KR100320411B1 - 광섬유모재 소결용 내화튜브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광섬유모재 소결용 내화튜브에 관한 것으로, 석영튜브중 소결시 중요한 1M정도를 석영튜브로 사용하며 그 상하부는 내화튜브를 이용하여 반영구적으로 소결작업에 사용할 수 있도록 한 광섬유모재 소결용 내화튜브를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 광섬유모재 소결용 내화튜브는 타켓로드에 증착된 광섬유모재의 주변을 헬륨가스 분위기로 유지시키기 위한 석영튜브가 구비되며, 상기 광섬유모재의 주변을 상하측으로 이동되면서 광섬유모재를 일정온도로 가열하여 소결시키기 위한 소결로가 설치된 광섬유모재 소결장치에 있어서, 타켓로드에 증착된 광섬유모재의 상부와 하부둘레에 각각 원통형상으로 구비되며, 상기 타켓로드가 고정된 고정장치의 상면과 하면에 부착되고 그 부착면의 타단 내주면에 각각 원형의 삽입홈이 형성된 내화튜브와; 상기 상부 및 하부 내화튜브의 삽입홈에 개재되고, 원통형상으로 구비되어 광섬유모재의 둘레에서 헬륨가스의 분위기를 유지시키기 위한 석영튜브로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명을 적용하면, 광섬유모재가 열원으로부터 직접 열을 조사받아 소결되는 부분에는 석영튜브가 구성되며 그 외 부분은 내화튜브로 구성하여 일정기간을 주기로 교환되어야만 하는 석영튜브의 면적을 대폭 축소하여 매우 경제적이며, 석영튜브나 타켓로드의 교환시 고정장치의 이동거리가 짧아지게 되므로 교환시간이 단축되어 효율적인 소결공정을 수행할 수 있게 된다.

Description

광섬유모재 소결용 내화튜브{A fireproof tube for sintering optical fiber}

본 발명은 광섬유모재 소결용 내화튜브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대체가능한 석영튜브의 상하 소정부를 내화튜브로 대체함으로써 반영구적으로 소결작업을 수행할 수 있도록 한 광섬유모재 소결용 내화튜브에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 광통신은 광섬유를 통해 빛을 전송하여 정보를 교환하는 것으로, 현재의 동축케이블에 의한 전기 통신에 비해 수만배의 정보를 전송할 수 있다.

또한, 외부로부터의 전파 및 자기장의 영향을 전혀 받지 않아 정보의 전송상태가 양호하므로 현재 통신분야에서 많이 활용되고 있으며, 그 사용 범위는 점차 타분야로 확대되고 있는 추세이다.

전술한 바와 같은 광통신은 상기 광섬유를 제조함에 있어 프리폼 즉, 모재로부터 125㎛의 가는 직경을 갖는 광섬유를 인발하게 되며, 이어서 코팅 및 칼라링(Coloring) 작업을 통해 광섬유 제작이 완료된다.

이와 같이 광섬유를 제작하기 위해서는 광섬유 제작용 모재가 필요로 하기 때문에 모재를 제작하는 과정이 선행되게 된다.

모재를 제작하기 위한 공정으로는 크게 3가지 형태로 구분될 수 있는데, 그 하나는 OVD(Outside Vapor Deposition)공법이고, 둘째로는 VAD(Vapor Axial Deposition)공법이 있으며, 셋째로는 MCVD(Modified Chemical Vapor Deposition)공법이 있다.

상술한 각 공법에 따른 모재 제작공정을 참고적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, OVD공법은 타겟로드(Target Rod, 알루미나 봉)에 버너의 화염을 분사시켜 가열함과 동시에 화학물질(Chemical)을 공급하여 열영동 현상(Thermophoresis)에 의해 화학물질이 타겟로드의 표면에 증착되도록 하는 것으로, 초기에는 타겟로드의 표면에 코어층을 형성하기 위해 코어층 형성용 화학물질을 공급하고, 이어서 이러한 코어층의 표면에 클래드층(Clad Layer)을 형성하기 위해 다시 화학물질을 공급한다.

이상에서 알 수 있는 바와 같이, 모재를 제작하는 공정이 타겟로드의 둘레에 점진적으로 증착되도록 하여 코어층을 먼저 만들고 그 위에 클래드층을 만드는 것이 OVD공법의 특징이다.

이와 달리, 전술한 바와 같은 MCVD(Modified Chemical Vapor Deposition)공법은 석영관의 둘레를 가열함과 동시에 그 내부로 전술한 바와 같은 화학물질을 불어넣으면 열영동 현상에 의해 석영관의 내면에 클래드층(3)이 생성되게 되며, 이후 클래드층의 내면에 코어층을 형성하기 위한 화학물질을 전술한 바와 같이 불어넣어 코어층을 생성시킨다.

VAD(Vapor Axial Deposition)공법은 수직 방향의 타겟로드에 각각의 버너를 이용하여 상부의 버너는 코어층을 증착시키고, 하부의 버너는 클래드층을 증착시키는 방법으로 동시에 코어층과 클래드층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 전술한 각각의 공법중 OVD공법과 밀접한 관계가 있는 것으로, OVD공법에 따른 모재 제작과정을 보다 상세히 설명한다

상기 OVD공법은 버너를 통해 타겟로드에 화염을 분사시키면서 버너의 내부에설치된 각각의 관을 통해 GeCl₄, H₂, 아르곤 혹은 질소 가스 및 O₂를 토출시킨다. 이때 GeCl₄(기체)는 O₂(기체)와 반응하여 GeO₂(고체)+2Cl₂(기체)가 생성된다.

따라서, GeO₂는 버너의 토출팁의 주위의 분위기 온도(대략 1,500∼1,800℃)에 의해 입자(Particle)가 타겟로드(50)쪽으로 이동하면서 타겟로드(50) 표면에 증착이 이루어지게 되는 것이다.

아울러, 클래드층을 생성시키기 위해서는 전술한 버너 내부의 분출관을 통해 SiCl₄를 투입하게 되는데 그 반응식은 아래와 같다.

SiCl₄(기체)+O₂(기체) 〓 SiO₂(고체) + 2Cl₂(기체)

위 반응식에 따라 생성된 SiO₂는 전술한 열영동 현상에 의해 타겟로드의 표면에 증착되게 된다.

이와 같은 방법으로 버너를 좌우로 이동시키면서 타겟로드의 표면에 증착한 뒤 타겟로드를 빼내어 전기로에서 소결(Sintering)과정을 거쳐 모재를 완성한다.

즉, 상기한 소결(Sintering)공정은 OVD공법 또는 VAD공법인 화염가수분해반응에 의해 증착된 수트(Shoot)를 투명한 모재로 만들기 위한 것이다.

도 1a는 종래의 실시예에 따른 광섬유 소결장치를 나타내는 측면도이다.

이를 참조하면, 상기 소결로(2)는 일반적으로 헬륨(He)이 충진된 상태에서 1500℃정도의 고온으로 가열된 상태에서 내부에 설치된 모재(4)를 일정하게 소결시켜 완성된 모재(4)를 형성한다.

즉, 상기 모재(4)가 타켓로드(6)에 증착되는 공정이 수행된 다음, 그 모재(4)내의 기공이나 또는 모재의 순도를 더욱 높임으로 인해 상기 모재(4)를 투명하게 제조하기 위한 소결공정이 수행되는 바, 이 소결공정은 상기 모재(4)의 외부를 둘러싸고 있는 소결로(2)가 상부/하부로 저속 이송되면서 상기 모재(4)를 영동시킴에 의해 이루어지게 된다.

이때, 상기 모재(4)가 휘거나 표면 상태가 나빠지는 것을 방지하기 위해 상기 모재(4)의 상단이 고정장치(8)에 설치 고정된 상태에서 일정한 주기로 회전되면서 소결되게 된다.

이러한 모재(4)는 헬륨(He) 분위기하에서 고온으로 소결되어야 하므로 상기 모재(4)의 주변에는 원통형상의 석영튜브(12)가 마련된다. 상기 석영튜브(12)는 그 재질이 고온에서도 견딜 수 있도록 SiO₂성분을 가지고 있다.

상기 소결로(2)의 규격에 따라 다양한 직경으로 구성되는 바, 일반적으로 대용량 모재(4)를 소결하기 위해서는 외경 300mm, 두께 10mm, 길이 3M 정도의 크기로 이루어진다. 그리고, 상기한 모재(4)를 대략 30∼50개 정도 소결후 상기 석영튜브(12)의 표면의 증발과 열전도도의 저하로 인해 교체해야만 한다.

그러나, 상기 석영튜브(12)는 대략 1개월에 1회정도의 교체작업을 행해야만 하는 데 그 길이가 길기 때문에 교체작업이 매우 힘들 뿐 아니라, 고가의 석영튜브관을 빈번하게 교체해야하므로 경제적 손실도 크다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 석영튜브중 소결시 중요한 1M정도를 석영튜브로 사용하며 그 상하부는 내화튜브를 이용하여 반영구적으로 소결작업에 사용할 수 있도록 한 광섬유모재 소결용 내화튜브를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 실시예에 따른 광섬유모재 소결장치를 도시한 측면도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유모재 소결장치를 도시한 측면도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유모재 소결용 튜브를 도시한 부분사시도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유모재 소결용 튜브를 도시한 측단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

2:소결로, 4:광섬유모재,

6:타켓로드, 8:고정장치,

10:하우징, 12:석영튜브,

14a:석영튜브, 14b:내화튜브,

16,16':삽입홈.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 타켓로드에 증착된 광섬유모재의 주변을 헬륨가스 분위기로 유지시키기 위한 석영튜브가 구비되며, 상기 광섬유모재의 주변을 상하측으로 이동되면서 광섬유모재를 일정온도로 가열하여 소결시키기 위한 소결로가 설치된 광섬유모재 소결장치에 있어서, 타켓로드에 증착된 광섬유모재의 상부와 하부둘레에 각각 원통형상으로 구비되며, 상기 타켓로드가 고정된 고정장치의 상면과 하면에 부착되고 그 부착면의 타단 내주면에 각각 원형의 삽입홈이 형성된 내화튜브와; 상기 상부 및 하부 내화튜브의 삽입홈에 개재되고, 원통형상으로 구비되어 광섬유모재의 둘레에서 헬륨가스의 분위기를 유지시키기 위한 석영튜브로 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유모재 소결용 내화튜브가 제공된다.

바람직하게, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 내화튜브의 삽입홈 내측은 헬륨가스가 외부로 새지 않도록 실링재가 부착된 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 석영튜브는 그 상면 또는 하면 가장자리가 상기 내화튜브의 상/하측의 삽입홈중 어느 한 삽입홈에 고정된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유모재 소결장치를 도시한 측면도이다.

이를 참조하면, 소결로(2)는 일반적으로 헬륨(He)이 충진된 상태에서 1500℃정도의 고온으로 가열된 상태에서 내부에 설치된 모재(4)를 일정하게 소결시켜 모재(4)를 완성하게 된다.

즉, 상기 모재(4)가 타켓로드(6)에 증착되는 증착공정이 수행된 다음, 그 모재(4)내의 기공이나 또는 모재의 순도를 더욱 높임으로 인해 상기 모재(4)를 투명하게 제조하기 위한 소결공정(Sitering process)이 수행되는 바, 이 소결공정은 상기 모재(4)의 외부를 둘러싸고 있는 소결로(2)가 상부/하부로 저속 이송되면서 상기 모재(4)를 열적 영동시킴에 의해 이루어지게 된다.

이때, 상기 모재(4)가 휘거나 표면 상태가 나빠지는 것을 방지하기 위해 상기 모재(4)의 상단이 고정장치(8)의 척(도시는 생략)에 의해 설치 고정된 상태에서 일정한 주기로 회전되면서 소결되게 된다.

또한, 상기 모재(4)의 주변에는 원통형상의 튜브(14)가 마련되는 바, 상기 튜브(14)는 그 중앙에 재질이 고온에서도 견딜 수 있도록 SiO₂성분을 갖는 석영튜브(14a)와, 상기 석영튜브(14a)의 상부 및 하부에서 그 석영튜브(14a)와 결합되는 내화튜브(14b)로 구성된다.

이하, 상기 내화튜브(14b)를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유모재 소결용 튜브를 도시한 부분사시도이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유모재 소결용 튜브를 도시한 측단면도이다.

이를 참조하면, 상기 모재(4)의 중앙 소정부에 마련된 튜브는 재질이 고온에서도 견딜 수 있도록 SiO₂성분을 갖는 석영튜브(14a)로 구성되며, 소결용으로 사용된다.

또한, 상기 석영튜브(14a)를 그 상부 및 하부에서 지지함과 동시에 상기 모재(4)의 주위를 He분위기로 유지시키고 고온을 지속시키기 위한 내화튜브(14b)가 구비된다.

따라서, 상기 상부 및 하부 내화튜브(14b)는 그 하면 및 상면에 상기 석영튜브(14a)가 삽입될 수 있는 삽입홈(16,16')이 그 길이방향으로 형성되는 바, 상기 석영튜브(14a)가 상기 내화튜브(14b)의 상/하면 삽입홈(16,16')에 개재될 수 있게 된다.

바람직하게 상기 내화튜브(14b)는 그 재질이 고온에 강한 알루미나 및 모르타르 성분으로 이루어진다.

또한, 상기 내화튜브(14b)의 상부 또는 하부의 삽입홈(16,16')에 상기 석영튜브(14a)의 일단이 고정되고, 상기 석영튜브(14a)가 고정되지 않은 삽입홈은 그 내벽에 가스가 새지 않도록 실링재가 도포되어 상기 석영튜브(14a)가 삽입/이탈될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기한 구성의 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유모재 소결용 내화튜브의 작용 및 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저, 광섬유모재 소결장치의 상부면과 하부면에는 상기 모재(4)를 고정시키는 고정장치(8)가 설치된다. 그 고정장치(8)는 척(도시생략)이 구비되어 모재(4)가 중앙 외주면에 부착된 타켓로드(6)의 상/하면을 고정하게 된다.

증착공정이 완료된 모재(4)의 경우에는 소결공정을 거치게 되는 바, 소결공정에는 모재(4)의 분위기를 He 분위기로 만들기 위한 석영튜브(14a)가 마련되어야만하나, 석영튜브(14a)가 고가며 빈번한 교환이 필요하기 때문에 본 발명에 제시된 바와 같은 광섬유 소결용 내화튜브(14b)가 마련된다.

예컨대, 상기 모재(4)가 직접 증착되지 않는 타켓로드(6)에는 상기 석영튜브(14a) 보다 내화성이 우수한 내화튜브(14b)를 구성하고, 상기 모재(4)가 직접 열원을 받아 증착되거나 소결되는 타켓로드(6)의 외측에는 상기 석영튜브(14a)를 구성한다.

즉, 상기 석영튜브(14a)는 상기 내화튜브(14b)의 사이에 개재되게 되는 데, 상기 석영튜브(14a)의 교환시 그 교환이 용이하게 이루어질 수 있도록 상기 상/하부의 내화튜브(14b)에는 상기 석영튜브(14a)가 삽입될 수 있는 삽입홈(16,16')이 마련된다.

또한, 상기 석영튜브(14a)의 상면 또는 하면은 상기 내화튜브(14b)의 상측 또는 하측의 삽입홈(16,16')에 고정됨이 바람직하며, 상기 삽입홈(16,16')의 내측은 He가스가 외부로 새지 않도록 별도의 실링재가 도포됨이 바람직하다.

따라서, 상기 석영튜브(14a)를 매개하여 소결공정을 수행하다가 상기 석영튜브(14a)의 교환이나 상기 타켓로드(6)의 교환이 필요할 경우에는 상기 상부측 고정장치(8)가 상부로 이동되게 한다.

그러면, 상기 석영튜브(14a)의 상면이 내화튜브(14b)의 삽입홈(16')에 고정된 경우에는 상기 석영튜브(14a)도 상부측의 내화튜브(14b)의 이동에 따라 이동되면서 타켓로드(6)의 교환이 가능하게 되며, 상기 석영튜브(14a)의 고정을 해제하여 그 석영튜브(14a)의 교환도 가능하게 된다.

상기한 동작으로 상기 석영튜브(14a)의 교환이 완료되면 상기 고정장치(8)를 하측으로 이동시켜 하부측의 상기 내화튜브(14b) 삽입홈(16)에 상기 석영튜브(14a)의 하면 가장자리를 삽입시킨다.

한편, 상기한 기능 및 동작의 본 발명의 실시예에 따른 광섬유모재 소결용 내화튜브는 단지 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니고 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변경이 가능하다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 광섬유모재 소결용 내화튜브에 의하면 광섬유모재가 열원으로부터 직접 열을 조사받아 소결되는 부분에는 석영튜브가 구성되며 그 외 부분은 내화튜브로 구성하여 일정기간을 주기로 교환되어야만 하는 석영튜브의 면적을 대폭 축소하여 매우 경제적이며, 석영튜브나 타켓로드의 교환시 고정장치의 이동거리가 짧아지게 되므로 교환시간이 단축되어 효율적인 소결공정을 수행할 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 타켓로드에 증착된 광섬유모재의 주변을 헬륨가스 분위기로 유지시키기 위한 석영튜브가 구비되며, 상기 광섬유모재의 주변을 상하측으로 이동되면서 광섬유모재를 일정온도로 가열하여 소결시키기 위한 소결로가 설치된 광섬유모재 소결장치에 있어서,

   타켓로드에 증착된 광섬유모재의 상부와 하부둘레에 각각 원통형상으로 구비되며, 상기 타켓로드가 고정된 고정장치의 상면과 하면에 부착되고 그 부착면의 타단 내주면에 각각 원형의 삽입홈이 형성된 내화튜브와;

   상기 상부 및 하부 내화튜브의 삽입홈에 개재되고, 원통형상으로 구비되어 광섬유모재의 둘레에서 헬륨가스의 분위기를 유지시키기 위한 석영튜브로 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유모재 소결용 내화튜브.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 내화튜브의 삽입홈 내측은 헬륨가스가 외부로 새지 않도록 실링재가 부착된 것을 특징으로 하는 광섬유모재 소결용 내화튜브.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 석영튜브는 그 상면 또는 하면 가장자리가 상기 내화튜브의 상/하측의 삽입홈중 어느 한 삽입홈에 고정된 것을 특징으로 하는 광섬유모재 소결용 내화튜브.