KR20170055182A - 동축케이블의 유전체 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동축케이블의 내부도체를 감싸는 유전체를 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 소재로 피복할 때 신호의 전송손실을 감쇠되게 하는 기공을 내부도체에 대해 사선형태로 배열되도록 형성하여 유전율을 현저히 낮추게 됨과 아울러 유전체에 형성된 기공에 휨이나 전단력이 가해질 경우에도 내구성을 유지할 수 있게 한 동축케이블의 유전체 제조장치에 관한 것으로,
즉, 롤 형태로 감겨져 있는 내부도체를 연속적으로 공급하는 공급기와 유전체의 재료인 중공부가 구비된 PTFE 잉곳(ingot)을 저온상태에서 가압하여 내부도체를 감싸지도록 유전체를 압출 성형하는 헤드를 갖춘 압출기에서, 상기 압출기에는 내부에 장입된 PTFE 잉곳을 약 50~80℃의 저온으로 가열한 상태에서 가압동작을 하는 피스톤과, 가압된 PTFE 잉곳이 물리적인 변형을 일으키면서 압출되고 그 압출과정에 유전체의 피복 층에 기공을 형성되도록 하는 노즐을 갖춘 헤드가 설치되고, 헤드의 내부에는 노즐을 향해 내경이 점진적으로 축소되는 다수의 방해수단이 형성됨으로써, 상기 방해수단을 갖춘 헤드의 유로를 통과하여 노즐로 압출되는 과정에 유전체의 피복층에 형성되는 무수한 기공이 내부도체에 대해 사선으로 배치되게 성형되는 것이다.

Description

동축케이블의 유전체 제조장치{Apparatus for manufacturing dielectric of coaxial cable}

본 발명은 동축케이블의 유전체 성형장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동축케이블의 내부도체를 감싸는 유전체를 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 소재로 피복할 때 신호의 전송손실을 감쇠되게 하는 기공을 내부도체에 대해 사선형태로 배열되도록 형성하여 유전율을 현저히 낮추게 됨과 아울러 유전체에 형성된 기공에 휨이나 전단력이 가해질 경우에도 내구성을 유지할 수 있게 한 동축케이블의 유전체 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로, 동축케이블(coaxial cable)은 라디오 주파수(Radio Frequency; RF) 및 마이크로 웨이브(Micro Wave) 신호를 신속하게 전송 가능한 특성으로 인하여 장거리 전화망, 이동통신망(기지국, 중계기 등), 유선 TV 및 정보통신망(LAN) 등에서 신호 전송을 목적으로 널리 사용되고 있다.

대부분의 동축케이블은 도 1a에서와 같이, 중심에 위치하는 내부도체(1)를 발포성 폴리에틸렌 소재의 절연체 또는 유전체(2)로 감싸고 이를 다시 그물 모양의 외부도체(3)로 감싼 다음 전체에 절연피복(4)을 입힌 구조로서, 상기 유전체는 내부도체로 이동하는 신호의 교란을 방지하는 역할을 하고, 외부도체는 인접한 회선과의 차폐(shield) 역할을 한다.

상기 내부도체를 감싸는 유전체는 유전율이 클 경우 동일한 거리에 전송된 RF 신호의 감쇠가 커지는 반면, 유전율이 작을 경우 동일한 거리에 전송된 신호의 감쇠는 작아지는 등 유전율에 따라 RF 신호의 감쇠 특성이 다르게 됨으로써, 장거리 전송특성을 개선 및 향상시키기 위해 최저의 유전율 1에 근접하기 위한 기술로 공기층을 갖춘 공기 발포성 유전체가 적용되고 있다.

상기 유전체의 소재로서 고체로 된 물질중 신호 손실을 줄이기 위한 최저의 유전율을 갖춘 PTFE를 적용한 종래의 기술로, 내부도체를 감싸도록 된 고분자수지 유전체를 다량의 공기층이 구비된 발포 테프론으로 구성한 실용신안등록 제20-0358593호의 동축케이블이 등장한 바 있고, 상기 공기층의 분포량을 증대시켜 유전율을 더욱 낮추기 위한 기술로서 도 1 b에서와 같이, 코어 형태로 내부도체를 감싸는 PTFE 소재의 유전체(2)를 건식으로 압출하는 과정에 내부도체와 평행하게 다수의 기공(2')을 형성하여 그 유전율이 1.7~1.9를 구현하는 동축케이블 제조장치가 본 발명 출원인의 선등록발명 제10-0768799호에 의해 제안된 바 있다.

상기 PTFE 소재의 유전체는 그 내부에 형성된 공기층 또는 기공에 의해 유전율을 현저히 낮추게 됨으로써, 내열성과 초고주파특성을 향상시키고, 제품을 경량화할 수 있으며, 동급의 특성을 지닌 제품보다 외경을 최소화하여 장비의 소형화가 가능한 여러 장점이 있었다.

그러나 상기 선발명 특허는 압출부로부터 압출되는 코어 형태의 유전체 내부에 기공을 형성하기 위해 유전체의 통과 속도를 각각 달리하는 제1회전부와 제2회전부가 설치되고 각 회전부 사이의 통로에는 유전체에 온열을 가하여 기공형성을 용이하게 하는 온도공급부가 설치됨으로써, 제조장치의 구조와 제조공정이 매우 복잡하였음은 물론 운전조건이나 주변 환경의 영향에 민감하게 작용하여 품질을 균일하게 하는데 어려움이 있었다.

특히 유전체의 내부에 형성된 기공이 내부도체에 대해 평행한 상태로 주위에 배치된 구조이므로, 굴곡이 심하거나 많은 곳에 동축케이블을 배선할 경우에는 굴곡 변형력에 대응하는 기계적 강도가 취약하여 기공이 파손되면서 특성이 현저하게 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 위와 같은 종래의 동축케이블에 구비된 유전체의 제조공정과 구조적인 문제점을 감안하여 발명한 것으로, 그 목적은 내부도체를 중심으로 PTFE 소재의 잉곳을 저온상태에서 압출하여 유전체를 성형하게 된 압출기 헤드에 노즐부위를 향해 점진적으로 축소되는 다단계의 턱 또는 나선돌기 등의 방해수단을 형성하여 상기 헤드의 방해수단을 거쳐 노즐을 통과하는 과정에서 가해지는 압력변화에 의해 유전체의 내부에 형성되는 무수한 기공이 내부도체에 대해 사선으로 배치되게 함으로써, 기공의 분포도를 확대시켜 유전율을 현저히 낮추게 됨과 아울러 굴곡변형에 대한 응력을 향상시킬 수 있는 동축케이블의 유전체 제조장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 롤 형태로 감겨져 있는 내부도체를 연속적으로 공급하는 공급기와 유전체의 재료인 중공부가 구비된 PTFE 잉곳(ingot)을 저온상태에서 가압하여 내부도체를 감싸지도록 유전체를 압출 성형하는 헤드를 갖춘 압출기에서, 상기 압출기에는 내부에 장입된 PTFE 잉곳을 약 50~80℃의 저온으로 가열한 상태에서 가압동작을 하는 피스톤과, 가압된 PTFE 잉곳이 물리적인 변형을 일으키면서 압출되고 그 압출과정에 유전체의 피복 층에 기공을 형성되도록 하는 노즐을 갖춘 헤드가 설치되고, 헤드의 내부에는 노즐을 향해 내경이 점진적으로 축소되는 다수의 방해수단이 형성됨으로써, 상기 방해수단을 갖춘 헤드의 유로를 통과하여 노즐로 압출되는 과정에 유전체의 피복층에 형성되는 무수한 기공이 내부도체에 대해 사선으로 배치되게 성형되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명의 동축케이블의 유전체 제조장치는 압출기에 장전된 PTFE 잉곳을 저온으로 가압하여 점진적으로 내경이 축소되게 형성된 다단계의 턱 또는 나선돌기 등의 방해수단을 갖춘 헤드를 통과하여 노즐로 압출되는 과정에 이미 유전체의 피복층에 형성되는 무수한 기공을 내부도체에 대해 사선으로 배치된 상태로 제조하게 됨으로써, 종래에 유전체 코어를 서로 회전속도를 달리하는 제 1, 2회전부의 사이에서 열을 가하면서 연신작용에 의해 기공을 형성할 때에 비해 제조장비와 공정을 간소화함과 아울러 균일한 제품을 양산할 수 있는 효과가 있다.

또한 유전체의 피복층에 형성된 기공이 내부도체에 대해 사선으로 배치되고 기공의 분포량이 증대된 상태이므로, 굴곡변형에 대한 응력과 내구성을 향상시켜 신호전송 특성을 유지하면서 유전율을 현저히 낮출 수 있으며, 이에 따라 종래의 통신케이블에 비해 중량을 현저히 감소시킴과 아울러 전송시간을 단축시키고 신호 전송에 따른 특성을 향상시켜 고부가 가치를 창출할 수 있는 효과가 있다.

도 1a 및 1b는 일반적인 동축케이블과 그 유전체에 기공이 형성된 예를 나타낸 개요도,
도 2는 본 발명의 동축케이블의 유전체 제조장치를 나타낸 구성도,
도 3a 및 3b는 상기 유전체 제조장치에 구비된 압출기 헤드의 일 예와 다른 예를 나타낸 단면구성도,
도 4는 본 발명에 의해 제조된 유전체의 단면과 측면을 나타낸 개요도이다.

이하, 본 발명의 동축케이블의 유전체 제조장치를 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 동축케이블의 유전체 제조장치에를 나타낸 구성도이고, 도 3a 및 3b는 상기 제조장치에 구비된 압출기 헤드의 일 예와 다른 예를 각각 나타낸 단면구성이며, 도 4는 본 발명에 의해 제조된 유전체의 단면과 측면을 나타낸 개요도로서, 본 발명은 내부도체(10)의 전송 손실을 최소화하기 위하여 그 외부를 PTFE 소재의 유전체(20)로 감싸지게 압출하는 과정에 유전체에 형성되는 무수한 기공(20')을 내부도체(10)에 대해 사선으로 배치되게 하여 유전율을 현저히 낮추면서 내구성을 높일 수 있도록 하는 것이다.

상기 유전체 제조장치를, 롤 형태로 감겨져 있는 내부도체(10)를 장력이 가해지는 상태에서 연속적으로 공급하는 공급기(100); 유전체(20)의 재료인 중공부가 구비된 PTFE 잉곳(ingot)을 저온상태에서 가압하여 내부도체를 감싸지도록 유전체를 압출 성형하는 헤드(210)를 갖춘 압출기(200); 상기 압출기로부터 압출되는 유전체를 균일한 속도로 인출하는 인취부(300); 인출된 유전체를 250~400℃ 분위기의 공기통로를 경유하여 기름성분이나 이물질을 제거하고 유전체에 표피층을 형성되게 2단계로 가열되는 오븐(400); 및 상기 오븐을 통과한 유전체를 공기중에서 방냉시키면서 롤 형태로 감게 되는 권취부(500)로 구성되어 있다.

상기 내부도체(10)를 압출이 이루어지는 압출기(200)로 공급하기 전에, 먼저 압출기(200)의 내부에 유전체(20)의 재료인 중공부가 구비된 PTFE 잉곳을 수평으로 장전한 상태에서 상기 내부도체(10)를 잉곳 중공부의 중심선상을 따라 압출기(200)를 통과되게 하여 압출이 이뤄지는 헤드(210)의 노즐을 빠져나온 후 인취부(300)와 오븐(400) 등의 제조라인을 경유하여 권취부(500)에 감겨지도록 하는 준비작업을 거친다.

즉, 내부도체(10)를 중심으로 그 외측을 유전체(20)로 감싸지도록 압출하기 위해서는 압출기(200)의 내부에 중공부가 구비된 PTFE 잉곳(ingot)을 장전한 후 그 중공부의 중심선을 따라 내부도체(10)를 통과되게 한 후 권취부(500)에 감겨지도록 하여 압출 작업을 선도하는 것이다.

유전체(20)의 재료인 PTFE 잉곳은 분말로 된 PTFE와 윤활제를 약 3:1의 비율로 혼합하여 상온에서 숙성한 후 중공부를 갖춘 원기둥 형태로 성형된 것으로, 화학적으로 안정된 상태를 유지하는 한편 저온(약 50~80℃)에서 큰 압력이 가해질 때 물리적인 변형이 이루어지는 건식 압출이 가능한 물성으로 되어 있다.

상기 압출기(200)에는 내부에 장입된 PTFE 잉곳을 약 50~80℃의 저온으로 가열한 상태에서 가압동작을 하는 피스톤(220)과, 가압된 PTFE 잉곳이 물리적인 변형을 일으키면서 압출되고 그 압출과정에 유전체(20)의 피복 층에 기공(20')을 형성되도록 하는 노즐(211)을 갖춘 헤드(210)가 설치되고, 헤드(210)의 내부에는 노즐(211)을 향해 내경이 점진적으로 축소되는 다단계의 턱(212) 또는 나선돌기(213) 등의 방해수단이 형성되어 있다.

헤드(210)에 형성된 방해수단은 점진적으로 직경이 축소된 관로를 따라 용해되지 않은 상태의 PTFE 잉곳이 가압작용에 의해 부스러졌다가 윤활제의 점성에 의해 고형상태로 되는 물리적 변형을 반복하여 유발하게 됨으로써, 노즐(211)을 통해 헤드(210)의 외부로 압출되는 유전체(20)의 피복층에 무수한 기공(20')을 형성하게 됨과 아울러 중심에 위치되는 내부도체(10)에 대해 무수한 기공(20')이 사선방향으로 배열 및 배치되는 것이다.

상기 압출기(200)로부터 압출되는 유전체(20)는 압출속도에 비례하여 인출동작을 하는 인취부(300)를 통과하여 안정화된 상태에서 250~400℃ 분위기의 공기통로를 갖춘 2단계의 오븐(400) 경유하여 기름성분이나 이물질을 제거하고 유전체에 표피층을 형성하는 공정을 거친 후 공기중에서 방냉된 상태에서 권취부(500)에 권취되어 유전체의 압출성형을 마치게 된다.

따라서, 상기와 같은 본 발명은 압출기(200)에 장전된 PTFE 잉곳을 저온으로 가압하여 점진적으로 내경이 축소되게 형성된 다단계의 턱(212) 또는 나선돌기(213) 등의 방해수단을 갖춘 헤드(210)의 유로를 통과하여 노즐(211)로 압출되는 과정에 이미 유전체(20)의 피복층에 형성되는 무수한 기공(20')이 내부도체(10)에 대해 사선으로 배치된 상태로 성형된다.

그러므로 선등록 특허(제10-0768799호)에서 압출부로부터 압출되는 유전체 코어를 서로 회전속도를 달리하는 제 1, 2회전부의 사이에서 열을 가하면서 연신작용에 의해 기공을 형성할 때에 비해 제조장비와 공정을 간소화할 수 있으며, 외부의 영향을 받지 않으므로 균일한 제품을 양산할 수 있다.

또한 유전체(20)의 피복층에 형성된 기공(20')이 내부도체(10)에 대해 사선으로 배치된 상태이므로, 종래에 내부도체에 대해 수평을 이루도록 기공을 형성한 경우에 비해 굴곡변형에 대한 응력을 향상시켜 신호전송 특성을 유지함은 물론 유전율을 더욱 낮출 수 있는 것이다.

상기와 같이 유전체에 형성된 기공의 배치와 기공의 분포량을 증대시킨 결과 본 발명의 유전체가 적용된 통신케이블의 유전율이 1.4~1.6 범위로 측정되고, 선등록 특허에 의한 통신케이블의 유전율이 1.7~1.9로 측정되었는바, 상기 측정 결과 유전율 차이의 최소치는 0.1로 나타났으나 동축케이블에서 유전율의 저하량이 미치는 효과를 비교하면 다음 표와 같다.

다음 표에서 대비하기 위한 비교예 1은 유전율이 2.0 내외인 PTFE 재료의 유전체(제품명 : SF-141)이고, 비교예 2는 유전율이 1.7인 케이블이며, 본 발명은 유전율이 1.6인 케이블인 제품을 나타낸 것이다.

1. 동일한 직경의 내부도체를 사용하였을 때 동축케이블(50옴 케이블)의 기준 사이즈 및 중량 비교는 다음 표 1과 같다.

번호	항 목	단위	비교예 1 (SF-14IJ 케이블)	비교예 2(유전율 1.7 케이블)	본 발명(유전율 1.6 케이블)
1	은도금동선 내부도체	㎜	0.94±0.02	0.94±0.02	0.94±0.02
2	PTFE 유전체	㎜	2.97±0.05	2.78±0.05	2.70±0.05
3	편조 도금체	㎜	3.56±0.08	3.33±0.08	3.25±0.08
4	JACKET	㎜	4.75±0.10	4.48±0.10	4.40±0.10
		중량	52.5g/m	46.5g/m	44.3g/m

위의 결과에서 볼 때, 중량에 있어서 본 발명의 케이블이 비교예 1에 비해 중량이 현저히 감소되고 자켓의 굵기 또한 감소되었음을 확인 할 수 있는 바, 좁은 공간이나 중량의 제한을 받는 항공분야의 통신용으로 매우 적합하다.

2. 통신케이블(50옴 케이블 기준)의 외경이 같을 때의 사이즈 비교는 다음 표 2와 같다.

번호	항 목	단위	비교예 1 (SF-14IJ 케이블)	비교예 2(유전율 1.7 케이블)	본 발명(유전율 1.6 케이블)
1	은도금동선 내부도체	㎜	0.94±0.02	1.05±0.02	1.09±0.02
2	PTFE 유전체	㎜	2.97±0.05	3.02±0.05	3.02±0.05
3	편조 도금체	㎜	3.56±0.08	3.62±0.08	3.62±0.08
4	JACKET	㎜	4.75±0.10	4.75±0.10	4.75±0.10

위의 비교 예에서 확인되는 바와 같이, 자켓의 외경이 동일한 경우 본 발명은 내부도체의 직경은 비교예 1, 2에 비해 현저히 확대된 상태이므로 전송효율을 향상시킬 수 있다.

3. 상기 표 2에서 통신케이블의 외경이 동일한 경우에 통신 특성을 비교하면 다음 표 3과 같다.

번호	항 목	단위	비교예 1 (SF-14IJ 케이블)	비교예 2(유전율 1.7 케이블)	본 발명(유전율 1.6 케이블)
1	Impedance	옴	50	50	50
2	Capacitance	pf/m	94	83	81
3	Time delay	ns/m	4.5	4.0	3.9
4	Velocity of propagation	％	69	77	79

위의 비교 경과 본 발명의 유전체가 적용된 통신케이블의 경우 통신 시간과 전파속도에서 비교예 1, 2에 비해 월등히 앞서는 것이다.

4. 상기 표 2에서 통신케이블의 외경이 동일한 경우에 손실(Attenuation)을 비교하면 다음 표 4와 같다.

번호	단위	Frequency(Ghz)	비교예 1 (SF-14IJ 케이블)	비교예 2(유전율 1.7 케이블)	본 발명 (유전율 1.6 케이블)
1	db	1	0.41	0.35	0.33
2	db	3	0.76	0.65	0.61
3	db	12	1.76	1.55	1.49
4	db	18	2.25	2.05	1.92

이와 같은 본 발명의 유전체를 통신케이블에 적용할 경우 동일 조건의 종래 통신케이블에 비해 중량을 현저히 감소시킴과 아울러 전송시간을 단축시키고 신호 전송에 따른 특성을 향상시켜 고부가 가치를 창출할 수 있는 것이다.

10 : 내부도체 20 : 유전체
20' : 기공
100 : 공급기 200 : 압출기
210 : 헤드 211 : 노즐
212 : 턱 213 : 나선돌기
220 : 피스톤 300 : 인취부
400 : 오븐 500 : 권취부

Claims (3)

1. 롤 형태로 감겨져 있는 내부도체(10)를 장력이 가해지는 상태에서 연속적으로 공급하는 공급기(100)와, 유전체(20)의 재료인 중공부가 구비된 PTFE 잉곳(ingot)을 저온상태에서 가압하여 내부도체를 감싸지도록 유전체를 압출 성형하는 헤드(210)를 갖춘 압출기(200)에서:
   상기 압출기(200)에는 내부에 장입된 PTFE 잉곳을 약 50~80℃의 저온으로 가열한 상태에서 가압동작을 하는 피스톤(220)과, 가압된 PTFE 잉곳이 물리적인 변형을 일으키면서 압출되고 그 압출과정에 유전체(20)의 피복 층에 기공(20')을 형성되도록 하는 노즐(211)을 갖춘 헤드(210)가 설치되고, 그 헤드(210)의 내부에는 노즐(211)을 향해 내경이 점진적으로 축소되는 다수의 방해수단이 형성된 구성을 특징으로 하는 동축케이블의 유전체 제조장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 헤드(210)의 내부에 형성된 방해수단이 노즐을 향해 내경이 점진적으로 축소되는 다단계의 턱(212) 또는 나선돌기(213) 중 어느 하나를 선택한 구성으로 된 것을 특징으로 하는 동축케이블의 유전체 제조장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 압출기(200)에 장전된 PTFE 잉곳을 저온으로 가압할 때 점진적으로 내경이 축소되게 형성된 방해수단을 갖춘 헤드(210)의 유로를 통과하여 노즐(211)로 압출되는 과정에 유전체(20)의 피복층에 형성되는 무수한 기공(20')이 내부도체(10)에 대해 사선으로 배치되게 형성된 것을 특징으로 하는 동축케이블의 유전체 제조장치.
   

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