KR20110021615A - 대구경의 지르코니아 캐필러리를 이용한 ｐｏｆ 광커넥터 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

대구경의 POF에 적용할 수 있고, 커넥터 단면이 마찰되어 광섬유의 코어의 흠집이 일어나는 것을 방지하는 대구경의 지르코니아 캐필러리를 이용한 POF 광커넥터 및 그 제조방법을 제공한다. POF 광커넥터는 스테인리스강(SUS) 또는 엔지니어링 플라스틱으로 형성된 하우징과, 상기 하우징의 일측에서 POF 광파이버를 수용할 수 있도록 내부 공간을 제공하는 내경이 150~1000㎛이고, 외경이 1250~3000㎛인 지르코니아 캐필러리와, 상기 하우징과 상기 지르코니아 캐필러리에 삽입되고, 상기 하우징의 일측의 단면에 언더컷이 형성된 광파이버를 포함한다. 또한, POF 광커넥터는 SUS 또는 엔지니어링 플라스틱으로 형성된 하우징의 일측에 지르코니아 캐필러리를 물리적인 힘으로 직접 삽입함으로써 제작된다.

광커넥터, 지르코니아 캐필러리, 하우징, 페룰

Description

대구경의 지르코니아 캐필러리를 이용한 ＰＯＦ 광커넥터 및 그 제조방법{POF Optical connector using a large-caliber zirconia capillary and method of manufacturing the same}

본 발명은 POF 광커넥터 및 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 POF 광커넥터의 페룰 하우징의 일측에 대구경의 지르코니아 캐필러리가 부착된 POF 광커넥터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

정보 통신 분야의 급속한 발달에 따라 종래의 구리선을 대신하여 보다 큰 용량의 정보를 주고받을 수 있는 광섬유가 널리 사용된다. 현재 주로 사용되는 광섬유는 실리카 재질의 싱글모드 유리 광파이버(Glass Optical Fiber, GOF)로서 전송 특성 및 대역 특성이 우수하여 장거리 전송용으로 적용되고 있다. 하지만, 유리 광파이버는 심한 곡률을 유도할 경우 접힘부에서 단선의 위험 및 광손실이 발생하기 때문에, 짧은 구간에서는 폴리머 계열의 광파이버가 사용된다.

폴리머 계열의 플라스틱 광파이버(Polymer or Plastic Optical Fiber, POF)는 주로 폴리메틸메타아크릴레이트나 폴리카보네이트계의 수지가 중심이 되어 제조되는 것으로, 심한 굽힘, 고진동 등의 극한 동작을 요구하는 자동차, 조선 및 단거 리 통신처럼 구부림이 많은 경우에 유용하여, 최근 단거리 네트워크용으로 주로 사용되고 있다.

그런데 POF는 유리전이온도(Tg)가 85℃로 낮고, 특히 대구경의 POF의 경우에는 파이버와 파이버 간의 열접합(splicing)을 할 수 없기 때문에 물리적 체결로써 결합시킨다. 그러나 파이버의 외경이 크기 때문에 두 광파이버를 고정하는 기구물 혹은 커넥터 하우징 간의 가공물에 대하여 동심축을 정밀하게 정합할 수 없으며, POF의 상대적 낮은 강도는 단면 연마(polishing)에 난제로 작용한다.

그래서 POF 커넥터 결합할 때, POF를 투명한 폴리머 계열의 커넥터 하우징에 삽입하고 대부분 이를 레이저 점용접(spot welding)으로 고정한 후 단면절삭(saw cutting)방식으로 단면을 형성하여, 커넥터 하우징의 끝단과 POF 단면을 일치시킨다. 이는 커넥터의 제조시간이 단축되는 장점이 있지만, 절삭에 의한 광파이버 단면의 표면 조도가 상대적으로 낮다. 또한, 용접(welding)시 국부적으로 발생한 열에 의한 플라스틱 파이버가 국부적 손상을 입을 수 있으며, 점용접을 행하기 때문에 커넥터 인장력(strength force)에 취약해질 수 있다. 나아가, 파이버 단면의 표면 조도는 광통신에 있어서 광손실과 연관되어 있으므로, 고속, 대용량 광통신의 경우, 단면이 거칠면 표면에서의 반사로 인한 고속 광통신 데이터에 대한 에러를 발생시킬 수 있다.

한편, 커넥터 하우징과 광파이버는, 에폭시로 고정하고 연마제에 의한 연마 방식을 이용하면, 제품의 안정도 및 품질면에서 우수한 특성을 보인다. 그러나 이러한 방법에는 연마 방식을 적용할 수 있는 매질이 고려되어야만 한다.

따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 대구경의 POF에 적용할 수 있고, 커넥터 단면이 마찰되어 광섬유의 코어의 흠집이 일어나는 것을 방지하는 대구경의 지르코니아 캐필러리를 이용한 POF 광커넥터를 제공하는 데 있다. 또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 POF 광커넥터를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 POF 광커넥터는, 스테인리스강(SUS) 또는 엔지니어링 플라스틱으로 형성된 하우징과, 상기 하우징의 일측에서 POF 광파이버를 수용할 수 있도록 내부 공간을 제공하는 내경이 150~1000㎛이고, 외경이 1250~3000㎛인 지르코니아 캐필러리와, 상기 하우징과 상기 캐필러리에 삽입되고, 상기 하우징의 일측의 단면에 언더컷이 형성된 광파이버를 포함한다.

이때, 상기 지르코니아 캐필러리는 상기 SUS 하우징의 일측에 물리적인 힘으로 직접 삽입되고, 상기 SUS 하우징과 상기 지르코니아 캐필러리는 열팽창 계수의 차이에 의해 -40~100℃ 온도에서도 사용할 수 있다.

또한, 상기 지르코니아 캐필러리는 상기 엔지니어링 플라스틱 하우징의 일측에 물리적인 힘으로 삽입되며, 상기 지르코니아 캐필러리와 상기 엔지니어링 플라스틱 하우징은 에폭시에 의해 고정될 수 있다. 상기 엔지니어링 플라스틱 하우징과 상기 지르코니아 캐필러리는 열팽창 계수의 차이에 의해 -40~125℃ 온도에서도 사 용할 수 있다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 POF 광커넥터의 제조방법은, 스테인리스강(SUS) 또는 엔지니어링 플라스틱 하우징의 일측에 내경이 150~1000㎛이고, 외경이 1250~3000㎛ 지르코니아 캐필러리를 억지 끼움 방식으로 삽입하고, 상기 하우징을 관통하여 POF 광케이블을 상기 지르코니아 캐필러리의 일측의 끝부분과 일치하도록 밀어 넣은 후, 상기 지르코니아 캐필러리와 상기 광케이블의 코어로 형성되는 POF 광커넥터의 단면을 연마하여 언더컷을 형성한다. 이때, POF 광커넥터의 단면은 연마제를 이용한 단면 연마 방식을 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 POF 광커넥터 및 그 제조 방법에 의하면, POF 하우징의 일측에 대구경의 지르코니아 캐필러리를 물리적으로 억지 끼움 방식으로 부착시킴으로써, POF 연마가 가능한 단면 무손상 광커넥터 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타내며, 두께와 면의 치수 및 층두께의 백분율 등의 관계는 실제에서 달라질 수 있다. 따라서, 특정한 두께와 치수는 아래의 설명을 위해서 결정되어야 하며 치수의 관계나 비율도 도면 사이에서 달라질 수 있다. 또한, 이하에서 설명될 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로, 각 구조적인 부재의 재료와 형상 구조 및 배치 등은 특정한 것에 제한되지 않는다.

이하, 본 발명의 실시예들은 POF 페룰을 이용하여 기계적 및 광학적 특성이 우수한 광커넥터를 제시할 것이다. 이때, 페룰은 광커넥터를 구성하는 것으로, 실린더 형태이며 내부에 광섬유를 수용할 수 있는 하나의 미세한 구멍이 관통되어 있는 것을 말한다. 또한, 상기 광커넥터를 제조하는 방법에 대해 살펴볼 것이다.

도 1a는 본 발명의 하나의 실시예에 의한 제1 페룰(100)에 지르코니아 캐필러리를 결합하기 전의 상태를 나타내는 평명도로서, 설명의 편의를 위하여 내부의 구조를 점선으로 표현하였다. 도 1b는 제1 페룰(100)이 완성된 상태를 표현한 평면도이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 광커넥터를 구성하는 제1 페룰(100)은 제1 페룰(100)의 몸체를 이루는 하우징(13)과 캐필러리(capillary; 11)로 이루어진다. 제1 페룰(100)은 하우징(13)의 일측에 캐필러리(11)를 물리적으로 억지 끼움 방식으로 제작한다. 이때, 캐필러리(11)는 지르코니아로 이루어지고 직경이 큰 대(大 )구경을 가지는데, 이에 대해서는 이후에 설명하기로 한다.

캐필러리(11)에 사용되는 세라믹은 산화물, 질화물 등이 사용될 수 있지만, 특히 지르코니아(zirconia)가 바람직하다. 지르코니아는 온도, 산화 및 변형에 대한 안정성, 높은 경도 등의 물리적, 화학적 특성이 우수하다. 이에 따라, 지르코니아는 고온에서도 동작이 가능하도록 유리섬유를 이용한 초고속 광통신용 커넥터로서 주로 활용되고 있다. 본 발명의 실시예에 있어서, 지르코니아는 고온에 노출될 때, 광커넥터 끝단에서의 온도에 대한 저항성을 높일 수 있다. 또한, 지르코니아 는, 본 발명에 적용되는 하우징과 결합하여 이용될 때 광커넥터 일측의 단면에서의 표면 조도와 광손실 특성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 적용되는 지르코니아 캐필러리(11)는 대구경 캐필러리이다. 여기서, 대구경이란 약 150~1000㎛ 정도의 직경을 가진 것으로, 통상적으로 125㎛의 직경을 가진 기존의 광통신용 캐필러리에 비해 그 직경이 커서 대구경이라고 일컫는다. 대구경 캐필러리는 잉곳(ingot) 상태로부터 캐필러리(11)의 가공을 위한 오차에 대한 허용 공차를 관리하기가 어렵다. 왜냐하면, 큰 직경을 가진 캐필러리(11)의 가공은 어렵지 않지만, 파이버가 장착되는 내부의 동심도가 매우 중요하기 때문이다. 이에 따라, 허용 공차를 유지하기 위하여 기존의 캐필러리와는 다른 방법이 요구된다.

본 발명은 캐필러리를 물리적으로 고정 및 결속시키기 위한 하나의 방안으로, 하우징(13)은 스테인리스강(Stainless Steel; 이하 SUS)을 사용한다. SUS 하우징(13)은 밀링 또는 드릴링으로 가공을 하기 때문에 정밀한 수치 제어가 가능하다. 또한, SUS 하우징(13)은 에폭시와 같은 접착제를 사용하지 않고, 캐필러리(11)를 물리적인 힘으로 삽입할 수 있다. 이와 같이, 접착제를 사용하지 않고, 물리적인 힘으로 삽입하는 것을 억지 끼움 방식이라고 한다. 억지 끼움 방식으로 하우징(13)과 캐필러리(11)를 결합하면, 캐필러리(11)를 하우징(13)에 강하게 고정시킬 수 있다.

한편, SUS 하우징(13)과 지르코니아 캐필러리(11)의 결합은 임계점 이상의 고온에 제1 페룰(100)이 노출될 때, SUS의 열팽창 계수와 지르코니아의 열팽창 계 수 차이에 의한 지르코니아의 이탈이 거의 일어나지 않는다. 이에 따라, -40∼150℃의 온도, 바람직하게는 80∼120℃에서도 제1 페룰(100)을 사용할 수 있다.

본 발명의 제1 페룰(100)에 의하면, 대구경의 지르코니아 캐필러리(11)를 SUS 하우징(13)에 억지 끼움 방식으로 결합함으로써, 캐필러리(11)를 하우징(13)에 강하게 고정할 수 있다. 또한, 접착제를 사용하지 않고 결합함으로써, 상대적으로 용이하게 광커넥터를 제조할 수 있다. 나아가, 열팽창계수의 차이가 적은 캐필러리(11)와 하우징(13)을 이용하여 제1 페룰(100)을 제작하여, 약 -40∼100℃의 온도에서도 사용할 수 있다.

도 2a는 본 발명에 의한 제1 페룰(100)에 POF 광케이블(20)을 삽입하여 결합시킨 상태를 나타내는 평면도이고, 도 2b는 도 2a의 단면도이다.

도 2a 및 도 2b에 의하면, 본 발명의 제1 페룰(100)에 POF 광케이블(20)이 삽입되어 결합된다. 광케이블(20)은 중심에 위치하는 코어(21), 코어(21)를 감싸는 제1 피복(23) 및 제1 페룰(100)에 정합되도록 제1 피복(23)의 일부를 둘러싸는 제2 피복(25)을 포함하여 구성된다. 광케이블(20)을 제1 페룰(100)에 결합하기 위해서는, 먼저 광케이블(20)의 끝부분의 제2 피복(25)을 제1 페룰(100)에 정합될 만큼 제거한다. 다시 말해, 광케이블(20)을 제1 페룰(100)에 밀어 넣었을 때 외부로 광케이블(20)의 코어(21) 및 제1 피복(23)이 외부로 노출될 수 있을 정도로 제2 피복(25)을 제거한다.

이어서, 제1 페룰(100)의 하우징(13)과 POF 광케이블(20)을 에폭시와 같은 접착제로 고정한다. 그 후, 광케이블(20)이 고정되면 제1 페룰(100)의 외부로 노출 되어 있는 광케이블(20)을 절단하여 제거한다. 지르코니아 캐필러리(11)와 광케이블(20)의 코어 등으로 형성되는 제1 페룰(100)의 일측의 단면을 연마제 혹은 폴리싱페이퍼를 이용한 단면 연마 방식으로 연마한다.

광신호 전송 효율은 광섬유의 단면의 평탄도에 크게 영향을 받으며, 이 평탄도를 좋게 하기 위하여 광학적 연마 과정이 필요하다. 따라서, 광섬유의 경우에는 절단기를 사용하거나 광섬유 단면 연마기를 사용하여 연마한다. 그러나 절단기에 의한 단면 절삭 방식은 광섬유의 단면의 표면 조도가 상대적으로 낮기 때문에, 일반적으로 표면 조도가 더 우수한 단면 연마 방식을 주로 사용한다. 게다가, 단면 연마 방식은 물리적으로 광섬유의 단면 언더컷을 조절함으로써, 커넥터 단면의 마찰시 광섬유의 코어의 흠집을 방지할 수 있는 장점이 있다. 그러나 POF의 경우에는 강도가 낮아서 단면 연마(polishing)방식을 적용하기가 곤란하다.

한편, 본 발명의 실시예에 의하면, 제1 페룰(100)의 일측에 강도가 높은 지르코니아 캐필러리(11)를 억지 끼움에 의해 고정함으로써, POF 케이블의 단면의 손상 없이 연마제에 의한 단면 연마를 가능하게 한다.

도 3a는 본 발명에 의한 제1 페룰(100) 일측의 단면을 연마 방식에 의해 연마한 후의 상태를 나타내는 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 단면도이다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 지르코니아 캐필러리(11)를 SUS 하우징(13)에 억지 끼움 방식으로 제작한 제1 페룰(100)에는 언더컷(undercut; 30)이 발생한다. 언더컷은 일정한 연마 시간이 지나면 광케이블(20)과 지르코니아 캐필러리(11)와의 경도차에 의해 생기는 것이다. 이러한 언더컷은 광학적 특성에는 거의 영향을 주지 않으며, 표면 조도 또한 단면 절삭 방법보다 우수하다. 이러한 언더컷이 없으면, 광섬유가 물리적으로 접촉하거나 2개의 커넥터를 맞물릴 때, 접촉 부위에 강한 힘이 발생한다. 광케이블(20)을 여러 번 사용하여 체결하는 횟수가 증가할수록 단면에 흠집이 발생하는 빈도가 증가한다. 단면에 흠집이 발생하면 흠집에 의해 단면의 표면 조도가 저하되어 이에 따른 광손실이 일어난다.

그러나 이와 같이 광커넥터의 단면에 언더컷을 생성시키면, 체결되는 횟수가 증가하여도 지르코니아 캐필러리(11)에는 흠집이 발생할 수 있으나, 실제 광을 전달하는 경로인 광케이블(20) 단면에는 흠집이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 광케이블(20)의 표면 조도와 광케이블(20)의 광손실 변화를 균일하게 할 수 있다.

도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 의한 제2 페룰(200)에 지르코니아 캐필러리를 결합하기 전의 상태를 나타내는 평면도이고, 도 4b는 지르코니아 캐필러리가 결합된 후의 상태를 나타내는 평면도이며, 도 4c는 도 4b의 단면도이다. 여기서, 제2 페룰(200)은 하우징을 SUS 대신에 엔지니어링 플라스틱(engineering plastic)으로 사용한다는 점을 제외하고는 제1 페룰(100)과 동일하다. 이에 따라, 제2 페룰(200)은 하우징 부분 외에는 제1 페룰(100)과 동일한 기능과 작용을 하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 본 발명의 제2 페룰(200)은 엔지니어링 플라스틱을 사용하여 형성된 하우징(51)의 일측에 지르코니아 캐필러리(11)를 물리적으로 억지 끼움으로써 제작된다. 엔지니어링 플라스틱 하우징(51)은 금형 사출로 형 성하기 때문에, 지르코니아 캐필러리(11)을 억지 끼움에 의해 삽입한 후 도 4c에 도시한 바와 같이 에폭시(53)와 같은 접착제로 고정한다.

본 발명의 제2 페룰(200)에 의하면, 대구경의 지르코니아 캐필러리(11)를 엔지니어링 플라스틱 하우징(51)에 억지 끼움 방식으로 결합함으로써, 캐필러리(11)를 하우징(51)에 강하게 고정할 수 있다. 엔지니어링 플라스틱으로 제조된 하우징(51)은 지르코니아 캐필러리(11)를 에폭시와 같은 접착제로 고정하므로 정확한 동심을 얻지는 못하지만, 제조 및 가공이 상대적으로 용이하고 일반적인 플라스틱보다 열전달을 효과적으로 제어할 수 있다. 또한, 지르코니아 캐필러리(11)와의 열팽창에 의한 스트레스를 줄일 수 있어 제2 페룰(200)은 -40∼125℃의 온도, 바람직하게는 90∼110℃에서도 사용할 수 있다.

이상에서 본 발명은 바람직한 실시예와 도면에 의해 상세하게 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

도 1a는 본 발명에 의한 제1 페룰의 하우징에 지르코니아 캐필러리를 결합하기 전의 상태를 나타내는 평면도이고, 도 1b는 지르코니아 캐필러리가 결합한 후의 상태를 나타내는 평면도이다.

도 2a는 본 발명에 의한 제1 페룰에 POF 광케이블을 삽입하여 결합시킨 상태를 나타내는 평면도이고, 도 2b는 도 2a의 단면도이다.

도 3a는 본 발명에 의한 제1 페룰의 일측의 단면을 연마 방식에 의해 연마한 후의 상태를 나타내는 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 단면도이다.

도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 의한 제2 페룰에 지르코니아 캐필러리를 결합하기 전의 상태를 나타내는 평면도이고, 도 4b는 지르코니아 캐필러리가 결합된 후의 상태를 나타내는 평면도이며, 도 4c는 도 4b의 단면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

11; 대구경 지르코니아 캐필러리

13; SUS 하우징 20; POF 광케이블

21; 코어 23; 제1 피복

25; 제2 피복 30; 언더컷

51; 엔지니어링 플라스틱 하우징

53; 에폭시 100; 제1 페룰

200; 제2 페룰

Claims (7)

1. 스테인리스강(SUS) 또는 엔지니어링 플라스틱으로 형성된 하우징;

   상기 하우징의 일측에서 POF 광파이버를 수용할 수 있도록 내부 공간을 제공하는 내경이 150~1000㎛이고, 외경이 1250~3000㎛인 지르코니아 캐필러리; 및

   상기 하우징과 상기 지르코니아 캐필러리에 삽입되고, 상기 하우징의 일측의 단면에 언더컷이 형성된 광파이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 대구경의 지르코니아 캐필러리를 이용한 POF 광커넥터.
2. 제1항에 있어서, 상기 지르코니아 캐필러리는 상기 SUS 하우징의 일측에 물리적인 힘으로 직접 삽입되는 것을 특징으로 하는 대구경의 지르코니아 캐필러리를 이용한 POF 광커넥터.
3. 제1항에 있어서, 상기 SUS 하우징과 상기 지르코니아 캐필러리는 -40~100℃ 온도에서도 사용할 수 있는 열팽창 계수의 차이를 갖는 것을 특징으로 하는 대구경 지르코니아 캐필러리를 이용한 POF 광커넥터.
4. 제1항에 있어서, 상기 지르코니아 캐필러리는 상기 엔지니어링 플라스틱 하우징의 일측에 물리적인 힘으로 삽입되며, 상기 지르코니아 캐필러리와 상기 엔지니어링 플라스틱 하우징은 에폭시에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 대구경의 지르코니아 캐필러리를 이용한 POF 광커넥터.
5. 제1항에 있어서, 상기 엔지니어링 플라스틱 하우징과 상기 지르코니아 캐필러리는 -40~125℃ 온도에서도 사용할 수 있는 열팽창 계수의 차이를 갖는 것을 특징으로 하는 대구경 지르코니아 캐필러리를 이용한 POF 광커넥터.
6. 스테인리스강(SUS) 또는 엔지니어링 플라스틱 하우징의 일측에 내경이 150~1000㎛이고, 외경이 1250~3000㎛ 지르코니아 캐필러리를 억지 끼움 방식으로 삽입하는 단계;

   상기 하우징을 관통하여 POF 광케이블을 상기 지르코니아 캐필러리의 일측의 끝부분과 일치하도록 밀어 넣는 단계; 및

   상기 지르코니아 캐필러리와 상기 광케이블의 코어로 형성되는 POF 광커넥터의 단면을 연마하여 언더컷을 형성하는 단계를 포함하는 대구경의 지르코니아 캐필러리를 이용한 POF 광커넥터의 제조방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 광커넥터의 단면을 연마하는 단계는 연마제를 이용한 단면 연마 방식을 이용하는 것을 특징으로 하는 대구경의 지르코니아 캐필러리를 이용한 POF 광커넥터의 제조방법.

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