KR930000774B1 - 광 파이버의 와이어 드로우잉방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

광 파이버의 와이어 드로우잉방법

제1도는 본 발명의 실시태양을 설명하는 개략도.

제2도는 본 발명의 다른 실시예의 개략설명도로서 저속시측정용과 정상시측정용의 2대의 외경측정기를 사용하는 예를 표시한 도면.

제3도는 본 발명의 또다른 실시예의 개략설명도로서, 외경측정기의 외경출력신호와 설정외경의 편차를 연산처리해서 온라인으로 와이어속도를 제어하면서 와이어드로우잉하는 예를 표시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(1) : 광파이버모재 (2) : 와이어드로우잉로

(3) : 외경측정기 (4) : 수지코우팅다이

(5) : 경화장치 (6) : 인수장치

(11) : 광파이버 (31),(32) : 외경측정기

본 발명은 광파이버의 와이어드로우잉 방법에 관한 것이다.

유리모재를 와이어드로우잉해서 광파이버를 제조하는 종래 기술로서는, 예를들면 제2도에 표시한 바와같이, 광파이버용모재(1)를 와이어드로우잉로(2)에서 가열·용융하여 권취장치(6)에 의해 어떤 와이어속도로 권취하므로서 파이버화하나, 와이어드로우잉로로부터 와이어드로우잉된 그대로의 소위 알몸파이버(11)로는 매우 손상되기 쉽고, 또 수분등의 영향을 받으므로, 통상 다이(die)등의 수지코우팅장치 (4)로 자외선경화 형수지나 열경화수지등을 도포하고, 이어서 수지경화장치(5)로 이 수지를 경화시켜서 피복광파이버로서 권취한다. 또, 이때에 와이어드로우잉된 알몸파이버의 외경을 외경측정기(3)로 측정해서 설계치의 외경의 파이버가 되도록 조건을 제어하면서 외이어드로우잉하는 것도 행하여지고 있다.

종래 이 파이버 외경측정기의 설치위치에 대해서는 특히 주목되는 일은 없으며, 예를들면 일본국 특개소 61-295260호 공보에 도시되어 있는 바와 같이, 와이어드로우잉로 바로 아래에 설치하는 경우가 대부분이었다.

굳이 설치위치를 한정하는 요인을 든다면, 와이어드로우잉로 하부로부터의 강렬한 복사광이 외경측정기에 직접닿아, 이상한 고온으로 되지 않는 것이 중요했다.

또, 외경측정기로부터의 신호를 사용해서 와이어속도를 바꾸어 파이버직경변동을 억제하는 제어기능을 가지게하는 경우, 제어의 시간지연을 단축하고, 제어게인을 올리기 위해서는, 외경측정기는 외이어드로우잉로에 가까운쪽이 좋다고 생각하고 있었다.

따라서 종래 파이버의 제조에서는 양호한 수지코우팅을 해하기 위하여, 외경측정기(3)와 코우팅다이(4)의 사이는 외이어드로우잉로(2)와 외경측정기(3)의 사이보다도 거리가 길거나, 혹은 외경측정기(3)와 코우팅다이(4)의 사이에 강제냉각장치가 설정되는 것이 통상이었다.

상기의 예외로서는 본발명자들이 일본국특원소 63-302322호 명세서에 있어서 제안한 바와 같은, 소위 허어메틱코우트를 행하는 경우에 외경 측정기와 와이어드로우잉로의 사이의 거리를 취하는 것이 개시되어있으나, 그 위치에 대해서까지 엄밀하게 한정하는 것은 아니다.

종래, 이 종류의 와이어드로우잉방법에 있어서는, 와이어속도는 고작 100m/ min 정도이었으나, 최근 그속도향상에는 눈부신것이 있으며, 실험레벨에서는 ~100 m/min으로 종래보다 1오더 높은 속도가 실현된 보고도 있다. 그러나, 이와 같은 고속와이어드로우잉을 제2도와 같이 와이어드로우잉로 바로 아래에 외경측정기를 설치한 구성으로 행하면, 파이버 외경의 마무리 직경은 외경측정기로 측정된 값보다 극단적으로 작은 것으로 되는 것을 알게되어 문제로 되어있었다. 한편에서는 파이버와 파이버의 접속을 위하여, 파이버외 경의 절대치의 보증정밀도 및 외경의 변동에 대한 요구가 점점 엄격하게 되어가는 가운데, 외경측정정밀도의 향상의 개발의 급선무로 되어있는 현상이다.

요구되는 외경정밀도로서는, 예를들면 석영파이버에서는 125㎛±1㎛이 일반적으로 되어가고 있다. 외경측정기 자체의 정밀도, 제조시의 외경변동등을 고려하면, 상술한 와이어드로우잉장치에 설치된 외경측정기에 의한 측정결과와 마무리 직경의 차이는 적어도 외경의 0.5% 이하로 할 필요가 있다. 따라서, 고속와이어드로우잉에서도 외경측정기의 측정결과와 마무리 직경의 차이를 0.5% 이하로 할 수 있는 기술의 개발이 새로운 과제로서 주목되기 시작하였다.

본 발명은 이와 같은 사정으로 이루어진 것으로서, 고속와이어드로우잉에 있어서도 파이버외경의 절대치의 보증정밀도 높은 와이어드로우잉 방법, 특히 외경측정기에서의 측정결과와 실제의 마무리직경의 오차를 종래보다 작게할 수 있는 광파이버의 와이어드로우잉방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명자들은 상기의 목적은 달성하도록 연구노력한 결과, 고속와이어드로우잉에서는 종래 주목되는 일이 없었던 외경측정기의 설치위치가 그 측정결과에 크게 영향을 미치고, 이것을 적정하게 하므로서 오차를 작게할 수 있다고 하는 새로운 식견을 얻어, 이것에 의해 본 발명에 도달한 것이다.

즉, 본 발명은 광파이버용 모재를 가열용융하면서 인장력을 걸고 광파이버의 와이어드로우잉하는 방법에 있어서, 와이어드로우잉로로부터 와이어드로우잉된 광파이버이고 또한 그 표면에 피복이 형성되기 이전의 광파이버의 외경을 상기 인장력을 걱은 상태에서의 광파이버외경의 수축이 0.5% 이하가 되는 위치에서 측정하고, 얻게된 측정치와 설정치의 편차 신호에 의해 와이어드로우잉조거능 제어하면서 와이어드로우잉하는 것을 특징으로 하는 광파이버의 와이어드로우잉 방법이다.

본 발명의 특히 바람직한 방법으로서는 외경측정위치에서의 광파이버온도가 광파이버소재의 유리연화점이하인 것을 특징으로 하는 상기 와이어드로우잉방법을 들 수 있다.

또, 상기 편차신호에 의해 와이어속도를 변화시키므로서 광파이버외경을 제어하면서 와이어드로우잉하는것을 특징으로 하는 상기 방법도 특히 바람직한 본 발명의 실시양태이다.

제1도는 본 발명의 일 구체적예로서, (1)은 광파이버모재, (2)는 와이어드로우잉로, (3)은 외경측정기, (4)는 수지코우팅다이, (5)는 경화장치, (6)은 인수장치이고, 와이어드로우잉로(22)에서 가열용융된 광파이버모재(1)는 안장력을 걸어서 와이어드로우잉되므로서, 광파이버(11)로 되고, 도시되있지 않은 권취장치에의해 권취드럼에 광파이버(11)가 권취된다. 또 Z는 와이어드로우잉 출구로부터 외경측정기(3)까지의 거리를 표시한다. 통상은 경화장치(5)와 권취장치(6)의 사이에 또 1조의 코우팅다이, 경화장치가 설치된다.

본 발명에서는 인장력을 걸은 상태에서의 광파이버 외경의 수축이 0.5% 이하가 되는 위치에 외경측정기(3)를 설치하는 점에 특징이 있으며, 결과적으로는 종래 통상이었던 외경측정기의 설치위치보다 아래쪽으로 비키어서 설치하게 된다.

일반적으로 와이어드로우잉내에서는 광파이버모재는 그온도(따라서 점도)의 긴쪽방향의 변화에 따라서 아래쪽으로 점차 축경(縮經)되어 간다. 또, 이 축경부의 형상은 와이어속도에 비해 변화하고, 높은 와이어속도로됨에 따라, 와이어드로우잉로 출구에서의 외경은 굵고, 와이어드로우잉로 출구에서의 온도는 높아진다. 물론 이 형상은, 모재외경, 와이어드로우잉로 구조요인으로서 가열길이, 로출구의 형상 혹은 가스유속, 가스종류에 따라 여러가지로 된다. 따라서 본 발명은 단순히 와이어드로우잉로 출구 혹은 중심과 외경측정기의 거리를 규정하는 것은 아니고, 보다 총괄적인 것이다.

와이어드로우잉로를 나온 후의 와이어드로우잉로 출구로부터 거리 Z의 위치에 있는 광파이버온도 T(℃)는 대개, 다음식(1)로 표시되는 것이 알려지고 있다.

여기서, To : 실온(℃)

Ts : 와이어드로우잉로를 나온 직후의 파이버온도(℃)

Z : 와이어드로우잉로로 출구로부터 측정위치까지의 거리(m)

VF : 와이어속도(m/분)

a : 파이버직경, 비열(比熱) 및 파이버와 분위기와의 열전달율에 의한 정수 이다.

상기(I)식으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 와이어드로우잉로부터 일정거리 Z의 위치에서 생각하면 높은 와이어속도 즉 VF가 커질수록 파이버온도는 높아진다.

이점에 대하여 본 발명자들은 제1도의 구성으로 300m/min까지 안정제조가 가능한 장치를 사용하여 파이버모재(1)의 축경부에서 외경 측정기까지의 거리 Z를 여러가지로 변화시켜서 와이어드로우잉을 행하고, 외경측정기에서의 측정치와 실제로 제조된 파이버의 외경을 수지피복을 제거해서 측정하여 본다고 하는 실험을 반복하여 행한 결과, 와이어속도가 300m/min 이상인때에 외경측정기(3)의 위치에서 제조시의 와이어드로우잉 인장력이 걸려졌을때의 광파이버의 외경수축이 0.5%가 되게 하는 온도이하로 파이버가 냉각되어 있으면, 측정치와 실제로 제조되는 파이버직경의 사이의 오착 0.5% 이하로 할 수 있는 것을 알았다.

따라서, 상기 (I)식으로부터의 추정 및 수회의 실험을 행하는 일, 예를들면 상기 실험과 같이 외경측정기의 위치를 바꾸어 실제로 제조된 파이버의 외경측정기와 비교하므로서 외경수축이 0.5% 이하가 되는 위치로 구해두고, 여기에 외경측정기를 설치해서 제조하면 되는 것이다.

또한, 외경측정기의 위치에 대해서는, 어떤 온도에서의 파이버온도를 구하고, 제조시의 인장력 및 그 온도에서의 파이버의 탄성(彈性)에 관한 물성치 혹은 점도로부터 표준을 잡을 수 있다.

제1도의 구성으로 300m/min까지 안정제조가 가능한 장치를 사용하여 광파이버모재(1)의 축경부에서 외경측정기까지의 거리를 Z를 0.4m로부터 0.8m로 변화시켜서 와이어드로우잉을 행하고, 외경측정기에서의 측정치와 실제로 제조된 파이버의 외경을 수지피복을 제거해서 측정하여 보았다. 그외의 조건은 이하와 같은 것이다. 모재외경 25㎜, 와이어드로우잉속도 300m/min, 실온(To) 25℃, 와이어드로우잉로를 나온 직후의 파이버온도(Ts) 1600℃.

거리 Z가 0.4m의 경우, 외경측정기로 측정된 파이버외경 125.0㎛에 대하여, 실제로 제조된 파이버외경은 123.7㎛였다.

거리 Z가 0.8m의 경우, 양자의 측정치는 각각 125.0㎛, 124.9㎛로 되어있었다. 이때의 외경측정기 위치에서의 파이버온도는, 위식에서 약 900℃로 예상되었다. 거리 Z가 0.4m의 종래예의 외경측정기 설치위치에서는 파이버는 아직 축경중인것이 판명된다.

제조된 파이버직경을 125㎛로 하기위하여 제1도의 외경측정기 위치에서 예를들면 126.3㎛가 되도록 제조하는 것도 고려되나, 이것은 본질적 개선으로는 되지 않는다.

상기 이외의 위치에 있어서 외경측정기에 의해서 측정한 결과를 표 1에 표시한다. 300m/min 이상의 와이어속도로 와이어드로우잉할때에 본 발명이 유효한 것이 판명된다.

[표 1]

이상과 같은 실험을 반복하여 행한 거고, 와이어속도가 300m/min 이상인때에 외경측정기(3)의 위치에서 제조시의 와이어드로우잉 인장력이 걸려졌을때의 광파이버의 외경수축 0.5%가 되게 하는 온도이하로 파이버가 냉각되어있는 것이 필요하다고 판명하였다.

본 발명의 다른 실시예로서 외경측정기의 외경출력신호와 설정외경의 편차에 대하여, 연산처리 (예를들면 PID 제어기등에 의함)를 행하고, 와이어속도를 증감시키는 방법을 제2에 표시한다.

본 발명의 또다른 실시예로서 제1도의 예의 개량예를 제3도에 표시한다. 제1도에 표시한 예에서는 와이어드속도가 상승도중의 낮은 와이어속도 상태 파이버가 와이어드로우잉로를 나간 직후부터 파이버외경의 검출까지에 시간이 걸리고, 제어에 시간지연이 발생한다. 제3도에서는 저속에서는 외경측정기(31)로 제어를 행하고, 와이어드속도가 상승해오면 외경측정기(32)로 제어를 행할 수 있다. 1개의 가동할 수 있는 외경측정기를 사용하여 그 위치를 와이어속도 상승에 따라서 내리게하는 장치로 해도 된다.

또, 제1도의 예에 있어서, 와이어드로우잉로(2)와 외경측정기(3)의 사이에 파이버를 강제적으로 냉각하는 장치를 설치하여, 와이어드로우잉로와 외경측정기의 사이의 거리를 단축할 수도 있다. 이 경우도 외경측정기의 위치는 외경수축이 0.5% 이하가 되는 위치로 한다. 특히 300m/min을 훨씬 넘는 와이어속도로 제조립할때에 이 구성으로 하는 것이, 장치구성이 대형화되지 않고, 또한 응답이 빠른 점에서 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 높은 와이어속도로 광파이버를 와이어드로우잉할때에, 측경을 종료한 광파이버의 외경의 절대치를 정확하게 측정할 수 있으므로, 치수정밀도가 향상된 광파이버를 제조할 수 있다.

Claims (3)

1. 광파이버용 모재를 가열용융하면서 인장력을 걸어서 광파이버로 와이어드로우잉하는 방법에 있어서, 와이어드로우잉로로부터 와이어드로우잉된 광파이버이고 또한 그 표면에 피복이 형성되기 이전의 광파이버의 외경을, 상기 인장력을 걸은 상태에서의 광파이버 외경의 수축이 0.5% 이하가 되는 위치에서 측정하고, 얻게된 측정치와 설정치의 편차신호에 의해 와이어드로우잉조건을 제어하면서 와이어드로우잉하는 것을 특징으로 하는 광파이버의 와이어드로우잉 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 외경측정위치에서의 광파이버온도가 광파이버소재의 유리현화점 이하인것을 특징으로 하는 광파이버의 와이어드로우잉 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 편차신호에 의해 와이어속도를 변화시키므로서, 광파이버외경을 제어하면서 와이어드로우잉하는 것을 특징으로 하는 광파이버의 와이어드로우잉방법.

Images