KR20090038354A - 고발포 동축케이블 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고발포 동축케이블에 관한 것으로서, 케이블 내부에 위치하는 내부도체와, 상기 내부도체의 외부에 배치되며 다수의 다공질의 셀을 형성하는 발포소재로 마련된 절연체와, 상기 절연체의 외주를 둘러싸며 형성된 외부도체와 외부도체 외주를 둘러싸며 케이블의 외형을 형성하는 시스를 포함하며, 상기 절연체는 케이블 단면에서 상기 셀의 최장직경이 300㎛ 이상인 매크로셀에 대한 면적의 합이 셀의 최장직경이 300㎛보다 작은 마이크로셀에 대한 면적의 합보다 큰 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 절연체 발포성형시 매크로셀을 형성함으로써 보다 안정적으로 절연체의 발포도를 높일 수 있고, 절연체의 밀도를 감소시킴으로써 유전율을 감소시켜 케이블의 전파속도를 향상시킬 수 있으며, 셀 붕괴로 인한 외관 불균일과 반사손실을 감소시킬 수 있다.
발포, 발포도, 절연체, 동축케이블, 매크로셀

Description

고발포 동축케이블{HIGHLY FOAMED COAXIAL CABLE}
본 발명은 고발포 동축케이블 관한 것으로서, 특히, 내부도체의 외주에 다수의 다공질 셀을 형성하며 발포소재로 마련된 절연체의 발포도를 매크로셀을 이용하여 안정적으로 높임으로써, 상기 절연체의 유전율을 감소시켜 케이블에 전송되는 신호의 전파속도를 향상시킬 수 있는 고발포 동축케이블에 관한 것이다.
최근 무선 통신 환경의 기지국과 같은 통신 환경에는 초전도 필터 등의 소자를 이용한 시스템을 채용하고 있는데, 이러한 시스템의 초고주파 회로에서 수백 메가헤르쯔(MHz) 이상의 초고주파 신호를 전달하기 위해, 신호의 감쇄가 적은 동축케이블이 널리 사용되고 있다.
즉, 동축케이블은 고주파특성을 가지고 있어서, 임피던스의 안정 및 저감쇠특성과 함께, 노이즈 등에 대해서 우수한 실드효과를 갖고 있어서, 마이크로파 대역과 같은 고주파신호를 전송하는 휴대전화의 통신에 필요한 기지국에 이용되는 고주파 통신선로에 적합하다.
이러한 케이블은 기본적으로 구리선을 감싸는 절연재료로서 고분자 재료를 많이 사용하고 있는데 절연재료의 유전율이 작아지면 케이블의 감쇄량이 감소하고 전파속도가 증가한다.
이에 따라 전파속도를 증가시키기 위하여 유전율이 낮은 재료의 개발과 응용이 지속적으로 이루어져 왔다.
현재 가장 많이 적용되고 있는 재료는 폴리에틸렌 수지(polyethylene resin), 그 중에서도 고밀도 폴리에틸렌 수지(HDPE; High Density Polyethylene resin)가 많이 이용되고 있으며, 불소수지 중에서는 플루오르 에틸렌프로필렌 수지(FEP; Fluorinated Ethylene Propylene resin) 등이 사용된다.
그중에서도 폴리에틸렌 수지가 다른 고분자 재료에 비해서 가공성과 가격 및 물리적 성질이 우수하여 많이 사용된다.
그러나, 상기 재료들의 단순한 사용으로는 신호의 전파 속도를 증가를 통한 장거리 저손실 신호 전송에는 한계가 있다.
따라서, 케이블에 전송되는 신호의 전파속도를 증가시키기 위한 노력으로 이들 재료에 화학발포제를 혼합하여 발포시키는 화학발포 또는 기체상의 가스를 주입하여 발포시키는 기체발포 방식으로 유전율을 저하시키는 시도를 하기도 하였다.
여기서, 지금까지는 발포기술의 한계로 인해, 절연체를 발포를 통해서 형성할 때 작은 크기의 다공질 셀을 발포도를 높여 제조함으로써 발포밀도를 낮추어왔다.
공지된 미국 특허 US6037545에 의하면, 최대 셀 직경이 170㎛이고 평균 셀 직경이 90 ~ 130㎛인 작은 크기의 셀을 발포성형함으로써, 유전율을 낮추기 위하여 0.22g/㎤ 이하의 즉, 0.19g/㎤ 혹은 0.17g/㎤ 정도의 밀도를 갖도록 마련된다.
그러나, 이와 같이 절연체의 발포밀도를 낮추기 위해서 종래 일반적으로 사용되는 크기의 셀을 형성함으로써 발포도를 지나치게 높일 경우, 셀이 붕괴되거나 외관이 불균일하게 형성되는 한계가 있다는 점을 인지하였다.
이런 종래의 발포방법에 따라 절연체를 형성하여 케이블을 제조하는 경우, 케이블의 반사손실이 증가하여 장거리 저손실 신호 전송을 위한 케이블로 이용하기 어렵다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 마련된 것으로써, 본 발명의 목적은 동축케이블의 절연체 발포성형시 셀의 최장직경이 300㎛이상의 매크로셀을 형성함으로써, 보다 안정적으로 발포밀도를 낮출 수 있는 고발포 동축케이블을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 절연체의 발포도를 기존의 발포체보다 향상시킴으로써, 절연체의 유전율을 감소시키고, 케이블에 전송되는 신호의 전파속도를 향상시켜 장거리 저손실 신호 전송을 가능하게 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 매크로셀을 형성함으로써, 외관 불균일과 반사손실을 감소시킬 수 있는 고발포 동축케이블을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고발포 동축케이블은, 케이블 내부에 위치하는 내부도체와, 상기 내부도체의 외부에 배치되며 다수의 다공 질의 셀을 형성하는 발포소재로 마련된 절연체와, 상기 절연체의 외주를 둘러싸며 형성된 외부도체와 외부도체 외주를 둘러싸며 케이블의 외형을 형성하는 시스를 포함하며, 상기 절연체는 케이블 단면에서 상기 셀의 최장직경이 300㎛ 이상인 매크로셀에 대한 면적의 합이 셀의 최장직경이 300㎛보다 적은 마이크로셀에 대한 면적의 합보다 큰 것을 특징으로 한다.
여기서, 케이블 단면에서 전체 단면적에 대한 상기 매크로셀의 면적비가 63.6% 이상 92% 이하로 마련될 수 있다.
또한, 상기 절연체는 발포밀도가 0.05g/㎤ 내지 0.20g/㎤ 범위로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 절연체의 발포밀도는 0.17g/㎤ 이하로 형성될 수 있다.
또한, 상기 절연체의 발포도는 78.9% 내지 94.7%의 범위로 마련될 수 있다.
그리고, 상기 절연체의 비유전율은 1.085 내지 1.291의 범위로 마련될 수 있다.
또한, 케이블의 신호 전파속도는 공기 중 신호 전파속도 대비 88% 내지 96%의 범위로 마련될 수 있다.
바람직하게는, 상기 절연체는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 45 내지 75중량%, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 25 내지 55중량%, 핵제를 0.1 ~ 3중량% 포함하여 가스 발포 성형함으로써 형성될 수 있다.
그리고, 상기 내부도체의 외주를 콤펙트하게 둘러싸는 내부스킨층과 상기 절연체의 외주를 콤펙트하게 둘러싸는 외부 스킨층을 추가적으로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 고발포 동축케이블은 동축케이블의 절연체 발포성형시 셀의 최장직경이 300㎛ 이상인 매크로셀을 형성함으로써 보다 안정적으로 발포밀도를 낮출 수 있다.
이로 인해, 절연체의 발포도를 기존의 발포체보다 향상시킴으로써, 절연체의 유전율을 감소시키고, 케이블에 전송되는 신호의 전파속도를 향상시켜 장거리 저손실 신호 전송을 가능하게 할 수 있다.
또한, 발포에 의해 형성된 동축케이블의 절연체가 셀의 최장직경이 300㎛보다 작은 마이크로셀 형성만으로 발포도를 높였을 때 발생하는 셀 붕괴로 인한 외관 불균일과 중심도체 주위의 셀 붕괴로 인한 반사손실을 감소시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 동축케이블의 사시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 동 축케이블의 단면을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 동축케이블은 케이블 중심에 위치하는 내부도체(21)와, 상기 내부도체(21)의 외주에 다수의 다공질의 셀(30)을 형성하는 발포소재로 마련된 절연체(23)와, 상기 절연체(23)의 외주를 둘러싸며 형성된 외부도체(25)와 외부도체 외주를 둘러싸며 케이블의 외형을 형성하는 시스(27)를 포함한다.
상기 내부도체(21)는 케이블의 신호가 전송되는 부분으로서 케이블의 중심에 위치하며, 고주파 신호의 전송이 용이한 금속소재의 도체를 이용한다.
여기서, 상기 내부도체(21)는 다양한 크기로 마련될 수 있으며, 상기 내부도체(21)는 케이블의 유연성 향상과 제작비용의 절감을 위해 중심에 통공이 형성된 중공관 형태로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 내부도체(21)는 구리, 알루미늄 등 다양한 금속소재로 마련될 수 있으며, 특히 전도성이 우수하고, 내식성이 강한 구리 또는 구리를 함유한 합금으로 마련될 수 있다.
한편, 상기 외부도체(25)는 상기 내부도체(21)에 흐르는 신호가 케이블 외부로 누설되는 것을 방지하고, 외부로부터의 전자파 등과 같은 외계간섭을 차폐하는 작용을 하는 부분으로 차폐효과가 뛰어난 금속성의 도체로 마련된다.
여기서, 상기 외부도체(25)는 다양한 금속소재로 마련될 수 있으며, 특히 전도성과 내식성이 우수한 구리 또는 구리를 함유한 합금으로 마련될 수 있다.
그리고, 상기 외부도체(25)는 상기 내부도체(21)와 등간격으로 이격된 원통 형 관으로 형성되며, 원형의 일정한 단면을 가지는 중공관 형태로 마련될 수 있다.
바람직하게는, 상기 외부도체(25)는 본 발명에 따른 케이블의 유연성을 확보하기 위해 일정한 피치를 가지는 주름관 형태로 마련될 수 있다.
한편, 상기 절연체(23)는 고분자의 절연소재로 구성된 요소로 내부도체(21)와 외부도체(25) 사이에 위치하여 상기 내부도체(21)와 외부도체(25) 사이를 절연시키는 동시에 상기 내부도체(21)와 외부도체(25) 사이의 간극을 유지시킨다.
또한, 상기 절연체(23)는 본 절연체(23)의 유전율에 의해 상기 내부도체(21)와 외부도체(25) 사이의 특성 임피던스가 형성되며, 이 특성 임피던스에 의해서 케이블에 전송되는 신호의 전파속도를 결정할 수 있다.
Figure 112008057940771-PAT00001
여기서, 케이블에 전송되는 신호의 전파속도는 상기 수학식 1에 의해 절연체(23)의 유전율의 제곱근에 반비례하는 관계에 있게 되며, 절연체(23)의 유전율이 작을수록 케이블에 전송되는 신호의 전파속도는 증가하게 된다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 동축케이블에서 상기 절연체(23)는 다수의 다공질의 셀(30)을 형성하는 발포소재로 마련된 발포체로 구성된다.
여기서, 상기 케이블에 전송되는 신호의 전파속도를 향상시키기 위하여 상기 절연체(23)의 유전율을 감소시켜야 하는데, 상기 발포체로 구성된 절연체(23)에서 는 발포도를 높여 발포 밀도를 낮춤으로써 절연체(23)의 유전율을 감소시킬 수 있다.
여기서, 상기 발포도란, 상기 발포체에서 단위부피당 공기가 차지하는 비율을 의미한다.
따라서, 상기 발포도는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008057940771-PAT00002
여기서, 상기 발포체 내부의 공기의 부피를 직접 측정하기는 용이하지 못하므로, 상기 수학식 2에서 발포체 내부의 공기의 부피 관계 대신 발포체의 밀도에 관한 관계식으로 나타내면, 다음과 같다.
Figure 112008057940771-PAT00003
상기 수학식 3에서 발포된 발포체의 밀도는 발포체의 질량과 발포된 발포체의 부피에서 구할 수 있는데, 발포된 발포체의 부피는 발포된 발포체를 물에 완전히 잠기게 하여 발포체가 물속에서 차지하는 부피의 증가량에 의해 구할 수 있다.
여기서, 물의 밀도는 1이므로, 발포체가 물속에서 차지하는 부피의 증가량은 발포된 발포체에 의한 물속 질량의 증가량과 같다.
따라서, 상기 발포된 발포체의 밀도는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008057940771-PAT00004
상기 수학식 3과 수학식 4를 조합하면, 발포체의 발포도는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008057940771-PAT00005
본 발명에 따른 고발포 동축케이블은 상기 수학식 5에 의하여 측정되는 상기 발포도가 78.9% 내지 94.7% 범위의 발포체를 이용한 절연체(23)로 구성되도록 하였다.
여기서, 상기 절연체(23)의 발포도가 78.9% 미만인 경우에는 후술하는 발포도가 78.0%인 발포 동축케이블에서 보는 바와 같이 케이블에 전송되는 신호의 전파속도의 향상효과가 미비하다.
또한, 상기 절연체(23)의 발포도가 94.7% 이상인 경우에는 고발포로 인한 절연체(23)의 견고성이 약해져서 상기 내부도체(21)와 외부도체(25)의 상대적 위치를 상호 고정시키지 못하여 상기 내부도체(21)와 외부도체(25) 사이의 간극을 균일화시키는데 용이하지 못한 문제점이 있다.
한편, 도 3은 종래의 작은 크기의 셀이 형성된 발포 동축케이블의 절연체(23)를 확대한 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 매크로셀이 형성된 고발포 동축케이블의 절연체(23)를 확대한 도면이다.
도 3 및, 도 4를 비교하면, 본 발명에 따른 고발포 동축 케이블은 절연체(23)에 구성된 다공질 셀(30)의 크기가 다소 큰 매크로셀(Macro Cell)(31)의 수가 종래의 발포 동축케이블의 보다 많은 것을 알 수 있다.
본 발명에서는, 78.9% 이상의 높은 발포도로 발포체 성형시 상기와 같이 매크로셀(31)이 차지하는 비중을 늘림으로써, 기존의 마이크로셀을 이용한 고발포시 발생할 수 있는 셀 붕괴로 인한 외관의 불균일과 케이블의 반사손실 증가를 방지할 수 있다.
여기서, 셀의 최장직경이 300㎛ 이상인 셀을 매크로셀(Macro Cell)(31)이라고 정의하고, 셀의 최장직경이 300㎛보다 작은 셀을 마이크로셀(Micro Cell)(33)이라고 정의한다.
상기 절연체(23)에서 상기 매크로셀(31)이 차지하는 비율은 도 3 및 도 4에서처럼, 절연체(23)를 현미경 등을 이용하여 확대하여 육안으로 판별할 수 있지만, 구체적인 수치상으로는 나타내기가 용이하지 못하다.
따라서, 본 발명에서는 상기 매크로셀(31)이 차지하는 비율을 상기 절연체(23)의 단면적에 대한 상기 매크로셀(31)이 차지하는 면적비로 나타내었다.
그리고, 매크로셀 면적비의 측정은 케이블 단면을 SEM으로 촬영한 후 측정하거나 현미경으로 측정 가능하다.
여기서, 케이블 단면에서 상기 매크로셀(31)에 대한 면적의 합이 상기 마이크로셀(33)에 대한 면적의 합보다 작은 경우, 상기 매크로셀(31)에 대한 마이크로셀(33)의 비율이 높아 종래의 마이크로셀(33)을 이용한 발포 케이블에 비해 외관의 불균일 문제나 반사손실 등의 측면에서 개선의 효과가 미비하다.
또한, 절연체(23)의 단면적에 대한 상기 매크로셀(31)이 차지하는 면적비가 너무 높은 경우, 셀이 붕괴되어 셀과 그 인근의 셀이 병합되어 상기 절연체(23) 전체의 내구성이 저하되는 문제가 있다.
이를 감안하여, 절연체(23)의 단면적에 대한 상기 매크로셀(31)이 차지하는 면적비는 63.6% ~ 92.0%의 범위가 바람직하다.
그리고, 셀의 최장직경이 1000㎛보다 긴 매크로셀이 다수 형성되는 경우, 절연체의 형상을 유지하기가 곤란하다는 문제가 있으므로, 셀의 최장직경이 1000㎛보다 긴 매크로셀(31)의 형성은 전체 단면적에 10%이하로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 절연체(23)는 78.9%~94.7%의 높은 발포도를 갖는 발포체로 구성됨에 따라, 절연체의 밀도는 0.05g/㎤ 내지 0.2g/㎤ 범위로 형성된다.
또한, 상기 밀도범위에 따라, 상기 절연체(23)의 비유전율은 1.085 내지 1.291 의 범위를 갖는다.
이에 따라, 상기 비유전율의 범위를 갖는 절연체(23)로 구성된 본 발명에 따른 고발포 동축케이블은 공기 중의 신호의 전파속도에 대하여 88% 내지 96%의 전파속도를 갖게 된다.
이는 후술하는 비교예의 발포 동축케이블이 87% 이하의 전파속도를 갖는 것 에 비하여 1% 이상의 전파속도 향상이 있음을 알 수 있다.
그리고, 도체 사이에 형성되는 절연체의 유전율은 매우 적은 값을 가지는데, 일반적으로 유전율을 나타내는 지표로서 공기의 유전율을 1로 하였을 때 절연체가 같는 유전율의 비인 비유전율을 사용하므로, 본 발명에서도 유전율을 나타내는 지표로 비유전율을 사용하였다.
또한, 본 발명에서 상기 케이블의 전파속도는 이상적인 신호의 전파속도인 공기중의 신호의 전파속도 3×108m/sec을 기준으로 하여 이에 대한 속도의 퍼센트 비율로 나타내었다.
한편, 상기 절연체(23)는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)에 핵제를 혼합하여 가스 발포로 성형할 수 있다.
여기서, 상기 가스는 질소(N2) 또는 이산화탄소(CO2) 등을 사용할 수 있지만, 질소(N2)에 비해 용해도가 우수하여 고발포도를 갖는 발포체를 형성하기에 용이한 가스인 이산화탄소(CO2)를 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 절연체 성형시 상기 고밀도 폴리에틸렌만을 사용할 경우, 신호의 손실이 작다는 점 등의 전송특성이 우수하지만, 발포도를 80% 이상으로 높이는데 한계가 있으며, 저밀도폴리에틸렌만을 사용할 경우, 발포도를 높이는 것은 용이하나, 전송특성이 나쁘다는 측면에서 바람직하지 못하다.
따라서, 상기 고밀도 폴리에틸렌과 저밀도 폴리에틸렌을 적정비율 혼합하여 상기 절연체(23)를 성형함으로써 상기 절연체(23)의 발포도 및 밀도를 조절할 수 있다.
한편, 상기 핵제는 발포된 고밀도 폴리에틸렌과 저밀도 폴리에틸렌이 혼합된 폴리머의 결정화 속도를 촉진시키고, 결정의 크기를 미세화시켜 투명성을 향상시키고 결정화 속도를 증가시켜 기계적 물성을 향상시키기 위한 첨가제이다.
즉, 상기 핵제는 상기 폴리머의 결정화 속도 및 결정의 크기를 변화시킬 수 있으므로, 상기 핵제의 첨가비율에 따라 상기 폴리머의 결정화에 의해 형성되는 상기 셀(30)의 크기에 영향을 준다.
그리고, 상기 핵제의 종류는 무기물 첨가제로 활석(Talc), 실리카(Silica), 카오린(Kaolin) 등이 있으며, 유기물 첨가제로는 카르복시산 또는 카르복시산 중합체 (Mono or Polymer carboxilic acid) 등이 있다.
여기서, 본 발명에 따른 고발포 동축케이블은 상기 절연체(23)를 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 50 내지 90중량%, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 10 내지 50중량%, 핵제를 0.1 ~ 3중량% 포함하여 이산화탄소(CO2) 가스 발포로 성형함으로써, 상기 절연체(23)의 발포도가 78.9% 이상이 되도록 구성하였다.
한편, 도 5는 본 발명에 따른 동축케이블의 내부에 내부 스킨층과 외부 스킨층이 삽입된 상태를 도시한 단면도이다.
여기서, 도 5을 참조하면, 본 발명에 따른 동축케이블의 내부도체(21)와 절연체(23) 사이에 내부 스킨층(41)이 삽입되고 절연체(23)와 외부도체(25) 사이에 외부 스킨층(43)이 삽입될 수 있다.
여기서, 상기 내부 스킨층(41)은 내부도체(21) 및 절연체(23) 사이에 구비되어 계면 접착력을 증가시키는 박막 코팅층으로서, 상기 절연체(23)와 유사한 소재의 고분자 수지를 함유할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 내부 스킨층(41)은 절연체(23)의 유전 특성에 영향을 최소화 시키고, 자체 접착 특성이 없이도 계면 특성을 제공할 수 있는 고분자 수지가 채택되는데, 상기 절연체(23)의 소재가 폴리에틸렌(Poly Ethylene)계 수지일 경우, 상기 고분자 소재는 상용성(Compatibility)이 우수한 폴리올레핀(Poly Olefin)계 수지를 채택하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 폴리에틸렌계 수지는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE, High Density Poly Ethylene), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE, Medium Density Poly Ethylene), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE, Low Density Poly Ethylene) 및 선상 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE, Linear Low Density Poly Ethylene) 중 선택된 하나의 단일물 또는 둘 이상의 중합체 배합물이다.
또한, 상기 폴리올레핀계 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌(Poly Propylene) 및 폴리이소부틸렌(Polyiso Butylene)을 포함하는 중합체 배합물이다.
이때, 상기 박막 코팅층의 두께가 0.01mm 미만이면, 상기 내부도체(21)의 외주상에 균일 코팅이 곤란하다.
또한, 상기 박막 코팅층의 두께가 1mm를 초과하면, 유전율이 높아져 전파 속도가 저하되므로, 상기 박막 코팅층의 두께는 0.01 내지 1mm인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 0.5mm이다.
한편, 상기 외부 스킨층(43)은 절연체(23) 및 외부도체(25) 사이에 구비되어, 절연체(23)의 과발포 또는 상기 절연체(23)에 구비된 발포셀의 터짐 특성을 억제하는 과발포 억제층이다.
그리고, 상기 외부 스킨층(43)은 상기 절연체(23)와 동일한 소재의 고분자 수지를 함유하는데, 상기 절연체(23)의 소재가 폴리에틸렌계 수지일 경우, 상기 고분자 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 이들의 혼합물이 선택적으로 채택될 수 있다.
여기서, 상기 외부 스킨층(43)은 후술하는 발포 동축 케이블의 제조 공정에서 절연체(23)보다 빠른 속도로 냉각되어 과발포를 억제하게 되는데, 상기 외부 스킨층(43)의 두께가 0.01mm 미만이면, 충분한 냉각 속도를 갖지 못하여 발포셀이 터지거나 뭉치게 된다.
또한, 상기 외부 스킨층(43)의 두께가 0.5mm를 초과하면, 유전율이 높아져 전속 속도가 저하되므로, 상기 외부 스킨층(43)의 두께는 0.01 내지 0.5mm인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 0.3mm이다.
한편, 상기 절연체(23) 생성시 매크로셀을 형성하여 발포도를 안정적으로 높이기 위해서는, 상술한 바와 같은 혼합비율로 절연체의 원료들이 배합됨과 동시에, 케이블 제조 공정의 중간단계 재료들이 별도의 냉각처리 과정을 거침으로써 달성 될 수 있다.
즉, 내부도체(21)의 외주에 내부 스킨층(41)을 피복하기 위한 압출성형 등의 공정이 마친 다음에도, 열전도율이 낮은 수지재질로 형성된 내부 스킨층(41)의 내부에 열이 남아있을 수 있다.
그리고, 상기 잔존하는 열이 충분하게 냉각되지 않은 상태에서 발포된 절연체(23)가 적층될 경우, 상기 열에 의해서 절연체(23) 내부의 셀(30)들이 붕괴를 일으킬 수 있다는 문제점이 있다.
그러므로, 상기 내부도체(21) 및 내부 스킨층(41)가 상기 절연체(23)의 셀(30)들이 붕괴를 일으키지 않을 정도의 온도로 냉각되기 위해서 넓은 쿨링존(cooling zone)이 마련될 필요가 있으며, 상기 쿨링존에서 충분한 시간 동안 냉각되어야한다.
여기서, 상기 쿨링존은 쿨링존 내부로 유입되는 재료들의 온도를 급격하게 또는 점차적으로 떨어뜨릴 수 있는 공정설비로서, 수냉식 및 에어 스프레이 등을 이용하여 냉각 효율을 높일 수 있다.
이러한 쿨링존은 상기 내부 스킨층(41)이 피복되는 압출기와 외부 스킨층(43)이 피복되는 압출기 이후에 마련되는 공정단계에 설치될 수 있다.
그리고, 내부 스킨층(41)의 외주에 절연체(23)가 적층되는 압출기의 다이 니플(die nipple)부는 절연체의 고발포와 안정적인 매크로셀 형성을 위해서 압출기 내부의 압력의 비율이 완만하게 감소되도록 마련될 필요가 있다.
바람직하게는, 상기 다이 니플부의 형상이 절연체 적층공정이 진행되는 방향으로 진행할수록 단면적의 크기가 줄어드는 원기둥형인 것으로 마련될 수 있다.
한편, 매크로셀 형성을 통한 절연체(23)의 발포도를 높이기 위해, 상기 압출 기 내부와 외부의 압력차이를 크게 할 필요가 있는데, 이는 상기 절연체(23)가 압출기의 크로스헤드 다이(cross head die) 내부에서 장시간 머무르게 하고, 절연체(23)에 포함되는 발포 가스 및 핵제의 양을 늘림으로써 달성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 발포 동축 케이블의 제조를 위한 공압출용 압출기를 개략적으로 도시하는 도면으로, 본 발명에 따른 동축 케이블의 제조과정은 다음과 같이 마련될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 6에 도시된 바와 같이, 내부도체(21)는 제 1 공압출 장치(70)의 통과에 의해 내부 스킨층(41)이 적층된 제 1 선재(21')가 되고, 상기 제 1 선재(21')는 제 2 공압출 장치(80)의 통과에 의해 절연체(23) 및 외부 스킨층(43)이 순차적으로 적층된 제 2 선재(21'')가 된다.
여기서, 상기 압출장치(70, 80)는 스크류식과 비스크류식으로 마련될 수 있으며, 바람직하게는 단축 스크류식 압출기가 사용되나, 이에 한정되는 것은 아니다.
먼저, 상기 제 1 선재(21')의 제조 과정을 설명하면, 구리 또는 구리 합금이 환상으로 가공되어, 중공의 원통 형상을 갖는 내부도체(21)로 제조되고, 상기 내부도체(21)가 소정 속도의 선재 진행 방향(90)으로 진행되어 제 1 레진 공급부(71)를 구비하는 제 1 공압출 장치(70)로 공급된다.
이때, 상기 제 1 레진 공급부(71)에는 폴리올레핀계 수지가 투입된다.
상기 제 1 공압출 장치(70)로 투입된 내부도체(21)는 그 외주상에 내부 스킨 층(41)이 적층되도록 공압출된 후, 상기 제 2 공압출 장치(80)로 투입된다.
즉, 상기 내부도체(21)는 그 외주상에 용융 상태의 폴리올레핀계 수지가 박막 코팅되어 제 1 선재(21')로 제조된다.
여기서, 상기 제 1선재(21')가 제 2 공압출 장치(80)로 투입되기 전에, 도면에 도시되어있지는 않지만, 제 1 공압출 장치(70) 다음에 마련된 쿨링존에서 압출시 발생한 열을 충분하게 식히는 과정을 거칠 수 있다.
상기 제 1선재(21')는 쿨링존에서 수냉식 및 에어 스프레이 방식으로 내부에 잠재되어있는 열을 충분히 식힘으로써, 후술하는 제 2 공압출 장치(80)에서 제 1선재(21') 외주상에 적층되는 절연체 셀의 붕괴를 막을 수 있다.
그리고, 상기 쿨링존에서 수냉식으로 제 1선재(21')를 냉각시키는 경우, 제 1선재(21') 표면에 잔존하게되는 수분에 의해서 발생될 수 있는 케이블 제조불량을 피하기 위한 충분한 건조시간을 가질 수 있다.
다음으로, 상기 제 2 공압출 장치(80)로 투입된 제 1 선재(21')는 그 외주상에 절연체(23) 및 외부 스킨층(43)이 적층되도록 공압출된다.
여기서, 상기 제 2 공압출 장치(80)는 제 2 레진 공급부(81) 및 제 3 레진 공급부(82)를 구비한다.
이때, 상기 제 2 레진 공급부(81)에는 고밀도 폴리에틸렌계 수지 및 저밀도 폴리에틸렌 수지가 투입되고, 상기 제 3 레진 공급부(82)에는 외부스킨층 형성을 위한 고분자 수지가 투입된다.
상기 제 2 공압출 장치(70)로 투입된 내부도체(21)는 그 외주상에 절연 체(23) 및 외부 스킨층(43)이 순차적으로 적층되도록 연속 이중 공압출된다.
즉, 상기 제 1 선재(21')는 그 외주상에 물리적으로 발포된 폴리에틸렌계 수지가 적층된 이후, 그 외주상에 용융 상태의 고분자 수지가 박막 코팅되어 제 2 선재(21'')로 제조된다.
이때, 상기 발포는 용융 상태의 폴리에틸렌계 수지에 외부로부터 공급된 혼합 가스를 과포화 상태까지 주입하여 이루어진다.
본 발명의 실시예에서, 상기 외부 스킨층(43)은 노즐(83)을 통과하면서 빠른 속도로 냉각되어, 절연체(23) 내의 발포셀 형성시 과발포를 억제하고, 발포셀(30)들이 절연체(23) 내에서 균일하게 형성되도록 하며, 발포셀(30)들이 서로 이웃하여 형성되도록 한다.
여기서, 상기 냉각방식은 수냉식으로 마련될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제 2 공압출 장치(80)는 그 내부가 140℃의 온도와 100bar 이상의 압력이 유지되도록 하고, 상기 제 1 선재(21')가 제 2 공압출 장치(80)를 통과하는 시간 또는 속도는 10 m/min이 되도록 한다.
이후, 상기 제 2 선재(21'')에 순차적으로 외부도체(25) 및 시스(27)를 적층하여 발포 동축 케이블로 제작하게 되는데, 이는 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이하, 표 1을 참조하여, 본 발명에 따른 고발포 동축케이블의 바람직한 실시예와 종래의 발포 동축케이블을 비교하기로 한다.
Figure 112008057940771-PAT00006
상기 표 1에서의 전파속도는 이상적인 신호의 전파속도 즉, 광속에 대한 실제 케이블에서의 전파속도 비율을 나타낸 것이다.
여기서, 상기 표 1의 비교예 1, 비교예 2는 종래의 발포방법으로 제조한 동축케이블로서, 절연체(23) 형성시 셀의 최장직경이 300㎛보다 작은 마이크로셀을 형성한 것이다.
그리고, 상기 실시예 1, 2, 3과 비교예 1, 2에 나타낸 발포 동축케이블의 절연체(23)는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 및 핵제를 혼합하여 이산화탄소(CO2)를 이용한 가스 발포로 성형하였다.
또한, 상기 표 1의 실시예 및 비교예들은 케이블 내부도체로 지름이 9.4mm인 구리가 사용되었으며, 절연체의 외경은 23.5mm이고, 케이블의 유연성 확보를 위해 주름형으로 형성된 외부도체의 외경은 25.2mm를 갖도록 형성되었으며, 내부도체와 절연체 및 절연체와 외부도체 사이에는 각각 두께 0.15mm의 내부스킨층 및 두께 0.1mm의 외부스킨층이 형성되었다.
한편, 상기 표 1을 참조하면 발포도가 높을수록 밀도와 비유전율이 낮고 그에 따라 전파속도가 빠른 것을 확인할 수 있다.
제 1 실시예
본 발명의 제 1 실시예에 따른 고발포 동축케이블의 상기 절연체(23)는 단위면적당 매크로셀의 비율이 85%가 되도록 형성하였으며, 이때의 발포도는 82%, 밀도는 0.171g/㎤, 그리고 비유전율은 1.262이다.
그리고, 상기 매크로셀이 85%의 높은 비율로 절연체 내에 포함됨으로써, 82%의 높은 발포도로 성형을 하는 조건에서도 외관이 균일하게 형성되었다.
이와 같은 특성들에 의하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고발포 동축케이블의 전파속도가 89%이고 반사손실이 30dB인 것으로 나타나는데, 이는 전송선로로써 우수하다고 볼 수 있다.
하지만, 비교예 1에 따른 고발포 동축케이블의 절연체(23)는 82%의 발포도와 0.17g/㎤의 밀도와 1.26의 비유전율을 가짐으로써, 89%의 전파속도를 가지는 제 1 실시예와 거의 유사한 특징을 보유하고 있으나, 마이크로셀을 이용한 고발포로 인하여 외관이 불균일하게 형성되어, 반사손실이 12dB에 이르는 문제점을 보인다.
제 2 실시예
본 발명의 제 2 실시예에 따른 고발포 동축케이블의 상기 절연체(23)는 단위면적당 매크로셀의 비율이 92%가 되도록 형성하였으며, 이때의 발포도는 94.7%, 밀도는 0.05g/㎤, 그리고 비유전율은 1.085이다.
그리고, 상기 매크로셀이 92%의 높은 비율로 절연체 내에 포함됨으로써, 94.7%의 높은 발포도로 성형을 하는 조건에서도 외관이 균일하게 형성되었다.
이런 조건 하에서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고발포 동축케이블의 전파속도는 96%이며 반사손실은 32dB인 것으로 나타나는데, 이는 전송선로로써 매우 우수하다고 볼 수 있다.
제 3 실시예
본 발명의 제 3 실시예에 따른 고발포 동축케이블의 상기 절연체(23)는 단위면적당 매크로셀의 비율이 63.6%가 되도록 형성하였으며, 이때의 발포도는 78.9%, 밀도는 0.2g/㎤, 그리고 비유전율은 1.291이다.
그리고, 상기 매크로셀이 63.6%의 비율로 절연체 내에 포함됨으로써, 78.9%의 발포도로 성형을 하는 조건에서도 외관이 균일하게 형성되었다.
한편, 비교예 2에 따른 고발포 동축케이블의 절연체(23)는 78%의 발포도와 0.212g/㎤의 밀도와 1.321의 비유전율을 가짐으로써, 제 3 실시예와 비슷한 특징을 보이고 있다.
제 3 실시예와 비교예 2를 비교해보면, 반사손실이 각각 30dB와 31dB로써 거의 유사하지만, 전파속도가 각각 88%, 87%로써 제 3 실시예의 전파속도가 더 우수한 특성을 보이고 있다.
비교예1와 비교예 2를 비교해 보면, 비교예 2와 같이 발포도가 그리 높지 않은 경우에는 종래의 발포방법으로도 절연체 외관과 반사손실이 크게 문제되지 않으나, 비교예1과 같이 종래의 발포방법으로 전파속도 향상을 위해 발포도를 높일 경우에는 절연체 외관과 반사손실 특성이 문제가 됨을 확인할 수 있다.
결론적으로, 전파속도가 높고 반사손실이 적은 전송선로의 제조를 위해서는 78.9% 이상의 높은 발포도로 절연체를 발포형성해야 하며, 절연체 발포성형 당시 절연체 단위면적당 매크로셀의 면적비를 높여야 안정적으로 발포도를 높일 수 있음을 알 수 있다.
이상, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 고발포 동축케이블이 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 고발포 동축케이블이 단면도이다.
도 3은 종래의 발포 동축케이블의 절연체 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명에 따른 동축케이블의 절연체 부분 확대도이다.
도 5는 본 발명에 따른 동축케이블의 내부에 내부 스킨층과 외부 스킨층이 삽입된 상태를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 발포 동축 케이블의 제조를 위한 공압출용 압출기를 개략적으로 도시하는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
21 : 내부도체 23 : 절연체
25 : 외부도체 27 : 시스
30 : 셀 31 : 매크로셀
32 : 마이크로셀 41 : 내부 스킨층
43 : 외부 스킨층

Claims (8)

  1. 케이블 내부에 위치하는 내부도체와, 상기 내부도체의 외부에 배치되며 다수의 다공질의 셀을 형성하는 발포소재로 마련된 절연체와, 상기 절연체의 외주를 둘러싸며 형성된 외부도체와 외부도체 외주를 둘러싸며 케이블의 외형을 형성하는 시스를 포함하며,
    상기 절연체는 케이블 단면에서 상기 셀의 최장직경이 300㎛ 이상인 매크로셀에 대한 면적의 합이 셀의 최장직경이 300㎛보다 작은 마이크로셀에 대한 면적의 합보다 큰 것을 특징으로 하는 고발포 동축케이블.
  2. 제1항에 있어서,
    케이블 단면에서 전체 단면적에 대한 상기 매크로셀의 면적비가 63.6% 이상 92.0% 이하인 것을 특징으로 하는 고발포 동축케이블.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 절연체는 밀도가 0.05g/㎤ 내지 0.20g/㎤ 범위인 것을 특징으로 하는 고발포 동축케이블.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 절연체의 발포도가 78.9% 내지 94.7%인 것을 특징으로 하는 고발포 동 축케이블.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 절연체의 비유전율이 1.085 내지 1.291의 범위인 것을 특징으로 하는 고발포 동축케이블.
  6. 제5항에 있어서,
    케이블의 신호 전파속도가 공기 중 신호 전파속도 대비 88% 내지 96%의 범위인 것을 특징으로 하는 고발포 동축케이블.
  7. 제1항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연체는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 50 내지 90중량%, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 10 내지 50중량%, 핵제를 0.1 ~ 3중량% 포함하여 가스 발포 성형함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 고발포 동축케이블.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 절연체의 외주를 둘러싸는 외부 스킨층을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 고발포 동축케이블.
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