KR0159087B1 - 광섬유 리본의 결합 어레이 - Google Patents

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Abstract

결합 광섬유 어레이는 세로 방향으로 확장하여 접한 광섬유의 평행한 동일평면상의 어레이를 포함한다. 각각의 광섬유는, 코팅 물질의 내부 및 외부 층으로 싸이고, 색 식별자를 갖는다. 상기 내부층은 약 1MPa 범위의 계수를 갖는 UV 경화성 결합물질로 구성된다. 기계적 보호를 위해, 상기 외부층은 약 1GPa 범위의 계수를 갖는 UV 경화성 결합재료이다. 상기 광섬유가 평행한 어레이에 배치될 경우, 상기 광섬유들 사이 및 광섬유와, 각각의 광섬유에 가장 가까운 곳에서의 간격이 25㎛ 이하인 외피 사이에는 틈새가 생성된다. 상기 광섬유의 외측 코팅층의 계수보다 낮은 값의 계수를 갖는 UV 경화성 매트릭스 결합물질은, 상기 외피를 한정하는 주변 라인으로 연장하고 상기 광섬유와 결합된다. 상기 매트릭스 물질과 상기 광섬유 상의 색 식별자에의 상기 매트릭스 물질의 결합의 모듈러스는 광섬유간 및 리본간 이동이 가능하다. 또한, 숙련공이라면 복잡한 도구없이 상기 색 식별자를 흐르게 하지 않으면서 각각의 광섬유에 접할 수 있다.

Description

광섬유 리본의 결합 어레이
제1도는 본 발명의 결합된 광섬유 리본의 단면도.
제2도는 다수의 광섬유가 두 개의 접착 폴리에스터 테이프 사이에 있는 종래 기술에 따른 광섬유 리본의 단면도.
제3도는 종래 기술에 따른 광섬유 리본 모양의 단면도.
제4도는 광섬유 각각에 이탈제가 코팅된 본 발명에 따른 결합 광섬유 리본의 단면도.
제5도는 광섬유를 함께 밀폐시키고 보유하기 위한 이중 매트릭스 물질을 포함하는 본 발명에 따른 결합 광섬유 리본에 대한 다른 실시예의 단면도.
제6도는 제5도에서 도시된 광섬유 리본에 대한 다른 실시예의 단면도.
제7도는 광섬유 주변의 틈새에 위치한 충전 물질을 포함하는 본 발명에 따른 결합 광섬유 리본에 대한 다른 실시예의 단면도.
제8도는 제7도의 리본의 사시도.
제9도는 제7도에서 도시된 광섬유에 대한 다른 실시예의 단면도.
제10도 내지 제12도는 본 발명에 따른 또 다른 결합 어레이의 단면도.
제13도는 본 발명에 따른 결합 리본 스택의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20 : 광섬유 리본 22 : 광섬유
24 : 코어 26 : 클래딩
50 : 매트릭스 결합 물질
[분야]
본 발명은 전송 매체의 결합 어레이에 관한 것이다.
[배경 기술]
광섬유(optical fiber)의 결합 어레이에 대한 관심이 집중되어 왔다. 예를 들어, 광섬유 도파관 리본은 다중 채널 전송 케이블을 구성함에 유용하다. 리본(ribbon)이라고 불리는 통상적인 평면형의 광섬유 어레이에서 다수의(통상적으로는 12) 광섬유(fiber) 도파관이 일반적으로 공통 외측 재킷 또는 외장(sheathing)에 서로 간격을 두고 평행하게 위치한다. 또한, 상기 광섬유 각각의 외면은 착색제(colorant material) 층으로 코팅될 수 있다.
광섬유 리본은, 광섬유를 개별적으로 처리할 필요성을 제거함으로써, 광섬유 케이블의 구성, 설치 및 보존을 단순화한 모듈 설계(modular design)를 제공한다. 예를 들어, 리본 속의 광섬유 위치가 정확하게 고정되고 유지된다면, 보다 큰 리본을 스플라이싱(splicing)하고 연결(connecting)함으로써 리본 속의 각각의 광섬유의 스플라이싱 및 연결을 할 수 있다. 종래 기술에서는, 리본의 제조시 각각의 광섬유를 정확하게 정렬할 수 없었다. 또한, 리본을 다루고 사용하는 동안 각각의 광섬유가 정확히 정렬되고 유지되는 리본 구조를 만드는 것이 어려웠다.
상기 문제점은 통상 ASR로 언급되는 접착식 샌드위치 리본(Adhesive Sandwich Ribbon)으로 극복되어 왔다. 상기 ASR은 두 테이프 사이에 있는 광섬유의 평면형 어레이를 포함한다. 테이프 각각은 광섬유에 접하는 비교적 유연한 내부층과 어레이를 기계적으로 보호하는 비교적 단단한 외부층을 구비한 적층물이다. 통상, 광섬유 리본은 평행한 광섬유 어레이가 세로로(longitudinally) 연장된 편평한 두 폴리에스터 테이프 사이에 있도록 제조되며, 상기 테이프 각각은 한쪽 측면상에 접착층을 갖는다. 일반적으로, 상기 테이프의 세로 방향 측면 부분이 상기 광섬유에 걸쳐 있다. B.R. Eichenbaum 및 W.B. Gavdner의 이름으로 1979년 4월 3일자로 허여된 미국특허 제4,147,407호 및 P.W. Smith씨의 이름으로 1975년 11월 18일자로 허여된 미국특허 제3,920,432호를 참조하기 바란다. 또한, 광섬유 각각은 식별하기 위채 착색제로 코팅할 수 있다.
이러한 광섬유 리본 구조는 모듈 구조이며 기계적으로 견고하고(rugged), 소형이며, 동시에 대량으로 스플라이싱하기에 적합하며 비교적 제조가 용이하다는 점에서 유리하다. 대량 스플라이싱(mass splicing)은 C.M. Miller의 이름으로 1975년 2월 4일자로 허여된 미국특허 3,864,018호에 도시된 바와 같은 포지티브 및 네가티브 칩 장치로 달성될 수 있다.
테이프는, 정렬되고, 팽팽하게 되며(tensioned), 이동하는 광섬유 어레이와 평행하게 놓여져야 하기 때문에, 테이프형 리본 제조 라인의 가공 속도는 최적이 아니다. 감소된 라인 속도와, 광섬유를 유지하기 위해 사용된 테이프는 리본의 비용을 상당히 증가시킨다. 또한 오차없는(error-free) 스플라이싱을 위하여 어레이에는 광섬유의 크로스 오버(cross-over)가 없어야만 한다.
본 기술에서는 상기 단점들을 극복하려고 한다. 즉, 통상의 테이프형 리본 구조를 벗어나는 것이 시장성 면에서 유리하다. 시판중인 리본 중에서 일부는, 광섬유가 대량의 경화성(curable) 물질에 매립되며, 어떤 경우에는 리본을 기계적으로 보호하기 위한 비교적 단단한 플라스틱 물질의 코팅층으로 덮여져 있다. 통상, 상기와 같은 경우, 뒤틀리기 쉬운 0.450㎜의 비교적 두터운 두께를 갖고 있다.
방금 언급된 리본 구조에 대한 변형은, 각각의 두 인접한 광섬유 사이에 최소량의 접착 물질만이 있는 접착 매트릭스 물질과 함께 광섬유 어레이가 고정된다. 각각의 광섬유에는 1차 코팅 물질 및 2차 물질을 포함한 이중 코팅 물질, 또는 단일 UV 경화성 코팅 물질이 코팅된다. 광섬유 상에 2차 코팅을 하는데 사용된 공지된 UV 경화성 물질과 같은 물질이 인접한 두 광섬유 사이에 배열된다. 최종 구성은 인접한 광섬유간의 접착 물질이 메니스커스(meniscus) 형상을 가질 수 있다.
비록 상기 유형의 구조가 재료를 절약할 수는 있다고 하더라도, 최소한 몇 가지의 단점을 갖는다. 첫째, 광섬유를 함께 결합하기 위한 상기 배열의 평면형 광섬유 어레이를 얻는 것이 어렵다. 또한, 인접한 광섬유간의 접착 물질의 메니스커스 형상 때문에, 리본의 스택 내의 인접한 어레이의 광섬유는 서로 겹칠(nest) 수 있다. 그 결과, 리본 각각의 광섬유는 케이블이 취급 중이거나 또는 온도 변화동안 자유롭게 움직일 수가 없다. 메니스커스 구조의 리본에서 나타나는 것과 같이 최소량의 결합물질을 사용하는 것은, 케이블링 동안 리본이 분해되는 것을 방지하기 위해, 비교적 높은 모듈러스(modulus)의 물질로 광섬유간의 강한 결합을 필요로 한다. 그러나, 강한 광섬유간의 기계적 결합은, 리본 또는 케이블된 리본이 제조되어 계속해서 처리되거나, 설치되거나, 온도 변화를 받을 때 유도되는, 섬유응력 및 변형의 완화를 제한한다. 이것은 특히, 상기 광섬유 클래딩(cladding)에 직접 접한 매트릭스 결합물질(코팅 재료 물질)이 비교적 높은 모듈러스를 가지며, 상기 어레이 결합물질이 또한 높은 모듈러스를 가질 때 그러하다. 이것은, 리본형 케이블을 지면 내에 매립할 때, 전체 리본 또는 광섬유의 파손이나 성능 손실을 수반하는 불만족스러운 마이크로벤딩(microbending)을 일으킨다.
광섬유간의 강한 결합을 제공하는 접착물질을 포함한 메니스커스 또는 리본구조 역시 다른 문제를 발생시킨다. 어레이의 모든 광섬유로부터 매트릭스 물질을 대량 스트립하고, 광섬유를 파손시키지 않거나 액세스한 광섬유 및/또는 그에 인접한 광섬유들로부터 착색제를 제거하지 않고 어레이 중 단일 광섬유에 액세스하는 것이 쉽지 않다. 액세스동안 광섬유로부터 착색제를 제거하는 것은, 개별 광섬유의 색 코드 식별을 파괴하여 상기 리본을 사용하는 것을 더욱 어렵게 한다. 또한, 상기 광섬유에서 매트릭스 물질을 제거하기 위해서는 복잡하고 값비싼 기계적인 스트리핑(stripping) 장비를 필요로 한다.
종래 기술의 결함은, 종전에 설명한 테이프를 사용하지 않은 테이프 리본(non-tape ribbon)에 관련된 문제를 극복하는 테이프를 포함하지 않은 광섬유 리본 구조이다. 원하는 구조는 리본간 및 광섬유간에 충분한 이동도(mobility)를 가져 리본 구조에 손상을 주지 않으면서도 조작이나 설치하는 동안 상기 리본 및 광섬유를 이동할 수 있다. 또한 원하는 구조는 설치동안 지면 내로의 케이블 매립 및 케이블링 동작을 견뎌낼 정도로 기계적으로 견고해야 하며, -40°F 이하의 온도에서의 성능 손실이 허용할 수 있을 정도이어야 한다. 이러한 요구 조건에도 불구하고, 리본은 소형이어야 하며, 광섬유로부터 착색제를 제거시키지 않고, 복잡한 장비를 사용하지 않으면서, 리본의 끝 또는 스팬 중앙(midspan)으로부터 개별 광섬유에 액세스하여 스트립할 수 있어야 한다.
[요약]
종래 기술의 단점은 본 발명의 전송 매체의 결합 어레이에 의해 극복된다. 상기 어레이는, 평행 어레이로 배열되며, 세로로 연장되고 개별적으로 코팅된 다수의 광섬유를 포함한다. 매트릭스 결합물질이, 인접한 광섬유 사이의 틈새에 충전되고, 광섬유의 반경을 따라 측정된 바와 같은 각각의 광섬유 외측의 결합물질의 두께가 약 25㎛인 소정 값을 초과하지 않을 정도로 광섬유 어레이에 연장된다.
양호한 실시예에서 상기 어레이는, 리본의 주요 면(major side)을 따라 배열되어 어레이의 주요한 두 면 각각에 실질적으로 편평한 표면을 제공하는 매트릭스 결합물질과 세로로 연장된 평행한 광섬유의 동일 평면 어레이를 포함한다. 상기 광섬유의 세로축 방향 평면에 수직인 각 광섬유의 반경을 교차하는 결합물질의 두께는 12 내지 25㎛이다. 상기 결합물질은 또한, 상기 리본을 가로질러 연장되고 광섬유 및 인접한 광섬유에 접하는 평면 사이에 형성된 틈새를 메운다. 상기 어레이 내의 광섬유는 서로 인접하지 않을 수도 있다.
다른 실시예에서, 개별적으로 코팅된 광섬유 각각은, 결합 물질이나 광섬유 코팅 또는 비교적 낮게 제어되는 상기 광섬유 코팅 상의 착색제와 친화력이 있는 이탈제(release agent)로 커버된다(covered). 그 결과, 통상적으로 잉크인, 광섬유 각각의 외부 표면상의 착색제는, 상기 매트릭스 결합 물질이 광섬유나 광섬유들에 엑세스하기 위해 제거될 때도, 제거되지 않는다. 또한, 이탈제를 사용하면 상기 어레이의 강도 및 단일 광섬유 엑세스의 용이성에 관해 광섬유간의 결합을 최적으로 조정할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 틈새를 충전시키는 상기 결합물질이 상기 어레이의 측면을 가로질러 연장되는 것은 동일하다. 상기 다른 실시예에서, 틈새를 충전시키는 제1결합물질은 어레이를 커버하는 제2결합물질의 모듈러스보다 실제로 낮은 모듈러스를 갖는다. 상기 또 다른 실시예에서의 이중 코팅은 단일 코팅 장치 또는 직렬식 코팅 장치(tandem casting operation)로 코팅할 수 있다.
[실시예]
제1도를 참조하면, 도면 번호(20)로 표시된 본 발명에 따른 결합 광섬유 리본의 단면도가 도시되어 있다. 상기 결합 리본은, 각각 코어(24)와 클래딩(26)을 구비한 개별적으로 코팅된 다수의 광섬유(22-22)를 구비한다. 광섬유(22)는 각각의 세로축(27)이 리본의 세로축(29)과 평행으로 연장하는 평행한 어레이(28)로 배열된다. 상기 광섬유(22-22) 각각에는 광섬유를 보호하기 위해 적어도 하나 이상의 코팅 물질층(23)(제1도 참조)이 제공된다. 내부층의 모듈러스가 외부층의 모듈러스보다 실제로 적은, 이중 코팅층을 사용하는 것이 일반적이다.
또한 본 발명의 범위 내에서 광섬유 각각은 예를 들어, 코팅층이나 코팅층들을 둘러싸고 있는, 압출가능한 중합체 물질(extrudable polymeric material)이나 경화성 코팅의 소위 버퍼 코팅(buffer coating)을 포함한다. 일반적으로 단일 코팅층이나 이중 코팅층을 갖는 유리로 된 광섬유의 외직경은 250㎛이다. 버퍼층에 포함된 단일 코팅층 또는 이중 코팅층을 포함하는 상기 광섬유의 외직경은 약 500 내지 1000 ㎛이다.
상기 어레이(28)는 광섬유의 세로축이 평면(30)에 배열되도록 한 것이다. 또한 상기 어레이는 인접한 광섬유가 접촉점에서 서로 결합되어 있다.
종래에는 광섬유 리본은 다른 형태를 이루었다. 예를 들어, 제2도에서 세로로 연장된 광섬유(22-22)의 평면 어레이를 구비한 광섬유 리본(32)이 도시된다. 리본 내의 광섬유(22-22)는 접착식으로 지지된 두 테이프(34-34) 사이에서 함께 결합된다. 일반적으로, 세로로 연장된 테이프의 측면 에지는 광섬유의 어레이에 걸쳐 있다. 접착식 샌드위치 리본(ASR)으로 불리는 상기 테이프 어레이는 뛰어난 성능과 단단함을 제공하지만 비용이 많이 들고 공간 밀집도가 최적이 아니다. 본 발명의 결합 리본은 ASR의 우수한 특징을 포함하고 있지만 경제적이고 보다 높은 공간 밀집도를 갖는다.
광섬유 리본 시장에서 다소 최근에 나온 것이 테이프를 포함하지 않은 결합 리본(40)(제3도 참조)이다. 상기 기술과 달리, 인접한 광섬유(22-22) 사이의 틈새는 약 0.5GPa의 모듈러스를 갖는 UV 경화성 결합 물질(42)로 서로 결합되고, 리본 내의 광섬유(22-22)는 접하거나 약간의 간격을 두고 떨어져 있다. 상기 경화성 결합 물질(42)은 각각의 광섬유의 길이축의 평면(46)과 평행한 평면(44-44)으로 연장되지 않는다. 제3도에 도시된 바와 같이, 인접한 광섬유들을 서로 결합시키는 인접한 두 광섬유간의 경화된(cured) 플라스틱 물질의 외면은 메니스커스 형상을 이룬다. 상기 구조는 W. Lockas 등에 의해 1986년에 국제 전선 및 케이블 심포지움의 회보에서 공개된 새로운 광섬유 광 리본 케이블 디자인(New Fiber Optic Ribbon Cable Design)란 제목의 논문에 공지되어 있다. 비록 제3도에서는 단일 평면을 점유하는 광섬유의 길이축을 도시하였지만, 이것은 실행하기 어렵다.
또 다른 광섬유 리본들이 최근의 공보 및 시장에 출현되어 있다. 이들 중 하나는 테이프를 사용하지 않고 그 대신에 UV 경화성 결합 물질로 광섬유 어레이를 둘러싼다. 상기 결합물질은 인접한 광섬유 쌍 사이의 틈새를 충전할 뿐만 아니라 어레이의 외측 상에 커버층을 형성한다. 상기 외측 커버의 두께는 매우 두껍다. 예를 들어, 광섬유 각각이 약 250㎛의 외경을 갖는 어레이에서, 리본 전체 두께는 약 450㎛가 된다. 이러한 구조에서, 광섬유의 세로축으로부터 다수의 세로축으로 한정된 평면을 향해 외측 법선 방향으로 연장된 광섬유 각각의 반경 라인(radial line)을 따라 측정된 결합 물질의 커버층의 두께는 약 100㎛이다.
본 발명의 광섬유 리본(20)은 종래 기술의 리본과는 구조가 다르지만 ASR 구조에서 입증된 장점을 제공한다. 제1 및 제4도에서 알 수 있듯이, 광섬유(22-22)는 매트릭스 결합물질 내에서 서로 결합된다. 상술하자면, 상기 광섬유 리본(20)은 상기 어레이의 인접한 광섬유를 함께 결합시키는 매트릭스 결합 물질(50)을 포함한다. 상기 매트릭스 결합 물질(5)은 인접한 광섬유(22-22) 사이의 각 틈새(52)에 충전된다. 또한, 틈새(52) 내의 상기 결합물질(50)은, 어레이의 각 평면 또는 주요 면 상에서 광섬유의 세로축(27-27)으로 한정된 평면(30)과 평행하며 어레이에서 광섬유 각각과 접하는 평면(54)으로 외향으로 연장된다. 또한, 상기 매트릭스 결합물질(50)은 평면(54)을 지나 외향으로 약간 연장하여 어레이의 외측에 커버(56)를 제공한다. 상기 광섬유의 중심에서 광섬유의 세로축으로 한정된 평면(30)까지 외측 법선 방향으로 연장하는 반경 라인을 따라 측정된, 광섬유 표면의 최외각부와 커버의 외면간의 커버(56)의 두께 t는, 소정 값으로서, 0 내지 비교적 적은 값의 범위를 갖는다. 예를 들어, 양호한 실시예에서 두께 t는 통상 약 12 내지 25㎛이다.
또한, 각각의 어레이가 하나 이상의 금속 도체를 포함하는 것은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다. 제4도에 도시된 상기 결합 어레이는, 개별적으로 절연되거나 매트릭스 물질로 절연될 수 있는 금속 도체(58)를 포함한다.
상기 매트릭스 결합물질의 다른 중요한 특성은 온도에 관련된 모듈러스이다. 이상적으로는, 상기 결합물질의 유리 전이 온도가 -40°F 이하이거나 180°F 이상인 것이 적합한데, 모듈러스는 예기된 온도 동작 범위에서는 크게 변화하지 않는다. 상기 모듈러스는 광섬유용 상기 코팅 물질의 모듈러스와 연관된 것이 바람직하다. 상술된 바와 같이, 각각의 광섬유(22)는 비록 단지 한번 코팅될 수 있지만, 통상 두 번 코팅된다. 내부 코팅은 비교적 부드럽고 실온에서 약 1MPa의 모듈러스를 갖는다. 상기 코팅은 광섬유로의 충격을 흡수하고(cushion) 마이크로벤딩 손실을 방지하는데 사용된다. 상기 내부 코팅층 상에 실온에서 통상 약 1GPa의 모듈러스를 갖는 외부 코팅층이 배열된다. 코팅 물질의 상기 외부층은 광섬유에 기계적 보호 기능 및 일정 강도를 제공한다. 상술된 바와 같이, ASR은 부드러운 내부층(soft inner layer)과 비교적 단단한 외부층을 포함한다.
본 발명의 결합 리본 구조(20)에서, 상기 매트릭스 결합물질(50)의 모듈러스는, 이중 코팅된 광섬유의 코팅물질의 내부층 모듈러스와 외부층 모듈러스의 사이이다. 따라서, 매트릭스 결합물질(50)은 약 1MPa 보다는 크지만 약 1GPa 보다는 작은 모듈러스를 갖는 UV 경화성 결합물질이 적합하다. 모듈러스는 적합한 기계적으로 보존하기에 충분하도록 높아야 하지만, 광섬유의 성능 손실에 악영향을 끼치거나, 또는 숙련공에 의해서만 광섬유 스플라이싱이 가능할 정도로 높으면 안된다. 상기 매트릭스 결합물질(50)은 또한 광섬유를 서로 결합시켜야 하며 동시에 광섬유간의 이동을 허용해야 한다. 각각의 광섬유가 비교적 낮은 모듈러스 물질을 갖는 내부 코팅층의 이중 코팅을 가질 때는 결합물질로서 보다 높은 모듈러스 물질을 사용할 수 있다.
상기 매트릭스 결합물질(50)은 방사 경화성 물질 등의 경화성 물질이다. 이것은 또한 폴리이미드계 물질(polyimide based material) 또는 열적으로 유도된 액화 중합체(thermally induced condensation polymerization) 등의 열적 경화성 물질일 수 있다.
통상의 UV 경화성 결합물질은, 수지와 희석액과 광개시자(photoinitiator)를 구비한 혼합물이다. 상기 수지는 지방족 또는 방향족 디이소시아네이트와 분자 중량 1000 내지 6000 달톤(Dalton)의 폴리에테르폴리올의 풀리에스테르의 반응물과 하이드록시알킬아크릴레이트의 반응으로 합성된 디에틸렌 종결 수지, 또는 분자중량 1000 내지 6000 달톤의 카르복실 종결 폴리에스테르 또는 폴리에테르와 글리시딜아크릴레이트의 반응으로 합성된 디에틸렌 종결수지를 포함할 수 있다. 상기 희석액은 분자중량 100 내지 1000 달톤을 갖는 단기능 또는 다기능 아크릴산에스테르나 또는 N-비닐피롤리디논을 포함할 수 있다. 상기 광개시자로는, 조성은 디에톡시아세토페논, 아세토페논, 벤조페논, 벤조인, 안트라퀴논 및 벤질 디메틸 케탈 등의 케톤 화합물을 포함할 수 있다. 전형적인 조성에서, 결합 매트릭스는 50 내지 90 중량 퍼센트의 수지와, 5 내지 40 중량 퍼센트의 희석액과 1 내지 10 중량 퍼센트의 광개시자를 포함할 수 있다. 다른 결합 매트릭스는, 메타크릴레이트, UV 큐어링 에폭사이드 또는 비포화된 폴리에스터를 포함할 수 있다.
본 발명의 결합 리본은 여러 가지 관점에서 볼 때 유리하다. 첫째로, 리본의 두께 및 모듈러스 때문에, 매트릭스 결합물질은 동일 리본 내에서 광섬유간에서의 이동을 허용한다. 또한, 비교적 두께가 얇은 커버(56)는 광섬유의 주변적인 성능에 악영향을 주지 않는다.
어레이에서 코팅된 광섬유의 외경에 대한 상기 결합 광섬유 어레이의 두께 때문에 여러 가지 다른 장점이 발생된다. 개별 광섬유에 대한 액세싱은, 각각의 광섬유 사이에 제거하기 위한 물질이 거의 없기 때문에 복잡한 기계 장비를 사용하지 않고도 비교적 용이하다. 광섬유 사이의 얇은 두께의 결합물질에도 불구하고, 리본 스택에서 광섬유 리본의 네스팅(nesting)이 방지된다. 결합물질이 인접한 광섬유 사이의 일부 공간을 점유하는 종래 기술의 테이프 없는 리본에서는 불만족스럽게도 네스팅이 발생한다. 네스팅은 리본 스택에서 개별 리본의 횡방향(transverse) 이동도를 떨어뜨려, 리본에서 마이크로벤딩 손실이 생겨나고, 지하에 묻을 때 리본내의 광섬유가 파손될 수 있으므로 불만족스럽다. 대신에, 본 발명의 결합 리본에서는 리본간의 횡방향 이동이 용이하다.
또한, 상기 결합 리본(20)은 여러 가지 다른 특성을 갖는 것이 바람직하다. 통상적으로, 착색제 물질은 광섬유 코팅 물질 또는 광섬유 자체의 2차 코팅 물질의 최외각 코팅층의 표면상에 제공된다. 광섬유에 색 코드를 부가하는 것은 본 기술분야의 숙련자에게 커다란 도움을 준다. 착색된 광섬유가 결합물질로 둘러싸여져 결합된 리본을 형성할 때 광섬유는 색 손실없이 액세스된다. 즉, 광섬유를 액세스하기 위해 결합물질을 제거할 때, 색 식별을 할 수 없는 정도까지 착색제를 광섬유로부터 제거해서는 안된다. 본 발명의 상기 결합 리본의 매트릭스 물질은, 매트릭스 물질과 착색제 물질의 결합 인터페이스가 광섬유 상의 최외각 코팅과 착색제 물질의 결합 인터페이스보다 약한 인터페이스 결합 특성을 갖도록 선택된다.
불만족스러운 매트릭스 결합물질의 실시예는, 상기 광섬유 상의 2차 코팅과 동일한 것이다. 이 경우, 착색제와 광섬유 2차 코팅간의 결합 강도와 매트릭스와 착색제 사이의 결합 강도는 동일하고 결합 실패는 발생하지 않으므로 광섬유로의 액세싱 동안 광섬유 코팅에서 착색제가 자주 제거된다. 유리하게도, 본 발명의 매트릭스 결합물질은 리본에서 광섬유의 동일 패턴을 파괴시키는 정도까지 광섬유의 표면에서 착색제를 제거하지는 않는다는 것이 발견되었다.
다른 실시예에서, 광섬유 표면상의 착색은, 광섬유의 어레이에 결합물질을 도장하기 전에, 광섬유 각각의 외면에 이탈제(55)를 도장함으로써 보존될 수 있다(제4도 참조). 상기 이탈제(55)는 매트릭스 물질과 착색제의 인터페이스에서 약한 경계층을 발생시킨다. 양호한 실시예에서, 상기 이탈물질(release material)은 예를 들어, 테프론(TeflonTM) 건윤활제(dry lubricant)일 수 있다.
상기 코팅된 광섬유에 이탈제를 커버하는 것은 다른 방법에서도 유리하다. 제1 및 제4도에 도시된 어레이에서, 상기 매트릭스 결합물질은, 광섬유가 필드에서 개별 광섬유로의 액세싱을 용이하게 하기 위하여 이탈제로 코팅되어야 하는 어레이에 적합한 결합 강도를 제공하기 위한 높은 모듈러스를 가질 수 있다.
일반적으로, 광섬유 각각에 액세스할 때, 색 식별의 보존은, 보존이 필요한 재료에 대한 접착 결합 강도와 모듈러스의 균형을 유지시켜 달성된다. 상기 모듈러스와 결합 강도가 기계적 성질의 필요 조건에 부응할 정도로 비교적 높다면, 이탈 코팅(release coating)이 광섬유 각각에 제공될 수 있거나, 상기 매트릭스 물질은, 착색제 또는 광섬유의 외부 코팅의 극성(polarity)에 관한 상기 매트릭스 물질의 극성이 이탈을 용이하게 한다. 즉, 상기 매트릭스 물질은 이탈(release)을 증가시키도록 미세 조정된다(fine-tuned). 따라서, 매트릭스 물질과 색 코드 광섬유와의 그 결합의 모듈러스는, 광섬유간의 이동이 허용되고, 어레이에 적합한 기계특성을 제공하는 동안 상기 광섬유로부터 착색제를 제거시키지 않고 개별적으로 광섬유에 액세스하는 정도이다.
본 발명의 다른 실시예가 제5도에 도시되며 일반적으로 도면 번호(60)로 표시된다. 결합 리본(60)은, 1차 및 2차 코팅 물질이나 단층의 코팅 물질을 각각 포함한 다수의 광섬유(22-22)를 포함한다. 제1도에 도시된 실시예에서와 같이, 제5도의 실시예에서의 상기 광섬유는 평행하게 세로로 확장한 평면 어레이에 위치하여, 광섬유의 세로축이 평면(62)에 배열된다.
상기 실시예에서, 인접한 광섬유 부분간의 틈새(64-64)에는, 상기 광섬유를 함께 결합시키는 내부 UV 경화성 매트릭스 결합물질(66)로 채워져 있다. 양호하게는 상기 매트릭스 결합물질(66)은 상기 광섬유의 1차 코팅의 모듈러스와 대략 동일하거나 약간 큰 모듈러스를 갖는다. 예를 들어, 양호한 실시예에서, 틈새(64-64)를 점유하고 상기 착색제와 접한 코팅 물질의 모듈러스는 약 1MPa의 모듈러스와 착색제의 극성과는 다른 극성을 갖는다.
상기 내부 매트릭스 결합물질(66)을 커버하는 것이 내부 물질의 모듈러스보다 상당히 높은 모듈러스를 갖는 UV 경화성 매트릭스 결합물질의 외부층(68)이다. 상기 외부층의 모듈러스의 크기 정도는 약 1GPa를 초과하지 않는 정도이다. 상기 외부층은 리본에 기계적인 보호 및 강도 특성을 제공하도록 된 것이다.
또한 첨부된 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 외부층의 두께(ta)는 비교적 얇다. 이러한 방법으로, 상기 보다 높은 모듈러스 물질은 광섬유에서 불만족한 높은 마이크로벤딩을 유도하여 광섬유를 파손시키는 리본의 결합을 지나치게 제한하지 않는다. 통상, 상기 외부층(68)의 두께는 약 25㎛를 초과하지 않는다.
제5도에서 도시된 실시예에서 중요한 다른 변수의 외부 매트릭스 결합층(68)이 광섬유로부터 떨어진 최소 거리(d1)이다. 상기 간격은, 너무 넓을 경우 광섬유로의 액세싱에 문제가 발생하기 때문에 중요하다. 반면에 너무 좁으면, 상기 광섬유에 인접한 보다 높은 모듈러스 외부층의 배치로 인해 원하지 않는 손실이 생겨날 수 있다. 양호한 실시예에서, 상기 외부층은 광섬유로부터 주변에 가장 근접한 지점에서 광섬유로부터 약 25㎛ 이하로 떨어져 있다.
제5도의 광섬유 리본의 다른 실시예가 제6도에서 도시된다. 비교적 높은 모듈러스 물질의 외부층(69)은 광섬유의 어레이를 커버하며 보다 낮은 모듈러스 물질은 광섬유간의 틈새를 채운다. 제5도의 외부층(68)과는 달리, 제6도의 외부층(69)은 광섬유와 접하여 배치되어 있다. 비교적 높은 모듈러스 물질이 또한 처리될 수 있거나 그렇지 않으면 다른 리본과 접촉할 때 비교적 낮은 마찰 계수를 갖게 된다. 이러한 방법으로, 처리, 설치 및 열적 변화동안 리본간의 이동이 용이해진다. 높은 모듈러스 물질은 또한 착색제를 포함하여 리본의 식별을 용이하게 해준다.
제7 및 제8도에서 도시된 다른 실시예는 도면 번호(80)로 표시되며 광섬유의 편평한 어레이를 포함한다. 또한, 상기 광섬유는 이들의 세로축이 단일 평면(82)을 한정하도록 배치된다.
상기 실시예에서, 광섬유(22-22) 사이의 틈새(83-83)에는 그리이스형(grease-like) 성분(84)으로 충전된다. 상기 그리이스형 성분은 C.H. Gartside 등의 이름으로 1987년 10월 20일자로 특허된 미국특허 제4,701,016호에 공지된 바와 같은 것으로서, 본원에 참고 자료로 포함되었다.
상기 그리이스형 물질은 상기 물질이 리본에서 광섬유간의 이동성을 탁월하게 해주며 또한 방수 물질이라는 점에서 유리하다. 더욱이, 용이한 스트립 및 단일 광섬유 액세스를 허용한다.
상기 그리이스형 성분(84)을 둘러싸고 있는 것이 약 1GPa 범위의 모듈러스를 갖는 UV 경화성 물질층(86)이다. 제5도에 도시된 실시예에서와 같이, 상기 층(86)은 가장 근접한 접점에서 광섬유로부터 약간 떨어져 있다. 상기 실시예에서, 상기 그리이스형 성분(84)은 광섬유간의 틈새를 충전시킬 뿐만 아니라 커버층(86)과 광섬유간에도 배치된다.
제7도의 광섬유 리본의 다른 실시예를 제9도에 도시하며 참조 번호(90)로 표시한다. 상기 리본(90)에서, 그리이스형 성분(84)은 광섬유(22-22) 간의 틈새를 충전시킨다. 비교적 높은 모듈러스의 외부층(96)은 리본의 광섬유(22-22)를 둘러싸며, 제7도의 실시예와는 다르게 광섬유와 접하여 배치된다.
비록 본 발명이 리본에 대해서만 기술되어졌다라도, 다른 어레이 형태도 고려할 수 있다. 예를 들어, 제10도에서는 도면 번호(100)로 도시된 결합 어레이가 도시된다. 상기 어레이(100)는 착색제가 각각 제공되며 이탈 코팅(102)을 각각 포함한 4개 광섬유(22-22)를 포함한다. 4개 광섬유로 둘러싸인 중심 공간(center void: 103)에는 보강 부재(strength member)일 수 있는 섬유 부재(fibrous member: 104)가 제공된다. 도시된 바와 같이, 어레이(100)는 광섬유를 함께 유지하기 위한 결합물질인 매트릭스 결합물질(106)을 포함한다. 매트릭스 결합물질(106)은 인접한 광섬유간의 공간을 충전시키지만 대부분은 중심 공간(103)에 진입하지 않는다. 또한, 매트릭스 물질(106)은 광섬유 각각의 최외각부를 커버링하는 매트릭스 물질의 두께가 약 25㎛ 값을 초과하지 않는 외피(108)로 한정된다.
제11도에서는 외면상에 착색제가 각각 제공되어 있는 다수의 광섬유(22-22)를 포함한 어레이(120)가 도시되어 있다. 제11도의 광섬유(22-22)는 마구잡이로(random fashion) 배열되며 외피(126)인 매트릭스 물질(124)로 함께 유지된다. 상기 매트릭스 물질은, 제1도에 도시된, 인접한 광섬유간의 틈새를 충전하고 인접한 광섬유와 접하는 라인간을 약 25㎛ 이하의 거리로 연장된 결합물질일 수 있다. 또한, 상기 실시예에서 광섬유에는 광섬유를 액세싱하는데 필요하다면 이탈제가 제공될 수 있다. 매트릭스 결합물질의 모듈러스가 충분히 낮음에도 불구하고 어레이에 기계적 필요 조건을 만족한다면, 이탈 물질은 불필요하다.
본 발명의 어레이의 다른 실시예를 제12도에 도시하면 도면 부호(130)로 표시된다. 이 실시예에서, 다수의 광섬유(22-22)가 원을 그리는 광섬유 축을 갖는 중심축(132)에 대해 배열된다. 보강 부재(134)는 광섬유로 형성된 중심 공간에 배치될 수 있다. 보강 부재(134)는 비금속성 물질 또는 금속성 물질로 제조될 수 있다. 또한 상기 보강 부재는 막대형이거나 식별을 위한 목적으로 착색제가 제공될 수 있는 섬유 물질일 수 있다. 또한, 상기 보강 부재(134)는 플라스틱 버퍼링 물질(135)로 둘러싸여지며 접착 코팅되어 광섬유간의 어셈블리를 용이하게 해준다. 상기 광섬유(22-22)는 인접한 광섬유간의 틈새를 충전시키는 매트릭스 결합물질(136)로 서로 결합된다. 도시된 바와 같이, 매트릭스 결합물질은 원구성인 외피(138) 내에 포함된다. 상기 광섬유는 상기 부재(134)의 세로축과 평행으로 연장하거나, 한 방향으로 또는 양방향을 교번적으로 꼬일 수 있다.
제10, 제11, 제12도 각각에서 매트릭스 물질의 모듈러스와 광섬유와의 그의 결합은, 광섬유간의 이동을 허용하도록 하며, 상기 어레이의 기계적 특성을 저하시키지 않고 각각의 광섬유에 액세스할 수 있다. 또한, 각각의 어레이를 둘러싼 외피는 외피에서 광섬유의 최외각 주변점까지의 거리가 약 25㎛ 미만이다. 또한, 제10 및 제11도에 도시된 실시예에서, 각 어레이의 상기 광섬유는 직선이며 서로 평행하고 어레이의 세로축과 평행하다.
비교적 높은 모듈러스 매트릭스 결합물질이 사용되면, 색 식별이 희미하게 되지 않으면서 액세싱하도록 하기 위해 이탈 코팅이 필요하다. 대안으로, 상기 매트릭스 물질은 색 코팅된 광섬유의 극성과는 다른 극성이 되도록 미세 조정되어 액세싱이 용이해진다. 반면에, 모듈러스가 충분히 낮으면, 더 이상의 이탈 코팅이 불필요하다. 또한, 외피는 네스팅(nesting)을 피하도록 구성되며 얇은 커버 두께는 물질을 보존한다.
제13도에서, 본 발명의 다수의 결합된 리본은 스택(140)으로 배열된다. 리본 각각은 이탈 코팅(142)된다. 인접한 리본은 매트릭스 결합물질(144)로 서로 결합된다. 상기 결합물질(144)의 모듈러스는 리본간의 이동을 허용하면서 스택에 적합한 기계 강도 및 적합한 결합 강도를 제공하는 범위 내에 있다. 또한, 스택의 리본 각각에는 반투명 또는 간헐적인 착색제가 제공되어 리본 내에서 광섬유를 식별할 수 있다.
상기 설명은 단지 본 발명을 간단히 도해한 것에 불과하다. 본 발명의 원리를 구체화하며 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않는 한 당업자라면 다른 변형이 가능할 것이다.

Claims (10)

  1. 어레이로 배열된 다수의 세로로 연장된 광섬유를 구비한 전송 매체의 결합 어레이로서, 상기 광섬유들의 세로축은 실질적으로 서로 평행하며, 각각의 상기 광섬유는 적어도 한 층의 코팅 물질을 포함하는 상기 결합 어레이에 있어서, 상기 어레이의 인접한 광섬유들 사이의 틈새에는 경화성 매트릭스 결합물질이 채워지고, 상기 경화성 매트릭스 결합물질은, 상기 광섬유들에 인접하며, 외면으로 연장하는 상기 매트릭스 결합물질의 두께를 상기 광섬유들의 반경을 따라 측정했을 때 소정값 이하로 하여 상기 어레이를 둘러싼 상기 외면으로 연장하며, 실온에서 상기 매트릭스 결합물질의 모듈러스(modulus)와 상기 각각의 광섬유에 대한 그 결합은, 상기 어레이에 대해서 적당한 기계적 특성을 유지시키면서 광섬유간의 움직임을 허용하고, 상기 매트릭스 결합물질과 광섬유간 이탈력(peeling forces)을 가하여 개별 광섬유로의 액세싱이 가능한 정도인 것을 특징으로 하는 전송 매체의 결합 어레이.
  2. 제1항에 있어서, 상기 각각의 광섬유는, 상기 매트릭스 결합물질에 접한 이탈물질(release material)을 코팅을 포함하여, 상기 매트릭스 결합 물질과 이탈물질이 코팅된 선택된 광섬유간의 인터페이스를 따라 적당한 이탈력을 가함으로써, 상기 매트릭스 결합물질을 광섬유로부터 분리하기가 용이한 결합 어레이.
  3. 제1항에 있어서, 상기 매트릭스 결합물질의 모듈러스는 상기 어레이에 필요한 기계적 특성을 제공할 정도로 충분히 높게 미세조정되고, 상기 코팅된 광섬유와 매트릭스 결합물질의 접착특성은, 숙련공이 적합한 이탈력을 인가하여 매트릭스 결합물질로부터 광섬유를 분리할 수 있도록 상기 매트릭스 결합물질과 상기 코팅된 광섬유와의 친화력이 충분히 낮은 결합 어레이.
  4. 제1항에 있어서, 상기 각각의 광섬유는 그의 외부 표면에 도장된 색 식별 물질을 포함하고, 상기 매트릭스 결합물질의 결합 특성은 상기 광섬유 각각의 색 식별 물질의 결합 특성과 충분히 상이하여 상기 어레이에 적합한 기계적 특성을 유지시키면서 상기 광섬유의 색 식별을 손상시키지 않고도 광섬유 각각으로의 액세싱이 용이한 결합 어레이.
  5. 제1항에 있어서, 상기 매트릭스 결합물질은, 경화성(curable)이고, 실온에서 약 1MPa 내지 1GPa의 범위인 모듈러스를 갖는 결합 어레이.
  6. 제1항에 있어서, 인접한 광섬유들이 실질적으로 서로 접하고 광섬유의 세로축이 어레이의 세로축에 실질적으로 평행하고 동일 평면에 배치된 평행한 어레이에 배치된 세로로 연장된 다수의 광섬유로서, 상기 광섬유의 각각에 적어도 한 층의 코팅물질과 색 식별 물질이 제공된, 상기 다수의 광섬유와, 인접한 광섬유들 사이의 틈새를 채워 상기 광섬유들을 서로 결합시키고, 상기 광섬유 외부로 연장되고 상기 평면에 수직인 상기 광섬유의 반경을 따라 측정한 매트릭스 결합물질의 두께가 약 25㎛ 이하인 상기 광섬유의 어레이를 횡단하여 연장된, 방사(radiation) 경화성 매트릭스 결합물질로서, 상기 매트릭스 결합물질은 실온에서의 모듈러스를 갖고, 상기 광섬유 사이에서 상대 운동이 가능하고 상기 리본에 적합한 기계적 특성을 유지하면서 상기 광섬유들의 색 식별을 손상시키지 않고 각각의 광섬유에 액세싱할 수 있는, 방사 경화성 매트릭스 결합물질을 갖는 광섬유 리본을 포함하는 결합 어레이.
  7. 제6항에 있어서, 상기 평면과 평행한 광섬유 어레이를 횡단하여 연장하며 리본 내의 광섬유와 접하는 상기 리본의 주요 면과 상기 광섬유들 사이에 생성된 공간에 UV 경화성 매트릭스 결합물질이 충전되고, 상기 매트릭스 결합물질의 모듈러스는 실온에서 약 1GPa 보다는 작고 약 1MPa 보다는 큰 결합 어레이.
  8. 제6항에 있어서, 상기 매트릭스 결합물질은 제1UV 결합물질이고, 상기 제1매트릭스 결합물질은 제2매트릭스 결합물질 층으로 둘러싸인(enclosed) 결합 어레이.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 매트릭스 결합물질은 상기 광섬유들과 접한 평면 사이에 한정된(confined) 결합 어레이.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제2매트릭스 결합물질의 모듈러스는 상기 틈새를 채우는 물질의 모듈러스보다 큰 결합 어레이.
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