KR100368199B1 - 동축케이블 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 내측 도체 및 내측 도체를 둘러싸는 발포형 폴리머 유전체를 포함하는 코어를 포함하는 플렉시블 동축 케이블에 관한 것이다. 플렉시블 동축 케이블을 또한 코어를 밀접하게 둘러싸고 코어에 접착방식으로 접합되는 전기적 및 기계적으로 연속적인 튜브형 동(銅) 외장을 포함한다. 보호용 외측 재킷이 튜브형 금속 외장을 둘러싸고 튜브형 금속 외장에 접착방식으로 접합하여 케이블의 굽힘 특성을 증가시킨다. 폴리머 재킷과 외장 사이의 접착성 접합의 박리강도는 동축 케이블에 우수한 굽힘 특성을 가지고도 용이하게 벗겨짐으로써 동축 케이블과 다른 전도성 부재 사이의 전기적 접속을 형성할 수 있는 동축 케이블을 제공하기 위해 36 lb/in 이하이다. 본 발명은 또한 플렉시블 동축 케이블의 제조 방법을 포함한다.

Description

동축 케이블{COAXIAL CABLE}

오늘날 예를 들면 케이블 텔레비전 신호 및 셀룰러폰 방송신호와 같은 RF 신호의 전송용으로 사용되는 동축 케이블은 내측 도체를 갖는 코어(core), 상기 코어를 둘러싸고 외측 도체의 역할을 하는 금속 외장(sheath), 및 일부 경우에 상기 금속 외장을 둘러싸는 보호 재킷(jacket)을 포함한다. 유전체(dielectric)가 상기 내측 도체를 둘러싸고 상기 금속 외장으로부터 내측 도체를 전기적으로 절연시킨다. 많은 공지의 케이블 구조에서, 팽창시킨 발포 유전체가 내측 도체를 둘러싸고 내측 도체와 그것을 둘러싼 금속 외장 사이의 공간을 채운다.

모든 동축 케이블의 제조에 있어서 고려되어야 하는 설계 기준 중의 하나는 케이블이 굽힘을 허용하고 통상의 취급과 설치도중에 일어나게 되는 일반적 오용에 견디도록 충분한 압축강도를 가져야 한다는 것이다. 예를 들면, 동축 케이블의 설치는 케이블이 전신주 상에 매달린 상태에서 하나 이상의 롤러 주위로 케이블을 통과시키는 것을 필요로 할 수도 있다. 그러한 설치 도중에 일어날 수 있는 튜브형금속 외장의 어떠한 좌굴(座屈)(buckling)이나 납작해짐(flattening) 또는 형태의 붕괴(collapsing)는 케이블의 전기적 특성에 심각한 불리한 결과를 초래하고, 심지어는 그 케이블을 무용지물로 만들 수 있다. 그러한 좌굴, 납작해짐 또는 형태의 붕괴는 또한 케이블의 기계적 일체성을 파괴하여 누설 또는 오염의 가능성을 초래한다.

종래부터 동축 케이블에 사용되는 금속 외장용으로 선호되는 재료는 알루미늄이었다. 알루미늄이 선택되어 온 이유는 낮은 가격과 양호한 기계적 전기적 특성 때문이었다. 그러나 알루미늄은 그러한 이점에도 불구하고 몇가지 불리한 점을 가진다. 특히 알루미늄은 RF 신호의 상호변조의 왜곡을 야기할 수 있는 커넥터 계면에서의 부식에 취약하다. 또한 알루미늄의 전도성이 높기는 하나 다른 금속이 알루미늄보다 더 큰 전도성을 나타낸다.

외측 도체 또는 외장으로서 알루미늄에 대한 하나의 대안이 동(銅)이다. 동은 알루미늄보다 양호한 전기적 특성을 갖고 있다. 그러나 동은 알루미늄보다 고가이고 불량한 굽힘 특성의 원인이 되는 압축에 대한 항복강도(yield strength)가 높다. 이러한 이유 때문에 알루미늄은 종래부터 동축 케이블용 외장재료로서 사용되지 못하였다. 보다 얇은 구리층이 비용을 감소시킬 수는 있으나 얇은 동 외장은 좌굴에 더욱 취약하고 가공처리가 매우 어렵다.

본 발명은 동축(同軸) 케이블에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 향상된 굽힘 특성 및 취급 특성을 가지고 일정한 공칭 치수에 대한 향상된 감쇠(減衰) 특성을 갖는 개선된 저손실(low-loss) 동축 케이블에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 동축 케이블의 단면을 나타내고 명확한 예시를 목적으로 케이블의 일부를 제거한 상태의 사시도이다.

도 2는 본 발명의 동축 케이블용 접착 코팅된 코어를 제조하는 장치의 개략적인 예시도이다.

도 3은 본 발명의 동축 케이블을 제조하기 위하여 접착 코팅된 코어에 외장 및 재킷을 적용하는 장치의 개략적인 예시도이다.

도 4는 도 3의 선 4-4를 따른 단면도로서 외장의 길이방향 용접 후의 코어 및 외장을 나타낸다.

도 5는 도 3의 선 5-5를 따른 단면도로서 외장이 달걀형상으로 변형된 후의 코어 및 외장을 나타낸다.

도 6은 도 3의 선 6-6을 따른 단면도로서 용접 플래시(weld flash)가 외장으로부터 벗겨진 후의 코어 및 외장을 나타낸다.

도 7은 도 3의 선 7-7을 따른 단면도로서 외장을 코어 상에 함몰시킨 후의 코어 및 외장을 나타낸다.

도 8은 외장과 재킷 사이의 접착층의 접합 박리강도와 본 발명에 따라 형성된 동축 케이블의 굽힙 특성과의 관계를 나타내는 그래프로서 각 포인트는 20회 테스트의 평균을 나타낸다.

도 9는 외장과 재킷 사이의 접착층의 접합 박리강도와 본 발명에 따라 형성된 동축 케이블의 굽힙 특성과의 관계를 나타내는 그래프로서 각 포인트는 20회 테스트의 평균을 나타내고 외장은 도 8에서 테스트된 동축 케이블보다 매끄러운 외측 표면을 갖고 있다.

이상을 감안하여 본 발명의 목적은 우수란 전기적 특성을 갖는 동축 케이블을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 기계적 및 전기적으로 연속적인 동으로 된 외측 도체를 갖는 동축 케이블을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 우수한 굽힘 특성을 가지면서도 외측 보호 재킷이 용이하게 벗겨질 수 있어서 그 동축 케이블이 다른 전도성 부재에 전기적으로 접속될 수 있게 하는 동축 케이블을 제공하는 것이다.

이들 및 그 밖의 목적은 본 발명에 따라 적어도 하나의 내측 도체 및 그 내측 도체를 둘러싸는 발포형 폴리머 유전체를 포함하는 코어로 이루어지는 가요성 동축 케이블을 제공함으로써 달성된다. 상기 가요성 동축 케이블은 또한 상기 코어를 밀접하게 둘러싸고 코어에 접착방식으로 결합되는 전기적 및 기계적으로 연속적인 튜브형 동 외장(copper sheath)을 포함한다. 케이블의 굽힘 특성을 증가시키기 위해 보호용 외측 재킷이 상기 튜브형 금속 외장을 둘러싸고 접착방식으로 결합되어 있다. 상기 폴리머 재킷과 상기 외장 사이의 접착 결합의 접합 박리강도(剝離强度)는 36lb/in 이하로서 우수한 굽힘 특성을 가지며 용이하게 벗겨질 수 있어서 상기 동축 케이블과 다른 도전성 부재 사이에 전기적 접속을 제공하는 동축 케이블을 제공한다.

본 발명은 또한 동축 케이블의 제조 방법을 포함한다. 본 발명의 제조 방법에 관한 실시예에서, 케이블 코어를 도체 및 그 도체를 둘러싸는 팽창된 발포 유전체를 포함하는 소정의 이동 경로를 따라 전진시킨다. 전기적 및 기계적으로 연속적인 튜브형 동 외장이 상기 코어를 헐겁게 에워싸서 형성된 후 전진하는 케이블 코어 상으로 함몰시킨다. 다음에 보호용 폴리머 재킷을 상기 외장 둘레에 형성하고 36lb/in 이하의 접합 박리강도로 상기 외장에 접착방식으로 결합시킨다.

이들 및 그 밖의 본 발명의 특징은 바람직하고도 대안적인 본 발명의 실시에를 설명하는 이하의 상세한 설명을 고려할 때 당업자에게 더욱 쉽게 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 제조된 동축 케이블을 예시한다. 상기 동축 케이블은 적합한 전기적 전도성 재료의 내측 도체(11)를 포함하는 코어(10), 및 팽창된 발포형 플라스틱 유전체(foam plastic dielectric) 재료(12)로 된 둘러싸는 연속적 원통형 벽을 포함한다. 바람직하게, 상기 발포 유전체(12)는 내측 도체(11)와 유전체(12) 사이의 접합이 상기 유전체 재료보다 강하도록 박층의 접착제(13)에 의해 내측 도체(11)에 접착방식으로 접합된다. 내측 도체(11)는 고체상 동(solid copper), 동 튜브 또는 동을 클래딩한 알루미늄인 것이 바람직하다. 내측 도체 (11)는 매끄러운 표면을 갖고 주름잡히지 않는 것이 바람직하다. 예시된 실시예에서 단 하나의 내측 도체(11)가 나타나 있는데, 이것이 케이블 텔레비전 신호와 같은 RF 신호, 또는 셀룰러 폰 방송 신호와 같은 래디오신호를 전송하는 데 사용되는 타입의 동축 케이블용으로 가장 보편적인 배열이기 때문이다. 그러나, 본 발명은 서로 절연되고 상기 코어(10)의 일부를 형성하는 하나 이상의 내측 도체를 갖는 동축 케이블에 대하여도 적용될 수 있음을 알 것이다.

상기 유전체(12)는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 폴리스티렌과 같은 적합한 플라스틱으로 형성된 저손실(low loss) 유전체이다. 바람직하게는, 단위 길이당 유전체의 질량을 감소하고 그로써 유전 상수를 감소시키기 위해서, 유전체 재료는 팽창된 세포형 폼(foam) 조성물로 되어 있어야 하고, 특히 닫힌 셀의 폼 조성물이 수분 전달에 대한 내성이 있기 때문에 바람직하다. 바람직하게, 유전체(12)의 셀은 크기가 균일하고 직경이 200 마이크론 이하이다. 하나의 적합한 발포 유전체는 1978년 8월 1일에 특허된 공통 소유의 미국특허 제4,104,481호에 기술된 바와 같이 팽창된 고밀도 폴리에틸렌 폴리머이다. 추가로, 고밀도 및 저밀도 폴리에틸렌의 팽창된 혼합물이 상기 발포 유전체용으로 바람직하다. 상기 발포 유전체는 약 0.28 g/cc이하, 바람직하게는 0.22 g/cc이하의 밀도를 갖는다.

본 발명의 상기 유전체(12)가 일반적으로 발포재의 균일한 층으로 이루어져 있으나, 상기 유전체(12)는 그 유전체의 밀도가 내측 도체(11)로부터 유전체의 외표면까지 연속적 또는 단계적으로 방사상으로 증가하도록 기울기 있는 또는 누진적인 밀도를 가질 수 있다. 예를 들면, 유전체(12)가 고체 유전체층에 의해 둘러싸인 저밀도 발포 유전체층을 포함하는 폼-고체 적층 유전체가 사용될 수 있다. 이러한 구조는 케이블의 압축강도 및 굽힘 특성을 향상시키고 내측 도체(11)를 따라 0.10 g/cc까지 낮은 감소된 밀도를 허용하는 데 사용될 수 있다. 내측 도체(11)를 따라 발포 유전체(12)의 더 낮은 밀도는 RF 신호의 전파(傳播)속도를 높여주고 신호 감쇠(attenuation)를 감소시킨다.

연속적인 튜브형 매끄러운 벽을 가진 동 외장(14)이 상기 코어를 밀접하게둘러싼다. 상기 외장(14)은 기계적 및 전기적으로 공히 연속적인 것을 특징으로 한다. 이것은 상기 외장(14)이 RF 방사(radiation)의 누설로부터 케이블을 밀봉하는 동시에 외부 영향으로부터 케이블을 기계적 및 전기적으로 밀봉할 수 있게 한다. 대안으로서, 외장에 구멍이 뚫려 있어 어떤 특수한 방사 케이블 용도에서 RF 에너지의 제어된 누설을 허용하도록 할 수 있다. 본 발명의 튜브형 동 외장(14)는 외측 도체로서 박층의 동 외장을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 튜브형 동 외장 (14)은 T/D 비(외경에 대한 벽 두께의 비)를 2.5% 이하, 바람직하게는 1.6% 이하 또는 심지어 1.0% 이하로 유지하도록 선택된 벽 두께를 갖는다. 바람직하게, 상기 동 외장(14)의 두께는 본 발명의 소망의 굽힘성 및 전기적 특성을 제공하기 위해 0.013인치 이하이다. 또한, 튜브형 동 외장(14)은 매끄러운 벽면을 가지며 주름잡혀 있지 않다. 매끄러운 벽면 구조는 케이블이 접속될 때 접촉 저항 및 케이블의 변화성을 감소시키고 커넥서에서의 신호 누설을 배제하기 위해 케이블의 형상을 최적화 해준다.

예시된 바람직한 실시예에서, 튜브형 동 외장(14)은 튜브형상으로 형성된 동 스트립(S)로 만들어지고, 여기서 동 스트립의 대향하는 옆 모서리는 서로 버트 (butted)되고, 버트된 모서리는 도면번호 15로 표시된 연속하는 길이방향 용접에 의해 연속적으로 연결되어 있다. 길이방향 용접에 의한 외장(14)의 제조가 바람직한 것으로 예시되었으나, 당업자는 기계적 및 전기적으로 연속적인 박층 튜브형 동 외장도 또한 사용될 수 있음을 알 것이다.

튜브형 외장(14)의 내측 표면은 길이 전체 및 외주 전체를 통하여 접착제(16)의 박층에 의해 발포 유전체(12)의 외측 표면에 연속적으로 접합된다. 이 목적으로 바람직한 접착제의 분류는 에틸렌 및 아크릴산(EAA)의 랜덤 공중합체 (random copolymer)이다. 상기 접착제층(16)은 케이블의 전기적 특성에 불리한 영향을 피하도록 가능한 한 얇게 형성되어야 한다. 상기 접착제층(16)은 약 1 mil 이하의 두께를 가져야 한다.

상기 외장(14)의 외측 표면은 보호 재킷(protective jacket)(18)에 의해 둘러싸인다. 외측 보호 재킷(18)용으로 적합한 조성물은 폴리에틸렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리우레탄 및 고무와 같은 열가소성 코팅재를 포함한다. 도 1에 예시된 재킷(18)이 재료의 단일층만으로 되어 있으나, 인성(靭性), 스트립(strip)용이성, 내화성, 발연(發煙)의 감소, 자외선 및 기후에 대한 내구성, 설치류의 갉기에 대한 보호, 강도(强度) 내구성, 내약품성 및/또는 내절단성(cut-through resistance)을 향상하기 위해 적층된 다중 재킷층이 사용될 수도 있다. 예시된 실시예에서, 보호 재킷(18)은 접착제층(19)에 의해 외장(14)의 외측 표면에 접합됨으로써 동축 케이블의 굽힘 특성을 증가시킨다. 바람직하게, 상기 접착제층(19)은 앞에서 설명한 EAA 공중합체와 같은 접착제의 얇은 층이다. 도 1에서는 접착제층(19)이 예시되어 있으나, 본 발명의 굽힘 특성을 제공하기 위해 보호 재킷(18)이 외장(14)의 외측 표면에 직접 접합욀 수도 있다.

도 2는 도 1에 나타낸 케이블을 제조하기 위한 장치의 적합한 배열을 나타낸다. 예시된 바와 같이, 일반적으로 고체 동선(銅線), 중공동관(中空銅管), 또는 동피복(copper-clad) 알루미늄선인 내측 도체(11)가 릴(31)과 같은 적합한 공급원으로부터 보내진다. 연속적인 내측 도체(11)를 갖는 동축 케이블을 제공하기 위해, 하나의 릴로부터의 내측 가이드의 말단 에지가 후속하는 릴로부터의 내측 가이드의 초기 에지와 짝을 이루고 함께 용접된다. 연속적인 케이블을 형성하는 데에 있어서, 표면 특성에 불리한 영향을 주지 않고 따라서 특히 중공 동관을 사용할 경우 내측 도체(11)의 전기적 특성에 불리한 영향을 주지 않고 상이한 릴로부터의 동관 또는 동선을 용접하는 것은 중요하다.

내측 도체(11)는 이어서 꼬임(kink)을 제거하기 위해 직선으로 교정된다. 예시된 실시예에서 이것은 도체(11)를 일련의 직선화 롤(32) 및 드로잉 다이(33)를 통하여 전진시킴으로써 달성된다. 내측 도체(11)가 직선화되면, 내측 도체의 표면을 가열하여 내측 도체의 표면에서 과량의 물과 유기물을 제거하기 위해 개스 버너 (34)가 사용된다. 내측 도체(11) 및 발포 유전체(12)가 접착방식으로 접합되어야 하는 경우에, 내측 도체(11)의 표면을 가열하는 것은 또한 접착제층(13)이 내측 도체(11)의 표면에 접착하는 것을 촉진하는 역할을 한다. 바람직하게, 접착제층(13)은 발포 유전체(12)가 내측 도체에 접합하도록 하면서도 스트립 가능한 코어(10)를 제공하는 내측 도체(11)에 적용된다. 내측 도체(11)를 발포 유전체(12)에 접합하는 데 사용되는 접착제층(13)은 일반적으로 압출기(35) 및 크로스헤드 다이 또는 그와 유사한 장치를 사용하여 내측 도체의 표면상으로 압출된다.

코팅된 내측 도체(11)는 발포 유전체(12)의 형성에 사용되는 포말형성 가능한 폴리머 조성물을 적용하는 압출장치(36)를 통하여 앞으로 진행한다. 압출장치 (36)에서 발포 유전체(12)용으로 사용될 상기 조성물은 합쳐져서 폴리머 멜트(polymer melt)를 형성한다. 바람직하게, 고밀도 폴리에틸렌 및 저밀도 폴리에틸렌이 응집제(nucleating agent)와 함께 압축장치에서 혼합되어 폴리머 멜트를 형성한다. 함께 용융된 이러한 화합물은 이어서 질소가스 또는 유사한 발포제(blowing agent)와 함께 사출되어 포말형성 가능한 폴리머 조성물을 형성한다. 상기 발포제에 추가하거나 또는 그 대신으로 포말형성 가능한 폴리머 조성물을 형성하기 위해 분해제 또는 반응성 약제가 첨가될 수 있다. 다음에 상기 포말형성 가능 폴리머 조성물은 멜트 중의 불순물을 제거하기 위해 스크린을 통과한다. 압출장치(36)에서, 상기 폴리머 멜트는 연속적으로 가압되어 폴리머 멜트 중에 기포의 형성을 방지한다. 상기 압출장치(36)는 전진하는 내측 도체(11)를 중심으로 동심원 상태로 폴리머 멜트를 연속적으로 압출한다. 상기 압출기(36)를 빠져 나오면, 압력 감소에 의해 상기 포말형성 가능 폴리머 조성물은 포말을 형성하고 팽창하여 내측 도체 (11)를 둘러싸는 발포 유전체(12)의 연속적인 원통형 벽을 형성한다.

상기 포말형성 가능 폴리머 조성물에 추가하여, 에틸렌 아크릴산(EAA) 접착제 조성물이 상기 포말형성 가능 폴리머 조성물과 함께 동시 압출되어 접착제층 (16)을 형성하는 것이 바람직하다. 압출장치(36)는 폴리머 멜트를 중심으로 동심원 상태로 상기 접착제 조성물을 연속적으로 압출한다. 접착제 조성물을 폴리머 멜트와 함께 동시압출하는 것이 바람직하지만, 분무, 액침, 또는 별도의 장치에서의 압출과 같은 다른 적합한 방법이 접착제 조성물을 코어(10)에 적용하는 데 사용될 수 있다.

케이블의 내측 도체(11)를 따라 낮은 발포 유전체 밀도를 형성하기 위해, 앞에서 설명한 방법이 경사진 즉 누진적인 밀도의 유전체를 형성하도록 변경될 수 있다. 예를 들면, 낮은 밀도의 내측 포말층 및 높은 밀도의 포말 또는 고체 외부층을 갖는 다층 유전체를 위하여, 유전체층을 형성하는 폴리머 조성물들이 함께 동시압출될 수 있고 또한 나아가서 접착제층(16)을 형성하는 접착제 조성물과 함께 동시 압출될 수 있다. 이와는 달리, 유전체층은 연속하는 압출장치를 사용하여 별도로 압출될 수 있다. 다른 적합한 방법이 사용될 수도 있다. 예를 들면, 사이즈를 증가시킴으로써 내측 도체를 따라 셀의 밀도를 감소시켜서 방사상으로 밀도가 증가하는 유전체를 형성하기 위해 내측 도체(11)의 온도를 높일 수 있다.

압출장치(36)를 빠져나온 후 접착제가 코팅된 코어(10)는 가열 터널 또는 가열실과 같은 접착제 건조설비(37)를 통하여 가이드 될 수 있다. 상기 건조설비 (37)를 지나면, 코어는 물홈통(water trough)과 같은 냉1각설비(38)를 통하여 가이드 된다. 이어서 물은 일반적으로 에어 와이프(air wipe)(39) 또는 유사한 장치에 의해 코어로부터 제거된다. 이 지점에서, 접착제가 코팅된 코어(10)는 도 3에 예시된 나머지 제조공정을 통하여 진행되기 전에 릴(40)과 같은 적합한 컨테이너 상에 수집될 수 있다. 이와는 달리, 접착제가 코팅된 코어(10)가 릴(40)에 수집되지 않고 나머지 제조공정을 통하여 계속하여 진행할 수도 있다.

도 3에 예시된 바와 같이, 접착제가 코팅된 코어(10)는 릴(40)로부터 드로일되고 추가 처리되어 동축 케이블을 형성할 수 있다. 일반적으로, 접착제가 코팅된 코어(10)는 일련의 직선화 롤(41)을 통하여 전진시킴으로써 곧게 교정된다. 릴(42)과 같은 적절한 공급원에서 나온 좁고 긴 스트립(S)은 이어서 전진하는 코어주위로 안내되고 상기 코어를 헐겁게 에워싸도록 가이드 롤(43)에 의해 대체로 원통형 형상으로 굽혀진다. 이와 같이 형성된 구리 스트립(S)의 대향하는 길이방향 애지는 이어서 인접 관계로 이동하고 상기 스트립은 동 스트립(S)의 인접하는 에지를 맞붙임으로써 길이방향 용접점(15)을 형성하는 용접장치(44)를 통해 전진하게 된다. 도 4에 예시된 바와 같이, 상기 길이방향으로 용접된 스트립은 코어(10)를 헐겁게 둘러싸는 전기적 및 기계적으로 연속하는 동 외장(14)을 형성한다. 동 외장(14)의 길이방향 용접의 결과로서 상기 길이방향 용접(15)에 인접하여 용접 플래시(weld flash)(45)가 존재한다.

코어(10)와 둘러싸는 외장(14)이 동시적으로 전진함에 따라, 외장(14)은 한 쌍의 형상 형성 롤(46)에 의해 코어를 헐겁게 둘러싸고 외장의 길이방향 용접(15)에 대체로 정렬한 주축(主軸)A를 갖는 달걀형상(도 5)으로 성형된다. 도 6에 예시된 바와 같이, 전진하는 외장(14)의 길이방향 용접(15)은 이어서 상기 외장(14)으로부터 용접 플래시(45)를 벗겨내는 스카핑 블레이드(scarfing blade)(48)에 반하여 가이드된다. 얇은 외장(14)의 달걀 형상은 스카핑 블레이드(48)에 반하여 가이드 될 때 얇은 동 외장의 압축강도를 증가시키고 외장의 좌굴(buckling), 납작해짐 또는 형상의 붕괴를 방지한다. 용접 플래시(45)가 외장(14)으로부터 벗겨지면 동시적으로 전진하는 코어(10) 및 둘러싸는 외장(14)이 다음에 형상 형성 다이(49)를 통해 전진하게 되고, 상기 다이는 외장(14)을 달걀형상으로부터 코어를 헐겁게 둘러싸는 대체로 원형의 형상으로 개조한다. 동시적으로 전진하는 코어(10) 및 둘러싸는 외장(14)은 이어서 도 7에 나타낸 바와 같이 동 외장을 케이블 코어 상에함몰시키는 최소한 하나의 함몰 다이(sinking die)(50)를 통하여 진행하게 된다. 외장(14)이 함몰 다이(50)를 통해 진행하는 동안 윤활제를 외장(14)의 표면에 적용하는 것이 바람직하다.

외장(14)이 코어(10)상에 형성되면, 외장의 외측 표면상의 모든 윤활제가 제거되어 외장이 보호 재킷(18)에 접합하는 능력을 증가시킨다. 접착제층(19) 및 폴리머성 재킷(18)은 다음에 외장(14)의 외측 표면상에 형성된다. 본 발명에서, 코어(10) 및 둘러싸는 외장(14)을 폴리머 조성물이 접착제층(19)에 대하여 둘러싸는 관계에서 동심원 상태로 압출되어 보호 재킷(18)을 형성하는 압출장치(52)를 통해 전진시킴으로써 외측 보호 재킷(18)이 형성된다. 바람직하게는, EAA 공중합체와 같은 용융 접착제 조성물이 그 접착제 조성물에 대하여 동심원으로 둘러싸는 폴리머 조성물과 함께 외장(14)에 대하여 동심원으로 둘러싸는 관계로 동시 압출되어 접착제층(19) 및 보호 재킷(18)을 형성한다. 다중 폴리머층이 재킷(18)을 형성하는 데 사용되는 경우에, 상기 다중층을 형성하는 폴리머 조성물은 함께 둘러싸는 관계로 접착제층(19)를 형성하는 접착제 조성물과 함께 동시 압출되어 보호 재킷을 형성할 수 있다. 추가적으로, 상기 보호 재킷(18)과 색상이 대조되는 폴리머 조성물의 길이방향의 트레이서 스트립(tracer strip)이 라벨링(labeling) 목적의 재킷을 형성하는 폴리머 조성물과 함께 동시 압출될 수 있다.

보호 재킷(18)을 형성하는 폴리머 조성물의 열이 접착제층(16)을 활성화하여 외장(14)의 내측 면과 유전체(12)의 외측 면 사이에 접착성 접합을 형성하는 역할을 한다. 보호 재킷(18)이 적용되면 동축 케이블은 후속하여 동축 케이블 내의 물질을 냉각하고 경화하기 위해 급냉된다. 내측 도체(11), 유전체(12), 외장(14), 및 보호 재킷(18) 사이에 접착제층을 사용하는 것이 또한 케이블을 통해 물이 이동하는 것을 방지하는 추가의 이점을 제공하고 일반적으로 케이블에 증가된 굽힘 특성을 제공한다. 동축 케이블이 급냉되고 건조되면 다음으로 그와 같이 하여 제조된 케이블이 릴(54)과 같이 저장 및 수송에 적합한 컨테이너 상에 수집된다.

본 발명의 동축 케이블은 케이블을 굽히는 동안 동 외장의 좌굴을 제한하도록 유리하게 설계되어 있다. 케이블을 굽히는 동안 케이블의 한 쪽은 늘어나서 인장 응력을 받게 되고 케이블의 그 반대측은 압축되어 압축 응력을 받게 된다. 만일 코어가 방사상 압축에 있어서 충분히 견고하고 외장의 국부적 압축 항복부하 (yield load)가 충분히 낮을 경우, 외장의 장력을 받는 측은 길이 방향으로 항복함으로써 늘어나서 케이블의 굽힘을 수용하게 될 것이다. 따라서, 외장의 압축측은 바람직하게 줄어들고 케이블의 굽힘을 허용한다. 외장의 압축측이 줄어들지 않을 경우, 케이블의 굽힘에 의해 생긴 압축 응력이 외장의 좌굴을 초래할 수 있다.

외장이 좌굴을 일으키지 않고 굽어지는 능력은 가소성 물질의 흐름에 의한 외장이 신장과 수축의 능력에 좌우된다. 일반적으로 이것은 케이블의 장력을 받는 측에서는 문제가 되지 않는다. 그러나 튜브의 압축측에서는 외장의 국부적 압축 항복부하가 국부적 임계 좌굴부하(critical buckling load)보다 작을 경우에만 압축될 것이다. 그렇지 않을 경우, 케이블은 좌굴함으로써 케이블의 기계적 및 전기적 물성에 부정적인 영향을 주게 될 것이다. 어닐링된 알루미늄 외장재에 있어서, 케이블 설계에서 국부적 압축 항복부하가 충분히 낮아서 케이블의 압축측에서의 좌굴 파손을 피할 수 있다. 그러나 동과 같이 매우 높은 압축 항복강도를 갖는 재료에 있어서, 높은 압축 항복부하가 외장의 임계 좌굴부하를 초과할 수 있으므로 좌굴 가능성이 현저히 증가한다. 이것은 대응하는 임계 좌굴부하가 압축 항복부하보다 더 빠른 속도로 감소하는 경향이 있으므로 외측 도체의 두께가 감소할 때 특히 그러하다. 따라서, 얇은 동 외장의 경우에 두꺼운 알루미늄 외장보다 좌굴하는 경향이 크다.

본 발명의 케이블에 있어서, 임계 좌굴부하는 외장을 접착방식으로 코어 및 보호 재킷에 접합함으로써 크게 증가될 수 있음이 밝혀졌다. 특히, 여기에서 논의되는 접합 박리강도를 갖는 외장과 재킷 사이의 접착성 접합이 높은 임계 좌굴부하를 제공하고 따라서 감소된 좌굴을 제공한다. 따라서 이점이 동 외장이 본 발명에서 사용되어 케이블의 가요성을 증가시키게 한다. 또한, 상기 임계 좌굴부하는 코어의 강성(剛性)을 증가시킴으로써 크게 증가될 수 있다. 강성은 유전체의 밀도를 증가시킴으로써 증가될 수 있지만, 밀도가 높으면 내측 도체를 따라 감쇠의 증가를 초래한다. 여기에서 설명되는 바와 같이 하나의 대안이 되는 방법은 낮은 감쇠를 위해 내측 도체를 따라 저밀도 발포 유전체를 형성하고 외장을 따라 코어의 강성을 증가시킴으로써 굽힘에서의 외장을 지지하기 위해 동 외장을 따라 고밀도 포말 또는 고체 유전체를 형성하는 것이다.

본 발명의 동축 케이블은 종래의 동축 케이블보다 향상된 굽힘 특성을 갖는다. 앞에서 설명한 바와 같이, 케이블의 굽힘 특성을 향상시키는 하나의 특징은 매우 얇은 동 외장(14)의 사용이다. 본 발명의 동축 케이블의 굽힘 특성을 향상시키는 또 하나의 특징은 외장(14)이 발포 유전체(12) 및 보호 재킷(18)에 접착방식으로 접합된다는 것이다. 이 관계에서, 발포 유전체(12) 및 재킷(18)은 굽힘시에 동축 케이블의 손상을 막기 위해 외장(14)을 지지해 준다. 또한 외장의 강성에 관하여 증가된 코어의 강성이 동축 케이블의 굽힘 특성에 유리하다. 구체적으로, 본 발명의 동축 케이블은 외장에 대한 코어의 강성의 비가 적어도 5이고 바람직하게는 적어도 10이다. 이에 더하여 본 발명의 동축 케이블에서의 최소 굽힘 반경이 케이블 직경의 10배보다 훨씬 작고, 오히려 케이블 직경의 약 7배 이하의 수준이다. 튜브형 외장의 벽 두께는 외경에 대한 벽 두께의 비(T/D 비율)가 약 2.5% 이하이고 바람직하게는 약 1.6% 이하가 되도록 감소된다. 외장의 감소된 벽 두께는 동축 케이블의 굽힘 특성에 기여하며 동축 케이블에서의 RF 신호의 감쇠를 효과적으로 감소시킨다. 이들 특징 및 앞에서 설명한 외장(14)의 물성의 조합에 의해 우수한 굽힘 특성을 갖는 튜브형 동 외장이 얻어진다.

위에서 간략히 언급한 바와 같이, 동축 케이블의 굽힘 특성은 튜브형 동 외장(14)과 외측 보호 재킷(18) 사이에 접착제층(19)을 형성함으로써 더욱 향상된다. 동축 케이블의 굽힘 특성(케이블이 13인치 맨드릴 상에서 좌굴을 일으키지 않고 견딜 수 있는 역 벤드(reverse bend)의 횟수로 측정됨)은 일반적으로 접착제층의 접합 박리강도가 증가함에 따라 증가한다. 그러나 도 8에 예시된 바와 같이, 겁합 강도가 일정한 레벨, 예를 들면 36 lb/in에 도달하면 보호 재킷을 제거하기 너무 어렵게 되어 동축 케이블과 다른 전도성 부재 사이에 전기적 접속을 형성할 수 없음이 밝혀졌다. 나아가서 접착제 사용의 증가는 케이블 제조비용의 증가 및 전기적 특성의 감소를 초래한다. 반면에 접착성 접합의 강도가 일정 레벨 이하이면 그 접착성 접합은 동축 케이블의 소망의 굽힘 특성을 제공하기에 불충분하다. 도8에 예시된 접착성 접합의 접합 박리강도에 있어서 낮은 레벨이 10 lb/in이지만, (도 9에 예시된 바와 같이) 외장의 평활도를 조절함으로써, 즉 예를 들면 함몰 다이내의 외장의 윤활을 조절함으로써 상기 낮은 레벨이 5 lb/in까지 낮아질 수 있다는 것이 밝혀졌다.

여기에서 설명되는 접합 박리강도는 180°재킷 필 백 테스트(jacket peel back test)를 사용하여 결정된다. 상기 180°재킷 필 백 테스트에 있어서, 18인치 샘플이 테스트하고자 하는 케이블의 각 릴로부터 절단된다. 12인치의 샘플 조각이 재킷 슬라이싱(slicing) 장치에 놓이고 그 슬라이싱 장치의 슬리터 블레이드 (slitter blade)가 재킷을 절단하도록 설정된다. 케이블은 상기 슬라이싱 장치를 통해 샘플에서 12인치 슬릿이 절단될 때까지 또는 샘플의 끝이 도달할 때까지 당겨진다. 보다 작은 케이블에 있어서는, 등거리로 이격한 4개의 슬릿이 케이블 속으로 절단된다. 보다 큰 케이블에 있어서는 등거리로 이격한 6개의 슬릿이 케리블 속으로 절단된다. 상기 슬릿의 말단에서 케이블로부터 재킷을 이완시키기 위해 칼이 사용된다. 그러면 재킷이 케이블의 말단으로부터 약 4인치 뒤로 당겨진다. 박리된 백 재킷으로부터 루프가 형성되고 고정된다. MG100L 힘 측정계를 온(on)시키고 피크(Peak) T 세팅으로 설정한다. 힘 측정계를 루프 상에 걸고 힘의 변화가 정지될 때까지 루프상으로 서서히 당긴다. 측정계 상의 힘을 기록하고 케이블의 각 구간(작은 케이블에 있어서 4 분구간(quadrant))마다 상기 순서를 반복한다. 각구간의 최소 및 최대 폭은 또한 캘리퍼스를 사용하여 측정되고 평균 폭을 결정하기 위해 기록된다. 힘/단위 폭(예를 들면 lb/in)은 다음의 식에 의해 결정된다:

힘/단위 폭 = 힘/평균 폭

상기 값은 각 4 분구간에 대하여 측정되고 기록된다. 접합 박리강도는 4회 (6회) 측정의 평균이다.

본 발명은 우수한 굽힘 특성을 구비하고 케이블로부터 용이하게 제거됨으로써 동축 케이블과 다른 전도성 부재 사이에 전기적 접속을 제공할 수 있는 외측 보호 재킷을 갖는 동축 케이블을 제공한다. 상기한 특성들을 모두 보유하는 케이블을 제공하기 위해 튜브형 동 외장 및 외측 보호층 사이의 접착제층의 접합 박리강도가 180°재킷 필 백 테스트에 의해 측정하였을 때 36 lb/in 이상이 되어야 한다는 결론이 났다. 바람직하게는, 접합 박리강도가 약 5와 36 lb/in 사이라야 한다. 본 발명의 일 실시예에서, 접합 박리강도가 약 10과 36 lb/in 사이이다. 이범위의 접합 박리강도는 동 외장에 대하여는 특히 중요한 범위임이 밝혀졌다. 동은 알루미늄보다 높은 압축 항복강도 및 모듈러스를 가지므로, 상기 접착제층(19)의 접합 강도는 일반적으로 동 외장의 경우가 알루미늄에 비하여 더 강해야 한다. 따라서, 동 외장에 대한 적합한 접합 강도의 범위를 정의하는 것은 본 발명의 동축 케이블의 제조에 있어서 중요하다.

본 발명의 동축 케이블은 50옴(ohm) 적용에서 특히 유용한 것으로 밝혀졌다. 당업자에게 알려져 있는 바와 같이, 50옴 적용은 정밀 신호 산업에 있어서 표준이며 양호한 신호 전파, 전력송출 및 항복전압(breakdown voltage)을 제공한다. 결과적으로 본 발명의 동축 케이블은 하나 이상의 상기한 이점이 소망되는 경우에 적용되기에 유용하다.

본 발명의 전술한 설명을 읽으면 당업자가 그로부터 변화와 변경을 할 수 있을 것으로 이해된다. 이러한 변화 및 변경은 이하에 첨부되는 청구항의 사상 및 범위에 포함되는 것이다.

Claims (20)

1. 적어도 하나의 내측 도체 및 그 내측 도체를 둘러싸는 발포형 폴리머 유전체 (foam polymer dielectric)를 포함하는 코어,

   상기 코어를 밀접하게 둘러싸고 상기 코어에 접착방식으로 접합되며, 전기적 및 기계적으로 연속적인 튜브형 동 외장(銅 外裝)(copper sheath), 및

   상기 외장을 둘러싸고 상기 외장에 접착방식으로 접합되는 보호 폴리머 재킷 (jacket)

   을 포함하고

   상기 폴리머 재킷과 상기 외장 사이의 접합의 박리강도(剝離强度)가 36 lb/in 이하인

   동축 케이블.
2. 적어도 하나의 내측 도체 및 그 내측 도체를 둘러싸는 발포형 폴리머 유전체를 포함하는 코어,

   상기 코어를 밀접하게 둘러싸고 상기 코어에 접착방식으로 접합되며, 전기적 및 기계적으로 연속적인 매끄러운 벽을 갖는 튜브형 동 외장(銅 外裝),

   상기 동 외장을 둘러싸는 접착제층, 및

   상기 외장 및 상기 접착제층을 둘러싸고 상기 접착제층에 의해 상기 외장에 접합되는 보호 폴리머 재킷

   을 포함하고

   상기 폴리머 재킷과 상기 외장 사이의 접착성 접합의 박리강도(剝離强度)가 36 lb/in 이하인

   동축 케이블.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접합 박리강도가 5 lb/in 이상인 동축 케이블.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접합 박리강도가 10 lb/in 이상인 동축 케이블.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 발포형 폴리머 유전체가 200 마이크론 이하의 평균 셀 크기를 갖는 닫힌 셀 폴리올레핀 폼(foam)인 동축 케이블.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 동 외장이 자신의 외경의 약 1.6% 이하의 두께를 갖는 동축 케이블.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 발포형 폴리머 유전체와 상기 외장 사이에 고체 유전체를 추가로 포함하는 동축 케이블.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 발포형 폴리머 유전체의 밀도가 상기 내측 도체로부터 상기 외장까지 방사상으로 증가하는 동축 케이블.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 튜브형 동 외장의 벽 두께가 0.013인치 이하인 동축 케이블.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 케이블이 케이블 직경의 10배보다 훨씬 작은 최소 굽힘 반경을 갖는 동축 케이블.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외장의 강성(剛性) (stiffness)에 대한 코어의 강성의 비가 최소한 10인 동축 케이블.
12. 제1항 또는 제2항에 따른 동축 케이블을 50옴의 응용품에 사용하는 방법.
13. 도체와 그 도체를 둘러싸는 팽창된 발포 유전체를 포함하는 케이블 코어를 소정의 이동 경로를 따라 전진시키는 단계;

    전기적 및 기계적으로 연속적인 튜브형 동 외장을 상기 코어를 헐겁게 에워싸도록 형성하는 단계;

    상기 전진하는 동 외장을 전진하는 케이블 코어 상에 함몰시키는 단계; 및

    상기 외장을 둘러싸는 보호용 폴리머 재킷을 형성하고 상기 재킷을 접착방식으로 상기 외장에 36 lb/in 이하의 접합 박리강도로 접합시키는 단계

    를 포함하는 동축 케이블의 제조 방법.
14. 제13항에 있어서, 케이블 코어를 전진시키는 상기 단계 이전에 실행되는

    도체를 압출기 속으로 전진시켜서 거기에서 포말형성 가능한 폴리머 조성물을 압출시키는 단계; 및

    상기 압출된 폴리머 조성물을 발포시키고 팽창시켜서 상기 전진하는 도체를 둘러싸는 팽창된 발포 유전체를 포함하는 케이블 코어를 형성하는 단계

    를 추가로 포함하는 동축 케이블의 제조 방법.
15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 동 외장을 상기 전진하는 케이블 코어 상에 함몰시키는 상기 단계가

    상기 케이블 코어 및 상기 둘러싸는 외장을 적어도 하나의 함몰 다이 (sinking die)를 통하여 동시에 전진시키고 상기 동 외장을 상기 케이블 코어 상에 함몰시킴으로써 코어의 발포 유전체의 압축을 야기하여 동축 케이블을 제조하는 단계

    를 포함하는 동축 케이블의 제조 방법.
16. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 외장을 둘러싸는 보호용 폴리머 재킷을 형성하고 상기 재킷을 접착방식으로 상기 외장에 접합시키는 단계가

    용융 접착제 조성물 및 용융 열가소성 폴리머 조성물을 동시 압출하는 단계를 포함하고,

    상기 접착제 조성물은 상기 동 외장을 둘러싸고, 상기 열가소성 폴리머는 상기 접착제를 둘러싸서 상기 접착제에 의해 상기 외장에 접합되는 동축 케이블의 제조 방법.
17. 제16항에 있어서, 용융 접착제 조성물과 용융 열가소성 폴리머 조성물을 동시 압출하는 상기 단계가

    상기 외장과 상기 재킷 사이에 약 10 내지 36 lb/in의 접합 박리강도를 갖는 접착 결합을 형성하는 동축 케이블의 제조 방법.
18. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 발포 유전체 상에 접착제를 도포하여 상기 발포 유전체를 상기 튜브형 동 외장에 접착 방식으로 결합시키는 단계를 포함하는 동축 케이블의 제조 방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 발포 유전체 상에 접착제를 도포하는 단계가

    포말형성 가능한 폴리머 조성물 및 그 포말형성 가능한 폴리머 조성물을 둘러싸는 접착제 조성물을 동시 압출하는 단계

    를 포함하는 동축 케이블의 제조 방법.
20. 제13항 또는 제14항에 있어서, 도체를 압출기 속으로 전진시켜서 포말형성 가능한 폴리머 조성물을 압출시키는 상기 단계가

    도체에 대해 둘러싸는 포말형성 가능한 폴리머 조성물, 상기 포말형성 가능한 폴리머 조성물에 대해 둘러싸는 고체 폴리머 조성물, 및 상기 고체 폴리머 조성물에 대해 둘러싸는 접착제 조성물을 동시 압출하는 단계

    를 포함하는 동축 케이블의 제조 방법.