KR100203544B1 - 피복 광 섬유 및 그 피복 방법 - Google Patents

Abstract

인출 광 섬유(21)에 피복 물질인 내, 외층(42,44)이 제공되어, 광 섬유를 처리 및 사용하는 동안에 보호를 한다. 피복 물질은 광 스펙트럼의 다른 부분에 노출로 경화되는 특징을 갖고 있다. 양호한 실시예에서, 내층의 피복 물질은 광 스펙트럼의 가시 부분에 빛을 흡수하는 광 개시제를 포함하고 있는 반면에, 외층의 외피복 물질은 광 스펙트럼의 자외선 광 부분에 빛을 흡수하는 광 개시제를 포함하고 있다.

Description

피복 광 섬유 및 그 피복 방법

제1도는 예비 형성물로부터 광 섬유를 인출시키는 제조 라인의 개략도.

제2도는 인출된 피복 광 섬유의 단면도.

제3도는 가시 광 구역 부근과 그 곳의 흡수도 대 파장을 나타내는 그래프.

제4도는 가시 광 구역에서 그 출력의 대부분을 가지는 상업적으로 이용가능한 광 경화 벌브의 방사출력을 도시하는 막대 그래프.

제5도는 가시 광 스펙트럼에 노출로 경화되는 피복 물질을 비율 대 용량으로 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

21 : 광 섬유 22 : 예비 형성물

23 : 노 25 : 보호 피복 시스템

28 : 센터링 게이지 42 : 내층

44 : 외층

본 발명은 피복된 광 섬유와 그 피복 방법에 관한 것이다.

광 섬유 제조에서, 분리 공정으로 일반적으로 제조되는 유리 예비 형성물 로드는 수직적으로 현수되어 임의의 제어율로 노 내로 이동된다. 예비 형성물은 노내에서 연성이 되고, 광 섬유는 인출 타워의 베이스에 있는 캡스턴에 의해 예비 형성물 로드에 용해 단부로부터 자유롭게 인출된다.

광 섬유의 표면은 마모로 인한 손상에 매우 민감하기 때문에, 임의의 표면과 접촉되기 전에 인출후에 피복시킬 필요성이 있다. 피복 물질의 적용이 유리 표면을 손상하지 않아야 하므로 피복 물질은 액체 상태로 가해진다. 피복 물질이 일단 가해지면, 광 섬유가 캡스턴에 도달하기 전에 피복 물질은 빠르게 응고되어져야 한다. 이러한 것은 일예를 들면 광 경화(photocure)에 의해 달성될 수 있다.

피복 물질로 인해 심한 영향을 받게되는 광 섬유 성질은 강도와 전달성의 상실이다. 이어서, 손상으로 광 섬유가 노출되는 피복 결함은 부적당한 피복 물질의 적용으로 주로 발생한다. 큰 기포 또는 빈 공간, 수용 불가한 얇은 구역에 비집중 피복, 또는 간헐적인 피복과 같은 결함도 방지되어져야 한다. 피복 물질내의 기포 문제는 일예로, 미합중국 특허 제 4,851,165호에 서술로 해결되어 있다. 간헐적인 피복 문제는, 불안정한 피복 흐름을 피하도록 피복 주걱(applicator)으로의 유입점에서 섬유를 적절하게 냉각시키므로서 해결하였다. 피복 농도는 적정치를 유지하도록 감시 및 조정을 하여 이를 수 있다.

광 섬유는 마이크로벤딩으로 알려진 전달 손실 메카니즘에 민감하다. 상기 섬유는 얇고 가요성이기 때문에, 이들은 케이블내에 배치되는 동안에 접하게되는 기계적 응력을 받게될때 또는, 케이블 섬유가 온도차가 심한 환경 또는 기계적 처리에 노출되어 있을때 쉽게 벤딩된다. 섬유에 있는 응력이 밀리미터 정도의 주기 성분, 광선 또는, 모드로 섬유축의 랜덤 벤딩 뒤틀림을 초래한다면, 섬유의 전달성은 코어에서 벗어날 것이다. 마이크로벤딩 손실로 정의되는 이들 손실은 섬유 자체의 본래 손실의 수배로 되는 매우 큰 양이다. 광 섬유는 마이크로벤딩을 일으키는 응력으로부터 격리되어져 있어야만 한다. 광 섬유 피복 물질은, 가장 중요한 요소들인 피복 형상, 비율 및 열 팽창 계수를 가지고 격리를 제공하는 것을 주 역활로 수행하여야 한다.

일반적으로, 두층의 피복 물질이 인출 광 섬유에 적용된다. 또한, 두 종류의 다른 피복 물질이 일반적으로 사용되고 있다. 주 피복 물질인 내층은 광유리 섬유에 접해지도록 적용되어진다. 보조 피복 물질인 외층은 주 피복 물질을 덮도록 적용된다. 일반적으로, 보조 피복 물질은 매우 큰 비율 즉 109Pa을 가지는데 반하여 주 피복 물질은 상대적으로 낮은 비율 예를들면 106Pa을 갖는다. 주 및 보조 피복 물질이 동시에 설치되는 한 예가 미합중국 특허 제4,474,830호에 서술되어 있다.

따라서, 피복 물질의 내, 외층은 모두 외측만으로부터 시작하여 안쪽으로 진행하여 경화된다. 또한 일반적으로, 주 및 보조 피복 물질은 광활성 구역으로 각각이 특징되어지는 자외선 광 경화 물질을 포함하고 있다. 경화 광 흡수 상태에서 피복 물질이 액체 물질을 고체 물질로 변화시키는 광 스펙트럼의 구역은 광활성 구역에 있다. 주 및 보조 물질용으로 사용되어져 있는 두 물질은 유사한 광 활성 구역을 가진다. 광활성 구역이 유사하기 때문에 주 피복 물질용 경화 광은 보조 피복 물질에 의해 감쇠될 것이고, 감쇠의 결과에 따라 주 피복 물질에 도달하는 광은 거의 없게된다.

물론, 보조 피복 물질에 의한 경화 광의 감쇠에도 불구하고, 주 피복 물질은 완전히 경화되어야 한다는 중요한 문제가 있다. 이러한 문제는, 라인 속도를 저하시켜 자외선 경화 광 에너지가 라인 속도에 대해 역비례인 관계로 자외선 경화 광 에너지에 주 피복 물질의 노출 시간을 더 길게 허용하는 종래 기술로 극복되어져 왔다.

전술된 해결책이 작업 가능한 한 방법일지라도 이것은 그 자체의 결점을 가지고 있다. 가장 중요한 것은 라인 속도의 어떠한 저하도 바람직한 것이 아니며, 광 섬유의 인출 속도를 증가시키고 인출 길이를 증가 시키려는 현재의 노력에 역행한다는 것이다.

종래기술에 없으면서도 피복 광 섬유에 필요한 것은, 주 피복 물질을 경화시키는데 사용되는 광 에너지가 보조 피복 물질에 의해 감쇠되어지는 전술된 문제를 해결하는 것이다. 이러한 해결책은 라인 속도에 역효과를 주지않아야 한다. 또한, 광 섬유가 피복된 후에 상기 소트를 만들기 위한 수단이 재공되어져야만 하는 방법은 예비 형성물로부터 광 섬유를 인출하기 위하여 현재의 제조 설비와 일체로 될 수 있어야 한다.

종래기술의 전술된 문제는 본 발명의 피복 광 섬유와 그 피복 제조 방법으로 해결되었다. 본 발명의 피복 광 섬유는 광 유리 섬유를 둘러싸고 결합된 내피복 물질과 광 유리 섬유를 포함하고 있다. 내피복 물질은 이와 결합된 외 피복 물질에 의해 둘러쌓여져 있다. 내, 외 피복 물질은 광 스펙트럼의 다른 구역에서 경화되는 특징이 있도록 되어 있다. 예를들면, 내 피복 물질은 가시 광 스펙트럼에 노출로 경화되는 특징이 있고, 외 피복 물질은 자외선 광 스펙트럼에 노출로 경화되는 특징이 있다.

본 발명의 방법에서, 광 섬유는 예비 형성물로부터 인출된다. 다음에, 주 및 보조 피복 물질이 인출 섬유에 동시에 적용되며, 주 및 보조 피복 물질은 광 스펙트럼의 다른 부분에 노출되어 경화되도록 되어 있다. 양호한 실시예에서, 광 섬유와 접하는 주 피복 물질은 가시 광 스펙트럼내의 광 활성 구역에 있다. 또한, 보조 피복 물질은 자외선 광 스펙트럼내의 광 활성 구역에 있다. 양호한 실시예에서, 피복 물질은 인출 피복 광 섬유가 가시 광 구역에만 있는 방사 스펙트럼에 의해 특징되는 경화 램프로의 노출에 의해 먼저 경화된다. 이어서, 보조 피복 물질이 인출 피복 광 섬유가 자외선 광 스펙트럼에만 있는 방사 스펙트럼에 의해 특징되는 경화 램프에 노출되어 경화된다. 다음에, 인출 및 피복된 광 섬유가 권취된다.

제1도는 특정 준비된 실린더형 예비 형성물(22)로부터 광 섬유(21)를 인출하고, 인출 섬유를 피복시키는 장치(20)를 도시하고 있다. 광 섬유(21)는 예비형성물을 국부적 및 대칭적으로 가열하여 형성하는데, 일반적으로는 지름이 7 내지 25mm이고, 길이는 60cm이고, 약 2000℃온도로 가열된다. 예비 형성물이 노(23)를 통해 안으로 공급됨으로써, 용해 물질로부터 섬유(21)가 인출된다.

제1도에 도시된 바와 같이 인출 시스템의 요소는 노(23)를 포함하며, 예비 형성물은 섬유(21)가 노안에 가열 지대로부터 당겨진 다음에 섬유 크기로 하향 인출 된다. 섬유(21) 지름은 섬유가 형성된 후에 바로 그 점에서 기구(24)에 의해 측정되며, 이러한 측정치는 제어 시스템에 입력된다. 제어 시스템내에서는 측정치와 소정치를 비교하여, 섬유 지름이 소정치에 이르도록 인출 속도를 조정할 수 있게 출력 신호로 나타낸다.

광 섬유(21)의 지름이 측정된 다음에, 보호 피복 시스템(25)(제2도에도 도시됨)이 장치(27)에 의해 섬유에 적용된다. 대기의 해로운 영향으로부터 새롭게 인출된 섬유를 차폐시키는 보호 피복물의 적용이 섬유 강도의 보존에 필요하다. 이러한 피복 시스템은, 섬유가 예정된 치수를 가지면서 제조, 설치 및 서비스가 이어지는 동안에 생기는 마모로부터 보호되고 그 표면상에 손상을 주지 않는 방식으로 적용되어져야 한다. 최소 감쇠는 적합한 피복 물질의 선택과 섬유로의 피복 물질의 제어된 적용을 필요로 한다. 이러한 피복 장치는 전술된 미합중국 특허 제 4,474,830호에 서술되어 있다. 연결기와 겹침점에 오정렬로 인한 손실들을 최소화하는 최소 치수 변경은, 공정에서의 인출과 피복 단계동안에 섬유 지름을 계속적으로 감시 및 제어하는 것과 인출 시스템의 세심한 설계를 필요로 한다. 다음에, 피복 섬유(21)는 센터링 게이지(28)를 통해 지나간다.

피복 물질이 인출 섬유에 적용되어진 다음에, 피복 물질은 경화되어야 한다. 따라서, 피복 물질이 그 위에 덮여진 광 섬유는 피복 시스템을 경화시키는 장치(30)와 피복 섬유의 외지름을 측정하는 장치(32)를 통해 지나간다. 다음에, 캡스턴(34)을 통해 이동되어 이어지는 케이블 작업에 앞서 시험 및 저장을 위해 감겨진다.

장치(27)내에서, 두개의 피복 물질을 포함하고 있는 피복 시스템(25)이 광 섬유에 적용된다. 피복 시스템(25)은 주 피복층이라고도 표현되는 내층(42)(제2도 참고)과 보조 피복 물질이라고도 표현되는 외층(44)을 구비하고 있다. 외층보다 낮은 비율을 가진 내층의 피복 물질은 광 유리 섬유의 마이크로 벤딩을 방지하도록 되어 있다. 또한, 높은 비율의 외층은 인출 유리 섬유에 기계적인 보호를 제공한다.

각각의 피복 물질은 일부분의 광 스펙트럼에 노출 되어짐으로서 경화된다. 일반적으로, 각각의 피복 물질은 소중합체, 희석제, 광개시제를 포함하고 있다. 또한, 예를들면 산화방지제, 점착 증진제, 자외선(UV) 광 안정제, 계면 활성제, 자기 수명 안정제와 같은 부가물이 포함될수도 있다.

내층(42)의 피복 물질이 외층(44)과 비교하여 광 스펙트럼의 다른 부분으로 노출로 경화되는 중요한 성질이 있다. 그 결과, 외층(44)을 통해 지나가 피복 물질을 경화시키기 위해 내층(42)과 부딪치는 광 에너지가, 외층으로의 흡수로 인한 감쇠가 없다.

양호한 실시예에서, 피복 시스템(25)층중의 하나는 가시 광 스펙트럼에 노출되어 경화되고, 다른 하나는 자외선 광 스펙트럼에 노출되어 경화된다. 보다 특별하게는, 양호한 실시예에서, 내층(42)의 피복 물질은 가시 광 스펙트럼에 노출되어 경화되는데 반하여, 외층(44)의 피복 물질은 자외선 광 스펙트럼에 노출되어 경화된다. 이를 위해서 내층(42)의 피복 물질의 성분은 캄퍼퀴논(comphorquinone)이 함유된 광 개시제를 포함한다. 외층용의 광 개시제는 시바 가이기회사(Ciba Giegy Company) 상표의 Irgacure 651 과 같은 2, 2 디메토시, 2페닐아세토페논이 포함된다. 또한, 경화성 자외선 광인 외층의 광 개시제에는 EM 인더스트리스 캄파니 상표의 Darocure 1173과 같은 1 페닐, 2 하이드록시, 2 메틸 프로페논이 포함될 수도 있다.

제3도는 파장 대 피복 성분의 흡수도를 그래프로 나타낸 도면이다. 도시된 파장은 일반적으로 가시 광 스펙트럼이 된다. 제3도는 내층(42)의 피복 성분이 가시 광 스펙트럼을 흡수하는 것을 나타내고 있다. 만일 피복 물질이 특정 파장 구역을 흡수한다면, 흡수되는 구역에서 어떻게 방사하는가에 따라서 만들어져야 한다. 제4도에는 상업적으로 이용 가능한 벌브 출력을 인치당 와트로 나타낸 막대 그래프 대 파장을 도시하고 있다.

제3도에 도시된 바와 같은 흡수치를 가진 피복 수식치로 조사하도록 제4도에 도시된 출력 스펙트럼을 가지고 있는 벌브를 사용할때, 비율은 제5도에 도시된 곡선을 따르게 된다. 제5도에 도시된 바와 같이, 적절한 램프가 제4도의 파장으로 흡수되는 성분을 조사하는데 사용되면, 내층이 제5도에 도시된 용량에 대한 비율을 가지도록 경화될 것이다.

본 발명에 따른 물품 및 방법은 종래 사용되었던 것에 비해 빠른 경화 속도의 사용을 허용한다. 내층(42)을 경화시키는데 사용되는 경화 에너지가 외층(44)에 의해 감쇠되지 않기 때문에, 감쇠를 해결하기 위해 노출에 소요되는 시간이 소요되지 않는다.

전술된 장치는 본 발명을 간략히 설명하기 위한 것이고, 본원은 이외에 다른 변경 설비도 본원 분야의 기술인에 의해 본원의 특징 범위를 벗어나지 않고 실시 가능한 것이다.

Claims (9)

1. 내피복 물질을 둘러싸고 결합되는 외경화 피복 물질과, 광 유리 섬유를 둘러싸고 결합되는 내경화 피복 물질과, 광 유리 섬유를 포함하는 피복 광 섬유에 있어서, 피복 물질중 하나는 가시 광 스펙트럼을 흡수하고 다른 것은 자외선 광 스펙트럼을 흡수하는 것을 특징으로 하는 피복 광 섬유.
2. 제1항에 있어서, 상기 내 피복 물질이, 스펙트럼의 가시 광 부분을 흡수하는 광 개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 피복 광 섬유.
3. 제2항에 있어서, 상기 내 피복 물질의 광 개시제가 캄퍼퀴논을 포함하는 것을 특징으로하는 피복 광 섬유.
4. 제2항에 있어서, 상기 외 피복 물질의 광 개시제가 2, 2 디메톡시, 2 페닐아세토페논을 포함하는 것을 특징으로 하는 피복 광 섬유.
5. 제2항에 있어서, 상기 외 피복 물질의 광 개시제가 1 페닐, 2 하이드록시, 2 메틸프로페논을 포함하는 것을 특징으로하는 피복 광 섬유.
6. 제1항에 있어서, 상기 내 피복 물질은 스펙트럼의 자외선 광 구역을 흡수하는 광 개시제를 포함하고, 상기 외 피복 물질은 가시 광 스펙트럼을 흡수하는 광 개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 피복 광 섬유.
7. 예비 형성물로부터 광섬유를 인출하는 단계와 인출 섬유에 내, 외층의 피복 물질을 적용하는 단계와 인출 피복 섬유를 권취하는 단계를 포함하는 광섬유 피복 방법에 있어서, 한 피복 물질의 광 활성 구역이 다른 피복 물질의 광 활성 구역과는 상이하며, 인출 피복 섬유가 한 광 구역에만의 방사 스펙트럼에 의해 특징되는 경화 램프에 먼저 노출되어 내층의 피복 물질을 경화시키는 단계와, 연속해서, 인출 광 섬유가 다른 광 구역에서만의 방사 스펙트럼에 의해 특징되는 경화 램프에 노출되여 외층의 피복물질이 경화되는 단계에 의하여 특징되는 광 섬유 피복 방법.
8. 제7항에 있어서, 한 피복 물질이 가시 광 스펙트럼에 노출되어 경화되고, 다른 피복 물질이 자외선 광 스펙트럼에의 노출로 경화되는 것을 특징으로 하는 피복 광 섬유.
9. 제7항에 있어서, 내, 외층의 피복 물질이 인출 섬유에 동시에 적용되며, 내층의 피복 물질은 가시 광 스펙트럼에 있는 광 활성 구역의 하나이고, 외층의 피복 물질은 자외선 광 스펙트럼에 있는 광 활성 구역의 하나이며, 가시 광 구역에만의 방사 스펙트럼에 의해 특징되는 경화 램프에 인출 피복 섬유가 먼저 노출되어 피복 물체가 경화되는 단계와, 연속해서, 자외선 광 스펙트럼만의 방사 스펙트럼에 의해 특징되는 경화 램프에 인출 광 섬유가 노출되어 외층의 피복 물질이 경화되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.