KR960006114B1 - 복합 보빈의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음

Description

복합 보빈의 제조 방법

제1도는 광 케이블을 감는 보빈의 사시도 ;

제2도는 경화성 접착제 층이 가해진 보빈의 일부에 대한 확대측면도 ;

제3도는 접착제 층위에 강 와이어층을 감기 위한 장치의 사시도 ;

제4도는 나선형 홈 패턴을 형성하는 위치에 와이어가 감겨진 보빈의 일부에 대한 학대 측단면도 ;

제5도는 나선형으로 감긴 와이어가 제거되고 접착제층에 기저층이 헝성되어 있는 보빈의 일부에 대한 확대 측단면도 ;

제6도는 광케이블이 감겨진 보빈의 일부에 대한 확대 측단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 복합보빈 12 : 중앙부

14 : 확장단부 16 : 접착제층

22 : 와이어 36 : 와이어층

38 : 나선홈 기저층 42 : 광케이블

본 발명은 광섬유의 이용에 관한 것으로, 특히 광섬유 케이블을 감는 보빈의 구성에 관한 것이다.

광섬유는 전송되는 광 비임이 내부 전반사를 하도록 처리되는 유리섬유의 스트랜드이다. 광섬유의 길이가 수백 미터에 이른다 하더라도 상기 광섬유내로 입사한 광의 입사강도의 대부분은 섬유의 타단에 수광된다. 광섬유를 따라서는 고밀도의 정보가 전송될 수 있기 때문에, 그리고 그 신호의 품질은 금속성 와이어에서 전송되는 전기신호보다 각종 유형의 외부 간섭을 적게 받기 때문에 통신 분야에서 광섬유가 크게 각광 받고있다. 게다가, 유리섬유는 경량이며, 이산화규소와 같이 지구상에 다량으로 존재하는 물질로 제조된다.

유리 광섬유는 하나가 다른 하나의 안쪽에 배치된 광굴절율이 다른 두가지 유리의 모재를 준비한 다음, 그 모재를 섬유로 형성하는 것에 의해 제조되는 것이 전형적이다. 유리를 굵힘과 같은 손상으로 부터 보호하기 위해서 광섬유를 버퍼라고 불리는 중합체층으로 피복하는 바, 버퍼층 안쪽에 광섬유를 배치한 이들 조합체는 "광 케이블"이라 불리어지고 있다. 치수와 관련하여, 전형적인 구성에 있어서 유리 광섬유의 직경은 약 125μm이며, 광섬유와 중합체 버퍼를 합한 직경(광 케이블의 직경)은 약 250μm(대략0.010 인치)이다.

이러한 매우 미세한 섬유에 대해서는, 광 전송 특성을 감소시킬 수도 있는 손상을 피하도록 광섬유와 광케이블을 취급하는 것이 중요한 고려대상이 되고 있다. 광케이블은 알루미늄이나 복합 물질로 이루어진 원통형의 또는 테이퍼진 보빈위에 감겨지는 것이 전형적인데, 상기 광케이블은 나란한 형태의 서로 인접한 수많은 권선들로 권취된다. 광케이블의 제1층이 권취될 기부를 설치하기 위해서, 광케이블과 거의 직경이 동일한 강 와이어의 기저층을 보빈에 제일 먼저 감는다. 그 다음 상기 와이어 기저부 위에 광케이블을 감는다. 일층이 완성된 후, 제1층의 상측에 광케이블의 또다른 층을 감으며, 이 동작은 반복된다. 보빈과 광케이블 덩어리는 섬유 팩이라고 불리운다. 나중에 광케이블을 사용할 때 광케이블은 배출축이라고 불리는 보빈 및 캐니스터의 축과 평행한 방향으로 캐니스터에서 배출된다.

광케이블이 빠른 속도로, 예를 들면 초당 백미터 이상으로 캐니스터에서 배출되는 경우에는 광섬유의 권선을 캐니스터상의 적소에 접착제로 고정시켜야만 한다는 것이 경험상으로 인식되어 오고 있다. 상기 접착제는 인접한 권선들 및 층들을 캐니스터에 최초로 감을 때와 인접한 권선부들 및 층들을 배출할 때 광케이블의 각 권선부들을 적소에 유지시킨다. 접착제를 이용하지 않는다면 광케이블의 배출이 균일하고 규칙적으로 되지 않을 수도 있기 때문에, 케이블이 뒤얽히거나 걸리게 되어 케이블 배출시 케이블을 손상시키거나 또는 파손시킬 수도 있다.

광케이블이 보빈 및 와이어의 기저층에 유연하게 감겨져서 균일한 섬유팩을 형성했다 하더라도, 저장기간이 길거나 온도변화시에는 보빈, 기저층과 섬유팩간의 열팽창차로 인해서 접착제로 속박된 섬유팩이 제위치에서 이탈할 수도 있다. 또한, 보빈 테이퍼 및 권취장력으로부터 생긴 종방향 힘을 포함한 다른 요인에서 불안정성이 생길 수 있는데, 이것으로 인해서 기저층의 와이어가 빠져나와 버릴 수도 있다. 섬유 팩의 변위가 일어나면 섬유팩의 분리 또는 붕괴가 생겨서 나중에 광케이블이 균일하게 배출되지 않을 것이다.

이와 유사한 문제는 도전성 금속 와이어를 알루미늄 보빈에 감았던 종래의 실시형태에서도 나타났다. 이 문제점은 보빈에 적절한 피치의 흠이 파인 표면을 형성하고 그 홈위에 와이어를 감음으로써 해결되었다. 상기 홈은 보빈의 표면에 경화성 접착제를 가하고, 상기 접착제를 B-단계화하고, 매우 특정하게 가해지는 장력하에서 와이어를 상기 보빈 둘레에 나선형으로 감은 후, 상기 저박제를 와이어와 함께 적소에서 완전히 경화시킴으로써 형성되었다. 홈을 형성시킨 와이어를 제거하고 나면 경화된 접착제에 나선형 패턴이 남았으며, 상기 나선패턴에 도전성 와이어를 감았다. 그러나, 이와 동일한 접근법을 광케이블과 함께 이용되는 그래파이트-에폭시 복합보빈에 대해 시험에 보았더니 적절한 크기의 홈이파인 규칙적인 나선 형태를 형성할수가 없었다.

따라서, 섬유팩이 사용중에 적절한 배출을 불가능하게 할 수 있는 이탈 유형의 사고에 대하여 저장중 저항하는 방식으로 복합 보빈에 섬유팩을 형성하는 접근법이 필요하다. 본 발명은 이러한 필요성을 충족시키며, 이와 관련된 잇점들도 추가고 제공한다.

본 발명은 복합물질 또는 열 팽창율이 낮은 다른 유형의 물질로 제조된 보빈에 홈이 파진 기저층을 형성하는 방법을 제공한다. 그뒤 홈파인 기저층위에는 광섬유 팩이 감겨진다. 흠파인 기저층의 용도는 와이어가 빠져나옴으로써 생기는 모든 배출사고를 제거하는 겻이다. 이 방법은 광섬유 캐니스터의 대량생산에 쉽게 이용된다.

본 발명에 따르면, 일 케이블 직경을 갖는 광케이블이 감겨질 수 있는 나선형으로 홈이 파인 외면을 갖는 복합 보빈을 제조하기 위한 방법은 ; 복합물질로 제조된 본체를 갖는 보빈을 제공하는 단계와 ; 상기 보빈의 상기 본체의 상기 외면에 경화성 접착제 층을 도포하는 단계와 ; 상기 접착제를 부분적으로 경화시키는 단계와 ; 상기 보빈의 상기 본체 둘레의 상기 경화성 접착제 층위에 광케이블보다 큰 직경을 갖는 와이어를 장력하에서 나선형으로 감는 단계와 ; 상기 보빈을 가열하여 상기 접착제로 연화시킨 다음 완전히 경화시키고, 그 후 상기 보빈을 냉각하는 단계와 ; 상기 보빈의 외면상에 나선형 홈 패턴이 남겨지도록 상기 나선형으로 감겨진 와이어를 제거하는 단계를 포함하고, 상기 접착제의 경화 싸이클과 상기 장력은 상기 광케이블 직경이 약 1/3에 해당하는 깊이를 갖는 홈을 충분히 형성시키도록 조합된다. 상기 접착제의 부분 경화는 당해 업계에서 "B-단계 경화" 또는 "B-단계화"라 불리우고 있다.

본 발명은 또한 보빈 자체에도 관련된다. 본 발명의 실시태양에 따르면, 보빈은 : 비금속성 복합물질로 제조된 본체와 ; 상기 본체의 일부 외면에서 상기 본체의 길이를 따라 종방향으로 인접한 나선형의 패턴으로 형성된 홈을 갖는 경화성 접착제 층과 ; 상기 보빈의 상기 본체에 감겨진 광케이블을 포함하고, 상기 홈의 깊이는 상기 광케이블 직경이 약 1/3이다.

와이어는 종래의 실시예의 대략 2배 정도되는 비교적 높은 장력으로 감겨져야만 한다는 것이 발견되었다. 접착제를 경화시키기 위해 보빈을 가열할 때, 종래의 알루미늄 보빈의 경우에는 반경방향으로 상당량 팽창하지만 복합 보빈의 경우에는 그 팽창양이 아주 적다. 열팽창은 보빈을 확장시키므로, 그것이 없이 와이어의 장력만에 의해 이루어지는 것보다 권취된 와이어에서 더 높은 응력을 발생시킨다. 보빈이 알루미늄과 같이 열팽창율이 높은 물질로 제조된 경우에는, 팽창으로 유도된 응력이 권취응력에 중요하게 추가된다. 보빈이 복합물질과 같이 열팽창율이 낮은 물질로 제조된 경우에는, 나선형으로 감겨진 와이어의 사실상의 모든 원주방향 응력이 와이어 권취시 와이어에 최초로 걸린 장력에 의해 제공되어야만 한다.

또한, 복합 보빈에 대해서는, 종래의 것과 비교해서 덜 고화되고 나선형으로 감겨진 와이어에 의한 변형을 덜 방해하도록 접착제가 적은 시간동안 B-단계 경화된다. 광케이블 직경의 약 1/3 깊이의 홈을 갖는 나선훔 패턴을 이룰 수 있다. 본 발명의 또다른 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련하여 본 발명의 원리를 예시적으로 설명하는 바람직한 실시예에 대한 이하의 보다 상세한 설명에 의해 명백히 하고자 한다.

본 접근법에 따르면, 성형 가능한 기저층이 보빈의 표면에 제공되며, 상기 기저층은 나선형 홈이 파진 형태로 형성되어 경화되고, 상기 홈에는 광케이를이 감겨진다.

광케이블이 감겨진 보빈(10)은 제1도에 나타나 있다. 상기 보빈(10)은 일반적으로 중공형 원통형상체 또는 약 5도미만의 원추각으로 약간 테이퍼진 원추형상체이다. 상기 보빈은 반경방향으로 약간 오목한 중앙부(12) 및 반경방향 확장부(14)를 갖는다. 바람직한 실시예에 있어서, 상기 보빈(10)은 길이가 12.65인치이고 평균직경이 5.6인치이다. 종래의 것과 비교해 보면, 금속성 안내 와이어를 보유하는데 사용되는 종래의 전형적인 알루미늄 보빈은 그 길이가 6.5인치이고 평균직경이 1.0인치이다.

보빈(10)은 비금속성 복합 물질, 바람직하게는 그래파이트-에폭시 복합물질을 맨드릴 상에 감아서 경화시킴으로써 형성된다. 그러나 이와 유사한 다른 구성물질 및 제조방법도 사용할 수 있다. 그러한 복합물질의 중요한 특징은 그들의 원주방향 열팽창율이 낮다는 것이다. 복합보빈의 원주방향 열팽창율은 광케이블의 종방향 열팽창율과 거의 같으며, 전형적으로는 100ppm/°F 미만이다(알루미늄과 비교해 보면, 알루미늄의 열팽창율은 약 13ppm/。F이다).

본 발명은 보빈(10)의 중앙부(12)상에 기저층을 형성하는 것에 관련된다. 기저층을 형성한 후, 상기 기저층위에 광케이블은 나선형으로 감는다. 바람직한 광케이블은 직경이 약 0.008-0.011인치이며, 가장 바람직하게는 약 0.010인치이다. 이상에 기재된 수치는 가장 바람직한 값에 관련된 것이지만 본 발명은 상기 수치에 반드시 한정되지 않는다.

기저층을 형성하는 제1단계는 보빈(10)의 중앙부(12)에 경화성 접착제 한 층(16)을 배치하는 것이다. 접착제는 3-성분 에폭시 페인트계(three-part epoxy paint system)의 형태로 공급되는 것이 바람직하며, 중앙부(12)상에 약 0. 005인치의 두께(18)로 도포된다. 상기 3성분은 에폭시와 같은 경화성 성분, 상기 경화성 성분과 혼합되는 경화제, 및 에폭시와 경화제의 혼합물을 적용가능한 농도로 희석하는데 사용되는 희석제이다. 이와 같은 접착제계는, 적절한 B-단계화 및 경화처리가 이용되는 한 허용된다. 바람직한 접착제계는 Mil Standard MIL-P-47115, Type 1에서 충족된다. 가장 바람직한 접착제계는 Skilcraft Pioneer ChempIate MissiIe Flnlsh Paint 및 그 관련촉매와 희석제이다.

상기 접착제는 스프레이 건으로 분무하는 것에 의해 도포되는 것이 바람직하므로, 분무에 적당한 농도를 가져야 한다. 도포후에는, 에폭시층(16)을 상온으로부터 71℃까지 20분 동안 가열하고, 71℃에서 40분간 유지한 후, 30분에 걸쳐서 상온으로 냉각함에 의해, "B-단계" 상태로 부분적으로 경화된다. 이 B-단계에 서경화된 에폭시는 만져보면 굳이 있으나 완전히 경화되지는 않은 것이다. 접착제 두께 및 B-단계 시간/온도의 윤곽선은 B-단계화 후 와이어가 에폭시층(16)위에 균일하게 감질 수 있을 정도이다.

그 다음에는 만일의 강 와이어 층이 중앙부의 경화성 접착제층에 감겨진다. 강 와이어는 302형 스테인레스 강 와이어가 바람직하다. 그 직경은 나중에 보빈에 감겨질 광케이블의 공칭 직경보다 약 1 내지 약 3퍼센트 더 크도록 주의하여 선택한다. 따라서, 예를 들면 광케이블의 직경이 250μm로 측정되면 강 와이어는 직경이 약 252.5 내지 257. 5μm인 것으로 선택한다. 와이어의 직경은 광케이블 직경의 최소 편차를 수용할수 있도록 광케이블의 공칭 직경보다 더 커야만 한다. 그러나, 강 와이어가 상기 범위보다 사실상 더 크다면, 층간의 횡단선이 과도하게 나선형으로 되어, 다음 층들의 권취시 문제를 야기시킨다. 강 와이어가 상기 범위보다 작다면, 버퍼층의 두께 변화는 광케이블의 권취시 유연하고 규칙적인 나선패턴을 헝성하는 것을 방해하는 케이블의 돌출을 발생시킬 수 있다.

단일 층의 강 와이어(22)를 권취하기 위한 장치(20)는 제3도에 나타나 있다. 보빈(10)은, 그것의 원통형 또는 원추형 회전축(26)을 중심으로 회전되고 그 축(26)에 평행하게 이동될 수 있도록 축(24)에서 파지된다. 와이어(22)는 리일(28)로부터 공급되어, 장력 제어 풀리(30)를 지난 다음 일련의 안내풀리(32)를 지나간다. 상기 풀리(30)는 그것의 축에 대해서 수직인 방향으로 수평면내에서 이동할 수 있도록 지지된다. 장력 감지 풀리(34)는 와이어(22)를 압박하며, 상기 와이어(22)의 펀향은 걸린 장력 T에 의해 결정된다. 중량추(31)는 풀리(33)를 통과해서 풀리(30)의 축에 연결된 또 다른 와이어에 의해 현수되어 와이어(22)의 장력 T를 선택할 수 있게 한다. 중량추(3l)가 커질수록 T도 더 커진다. 장력 T의 크기의 선택에 대해서는 차후에 논의 하겠지만, 직경이 약 0. 010인치인 와이어(22)에 대한 바람직한 경우에 장력 T는 약 5. 5 파운드이다. 와이어(22)는 장력 T하에서 접착제층(16)의 상측에 감겨져서, 중앙부(12)의 전체 길이를 따라 층(36)을 형성한다.

적소에 와이어의 층(36)을 구비한 보빈(10)은 오븐내에 수납되고, 접착제층(16)을 우선은 연화시키다가 나중에는 그 최종상태로 경화시키기에 충분한 시간동안 상승된 온도로 가열된다. 바람직한 접근법에 있어서, 보빈은 71℃에서 15분동안 가열되고, 3시간 동안 71℃에서 유지된 훌 30분 이내에 상온으로 냉각된다.

제4도는 나선형으로 감겨진 단일 와이어층(36)이 상술한 방법에 의해 접착제층(16)위에 배치되었다는 점을 제외하고 제2도와 유사한 측면도이다. 접착제층(16)은, 와이어(22)가 장력하에서 권취된 후 가열되었기 때문에 와이어(22)의 압력에 의하여 약간의 홈이 파인 나선패턴으로 다소 변형되었다. 그후 보빈(10)을 상온으로 냉각한 후 와이어층(36)을 제거하면 제5도에 도시한 바와 같은 나선형 홈이 파인 기저층(38)이 남겨진다.

장력 T와 B-단계 경화 처리의 조합은 나선흠 기저층(38)의 홈 깊이가 기저층(38)위에 감겨진 광케이블 직경의 약 1/3이 되도록 선택한다. 흠 깊이가 이 수치보다 실질적으로 더 작다면, 광섬유 팩이 보빈을 따라 종방향으로 미끄러져서 광섬유팩에서 빠질 수 있는 가능성이 상당히 크다. 홈 깊이가 이 수치보다 실질적으로 더 크다면, 홈의 높은 벽면이 최종 경화후 상기 홈을 판 와이어 및 광섬유의 풀림을 방해할 수 있다.

와이어 장력, T, B-단계 경화 및 층(16)의 두께의 조합은 광섬유 직경의 약 1/3이 되는 홈 깊이를 이루는데 중요하다. 걸림 장력은 작은 직경을 갖는 알루미늄 보빈의 경우에 걸린 장력보다 횔씬 크며, 전형적으로는 2배이다. 장력은 복합 보빈을 이용할 때 더 커야만 하는데, 그 이유는 알루미늄 보빈은 접착제층의 가열 및 경화시 크게 팽창되어, 강 와이어의 장력에 열팽창 성분을 추가하기 때문이다. 접착제층은 보빈이 복합물질로 제조된 경우에 알루미늄으로 제조되었을 때만큼 오랜 시간동안 B-단계화되지 않아서, 경화이전에 접착제가 보다 크게 변형되는 것을 허용한다.

다층의 광케이블(42)은 기저층(38)위에 감겨진다. 제1층의 광섬유(42)는 기저층(38)의 홈내에 권취되며, 다음 층들의 광케이블(42)이 이전 층의 광케이블의 이접 권선들 사이에 권취된다.

따라서, 본 발명은 광케이블을 배출하기 위한 안정된 캐니스터를 제작하기 위한 재현가능한 방법을 제공한다. 설명하기 위한 목적으로 본 발명의 특정 실시예를 상세히 기술하였지만 본 발명의 정신 및 범주를 벗어나지 않고 각종 변경을 만들 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위를 제외하고는 한정되지 않는다.

Claims (9)

1. 소정의 케이블 직경을 갖는 광케이블을 권취할 수 있는 나선형 홈이 파인 외면을 갖는 복합 보빈을 제조하기 위한 방법에 있어서, 복합 물질로 제조된 본체를 갖는 보빈을 제공하는 단계와 ; 상기 보빈 본체의 상기 외면에 경화성 접착제층을 도포하는 단계와 ; 상기 접착제를 부분적으로 경화시키는 단계와 ; 상기 케이블 직경보나 큰 직경을 갖는 와이어를 상기 보빈본체 둘레의 상기 경화성 접착제 층위에 장력하에서 나선형으로 감는 단계와 ; 상기 보빈을 가열하여 상기 접착제를 연화시킨 다음 완전히 경화시키고, 그 후 상기 보빈을 냉각하는 단계와 ; 상기 보빈의 외면상에 나선형 홈 패턴이 남겨지도륵 상기 나선형으로 감겨진 와이어를 제거하는 단계를 포함하고 ; 상기 접착제의 경화 싸이클과 상기 장력은 상기 광케이블 직경의 약 1/3에 해당하는 깊이를 갖는 홈을 형성시키도록 조합되는 복합 보빈의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 와이어는 강으로 제조되는 복합 보빈의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 와이어는 약 0.010인치의 직경을 갖는 복합 보빈의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 경화성 접착제는 에폭시인 복합 보빈의 제조 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 보빈은 원통형상체인 복합 보빈의 제조 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 보빈은 약 5도 미만의 원추각을 갖는 원추형상체인 복합 보빈의 제조 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 와이어의 상기 직경은 상기 광케이블의 상기 직경보다 약 1퍼센트 내지 약 3퍼센트 더 큰 복합 보빈의 제조 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 보빈의 상기 본체는 그래파이트-에폭시 복합물질로 제조되는 복합 보빈의 제조 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 제거 단계 다음에는 상기 보빈의 본체위에 광케이블을 상기 홈내에 위치되도록 감는 단계를 더 포함하는 복합 보빈의 제조 방법.