KR20120111254A - 자동차 신호 케이블 - Google Patents

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KR20120111254A KR1020110029648A KR20110029648A KR20120111254A KR 20120111254 A KR20120111254 A KR 20120111254A KR 1020110029648 A KR1020110029648 A KR 1020110029648A KR 20110029648 A KR20110029648 A KR 20110029648A KR 20120111254 A KR20120111254 A KR 20120111254A
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김상겸
장문규
윤석헌
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Abstract

본 발명은 자동차 신호 케이블에 관한 것으로서, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질의 심재, 및 상기 심재의 외주면을 둘러싸는 동(銅) 피복을 구비한 복수의 단선(單線)을 구비하고, 상기 복수의 단선이 스트랜드 와이어를 이루게 된다.

Description

자동차 신호 케이블{Automotive signal cable}
본 발명은 자동차 신호 케이블에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동(銅)을 피복한 알루미늄 또는 동을 피복한 알루미늄 합금을 사용한 자동차 신호 케이블에 관한 것이다.
자동차 무게의 상당 부분을 전기 장치 및 그 배선이 차지하고 있다. 자동차의 연비 향상을 위해서는 자동차의 경량화가 필수적이며, 배선의 무게를 줄이기 위한 많은 노력이 있었으며, 구체적으로는 필요한 강도 및 도전성을 가지면서, 경량화된 자동차용 신호 케이블을 개발하기 위한 시도가 지금까지 진행되고 있다.
이러한 시도의 일환으로 알루미늄, 동, 동합금, 알루미늄, 알루미늄 합금을 사용한 케이블이 개발되었고, 이외에도 알루미늄 합금에 니켈을 도금한 케이블, 마그네슘, 크롬, 실리콘, 망간 등의 원소를 포함하는 알루미늄 합금으로 구성된 자동차용 경량 케이블 등이 연구 개발되었다.
그러나, 케이블을 이루는 도체선이 이종금속으로 구성되면, 도체선이 전해질 등 부식을 일으키는 물질에 노출되는 경우에 이종금속 간에 부식이 발생할 수 있고, 한편, 알루미늄 도체에 도금을 한 케이블의 경우는, 케이블의 가공 중에 도금층이 박리되어 국부적인 저항 증가가 발생할 가능성이 있는 문제가 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 착상된 것으로서, 와이어를 구성하는 이종금속 간의 부식을 최소화하는 것을 목적으로 한다.
또한, 자동차 신호 케이블을 이루는 이종금속을 서로 견고하게 압착되어 있는 상태로 유지시키는 것을 목적으로 한다.
또한, 자동차 신호 케이블이 경량화됨과 동시에 신호를 잘 전달하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차 신호 케이블은, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질의 심재, 및 상기 심재의 외주면을 둘러싸는 동(銅) 피복을 구비한 복수의 단선(單線)을 구비하고, 상기 복수의 단선이 스트랜드 와이어를 이룬다.
바람직하게, 상기 동 피복의 단면적은 상기 단선의 단면적의 20% 내지 25%이다.
바람직하게, 상기 동 피복의 두께는 상기 단선의 반지름의 11.2% 내지 13.2%이다.
바람직하게, 상기 심재는 인장강도가 80MPa 내지 200MPa인 1000계열의 알루미늄 또는 5000계열의 알루미늄이다.
바람직하게, 상기 단선은 중심부에 위치한 중심 단선; 및 상기 중심 단선을 둘러싸는 6개의 외곽 단선을 포함한다.
바람직하게, 상기 중심 단선 및 6개의 외곽 단선 중 3개 이하는, 동의 두께가 단선의 반지름의 11.2% 내지 13.2%인 중공형 동 파이프이다.
본 발명에 따르면, 자동차 신호 케이블의 도선이 이종금속을 포함하여 구성되면서도, 이종금속 간의 부식을 최소화할 수 있다.
또한, 자동차 신호 케이블을 이루는 이종금속이 서로 견고하게 압착되어 양호한 밀착상태를 유지할 수 있다.
이뿐만 아니라, 신호를 양호하게 전달하면서도, 경량화를 달성한 자동차 신호 케이블을 제공할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차 신호 케이블의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플로트 유리 제조 장치 및 방법을 상세히 설명하기로 한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차 신호 케이블의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 자동차 신호 케이블은 복수의 단선(單線)이 스트랜드 와이어(Straned wire)를 이루고 있으며, 각각의 단선(10)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질의 심재(4), 및 상기 심재의 외주면을 둘러싸는 동 피복(2)을 구비한다. 그리고, 중심부에 위치한 중심 단선(6), 및 중심 단선을 둘러싸는 6개의 외곽 단선(8)을 포함한 총 7개의 단선(10)이 하나의 자동차 신호 케이블을 이루고 있다.
한편, 총 7개의 단선(10)은 전기 절연재 등에 의하여 덮이게 되나, 전기 절연재 등이 단선(10)을 뭉친 다발을 덮는 것은 당업계의 상식이고, 본 발명의 요지와는 무관한 바, 도시를 생략하였다.
동 피복(2)은 각각의 단선(10)의 전기저항을 감소시키고, 강도를 확보하는 역할을 수행한다. 이에 비해, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질의 심재(4)는 그 비중이 동(8.7g/cm3)의 1/3 수준(2.7g/cm3)에 불과하기 때문에 자동차 신호 케이블을 경량화하는 데에 있어서 중요한 역할을 수행한다.
자동차 신호 케이블의 본연의 역할인 신호 전달을 원활하게 수행하기 위해서는 자동차 신호 케이블이 단자에 접속할 때 최적의 고착력을 가져야 하고, 최적의 고착력을 갖기 위해서는 각각의 단선(10)의 인장강도가 확보되어야만 한다. 이뿐만 아니라 각각의 단선(10)의 도전율도 적정 범위의 값을 만족해야만 한다.
다시 말해, 본 발명에 따른 자동차 신호 케이블은 고착력, 인장강도, 경량화율, 도전율이 모두 적정 범위의 값을 만족해야 하고, 이러한 모든 파라미터가 적정 범위 내의 값인 경우에만 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.
이하의 <표 1>은 각각의 단선(10)에서 동 피복(2)의 면적 비율이 변화에 따른, 고착력, 비중, 및 경량화율의 변화를 나타낸 표이며, 여기서 경량화율은 각각의 단선(10)을 모두 동(銅)으로 형성한 경우에 단선(10)의 무게를 100으로 가정하고, 동 피복(2) 비율이 다음과 같을 경우에 각각의 단선(10)의 무게가 어느 정도 되는지를 수치로 표시한 것이다.
동 피복 비율 (%) 고착력 (kgf) 비중 (g/㎤) 경량화율 (%) 결과
5 5.4 3.00 34 불만족
10 7.6 3.30 38 불만족
15 8.2 3.60 41 불만족
20 9.0 3.90 45 만족
22 9.4 4.02 46 만족
25 9.9 4.20 48 만족
30 10.3 4.50 52 불만족
※ 고착력 기준 9kgf 이상
※ 경량화율(=구리대비 비중) 50% 이하 확보
<표 1>을 참조하면, 각각의 단선(10) 전체의 단면적 중에서 동 피복(2)의 단면적이 차지하는 비율(동 피복 비율)이 20%이상인 경우에 고착력이 기준값인 9kgf 이상을 만족하였으며, 동 피복(2) 비율이 25%이하인 경우에 경량화율이 기준값인 50%이하를 만족하였다. 이 두 가지의 기준을 모두 만족하는 범위는 동 피복(2) 비율이 20~25%인 경우이며, 따라서, 이 범위에서 동 피복(2)의 단면적의 수치를 한정한 기술적 의의을 발견할 수 있다.
이하의 <표 2>는 각각의 단선(10)에서 심재(4)의 인장 강도의 변화에 따른 고착력, 도전율의 변화를 나타낸 것이다.
심재의 인장강도 (MPa) 고착력 (kgf) 도전율 (%IACS) 결과
65 7.4 72 불만족
80 9.0 70 만족
100 9.2 65 만족
170 9.5 62 만족
200 9.9 60 만족
250 10.2 52 불만족
※ 고착력 기준 9kgf 이상
※ 도전율 60%IACS 이상
<표 2>를 참조하면, 심재(4)의 인장강도가 80MPa이상인 경우에 고착력이 기준값인 9kgf 이상을 만족하였으며, 심재(4)의 인장강도가 200MPa이하인 경우에 도전율이 기준값이 60%IACS 이상을 만족하였다. 이 두 가지의 기준을 모두 만족하는 범위는 심재(4)의 인장강도가 80~200MPa인 경우이며, 따라서, 이 범위에서 심재(4)의 인장강도의 수치를 한정한 기술적 의의를 발견할 수 있다.
이러한 인장강도를 만족하는 재질로는 알루미늄의 함량이 99.00% 이상의 순수 알루미늄인 1000계열의 알루미늄, 또는 마그네슘을 함유한 알루미늄인 5000계열의 알루미늄이 있으며, 따라서, 상기 계열의 알루미늄이 심재(4)로 사용되는 것이 바람직하다.
이하의 <표 3>은 각각의 단선(10)에서 동 피복(2) 두께의 변화에 따른 고착력, 경량화율의 변화를 나타낸 것이다. 단, 이하의 <표 3>은 각각의 단선(10)의 반지름(R)이 160㎛인 경우를 기준으로 실험한 것이다.
동 피복 두께 (㎛) 고착력 (kgf) 비중 (g/㎤) 경량화율 (5%) 결과
15 8.6 3.77 43 불만족
18 9.1 3.98 46 만족
20 9.5 4.11 47 만족
21 9.9 4.17 48 만족
25 10.1 4.43 51 불만족
※ 고착력 기준 9kgf 이상
※ 경량화율(=구리대비 비중) 50% 이하 확보
<표 3>을 참조하면, 동 피복(2) 두께가 18㎛이상인 경우에 고착력이 기준값인 9kgf 이상을 만족하였으며, 동 피복(2) 두께가 21㎛이하인 경우에 경량화율이 기준값인 50%이하를 만족하였다. 이 두 가지의 기준을 모두 만족하는 범위는 동 피복(2) 두께가 18~21㎛인 경우이며, 단선(10)의 반지름(R)이 160㎛인 경우가 아닌 일반적인 경우로 <표 3>의 실험 결과를 확장하면, 동 피복(2)의 두께가 단선(10)의 반지름(R)의 11.2~13.2%인 범위에서, 동 피복(2) 두께의 수치를 한정한 기술적 의의를 발견할 수 있다.
이하의 <표 4>는 스트랜드 와이어를 이루고 있는 복수의 단선(10) 중에서, 심재(4)를 포함하지 않아 내부가 비어 있으며 두께가 단선(10)의 반지름(R)의 11.2%~13.2%인 동 파이프의 형상인 단선의 숫자가 변화함에 따른 경량화율, 고착력의 변화를 나타낸 것이다.
단선 구성
(심재 미포함한 동 파이프의 갯수) 		경량화율 고착력 결과
0 100% 9.5 만족
1 93% 9.3 만족
2 86% 9.2 만족
3 79% 9.0 만족
4 72% 8.4 불만족
5 65% 7.2 불만족
6 58% 6.8 불만족
7 51% 6.5 불만족
※ 고착력 기준 9kgf 이상
<표 4>를 참조하면, 심재(4)를 미포함한 동 파이프의 갯수가 0~3개인 경우에 고착력이 기준값인 9kgf 이상을 만족하였으며, 고착력이 9kgf인 경우에 경량화율은 79%였다. 따라서, 심재(4)를 미포함한 동 파이프의 갯수가 3개를 넘지 않는다면 고착력의 기준을 만족하며 동시에 자동차 신호 케이블의 경량화를 달성할 수 있다.
케이블을 이루는 도체선이 이종금속으로 구성된 경우에, 그중 부식에 더 취약한 금속의 양이 비교적 부식에 강한 금속의 양과 같거나 그보다 적은 경우는 부식이 급속하게 진행될 수 있다. 그리고, 구리에 비해서 알루미늄이 부식에 있어서 훨씬 취약한 면을 보이고 있다. 이러한 이종금속 간의 부식현상을 갈바니 부식(galvanic corrosion)이라고 한다. 즉, 알루미늄과 동의 양이 같거나, 알루미늄이 동에 비하여 양이 적은 경우에는 이러한 갈바니 부식이 심화된다.
가볍고 도전성이 다소 떨어지는 금속과 도선과, 전기 전도성이 높으나 다소 무거운 금속 도선의 2종의 도선을 사용하여 스트랜드 와이어를 구성하게 되면, 경량화와 적정 도전성을 모두 만족할 수 있는 것이 아니라, 상술한 갈바니 부식에 의하여 신호 전달의 효율이 매우 떨어지게 되며, 심한 경우 신호가 전달되지 않을 수도 있다.
본 발명에 따른 자동차 신호 케이블은 이와 같이, 단순히 2종의 도선을 사용하여 스트랜드 와이어를 구성한 것이 아니라, 심재와 피복을 갖는 2중 도선을 단위 단선(單線)으로 하여, 복수의 단선(10)이 모여서 스트랜드 와이어를 구성하기 때문에, 단선(10)의 숫자와 무관하게 자동차 신호 케이블을 이루는 금속의 비율을 일정하게 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 자동차 신호 케이블은 알루미늄 재질의 심재(4)의 양이 동 피복(2)의 양에 비하여 훨씬 많기 때문에 갈바니 부식이 무시할 수 있는 수준으로 유지되며, 자동차 신호 케이블이 신호를 잘 전달할 수 있게 된다.
이하의 <표 5>는 본 발명에 따른 자동차 신호 케이블에 있어서 요구되는 물성을 모두 만족하는 실시예와, 이러한 요건을 모두 만족하지 않는 비교예를 대비한 것이다.
고착력 (kgf) 결과
비교 예 (1) Cu 피복 비율 10% 7.6 불만족
(2) AL 인장강도 65MPa 6.4 불만족
(3) Cu 피복 두께 15㎛ 8.2 불만족
실시 예 (1) Cu 피복 비율 22% 9.4 만족
(2) AL 인장강도 170MPa 10.5 만족
(3) Cu 피복 두께 20㎛ 9.7 만족
상기 <표 5>을 참조하면, 본 발명에 따른 예시적 실시예는 동 피복(2)의 단 면적비율이 22%, 심재(4)의 인장강도는 170MPa, 동 피복(2)의 두께는 20㎛로서, 상술한 <표 1> 내지 <표 4>의 '결과'란에 '만족'으로 표시되기 위한 수치범위를 택하고 있으며, 본 실시예는 고착력의 범위가 기준값인 9kgf을 넘는 안정적인 수치를 보이고 있다.
반면, 비교예는 동 피복(2)의 단 면적비율이 10%, 심재(4)의 인장강도는 65MPa, 동 피복(2)의 두께는 15㎛로서, 상술한 <표 1> 내지 <표 4>의 '결과'란에 '불만족'으로 표시되기 위한 수치범위를 택하고 있으며, 본 비교예는 고착력의 범위가 기준값인 9kgf을 미달하여 불안정한 수치를 보이고 있다.
한편, 본 발명에 따른 자동차 신호 케이블처럼, 스트랜드 와이어 타입으로 케이블을 구성하는 경우에는, 하나의 단선(10)으로 하나의 케이블이 구성된 것에 비하여 케이블의 유연성과 복원성이 높다.
또한, 스트랜드 와이어를 이루는 각각의 단선(10)이 본 발명과 같이 이종금속인 경우에는 심재(4)를 구성하는 와이어의 표면에 도금을 통하여 피복층을 형성할 수 있으나, 이 경우 가공 중에 도금층이 박리되어 국부적인 저항 증가가 발생할 수 있다.
이에, 본 발명은 막대 형상의 알루미늄 재질의 심재(4)의 표면에, 및 판재 형상의 동을 연속 용접 공법으로 감싼 후에, 신선 공정(drawing process)을 통하여 기계적으로 압착하게 된다. 도금 방식에 비하여 신선 공정은, 공정의 진행중에 와이어가 경화되어 끊어질 위험성이 더 높기는 하나, 이러한 문제는 단계별로 연화 열처리를 통하여 충분히 극복할 수 있다. 도금 방식에 비하여 저항 증가가 발생할 확률을 낮출 수 있는 장점이 있다. 이러한 신선 공정은 당업자에게 주지된 공정이므로 더 자세한 설명은 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 바 생략하도록 한다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
2 : 동(銅) 피복 4 : 심재
6 : 중심 단선 8 : 외곽 단선
10 : 단선 20 : 본 발명의 자동차 신호 케이블
R : 단선의 반지름 d : 동 피복의 두께

Claims (6)

  1. 자동차 신호 케이블에 있어서,
    알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질의 심재, 및 상기 심재의 외주면을 둘러싸는 동(銅) 피복을 구비한 복수의 단선(單線)을 구비하고,
    상기 복수의 단선이 스트랜드 와이어를 이루는 것을 특징으로 하는, 자동차 신호 케이블.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동 피복의 단면적은 상기 단선의 단면적의 20% 내지 25%인 것을 특징으로 하는, 자동차 신호 케이블.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 동 피복의 두께는 상기 단선의 반지름의 11.2% 내지 13.2%인 것을 특징으로 하는, 자동차 신호 케이블.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 심재는 인장강도가 80MPa 내지 200MPa인 1000계열의 알루미늄 또는 5000계열의 알루미늄인 것을 특징으로 하는, 자동차 신호 케이블.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단선은 중심부에 위치한 중심 단선; 및
    상기 중심 단선을 둘러싸는 6개의 외곽 단선을 포함하는 것을 특징으로 하는, 자동차 신호 케이블.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 중심 단선 및 6개의 외곽 단선 중 3개 이하는, 동의 두께가 단선의 반지름의 11.2% 내지 13.2%인 중공형 동 파이프인 것을 특징으로 하는, 자동차 신호 케이블.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20150041704A (ko) * 2013-10-08 2015-04-17 엘에스전선 주식회사 동복 선재 및 이를 포함하는 제어신호 전송용 케이블

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