KR970003167B1 - 광섬유케이블 및 그 제조방법 - Google Patents

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아메리칸 텔리폰 앤드 텔레그라프 캄파니
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Abstract

내용없음.

Description

광섬유케이블 및 그 제조방법
광섬유통신분야의 발전은 급속히 이루어져 왔다. 그러나, 기술진보의 방향은 여전히 변천을 거듭하고 있다. 일례로, 이전의 섬유시스템은 약 0.8㎛의 파장에 작동하도록 설계되었으나, 현재의 섬유시스템은 약 1.3㎛의 파장에서작동하도록 설계된다. 이제, 1.55㎛의근처에서 규소기본 광섬유에 존재하는 로스윈도우(loss window)의 이익을 얻기 위하여 약 1.55㎛의 작동파장을 갖는 시스템에 대한 관심이 증대되고 있다. 또다른 변천의 예는 보다 큰 대역폭에 대한 요구에 의해 다중모드섬유로부터 단일모드섬유로의 추세가 있다.
큰 대역폭을 갖는 것과 크기가 소형인 것이 바람직 스러울지라도 광전송용 광섬유는 물리적으로 취성이 있고, 인장하중하에서 저변형량 파손 특성을 보이며, 굴절시에 광전송특성이 나빠진다. 굴절로 인한 전송특성저하는 미세굴절손실(microbending loss)로서 알려져 있다. 결과적으로, 케이블구조는 광섬유를 물리적으로 보호하도록 발전해왔다.
도관에서 사용하기 위한 케이블은 케이블이 당겨질 때 가해지는 인장하중 및 굴절에 의한 응력에 견딜 수 있어야 한다. 광섬유용으로 개발된 케이블 구조는 느슨한 튜브케이블과 꼬아진 케이블 및 리본케이블을 포함한다.
느슨한 튜브케이블의 예는 1983년 32차 국제 도선 및 케이블 심포지움의 회보의 301 내지 307 페이지에 기재된다. 로렌스 및 피.바크의 "미니유니트 케이블의 현단계"라는 부분에 기술되어 있으며, 또한, 미국특허 제 4,153,332호에도 기재되어 있다.
리본 케이블은 평면배열로 배치된 다수의 광섬유를 각각 포함하는 하나 이상의 리본을 포함한다. 미국특허 제4,078,853호에는 느슨하게 끼워진 플라스틱 내부관형자켓에 의해 둘러싸인 다수의 리본으로 된 코어를 포함하는 케이블이 설명되어 있다. 플라스틱 외부자켓은 이 외부자켓에 내장되어 단단히 결합된 보강부재로 보강되어 있다.
어떤 경우에는 즉, 도심지의 루프 플랜트에서와 같이 많은 굴절부를 포함하는 도관시스템에서는 보다 큰 인장하중이 예견된다. 그러한 용도로 적합하며 개선된 광통신케이블이 미국 특허 제4,241,979호에 기재되어 있다.
보강부재가 나선형으로 감겨 있는 베딩층(bedding layer)이 플라스틱으로 압출된 내부자켓 및 외부자켓의 사이에 부가되어 보강부재가 외부자켓에 의해 내장되는 범위를 조절하게 한다. 케이블은 반대방향의 나선형으로 감겨 있는 두 개의 분리된 보강부재 층을 포함한다. 지속적인 인장하중하에서 이러한 두 개의 보강부재층은 케이블에 대해 동등하지만 방향이 반대인 토크를 발생시키므로 꼬임이 없다.
리본케이블은 많은 우수한 특성을 갖는다. 그 중 하나는 어레이의 접속이 비교적 용이하다는 것이다. 미국특허 제3,864,018호에 설명된 어레이 접속기는 공장에서의 장착이 가능하게 하고 단일섬유 이음방법에서 요구되는 시간을 상당히 절약할 수 있게 한다. 또다른 장점은 연선(stranded cable)에서보다 케이블의 단위 면적당 점유밀도를 높일 수 있다는 것이다.
또다른 형태의 광통신케이블에서는 다수의 광섬유가 사출된 플라스틱 튜브에 내장되어 하나의 유니트를 이루고, 다수의 이러한 튜브유니트가 외피시스템에 의해 둘러싸인 공통의 사출된 플라스틱튜ㅂ에 내장되어 있다. 일반적으로, 각각의 튜브유니트에 내장된 광섬유는 중앙보강부재의 주위에 꼬아진 형태로 되어 있다.
중앙보강부재는 케이블속에 조립시키기가 비교적 용이하기 때문에 종종 이용된다. 또한 케이블은 보강부재가 외피시스템속에 일체로 되어 있을 때보다는 중앙보강부재로 있을 때에 더 용이하게 굴절된다. 그러나, 그러한 케이블이 굴절될때는 중앙보강부재는 어떤 경우에는 하나 이상의 광섬유를 튜브에 대해 압박하여 손상을 일으킬 것이다.
일반적으로 리본케이블이나 연선 또는 느슨한 튜브케이블 등과 같은 종래의 광섬유케이블은 리본이나 꼬아진 유니트 또는 튜브를 별도의 생산라인에서 제조해야 하는 단점이 있다. 일례로, 연선에서는 미리 다수의 튜브에 개별적으로 내장되고 꼬아진 다수의 유니트가 공통의 튜브 및 외부자켓을 입혀주는 생산라인으로 급송되어야 한다. 각각의 유니트는 다른 생산라인에서 따로따로 제조되고 그중 여러개가 공통의 튜브속에 서로 합체되기까지 재고관리되어야 한다. 리본코어 또는 튜브코어는 일반적으로 예정된 배열로 꼬아지기 때문에 그 제조 및 코어속에 리본 또는 튜브를 조립시키는 것은 제조공정상 바람직스럽지 못하게도 비교적 무거운 회전장치를 이용해야 한다.
케이블 제조가 보다 복잡한 것은 수분침투를 막기 위해 케이블 코어속에 방수재료를 충진시키는 것 때문이다. 종래에 이용되던 점탄성 방수재료는 미국특허 제4,176,240호에 기재되어 있다. 통상적으로, 그러한 용도의 방수재료는 케이블의 제조 또는 조작시에 가해질 변형에 항복하지 않는다. 이는 케이블내의 광섬유가 비교적 짧은 주기로 항복하지 않는 충진제의 면과 접촉하기 때문에 케이블내에서의 광섬유의 이동 및 섬유버클의 운동을 방지한다.
그러한 항복하지 않는 면과 섬유의 접촉주기가 짧으면 짧을수록 미세굴절 손실이 커진다. 이는 응력을 받는 섬유가 새로운 나선을 이루어 미세굴절 손실을 회피하게 하도록 케이블을 가닥지음으로써 다소 극복된다. 비교적 낮은 임계항복응력을 갖는 그리스형 충진용 합성물이 시. 에이취. 가드사이드 3세등의 이름으로 1985년 1월 31일 출원된 미국특허출원 제697,054호에 기재되어 있다.
분명한 것은 종래와는 다른 광섬유전송용 케이블이 요구된다는 것이다.
그러한 케이블은 현재의 단가보다 저렴하고 소형으로 만들어질 수 있는 것이어야 한다. 종래기술로는 그러한 케이블을 얻을 수 없고, 따라서 저렴한 광섬유통신을 가능하게 하는 그러한 케이블을 오래동안 필요로 하고 있었다.
발명의 개요
앞서 말한 문제점은 본 발명에 따른 케이블과 그러한 케이블의 제조방법에 의해 극복된다. 본 발명의 광섬유케이블은 이 케이블의 종축선을 따르는 방향으로 연장하는 유니트를 이루기 위해 의도적으로 가닥지어짐이 없이 서로 조립되는 다수의 광섬유를 포함한다. 플라스틱재료로 만들어지는 한 발의 튜브(a length of tubing)는 다수의 광섬유를 내장하고 케이블의 종축선에 평행하다. 튜브내의 단면적에 대한 다수의 광섬유의 단면적의 비율을 광섬유가 코팅되어 있는 양호한 실시예에서는 약 0.5인 예정치를 초과하지 않는다.
케이블은 또한 적어도 하나 이상의 보강부재와, 플라스틱제이고 튜브의 전장을 덮는 자켓을 포함한다. 한 실시예에서 케이블은 다수의 광섬유를 각각 포함하는 다수의 유니트를 포함한다. 플라스틱 재료로 제조된 한 발의 튜브는 유니트안의 섬유의 전장보다 길지 않는 상태에서 다수의 유니트를 내장하고 있다. 어떤 실시예에서는 튜브내에 배치되고 섬유 사이의 틈새를 거의 채우는 방수재료는 20℃에서 약 13킬로파스칼보다 작은 횡 탄성계수(shear modulus)를 갖는다.
각각의 유니트는 방수재료에 의해 서로 분리되고, 다수의 유니트가 종래 기술에서처럼 개별적인 튜브 대신에 공통인 한 발의 튜브에 내장된다. 방수재료는 임계응력치까지는 탄성 고체로서 작용하고 그 이상에서는 액체특성을 갖는다.
광섬유 제조방법에서는, 다수의 섬유가 서로 병렬로 공급되어 한 유니트를 이루고, 이어서, 그 유니트는 묶여진다. 플라스틱제인 튜브가 유니트의 둘레로 사출되고, 이어서, 케이블에 보강부재가 제공된다. 그 후에, 튜브는 플라스틱제의 자켓으로 덮힌다.
또다른 실시예에서는 묶여진 다수의 유니트가 공통의 제조라인에서 만들어지며, 압출기속으로 공급되며, 거기에서는 플라스틱제 튜브가 그러한 다수의 유니트를 내장하도록 압출된다. 튜브가 형성되면서 20℃에서 약 70파스칼보다 크지 않은 임계항복응력과 20℃에서 약 13킬로파스칼보다 작은 횡 탄성계수를 갖는 방수재료가 코어속에 도입된다. 상기 방수재료는 광섬유와 유니트의 사이의 틈새를 채운다. 그 후에 외피(sheath)가 공통의 플라스틱 튜브의 둘레에 배치되며, 그러한 외피는 적어도 하나 이상의 자켓과, 튜브와 자켓의 외면의 사이에 배치된 보강부재를 포함한다.
상세한 설명
제1도 및 제2도를 보면, 본 발명의 케이블(20)에 대한 양호한 실시예가 도시되어 있다. 케이블은 다수의 개별적인 광섬유(24)로 구성된 다수의 유니트(22)를 구비하는 코어(21)를 포함한다. 또한, 광섬유(24)의 각각은 섬유(26)와 하나 이상의 피복부(28:제3도 참조)를 포함한다. 본원에서 광섬유란 용어는 섬유자체와 섬유에 도포된 피복부를 뜻하는 것으로 이해되어야 한다. 각각의 유니트(22)는 꼬여있거나 또는 꼬여있지 않다. 즉, 유니트가 케이블의 종축선(29)에 대해 평행하게 연장되거나 또는 진동파형으로 형성된다.
양호한 실시예의 각 유니트(22)에 포함된 광섬유(24)는 서로 꼬여지지 않은 채로 조립되고, 또한 유니트자체는 무한한 길이로 조립된다는 것을 이해하여야 할 것이다. 광섬유는 유니트부분을 따라 물결 모양으로 굴곡될 수도 있으므로 각 광섬유 길이는 외피시스템보다 약간이라도 긴 길이를 갖게 된다. 이것은 제조중 또는 설치 및 케이블을 보수하는 중에 광섬유(24)에 대해 가해지는 과도한 변형을 방지한다.
제1도 및 2도에 도시된 바와 같이, 코어(21)는 튜브(34)에 내장되어 있으며 결속자(32)에 의해 개별적으로 묶인 다수의 유니트를 구비한다. 염화폴리비닐 또는 폴리에틸렌과 같은 플라스틱제의 튜브(34)는 예를들어 개별적으로 튜브에 들어 있지 않고 결속된 유니트를 포함하며 케이블(20)의 종축선(29)에 평행하게 연장된다.
본 발명의 케이블의 중요한 특성은 그 포장밀도(packing density)이다.
포장밀도는 튜브(34)로 둘러싸인 전체단면적에 대해 광섬유와 그 코팅의 단면적 사이의 비율로서 정의된다. 만약 포장밀도가 너무 높다면, 코어내의 광섬유는 비교적 높은 응력을 받아서 케이블을 취급하는 중에 파손이 될 수 있다. 이러한 것은 포장밀도가 너무 높을 때에 비교적 높은 응력에서 항복하는 방수재의 사용에 따라 광섬유가 굴곡시 등에 생기는 응력을 경감시키기 위해 관내에서 충분히 움직일 수 없기 때문에 생긴다. 종래기술에서는 이러한 문제를 유니트를 내장하는 개별적인 관을 꼬는 것(stranding)으로써 극복했다.
그러나, 양호하게 공지된 바와 같이, 꼬는 것은 생산라인의 가동속도가 느려야 하므로 비용을 증가시키게 된다.
제1도 및 제2도에 도시된 실시예에서, 유니트(22)와, 상기 유니트와 튜브(34)사이의 코어에는 적당한 방수재(36)가 채워진다. 광섬유케이블에서 충진용 합성물은 광섬유를 비교적 낮은 응력상태로 유지할 수 있어야 하는 것으로 판단되었다. 상기와 같은 재료로는 미국 특허출원 제697,054호에 기재된 콜로이드입자가 충진된 그리스처럼 생긴 합성물이 있다.
통상적으로 그리스는 액체캐리어에 농도증가제 또는 겔제(gelling agent)를 함유한 고체 또는 반액상물질이다. 그리스에서 빈번하게 사용되는 겔제는 지방산 금속염이지만, 점토나, 규토, 유기염료, 방향족 아미드 또는 요소유도체와 같은 높은 융점의 재질을 사용할 수 있다.
그리스에 낮은 응력이 가해질 때 상기 재질은 거의 고체 재료로 작용한다. 만약, 응력이 임계치 이상이면 점성이 급속히 감소하여 물질이 유동적으로 된다. 점성의 감소는 그것이 충진용 입자의 사이의 결합조직의 파괴에 기인하며 이러한 결합조직은 초임계응력의 제거에 수반하여 재형성되므로 크게 반전될 수 있다.
케이블충진제, 즉, 방수재, 특히, 광섬유케이블충진용 합성물은 여러 가지 조건에 맞아야 한다. 이러한 조건 중에서도 중요한 조건은 예를들어 약 -40℃ 내지 76℃의 광범위한 온도에 걸쳐서 케이블의 물리적 특성이 허용한계내에서 유지되어야 한다는 것이다. 상기 온도 범위에서 충진제는 시네러시스(syneresis)가 없는 것이 바람직하다. 상기 시네러시스는 응력인가 상태에서 겔로부터 오일이 분리되는 것이다. 광섬유케이블용 충진제는 비교적 낮은 횡탄성계수(shear modulus)를 가져야 한다. 종래 기술에 의하면, 횡탄성 계수는 그것이 미세굴절 손실(microbending loss)의 크기에 직접적인 관련이 있다고 믿어지므로 광섬유케이블 충진제의 일종의 재질임계변수이다. 미세굴절 손실에 대한 자세한 사항은 1979년 뉴욕에서 발행된 아카데미 프레스, 에스.이. 밀러등이 쓴 "광섬유통신"158 페이지에서부터 161페이지까지를 참고로 할 수 있다. 통상적으로, 미세굴절 손실은 짧은 파장보다 긴 파장인 경우에 제어하기가 더 어렵다. 그래서, 예를들어 1.55㎛와 같은 긴 파장에서 케이블유도 손실이 그다지 크지 않은 광섬유케이블을 만드는 것이 중요하다.
양호한 방수재는 2개의 주성분, 즉, 오일 및 콜로이드입자와 같은 겔제를 포함하며, 선택적으로 제3성분으로 유출방지제(bleed inhibitor)를 포함하는 합성물이다. 예를 들어 열산화안정제와 같이 다른 성분도 필요에 따라 사용할 수 있다.
방수재로 유용한 오일에는 최소비중이 약 0.83이고 최대유동점이 ASTM D97에 따를 때, 또는 ASTM 103형이나 ASTM 104A형이나 ASTM 104B형이나 그 합성물인 경우에는 D-226 시험에 대하여, 약 18℃ 이하인 폴리부텐계 오일이나, 최소비중이 약 0.86이고 최대유동점이 ASTM D97에 따를 때 약 -4℃ 이하인 나프텐계 오일 또는 파라핀계 오일이 있다.
본 발명의 케이블에 유용한 오일의 구체적인 예로서는 ASTM D97에 따를 때 -35℃의 유동점과 99℃에서 1005의 SUS 점도 및, 0.8509의 비중을 갖고, 460의 평균분자량을 갖는 합성 하이드로카본 오일인 폴리부텐오일이 있다. 그것은 텍사스주 텍사스 시티에 소재하는 아모코(Amoco) 케미칼 코포레이션으로부터 상표명 L-100으로 구매할 수 있다. 또 다른 예의 오일은 ASTM D97에 따른 -25℃의 유동점을 가지며 99℃에서 53.7 SUS 점도와 0.884의 평균비중 및 최대 1중량%의 방향족 오일을 갖는 백색 광물성 오일이다.후자는 펜실베니아 버틀러 소재의 펜레코(Penreco)사로부터 상품명 드라케올(Drakeol) 35로 구매할 수 있다. 다른 오일은 카스토르(castor)오일과 같은 트라이글리세라이드기 식물성 오일(triglyceride-based veget able oil)과 폴리프로필렌오일과 같은 합성 하이드로카본오일을 포함한다. 인화지연 특성을 필요로 하는 곳에서의 용도로는 약 30 내지 75중량%의 염소성분과 25℃에서 100 내지 10,000cps사이의 점도를 갖는 염화파라핀이 유용하다. 그러한 오일의 예로서는 파로일(Paroil) 152가 있으며 이는 오하이오주 도버소재의 도보 케미칼 캄파니로부터 구매할 수 있다. 아크릴산인 중합에스테르 또는 그와 유사한 재료를 5중량% 이하로 첨가하여 유동점 억제제로서 유용하게 사용할 수 있다. 예를들어 엑손 케미칼 캄파니로부터 구매할 수 있는 ECA 7955가 있다.
오일의 콜로이드충진입자가 하이드록실 그룹의 표면에 부착하여 결합조직을 이룬다. 상기와 같은 젤은 임계응력치 이하의 하중을 지탱할 수 있다.
이러한 응력치 이상에서는 결합조직이 파괴되며, 재료가 액체와 같은 특성을 가지며 하중이 가해지면 유동할 수 있는 상태로 된다. 그러한 특성은 흔히 틱소트로픽(thixotropic)이라고 칭해진다.
본 발명의 케이블에 사용되는 콜로이드 충진제는 친수성이나 소수성의 어느 것이든 콜로이드규토를 포함하며, 양호하게는 약 50 내지 400㎡/gm 사이의 BET 표면적을 갖는 소수성 훙증규토(hydrophobic fumed silica)이다.
소수성 훈증규토의 예로는 약 5중량%의 탄소를 포함하며, 80내지 120㎡/gm의 BET 표면적을 갖는 폴리디메틸실록산으로 피복된 훈증규토가 있으며, 그것은 Cab-O-Sil N 70-TS의 상표명으로 일리노이즈 투스콜라 소재의 캐봇 코포레이션으로부터 구매할 수 있다. 예를들어 친수성 콜로이드 재료는 약 175 내지 225㎡/gm의 BET 표면적을 가지며, 공칭입자크기가 0.012㎛이고 비중이 2.2인 훈증규토이며, 캐봇코포레이션으로부터 상표명 Cab-O-Sil M-5로 구매할 수 있다. 본 발명의 실시예에 유용한 다른 콜로이드 충진제로는 표면처리가 되거나 또는 되지 않은 벤코나이트와 같은 침전된 규토와 점토가 있다.
본 발명의 그리스의 오일유지력은 합성물에 하나 이상의 유출방지제를 첨가하여 개선될 수 있다. 유출방지제는 높은 점성의 반액체로 가끔 반고체로 칭해지는 고무블록 공중합체(rubber block copolymer)나 고무 또는 다른 적당한 고무형 재료일 수 있다. 블록공중합체 및 반액체고무는 모두 고무중합체로 칭하기로 한다. 그리스 합성물에 고무중합체를 혼합하면 겔의 시네러시스를 방지하기 위해 혼합물에 첨가되어야 할 콜로이드 입자량을 감소시킨다. 상기와 같은 감소는 비용을 절약하게 한다. 또한,이는 비교적 낮은 임계항복응력을 갖는 비유출합성물의 형성을 가능하게 한다.
본 발명의 케이블용의 방수용 합성물로 사용될 수 있는 고무블록공중합체 중에는 약 0.1내지 0.8사이의 스티렌/고무 비율을 가지며, 25℃에서 틀루엔으로 점성을 나타낸 바와 같이 20중량%의 고무용액에서의 100cps 내지 15중량%의 고무용액에서 2000cps 사이의 분자량을 갖는 스티렌-고무블록 공중합체 및 스티렌-고무-스티렌 블록공중합체가 있다. 예를 든 블록 고무는: a)약 0.59의 스티렌/고무비와 약 0.93의 비중 및 300psi 의 ASTM D-412에 대한 파괴강도를 갖고, 텍사스주 휴스턴 소재의 쉘 케미칼 캄파니로부터 상표명 Kraton G 1701로 구매할 수 있으며, 가소성이 없는 스티렌-에틸렌 프로필렌 블록 공중합체(SEP)와;b) 약 0.41의 스티렌/고무비를 갖고 쉘 케미칼 캄파니로부터 상표명 TRW-7-1511로 구매할 수 있는 스티렌-에틸렌 부틸렌 블록 공중합체(SEB) 및; c) 약 0.16의 스티렌/고무비와 약 0.90의 비중과 750%의 연신율 및 350psi의 ASTM D-412에 대해 300% 계수를 갖고 쉘 케미칼 코포레이션으로부터 상표명 Kraton G 1657로 구매할 수 있는 가소성 없는 스티렌-에틸렌 부틸렌-스틸렌블록 공중합체(SEBS)가 있다. 또다른 스티렌-고무 블록 공중합체나 스티렌-고무-스티렌 블록 공중합체로는 스티렌-이소프렌고무(S1)와 스티렌-이소프렌-스티렌고무(SIS) 및 스티렌-부타디엔(SB) 및 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS)고무가 있다. SIS의 예로서는 상표명 Kraton D 1107이 있으며, SBS의 예로서는 상표명 Kraton D 1102가 있으며, 모두 쉘 케미칼 캄파니에서 생산되고 있다.
본 발명을 실시하는 데 있어서 유용하게 사용될 수 있다고 판명된 반액체고무로서는 약 20,000 내지 70,000 사이의 플로리(Flory) 분자량을 갖는 높은 점도의 폴리이소부틸렌이 있다. 상기의 예로서는 약 42,600 내지 46,100 사이의 플로리분자량과, 약 0.91의 비중과, 350℉(약 177℃)에서 약 26,000 내지 35,000cps의 브룩필드(Brookfield) 점도를 갖는 폴리이소부틸렌이 있으며, 텍사주 휴스턴 소재의 엑손 케미칼 캄파니로부터 상표명 Vistanex LM-MS로 구매할 수 있다. 유용한 것으로 간주되는 또다른 고무는 ASTM D-1646에 대한 100℃에서의 무늬(Mooney) 점도 ML 1+8이 약 20 내지 90인 부틸고무와 에틸렌-프로필렌고무(EPR)와 에틸렌-프로필렌 2량체(dimer) 고무(EPDM) 및 염화부틸고무가 있다. 이들의 예로서는 부틸 0.77, 비스탈론404, 비스탈론 3708 및 클로로부틸 1066 등이 있으며 모두 엑손 케미칼 캄파니로부터 구매할 수 있다. 또한, 38℃에서 약 40,000내지 4000,000cps 사이의 점도를 갖는 비중합체 고무가 유용하게 사용될 수 있다. 이들의 예로서는 뉴저지주 벨레빌 소재의 하드만 인코포레이티드로부터 구매할 수 있는 DPR 75가 있다.
오일유지도는 루럴 일렉트리피케이션 오소리티(Rural Electrification Authorith:REA)PE-89 오일유지도 시험에 대응하는 절차를 사용하여 시험되었다. 상기 시험에서 흘려진 오일량이 미량이라도 검출되면, 그리스 합성물은 오일유지도 시혐에 합격하지 못한 것으로 간주되었다. 또다른 시험은 10,000rpm으로 60분 동안 30gm의 샘플을 원심 분리하고 분리된 오일을 딴 그릇에 옮겨 무게를 측정하는 것이다. 합성물이 약 60℃ 또는 80℃까지 바람직한 오일유지도를 갖기 위해서는 상기 원심분리시험에 의할 때 실온에서 각각 약 7%와 2.5%보다 크지 않은 오일분리도를 가져야 함이 판명되었다.
방수재(36)의 합성물은 양호한 광학적 성능을 제공하기 위해 케이블에 대한 부가적 손실을 최소화하면서도 코어(21)내로 수분이 침투하는 것을 효과적으로 방지하기 위한 것이다. 합성물의 오일유지도 특성이 관심거리이지만, 가장 중요한 특성은 케이블(20)의 광학적 성능이다.
표 1은 두가지의 서로 다른 오일인 드라케올 35와 L-100에 대해 몇가지의 다른 유출방지제의 오일분리도에 미치는 효과도를 도시한다. 3개의 블록공중합체를 함유하는 합성물은 92중량%의 오일과 6중량%의 Cab-O-Sil N 70-TS 콜로이드충진제 및 2중량%의 유출방지제를 포함한다. 반액체고무를 포함하는 합성물 LM-MS는 6중량%의 N70-TS 콜로이드충진제와 지시량의 유출방지제 및 89중량% 내지 84중량%의 드라케올 35를 포함한다.
오일 분리도
[표 1]
Figure kpo00001
표 Ⅱ는 유출방지제를 포함하지 않는 몇 개의 합성물에 대한 오일분리도의 데이타를 나타내고 있다. 이는 오일의 분리, 또는 유출을 방지하는데 있어서, 합성물의 콜로이드 입자량의 증가보다는 유출방지제를 첨가하는 것이 보다 효과적이라는 것이 분명하다. 또한, 시네러시스가 생기지 않는 점까지는 그리스의 콜로이드 입자량을 증가시키면 결국 임계항복응력이 증가하게 된다.
따라서, 시네러시스를 회피하려 한다면, 어떤 경우에는 필요하기도 한 낮은 값의 임계항복응력치가 유출방지제를 사용하지 않는 한 얻어질 수 없다. 표 Ⅱ의 데이터는 N 70-TS 콜로이드충진제와 드라케올 35오일로 얻어진 것이다.
오일 분리도
[표 Ⅱ]
Figure kpo00002
제4도는 방수재(36)로 사용되는 바와같은 틱소트로픽재료를 위한 일정변형에서의 일반적인 응력-변형률 선도를 도시한 것이며, 몇가지의 중요한 인자를 확실히 한다. 응력-변형률 곡선(37)의 세그먼트(38)에서 재료는 본질적으로 탄성 고체로 작용한다. 세그먼트는 제로응력에서 임계항복응력 σC까지 연장된다. σC에 대응하는 변형률은 임계전단변형률 γC로서 간주된다. 정의에 의해서 좌표 σC, γC는 항복개시점을 나타내며, σC/γC량(또는 σC<γC인 경우의 dσ/dγ)은 재료의 횡탄성계수(Ge)로 공지되어 있다.
종래기술에서 광섬유케이블용 충진제는 낮은 Ge값을 가질 필요가 있다는 것을 알 수 있다. 그러나, 적어도 일부의 경우에서는 낮은 값의 Ge를 갖는 충진제는 낮은 케이블손실을 보장하기에 적합하지 못하며, 또다른 인자인 임계항복응력 σC도 제어되어야 함이 판명되었다. 통상적으로, 본 발명에 따른 재료의 임계항복응력은 20℃에서 측정될 때 70Pa 이하이며, 횡탄성계수는 20℃에서 약 13KPa이하이다.
제4도의 응력-변형률 곡선의 세그먼트(39)는 증가하는 병형률에 대한 병형률증분의 증가치를 도시한다. 응력 σy은 전단변형률이 γy인 어떤 변형률에서 재료에 의해 지탱되는 응력의 최대치이다. 전단변형률이 γy를 초과하는 변형률에 대해서는 세그먼트(40)로 표시된 바와 같이 처음에는 응력이 감소하며 변형률의 값이 커짐에 따라 세그먼트(41)로 표시된 바와 같이 응력은 변형률과는 무관해진다. 그럼으로써, 방수재는 γy>σy일때는 액체특성을 나타낸다.
충진형 케이블(20)을 위한 충진용 합성물은 약 77 내지 95중량%의 오일을 포함한다. 만약 유출방지제가 제공되어 있고, 그 방지제가 고무 블록 공중합체인 경우, 통상적으로, 오일성분은 약 90 내지 95중량%가 된다.
다른 한편으로 만약 유출방지제가 반액체고무인 경우, 오일성분은 약 77 내지 91중량%가 된다. 상기 합성물은 일반적으로 15중량%, 양호하게는 10중량%의 콜로이드입자를 구비한다. 만약 콜로이드입자가 훈증규토인 경우에는 통상적으로 약 2 내지 10중량%, 일부의 용도로는 5 내지 8중량%이다. 합성물의 유출방지제의 성분은 통상적으로 약 0.5 내지 15중량%이며, 블록공중합체 고무용으로 현재 양호한 범위는 약 0.5 내지 5중량%이고, 반도체 고무용으로 양호한 범위는 약 3 내지 15중량%이다. 선택사양적으로, 합성물은 소량의 산화안전제 및 기타의 첨가물을 포함한다. 예를들어 산화안정제로는 시바-가이기로부터 상표명 Irganox 1010으로 구매할 수 있는 테트라키스 메탄(tetrakis methane)이 있다. 통상적으로,오일과 콜로이드 입자 및 선택사양적인 유출방지제는 총합성물의 99중량% 이상을 이룬다.
표 Ⅲ에서의 예시적 합성물은 중량비로 검토되었다. 그 합성물은 공지의 방법으로 마련되었으며, 통상적으로, 먼저, 오일과 유출방지제와 산화방지제 및 콜로이드입자를 대기온도 및 대기압하에서 혼합하고, 이어서, 대기온도 및 불온전진공(통상적으로 약 300 토르이하)하에 둔다. 일례로 E와 같은 일부의 합성물은 교반되는 동안에 약 150℃로 가열되고 약 4시간 가량 그러한 온도하에 두었다. 생성된 합성물은 원추와 평판(cone-and-plate)유량측정에 의해 σC와 Ge의 정도를 판정하는 것을 포함하는 평가가 있었다.
표 Ⅲ에는 20℃에서의 σC및 Ge의 측정치를 비롯한 예시적 특성이 주어져 있다.
표 Ⅲ에 기재된 예시적 합성물중 A는 양호하다. 응력치(a)는 지체없이 결정되었으며 응력치(b)는 지시된 시간동안 지체되었다. 표Ⅲ의 예 중 다수에서 유출방지제가 사용되었음에도 불구하고 일부는 누출시험을 통과하지 못했다. 그러나, 표 Ⅲ의 합성물 중 어느것으로 채워진 케이블이든지 광섬유의 성능요건을 충족시킨다.
본 발명의 합성물의 물리적 특성은 콜로이드입자의 성분에 의존한다.
예를들어 Ge뿐만 아니라 σC는 입자성분이 감소함에 따라 감소한다.
합성물(중량비)
[표 III]
Figure kpo00003
양호하게는, 본 발명의 케이블의 코어를 채우기 위해 이용되는 방수재(36)는 충분히 낮은 응력에서 항복하며 케이블의 설치시나 굴절시에 광섬유(24) 및 유니트(22)가 코어내에서 이동할 수 있다. 항복하는 충진제는 광섬유가 응력이 작은 튜브(34)내에서 이동하게 하여 광섬유의 수명을 연장시킨다.
이전에 언급했듯이 본 발명의 케이블은 양호한 실시예에서 처럼 서로 꼬여지지 않는 유니트로 이루어지거나 꼬여지거나 또는 진동파형으로 이루어질 것이다. 물론, 꼬여지지 않은 것은 꼬는 장치가 제거되고 생산라인의 가동속도도 증가되므로 양호하다.
튜브(34)는 케이블(20)의 외피시스템(42)의 한 요소로 고려될 수도 있다.
이제, 제1도 및 제2도를 보면, 베딩층(43)과 일군의 보강부재(48)와 폴리에틸렌제 중간자켓(50)과 또다른 베딩층(52)과 또다른 군의 보강부재(56) 및 외부자켓(58)을 포함하는 외피시스템의 또다른 요소가 튜브(3)4의 전체에 걸쳐 배치됨을 알 수 있다. 중간자켓(50)과 외부자켓(58)은 모두 다른 플라스틱재료로 만들어질 수도 있으나 폴리에틸렌으로 이루어진다. 또한, 두 개의 자켓(50,58)의 재료가 다를 수도 있다. 보강부재는 양호한 실시예에서는 강선이다. 그러나, 금속이건 비금속이건간에 다른 재료의 보강부재도 양호하다.
이제, 제5도를 보면, 전체적으로 부호(70)으로 지칭되고 본 발명의 케이블의 제조에 이용되는 케이블 제조장치가 도시되어 있다. 케이블 제조장치(70)에는 각각의 유니트(22)를 위해 다수의 코팅된 광섬유(24)를 공급하는 공급부(payout)(71 : 제5도 및 제6도 참조)가 구비된다. 각각의 광섬유(24)는 지지 플랫홈(76)상에 설치된 스풀(73)로부터 공급된다. 공급 스풀(73)은 생산라인의 축(79)을 따라 또는 생산라인의 양측부상에 회전가능하게 설치되고 광섬유에 적절한 후진 인장력(back tension)을 가하고 회전이 저지된다.
이어서, 각각의 유니트를 포함하는 광섬유(24)는 서로 점진적으로 가까워지면서 결속장치(75)속으로 들어가며, 그렇게 되는 유니트에 대해 결속자(32)가 가해진다. 앞서 말했듯이 광섬유(24)는 상호간의 꼬임이 없이 서로 조립된다. 다시 말해서 광섬유는 서로 꼬여지지 않으며 또한 길이가 무한정적이다. 물론, 광섬유(24)가 서로 조립됨에 따라 광섬유의 전체에 걸쳐 약간의 의도하지 않은 꼬임이 있을 수도 있으나 광섬유의 상대 위치 변화는 360。를 넘지 않을 것이다.
광섬유(24)가 유니트로 조립된 후에 종래의 크로스헤드 압출기의 다이공동과 코어튜브를 닮은 안내튜브(도시 안됨)와 챔버로 가며, 거기에서 앞서 설명한 방수재(36)가 코어속으로 및 코어의 둘레로 들어간다. 이는 유니트(22)의 사이에 케이블단면부분 뿐만 아니라 코어의 각각의 유니트(22)의 광섬유(24)의 사이의 틈새가 방수재(36)로 채워지게 한다. 충진실로부터 충진된 코어가 유니트의 둘레로 플라스틱튜브를 압출하는 압축기(86)의 코어튜브를 통해 나아간다. 이 튜브는 모든 유니트(22)에 대해 공통이다.
앞서 설명했듯이, 본 발명의 케이블은 충진제를 포함하지 않은 공기 코어 케이블로 칭해지는 것일 수도 있다는 것을 알아야 한다. 그러한 단면에서 유니트(22)는 그것이 압출기(86)을 통해 이동하기에 앞서 테플론 플라스틱 등과 같이 플라스틱제 테이프(82)를 공급하는 테이프공급장치(81)를 지나간다.
테이프는 공지된 방법으로 코어의 둘레에 감겨서 튜브(34)의 압출중에 유니트를 보호하는 열막이로서 작용하는 코어 랩(core wrap)을 형성한다.
내장된 코어(21)가 압출기(86)를 통해 나아감에 따라 플라스틱 재료는 내장된 코어의 둘레에 사출되어 공통의 튜브인 내부 자켓(34)을 형성한다. 압출기(86)로부터 자켓을 갖는 코어가 부압이 걸려 있는 냉각통(88)을 통과한다. 이는 튜브(34)가 코어(21)로부터 멀리 팽창하게 하고 그것이 냉각됨에 따라 크기가 맞추어지게 한다. 결과적으로, 튜브(34)는 코어(21)의 둘레에 코어와 튜브 및 이어서, 외피시스템의 적용된 부분과의 사이의 상대운동을 허용하는 포장 밀도로 형성된다.
뒤에, 냉각되고 자켓을 갖는 코어는 자켓의 둘레로 베딩층(43)을 부가하는 베딩층 부가장치(91)를 통과한다. 자켓을 갖는 코어는 세로보강부재(48)를 위한 공급부조립체(95)를 통해 나아간다. 조립체(95)는 미국 특허 제4,446,686호에 기재되어 있다.
보강부재(48)를 이루는 기다란 와이어의 다수의 스폴이 공급부 조립체(95)내에 설치되어 있다. 제어된 크기의 후진 인장력이 스폴에 가해진다. 공급부조립체(95)는 베딩층(43)의 둘레에 서로 이격된 관계로 나선형으로 와이어를 감는데 효과적이다.
내부 케이블 구조체를 공급부조립체(95)를 통해 이동하고, 이어서, 중간자켓(50)을 부가하는 압출기(101)의 코어 튜브를 통해 이동한다. 동시에, 보강부재(48)가 공급 스폴로부터 공급되어 내부 케이블 구조체에 인접한 거의 세로방향의 경로로 이동하도록 조절된다. 보강부재는 압출기속으로 들어가기전에 예정된 나선형 배열로 배치된다.
내부 케이블 구조의 둘레로 중간자켓(50)을 압출하고 냉각통(103)속에서 그것을 냉각시킨 다음에 제2베딩층(52)이 제2베딩층 부가장치(105)에 의해 부가된다. 이어서, 그러한 미완성된 케이블 구조체는 제2보강부재 공급부조립체(107)를 통해 압출기(108)상으로 나아가며, 그러한 것은 공급부조립체(95) 및 압출기(101)와 유사하다. 이렇게 함으로써 보강부재(56)가 중간자켓의 둘레로 나선형으로 감기고 외부자켓이 그 위에 압출된다. 그 후에, 자켓을 갖는 코어 냉각통(109)을 통해 나아간다.
양호하게도, 케이블(20)은 토크의 평형이 이루어진 케이블이다. 두 개의 보강부재층은 서로 반대방향으로 감김으로써 인장하중하에서 두 개의 보강부재층이 케이블의 종축선 둘레로 동일하지만 방향이 반대인 토크를 발생키게한다. 이렇게 함으로써 케이블(20)이 지속적인 인장하중에 노출될 때 발생할 수 있는 꼬임을 방지한다.
외부자켓(58)이 압출되고 난 후, 케이블이 생산라인을 빠져나오기 전에, 외피가 예정된 크기만큼 연신된 후에 코어(21)가 외피시스템(42)에 연결된다.
케이블(20)의 제조에 더해지는 위와 같은 연결은 코어(21)와 외피시스템(42)의 사이의 상대운동이 거의 0이 되게 할 것이다. 이러한 연결은 미국 특허 제 4,446,686호 공개된 방법 및 장치에 의해 달성된다.
연결장치(110;제5도)는 코어(21)를 외피시스템에 대해 상대 운동이 가능하도록 인장력을 가함으로써 외피시스템(42)을 연장하는 데 효과적이다.
외피시스템(42)이 코어(21)에 대해 연장된 후에, 코어는 외피시스템에 연결되어 코어와 외피시스템 사이의 상대운동을 방지하게 된다. 그러한 연결은 코어(21)와 외피시스템(42)의 연결이 해제됨으로써 그 사이의 상대운동이 일어날 수 있으므로 일시적인 것이다. 외피시스템(42)은 비교적 큰 탄성을 갖는 보강주재를 포함하는 복합 구조체이므로 인장력이 없어지면 탄성적으로 회복된다. 외피의 연장 및 연결은 연신된 외피스스템(42)이 회복될 때 코어(21)와 외피시스템(42)의 최종 길이비가 예정치로 이루어지며, 이는 케이블이 반출되고 현장에 설치되기까지도 계속되며, 코어 대 외피의 길이 비는 적절해진다.
연결장치(110)는 직선형 캡스턴(112)과 연결용 활차(115;제5도 및 제7도)를 포함하며, 그것은 외피가 연신된 후에 인장력하에서의 연결을 가능하게 한다. 외피의 연신과 연결을 위해 직선형 캡스턴(112)과 활차(115)가 협력한다. 활자(115)는 받침대(117)의 측면지지부의 사이에 회전이 가능하게 설치되며 모터에 의해 동력구동된다. 활차(115)로부터 케이블(20)의 감기릴(120)로 나아간다. 직선형 캡스턴(112)은 정속적인 장치이지만, 연결용 활차(115)의 회전속도는 변동적이다. 피드백 제어시스템을 통해 활차의 속도가 제어되어 활차시스템(42)에서의 적절한 인장력을 얻는다.
활차(115)는 활차상의 케이블(20)의 각각의 계속적인 나선이 활차의 허브(124)의 표면(122)을 가로질러 이동하게 하는 안내수단을 포함한다. 프레임(128)에는 지느러미부(fin 126;제 7도)가 설치되고, 그것은 허브(124)에 인접한다. 활차(115)가 회전함에 따라 지느러미부(126)는 케이블(20)의 나선이 활차의 플랜지(129)중 한 쪽을 향해 번갈아 가면서 이동하여 분리되게 한다. 허브(124)를 가로지르는 한 지점으로부터 출구지점까지의 나선의 이동은 허브(122;제7도)를 경사지게 테이퍼로 하여 그 중 큰 직경쪽이 각각의 나선의 입구지점에 인접하고 작은 직경쪽이 출구지점에 인접하게 함으로써 양호하게 진행된다.
코어(21)는 외피시스템(42)이 직선형 캡스턴(112)과 큰 활차(115)의 사이에서 연신된 후에 외피시스템(42)에 연결된다. 직선형 캡스턴(112)과 활차(115)의 사이에서 외피시스템(42)의 변형량은 코어(21)의 총변형량과 동일하다.
총변형량은 기하학적 변형량과 섬유공급부의 인장력에 의해 유발되는 변형량과, 필요하다면 최종제품에서의 코어(21)의 길이가 외피시스템(42)의 길이를 초과하여 1.0000내지 1.0015의 코어 대 외피의 길이비를 얻게 하기 위한 증분을 합한 것이다. 외피시스템(42)에서의 인장력은 광섬유의 중심이 외피의 중심축으로부터 이동함으로써 생기는 기하학적 변형량과 기타의 변형량을 보상해주도록 활차(115)의 회전속도를 제어함으로써 제어될 수 있다. 기하학적 변형량이 코어(21)의 유니트(22)의 수의 함수로서 변화하므로 요구되는 인장력도 변할 것이다.
케이블(20)은 외피시스템(42)이 연신상태로 있을 때, 외피시스템(42)과 코어(21)를 연결시키기에 충분한 수의 턴(turn)만큼 활차(115)상에 외피시스템(42)이 연신된 상태로 감긴다. 3번의 턴이면 충분하지만 양호하게는 5번의 턴 이상임이 밝혀졌다. 케이블 제조 장치(70)에서는 코어(21)에 후진 인장력이 있다. 코어(21)와 외피시스템(42)의 사이의 연결은 코어 상의 후진 인장력이 코어가 연결된 외피에 대해 코어를 이동시키는 것을 저지하기에 충분하다.
반대쪽에서 당겨지는 후진 인장력과 평행을 이루기 위해 연결부의 출력쪽에 요구되는 힘은 비교적 작다.
이러한 출력측부상의 작은 인장력은 광섬유(21)의 무게 및 마찰에 의해 활차(115)와 감기릴(120)의 사이에 비교적 작은 길이의 케이블이 제공된다.
외피시스템(42)에 대한 코어(21)의 성공적인 연결을 위해서는 연결용 활차(42)상의 케이블(20)의 나선의 각각의 직경이 계속 감기는 케이블의 다른 어떤 나선의 직경보다 커야 함이 중요한 요건이다. 계속적인 나선직경의 증가는 코어(21)에 대해 점증적인 인장력을 가하는 것으로 귀결됨이 밝혀졌다.
그러한 배열에서 코어(21)에 가해지는 점증적인 인장력은 코어가 튜브(31)의 활차쪽에 대해 고정되게 함으로써 기하학적 변형량을 증가시킨다. 적어도 두 개 이상의 연속적인 활차의 사이의 직경이 증가하는 활차를 지나는 케이블(20)의 이동도 코어의 점진적인 부족으로 귀결된다. 이러한 상태는 펌핑이라고 불리우며 점증적이다. 연결용 활차(115)는 모든 연속적인 활차보다 큰 직경을 가지며, 연결되었거나 또는 연결되지 않았거나 케이블(20)이 감겨진 어떤 연속적인 나선보다 크다.
연결용 활차(115)의 직경은 비교적 커야하는 것이 중요하다. 나중에 설명하겠지만, 코어(20)는 활차의 둘레로 이동한다. 적절한 위치는 케이블(21)의 중심축을 따르는 것이다. 활차가 클수록 케이블(20)의 각각의 증분은 직선에 가깝다. 무한히 큰 직경을 갖는 활차에서는 코어의 증분의 각각은 중심축을 따르는 증분과 동일한 길이로 된다. 또한 활차의 직경이 작을수록 코어(21)의 부족을 보상하기 위해 큰 힘이 요구되므로 비교적 큰 직경의 활차(115)가 이용된다. 부족량은 활차의 직경과는무관하지만, 부족량이 기하학적 변형량에 도달하기 위한 활차원주의 퍼센트로 나타나면, 그 퍼센트는활차의 직경에 의존한다. 따라서, 작은 직경의 활차인 경우에는 외피시스템(42)의 연신의 큰 직경의 활차인 경우보다 커야 한다. 활차(115)의 직경이 감소함에 따라 기하학적 변형량이 증가하는 결과로서 기하학적 변형량을 보상하기 위해 외피시스템(42)을 연신시키는 데에 요구되는 인장력이 증가한다. 양호한 실시예에서는 약 9피트의 직경을 갖는 연결용 활차를 이용하여 그러한 문제를 극복한다.
연결은 일시적이다. 케이블(20)에 인장력이 거의 없어질 때 코어(21)와 외피시스템(42)는 복합 외피시스템의 원래 길이로의 탄성적 회복력으로 인해 분리되고, 두 개의 길이는 거의 동일하다. 양호한 실시예에서 케이블(20)은 그것이 활차(115)를 떠나 감기릴(120)로 이동해가면서 분리된다. 연결용 활차(115)와 감기릴(120)사이에서의 케이블코어(21)의 인장력은 반드시 0이다.
감기릴상에서의 외피시스템(42)은 통상적으로 운반 및 처리에 적합한 저장팩키지로 만들기에 충분한 비교적 작은 인장력하에 있다. 케이블(20)이 감기릴(120)에 감겨지기까지는 충분한 코어(21)가 외피시스템(42)과 함께 활차(115)의 출력측상으로 넘겨져서 코어와 외피의 길이비가 예정치로 되게 하며, 코어와 외피시스템은 실제로 분리되어 있다.
일반적으로 추구되는 것은 케이블(20)이 현장에 설치될 때 케이블의 외피시스템(42)과 코어(21)사이의 길이 차이를 0으로 하는 것이다. 거의 모든 인장력을 제거하면 외피시스템(42)이 코어의 기하학적 변형량 및 공급시의 변형량의 합과 동일한 크기까지 회복되어 코어와 외피의 길이가 거의 동일하게 한다. 그러나, 나중에 설명하겠지만, 양호한 실시예에서는 외피시스템(42)이 기하학적 변형량에 덧붙여서 예정된 증분을 포함하는 코어의 총변형량과 같은 양까지 연신된다. 결과적으로 외피시스템(42)이 탄성적으로 회복하면, 코어길이는 외피길이를 약간 초과하고 코어는 약간의 압축하중하에 있다.
본 발명의 케이블은 종래의 케이블에서 부딪쳐온 문제에 대한 해결을 한 것이다. 그러한 케이블은 다수의 유니트를 내장하는 공통의 튜브를 갖기 때문에 비교적 소형이다. 양호한 실시예에서 광섬유 및 다수의 유니트는 꼬여있지 않기 때문에 제조공정이 이와 다른 케이블의 경우에서보다 저렴하다.
또한, 다수의 광섬유를 하나의 케이블로 조립한 결과로서 부가적 손실이 거의 없다. σC
Figure kpo00004
70 Pa인 본 발명의 케이블이 방수재는 케이블이 약 0.1dB/km 보다 작은 평균적인 부가 손실을 갖게 한다. 또한, 케이블은 양호한 물리적 특성을 갖는다. 내부보강재가 없으므로 보강부재가 광섬유를 손상시킬 가능성이 근본적으로 제거되었다.
앞서 말했듯이, 본 발명의 케이블은 충진되는 것으로 한정되지는 않는다. 공기 코어 케이블(130:제8도)의 경우에는 플라스틱 코어랩 재료(132)가 코어(133)와 플라스틱튜브(134)의 사이로 들어간다. 케이블(130)은 결속자(138)로 서로 고정되어 있는 다수의 광섬유(24)를 각각 포함하는 하나 이상, 일반적으로는 다수의 유니트(136)를 포함한다. 충진된 케이블(20)의 경우에서 처럼 케이블(130)의 광섬유(24)는 거의 무제한적인 배열을 갖는다. 다시 말해서, 일부러 서로 꼭 필요가 없다. 그러나, 어떤 부분은 물결파형으로 배치되기도 할 것이다. 케이블(130)의 나머지 부분은 제1도와 동일한 도면부호로 지칭된다.
광섬유(24)가 서로 꼬여 있지 않을지라도 유니트(136)는 진동파형을 갖거나 서로 꼬여질 수 있다(제9도).
케이블의 예 1
본 발명에 따라 제조된 케이블에서는 12개의 신호모드를 갖고 코팅부까지의 직경이 0.2438 예를들면(0.0096인치)를 갖는 압착외피로 싸인 다수의 광섬유를 각각 포함하는 두 개의 유니트가 조립되었다. 다수의 유니트나 다수의 광섬유 모두가 꼬여지지 않았다. 염화폴리비닐(PVC)-에틸렌비닐아세테이트(EVA) 그라프트 중합체에 기초를 둔 합성물을 포함하는 플라스틱재료가 유니트의 둘레로 사출되어 0.432mm(0.017인치)의 내경을 갖는 튜브를 이루며, 표 Ⅲ의 예 A인 방수재가 코어구역에 들어간다. 외피시스템은 제1도에 도시된 스틸보강된 크로스플라이형(cross-ply type)으로 되어 있고 10.41mm(0.41인치)의 외경을 갖는다. 1310nm와 1550nm인 이러한 케이블의 평균적인 부가적 미세굴절손실을 0dB/km이었다. 1310nm와 1550nm에서의 최종 케이블손실은 각각 0.38dB/km와 0.24dB/km이었다.
케이블의 예 2
예 1에서와 같은 구조를 갖는 또다른 케이블에 구리 쉴드(copper shield)와 스테인리스스틸 박판 및 또 다른 폴리에틸렌 자켓을 포함하는 덧피(oversheath)가 구비되었다. 덧피는 쥐와 같은 설치류 및 번개에 대한 보호를 한다. 또한, 1310nm와 1550nm에서의 부가손실은 모두 0dB/km이었다.
최종손실은 1310nm에서의 0.38dB/km와 1550nm에서의 0.22dB/km로 결정되었다.
본 발명은 광섬유케이블 및 그 제조방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 부가적인 요소 외피부분이 구비된 단일 튜브내에 배치된 다수의 다중섬유유니트를 포함하는 광섬유 코어에 관한 것이다.
본 발명의 기타 특징은 첨부된 도면을 참조로 한 구체적인 실시예의 상세한 설명으로부터 잘 알 수 있을 것이다.
제1도는 본 발명의 광섬유케이블의 사시도이고,
제2도는 제1도의 광섬유케이블의 단면도이고,
제3도는 코팅된 광섬유의 단면도이고,
제4도는 제1도의 케이블용 방수재에 대한 예시적 응력 대 변형률선도이며,
제5도는 제1도의 케이블을 제조하는데 사용되는 생산라인의 개략도이고,
제6도는 광섬유공급부 및 별도의 유니트로 이루어진 다수의 광섬유의 조립체를 도시하는 제5도의 생산라인의 일부의 사시도이며,
제7도는 제1도 케이블의 코어 대 외피의 길이비율을 조정하는 데 효과적인 설비를 도시하는 제5도의 생산라인의 일부의 사시도이고,
제8도는 본 발명의 케이블의 다른 실시예를 도시한 사시도이며,
제9도는 본 발명의 케이블의 또다른 실시예를 도시한 사시도이다.

Claims (22)

  1. 광학적 유리전송매체(26)와 그것을 둘러싼 적어도 하나의 코팅층(28)을 각각 포함하는 다수의 광섬유(24)와 플라스틱제인 하나의 튜브부재(34)를 구비하고 광섬유케이블의 세로중심축선과 동일선상에서 연장하는 세로중심축선(29)을 갖는 하나의 코어(21)와, 보강부재(48,56) 및, 상기 코어를 둘러싸고 플라스틱제인 자켓(50,58)을 포함하는, 광섬유케이블에 있어서, 결속자(32)로 감긴 다수의 광섬유를 각각 포함하는 다수의 유니트(22)의 둘레에 공통의 튜브부재(34)가 배치되고, 상기 다수의 유니트는 그러한 다수의 유니트와 튜브 부재간에 배치된 상당히 유연한 스트립내에 내장되어 있으며, 상기 다수의 광섬유(24)가 의도적인 꼬여짐이 없이 배치되고 케이블의 세로중심축선에 평행한 방향으로 연장하고, 상기 튜브부재내의 단면적에 대한 다수의 광섬유의 단면적의 비율이 예정치를 의도적으로 초과하지 않으며, 상기 다수의 광섬유(24)는 상기 광섬유케이블이 사용될 때 바람직스럽지 못한 부가손실을 방지하도록 상기 튜브부재(34)내에서 재배치될 수 있으며, 상기 각각의 광섬유는 상기 튜브부재의 전장을 초과하는 길이를 가지고; 상기 튜브부재(34)내에 배치되고 광섬유(24)들 사이와 유니트와 튜브부재의 사이의 틈새를 채우는 방수재(36)를 포함하고, 상기 방수재는 예정된 응력을 받을 때 튜브부재내에서의 광섬유의 이동을 허용하는 크기의 임계항복응력과 횡탄성계수를 갖게 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유케이블.
  2. 제1항에 있어서, 튜브부재(34)내의 단면적에 대한 다수의 코팅된 광섬유(24)의 단면적의 비율이 약 0.5를 초과하지 않게 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유케이블.
  3. 다수의 유니트와 하나의 튜브와 하나의 방수재와 보강부재 및 쟈켓을 포함하며, 상기 다수의 유니트(22)의 각각은 의도적으로 꼬여짐이 없이 서로 조립된 다수의 광섬유(24)를 포함하여 케이블(20)을 따라 연장하는 유니트로 이루어지고 그 둘레에 결속자(32)가 감겨 있으며, 상기 튜브(34)는 플라스틱제이고 예정치를 초과하지 않는 튜브내의 단면적에 대한 다수의 광섬유의 단면적의 비율을 갖는 다수의 유니트를 내장하며 케이블의 세로축선에 대해 평행하게 배치되고, 상기 방수재(36)는 튜브내에 배치되며 유니트와 튜브의 사이 및 다수의 광섬유의 사이의 틈새를 채우고 상기 방수재가 예정된 응력을 받을 때 코어와 함께 유니트의 이동을 허용하는 크기의 임계항복응력 및 횡탄성계수를 가지며, 상기 자켓(50,58)은 플라스틱제이고 상기 튜브를 내장하게 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유케이블.
  4. 제3항에 있어서, 상기 방수재(36)가 20℃에서 약 70 파스칼보다 크지 않은 임계항복응력과 20℃에서 약 13 킬로파스칼보다 작은 횡탄성계수를 갖게 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유케이블.
  5. 제4항에 있어서, 다수의 유니트(22)의 각각이 평행배열을 갖게 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유케이블.
  6. 제4항에 있어서, 다수의 유니트(22)의 각각이 꼬여진 배열을 갖게 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유케이블.
  7. 제4항에 있어서, 상기 튜브(33)가 방수재(36)에 의해서만 서로로부터 분리된 다수의 유니트를 내장하고 공통의 튜브이고, 다수의 광섬유의 각각에는 코팅(28)이 구비되며, 튜브내의 단면적에 대한 다수의 광섬유의 단면적의 비율은 0.5이고, 튜브의 길이는 각각 유니트의 다수의 광섬유의 길이보다 길지 않게 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유케이블.
  8. 제7항에 있어서, 상기 방수재(36)가 77 내지 95중량%의 오일과 2 내지 15중량%의 소수성 훈증규토의 콜로이드입자를 포함하는 합성물이고, 상기 오일은 약 0.86의 최소비중과 -4℃ 보다 작은 유동점(pour point)를 가지며 ASTM 103형이나 ASTM 104A형 또는 ASTM 104B형인 피라핀계 오일과, 약 0.86의 최소비중과 -4℃보다 작은 유동점을 가지며 ASTM 103형이나 ASTM 104A형 또는 ASTM 104B형인 나프텐계 오일과, 약 0.83의 최소비중과 18℃보다 작은 유동점을 갖는 폴리부텐계 오일과, 이들의 혼합물중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 광섬유케이블.
  9. 제7항에 있어서, 상기 방수재(36)가 77 내지 95중량%의 오일과 2 내지 15중량%의 콜로이드입자를 포함하는 합성물이고, 상기 오일은 약 0.86의 최소비중과 -4℃ 보다 작은 유동점을 가지며 ASTM 103형이나 ASTM 104A형 또는 ASTM 104B형인 피라핀계 오일과, 약 0.86의 최소비중과 -4℃보다 작은 유동점을 가지며 ASTM 103형이나 ASTM 104A형 또는 ASTM 104B형인 나프텐계 오일과, 약 0.83의 최소비중과 18℃보다 작은 유동점을 갖는 폴리부텐계 오일과, 트라이글리세라이드를 기본으로 하는 식물성 오일과, 폴리프로필렌오일과, 약 30 내지 75중량%의 염소성분을 갖고 25℃에서 100 내지 10,000cps의 사이의 점도를 갖는 염화파라핀오일 및, 중합에스테르 중에서 선택되며, 상기 콜로이드입자는 소수성 훈증규토와, 친수성 훈증규토와, 침전규토 및 점토 중에서 선택되며 약 50 내지 400㎡/g의 BET 표면적을 갖게 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유케이블.
  10. 제9항에 있어서, 상기 합성물이 약 0.1 내지 0.8사이의 스티렌/고무비를 갖는 스티렌-고무 블록공중합체 및 스티렌-고무-스티렌 블록 공중합체와, 20,000 내지 70,000 사이의 플로리(Flory) 분자량을 갖는 반액체형 고무와, 부틸고무와, 에틸렌-프로필렌고무와, 에틸렌-프로필렌 2량체(dimer)고무와, 100℃에서 약 20 내지 90 사이의 무니(Mooney) 점도를 갖는 염화부틸고무 및 38℃에서 40,000 내지 4000,000cps 사이의 점도를 갖는 2중합고무 중에서 선택되는 15중량%까지의 유출방지제를 부가적으로 포함하고, 상기 오일과 콜로이드 입자 및 유출방지제가 상기 합성물의 성분의 적어도 99중량%를 포함하게 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유케이블.
  11. 제10항에 있어서, 상기 합성물이 약 90 내지 95중량%의오일과 약 2 내지 10중량%의 콜로이드입자를 포함하게 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유케이블.
  12. 광섬유케이블 제조방법에 있어서, 의도적으로 꼬지 않으면서 다수의 광섬유(24)를 조립하여 유니트를 포함한 코어(21)를 형성하는 광섬유 조립단계와, 이동경로를 따라 유니트를 이동시키는 유니트이동단계 및, 유니트를 내장한 외피시스템(42)을 제공하는 외피시스템 제공단계를 포함하며, 상기 외피시스템 제공단계가 유니트의 둘레에 배치되고 케이블의 세로 축선에 평행한 플라스틱제의 튜브에 유니트를 내장시키는 유니트 내장단계와, 보강부재를 튜브(34)의 둘레에 배치시키는 보강부재 배치단계 및, 플라스틱 덧피를 보강부재(48,56)의 둘레에 압출시키는 플라스틱 덧피 압출 단계를 포함하고, 이때 튜브내의 단면적에 대한 광섬유의 단면적의 비율이 예정치를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 광섬유케이블 제조방법.
  13. 제12항에 있어서, 이동경로를 따라 다수의 유니트(22)를 이동시키는 유니트 이동단계를 부가적으로 포함하고, 상기 외피시스템(42) 제공단계가 다수의 유니트를 내장시키도록 수행되는 것을 특징으로 하는 광섬유케이블 제조방법.
  14. 제13항에 있어서, 다수의 유니트(22)를 꼬는 유니트 꼬기단계를 부가적으로 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광섬유케이블 제조방법.
  15. 제13항에 있어서,다수의 유니트(22)를 진동파형 배열로 서로 꼬여지게 하는 유니트꼬기단계를 부가적으로 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광섬유케이블 제조방법.
  16. 제12항에 있어서,튜브(34)와 유니트(22)의 사이 및 다수의 광섬유의 사이의 틈새에 방수재(36)를 함입시키는 방수재함입단계를 부가적으로 포함하고, 이때, 상기 방수재는 20℃에서 약 70 파스칼을 초과하지 않는 임계 항복응력과 20℃에서 약 13 킬로파스칼보다 작은 횡탄성계수를 갖는 것이고, 또한, 다수의 광섬유의 각각에는 코팅(28)이 제공되며, 튜브내의 단면적에 대한 다수의 광섬유의 면적의 비율이 0.5가 되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 광섬유케이블 제조방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 방수재(36)가 77내지 95중량%의 오일과 2 내지 15중량%의 소수성 훈증규토의 콜로이드입자를 포함하는 합성물이고, 상기 오일은 약 0.86의 최소비중과 -4℃ 보다 작은 유동점을 가지며 ASTM 103형이나, ASTM 104A형 또는 ASTM 104B형인 파라핀계 오일과, 약 0.86의 최소비중과 -4℃ 보다 작은 유동점을 가지며 ASTM 103형이나 ASTM 104A형 또는 ASTM 104B형인 나프텐계 오일과, 약 0.83의 최소비중과 18℃보다 작은 유동점을 갖는 폴리부텐오일 및, 그 혼합물 중에서 선택되게 이루어지는 것을 특징으로 하는 광섬유케이블 제조방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 방수재(36)가 77내지 95중량%의 오일과 2 내지 15중량%의 콜로이드입자 및 15중량%이하의 유출방지제를 포함하는 합성물이며, 상기 오일은 약 0.86의 최소비용과 -4℃보다 작은 유동점을 갖고 ASTM 103형이나, ASTM 104A형 또는 ASTM 104B형인 파라핀계 오일과, 약 0.86의 최소비중과 -4℃ 보다 작은 유동점을 갖고 ASTM 103형이나 ASTM 104형 또는 ASTM 104B형인 나프텐계 오일과, 약 0.83의 최소비중과 18℃보다 작은 유동점을 갖는 폴리부텐오일과, 트라이글리세라이드에 기초를 둔 식물성 오일과, 폴리부텐오일과, 30 내지 75중량%의 염소 성분을 포함하고 25℃에서 100 내지 10,000cps의 점도를 갖는 염화파라핀 오일과, 중합에스테르 및 그 혼합물 중에서 선택되며, 상기 콜로이드 입자는 소수성 훈증규토와 친수성 훈증규토와 침전규토 및 점토중에서 선택되고 약 50 내지 400㎡/g의 BET 표면적을 갖고, 상기 유출방지제는 약 0.1내지 약 0.8의 스티렌/고무비를 갖는 스티렌-고무 블록중합체 및 스티렌-고무-스티렌 블록중합체와, 20,000 내지 70,000 의 플로리 분자량을 갖는 반액체형 고무와, 에틸렌-프로필렌고무와, 에틸렌-프로필렌 2량체고무와, 100℃에서 약 20 내지 90의 무니점도를 갖는 염화부틸고무 및 38℃에서 40,000 내지 400,000cps의 점도를 갖는 2중합고무 중에서 선택되며, 상기 오일과 콜로이드 입자 및 유출방지제가 상기 합성물의 적어도 99중량%가 되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 광섬유케이블 제조방법
  19. 제16항에 있어서, 상기 보강 부재 배치 단계가 상기 튜브(34)의 둘레로 다수의 제1금속선을 한 방향의 나선형으로 감는 제1금속선감기단계와, 상기 제1금속선의 위에 플라스틱제의 중간자켓(50)을 압출하는 중간자켓 압출단계와, 상기 중간 자켓의 둘레로 다수의 제2금속선을 제1금속선과 반대방향으로 감는 제2금속선감기단계 및 상기 제2금속선의 둘레에 플라스틱제의 외부자켓(58)을 압출하는 외부자켓 압출단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광섬유케이블 제조방법.
  20. 제19항에 있어서, 외피시스템(42)의 길이에 위한 광섬유코어(21)의 길이를 조절하는 길이 조절단계를 부가적으로 포함하고, 이때, 외피시스템과 광섬유 코어의 사이의 상대운동이 일어날 수 있으며, 외피시스템은 비교적 큰 탄성계수를 갖는 보강부재를 포함하게 이루어지는 것을 특징으로 하는 광섬유케이블 제조방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 길이 조절단계가 외피시스템(42)에 대해 인장력을 가함으로써 코어에 대한 이동경로를 따라 외피시스템을 연신시키는 외피시스템 연신단계와, 상기 연신된 외피시스템에 대해 코어(21)를 연결하는 코어연결단계를 포함하고, 이때, 상기 코어 연결 단계에서의 코어 연결은 상기 코어와 외피시스템이 연결된 케이블이 감긴 어떤 연속적인 케이블턴의 직경도 초과하는 직경을 갖는 활차의 둘레로 예정된 턴수로 케이블을 이동시킬 때에 코어와 외피시스템의 사이에 발생할 수 있는 상대운동을 방지하기 위한 것이며, 상기 외피시스템 연신단계와 코어연결단계에서는 충분한 부가길이의 코어가 외피시스템에 대해 상대이동하여 코어와 외피시스템의 길이의 비율이 인장력이 감소되었을 때는 외피시스템이 초기길이로 탄성적으로 회복될 수 있게 하는 예정치로 되게 이루어지는 것을 특징으로 하는 광섬유케이블 제조방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 외피시스템(42)이 이동경로를 따라 연신되고, 활차의 회전속도는 감기는 케이블이 외피시스템을 연신시키는 인장력하에 처해지게 하기에 충분하게 함으로써 충분한 부가길이의 코어가 상기 연신된 외피에 대해 상대 이동하여 코어의 길이가 연신된 외피시스템의 길이와 동일해지게 하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 광섬유케이블 제조방법.
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