shape and size of the electrical contact element can be cut by press punching.
전술한 전기접점소자의 외측부에 미 접합영역을 최소화하고 확산접합력을 강화시킬 수 있도록 전기접점소자의 선재를 50∼400℃으로 가열하고, 헤딩머시인의 몰드를 200∼300℃으로 가열하며, 몰드에 3∼10㎏/㎠의 하중을 가압할 수 있다.The wire of the electrical contact element is heated to 50-400 ° C., the mold of the heading machine is heated to 200-300 ° C. so as to minimize the unbonded area and reinforce the diffusion bonding force on the outer side of the electrical contact element. A load of 3 to 10 kg /
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 판상형 복합 전기접점소자의 제조방법은 아래와 같은 이점을 갖는다.As described above, the manufacturing method of the plate-type composite electrical contact device according to the embodiment of the present invention has the following advantages.
헤딩머시인을 이용한 냉간압접법으로 작업공정을 단순화하고 스크랩되는 것을 최소화(10%이하)하여 수율을 향상(90%이상)시키도록 하며, 냉간압접법에 의한 접점특성의 저하를 효과적으로 개선하기 위하여 합금선재를 냉간압접 및 내부산화를 실시하여(내부산화된 접점선재를 사용하지 않음) 스크랩 회수비용을 줄여 제조원가비용을 대폭 줄이고, 접점특성을 향상시킬 수 있다.Cold press method using heading machine to simplify work process and minimize scrap (10% or less) to improve yield (90% or more), and to effectively reduce the deterioration of contact characteristics by cold press method. Cold welding and internal oxidation of alloy wires (not using internally oxidized contact wires) can reduce scrap recovery costs, significantly reducing manufacturing cost and improving contact characteristics.
은-금속합금재의 선재와 은(Ag)을 접합재를 이용하여 냉간압접함에 따라, 가공응력에 의한 상호확산을 원활하게 하여 계면소멸을 촉진시켜 전단강도를 높일 수 있다.As the wire and silver (Ag) of the silver-metal alloy material are cold-pressed by using the bonding material, the interfacial diffusion caused by the work stress can be smoothed, thereby facilitating the interface disappearance, thereby increasing the shear strength.
확산소둔처리된 전기접점소자의 외측부 미 접합부분을 프레스 타발하여, 전기접점소자의 전기적, 물리적, 열적 피로현상에 의해 단자부로부터 박리 또는 탈리되는 것을 방지할 수 있다.By press-punching the outer unbonded portion of the electrical contact element subjected to the diffusion annealing, it can be prevented from peeling or detaching from the terminal portion by the electrical, physical and thermal fatigue of the electrical contact element.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, which are intended to describe in detail enough to enable those skilled in the art to easily practice the invention, and therefore It does not mean that the technical spirit and scope of the present invention is limited.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 판상형 복합 전기접점소자의 제조방법은, 판상형 복합 전기접점소자의 제조방법에 있어서,As shown in Figure 3 to 5, the manufacturing method of the plate-type composite electrical contact device according to the embodiment of the present invention, in the manufacturing method of the plate-type composite electrical contact device,
은 75∼95wt%의 성분비를 가지는 합금재와, 접합용 은을 각각 주조, 압출 및 인발 공정을 거쳐 소정직경의 선재를 성형하는 전처리 작업공정(S100 참조)과,An alloying material having a composition ratio of 75 to 95 wt% of silver, a pretreatment work step of forming a wire having a predetermined diameter through casting, extrusion, and drawing processes of the joining silver, respectively (see S100);
각각의 선재를 헤딩머시인(heading machine)을 이용하여 소정 두께와 직경 비율으로 접합시키는 냉간압착 및 성형공정(S200 참조)과,Cold pressing and forming process (see S200) for joining each wire to a predetermined thickness and diameter ratio by using a heading machine;
냉간압착된 전기접점소자의 냉간압착 계면의 결합력을 높이고, 냉간압접에 의한 내부응력을 감소시키도록 확산소둔처리하는 공정(S300 참조)과,A process of diffusion annealing to increase the bonding strength of the cold-pressed interface of the cold-pressed electrical contact element and to reduce the internal stress caused by cold-pressed welding (see S300);
확산소둔처리된 전기접점소자의 외측부 미 접합부분을 제거하는 공정(S400 참조)과,Removing the outer unbonded portion of the diffusion-annealed electrical contact element (see S400),
미 접합부분이 제거된 전기접점소자의 접점특성을 개선시키도록 산소분위기하에서 산화시키는 내부 산화공정(S500 참조)과,An internal oxidation process (see S500) for oxidizing under an oxygen atmosphere to improve the contact characteristics of the electrical contact element from which the unbonded portion is removed;
전기접점소자를 연마 및 세척 공정을 포함하는 후처리 공정(S600 참조)을 포함한다.And a post-treatment process (see S600) that includes polishing and cleaning the electrical contact element.
전술한 헤딩머시인의 몰드의 경사각을 5°∼30°범위로 형성하여, 은 75∼95wt%의 성분비를 가지는 합금층과 접합용 은층의 두께의 비율을 5:1 ∼ 9:1을 갖도록 냉간압착 및 성형할 수 있다.The inclination angle of the mold of the heading machine described above is formed in the range of 5 ° to 30 °, and the ratio of the thickness of the alloy layer having a component ratio of silver to 75 to 95 wt% and the silver layer for bonding is 5: 1 to 9: 1 to be cold. It can be pressed and molded.
전술한 전기접점소자의 확산소둔처리는, 600∼750℃의 불활성 가스 분위기 또는 환원성 가스 분위기하에서 150∼300분 가열할 수 있다.The diffusion annealing treatment of the electrical contact element described above can be performed for 150 to 300 minutes in an inert gas atmosphere or a reducing gas atmosphere at 600 to 750 ° C.
전술한 전기접점소자의 산화공정은 4∼50㎏/㎠의 압력을 유지하는 산소분위기로에서 600∼850℃의 온도조건과, 24∼72시간동안 산화처리할 수 있다.The above-described oxidation process of the electrical contact element can be oxidized for 24 to 72 hours under a temperature condition of 600 to 850 ° C. in an oxygen atmosphere maintaining a pressure of 4 to 50 kg /
전술한 전기접점소자의 외측부에 미 접합부분이 발생되는 경우, 전기접점소자의 최종적인 형상 및 사이즈를 프레스 타발에 의해 절단할 수 있다.When an unbonded portion is generated in the outer portion of the electrical contact element described above, the final shape and size of the electrical contact element can be cut by press punching.
전술한 전기접점소자의 외측부에 미 접합영역을 최소화하고 확산접합력을 강화시킬 수 있도록 전기접점소자의 선재를 50∼400℃으로 가열하고, 헤딩머시인의 몰드를 200∼300℃으로 가열하며, 몰드에 3∼10㎏/㎠의 하중을 가압할 수 있다.The wire of the electrical contact element is heated to 50-400 ° C., the mold of the heading machine is heated to 200-300 ° C. so as to minimize the unbonded area and reinforce the diffusion bonding force on the outer side of the electrical contact element. A load of 3 to 10 kg /
이하에서, 본 발명의 실시예에 의한 판상형 복합 전기접점소자의 제조과정을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the manufacturing process of the plate-shaped composite electrical contact device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2(a)에 도시된 은/금속산화물로 이루어지는 전기접점소자(3)를 성형하기 위하여 은(Ag)을 83.3wt%의 금속성분으로 하고, 카트뮴(Cd) 15wt%, 주석(Sn) 1.5wt% 및 니켈(Ni) 0.2wt%의 비율으로 합금한 후, 직경 76㎜, 길이 200㎜의 빌렛(billet)으로 주조한다(전처리 작업공정(S100)의 빌렛주조 공정).In order to form the
압출기에서 직경 6㎜가 되도록 압출한 후(전처리 작업공정(S100)의 압출공정), 직경이 0.1∼0.2㎜씩 감소하도록 인발한다(전처리 작업공정(S100)의 인발공정). 합금금속이 산화되지 않도록 700℃의 불활성 또는 환원성 가스의 전기로에서 30∼60분동안 소둔공정(전처리 작업공정(S100)의 소둔공정)을 반복하여 직경 4㎜의 선재로 가공한다.After extruding to diameter 6mm in the extruder (the extrusion step of the pretreatment work step (S100)), it is drawn so that the diameter decreases by 0.1 to 0.2mm (drawing process of the pretreatment work step (S100)). In order to prevent the alloy metal from being oxidized, the annealing process (the annealing process of the pretreatment work step S100) is repeated for 30 to 60 minutes in an electric furnace of 700 ° C. inert or reducing gas, and the wire is 4 mm in diameter.
도 2(a)에 도시된 접합용(bonding) 은 접합층(Ag)(6)을 성형하기 위하여, 전기접점소자(3)를 성형하기 위한 동일한 작업공정에 의해 동일한 직경(직경 4㎜)을 갖는 선재로 가공한다(S100 참조).In order to form the bonding layer (Ag) 6, the bonding shown in Fig. 2 (a) has the same diameter (
전술한 합금재의 접점 선재와 접합재의 은 선재는 헤딩머시인(heading machine)으로 공급되어, 길이 10㎜ 및 2㎜로 각각 절단된다. 절단된 각각의 선재들을 도 3(b)에 도시된 5∼30도의 경사각(θ)을 갖는 몰드(11)에 일렬로 정렬시킨다.The above-described contact wire of the alloy material and the silver wire of the bonding material are supplied to a heading machine, and cut into lengths of 10 mm and 2 mm, respectively. Each of the cut wires is aligned in line with the
햄머(10)(또는 펀치를 사용)에 500㎏/㎠ 하중을 가압하여 은 합금층(3a)과 은 접합층(6a)을 원뿔형으로 냉간압착 성형한 후, 도 3(c)에 도시된 직경 8㎜의 성형 몰드(11a)로 이송시켜 500㎏/㎠ 이상의 햄머(10a)에 의해 충격을 가하는 경우, 순간적인 압력으로 인해 은 합금층과 은 층의 원자들이 중앙부위부터 가장자리쪽으로 순차적으로 마이크로 아크(micro-arcing)를 발생시킬 수 있는 적정거리에 도달하게 된다.After pressing 500 kg / cm <2> load to the hammer 10 (or using a punch), the
즉 원자간 마이크로 아크 현상에 의한 냉간압접(cold pressure welding)이 되도록 하여, 은 합금층(3a)과 은 접합층(6a)이 요구되는 두께 비(5:1 ∼ 9:1 두께 비로 성형됨)로 갖도록 성형된다(S200 참조).That is, the cold pressure welding by the interatomic micro arc phenomenon (cold pressure welding), so that the
이때 절단된 선재들을 50℃이상의 온도에서 예열하여 정렬시키고, 성형 몰드(11a)(또는 다이) 및 햄머(10a)에 100℃이상(바람직하게는 200∼300℃)의 온도를 가열하여 3∼10㎏/㎠의 압력을 가하면, 연성과 전성이 증가하고 은 합금층(3a)과 은 접합층(6a)의 접촉면적이 증가하여 냉간압착력을 증가시키고, 외측부(가장자리)의 미 접합부를 감소시킨다.At this time, the cut wires are preheated at a temperature of 50 ° C. or higher and aligned, and a temperature of 100 ° C. or higher (preferably 200 to 300 ° C.) is heated to the
도 4(a)(냉간압접 직후 경계부를 현미경으로 촬영한 사진)에 표시된 바와 같이, 냉간압접 작업공정(S200 참조)이 완료된 전기접점소자는 은 합금층(3a)과 은 접합층(6a)의 계면은 확실하게 구분할 수 있을 정도로 극히 일부분만 냉간압접된 상태이므로, 전단응력이 취약하여 박리 또는 탈락하기 쉽다.As shown in FIG. 4 (a) (photograph taken at the boundary immediately after the cold press welding under a microscope), the electrical contact element having the cold press welding process (see S200) is completed in the
따라서, 도 4(b)(확산접합 및 소둔 직후 경계부를 현미경으로 촬영한 사진)에 표시된 바와 같이, 500℃이상(바람직하게는 600∼750℃)의 불활성 가스 분위기 또는 환원성 분위기에서 30분(바람직하게는 150∼300분)이상 확산소둔 또는 접합처리하는 경우(S300 참조), 냉간압접 충격에 의한 은 합급층(3a)과 은 접합층(6a)의 압접응력 및 마이크로 스케일(micro-scale)의 균열을 해소할 수 있다.Therefore, as shown in Fig. 4B (micrograph photographed at the boundary immediately after diffusion bonding and annealing), 30 minutes (preferably 600 to 750 캜) in an inert gas atmosphere or reducing atmosphere (preferably For example, in the case of diffusion annealing or bonding treatment (refer to S300) for 150 to 300 minutes or more (see S300), the pressure and the stress of micro-scale of the
또한 약 50%이상(본 발명의 실시예에서는 약 200%)의 두께 감소율에 따른 물리적 가공량이 구동력이 되어 재결정이 진행되므로, 은 합금층(3a)과 은 접합층(6a)의 계면이 불균일하게 소멸됨을 확인할 수 있다.In addition, since the physical processing amount according to the thickness reduction rate of about 50% or more (about 200% in the embodiment of the present invention) becomes a driving force and recrystallization proceeds, the interface between the
이때, 3∼10㎏/㎠의 압력을 가압하는 경우, 압력이 증가함에 따라 계면의 소멸 속도는 증가하게 된다.At this time, when pressing the pressure of 3 ~ 10kg / ㎠, the extinction rate of the interface increases as the pressure increases.
도 4(c)(내부산화 직후 경계부를 현미경으로 촬영한 사진)에 표시된 바와 같이, 내부 산화공정이 진행되는 동안, 은 합금층(3a)과 은 접합층(6a)의 농도 차이 에 의해 합금금속 및 순 은의 원자들이 상호 확산현상을 일으킨다. 경계면은 거의 완전하게 소멸하게 되며, 산화물을 형성하므로 전단강도 및 경도가 증가하게 된다.As shown in Fig. 4 (c) (photograph of the boundary portion immediately after the internal oxidation under a microscope), during the internal oxidation process, the alloy metal is caused by the difference in concentration between the
도 2(b)에 도시된 바와 같이, 단자부(9)에 브레이징(brazing)되어 개폐기 등에 실장(탑재)될 경우, 개폐회수 증가에 따른 전기적, 물리적 및 열적피로로 인하여 단자부(9)로부터 합금접점재가 박리 또는 탈락되는 현상을 방지할 수 있다.As shown in FIG. 2 (b), when brazing the
한편, 판상형 전기접점소자를 냉간압접법에 의해 제조할 경우, 도 5의 도면대용 사진에 표시된 바와 같이, 전기접점소자의 직경이 증가하는 경우, 접점재의 은 합금층(3a)과 은 접합층(6a)의 외측부(가장자리를 말함)에는 압접력이 부족하여 미 접합영역(14)이 발생된다. 800℃이상의 온도에서 확산시키는 경우에도 외측부의 끝단은 접합되지 않는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, when the plate-type electrical contact element is manufactured by cold pressure contact method, as shown in the drawing substitute photograph of FIG. 5, when the diameter of the electrical contact element increases, the
실제로, 전기접점소자의 직경이 6㎜이하가 되는 경우, 미 접합영역(14)이 거의 존재하지 않게 되므로 접점수명에 큰 영향을 주지 않게 된다.In fact, when the diameter of the electrical contact element is 6 mm or less, since the
반면에, 도 5에 표시된 본 발명의 실시예에서는 전기접점소자의 직경이 8㎜가 되는 경우 최대 500㎛의 미 접합영역(14)이 발생된다.On the other hand, in the embodiment of the present invention shown in FIG. 5, when the diameter of the electrical contact element is 8 mm, the
따라서, 도 3(d) 및 도 3(e)에 도시된 바와 같이, 전기접점소자의 직경이 약 6㎜이상일 경우, 확산소둔 후 또는 내부산화 전(또는 내부산화 후)에 미 접합영역(14)을 펀치(12)가 장착되는 프레스 및 몰드(13)에 의해 제거하는 공정(S400 참조)이 필요하게 된다.Therefore, as shown in FIGS. 3 (d) and 3 (e), when the diameter of the electrical contact element is about 6 mm or more, the
한편, 확산소둔이 완료된 전기접점소자는 4∼50㎏/㎠의 산소분위기로에서 600∼850℃의 온도조건, 24∼72시간 동안 내부산화를 실시하는 경우(S500 참조), 제품 수율이 90%이상을 유지하고, 내아크성, 내용착성, 내소모성 등의 접점특성이 우수한 직경 7㎜의 판상형 복합 전기접점소자를 제조할 수 있다.On the other hand, the electrical contact device in which the diffusion annealing is completed is subjected to internal oxidation for 600 to 850 ° C. for 24 to 72 hours in an oxygen atmosphere of 4 to 50 kg / cm 2 (see S500). It is possible to manufacture a plate-shaped composite electrical contact element having a diameter of 7 mm, which retains the above and has excellent contact characteristics such as arc resistance, welding resistance, and wear resistance.
이때 산소분위기로의 온도가 600℃이하에서는 내부산화 시간이 1㎜두께의 합금을 내부산화시키기 위하여 200시간을 초과하는 장시간이 소요되므로 실용성이 떨어진다. 내부산화 온도와 산소 압력은 합금원소의 확산속도, 합금원소의 산화속도 및 고갈영역(depleted zone)의 크기에 큰 영향을 미친다.At this time, when the temperature in the oxygen atmosphere is 600 ° C. or less, the internal oxidation time takes longer than 200 hours to internally oxidize the alloy having a thickness of 1 mm. Internal oxidation temperature and oxygen pressure have a great influence on the diffusion rate of the alloying element, the oxidation rate of the alloying element and the size of the depleted zone.
즉 일반적으로 온도가 높아질수록 합금원소의 확산속도가 커지게 되며, 산소압력이 높아질수록 산소의 내부확산속도가 증가하나, 이들 변수가 복합적으로 적용되면 매우 복잡한 양상을 띄게 된다.That is, in general, as the temperature increases, the diffusion rate of the alloying element increases, and as the oxygen pressure increases, the internal diffusion rate of the oxygen increases.
예를 들어, 내부산화 온도와 산소압력이 동시에 낮으면 고갈영역의 두께는 작아지나, 내부산화를 완료하는데 장시간이 필요하여 실용성이 떨어진다. 반면에 내부산화 온도와 산소 압력이 동시에 높으면 표면으로 확산된 함금원소가 표면직하에서 급작스럽게 산화가 진행되어 접점표면의 저항이 증가하여 온도 상승을 유발하게 되며, 내부로의 산소 확산을 방해하여 내부산화를 지연시키며, 고갈영역이 두꺼워지는 결과를 초래하여 접점수명을 단축시키므로, 적정한 온도와 압력으로 내부산화를 진행하여야 하는 바, 24∼72시간을 내부산화 시간으로 설정하였다.For example, if the internal oxidation temperature and the oxygen pressure are low at the same time, the thickness of the depleted region is small, but the practical use is inferior since it takes a long time to complete the internal oxidation. On the other hand, if the internal oxidation temperature and oxygen pressure are high at the same time, the alloying element diffused to the surface is rapidly oxidized directly under the surface, which increases the resistance of the contact surface, causing the temperature to rise. Since the oxidation is delayed and the depletion area is thickened, the contact life is shortened. Therefore, the internal oxidation should be performed at an appropriate temperature and pressure. Therefore, the internal oxidation time was set to 24 to 72 hours.
또한, 전기접점소자의 표면을 바렐연마 및 산세 등에 의해 세척하는 후처리 작업공정(S600 참조)을 포함한다.In addition, it includes a post-processing work process (see S600) for cleaning the surface of the electrical contact element by barrel polishing and pickling.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 판상형 복합 전기접점소자 제조방법의 효과를 입증하기 위하여, 접촉저항, 온도 상승 시험 및 접점수명 시험을 실시하였으며, 이를 위하여 헤딩머시인을 이용한 냉간압착법에 의한 복합 전기접점소자 500개(ea)와, 프레스 타발법에 의한 복합 전기접점소자 500개(ea)를 제조하여 준비하였다.In addition, in order to prove the effect of the plate-type composite electrical contact device manufacturing method according to the embodiment of the present invention, the contact resistance, temperature rise test and the contact life test was carried out, for this purpose, the composite by cold pressing method using a heading machine 500 electrical contact elements (ea) and 500 composite electrical contact elements (ea) were prepared and prepared by the press punching method.
전기접점소자의 전단강도 시험을 위하여 각각 10개씩 무작위로 샘플링하여 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 각각의 단자부에 실장하고 은/금속산화물 합금층(3a)과 은 접합층(6a)사이의 끝단에 전단응력 측정장치(도 6에 도시됨)의 하중을 전달하는 기구를 배치시킨 후, 전단응력(일예로서 유압)을 증가시켜 은 합금층(3a)이 은 접합층(6a)으로부터 탈락될 때 압력계에 표시되는 압력을 측정하였다.For the shear strength test of the electrical contact element, each sample was randomly sampled and mounted on each terminal part, as shown in FIG. 2 (b), between the silver / metal
아래 표 1)에 표기된 바와 같이, 프레스 타발법에 의한 전기접점과 본 발명의 실시예에 의한 냉간압착법에 의한 전기접점이 각각 유사한 전단강도를 갖게 되는 것을 확인할 수 있다.As shown in Table 1) below, it can be seen that the electrical contact by the press punching method and the electrical contact by the cold pressing method according to the embodiment of the present invention will each have a similar shear strength.
표 1)Table 1
그리고, 접촉저항, 온도상승 시험 및 수명시험을 위하여 각각 6개씩 무작위로 샘플링하여 고정자 및 이동자 각각 3개씩 접합(brazing)하여 개폐기에 실장하고, 주 회로(60Hz, 440V, 40A) 및 조작 회로(60Hz, 220V, 40A)의 시험조건에서 수명시험을 실시하였으며, 매 1000회 마다 개폐기에 연결된 온도 측정센서 및 저항 측정기를 통하여 자동 측정하도록 하되, 최초 1000회 개폐시의 접촉온도 ±10℃ 및 최초 접촉저항 ±10Ω을 초과시 자동 차단하도록 설정하였다.Then, for contact resistance, temperature rise test, and life test, each sample is randomly sampled by 6, and each of the stator and the mover is brazed, and then mounted on the switch.The main circuit (60Hz, 440V, 40A) and the operation circuit (60Hz) , 220V, 40A), the life test was carried out, and every 1000 times it is to be measured automatically through the temperature sensor and resistance meter connected to the switch, the first 1000 times the contact temperature ± 10 ℃ and the initial contact resistance It is set to automatically cut off when it exceeds ± 10Ω.
아래 표 2)에 표기된 바와 같이, 프레스 타발법에 의한 전기접점과 냉간압접법에 의한 전기접점의 수명시험 결과를 비교하였다.As shown in Table 2) below, the life test results of the electrical contact by the press punching method and the electrical contact by the cold press method were compared.
표 2)Table 2
이때, 시험조건으로는 주 회로는 60Hz, 440V, 40A이고, 조작 회로는 60Hz, 220V, 40A이다.At this time, as test conditions, the main circuit is 60 Hz, 440 V, 40 A, and the operation circuit is 60 Hz, 220 V, 40 A.
표 2)에서와 같이, 접점수명이 다할때 까지 접촉온도와 접촉저항이 기준값을 벗어나지 않았으며, 냉간압접법에 의한 전기접점소자의 수명은 프레스 타발법에 의한 전기접점소자의 수명보다 다소 낮은 값을 확인하였다.As shown in Table 2, the contact temperature and the contact resistance did not deviate from the reference values until the contact life was over, and the life of the electric contact element by the cold press method was somewhat lower than the life of the electric contact element by the press punching method. It was confirmed.
이는 냉간압접 후 충분한 열처리를 하는 경우에도 일부 마이크로 스케일의 미 접합부분 또는 잔류 마이크로 크랙(micro - crack)이 원인으로 판단된다. 그러나 일반적으로 복합 전기접점소자를 사용하는 개폐기의 사용 조건보다 열악한 환경조건하에서 시험한 것이며, 80,000회 이상을 적정한 수명으로서 판단하므로, 중부하용 복합 전기접점소자를 사용하기에 충분한 것임을 확인할 수 있었다.This may be due to the unbonded part of the micro scale or the residual micro-cracks even when sufficient heat treatment is performed after cold welding. However, in general, the test was conducted under environmental conditions worse than that of the switchgear using the composite electrical contact element, and 80,000 times or more was judged as a proper life, and thus, it was confirmed that the composite electrical contact element was sufficient for the heavy load.
도 1(a)는 종래 기술에 의해 프레스 타발법을 이용하여 판상형 복합 전기접점소자를 제조하는 작업방법을 나타내는 블럭도,Fig. 1 (a) is a block diagram showing a working method of manufacturing a plate-shaped composite electrical contact element using a press punching method according to the prior art.
도 1(b,c)는 종래 기술에 의한 프레스 타발법에 의해 판상형 복합 전기접점소자를 제조하는 작업공정도,1 (b, c) is a work flow diagram of manufacturing a plate-type composite electrical contact element by the press punching method according to the prior art,
도 2(a)는 판상형 복합 전기접점소자의 단면도,Figure 2 (a) is a cross-sectional view of the plate-shaped composite electrical contact element,
도 2(b)는 중부하용 판상형 복합 전기접점소자의 개략도,Figure 2 (b) is a schematic diagram of a heavy-load plate-type composite electrical contact element,
도 2(c)는 경부하 및 중부하용 리벳형 복합 전기접점소자의 개략도,Figure 2 (c) is a schematic diagram of a light load and heavy load rivet type composite electrical contact element,
도 3(a)는 본 발명의 실시예에 의한 헤딩머시인을 이용한 냉간압접법에 의해 판상형 복합 전기접점소자의 제조방법을 나타내는 블럭도,Figure 3 (a) is a block diagram showing a method of manufacturing a plate-type composite electrical contact element by the cold press method using a heading machine according to an embodiment of the present invention,
도 3(b-e)는 도 3(a)에 도시된 냉간압접법에 의해 판상형 복합 전기접점소자를 제조하는 작업공정도,Figure 3 (b-e) is a work flow diagram for manufacturing a plate-type composite electrical contact element by the cold pressure welding method shown in Figure 3 (a),
도 4(a-c)는 도 3(a)에 도시된 냉간압접법에 의해 제조되는 판상형 복합 전기접점소자의 단면을 전자현미경으로 촬영한 도면대용 사진,4 (a-c) is a drawing substitute photograph taken with an electron microscope a cross-section of the plate-shaped composite electrical contact device manufactured by the cold-pressure welding method shown in Figure 3 (a),
도 5는 도 3(a)에 도시된 냉간압접법에 의해 제작되는 판상형 복합 전기접점소자의 단면을 전자현미경으로 촬영한 도면대용 사진이다.FIG. 5 is a drawing substitute photograph taken by an electron microscope of a cross section of a plate-type composite electrical contact device manufactured by the cold press method shown in FIG.
*도면중 주요 부분에 사용되는 부호의 설명* Explanation of symbols used in the main part of the drawing
3; 전기접점소자3; Electrical contact element
3a; 은 합금층3a; Silver alloy layer
6a; 은 접합층6a; Silver bonding layer
10,10a; 햄머10,10a; Hammer
11,11a; 몰드11,11a; Mold
14; 미 접합영역14; Unbonded area
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