KR20230125537A - 유연성이 우수한 집복합 도체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유연성이 우수한 집복합 도체에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 우수한 유연성을 유지하면서 투입되는 도체의 사용량을 최적화하여 도체의 과착으로 인한 유연성 저하를 효과적으로 방지할 수 있는 집복합 도체에 관한 것이다.

Description

유연성이 우수한 집복합 도체{Bunched conductors with excellent flexibility}

본 발명은 유연성이 우수한 집복합 도체에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 우수한 유연성을 유지하면서 투입되는 도체의 사용량을 최적화하여 도체의 과착으로 인한 유연성 저하를 효과적으로 방지할 수 있는 집복합 도체에 관한 것이다.

전선은 사용 목적과 환경에 따라 다양한 형태로 제조된다. 규격 IEC는 케이블에 사용되는 도체를 유연한 정도에 따라 Class 1 내지 6 으로 분류하였다. 이 중 Class 5 및 6은 각각 유연한 도체 (Flexible conductor) 및 더욱 유연한 도체 (More flexible conductor)로 분류하여, 케이블의 기본 요구사항인 도체의 저항 외에 완제품의 유연성을 중요한 제품의 특징으로 규명하고 있다.

통상 케이블의 유연성을 확보하기 위하여 직경이 가령 0.5 mm 혹은 그 이하인 복수개의 세선을 연합한 도체를 사용하며, 특히 상기 복수개의 세선들을 적절한 피치를 가진 형태로 한 방향으로 꼬아 하나의 다발로 집합 도체를 제조한다. 요구 저항이 낮을 경우 복수개의 집합 도체를 적절한 피치를 가진 형태로 꼬아서 복합 도체를 제조한다. 여기서, 피치란 소선 또는 집합 도체가 꼬이는 방향에 따라 도체의 중심을 바라보도록 나선형으로 꼬일 때 꼬임이 시작되는 위치에서 시작하여 다시 동일한 위치로 돌아올 때까지의 거리를 의미한다.

케이블의 유연성을 확보하기 위한 두 번째 통상의 조치는 도체의 피치를 가능한 짧게 구성하는 것이다. 피치를 짧게 할 경우 임의의 비틀림 혹은 굽힘을 가할 때 반작용토크(Reaction Torque) 및 굴곡강성(Bending Rigidity)이 낮아져 유연성이 개선되는 것이 널리 알려져 있다. 도체의 크기에 따라 유사한 수준의 유연성을 확보하기 위하여 도체의 외경 대비 피치의 길이, 즉 피치비를 관리하고 있으며, 제품의 사용 환경에 따라 14배 수준의 짧은 피치비로 집복합 도체를 제조한다.

동일 소선경 및 동일 소선의 갯수를 사용한 도체에 대하여 피치비가 짧아지면 저항이 높아진다. 동일한 소재로 구성된 도체의 저항은 통상 도체의 면적에 비례하고 길이에 반비례한다. 피치 혹은 피치비가 짧아진다는 것은 케이블 소선의 연입률, 즉 연선에서 소선의 꼬임에 의한 중량 증가 비율이 증가한다는 것을 의미한다. 소선의 연입률이 증가한다는 것은 단위 길이 당 실 통전되는 소선의 길이가 증가한다는 것을 의미하며, 길이 증가분 △L 만큼 저항이 증가하게 된다. 이는 요구 저항을 만족시키기 위하여 필요 이상의 소선을 더 투입할 가능성이 있다는 것을 의미하며, 추가 소선 사용은 완제품의 외경을 크게 만들어, 오히려 유연성을 해치는 방향으로 제품을 제조하는 악순환을 겪게 만든다.

따라서, 우수한 유연성을 유지하면서 투입되는 도체의 사용량을 최적화하여 도체의 과착으로 인한 유연성 저하를 효과적으로 방지할 수 있는 새로운 도체가 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 우수한 유연성을 유지하면서 투입되는 도체의 사용량을 최적화하여 도체의 과착으로 인한 유연성 저하를 효과적으로 방지할 수 있는 집복합 도체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,

복수 개의 소선들이 연합된 집합 도체 복수 개가 연합된 집복합 도체로서, 상기 복수 개의 집합 도체는 상기 집복합 도체의 중심에 배치되는 집합 도체 및 상기 중심에 배치된 집합 도체의 둘레에 배치되어 하나 이상의 복합층을 형성하는 집합 도체를 포함하고, 상기 복합층 중에서 최외층에 배치된 최외층 복합층을 형성하는 집합 도체들의 꼬임 피치인 복합 피치는 12 내지 28배인, 집복합 도체를 제공한다.

여기서, 상기 집합 도체를 형성하는 복수 개의 소선들의 꼬임 피치인 집합 피치는 8 내지 22배인 것을 특징으로 하는, 집복합 도체를 제공한다.

또한, 상기 복합층 중 n번째 복합층의 복합 피치가 a배인 경우 n-1번째 복합층의 복합 피치는 아래 수학식 1로 정의되는 것을 특징으로 하는, 집복합 도체를 제공한다.

[수학식 1]

a-2배 ≤ n-1층의 복합 피치 ≤ a+8배

나아가, 상기 복합층은 상기 중심에 배치된 집합 도체의 둘레에 배치되는 제1 복합층, 상기 제1 복합층의 둘레에 배치되는 제2 복합층 및 상기 제2 복합층의 둘레에 배치되는 제3 복합층을 포함하고, 상기 제3 복합층의 복합 피치는 12 내지 28배이고, 상기 제2 복합층의 복합 피치는 10 내지 36배이고, 상기 제1 복합층의 복합 피치는 8 내지 44배인 것을 특징으로 하는, 집복합 도체를 제공한다.

한편, 상기 소선의 직경은 0.1 내지 2 mm인 것을 특징으로 하는, 집복합 도체를 제공한다.

본 발명에 따른 집복합 도체는 집합 피치 및 복합 최외층의 피치 범위를 정밀하게 설계함으로써 우수한 유연성을 유지하면서 투입되는 도체의 사용량을 최적화하여 도체의 과착으로 인한 유연성 저하를 효과적으로 방지할 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 집복합 도체의 하나의 실시예에 관한 단면도이다.
도 2는 연선 도체의 피치에 관한 개념도이다.
도 3은 3 Point Bend Test 설비를 나타낸다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 집복합 도체의 하나의 실시예에 관한 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 집복합 도체는 직경이 0.1 내지 2 mm인 소선(10) 복수개가 연합된 집합 도체가 복수 개의 층으로 복합됨으로써 형성될 수 있고, 예를 들어 중심에 위치한 집합 도체 둘레에 배치된 복수개의 집합 도체에 의해 형성되는 제1 복합층(100), 상기 제1 복합층(200) 둘레에 배치된 복수개의 집합 도체에 의해 형성되는 제2 복합층(200), 상기 제2 복합층(200) 둘레에 배치된 복수개의 집합 도체에 의해 형성되는 제3 복합층(300) 등을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 집합 도체에 포함되는 복수개의 소선(10)들은 일정한 집합 피치로 서로 꼬여져 있고, 상기 각각의 복합층에 포함되는 집합 도체들은 층별로 상이한 복합 피치로 서로 꼬여져 있다.

도 2는 연선 도체의 피치에 관한 개념도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 피치(P)는 연합되는 소선 또는 집합 도체가 꼬이는 방향에 따라 도체의 중심을 바라보도록 나선형으로 꼬일 때 꼬임이 시작되는 위치에서 시작하여 다시 동일한 위치로 돌아올 때까지의 거리를 의미하고, 이는 소선의 꼬임에 의해 형성되는 집합 도체 또는 집합 도체의 꼬임에 의해 형성되는 복합 도체의 외경(D)의 배수로 표현하여 피치비라고도 한다.

이에 기초하여, 본 발명에 따른 집복합 도체는 최외층 복합층을 구성하는 복수개의 집합 도체들의 꼬임 피치인 최외층 복합 피치는 12 내지 28배로 조절될 수 있고, 바람직하게는 집합 도체를 구성하는 복수개의 소선들의 꼬임 피치인 집합 피치는 8 내지 22배로 조절될 수 있다.

여기서, 상기 최외층 복합 피치가 12배 미만이거나 상기 집합 피치가 8배 미만인 경우 전체 도체의 유연성을 추가로 향상될 수 있으나 연입률 증가에 따른 저항 증가가 문제되거나 이를 해결하기 위해 소선 또는 집합 도체의 수를 증가시키는 경우 전체 도체의 외경 및 케이블의 외경이 증가하는 문제가 발생할 수 있다.

한편, 상기 최외층 복합 피치가 28배 초과이거나 상기 집합 피치가 22배 초과인 경우 저항 저감 및 케이블 외경 최소화가 가능하나 전체 도체의 유연성이 크게 저하될 수 있다.

나아가, 복수개의 복합층 중 n번째 복합층의 복합 피치가 a배인 경우 n-1번째 복합층의 복합 피치는 아래 수학식 1로 정의될 수 있다.

[수학식 1]

a-2배 ≤ n-1층의 복합 피치 ≤ a+8배

여기서, n-1층의 복합 피치가 상기 수학식 1의 하한값 미만인 경우 집복합 도체의 유연성은 향상되나 연입률 증가에 따른 저항 증가가 문제되거나 이를 해결하기 위해 소선 또는 집합 도체의 수를 증가시키는 경우 전체 도체의 외경 및 케이블의 외경이 증가하는 문제가 발생할 수 있는 반면, 상기 수학식 1의 상한값 초과인 경우 저항 저감 및 케이블 외경 최소화가 가능하나 전체 도체의 유연성이 크게 저하될 수 있다.

예를 들어, 도 1에서 제3 복합층의 복합 피치는 12 내지 28배이고, 제2 복합층의 복합 피치는 10 내지 36배이며, 제1 복합층의 복합 피치는 8 내지 44배로 조절될 수 있다.

이로써, 본 발명에 따른 집복합 도체는 전체 도체의 유연성에 가장 큰 영향을 미치는 최외층 복합층을 구성하는 복수개 집합 도체들의 복합 피치를 최소화하여 유연성을 극대화하는 동시에, 상기 최외층 복합층 내측에 배치되어 전체 도체의 유연성에 미치는 영향이 상대적으로 작은 복합층을 구성하는 복수개 집합 도체들의 복합 피치를 상대적으로 크게 조절함으로써 유연성을 유지하면서 전체 도체의 저항을 최적화하여 도체의 사용량 최적화 및 이에 따른 도체의 과착 방지를 구현할 수 있다.

나아가, 본 발명에 따른 집복합 도체는 외관을 원형으로 형성하고 내부 구조의 안정성을 위해 복합 후 다이스를 통과시켜 복수개의 복합층 중 최외층 복합층을 전체적으로 원형 압출할 수 있다.

집복합 도체를 이루는 소선의 재질은 구리 99% 이상을 포함한 구리 혹은 구리 합금이나 알루미늄 98% 이상을 포함한 알루미늄 혹은 알루미늄 합금으로 이루어져 있다. 하나의 집합 도체는 직경 0.1~2mm 범위의 소선 최소 7개에서 72개로 구성되어 있다. 각 층별 집합 도체의 개수는 1층이 1~4개, 2층이 6~11개, 3층이 11~16개, 4층 이상은 17개 이상으로 이루어져 있다. 집복합 도체 전체의 외경은 최소 0.3 mm에서 최대 166.0 mm 까지 될 수 있다.

[실시예]

1. 제조예

아래 표에 1에 기재된 구성으로 집복합 도체를 제조했다.

	피치
	집합 도체	제1 복합층	제2 복합층	제3 복합층
실시예1	14	23	20	18
실시예2	14	32	24	18
실시예3	14	28	20	12
실시예4	14	28	28	28
실시예5	8	23	20	18
실시예6	22	23	20	18
실시예7	14	10	12	18
실시예8	14	36	28	18
비교예1	14	12	12	11
비교예2	14	31	31	29
비교예3	7	23	20	18
비교예4	23	23	20	18
비교예5	14	9	9	13
비교예6	14	37	37	28

2. 물성 평가

1) 유연성 평가

실시예 및 비교예 각각의 도체에 대해 3 point bending 시험을 통해서 반작용토크(reaction torque) 및 굴곡강성(bending rigidity)을 측정하여 상대 비교 평가를 수행했다.

유연성 평가의 대조군으로 사용하는 집복합 도체는 실시예 및 비교예에서 제시한 도체와 동일한 목표 저항을 만족하면서 사용한 소선의 종류는 동일하며 층별 복합 피치비가 임의로 정해지되 층별 비율이 동일하게 이루어진 도체이다. 도체의 피치비가 동일하게 정해짐에 따라 목표하는 저항을 만족시키지 못할 경우 집합선을 구성하는 소선의 개수를 늘린다. 도 3은 3 Point Bend Test 설비를 나타낸다. 3 Point Bend Test에 필요한 치구 및 시험 방법은 ASTM E290을 참고하여 도체의 직경에 맞는 조건을 선택한다.

2) 형상 안정성 평가

형상의 안정성은 도체의 거시적 형상이 원형을 유지하고 있는가를 판별하는 감성 평가이다. 통상의 전선은 도체 위에 테이핑 혹은 절연 공정을 거치게 되는데, 이 때에 도체의 형상이 안정적이지 않을 경우 테이핑 혹은 절연 후에 표면이 울퉁불퉁 하거나 절연 작업 자체가 안 되는 경우가 있다. 형상 안정성 평가는 테이핑 혹은 절연 작업 후 전선의 외관에 도체의 흔적의 유무로 한다. 즉 테이핑 혹은 절연 이후 도체의 외관에 도체의 꼬인 흔적이 육안으로 확연하게 관찰되거나, 작업성이 확보되지 않을 경우 형상 안정성이 부족하다고 판별한다.

3) 도체 과착 여부 평가

실시예 및 비교예 각각의 도체에 대해 규격을 만족하는 최대 저항을 보유하는 단선 도체의 단위중량 대비 10% 이상 큰 단위중량을 보유하는 경우 도체 과착으로 평가했다.

상기 물성 평가 결과는 아래 표 2에 기재된 바와 같다.

	유연성	형상 안정성	중량증가	도체 과착
실시예1	양호	양호	7.8%	없음
실시예2	양호	양호	7.7%	없음
실시예3	양호	양호	8.5%	없음
실시예4	양호	양호	7.3%	없음
실시예5	양호	양호	9.4%	없음
실시예6	양호	양호	7.0%	없음
실시예7	양호	양호	9.6%	없음
실시예8	양호	양호	8.7%	없음
비교예1	양호	양호	10.4%	과착
비교예2	불량	불량	7.2%	없음
비교예3	양호	양호	11.6%	과착
비교예4	불량	양호	7.0%	없음
비교예5	양호	양호	10.2%	과착
비교예6	불량	불량	7.2%	없음

상기 표 2에 정리된 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 8의 집복합 도체는 정밀하게 조절된 층별 복합 피치 및 집합 피치를 통해 서로 상충관계에 있는 우수한 유연성과 도체 과착 방지를 동시에 구현하며 형상 안정성이 우수한 것으로 확인되었다.

한편, 비교예 1의 집복합 도체는 최외층 복합층의 복합 피치가 기준 미달로 연입률 증가에 따른 도체 과착의 문제가 발생했고, 비교예 2의 집복합 도체는 최외층 복합층의 복합 피치가 기준 초과로 유연성이 크게 저하된 것으로 확인되었다.

또한, 비교예 3의 집복합 도체는 집합 도체의 집합 피치가 기준 미달로 연입율 증가에 따른 도체 과착의 문제가 발생했고, 비교예 4의 집복합 도체는 집합 피치가 기준 초과로 유연성이 크게 저하된 것으로 확인되었다.

나아가, 비교예 5의 집복합 도체는 제2 복합층의 복합 피치가 기준 미달로 연입률 증가에 따른 도체 과착의 문제가 발생했고, 비교예 6의 집복합 도체는 제2 복합층의 복합 피치가 기준 초과로 유연성이 크게 저하된 것으로 확인되었다.

본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

100 : 제1 복합층 200 : 제2 복합층
300 : 제3 복합층

Claims (5)

1. 복수 개의 소선들이 연합된 집합 도체 복수 개가 연합된 집복합 도체로서,
   상기 복수 개의 집합 도체는 상기 집복합 도체의 중심에 배치되는 집합 도체 및 상기 중심에 배치된 집합 도체의 둘레에 배치되어 하나 이상의 복합층을 형성하는 집합 도체를 포함하고,
   상기 복합층 중에서 최외층에 배치된 최외층 복합층을 형성하는 집합 도체들의 꼬임 피치인 복합 피치는 12 내지 28배인, 집복합 도체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 집합 도체를 형성하는 복수 개의 소선들의 꼬임 피치인 집합 피치는 8 내지 22배인 것을 특징으로 하는, 집복합 도체.
3. 제2항에 있어서,
   상기 복합층 중 n번째 복합층의 복합 피치가 a배인 경우 n-1번째 복합층의 복합 피치는 아래 수학식 1로 정의되는 것을 특징으로 하는, 집복합 도체.
   [수학식 1]
   a-2배 ≤ n-1층의 복합 피치 ≤ a+8배
4. 제3항에 있어서,
   상기 복합층은 상기 중심에 배치된 집합 도체의 둘레에 배치되는 제1 복합층, 상기 제1 복합층의 둘레에 배치되는 제2 복합층 및 상기 제2 복합층의 둘레에 배치되는 제3 복합층을 포함하고,
   상기 제3 복합층의 복합 피치는 12 내지 28배이고, 상기 제2 복합층의 복합 피치는 10 내지 36배이고, 상기 제1 복합층의 복합 피치는 8 내지 44배인 것을 특징으로 하는, 집복합 도체.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 소선의 직경은 0.1 내지 2 mm인 것을 특징으로 하는, 집복합 도체.