KR20050082752A - 광섬유 인출 장치 및 인출 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광섬유 모재로부터 광섬유를 인출하기 위한 방법에 관한 것으로서

상기 광섬유 모재로부터 인출되는 상기 광섬유의 외경을 측정하고, 상기 광섬유를 냉각시키기 위한 냉각 과정과, 냉각된 상기 광섬유의 외주면에 피복층을 코팅하고, 피복층이 코팅된 상기 광섬유가 1N 이상의 스트립 포스를 갖도록 주입되는 질소량을 조절한 질소 분위기 하에서 경화시키기 위한 경화 과정을 포함한다.

Description

광섬유 인출 장치 및 인출 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR DRAWING OPTICAL FIBER}

본 발명은 광섬유에 관한 것으로, 특히 광섬유의 제작 장치 및 방법에 관한 것이다.

광섬유는 동일한 구성의 광섬유 모재를 고열로 가열해서, 이를 인출함으로써 제작된다. 상기 광섬유는 내부에 빛을 전파하는 코어(core)와 상기 코어 내로 진행하는 빛을 가두는 역할을 하는 클래드(clad)를 포함하며, 상기 광섬유 모재로부터 인출하는 중에 상기 클래드를 감싸는 피복 등이 코팅된다.

상기 광섬유 모재는 수정된 화학 기상 증착 방법(MCVD), 외부 기상 증착 방법(OVD)방법과, 석영재질의 봉 등에 모재를 성장시키기 위한 위상 축 증착(VAD) 방법 등에 의해서 제작되며, 제작된 상기 광섬유 모재로부터 광섬유를 인출한다.

도 1은 종래 기술에 의한 광섬유 인출 장치의 구성을 나타내기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 광섬유 인출 장치는 광섬유 모재를 가열하기 위한 용융로(120)와, 광섬유의 직경을 모니터링하기 위한 외경 측정기(130)와, 코팅 장치(Coating Applicator, 150)와, 경화 장치(160)와, 질소 퍼지(Purge) 장치(162)와, 캡스턴(170)과, 스풀(180) 등을 포함한다.

상기 용융로(120)는 실린더(cylinder) 형태로서, 내부에 삽입된 광섬유 모재(preform, 110)의 끝단을 가열한다. 상기 광섬유 모재(110)는 코어와 클래드를 포함하며 직경이 상기 광섬유(111a)에 비해 매우 크다.

상기 외경 측정기(130)는 상기 용융로(120)의 하부에 위치하며, 상기 광섬유 모재(110)로부터 인출되는 상기 광섬유(111a)의 외경을 모니터링한다.

상기 코팅 장치(150)는 상기 용융로(120)에서 인출되는 상기 광섬유(111a)를 코팅액(151)을 통과시켜서 그 외주면에 피복층이 코팅된 광섬유(111b)를 형성한다. 상기 피복 층은 광섬유와의 접착성과 구부림 특성을 향상시키기 위해서 부드러운 재질의 제1 층과, 외부 충격 및 환경으로부터 상기 광섬유를 보호하기 위한 제2 층을 포함한다. 상기 제2 층은 자외선에 의해 경화가 용이한 물질을 사용한다. 상기 코팅액(151)은 자외선 경화수지, 열경화성 수지 등을 사용할 수 있다.

상기 경화 장치(160)는 상기 코팅 장치(150)의 하부에 위치하며, 상기 경화 장치(160)는 내부에 석영관(quartz tube, 161)을 포함한다. 피복층이 코팅된 상기 광섬유(111b)는 상기 석영관(161)을 통과하면서 자외선에 의해서 경화된다.

상기 질소 퍼지 장치(162)는 상기 경화 장치(160)의 일측에 위치하며, 상기 경화 장치(160)의 석영관 내부로 질소(N₂) 가스를 주입함으로써, 질소 분위기 하에서 상기 피복층이 경화되도록 한다.

상기 캡스턴(170)은 상기 광섬유 모재(110)를 소정의 힘으로 잡아 당겨서, 광섬유(111a, 111b)가 일정 직경을 유지하면서 연속적으로 인출될 수 있도록 한다. 상기 스풀(180)은 원통형 실패의 형태를 가지며, 인출되는 상기 광섬유(111b)가 그 외주면에 감겨진다.

그러나, 코팅 장치와 경화 장치의 사이는 일반 대기 중에 노출되어 있어서, 액상 코팅된 광섬유가 상기 경화 장치로 유입되기 이전에 이미 대기에 오염되어 경화도가 저하되는 등의 문제가 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 액상 코팅된 광섬유의 피복층을 대기와 격리하여 경화시킴으로써, 피복층의 경화도와 스트립 포스가 향상된 광섬유 인출 방법과 장치를 제공함에 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 광섬유 모재로부터 광섬유를 인출하기 위한 광섬유 인출 방법은,

상기 광섬유 모재로부터 인출되는 상기 광섬유의 외경을 측정하고, 상기 광섬유를 냉각시키기 위한 냉각 과정과;

냉각된 상기 광섬유의 외주면에 피복층을 코팅하고, 피복층이 코팅된 상기 광섬유가 1N 이상의 스트립 포스를 갖도록 주입되는 질소량을 조절한 질소 분위기 하에서 경화시키기 위한 경화 과정을 포함한다.

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

본 발명에 의한 광섬유 인출 방법은 상기 광섬유 모재로부터 인출되는 상기 광섬유의 외경을 측정하고, 상기 광섬유를 냉각시키기 위한 냉각 과정과, 냉각된 상기 광섬유의 외주면에 피복층을 코팅하고, 상기 피복층이 코팅된 상기 광섬유 40ℓ/min 이상의 질소 분위기 하에서 경화시키기 위한 경화 과정을 포함한다.

본 발명은 피복층이 코팅된 광섬유를 일정 압력 이상의 질소 분위기에서 경화시킴으로써 광섬유의 경화도(Gel-Fraction)와, 광섬유 피복을 제거하기 위한 스트립 포스(strip force)를 향상시키게 된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 밀봉관을 포함하는 광섬유 인출 장치의 구성을 나타내기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 상기 광섬유 인출 장치는 광섬유 모재(210)를 용융 및 인출하기 위한 용융로(220)와, 냉각기(290)와, 인출되는 광섬유의 외경을 측정하기 위한 외경 측정기(230)와, 코팅 장치(Coating Applicator, 240)와, 경화 장치(260)와, 질소 퍼지(Purge) 장치(251)와, 캡스턴(270)과, 스풀(280)과, 밀봉관(250)을 포함한다.

상기 광섬유 모재(210)는 코어와 클래드로 구성되는 점이 광섬유와 동일하나, 그 직경이 상기 광섬유에 비해 매우 크다.

상기 용융로(220)는 실린더(cylinder) 형태를 가지며, 내부에 삽입된 상기 광섬유 모재(preform, 210)의 끝단을 가열해서 용융, 인출한다. 상기 용융로(220)는 그 내부에 불활성 기체를 흐르게 함으로써, 열에 의해 상기 용융로(220)의 내부가 산화되는 것을 방지한다.

상기 외경 측정기(230)는 상기 용융로(220)의 하부에 위치하며, 인출된 광섬유(211a)의 외경을 모니터링한다.

상기 코팅 장치(240)는 상기 용융로(220)에서 인출되는 광섬유(211b)의 외주면에 자외선 경화수지, 열 경화성 수지 등의 코팅액(241)으로 피복층을 코팅한다. 통상적으로, 상기 피복층은 구부림(Bending) 특성과, 광섬유와 접착성(Adhesion)을 향상시키기 위해서 1차 코팅을 한 후, 그 위에 자외선에 의해 경화가 용이한 물질을 사용해서 2차 코팅을 실시한다. 상기 피복층은 다층 피복 됨으로써 외부 충격으로부터 상기 광섬유(212)를 보호하고, 수분이 침투되는 것을 방지한다. 상기 2 차 코팅은 자외선 경화성 폴리머를 사용할 수 있으며, 상술한 자외선 경화성 폴리머는 아크릴레이트 계열의 물질(Acrylate-based material) 또는 비닐 계열의 물질(Vinyl-based material) 등을 사용할 수 있다.

상기 경화 장치(260)는 상기 코팅 장치(240)의 하부에 위치하며, 상기 경화 장치(260)는 내부에 석영관(quartz tube, 261)을 포함하고 있다. 피복층이 코팅된 상기 광섬유(212)는 상기 석영관(261)을 통과하면서 자외선에 의해 경화된다.

상기 밀봉관(250)은 중앙이 빈 실린더 형태로서, 상기 경화 장치(260)로부터 상기 코팅 장치(240)까지 연장되어져 있다. 상기 밀봉관(250)은 상기 광섬유(212)의 피복층이 경화되기 이전에 경화되지 않은 피복층이 형성된 광섬유(211b)가 대기 중에 노출되는 것을 방지하고, 그 내부를 질소 분위기로 형성함으로써 상기 광섬유(211b)의 피복층이 경화가 용이하게 이루어지도록 한다.

경화되지 않은 액상의 피복층은 자외선에 노출된 경우에 개시제(Photoiniator) 성분의 자유 래디칼(Free radical)이 생성되며, 상술한 자유 래디칼은 올리고머(Oliigomer)와 모노머(Monomer) 등과 같은 아크릴 이중 결합 및 교차 결합(Cross Linking) 등의 반응 망을 형성하며 경화된다. 그러나, 경화되지 않은 액상의 피복층이 산소 등의 대기 중에 노출될 경우에 자유 래디칼의 발생이 억제되고, 그로 인해서 피복 층의 경화가 이루어지지 않는다. 따라서, 상기 경화 장치(260)는 질소 가스가 주입되는 질소 분위기 하에서 상기 피복층을 경화시킨다.

상기 질소 퍼지 장치(251)는 상기 밀봉관(250)의 일측에 위치하며, 상기 밀봉관(250)의 내부에 질소를 주입함으로써, 상기 밀봉관(250) 및 상기 경화 장치(260)의 석영관 내부에 질소 분위기를 형성한다.

도 3은 도 2에 도시된 피복층이 2차 코팅된 광섬유를 나타내기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 상기 경화 장치(260)를 통과한 상기 광섬유(212)는 상기 광섬유(212) 클래드(320)의 외주면을 둘러싸도록 코팅된 제1 피복층(212a)과, 상기 제1 피복층(212a)의 외주면에 코팅된 제2 피복층(212b)을 포함한다.

상기 경화 장치(260)를 통과한 상기 광섬유(212)의 제1 및 제2 피복층(212a, 212b)들은 상기 제1 피복층(212a)이 경화되기 이전에 상기 제2 피복층(212b)을 순차적으로 코팅한 후 경화시키기 위한 Wet-On-Wet 방법과, 상기 제1 피복층(212a)을 경화시킨 후 2차 피복층(212b)을 코팅하는 Wet-On-Dry 방법 등을 사용할 수 있다.

도 4는 질소 주입량에 따른 인출 광섬유의 스트립 포스 및 경화도 변화를 나타내기 위한 그래프이다. 도 4를 참조하면, 그래프의 x축은 분당 주입되는 질소 가스의 유입량을 나타내며, 20 ~ 120 ℓ/min 범위 이내에서 측정이 이루어졌다. 좌측의 y₁축은 광섬유에 피복된 피복층의 경화도를 나타내며, 경화된 정도를 퍼센트(%)로 표시한다. 그래프 우측의 y₂축은 피복층을 제거하기 위해 필요한 스트립 포스(strip force)의 증가된 정도를 나타내며, 일반적으로 광섬유 피복 제거에 필요한 스트립 포스는 1N ~ 9N 이다. 피복 층의 경화도는 FT-IR 장치로 측정하고, 피복층의 스트립 포스는 인장 시험기(tensile testing machine)로 측정 가능하다. 광섬유의 피복층을 경화시킬 경우에 주입되는 질소 가스의 량이 40ℓ/min 이상이면, 광섬유 피복의 경화 정도와 스트립 포스는 각각 91 ~ 94%, 1 ~ 9%의 증가량을 갖게된다.

상기 캡스턴(270)은 상기 광섬유(211a)를 소정의 힘으로 잡아 당겨서, 상기 광섬유 모재(210)로부터 광섬유(211a)가 일정한 직경을 유지하며 인출될 수 있도록 한다. 즉, 상기 캡스턴(270)은 상기 광섬유(211a)를 잡아당기는 힘을 조절함으로써 상기 광섬유의 직경을 조절한다.

상기 스풀(280)은 원통형 실패의 형태를 가지며, 상기 인출되는 광섬유(280)가 상기 스풀(212)의 외주면에 감겨지도록 한다.

본 발명은 코팅 장치와 경화 장치의 사이에 외부와 차단된 밀봉관을 구비하여 코팅된 피복층이 대기와 접촉되는 것을 차단함으로써 자유 래디칼 반응과 피복층의 경화도를 향상시키고, 코팅된 피복층의 스트립 포스를 증가시키는 이점이 있다.

도 1은 종래의 광섬유 인출 장치의 구성을 나타내기 위한 도면

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 밀봉관을 포함하는 광섬유 인출 장치의 구성을 나타내기 위한 도면,

도 3은 도 2에 도시된 피복층이 2차 코팅된 광섬유를 나타내기 위한 도면,

도 4는 질소 주입량에 따른 인출 광섬유의 스트립 포스 및 경화도 변화를 나타내기 위한 그래프.

Claims (10)

1. 광섬유 모재로부터 광섬유를 인출하기 위한 광섬유 인출 방법에 있어서,

   상기 광섬유 모재로부터 인출되는 상기 광섬유의 외경을 측정하고, 상기 광섬유를 냉각시키기 위한 냉각 과정과;

   냉각된 상기 광섬유의 외주면에 피복층을 코팅하고, 피복층이 코팅된 상기 광섬유가 1N 이상의 스트립 포스를 갖도록 주입되는 질소량을 조절한 질소 분위기 하에서 경화시키기 위한 경화 과정을 포함함을 특징으로 하는 광섬유 인출 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 경화 과정은 40ℓ/min 이상의 질소량이 주입된 질소 분위기 하에서 피복층이 코팅된 상기 광섬유를 경화시킴을 특징으로 하는 광섬유 인출 방법.
3. 광섬유 인출 장치에 있어서,

   광섬유 모재를 가열해서 광섬유로 인출하기 위한 용융로와;

   상기 용융로에서 인출된 상기 광섬유의 외주면에 피복층을 코팅하기 위한 코팅 장치와;

   상기 광섬유의 피복층을 질소 분위기 하에서 경화시키기 위한 경화 장치와;

   상기 경화 장치로부터 상기 코팅 장치까지 연장되어져 있어서 상기 광섬유의 피복층이 대기 중에 노출되는 것을 방지하기 위한 밀봉관을 포함하며;

   상기 광섬유 모재로부터 인출된 상기 광섬유가 1N 이상의 스트립 포스를 갖도록 상기 코팅 장치로부터 상기 경화 장치까지 주입되는 질소량을 조절함을 특징으로 하는 광섬유 인출 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 밀봉관은 피복층이 코팅된 상기 광섬유가 관통 가능하도록 그 중앙이 빈 실린더 형태를 가짐을 특징으로 하는 광섬유 인출 장치.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 밀봉관의 일측에 설치된 질소 퍼지(Purge) 장치를 더 포함함을 특징으로 하는 광섬유 인출 장치.
6. 제 3항에 있어서,

   상기 코팅 장치로부터 상기 경화 장치까지는 40ℓ/min 이상의 질소 분위기가 형성됨을 특징으로 하는 광섬유 인출 장치.
7. 제 3항에 있어서,

   상기 광섬유 모재로부터 인출된 상기 광섬유는 상기 코팅 장치에 의해서 자외선 경화성 폴리머에 의해 피복층이 2차 코팅됨을 특징으로 하는 광섬유 인출 장치.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 광섬유의 피복층은 Wet-on-wet 방식에 의해 경화됨을 특징으로 하는 광섬유 인출 장치.
9. 제 7항에 있어서,

   상기 광섬유의 피복층은 Wet-on-dry 방식에 의해 경화됨을 특징으로 하는 광섬유 인출 장치.
10. 제 7항에 있어서,

    상기 피복층은 아클릴레이트 또는 비닐 계열의 물질을 포함함을 특징으로 하는 광섬유 인출 장치.