KR20230000024A - 고 내굴곡성 케이블하네스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하기와 같은 구성을 가진다.
도체부;
상기 도체부 상하로 외주부를 피복하는 피복부를 가지며,
상기 도체부의 일단부 및 타단부의 일측에는 상기 도체부의 상부에 전기전도부를 구성하고 상기 도체부의 일단부의 타측에는 상기 피복부의 상부에 스티프너를 구성하며,
상기 도체부는 도체폭과 공간부를 반복하여 구성하는 메시타입패턴부를 가지는 것을 특징으로 하는 케이블하네스에 관한 것이다.

Description

고 내굴곡성 케이블하네스{High Flexibility Cable Harness}

본 발명은 케이블하네스를 구성하는 것으로 다수의 개별신호선을 하나의 케이블 하네스에 구성되도록 하는 것으로 특히 메시(mesh)형태로 제작된 케이블하네스의 내굴곡성을 증가시키는 것과 관련한 기술이다.

도 7에서 보는 바와 같이 케이블 하네스(2)는 자동차의 소위 와이어링 룸(wiring loom)의 부품이고 이에 따라 자동차에 설치된다. 케이블 하네스(2)는 여기서 하나의 신호 번들(6)을 형성하도록 조합되는 복수의 개별 신호선들(4)을 포함하며, 여기서 신호선 번들(line bundle)(6)은 정션 (junction)(8)에서 2 개의 파트-번들들(part-bundles)(10)로 분할된다.

각각의 파트-번들(10)은 절연 피복부(insulating sheathing)(12)를 가지는 개별 신호선 코어들(line cores)로서 구성되는 복수의 신호선들(4)을 포함한다. 일부 신호선 코어들은 여기서 연선된 도전체들(14)로서 설계되며, 그리고 다른 신호선 코어들은 와이어 도전체들(16)로서 설계된다.

신호선 번들(6)의 개별 신호선들(4) 및 2 개의 파트-번들들(10)의 개별 신호선들 (4)은 직물-유형 섬유 꼬임부들 (textile-type fiber interlacements)로서 구성되는 번들링 엘리먼트들(18)의 보조에 의해 번들 내에 각각 함께 고정된다. 번들링 엘리먼트들(18a) 중 하나의 번들링 엘리먼트는 여기서 피복부의 방식으로 구성되고, 이에 따라 3 mm의 두께를 가진다. 게다가, 정션(8)은 이러한 번들링 엘리먼트(18a)에 의해 구현되며, 여기서 2 개의 파트-번들들(10)은 번들링 엘리먼트(18a)에 의해 정션(8)의 구역에서 이격된다. 번들링 엘리먼트(18a)는 또한 피복부(18a) 또는 브랜치-유형 번들링 엘리먼트(18a)로도 명명될 수 있다.

2 개의 파트-번들들(10)에는 각각 번들링 엘리먼트들(18a)이 또한 제공되며, 여기서 더 많은 수의 신호선들(4)을 가지는 파트-번들(10)은 번들링 엘리먼트(18b)를 가지며, 이 번들링 엘리먼트는 테이프의 방식으로 설계되고 파트-번들(10) 둘레에 나선으로 나아간다(routed). 테이프-유형 번들링 엘리먼트(18b)의 두께는 여기서 접착식 직물 테이프의 두께와 비슷하며 대략적으로 0.5 mm이다. 그에 반해서, 보다 적은 수의 신호선들(4)을 가지는 파트-번들(10)에는 2 개의 번들링 엘리먼트들(18c)(이 번들링 엘리먼트들은 테이프의 방식으로 설계되고 케이블 클립의 방식으로 별개의 파트-번들(10)을 각각 포함함)이 제공된다. 이러한 번들링 엘리먼트들(18c)은 여기서 대략적으로 1 mm의 두께를 가진다. 번들링 엘리먼트(18b)는 또한 나선형 번들링 엘리먼트(18b) 또는 나선형(18b)으로도 명명될 수 있다. 번들링 엘리먼트(18c)는 또한 환형 번들링 엘리먼트(18c) 또는 환형(18c)으로도 명명될 수 있다.

바람직하게는 테이핑(taping)(24)으로서 구성되는 추가적인 번들링 엘리먼트는 도 7에서 개략적인 방식으로 또한 예시된다. 추가적인 번들링 엘리먼트는 직물 섬유 꼬임부보다 더 큰 힘들을 흡수하도록 일반적으로 구성되고 특히 신호선 번들(6)의 응력을 받은 구역들에 배치된다. 이러한 방식으로, 예를 들어 테이핑(24)이 배치되는 구역은, 신호선 번들이 의도된 바와 같이 사용될 때, 신호선 번들(6)은 굴곡 응력(flexural stressing)을 받는다.

종래기술에서는 케이블하네스에 대한 내굴곡성에 대한 기술은 소개되어있지 않다.

본원발명은 잦는 케이블하네스의 굴곡으로 인하여 단선이 되는 단점이 있는 메시(mesh)형태로 제작된 케이블하네스의 내굴곡성을 현저히 높이는 발명에 관한 것이다.

대한민국특허등록공보 등록번호10-1097003(2011.12.20) 대한민국특허공개공보 공개번호10-2018-0125645(2018.11.26) 대한민국특허등록공보 등록번호10-1959655(2019.03.18)

해결하고자 하는 과제는 내굴곡성을 개선하는 과제를 해결한 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 하기와 같은 구성을 둔다.

도체부;

상기 도체부 상하로 외주부를 피복하는 피복부를 가지는 케이블하네스에 있어서;

상기 도체부는 도체폭과 공간부를 반복하여 구성하는 메시타입패턴부를 가지는 케이블하네스를 구성한다.

여기서 상기 도체부의 일단부 및 타단부의 일측에는 상기 도체부의 상부에 전기전도부를 구성하고 상기 도체부의 일단부의 타측에는 상기 피복부의 상부에 스티프너를 구성하는 것이 바람직하다.

여기서 상기 도체폭은 최소 10um로 상기 공간부는 최대 190um으로 구성하므로써 굴곡성을 양호하게 하도록 구성하는 것이 바람직하다.

여기서 상기 도체폭은 최대 190um로 하고 상기 공간부를 최소 10um로 구성하여 전기적 통전 특성을 강화하도록 구성하는 것이 바람직하다.

여기서 상기 피복부는 PEN필름, PI필름 및 PCT 필름 중에 하나로 구성하는 것이 바람직하다.

여기서 상기 전기전도부는 주석으로 구성하는 것이 바람직하다.

여기서 상기 도체부의 상기 도체폭과 상기 공간부는 각각 100마이크로미터로 구성하는 것이 바람직하다.

여기서 상기 도체부의 두께는 5 내지 250마이크로 미터의 두께를 가지도록 구성하는 것이 바람직하다.

여기서 상기 피복부의 두께는 30~100마이크로미터인 것이 바람직하다.

내굴곡성을 현저하게 증가시키는 효과를 가진다.

제1도는 와이어하네스의 전체구성도이다.
제2도는 제1도의 길이방향의 단면도를 보이는 도이다.
제3a도는 메시패턴의 도선을 보이는 도이다.
제3b도는 일반패턴의 도선을 보이는 도이다.
제4a도는 메시패턴의 도선 단면도를 보이는 도이다.
제4b도는 일반패턴의 도선 단면도를 보이는 도이다.
제5도는 그립위치를 보이는 도이다.
제6도는 온도및 습도의 테스트 기준을 보이는 도이다.
제7도는 종래의 기술을 보이는 도이다.

먼저 본원발명에서 자주 사용하는 메시에 대한 용어는 하기와 같이 정의한다.

망사그물, 가로&세로가 교차해서 반복되는 모든 형태를 가지는 것으로 정의한다.

또한 본출원인은 가로세로선이 직각으로 교차하지 않아도 다이아몬드 혹은 동그라미 형태의 반복된 어떠한 모양으로도 반복된 형태의 구성 전부를 지칭하는 것이다.

제1도는 길이방향의 단면도로서 200mm 길이에 대한 단면도를 적층 구성도로 표현한 것이다.

길이는 수요자의 요구에 따라 언제나 가변하는 것이다.

제1도는 6개의 선이 한세트의 케이블하네스를 도시한 것을 예시한 것이다.

도3a의 메시타입패턴부를 보이는 실시예이다.

1.1mm 패턴을 매쉬 타입으로 구성하면 100um 도체폭에 공간부 100um으로 구성되며 100um의 도체폭이 6개로 구성되어 한선에 대한 전체폭은 공간부 5군데와 도체폭 6개의 메시타입으로 인하여 1.1mm 폭을 가진 하나의 회로선이 구성된다.

1.1mm의 패턴에서 회로선 폭이 0.1mm(100um) 보다 커지고 공간부인 space가 줄어든다면 그만큼 내굴곡성이 저하되고, 회로선 폭이 100um보다 작아지고 space가 커진다면 도체의 전류 특성이 떨어질 것이다.

그동안 피복제로 Poly imide를 사용할 경우 고온으로 될 때에 탄화 현상으로 카본이 생성되어 화재가 발생될 가능성이 있는 것이다.

최근에는 상기와 같은 단점을 해결하기 위하여 개선된 형태의 PI필름이 상용화되고 있어 문제를 해결하고 있다.

그럼에도 본원발명은 PI 필름 등 다른 종류의 필름을 적용해도 기존 제품보다 내굴곡성이 뛰어나기 때문에 어떤 종류의 필름에도 본원발명을 적용하여 사용하는 것이 가능하다.

PEN 필름을 사용하면 화재가 발생할 염려없이 단선이 되기만 하여 2차 대형 사고를 방지하는 것이다.

그러나 PEN필름은 내굴곡성이 현저히 떨어지는 단점이 있어 PEN필름을 사용하는 케이블하네스인 경우에는 내굴곡성을 향상시키는 것이 당면과제로 부상한 것이다.

PEN필름의 일반 회로와 PEN필름의 메쉬 회로와 비교했을 때 메쉬회로가 내굴곡성이 현저히 양호하다.

하네스에 사용하는 모든 필름의 경우에도 전술한 바와 같이 메시형태로 하게 되면 내굴곡성이 좋아진다.

PEN 필름을 사용한 동기는 PI(Poly imide )를 쓰면 내굴곡성도 좋고 기계적 특성도 좋지만 화재가 발생했을 때 탄화되어 가연성이 높은 PI 대신 PEN을 쓰게 되었고 PEN이 PI보다 내굴곡성이 떨어지기 때문에 보다 나은 굴곡성 향상을 위하여 메쉬 회로를 개발하게된 것이다.

본원발명은 모든 필름에 대하여 내굴곡성을 향상시키는 것이다.

뿐만아니라 PEN필름에 대하여도 문제점을 해결한 것이다.

PEN 필름의 두께에 대하여는 특성상 너무 얇으면 사용 온도 및 취급 등의 문제가 있어서 본 발명의 구성에서는 필름두께를 50um를 구성한 것이다.

또한 필름의 두께가 50um보다 커지면 내굴곡성이 저하되고 두께가 두꺼워지면 cost도 상승된다.

본 발명에서는 도금부가 주석도금인 것을 하나의 실시예로 구성하였으나 SMT(Surface Mounter Technology)진행시, ENIG (electroless nikel immersion gold : 무전해 금도금) , OSP ( organic surface prevent : 유기 피막 코팅)등 다양한 표면처리를 해도 무방하다.

다만 자동차분야에서는 가장 많이 사용되는 표면처리인 무전해 주석(틴) 도금을 구성한 것이다.

구체적인 구성을 도면을 통하여 살피면 하기와 같다.

도1 내지 도 2의 도면을 중심으로 구성을 설명하면 하기와 같다.

도2에서 보는 바와 같이 도체부(100)인 구리를 메시타입패턴부(110,120)로 구성한다.

메시타입패턴부는 본원발명의 도1에서는 6개의 회로선이 하나의 케이블하네스로 구성되어있다.

6개의 도체부(100)로 이루어진 것을 본 발명에서는 케이블하네스(1000)라고 명칭한 것이다.

수요에 따라 6개의 회로선보다 회로선이 적을수도 있고 또한 많을 수도 있다.

따라서 본원발명의 도면에서 실시예로 설명한 메시타입패턴부는 6개의 회로선을 구성한 것이다.

도3a에서는 다만 이웃하는 회로선의 구성과 간격을 위하여 두개의 회로선의메시타입패턴부(110,120)를 보이는 것이다.

상기 메시타입패턴부(110,120)를 구성한 후에 상기 메시타입패턴부의 도체부 상하로 외주부를 피복하는 피복부(200,300)의 구성을 가진다.

상기 피복부의 두께는 30~100마이크로미터인 구성이 바람직하다.

상기 피복부(200,300)는 PEN필름인 것이 바람직하다. 종래의 기술에서는 피복부로 Poly imide를 사용할 경우 내굴곡성은 탁월한데 대하여 화재에 취약점이 있어왔다.

화재예방의 성능이 개선된 Poly imide를 사용할 경우에도 본원발명을 적용할 경우 내굴곡성면에서 더욱 탁월한 성능을 가진다.

본원발명은 피복부를 PEN필름으로 하는 경우에 화재에 있어서 장점이 있는 대신에 내굴곡성이 현저하게 떨어지는 문제점을 해결한 것이다.

따라서 본원발명에서는 PEN필름의 내굴곡성 개선을 위하여 상기 도체부(100)는 도체폭(112)과 공간부(114)를 반복하여 구성하는 메시타입패턴부(110,120)를 가지는 케이블하네스(1000)를 구성하여 케이블하네스의 내굴곡성을 개선시키는 것이다.

상기 피복부는 PEN필름 이외에도 PI필름 및 PCT 필름 중에 하나로 구성하되, 본발명을 적용하여 내굴곡성을 더욱 높일 수 있는 것이다.

도1의 도면부호 130은 더미스터삽입부로써 단선으로 구성하며 양단에는 전기전도부를 구성하여 더미스터을 삽입하는 더미스터삽입부(130)를 보이는 도이다.

더미스터는 온도에 따른 저항의 변화가 크게 만든 저항을 말한다. 열가변저항기라고도 부른다.

도3a에서 도체폭(112)이 6개와 공간부(114) 폭이 5개로 인하여 100um로 도체폭과 공간부의 크기를 동일하게 할 때에 1.1mm 패턴인 한개의 회로선이 완성되는 것이다.

회로선과 회로선 간의 이격거리인 회로선폭을 600um로 구성하였으나 이는 가변적인 것이다.

여기서 동일한 조건으로 하기 위하여 일반패턴부(a,b)도 각각 회로선폭을 1.1mm 패턴인 1,100um로 구성한 것이다.

도4a 및 도4b는 각각 도3a,도3b의 하나의 회로선이 폭방향으로의 절단면을 보이는 것이다.

도4a에서는 도체폭(112)과 공간부(114)가 교대로 배열된 것임을 알 수 있다.

이에 대하여 종래의 기술인 일반패턴부(a,b)의 단면도는 균일한 것임을 알 수 있다.

일반패턴부(a,b)도 피복부(30,40)를 구성한다.

도3a는 균일한 크기의 도체폭(112)과 공간부(114)가 배치된 것인데 비하여, 도4a는 실제 몰드로 성장시킨 것으로, 도체폭(112)이 넓어지고 공간부(114)가 좁아지는 현상을 보이는 것이다.

상기 도체부(100)의 일단부 및 타단부의 일측에는 상기 도체부(100)의 상부에 전기전도부를 구성한다.

전기전도부는 메시타입패턴부의 도체를 통하여 전기신호가 전달되도록 케이블하네스단부에 구성한 것이다.

제1메시타입패턴부(110)는 제2메시타입패턴부(120)와 이웃하는 도체부(100)에 해당하는 것이다.

제1 및 제2메시타입패턴부(110,120) 모두를 포함하는 총괄적인 명칭을 도체부라 명명한다.

전기전도부는 도2에 도시된 바와 같이 제1전기전도부(400)와 제2전기전도부 (500)로 구성한다.

상기 도체부의 일단부에 제1전기전도부(400)를 구성하고, 도체부의 타단부에 제2전기전도부(500)를 구성한다.

상기 도체부의 일단부의 타측에는 상기 피복부(200,300)의 상부에 스티프너 (600)를 구성하여 케이블하네스를 삽입하는 경우에 만족할 만한 구성을 가지도록 구성한다.

상기 도체부(100)는 구리로 구성하는 것이 바람직하다.

상기 케이블하네스의 양단부인 전기전도부(400,500)는 주석,금도금,OSP등 SMT를 위하여 표면처리하는 것이면 족하다.

상기 도체부(100)의 상기 도체폭(112)과 상기 공간부(114)는 각각 100마이크로미터로 메시타입으로 구성하는 것이 바람직하다.

1mm 한가닥 패턴을 메쉬 타입으로 100um 회로와 100um space로 분할한 것이다.

1가닥의 회로폭을 회로선 사이마다 space를 확보하여 mesh로 만들어 굴곡피로를 줄여 준 것이다.

도체폭(112)이 좀더 커질수록 공간부(114)가 적어질수록 내굴곡성이 저하될 것이라고 예측된다.

상기 도체부(100)의 두께는 25 내지 30마이크로 미터의 두께를 가지는 것이 바람직하다.

자동차에 쓰이는 케이블의 두께가 통상 25~35um을 많이 사용하고 있다.

상기 PEN필름의 두께는 50마이크로메터인 것이 바람직하다.

자동차에 쓰이는 PEN 필름의 두께가 50um을 많이 사용하고 있는 것으로, PEN 50um 두께의 필름을 사용하다 보니 내굴곡성이 Poly imide보다 떨어지기에 그런 굴곡성 향상을 위하여 매쉬타입을 개발하게 된 것이다.

도체폭과 공간부의 폭은 일반 회로를 기준으로 메쉬를 디자인할 수 있다.

도체 폭은 최소 10um로 도체 공간부는 최대 190um으로 구성하여 굴곡성을 더 높일수도 있다.

또한 도체 폭을 최대 190um로 하고 도체 공간부를 최소 10um로 구성하여 전기적 통전 특성을 강화할 수도 있는 것이다.

도체의 두께는 최소 5um에서 250um까지로 구성할 수 있다.

상기와 같은 조건이 자동차 케이블하네스로서 적격한 기준을 만족시킨다.

도체부인 제1메시타입패턴부(110)와 제2메시타입패턴부(120)와의 간격은 600um로 구성한다.

동일한 조건을 위하여 일반패턴부(a,b)간의 간격도 동일한 간격인 600um로 구성한다.

도5에 의하면 하기와 같다.

내굴곡성을 테스트할 때에 케이블하네스(1000)의 제1그립위치(710)와 제2그립위치(720)에 그립을 위치하여 반복하여 굴곡성 테스트를 행하는 것이다.

다음은 표1에서 보는 바와 같이 메시패턴의 시료를 3개(시료1,시료2,시료3)와 일반패턴 시료3개를 피복재인 PEN필름인 피복재를 두께 50um로하되, 피복재와 매시패턴과의 접착을 위하여 접착제 25um, 구리인 도체부의 두께 25um인 경우에 메시패턴을 구성하되, 3개의 시료에서 평균 411번의 내굴곡성을 가진다.

일반패턴부의 시료3개(시료5,시료6,시료7)를 메시패턴과 동일한 조건에서 평균 210번의 내굴곡성을 가지므로 매시타입패턴부는 일반패턴부에 비하여 대략 두배의 내굴곡성을 가진다.

이렇게 함으로 PEN필름을 비롯한 모든 필름의 단점인 취약한 내굴곡성을 도체부를 매시패턴으로 구성하여 내굴곡성의 단점을 보완한 것이다.

<표1>

도6는 전기적 시험 결과를 보기위하여 사전에 일반패턴부로 제조된 케이블하네스와 메시타입패턴부로 제조된 케이블하네스를 하기와 같은 조건에서 테스트하는 것이다.

도6에서 보는 바와 같이 온도/습도 사이클에서의 일반패턴부로 제조된 케이블하네스와 메시타입패턴부로 제조된 케이블하네스 시험은 하기와 같다.

온도는 -40~85℃, 습도는 85%,1Cycle/8Hr, 80Cycle 이다.

-40℃에서 2시간,-40℃에서 85℃ 까지 비례적으로 변화하면서 2시간,85℃에서 2시간, 85℃에서 -40℃까지 비례적으로 변화하면서 2시간 총 8시간을 한 사이클로 30사이클을 지속한다.

온도/습도 사이클 시험후에 일반패턴부로 제조된 케이블하네스와 메시타입패턴부로 제조된 케이블하네스의 전기적 시험에서 OPEN ,SHORT여부를 체크한 결과 모두 양호한 결과를 보인다.

두번째로 내전압시험에서의 두가지의 패턴으로 제조된 케이블하네스의 시험결과 역시 양호하다.

내전압시험 조건으로 2.5KV,1sec(절연체와 패턴간)의 결과 누설전류1mA이하의 시험에서 일반패턴부로 제조된 케이블하네스와 메시타입패턴부로 제조된 케이블하네스의 시험결과 모두 양호한 결과를 보이는 것이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

a,b:일반패턴부 30,40:피복부
100:도체부 110:제1메시타입패턴부 112:도체폭 114:공간부
120:제2메시타입패턴부 130:더미스터삽입부
200,300:피복부 400:제1전기전도부 500:제2전기전도부 600:스티프너
710:제1그립위치 720:제2그립위치
1000:케이블하네스

Claims (9)

1. 도체부;
   상기 도체부 상하로 외주부를 피복하는 피복부를 가지는 케이블하네스에 있어서;
   상기 도체부는 도체폭과 공간부를 반복하여 구성하는 메시타입패턴부를 가지는 것을 특징으로 하는 케이블하네스.
2. 제1항에 있어서 상기 도체부의 일단부 및 타단부의 일측에는 상기 도체부의 상부에 전기전도부를 구성하고 상기 도체부의 일단부의 타측에는 상기 피복부의 상부에 스티프너를 구성하는 것을 특징으로 하는 케이블하네스.
3. 제1항에 있어서 상기 도체폭은 최소 10um로 상기 공간부는 최대 190um으로 구성하므로써 굴곡성을 양호하게 하는 것을 특징으로 하는 케이블하네스.
4. 제1항에 있어서 상기 도체폭은 최대 190um로 하고 상기 공간부를 최소 10um로 구성하여 전기적 통전 특성을 강화하는 것을 특징으로 하는 케이블하네스.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느한 항에 있어서 상기 피복부는 PEN필름, PI필름 및 PCT 필름 중에 하나인 것을 특징으로 하는 케이블하네스.
6. 제2항에 있어서 상기 전기전도부는 주석인 것을 특징으로 하는 케이블하네스.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느한 항에 있어서 상기 도체부의 상기 도체폭과 상기 공간부는 각각 100마이크로미터인 것을 특징으로 하는 케이블하네스.
8. 제1항 내지 제4항 중 어느한 항에 있어서 상기 도체부의 두께는 5 내지 250마이크로 미터의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 케이블하네스.
9. 제1항에 있어서 상기 피복부의 두께는 30~100마이크로미터인 것을 특징으로 하는 케이블하네스.
   
   
   
   
   
   
   
   

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