KR100800758B1 - 광섬유 코팅층에 기포의 발생을 방지하기 위한 광섬유코팅장치 및 이를 이용한 코팅방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광섬유 코팅층에 기포의 발생을 방지하기 위한 광섬유 코팅장치 및 이를 이용한 코팅방법에 대한 것이다. 본 발명에 따른 코팅장치는, 광섬유를 통과시키면서 광섬유에 코팅층을 형성하는 코팅부, 상기 코팅부의 하부에 결합되어 상기 광섬유를 인출하는 베이스부, 코팅부 상부에 설치되어 코팅부를 외부 공기로부터 차단하고 광섬유 인입구가 형성된 덮개부, 상기 덮개부가 형성하는 내부공간으로 공기보다 동점성 계수가 작은 가스를 공급하는 가스 공급라인 및 상기 덮개부의 내부공간에 잔존하는 코팅액을 외부로 배출하는 코팅액 배출라인을 포함한다. 본 발명에 따르면, 코팅장치의 내부공간을 동점성 계수가 공기보다 작은 가스로 양압분위기를 형성함으로써, 고속인선공정에서도 광섬유의 코팅층에 기포의 발생을 방지할 수 있으며, 코팅조건 안정화를 통한 광섬유 코팅품질 저하를 방지할 수 있다.

Description

광섬유 코팅층에 기포의 발생을 방지하기 위한 광섬유 코팅장치 및 이를 이용한 코팅방법{Optical fiber coating apparatus for preventing of bubble generation in coating Layer of optical fiber and method of coating optical fiber using the same}

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 통상적인 광섬유의 단면도이다.

도 2는 종래의 광섬유 코팅장치의 구성도이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 코팅장치의 구성도이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 코팅장치를 사용하여 광섬유를 코팅하는 공정을 도시한 공정 개략도이다.

본 발명은 광섬유 코팅장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광섬 유 코팅시 광섬유의 코팅층에 기포의 발생을 방지하는 광섬유 코팅장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 광섬유는 내부 기상 증착법 또는 외부 기상 증착법 등의 공법에 의해 제조된 모재를 가열로를 이용하여 끝단을 용융한 상태로 만들고, 용융된 부분을 직경이 매우 작은 상태로 인선하면서 냉각, 코팅, 경화시켜 제조한다.

이와 같이 제조된 광섬유가 도 1에 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 광섬유는 광신호를 전파하는 코어층(1), 코어층(1) 외부를 감싸며 코어층(1) 보다 상대적으로 굴절율이 낮은 클래드층(2), 및 코팅층(3)으로 구성된다.

상기 코팅층(3)은 코어층(1) 및 클래드층(2)으로 구성된 광섬유를 외부 충격으로부터 보호하며, 인선되는 광섬유의 표면에 코팅액을 도포하여 형성한다.

그런데, 광섬유 제조원가의 절감을 위해 광섬유의 인선 속도를 증가시키면, 광섬유의 코팅과정에서 광섬유 표면을 따라 외부 공기가 코팅부 내부로 유입되어 빠져나오지 못하고 코팅층에 기포로 존재하게 되며, 상기한 기포는 광섬유의 품질 저하 및 단선을 유발하는 문제가 있다. 왜냐하면, 인선 속도가 고속화 될수록 광섬유의 표면을 따라 코팅액 내부로 유입되는, 광섬유 표면상의 외부공기의 경계층 두께가 두꺼워져 광섬유가 코팅액에 접할 때 생기는 안정된 메니스커스(meniscus) 형태가 파괴되기 때문이다.

이러한 문제점을 개선하기 위한 종래의 코팅장치가 도 2에 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 종래의 코팅장치는 인입통로(5)를 통해 인입되는 광섬유(4)의 표면에 코팅장치의 내부 일측에 형성된 코팅액 유입구(7)를 통해 유입되는 코팅액을 도포시켜 코팅층을 형성시킨다. 이러한 코팅공정이 진행되는 과정에서, 상기 코팅장치는 광섬유(4)의 표면에 코팅액을 도포시키기 전에 가스 주입구(8)를 통해 코팅장치 내부로 유입되는 공기보다 동점성 계수가 작은 가스를 인입통로(5)의 양측에 구비된 노즐(6)을 통해 광섬유(4)의 표면에 분사한다. 가스를 분사함으로써 외부공기에 의해 광섬유 표면에 형성된 경계층의 두께를 감소시키고, 공기보다 동점성 계수가 작은 가스로 광섬유(4)의 표면에 경계층을 형성하여 광섬유의 인선 속도가 증가되더라도 기포발생의 원인이 되는 외부공기의 경계층 두께를 줄일 수 있다.

그러나, 종래의 코팅장치는 광섬유의 표면에 직접 가스를 분사하기 때문에 코팅장치의 내부로 들어가는 광섬유가 미세하게 진동하게 된다. 이에 따라, 인선되는 광섬유의 직경 변화와 코팅품질의 저하가 초래되는 한계가 있다. 이러한 문제는 광섬유의 인선속도를 증가시키면 시킬수록 분사되는 가스의 압력이나 양을 증가 시켜야 하는 공정환경에서는 더욱 심화된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 인선되는 광섬유의 표면을 따라 코팅장치의 내부로 유입되는 외부공기를 최소화하여 광섬유의 코팅층에 기포의 발생을 방지하고, 고속으로 인선되는 광섬유의 코팅조건을 안정화 하여 코팅층을 형성시키는 광섬유 코팅장치 및 이를 이용한 코팅방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 광섬유 코팅장치는, 광섬 유를 통과시키면서 상기 광섬유에 코팅층을 형성하는 코팅부; 상기 코팅부의 하부에 결합되어 상기 광섬유를 인출하는 베이스부; 상기 코팅부 상부에 설치되어 상기 코팅부를 외부 공기로부터 차단하고 광섬유 인입구가 형성된 덮개부; 상기 덮개부가 형성하는 내부공간으로 공기보다 동점성 계수가 작은 가스를 공급하기 위해 상기 덮개부에 연결되는 가스 공급라인; 및 상기 덮개부의 내부공간에 잔존하는 코팅액을 외부로 배출하기 위해 상기 덮개부에 연결되는 코팅액 배출라인; 을 포함하고, 상기 내부공간은 공기보다 동점성 계수가 작은 가스로 양압분위기가 형성된다.

본 발명에 따른 코팅장치에 있어서, 상기 가스 공급라인과 상기 코팅액 배출라인은 상기 덮개부에 연결되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 코팅장치에 있어서, 상기 덮개부의 내부공간으로 유입되는 가스는 광섬유 표면에 직접 분사되지 않는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 코팅장치에 있어서, 상기 가스 공급라인은 상기 덮개부의 하부에 형성되어 상기 가스 공급라인을 통해 공급된 가스가 상기 코팅부의 주위에 형성된 압력균배공간을 통해 압력이 균배된 후 상기 내부공간으로 가스가 채워지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 코팅장치에 있어서, 상기 가스는 프레온, 크세논, 이산화 탄소, 또는 이들의 혼합가스인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 코팅장치에 있어서, 상기 덮개부의 내부공간으로 인입되는 상기 광섬유의 관찰이 가능하도록 상기 덮개부의 재질은 투명소재가 바람직하고, 상기 투명소재는 유리 또는 투명성 플라스틱일 수 있다.

본 발명에 따른 코팅장치는, 상기 덮개부의 내부공간으로의 가스 공급을 방해하지 않도록 상기 코팅액 배출라인은 상기 가스 공급라인에 비해 상대적으로 상기 덮개부의 아래쪽에 연결된 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 코팅장치에서, 코팅액 배출력의 향상을 위해 상기 코팅액 배출라인에 연결된 진공수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 광섬유 코팅장치를 이용한 코팅방법은 광섬유를 통과시키면서 광섬유에 코팅층을 형성하는 코팅부, 및 상기 코팅부의 상부에 설치되어 상기 코팅부를 외부 공기로부터 차단하고, 광섬유 인입구가 형성된 덮개부를 구비한 코팅장치를 이용한 코팅방법으로, 상기 덮개부에 연결된 가스 공급라인을 통해 동점성 계수가 공기보다 작은 가스를 상기 덮개부에 의해 형성된 내부공간으로 공급하는 단계; 및 상기 광섬유 인입구를 통해 광섬유를 인입하고, 상기 광섬유를 코팅액으로 채워진 상기 관통홀을 통해 통과시키는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 코팅방법에서, 상기 덮개부의 하부에 연결된 상기 가스 공급라인을 통해 유입된 가스는 상기 코팅부의 주위에 형성된 압력균배공간을 통해 압력이 균배된 후에 상기 내부공간으로 채워지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 코팅방법에서, 상기 광섬유 인입구로 유입되는 외부공기를 차단하기 위해 상기 가스는 상기 덮개부가 형성하는 내부공간을 양압으로 유지하도록 유량이 조절되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하 기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 코팅장치의 구성도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 광섬유 코팅장치는 중앙에 관통홀(12)이 형성되어 관통홀(12)로 관통하는 광섬유 주위에 코팅액(11)을 점착하는 코팅부(10), 코팅부(10)의 하부에 결합되고 관통홀(12)과 연통되는 배출홀(21)이 형성되어 코팅층이 형성된 광섬유(60)를 외부로 인출하는 베이스부(20), 상기 코팅부(10)상부에 설치되어 상기 코팅부(10)를 외부 공기로부터 차단하고 가스 유입구(31), 코팅액 배출구(32), 및 광섬유 인입구(41)가 형성된 덮개부(30), 상기 가스 유입구(31) 및 코팅액 배출구(32)의 각각에 연결된 가스 공급라인(51), 및 코팅액 배출라인(52)을 구비한다.

상기 코팅부(10)의 중앙에는 인선되는 광섬유(60)가 통과하는 관통홀(12)이 형성 되어있어, 광섬유(60)가 관통홀(12)을 통해 코팅부(10)를 통과할 때 관통홀(12)에 채워진 코팅액(11)이 광섬유(60)의 표면에 점착된다.

상기 베이스부(20)는 관통홀(12)에 연통되는 소정 직경의 배출홀(21)이 구비되어 광섬유(60)의 표면에 점착된 여분의 코팅액(11)을 제거하여 광섬유(60)의 코팅층의 두께를 조절한다. 그리고, 코팅액(11)은 베이스부(20)의 일측에 연결된 코팅액 공급관(미도시)을 통해 외부로부터 공급되어 관통홀(12)을 따라 코팅부(10)의 상부로 분출하게 된다.

상기 덮개부(30)는 베이스부(20)와 결합하여 외부로부터 코팅부(20)로 외부 공기가 유입되는 것을 차단하고, 광섬유 인입구(41)를 통해 인입한 광섬유(60)의 주위에 동점성 계수가 공기보다 낮은 가스로 양압 분위기를 형성하기 위해 설치된다. 그리고, 상기 덮개부(30)의 일측에는 가스 유입구(31) 및 코팅액 배출구(32)의 각각에 연결된 가스 공급라인(51) 및 코팅액 배출라인(52)이 설치된다. 상기 덮개부(30)의 형상은 반구형인 것이 바람직하지만, 상기 코팅부(10)를 외부로부터 격리하는 형상이면 어떠한 형상이어도 무방하다.

상기 덮개부(30)는 내부공간(42)으로 진입되는 광섬유(60)의 상태와 광섬유(60)와 코팅액(11)이 접하는 지점을 관찰하여 코팅장치의 공정조건을 조절할 수 있도록 투명소재로 이루어지는 것이 바람직하다. 바람직하게, 상기 덮개부(30)는 유리 또는 투명성 플라스틱으로 이루어진다.

상기 가스 공급라인(51)은 가스 유입구(31)를 통해 덮개부(30)의 내부공간(42)으로 공기보다 동점성 계수가 낮은 가스를 공급함으로써, 인입된 광섬유(60)의 주위에 공기보다 동점성 계수가 작은 가스로 양압 분위기를 형성한다. 그러면, 광섬유(60)의 인선속도가 증가되더라도 외부공기가 광섬유 인입구(41)를 통해 내부공 간(42)으로 유입되는 것을 방지할 수 있을뿐 만 아니라, 광섬유(60)의 표면을 따라 형성되는 외부 공기의 경계층 두께를 감소시켜 메니스커스 부분에서 외부공기가 침투되는 것을 원활히 차단할 수 있게 되어 외부 공기 유입에 따른 코팅층 기포 발생을 방지할 수 있다. 상기 가스 유입구(51)를 통해 공급되는 가스로는 프레온(CCl₂F₂), 크세논(Xe), 이산화 탄소(CO₂) 등이 채용될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 코팅액 배출라인(52)은 코팅액 배출구(32)에 연결되고 코팅부(10)의 상부로부터 분출되어 내부공간(42)의 저부에 고인 코팅액(11)을 코팅장치의 외부로 배출시킨다. 코팅액(11)이 점성이 큰 것을 고려하면, 코팅액(11)의 원활한 배출을 위해 코팅액 배출라인(52)에는 진공라인과 같은 진공수단(미도시)을 연결하는 것이 바람직하다.

한편, 코팅액 배출구(32)가 가스 유입구(31)와 동일한 높이에 위치하면, 가스 유입구(31)가 코팅액(11)에 의해 침잠되어 가스의 공급이 원활하게 이루어지지 않을 우려가 있다. 따라서, 코팅액 배출구(32)를 상대적으로 가스 유입구(31)의 아래쪽에 형성시켜, 코팅액 배출구(32)에 연결되는 코팅액 배출라인(52)이 가스 유입구(31)에 연결되는 가스 공급라인(51)에 비해 상대적으로 덮개부(30)의 아래쪽에 연결되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가스 유입구(31)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 덮개부(30)의 하부에 형성되어 있으므로, 가스 유입구(31)에 연결된 가스 공급라인(51)를 통해 덮개부(30)의 내부공간(42)으로 유입되는 가스는 코팅층 주위의 원통 형상의 압력균배공간(43)에 의해 압력 균배가 이루어진 후 덮개부(30)의 내부공간(42)을 채우게 된다. 따라서, 광섬유 인입구(60)을 통해 인입되는 광섬유(60)의 표면에 상기 가스가 직접 분사되지 않게 된다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 코팅장치를 사용하여 광섬유를 코팅하는 공정을 도시한 공정 개략도이다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 코팅장치를 이용한 광섬유 코팅방법을 설명한다.

우선, 코팅부(10) 및 상기 코팅부(10)를 외부 공기로부터 차단하는 덮개부(30)가 구비된 본 발명에 따른 코팅장치를 준비한다. 그리고 나서 가스 유입구(31)에 연결된 가스 공급라인(51)을 통해 덮개부(30)의 내부공간(42)으로 공기보다 동점성 계수가 작은 가스를 공급하여 내부공간(42)에 양압 분위기를 형성한다. 이러한 상태에서 광섬유 인입구(41)를 통해 광섬유(60)를 인입하고, 광섬유(60)를 코팅액(11)으로 채워진 관통홀(12)을 통해 통과시킨다. 그리고, 상기 내부공간(42)의 저부에 고이는 코팅액(11)을 코팅액 배출구(32)에 연결된 코팅액 배출라인(52)을 통해 외부로 배출한다.

이와 같은 방법으로 광섬유(60)에 코팅층을 형성하면, 광섬유(60)의 표면을 따라 형성되는 외부공기의 경계층 두께가 감소되어 광섬유(60)와 코팅액(11)이 안정하게 결합함으로써 코팅층에 기포가 형성되지 않게된다.

한편, 덮개부(30)의 내부공간(42)으로 주입된 가스는 도 4에 도시된 바와 같이 코팅부(10)의 주위에 형성된 압력균배공간(43)을 통해 압력이 균배된 후 광섬유 (60)가 인입되는 덮개부(30)의 상부로 이동한다. 그리고, 이동한 가스의 일부는 광섬유 인입구(41)로 배출되나 대부분은 인입된 광섬유(60)의 표면을 따라 이동하여 광섬유(60)의 표면 주위에 양압의 가스 분위기를 형성하고 상기 코팅액 배출구(32)를 통해 코팅액(11)과 함께 배출된다. 그리고, 덮개부(30)의 내부공간(42)은 양압으로 유지되고 있으므로 외부공기의 유입이 차단된다. 광섬유(60)의 인선속도가 증가하면 광섬유 인입구(41)로 유입되는 공기량이 증가하므로 덮개부(30)의 내부공간(42)을 양압으로 유지하기 위해서 가스의 양을 증가시키는 것이 바람직하다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 따르면, 가스를 직접 광섬유의 표면에 분사하지 않고 코팅장치의 내부공간을 동점성 계수가 공기보다 작은 가스로 양압분위기를 형성함으로써, 광섬유 코팅시 광섬유 표면을 따라 형성되는 공기층 두께를 감소시켜 고속 인선공정에서도 광섬유의 코팅층에 기포의 발생을 방지할 수 있으며, 코팅조건 안정화를 통해 광섬유 코팅품질을 향상시킬 수 있다.

Claims (13)

1. 광섬유를 통과시키면서 상기 광섬유에 코팅층을 형성하는 코팅부;

   상기 코팅부의 하부에 결합되어 상기 광섬유를 인출하는 베이스부;

   상기 코팅부 상부에 설치되어 상기 코팅부를 외부 공기로부터 차단하고, 상측에 광섬유 인입구가 형성되고, 원형의 캡 형상을 가진 투명 재질의 일체형 덮개부;

   상기 덮개부가 형성하는 내부공간으로 공기보다 동점성 계수가 작은 가스를 공급하고, 상기 코팅부의 광섬유 인입구 높이보다 낮은 높이에 설치된 가스 공급라인; 및

   상기 덮개부의 내부공간에 잔존하는 코팅액을 외부로 배출하는 코팅액 배출라인;을 포함하고,

   상기 내부공간은 공기보다 동점성계수가 작은 가스로 양압 분위기가 형성되고, 상기 가스공급라인을 통해 공급된 가스는 상기 코팅부의 주위에 형성된 압력균배공간을 통해 압력이 균배된 후 덮개부의 내부 공간으로 가스가 채워지는 것을 특징으로 하는 광섬유 코팅장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 덮개부의 내부공간으로 유입되는 가스가 광섬유 표면에 직접 분사되지 않는 것을 특징으로 하는 광섬유 코팅장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 가스 공급라인은 상기 덮개부에 연결되는 것을 특징으로 하는 광섬유 코팅장치.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 코팅액 배출라인은 상기 덮개부에 연결되는 것을 특징으로 하는 광섬유 코팅장치.
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,

   상기 가스는 프레온, 크세논 또는 이산화 탄소를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 코팅장치.
7. 삭제
8. 제 1항에 있어서,

   상기 덮개부는 유리 또는 투명성 플라스틱인 것을 특징으로 하는 광섬유 코팅장치.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 덮개부의 내부공간으로의 가스 공급을 방해하지 않도록 상기 코팅액 배출라인의 높이는 상기 가스 공급라인의 높이보다 낮은 위치에 연결된 것을 특징으로 하는 광섬유 코팅장치.
10. 제 1항에 있어서,

    코팅액 배출력의 향상을 위해 상기 코팅액 배출라인에 연결된 진공수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 코팅장치.
11. 광섬유를 통과시키면서 광섬유에 코팅층을 형성하는 코팅부; 상기 코팅부 상부에 설치되어 상기 코팅부를 외부 공기로부터 차단하고 상측에 광섬유 인입구가 형성되고 원형의 캡 형상을 가진 투명 재질의 일체형 덮개부; 및 상기 덮개부가 형성하는 내부공간으로 공기보다 동점성 계수가 작은 가스를 공급하고 상기 코팅부의 광섬유 인입구 높이보다 낮은 높이에 설치된 가스 공급라인;를 구비한 코팅장치를 이용한 광섬유 코팅방법으로서,

    상기 가스 공급라인을 통해 동점성 계수가 공기보다 작은 가스를 상기 덮개부가 형성하는 내부공간으로 공급하는 단계; 및

    상기 광섬유 인입구를 통해 광섬유를 인입하고, 상기 광섬유를 코팅액으로 채워진 관통홀을 통해 통과시키는 단계;를 포함하고,

    상기 가스 공급라인을 통해 유입된 가스는 상기 코팅부의 주위에 형성된 압력균배공간을 통해 압력이 균배된 후에 상기 내부공간으로 채워지는 것을 특징으로 하는 광섬유 코팅방법.
12. 삭제
13. 제 11항에 있어서,

    상기 광섬유 인입구로 유입되는 외부공기를 차단하기 위해 상기 가스는 상기 덮개부가 형성하는 내부공간을 양압으로 유지하도록 유량이 조절되는 것을 특징으로 하는 광섬유 코팅방법.

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