KR20040081187A - 광섬유 커넥터 단부면을 최종 연마하기 위한 방법 - Google Patents

광섬유 커넥터 단부면을 최종 연마하기 위한 방법 Download PDF

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KR20040081187A
KR20040081187A KR10-2004-7012170A KR20047012170A KR20040081187A KR 20040081187 A KR20040081187 A KR 20040081187A KR 20047012170 A KR20047012170 A KR 20047012170A KR 20040081187 A KR20040081187 A KR 20040081187A
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오오이시미찌히로
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

본 발명은 광섬유의 연마된 표면 상에 연마 스크래치를 발생시키지 않고 부착 물질도 생성하지 않는 광섬유 커넥터 단부면을 최종 연마하기 위한 방법을 제공하기 위한 것이다. 광섬유 커넥터 단부면을 최종 연마하기 위한 방법은 윤활 액체의 존재 하에, 필름 형태의 기재(101) 상에 고정된 연마 입자(103)로 구성된 연마 필름(100)을 사용하여 광섬유 커넥터 단부면을 연마하는 단계를 포함하고, 상기 윤활 액체는 친수성 계면활성제를 함유하는 수용액이다.

Description

광섬유 커넥터 단부면을 최종 연마하기 위한 방법 {PROCESS FOR FINISH-ABRADING OPTICAL-FIBER-CONNECTOR END-SURFACE}
통상적으로, 용이하게 제거될 수 있는 광섬유 커넥터가 광섬유 통신 네트워크에서 광섬유의 접속을 위해 널리 사용된다. 광섬유 커넥터에서의 접속 시에, 광섬유로 제조된 광섬유 커넥터의 단부면과 광섬유를 덮기 위한 덮개부(페룰)는 서로 직접 맞닿게 되어 있다. 따라서, 접속시의 광학 특성, 특히 접속 손실은 광섬유 커넥터 단부면의 처리 특성과 정밀도에 의존한다.
광섬유 커넥터 단부면은 몇몇 연마 단계를 통해 처리된다. 보통, 접착제를 제거하는 단계, 만곡된 표면에 대한 연마 단계, 2차 연마 단계 및 최종 연마 단계가 수행된다. 최종 연마는 가장 작은 크기(5 내지 1000 nm의 입자 크기)의 연마 입자를 사용하여 5 nm보다 크지 않은 표면 거칠기(Ra)가 제공되도록 수행되는 최종 단계에서의 연마를 의미한다.
광섬유 커넥터 단부면의 품질은 최종 마감 연마 단계에서의 처리 특성과 정밀도에 의해 영향을 받는다. 즉, 광섬유의 접속 손실에 대한 주요 인자는 단부면의 마감 거칠기 정도와 단부면의 경사 정도이다.
광섬유 커넥터 단부면을 최종 연마하는 단계에서, 초미세 실리카 등이 과거에는 자유 연마 입자로서 사용되었다. 그러나, 자유 연마 입자를 사용하는 처리는 작업시 복잡하여, 필름 형태의 기재 상에 고정된 연마 입자로 구성된 연마 필름이 현재에는 널리 사용된다.
연마 입자는 결합제에 의해 고정되고, 연마 입자와 결합제를 갖는 연마층이 보통 필름 형태의 기재 상에 형성된다. 광섬유 커넥터 단부면의 최종 연마는 광섬유 커넥터 단부면을 연마 필름의 연마 표면에 적용시켜 소정량의 압력으로 마찰시킴으로써 수행된다.
일본 특허 공개 공보 제248771/1997호는 기재 상에 연마 입자와 결합제를 포함하는 연마층을 갖는 광섬유 커넥터 단부면을 위한 연마 테이프를 개시하는데, 상기 연마 입자는 5 내지 30 nm의 평균 입도를 갖는 실리카 미립자이다. 일본 특허 공개 공보 제71572/1998호는 프라이머층과, 기재 상에 연마 입자와 결합제를 포함하는 연마층을 갖는 광섬유를 위한 연마 테이프를 개시하는데, 상기 연마 입자는 10 내지 700 nm의 평균 입도를 갖는 알루미나-실리카 복합 미립자이다.
그러나, 미세 크기의 연마 입자가 채용되면, 오랜 기간의 연마 시간이 필요하다. 또한, 미세 입자의 연마 재료는 눈메움의 문제를 갖는다. "눈메움(loading)"이라는 용어는 연마 입자들 사이의 공간이 연마 성능을 억제하도록 돌출하는 연마 먼지로 채워지는 것을 의미한다.
광섬유 커넥터 단부면이 표면이 평평한 연마 재료를 사용하여 연마되는 경우, 연마 먼지의 미립자는 연마 입자들 사이에 머물러, 연마 입자의 절삭능이 나빠진다. 상기 공보들에 설명된 연마 재료는 평평한 연마 표면을 가지며, 절삭 성능이 쉽게 감소된다. 또한, 냉각제 또는 윤활제로 사용된 액체가 연마 재료와 광섬유 커넥터 단부면 사이에 거의 작용하지 않고, 연마층의 일부가 광섬유 커넥터의 연마된 표면에 부착되고, 제거를 위한 작업이 복잡해진다.
일본 특허 공개 공보 제33372/1999호는 기재 상에 연마 입자와 결합제를 포함하는 연마층을 갖는 광섬유 커넥터 단부면을 위한 연마 테이프를 개시하는데, 상기 연마 입자는 5 내지 30 nm의 평균 입도를 갖는 실리카 미립자이며, 연마층은 네트워크 구조의 크랙으로 형성되어, 연마 먼지가 연마 테이프 상에 회수될 수 있다.
일본 특허 공개 공보 제2001-179640호는 기재 상에 연마 입자와 결합제를 포함하는 연마층을 갖는 광섬유 커넥터 단부면을 위한 연마 재료를 개시하는데, 상기 연마층은 소정 형상을 갖는 규칙적으로 배열된 복수의 3차원 요소로 구성된 3차원 구조를 갖는다. 이러한 3차원 구조의 연마층은 연마 먼지가 용이하게 방출되게 하고, 눈메움에 저항성이 있으며 내구성이 우수하다. 또한, 얼룩이 연마된 표면 상에 거의 부착되지 않고, 연마 스크래치의 발생 빈도도 매우 낮다.
그러나, 연마 스크래치의 발생을 보다 효과적으로 조절하기 위해, 실리카 미립자가 연마 입자로서 사용되어야 하고, 미립자 크기가 작아져야 하고, 연마층에 포함된 결합제가 부드럽게 되어야 한다. 이러한 경우 연마 스크래치의 발생이 효과적으로 조절되었더라도, 부착 물질이 특정 빈도로 광섬유의 연마된 표면 상에 발생되었다는 것이 새로 발견되었다.
광섬유의 연마된 표면 상의 부착 물질이 그대로 남겨지면, 접속 손실이 커지는 반면, 이를 제거하기 위한 세척 단계는 추가의 작업을 야기한다. 따라서, 광섬유의 연마된 표면 상에 연마 스크래치를 발생시키지 않고 부착 물질을 발생시키지 않는 광섬유 커넥터 단부면을 최종 연마하기 위한 방법이 일반적으로 요구된다.
본 발명은 종래 기술의 전술된 문제점을 해결하기 위한 것이며, 그 목적은 광섬유의 연마된 표면 상에 연마 스크래치를 발생시키지 않고 부착 물질을 발생시키지 않는 광섬유 커넥터 단부면을 최종 연마하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 페룰을 구비한 광섬유의 단부면, 즉 광섬유 커넥터 단부면을 최종 연마하기 위한 방법에 관한 것이다.
도1은 본 발명의 방법에 사용된 연마 필름의 일 실시예를 도시하는 사시도이다.
도2는 광섬유의 부착 물질이 있는 연마된 표면을 도시하는 현미경 디지털 이미지이다.
도3은 광섬유의 부착 물질이 없는 연마된 표면을 도시하는 현미경 디지털 이미지이다.
본 발명은 광섬유 커넥터 단부면을 최종 연마하기 위한 방법을 제공하며, 상기 방법은 윤활 액체의 존재 하에, 필름 형태의 기재 상에 고정된 연마 입자로 구성된 연마 필름을 사용하여 광섬유 커넥터 단부면을 연마하는 단계를 포함하고, 상기 윤활 액체는 친수성 계면활성제를 함유하는 수용액이다. "친수성(hydrophilic)"이란 단어는 계면활성제가 물과의 강한 상호 작용을 갖는다는 것을 의미한다. 친수성 계면활성제의 구체적인 예는 RCOONa, RSO3Na 및 RSO4Na 등의 음이온 계면활성제이며, 여기서 R은 친유성기, 8보다 작지 않은 HLB 값을 갖는 비이온성 계면활성제 등을 나타낸다.
전술된 바와 같이, 광섬유 커넥터 단부면의 최종 연마는 광섬유 커넥터 단부면을 연마 필름의 연마 표면에 적용시켜, 소정량의 압력을 인가하면서 마찰시킴으로써 수행된다.
최종 연마 단계에 사용되는 연마 필름의 제한적이지 않은 예는 3차원 구조를 포함하는 연마 필름이다. 이러한 연마 필름의 구체적인 예는 국제 공개 공보 WO92/13680호, WO96/27189호, 일본 특허 공개 공보 제2001-179640호 등에 설명되어 있다. 도1은 본 발명의 방법에 사용되는 바람직한 연마 필름의 일 실시예를 도시하는 사시도이다.
연마 필름(100)은 기재(101)와, 기재의 표면 상에 도포된 연마층(102)을 갖는 연마 재료이다. 연마층(102)은 결합제와 그 안에 분포된 연마 입자(103)의 모재를 포함한다.
연마층은 경화되지 않거나 또는 응고되지 않은 상태의 결합제 내에 분포된 복수의 연마 입자를 포함하는 슬러리를 성형 및 고화시킴으로써 형성된다. 즉, 슬러리는 소정 형상을 갖도록 고정된다.
연마 입자의 크기는 연마 입자의 유형 또는 연마 재료의 의도된 사용에 따라다를 수 있다. 예컨대, 입자 크기는 최종 연마용으로 1 내지 500 nm, 바람직하게는 5 내지 200 nm이다. 연마 입자용의 바람직한 재료는 실리카, 알루미늄 산화물 및 실리콘 카바이드를 포함한다. 이들 중 특히 바람직한 것은 실리카이다. 이는 실리카가 종래의 광섬유의 재료와 동일하고 광섬유의 연마된 표면에 거의 손상을 주지 않기 때문이다.
결합제는 경화 또는 응고되어 연마층을 형성한다. 연마층은 최종 연마의 경우 비교적 부드럽게 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 예컨대, 연마층의 모재를 형성하는 결합제의 영률(Young's modulus)은 0.1 내지 50 kg/mm2, 바람직하게는 0.5 내지 40 kg/mm2로 조절된다. 결합제의 영률이 0.1 kg/mm2보다 작다면, 연마 입자는 피연마 표면을 거의 침식하지 않고 절삭능이 나빠진다. 50 kg/mm2보다 크면, 결합제에 의해 고정된 연마 입자와 피연마 표면 사이의 접촉시 완충이 나빠지고, 광섬유의 연마된 표면 상에 연마 스크래치가 발생되기 쉽다.
결합제로서, 예컨대 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 방사선 경화성 수지 등의 다양한 수지가 채용될 수 있다. 결합제의 바람직한 예는 에폭시 수지 및 우레탄 수지를 포함한다.
결합제는 방사선 경화성일 수 있다. 방사선 경화성 결합제는 방사선 에너지에 의해 적어도 부분적으로 경화되거나 또는 적어도 부분적으로 중합되는 결합제이다. 사용되는 결합제에 따라, 열, 적외선 방사, 전자 비임 방사, 자외선 방사 또는 가시광선 방사 등의 에너지원이 사용된다.
전형적으로, 이들 결합제는 자유 라디칼 매커니즘에 의해 중합된다. 방사선 경화성 결합제의 바람직한 예는 아크릴레이티드 우레탄, 아크릴레이티드 에폭시, α, β-불포화 카르보닐기를 갖는 아미노플라스트 유도체, 에틸렌 불포화 화합물, 적어도 하나의 아크릴레이트기를 갖는 이소시아누레이트 유도체, 적어도 하나의 아크릴레이트기를 갖는 이소시아네이트, 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택된다.
연마층(102)은 소정의 형상을 갖는 규칙적으로 배열된 복수의 3차원 요소(104)로 구성된 3차원 구조를 갖는다. 3차원 요소(104) 각각은 횡방향으로 위치된 삼각 프리즘으로 형성된 프리즘 형상을 갖는다. 3차원 요소(104)의 상부 각(β)은 전형적으로는 30 내지 150 °, 바람직하게는 45 내지 140 °이다.
3차원 요소(104)의 상부 상의 리지는 연마 재료의 사실상 전체 구역에 걸쳐 기재의 표면에 평행한 평면 상에 위치된다. 도1에서, 기호 h는 기재의 표면으로부터의 3차원 요소의 높이를 나타낸다. 높이(h)는 전형적으로 2 내지 600 ㎛, 바람직하게는 4 내지 300 ㎛이다. 상부 라인의 높이 편차는 바람직하게는 3차원 요소(104)의 높이의 20 ％보다 작고, 더욱 바람직하게는 10 ％보다 작다.
3차원 요소(104)는 바람직하게는 연마 입자와 결합제를 포함하는 층으로 만들어진 상부(105)와, 결합제로 만들어진 하부(106)를 포함하는 2층 구조를 갖는다. 도1에서, 기호 s는 3차원 요소의 상부의 높이를 나타낸다. 높이(s)는 예컨대 3차원 요소의 높이(h)의 5 내지 95 ％, 바람직하게는 10 내지 90 ％이다.
전형적으로, 3차원 요소(104)는 스트라이프 패턴으로 배열된다. 도1에서,기호 w는 3차원 요소의 짧은 바닥측 길이(3차원 요소의 폭)를 나타낸다. 기호 p는 인접하는 3차원 요소의 상부들 사이의 거리를 나타낸다. 기호 u는 인접하는 3차원 요소의 긴 바닥측들 사이의 거리를 나타낸다. 길이(w)는 예컨대 2 내지 2000 ㎛, 바람직하게는 4 내지 1000 ㎛이다. 거리(p)는 예컨대 2 내지 4000 ㎛, 바람직하게는 4 내지 2000 ㎛이다. 거리(u)는 예컨대 0 내지 2000 ㎛, 바람직하게는 0 내지 1000 ㎛이다.
3차원 요소의 길이는 연마 재료의 사실상 전체 구역에 걸쳐 연장될 수 있다. 이와 달리, 3차원 요소의 길이는 적절한 길이로 절단될 수 있다. 3차원 요소의 단부들은 정렬되거나 또는 정렬되지 않을 수 있다. 프리즘형의 3차원 요소의 단부들은 강한 절삭능이 요구되는 경우 4개의 경사면을 갖는 집 형상을 형성하도록 바닥으로부터 예각으로 절단될 수 있다.
연마 단계는 종래 조건에서 종래 방법에 따라 수행될 수 있다. 예컨대, 광섬유 커넥터와 연마 필름이 장착되는 경우에 에지 연마가 자동으로 수행되는 연마 기계가 상업적으로 입수 가능하다.
물은 연마시 윤활 액체로서 통상적으로 채용된다. 이는 연마 먼지가 물의 유동에 의해 용이하게 제거되고 냉각 효과도 얻어지기 때문이다. 본 처리에서, 물 대신에 윤활 액체로서 계면활성제를 함유하는 수용액이 채용되어, 광섬유의 연마된 표면 상의 부착 물질의 발생을 조절한다.
계면활성제가 윤활 액체로서 사용되도록 물에 첨가될 때, 계면활성제의 소수성기는 연마층과 연마 먼지의 표면 쪽으로 향하고, 그 친수성기는 반대로 향하기때문에, 몰 수준의 계면활성제의 층이 형성된다. 계면활성제와 물로 만들어진 층으로 인해, 연마 입자와 피연마 표면 사이의 연마 동안의 직접 접촉 영역이 감소되고, 연마 먼지의 윤활 액체 내로의 분산이 향상되고, 피연마 표면에 대한 재부착이 조절되고, 연마된 표면이 깨끗하게 유지된다.
계면활성제로서, 친수성 계면활성제, 특히 음이온 계면활성제와 비이온성 계면활성제가 채용되는 것이 바람직하다. 바람직한 비이온성 계면활성제는 8 내지 20, 특히 10 내지 20의 HLB 값을 갖는 것을 포함한다. 계면활성제의 HLB 값이 8보다 작다면, 윤활 유체가 에멀젼없이 형성되는 경향이 있기 때문에 전술된 장점이 얻어지지 않는다.
음이온 계면활성제의 바람직한 예는 알킬벤젠 술포네이트를 포함한다. 특히, 소듐 도데실벤젠 술포네이트가 바람직하다. 비이온성 계면활성제의 바람직한 예는 폴리옥시에틸렌 노닐 페닐 에테르 및 옥시에틸렌 옥시프로필렌 블록 코폴리머 등의 폴리옥시알킬렌 노닐 페닐 에테르를 포함한다.
계면활성제는 0.5 내지 20 중량％, 바람직하게는 1.0 내지 15 중량％, 더욱 바람직하게는 1.0 내지 10 중량％의 양으로 윤활 액체 내에 함유된다. 계면활성제의 함량이 0.5 중량％보다 작다면, 부착 조절 효과는 나빠진다. 20 중량％보다 많다면, 윤활 액체가 점성이 있게 되고 연마 에러가 발생할 수 있다.
예
본 발명은 이하의 예에 의해 더욱 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 이들 예에 의해 제한되지 않는다.
표1에 도시된 성분을 혼합하여 연마 재료 코팅 액체가 마련되었다.
[표1]
표2에 도시된 성분을 혼합하여 적층 결합제가 마련되었다.
[표2]
폴리프로필렌으로 만들어지며 도1에 도시된 역전된 3차원 요소의 형상을 갖는 리세스를 구비한 성형 시트가 마련되었다.[미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩처링 컴퍼니(Minnesota Mining and Manufacturing Company)로부터 입수 가능한 "OFF-50"] 연마 재료 코팅 액체가 롤 코터에 의해 성형 시트 상에 도포되고 5분 동안 50 ℃에서 건조되었다. 적층 결합제가 그 위에 도포되었다.
75 ㎛의 두께를 갖는 투명 폴리에스테르 필름[테이진 듀퐁 필름 가부시끼가이샤(Teijin Dupon Film K.K.)로부터 입수 가능한 "HPE POLYESTER FILM"]이 적층을 위해 롤에 의해 중첩 및 가압되었다. 자외선 광선이 적층 결합제를 경화시키도록 조사되었다. 경화된 결합제는 약 8 kg/mm2의 영률을 가졌다.
성형 시트가 제거되었고 결과물이 실온으로 냉각되어 연마 필름을 생성하였다. 연마 필름의 연마층은 도1에 도시된 바와 같이 스트라이프 패턴으로 배열된 프리즘 형상을 갖는 3차원 구조를 갖는다. 그 치수는 표3에 도시된 바와 같다.
[표3]
이러한 연마 필름은 110 mm 직경을 갖는 원형으로 타출되어 연마 디스크를 마련하였다.
광섬유 커넥터 단부면은 얻어진 연마 디스크를 사용하여 연마되었다. 연마 조건은 표4에 도시되었다.
[표4]
피연마 샘플인 광섬유 커넥터는 최종 연마를 수행하기 전에 "TRIZACT DIAMOND LAPPING FILM (3 밀, 0.5 미크론)"을 사용하여 미리 2차 연마되었다. 최종 연마가 수행된 후, 광섬유의 연마된 표면은 레이저 현미경을 사용하여 관찰되었고, 부착 물질이 존재 여부가 체크되었다. 결과는 표5에 도시되었다. 표5에 도시된 바와 같은 수율은 동시에 연마된 12개의 샘플에 대한 부착 물질이 없는 샘플 수의 비율(％)을 의미한다.
[표5]
도2는 광섬유의 부착 물질이 있는 연마된 표면을 도시하는 현미경 사진이다.(실행 1) 도3은 광섬유의 부착 물질이 없는 연마된 표면을 도시하는 현미경 사진이다.(실행 7)
이러한 결과는 부착 물질이 광섬유의 연마된 표면 상에 거의 발생하지 않았다는 것과 우수한 물품을 위한 수율이 계면활성제를 윤활 액체에 첨가함으로써 향상된다는 것을 보여준다.
본 발명의 광섬유 커넥터 단부면을 최종 연마하기 위한 방법에 따르면, 연마 스크래치가 광섬유의 연마된 표면 상에 발생하지 않고 부착 물질도 생성되지 않는다.

Claims (9)

  1. 광섬유 커넥터 단부면을 최종 연마하기 위한 방법이며,
    윤활 액체의 존재 하에, 필름 형태의 기재 상에 고정된 연마 입자로 구성된 연마 필름을 사용하여 광섬유 커넥터 단부면을 연마하는 단계를 포함하고,
    상기 윤활 액체는 친수성 계면활성제를 함유하는 수용액인 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연마 필름은 필름 형태의 기재 상에 연마 입자와 결합제를 갖는 연마층을 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연마 입자는 1 내지 500 nm의 입자 크기를 갖는 실리카를 포함하는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 결합제는 1 내지 500 MPa의 영률을 갖는 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 연마층은 소정의 형상을 갖는 규칙적으로 배열된 복수의 3차원 요소로 구성된 3차원 구조를 갖는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 3차원 요소의 상부는 기재의 표면에 평행한 라인으로 구성되고, 상기 라인은 기재의 표면에 평행한 평면 상에 위치되는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 계면활성제는 음이온 계면활성제인 방법.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 계면활성제는 8 내지 20의 HLB 값을 갖는 비이온성 계면활성제인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 윤활 액체는 0.5 내지 10 중량％의 계면활성제 함량을 갖는 방법.
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