KR101448611B1 - 전기 제어 케이블 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 복수의 폴리머 필라멘트로 이루어진 코어(40), 상기 코어의 길이 방향으로 뻗어있는 전도성 소재로 이루어진 복수의 스트랜드(20), 외부 절연 외장부를 포함하는 형태의 전기 제어 케이블(1)에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 스트랜드(20)는 서로 두 개씩 또한 상기 코어와 접하도록 상기 코어(40)의 외면 둘레에 균일하게 또한 동심상으로 분포되고, 상기 코어(40)의 필라멘트는 상기 필라멘트를 복수의 부속 조립체로 구성하여 얻어지는 비금속성의 단일 구조를 형성하도록 서로 고정되며, 어떤 하나의 부속 조립체의 필라멘트(41)들은 나선형으로 함께 꼬여지고, 상기 부속 조립체들도 전체적인 나선형을 형성하도록 서로 꼬여진다. 본 발명에 따른 케이블은 확실한 크림핑 작업을 보장함과 동시에 한정된 개수의 구리 스트랜드를 사용하는 이점이 있다.

케이블, 구리 스트랜드, 코어, 폴리머 필라멘트, 크림핑

Description

전기 제어 케이블{AN ELECTRICAL CONTROL CABLE}

본 발명은 전기를 전송하는데 사용되는 전기 제어 케이블 또는 전력 케이블에 관한 것이다.

이러한 케이블은 자동차 산업 등과 같은 여러 산업 분야에서 사용되며, 이러한 산업 분야에서 케이블은 여러 장치에 전력을 공급하기 위해 다발로 조립된다. 따라서, 이러한 케이블은 양호한 기계적 강도를 유지함과 동시에, 가능한 한 가볍고 콤팩트하게 구성되어야 한다.

이러한 케이블은 보통 케이블의 가요성을 증가시키는 꼬여있는 스트랜드(twisted strand)를 형성하기 위해 일반적으로 함께 꼬여져 있는 복수의 구리 스트랜드로 구성되며, 상기 구리 스트랜드는 압출성형 등으로 얻어지는 절연 외장부(insulating sheath)에 의해 둘러싸여 있다. 도 1은 이러한 케이블(1)의 일 예를 도시한 횡단면도이며, 여기서 케이블은 원형 단면의 절연 외장부(30)로 둘러싸인 7개의 동일한 구리 스트랜드(20)로 이루어져 있다. 구체적으로 보면, 케이블의 직경 은 일반적으로 약 1.6밀리미터(mm)이고, 각각의 구리 스트랜드(20)는 약 0.3mm의 직경을 갖는다.

도 1의 케이블과 유사하지만, 개수가 다른 구리 스트랜드, 예컨대 9개의 스트랜드를 갖는 또 다른 구조의 케이블도 알려져 있다.

동일한 구조를 갖는 케이블의 이점은 기본적으로 제조 방법이 단순하다는 것이며, 또한 커넥터에 확실히 크림핑(crimping)하기 적합하다는 것이다. 이는 커넥터에 설치하고자 하는 절연 외장부(30)의 일부분을 제거함으로써 케이블을 국부적으로 벗겨내고, 커넥터의 부싱(bushing)을 케이블의 벗겨진 단면 둘레에 기계적으로 압착하는 것으로 충분하다. 또한, 구리는 본질적으로 견인력(traction)에 대해 기계적 강도가 양호하다.

그러나, 케이블이 전달해야할 전기량에 대응하는 구리의 실질적 필요량과 비교할 때, 상술한 케이블은 과도한 양의 구리를 사용하는 것으로 알려져 있다. 더 자세히 보면, 상술한 케이블 구조에서 구리의 절반 정도는 케이블에 견인 강도를 제공하고 효과적인 크림핑을 보장하는데 사용된다.

또한, 구리의 가격도 점점 더 오르고 있어, 사용되는 구리의 양을 가능한 한 가장 적은 양까지 최소화할 수 있는 새로운 케이블 구조를 찾는 것이 중요하다.

이에 따른 해결책으로, 구리 스트랜드가 비전도성 소재의 코어와 결합되어 있는 다양한 복합 케이블들이 이미 공지되어있다. 특히, 미국 특허 7 145 082는, 대량의 도선(구리 등으로 이루어짐)이, 아라미드 파이버 타입의 멀티스트랜드 폴리머로 이루어진 중심 코어 둘레에 꼬여져 있는 제어 케이블을 기술한다.

이러한 유형의 케이블은 아라미드의 사용으로 견인력에 대한 기계적 강도를 양호하게 유지할 수 있는 동시에, 사용되는 구리의 양을 신호 전송이 양호하게 이루어질 수 있는 정도만으로 상당량 줄일 수 있다. 반면, 구리 스트랜드들이 중심 스트랜드를 둘러싸는 하나의 동심상의(concentric) 층에 배치되는 도 1의 해결책과 비교할 때, 구리 스트랜드의 개수는 여전히 매우 많다.

도 1의 구조에서 중심 구리 스트랜드를 단순히 미국 특허 7 145 082에 기술된 유형의 멀티필라멘트 폴리머 코어로 대체하는 것은 적절하지 않은데, 이는 이러한 케이블이 크림핑 작업과 관련해 볼 때 만족스러운 결과를 보이지 않기 때문이다. 이러한 케이블이 일단 크림핑 작업을 위해 벗겨지면, 구리 스트랜드들이 서로에 대해 약간씩 벌어지게 되고, 이에 따라 코어를 구성하는 몇몇 폴리머 필라멘트들이 두 개의 구리 스트랜드 사이에서 방사상으로 빠져나갈 위험이 있다. 이러한 상황은, 절연 외장부(20)의 일부가 벗겨진 이후의 케이블 상태를 도시하고 있는 도 2(횡단면도)에 개략적으로 나타나 있다. 도면에서 볼 수 있는 것과 같이, 멀티필라멘트 폴리머로 이루어진 코어(40)의 어떤 필라멘트들은 구리 스트랜드(20)의 바깥 테두리 외부에 나타나 있다. 이에 따라, 커넥터의 부싱이 케이블의 벗겨진 단면 둘레로 압착될 때, 이들 필라멘트들이 구리 스트랜드와 부싱 사이에 끼어들게 되어, 접촉 면적이 전기 신호를 적절히 전송하는데 필요한 면적보다 줄어들게 된다.

특허 문헌 EP 1 089 299는, 금속 소재에 파묻힌 복수의 보강 파이버로 이루어진 코어 둘레에 복수의 전도성 소재 스트랜드가 동심상으로 꼬여져 있는 케이블 구조를 개시한다. 이러한 케이블은, 특히 파이버를 파묻기 위해 금속 소재의 매트 릭스를 사용하므로 제조시 비용이 많이 든다.

또한, 미국 특허 5 159 157은 본 출원의 청구항 제1항의 전제부에 대응하는 제어 케이블로서, 코어의 탄소 파이버가 비금속성의 단일 구조로 고정되는 제어 케이블을 개시한다. 더 상세히 보면, 바세린 타입의 필러 매트릭스가 탄소 파이버와 전도성 소재의 스트랜드 사이의 모든 공동에 채워진다. 이러한 구조는 상기 필러 매트릭스의 사용으로 인해 여전히 제조 비용이 많이 든다.

본 발명의 목적은, 신호 전송을 보장하기 위해 충분한 전도성을 갖는 소재(일반적으로는 구리)로 이루어진 한정된 개수의 스트랜드를 사용하는 케이블로서, 커넥터의 크림핑을 확실히 보장할 수 있으며, 제조 비용이 가능한 한 저렴한, 케이블을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이러한 목적은,

ㆍ 복수의 폴리머 필라멘트로 이루어진 코어;

ㆍ 상기 코어의 길이 방향으로 뻗어있는 전도성 소재로 이루어진 복수의 스트랜드로서, 서로 두 개씩 또한 상기 코어와 접하도록 상기 코어의 외면 둘레에 균일하게 또한 동심상으로 분포되는 복수의 스트랜드; 및

ㆍ 외부 절연 외장부;를 포함하는 형태의 전기 제어 케이블에 있어서,

상기 폴리머 필라멘트는 복수의 부속 조립체로 분포되고, 분포된 부속 조립체의 폴리머 필라멘트들은 나선형으로 함께 꼬여지며, 상기 부속 조립체들도 전체적인 나선형을 형성하도록 서로 꼬여지는 전기 제어 케이블에 의해 달성된다.

본 발명에 의하면, 코어의 폴리머 필라멘트들이 외부 접착 코팅에 의해 단일 구조를 이루므로 크림핑 작업시 스트랜드가 벌어지더라도, 코어의 필라멘트가 스트랜드와 커넥터 사이에 끼어들지 않는다. 또한, 외부 접착 코팅 공정은 매우 용이하게 수행될 수 있으므로 제조 비용이 저렴하다. 또한, 부속 조립체들의 전체적인 나선형 피치가 각각의 하위 집단이 구성하는 나선형들의 피치와 정반대를 이루므로, 커넥터-크림핑 작업 중 필라멘트가 빠져나오게 되는 위험이 더욱 줄어든다.

본 발명 및 본 발명이 제공하는 이점은 첨부 도면을 참조한 아래의 기술에 의해 더 자세히 설명될 것이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예를 구성하는 케이블(1)의 일부를 도시하고 있으며, 상기 케이블은 케이블의 내부 구조를 볼 수 있도록 단부가 벗겨져 있다.

미국 특허 7 145 082에 기술된 종래 기술의 케이블과 같이, 도 3의 케이블(1)은 전도성 소재(예컨대 구리)로 이루어진 복수의 스트랜드(20)를 포함하며, 상기 스트랜드는 절연성 소재의 외부 외장부(30)와 함께 멀티필라멘트 폴리머로 이루어진 중심 코어(40)의 길이 방향으로 뻗어있다.

그러나, 이 스트랜드들은 서로 두 개씩 또한 상기 코어와 접하면서 상기 코어(40) 둘레에 균일하게 또한 동심상으로 분포되므로, 사용되는 스트랜드(20)의 개수가 줄어든다. 도시된 비한정적인 예에서, 이 스트랜드(20)는 모두 6개이다. 코어 및 스트랜드의 또 다른 단면에서도, 구리 스트랜드의 총 개수는 물론 하나의 층에서 코어의 외면을 둘러싸도록 맞추어져야 한다.

코어(40)의 폴리머 필라멘트(예컨대, 아라미드로 이루어짐)들은 비금속성의 단일 구조를 구성하도록 외부 접착 코팅만으로 서로 고정되어있다. 제조 방법상 이러한 공정은 매우 용이하게 수행될 수 있으므로 케이블의 총 제조 비용이 현저하게 증가하지는 않는다. 또한, 커넥터와의 크림핑 작업을 위해 외장부(30)의 일부를 제거함에 따라 스트랜드(20)가 약간 벌어지더라도, 코어(40)의 필라멘트가 스트랜드(20)와 커넥터 사이에 끼어들게 되는 위험이 없다.

또 다른 변형 실시예(도시되지 않음)에 따르면, 이 비금속성의 구조는 필라멘트들을 나선형으로 꼬고 이 나선형 필라멘트를 비금속성 소재의 외장부 또는 매트릭스로 덮음으로써 고정된다. 이러한 제조 방법은 단지 접착 코팅을 사용할 때보다 약간 더 복잡하지만, 이는 복수의 얀(yarn)을 나선형으로 감은 후 압출성형 등으로 피복(sheathing)하는 잘 알려진 기술을 이용할 수 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비금속성의 단일 구조(40)를 도시한다. 코어 필라멘트는 복수의 부속 조립체(subassembly)로 구성된다(도 4에 도시된 비한정적인 예에서는 3개의 부속 조립체). 각각의 부속 조립체는, 서로 나선형으로 꼬여지고 절연성 소재의 외장부(42) 내부에 배치되는 복수의 필라멘트(41), 바람직하게는 7개의 필라멘트로 구성된다. 이러한 방식으로 얻어지는 3개의 부속 조립체는 다시 서로 꼬여져 전체적인 나선형(overall helix)을 형성한다. 도 4에 도시된 바람직한 방식에 따르면, 부속 조립체들은, 각각의 하위 집단이 구성하는 나선형들의 피치와 정반대의 피치를 갖는 전체적인 나선형이 구성되도록 함께 꼬여진다. 이는 커넥터-크림핑 작업 중 몇몇 필라멘트가 가까스로 빠져나가게 되는 위 험을 더욱 감소시킨다. 외장부(42)를 사용하는 대신, 각각의 부속 조립체는 전체적인 나선형을 형성하기에 앞서 비금속성 소재의 매트릭스에 파묻힐 수 있다. 또 다른 변형에 따르면, 각각의 부속 조립체는 접착제로 코팅될 수 있다.

상술한 모든 실시예에서, 코어의 폴리머는 아라미드, 고성능 폴리에스테르, 폴리아미드, 또는 폴리에스테르 나프탈레이트(polyester naphthalate)일 수 있다.

도 1은 7개의 구리 스트랜드를 갖는 종래 기술로 알려진 케이블의 횡단면도;

도 2는 중심 구리 스트랜드가 멀티필라멘트 폴리머 코어로 대체되어 있는 벗겨진 케이블을 도시한 횡단면도;

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블의 구조를 도시한 도면;

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 케이블에 대한 코어의 비금속성 단일 구조를 도시한 도면이다.

Claims (5)

1. ㆍ 복수의 폴리머 필라멘트로 이루어진 코어(40);

   ㆍ 상기 코어의 길이 방향으로 뻗어있는 전도성 소재로 이루어진 복수의 스트랜드(20)로서, 서로 두 개씩 또한 상기 코어와 접하도록 상기 코어(40)의 외면 둘레에 균일하게 동심상으로 분포되는 복수의 스트랜드; 및

   ㆍ 상기 스트랜드를 둘러싸는 외부 절연 외장부(30);를 포함하는 형태의 전기 제어 케이블(1)에 있어서,

   상기 폴리머 필라멘트는 복수의 부속 조립체로 분포되고, 상기 부속 조립체 각각의 폴리머 필라멘트(41)들은 나선형으로 함께 꼬여지며, 크림핑 작업을 위해 상기 외부 절연 외장부의 일부분을 제거할 때 상기 스트랜드가 벌어지는 경우 상기 폴리머 필라멘트가 상기 스트랜드 사이에서 방사상으로 빠져나가는 것을 방지하도록 상기 부속 조립체도 전체적인 나선형을 형성하도록 서로 꼬여지는 전기 제어 케이블(1).
2. 제1항에 있어서,

   서로 꼬여지는 상기 부속 조립체의 전체적인 나선형의 피치는 각 부속 조립체의 나선형의 피치와 정반대인 것을 특징으로 하는 전기 제어 케이블(1).
3. 제1항에 있어서,

   상기 부속 조립체는 각각 비금속성 소재의 매트릭스에 파묻히거나, 비금속성 소재의 외장부(42)로 덮여있거나, 또는 접착제로 코팅되는 것을 특징으로 하는 전기 제어 케이블(1).
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 전도성 소재는 구리인 것을 특징으로 하는 전기 제어 케이블(1).
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 코어(40)의 폴리머는 아라미드, 고성능 폴리에스테르, 폴리아미드, 또는 폴리에스테르 나프탈레이트인 것을 특징으로 하는 전기 제어 케이블(1).

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