KR20070010126A

KR20070010126A - 수지로 플라스틱 광섬유를 코팅하기 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20070010126A
Application number: KR1020067019436A
Authority: KR
Inventors: 레이 미야사카; 다다히로 게가사와; 아키히코 다케다
Original assignee: 후지필름 홀딩스 가부시끼가이샤
Priority date: 2004-04-08
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2007-01-22
Also published as: EP1733269A4; EP1733269A1; WO2005098498A1; US20070154633A1; CN1942800A

Abstract

다이 (30) 와 니플 (31) 을 갖는 코팅 장치는 열가소성 수지 (32) 로 만들어진 보호층 (39) 으로 플라스틱 광섬유 (11) 를 코팅한다. 다이의 직경 T_A(㎛), 니플의 외경 T_B1(㎛), 니플의 내경 T_B2(㎛) 및 플라스틱 광섬유의 직경 D(㎛) 는 다음과 같은 식을 만족한다.

20 (㎛) ≤ T_A-T_B1≤ 1500 (㎛)

20 (㎛) ≤ T_B1- D ≤ 600 (㎛)

400 (㎛) < T_B1-T_B2≤ 1500 (㎛)

이에 의해, 열가소성 수지 (32) 는 플라스틱 광섬유 (11) 에 스트레스 분포를 일으키지 않고 플라스틱 광섬유 (11) 에 코팅된다.

광섬유, 수지, 코팅

Description

수지로 플라스틱 광섬유를 코팅하기 위한 장치 및 방법{METHOD AND DEVICE FOR COATING PLASTIC OPTICAL FIBER WITH RESIN}

본 발명은 수지로 플라스틱 광섬유를 코팅하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

유리 광섬유보다 더 큰 전송 손실 때문에, 플라스틱 광섬유는 먼 거리로 광신호를 전송하는데 적합하지 않다. 유리 광섬유보다 더 큰 전송 손실에도 불구하고, 플라스틱 광섬유는 큰 직경으로 인한 연결에 있어서의 편리성, 섬유의 마지막 공정에서의 편리성, 높은 정밀도의 중심 정렬이 불필요, 커넥터의 비용 절감, 찔릴 위험이 낮은점, 단순한 구조, 진동에 대한 높은 저항성 및 낮은 가격과 같은 여러 장점을 갖는다. 따라서, 플라스틱 광섬유를 가전제품과 자동차 용도 뿐만 아니라, 고속 데이타 처리 장치용 내부 배선과 같은 단거리, 고용량 케이블과 디지탈 비디오 인터페이스(DVI) 링크로서 사용하게 될 것이다.

플라스틱 광섬유는 그 주요 구성요소가 폴리머 기재의 유기 화합물인 코어부와 이 코어부와는 다른 굴절도를 갖는 유기 재료로 구성된 피복부를 포함한다. 플라스틱 광섬유는 프리폴리머를 인발 또는 압출하여 동시에 코어부와 피복부를 포함하는 섬유를 형성하여 만들어진다. 광섬유 모재(이하에서 "프리폼(preform)" 이라 한다)를 형성하고 그 프리폼을 용융-인발하여 플라스틱 광섬유를 만드는 것이 또한 가능하다.

프리폼으로 플라스틱 광섬유(이하에서 "POF"라 한다)를 만드는데 있어서, 180 ~ 260 ℃ 의 온도에서 프리폼을 용융-인발함에 의해 희망하는 직경의 POF 를 만든다. 용융-인발 공정 중, 프리폼을 전기 가열기가 있는 원통형 가열로에서 가열시키면서 프리폼의 하단부를 잡아당겨 프리폼을 신장시킨다. 예를 들어, 프리폼을 잡아준 후 프리폼을 가열로로 천천히 끌어내려 가열로에서 프리폼을 녹인다. 프리폼이 프리폼의 용융부가 중력으로 인해 부분적으로 가라앉기에 충분히 연화될 때, 용융된 프리폼의 선단부를 잡아당기고 인발 롤러에 걸어주어, 프리폼을 POF 를 형성하도록 연속적으로 신장되도록 한다(예를 들어 일본공개특허공보 제 11-337781 호 참조).

이러한 방법으로 만들어진 POF 를 여러 용도에 적용하기 위해서, POF 의 바깥면을 보호를 위해 코팅(예를 들어 보호층의 형성)하거나, 또는 비록 노출된 POF 는 제한된 용도로 사용되지만 POF 를 삽입하기에 충분한 내경을 갖는 튜브에 POF 를 위치시킨다. POF 를 보호함에 의해, 균열, 손상, 미세한 굽힘과 같은 구조적 불균일, 광섬유를 다룸에 있어서 또는 나쁜 환경에서 광섬유를 사용함에 있어서 광학 특성 등의 저하를 막는 것이 가능하다. POF 를 보호하는 재료의 예는 폴리비닐 클로라이드, 나일론(상표명), 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 에틸렌 비닐 아세테이트 코폴리머, 에틸렌 에틸아크릴레이트 코폴리머 (EEA) 와 같은 열가소성 수지다. 상술한 것들 이외의 다른 열가소성 수지를 적용하는 것도 또 한 가능하다. 일반적으로, 일본공개특허공보 제 11-337781 호에서 설명된 바와 같이, 용융된 폴리머 또는 중합가능한 조성을 포함하는 챔버를 통해 POF 를 통과시키고, 챔버를 통과한 후 POF 에 폴리머 또는 중합가능한 조성을 응고시켜 POF 에 보호층을 형성한다.

다이(die) 및 니플(nipple)을 갖는 코팅 장치는 POF 의 외경의 변화를 감소시킬 수 있고, 코팅 층을 연속적으로 긴 시간 동안 형성시킴에도 POF 의 파손을 방지할 수 있다(일본특허공개공보 제 4-254441 호). 일본특허공개공보 제 10-194793 호에서 설명된 코팅 장치는 코팅 공정 중 니플 밖으로 열가소성 수지가 넘치는 것을 막을 수 있어서, 균일한 두께의 보호층을 형성할 수 있다. 또한, 일본특허공개공보 제 2002-18926 호에서 설명된 바와 같이, POF 주변으로 보호층의 두께 편차를 막을 수 있다.

POF 그 자체는 플라스틱이기 때문에(예를 들어, 폴리메틸 메타아크릴레이트; PMMA), 150 ℃ 이상의 온도에서 보호층 수지(보통 열가소성 수지가 사용된다)를 용융시키는 열에너지로 인해 POF 의 특성(예를 들어 전송 손실)은 더 나빠진다. 일본특허공개공보 제 4-254441 호에서 설명된 코팅 방법에서, 보호층의 직경의 변동을 감소시켜 열가소성 수지를 니플 밖으로 넘치는 문제를 해결함에 의해 양호한 외관을 갖는 플라스틱 광섬유 가닥(광섬유 가닥)을 얻을 수 있다. 그러나, 이러한 코팅 방법은 코팅 공정 중 POF 에 대한 열손상에 의해 발생되는 전송 손실의 악화 문제를 다루지 않는다. 또한, 일본특허공개공보 제 10-194793 호 및 제 2002-18926 호에서 설명된 코팅 방법 및 장치는 코팅층의 크기에 있어 정확도와 안 정성을 향상시킬 수는 있지만, POF 에 대한 열손상 문제를 언급하지 않고 있다.

POF 에서 보호층을 코팅함에 있어서, 응력이 보호층에 분산되어 제조된 POF 의 굴절률은 편차를 나타낸다. 그 결과, POF 를 통한 전송광(transmission light)은 산란되기 때문에 전송 손실은 증가하게 될 것이다. 또한, 외부 공기가 POF 의 보호층 형성시 도입되면, POF 와 보호층 사이의 경계는 불균일하게 되어 전송 손실이 증가하게 될 것이다.

본 발명의 목적은 응력 분산에 따른 기계적 및 열적 손상을 일으킴 없이 빠르고 안정한 코팅이 가능한 플라스틱 광섬유를 코팅하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 발명자들은 보호층이 있는 플라스틱 광섬유를 코팅하고, 플라스틱 광섬유의 직경과 보호층용 열가소성 수지의 통로로서 다이와 니플이 있는 몰드의 형상 사이의 관계를 최적화함에 의해 전송 손실이 증가하는 것을 막을 수 있다는 것을 밝히게 되었다.

보호층이 있는 플라스틱 광섬유를 코팅함에 있어서, 다이의 직경 T_A(㎛), 니플의 외경 T_B1(㎛), 니플의 내경 T_B2(㎛) 및 플라스틱 광섬유의 직경 D(㎛) 은 다음과 같은 식을 만족한다.

20 (㎛) ≤ T_A-T_B1≤ 1500 (㎛) ..... (1)

20 (㎛) ≤ T_B2- D ≤ 600 (㎛) ..... (2)

400 (㎛) < T_B1-T_B2≤ 1500 (㎛) .... (3)

플라스틱 광섬유의 직경 D 가 200 ~ 1500 ㎛ 일 때, 열가소성 수지의 보호층의 두께 T_C 는 바람직하게 100 ~ 500 ㎛ 이다. 플라스틱 광섬유의 직경 D 는 바람직하게 200 ~ 800 ㎛ 이다.

상기 식 (1) 에서 값 (T_A - T_B1) 은 바람직하게 200 ~ 1200 ㎛ 이고 더 바람직하게는 400 ~ 1000 ㎛ 이다. 상기 식 (2) 에서 (T_B2 - D) 은 바람직하게 50 ~ 400 ㎛ 이고, 더 바람직하게는 70 ~ 150 ㎛ 이다. 상기 식 (3) 에서 (T_B1 - T_B2) 은 바람직하게 1000 ㎛ 이하이고 더 바람직하게는 500 ㎛ 이하이다. 튜브형 및 압력형과 같은 코팅 장치들 중 일부에서, 다이와 니플의 위치는 플라스틱 광섬유를 공급하는 방향과 달라서, 다이의 직경 T_A(㎛), 외경 T_B1(㎛), 내경 T_B2(㎛) 이 플라스틱 광섬유의 공급 방향에 수직한 동일 평면상에 항상 있는 것은 아니다.

190 ℃ 에서 용융시 열가소성 수지의 용융 유량은 바람직하게 5 ~ 150 g/10min 이다.

본 발명에 따라서, 다이의 직경 T_A(㎛), 니플의 외경 T_B1(㎛), 니플의 내경 T_B2(㎛) 및 플라스틱 광섬유의 직경 D(㎛) 은 상술한 바와 같이 최적화되 때문에, 코팅 공정에서 광섬유에 대한 응력은 감소하고 전송 손실의 증가를 막을 수 있다. 또한, 플라스틱 광섬유의 전송 손실을 증가시키지 않고 코팅층이 안정하게 형성되어서, 플라스틱 광섬유의 생산성이 향상된다. 또한, 플라스틱 광섬유는 코팅 공정 중 외부 공기로부터 보호되기 때문에 플라스틱 광섬유와 코팅층으로서 열가소성 수지와의 사이의 경계의 불균일에 의해 유발되는 전송 손실의 증가를 막을 수 있다. 또한, 플라스틱 광섬유의 외관이 향상된다.

도 1 은 본 발명에 따른 코팅선의 사시도이다.

도 2 는 본 발명에 따른 코팅 장치의 주요부에 있어서 단면도이다.

우선, 본 실시예에서 바람직하게 사용되는 원료 폴리머, 중합 개시제, 사슬 전달제 (chain transfer agent), 굴절률 제어제 (dopant) 를 설명한다. 그리고, 플라스틱 광섬유 (POF) 의 예로서, 경사형(GI type) POF 와 프리폼을 제조하는 방법을 설명한다. 높은 전송율을 갖는 경사형 POF 는, 굴절률이 중심으로부터 코어부의 표면으로 점차로 변하는 굴절률 프로파일을 갖는다. 그 후, POF 를 코팅하기 위한 장치 및 방법을 설명한다. 아래에서 설명된 실시예가 본 발명의 범위를 제한하지 않음을 유의해야 한다.

코어부의 원재료로서, 쉽게 대량 중합되는 중합가능한 단량체를 선택하는 것이 바람직하다. 높은 광 전송율과 쉬운 대량 중합성을 갖는 원재료의 예는 (매타)아크릴산 에스테르[(a) 불소가 없는 (메타)아크릴 에스테르, (b) 불소 함유 (메타)아크릴 에스테르, (c) 스티렌형 화합물, (d) 비닐 에스테르], 폴리카보네이트 등이 있다. 코어부는 이러한 단량체 중 하나로 구성된 호모폴리머, 이러한 단량체 중 적어도 두 종류로 구성된 코폴리머, 또는 호모폴리머(들) 및/또는 코폴리 머(들)의 혼합물로 만들어진다. 이것들 중, (메타)아크릴산 에스테르는 중합가능한 단량체로서 사용될 수 있다.

구체적으로는, 중합가능한 단량체로서 (a) 불소가 없는 (메타)아크릴 에스테르의 예는 메틸 메타아크릴레이트 (MMA); 에틸 메타아크릴레이트; 이소프로필 메타아크릴레이트; 터트-부틸 메타아크릴레이트; 벤질 메타아크릴레이트 (BzMA); 페닐 메타아크릴레이트; 씨클로헥실 메타아크릴레이트, 디페닐메틸 메타아크릴레이트; 트리씨클로[5·2·1·0^2·6] 데카닐 메타아크릴레이트; 아다만틸 메타아크릴레이트; 이소보닐 메타아크릴레이트; 메틸 아크릴레이트; 에틸 아크릴레이트; 터트-부틸 아크릴레이트; 페닐 아크릴레이트 등이 있다. (b) 불소가 있는 (메타)아크릴 에스테르의 예는 2,2,2-트리플루오로에틸 메타아크릴레이트; 2,2,3,3-테트라플루오로 프로필 메타아크릴레이트; 2,2,3,3,3-펜타플루오로 프로필 메타아크릴레이트; 1-트리플루오로메틸-2,2,2-트리플루오로메틸 메타아크릴레이트; 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오로펜틸 메타아크릴레이트; 2,2,3,3,4,4-헥사플루오로부틸 메타아크릴레이트 등이 있다. 또한, (c) 스티렌형 화합물에는, 스티렌; α-메틸스티렌; 클로로스티렌; 브로모스티렌 등이 있다. (d) 비닐에스테르에는, 비닐아세테이트; 비닐벤조에이트; 비닐페닐아세테이트; 비닐클로로아세테이트 등이 있다. 중합가능한 단량체는 상술한 단량체에 제한되지는 않는다. 코어부에서 호모폴리머 또는 코폴리머의 굴절률이 피복부의 굴절률과 비슷하거나 더 높게 단량체의 종류와 조성을 선택하는 것이 바람직하다. 원재료용 폴리머로서, 투명 수지인 폴리메틸 메 타아크릴레이트 (PMMA) 가 더 바람직하다.

POF 가 근적외선에 대해 사용될 때, 광학 부재에서 C-H 결합은 흡수 손실을 일으킨다. C-H 결합의 수소 원자 (H) 가 중수소 (D) 또는 불소 (F) 로 치환될 수도 있는 폴리머를 사용함에 의해, 전송 손실을 일으키는 파장 범위를 더 큰 파장 영역으로 이동시킨다. 미국특허 제 5,541,247 호(대응 일본특허 제 3332922 호) 는 중수소화된 폴리메틸메타아크릴레이트 (PMMA-d8), 폴리트리플루오로에틸메타아크릴레이트 (P3FMA), 폴리헥사플루오로이소프로필-2-플루오로아크릴레이트 (HFIP2-FA) 등과 같은 폴리머를 예시하고 있다. 그에 의해, 전송광의 손실을 줄이는 것이 가능하다. 중합 후 POF 의 투명성을 유지시키기 위해 분산을 일으키는 단량체에서 불순물과 이물질이 중합 전에 충분히 제거되어야 함을 유의해야 한다.

코어부와 피복부로서 폴리머를 형성하는 단량체를 중합함에 있어서, 단량체의 중합을 개시하도록 중합 개시제가 첨가될 수 있다. 첨가될 중합 개시제는 중합 방법 및 단량체에 따라 적절히 선택된다. 라디칼을 발생시키는 중합 개시제의 예는 벤조일 퍼옥사이드 (BPO); 터트-부틸퍼옥시-2-에틸헥사네이트 (PBO); 디-터트-부틸퍼옥사이드 (PBD); 터트-부틸퍼옥시이소프로필카보네이트 (PBI); n-부틸-4,4-비스(터트-부틸퍼옥시)바라레이트 (PHV) 등과 같은 퍼옥사이드 화합물이다. 중합 개시제의 다른 예는 2,2'-아조비스이소부틸로니트릴; 2,2'-아조비스(2-메틸부틸로니트릴); 1,1'-아조비스(씨클로헥산-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 개시제가 상기 물질에만 제한되는 것은 아니라는 것을 유의해야 한다. 한 종류 이상의 중합 개시제가 조합될 수 있다.

제조될 전체 플라스틱 광섬유에 대해서 기계적 특성 및 열적 특성과 같은 물리적 특성을 유지하기 위해, 사슬 전달제의 사용에 의해 중합도를 조절하는 것이 바람직하다. 사슬 전달제의 양과 종류는 중합가능한 단량체의 종류에 따라 선택된다. 각각의 단량체에 대한 사슬 전달제의 사슬 전달 계수는 예를 들면 "Polymer Handbook, 3rd edition",( J. BRANDRUP & E.H. IMMERGUT 편집, JOHN WILEY &SON 출판) 에 설명되어 있다. 또한, 사슬 전달 계수는 "Experiment Method of Polymers",(Takayuki Ohtsu & Masayoshi Kinoshita 편집, Kagakudojin사 출판, 1972) 에서 설명된 방법의 실험을 통해 계산될 수 있다.

사슬 전달제의 바람직한 예는 알킬머캡탄 [예를 들어, n-부틸머캡탄; n-펜틸머캡탄; n-옥틸머캡탄; n-라우릴머캡탄; 터트-도데실머캡탄 등] 과 티오페놀 [예를 들어, 티오페놀; m-브로모티오페놀; p-브로모티오페놀; m-톨루엔티올; p-톨루엔티올 등] 이 있다. 알킬머캡탄에는 n-옥틸머캡탄, n-라우릴머캡탄, 및 터트-도데 실머캡탄을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 또한, C-H 결합에서 수소 원자는 사슬 전달제에서 불소 원자 (F) 또는 중수소 원자 (D) 로 치환될 수 있다. 사슬 전달제는 상기 물질에 제한되지 않는다는 것을 유의해야 한다. 한 종류 이상의 사슬 전달제가 조합될 수 있다.

플라스틱 광섬유는 코어부가 방사상 방향으로 굴절률 프로파일을 갖는 경사형(GI type) 플라스틱 광섬유가 될 수 있다. 경사형 POF 는 그 높은 전송 용량으로 인해 광대역 광 전송을 가능하게 하여, 경사형 POF 는 바람직하게 고성능 통신 용도에 사용된다. POF 에서 굴절률 프로파일을 제공하기 위해, 굴절률 프로파일을 제공하는 첨가제(이하에서 "도펀트"(dopant)라 한다)는 폴리머 기재에 포함될 수 있다. 그렇지 않다면, 다른 굴절률을 갖는 복수의 폴리머 또는 그와 같은 폴리머들의 코폴리머는 코어부를 형성하는 폴리머로 사용될 수 있다.

도펀트는 조합되는 중합가능한 단량체와 다른 굴절률을 갖는 화합물이다. 도펀트와 중합가능한 단량체 사이의 굴절률의 차이는 0.005 이상인 것이 바람직하다. 도펀트는 도펀트를 포함하지 않는 것에 비하여 폴리머의 굴절률을 증가시키는 특징을 갖는다. 일본특허공보 제 3332922 호 및 일본특허공개공보 제 5-173026 호에서 설명된 것과 같은 단량체로부터 만들어진 폴리머들을 비교하면, 도펀트는 용해 지수(solubility parameter) 의 차가 7 (cal/cm³)^1/2 이하이고, 굴절률의 차는 0.001 이상이다. 그와 같은 특성을 갖는 재료는 어느 것이나 만일 폴리머와 안정적으로 존재할 수 있다면, 도펀트로서 사용될 수 있고, 그 재료는 상술 한 바와 같은 중합가능한 단량체의 중합 조건(온도 및 압력과 같은) 아래에서 안정적이다.

그와 같은 특성을 갖는 재료는 어느 것이나, 굴절률을 변화시킬 수 있고 폴리머와 안정적으로 존재할 수 있다면 도펀트로서 사용될 수 있고, 그 재료는 상술한 바와 같은 중합가능한 단량체의 중합 조건(온도 및 압력과 같은) 아래에서 안정적이다. 이러한 실시예는 경계면 겔 중합 방법에 의한 중합의 방향을 제어함에 의해 그리고 도펀트와 혼합된 중합가능한 화합물로부터 코어를 형성하는 공정 중 도펀트로서 굴절률 제어제의 밀도의 단계적 변화를 일으킴에 의해 코어에서의 굴절률 프로파일을 형성하는 방법을 보여준다. 프리폼 형성 후 굴절률 제어제를 분산시키는 것과 같은 다른 방법들도 또한 코어에 굴절률 프로파일을 제공할 수 있다. 이하에서, 굴절률 프로파일을 갖는 코어를 "경사형 코어"라 한다. 이와 같은 경사형 코어는 광역의 전송 밴드를 갖는 경사형 플라스틱 광학 부재용으로 사용된다. 도펀트는 중합가능한 화합물이 될 수 있고, 이 경우 공중합된 성분으로서 도펀트를 갖는 코폴리머는 도펀트 없는 폴리머와 비교시 굴절률을 증가시키는 것이 바람직하다. 그와 같은 코폴리머의 예는 MMA-BzMA 코폴리머이다.

도펀트의 예는 벤질 벤조에이트 (BEN); 디페닐 설파이드 (DPS); 트리페닐 포스페이트 (TPP); 벤질 n-부틸 프탈레이트 (BBP); 디페닐 프탈레이트 (DPP); 디페닐 (DB); 디페닐메탄 (DPM); 트리크레실 포스페이트 (TCP); 디페닐소우포옥사이드 (DPSO) 가 있다. 이들 중, BEN, DPS, TPP, 및 DPSO 가 바람직하다. 도펀트가 트리브로모 페닐메타아크릴레이트와 같은 중합가능한 화합물인 경우, 중합가능 한 단량체와 중합가능한 도펀트의 공중합 때문에 다양한 특성(특히 광학 특성)을 제어하는 것이 어려워도 열저항성에 있어 유리하다. 코어와 혼합된 굴절률 제어제의 분산과 밀도를 제어함에 의해 POF 의 굴절률을 제어하는 것이 가능하다. 굴절률 제어제의 양은 POF 의 목적, 코어 재료 등에 따라 적절히 선택될 수 있다.

(다른 첨가제)

다른 첨가제들은 전송 특성을 저하시키지 않는 한 코어부와 피복부에 포함될 수 있다. 예를 들어, 첨가제들은 내후성 및 내구성을 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 또한, 광신호를 증폭시키기 위해 유도 방출 기능성 화합물이 첨가될 수 있다. 그와 같은 화합물이 단량체로 첨가될 때, 약화된 빛 신호는 여기된 빛에 의해 증폭되어 전송 거리가 증가하게 된다. 따라서, 그와 같은 첨가제가 있는 광학 부재는 광전송 링크에서 광섬유 증폭기로서 사용될 수 있다. 이러한 첨가제들은 단량체로 첨가제를 중합하여 코어부 및/또는 피복부에 포함될 수 있다.

플라스틱 광섬유 (POF) 는 상술한 재료로 만들어질 수 있다. 그러나 다른 어떤 공지의 방법도 POF 제조에 적용가능하므로, 본 발명이 아래에서 설명되는 방법에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, POF 는 용융-압출 및 용융- 방사(melt-spinning) 에 의해 직접적으로 제조될 수 있다. 프리폼으로부터 POF 를 만들기 위한 배치(batch) 형성 방법으로서, 피복부를 코어부에 층으로 쌓아올릴 수 있거나, 또는 피복부로서의 중공 파이프에 코어부를 형성시킬 수 있다.

PCT 공보 제 WO93/08488 호 및 일본특허 제 3332922 호에서 설명된 바와 같이, 경사형 플라스틱 광섬유 프리폼(경사형 프리폼)은 피복부로서의 중공 수지 파 이프를 형성하고 그 중공 파이프에 코어부를 형성함에 의해 제조된다. 경사형 프리폼의 코어부는 중합후 서로 다른 굴절률의 중합가능한 조성을 연속적으로 첨가함에 의해 제조된다. 본 발명에 따른 경사형 프리폼을 제조하는 방법은 경계면 겔 중합 방법에 제한되는 것은 아니다. 수지 조성으로서, 단일 굴절률을 갖는 수지 조성은 굴절률 제어제를 포함할 수 있다. 수지 조성은 서로 다른 굴절률을 갖는 수지의 혼합물이거나 또는 공중합체가 될 수 있다. 플라스틱 광섬유는 경사형, 계단형(step index type) 및 다단계형(multi-step index type)과 같은 다양한 굴절률 프로파일을 가질 수 있다. 바람직한 실시예에 따른 코팅 방법은 서로 다른 열적 특성을 갖는 재료로 구성된 다단계형 광섬유 및 경사형 광섬유를 형성함에 있어 효과적이다. 또한, 계단형 광섬유의 특성은 코팅 공정 중 열에 의해 영향을 받는데, 코어부와 피복부 사이의 경계 조건에서의 변화 때문이다. 따라서, 본 발명에 따른 코팅 방법은 플라스틱 광섬유의 어떤 형태에도 적용가능하다.

POF 는 프리폼을 가열하여 인발함에 의해 제조될 수 있다. 이 경우, 프리폼을 가열하기 위한 가열 온도는 품질과 같은 프리폼의 특성에 따라 적절하게 선택된다. 일반적으로, 적절한 가열 온도는 180 ~ 250 ℃ 이다. 인발 조건(예를 들어, 인발 온도)들은 얻은 프리폼의 직경, POF 의 희망하는 직경, 사용된 재료 등을 고려하여 적절하게 선택된다. 예를 들어, 일본공개특허공보 제 07-234322 호에서 설명된 바와 같이, 인발에서 장력은 용융 플라스틱의 배향을 위해 1.0 (N) 이상일 수 있다. 또한, 일본공개특허공보 제 07-234324 호에서 설명된 바와 같이, 인발의 장력은 용융-인발 공정 후 변형이 없도록 1.0 (N) 이하가 될 수 있다. 일본공개특허공보 제 08-106015 호에서 설명된 바와 같이, 인발에 있어 예비 가열을 하는 것이 또한 가능하다. 상기 방법으로 만들어진 POF 의 측방향 휨 압력은 일본공개특허공보 제 07-244220 호에서 설명된 바와 같이 POF 의 경도 및 파괴 연신율을 제어함에 의해 향상될 수 있다.

일반적으로, 인발된 POF 는 그 자체로 사용되지 않는다. 휨 저항성 및 내후성을 향상시키고, 수분 흡착에 의한 특성의 저하를 방지하며, 인장 강도를 증가시키고, 스탬핑(stamping)에 대한 저항성을 제공하며, 화염에 대한 저항성을 제공하고, 화학약품에 의한 손상으로부터 보호하고, 외부 빛으로부터의 노이즈 방지, 착색의 수치를 증가시키는 등의 목적을 위해, 적어도 하나의 보호층이 광섬유 와이어, 플라스틱 광섬유 코드 및 플라스틱 광섬유 케이블을 형성하도록 POF 로 코팅된다.

[보호층 재료]

보호층의 형성이 POF 에 열 손상(변형, 변성(denaturation), 열감압(thermal decompression) 등)을 일으키지 않도록 보호층용 재료를 선택한다. 따라서, 보호층 재료는 (Tg - 50) ~ Tg ℃ 사이의 온도에서의 반응에서 경화되는데, 여기서 Tg 는 POF 용 폴리머의 유리전이 온도이다. 제조 비용 절감을 위해, 형성 기간(보호층 재료를 경화시키는 기간)은 바람직하게 1 초 ~ 10 분이고, 더 바람직하게는 1 초 ~ 5 분이다. POF 가 복수의 중합체로 구성될 때, Tg 는 이러한 폴리머들 중에서 가장 낮은 유리전이 온도이다. POF 용 폴리머가 유리전이 온도를 갖지 않을 때, Tg 는 가장 낮은 상변태 온도(예를 들어 용융점)가 된다.

보호층용 재료의 예는 폴리에틸렌 (PE) 및 폴리프로필렌 (PP) 과 같은 보통의 올레핀 폴리머, 염화비닐 및 나일론과 같은 다용도 폴리머가 있다. 높은 탄성에 따른 기계적 특성(굽힘 특성과 같은)을 제공함에 있어 효과적인 다음과 같은 재료를 적용하는 것이 또한 가능하다. 그와 같은 재료의 예는 폴리머의 예로서 고무들이 있는데, 이소프렌 고무(예를 들어 천연 고무 및 이소프렌 고무), 부타디엔 고무(예를 들어, 스티렌-부타디엔 코폴리머 고무 및 부타디엔 고무), 디엔 특수 고무(예를 들어 니트릴 고무 및 클로로프렌 고무), 올리핀 고무(예를 들어, 에틸렌-프로필렌 고무, 아크릴 고무, 부틸 고무 및 할라이드 부틸 고무), 에테르 고무, 폴리설파이드 고무 및 우레탄 고무 등이 있다.

보호층용 재료는 상온에서 유동성을 보이고 열을 가하면 고화되는 액상 고무가 될 수 있다. 액상 고무의 예는 폴리디엔 고무(기본 구조는 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 부타디엔-아크릴로니트릴 코폴리머, 폴리클로로프렌 등), 폴리오레핀 고무(기본 구조는 폴리오레핀, 폴리이소부틸렌 등), 폴리에테르 고무(기본 구조는 폴리(옥시프로필렌) 등), 폴리설파이드 고무(기본 구조는 폴리(옥시알킬렌 디설파이드) 등) 및 폴리실록산 고무(기본 구조는 폴리(디메틸 실록산) 등) 이다.

더 바람직하게, 보호층용 재료는 에틸렌, 프로필렌 및 α-올레핀의 폴리머와 같은 열가소성 수지이다. 그와 같은 폴리머의 예는 에틸렌 호모폴리머, 에틸렌-α-올레핀 코폴리머, 에틸렌-프로필렌 코폴리머 등이 있다. 금속 수화물 (metal hydration product) 및 내화재 (인 및 질소와 같은) 를 이러한 열가소성 수 지에 첨가한 마스터 배치 (master batch) 를 이용하는 것이 가능하다. 열가소성 수지의 분자량 (예를 들어, 수평균 분자량(number-average molecular weight) 및 중량 평균 분자량(weight-average molecular weight)) 및 분자량 분포는 제한되지 않는다. 그러나, 열가소성 수지가 있는 플라스틱 광섬유를 코팅하는 측면에 있어서, 열가소성 수지는 유동성이 높은 것이 바람직하다. 수지의 유동성 지수로서, 유동 시험 (JIS K 7210 1916) 에서 용융 유량 (melt flow rate, MFR) 을 사용할 수 있다. 열가소성 수지는 190 ℃ 의 용융 온도에서 5 ~ 150 g/10min 의 MFR 을 갖는 것이 바람직하다. 190 ℃ 의 용융 온도에서 MFR 이 20 ~ 90 g/10min 인 것이 더 바람직하다.

보호층의 재료로서, 열가소성 엘라스토머 (TPE) 가 또한 사용될 수 있다. 열가소성 엘라스토머는 실온에서 고무 탄성을 나타내고, 손쉬운 성형을 위해 고온에서 가소화된다. 열가소성 엘라스토머의 예는 스티렌 열가소성 엘라스토머, 올레핀 열가소성 엘라스토머, 염화비닐 열가소성 엘라스토머, 우레탄 열가소성 엘라스토머, 에스테르 열가소성 엘라스토머, 아미드 열가소성 엘라스토머 등이 있다. 상술한 것들 외에 다른 재료들도 코팅층이 POF 폴리머의 유리전이 온도 Tg (℃) 이하의 온도에서 형성되는 한 사용될 수 있다. 예를 들어, 상술한 재료 또는 다른 재료의 혼합된 폴리머 및 코폴리머를 사용하는 것이 가능하다.

폴리머 전구체 및 반응제의 혼합된 액상을 열경화시켜 얻어지는 재료는 보호층 재료로서 사용되는 것이 바람직하다. 재료의 예는, 일본특허공개공보 제 10-158353 호에서 설명된 바와 같은, NCO 블럭 프리폴리머(block prepolymer) 및 분말 코팅된 아민으로부터 만들어진 일체형(one-pack type) 열경화성 우레탄이다. 다른 예는 WO 95/26374 에서 설명된, NCO 그룹이 있는 우레탄 프리폴리머 및 20 ㎛ 이하의 크기를 갖는 고체 아민으로 구성된 일체형 열경화성 우레탄 조성이다. 제 1 보호층의 특성을 향상시키기 위해, 첨가제와 필러(filler)가 제 1 보호층에 첨가될 수 있다. 첨가제의 예는 불연성물, 산화방지제, 라디칼 포집제, 윤활제가 있다. 필러는 유기 및/또는 무기 화합물로 만들어질 수 있다.

[보호층을 형성하는 방법]

보호층을 형성하는 방법을 인발에 기초하여 설명한다. 코팅 장치는 인발공정과 동시에 또는 직후에 코팅 공정을 수행하는 인발 장치와 연결될 수 있다.

플라스틱 광섬유 (POF) (11) 주위로 보호층을 형성하기 위한 코팅 라인 (10) 이 묘사되어 있다. 전기 케이블 및 유리 광섬유를 코팅하는 공지의 코팅 라인이 본 실시예에 따라 코팅 라인 (10) 으로서 사용될 수 있다. POF (11) 는 공급기 (12) 로부터 냉각기 (13) 로 공급되어 POF (11) 는 5 ~ 35 ℃ 의 온도로 냉각된다. 보호층을 형성하기 전에 POF (11) 를 냉각함은 코팅 공정에서 열손상을 감소시킴에 있어 바람직하지만, 코팅 라인 (10) 은 냉각기 (13) 를 갖지 않을 수 있다. 그 후, 코팅 장치 (14) 는 POF 주위로 열가소성 수지(코팅재료)를 코팅하여 플라스틱 광섬유 가닥 (광섬유 가닥) (15) 을 만든다. 코팅 공정은 아래에서 설명될 것이다. 광섬유 가닥 (15) 은 차가운 물로 냉각시키기 위하여 물탱크 (16) 로 공급된 후, 광섬유 가닥 (15) 의 표면에서 물을 제거하기 위해 탈수기 (17) 로 공급된다. 광섬유 가닥 (15) 은 탈수기 (17) 이외의 기계를 사용하 여 냉각될 수 있다. 광섬유 가닥 (15) 은 공급 롤러 (18) 를 통하여 권취기(winding machine)에 공급된다. 도 1 에서의 코팅 라인 (10) 이 공급기 (12) 로부터 POF (11) 를 공급하지만, 코팅 라인 (10) 은 도 1 에서 도시된 것에 제한되지 않는다. 예를 들어, POF 를 형성하기 위한 인발 장치(도시 생략)는 코팅 라인과 통합될 수 있다. 이 경우, 프리폼은 인발 장치로부터 연속적으로 공급되고, 그 후 POF 는 코팅층으로 코팅된다.

도 2 에서, 코팅 장치 (14) 에 제공된 다이 (30) 및 니플 (31) 이 도시되었다. 코팅 장치 (14) 에서, 니플 (31) 은 다이 (30) 에 끼워맞춰져서 다이 (30) 와 니플 (14) 사이의 간격은 코팅 재료로서 열가소성 수지 (32) 가 통과하는 수지 통로 (33,34) 를 형성한다. 열가소성 수지 (32) 의 유동성을 유지하기 위하여, 다이 (30) 및 니플 (31) 에 각각 제공된 써모스탯(thermostat) (35,36) 이 있다. 코팅 공정에서 열가소성 수지 (32) 의 온도 (코팅 온도) 는 POF 로 전달되는 열량을 줄이기 위해 가능한한 낮은 것이 바람직하다. 코팅 재료가 예를 들어 폴리에틸렌일 때, 코팅 온도는 바람직하게 140 ℃ 이하이고, 더 바람직하게는 130 ℃ 이하이다. 코팅 온도의 하한은 제한되지 않지만, 코팅 온도의 하한치는 열가소성 수지 (32) 가 유동성을 갖는 온도이어야 한다. 예를 들어 열가소성 수지 (32) 가 저밀도 폴리에틸렌인 경우, 코팅 온도의 하한치는 바람직하게 100 ~ 110 ℃ 이다. POF (11) 는 니플 (31) 에서 형성되는 섬유 통로를 통해 통과되어, 섬유 출구 (31a) 를 통하여 니플 (31) 밖으로 공급된다.

POF (11) 는 광학 통로로서 코어부 (11a) 와 코어부 (11a) 주위에 형성된 피 복부 (11b) 를 포함한다. POF (11) 의 형상은 제한되지 않지만, 직경 D (㎛) 는 바람직하게 200 ~ 1500 ㎛ 이고, 더 바람직하게는 200 ~ 800 ㎛ 이다. 비록 POF 의 공급속도는 제한되지 않지만, 공급속도는 바람직하게 10 ~ 100 m/min 이다. 10 m/min 보다 낮은 공급속도는 생산성을 악화시켜 제조 비용을 증가시킨다. 또한, 가열된 니플 (31) 에서 섬유 통로를 통과하는 기간이 길기 때문에, POF (11) 는 니플 (31) 로부터 방출되는 열에 의해 열적 손상을 입게 된다. 다른 한편, 100 m/min 보다 더 빠른 공급속도는 코팅 재료로서 열가소성 수지 (32) 에 대한 접착력을 잃게 하여, 열가소성 수지 (32) 의 분리 및 수지의 결정화로 인한 기계적 특성의 변화와 같은 문제를 일으킨다.

다이 (30) 와 니플 (31) 사이의 간격은 수지 통로 (33,34) 를 구성한다. 유동성이 있는 열가소성 수지 (32) 를 소정의 온도에서 가열시키고, 수지 입구 (37,38) 로부터 수지 통로 (33,34) 로 흘린다. 수지 통로 (33,34) 를 통과하는 용융된 열가소성 수지 (32) 는 다이 가장자리와 니플 가장자리 사이에 형성된 수지 출구 (30a) 를 통하여 POF (11) 를 향하여 흘러나간다. 열가소성 수지 (32) 는 보호층 (39) 으로서 POF (11) 의 바깥 표면에 코팅된다. POF (11) 주위의 보호층 (39) 을 갖는 광섬유 가닥 (15) 은 물탱크 (16) 에서 냉각 공정을 거치게 된다(도 1 참조).

수지 출구 (30a) 에서 충분한 간극을 제공하고 열가소성 수지 (32) 로 쉽게 POF (11) 를 코팅하기 위해, 간극 (T_A - T_B1) 은 다음과 같은 식 (1) 을 만족한다.:

20 (㎛) ≤ (T_A - T_B1) ≤ 1500 (㎛) .... (1)

위에서 T_A (㎛) 는 다이 (30) 의 개구부 직경을 나타내고, T_B1 (㎛) 은 니플 (31) 의 외경을 나타낸다. 간극이 20 ㎛ 보다 작을 때, 수지 통로 (33,34) 에서의 열가소성 수지 (32) 의 압력은 높게 되어, 열가소성 수지 (32) 가 POF (11) 와 맞닿을 때 극심한 스트레스가 POF (11) 에 가해질 것이다. 그에 의해, POF (11) 의 굴절률이 변하게 되고, POF 의 광학 특성(전송 손실과 같은)이 나빠질 가능성이 있다. 다른 한편, 간극이 1500 ㎛ 보다 더 클 때, 코팅층 (39) 은 너무 두껍게 되고, 코팅층 (39) 의 외관은 용융 열가소성 수지의 방울로 인해 나빠진다. 또한, 두꺼운 보호층 (39) 은 열가소성 수지 (32) 를 균일하게 냉각시키기 어렵게 하여, POF (11) 는 열적으로 손상 받을 수 있고, 광섬유 가닥 (15) 은 부풀어오르게 된다.

다음으로, POF (11) 를 통과시키기 위한 니플 (31) 의 내경 T_B2 (㎛) 과 POF (11) 의 직경 D (㎛) 사이의 차이 (T_B2 - D) 는 다음과 같은 식 (2) 을 만족한다.

20 (㎛) ≤ T_B2- D ≤ 600 (㎛) ..... (2)

만일 그 차이 (T_B2 - D) 가 20 ㎛ 보다 작으면, POF (11) 는 가열된 니플 (31) 에 의해 열적으로 손상될 것이고, POF (11) 는 니플 (31) 에 맞닿게 되어 POF (11) 에 물리적 손상을 일으킨다. 다른 한편, 그 차이 (T_B2 - D) 가 600 ㎛ 보다 크면, 열가소성 수지 (32) 에 대한 POF (11) 의 접착력이 악화된다.

니플 (31) 의 외경 T_B1(㎛) 및 내경 T_B2(㎛) 의 차이 (T_B1-T_B2) 는 다음 식 (3) 을 만족한다.

400 (㎛) < T_B1-T_B2≤ 1500 (㎛) .... (3)

차이 (T_B1-T_B2) 가 1500 ㎛ 보다 크면, 열가소성 수지 (32) 를 POF (11) 에 맞닿게 하는 위치 (33a, 34a) 가 니플 단부 (31b) 로부터 멀게되어 위치 (33a,34a) 가 변동하게 된다. 그 결과, 광섬유 가닥 (15) 은 부풀게 될 것이다. 차이 (T_B1-T_B2) 의 하한치는 제한되지 않지만, 400 ㎛ 보다 더 큰 것이 니플 (31) 의 제조비용, 강도 및 내구성 면에서 바람직하다.

다이 (30) 와 니플 (31) 을 포함하는 몰드의 사용에 의해, POF (11) 에 열손상이나 부적절한 코팅과 같은 문제를 일으키지 않고 열가소성 수지 (32) 로 POF (11) 를 코팅하는 것이 가능하다. POF (11) 의 직경 D 는 바람직하게 200 ~ 1500 ㎛ 이고, 더 바람직하게는 200 ~ 800 ㎛ 이다. 이 경우, 100 ~ 500 ㎛ 의 두께 Tc (㎛) 를 갖는 코팅층 (39) 은 POF (11) 에 대한 과도한 응력을 방지하게 한다. 코팅 재료의 일부는 보호층 (39) 이 고화될 때 수축을 일으킨다는 것을 유의해야 한다.

POF 는 제 1 보호층으로서 상술한 보호층 주위로 제 2(또는 그 이상의) 보호층을 가질 수 있다. 만일 제 1 보호층이 POF 에 대한 열손상을 감소시키기에 충분한 두께를 갖는다면, 제 2 보호층의 경화 온도의 요구는 제 1 보호층과 비교하여 덜 엄격하게 된다. 제 2 보호층에는 불연성물, 산화방지제, 라디칼 포집제 및 윤활제와 같은 첨가제가 제공될 수 있다. 화염 억제제는 브롬과 같은 할로겐이 있는 수지, 첨가제 및 인이 있는 재료이다. 바람직하게 금속 수화물은 환원 독성 가스 배출을 위해 화염 억제제로서 사용될 수 있다.

POF 는 다기능의 복수의 코팅층으로 코팅될 수 있다. 그와 같은 코팅층의 예는 상술한 화염 억제층, 수분 흡수를 방지하기 위한 장벽층, 보호층들 사이 또는 보호층에 있는 수분 흡수제(예를 들어, 수분 흡수 테이프 또는 겔), POF 를 굽힘에 있어 응력을 완화시키기 위한 충격 흡수제로서 층을 형성하는 스티렌 및 가요성 재료층, 강성을 증가시키기 위한 강화층이 있다. 코팅층으로서 열가소성 수지는 광섬유 케이블의 강도를 증가시키기 위해 구조체를 포함할 수 있다. 구조체는 높은 탄성을 갖는 인장 강도 섬유 및/또는 높은 강성을 갖는 금속 와이어이다. 인장 강도 섬유의 예는 아라미드 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유가 있다. 금속 와이어의 예는 스테인레스 와이어, 아연합금 와이어, 구리 와이어가 있다. 구조체는 상술한 것들에 제한되지 않는다. 보호를 위한 금속 파이프, 광섬유 케이블을 잡아주기 위한 지지 와이어와 같은 다른 재료들을 제공하는 것이 또한 가능하다. 광섬유 케이블을 배선함에 있어 작업 효율을 높이는 기구가 또한 적용가능하다.

용도에 따라, POF 는 POF 가 원형으로 배치된 케이블 어셈블리, POF 가 직선적으로 배열된 테이프 코어 와이어, 테이프 코어 와이어가 밴드 또는 LAP 외피(sheath) 등을 사용하여 묶음으로 된 케이블 어셈블리 등으로서 선택적으로 사용된다.

본 발명에 따른 광 부재로서 POF 의 단부를 광 커넥터를 사용함에 의해 확실하게 고정하는 것이 바람직하다. 시장에서 넓게 사용가능한 광 커넥터는 PN 형, SMA 형, SMI 형, F05 형, MU 형, FC 형, SC 형 등이 있다.

광 부재로서 POF, 광섬유 와이어 및 광섬유 케이블을 통해서 광신호를 전송하는 시스템은 발광 소자, 광수신 소자, 광스위치, 광절연체, 광집적회로, 광전송기 및 수용기 모듈 등과 같은 광소자를 포함하는 광신호 처리장치를 포함한다. 그와 같은 시스템은 다른 POF 들과 결합될 수 있다. 다른 공지의 기술이 본 발명에 적용될 수 있다. 그 기술은 예를 들어 "Basic and Practice of Plastic Optical Fiber (NTS Inc. 출판)", "Optical members can be Loaded on Printed Wiring Assembly, at Last (Nikkei Electronics, vol. Dec. 3, 2001, pp.110 ~ 127)" 등에서 설명되어 있다. 이러한 문헌에서의 기술로 광부재를 결합함에 의해, 광부재는 고속 대용량 데이타 통신에 적합하고 전자기파의 영향 없이 제어하기에 적합한 단거리 광전송 시스템에 적용가능하다. 구체적으로, 광부재는 장치들(컴퓨터, 몇가지 디지털 장치와 같은)에서의 배선, 기계열 및 용기의 배선, 광터미널과 디지털 장치 사이의 광연결과 디지털 장치들, 실내 광LAN들, 집합 주택들, 공장들, 사무실, 병원들, 학교들 및 외부 광LAN들 사이의 광연결에 적용가능하다.

또한, 광전송 시스템과 결합된 다른 기술들은 예를 들어 "High-Unifomity Star Coupler Using Diffused Light Transmission (IEICE TRANS. ELECTRON., vol. E84-C, No.3, March 2001, pp.339 ~ 344)", "Interconnection in Technique of Optical Sheet Bath (Journal of Japan Institute of Electronics Packaging, vol.3, No.6, 2000, pp.476 ~ 480)" 에서 설명되어 있다. 또한, 광 버스( optical bus) (일본특허공개공보 제 10-123350 호, 제 2002-90571 호, 제 2001-290055 호등에서 개시됨); 광 분기/커플링 장치 (일본특허공개공보 제 2001-74971 호, 제 2000-329962 호, 제 2001-74966 호, 제 2001-74968 호, 제 2001-318263 호, 제 2001-311840 호등에서 개시됨); 광 스타 커플러(optical star coupler) (일본특허공개공보 제 2000-241655 호에서 개시됨); 광신호 전송 장치 및 광데이타 버스 시스템 (일본특허공개공보 제 2002-62457 호, 제 2002-101044 호, 제 2001-305395 호등에서 개시됨); 광신호의 처리 장치(processing device) (일본특허공개공보 제 2000-23011 호등에서 개시됨); 광신호용 크로스 연결 시스템 (일본특허공개공보 제 2001-86537 호등에서 개시됨); 빛 전송 시스템 (일본특허공개공보 제 2002-26815 호등에서 개시됨); 다기능 시스템 (일본특허공개공보 제 2001-339554 호, 제 2001-339555 호등에서 개시됨); 및 다양한 종류의 광 도파관(waveguide), 광 분기, 광 커플러, 광 멀티플렉서(multiplexer), 광 디멀티플렉서(demultiplexer) 등이 있다. 본 발명에 따른 광 부재를 갖는 광 시스템이 이러한 기술들과 결합될 때, 다중송신된 광신호를 송신/수신하기 위한 진보된 광 전송 시스템을 구성하는 것이 가능하다. 본 발명에 따른 광 부재는 발광, 에너지 전송, 조명 및 센서와 같은 다른 목적에 또한 적용가능하다.

[실험]

본 발명은 본 발명의 실시예로서 실험 (1), (2) 와 비교예로서 실험 (3) ~ (5)를 참고하여 자세히 설명될 것이다. 재료, 함량, 작동 등은 본 발명의 사상에서 벗어나지 않는 한 변할 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 아래에서 설명된 실험에 제한되지 않는다. 아래에서의 설명은 실험 (1) 을 자세히 설명한다. 실험 (2) ~ (5) 에 대해서는, 실험 (1) 과 다른 부분을 설명할 것이다. 실험들의 조건 및 결과는 아래 표 1 에서 나타내었다. 표 1 에서, 가장 왼쪽 칼럼은 실험 번호를 나타낸다.

실험 (1) 에서, 단량체 용액 소정량(수분이 1000 ppm 이하인 메타아크릴산-메틸)을 22 mm 의 내경과 600 mm 의 길이를 갖는 단단한 원통형 중합 챔버로 붓는다. 중합 용기의 내경은 생산된 프리폼의 외경과 일치한다. 중합 개시제로서, 디메틸-2,2'-아조비스(2-메틸프로피오네이트) 0.5 wt% 이 단량체 용액 중에 포함된다. 또한, 사슬전달제로서, 단량체 용액 중에 n-라우릴머캡탄 0.62 wt% 이 포함된다. 중합 챔버를 60 ℃ 물 챔버에서 흔들어주면서, 단량체 용액은 2 시간 동안 예비적 중합을 거치게 된다. 그 후, 중합 챔버를 65 ℃ 에서 수평으로 유지(실린더 챔버의 축선 방향이 수평으로 유지)시키고, 원통형 챔버를 3000 rpm 의 속도로 회전시키면서 열중합 공정을 3 시간 동안 수행한다. 그 후, 90 ℃ 에서 열중합 공정을 24 시간 동안 수행하여, 고분자 화합물(PMMA)로 만들어진 원통형 파이프를 얻는다.

다음에는, 코어 재료로서 단량체의 용액(수분이 1000 ppm 이하인 메타아크릴산-메틸)을 굴절률 제어 성분으로 디부틸 프탈레이트와 혼합한다. 디부틸프탈레이트의 양은 단량체 용액의 10 wt% 이다. 단량체 혼합 용액을 0.2 ㎛ 의 정 밀도를 갖는 폴리테트라플루오로에틸렌으로 만들어진 멤프레인 필터를 통해 여과시키고, 여과된 용액을 원통형 파이프의 중공부분으로 직접 붓는다. 중합 개시제로서, 디-t-부틸퍼옥사이드 0.016 wt% 가 단량체 혼합 용액 중에 첨가된다. 사슬 전달제로서, n-라우릴머캡탄 0.27 wt% 가 단량체 혼합 용액 중에 첨가된다. 이러한 단량체 혼합 용액을 포함하는 원통형 튜브는 원통형 파이프보다 9% 더 큰 직경을 갖는 유리 파이프에 삽입되고, 유리 파이프는 압력 중합 챔버에서 수직으로 고정된다. 그 후, 질소 분위기에서, 압력 중합 챔버는 0.1 MPa(게이지 압력) 으로 가압되고, 단량체 혼합 용액은 90 ℃에서 48 시간 동안 열중합을 거치게 된다. 그 후, 압력 중합 챔버에서의 압력을 0.4 MPa(게이지 압력)까지 증가시키고, 그 후 단량체 혼합 용액은 120 ℃ 에서 24 시간 동안 열중합을 거치게 된다. 열중합 후, 열처리를 하여 프리폼을 얻는다. 프리폼의 중량 평균 분자량은 106,000 이고, 분자량 분포(중량 평균 분자량/수 평균 분자량)는 2.1 이다. 프리폼의 유리 전이 온도는 코어부의 중심에서 가장 낮은 온도인 90 ℃(=Tg) 가 된다. 코어부에서 유리 전이 온도는 굴절률 프로파일에 따라 점차 증가한다. 코어부의 최외곽 영역에서 유리 전이 온도는 110 ℃ 이다.

중합이 완료되었을 때, 프리폼은 부피 수축에 따라 발생되는 어떠한 기포도 갖지 않는다. 프리폼은 230 ℃ 에서 가열되고 인발되어 316 ㎛ 의 직경을 갖는 POF 를 얻는다. 650 nm 파장에서 POF 의 측정된 전송 손실은 160 dB/km 이고, 850 nm 파장에서 POF 의 측정된 전송 손실은 1250 dB/km 이다.

다이 (30) 와 니플 (31) 을 갖는 몰드가 부착된 압출기(스크류의 직경 Φ : 40 mm)를 사용하여 보호층이 POF 주위로 형성된다. 다이 (30) 의 직경 T_A (㎛) 은 2100 ㎛ 이다. 니플 (31) 의 외경 T_B1 (㎛) 과 내경 T_B2 (㎛) 은 각각 1100 ㎛ 및 500 ㎛ 이다. 코팅 재료로서 저밀도 폴리에틸렌(LDPE; JPO에 의해 제조된 JMA07A; MFR = 50 g/10min)이 125 ℃, 360 g/min 의 조건으로 압출기로부터 압출된다. 플라스틱 광섬유(두께 D 316㎛)를 20 m/min의 속도로 공급하는 동안, 코팅 재료는 플라스틱 광섬유와 맞닿게 되고 소정의 두께를 갖도록 압출된다. 코팅 재료가 있는 광섬유 가닥 (15) 은 냉각 공정을 거쳐 릴에 감긴다. 보호층의 두께 T_C 는 220 ㎛ 이고, 광섬유 가닥의 직경(코드 직경)은 750 ㎛ 이다. 보호층의 두께 T_C 는 수지가 건조된 후 측정된 값이다. 코팅된 플라스틱 광섬유의 전송 손실이 측정되었는데, 보호층을 형성한 후 전송 손실의 증가는 2 dB/km 이다.

실험 (2) 에서, 실험 (1) 에서와 동일한 압출기가 사용되었다. 코팅 재료로서 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE; Tosoh Corp. 제조의 Nipolon-L; MFR = 20 g/10min)은 130 ℃ 및 390 g/min의 조건에서 압출기로부터 압출된다. 플라스틱 광섬유(두께 D 316 ㎛)가 20 m/min의 속도로 공급되는 동안, 코팅 재료는 플라스틱 광섬유와 맞닿게 되고 소정의 두께를 갖도록 신장된다. 코팅 재료가 있는 광섬유 가닥 (15) 은 냉각 공정을 거쳐 릴에 감긴다. 보호층의 두께 T_C 는 245 ㎛ 이고, 광섬유 가닥의 직경(코드 직경)은 805 ㎛ 이다. 코팅된 플라스틱 광섬유의 전송 손실이 측정되었고, 보호층 형성 후 전송 손실의 증가는 7 dB/km 이다.

비교 실험으로서 실험 (3) 에서, 실험 (1) 에서와 동일한 압출기가 사용되었다. 다이 (30) 의 직경 T_A (㎛) 는 3100 ㎛ 이다. 니플 (31) 의 외경 T_B1 (㎛) 과 내경 T_B2 (㎛) 은 각각 1100 ㎛ 및 500 ㎛ 이다. 코팅 재료로서 저밀도 폴리에틸렌(LDPE; JPO에 의해 제조된 JMA07A; MFR = 50 g/10min)이 125 ℃ 의 조건으로 압출기로부터 압출된다. 플라스틱 광섬유(두께 D 316㎛)는 보호층으로 코팅된다. 보호층의 두께 T_C 는 240 ㎛ 이고, 광섬유 가닥의 직경(코드 직경)은 800 ㎛ 이다. 코팅된 플라스틱 광섬유의 전송 손실이 측정되었고, 보호층 형성 후 전송 손실의 증가는 75 dB/km 이다.

비교 실험으로서 실험 (4) 에서, 실험 (1) 에서와 동일한 압출기가 사용되었다. 다이 (30) 의 직경 T_A (㎛) 는 2100 ㎛ 이다. 니플 (31) 의 외경 T_B1 (㎛) 과 내경 T_B2 (㎛) 은 각각 1700 ㎛ 및 1000 ㎛ 이다. 코팅 재료로서 저밀도 폴리에틸렌(LDPE; JPO에 의해 제조된 JMA07A; MFR = 50 g/10min)이 125 ℃ 의 조건으로 압출기로부터 압출되고, 플라스틱 광섬유(두께 D 316㎛)는 보호층으로 코팅된다. 보호층의 두께 T_C 는 245 ㎛ 이고, 광섬유 가닥의 직경(코드 직경)은 805 ㎛ 이다. 코팅된 플라스틱 광섬유의 전송 손실이 측정되었고, 보호층 형성 후 전송 손실의 증가는 65 dB/km 이다.

비교 실험으로서 실험 (5) 에서, 실험 (1) 에서와 동일한 압출기가 사용되었다. 다이 (30) 의 직경 T_A (㎛) 는 2500 ㎛ 이다. 니플 (31) 의 외경 T_B1 (㎛) 과 내경 T_B2 (㎛) 은 각각 2100 ㎛ 및 500 ㎛ 이다. 코팅 재료로서 저밀도 폴리에틸렌(LDPE; JPO에 의해 제조된 JMA07A; MFR = 50 g/10min)이 125 ℃ 의 조건으로 압출기로부터 압출되고, 플라스틱 광섬유(두께 D 316㎛)는 보호층으로 코팅된다. 보호층의 두께 T_C 는 243 ㎛ 이고, 광섬유 가닥의 직경(코드 직경)은 800 ㎛ 이다. 코팅된 플라스틱 광섬유의 전송 손실이 측정되었고, 보호층 형성 후 전송 손실의 증가는 50 dB/km 이다.

실험	보호층 재료	식			두께 T_C (㎛)	전송 손실의 증가 (dB/km)
실험	보호층 재료	(1)	(2)	(3)	두께 T_C (㎛)	전송 손실의 증가 (dB/km)
(1)	LDPE	○	○	○	220	2
(2)	LLDPE	○	○	○	245	7
(3)	LDPE	×	○	○	240	75
(4)	LDPE	○	×	○	245	65
(5)	LDPE	○	○	×	243	50

표 1 에서, 식 (1) ~ (3) 은 다음과 같다.

20 (㎛) ≤ T_A-T_B1≤ 1500 (㎛) ..... (1)

20 (㎛) ≤ T_B2- D ≤ 600 (㎛) ..... (2)

400 (㎛) < T_B1-T_B2≤ 1500 (㎛) .... (3)

여기서, T_A(㎛) 는 다이의 직경, T_B1(㎛) 는 니플의 외경, T_B2(㎛) 는 니플의 내경, 그리고 D(㎛) 는 플라스틱 광섬유의 직경을 나타낸다. 또한, "○" 표시는 시험조건이 식을 만족하는 것을 뜻하고, "×" 표시는 시험조건이 식을 만족하지 않는 것을 뜻한다.

상기 표 1 은 다이와 니플이 있는 몰드가 식 (1) ~ (3) 을 만족할 때 LDPE 또는 LLDPE 의 코팅 공정 후 전송 손실의 증가가 10 dB/km 보다 작게 되는 것을 보여준다.

본 발명은 플라스틱 광섬유의 표면을 코팅함에 있어 사용되는 장치 및 방법에 관한 것이다.

Claims

니플과 다이를 사용하여 열가소성 수지로 플라스틱 광섬유를 코팅하는 코팅 방법에 있어서, 니플은 다이에 형성된 개구부에 끼워 맞춰지고, 다이와 니플 사이에 형성된 수지 통로를 통하여 열가소성 수지를 흐르게 하고 니플에 형성된 광섬유 통로를 통과하는 플라스틱 광섬유 주위에 수지 통로를 통과하는 열가소성 수지를 코팅함에 의해 플라스틱 광섬유가 열가소성 수지로 코팅되는 코팅 방법으로서;

T_A(㎛) 는 다이의 직경, T_B1(㎛) 는 니플의 외경, T_B2(㎛) 는 니플의 내경, 그리고 D(㎛) 는 플라스틱 광섬유의 직경을 나타낼 때, 다이와 니플은

20 (㎛) ≤ T_A -T_B1 ≤ 1500 (㎛)

20 (㎛) ≤ T_B2- D ≤ 600 (㎛)

400 (㎛) < T_B1-T_B2≤ 1500 (㎛)

을 만족하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 광섬유의 코팅 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 플라스틱 광섬유의 직경은 200 ~ 1500 ㎛ 이고, 플라스틱 광섬유 주위로 코팅된 상기 열가소성 수지의 두께는 100 ~ 500 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
제 1 항에 있어서, 190 ℃ 의 용융온도에서 상기 열가소성 수지의 용융 유량 은 5 ~ 150 g/10min 인 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
열가소성 수지로 플라스틱 광섬유를 코팅하는 코팅 장치로서;

광섬유 통로가 형성된 니플 및 이 니플이 끼워지는 개구부가 형성되어 있는 다이를 포함해, 다이와 니플 사이에 형성된 수지 통로를 통하여 열가소성 수지를 흐르게 하고 니플에 형성된 광섬유 통로를 통과하는 플라스틱 광섬유 주위에 수지 통로를 통과하는 열가소성 수지를 코팅함에 의해 플라스틱 광섬유가 열가소성 수지로 코팅되며,

T_A(㎛) 는 다이의 직경, T_B1(㎛) 는 니플의 외경, T_B2(㎛) 는 니플의 내경, 그리고 D(㎛) 는 플라스틱 광섬유의 직경을 나타낼 때, 다이와 니플은

20 (㎛) ≤ T_A-T_B1≤ 1500 (㎛)

20 (㎛) ≤ T_B2- D ≤ 600 (㎛)

400 (㎛) < T_B1-T_B2≤ 1500 (㎛)

을 만족하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 광섬유의 코팅 장치.