KR20010071612A

KR20010071612A - 원석으로부터 광섬유를 제조하기 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20010071612A
Application number: KR1020007014834A
Authority: KR
Inventors: 로바기아코모스테파노; 파타로베르토
Original assignee: 지아네시 피에르 지오반니; 피렐리 카비 에 시스테미 소시에떼 퍼 아찌오니
Priority date: 1998-06-24
Filing date: 1999-06-22
Publication date: 2001-07-28
Also published as: US20010020374A1; US6550282B2

Abstract

a) 원석(3)의 적어도 한 단부(3a)를 가열하는 단계와; b) 상기 가열된 단부(3a)의 자유단으로부터 섬유인발축선(I-I)을 따라 광섬유(100)를 인발하는 단계와; c) 상기 광섬유(100)에 적절한 코팅 물질을 입히는 단계와; d) 상기 코팅된 광섬유(100)에 상기 섬유인발축선(I-I)을 따라 토크를 가하는 단계와; e) 수집스풀(9)에 코팅된 광섬유(100)룰 감는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, PMD가 낮은 광섬유(100)를 제조하기 위한 방법.

본 발명에 따르면, d)는 상기 수집 스풀의 상류에 지지되어 섬유인발축선(I-I)을 따라 회전하며 적어도 360도로 광섬유(100)를 감는 풀리(16)를 통해 수행된다. 이 방법은 종래의 기술에 비해 단위 시간당 생산하는 광섬유의 양을 상당히 늘린다는 이점이 있다.

Description

원석으로부터 광섬유를 제조하기 위한 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING AN OPTICAL FIBER FROM A PREFORM}

공지된 바와 같이, 장거리에 걸쳐 작동되는 모든 시스템 중에서도 광섬유를 사용하는 신호 전송 시스템에서는, 고속의 전송 및 수신 규격을 보장하기 위해, 신호의 감쇠와 분산을 최소화해야할 필요성이 증대되고 있다. 특히, PMD(편광모드분산 Polarization Mode Dispersion)로 알려진 특정의 분산 현상을 최소화해야할 필요성이 증대되고 있는데, 이 현상은 신호 전송 대역의 폭을 제한함으로써, 상기와 같은 신호를 전송하는 광섬유의 성능을 악화시킨다.

공지된 바와 같이, 광섬유내 신호의 기본전파모드는 직교 평면(orthogonal planes)에 있는 두 개의 선형적인 편광파(linearly polarized waves)의 합성으로 볼 수 있다. 이론상으로, 완전 대칭의 원형 섹션 섬유(즉 모노모드 섬유)에서는 두 성분의 전파상수가 서로 같을 뿐만 아니라 섬유자체가 원형 대칭이기 때문에 모드는 바뀌지 않은 상태로 전파된다. 그 결과, 두 성분은 같은 속도로 전파된다. 그러나, 그와 반대로, 실제상의 광섬유는 구조적, 기하학적 불규칙성을 지니고 있기 때문에 상기와 같은 원형 대칭성을 변형시켜, 섬유 자체에는 비대칭적 장력을, 그리고 섬유의 광학특성에는 이등방성을 일으킨다. 따라서, 두 모드 성분은 서로 다른 굴절률의 영역과 접촉하고, 서로 다른 전파속도로 전파되기 때문에 PMD 현상을 일으킨다.

이러한 관점에서 특히 중요한 매개변수는 소위 코히어런스 길이(coherence length) 또는 섬유 비트 길이(fiber beat length)라고 하는 것으로, 즉, 기본모드의 두 성분들이 서로 다시 일치하기까지 필요한 섬유의 길이를 말한다.

섬유에 있어서 고유한 구조적 및 기하학적 단점들, 예를 들어, 불완전한 원형 코어와 같은 경우를 제외하고도, 가령, 스풀의 감는 동작 또는 묶는 단계 중에 발생하는 장력과 같은 외부에 의한 비대칭성 장력상태로부터도 PMD는 비롯될 수 있다.

실험에서 본 바에 따르면, 인발 공정중에 광섬유를 적절한 외부적 장력에 노출시킴으로써 PMD를 줄일 수 있다. 특히 상기 광섬유에 토크를 가함으로써 광섬유의 PMD를 줄일 수 있다.

이를 위하여, 과거에는 PMD가 낮은 광섬유를 제조할 수 있는 다양한 장치와 방법들이 제안되어 왔는데, 초기의 장치와 방법들은 원석을 회전시키는 기술에 기초를 둔 것들이었고(기술상의 명백한 문제점과 높은 회전속도를 획득하기가 불가능한 점 때문에 곧 포기된 기술), 최근것들은 인발 공정중 섬유에 섬유인발축선에 대해 토크를 가하는 기술에 기초를 둔 장치와 방법들이다(섬유 스피닝/트위스팅).

그러므로, 예를 들어, 미국 특허번호 4,504,000(Thomson-CSF)의 경우, 높은 원형 빛 굴절성(birefringence)을 갖는 키럴(chiralic) 구조의 광섬유를 제조하는 방법을 개시하고 있는데, 이 방법에 따르면, 세 개의 풀리(pulley)가 구비된 장치가 원석의 가열된 부분으로부터 생성된 섬유에 섬유인발축선에 대해 토크를 가한다. 그 후, 가해진 토크는 코팅전용 스테이션에서 섬유 자체에 가해진 유리 또는 유리 세라믹의 적절한 코팅 막을 통해 "냉각" 된다.

상기 방법의 단점은, 섬유 표면이 적절한 코팅 막에 의해 적절히 보호되기 이전에 상기와 같은 풀리와 접촉하게 됨으로 인해 섬유표면을 손상시킬 위험성이 높다는 것이다.

상기의 단점을 극복하기 위한 방법은 미국 특허번호 5,298,047과 5,418,881(AT&T)에 개시된 바와 같이, 섬유에 토크를 가하기 위한 장치를 코팅 스테이션의 하류에 설치하는 것이다. 특히, 상기 특허에 따르면, 섬유의 인발축선과 직각을 이루는 회전축을 중심으로 시계방향과 시계반대방향으로 교대로 방향을 바꾸면서 회전하는 섬유 안내 롤을 통해 토크가 가해진다.

섬유의 PMD을 실질적으로 줄이는데는 성공했지만, 본 출원인은 상기 방법이 지금까지 적당한 해결책이 나오지 않은 또 다른 일련의 문제점을 보인다는 사실을 발견했다.

출원인이 관찰한 첫 번째 문제점은 안내 롤의 잦은 방향전환을 제한할 필요성과 연관되는 것으로, 이것은 공정중 안내 롤의 잦은 방향전환으로 인한 광섬유와 안내 롤 사이의 미끄러짐을 방지하기 위한 것이다. 사실상, 이러한 미끄러짐이 특히 불리한 것은 두 가지 이유 때문이다: 첫째, 광섬유의 표면에 기계적인 마모를 일으킴에 따라 기계적 내구 특성과 섬유자체의 성능이 악화되고, 둘째, 적절한 변화의 법칙(law of variation)에 따라 토크가 광섬유에 가해지는 것이 아니기 때문에, 결국, PMD 현상을 줄이는 트위스팅을 적용함으로써 얻은 이익마저 제한을 받는다는 것이다.

안내롤의 잦은 방향전환을 제한하는 것은 더 나아가 섬유의 인발 속도를 그에 상응하는 만큼 제한하는 것을 의미하고(섬유에 적절한 토크를 가하기 위해서는 두 속도의 연관관계는 피할 수 없으므로), 결국 단위 시간당 생성되는 섬유의 양을 제한하는 것을 의미한다.

상기 방법과 연관되는 또 다른 문제점은 인발 도중 발생하는 섬유의 진동이 섬유인발축선의 탈선을 일으킴으로 인해, 생성된 섬유의 직경에 부적절한 파동이나 불균형, 또는 섬유와 코팅 층 사이의 불완전한 동축이 발생한다는 것이다.

더욱이, 상기 장치는 광섬유에 교대로 트위스팅을 가하기 때문에 광섬유는한쪽 방향으로 계속적으로 회전하지는 못한다.

섬유인발축선에 대하여 토크를 가하는 단계와, 섬유가 트위스팅 수단에 이르기 전에, 가해진 토크를 적절한 코팅 막으로 "냉각"시키는 단계를 포함하는 광섬유 제조장치로 알려진 다른 방법들은 일본 특허출원번호 JP 58-020746과 독일 특허번호 DE 3010005에서 개시된 바 있다.

일본 특허출원번호 JP 58-020746은 섬유의 단일모드 원형 편광(single mode circular polarization)을 지속시키는 광섬유 제조방법을 개시하고 있다. 이 방법에 따르면 편광면은 섬유 자체의 길이를 가로질러 회전된다. 원형 편광 모드(circularly polarized mode)를 위해 요구되는 빛 굴절성을 발생시키기 위하여, 섬유는 코팅스테이션의 하류에 형성된 인발 수단(drawing means)을 통해 원석의 자유단으로부터 인발되고, 트위스트는 코팅스테이션의 하류에 형성된 수집 스풀을 통해 섬유에 가해진다.

이와 유사하게, 독일 특허번호 DE 3010005는 다수의 코팅스테이션의 하류에 형성된 수집 스풀을 통해 섬유가 인발되고 트위스트되는, 트위스트 광섬유의 제조방법을 개시하고 있다.

상기에서 제시된 방법들에 따르면, 상기 인발 수단과 수집 스풀의 사이의 영역에서 트위스트가 응고된 섬유에 가해지므로 원석의 연한 바닥 단부에 이르는 것은 방지된다.

상기에서 제시된 방법의 또 다른 문제점은 섬유에 토크를 가하기 위한 수집 스풀의 관성과 큰 부피에 연관되는데, 이러한 관성과 큰 부피는 섬유에 적절한 토크변화의 법칙을 적용하지 못하게 할뿐만 아니라 동시에 스풀의 회전속도가 증가하는 것을 막는다(그러므로 섬유의 인발 속도의 증가도 막는다). 게다가, 섬유를 모을 수 있도록 스풀을 교체(아니면 적절한 수단을 설치하던지)해야 한다.

마지막으로, 일본 특허 출원번호 JP 06-237642는 광섬유 뭉치를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 이 방법에 따르면 나선형으로 트위스트된 섬유를 얻기 위해 다수의 섬유에 트위스트가 가해지는데, 섬유가 한번 모아져 뭉치를 형성하면 그 끝이 입사면과 출사면에 무작위적으로 위치한다. 트위스트는 가령, 수집스풀의 상류에 형성된 캐터필러(caterpillar)에 의해 가해진다. 캐터필러도 원석으로부터 섬유를 인발하는데 사용된다.

상기 개시된 방법의 목적은 본 발명의 목적과는 상당히 다르다. 사실, 상기의 목적을 이루기 위하여 축의 방향을 따라 나선형의 연장선을 갖는 섬유가 제조된다.

또한 이 경우엔, 섬유에 토크를 가하기 위해 사용된 캐터필러의 큰 부피와 관성 때문에, 적절한 토크변화의 법칙을 적용하기가 불가능할 뿐만 아니라 캐터필러의 회전 속도를 증가시키기가 불가능하다(따라서 섬유의 인발속도를 증가시킬 수도 없다).

본 발명은, 제 1 실시 형태로서, 원석으로부터 광섬유를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, a) 원석의 적어도 일단부를 가열하는 단계와, b) 가열된 단부의 자유단으로부터 섬유인발축선을 따라 광섬유를 인발하는 단계와, c) 상기 광섬유에 적절한 코팅 물질을 입히는 단계와, d) 코팅된 광섬유에 섬유인발축선에 대한 토크(torque)를 가하는 단계와, e) 수집 스풀(collecting spool)에 상기 코팅된 광섬유를 감는 단계를 포함한다.

보다 구체적으로, 본 발명은 원거리 통신 분야에 이용하기 위한, PMD가 낮은 광섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 단계들을 수행하기 위한 장치 뿐 만 아니라, 광섬유에 섬유인발축선에 대한 토크를 가하기 위한 장치에 관한 것이다.

본 발명의 계속되는 특징과 이점은 예시적이고 비제한적인 실시예로서 하기에 주어진 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 하기 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 광섬유 제조장치의 개략도이다.

도 2는 광섬유에 토크를 가하기 위한 본 발명에 따른 장치의 부분횡단사시도이다.

도 3은 도2의 장치에 장착된 구동상태의 풀리에 대한 부분횡단확대사시도이다.

도 4는 도3의 풀리의 부분에 대한 부분횡단확대사시도이다.

본 출원인은 PMD가 낮은 광섬유 제조를 가능하게 함과 동시에 종래 기술의 문제점을 극복하는 방법 및 장치를 발견하였다.

제 1 실시예에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 종류의 방법에 관한 것으로,수집 스풀의 상류에 형성되어, 섬유인발축선을 따라 회전되며, 광섬유가 적어도 360도로 감겨있는 풀리를 통해 상기 코팅된 섬유에 인발축선에 대해 토크가 가해지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 광섬유 제조 방법은, 기계적 내구 특성을 잃지 않으면서 광섬유를 적절하게 트위스팅하는 한편, 높은 인발 속도를 가능케 하기 때문에 단위시간당 광섬유의 생산량을 늘릴 수 있는 이점이 있다. 공지된 방법들과 달리, 실제적으로 본 발명의 방법에 따르면, 섬유는 풀리에 적절한 트위스팅을 가하기 위해 형성된 부재위에서 미끄러짐 없이 적어도 약 360도로 감긴다; 이는 풀리와 섬유사이에서 미끄러짐의 위험 없이 풀리 자체의 회전속도를 증가시킨다(그러므로 섬유의 인발 속도도 증가된다). 더 나아가, 그러한 미끄러짐이 없으므로 적절한 토크 변화의 법칙을 섬유에 적용할 수 있게 하는 이점이 있다.

섬유에 코팅 층을 입히는 단계에 있어서 진동이 또한 없으므로 방해를 피할 수 있고, 그럼으로써 코팅 층이 섬유의 전체표면에 걸쳐 균일하게 분포되는 이점이 있다.

상기 풀리는 단방향 이동에 의해 광섬유의 인발축선을 따라, 일정하거나 변화하는 회전 속도로 회전될 수 있는데, 예를 들어 최대값에서 최소값으로 낮아져, 결국은 0이 되는 시누소이드 패턴(sinusoidal pattern)에 따라 속도가 변할 수 있다.

또 다른 실시예로서, 상기 풀리는 시계방향 또는 시계반대 방향으로 교대로 움직이는 광학 섬유인발축선을 따라 회전될 수 있다. 이 경우에도 역시 한 스핀방향(spin direction)에 따라 상기 속도를 가한 후 스핀 방향을 바꿔 반대방향으로 상기 속도를 가함으로써 일정한 회전속도를 예측할 수 있다. 가변적인 속도패턴은 속도 변화로 이루어지는데, 가령 역회전이 이루어지는 순간에는 0이 되는 한쪽방향의 최대값으로부터 반대방향의 최대값까지의 시누소이드 패턴에 따른 속도 변화로 이루어진다.

폴리에 회전속도를 교대로 가하는 것은, 수집 스풀에 감긴 섬유에 잔류 비틀림력을 방지해주기 때문에 이롭다(즉, 수집된 섬유는 본질적으로 트위스팅 세력이 제거된 상태임). 그리하여, 감은 것을 풀고 감는 과정이 수월해진다.

이어지는 설명과 덧붙인 청구범위에 언급되는 "트위스팅 피치"라는 용어는, 같은 회전 패턴을 부여받은 두 섹션 사이의 섬유의 겉 표면을 따라 측정된 선형적인 거리를 간격을 가리키는데 쓰인다.

바람직하게는, 광섬유는 이미 알려진 방법에 의해 원석으로부터 인발되는데, 단 이 경우에 있어서는 종래의 장치에서 얻어지는 섬유의 인발 속도보다 훨씬 빠른 속도를 가할 수가 있기 때문에 단위시간당 광섬유의 생산량을 크게 증가시키는 성과를 거둘 수가 있다. 인발 시스템의 다른 요소들과 더불어 본 발명은 섬유의 트위스팅에 어떤 부적절한 영향 없이 가령 15m/sec, 20m/sec, 25m/sec 또는 심지어 30 m/sec의 인발 속도를 가할 수 있다.

어떤 경우에서든 섬유의 인발 속도에 대한 상기에서 언급된 제한기준은 실제로 사용된 인발 기술과 연관이 있고, 풀리가 형성된 트위스팅 장치의 구조상의 특징에 의해 결정되는 것은 아니다.

제 2 실시예에 따르면, 본 발명은 원석의 가열된 단부로부터 소정의 속도로 인발된 광섬유에, 섬유인발축선에 대한 토크를 가하기 위한 장치에 관한 것으로, 각 구동수단에 의해 섬유인발축선을 따라 회전 가능한 아이들 풀리로 구성되며, 상기 풀리는 상기 광섬유를 적어도 약 360도로 감는 것을 특징으로 하는 장치이다.

본 발명에 따른 장치는 특히 구조적인 관점에서 단순하고 가격이 저렴하다는 이점이 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 장치의 구동 수단은 풀리를 섬유 인발축선을 따라 한 방향으로 그리고 시계방향과 시계반대방향으로 교대로 회전시키는데 적용된다.

바람직하게는, 풀리의 상기 구동수단은 모터로 구동되는 포크형 지지부재를 구비하며, 이 지지부재는 그 회전축이 섬유인발용축선과 일치하고, 풀리가 상기 섬유인발축선에 접하는 방식으로 지지부재의 오프셋(offset) 위치에 피봇된다. 그러므로 풀리의 상 하류의 섬유의 인발 방향은 일치하여, 생산된 섬유의 직경에 부적절한 파동과 코팅막에 비균등성을 일으키는 비정렬 조건을 확실히 제거한다.

풀리의 구동 수단은 풀리에 운동학적으로 연결된, 즉 벨트 전송 시스템을 통해 연결된 전기 모터를 포함하는 것이 유리하다.

풀리의 무게가 감소되고 크기가 작아짐으로 인해, 트위스팅 동안에 장치에 작용하는 관성력의 크기는 제한을 받는다; 이와 같은 방식으로, 저전력의 저렴한 가격의 모터가 사용됨에도 불구하고 종래에 따른 장치의 회전속도보다 높은 회전속도를 얻을 수 있다.

섬유와 풀리의 사이에 미끄러짐 없이 섬유를 풀리에 감는 과정은 풀리가 적절한 외형으로 이루어진 경우에 용이하다. 제 1 실시예에 있어서 풀리는 광섬유를 수용하기 위한 대체로 V형인 홈이 구비되고, 이 홈은 풀리의 대칭 평면(π)을 기준으로 65도와 75의 범위각(φ)을 갖는 대향 측벽을 이룬다.

특히 더 바람직한 실시예에서는, 홈은 풀리의 대칭 평면(π)을 기준으로 65도에서 75도 사이의 범위각(φ₁)을 갖는 제 1 방사상의 외주부와, 25도에서 35도의 범위각(φ₂)를 갖는 제 2 방사상의 내주부로 이루어진다. 바람직하게는, 상기 측벽의 제 1 및 제 2 부분은 0에서 2mm의 범위의 곡률 반경을 갖는 중간부분을 통해 상호 연결된다. 상기 외형은 섬유를 풀리에 감고 풀리로부터 푸는 단계를 용이하게 한다.

바람직하게는, 상기 홈은 본질적으로 평면인 바닥면을 포함하며, 또는 어쨌든 광섬유의 반경보다 상당히 큰 곡률 반경을 가짐으로써, 섬유와 바닥면과 측벽 중 한 측벽과의 접촉부는 그 횡단면이 한 부분으로 줄어든다. 만약에 섬유가 360도의 각도로 풀리에 감긴다면 홈의 바닥면은 각각 풀리에 들어오는 새로운 섬유부분과 풀리에서 나가는 섬유부분이 나란히 놓인 두 섬유의 부분을 동시에 수용할 수 있는 너비를 가질 것이다.

바람직하게는, 풀리는 섬유가 풀리에 감기는 동안 미끄러짐이 발생되지 않도록 보장하는 마찰계수를 발생시키는 적당한 물질로 이루어져 있어야 한다. 게다가 마찰계수는 되도록 0.4보다 큰 것이 보다 바람직하다. 이런 방식으로, 기계적 내구성을 잃지 않으면서 섬유 트위스팅을 수행할 수 있는데, 심지어는 종래 기술에 따른 장치에 적용되는 것 보다 작은 인발력에도 수행된다.

제 3 실시예에 따르면, 본 발명은 상기 원석의 적어도 일단부 가열하기 위한 수단과; 상기 가열된 단부의 자유단으로부터 섬유인발축선을 따라 광섬유를 인발하는 수단과; 상기 섬유의 적어도 한 개의 코팅 스테이션을 구비한 원석으로부터 광섬유를 제조하기 위한 장치에 있어서, 상기 적어도 하나의 코팅 장치의 하류에 상기 형태의 장치를 구비한 것을 특징으로 한다.

도 1의 도면부호 1은 본 발명에 따른 광섬유 제조장치를 나타낸다.

상기 장치(1)는 실리카계 원석(3)의 단부(3a)를 가열하기 위한, 직경의 범위가 일반적으로 약 2cm에서 12cm인 공지의 용광로(2)와, 상기 용광로의 하류에 형성되어 소정의 속도로 원석(3)의 단부(3a)로부터 섬유인발축선(I-I)을 따라 광섬유(100)를 인발하는 또한 공지의 인발 수단(4)을 포함하여 구성된다. (상기 용광로(2)와 인발 수단(4)은 종래의 것과 같다)

상기 장치(1)에는 상기 용광로(2)와 인발 수단(4)의 사이에 섬유(100)를 냉각하는 장치(5)가 제공되어 있고, 상기 장치(5)는 일반적으로 아크릴 수지로 이루어지는 보호필름의 제 1층이 입혀지는 제 1 코팅 스테이션(6)의 입구에 설치되어 섬유(100)의 온도를 조절하는 기능을 한다(냉각장치(5)는 주로 빠른 속도로 인발 공정할 때 유리함). 제 1 코팅 스테이션(6)의 하류에는 입혀진 수지를 가교 결합하는 자외선 용광로(7)와, 보호막의 제 2층을 또한 아크릴 수지로 입히고 그것을 가교 결합하는 또 한 쌍의 코팅 스테이션(6')과 자외선 용광로(7')가 제공되어 있다. 상기 두 코팅 스테이션(6, 6')에 의해 섬유(100)에 입혀진 코팅의 총 두께는 약 62.5 ㎛가 되는 것이 일반적이다.

상기 용광로(7')의 하류에는, 상기와 같이 코팅된 광섬유(100)에 인발축선(I-I)을 결심축으로 하여 토크를 가하는 트위스팅 장치(8)가 제공되어 있다.

또한, 상기 장치(1)는 인발 수단(4)의 하류에 상기에서 생성된 광섬유(100)를 모으는 수집스풀(9)을 구비하고 있다. 이 수집 스풀(9)은 광섬유(100)의 섬유인발축선(I-I)에 대해 고정 되어있고, 적절한 모터 수단에 의해 그 축을 중심으로 회전 가능하도록 구동됨으로써 광섬유(100)를 감는다.

도 2에서 도시된 바와 같이, 트위스팅 장치(8)는 구동 그룹(12)에 의해 광섬유(100)의 섬유인발축선(I-I)을 결심축으로 회전되도록 구동되는 풀리(16)를 포함하는데, 상기 구동 그룹(12)은 틀(10)에 형성된 지지판(11)과 그 사이에 삽입된 중간 판(13)에 의해 지지된다.

중간판(13)은 지지판(11)에 고정된 한 쌍의 미끄럼대(14)위에서 미끄러질 수 있도록 장착되어, 풀리(16)와 그 구동 그룹(12)이 광섬유(100)의 인발축선(I-I)에 붙고 떨어질 수 있게 조정 가능하게 위치시키는 것이 유리하다.

풀리(16)는 구동 그룹(12)의 포크형 부재(15)의 오프셋 위치되는 곳에 공회전 가능하게 설치되어, 광섬유(100)의 섬유인발축선(I-I)에 거의 접할 수 있게 된다.

상기 풀리(16)를 회전시키기 위하여, 구동그룹(12)은 포크형 부재(15)와 운동학적으로 연결된 모터 수단(17)를 추가적으로 포함하고 있는데, 상기 포크형 부재(15)와 모터 수단(17)은 상기 포크형 부재(15)에 섬유인발축선(I-I)과 일치하는 회전축선을 중심으로 회전운동을 전달하도록 연결되어 있다.

보다 구체적으로, 상기 포크형 부재(15)가 고정된 핀(18)에는 또한 구동 풀리(19)가 고정되어 있는데, 상기 구동 풀리(19)는 벨트(20) 수단에 의해 모터 수단(17)의 축(32)에 끼워진 구동 풀리(21)와 운동학적으로 연결되어 있다.

상기 핀(18)과 구동 풀리(19)는 중간판(13)에 고정된 거의 원통형의 박스형 보호체(22)안에 설치되어 있다. 회전축선(I-I)을 중심으로 회전하는 핀(18)의 회전은 각각 박스형 보호체(22)와 중간판(13)에 연결된 한 쌍의 구름 베어링(23, 24)들의 안내를 받는다.

상기 핀(18)에는 풀리(16)에서 나오는 광섬유(100)에 길을 만들어주는 관통구(25)가 축을 따라 형성되어 있다.

도 3과 도 4에서는 상기 풀리(16)의 구조적인 특징을 더 상세하게 보여준다. 상기 풀리(16)에는 대체로 v형인 홈이 형성되어 있어 구동되면 트위스트될 광섬유(100)를 받아들인다.

상기 홈(26)은 마주보는 두 측벽(28a, 28b)을 연결하는 평면의 바닥면(27)(또는 광섬유(100)의 지름보다는 상당히 큰 곡률 반경, 일반적으로 약 125㎛의 지름을 갖는)을 구비한다. 상기 바닥면(27)은 두 줄의 광섬유(풀리(16)에 들어오는 광섬유와 나가는 광섬유)를 동시에 나란히 수용할 수 있는 너비를 가지고 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 홈(26)안으로의 도입을 촉진하기 위하여 두 측벽(28a, 28b)에는 풀리(16)의 대칭평면(π)에 대체로 65도에서 75도의 범위각(φ₁)을 갖는 각각 방사상의 제 1 외주부(29a, 29b)와, 상기 풀리(16)의 대칭평면(π)에 대체로 25도에서 35도의 범위각(φ₂)을 갖는 방사상의 제 2 내주부(30a, 30b)가 제공되어 있다. 상기 각(φ₁)은 70도이고, 반면에 각(φ₂)은 30도인 것이 바람직하다.

방사상의 외주부(29a, 29b)는 곡률 반경이 0에서 2mm의 범위인 중간부(31a, 31b)를 통해 방사상의 내주부(30a, 30b)에 연결되어 있다.

상기 풀리(16)는 광섬유(100)와 접촉시 약 0.4보다 큰 마찰계수를 일으켜 광섬유(100)가 풀리(16)에 감기는 동안에 발생하는 미끄럼을 방지하기에 적합한 물질로 제조되는 것이 유리하다. 그러한 물질로는 예를 들면 약 0.6의 마찰계수를 갖는 강철이나 알루미늄과 같은 금속성 물질이 바람직하다.

섬유의 축을 따라 회전하는 동안 풀리의 관성 모멘트와 균형 손실(the loss of balance)의 발생을 줄이기 위해서는 가령 알루미늄과 같이 충분히 가벼운 물질로 풀리를 제조하는 것이 유리하다. 반면, 예를 들어 강철과 같은 특별히 더 무거운 물질을 쓸 필요성이 요구되는 경우엔, 풀리를 감당할 만한 적절한 평형추를 이용하여 회전시 풀리의 균형 손실의 발생을 최소화해야 한다. 일반적으로 상기와 같은 평형추는 회전 풀리 질량의 균형을 잡기 위해 섬유인발축선에 따라 풀리를 기준으로 균형을 이루도록 대칭적으로 배열된다. 이 평형추는 풀리가 피봇된 지지 부재(15)와 함께 일체형으로 이루어지는 것이 유리하다. 특히, 상기 지지부재는 회전 풀리 질량의 균형을 잡기에 적합한 질량 분산을 얻을 수 있는 형태와 크기로 이루어져 풀리 지지 부재와 같은 구조물의 질량 중심을 잡아 광섬유가 풀리의 홈에 접선 접촉하는 지점에 위치하게 한다.

상기에서 설명한 풀리는 30mm에서 100mm 범위의, 특히 60mm의 직경을 갖는 것이 바람직하다.

상기 장치(1)를 기준으로 이하, 본 발명에 따른 광섬유의 제조방법을 설명한다.

하기의 설명을 간단히 할 수 있도록, 모든 조건들이 일정한 상태에 있는 광섬유 제조 방법의 운전 단계에서부터 설명을 시작하며, 따라서 제조 방법의 시작단계는 그 설명을 생략한다.

본 발명의 광섬유 제조방법 제 1단계에서는, 실리카계 원석 물질의 단부(3a)가 용광로(2)에서 가열되어, 실리카계 물질을 녹여 지름이 약 125㎛인 광섬유(100)가 형성될 수 있도록 한다.

그런 후, 가열된 원석(3)의 단부(3a)에서 생성된 광섬유(100)가 소정의 속도로 인발수단(4)에 의해 인발된다. 이때 속도는 15 m/s가 적절하다.

다음 단계에서는, 광섬유(100) 는 우선 냉각장치에 의해 식혀지고 적절한 보호막으로 코팅된다. 이때 보호막은 코팅 스테이션(6, 6')과 이 코팅 스테이션을 통해 입혀진 수지를 가교 결합하는 자외선 용광로(7, 7')을 통과함으로써 62.5㎛의 두께를 갖는 아크릴 수지로 이루어진 것이다.

본 발명에 따르면, 소정의 변동의 법칙에 따라 달라지는 토크가 트위스팅 장치(8)의 풀리(16)에 의해 상기의 코팅된 광섬유(100) 에 부여된다.

본 발명에서, 풀리(16)는 모터 수단(17)에 의해 섬유인발축선(I-I)을 따라 회전된다. 풀리(16)의 회전 속도는 일정하거나 변동될 수 있는데, 시계방향과 시계반대방향으로 일정방향으로 또는 방향을 교대로 바꾸며 회전한다. 다른 실시예에서는 풀리(16)의 회전속도가 임의로 변동될 수 있다.

상기 단계에서, 광섬유(100)는 풀리(16)의 바닥면(27)과 접촉이 유지되는 상태로 360도로 풀리(16)에 감긴다. 필요한 경우엔, 섬유를 한번이상 360도로 풀리에 감는 것도 가능하다. 예를 들어 약 720도로 약 2번 섬유를 풀리에 감을 수 있다. 광섬유를 풀리에 한번이상 감게되면, 광섬유와 풀리의 바닥면의 접촉면이늘어나므로, 마찰계수가 상대적으로 낮은 특히 0.4보다 낮은 마찰계수의 물질로 이루어진 풀리를 사용할 수 있게 된다.

어떤 경우에서든, 섬유가 풀리에 감기는 각도가 720도를 넘지 않는 것이 적절 한대, 이것은 높은 인발 장력을 받지 않기 위해서이다.

상기 섬유(100)는 또한 부분적으로는 두 측벽(28a, 28b)중 하나와 접촉하고, 그 반대쪽은 풀리에서 나가는 섬유와 같은 속도와 같은 방향으로 풀리에 새로 들어오는 광섬유(16)의 작은 부분과 접촉한다. 그리하여, 상기 광섬유에도 토크가 가해져서, 섬유자체가 가진 고유한 불완전성과 불규칙성 또는 상기 섬유가 함유된 케이블을 제조하는 후속과정에서 발생하거나 섬유를 감는 과정에서 발생하는 불완전성과 불규칙성을 보완하여, PMD현상을 상당한 수준으로 줄인다.

본 방법의 마지막 단계에서는, 풀리에서 나온 트위스티된 광섬유(100)는 섬유인발축선(I-I)을 따라 동축으로 뻗어있는 핀(18)의 관통구(25)를 가로질러 인발 수단(4)에 이르고, 섬유는 인발 수단(4)에서 수집 스풀(9)로 전달된다.

종래 기술과 관련해 본 발명의 다양한 장점은 상기 설명으로부터 명백히 알 수가 있다.

먼저, 본 발명에 따른 방법은 풀리(16)와 섬유(100) 사이에 미끄러짐 없이 광섬유의 인발 속도를 현저하게 증가시켜, 단위 시간당 생산되는 광섬유의 양을 증가시킨다.

또한, 풀리와 구동그룹(12)의 동작 부품에서의 관성이 줄어들어, 적절한 토크 변동의 법칙을 광섬유(100)에 효율적으로 가하는 것이 가능해지고, 따라서 트위스트 효과를 잃는 위험을 최소화시킬 뿐만 아니라, 종래 기술에 따른 방법에 비해 절감된 전력과 비용으로 모터를 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 방법으로 인해 적절한 수의 트위스트를 섬유인발축선(I-I)에 대한 진동이 없는 상태에서 광섬유에 가하는 것이 가능해지고, 따라서 섬유의 직경과, 거기에 입혀진 코팅 층의 두께 둘다에 있어 더 큰 균일성이 나타난다.

마지막으로, 풀리(16)의 구조상의 특성으로 인해, 광섬유(100)를 감고 푸는 단계가 용이해지고, 풀리를 구성하는 재질을 적절히 선택하여 종래 기술에 따른 장치들에 사용된 인발력보다 작은 인발력을 적용하는 것이 가능하다.

Claims

a) 원석(3)의 적어도 일단부(3a)를 가열하는 단계와;

b) 상기 가열된 단부(3a)의 자유단으로부터 섬유인발축선(I-I)을 따라 광섬유(100)를 인발하는 단계와;

c) 상기 광섬유(100)에 적절한 코팅 물질을 입히는 단계와;

d) 상기 코팅된 광섬유(100)에 상기 섬유인발축선(I-I)을 따라 토크를 가하는 단계와;

e) 수집스풀(9)에 코팅된 광섬유(100)를 감는 단계를 구비한 원석(3)으로부터 광섬유를 제조하는 방법에 있어서: 상기 단계 d)는 상기 수집 스풀의 상류에 지지되어 섬유인발축선(I-I)을 따라 회전하며 적어도 360도로 광섬유(100)를 감는 풀리(16)를 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 원석으로부터 광섬유를 제조하기 위한 방법.
제 1항에 있어서, 풀리(16)는 섬유인발축선(I-I)을 따라 일정한 회전속도로 회전되는 것을 특징으로 하는 원석으로부터 광섬유를 제조하기 위한 방법.
제 1항에 있어서, 풀리(16)는 섬유인발축선(I-I)을 따라, 변동하는 회전속도로 회전되는 것을 특징으로 하는 원석으로부터 광섬유를 제조하기 위한 방법.
제 3항에 있어서, 풀리(16)는 섬유인발축선(I-I)을 따라, 시계방향과 시계반대방향으로 교대로 회전되는 것을 특징으로 하는 원석으로부터 광섬유를 제조하기 위한 방법.
a) 원석(3)의 적어도 일단부(3a)를 가열하는 단계와;

b) 상기 가열된 단부(3a)의 자유단으로부터 섬유인발축선(I-I)을 따라 광섬유(100)를 인발하는 단계와;

c) 상기 광섬유(100)에 적절한 코팅 물질을 입히는 단계와;

d) 본질적으로 미끄러짐이 없는 코팅된 광섬유를 섬유(100)에 적절한 트위스팅을 가하기 위해 형성된 트위스팅 장치(8)의 부재(16)에 감음으로써, 코팅된 광섬유(100)에 상기 섬유인발축선(I-I)을 따라 소정의 토크변동의 법칙을 적용하는 단계를 구비하는 원석으로부터 광섬유를 제조하기 위한 방법.
제 1항 내지 제 5항중 어느항에 있어서, 광섬유(100)는 15m/s 보다 빠른 인발 속도로 원석으로부터 인발되는 것을 특징으로 하는 광섬유를 제조하기 위한 방법.
원석(3)의 가열된 단부로부터 소정의 속도로 인발된 광섬유(100)에, 섬유인발축선(I-I)을 따라 토크를 가하기 위한 장치(8)에 있어서; 각 구동수단(12)에 의해 섬유인발축선(I-I)을 따라 회전 가능한 아이들 풀리(idle-mounted pulley)(16)로 구성되며, 상기 풀리(16)는 상기 광섬유(100)를 적어도 약 360도의 권선각(winding angle)으로 감는 것을 특징으로 하는 장치.
제 7항에 있어서, 상기 풀리를 섬유인발축선(I-I)을 따라 시계방향과 시계반대방향으로 교대로 회전시키기 위한 수단(17)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 7항에 있어서, 상기 구동수단(12)은 섬유인발축선(I-I)과 일치하는 회전축을 가지며, 풀리가 섬유인발축선(I-I)에 접하는 방식으로 오프셋 위치에 피봇되는 모터로 구동되는 포크형의 지지부재(15)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 7항에 있어서, 풀리(16)는 상기 광섬유(100)를 수용하기 위한 V형 홈(26)을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
제 10항에 있어서, 상기 홈(26)은 풀리(16)의 대칭평면(π)과 65도에서 75도의 범위각을 갖는 대향측벽(28a, 28b)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 10항에 있어서, 상기 홈(26)은 풀리(16)의 대칭평면(π)과 65도에서 75도의 범위각(φ₁)을 갖는 방사상의 제 1 외주부(29a, 29b)와, 대칭평면(π)과 25도에서 35도의 범위각(φ₂)을 갖는 방사상의 제 2 내주부(30a, 30b)를 갖는 두 측벽(28a, 28b)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 12항에 있어서, 상기 측벽(28a, 28b)의 제 1, 제 2 부분들(28a, 28b, 30a, 30b)은 곡률 반경의 범위가 0에서 2mm인 중간 부분(31a, 31b)을 통해 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 10항에 있어서, 홈(26)은 평면 바닥면(7)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 7항에 있어서, 상기 풀리 (16)는 섬유(100)를 풀리(16)에 감는 공정중의 미끄러짐을 방지하기 위한 마찰계수를 광섬유에 발생시키는 적절한 물질로 제조되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 15항에 있어서, 상기 마찰계수는 약 0.4보다는 큰 것을 특징으로 하는 장치.
원석(3)의 적어도 일단부(3a)를 가열하기 위한 수단(2)과; 가열된 단부(3a)의 자유단으로부터 섬유인발축선(I-I)을 따라 광섬유를 인발하는 수단(4)과; 상기 광섬유(100)의 적어도 한 개의 코팅스테이션(6, 6')과; 상기 코팅된 광섬유(100)을 모으기 위한 수집 스풀(9)을 구비한 원석(3)으로부터 광섬유을 제조하기 위한 장치에 있어서; 적어도 한 코팅스테이션(6, 6')의 하류와 상기 수집 스풀(9)의 상류에 제 7항에서 제 16항중 어느한 항에 따른, 섬유의 트위스팅 장치(8)를 구비한 것을 특징으로 하는 원석으로부터 광섬유를 제조하기 위한 장치.