KR0184481B1 - 광섬유 제조장치의 고생산성 광섬유 인출장치 및 그 인출방법 - Google Patents

광섬유 제조장치의 고생산성 광섬유 인출장치 및 그 인출방법 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
광섬유 제조장치에 있어서, 특히 광섬유 모재제조 단계에서 수행하던 오버클래딩 방법을 광섬유 인출단계에서 동시에 수행하여 오버클래딩 제조시간을 단축하는 제조방법 및 장치에 관한 것이다.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
종래의 엠씨브이디 방법을 이용한 광섬유 제조방법은 크게 내부증착에 의한 1차모재 제조, 오버클래딩에 의한 2차 모재제조, 상기 2차모재를 이용한 광섬유 인출의 3단계의 공정을 수행함으로서 상기 공정에 따른 시간의 낭비와 작업이 공수가 많이들어 생산성이 저하되었던 문제점을 해결한다.
3. 발명의 해결방법의 요지
내부증착방법인 엠씨브이디방법으로 제조된 광섬유 1차모재를 오버클래딩관에 삽입하여 최종광섬유 인출 시 동시에 오버클래딩 공정이 수행되는 광섬유 인출장치 및 방법을 제공한다.
4. 발명의 중요한 용도
광섬유 제조장치의 고생산성 광섬유인출장치 및 그 인출방법.

Description

광섬유 제조장치의 고생산성 광섬유인출장치 및 그 인출방법
제1도는 종래의 오버클래딩 관내에 광섬유 1차모재를 동심으로 설치한 상태를 보인 단면도.
제2도는 종래의 오버클래딩관의 내부에 소정간격을 두고 광섬유 1차모재를 결합했을 시의 단면도.
제3도는 종래의 오버클래딩관과 광섬유 1차모재를 가열하여 밀봉했을 시의 단면도.
제4도는 종래의 광섬유 제조장치의 블럭구성도.
제5도는 본 발명의 실시예에 따른 고생산성을 갖는 광섬유 제조장치의 블럭구성도.
제6도는 본 발명의 실시예에 따른 결합자의 내부 단면도.
제7도는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 1차모재의 한쪽끝단을 용융시켜 블록하게 만드는 공정도.
제8도는 본 발명의 실시예에 따른 오버클래딩관과 광섬유 1차모재가 결합자에 의해 체결된 구성도.
제9도는 본 발명의 실시예에 따른 준모재를 용융시켜 블록하게 만드는 공정도.
본 발명은 광섬유 제조장치에 있어서, 특히 광섬유 모재제조 단계에서 수행하던 오버클래딩 방법을 광섬유 인출단계에서 동시에 수행하여 오버클래딩 제조시간을 단축하는 인출장치 및 그 인출방법에 관한 것이다.
최근 초고속 정보통신망용으로 사용되는 석영계 광섬유는 주로 외부증착방법인 오브이디(OVD : Outside Vapor Deposition Method)방법과, 내부증착방법인 엠씨브이디(MCVD : Modified Chemical Vapour Deposition)방법에 의해 제조되는데 상기 오브이디 방법은 기체상태의 SiCl4및 기타 도판트 등의 화학가스에 산소를 동시에 공급하면서 화염으로 가수분해시켜 수트라고하는 SiO2입자를 외부에서 증착한 후 고로에 넣고 Cl2및 He을 사용하여 탈수 및 소결시켜 광섬유모재를 제조한다. 그리고, 상기 엠씨이브이디 방법은 석영관의 내부에 SiCl4및 기타 도판트등의 화학가스에 산소를 동시에 공급하면서 상기 석영관의 내부에 여러층을 증착한다. 이때, 상기 내부에 여러층을 형성할 시 클래드부분을 먼저만들고 코어 부분을 나중에 만든다. 그런후, 상기 여러층 증착시킨 석영관에 Cl2및 He을 공급하면서 고온으로 가열하여 수축시켜 최종 석영봉이 되도록 제조한다. 이 중 상기 엠씨이브이디 제조방법은 그 제조공법의 특징으로서 외경이 25밀리 이상되는 모재제조가 어렵기 때문에 생산성향상의 수단으로서 오버클래딩(overcladding이하 오버클래딩이라 함)이라고 하는 방법을 사용하여 모재를 크게 제조하였다.
그러므로, 상기 오버클래딩 방법에 의한 종래기술을 제1, 2, 3도 통해 설명하면, 제1도는 종래의 오버클래딩 관내에 광섬유 1차모재를 동심으로 설치한 상태를 보인 단면도로서, 오버클래딩관(24)의 일단면에는 오버클래딩관(24)를 지지하기 위한 저순도의 관(14)를 길이방향으로 동심이 되게 부착한다. 상기 저순도관(14)는 상기 오버클래딩관(24)보다 순도가 낮은것으로 한다. 상기 저순도관(14)의 내경에는 광섬유1차모재의 코어중심으로부터 오버클래딩관(24)의 중심까지의 거리인 편심을 줄이기 위하여 고리(16)을 삽입한다. 고리(16)의 길이는 광섬유1차모재(22)의 코어중심과 오버클래딩관(24)의 중심이 일치되게 하기 위하여 10밀리이상이 되게한다. 이때, 상기 오버클래딩관(24)과 광섬유 1차모재(22)가 장착된 모양은 제2도와 같다.
상기 광섬유 1차모재(22)의 일측단면에는 지지하기 위한 손잡이 봉(18)을 길이방향으로 동심이 되게 부착한다. 그리고, 상기 손잡이 봉(18)의 일외경부에는 오버클래딩관(24)을 밀봉하기 위한 오버클래딩관 밀봉부(20)을 가열하여 외주면을 따라 환형으로 돌출되게 형성한다.
상기와 같이 설치된 장치를 회전시키고 길이방향으로 가열하여 제3도와 같이 상기 오버클래딩관(24)과 광섬유 1차모재(22)를 완전 용융 밀착시켜 광섬유 2차모재를 최종 제조한다.
그런후, 상기 제조된 2차모재를 제4도와 같이 광섬유 인출장치(50)에 장착되어 광섬유인출 작업을 하게된다. 이때, 상기 광섬유 인출공정을 설명하면, 광섬유모재 위치제어기()의 위치제어 메카니즘에 의하여 광섬유 2차모재(26)가 용융로(28)에 천천히 공급된다. 상기 용융로(28)은 수천도의 열을 전형적으로 2210-2200 정도의 열을 가한다. 이에 의하여 미피복된 광섬유(36)는 상기 광섬유 2차모재(26)로 부터 단면적 감소 부분으로 부터 인출된다. 인출력은 미피복된 광섬유(36)에 인가되며 캡스턴(34)으로부터 제공된다. 외경측정부(40)는 인출되는 미피복된 광섬유(36)의 직경이 미리 정한 크기(125마이크로미터)가 되는가를 측정하여 직경제어기(38)로 알려주며, 상기 직경제어기(38)는 미피복된 광섬유(36)의 직경이 125마이크로미터가 유지 되도록 캡스턴(34)를 제어한다. 상기 캡스턴(34)는 직경제어기(38)의 제어에 응답하여 상기 미피복된 광섬유(36)의 인장하는 강, 약정도를 조절하도록 회전한다. 상기 미피복된 광섬유(36)를 보호하기 위해 제1코팅부(30)과 제2코팅부(32)에서는 하강하는 미피복된 광섬유(36)를 아크릴수지 또는, 실리콘 수지로 피복한다. 여기서, 상기 피복물은 비교적 냉각된 상태의 미피복된 광섬유(36)에 피복된다. 그후, 상기 캡스탄(34)의 인출력 제어로 인출되는 피복된 광섬유는 최종 스플에 감긴다.
하지만, 상기와 같은 종래의 엠씨브이디 방법을 이용한 광섬유 제조방법은 크게 내부증착에 의한 1차모재 제조, 오버클래딩에 의한 2차 모재제조, 상기 2차모재를 이용한 광섬유 인출의 3단계의 공정을 수행함으로서 상기 공정에 따른 시간의 낭비와 작업의 공수가 많이들어 생산성이 저하되는 문제점이 발생하였다.
또다른 문제점으로서, 상기 광섬유 2차모재를 제조하는 공정에서 오버클래딩관과 광섬유1차모재를 용융시켜 붙이는데 있어서 많은양의 산소 혹은, 수소의 공급유량이 필요한 문제점이 있었다.
또다른 문제점으로서, 상기 광섬유 1차모재의 크기가 커질수록 산/수소 버너의 가열속도가 늦어지므로 광섬유1차모재에 가열되는 열량이 증가되어 광섬유의 품질특성인 광손실 특성의 저하를 초래하는 문제점이 발생하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 내부증착방법인 엠씨브이디방법으로 제조된 광섬유 1차모재를 오버클래딩관에 삽입하여 최종광섬유 인출 시 동시에 오버클래딩 공정이 수행되도록 하는 광섬유 인출장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 모재를 용융시켜 미피복된 광섬유를 인출하는 용용로와, 상기 인출되는 미피복된 광섬유에 피복을 입히는 코팅부와, 상기 인출되는 광섬유가 원하는 직경을 가지도록 인출력을 인가하는 캡스턴을 가지는 광섬유 제조장치의 모재공급장치에 있어서, 오버클래딩 관 내부중심에 광섬유 1차모재를 삽입하여 상기 오버클래딩관의 내측면과 상기 광섬유 1차모재 외측면 사이를 소정의 간격으로 결합하는 결합자와, 상기 결합자를 지지하여 상기 용융로에 상기 내부 소정간격을 두고 결합된 오버클래딩관과 광섬유 1차모재를 공급하도록 위치제어하는 위치제어기로 구성됨을 특징으로 하는 광섬유 제조장치의 모재공급장치.
이하 본 발명에 첨부되는 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제5도는 본 발명의 실시예에 따른 고생산성을 갖는 광섬유 제조장치의 블럭구성도로서, 광섬유 모재 공급장치(42)는 오버클래딩관(44)과, 광섬유 1차모재(46)와, 결합자(40)과, 모재위치제어기(34), 질소가스주입기(48)로 구성된다. 상기 오버클래딩관(44)는 클래드부의 굴절율을 가지고 있고, 상기 광섬유 1차모재(46)는 밀봉시 단면적의 비율이 45(코어) : 125(클래드)의 외경크기로 제작되어 있다. 상기 결합자(40)은 오버클래딩관(44) 내부중심에 광섬유 1차모재(46)를 삽입하여 상기 오버클래딩관(44)의 내측면과 상기 광섬유 1차모재(44) 외측면 사이를 소정의 간격으로 결합한다. 상기 모재위치제어기(34)는 상기 내부 소정간격을 두고 결합된 오버클래딩관(44)과 광섬유 1차모재(46)를 용융로에 공급하도록 위치제어한다. 질소가스주입기(48)는 상기 결합자(40)의 내부에 파이프구조로 설치된 곳으로 질소가스를 주입하여 상기 가스의 힘으로 상기 오버클래딩관(44)과 광섬유 1차모재(46) 사이의 공간을 진공으로 빨아 들인다.
그리고, 광섬유 인출장치(50)은 용융로(28)와, 직경제어기(38), 1차, 2차 코팅부(30,32)와, 캡스턴(34)로 구성되며, 상기 각부 장치의 설명은 제1도에서 설명한 것과 유사하므로 이 분야의 통상의 지식을 가진자라면 자명한 일이므로 설명을 생략하기로 한다.
제6도는 본 발명의 실시예에 따른 결합자의 내부 단면도로서, 제6a도는 결합자의 전체단면도이고, 제6b도는 결합자를 가-가'로 자른 단면도이고, 제6c도는 결합자의 사시도이다.
저순도관(52)은 오버클래딩관(44)와 결합자(40)를 길이방향으로 연결한다. 그리고, 광섬유 1차모재(46)은 결합자의 중심부위에 고정된다.
진공흡입관(56)는 상기 결합자(40) 본체에 환형으로 홈을 낸 부분에 길이방향과 직각을 이루는 방향으로 질소가스 주입관(A)과 배출관(B)을 두고, 길이방향으로 상기 오버클래딩관(44)와 광섬유 1차모재(46)사이의 공간까지 흡입관(C)를 둔다. 이때, 상기 주입관(A)을 통해 질소가스가 주입되어 상기 결합자 본체의 환형으로 형성된 관을 통해 배출관(B)으로 배출될 시 상기 흡입관(C)에 의해 상기 오버클래딩관(44)와 광섬유1차모재(46)사이의 공간이 진공상태가 된다. 이때, 상기 진공흡입법은 베르누이정리를 이용한 것이다.
제7도는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 1차모재의 한쪽끝단을 용융시켜 블록하게 만드는 공정도이다.
제8도는 본 발명의 실시예에 따른 오버클래딩관과 광섬유 1차모재가 결합자에 의해 체결된 구성도로서, 광섬유1차모재의 한쪽끝단에 볼록한 부분(58)을 오버클래딩관(44)에 걸치고, 다른한쪽을 결합자에 고정한다.
제9도는 본 발명의 실시예에 따른 준모재를 용융시켜 볼록하게 만드는 공정도이다.
이하 본 발명에 첨부되는 제5, 6, 7, 8, 9도를 통해 본 발명에 따른 광섬유 인출과정을 설명하면, 먼저 내부증착방법을 통해 광섬유 1차모재(46)의 제조한 후 제9도와 같이 한쪽끝단에 저순도관을 연결하여 1400도로 용융시켜 볼록하게 한 후 상기 연결부위를 제거하고 볼록한 부위만을 남긴다. 그런후, 상기 한쪽끝단이 볼록하게 된 광섬유 1차모재를 제7도와 같이 오버클래딩관(44)에 걸치고, 다른 한쪽 끝단은 제6도와 같이 결합자에 고정한다. 그런후, 제8도에서와같이 상기 장착된 준모재(광섬유 1차모재와 오버클래딩 관)를 15알피엠(RPM)으로 회전시켜 볼록이 결합된 부분을 1400도로 3-4분간 가열하여 용융상태로 만든다. 이때, 상기 결합자(40)의 내부에 설치된 진공흡입관(56)으로 질소가스를 주입하여 상기 오버클래딩관(44)와 광섬유 1차모재(46) 사이의 공간을 진공상태로 만들어 상기 용융된 끝단을 밀봉한다.
상기와 같은 공정을 통해 만들어진 준모재는 제5도에서와 같이 모제위치제어기(34)에 장착되어 용융로(28)에 공급된다. 이때, 상기 용융로(28)에 공급된 준모재는 상기 용융로(28)의 온도가 2350도로 가열될때까지 대기상태로 있으며, 15분이 경과한 후 상기 결합자(40)의 내부에 설치된 진공흡입관(56)으로 질소가스를 주입하여 상기 오버클래딩관(44)와 광섬유 1차모재(46) 사이의 공간을 진공상태로 만든다. 그런후, 25분이 경과된 후 상기 용융로의 아래부분을 열어 상기 용융된 부분을 떨어뜨리며 이 떨어진 부분을 손으로 잡아 당긴다. 이때, 상기 손으로 인출된 부분의 외경이 125마이크로미터 이하를 유지하도록 한다. 그런후, 1, 2차 코팅부(30,32)을 차례로 거쳐 피복을 입힌 후 캡스턴(34)에 연결한다. 이때, 상기 캡스턴(34)는 자동으로 선속을 분당 300미터에서 분당 700미터 사이에서 조정하여 광섬유에 일정한 인장력을 주어 인출한다.
상술한 바와 같은 본 발명은 내부증착방법인 엠씨브이디방법으로 제조된광섬유 1차모재를 오버클래딩관에 삽입하여 최종광섬유 인출 시 동시에 오버클래딩 공정이 수행되는 광섬유 인출장치 및 방법을 제공함으로서, 광섬유 제조시간을 줄일 수 있는 잇점이 있고, 또한, 상기 제조시간이 줄어들면서 제조원가도 줄일 수 있는 잇점이 있다.

Claims (7)

  1. 모재를 용융시켜 미피복된 광섬유를 인출하는 용용로와, 상기 인출되는 미피복된 광섬유에 피복을 입히는 코팅부와, 상기 인출되는 광섬유가 원하는 직경을 가지도록 인출력을 인가하는 캡스턴을 가지는 광섬유 제조장치에서 고생산성 광섬유 인출장치에 있어서, 오버클래딩 관 내부중심에 광섬유 1차모재를 삽입하여 상기 오버클래딩관의 내측면과 상기 광섬유 1차모재 외측면 사이를 소정의 간격으로 결합하는 결합자와, 상기 결합자를 지지하여 상기 용융로에 상기 내부 소정간격을 두고 결합된 오버클래딩관과 광섬유 1차모재를 공급하도록 위치제어하는 위치제어기로 구성됨을 특징으로 하는 광섬유 제조장치에서 고생산성 광섬유 인출장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 결합자와 오버클래딩관을 연결해주는 저순도의 석영관을 더 구비함을 특징으로 하는 광섬유 제조장치에서 고생산성 광섬유 인출장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 결합자는, 내부에 상기 결합자 본체에 환형으로 홈을 낸 부분에 길이방향과 직각을 이루는 방향으로 질소가스 주입관과, 배출관을 두고, 길이방향으로 상기 오버클래딩관과 광섬유1차모재 사이의 공간까지 흡입관을 두는 구조를 가짐을 특징으로 하는 광섬유 제조장치에서 고생산성 광섬유 인출장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 용융로는, 핫존의 길이가 15센티미터 이상인 것을 사용함을 특징으로 하는 광섬유 제조장치에서 고생산성 광섬유 인출장치.
  5. 오버클래딩관의 내부중심에 광섬유 1차모재를 삽입하여 상기 오버클래딩관의 내측면과 상기 광섬유 1차모재 외측면 사이를 소정의 간격으로 결합하고, 상기 소정간격의 공간에 진공상태를 만들기 위해 진공흡입관을 설치한 결합자와, 상기 결합자를 지지하여 상기 용융로에 상기 내부 소정간격을 두고 결합된 오버클래딩관과 광섬유 1차모재를 공급하도록 위치제어하는 위치제어기와, 상기 결합자에 의해 결합된 모개와 오버클래딩 석명관을 용융시켜 미피복된 광섬유를 인출하는 용융로와, 상기 인출되는 미피복된 광섬유에 피복을 입히는 코팅부와, 상기 인출되는 광섬유가 원하는 직경을 가지도록 인출력을 인가하는 캡스턴을 가지는 광섬유 제조장치의 고생산성 광섬유 인출장치에 있어서, 상기 오버클래딩관의 내부에 길이방향으로 소정간격을 두고 상기 광섬유 1차모재를 삽입한 후 상기 결합자로 결합시키는 과정과, 상기 결합된 오버클래딩관과 광섬유1차모재의 한쪽끝단을 소정의 온도로 소정의 시간동안 가열/용융시켜 볼록하게 완전 밀봉한 준모재를 제조하는 과정과, 상기 제조된 준모재를 상기 용융로에 공급하고, 소정의 시간동안 가열하여 상기 준모재를 용융시켜 오버클래딩공정과 광섬유인출을 동시에 수행하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 광섬유 제조장치의 고생산성 광섬유 인출방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 결합시키는 과정은, 상기 광섬유1차모재의 한쪽끝단에 저순도관을 연결하고, 그 연결부위를 소정온도로 소정시간동안 가열/용융시켜 불룩하게 만든 후 상기 연결한 저순도관을 제거하여 상기 광섬유1차모재의 한쪽끝단을 불룩하게 만드는 과정과, 상기 불룩하게된 광섬유1차모재의 한쪽끝단을 상기 결합자에 의해 한쪽끝단이 고정된 상기 오버클래딩관의 다른한쪽 끝단에 걸치고, 다른 한쪽 끝단을 상기 결합자의 중심부위에 고정시켜 결합하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 광섬유 제조장치의 고생산성 광섬유 인출방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 준모재를 제조하는 과정은, 상기 광섬유 1차모재와 오버클래딩관의 한쪽끝단이 상기 결합자에 의해 결합하고 다른한쪽 끝단이 접촉된 부위를 소정온도로 소정시간동안 가열/용융시키는 과정과, 상기 용융되는 과정과 동시에 상기 결합자의 내부에 장치된 진공흡입관을 통해 상기 광섬유 1차모재와 오버클래딩관 사이의 공간이 진공상태가 되도록 하고, 상기 접촉된 부위를 완전 밀봉하여 준모재를 제조하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 광섬유 제조장치의 고생산성 광섬유 인출방법.
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