로봇 케이블의 종류와 특징을 해설! 가동용・고정용 케이블의 차이와는

공장에서 활약하는 로봇. 실은 그 움직임을 지지하고 있는 것은, 「로봇 케이블」이라고 불리는 특수한 케이블입니다. 로봇 암의 관절이나 센서 등에 전력을 공급하여 정확한 동작을 가능하게 하고 있습니다.

이 기사에서는 로봇 케이블의 구조와 종류, 규격 등 기본적인 지식을 설명합니다. 로봇의 움직임을 그늘면서 지지하는 로봇 케이블의 세계를 들여다 봅시다.

로봇 케이블이란?

로봇 케이블은 산업용 로봇을 비롯한 FA 기기의 가동부 등에 사용되는 케이블입니다. 동작할 때마다 발생하는 굽힘 부하나 비틀림 부하를 견디고, 장기간에 걸쳐 전력이나 신호를 안정적으로 공급할 수 있는 점이 중요해집니다.

일반적인 케이블과 비교하면, 도체 부분에 얇은 소선을 복수 꼬아 굽힘에 강하게 해, 절연체나 외피의 소재를 엄선해 내유성과 내열성을 높이고 있는 것이 특징입니다.

게다가 통신장애를 피하기 위해 실드 구조가 확실히 적용되는 경우도 많아, 어려운 공장의 현장에서도 노이즈의 영향을 최소화할 수 있습니다. 이러한 설계는 단선 위험을 크게 줄이고 작동 중단으로 인한 손실을 최소화하는 메커니즘을 제공합니다.

또한 로봇 케이블은 내마모성과 가동 수명도 중시되기 때문에 일반 전선보다 엄격한 시험 기준을 충족하는 것이 요구되는 경향이 있습니다. 해외로의 수출도 고려해, 각종 국제 규격에 적합하는 제품이 늘어나고 있어 안전면이나 품질 관리의 철저를 도모하고 있습니다.

이러한 배경이 있어야 산업용 로봇의 고도화가 진행되는 현대에서 로봇 케이블은 중요한 역할을 담당하는 존재입니다.

단순한 전기 전송로가 아니라 로봇의 심장부에 에너지나 지령을 전달하는 명강과 같은 것으로 생각하면 그 중요성을 보다 실감할 수 있을 것입니다.

로봇 케이블의 구조

로봇 케이블은 가동부에서의 복잡한 동작에 대응하기 때문에 일반적인 배선 케이블보다 구조가 정밀하고 견고하게 만들어져 있습니다.

로봇 케이블은 도체·절연체·실드·시스의 4개의 요소가 서로를 보완해 기계적인 스트레스나 외부 환경으로부터의 영향을 최소한으로 억제하고 있습니다.

• 도체
• 절연체
• 실드
• 시스

각각에 대해 자세히 설명합니다.

도체

도체는 전기를 흘리기 위한 금속 부분으로, 일반적으로 얇은 구리선이 여러 개 꼬여 있습니다.

로봇 케이블은 내굴곡성을 높이기 위해 최적의 직경, 피치 길이와 피치 방향으로 꼬여 있습니다.

일반적으로 선경이 얇을수록 유연성은 높아지지만, 한편으로 구리선 자체의 강도나 저항값도 고려해야 합니다. 그 때문에, 꼬임 피치나 소선의 최적의 조합이, 제품 개발에서 큰 과제가 됩니다.

직경이 작은 소선을 많이 이용함으로써 반복 굽힘에 의한 금속 피로를 분산시켜 단선의 발생을 억제하는 효과가 있습니다. 또한 도체가 과도한 열을 받지 않도록 전류 용량과 주변 온도 관리도 중요합니다.

로봇의 작업 환경이 고온이 되기 쉬운 경우에는 온도 상승에 대응할 수 있도록 도체 단면적에 여유를 갖게 설계하는 경우가 있습니다. 이러한 궁리에 의해, 장기 가동시의 트러블을 경감해, 생산 라인의 안정 동작에 연결합니다.

또한, 도체의 표면 처리나 도금 가공을 실시함으로써, 산화나 부식에 의한 성능 열화를 막아, 로봇이 정지하는 리스크를 줄일 수도 있습니다.

절연체

절연체는 도체 간의 접촉을 방지하고 전기적인 단락이나 누전이 일어나지 않도록 보호하는 층입니다. 동시에, 가동부가 크게 움직여도 고정되지 않는 성질이 필요하고, 로봇 케이블의 수명을 좌우한다고 할 수 있습니다.

열가소성 엘라스토머(TPE)나 염화비닐(PVC) 등이 일반적이지만, 사용 환경에 맞추어 불소 수지 등의 고성능 소재를 채용하는 경우도 있습니다. 이들 소재는 모두 유연하고 찢어지기 어렵고, 높은 절연성을 유지하면서 케이블 내부에서의 마찰을 최소한으로 억제할 수 있는 것이 특징입니다.

예를 들어, 내유성이나 내약품성을 높이고 싶은 경우는 화학적으로 안정한 수지를 선택해, 배합을 궁리해 경도를 최적화하는 것이 중요하게 됩니다. 게다가 반복 동작에 의한 열이나 외부로부터의 충격에도 견딜 수 있는 설계가 요구되어, 실지의 굴곡 시험을 여러 번 실시하는 메이커도 있습니다.

이렇게 선정된 소재와 제조 공정에 의해 장시간의 가동에서도 절연 성능이 떨어지기 어려운 로봇 케이블이 완성됩니다.

실드

쉴드는 외부 노이즈와 전자파 간섭을 억제하기 위한 보호층입니다. 고속 통신이나 정밀한 제어가 요구되는 장면에서는, 통신 장해를 방지하는데 있어서 빠뜨릴 수 없는 요소라고 할 수 있습니다.

특히, 고정밀도의 제어가 요구되는 산업 로봇에서는, 미소한 신호가 흐트러지면 정밀도 저하로 이어질 우려가 있습니다.

그래서, 금속제의 편조나 알루미늄박 등을 이용한 실드층을 케이블 내에 배치해, 전자 노이즈의 영향을 저감시킵니다.

시스

외장은 케이블의 최외층을 덮고 절연체와 실드를 물리적으로 보호하는 역할입니다.

외장이 벗겨지면 내부 구조가 노출되어 단선이나 단락으로 이어질 수 있습니다.

그래서 케이블이 움직여도 표면에 불필요한 힘이 집중하기 어려운 부드러운 마무리를 실시하고있는 제품이 많습니다.

로봇 암의 가동 범위가 넓은 경우나, 복수의 케이블끼리가 간섭하는 환경에서는, 시스의 표면 저항을 고려해 피막이 문지르기 어려워지는 궁리를 하는 경우도 있습니다.

로봇 케이블의 특징

로봇 케이블은 일반적인 케이블에 비해 다음과 같은 특징이 있습니다.

• 내굴곡성 : 로봇 암 등의 가동부에서 사용되기 때문에 반복 굽힘에 의한 단선에 강함
• 내 비틀림성 : 로봇의 회전 동작 등에 의한 케이블의 비틀림에 강함
• 내구성: 고속·고가속·고주파수의 동작에 견딜 수 있음
• 내환경성: 사용 환경에 따라 내열성, 내유성, 내약품성 등을 겸비

이러한 특징을 통해 로봇 케이블은 가혹한 환경에서도 안정적인 작동을 보장할 수 있습니다. 특히 공장 생산 라인에서는 장비 정지가 큰 피해를 초래할 수 있으므로 로봇 케이블의 내구성과 신뢰성은 매우 중요합니다.

따라서 많은 공장에서 비용 성능을 강조하면서도 수명이 긴 고품질 케이블을 적극적으로 선정하는 경향이 있습니다.

이러한 배경으로 로봇 케이블은 산업 자동화의 요점이 되어 최신 기술을 도입한 제품의 개발 경쟁이 계속되고 있습니다.

로봇 케이블 표준

로봇 케이블에는 안전성과 품질을 나타내기 위해 다양한 규격·인증이 존재합니다. 국내용으로는 JIS 규격이 널리 사용되고, 해외 수출시에는 UL 규격에의 적합이 중시됩니다.

• JIS 표준
• UL 표준

모두 제품의 설계와 시험 방법이 엄격히 정해져 있어 인증을 취득하는 것으로 신뢰성이 높아집니다. 이번에는 두 가지 표준에 대해 자세히 설명합니다.

JIS 표준

JIS 규격은 일본의 산업계에서 오랫동안 사용되어 온 품질이나 시험 방법을 정하는 기준입니다.

전선 분야에서는 JIS C 3005나 JIS C 3521 등이 대표적이며, 이에 준거한 시험을 클리어한 제품은 JIS 마크가 부여됩니다.

로봇 케이블도 절연성과 내구성, 굴곡성 등의 관점에서 평가되기 때문에 JIS 마크를 취득하면 국내 사용자에게 안심감이있을 것입니다.

또한 JIS의 표준 개정에 따라 평가 기준을 업데이트할 수 있으며 제조업체는 항상 최신 요구 사항을 충족하기 위해 노력하고 있습니다.

UL 표준

UL 규격은 미국의 안전 규격으로 Underwriters Laboratories Inc.가 제정하고 있습니다. 해외로 수출할 때는 UL 규격이 일반적입니다.

로봇 케이블을 포함한 많은 전기 제품에 대해, 연소 시험이나 절연 내력 등 다각적인 검사를 실시해, 합격한 제품이 UL 리스테드등의 인증을 얻습니다.

UL 규격에는 「UL 레코그나이즈드」와 「UL 리스테드」의 2 종류가 있습니다.

로봇 케이블의 경우, 사용 용도가 명확화되어 있기 때문에, 「UL 리스테드」인증이 됩니다.

또한 용도별로 MTW(Machine Tool Wire), TC(Tray Cable), CMX(Communication wires and cables) 등의 인증으로 구분됩니다.

로봇 케이블의 종류

로봇 케이블에는 용도에 따라 특징이 다른 여러 종류가 있습니다. 대략적으로 나누면, 자주 움직이는 장소에서 사용하는 가동용 케이블과, 거의 움직이지 않는 부분에 사용하는 고정용 케이블의 2 종류입니다.

이하에서는, 각각의 구조나 사용법을 알기 쉽게 해설합니다.

• 가동 케이블
• 고정용 케이블

이들을 적절히 구분하여 쓸데없는 유지 보수 및 교체를 줄이고 운영 효율성을 높일 수 있습니다.

가동 케이블

가동용 케이블은, 로봇 암이나 케이블 베어 등, 항상 굽힘이나 비틀림이 가해지는 부분에서 사용됩니다. 도체에 가는 소선을 꼬아, 유연성을 높이는 궁리가 있어, 고속이고 반복의 동작에도 대응하기 쉽습니다.

예를 들면, 구리선을 세세하게 분할하고 나서 꼬임으로써, 부담이 집중하기 어려운 구조를 만들고 있습니다.

절연체에는, 열이나 유분에 강한 소재를 선정해, 케이블 내부가 고착하지 않는 배합을 실시합니다.

외측 외장도 내마모성을 고려하여 빈번한 움직임에서도 균열이나 박리를 일으키기 어려운 구조입니다.

또한 노이즈를 억제하는 실드를 짠 타입이있어 고정밀 제어 신호를 보내는 데 도움이됩니다.

굽힘 반경이나 스트로크 길이가 큰 환경일수록, 이 가동용 케이블의 품질이 가동률을 좌우합니다. 결과적으로 배선 교환의 빈도를 줄이고 안정된 작동을 길게 유지할 수 있습니다.

고정용 케이블

고정용 케이블은 로봇의 기반이나 제어장치 등 거의 움직이지 않는 부분에 도입합니다.
가동용보다 꼬임의 피치가 약간 거칠고, 외피도 딱딱한 소재를 채용하고 있는 점이 특징입니다.

공장 내에서는, 기름이나 화학약품 등이 비산하는 경우가 있기 때문에, 절연체에는 내유성이나 내약품성을 높인 수지가 사용됩니다.
한편, 동작을 수반하지 않는 분만큼 비틀림에 강한 구조는 필요없고, 장기적인 환경 대책이 중시됩니다. 케이블이 바닥과 장비에 닿는 곳에서는 마찰에 강한 재질을 사용하여 손상 위험을 줄입니다.
외부 노이즈의 영향을 받기 쉬운 경우에는 실드 구조를 도입한 타입이 선택됩니다.

처리가 적기 때문에 굵고 무거운 도체를 채용하여 전력 공급에 여유를 갖게하는 사례도 있습니다. 결과적으로 안정된 통전과 긴 수명을 확보하여 설비의 신뢰성을 향상시킵니다.

로봇 케이블 공유

로봇 케이블의 세계 시장은 자동화가 급속히 진행되는 현재 해마다 확대되고 있습니다. 공장의 무인화가 진행되는 선진국뿐만 아니라 신흥국의 산업기기 수요도 증가하고 있기 때문입니다.

국내 메이커는 고품질로 내구성이 뛰어난 제품을 제공함으로써 글로벌한 평가를 얻고 있다고 할 수 있습니다. 특히 일본의 제조업이 자랑하는 섬세한 품질관리와 내굴곡 기술은 해외 유저로부터도 높은 지지를 받고 있습니다.

2023년 세계 시장 규모는 약 225억엔으로, 아시아 태평양 지역이 2023년 시점에서 약 40%의 시장 점유율을 점유하고 있습니다.

또, 해외 메이커도 코스트 메리트를 무기에 참가해, 용도나 가격대에 의해서 구분이 진행되는 상황입니다. 통신과 제어 성능을 중시한 고부가가치 타입의 케이블에서는 일본세가 여전히 큰 점유율을 가지고 있습니다.

한편, 범용 타입의 분야에서는 아시아권 기업의 영향력이 확대되고, 저가격대의 수요를 받아들이는 경우도 있습니다. 앞으로는 로봇의 보다 정밀화와 에너지 절약화가 진행되어 보다 고기능 케이블의 수요가 늘어날 것으로 예상된다.

정리

로봇 케이블은 공장 자동화와 산업용 로봇의 보급과 함께 지금 빠뜨릴 수 없는 부품이 되고 있습니다.

독특한 구조와 뛰어난 특징으로 가혹한 환경에서도 안정적인 작동을 보장하고 공장 자동화에 기여하고 있습니다.

산업용 로봇의 고도화가 진행되고 있는 가운데, 케이블에의 요구도 날마다 높아지고 있습니다만, 기술 혁신에 의한 성능 업에 의해 대응 가능한 영역이 확대되고 있는 것이 현상입니다.

이러한 진화는 로봇을 활용한 새로운 자동화와 절력화를 뒷받침해 다양한 산업에서의 경쟁력 강화로 이어질 것입니다.

따라서 로봇 케이블 시장은 로봇의 보급과 IoT화의 진전에 따라 향후에도 계속 성장할 것으로 예상된다.