KR100531020B1 - 초극세 동축케이블 및 이의 제조용 압출장치와 압출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주로 의료기기나 산업용 로봇의 스캐너 등에 사용되는 초극세 동축케이블과 이의 제조장치 및 제조방법을 개시한다.

본 발명의 목적은 동축케이블의 중심도체 둘레에 형성되는 절연층이 기공을 갖는 발포테프론층으로 되도록 하여 유전율 및 유전체 손실을 줄여 고주파특성을 개선하고, 케이블의 무게와 직경을 줄여 장비의 취급이 용이하도록 하며, 생산공정이 신속하게 이루어짐과 아울러 굴곡성이 우수하여 중심도체나 외부도체가 단선될 우려가 없도록 함에 있다.

이를 위하여 본 발명은 하나 이상의 발포테프론 수지가 공급되며 상기 발포테프론 수지의 압출을 위한 압출 스크류를 피드존, 메터링존, 가스존, 펌핑존, 믹싱존으로 구분하되, 이들 피드존, 메터링존, 펌핑존으로 구분 형성된 압출기와, 압출기에서 공급되는 발포테프론 수지와 중심도체가 서로 다른 방향에서 공급되어 발포테프론 수지가 중심도체에 씌워지도록 하는 헤드로 구성되는 초극세 동축케이블 제조용 압출장치와, 이러한 압출장치를 이용하여 초극세 동축케이블의 중심도체의 둘레에 50nm/cell 내지 40μm/cell 범위의 기공을 갖는 발포테프론등 발포수지로 됨을 특징으로 한다.

아울러 본 발명은 중심도체를 헤드로 공급하여 그 선단에 장착된 니플의 중앙으로 통과되도록 하고, 압출기로 공급된 하나 이상의 발포테프론 수지가 헤드로 공급되어 중심도체에 씌워지도록 하되, 호퍼로 투입된 발포테프론 수지가 압출스크류에 의하여 피드존에서 메터링존으로 공급되며, 메터링존에서 공급량이 일정하게 제어되어 가스존으로 공급되고, 외부에서 압축 가스가 가스존으로 주입되어 발포테프론 수지와 1차 교반이 실시된 후 펌핑존으로 공급되도록 하며, 외부에서 공급되는 압축가스 또는 압축공기에 의하여 펌핑존에서 압출압력이 추가 발생되도록 하고, 믹싱존에서 발포기공의 균질화를 위한 2차 교반이 실시되도록 하여 발포수지층이 형성되도록 함을 특징으로 한다.

이에 따라 본 발명은 발포테프론 등으로 된 발포수지층의 낮은 유전율에 의하여 고주파 특성을 개선하여 외경을 최소화하여 케이블의 직경을 최소화할 수 있으며, 케이블의 무게도 크게 줄일 수 있게 되어 동축 케이블을 연결하여 사용하는 기기의 조작이 용이하게 되고, 굴곡성이 개선되어 사용도중 상기 케이블의 빈번한 접힘이나 꼬임 등의 현상에도 도체의 단선이나 절연층의 손상 우려가 없게 되는 등의 유용한 효과가 있다.

Description

초극세 동축케이블 및 이의 제조용 압출장치와 압출방법{Super-Infinitesimal Coaxial Cable and Manufacturing Extruding Apparatus and Extruding Method Thereof}

본 발명은 초극세 동축케이블 및 이의 제조용 압출장치와 압출방법에 관한 것으로, 특히 의료기기나 산업용 로봇 등에 사용되는 초극세 동축케이블과 이의 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 초음파진단장치의 진단프로브나 내시경 등의 의료기기나 산업용 로봇 등에 사용되는 신호전송용의 전선케이블은 복수개의 동축케이블을 번들형태로 구비하여 되는 것으로, 이를 첨부한 도면 도 1로 도시하였다.

이에 의하면 전선케이블(100)은 일반 케이블의 외피와 동일한 재질로 되는 재킷(101)의 내부에 복수개의 동축케이블(102)을 설치하되, 상기 복수개의 동축케이블(102) 둘레에 피티에프이(PTFE; polytetrafluorethylene) 테이프(108)를 권취하고, 그 외주면에 차폐 편조 도체(109)를 형성하여 된 것으로, 동축케이블(102)은 중심도체(103)의 둘레에 피티에프이(PTFE; polytetrafluorethylene) 테이프를 권취하여 절연층(104)을 형성하되, 권취방향을 달리하여 2중으로 권취하고, 그 외주면에 절연성의 향상을 위하여 스킨층(105)을 형성한 후, 그 둘레에 쉴드(105)를 형성하며, 쉴드(105)의 외주면에 외피(106)를 형성하여 된 것이다.

이러한 전선케이블(100)은 단부에 콘넥터가 설치되어 각종 의료장비의 센서등에 연결 사용하는 것이나, 이러한 전선케이블(100)은 극히 생산성이 저조하고, 고주파 노이즈 특성이 불충분하며, 불량률이 높은 등의 문제점이 있는 것이다.

즉, 중심도체(103)의 둘레에 절연층(104)를 2중으로 테이핑하는 공정은 정밀한 설비가 요구되어 설비 비용이 많이 들며, 작업에 많은 시간이 소요되어 생산성이 저조하고 제조 비용이 증가되어 제품의 가격이 앙등되며, 그 직경의 최소화에 어려움이 있고, 무게가 증가되어 전선케이블(100)을 사용하는 장비의 취급이 불편하게 되는 문제가 있다.

또한, 사용과정에서 전선케이블(100)이 꼬이거나 접히는 곳이 많은 경우에 절연층(104)이 2중으로 테이핑됨에 의하여 굴곡성이 불량하여 굴신에 유연하게 대응하지 못하고 중심도체(103)나 쉴드(105)가 단선되어 신호를 전달하지 못하거나 또는 절연층(104)이 손상되어 유전율 및 유전체의 손실이 초래되어 고가인 전선케이블(100)을 빈번하게 교체하여야 하는 등의 문제가 있는 것이다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제를 감안하여 초극세동축케이블의 중심도체 둘레에 형성되는 절연층이 기공을 갖는 발포수지층으로 되도록 하여 유전율 및 유전체 손실을 줄여 고주파특성을 개선하고, 케이블의 무게와 직경을 줄여 장비의 취급이 용이하도록 하며, 생산공정이 신속하게 이루어짐과 아울러 굴곡성이 우수하여 중심도체나 쉴드가 단선될 우려가 없는 초극세 동축케이블 및 이의 제조용 압출장치와 압출방법을 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 하나 이상의 원료 수지가 공급되며 상기 원료 수지의 압출을 위한 압출 스크류를 피드존, 메터링존, 가스존, 펌핑존, 믹싱존으로 구분하되, 이들 피드존, 메터링존, 펌핑존의 직경이 상이하게 형성된 압출기와, 중심도체가 통과되는 니플이 형성되고 압출기에서 공급되는 원료 수지와 중심도체가 서로 다른 방향에서 공급되어 원료 수지가 중심도체에 씌워지도록 하는 헤드로 구성되는 초극세 동축케이블 제조용 압출장치와, 이러한 압출장치를 이용하여 초극세 동축케이블의 중심도체의 둘레에 50nm/cell 내지 40μm/cell 범위의 기공을 갖는 발포수지로 된 절연층이 구비된 초극세 동축케이블을 제안한다.

아울러 본 발명은 중심도체를 헤드로 공급하여 니플의 중앙으로 통과되도록 하고, 압출기로 공급된 하나 이상의 원료 수지가 헤드로 공급되어 중심도체에 씌워지도록 하되, 호퍼로 투입된 원료 수지가 압출스크류에 의하여 피드존에서 메터링존으로 공급되며, 메터링존에서 공급량이 일정하게 제어되어 가스존으로 공급되고, 외부에서 압축 가스가 가스존으로 주입되어 원료 수지와 1차 교반이 실시된 후 펌핑존으로 공급되도록 하고, 외부에서 공급되는 압축가스 또는 압축공기에 의하여 펌핑존에서 압출압력이 추가 발생되도록 하며, 믹싱존에서 발포기공의 균질화를 위한 2차 교반이 실시되도록 하여서 됨을 특징으로 한다.

이에 따라 본 발명은 초극세동축케이블의 제조가 용이하고, 제조중 품질 확보가 쉽고, 제품의 가격이 저렴하게 되고, 제품의 직경과 무게가 감소되어 기기의 취급이 용이하게 되며, 굴곡성이 우수하게 되어 단선이나 유전율 및 유전체가 손실될 우려가 감소된다.

상기와 같은 본 발명의 구성 및 작용을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 초극세동축케이블의 구성을 도시한 부분의 절개 사시도이고, 도 3은 본 발명에 의한 초극세동축케이블 제조용 압출장치를 도시한 설명도이며, 도 4는 본 발명에 의한 동축케이블 제조용 압출장치의 압출기를 개략적으로 도시한 구성도, 도 5는 본 발명에 의한 초극세

동축케이블 제조용 압출장치의 헤드를 개략적으로 도시한 구성도이다.

본 발명은 중심도체(11)의 둘레에 50nm/cell 내지 40μm/cell 범위의 기공을 가지며 발포테프론 등의 발포수지로 된 절연층(12)를 구비하고, 상기 절연층(12)의 외주면에 쉴드(13)를 형성하며, 쉴드(13)의 외주면에 외피(14)를 형성하여서 된 초극세 동축케이블(10)을 구비하는 것이다.

이러한 초극세동축케이블(10)은 압출기(17)와 냉각장치(28)가 구비된 제조장치에 의하여 제조되는 것이며, 상기 제조장치는 하나 이상의 발포테프론 수지가 공급되며 상기 발포테프론 수지의 압출을 위한 압출스크류(19)를 피드존(20), 메터링존(21), 가스존(22), 펌핑존(23), 믹싱존(24)으로 구분하되, 이들 피드존(20), 메터링존(21), 펌핑존(23)의 직경과 나사산 간격, 나사산 형상이 상이하게 형성된 압출기(17)와, 중심도체(11)가 통과되는 니플(27)이 형성되고 압출기(17)에서 공급되는 발포테프론 수지와 중심도체(11)가 서로 다른 방향에서 공급되어 발포테프론 수지가 중심도체(11)에 씌워지도록 하는 헤드(26)와, 헤드(26)로 중심도체(11)를 공급하는 장치 피더(가)와, 중심도체(11)의 둘레에 발포테프론 수지가 씌워져 인출되는 제품을 냉각하기 위한 냉각장치(28) 및 이와 같이 하여 제조된 초극세 동축케이블 권취롤(29)로 구성하여 된 것이다.

아울러 상기 헤드(26)에는 압출기(17) 외에 스킨층(12a)의 형성을 위한 수지 또는 코팅액을 공급하는 스킨압출장치(30)를 연결하며, 상기 가스존(22)과 믹싱존(24)에 발포테프론 수지와 가스의 효과적인 혼합을 위한 복수개의 방사상 날개(25)를 형성하여 구비한다.

이러한 제조장치를 이용하여 동축케이블(10)의 중심도체(11)에 절연층(12)를 형성하기 위하여서는 먼저, 중심도체(11)를 헤드(26)로 공급하여 니플(27)의 중앙으로 통과되도록 하고, 압출기(17)의 호퍼(18)로 하나 이상의 발포테프론 수지를 투입한다.

이후 압출스크류(19)를 작동시키면 상기 호퍼(18)로 투입된 발포테프론 수지가 피드존(20)에서 메터링존(21)으로 공급되고, 상기 메터링존(21)에서 공급량이 일정하게 제어되어 가스존(22)으로 공급되며, 상기 가스존(22)에서는 도6a에 도시된 바와 같이 가스탱크(도면상 도시되지 않음)에 연결된 관체(31)로부터 외부에서 압축 가스가 주입되어 메터링존(21)에서 공급된 원료 수지와 1차 교반이 실시된 후 펌핑존(23)으로 공급된다.

아울러 상기 펌핑존(23)에서는 도6b에 도시된 바와 같이 가스탱크 또는 컴프레셔(도면상 도시되지 않음)에 연결된 관체(31)로부터 압축가스 또는 압축공기가 외부에서 공급되어 압출압력을 추가 발생시키며, 상기 펌핑존(23)에서 발포테프론 수지가 믹싱존(24)으로 공급되면 발포기공의 균질화를 위한 2차 교반이 실시된 후, 헤드(26)로 공급되는 것이다.

이때 압출기(17)는 그 내부가 300℃내지 400℃의 온도와 80 Bar 내지 220 Bar의 압력이 유지되도록 하고, 이러한 압출기(17)를 통과하는 시간은 20분 내지 40분이 되도록 한다.

상기 헤드(26)로 공급된 발포테프론 수지는 중심도체(11)의 둘레에 씌워져 상기 중심도체(11)와 함께 니플(27)을 통하여 외부로 인출되어 냉각장치(28)로 진입되고, 냉각장치(28)에서 냉각된 후 권취롤(29)에 권취되는 것이다.

이때, 상기 수지 원료는 실제로는 발포테프론(테프론 수지와 발포제가 특성에 적합토록 혼합된 복합 테프론 수지를 뜻함)수지를 선택할 수 있으며, 압출기(17)에서 수지 원료인 발포테프론이 공급되어 중심도체(11)의 둘레에 절연층(12)이 형성된 후, 이어서 스킨압출장치(30)에서 수지액 또는 코팅액을 상기 헤드(26)로 공급하여 절연층(12)의 둘레에 스킨층(12a)이 형성되도록 한다.

이후 상기 압출제품을 별도의 기계장치에 공급하여 절연층(12) 또는 스킨층(12a)의 둘레에 쉴드(13)를 형성하고, 그 둘레에 외피(14)를 형성하여 동축케이블(10)을 형성하며, 이러한 초극세 동축케이블(10) 복수개를 번들형태로 한 후, 둘레에 발포 피티에프이(PTFE) 테이프(15a)를 권취하고, 이어서 그 둘레에 차폐 편조 도체(15b)를 형성한 다음, 그 외주면에 재킷(15)을 형성하여 전선케이블(16)을 형성하는 것이다.

이와 같이 본 발명은 원료 수지인 발포테프론이 압출기(17) 내에서 주입 가스와 매우 고른 밀도로 혼합되고 최적의 온도와 압력 및 시간으로 압출되므로, 유전율과 고주파 특성 및 굴곡성이 개선되고, 자동화된 일괄 공정에 의하여 중심도체(11)의 둘레에 절연층(12)가 형성되는 것이므로 생산성이 향상되는 것이다.

실시예1

본 실시예에서는 도체 외경을 0.09mm로 하고, 절연외경을 0.38mm로 하며, 동축케이블의 외경을 0.51mm로 설계하였으며, 상기 펌핑존(23)에서는 압축가스 또는 압축공기가 외부에서 공급되어 압출압력을 추가 발생시키며, 상기 펌핑존(23)에서 발포테프론 수지가 믹싱존(24)으로 공급되면 발포기공의 균질화를 위한 2차 교반이 실시된 후, 헤드(26)로 공급되는 과정에서 압출기(17) 내부의 조건을 내부 온도 320℃, 내부 압력 200 Bar가 유지되도록 하며, 압출기(17)를 통과하는 시간은 25분이 되도록 하였을 때 정전용량은 55 pF/m가 되었으며, 이는 완성 외경 6.5mm 내지 10.5mm의 일반적인 동축케이블과 대등한 수준이면서도 직경의 크기는 1/13 내지 1/20에 불과한 우수한 특성을 얻을 수 있다.

실시예2

본 실시예에서는 도체 외경을 0.09mm로 하고, 절연외경을 0.38mm로 하며, 동축케이블의 외경을 0.51mm로 설계하였으며, 상기 펌핑존(23)에서는 압축가스 또는 압축공기가 외부에서 공급되어 압출압력을 추가 발생시키며, 상기 펌핑존(23)에서 발포테프론 수지가 믹싱존(24)으로 공급되면 발포기공의 균질화를 위한 2차 교반이 실시된 후, 헤드(26)로 공급되는 과정에서 압출기(17) 내부의 조건을 내부 온도 400℃, 내부 압력 100 Bar가 유지되도록 하며, 압출기(17)를 통과하는 시간은 30분이 되도록 하였을 때 정전용량은 52 pF/m가 되었으며, 이는 완성 외경 6.5mm 내지 10.5mm의 일반적인 동축케이블과 대등한 수준이면서도 직경의 크기는 1/13 내지 1/20에 불과한 우수한 특성을 얻을 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명은 중심도체의 둘레에 형성된 절연층을 발포테프론으로 하되, 가스와 고른 밀도로 혼합되어 기공을 갖도록 하여 된 것으로, 발포테프론에 의하여 형성된 절연층은 유전률이 낮아 임피던스를 크게 할 수 있으므로, 고주파 특성이 우수하며, 노이즈 특성이 우수하다.

뿐만 아니라, 본 발명에 의한 절연층은 무수히 많은 미세 기공을 포함하여서 된 것이므로, 그 무게를 최소화할 수 있게 되는 것이며, 그 직경도 최소화할 수 있어서 전선케이블을 연결하여 사용하는 기기의 조작이 용이하게 되고, 굴곡성이 개선되어 사용도중 상기 케이블의 빈번한 접힘이나 꼬임 등의 현상에도 중심도체의 단선이나 절연층의 손상 우려가 없으며, 압출기에서 공급된 발포테프론이 니플을 통과하는 중심도체의 둘레에 자동으로 씌워지게 되므로 제품의 제조원가가 절감되며 생산성이 향상되는 등의 유용한 효과가 있다.

도 1은 종래의 동축케이블의 구성을 도시한 부분 절개 사시도.

도 2는 본 발명에 의한 초극세 동축케이블의 구성을 도시한 부분 절개 사시도.

도 3은 본 발명에 의한 초극세동축케이블 제조용 압출장치를 도시한 설명도.

도 4는 본 발명에 의한 초극세동축케이블 제조용 압출장치의 압축기를 개략적으로 도시한 구성도.

도 5는 본 발명에 의한 초극세동축케이블 제조용 압출장치의 헤드를 개략적으로 도시한 구성도.도 6a는 본 발명의 가스존의 횡단면도.도 6b는 본 발명의 펌핑존의 횡단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 동축케이블 11 : 중심도체 12 : 절연층

13 : 쉴드 14 : 외피 15 : 자켓

16 : 전선케이블 17 : 압출기 18 : 호퍼

19 : 압출스크류 20 : 피드존 21 : 메터링존

22 : 가스존 23 : 펌핑존 24 : 믹싱존

25 : 날개 26 : 헤드 27 : 니플

28 : 냉각장치 29 : 권취롤 30 : 스킨압출장치

Claims (5)

1. 중심도체(11)의 둘레에 절연층(12)이 구비되고, 상기 절연층(12)의 외주면에 쉴드(13)가 형성되며, 쉴드(13)의 외주면에 외피(14)가 형성된 공지의 동축케이블(10)에 있어서,

   절연층(12)은 50nm/cell 내지 40μm/cell 범위의 기공을 갖는 발포수지로 구성됨을 특징으로 하는 초극세 동축케이블.
2. 원료 수지가 중심도체(11)에 씌워지도록 하는 장치와, 상기 장치를 통과하여서 된 케이블을 냉각시키기 위한 냉각장치(28)가 구비된 공지의 것에 있어서,

   하나 이상의 발포테프론 수지가 공급되며 상기 원료 수지의 압출을 위한 압출스크류(19)를 피드존(20), 메터링존(21), 가스존(22), 펌핑존(23), 믹싱존(24)으로 구분하되, 이들 피드존(20), 메터링존(21), 펌핑존(23)의 직경, 나사산 간격, 나사산 형상이 상이하게 형성된 압출기(17)와, 중심도체(11)가 통과되는 니플(27)이 형성되고 압출기(17)에서 공급되는 발포테프론 수지와 중심도체(11)가 서로 다른 방향에서 공급되어 발포테프론 수지가 중심도체(11)에 씌워지도록 하는 헤드(26)로 구성됨을 특징으로 하는 초극세 동축케이블 제조용 압출장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   가스존(22)과 믹싱존(24)에 발포테프론 수지와 가스의 효과적인 혼합을 위한 복수개의 방사상 날개(25)가 형성됨을 특징으로 하는 초극세 동축케이블 제조용 압출장치.
4. 중심도체(11)를 헤드(26)로 공급하여 니플(27)의 중앙으로 통과되도록 하고, 압출기(17)로 공급된 하나 이상의 발포테프론 수지가 헤드(26)로 공급되어 중심도체(11)에 씌워지도록 하되, 호퍼(18)로 투입된 발포테프론 수지가 압출스크류(19)에 의하여 피드존(20)에서 메터링존(21)으로 공급되고, 메터링존(21)에서 공급량이 일정하게 제어되어 가스존(22)으로 공급되며, 외부에서 압축 가스가 가스존(22)으로 주입되어 원료 수지와 1차 교반이 실시된 후 펌핑존(23)으로 공급되도록 하고, 외부에서 공급되는 압축가스 또는 압축공기에 의하여 펌핑존(23)에서 압출압력이 추가 발생되도록 하며, 믹싱존(24)에서 발포기공의 균질화를 위한 2차 교반이 실시되도록 하여서 됨을 특징으로 하는 초극세 동축케이블 제조용 압출방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   압출스크류(19)를 통과하는 원료 수지가 압출기(17) 내에서 20분 내지 40분간 320℃ 내지 400℃의 온도와 80 Bar 내지 220 Bar의 압력이 유지도록 함을 특징으로 하는 초극세 동축케이블 제조용 압출 방법.