KR20030089422A - 광 파이버의 드로잉 방법 및 그 장치 - Google Patents

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KR20030089422A KR10-2003-0021887A KR20030021887A KR20030089422A KR 20030089422 A KR20030089422 A KR 20030089422A KR 20030021887 A KR20030021887 A KR 20030021887A KR 20030089422 A KR20030089422 A KR 20030089422A
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야마다도루
오에마사하루
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스미토모덴키고교가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 자외선 경화 수지가 경화할 때까지의 시간을 충분히 확보하여, 피복 수지부에 변형을 발생시키지 않고, 광 파이버를 고속으로 드로잉할 수 있는 광 파이버의 드로잉 방법 및 그 장치를 제공한다.
유리에 자외선 경화 수지로 이루어지는 피복을 실시한 광 파이버를 원하는 외경으로 드로잉하는 광 파이버의 드로잉 방법으로, 자외선 조사로 출구에서 광 파이버를 하류 측으로 잡아당기는 캡스턴(capstan)의 입선부까지의 주행 시간이 0.5초 이상이 되도록 설정하여, 선속 1000m/분 이상으로 드로잉하고, 피복을 실시한 후의 상기 광 파이버의 외경을 240㎛ 내지 260㎛이 되도록 드로잉한다.

Description

광 파이버의 드로잉 방법 및 그 장치{A method of drawing optical fiber and an apparatus thereof}
본 발명은 수지 피복에 변형을 발생시키지 않고, 광 파이버를 고속으로 드로잉하는 광 파이버의 드로잉 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
광 파이버 주위에는 광 파이버를 보호하는 등의 목적에서 수지 피복을 실시하는 것이 일반적이다. 이 수지 피복으로서는, 실리콘 등의 열 경화성 수지를 사용하는 경우와 자외선 경화 수지를 사용하는 경우가 있다.
열 경화성 수지를 사용하는 경우는, 열 경화로에서 나온 광 파이버가 고온이 되기 때문에, 열 경화로와 광 파이버를 담당하는 캡스턴(capston) 사이에 강제 냉각하기 위한 장치를 설치하는 것이 일반적이다.
한편, 자외선 경화 수지를 사용하는 경우는, 자외선 조사로에서 나온 광 파이버가 그다지 고온이 되지 않기 때문에, 자외선 조사로 출구에서 캡스턴의 입선부까지의 사이에 소정의 패스 라인 길이를 확보하여 광 파이버를 자연 공냉하는 것이 일반적이다. 특히, 수지 피복 후의 외경이 250㎛ 정도의 통상 일반적으로 자주 사용되는 광 파이버를 제조하는 경우는, 수지 피복부의 열 용량이 작기 때문에, 자연 공냉으로 충분히 냉각이 가능하게 되어 있다.
종래의 광 파이버의 드로잉 방법 및 그 장치에 대해서 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 자외선 경화 수지에 의한 피복을 형성하는 종래의 광 파이버의 드로잉 장치(101)의 개략 구성도이다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 모재(102)의 하단부(102b) 주위에는 가열로(104)가 배치되며, 모재(102)의 하단부(102b)를 용융시킴으로써, 모재(102)의 드로잉이 행하여져, 가는 직경의 광 파이버(105)가 된다.
이 가는 직경의 광 파이버(105)는 피복 장치(106)로 보내져, 자외선 조사에 의해 경화하는 자외선 경화 수지에 의해 외주가 수지 피복된다.
피복 장치(106)에 의해 주위에 자외선 경화 수지의 코팅이 실시된 광 파이버(105)는 자외선 조사로(107)에 삽입 통과됨으로써 자외선이 조사되어, 자외선이 조사된 수지 피복은 서서히 반응하여 경화하여 간다. 자외선 조사로(107)에서 나온 광 파이버(105)는 가이드 롤러(108)에 의해 방향이 바뀐 후, 캡스턴(109)에 의해서 잡아당겨져서, 권취 보빈(110)에 감긴다.
캡스턴(109)은 캡스턴 휠(109A)과, 상기 캡스턴 휠(109A)로 가압된 캡스턴벨트(고무 벨트 등; 109B)로 이루어지며, 광 파이버(105)를 캡스턴 휠(109A)과 캡스턴 벨트(109B) 사이에 삽입한 상태에서, 캡스턴 휠(109A) 또는 캡스턴 벨트(109B)를 구동함으로써, 권취 보빈(12) 방향으로 잡아당기는 것이다.
최근에는, 제조 효율을 올리기 위해 광 파이버의 드로잉 속도는 점점 더 고속화되는 경향에 있어, 단시간에 대량의 광 파이버를 제조하는 것이 요구되고 있다.
이렇게 드로잉 속도가 고속이 된 경우, 광 파이버(105)는 캡스턴(109)에 의해 옆쪽부터 파지되면서 잡아당겨지게 되지만, 피복 수지가 충분히 경화하지 않는 동안에 캡스턴(109)에 의해 광 파이버를 파지하면, 피복 수지에 캡스턴 벨트(109B)의 고무 요철이 전사되어 변형되어버려, 제품의 전송 특성 불량 원인으로 되어버린다.
이 때문에, 자외선 경화 수지를 사용하면, 수지 피복부의 열 용량이 작기 때문에, 캡스턴(109)에 파지될 때까지 피복 수지는 경화할 수 있어, 변형되지 않는다고 되어 있었다.
그렇지만, 고속 드로잉 장치에 있어서, 자외선 경화 수지를 사용한 경우에도 피복 변형이 발생하였다.
이 때문에 본 발명자는 자외선 조사로의 출구에서 캡스턴 입선부까지의 패스 라인 사이에 냉각 장치를 설치하여, 피복부의 온도를 냉각하는 실험을 하였지만,피복 변형이 생겼다. 이 때의 자외선 조사로의 출구에서 캡스턴 입선부에 있어서의 광 파이버의 피복부 온도를 측정한 바 60℃ 내지 70℃ 정도로, 충분히 냉각되어 있는 온도였다.
더욱이, 본 발명자는 실험을 진행시킨 바, 드로잉 속도를 저하시키지 않고, 자외선 조사로의 출구에서 캡스턴 입선부까지의 패스 라인 길이를 변화시켜, 광 파이버에 자외선 조사되고나서 캡스턴에 입선하기까지의 시간을 소정의 시간 이상으로 한 경우는, 피복 변형이 생기지 않는 것을 알았다. 따라서, 이 피복 변형의 원인은 자외선 경화 수지가 경화할 때의 광 중합 반응을 위한 반응 시간을 충분히 확보할 수 없던 것으로 추측된다.
본 발명은 상술한 사정에 비추어 이루어진 것으로, 그 목적은 자외선 경화 수지가 경화하기까지의 시간을 충분히 확보하여, 피복 수지부에 변형을 발생시키지 않고, 광 파이버를 고속으로 드로잉할 수 있는 광 파이버의 드로잉 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 관련되는 실시예의 광 파이버의 드로잉 장치를 도시하는 개략 구성도.
도 2는 가이드 롤러 가동 기구의 구성을 도시하는 개략 사시도.
도 3은 광 파이버의 구성을 도시하는 개략 단면도.
도 4는 본 발명에 관련되는 실시예의 광 파이버의 드로잉 방법에 있어서, 선속 1000m/분 내지 1500m/분으로 드로잉한 경우의 이상 점수와 주행 시간과의 관계를 도시하는 그래프.
도 5는 종래의 광 파이버의 드로잉 장치의 개략 구성도.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※
1: 광 파이버의 드로잉 장치 2: 모재
2b: 하단부 3: 모재 이송 기구
4: 가열로 5: 광 파이버
5A: 유리부 5B: 수지 피복부
6: 선 직경 측정기 7: 피복 장치
8: 자외선 조사로 9: 가이드 롤러
10: 가이드 롤러 가동 기구 10A, 10B: 가이드 롤러
11: 캡스턴 11A: 캡스턴 휠
11B: 캡스턴 벨트 12: 권취 보빈
13: 온도 제어기 14: 선 직경 제어기
15: 속도 제어기 16: 드로잉 제어기
17: 패스 라인 길이 제어기 18: 연산 수단
본 발명에 관련되는 광 파이버의 드로잉 방법은, 청구항 1에 기재한 바와 같이, 유리에 자외선 경화 수지로 이루어지는 피복을 실시한 광 파이버를 원하는 외경에 드로잉하는 광 파이버의 드로잉 방법으로, 자외선 조사로의 출구에서 광 파이버를 하류 측으로 잡아당기는 캡스턴의 입선부까지의 주행 시간이 0.5초 이상이 되도록 설정하여, 선속 1000m/분 이상으로 드로잉하고, 피복을 실시한 후의 상기 광파이버의 외경을 240㎛ 내지 260㎛이 되도록 드로잉하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 자외선 조사로의 출구에서 캡스턴의 입선부까지 주행하는 데 0.5초 이상 걸리도록 설정하기 때문에, 수지 피복 경화를 위한 반응 시간을 충분히 확보할 수 있어, 캡스턴에서의 변형 우려를 없애면서 고속으로 광 파이버를 드로잉할 수 있다.
본 발명에 관련되는 광 파이버의 드로잉 방법은 청구항 2에 기재한 바와 같이, 상기 선속과 상기 주행 시간을 연산한 결과에 의해, 상기 자외선 조사로의 출구에서 광 파이버를 하류 측으로 잡아당기는 캡스턴의 입선부까지의 거리를 설정하여 드로잉하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 선속과 주행 시간을 연산한 결과로부터, 거리를 설정함으로써, 자외선 조사로의 출구에서 캡스턴의 입선부까지 주행 시간을 수지 피복의 경화를 위한 반응 시간 이상으로 할 수 있다.
본 발명에 관련되는 광 파이버의 드로잉 장치는 청구항 3에 기재한 바와 같이, 유리에 자외선 경화 수지로 이루어지는 피복을 실시한 광 파이버를 원하는 외경에 드로잉하는 광 파이버의 드로잉 장치로, 상기 자외선 경화 수지 경화를 위한 반응 시간을 확보할 수 있는 자외선 조사로의 출구에서 캡스턴의 입선부까지의 패스 라인의 주행 시간과 선속을 연산하여, 상기 패스 라인의 길이를 산출하는 연산 수단과, 상기 연산 수단에 의해 산출된 길이가 되도록 상기 버스 라인의 길이를 제어하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의해, 자외선 조사로의 출구에서 캡스턴의 입선부까지 주행 시간을 수지 피복 경화를 위한 반응 시간 이상으로 제어할 수 있다.
본 발명에 관련되는 광 파이버의 드로잉 장치는 청구항 4에 기재한 바와 같이, 상기 주행 시간이 0.5초 이상 또한 상기 선속이 1000m/분 이상이 되도록 설정되며, 피복을 실시한 후의 상기 광 파이버의 외경이 240㎛ 내지 260㎛이 되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의해, 자외선 조사로의 출구에서 캡스턴의 입선부까지 주행 시간을 0.5초 이상 또한 선속이 1000m/분 이상이 되도록 설정할 수 있으며, 이 때의 선속이 1000m/분 이상이 되도록 설정되어, 피복을 실시한 후의 광 파이버 외경이 240㎛ 내지 260㎛으로 할 수 있고, 수지 피복 경화를 위한 반응 시간 이상으로 제어할 수 있어, 캡스턴에서의 변형 우려를 없애면서 고속으로 광 파이버를 드로잉할 수 있다.
발명의 실시예
이하, 본 발명에 관련되는 광 파이버의 드로잉 방법 및 그 장치의 실시예를 도면에 근거하여 설명한다.
도 1은 자외선 경화 수지에 의한 피복을 형성하는 광 파이버의 드로잉 장치의 개략 구성도이다. 도 1에 있어서, 광 파이버의 드로잉 장치(1)는 코어와 클래드를 소정의 굴절율 분포를 갖는 유리 막대형 모재(프리폼; 2)를 미리 작성해 둔다. 모재(2)는 유리 미립자를 막대형으로 퇴적시킨 것을 탈수한 후, 1600℃ 정도로 가열함으로써, 투명화함으로써 작성된다.
광 파이버의 구성에 따라서는, 모재 작성 시에 염소를 첨가시킴으로써, 염소를 첨가한 광 파이버를 작성할 수도 있다. 이렇게 하여 작성된 모재(2)를 제조 장치의 상부에 배치된 모재 이송 기구(3)에 지지시킨다. 모재 이송 기구(3)는 모재(2)를 상하 방향으로 이동 가능하게 모재(2)의 위쪽 부분을 파지하고 있다.
모재(2)의 하단부(2b) 주위에는 가열로(4)가 배치되어, 모재(2)의 하단부(2b)를 용융시킴으로써, 모재(2)의 드로잉이 행하여져, 가는 직경의 광 파이버(5)가 된다. 광 파이버(5)는 선 직경 측정기(6)에 의해 광 파이버(5)의 선 직경이 측정된 후, 피복 장치(7)에 보내진다. 피복 장치(7)에서는, 자외선 조사에 의해 경화하는 자외선 경화 수지에 의해 광 파이버(5)의 외주가 수지 피복된다.
피복 장치(7)에 의해 주위에 자외선 경화 수지의 코팅이 실시된 광 파이버(5)는 자외선 조사로(8)에 삽입 통과됨으로써 자외선이 조사되어, 자외선이 조사된 피복 수지부는 서서히 반응하여 경화하여 간다. 자외선 조사로(8)에서 나온 광 파이버(5)는 가이드 롤러(9)에 의해 방향을 바뀐 후, 가이드 롤러 가동 기구(10)용 가이드 롤러(10A, 10B)를 경유하면서 캡스턴(11)에 의해 잡아당겨져 권취 보빈(12)에 감긴다.
가이드 롤러 가동 기구(10)는 도 2에 도시하는 바와 같이, 가이드 롤러(10A, 10B)로 이루어지며, 가이드 롤러(10A)의 위치를 바꿀 수 있는 것으로, 가이드 롤러(10A)의 위치를 바꿈으로써, 가이드 롤러(10A와 10B)와의 간격을 조정할 수 있도록 할 수 있다. 이와 같이, 가이드 롤러(10A와 10B)와의 간격을 바꿈으로써, 자외선 조사로(8)의 출구에서 캡스턴(11)의 입선부까지의 버스 라인 길이를 바꿀 수있다.
캡스턴(11)은 캡스턴 휠(11A)과, 상기 캡스턴 휠(11A)로 가압된 캡스턴 벨트(11B)로 이루어지며, 광 파이버(5)를 캡스턴 휠(11A)과 캡스턴 벨트 사이에 삽입한 상태에서, 캡스턴 휠(11A) 또는 캡스턴 벨트(11B)를 구동함으로써, 권취 보빈(12) 방향으로 잡아당기는 것이다.
또한, 이 광 파이버의 드로잉 장치(1)에는 가열로(4)의 온도를 제어하기 위한 온도 제어기(13)와, 광 파이버(5)의 외경을 제어하기 위한 선 직경 제어기(14)와, 캡스턴(11)과 권취 보빈(12)의 속도를 제어하기 위한 속도 제어기(15)와, 광 파이버(5)의 드로잉 속도를 제어하기 위한 드로잉 제어기(16)와, 가이드 롤러 가동 기구(10)의 가이드 롤러(10A와 10B)와의 간격을 제어하는 패스 라인 길이 제어기(17)가 구비되어 있다.
가열로(4)에서 나온 광 파이버(5)는 선 직경 측정기(6)에 의해 광 파이버(5)의 선 직경이 측정되어, 그 측정 결과가 선 직경 제어기(14)에 입력된다.
계속해서, 선 직경 제어기(14)로부터 광 파이버(5)의 외경에 관한 정보가 속도 제어기(15)에 입력됨으로써, 광 파이버(5)의 외경이 원하는 외경이 되도록 속도 제어기(15)에 의해 선속이 제어된다. 이 선속 정보 제어기(16)에 보내져 가, 드로잉 장치(16)에서는 설정 선속과 현재의 실제 선속을 비교하여, 설정 선속치와 실제 선속치의 차이를 조정하는 모재 이송 속도가 모재 이송 기구(3)에 의해 조정된다.
또한, 가이드 롤러(9, 10A, 10B)는 광 파이버(5)를 옆쪽부터 압력을 걸어 삽입하는 일은 하지 않기 때문에, 광 파이버(5)에 대하여 수지 피복부(5B)를 변형시키는 영향은 주지 않는다. 캡스턴(11)에 의해 잡아당겨진 광 파이버(5)는 권취 보빈(12)에 감긴다.
이 광 파이버의 드로잉 장치(1)에 의해 드로잉되어, 도 3에 도시하는 바와 같은 유리부(5A)와 수지 피복부(5B)로 이루어지는 광 파이버(5)가 피복부 외경 240㎛ 내지 260㎛, 유리 직경 125㎛으로 형성된다.
본 실시예의 광 파이버의 드로잉 장치(1)에서는, 수지 피복부 외경이 240㎛ 내지 260㎛이 되는 광 파이버(5)를 형성함에 있어서, 자외선 경화 수지의 경화를 위한 반응 시간을 확보할 수 있는 필요한 패스 라인의 길이를 연산 수단(18)이 패스 라인의 주행 시간과 선속으로부터 연산하여 산출한다.
그리고, 산출된 필요한 버스 라인의 길이 정보가 버스 라인 길이 제어기(17)로 보내지고, 버스 라인 길이 제어기(17)가 가이드 롤러 가동 기구(10)를 제어하여, 선속에 따라서 자외선 조사로(8)가 출구에서 캡스턴(11)의 입선부까지의 패스 라인 길이를 변경한다.
이렇게 하여, 자외선 조사로(8)의 출구에서 캡스턴(11)의 입선부까지 광 파이버(5)가 주행하는 데 걸리는 주행 시간(T)을 확보하고 있다.
상기 주행 시간(T)은 자외선 경화 수지 경화를 위한 반응 시간을 확보할 수 있는 시간으로, 선속 1000m/분 이상으로 드로잉함에 있어서, 상술한 주행 시간(T)을 0.5초 이상이 되도록 설정하고 있다.
이로써, 자외선 경화 수지가 경화하는 광 중합 반응 시간을 충분히 확보할 수 있게 된다. 그 때문에, 고속으로 드로잉을 하여도 캡스턴(11)에서의 피복 변형우려를 없앨 수 있다.
본 발명자는 버스 라인 길이 제어기(17)에 의해, 가이드 롤러 가동 기구(10)를 조정하여 패스 라인 길이를 변화시켜 주행 시간을 설정하여, 선속 1000m/분 내지 1500m/분으로 드로잉하여, 피복 수지부의 외관 이상의 발생수(이상 점수(点數))를 측정하여, 표 2의 결과를 얻었다. 또한, 이 이상 점수는 광 파이버 5mm 길이 단위로, 판별할 수 있는 요철을 이상점으로 하여 센 것이다.
또한, 선속이 느린 경우의 참고치로서, 선속 600m/분 내지 800m/분의 경우를 표 1에 도시한다. 표 1 및 표 2에 있어서의 패스 라인 길이의 단위는 m, 선속 단위는 m/분, 주행 시간(T)의 단위는 초이다.
패스 라인 길이 선속 주행 시간 이상 점수
4 600 0.40 0
8 600 0.80 0
16 800 1.20 0
24 800 1.80 0
패스 라인 길이 선속 주행 시간 이상 점수
4 1000 0.24 10
8 1000 0.48 1
12 1000 0.72 0
16 1000 0.96 0
4 1200 0.20 32
8 1200 0.40 3
12 1200 0.60 0
16 1200 0.80 0
4 1500 0.16 128
8 1500 0.32 32
16 1500 0.64 0
24 1500 0.96 0
더욱이, 상기 표 2의 결과의 이상 점수와 주행 시간과의 관계를 도 4에 도시한다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 주행 시간(T)을 0.5초 이상의 시간으로 설정하면, 피복 수지부의 외관 이상의 발생수(이상 점수)가 0개가 되는 것을 알 수 있다. 이로써, 고속으로 광 파이버를 드로잉하는 선속 1000m/분 이상의 영역에서는, 캡스턴(11)에서의 피복 변형 우려를 없앨 수 있다.
이상 상세하게 기술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 자외선 조사로에서 캡스턴까지 광 파이버가 주행하는 데 걸리는 주행 시간(T)을 0.5초 이상으로 설정하였기 때문에, 자외선 경화 수지 경화를 위한 반응 시간을 충분히 확보할 수 있다. 따라서, 캡스턴에서의 변형 우려를 없애면서 고속으로 광 파이버를 드로잉할 수 있어, 제조 효과 향상을 도모할 수 있다.
또한 여기서는, 캡스턴을 사용한 설비를 기재하였지만, 텐션 헬퍼(tension helper)(도 5의 109B가 없는 것)를 사용한 설비에 있어서도 표면 요철이 전사되는 원리는 같아, 같은 효과가 기대되는 것으로 생각된다.

Claims (4)

  1. 유리에 자외선 경화 수지로 이루어지는 피복을 실시한 광 파이버를 원하는 외경에 드로잉하는 광 파이버의 드로잉 방법에 있어서,
    자외선 조사로의 출구에서 광 파이버를 하류 측으로 잡아당기는 캡스턴의 입선부까지의 주행 시간이 0.5초 이상이 되도록 설정하여, 선속 1000m/분 이상으로 드로잉하고, 피복을 실시한 후의 상기 광 파이버의 외경을 240㎛ 내지 260㎛이 되도록 드로잉하는 것을 특징으로 하는 광 파이버의 드로잉 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 선속과 상기 주행 시간을 연산한 결과에 의해, 상기 자외선 조사로의 출구에서 광 파이버를 하류 측으로 잡아당기는 캡스턴의 입선부까지의 거리를 설정하여 드로잉하는 것을 특징으로 하는 광 파이버의 드로잉 방법.
  3. 유리에 자외선 경화 수지로 이루어지는 피복을 실시한 광 파이버를 원하는 외경에 드로잉하는 광 파이버의 드로잉 장치에 있어서,
    상기 자외선 경화 수지의 경화를 위한 반응 시간을 확보할 수 있는 자외선 조사로의 출구에서 캡스턴의 입선부까지의 패스 라인의 주행 시간과 선속을 연산하여, 상기 패스 라인의 길이를 산출하는 연산 수단과,
    상기 연산 수단에 의해 산출된 길이가 되도록 상기 패스 라인의 길이를 제어하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광 파이버의 드로잉 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 주행 시간이 0.5초 이상 또한 상기 선속이 1000m/분 이상이 되도록 설정되며, 피복을 실시한 후의 상기 광 파이버의 외경이 240㎛ 내지 260㎛이 되도록 구성된 것을 특징으로 하는 광 파이버의 드로잉 장치.
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