KR101175943B1 - 착색 피복된 광섬유 제조용 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광섬유 착색 피복용 시스템 및 착색 피복 방법에 관한 것이다. 당해 시스템은 하나 이상의 착색제 농축물 저장소로부터의 착색제 농축물을 조절 가능하게 전달하고 피복 물질과 혼합하는 유량 조절기를 포함하고, 당해 착색된 피복 물질은 광섬유가 통과하는 피복 다이로 공급된다. 착색제 농축물 저장소는 보다 소형이고 유량 조절기를 따라 이동 가능하게 만들 수 있다. 따라서, 전체 착색 피복 시스템은 섬유 제조 설비의 임의의 적합한 위치, 예를 들면, 다수의 연신탑 중의 어느 하나로 이동시킬 수 있다. 이러한 이동성으로 인해, 통상적으로 연신탑 1개당 1개의 색상 라인만을 갖는 기존의 시스템보다 훨씬 용이하게 다수의 상이한 색상을 동일한 연신탑에서 사용할 수 있게 된다. 당해 방법은 광섬유를 제공하고, 착색제 농축물을 피복 물질과 함께 피복 다이로 운반하고, 상기 광섬유를 상기 피복 다이로 피복하고, 피복된 섬유를 경화시킴을 포함한다.

광섬유, 착색, 피복 물질, 피복 다이, 착색제

Description

착색 피복된 광섬유 제조용 시스템 및 방법{System and method for manufacturing color-coated optical fiber}

도 1은 본 발명의 양태에 따르는 광섬유 착색 피복용 시스템의 간단한 개략도이다.

도 2a는 기존의 광섬유 피복 시스템의 간단한 개략도이다.

도 2b는 본 발명의 양태에 따르는 광섬유 피복 시스템의 간단한 개략도이다.

도 3은 본 발명의 양태에 따르는 광섬유의 착색 피복 방법의 간단한 구성도이다.

본 발명은 광섬유에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 광섬유 착색 피복용 시스템 및 착색 피복 방법에 관한 것이다.

광섬유는 장거리에 걸쳐 비교적 다량의 정보를 함유하는 광신호를 비교적 낮은 감쇠도로 전달할 수 있는 유리 또는 플라스틱의 가느다란 가닥이다. 광섬유는 통상적으로 유리 또는 기타 적합한 물질로 제조된 보호 클래딩으로 둘러싸인 굴절 코어를 포함하는 광섬유 모재의 일부를 가열하고 연신하여 제조한다. 이어서, 연신된 광섬유를 자외선(UV) 경화된 물질 또는 기타 적합한 물질로 제조된 하나 이상의 투명한 피복층을 적용하여 추가로 보호한다. 통상적으로, 광섬유는 제1 또는 1차 피복층 및 제2 또는 2차 피복층으로 피복한다.

종종, 광섬유의 차후 식별 및 구별을 돕기 위하여, 복수의 색상, 예를 들면, 12색 이상 중에서 한 색을 갖는 UV 경화성 잉크로 외부 피복층을 피복하거나 탑코팅하여 피복된 광섬유를 착색시킨다. 시간 및 비용을 절감하기 위하여, 일부 섬유 제조업자들은 광섬유를 단일 단계로 피복 및 착색하려는, 즉 피복 단계 동안 광섬유를 착색하려는 시도를 하고 있다. 예를 들면, 미국 특허공보 제5,330,786호, 제6,317,553호 및 제6,321,014호를 참고한다. 이러한 방식으로, 예비 착색된 피복 물질을 광섬유에 도포한다. 통상적으로, 예비 착색된 피복 물질은 착색제 농축물과 예비 혼합한 통상적인 제2 피복물이다.

그러나, 연신 기법 동안의 이러한 통상적인 착색은 불리하다. 예를 들면, 연신 처리 동안의 통상적인 착색에서, 색상을 변화시키기 위해서는 상이한 잉크 드럼을 갖는 잉크 드럼을 교체하고 드럼과 피복 다이 사이의 모든 라인을 퍼징시킬 필요가 있다. 또한, 일단 연신 처리 동안 착색이 설정되면 무색 광섬유를 제조하기 위해서는 잉크 드럼을 교체하고 라인을 퍼징시키는 공정이 수반된다. 추가로, 전체 모재로부터 연신된 섬유를 피복하는 기존의 드럼에 충분한 잉크가 존재하지 않는 경우, 잉크 드럼을 폐기하여야 한다.

따라서, 연신 처리 동안 다수의 통상적인 착색의 단점을 극복하는, 연신 동안의 광섬유 착색용 유효한 시스템 및 착색 방법을 개발하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명은 광섬유의 착색 시스템 및 착색 방법에서 구현된다. 당해 시스템은 하나 이상의 착색제 농축물 저장소로부터의 착색제 농축물을 조절 가능하게 전달하고 피복 물질과 혼합하는 유량 조절기를 포함하며, 당해 착색된 피복 물질은 광섬유가 통과하는 피복 다이로 공급된다. 착색제 농축물 저장소는 보다 소형이고 유량 조절기를 따라 이동 가능하게 만들 수 있다. 따라서, 전체 착색 피복 시스템은 섬유 제조 설비의 임의의 적합한 위치, 예를 들면, 다수의 연신탑 중의 어느 하나로 이동시킬 수 있다. 이러한 이동성으로 인해, 통상적으로 연신탑 1개당 1개의 색상 라인만을 갖는 기존의 시스템보다 훨씬 용이하게 동일한 연신탑에서 다수의 상이한 색상을 사용할 수 있게 된다. 본 발명의 양태에 따르는 광섬유의 착색 피복 방법은 광섬유를 제공하고, 착색제 농축물을 피복 물질과 함께 피복 다이로 전달하고, 상기 광섬유를 상기 피복 다이로 피복하고, 피복된 섬유를 경화시킴을 포함한다.

본 발명의 이해를 강화하기 위하여 도면의 설명 전체를 통하여 다음 설명에서 유사한 참조 번호는 유사한 부품을 나타낸다. 또한, 구체적인 특징, 형태 및 장치가 아래에 논의되어 있지만, 이는 단지 예시를 목적으로 한 것임을 이해해야 한다. 당업자는 기타의 단계, 형태 및 장치가 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 유용함을 인지할 것이다.

광섬유는 통상적으로 광섬유 모재를 점진적으로 가열하고 모재의 가열 부분을 광섬유로 연신하여 제조한다. 모재를 통상적으로 수직으로 유지시키고 연신 노 등의 열원으로 조절 가능하게 낮추어, 모재의 일부를 약 2000 내지 2200℃로 가열한다. 모재는 노를 통과함에 따라, 광섬유가 모재의 연화된 말단으로부터 연신되는 지점까지 점진적으로 연화된다.

광섬유는 일단 연신되면, 냉각 단위장치로 통과시킨 다음, 투명하거나 무색의 자외선(UV) 경화성 액상 피복물을 광섬유에 도포하는 하나 이상의 피복 단위장치 또는 다이로 통과시킨다. 이어서, 피복된 광섬유를 UV 광원 등의 경화 장치로 통과시키고, 여기서 도포된 피복물을 경화시키고 강화시킨다. 임의로, 추가의 무색의 제2 피복물 및/또는 착색된 잉크 피복물 등의 추가의 피복물을 도포한다. 위에서 논의한 바와 같이. 다수의 광섬유 제조업자는 단일 단계로 피복하고 착색시켜 제조 공정을 통합한다. 통상적으로, 예비 착색된 제2 피복물을 제1 피복물에 도포한 다음 경화시킨다.

이제 도 1을 참조하면, 본 발명의 양태에 따르는 광섬유 착색용 시스템(10)의 간단한 개략도가 나타나 있다. 당해 시스템은 초기에 목적하는 피복 색상의 착색제 농축물로 충전된 하나 이상의 저장소를 포함한다. 예를 들면, 시스템(10)은 목적하는 착색 피복물의 착색제 농축물로 충전된 제1 저장소(12) 및 동일한 목적하는 착색 피복물의 착색제 농축물로 충전된 제2 저장소(14)를 포함한다. 하나 이상의 농축물 저장소를 사용하여 하나의 저장소를 착색제 농축물을 전달하는 데 사용하는 한편, 다른 저장소(들)를 탈기시키고 재충전시키도록 할 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템(10)을 필요에 따라 연속적으로 가동시킬 수 있는데, 즉 시스템(10)은 저장소 중의 어느 하나를 착색제 농축물로 재충전시키기 위하여 운전정지시킬 필요가 없다. 저장소는 하나 이상의 스케일(16 및 18), 또는 각각의 저장소 중의 착색제 농축물에 대한 농도 센서로서 기능하는 기타의 적합한 장치 위에 위치시킨다.

본 발명의 양태에 따라, 저장소는 실제의 착색 피복물보다는 매우 농축된 착색제로 충전시킨다. 통상의 시스템은 광섬유를 피복하는데 사용되는 정확한 농도의 예비 혼합된 착색 피복물로 충전된 저장소를 갖는다. 아래에 논의하겠지만, 본 발명의 양태에 따라, 저장소 중의 착색제 농축물은 통상적인 피복물과 조절 가능하게 혼합하여 광섬유를 피복하는데 사용되는 착색된 피복물을 제공한다. 이러한 방식으로, 본 발명의 양태에 따라, 착색제 농축물 저장소는 통상의 시스템에서 필요한 것보다 크기가 훨씬 더 작다.

예를 들면, 1Mm의 모재(즉, 광섬유 1000km를 연신하는 모재)로부터 연신된 광섬유를 피복하기 위하여, 저장소는 착색제 농축물 약 4kg만을 수용할 필요가 있다. 비교용으로, 기존의 시스템에서는 각각의 저장소는 착색제 농축물 약 25kg을 수용하기 위해 충분히 커야 한다. 본 발명의 양태에 따라, 보다 작은 저장소 크기로 인해, 전체 시스템(10)은 보다 소형으로 되어 저렴하게 된다. 상대적으로 소형인 저장소를 사용하면, 착색제 농축물의 유량을 조절하기 위하여 질량 유량 조절기 또는 니들 밸브를 사용하는 경우에 통상적으로 요구되는 가압 저장소를 사용하는 경우 특히 유리하다. 가압 저장소는 비교적 무겁고 고가여서, 비용 때문에 가능한 한 작아야 한다. 또한, 보다 작은 저장소를 포함시키면, 보다 소형인 시스템이 가능해져서 시스템 이동성 면에서 유리하며, 이는 아래에 보다 상세히 논의한다.

제1 저장소(12)는 제1 공급 라인(22) 및 제1 밸브(24)를 통하여 연결되고 제2 저장소(14)는 제2 공급 라인(26) 및 제2 밸브(28)를 통하여 공통 공급 라인(32)으로 연결된다. 공통 공급 라인(32)은 유량 조절기(34)로 연결된다. 유량 조절기(34)는 임의의 적합한 유량 조절기 유형, 예를 들면, 용적식 펌프(positive-displacement pump), 왕복 펌프, 계량 펌프 또는 질량 유량 조절기이다. 유량 조절기(34)는 착색제 농축물의 유량 및 이에 따라 착색제 농축물 공급 라인(36)으로 전달된 착색제 농축물의 양을 조절한다.

착색제 농축물 공급 라인(36)은 제3 밸브(38)를 통하여 피복 다이 공급 라인(42)에 연결되며, 이는 피복 다이(44)에 연결된다. 또한, 제4 밸브(48)를 통하여 제2 피복물 공급 라인(46)과 같은 피복물 공급 라인이 피복 다이 공급 라인(42)에 연결된다. 유량 조절기(34)의 속도는 광섬유 연신탑의 연신 속도에 비례하여 조절되거나 조정한다. 이러한 방식으로, 유량 조절기(34)는 일정량의 착색제 농축물을 전달하여 피복물과 혼합시켜 피복 다이(44)에 일정한 착색제 농도를 갖는 착색 피복물을 제공한다. 착색 피복 혼합물의 일정한 착색제 농도로 피복 다이(44)를 통과하는 광섬유에 도포되는 착색 피복물의 두께가 균일하게 된다.

본 발명의 양태에 따라, 저장소(12 및 14), 유량 조절기(34) 및 착색제 농축물 전달 시스템(10)의 기타 부품을 이동성 플랫폼 또는 기판, 예를 들면, 바퀴달린 카트(52)에 설치할 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템(10)을 다양한 위치, 예를 들면, 다양한 섬유 연신탑 사이에서 이동시킬 수 있다. 착색제 농축물 전달 시스템(10)의 이동성으로 인해, 기존의 섬유 제조 설비에 보다 큰 융통성이 제공된다. 예를 들면, 소정의 섬유 제조 설비에서, 각각의 연신탑은 임의의 적합한 색상의 광섬유를 연신하고 착색시킬 수 있다. 그러나, 기존의 시스템은 통상적으로 각각의 색상에 대한 개별적인 공급 라인을 필요로 하므로, 각각의 연신탑은 임의의 주어진 시간에 단일 색상의 광섬유를 연신시킬 수 있을 뿐이다.

기존의 섬유 착색 기술에서는 예비 착색된 제2 피복물이 사용된다. 예를 들면, 도 2a를 참조하면, 기존의 섬유 착색 시스템의 간단한 개략도가 나타나 있다. 광섬유(62)는 광섬유에 무색의 제1 피복물을 도포하는 제1 피복 다이(64)를 통과한다. 이어서, 광섬유(62)는 제2 피복물을 제1 피복물에 도포하는 제2 피복 다이(66)를 통과한다. 착색된 피복물 공급 라인(69)을 통하여 예비 착색된 제2 피복물(68)을 제2 피복 다이에 공급한다. 이어서, 착색 피복된 광섬유는 제1 피복물 및 제2 피복물을 경화시키는 경화 장치(나타내지 않음)를 통과한다.

비교용으로, 도 2b에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 양태에 따라, 제2(또는 제1) 피복 다이에는 무색의 피복물(72) 및 착색제 농축물(74)이 공급된다. 제2 피복물 및 착색제 농축물의 전달 기구에 따라, 착색제 농축물은 제2 피복물의 상부 위에 개별적인 층으로서, 또는 또 다른 방법으로, 제1 피복층과 제2 피복층 사이의 개별 층으로서 피복 다이(66)를 통하여 전달된다. 또한, 본 발명의 또 다른 양태에 따라, 착색제 농축물은 무색의 제2 피복물과 조절 가능하게 혼합되어 제1 피복층 위에 착색된 제2 피복층으로서 전달되는 착색된 제2 피복물을 형성한다.

제2 피복물을 예비혼합하기보다 착색제 농축물을 제2 피복물과 피복 다이에서 직접 혼합하면 착색제 농축물 저장소가 예비 혼합된 착색 피복용 저장소보다 훨씬 작기 때문에, 필요한 저장소 공간은 감소한다. 또한, 시스템(10)의 이동성으로 인해, 위에서 논의한 바와 같이, 기존의 장치보다 다수의 이점이 제공된다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 양태에 따라 착색 피복 광섬유에 대한 방법(80)의 간단한 구성도가 나타나 있다. 상기 방법(80)의 한 단계(82)는 코어 영역 및 클래딩 영역을 갖는 광섬유를 제공하는 것이다. 위에서 논의한 바와 같이, 모재로부터 연신된 광섬유는 코어 영역 및 클래딩 영역을 포함한다. 유리 섬유는 하나 이상의 피복물, 예를 들면, 제1 피복물 및 제2 피복물로 피복하여야 한다.

상기 방법(80)의 또 다른 단계(84)는 착색제 농축물 및 피복물을 피복 다이로 조절 가능하게 유동시키는 것이다. 위에서 논의한 바와 같이, 유량 조절기 또는 기타의 적합한 장치는 통상적인 피복 물질과 함께 피복 다이로 목적하는 조절된 속도로 착색제 농축물을 전달한다. 착색제 농축물과 피복 물질을 혼합하여 착색 피복물을 형성한다. 예를 들면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 착색제 농축물을 제2 피복 물질과 혼합하여 광섬유 위에 착색된 제2 피복물을 제공한다. 그러나, 본 발명의 양태에 따라, 착색제 농축물은 임의의 피복 물질, 예를 들면, 제1 피복 물질, 제2 피복 물질, 제3 피복 물질 또는 기타 피복 물질과 혼합할 수 있다.

상기 방법(80)의 또 다른 단계(86)는 광섬유를 착색 피복물로 피복하는 것이다. 광섬유가 피복 다이를 통과함에 따라, 착색 피복물을 광섬유에 도포한다. 상기 방법(80)의 또 다른 단계(88)는 착색 피복된 광섬유를 경화시키는 것이다. 통상적으로, 피복물은 UV 경화성 피복 물질이고, 피복물은 UV 광원 장치 등의 경화 장치로 피복된 광섬유를 통과시켜 경화시킨다.

본원에서 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 첨부된 특허청구범위 및 이의 전체 동등물 범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 양태에 대해 다수의 변경 및 치환이 가능하다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다.

본 발명의 시스템은 기존의 시스템보다 소형이면서 광섬유를 보다 저렴하게 제조할 수 있다.

Claims (15)

1. 광섬유를 착색된 피복물로 피복하기 위한 장치(10)로서, 상기 장치가,

   착색제 농축물(74)을 수용하는 복수의 착색제 농축물 저장소(12,14);

   상기 착색제 농축물 저장소의 하나 이상에 작동 가능하게 연결되어 상기 착색제 농축물 저장소로부터의 착색제 농축물의 유량을 조절하는 유량 조절기(34); 및

   상기 복수의 착색제 농축물 저장소 및 유량 조절기를 수용하는 이동성 카트(52)를 포함하고,

   상기 유량 조절기가 착색제 농축물 공급 라인(36)을 포함하며, 상기 착색제 농축물 공급 라인이 무색 피복물(72)을 함유하는 피복 라인(46)과 함께 피복 다이 공급 라인(42)에 연결되고,

   상기 이동성 카트가 상기 복수의 착색제 농축물 저장소 및 유량 조절기를, 피복 다이(44)에서 상기 무색 피복물과 혼합하여 상기 착색된 피복물을 생성하는 위치로 이동시키는, 광섬유를 착색된 피복물로 피복하기 위한 장치.
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3. 제1항에 있어서, 상기 유량 조절기가 용적식 펌프(positive-displacement pump)를 추가로 포함하는, 광섬유를 착색된 피복물로 피복하기 위한 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 유량 조절기가 왕복 펌프를 추가로 포함하는, 광섬유를 착색된 피복물로 피복하기 위한 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 유량 조절기가 계량 펌프를 추가로 포함하는, 광섬유를 착색된 피복물로 피복하기 위한 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 유량 조절기가 질량 유량 조절기인, 광섬유를 착색된 피복물로 피복하기 위한 장치.
7. 제1항에 있어서, 하나 이상의 착색제 농축물 저장소 내의 착색제 농축물의 농도를 감지하기 위해 하나 이상의 착색제 농축물 저장소에 작동 가능하게 연결된 센서를 추가로 포함하는, 광섬유를 착색된 피복물로 피복하기 위한 장치.
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