KR20130143020A - 전기적으로 절연 작용을 하는 코팅된 와이어를 구비한 상호 변조에 강한 가요성 샤프트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토크 전달을 위해 의도되었고 다수의 금속 와이어(5)를 구비하는 가요성 샤프트(1)와 관련이 있으며, 이 경우 상기 다수의 금속 와이어(5)는 다층 방식으로 그리고 층별로 반대로 교대되는 권선 방향을 따라 나선형으로 감겨 있고, 상기 금속 와이어(5)들은 각각 전기적으로 절연 작용을 하는 절연 층(6)에 의해 둘러싸여 있으며, 이 경우 상기 절연 층은 이웃하는 금속 와이어(5)들 간에 발생하는 금속-대-금속-접촉(metal-on-metal-contact) 및 이와 같은 접촉으로 인해 야기되는 바람직하지 않은 상호 변조 곱(intermodulation product)을 방지해준다.

Description

전기적으로 절연 작용을 하는 코팅된 와이어를 구비한 상호 변조에 강한 가요성 샤프트 {INTERMODULATION-RESISTANT FLEXIBLE SHAFT HAVING ELECTRICALLY INSULATING COATED WIRES}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 가요성 샤프트에 관한 것이다.

가요성 샤프트들은 구동 장치와 구동 장치가 일직선상에 놓여 있지 않은 경우에, 다시 말해 상호 변위(offset) 된 경우에 또는 장소가 변경될 수 있는 기계들 또는 장치들이 작은 파워로 구동되어야만 하는 경우에 토크를 전달하기 위한, 오래전부터 공지된 기계 소자들이다. 상기와 같은 경우에 사용되는 가요성 샤프트들은 회전 동작을 매우 동일한 형태의 방식으로 전달하고, 환경 조건들에 대하여 민감하지 않으며, 그리고 강성의 샤프트, 앵글 기어(angle gear), 가동적인 클러치 등을 구비한 구동렬(drive train)에 비해 매우 저렴하다. 가요성 샤프트들의 또 다른 특별한 장점으로서는, 좁은 휨 반경, 다수의 휨을 이용한 변위 그리고 제한된 공간 상황에서의 설치가 가능하다는 것이다. 더 나아가 가요성 샤프트들은 다양한 개별 부품들의 길이 변경도 열 팽창에 의해 보상할 수 있다. 가요성 샤프트들이 중공 샤프트들로서 형성되면, 샤프트 내부에서는 전기적인 또는 광학 신호들도 전달될 수 있다.

가요성 샤프트들은 다수의 실시 예로 공지되어 있다. 통상적으로 상기 가요성 샤프트들은 위·아래로 겹쳐서 그리고 다중으로 감긴, 우측 및 좌측으로 교대로 나선형으로 감긴 다수의 층으로 이루어지며, 상기 다수의 층은 대부분 강철, 특히 스프링 강으로 제조된 얇은 금속 와이어들로 이루어진다. 고가의 가요성 샤프트들은 권선 과정 후에 실시되는 열 처리에 의해서 얻을 수 있다. 가요성 샤프트들의 경우에는 또한 적어도 개별 층들이 꼬이거나(stranded) 혹은 땋아질(braided) 수 있으며, 그로 인해 더 높은 압력 및 인장력이 전달될 수 있거나 또는 하나의 와이어 로프(wire rope)가 형성될 수 있다.

가요성 샤프트들은 바람직한 자신의 고유 특성들로 인해 전자 장치 또는 안테나에서 구동의 과제, 조정의 과제 또는 제어의 과제를 해결하기 위해서도 사용된다. 한 가지 특이한 사용 분야는, 안테나 내부에 제공된 방사체의 하강 각(Down-Tilt-Angle: 다운-틸트-각)을 고도 방향(elevation direction)으로 고유하게 설정하거나 또는 복사 각을 방위 각 방향(azimuth direction)으로 고유하게 설정하기 위하여, 안테나 내부에서, 특히 이동 무선 통신 안테나 내부에서 가요성 샤프트를 이용하여 이상기(phase shifter)를 조정하는 경우이다. 이 경우에 이상기는 가요성 샤프트를 통해 해당 액추에이터(전동기)와 기계적으로 결합 되어 있으며, 상기 액추에이터는 가요성 샤프트에 필요한 회전 동작을 유발시키고, 이로써 이상기를 조정하게 된다.

가요성 샤프트들을 전자 장치 및 안테나에 사용하는 경우에는, 토크 전달 중에 혹은 파워 전달 중에 또는 정지 상태에서도 진동, 떨림 및 온도 변경에 의해 가요성 샤프트의 금속 와이어들 혹은 개별 코어들이 규정되지 않은 장소에서 접촉함으로써, 전자 장치 또는 안테나 내부에서 바람직하지 않은 상호 변조 곱(intermodulation product)이 발생하게 된다는 단점이 나타난다. 이와 같은 상호 변조 곱 또는 간섭 곱(interference product)은 안테나에서 전송 용량을 떨어뜨린다.

본 발명의 과제는 바람직하지 않은 상호 변조 곱을 피하게 할 수 있는 가요성 샤프트를 제조하는 것이다.

상기 과제는 본 발명에 따른 청구항 1의 특징들을 갖는 가요성 샤프트에 의해서 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시 예들은 추가 청구항들에 기재되어 있다.

청구항 1에 기재된 발명에 따르면, 가요성 샤프트의 금속 와이어들은 각각 전기적으로 절연 작용을 하는 절연 층에 의해 둘러싸여 있으며, 상기 절연 층은 이웃하는 금속 와이어들 간에 발생하는 금속-대-금속-접촉(metal-on-metal-contact)을 방지해준다.

본 발명에 의해서는, 가요성 샤프트의 개별 와이어들 사이에서 발생하는 규정되지 않은 금속 접촉, 다시 말해 전기 전도성 접촉 그리고 이로 인해 전자 장치들 또는 안테나들 내부에서 발생하는 바람직하지 않은 상호 변조 현상이 방지된다. 안테나의 경우에는 전송 용량에 미치는 손해가 피해질 수 있다. 상기 절연 층이 또한 금속 와이어를 위해서도 매우 우수한 부식 방지 효과를 제공해줌으로써, 결과적으로 공격적인 분위에서의 사용이 가능해진다. 또한, 접촉으로 인한 부식 현상을 발생시키지 않거나 또는 금속 파이프 혹은 저장 장소에 대한 전기적인 접촉을 야기하지 않으면서, 가요성 샤프트를 금속 파이프 내부에 설치하거나 또는 금속성의 저장 장소를 사용해서 가요성 샤프트를 설치하는 것도 가능하다. 또한, 상기 절연 층은 개별 와이어들 상호 간의 미끄럼 특성뿐만 아니라, 외피가 제공된 경우에는 상기 외피 내부에 있는 가요성 샤프트의 미끄럼 특성까지도 개선해준다.

본 발명의 틀 안에서 사용되는 "금속 와이어" 혹은 "와이어"와 같은 용어들은 가요성 샤프트를 제조하기에 적합한 모든 종류의 얇은 와이어 또는 코어를 포함한다.

가요성 샤프트의 모든 금속 와이어들은 바람직하게 각각 상기와 같은 절연 층에 의해 둘러싸여 있다. 하지만, 절연된 와이어와 절연되지 않은 와이어로 이루어진 상응하는 혼합 형태를 사용하는 것도 가능한데, 다시 말하자면 와이어들 간에 이루어지는 규정되지 않은 전기적인 접촉이 원하는 정도로 줄어들 수 있다면, 모든 와이어의 단 일부분에만 상응하는 절연 층을 제공하는 것도 가능하다. 또한, 다수의 층이 위·아래로 겹쳐 있는 경우에는 내부에 놓인 전체 층에 추가의 절연 외피를 제공하는 것도 가능하며, 이 경우 상기 추가의 절연 외피는 내부에 놓인 층을 이웃하는 외부 층으로부터 전기적으로 절연시킨다.

상기 절연 층으로서는 바람직하게 균일하게 얇고, 단단히 부착되며, 마모에도 강한 비-다공성의 팽창 가능한 전기 절연 층이 사용된다.

본 발명의 한 가지 바람직한 실시 예에 따르면, 절연 층은 60 ㎛ 이하의 두께, 특히 10 ㎛ 미만의 두께를 갖는다. 이와 같이 얇은 절연 층에 의해서는, 절연부가 없는 종래의 실시 예들에 대하여 가요성 샤프트의 직경이 단지 약간만 확대된다.

본 발명의 한 가지 바람직한 실시 예에 따르면, 절연 층은 플라스틱 피복 또는 래커 코팅으로 이루어진다. 절연 층으로서는 고온 래커 또는 PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌)가 특히 바람직한데, 그 이유는 상기 물질이 권선 작업 후에 토크- 및/또는 파워 전달 장치의 열 처리를 가능하게 하기 때문이다.

상기 절연 층이 적어도 240 ℃의 온도 저항성(temperature resistance)을 갖는 경우가 특히 바람직한데, 그 이유는 240℃를 초과하는 온도에서는 권선 작업이 완료된 가요성 샤프트의 열처리가 특히 효과적으로 이루어질 수 있기 때문이다.

본 발명은 도면을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다:
도 1은 세 개의 층을 갖는 가요성 샤프트의 한 섹션을 부분적으로 펼쳐서 보여주는 전개도이며, 그리고
도 2는 도 1에 따른 가요성 샤프트에서 사용되는 와이어의 종단면도이다.

도 1에는 가요성 샤프트(1)의 형태로 형성된 유연한 토크 전달 소자의 한 섹션이 부분적으로 펼쳐져서 도시되어 있다.

상기 가요성 샤프트(1)은 세 개의 층으로 구성되어 있는데, 다시 말하자면 세 개의 와이어(2a, 2b, 2c)에 의해서 형성되는 하나의 외부 층(2), 세 개의 와이어(3a, 3b, 3c)에 의해서 형성되는 하나의 중간 층(3) 그리고 세 개의 와이어(4a, 4b, 4c)에 의해서 형성되는 하나의 내부 층(4)으로 구성되어 있다. 도면을 통해 알 수 있는 바와 같이, 상기 세 개의 층(2, 3, 4)은 나선형으로 감겨 있으며, 이 경우 상기 외부 층(2) 및 상기 내부 층(4)은 동일한 권선 방향을 갖는 한편, 상기 중간 층(3)은 반대 방향으로 감겨 있다.

상기 각각의 층(2, 3, 4)의 개별 권선들은 서로 조밀하게 인접해 있다. 또한, 상기 개별 층(2, 3, 4)은 서로 위·아래로 밀착되어 있다.

상기 와이어(2a, 2b, 2c; 3a, 3b, 3c; 4a, 4b, 4c)는 각각 원형의 횡단면을 갖는다. 하지만, 다른 형태의 횡단면을 갖는, 특히 직사각형의 횡단면을 갖는 와이어를 사용하는 것도 아무 문제 없이 가능하다.

도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 각각의 와이어(2a, 2b, 2c; 3a, 3b, 3c; 4a, 4b, 4c)는 하나의 금속 와이어(5) 및 하나의 절연 층(6)으로 구성되며, 이때 상기 절연 층은 상기 금속 와이어(5)를 전체 둘레에 걸쳐서 감싸고 있다. 상기 절연 층(6)은 단단히 부착되면서도 마모에도 강한 비-다공성의 팽창 가능한 전기 절연 재료로 이루어지며, 이와 같은 재료는 가요성 샤프트(1)를 제조할 때에 상기 절연 층(6)이 파괴되지 않는 특성을 지니고 있다. 바람직하게 상기 절연 층(6)은 온도에 강한 래커 코팅 또는 PTFE-코팅으로 이루어진다.

상기 가요성 샤프트(1)를 감기 위하여 금속 와이어(5)들이 사용되며, 상기 금속 와이어들은 상응하게 단단히 부착되는 절연 층(6)으로 사전에 미리 개별적으로 피복되어 있다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 상기 와이어(2a, 2b, 2c; 3a, 3b, 3c; 4a, 4b, 4c)가 서로 밀착하는 경우에도, 상기 개별 금속 와이어(5)는 정지 상태에서뿐만 아니라 기계적인 부하가 가해지는 동안에도 상호 전기적으로 절연된다. 따라서, 전자 장치 또는 안테나에 사용하는 경우에 상기 개별 권선 및 와이어가 서로에 대하여 상대적인 동작을 실행하여 상호 마찰 되는 경우에도 상호 변조는 야기되지 않는다.

Claims (5)

1. 토크를 전달하기 위한 가요성 샤프트로서,
   나선형으로 감겨 있고 서로 밀착된 형태로 놓인 와이어(2a, 2b, 2c; 3a, 3b, 3c; 4a, 4b, 4c)를 구비하고, 상기 와이어가 금속 와이어(5)를 포함하며, 이때 상기 와이어는 위·아래로 겹쳐서 배치된 다수의 층(2, 3, 4) 내부에서 층별로 교대되는 권선 방향을 따라 감겨 있으며,
   상기 금속 와이어(5)들은 각각 전기적으로 절연 작용을 하는 절연 층(6)에 의해 둘러싸여 있으며, 상기 절연 층은 이웃하는 금속 와이어(5)들 간에 발생하는 금속-대-금속-접촉(metal-on-metal-contact)을 방지해주는 것을 특징으로 하는,
   가요성 샤프트.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 절연 층(6)이 60 ㎛ 이하의 두께, 특히 10 ㎛ 미만의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는,
   가요성 샤프트.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 절연 층(6)이 플라스틱 피복 또는 래커 코팅으로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
   가요성 샤프트.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 절연 층(6)이 PTFE로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
   가요성 샤프트.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 절연 층(6)이 적어도 240 ℃의 온도 저항성(temperature resistance)을 갖는 것을 특징으로 하는,
   가요성 샤프트.

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