KR940008678B1 - 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

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Description

금속관 피복 광파이버 케이블의 제조장치 및 제조방법

제1도는 본 발명의 실시예를 나타내는 전체 구성도.

제2a도, 제2b도는 각각 성형공정에 있어서, 금속관을 나타내는 단면도.

제3a도, 제3b도 및 제3c도는 각각 제2조립체의 성형 롤러 쌍을 나타내는 측면도.

제4도는 광파이버 도입수단을 나타내는 구성도.

제5도는 레이저 용접수단을 나타타는 구성도.

제6도는 가이드 슈우를 나타내는 측면도.

제7a도, 제7b도는 각각 장력가변수단과 장력조정수단을 나타내고, 제7a도는 상면도, 제7b도는 정면도.

제8도는 금속관의 맞대기부를 나타내는 설명도.

제9도는 관 바깥지름과 이면비드폭의 관계를 나타내는 특성도.

제10도는 관 두께와 이면비드폭의 관계를 나타내는 특성도.

제11도는 레이저파워와 용접속도의 관계를 나타내는 특성도.

제12도는 용접속도와 촛점 어긋난 양의 관계를 나타내는 특성도.

제13도, 제14도, 제15도, 제16도는 여장 제어장치의 동작을 나타내는 설명도.

제17도는 광파이버 도입수단의 다른 배치를 나타내는 부분 구성도.

제18도는 다른 실시에를 도시하는 부분 구성도.

제19도는 판스프링 기구의 설명도.

제20도는 금속관을 상방으로 들어올린 상태를 나타내는 설명도.

제21a도는 도입튜브의 만곡 상태를 나타내는 설명도.

제21b도는 도입튜브의 위치결정기구를 나타내는 설명도.

제22도는 용접위치에서의 금속관의 위치결정 기구를 나타내는 설명도이다.

본 발명은 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.

광파이버의 파단(破斷) 강도는 직경 136(μm)으로 약 6(kg)이며. 상당히 크지만, 이 장력을 가했을 때의 연신률은 3∼6%이며, 종래의 케이블이나 동이나 알루미늄에 비해 현저하게 작다. 이와같이 광파이버 케이블에 항장력제를 배치하여 강도를 확보할 필요가 있다. 또, 광파이버는 물에 젖게 되면 강도가 열화되는 것이 있다, 따라서, 광파이버 케이블을 해저나 수저에 수설할 경우에는 수설장력이나 내수성을확보하기 위해 광파이버 케이블을 가는 금속관으로 피복한 외피구조의 광파이버 케이블을 사용할 필요가 있다.

종래는 이와같이 가는 지름의 광파이버 케이블을 금속관으로 피복할 경우, 종방향으로 있는 금속관에 광파이버 케이블을 삽입하고, 이 틈을 납땜에 의해 점합하는 방법이 사용되고 있었다.

그렇지만, 이 방법에 의하면, 금속관의 틈을 접할 때의 열이 광파이버 케이블에 비교적 긴 시간 가해져서 열손상이 생길 우려가 있었다.

이 광파이버 케이블에 열손상이 생기는 것을 방지하기 위해, 지름을 좁힌 레이저광에 의해 금속관의 맞대기부를 용접하고, 금속관 피복을 한 광파이버 케이블을 연속적으로 제조하기 위한 장치 및 방법이, 예를들면 특개소 64-35514호 공보에 개시되어 있다.

이 금속 피복 광파이버 케이블의 제조장치는 연속하여 보내지는 평평한 금속스트립을 정상부에 종방향의 틈을 가지는 금속관으로 성형한다. 이 금속관의 틈을 통하여 금속관내에 도입튜브를 삽입해놓고, 도입튜브에 의해 광파이버를 금속관내에 도입한다. 이 광파이버를 도입한 금속관의 틈을 막은후, 금속관을 레이저용접장치로 보낸다.

레이저 용접장치는 보내진 금속관의 정상부 맞대기부를 가이드롤러로 위치결정 하면서 맞대기부 표면에서 외측으로 떨어진 위치에 촛점을 가지는 레이저광을 조사하여 맞대기부를 용접한다. 이와같이 맞대기부의 외측으로 촛점 어긋남을 함으로써 광파이버를 열차폐재에 의해 보호하는 일 없이 맞대기부의 용접을 실현하고 있다.

이 광파이버 케이블들이의 금속관의 바깥지름을 소정의 크기로 좁힌후, 캡스턴에 두루 감아서 연속적으로 꺼내고 있다.

이 금속관을 당길 때에, 도입튜브에 불활성 가스를 흐르게 하고, 가스의 점성 저항으로 광파이버 케이블을 운반하고, 금속관이 캡스턴에 걸어맞추고 있는 동안, 금속관의 내면 외측에 광파이버 케이블을 내뿜으로써, 금속관이 연결했을 때에 광파이버 케이블의 길이가 금속관보다 길어지도록 하고, 광파이버 케이블을 금속관내에서 이관시켜서 포설(布設)장력 등에 의해 광파이버 케이블이 비뚤어짐이 생기는 것을 방지하고 있다.

또한, 금속관이 손상되어 구멍이 뚫렸을 경우에, 그 구멍에서 물이 침입되어 광파이버 케이블을 열화시키는 것을 막기 위해, 금속관내에 겔(gel)을 주입하고 있다. 즉, 캡스턴 부분에서 불활성 가스에 의해 광파이버 케이블을 금속관의 내면 외측으로 내뿜은후, 광파이버 케이블을 도입하는 도입튜브와는 별도의 겔 도입튜브에 의해 겔을 주입하고 있다.

그렇지만, 상기 종래의 금속관 피복 광파이버 케이블을 제조하는 장치에 있어서는 금속관의 맞대기부를 용접할 때에, 광파이버를 보호하는 열파폐판을 사용하지 않고, 게다가 광파이버 케이블을 도입하고 있는 도입튜브의 위치가 일정하지 않기 때문에, 도입튜브가 금속관의 맞대기부에 근접하여 배치되는 경우가 있다.이와같이 레이저 용접의 열이 광파이버 케이블에 가해지고, 광파이버 케이블이 열손상될 염려가 있다. 예를들면, 이와같이 광파이버 케이블 맞대기부에 근접하고 있을 때의 레이저 용접시의 온도를 측정하면, 광파이버 케이블구조의 온도가 적어도 600℃ 정도로 까지 상승하고 있다. 이 때문에, 광파이버안에 미결정핵이 형성되고, 그것이 성장함으로써 산란손상을 증가시키는 현상인 실투(夫透)가 생긴다는 단점이 있었다.

또, 용접시에는 스퍼터가 발생하지만, 도입튜브가 맞대기부에 근접하여 있으면, 도입튜브에 퇴적한 스퍼터가 용융접착부의 이면비드(bead)에 접촉되기 쉽고, 스퍼터가 용융접착부 이면에 접촉하면 용융접착부의 열균형이 깨지고, 용접불량이 생긴다. 이 스퍼터에 의한 용접불량을 회피하기 위해서, 스퍼터의 발생원이되는 이면비드 부분의 생성을 너무 억제하면 미용접 부분이 생겨 버린다. 또, 도입튜브가 맞대기부에 접촉하고 있을 때에도, 스퍼터에 의한 용접불량과 같은 현장이 생긴다. 이와같이, 장시간 연속 제조조업(장편물제조조업)을 행하는 것은 실제로는 불가능하다는 단점이 있었다.

또한, 레이저 용접할 때에, 레이저광의 조사 파워 밀도가 너무 높으면, 금속관의 비등점 이상으로 가열되고, 그 일부가 증발 혹은 비산하여 조사면에 구멍이 뚫려 버린다. 이것을 방지하기 위해, 종래는 금속관의 맞대기부의 두께내에 레이저광이 촛점을 맺는 것을 피하고, 레이저광의 촛점을 금속관의 상방으로 맺게 하고 있다. 그렇지만, 금속관의 상방에 촛점을 맺게 하면 용융부의 단면형상이 하부팽창의 형태로 되며, 내부에 수축구멍이나 균열이 발생하기 쉬움과 동시에, 스피터의 양도 많아진다는 단점이 있었다.

또, 금속관의 맞대기부를 레이저 용접할 때에 금속관을 가이드롤러로 안내하여 맞대기부를 레이저광의 촛점에 대하여 위치결정하고 있으나, 금속관을 가이드롤로로 안내하고 있을 때에 사행이 생기기 쉽고 맞대기부의 위치결정 정밀도가 나쁘다는 결점도 있었다.

또한, 광파이버 케이블의 사용조건은 다양하며, 여러가지 온도 조건을 토대로 사용된다. 그리고, 열팽창계수는 광파이버 케이블에 비해 외장의 금속관의 쪽이 훨씬 크다. 이 때문에, 고온하에서 사용할 경우에는 금속관과 광파이버 케이블과의 신장도 차이에 의해 광파이버 케이블에 장력이 작용하여 광파이버 케이블에 손상을 생기게 한다. 같은 현상은, 예를들면 해저수설 등으로 케이블이 높은 장력하에 놓여져 있는 경우에도 밀어난다.

반대로 저온하에서 사용할 경우에는 금속관과 광파이버 케이블의 수축도의 차이에 따라, 수축량이 많은 금속관의 내벽에 광파이버 케이블이 접촉하고, 금속관 내벽으로부터의 축압을 직접 받거나 주기가 짧은 불규칙한 구부러짐이 가해지고, 이른바 마이크로벤드 손상이 생겨, 광파이버 케이블을 지나는 신호의 강도가 감쇠해 버린다.

이들 손상 등을 방지하기 위해, 종래는 금속관이 캡스턴에 걸어 맞추고 있는 동안, 금속관의 내면 외측에 광파이버 케이블을 내뿜으므로써, 금속관을 연신했을 때에 광파이버 케이블의 길이가 금속관보다 길게 되도록 하고 있다.

그렇지만, 이 경우 광파이버 케이블과 금속관의 길이의 차(이하, 여장(余長)이라 한다)는 캡스턴의 바깥지름과의 차이에 따라 정해져 버리고, 여장을 임의로 제어할 수는 없고, 사용조건에 따라서는 역시 광파이버 케이블에 손상을 생기게 하는 위험성이 있었다.

또, 상기와 같이 금속관이 캡스턴에 걸어 맞추고 있는 동안, 광파이버 케이블을 불활성 가스에 의해 금속관의 내면 외측으로 내뿜는 것에 의해, 광파이버 케이블에 여장을 부여하고 있기 때문에, 금속관내에 겔을 주입할 경우에는 광파이버 케이블을 금속관의 내면 외측에 내뿜는 상태에서 겔을 주입할 필요가 있었다. 즉, 먼저 겔을 주입하고 나사 불활성 가스를 보내도 겔이 저항이 되어 광파이버 케이블에 여장을 부여할 수가 없게 되기 때문이다. 따라서, 겔을 주입할 경우에는 광파이버 케이블과 불활성 가스를 보내는 도입튜브외에 겔 도입튜브가 필요하게 된다. 이와같이, 2개의 도입튜브를 금속관내에 지나지 않으면 안되고, 금속관의 내경이 크게 되어 버린다. 따라서, 금속관을 가늘게 뽑아낼 때의 조임량이 많아지며, 경우에 따라서는 금속관을 광파이버 케이블의 지름에 따라 가늘게 할 수가 없게 된다는 단점도 있었다.

본 발명은 이러한 단점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 금속관의 맞대기부 용접시에 파이버 케이블에 손상을 주지 않고, 장시간 연속적으로 조업할 수 있음과 동시에, 여장을 임의로 제어할 수가 있는 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조장치와 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명의 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조장치는, 금속스트립을 성형하고 양측단을 맞대어 금속관에 형성하는 복수의 롤러쌍으로 이루어지는 조립체와, 성형된 금속관대에 광파이버 또는 광파이버 다발을 도입하는 광파이버 도입수단과, 상기 금속관의 맞대기부에 레이저광을 조사하여 접합하고, 밀봉금속관으로 하는 레이저 용접수단과, 상기 조립체, 광파이버 도입수단 및 레이저 용점수단을 통하여 금속스트립, 성형된 금속관 및 광파이버 또는 파이버다발을 내장한 밀봉금속관이 연속적으로 당겨지는 견인수단을 가지는 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조장치에 있어서, 상기 조립체의 전단에는, 조립체 입구측의 금속스트립의 장력을 가변하고, 금속관의 장력을 조정하는 장력조정수단을 가지고, 상기 광파이버 도입수단의 광파이버 도입구 전단에는 광파이버 케이블의 장력을 가변하는 강력조정수단을 가지고, 상기 광파이버 도입수단은 성형중의 금속관내에 삽입되고, 레이저광의 조사위치에서 금속관의 조사면과는 반대측의 내벽에 대하여 탄성적으로 압접되어 광파이버 또는 광파이버 다발을 금속관내로 안내하는 도입튜브를 가지고, 상기 견인수단은 금속관 피복 광파이버 케이블의 장력이 감소되는 장력가변수단을 가지는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 레이저 용접수단은 레이저 조사수단이 레이저광의 촛점을 금속관의 맞대기부 내측으로 맺어지도록 배치하는 것이 바람직하다.

이 레이저광의 촛점 어긋난 양(촛점 바림양)을 조사하는 레이저광의 파워와, 미용접부가 발생하지 않는 용접속도에 따라서 정해지는 일정범위로 설정하는 것이 바람직하다.

또, 상기 장력가변수단이 밀봉금속관을 복수감은 캡스턴으로 구성하면 좋다.

또, 상기 레이저 용접수단은 금속관의 페스라인(path line)에 대향하여 배설되어 한쪽에 금속관과 걸어맞추는 홈을 가지고, 금속관의 맞대기부를 레이저광의 조사위치에 위치결정하는 가이드 슈우와, 가이드 슈우의 위치를 미조정하는 위치조절수단을 가지는 가지는 것이 바람직하다.

또, 상기 도입튜브의 광파이버 도입구와 금속관 삽입부와의 사이에 불활성 가스 공급튜브 또는 겔 도입튜브를 연결하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 장력가변수단의 하류측에 금속관의 장력을 조절하는 장력조정수단을 형성하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명에 따른 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조방법은 견인되는 금속스트립을 금속관에 성형하는 성형공정과, 상기 금속관의 맞대기부를 레이저광에 의해 용접 밀봉하여 금속관으로 가공하는 레이저 용접공정과, 금속관대에 광파이비 또는 광파이버 다발을 도입하는 광파이버 도입공정과, 형성된 금속관 피복 광파이버 케이블을 감는 견인공정을 가지는 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조방법에 있어서, 상기 조립공정 입구측의 금속스트립의 장력을 가변하여 금속관의 장력을 조정하고, 상기 광파이버 도입공정 입구측의 광파이버 케이블의 장력을 가변하여 금속관내에 도입된 광파이버 케이블의 장력을 조정하고, 상기 견인공정에서는 금속간과 광파이버 케이블의 장력을 감소시켜서 금속관 피복 광파이버 케이블을 견인하고, 상기 광파이버 도입공정에서는, 상기 레이저광의 조사위치에서, 금속관의 맞대기부와는 반대측의 내벽에 탄성적으로 압접하도록 도입튜브를 통하여, 그 도입튜브내를 통하여 금속관내에 광파이버 또는 광파이버다발을 도입하는 것을 특징으로 한다.

상기 레이저 용접공정에서는, 패스라인에 대향하여 배치되고, 한쪽에 금속관과 걸어 맞추는 홈을 가지는 가이드 슈우에 의해 금속관의 맞대기부를 레이저광의 촛점위치에 대하여 일정 위치로 위치결정하는 것이 바람직하다.

이 레이저광의 촛점위치를 금속관의 맞대기부의 내측으로 맺게 하며 용접하는 것이 바람직하다.

그리고, 레이저광의 촛점 어긋난 양을 조사하는 레이저광의 파워와, 미용접부가 발생하지 않은 용접속도에 따라 정해지는 일정 범위로 설정함으로써 장시간 안정하여 용접을 행할 수가 있다.

또한, 광파이버 케이블을 도입한 금속관내에 도입튜브를 통하여 불활성 가스 또는 겔을 도입하면 좋다.

본 발명에 있어서, 광파이버 케이블을 열차폐를 검한 도입튜브로 안내하며 피복하는 금속관내에 도입한다. 이 도입튜브를 레이저광 조사하는 위치에서는, 금속관의 맞대기부와는 반대측의 금속관 내벽에 탄성적으로 압점시킴으로써, 광파이버 케이블에 대한 열 영항을 작게하고, 또한 광파이버 케이블을 도입튜브내에 불어 들어오게 되는 불활성 가스에 의해 냉각한다.

또, 도입튜브를 레이저 용접부로 금속관의 맞대기부와는 반대측에 배설함으로써, 맞대기부와 도입튜브와의 사이에 공극을 형성하고, 용접시에 발생하는 스퍼터의 퇴적하는 공간을 확보할 수가 있다.

또, 금속관의 맞대기부를 레이저 용접할 때에, 금속관을 가이드 슈우의 걸어 맞춤홈으로 누르면서 위치결정을 행함으로써, 금속관의 사행을 억제하면서 안내한다. 또한 가이드 슈우의 위치를 레이저광의 촛점위치에 대응시켜서 미조정하는 것에 의해, 금속관의 맞대기부를 레이저광에 대하여 정확하고 또한 안정하게 위치결정한다. 또, 도입튜브를 레이저 용접부 금속관의 맞대기부와는 반대측에 배설함에 있어서, 그 배설을 더욱 탄성적으로 강하게 하는 것도 가능하게 한다.

이 금속관의 맞대기부를 용접하는 레이저광의 촛점위치를 맞대기부에서 어긋나서 금속관의 내측으로 하는 것에 의해, 레이저광의 조사파워 밀도가 너무 높게 되는 것을 방지하면서, 용융폭을 거의 일정하게 하고, 또한 이면비드폭을 극력 좁게 한다.

이 레이저광의 촛점 어긋난 양을 조사하는 레이저광의 파워와, 미용접부가 발생하지 않은 한계에서 정해지는 용접속도에 따라 정해지는 소정범위로 함으로써 이면비드폭을 균일화할 수가 있으며, 스퍼터의 영향을 억제할 수가 있다.

또, 장력가변수단 입구측의 금속관의 장력과, 금속관내에 도입되어 있는 광파이버 케이블의 장력의 차에 의한 연신량의 차를 이용함으로써, 장력가변수단 검출에 있어서 광파이버 케이블의 금속관에 대한 상대길이를 임의로 조절할 수가 있다.

장력가변수단으로서 밀봉금속관을 복수회 감은 캡스턴을 사용하고, 캡스턴에 감은 밀봉금속관의 감은 수를 바꿈으로써 캡스턴 출구측의 밀봉금속관과 금속관내의 광파이버 케이블의 장력의 차를 임의치로 조정할 수가 있다.

또한, 금속관대에 불활성 가스나 겔을 도입하는 경우에도 광파이버 케이블을 도입하는 도입튜브를 개개하여, 그들을 도입할 수가 있기 때문에, 금속관내에 1개의 도입튜브를 장입하는 것만으로 끝나고, 가는 금속관을 사용할 수가 있으며, 금속관을 광파이버 케이블의 지름에 따른 지름에 용이하게 지름을 줄일 수가 있다.

제1도는 본 발명의 1실시예를 나타내는 전제 구성도이다. 도면에 도시한 바와같이 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조장치는 금속스트립(1)을 성형하여 양측단을 맞대어 금속관에 형성하는 제1조립체(3)와 제2조립체(4)로부터 이루어지는 조립체(2)와, 제1조립체(3)와 제2조립체(4)와의 사이에 형성되고, 성형된 금속관내에 광파이버 케이블(5)을 도입하는 광파이버 도입수단(6)과, 조립체(2)의 후단에 형성된 레이저 용접수단(7)을 가진다.

레이저 용접수단(7)의 후단에는 계측부(8)와 조임수단(9)이 연결설치되어 있다. 이 조임수단(9)과 케이블 감기기(10)와의 사이에 장력가변수단(11)과 금속관 피복 광파이버 케이블(12)의 장력조정수단(13)으로부터 이루어지는 견인수단을 가진다. 그리고 장력가변수단(11)과 장력조정수단(13)과, 조립체(2)의 전단에 형성된 금속스트립(l)의 장력조정수단(14) 및 광파이버 케이블(5)의 장력조정수단(15)에 의해, 광파이버 케이블의 금속관에 대한 상대길이, 즉 여장을 조정하는 여장제어수단을 구성하고 있다. 조립체(2)를 구성하는 제1조립체(3)는 연속하여 일렬로 나열된 복수, 예를들면 5조의 성형 롤러 쌍(31a∼31e)으로부터 이루어진다. 각 성형 롤러 광(31a∼31e)은 순차 다른 성형면을 가지고, 연속하여 보내지는 금속스트립(l)을 제2a도의 단면도에 도시한 바와같이 정상부에 종방향의 틈(16)을 가지는 대략 U자형의 금속관(1a)으로 가공한다.

제2조립체(2)도 연속하여 일렬로 나열된 복수, 예를들면 5조의 성형 롤러 쌍(41a∼41e)으로 이루어지며, 제3a도, 제3b도 및 제3c도에 도시한 바와같이, 전단의 성형 롤러 쌍(41a∼41d)의 상측 롤러에는 순차폭이 작아지는 핀(l7)을 가진다. 그리고 핀(17)에 금속관(11a)의 틈(16)을 걸어 맞추게 하고, 틈(16)이 금속관(1a)의 정점(頂點)으로 오도록 위치결정하면서 틈(16)의 간격을 작게 하고, 최종 단계의 성형 롤러 쌍(41e)으로 틈(16)을 맞대고, 제2b도에 도시한 바와같이 맞대기부(18)에서의 거의 완전하게 닫혀진 금속관(1b)을 형성한다.

광파이버 도입수단(6)은 제4도의 부분 단면도에 도시한 바와같이, 광파이버 케이블(5)을 안내하여 금속관(1b)에 도입하는 도입튜브(61)와, 이 도입튜브(61)에 튜브코넥터(62)로 연결된 불활성 가스 공급튜브(63)를 가진다.

도입튜브(61)는 열전달 좋은 금속 예를들면 동 또는 동금속으로 구성하며, 금속관(1b)의 내경보다 작은바깥지름으로 형성되어 있다. 이 도입튜브(61)은 제1조립체(3)와 제2조립체(4)와의 사이에서 금속관(1)의 틈(16)으로부터 삽입되고, 그 선단은 레이저 용접수단(7)을 통하여 계측부(8)의 와류탐상기(渦流探像機)(81)의 바로앞에 위치하고 있다. 도입튜브(61)의 선단을 와류탐상기(81)의 바로 앞까지 삽입하는 것은 삽입튜브(61)를 와류탐상기(81)까지 지나면 탐상정밀도에 악영향을 줄 우려가 있기 때문에, 그것은 막기 위함이다.

단, 와류탐상기(81)를 통과하는 위치까지 도입튜브(61)를 지나도 탐상 결과에 악영향을 주지 않는 경우, 예를들면 금속관의 지름이 크고, 도입튜브(61)가 탐상 위치의 측과는 반대측의 금속관 내면벽에 접촉하고 있는 경우에는 이 위치를 넘는 곳까지, 예를들면 조임수단(9)의 바로 앞까지 지나도 괜찮다.

이 도입튜브(61)는 레이저 용접수단(7)의 레이저광 조사위치전 및/또는, 뒤로놓고, 상향으로 붙여지고 또한 금속관(1b)의 내벽면과 탄성적으로 접촉하는 판스프링기구(611)(제19도)가 부착되거나 혹은 레이저광조사위치전 및/또는 뒤로 금속관(1b)을 제20도에 도시한 바와같이 열정거리만큼 상방위치에 배치하거나, 혹은 도입튜브(61) 자체에 하측으로 향하는 탄성력을 주는 것에 의해, 레이저광의 조사위치와는 반대측의 금속관(1b)의 내벽에 접촉하도록 배설되어 있다.

또한, 도입튜브(61)의 금속관(1b)의 내벽과의 탄성적 압점은 예를들면 제21도에 도시한 바와같이, 도입튜브(61) 자제의 탄성에 의해 본래 신축하려고 하는 성질에 대항하며 도입튜브(61)를 상태 I에서 상태 II로 만곡시키고(동도면(A)), 상태 II에서 금속관(1b) 내면벽에 접촉시키고(동도면(B)), 또한 광파이버 도입수단(6)을 적당한 위치로 고정함으로써 만곡상태를 유지함에 따라 간단하게 실현할 수가 있다. 이때, 필요에 따라 광파이버 도입수단(6)에 스프링기구 등에 의한 위치결정기구(612)를 부가하면 좋다.

또, 레이저광 조사위치 앞에서 금속관(1b)을 일정거리만큼 상방위치에 배치할 경우에는 후술할 위치결정부(71)를 미조정한다. 한편, 레이저광 조사위치 뒤에서 금속관(1b)을 일정거리만큼 상방에 배치하는 경우에는 후술할 서포트 롤 스탠드(82)를 미조정한다.

레이저 용접수단(7)은 제5도의 구성도에 도시한 바와같이 금속관(1b)을 위치졀정하는 위치결정부(71)와 레이저 용접부(72)로부터 이루어진다.

위치결정부(71)는 예를들면 2조의 가이드 슈우(73,74)와, 가이드 슈우(73,74) 사이에 형성된 CCD심(seam) 모니터(75) 및 가이드 슈우(73,74)의 위치를 수직방향과 수평방향으로 미조정하는 마이크로미터(76)를 가진다.

가이드 슈우(73,74)는 제6도의 측면도에 도시한 바와같이, 상측슈우(73a(74a))와 하측슈우(73b(74b))로부터 이루어지며, 상측슈우(73a(74a))는 금속관(1b)과접촉하는 평면을가지고, 하측슈우(73b(74b))는 금속관(1b)과 걸어 맞추는 예를들면 V자형의 홈을 가지고, 상향으로 스프링으로 부세되어 있다.

레이저 용접부(72)는 레이저 조사수단(77)과 금속관(1b)의 용접위치를 불활성 가스, 예를들면 아르곤가스로 시일하는 가스 시일수단(78)을 가진다.

레이저 조사수단(77)은 예를들면 탄산가스 레이저장치에 접속되고, 레이저광을 광학계를 통하여 안내ㆍ집광하고, 금속관(1b)의 표면에 대하여 약 90도의 각도에서 조사한다. 이 조사되는 레이저광의 촛점은 금속관(1b)의 맞대기부(18)의 하방, 즉 금속관(1b)의 내측에 연결하도록 조절되어 있다.

레이저 용접수단(7)의 후단에 형성된 계측부(8)는 서포트 롤 스탠드(82)와, 속도계(83) 및 와류탐상기(81)를 가지고, 용접상태 등을 조사한다.

조임수단(9)은 롤러 다이스로부터 되며, 용접되어 밀봉된 금속관(1c)의 바깥지름을 소정의 지름으로 조이고, 광파이버 케이블(5)의 바깥지를에 대응한 가는 금속관(1d)으로 한다.

조임수단(9)의 출력측에 형성된 장력가변수단(11)은 제7a도, 제7b도에 도시한 바와같이, 예를들면 1쌍의 롤(11a,11b)을 가지는 캡스턴으로 구성한다. 한쪽의 롤(11a)의 표면은 평활하게 형성되고, 다른쪽의 롤(11b)의 표면에는 복수의 홈이 형성되고, 금속관(1d)이 겹치지 않게 복수회 두루 감겨져 있다. 또 장력조정수단(13)도 한쌍의 롤(13a,13b)을 가지는 댄서 롤 스탠드(dancer roll stand)로부터 이루어지며, 한쪽의 롤(13b)의 위치를 화살표 방향으로 이동하여 롤(13a,13b) 사이의 거리를 바꿈으로써, 캡스턴(11)의 출측에 있어서 금속관 피복 광파이버 케이블(12)의 장력을 조정한다.

또, 조립체(2)에 보내지는 금속스트립(1)의 장력과, 도입튜브(61)의 광파이버 도입구에 보내지는 광파이버 케이블(5)의 장력을 조정하는, 장력조정수단(14,15)은 각각 댄서 스탠드로부터 된다. 이 댄서 스탠드(14,15)는 금속스트립(1)파 광파이버 케이블(5)에 걸어 맞추는 폴리(14a,15a)에 걸리는 방추를 움직이게 함으로써 장력을 가변한다.

다음으로, 상기와 같이 구성된 제조장치에 의해 금속관 피복 광파이버 케이블(12)을 제조할 때의 동작은 제조공정에 따라서 설명한다.

(1) 성형공정

금속스트립(1)을 댄서 스탠드(14)로 소정의 장력으로 조정하면서 조립체(2)에 금속스트립(1)을 연속하여 공급한다. 조립체(2)의 제1조립체(3)는 보내진 금속스트립(1)을 정상부에 길이 방향으로 틈(16)을 가지는 금속관(1a)으로 성형한다. 이 금속관(1a)이 제2조립체(4)에 보내지고, 틈(16)이 제2조립체(4)의 성형 롤러 쌍(41a,41b)의 핀(17)에 순차 걸어맞추면서 틈(16)의 간격을 맞대고, 맞대기부(18)로 완전하게 닫혀진 금속관(1b)을 형성한다. 최증 성형롤러(41e)를 통과후의 맞대기부(18)에는 실제문제, 후술한 바와같이 이소한 간격(18a)이 생겨 있으나, 이 간격(18a)의 간격은 성형롤러(41e)이후 레이저광 조사위치 적선에 이르기까지 변동이 없는 것을 별도로 형성한 CCD모니터(도시하지 않음)에 의해 확인했다.

(2) 광파이버 케이블 삽입공정

한편, 댄서 스탠드(15)로 소정 장력으로 조정된 광파이버 케이블(5)은 제1조립체(3)와 제2조립체(4)와의 사이에서 금속관(1a)의 틈(16)에서 삽입되고 있는 도입튜브(61)를 통하여 연속 공급된다. 동시에 도입튜브(61)에 연결된 불활성 가스 공급튜브(63)에서 아르곤가스를 공급하고, 도입튜브(61)안으로 흐르게 한다.

(3) 레이저 용접공정이 도입튜브(61)가 삽입되어 있는 금속관(1b)은 레이저 용접수단(7)에 보내진다. 레이저 용접수단(7)에 보내진 금속관(1b)은 성형 롤러 광(41a, 41b)의 핀(17)에 의해 위치결정되어 있기 때문에, 맞대기부(18)를 레이저 조사수단(77)에서 조사되는 레이저광의 위치로 맞출 수가 있다.

레이저 용접수단(7)의 위치결정부(71)에 보내진 금속관(lb)은 가이드 슈우(73,74)의 홈에 걸어 맞추어 안내된다. 따라서, 금속관(1b)의 옆으로 스치고, 회전 또한 사행을 방지할 수가 있다. CCD모니터(75)에 의해 맞대기부(18)의 위치 변동을 관찰했더니, 가이드롤러를 이용한 경우에는 맞대기부(18)는 비틀어 짐에 의해 ±100μm이나 이동했으나, 가이드 슈우를 이용한 경우에는 ±15μm 밖에 이동하지 않은 것이 판명났다.

계속해서 CCD심 모니터(75)가 금속관(1b)의 맞대기부(18)의 위치를 검출하고, 검출한 결과에 의해 마이크로미터(76)를 자동 또는 수동에 의해 조작하여 가이드 슈우(73,74)를 이동하고, 맞대기부(18)가 레이저광의 촛점에 대하여 소정의 위치가 되도록 미조정한다.

여기서 위치결정부(71)의 역할에 대해 특별히 설명한다. 우선 이미 서술한 바와같이, 위치결정부(71)를 가지는 가이드 슈우(73,74)는 금속관(lb))의 회전이나 사행을 방지하고, 핀부착롤러(41a∼41d)로 레이저광조사위치에 대하여 정확하게 위치결정된 맞대기부(18)를 금속관(1b)을 사행시키지 않고 레이저 조사위치로 인도한다. 또, 이미 서술한 바와같이, 레이저광 조사위치 앞에서 금속관(1b)을 일정거리단큼 상방에 배치시키는 것이 위치결정부(71)의 조절에 의해 가능하게 된다. 이 결과 도입튜브(61)의 금속관(1b)의 내벽면으로의 강고한 탄성적 접촉이 가능하게 되므로, 후술한 바와같이 레이저 용접의 악영향을 극력 작게할 수 있으며, 또한 장시간 연속 제조조업에 도움이 된다.

또한, 제22도에 도시한 바와같이, 서포트 롤 스탠드(82)의 서포트 롤(82a,82b) 및 최종 성형 롤(41e)을 양 지점으로 하여 위치결정부(71)를 패스라인에 대하여, 일정거리 이상(단, 탄성한계의 범위내에 한한다)상방 또는 하방에 금속관(1b)을 배치시키고, 금속관(1b)이 대략 3각형의 2변을 구성하도록 한다.

이때, 서포드 롤 스탠드(82)와 최종 성형 롤(41e)의 사이에 있는 금속관(1b)에는 가벼운 정도의 장력이 붙여지게 된다. 이것은 위치결정부(71)가 후술할 금속스드립의 강력조정수단(14)처럼, 금속관(특히 1c,1d)의 장력을 조절하는 수단으로서 기능하는 것을 의미하고 있다. 이것에 의해, 레이저 용접위치(도면중 X표시)에 있어서 금속관(1b)의 진동이 억제된다.

실제, 레이저 조사하는 위치에 있어서 별도의 CCD모니터(도시하지 않음)를 CCD점 모니터(75)와 패스라인을 중심으로 하여 90℃ 기울어진 위치에 설치하고, 금속관(16)의 상하 진동을 관찰했다. 이 결과, 위치결정부(71)의 가이드슈우(73,74)를 개방했을 경우에는, ±100∼±150μm정도, 금속관(1b)이 진동했으나, 가이드 슈우(73,74)에 의해 금속관(1b)을 고정한 경우에는 ±20∼30±μm정도 진동하고, 도면중 (A) 또는(B)와 같이 위치결정부(71)를 조정했을 때에는 ±5μm정도의 진동이 되는 것을 확인했다.

또한, 도입튜브(61)의 금속관(1b)의 내벽면으로의 탄성 접촉을 고려한 경우에는 도면중 (B)보다도 (A)로 하도록 위치결정부(71)를 조정한 편이 바람직하다.

이상과 같은 조정에 의해, 고도한 용접 제어가 가능하게 됨과 동시에 용접의 악영향을 다시 감소시키고, 장시간 조업에 도움이 되는 것이다.

이와같이 하여 맞대기부(18)의 위치가 조정된 금속관(1b)이 레이저 용접부(72)에 보내진다. 레이저 용접부(72)는 금속관(1b)의 맞대기부(18)에 가스 시일수단(78)으로 아르곤가스를 공급하면서 레이저 조사수단(77)에서 레이저광을 조사하여 맞대기부(18)를 용접한다. 이 용접부의 내면은 도입튜브(61)안으로 흐르게 되고, 그 선단에서 내뿜어 역류한 아르곤가스에 의해 시일되어 있다.

이 레이저광의 조사위치 전후에 있어서는 광파이버 케이블(5)을 안내하고 있는 도입튜브(61)가 레이저광의 조사위치와 반대측의 금속관(1b)의 내벽에 탄성적으로 접촉하도록 배설되고, 맞대기부(18)의 내면과 도입튜브(61)와의 사이에 공극이 형성되고 있기 때문에 이 공극과 도입튜브(61)에 의해 열차폐되어, 광파이버케이블(5)에 대한 열의 영향을 작게 할 수가 있다. 또한, 도입튜브(61)내에 흐르고 있는 아르곤가스와 역류된 아르곤가스로 광파이버 케이블(5)을 냉각하므로써 광파이버 케이블(5)의 온도상승을 극력 억제할 수가있다.

예를들면, 도입튜브(61)가 레이저 조사위치에서 맞대기부(18)에 접촉하고 있을 때에, 600℃ 이상의 온도가 된 광파이버 케이블(5) 부근의 온도는 상기 공극을 형성함에 따라 115∼135℃정도가 되며, 아르곤가스를 흐르게 함으로써 100℃정도까지 저하시킬 수가 있었다.

또, 상기 공극을 형성함으로써, 도입튜브(61)상에 퇴적하는 스퍼터가 용접에 미치는 악영향을 시간적으로 늦을수가 있으며, 장시간 안정하여 용접을 행할 수가 있다.

이 레이저 조사수단(77)에서 조사되는 레이저광은 촛점의 위치를 금속관(1b)의 내측에 맺도록 조절되어 있기 때문에 맞대기부(18)에 조사하는 레이저광의 파워 밀도가 너무 높아지는 것을 막을 수가 있으며, 안정한 용접을 행할 수가 있다. 또, 촛점의 위치를 금속관(1b)의 내측에 맺을 수 있음에 따라, 한번 공동(cavity)가 형성되면 공동벽에서 반사된 레이저광이 공동의 저부로 향하여 접광되기 때문에 깊은 공동이 형성되고, 용융폭을 거의 일정하게 함과 동시에 이면비드폭을 좁게 할 수가 있다.

또, 레이저광의 촛점 어긋난 양을 일정치로 함으로써, 이면비드폭을 작게 하여 스퍼터 영향을 억제할 수가 있다.

이면비드폭의 최소치(b min)는 맞대기부(18)에 미용접부가 남지 않는 것에 의해 정해지고, 이면비드폭의 최대치(b max)는 장시간의 조업에 의해서도 스퍼터의 영항을 받지 않는 한계에서 정해진다.

레이저 용접수단(7)의 위치에서 금속관(1b)은 가이드 슈우(73,74)로 눌려져 있으나, 레이저 용접부(72)의 위치에서는 스프링 백(spring back)에 의해, 금속관(1b)의 맞대기부(18)에는 제8도에 도시하는 바와같이 미소한간격(18a)이 생긴다. 이 미소한간격(18a)을 생기게 하는 스프링 백은 금속관(1b)의 강성, 즉 성형된 금속관(lb)의 바깥지름(d)에 영항이 된다. 예를들면, 종탄성율이 18000(Kg/mm²)이 Fe기 스테인레스로 되는 금속관(1b)을 완전하게 고정한 상태에서 파워가 400(W)의 레이저를 미소한간격(18a)으로 조사하여 용접을 행했을 때의 바깥지름(d(mm))과 이면비드폭(b(μm))의 관계를 조사한 결과를, 관 바깥지름(d)을 횡축에 잡고, 이면비드폭(b)을 종축에 잡아 제9도에 나타낸다. 제9도에 있어서, ○표시는 미용접부가 발생하지 않는 경우, ×표는 미용접부가 발생한 경우를 나타낸다. 따라서, 적선 A는 미용접부가 발생하지 않은 한계를 나타내고. 이 직선 A는 b-10d로 된다.

또. 실제의 장치에 있어서는, CCD심 모니터(75)의 관찰에 의하면, 장치의 미소전동등에 의해 레이저광과 미소한간격(18a)과의 사이에 ±5(μm)정도의 상대편향이 생기는 것이 판명났다.

이와같이 이면비드의 최소폭(b min)은 10±5(μm)로 되며, 예를들면 금속관(1b)의 바깥지름이 1(mm)의 경우, 이면비드의 최소폭(b min)은 20(μm)이 된다.

또한,상기 이면비드의 최소폭(b min)=10d±5는 종탄성율이 18000(kg/mm²)의 Fe기 스테인레스로 되는 금속관(1b)을 사용한 경우에 대하여 설명했으나, 종탄성율이 18000(kg/mnf)이상의 Fe기 스테인레스, Ni기 합금을 사용한 경우에도 이면비드폭을 최소치(b min)보다 크게 함으로써 미용접부가 발생하지 않은 양호한 용접을 행할 수가 있다.

또, 장시간의 조업에 의해서도 스퍼터의 영항을 받지 않는 한계는 용융부의 형상에 의해 정해진다. 거기서 파워가 400(W)의 레이저를 미소한 간격(18a)으로 조사하여 용접을 행했을 때의 관두께(t(mm))와 이면 비드폭(bμm))의 관계를 조사한 결과를 관두께(t)를 횡축에 잡고, 이면비드목(b)을 종축에 잡고 제10도에 나타낸다. 제10도에 있어서, ○표는 스퍼터의 영향이 없고, 장시간 예를들면 10시간 연속하여 용점을 행할수 있었던 경우, ×표는 스퍼터가 발생하고 장시간의 용접을 행할 수 없었던 경우를 나타낸다. 또한, 상기10시간은 실제 조업의 유지보수 시간에 상당하는 것이고, 스퍼터의 영향이 없는 시간을 한정하는 것은 아니다.

따라서, 직선(B)이 장시간의 조업에 따라서도 스퍼터의 영항이 없는 한계를 나타내고, 이 직선은 b=1000(t/2)로 된다. 따라서, 관두께(t)가 0.1(mm)의 경우, 이면비드폭의 허용 최대폭(b max)은 50(μm)이된다.

이와같이, 예를들면 파워가 400(W)의 레이저광을 사용하고, 금속관(1b)의 바깥지름이 1(mm), 두께가 0.1(mm)의 경우, 이면비드의 폭(b)을 20∼50(μm)으로 제어하여 용접함으로써 장시간 조업하여도 스퍼터의 영향을 억제하여 용접불량이 없는 용접을 연속하여 행할 수가 있다.

또, 상기 이면비드폭의 최소치(b min)는 맞대기부(18)에 미용접부가 남아있지 않은 것이 조건이기 때문에, 금속관(1b)에 조사하는 레이저광의 출력밀도에 의해 정해진다. 이 출력밀도는 용접속도(V)와 관계된다. 거기서 레이저광의 파워(P)와 용접속도(V)를 바꿔서, 상기 최소치(b min)가 거의 10d±(μm)보다 클지 같은 조건을 만족하는 경우와, 이 조건을 만족하지 않을 경우에 대하여 조사한 결과를 횡축에 레이저 파워(P)(W)를 잡고, 종축에 용접속도(V)(m/min)를 잡아 제11도에 나타낸다. 제11도에 있어서, ○표는 상기 조건을 만족하는 경우, ×표는 상기 조건을 만족하지 않는 경우를 나타내고, 그 한계는 직선 C로 나타나게 된다.

또, 장시간의 조업에 의해서도 스퍼터의 영향이 없는 한계는 용해 깊이, 즉 레이저광의 촛점 어긋난 양(촛점 바림양)과 관계된다. 거기서, 용접속도(V)와 촛점 바림양(F)을 바꿔서, 상기 이면비드폭의 최대치 bmax<1000(t/2)의 조건을 만족할 경우와, 만족하지 않을 경우에 대하여 조사할 결과를 횡축에 용접속도(V)(m/min), 종축에 촛접 어긋난 양(F)(mm)을 잡아 제12도에 나타낸다. 제12도에 있어서, ○표는 상기조건을 만족할 경우, ×표는 상기 조건을 만족하지 않은 경우를 나타내고, 그 한계는 직선 D로 나타나게된다.

예를들면 레이저 파워(P)가 400(W)의 레이저광을 사용한 경우에는 제11도에서 미용접부를 생기게 하지 않게 용접할 수 있는 최대 용접속도(Vnnx)는 4(m/min)이 된다. 또, 이 용접속도로 스퍼터의 영향을 받지 않는 촛점 어긋난 양(F)의 최소치는 제12도에서 2(mm)가 된다. 따라서, 레이저 파워(P)가 400(W)의 경우, 용접속도(V)를 4(m/min), 촛점 어긋난 양(F)을 2(mm)로 함으로써, 이면비드폭(b)을 작게 억제하면서 스퍼터의 영향을 받지 않고 장시간 용접을 행할 수가 있다.

또한, 별도 서술한 여장제어조건이나 위치결정부(71)의 설정방법 (제22a.b도)에 의해 금속관(1b)의 맞대기부(18)의 미소한간격(18a)의 크기가 약간 변동할 뿐이다. 예를들면 제22a도와 같이 하면, 미소한간격(18a)의 크기가 증가하고, 제22b도와 같이 하면, 그 크기가 감소하는 경향이 생긴다.

그렇지만, 현실로는, 본원에 있어서 측정메쉬(mesh)의 범위내에서는 상기와 같은 미소한간격(18a)의 변동의 영항은 용접결과에 거의 영향이 없는 것을 알았다.

(4) 계측, 조임공정

이와같이 하여 촛점 어긋남(촛점바림)을 행하여 맞대기부(18)가 용접되어 밀봉된 금속관(1c)가 계측부(8)로 보내진다. 계측부(8)에 있어서, 금속관(1c)은 서포트 롤 스탠드(82)로 지지되면서 속도계(83)로 통과속도, 즉 용접속도(V)가 계측되고, 와류탐상기(81)로 용접상태가 검사된다.

와류탐상기(81)를 통과한 금속관(1c)은 조임수단(9)으로, 내장하는 광파이버 케이블(5)의 바깥지름에 대응하는 소정의 지름으로 줄어들고, 금속관 피복 광파이버 케이블(12)이 된다. 이 조임수단(9)으로 금속관(1c)을 줄일때에, 금속관(1c)에는 와류탐상기(81)의 직전까지 도입튜브(61)가 1개만 삽입되어 있을 뿐이기 때문에, 금속관(1c)을 가늘게 할 수가 있으며, 간단하게 줄일 수가 있다.

(5) 견인ㆍ감기공정

조임수단(9)으로 줄여진 금속관 피복 광파이버 케이블(12)은 장력가변수단(11)과 장력조정수단(13)을 지나며, 케이블 감기기(10)에 감겨진다.

이 금속관 피복 광파이버 케이블(12)을 감을때에 밀봉ㆍ줄여진 금속관(1d)과 광파이버 케이블(5)을 걸어 맞추게 해 둘 필요가 있다. 거기서 연속운전에 앞서, 용접되어 밀봉된 금속관(1d)을 수동에 의해 장력가변수단(11)의 캡스턴(11a,11b)으로 소정회수 감고나서 견인하고, 그 선단을 장력조정수단(13)을 통하여 케이블 감기기(10)에 부착한다. 이 상태에서 광파이버 케이블(5)의 선단을 캡스턴(11a)의 바로 앞까지 지나고, 이 위치에서 금속관(1d)을 담금으로써 금속관(1d)의 내측에 광파이버 케이블(5)을 걸어맞추게 한다. 그후,캡스턴(11)을 구동시키면서 금속관(1d)을 감는 것에 의해 금속관(1d)과 함께 광파이버 케이블(5)이 도입튜브(61)에서 꺼내어지고, 금속관 피복 광파이버 케이블(12)이 되어 감기게 된다.

(6) 여장제어공정

이 금속관 피복 광파이버 케이블(12)을 캡스턴(11a,11b)에 감아 잡아당기면, 금속관 피복 광파이버 케이블(12)의 금속관(1d)과 캡스턴(11a,11b)과의 사이의 마찰력에 의해 장력이 움직인다. 이 마찰력은 감기 시작했을때 크고, 그후 차례로 작아지기 때문에 장력도 감기 시작했을때 크고, 감은수에 따라 차례로 작아진다. 그리고 금속관(1d)의 감은 부본에는 이 장력에 대응한 연신이 생긴다.

예를들면 통상 운전시에 폭 4mm, 두께 0.1(mm)의 스테인레스강 스트립(1)을 사용하고, 바깥지름 1.3(mm)의 금속관(1c)에 가공한 후, 바깥지름 1.0(mm)의 금속관(1d)으로 줄었을 경우, 캡스턴(11a)의 입측에 있어서 금속관(1c)의 장력이 약 20(kgf)가 되도록, 장력조정수단(14)으로 금속스트립(1)의 장력을 조정하면 이 장력에 의해 금속관(1d)에는 +0.30%의 연신이 생긴다. 이때, 예를들면 바깥지름이 125(μm)의 광파이버 케이블(5)의 장력을 장력조정수단(15)으로 조정하고, 캡스턴(11a)의 입측에서 약 25(kgf)의 장력이 작용하도록 하면 +0.03%의 연신이 생긴다.

이 금속관(1d)의 캡스턴(11a,11b)에 있어서 감은 횟수에 대한 금속관(1d)과 광파이버 케이블(5)의 연신을 조사한 결과를 횡축에 캡스턴(11a,11b)에 대한 감은 횟수를 잡고, 종축에는 금속관(1d)의 연신률(%)을 잡아 제13도에 나타낸다. 제13도에 있어서, 곡선 E는 금속관(1d)의 연신률의 변화특성, 곡선 F는 광파이버 케이블(5/의 연신률의 변화특성을 나타낸다. 곡선 E에서 나타내듯이 금속관(1d)을 캡스턴(11a,11b)으로 감으면 금속관(1d)이 장력조정수단(13)에 보내질때의 연신은 최종적으로는 매우 작아진다. 또, 곡선 F에서 나타내듯이 광파이버 케이블(5)은 1회반 감은 상태에서 신장은 거의 0으로 되어버린다.

이와같이 1회반 감아서 광파이버 케이블(5)의 연신이 0이 되었을때에 금속관(1d)에는 +0.19%의 연신이 있다. 그리고, 금속관(1d)이 캡스턴(11a,11b)에 6회 감은 직후에는 금속관(1d)의 장력이 거의 0이 되므로, 금속관(1d)의 연신도 거의 0이 된다. 즉, 6회 감은 후에는 1회반 감았을 때보다 금속관(1d)은 0.19% 줄어들게 된다. 한편, 광파이버 케이블(5)의 장력은 감은 횟수가 1회반의 후에는 거의 0이기 때문에, 그후의 신장에 변화가 없고 길이도 변하지 않는다. 이때문에, 6회 감았을 때에는 광파이버 케이블(5)이 금속관(1d)보다 0.19% 길어진다.

한편, 캡스턴(11a,11b)에 감았던 금속관(1d)과, 금속관(1d)의 내벽에 걸어맞추는 광파이버 케이블(5)과의 사이에는 감은 지름에 차이가 있다. 이와같이, 예를들면 캡스턴(11a,11b)의 지름이 약 500mm일때에는 광파이버 케이블(5)은 금속관(ld)에 대하여 +0.09% 상당의 연신량을 가진다. 이 연신량의 0.09%가 상기의 0.19%와 상쇄되고, 결과로서 광파이버 케이블(5)은 금속관(1d)보다 0.10% 길어진다.

다음으로, 금속관(1d)의 캡스턴(11a)의 입력측에 있어서 강력은 상기 제13도의 경우와 같은 상태로 하고, 장력조정수단(15)으로 광파이버 케이블(5)의 강력을 바꿔서 캡스턴(1a)의 입력측에 있어서 장력을 높인 경우의 광파이버 케이블(5)의 신장의 변화특성의 일례를 제14도의 곡선 F1로 나타낸다. 이 경우, 광파이버 케이블(5)은 캡스턴(11a,11b)에 3회반 감았을 때에, 장력이 거의 0이 되어 있다. 한편, 금속관(1d)의 연신 0.09%와, 감은 지름차에 의한 광파이버 케이블(5)의 연신 0.09%를 상쇄하면, 금속관(1d)과 광파이버 케이블(5)의 신장은 같게 되며, 양자의 길이의 차, 즉 여장은 0%가 된다.

제14도의 경우와는 반대로, 광파이버 케이블(5)의 캡스턴(11a)의 입력측에 있어서 장력을 바꾸지 않고 장력조정수단(14)으로 금속스트립(1)의 장력을 덧붙여, 금속관(1d)의 캡스턴(11a) 입력측에 있어서 강력을 높인 경우의 금속관(1d)의 연신의 변화특성을 제15도의 곡선 E1로 나타낸다.

또, 금속관(1d)의 캡스턴(11a) 입력측에 있어서 장력은 제13도의 경우와 매우 같이 하여, 장력조정수단(13)으로 캡스턴(11a,11b)의 출력측의 금속관(1d)의 장력을 높였을 때의 금속관(1d)의 연신의 변화특성을 제15도의 곡선 E2로 나타낸다. 그리고 금속관(1d)의 캡스턴(11a,11b) 입력측과 출력측의 장력을 높인 경우를 제15도의 곡선 E3에 나타낸다.

이와같이 금속관(1d)의 캡스턴(11a,11b) 입력측과 출력측의 장력의 어딘가 한쪽, 혹은 쌍방을 소정치나 높임에 따라 광파이버 케이블(5)의 길이를 금속관(1d)의 길이보다 바라는 양만큼 길게 할 수가 있다. 예를들면, 곡선 E3에 도시한 경우에는 금속관(1d)을 캡스턴(11a,11b)에 1회반 감았을 때에 금속관(1d)의 연신은 +0.26%로 되며, 광파이버 케이블(5)의 감은 지름에 의한 연신의 0.09%를 상쇄하여도 캡스턴 출력측에서 광파이버 케이블(5)은 금속관(1d)보다 0.17% 길게 할 수가 있다.

다음으로 제14도에 도시하는 경우보다 광파이버 케이블(5)의 캡스턴 입력측에 있어서 장력을 더욱 높게하고, 광파이버 케이블(5)의 연신의 변화특성을 제16도의 곡선 F2에 도시하는 바와같이 하면, 광파이버 케이블(5)의 길이를 금속관(1d)의 길이보다 짧게 할 수가 있다. 이 경우에는, 광파이버 케이블(5)의 연신이 5회 감았을 때에 0이 되며, 이때의 금속관(1d)의 연결은 +0.04%로 된다. 이 연신 +0.0496가 광파이버 케이블(5)의 감은 차분 0.09%로 상쇄되고, 결과로서 광파이버 케이블(5)을 금속관(1d)보다 0.05% 짧게할 수가 있다.

이와같이, 복수의 금속관 피복 광파이버 케이블(12)을 감은 캡스턴(11a,11b)과, 금속스트립(1)의 장력조정수단(14)과, 광파이버 케이블(5)의 장력조정수단(15)과, 경우에 따라서는 금속관 피복 광파이버 케이블(l2)의 장력조정수단(13)을 총합적으로 조정함으로써, 금속관(1d)에 대한 광파이버 케이블(5)에 길이를 임의로 조정할 수가 있다. 또한, 위치결정부(7l)를 조정함에 따라 금속스트립(1)의 장력조정수단(14)과 마찬가지로, 금속관(1c,1d)의 장력을 조정하면, 여장제어를 더욱 고정밀도로 조정할 수 있다. 이 경우의 위치결정부(71)의 여장제어상의 기능은 금속스트립(1)의 장력조정수단(14)에 의한 여장제어기능과 동일하며, 구태여 언급하지 않는다.

이와같이 소정의 길이에 여장을 제어하면서 연속하여 금속관 피복 광파이버 케이블(12)을 제조한다.

또한, 상기 실시예에 있어서는 불활성 가스로서 아르곤 가스를 사용한 경우에 대하여 설명했으나, 질소가스를 사용하여 같은 작용을 이룰수가 있다.

또, 상기 실시예는 피복하는 금속관에 겔을 도입하지 않은 경우에 대해 설명했으나 겔을 도입할 경우에는 광파이버 도입수단(6)의 불활성 가스 공급튜브(63)에서 겔을 공급함으로써 l개의 도입튜브(61)를 이용하여 금속관(1d)내에 질을 도입할 수가 있다.

이 경우, 불활성 가스의 흐름이나 겔의 흐름에 의해 광파이버 케이블(5)이 인장력을 받지 않을 정도의 압력으로 불활성 가스나 겔을 흐르게 하면 충분하다. 왜냐하면, 실제, 불활성 가스나 겔을 광파이버 도입수단(6)을 통하여 흐르게 하지 않고, 광파이버 케이블(5)의 삽입이나 여장제어를 목표대로 달성할 수가 있기 때문이다.

상기 실시예에 있어서는 광파이버 도입수단(6)을 조립체(2)의 제1조립체(3)와 제2조립체(4)의 사이에 형성된 경우에 대하여 설명했으나, 광파이버 도입수단(6)을 제17도에 도시한 바와같이, 제1조립체(3)의 전단에 형성되고, 도입튜브(61)를 처음 단계의 성형롤러 쌍(31a)의 앞부터 삽입하여도 좋다.

또한, 상기 실시예는 조입수단(9)의 후단에 직접 장력가변수단(11)의 캡스턴(11a,11b)과 장력조정수단(13)으로 구성되는 견인수단을 형성하고, 금속관 피복 광파이버 케이블(12)을 견인하면서, 캡스턴(11a,11b)의 입구측과 출구측의 금속관(1d)의 장력과 캡스턴 입구측의 광파이버 케이블(5)의 장력을 캡스턴(11a,11b)과 장력조정수단(14,15,13)으로 조절하여 여장을 제어할 경우에 대하여 설명했으나, 견인수단에, 제18도에 도시한 바와같이, 캡스턴(11a,11b)의 전단에 금속관(1d)을 견인수단(19)을 형성하고, 캡스턴 입구측의 금속관(1d)의 장력을 임의로 가변할 수 있도록 하여도 좋다.

이 견인수단(19)로서, 예를들면 무한궤도형의 캡스턴을 사용하고, 금속관(1d)을 끼워둔 상태에서 당김으로써 금속관(1d)을 성형 스케듈에서 필요로 하는 장력으로 당길 수가 있다. 그리고, 무한궤도형의 캡스턴의 이송속도를 조정함에 따라 캡스턴(11a)에 보내지는 금속관(1d)의 장력을 임의로 제어할 수가 있다.

예를들면 광파이버 케이블(5)의 길이를 금속관(1d)의 길이보다 짧게 할 경우, 제16도의 예에서는 성형스케듈의 관계에서 캡스턴(11a)의 입력측에 있어서 금속관(1d)의 장력을 너무 작게할 수가 없기 때문에, 광파이버 케이블(5)에 입력측 장력을 높이고 있으나, 광파이버 케이블의 장력을 너무 높이는 것은 바람직하지 않기 때문에, 금속관(1d)의 입력측 장력을 내림으로써, 상대적으로 광파이버 케이블(5)의 장력을 높였던 것과 같은 작용을 시킬수가 있으며, 광파이버 케이블(5)에 무리한 힘을 가하지 않고 광파이버 케이블(5)의 길이를 짧게 할 수가 있다.

또한, 광파이버 케이블(5)을 제조한 후, 다시 후공정에서 2차 가공할 경우에, 목적으로 한 여장치와 어긋나게 된 우려가 있으며, 이 경우에도 여장제어의 필요성이 생긴다. 이와같을 때에, 미리 여장치의 어긋남을 고려하여 상기 여장제어를 행함으로써, 2차 가공후에 적정한 여장을 가지는 광파이버 케이블을 얻을 수가있다.

또, 상기 각 실시예는 1개의 광파이버 케이블을 금속관내에 도입하는 경우에 대해 설명했으나, 복수개의 광파이버로 이루어지는 광파이버 다발도 마찬가지로 하여 도입할 수가 있다.

본 발명은 이상 설명한 바와같이, 광파이버 케이블을 열차폐를 겸한 도입튜브로 안내하여 피복하는 금속관내에 도입하고, 이 도입튜브를 레이저광 조사하는 위치에서는 금속관의 맞대기부와는 반대측의 금속관 내벽으로 접촉시킴으로써 광파이버 케이블을 도입튜브내로 불어들어오게 되는 불활성 가스에 의해 냉각되기때문에 금속관의 레이저 용접부로 광파이버 케이블의 온도상승을 낮게 억제할 수가 있다. 따라서, 질 좋은 금속관 피복 광파이버 케이블을 제조할 수가 있다.

또, 도입튜브를 레이저 용접부로 금속관의 맞대기부와는 반대측으로 설치함으로써, 맞대기부와 도입튜브와의 사이에 공극을 형성하고, 용접시에 발생하는 스퍼터의 퇴적하는 공간을 확보할 수가 있기 때문에, 금속관을 안정하여 장시간 연속으로 용접할 수가 있다.

또, 금속관의 맞대기부를 레이저 용접할때에, 금속관을 가이드 슈우의 걸어맞춤홈으로 누르면서 위치결정을 행함에 따라, 금속관의 사행억제하면서 안내하고, 다시 가이드 슈우의 위치를 레이저광의 촛점위치에 대응시켜서 미조정함으로써, 금속관의 맞대기부를 정확하게 위치결정할 수가 있기 때문에, 금속관의 맞대기부를 정밀도가 좋게 용접할 수 있다.

이 금속관의 맞대기부를 용접하는 레이저광의 촛점위치를 맞대기부로부터 벗어나, 금속관의 내측으로 함으로써, 레이저광의 조사파워 밀도가 너무 높아지는 것을 방지하면서 용융폭을 거의 일정하게 할 수가 있기 때문에, 금속관의 맞대기부에 결함없는 용접을 행할 수가 있다.

이 레이저광의 촛점 어긋난 양을 조사하는 레이저광의 파워와, 미용접부가 발생하지 않는 한계에서 정해지는 용접속도에 따라 정해지는 일정치로 하는 것에 의해, 이면비드폭을 소정 범위내로 할 수가 있음과 동시에, 스퍼터의 발생을 억제할 수가 있기 때문에 장시간 안정하여 조업할 수가 있다.

또, 장력가변수단인 캡스턴 전단의 장력과 후단의 장력을 금속관으로 가공되는 금속스트립의 장력과, 금속관내에 도입되는 광파이버 케이블의 장력 및 감겨지는 금속관 피복 ,광파이버 케이블의 장력으로 조정하면서, 캡스턴에 감은 밀봉 금속관과 금속관내의 광파이버 케이블의 강력에 차를 가져오게 함으로써 광파이버케이블의 금속관에 대한 상대길이를 사용조건에 따라 임의로 조절할 수가 있으며, 금속관 피복 광파이버 케이블을 안정하여 포설ㆍ사용할 수가 있다.

또한, 금속관내에 겔을 도입할 경우에도 광파이버 케이블을 도입튜브를 개개하여 겔을 도입할 수가 있기 때문에, 금속관내에는 1개의 도입튜브를 삽입하는 것만으로 끝나며, 가는 금속관을 사용할 수가 있기 때문에, 금속관을 광파이버 케이블의 지름에 따른 지름으로 용이하게 줄일 수가 있다.

Claims (25)

1. 견인되면서 용접수단에 의해 밀봉되는 금속관의 안에 광파이버 도입수단에 의해 광파이버를 도입하는 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조장치에 있어서, 상기 광파이버 도입수단은 상기 금속관대에 삽입되고, 용접면과는 반대측외 내벽에 대하여 탄성적으로 압접되어 광파이버 또는 광파이버다발을 금속관내에 안내하는 도입튜브를 가지는 것을 특징으로 하는 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 도입튜브는, 광파이버의 도입구와 금속관 삽입부와의 사이에 연결된 불활성가스 또는 충전제의 도입튜브를 가지는 것을 특징으로 하는 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 용접수단은, 레이저 용접수단인 것을 특징으로 하는 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 용접수단은, 레이저광의 촛점을 상기 금속관의 맞대기부의 내측으로 맺어지도록 배치된 것을 특징으로 하는 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 레이저광의 촛점 어긋난 양을 조사하는 레이저광의 파위와 미용접부가 발생하지 않는 용접속도에 따라서 정해지는 일정법위로 설정하는 것을 특징으로 하는 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조장치.
6. 견인되는 금속스트립의 양단을 맞대어 금속관으로 형성하는 성형수단과, 상기 금속관에 광파이버 또는 광파이버다발을 도입하는 광파이버 도입수단과, 상기 금속관의 맞대기부를 레이저 용해하여 밀봉하는 용접수단과, 광파이버의 금속관에 대한 여장을 제어하는 여장조정수단을 가지는 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조장치에 있어서, 상기 광파이버 도입수단은, 상기 금속관내로 삽입되고, 레이저광의 조사면과는 반대측의 내벽에 대하여 탄성적으로 압접되어, 광파이버 또는 광파이버다발을 금속관내에 안내하는 도입튜브를 가지고, 상기 여장조정수단은 상기 금속관 및 광파이버 또는 광파이버다발의 장력을 감고, 그들의 장력을 서서히 감소시키는 회전드럼과, 상기 광파이버 도입수단의 전단에 배치되고, 상기 광파이버 또는 광파이버다발의 장력을 조정하는 파이버 장력조정수단을 포함하는 것을 특정으로 하는 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 도입튜브는, 광파이버의 도입구와 금속관 삽입부와의 사이에 연결된 불활성가스 또는 충전제의 도입튜브를 가지는 것을 특정으로 하는 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조장치.
8. 제6항에 있어서, 상기 용접수단은, 레이저광의 촛점을 상기 금속관의 맞대기부의 내측으로 맺어지도록 배치된 것을 특징으로 하는 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 레이저광의 촛점 어긋남 양을 조사하는 레이저광의 파워와, 미용접부가 발생하지 않는 용접속도에 따라서 정해지는 일정범위로 설정한 것을 특징으로 하는 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조장치.
10. 제6항에 있어서, 상기 용접수단은, 금속관의 맞대기부를 레이저광의 조사위치 및/또는 금속관의 패스라인에 대하여 일정위치로 위치결정하는 위치조절수단을 가지는 것을 특징으로 하는 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조장치.
11. 제6항에 있어서, 상기 회전드럼은, 상기 금속관 및 광파이버 또는 광파이버다발을 견인하는 캡스턴을 가지는 것을 특징으로 하는 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조장치.
12. 제6항에 있어서, 상기 회전드럼의 상류측에 무한궤도형 캡스턴을 가지는 것을 특징으로 하는 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조장치
13. 제6항에 있어서, 상기 장력가변수단의 하류측에 상기 금속관의 장력을 조정하는 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조장치.
14. 제6항에 있어서, 상기 성형수단의 상류측에 금속스트립의 장력을 조절하는 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 금속관 피복 광파이비 케이블의 제조장치.
15. 견인되는 길이방향으로 틈을 가지는 금속관과, 그 금속관의 틈을 밀봉하는 레이저 용접수단과, 한쪽에 상기 금속관과 걸어맞추는 홈을 가지는 가이드 슈우와, 그 가이드 슈우의 위치를 레이저광의 촛점위치및/또는 금속관의 패스라인에 대하여 일정위치로 위치결정하는 위치결정수단을 가지는 것을 특징으로 하는금속관 피복 광파이버 케이블의 제조장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 위치결정수단은 그 위치결정수단의 상류측 및 하류측에 있어서 상기 금속관을 지지하는 고정 롤 사이에 배치되고, 상기 가이드 슈우의 위치를 금속관의 패스라인에 대하여 약간은 상방또는 하방으로 고정하는 것을 특징으로 하는 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조장치.
17. 제15항에 있어서. 상기 위치결정수단은, 상기 금속관의 틈의 위치를 수평방향으로 미조정하는 작동기와, 상기 금속관의 틈의 위치를 수직방향으로 미조정하는 작동기를 가지는 것을 특징으로 하는 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조장치.
18. 제15항에 있어서, 상기 가이드 슈우는 복수이며, 그들간의 위치에 상기 금속관의 틈을 관찰하는 모니터를 가지는 것을 특징으로 하는 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조장치.
19. 견인되는 금속스트립을 금속관으로 형성하는 성형공정과 상기 금속관을 밀봉하는 용접공정과, 금속관내에 광파이버를 도입하는 광파이버 도입공정을 가지는 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조방법에 있어서, 상기 광파이버 도입공정에서는, 금속관내로 삽입되고 용접면과 반대측의 내면에 대하여 탄성적으로 압접되어, 광파이버 또는 광파이버다발을 금속관내에 안내하는 도입튜브를 통하여 광파이버를 상기 금속관내에 도입하는 것을 특징으로 하는 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조방법.
20. 견인되는 금속스트립의 양단을 맞대어 금속관으로 형성하는 성형공정과, 상기 금속관에 광파이버 또는 광파이버다발을 도입하는 광파이버 도입공정과, 상기 금속관의 맞대기부를 밀봉하는 용접공정과 광파이버의 금속관에 대한 여장을 제어하는 여장조정공정을 가지는 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조방법에 있어서, 상기 광파이버 도입공정은, 상기 금속관내로 삽입되고, 레이저광의 조사면과는 반대측의 내벽에 대하여 탄성적으로 압접되는 도입튜브를 통하여 광파이버 또는 광파이버다발을 금속관내에 도입하고, 상기 여장조정공정은, 회전드럼에 의해, 상기 금속관 및 광파이버 또는 광파이버다발의 장력을 감고 또한 그들의 장력을 서서히 감소시키는 공정과, 상기 광파이버 또는 광파이버다발의 장력을 조정하는 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조방법.
21. 제19항에 있어서, 상기 용접공정에서는, 레이저 용접수단에 의해 금속관을 밀봉하는 것을 특징으로하는 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조방법.
22. 제21항에 있어서, 상기 용접공정에서는, 레이저광의 촛점을 상기 금속관의 맞대기부의 내측으로 맺어지도록 배치하는 것을 특징으로 하는 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조방법.
23. 제22항에 있어서, 상기 레이저광의 촛점 어긋남 양을 조사하는 레이저광에 파워와 미용접부가 발생하지 않은 용접속도에 따라서 정해지는 일정범위로 설정한 것을 특징으로 하는 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조방법.
24. 제21항에 있어서, 상기 용접공정에서는, 금속관의 맞대기부를 레이저광의 촛점위치 및/또는 금속관의 패스라인에 대하여 일정위치로 위치결정하는 것을 특징으로 하는 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조방법.
25. 제19항에 있어서, 상기 광파이버 도입공정에서는, 광파이버와 충전제 또는 불활성 가스를 동일의 도입튜브를 통하여 동시에 금속관내에 도입하는 것을 특징으로 하는 금속관 피복 광파이버 케이블의 제조방법.