KR101158018B1 - 동복 알루미늄 전선 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

경량화 및 내구성을 향상시킨 동복알루미늄 전선 및 그 제조방법이 제공된다. 동복알루미늄 전선의 제조방법은 제1 알루미늄 선재와 제1 알루미늄 선재를 둘러싸는 제1 구리 관재를 구비하는 제1 동복알루미늄 심선, 및 제2 알루미늄 선재와 제2 알루미늄 선재를 둘러싸는 제2 구리 관재를 구비하는 제2 동복알루미늄 심선을 포함하는 동복알루미늄 전선의 제조방법에 있어서, 제1 알루미늄 선재와 제2 알루미늄 선재를 그 길이 방향에서 접합하는 단계, 및 제1 구리 관재와 제2 구리 관재를 그 길이 방향에서 제3 구리 부재를 이용하여 접합하는 단계를 포함한다.

Description

동복 알루미늄 전선 및 그 제조 방법{COPPER CLAD ALUMINUM WIRE AND MENUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 동복 알루미늄 전선 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전선은 일반전기 공작물, 전기기기의 배선, 송배전 선로 등의 용도에 따라 제작되어 사용된다. 전선은 전류가 원활히 흐르도록 하는 기능을 하는 도체층과, 도체층을 둘러싸는 절연 피복층으로 형성될 수 있다.

전선의 도체층으로는 도전성과 가공성이 우수한 구리가 주로 사용된다. 하지만, 구리는 알루미늄 등에 비해 상대적으로 고가이고 무거우므로 구리 도체층을 구비한 전선을 사용하여 전선 설비를 구축하는 경우, 설비 공사가 어려울 뿐만 아니라 경제적으로 부담이 될 수 있다.

본 발명의 목적은 군사용이나 선박이나 해양 시설 내에 전기를 공급하는 해양용 전선 등에 사용하기에 적합하도록 경량화하고 내구성을 향상시킨 동 피복 알루미늄 전선을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 전술한 동 피복 알루미늄 전선의 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 알루미늄 선재와 제1 알루미늄 선재를 둘러싸는 제1 구리 관재를 구비하는 제1 동복알루미늄 심선, 및 제2 알루미늄 선재와 제2 알루미늄 선재를 둘러싸는 제2 구리 관재를 구비하는 제2 동복알루미늄 심선을 포함하는 동복알루미늄 전선의 제조방법에 있어서, 제1 알루미늄 선재와 제2 알루미늄 선재를 그 길이 방향에서 접합하는 단계; 및 제1 구리 관재와 제2 구리 관재를 그 길이 방향에서 제3 구리 부재를 이용하여 접합하는 단계를 포함하는 동복알루미늄 전선의 제조방법이 제공된다.

바람직하게, 제1 및 제2 알루미늄 선재들을 접합하는 단계는 압접에 의한 접합 공정을 포함한다.

동복알루미늄 전선의 제조방법은 서로 접합되는 제1 알루미늄 선재의 일단과 제2 알루미늄 선재의 일단의 표면산화막을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.

동복알루미늄 전선의 제조방법은 서로 접합되는 제1 알루미늄 선재의 일단의 일부분과 제2 알루미늄 선재의 일단의 일부분을 절삭하는 단계를 더 포함할 수 있다.

동복알루미늄 전선의 제조방법은 서로 접합되는 제1 알루미늄 선재의 일단과 제2 알루미늄 선재의 일단을 솔질하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 제3 구리 부재를 이용하여 제1 및 제2 구리 관재들을 접합하는 단계는 용접에 의한 접합 공정을 포함한다.

동복알루미늄 전선의 제조방법은 제1 및 제2 알루미늄 선재들과 제1 및 제2 구리 관재들의 표면을 세척하는 단계; 및 제1 및 제2 구리 관재들에 제1 및 제2 알루미늄 선재들을 각각 삽입하여 제1 및 제2 동복 알루미늄 심선들을 각각 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

동복알루미늄 전선의 제조방법은 제1 및 제2 동복알루미늄 심선과 동일한 단면적을 구비한 구리 심선의 신선 속도의 70% 내지 90%로 제1 동복알루미늄 심선과 제2 동복알루미늄 심선이 접합된 제3 동복알루미늄 심선을 신선하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제3 동복알루미늄 심선의 단면적은 선선하는 단계 후에 5.5㎟ 내지 8.0㎟로 형성되는 것이 바람직하다.

동복알루미늄 전선의 제조방법의 신선하는 단계는 제1 구리 관재와 제3 구리 부재와의 접합부, 및 제2 구리 관재와 제3 구리 부재와의 접합부를 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.

동복알루미늄 전선의 제조방법은 제3 동복알루미늄 심선 복수개로 연선을 만드는 단계를 더 포함할 수 있다.

동복알루미늄 전선의 제조방법은 동복알루미늄 심선 또는 이것들의 연선 상에 적어도 하나의 절연 피복을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

동복알루미늄 전선의 제조방법은 적어도 하나의 절연 피복상에 차폐층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제1 알루미늄 선재와 제1 알루미늄 선재를 둘러싸는 제1 구리 관재를 구비하는 제1 동복알루미늄 심선; 제2 알루미늄 선재와 제2 알루미늄 선재를 둘러싸는 제2 구리 관재를 구비하는 제2 동복알루미늄 심선; 제1 알루미늄 선재와 제2 알루미늄 선재와의 접합부; 및 접합부를 적어도 부분적으로 둘러싸며 제1 구리 관재 및 제2 구리 관재와 각각 접합되는 제3 구리 부재를 포함하는 동복알루미늄 전선이 제공된다.

일 실시예에서, 접합부는 압접부를 포함할 수 있다. 동복알루미늄 전선은 제1 구리 관재과 제3 구리 부재 간의 접합 부분에 위치하는 제1 용접부, 및 제2 구리 관재과 제3 구리 부재 간의 접합 부분에 위치하는 제2 용접부를 포함할 수 있다.

동복알루미늄 전선은 제1 및 제2 동복알루미늄 심선들, 접합부, 및 제3 구리 부재를 포함한 제3 동복알루미늄 심선 복수개로 제조되는 연선을 포함할 수 있다.

제1 및 제2 동복알루미늄 심선의 직경은 5.5㎟ 내지 8.0㎟로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 동복 알루미늄 전선의 제조를 위한 동복 알루미늄 심선의 신선 공정시에 심선의 동 피복이 끊어지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 경량화 및 내구성을 향상시킨 동복 알루미늄 전선을 안정적으로 제조할 수 있다.

아울러, 군사 시설이나 선박이나 해양 시설 등과 같은 좁은 공간에 설치되어 전기를 공급하는 전선으로서 가볍고 유연성이 좋은 동복 알루미늄 전선을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동복알루미늄 전선의 부분 절개 사시도이다.
도 2는 도 1의 동복알루미늄 전선에 사용된 동복알루미늄 심선의 단면도이다.
도 3, 도 4a, 도 4b, 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 동 피복 알루미늄 전선의 동복 알루미늄 심선에 대한 제조과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 동복알루미늄 전선의 제조방법에 채용가능한 심선들의 접합 과정을 설명하기 위한 공정 순서도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 동복알루미늄 전선의 제조방법에 채용가능한 알루미늄 선재들 간의 접합 공정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 동복알루미늄 전선의 제조방법에 채용가능한 구리 관재들 간의 접합 공정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동복알루미늄 전선의 단면도이다.
도 13은 도 12의 동복알루미늄 전선의 연선에 대한 제조 과정을 설명하기 위한 사진이다.

이하, 첨부한 도면들 및 후술되는 내용을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 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 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 용어 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동복알루미늄 전선의 부분 절개 사시도이다. 도 2는 도 1의 동복알루미늄 전선에 사용된 동복알루미늄 심선의 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 동복알루미늄(copper clad aluminum) 전선(이하, CCA 전선이라 함)(20)은 동복알루미늄 심선(10), 제1 절연층(22), 기능층(24), 및 외부 피복(26)을 포함한다. 기능층(24)는 선택적으로 구비될 수 있다.

본 실시예에서, 동복알루미늄 심선(이하, CCA 심선이라 함)(10)은 도 2에 도시한 바와 같이 알루미늄 선재(12), 및 알루미늄 선재(12)를 둘러싸는 구리 관재(14)를 포함한다. CCA 심선(10)은 동이 피복된 알루미늄 와이어로서, 그 알루미늄 선재(12)는 알루미늄이나 알루미늄과 같이 구리보다 전기전도성은 조금 떨어지지만 가벼운 또 다른 종류의 금속이나 합금으로 구현될 수 있고, 그 구리 관재(14)는 구리나 구리와 같이 알루미늄보다 전기전도성은 좋지만 상대적으로 무거운 또 다른 종류의 금속이나 합금으로 구현될 수 있다.

CCA 심선(10)은 약 2㎜의 직경을 갖는 구리선의 경우와 대비할 때, 예컨대 최대 허용 전류를 기준으로, 약 2.3㎜ 내지 약 2.6㎜의 직경(D)으로 제조되는 것이 바람직하다. 특히, CCA 심선(10)의 단면적이 5.5㎟ 내지 8.0㎟인 경우, CCA 심선(10)의 무게는 동일 단면적을 가진 구리 심선에 비해 상당히 가볍다. CCA 심선(10)의 단면적은 1.25, 2.0, 3.5, 5.5, 8.0, 14, 22, 30, 38, 50㎟ 등의 공칭 단면적을 구비할 수 있다.

전술한 CCA 심선(10)을 이용하면, CCA 전선의 경량화 및 저가격화를 도모할 수 있다. 본 실시예에 따른 CCA 심선(10)은 원형의 단면 형태 이외에 대략 사각형의 단면 형태를 구비할 수 있다.

또한, CCA 심선(10)은 도 1에 도시한 바와 같이 제1 CCA 심선(10a)과 제2 CCA 심선(10b)이 접합된 구조를 구비한다. 본 실시예에서, CCA 심선(10)의 구리 관재들은 이들 사이에 배치된 별도의 구리 부재(15)에 서로 접합된다. 제1 CCA 심선(10a)과 제2 CCA 심선(10b)에 대한 접합 구조에 관하여는 아래에서 상세히 설명될 것이다.

제1 절연층(22)은 CCA 심선(10)을 둘러싸도록 설치되며 전류의 누설을 방지하고 인접한 심선들 간의 혼선을 방지한다. 제1 절연체(22)의 재료로는 폴리염화비닐(PVC: polyvinyl chloride), 폴리에틸렌(PE: polyethylene), 가교폴리에틸렌(XLPE: crosslinked polyethylene), 나이론, 고무(rubber) 등이 사용될 수 있다. 제1 절연층(22)은 절연 재료에 따라 약 170℃ 내지 약 250℃의 온도 분위기에서 CCA 심선(10)상에 도포된 후 경화되는 방식으로 설치될 수 있다.

기능층(24)은 절연성 테이프 등으로 형성된 절연층이나 도전성 재료 등으로 형성된 동망편조 형태의 차폐층을 포함할 수 있다. 기능층(24)은 전파 누설이나 전파 방해를 방지하기 위해 선택적으로 설치될 수 있으며, 서로 다른 재료의 복수의 층들로 배치될 수 있다. 복수의 기능층들 사이에는 제1 절연층(22)과 유사한 재료의 또 다른 절연층이 게재될 수 있다.

예를 들면, 또 다른 절연층의 재료로는 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 천연 고무, 부틸 고무, 에틸렌프로필렌 고무, 클로로프렌 고무 등이 사용될 수 있다. 또한, 또 다른 절연층은 절연성 고분자 화합물에 안료를 섞어서 만든 재료를 코팅한 에나멜 등의 코팅층으로 구현될 수 있다. 또 다른 절연층은 기능층(24)과 외부 피복층(26) 사이에 설치되거나 하기의 외부 피복층(26)을 대체할 수 있다.

외부 피복층(26)은 제1 절연층(22)이나 기능층(24) 상에 설치되며, 제1 절연층(22)이나 기능층(24)을 보호하면서 전선의 포설 작업의 간소화를 위해 설치된다. 외부 피복층(26)은 제1 절연층(22)과 유사한 재료로 형성될 수 있다.

전술한 CCA 심선(10)을 구비한 동복알루미늄 전선(20)은 경량화를 요구하는 선박이나 해양시설의 전선용으로 사용하기에 적합하다.

이하에서는 동복알루미늄 심선(10)의 제조과정을 상세히 설명하기로 한다.

도 3, 도 4a, 도 4b, 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 동복알루미늄 심선의 제조과정을 설명하기 위한 도면들이다.

먼저, 동복알루미늄 심선을 제조하기 위하여, 도 3에 도시한 바와 같이, 소정의 제조 공정 라인을 구축한다. 본 실시예의 동복알루미늄 심선은 도 1 및 도 2의 동복알루미늄 심선(10)에 대응될 수 있다.

본 실시예에서, 제조 공정 라인은 알루미늄으로 이루어진 제1 선재(50)와, 제1 선재(50)에 덧씌워지며 구리로 이루어진 파이프 형태의 제1 관재(55)를 공급하는 공급 수단과, 제1 관재(55)를 제1 선재(50)에 덧씌워 결합시켜 주는 결합 수단과, 서로 결합된 제1 선재(50)와 제1 관재(55)를 인발 또는 압출하여 동복 알루미늄 심선으로 가공하는 가공 수단 등을 포함한다. 제1 선재(50)는 도 2의 알루미늄 선재(12)에 대응하고 제1 관재(55)는 도 2의 구리 관재(14)에 대응될 수 있다.

각 구성요소를 좀더 구체적으로 설명하면, 제1 관재(55)의 내경은 제1 선재(50)의 외경에 비해 약 5~25% 정도 큰 규격을 가진다. 따라서, 제1 선재(50)는 제1 관재(55)의 중공부로 원활하게 결합가능하다.

공급 수단은 제1 선재(50)를 공급하는 제1 선재 공급 수단과, 제1 관재(55)를 공급하는 제1 관재 공급 수단으로 구별된다.

제1 선재 공급 수단은 코일링된 알루미늄 와이어를 공급하는 제1 선재 공급기(30), 제1 선재 공급기(30)에서 공급되는 제1 선재(50)를 직선으로 펼쳐 주는 스트레이트너(straightener; 32), 제1 선재 공급기(30)에서 공급되는 제1 선재(50)를 스트레이트너(32)로 가이드해 주는 제1 가이드(31), 제1 선재(50)를 전진 또는 후진시켜 주는 이송부(35), 스트레이트너(32)와 이송부(35) 사이에 설치되어 제1 선재(50)를 직선 상태로 유지하거나 혹은 선재의 배치 공간이 좁으면 절곡시켰다가 직선화시켜 주는 서포트 롤러(33), 및 제1 가이드 롤러(34)를 포함한다.

제1 관재 공급 수단은 제1 선재(50)가 그 중심에 삽입되는 제1 관재(55)를 아래에 설명하는 결합부(37)에 공급해 주는 로더(38)로 이루어진다.

결합 수단은 제1 선재(50)에 제1 관재(55)를 결합시켜 주고, 결합된 제1 관재(55)를 서로 연결시켜 주는 장치 또는 구성부이다. 결합 수단은 이송부(35)에 의해 이송된 제1 선재(50)에 로더(38)로부터 공급받은 다수의 제1 관재(55)를 결합시켜 주는 결합부(37)와, 결합부(37)에 의해 제1 선재(50)에 결합된 다수의 제1 관재(55)를 서로 연결시켜 주는 용접부(36)로 이루어진다. 용접부(36)는 자동 TIG(tungsten inert gas welding) 용접기를 이용하여 구성될 수 있다.

가공 수단은 제1 선재(50)와 제1 관재(55)가 서로 결합된 상태에서, 이를 인발 또는 압출 방법으로 동복알루미늄 심선을 형성하는 것으로서, 인발 장치 또는 압출 장치로 이루어진 가공부(39)를 포함한다. 또한, 가공 수단은 가공부(39)에 의해 인발 또는 압출 형성된 동복알루미늄 심선(도 5의 60 참조)을 소둔 처리하기 위한 소둔로(40)를 포함할 수 있다. 소둔로(40)는 가공부(39)의 후단에 설치된다.

소둔로(40)에 의해 소둔 처리된 동복알루미늄 심선은 제2 가이드 롤러(41) 및 제2 가이드(42)를 통해 권취기(43)에 권취된다.

전술한 실시예의 동복알루미늄 심선의 제조 장치의 작용을 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한다.

먼저, 제1 선재(50)와 제2 선재(55)는 서로 간의 계면이 완전 밀착될 수 있도록 산세 방식 예를 들어, 3% 이하의 묽은 염산을 이용한 세척을 통한 전처리를 한다.

다음, 제1 선재 공급기(30)에 장착된 제1 선재(50)를 스트레이트너(32)로 펼쳐서 이송부(35)를 이용하여 용접부(36)를 거쳐 결합부(37) 전까지 이송시킨다[도 4a의 (A) 참조]. 그리고, 로더(38)를 통해 제2a 선재(55a)를 결합부(37)에 탑재한다[도 4a의 (B) 참조]. 본 실시예에서, 제1 관재는 참조 번호 55로 지칭되나, 제1 선재에 삽입되는 순서를 설명하기 위해 도 4a 및 도 4b에서는 공정 과정상의 순서대로 제1a, 제1b, 및 제1c 관재(55a, 55b, 55c)로 각각 지칭한다.

다음, 제1a 관재(55a)에 제1 선재(50)를 전진시켜 삽입한다[도 4a의 (C) 참조]. 본 실시예에서, 제1 선재(50)가 도 4a 및 도 4b에서 도면의 아래 방향으로 이동하는 것을 전진이라 하고, 그 반대 방향으로 이동하는 것을 후진이라 하며, 전진 및 후진은 이송부에 의해 이루어지는 동작을 지칭할 수 있다.

다음, 제1 선재(50)에 제1a 관재(55a)가 삽입된 상태로 이송부(35)를 후진시킨다[도 4a의 (D) 참조]. 그리고, 로더(38)를 통해 제1b 관재(55b)를 결합부(37)에 로딩시킨다[도 4a의 (E) 참조]. 그런 다음, 이송부(35)를 전진시켜 제1 선재(50)를 제1b 관재(55b)에 삽입시킨다[도 4a의 (F) 참조].

이때, 도 4a 및 도 4b에서와 같이, 이송부(35)는 제1b 관재(55b)에 접촉된 것으로 도시되어 있으나, 이는 이송부(35)의 동작 상태와 위치 설명을 위해 용접부(36)에 근접시켜 도시한 것일 뿐이며, 실제로는 제1 선재(50)에 접촉되는 위치에 설치되어 있다.

다음, 제1a 관재(55a)와 제1b 관재(55b)가 제1 선재(50)에 결합되면, 이송부(35)는 제1a 관재(55a)와 제1b 관재(55b)의 접촉 부위가 용접부(36)에 위치하도록 작동한다[도 4a의 (G) 참조]. 그리고, 이송부(35)는 제1 선재(50)를 제1a 관재(55a) 및 제1b 관재(55b)로부터 이탈시켜서, 제1 선재(50)의 종단부가 제1a 관재(55a)와 제1b 관재(55b)의 접촉 부위로부터 약간의 거리를 두도록 배열한다[도 4a의 (H) 참조].

제1 선재(50)의 종단부와 제1a 관재(55a)와 제1b 관재(55b)의 접촉 부위 간에 서로 겹치지 않게 하는 이유는 제1a 관재(55a)와 제1b 관재(55b)의 접촉 부위에 대한 용접 공정시 용접에 의한 용접열이 제1 선재(50)를 열변형시키는 것을 방지하기 위한 것이다.

다음, 제1a 관재(55a)와 제1b 관재(55b)의 접촉 부위가 용접부(36)에 위치된 상태에서 용접부(36)를 이용하여 제1a 관재(55a)와 제1b 관재(55b)의 접촉 부위를 용접하여 연결한다[도 4b의 (I) 참조]. 이때, 용접부(36)에 의해 이루어지는 용접은 아크 용접 방식일 수 있다.

다음, 제1a 관재(55a)와 제1b 관재(55b)의 접촉 부위에 대한 용접이 이루어져 서로 연결되면, 제1 선재(50)를 제1a 관재(55a)와 제1b 관재(55b)에 삽입하여 다시 후진시킨다[도 4b의 (J) 및 (K) 참조].

그런 다음, 로더(38)를 이용하여 제1c 관재(55c)를 결합부(37)에 로딩시킨다[도 4b의 (L) 참조]. 그리고, 제1 선재(50)의 전진[도 4b의 (M) 참조], 제1 선재(50) 및 제1 관재(55)의 후진[도 4b의 (N) 참조], 제1 선재(50)의 후진[도 4b의 (O) 참조], 및 제1b 관재(55b)와 제1c 관재(55c)의 접촉 부위에 대한 용접[도 4b의 (P) 참조] 과정을 통해 서로 연결되어 있는 제1a 및 제1b 관재들(55a, 55b)의 일단에 제1c 관재(55c)를 서로 용접 연결한다.

상기와 같은 방식으로 제1 선재(50)에 다수의 구리 관재들을 결합시키면서 용접 연결하는 과정을 반복한다. 이와 같은 반복 공정을 통해 원하는 길이의 동 피복 알루미늄 선재의 중간 제품을 제조한다.

상기와 같은 과정을 통해 이루어진 중간 제품의 동복 알루미늄 심선을 가공 형성하는 과정을 도 5를 참조하여 설명한다. 하기의 가공 공정에서 가공되어 형성되는 동복알루미늄 심선(60)은 그 단면 형상이 원형 또는 사각형일 수 있다.

가공부(39)는 인발 또는 압출 성형기로서, 도 4a 및 도 4b의 과정을 통해 서로 결합된 제1 선재(50)와 제1 관재(55)를 미리 설정된 굵기의 동복 알루미늄 심선 (이하, CCA 선재라고도 한다)(60)으로 신선 가공한다. 여기서, 신선(wire drawing)은 구리선이나 알루미늄선 등의 금속선을 원하는 규격으로 늘려 뽑는 공정을 지칭한다.

가공부(39)에 의한 신선 공정의 속도는 동일한 단면적의 구리 심선을 신선하는 경우의 약 70% 내지 약 90%의 속도로 진행하는 것이 바람직하며, 약 80%의 속도로 진행하는 것이 가장 바람직하다. 다시 말하면, 동복 알루미늄 심선에 대한 신선 공정의 속도가 상기 70%보다 작으면, 신선 공정에 소요되는 시간이 너무 길어져 효율과 수율이 저하되고, 상기 90%보다 크면, 알루미늄 선재의 인장 강도가 신선 공정의 속도를 따라가지 못하여 끊어져 버릴 수 있다. 따라서, 효율과 알루미늄의 인장 강도를 고려하여 구리 심선의 신선 속도의 약 80%의 속도로 동복알루미늄 심선을 신선하는 것이 가장 바람직하다.

인발 또는 압출 후, 제1 선재(50)와 제2 선재(55) 간의 계면 밀착을 위해, CCA 선재(60)는 2~3회 압연 처리될 수 있다. 그 경우, 압연 처리에 의한 CCA 선재(60)의 단면 감소율은 20~25% 범위 내에서 이루어지는 것이 좋다.

한편, 가공부(39)에 의해 인발 또는 압출 성형된 CCA 선재(60)는 인발 또는 압출 성형에 따라 금속 조직이 불균일 상태를 유지하고 있어서 전기전도성이 불량해질 수 있다. 이를 보완하기 위하여, 제1 선재(50)의 외주면과 제1 관재(55)의 내주면 사이의 완전한 계면 밀착을 위해, 소둔로(40)를 이용하여 소둔처리할 수 있다.

소둔로(40)로는 열처리 도중의 표면 산화를 방지하기 위해 질소(N)나 아르곤(Ar) 가스와 같은 불활성 가스 분위기를 유지하는 유도 가열 방식의 가열로를 이용할 수 있다. 소둔로(40)에 의한 소둔 처리는 구리 및 알루미늄의 동시 소둔 처리에 적합한 온도인 400~500℃, 보다 바람직하게는 450℃의 온도에서 45~75분, 보다 바람직하게는 60분 동안 수행될 수 있다.

위의 과정을 통해 제조된 복수의 동복알루미늄 심선들 또는 선재들을 서로 접합하여 신선하는 과정을 도 6a 내지 도 12를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 동복알루미늄 심선들의 접합 과정을 설명하기 위한 공정 순서도이다.

도 6a를 참조하면, 제1 CCA 심선(10a)은 제1 Al 선재(12a)와 제1 Al 선재(12a)를 둘러싸는 제1 Cu 관재(14a)를 구비하고, 제2 CCA 심선(10b)은 제2 Al 선재(12b)와 제2 Al 선재(12b)를 둘러싸는 제2 Cu 관재(14b)를 구비한다.

도 6b를 참조하면, 제1 Al 선재(12a)와 제2 Al 선재(12b)는 그 길이 방향에서 서로 접합된다. 제1 및 제2 Al 선재들(12a, 12b) 간의 접합은 압접 공정에 의해 수행될 수 있고, 그 접합 부위에는 압접에 의한 접합부(13)가 형성될 수 있다.

도 6c를 참조하면, 제1 및 제2 Al 선재들(12a, 12b) 간의 접합이 완료된 후, 제1 Cu 관재(14a)와 제2 Cu 관재(14b)는 제3 Cu 부재(15)에 의해 그 길이 방향에서 서로 접합된다. 제3 Cu 부재(15)는 제1 및/또는 제2 Cu 관재(14a; 14b)가 그 중공부에 삽입되는 파이프 형태를 구비할 수 있다. 또 다른 측면에서, 제3 Cu 부재(15)는 판 형태(도 11의 참조부호 15a 참조)나 길이방향으로 절개된 측면을 가진 부분 파이프 형태(미도시)를 구비할 수 있다.

도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 동복알루미늄 전선의 제조방법에 채용가능한 알루미늄 선재들 간의 접합 공정을 설명하기 위한 도면들이다.

제1 및 제2 Al 선재들(12a, 12b) 간의 접합 과정을 좀더 구체적으로 설명하면, Al 선재들(12a, 12b) 간의 접합은 압접에 의한 접합 공정으로 수행되는 것이 바람직하다.

예를 들면, 도 7에 도시한 바와 같이, 압접 공정은 서로 접합되는 제1 선재(12a) 및 제2 선재(12b)의 표면에서 산화막을 제거하는 산화피막 제거 공정을 포함할 수 있다. 이를 위해, 본 실시예에 따른 제조 장치에서는 3% 이하의 묽은 염산(16a)이 제1 선재(12a)의 접합면(11a) 및 제2 선재(12b)의 접합면(11b)에 흐르도록 설치된 노즐(16)이 구비될 수 있다.

또 다른 예를 들면, 도 8에 도시한 바와 같이, 압접 공정은 서로 접합되는 제1 선재(12a) 및 제2 선재(12b)의 접합부의 면적이 증가되도록, 제1 선재(12a)의 일단의 일부분과 제2 선재(12b)의 일단의 일부분을 절삭하는 공정을 포함할 수 있다. 이러한 공정에 의하면, 제1 선재(12a)의 일단에는 제1 경사면(11c)이 구비되고, 제2 선재(12b)의 일단에는 제2 경사면(11d)이 구비된다. 제1 및 제2 경사면들(11c, 11d)은 서로 동일한 방향으로 동일한 기울기를 구비한다. 제1 및 제2 경사면들(11c, 11d)은 도 7의 산화피막 제거 공정과 유사한 공정을 통해 그 표면의 산화피막이 제거될 수 있다.

또 다른 예를 들면, 도 9에 도시한 바와 같이, 제1 선재(12a)의 일단의 표면을 솔질(brushing)한다. 물론, 제1 선재(12a)의 일단과 서로 접합되는 제2 선재의 일단도 솔질될 수 있다. 솔질 처리는 접합면상의 산화피막을 제거하는 효과 외에 미세 접합층의 구조 및 형성을 도우므로 압접 공정의 최적의 전처리 방법이다.

도면에 도시되지는 않았지만, 일 실시예에 있어서, 접합면을 일정한 온도로 가열하면서 압력을 가하여 제1 선재들 간의 원자의 확산을 유도하는 가열 압축 공정이 전술한 압접 공정들 중 어느 하나와 함께 수행될 수 있다. 또한, 압접 공정은 제1 선재들 사이의 접합면에 산소가 침투하지 못하도록 환원 분위기를 제공하거나 전술한 가열 압축 공정시 아세틸렌 환원염을 사용하여 가열하는 공정을 포함할 수 있다.

도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 동복알루미늄 전선의 제조방법에 채용가능한 구리 관재들 간의 접합 공정을 설명하기 위한 도면들이다.

제1 및 제2 Cu 관재들(14a, 14b) 간의 접합 과정을 좀더 구체적으로 설명하면, Cu 관재들(14a, 14b) 간의 접합은 별도의 구리 부재(15; 15a)를 이용하여 용접에 의한 접합 공정으로 수행되는 것이 바람직하다.

예를 들면, 도 10에 도시한 바와 같이, 제1 Cu 관재(14a)의 일단과 제3 Cu 부재(15)의 일단을 용접하고, 제2 Cu 관재(14b)의 일단과 제3 Cu 부재(15)의 타단을 용접함으로써 제1 및 제2 Cu 관재들(14a, 14b)이 서로 접합될 수 있다. 본 실시예에서 제3 Cu 부재(15)는 제1 및 제2 Cu 관재들(14a, 14b)이 각각 그 일단과 타단으로 삽입될 수 있는 파이프 형태를 구비한다. 제3 Cu 부재(15)의 일단과 타단은 소정 길이의 파이프 형태의 부재에 있어서 그 중공부가 연장하는 길이 방향의 서로 마주하는 한 쌍의 말단부를 지칭한다. 본 실시예에 따르면, 제1 Cu 관재(14a)의 일단과 제3 Cu 부재(15)의 일단과의 접합 부위에는 제1 용접부(18a)가 형성되고, 제2 Cu 관재(14b)의 일단과 제3 Cu 부재(15)의 타단과의 접합 부위에는 제2 용접부(18b)가 형성된다.

제3 Cu 부재(15)의 재료로는 순수 구리나 구리 합금이 이용될 수 있으며, 구리 합금으로는 황동, 인청동, 규소 청동 등이 사용될 수 있다.

용접 방법으로는 피복 아크 용접, 가스 용접, 전기저항 용접, 초음파 용접, 불활성가스 텅스텐 아크 용접, 불활성가스 금속 아크 용접 등이 사용될 수 있으며, 그 중에 불활성가스 용접(TIG)을 사용하는 것이 가장 바람직하다.

또 다른 예를 들면, 도 11에 도시한 바와 같이, 제1 Cu 관재(14a)의 일단과 제3 Cu 부재(15a)의 일단의 접합부 및 제2 Cu 관재(14b)의 일단과 제3 Cu 부재(15a)의 타단과의 접합부에는 적어도 하나의 가접부(18c, 18d)가 각각 구비될 수 있다. 가접부(18c, 18d)는 용접에 앞서 제1 및 제2 Cu 관재들(14a, 14b) 상에 제3 Cu 부재(15a)를 고정하기 위한 임시로 용접된 부위를 지칭한다. 본 실시예에서, 제3 Cu 부재(15a)는 파이프 형태를 구비하지 않고 원호형 판 형태를 구비하며, 도면에 도시하지는 않았지만, 한 쌍의 원호형 판 형태의 제3 Cu 부재(15a)가 제1 및 제2 Cu 관재들(14a, 14b)의 접합에 이용될 수 있다.

한편, 서로 접합된 2개 이상의 동복알루미늄 심선들을 신선하는 공정 중에 동복알루미늄 심선들의 접합부의 인장 강도가 다른 부위의 인장 강도보다 작아서 끊어질 염려가 있는데, 이를 방지하기 위하여 상기 접합부는 토치 램프(torch lamp, 19) 등의 가열 수단에 의해 열처리 될 수 있다. 다시 말하면, 별도의 구리 부재에 의해 서로 접합된 제1 및 제2 Cu 관재들의 접합부는 다른 부위의 Cu 관재에 비해 인발 또는 압출이 잘 수행되지 않을 수 있으며, 이를 방지하기 위해 토치 램프 등을 이용하여 해당 접합 부위를 열처리 즉 담금질할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 동복알루미늄 선재(60)의 제조 공정에서는, 선박이나 해양 설비 등의 선박용 전선으로의 적용을 고려하여, 동복알루미늄 심선의 부식이나 산화가 방지되도록 그 외표면에 주석을 도포하는 공정을 포함할 수 있다.

도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동복알루미늄 전선의 단면도이다. 도 13은 도 12의 동복알루미늄 전선의 연선에 대한 제조 과정을 설명하기 위한 사진이다.

도 12를 참조하면, 본 실시예의 동복알루미늄 전선은 Al 선재(12)와 Cu 관재(14)를 구비한 동복알루미늄 심선(10) 복수개를 꼬아 제조한 연선과, 연선을 둘러싸는 절연층(23), 및 절연층(23)을 둘러싸는 외부 피복층(27)을 포함한다.

연선의 단면적은 5.5㎟ 내지 8.0㎟로 형성될 수 있다. 연선의 단면적 또는 연선의 직경(D1)은 요구되는 최대 허용 전류의 크기에 따라 증가 또는 감소될 수 있다. 전선의 직경(D2)은 전선의 용도에 따라 선택적으로 구비되는 적어도 하나의 기능층이나 적어도 하나의 또 다른 절연층들의 개수에 따라 증가할 수 있다. 다만, 전선의 직경(D2)은 전선 규격에 따라 일정한 크기로 제한될 수 있다.

전술한 동복알루미늄 전선의 연선은 도 13에 도시한 바와 같이 제조될 수 있다. 즉, CCA 심선(1310) 복수개를 각각의 일정한 피치로 꼬아주어 연선(1320)을 제조하는 공정(예컨대, 연선 공정)에 의해 제조될 수 있다. 여기서, 복수의 CCA 심선들 중 적어도 하나는 도 6 내지 도 11을 참조하여 앞서 설명한 심선들 중 적어도 어느 하나를 지칭한다.

다시 도 12를 참조하면, 본 실시예의 CCA 전선은 소정의 기능층을 구비할 수 있는데, 기능층은 심선이나 연선 상에 절연 재료를 도포하여 절연층을 형성하는 공정(예컨대, 절연 공정), 심선이나 연선 또는 절연층을 보호하기 위해 절연 테이프 등의 재료로 심선, 연선 또는 절연층을 감는 공정(예컨대, 테이핑 공정), 절연된 심선이나 연선을 충진물과 함께 정해진 배열로 꼬아주는 공정(예컨대, 연합 공정), 연합된 심선이나 연선을 보호하기 위해 정해진 특성의 절연 재료로 압축하는 공정(예컨대, 시스 공정), 및 외부의 충력으로부터 전선의 보호를 위해 일정한 그물구조로 직조된 보호층을 형성하는 공정(예컨대, 편조 공정) 중 적어도 하나의 공정에 의해 형성될 수 있다.

즉, 본 실시예의 동복알루미늄 전선은 하나의 동복알루미늄 심선을 준비한 후 또는 복수의 동복알루미늄 심선들을 연선으로 제조한 후, 고무절연 공정, 편조나 나일론코팅 공정, 연합 공정, PVC 시스 공정, 고무 시스 공정, 편조 공정, 페이트 공정, PVC 2차시스 공정, 고무 2차시스 공정 중 적어도 어느 하나의 공정에 따라 형성된 절연층이나 기능층이나 외부 피복층을 구비할 수 있다.

이상에서와 같이 상세한 설명과 도면을 통해 본 발명의 최적 실시예를 개시하였다. 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며, 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 명세서로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10: CCA 심선
12, 12a, 12b: 알루미늄 선재
14, 14a, 14b: 구리 관재
22, 23: 절연체
24: 기능층
26, 27: 외부 피복층

Claims (18)

1. 제1 알루미늄 선재와 상기 제1 알루미늄 선재를 둘러싸는 제1 구리 관재를 구비하는 제1 동복알루미늄 심선, 및 제2 알루미늄 선재와 상기 제2 알루미늄 선재를 둘러싸는 제2 구리 관재를 구비하는 제2 동복알루미늄 심선을 포함하는 동복알루미늄 전선의 제조방법에 있어서,
   상기 제1 및 제2 구리 관재들에 상기 제1 및 제2 알루미늄 선재들을 각각 삽입하여 상기 제1 및 제2 동복 알루미늄 심선들을 각각 형성하는 단계를 포함하되,
   상기 제1 동복 알루미늄 심선을 형성하는 단계는,
   상기 제1 알루미늄 선재를 상기 제1 구리 관재의 일부를 구성하는 제1a 관재에 전진시켜 삽입하는 단계;
   상기 제1 알루미늄 선재를 상기 제1 구리 관재의 다른 일부를 구성하는 제1b 관재에 전진시켜 삽입하는 단계;
   상기 제1a 관재와 상기 제1b 관재가 상기 제1 알루미늄 선재에 결합되면, 상기 제1a 관재와 상기 제1b 관재의 접촉 부위가 용접부에 위치하도록 이송시키는 단계; 및
   상기 제1 선재를 상기 제1a 관재 및 상기 제1b 관재로부터 이탈시켜, 상기 제1 선재의 종단부가 상기 접촉 부위로부터 기 설정된 소정의 거리를 두도록 배열하는 단계를 포함하는 것
   인 동복알루미늄 전선의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 알루미늄 선재와 상기 제2 알루미늄 선재를 그 길이 방향에서 접합하는 단계와,상기 제1 구리 관재와 상기 제2 구리 관재를 그 길이 방향에서 제3 구리 부재를 이용하여 접합하는 단계를 더 포함하되,
   상기 제3 구리 부재는 상기 제1 및 제2 구리 관재들이 각각 그 일단과 타단으로 삽입될 수 있는 파이프 형태를 구비하는 것이고,
   상기 제3 구리 부재를 이용하여 상기 제1 및 제2 구리 관재들을 접합하는 단계는,
   파이프 형태의 상기 제3 구리 부재의 중공부 일단과 상기 제1 구리 관재의 접합 부위에 제1 용접부를 형성하는 단계와, 상기 제3 구리 부재의 중공부 타단과 상기 제2 구리 관재의 접합 부위에 제2 용접부를 형성하는 단계를 포함하는 것
   인 동복알루미늄 전선의 제조방법.
3. 제2항에 있어서,
   서로 접합되는 상기 제1 알루미늄 선재의 일단과 상기 제2 알루미늄 선재의 일단의 표면산화막을 제거하는 단계를 더 포함하는 동복알루미늄 전선의 제조방법.
4. 제2항에 있어서,
   서로 접합되는 상기 제1 알루미늄 선재의 일단의 일부분과 상기 제2 알루미늄 선재의 일단의 일부분을 절삭하는 단계
   를 더 포함하는 동복알루미늄 전선의 제조방법.
5. 제2항에 있어서,
   서로 접합되는 상기 제1 알루미늄 선재의 일단과 상기 제2 알루미늄 선재의 일단을 솔질하는 단계를 더 포함하는 동복알루미늄 전선의 제조방법.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 동복알루미늄 심선과 동일한 단면적을 구비한 구리 심선의 신선 속도의 70% 내지 90%로 상기 제1 동복알루미늄 심선과 상기 제2 동복알루미늄 심선이 접합된 제3 동복알루미늄 심선을 신선하는 단계
   를 더 포함하는 동복알루미늄 전선의 제조방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 신선하는 단계 후에 상기 제3 동복알루미늄 심선의 단면적은 5.5㎟ 내지 8.0㎟로 형성되는 동복알루미늄 전선의 제조방법.
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제

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