KR100207309B1 - 다공성 유리예형을 제조하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 예형의 세로 축의 평행 통로를 따라 왕복하는 버너 어레이에 제공된 다공성 유리예형을 빠르게 제조하기 위한 방법 및 장치를 특징으로 하는 것이다.

종래의 슈트 침전 기술은 상이해서, 상기 왕복 폭이 제한되므로 각각 버너가 예형의 유일한 부위에 슈트를 침전 즉, 예형의 20%에 슈트를 침전한다. 내부 버너의 변화성 및 버너 어레이 예형 영역안에서 공기 유속의 제어에 의해, 실질적으로 균일한 축 특성을 가지는 예형은 예형의 다른부분의 제조에 사용되어진 다른 버너들에도 불구하고 얻을 수 있다.

Description

다공성 유리예형을 제조하기 위한 방법 및 장치

제1도는 다공성 유리예형을 제조하기 위한 종래기술의 개략도.

제2도는 다공성 유리예형을 제조하기 위한 본 발명의 개략도.

제3도는 본 발명을 실시하기 위한 양호한 장치의 사시도.

제4도는 제3도의 장치의 일부를 절개한 측면도.

제5도 및 제6도는 버너 어레이(burner array)가 각각의 작용 및 삽입/제거의 위치시 제3도 장치의 일부를 절개한 평면도.

제7도는 본 발명에 사용하기 위한 버너 어레이의 양호한 왕복 패턴을 도시한 그래프.

제8도는 예형의 길이에 따라 열구배의 효과를 최소화하기 위한 버너 어래이 하부에서 고온 출력단 예열기 사용을 통하여 달성된균등한 향상을 도시한 슈트(soot)그래프.

본 발명은 광학적 도파관 섬유 제조에 사용하기 위한 다공성 유리예형을 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

다공성 유리예형을 제조하기 위한 기술은 다양하게 공지되어 있다. 예를들어, Fugiwara 등의 미합중국 특허 제4,135,901호, Anderson등의 미합중국 특허 제4,136,828호(이하 828특허라 한다), Bachman등의 미합중국 특허 제4,203,553호(이하 553특허라 한다), Powers의 미합중국 특허 제4,378,985호(이하 985특허라 한다), Berkey의 미합중국 특허 제4,486,212호(이하 212특허라 한다), Powers의 미합중국 특허 제4,568,370호(이하 370특허라 한다), Berkey의 미합중국 특허 제4,568,384호(이하 384특허라 한다), 그리고 유럽 특허공고 제154,500호등에 나타나 있다.

Berkey의 212특허에 보여주는 기초기술은 버너의 축 둘레를 예형이 회전할 동안, 예형의 길이를 따라 슈트을 내는 버너의 교환을 포함한다. 예형의 나중의 공정동안 제거되어지는 맨드럴(mandrel)또는 바이트 로드(bait rod)는 그 공정을 시작하기 위해 전형적인 역할을 한다. 몇몇 경우에 있어서, 사전에 만들어진 예형으로부터 생산된 고화된 유리 막대는 맨드럴에서 사용되어진다.

몇 년동안, 예형의 생산 효율을 높이기 위하여 기초기술은 수정되어 왔다. 예를들면, 예형의 외면 주변의 공간 사이에서 따로따로 교환하는 버너에 다수가 사용되어 진다. 또 다른 향상이 제1도에 도시되었다. 상기 제1도에서 보여주듯, 하나씩 교환하는 버너를 사용하는 대신에 일단의 버너(13a, 13b 및 13c) 다수는 운반대(15)위에 설치되고, 예형(17)의 길이를 따라 조화롭게 이동된다. 이 방법에 있어서, 슈트 침전물의 비는 실질적으로 증가되어 왔다.

그러나, 일련(ganged)의 버너 사용은 결점을 가지고 있다. 구체적으로는, 다수의 버너에서 생산된 예형의 말단은 중앙부가 다른 특성을 가지므로 상기 말단은 섬유를 생산하는데 사용될 수 없다. 또한, 그 버너의 수의 증가는 사용할 수 없는 부분의 길이를 증가시킨다.

상기 효과가 제1도에 도시되어 있는데, 여기서 최초 및 마지막 버너(13a와 13c) 사이의 공간은 D이고, 운반대(15)를 따라 이동하는 거리는 L이다. 상기 도면에서 도시한 바와같이, 운반대가 브랭크(blank)의 왼쪽 가장자리에 위치할 때, 첫 번째 넥키드-다운(necked-down) 부위(19)는 버너(13c)가 미치지 않는 부위에서 만들어지고, 두 번째 넥키드-다운 부위(21)는 버너(13b와 13c)가 미치지 않는 부위에서 만들어진다. 해당되는 넥키드-다운 부위는 예형의 오른쪽면상에서 만들어지도록 조절된다.

상기 말단 형태의 결과로서, 완성된 예형의 사용될 수 있는 길이는 오직 L∼D이다. D를 줄이기 위해서 인접한 버너들의 사이를 줄임으로서 상기 문제를 해결하려고 시도되어 왔다. 상기 접근 방법은 인접한 버너에서 만들어진 불꽃들의 간섭 때문에 성공하지 못했다.

따라서, 종래의 선행기술의 교환 시스템은 제한된 버너의 수 즉, 3개의 버너를 일단으로 구성되어 있다.

좀 더 기초 방법을 설명하면, 다양한 방법이 다공성 예형을 생산하기 위하여 사용되어 왔다. 하나의 방법은 버너 그룹을 지나는 예형의 세로 이동을 포함한다. 상기 Power의 370과 986특허에서, 이 방법을 사용하였는데, 특히 상기 특허는 왕복하는 버너 시리즈를 지나는 부재(member)의 이동에 의해 회전하는 부재위에서 수트를 슈집하는 것을 발표했다.

예형을 생산하기 위한 또다른 접근방법은 공지된 기술, 리본 버너를 사용하는 것을 포함한다. 상기 버너는 다수개로 구성되는 데, 밀접한 공간(closely-space

d)으로된 각각의 구멍은 그 자체 불꽃을 생성한다. 리본 버너 기술에 따라, 버너 뿐만 아니라 예형은 세로로 이동되어지지 않는다. 오히려, 구멍공간, 버너형태, 그리고 버너 가스 흐름은 예형의 전체 길이상에 덮는 슈트를 침전시키는 계속적인 슈트 시트(sheet)를 생산하기 위하여 선택되어 진다. 상기 방법은 Anderson등의 828특허와 Bachman등의 553특허에 개시되어 있다.

본 발명에 특별히 관련된 특허는 상기 berkey의 384특허이다. 상기 특허는 예형의 전체길이를 따라 다수의 버너가 예형을 지나는 혜형을 제조하기 위한 시스템을 개시한다. 구체적으로 설명하면, 상기시스템은 동시에 다수의 예형을 제조하기 위하여 사용되는데, 에를들어 예형은 사각의 변을 따라 위치되고, 버너는 사각의 안쪽에 위치하며 사각의 변에서 계속적인 루프 평행안에서 이동한다.

예형을 만들기 위하여 다른 접근 방법에서 논의되는 문제에 있어서, 상기 384특허와 다수의 버너를 사용하고 예형의 일부를 넘어 각 버너의 앞뒤를 황단하는 관념을 무시하였다.

특히, 상기 특허 칼럼 2, 줄 21∼26에서 언급한, 만약 많은 버너들이 사용되어지고 각각 전체 예형의 특정 부분을 따라 전후로 횡단되어 진다면, 슈트의 형성은 예형의 전체 길이에 단일 하지 않은데 그 이유는 모든 버너들이 엄밀히 같은 조성과 슈트의 양을 공급할 수 없기 때문이다. 따라서, 384특허는 본 발명과 상이함을 알 수 있다.

공지 기술의 관점에서 다공성 유리예형을 만들기 위한 방법 및 장치를 제공하는 데 본 발명의 목적이 있다. 좀더 구체적으로는 최종 효과로 인하여 신속히 예형을 만들고 불량품을 최소로 하는데 본 발명의 목적이 있다. 각각의 버너들은 예형의 전체 길이의 특정 부분만을 횡단하는 다수 버너들의 수단에 의해서 예형의 전체 길이의 특정 부분만을 횡단하는 다수 버너들의 수단에 의해서 예형을 제조하는데 본 발명의 다른 목적이 있다. 본 발명의 또다른 목적은 예형의 특정 부분만을 횡단하는 버너를 사용하여 예형의 길이를 따라 실질적으로 균일한 특성을 가지는 예형을 제조하는데 있다.

상기와 다른 목적을 달성하기 위하여, 예형의 세로축의 평행한 경로를 따라 왕복 이동하는 버너를 제공하는 데 있으며, 상기 왕복운동은 제한된 쪽을 가지므로해서 각각의 버너는 예형의 한 부분 또는/ 및 특정 부분에 슈트를 침전시킨다. 즉, 일련의 버너를사용하는 선행 기술 시스템에서 행하여 지는(제1도에 도시), 예형의 전체 사용할 수 있는 길이상에 슈트를 침전시키는 버너는 없다.

좀 더 구체적으로, 공정 측면에서 보면, 본 발명은 하기 단계들로 구성하는 슈트 예형을 제조하기 위한 방법을 제공한다.

(a) 신장된 원통형의 출발 부재를 제공하는 단계;

(b)슈트를 생산하는 버너들의 어레이를 제공하는 단계; 및

(c)슈트를 생산하는 버너들의 어레이와 출발 부재 사이에서 상호 왕복운동에 의해 예형을 제조하기 위해 출발 부재상의 유리 슈트를 침전시켜 어레이상의 각각의 버너가 예형의 유용한 길이의 특정상에만 슈트가 침전하도록 하는 단계.

본 발명의 방법 및 장치의 기초요소는 개략적으로 제2도에 도시되어 있다. 제2도에 도시되어 있듯이, 버너 어레이(23)는 길이 L을 가지고 있으며, 2J의 거리 즉, 세트의 중심부로부터 왕복운동하고, 어레이는 거리 J의 오른쪽으로 이동했다가. 중심부로 돌아와서 거리 J의 왼쪽으로 이동하고, 다시 중심부로 돌아오는 것이 완전한 사이클이다. 이동폭(J)는 균일하게 침전하도록 버너 간격보다 다소 크거나 또는 거의 같도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 버너 어레이의 선회점은 완성된 예형의 축의 균일성을 개선하기 위해서 시스템적인 방법으로 변화되는 것이 바람직하다.

제2도에 도시한 바와같이, 본 발명에 따라 제조된 예형은 이 각 말단에서 사용되지 않는 부분(25)을 가지고 있다. 상기 부분의 길이는 J이고, 상기에 언급된 조건의 J, 즉 J는 거의 d와 같다.

비교하면, 제1도의 선행기술 방법에 따라 제조되어진 예형의 사용되지 않는 부분을 2D와 같은 길이를 가진다. 이동쪽 J는 버너의 간격 d와 거의 같으며, 3개의 버너 세트의 전체길이 D는 2d와 같고, 제1도의 선행기술과 본 발명 사이에서의 사용되지 않는 길이의 차이점은 2d와 거의 유사하며, 중대한 개선점임을 의미한다. 또한, 만약 누가보다 많은 일련의 버너를 사용하여 선행기술 시스템의 슈트 침전비를 증가시키려 시도한다면, 본 발명에 의해 제공된 사용되지 않는 길이의 감소는 좀더 뚜렷하다. 예를들면, 선행기술에서 4개의 일련의 버너들에 대하여 4D와 거의 비슷한 향상을 보이며, 5개의 일단의 버너들에 대하여는 6D와 거의 비슷한 향상을 보인다.

본 발명과 선행 기술과의 차이점은 예형의 전체 길이에서 사용할수 있는 길이의 비로써 정의되는 효율 매개 변수에 의해서도 검토될 수 있다. 만약, 본 발명 및 선행기술에서 버너의 수와 버너의 간격이 각각 n과 d, 그리고 선행기술의 횡단거리가 L이고, 본 발명의 조그(jog)거리가 d라면, 선행기술과 본 발명에서 사용할 수 있는 길이와 전체길이를 하기에 기재한다.

사용할 수 있는 길이(선행기술) = L - (n-1)^*d

전체 길이(선행기술) = L + (n-1)^*d

사용할 수 있는 길이(본 발명) = (n-1)^*d

전체 길이(본 발명) = (n+1)^*d

두가지 효율 매개 변수는 다음과 같이 될 것이다.

효율(선행 기술) = [L-(n-1)^*d]/[L+(n-1)^*d]

효율(본 발명) = (n-1)^*d/(n+1)^*d = (n-1)/(n+1)

예형 길이는 기계적 제한 및/또는 하부공정의 규제에 의해 일반적으로 고정되므로, 일반적인 높은 침전비는 n의 증가에 해당한다. 상기에서 보요주듯, 선행 기술의 효율은 n이 증가함에 따라 감소하고, 그에 반하여, n이 증가함에 따라 본 발명의 효율은 1에 접근한다.

예형의 사용할 수 있는 길이상에 실질적으로 균일한 성질을 가지는 예형을 제조하기 위하여, 본 발명의 장치는 바람직하게 하기의 부품을 포함한다. 우선 그것은 가능한 비슷한 특성을 가지는 버너들로 구성된 버너 어레이를 사용하는 것이 중요하다.

실제로, 버너의 압력 하강의 대부분은 버너 사이에서의 변화성이 최소화되는 버너의 부위에서 야기되므로 버너 사이의 변화성이 감소될 수 있다고 인식하였다.

예를들면, 종래의 슈트 침전 버너를 통한 많은 흐름은 단일 입구로부터 다수 구멍의 출구를 진행한다. 다수의 출구 때문에, 개개의 오리피스 사이의 변화성은 출구 말단에서 버너 사이의 변화성이 상대적으로 작아지므로 오리피스의 세트 상에서 평균을 확보하는 경향이 있다.

이와는 달리, 입구에서의 단일 구멍이 사용되기 때문에, 입구 말단에서의 버너들 사이의 변화성은 출구 말단보다 높다. 따라서, 전체의 버너들 사이의 변화성은 감소하기 위하여, 버너들 압력 하강의 대부분이 출력 말단에서 야기되는 것이 바람직하다. 이것은 입구의 단면적(cross-sectional)을 증가시키므로서 용이하게 성취된다.

버너 내부위 변화성을 감소시키는 것에 부가해서, 개스, 산소 및 일정한 반응물을 사용하여 슈트 온도를 내각시킨다. 또한 초기 단계의 설치시 상대적으로 낮은 밀도의 슈트를 제조하는 반응물을 상당히 유용하다. 선행 기술에 알려진데로, 낮은 밀도의 슈트는 적은양의 개스와 산소의 흐름을 사용하여 의해 달성되고, 낮은 온도는 높은 반응물 유속 및/또는 적은양의 개스와 산소의 유속의 사용에 의하여 달성되며, 어떤 특정 적용에 사용되는 특정 반응물은 사용된 버너 어레이의 특성 및 예형의 바람직한 화학적 조성의 함수이다.

틀안의 장치에 유연을 침전하는 것과 틀을 통하여 공기 흐름을 제어하는 것으로부터 결과적으로 균등성을 향상된다. 특히, 버너 어레이 및 예형의 영역안에서의 공기의 유속을 제어함으로써 유속은 1)예형의 길이상에서 상대적으로 균등하게 하고 2)예형의 세로축에 실질적으로 직각을 이루도록 한다.

상기 공기 흐름은 예형의 길이보다 크거나 같은 길이를 가지는 버너 어레이/예형 영역의 출력 말단에서 확산기(diffser)의 사용을 통해 달성된다. 부가적으로, 번 어레이/예형 영역에 유입된 공기는 실질적인 층류(laminate flow)로 되도록 제어하는 것이 바람직하다. 오리피스의 배열 즉, 벌집형(heneycomb) 구조는 상기 목적으로 사용되어질 수 있다. 본 발명의 양호한 구체예에 있어서, 벌집형을 통하여 공기는 버너 어레이를 지나고, 에형을 지나며, 그리고, 확산기를 통하는 버너 어레이/예형 영역밖으로 유동한다.

상기 특징에 부가해서, 버너 어레이와 예형이 수직방향으로 전환될 때, 예형의 길이를 따라 열구배의 효과를 최소로 하기 위해 예형의 바닥 부위안에 하나 또는 그 이상의 그 출력 말단 가열기가 있는 것이 바람직하다.

비록 말단 가열기가 종래에 예형의제조의 사용되었을지라도, 말단 예열기는 그 출력형으로 구성되지는 않았으며, 또한 수직 방향안에서 예형의 전환의 결과로 열구배의 효과를 최소화 하는데 사용되지 않았다.

또한, 수직방향으로 사용되어질 때, 버너 어레/예형 영역안에서 수평적 공기 유속의 크기은 예형의 길이를 따라 대류의 공기 유속에 기인하는 예형에서의 비균질을 최소로 하기 위하여 선택(증가)된다.

도면들은 명세서의 구성부분, 본 발명의 양호한 구체예에 수반되고, 상세한 설명과 같이, 본 발명의 원리를 설명하는 데 협조한다. 물론, 도면 및 상세한 설명으로 설명하지만 이것이 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

상기에 상술한 바와같이, 본 발명은 광학적 도파관 섬유를 섬유를 제조하는 데 사용하기 위한 다공성 유리예형의 신속하게 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 단일 모드(mode)나 다음 모드 섬유를 제조하기 위한 예형에 이용할 수 있다. 전체 예형 또는 예형의 특정 부분을 제조하는 데 사용될 수 있다.

예를들면, 본 발명의 특별한 유용적 사용은 고화된 코어 막대에 크래딩의 적용이며, 이는 막대 오버크래딩으로 선행기술에 공지된 공정이다. 이 방법을 사용할 때, 버너 어레이에 의해 제조된 슈트는 일정한 조성을 가질 것이다. 즉, 그것은 전형적인 순수한 실리카이다. 이와는 달리, 섬유의 코어가되는 예형의 부분을 제조하기 위해 사용될 때, 버너 어레이에 의해 생산된 슈트는 통상적으로 실리카 혼합물이거나 하나 또는 그이상의 토펀트(dopants)일 것이다. 또한, 이 방법이 사용될 때 슈트의 조성은 다른부분의 예형이 제조됨에 따라 변화되어서 바람 직한 형태의 굴절율을 생성하도록 한다. 전환되어 진다.

본 발명을 실행하기 위한 양호한 장치는 제3∼6도에 도시되어 있다.

상기 장치로 예형은 브랭크의 전체길이를 횡단하는 버너를 사용하는 선행기술 장치보다 세배 이상의 비율로 제조된다. 좀 더 설명하면, 상기 장치(하기 참조)에 사용되어진 고 공기 유속 때문에, 상기 장치는 종래의 장치보다 상대적 깨끗하게 유지되며, 상기 장치의 생산성을 향상시키고, 이 경우에 운행시간 사이에 필요한 청소시간의 감소를 가져온다.

본 발명을 개략적으로 살펴보면, 제3~6도의 장치는 예형(17)이 위치한 틀(33,hausing), 버너 어레이(23), 버너 어레이에서 개스를 공급하기 위한 다기관(31,manifold), 버너 어레이를 왕복 운동하기 위한 운반대(35), 예형의 미부에 위치한 고 출력 말단 가열기(77), 예형의 상부에 위치한, 종래의 저온 출력 말단 가열기(85), 벌집형 구조물(55,honeycomb), 확산기(43), 그리고 상기 장치의 버너 어레이/예형 영역(67)안에서 균일한 공기 유속을 제공하기 위한 수집 탱크(collectiontank)(45)를 포함한다.

예형(17)은 고정되어 있으며, 척크(27,29,chucks)에 의해 틀(33)안에 정적 수직 방향으로 고정되어 있다. 슈트 제조시, 예형은 상부 척크(27)르 회전시키고 지지틀(47)안에 있는 모터(도시되지 않음)에 의해서 예형의, 세로축에 대해서 회전된다. 또한 지지틀(47)은 슈트 제조 공정 진행을 모니터링하기 위한 계량 장치 즉, 균형기을 포함한다.

버너(13)는 다기관(31)에 설치되고, 서로 같은 간격을 유지하는 것이 좋다. 실제로 버너의 간격은 약4인치가 적당하다. 물론, 원한다면, 넓고 좁은 간격으로도 사용될 수 있다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 다기관(31)은 전체 길이가 44인치이고, 11개의 버너를 운반한다. 다시, 본 발명에 사용되는 다기관(31)에 대해서 좀더 많거나 적은 수의 버너와 좀더 길거나 짧은 길이로 사용될 수 있다.

제3도 및 제4도에서는, 버너에는 예형에의해 방출되는 열로부터 버너를 보호하는 버너 커버(57)이 장착되어 버너가 낮은 온도에서 운전하도록 한다. 버너 영역에서의 빠른 공기 유속(하기 참조) 또한 낮은 버너 온도의 유지를 돕는다. 대신에, 버너가 커버없이 작동하는것이 제5도와 제6도에 도시되어 있다.

버너(13) 각각에 공정 개스를 공급하는 다기관(31)은 다기관 상부에서 종래의것과 같은 개스 공급기에 연결되어 있다(도시 없음). 만약 원한다면, 공정 개스가 다기관의 하부에서 공급할 수 있고, 상부 및 미부에서 동시에 공급할 수도 있다. 다기관(31)은 큰 내부 챔버(채널)를 포함하여 다기관 내에서 압력 강하를 최소로 하도록 하여 각각의 버너에 공정 개스가 균등하게 공급되도록 한다.

1) 제조 공정의 초기에서의 출발 부재, 즉, 바이트 막대, 맨드럴 또는 고화된 코어 막대를 도입하고, 2) 제조 공정의 말기에 다공성 유리예형을 제거하기 위해서, 운반대(35)와 다기관(31)은 버너(13)가 제5도에 도시된 위치(작동위치)로부터 제6도에 도시된 위치(삽입/제거위치)까지 회전되도록 하는 피보트(pivot) 메카니즘(51)에 의해 상호 연결되어 진다. 삽입/제거 위치에 있을 때, 버너(13)는 틀(33)의 벽을 향하고, 특히 내부 벽(69)을 향한다. 틀의 내부 표면의 손상을 방지 하기 위하여, 필터(37), 도관(59), 틀 보호 브로우워(blower)(39) 그리고 분배 다기관(61)으로 구성된 공기 편향계가 사용되어 버너(13)로부터 확산기(43)로 불꽃 및 슈트를 향하도록 하여 틀(33)의 벽으로부터 멀어지도록 한다.

버너 어레이(23)는 운반대(35)에 의해 예형(17)에 평형 왕복을 한다. 운반대(35)는 구동 모터와 리드스쿠르(leadscrew), 그리고 유니버설 조인트로 결합된 볼너트(ballmut)의 조립체로 구성된 수단에 의해 왕복운동을 달성된다. 구동 모터가 컴퓨터로 제어되므로 버너 어레이의 선회점은 하기에 설명된 예정된 패턴형으로 변화한다. 운반대(35)는 바람직하게 다른 볼에 대하여 하나의 볼의 레이스에서 잼밍(jamming)이 없는 자동배열선형 배어링으로 설치된다. 버너 어레이를 왕복하기 위한 다른 메카니즘은 원한다면 물론 사용할 수 있다.

상기에서 서술되었듯이, 버너 어레이의 진동폭은 예형의 전체 길이보다 작으므로 각각의 버너는 예형의 일정한 부분만을 횡단한다. 예를들면, 예형의 20%을 횡단한다. 버너 어레이의 진동은 개개의 침적 패턴이 균일한 단일형 패턴으로 결합되지 않아 매끄러운 실린더형 예형을 제조할 수 없기 때문에 필요하다.

전후로 진동(조깅: jogging)하는 장치가 침전을 고르게 하는데 있어서, 하기에 좀더 구체적으로 설명한다.

1. 침전율과 슈트 밀도는 예형의 국부적인 표면온도에 좌우되며, 예를들면 왼쪽에서 조깅전 오른쪽 말단 및 장치의 조깅은 멈추고, 고온 침전 흐름은 최대 운동 지점에서 슈트의 밀도를 높이고 및 국부 직경의 감소를 야기시킬 것이다. 이러한 감소는 귀환 조그가 시작된 후 고온의 유체 흐름이 냉각될 기회를 갖지 못한 축의 위치를 최초로 통과한다는 사실 및 휴지에 기인한다. 따라서, 선회점의 위치가 변화되고 블랭크를 따라 균등하게 이격되도록 조그의 길이는 변화되어야 한다.

2. 직경의 감소가 일단 발생하면, 침적율이 타켓 직경에 의존하기 때문에 상기 예형의 구역은 훨씬 작아지는 경향이 있고, 그결과 국부적인 감소는 연속해서 그위에 침적된 유리를 적게 가지게 된다.

3. 전환 효과는 전환이 발생하는 때의 블랭크 직경에 의존하고, 상기 블랭크 직경은 시간에 따라 변화한다. 따라서, 전환 위치를 변화시킴에 있어서, 공정을 통하여 연속적으로 하는 것과 같이 침적공정을 통하여 가능한 선회점들을 균일하게 이격시키는 패턴을 사용하는 것이 중요하다.

4. 상기 버너 배열의 횡단속도가 제한되기 때문에 직경의 차이가 현저하기 전에 완료될 수 있는 단지 제한된 수의 조그가 존재하게 되고, 새로운 선회점들은 이전의 것들과 같은 침적 패턴을 가지지 않는다. 또한, 침적된 슈트의밀도는 횡단 속도에 의존하기 때문에 어떤 환경화에서 이중 가열에 따른 선회점에서의 밀도 변화는 추가 조그가 균일성을 향상시킬 수 있는 비율보다 더 빠른 비율로 악화될 수도 있다.

이러한 고려사항들은 선회점의 위치들을 체게적으로 변화시키는 조그 패턴을 사용함에 의해서 성공적으로 제시될 수 있다. 성공적으로 작동할 수 있는 것으로 일체된 패턴이 제7도에 도시되어 있다.

서술의 편의를 위해서, 이 도면에 도시된 패턴은 100mm의 버너 이격 거리를 가지고 있게 하고, 각 버너는 버너의 기준 위치에 중심이 맞추어진 블랭크의 200mm 구역위에 슈트를 침적시킨다. 따라서, 상기 버너가 왼쪽으로 이동할때 200mm구역의 우측 절반부는 슈트를 버너의 우측 부근으로부터 수용하고, 또 상기 버너가 오른쪽으로 이동 할 때 상기 200mm구역의 좌측 절반부는 슈트를 버너의 좌측 부근으로부터 수용한다. 즉, 왕복운동 패턴에서 피크와 피크 사이의 폭은 버너 이격거리의 두배이고, 그결과 블랭크의 사용가능부의 각 구역은 슈트를 두 개의버너로부터 수용한다.

좌측 방향의 조그의 크기를 일정하게 유지하면서 우측 방향의 조그의 크기는 변화시킴에 의해서 선회점들의 위치는 제7도에 도시된 패턴에서 있어서 변화되게 된다. 이것은, 우측 방향의 조그가 좌측 방향의 조그보다 더 작거나(좌측 이동)또는 더 크거나(우측 이동)에 따라 버너 배열이 왼쪽 또는 오른쪽으로 이동하는 결과를 가져온다. 더욱이, 우측 방향 조그 사이의 크기의 편차량은 전환점의 위치를 변화시키도록(끼워넣도록) 제조 공정중에 체계적으로 변화된다.

이 패턴의 처음 20번의 조그는 제7도에 도시되어 있는바, 이 도면에서 이동 방향에 따라 좌측 조그는 짝수로 표시되어 모두 같은 크기를 가지고 있고, 우측 조그는 짝수로 표시되어 모두 같은 크기를 가지고 있고, 우측 조그는 홀수로 표시되어 좌측 조그보다 Dmm만큼 더작거나 또는 더 크다. D에 대한 적당한 갑은 버터 진동운동의 전체측의 10%, 즉 제7도에서 20mm이다. 끼워 주기 위해서, 우측 방향 조그는 11번째, 21번째, 31번째, 41번째, 51번째, 61번째, 71번째 및 81번째 조그에서 약간 변경된다. 특히, 11번째, 31번째, 51번째 및 71번째 조그는 이전의 10개의 조그를 정확히 끼워 넣도록 +0.5D만큼 우측 조그를 변경시키고; 21번째 및 61번째 조그는 -0.25만큼 우측 조그를 변경시키고; 또 41번째 또는 81번째 조그는 각각 -0.625D와 -0.875D 만큼 우측 조그를 변경시켜서 버너 배열을 제7도에 도시된 초기 위치로 복귀시키며 거기에서 상기 공정은 다시 반복된다.

실제상, 상기한 패턴은 전환에서 발생하는 문제점을 성공적으로 해결할 수 있다. 물론, 선회점들이 무작위적으로 또는 무작위와 유사한 방식으로 선정되는 패턴을 포함하는 다른패턴들은 본 발명의 실시예 있어서 사용될 수가 있다.

제조 공정중에, 버너(13)는 많은 양의 열을 발생시키고, 이것으로 인해 전기한 장치의 여러 요소를 냉각시키기 위해서 틀(33)의 토대부에 송풍기(49)가 설치된다. 특히, 틀(33)을 우선 틀 보호용 송풍기(39)를 냉각시키고 또 운반부(35)와 그 구동 메카니즘을 냉각시키기 위해서 송풍기(49)에 의해서 제공되는 공기를 분배하는 양호한 도관을 포함하고 있다. 냉각 공기는 도관(71)을 통하여 틀(33)의 상부를 이탈하고, 그 도관(71)을 통과하며, 최종적으로는 적당한 오염 감소 장치에 연결된 주배출로관(4)을 통하여 시스템을 이탈한다. 냉각 시스템을 통해 유동하는 공기의 양은 틀(33)의 상부에 위치된 슬롯밸브에 의해 제어된다.

버너 에레이/예형 영역(67)에서의 공기 유속은 벌집형 구조물(55), 확산기(43) 및 수집탱크(45)에 의해서 뿐만 아니라 영역(67)에서의 일반적인 깔대기형 틀(33) 내벽에 의해서 제어된다. 영역(67)을 통과하여 유동하는 공기는 확산기(43)에 대향하는 틀 벽내에 성형된 적절한 유입구를 통하여 틀(33)내로 들어온다.

벌집형 구조물(55)은 다기관(31)을 완전히 둘러싸고 또 버너(13)가 동작 위치에 있을때(제5도 참조) 상기 벌집형 구조물(55)은 밀봉체(73)에 의해 틀(33)의 내벽에 밀봉된다. 상기 벌집형 구조물은 버너 어레이/예형 영역으로 들어가는 공기로부터 상향 흐름형 난류를 방출하는 한편, 예형축에 수직하고 또 번 불꽃에 수평한 방향으로 그 공기가 흐르게 한다. 또 상기 벌집형 구조물은 약 0.25in의 폭과 약 2.5in의 깊이를 가진 6각형 홈의 배열로 이루어져 있다.

확산(43)는 버너 어레이(23)의 전체길이를 지나가고 그의 넓은 말단쪽에서 수집 탱크(45)에 연결되고, 한편 수집 탱크(45)도 또한 버너의 전체길이를 지나간다. 수집탱크를 통과하는 공기의 유속과 확산기는 탱크를 주 배출구(41)에 연결하는 배출밸브(75)를 통하여 제어된다. 탱크를 주 배출구(41)에 연결하는 배출밸브(75)를 통하여 제어된다. 탱크의 바닥부와 그지지 토대부(79)사이의 연결부 뿐만 아니라 배출밸브와 수집 탱크 사이의 연결부는, 탱크가 온도 변화에 따라 팽창하고 수축함에 따라 누출없이 탱크가 약간씩 운동할 수 있도록 하는 것이 좋다. 이 연결부에서 테프론 와셔를 사용하는 것은 상기 운동이 일어날 수 있도록 하는 양호한 방법을 제공하게 된다.

탱크(45)는 확산기가 열림에 따라 일정 압력을 제공하는 중요한 기능을 제공하는 역할 즉, 탱크는 압력 저장기로써 역할한다. 그렇게하기 위하여 탱크는 가능한 직경이 커야한다. 더불어, 폐기공기가 확산기(43)를 떠나고 및 탱크(45)에 유입됨에 따라 경계층 분리를 최소화 하기 위하여, 확장기는 상대적으로 작은 확장각, 즉 약6°이하의 확장각도를 가져야 한다.

실제로, 수집 탱크는 30인치의 직경을 가지며, 확산기는 수집 탱크에서 5인치의 쪽을 가지면, 성공적으로 작업할 수 있는 수집 탱크의 출입홈(81)에서 2인치를 가진다.

상기 구성 및 상기 도시된 벌집형 구조물은, 버너(13)의 오프시, 예형(17)의 영역에서 공기 유속의 변화는 2.7%가 된다. 버너가 온 되었을 때, 상기 변화는 5.6%으로 증가된다. 상기 두 경우에 있어서, 가장 적은 공가 유속은 확산기의 말단에서 나타나고, 가장 낮은 속도의 공기의 유속은 냉각측정 수단용 하부에서, 버너가 온 되었을시 상기 수단의 상부에서 측정된다. 상기 변화는 분당 400∼800입방 피트(cfm)의 범위에서의 유속에 대하여 전체 공기의 유속은 비교적 무관하다.

상기 공기 유동 제어 시스템과 거의 1200 cfm의 전체 공기 유속을 사용하여 제조된 예형은 거의 12∼15%의 직경 변화를 가지는데, 브랭크의 하부는 상부 보다 작경이 크다. 상기 변화를 좀더 줄이기 위하여, 버너 어래이(23) 하부에 위치한 고 출력 말단 가열기가 예형의 전체 길이에 비교적 일정한 대류 예열 효과를 제공하기 위하여 사용되어 진다.

말단 가열기의 효과의 제8도는 슈트 그래프에 도시되어 있다. 상기 그래프는 예형의 미부로 부터의 거리 대 거리의 예형의 직경(밀리미터)을 나타낸다. 네모로 표시된 데이터점은 브랭크의 미부에 고 출력단 가열기(77) 대신에 저 출력단 가열기의 슈트 브랭크로 구성된 슈트블랭크이고, 한편 고 출력단 가열기의 블랭크는 가로선으로 도시되어 있다.

블랭크의 하부의 직경의 감소 뿐만 아니라 버너(77)의 부가에 의하여 생산된 전체적인 균질성의 증가는 상기 데이터로 확실히 알 수 있다.

다른 실험에 있어서, 고 출력단 버너의 사용은 3.6%만큼의 직경 변화의 감소를 보여준다. 버너(77)는 벌집형 구조물(55)없이 그리고 있게한 실험도 수행되었다. 벌집형 구조물이 없는 경우에, 블랭크의 25%가 더 적은 직경은 벌집형 구조물을 사용할 때 보다 다소 작다. 그러나, 전체 효과는 제8도에 도시된 것 만큼 크지 않다. 즉 버너(77)는 벌집형 구조물(55)보다 균질성의 효과가 더 크게 미친다.

오버크래딩 막대(cane overcladding)가 본 발명의 방법 및 장치를 사용하는 또다른 실험에 실행되었으며, 최종 다공성 유리예형은 고화되며, 그리고 축의 변화가 테스트된다. 실험에 나타난 고화도 블랭크에 대한 막대/크래드의 직경비에서의 축상 변화는 놀랍게도 외곽 직경에서의 블랭크의 축상 변화보다 작다. 구체적으로, 막대/크래드 변화는 직경 변화의 약1/3이다.

마찬가지로, 섬유가 고화된 블랭크로부터 인장되었을 때, 커트오프(cutoff)파장 변화는 고화된 블랭크의 직경 변화로 부터 기대되어지는 것의 약 1/3이다. 완성된 섬유는 그들의 커트오프 파장 및 본 발명이 사용되어 질 때 커프오프 파장이 블랭크 직경보다 매우 작은 사실에 의하여 품등되어지기 때문에 상기 사항은 섬유 제조 측면에서 매우 중요한 결과이다.

비록 본 발명의 상세한 구체예가 설명되고 도시되었을 지라도, 본 발명의 내용 및 범주를 벗어나지 않는 범위내에서 변경이 가능하다. 예를들면, 벌집형 구조물(55), 확산기(43), 수집 탱크(45)외에 다른 수단이 상기 장치의 버너 어레이/예형 영역에서의 공기 유속을 제어하기 위하여 사용될 수 있다. 특히. 공기 유동의 제어에 사용되는 상기 구성 성분 보다는 적게 사용될 수도 있다. 즉, 벌집형 구조물은 생략될 수 있다. 또한 다른 공기 유속 기술, 즉 배플링(baffling) 및/또는 다기관 시그템은 버너 및 예형의 영역에서 바fka직하게 조wjf되는 공기유속으로 되도록 사용될 수 있다.

마찬가지로, 상기 설명에 이외에 예형과 버너 어레이 사이에 왕복운동의 관계를 제공하기 위한 다른 수단도 본 발명의 실시에 사용될 수 있다. 예를들면, 버너 어레이의진동보다는, 예형이 진동되어 지거나, 또는 어레이 및 예형의 복합 진동도 예형의 길이를 따라 요구된 균일성이 달성되기 위해 사용될 수 있다.

물론, 이러한 택일적인 진동 양식에 있어서, 각각의 버너는 예형의 사용할 수 있는 길이의 특정 부분에 슈트를 침전하도록 어레이의 버너들과 예형 사이의 상대적인 동작한계는 제어되어야 한다. 상기 도시된 어레이 진동에서, 택일적인 진동 양식은 하기의 일반적인 특성을 가진다.

즉, 1) 슈트는 공정이 완결될 때 까지 예형의 실질적인 전체 유용한 길이 상기 계속적으로 침전되며, 그리고 2) 예형의 유용한 부분은 침전 공정 전반에 걸쳐 실질적으로 원통형을 유지한다.

Claims (22)

1. (a)예형(17)의 출발 부재를 지지하고 예형의 세로축을 중심으로 출발 부재를 회전시키는 첫 번째 수단(27,29); (b)예형으로 제조되는 출발 부재위에 유리 슈트를 침전시키기 위하여 최소한 2개의 유리슈트 침전용 버너를 포함한 출발 부재로부터 이격되어 있는 버너 어레이(23); 및 (c)출발부재의 수직축에 평행한 경로를 따라 예형과 버너 어레이 사이에서 상대적 진동을 생산하기 위한 두 번째 수단(35)으로 이루어진 신장된 다공성 유리예형을 제조하기 위한 장치에 있어서, 어레이 내의 각 버너의 경로는 한 방향의 첫 번째 한계와 반대 방향의 두 번째 한계를 가지며, 각 버너의 첫 번째와 두 번째 한계 사이의 거리는 예형의 사용 가능 길이보다 적고, 예형의 사용 가능 길이는 균일한 특성과 균일한 지름을 가지는 예형의 길이이며, 슈트 침전용 버너 각각은 상기 사용 가능 길이의 특정부분 만을 횡단하면서 슈트를 침전시키며, 상기 상대적 진동을 생산하는 수단(35)은 유리 예형을 제조하는 동안 버너 어레이의 첫 번째와 두 번째의 이동한계중 적어도 하나의 위치를 변화시키는 수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 유리예형의 표면에 파문과 융기가 없는 신장된 다공성 유리 예형을 제조하기 위한 장치.
2. 제1항에 있어서, 예형과 버너 어레이의 영역 안에서 예형의 길이 전체를 따라 실질적으로 균일한 공기 유속을 생산하기 위한 세 번째 수단(55)이 더욱 포함되는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제2항에 있어서, 세 번째 수단은 버너 어레이와 예형의 영역으로부터 공기를 제거하는 수단(43,45)을 포함하고, 이러한 제거수단은 예형의 길이와 실질적으로 같거나 긴 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 공기제거 수단은 그 입구 슬럿의 길이가 예형의 길이와 실질적으로 같거나 더 긴 확산기(43)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
5. (a) 신장된 원통형 출발 부재를 제공하는 단계; (b) 출발 부재로부터 이격된 슈트 제조용 버너의 어레이(23)를 제공하는 단게; (c) 출발 부재를 그의 세로축에 대해 회전시키는 단계 ; 및 (d) 출발 부재상에 유리 수트를 침전시켜 예형(17)울 제조하는 단계로 이루어진 유리예형의 제조 방법에 있어서, 상기 유리 슈트의 침전 단계 동안 (e) 슈트 제조용 버너의 어레이와 출발 부재 사이에서 상대적인 진동을 생산하여 어레이의 각 버너가 한 방향으로 첫 번째 이동 한계를, 반대 방향으로 두 번째 이동 한계를 가지고, 예형의 사용 가능 길이의 특정부분에만 슈트를 침전시키며, 예형의 사용 가능 길이가 실질적으로 균일한 특성과 균일한 지름을 가지도록 하는 단계; 및 (f) 각 버너가 슈트를 침적하는 동안 예형의 사용 가능한 길이의 일정 부분이 변화되도록 최소한 한 방향으로 버너 어레이의 이동 한계를 변화시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 신장된 다공성 유리 예형을 제조 방법.
6. 제5항에 있어서, 예형의 사용 가능한 길이가 (e)와 (f)의 단계 동안 원통형으로 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제5항에 또는 제6항에 있어서, 버너어레이 및 출발 부재에 공기를 흐르게 하는 부가적인 단계가 포함되며, 상기 공기 흐름은 출발 부재의길이를 따라 상대적으로 균일한 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 출발 부재는 실질적으로 수직 방향을 갖고, 상기 방법은 출발 부재의 길이를 따라 열구배의 영향을 최소로 하기 위해 상기 버너 어레이 및 출발 부재의 하부 부위를 통과하는 공기를 가열시키는 부가적인 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제5항 제6항, 또는 제8항에 있어서, 슈트는 (d)의 단계 동안 실질적으로 예형의 전체 사용 가능한 길이에 걸쳐 계속하여 침적되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제4항에 있어서, 상기 확산기는 수집탱크(45)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제2항, 제3항. 제4항 또는 제10항에 있어서, 세 번째 수단은 버너 어레이와 예형의 영역에 공기를 투입하기 위한 수단(55)을 포함하며, 상기 수단(55)은 예형의 길이와 실질적으로 같거나 긴 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제11항에 있어서, 공기를 투입하기 위한 수단은 그 길이가 예형의 길이와 실질적으로 같거나 긴 벌집형 구조의 부재(55)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
13. 제1항, 제2항, 제3항, 제4항 또는 제10항에 있어서, 예형으로부터 이격된 버너 어레이에 의해 제조된 슈트를 방향 조종하기 위한 수단(51)을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
14. 제13항에 있어서, 방향 조종하기 위한 수단은 어레이의 수직축에 실질적으로 평행한 축에 대해 버너 어레이를 피보팅시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
15. 제1항, 제2항, 제3항, 제4항 또는 제10항에 있어서, 첫 번째 수단은 예형을 실질적으로 수직방향으로 지지하고, 상기 장치는 예형의 길이에 따른 열구배의 효과를 최소화 하리 위해 버너 어레이 아래에 위치된 적어도 하나의 고정된 가열기(77)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
16. 제1항, 제2항, 제3항, 제4항 또는 제10항에 있어서, 버너 어레이 안의 버너가 서로 같은 간격으로 이격되어져 있는 것을 특징으로 하는 장치.
17. 제16항에 있어서, 각 버너의 첫 번째와 두 번째 한계 사이의 거리(J)가 버너사이의 거리(D)와 실질적으로 같거나 큰 것을 특징으로 하는 장치.
18. 제17항에 있어서, 각 버너의 첫 번째와 두 번째 한께 사이의 거리가 버너 사이의 거리의 약 2배인 것을 특징으로 하는 장치.
19. 제1항, 제2항, 제3항, 제4항 또는 제10항에 있어서, 버너 어레이의 길이가 예형의 사용 가능 길이(L)와 실질적으로 같은 것을 특징으로 하는 장치.
20. 제1항, 제2항, 제3항, 제4항 또는 제10항에 있어서, 버너 어레이가 선형(23)인 것을 특징으로 하는 장치.
21. 제1항, 제2항, 제3항, 제4항 또는 제10항에 있어서, 위치를 변화시키는 수단은 버너 어레이가 한 방향으로 일정한 거리, 반대 방향으로는 다양한 거리를 이동하도록 하는 것임을 특징으로 하는 장치.
22. 제7항에 있어서, 슈트는 (d)단계 동안 실질적으로 예형의 전체 사용 가능한 길이에 걸쳐 계속하여 침전되는 것을 특징으로 하는 방법.