KR100342494B1 - 경화온도 제어기능을 가진 자외선 경화 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따라 그 내부를 통과하는 자외선 경화수지가 피복된 광섬유에 자외선을 조사하는 자외선 경화부와, 상기 자외선 경화부의 상부 분위기를 외부 대기와 차단하는 덮개를 구비하는 경화온도 제어기능을 가진 자외선 경화 장치는, 상기 덮개 내부의 온도를 감지하여 온도 감지신호를 출력하는 온도 감지부와; 제1 유량 제어신호에 따라 상기 자외선 경화부 및 덮개 내부로 일정 유량의 냉각 가스를 공급하는 냉각부와; 제2 유량 제어신호에 따라 상기 덮개 내부로부터 일정 유량의 가스를 흡입하여 제거하는 가스 제거부와; 상기 온도 감지신호로부터 파악되는 자외선 경화온도가 한계 온도범위 내에 있도록, 냉각가스 공급량을 조절하는 상기 제1 유량 제어신호는 상기 냉각부로 출력하며, 가스 흡출량을 조절하는 상기 제2 유량 제어신호는 상기 가스 제거부로 출력하는 제어부를 포함한다.
Description
본 발명은 광섬유 인출 장치에 관한 것으로서, 특히 자외선 경화 장치에 관한 것이다.
통상적인 광섬유 인출 장치는 크게 용융로, 코팅 장치(coating device), 자외선 경화 장치, 캡스턴(capstan) 및 스풀(spool)로 구성된다. 상기 용융로는 실린더(cylinder) 형태를 가지며, 내부에 삽입된 코아와 클래드로 구성된 광섬유 모재의 끝단에 열을 가하여 녹인다. 또한, 상기 용융로 내부가 열에 의해 산화되는 것을 방지하기 위하여, 상기 용융로 내부에는 불활성 기체를 흐르게 한다. 상기 코팅장치는 상기 용융로에서 인출되는 광섬유를 자외선 경화수지로 상기 광섬유의 외면을 코팅한다. 상기 자외선 경화 장치는 상기 코팅 장치의 하단 근처에 위치하며, 상기 자외선 경화수지에 자외선을 조사하여 경화시킨다. 캡스턴은 상기 광섬유를 소정의 힘으로 잡아 당겨서, 상기 광섬유 모재로부터 광섬유가 일정 직경을 유지하면서 연속적으로 인출될 수 있도록 한다. 원통형 실패의 형태를 가지는 스풀은 상기 인출되는 광섬유가 그 외주면에 감겨지도록 한다.
상기 자외선 경화 장치는 일정 선속에서 상기 광섬유에 코팅된 자외선 경화 수지에 자외선을 조사한다. 통상적으로, 상기 광섬유의 인출 선속이 빨라질수록 자외선 램프(lamp)의 수를 증가시켜서 자외선 조사 시간을 늘리거나, 자외선 램프의 출력을 증가시켜 단위 시간당 단위 면적에 도달하는 자외선 세기를 증가시킨다. 이는 상기 광섬유에 코팅된 자외선 경화 수지의 일정한 경화도를 유지하기 위함이다.
그러나, 상기 광섬유의 인출 선속이 증가할수록 상기 광섬유의 쿨링 효율이 상대적으로 떨어져서 상기 광섬유 표면 온도가 증가하게 되고, 이에 따라 자외선 경화 장치의 내부 온도가 증가하게 된다는 문제점이 있다. 즉, 광섬유의 고속 인출에 따른 광섬유의 표면 온도 증가, 자외선 램프의 수 증가, 자외선 램프의 출력 증가 등의 원인으로 자외선 경화 장치의 내부 온도가 증가하게 되는 것이다. 더욱이, 자외선 경화 온도의 상승은 코팅 물질의 특성을 변화시킬 수 있다는 문제점이 있다. 특히, 코팅재의 경화도 감소 및 영의 계수(Young's moduli)의 증가를 발생시켜서 광섬유의 강도와 미소 굴곡(microbending) 손실 특성에 영향을 끼치게 된다. 자외선 경화 수지의 특성 변화에 대하여 자세히 살펴보면 하기한 바와 같다.
폴리머 네트워크(polymer network) 구조상에서의 크로스 링크 시스템(cross link system) 사이의 수소 결합들이 온도 상승으로 인하여 활성화됨으로써 C-C 결합 사이에 생성되어 폴리머 네트워크의 구조가 완전히 바뀌게 되는 것이다. 이와 같은 결과는 코팅 수지의 유리 전이 온도(glass transition temperature)의 차이로 해석할 수 있다. 알려진 바에 의하면, 경화시의 최대 온도가 유리 천이 온도 이상으로 초과할 시에 영의 계수가 증가하게 된다. 이는 유리 천이 온도 이상의 온도에서 상술한 바와 같이 폴리머 네크워크 상에서 수소 결합이 생성되어 경도가 강화되는 효과가 나타나는 것이다. 또한, 경화가 진행될 당시뿐만 아니라, 유리 천이 온도 이상의 온도에서 10 시간 이상의 장시간 어닐링(annealing) 시에도 위와 같은 결과가 나오게 된다. 따라서, 유리 천이 온도가 미소 굴곡 특성뿐만 아니라 온도 특성에도 영향을 미칠 가능성을 배제할 수 없다. 자외선 경화 수지 제조업체에서 제공하는 액체 및 시트(sheet) 상태에서의 물질 특성과 실제 인출 공정상에서의 결과가 일치하지 않을 가능성이 있는 부분은 바로 이 요인 때문이다. 영의 계수가 민감하게 변한다는 것은 광섬유의 미소 굴곡 특성에 악영향을 줄 수 있는 것이다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 자외선 경화 수지의 경화 온도를 일정하게 유지할 수 있는 자외선 경화 장치를 제공함에 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따라 그 내부를 통과하는 자외선 경화수지가 피복된 광섬유에 자외선을 조사하는 자외선 경화부와, 상기 자외선 경화부의 상부 분위기를 외부 대기와 차단하는 덮개를 구비하는 경화온도 제어기능을 가진 자외선 경화 장치에 있어서,
상기 덮개 내부의 온도를 감지하여 온도 감지신호를 출력하는 온도 감지부와;
제1 유량 제어신호에 따라 상기 자외선 경화부 및 덮개 내부로 일정 유량의 냉각 가스를 공급하는 냉각부와;
제2 유량 제어신호에 따라 상기 덮개 내부로부터 일정 유량의 가스를 흡입하여 제거하는 가스 제거부와;
상기 온도 감지신호로부터 파악되는 자외선 경화온도가 한계 온도범위 내에 있도록, 냉각가스 공급량을 조절하는 상기 제1 유량 제어신호는 상기 냉각부로 출력하며, 가스 흡출량을 조절하는 상기 제2 유량 제어신호는 상기 가스 제거부로 출력하는 제어부를 포함한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 경화온도 제어기능을 가진 자외선 경화 장치를 나타내는 도면,
도 2는 도 1에 도시된 제어부의 동작을 나타내는 흐름도.
이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능이나 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자외선 경화 장치를 나타내는 도면이다. 상기 자외선 경화 장치는 가이드 글래스 튜브(guide glass tube, 130) 및자외선 조사기(120)로 구성된 자외선 경화부(120 및 130)와, 상기 자외선 경화부(120 및 130)의 상부 분위기를 외부 대기와 차단하는 덮개(110)와, 상기 덮개(110)의 내벽에 부착된 온도 감지부(140)와, 상기 가이드 글래스 튜브(130)의 하부에 연결된 공급관(174)을 통하여 냉각 가스를 공급하는 냉각부(170, 172 및 174)와, 상기 덮개(110) 내부의 가스를 흡입하여 제거하는 가스 제거부(150, 152 및 154)와, 상기 냉각부(170, 172 및 174)의 냉각 가스 공급량과 상기 가스 제거부(150, 152 및 154)의 가스 흡출량을 조절하는 제어부(160)로 구성된다.
상기 자외선 경화부(120 및 130)는 광섬유(180)의 인출 통로상에 설치된 가이드 글래스 튜브(130)와 상기 가이드 글래스 튜브(130) 내로 자외선을 조사하는 자외선 조사기(120)로 구성된다. 상기 가이드 글래스 튜브(130)는 자외선에 대하여 투명한 석영관일 수 있으며, 상기 가이드 글래스 튜브(130)의 내경은 적어도 상기 자외선 경화 수지가 코팅된 광섬유(180)의 직경보다 크다. 또한, 상기 가이드 글래스 튜브(130)의 하부는 냉각 가스의 공급관(174)과 연결되어 있으며, 상기 공급관(174)으로 유입된 냉각 가스는 상기 가이드 글래스 튜브(130)의 하부로부터 상부로 유동하게 된다. 상기 자외선 조사기(120)는 상기 가이드 글래스 튜브(130)의 외주면을 감싸고 있으며, 자외선을 복사하는 하나 이상의 자외선 램프로 구성될 수 있다. 상기 자외선 조사기(120)는 상기 가이드 글래스 튜브(130)의 외주면으로 자외선을 조사하며, 상기 가이드 글래스 튜브(130)를 통과한 자외선은 상기 가이드 글래스 튜브(130)의 내부로 인출되는 광섬유(180)에 조사된다. 상기 광섬유(180)에 코팅된 자외선 경화 수지는 자외선에 노출되면 경화되는 특성을 가지므로, 액체 상태에서 고체 상태로 경화된다.
상기 덮개(110)는 상기 자외선 경화부(120 및 130)의 상단에 부착되어 상기 자외선 경화부(120 및 130)의 상부 분위기를 외부 대기로부터 차단한다. 또한, 상기 덮개(110)의 내부 체적은 상기 가이드 글래스 튜브(130)의 내부 체적보다 매우 크므로, 상기 덮개(110)의 내부 온도와 상기 가이드 글래스 튜브(130)의 내부 온도와 미소한 차이를 보이게 된다. 상기 덮개(110)의 상단에는 상기 광섬유(180)의 통로를 형성하는 원형의 구멍이 형성되어 있으며, 상기 구멍의 직경은 상기 광섬유(180)의 직경보다 크다. 상기 덮개(110)의 측벽 상부에는 온도 감지부(140)가 부착되어 상기 덮개(110) 내부의 온도를 측정하게 된다. 상기 가이드 글래스 튜브(130)의 하부로부터 유입된 냉각 가스는 상기 덮개의 측벽 상부에 연결된 흡출관(154)을 통하여 제거된다.
상기 온도 감지부(140)는 상기 덮개(110)의 측벽 상부에 부착되어 상기 덮개(110) 내부의 온도를 측정하며, 상기 측정된 온도 감지 신호(142)를 제어부(160)로 출력한다. 상술한 바와 같이, 상기 덮개(110) 내부의 온도는 상기 가이드 글래스 튜브(130)의 내부 온도와 실질적으로 동일하므로, 상기 온도 감지 신호(142)는 상기 가이드 글래스 튜브(130) 내의 자외선 경화 온도에 대한 정보를 나타내게 된다.
상기 냉각부(170, 172 및 174)는 유량 제어기(170), 제1 유량계(172) 및 공급관(174)으로 구성되며, 상기 유량 제어기(170)는 상기 제어부(160)의 제1 유량 제어신호(162)에 따라 일정 유량의 냉각 가스를 상기 공급관(174)을 통해 제공한다. 상기 제1 유량계(172)는 상기 공급관(174) 내를 흐르는 냉각 가스의 유량을 측정하며, 상기 측정된 제1 유량 감지 신호(176)를 상기 제어부(160)로 출력한다. 상기 냉각 가스로는 질소가 사용될 수 있다.
상기 가스 제거부(150, 152 및 154)는 대용량 모터(150), 제2 유량계(152) 및 흡출관(154)으로 구성되며, 상기 대용량 모터(150)는 상기 제어부(160)의 제2 유량 제어신호(164)에 따라 상기 덮개(110) 내부의 가스를 상기 흡출관(154)을 통하여 일정 유량만큼 제거한다. 상기 제2 유량계(152)는 상기 흡출관(154) 내를 흐르는 가스의 유량을 측정하며, 상기 측정된 제2 유량 감지 신호(156)를 상기 제어부(160)로 출력한다. 상기 흡출되는 가스의 대부분은 상기 냉각부(170, 172 및 174)에 의해 공급된 냉각 가스이다.
상기 제어부(160)는 상기 온도 감지신호(142)로부터 파악되는 자외선 경화온도가 한계 온도범위 내에 있는지를 판별하고, 상기 자외선 경화온도가 한계 온도범위 초과 또는 미만일 경우에 제1 및 제2 유량 제어신호(162 및 164)를 출력한다. 예를 들어, 상기 한계 온도범위가 50∼80 ℃라고 하자. 상기 온도 감지신호(142)로부터 파악된 자외선 경화온도가 90 ℃일 경우, 상기 제어부(160)는 상기 냉각 가스의 공급량 및 가스 흡출량을 증가시키는 제1 및 제2 유량 제어신호(162 및 164)를 출력하게 된다. 또한, 상기 온도 감지신호(142)로부터 파악된 자외선 경화온도가 40 ℃일 경우, 상기 제어부(160)는 상기 냉각 가스의 공급량 및 가스 흡출량을 감소시키는 제1 및 제2 유량 제어신호(162 및 164)를 출력하게 된다.
도 2는 도 1에 도시된 제어부(160)의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 상기 제어부(160)의 동작은 크게 온도 감지 과정(210)과, 감지된 온도의 범위 판별 과정(220)과, 냉각가스 공급량 및 가스 흡출량 조절(230) 또는 유지 과정으로 이루어진다. 상기 온도 감지 과정(210)은 도 1에 도시된 온도 감지부(140)로부터 입력된 온도 감지신호(142)로부터 자외선 경화온도를 파악하는 과정을 나타낸다.
상기 파악된 자외선 경화 온도의 범위 판별 과정(220)은 상기 자외선 경화온도가 미리 설정된 한계 온도범위 내에 있는지를 판별하는 과정을 나타낸다.
냉각가스 공급량 및 가스 흡출량 조절 과정(230)은 상기 자외선 경화온도가 상기 한계 온도범위를 초과할 경우, 제1 및 제2 유량 제어신호(162 및 164)를 출력하여 냉각가스 공급량 및 가스 흡출량을 증가 또는 감소시키는 과정을 나타낸다. 또한, 상기 자외선 경화온도가 상기 한계 온도범위 내에 있을 경우에는 현재의 냉각가스 공급량 및 가스 흡출량을 그대로 유지하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자외선 경화장치는 자외선 경화온도를 일정하게 유지함에 따라서 미세한 경화도 변동 및 영의 계수 변동을 방지할 수 있다는 이점이 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 자외선 경화장치는 미세한 경화도 변동 및 영의 계수 변동을 방지함에 따라서 광섬유의 미소 굴곡 손실을 감소시키며 광섬유의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.
Claims (5)
- 그 내부를 통과하는 자외선 경화수지가 피복된 광섬유에 자외선을 조사하는 자외선 경화부와, 상기 자외선 경화부의 상부 분위기를 외부 대기와 차단하는 덮개를 구비하는 자외선 경화 장치에 있어서,상기 덮개 내부의 온도를 감지하여 온도 감지신호를 출력하는 온도 감지부와;제1 유량 제어신호에 따라 상기 자외선 경화부 및 덮개 내부로 일정 유량의 냉각 가스를 공급하는 냉각부와;제2 유량 제어신호에 따라 상기 덮개 내부로부터 일정 유량의 가스를 흡입하여 제거하는 가스 제거부와;상기 온도 감지신호로부터 파악되는 자외선 경화온도가 한계 온도범위 내에 있도록, 냉각가스 공급량을 조절하는 상기 제1 유량 제어신호는 상기 냉각부로 출력하며, 가스 흡출량을 조절하는 상기 제2 유량 제어신호는 상기 가스 제거부로 출력하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 경화온도 제어기능을 가진 자외선 경화 장치.
- 제1항에 있어서,상기 냉각부는 상기 자외선 경화부의 하부와 연결된 공급관과, 상기 제어부의 제1 유량 제어신호에 따라 일정 유량의 냉각 가스를 상기 공급관을 통해 공급하는 유량 제어기를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 경화온도 제어기능을 가진 자외선 경화 장치.
- 제1항에 있어서,상기 가스 제거부는 상기 덮개의 측벽 상부와 연결된 흡출관과, 상기 제어부의 제2 유량 제어신호에 따라 일정 유량의 가스를 상기 흡출관을 통해 제거하는 대용량 모터를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 경화온도 제어기능을 가진 자외선 경화 장치.
- 제1항에 있어서,상기 제어부는 상기 온도 감지신호로부터 파악되는 자외선 경화온도가 미리 설정된 한계 온도범위 미만일 경우에는 냉각 가스 공급량 및 가스 흡출량을 증가시키며, 한계 온도범위 초과일 경우에는 냉각 가스 공급량 및 가스 흡출량을 감소시키기 위한 상기 제1 및 제2 유량 제어신호를 출력함을 특징으로 하는 경화온도 제어기능을 가진 자외선 경화 장치.
- 그 내부를 통과하는 자외선 경화수지가 피복된 광섬유에 자외선을 조사하는 자외선 경화부와, 상기 자외선 경화부의 상부 분위기를 외부 대기와 차단하는 덮개를 구비하는 자외선 경화 장치에 있어서,상기 덮개의 측벽 상부에 부착되어 상기 덮개 내부의 온도를 감지하며, 상기 감지된 온도 감지신호를 출력하는 온도 감지부와;상기 자외선 경화부의 하부와 연결된 공급관과, 제1 유량 제어신호에 따라 일정 유량의 냉각 가스를 상기 공급관을 통해 공급하는 유량 제어기와, 상기 공급관 내를 흐르는 냉각 가스의 유량을 나타내는 제1 유량 감지신호를 출력하는 제1 유량계로 구성된 냉각부와;상기 덮개의 측벽 상부와 연결된 흡출관과, 제2 유량 제어신호에 따라 상기 덮개 내부의 가스를 상기 흡출관을 통하여 일정 유량만큼 제거하는 대용량 모터와, 상기 흡출관 내를 흐르는 가스의 유량을 나타내는 제2 유량 감지신호를 출력하는 제2 유량계로 구성된 가스 제거부와;상기 온도 감지신호, 제1 및 제2 유량 감지신호로부터 각각 자외선 경화온도, 냉각가스 공급량 및 가스 흡출량을 파악하고, 자외선 경화온도가 미리 설정된 한계 온도범위 내에 있도록 냉각가스 공급량 및 가스 흡출량을 증가시키거나 감소시키기 위해, 상기 제1 유량 제어신호는 상기 유량 제어기로 출력하며 상기 제2 유량 제어신호는 상기 대용량 모터로 출력하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 경화온도 제어기능을 가진 자외선 경화 장치.
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