KR101218688B1 - 감소된 편광 모드 분산을 가진 광섬유 생산 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광섬유에 인장력을 가하여, 가열된 프리폼으로부터 광섬유를 인출하는 단계; 광섬유를 인출하면서 광섬유를 스피닝하는 단계를 포함하는 광섬유 제조 방법 및 장치에 관한 것으로, 상기 광섬유를 스피닝하는 단계는 다음의 하부 단계; 감기 원호(winding arc)와 인장력에 의해 광섬유와 스핀 롤러 사이에 마찰력이 발생하도록 감기 원호에 의해 스핀 롤러에 광섬유를 감는 단계; 광섬유가 상기 마찰력에 의해 스핀 롤러 표면 위로 감기도록 상기 스핀 롤러를 축 방향으로 위치시키는 단계를 포함한다.

광섬유, 스피닝 장치,

Description

감소된 편광 모드 분산을 가진 광섬유 생산 방법 및 장치{Method and apparatus for the production of optical fibers with reduced polarization mode dispersion}

본 발명은 광섬유의 생산 방법 및 장치에 관한 것이다.

광섬유에서 운동하는 빛은 2개의 편광 모드를 가진다. 형태와 내부 및 외부 압력 모두에서 완전하게 원형으로 대칭인 광섬유의 경우, "단일-모드"로 생각되는 파장 또는 파장 범드로잉 타워서의 작동은 2개의 직각 편광 모드를 실질적으로 지원하며 2개의 편광 모드는 축퇴되며, 광섬유에서 동일한 거리를 운동한 후 동일한 그룹 속도와 시간 지연 없이 전파된다.

실제 단일 모드 광섬유에서, 비대칭 측면 응력과 비원형 코어와 같은 다양한 결함은 통상적으로 이상적인 광섬유의 원형 대칭을 파괴한다. 그 결과, 2개의 편광 모드는 다른 전파 상수를 가지고 전파된다. 전파 상수들 사이의 차이는 복굴절로 부르며, 복굴절의 크기는 2개의 직각 모드의 전파 상수의 차이로 주어진다.

복굴절은 광섬유에서 전파되는 빛의 편광 상태가 광섬유의 길이를 따라 주기적으로 일어나게 한다. 광섬유에서 운동하는 빛의 편광 상태의 주기적 변화를 일으키는 것 이외에, 복굴절의 존재는 2개의 편광 모드가 다른 그룹 속도로 운동하는 것을 의미하며, 복굴절이 증가함에 따라 차이는 증가한다. 2개의 편광 모드 사이의 차등 시간 지연은 편광 모드 분산(PMD)으로 불린다.

PMD는 신호 왜곡을 일으키고, 이는 높은 비트레이트 시스템과 아날로그 통신 시스템에 해롭다.

PMD는 광섬유를 스피닝(spinning)시킴으로써 감소될 수 있다.

본 발명의 상세한 설명과 청구항에 있어서, 광섬유 스피닝(fiber spinning)이란 광섬유의 축을 따라 비틀림을 가하는 것을 의미하고; 더욱 구체적으로, 발명의 상세한 설명과 청구항에서 달리 나타내지 않으면, 광섬유 스피닝은 대향 방향으로 교번적으로(alternately) 가해진 비틀림을 의미("교대-스피닝(alternate spinning)")하는데, 즉, 광섬유가 일 방향으로 몇 번 감긴 다음 반대 방향으로 몇 번 감시는 것을 의미한다. 바람직하게는, 이런 교대 스피닝이 가해질 때, 결과로 얻은 광섬유에서의 전체 비틀림은 일반적으로 없거나 매우 적은 값을 가진다.

스피닝 공정 동안에, 광섬유는 0부터 최대 회전값(spin/m)까지 한 방향으로 축 회전을 받고, 이런 최대 회전값이 유지되다가, 다음으로 회전은 0으로 감소하고 음의 회전값으로 감소하는데, 즉, 반대 방향으로 회전한다.

이 때 이와 같이 회전을 변하게 하는 함수를 스핀 함수라 부른다.

적용된 스핀 함수와 획득된 스핀 함수는 통상적으로 사용된 장치와 방법의 다양한 인자에 따라 다르며, 다양한 인자는 예를 들어 적용된 스핀 함수의 형태, 스피닝 장치의 형태, 예를 들어, 광섬유 미끄러짐 등이 발생할 수 있음, 드로잉 타워의 전체 반응성 등을 포함한다.

미국특허 제 5,298,047호는 광섬유, 통상적으로 낮은 PMD를 가진 광섬유를 생산하는데 사용될 수 있는 단일 모드 광섬유의 제조를 개시한다. 이 방법은 통상적인 광섬유 프리폼을 제공하는 단계, 프리폼의 적어도 일부를 통상적인 인출 온도로 가열하는 단계 및 광섬유에 스핀이 새겨지도록(impressed) 가열된 프리폼으로부터 광섬유를 인출하는 단계를 포함한다. 뜨거운 영역에 있는 광섬유 재료가 비틀리게 변형되면 스핀이 광섬유에 "새겨지고(impressed)", 이 변형이 광섬유에 남게 되어 광섬유는 영구적 "스핀", 즉, 영구적 비틀림 변형을 나타낸다.

EP 0 785 913은 상호 반대로 회전하고 휠을 통과하는 광섬유의 배치 방향에 거의 수직인 방향으로 서로 상대적으로 앞뒤로 운동하는 한 쌍의 휠 사이에서 광섬유 자체를 회전시킴으로써 토크가 광섬유에 가해지고; 휠은 광섬유가 휠 자체의 곡면에 거의 접선방향으로 뻗어가고 토크를 전달하는데 필수적인 마찰력을 얻고 비틀림 작용을 얻기 위해 휠 사이에서 가압되는 방식으로 배열되는 방법을 개시한다.

이 문헌에 따르면, 스피닝될 광섬유에 가해지는 가압 작용은 광섬유가 미끄러지지 않고 휠 사이에서 회전되는 것을 보장하기 위한 것이어야 한다. 가압은 광섬유에 기계 응력을 일으키는 과잉을 피하기 위해서 제어된다.

그러나, 본 출원인은 두 개 롤러 사이에 동일한 광섬유를 가압함으로써 광섬유에 스핀이 적용될 때, 지나친 압력은 광섬유에 손상을 일으키는 반면, 낮은 압력 값은 적용된 스핀과 상당히 다른 광섬유의 스핀을 가져오는 광섬유 미끄러짐을 점진적으로 일으키며, 이는 산업 공정에서 나쁜 재생성을 가진다는 점에서, 적용 압력이 중요한 변수임을 인지했다.

특히, 본 출원인은 롤러들 사이의 광섬유를 가압하여 이루어지는 인출/스피닝 공정은 광섬유의 길이를 따라 일정하지 않고 동일한 스피닝 변수로 생산된 후속 광섬유들에 대해 일정하지 않은 스핀 함수가 제공된 광섬유를 생산한다는 것을 알았다.

본 발명 내에서 본 출원인은, 광섬유의 원하는 회전을 일으키는데 필요한 마찰이 광섬유와 롤러 사이의 접촉면을 광섬유와 롤러의 접선방향 접촉면의 경우에 얻어지는 점형(point-like) 접촉을 넘어 연장시키는 것에 의해 얻어진다면, 두 롤러 사이의 광섬유를 가압하지 않고 효과적인 스피닝이 광섬유에 재생가능하게 가해질 수 있다는 것을 알았다.

특히, 본 출원인은 스피닝될 광섬유가 적어도 하나의 스핀 롤러, 바람직하게는 광섬유 지름보다 더 큰 거리로 이격된 두 개의 스핀 롤러 주드로잉 타워 소정의 원호(arc)로 감기는 스피닝 장치 및 방법이 광섬유에 어떠한 현저한 손상도 가져오지 않고 종래 방법으로 얻은 것보다 광섬유를 따라 훨씬 더 일정한 스핀 값을 광섬유에 제공한다는 것을 발견했다.

달리 나타내는 경우를 제외하고, 이하의 본 발명과 청구항을 위해서, 양, 질량, 백분율 등을 나타내는 모든 숫자는 "약" 이란 용어에 의해 모든 경우에 변형될 수 있는 것으로 이해된다. 또한, 모든 범위는 개시된 최고점과 최저점의 임의의 조합을 포함하고 본 발명에서 구체적으로 예시될 수 있거나 되지 않을 수 있는 그 사이의 임의의 중간 범위를 포함한다.

첫 번째 태양에서, 본 발명은

- 광섬유에 인장력(pulling force)을 가하여, 가열된 프리폼으로부터 광섬유를 인출하는 단계; 및

- 광섬유를 인출하면서 광섬유를 스피닝하는 단계를 포함하며,

상기 광섬유를 스피닝하는 단계는,

- 감기 원호(winding arc)와 인장력에 의해 광섬유와 스핀 롤러 사이에 마찰력이 발생하도록 감기 원호에 의해 스핀 롤러에 광섬유를 감는 단계;

- 광섬유가 상기 마찰력에 의해 스핀 롤러 표면 위로 감기도록 상기 스핀 롤러를 축 방향으로 위치시키는 단계를 포함하는 광섬유 제조 방법에 관한 것이다.

바람직하게는, 광섬유를 제조하는 방법은 다음 단계를 포함한다.

- 광섬유에 인장력을 가함으로써 가열된 프리폼으로부터 광섬유를 인출하는 단계;

- 광섬유를 인출하면서 광섬유를 스피닝하는 단계를 포함하고,

상기 광섬유를 스피닝하는 단계는 다음의 하부 단계를 포함한다.

- 제 1 감기 원호와 인장력에 의해 광섬유와 제 1 스핀 롤러 사이에 마찰력이 발생하도록 제 1 감기 원호만큼 제 1 스핀 롤러에 광섬유를 감는 단계;

- 제 2 감기 원호와 인장력에 의해 광섬유와 제 2 스핀 롤러 사이에 마찰력이 발생하도록 제 2 감기 원호만큼 제 2 스핀 롤러에 광섬유를 감는 단계, 상기 제 1 및 제 2 스핀 롤러는 광섬유에 대해 서로 반대방향에 위치된다;

- 광섬유가 상기 마찰력에 의해 제 1 및 제 2 스핀 롤러 표면 위를 구르도록 제 1 스핀 롤러와 제 2 스핀 롤러를 서로에 대해 축방향으로 이동시키는 단계.

바람직하게는, 상기 제 1 스핀 롤러 및 상기 제 2 스핀 롤러는 축방향으로 반대방향으로 이동한다.

바람직한 실시예에서, 본 발명의 방법은 적어도 스핀 롤러 상에 광섬유를 감는 단계 전에, 스핀 롤러 축에 수직인 수직면 상에 광섬유를 가이드하는 단계를 더 포함한다.

특히, 스핀 롤러 축에 직각인 수직면에 광섬유를 가이드하는 단계는 광섬유가 한 쌍의 가이드 롤러 사이를 통과하게 하는 단계를 포함한다.

더욱 바람직하게는, 본 발명의 방법은 스핀 롤러 상에 광섬유를 감는 단계 이전 및 이후에 스핀 롤러 축에 수직인 수직면에 광섬유를 가이드하는 단계를 포함한다.

두 번째 태양에서, 본 발명은

- 실질적으로 원통인 외부 표면을 가진 제 1 및 제 2 평행 스핀 롤러; 및

- 축방향으로, 교대 배치를 위해 상기 스핀 롤러에 작동가능하게 연결된 왕복운동 장치를 포함하는 인출 방향으로 인출된 광섬유를 스피닝하기 위한 장치에 관한 것이고, 상기 스핀 롤러는

- 상기 인출 방향을 따라 서로 떨어져 이격되어 있고;

- 적어도 하나의 상기 스핀 롤러의 외부 표면 위로 감기 원호를 형성하기 위해 광섬유가 스핀 롤러를 통해 인출되도록 상기 인출 방향을 따라 적어도 부분적으로 겹치며;

- 광섬유 외부 지름보다 큰 외부 표면들 사이에 간격을 형성한다.

바람직하게는, 상기 평행 스핀 롤러의 축은 인출 방향에 직각인 면에 대해 각(α ₁)을 형성하는 공통면에 놓이는 축들을 가진다.

바람직하게는, 각(α ₁)은 25°내지 35°, 더욱 바람직하게는 27° 내지 31°의 값을 가진다.

바람직하게는, 상기 감기 원호는 스핀 롤러의 외주의 1.5% 내지 5%의 연장부분을 가진다.

바람직하게는, 본 발명의 장치들의 스핀 롤러들 사이의 간격은 1.5 내지 2.5mm 폭, 더욱 바람직하게는 1.9 내지 2.1mm 폭이다.

한 바람직한 실시예에서, 본 발명의 장치는 수평면에 놓이고 상기 스핀 롤러의 축에 직각인 축을 가진 적어도 한 쌍의 평행 가이드 롤러를 포함한다.

더욱 바람직하게는, 본 발명의 장치는 한 쌍의 스핀 롤러에 대해 각각 상부 및 하부에 두 쌍의 가이드 롤러를 포함한다.

바람직하게는, 스핀 롤러의 표면은 마찰 계수 향상 코팅제, 예를 들어, 고무에 의해 코팅된다.

바람직하게는, 스핀 롤러는 각각의 회전가능한 프레임에 대해 회전 스핀들에 의해 지지된다.

유리하게는, 회전가능한 프레임은 관련된(relevant) 피벗 스핀들에 의해, 받침대로 지지된다.

유리하게는, 상기 받침대는, 예를 들어, 한 쌍의 트랙을 따라 각각 운동가능한 슬레지(sledge) 상에 고정된다. 바람직하게는, 상기 트랙은 스피닝 롤러의 회전 스핀들의 회전축과 평행하다.

상기 한 쌍의 트랙은 메인 베이스에 고정될 수 있다.

유리하게는, 상기 메인 베이스는 드로잉 타워에 고정된다.

바람직하게는, 상기 메인 베이스는 개구부를 가진다. 더욱 바람직한 실시예에서, 상기 개구부는 주요 측면이 스핀 롤러의 회전 스핀들의 회전축에 평행한, 예를 들어, 직사각형의 연장된 형태를 가진다.

유리하게는, 개구부의 상기 주요 측면은 스핀 롤러가 횡단하는 동안 광섬유가 실질적으로 자유롭게 운동하게 하는 길이를 가진다.

바람직한 실시예에서, 본 발명의 장치는 하나부터 다른 하나까지의 스핀 롤러의 거리를 설정하기 위해 조절가능한 위치 조절 장치를 포함한다.

선택적으로, 스핀 롤러들 중 하나는 메인 베이스에 고정된다.

본 발명의 장치의 바람직한 실시예에서, 스핀 롤러들을 받치는 슬레지는 왕복운동 장치에 작동가능하게 연결된다.

바람직하게는, 왕복운동 장치는 슬레지가 서로 교대로 움직이게 작동시키는 방식으로 슬레지를 엔진에 연결하는, 슬레지들 중 하나를 위한 각각의 적어도 두 개의 연결 요소를 포함한다.

더욱 상세한 내용은 첨부된 도면을 참조하여 제공된 본 발명의 주제의 비제한적인 실시예의 다음 설명에서 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 방법을 수행하는 스피닝 장치를 포함하는 광섬유 인출 라인의 개략도이다.

도 2는 광섬유가 스피닝 장치를 통과하는 본 발명에 따른 스피닝 장치의 개략도이다.

도 3은 본 발명에 따른 스피닝 장치의 바람직한 실시예의 개략도이다.

도 4는 도 4의 스피닝 장치의 부분적으로 단면인 개략도를 도시한다.

도 5는 도 4의 스피닝 자의 전면도이다.

도 6은 도 4의 스피닝 장치의 단면에서 부분적인 측면도를 도시한다.

도 7은 종래 기술에 따른 스피닝 장치와 방법으로 얻은 생성물에서 최대 스핀 분포를 도시한다.

도 8은 본 발명에 따른 스피닝 장치와 방법으로 얻은 생성물에서 최대 스핀 분포를 도시한다.

도 1은 광섬유 인출 라인의 개략도를 도시한다. 광섬유는 일반적으로 수직인 Y-Y 방향을 따라 인출된다. 인출 방향에 직각인 X-X 방향도 도시된다.

달리 나타내지 않으면, 이하에서 Y-Y 인출 방향은 수직으로 생각될 것이다.

광섬유(F)는 프리폼(1)으로부터 인출되고, 화로(1a)에 의해 용융 또는 연화 상태까지 가열된다.

인출된 후에, 광섬유는 냉각 장치(1c)에 의해 냉각되고 그 후 광섬유가 인출되는 일반적으로 수직 경로를 따라 제공된 코팅 장치(1b)에 의해 코팅된다.

코팅된 광섬유(F)는 뒤이어 스피닝 장치(S)로 들어간다.

스피닝 장치(S) 후에, 광섬유는 광섬유가 선형 속도(VF)로 인출되게 하는 캡스턴(capstan), 당김 롤러(pulling device), 트랙터 벨트(tracter belt) 등과 같은 당김 장치(1d)에 의해 당겨진다.

상기 스피닝 장치(S)는 스피닝 장치(SP) 상부에 위치한 제 1 쌍의 가이드 롤러(2a)와 상기 스피닝 장치의 하부에 위치한 제 2 쌍의 가이드 롤러(2b)를 포함한다.

스피닝 장치(SP)는 도 1에 도시된 바와 같이 광섬유가 인출되는 길이방향 축에 수직인 면과 각(α ₁)을 형성하는 공통 면(A)에 놓이는 각각의 회전 축을 갖는 한 쌍의 평행 스핀 롤러(3a, 3b)를 포함한다.

예로서, 각(α ₁)은 약 29°로 설정된다. 통상적으로, 그러한 각은 25-35°, 바람직하게는 27-31°로 이루어진다.

그런 예에서, 스핀 롤러(3a, 3b)는 25mm의 반경과 40mm의 길이를 가진다. 스핀 롤러(3a, 3b)의 축은 서로에 대해 52mm 정도 이격되어, 그들 사이의 간격(G)이 2mm 폭이 되게 하는데, 이는 간격(G)이 코팅된 광섬유 지름보다 큰 약 8배 크다는 것을 의미한다.

스핀 롤러(3a, 3b) 사이의 간격(G)이 코팅된 광섬유의 지름, 통상적으로 약 250㎛보다 훨씬 넓기 때문에, 광섬유는 롤러들 사이에서 절대 압축되지 않아서, 광섬유 손상을 피하고 롤러의 마모와 찢어짐을 최소화할 수 있다.

스핀 롤러(3a, 3b)는 최소 마찰로 그들의 축 둘레를 자유롭게 회전한다.

광섬유가 상기 스핀 롤러(3a, 3b)를 통해 인출될 때, 스핀 롤러들은 서로 반대 방향으로 회전하도록 구동되는데, 이는 하나의 스핀 롤러가 시계방향으로 회전할 때 다른 것은 반시계 방향으로 회전하는 것을 의미한다. 스핀 롤러(3a, 3b)는 왕복운동 장치에 연결된 개별 프레임에 의해 지지되며, 이에 의해 스핀 롤러는 이하에서 상세히 설명될 바와 같이, 서로에 대해 반대 위상으로 축방향으로 앞뒤로 운동한다.

개시된 예시적 실시예에서, 반전 전에 약 12번 광섬유 회전을 얻기 위해 10mm의 왕복운동 거리가 사용된다. 편리하게, 상기 장치는 다른 스핀 함수에 대해 왕복운동 거리가 조절되게 한다.

작업시에, 인출된 광섬유(F)는 상부 스핀 롤러(3a)의 외부 표면과 접촉하고 원호(arc)로 상부 스핀 롤러 주위를 감고, 하부 스핀 롤러(3b)의 외부 표면과 접촉하고 원호로 하부 스핀 롤러 주위를 감고, 그런 후 이전 인출 라인과 평행하면서 약간 어긋난 인출 라인을 따라 이어진다. 주어진 형태에서, 광섬유는 약 5.7mm의 둘레 길이, 즉, 롤러 둘레의 약 3.5%에 상응하는 약 13°의 원호(α ₂)로 각 스핀 롤러(3a, 3b)의 표면에 감긴다.

스핀 롤러(3a, 3b) 주드로잉 타워 감김 때문에 스핀 롤러(3b) 하부의 광섬유 인출 라인(d₂)은 스핀 롤러(3a) 상부의 광섬유 인출 라인(d₁)에 대해 약 4.5mm의 거리(D) 만큼 어긋난다.

스핀 롤러(3a, 3b)의 상부 및 하부에 두 쌍의 평행 가이드 롤러(2a, 2b)가 각각 배치되어 있고, 이들의 축은 스핀 롤러(3a, 3b)의 축과 수직이며 통상적으로 수평인 인출 라인에 직각인 면에 놓인다(도 2의 사시도에서 명백함).

가이드 롤러(2a, 2b)의 각 쌍의 롤러는 약 1mm 만큼 서로 이격되어 있고, 도 2에 도시된 바와 같이 광섬유는 가이드 롤러 사이를 통과하도록 배열된다.

상기 한 쌍의 가이드 롤러(2a, 2b)는 이들의 축 둘레를 자유롭게 회전하며 관련 프레임(도시되지 않음)에 의해 지지되고, 이들의 축은 전체 드로잉 타워에 대해 고정된다.

상기 실시예에서, 상부 쌍의 가이드 롤러(2a)의 축들의 평면은 상부 스핀 롤러(3a)의 축 위로 140mm이고 하부 쌍의 가이드 롤러(2b)의 축들의 평면은 하부 스핀 롤러(3b)의 축 아래로 170mm이다.

상기 가이드 롤러 쌍들(2a, 2b)은 가이드 롤러들 사이의 1mm 간격을 통해 통과하는 광섬유가 상기 롤러 쌍들의 하부와 상부에서 동일한 수직면에 실질적으로 놓이도록 배열된다.

상기 롤러 쌍들(2a, 2b)은 스핀 롤러(3a, 3b)의 운동에 의해 일어나는 편차를 막는 기능을 가져서, 광섬유가 스피닝 장치(S)의 상부 및 하부의 공통 수직면에 배열되게 하고 광섬유를 따른 진동의 전파 가능성을 방지한다.

예를 들어, 상기 가이드 롤러(2a, 2b) 쌍들은 알루미늄으로 제조되며; 매끄러운 표면을 가진 원통이다.

장치 동작 중, 광섬유는 스핀 롤러(3a, 3b) 사이에서 인출되며 차례로 이들과 접촉한다. 롤러들이 축 방향으로 운동하면, 인출된 광섬유는 광섬유 인장력과 롤러 둘레로 광섬유의 감긴 길이에 의한 마찰 때문에 스핀 롤러(3a, 3b)의 표면 위를 구른다.

스핀 롤러(3a, 3b)의 축 방향 운동은 광섬유를 회전시키는 것 외에 광섬유에 측면 늘어짐을 일으키고, 도 2에 도시된 직각의 인출 라인 Y-Y로부터 광섬유의 일탈을 일으킨다. 예를 들어, 검사된 실시예에서, 일탈의 양은 3.8Hz의 주기, 18m/s의 인출 속도 및 100g의 인출 장력에서 예시적 공정을 위한 롤러 왕복운동 거리의 약 25%에 상응하는 2.5mm이다.

본 발명에 따른 스피닝 장치(SP)의 바람직한 실시예는 도 3 내지 6에 도시되며 두 쌍의 평행 가이드 롤러(2a, 2b)는 단순화를 위해 생략한다.

스핀 롤러(3a, 3b)는 회전 스핀들(4a, 4b)에 의해 각각의 회전가능한 프레임(5a, 5b)에 지지되며, 회전가능한 프레임은 각각의 피벗 스핀들(pivot spindles; 7a, 7b)에 의해 받침대(6a, 6b)에 지지된다.

차례로, 받침대(6a, 6b)는 한 쌍의 트랙(9a, 9b)을 따라 각각 운동가능한 슬레지(sledges; 8a, 8b)에 고정되고, 상기 트랙(9a, 9b)은 스핀 롤러(3a, 3b)의 회전 스핀들(4a, 4b)의 회전축에 평행하다.

트랙(9a, 9b)의 쌍은 메인 베이스(10)에 고정된다.

메인 베이스(10)는 스캐폴드(100, 도 5)와 함께 도 3-6에 도시된 스핀 장치의 일부를 드로잉 타워에 고정된 채로 유지하는데 사용된다.

메인 베이스(10)는 스핀 롤러(3a, 3b)의 회전 스핀들(4a, 4b)의 회전축에 평행인 주요 측면을 가진 실질적으로 직각인 개구부(10a)를 가진다. 개구부(10a)의 주요 측면은 광섬유를 자유롭게 움직이게 하는데 적합한 길이를 갖는 반면에 스핀 롤러(3a, 3b)는 이하에서 더 상세하게 설명되는 것과 같이, 상기 한 쌍의 트랙(9a, 9b)을 따라 가로질러 움직인다.

상기 장치는 이하에서 설명될 바와 같이 위치 조절 장치를 포함한다.

T-스템(11)이 프레임(5b)으로부터 위로 돌출된다. T-스템(11)은 상부에 회전 스핀들(4a, 4b)에 직각인 축을 가진 소형 휠(13)을 보유하는 블럭(12)을 갖는다. 블럭(12)에 대한 소형 휠(13)의 위치는 스크루(11a)로 조절할 수 있다.

소형 휠(13)은 메인 베이스(10)로부터 상부로 돌출된 U-자형 프레임(14)과 접촉한다.

스크루(11a)를 회전함으로써, 소형 휠(13)은, 예를 들어, U-자형 프레임(14)을 향해 또는 이로부터 멀어지도록 운동하며, 그 결과, 스핀 롤러(3b)는 스핀 롤러(3a)에 대해 운동하여 옮겨진다.

이런 운동은 스핀 롤러(3a, 3b)의 상대 위치를 조절하고 및/또는 인출/스피닝 공정을 시작하기 전에 개구부(10a)를 통한 광섬유의 삽입을 용이하게 하는데 효과적일 수 있다.

도 3-6으로 나타낸 실시예에서, 스핀 롤러(3a)를 받치는 프레임(5a)은 고정되거나; 선택적으로, 필요하면, 프레임(5a)과 스핀 롤러(3a)의 위치는 장치 구성에 따라 또는 인출의 초기 또는 작업 동안에도 조절될 수 있다.

도 3 및 5에서, 엔진(15)이 도시된다. 엔진(15)은 커넥터(17)에 의해 크랭크축(16)을 작동시킨다. 크랭크축(16)은 슬레지(8a, 8b)에 각각 연결된 2개의 로드(18a, 18b)를 받친다.

회전하는 동안, 크랭크축(16) 및 2개 로드(18a, 18b)는 슬레지(8a, 8b)를 - 그 위에 지지된 모든 부품들 - 각각의 쌍의 트랙(9a, 9b)을 따라 서로 교대하는 방식으로 움직이게 한다.

본 발명의 장치와 방법은 롤러들 사이에 광섬유를 가압함으로써 스핀 작용을 가하는 롤러를 사용하는 장치와 비교하였다. 프레싱 롤러 장치를 사용하여 10회 광섬유 인출/스피닝 공정을 수행하였고 본 발명에 따른 스피닝 장치를 사용하여 10회 수행하였다. 각 공정은 200 km-길이 광섬유를 생산하는 프리폼으로 수행되었다.

각 광섬유에 가해진 스핀 값은 인출로 바로 아래 위치한, 공정 동안 연속적으로 이런 값을 읽는 광섬유 스핀 모니터 FSM에 의해 측정되었다. 광섬유 꼬임의 정전기 회복, 미끄러짐 등과 같은 광섬유 인출과 권취 공정과 관련된 많은 효과 때문에, 탐지된 스핀/값은 릴 상의 광섬유의 스핀/값이 아니라는 것을 발견하였다.

종래 기술과 본 발명에 따른 인출/스피닝 공정의 결과는 각각 도 7 및 8에 도시되며, 스핀 롤러의 왕복운동 거리는 10mm이고 이의 역전 주기는 4 Hz이었다. 인출 속도는 18m/s 이었다.

도 7의 그래프에 도시된 대로, 탐지된 최대 스핀 속도, 즉, 장치가 광섬유 속으로 운반할 수 있는 스핀의 양은 넓은 범위로 분포되었고, 그 결과 얻은 광섬유의 길이의 약 66%는 2.5 ~ 4 spin/m 범위의 스핀 값을 가진다. 꼬인 광섬유 길이의 상당한 백분율(약 19%)은 0.5 ~ 2.0 spin/m 범위의 최대 스핀 값을 가지며 약 8%는 2 내지 2.5 spin/m의 최대 스핀 값을 가졌다. 6.5 spin/m까지의, 4 스핀/m 초과의 최대 스핀 값의 낮은 백분율을 측정하였다.

도 8로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 스피닝/인출 공정은 생산 분포를 가진 광섬유를 제공하였다:

- 길이의 약 36%는 3.0 ~ 3.5 스핀/m에서 스피닝되었다;

- 길이의 약 32%는 2.5 ~ 3.0 스핀/m에서 스피닝되었다;

- 길이의 약 22%는 3.5 ~ 4.0 스핀/m에서 스피닝되었다;

따라서, 본 발명에 따라 얻은 광섬유의 길이의 약 90%는 2.5 ~ 4 spin/m의 범위를 포함하는 최대 스핀 값을 가졌다. 4 spin/m 초과의 스핀 값은 8%미만이고; 2.0 spin/m 미만과 5.5 spin/m 초과의 스핀 값은 존재하지 않는다.

상기 결과는 본 발명에 따른 스피닝 장치와 방법은 서로에 대해 가압된 롤러를 가진 스피닝 장치로 생산된 광섬유보다 광섬유 길이를 따라 더욱 일정한 스핀 값을 광섬유에 제공한다는 것을 확인시킨다.

섬유의 압축의 부재는 종래 기술에 관한 스피닝 단계 동안 광섬유의 기계적 손상 또는 슬립의 위험을 감소시키며 방법의 신뢰성과 얻은 광섬유의 스핀 변수의 반복가능성은 증가한다.

상기 실시예에 주어진 기하학적 값과 공정 변수들은 사용된 조건; 다른 조건, 다른 드로잉 타워 등에서 만족할 만한 결과를 제공하였고, 이런 값과 변수들은 작업을 최적화하도록 조절될 수 있다. 특히, 필요한 대로 광섬유를 회전하기 위해 충분한 마찰을 제공하는 스피닝 장치의 능력은 스핀 롤러들 사이에 광섬유를 가압할 필요 없이 또는 인출 공정과 결과로 얻은 광섬유에 영향을 미칠 수 있는 다른 인출 변수(예를 들어, 인장력)를 변형할 필요 없이 아크를 조절함으로써 조절될 수 있고 이 아크에 의해 광섬유는 스핀 롤러 주위에 감긴다.

본 발명의 내용 중에 포함되어 있음

Claims (30)

1. 광섬유에 인장력을 가하여, 가열된 프리폼으로부터 광섬유를 인출하는 단계; 및

   광섬유를 인출하면서 광섬유를 스피닝(spinning)하는 단계를 포함하는 광섬유 제조 방법에 있어서,

   상기 광섬유를 스피닝하는 단계는,

   상기 인장력과 감기 원호(winding arc)에 의해 상기 광섬유와 스핀 롤러 사이에 마찰력이 발생하도록 스핀 롤러에 감기 원호만큼 광섬유를 감는 단계; 및

   상기 마찰력에 의해 광섬유가 스핀 롤러 표면 위를 구르도록 상기 스핀 롤러를 축 방향으로 운동시키는 단계를 포함하는 광섬유 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   광섬유에 인장력을 가함으로써 가열된 프리폼으로부터 광섬유를 인출하는 단계; 및

   광섬유를 인출하면서 광섬유를 스피닝하는 단계를 포함하는 광섬유 제조 방법에 있어서,

   상기 광섬유를 스피닝하는 단계는,

   제 1 감기 원호와 인장력에 의해 상기 광섬유와 제 1 스핀 롤러 사이에 마찰력이 발생하도록 제 1 감기 원호만큼 제 1 스핀 롤러에 광섬유를 감는 단계;

   제 2 감기 원호와 인장력에 의해 상기 광섬유와 제 2 스핀 롤러 사이에 마찰력이 발생하도록 제 2 감기 원호만큼 제 2 스핀 롤러에 광섬유를 감는 단계;

   상기 광섬유가 상기 마찰력에 의해 제 1 및 제 2 스핀 롤러 표면 위를 구르도록 제 1 스핀 롤러와 제 2 스핀 롤러를 서로에 대해 축방향으로 운동시키는 단계를 포함하며,

   상기 제 1 및 제 2 스핀 롤러는 상기 광섬유에 대하여 서로 반대측에 위치하는 광섬유 제조 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 1 스핀 롤러 및 제 2 스핀 롤러는 축방향으로 서로 반대방향으로 운동하는 광섬유 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   적어도 스핀 롤러 상에 광섬유를 감는 단계 전에, 스핀 롤러 축에 수직인 수직면 상에 광섬유를 가이드하는 단계를 포함하는 광섬유 제조 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   스핀 롤러 축에 수직인 수직면에 광섬유를 가이드하는 단계는 광섬유가 한 쌍의 가이드 롤러 사이를 통과하게 하는 단계를 포함하는 광섬유 제조 방법.
6. 제 4 항에 있어서,

   스핀 롤러 상에 광섬유를 감는 단계 이전 및 이후에 스핀 롤러 축에 직각인 수직면에 광섬유를 가이드하는 단계를 포함하는 광섬유 제조 방법.
7. 원통인 외부 표면을 가진 제 1 및 제 2 평행 스핀 롤러; 및

   축방향으로 교대 운동을 위해 상기 평행 스핀 롤러들에 작동가능하게 연결된 왕복운동 장치를 포함하는 인출 방향으로 인출된 광섬유 스피닝 장치에 있어서,

   상기 평행 스핀 롤러들은,

   상기 인출 방향을 따라 서로 이격되어 있고;

   상기 평행 스핀 롤러들을 통하여 인출된 광섬유가 상기 평행 스핀 롤러들 중 적어도 하나의 외부 표면 위로 감기 원호를 형성하도록 상기 인출 방향을 따라 적어도 부분적으로 겹치며;

   상기 평행 스핀 롤러들 사이에 상기 광섬유 외부 지름보다 큰 간격을 형성하는 광섬유 스피닝 장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 평행 스핀 롤러들은 인출 방향에 직각인 면과 각(α ₁)을 형성하는 공통면에 놓이는 축들을 갖는 광섬유 스피닝 장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 각(α ₁)은 25°내지 35°의 값을 갖는 광섬유 스피닝 장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 각(α ₁)은 27° 내지 31°의 값을 갖는 광섬유 스피닝 장치.
11. 제 7 항에 있어서,

    상기 감기 원호는 각 평행 스핀 롤러의 외주의 1.5% 내지 5%의 연장부분을 갖는 광섬유 스피닝 장치.
12. 제 7 항에 있어서,

    상기 평행 스핀 롤러들 사이의 간격은 1.5 내지 2.5mm 폭인 광섬유 스피닝 장치.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 평행 스핀 롤러들 사이의 간격은 1.9 내지 2.1mm 폭인 광섬유 스피닝 장치.
14. 제 7 항에 있어서,

    수평면에 놓이고 상기 평행 스핀 롤러들의 축에 수직인 축을 가진 적어도 한 쌍의 평행 가이드 롤러를 포함하는 광섬유 스피닝 장치.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 한 쌍의 평행 스핀 롤러에 대해 각각 상부 및 하부에 두 쌍의 가이드 롤러를 포함하는 광섬유 스피닝 장치.
16. 제 7 항에 있어서,

    상기 평행 스핀 롤러들의 표면은 마찰 계수 향상 코팅제에 의해 코팅되는 광섬유 스피닝 장치.
17. 제 7 항에 있어서,

    상기 평행 스핀 롤러들은 회전 스핀들에 의해 각각의 회전가능한 프레임에 지지되는 광섬유 스피닝 장치.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 회전가능한 프레임은 피벗 스핀들에 의해 받침대에 지지되는 광섬유 스피닝 장치.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 받침대는 슬레지 상에 고정되는 광섬유 스피닝 장치.
20. 제 19 항에 있어서,

    상기 슬레지는 한 쌍의 트랙을 따라 이동가능한 광섬유 스피닝 장치.
21. 제 20 항에 있어서,

    상기 한 쌍의 트랙은 스피닝 장치 롤러의 회전 스핀들의 회전축과 평행한 광섬유 스피닝 장치.
22. 제 19 항에 있어서,

    상기 한 쌍의 트랙은 메인 베이스에 고정되는 광섬유 스피닝 장치.
23. 제 22 항에 있어서,

    상기 메인 베이스는 드로잉 타워에 고정되는 광섬유 스피닝 장치.
24. 제 22 항에 있어서,

    상기 메인 베이스는 개구부를 갖는 광섬유 스피닝 장치.
25. 제 24 항에 있어서,

    상기 개구부는 주요 측면이 스핀 롤러의 회전 스핀들의 회전축에 평행한 연장된 형태를 가진 광섬유 스피닝 장치.
26. 제 25 항에 있어서,

    개구부의 상기 주요 측면은 스핀 롤러가 횡단하는 동안 광섬유가 자유롭게 이동하게 하는 길이를 갖는 광섬유 스피닝 장치.
27. 제 7 항에 있어서,

    상기 평행 스핀 롤러들의 상대적 위치를 조절하는 위치 조절 장치를 포함하는 광섬유 스피닝 장치.
28. 제 22 항에 있어서,

    상기 스핀 롤러들 중 하나는 메인 베이스에 고정되는 광섬유 스피닝 장치.
29. 제 19 항에 있어서,

    상기 슬레지는 왕복운동 장치에 작동가능하게 연결되는 광섬유 스피닝 장치.
30. 제 7 항에 있어서,

    상기 왕복운동 장치는 슬레지를 엔진에 연결하는, 각 슬레지에 대하여 각각 적어도 두 개의 연결 요소를 포함하는 광섬유 스피닝 장치.

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