KR100576944B1

KR100576944B1 - 용융형 광섬유 커플러의 제조장치 및 방법

Info

Publication number: KR100576944B1
Application number: KR1020030062468A
Authority: KR
Inventors: 신우진; 오경환
Original assignee: 광주과학기술원
Priority date: 2003-09-08
Filing date: 2003-09-08
Publication date: 2006-05-10
Also published as: KR20050025681A

Abstract

본 발명은 광통신 및 각종 정밀광학기기에 널리 사용되는 용융형 광섬유 커플러(coupler)를 제조하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 두개의 광섬유를 양쪽에서 고정하는 한쌍의 지그부(10)와, 상기 광섬유를 테이퍼되도록 용융시키기 위한 토치(torch)부(20)와, 상기 광섬유를 테이퍼되도록 양쪽으로 균일하게 인장시키는 인장부(30)를 포함하는 용융형 광섬유 커플러의 제조장치에 있어서, 상기 지그부(10)는 스텝모터(15)에 의해 회전되는 원형의 스테이지(14) 전방에 상면이 평탄한 반원형의 척(11)이 구비되고, 상기 척(11)의 상면 중앙에 이격되게 두개의 광섬유고정홈(12)이 구비되는 구성으로 상기 광섬유에 자동으로 꼬임을 주도록 되어 있고 상기 광섬유를 꼰 후 꼬인부분이 정중앙에 위치되도록 상기 스텝모터(15)의 구동에 의해 그 양측의 것이 안측으로 이동되었다가 다시 바깥쪽으로 이동되는 동작을 적어도 1회 이상 반복하게 되는 것인 한편, 상기 토치부(20)는 모터(21)에 연결된 볼스크류(22)상에서 좌우이동되는 베이스(23)상의 클램프부재(24)를 통해 상하대칭형의 두개의 화구를 갖는 미니토치(25)를 수평으로 장착하여 프레임 브러싱(flame brushing) 방식으로 상기 미니토치(25)를 좌우 왕복이동시키면서 상기 광섬유를 균일하게 용융시키게 되고 상기 미니토치(25)의 높낮이를 조정하기 위하여 상기 클램프부재(24)를 하부의 상기 베이스(23)에 대하여 상하로 이동시키기 위한 높낮이 조정수단(26)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

따라서, 우수한 성능을 갖는 광섬유 커플러의 안정적인 대량생산이 가능해져 광섬유 커플러의 저가격화를 꾀할 수 있는 등 다대한 효과가 있다.

Description

용융형 광섬유 커플러의 제조장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING A FUSED TAPERED OPTICAL FIBER COUPLER}

도 1은 본 발명에 따른 용융형 광섬유 커플러의 제조장치를 전체적으로 도시한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 지그부를 도시한 것으로, (a)는 평면도, (b)는 일측면도,

도 3은 본 발명에 따른 프레임 브러싱(flame brushing) 방식을 위한 토치(torch)부에 대한 구성도,

도 4는 본 발명에 따른 토치부의 미니토치(mini torch)에 대한 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 지그부 11 : 척

12 : 광섬유고정홈 13 : 고정덮게

14 : 스테이지 14a : 회전각도눈금계

14b : 눈금바 15 : 스텝모터

16 : 베이스 20 : 토치(torch)부

21 : 모터 22 : 볼스크류

23 : 베이스 24 : 클램프부재

25 : 미니토치 26 : 높낮이조정수단

25a : 토치몸체 25b : 토치팁

25c : LPG입력공 25d : 산소입력공

30 : 인장부 31 : 스텝모터

32 : 볼스크류

본 발명은 광통신 및 각종 정밀광학기기에 널리 사용되는 용융형 광섬유 커플러(coupler)를 제조하는 장치 및 방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 광섬유를 자동으로 꼴 수 있고, 왕복 좌우이동되는 상하대칭형의 두개의 화구를 갖는 미니토치(mini torch)를 이용하여 프레임 브러싱(flame brushing) 방식으로 광섬유를 균일하게 융융시키며, LPG가스를 열원의 연료로 사용하여 설비비용을 낮추고 작업안전성을 확보하면서, 고수율로 고품질의 광섬유 커플러를 안정적으로 생산할 수 있는 용융형 광섬유 커플러의 제조장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 광섬유 커플러는 광통신망 및 광응용기기에서 광신호를 분배하거나 결합하는 기능을 수행하는데, 이와 같은 광섬유 커플러는 두개 이상의 광섬유를 서로 꼬아 꼬인부분을 잡아 당기면서 가열하여 꼬인부분을 따라 광섬유를 테이퍼(taper)시키고 서로 용융시켜서 결합되게 한 것이다.

이러한 광섬유 커플러를 제조하기 위하여 현재 상용화되어 있는 광섬유 커플 러 제조장치는 커플러 제작시 우선 광섬유를 양쪽에서 고정하는 한쌍의 지그부와, 광섬유를 부드럽게 테이퍼되도록 용융시키기 위한 토치(torch)부와, 두개의 광섬유를 부드럽게 테이퍼되도록 하기 위해 양쪽으로 균일하게 인장시키는 인장부와, 용융 인장된 테이퍼 부분을 패키징하여 커플러를 고정하고 보호하는 패키징부를 포함하여 구성된다.

그 제조공정은 광섬유의 클래딩을 20~30㎜ 벗겨 내고 광섬유를 양 지그에 가지런히 평행하게 늘어놓은 후, 광섬유를 꼬아서 꼬인부분이 정중앙에 오도록 하여 꼬인부분을 중심으로 열을 가함과 동시에 잡아당겨 꼬인부분이 융착되도록 하여 목적하였던 광섬유 커플러를 제작하게 된다.

그러나, 종래의 경우에는 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 진공홀더를 사용하여 두개의 광섬유를 고정하기 때문에 광섬유 고정시 광섬유의 위치가 동일하지 않고, 진공의 흡착기류로 인해 열원이 영향을 받을 수 있어 제조되는 광섬유 커플러의 특성이 균일하지 않아 제품 생산수율이 저조하였다.

둘째, 광섬유를 꼬아서 고정한 상태에서 바로 고정형 토치를 이용하여 열원을 가하기 때문에 꼬임 정도와 가열 위치 등의 조정이 어려웠다. 따라서, 광섬유의 위치 설정을 수작업으로 하게 되는데, 이에 따라 매번 광섬유를 꼬아 감을 때마다 홀더에 고정된 광섬유의 위치가 불규칙적이고, 정확한 반복 작업이 이루어지지 않아 작업 재현성과 생산성이 저조하였다.

셋째, 대부분 고정형 화구를 가진 토치를 이용하므로 다양한 광섬유 커플러 의 제작을 위해 요구되는 열원의 분포 크기를 자유롭게 조절하는 것이 불가능하였다. 즉, 열원의 크기 및 온도를 변화시키기 위해 토치의 화구 크기를 변경하거나 토치의 위치를 수정하여야 하는 불편함이 있어 생산능률이 저하되었다. 그리고, 화구가 하나로 윗부분에서 불꽃이 나오도록 되어 있어 광섬유 코어의 윗부분에만 부분적으로 열전도가 이루어져 균일한 테이퍼를 얻기가 어려웠다.

넷째, 광섬유 융착 및 테이퍼링을 위해 열원의 원료로 수소와 산소의 혼합가스를 이용하고 있어 수소 가스의 높은 압력과 발화 및 폭발 위험성 때문에 고가의 안정장치, 가스압력 조절장치 및 가스전달 시스템이 필요되어 설비비용이 과다하고 위험성이 상존하였다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로써, 광섬유를 자동으로 꼴 수 있고, 왕복 좌우이동되는 상하대칭형의 두개의 화구를 갖는 미니토치를 이용하여 프레임 브러싱(flame brushing) 방식으로 광섬유를 균일하게 융융시키며, LPG가스를 열원의 연료로 사용하여 설비비용을 낮추고 작업안전성을 확보하면서, 고수율로 고품질의 광섬유 커플러를 안정적으로 생산할 수 있는 용융형 광섬유 커플러의 제조장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 두개의 광섬유를 양쪽에서 고정하는 한쌍의 지그부(10)와, 상기 광섬유를 테이퍼되도록 용융시키기 위한 토치(torch)부(20)와, 상기 광섬유를 테이퍼되도록 양쪽으로 균일하게 인장시키는 인장부(30)를 포함하는 용융형 광섬유 커플러의 제조장치에 있어서, 상기 지그부(10)는 스텝모터(15)에 의해 회전되는 원형의 스테이지(14) 전방에 상면이 평탄한 반원형의 척(11)이 구비되고, 상기 척(11)의 상면 중앙에 이격되게 두개의 광섬유고정홈(12)이 구비되는 구성으로 상기 광섬유에 자동으로 꼬임을 주도록 되어 있는 한편, 상기 토치부(20)는 모터(21)에 연결된 볼스크류(22)상에서 좌우이동되는 베이스(23)상의 클램프부재(24)를 통해 상하대칭형의 두개의 화구를 갖는 미니토치(25)를 수평으로 장착하여 프레임 브러싱(flame brushing) 방식으로 상기 미니토치(25)를 좌우 왕복이동시키면서 상기 광섬유를 균일하게 용융시키는 것을 특징으로 하는 용융형 광섬유 커플러의 제조장치를 제공한다.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 두개의 광섬유를 양쪽에서 고정하는 한쌍의 지그부(10)와, 상기 광섬유를 테이퍼되도록 용융시키기 위한 토치(torch)부(20)와, 상기 광섬유를 테이퍼되도록 양쪽으로 균일하게 인장시키는 인장부(30)를 포함하는 용융형 광섬유 커플러의 제조장치에 있어서, 상기 지그부(10)는 스텝모터(15)에 의해 회전되는 원형의 스테이지(14) 전방에 상면이 평탄한 반원형의 척(11)이 구비되고, 상기 척(11)의 상면 중앙에 이격되게 두개의 광섬유고정홈(12)이 구비되는 구성으로 상기 광섬유에 자동으로 꼬임을 주도록 되어 있고 상기 광섬유를 꼰 후 꼬인부분이 정중앙에 위치되도록 상기 스텝모터(15)의 구동에 의해 그 양측의 것이 안측으로 이동되었다가 다시 바깥쪽으로 이동되는 동작을 적어도 1회 이상 반복하게 되는 것인 한편, 상기 토치부(20)는 모터(21)에 연결된 볼스크류(22)상에서 좌우이동되는 베이스(23)상의 클램프부재(24)를 통해 상하대칭형의 두개의 화구를 갖는 미니토치(25)를 수평으로 장착하여 프레임 브러싱(flame brushing) 방식으로 상기 미니토치(25)를 좌우 왕복이동시키면서 상기 광섬유를 균일하게 용융시키게 되고 상기 미니토치(25)의 높낮이를 조정하기 위하여 상기 클램프부재(24)를 하부의 상기 베이스(23)에 대하여 상하로 이동시키기 위한 높낮이 조정수단(26)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 용융형 광섬유 커플러의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 상기 목적과 여러가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 용융형 광섬유 커플러의 제조장치를 전체적으로 나타낸다.

광섬유 커플러 제조장치는 우선 광섬유를 양쪽에서 고정하고 공정에 따라 광섬유를 꼬는 한쌍의 지그부(10)와, 광섬유를 부드럽게 테이퍼되도록 용융시키기 위한 토치(torch)부(20)와, 두개의 광섬유를 부드럽게 테이퍼되도록 하기 위해 양쪽으로 균일하게 인장시키는 인장부(30)를 포함하며, 미도시하였으나 용융 인장된 테이퍼 부분을 패키징하여 커플러를 고정하고 보호하는 패키징부를 더 포함한다.

상기 인장부(30)는 양측의 지그부(10)를 좌우로 이동시키기 위한 것으로, 스텝모터(31)에 의해 회전되는 볼스크류(32)로 구성되어 스텝모터(31)의 정역회전에 따라 지그부(10)가 볼스크류(32)를 따라 좌우 이동된다.

도 2는 본 발명에 따른 지그부(10)를 도시한 것으로, (a)는 평면도, (b)는 일측면도이다.

지그부(10)는 인장부(30)의 볼스크류(32)에 치합되는 나사공(미도시)을 관통 되게 구비하는 베이스(16)상에 원형의 스테이지(14)가 회전 가능하게 구비되며, 스테이지(14)의 전방으로 상면이 평탄한 반원형의 척(11)이 구비되고, 척(11)의 상면 중앙에는 이격되게 두개의 광섬유고정홈(12)이 가공되어 있으며, 이 광섬유고정홈(12)에 광섬유가 삽입된 후 상부를 막아 고정하기 위한 고정덮게(13)가 척(11)의 상면상에 구비된다. 전술한 원형의 스테이지(14)의 외주면에는 회전각도눈금계(14a)가 그려져 있으며, 이 회전각도눈금계(14a)를 읽을 수 있도록 하는 눈금바(14b)가 회전되지 않게 베이스(16) 등을 통해 구비된다. 그리고, 스테이지(14)의 후방측에는 조립된 척(11)과 스테이지(14)를 회전시키기 위한 스텝모터(15)가 장착되는데, 10:1정도의 기어비로 스텝모터(15)의 회전에 대해 척(11)과 스테이지(14)가 회전되도록 장착된다. 덧붙여, 고정되는 광섬유와 맞닿는 고정덮게(13)의 내면에는 광섬유의 손상을 막기 위해 테프론 고무층(미도시)이 접착 구비될 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 종래에는 하나의 고정홈에 두개의 광섬유를 고정함으로써 작업시마다 광섬유의 위치가 달라지는 문제를 방지하기 위해 이격되게 두개의 광섬유고정홈(12)을 만들어 광섬유 고정시 광섬유의 위치가 동일하도록 하며, 광섬유고정홈(12)들간에 이격거리가 있어 광섬유를 꼬았을 때 광섬유끼리 더욱 밀착되도록 각도가 생겨 용이하게 커플링이 이루어지도록 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 종래에 작업자가 직접 두가닥의 광섬유를 꼬아야 했던 불편함을 해소하기 위해 스텝모터(15)를 이용하여 인장 정도에 따라 자동으로 회전하여 커플러를 제조하도록 함으로써 작업자의 능숙도에 따른 생산효율의 변화 를 막게 된다.

한편, 본 발명에 따르면, 커플러 생산에 핵심요소인 균일한 온도의 안정적인 열원의 분포를 얻기 위해 종래의 고정형 토치와는 달리 상하 가열방식의 미니토치(mini torch)(25)를 이용하여 가열부위를 빗질하듯 왕복운동하여 가열하는 프레임 브러싱(flame brushing) 방식을 이용하게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 프레임 브러싱 방식을 위한 토치부(20)에 대한 구성도이다.

토치부(20)는 일측의 모터(21)에 연결되어 회전되는 볼스크류(22)상에서 좌우이동되는 베이스(23)상의 클램프부재(24)를 통해 전방 돌출되게 상하대칭형의 두개의 화구를 갖는 미니토치(25)가 수평으로 장착되며, 미니토치(25)가 장착된 클램프부재(24)를 하부의 베이스(23)에 대해 상하로 이동시키기 위한 볼트형의 높낮이조정수단(26)이 구비된다. 여기서, 높낮이조정수단(26)의 수작동을 통해 미니토치(25)의 높낮이를 조정한다는 것은 결국 미니토치(25)에서 나오는 프레임(flame)의 높이를 조정한다는 것을 의미한다.

도 4는 본 발명에 따른 토치부(20)의 미니토치(25)를 나타낸다.

미니토치(25)는 전술한 클램프부재(24)를 관통되게 내설되는 토치몸체(25a)의 전방에 상하대칭타입의 토치팁(25b)이 돌출되게 수평으로 구비되고, 토치몸체(25a)의 후단에는 사용가스인 LPG(액화석유가스)와 산소가 각각 공급되는 LPG입력공(25c)과 산소입력공(25d)이 구비된다. 토치팁(25b)은 일부 개구부를 갖는 원형으로 개구부를 통해 상하로 두개의 화구가 구비되어 그 사이에 위치되는 광섬유를 상하에서 균일하게 가열한다. 그리고, 열원의 원료인 사용가스로는 설비비용이 저렴하며, 안전도 면에서 우수한 LPG를 이용하며, 산소가스와 적당히 혼합한 혼합가스로서 이용된다. 따라서, LPG입력공(25c)과 산소입력공(25d)을 통해 공급되는 LPG와 산소의 혼합가스는 토치팁(25b)의 두개의 화구로 균일하게 분배되어 배출되게 된다.

한편, 본 발명에 따르면, 우수한 광섬유 커플러를 제작하기 위해서 인장부(30)의 인장속도 및 정지시점의 제어가 중요한 요인으로 작용하므로 그 정밀제어를 위해 마이크로 스텝모터(31)가 채용될 수 있다.

그리고, 광섬유를 꼰 후 꼬인부분이 중앙의 토치부(20)에 의해 가열되도록 정중앙에 위치되어야 하는데, 이를 위해 본 발명에서는 양측의 스텝모터(31)를 이용하여 광섬유를 고정하고 있는 양측의 지그부(10)를 안측으로 이동시켰다가 다시 바깥측으로 이동시키는 동작을 1회 이상 반복시키는 방식을 이용한다.

이상과 같은 구성을 가지는 본 발명의 작용을 이하 간략히 설명한다.

두개의 광섬유의 클래딩을 소정길이 벗겨 내고 광섬유를 양측 지그부(10)의 두개의 광섬유고정홈(12)에 각각 삽입하고 상부를 고정덮게(13)로 막아 평행하게 늘어놓은 후, 양측 지그부(10)의 스텝모터(15)의 구동에 의해 광섬유고정홈(12)이 구비된 척(11)과 이에 조립된 스테이지(14)가 회전되어 광섬유고정홈(12)에 구비된 광섬유가 꼬아진다. 이때, 회전되는 스테이지(14)의 외주면상에는 회전각도눈금계(14a)가 구비되어 있어 회전각도눈금계(14a)에 대해 고정된 눈금바(14b)를 이용하여 회전된 정도를 확인할 수 있다.

그 후, 양측 인장부(30)의 스텝모터(31)의 구동에 의해 양측의 지그부(10)를 안측으로 이동시켰다가 다시 바깥측으로 이동시키는 동작을 수회 반복시켜 광섬유 의 꼬인부분이 정중앙에 위치되도록 하며, 다음으로 중앙 측부에 구비된 토치부(20)의 높낮이조정수단(26)을 조작하여 미니토치(25)의 상하 두개의 화구와 이들 화구사이에 위치되는 광섬유간의 거리를 적절히 조정한 후, LPG와 산소의 혼합가스를 열원으로 하는 미니토치(25)의 상하 화구에서 프레임이 분출되면서 일측의 모터(21)의 구동으로 모터(21)에 연결된 길이방향으로 긴 볼스크류(22)를 따라 미니토치(25)가 좌우 왕복이동하면서 광섬유를 균일하게 가열한다.

이와 같이, 꼬인부분을 중심으로 가열함과 동시에 양측 인장부(30)의 스텝모터(31)의 작동에 의해 양측의 지그부(10)가 바깥측으로 이동하면서 광섬유를 잡아당겨 꼬인부분을 용융 결합시킴으로써 원하던 광섬유 커플러를 제작하게 된다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정과 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.

본 발명에 따르면, 우수한 성능을 갖는 광섬유 커플러의 안정적인 대량생산이 가능해져 광섬유 커플러의 저가격화를 꾀할 수 있는 등 다대한 효과가 달성될 수 있다.

Claims

두개의 광섬유를 양쪽에서 고정하는 한쌍의 지그부와, 상기 광섬유를 테이퍼되도록 용융시키기 위한 토치부와, 상기 광섬유를 테이퍼되도록 양쪽으로 균일하게 인장시키는 인장부를 포함하는 용융형 광섬유 커플러의 제조장치에 있어서,

상기 지그부는 스텝모터에 의해 회전되는 원형의 스테이지 전방에 상면이 평탄한 반원형의 척이 구비되고 상기 척의 상면 중앙에 이격되게 두개의 광섬유고정홈이 구비되는 구성으로 상기 광섬유에 자동으로 꼬임을 주도록 되어 있고 상기 광섬유를 꼰 후 꼬인부분이 정중앙에 위치되도록 상기 스텝모터의 구동에 의해 그 양측의 것이 안측으로 이동되었다가 다시 바깥쪽으로 이동되는 동작을 적어도 1회 이상 반복하게 되는 것인 한편,

상기 토치부는 모터에 연결된 볼스크류상에서 좌우이동되는 베이스상의 클램프부재를 통해 상하대칭형의 두개의 화구를 갖는 미니토치를 수평으로 장착하여 프레임 브러싱 방식으로 상기 미니토치를 좌우 왕복이동시키면서 상기 광섬유를 균일하게 용융시키게 되고 상기 미니토치의 높낮이를 조정하기 위하여 상기 클램프부재를 하부의 상기 베이스에 대하여 상하로 이동시키기 위한 높낮이 조정수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 용융형 광섬유 커플러의 제조장치.
제 1항에 있어서,

상기 지그부는 상기 광섬유고정홈을 상부에서 막아 상기 광섬유고정홈에 삽입된 상기 광섬유를 고정하기 위한 고정덮게를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 용융형 광섬유 커플러의 제조장치.
제 1항에 있어서,

상기 지그부의 상기 스테이지의 외주면에는 회전각도눈금계가 그려져 있고 상기 회전각도눈금계의 상부에 상기 회전각도눈금계를 읽을 수 있도록 하는 눈금바가 구비되는 것을 특징으로 하는 용융형 광섬유 커플러의 제조장치.
제 1항에 있어서,

상기 미니토치의 사용가스로 LPG가스와 산소가스의 혼합가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 용융형 광섬유 커플러의 제조장치.
제 1항에 있어서,

상기 인장부는 양측의 스텝모터에 연결된 볼스크류로 구성되어 상기 지그부가 상기 볼스크류를 따라 좌우로 이동되어 상기 광섬유를 인장하게 되는 것을 특징으로 하는 용융형 광섬유 커플러의 제조장치.
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두개의 광섬유를 양측 지그부의 두개의 광섬유고정홈에 삽입하고 그 상부를 고정덮게로 막아 평행하게 고정시키는 제 1 단계와,

양측의 상기 지그부의 스텝모터를 구동시켜 상기 광섬유고정홈이 구비된 척을 회전시켜 상기 광섬유를 꼬는 제 2 단계와,

양측 인장부의 스텝모터를 구동시켜 양측의 상기 지그부를 안측으로 이동시켰다가 다시 바깥측으로 이동시키는 동작을 적어도 1회 이상 반복시켜 상기 광섬유의 꼬인부분을 정중앙에 위치시키는 제 3 단계와,

중앙 측부에 구비된 토치부의 미니토치의 대칭형 상하 화구에서 프레임을 분출시키면서 모터를 구동시켜 상기 미니토치를 좌우 왕복이동시켜 상기 광섬유의 꼬인부분을 가열하는 제 4 단계와,

가열함과 동시에 상기 인장부의 스텝모터를 구동시켜 양측의 상기 지그부를 바깥쪽으로 이동시키면서 상기 광섬유를 잡아당겨 꼬인부분을 용융 결합시키는 제 5 단계를 포함하는 용융형 광섬유 커플러의 제조방법.