KR20090089442A - 광섬유 제조를 위한 방법 - Google Patents

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존 제이. 코스텔로 3세
제임스 에이치. 팔러
안드레이 브이. 필리포프
스티븐 제이. 그레골스키
부르스 더블유. 레딩
존 씨. 토마스
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Abstract

비선형 경로를 따라 광섬유를 제조하는 방법은 유체 베어링을 포함하는 단계를 갖는다. 광섬유는 유체 베어링의 유체 쿠션 영역과 접촉되는 제1 경로를 따라 프리폼으로부터 인발되고, 상기 섬유가 유체 쿠션 영역을 가로질러 인발되는 제2 경로를 따라 방향이 바뀐다.
유체 베어링, 광섬유, 인발, 유체 쿠션, 냉각, 유체 지지 채널

Description

광섬유 제조를 위한 방법{METHODS FOR PRODUCING OPTICAL FIBERS}
본 출원은 본 명세서 전체에서 인용 문헌에 의하여 의존하고 포함되는 내용을 갖는 2006년 11월 28일 출원된 미국 특허 출원 제60/861587호의 이익 및 우선권을 주장한다.
본 발명은 광섬유의 제조 동안 비선형 경로를 따라 광섬유르 제조하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 유체 베어링을 포함하는 광섬유 제조 방법에 관한 것이다.
광섬유를 제조하는 통상적인 기술 및 제조 공정은 일반적으로 제조 단계에 걸쳐 선형 경로를 따라 하향으로 광섬유를 인발하는 단계를 포함한다. 그러나, 이 기술은 광섬유의 제조를 향상 및 변형하는데 심각한 장애를 갖는다. 예를 들어, 광섬유의 선형 제조와 관련된 상기 장비는 일반적으로 거꾸로 배열되어 전체 시스템의 높이를 더하지 않고는 공정의 부가 또는 변형을 어렵게 만든다. 일정 경우에, 상기 선형 제조 시스템에 부가하는 것은 빌딩 하우징(예를 들어, 존재하는 빌딩의 천장에 또는 그 근처에 상기 인발 타워가 있는)에 높이를 더하기 위한 추가적인 구조를 요한다. 이러한 장애는 광섬유 제조 시스템 및 설비를 변형 또는 업그레이드 하는데 상당한 비용을 초래한다.
생산자가 단지 선형 시스템만을 위한 요구를 없애도록 하는 시스템 및 방법을 제공하는 것은 변형 또는 업데이트에 대한 장애의 비용을 충분히 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 수평적으로 늘어난(수직적인 것에 반대로 또는 이에 추가적으로서) 시스템을 갖음에 의하여, 상기 제조 시스템에 추가적인 구성요소 및 장비를 제공하기가 휠씬 더 쉽고 비용적으로 효율적이다. 또한, 이러한 배열은 더 낮은 비용의 중합체의 사용, 더 높은 코팅 속도 및 향상된 섬유 냉각 기술을 제공하는 것을 가능케 하는 더 효율적인 공정 결로를 제공할 수 있다.
본 발명은 문제점 및 결점을 해결하고 제거할 것이고, 만일 그렇지 않더라도 광섬유 제조를 위한 시스템 및 방법을 향상시킨다.
상기와 같은 것을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 일구체예는 나형(bare) 광섬유를 제1 경로를 따라 프리폼으로부터 인발(drawing)하는 단계, 상기 나형 광섬유를 유체 베어링의 유체 쿠션 영역과 접촉시키는 단계 및 상기 나형 광섬유가 상기 유체 쿠션 영역에 걸쳐 인발되면서 제2 경로를 따라 상기 나형 광섬유를 향하게 하는 단계를 포함하는 광섬유 제조를 위한 방법을 포함한다.
본 발명의 다른 측면은 광섬유를 제1 경로를 따라 인발하는 단계, 상기 광섬유를 유체 베어링 영역과 접촉시키는 단계, 여기서 상기 유체 베어링은 아치형(arcuate) 외부 표면을 갖는 제1 플레이트, 대응하는 아치형 외부 표면에 제2 플레이트, 여기서 상기 대응하는 외부 표면은 상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트의 대응 외부 표면 사이에 실질적으로 배열되고 형성되며, 상기 영역은 상기 광섬유를 받도록 형성되고, 제1 플레이트 및 제2 플레이트 중 적어도 하나를 통하여 통과하고 상기 유체 베어링을 통해 유체 흐름을 제공하기 위해 형성된 적어도 하나의 개구를 포함하는 광섬유 제조를 위한 방법을 포함한다. 상기 방법은 상기 광섬유가 상기 유체 쿠션 영역에 걸쳐 인발되면서 제2 경로를 따라 상기 광섬유를 향하게 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 제1 경로를 따라 광섬유를 인발하는 단계, 상기 광섬유를 제1 유체 베어링의 유체 쿠션의 제1 영역과 접촉시키는 단계, 상기 광섬유가 상기 제1 유체 베어링의 유체 쿠션의 상기 제1 영역에 걸처 인발되면서 제2 경로를 따라 상기 광섬유를 향하게 하는 단계, 상기 광섬유를 제2 유체 베어링의 유체 쿠션의 제2 영역과 접촉시키는 단계, 및 상기 광섬유가 상기 제2 제1 유체 베어링의 유체 쿠션의 제2 영역에 걸쳐 인발되면서 제3 경로를 따라 상기 광섬유를 향하게 하는 단계를 포함하는 광섬유를 제조하기 위한 방법을 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 광섬유를 코팅층으로 코팅하는 단계를 포함한다.
본 명세서에서 설명된 본 발명의 일정 측면에서, 상기 유체 베어링은 바람직하게는, 상기 섬유가 상기 유체 베어링을 통하여 통과하므로서, 상기 섬유를 가이드하기 위한 채널을 포함할 수 있다. 상기 채널은 바람직하게는 두개의 평행한 또는 실질적으로 평행한 상기 섬유가 이동하고 향하는 통로를 형성하는 측벽(sidewalls)에 의하여 형성된다. 상기 섬유 인발 작동동안, 상기 섬유는 바람직하게는 상기 채널 및 상기 측벽 및 상기 채널을 통하여 상기 채널의 일단(one end)으로부터 다른 끝단(the other end)으로 방출된(emitted) 유체의 쿠션 사이에서 위치되고 유지된다. 통상적으로 상기 유체는 상기 유체 베어링을 통하여 지나가는 상기 섬유에 의하여 형성된 아치형 경로 내부의 포인트에서 상기 채널로 들어가고, 상기 섬유의 아치형 경로 바깥 면의 포인트로부터 채널을 빠져나온다. 섬유에 의하여 형성된 아치형 경로 바깥면의 압력과 비교하여, 상기 아치형 경로 안쪽의 상기 섬유 아래 존재하는 더 높은 압력은 상기 섬유를 부양(levitates)시킨다. 상기 채널에 바람직하게는 상기 섬유가 상기 채널에서 상기 아치형 경로의 외부 면을 향하여 밖을 향하여 움직이므로써 상기 아치형 경로 내부 압력을 감소시키기 위한 수단이 제공된다. 예를 들어, 상기 채널에는 상기 섬유가 상기 채널 내에서 들어 올려 짐으로서, 상기 섬유 아래의 상기 압력을 감소시키기 위한 테이퍼진(tapered) 채널이 제공될 수 있다. 바람직한 일정 구체예에서, 상기 채널은 경사지게(at an angle) 줄어들고, 상기 유체 유입구에서 상기 채널의 너비는 상기 유체 출구에서의 슬롯(slot)의 너비보다 작다.
본 발명의 추가적인 특징 및 장점은 다음에 이어지는 상세한 설명에서 설명될 것이고, 이는 다음에 이어지는 상세한 설명, 청구항 뿐만아니라 첨부된 도면을 포함하는 상세한 설명으로부터 당업자에게 용이하게 이해될 것이고, 또는 본 명세서에서 설명되는 실시예에 의하여 명확히 인식될 것이다.
앞서 설명된 일반적인 설명 및 다음에 이어지는 상세한 설명 모두는 본 발명의 구체예를 나타내는 것으로 이해될 것이고, 청구된 것으로서 본 발명의 특성 및 특징의 이해를 위한 개요 또는 개관을 제공하기 위함이다. 첨부된 도면은 본 발명의 추가적인 이해를 위하여 포함되고, 명세서에 포함되며 일부를 이룬다. 상기 도면은 본 발명의 다양한 구체예를 나타내고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리 및 작동을 설명하기 위하여 제공된다.
도 1은 광섬유 제조 시스템을 나타낸 것이다.
도 2는 대안적인 광섬유 제조 시스템을 나타낸 것이다.
도 3은 광섬유 제조 시스템에 사용되는 유체 베어링의 분해도를 나타낸 것이다.
도 4는 광섬유 제조 시스템용 테이퍼진 영역을 갖는 유체 베어링의 측면도를 나타낸 것이다.
도 5는 유체 베어링 영역의 도 4의 부분을 확대한 것을 나타낸 것이다.
도 6은 유체 베어링 부분의 정면도를 나타낸 것이다.
도 7은 대안적인 유체 베어링 구조의 단면도를 나타낸 것이다.
도 8은 다른 대안적인 유체 베어링 구조의 단면도를 나타낸 것이다.
상기 도면에서 설명된 구체예는 특성을 설명하기 위함이지, 청구항에 의하여 정의되는 본 발명의 제한을 위한 것이 아니다. 또한, 도면 및 본 발명의 각각의 특징은 상세한 설명의 관점에서 더 충분히 명백할 것이고, 이해될 것이다.
인용 문헌은 본 발명의 바람직한 구체예를 상세하게 할 것이고, 이들의 실시 예가 첨부된 도면에서 나타나 있다. 가능한 언제나, 상기 도면에 걸쳐 동일한 참고 번호가 동일 또는 유사한 부분을 언급할때 사용될 것이다.
본 발명은 유체 베어링의 사용을 통하여 비선형 경로를 따라 광섬유를 제조하는 새로운 시스템 및 방법을 제공한다. 본 발명의 구체예는 도 1-6의 도면과 연관하여 상세하게 설명될 것이고, 상기 도면에 걸쳐 유사한 번호는 동일 또는 대응되는 구성 요소를 가리킨다.
본 발명은 광섬유가 최초 프리폼으로부터 인발되고 비선형 경로를 따라 이동되게 하는 시스템 및 방법을 제공한다. 여기서 사용되는 "나형 광섬유"라는 문구는 프리폼으로부터 직접적으로 인발되고 외부 표면에 보호 코팅층이 적용되기 전(예를 들어 고분자계 물질로 코팅된 나형 광섬유 이전의)의 광섬유를 의미한다. 본 발명은 보호 코팅이 적용되기 전의 제조 단계를 통하여 비선형 경로를 따라 상기 광섬유를 이동되게 함에 의하여 유연성을 제공한다. 또한, 이후에 설명되는 것으로서, 본 발명의 시스템 및 방법은 단지 비선형 경로에만 제공되는 것이 아니라, 생산동안 상기 광섬유의 처리(예를 들어, 냉각)를 보조하기 위하여 또한 사용될 수 있다.
도 1에서, 광섬유(8)을 생산하기 위한 시스템의 실시예가 나타나 있다. 도 1에서 보이는 구체예에서, 프리폼(10)은 로(furnace)(12)를 대체하고 섬유는 프리폼으로부터 인발되어 나형 광섬유(14)를 만든다. 프리폼(10)은 광섬유의 제조에 적합한 어떠한 유리 또는 물질로도 제조될 수 있다. 일단 나형 광섬유(14)가 프리폼(10)으로부터 인발되고 로(12)에서 나오면, 상기 나형 광섬유(14)는 고정된 유체 베어링(16)(이후에 설명됨)과 접촉되고, 냉각 장치(18)로 이동하기 전에 실질적으 로 제1 또는 수직한 경로(A)를 따라 이동하는 것으로부터 제2 경로(B)로 옮겨진다. 나타난 것처럼, 제2 경로(B)는 상기 제1 경로에 수평적으로 또는 수직하게 방향 지워지나, 여기서 설명된 시스템 및 방법은보호 코팅이 적용되기 전에 광섬유를 어떠한 비선형 경로를 따라 향하게 할 수 있음이 이해되어야 한다.
도 1에 나타난 구체예에서, 광섬유(14)는 일차 보호 코팅층(21)이 상기 나형 광섬유(14)의 외부 표면에 적용되는 코팅 유닛(20)을 거치기 전에 상기 추가적 냉각 장치(18)를 통하여 지나감으로써 냉각된다. 냉각 장치(18)는 광섬유의 냉각에 사용되는 기술분야에 알려진 어떠한 기술일 수 있다. 바람직하게는, 상기 냉각 장치는 공기에서 냉각하는 것보다 빠른 속도에서 상기 섬유의 냉각을 용이하게 할 수 있는 가스로 채워질 수 있다. 만일 원한다면, 상기 보호층이 코팅되기 위하여 코팅 유닛으로 이동함으로써 선택적인 추가적 유체 베어링(24)이, 상기 나형 광섬유(14)를 상기 실질적으로 수직한 경로(A)(또는 어떠한 다른 제3 경로)의 뒤에 베어링(16) 및 (24)의 배열에 의하여 생성된 상기 실질적으로 수평적인 경로(B)로부터 이동하는데 사용될 수 있다. 상기 코팅 유닛(20)을 떠나는 단계 이후에, 보호층(21)을 갖는(더이상 노출되지 않은) 상기 광섬유는 상기 시스템(미도시) 내에서 다양한 다른 처리 단계를 거칠 수 있다. 도 1에서 보이는 것처럼 상기 전체 시스템 전체에서 인발될 때, 인발 장치(28)는 상기 광섬유에 필요한 장력을 제공하는데 사용되고, 최종적으로 섬유 저장 스풀(미도시)에 감긴다.
이후에 설명되는 것처럼, 상기 유체 베어링(예를 들어, (16) 및 (24))은 상기 광섬유(14)를 상기 광섬유 제조 시스템(8)을 통하여 이동시켜 상기 광섬유가 상 기 인발 장치(28)에 도달할 때까지 어떠한 기계적 접촉도 받지 않게 한다. 기계적 접촉은, 인발 공정에서 고체 구성요소와의 접촉을 의미한다. 이러한 기계적 접촉의 부족은 특히 코팅 장치(20)에 의하여 코팅되기 전에 비선형적 경로를 통하여 이동하는 부서지기 쉬운 나형 광섬유의 질을 유지하는데 중요할 수 있다. 상기 인발 장치(28)에 의한 상기 기계적 접촉은 상기 시스템의 포인트에서 상기 광섬유가 보호층(21)로 코팅되어 상기 섬유가 코팅되지 않은 경우와 같이 동일한 방법에서 기계적 접촉이 실질적으로 상기 섬유의 질에 영향을 주지 않으므로 용인가능하다.
설명되는 것처럼, 상기 코팅 단계 전에 비선형 경로를 갖는 광섬유 제조 시스템을 제공하는 것은 많은 장점을 지닌다. 예를 들어, 통상적인 제조 시스템에서, 상기 코팅 유닛 전에 별도의 냉각 장치(18) 또는 별도의 코팅 유닛(20)과 같은 새로운 또는 추가적인 구성 요소의 부가는 이러한 장치 모두가 선형적으로 재배열될 필요가 있고, 종종 시스템의 높이를 증가시키는 것을 요구할 수 있다는 것을 의미한다. 여기에 설명된 광섬유 제조 시스템에서, 상기 장치의 설치 뿐만 아니라, 이후의 변형, 추가 및 업데이트에 더욱 유연성을 부여하기 위하여 상기 보호 코팅이 적용되기 전에, 상기 광섬유는 수평적으로 또는 대각선으로(예를 들어, 수직에서 벗어난(off vertical)) 경로일 수 있다.
도 2는 광섬유 제조 시스템(108)의 다른 구체예를 나타낸다. 도 2에서 보이는 것처럼, 다수의 유체 베어링(116)은 광섬유(114)를 프리폼(110)으로부터 코팅 유닛(120)으로 이동시키기 위하여 조합되어 사용될 수 있다. 도 1의 상기 냉각 장치(18)는 상기 광섬유(14)가 상기 프리폼(10)으로부터 형성된 이후 및 보호층(21) 이 부가하게 하는 코팅 유닛(20)에 도달하기 전에 제공됨에 반하여, 도 2는 표준 냉각 장치가 삭제된 구체예를 제공한다. 특히, 표준 냉각 장치(예를 들어, 도 1에서의 (18)) 대신에, 상기 유체 베어링(116)(또는 도 1의 (14) 또는 (24))이 냉각 장치(118)(뿐만아니라 상기 나형 광섬유(114)가 이동할 수있는 유체 쿠션 영역을 제공하는)로서 제공될 수 있다. 상기 광섬유(114)가 상기 유체 베어링(116) 상에서 이동됨으로서(이후에 설명됨), 각각의 유체 베어링(116) 상의 유체 쿠션 영역은 상기 나형 광섬유(114)를 냉각시킨다. 예를 들어, 도 2에서, 상기 유체 베어링(116)에 들어감으로서 로(112)에 존재하는 상기 광섬유(114)는 1000 ℃ - 1800℃근처 또는 미만의 온도를 가질 수 있다. 바람직한 일정 구체예에서, 상기 광섬유는 상기 유체 베어링(116)으로 상기 섬유 온도가 1300 ℃ 미만, 더욱 바람직하게는 1200℃ 미만, 및 일정 구체예에서는 1100 ℃ 미만의 온도인 포인트에서 들어간다. 상기 유체 베어링이 상기 광섬유를 지지하는 유체 흐름을 움직이는데 사용되기 때문에, 상기 광섬유는 상기 인발 로 바로 밖에 존재하는 것과 같은 움직이지 않는 실내 공기에서 냉각될 때보다 더 빠른 속도에서 냉각된다. 상기 광섬유 및 상기 유체 베어링 내의 상기 유체(바람직하게는 상온 또는 실온 공기) 사이의 더 큰 온도 차이는, 상기 유체 베어링의 상기 광섬유(114)를 냉각시키기 위한 더 우수한 능력을 갖는다. 다른 구체예에서, 상기 광섬유가 더 빠른 속도에서 냉각되도록 상기 유체 베어링(116)을 통하여 방출된 상기 유체는 실제적으로 냉각할 수 있다. 유체 쿠션 영역과 관련된 상기 유체는 상기 광섬유(114)를 충분히 냉각하는 것을 제공하여 바로 상기 코팅 유닛(120)으로 이동할 수 있게 하고, 보호층이 상기 나형 광섬유(114)의 외부 표면에 적용되어 코팅된 섬유(121)을 만들 수 있게 한다. 일 구체예에서, 상기 유체 베어링(116)의 유체 쿠션 영역은 상기 나형 광섬유(114)에 대하여 비반응성인 유체를 포함한다(예를 들어, 공기, 헬륨).
냉각을 제공하는 것에 추가하여, 상기 나형 광섬유(114)를 실질적으로 선형 배열(Y)로부터 실질적으로 비선형 배열(Y+Z)로 바꿀때 다수의 유체 베어링(116)을 사용하는 도 2의 배열은 더 나은 안정성을 제공할 수 있다. 이론에 의하여 제한하려는 의도 없이, 서로 인접하여 배열된 다수의 유체 베어링(116)을 가짐에 의하여, 상기 광섬유(114)를 하나의 유체 쿠션 영역에서 다음 영역으로 움직이는데 요구되는 정밀도는 더욱 쉽게 제어될 수 있다. 물론, 임의로 배열되고 임의의 수의 바람직한 경로를 제공하는 하나의 베어링 어셈블리를 포함하는 어떠한 수의 베어링 어셈블리(이후에 설명됨)라도 광섬유를 제조하는데 사용될 수 있다.
지금까지, 비선형 경로에서 광섬유를 제조하는 시스템 및 방법이 설명되었다. 여기에 설명된 것처럼, 이러한 시스템 및 방법은 하나 이상의 베어링 어셈블리의 조합을 포함할 수 있다. 도 3은 여기서 설명된 것처럼 광섬유를 제조하는데 사용될 수 있는 베어링 어셈블리(216)의 구체예를 나타낸다. 도 3에서 보이는 구체예에서, 상기 베어링 어셈블리(216)(종종 "유체 베어링"으로 언급되는)는 제1 플레이트(230), 제2 플레이트(232), 내부 부재(236) 및 상기 제1 및 제2 플레이트 적어도 하나에 있는 적어도 하나의 개구(234)를 포함한다. 상기 제1 플레이트(230) 및 제2 플레이트(232)는 금속으로 만들어질 수 있고, 아치형 외부 표면(238), (239)를 포함하고, 서로 반대면 상에 위치할 수 있다. 상기 제1 플레이트(230) 및 제2 플레이 트(232)는 상기 플레이트(230), (232)를 연결하기 위한 패스너(fasteners)(예를 들어, 볼트(240)에 의하여 연결되어 유체가 상기 베어링 어셈블리(216)을 통하여 지나갈 수 있다. 각각의 플레이트(230), (232)의 아치형 외부 표면(238), (239)는 일반적으로 상기 각각의 플레이트(230), (232)의 주변을 따라 놓인다. 상기 제1 플레이트(230) 및 제2 플레이트(232)는 각각 내부(242), (244) 및 외부 표면 (243), (245)를 갖고, 여기서 상기 플레이트(230), (232)의 상기 내부 표면(242), (244)는 서로 배치된다. 리세스된(recessed) 부분(247)은 적어도 부분적으로 상기 제1 플레이트(230) 또는 상기 제2 플레이트(232) 중 어느 하나의 상기 내부 표면(242), (244) 주변에서 확장되어 유체 흐름을 위한 플레넘(plenum)을 제공한다. 다른 구체예에서, 상기 리세스된 부분은 다양한 배열을 포함하여 이후에 설명되는 것처럼 섬유 지지 채널(250)으로 균일한 흐름을 제공할 수 있다.
설명된 구체예에서, 상기 제1 플레이트(230) 및 제2 플레이트(232)의 상기 아치형 외부 표면(238), (239)는 바람직하게는 실질적으로 상기 제1 플레이트(230) 및 제2 플레이트(232) 모두의 외부 표면(238), (239) 사이에서 배열되고 영역을 형성한다. 상기 영역은 광섬유를 받기 위하여 형성되어 광섬유가 상기 영역을 따라 상기 베어링 어셈블리의 회전 없이 이동할 수 있게 한다. 상기 섬유 지지 채널(250)은 도 4에서 나타내진 구체예에서 더욱 명백하게 설명된다(이후에 설명됨). 적어도 하나의 개구(234)는 상기 제1 플레이트(230) 및 제2 플레이트(232) 중 적어도 하나를 통하여 지나간다. 도 3에서 보이는 것처럼, 상기 제1 플레이트(230) 및 제2 플레이트(232)의 상기 개구(234)는 유체(예를 들어, 공기, 헬륨 또는 다른 바 람직한 가스 또는 액체)가 상기 베어링 어셈블리(216)을 통하여 주입되어 상기 유체가 상기 제1 플레이트(230) 및 제2 플레이트(232) 사이에 형성된 상기 섬유 지지 채널(250)에서 상기 베어링 어셈블리(216)를 빠져나가도록 한다(도 4 및 도 5에서 더욱 명확히 볼 수 있음).
또한, 도 3의 구체예에서 보이는 것처럼, 상기 베어링 어셈블리(216)는 상기 제1 플레이트(230) 및 제2 플레이트(232) 사이에 위치한 내부 부재(236)를 포함할 수 있다. 상기 내부 부재(236)(예를 들어, 심(shim)(237))는 상기 유체가 상기 제1 플레이트(230) 및 제2 플레이트(232)의 외부 표면(238), (239) 사이의 영역으로 향하도록 형성되어, 상기 유체가 소정의 흐름 방향을 갖는 상기 유체 지지 채널(250)을 빠져나가게 한다. 상기 내부 부재(236)는 상기 제1 플레이트(230) 및 제2 플레이트(232) 사이에 존재하여 틈(gap)을 제공한다. 상기 내부 부재(236)는 상기 유체를 인도하여 소정의 흐름 방향을 갖는 상기 섬유 지지 채널(250)을 빠져나가게 한다. 만일 원한다면, 내부 부재(236)는 다수의 핑거(fingers)(미도시)를 포함하여 비-방사형(non-radial) 흐름을 억제함으로써 유체 흐름을 추가적으로 제어할 수 있다. 또한, 상기 내부 부재(236)는 상기 제1 플레이트(230) 및 제2 플레이트(232) 사이의 실질적인 접촉을 제공하기 위하여 실링(sealing) 부분을 제공한다. 내부 부재는 또한 노치를 포함하여 도 6에서 설명되는 것처럼(이후 설명됨) 상기 광섬유의 유입 및 배출을 용이하게 할 수 있다.
도 4에서 보이는 것처럼, 상기 제1 플레이트(230) 및 제2 플레이트(232)의 외부 표면(238), (239) 사이에 형성된 상기 섬유 지지 채널(250)은 상기 유체가 상 기 제1 플레이트(230) 및 제2 플레이트(232) 사이에서 빠져나가는 곳에서 테이퍼질 수 있다. 다른 구체예에서는 그러나, 섬유 지지 채널(250)은 예를 들어 평행한 또는 반대의 테이퍼진 형태를 포함할 수 있다. 또한, 상기 테이퍼진 섬유 지지 채널(250) 내의 상기 개구(260)는 상기 광섬유(214)가 수직하게 위치되어 있는 곳에 따라 다르다. 바람직하게는, 사용된 특정한 인발 장력 및 인발 속도 및 상기 개구(260)를 통한 유체의 흐름 속도에서 상기 광섬유가 통상 125 미크론의 외경을 갖는 섬유에 대하여 500 미만, 더욱 바람직하게는 400 미만, 더더욱 바람직하게는 300, 및 가장 바람직하게는 200 미크론 이하의 너비를 갖는 섬유 지지 채널(260)의 영역에 유지될 수 있게 상기 개구(260) 및 상기 섬유 지지 채널(250)이 형성된다. 따라서, 상기 섬유는 바람직하게는 상기 섬유 직경의 1 및 2 배 사이, 더 바람직하게는 1 및 1.75배 사이, 가장 바람직하게는 1 및 1.5 배 사이의 상기 채널(250) 영역 내에 유지되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 상기 섬유는 상기 채널 영역 내에 위치되어 상기 외부 섬유 및 각각의 벽 사이의 거리가 상기 섬유 직경의 0.05 및 0.5 배 사이에 있게 한다.
도 5에서, 섬유 지지 채널(250)을 형성하는 상기 표면(242) 및 (244)의 길이는 바람직하게는 적어도 0.5 cm, 더 바람직하게는 적어도 1 cm이다. 일구체예에서, 예를 들어, 상기 섬유 지지 채널(250)은 1.25 cm의 깊이를 가질 수 있다. 125 ㎛ 섬유에서, 섬유 지지 채널(250)을 가로지르는 거리는 예를 들어, 플레이트(230) 및 (232) 사이의 가장 깊은 부분 및 가장 좁은 부분에서 거의 127 미크론이고, 플레이트(230) 및 (232) 사이의 가장 바깥 부분 및 가장 넓은 부분(상기 아치형 외부 표 면(238), (239)의 약간 안쪽)에서 거의 380 미크론이다.
도 5는 상기 유체 베어링 에셈블리(216)를 가로질러 이동함으로써 상기 섬유(214)와 접촉하고 상기 광섬유가 상기 유체 베어링 어셈블리(216)의 기계적 구성성분과의 실질적인 접촉을 예방하는 유체(254) 영역을 갖는 상기 섬유 지지 채널(250)을 더 명확하게 보여주는도 4의 부분의 확대도이다. 도 5에서 보이는 것처럼, 유체(254)(예를 들어, 공기)는 상기 베어링 어셈블리(216) 내 및 광섬유(214) 주변으로부터 상기 유체 지지 채널(250)에서 빠져나가고, 상기 섬유 하부의 양압을 일으키고 이에 따라 상기 섬유의 밑면에서 작용하고 지지하는 상기 광섬유(214)의 하부의 유체(254)의 영역을 제공한다. 압력은 상기 유체 베어링 어셈블리(216)의 상기 제1 플레이트(230) 및 제2 플레이트(232) 사이에 형성된 상기 섬유 지지 채널(250) 내에 상기 섬유(214)가 위치하도록 최적화될 수 있다. 특히, 섬유 지지 채널(250)에서 상기 베어링 어셈블리(216)(즉, 섬유(214) 바로 밑)에 존재하는 상기 유체(254)는 상기 섬유 지지 채널(250) 내에 일정 위치에서 상기 광섬유(214)가 유지 또는 지지 될 수 있게 하는 일정한 유체 흐름 속도를 가질 수 있다. 상기 광섬유(214)가 상기 유체 베어링 어셈블리(216)를 통하여 움직임으로써, 충분히 높은 유체 압력이 섬유 지지 채널(250)에 제공되어 상기 광섬유(214)를 지지하고 상기 광섬유를 상기 섬유 지지 채널(250) 내에 원하는 위치에 유지될 수 있게 한다.
도 5에서 볼 수 있는 것처럼, 바람직한 일정 구체예에서, 상기 표면(242) 및 (244)는 바람직하게는 상기 섬유 지지 채널(250)이 상기 유체 흐름(254)이 상기 섬유 지지 채널(250)에 들어가는 끝단에서(즉, 상기 유체 베어링을 통하여 지나감으 로서 섬유(214)에 의하여 형성된 상기 아치형 경로 내부) 더 좁은 너비를 포함하도록 테이퍼지거나 경사지게 된다. 설명된 구체예에서, 관찰이 용이하도록, 테이퍼진 각도가 섬유 지지 채널(250)로 감소하는 개구의 바람직한 각도인 것으로부터 도면에서 확대되었다. 실제로는, 상기 표면(242) 및 (244) 중 적어도 하나, 및 바람직하게는 둘 모두가 각각 경사를 이루어, 바람직하게는 0 도 초과 및 10 도 미만, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 7 도 사이, 및 가장 바람직하게는 0.4 도 및 3도 사이의 각도로 경사를 이루어 섬유 지지 채널(250)의 상부 또는 외부 영역(256)의 상기 너비(260)가 섬유 지지 채널(250)의 하부 또는 내부 영역(257)의 너비(260)보다 넓게 된다. 예를 들어, 일정 구체예에서, 상기 영역을 형성하는 상기 제1 플레이트(230) 및 제2 플레이트(232)는 -0.6℃ 및 +0.6℃의 각도로 각각 경사질 수 있다. 택일적으로, 섬유 지지 채널(250)은 어떠한 깊이, 너비 또는 테이퍼진 각도를 포함할 수 있다. 상기 유체가 섬유 지지 채널(250)의 더 좁은 내부 영역으로 들어가고 섬유 지지 채널(250)의 더 넓은 외부 영역으로 빠져나가도록 테이퍼진 섬유 지지 채널(250)(예를 들어 도 4 및 도 5에서 나타내진)을 사용함 및 상기 유체를 섬유 지지 채널(250)에 의하여 형성된 슬롯으로 주입함에 의하여, 채널(250)을 통하여 방출되는 유체의 쿠션은 상기 섬유가 상기 채널(250)의 깊이 내에 자가-위치(self-locating)됨을 일으킬 수 있다. 예를 들어, 주어진 유체 흐름에서, 만일 상기 섬유 인발 장력이 증가한다면, 채널(250)의 압력이 새로운 더 높은 장력을 정확히 중화하기에 충분히 높아지도록 상기 섬유(214) 및 채널 벽(242) 및 (244) 사이의 갭이 충분히 작아질 때까지 상기 섬유는 상기 채널(250)에서 아래로 이동할 것이다. 만 일 상기 섬유 일발 장력이 감소한다면, 채널(250)의 압력이 새로운 더 낮은 장력을 정확히 중화하기에 충분히 낮아지도록 상기 섬유(214) 및 채널 벽(242) 및 (244) 사이의 갭이 충분히 커질 때까지 상기 섬유는 상기 채널(250) 내에서 위로 이동할 것이다. 상기 채널(250)을 테이퍼지게 하는 것은 그러므로 상기 채널(250)이 더 넓은 인발 장력에서 작동하는 것을 가능하게 한다. 그렇지 않으면, 만일 보이는 것처럼 채널(250)이 테이퍼지지 않고 상기 인발 장력이 감소한다면, 상기 섬유는 위쪽 및 섬유 지지 채널의 밖으로 이동할 것이다.
바람직하게는, 상기 섬유 직경의 약 1 및 2 배 사이, 더욱 바람직하게는 약 1 및 1.75 배 사이, 가장 바람직하게는 1 및 1.5 배 사이인 상기 채널(250)의 영역에 위치한다. 채널(250)에서 상대적으로 좁은 영역에 상기 섬유기 위치함에 의하여, 베르누이 효과로 인하여 작동동안 스스로 센터링할 수 있다. 예를 들어 상기 섬유가 표면(244)에 다가가고 표면(242)로부터 멀어짐으로써, 공기의 속도가 표면(242)에 가까운 곳에서는 증가하고 표면(244)에 가까운 곳에서는 감소할 수 있다. 상기 베르누이 효과에 따라, 유체 속도의 증가는 동시에 압력의 갑소를 일으킨다. 결과적으로, 표면(244) 근처의 김소된 유체 흐름에 의하여 야기된 더 큰 압력은 상기 섬유를 다시 채널(250)의 중심으로 강제한다. 그러므로, 바람직한 구체예에서, 상기 섬유가 인발되는 동안 상기 섬유 주변 및 상기 섬유 지지 채널(250) 외부를 지나는 유체 흐름으로 인한 베르누이 효과에 의하여 적어도 실질적으로 상기 섬유는 상기 섬유 지지 채널(250) 내에 센터링된다. 명백하게, 예를 들어, 측벽(242) 또는 (244)로부터 발산된 유체 흐름의 분출의 사용이 없는 것과 같이 이와 같은 면으로부터 상기 섬유에 작용하는 어떠한 유체 흐름의 적용 없이도 이러한 센터링이 일어날 수 있다. 상기 슬롯을 통한 상기 유체 흐름 속도는 바람직하게는 상기 섬유가 상기 슬롯(250)의 테이퍼진 영역 내에 완전히 위치하도록 상기 섬유를 유지하기 위하여 조절된다. 현재 설명된 구체예에서, 상기 섬유가 상기 섬유 직경의 약 1 및 2 배 사이인 상기 채널(250) 영역에 위치하므로, 상기 섬유는 상기 섬유(214) 아래 존재하는 압력 차이에 의하여 지지된다(만일 하나가 선택된다면, 섬유를 지지하는데 또한 사용되는 공기역학적 항력에 반하여(rather and as opposed)). 상기 채널(250) 내에서 유체 압력 차이를 통하여 상기 섬유를 지지하거나 부유시킴에 의하여, 만일 공기역학적 항력이 상기 섬유를 부유시키는데 사용되는 것보다 더욱 낮은 유체 흐름이 사용될 수 있다.
설명된 구체예에서, 상기 유체 흐름은 바람직하게는 섬유 지지 채널(250)의 더 좁은 내부 영역을 통하여 섬유 지지 채널(250)로 들어가고 섬유 지지 채널(250)의 더 널은 외부 영역을 통하여 빠져나오는 단일 유체 흐름에 의하여 제공된다. 이러한 방식으로, 상기 섬유는 섬유 지지 채널(250)에 의하여 형성된 슬롯 내에 완전히 위치할 수 있어 상기 섬유가 상기 슬롯의 가장 좁은 영역 및 가장 넓은 영역 사이에서 떠있게 한다. 이러한 방식으로 테이퍼진 섬유 지지 채널(250)의 사용 및 상기 영역(250)을 통한 유체의 주입에 의하여, 섬유 지지 채널(250)에 의하여 형성된 상기 슬롯의 영역 내에 상기 섬유를 유지하는 것이 가능하고, 여기서 상기 슬롯은 상기 섬유 지지 채널(250)을 통하여 유도된 상기 섬유의 직경 보다 10 내지 150 미크론 사이, 더욱 바람직하게는 15 내지 100 미크론 사이, 및 가장 바람직하게는 약 24-70 미크론 사이가 더 크다. 섬유 인발 공정동안, 상기 섬유는 또한 바람직하게는 상기 채널 영역 내에 유지되어 상기 섬유 외부 및 각각의 벽 사이의 거리가 상기 섬유 직경의 0.05 및 0.5 배 사이에 있게 한다.
일정 바람직한 구체예에서, 섬유 지지 채널(250)은 상기 섬유가 상기 유체 흐름 원(source)로부터 밖으로 멀어지게 움직임으로써 상기 섬유 아래의 압력을 감소시키기 위한 수단과 함께 제공된다. 압력을 방출하는 이러한 수단은 상기 설명된 것과 같이 테이퍼진 채널 구조의 형태로 달성될 수 있다. 대안적으로, 도 7에서 설명된 것처럼, 하나 이상의 슬롯(270)은 특히 상기 섬유 인발 공정 동안 상기 섬유를 위치시킬 목적의 상기 채널 영역에서(즉, 상기 섬유가 상기 공기 베어링을 통하여 지나가는), 상기 채널(250)을 형성하는 상기 벽(242), (244), 상기 채널(250)의 상기 유입구로부터 상기 배출구로 반경 방향으로 확장하는 상기 슬롯(270) 중 하나 또는 모두에 위치할 수 있다. 상기 홈이 있는 챈러과 접촉에 이를때 유체가 상기 슬롯의 밖 및 그러므로 채널(250)의 밖으로 흐를 수 있으므로, 상기 채널(250)으로 가해진 어떠한 주어진 유체 압력에 대하여, 더 낮은 유체 압력이 상기 섬유를 상기 섬유가 위치되는 상기 채널(250) 더 높이로 지지할 수있다. 더 높은 위치에 있는 상기 섬유로, 상기 섬유 아래의 채널(250)에 있는 상기 슬롯의 영역은 더 커질 수 있다. 반대로, 상기 섬유가 더 낮은 위치에 있는 경우, 상기 섬유 아래의 상기 슬롯 영역은 더 작아질 것이다. 결과적으로, 상기 광섬유 상의 상기 인발 장력이 감소함으로써, 상기 섬유가 위 또는 밖으로 상기 채널 내에서 움직임에 따라, 상기 슬롯을 통해 더욱 유체가 이탈되어 상기 섬유 하부의 압력 차이를 감소시켜, 상기 채널에서 상방으로 상기 섬유가 움직이는 것을 중지시키므로, 심지어 상기 채널을 형성하는 상기 측벽이 완벽하게 서로 평행하더라도 상기 섬유는 상기 채널(250) 내에서 여전히 유지될 수 있다. 물론, 본 발명은 압력을 감소시키기 위하여 슬롯을 사용하는 것에 제한되지 않으며, 다른 압력 감소 수단, 예를 들어 상기 표면(242), (244) 상에 연속적 배열되고 및 반경 방향으로 밖으로 확장되는 작은 홀(holes)이 또한 사용될 수 있다.
다른 바람직한 구체예에서, 도 8에서 나타난 것처럼, 상기 섬유가 상기 유체 흐름의 공급원(source)으로부터 상기 채널(250)에서 바깥 방향으로 움직임으로서 압력을 방출하기 위한 수단은 상기 채널(250)의 측벽 표면(242), (244)를 통하여 유체를 배출할 수 있게 하는 다공성 물질(272)에 의하여 제공될 수 있다. 압력을 방출하는 이러한 수단은 상기 소결 공정 동안 상기 금속에서 다공도가 점점 줄어들게 하기 위한 금속 베드(beds)의 소결에 의하여 형성되는 것과 같은 다공성 금속 미디어의 형태로 달성될 수 있다. 이러한 다공성 금속 미디어는, 예를 들어, 미국 코네티컷 타리프빌(Tariffville, Connecticut, USA)의 Applied Porous Technologies로부터 활용할 수 있다. 유체가 상기 다공성 금속(272)을 통하여 상기 채널의 밖으로 흐를 수 있으므로, 채널(250)을 통하여 흐르는 유체를 줄일 수 있고, 따라서 채널(250) 내에 상기 섬유가 더 높이 위치하도록 상기 광섬유(214)를 지지하는데 더 낮은 유체 압력을 필요로 한다. 결과적으로, 상기 광섬유 상의 상기 인발 장력이 감소함으로써, 심지어 상기 채널을 형성하는 상기 측벽이 완벽하게 서로 평행하더라도, 상기 섬유가 상기 채널 내에서 위 또는 밖으로 움직임으로서, 상 기 다공성 금속을 통해 유체가 빠져나가고, 이에 의하여 상기 섬유 하부의 압력 차이가 감소되고, 이에 따라 상기 채널에서 상기 섬유가 상방으로 움직이려는 것을 중지시킬 수 있어상기 섬유는 여전히 상기 채널(250) 내에 유지될 수 있다.
예를 들어, 상기 섬유가 섬유 지지 채널(250) 내에서 플레이트(230) 또는 (232) 중 어느 것과도 접촉되지 않고 이동하는 것처럼, 여기서 설명된 상기 유체 베어링은, 상기 광섬유가 상기 유체 쿠션 영역을 따라 움직이는 것을 가능하게 하여 상기 광섬유 및 상기 베어링 어셈블리(216) 사이의 실제의 기계적 접촉을 예방 또는 실질적으로 예방할 수 있다. 또한, 상기 영역의 크기 및 배열에 의하여, 상기 유체 베어링은 상기 유체 흐름의 실제적인 제어 없이, 인발 장력의 범위를 통하여 기계적인 접촉 없이 상기 영역 내에서 상기 섬유를 유지하는 것을 가능하게 한다.
도 5에서, 상기 유체 흐름은 상기 광섬유(214)가 상기 섬유 지지 채널(250)의 하부(257)로 다가가는 움직임 및 심(shim)(237) 또는 상기 섬유 지지 채널(250)(내부 표면(242), (244))의 일면과 접촉되도록 다가가는 것으로부터 예방되기 위하여 중요할 수 있다. 이는 상기 섬유의 질이 상기 베어링 어셈블리(216)과 기계적인 접촉에 의하여 위태롭지 않기 위하여 상기 광섬유가 여전히 노출되어 있는 경우에 특히 중요하다. 또한, 상기 광섬유(214)가 상기 섬유 지지 채널(250)의 하부(257)에 상대적으로 위치되는 것이 더 가까울수록, 원하는 위치에 상기 광섬유(214)를 유지시키기 위해 상기 광섬유 지지 채널(250) 내에 더 높은 압력이 요구된다. 증거로서, 채널 면(242), (244)에서 상기 테이퍼지는 것은 상기 채널 측면 및 상기 섬유 사이의 갭을 더 작게 되게 할 수 있다. 섬유 지지 채널(250) 내에 섬 유 위치에 영향을 주는 다른 요소는 인발 장력을 포함한다. 예를 들어, 동일한 유체 흐름에서 100 g의 장력으로 넣어진 섬유보다, 200 g의 장력으로 밀어 넣어진 섬유는 섬유 지지 채널(250) 내에서 더 낮게 뜨게 된다. 이와 같이, 상기 유체 베어링 영역에 존재하는 상기 유체는 사용된 특정 섬유 인발 속도 및 인발 장력에서 원하는 위치에 상기 광섬유를 유지하기에 충분하다는 것이 중요하다. 예를 들어, 플레이트(230) 및 (232) 사이의 가장 깊은 영역에서 약 127 미크론의 너비 및 가장 바깥 영역에서 거의 380 미크론의 너비를 갖는 섬유 지지 채널(250)이 사용된 상기 설명된 구체예에서, 상기 유체 흐름 속도는 약 0.5 L/sec 로부터 5 L/sec 이상일 수 있다. 이러한 배열 및 유체 흐름은 상기 광섬유 주변에서 800 km/hour 또는 그 이상의 국부적인 유체 속도를 발생시킬 수 있다. 그러므로, 일정 구체예에서 상기 섬유 지지 채널(250)에서 사용된 상기 섬유 주변의 최대 유체 속도는 100 km/hour 이상, 200 km/hour 이상, 400 km/hour 이상, 및 심지어 600 km/hour 이상도 가능하다. 일정 구체예에서, 상기 섬유 지지 채널(250)에서 사용된 상기 섬유 주변의 최대 유체 속도는 900 km/hour 이상이다. 예를 들어, 출원인은 상기 섬유 지지 채널(250)에서 상기 섬유 주변에서 1000 km/hour의 유체 흐름을 성공적으로 사용하였다. 그러나, 여기서 개시된 방법은 이들 유체 속도에 제한되지 않음이 명백하고, 사실 상기 유체 속도는 바람직하게는 인발 조건(예를 들어, 인발 속도, 인발 장력, 등) 및 유체 베어링 디자인에 따라 다른 유체 지지 채널(250) 내에 원하는 위치에서 상기 섬유가 위치하게 하기 위하여 선택될 수 있다. 다른 구체예에서, 상기 유체 흐름은 약 3 L/sec에서 약 4 L/sec일 수 있다. 물론, 주어진 인발 장력에서 원 하는 위치에 상기 광섬유를 유지하는데 충분한 어떠한 유체 속도도 사용될 수 있다. 이러한 높은 유체 흐름 속도의 사용은 상기 광섬유의 냉각을 매우 용이하게 할 수 있다. 상기 섬유의 온도 및 상기 유체 베어링을 통하여 방출된 상기 유체의 온도 사이의 차이가 더 클수록, 상기 유체 흐름 속도는 더 높아지고, 달성될 수 있는 냉각의 양도 더 커진다. 일정 구체예에서, 상기 유체 베어링으로 들어가는 상기 섬유의 온도는 100 ℃ 초과, 500 ℃ 초과, 1000 ℃ 초과, 그리고 심지어 상기 유체 베어링 내에서 상기 섬유를 지지하고, 이를 통하여 방출된 상기 유체의 온도보다 더 높은 1500 ℃ 초과일 수 있다. 상기 설명된 구체예에서 초당 20 미터 이상의 광섬유 인발 속도로, 이러한 온도 차이를 사용하여(즉, 가장 안쪽 영역에서 약 127 미크론의 너비 및 가장 바깥 영역에서 380 미크론의 너비를 갖는 유체 지지 채널(250)을 갖는 유체 베어링을 사용하는 것, 약 8 cm(3 inches)의 유체 베어링 반경(및 그러므로 섬유 회전 반경)을 갖고, 약 5 L/sec로부터 약 5L/sec 또는 이상의 유체 흐름 속도를 갖는), 1000 ℃의 유체 베어링 입구에서의 온도를 갖는 섬유가 상기 섬유가 180 도 방향을 바꾸는 것을 달성하게 하도록 상기 유체 베어링을 통하여 상기 섬유가 지나감에 따라, 1000 ℃로, 즉, 실온(즉, 약 20 ℃) 유체(바람직하게는 공기)를 사용하여 약 100 ℃가 냉각될 수 있다. 이러한 매우 냉춘한 양의 냉각은 50 ℃, 200 ℃, 500 ℃, 700 ℃, 및 심지어 900 ℃ 이상의 상기 섬유를 냉각 하는 것을 개시하고 있는 것처럼 유체 베어링의 사용의 능력을 나타낸다. 어쩌면 심지어 더 중요한 것은 이러한 섬유 냉각의 양이 3 미터 미만, 바람직하게는 2 미터 미만, 및 가장 바람직하게는 1 미터 미만의 상기 섬유 길이(즉, 상기 섬유가 상 기 유체 베어링의 유체 쿠션에 노출되는 주변의 거리)에 걸쳐 달성될 수 있다. 그러나, 원하는 결과 및 상기 제조 영역의 배치에 따라 더 큰 또는 더 적은 섬유/유체 쿠션 접촉의 길이가 사용될 수 있다. 여기서 설명된 상기 유체 베어링의 상당한 냉각 능력은 전체 광섬유 인발 공정으로부터 헬륨 냉각 장치의 잠재적인 제거를 가능하게 한다.
상기 유체 베어링(16), (24), (116), (216), (316)의 반경은 중요한 것이 아니다. 일정 구체예에서, 유체 베어링은 약 8 내지 16 cm의 섬유 회전 방경을 이루기 위하여 형성된다. 더 큰 또는 더 작은 반경의 유체 베어링이 적용될 수 있고, 예를 들어 더 큰 냉각이 요구되는 가에 따라(이 경우 더 큰 반경의 유체 베어링이 바람직하다) 또는 상기 섬유 인발 공정의 제한에 따라 추가적 유체 베어링이 사용될 수 있다(도 2에서 나타내어진 것과 같은).
도 6에서 보이는 것과 같은 다른 구체예에서, 상기 유체 베어링(316)은 제1 플레이트 및 제2 플레이트의 아치형 외부 표면(338)(미도시)과 조합된 하나 이상의 노치된 부분(370)을 가질 수 있다. 다른 구체예에서, 상기 설명된 것처럼, 도 6의 구조는 별개의 내부 부재뿐만 아리나 도 3에서 설명된 것을 포함할 수 있다. 도 6에서, 각각의 플레이트 상의 상기 대응하는 노치된 부분(370)은 상기 광섬유(314)의 입구 및/또는 출구를 더 제어하는 것을 가능하게 한다. 특히, 상기 광섬유(314)가 상기 유체 베어링으로 들어감으로서, 상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트 사이를 통과한다(도 4 및 5의 구체예에서 이미 보인 바와 같이). 상기 베어링으로부터 상기 출구에서, 상기 섬유는 많은 원인에 의하여 야기될 수 있는 진동 력(oscillating force)을 겪을 수 있고, 이는 상기 영역에서 상기 광섬유가 제1 플레이트 또는 제2 플레이트와 기계적 접촉을 일으킬 수 있다. 상기 플레이트(들) 상의 노치된 영역(370)(또는 분리된 내부 부재)은 상기 광섬유가 유체 쿠션의 상기 영역 부분으로 직접 도입 및/또는 유출되게 함에 의하여 상기 영역으로 들어가거나 나오게되어, 그러므로 일반적으로 유체역학적 진동력이 우회함으로써, 상기 광섬유에 작용하는 전이력(transition force)을 최소화 또는 제거한다. 도 6의 구체예에서 보이는 것처럼, 제1 플레이트 및 제2 플레이트와 결합된 두개의 대응하는 노치된 부분(370)(미도시)(또는 내부 부재)이 있을 수 있고, 하나의 대응하는 노치된 부분은 상기 광섬유의 입구를 제공하고, 다른 하나는 상기 광섬유의 출구를 제공한다. 상기 설명된 것처럼, 도 3의 상기 내부 부재(236)는 도 6의 노치와 함께 형성되어 유사한 성능을 제공할 수 있다. 물론, 상기 광섬유에 미치는 전이력을 최소화 또는 제거할 수 있는 어떠한 플레이트(들) 및/또는 내부 부재의 구조 및 배열이 사용될 수 있다.
이와 같이, 여기서 설명된 상기 베어링 어셈블리는 광섬유의 제조에 비선형 경로를 제공하는 것을 포함하는 다양한 기능을 가능하게 한다. 이러한 점에서, 베어링 어셈블리는 상기 설명된 것처럼 광섬유를 이동시키는 방법과 어떠한 조합으로도 사용될 수 있다. 또한, 여기서 설명되고 도시된 것과 같은 상기 유체 베어링의 구체예는 상기 광섬유의 제조동안 어떠한 단계에서도 사용될 수 있음이 이해되어야 한다. 상기 코팅 적용기 전에 비선형 경로를 가능하게 함으로서, 상기 베어링 어셈블리 및 이들 베어링 어셈블리를 포함하는 상기 광섬유 제조 시스템이 매우 유연성 을 갖게 된다. 즉, 통상적인 인발 타워와 비교하여 더 적은 공간을 사용하는 시스템을 제공하면서 상기 광섬유 제조 시스템 내에서 구성요소가 조작되고 서로 교환될 수 있게 한다.
여기서 설명된 것처럼, 상기 베어링 어셈블리 및 이들 베어링 시스템을 포함하는 상기 광섬유 제조 시스템의 다른 유리한 기능은 상기 광섬유 냉각의 새로운 시스템 및 방법을 포함하고 이에 의하여 추가적인 냉각 장치 및 구성요수를 제거하고 이러한 시스템의 유연성을 더욱 향상시킨다. 따라서, 유체 베어링을 포함하는 상기 광섬유 제조 시스템 및 여기서 설명된 광섬유 제조 방법은 통상적인 시스템 및 방법에 비하여 많은 장점을 제공한다.
실시예 1 - 거의 125 미크론 직경의 광섬유가 광섬유 프리폼으로부터 약 200 그램의 인발 장력을 가지고 20 m/sec의 인발속도로 작동하는 통상적인 섬유 인발 공정을 이용하여 인발되었다. 상기 나형 코팅되지 않은 섬유는 본 발명에 따른 유체 베어링을 통하여 상기 섬유를 향하게 함으로써 방향의 180 변화를 겪도록 만들었다. 사용된 상기 유체 베어링은 도 3 - 5에서 도시된 형태이고, 약 13 cm(5 inches)의 유체 베어링 반경(및 그러므로 섬유 회전 반경)을 갖고, 가장 안쪽 영역에서 약 127 미크론의 너비, 가장 바깥쪽 영역에서 약 380 미크론의 너비를 갖는 섬유 지지 채널(250)로 나타내었다. 상기 유체 베어링은 상기 유체 베어링으로 들어가는 상기 섬유 온도가 약 1100 ℃가 되도록 위치되었다. 실온(즉, 약 24 ℃) 공기가 상기 유체 베어링을 통하여 방출되었다. 섬유 지지 채널(250)의 상기 광섬유 주변 영역에서 상기 유체의 최대 속도는 약 1000 km/hour였다. 상기 유체 베어링의 출구 점에서 상기 섬유의 온도는 약 500 ℃였고, 그러므로 본 발명의 상당한 냉각 능력을 증명한다. 상기 섬유 경로는 상기 광섬유의 손상없이 성공적으로 180 도 회전하였다.
본 발명으로부터 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형 및 수정이 만들어질 수 있음은 당업자에게 자명하다. 그러므로, 본 발명은 첨부된 청구항 및 이들의 균등물의 범위 내에 있는 본 발명의 수정 및 변형을 포함하는 것이다.

Claims (21)

  1. 프리폼(preform)으로부터 제1 경로를 따라 나형(bare) 광섬유를 인발(drawing)하는 단계;
    상기 나형 광섬유를 유체 베어링 상의 유체 영역과 접촉시키는 단계, 여기서 상기 유체 베어링은 채널을 포함하고, 상기 채널은 두개 이상의 측벽으로 제한되며, 상기 섬유는, 상기 채널 내에서 상기 섬유 아래 존재하게 되는 압력 차에 의하여 상기 섬유가 상기 채널 내에서 실질적으로 부양되도록 하기에 충분한 상기 채널의 영역 내에서 유지되고, 상기 압력 차는 상기 섬유의 상부에 존재하는 압력과 비교하여 상기 채널 내의 섬유의 아래에서 공급되는 상기 유체에 의하여 야기된 더 높은 압력에 의하여 발생됨; 및
    상기 나형 광섬유가 상기 유체 쿠션(cushion)의 영역에 걸쳐 인발되면서, 상기 나형 광섬유를 제2 경로를 따라 방향을 바꾸는 단계;
    를 포함하는 광섬유의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 채널은 상기 섬유와 높은 압력의 유체 공급원(fluid source) 사이의 거리가 증가함에 따라, 압력차를 감소시키기 위한 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 채널은 세 번째 유입구 및 유체 출구 영역을 갖고, 상기 측벽은 다른 측벽에 대하여 테이퍼져 상기 유체 유입구 영역이 상기 채널의 상기 유체 출구 영역보다 더 좁아지도록 하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조 방법.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 압력을 감소시키기 위한 수단은 상기 측벽을 통하여 상기 채널로부터 상기 유체가 빠져나가도록 상기 측벽에 개구(opening)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조 방법.
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 압력을 감소시키기 위한 수단은 상기 측벽을 통하여 상기 채널로부터 상기 유체가 빠져나가도록 다공성 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조 방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 섬유는 적어도 실질적으로 베르누이 효과에 의하여 상기 채널 내에서 자가 센터링(self centering)하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 채널이 테이퍼져, 상기 유체 유입구에서 상기 채널의 너비가 상기 유체 출구에서의 상기 채널의 너비보다 적게 되어, 상기 섬유의 위치가 상기 채널 내에서 자가 위치(self locating)되는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조 방법.
  8. 청구항 3에 있어서, 상기 인발 단계동안 상기 섬유가 상기 채널 내에서 유지되고, 여기서 상기 채널을 만드는 상기 측벽 하나 이상이 다른 측벽에 대하여 0 도 초과 및 10 도 미만의 각도를 갖는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조 방법.
  9. 청구항 4에 있어서, 상기 인발 단계동안 상기 섬유는 상기 섬유 직경의 한배 내지 두배 사이의 폭을 갖는 채널의 영역 내에서 유지되는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조 방법.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 섬유는 실질적으로 상기 채널 내에 유지되어 상기 유체가 상기 섬유와 상기 유체가 상기 채널을 통하여 이동함으로써 단일 방향으로부터 실질적으로 접촉하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조 방법.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 섬유는 상기 채널의 영역에 위치하여 상기 외부 섬유 직경 및 각각의 벽 사이의 거리가 상기 섬유 직경의 0.05 및 0.5 배 사이가 되는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조 방법.
  12. 제1 경로를 따라 광섬유를 인발하는 단계 및 상기 인발 단계와 동시에;
    상기 광섬유를 유체 베어링의 영역과 접촉 시키는 단계, 여기서 상기 유체 베어링은 채널 영역을 형성하도록 결합되는 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 포함 하고, 상기 채널은 경사지게 테이퍼지고, 유체는 상기 채널로 유입구를 통하여 흐름으로서, 상기 인발 단계동안 상기 채널 영역 내에서 상기 섬유를 지지하고, 상기 채널의 더 좁은 영역은 유체가 상기 채널을 통하여 이동되기 위하여 유체를 받도록 배열되고, 이에 의하여 상기 채널의 상기 유체 출구 면 상의 압력과 비교하여 상기 채널의 유체 유입구 면 상에서 높은 압력을 만들고, 이에 의하여 상기 섬유를 상기 유체 베어링을 통하여 정밀한 경로에서 완충하고 전달함; 및
    상기 나형 광섬유를, 상기 나형 광섬유가 상기 유체 쿠션의 영역에 걸쳐 인발되는 제2 경로를 따라 방향을 바꾸는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조 방법.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 채널을 형성하는 상기 벽 중 어느 하나 이상은 상기 채널을 형성하는 다른 벽과 평행한 것으로부터 0 도 초과 또는 10 도 이하로 경사진 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조 방법.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 인발 단계 동안 상기 섬유는 상기 채널의 영역 내에 유지되어, 상기 외부 섬유 및 각각의 벽 사이의 거리가 상기 섬유 직경의 0.05 배 및 0.5배가 되게 하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조 방법.
  15. 청구항 12에 있어서, 상기 섬유는 상기 인발 단계 동안 상기 섬유는 실질적으로 상기 채널 내에 유지되어 상기 유체가 상기 채널을 통하여 이동함으로써 상기 유체 쿠션이 상기 섬유와 실질적으로 단일 방향으로부터 접촉되는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조 방법.
  16. 청구항 12에 있어서, 상기 방법은 실내 공기에서 냉각시키는 것보다 더 빠른 속도를 야기하는 상기 광섬유를 상기 유체의 흐름과의 접촉에 의하여 냉각시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조 방법.
  17. 청구항 12에 있어서, 상기 방법은 상기 광섬유와 유체 베어링 영역과의 접촉시키는 단계 이후에 상기 광섬유를 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조 방법.
  18. 청구항 12에 있어서, 상기 방법은, 상기 광섬유가 상기 베어링 어셈블리와 결합된 노치(notched)된 내부 부재를 통과하는 상기 광섬유를 위한, 입구 및 출구를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조 방법.
  19. 나형 광섬유를 제1 경로를 따른 프리폼으로부터 인발하는 단계 및 상기 인발 단계와 동시에; 및
    상기 나형 광섬유를 채널 내에서 유체와 접촉시키는 단계, 여기서 상기 채널은 실질적으로 평행한 측벽 둘 이상에 의하여 제한되고, 상기 유체를 위한 유체 압력이 선택되고 상기 섬유는 너비를 갖는 상기 채널 영역 내에 유지되며, 상기 압력 및 상기 너비는 베르누이 효과의 결과로서 적어도 실질적으로 상기 섬유가 상기 채널 내에서 센터링(centered)되는 것을 야기하기에 충분함;
    를 포함하는 광섬유의 제조 방법.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 채널을 형성하는 상기 벽 중 적어도 하나는 상기 채널을 형성하는 다른 벽과 평행으로부터 0 도 초과 및 10 도 미만이 경사진 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조 방법.
  21. 청구항 19에 있어서, 상기 인발 단계동안 상기 섬유는 상기 채널 영역 내에 유지되어 상기 외부 섬유 및 각각의 벽 사이의 거리가 상기 섬유 직경의 0.05 및 0.5 배 사이에 있게 되는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조 방법.
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