자동 온도 조절기용 리벳 접점 (Rivet Contacts)
자동 온도 조절기는 온도 변화에 따라 전기 회로를 개폐하여 시스템의 온도를 유지하는 장치로,
가전제품(예: 난방기, 냉장고, 오븐), 산업 설비(예: 히트 엑스체인저, 모터), 자동차 등에서 널리 사용됩니다.
이 중 리벳 접점(rivet contact)은 바이메탈 디스크(bimetallic disc)나 스냅-액션 메커니즘과 결합되어 온도에 민감하게 반응하며, 전기 접점을 형성하는 핵심 부품입니다.
리벳 접점은 강한 기계적 결합(리벳팅)으로 인해 안정적인 전기 연결을 제공합니다.
리벳 접점의 기본 구조는 머리부(head, 접점 표면)와 몸체(shank, 리벳팅 부분)로 구성되며,
솔리드(solid) 타입(단일 재질)과 크라드(복합 재질) 타입으로 나뉩니다.
크라드 타입은 귀금속(은 기반)을 머리부에만 사용해 비용을 절감하면서도 우수한 전도성을 유지합니다.
1. 자동 온도 조절기의 작동 원리와 리벳 접점의 역할
자동 온도 조절기는 주로 바이메탈 스트립(bimetallic strip)이나 디스크를 사용합니다.
바이메탈은 두 가지 금속(예: 황동과 철)의 열팽창 계수가 다르기 때문에 온도 변화 시 휘어지며(snap action),
리벳 접점을 이동시켜 회로를 개폐합니다.
예를 들어, Honeywell 2455R 시리즈처럼 바이메탈 디스크가 온도 상승 시 접점을 열어 회로를 차단합니다.
리벳 접점의 역할
전기 접촉: 접점 표면이 저항을 최소화하며 아크(arc) 발생 시 안정성을 유지
기계적 결합: 리벳팅으로 바이메탈이나 스프링에 고정되어 진동/열 충격에 견딤
스냅-액션 지원: 온도 임계점(set point)에서 빠르게 개폐(예: 0.3~0.4mm 갭)하여 아크를 최소화
바이메탈 스트립의 휨은 열팽창 차이(α: 열팽창 계수, 예: 황동 18.7×10⁻⁶/K, 철 11.8×10⁻⁶/K)로 설명되며,
리벳 접점은 이 휨 에너지를 전기 신호로 변환합니다.
| 구성 요소 | 역할 | 예시 온도 범위 |
|---|---|---|
| 바이메탈 디스크 | 온도 감지 및 스냅 액션 | -50°C ~ 200°C |
| 리벳 접점 | 전기 개폐 | 15A / 125VAC |
| 하우징 | 절연 및 보호 | 페놀릭(phenolic) 재질 |
2. 리벳 접점의 유형
리벳 접점은 생산 방식과 구조에 따라 분류되며, 자동 온도 조절기에는 크라드 타입이 가장 적합합니다.
(비용 효율적이며 열 안정성이 높음)
1) 솔리드 리벳 (Solid Rivet)
단일 재질로 제작
고전도성 재질(은) 사용
저전류/저전압(타이머, 컴퓨터)용
단점: 귀금속 사용량 많아 비용 높음
2) 크라드 리벳 (Clad Rivet)
머리부(접점 표면)에 귀금속(Ag), 몸체에 구리(Cu)
자동 온도 조절기에서 표준 (Ag/Cu, Ag/CdO/Cu)
3. 추천 재질: 자동 온도 조절기용 최적 선택
자동 온도 조절기(저~중전류, 10~15A, -40°C ~ 150°C 범위)에는 은(Ag) 기반 재질이 표준입니다.
선택 기준
전기 전도성: IACS 100% 이상 (은: 105%)
내식성: 황/습기 환경에서 산화 방지
경도: 아크 및 마모 저항 (Vickers 80~120 HV)
융점: 900°C 이상 (아크 시 용융 방지)
비용 효율: 바이메탈 구조로 귀금속 최소화
주요 재질 특성표
| 재질 | 구성 | 장점 | 단점 | 적용 예시 | 전도성 (IACS%) | 경도 (HV) | 온도 범위 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 순은 (Ag) | 99.99% Ag | 최고 전도성, 낮은 저항 | 연함, 고가 | 저전류 thermostat | 105 | 25~30 | -50~150°C |
| AgCdO | Ag 85~90% + CdO 10~15% | 아크/용접 저항 우수 | Cd 독성 | 난방기, 오븐 | 90~95 | 80~100 | -40~200°C |
| AgNi | Ag 80~95% + Ni 5~20% | 마모·용접 저항 | 전도성 약간 낮음 | 자동차 thermostat | 92~98 | 70~90 | -50~180°C |
| AgSnO₂ | Ag 88% + SnO₂ 12% | 친환경, 아크 저항 | 가격 높음 | 냉장고, 히터 | 85~90 | 90~110 | -40~250°C |
| AgCu | Ag 72~97% + Cu 3~28% | 경제적 | 산화 취약 | 가전용 thermostat | 95~100 | 60~80 | -30~150°C |
| AgZnO | Ag 90% + ZnO 10% | 저비용, 아크 저항 | 내식성 중간 | 보조 스위치 | 88~92 | 75~95 | -40~180°C |
최적 선택: AgCdO 또는 AgSnO₂
(AgSnO₂는 Cd-free로 EU RoHS 준수)
4. 성능 특성
접촉 저항: 초기 <10mΩ, 수명 후 <50mΩ
부하 용량: 10~15A (125VAC), 클래드 타입은 200A 가능
히스테리시스: 5~20°C
수명: 10⁵~10⁷회 (AgSnO₂는 10⁶회 이상)
환경 내성: -55°C ~ 200°C, 열충격 500회 이상 견딤 (MIL-STD-202 기준)
Ag 기반 재질은 오염과 산화에 강하며, 장기 신뢰성 향상
5. 신뢰성 및 고장 메커니즘
주요 고장 원인
접점 융착(Contact Welding): 고전류 아크로 융착
침식/마모(Erosion): 아크로 인한 표면 손상
산화/오염(Oxidation): 습기·황으로 필름 형성
피로(Fatigue): 바이메탈 반복 휨으로 리벳 느슨해짐
열 드리프트(Thermal Drift): 히스테리시스 변화
신뢰성 향상 방법
Au(0.5~1μm) 코팅으로 부식 방지
IEC 60730 사이클 테스트 (10⁶회 이상)
이중 브레이크(double break) 구조로 아크 최소화
바이메탈 리벳 콜드 본딩 시 접착력 2배 증가, 고온(200°C)에서도 안정적 (NN, Inc.)
6. 제조 및 적용 고려사항
제조: 콜드 헤딩(cold heading)으로 스크랩 최소화
규격: 직경 2.5~10mm
적용 분야
가전: 오븐 (AgCdO, 150°C 컷오프)
산업: 히터 (AgSnO₂, 250°C)
자동차: 엔진 쿨러 (AgNi, 진동 저항)
AgCdO 또는 AgSnO₂ 기반 바이메탈 리벳 접점이 가장 적합