KR101779213B1 - 압출 원료 공급 장치 및 이것을 이용한 광 전송체의 제조 방법 - Google Patents

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야스히로 고이께
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Abstract

용융 압출 성형에서 사용하는 데 바람직한 압출 원료 공급 장치를 제공함과 동시에, 광 신호의 전달 손실 악화가 매우 적고, 압출 성형법 본래의 생산성을 겸비하는 광 전송체의 제조 방법을 제공한다. 압출 원료 공급 장치(1)는 냉각부(3) 및 그 하방에 연속되는 가열 용융부(4)를 갖고 원료 로드(R)가 수납되는 수직 형상의 호퍼(2)와, 냉각부(3)를 냉각하는 냉각 수단(5)과, 가열 용융부(4)를 가열하는 전기 히터(6)와, 가스압으로 용융 플라스틱(M)을 순차적으로 금형에 공급하기 위한 가스 가압 수단(7)을 구비하고 있다. 가열 용융부(4)는 그 상측에 있는 냉각부(3)보다도 내경이 큰 원통 형상으로 형성되어 있고, 용융된 플라스틱(M)이 가열 용융부(4) 내에서 넓어질 수 있도록 되어 있다. 원료 로드(R)의 외주와 용융 플라스틱(M)의 외주의 사이가 환상의 가스 가압면(7a)으로 되어 있다.

Description

압출 원료 공급 장치 및 이것을 이용한 광 전송체의 제조 방법 {EXTRUSION RAW MATERIAL FEEDING DEVICE AND METHOD OF PRODUCING OPTICAL TRANSMISSION BODY BY USING EXTRUSION RAW MATERIAL FEEDING DEVICE}
본 발명은 압출 원료 공급 장치 및 광학 용도나 광 섬유 용도 등에 이용되는 광 전송체의 제조 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 용융 압출 성형에 의해 얻어지고, 이 제조 과정에 있어서 주로 광학적인 신호 전달 손실의 악화가 적은 광 전송체의 제조에 바람직한 압출 원료 공급 장치 및 이것을 이용한 광 전송체의 제조 방법에 관한 것이다.
이제까지의 대표적인 광 전송체(예를 들면 광 섬유)의 제조 기술에는, 1. 계면 겔 중합법에 의한 프리폼을 용융 인출하는 방법, 2. 스크류 압출 방식, 3. 가스압을 이용한 압출 방식(특허문헌 1)이 제안되어 있다.
광학 용도나 광 섬유 용도에 있어서는 투명성이나 광의 전달성이 우수한 광학 중합체ㆍ섬유가 요구되고 있다. 이 광 전달성은 섬유를 구성하는 중합체 내에 포함되는 불순물ㆍ이물질과 같은 것에 의해 그 품질 성능이 악화된다. 여기서 말하는 불순물이란, 예를 들면 공기 중이나 압출계 내에 포함되는 산소에 의한 중합체의 산화 열화나 가용 시간을 초과하여 제공된 열에 의한 중합체의 열 열화 등이 있다. 또한, 이물질이란 공급 원료의 표면에 부착된 섬유 등의 유기물이나 먼지 등의 무기물 및 작업자 유래의 인피 등을 대표적으로 들 수 있다.
미국 특허 제6527986호
상기 종래의 공지 기술에 있어서, 1.의 용융 인출법은 중합 시의 원료와 환경 이물질을 혼재시킬 여지가 없고, 또한 가열 용융된 부분을 떨어뜨리기 때문에 비교적 불순물의 발생이 억제된다. 그러나, 층비나 중합체 종류와 같은 원료 구성 그 자체를 중합 부분에 의존하고 있기 때문에 그 제조 자유도는 좁아지지 않을 수 없으므로, 생산성이 희생된다는 문제가 있었다.
2.의 스크류 압출 방식은 일반적인 압출 기술과 마찬가지로 몇개의 원료를 압출기수만큼 몇층이나 중첩하거나, 그 층 두께를 금형 등에 의해 임의로 변경하거나 하면 제조의 자유도를 대폭 향상시키는 것은 가능하지만, 그 원료에 부착된 이물질이나 스크류 전단이나 열에 의한 불순물에 의해 신호 전달의 손실 악화를 억제하는 것이 불가능하다고 하는 문제가 있었다.
또한, 특허문헌 1에 개시되어 있는 3.의 가스압 이용 방식은, 스크류 전단에 의한 불순물에 의해 신호 전달 손실이 악화되는 것을 억제하는 것은 가능하지만, 가열 용융부는 플라스틱 원료 모두를 용융하는 것이었기 때문에, 플라스틱 원료를 장시간(수시간 내지 1주일간) 가열 용융할 필요가 있어, 열 안정성이 우수하지 않은 플라스틱에는 적용할 수 없다고 하는 문제가 있었다.
이와 같이 광 신호의 전달 손실의 문제와 생산성의 문제에 대하여, 어떻게 이것들을 양립시킬지가 최대의 과제로 되고 있다.
본 발명의 목적은 상술한 종래 기술의 현실을 감안하여, 용융 압출 성형에서 사용하는 데에 바람직한 압출 원료 공급 장치를 제공함과 동시에, 광 신호의 전달 손실 악화가 매우 적고, 압출 성형법 본래의 생산성을 겸비하는 광 전송체의 제조 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명에 의한 압출 원료 공급 장치는 로드 형상의 플라스틱 원료를 가열 용융시켜 금형에 공급하는 압출 원료 공급 장치로서, 로드 형상의 플라스틱 원료가 수납되는 용기와, 용기의 하류측에 설치되어 로드 형상의 플라스틱 원료의 하단 부분을 가열 용융시키는 가열 용융부와, 가열 용융부를 가열하는 가열 수단과, 가스압으로 용융 플라스틱을 순차적으로 금형에 공급하기 위한 가스 가압 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
용기로서는, 전체가 원료 로드의 형상에 대응하여 형성된 것(원료 로드의 길이에 가열 용융부의 길이를 더한 정도의 길이를 가지며, 또한 원료 로드의 외경보다도 약간 큰 내경을 갖는 것이며, 이 명세서에 있어서 「호퍼」라고 칭함)으로 되는 경우가 있고, 하단부만이 원료 로드의 형상에 대응한 것(용기 전체로서는 원료 로드의 수배의 직경을 가지며, 용기의 하단부가 원료 로드의 외경보다도 약간 큰 내경을 갖고, 원료 로드의 길이에 원료 로드를 하방으로 보내는 구성의 용기 내장 부분의 길이를 더한 용기 길이를 갖는 것이며, 이 명세서에 있어서 「가압 탱크」라고 칭함)으로 되는 경우가 있다.
용기의 「하류측」은 용기 안의 하류측(용기의 하단부)일 수도 있고, 용기 밖의 하류측(용기 하단부에 설치되는 부분)일 수도 있다.
본 발명의 압출 원료 공급 장치에 따르면, 로드 형상의 플라스틱 원료(이하, 「원료 로드」라고 칭하기도 함)의 하단 부분을 가열 용융시킴으로써 필요량만 용융시킬 수 있고, 이에 의해 플라스틱 원료가 용융되어 있는 시간이 짧아지고, 열 안정성이 우수하지 않은 플라스틱에 대해서도 열화물에 의한 신호 전달의 손실 악화를 방지할 수 있다.
가스 가압 수단에 의해 공급되는 가스압으로서는 0.1 내지 3MPa이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 2MPa이다. 0.1MPa 미만이면 플라스틱 원료를 압출할 수 없고, 3MPa을 초과하면 내압 구조의 장치로 할 필요가 있어 바람직하지 않다.
가스는 특별히 한정되지 않지만, 질소 가스, 아르곤 가스 등의 불활성 가스가 플라스틱 원료를 변질시키는 일이 없으므로 바람직하다.
플라스틱 원료의 단면 형상 및 호퍼의 내주 단면 형상은 특별히 한정되지 않으며, 원형 형상이나 다각 형상이 이용된다.
가열 용융부의 내주면 형상은 특별히 한정되지 않으며, 원통 형상이나 역원추 형상이 이용된다. 원통 형상의 경우, 용융 플라스틱의 가스 가압면의 면적이 일정하기 때문에, 일정한 압출력(=가스 압력×가압 면적)으로 플라스틱을 압출할 수 있다. 또한, 역원추 형상의 경우, 하류(금형 등)의 온도가 요동한 경우에도, 플라스틱 유량 변화를 상쇄하는 방향으로 압출력(=가스 압력×가압 면적)이 변화하므로 압출량 변동을 억제하기 쉽다.
원료 로드의 단면 형상이 원형 형상인 경우, 그 직경은 한정되지 않지만, 20 내지 60mm가 바람직하다. 20mm보다 작으면 일정량의 광 전송체를 제조하기 위해서는 긴 원료 로드를 준비할 필요가 있고, 60mm를 초과하면 용융 플라스틱의 부피가 커지기 때문에, 플라스틱 원료가 용융하는 시간이 짧아지게 되어 열 안정성이 우수하지 않은 플라스틱에서는 열화물에 의한 신호 전달의 손실 악화를 초래할 우려가 있다. 상기 직경은 원료 로드의 단면 형상이 다각 형상인 경우에는 외접원의 직경에 상당한다.
가열 용융부 내주면의 단면적은 원료 로드의 단면적보다도 큰 것이 바람직하다. 이 경우의 가스 가압면은 원료 로드의 외주와 용융 플라스틱의 외주의 사이의 환상 부분으로 된다. 가열 용융부의 내경은 원료 로드의 외경보다도 소정량 커지고, 이에 의해 용융 플라스틱의 외경이 원료 로드의 외경보다도 커진다. 따라서, 원료 로드의 외경보다도 외측에 있는 용융 플라스틱의 환상 부분에 가스압을 가함으로써, 용융 플라스틱을 배출구로부터 압출하여 금형에 공급할 수 있다.
가열 용융부 내주면의 단면적이 원료 로드의 단면적과 동일하면, 가압면이 극단적으로 작아지기 때문에 압출량이 극단적으로 적어져, 현실적인 압출량으로 하기 위해서는 3MPa 이상의 가스압이 필요하게 되므로 바람직하지 않다.
가열 용융부 내주면의 단면적과 원료 로드의 단면적의 차는 바람직하게는 200 내지 2000mm2, 더욱 바람직하게는 400 내지 1800mm2이다. 가열 용융부 내주면의 단면적과 원료 로드의 단면적의 차이가 2000mm2를 초과하면 용융 플라스틱의 부피가 커지기 때문에, 플라스틱 원료가 용융되어 있는 시간이 짧아지게 되어 열 안정성이 우수하지 않은 플라스틱에서는 열화물에 의한 신호 전달의 손실 악화를 초래할 우려가 있다.
가열하는 수단은 특별히 한정되지 않지만, 전기 히터를 사용하여 호퍼를 가열할 수도 있고, 원적외선 히터를 사용할 수도 있으며, 또한 전기 히터와 원적외선 히터를 조합하여 사용할 수도 있다. 유전 가열을 사용하는 방법도 들 수 있으며, 특히 폴리염소화스티렌 등의 염소 원자를 포함하는 플라스틱 원료에 대해서는 고주파에 의한 유전 가열이 유효하다.
원적외선 히터 또는 유전 가열을 사용하면, 가열 용융부 내주면과 플라스틱 로드 원료의 간극이 커도(원료 로드의 외경이 작은 경우라도) 용이하게 가열할 수 있다.
원료 로드의 하방으로의 강하는, 용융량 제어 수단에 의해 제어된 속도로 행하여 용융량을 제어하는 것이 바람직하다. 용융량 제어 수단으로서는 각종 액추에이터에서 행할 수 있는데, 예를 들면 클린 환경용 액추에이터를 사용함으로써 원료에의 이물질의 부착을 방지하는 것이 바람직하다.
용융량 제어 수단은, 액추에이터 기구를 내장하여 용기 밖에 배치된 본체와, 용기 내로 이동 가능하게 배치되어 본체에 구동되어 로드 형상의 플라스틱 원료(원료 로드)를 하방으로 보내는 이송 로드를 가지며, 이송 로드는 용기의 개구 가장자리부로부터 용기 내에 삽입되고, 용기의 개구 가장자리부에 이송 로드와의 사이로부터의 가압 가스의 누설을 방지하는 밀봉 수단이 설치되어 있는 경우가 있다.
즉, 액추에이터의 사용 시에, 액추에이터를 용기 내에 배치하도록 할 수도 있지만, 액추에이터의 구동 부분(모터를 포함함)을 용기 밖에 배치하는 것으로 하여 액추에이터에 의해 구동되는 이송 로드를 용기 내에서 이동시킴으로써 원료 로드를 하방으로 보내도록 하는 것이 보다 바람직하다. 이와 같이 하면 액추에이터의 구동 부분에서의 마모 분진 등이 발생하여도 용기 내에의 침입을 방지하는 것이 용이하고, 여러가지의 액추에이터의 사용이 가능하게 된다. 이송 로드는 일부를 용기 외부로 내어 상하 이동하게 되므로, 용기의 개구 가장자리부와 이송 로드의 사이로부터의 이물질의 침입을 방지하는 것이 필요하며, 용기의 개구 가장자리부에 밀봉 수단을 설치함으로써 이러한 이물질의 침입을 방지할 수 있다.
밀봉 수단은 적어도 하나의 백업 링 부착 X링과, 슬라이드 부시와, 백업 링 부착 X링 및 슬라이드 부시를 양측에서 사이에 끼우는 한 쌍의 더스트 밀봉부를 갖고 있는 것이 바람직하다.
용기 내에는 용융 플라스틱을 이동시키기 위한 가압 가스가 충전되게 되므로, 가장 일반적으로 사용되고 있는 O링에 의한 밀봉에서는 가압 하에 있어서 이송 로드를 원활하게 상하 이동시킴과 동시에, 용기 내의 가압 가스의 누설을 방지하고, 이물질의 침입도 확실하게 방지하는 것은 곤란하게 된다. 따라서, O링 대신에 X링을 사용함으로써 마찰 저항의 감소를 도모함과 동시에, 슬라이드 부시도 사용하여 이송 로드를 안내함으로써 이송 로드의 원활한 이동을 확보하고, 또한 이송 로드의 이동에 따라 슬라이드 부시 및 X링이 마모되어 분진이 발생하는 것에 대해서는, 이들 밀봉재(슬라이드 부시 및 X링)의 상하에 더스트 밀봉부가 설치된 것으로 됨으로써, 더스트 밀봉부에 의해 분진을 사이에 끼워 마모 분진의 비산을 억제하여 용기 내에의 분진 혼입을 방지한다. 이에 의해, 매우 높은 클린도가 요구되는 용도에 있어서의 사용이 가능하게 된다.
이송 로드에, 탄성 부재에 의해 축 방향으로 가압된 지지 부재가 이동 가능하게 설치되어 있고, 로드 형상의 플라스틱 원료의 상단부를 유지하는 유지 부재가 지지 부재에 설치되어 있는 경우가 있다.
구체적으로는, 원료 로드 유지부의 구성이, 예를 들면 이송 로드에 고정된 고정 스프링 받침 링과, 고정 스프링 받침 링의 하방에 있어서 이송 로드로 이동 가능하게 설치된 가동 스프링 받침 링(지지 부재)과, 양쪽 스프링 받침 링 사이에 배치된 압축 코일 스프링(탄성 부재)과, 가동 스프링 받침 링에 연결판을 통하여 설치되면서 안쪽 방향(원료 로드를 협지하는 방향)으로 가압된 한 쌍의 유지 아암(유지 부재)을 갖고 있는 것으로 된다.
원료 로드는 유지 부재에 유지되어, 가열 용융부 내의 용융 플라스틱이 배출됨에 따라서 용융량 제어 수단에 의해 이송된다. 이 때, 원료 로드는 용융 플라스틱으로부터의 반력을 받아 용융과 이송량의 균형이 무너진 경우에는 액추에이터에 큰 부하가 걸리는 경우가 있다. 이 경우에 탄성 부재(예를 들면 압축 코일 스프링)에 의해 축 방향으로 가압된 지지 부재가 이동함으로써, 이 부하를 어느 정도 흡수할 수 있으며, 이에 의해 액추에이터의 손상을 방지할 수 있다.
가압 탱크 내에, 이송 로드의 이동 공간이 되는 관통 통로가 형성된 충전 가스량 삭감 블록이 삽입되어 있는 경우가 있다. 충전 가스량 삭감 블록은 개략적으로 통 형상으로 됨과 동시에, 원료 로드를 용기 내에 삽입하는 데 지장이 없도록 필요 부분이 제거된다. 이에 의해, 가압 가스의 사용량을 삭감할 수 있다.
상기한 충전 가스량 삭감 블록 상에는, 용기 내 상방으로부터의 분진 낙하 방지를 위한 받침 접시가 설치되어 있는 것이 바람직하다. 받침 접시는 분진 이물질의 낙하 방지를 위한 것이며, 이것을 용기 내에 설치하는 것은 곤란하지만, 가압 가스의 사용량을 삭감할 수 있는 충전 가스량 삭감 블록을 이용하여, 그 위에 받침 접시를 설치함으로써 받침 접시를 용이하게 설치할 수 있고, 하방으로 낙하하는 이물질이 받침 접시에서 받아내어짐으로써 플라스틱 원료에의 이물질 부착이 방지된다.
본 발명에 의한 광 전송체의 제조 방법은 코어층 및 클래드층용의 2층 금형의 상류측에 코어 원료 공급 장치 및 클래드 원료 공급 장치를 배치하고, 2층 금형 내에 있어서 코어층 및 클래드층으로 이루어지는 광 전송체를 형성하는 용융 압출 장치를 사용함과 동시에, 코어 원료 공급 장치 및 클래드 원료 공급 장치를 상기한 압출 원료 공급 장치로서 광 전송체를 제조하는 것을 특징으로 하는 것이다.
광 전송체의 제조에서 사용되는 플라스틱의 종류는, 투명성이 높고 광 전송에 사용할 수 있는 것이면 한정되지 않다. 예를 들면, (메트)아크릴산 에스테르계 단량체의 중합체, 스티렌계 단량체의 중합체를 들 수 있다. (메트)아크릴산 에스테르계 단량체로서 메타크릴산 메틸, 메타크릴산 에틸, 메타크릴산 n-프로필, 메타크릴산 n-부틸, 아크릴산 메틸, 아크릴산 에틸, 아크릴산 n-프로필, 아크릴산 n-부틸 등; 스티렌계 단량체로서 스티렌, α-메틸스티렌, 클로로스티렌, 브로모스티렌 등을 들 수 있으며, 이들의 공중합체이어도 상관없다. 그 밖의 공중합 성분으로서 비닐아세테이트, 비닐벤조에이트, 비닐페닐아세테이트, 비닐클로로아세테이트 등의 비닐에스테르류; N-n-부틸말레이미드, N-tert-부틸말레이미드, N-이소프로필말레이미드, N-시클로헥실말레이미드 등의 말레이미드류 등이 예시된다. 그 밖에 폴리카보네이트계 플라스틱, 시클로올레핀계 플라스틱, 비정질 불소계 플라스틱 등을 이용할 수도 있다.
광 섬유는, 통상 멀티 모드 광 섬유와 싱글 모드 광 섬유로 분류되며, 또한 멀티 모드 광 섬유는 스텝 인덱스(SI)형과 굴절률 분포를 갖는 그레이디드 인덱스(GI)형으로 분류되는데, 본 발명의 광 전송체의 제조 방법은 GI형(중심으로부터 반경 방향 외측을 향하여 굴절률의 크기에 분포를 갖는 코어를 구비한 타입의) 광 섬유의 제조에 보다 유리하다.
상기 압출 원료 공급 장치에 따르면, 원료 로드의 이송 속도를 용융량 제어 수단(예를 들면 액추에이터)에 의해 제어함과 동시에, 용융 플라스틱의 배출 속도를 가스 가압 수단에 의한 가스압으로 제어하게 되는데, 코어층 및 클래드층으로 이루어지는 광 전송체의 제조 시에는, 광 전송체의 직경은 예를 들면 수십㎛ 내지 1mm 정도의 크기인 데 대하여, 제품의 품질 향상의 점에서 수십mm 정도의 직경의 원료 로드를 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 원료 로드의 직경이 용융 플라스틱의 배출량에 비하여 매우 큰 것으로 되므로, 이것에 대응하기 위해서는 원료 로드의 이송 속도를 느린 것(예를 들면 분속으로 1mm 이하)으로 할 필요가 있다. 이러한 초저속 이송이 가능하게 된 액추에이터를 사용하도록 하여도 물론 되지만, 일반적인 액추에이터에서는 이러한 초저속 이송은 곤란하기 때문에, 용융량 제어 수단으로서는 일반적인 액추에이터(이송 속도가 초속으로 1mm 정도인 것)를 사용함과 동시에, 그 이송을 제어하는 수단은 소정 시간이 경과할 때마다 소정량(액추에이터의 적정 이송량분)만큼 원료 로드의 이송을 행하는 것으로 된다. 이 경우에 상기한 소정 시간은 60초 이상(2000초 이하)으로 하는 것이 바람직하고, 이 시간이 경과할 때마다 예를 들면 1초간만 원료 로드의 이송을 행하고, 그 이외의 시간에는 이송이 정지된다. 이 소정 시간은 온도 센서나 압력 센서를 사용하여 용융 플라스틱의 상태를 검출하고, 그 검출 결과에 기초하여 적절하게 조정되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 플라스틱 원료가 가열 용융되어 있는 시간이 단시간으로 억제되어, 광 신호의 전달 손실 악화의 원인으로 되는 열화 이물질이 매우 적고, 압출 성형법 본래의 높은 생산성으로 광 섬유를 제조하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명에 의한 압출 원료 공급 장치의 제1 실시 형태를 도시하는 종단면도.
도 2는 본 발명에 의한 압출 원료 공급 장치의 제2 실시 형태를 도시하는 종단면도.
도 3은 본 발명에 의한 압출 원료 공급 장치의 제3 실시 형태를 도시하는 종단면도.
도 4는 본 발명에 의한 압출 원료 공급 장치에서 사용되는 플라스틱 원료 이송 수단의 일 실시 형태를 도시하는 종단면도.
도 5는 본 발명에 의한 압출 원료 공급 장치에서 사용되는 호퍼의 다른 실시 형태를 도시하는 횡단면도.
도 6은 본 발명에 의한 압출 원료 공급 장치의 제4 실시 형태를 도시하는 종단면도.
도 7은 본 발명에 의한 압출 원료 공급 장치의 제4 실시 형태의 가열 용융부를 도시하는 종단면도.
도 8은 본 발명에 의한 압출 원료 공급 장치의 제4 실시 형태의 밀봉 수단을 도시하는 종단면도.
도 9는 본 발명에 의한 압출 원료 공급 장치의 제4 실시 형태의 원료 로드 유지부를 도시하는 종단면도.
도 10은 본 발명에 의한 압출 원료 공급 장치의 제4 실시 형태의 원료 로드 유지부를 도시하는 횡단면도.
도 11은 본 발명에 의한 압출 원료 공급 장치의 제4 실시 형태의 충전 가스량 삭감 블록 및 받침 접시를 도시하는 종단면도.
도 12는 본 발명에 의한 압출 원료 공급 장치의 제4 실시 형태의 충전 가스량 삭감 블록 및 받침 접시를 도시하는 사시도.
도 13은 본 발명에 의한 압출 원료 공급 장치가 사용되는 일례인 용융 압출 장치를 도시하는 도면.
<부호의 설명>
1: 압출 원료 공급 장치
2: 호퍼(용기)
3: 냉각부
4, 8, 9: 가열 용융부
5: 냉각 수단
6: 전기 히터(가열 수단)
7, 16: 가스 가압 수단
10: 원적외선 히터(가열 수단)
13: 전기 히터(가열 수단)
17: 액추에이터(용융량 제어 수단)
20: 압출 장치
21: 코어 원료 공급 장치
22: 클래드 원료 공급 장치
23: 2층 금형
41: 가압 탱크(용기)
42: 가스 가압 수단
44: 냉각부
45: 가열 용융부
51: 액추에이터(용융량 제어 수단)
52: 이송 로드
60: 이송 로드 밀봉 수단(밀봉 수단)
61: 액추에이터 본체
64: X링
65: 슬라이드 부시
66: 더스트 밀봉부
67: 백업 링
72: 가동 스프링 받침 링(지지 부재)
73: 압축 코일 스프링(탄성 부재)
75: 유지 아암(유지 부재)
81: 충전 가스량 삭감 블록
82: 관통 통로
83: 받침 접시
R: 원료 로드(로드 형상의 플라스틱 원료)
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 도면의 상하를 상하라고 하기로 한다.
도 13은 본 발명에 의한 압출 원료 공급 장치가 사용되는 일례인 광 전송체 제조용의 용융 압출 장치를 도시하고 있다. 이 장치(20)는 굴절률 분포를 갖는 플라스틱 광 섬유를 용융 압출법으로 제조하는 것이며, 코어층 및 클래드층용의 2층 금형(23)의 상류측에 코어 원료 공급 장치(21) 및 클래드 원료 공급 장치(22)가 연결되어 있다. 2층 금형(23)의 하류측에는 도펀트(굴절률 조정제)를 확산시키기 위한 도펀트 확산관(24)이 구비되어 있고, 그 하류에 롤(25)을 통하여 테이크 업 롤(26)이 배치되어 있다.
이 장치(20)에 따르면, 코어층 및 클래드층용의 재료는, 우선 각 원료 공급 장치(21, 22) 내에 있어서 가열되어 용융 상태로 되고, 이어서 2층 금형(23) 내에 있어서 코어층의 외주에 클래드층을 갖는 2층 구조로 되고, 이어서 도펀트 확산관(24) 내에 있어서 도펀트가 확산됨으로써 굴절률 분포가 형성되고, 이어서 롤(25)에 의해 소정 직경으로 됨으로써 플라스틱제 광 전송체로서의 GI형 광 섬유(F)가 제조된다.
본 발명에 의한 압출 원료 공급 장치(1)는, 상기한 코어 원료 공급 장치(21) 및 클래드 원료 공급 장치(22)에 바람직한 것이며, 도 1은 그 제1 실시 형태를 도시하고 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 제1 실시 형태의 압출 원료 공급 장치(1)는, 냉각부(3) 및 그 하방에 연속되는 가열 용융부(4)를 갖고 원료 로드(로드 형상의 플라스틱 원료)(R)가 수납되는 수직 형상의 호퍼(용기)(2)와, 냉각부(3)를 냉각하는 냉각 수단(5)과, 가열 용융부(4)를 가열하는 가열 수단(6)과, 가스압으로 용융 플라스틱(M)을 순차적으로 금형에 공급하기 위한 가스 가압 수단(7)을 구비하고 있다.
냉각부(3)는 상하로 긴 원통 형상으로 되어 있고, 냉각부(3)의 내주면과 원료 로드(R)의 외주면의 클리어런스는 냉각을 효율적으로 행하기 위하여 작게 설정되어 있다.
가열 용융부(4)는 그 상측에 있는 냉각부(3)보다도 내경이 큰 원통 형상으로 형성되어 있고, 용융된 플라스틱 원료(M)가 가열 용융부(4) 내에서 넓어지는 것(용융 플라스틱(M)의 외경>원료 로드(R)의 외경으로 되는 것)이 가능하도록 되어 있다. 가열 용융부(4)의 내주에는 원통부(4a)에 연속되는 역원추부(4b)가 설치되고, 역원추부(4b)의 하단부에 형성된 용융 플라스틱 배출구(4c)로부터 용융 플라스틱(M)이 하류측에 공급된다.
가열 수단(6)은 전기 히터로 되어 가열 용융부(4)를 둘러싸도록 배치되어 있다. 가열 수단(6)은 가열 용융부(4)의 상단부는 강하게 가열하지 않도록, 또한 원통부(4a)뿐만 아니라 역원추부(4b)도 가열하도록 배치되어 있고, 이 가열 수단(6)에 의한 가열에 의해 가열 용융부(4) 내에는 로드 형상인 채의 플라스틱 원료(R) 하단부와 이것이 용융된 용융 플라스틱(M)이 존재하도록 되어 있다.
가스 가압 수단(7)은 호퍼(2) 내에 가스를 공급하는 것이며, 가열 용융부(4)의 상단부에 있어서 용융 플라스틱(M)의 외경>원료 로드(R)의 외경으로 되어 있기 때문에, 원료 로드(R)의 외주와 용융 플라스틱(M)의 외주의 사이의 환상 부분이 가스 가압면(7a)으로 되어, 용융 플라스틱(M)에 가스압이 닿는 면적이 확보되어 있다.
이 실시 형태에서는 가열 용융부(4)가 냉각부(3)보다도 내경이 큰 원통 형상으로 형성되어 있기 때문에, 용융 플라스틱(M)의 액면이 다소 상하로 움직여도 가스 가압면(7a)의 면적이 변화하지 않으므로, 가스압에 의한 압출력이 변화하지 않는 것으로 되어 있다.
도 2는 제2 실시 형태의 압출 원료 공급 장치(1)를 도시하고 있고, 이 실시 형태의 압출 원료 공급 장치(1)는 냉각부(3) 및 그 하방에 연속되는 가열 용융부(8)를 갖고 원료 로드(R)가 수납되는 수직 형상의 호퍼(2)와, 냉각부(3)를 냉각하는 냉각 수단(5)과, 가열 용융부(8)를 가열하는 가열 수단(6)과, 가스압으로 용융 플라스틱(M)을 순차적으로 금형에 공급하기 위한 가스 가압 수단(7)을 구비하고 있다.
이 제2 실시 형태는, 제1 실시 형태의 것과 호퍼(2)의 가열 용융부(8)의 형상이 상이하다.
제2 실시 형태에서의 가열 용융부(8)의 내주에는, 그 상측에 있는 냉각부(3)보다도 상단의 외경이 큰 역원추 형상 내주면(8a)이 설치되어 있고, 용융된 플라스틱 원료(M)가 가열 용융부(8) 내 상부에서 넓어지는 것(가열 용융부(8) 내 상부에 있는 용융 플라스틱(M)의 외경>원료 로드(R)의 외경으로 되는 것)이 가능하도록 되어 있다. 가열 용융부(8)는 하방으로 감에 따라서 직경이 작게 되어 있고, 그 하단부에 형성된 용융 플라스틱 배출구(8b)로부터 용융 플라스틱(M)이 하류측에 공급된다.
가열 수단(6)은 제1 실시 형태와 마찬가지로 전기 히터로 되어 가열 용융부(8)를 둘러싸도록 배치됨과 동시에, 가열 용융부(8)의 상단부를 제외한 가열 용융부(8) 전역을 가열하도록 이루어져 있고, 이에 의해 가열 용융부(8) 내에는 로드 형상인 채의 플라스틱 원료(R) 하단부와 이것이 용융된 용융 플라스틱(M)이 존재하도록 되어 있다. 용융 플라스틱(M)의 외경>원료 로드(R)의 외경으로 되어 있기 때문에, 가스 가압면(7a)은 원료 로드(R)의 외주와 용융 플라스틱(M)의 외주의 사이의 환상 부분에 형성되어, 용융 플라스틱(M)에 가스압이 닿는 면적이 확보되어 있다.
이 실시 형태에서는 가열 용융부(8)가 냉각부(3)보다도 상단의 외경이 큰 역원추 형상 내주면(8a)을 갖고 있기 때문에, 이 부분이 원통 형상 내주면(4a)으로 되어 있는 제1 실시 형태에서 얻어지는 「용융 플라스틱(M)의 액면이 상하로 움직여도 가스 가압면(7a)의 면적이 변화하지 않으므로, 가스압에 의한 압출력이 변화하지 않는다」고 하는 작용 효과는 얻을 수 없는 것으로 되어 있지만, 가스 가압면(7a)의 면적이 변화함으로써 하류측의 금형 온도의 변화에 추종하여 플라스틱 유량을 수정하는 것으로 되어 있다.
즉, 도 2의 (a)에 도시하는 상태는 도 2의 (b)에 도시하는 상태를 표준 상태로 하여 금형 온도가 하강한 경우를 도시하고 있고, 이 경우에는 금형 온도 하강→플라스틱 점도 상승→플라스틱 유량 저하→플라스틱 용융면 상승→압출력(가스 압력×가압 면적) 상승→플라스틱 유량 상승이라고 하는 스텝에 의해 금형 온도 하강에 의한 플라스틱 유량 저하가 자동적으로 수정되도록 되어 있다. 도 2의 (c)에 도시하는 상태는 도 2의 (b)에 도시하는 상태를 표준 상태로 하여 금형 온도가 상승한 경우를 도시하고 있고, 이 경우에는 금형 온도 상승→플라스틱 점도 하강→플라스틱 유량 상승→플라스틱 용융면 하강→압출력(가스 압력×가압 면적) 하강→플라스틱 유량 저하라고 하는 스텝에 의해 금형 온도 상승에 의한 플라스틱 유량 상승이 자동적으로 수정되도록 되어 있다.
도 3은 제3 실시 형태의 압출 원료 공급 장치(1)를 도시하고 있고, 이 실시 형태의 압출 원료 공급 장치(1)는 냉각부(3) 및 그 하방에 연속되는 가열 용융부(9)를 갖고 원료 로드(R)가 수납되는 수직 형상의 호퍼(2)와, 냉각부(3)를 냉각하는 냉각 수단(5)과, 가열 용융부(9)를 가열하는 가열 수단(10, 13)과, 가스압으로 용융 플라스틱(M)을 순차적으로 금형에 공급하기 위한 가스 가압 수단(7)을 구비하고 있다.
이 제3 실시 형태는 제1 실시 형태의 것과 가열 용융부(9) 및 가열 수단(10, 13)의 구성이 상이하다.
가열 수단(10, 13)은 전기 히터(13)와 원적외선 히터(10)가 병용되어 가열 용융부(9)를 둘러싸도록 배치되어 있다.
가열 용융부(9)의 내주에는 제1 실시 형태와 마찬가지로 원통부(9a)에 연속되는 역원추부(9b)가 설치되고, 역원추부(9b)의 하단부에 용융 플라스틱 배출구(9c)가 형성되어 있다. 이에 의해, 용융 플라스틱(M) 액면이 상하로 움직여도 가스압이 닿는 면적이 변화하지 않도록 되어 있다.
그리고, 원적외선 히터(10)는 가열 용융부(9)의 상단부를 가열하지 않도록 원통부(9a)를 둘러싸도록 배치되어 있고, 전기 히터(13)는 역원추부(9b)를 가열하도록 배치되어 있다. 이에 의해, 가열 용융부(9) 내에는 로드 형상인 채의 플라스틱 원료(R) 하단부와 이것이 용융된 용융 플라스틱(M)이 존재하도록 되어 있다.
가열 용융부(9)의 중앙 부분은 호퍼(2)의 냉각부(3)와는 별개의 부재의 내열 유리제 링(11)에 의해 형성되어 있고, 이에 의해 원적외선 히터(10)에 의한 가열이 가능하게 되어 있다. 내열 유리제 링(11)은, 냉각부(3)와의 경계부에 있어 가열 용융부(9)의 상단부를 형성하는 플랜지부(2a)와 가열 용융부(9)의 역원추부(9b) 및 용융 플라스틱 배출구(9c)를 형성하는 호퍼 하단부(2b)와의 사이에 O링(12)을 통하여 삽입되어 있다.
이 제3 실시 형태의 것에서는 가열 용융부(9)의 중앙 부분을 가열하는 데 원적외선 히터(10)를 이용함으로써, 원료 로드(R)와 가열 용융부(9) 내주면의 사이에 간극이 있어도(원료 로드(R)의 외경이 작은 경우라도) 적절한 가열 용융을 행할 수 있다.
도 4에는 상기 각 실시 형태에 있어서, 압출 원료 공급 장치(1)에 부가할 수 있는 플라스틱 원료 이송 수단(14)을 도시하고 있다. 도 4에 있어서, 플라스틱 원료 이송 수단(14)은 가압 탱크(15) 내에 배치된 액추에이터(용융량 제어 수단)(17)를 구비하고 있다. 가압 탱크(15)에는 원료 로드(R)를 유지하는 호퍼(전체가 원료 로드의 형상에 대응하여 형성된 용기)(2)에 연속되도록 액추에이터(17)를 수용하기 위한 공간이 형성되어 있고, 가스 가압 수단(16)의 가압 질소 가스는 가압 탱크(15) 내를 채우고, 이에 의해 원료 로드(R)의 주연부보다도 넓어진 용융 플라스틱 부분을 하방으로 가압하도록 되어 있다.
액추에이터(17)는, 예를 들면 THK사제의 클린 환경용 LM 액추에이터와 같은 발진 방지 사양의 것이며, 액추에이터 기구를 내장한 본체(31)와, 본체(31) 외부에 있어 액추에이터 기구에 의해 이동되는 슬라이더(32)를 갖고 있으며, 슬라이더(32)에 원료 로드(R)를 하방으로 보내는 이송 로드(33)가 일체로 설치되어 있다. 이 액추에이터(17)에 의해 원료 로드(R)의 하방으로의 강하를 제어된 속도로 행할 수 있고, 2층 금형(23) 내에 공급되는 용융 플라스틱량을 정밀도 좋게 제어할 수 있다.
플라스틱제 광 섬유(F)를 용융 압출법으로 제조하는 경우, 플라스틱제 광 섬유(F)의 직경이 수십㎛ 내지 1mm 정도에 대하여 원료 로드(R)의 직경이 수십mm 정도로 되기 때문에, 액추에이터(17)에 의한 원료 로드(R)의 이송 속도는 매우 느린 것으로 되고, 액추에이터(17)에 의해 원료 로드(R)를 소정 거리씩(예를 들면 1mm 스텝으로) 이송하는 것으로 하여, 이 이송을 행하는 시간 간격을 가열 용융부(4)의 용융 플라스틱(M)의 상태에 의해 제어하는(예를 들면, 표준 상태에서는 100초 간격으로 1mm씩 보내는 것으로 하고, 용융 플라스틱(M)의 상태에 의해 이 시간 간격을 길게 하거나 짧게 하거나 하는) 것이 바람직하다.
도 4에 있어서, 호퍼(2)의 냉각부(3)에는 가압 질소 가스의 통과를 잘 시키기 위한 통기 구멍(18)이 냉각부(3)의 주벽을 상하 방향으로 관통하도록 형성되어 있고, 이에 의해 통기 구멍(18)이 가열 용융부(4, 8, 9)의 내주면보다도 내측의 부분에 통과하도록 이루어져 있다. 통기 구멍(18)은 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 단면 원형으로 되어 주위 방향으로 등간격으로 4개 형성되어 있고, 도 1 내지 도 3까지 도시한 실시 형태의 것에도 이러한 통기 구멍(18)을 형성함으로써, 냉각부(3)의 내주면과 원료 로드(R)의 외주면의 클리어런스를 작게 설정한 경우에도, 가열 용융부(4, 8, 9)의 내측에 있는 용융 플라스틱(M)의 가압을 확실하게 행할 수 있다.
또한, 통기 구멍(18)의 형상이나 수는 도시한 것에 한정되는 것이 아니며, 또한 통기 구멍(18) 대신에 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이 냉각부(3)의 내주측으로 개구되는 단면 대략 사각형의 통기구(19)로 하여도 물론 동일한 효과가 얻어진다.
상기에 있어서 액추에이터(17)는 그 전체가 가압 탱크(15) 내에 배치되어 있고, 이로 인해 액추에이터 기구를 내장한 본체(31)를 수용하기 위한 가압 탱크(15)가 커져 장치 전체가 대형화된다. 장치 전체를 소형화하기 위해서는 액추에이터 기구를 내장한 본체를 가압 탱크 밖에 배치하는 것이 바람직하지만, 이 경우에는 원료 로드(R)를 하방으로 보내는 이송 로드를 가압 하에서 진퇴시킬 필요가 있어, 가압 탱크 내의 밀봉성 및 방진성의 확보가 과제로 된다. 이하에, 액추에이터의 본체를 가압 탱크 밖에 배치하는 경우의 바람직한 실시 형태(압출 원료 공급 장치(1)의 제4 실시 형태)를 나타낸다. 또한, 도 6은 압출 원료 공급 장치의 전체를 도시하고, 도 7 내지 도 12까지는 그 각 주요부를 도시하고 있다.
도 6에 있어서, 압출 원료 공급 장치(1)는 가압 탱크(41)와, 가압 탱크(41) 내에 가압 질소 가스를 도입하는 가스 가압 수단(42)과, 플라스틱 원료 이송 수단(43)을 구비하고 있다. 제1 내지 제3까지의 실시 형태에서의 냉각부(3) 및 가열 용융부(4)에 각각 대응하는 냉각부(44) 및 가열 용융부(45)는, 가압 탱크(41)의 하단에 연속하여 설치되어 있다.
플라스틱 원료 이송 수단(43)은 액추에이터(용융량 제어 수단)(51)와, 액추에이터(51)에 의해 상하 이동되는 이송 로드(52)와, 이송 로드(52)의 하단부에 설치된 원료 로드 유지부(53)를 갖고 있다.
가압 탱크(41)는 상하에 개구부를 갖고 있고, 각 개구부에 암나사가 형성된 접속부(41a, 41b)가 설치되어 있다. 가압 탱크(41)에는 상하의 중간 정도에 로드 투입구(41c)가 형성되어 있고, 가압 탱크(41) 내는 그 하부가 원료 로드(R)의 수납 공간으로 되어 있고, 로드 투입구(41c)에는 이것을 밀폐할 수 있는 도어(54)가 설치되어 있다. 가압 탱크(41)의 직경은 제1 내지 제3까지의 각 실시 형태의 호퍼(2)의 직경보다도 큰 것으로 되어 있다.
가압 탱크(41)의 상방의 개구부에는 이송 로드(52)와의 사이로부터의 가압 가스의 누설을 방지하는 이송 로드 밀봉 수단(60)이 설치되어 있다.
액추에이터(51)는 액추에이터 기구를 내장한 본체(61)와, 본체(61) 외부에 있어 액추에이터 기구에 의해 이동되는 슬라이더(62)를 갖고 있으며, 이송 로드(52)는 그 상단부가 슬라이더(62)에 유지되어 있다. 본체(61) 및 슬라이더(62)는 가압 탱크(41) 외부에 배치되어 있고, 이송 로드(52)는 가압 탱크(41)의 상단의 개구부로부터 가압 탱크(41) 내에 삽입되고, 가압 탱크(41) 내에 있어서 상하 이동 가능하게 되어 있다. 슬라이더(62)는, 도 6에 도시한 실선 위치부터 이점 쇄선 위치까지 이동 가능하게 되어 있고, 슬라이더(62)의 하강에 따라 원료 로드(R)가 하단측으로부터 순차적으로 가열 용융부(45) 내로 삽입되어 가도록 이루어져 있다.
액추에이터(51)의 본체(61)에는 슬라이더(62)의 이동을 제어하는 수단이 내장되어 있고, 이 액추에이터(51)에 의해 원료 로드(R)의 하방으로의 강하를 제어된 속도로 행할 수 있어, 2층 금형(23) 내에 공급되는 용융 플라스틱의 양을 정밀도 좋게 제어할 수 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 가압 탱크(41)의 하단의 접속부(41b)에, 내부에 냉각 수단으로서의 냉각수 통로(56)가 형성된 냉각부 형성용 통체(55)가 설치되고, 냉각부 형성용 통체(55)의 하면측에 가열 용융부 상부 형성용 통체(57)가 설치되고, 가열 용융부 상부 형성용 통체(57)의 하면측에 가열 용융부 하부 형성용 통체(58)가 설치되어 있다. 그리고, 가열 용융부 상부 형성용 통체(57)와 가열 용융부 하부용 통체(58)의 양쪽을 둘러싸도록 가열 수단으로서의 밴드 히터(59)가 설치되어 있다. 이에 의해, 가압 탱크(41)의 바로 하방에 냉각부(44)가 형성됨과 동시에, 냉각부(44)의 하방에 제1 실시 형태와 마찬가지로 원통부(45a), 원통부(45a)에 연속되는 역원추부(45b) 및 역원추부(45b)의 하단부에 형성된 용융 플라스틱 배출구(45c)로 이루어지는 가열 용융부(45)가 형성되어 있다.
가열 용융부 원통부 형성용 통체(57)에는 플라스틱의 용융 상태를 검출하기 위한 압력 센서 및 온도 센서를 포함한 센서 장치(46)가 설치되어 있다. 센서 장치(46)에서 얻어진 용융 플라스틱(M)의 압력 및 온도는 액추에이터(51)의 슬라이더(62)의 이동을 제어하는 수단에 보내져, 슬라이더(62)를 이동시키는 시간 간격 즉 원료 로드(R)의 이송을 행하는 시간 간격이 이들 값에 따라 적절하게 조정된다.
도 8에 도시한 바와 같이, 이송 로드 밀봉 수단(60)은 가압 탱크(41)의 상단부에 설치되면서, 이송 로드(52)가 상하 이동 가능하게 삽입 관통되어 있는 원통 형상의 밀봉 유지 부재(63)와, 한 쌍의 X링(64)과, 한 쌍의 X링(64)을 상하 양측에서 사이에 끼우도록 배치된 한 쌍의 슬라이드 부시(65)와, 한 쌍의 X링(64) 및 한 쌍의 슬라이드 부시(65)를 상하 양측에서 사이에 끼우도록 배치된 한 쌍의 더스트 밀봉부(66)와, 최상방에 위치하고 있는 더스트 밀봉부(66)의 빠짐을 방지하고 있는 밀봉 누름부(68)로 이루어진다.
X링(64)은 니트릴 고무로 만들어짐과 동시에, PTFE제 백업 링(67)을 갖게 되어 있다. 백업 링(67)은 각 X링(64)의 상하 양측에 설치되어 있다. 슬라이드 부시(65)는 금속제로 되며, 더스트 밀봉부(66)는 PTFE제로 되어 있다.
밀봉 유지 부재(63)의 내주에는, 각 백업 링(67) 부착 X링(64), 슬라이드 부시(65), 각 더스트 밀봉부(66)를 끼워 넣기 위한 환상 홈이 형성되어 있다. 밀봉 유지 부재(63)에는 플랜지부(63a)가 설치되며, 이 플랜지부(63a)를 통하여 가압 탱크(41)의 접속부(41a)에 볼트에 의해 설치되어 있다.
상기한 이송 로드 밀봉 수단(60)에 따르면, 백업 링(67) 부착 X링(64)에 의해 밀봉 성능이 유지되고, 또한 X링(64)의 선단부만이 이송 로드(52)에 접촉하기 때문에 접촉면을 감소시킬 수 있고, 분진의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 더스트 밀봉부(66)에 의해 발생한 분진을 사이에 끼워 넣음으로써, 마모 분진의 비산이 억제되고, 가압 탱크(41) 내에의 분진 혼입이 방지된다. 또한, 이송 로드(52)의 이동 시에 X링(64)이 침식되는 것이 백업 링(67)에 의해 방지된다.
도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 원료 로드 유지부(53)는 이송 로드(52)에 고정된 고정 스프링 받침 링(71)과, 고정 스프링 받침 링(71)의 하방에 있어서 이송 로드(52)에 이동 가능하게 설치된 가동 스프링 받침 링(지지 부재)(72)과, 양쪽 스프링 받침 링(71, 72) 사이에 배치된 압축 코일 스프링(탄성 부재)(73)과, 가동 스프링 받침 링(72)에 연결판(74)을 통하여 설치된 한 쌍의 유지 아암(유지 부재)(75)과, 각 유지 아암(75)을 안쪽 방향(원료 로드(R)를 협지하는 방향)으로 가압하는 한 쌍의 판 스프링(76)을 갖고 있다.
이송 로드(52)에는 축 방향으로 연장되는 안내 홈(77)이 형성되어 있고, 가동 스프링 받침 링(72)을 직경 방향으로 관통하는 나사 축(78)의 선단부가 안내 홈(77) 내에 끼워 넣어져 있다. 안내 홈(77)은 나사 축(78)의 선단부를 받아내는 하면(77a)을 갖고 있고, 나사 축(78)은 가동 스프링 받침 링(72)이 압축 코일 스프링(73)에 하향으로 가압되어 있음으로써, 안내 홈(77)의 하면(77a)에서 받아내어지고 있고, 가동 스프링 받침 링(72)은 상향의 힘을 받았을 때에 이 위치로부터 상방으로 이동 가능하게 되어 있다.
각 유지 아암(75)은 상하 방향으로 연장되는 지지축(79) 주위에 요동 가능하게 되어 있고, 한 쌍의 유지 아암(75)은 판 스프링(76)에 가압된 상태로, 그들 선단부 사이에 원료 로드 삽입용 개구부를 형성함과 동시에, 그 중간 부분에 원료 로드(R)를 협지하는 유지부를 형성하고 있다. 원료 로드(R)의 상단부에는 환상 홈이 형성되어 있고, 각 유지 아암(75)에 형성된 원료 로드 삽입용 개구부는 원료 로드(R)의 환상 홈의 직경보다도 약간 작게 형성되어 있고, 판 스프링(76)에 대항하여 개구를 크게 하면서 강제적으로 원료 로드(R)를 유지 아암(75) 사이에 삽입하도록 되어 있다. 각 유지 아암(75)의 원료 로드(R)를 유지하는 유지면(75a)은, 단면 원형의 원료 로드(R)에 대응하여 원호 형상의 오목면으로 되어 있고, 원료 로드(R)를 유지 아암(75) 사이에 삽입함으로써, 원료 로드(R)가 정밀도 좋게 위치 결정되어 한 쌍의 유지 아암(75) 사이에 협지된다.
액추에이터(51)에 의한 원료 로드(R)의 이송 조작 시, 원료 로드(R)에 상향의 큰 힘이 작용하여 이것이 액추에이터(51)에 그대로 전달된 경우, 액추에이터(51)가 파손되거나, 액추에이터(51)에 의한 이송 정밀도가 저하될 가능성이 있지만, 상기한 원료 로드 유지부(53)에 따르면, 원료 로드(R)에 상향의 큰 힘이 작용한 경우, 우선, 유지 아암(75)이 이 힘을 받게 되고, 유지 아암(75)은 연결판(74)을 통하여 가동 스프링 받침 링(72)에 접속되어 있기 때문에, 상향의 힘은 압축 코일 스프링(73)을 통하여 고정 스프링 받침 링(71)에 전달되게 되어, 이송 로드(52)를 통하여 액추에이터(51)에 전해지는 부하가 경감된다.
가압 질소 가스는 용융 플라스틱(M)을 하방으로 보내기 위한 것이며, 이를 위해서는 가압 탱크(41)의 용량을 크게 할 필요는 없기 때문에, 가압 탱크(41)의 용량을 작게 하여 가압 질소 가스의 충전량을 적게 하는 것이 바람직하다. 한편, 가압 탱크(41) 내에는 이송 로드(52)의 이동 공간이 필요하고, 또한 원료 로드(R)를 원료 로드 유지부(53)에 유지시키기 위한 작업을 행하는 공간도 필요하다. 이것들을 양립시키기 위하여, 가압 탱크(41) 내에는 도 11 및 도 12에 도시한 바와 같이(도 6에 있어서는 도시 생략), 이송 로드(52)의 이동 공간이 되는 관통 통로(82)가 형성된 충전 가스량 삭감 블록(81)이 삽입되어 있다. 충전 가스량 삭감 블록(81)은 외주가 단면 대략 원형이고, 가압 탱크(41)의 내주보다도 약간 작게 이루어져 있음과 동시에, 내주가 단면 정방형이고, 내경 즉 관통 통로(82)의 폭은 원료 로드(R)의 직경의 2.5배 정도(이송 로드(52)의 4배 정도)로 되어 있다. 충전 가스량 삭감 블록(81)은 전체로서는 통 형상을 이루지만, 원료 로드(R)의 투입부로 되는 부분(81a)은 절제되어 있고, 또한 원료 로드(R)를 비스듬하게 하여 투입하는 경우에, 가압 탱크(41)의 안쪽측(도면의 좌측)의 하부에 위치하여 원료 로드(R)의 선단부가 간섭하기 쉬운 부분(81b)도 절제되어 있다. 이 충전 가스량 삭감 블록(81)을 사용함으로써 사용하는 가압 가스를 삭감할 수 있다(도시한 예에서는 39리터를 절반 이하인 19리터로 줄이는 것이 가능). 또한, 도시는 생략하였지만, 충전 가스량 삭감 블록(81)의 가압 탱크(41)에 대한 고정은, 양자(41, 81)간에 형성된 간극에 쐐기가 박혀 넣어짐으로써 행해지고 있다.
충전 가스량 삭감 블록(81)의 상면과 가압 탱크(41)의 정상벽의 사이에는, 받침 접시 설치용의 공간이 형성되어 있고, 충전 가스량 삭감 블록(81)을 이용하여 분진 이물질의 낙하 방지를 위한 받침 접시(83)가 설치되어 있다.
받침 접시(83)는 이송 로드(52)가 삽입 관통되기에 딱 맞는 크기로 된 원형 구멍(84a)이 형성된 바닥벽(84)과, 외주면이 가압 탱크(41) 내에 딱 맞게 수납되는 형상으로 된 주위벽(85)으로 이루어진다. 바닥벽(84)의 원형 구멍(84a)의 가장자리부에는 이송 로드(52)를 안내하면서 분진 이물질이 이송 로드(52)에 부착하기 어려운 것으로 하는 원통 형상의 돌출부(86)가 설치되어 있다.
이 받침 접시(83)에 따르면, 가압 탱크(41) 내를 하방으로 낙하하는 이물질이 받침 접시(83)에서 받아지게 되어 이물질의 원료 로드(R)로의 부착이 방지된다. 따라서, 이송 로드 밀봉 수단(60)에 의해 가압 탱크(41) 내로의 분진 혼입이 방지된 상태에서, 또한 받침 접시(83)에 의해서도 원료 로드(R)측으로 분진이 들어가는 것이 방지되게 되어, 생산품으로서의 플라스틱제 광 섬유(광 전송체)(F)로의 이물질 혼입이 방지되어, 플라스틱제 광 섬유(광 전송체)(F)의 불순물에 의한 신호 전달 손실의 악화가 억제된다.
<실시예>
<실시예 1>
도 13에 도시하는 용융 압출 장치(20)를 이용한 용융 압출 도펀트 확산법을 이용하여 GI형 광 섬유를 제작하였다.
미리 메타크릴산 메틸을 증류, 여과한 후, 도펀트로서 디페닐술피드를 중량비로 90:10의 비율로 혼합하였다. 이것을 중합 용기 내에서 중합하여 코어용의 직경이 38mm인 200g의 원료 로드를 제작하고, 또한 메타크릴산 메틸을 증류, 여과한 후, 중합 용기 내에서 중합하여 클래드용의 직경이 38mm인 200g의 원료 로드를 제작하였다.
이들 코어용 및 클래드용의 플라스틱 원료인 원료 로드를 가열 용융부(원통부(4a)) 내주면의 단면적과 원료 로드(R)의 단면적의 차이가 990mm2인 도 1의 구조의 원료 공급 장치(1)에 투입하고, 질소 가스압을 1MPa로 하여 클린 환경용 액추에이터(17)를 사용하여 플라스틱 원료의 하방으로의 강하를 제어된 속도로 행하여, 압출이 안정되고 나서 3600m의 GI형 광 섬유(POF)를 6시간에 걸쳐 제조하였다. 최초와 최후의 50m의 광 섬유의 전송 손실은 어느 쪽도 270dB/km으로 차이는 없었다.
<실시예 2>
가열 용융부(원통부(4a)) 내주면의 단면적과 원료 로드(R)의 단면적의 차이가 528mm2인 도 1의 구조의 원료 공급 장치(1)를 이용한 것, 및 질소 가스압을 1.9MPa로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 3600m의 광 섬유를 6시간에 걸쳐 제조하였다. 최초와 최후의 50m의 광 섬유의 전송 손실은 어느 쪽도 270dB/km으로 차이는 없었다.
<실시예 3>
가열 용융부(8)의 역원추 형상 내주면(8a)의 꼭대기부 단면적과 원료 로드(R)의 단면적의 차이가 0 내지 1693mm2인 도 2의 구조의 원료 공급 장치(1)를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 3600m의 광 섬유를 6시간에 걸쳐 제조하였다. 최초와 최후의 50m의 광 섬유의 전송 손실은 어느 쪽도 270dB/km으로 차이는 없었다.
<실시예 4>
가열 용융부(원통부(9a)) 내주면의 단면적과 원료 로드(R)의 단면적의 차이가 1693mm2인 도 3의 구조의 원료 공급 장치(1)를 이용한 것, 및 질소 가스압을 0.6MPa로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 3600m의 광 섬유를 6시간에 걸쳐 제조하였다. 최초와 최후의 50m의 광 섬유의 전송 손실은 어느 쪽도 270dB/km으로 차이는 없었다.
<실시예 5>
실시예 1과 마찬가지로 하여 코어용의 직경이 38mm인 200g의 원료 로드, 및 클래드용의 직경이 38mm인 200g의 원료 로드를 제작하였다.
이들 코어용 및 클래드용의 플라스틱 원료인 원료 로드를, 가열 용융부(원통부(45a)) 내주면의 단면적과 원료 로드(R)의 단면적의 차이가 990mm2인 도 7 내지 12의 가열 용융부, 밀봉 수단, 원료 로드 유지부, 충전 가스량 삭감 블록, 및 받침 접시를 갖는 도 6의 구조의 원료 공급 장치(1)에 투입하고, 질소 가스압을 1MPa로 하여, 액추에이터(51)를 사용하여 플라스틱 원료의 하방으로의 강하를 제어된 속도로 행하여 압출이 안정되고 나서 3600m의 GI형 광 섬유(POF)를 6시간에 걸쳐 제조하였다. 최초와 최후의 50m의 광 섬유의 전송 손실은 어느 쪽도 270dB/km으로 차이는 없었다.
<비교예 1>
호퍼 전체를 가열함으로써 원료 로드 전체를 용융시킨 상태에서, 가스압으로 원료를 공급하는 원료 공급 장치를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 광 섬유를 압출 성형하였지만, 압출 개시 후 2시간 30분만에 공극 발생에 의해 실 끊김이 발생하여 1250m의 광 섬유밖에 제조할 수 없었다. 최후의 50m의 광 섬유의 전송 손실은 1500dB/km으로 되었다.
상기 실시예 1부터 5까지에 따르면, 원료 로드 전체를 용융시키는 비교예 1의 것에 비하여 플라스틱 원료가 가열 용융되어 있는 시간이 단시간으로 억제되어, 광 신호의 전달 손실 악화의 원인으로 되는 열화 이물질이 매우 적고, 압출 성형법 본래의 높은 생산성으로 광 섬유를 제조할 수 있는 것을 알 수 있다.
<산업상 이용가능성>
본 발명에 따르면, 광학적인 신호 전달 손실의 악화가 적은 광 전송체(예를 들면 광 섬유)의 제조를 행할 수 있기 때문에, 광 전송체의 제조 기술의 향상에 기여할 수 있다.

Claims (11)

  1. 로드 형상의 플라스틱 원료를 가열 용융시켜 금형에 공급하는 압출 원료 공급 장치로서, 로드 형상의 플라스틱 원료가 수납되는 용기와, 용기의 하류측에 설치되어 로드 형상의 플라스틱 원료의 하단 부분을 가열 용융시키는 가열 용융부와, 가열 용융부를 가열하는 가열 수단과, 가스압으로 용융 플라스틱을 순차적으로 금형에 공급하기 위한 가스 가압 수단을 구비하고 있고,
    가열 용융부 내주면의 단면적이 용기의 상류측 내주면의 단면적보다도 크고, 가열 용융부 내주면의 단면적과 플라스틱 원료의 단면적의 차는 200 내지 2000mm2인 것을 특징으로 하는 압출 원료 공급 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 가열 수단은 전기 히터 및/또는 원적외선 히터인 압출 원료 공급 장치.
  4. 제1항에 있어서, 가열 용융부의 상류측에, 로드 형상의 플라스틱 원료를 냉각하는 냉각 수단이 설치되어 있는 압출 원료 공급 장치.
  5. 제1항에 있어서, 로드 형상의 플라스틱 원료의 하방으로의 강하를 제어된 속도로 행하여 용융량을 제어하는 용융량 제어 수단을 더 구비하고 있는 압출 원료 공급 장치.
  6. 제5항에 있어서, 용융량 제어 수단은 액추에이터 기구를 내장하여 용기 밖에 배치된 본체와, 용기 내로 이동 가능하게 배치되어 본체에 구동되어 로드 형상의 플라스틱 원료를 하방으로 보내는 이송 로드를 가지며, 이송 로드는 용기의 개구 가장자리부로부터 용기 내에 삽입되고, 용기의 개구 가장자리부에 이송 로드와의 사이로부터의 가압 가스의 누설을 방지하는 밀봉 수단이 설치되어 있는 압출 원료 공급 장치.
  7. 제6항에 있어서, 밀봉 수단은 적어도 하나의 백업 링 부착 X링과, 슬라이드 부시와, 백업 링 부착 X링 및 슬라이드 부시를 양측에서 사이에 끼우는 한 쌍의 더스트 밀봉부를 갖고 있는 압출 원료 공급 장치.
  8. 제6항에 있어서, 이송 로드에, 탄성 부재에 의해 축 방향으로 가압된 지지 부재가 이동 가능하게 설치되어 있고, 로드 형상의 플라스틱 원료의 상단부를 유지하는 유지 부재가 지지 부재에 설치되어 있는 압출 원료 공급 장치.
  9. 제6항에 있어서, 가압 탱크 내에, 이송 로드의 이동 공간이 되는 관통 통로가 형성된 충전 가스량 삭감 블록이 삽입되어 있는 압출 원료 공급 장치.
  10. 제9항에 있어서, 충전 가스량 삭감 블록 상에, 용기 내 상방으로부터의 분진 낙하 방지를 위한 받침 접시가 설치되어 있는 압출 원료 공급 장치.
  11. 코어층 및 클래드층용의 2층 금형의 상류측에 코어 원료 공급 장치 및 클래드 원료 공급 장치를 배치하고, 2층 금형 내에 있어서 코어층 및 클래드층으로 이루어지는 광 전송체를 형성하는 용융 압출 장치를 사용함과 동시에, 코어 원료 공급 장치 및 클래드 원료 공급 장치를 제1항, 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 압출 원료 공급 장치로 하여 광 전송체를 제조하는 것을 특징으로 하는, 광 전송체의 제조 방법.
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