KR20200039255A - 전자파 차폐용 탄소섬유가 적용된 케이블 - Google Patents

전자파 차폐용 탄소섬유가 적용된 케이블 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자파 차폐용 탄소섬유가 적용된 케이블에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코어 내부에 흐르는 전류에 의해 외부 전자부품이 영향을 받는 것을 차단하는 전자파 차폐용 탄소섬유가 적용된 케이블에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 전자파 차폐용 탄소섬유가 적용된 케이블은 적어도 하나의 코어; 상기 코어의 외측에 형성되며, 코어를 절연하는 절연체; 상기 절연체의 외측에서 코어가 포함된 절연체를 고정하는 충진재; 및 상기 충진재의 외측에 배치되는 차폐테이프를 포함하며, 상기 차폐테이프는 도전성 금속 물질이 코팅된 탄소섬유를 포함하며, 상기 차폐테이프의 전기전도도는 5.1X103 S/㎝이며, 금속 물질의 코팅 두께는 0.1 내지 0.3㎛이며, 탄소섬유 밀도는 2.7g/㎝3임을 특징으로 한다.

Description

전자파 차폐용 탄소섬유가 적용된 케이블{Electromagnetic wave shield cable using carbon fiber}
본 발명은 전자파 차폐용 탄소섬유가 적용된 케이블에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코어 내부에 흐르는 전류에 의해 외부 전자부품이 영향을 받는 것을 차단하는 전자파 차폐용 탄소섬유가 적용된 케이블에 관한 것이다.
일반적으로 전자장비나 대부분의 기계는 주 동력원으로서 전기를 많이 사용하고 있으며, 이에 따라 전원을 연결하거나 장비간에 전기적 신호를 주고받기 위해 수많은 전선이 설치되어 사용되고 있다.
이러한 전선은 전류가 흐름에 따라 노이즈 등의 전자파를 많이 발생하여 그 주변으로 방사하고, 외부로부터 발생되는 노이즈에 매우 취약하다. 이와 같이 전선에서 발생된 노이즈 등의 전자파는 전자파에 민감한 주위의 부품 간에 불필요한 간섭작용을 하여 이른바 전자파 장애를 일으키며 오작동을 유발시키게 되고 인체에도 매우 유해한 요소로 작용하게 된다.
이에 전선에서 발생되는 전자파를 차폐시키기 위한 종래의 실드케이블은 전선의 표면을 금속성(전기전도성) 재료로 감싸거나 코팅하여 외부로부터의 노이즈 및 전선에서 발생되는 노이즈를 차폐하는 구조로 되어 있다.
특히 최근 들어 비약적으로 발전되는 자동차 또는 선박은 다수의 전자부품 또는 센서가 사용된다. 다수의 전자부품 또는 센서에 의하여 전기적 신호가 동시 다발적으로 발생된다. 또한, 이렇게 발생된 신호들은 다수의 신호선을 통해 제어장치나 구동장치에 전송된다. 이러한 과정에서, 전기적 신호에 의한 전자파가 불규칙하게 발생되기도 한다. 이러한 전자파가 신호선 또는 전자장치에 직/간접적으로 전달될 경우, 전자장치가 이상 작동하여 위험한 상황에 처할 수 있다.
한국공개특허 제2015-0127776호 한국공개특허 제2015-0035124호
본 발명이 해결하려는 과제는 코어에 흐르는 전류에 의해 발생된 전자파가 외부로 방사되는 것을 차단하는 케이블을 제안함에 있다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는 외부의 전자파로부터 코어가 영향을 받는 것을 차단하는 케이블을 제안함에 있다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 기존 대비하여 중량이 가벼운 케이블을 제안함에 있다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 기존 대비하여 유연성이 우수한 케이블을 제안함에 있다.
이를 위해 본 발명의 전자파 차폐용 탄소섬유가 적용된 케이블은 적어도 하나의 코어; 상기 코어의 외측에 형성되며, 코어를 절연하는 절연체; 상기 절연체의 외측에서 코어가 포함된 절연체를 고정하는 충진재; 및 상기 충진재의 외측에 배치되는 차폐테이프를 포함하며, 상기 차폐테이프는 도전성 금속 물질이 코팅된 탄소섬유를 포함하며, 상기 차폐테이프의 전기전도도는 5.1X103 S/㎝이며, 금속 물질의 코팅 두께는 0.1 내지 0.3㎛이며, 탄소섬유 밀도는 2.7g/㎝3임을 특징으로 한다.
이를 위해 본 발명의 전자파 차폐용 탄소섬유가 적용된 케이블을 구성하는 차폐 테이프를 제조하는 방법은 탄소 섬유사가 권선된 탄소 섬유사 롤을 언롤한 후, 탄소 섬유사에 전자파 차폐 물질인 금속을 코팅하여 전자파 차폐박막을 형성하는 단계(S1); 전자파 차폐물질인 금속이 코팅된 탄소 섬유사 롤을 언롤한 후 전자파 차폐박막을 평면으로 스프레딩하는 단계(S2); 및 스프레딩된 전자파 차폐박막에 절연필름을 융착하여 박막 테이프 형태의 전자파 차폐층을 형성하는 단계(S3)를 포함한다.
본 발명에 따른 전자파 차폐용 탄소섬유가 적용된 케이블은 금속이 코팅된 탄소섬유로 구성된 차폐재를 이용하여 코어에 흐르는 전류에 의해 발생된 전자파가 외부로 방사되는 것을 차단하며, 외부의 전자파로부터 코어가 영향을 받는 것을 차단한다.
이외에도 본 발명은 금속 대신 금속이 코팅된 탄소섬유를 이용함으로써 기존 대비하여 중량이 가벼우며, 유연성이 우수한 케이블을 제조할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 전자파 차폐용 탄소섬유가 내장된 케이블의 구조를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전자파 차폐용 탄소섬유가 내장된 케이블의 구도를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 차폐테이프를 제조하는 방법을 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 탄소 섬유사에 전자파 차폐물질을 코팅하는 전자파 차폐박막을 형성하는 단계를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 전자파 차폐박막을 평면으로 고르게 스프레딩하는 단계를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 박막 테이프 형태의 전자파 차폐층을 형성하는 단계를 도시한 도면이다.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 전자파 차폐용 탄소섬유가 내장된 케이블의 구조를 도시하고 있다. 이하 도 1을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 전자파 차폐용 탄소섬유가 내장된 케이블의 구조에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
도 1에 의하면, 전자파 차폐용 탄소섬유가 내장된 케이블(100)은 내측으로부터 코어, 절연체, 충진재, 제1 바인더, 차폐테이프, 제2 바인더, 외피를 포함한다. 물론 상술한 구성 이외에 다른 구성이 본 발명에서 제안하는 전자파 차폐용 탄소섬유가 내장된 케이블에 포함될 수 있다.
코어(105)는 전류가 흐르도록 금속 재질로 구성된다. 일반적으로 코어(105)는 구리로 구성되는 것이 바람직하나, 이외에도 다른 금속 재질로 구성될 수 있다. 도 1은 4개의 코어를 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
절연체(110)는 코어(105)를 감싸며, 외부로 전류가 흐르지 않도록 한다.
충진재(115)는 절연체(110)가 감싼 다수의 코어(105)를 고정하는 기능을 수행한다. 즉, 충진재(115)에 의해 코어(105)는 충진재(115) 상에서 고정된다.
충진재(115)의 외측에는 제1 바인더(120)가 형성된다. 제1 바인더(120)는 충진재(115)의 외측에서 충진재(115)를 감싸는 기능을 수행한다. 충진재(115)와 제1 바인더(120)는 하나의 재질로 구성될 수 있다.
차폐테이프(125)는 제1 바인더(120)의 외측에 형성되며, 코어(105)에 흐르는 전류에 의해 발생된 전자파가 케이블 외부로 방사되는 것을 차단한다. 이를 위해 본 발명에서 제안하는 차폐테이프(125)는 탄소섬유 재질로 구성되며, 특히 차폐를 위해 금속이 코팅된 탄소섬유(Metal Coating Carbon Fiber (MCF))로 구성된다.
일반적으로 기존 전자파 차폐용으로 사용되는 재질은 금속 재질로 구성되나, 본 발명은 경량화 및 반복되는 절곡 상황에서도 우수한 특성을 나타내는 탄소섬유가 코팅된 금속재질을 사용한다.
제2 바인더(130)는 차폐 테이프(금속코팅 탄소섬유)(125) 외측에 위치한다. 외피(135)는 본 발명에서 제안하는 케이블의 최외측에 위치하며, FR-PVC 등으로 구성된다. 이와 같이 본 발명은 전자파 차폐를 위해 금속코팅 탄소섬유를 이용하여 코어에 흐르는 전류에 의해 발생되는 전자파가 외부로 방사되는 것을 차단하는 방안을 제안한다. 물론 상술한 바와 같이 차폐테이프는 외부의 전자파에 의해 내부 코어가 영향을 받은 것을 차단하는 기능을 수행한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전자파 차폐용 탄소섬유가 내장된 케이블의 구조를 도시하고 있다. 이하 도 2를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 전자파 차폐용 탄소섬유가 내장된 케이블의 구조에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
도 2에 의하면, 전자파 차폐용 탄소섬유가 내장된 케이블(100)은 내측으로부터 코어, 절연체, 충진재, 바인더, 편조 차폐부재, 외피를 포함한다. 물론 상술한 구성 이외에 다른 구성이 본 발명에서 제안하는 전자파 차폐용 탄소섬유가 내장된 케이블에 포함될 수 있다.
코어(105)는 전류가 흐르도록 금속 재질로 구성된다. 일반적으로 코어(105)는 구리로 구성되는 것이 바람직하나, 이외에도 다른 금속 재질로 구성될 수 있다. 도 1은 4개의 코어를 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
절연체(110)는 코어(105)를 감싸며, 외부로 전류가 흐르지 않도록 한다. 절연체(110)는 실리콘(Silicone), 가교 폴리에틸렌(Cross-linked polyethylene; XLPE), 가교 폴리올레핀(Cross Linked Polyollefin; XLPO), 에틸렌프로필렌고무(ethylene-propylene rubber; EPR), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride; PVC) 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.
충진재(115)는 절연체(110)가 감싼 다수의 코어(105)를 고정하는 기능을 수행한다. 즉, 충진재(115)에 의해 코어(105)는 충진재(115) 상에서 고정된다.
충진재(115)의 외측에는 바인더(120)가 형성된다. 바인더(120)는 충진재(115)의 외측에서 충진재(115)를 감싸는 기능을 수행한다. 충진재(115)와 바인더(120)는 하나의 재질로 구성될 수 있다.
편조 차폐부재(125)는 바인더(120)의 외측에 형성되며, 코어(125)에 흐르는 전류에 의해 발생되는 전자파가 외부로 방사되는 것을 차단한다. 이를 위해 본 발명에서 제안하는 편조 차폐부재(125)는 탄소섬유 재질로 구성되며, 특히 금속코팅 탄소섬유(Metal Coating Carbon Fiber (MCF))로 구성된다.
일반적으로 기존 전자파 차폐용으로 사용되는 재질은 금속 재질로 구성되나, 본 발명은 경량화 및 반복되는 절곡 상황에서도 우수한 특성을 나타내는 탄소섬유가 코팅된 금속재질을 사용한다.
외피(135)는 본 발명에서 제안하는 케이블의 최외측에 위치하며, FR-PVC 등으로 구성된다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 차폐테이프를 제조하는 방법을 도시하고 있다. 이하 도 3을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 차폐테이프를 제조하는 방법에 대해 상세하게 알아보기로 한다. 물론 상술한 바와 같이 차폐테이프는 전자파를 차폐하는 기능을 수행하며, 기존 대비하여 경량화를 목적으로 탄소섬유(또는 탄소 섬유사)에 금속이 코팅된다.
도 3에 의하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차폐테이프를 제조하는 방법은 탄소 섬유사가 권선된 탄소 섬유사 롤을 언롤한 후, 탄소 섬유사에 전자파 차폐 물질인 금속을 코팅하여 전자파 차폐박막을 형성하는 단계(S1), 전자파 차폐물질인 금속이 코팅된 탄소 섬유사 롤을 언롤한 후 전자파 차폐박막을 평면으로 고르게 스프레딩하는 단계(S2) 및 스프레딩된 전자파 차폐박막에 절연필름을 융착하여 박막 테이프 형태의 전자파 차폐층을 형성하는 단계(S3)를 포함한다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 탄소 섬유사에 전자파 차폐물질을 코팅하는 전자파 차폐박막을 형성하는 단계를 도시한 도면이다. 이하 도 4를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 탄소 섬유사에 전자파 차폐물질을 코딩하는 전자파 차폐박막을 형성하는 과정에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 차폐 케이블에 사용되는 탄소 섬유사를 전자파 차폐 물질로 코팅하는 방법, 즉 전자파 차폐 박막을 제조하는 방법은 탄소 섬유사를 무전해 도금조에서 무전해 도금하는 단계(S11), 무전해 도금하는 단계(S11) 이후에 수세하는 단계(S12), 수세하는 단계(S12) 이후에 전해 도금하는 단계(S13)을 포함한다.
일반적인 무전해 도금하는 단계(S11) 이전에 행하여지는 탈지, 수세 및 활성화 공정은 이미 널리 알려져 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.
무전해 도금하는 단계(S11)에서는 환원제로 HCHO 2.5~3.0g/L가 사용되었으며, 착화제로서는 EDTA 25~35g/L가 사용되었으며, PH 조절을 위한 NaOH는 12g/L가 사용되었다. 이때, 구리 금속 이온 농도는 2.5~3.0g/L의 조건으로 하여야 코팅(도금)두께 0.3μm 이하로 형성할 수 있었다.
수세하는 단계(S12)는 일반적인 도금 공정에서 사용되는 알려진 방법과 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다. 수세하는 단계(S12) 이후에, 전해 도금하는 단계(S13)의 니켈 금속이온농도는 200~400g/L 인 것이 바람직하다.
무전해 도금하는 단계(S11), 수세하는 단계(S12) 및 전해 도금하는 단계(S13)는 연속 공정으로 이루어진다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 전자파 차폐박막을 평면으로 고르게 스프레딩하는 단계를 도시한 도면이다. 이하 도 5를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 전자파 차폐박막을 평면으로 고르게 스프레딩하는 단계에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전자파 차폐박막을 평면으로 고르게 스프레딩하는 단계(S2)는 전자파 차폐물질이 코팅된 탄소 섬유사 롤을 언롤한 후 복수의 스프레딩 장치를 통해서 탄소 섬유사를 평면으로 고르게 스프레딩한다. 구체적으로 스프레딩 장치는 탄소 섬유사 롤에서 언롤된 탄소 섬유사를 가열하는(S21) 히터와 히터를 통해서 가열된 섬유사를 텐션이 가해지지 않은 상태에서 석션하는(S22) 흡입기를 포함한다. 따라서, 탄소 섬유사를 복수의 스프레딩장치를 통과되면, 공기가 탄소 섬유사를 통해서 통과하도록 하여 복수의 탄소 섬유사가 스프레드 되도록 한다(S23). 본 발명에서 제안하는 히터의 가열온도는 150 내지 200℃이며, 가열시간은 1 내지 3min(분)이다.
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 박막 테이프 형태의 전자파 차폐층을 형성하는 단계를 도시한 도면이다. 이하 도 6을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 박막 테이프 형태의 전자파 차폐층을 형성하는 단계에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 스프레딩된 탄소 섬유사 롤을 언롤하여 전자파 차폐박막을 합성수지 재질의 절연필름과 겹치게 한(S31) 후, 가열장치와 가압롤러를 통해서, 절연필름과 차폐박막을 융착(S32)한다. 이와 동시에 하면에 종이를 합지한 후 다시 되감아 롤형태로 제조하여 전자파 차폐층을 형성한다(S33). 본 발명에서 제안하는 가열장치의 가열온도는 250℃이다.
이후 차폐 케이블 제조시, 종이를 분리한 후, 절연층 표면에 비스듬한 방향으로 둘러싸도록 하여 고정함으로써, 전자파 차폐 케이블을 제조할 수 있도록 한다.
본 발명에서 제안하는 전자파 차폐 탄소섬유의 전기전도도는 5.1X103 S/㎝이며, 코팅 두께는 0.1 내지 0.3㎛이며, 탄소섬유 밀도는 2.7g/㎝3이다. 도전성 물질 코팅의 두께가 0.3㎛를 초과하는 경우에는 도전성 물질 코팅된 탄소섬유가 브리틀(brittle)해져서 편조 작업 시 탄소 섬유가 부서져 편조작업이 곤란해지고 생산 속도가 늦어지는 문제점이 있다. 또한 상기 도전성 물질 코팅의 두께가 0.1㎛보다 작은 경우에는 전기전도도가 낮아져 차폐 특성이 저하될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
100: 케이블 105: 코어
110: 절연체 115; 충진재
120: 제1 바인더 125: 차폐테이프
130: 제2 바인더 135: 외피

Claims (5)

  1. 적어도 하나의 코어;
    상기 코어의 외측에 형성되며, 코어를 절연하는 절연체;
    상기 절연체의 외측에서 코어가 포함된 절연체를 고정하는 충진재;
    상기 충진재의 외측에 배치되는 차폐테이프를 포함하며,
    상기 차폐테이프는 도전성 금속 물질이 코팅된 탄소섬유를 포함하며,
    상기 차폐테이프의 전기전도도는 5.1X103 S/㎝이며, 금속 물질의 코팅 두께는 0.1 내지 0.3㎛이며, 탄소섬유 밀도는 2.7g/㎝3임을 특징으로 하는 전자파 차폐용 탄소섬유가 적용된 케이블.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 도전성 금속 물질은 구리와 니켈을 포함함을 특징으로 하는 전자파 차폐용 탄소섬유가 적용된 케이블.
  3. 전자파 차폐용 탄소섬유가 적용된 케이블을 구성하는 차폐 테이프를 제조하는 방법에 있어서,
    탄소 섬유사가 권선된 탄소 섬유사 롤을 언롤한 후, 탄소 섬유사에 전자파 차폐 물질인 금속을 코팅하여 전자파 차폐박막을 형성하는 단계(S1);
    전자파 차폐물질인 금속이 코팅된 탄소 섬유사 롤을 언롤한 후 전자파 차폐박막을 평면으로 스프레딩하는 단계(S2); 및
    스프레딩된 전자파 차폐박막에 절연필름을 융착하여 박막 테이프 형태의 전자파 차폐층을 형성하는 단계(S3)를 포함함을 특징으로 하는 차폐 테이프 제조 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 스프레딩하는 단계는,
    탄소 섬유사 롤에서 언롤된 탄소 섬유사를 히터를 이용하여 가열하는 단계;
    상기 히터를 통해서 가열된 섬유사를 텐션이 가해지지 않은 상태에서 흡입기를 통해 석션하는 단계를 포함하며,
    상기 히터의 가열온도는 150 내지 200℃이며, 가열시간은 1 내지 3min(분)임을 특징으로 하는 차폐 테이프 제조 방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 전자파 차폐층을 형성하는 단계는,
    스프레딩된 탄소 섬유사 롤을 언롤하여 전자파 차폐박막을 합성수지 재질의 절연필름과 겹치게 한 후, 가열장치와 가압롤러를 이용하여 절연필름과 차폐박막을 융착함을 특징으로 하며,
    상기 가열장치의 가열온도는 250℃임을 특징으로 하는 차폐 테이프 제조 방법.
KR1020180118948A 2018-10-05 2018-10-05 전자파 차폐용 탄소섬유가 적용된 케이블 KR20200039255A (ko)

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