KR20220132345A - 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블 - Google Patents

고내구성 가동용 디바이스넷 케이블 Download PDF

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KR20220132345A
KR20220132345A KR1020210037540A KR20210037540A KR20220132345A KR 20220132345 A KR20220132345 A KR 20220132345A KR 1020210037540 A KR1020210037540 A KR 1020210037540A KR 20210037540 A KR20210037540 A KR 20210037540A KR 20220132345 A KR20220132345 A KR 20220132345A
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박홍근
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엘에스전선 주식회사
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Abstract

본 발명은 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 공장 자동화(FA)를 위한 디바이스넷 케이블이 가동에 의한 비틀림에 대한 높은 내구성을 갖도록 하는 디바이스넷 케이블의 구조에 관한 것이다. 본 발명에 따른 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블에 의하면, 케이블 내부의 각종 대연 구조들의 피치들, 케이블 내부의 횡권 차폐체의 피치들, 케이블 내부의 신축성 개재들의 재질과 형상, 및 케이블에 쉬스를 압출하는 방식과 같은 케이블 자체의 내구성에 영향을 줄 수 있는 세부 사양들이 설정되어, 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블이 케이블 토션에 대한 기준 내구 수명을 크게 상회하는 내구성을 가질 수 있으므로, 공장 자동화 및 로보틱스 등의 분야에서 높은 활용성을 가질 수 있다.

Description

고내구성 가동용 디바이스넷 케이블{DEVICENET CABLE FOR OPERATION WITH HIGH DURABILITY}
본 발명은 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 공장 자동화(FA)를 위한 디바이스넷 케이블이 가동에 의한 비틀림에 대한 높은 내구성을 갖도록 하는 디바이스넷 케이블의 구조에 관한 것이다.
다양한 산업 분야에서 공장 자동화(FA) 네트워크 시스템이 활용되고 있다. 디바이스넷(DeviceNET)은 전세계적으로 보급되고 있는 FA 네트워크 시스템의 하나로서, 시스템 내에서 디바이스넷 케이블을 통해 연결되는 산업용 로봇들에 대한 자동화 제어를 제공할 수 있다.
디바이스넷에서 제어되는 산업용 로봇들은 디바이스넷 케이블을 통해 전력 및 통신 신호를 제공받을 수 있다. 자동화 제어에 의해 산업용 로봇들이 가동하는 경우 디바이스넷 케이블에 비틀림 내지 토션(torsion)이 발생할 수 있다. 일부 제어 방식에서는 가속/가혹 토션과 같은 고강도의 토션이 디바이스넷 케이블에 형성될 수 있고, 그로 인해 디바이스넷 케이블의 도체 저항이 증가하는 등 케이블 성능이 저하되는 문제점이 발생될 수 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 특허문헌 1은 로봇 등의 휴대용 장치나 휴대용 장치 등에 접속되어 취급시에 케이블의 비틀림 부하의 저감을 도모하고, 내구성을 개선하기 위한 비틀림 방지 가동용 케이블에 대한 기술을 제안하고 있다.
보다 구체적으로, 특허문헌 1에 제안된 기술은, 강선 등의 선상의 경질 개재를 외피 성형시에 외피 중에 세로 첨가로 삽입함으로써, 케이블로 비틀림 응력이 더해졌을 때에, 비틀림 방지력이 작용하고, 더욱이, 응력이 해소했을 때 원래대로 돌아가는 반력이 작용하는 비틀림이 어려운 케이블과, 추가적으로 케이블 외피면에 라인 형상의 마크를 길이 방향으로 직선 모양으로 실시함으로써, 케이블로 비틀림이 더해졌을 때에 육안으로 비틀림의 정도를 확인할 수 있어 라인을 직선 모양으로 되돌림으로써 용이하게 비틀림을 해소할 수 있는 비틀림 방지 가동용 케이블에 관한 것이다.
그러나, 상기 특허문헌 1에 개시된 기술의 경우, 내구성에 대한 물성을 만족시키기 위하여, 외피에 강선으로 구성되는 경질 개재를 별도로 삽입해야 하는 등, 별도 제조 공정상의 어려움이 동반될 수 있는 문제점이 있으며, 추가적으로 내구성에 영향을 줄 수 있는 다른 요소들에 대한 고려가 없어 실질적인 내구성 개선을 위한 방안을 제시한 것으로는 볼 수 없는 문제가 있었다.
따라서, 디바이스넷 케이블의 내구성과 관련된 성능 저하를 방지하기 위해, 가속/가혹 토션에 대한 내구 수명 기준치를 충족할 수 있고, 종래의 로봇용 케이블에 관한 표준 설계에 따르면 가속/가혹 토션에 대한 내구 수명 기준치를 충족시킬 수 있으며, 케이블 내구성에 영향을 줄 수 있는 모든 요소들을 고려한 복합적인 구조를 가진 고내구성을 갖는 디바이스넷 케이블에 대한 기술 개발이 요구되고 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 제2006-161217호
본 발명에 의해 해결하고자 하는 기술적 과제는, 디바이스넷 케이블의 가속/가혹 토션에 대한 내구 수명 기준치를 충족시키기 위한 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블을 제공하고자 한다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서,
본 발명은, 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블에 있어서, 한 쌍의 전원용 도선이 꼬여 있는 전원선 대연 구조를 포함하는 전원 유닛; 한 쌍의 통신용 도선이 꼬여 있는 통신선 대연 구조, 통신선 내부 공간을 충전하기 위한 통신선 신축성 개재, 및 상기 통신선 대연 구조와 상기 통신선 신축성 개재를 둘러싸는 통신선 횡권 차폐체를 포함하는 통신 유닛; 케이블 내부 공간을 충진하기 위한 케이블 신축성 개재; 상기 전원 유닛, 상기 통신 유닛 및 상기 케이블 신축성 개재가 꼬여 있는 연합 구조를 둘러싸는 케이블 횡권 차폐체; 및 상기 케이블 횡권 차폐체를 둘러싸는 쉬스를 포함하는, 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 한 쌍의 전원용 도선의 내부를 구성하는 전원 집합 도체의 집합 피치는 전원 집합 도체 외경의 12배 이상 내지 18배 이하이고, 상기 한 쌍의 통신용 도선의 내부를 구성하는 통신 집합 도체의 집합 피치는 통신 집합 도체 외경의 12배 이상 내지 18배 이하인 것을 특징으로 하는, 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 전원선 대연 구조의 대연 피치 및 상기 통신선 대연 구조의 대연 피치는 30㎜ 이상 내지 35㎜ 이하인 것을 특징으로 하는, 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 통신선 신축성 개재는 5000 DEN 이상 내지7000 DEN 이하의 PET 사 번들(PET yarn bundle)을 적어도 하나 이상 포함하고, 상기 케이블 신축성 개재는 10000 DEN 이상 내지 14000 DEN 이하의 PET 사 번들을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는, 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 통신선 횡권 차폐체의 횡권 피치는 통신선 횡권 차폐 외경의 7배 이상 내지 8배 이하이고, 상기 케이블 횡권 차폐체 의 횡권 피치는 케이블 횡권 차폐 외경의 10배 이상 내지 12배 이하인 것을 특징으로 하는, 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 쉬스는 호스식 압출 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 연합 구조에서 상기 전원 유닛 및 상기 통신 유닛이 꼬여 있는 연 방향 및 상기 케이블 횡권 차폐체가 상기 연합 구조를 둘러싸는 연 방향은 서로 반대인 것을 특징으로 하는, 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블을 제공한다.
본 발명에 따른 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블에 의하면, 케이블 내부의 각종 대연 구조들의 피치들, 케이블 내부의 횡권 차폐체의 피치들, 케이블 내부의 신축성 개재들의 재질과 형상, 및 케이블에 쉬스를 압출하는 방식과 같은 케이블 자체의 내구성에 영향을 줄 수 있는 세부 사양들이 설정되어, 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블이 케이블 토션에 대한 기준 내구 수명을 크게 상회하는 내구성을 가질 수 있으므로, 공장 자동화 및 로보틱스 등의 분야에서 높은 활용성을 가질 수 있다.
첨부된 도면은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 내용을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은, 일부 실시예에 따른 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는, 일부 실시예에 따른 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블의 내구성 평가 설비를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은, 일부 실시예에 따른 도선들의 도체 집합 피치의 수치 변경에 따른 토션 내구성의 비교 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는, 일부 실시예에 따른 신축성 개재들의 재질과 형상에 따른 토션 내구성의 비교 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는, 일부 실시예에 따른 전원선 대연 피치, 통신선 대연 피치 및 횡권 피치의 수치 변경에 따른 토션 내구성의 비교 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은, 일부 실시예에 따른 쉬스의 압출 방식에 따른 토션 내구성의 비교 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 일부 실시예에 따른 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블의 세부 사양 변경에 따른 토션 내구성의 차이를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들이 상세하게 설명될 것이다. 이하에서의 설명은 실시예들을 구체화하기 위한 것일 뿐, 본 발명에 따른 권리범위를 제한하거나 한정하기 위한 것은 아니다. 본 발명에 관한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 상세한 설명 및 실시예들로부터 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명에 따른 권리범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에 관한 기술 분야에서 널리 사용되는 일반적인 용어로 기재되었으나, 본 발명에서 사용되는 용어의 의미는 해당 분야에 종사하는 기술자의 의도, 새로운 기술의 출현, 심사기준 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 일부 용어는 출원인에 의해 임의로 선정될 수 있고, 이 경우 임의로 선정되는 용어의 의미가 상세하게 설명될 것이다. 본 발명에서 사용되는 용어는 단지 사전적 의미만이 아닌, 명세서의 전반적인 맥락을 반영하는 의미로 해석되어야 한다.
본 발명에서 사용되는 '구성된다' 또는 '포함한다'와 같은 용어는 명세서에 기재되는 구성 요소들 또는 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 일부 구성 요소들 또는 단계들은 포함되지 않는 경우, 및 추가적인 구성 요소들 또는 단계들이 더 포함되는 경우 또한 해당 용어로부터 의도되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에서 사용되는 '제 1' 또는 '제 2'와 같은 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들 또는 단계들을 설명하기 위해 사용될 수 있으나, 해당 구성 요소들 또는 단계들은 서수에 의해 한정되지 않아야 한다. 서수를 포함하는 용어는 하나의 구성 요소 또는 단계를 다른 구성 요소들 또는 단계들로부터 구별하기 위한 용도로만 해석되어야 한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들이 상세하게 설명될 것이다. 본 발명에 관한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있는 사항들에 대해서는 자세한 설명이 생략된다.
도 1은, 일부 실시예에 따른 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블(100)은 전원 유닛(110), 통신 유닛(120), 케이블 신축성 개재(130), 케이블 횡권 차폐체(140) 및 쉬스(150)를 포함할 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고, 도 1에 도시되는 요소들 외의 다른 범용적인 요소들이 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블(100)에 더 포함될 수 있다.
고내구성 가동용 디바이스넷 케이블(100)은 공장 자동화(FA)와 관련하여 비틀림 내구 성능이 크게 요구되는 산업용 로봇에 연결되는 FA 케이블일 수 있다. 예를 들면, 자동차 조립 라인에 활용되는 산업용 로봇의 전력 공급 및 제어를 위해 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블(100)이 활용될 수 있다. 뿐만 아니라, CC-link 케이블 또는 산업용 이더넷 케이블과 같은 통신용 네트워크 케이블의 비틀림 내구 성능 향상을 위해 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블(100)이 활용될 수 있다.
고내구성 가동용 디바이스넷 케이블(100)은 종래의 로봇용 케이블에 관한 표준 설계를 적용한 케이블을 대체하기 위한 것일 수 있다. 종래의 로봇용 케이블 제품의 가속/가혹 토션에 대한 내구 수명은 약 250,000회 수준으로, 이는 기준 내구 수명에 해당하는 500,000회의 절반에 해당하는 것으로서 비틀림 내구성 미달에 의한 케이블 성능 저하를 유발할 수 있으므로, 케이블 세부 사양을 변경하여 비틀림 내구성을 개선하는 것이 필요할 수 있다.
전원 유닛(110)은 한 쌍의 전원용 도선(111, 112)이 꼬여 있는 전원선 대연 구조(113)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 한 쌍의 전원용 도선(111, 112)은 접지용의 저압선(111)과 전원용의 고압선(112)으로 구성될 수 있다. 예를 들면, 접지용의 저압선(111)에는 +0 V의 GND-접지 전압이 인가될 수 있고, 전원용의 고압선(112)에는 최대 +24 V의 전압이 인가될 수 있다.
전원선 대연 구조(113)는 저압선(111)과 고압선(112)이 쌍을 이루어(pairing) 꼬여 있는 구조를 의미할 수 있다. 전원선 대연 구조(113)에서 저압선(111)과 고압선(112)이 꼬이는 정도는 전원선 대연 피치에 의해 표현될 수 있다. 전원 유닛(110)의 규격은 2CX0.75SQ일 수 있다.
통신 유닛(120)은 한 쌍의 통신용 도선(121, 122)이 꼬여 있는 통신선 대연 구조(123), 통신선 내부 공간을 충전하기 위한 통신선 신축성 개재(124), 및 통신선 대연 구조(123)와 통신선 신축성 개재(124)를 둘러싸는 통신선 횡권 차폐체(125)를 포함할 수 있다. 통신 유닛(120)의 규격은 1PX0.25SQ일 수 있다.
한 쌍의 통신용 도선(121, 122)은 차등 신호(differential mode)를 송수신하기 위한 (+)신호용 도선(121) 및 (-)신호용 도선(122)으로 구성될 수 있다. (+)신호용 도선(121) 및 (-)신호용 도선(122)에 의한 차등 신호를 통해 데이터의 송신 또는 수신이 수행될 수 있다.
통신선 대연 구조(123)는 한 쌍의 통신용 도선(121, 122)이 쌍을 이루어(pairing) 꼬여 있는 구조를 의미할 수 있다. 통신선 대연 구조(123)에서 송신용 도선(121) 및 수신용 도선(122)이 꼬이는 정도는 통신선 대연 피치에 의해 표현될 수 있다.
통신선 신축성 개재(124)는 통신 유닛(120)의 내부 공간을 충진하기 위한 필러를 의미할 수 있다. 통신선 신축성 개재(124)는 통신 유닛(120) 내부의 빈 공간을 채워 통신 유닛(120)의 전체 형태를 원형으로 유지할 수 있다. 한편, 통신선 신축성 개재(124)는 통신 유닛(120) 내부에서 통신선 대연 구조(123)와 함께 꼬여 있을 수 있다.
통신선 횡권 차폐체(125)는 통신선 대연 구조(123) 및 통신선 신축성 개재(124)를 둘러쌀 수 있다. 통신선 횡권 차폐체(125)는 통신선 대연 구조(123) 및 통신선 신축성 개재(124)의 외주면을 따라 나선 형태로 감아 차폐하는 횡권 차폐 방식의 차폐체를 의미할 수 있다. 통신선 횡권 차폐체(125)가 나선 형태로 외주면을 감싸 차폐하는 정도는 나선 형태의 간격, 즉 횡권 피치에 의해 표현될 수 있다.
케이블 신축성 개재(130)는 케이블 내부 공간을 충진하기 위한 것일 수 있다. 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블(100)의 내부에는 전원 유닛(110) 및 통신 유닛(120)이 차지하는 공간 외에 빈 공간이 존재할 수 있고, 해당 빈 공간을 채워 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블(100)의 형태를 원형으로 유지하기 위해 케이블 신축성 개재(130)가 활용될 수 있다.
한편, 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블(100) 내부에서 전원 유닛(110) 및 통신 유닛(120)은 서로 대연하여 꼬여 있는 케이블 대연 구조를 형성할 수 있다. 이 때 케이블 신축성 개재(130)는 전원 유닛(110) 및 통신 유닛(120)에 의한 케이블 대연 구조와 함께 꼬여 있을 수 있다.
케이블 횡권 차폐체(140)는 전원 유닛(110), 통신 유닛(120) 및 케이블 신축성 개재(130)가 꼬여 있는 연합 구조를 둘러쌀 수 있다. 케이블 횡권 차폐체(140)는 전원 유닛(110), 통신 유닛(120) 및 케이블 신축성 개재(130)에 의한 연합 구조의 외주면을 나선 형태로 감싸는 횡권 방식의 차폐체를 의미할 수 있다.
예를 들면, 전원 유닛(110), 통신 유닛(120) 및 케이블 신축성 개재(130)가 꼬여 있는 연합 구조는, 바람직하게는 S연 방향으로 꼬여 있을 수 있고, 또는 Z연 방향으로 꼬여 있을 수 있다. 또한, 연합 구조가 꼬여 있는 정도를 나타내는 연합 피치는 35 mm 이상 45 mm 이하일 수 있다.
한편, 전원 유닛(110) 및 통신 유닛(120)이 꼬여 있는 케이블 대연 구조는 S연의 연 방향을 가질 수 있고, 이 경우 케이블 횡권 차폐체(140)는 케이블 대연 구조의 S연과는 반대로 Z연의 연 방향을 가질 수 있다. 또는, 케이블 대연 구조가 Z연의 연 방향을 갖고, 케이블 횡권 차폐체(140)가 S연의 연 방향을 가질 수도 있다.
즉, 전원 유닛(110), 통신 유닛(120) 및 케이블 신축성 개재(130)가 꼬여 있는 연합 구조에서 전원 유닛(110) 및 통신 유닛(120)이 꼬여 있는 연 방향 및 케이블 횡권 차폐체(140)가 연합 구조를 둘러싸는 연 방향은 서로 반대일 수 있고, 그로 인해 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블(100) 내부의 스트레스가 저감되어 토션 내구성에 유리하게 작용할 수 있다.
쉬스(150)는 케이블 횡권 차폐체(140)를 둘러쌀 수 있다. 쉬스(150)에 의해 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블(100)의 내부 구성들이 내장되어 안정적인 동작이 보장될 수 있다. 쉬스(150)는 압출에 의해 케이블 횡권 차폐체(140)의 외부에 형성될 수 있다.
디바이스넷 가동에 의한 케이블 토션(torsion)에 대한 기준 내구 수명을 충족하기 위해 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블(100)의 세부 사양이 설정될 수 있다. 예를 들면, 세부 사양은 한 쌍의 전원용 도선(111, 112) 및 한 쌍의 통신용 도선(121, 122)의 내부를 구성하는 집합 도체의 피치, 전원선 대연 구조(113) 및 통신선 대연 구조(123)의 대연 피치, 통신선 횡권 차폐체(125) 및 케이블 횡권 차폐체(140)의 횡권 피치, 통신선 신축성 개재(124) 및 케이블 신축성 개재(130)의 형상과 재질, 및 쉬스(150)의 압출 방식을 포함할 수 있다.
도 2는, 일부 실시예에 따른 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블의 내구성 평가 설비를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블(100) 및 그 내구성을 평가하기 위한 내구성 평가 설비(200)가 도시되어 있다. 내구성 평가 설비(200)는 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블(100)의 세부 사양이 변경되면 토션 내구성이 어떻게 변경되는지를 확인하기 위한 것으로서, 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블(100)에 가속/가혹 토션을 가할 수 있다.
내구성 평가 설비(200)는 글로벌 기준에 부합하는 가속/가혹 토션 평가를 진행할 수 있으며, 내구성 평가 설비(200)에 의해 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블(100)이 케이블 토션에 대한 기준 내구 수명을 충족하는지 여부가 확인될 수 있다. 예를 들면, 내구성 평가 설비(200)가 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블(100)에 가속/가혹 토션을 100,000회 가하는 것을 하나의 단위로 하여, 그로 인해 변경되는 케이블 도체 저항으로부터 토션 내구성이 평가될 수 있다.
도 3은, 일부 실시예에 따른 도선들의 도체 집합 피치의 수치 변경에 따른 토션 내구성의 비교 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 전원 유닛(110) 및 통신 유닛(120)의 내부 도체의 집합 피치에 대한 실험 케이스를 나타내는 표(310), 전원 유닛(110)의 전원 도체 집합의 집합 피치에 관한 실험 결과를 나타내는 그래프(320) 및 통신 유닛(120)의 통신 도체 집합의 집합 피치에 관한 실험 결과를 나타내는 그래프(330)가 도시되어 있다.
표(310)의 케이스 1에서는, 0.75SQ의 단면적 규격을 갖는 전원 유닛(110)의 한 쌍의 전원용 도선(111, 112)의 내부를 구성하는 전원 도체 집합의 집합 피치가 30㎜이고, 0.25SQ의 단면적 규격을 갖는 통신 유닛(120)의 한 쌍의 통신용 도선(121, 122)의 내부를 구성하는 통신 도체 집합의 집합 피치가 15㎜일 수 있다. 케이스 1의 수치는 종래의 로봇용 케이블 관련 표준 설계에 따른 수치를 의미할 수 있다.
표(310)의 케이스 2에서는, 한 쌍의 전원용 도선(111, 112)의 내부를 구성하는 전원 도체 집합의 집합 피치가 20㎜이고, 한 쌍의 통신용 도선(121, 122)의 내부를 구성하는 통신 도체 집합의 집합 피치가 10㎜일 수 있다. 케이스 2의 수치는 본 발명에서 종래의 설계 수치인 케이스 1을 개선하기 위해 새롭게 설정된 수치를 의미할 수 있다.
다만, 위와 같은 수치들은 예시적인 것일 뿐, 바람직하게는 전원 도체 집합의 집합 피치는 15㎜ 이상 내지 25㎜ 미만일 수 있다. 또한, 바람직하게는 통신 도체 집합의 집합 피치는 5㎜ 이상 내지 15㎜ 미만일 수 있다.
한편, 케이스 2의 집합 피치의 수치는 외경 내지 단면 직경으로 표현될 수 있다. 즉, 한 쌍의 전원용 도선(111, 112)의 내부를 구성하는 전원 집합 도체의 집합 피치는 전원 집합 도체 외경의 12배 이상 내지 18배 이하일 수 있고, 한 쌍의 통신용 도선(121, 122)의 내부를 구성하는 통신 집합 도체의 집합 피치는 통신 집합 도체 외경의 12배 이상 내지 18배 이하일 수 있다.
표(310)에서 비교예에 해당하는 케이스 1 및 실시예에 해당하는 케이스 2에 대해서는 내구성 평가 설비(200)에 의한 가속/가혹 토션 평가가 수행될 수 있다. 전술한 바와 같이 100,000회의 가속/가혹 토션 인가가 전원 유닛(110)과 통신 유닛(120) 각각에 대해, 케이스 1과 케이스 2 각각에 대해, 그리고 케이스별 2개씩의 시료들 각각에 대해 수행될 수 있으므로, 총 800,000회의 가속/가혹 토션 인가가 수행되어 그 결과가 그래프(320) 및 그래프(330)와 같이 표시될 수 있다.
그래프(320) 및 그래프(330)에서는, 가속/가혹 토션의 인가 횟수에 따른 도체 저항의 변화율이 도시될 수 있다. 도체 저항의 변화율은 그 값이 높을수록 토션에 의해 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블(100)의 성능이 저하되는 것을 의미할 수 있다.
그래프(320)에서는 0.75SQ의 단면적 규격을 갖는 전원 유닛(110)에 대한 비교 결과가 표시될 수 있다. 도시된 바와 같이, 케이스 1의 도체 집합 피치가 30㎜인 두 개의 시료 및 케이스 2의 도체 집합 피치가 20㎜인 두 개의 시료에 대한 네 개의 결과물이 표시될 수 있다.
케이스 1의 두 개의 시료에서는 80,000회의 토션 및 100,000회의 토션 사이에서 도체 저항 변화율이 내구 수명 한계치에 해당하는 25%를 초과하는 것이 확인될 수 있으나, 케이스 2의 두 개의 시료에서는 100,000회의 토션을 모두 수행하더라도 도체 저항 변화율이 내구 수명 한계치를 초과하지 않는 것이 확인될 수 있다.
즉, 집합 피치 증가에 따라 내구도가 향상되는 일반 구조와는 달리, 전원, 통신 및 차폐의 복합 구성에서는 집합 피치가 작을수록 토션 내구성이 증가할 수 있음이 확인될 수 있고, 케이스 1의 경우와 비교할 때, 케이스 2에서 평균적으로 약 40% 이상 개선된 토션 내구 수명이 나타난다는 점이 확인될 수 있다.
도 4는, 일부 실시예에 따른 신축성 개재들의 재질과 형상에 따른 토션 내구성의 비교 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 통신선 신축성 개재(124) 및 케이블 신축성 개재(130)의 재질과 형상에 대한 두 개의 케이스를 나타내는 표(410) 및 신축성 개재들의 재질과 형상에 따른 토션 내구성의 비교 결과를 나타내는 그래프(420)가 도시되어 있다.
표(410)의 2번째 열의 전체 연합 개재는 케이블 신축성 개재(130)를 의미할 수 있고, 3번째 열의 1PX0.25SQ(통신선) 개재는 통신선 신축성 개재(124)를 의미할 수 있다. 또한, 표(410)의 2번째 행의 케이스 1은 종래의 로봇용 케이블 표준 설계에 따른 재질과 형상을 의미할 수 있고, 3번째 행의 케이스 2는 본 발명에 따른 신축성 개재들의 재질과 형상을 의미할 수 있다.
도시된 바와 같이, 케이스 1의 종래 로봇용 케이블에서는 10수 무명실 면사의 합본이 신축성 개재들로 활용될 수 있었으나, 케이스 2에서는 번들 타입의 PET 사(PET yarn)가 신축성 개재들로 활용될 수 있다. 즉, 케이스 2에서는 토션 내구성을 위해 높은 신축성을 갖는 yarn이 활용될 수 있으며, 낱개 가닥을 합한 형태가 아닌, 일정한 형태로 꼬여 있는 번들 타입이 채용되어, 신축성 개재들의 원형이 유지될 수 있다.
케이스 2의 번들 타입에서, 통신선 신축성 개재(124)는 5,000 DEN 이상 내지 7,000 DEN 이하의 PET 사 번들을 적어도 하나 이상 포함할 수 있고, 케이블 신축성 개재(130)는 10,000 DEN 이상 내지 14,000 DEN 이하의 PET 사 번들을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다.
예를 들면, 도시된 바와 같이 케이블 신축성 개재(130)는 12,000 DEN의 PET 사 번들의 4본, 바람직하게는 10,000 DEN 이상 내지 14,000 DEN 이하의 PET 사 번들의 3본 내지 5본으로 형성될 수 있고, 통신선 신축성 개재(124)는 6,000 DEN의 PET 사 번들의 1본, 바람직하게는 5,000 DEN 이상 내지 7,000 DEN 이하의 PET 사 번들 1본 내지 2본으로 형성될 수 있다. 케이블 신축성 개재(130) 및 통신선 신축성 개재(124)는 모두 도 1에서와 같이 2개소로 배치될 수 있다.
그래프(420)에서는 케이스 1의 2개의 시료 및 케이스 2의 2개의 시료에 대한 결과물들로서 총 4개의 결과물들이 표시될 수 있다. 마찬가지로 각 시료에 대해 내구성 평가 설비(200)에 의한 100,000회의 가속/가혹 토션 인가가 수행될 수 있고, 그에 따른 도체 저항 변화율이 그래프(420)와 같이 표시될 수 있다.
도시된 바와 같이, 케이스 1에 대한 두 개의 시료들에서, 케이스 2에 대한 두 개의 시료들 대비 높은 도체 저항 변화율을 보인다는 점이 확인될 수 있고, 따라서 케이스 1의 종래 로봇용 설계 대비 케이스 2의 신축성 개재들의 재질과 형상이 평균적으로 30% 이상 높은 토션 내구 수명을 갖는다는 점이 확인될 수 있다.
도 5는, 일부 실시예에 따른 전원선 대연 피치, 통신선 대연 피치 및 횡권 피치의 수치 변경에 따른 토션 내구성의 비교 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 전원 유닛(110)의 한 쌍의 전원용 도선(111, 112)에 의한 전원선 대연 구조(113)가 갖는 전원선 대연 피치, 통신 유닛(120)의 한 쌍의 통신용 도선(121, 122)에 의한 통신선 대연 구조(123)가 갖는 통신선 대연 피치 및 통신선 횡권 차폐체(125)와 케이블 횡권 차폐체(140)가 갖는 횡권 피치의 수치 변경을 나타내는 표(510), 및 표(510)에서의 수치 변경에 의한 토션 내구성의 비교 결과를 나타내는 그래프(520)가 도시되어 있다.
표(510)의 2번째 열의 전체 연합의 피치는 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블(100)에서 전원 유닛(110) 및 통신 유닛(120)에 의한 연합 구조의 피치, 즉 전원 유닛(110) 및 통신 유닛(120)이 꼬이는 정도를 의미할 수 있다.
표(510)의 3번째 열의 1PX0.25SQ(통신선)의 피치는 한 쌍의 통신용 도선(121, 122)에 의한 통신선 대연 구조(123)의 통신선 대연 피치, 즉 한 쌍의 통신용 도선(121, 122)이 꼬이는 정도를 의미할 수 있다. 표(510)의 4번째 열의 2CX0.75SQ(전원선)의 피치는 한 쌍의 전원용 도선(111, 112)에 의한 전원선 대연 구조(113)의 전원선 대연 피치, 즉 한 쌍의 전원용 도선(111, 112)이 꼬이는 정도를 의미할 수 있다.
표(510)의 5번째 열의 개별 횡권차폐 피치는 통신선 횡권 차폐체(125)가 갖는 횡권 피치를 의미할 수 있고, 표(510)의 6번째 열의 공동 횡권차폐 피치는 케이블 횡권 차폐체(140)가 갖는 횡권 피치를 의미할 수 있다.
표(510)의 중간 행의 케이스 1의 수치들은 종래의 로봇용 케이블의 표준 설계에 따른 피치들의 수치들을 의미할 수 있고, 마지막 행의 케이스 2의 수치들은 본 발명에 따른 피치들의 수치들을 의미할 수 있다. 한편, 도시된 바와 같이 2번째 열의 전체 연합의 피치는, 90도 굽힘과 같은 벤딩에 대한 내구 특성을 위해 케이스 1 및 케이스 2에서 동일하게 적용될 수 있다.
전반적으로 케이스 1 대비 케이스 2에서 피치들의 수치들이 보다 큰 것이 확인될 수 있다. 표(510)의 3번째 열의 1PX0.25SQ(통신선)의 경우, 종래의 17㎜ 대비 34㎜가 채용될 수 있고, 4번째 열의 2CX0.75SQ(전원선)의 피치의 경우, 종래의 23㎜ 대비 33㎜가 채용될 수 있다. 즉, 전원선 대연 구조(113)의 전원선 대연 피치 및 통신선 대연 구조(123)의 통신선 대연 피치는 30㎜ 이상 내지 35㎜ 이하일 수 있다.
다만, 위와 같은 수치는 예시일 뿐, 다른 다양한 수치들이 활용될 수 있다. 예를 들면, 통신선 대연 피치는 17㎜ 이상 내지 51㎜ 이하, 바람직하게는 29㎜ 이상 내지 39㎜ 이하일 수 있다. 전원선 대연 피치는 23㎜ 이상 내지 43㎜ 이하, 또는 28㎜ 이상 내지 38㎜ 이하일 수 있다.
횡권 차폐체들의 경우에도, 케이스 1 대비 케이스 2에서 피치들의 수치들이 보다 클 수 있다. 표(510)의 5번째 열의 통신선 횡권 차폐체(125)의 횡권 피치의 경우, 종래의 22㎜ 대비 27㎜가 채용될 수 있고, 6번째 열의 케이블 횡권 차폐체(140)의 횡권 피치의 경우, 종래의 30㎜ 대비 75㎜가 채용될 수 있다.
한편, 통신선 횡권 차폐체(125)의 27㎜의 횡권 피치 및 케이블 횡권 차폐체(140)의 75㎜의 횡권 피치는 차폐체의 외경 내지 단면 직경으로도 표현될 수 있다. 즉, 통신선 횡권 차폐체(125)의 횡권 피치는 통신선 횡권 차폐 외경, 즉 통신선 횡권 차폐체(125)의 단면 직경의 7배 이상 내지 8배 이하일 수 있고, 케이블 횡권 차폐체(140)의 횡권 피치는 케이블 횡권 차폐 외경, 즉 케이블 횡권 차폐체(140)의 단면 직경의 10배 이상 내지 12배 이하일 수 있다.
다만, 위와 같은 수치들은 예시일 뿐, 다른 수치들이 채용될 수도 있다. 예를 들면, 통신선 횡권 차폐체(125)의 횡권 피치는 22㎜ 이상 내지 32㎜ 이하일 수 있다. 또한, 케이블 횡권 차폐체(140)의 횡권 피치는 60㎜ 이상 내지 90㎜ 이하일 수 있다.
그래프(520)에서는 케이스 1 대비 케이스 2의 수치들에 의한 토션 내구성의 비교 결과가 표시될 수 있다. 앞서와 마찬가지로, 케이스 1의 두 개의 시료 및 케이스 2의 두 개의 시료로서 총 네 개의 시료들에 대해 각각 100,000회의 가속/가혹 토션 인가가 이루어질 수 있고, 그에 따른 도체 저항 변화율이 표시될 수 있다.
도시된 바와 같이, 케이스 1의 두 시료들이 케이스 2의 두 시료들보다 더 높은 도체 저항 변화율을 갖는다는 점이 확인될 수 있으며, 그에 따라 케이스 1 대비 케이스 2의 피치 수치들이 적용되는 경우에 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블(100)이 평균적으로 50% 이상의 토션 내구 수명을 나타낸다는 점이 확인될 수 있다.
도 6은, 일부 실시예에 따른 쉬스의 압출 방식에 따른 토션 내구성의 비교 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블(100)의 쉬스(150)를 압출하는 방식의 종류를 나타내는 표(610) 및 쉬스(150)의 압출 방식에 따른 토션 내구성의 비교 결과를 나타내는 그래프(620)가 도시되어 있다.
표(610)에서는 케이스 1의 종래의 로봇용 케이블의 표준 설계에 따른 충실식의 압출 방식 및 케이스 2의 본 발명에 따른 호스식의 압출 방식이 표시될 수 있다. 즉, 본 발명의 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블(100)에서는, 쉬스(150)는 호스식 압출 방식으로 형성될 수 있다.
호스식의 압출 방식은 튜브식의 압출 방식을 의미하는 것으로서, 기존의 충실식 대비 전원 유닛(110), 통신 유닛(120), 케이블 신축성 개재(130) 및 케이블 횡권 차폐체(140)의 내부 연합 코어와 쉬스(150) 간의 접착력을 낮출 수 있으므로, 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블(100)의 토션에 대한 내구성을 향상시킬 수 있다.
그래프(620)에서는 케이스 1의 충실식 압출 방식의 두 개의 시료들 및 케이스 2의 호스식 압출 방식의 두 개의 시료들로서 총 4개의 시료들에 대해 내구성 평가 설비(200)를 통해 100,000회의 가속/가혹 토션 인가를 수행한 결과들이 표시될 수 있다.
도시된 바와 같이, 케이스 1의 충실식 압출 방식의 두 개의 시료들의 도체 저항 변화율이 케이스 2의 호스식 압출 방식의 두 개의 시료들의 도체 저항 변화율보다 크다는 점이 확인될 수 있다. 따라서, 케이스 2의 호스식 압출 방식이 케이스 1의 충실식 압출 방식보다 평균적으로 80% 이상 높은 토션 내구 수명을 갖는다는 점이 확인될 수 있다. 이는 압출 방식에 따른 쉬스(150)의 접착력의 차이에 기인한 것일 수 있다.
도 7은, 일부 실시예에 따른 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블의 세부 사양 변경에 따른 토션 내구성의 차이를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 케이스 1의 기존 설계 및 케이스 2의 본 발명에 따른 최적 설계안을 비교하기 위한 표(710), 및 케이스 1의 기존 설계 및 케이스 2의 최적 설계에서 토션 횟수에 따른 전원 유닛(110)과 통신 유닛(120)의 도체 저항 증가율을 나타내는 그래프(720) 및 그래프(730)가 도시되어 있다.
도 3 내지 도 6의 그래프들은, 도체 집합의 집합 피치, 신축성 개재들의 재질과 형상, 각종 대연 피치들 및 쉬스(150)의 압출 방식 각각에 의한 영향을 나타낼 수 있고, 그와 달리 그래프(720) 및 그래프(730)는 위 모든 요소들을 반영한 케이스 2의 최적 설계에서의 토션 내구성 차이를 나타낼 수 있다. 따라서, 표(710)는 표(310), 표(410), 표(510) 및 표(610)의 내용들을 종합한 것일 수 있다.
그래프(720)의 영역(721) 및 그래프(730)의 영역(731)에서는, 표(710)의 케이스 1에 해당하는 두 개의 시료들에 따른 전원 유닛(110) 및 통신 유닛(120)의 도체 저항 증가율이, 토션 횟수가 약 250,000회를 넘어가면서 급격히 증가하여 자체 기준에 해당하는 25%를 초과하는 것이 확인될 수 있고, 이는 케이스 1의 기존 설계에 따른 케이블이 토션 반복에 의해 단선되는 것을 의미할 수 있다.
이와 달리, 그래프(720)의 영역(722) 및 그래프(730)의 영역(732)에서는, 표(710)의 케이스 2에 해당하는 두 개의 시료들에 따른 전원 유닛(110) 및 통신 유닛(120)의 도체 저항 증가율이 자체 기준 25%를 초과하지 않는 것이 확인될 수 있고, 이는 케이스 2의 최적 설계에 따른 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블(100)이 토션에 대한 높은 내구성을 지님을 의미할 수 있다. 즉, 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블(100)은 500,000회의 기준치의 2배 이상인 1,000,000회 이상의 토션에 대해서도, 단선 없이 높은 내구성을 가질 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예들이 상세하게 설명되었으나 본 발명에 따른 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니고, 다음의 청구범위에 기재되어 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명에 따른 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블
110: 전원 유닛
111, 112: 한 쌍의 전원용 도선
113: 전원선 대연 구조
120: 통신 유닛
121, 122: 한 쌍의 통신용 도선
123: 통신선 대연 구조
124: 통신선 신축성 개재
125: 통신선 횡권 차폐체
130: 케이블 신축성 개재
140: 케이블 횡권 차폐체
150: 쉬스

Claims (7)

  1. 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블에 있어서,
    한 쌍의 전원용 도선이 꼬여 있는 전원선 대연 구조를 포함하는 전원 유닛;
    한 쌍의 통신용 도선이 꼬여 있는 통신선 대연 구조, 통신선 내부 공간을 충전하기 위한 통신선 신축성 개재, 및 상기 통신선 대연 구조와 상기 통신선 신축성 개재를 둘러싸는 통신선 횡권 차폐체를 포함하는 통신 유닛;
    케이블 내부 공간을 충진하기 위한 케이블 신축성 개재;
    상기 전원 유닛, 상기 통신 유닛 및 상기 케이블 신축성 개재가 꼬여 있는 연합 구조를 둘러싸는 케이블 횡권 차폐체; 및
    상기 케이블 횡권 차폐체를 둘러싸는 쉬스를 포함하는, 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 전원용 도선의 내부를 구성하는 전원 집합 도체의 집합 피치는 전원 집합 도체 외경의 12배 이상 내지 18배 이하이고,
    상기 한 쌍의 통신용 도선의 내부를 구성하는 통신 집합 도체의 집합 피치는 통신 집합 도체 외경의 12배 이상 내지 18배 이하인 것을 특징으로 하는, 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원선 대연 구조의 대연 피치 및 상기 통신선 대연 구조의 대연 피치는 30㎜ 이상 35㎜ 이하인 것을 특징으로 하는, 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 통신선 신축성 개재는 5000 DEN 이상 내지 7000 DEN 이하의 PET 사 번들(PET yarn bundle)을 적어도 하나 이상 포함하고,
    상기 케이블 신축성 개재는 10000 DEN 이상 내지 14000 DEN 이하의 PET 사 번들을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는, 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 통신선 횡권 차폐체의 횡권 피치는 통신선 횡권 차폐 외경의 7배 이상 내지 8배 이하이고,
    상기 케이블 횡권 차폐체의 횡권 피치는 케이블 횡권 차폐 외경의 10배 이상 내지 12배 이하인 것을 특징으로 하는, 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 쉬스는 호스식 압출 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 연합 구조에서 상기 전원 유닛 및 상기 통신 유닛이 꼬여 있는 연 방향 및 상기 케이블 횡권 차폐체가 상기 연합 구조를 둘러싸는 연 방향은 서로 반대인 것을 특징으로 하는, 고내구성 가동용 디바이스넷 케이블.
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