KR102112876B1 - 동복 선재 및 이를 포함하는 제어신호 전송용 케이블 - Google Patents

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Abstract

동복 선재 및 이를 포함하는 제어신호 전송용 케이블이 개시된다. 본 발명에 따른 동복 선재 및 이를 포함하는 제어신호 전송용 케이블은 사용되는 구리의 두께를 최적화하고 외경을 증가시키지 않으면서도 기존의 구리만으로 이루어진 선재와 동등하거나 그 이상의 전자기적 차폐 특성을 발휘할 수 있는 동복 선재를 제공할 수 있다. 그리고, 편조 공정에서의 단선 확률을 낮춰 케이블 생산성을 향상시키고 편조의 작업성 및 차폐성능을 유지하며, 케이블 편조의 생산성을 확보하면서 재료비와 가공비를 낮추어 제조단가를 낮출 수 있다. 또한, 동복 선재의 구리 스트립 용접 작업성을 향상시키고, 케이블 중량을 가볍게 하여 운송 및 포설작업의 편의성을 확보할 수 있다.

Description

동복 선재 및 이를 포함하는 제어신호 전송용 케이블{copper clad wire and control signal transmission cable including the same}
본 발명은 동복 선재 및 이를 포함하는 제어신호 전송용 케이블에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 경량화와 작업성을 향상시킬 수 있고, 외경을 증가시키지 않으면서도 기존의 구리만으로 이루어진 선재와 동등하거나 그 이상의 전자기적 차폐 특성을 발휘할 수 있는 동복 선재 및 이를 포함하는 제어신호 전송용 케이블에 관한 것이다.
최근 국제 구리 가격 상승 및 원자재 가격 상승으로 케이블 도체와 편조의 주요 소재인 구리 매입에 소요되는 비용이 많이 증가함에 따라 구리와 동등한 수준의 전기적 특성을 발휘하면서도 가격과 성능 면에서 구리를 대체할 수 있는 소재에 대한 필요성이 증가하고 있다.
대체 소재의 개발에 있어 가장 큰 문제점은 구리와 동등한 수준의 전기적 특성을 가지면서도 기계적, 물리적 특성이 케이블 도체와 편조로 사용하기에 충분한 신뢰성을 가지는 소재를 확보하는 것이 어렵다는 것이다.
즉, 케이블 도체 및 편조 소재 개발에 있어서는 구리와 동등하거나 만족할만한 수준의 도전율을 가지면서도 기계적, 물리적 특성이 케이블에 사용하기 충분한 신뢰성을 가지는지 여부가 제품 설계의 기준이 되며, 이를 만족하는 재료의 개발 및 케이블 적용을 위한 연구가 진행 중이다.
기존에 케이블 편조 재질로 가장 많이 사용되어 왔던 구리는 케이블 소재로는 최적의 조건인 높은 도전율과 낮은 가격으로 인해 오랜 기간 주요 소재로 사용되어 왔다.
그러나 원자재 가격의 상승으로 구리의 가격이 기존에 비해 3배 이상 증가함에 따라 이보다 전기적 특성은 낮지만 가격이 저렴한 알루미늄 등을 편조 소재로 사용하기 위한 연구가 지속되고 있다.
그런데 알루미늄은 구리에 비해 낮은 전기적 특성을 갖는 문제뿐만 아니라 물리적인 특성, 특히 연신율이나 강도가 낮기 때문에 도체의 연선 공정에 비해 가혹한 편조 공정에서 단선이 발생하지 않을 정도의 특성을 맞추기 힘든 문제가 있다. 그리고, 알루미늄 합금의 경우에는 합금계열에 따라 구리와 유사한 물리적인 특성을 발휘하기도 하지만 대신 작업성이 떨어져 신선 공정에서 제조비가 증가하기 때문에 적용하기 어려운 문제가 있다.
또한, 알루미늄을 케이블 차폐 도체로 사용하는 경우, 빠른 반응속도로 인한 전기 전도를 방해하는 산화막 생성문제, 상대적으로 구리에 비해 발열량이 많아서 발생하는 문제, 낮은 전기적 특성으로 인해 구리에 비해 케이블 차폐 도체로 활용 시 단면적이 커지는 문제 등에 직면한다.
따라서 경량화와 작업성을 향상시킬 수 있고, 외경을 증가시키지 않으면서도 기존의 구리만으로 이루어진 선재와 동등하거나 그 이상의 전자기적 차폐 특성을 발휘할 수 있는 차폐용 선재의 필요성이 대두되고 있다.
본 발명의 실시 예들은 사용되는 구리의 두께를 최적화하고 외경을 증가시키지 않으면서도 기존의 구리만으로 이루어진 선재와 동등하거나 그 이상의 전자기적 차폐 특성을 발휘할 수 있는 동복 선재를 제공하고자 한다.
또한, 편조 공정에서의 단선 확률을 낮춰 케이블 생산성을 향상시키고 편조의 작업성 및 차폐성능을 유지하고자 한다.
또한, 케이블 편조의 생산성을 확보하고 재료비와 가공비를 낮추어 제조단가를 낮추고자 한다.
또한, 동복 선재의 구리 스트립 용접 작업성을 향상시키고, 케이블 중량을 가볍게 하여 운송 및 포설작업의 편의성을 확보하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전도성 물질로 이루어진 내선 및 상기 내선을 둘러싸며, 구리로 이루어진 외선을 포함하되, 1.75MHz 내지 250MHz의 주파수에서 차폐를 수행하고, 상기 내선을 이루는 전도성 물질의 인장력이 0.15kgf 내지 4kgf인 것을 특징으로 하는 차폐용 편조층으로 사용되는 동복 선재가 제공될 수 있다.
상기 외선의 두께는
Figure 112013091088037-pat00001
의 수식에 의해 정해지는 값을 가지도록 구성될 수 있다.
상기 전도성 물질은 탄소섬유, 메타아라미드, 알루미늄, 니켈, 마그네슘, 티타튬 및 CNT 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 내선과 외선을 포함한 전체 지름은 0.1mm 내지 0.4mm로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 동복 선재는 상기 외선 상에 부식방지를 위하여 Pb, Sn, Zn, Ag, Ni 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 도금한 도금층을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 복수의 소선을 연선, 집합 또는 복합하여 이루어진 도체층과, 상기 도체층을 절연하는 절연층을 구비하는 복수의 신호전송유닛 및, 상기 복수의 신호전송유닛 외측에 형성되어 차폐를 수행하는 편조층을 포함하며, 상기 편조층은 전도성 물질로 이루어진 내선과, 상기 내선을 둘러싸고 구리로 이루어진 외선을 포함하는 동복 선재로 직조되되, 상기 동복 선재는 1.75MHz 내지 250MHz의 주파수에서 차폐를 수행하며 상기 내선을 이루는 전도성 물질의 인장력이 0.15kgf 내지 4kgf인 것을 특징으로 하는 제어신호 전송용 케이블이 제공될 수 있다.
상기 도체층을 감싸는 세퍼레이트 테이프(seperate tape)가 구비되며, 상기 절연층은 상기 세퍼레이트 테이프를 감싸도록 압출되어 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 제어신호 전송용 케이블은 상기 복수의 신호전송유닛 사이에 원형을 유지하기 위하여 충진되는 충진제와, 상기 복수의 신호전송유닛과 충진제의 둘레를 감싸는 바인더 테이프를 더 포함하며, 상기 복수의 신호전송유닛, 충진제 및 바인더 테이프는 코어부를 이룰 수 있다.
본 발명에 따른 제어신호 전송용 케이블은 상기 코어부와 편조층 사이에 위치하며, 상기 코어부를 감싸는 내부 쉬스층을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 제어신호 전송용 케이블은 상기 편조층의 외측을 감싸는 외부 쉬스층을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 외선의 두께는
Figure 112013091088037-pat00002
의 수식에 의해 정해지는 값을 가지도록 구성될 수 있다.
상기 전도성 물질은 탄소섬유, 메타아라미드, 알루미늄, 니켈, 마그네슘, 티타튬 및 CNT 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 내선과 외선을 포함한 전체 지름은 0.1mm 내지 0.4mm로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 제어신호 전송용 케이블은 상기 외선 상에 부식방지를 위하여 Pb, Sn, Zn, Ag, Ni 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 도금한 도금층을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 사용되는 구리의 두께를 최적화하고 외경을 증가시키지 않으면서도 기존의 구리만으로 이루어진 선재와 동등하거나 그 이상의 전자기적 차폐 특성을 발휘할 수 있는 동복 선재를 제공할 수 있다.
또한, 편조 공정에서의 단선 확률을 낮춰 케이블 생산성을 향상시키고 편조의 작업성 및 차폐성능을 유지할 수 있다.
또한, 케이블 편조의 생산성을 확보하고 재료비와 가공비를 낮추어 제조단가를 낮출 수 있다.
또한, 동복 선재의 구리 스트립 용접 작업성을 향상시키고, 케이블 중량을 가볍게 하여 운송 및 포설작업의 편의성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 동복 선재가 제조되는 과정을 나타낸 구성도
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 동복 선재가 적용된 케이블을 도시한 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 동복 선재가 적용된 케이블을 도시한 단면도
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 동복 선재가 적용된 케이블을 도시한 사시도
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 동복 선재가 적용된 케이블을 도시한 단면도
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 동복 선재가 적용된 케이블을 도시한 사시도
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 동복 선재가 적용된 케이블을 도시한 단면도
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 동복 선재가 제조되는 과정을 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 동복 선재(10)는 전도성 물질로 이루어진 내선(12) 및, 상기 내선을 둘러싸며 구리로 이루어진 외선(14)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 동복 선재(10)는 전자파(electormagnetic wave) 차폐 기능을 수행하기 위한 편조층을 직조하는데 사용될 수 있는데, 본 발명에 따른 동복 선재(10)는 동일 크기의 구리만으로 이루어진 선재와 동일한 차폐 효과를 발휘할 수 있도록 구성된다.
구체적으로, 상기 동복 선재(10)의 외선(14)을 이루는 구리의 두께는 표피효과(skin effect)를 고려하여 정하여질 수 있다. 여기서 표피효과는 교류가 흐르는 도선의 단면에서 중심부일수록 자속쇄교수가 크기 때문에 전류밀도가 작아지고 대부분의 전류가 도체의 표면에 집중해서 흐르게 되는 현상을 말한다.
그리고, 전자파(electromagnetic wave)는 구리와 같이 손실(loss)이 있는 물질 속으로 들어가면 표피효과에 의해 내부로 들어가지 못하고 표면 근처에만 머물러 있게 되며, 이때 전자파가 평균적으로 침투하는 깊이가 침투깊이(skin depth　or　penetration depth)가 된다.
구리의 침투깊이는 아래의 수식 1에 의해 정해질 수 있다.
Figure 112013091088037-pat00003
μ = μ0 = 4π x 10-7 H/m
σ = 5.8 x 107 S/m
그리고, 표 1은 수식 1에 의해 구해진 구리의 주파수 별 침투깊이를 나타낸 것이다.
Frequency 60Hz 100Hz 10kHz 1MHz 100MHz
Skin Depth 0.85cm 0.66cm 660μm 66μm 6.6μm
위 표 1에 나타난 결과를 바탕으로 살펴보면 예를 들어 1.75MHz 이상에서는 전류의 표피효과에 의해서 동복 선재(10)의 표면 최외곽으로부터 0.05㎜에만 전류가 흐르기 때문에 0.2㎜ 동복 선재(10)에는 0.05㎜의 구리 외선(14)을 사용하면 0.2㎜의 구리만으로 이루어진 선재와 동일한 차폐효과를 발휘할 수 있다.
하지만 이 경우 차폐 편조시 구리로 이루어진 외선(14)의 인장력이 약하여 구리 외선(14)의 단선이나 찌그러짐으로 인한 가공속도 저하 및 가공성 문제가 발생할 수 있으며, 일반적인 동복 알루미늄 선재(CCA, copper clad aluminum wire)나 동복 스틸 선재(CCS, copper clad steel wire)보다 가공비가 상승하는 문제가 생길 수 있다.
이에 본 발명의 일 실시 예에 따른 동복 선재(10)는 1.75MHz 내지 250MHz의 주파수에서 차폐를 수행할 수 있도록 구리로 이루어진 외선(14)의 두께를 표피효과로 인해 전류가 흐르는 부분으로 한정하고 동복 선재(10)의 내선(12)으로는 인장력을 보강하는 역할로 생산 작업성이 양호한 0.15kgf 내지 4kgf의 인장력을 가지는 전도성 물질을 적용한다.
여기서 인장력이 0.15kgf 보다 작으면 차폐 작업중 잦은 단선으로 인해서 작업의 효율이 떨어지고 4kgf보다 크면 특히 작은 외경의 제품의 편조공정 시 들뜸 현상이 발생해서 작업성이 떨어지는 문제점이 있다. 따라서 본 발명에 있어서는 내선(12)으로 적용되는 전도성 물질의 인장강도를 0.15kgf 내지 4kgf로 하는 것이 바람직하다.
상기 내선(12)은 구체적으로 탄소섬유, 메타아라미드, 알루미늄, 니켈, 마그네슘, 티타튬 및 CNT(carbon nano tube) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 즉, 인장강도가 0.15kgf 내지 4kgf의 범위 내에 있으면서 구리보다 가벼운 전도성 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 내선(12)과 외선(14)을 포함한 동복 선재(10)의 전체 지름은 0.1mm 내지 0.4mm로 이루어질 수 있는데, 상기 외선(14) 상에 부식방지를 위하여 Pb, Sn, Zn, Ag, Ni 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 도금하여 사용할 수 있다.
도 1을 참조하여 동복 선재(10)의 제조과정을 좀 더 구체적으로 살펴보면, 먼저 전술한 전도성 물질로 된 로드(rod) 즉, 내선(12)에 구리 스트립으로 이루어진 외선(14)을 둘러싸고 이를 TIG(Tungsten Inner Gas) 용접기(19)로 용접한다.
더욱 상세하게 용접은 박스 형태로 외부와 차단되어진 용접공정부(17) 내에서 이루어진다. 구체적으로 상기 용접공정부(17) 내로 외부의 공기 즉 산소가 유입되는 것을 방지하고, 내부에는 TIG 용접할 때 사용되는 Ar(Argon) 가스가 채워져 외부로 유출되는 것을 최소화하여야 한다.
이때, 내부에 지속적으로 Ar 가스가 채워지도록 가스 분사 장치(18)를 통해 Ar 가스가 투입된다. Ar 가스를 공급하는 이유는 TIG 용접 중에 산소로 인해 발생하는 과잉 아크 발생을 방지하고 더욱이 안정된 용접이 이루어지도록 함과 동시에, 용접 후 동복 선재(10) 내부에 Ar 가스가 채워지도록 하기 위함이다.
또한 내부에 산소가 유입될 경우 전도성 물질로 된 로드와 구리 스트립 표면에 산화가 되어 클래딩(Cladding)이 되는 시점을 지연시키기 되므로 상기 용접공정부(17)는 밀봉 상태를 유지하여야 한다.
그 후 신선 다이스(40)를 통과하는 반복적인 과정을 거치면서 동복 선재(10)가 신선(wire drawing)되는데, 신선 과정을 통해 원하는 형상과 직경의 동복 선재(10)를 얻을 수 있다.
이때, 상기 신선 다이스(40)는 원통체 형상의 다이스 케이스(43)를 구비하며, 상기 다이스 케이스(43) 내측에는 선재입구(47)에서 부터 선재출구(49)까지 경사지게 통공 형성된 다이스팁(45)이 고정 설치될 수 있다.
상기와 같은 구조로 되어 있는 다이스팁(45)의 선재입구(47)를 통하여 굵은 직경의 선재가 들어가면, 상기 선재출구(49)를 통하여 보다 얇은 직경의 선재가 나오게 되며, 이를 통해 동복 선재(10)를 원하는 형상과 직경으로 신선하고 내선(12)과 외선(14)의 결합력을 높일 수 있다.
신선을 통해 얻어진 동복 선재(10)는 열처리 공정에 의해 요구하는 재질(Temper)을 얻을 수 있으며, 본 발명에서는 연속 방식에 의해 열처리가 이루어진다.
열처리 방법은 분류 기준에 따라 여러 가지로 분류될 수 있으며, 열처리하고자 하는 소재의 이동 여부에 따라 연속 방식 및 고정 방식 두 가지로 분류할 수 있다.
연속 방식(Continuous type)은 온도를 고정시키고 소재가 통과되는 시간으로 재질을 조절하는 방식이며, 설치 공간이 커지는 단점이 있으나 요구되는 물리적인 특성을 쉽게 만족시킬 수 있다. 이에 반해 고정 방식(Batch type)은 소재를 장입 후 승온, 유지, 냉각의 3단계를 거쳐야하므로, 소요시간이 길고 물리적인 특성을 만족시키는 것이 용이하지 않다.
본 발명에서는 관상로(Tube furnace : 파이프 열처리기)(50)를 이용하여 수행하였지만, 열처리 방식이 제한되는 것은 아니며, 다른 열처리기를 이용하여 동복 선재(10)를 제조할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 열처리 온도는 가공 경화(Work hardening)에 의해 잔류된 응력(Stress)을 제거하기 위하여 220 ~ 560℃에서 수행될 수 있는데, 온도 범위가 넓은 이유는 열처리 방법에 따라 열처리 시간이 변수가 되기 때문이며, 더욱이 동복 선재(10)의 소선경(a) 또한 크나큰 변수로 작용하므로 열처리 온도를 상기와 같이 넓은 범위 내에서 제한한다.
이후 공냉시킨 후 보빈(60)에 권취하여 취합함으로써, 동복 선재(10)를 생산할 수 있다.
이와 같이 생산된 본 발명에 따른 동복 선재(10)는 다양한 분야에 사용되는 케이블에 적용될 수 있는데, 특히, 제어신호 전송용 케이블의 차폐용 편조로서 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 동복 선재가 적용된 케이블을 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 동복 선재가 적용된 케이블을 도시한 단면도이며, 도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 동복 선재가 적용된 케이블을 도시한 사시도이다. 도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 동복 선재가 적용된 케이블을 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 동복 선재가 적용된 케이블을 도시한 사시도이며, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 동복 선재가 적용된 케이블을 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 상기한 동복 선재(10)를 적용한 본 발명에 따른 제어신호 전송용 케이블(1000)은 크게 복수의 소선(20)을 연선, 집합 또는 복합하여 이루어진 도체층(112)과, 상기 도체층(112)을 절연하는 절연층(116)을 구비하는 복수의 신호전송유닛(110) 및, 상기 복수의 신호전송유닛(110) 외측에 형성되어 차폐 기능을 수행하는 편조층(140)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 도체층(112)은 구리, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 동복 선재 중 어느 하나의 재질로 이루어진 소선(20)이 연선, 집합 또는 복합하여 이루어질 수 있다.
상기 도체층(112) 외측에는 상기 도체층(112)을 감싸는 세퍼레이트 테이프(seperate tape, 114)가 구비될 수 있다. 상기 세퍼레이트 테이프(114)는 필수는 아니며, 특히 도체층(112)이 세선(細線)으로 이루어지는 경우에는 생략되는 것이 가능하다.
상기 세퍼레이트 테이프(114)가 구비되는 경우 상기 절연층(116)은 상기 세퍼레이트 테이프(114)를 감싸도록 압출되어 형성될 수 있다.
상기 절연층(116)은 절연성 및 내충격성 특성을 갖는 물질로 이루어지며, 상기 도체층(112)을 피복하여 보호하고 절연시키는 역할을 수행한다.
구체적으로, 상기 절연층(116)은 실리콘(Silicone), 가교 폴리에틸렌(Cross-linked polyethylene; XLPE), 가교 풀리올레핀(Cross Linked Polyollefin; XLPO), 에틸렌프로필렌고무(ethylene-propylene rubber; EPR), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride; PVC) 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.
상기 도체층(112), 세퍼레이트 테이프(114) 및 절연층(116)은 하나의 신호전송유닛(110)을 이루며, 도 2 내지 도 5에 도시된 제어신호 전송용 케이블(1000, 1000-1)에서와 같이 3 개의 신호전송유닛(110)이 구비되거나, 도 6 및 도 7에 도시된 제어신호 전송용 케이블(1000-2)과 같이 2 개의 신호전송유닛(110)이 구비될 수 있으며, 제어신호 전송용 케이블(1000)이 적용되는 분야나 사용환경, 용도 등에 따라 그 개수는 달라질 수 있다.
상기 복수의 신호전송유닛(110) 사이에는 원형을 유지하기 위하여 충진제(122)가 충진되며, 그 외측에는 상기 복수의 신호전송유닛(110)과 충진제(122)의 둘레를 감싸는 바인더 테이프(124)가 구비될 수 있다. 여기서, 상기 복수의 신호전송유닛(110), 충진제(122) 및 바인더 테이프(124)는 코어부(120)를 이룬다.
상기 충진제(122)는 코어부(120)의 원형 유지 및 가스침투를 방지하는 역할을 수행하며, 습기를 흡수하지 않는 재질(Non-hygroscopic material)로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 바인더 테이프(124)는 PET 재질이 주로 사용되지만 이에 한정되는 것은 아니며, 코어부(120) 최외곽에서 형태를 고정하는 코어 고정용으로서의 역할을 수행한다.
상기 코어부(120) 외측에는 내부 쉬스층(130)이 구비될 수 있다. 상기 내부 쉬스층(130)은 외부 충격을 흡수함으로써 그 내부의 도체층(112)을 보호하는 역할 이외에 난연 등의 목적으로 사용되지만, 제어신호 전송용 케이블(1000)에 있어서는 필수 요소는 아니며, 도 4와 도 5에 도시된 제어신호 전송용 케이블(1000-1)의 예처럼 생략 가능하다.
상기 내부 쉬스층(130)으로는 PVC, HF4-1, SHF1, Chloroprene 등 열가소성 및 열경화성 원료가 모두 사용 가능하다.
상기 내부 쉬스층(130) 외측에는 편조층(140)이 구비될 수 있는데, 내부 쉬스층(130)이 생략되는 경우에는 코어부(120) 외측 즉, 연합 반제품이나 절연층(116) 외측을 감싸도록 구비될 수 있다.
여기서, 상기 편조층(140)은 전술한 바와 같이, 전도성 물질로 이루어진 내선(12)과, 상기 내선(12)을 둘러싸며 구리로 이루어진 외선(14)을 포함하는 동복 선재(10)로 직조될 수 있다. 그리고, 상기 동복 선재(10)의 구리 두께는 표피효과에 의한 전자파의 침투깊이를 수식 1에 의해 계산하여 결정할 수 있다.
한편, 상기 동복 선재(10)의 소선경(a)이 커질수록 이를 직조하여 형성된 편조층(140)의 두께가 커지므로 제어신호 전송용 케이블(1000)의 전체 외경이 커지고, 중량도 커지게 된다.
따라서, 상기 동복 선재(10)의 소선경(a)은 0.1mm 내지 0.4mm로 이루어질 수 있으며, 상기 동복 선재(10)의 표면은 부식방지를 위하여 Pb, Sn, Zn, Ag, Ni 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 도금한 것을 사용하는 것이 바람직하다.
여기서 편조 구조는 편조 대상의 직경이나 편조 목적에 따라 달라질 수 있지만 본 실시 예에서는 7합사 16타수로 진행한 경우를 예로 들었으며, 이때, 편조 전 합사기를 통해 미리 동복 선재(10)를 7개씩 합사하게 된다. 이때, 상기 편조층(140)이 40dB 이상의 차폐율을 유지하도록 편조밀도는 70% 이상으로 직조한다.
한편, 외부 쉬스층(150)은 케이블(1000)의 최외곽에 구비되어 외부 충격이나 부식 작용으로부터 케이블(1000)을 보호한다. 상기 외부 쉬스층(150)은 내부 쉬스층(130)과 마찬가지로 PVC, HF4-1, SHF1, Chloroprene 등 열가소성 및 열경화성 원료가 모두 사용 가능하다.
상기 외부 쉬스층(150)은 제어신호 전송용 케이블(1000)에 있어서는 필수 요소는 아니며, 도 6과 도 7에 도시된 제어신호 전송용 케이블(1000-2)의 예처럼 생략 가능하다.
표 2는 본 발명에 따른 동복 선재(10)를 차폐 편조로 적용하여 제조한 제어신호 전송용 케이블의 차폐성능과 편조중량을 나타낸 것이다.
제품 제품
규격 		선재 소선경
(구리두께)
㎜ 		지수 타수 피치
(mm) 		편조
하경
(mm)		 편조
밀도 		차폐율(db) 편조중량
(kg/km)
1.75MHz 6MHz 10MHz
TFR-
CVV-SB
600V 		3 X
1.5
SQ 		Cu 0.16
(0.16) 		9 16 27.26 13.32 75% 72.01 66.11 62.93 49.60
동복
탄소섬유 		0.16
(0.006) 		72.17 63.93 60.87 19.63
동복메타
아라미드 		0.16
(0.006)		 71.89 65.87 61.79 18.27
측정시료의 길이는 1.5m이고, 측정 주파수는 500kHz~108MHz에서 측정하였다. 측정위치는 시료 전체 길이에서 측정하였으며, 전도성 섬유인 탄소섬유와, 메타 아라미드의 인장강도는 1kgf로 작업하여 적용하였다.
그 결과 동복 탄소섬유와 동복 메타 아라미드를 차폐용 편조층으로 적용한 케이블은 1.75MHz~10MHz에서 구리 선재로 이루어진 차폐용 편조층을 적용한 케이블과 유사한 수준의 차폐성능을 발휘하면서도 차폐에 들어가는 재료 중량을 60%이상 줄일 수 있었다.
이러한 본 발명의 실시 예들에 따른 동복 선재와 이를 차폐용 편조로 적용하여 제조한 제어신호 전송용 케이블 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명의 조건에 따라 제조된 동복 선재는 구리 선재의 편조작업 수준과 동일하게 세팅된 설비에서 편조 공정을 진행할 때에도 단선의 발생 확률이 낮다. 이는 인장력이 0.15kgf 내지 4kgf인 전도성 물질을 내선으로 적용하여 선재 강도가 일정 수준 이상 유지되도록 하였기 때문이다.
둘째, 작업자가 케이블 포설 작업을 수행할 때 높은 편이성을 보장할 수 있다. 본 발명에 따른 동복 선재를 편조로 적용한 케이블은 상기한 바와 같이 좋은 특성을 발휘하면서도 무게가 구리를 적용한 경우에 비하여 절반 이하 수준으로 많이 줄어들게 되므로, 수작업으로 수행하고 굴곡 환경이 많은 케이블에도 유용하게 적용할 수 있다. 그리고, 접지 작업을 위해 편조를 뒤집어서 벗겨내거나 꺾을 시에 오히려 구리 선재로 만들어진 편조에 비해 더 쉽고 간편하게 작업할 수 있다.
셋째, 구리에 비해 가격이 저렴한 전도성 물질을 내선으로 적용한 결과 동복 선재를 적용한 도체와 편조는 그 가격이 대략 구리 선재를 적용한 편조의 1/3 내지 1/2 수준이다. 따라서, 편조 재료의 원가가 절반 이하로 떨어지므로 케이블 원가가 전체적으로 줄어들게 되어 원가절감 효과를 기대할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 일 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
10 : 동복 선재 20 : 소선
112 : 도체층 116 : 절연층
130 : 내부 쉬스층 140 : 편조층
150 : 외부쉬스층 1000 : 제어신호 전송용 케이블

Claims (14)

  1. 전도성 물질로 이루어진 내선; 및
    상기 내선을 둘러싸며, 구리로 이루어진 외선을 포함하되,
    1.75MHz 내지 250MHz의 주파수(f)에서 차폐를 수행하고, 상기 내선을 이루는 전도성 물질의 인장력이 0.15kgf 내지 4kgf인 것을 특징으로 하는 차폐용 편조층으로 사용되며,
    상기 외선의 두께 (δs)는
    투자율(μ) = μ0 = 4πx 10-7 H/m 도전율(σ) = 5.8 x 107 S/m 인 경우,
    Figure 112019135011263-pat00013
    의 수식에 의해 정해지는 값으로 결정되며,
    상기 전도성 물질은 탄소섬유, 메타아라미드, 알루미늄, 니켈, 마그네슘, 티타튬 및 CNT 중 어느 하나로 이루어지고, 상기 내선과 외선을 포함한 전체 지름은 0.1mm 내지 0.4mm로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차폐용 편조층으로 사용되는 동복 선재.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 외선 상에 부식방지를 위한 Pb, Sn, Zn, Ag, Ni 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 도금한 도금층을 더 포함하는 차폐용 편조층으로 사용되는 동복 선재.
  6. 복수의 소선을 연선, 집합 또는 복합하여 이루어진 도체층과, 상기 도체층을 절연하는 절연층을 구비하는 복수의 신호전송유닛; 및
    상기 복수의 신호전송유닛 외측에 형성되어 차폐를 수행하는 편조층을 포함하며,
    상기 편조층은 전도성 물질로 이루어진 내선과, 상기 내선을 둘러싸고 구리로 이루어진 외선을 포함하는 동복 선재로 직조되되, 상기 동복 선재는 1.75MHz 내지 250MHz의 주파수(f)에서 차폐를 수행하며 상기 내선을 이루는 전도성 물질의 인장력이 0.15kgf 내지 4kgf을 만족하고,
    상기 동복 선재의 상기 외선의 두께 (δs)는
    투자율(μ) = μ0 = 4πx 10-7 H/m 도전율(σ) = 5.8 x 107 S/m 인 경우,
    Figure 112019135011263-pat00014
    의 수식에 의해 정해지는 값으로 결정되며,
    상기 전도성 물질은 탄소섬유, 메타아라미드, 알루미늄, 니켈, 마그네슘, 티타튬 및 CNT 중 어느 하나로 이루어지고, 상기 내선과 외선을 포함한 전체 지름은 0.1mm 내지 0.4mm로 이루어지는 것을 특징으로 하는 제어신호 전송용 케이블.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 도체층을 감싸는 세퍼레이트 테이프(seperate tape)가 구비되며, 상기 절연층은 상기 세퍼레이트 테이프를 감싸도록 압출되어 형성되는 것을 특징으로 하는 제어신호 전송용 케이블.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 신호전송유닛 사이에 원형을 유지하기 위하여 충진되는 충진제와, 상기 복수의 신호전송유닛과 충진제의 둘레를 감싸는 바인더 테이프를 더 포함하며,
    상기 복수의 신호전송유닛, 충진제 및 바인더 테이프는 코어부를 이루는 것을 특징으로 하는 제어신호 전송용 케이블.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 코어부와 편조층 사이에 위치하며, 상기 코어부를 감싸는 내부 쉬스층을 더 포함하는 제어신호 전송용 케이블.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 편조층의 외측을 감싸는 외부 쉬스층을 더 포함하는 제어신호 전송용 케이블.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제6항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 외선 상에 부식방지를 위한 Pb, Sn, Zn, Ag, Ni 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 도금한 도금층을 더 포함하는 차폐용 편조층으로 사용되는 제어신호 전송용 케이블.

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