KR20070004018A - 플라스틱 광섬유를 제조하기 위한 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

모재 (15) 가 암 (72) 에 고정되어 가열로 (74) 로 삽입된다. 가열로 (74) 는 5 개의 가열 장치 (90 ~ 94) 를 갖는다. 가스 공급 장치 (77) 는 가열로 (74) 에 질소 가스를 공급한다. 가열로 (74) 는 오리피스 (95 ~ 100) 에 의해 5 개의 부분으로 분리되고, 각각의 분리된 부분들의 온도는 각 부분에 제공된 가열 장치 (90 ~ 94) 에 의해 조절된다. 가열로 (74) 의 최상부면에 부착된 밀봉 부재 (106) 는 외부 공기로부터 가열로 (74) 를 보호하여서, 가열로 (74) 의 분리된 부분에서의 변동을 방지하는 것이 가능하다.

Description

플라스틱 광섬유를 제조하기 위한 장치 및 그 제조 방법{METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING PLASTIC OPTICAL FIBER}

본 발명은 플라스틱 광섬유를 제조하기 위한 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근 통신 산업의 발전에서, 낮은 전송 손실과 저렴한 제조 비용의 광섬유에 대한 요구가 증가되어 왔다. 플라스틱 광학 부재는 동일한 구조를 갖는 석영계 광학 부재와 비교하여 구성 설비 및 저비용에 있어 이점을 갖는다. 특히, 플라스틱 재료로 전부 구성된 플라스틱 광섬유 (이하 "POF (plastic optical fiber) ") 는 저비용의 대직경을 갖는 광섬유의 제조에 적합한데, 왜냐하면 POF 는 석영계 광섬유와 비교하여 우수한 가요성, 경량성, 높은 가공성이라는 이점을 갖기 때문이다. 따라서, 전송 손실이 작은 단거리용 광전송 매체로서 플라스틱 광섬유를 이용하도록 계획된다 (일본 특허 공개 공보 제 61-130904 호).

POF 는 플라스틱으로 형성된 코어부 및 코어부보다 저굴절률을 갖는 플라스틱으로 형성된 외부 쉘 ("클래드" 또는 "클래드부" 로 표기) 로 형성된 코어부로 구성된다. POF 는 예를 들어, 용융 압출에 의한 관형 클래드부 (이하 "클래드관") 를 형성하여 그 클래드관에서 코어부를 형성하여 제조된다.

코어부에서 굴절률은 중앙에서부터 코어부의 표면으로 점진적으로 감소하여서, 굴절률 분포 (G1) 형 POF 는 고전송대역 및 고전송력을 갖게 된다. GI 형 POF 를 제조하는 다양한 방법이 기재되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 제 5,541,247 호 (일본 특허 제 3332922 호에 대응) 에는 계면 겔 중합법을 이용해 광섬유 기재 (이하 "프리폼") 를 형성한 후, 가열로에서 모재를 용융 인발하여 G1 형 POF 를 제조하는 방법이 기재되어 있다.

석영계 광섬유의 제조 방법에 있어서 일본 특허 공개 공보 제 2003-171139 호에 기재된 바와 같이, 가열로는 기밀하게 유지되고 불활성 기체에 의해 하제되고, 외부 공기가 가열로로 유입되지 않는다. 따라서, 가열로의 산화 및 산화에 의한 석영계 광섬유의 열화를 방지하는 것이 가능하다.

POF, 특히 굴절률 분포형 및 다단계형 POF 를 형성하기 위한 모재는 상이한 용융 점도를 갖는 복수 수지층을 포함하여서, 만일 모재의 용융 인발시 가열로의 온도가 불안정해진다면 모재의 용융 조건을 저해할 수 있다. 그 결과, 인발될 POF 의 직경이 또한 변형되어, 광전송 손실과 같은 광학 특성이 악화된다. 또한, POF 에 보호층을 형성하는 피복 공정시, 만일 POF 의 직경이 변동된다면 피복 장치의 니플 또는 다이는 POF 를 포획할 것이다. 니플 또는 다이로 POF 를 포획하는 것은 제조 공정 및 제조된 POF 의 품질에 문제를 일으킬 것이다. 가열로의 온도 변동을 감소시키기 위한 가열로의 분리는 POF 의 외경을 조절하는데 충분하지 않다. 일본 특허 공개 공보 제 2003-171139 에 기재된 방법은 외부 공기로부터 가열로를 보호할 수 있지만, 가열로의 온도 분포의 변동 문제를 해결하지 는 못한다. 일본 특허 공개 공보 제 2003-171139 호에 기재된 방법은 석영계 광섬유를 기재하고 있는데, 용융 인발 공정시 높은 가열 온도 (약 2000 ℃) 를 요구한다. 가열로의 고온때문에, 가열로의 작은 온도 변화는 광섬유의 직경의 변동을 야기하지 못한다.

POF 를 제조할 모재의 용융 및 인발시 냉각 수지의 수축으로 인한 변형 및 보이드 (기포) 를 방지하기 위해서, 중공 원통형의 모재를 형성하는 것이 알려져 있다. 모재의 소재로서, C-H 결합을 포함하지 않는 비정형의 불소함유계 폴리머가 제안되고 있다. 중공 원통형 모재로부터 형성된 POF 의 보이드를 방지하는 목적으로, 중공부의 감압도, 중공 모재의 외경과 내경의 비, 모재의 외경 등을 최적화하는 것이 검토되고 있다 (예를 들면, 일본 특허 공개 공보 제 8-334366 호 및 PCT 공개 공보 WO/40768).

일본 특허 공개 공보 제 8-334366 에 기재된 방법은, 광범위의 파장대에서의 통신을 가능하게 하기 위해 C－H 결합을 포함하지 않는 비정형의 불소함유계 폴리머의 회전 성형 모재의 제조 방법에 대해 규정하고 있다. 모재의 코어부는 제조 비용의 측면에서 아크릴 수지계로부터 형성하려 했으나, 일본 특허 공개 공보 제 8-334366 에 기재된 방법은 아크릴 수지계의 POF 를 제조에 적용될 수 없다.

PCT 공개 공보 WO/40768 에서, 모재의 소재는 C－H 결합을 포함하지 않는 비정형의 불소함유계 폴리머로 한정되어서, 아크릴 수지계 POF 에서 모재의 중공부에서의 감압 조건, 모재의 외경과 내경의 비의 제어에 아크릴 수지계 POF 에서 적용하는 것은 곤란하다. 따라서, 제조 비용을 감소시키기 위해 아크릴 수지계 POF 를 중공 원통형 모재로부터 제조하면, POF 에 잔류한 기포와 같은 보이드가 광전송시 감압을 야기하게 된다.

본 발명의 목적은 플라스틱 광섬유의 외경의 변동을 조절 가능하게 하는 플라스틱 광섬유를 제조하는 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 플라스틱 광섬유의 기포를 감소시켜 중공 원통형 모재로부터 우수한 광학 특성을 갖는 플라스틱 광섬유를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은 가열로의 온도의 변동을 조절하고 기밀하게 가열로를 밀봉하여 달성할 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, 가열로는 개별적으로 조절되는 둘 이상의 가열 장치를 갖는다. 오리피스가 가열 장치를 분리하는 가열 장치 사이에 제공되고, 밀봉 부재가 하나 이상의 바닥 측면 및/또는 상부 측면에 외부 공기로부터 가열로를 보호하기 위해 제공된다. 실질적으로 원형인 개구부는 가열로의 상부 측면에 부착한 밀봉 부재로 형성된다. 밀봉 부재의 개구부의 직경 (D3) (mm) 은 직경 (D1) (mm) 의 플라스틱 광섬유 기재를 통과할 만큼 충분히 크다. 이 직경 (D1 과 D3) 은 D1 < D3 ≤ 1.5 × D1 이라는 조건을 만족시키는 것이 바람직하다.

대신에, 직경 (D1 과 D3) 은, 플라스틱 광섬유 기재의 외부 표면이 밀봉 부재의 일부로 피복되면, 0.75 ×D1 ≤ D3 ≤ D1 이라는 조건을 만족할 수 있다.

플라스틱 광섬유가 통과하는 개구부는 가열로의 바닥 측면에 부착된 밀봉 부재로 형성된다. 플라스틱 광섬유의 직경 (D5) (mm) 과 바닥 측면의 밀봉 부재의 개구부의 직경 (D6) (mm) 은 1.2 × D5 ≤ D6 ≤ 10 × D5 이라는 조건을 만족한다.

설정된 온도로부터 가열로의 분리된 영역의 온도 변동은, 바람직하게는 ±0.5 ℃, 보다 바람직하게는 ±0.3 ℃, 가장 바람직하게는 ±0.2 ℃ 이다. 가열로에 헬륨 가스, 아르곤 가스 및 질소 가스 중 하나를 공급하기 위해 가스 공급 장치를 제공하는 것은 바람직하다.

상기 목적은, 코어부의 중공부가 (대기압 -10 kPa) 에서 (대기압 -0.4 kPa) 으로 감압되는 동안 코어부 주위의 클래드부 및 중공 원통형 코어부를 갖는 플라스틱 광섬유 기재를 용융 인발하여 달성될 수 있다. 플라스틱 광섬유 기재를 용융 인발하고 가열하기 위한 가열로는, 바람직하게는 개별적으로 온도 조절이 가능한 다수의 구획으로 분리되는 것이 바람직하다. 입구면에서부터 기재의 중공관이 소실하는 구획까지, 각 구획에서 온도의 편차는 설정치로부터 ±0.5 ℃ 이다.

다른 바람직한 실시 형태에서, 설정된 압력 (P) 으로부터 감압의 편차는 0.001 × P ~ 0.05 × P 이다. 감압의 편차는 0.5 kPa 이하인 것이 바람직하다. 플라스틱 광섬유 기재의 외경 (D1) (mm) 은 10 mm ~ 100 mm 인 것이 바람직하다. 플라스틱 광섬유 기재의 중공부의 직경 (D2) (mm) 은 바람직하게는 0.05 × D1 (mm) ~ 0.4 × D1 (mm), 보다 바람직하게는 0.05 × D1 (mm) ~ 0.35 × D1 (mm), 가장 바람직하게는 0.05 × D1 (mm) ~ 0.3 × D1 (mm) 이다. 코어부의 주요 구성 성분은 벌크 중합 모노머의 폴리머인 것이 바람직하다. 폴리머는 바람직하게는 아크릴 수지, 보다 바람직하게는 폴리메틸 메타크릴레이트이다.

코어부는 굴절률이 중심에서부터 클래드부의 표면으로 작아지는 굴절률 분포를 가질 수 있다. 이러한 코어부는, 적어도 클래드부가 형성되는 중공 원통형 관에 굴절률 조절제와 중합성 모노머를 함유하는 반응제를 주입하고, 중공관을 수평으로 유지하고, 중공 원통형 관이 회전하는 동안 반응제를 중합하여 형성될 수 있다. 중합성 폴리머는 메틸 메타크릴레이트인 것이 바람직하다.

본 발명에 따라, 오리피스 및 밀봉 부재를 사용하여 ±0.5 ℃ 이내의 온도를 설정한 가열로의 온도의 편차를 조절함으로써, 제조된 플라스틱 광섬유의 외경의 변동을 감소시키는 것이 가능하다.

또한, 플라스틱 광섬유 기재의 중공관의 압력이 (대기압 -10 kPa) 에서 (대기압 -0.4 kPa) 으로 감소되기 때문에, 제조된 플라스틱 광섬유의 기포의 양은 감소한다. 따라서, 플라스틱 광섬유의 전송 손실의 악화를 방지하는 것이 가능하다.

도 1 은 플라스틱 광섬유의 제조 방법의 순공정도이다.

도 2 는 플라스틱 광섬유의 클래드부의 제조 장치의 주요 부분의 단면도이다.

도 3 은 클래드부의 제조 라인의 개략도이다.

도 4 는 도 3 의 제조 라인의 주요부의 단면도이다.

도 5a 는 플라스틱 광섬유용 모재의 단면도이다.

도 5b 는 모재의 방사방향의 굴절률 분포를 보여주는 그래프이다.

도 6 은 플라스틱 광섬유의 제조 장치의 개략도이다.

도 7 은 도 6 의 장치의 주요부의 단면도이다.

도 8 은 도 6 의 제조 장치가 제공되는 밀봉 부재의 주요부의 평면도이다.

도 9 는 제조 장치의 변화부의 주요부의 개략도이다.

도 10 은 도 9 의 제조 장치가 제공되는 밀봉 부재의 주요부의 평면도이다.

도 11 ~ 도 13 은 제조 장치의 변화부의 주요부의 개략도이다.

도 14 는 제 2 실시 형태에 따른 모재를 제조하는 반응기의 부분 사시도이다.

도 15 는 플라스틱 광섬유용 모재의 단면도이다.

도 16 은 제 2 실시 형태에 따른 플라스틱 광섬유의 제조 장치의 개략도이다.

도 17 은 도 16 의 장치의 주요부의 단면도이다.

[실시 형태 1]

플라스틱 광섬유는 폴리머로부터 형성된 코어부 및 클래드부를 갖는다. 바람직한 실시 형태에서, POF (플라스틱 광섬유) 는 코어부 및 클래드부를 포함한다.

도 1 은 POF 의 제조 방법의 순공정도이다. 클래드관 제조 공정 (11) 에서, 클래드관 (12) 은 원재료인 폴리머의 용융 압출 공정에 의해 생성된다. 클 래드관 제조 공정 (11) 은 보다 자세히 설명될 것이다. 그 후, 외부 코어 중합 공정 (13) 에서, 외부 코어 (20a) (도 5a 에 도시) 는 클래드관 (12) 의 내부 표면에 형성되어 있다. 중합성 조성물을 포함하는 외부 코어 형성 용액 (외부 코어액) 을 준비한 후, 외부 코어액을 클래드관 (12) 에 부어 외부 코어의 중합을 실시한다. 다음, 내부 코어 중합 공정 (14) 에서, 내부 코어 (20b) (도 5a 에 도시) 는 외부 코어 (20a) 에 형성되어 있다. 내부 코어 형성 용액 (내부 코어액) 을 준비한 후에, 내부 코어액을 외부 코어 (20a) 를 갖는 클래드관 (12) 에 붓는다. 내부 코어 (20b) 는 내부 코어액의 중합에 의해 형성된다. 코어부 (20) 를 형성하는 내부 코어 (20b) 및 외부 코어 (20a) 를 형성하여 모재 (15) 를 얻을 수 있다.

보다 상세히 설명될 인발 공정 (16) 에서, 모재 (15) 는 가열되어서 POF (17) 를 생산하는 용융 인발 공정을 받는다. 비록 POF (17) 가 그 자체로 광전송 매체로 사용될 수 있지만, POF (17) 를 보다 쉽게 다루고 POF (17) 의 표면을 보호하기 위해 피복하여 피복층을 갖는 것이 바람직하다. 피복 공정 (18) 중에 POF (17) 주변에 피복층을 형성한 후에, 플라스틱 광섬유 스트랜드 (19) (이하 "광섬유 스트랜드" 라 칭함) 를 얻을 수 있다. 광섬유 스트랜드 (19) 는 또한 플라스틱 광섬유 케이블로도 표현된다.

(코어부)

코어부의 원재료로서는, 벌크 중합이 용이한 중합성 모노머를 선택하는 것이 바람직하다. 광투과성이 높고 벌크 중합이 용이한 원재료의 예로는 (메타) 아 크릴 산 에스테르[(a) 불소불포함 (메타) 아크릴 산 에스테르, (b) 불소함유 (메타) 아크릴 산 에스테르], (c) 스티렌계 화합물, (d) 비닐 에스테르, 폴리 탄산 에스테르 등이 있다. 코어부는 이 모노머 중 하나로 구성된 호모폴리머, 이 모노머 중 2 종 이상으로 구성된 공중합체 또는 호모폴리머 및/또는 공중합체의 혼합물로 이루어진다. 이들 가운데, (메타) 아크릴 산 에스테르는 중합성 모노머로 사용될 수 있다.

구체적으로, 중합성 모노머로서 불소불포함 (a) (메타) 아크릴 산 에스테르의 예로는 메틸 메타크릴레이트 (MMA: methyl methacrylate); 에틸 메타크릴레이트; 이소프로필 메타크릴레이트; 테르트-부틸 메타크릴레이트; 벤질 메타크릴레이트(BzMA: benzyl methacrylate); 페닐 메타크릴레이트; 시클로헥실 메타크릴레이트, 디페니메틸 메타크릴레이트; 삼환형 [ 5ㆍ2ㆍ1ㆍ0^{2. 6} ] 데카닐 메타크릴레이트 ; 아다만틸 메타크릴레이트; 이소보닐 메타크릴레이트; 메틸 아크릴레이트; 에틸 아크릴레이트; 테르트- 부틸 아크릴레이트; 페닐 아크릴레이트 등이 있다.

불소함유 (b) (메타) 아크릴 에스테르의 예로는 2,2,2-트리플루오로에틸 메타크릴레이트; 2,2,3,3-테트라플루오로 프로필 메타크릴레이트; 2,2,3,3,3-펜타플루오로 프로필 메타크릴레이트; 1-트리플루오로메틸-2,2,2-트리플루오노메틸 메타크릴레이트; 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오로메틸 메타크릴레이트; 2,2,3,3,4,4- 헥사플루오로펜틸 메타크릴레이트 등이 있다. 또한, (c) 스티렌계 화합물의 예로는 스티렌; α-메틸스티렌; 클로로스티렌; 브로모스티렌 등이 있다. (d) 비닐 에스테르의 예로는 비닐아세테이트; 비닐벤조에이트; 비닐페닐아세테이트; 비닐클로로아세테이트 등이 있다. 중합성 모노머는 상기 종류들에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는, 모노머의 종류와 조성은 코어부의 폴리머 또는 호모폴리머의 굴절률이 클래드부의 굴절률과 비교해 비슷하거나 더 크도록 선택된다. 보다 바람직한 원재료로서 폴리머는 투명 수지인 폴리메틸 메타크릴레이트이다.

POF (17) 가 근원적외선으로 이용되면, 광학 부재에서의 C-H 결합이 흡수 손실을 야기한다. C-H 결합의 수소 원자 (H) 가 중수소 원자 (D) 또는 불소 원자 (F) 에 의해 치환되는 폴리머를 사용하여, 전송 손실을 야기하는 파장역이 장파역이 될 수 있다. 미국 특허 제 5,541,247 호에는 예로서 중수소화 폴리메틸메타크릴레이트 (PMMA-d8), 폴리트리플루오로에틸메타크릴레이트 (P3FMA) 및 폴리헥사플루오로 이소프로필-2-플루오로아크릴레이트 (HFIP2-FA) 등이 나와있다. 따라서, 전송광의 손실을 경감할 수 있다. 분산을 야기하는 모노머의 외부 물질 및 불순물을 중합 전에 충분히 제거하여서, 중합 후의 POF (17) 의 투명성을 유지해야만 한다.

(클래드부)

코어부의 전송 빛이 코어부와 클래드부 사이의 계면에서 전반사되기 위해서, 클래드부의 재료는 코어부보다 더 작은 굴절률 및 코어부와의 우수한 밀착성이 요구된다. 만일 코어부와 클래드 사이에 불규칙성이 있거나, 클래드부의 재료가 코어부와 밀착하지 않는다면, 코어부와 클래부 사이에 다른 층이 생길 수도 있다. 예를 들어, 코어부의 표면 (관형 클래드관의 내벽) 에 형성된, 코어부의 매트릭스 와 동일한 조성을 갖는 외부 코어층은 코어부와 클래드부 사이의 계면 상태를 향상시킬 수 있다. 외부 코어층의 상세 사항은 후에 설명될 것이다. 외부 코어층 대신에, 클래드부가 코어부의 매트릭스와 동일한 조성을 갖는 폴리머로부터 형성될 수 있다.

우수한 인성, 내습성 및 내열성을 갖는 재료는 클래드부의 소재로 바람직하다. 예를 들어, 불소를 함유하는 모노머의 폴리머 또는 공중합체가 바람직하다. 불소를 함유하는 모노머로서, 불화 비닐리덴 (PVDF: vinylidene fluoride) 이 바람직하다. 불화 비닐리덴의 10 중량 % 를 갖는 중화성 모노머의 하나 이상의 종류를 중합하여 얻은 불화 수지를 사용하는 것 또한 바람직하다.

용융 압출법에 의해 폴리머의 클래드부를 형성하는 경우, 용융 폴리머의 점도는 적절하게 될 필요가 있다. 이 용융 폴리머의 점도는 분자량과 관련있으며, 특히 중량 평균 분자량과 관련이 있다. 바람직한 실시형태에서, 중량 평균 분자량은 바람직하게는 10,000 ~ 1,000,000, 보다 바람직하게는 50,000 ~ 500,000 이다.

또한 수분으로부터 코어부를 보호하는 것이 바람직하다. 그래서, 수분 흡수율이 낮은 폴리머를 클래드부의 재료로 사용한다. 클래드부는 포화 흡수율 (수분 흡수율) 이 1.8 % 미만인 폴리머로부터 형성될 수 있다. 보다 바람직하게는, 폴리머의 수분 흡수율은 1.5 % 미만, 가장 바람직하게는 1.0 % 미만이다. 외부 코어층은 유사한 수분 흡수율을 갖는 폴리머로부터 형성되는 것이 바람직하다. 수분 흡수율 (%) 은 ASTMD 570 실험법에 따라, 23 ℃ 의 수중에 시험편을 1주간 침지하여, 그 때의 흡수율을 산출하여 얻을 수 있다.

(중합 개시제)

폴리머를 코어부 및 클래드부로 형성하는 모노머를 중합할 시, 모노머 중합을 개시하기 위해 중합 개시제가 첨가될 수 있다. 첨가된 중합 개시제는 모노머 및 중합 방법에 따라 적절히 선택된다. 라디컬을 생산하는 중합 개시제의 예로는 벤조일 페록사이드 (BPO: benzoil peroxide); 테르트-부틸페록시-2-에틸헥사네이트 (PBO: tert-butylperoxy-2-ethylhexanate); 디-테르트-부틸페록사이드 (PBD: di-tert-buthylperoxide); 테르트-부틸페록시이소프로필카보네이트 (PBI: tert-butylperoxyisopropylcarbonate); n-부틸-4, 4-비스(테르트-부틸페록시)발라레이트 (PHV: 4-bis(tert-butylperoxy)valarate)) 등의 페록사이드 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(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-테르트-부틸-2,2'-아조비스(2-메틸프로피오네이트) 등의 아조 화합물이 있다. 이러한 중합 개시제는 상기 물질에만 한정되지 않는다. 한 종류 이상의 중합 개시제가 혼합될 수 있다.

(연쇄 이동제)

클래드부 및 코어부용 중합성 화합물은 폴리머의 분자량을 제어하기 위해 연쇄 이동제를 함유하는 것이 바람직하다. 연쇄 이동제는 중합성 모노머로부터 폴리머를 형성할 때, 중합 속도 및 중합 정도를 제어할 수 있기 때문에, 폴리머의 분자량을 제어하는 것이 가능하다. 예를 들어, 모재를 인발하여 POF 를 생산할 때, 연쇄 이동제로 분자량을 조절하면 인발 공정시 POF 의 기계적 특성을 제어할 수 있게 된다. 따라서, 연쇄 이동제를 추가하여 POF 의 생산성을 증진시키는 것이 가능하게 된다.

중합성 모노머의 종류에 따라 연쇄 이동제의 종류와 양을 선택한다. 각 모노머에 대한 연쇄 이동제의 연쇄 이동 정수는, 예를 들면, "폴리머 핸드북 제 3 판" (J.BRANDRUP & E.H.IMMERGUT 저, JOHN WILEY & SON 발행) 에 나와있다. 또한, 연쇄 이동제 정수는 "폴리머 합성 실험법" (오츠 타카유키 & 키노시타 마사요시 저, 1972 년 카가쿠도 진 발행) 에 나와있는 실험 방법을 통해 계산될 수 있다.

연쇄 이동제의 바람직한 예는 알킬메르캅탄류 [예를 들면, n-부틸메르캅탄; n-펜틸메르캅탄; n-옥틸메르캅탄; n-라우릴베르캅탄; 테르트-도데실메르캅탄 등], 티오페놀류 [예를 들면, 티오페놀; m-브로모티오페놀; P-브로모티오페놀; m-톨루엔티올; p-톨루엔티올 등] 가 있다. 특히 알킬 메르캅탄류의 n-옥틸메르캅탄, n-라우릴메르캅탄 및 테르트-도데실메르캅탄을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 연쇄이동제의 불소 원자 (F) 또는 중수소 원자 (D) 가 C-H 결합의 수소 원자를 치환할 수 있다. 연쇄 이동제가 상기 물질로 제한되지 않는 점을 주의해야 한다. 연쇄 이동제의 한 종류 이상을 혼합할 수 있다.

(굴절률 조절제)

상기 코어부용 중합성 조성물에 굴절률 조절제를 첨가하는 것이 바람직하다. 또한 상기 클래드부용 중합성 조성물에 굴절률 조절제를 첨가하는 것도 바람직하다. 굴절률 조절제의 농도 분포를 제공하여 굴절률 분포를 갖는 코어부를 쉽게 형성할 수 있다. 굴절률 조절제 없이도, 코어부에 일종 이상의 중합성 모노머의 공중합비의 분포를 제공하여 굴절률 분포를 갖는 코어부를 형성할 수 있다. 그러나 공중합체의 조성비 제어를 고려하여, 굴절률 조절제를 추가하는 것이 바람직하다.

굴절률 조절제는 "도펀트" 라 칭한다. 도펀트는 결합된 중합성 모노머와 상이한 굴절률을 갖는 화합물이다. 도펀트와 중합성 모노머 사이의 굴절률 차이는 0.005 이상이 바람직하다. 도펀트는 도펀트를 포함하지 않는 폴리머와 비교하여, 폴리머의 굴절률을 증가시키는 특징이 있다. 일본 특허 공개 공보 제 3332922 호와 일본 특허 공보 제 5-173026 호에 기재된 것처럼, 모노머로부터 형성된 폴리머와 비교하여, 도펀트는 용해성 파라미터와의 차이가 7 (cal/cm³)^1/2 이하이고, 굴절률과의 차이가 0.001 이상인 특징이 있다. 만일 굴절률의 변경이 가능하고 폴리머와 안정적으로 존재할 수 있는 물질이 있다면, 이러한 특징을 갖는 어떤 물질도 도펀트로 사용될 수 있으며, 물질은 상기 설명된 바와 같이 중합성 모노머의 중합 조건 (온도 및 압력 조건 등)하에서 안정적일 수 있다.

이 실시형태는 계면겔 중합법으로 중합의 방향을 제어하고, 도펀트와 결합한 중합성 조성물로부터 코어부를 형성하는 공정 동안 도펀트로서 굴절률 조절제의 농도 구배를 제공하여, 코어에서 굴절률 분포를 형성하는 방법을 보여준다. 이하에서는, 굴절률 분포를 갖는 코어를 "굴절률 분포형 코어" 라고 부른다. 이러한 굴절률 분포형 코어는 광전송역을 갖는 굴절률 분포형 플라스틱 광섬유 (GI 형 POF) 에 사용된다.

도펀트는 중합성 조성물이 될 수 있고, 이런 경우에, 공중합성 성분으로서 도펀트를 갖는 공중합체가 도펀트가 결여된 폴리머와 비교하여 굴절률이 증가하는 것이 바람직하다. 이러한 공중합체의 예는 MMA-BzMA 공중합체이다.

일본 특허 공개 공보 제 3332922 호와 일본 특허 공보 제 11-142657 에 기재된 바와 같이, 도펀트의 예로는 벤조산 벤질 (BEN: benzyl benzoate); 황화 디페닐 (DPS: diphenyl sulfide); 인산 트리페닐 (TPP: triphenyl phosphate); 프탈산 벤질 n-부틸 (BBP: benzyl n-butyl phthalate); 프탈산 디페닐 (DPP: diphenyl phthalate); 디페닐 (DB: diphenyl); 디페닐메탄 (DPM: diphenylmethane); 인산 트리크레실 (TCP: tricresyl phosphate); 디페닐술폭시드(DPSO: diphenylsulfoxide); 황화 디페닐 유도체; 디티안 유도체 등이 있다. 그들 중에서, BEN, DPS, TPP, DPSO, 황화 디페닐 유도체 및 디티안 유도체가 바람직하다. 광파장역에서 투명성을 향상시키기 위해서, 수소 원자가 중수소 원자에 의해 치환된 화합물을 이용하는 것이 가능하다. 중합성 조성물의 예로는 트리브로모페닐 메타크릴레이트가 있다. 도펀트로서 중합성 조성물은 중합성 모노머와 중합성 도펀트의 공중합체 때문에 여러 가지 특성 (특히 광학 특성) 을 조절하기가 어렵더라도 내열성의 면에서는 유리하다.

코어와 결합한 굴절률 조절제의 밀도와 분포를 조절하여 POF 의 굴절률을 조절하는 것이 가능하다. POF 의 목적, 코어 물질 등과 관련해 굴절률 조절제의 양을 적절히 선택할 수 있다. 한 종류 이상의 굴절률 조절제를 첨가할 수 있다.

(다른 첨가제)

전송 특성이 감소되지 않는 한, 다른 첨가제들도 코어부 및 클래드부에 함유될 수 있다. 예를 들어, 내후성이나 내구성을 향상시키는 목적으로 첨가제들을 사용할 수 있다. 또한, 광신호를 증폭시키기 위해 유도 방출 기능 화합물을 첨가할 수도 있다. 이러한 화합물들을 모노머에 첨가할 때, 약한 신호빛을 여기빛으로 증폭시킬 수 있어 전송 거리가 길어진다. 따라서, 이러한 첨가제를 함유한 광학 부재는 광섬유 증폭기로서 사용될 수 있다. 상기 모노머에 첨가제를 중합하여서 코어부 및/또는 클래드부에 첨가제를 함유시킬 수 있다.

(모재의 제조 방법)

코어부 및 클래드부를 갖는 굴절률 분포형 플라스틱 광섬유 본체를 제조하는 방법을 본 발명의 바람직한 실시형태로 설명할 것이다. 이하의 제조 방법의 2 종류 실시형태는 본 발명을 제한하지 않는다.

제 1 실시형태에서, 클래드부용 중합성 조성물을 중합하여 중공관을 형성한다. 또는, 열가소성 수지 (제 1 공정) 를 용융 압출하여 중공 원통관을 형성한 다. 중공 원통관에서 코어부용 중합성 조성물의 계면겔 중합을 통해 코어부를 형성하여서, 코어부 및 클래드부를 갖는 모재를 생산할 수 있다(제 2 공정). 본 발명의 방법 및 장치를 이용해 모재의 형태를 변화시켜서 POF 를 제조한다 (제 3 공정).

플라스틱 광섬유의 제 2 구조의 제조 과정에서, 외부 코어부는 제 1 실시형태의 클래드부에 대응하는 중공관의 내부에 형성된다 (제 1 공정). 본 구조에서, 모재의 중앙에 위치한 코어부는 내부 코어부라고 칭한다. 이하의 설명에 있어, "코어부" 는 또한 "내부 코어부" 를 의미한다.

예를 들어, 중공 원통관은 불화 폴리비닐리덴과 같은 불소를 함유하는 수지로부터 형성된다. 두 개의 층을 포함하는 원통관은, 외부 코어부용 중합성 조성물의 회전 중합에 의한 1층 원통관 내부의 외부 코어층에 형성된다 (제 1 공정). 그 다음, 내부 코어용 중합성 조성물의 계면겔 중합법에 의해 2 층 원통관의 중공 영역에 내부 코어부를 형성하여서 (제 2 공정), 모재를 얻는다. 모재의 형태를 적절하게 변형시킨 후에 (제 3 공정), 광학 부재인 POF 를 얻는다.

제 2 구조에 따른 2 층 원통관이 상기 설명과 같이 단계적으로 형성되더라도, 외부 코어부용 중합성 조성물 및 클래드부용 불소를 함유하는 수지의 용융 압출법의 단일 단계에 의해 2 층의 원통관을 형성하는 것이 가능하다.

클래드부용 중합성 모노머의 조성은 제 1 구조에 따른 코어부용의 중합성 모노머의 조성과 동일한 것이 바람직하다. 제 2 구조에서, 외부 코어부용 중합성 모노머의 조성은 내부 코어부용의 중합성 모노머의 조성과 동일한 것이 바람직하 다. 중합성 모노머의 조성비는 꼭 동일할 필요는 없고, 중합성 모노머에 첨가된 부성분도 동일할 필요는 없다. 동일한 종류의 중합성 모노머를 제공하여 클래드부와 코어부 사이의 계면 (또는 외부 코어부와 내부 코어부 사이의 계면) 에서 광투과성 및 접착성을 향상시킬 수 있다. 외부 코어부 또는 클래드부의 수지가 공중합체의 성분의 굴절률이 다른 공충합체일 경우, 코어부와 클래드부 또는 내부 코어부 사이의 굴절률 차이를 크게 하는 것이 용이하다. 그 결과, 굴절률 분포 구조를 쉽게 제공할 수 있다.

제 2 구조에서, 클래드부와 코어부 사이의 외부 코어층은 클래드부 및 코어부용 물질의 차이로 인해 야기된 POF 의 생산성과 접착성의 저하를 방지할 수 있다. 따라서, 클래드부와 코어부에 사용될 수 있는 물질을 향상시키는 것이 가능하다. 클래드부에 상응하는 원통관의 두께와 직경은 회전 중합성 조성물의 중합 공정 또는 시판중인 불소 수지의 용융 인발 공정을 통해 조절될 수 있다. 원통관의 중공 영역에서, 외부 코어부용 중합성 조성물은 회전 중합에 의해, 원통관의 내부에 외부 코어부를 형성한다. 상기 중합성 조성물과 불화 수지로 구성된 공중합체를 공압출하여 동일한 구조를 형성할 수 있다.

바람직한 실시형태에서, 굴절률 분포 조절제의 농도 분포를 제공하여 GI 형 POF 를 얻고, 본 발명은 또한 다른 POF 유형에도 적용 가능하다. 또한, 굴절률 조절제의 농도 분포는 회전 겔 중합법 및 계면 겔 중합법에 의해 제공될 수 있고, 후술될 것이다.

상기 클래드부용, 외부 코어부용 및 내부 코어부용 중합성 조성물의 성분의 바람직한 양은 성분들의 종류에 따라 결정될 수 있다. 일반적으로, 중합 개시제의 양은 중합성 모노머의 0.005 중량 % ~ 0.5 중량 % 가 바람직하고, 0.01 중량 % ~ 0.5 중량 % 인 것이 보다 바람직하다. 연쇄 이동제의 양은 중합성 모노머의 0.10 중량 % ~ 1.0 중량 % 가 바람직하고, 0.15 중량 % ~ 0.50 중량 % 인 것이 보다 바람직하다. 굴절률 조절제의 양은 중합성 모노머의 1 중량 % ~ 30 중량 % 가 바람직하고, 1 중량 % ~ 25 중량 % 인 것이 보다 바람직하다.

상기 모재의 인발 공정에 대해서, 클래드부, 외부 코어부 및 내부 코어부용 중합성 종성물을 중합하여 얻은 폴리머의 중량 평균 분자량은 10,000 ~ 1,000,000 가 바람직하다. 중량 평균 분자량이 30,000 ~ 500,000 인 것이 보다 바람직하다. 모재의 인발 특성은 중량 평균 분자량을 수평균 분자량으로 나누어 계산된 분자량 분포 (MWD: molecular weight distribution) 에 의해 영향을 받는다. 큰 MWD 를 갖는 모재는 바람직하지 않은데, 왜냐하면 과도하게 큰 분자량을 갖는 부분이 인발 특성이 나빠지고, 더욱 악화되면 모재를 인발할 수 없게 되기 때문이다. 따라서, MWD 의 값은 4 이하가 바람직하고, 3 이하가 더욱 바람직하다.

다음으로, 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태 (특히 제 1 실시형태) 에 따른 각 제조 공정은 보다 자세하게 기재될 것이다.

(제 1 공정)

제 1 공정에서, 클래드부용 1 층 원통관, 또는 클래드부 및 외부 코어부용 2층 원통관을 제작한다. 모노머를 중합하여 관 모양으로 성형하여 이러한 원통관을 제작한다. 예를 들어, 일본 특허 공개 공보 제 8-262240, 5-173025 및 2001-215345 에 기재된 바와 같이, 수지의 회전 중합과 용융 압출로 원통관을 제작한다.

중공 원통관은, 중합성 조성물이 원통형 중합 챔버에서 폴리머층을 형성하기 위해 조성물을 회전하는 동안 중합되는 회전 중합 방법으로 중합성 조성물로부터 형성된다. 예를 들어, 클래브부용 중합성 조성물이 중합 챔버에 주입한 후, 중합 챔버가 회전하여 (중합 챔버의 축선이 수평을 이루며 회전하는 것이 바람직하다) 중합성 조성물이 중합된다. 그로 인해, 클래드부는 원통형 중합 챔버 내부에 형성된다. 따라서, 외부 코어부용 중합성 조성물은 클래드부로 주입되고, 조성물은 클래드부를 회전하는 동안 중합된다. 따라서, 클래드부의 내벽에 외부코어부를 갖는 중공 원통관을 얻는다.

클래드부 또는 외부 코어부용 중합성 조성물을 주입하기 전에, 중합성 조성물을 여과시켜 중합성 조성물에 함유되어 있던 불순물을 제거하는 것이 바람직하다. 또한, 이 공정들이 모재의 품질의 열화를 야기하지 않고 전 공정 또는 후 공정을 복잡하게 만들지 않는 한, 일본 특허 공개 공보 평 10-293215 에 기재된 것과 같이 다루기 용이하도록 원재료 (중합성 조성물) 의 점도를 조절하고, 예비 중합을 실행하여 중합 시간을 단축하는 것이 가능하다. 중합 공정의 온도 및 시간은 중합 공정 동안 사용되는 중합 개시제 및 모노머에 따라 결정된다. 일반적으로, 중합 시간은 5 시간 ~ 24 시간이 바람직하다. 중합 온도는 60 ℃ ~ 150 ℃ 인 것이 바람직하다. 일본 특허 공개 공보 평 08-110419 호에 기재된 것과 같이, 원재료는 예비 중합을 받아 점도를 향상시키는 것이 바람직하다. 이러한 예비 중합은 중합 시간을 단축시켜 원통관을 형성할 수 있다. 중합 챔버는 높은 강성의 유리 또는 금속으로 이루어진 것이 바람직한데, 왜냐하면 원통 폴리머관은 만일 중합 챔버가 회전에 의해 변형된다면 원통관에 변형을 일으킬 수 있기 때문이다.

원통관은 펠릿형 또는 분말형 수지로 만들어질 수 있다 (바람직하게는 불소 수지). 펠릿 또는 분말형 수지를 포함하는 원통형 중합 챔버의 양 끝을 밀봉한 후, 중합 챔버를 회전시킨다 (중합 챔버의 축을 수평인 상태로 회전시키는 것이 바람직하다). 그 다음, 수지의 용융점보다 높은 온도에서 수지를 가열하여, 중공 원통 폴리머관을 제조한다. 용융 수지 열산화에 의한 열, 산화, 및 감압을 방지하기 위해서, 중합 챔버는 질소 가스, 이산화탄소 가스 및 아르곤 가스 등의 불활성 가스로 채워지는 것이 바람직하다. 또한, 중합 공정 전에 수지를 충분히 건조시키는 것이 바람직하다.

용융 폴리머를 압출 성형하여 클래드부를 얻는 경우에, 중합 후의 폴리머의 형태 (이 실시형태에서는 원통형) 는 압출 성형과 같은 성형 기술을 사용하여 적절하게 조절된다. 폴리머의 용융 압출 장치는 두 가지 유형이 있는데, 내부 사이징 다이(inner sizing die) 형과 외부 다이 감압 흡입형이 있다.

도 2 에는, 내부 사이징 다이형의 용융 압출 장치가 도시되어 있다. 용융 압출 장치에서, 단일 축 압출기 (도시되지 않음) 는 클래드부용 원료 폴리머 (31) 를 다이 본체 (32) 로 압출한다. 다이 본체 (32) 에서, 원료 폴리머 (31) 를 원통형으로 변경하기 위한 안내 부재 (33) 가 제공된다. 안내 부재 (33) 를 통해, 원료 폴리머 (31) 는 다이 본체 (32) 와 내부 로드 (34) 사이의 유로 (34a) 를 지나간다. 원료 폴리머 (31) 는 다이 본체 (32) 의 출구 (32a) 로부터 압출되어서 중공 원통관을 갖는 클래드부 (35) 를 형성한다. 클래드부 (35) 의 압출 속도에 제한이 없더라도, 클래드부 (35) 의 균일성과 생산성의 측면에서, 압출 속도는 1 cm/min ~100 cm/min 이 바람직하다.

다이 본체 (32) 는 가열기를 포함하여 원료 폴리머 (31) 를 가열하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 하나 이상의 가열기 (예를 들어, 증기, 열매유, 전기 가열기 등을 사용한 가열 장치) 가 유로 (34a) 를 따라 제공되어 다이 본체 (32) 를 피복한다. 온도계 (36) 가 다이 본체 (32) 의 출구 (32a) 주변에 제공된다. 가열 온도를 조절하기 위해서, 온도계 (36) 는 출구 (32a) 근처의 클래드부 (35) 의 온도를 측정한다.

다이 본체 (32) 의 가열 온도는 제한되지 않는다. 구체적으로, 원료 폴리머 (31) 가 PVDF 이면, 가열 온도는 200 ℃ ~ 290 ℃ 인 것이 바람직하다. 클래드부 (35) 의 온도는 40 ℃ 이상인 것이 바람직한데, 왜냐하면 온도의 급격한 변화로 인한 클래드 형태의 변화를 감소시키기 위해서이다. 클래드부 (35) 의 온도는 다이 본체 (32) 에 고정된 열젼대 (예를 들어, 물, 부동액, 오일 등의 액체를 사용한 냉각장치 및 전기 냉각 장치) 에 의해 조절된다. 클래드부 (35) 는 다이 본체 (32) 의 자연 냉각을 사용하여 냉각될 수 있다. 가열 장치가 다이 본체 (32) 에 제공될 때, 냉각 장치는 원료 폴리머 (31) 가 흐르는 방향에 대해 가열 장치의 하류에 제공되는 것이 바람직하다.

도 3 및 도 4 에는, 외부 다이 감압 흡수형의 용융 압출 장치가 도시되어 있다. 도 3 은 용융 압출 장치를 포함하는 제조 라인 (40) 의 실시형태를 보여준다. 도 4 에는, 제조 라인 (40) 의 성형 다이 (43) 의 단면이 도시되어 있다. 도 3 에서, 제조 라인 (40) 은 용융 압출 장치 (41), 압출 다이 (42), 성형 다이 (43), 냉각 장치 (44) 및 공급 장치 (45) 를 포함한다. 펠릿 주조 호퍼 (46) 로부터 공급된 원료 폴리머는 용융 압출 장치 (41) 에 제공된 용융부 (41a) 에서 용융된다. 용융된 폴리머는 압출 다이 (43) 에 의해 압출된 후, 성형 다이 (43) 에 공급된다. 성형 다이 (43) 는 진공 펌프 (47) 와 연결된다. 압출 속도 (S) 는 0.1 (m/min) ~10 (m/min) 이 바람직하고, 0.3 (m/min) ~ 5.0 (m/min) 인 것이 보다 바람직하며, 0.4 (m/min) ~ 1.0 (m/min) 인 것이 가장 바람직하다. 압출 속도 (S) 는 상기 바람직한 범위에 한정되지는 않는다.

도 4 에서, 성형 다이 (43) 는 원료 폴리머가 지나는 성형관 (50) 을 가져서 중공 원통 클래드 (52) 를 형성하게 된다. 성형관 (50) 에는 다수의 흡입 구멍 (50a) 이 있다. 흡입 구멍 (50a) 은 감압 챔버 (53) 에 연결되어서, 성형관 (50) 의 외부로 제공된다. 감압 챔버 (53) 가 진공 펌프 (47) 에 의해 감압되면, 클래드 (52) 의 외벽은 성형관 (50) 의 성형면 (내부면) 과 접하여서, 클래드 (52) 의 두께는 균일해진다. 감압 챔버 (53) 의 압력 (절대 압력) 은 20 kPa ~50 kPa 이 바람직하지만, 이 범위로 제한되지는 않는다. 클래드 (52) 의 직경을 조절하기 위해서, 스로트 부재 (54) (직경 조절 부재) 를 성형 다이 (43) 의 입구에 고정하는 것이 바람직하다.

성형 다이 (43) 에 의해 형태지어진 클래드 (52) 는 냉각 장치 (44) 로 공급되고, 냉각 장치에는 다수의 노즐 (55) 이 제공되어 클래드 (52) 에 냉각수 (56) 를 분무한다. 따라서, 클래드 (52) 는 냉각되어 고형화된다. 분무된 냉각수 (56) 는 물 수용기 (57) 로 회수되어, 배수구 (57a) 를 통해 배출된다. 클래드부 (52) 는 냉각 장치 (44) 에서 권취 장치 (45) 로 인발된다. 권취 장치 (45) 는 구동 롤러 (58) 와 가압 롤러 (59) 를 포함한다. 공급 장치 (45) 에 의한 권취 속도는 구동 롤러 (58) 에 연결되어 있는 모터 (60) 에 의해 조절된다. 클래드 (52) 는 구동 롤러 (58) 와 가압 롤러 (59) 사이에 위치한다. 압출 속도는 성형 다이 (43) 에 의해 조절된다. 또한 클래드 (52) 의 공급 속도는 구동 롤러 (58) 에 의해 조절되고 클래드 (52) 의 공급 위치는 가압 롤러 (59) 에 의해 조절된다. 따라서, 클래드 (52) 의 형태와 두께를 유지하는 것이 가능하다. 만일 필요하다면, 구동 롤러 (58) 및 가압 롤러 (59) 는 밸트형이 될 수 있다.

클래드는 기계적 강도 및 난연성과 같은 기능을 제공하기 위해 복수층으로 구성될 수 있다. 또한, 소정 범위의 산술 평균 강도를 갖는 중공 원통관을 형성한 후에, 원통관의 외부면은 불소 수지 등으로 피복된다.

클래드 (52) 의 외경 (D1) (모재 (15) 의 직경과 상응) 은 광학 특성 및 생산성과 관련하여 10 mm ~ 100 mm 가 바람직하다. 보다 바람직하게는, 외경 (D1) 은 20 mm ~ 50 mm 이다. 클래드 (52) 의 두께 (t1) 는 클래드 (52) 가 그 형태를 유지하는 한에서 작아지는 것이 가능하다. 두께 (t1) 는 0.3 mm~ 20 mm 인 것이 바람직하고, 0.5 mm ~ 15 mm 인 것이 보다 바람직하다. 외경 (D1) 과 두께 (t1) 의 수학적 범위가 본 발명을 제한하지 않는다.

외부 코어층의 원재료인 중합성 모너머의 예는 내부 코어부와 동일하다. 외부 코어층은 주로 내부 코어부를 형성하여서, 외부 코어층의 두께는 내부 코어부가 벌크 중합되는 한에서 작아질 수 있다. 외부 코어층은 내부 코어부와 병합하여 내부 코어부의 벌크 중합 후에 단일 코어부를 형성할 수 있다. 따라서, 벌크 중합 전의 외부 코어층의 두께 (t2) 의 하한치는 0.5 mm ~ 1.0 mm 인것이 바람직하다. 두께 (t2) 의 상한치는 모재의 크기와 관련해 내부 코어부가 굴절률 분포를 갖는 한에서 선택될 수 있다.

폴리머로부터 형성된 단일 또는 이중층 원통 구조는 원통 구조의 일단부dp 가까운 저면부를 가져서, 코어부 (내부 코어부) 의 원재료인 중합성 조성물을 주입시킨다. 저면부는 원통관의 폴리머에 대한 우수한 접착성 및 적합성을 갖는 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 저면부는 원통 구조와 같이 동일한 폴리머로부터 형성될 수 있다. 폴리머 저면부는, 예를 들어 중공 원통관을 형성한 후, 또는 중합 챔버를 회전하여 중합하기 전에, 수직으로 유지되는 중합 챔버에 주입된 소량의 중합성 모노머를 중합하여 형성된다. 화학적으로 안정하여 내부 코어부용 중합성 조성물에 용해되지 않고 또는 내부 코어부의 중합 공정에 영향을 미치지 못하는 물질로, 원통관의 일단부를 밀봉하는 것도 가능하다.

회전 중합 후에 중합 개시제 및 잔존 모노머의 반응을 촉진할 목적으로, 중공 폴리머관은 회전 중합 공정의 온도보다 높은 온도에서 가열될 수 있다. 중공 폴리머관을 형성한 후에, 중합되지 않은 화합물은 배출될 수 있다.

(제 2 공정)

제 2 공정에서, 중공 폴리머관에 충전된 중합성 조성물의 중합성 모노머는 중합되어 코어부 (내부 코어부) 를 형성한다. 계면겔 중합법에서, 중합성 모노머는 중공관의 내벽으로부터 중공관의 중심을 향해 중합된다. 한 종류 이상의 중합성 모노머가 사용되면, 중공관의 폴리머와 친화력이 높은 모노머가 처음으로 중합되어서 이러한 모노머들은 중공관의 내벽 근처에 위치한다. 높은 친화력을 갖는 모노머의 비율은 표면에서 중심으로 갈수록 감소하고, 반면에 다른 모노머들의 비율은 증가한다. 이렇게, 모노머의 비율은 코어부에 상응하는 영역에서 점진적으로 변화하여, 굴절률 분포가 발생하게 된다.

일본 특허 제 3332922 호에 기재된 것처럼, 굴절률 조절제를 함유한 모노머가 중합될 때, 코어액이 중공관 내벽을 고형화시켜, 내벽의 폴리머가 팽윤하여 겔을 형성한다. 중합 공정 동안, 중공관에 대해 높은 친화력을 갖는 모노머는 중공관의 내벽 근처의 영역에 편재한다. 따라서, 폴리머의 굴절률 조절제의 농도는 중공관의 내벽 근처의 영역에서 더 작아져서, 굴절률 조절제의 농도는 코어부의 표면에서 중심으로 증가한다. 이렇게, 굴절률 조절제의 농도 분포가 생성되고, 따라서 코어부에 굴절률 분포가 생기게 된다.

중합성 모노머의 중합의 정도와 속도는 만일 필요하다면 첨가된 연쇄 이동제와 중합 개시제에 의해 조절되고, 따라서 폴리머의 분자량이 조절된다. 예를 들어, 폴리머를 인발하여 POF 를 형성하는 경우, 연쇄 이동제를 사용하여 분자량 (바람직하게는 10,000 ~ 1,000,000, 보다 바람직하게는 30,000 ~ 500,000) 을 조절 하여서, 인발 공정의 기계적 특성을 바람직한 범위로 할 수 있다. 따라서, POF 의 생산성이 향상된다.

제 2 공정에서, 굴절률 프로파일은 코어부에 상응하는 영역에 도입되지만, 폴리머의 열거동은 굴절률에 따라 다양하다, 따라서, 코어부의 모노머가 동일한 온도에서 중합될 때, 중합 공정중의 체적 수축의 응답성은 열거동의 차이로 인해 코어부와 상응하는 영역에서 차이를 보인다. 따라서, 모재에 기포가 혼입된다. 또한 미세한 공극이 모재에 발생하고, 공극은 모재를 인발 및 가열할 때 생성된다. 너무 낮은 중합 온도는 중합 효과의 감소를 야기한다. 또한, 중합 온도가 너무 낮으면 모재의 생산성이 악화되어서, 제조된 광학 부재의 광전송 성능이 불완전한 중합으로 인한 광투과성의 저하로 인해 악화된다. 반면에, 만일 초기 중합 온도가 너무 높으면, 초기 중합 속도가 과도하게 증가하게 된다. 그 결과, 폴리머가 코어부의 영역에서 체적 수축에 대해서 완화되지 못하기 때문에, 모재에 기포가 쉽게 발생되게 된다.

상기 문제점을 해결하기 위해서, 초기 중합 온도 (T1) (℃) 를, 다음의 범위로 하는 것이 바람직하다.

(Tb - 10) ℃ ≤ T1 (℃) ≤ Tg (℃)

여기서, Tb 는 중합성 모노머의 끓는점을 나타내고, Tg 는 중합성 모노머의 폴리머의 유리 전이점 (유리 전이 온도) 을 나타낸다. 상기 범위 내에서 초기 중합 온도를 설정하여 중합 속도를 감소시켜서, 초기 중합시 체적 수축에 대한 폴리머의 굴절 특성을 향상시킨다.

초기 중합 온도 (T1) 에서 중합한 후에, 모노머는 다음의 조건을 만족시키는 중합 온도 (T2) (℃) 에서 중합된다:

Tg (℃)≤ T2 (℃) ≤ (Tg + 40) (℃)

T1 (℃) ≤ T2 (℃)

중합 온도를 상승 (T1 → T2) 시킨 후에 중합을 완결하면, 광투과성의 저하를 방지할 수 있어서, 우수한 광투과성을 갖는 모재를 얻을 수 있다. 또한, 모재의 해중합 (depolymerization) 및 열저하의 효과가 작아져서, 모재의 폴리머 밀도의 요동을 감소시켜서, 모재의 투과성을 향상시키는 것이 가능하다. 중합 온도 (T2) (℃) 는 Tg (℃) ~ (Tg + 30) (℃) 인 것이 바람직하고, 약 (Tg + 10)(℃) 인 것이 더욱 바람직하다. Tg (℃) 보다 작은 중합 온도 (T2) (℃) 는 이러한 효과를 얻을 수 없다. 중합 온도 (T2) 가 (Tg + 40) (℃) 보다 크면, 모재의 투과성은 해중합 및 열저하로 인해 감소할 것이다. 또한, 굴절률 분포형 코어부를 형성하면서, 코어부의 굴절률 분포가 파괴되어서, POF 의 특성이 현저히 저하된다.

중합성 모노머는 중합 개시제기 잔류하지 않도록 중합이 완결될 때까지 중합 온도 (T2) 에서 중화되는 것이 바람직하다. 만일 모재에 미반응 중합 개시제가 남아있으면 (특히 용융 공정시) , 중합 개시제는 감압되어 모재에 기포를 발생시킨다. 따라서 중합 개시제가 완전히 반응하는 것이 바람직하다. 중합 온도 (T2) 에서의 중합 시간은, 비록 바람직한 중합 시간이 중합 개시제의 종류에 의존하더라도 중합 온도 (T2) 에서의 중합 개시제의 반감기 이상인 것이 바람직하다.

중합 개시제는 10 시간 반감기 온도가 (Tb-20) (℃) 이상인 화합물인 것이 바람직하고, 이때 Tb 는 중합성 모노머의 끓는점이다. 10시간 반감기 온도가 (Tb-20) (℃) 이상인 화합물을 중합 개시제로 이용해 초기 중합 온도 (T1) (℃) 에서 중합하면 초기 단계에서 중합 속도를 감소시킬 수 있다. 또한 중합 개시제의 반감기 수명의 10 % 이상의 시간 동안 상기 조건을 만족하면서 초기 중합 온도 (T1) (℃) 에서 모노머를 중합하는 것이 바람직하다. 따라서, 폴리머는 초기 중합 동안에 가압에 의해 체적 수축에 대해 신속하게 완화될 수 있다. 상기 조건들을 설정하여 초기 중합 속도를 감소시키고, 초기 중합에서 체적 수축에 대한 응답을 향상시킨다. 그 결과, 체적 수축에 의해 모재로 도입된 기포의 양이 감소되기 때문에, 생산성을 향상시키는 것이 가능하다. 중합 개시제의 10 시간 반감기 온도는 중합 개시제가 분해하여 10 시간에 그 수가 1/2 이 되는 온도를 말한다.

상기 조건을 만족하는 중합 개시제를 이용해, 초기 중합 온도 (T1) (℃) 로 상기 개시제의 반감기 시간의 10 % 이상의 시간 동안 중합하는 경우, 중합을 완결할 때까지 초기 중합 온도 (T1) (℃) 를 유지하는 것이 가능하다. 그러나, 광투과성이 높은 광학 부재를 얻기 위해서는, 초기 중합 온도 (T1) (℃) 보다 높은 중합 온도 (T2) (℃) 에서 중합을 완결하는 것이 바람직하다. 바람직한 초기 중합 온도 (T2) (℃) 와 초기 중합 온도 (T2) (℃) 에서의 바람직한 중합 시간은 상기에 기재하였다.

끓는점 (Tb) 이 100 (℃) 인 메틸 메타크릴레이트 (MMA) 는 제 2 공정에서 중합성 모노머로서 사용되고, PBD 및 PHV 는 10 시간 반감기 온도 (Tb - 20) (℃) 이상으로 중합 개시제로서 사용될 수 있다. 예를 들어, MMA 가 중합성 모노머로 사용되고 PBD 가 중합 개시제로 사용되면, 초기 중합 온도 (T1) (℃) 를 100 ~ 110 (℃) 로 유지하여서 중합 온도 (T2) (℃) 120 ~ 140 (℃) 가지 상승시키고, 중합 온도 (T2) (℃) 에서 24 ~ 48 시간 동안 실행하는 것이 바람직하다. 중합 개시제로 PHV 를 사용하는 경우, 초기 중합 온도 (T1) (℃) 100 ~110 (℃) 에서 4 ~ 24 시간 동안 유지하여, 중합 온도 (T2) (℃) 120 ~ 140 (℃) 까지 상승시키고, 중합 온도 (T2) (℃) 에서 24 ~ 48 시간 동안 유지하는 것이 바람직하다. 중합시 온도는 단계적으로 또는 계속적으로 증가시킬 수 있다. 중합시의 온도는 가능한 한 빠르게 상승시키는 것이 바람직하다.

제 2 공정에서, 중합시의 압력은, 일본 특허 공개 공보 제 09-269424 호 또는 일본 특허 공보 제 3332922 호에 기재된 것과 같이 증가하거나 또는 감소할 수 있다. 또한, 압력은 중합하는 동안 변화할 수 있다. 중합시 압력을 변화시켜서, 끓는점 (Tb) 과 근방에서 상기 조건들을 만족시키는 초기 중합 온도 (T1) (℃) 및 중합 온도 (T2) (℃) 에서 중합 효과를 향상시키는 것이 가능하다. 가압 상태 (가압 중합) 로 모노머를 중합하는 경우, 중합성 모노머를 함유하는 중공관은 지그의 중공부의 지지를 받는 것이 바람직하다. 또한, 중합 전에 감압 분위기에서 모노머를 탈수 및 탈기하는 것은 기포의 발생을 효과적으로 감소시킬 수 있다.

중공관을 지지하는 지그는 중공부로 제공되어서 상기 중공관에 주입되고, 지 그의 중공부는 중공관과 동일한 형태를 갖는 것이 바람직하다. 바꾸어 말하자면, 지그는 중공 원통형인 것이 바람직하다. 지그는 가압 중합 동안 중공관의 변형을 방지하는 것이 가능해서, 가압 중합 공정으로서 코어부의 수축을 충분히 완화하도록 중공관을 지지할 수 있다. 따라서, 지그의 중공부의 직경은 중공관의 직경보다 큰 것이 바람직하여서, 지그의 중공관은 중공관의 내벽과 접촉하지 않는다. 중공관의 외경과 비교하여, 중공부의 직경은 중공관의 외경의 0.1 % ~ 40 % 정도 큰 것이 바람직하고, 중공관의 외경의 10 % ~ 20 % 더 큰 것이 보다 바람직하다.

중공관을 포함하는 지그는 중합 챔버에 장착된다. 중합 챔버의 중공관의 길이 방향은 수직으로 유지되는 것이 바람직하다. 중합 챔버에서 지그에 의해 지지되는 중공관을 장착한 후, 중합 챔버를 가압한다. 가압 중합을 진행하면서, 중합 챔버는 질소 가스와 같은 불활성 가스 분위기에서 가압되는 것이 바람직하다. 중합시의 압력 (게이지압력) 은 비록 바람직한 압력이 중합될 모노머의 종류에 의존할지라도 일반적으로 0.05 MPa ~ 1.0 MPa 이 바람직하다.

코어부의 제조 방법은 상기 공정으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 내부 코어 (코어부) 는 회전 중합 방법을 통해 코어부용 모노머를 회전하며 계면겔 중합을 실행하여 형성된다. 다음 설명에서, 내부 코어가 형성된다. 외부 코어를 갖는 클래드관에, 내부 코어액을 주입한다. 그 후, 클래드관의 일단부를 밀봉한 후, 중합 챔버에 클래드관을 수평이 되게 유지하며 (이 상태에서 클래드관의 길이 방향은 수평을 유지한다.), 내부코어액은 클래드관이 회전하는 동안 중합된 다. 내부 코어는 일괄적으로, 연속적으로 또는 순차적으로 클래드관에 주입된다. 내부 코어용 조성물의 공급량, 조성, 중합도를 조절하여, GI 형 POF 대신에, 계단형 굴절률 분포를 갖는 다단계형 광섬유의 제조 방법에도 적용할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 상기 중합 방법은 코어부 회전 중합 방법 (코어부 회전 겔 중합 방법) 이라 칭한다.

계면겔 중합법과 비교하여, 회전 중합 방법은 코어액이 겔보더 더 큰 표면적을 갖기 때문에 코어액으로부터 발생하는 기포의 탈기가 가능하다. 따라서, 모재에서 발생한 기포가 감소한다. 또한, 회전 중합 방법으로 코어부를 형성하여서, 모재는 중심에 중공을 얻게 된다. 이러한 경우에, 모재의 중공은 용융 인발로 인해 채워져서 POF 와 같은 플라스틱 광학 부재를 만들어낸다. 이러한 모재는, 용융 인발 공정 중 모재의 공극을 폐쇄하여 플라스틱 렌즈와 같은 다른 유형의 광학 부재로 사용되는 것이 가능하다.

중합 공정 후에 발생된 기포의 양은, 제 2 공정을 완결하는 단계에서 압력을 조절하여 일정한 냉각 속도로 모재를 냉각하여 감소시킬 수 있다. 코어부의 압력 응답 측면에서, 질소 가스 분위기하의 코어부의 가압 중합은 바람직하다. 그러나 기포를 모재에서 완벽히 제거하는 것은 불가능하고, 또한 냉각 공정은 폴리머의 빠른 수축을 야기하여 모재내의 공극에 기체가 축적되어 형성된 기포핵으로 인해 기포가 발생된다. 이러한 문제를 방지하게 위해서는, 냉각 속도를 조절하는 것이 바람직하다. 냉각 속도는 0.001 ℃/min ~ 3 ℃/min 가 바람직하고, 0.01 ℃/min ~ 1 ℃/min 인 것이 보다 바람직하다. 냉각 공정은 유리 전이 온 도 (Tg) (℃) 에 대한 온도를 변화시키면서 코어부의 폴리머를 부피 수축의 과정에 응하여 2 단계 이상으로 실행된다. 이 경우에, 중합 후에 냉각 속도를 빠르게 설정하고, 그 다음 냉각 속도를 점진적으로 감소시키는 것이 바람직하다.

상기 공정 후의 모재는 일정한 굴절률 분포 및 충분한 광투과성을 갖게 된다. 또한, 기포 및 미세 공극의 양이 감소한다. 클래드부 (또는 외부 코어부) 와 코어부 사이의 계면의 편평도는 우수해진다. 비록 상기 제조 방법이 단일 외부 코어층을 갖는 원통형 모재를 설명하고 있지만, 2 층 이상의 외부 코어부도 형성될 수 있다. 계면겔 중합법 및 인발 공정을 이용해 광섬유를 제조한 후, 외부 코어부는 내부 코어부와 일체시킬 수 있다.

도 5a 에는, 모재 (15) 의 단면이 도시되어 있다. 우수한 전송 특성을 얻기 위해서, 내부 코어 (20b) 는 굴절률이 중심에서부터 바깥으로 감소하는 (도 5b 참조) 굴절률 분포형 (GI 형) 인 것이 바람직하다. 외부 코어 (20a) 는 내부 코어 (20b) 를 형성할 때, 계면겔 중합이 가능한 재료로부터 형성된다. 모재 (15) 의 형태는 제한되지 않는다. 클래드관 (12) 의 외경 (D1) (mm) 은 10 mm ~ 100 mm 가 바람직하고, 클래드관 (12) 의 두께 (t1) 는 0.5 mm ~ 15 mm 인 것이 바람직하다. 10 mm 미만의 외경 (D1) 을 갖는 POF (17) 는 생산성의 감소를 야기한다. 반면에, POF (17) 의 외경 (D1) 이 100 mm 이상이면, 모재 (15) 의 용융 인발 공정이 어려워진다. 계면겔 중합에서, 2 mm ~ 15 mm 의 두께 (t2) (mm) 를 갖는 외부 코어를 형성한 후에 2 mm ~ 15 mm 의 직경 (D2) (mm) 을 갖는 내부 코어 (20b) 를 형성하는 것이 바람직하다.

다양한 종류의 플라스틱 광학 부재는 모재를 가공하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 길이 방향에 대해 수직방향으로 모재를 슬라이스하면 편평한 표면을 갖는 원통형 및 디스크형 렌즈를 얻을 수 있다. 모재를 용융 인발하여 POF 를 형성할 수 있다. 모재의 코어부가 굴절률 분포를 가지면 일정한 광투과성을 갖는 POF 는 높은 생산성을 가지며 안정적으로 형성될 수 있다.

(제 3 공정)

제 3 공정인 용융 인발에서, 모재는 가열 챔버 (예를 들면, 원통형 가열 챔버) 를 통해 가열되어서, 용융 모재를 인발하게 된다. 가열 온도는 모재의 재료에 따라 결정된다. 일반적으로, 가열 온도는 180 ℃ ~ 250 ℃ 인 것이 바람직하다. 인발 조건 (인발 온도와 같은) 은 POF 의 직경과 재료에 따라 결정된다. 코어부에서 굴절률 분포를 갖는 GI 형 POF 를 형성하면서, 굴절률 분포를 파괴하지 않도록 POF 의 방사 방향으로 인발 공정을 균일하게 실행하는 것이 필요하다. 따라서, 가열 공정시 단면을 따라 모재의 균일한 가열이 가능한 원통형 가열기를 사용하는 것이 바람직하다. 가열 챔버는 모재의 인발 방향으로 온도 분포를 갖는 것이 바람직하다. 굴절률 파괴를 방지하기 위해, 모재의 가열 영역은 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 즉, 가열 영역 전의 위치에 예비 가열하고, 가열 영역 다음 위치에 냉각 공정을 하는 것이 바람직하다. 가열 공정을 위한 가열 장치는 작은 가열 영역에 높은 에너지를 제공할 수 있는 레이저 장치일 수 있다.

인발 공정용 인발 장치는 모재의 원형을 유지하기 위해, 코어의 위치를 유지하는 메카니즘을 조절하는 코어 위치를 갖는 것이 바람직하다. 인발 조건을 조절하여 POF 의 폴리머의 배향을 조절하는 것이 가능해서, 기계적 특성 (굽힘 특성과 같은), 열 수축성 등을 조절하는 것이 가능하다.

도 6 에서, POF (17) 제조용 제조 장치 (70) 가 도시되어 있다. 모재 (15) 는 X-Y 정렬 장치 (71) 를 통해 상하용 암 (72) (이하 "암" 으로 칭함) 에 의해 지지된다. 암 (72) 은 상하용 추진기 (screw) (73) (이하 "추진기" 라 칭함) 의 회전에 의해 상하로 이동가능하다. 추진기 (73) 가 회전하여 암 (72) 을 천천히 아래로 이동시키면 (예를 들면, 1 mm/min ~ 20 mm/min), 모재 (15) 의 하단부가 중공 원통 가열로 (74) 에 삽입된다. 가열로의 세부 사항은 이하에 설명될 것이다. 모재 (15) 는 하단부에서부터 조금씩 용융 인발되어서 POF (17) 를 형성한다. 모재 (15) 의 전체 표면은, 가열 공정 전에 모재 (15) 근처의 대기를 보조하고자 하는 목적으로 모재 (15) 를 공기 흐름과 외부 먼지로부터 보호하는 가요성 실린더 (75) 로 피복하는 것이 바람직하다. 가요성 실린더 (75) 는 가열로 (74) 로부터의 상승 기류를 감소시키기 때문에 단부가 막힌 구조의 상단부를 갖는 것이 바람직하다. 가열로 (74) 는 가열로 챔버 (76) 에 보관되어서 외부 공기로부터 가열로 (74) 를 보호한다. 따라서, 모재 (15) 를 통과하는 영역의 공기를 유지하는 것이 가능하다. 또한, 가스 공급 장치 (77) 를 공급하여 불활성 기체 분위기에서 가열로 (74) 를 제조하는 것이 바람직하다.

제조된 POF (17) 의 직경은 직경 측정 장치 (78) 를 사용하여 측정한다. 측정된 직경에 기초하여, 암 (72) 의 구동 속도, 가열로 (74) 의 가열 온도, POF (17) 의 인발 속도 등은 POF (17) 의 직경이 설정치가 되도록 조절된다. POF 의 직경의 변동에 의해 야기되는 전송 손실을 감소시키기 위해서, 직경 조절용 조절 시스템은 신속히 반응하는 것이 바람직하다. 도 6 의 제조 장치 (70) 에서, POF (17) 의 직경은 권취릴 (79) 의 권취 속도를 조절하여 제어한다. 제조 장치의 다른 부분으로 직경을 조절하는 것 또한 가능하다. 예를 들면, 모재가 레이저 장치와 같은 반응이 신속 반응 가열 장치를 사용하여 가열되면, 레이저 장치의 가열 에너지를 조절할 수 있다. 마지막으로, POF (17) 가 권취릴 (79) 에 권취된다.

일본 특허 공개 공보 제 7-234322 에 기재된 바와 같이, 인발 공정시의 장력 (인발 장력) 은 0.098 N (10 g) 이상이 바람직하다. 용융 인발 공정 후에 POF (17) 에 뒤틀림을 남기지 않도록 하기 위해서, 일본 특허 공개 공보 제 7-234324 호에 따라 인발 장력은 0.98 N (100 g) 이하인 것이 바람직하다. 인발 장력이 POF 의 소재와 직경에 따라 변하기 때문에, 인발 장력은 상기 조성에 한정되지는 않는다. 일본 특허 공개 공보 제 8-106015 호에 기재된 바와 같이, 용융 공정시 예비 가열을 실행하는 것이 가능하다. 일본 특허 공개 공보 제 8-54521 호에 기재된 바와 같이, 제조된 POF 의 경도 및 인장 신도를 설정하여 POF 의 측면 압력 특성 및 굽힘을 개선시킨다. 또한, POF 주변의 반사층으로서의 저굴절률층을 제공하여 POF 의 전송 특성을 향상시킨다.

도 7 에, 가열로 (74) 가 도시되어 있다. 가스 공급 장치 (77) 는 불활성 기체를 공급하여서 가열로 (74) 가 불활성 기체 분위기하에 있도록 설정한다. 가열로 (74) 는 모재 (15) 를 인발하는 방향을 따라 적용된 5 개의 가열 장치 (90, 91, 92, 93, 94) 를 포함한다. 가열 장치의 수는 5 개로 제한되지는 않는다. 가열로 (74) 는 바람직하게는 2 개 ~ 10 개의 가열 장치를 갖고, 보다 바람직하게는 3 개 ~8 개의 가열 장치를 갖는다. 비록 가스 공급 장치 (77) 가 가열로 (74) 에 연결되어 있더라도, 각각의 가열 장치 (90 ~ 93) 에 다수의 가스 공급 장치 (77) 를 공급할 수 있다. 복수의 가열 장치에 가스 공급 장치를 제공할 수 있다. 가열로 (74) 에 공급되는 가스는 질소 가스 (열전도율: 0.0242 W(mㆍK)) 및 헬륨 가스 (열전도율: 0.1415 W(mㆍK)), 아르곤 가스 (열전도율: 0.0.0015 W(mㆍK)) 및 네온 가스와 같은 희박 가스이다. 제조 비용의 측면에서는, 질소 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 열전도율의 측면에서는, 헬륨 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 헬륨 가스와 아르곤 가스의 혼합 가스와 같은 혼합 가스는 원하는 열전도율을 얻고 제조 비용을 감소시키는데 바람직하다. 불활성 기체는 순환할 수 있는데, 왜냐하면 가열로 (74) 의 열전도율을 조절하고 불활성 기체 분위기하에서 가열로를 유지하기 위한 목적으로 불활성 기체를 공급하기 때문이다. 불활성 기체의 순환은 제조 비용을 감소시킬 수 있다. 불활성 기체는 공급되는 가스의 종류 및 가열 조건에 의존하는 것이 바람직하다. 헬륨 가스의 경우, 공급량은 1 L/min ~ 10 L/min (상온에서) 이 바람직하다.

오리피스 (95) 가 최상위 가열 장치 (90) 의 최상부면에 제공된다. 오리피스 (96 ~ 99) 가 인접한 가열 장치 사이에 제공된다. 오리피스 (100) 는 최하위 가열 장치 (94) 의 바닥면에 제공된다. 오리피스 (95 ~ 100) 는 가열로 (74) 를 온도가 개별적으로 조절할 수 있는 다수의 가열부로 분리할 수 있다. 가열부에는 각각의 온도계 (101 ~ 105) 가 제공될 수 있다. 온도계 (101 ~ 105) 에 의해 측정된 각각의 가열부의 온도에 기초하여, 가열 장치 (90 ~ 94 ) 의 출력을 조절할 수 있다. 밀봉 부재 (106) 는 최상위 오리피스 (95) 의 최상부면에 부착되어 있다. 도 8 에서와 같이, 직경 (D3) (mm) 을 갖는 개구부 (107) 는 밀봉 부재 (106) 내에 형성된다. 모재 (15) 는 밀봉 부재 내의 개구부 (107) 를 통해 가열 장치 (90) 로 주입된다.

밀봉 부재 (106) 는 밀봉 부재 (106) 가 모재 (15) 와 접촉하면 우수한 밀봉 효과를 보이며, 밀봉 부재 (106) 는 모재 (15) 에 손상을 주지 않기 위해 연성 및내열성을 지녀야 한다. 밀봉 부재 (106) 의 소재로서는, 실리콘 고무와 같은 카본 펠트 및 고무 시트가 바람직하다. 우수한 내열성을 갖는 유리재와 세라믹재는 모재 (15) 가 손상을 입지 않는 한도 내에서 사용가능하다.

모재 (15) 를 포함한 가열로 (74) 를 밀봉하기 위해서, 개구부 (107) 의 직경 (D3) (mm) 은 모재 (15) 의 외경 (D1) (mm) 보다 작은 것이 바람직하다. 다수의 절삭 라인 (107b) 은 개구부 (107) 의 날 (107a) 로부터 외부 방사방향으로 제공된다. 절삭 라인 (107b) 의 날은 실질적으로 원형인 개구부 (외부 개구부) (107c) 에 위치한다. 외부 개구부 (107c) 는 직경 (D4) (mm) 을 갖는다. 개구부 (107) 의 날 (107b) 에서부터 외부 개구부 (107c) 까지의 영역은 모재 (15) 와 접촉하는 접촉 영역 (107d) 이다. 밀봉 부재 (106) 를 통해 모재 (15) 는 밀봉 부재 (106) 의 접촉 영역 (107d) 과 접촉하여서, 밀봉 부재 (106) 를 사용하 여서 가열로 (74) 의 최상부면을 밀봉하는 것이 가능하다. 그 결과, 가열로 (74) 는 가열로 (74) 의 바닥면의 개구부를 통해 외부 공기가 유입되는 것으로부터 보호될 수 있다. 따라서, 가열로 (74) 에서의 온도 분포를 조절하는 것이 가능하다.

외경 (D3) (mm) 은 0.75 × D1 ≤ D3 (mm) ≤ D1 (mm) 의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.

보다 바람직하게는, 외경 (D3) 은 0.80 × D1 ≤ D3 (mm) ≤ 0.90 × D1 (mm) 의 조건을 만족한다.

외부 개구부 (107c) 의 직경 (D4) (mm) 은 D1 (mm) < D4 (mm) ≤ 1.50 × D1 (mm) 의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.

보다 바람직하게는, 외경 (D4) 은 1.10 × D1 ≤ D4 (mm) ≤ 1.30 × D1 (mm) 의 조건을 만족한다.

개구부 (107) 의 직경 (D3) (mm) 은 모재 (15) 의 직경 (D1) (mm) 보다 작아서는 안된다. 예를 들어, 개구부 (103) 가 D1 (mm) 보다 크고 1.20 × D1 (mm) 이하의 조건을 만족하는 직경 (D3) 을 가지면, 밀봉 부재 (106) 는 충분한 밀봉 효과를 갖는다. 이런 경우에, 밀봉 부재 (106) 가 모재 (15) 와 접촉하지 않기 때문에, 밀봉 부재 (106) 의 소재를 다양하게 선택할 수 있다. 최상위 가열 장치 (90) 의 온도가 높기 때문에 (예를 들면, 150 ℃ ~ 290 ℃), 밀봉 부재 (106) 로서 우수한 내열성을 갖는 세라믹재를 사용하는 것이 바람직하다.

도 9 에서, 밀봉 부재 (110) 는 POF (17) 의 인발 방향에 대해 가열로 (74) 의 하류면에 제공된다. 밀봉 부재 (110) 는 최하위 오리피스 (100) 의 바닥면에 부착된다. 도 9 에서, 가스 공급 장치는 인발을 간단하게 할 목적으로 도시되었다. 도 10 에서, 개구부 (111) 는 밀봉 부재 (110) 로 형성되어 POF (17) 를 통과한다. 인발된 POF (17) 의 원하는 직경을 얻은 후에, 밀봉 부재 (110) 는 POF (17) 가 밀봉 부재 (110) 에서 개구부 (111) 를 통과할 때 오리피스 (100) 의 바닥면에 부착된다. 따라서, 가열로 (74) 의 하부 측면으로부터 유입된 외부 공기에 의한 가열로 (74) 의 온도 변동을 방지하는 것이 가능하다. 밀봉 부재 (110) 의 소재는 제한되지 않는다. 그러나 공정의 용이함과 제조 비용을 고려하여, 밀봉 부재 (110) 는 금속 플레이트 (스테인리스 플레이트 및 알루미늄 플레이트) 가 바람직하다. 또한, 밀봉 부재 (110) 는 고온에서 변형되지 않을 정도의 충분한 내열성을 갖는 플라스틱 플레이트 또는 고무 플레이트일 수 있다. 바람직하게는, 밀봉 부재 (110) 는 내열성을 갖는 플라스틱 플레이트로 이루어진다. 최하위 가열 장치 (94) 의 온도는 다른 가열 장치의 온도와 비교하여 상대적으로 낮아서 (예를 들면, 30 ℃ ~ 80 ℃), 밀봉 부재 (110) 는 공정이 용이한 플라스틱으로 제조될 수 있다.

하부 밀봉부 (110) 의 개구부 (111) 의 직경 (D6) (mm) 은 1.20 ×D5 (mm) 이상이고 10 × D5 (mm) 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.50 × D5 (mm) 이상이고 5.0 × D5 (mm) 이하이다. 직경 (D5) 이 POF (17) 의 외경을 나타낸다는 것을 주의해야 한다. 예를 들어, POF (17) 의 직경 (D5) 이 1.0 mm 이면, 개구부 (111) 의 직경 (D6) (mm) 은 2 mm ~ 3 mm 가 바람직하다. 만일 직경 (D6) (mm) 이 1.20 × D5 (mm) 이하라면, POF (17) 는 POF (17) 의 통로가 변동되어도 밀봉 부재 (110) 과 접촉하는 것이 용이하다. 이 경우에, POF (17) 의 외부면이 손상을 입어서, POF (17) 의 광학 특성에 영향을 주게 된다. 다시 말하면, 만일 직경 (D6) (mm) 이 10 × D5 (mm) 이상이면, 외부 공기가 가열로 (74) 에 유입되는 것을 예방하고자 하는 본 발명의 효과를 달성하기 어렵거나 달성할 수 없다.

밀봉 부재 (110) 에 개구부 (111) 를 형성하는 대신, 직경 (D4) (mm) 의 변동이 가능한 셔터형 밀봉 부재를 부착하는 것이 가능하다. 직경 (D4) 을 변동하여, 용융 인발 공정으로 형성된 POF (17) 의 직경 (D5) (mm) 을 변동시키는 경우에 가열로 (74) 의 설정을 조절하는 시간을 단축시키는 것이 가능하다. 또한, 밀봉 부재는 개폐가 가능한 두 개의 블레이드를 포함할 수 있다. 밀봉 부재는 부분적으로 분리가능하다. 이런 경우에, 밀봉 부재는 용융 인발 공정의 초기에 부분적으로 분리되어, 밀봉 부재의 분리된 부분은 POF (17) 의 직경이 설정치로 된 후에 고정된다. 이러한 밀봉 부재를 사용함으로써, 원하는 직경의 POF 를 형성한 후에 밀봉 부재를 설정하는 작업이 용이해진다.

도 11 의 가열로 (74) 는 가열로 (74) 의 바닥면과 최상부면에 부착된 밀봉 부재 (106, 110) 를 갖는다. 도 11 에서, 가스 공급 장치는 도면을 간단히 하기 위한 목적으로 도시하지 않는다. 밀봉 부재가 가열로 (74) 의 양 측면에 부착되어 있기 때문에, 최상부면과 바닥면에서의 외부 공기의 유입으로부터 가열로 (74) 를 보호하는 것이 가능하다. 따라서, 가열로에서 공기의 유입을 방지하는 것이 가능하기 때문에 가열로 (74) 의 온도 변동을 방지하는 것이 가능하다. 가열 장치 (90 ~ 94) 의 온도를 조절하여, POF (17) 및 모재 (15) 에서 원하는 온도 분포를 만드는 것이 가능하여, 용융 인발 공정의 조건을 유지할 수 있다.

도 12 의 가열로 (74) 는 최상위 오리피스 (95) 위에 스페이서 (121) 를 갖는다. 가스 공급 장치는 도 12 에 도시되지 않았음을 주의해야 한다. 모재 (15) 용융 및 예비 가열용 가열 장치 (90) 는 고온 (예를 들면, 150 ℃ ~ 290 ℃) 에서 유지된다. 밀봉 부재 (122) 는 상기에 기재된 것처럼, 밀봉 효과를 향상시키기 위한 목적으로 모재 (15) 의 외부 표면을 피복하는 형태를 갖는다. 따라서, 밀봉 부재 (122) 는 모재 (15) 의 표면에 스크래치와 같은 손상을 야기하지 않도록 연질 소재로 만들어지는 것이 바람직하다. 밀봉 부재 (122) 의 예로는 폴리아미드 수지 및 어떤 내열성 레벨을 갖는 PET, 엘라스토머 (예를 들면, 실리콘 고무, 우레탄 엘라스토머 및 성형 수지) 와 같은 플라스틱 필름 (바람직하게는 엔지니어링 플라스틱 필름) 이 있다. 밀봉 부재 (122) 용 연질 소재들은 충분한 내열성을 지니지 않아서, 가열된 오리피스 (95) 위의 밀봉 부재 (122) 는 열에 의해 손상을 입는다. 따라서, 스페이서 (121) 에 밀봉 부재 (122) (도 6 의 밀봉 부재와 동일) 를 부착하고 오리피스에 스페이서 (121) 를 부착하는 것이 바람직하다. 스페이서 (121) 의 소재는 한정되지 않으나, 우수한 내열성을 갖는 세라믹재 (예를 들어, 암면 및 헤미살) 및 유리 클로스 (glass cloth) 가 바람직하다.

도 13 에서, 스페이서 (131) 및 밀봉 부재 (132) 가 가열로 (74) 에 제공된다. 스페이서 (131) 와 밀봉 부재 (132) 는 도 12에 도시된 것들과 동일하다. 최하위 오리피스 (100) 아래에, 원통형 관 (133) 의 일단부가 부착되어 있고, 밀봉 부재 (134) (도 10 의 밀봉 부재 (110) 과 동일) 는 원통형 관 (133) 의 다른 일단부에 부착되어 있다. 밀봉 부재 (134) 는 원통형 관 (133) 에서의 공기 흐름을 조절할 수 있다. 따라서, 용융 인발 직후에 연질 POF (17) 의 (표면에서의 라인과 같은) 변형을 방지하는 것이 가능하다. 원통형 관 (133) 의 길이 (L1) (mm) 는 제한되지 않으나, 길이 (L1) (mm) 가 100 mm ~ 1000 mm 인 것이 바람직하다. 원통형 관 (133) 의 내경은 10 mm ~ 50 mm 인 것이 바람직하다. 도 13 에서는 도면을 간단하게 하기 위해 가스 공급 장치를 도시하지 않았다.

일반적으로, 하나 이상의 보호층이, 내굽힘성 및 내후성을 향상시키고, 수분 흡수에 의한 특성의 감소를 방지하고, 인장 강도를 향상시키고, 스탬핑에 대한 저항성을 제공하고, 난연성을 제공하고, 화학제에 의한 손상으로부터 보호하고, 외부 빛으로부터의 노이즈를 방지하고, 착색에 의한 가치를 향상시키는 목적으로, POF 에 피복된다.

(피복 구조)

플라스틱 광섬유 케이블은 POF 및/또는 광섬유 스트랜드를 피복하여 제조된다. 피복의 유형에 따라, 피복재가 POF 의 전체면과 접촉하는 밀착형의 피복과, 피복재와 POF 의 사이에 공극을 가지는 루스형 (loose type) 피복이 있다. 루스형 피복층이 커넥터와의 접속부에 있어서 박리되면, 수분이 POF 와 피복층 사이의 공극에 침투하여 광섬유 케이블의 길이 방향으로 확장하게 된다. 따라서, 밀착형 피복이 바람직하다.

그러나, 루스형 피복은 피복층과 POF 사이의 공극때문에 광섬유 케이블에 대한 열과 응력에 의해 야기되는 손상을 완화시키는 장점이 있다. POF 에 대한 손상이 감소하기 때문에, 루스형 피복은 사용 목적에 따라서는 바람직하게 이용될 수 있다. 공극부에 겔상의 반고체 또는 분립체를 충전함으로써 광섬유 케이블의 측가장자리로부터의 수분을 방지할 수 있다. 만일 필터로서 겔상의 반고체 또는 분립체에 내열성 및 기계적 특성의 향상이라는 기능이 제공된다면, 우수한 특성을 갖는 피복층을 얻을 수 있다. 루스형의 피복층은 크로스 헤드 다이의 압출 니플의 위치를 조절하여 감압 장치의 압력을 조절함으로써 형성될 수 있다. POF 와 피복층 사이의 공극층의 두께는 공극 층에 대한 압력과 니플의 두께를 조절하여 제어할 수 있다.

보호층용 재료의 예로는 폴리에틸렌 (PE: polyethylene), 폴리프로필렌 (PP: polypropylene), 염화비닐 (PVC: vinyl chloride), 에틸렌 아세트산 비닐 공중합체 (EVA: ethylene vilylacetate copolymer), 에틸렌-아크릴산 에틸 공중합체 (EEA: ethylene ethylacrylate copolymer), 폴리에스테르, 나일론 등의 열가소성 수지가 있다. 열가소성 수지 외에도 엘라스토머를 사용할 수 있다. 이들은 높은 탄성을 갖고 있기 때문에, 휨 등의 기계적인 특성을 부여하는 점에서도 효과가 있다. 엘라스토머의 예로는, 이소프렌계 고무, 부타디엔계 고무, 디엔계 특수 고무 등의 각종 고무나, 폴리디엔계나 폴리올레핀계등의 액상 고무 및 열가소성 엘라스토머가 있다. 액상 고무는 실온에서는 유동성을 나타내지만 가열에 의해 그 유동성을 소실해 경화되는 특성을 갖는다. 열가소성 엘라스토머는 실온에서 탄 성을 가지지만 고온에서 성형하기 위해 가소성으로 된다. 국제 공개 제 26374 호 팜플렛에 기재된 NCO 기 함유 우레탄 프리폴리머와 20 ㎛ 이하 크기의 고형 아민등이 1 액형 열경화성 우레탄 조성물과 같은 반응제와 폴리머 전구체의 혼합액을 열경화시키는 것도 가능하다.

상기 열거한 소재들은, POF 폴리머의 유리 전이 온도 (Tg) 보다 낮은 온도에서 성형 가능한 한 본 발명을 한정하지 않는다. 상기 열거한 소재들의 공중합체 또는 다른 소재들도 사용될 수 있다. 또한, 혼합 폴리머도 사용될 수 있다. 보호층의 특성을 개선하는 목적으로, 첨가제 및 필러를 첨가할 수 있다. 참가제의 예로는, 난연제, 산화 방지제, 라디칼 포획제 및 윤활제 등이 있다. 필러는 무기 화합물 및/또는 유기 화합물로 이루어질 수 있다.

POF 는 제 1 보호층인 상기 보호층 주위에 제 2 (또는 그 이상) 보호층을 갖는다. 만일 제 1 보호층이 POF 의 열손상을 줄이기에 충분한 두께를 갖는다면, 제 2 보호층의 경화 온도의 필요 조건은 제 1 보호층에 비해 덜 엄격할 수 있다. 제 2 보호층에는 난연제, 산화 방지제, 라디칼 포획제 및 윤활제 등의 첨가제가 제공될 수 있다.

난연제는 브롬과 같은 할로겐을 포함하는 수지, 인 함유 물질 및 첨가제이다. 금속 수산화물은 독성 가스 방출의 감소를 목적으로 난연제로서 사용되는 것이 바람직하다. 금속 수산화물은 결정수를 가지고 있고, 그 결정수는 POF 를 형성하는 동안 제거되지 않는다. 따라서, 제 1 보호층 주위에 내습성 피복을 제공하여 내습성 피복 주위에 난연제로서 금속 수산화물을 형성하는 것이 바람 직하다. 난연성의 규격으로서, UL (Underwriters Laboratary) 은 몇몇 시험 방법을 규정한다. 규정은 각 난연성의 낮은 순서로부터, CMX (연소시험은 일반적으로 VW-1 시험이라고 함), CM (수직 트레이 연소 시험), CMR (라이저 시험), CMP (플레넘 시험) 등이다. 플라스틱 광섬유가 가연성 소재로부터 만들어지므로, 플라스틱 광섬유 케이블은 연소 방지의 목적으로 VW-1 규격을 갖는 것이 바람직하다.

POF 는 다기능의 복수 피복층을 가질 수 있다. 이러한 피복층의 예로는 상기의 난연층, 흡습을 억제하기 위한 배리어층, 피복층 내 또는 피복층 사이의 흡습 재료 (예를 들면 흡습 테이프 또는 겔) POF 의 굽힘 시 응력 완화를 위한 충격 흡수제로서 유연성 소재층과 스티렌 발포층 및 강성을 향상시키기 위한 강화층 등이 있다. 피복층인 열가소성 수지는 구조재를 가져서 광섬유 케이블의 강도를 증가시킬 수 있다. 구조재는 고탄성 및/또는 고강성의 금속선을 갖는 항장력 섬유이다. 항장력 섬유의 예로는 아라미드 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유가 있다. 금속선의 예로는 스테인리스선, 아연 합금선, 구리선 등이 있다. 구조재는 전술한 것에 의해 한정되지 않는다. 보호를 위한 금속관, 광섬유 케이블을 고정하기 위한 지지선과 같은 다른 재료들을 제공하는 것 또한 가능하다. 광섬유 케이블을 배선하는 데 있어 작업 효율을 향상시키는 메카니즘을 적용하는 것 또한 가능하다.

사용 형태에 따라, POF 는, POF 가 원형으로 배열된 케이블 조립체, POF 가 일렬로 배열한 테이프 코어선, 테이프 코어선이 밴드 또는 LAP 시스 (sheath) 등을 사용하여 다발로 된 케이블 조립체 등으로서 선택적으로 사용될 수 있다.

종래의 광섬유 케이블과 비교하여, 본 발명에 따라 POF 를 함유하는 광섬유 케이블은 코어 위치에 대해 오차 허용도가 크기 때문에, 광섬유 케이블은 직접 연결될 수 있다. 그러나 광학 커넥터를 사용한 본 발명에 따라 광학 부재인 POF 의 단부를 확실히 고정하는 것이 바람직하다. 일반적으로 널리 사용되는 광학 커넥터는 PN 형 SMA 형 SMI 형 등이 있다.

광학 부재로서 POF, 광섬유선 및 광섬유 케이블을 통해서 광신호를 전송하는 시스템은 발광 소자, 수광 소자, 광학 스위치, 광학 이격체 (isolator), 광집적회로, 광 송수신 모듈 등의 광학 부재를 포함하는 광신호 처리 장치를 포함한다. 이러한 시스템은 다른 POF 와 결합될 수 있다. 그들에 관련하는 기술로서는 어떠한 공지의 기술도 적용할 수 있다. 예를 들어 상기 기술은, "'플라스틱 광섬유의 기초와 실제' (NTS 사 발행.)", "'마침내 프린트 배선 기판에 광학 부재 탑재 가능' 니케이 전자 2001.12.3 월호 110 페이지 ~ 127 페이지" 등에 기재되어 있다. 상기 문헌의 기술에 따라 광학 부재를 조합함으로써, 광학 부재는 고속 대용량의 데이터 통신이나 전자파의 영향을 받지 않는 제어 등의 단거리에 적절한 광전송 시스템에 배우 적합하게 이용할 수 있다. 구체적으로, 광학 부재는 장치 (컴퓨터와 각종 디지컬 기기와 같은) 내 배선, 차량이나 선박 등의 내부 배선, 광터미널과 디지털 장치 사이 및 디지털 장치들 사이의 광 연결, 일반 가정, 집합 주택, 공장, 사무실, 병원, 학교 등의 옥내 또는 옥외의 광 LAN 등에도 적용 가능하다.

또한, 광전송 시스템과 결합된 다른 기술들이 예를 들어 "Vol.E84-C,No.3, 2001 년 3 월, 339 페이지 ~ 344 페이지 'High-Uniformity Star Coupler Using Diffused Light Transmission'", "일렉트로닉스 실장 학회 잡지 Vol. 3. No.6,2000 476 페이지 ~480 페이지'광시트 배스 기술에서의 인터커넥션'" 에 기재되어 있다. 또한, 광버스 (일본 특허 공개 공보 제 10-123350 호, 제 2002-90571 호, 제 2001-290055 호 등에 기재됨); 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 기재됨); 광스타 커플러 (일본 특허 공개 공보 제 2000-241655 호에 기재됨); 광신호 전송 장치 및 광데이터 버스 시스템 (일본 특허 공개 공보 제 2002-62457 호, 제 2002- 101044 호, 제 2001-305395 호 등에 기재됨); 광신호 처리 장치 (일본 특허 공개 공보 제 2000-23011 호 등에 기재됨); 광신호 크로스 커넥터 시스템 (일본 특허 공개 공보 제 2001-86537 호 등에 기재됨); 광전송 시스템 (일본 특허 공개 공보 제 2002-026815 호 등에 기재됨); 다기능 시스템 (일본 특허 공개 공보 제 2001-339554 호, 제 2001-339555 호 등에 기재됨) 및 다양한 종류의 광도파로관, 광분기, 광커플러, 광멀티플렉서, 광디멀티플렉서 등이 있다. 본 발명에 따른 광학 부재를 갖는 광학 시스템이 이 기술들과 결합되면, 다중화된 송수신 등을 사용한 보다 고도의 광전송 시스템을 구축할 수 있다. 본 발명에 따른 광학 부재는 광전송 용도 이외에도 조명, 에너지 전송, 일루미네이션 및 센서 등에 이용될 수 있다.

[실험]

본 발명은 본 발명의 실시형태인 실험 (1) ~ (4) 및 비교예로서 실험 (5) ~ (6) 을 참조하여 보다 구체적으로 설명될 것이다. 재료, 함량, 조작 등은 본 발명의 정신으로부터 일탈하지 않는 한 적절하게 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 이하에 나타내는 구체예에 제한되지 않는다. 설명은 실험 (1) 로 상세하게 실시한다. 실험 (2) ~ (6) 에서는, 실험 (1) 과 다른 개소만을 설명한다.

압출에 의한 불화 폴리비닐리덴으로부터 형성된 클래드관 (12) 은 외경 (D1) 은 20 mm, 내경은 19 mm (클래드 두께 (t1) 은 0.5 mm), 길이가 900 mm 이다. 클래드관 (12) 을 충분한 강성을 가지는 내경 20 mm, 길이 1000 mm 의 중합 챔버에 삽입한다. 이 중합 챔버를 클래드관 (12) 마다 순수한 물에서 세정한 후에 90 ℃ 에서 건조시킨다. 그 후, 클래드 관 (12) 에 테플론제 (상표명) 의 마개를 이용해 일단을 밀봉한다. 클래드관 (12) 의 내벽을 에탄올로 세정한 후에 80 ℃ 의 오븐에서 감압 공정 (대기압에 대해 -0.08 MPa) 을 12시간 동안 처리한다.

다음, 외부 코어 중합 공정 (13) 을 실시한다. 사각 플러스크에 외부 코어액을 준비한다. 외부 코어액은 중수소화 메틸 메타크릴레이트 (MMA-d8, 와코순약 (주) 사제) 205.0 g, 2-2'-아조비스 (이소부티르산) 디메틸 0.0512 g 및 1-도데칸티올 (라우릴메르캅탄) 0.766 g 을 함유한다. 외부 코어액을 AS 원(주) 사제의 초음파 세정 장치 USK-3 (38000 MHz, 출력 360 W) 을 사용하여 10 분 동안 초음파 조사를 실시한다. 그 다음, 코어액을 클래드관 (12) 에 주액한 후에, 감압 여과 장치를 이용해 클래드관 (12) 을 대기압에 대해서 0.01 MPa 감압하고, 상기 초음파 세정 장치를 이용해 5 분간 초음파 처리를 한다.

클래드관 (12) 의 첨단 부분의 공기를 아르곤 가스로 치환한 후, 클래드관 (12) 의 첨단부를 실리콘 마개와 실 테이프를 이용해 밀폐한다. 외부 코어액을 포함한 클래드관 (12) 을, 60 ℃ 의 고온수 욕조에 넣어 진탕시키면서 2시간 예비 중합을 실시한다. 그 후, 상기 예비 중합을 실시한 후 클래드관 (12) 을 수평 상태 (클래드관의 길이 방향이 수평이 되는 상태) 로 60 ℃ 의 온도를 유지 하면서 500 rpm 에서 클래드관 (12) 을 회전시키면서 가열 중합(회전 중합)을 실시한다. 그 후에 크래드관 (12) 은 회전 속도 3000 rpm 으로 60 ℃ 에서 16시간 동안, 그 후 3000 rpm 으로 90 ℃ 에서 4 시간 동안 회전 중합을 실시한다. 따라서, 클래드관 (12) 의 내측에 PMMA－d8 로 이루어지는 외부 코어 (20a) 를 가지는 원통관을 얻는다.

내부 코어부 형성을 위해 사전 처리를 실시한다. 외부 코어 (20a) 가 형성되고 있는 클래드관(12) 을 90 ℃ 의 오븐에서 감압 처리 (대기압-0.08 MPa) 를 실시한다. 그 후 내부 코어 중합 공정 (14) 를 실시한다. 삼각 플라스크 내에 중수소화 메틸메타크릴레이트 (MMA－d8, 와코순약 (주) 사제) 82.0 g, 2- 2＇－아조비스 (이소부티르산) 디메틸 0.070 g, 1－도데칸티올 (라우릴메르캅탄) 0.306 g, 도펀트로서 디페닐 술피드(DPS) 6.00 g 을 포함하는 내부 코어액을 조제한다. 그 후에 클래드관 (12) 에 초음파 세정 장치 USK－3 을 이용해 10 분간 초음파 조사를 실시한다.

외부 코어 (20a) 가 형성되고 있는 클래드관 (12) 을 80 ℃ 로 20 분 동안 유지한 후에 내부 코어액을 클래드관 (12) 의 중공부에 주입한다. 클래드부 (12) 의 일단부를 테플론 (상표명) 스토퍼로 피복한다. 클래드부 (12) 는 온도 70 ℃, 회전 속도 3000 rpm 에서 5 시간 동안 회전 겔 중합을 받는다. 그 후, 클래드부 (12) 는 120 ℃ 에서 24 시간 동안 가열 공정 및 열중합을 받는다. 따라서, 내부 코어 (20b) 를 갖는 모재 (15) 를 제조한다. 모재 (15) 의 내경은 4.5 mm, 외경은 (D1) 20 mm 이며, 클래드부의 두께 (t1) 는 0.5 mm 이다.

모재 (15) 는 도 6 ~ 도 8 의 제조 장치 (70) 를 사용하여 인발 공정 (16) 을 받는다. 가열로 (74) 는 각각의 내경이 80 mm 인 5 개의 가열 장치 (90 ~ 94) 를 포함한다. 가열 장치 (90 ~ 94) 의 온도는 모재 (15) 의 인발 방향으로 상부측에서부터 215 ℃, 164 ℃, 144 ℃, 111℃ 및 60 ℃ 이다. 밀봉 부재 (106) 는 실리콘 고무로 만들어진다. 밀봉 부재 (106) 의 직경 (D3) (mm) 은 20 mm 이고, 이는 모재 (15) 의 직경 (D1) 과 동일하다. 접촉 영역 (107d) 은 밀봉 부재 (106) 에 제공되지 않는다. 용융 인발 공정이 실행되고, 제조된 POF (17) 의 직경 (D5) 은 316 ㎛ 이다. 상부측의 가열 장치 (90 ~ 93) 의 온도 변동은 ±0.15 ℃ 이며, 최하위 가열기 (94) 의 온도 변동은 ±0.4 ℃ 이다. 이 조건 하에서 인발된 POF (17) 의 직경의 변동은 ±3 ㎛ 이고, 결과는 양호하다.

(실험 2)

본 실험에서, 조건은, 도 9 및 도 10 의 가열로 (74) 를 제외하고는 실험 1 과 동일하다. 밀봉 부재 (110) 의 소재는 실리콘 고무이며, 직경 (D4) 은 2 mm 이다. 가열 장치 (90 ~ 94) 의 온도 변동은 ±0.1 ℃ 이다. 이 조건 하에서 인발된 POF (17) 의 직경의 변동은 ±2 ㎛ 이고, 결과는 양호하다.

(실험 3)

본 실험에서, 밀봉 부재 (106, 110) 는, 도 11 에서와 같이 가열로 (74) 의 상부 측면과 하부 측면에 부착되어 있다. 밀봉 부재 (106) 의 소재는 폴리카보네이트이고 직경 (D3) 은 20 mm 이다. 밀봉 부재 (110) 의 소재는 실리콘 고무이고, 직경 (D6) 은 2 mm 이다. 가열 장치 (90 ~ 94) 의 온도 변동은 ±0.1 ℃ 이다. 이 조건 하에서 인발된 POF (17) 의 직경의 변동은 ±2 ㎛ 이고, 결과는 양호하다.

(실험 4)

본 실험에서, 도 12 에서와 같이 스페이서 (121) 는 가열로 (74) 의 상부면에 부착되어 있고, 밀봉 부재 (122) 는 스페이서 (121) 의 상부면에 부착되어 있다. 스페이서 (121) 는 헤미살 (Hemisal) 단열재로 이루어지고, 스페이서 (121) 의 높이는 10 cm이다. 밀봉 부재 (122) 의 소재는 우레탄 고무이고, 직경 (D3) 은 19 mm 이다. 상부 측면의 가열 장치 (90 ~ 93) 의 온도 변동은 ± 0.15 ℃ 이고, 최하위 가열 장치 (94) 의 온도 변동은 ±0.4 ℃ 이다. 이 조건 하에서 인발된 POF (17) 의 직경의 변동은 ±3 ㎛ 이고, 결과는 양호하다.

(실험 5)

본 실험에서, 도 13 에서와 같이 스페이서 (131) 는 가열로 (74) 의 상부면에 부착되고, 밀봉 부재 (132) 는 스페이서 (131) 의 상부면에 부착된다. 스페이서 (131) 는 헤미살 (Hemisal) 단열재로 이루어지고, 스페이서 (131) 의 높이는 5 cm 이다. 밀봉 부재 (132) 의 소재는 실리콘 고무이고, 직경 (D3) 은 19.5 mm 이다. 길이 20 cm, 직경 1 cm 의 스테인리스 원통형 관 (133) 이 가열로 (74) 의 하부면과 연결된다. 원통형 관 (133) 의 다른 면에는 밀봉부 (134) 가 제공된다. 밀봉부 (132) 의 소재는 폴리카보나이트이고, 직경 (D6) 은 2 mm 이다. 가열 장치 (90 ~ 94) 의 온도는 모재 (15) 의 인발 방향의 위에서부터 순서대로 220 ℃, 170 ℃, 150 ℃, 116 ℃, 64 ℃ 이다. POF (17) 의 직경 (D5) 은 750 ㎛ 이다. 가열 장치 (90 ~ 94) 의 온도 변동은 ±0.1 ℃ 이다. 이 조건 하에서 인발된 POF (17) 의 직경의 변동은 ±4 ㎛ 이고, 결과는 양호하다.

밀봉 부재 (134) 의 직경 (D6) 을 3 mm 로 변화시켜서 동일한 실험을 수행하였고, 직경 (D6) 이 2 mm 인 밀봉 부재 (134) 에서 동일한 결과를 얻었다.

(실험 6)

비교 실험 6 에서, 가열로 (74) 에 밀봉 부재를 부착하지 않았다. 이러한 가열로를 사용하여, 모재 (15) 의 용융 인발 공정을 수행하여 POF (17) 를 얻는다. 가열 장치 (90 ~ 94) 의 온도 변동은 0.7 ℃ ~ 1.5 ℃ 이다. 이러한 조건하에서 인발된 POF (17) 의 직경 변동은 ±15 ㎛ 이고, 상기 실험보다 악화되었다.

[실시 형태 2]

상기 실시형태에서 제조된 POF 의 직경 변동을 감소시키기 위해서, 용융 인발 공정용 가열로의 온도가 제어된다. POF 의 질을 향상시키기 위해서, POF 의 기포를 줄이는 것은 필수적이다. 다음에서 POF 의 기포를 줄이는 방법을 기술한다. 실시 형태 2 에서, POF 의 구성 (코어부 및 클래드부), 중합 개시제, 연 쇄 이동제, 굴절률 조절제 및 피복층에 관한 기재는 실시 형태 1 과 동일하다는 것을 주의해야 하고, 그리하여 이러한 부재의 설명은 생략한다. 또한, 모재를 제조하는 제 1 공정은 실시 형태 1 과 동일하여서, 제 1 공정에 대한 설명은 생략한다.

(제 2 공정)

실시 형태 2 에서, 코어부 (또는 내부 코어부) 는, 클래드관으로서 중공관이 회전하여 중공관의 내벽이 팽창하여 중공관에서 모노머액에 의해 용융되는 회전겔 중합에 의해 형성된다. 따라서, 코어부용 모노머액이 중합된다. 코어부는 다음의 설명에 따라 형성된다는 것을 주의해야 한다. 도 14 에서와 같이, 회전 중합 장치 (170) 는 회전 구동부 (171) 및 중합부 (172) 를 포함한다. 회전 구동부 (171) 는 중합부 (172) 에 제공되는 중합 챔버 (173) 를 회전시키는 모터 (도시되지 않음) 를 포함한다. 중합 챔버 (173) 는 회전 샤프트 (174) 및 어댑터 (175) 를 통해 회전 구동부 (171) 와 연결된다. 중합 챔버 (173) 의 회전 속도는 회전 구동부 (171) 의 모터에 의해 조절된다. 중합 챔버 (173) 는 중합 챔버의 길이 방향 축선이 수평으로 유지되는 지지대쌍 (176, 177) 에 의해 고정된다. 회전 중합 장치 (170) 가 제공되는 가열 장치 (도시되지 않음) 는 회전 중합 공정시 반응 온도를 조절한다.

만일 중공관 (클래드부) 이 우수한 기계적 강도를 가지면, 중공관은 그 자체로 중합 챔버 (173) 로서 사용될 수 있다. 만일 중공관이 충분한 강도를 갖지 못거나, 중합시 중공관의 회전 속도가 크다면, 중공관은 회전 중합 전에 중합 챔버 (173) 로 주입될 것이다. 중합 챔버 (173) 의 소재로는 (스테인리스와 같은) 금속, 세리믹재 및 유리재 등을 사용하는 것이 바람직하다.

내부 코어액은 외부 코어를 갖는 클래드부 (중공관) 의 중공부로 주입된다. 내부 코어액은 중합성 모노머, 중합 개시제와 같은 첨가제, 굴절률 조절제 (도펀트) 등을 포함한다. 내부 코어액을 주입한 후에, 클래드부의 일단부는 단단하게 밀봉되어 중합 챔버 (173) 로서의 클래드관이 회전 중합 장치 (170) 에서 수평으로 (클래드관의 길이 방향 축선은 수평으로 유지된다) 유지된다. 클래드관은 어댑터 (175) 를 통해 회전 샤프트 (174) 와 연결된다. 그 후, 내부 코어액을 함유한 클래드관은 회전 속도 1500 rpm ~ 4000 rpm 으로 회전 중합된다. 중합시의 반응 온도는 40 ℃ ~ 90 ℃ 이다. 회전 중합은 5 시간 ~ 24 시간 동안 실행된다. 상기 조건 하에서의 회전 중합 전의 중합 전 공정은 균일한 두께를 갖는 내부 코어를 형성하는 것이 바람직하다. 예비 중합시의 조건은, 회전 속도는 0 rpm ~ 1500 rpm, 반응 온도는 35 ℃ ~ 75 ℃ 이고, 중합 시간은 0.5 시간 ~ 3 시간으로 설정하는 것이 바람직하다. 그러나 중합 전의 조건은 상기로 제한되지 않는다.

내부 코어액은 집합적으로, 계속적으로 또는 연속적으로 클래드관에 주입될 수 있다. GI 형 POF 대신에, 내부 코어 중합성 조성물의 중합 정도 및 조성, 양의 조절에 의한 계단형 굴절률 분포를 갖는 다단계형 광섬유를 갖는다.

계면겔 중합법과 비교하여, 회전 중합 방법은, 코어액이 겔보다 더 큰 표면을 갖기 때문에 코어액으로부터 생성된 기포를 배출시킨다. 따라서, 모재에 생 성된 기포가 감소하게 된다. 또한, 회전 중합 방법으로 코어부를 형성하면, 모재는 중심에 보이드를 형성할 수 있다. 이러한 경우에, 모재의 보이드는 용융 인발 공정에 의해 채워져서 POF 와 같은 플라스틱 광학 부재를 생성하게 된다. 이러한 모재는 용융 인발 공정시 모재의 보이드를 폐쇄하여 플라스틱 렌즈와 같은 다른 유형의 광학 부재로서 사용된다.

중합 공정 후에 생성되는 기포의 양은 제 2 공정을 완료하는 단계에서 압력을 조절하며 일정한 냉각 속도로 모재를 냉각하여 감소될 수 있다. 코어부의 압력 응답 측면에서는, 질소 가스의 분위기하에서 코어부를 압력 중합하는 것이 바람직하다.

하지만, 모재로부터 가스를 완전히 배출시킬 수 없고, 냉각 공정은 폴리머의 급속 수축을 유발하며, 모재 내의 보이드에의 가스 축적에 의해 형성된 기포핵으로 인해 기포가 발생하게 된다. 이러한 문제를 방지하기 위해서는, 냉각 속도를 조절하는 것이 바람직하다. 냉각 속도는 0.001 ℃/min ~ 3 ℃/min 가 바람직하고, 0.01 ℃/min ~ 1 ℃/min 인 것이 보다 바람직하다. 냉각 공정은 유리 전이 온도 (Tg) (℃) 에 대해 온도를 변화시키면서 코어부의 폴리머를 체적 수축을 진전시킴에 따라 2 단계 이상으로 실행된다. 이 경우에, 중합 후에 냉각 속도를 빠르게 설정하고, 그 후 냉각 속도를 점진적으로 감소시키는 것이 바람직하다.

상기 공정 후의 모재는 일정한 굴절률 분포 및 충분한 광투과성을 갖게 된다. 또한, 기포 및 미세 공극의 양이 감소한다. 클래드부 (또는 외부 코어부) 와 코어부 사이의 계면의 편평도는 우수해진다. 비록 상기 제조 방법이 단 일 외부 코어층을 갖는 원통형 모재를 설명하고 있지만, 2 층 이상의 외부 코어부도 형성될 수 있다. 계면겔 중합법 및 인발 공정을 이용해 광섬유를 제조한 후, 외부 코어부는 내부 코어부와 일체시킬 수 있다.

도 15 에는, 모재 (115) 의 단면부가 도시되어 있다. 우수한 전송력을 얻기 위한 목적으로, 내부 코어부 (120b) 는 굴절률이 중심에서부터 표면으로 감소하는 굴절률 분포형 (GI 형) 을 갖는 것이 바람직하다. 외부 코어 (120a) 는 내부 코어 (120b) 를 형성할 시에 계면겔 중합이 가능한 재료로 형성된다.

모재 (115) 의 형상은 도 15 에 도시된 것으로 제한되지 않는다. 클래드부 (112) 의 외경 (D11) (mm) 은 10 mm ~ 100 mm 이고, 클래드부 (112) 의 두께 (t11) 는 0.5 mm ~ 15 mm 인 것이 바람직하다. 외경 (D11) 이 10 mm 보다 작으면 생산성이 떨어지고, 외경 (D11) 이 100 mm 보다 크면 인발 공정 (16) 을 수행하기 어려워진다. 2 mm ~ 10 mm 의 두께 (t12) 의 외부 코어 (120a) 를 형성한 후에 2 mm ~ 15 mm 의 두께 (t13) 의 내부 코어 (120b) 를 형성하는 것이 바람직하다. 따라서, 중공관 (121) 이 내부 코어 (120b) 에 형성된다. 중공관 (121) 의 직경 (모재 (115) 의 내경) (D12) (mm) 은 1 mm ~ 20 mm 인 것이 바람직하다. 직경 (D12) 은 0.05 × D11 (mm) 이상이고 0.4 × D11 (mm) 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 직경 (D12) 은 0.05 × D11 (mm) 이상이고 0.35 × D11 (mm) 이하, 가장 바람직하게는 직경 (D12) 은 0.05 × D11 (mm) 이상이고 0.3 × D11 (mm) 이하이다. 중공관의 직경 (D12) 이 0.4 × D11 (mm) 보다 크면, 중공관 (121) 의 크기는 모재 (115) 보다 상대적으로 커지게 된다. 그 결과, 제조된 POF (117) 는 변형되거나 중공부는 제조된 POF (117) 상태로 남게 된다.

다양한 종류의 플라스틱 광학 부재가 모재를 처리하여 제조될 수 있다. 예를 들면, 모재 (115) 가 모재 (115) 중공부를 폐쇄할 정도로 충분한 인발 속도로 인발된 후에, 모재 (115) 는 길이 방향에 수직으로 슬라이스된다. 따라서, 편평한 면을 갖는 디스크형 또는 원통형의 렌즈를 제조하는 것이 가능하다. POF 는 모재를 용융 인발하여 제조될 수 있다. 모재의 코어부가 굴절률 분포를 가지면, 균일한 광전송력을 갖는 POF 는 높은 생산성으로 안정적으로 제조될 수 있다.

(제 3 공정)

제 3 공정인 용융 인발 공정에서, 모재는 가열 챔버 (예를 들면, 원통형 가열 챔버) 를 통해 가열되어, 용융된 모재를 인발한다. 가열 온도는 모재의 소재에 따라 결정될 수 있다. 일반적으로, 가열 온도는 180 ℃ ~ 250 ℃ 인 것이 바람직하다. (인발 온도와 같은) 인발 조건은 POF 의 직경 및 소재에 따라 결정될 수 있다. 코어부에서 굴절률 분포를 갖는 GI 형 POF 를 생성할시, 굴절률 분포를 파괴하지 않기 위해 POF 의 방사 방향으로 인발 공정을 균일하게 수행해야 함은 필수적이다. 따라서, 가열 공정시 모재의 전 부분을 균일하게 가열할 수 있는 원통형 가열기를 사용하는 것이 바람직하다. 굴절률 분포의 파괴를 방지하기 위해, 모재의 가열 영역은 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 다시 말하자면, 가열 영역 전의 위치에서 예비 가열 공정을 실행하고, 가열 영역 뒤의 위치에 서 냉각 공정을 실행하는 것이 바람직하다. 가열 공정용 가열 장치는 작은 가열 영역에 높은 에너지를 공급할 수 있는 레이저 장치일 수 있다.

인발 공정용 인발 장치는, 모재의 원형을 유지하기 위해 코어의 위치를 유지하는 메카니즘을 조절하는 코어 위치를 갖는 것이 바람직하다. 인발 조건을 조절하여 POF 의 폴리머의 배향을 조절하여, 열수축 등과 같은 (굽힘 특성과 같은) 메카니즘 특성을 조절을 가능하게 하는 것이 바람직하다.

도 16 에, POF (117) 제조용 제조 장치 (180) 가 도시되어 있다. 모재 (115) 는 어댑터 (181) 를 통한 상하용 암 (182) (이하 “암”으로 칭함) 에 의해 지지된다. 암 (182) 은 상하용 추진기 (183) (이하 “추진기” 라 칭함) 의 회전에 의해 상하로 이동 가능하다. 추진기 (183) 가 회전하여 암 (182) 을 천천히 아래로 이동시키면 (예를 들면, 1 mm/min ~ 20 mm/min), 모재 (115) 의 하단부가 가열기 (185) 에 포함된 중공 원통형 가열로 (184) 에 주입된다. 가열로 (184) 의 세부 사항은 이하에 설명될 것이다. 가스 공급 장치를 제공하여 불활성 기체 분위기하의 가열로 (184) 를 제조하는 것이 바람직하다.

공급되는 불활성 기체의 예로는 질소 가스, 헬륨 가스, 네온 가스 및 아르곤 가스가 있고, 불활성 가스의 종류는 상기 종류로 한정되지 않는다. 제조 비용의 측면에서는, 질소 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 열전도율의 측면에서는, 헬륨 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 헬륨 가스와 아르곤 가스의 혼합 가스와 같은 혼합 가스는 제조 비용을 낮추고 원하는 열전도성을 얻을 수 있어 바람직하다. 불활성 기체는 순환할 수 있는데, 왜냐하면 불활성 기체가 불활성 기체 분위기 하에서 가열로를 유지하고 가열로 (184) 에서 열전도율을 유지하기 위한 목적으로 공급되기 때문이다. 가스 순환기 (186) 는 가열로 (184) 에 연결되어서 불활성 기체의 비용을 감소시키기 위해 불활성 기체를 순환시킨다. 불활성 기체의 공급은 가열 조건 및 공급되는 불활성 기체의 종류에 의존하는 것이 바람직하다. 헬륨 가스의 공급은 (실온에서) 1 L/min ~ 10 L/min 인 것이 바람직하다.

용융 인발 후의 POF (117) 의 직경은 직경 측정 장치 (187) 을 사용하여 즉정되고, 그 후 POF (117) 는 권취릴 (188) 에 권취된다. 암 (182) 의 구동 속도, 가열로 (184) 의 가열 온도, 권취릴 (188) 의 권취 속도 등을 조절하여 원하는 직경을 갖는 POF (117) 을 얻게 된다.

모재 (115) 의 일단부가 우수한 접착력을 갖는 소재를 통해 어댑터 (181) 에 부착되거나 밀접하게 접촉하게 된다. 모재 (115) 의 중공부를 진공으로 (감압) 만들기 위해, 감압 라인 (190) 이 어댑터 (181) 에 연결된다. 감압 라인 (190) 은 압력 게이지 (191) , 버퍼 탱크 (192), 진공 장치 (193) 및 압력 조절 밸브 (194) 를 포함한다. 진공 장치 (193) 에서, 진공 펌프 및 감압 블로어를 사용할 수 있다. 어댑터 (181) 는 기밀하게 모재 (115) 의 중공부 (121) 와 감압 라인 (190) 사이의 연결부를 밀봉한다. 감압 정도는 (대기압 - 10kPa) 이상이고 (대기압 -0.4 kPa) 인 것이 바람직하다. 만일 중공부 (121) 의 압력이 (대기압 - 10 kPa) 보다 낮으면, 모재 (115) 는 모재 (115) 의 내벽의 과도한 수축으로 인해 변형될 수 있다. 또한, POF (117) 의 외경은 중공부 (121) 의 수축 위 치가 변동되어서 일정하지 않게 된다. 만일 중공부 (121) 의 압력이 (대기압 - 0.4 kPa) 이상이면, 용융 인발 공정시 POF (117) 에서 생성되는 기포의 양을 줄이는 것과, 용융 인발 공정시 모재 (115) 의 중공부를 폐쇄하는 것이 어렵거나 불가능할 수 있다.

설정 압력 (P) (Pa) 에 대한 감압 압력의 편차는 0.001 × P (Pa) ~ 0.05 × P (Pa) 인 것이 바람직하다. 대신, 감압 압력의 편차는 0.5 kPa 이하인 것이 바람직하다. 따라서, 중공부 (121) 를 완벽히 폐쇄하고 모재 (115) 의 중공부 (121) 의 폐쇄하기 위해 위치를 유지하는 것이 가능하다. 따라서, 일정한 직경을 갖는 POF (117) 를 얻을 수 있다.

도 17 에, 가열로 (184) 가 도시되어 있다. 가스 순환기 (186) 는 불활성 기체를 공급하여서 가열로 (184) 를 불활성 기체 분위기 하에 설정한다. 가열로 (184) 는 모재 (115) 의 인발 방향을 따라 나열된 5 개의 가열 장치 (200, 201, 202, 203, 204) 를 포함한다. 가열로 (184) 는 2 개 ~ 10 개의 가열 장치를 갖는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3 개 ~ 8 개의 가열 장치를 갖는 것이다. 비록 하나의 가스 순환기 (186) 가 가열로 (184) 에 연결되어 있더라도, 다수의 가스 순환기가 가열 장치 (200 ~ 204) 에 각각 제공될 수 있다. 가스 순환기 (186) 는 각각의 가열 장치 (200 ~ 204) 에 개별적으로 제공될 수 있다. 하나의 가스 순환기가 다수의 가열 장치에 제공될 수 있다.

오리피스 (205) 는 최상위 가열 장치 (200) 의 최상부면에 제공된다. 오리피스 (206 ~ 209) 는 인접한 가열 장치 사이에 제공된다. 오리피스 (210) 는 최하위 가열 장치 (104) 의 바닥면에 제공된다. 이 오리피스들 (205 ~ 210) 은 온도를 각각 조절가능한 다수의 가열부를 제조하는 것이 가능하다. 가열부에는 각각의 온도계 (211 ~ 215) 가 제공된다. 온도계 (211 ~ 215) 로 측정한 각 부분의 온도에 기초하여, 가열 장치 (200 ~ 204) 의 출력을 조절한다. 가열 장치 (200 ~ 204) 에 의한 각각의 가열된 부분의 온도 변동은 0.5 ℃ 이하인 것이 바람직하다. 따라서, 중공부를 완전하게 폐쇄하고, 모재 (115) 의 중공부를 폐쇄하기 위해 위치를 유지하는 것이 가능하다.

밀봉 부재 (216) 는 오리피스 (205) 의 최상부면에 부착되는 것이 바람직하다. 밀봉 부재 (216) 는, 밀봉 부재 (216) 가 모재 (115) 와 접촉할 때 우수한 밀봉 효과를 보여서, 밀봉 부재 (216) 는 모재 (115) 에 손상을 입히지 않기 위해 연성과 내열성을 가질 필요가 있다. 밀봉 부재 (216) 의 소재로서는, 실리콘 고무와 같은 고무시트 및 카본 펠트가 바람직하다. 우수한 내열성을 갖는 유리재 및 세라믹재는 모재 (115) 가 손상을 입지 않는 한도 내에서 사용 가능하다. 중공부가 폐쇄된 용융된 모재 (115) 의 유도 단부를 인발하기 위한 인발 조건으로서, 중공부가 없는 모재를 인발하기 위한 방적 조건이 적용 가능하다. 인발 장력은 일본 특허 공개 공고 제 7-234322 및 7-234324 에 기재된 범위 내이다. 외경을 조절하는 메키니즘을 사용하여 POF 의 외경의 변동을 조절하는 것이 바람직하다.

일반적으로, 하나 이상의 보호층이 POF 로 피복되어 있고, 이는 내굽힘성 및 내후성의 향상, 흡습에 의한 성능 저하 억제, 인장 강도의 향상, 내스탬핑성 부여, 난연성 부여, 약품에 의한 손상으로부터의 보호, 외부 광선에 의한 노이즈 방지, 착색 등에 의한 상품 가치의 향상 등의 목적을 위함이다. 피복 공정은, 플라스틱 광섬유의 특성이 영향을 받지 않는 한도 내에서 제 3 공정인 인발 공정으로 성공적으로 수행된다. 피복 구조의 특성은 실시 형태 1 의 설명과 동일하다.

(실험)

본 발명은 본 발명의 실시예인 실험 (7) ~ (9) 와 비교예인 실험 (10) ~ (11) 을 참조하여 상세히 설명될 것이다. 소재, 함량, 조작 등은 본 발명의 정신으로부터 일탈하지 않는 한 적절하게 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 이하에 나타내는 구체예에 제한되지 않는다. 설명은 실험 (7) 로 상세하게 실시한다. 실험 (8) ~ (11) 에 대해, 실험 (7) 과 상이한 부분만을 설명한다.

(실험 7)

모재 (115) 의 특성은 실시 형태 (1) 에 따른 실험 (1) 의 설명과 동일하다. 모재 (115) 는 도 16 의 어댑터 (181) 에 고정된다. 가열로 (184) 는 각각의 내경이 80 mm 인 5개의 가열 장치 (200 ~ 204) 를 포함한다. 가열 장치 (200 ~ 204) 의 온도는 모재 (115) 의 인발 방향의 상부에서부터 순서대로 215 ℃, 164 ℃, 144 ℃, 111 ℃, 60 ℃ 이다. 가열로 (184) 의 최상부면 측면에는 밀봉 부재가 부착되어 있지 않다. 모재 (115) 는 약 2 mm/min 의 일정한 속도로 가열로 (184) 에 공급된다. 모재 (115) 의 선단부가 용융되고 실모양으로 용융된 모재가 아래로 움직이면, 감압 라인 (90) 이 작동하여 중공부 (121) 의 압력 (P) 이 (대기압 - 1.0 kPa) 인 조건하에서 용융 인발 공정이 실행된다. 길이가 500 m 이고 외경이 300 ㎛ 인 POF (117) 는 10 m/min 의 인발 속도로 얻을 수 있다. 인발 공정 (16) 시 감압의 변동은 0.02 kPa 이다. 중공부 (121) 는 제 2 가열 장치 (201) 에서 폐쇄된다. 상부의 가열 장치 (200 ~ 203) 의 온도 변동은 ±0.2 ℃ 이고, 최하위 가열 장치 (204) 의 온도 변동은 ±0.4 ℃ 이다.

CCD 카메라를 사용하여 제조된 POF (117) 를 전체 길이에 걸쳐 정밀히 검사하지만, 중공부의 부적절한 폐쇄에 의해 야기된 기포는 발견되지 않는다. (레이저 장치에 의한) 파장 650 nm 의 POF (117) 의 전송 손실은 145 dB/km 이고, 따라서 우수한 결과를 얻는다.

(실험 8)

모재 (115) 는 32 mm 의 외경 (D11) (mm), 7 mm 의 내경 (D12) (mm) (중공부의 직경) 및 1 mm 의 클래드관의 두께 (t11) 를 갖는다. 실험 (7) 에 기재된 것과 같이, 모재 (115) 는 어댑터 (181) 에 고정된다. 가열 장치 (200 ~ 204) 의 온도는 모재 (115) 의 인발 방향의 위에서부터 순서대로 245 ℃, 189 ℃, 144℃, 111 ℃, 60 ℃ 이다. 가열로 (184) 의 최상부면에는 밀봉 부재가 부착되지 않는다. 모재 (115) 는 1.2 mm/min 의 일정한 속도로 가열로 (184) 에 공급된다. 중공부 (121) 의 압력 (P) 이 (대기압 - 8 kPa) 인 조건하에서 용융 인발 공정이 실행된다. 300 m 의 길이와 750 ㎛ 의 외경을 갖는 POF (117) 을 얻는다. 인발 공정 (16) 시 감압의 변동은 0.1 kPa 이다. 중공부 (121) 는 제 2 가열 장치 (201) 에서 폐쇄된다. 상부의 가열 장치 (200 ~ 203) 의 온도 변 동은 ±0.2 ℃ 이고, 최하위 가열 장치 (204) 의 온도 변동은 ±0.3 ℃ 이다.

CCD 카메라를 사용하여 제조된 POF (117) 를 전체 길이에 걸쳐 정밀히 검사하지만, 중공부의 부적절한 폐쇄에 의해 야기된 기포는 발견되지 않는다. POF (117) 의 전송 손실은 140 dB/km 이고, 따라서 우수한 결과를 얻는다.

(실험 9)

모재 (115) 는 50 mm 의 외경 (D11) (mm), 6 mm 의 내경 (D12) (중공부의 직경) (mm) 및 1 mm 의 클래드관의 두께 (t11) 를 갖는다. 가열 장치 (200 ~ 204) 의 온도는 모재 (115) 의 인발 방향의 위에서부터 순서대로 270 ℃, 223 ℃, 173 ℃, 131 ℃, 83 ℃ 이다. 실리콘 고무로 만들어진 밀봉 부재 (216) 는 가열로 (184) 의 최상부면에 부착되어 있다. 모재 (115) 는 약 1.0 mm/min 의 일정한 속도로 가열로 (184) 에 공급된다. 중공부 (121) 의 압력 (P) 이 (대기압 - 5 kPa) 인 조건하에서 용융 인발 공정이 실행된다. 250 m 의 길이와 1.0 mm 의 외경을 갖는 POF (117) 를 얻는다. 인발 공정 (16) 시 감압의 변동은 0.05 kPa 이다. 중공부 (121) 는 제 2 가열 장치 (202) 에서 폐쇄된다. 상부의 가열 장치 (200 ~ 203) 의 온도 변동은 ±0.1 ℃ 이고, 최하위 가열 장치 (204) 의 온도 변동은 ±0.3 ℃ 이다.

CCD 카메라를 사용하여 제조된 POF (117) 를 정밀히 검사하지만, 중공부의 부적절한 폐쇄에 의해 야기된 기포는 발견되지 않는다. POF (117) 의 전송 손실은 147 dB/km 이고, 따라서 우수한 결과를 얻는다.

(실험 10)

비교예인 실험 (10) 에서, 길이 500 m 의 POF 를, 중공부의 감압이 (대기압 -15 kPa) 인 조건을 제외하고는 실험 (7) 과 동일한 조건 하에서 얻는다. 인발 공정 (16) 시 감압의 변동은 0.8 kPa 이다. 중공부 (121) 는 제 2 가열 장치 (201) 에서 폐쇄된다. 상부의 가열 장치 (200 ~ 203) 의 온도 변동은 ±0.2 ℃ 이고, 최하위 가열 장치 (204) 의 온도 변동은 ±0.4 ℃ 이다. 제조된 POF 에서, 중공부의 부적절한 폐쇄에 의해 야기된 5 개의 기포가 발견된다. POF (117) 의 전송 손실은 185 dB/km 이고, 이는 실험 (7) ~ (9) 보다 크다.

(실험 11)

비교예인 실험 (11) 에서, 모재 (115) 는 20 mm 의 외경 (D11), 7 mm 의 내경 (D12) 및 0.5 mm 의 클래드관의 두께 (t11) 를 갖는다. 감압 라인 (190) 은 가열로 (184) 에서 분리되어서, 중공부 (121) 는 감압을 받게 된다. 중공부의 부적절한 폐쇄로 인해 야기된 다수의 기포가 발견된다. POF (117) 의 전송 손실은 250 dB/km 이다.

본 발명은 플라스틱 광섬유, 광커넥터, 렌즈, 광필름 등의 공학 부재에 적용 가능하다. 또한, 본 발명은 관형의 기재의 용융 인발에 의한 구조의 제작에 적용 가능하다.

Claims (17)

1. 플라스틱 광섬유의 제조 장치로서, 가열로의 최상부면에 형성되는 최상부 개구부를 통해 가열로에 플라스틱 광섬유 기재를 주입하고, 가열로에서 플라스틱 광섬유 기재를 용융 인발하여 가열로의 바닥면에 형성되는 바닥 개구부를 통해 플라스틱 광섬유를 인발하는 플라스틱 광섬유의 제조 장치에 있어서,

   가열로의 온도를 개별적으로 제어 가능하며 플라스틱 광섬유의 인발 방향을 따라 배열한 세 개 이상의 가열 장치와; 각 가열 장치가 제공되는 다수의 부분으로 가열로를 분리하기 위한 다수의 분리 부재와; 외부 공기로부터 가열로를 보호하기 위해 가열로의 바닥면 및 최상부면 중 하나 이상에 제공되는 밀봉 부재를 포함하는 플라스틱 광섬유의 제조 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 밀봉 부재가 가열로의 최상부면에 부착되어 있고, 플라스틱 광섬유 기재를 통과하기 위한 밀봉 부재에 형성된 개구부의 직경 (D3) (mm) 이 1.2 × D1 ≤ D3 ≤ 1.5 × D1 의 조건을 만족하며, 여기서 D1 (mm) 은 플라스틱 광섬유 기재의 외경인, 플라스틱 광섬유의 제조 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 밀봉 부재가 가열로의 최상부면에 부착되어 있고, 플라스틱 광섬유 기재를 통과하기 위한 밀봉 부재에 형성된 개구부의 직경 (D3) (mm) 이 0.75 × D1 ≤ D3 ≤ D1 의 조건을 만족하며, 여기서 D1 (mm) 은 플라스틱 광섬유 기재의 외경인, 플라스틱 광섬유의 제조 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 밀봉 부재가 가열로의 바닥면에 부착되어 있고, 플라스틱 광섬유 기재를 통과하기 위한 밀봉 부재에 형성된 개구부의 직경 (D6) (mm) 이 1.2 × D5 ≤ D6 ≤ 10 × D5 의 조건을 만족하며, 여기서 D5 (mm) 는 플라스틱 광섬유의 외경인, 플라스틱 광섬유의 제조 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 밀봉 부재와 가열로의 최상부면 사이에 제공되는 내열성을 갖는 중공 스페이서를 더 포함하는, 플라스틱 광섬유의 제조 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 헬륨 가스, 아르곤 가스, 질소 가스 중의 일종 이상을 포함하는 가스를 제공하는 가스 공급 장치를 더 포함하는, 플라스틱 광섬유의 제조 장치.
7. 플라스틱 광섬유의 제조 방법으로서,

   (a) 플라스틱 광섬유 기재의 용융 인발용 가열로의 각각의 분리된 부분의 온도를 개별적으로 조절하여, 소정 온도에 대한 상기 각 부분의 온도 편차는 ±0.5 ℃ 이고, 외부 공기로부터 가열로를 보호하기 위한 밀봉 부재가 가열로의 바닥면 및 최상부면 중 하나 이상에 제공되는 단계와,

   (b) 플라스틱 광섬유 기재를 가열로의 최상부면에 형성된 개구부에 주입하는 단계와,

   (c) 플라스틱 광섬유 기재를 가열로에서 용융 인발하여 가열로의 바닥면에 형성된 개구부를 통해 플라스틱 광섬유를 인발하는 단계를 포함하는, 플라스틱 광섬유의 제조 방법.
8. 플라스틱 광섬유의 제조 방법으로서,

   (a) 가열로에서 중공 원통형 플라스틱 광섬유 기재를 용융 인발하는 단계로서, 광섬유 기재가, 중공부가 형성된 코어부 및 그 코어부 주위의 클래드부를 구비한 단계와,

   (b) 플라스틱 광섬유 기재의 용융 인발시, (대기압 -10 kPa) 에서 (대기압 -0.4 kPa) 의 압력으로 코어부의 중공부를 감압하는 단계를 포함하는, 플라스틱 광섬유의 제조 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 가열로가 플라스틱 광섬유의 인발 방향을 따라 다수의 부분으로 분리되고, 각 부분의 온도는 개별적으로 조절되며, 상기 방법은,

   (c) 플라스틱 광섬유 기재를 주입하는 부분에서 온도를 조절하여, 각 부분의 설정 온도에 대한 온도 편차가 0.5 ℃ 이내가 되도록 플라스틱 광섬유 기재가 삽입되는 부분으로부터 코어부의 중공부가 사라지는 부분으로 상기 부분의 온도를 제어하는 단계를 더 포함하는, 플라스틱 광섬유의 제조 방법.
10. 제 8 항에 있어서, 감압 편차가 0.001 × P ~ 0.05 × P 이고, 이때 압력 (P) 은 감압의 설정치인, 플라스틱 광섬유의 제조 방법.
11. 제 8 항에 있어서, 중공부의 감압 편차가 0.5 kPa 이하인, 플라스틱 광섬유의 제조 방법.
12. 제 8 항에 있어서, 플라스틱 광섬유 기재의 직경 (D11) 이 10 mm ~ 100 mm 인, 하는 플라스틱 광섬유의 제조 방법.
13. 제 8 항에 있어서, 플라스틱 광섬유 기재의 중공부의 직경 (D12) (mm) 이 0.05 ×D ≤ D12 ≤ 0.04 × D11 의 조건을 만족하고, 여기서 직경 (D11) (mm) 은 플라스틱 광섬유 기재의 외경인, 플라스틱 광섬유의 제조 방법.
14. 제 8 항에 있어서, 코어부의 주요 성분이 벌크 중합성 모노머의 폴리머인, 플라스틱 광섬유의 제조 방법.
15. 제 14 항에 있어서, 폴리머는 아크릴계 수지인, 플라스틱 광섬유의 제조 방법.
16. 제 8 항에 있어서,

    (d) 적어도 클래드부를 갖는 중공 원통형 관에 굴절률 조절제 및 중합성 모노머를 함유하는 반응액을 주입하는 단계와,

    (e) 중공 원통형 관을 실질적으로 수평으로 유지하는 단계와,

    (f) 중공 원통형 관의 회전시 반응액을 중합하여 플라스틱 광섬유 기재를 형성하여, 코어부는 중공부와의 계면에서부터 클래드부와의 계면으로 감소하는 굴절률 분포를 갖게 되는 단계를 더 포함하는, 플라스틱 광섬유의 제조 방법.
17. 제 16 항에 있어서, 중합성 모노머는 메틸 메타크릴레이트인, 플라스틱 광섬유의 제조 방법.

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