KR100602293B1 - 비드가 표면에 부착된 공기압 포설용 광섬유 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비드가 표면에 부착된 공기압 포설용 광섬유 유닛에 관한 것이다. 본 발명에 따른 공기압 포설용 광섬유 유닛은, 하나 이상의 광섬유; 광섬유를 둘러싸며 고분자 수지로 이루어진 버퍼층; 버퍼층을 둘러싸며 고분자 수지로 이루어진 외부층;및 외부층의 표면에 부착된 비드;를 포함하고, 상기 비드는 평균 직경이 80㎛~140㎛, 평균 조도가 10㎛ 이하, 및 장반경(R)과 단반경(r)의 비(R/r)가 1~1.5인 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 광섬유 유닛은, 공기압 포설시 포설용 튜브 내면과의 마찰이 작아 포설 구간이 직선은 물론 곡선인 경우에도 용이하게 포설된다.

Description

비드가 표면에 부착된 공기압 포설용 광섬유 유닛 {Air blown optical fiber unit having bead attached on the surface}

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 공기압 포설시 사용되는 광섬유 유닛 포설장치의 구성도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기압 포설용 광섬유 유닛을 도시하는 사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비드의 사진이다.

도 4는 도 3의 비드를 확대한 사진이다.

도 5는 종래의 공기압 포설용 광섬유 유닛의 표면에 부착되는 비드의 사진이다.

도 6은 도 5의 비드를 확대한 사진이다.

본 발명은 공기압 포설용 광섬유 유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기압 포설시 포설용 튜브와의 마찰이 작은 공기압 포설용 광섬유 유닛에 관한 것이다.

종래에는 광섬유를 포설하는 방법으로 광섬유를 여러 가닥으로 묶거나 꼬아서 케이블화 한 다음 케이블 상태로 포설하는 방법이 주로 사용되었다. 이러한 케이블 포설 방법은 일반적으로 추후의 수요를 예측하여 포설 시점에서 필요한 것보다 훨씬 많은 양의 광섬유를 미리 포설한다.

그러나, 새로운 통신 환경의 요구에 따라 필요한 광섬유의 종류가 다변화되고 제한된 광섬유 포설 환경에서도 통신용량에 적절히 대응할 수 있는 고성능 통신 시스템들이 개발됨에 따라, 단순히 미래의 수요를 예측하여 광섬유를 다량으로 포설해두는 것은 바람직하다고 볼 수 없다. 특히, 사용자측 말단 즉, 엑세스 네트워크(Access network) 부분이나 프리마이즈 와이어링(Premise wiring) 측면에서는 향후의 광섬유 혹은 광케이블의 형식을 현재 시점에서 결정할 수 없으므로 많은 비용을 들여 광섬유 케이블을 미리 다량으로 포설하게 되면 향후 광섬유 혹은 광케이블의 형식이 변경될 경우 경제적 낭비가 초래되는 문제가 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해, 최근에는 몇 개의 광섬유 가닥을 모은 광섬유 유닛을 공기압을 이용하여 포설하는 방법이 널리 사용되고 있다. 이러한 공기압 포설 방법은 1980년경 영국 British Telecom사(US 4,691,896 참조)에 의해 처음으로 제안되었다. 공기압 포설 방법은 특별한 조성과 단면 형상을 갖는 마이크로 튜브(Micro tube) 또는 덕트(duct)라고 불리는 고분자 재질의 포설용 튜브를 광섬 유 포설 지점에 미리 설치한 뒤, 그 내부로 공기압 포설용 광섬유 유닛(Air blown optical fiber; 이하 '광섬유 유닛'이라고 약칭한다)을 공기압을 이용하여 필요한 만큼 불어넣어 광섬유를 포설하는 방법이다. 이러한 광섬유 포설 공법에 의해 광섬유를 포설하게 되면 광섬유의 포설과 제거가 용이하고, 초기 설치 비용이 저감되며, 향후 성능보완도 용이한 이점이 있다.

도 1은 공기압 포설 공법에서 사용되는 광섬유 유닛의 포설장치에 대한 개략적인 구성을 도시한다. 도면을 참조하면, 상기 포설장치는 구동롤러(3)와 가압수단(6)을 사용하여 광섬유 유닛(1)을 광섬유 유닛 공급부(2)로부터 송풍헤드(5)의 출구(B)에 연결된 포설용 튜브(4)내로 연속적으로 인입시키면서 가압수단(6)을 이용하여 송풍헤드(5)의 출구(C)측으로 압축공기를 불어 넣는다. 그러면, 출구(C)측으로 압축공기가 빠른 유속으로 흐르게 되고, 이에 따라 송풍헤드(5)로 유입된 광섬유 유닛(1)이 압축공기의 유체 견인력에 의해 포설용 튜브(4)내에 포설되게 된다.

공기압 포설 공법에서 광섬유 유닛(1)의 포설이 원활하게 이루어지기 위해서는 압축 공기에 의한 유체 견인력이 커야 한다.

유체 견인력(F)은 아래 식으로 표현된다.

(P: 압축 공기압, R₁: 포설용 튜브의 내경, R₂: 광섬유 유닛의 외경, L: 포 설용 튜브의 길이)

상기 수학식 1에서, 포설용 튜브의 내경(R₁)과 광섬유 유닛의 외경(R₂)은 규격으로 정해져 있으므로, 유체 견인력(F)을 최대로 하기 위해서는 광섬유 유닛의 표면에 굴곡을 형성하여 압축공기와 광섬유 유닛의 접촉면적을 증가시키는 것이 바람직하다.

압축공기와 광섬유 유닛의 접촉면적을 증가시키기 위한 일환으로 광섬유 유닛의 표면에 유리 비드(bead)를 부착하여 굴곡을 형성한 광섬유 유닛의 구조가 미국특허 제5,042,907호 및 제5,555,335호에 개시되어 있다.

한편, 광섬유 유닛의 포설 구간은 일반적으로 500m~수㎞에 이르므로 공기압 포설시 광섬유 유닛은 전 구간에서 포설용 튜브의 중간에 떠서 날아가는 것이 아니라 튜브의 내면과 부분부분 접촉하면서 포설된다.

따라서, 표면에 유리 비드가 부착된 광섬유 유닛을 공기압 포설하는 경우, 비드와 포설용 튜브 내면과의 마찰이 발생하게 된다.

그러나, 상기한 종래 기술들은 포설용 튜브 내면과의 마찰에 중요한 영향을 미치는 비드의 표면 특성 및 형태에 대해서는 전혀 개시하고 있지 않다. 따라서, 종래에는 포설용 튜브 내면과의 마찰을 고려하지 않은 비드를 광섬유 유닛의 표면에 부착하여 포설함으로써, 광섬유 유닛의 포설 속도가 급격히 줄어드는 문제가 있었다. 특히, 곡선인 포설 구간에서는 마찰이 증가하여 종종 광섬유 유닛의 포설이 중단되는 문제가 발생한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 비드의 표면 특성 및 형태를 최적화함으로써 공기압 포설시 광섬유 유닛의 표면에 부착된 비드와 포설용 튜브와의 마찰을 줄여 공기압 포설 특성을 향상시킬 수 있는 광섬유 유닛을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 공기압 포설용 광섬유 유닛은, 하나 이상의 광섬유; 상기 광섬유를 둘러싸며 고분자 수지로 이루어진 버퍼층; 상기 버퍼층을 둘러싸며 고분자 수지로 이루어진 외부층;및 상기 외부층의 표면에 부착된 비드;를 포함하고, 상기 비드는 평균 직경이 80㎛~140㎛이고 평균 조도가 10㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 비드는 장반경(R)과 단반경(r)의 비(R/r)가 1~1.5인 구형 비드인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 공기압 포설용 광섬유 유닛은, 하나 이상의 광섬유; 상기 광섬유를 둘러싸며 고분자 수지로 이루어진 버퍼층; 상기 버퍼층을 둘러싸며 고분자 수지로 이루어진 외부층;및 상기 외부층의 표면에 부착된 구형 비드;를 포함하고, 상기 비드의 장반경(R)과 단반경(r)의 비(R/r)가 1~1.5인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 비드의 재질은 유리인 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사 전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기압 포설용 광섬유 유닛을 도시하는 사시도이다. 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 광섬유 유닛은 하나 이상의 광섬유(10)와 광섬유(10)의 외부에 형성된 보호층(20)을 구비한다.

광섬유(10)는 석영 재질의 코어층 및 클래드층을 가진 단일모드 혹은 다중모드 광섬유로서, 단심형으로 이루어질 수도 있고 도면에 도시한 바와 같이 다심형으로 이루어질 수도 있다.

보호층(20)은 광섬유(10)의 보호 및 강성(stiffness) 확보를 위해 광섬유(10)를 둘러싸는 코팅층으로, 한 종류만으로 이루어지거나 다양한 종류의 코팅층을 적층하여 구성할 수도 있다. 바람직하게, 상기 보호층(20)은 버퍼층(21)과 외부층(22)의 이중구조로 구성된다. 하지만, 본 발명의 보호층(20)은 상술한 예에만 국한되지는 않으며, 버퍼층(21)만으로 구성되거나 버퍼층(21)과 외부층(22)사이에 중간층을 더 포함하는 등의 다양한 형태의 변형예를 포함할 수 있음은 물론이다.

상기 버퍼층(21)은 광섬유(10)를 직접 둘러싸고 있는 코팅층이다. 버퍼층 (21)의 재질로는 빛에 의해 경화되는 광 경화성 고분자 수지가 사용되며, 바람직하게는 광 경화성 아크릴레이트(Acrylate)가 사용된다.

상기 외부층(22)은 버퍼층(21)을 둘러싸며 비드(30)가 부착되는 코팅층이다. 외부층(22)의 재질로는 버퍼층(21)과 마찬가지로 광 경화성 고분자 수지가 사용되나, 외부의 충격으로부터 광섬유(10)를 보호하고, 공기압 포설시 광섬유 유닛의 강성을 유지시키기 위해 버퍼층(21) 보다 영스 모듈러스(Young's modulus)가 높은 광 경화성 아크릴레이트를 사용하는 것이 바람직하다.

비드(30)는 공기압 포설시 압축 공기의 유체 견인력 증대를 위해 외부층(22)에 부착되는 입자이다. 돌출된 비드(30)의 높이가 높을수록 압축공기와 광섬유 유닛의 접촉면적은 증가되고, 이에 따라 압축공기의 유체 견인력이 향상되어 광섬유 유닛이 보다 용이하게 포설된다. 그러나, 비드(30)의 높이를 증가 시키기 위해서 직경이 큰 비드(30)를 사용하면, 외부층(22)의 표면에 비드(30)를 부착하는 공정을 제어하기가 어렵고, 또한 광섬유 유닛의 무게가 증가되어 결과적으로 포설 특성이 나빠지는 문제가 발생한다. 따라서, 평균 직경이 80㎛~140㎛인 비드(30)를 사용하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 평균 직경이 90㎛~120㎛인 비드(30)를 사용한다. 비드(30)의 재질로는 유리가 채용되는 것이 바람직하나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 공기압 포설시 포설용 튜브내로 인입되는 광섬유 유닛은 표면으로 부터 돌출된 비드(30)와 포설용 튜브 내면과의 마찰에 의해 포설 특성이 저하될 우려가 있다. 따라서, 상기 비드(30)는 마찰계수가 작은 유리 비드(30)를 사용하는 것 이 바람직하다. 그런데, 동일한 유리로 제조된 비드(30)라고 할지라도 전자 주사 현미경 등으로 비드(30)의 표면을 관찰하면, 굴곡져 있는 모양, 타원형인 모양, 매끈한 모양 등의 다양한 형상이 관찰된다. 비드(30)가 포설용 튜브와의 마찰을 작게 일으키기 위해서는 비드(30)의 표면이 매끈해야 하므로, 비드(30)의 표면에서 돌출되어 있는 부분의 높이 즉, 조도(Roughness)는 10㎛ 이하인 것이 바람직하다. 만약, 조도가 10㎛를 초과하는 비드(30)가 부착된 광섬유 유닛을 공기압 포설하면, 표면이 거친 비드(30) 때문에 포설용 튜브와의 마찰이 증가하여 포설 특성이 저하된다.

또한, 비드(30)는 포설용 튜브와의 마찰을 줄일수 있도록 구형인 것이 바람직하므로, 비드(30)의 장반경(R)과 단반경(r)의 비(R/r)는 1~1.5 인 것이 바람직하다. 만일, 비드(30)의 장반경(R)과 단반경(r)의 비(R/r)가 1보다 작거나 1.5 보다 클 경우, 비드(30)는 럭비공 형태가 되어 공기압 포설시 구형 비드(30)를 사용한 경우보다 포설용 튜브와 더 많은 마찰을 유발한다.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 표면이 매끈한 구형의 비드(30)가 부착된 광섬유 유닛의 공기압 포설 특성을 종래의 광섬유 유닛의 포설 특성과 서로 비교한다.

<실시예>

4심 단일모드 광섬유의 외주면에 광경화성 고분자 수지인 아크릴레이트를 사용하여 버퍼층과 외부층을 순차적으로 형성하였다. 광섬유를 보호하기 위해 외부층은 버퍼층 보다 영스 모듈러스가 높은 아크릴레이트를 사용하였다. 그리고, 외부층 이 경화되기 전에 외부층의 표면에 평균 직경이 80㎛~140㎛인 유리 비드를 입자 날림법에 의해 부착하였다. 부착된 비드는 평균 조도가 10㎛ 이하이고 장반경과 단반경의 비가 1~1.5 범위내인 유리로 제조된 비드이다. 도 3은 본 발명에 따른 비드의 사진이고, 도 4는 도 3의 비드의 확대 사진이다. 도 3 및 도 4를 참조하면 비드(30)는 표면이 매끄럽고 실질적으로 원형임을 확인할 수 있다. 매끄러운 구형의 비드(30)는 평균적으로 40㎛ 정도는 외부층에 매몰되었고, 70㎛ 정도는 외부로 돌출 되었다. 본 발명에 따라 매끄러운 구형의 비드가 부착된 광섬유 유닛을 이용하여 공기압 포설을 실시해 본 결과, 광섬유 유닛은 BT(British Telecom) 규격인 분당 20mpm~25mpm을 만족하며 원활하게 포설되었고 특히, 반경 3㎝인 곡선구간에 포설할 경우에도 원활하게 포설되었다. 한편, 본 발명에 따른 광섬유 유닛을 육안으로 관찰하면 광섬유 유닛의 표면에 부착된 매끄러운 구형의 비드가 반짝이는 것을 확인할 수 있었다.

<비교예>

4심 단일모드 광섬유의 외주면에 광경화성 고분자 수지인 아크릴레이트를 사용하여 버퍼층과 외부층을 순차적으로 형성하였다. 광섬유를 보호하기 위해 외부층은 버퍼층보다 영스 모듈러스가 높은 아크릴레이트를 사용하였다. 그리고, 외부층이 경화되기 전에 외부층의 표면에 평균 직경이 80㎛~140㎛인 유리 비드를 입자 날림법에 의해 부착하였다. 부착된 비드는 평균 조도가 20㎛ 이상이고 장반경과 단반경의 비가 1.5 이상인 유리로 제조된 비드이다. 도 5는 종래기술에 따라 제조된 광섬유 유닛의 표면에 부착된 비드의 사진이고, 도 6은 도 5의 비드의 확대 사진이 다. 도 5 및 도 6을 참조하면 비드(40)는 표면이 거칠거나 실질적으로 럭비공 형상임을 확인할 수 있다. 표면이 거친 럭비공 형상의 비드(40)는 평균적으로 50㎛ 정도는 외부층에 매몰되었고, 70㎛ 정도는 외부로 돌출 되었다. 표면이 거친 럭비공 형상의 비드가 부착된 광섬유 유닛을 이용하여 공기압 포설을 실시해 본 결과, 광섬유 유닛은 포설용 튜브 내면과의 마찰로 인해 BT 규격에 따른 양호한 포설 특성을 얻을 수 없었는데, 예컨데 50m 이상의 거리에서는 포설 속도가 급격히 줄어들다가 포설이 정지하는 현상이 발생하는 경우도 있었다. 특히, 포설 구간이 곡선인 경우에는 포설이 불가능 하였다. 한편, 종래 기술에 따라 제조된 광섬유 유닛을 육안으로 관찰하면 광섬유 유닛의 표면에 부착된 거친 럭비공 형상의 비드로 인하여 난반사가 발생하여 광섬유 유닛의 표면이 뿌옇게 보였고, 거친 표면으로 인해 탈피시 손톱에 상처가 나는 경우도 있었다.

아래 표 1은 비드의 평균 조도에 따른 직선 구간과 곡선 구간의 포설 특성을 측정한 결과이다. 표 1에 나타난 바와 같이, 비드의 평균 조도가 증가 할수록 포설 특성이 나빠지고 특히, 곡선 구간에서는 포설이 불가능하다는 것을 확인할 수 있다.

조도(㎛)구분	0~5	5~10	10~20	20~
직선구간 포설특성	우수	우수	양호	느림
곡선구간 포설특성	우수	우수	포설정지	포설불가

이상과 같은 기술적 구성에 의해 본 발명의 기술적 과제는 달성되며, 본 발명이 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한 정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 따른 광섬유 유닛은 공기압 포설시 포설용 튜브와의 마찰이 작아 직선 포설 구간은 물론 곡선 포설 구간에도 용이하게 포설될 수 있음은 물론, 포설 과정에서 포설용 튜브와의 마찰에 의하여 코팅층의 표면이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

Claims (4)

1. 하나 이상의 광섬유;

   상기 광섬유를 둘러싸며 고분자 수지로 이루어진 버퍼층;

   상기 버퍼층을 둘러싸며 고분자 수지로 이루어진 외부층;및

   상기 외부층의 표면에 부착된 비드;를 포함하고,

   상기 비드는 평균 직경이 80㎛~140㎛이고 평균 조도가 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 공기압 포설용 광섬유 유닛.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 비드는 장반경(R)과 단반경(r)의 비(R/r)가 1~1.5인 구형 비드인 것을 특징으로 하는 공기압 포설용 광섬유 유닛.
3. 하나 이상의 광섬유;

   상기 광섬유를 둘러싸며 고분자 수지로 이루어진 버퍼층

   상기 버퍼층을 둘러싸며 고분자 수지로 이루어진 외부층;및

   상기 외부층의 표면에 부착된 구형 비드;를 포함하고,

   상기 구형 비드는 장반경(R)과 단반경(r)의 비(R/r)가 1~1.5인 것을 특징으로 하는 공기압 포설용 광섬유 유닛.
4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 비드의 재질은 유리인 것을 특징으로 하는 공기압 포설용 광섬유 유닛.

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