KR20160097552A - 유연성 및 내굴곡성이 우수한 케이블 - Google Patents

유연성 및 내굴곡성이 우수한 케이블 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유연성 및 내굴곡성이 우수한 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 반복적인 이동을 수행하는 자동화기기, 공작기계, 전자기기, 산업용 로보트, 운반기계 등의 이동체에 사용되는 신호용/제어용 케이블 또는 전력 케이블로서, 이의 사용환경에 따라 요구되는 유연성 및 내굴곡성이 동시에 향상된 케이블에 관한 것이다.

Description

유연성 및 내굴곡성이 우수한 케이블{Cable with excellent flexibility and elasticity}
본 발명은 유연성 및 내굴곡성이 우수한 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 반복적인 이동을 수행하는 자동화기기, 공작기계, 전자기기, 산업용 로보트, 운반기계 등의 이동체에 사용되는 신호용/제어용 케이블 또는 전력 케이블로서, 이의 사용환경에 따라 요구되는 유연성 및 내굴곡성이 동시에 향상된 케이블에 관한 것이다.
자동화기기, 공작기계, 전자기기, 산업용 로버트, 운반기계 등의 이동체에 사용되는 신호용/제어용 케이블, 전력 케이블 등은 상기 이동체의 반복적 이동으로 인해 일정 수준 이상의 유연성 및 장기 내굴곡성이 요구된다.
자동화기기 등의 이동체에 사용되는 종래의 케이블은 도체 및 이를 감싸는 절연체를 포함하는 복수의 도선이 테이프의 횡권 등에 의해 연합된 후 최외곽에 외부 쉬스가 형성되는 구조를 갖는다.
여기서, 상기 테이프는 초기점착력이 우수하여 연합 도선의 횡권에 유리할 뿐만 아니라 내열성, 강성, 전기적 성질 등이 우수하여 케이블용으로 사용하기에 적합한 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate; PET) 테이프가 일반적으로 사용되고 있으나, 상기 PET 테이프의 횡권에 의해 상기 케이블의 유연성이 과도하게 저하되어, 자동화기기 등의 이동체의 반복적 이동에 따른 반복적 굴곡이 어려울 수 있다.
나아가, 상기 케이블의 유연성이 과도하게 저하됨에 따라, 자동화기기 등의 이동체의 반복적 이동에 따른 상기 케이블의 굴곡시 상기 케이블에 과도한 뒤틀림이나 장력이 부가되어 상기 케이블이 파손되는, 즉 상기 케이블의 장기 내굴곡성이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 자동화기기, 공작기계, 전자기기, 산업용 로버트, 운반기계 등의 이동체에 사용되는 신호용/제어용 케이블 또는 전력 케이블로서 상기 이동체의 반복적 이동에 따른 반복적 굴곡이 용이하도록 유연성이 우수하고, 이러한 반복적 굴곡에도 훼손되지 않도록 장기 내굴곡성이 우수한 케이블이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 자동화기기, 공작기계, 전자기기, 산업용 로버트, 운반기계 등의 이동체에 사용되는 신호용/제어용 케이블 또는 전력 케이블로서 상기 이동체의 반복적 이동에 따른 반복적 굴곡이 용이하도록 유연성이 향상된 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 자동화기기 등의 이동체의 반복적 이동에 따른 케이블의 반복적 굴곡시에도 훼손되지 않도록 장기 내굴곡성이 향상된 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
도체 및 상기 도체를 감싸는 절연체를 포함하는 하나 이상의 도선; 상기 하나 이상의 도선을 연합하기 위해 상기 하나 이상의 도선을 횡권하는 테이프; 및 상기 테이프를 감싸는 외부 쉬스를 포함하고, 상기 테이프의 탄성율이 400 MPa 이하인, 케이블을 제공한다.
여기서, 상기 테이프의 횡권시 인접한 테이프들이 부분적으로 서로 겹치고, 상기 테이프의 전체 폭에 대한 상기 겹쳐진 부분의 폭의 비가 1/5 초과 1/2 미만인 것을 특징으로 하는, 케이블을 제공한다.
또한, 상기 테이프의 폭이 20 내지 50 mm인 것을 특징으로 하는, 케이블을 제공한다.
그리고, 상기 테이프의 폭이 20 내지 30 mm인 것을 특징으로 하는, 케이블을 제공한다.
한편, 상기 테이프가 나일론 테이프인 것을 특징으로 하는, 케이블을 제공한다.
또한, 상기 도체가 복수의 단선을 꼬아 합한 연선인 것을 특징으로 하는, 케이블을 제공한다.
나아가, 상기 테이프 하부에 내부 쉬스를 추가로 포함하고, 상기 하나 이상의 도선과 상기 내부 쉬스 사이의 빈 공간에 개제가 충전되는 것을 특징으로 하는, 케이블을 제공한다.
그리고, 상기 절연체는 에틸렌테트라플루오로에틸렌(ETFE) 수지를 포함하고, 상기 외부 쉬스는 열가소성 폴리우레탄(TPU) 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블을 제공한다.
본 발명에 따른 케이블은 하나 이상의 도선을 연합하기 위한 테이프로서 종래 PET 테이프와는 달리 케이블의 유연성을 저하시키지 않는 새로운 테이프를 적용함으로써 유연성이 향상된 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 케이블은 하나 이상의 도선을 연합하기 위한 테이프의 횡권시 랩(LAP)율의 정밀한 제어를 통해 유연성 및 장기 내굴곡성이 동시에 향상된 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 케이블의 하나의 실시예에 관한 횡단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 케이블의 종단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 테이프를 확대 도시한 것이다.
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 케이블의 하나의 실시예에 관한 횡단면을 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 도 1에 도시된 케이블의 종단면을 개략적으로 도시한 것이다. 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 케이블은 도체(110) 및 이를 감싸는 절연체(120)를 포함하는 하나 이상의 도선(100), 상기 하나 이상의 도선(100)을 연합하기 위해 권취되는 테이프(200) 및 상기 테이프(200)를 감싸는 외부 쉬스(300)를 포함할 수 있다.
상기 도체(110)는 구리, 알루미늄 등의 전도성 금속으로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 구리로 이루어질 수 있다. 상기 도체(110)는 단선이거나 복수, 예를 들어, 7개 또는 19개의 단선을 꼬아 합한 연선일 수 있고, 단선에 비해 유연성(flexibility) 측면에서 우수한 연선인 것이 바람직할 수 있다. 또한, 상기 도체(110)의 직경은 본 발명에 따른 케이블의 정격전압에 따라 결정될 수 있다.
상기 절연층(120)은 절연 조성물의 압출에 의해 형성될 수 있다. 상기 절연 조성물은 베이스 수지로서 전기 절연성 고분자 수지 및 상기 케이블의 용도에 따른 기능을 구현하기 위한 첨가제를 포함할 수 있다. 고분자 수지는 대부분 전기 절연성 물질이므로 케이블의 절연층에서 요구되는 기본적인 물성을 만족한다면 상기 전기 절연성 고분자 수지는 특별히 제한되지 않는다.
상기 전기 절연성 고분자 수지는, 예를 들어, 에틸렌테트라플루오로에틸렌(ethylene tetra fluoro ethylene; ETPE), 플루오로에틸렌프로필렌(fluorinated ethylene propylene copolymer; FEP), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(poly(vinylidene fluoride); PVDF) 수지 등의 불소수지, 또는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지, 바람직하게는 에틸렌테트라플루오로에틸렌(ETFE) 수지일 수 있다.
상기 베이스 수지로서 폴리올레핀 수지를 사용하는 경우에는 상기 케이블의 유연성을 확보하는 관점에서 상기 절연 조성물은 프로필렌-에틸렌 고무(EPR), 프로필렌-에틸렌 디엔 고무(EPDM) 등의 폴리올레핀 엘라스토머(POE), 스티렌-에틸렌부텐-스티렌 공중합체, 스티렌-에틸렌프로필렌-스티렌 공중합체, 스티렌-에틸렌-에틸렌프로필렌-스티렌 공중합체, 스티렌-부틸렌-스티렌 공중합체 등의 스티렌부타디엔고무(SBR), 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 등을 추가로 포함할 수 있다.
상기 폴리올레핀 엘라스토머, 스티렌부타디엔고무(SBR), 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 등(이하, '폴리올레핀 엘라스토머 등'이라 칭함)은 상기 절연 조성물에 의해 형성되는 절연층(120)의 유연성, 굴곡성, 내충격성, 내한성, 내열성 등을 추가로 향상시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 테이프(200)는 상기 도체(110) 및 상기 도체(110)를 감싸는 절연체(120)를 포함하는 하나 이상, 예를 들어, 3개의 도선(100)을 횡권하여 이들 도선(100)을 연합함으로써 케이블의 구조 및 이에 따른 성능을 안정화하는 기능을 수행한다.
본 발명에 따른 케이블은 상기 테이프(200)로서 탄성율이 400 MPa 이하인 재질로 이루어진 테이프, 예를 들어, 나일론 테이프를 사용할 수 있다. 상기 나일론 테이프는 탄성율이 약 393.73 MPa로 종래 PET 테이프의 탄성율인 약 3580.5 MPa에 비해 약 89% 감소됨으로써 유연성이 크게 증가하여 본 발명에 따른 케이블의 유연성을 향상시키는 효과를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 테이프(200)를 확대 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 테이프(200)는 상기 하나 이상의 도선(100)을 연합하기 위한 횡권시 인접한 테이프들이 부분적으로 서로 겹쳐진 상태로 횡권되고, 여기서 상기 테이프(200)의 전체 폭(b)에 대한 상기 겹쳐진 부분(a+a')의 폭의 비, 즉 (a+a')/b로 정의되는 랩(LAP)율이 1/5 초과 1/2 미만일 수 있다.
상기 테이프(200)의 랩(LAP)율이 1/5 이하인 경우 본 발명에 따른 케이블의 유연성은 향상되나 장기 내굴곡성이 크게 저하되는 반면, 랩(LAP)율이 1/2 이상인 경우 상기 케이블의 장기 내굴곡성은 향상되나 유연성은 크게 저하될 수 있다.
또한, 상기 테이프(200)의 폭은 예를 들어 20 내지 50 mm, 바람직하게는 20 내지 30 mm일 수 있다. 상기 테이프(200)의 폭이 20 mm 미만인 경우 상기 테이프(200)의 횡권시 장력에 의해 상기 테이프(200)가 단선되거나 꼬이는 현상이 발생할 수 있는 반면, 폭이 50 mm 초과인 경우 상기 케이블의 유연성이 크게 저하될 수 있다.
본 발명에 따른 케이블은 이를 구성하는 하나 이상의 도선(100)을 연합함으로써 상기 케이블의 구조적 안정 및 이로 인한 케이블의 성능 구현을 목적으로 하는 상기 테이프(200)의 재질, 폭 및 랩(LAP)율의 정밀한 제어를 통해, 상충관계(trade-off)에 있는 케이블의 유연성 및 장기 내굴곡성을 동시에 향상시키는 우수한 효과를 나타낸다.
본 발명에 있어서, 상기 외부 쉬스(300)는 외부의 충격 및 압력으로부터 상기 케이블을 보호하는 기능을 수행한다. 상기 외부 쉬스(300)는 내충격성, 내열성, 윤활성 등이 우수한 열가소성 폴리우레탄(Thermoplastic polyurethane; TPU), 폴리염화비닐(polyvinylchloride; PVC), 폴리클로프렌고무(polychloroprene rubber; CR), 클로로설폰화 폴리에틸렌(Chloro Sulfonated Polyethylene; CSPE), 염소화 폴리에틸렌(chlorinated polyethylene; CPE), 에틸렌비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate; EVA), 플루오로에틸렌프로필렌(fluorinated ethylene propylene copolymer; FEP), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(poly(vinylidene fluoride); PVDF) 수지 또는 이들의 혼합물, 바람직하게는 열가소성 폴리우레탄(TPU)의 압출층 형태로 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 케이블은 상기 테이프(200) 하부에 내부 쉬스(400)를 추가로 포함할 수 있고, 상기 내부 쉬스(400)는 상기 외부 쉬스(300)와 동일하거나 상이한 소재로 이루어질 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 케이블은 상기 하나 이상의 도선(100)과 상기 테이프(200) 또는 상기 내부 쉬스(400) 사이의 빈 공간이 개제로 충전됨으로써 더욱 구조적으로 안정화되고 외부 충격으로부터 더욱 안전할 수 있다.
[실시예]
1. 제조예
1.5 SQ의 도체에 에틸렌테트라플루오로에틸렌(ETFE) 수지를 베이스 수지로 하는 절연체가 형성된 도선 3개를 아래 표 1에 기재된 재질 및 폭의 테이프를 기재된 랩(LAP)율로 횡권하여 연합하고, 열가소성 폴리우레탄으로 이루어진 내부 쉬스 및 외부 쉬스를 형성하여 실시예 및 비교예 각각에 따른 케이블 시편을 제조했다.
재질 폭(mm) 랩(LAP)율
실시예 1 나일론 테이프 20 1/3
실시예 2 나일론 테이프 25 1/3
실시예 3 나일론 테이프 30 1/3
실시예 4 나일론 테이프 30 1/4
실시예 5 나일론 테이프 35 1/3
실시예 6 나일론 테이프 40 1/3
실시예 7 나일론 테이프 45 1/3
실시예 8 나일론 테이프 50 1/3
비교예 1 PET 테이프 30 1/3
비교예 2 유리 테이프 30 1/3
비교예 3 나일론 테이프 55 1/3
비교예 4 나일론 테이프 30 1/2
비교예 5 나일론 테이프 30 1/5
2. 물성 평가
(1) 유연성 평가
실시예 및 비교예 각각에 따른 케이블의 최대 굴곡시 굴곡 부위의 반경인 굽힘반경(곡율반경)을 측정함으로써 유연성을 평가했다. 상기 굽힘반경이 7D 이상인 경우 유연성이 불량인 것으로 평가했다.
(2) 장기 내굴곡성 평가
규격 IEC 60754-1-2 E6에 따른 굴곡을 10,000회 실시하는 경우 케이블 시편이 굴곡부위가 손상되는지 여부를 기준으로 장기 내굴곡성을 평가했다.
굽힘강도(D) 장기 내굴곡성 평가(10,000회)
실시예 1 5.33 양호
실시예 2 5.54 양호
실시예 3 5.8 양호
실시예 4 5.51 양호
실시예 5 6.22 양호
실시예 6 6.36 양호
실시예 7 6.63 양호
실시예 8 6.87 양호
비교예 1 7.3 불량
비교예 2 7.1 불량
비교예 3 7.05 양호
비교예 4 7.13 양호
비교예 5 5.36 불량
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 비교예 1 및 2의 케이블 시편은 도선을 연합하기 위한 테이프가 탄성율이 과도한 PET 테이프 또는 유리 테이프이므로, 케이블의 굽힘강도가 7D 이상으로 유연성이 크게 저하된 것으로 확인되었고, 비교예 3의 케이블 시편은 테이프의 폭이 과도하여 장기 내굴곡성은 양호한 반면 굽힘강도가 7D 이상으로 유연성이 크게 저하된 것으로 확인되었다.
또한, 비교예 4의 케이블 시편은 테이프의 횡권시 랩(LAP)율이 과도하여 장기 내굴곡성은 양호한 반면 굽힘강도가 7D 이상으로 유연성이 크게 저하된 것으로 확인되었고, 비교예 5의 케이블 시편은 테이프의 횡권시 랩(LAP)율이 낮아 유연성은 양호한 반면 장기 내굴곡성은 크게 저하된 것으로 확인되었다.
한편, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 8의 케이블 시편은 굽힘강도가 7D 미만으로 유연성이 우수한 동시에 상기 유연성와 상충관계에 있는 장기 내굴곡성도 우수한 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 : 도선 200 : 테이프
300 : 외부 쉬스 400 : 내부 쉬스
500 : 개제

Claims (8)

  1. 도체 및 상기 도체를 감싸는 절연체를 포함하는 하나 이상의 도선;
    상기 하나 이상의 도선을 연합하기 위해 상기 하나 이상의 도선을 횡권하는 테이프; 및
    상기 테이프를 감싸는 외부 쉬스를 포함하고,
    상기 테이프의 탄성율이 400 MPa 이하인, 케이블.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 테이프의 횡권시 인접한 테이프들이 부분적으로 서로 겹치고,
    상기 테이프의 전체 폭에 대한 상기 겹쳐진 부분의 폭의 비가 1/5 초과 1/2 미만인 것을 특징으로 하는, 케이블.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 테이프의 폭이 20 내지 50 mm인 것을 특징으로 하는, 케이블.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 테이프의 폭이 20 내지 30 mm인 것을 특징으로 하는, 케이블.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 테이프가 나일론 테이프인 것을 특징으로 하는, 케이블.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도체가 복수의 단선을 꼬아 합한 연선인 것을 특징으로 하는, 케이블.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 테이프 하부에 내부 쉬스를 추가로 포함하고,
    상기 하나 이상의 도선과 상기 내부 쉬스 사이의 빈 공간에 개제가 충전되는 것을 특징으로 하는, 케이블.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 절연체는 에틸렌테트라플루오로에틸렌(ETFE) 수지를 포함하고,
    상기 외부 쉬스는 열가소성 폴리우레탄(TPU) 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블.
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