KR100654011B1 - 비드가 표면에 부착된 공기압 포설용 광섬유 유닛 - Google Patents

비드가 표면에 부착된 공기압 포설용 광섬유 유닛 Download PDF

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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 표면으로부터 평균 40㎛~120㎛의 높이로 부착된 비드;를 포함한다. 본 발명에 따르면, 포설 특성이 향상된 공기압 포설용 광섬유 유닛을 제공할 수 있다.

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 바람직한 실시예에 따른 공기압 포설용 광섬유 유닛의 사진이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 솔리드 비드의 사진이다.
도 4는 종래의 공기압 포설용 광섬유 유닛의 사진이다.
본 발명은 공기압 포설용 광섬유 유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기압 포설시 유체 견인력을 최대화시킬 수 있는 표면 구조를 가진 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 튜브를 광섬유 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 포 설하게 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.
Figure 112004057868293-pat00001
(P: 압축 공기압, R1: 포설용 튜브의 내경, R2: 광섬유 유닛의 외경, L: 포설용 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 굴곡을 형성한 여러가지 광섬유 유닛의 구조가 미국특허 제5,042,907호, 제5,555,335호, 제5,441,813호, 제6,341,188호 등에 개시되어 있다.
구체적으로, 미국특허 제5,042,907호 및 제5,555,335호에는 광섬유 유닛의 외표면에 유리 비드(glass bead)를 부착한 광섬유 유닛이 개시되어 있다. 그리고, 비드를 이용하는 방법과는 달리, 미국특허 제5,441,813호 및 제6,341,188호에는 각각 광섬유 유닛의 표면에 발포성 고분자 재료를 이용하여 오목한 모양(Dimple)을 형성한 광섬유 유닛과, 특수한 재질의 실(fiber)을 감아 표면에 굴곡을 형성된 광섬유 유닛이 개시되어 있다.
그러나, 상기한 종래 기술들은 공기압 포설 특성에 중요한 영향을 미치는 굴곡의 높이, 굴곡이 형성되는 광섬유 유닛의 외부층의 두께, 및 광섬유 유닛의 외부층의 영스 모듈러스(Young's modulus)에 대해서는 전혀 개시하고 있지 않다. 따라서, 종래에는 실제로 포설 특성이 우수한 광섬유 유닛을 제조하는데 어려움이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 착상된 것으로서, 광섬유 유닛에 형성된 굴곡의 높이, 굴곡이 형성되는 광섬유 유닛의 외부층 두께 및 영스 모듈러스를 최적화함으로써 공기압 포설 특성을 향상시킬 수 있는 광섬유 유닛을 제공하 는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 공기압 포설용 광섬유는, 하나 이상의 광섬유, 광섬유를 둘러싸며 고분자 수지로 이루어진 버퍼층, 버퍼층을 둘러싸며 고분자 수지로 이루어진 외부층, 및 외부층의 표면으로부터 평균 40㎛~120㎛의 높이로 부착된 비드를 포함한다.
여기서, 비드는 속이 찬 솔리드 비드로서, 90㎛-120㎛의 평균 직경을 가지는 것이 바람직하다.
그리고, 비드의 형상은 실질적으로 구형이 바람직하다.
한편, 외부층의 두께는 50㎛-80㎛로서, 영스 모듈러스(Young's modulus)가 30kgf/㎟~100kgf/㎟ 인 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 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 광섬유 유닛을 도시하는 사진이다. 도 2를 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 코팅층으로, 재질로는 광 경화성 고분자 수지가 사용되며, 바람직하게는 광 경화성 아크릴레이트(Acrylate)가 사용된다. 외부층(22)은 유체 견인력 증대를 위해 비드(30)가 부착되는 코팅층으로, 외부의 충격으로부터 광섬유를 보호하고, 공기압 포설시 광섬유 유닛이 곧게 직진할 수 있도록 강성을 유지해주는 역할을 한다. 이와 같은 역할을 수행하기 위해서 외부층(22)의 재질 및 두께를 적절하게 고려하는 것이 바람직하다.
외부층(22)의 재질은 빛에 의해 경화되는 광 경화성 고분자 수지인 광 경화성 아크릴레이트가 주로 사용되나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 외부층 (22)은 강성유지를 위해 버퍼층(21) 보다 영스 모듈러스(Young's modulus)가 높은 광 경화성 아크릴레이트(Acrylate)를 사용하는 것이 바람직하다. 하지만, 외부층(22)의 영스 모듈러스가 너무 높으면 구부림에 의해 쉽게 균열이 발생하는 문제가 있으므로 영스 모듈러스가 30kgf/㎟~100kgf/㎟인 광 경화성 아크릴레이트를 외부층(22)으로 사용하는 것이 바람직하다. 외부층(22)으로 영스 모듈러스가 높은 광 경화성 아크릴레이트을 사용하더라도 두께가 얇게 되면 강성이 약해지고, 두께가 너무 두꺼워지면 온도가 급격히 변할 때 수축이 일어나 광손실이 증가되는 문제가 있다. 따라서, 외부층(22)의 두께는 20㎛~100㎛의 범위 내로 조절하는 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 50㎛~80㎛의 범위 내로 조절한다.
한편, 광섬유 유닛의 외부층(22)의 표면에는 비드(30)가 부착된다. 광섬유 유닛의 외부층(22)에 부착된 비드(30)는 광섬유 유닛의 표면에 굴곡을 형성함으로써 공기압 포설시 압축 공기의 유체 견인력을 증가 시킨다. 비드(30)의 재질로는 주로 유리가 채용되는 것이 바람직하다. 하지만, 본 발명은 이에 한하지 않는다. 비드(30)는 외부층(22)의 표면으로부터 돌출되어 굴곡을 형성할 수 있다면 어떠한 형태라도 무방하나, 공기압 포설과정에서의 튜브 내면과의 마찰을 작게 하려면 구형이 바람직하다. 그리고, 비드(30)는 속이 빈(hollow)비드 보다 속이 찬 솔리드(solid) 비드가 선호된다. 속이 찬 솔리드 비드가 사용되면, 광섬유 유닛의 취급 또는 포설 과정에서 비드(30)가 충격에 의해 파손됨으로써 광섬유 유닛의 표면에 형성된 굴곡 구조가 열화되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 표면으로부터 돌출된 비드(30)의 높이가 높을수록 압축공기와 광섬유 유닛의 접촉면적이 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 90㎛~120㎛인 비드를 사용하여 외부로 노출되는 비드(30)의 평균적인 높이를 40㎛~120㎛가 되도록 하는 것이 바람직하다.
그리고, 비드(30)는 미세하기 때문에 모든 입자의 크기를 동일하게 할 수는 없으나, 공정중 비드(30)의 부착정도를 제어하기 위해서는 비드(30)의 크기 분포가 균일한 것이 바람직하다. 따라서, 입자선별 장치 등을 이용하여 비드(30)의 크기 분포를 균일하게 하는 것이 바람직하다. 그리고, 입자선별 장치 등을 이용하여 선별된 비드(30)를 외부층(22)에 부착할 때에는, 외부층(22)을 형성할 코팅제(Resin)에 비드(30)를 미리 섞은 후 코팅하는 입자 교반법 보다는 일단 외부층(22)을 형성한 후 외부층(22)이 경화되기 전에 유체화(fluidization) 등의 방법으로 비드(30)를 외부층(22)으로 날려 부착시키는 입자 날림법이 보다 선호된다. 입자 날림법을 사용하면 비드(30)가 부착될 시점의 외부층(22)의 경화진행 정도와 비드(30)의 비산 속도를 적절하게 제어함으로써 입자 교반법을 사용하는 경우보다 비드(30)의 높이를 보다 더 정밀하게 제어할 수 있다는 장점이 있다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 비드의 높이, 외부층의 두께, 및 외부층의 영 모듈러스가 제어된 광섬유 유닛의 공기압 포설 특성을 종래의 광섬유 유닛의 포설 특성과 서로 비교한다.
<실시예>
집합된 4심 단일모드 광섬유의 외주면에 광경화성 고분자 수지인 아크릴레이트를 사용하여 버퍼층의 직경이 920㎛ 수준이 되도록 코팅하였다. 그런 다음, 상기 버퍼층 상에 외부층을 형성하였다. 상기 외부층은 영스 모듈러스가 59kgf/㎟ 인 아크릴레이트를 사용하여 50㎛ 수준의 두께로 코팅하였다. 그리고, 외부층이 경화되기 전에 외부층의 표면에 평균 직경이 110㎛ 이고 속이 찬 유리 솔리드 비드를 입자 날림법에 의해 부착하였다. 도 2는 본 발명에 의해 제조된 광섬유 유닛이고, 도 3은 본 발명에 사용된 솔리드 비드의 사진이다. 도 2를 참조하면 비드(30)의 돌출 정도가 양호하고 비드(30)가 외부층(21) 상에 균일하게 돌출되어 있으므로 유체 견인력이 잘 유발될 수 있는 구조가 형성되었음을 확인할 수 있다. 비드는 평균적으로 40㎛ 정도가 외부층에 매몰되었고, 70㎛ 정도는 외부로 돌출되었다. 본 발명에 따라 제조된 광섬유 유닛을 이용하여 공기압 포설을 실시해 본 결과, 광섬유 유닛은 BT(British Telecom) 규격인 분당 20mpm~25mpm을 만족하며 원활하게 포설되었고 탈피력이 우수하였다. 한편, 비드의 돌출정도와 외부층의 영스 모듈러스를 그대로 두고 외부층의 두께를 50㎛~80㎛ 의 범위 내에서 변화시킨 결과, 양호한 포설 특성이 실질적으로 동일하게 유지됨을 확인할 수 있었다.
<비교예>
집합된 4심 단일모드 광섬유의 외주면에 광경화성 고분자 수지인 아크릴레이트(Acrylate)를 사용하여 버퍼층의 직경이 760㎛ 수준이 되도록 코팅하였다. 그런 다음, 상기 버퍼층 상에 비드가 사전 교반된 외부층을 형성하였다. 이 때, 상기 외부층은 영스 모듈러스가 10kgf/㎟ 인 아크릴레이트를 사용하여 130㎛ 수준의 두께로 코팅하였다. 그리고, 상기 비드로는 평균 직경이 50㎛ 이고 속이 빈 유리 비드를 사용하였다. 도 4는 이렇게 제조된 종래기술에 따른 광섬유 유닛의 확대 사진이다. 도면을 참조하면 대부분의 비드는 외부층(B)에 잠기고 상대적으로 직경이 큰 비드(A)만이 외부로 돌출되었다. 따라서, 광섬유 유닛의 표면에 전체적으로 양호한 굴곡을 얻을 수 없었다. 종래기술에 따라 제조된 광섬유 유닛을 이용하여 공기압 포설을 실시해 본 결과, 광섬유 유닛의 표면에서 큰 유체 견인력을 유발할 수 없어 BT 규격에 따른 양호한 포설 특성을 얻을 수 없었고, 특히 외부층(B)의 영스 모듈러스가 작아 외부 충격에 취약하였고 외부층(B)의 두께가 두꺼워 탈피력이 우수하지 않았다.
이상과 같은 기술적 구성에 의해 본 발명의 기술적 과제는 달성되며, 본 발명이 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 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 따르면, 광섬유 유닛의 외부층 두께와 영스 모듈러스, 그리고 비드 입자의 사이즈 분포, 크기 및 돌출 높이를 최적화함으로써 공기압 포설 특성이 우수한 광섬유 유닛을 제공할 수 있다.

Claims (6)

  1. 하나 이상의 광섬유;
    상기 광섬유를 둘러싸며 고분자 수지로 이루어진 버퍼층;
    상기 버퍼층을 둘러싸며 고분자 수지로 이루어진 외부층;및
    상기 외부층의 표면으로부터 40㎛~120㎛의 평균 돌출 높이로 부착된 90㎛~120㎛인 평균 직경을 갖는 비드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기압 포설용 광섬유 유닛.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 비드는 속이 찬 솔리드 비드인 것을 특징으로 하는 공기압 포설용 광섬유 유닛.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 비드의 형상은 실질적으로 구형인 것을 특징으로 하는 공기압 포설용 광섬유 유닛.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 외부층의 두께는 50㎛-80㎛ 인 것을 특징으로 하는 공기압 포설용 광섬유 유닛.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 외부층의 영스 모듈러스(Young's modulus)가 30kgf/㎟~100kgf/㎟인 것을 특징으로 하는 공기압 포설용 광섬유 유닛.
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