KR20060002981A - 보호층을 가지는 광학 부재, 그 제조 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

주성분으로서 PMMA를 가지는 플라스틱 광섬유 (POF) (11) 가 형성된다. 80 ℃에서 경화되는 엘라스토머 우레탄 (13) 이 수지 포트 (12) 내에 포함된다. POF (11) 가 수지 포트 (12) 를 통해 공급되는 경우, 엘라스토머 우레탄 (13) 이 POF (11) 상에 코팅되어 코팅된 와이어 (15) 를 형성한다. 코팅된 와이어 (15) 는, 온도가 80 ℃로 조절되는 수조로 전달된다. 수조 탱크 (17) 를 통과한 엘라스토머는 경화되어 450 ㎛의 두께를 가지는 보호층이 된다. 보호층을 형성하는 처리 동안 POF (11) 는 80 ℃로 가열되기 때문에, POF (11) 는 변형되지 않는다. 따라서, 광학 특성에 영향을 미치지 않을 수 있다. 또한, 보호층은 충분한 기계적 강도를 가진다.

광섬유, PMMA, 엘라스토머 우레탄

Description

보호층을 가지는 광학 부재, 그 제조 방법 및 장치{OPTICAL MEMBER WITH PROTECTIVE LAYER, METHOD AND APPARATUS OF PRODUCING OPTICAL MEMBER WITH PROTECTIVE LAYER}

기술분야

본 발명은 보호층을 가진 광학 부재 및 그 광학 부재의 제조 방법 및 장치에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 광학 부재로서의 플라스틱 광섬유 및 그 광섬유를 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

배경기술

플라스틱은 조성 설계의 용이성, 높은 가공성 및 경량성의 장점을 가진다. 또한, 플라스틱은 투명성, 화학적 안정성 및 기계적 강도 등에서 개선되어 왔다. 플라스틱은 광학 부재에 적합한 설계 용이성 및 다양성을 보일 수 있기 때문에, 최근에 유리를 대신하여 광학 부재로서 사용되고 있다.

석영계 광섬유보다 큰 전달 손실에도 불구하고, 플라스틱 광섬유는, 대구경에 기한 접속 용이성, 섬유 말단 처리의 용이성, 고정밀도 코어 정렬의 불필요성, 접속기의 저비용, 인체를 찌르는 위험성의 감소, 용이한 구성, 진동에 대한 높은 저항성 및 저비용 등과 같은 다양한 장점을 가진다. 따라서, 가정용 및 자동화 목적뿐만 아니라, 고속 데이터 처리 장치의 내부 배선 및 디지털 비디오 인터페이스 (DVI; digital video interface) 링크 등과 같은 근거리, 대용량 케이블로서 플 라스틱 광섬유를 사용하는 것이 계획되고 있다.

플라스틱 광섬유는, 중합체가 매트릭스를 형성하는 유기 화합물이 주 성분인 코어, 및 코어와 다른 굴절율을 가지는 유기 재료로 구성된 클래딩으로 구성되어 있다. 프리폴리머를 연신 (draw) 시켜, 코어를 포함하는 섬유와 클래딩을 동시에 형성하여 플라스틱 광섬유가 제조된다. 또한, 광섬유 본체 (이하 "프리폼" 이라 한다) 를 형성하고 그 프리폼을 용융-연신하여 플라스틱 광섬유를 제조할 수도 있다.

프리폼을 사용하여 플라스틱 광섬유 (이하 "POF" 라 한다) 를 제조할 때, 수지를 연화하는 온도에서 프리폼을 용융-연신하여, 플라스틱 광섬유의 외부 직경을 조절할 수 있다. 용융-연신 처리 동안, 전기 히터를 사용하여 원통형 가열 챔버에서 프리폼을 가열하면서 프리폼의 하단이 연신되어 프리폼이 연장된다. 예를 들어, 프리폼을 유지시킨 후, 프리폼을 가열 챔버 내로 천천히 이동시켜 가열 챔버에서 프리폼을 용융시킨다. 프리폼이 충분히 연화되어 용융된 프리폼이 중력때문에 부분적으로 낙하할 때, 용융된 프리폼의 선단이 당겨지고 인수 롤러에 걸려져서, 프리폼은 연속적으로 연장되어 POF를 형성한다.

장치 내부의 광학 배선 등과 같이 일부 제한된 용도에서는 POF가 그대로 사용되기도 하지만, 이렇게 제조된 POF를 다양한 용도에 적용하기 위해, 플라스틱 광섬유 케이블을 형성하도록 POF의 외부면을 보호용 코팅을 하거나, POF를 포함하기에 충분한 내부 직경을 가진 튜브로 POF를 삽입한다. POF를 보호함으로써, 악조건에서 광섬유를 사용하거나 조작할 때 광 특성을 감소시킬 수 있는 마이크로-벤 딩과 같은 구조적 불규칙성, 결함 및 손상을 방지할 수 있다. POF를 보호하기 위한 재료의 예로는, 폴리비닐 클로라이드, 나일론 (상표), 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체, 에틸렌 에틸아크릴레이트 공중합체 (EEA) 등과 같은 열가소성 수지가 있다. 전술한 수지들 외에 다른 열가소성 수지를 도포할 수도 있다. 통상적으로, 일본 특허 공개 공보 평 11-337781 호에서 설명하는 바와 같이, 보호층은 다음의 방법에 의해 POF 상에서 형성된다. 우선, POF를 용융된 열가소성 수지 중합체를 포함하는 챔버를 통해 통과시킨다. 그 후, POF 상의 중합체를 냉각시키고 고체화시켜, 광섬유 와이어를 제조한다. 이 방법에서, 용융 중합체의 가열이 POF의 구조적 불규칙성을 유발시키기 때문에, 용융 중합체에 의해 열 손상을 유발하지 않는 단계를 거치거나 재료를 선택하는 것이 요구된다.

열 손상을 유발시키지 않고 보호층을 형성하기 위해, UV 중합 수지와 같은 광-중합 수지를 도포하는 것이 바람직하다 (예를 들어, 일본 특허 공개 공보 제 2002-220261 호). 그러나, 보호층의 두께가 50 ㎛ 보다 작기 때문에, 포토-중합 수지는 보호용으로는 충분하지 않다.

본 발명의 목적은 보호층을 가진 광학 부재를 제공하는 것이고, 보호층을 피복하는 처리 동안 용융 열가소성 수지의 가열에 의한 광학 부재의 기계적 손상 및 특성의 악화를 방지할 수 있는 광학 부재를 제조하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 광학 부재로서 광섬유의 전달 손실 증가를 억제하 는 것이다.

발명의 개시

전술한 목적을 달성하기 위해, 발명자는, 광학 부재를 액체 수지 배쓰 (bath) 를 통해 통과시키고, 수지로 코팅된 광학 부재를 50 ℃와 광학 부재 기재의 유리 전이 온도 Tg (℃) 사이의 온도를 가진 영역을 통해 통과시킴으로써, 실용적인 광학 부재용 보호층이 얻어진다는 것을 발견하였다.

바람직하게는, 보호층은 광학 부재의 광 도파 부분이 아닌 영역 또는 광학 부재의 주위 (광 도파와 관련 없는 광학 부재의 측면) 에 형성된다. 보호층 재료는 50 ℃와 광학 부재의 중합체의 유리 전이 온도 Tg (℃) 사이에서 경화된다. 광학 부재의 광-도파부가 광 전달 방향에 수직인 평면에 대해 유리 전이 온도에서의 프로파일을 가지면, 보호층 재료는 광 도파부에서 50 ℃ 내지 최소 유리 전이 온도 Tg (℃) 까지의 온도에서 경화된다.

보호층 재료의 가열 기간은 1 초 내지 10 분인 것이 바람직하다. 보호층 재료는 화학 반응에 대응하여 경화되는 것이 바람직하다. 보호층 재료는 온수에서 경화되는 것이 바람직하다.

경화된 보호층 재료는 엘라스토머 또는 폴리우레탄인 것이 바람직하다. 보호층은, 이소시아네이트기를 가지는 제 1 화합물 및 활성 수소를 함유하는 기를 포함하는 제 2 화합물을 포함하는 것이 바람직하고, 이 화합물들은 3 차원적으로 조합되어 폴리우레탄 보호층을 형성한다. 제 2 화합물은 2 개 이상의 히드록실기를 가지는 폴리올인 것이 바람직하다.

주보호층으로서의 전술한 보호층 주위에 하나 이상의 추가 보호층을 코팅하는 것이 바람직하다. 광학 부재는 광섬유인 것이 바람직하다. 이 경우, 광섬유의 외면은 광섬유 부분의 피복을 위해 유지된다.

보호층을 가지는 광학 부재를 제조하는 장치는 광학 부재 상에 보호층 재료를 도포하는 제 1 코팅 및 50 ℃와 광학 부재 중합체의 최소 유리 전이 온도 Tg (℃) 사이에서 온도를 제어할 수 있는 가열 장치를 구비한다. 이 장치는 보호층의 두께를 조절하기 위해, 제 1 코팅 장치의 하류측에 선 (line) 직경 제어 장치를 구비하는 것이 바람직하다. 이 장치는 전술한 주보호층 주위에 하나 이상의 추가 보호층을 피복하기 위한 제 2 코팅 장치를 구비하는 것이 바람직하다. 이 장치는, 광학 부재가 수조 내의 온수를 통해 통과하도록 온수를 포함하는 수조를 구비하는 것이 바람직하고, 가열 장치가 온수의 온도를 조절하는 것이 바람직하다.

보호층을 가지는 광학 부재는 중합체로부터 형성된 광 도파부, 및 광 도파부 주위에서 폴리우레탄 엘라스토머로부터 형성된 보호층을 구비한다. 보호층 (주보호층) 은 하나 이상의 추가 보호층으로 피복되는 것이 바람직하다. 하나 이상의 추가 보호층은 열가소성 수지로부터 형성되는 것이 바람직하다. 광학 부재는 광섬유인 것이 바람직하다.

광학 부재는 광섬유와 같은 광 전달 매체를 포함한다. 광 전달 매체는 광 도파관으로서의 섬유 및 섬유 주위의 보호층을 가진다. 섬유는 유리 전이 온도 Tg (℃) 를 가지는 중합체로부터 형성된다. 광 전달 매체의 제조시에, 보호층 재료는 (Tg-50) ℃ 내지 Tg (℃) 의 온도에서 보호층을 형성하도록 경화된다. 광 도파관으로서 섬유가 광 전달 방향에 수직인 평면에 대해 유리 전이 온도에서의 프로파일을 가지면, 보호층 재료는 50 ℃ 내지 섬유의 최소 유리 전이 온도 Tg (℃) 의 온도에서 경화된다. 보호층 재료의 가열 기간은 1 초 내지 10 분인 것이 바람직하다.

섬유를 형성하는 중합체의 주성분은 (메쓰)아크릴산 및/또는 아크릴산 에스테르 단위체의 중합체인 것이 바람직하다. 보호층 재료는 엘라스토머인 것이 바람직하고, 열경화성 처리에 의해 형성된 엘라스토머인 것이 더 바람직하다. 보호층 재료는 3 차원적으로 크로스링크된 폴리우레탄의 주성분을 가지는 것이 바람직하다. 광학 전달 매체는 광섬유인 것이 바람직하고, 특히 코어가 굴절율 프로파일을 가지는 광섬유인 것이 바람직하다. 전술한 방법에 의해 제조된 광섬유 및 전술한 방법에 사용되는 장치는 본 발명의 범주 내이다.

보호층을 가지는 광 전달 매체를 제조하는 장치는 광 도파관으로서의 섬유에 보호층 재료를 도포하는 코팅 장치, 및 50 ℃와 섬유 중합체의 최소 유리 전이 온도 Tg (℃) 의 온도 사이의 온도를 제어할 수 있는 히터를 구비한다. 이 장치는 코팅 장치의 하류측에 와이어 직경 제어 장치를 구비하여 보호층의 두께를 조절한다.

본 발명에 따르면, 광학 부재 주위에 보호층을 피복하는 처리에 의해 전달 손실의 증가를 유발시키지 않고 탁월한 기계적 강도를 가지는 보호층을 가지는 광학 부재를 얻을 수 있다. 본 발명은, 광학 부재를 손상시키는 경향이 있는 피복 처리에 대해, 특히 광학 부재에 직접 보호층을 피복하는 처리에서 광학 부재의 특성 악화를 효과적으로 방지할 수 있다. 광학 부재로서의 플라스틱 광섬유를 제조하는 경우에, 플라스틱 광섬유는 탁월한 기계적 강도 및 광학 특성을 보인다. 또한, 탁월한 열저항성을 가지는 3 차원적 폴리우레탄으로부터 보호층을 형성함으로써, 광학 부재는 고온의 환경에서 사용될 수도 있다. 또한, 3 차원적 폴리우레탄 보호층 주위에 추가 보호층을 형성하여, 추가 보호층으로서의 수지는 높은 용융 점성을 가질 수도 있다. 따라서, 추가 보호층을 위한 재료의 선택 범위를 넓힐 수 있다.

도면의 간단한 설명

도 1은 본 발명에 따른 보호층을 가지는 광학 부재를 제조하는 장치의 일 실시형태의 개략도이다.

도 2는 보호층을 가지는 광학 부재의 단면도이다.

도 3은 보호층을 가지는 광학 부재를 제조하는 장치의 또 다른 실시형태의 개략도이다.

본 발명을 수행하는 최상의 모드

플라스틱 광섬유 (POF) 는 본 발명에 따라 제조되는 광학 부재의 바람직한 예로서 주어진다. 우선, 천연 재료로서의 중합체, 중합 개시제, 연쇄 전달제 및 도펀트를 설명한다. 다음으로, 바람직한 실시형태로서, 다음의 설명은 경사형 굴절 (GI; graded index) 타입 POF의 기재 (프리폼) 를 용융 분출하여 POF를 제조하는 방법을 포함한다. GI 타입 POF는, 굴절율이 반경 방향에 대해 점진적으로 변화하는 코어를 가진다. 다음 설명은, 보호층에 POF가 제공되는 플라스틱 광섬유 및 광학 부재의 또 다른 실시형태를 포함한다. 다음 설명에서의 실시형태는 본 발명을 상세히 설명하는 것이고, 따라서 발명의 범주를 한정하는 것이 아니다.

광학 부재가 원하는 광학 특성을 보일 수 있는 한, 임의의 재료가 광학 부재, 특히 POF를 제조하는데 채택된다. 바람직하게는, 광학 부재용 재료는 (메쓰)아크릴산 에스테르 [(a) 플루오르화물이 없는 (메쓰)아크릴 에스테르, (b) 플루오르화물을 함유하는 (메타)아크릴 에스테르], (c) 스티렌 타입 화합물, (d) 비닐 에스테르, 폴리카보네이트 등과 같은 높은 광학 전달성을 가진 유기 재료이다. 광학 부재는 이러한 단위체의 한 종류로 구성되는 단중합체, 이러한 단위체의 2 종류 이상으로 구성되는 공중합체 또는 단중합체(들) 및/또는 공중합체(들)의 혼합물로부터 형성될 수도 있다. 이 중에, (메쓰)아크릴산 에스테르는 중합가능 단위체로서 사용될 수 있다.

구체적으로, 중합 단위체로서 (a) 플루오르화물이 없는 (메쓰)아크릴 에스테르의 예로는, 메틸 메타크릴레이트; 에틸 메타크릴레이트; 이소프로필 메타크릴레이트; 터트-부틸 메타크릴레이트; 벤질 메타크릴레이트; 페닐 메타크릴레이트; 시클로헥실 메타크릴레이트, 디페닐메틸 메타크릴레이트; 트리시클로 [5·2·1·0^2.6] 디카닐 메타크릴레이트; 아다만틸 메타크릴레이트; 이소보닐 메타크릴레이트; 메틸 아크릴레이트; 에틸 아크릴레이트; 터트-부틸 아크릴레이트; 페닐 아크릴레이트 등이 있다. (b) 플푸오르화물을 가진 (메쓰)아크릴 에스테르의 예로는, 2,2,2-트 리플루오로에틸 메타크릴레이트; 2,2,3,3-테트라플루오로 프로필 메타크릴리에트; 2,2,3,3,3-펜타플루오로 프로필 메타크릴레이트; 1-트리플루오로메틸-2,2,2-트리플루오로메틸 메타크릴레이트; 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오로페닐 메타크릴레이트; 2,2,3,3,4,4-헥사플루오로부틸 메타크릴레이트 등이 있다. 또한, (c) 스티렌 타입 화합물에는 스티렌; α-메틸스티렌; 클로로스티렌; 브로모스티렌 등이 있다. (d) 비닐에스테르의 예에는, 비닐아세테이트; 비닐벤조에이트; 비닐페닐아세테이트; 비닐클로로아세테이트 등이 있다. 중합가능 단위체는 전술한 단위체에 한정되지 않는다. 바람직하게는, 코어의 단중합체 또는 공중합체의 굴절율이 클래딩의 굴절율과 유사하거나 그보다 높도록 단위체의 종류 및 조성이 선택된다.

광학 부재가 근적외선에 사용되는 경우, 광학 부재의 C-H 결합은 흡수 손실을 유발시킨다. C-H 결합 상의 수소 원자가 중수소로 대체된 중합체를 사용함으로써, 전달 손실을 유발시키는 파장 범위는 더 큰 파장 영역으로 시프트한다. 일본 특허 공보 제 3332922 호에는 중수소화된 폴리메틸메타크릴레이트 (PMMA-d8), 폴리트리플루오로에틸메타크릴레이트 (P3FMA), 폴리헥사플루오로 이소프로필-2-플루오로아크릴레이트 (HFIP2-FA) 등과 같은 중합체의 예가 나타나 있다. 따라서, 전달되는 광의 손실을 감소시킬 수 있다. 중합 후에 투명성을 소정 레벨로 유지하기 위해, 산란을 유발시킬 수 있는 단위체 내의 이물질 및 불순물은 중합 전에 충분히 제거되어야 한다.

광학 부재로서 중합체를 형성하는 단위체를 중합할 때, 단위체의 중합을 개시하도록 중합 개시제가 첨가될 수 있다. 라디칼을 생성하는 중합 개시제의 예 로는, 벤졸 페록사이드 (BPO); 터트-부틸페록시-2-에틸헥사네이트 (PBO); 디-터트-부틸페록사이드 (PBD); 터트-부틸페록시이소프로필카보네이트 (PBI); n-부틸-4,4-비스(터트-부틸페록시)밸러레이트 (PHV) 등과 같은 페록사이트 화합물이 있다. 중합 개시제의 다른 예로는, 2,2'-아조비스이소부틸로니트릴; 2,2'-아조비스 (2-메틸부틸로니트릴); 1-1'-아조비스 (시클로헥산-1-카보니트릴); 2,2'-아조비스 (2-메틸프로판); 2,2'-아조비스 (2-메틸부탄) 2,2'-아조비스 (2-메틸펜탄); 2,2'-아조비스 (2,3-디메틸부탄); 2,2'-아조비스 (2-메틸헥산); 2,2'-아조비스 (2,4-디메틸펜탄); 2,2'-아조비스 (2,3,3-트리메틸부탄); 2,2'-아조비스 (2,4,4-트리메틸펜탄); 3,3'-아조비스 (3-메틸펜탄); 3.3'-아조비스 (3-메틸헥산); 3,3'-아조비스 (3,4-디메틸펜탄); 3,3'-아조비스 (3-에틸펜탄); 디메틸-2,2'-아조비스 (2-메틸프로피오네이트); 디에틸-2,2'-아조비스 (2-메틸프로피오네이트); 디-터트-부틸-2,2'-아조비스 (2-메틸프로피오네이트) 등과 같은 아조 화합물이 있다. 중합 개시제는 전술한 물질에 한정되지 않는다. 2 종류 이상의 중합 개시제가 조합될 수도 있다.

기계적 열적 특성, 중합체 상의 균일성 등과 같은 특성값을 만들기 위해, 연쇄 전달제를 첨가하여 중합의 정도를 제어하는 것이 바람직하다. 연쇄 전달제의 종류 및 양은 중합할 수 있는 단위체의 종류에 따라 선택된다. 예를 들어, 각 단위체의 연쇄 전달제의 연쇄 전달 계수가 "중합체 핸드북 (Polymer Handbook), 3 판" (J.BRANDRUP & E.H.IMMERGUT가 편집하고 JOHN WILEY&SON에서 발행) 에 설명되어 있다. 또한, 연쇄 전달 계수는 "중합체 실험방법 (Experiment Method of polymer)" (Takayuki Ohtsu 및 Masayoshi Kinoshita가 편집하고, 1972년 Kagakudojin에서 발행) 에서 설명하는 방법의 실험을 통해 계산될 수도 있다.

연쇄 전달제의 바람직한 예에는, 알킬메르캅탄 [예를 들어, n-부틸메르캅탄; n-펜틸메르캅탄; n-옥틸메르캅탄; n-라우릴메르캅탄; 터트-도데실메르캅탄 등] 및 씨오페놀 [예를 들어, 씨오페놀; m-브로모씨오페놀; p-브로모씨오페놀; m-톨루엔씨올; p-놀루엔씨올 등] 이 있다. 알킬메르캅탄의 n-옥틸메르캅탄, n-라우릴메르캅탄 및 터트-도데실메르캅탄을 사용하는 것이 더 바람직하다. 또한, C-H 결합 상의 수소 원자는 연쇄 전달제의 불소 원자로 대체될 수도 있다. 연쇄 전달제는 전술한 물질에 한정되지 않는다. 2 종류 이상의 연쇄 전달제가 조합될 수도 있다.

광학 부재로서 POF는, 코어가 반경 방향을 따라 굴절율 프로파일을 가지는 경사형 굴절 (GI) 타입 POF일 수도 있다. GI 타입 POF는 높은 전달 용량때문에 광대역 광학 전달을 가능하게 하고, 고성능 통신 용도에 사용되는 것이 바람직하다. POF의 굴절율 프로파일을 생성하기 위해, 굴절율 프로파일을 제공하는 첨가제 (이하, "도펀트" 라 한다) 가 중합체 매트릭스 내에 포함될 수도 있다. 또는, 상이한 굴절율을 가진 복수의 중합체 또는 그러한 중합체의 공중합체가 코어를 형성하는 중합체로서 사용될 수도 있다.

도펀트는 조합되는 중합가능 단위체와 다른 굴절율을 가지는 화합물이다. 도펀트와 중합가능 단위체간의 굴절율 차이는 0.005 이상인 것이 바람직하다. 도펀트를 포함하지 않는 중합체에 비해, 도펀트는 중합체의 굴절율을 증가시키는 특성을 가진다. 일본 특허 공보 제 3332922 호 및 일본 특허 공개 공보 평 5-173026 호에 설명된 단위체로부터 제조된 중합체와 비교하여, 도펀트는 용해도에서의 차이가 7 (cal/cm³)^1/2 이하이고 굴절율에서의 차이가 0.001 이상인 특성을 가진다. 이러한 재료가 중합체와 안정되게 공존하고 전술한 중합 단위체의 (온도 및 압력 조건과 같은) 중합 조건 하에서 안정되는 경우, 이러한 특성을 가지는 임의의 재료가 도펀트로서 사용될 수도 있다.

이 실시형태에서는, 계면 겔 중합법에 의해 중합 방향을 제어하고, 도펀트와 혼합되는 중합 가능 화합물로부터 코어를 형성하는 처리 동안 도펀트로서의 굴절율 제어제 밀도를 점진적으로 변화시킴으로써, 코어의 굴절율 프로파일을 형성하는 방법을 설명한다. 코어의 굴절율 프로파일을 제공하기 위해 프리폼 형성 후 굴절율 제어제를 확산하는 것과 같은 다른 방법 또한 가능하다. 이하, 굴절율 프로파일을 가지는 코어를 "경사형 굴절율 코어" 라 한다. 광범위한 전달 대역을 가지는 경사형 굴절율 타입 플라스틱 광학 부재에 이러한 경사형 굴절율 코어가 사용된다. 도펀트는 중합 가능 화합물일 수도 있고, 이 경우, 공중합된 성분으로서 도펀트를 가지는 공중합체가 도펀트 없는 중합체와 비교하여 굴절율을 증가시키는 것이 바람직하다. 이러한 공중합체의 예로 MMA-BzMA 공중합체가 있다.

도펀트의 예로는, 벤질 벤조에이트 (BEN); 디페닐 황화물 (DPS); 트리페닐 인산염 (TPP); 벤질 n-부틸 프탈레이트 (BBP); 디페닐 프탈레이트 (DPP); 디페닐 (DB); 디페닐메탄 (DPM); 트리크레실 인산염 (TCP); 디페닐술폭사이드 (DPSO) 가 있다. 이 중, BEN, DPS, TPP 및 DPSO가 바람직하다. 도펀트가 트리브로모 페닐메타크릴레이트와 같은 중합 가능 화합물인 경우, 중합가능 단위체와 중합 가능 도펀트의 공중합 때문에 다양한 특성을 제어하는 것이 어렵지만, 열 저항성에 이점이 있을 수도 있다. 코어와 혼합되는 굴절율 제어제의 분산 및 밀도를 제어함으로써 POF의 굴절율을 제어할 수 있다. 굴절율 제어제의 양은 POF의 용도, 코어 재료 등에 따라 적절하게 선택될 수도 있다.

(다른 첨가제)

전달 특성이 감소하지 않는 한, 다른 첨가제가 코어 및 클래딩에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 기후에 대한 저항성 및 내구력을 증가시키기 위해 첨가제가 사용될 수도 있다. 또한, 유도된 발산 기능 화합물 (induced emissive functional compounds) 이 광학 신호를 증폭하기 위해 첨가될 수도 있다. 이러한 화합물이 단위체에 첨가되는 경우, 약한 광 신호가 여기 (excitation) 광에 의해 증폭되어 전달 거리가 증가한다. 따라서, 이러한 첨가제를 가진 광학 부재가 광섬유 증폭기로서 사용될 수도 있다. 단위체로 첨가제를 중합함으로써 이러한 첨가제가 코어 및/또는 클래딩에 포함될 수도 있다.

[플라스틱 광섬유를 제조하는 방법]

광학 부재의 예로서 플라스틱 광섬유 (POF) 가 전술한 재료로 제조될 수도 있다. 그러나, 임의의 공지된 방법이 POF를 제조하는데 적용될 수 있고, 따라서, 본 발명은 다음 단락들에서 설명하는 방법에 한정되지 않는다. 예를 들어, POF는 일본 특허 공개 공보 제 2002-40267 호에서 설명하는 용융 스피닝에 의해 직 접 제조된다. 프리폼으로부터 POF를 형성하는 방법으로서, 용융 분출에 의한 배치 몰딩 (batch molding) 처리가 있다. 코어를 형성한 후에 클래딩을 적층하거나, 클래딩으로서 공동 (空洞) 의 튜브를 제조한 후에 클래딩 내부에 코어를 형성하여, 코어 및 클래딩을 형성할 수 있다.

일본 특허 제 3332922 호에 설명된 바와 같이, 클래딩으로서 공동 수지 튜브를 형성하고, 클래딩 내에 코어로서 수지 조성물을 주입하고, 계면 겔 중합법에 의해 중합체를 중합함으로써, GI 타입 플라스틱 광섬유 기재 (GI 타입 프리폼) 를 제조한다. 중합 후 다른 굴절율을 가진 중합 가능 조성물을 연속적으로 첨가하여 GI 타입 프리폼의 코어를 제조하는 것 또한 공지되어 있다. 본 발명에 따른 GI 타입 프리폼을 제조하는 방법은 인터페이스 겔 중합법에 한정되지 않으며, 공동 튜브의 내면으로부터 코어의 중심 방향으로 중합체를 중합하기 위해 공동 튜브를 회전하는 방법과 같은 다른 방법을 적용할 수도 있다. 수지 조성물에 대해, 단일 굴절율을 가진 수지 조성물은 굴절율 제어제를 포함할 수도 있다. 수지 조성물은 상이한 굴절율을 가진 수지의 혼합물 또는 공중합체일 수도 있다. 플라스틱 광섬유는 GI 타입, 계단형 굴절율 타입 및 의사-GI 다중 계단형 굴절율 타입과 같은 다양한 굴절율 프로파일을 가질 수도 있다. 이하 설명하는 광학 부재를 제조하는 방법은 플라스틱 광섬유를 포함하는 다양한 종류의 광학 부재에 적용할 수도 있다.

POF는 프리폼을 가열하고 연신하여 제조할 수도 있다. 이 경우, 프리폼을 가열하는 가열 온도는, 품질과 같은 프리폼의 특성에 따라 적절하게 선택된다. 일반적으로, 가열 온도는, 광학 부재용 중합체가 미세한 외력에 쉽게 유동적으로 변형되도록 선택되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 프리폼이 폴리메타크릴 메틸산인 경우, 바람직한 가열 온도는 180 ℃ 내지 250 ℃이다. 연신 조건 (예를 들어, 연신 온도) 은 얻어지는 프리폼의 직경, 원하는 POF의 직경, 사용되는 재료 등을 고려하여 적절하게 선택된다. 예를 들어, 일본 특허 공개 공보 평 07-234322 호에서 설명하는 바와 같이, 연신시의 장력은 용융 플라스틱을 배향하기 위해 0.1 (N) 이상일 수도 있다. 또한, 일본 특허 공개 공보 평 07-234324 호에서 설명하는 바와 같이, 연신시의 장력은 용융-연신 처리 후 변형을 가지지 않기 위해 1.0 (N) 이하일 수도 있다. 일본 특허 공개 공보 평 08-106015 호에서 설명하는 바와 같이, 연신시에 예비 가열을 수행할 수도 있다. 전술한 방법에 의해 제조되는 POF의 휨 압력 및 측면 압력 특성은 일본 특허 공개 공보 평 07-244220 호에서 설명하는 바와 같이, 파단시 신장 및 경도를 조절함으로써 개선된다.

[보호층의 제조]

일반적으로, 연신된 POF는 그대로 사용되지 않는다. 휨 저항성 및 기후 저항성을 개선하고, 습기 흡수에 의한 특성의 감소를 방지하고, 장력을 개선하고, 스탬핑에 대한 저항성을 제공하고, 화기에 대한 저항성을 제공하고, 화학제에 의한 손상으로부터 보호하고, 외부 광에 의한 노이즈를 방지하고, 착색에 의해 가격을 증가시키는 것 등을 위해 하나 이상의 보호층이 POF에 피복되어 광섬유 와이어를 형성한다. 보호층 재료, 및 POF 주위에 보호층을 형성하는 방법을 설명한다. 보호층 형성에 사용되는 장치는 연신 장치에 접속되어 연신 처리 후 보호층을 형성할 수도 있다. 피복 처리가 연속적으로 수행되어 주피복으로서 보호층을 피복할 수도 있다.

[보호층 재료]

보호층용 재료는, 보호층의 형성이 POF에 대한 열 손상 (기형, 변성, 열 감압 등) 을 유발시키지 않도록 선택된다. 따라서, 보호층 재료는 50 ℃ 내지 POF 용 중합체의 유리 전이 온도 Tg (℃) 사이의 온도에서 반응하여 경화되어야 한다. 저온 (특히 상온) 에서 경화된 재료는 일반적으로 짧은 가사 시간 (pot life) 을 가진다. 또한, 이러한 재료는, POF의 용융-연신 직후 보호층이 형성될 때, POF의 잔열로 경화되기 시작한다. 따라서, 낮은 경화 온도를 가진 이러한 재료는 재료를 관리하고 피복 조건을 결정하기 어렵기 때문에, 보호층 재료를 경화하는 온도는 50 ℃ 이상이어야 한다. 경화 특성을 고려하여, 보호층에 피복되는 광학 부재의 유리 전이 온도 Tg (℃) 가 100 ℃ 이상인 경우, 보호층 재료의 경화 속도를 증가시키고 제어하기 위해 경화 온도의 하한은 (Tg-50) ℃까지 증가할 수도 있다.

형성 기간 (보호층 재료를 경화하는 기간) 은 바람직하게는 1 초 내지 10 분 사이이고, 더 바람직하게는 1 초 내지 3 분 사이이다. POF가 열에 더 오래 영향받기 때문에, 긴 형성 기간은 바람직하지 않다. 보호층 재료는 장기의 유동성을 가지기 때문에, 보호층의 두께를 제어하는데 있어서 보호층 재료의 짧은 경화 기간이 바람직하다. 형성되는 보호층이 두꺼울 경우 보호층 내 경화가 평평하 지 않기 때문에, 너무 짧은 형성 기간은 바람직하지 않다. POF가 복수의 화학 조성물로 구성되는 경우 (예를 들어, 가소성을 제공하는 첨가제의 양 및 공중합체의 공중합 비율에 분산이 있는 경우), Tg는 이러한 화학 조성물들 중 최소 유리 전이 온도이다. POF용 중합체가 유리 전이 온도를 가지지 않는 경우, Tg는 최소 위상 전이 온도 (예를 들어, 용융점) 이다. 가소성을 제공하는 첨가제를 가진 단일 중합체 (단중합체) 가 유리 전이 온도에서 분산을 가지는 경우, Tg는 단중합체의 유리 전이 온도이다. 보호층 재료의 경화 온도를 50 ℃ 내지 Tg (℃) 사이에서 설정함으로써, 보호층을 경화하는 처리 동안 열 손상에 의해 유발되는 POF의 변형을 회피할 수 있다. 또한, POF 특성의 악화를 방지할 수 있다. POF가 GI 타입 코어를 가지는 경우, 굴절율 프로파일은 악화되지 않는다. 피복 처리 동안 POF를 가열함으로써 POF의 특성이 감소하지 않기 때문에, 고품질 광학 부재를 제공할 수 있다. 몇몇 종류의 광학 부재 및 보호층 재료에 있어서, 보호층 재료의 최저 경화 온도는 (Tg-50) ℃일 수도 있다.

중합체 전구체와 반응제의 혼합 액체를 열 경화하여 얻어지는 재료가 보호층 재료로서 사용되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 이소시아네이트기를 가진 화합물과 반응 수소를 가진 화합물을 혼합하여 얻어지는 폴리우레탄을 사용할 수 있다. 반응성이 반응을 진행시킬 수 있기 때문에, 이러한 재료에 외부에서 많은 열 또는 광에너지를 공급하는 것은 불필요하다. 보호층은 충분히 두꺼워서, 광학 부재에 많은 손상을 유발시키는 반응열을 생성시키지 않는다. 일부 재료는 습기에 의해 반응을 진행시키고, 다른 재료는 반응을 진행시키는 열을 요구하지 않 는다. 전술한 설명을 고려하여, 재료의 예에는, 일본 특허 공개 공보 평 10-158353 호에서 설명한 바와 같이, NCO 블록 프리폴리머 및 분말 코팅된 아민으로 제조되는 원-팩 타입 열경화성 우레탄 조성물이 있다.

3 차원적으로 링크된 열경화성 폴리우레탄 (3 차원적 폴리우레탄) 은 상기 열경화성 우레탄 조성물로부터 형성된다. 3 차원적 폴리우레탄은, 복수의 이소시아네이트기를 가지는 화합물을 폴리올과 반응시켜 얻을 수도 있다. 이 경우, 열경화성 우레탄 조성물이 80 ℃에서 5 분 동안 유지되어, 열경화성 우레탄 조성물 내의 프리폴리머는 3 차원적으로 중합되어 3 차원적 폴리우레탄을 형성한다. 가열 매체로서 물을 사용할 수 있기 때문에, 3 차원적 폴리우레탄을 형성하는 이 방법은 제조 비용면에서 바람직하다.

3 차원적 폴리우레탄은, 상온에서 작은 외력으로 변형되고 이러한 외력이 제거되면 원형으로 복귀하는 고무형 특성을 가진다. 3 차원적 폴리우레탄은 부드럽고 탄성이 있어서 외력이 제거된 후에 원형을 유지한다. 따라서, 3 차원적 폴리우레탄은, POF에 접속기를 부착하는 처리와 같이 외압을 받는 처리시에 응력을 완화시킬 수 있다. POF가 외압에 악영향을 받지 않기 때문에, 전달 손실과 같은 광학 특성의 악화를 방지할 수 있다.

폴리우레탄은 열경화성 프리폴리머에 의해 형성된다. 이러한 폴리우레탄은 일반적으로 선형 구조를 가진다 (선형 PU, 이하 "폴리우레탄" 이라 한다). 장기용으로 폴리우레탄의 가용 온도의 상한은 약 60 ℃이다. 단기용으로는, 폴리우레탄은 약 80 ℃까지 사용될 수도 있다. 본 발명에서 바람직하게 사용되는 3 차원적 폴리우레탄은 장기용으로는 120 ℃까지 사용가능하고, 단기용으로는 130 ℃ 내지 140 ℃까지 사용가능하다. 소정 기간 동안 소정 온도에서 유지되는 덤벨 샘플의 응력-변형 곡선 (S-S 곡선) 이 소정 기간 동안 상온에서 유지되는 덤벨 샘플의 S-S 곡선과 실질적으로 동일한 경우, 재료는 소정 온도에서 사용할 수 없다. 소정 기간은 장기용으로는 200 시간 이상이고, 단기용으로는 100 시간 이하이다. 따라서, (80 ℃까지 사용할 수 있는) 선형 폴리우레탄 및 (100 ℃까지 사용할 수 있는) 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머 에 비해 3 차원적 폴리우레탄은 더 고온에서 사용할 수 있다. 또한, 장기용으로는 60-75 ℃, 단기용으로는 80-90 ℃까지 사용할 수 있는 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE) 에 비해, 3 차원적 폴리우레탄은 더 큰 열 저항성을 가진다.

POF 주위에서 3 차원적 폴리우레탄으로 주로 제조되는, 보호층 (주보호층) 을 가지는 광섬유 와이어는 하나 이상의 추가 보호층으로 피복될 수도 있다. 복수의 보호층을 가지는 이러한 광섬유 와이어는 플라스틱 광섬유 케이블을 형성하도록 다발로 묶일 수도 있다. 추가 보호층용 수지의 예로는 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE), 폴리프로필렌 (PP), 소프트 폴리비닐 클로라이드가 있다. 추가 보호층의 형성시에 수지는 가열에 의해 용융된다. 추가 보호층을 피복하는 동안 용융된 수지의 열이 POF에 전도되는 경우, POF의 전달 손실은 증가한다. 더 상세하게는, POF가 GI 타입인 경우, 코어 내의 굴절율 프로파일이 변화하여 GI 타입 POF는 광범위한 전달 대역이라는 장점을 잃는다. 그러나, 3 차원적 폴리우레탄으로 제조되는 주보호층은 낮은 열전도도를 가져서, 3 차원적 폴리우레탄이 제공되지 않으면 POF 내의 굴절율 프로파일을 변화시킬 추가 보호층용 용융 수지의 열로부터 POF를 막을 수 있다. 따라서, 추가 보호층을 피복하는 처리에 의한 POF의 전달 손실은 증가하지 않는다.

전술한 바와 같이, POF와 추가 보호층 사이에서 3 차원적 폴리우레탄으로 제조된 주보호층 (언더코팅 층) 은 추가 보호층을 형성하는 용융 수지에 의한 POF의 열 손상을 방지할 수 있다. 따라서, 추가 보호층을 형성하기 전에 3 차원적 폴리우레탄을 언더코팅 층으로서 채택하는 것이 바람직하다. 또한, 폴리우레탄은 탁월한 활주성을 가져서, 언더코팅층이 비닐 클로라이드 수지, 열가소성 우레탄 수지 및 열가소성 올레핀 수지와 같은 추가 보호층에 대해 마찰되는 경우에 POF에의 응력을 방지한다. 즉, 주보호층 (언더코팅 층) 은, POF가 휘는 경우의 응력 및 기계적 강도를 증가시키기 위해 제공되는 추가 보호층으로부터의 측면 응력을 완화할 수 있다. 따라서, POF에의 예상치 못한 응력에 의해 유발되는 광학 특성의 악화를 방지할 수 있다.

주보호층용 재료로서, WO/26374에 설명된 NCO기를 가진 우레탄 프리폴리머 및 20 ㎛ 이하의 크기를 가지는 고체 아민으로 구성되는 원-팩 타입 열경화성 우레탄 조성물이 있다. 주보호층의 특성을 개선하기 위해, 주보호층에 첨가제 및 충전제가 추가될 수도 있다. 첨가제의 예로는, 불연제, 산화방지제, 라디칼 포획제, 윤활제가 있다. 충전제는 유기 및/또는 무기 화합물로 제조될 수도 있다.

사용 조건이 적절한 경우, 주보호층은, 상온에서 유동성을 보이고 가열에 의 해 경화되어 유동성을 상실하는 액상 고무로 제조될 수도 있다. 액상 고무의 구체적인 예로는, 폴리디엔 (폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 부타디엔-아크릴로니트릴 공중합체, 폴리클로로프렌 등의 기본 구조를 가짐), 폴리올레핀 (폴리올레핀, 폴리이소부틸렌 등의 기본 구조를 가짐), 폴리에테르 (예를 들어, 폴리(옥시프로필렌) 의 기본 구조를 가짐), 폴리술파이드 (예를 들어, 폴리(옥시알킬렌 디술파이드) 의 기본 구조를 가짐) 및 폴리실록산 (예를 들어, 폴리(디메틸 실록산) 의 기본 구조를 가짐) 이 있다.

[보호층을 제조하는 방법 및 장치]

도 1에 나타난 바와 같이, 전술한 보호층 재료 (수지) (13) 를 포함하는 수지 포트 (12) 로 POF (11) 가 공급된다. 수지 포트 (12) 의 하류측에 다이를 제공하여, 보호층의 두께를 실질적으로 균일하도록 만드는 것이 바람직하다. 수지 (13) 가 수지 포트 (12) 를 통해 POF (11) 의 측면에 도포된다. 이하, 수지 (13) 로 코팅된 POF (11) 를 코팅된 와이어 (15) 라 한다. POF (11) 는 롤로 감겨서 수지 포트 (12) 에 공급될 수도 있다. 또는, 수지 포트 (12) 에 공급되는 POF (11) 는 프리폼을 연신시켜 얻어질 수도 있다.

코팅된 와이어 (15) 가, 온수 (17) 를 포함하는 수지 강화 수조 (수조) (16) 에 제공된다. 온수 (17) 의 온도를 유지하기 위해, 온수 (17) 는, 수조 (16) 에 연결된 온도조절기 (18) 를 통해 순환하는 것이 바람직하다. 온수 (17) 의 온도는 50 ℃ 내지 (Tg-50) ℃ 사이에서 제어된다. 바람직하게는, 온수 (17) 의 온도는 (Tg-50) ℃ 내지 Tg (℃) 사이이고, 더 바람직하게는 (Tg-30) ℃ 내지 Tg (℃) 이다.

코팅된 와이어 (15) 는 도면에 도시된 바와 같이 도르래 (19, 20) 를 사용하여 하류측으로 공급된다. 공급 롤러 쌍과 같은 다른 공급 수단 또한 가능하다. 코팅된 와이어 (15) 가 온수 (17) 에 의해 점진적으로 가열되어, 수지 (13) 는 흐르지 않고 경화된다. POF (11) 주위에 수지 (13) 를 경화시킴으로써, 보호층을 가지는 광섬유 와이어 (21) 가 얻어진다. 코딩된 와이어 (15) 의 공급 속도는, 수지 (13) 를 코팅한 후 1 초 내지 10 분 내에 수지 (13) 가 경화되고, 코팅된 와이어 (15) 가 1 초 내지 10 분 동안 수조 (16) 내에 있도록 제어된다. 따라서, 광섬유 와이어 (21) 의 생산성을 감소시키지 않고 보호층을 제조할 수 있다. 공급 속도는 전술한 범위에 한정되지 않는다.

광섬유 와이어 (21) 상의 온수는 블로잉 장치 (22) 를 통해 제거되고, 수분 흡수 장치 (23) 를 통해 더 제거된다. 광섬유 와이어 (21) 의 공급 경로에 대한 수분 흡수 장치 (23) 의 하류측에 한 쌍의 공급 롤러 (24, 25) 가 제공되어 광섬유 와이어 (21) 를 공급한다. 모터 (26) 가 하나의 공급 롤러 (25) 에 연결되어 한 쌍의 공급 롤러 (24, 25) 를 회전시킨다. 광섬유 와이어 (21) 를 안정적으로 공급하기 위해, 압박 부재 (도 1에는 스프링이 도시되어 있다) (27) 가 다른 공급 롤러 (24) 에 제공되는 것이 바람직하다.

도 2에 나타난 바와 같이, 광섬유 와이어 (21) 보호층 (13a) 의 두께는 바람직하게는 20 ㎛ 내지 3 mm이고, 더 바람직하게는 50 ㎛ 내지 2 mm이고, 가장 바람직하게는 80 ㎛ 내지 1 mm이다. 보호층 (13a) 의 두께가 20 ㎛ 미만이면, 보호 층 (13a) 은 보호 커버로서 충분하게 작용하지 못한다. 반면, 3 mm 초과의 두께를 가진 보호층 (13a) 은 반응에서의 늦은 경화 또는 미완성 때문에, 보호층 (13a) 내에서 반응하지 않은 부분으로 잔류할 것이다. POF (11) 의 평균 직경 (L2) 은 바람직하게는 0.2 mm 내지 2.0 mm이지만, 직경 (L2) 은 이 범위에 한정되지 않는다. 코어 (11a) 의 직경은 바람직하게는 0.1 mm 내지 1.0 mm이다. 클래딩 (11b) 의 두께는 바람직하게는 0.01 mm 내지 1.9 mm이다.

도 3에는, 광학 부재로서 광섬유 와이어를 제조하는 또 다른 실시형태가 도시되어 있다. POF (31) 로의 장력을 측정하는 장력 측정 장치 (50) 를 통해 POF (31) 가 공급된다. 장력 측정 장치 (50) 를 사용하여 POF (31) 로의 장력을 제어하면서, POF (31) 가 수지 포트 (32) 쪽으로 공급된다. 광학 특성을 증가시키기 위해, 장력 측정 장치 (50) 와 수지 포트 (32) 사이에 먼지 제거 장치 (52) 를 제공하여 POF (31) 표면 상의 먼지를 제거하는 것이 바람직하다. 수지 공급 장치 (52) 가 보호층 재료로서의 수지 (33) 를 수지 포트 (32) 에 연속적으로 공급한다. 수지 포트 (32) 는 건조 챔버 (53) 로 둘러싸여 있다. 건조 기체 공급 장치 (54) 가 건조 기체 (예를 들어, 질소 기체) 를 송풍하여, POF (31) 주위에 수지 (33) 를 코팅할 때 수지 포트 (32) 를 먼지로부터 보호한다. 수지 포트 레벨 측정기 (63) 를 제공하여 수지 포트 (32) 내 수지 (33) 의 양을 제어하는 것이 바람직하다.

다이 (35) 를 통한 POF (31) 는, 원하는 두께로 POF (31) 주위에 보호층이 형성된 코팅된 섬유가 된다. 수지 포트 (12, 32) 의 출구에 형성되어 있는 립 (lip) 개구부의 크기를 제어하여 보호층의 두께가 조절된다. 또한, 수지의 점성 및 POF (31) 의 공급 속도를 제어하여 보호층의 두께를 조절할 수 있다. 따라서, 직경 측정 장치 (55) 를 사용하여 측정된 코팅된 섬유 (34) 의 직경에 기초하여, 수지 포트 (32) 의 온도 및 POF (31) 의 공급 속도와 같은 다양한 파라미터를 제어함으로써, 코팅된 섬유 (34) 의 직경이 조절된다. POF (31) 주위의 수지가 열에 의해 경화되어 보호층을 형성하는 가열 챔버 (56) 로 코팅된 섬유 (34) 가 공급된다. 코팅된 섬유 (34) 공급 방향의 반대 방향으로 열풍이 흐르도록, 가열 챔버 (56) 에 연결되는 열풍 공급 장치 (57) 가 가열 챔버 (56) 내로 열풍을 공급한다. 가열 챔버 (56) 로의 열풍은 공급 방향으로 흐를 수도 있다. 보호층 재료의 분사를 방지함으로써 보호층의 두께를 균일하게 하기 위해, 가열 챔버 (56) 의 입구 및 출구 근처에서 한 쌍의 온도계 (58, 59) 를 제공하여 가열 챔버 (56) 내의 온도를 모니터링하고 제어하는 것이 바람직하다. 코팅된 수지가 유동성을 보이지 않을 때, 수지는 광섬유 와이어 (60) 의 보호층으로서 고체화된다. 전술한 실시형태에서 설명한 바와 같이, 보호층 재료의 가열 기간은 1 초와 10 분 사이인 것이 바람직하다.

분사 검출 장치 (61) 에 의해 모니터링되는 광섬유 와이어 (60) 보호층 내 분사물의 존재에 기초하여, 가열 챔버 (56) 내의 온도가 제어된다. 분사 검출 장치 (61) 의 하류측에, 한 쌍의 공급 롤러 (42, 43) 가 제공되어 광섬유 와이어 (60) 를 공급한다. 모터 (44) 가 하나의 공급 롤러 (43) 에 연결되어 한 쌍의 공급 롤러 (42, 43) 를 회전시킨다. 전술한 실시형태에서 언급한 바와 같이, 다른 공급 롤러 (42) 에 스프링이 제공된다. 섬유 길이 측정 장치 (62) 가 다른 공급 롤러 (42) 에 연결되어 광섬유 와이어 (60) 의 길이를 측정하는 것이 바람직하다.

전술한 보호층은 주보호층일 수도 있고, 하나 이상의 추가 보호층이 주보호층 주위에 형성될 수도 있다. 주보호층이 충분히 두꺼워서 추가 층의 형성시에 POF에의 열 손상을 감소시키는 경우에는, 보호층이 POF 상에 직접 형성되는 경우에서만큼 보호층 재료를 경화시키는 온도 조건이 엄격하지는 않다. 선행 단락들에서 나열한 재료들에 추가하여, 추가 보호층용 재료는 폴리올레핀 (예를 들어, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌), 폴리비닐 클로라이드, 나일론, 폴리에스테르, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체, EEA (에틸렌-에틸 아크릴레이트 공중합체) 등과 같은 열가소성 수지일 수도 있다.

구체적으로는, 다음의 재료들이 추가 보호층으로서 적용가능하다. 탁월한 탄성 때문에, 이 재료들은 휨 저항성과 같은 기계적 특성을 제공하는 면에서 장점을 가진다. 추가 보호층을 형성하는 재료의 예로는, 이소프렌 타입 고무 (예를 들어, 천연 고무, 이소프렌 고무), 부타디엔 타입 고무 (예를 들어, 스티렌-부타디엔 공중합 고무, 부타디엔 고무), 디엔 타입 특수 고무 (예를 들어, 니트릴 고무, 클로로프렌 고무), 올레핀 타입 고무 (예를 들어, 에틸렌-프로필렌 고무, 아크릴 고무, 부틸 고무, 할로겐 타입 부틸 고무), 에테르 타입 고무, 폴리술파이드 고무 및 우레탄 타입 고무가 있다.

추가 보호층용 재료로서 열가소성 엘라스토머 (TPE) 또한 가능하다. 열 가소성 엘라스토머는 상온에서는 고무와 같은 탄성을 보이고, 가소화되고 압출이 용이하게 된다. 예를 들어, 이 재료는 스티렌 타입 TPE, 올레핀 타입 TPE, 비닐 클로라이드 타입 TPE, 우레탄 타입 TPE, 에스테르 타입 TPE, 아미드 타입 TPE이다. 중합체가 온도 Tg (℃) 이하에서 압출되는 한, 추가 피복층용 중합체는 전술한 것들에 한정되지 않는다. 전술한 재료의 공중합체 또는 혼합된 중합체를 사용할 수 있다.

추가 보호층은 예를 들어, 난연제, UV-안정제, 산화방지제, 라디칼 포획제 및 윤활제와 같은 첨가제를 포함할 수도 있다. 또한, 제 1 층이 습기 투과성을 상실하지 않는 한 이러한 첨가제들은 제 1 층에 포함될 수도 있다. 일부 난연제는 브롬과 같은 할로겐을 가지는 수지, 첨가제 및 인을 함유한다. 최근에는, 독성 가스 방출을 감소시키기 위해 난연제로서 금속 수산화물이 주로 사용된다. 금속 수산화물은, POF를 제조하는 동안 제거되지 않는 결정화된 수분을 함유한다. 따라서, 주보호층 주위에 방수 피복을 제공하고 방수 피복 주위에 난연제로서 금속 수산화물을 형성하는 것이 바람직하다. POF는 다중 기능을 가진 복수의 피복층으로 피복될 수도 있다. 이러한 피복층의 예로는, 전술한 난연제층, 습기 흡수를 방지하는 배리어층, 보호층들 사이 또는 보호층 내의 습기 흡수제 (예를 들어, 습기 흡수 테입 또는 겔), POF를 구부릴 때 응력을 완화하는 충격 흡수제로서 유연성 재료층 및 스티렌 형성층, 견고성을 증가시키는 강화층이 있다. 피복층으로서 열가소성 수지는 광섬유 케이블의 강도를 증가시키는 구조재를 포함할 수도 있다. 구조재는 높은 탄성을 가지는 장력 강도 섬유 및/또는 높은 견고성을 가지 는 금속 와이어이다. 장력 강도 섬유의 예로는 아라미드 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유가 있다. 금속 와이어의 예로는 스테인리스 와이어, 아연 합금 와이어, 구리 와이어가 있다. 구조재는 전술한 재료에 한정되지 않는다. 보호용 금속 파이프, 광섬유 케이블을 지지하는 지지 와이어와 같은 다른 재료를 제공할 수도 있다. 광섬유 케이블을 감을 때 작용 효율을 증가시키는 메카니즘 또한 적용가능하다.

사용 방식에 따라, POF는, POF가 순환적으로 배열된 케이블 어셈블리, POF가 선형으로 정렬된 테잎 코어, 밴드 또는 LAP 시스 (sheath) 를 사용하여 테잎 코어 와이어가 다발로 묶이는 케이블 어셈블리 등으로서 선택적으로 사용된다.

또한, 광 접속기를 사용하여 본 발명에 따른 광학 부재로서의 POF 말단을 고정하도록 보장하는 것이 바람직하다. 시장에서 널리 사용할 수 있는 광 접속기로는 PN 타입, SMA 타입, SMI 타입, F05 타입, MU 타입, FC 타입, SC 타입 등이 있다.

광학 부재로서 POF, 광섬유 와이어 및 광섬유 케이블을 통해 광 신호를 전달하는 시스템은, 광 발산 소자, 광 수신 소자, 광 스위치, 광 아이솔레이터, 광 집적회로, 광 송신기 및 수신기 모듈 등과 같은 광학 구성요소를 포함하는 광 신호 처리 장치를 구비한다. 이러한 시스템은 다른 POF와 조합될 수도 있다. 임의의 공지된 기술을 본 발명에 적용할 수 있다. 이 기술들은 예를 들어, "'플라스틱 광섬유의 기초와 실행 (Basic and Practice of Plastic Optical Fiber)' (NTS Inc. 의 특허)", "'최후에 프린트 배선 어셈블리 상에 로드될 수 있는 광학 부재 (Optical members can be Loaded on Printed Wiring Assembly, at Last)' Nikkei Electronics, 2001 년 12월 3일, pp. 110-127" 등에 설명되어 있다. 이 문헌들의 기술과 관련된 광학 부재를 조합하여, 광학 부재는, 고속 대용량 데이터 통신 및 전자기파의 영향이 없는 제어에 적합한 단거리 광 전달 시스템에 적용할 수 있다. 구체적으로, 이 광학 부재는, 장치들 (컴퓨터 및 다양한 디지털장치들) 내의 배선, 기차 및 선박 내의 배선, 광 단자와 디지털 장치 사이 및 디지털 장치들 사이의 링크, 일반 가정, 집합 주택, 공장, 사무실, 병원, 학교의 옥내 광 LAN 및 옥외 광 LAN에 적용할 수 있다.

또한, 광 전달 시스템과 조합된 다른 기술들이, 예를 들어 "IEICE TRANS. ELECTRON., VOL. E84-C, No.3, 2001년 3월, pp. 339-344의 '분산 광 전달을 사용한 고균일 성형 결합기 (High-Uniformity Star Coupler Using Diffused Light Transmission)'", "Electronics Packaging. 일본 학회지, Vol.3, No.6, 2000년, pp 476-480의 '광 시트 배쓰 기술에서의 상호접속 (Interconnection in Technique of Optical Sheet Bath)'" 에 개시되어 있다. 또한, 광 버스 (일본 특허 공개 공보 평 10-123350 호, 제 2002-90571 호, 제 2001-290055 호 등에 개시됨); 광 분기/결합 장치 (일본 특허 공개 공보 제 2001-74971 호, 제 2000-329962 호, 제 2001-74966 호, 제 2001-74968 호, 제 2001-318263 호, 제 2001- 311840 호 등에 개시됨); 광 성형 결합기 (일본 특허 공개 공보 제 2000-241655 호에 개시됨); 광 신호 전달 장치 및 광 데이터 버스 시스템 (일본 특허 공개 공보 제 2000-62457 호, 제 2002-101044 호, 제 2001-305395 호 등에 개시됨); 광 신호의 처리 장치 (일본 특 허 공개 공보 제 2000-23011 호 등에 개시됨); 광 신호용 크로스 커넥션 시스템 (일본 특허 공개 공보 제 2001-86537 호 등에 개시됨); 광 전달 시스템 (일본 특허 공개 공보 제 2002-26815 호 등에 개시됨); 다중 기능 시스템 (일본 특허 공개 공보 제 2001-339554 호, 제 2001-339555 호 등에 개시됨); 및 다양한 종류의 광 도파관, 광 분기기, 광 결합기, 광 멀티플렉서, 광 디멀티플렉서 등이 있다. 본 발명의 실시형태에 따른 광학 부재를 가지는 광학 시스템이 이러한 기술들과 조합되는 경우, 진보된 광 전달 시스템을 건설하여 멀티플렉스된 광 신호를 전달/수신할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 광학 부재는 조명, 에너지 전달, 일루미네이션 및 센서와 같은 다른 목적에도 적용할 수 있다.

상기 실시형태들은 광학 부재로서 POF (광 전달 매체) 로부터 광섬유 와이어를 제조하는 방법 및 장치를 인용한다. 본 발명에 따른 방법은 디핑법과 같은 보호층을 피복하는 다른 방법에 적용할 수 있다. 따라서, POF 상에 보호층을 형성하는 것에 추가하여, 본 발명에 따른 방법은 광 접속기와 같은 단거리의 광학 부재를 피복하는데 사용될 수 있고, 렌즈 및 광학 필름의 엣지를 피복하는데 사용될 수 있다.

[실험]

본 발명의 실시형태로서의 심험 (1)-(3) 및 비교형태로서의 실험 (4)-(7) 을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명의 사상 내에 속하는 한, 재료, 내용, 공정 등은 변경될 수 있다. 따라서, 본 발명의 범주는 이하 설명하는 실험에 한정되지 않는다. 이하 실험 (1) 을 상세히 설명한다. 실험 (2)-(7) 에 관해서는 실험 (1) 과 다른 부분을 설명한다. 보호층 재료, 가열 방법, 보호층의 두께, 피복 후 전달 손실의 증가 및 각 실험에서의 경화성이 이하 표 1에 정리되어 있다. 표 1에서, 좌측 열은 실험의 번호를 표시한다.

실험 (1) 에서, 단위체 ((수분을 1000ppm 이하로 감소시킨) 메타크릴 산-메틸) 의 소정량을 22 mm의 내부 직경 및 600 mm의 길이를 가지는 원통형의 견고한 중합 포트에 주입하였다. 중합 포트의 내부 직경은 제조되는 프리폼의 외부 직경에 대응한다. 중합 개시제로서 단위체 용액 0.5 wt.%의 디메틸-2,2'-아조비스 (2-메틸프로피오네이트) 를 포함하였다. 또한, 연쇄 전달제로서 단위체 용액 0.62 wt.%의 n-라우릴메르캅탄을 포함하였다. 중합 포트를 60 ℃의 워터 배쓰에서 진동시키면서, 단위체 용액을 2 시간 동안 예비 중합하였다. 그 후, 중합 포트를 65 ℃에서 수평으로 유지하고 (원통 포트의 축방향을 수평으로 유지한다), 원통 포트를 3000 rpm의 속도로 회전시키면서 3 시간 동안 가열 중합 처리를 수행하였다. 그 후, 90 ℃에서 24 시간 동안 가열 처리를 수행하여, 고분자 중합체 (PMMA) 로부터 형성되는 원통 튜브를 얻었다.

다음으로, 코어 재료로서 단위체 ((수분을 1000 ppm 이하로 감소시킨) 메타크릴 산-메틸) 의 용액을 굴절율 제어 성분으로서의 디부틸 프탈레이트와 혼합하였다. 디부틸 프탈레이트의 양은 단위체 용액의 10 wt.%였다. 단위체 혼합 용액을 폴리테트라플루오로에틸렌으로 제조된 멤브레인 필터를 통해 0.2 ㎛의 정밀도로 필터링한 후, 필터링된 용액을 원통 튜브의 공동 부분으로 직접 주입하였다. 중합 개시제로서, 단위체 혼합 용액 0.016 wt.%의 디-t-부틸페록사이드를 첨가하였 다. 연쇄 전달제로서, 단위체 혼합 용액 0.27 wt.%의 n-라우릴메르캅탄을 첨가하였다. 이러한 단위체 혼합 용액을 포함하는 원통 튜브를, 원통 튜브보다 9 %만큼 큰 직경을 가지는 유리 튜브에 삽입하고, 유리 튜브를 가압 중합 챔버 내에서 수직으로 고정되게 유지시켰다. 그 후, 질소 분위기에서, 가압 중합 챔버를 0.1 MPa로 가압하고, 단위체 혼합 용액을 90 ℃에서 48 시간 동안 가열 중합하였다. 그 후, 가압 중합 챔버 내의 압력을 0.4 MPa까지 증가시키고, 단위체 혼합 용액을 120 ℃에서 24 시간 동안 가열 중합하였다. 가열 중합한 후, 프리폼을 얻기 위해 열 처리를 수행하였다. 프리폼의 중량 평균 분자량은 106,000이고, 분자량 분포 ((중량 평균 분자량)/(수 평균 분자량)) 는 2.1였다. 프리폼의 유리 전이 온도는 코어 중심에서 100 ℃ (=Tg) 의 최저값을 나타냈다. 코어의 유리 전이 온도는 굴절율 프로파일을 따라 점진적으로 증가했다. 코어의 최외각 영역의 유리 전이 온도는 105 ℃ 였다.

프리폼은, 중합이 완료될 때의 체적 수축에 기인하여 생성되는 기포를 가지지 않았다. 프리폼을 230 ℃에서 가열하고, 연신하여 300 ㎛의 직경을 가지는 POF를 얻었다. 측정된 POF의 전달 손실은 650 nm의 파장에서는 160 dB/km, 850 nm에서는 1250 dB/km이었다. 도 1의 수지 포트 (12) 에 원-팩 타입 열경화성 우레탄 (Sunstar Engineering Inc.에서 제조한 Penguin Cement RD-8014GA (이하 "엘라스토머" 라 한다)) 을 주입하였다. POF를 3 m/분의 속도로 수지 포트 (12) 를 통해 공급하여, POF 상에 엘라스토머 우레탄을 도포하였다. 도 1의 온수 (17) 의 온도는 80 ℃로 설정되었다. 그 후, 온수 내에 10 초 동안 POF를 공급 함으로써 엘라스토머 우레탄을 경화하여, POF 주위에 보호층을 형성하였다 (수조방식). 보호층의 두께는 3 mm였다. 보호층을 코팅한 후 전달 손실의 증가는 650 nm 및 850 nm 모두에서 0 dB/km였다. 보호층의 경화 반응은 완료되었다. 보호층의 단면은, 보호층이 전체 영역에서 고체화 (ｏ) 된 것을 보여주었다.

실험 (2) 에서, 보호층을 경화하는 가열 방법은 실험 (1) 과 동일하다 (수조방식). 보호층의 두께가 450 ㎛가 되도록 실험 (2) 의 POF를 피복하였다. 실험 (3) 에서, POF에 열풍을 제공하여 보호층을 경화하였다. 보호층의 두께가 20 ㎛가 되도록 실험 (3) 에서 POF를 피복하였다.

비교형태로서의 실험 (4) 에서, 실험 (1) 과 동일한 보호재를 사용하였다. 도 1의 온수 (17) 의 온도를 40 ℃에서 유지하였다 (= Tg-60 ℃). POF를 이러한 온수에서 5 분 동안 유지하는 경우, 보호층은 경화되지 않았다 (x). 따라서, 실험 (4) 에서의 보호층은 적절하게 작용하지 않았다. 실험 (1) 과 동일한 보호재를 사용한 실험 (5) 에서, 온수의 온도를 105 ℃ (= Tg+5 ℃) 에서 유지하였다. POF를 이러한 온수에서 1 분 동안 유지하였다. 보호층은 경화되고 (ｏ), 보호층의 두께는 3 mm였다. 그러나, 피복 후 전달 손실의 증가는 650 nm의 파장에서는 20 dB/km, 850 nm에서는 100 dB/km였다. 실험 (6) 에서, 보호층 재료는 40 %의 마그네슘 수산화물을 함유하는 폴리에틸렌이었다. 140 ℃의 온도 하에서 POF 상에 보호층을 코팅하였다. 보호층의 두께는 450 ㎛였다. 보호층은 전체 영역에서 경화되었지만 (ｏ), 피복 후 전달 손실의 증가는 650 nm의 파장에서는 80 dB/km, 850 nm의 파장에서는 200 dB/km였다.

비교형태로서의 실험 (7) 에서, 자외선을 제공하여 경화되는 중합 조성물인 폴리에테르우레탄을 보호층 재료로서 사용하였다. 200 ㎛의 두께로 폴리에테르우레탄을 코팅한 후, 40 W/cm²의 전력을 가지는 복수의 고압 수소 램프를 사용하여 총 10 초 동안 자외선을 인가하였다. 중합 조성물은 점착성이 있게 되었고, 보호층으로 제공되도록 경화되지 않았다. 따라서, 실시형태 (7) 에서는, 전달 손실을 측정할 수 없었다.

1(*) : 수조 방식

2(*) : 열풍 방식

3(*) : 자외선 조사 방식

상기 표 1에는, 보호층으로서 3 차원적 폴리우레탄 (엘라스토머 우레탄) 이 20 ㎛ 내지 3 mm 사이의 두께를 가지는 실험 1-3에 따른 광섬유 와이어가 탁월한 광학 특성 및 기계적 강도를 가지는 것을 보여준다.

산업상 이용가능성

본 발명은 플라스틱 광섬유, 광 접속기, 렌즈, 광학 필름 등과 같은 광학 부재에 적용될 수 있다.

Claims (22)

1. 보호층을 가지는 광학 부재를 제조하는 방법으로서,

   상기 보호층은 상기 광학 부재의 광 도파관 부분 주위에서 보호층 재료로 제조되고,

   상기 제조 방법은,

   상기 보호층 재료를 상기 광학 부재 상에 코팅하는 단계; 및

   상기 보호층 재료를 50 ℃와 Tg (℃) 사이의 경화 온도에서 경화하는 단계를 포함하고, 상기 Tg는 중합체의 유리 전이 온도인, 광학 부재 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 보호층은 상기 광학 부재의 광 도파 부분과 다른 부분 상에서 보호층 재료로 제조되는, 광학 부재 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 광 도파관 부분은 광 전달 방향에 수직한 평면에 대해 유리 전이 온도에서의 프로파일을 가지는, 광학 부재 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 경화 온도는 (Tg-50) ℃ 내지 Tg (℃) 의 범위에서 결정되는, 광학 부 재 제조 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 보호층 재료의 가열 기간은 1 초 내지 10 분인, 광학 부재 제조 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 보호층 재료를 경화하는 단계는 온수에서 수행되는, 광학 부재 제조 방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 경화된 보호층 재료는 엘라스토머인, 광학 부재 제조 방법.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 보호층 재료는 화학 반응에 의해 경화되는, 광학 부재 제조 방법.
9. 제 1 항에 있어서,

   경화된 상기 보호층 재료는 폴리우레탄인, 광학 부재 제조 방법.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 보호층 재료는, 이소시아네이트기를 가지는 제 1 화합물 및 활성 수소 를 포함하는 기를 가지는 제 2 화합물을 포함하고, 상기 제 1 화합물 및 상기 제 2 화합물은 상기 보호층으로서 폴리우레탄 층을 형성하도록 3 차원적으로 조합되는, 광학 부재 제조 방법.
11. 제 8 항에 있어서,

    상기 제 2 화합물은 2 개 이상의 히드록시기를 가지는 폴리올인, 광학 부재 제조 방법.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 보호층은 주보호층이고,

    상기 주보호층을 피복하는 하나 이상의 추가 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 광학 부재 제조 방법.
13. 제 1 항에 있어서,

    상기 광 도파관 부분은 광 전달 방향에 수직한 평면에 대해 굴절율 프로파일을 가지는, 광학 부재 제조 방법.
14. 제 1 항에 있어서,

    상기 광학 부재는 광섬유인, 광학 부재 제조 방법.
15. 중합체로 제조되는 광 도파관 부분을 가지며,

    보호층으로서 폴리우레탄 엘라스토머가 광학 부재 주위에 형성되는, 보호층을 가지는 광학 부재.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 보호층은 주보호층이고,

    상기 주보호층 주위에 형성되는 하나 이상의 추가 보호층을 더 구비하는, 보호층을 가지는 광학 부재.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 추가 보호층은 열가소성 수지로 제조되는, 보호층을 가지는 광학 부재.
18. 제 15 항에 있어서,

    상기 광학 부재는 광섬유인, 보호층을 가지는 광학 부재.
19. 보호층을 가지는 광학 부재를 제조하는 장치로서,

    상기 광학 부재는 중합체로 제조되고, 상기 보호층은, 상기 광학 부재가 공급 경로를 따라서 공급되면서 상기 광학 부재의 표면 상에 형성되며,

    상기 광학 부재 상에 상기 보호층 재료를 코팅하는 제 1 코팅 장치; 및

    상기 보호층 재료를 50 ℃와 Tg (℃) 사이의 경화 온도에서 가열하여 상기 보호층을 경화하는 가열 장치를 구비하며,

    상기 Tg는 상기 광학 부재 중합체의 최소 유리 전이 온도인, 보호층을 가지는 광학 부재 제조 장치.
20. 제 19 항에 있어서,

    상기 공급 경로에 대해 상기 제 1 코팅 장치의 하류측에 배치되어 상기 보호층의 두께를 제어하는 선 (line) 직경 제어 장치를 더 구비하는, 보호층을 가지는 광학 부재 제조 장치.
21. 제 19 항에 있어서,

    상기 보호층은 주보호층이고,

    상기 주보호층 주위에 하나 이상의 추가 보호층을 코팅하는 하나 이상의 추가 코팅 장치를 더 구비하는, 보호층을 가지는 광학 부재 제조 장치.
22. 제 19 항에 있어서,

    상기 광학 부재가 수조 내의 온수를 통해 통과하도록 상기 온수를 포함하는 수조를 더 구비하고, 상기 가열 장치는 상기 온수의 온도를 상기 경화 온도로 제어하는, 보호층을 가지는 광학 부재 제조 장치.

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