KR19990038606A - 금속 코팅 광섬유 제조용 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광섬유 인출 장치에 관한 것으로, 금속 코팅처리된 광섬유를 냉각시킬 때 냉각 효율을 증대시켜 광섬유의 기계적 강도를 향상시킬 수 있는 금속 코팅 광섬유 제조용 냉각장치를 제공하기 위한 것이다. 상기 냉각장치는 외곽 튜브와 안쪽 튜브의 양측단에 설치되어 상기 튜브들을 지지/고정시키는 상단 지지대 및 하단 지지대와, 상기 상단 지지대의 중심부에 설치되며 상기 코팅처리된 광섬유가 안쪽 튜브 쪽으로 삽입되도록 안내하는 상부 구멍이 형성된 가이드 브라켓과, 상기 가이드 브라켓의 둘레를 따라 형성되며 상기 냉각용 기체를 외부로 배출시키기 위한 적어도 2개 이상의 측면 배출구들과, 상기 안쪽 튜브의 하측에 연결되며 상기 냉각용 기체를 공급하기 위한 기체 공급포트와, 상기 외곽 튜브의 상측 및 하측에 각각 연결되며 상기 냉각수를 공급/배출시키기 위한 냉각수 공급포트 및 냉각수 배출포트로 구성된다.

Description

금속 코팅 광섬유 제조용 냉각장치

본 발명은 광섬유 인출 장치에 관한 것으로서, 특히 금속 코팅 처리된 광섬유를 냉각시킬 때 냉각 효율을 증가시킬 수 있는 금속 코팅 광섬유 제조용 냉각장치에 관한 것이다.

통상적으로, 광통신용인 실리카 성분의 광섬유는 외경이 약 100㎛∼150㎛ 정도의 가는 유리 섬유이므로 피복을 하지 않으면 매우 약해서 쉽게 파단된다. 유리는 금속과는 다른 파괴를 보이는 재료여서 광섬유 표면의 미소결함이 성장하여 그 부분에 국부적인 응력집중이 일어나면 파괴의 윈인이 된다. 또한 상기 실리카 성분의 광섬유는 이론적으로 약 20GPa 이상의 고강도이나 수분에 매우 취약한 특성을 갖고 있어 광섬유 표면에 수분이 접촉하게 되면 광섬유의 강도가 급격히 저하된다.

따라서, 광섬유의 표면을 보호하고, 인장강도, 굽힙강도의 향상 및 수분 침투를 방지하여 취급하기 쉽게 할 목적으로 금속 코팅처리된 광섬유가 사용되었다.이때, 석영유리 광섬유의 표면에 금속 재질로 코팅처리하는 방법에는 여러 가지 형태가 있다. 그중 가장 널리 사용되는 방법은 용융 금속 사이를 광섬유가 지나가면서 코팅 처리되는 프리징 방법이 있다. 상기와 같은 종래의 프리징 방법은 본 발명자가 출원한 출원번호 제 96-12918 호(명칭: 금속 피복 광섬유의 인출장치 및 제조방법)에 상세히 기술되어 있다. 또한 미국 특허번호 제 4,894,078 호(명칭: 광섬유 제조 방법 및 장치) 및 미국 특허번호 제 4,437,870 호(명칭: 광섬유의 냉각장치)에 매우 상세히 기술되어 있다.

그러나, 상기와 같은 방법으로 금속 코팅 처리된 광섬유는 용융 온도가 높은 구리 및 알루미늄 등과 같은 금속 재질로 광섬유의 표면을 코팅처리하므로서 상기 광섬유에 고온의 금속이 코팅된 직후 서냉시 석영 유리 표면이 결정화되어 석영유리 광섬유의 표면이 취약해진다. 이로인해 광섬유의 강도가 취약해질 뿐만 아니라 고온의 금속이 대기중에 노출되면 주위의 산소와 반응하여 금속표면에서 산화반응을 일으켜 광특성이 현저히 저하되는 문제점이 발생하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 금속 코팅처리된 광섬유를 냉각시킬 때 냉각 효율을 증대시켜 광섬유의 기계적 강도를 향상시킬 수 있는 금속 코팅 광섬유 제조용 냉각장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 금속 코팅된 석영유리 광섬유가 냉각되는 동안 발생하는 산화 현상을 억제할 수 있는 금속 코팅 광섬유 제조용 냉각장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 냉매가스의 유량 증가에 따른 금속피복장치 내에서의 금속 고형화 현상을 방지할 수 있는 금속 코팅 광섬유 제조용 냉각장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 금속 코팅처리된 광섬유를 연속적으로 인출할 수 있는 금속 코팅 광섬유 제조용 냉각장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 광섬유 인출 장치는, 프리폼을 미피복된 광섬유로 인출하기 위해 고온으로 용융시키는 용융로와, 상기 미피복된 광섬유의 직경이 미리 정한 길이가 되는가를 측정하여 제어하는 외경 측정기와, 상기 미피복된 광섬유의 표면을 소정의 재질로 코팅처리하는 피복장치와, 상기 코팅 처리된 광섬유를 냉각시키기 위한 냉각용 기체가 흐르는 안쪽 튜브와 상기 안쪽 튜브의 표면 온도를 낮추기 위한 냉각수가 흐르는 외곽 튜브로 구성된 냉각장치와, 상기 냉각장치에 의해 표면이 냉각된 광섬유를 소정의 회전력으로 인출하는 캡스턴과, 상기 코팅처리되고 냉각된 광섬유를 감는 스플로 구성되며, 이때 상기 냉각장치는 상기 외곽 튜브와 안쪽 튜브의 양측단에 설치되어 상기 튜브들을 지지/고정시키는 상단 지지대 및 하단 지지대와, 상기 상단 지지대의 중심부에 설치되며 상기 코팅처리된 광섬유가 안쪽 튜브 쪽으로 삽입되도록 안내하는 상부 구멍이 형성된 가이드 브라켓과, 상기 가이드 브라켓의 둘레를 따라 형성되며 상기 냉각용 기체를 외부로 배출시키기 위한 적어도 2개 이상의 측면 배출구들과, 상기 안쪽 튜브의 하측에 연결되며 상기 냉각용 기체를 공급하기 위한 기체 공급포트와, 상기 외곽 튜브의 상측 및 하측에 각각 연결되며 상기 냉각수를 공급/배출시키기 위한 냉각수 공급포트 및 냉각수 배출포트로 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 금속 코팅 처리된 광섬유를 인출하는 제조장치의 구성을 나타낸 개략도.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 금속 코팅 처리된 광섬유를 냉각시키기 위한 냉각장치의 구성을 나타낸 측단면도.

도 3은 도 2에서 냉각장치의 평면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20: 가이드 브라켓 24: 상부 구멍

28: 측면 배출구 30: 냉각수 배출포트

32: 경사면 34: 냉각 튜브(안쪽)

36: 냉각 튜브(외곽) 38: 냉각수 공급포트

40: 기체 공급포트 50: 냉각수

52: 냉각용 기체 114: 냉각장치.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐트릴 수 있는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 금속 코팅 처리된 광섬유를 인출하는 제조장치의 구성을 나타낸 개략도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 금속 코팅 광섬유의 인출 방법은, 프리폼 100을 용융로 102에 천천히 공급시킨다. 이후 상기 프리폼 100은 용융로 102에서 2000℃ 이상의 고온으로 가열되어 125㎛ 직경의 미피복된 광섬유 10a로 인출된다. 이때 인츨력은 미피복된 광섬유 10a에 인가되며 캡스턴 116으로부터 제공된다. 이어서 외경 측정기 104는 인출되는 미피복된 광섬유 10a의 직경이 미리 정한 직경(일반적으로 125㎛)이 되는가를 측정하여 직경 제어기(도시하지 않음)로 전송한다. 그후 상기 직경 제어기는 미피복된 광섬유 10a의 직경이 125㎛가 유지되도록 캡스턴 116을 제어한다. 이후 상기 외경 측정기 104를 통과한 미피복된 광섬유 10a는 금속 피복장치 106의 내부로 유입된다. 이어서 상기 미피복된 광섬유 10a는 구리, 주석 혹은 알루미늄으로 코팅 처리된다. 이후 금속 코팅처리된 광섬유 10b는 본 발명의 냉각장치 114에서 냉각되어진 후, 상기 캡스턴 116의 인출력에 의해 스플 118에 감긴다. 이로써, 금속 코팅처리된 광섬유의 인출 과정이 완료된다.

상기와 같은 방법으로 금속 코팅처리된 광섬유를 인출하는 과정에서, 피복장치 106에 의해 금속 코팅처리된 광섬유 10b를 냉각시키기 위한 본 발명의 냉각장치 114는 도 2와 도 3에 도시된 바와 같다.

즉, 상기 냉각장치 114는 외곽 튜브 36과 안쪽 튜브 34의 이중구조로 구성된다. 상기 안쪽 튜브 34에는 금속 코팅처리된 광섬유 10b를 냉각시키는 냉각용 기체 52가 흐른다. 상기 외곽 튜브 36에는 상기 안쪽 튜브 34의 표면 온도를 감소시키는 냉각수 50이 흐른다. 상기 안쪽 튜브 34 및 외곽 튜브 36의 상/하단에는 상단 지지대 26 및 하단 지지대 42가 설치된다. 상기 하단 지지대 42의 중심부에는 하부 구멍 46의 크기를 조절하는 조절부 44가 설치된다. 이때 상기 냉각된 광섬유 10b는 상기 하부 구멍 46을 통해 아랫방향으로 인출된다. 상기 상단 지지대 26의 중심에는 코팅처리된 광섬유 10a가 안쪽 튜브 34의 내부로 삽입되도록 안내하는 가이드 브라켓 20이 설치된다. 여기서, 상기 가이드 브라켓 20은 높은 온도에서도 견딜 수 있도록 그라파이트 재질로 형성되며, 또한 상기 상단 지지대 26의 상면을 기준으로 위로 약 "a"길이 만큼 돌출되게, 상기 상단 지지대 26의 하면을 지준으로 아래로 약 "b"길이 만큼 돌출되도록 설치된다.

이때 상기 "a"길이 만큼 돌출되도록 설치하는 이유는 금속코팅장치의 코팅되는 부분에 최대한 근접하여 외부환경에 노출되지 않도록 하기 위함이다. 상기 코팅처리된 광섬유 10a가 냉각될 때 광섬유 10a의 유동(진동)을 방지하기 위해서이다. 그리고 상기 가이드 브라켓 20의 중심축에는 소정 크기의 상부 구멍 24가 형성되며, 상기 코팅처리된 광섬유 10a는 상부 구멍 24를 통해 안쪽 튜브 34 쪽으로 유입된다. 또한 상기 상부 구멍 24의 상단은 상기 광섬유 10a가 상부 구멍 24 쪽으로 유입될 때 간섭이 발생하는 것을 방지하기 위해 V-그루브 모양으로 형성된다. 상기 상부 구멍 24의 하단에는 냉각용 기체 52가 측면 배출구 38쪽으로 흐르도록 하기 위해 경사면 32가 소정의 각도록 경사지게 형성된다. 이때 상기 측면 배출구 38은 도 3에 도시한 바와 같이 상기 가이드 브라켓 20의 둘레를 따라 다수개 형성되며, 상기 냉각용 기체 52를 외부로 배출시키는 역할을 한다. 예를들어, 상기 측면 배출구 38은 십자 모양으로 4개가 형성될 수 있다. 그리고, 상기 외곽 튜브 36의 하부 일측면에는 냉각수 50을 외곽 튜브 36쪽으로 공급하기 위한 냉각수 공급포트 38이 설치된다. 상기 외곽 튜브 36의 상부 일측면에는 외곽 튜브 36에 유입된 냉각수 50을 외부로 배출시키기 위한 냉각수 배출포트 30이 설치된다. 또한 상기 안쪽 튜브 34의 하부 일측면에는 냉각용 기체 52를 안쪽 튜브 36쪽으로 공급하기 위한 기체 공급포트 40이 설치된다. 이때 상기 냉각용 기체 52는 주로 헬륨(He) 기체가 사용되며, 상기 코팅처리된 광섬유 10a를 냉각시킨 후의 냉각용 기체 52는 측면 배출구 28과 상부 구멍 24를 통해 외부로 배출된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 냉각 장치의 동작 과정을 도 1과 도 2를 참조하여 설명하면 하기와 같다.

먼저, 도 1에서 설명한 바와 같이, 프리폼 100으로부터 인출된 미피복된 광섬유 10a는 피복장치 106을 통과하면서 금속 코팅 처리된다. 이후 금속 코팅처리된 광섬유 10b는 냉각장치 114의 내부로 유입된다. 즉, 상기 광섬유 10b는 가이드 브라켓의 상부 구멍 24를 통해 안쪽 튜브 34로 유입된다. 이어서 헬륨등의 냉각용 기체 52는 기체 공급포트 40을 통해 안쪽 튜브 34로 공급되고, 냉각수 50은 냉각수 공급포트 50을 통해 외곽 튜브 36으로 공급된다. 이후 상기 광섬유 10b는 냉각용 기체 52에 의해 서서히 냉각되며, 상기 냉각용 기체 52는 광섬유 10b를 냉각시킨 후 가이드 브라켓의 경사면 32를 따라 측면 배출구 28 쪽으로 유동되어 측면 배출구 28을 통해 외부로 배출된다. 동시에 상기 냉각수 50은 냉각수 배출포트 30을 통해 외부로 배출된다. 이후 냉각된 광섬유 10b는 캡스턴 116의 인출력에 의해 계속해서 아래로 인출된다. 이때 대부분의 냉각용 기체 52는 측면 배출구 28을 통해 배출되고, 일부의 냉각용 기체 52는 상부 구멍 24를 통해 빠져 나가면서 안쪽 튜브 34로 유입되는 광섬유 10b를 냉각시킨다. 또한 상기 피복장치 106을 막 벗어난 광섬유 10b는 수백도의 온도를 갖고 있으므로 냉각장치 114의 상단부분은 매우 높은 열을 받게 되므로 외곽 튜브 36으로 냉각수 50이 냉각수 공급포트 38을 통해 공급되어 냉각수 배출포트 30으로 빠져 나가면서 냉각장치 114 자체의 열을 감소시켜 냉각 효율을 극대화 시킨다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 금속 코팅 광섬유 제조용 냉각장치는 냉각 효율을 증가시키기 위하여 냉각용 기체를 많이 공급하여도 대부분의 냉각용 기체가 냉각장치의 측면 배출구를 통해 빠져나가므로서 금속이 용융되어 있는 피복장치에 직접 영향을 주지 않으므로 광섬유의 표면을 균일하게 코팅처리할 수 있다. 또한 일부의 냉각용 기체가 가이드 브라켓의 상부 구멍을 통해 배출되므로 고온의 금속 코팅처리된 광섬유를 신속히 냉각시킬 수 있으며, 고온의 금속 코팅 광섬유의 복사열에 의한 냉각장치의 과열 및 냉각 효율 저하를 방지할 수 있다. 그리고, 금속과 유리 광섬유의 표면이 결정화 반응이 되지 않토록 하여 상기 광섬유의 강도 저하를 방지할 수 있으며, 고온에 의한 금속 코팅층의 산화를 방지할 수 있다. 또한 균일한 코팅 공정을 수행하므로서 금속 코팅 광섬유를 연속적으로 생산할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 광섬유 인출 장치에 있어서,

   프리폼을 미피복된 광섬유로 인출하기 위해 고온으로 용융시키는 용융로와,

   상기 미피복된 광섬유의 직경을 측정하여 제어하는 외경 측정기와,

   상기 미피복된 광섬유의 표면을 소정의 재질로 코팅처리하는 피복장치와,

   상기 코팅 처리된 광섬유를 냉각시키기 위해 냉각용 기체가 흐르는 안쪽 튜브와 상기 안쪽 튜브의 표면 온도를 낮추기 위한 냉각수가 흐르는 외곽 튜브의 이중구조로 구성된 냉각장치와,

   상기 냉각장치에 의해 표면이 냉각된 광섬유를 소정의 회전력으로 인출하는 캡스턴과,

   상기 코팅처리되고 냉각된 광섬유를 감는 스플을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 금속 코팅 광섬유 제조용 냉각장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 냉각용 기체는 헬륨 임을 특징으로 하는 금속 코팅 광섬유 제조용 냉각장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 미피복된 광섬유의 표면에는 외부로부터 수분 침투를 방지하기 위해 금속 재질로 코팅처리됨을 특징으로 하는 금속 코팅 광섬유 제조용 냉각장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 냉각장치는,

   상기 외곽 튜브와 안쪽 튜브의 이중구조로 구성된 냉각 튜브의 양측단에 설치되는 3상단 지지대 및 하단 지지대와,

   상기 상단 지지대의 중심부에 설치되며, 상기 코팅처리된 광섬유가 냉각 튜브 안쪽으로 삽입되도록 안내하는 상부 구멍이 형성된 가이드 브라켓과,

   상기 가이드 브라켓의 둘레를 따라 형성되며, 상기 냉각용 기체를 외부로 배출시키기 위한 적어도 2개 이상의 측면 배출구들과,

   상기 냉각 튜브의 하측에 연결되며, 상기 냉각용 기체를 공급하기 위한 기체 공급포트와,

   상기 냉각 튜브의 상측 및 하측에 각각 연결되며, 상기 냉각수를 공급/배출시키기 위한 냉각수 공급포트 및 냉각수 배출포트로 구성함을 특징으로 하는 금속 코팅 광섬유 제조용 냉각장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 가이드 브라켓은 상기 코팅처리된 광섬유가 급냉되지 않도록 하기 위해 상기 상단 지지대를 기준으로 소정의 길이 "a"만큼 상부로 돌출되며, 상기 가이드 브라켓은 상기 코팅처리된 광섬유가 냉각될 때 유동을 방지하기 위해 상기 상단 지지대를 기준으로 소정의 길이 "b"만큼 하부로 돌출되어 설치됨을 특징으로 하는 금속 코팅 광섬유 제조용 냉각장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 가이드 브라켓의 하단면에는 상기 냉각용 기체가 측면 배출구 쪽으로 흐르도록 소정의 각도록 경사지게 형성됨을 특징으로 하는 금속 코팅 광섬유 제조용 냉각장치.
7. 제4항에 있어서, 상기 가이드 브라켓은 그라파이트 재질임을 특징으로 하는 금속 코팅 광섬유 제조용 냉각장치.