KR20010068487A - 광섬유 코팅 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 광섬유가 관통할 수 있는 경로가 내부에 형성된 애플리케이터 및 상기 애플리케이터로 코팅액을 공급하는 코팅액 저장탱크를 구비하는 광섬유 코팅 장치는, 상기 코팅액 저장탱크 내의 코팅액에 대한 점도 데이터를 실시간으로 출력하는 점도 센서와; 상기 코팅액 저장탱크 내의 코팅액을 가열하여 기준 온도와 일치시키는 온도 조절기와; 상기 점도 센서로부터 입력되는 점도 데이터로부터 상기 코팅액의 점도를 산출하여 출력하는 점도 센서 조절기와; 상기 점도 센서 조절기로부터 입력되는 상기 코팅액의 점도를 기준 점도와 비교하여, 그 점도차를 보상하기 위한 상기 코팅액의 기준 온도를 산출하고, 상기 기준 온도로 상기 온도 조절기의 기준 온도를 셋팅하는 제어부를 포함한다.

Description

광섬유 코팅 장치{OPTICAL FIBER COATING DEVICE}

본 발명은 광섬유 제조 장치에 관한 것으로서, 특히 광섬유 코팅 장치에 관한 것이다.

통상적으로, 광섬유는 석영을 주원료로 해서 만든 유리선으로서 실리카(silica) 등의 원료로 만들며 직경이 머리카락 정도로 가늘기 때문에 취급 및 포설이 용이하다. 광섬유는 내부에 빛을 전파하는 코어(core), 상기 코어 내로 진행하는 빛을 가두는 역할을 하는 클래드(clad) 및 상기 클래드를 감싸는 피복으로 구성된다. 텔레비젼(television) 화상이나 컴퓨터(computer)의 데이터(data)를 비롯한 각종 정보가 광신호로 변환되어 광섬유로 전송된다. 또한, 광섬유는 유리재질로 만들어졌기 때문에 장력, 급격한 구부림 및 기타 다양한 스트레스(stress)에 손상을 입기가 쉽다.

특히, 광섬유는 길이 방향으로 가해지는 장력에 매우 약하다. 광섬유의 항장력을 측정하기 위하여 흔히 파괴장력 테스트(test)를 한다. 상기 파괴장력 테스트는 상기 광섬유를 길이 방향으로 잡아 당겨서 상기 광섬유가 파손되기 전까지 상기 광섬유의 전체 길이에 대해 몇 퍼센트(percent)나 늘어날 수 있는가를 측정하는 것이다. 통상적인 광섬유는 파손 전에 전체 길이의 약 0.5% 정도 늘어나는 것으로 알려져 있다. 광섬유를 구성하는 피복은 광신호의 전파에 관련이 없지만, 필수 구성요소로 간주되는 것은 이러한 광섬유의 단점에 기인한다. 즉, 상기 피복은 유리 재질의 코아와 클래드를 외부 충격으로부터 보호하는 역할을 하는 것이다. 상기 피복의 재질로는 폴리에스테르(polyester)와 같은 플라스틱(plastic), 자외선 경화 수지, 열경화성 수지 등이 사용되고 있다. 상기 플라스틱 재질의 피복은 압출 방식으로 베어 글래스(bare glass)의 표면에 코팅(coating)되는데, 상기 베어 글래스는 피복이 되지 않은 광섬유, 즉 코아와 클래드만으로 구성된 광섬유를 말한다. 상기 자외선 경화 수지는 액상으로 베어 글래스의 표면에 코팅되고, 이후 자외선을 상기 광섬유에 조사하여 경화시킨다. 상기한 자외선 경화 수지를 사용하는 광섬유의 제조 장치는 크게 용융로(furnace), 애플리케이터(applicator) 및 코팅액 저장탱크(reservoir)를 포함하여 구성되는 코팅 장치, 자외선 경화기, 캡스턴(capstan) 및 스풀(spool)로 구성된다.

상기 용융로는 실린더(cylinder) 형태를 가지며, 내부에 삽입된 코아와 클래드로 구성된 광섬유 모재(preform)의 끝단에 열을 가하여 녹인다. 상기 광섬유 모재는 구성은 베어 글래스와 동일하나, 그 직경이 상기 베어 글래스에 비해 매우 크다. 또한, 상기 용융로 내부가 열에 의해 산화되는 것을 방지하기 위하여, 상기 용융로 내부에는 불활성 기체를 흐르게 한다.

상기 애플리케이터는 상기 용융로에서 인출되는 베어 글래스를 자외선 경화수지로 피복한다. 상기 애플리케이터 내에는 베어 글래스가 실제로 코팅이 될 수 있게끔 하는 다이(die)가 장착되어 있다. 상기 다이의 사이즈(size)를 이용하여 상기 베어 글래스의 피복 두께를 조절하는 것이다.

상기 코팅액 저장탱크는 공급관을 통하여 상기 애플리케이터에 코팅액을 공급한다.

상기 애플리케이터에서 피복이 코팅된 광섬유는 자외선 경화기를 지나면서 그 피복이 경화된다.

캡스턴은 상기 광섬유를 소정의 힘으로 잡아 당겨서, 상기 광섬유 모재로부터 광섬유가 일정 직경을 유지하면서 연속적으로 인출될 수 있도록 한다.

원통형 실패의 형태를 가지는 스풀은 상기 인출되는 광섬유가 그 외주면에 감겨지도록 한다.

상술한 광섬유 제조 장치 중에 상기 애플리케이터는 코팅액의 점도를 일정하게 유지하는 것이 중요하다. 상기 코팅액 점도의 제어는, 상기 광섬유의 직경을 일정하게 유지하고, 상기 코팅액 내에 버블, 코팅액 덩어리 등의 코팅 장해 요소의 발생을 억제하기 위해서 필수적이라고 볼 수 있다. 통상적으로, 온도를 이용하여상기 코팅액의 점도를 제어하며, 이를 위해 상기 애플리케이터의 외주면에 열수가 흐를 수 있는 도수관이 둘러싸여 있다.

도 1은 종래의 광섬유 코팅 장치를 나타내는 도면이다. 코아와 클래드로 구성된 베어 글래스(11)가 애플리케이터(12)를 관통하면서 피복된 광섬유(15)로 인출되고 있다. 상기 애플리케이터(12)에서 인출된 광섬유(15)는 이후, 2차 코팅이 되거나 자외선 경화 장치로 공급된다. 상기 광섬유(15)의 길이 방향을 따라 도시한 화살표(16)는 상기 광섬유(15)의 인출 방향을 나타낸다. 상기 애플리케이터(12)의 외주면에는 도수관이 감싸고 있어서, 상기 도수관으로 흐르는 열수에 의해 내부 온도가 조절되거나 유지된다. 상기 애플리케이터(12)에 사용되는 코팅액은 코팅액 저장탱크(14)와 연결된 공급관(13)을 통하여 공급된다.

그러나, 상기 애플리케이터(12) 내의 코팅액의 점도와 상기 코팅액 저장탱크(14) 내의 코팅액의 점도는 그 차이가 크며, 이러한 점도 차이는 두 코팅액들의 온도차에 기인한다.

통상적으로 액체의 점도는 온도가 높아질수록 낮아진다. 즉, 상기 애플리케이터(12) 내의 코팅액은 외부에서 공급되는 열수에 의해 그 온도가 어느 정도 적정 수준으로 유지되지만, 상기 코팅액 저장탱크(14) 내의 코팅액은 대기 온도와 비슷하다. 따라서, 상기 코팅액 저장탱크(14) 내의 높은 점도의 코팅액이 상기 공급관(13)을 통하여 상기 애플리케이터(12) 내의 낮은 점도의 코팅액과 만날 때, 이에 따른 문제점들이 발생한다. 즉, 통상적인 열수의 온도는 30∼40℃이고, 이에 따라 상기 애플리케이터(12) 내의 코팅액도 30∼40℃의 온도를 유지한다. 반면에,상기 코팅액 저장탱크(14) 내의 코팅액은 상온, 즉 25℃ 정도의 온도를 유지한다.

즉, 상기 두 코팅액들은 5∼15℃의 온도차를 나타내며, 이에 따른 점도차는 3000∼4000cps에 이른다. 따라서, 상기 애플리케이터(12) 내를 관통하는 베어 글래스(11)와 접촉하게 되는 코팅액은 안정한 상태에 있지 못하게 된다. 즉, 상기 코팅액은 시간이 경과함에 따라 점도가 변하게 된다. 이에 따라, 상기 베어 글래스(11)에 코팅되는 코팅액의 두께도 시간에 따라 일정치 않으며, 상기 코팅액 내에 버블(bubble), 코팅액 덩어리 등의 코팅 장해 요소의 발생하게 하는 원인이 된다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 애플리케이터 내의 코팅액이 안정한 상태에 있도록 하는 광섬유 코팅 장치를 제공하는데 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에 따른 광섬유가 관통할 수 있는 경로가 내부에 형성된 애플리케이터 및 상기 애플리케이터로 코팅액을 공급하는 코팅액 저장탱크를 구비하는 광섬유 코팅 장치는,

상기 코팅액 저장탱크 내의 코팅액에 대한 점도 데이터를 실시간으로 출력하는 점도 센서와;

상기 코팅액 저장탱크 내의 코팅액을 가열하여 기준 온도와 일치시키는 온도 조절기와;

상기 점도 센서로부터 입력되는 점도 데이터로부터 상기 코팅액의 점도를 산출하여 출력하는 점도 센서 조절기와;

상기 점도 센서 조절기로부터 입력되는 상기 코팅액의 점도를 기준 점도와 비교하여, 그 점도차를 보상하기 위한 상기 코팅액의 기준 온도를 산출하고, 상기 기준 온도로 상기 온도 조절기의 기준 온도를 셋팅하는 제어부를 포함한다.

도 1은 종래의 광섬유 코팅 장치를 나타내는 도면,

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광섬유 코팅 장치를 나타내는 도면.

이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광섬유 코팅 장치를 나타내는 도면이다. 도시된 광섬유 코팅 장치는 도 1에 도시된 종래의 광섬유 코팅 장치에 덧붙여, 점도 센서(viscosity sensor, 25), 점도 센서 조절기(27), 온도 조절기(26) 및 제어부(28)를 더 구비하고 있다. 이하 종래 기술과 중복되는 장치의 설명은 생략하기로 한다.

상기 점도 센서(25)는 코팅액 저장탱크(24) 내의 코팅액에 대한 점도 데이터(data)를 감지하여, 상기 점도 센서 제어기(27)로 그 데이터를 실시간으로 출력한다. 상기 점도 센서(25)는 예를 들어, 점도에 따른 유동 가이드(guide)에서의 유체 흐름 속도의 차이를 이용한 유동율 측정기에 있어서는 유리관과 같은 유동 가이드, 점도에 따른 회전체의 회전 속도 차이를 이용한 회전 속도 측정기에 있어서는 원통형 추와 같은 회전체를 포함하여 구성할 수가 있다. 상기 점도 센서(25)가 출력하는 데이터(data)는 몇 cps와 같은 실제 점도를 나타내는 수치가 아니라, 예를 들어, 상기 유동율 측정기에 있어서는 상기 유동 가이드로 코팅액이 진행함에 따라 발생하는 유압 또는 상기 유압에 의해 발생하는 기압의 변화 등의 간접적인 데이타일 수 있다. 덧붙여, 상기 데이터는 상기 회전 속도 측정기에 있어서 상기 회전체를 회전시키는 모터(motor)에 일정 전압을 인가하였을 때, 상기 회전체가 실제 회전하는 회전수 또는 일정 각도만큼 회전시키는데 드는 토크(torque) 등일 수 있다.

상기 온도 조절기(26)는 상기 코팅액 저장탱크(24)와 유입관(31) 및 유출관(32)으로 연결되어 있으며, 상기 코팅액 저장탱크(24) 내의 코팅액을 계속 순환시키면서 상기 제어부(28)로부터 입력된 기준 온도로 조절하는 기능을 수행한다. 상기 온도 조절기(26)는 예를 들어, 가열판을 구비한 수조를 구비하고 상기 코팅액을 공압으로 순환시키거나, 상기 유입관(31)과 유출관(32)이 일체로 연결되어 하나의 관을 형성하도록 하여 상기 온도 조절기(26) 내에 포함되는 상기 관의 일부를 가열하는 코일형 히터(coil heater) 또는 히터 밴드(heater band) 및 상기 코팅액을 순환시키기 위한 펌프(pump)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 점도 센서 조절기(27)는 상기 점도 센서(25)로부터 입력되는 상기 코팅액의 점도 데이터로부터 상기 코팅액의 점도를 계산하고, 그 점도값을 상기 제어부(28)로 출력한다. 상기 점도 센서 조절기(27)는 예를 들어, 유동율 측정기 또는 회전 속도 측정기를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제어부(28)는 상기 점도 센서 조절기(27)로부터 입력되는 상기 코팅액의 점도값을 기준 점도값과 비교하여 그 차이값을 산출하며, 상기 차이값을 보상하기 위한 상기 코팅액의 온도로 상기 온도 조절기의 기준 온도를 셋팅(setting)하는 역할을 한다. 상기 제어부(28)는 예를 들어, 상기 온도 조절기(26) 및 점도 센서 조절기(27)와의 데이터 교환을 위한 인터페이스(interface) 카드(card) 및 소프트웨어(software)를 구비하거나, 소프트웨어만을 구비하고 씨리얼 포트(serial port)를 통하여 상기 온도 조절기(26) 및 점도 센서 조절기(27)를 제어하는 컴퓨터일 수 있다.

본 발명에 따른 광섬유 코팅 장치의 동작을 기술하자면 하기하는 바와 같다.

코팅액 저장 탱크(24)는 애플리케이터(22)로 공급관을 통하여 코팅액을 공급한다. 또한, 베어 글래스(21)는 상기 애플리케이터(22) 내의 다이를 지나면서 코팅되어 피복을 구비한 광섬유(29)로 인출된다. 상기 광섬유(29)는, 이후 2차 코팅을 위한 2차 애플리케이터로 공급되거나 상기 코팅액을 경화시키기 위한 자외선 경화 장치로 공급된다. 상기 자외선 경화 장치에서는 상기 광섬유(29)에 자외선을 조사하여 코팅액을 경화시킨다.

점도 센서(25)는 상기 코팅액 저장 탱크(24) 내의 코팅액 점도를 감지하여 그 점도 데이터를 점도 센서 조절기(27)로 출력한다.

상기 코팅액 저장 탱크(24)와 유입관(31) 및 유출관(32)을 통하여 연결된 온도 조절기(26)는 가열기를 구비하고 있으며, 상기 코팅액 저장탱크(24) 내의 코팅액은 공압에 의해 상기 유입관(31) 및 유출관(32)을 통하여 순환되며, 상기 가열기는 상기 코팅액의 순환 경로상에 설치되어 상기 코팅액의 온도를 셋팅된 기준 온도와 일치시킨다.

상기 점도 센서 조절기(27)는 상기 점도 센서(25)로부터 입력되는 점도 데이터로부터 상기 코팅액의 점도를 산출하여 제어부(28)로 출력한다.

상기 제어부(28)는 상기 점도 센서 조절기(27)로부터 입력되는 상기 코팅액의 점도를 이미 설정된 기준 점도와 비교하여 그 차이값을 산출하고, 상기 차이값을 보상하기 위해 필요한 상기 코팅액의 온도를 산출한다. 이때, 상기 기준 점도는 바람직하게는 상기 애플리케이터(22) 내의 코팅액 점도와 동일한 값을 갖는다. 상기 제어부(28)는 상기 산출된 코팅액의 온도로 상기 온도 조절기(26)의 기준 온도를 셋팅한다.

상술한 과정을 거쳐서, 상기 코팅액 저장탱크(24) 내의 코팅액의 점도는 상기 애플리케이터(22) 내의 코팅액 점도와 최대한 일치하게 된다. 이에 따라, 상기 애플리케이터(22) 내의 코팅액은 시간의 경과 또는 위치에 따라 그 점도가 일정하게 유지된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광섬유 코팅 장치는 애플리케이터 내의 코팅액 점도와 상기 코팅액 저장탱크 내의 코팅액 점도를 최대한 일치시킴으로써, 상기 애플리케이터 내의 코팅액 점도의 불균일을 해소한다는 이점이 있다.

Claims (9)

1. 광섬유가 관통할 수 있는 경로가 내부에 형성된 애플리케이터 및 상기 애플리케이터로 코팅액을 공급하는 코팅액 저장탱크를 구비하는 광섬유 코팅 장치에 있어서,

   상기 코팅액 저장탱크 내의 코팅액에 대한 점도 데이터를 실시간으로 출력하는 점도 센서와;

   상기 코팅액 저장탱크 내의 코팅액을 가열하여 기준 온도와 일치시키는 온도 조절기와;

   상기 점도 센서로부터 입력되는 점도 데이터로부터 상기 코팅액의 점도를 산출하여 출력하는 점도 센서 조절기와;

   상기 점도 센서 조절기로부터 입력되는 상기 코팅액의 점도를 기준 점도와 비교하여, 그 점도차를 보상하기 위한 상기 코팅액의 기준 온도를 산출하고, 상기 기준 온도로 상기 온도 조절기의 기준 온도를 셋팅하는 제어부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 광섬유 코팅 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 온도 조절기는 상기 코팅액의 순환 경로상에 설치되어 상기 코팅액의 온도를 기준 온도와 일치시키는 가열기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 광섬유코팅 장치.
3. 제1항 및 제2항에 있어서,

   상기 점도 센서는 코팅액이 흐르는 관인 유동 가이드를 포함하여 구성하고, 상기 점도 센서 조절기는 상기 코팅액의 유동율을 산출하는 유동율 측정기를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 광섬유 코팅 장치.
4. 제1항 및 제2항에 있어서,

   상기 점도 센서는 코팅액 내에 잠겨서 회전하는 회전추를 포함하여 구성하고, 상기 점도 센서 조절기는 상기 회전추의 회전 속도를 산출하는 회전 속도 측정기를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 광섬유 코팅 장치.
5. 제2항에 있어서,

   상기 가열기는 코일형 히터임을 특징으로 하는 광섬유 코팅 장치.
6. 제2항에 있어서,

   상기 가열기는 히터 밴드임을 특징으로 하는 광섬유 코팅 장치.
7. 제2항에 있어서,

   상기 가열기는 가열판을 구비한 수조임을 특징으로 하는 광섬유 코팅 장치.
8. 제1항 및 제2항에 있어서,

   상기 제어부는 컴퓨터임을 특징으로 하는 광섬유 코팅 장치.
9. 제1항 및 제2항에 있어서,

   상기 기준 점도는 상기 애플리케이터 내의 코팅액 점도와 동일함을 특징으로 하는 광섬유 코팅 장치.