KR100342509B1 - 광섬유 모재의 제조방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 응축 공정 및 클로징 공정을 수행하기 위하여 1차 모재가 수직선반상에 회전가능하도록 설치되는 광섬유 모재의 제조장치에 관한 것으로서, 상기 1차 모재를 회전가능하도록 고정시키는 로터리 조인트 어셈블리상에 별도의 진공펌핑부를 설치하여 클로즈 과정시 상기 1차 모재내에 음압을 형성시키므로써 좀더 빠른 클로징 공정을 유도할 수 있다.
Description
본 발명은 광통신 시스템에서 사용되는 광섬유의 모재 제조에 관한 것으로서, 특히 공정시간을 효율적으로 단축하여 생산성을 증대시킬 수 있도록 구성되는 광섬유 모재의 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
통상적으로, 광 전송 시스템(Optical Transmission System)은 주로 굴절률이 다른 코어(Core)와 클래드(Clad)층으로 구성되는 글래스 재질의 광섬유(Optical Fiber)를 사용하고 있다. 또한, 점차 저손실 고강도의 광섬유를 생산하기 위하여 경주하고 있으며, 특히 광섬유를 인출하기 위한 광섬유 모재(Optical Fiber Preform)를 제조하는 방법의 개발에 우선적인 역점을 두고 있는 실정이다.
일반적으로, 광섬유를 제조하는데 있어서, 수정된 화학기상증착법 즉, MCVD( Modified Chemical Vapor Deposition)을 널리 사용하고 있다. 상기 MCVD법은 소정의 석영관(Quartz Reaction Tube)내에 화학조성물을 가스의 형태로 주입하고, 상기 석영관의 외부를 균일하게 가열하므로써, 내부에 일정 증착층이 생기도록 하여 제조하는 방법이다. 이를 증착(Deposition)공정이라 하며, 증착된 상기 석영관은 로드(Rod)형태의 모재봉으로 형성시키는 응축(Collapsing)공정과, 이를 마감하는 클로징(Closing)공정을 거치게 된다.
상기 증착, 응축 및 클로징 과정은 소정의 선반(Lathe)상에 상기 석영관을 회전하도록 설치한후, 상기 석영관의 외주면상에 고온의 열을 가하므로써, 내부의 원료가스가 산화반응에 의해 상기 석영관의 내주면상에 증착되므로써 광섬유의 모재를 제조하는 전반적인 과정을 지칭한다.
근래들어, 상기 증착공정은 수평선반(Horizontal Lathe)을 이용하고 있는 추세이며, 증착공정에서 제조된 1차모재는 수직선반(Vertical Lathe)을 이용하여 응축공정 및 클로징 공정을 거쳐 광섬유 모재를 제조하게 된다.
상기 수직선반상에서 응축 및 클로징 공정이 수행될때, 별도의 음압을 작용시키지 않고 자연스러운 벤트(Vent)의한 작업을 하므로써 광섬유모재를 제조하게 된다.
그러나 상기와 같이, 음압의 작용없이 자연스런 벤트에 의해 작업을 하게되면, 작업시간이 많이 증대될뿐만 아니라, 기존의 로터리 조인트 어셈블리에는 프로세스 가스(Process Gas) 라인만이 설계되어 있어 음압작용을 할 수 없는 문제점이 발생되었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 수직선반상에서 응축 및 클로징 공정을 수행할때, 별도의 음압을 제공하기 위한 광섬유 모재의 제조방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 수직선반상에 별도의 음압을 형성하기 위한 진공펌프라인을 구비한 광섬유 모재의 제조방법 및 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 응축 공정 및 클로징 공정을 수행하기 위하여 1차 모재가 수직선반상에 회전가능하도록 설치되는 광섬유 모재의 제조장치에 있어서, 상기 1차모재는 상기 응축 공정 및 클로징 공정을 수행할때, 상기 1차 모재 내부를 적정 압력으로 유지시켜 주기 위하여 진공펌핑부를 구비한로터리 조인트 어셈블리상에 회전 지지됨을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 증착공정이 완료된 1차모재를 가스공급부 및 진공펌핑부를 구비한 로터리 조인트 어셈블리에 회전 가능하도록 고정시켜 광섬유 모재를 제조하는 방법에 있어서,
상기 1차 모재내의 수분 및 OH기등을 제거하기 위하여, 상기 로터리 조인트 어셈블리상에 고정된 1차 모재의 내부에 가스공급부를 통해 가스를 공급하는 가스 투입과정과,
상기 로터리 조인트 어셈블리에 의해 회전하는 1차 모재를 외부로부터 가열하여 응축시키는 응축과정과,
상기 응축과정후, 가스공급부에 의해 공급되는 가스를 차단하는 가스차단과정과,
상기 1차 모재내의 압력을 측정하는 압력측정과정과,
상기 측정된 압력이 적정 압력이 아닐경우, 진공펌프를 동작시키는 진공펌핑과정과,
상기 응축과정이 진행된 1차모재를 클로징 시키는 클로징과정을 포함하여, 상기 1차 모재에 대한 클로징 과정이 완료될때까지 상기 압력측정과정에서부터 클로징과정을 반복하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 광섬유 1차 모재의 제조를 위한 수평선반을 도시한 구성도.
도 2는 도 1의 장치에 의해 광섬유 1차 모재가 제조되는 상태를 도시한 부분단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 로터리 조인트 어셈블리상에 광섬유 1차모재가 장착된 상태를 도시한 수직선반의 구성도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 로터리 조인트 어셈블리의 구성을 도시한 부분단면도.
도 5는 본 발명의 바람직한 광섬유 모재 제조장치의 구성도.
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광섬유 모재 제조장치의 공정흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면다음과 같다. 그리고, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 광섬유 1차 모재의 제조를 위한 수평선반을 도시한 구성도이고, 도 2는 도 1의 장치에 의해 광섬유 1차 모재가 제조되는 상태를 도시한 부분단면도로써, 수평선반상에서 소정의 증착층(코어층, 클래드층)을 갖는 1차 모재(준모재)를 제조하는 방식은 하기와 같다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 1차 모재는 일반적으로 수평선반상에서 MCVD(Modified Chemical Vapor Deposition)법을 사용하여 증착공정을 거치게 된다.
상기 증착공정에서 저장부(7)상에 저장된 원료가스(Reactant Gas)(8)로 실리콘 테트라 클로라이드(SiCl4), 저마늄 테트라 클로라이드(GeCl4)등을 산소(O2)와 함께 혼합하여 상기 석영관(Quartz Reaction Tube)(2)내로 주입하게 된다. 이때, 상기 석영관(2)은 소정의 선반(Lathe)(1)상에 자체 회전하도록 설치되며, 상기 석영관(2)의 일단에 가스 주입 파이프(6)등을 이용하여 주입하게 된다. 또한, 상기 주입되는 기체 상태의 원료가스(8)를 상기 석영관(2)의 내주면상에 증착(Deposition)시키기 위하여 버너(Burner)와 같은 가열장치(5)를 사용하여 고온으로 가열하여 되며, 상기 석영관(2)내로의 원료가스(8)의 균일한 증착을 위하여 상기 자체 회전하고 있는 석영관 외부에서 상기 가열장치(5)는 길이 방향으로 수평 왕복운동(Reciprocating Movement)을 하게된다. 이때, 상기 가열장치(5)는 소정의 온도조절부(4)를 구비하고 있으며, 각 공정에 맞는 적절한 온도를 배분하는 역할을하게 된다.
상기 반복적인 증착공정에 의하여 클래드층(2a)과 코어층(2b)이 형성되며, 주입되는 가스의 농도(Concentration)에 따라 굴절률(Refractive Index)을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, SiCl4는 SiO2를 얻기 위해서 사용되며, GeCl4는 굴절률을 조절하는데 이용되는 GeO2를 얻기위해서 사용된다. 또한, 혼입되는 산소(O2)는 상기 원료가스(8)의 유입량을 조절하는데 사용된다.
그후, 상기 석영관(2) 내부에 충분한 증착층이 형성된 1차 모재는 수직선반상에 고정되어 응축공정 및 클로징 공정을 거치게 된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 로터리 조인트 어셈블리상에 광섬유 1차모재가 장착된 상태를 도시한 수직선반의 구성도로써, 수직선반(10)의 하부척으로 사용되는 로터리 조인트 어셈블리(Rotary Joint Assembly)(20)상에 상기 1차 모재(2)의 하단부가 자체 회전가능하도록 장착된다. 이때, 상기 1차 모재(2)의 상단부는 상기 수직선반(10)의 상부척(11)에 고정된다.
상기 로터리 조인트 어셈블리(20)상에는 응축공정이나 클로징 공정중에 상기 1차 모재내의 수분이나 OH기등을 제거하기 위한 N2, Cl2와 같은 가스를 공급하기 위한 가스공급부(도 4에 도시됨)가 설치되어 있으며, 클로징 과정시 1차 모재내의 압력을 적정 압력으로 유지시켜주기 위한 진공펌핑부(도 4에 도시됨)를 함께 구비하고 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 로터리 조인트 어셈블리의 구성을 도시한 부분단면도로써, 상기 1차 모재를 자체회전시키기 위하여 수직선반상에 설치되는 로터리 조인트 어셈블리(20)는 커버(21)와, 상기 커버에 고정되는 바디(23)와 상기 바디상에 소정의 베어링(25a)에 의해 회전가능하도록 설치되는 1차 모재(2) 장착을 위한 샤프트(25) 및 상기 샤프트(25)상에 장착된 1차 모재(2)를 고정시켜주는 바이트 슬리브(26)로 구성된다.
상기 커버(21)상에는 N2, Cl2,O2와 같은 가스를 공급하기 위한 가스공급부 (22)를 구비하고 있으며, 바디(23)상에는 응축 공정이나 클로징 공정을 수행시, 1차 모재(2)내의 압력을 항상 적정수준으로 유지시켜 주기위한 진공펌핑부(24)를 구비한다. 도시되지 않았으나, 상기 진공펌핑부(24)는 진공펌프를 구비하고 있다.
상기 커버(21)와 바디(23), 샤프트(25) 및 바이트 슬리브(26)의 내주면상에는 상기 가스공급부(22)에 의해 공급된 가스를 1차 모재(2)의 내부까지 공급하기 위한 가스 공급파이프(27)가 연장 설치되어 있으며, 상기 가스 공급파이프(27)의 중공상에는 소정의 압력측정관(28)이 설치된다. 상기 압력측정관(28)은 상기 가스 공급파이프(27)보다 상기 1차 모재(2)쪽으로 돌출되도록 설치하여 상기 1차 모재내의 압력을 수시로 측정하게 된다.
또한, 상기 1차 모재(2) 내부의 압력을 조절하기 위하여, 상기 1차모재의 내측과 연결되는 연결로(29)가 상기 바디(23)와 샤프트(25)상에 형성되어 상기 진공펌핑부(24)와 연결된다.
또한, 상기 로터리 조인트 어셈블리(20)의 바디(23)는 무게를 줄이기 위하여테프론(Teflon) 재질로 형성된다.
도 5는 본 발명의 바람직한 광섬유 모재 제조장치의 구성도이고 본 발명에 의한 광섬유 모재 제조장치는 가스저장부(30)인 질소 저장부(31), 염소 저장부 (32), 진공 펌핑부(40) 및 공정제어부(50)로 구성되며, 질소밸브(31a), 염소밸브 (32a) 및 진공밸브(41)를 구비한다.
상기 가스저장부(30)는 증착 튜브인 1차 모재(2) 내부의 수분 및 OH기를 제거하고, 버너의 산화방지 및 내부 압력 조절을 위한 질소 저장부(31)와 염소 저장부(32)로 구성된다. 상기 가스 저장부(30)는 상기 로터리 조인트 어셈블리(20)의 가스 공급부(22)와 연결되어 가스 공급 파이프(27)를 통해 1차 모재(2)내로 가스를 공급하게 된다.
상기 진공펌핑부(40)는 상기 1차 모재(2)내에 설치된 압력 측정관(28)에서 측정된 압력에 따라 선택적으로 작동되는 진공펌프(미도시됨)를 구비하고 있다.
상기 공정제어부(50)는 미리 설정된 공정 정보에 따라서 가스 저장부(30)의 밸브(31a, 32a)를 개폐함과 동시에 압력 측정관(28)에서 측정된 압력의 정도를 판단하여 상기 진공펌핑부(40)의 진공밸브(41)를 조절하게 된다.
도 6은 광섬유 모재 제조장치의 공정흐름도로써, 도 4 및 도 5를 함께 참조하여 설명하면, 본 발명에 의한 광섬유 모재 제조방법은 수직선반의 로터리 조인트 어셈블리(20)상에 증착공정이 완료된 1차 모재(2)를 회전 가능하도록 설치하는 1차 모재 장착 과정(100)과, 가스 투입 과정(110), 버너 가열 및 응축과정(120), 가스 차단 과정(130), 튜브내의 압력측정과정(140), 상기 측정된 압력에 따라 선택적으로 작동되는 진공 펌핑 과정(160) 및 클로징 과정(170)으로 이루어 진다.
상기 1차 모재 장착과정(100)은 증착과정을 완료한 석영관(2)을 수직선반상의 로터리 조인트 어셈블리(20)상의 샤프트(25)상에 장착한후, 바이트 슬리브(26)에 의해 고정하는 과정이다. 이때, 상기 1차 모재(2)의 상단부는 상기 수직선반의 상부척상에 고정시킨다.
상기 가스 투입 과정(110)은 가스저장부(30)상의 질소, 염소 및 산소를 상기 로터리 조인트 어셈블리(20)상의 가스 공급파이프(27)를 통하여 상기 1차 모재(2)내로 공급하는 과정이다. 상기 1차 모재내로 가스를 공급하므로써 응축과정시 상기 1차 모재내의 수분이나 OH기를 제거하게 된다.
그후, 버너를 상기 1차 모재의 연화점 이상으로 가열하여 응축시키는 응축과정(120)을 거치게 된다.
상기 가스 차단 과정(130)은 질소 밸브(31a), 염소 밸브(32a)를 차단하여 상기 1차 모재(2)내의 가스 공급을 중단하고 응축된 1차 모재의 클로징 환경을 조성하는 과정이다.
상기 1차 모재(2)내의 압력 측정 과정은 상기 로터리 조인트 어셈블리(20)상에 설치된 압력측정관(28)에 의해 압력을 측정한후, 기 설정된 적정압력과 상기 측정된 압력을 비교하는 과정(150)까지 포함한다.
상기 진공 펌핑 과정(160)은 상기 측정된 압력과 기 설정된 적정 압력을 비교하여 선택적으로 작동하게 되는 과정이다. 예를 들어, 기 설정된 압력보다 상기 1차 모재내의 압력이 상대적으로 높게 되면, 진공펌핑부(24)의 진공 펌프를 작동시켜 상기 1차 모재(2)내의 압력을 적정 수준으로 낮추어 준다.
상기 클로징 과정(170)은 상기 응축된 1차 모재(2)를 로드(Rod)형태의 모재봉으로 형성하는 과정이다. 상기 클로징 과정이 완료되면 광섬유 모재가 제조된다.
이때, 상기 1차 모재에 대한 클로징 과정(170)이 완료될때까지 상기 압력측정과정(140)에서부터 클로징 과정(170)을 반복하게 된다. 이는 클로징 과정(170)이 완료될때까지 1차 모재(2)내의 압력을 항상 적절한 압력으로 유지시켜 주기 위한 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 모재의 제조장치는 별도의 진공펌핑부를 구비하므로써, 1차 모재내에 음압을 형성시키므로써 좀더 빠른 클로징 공정을 수행할 수 있으며, 이로인하여 광섬유 모재의 생산성이 향상되는 효과가 있다.
Claims (5)
- 삭제
- 응축 공정 및 클로징 공정을 수행하기 위하여 1차 모재가 수직선반상에 회전가능하도록 설치되는 광섬유 모재의 제조장치에 있어서,상기 1차모재는 상기 응축 공정 및 클로징 공정을 수행할때, 상기 1차 모재 내부를 적정 압력으로 유지시켜 주기 위하여 진공펌핑부를 구비한 로터리 조인트 어셈블리상에 회전 지지되며,상기 로터리 조인트 어셈블리는,가스 공급부를 구비한 커버와;상기 커버상에 고정되며, 진공펌프가 설치된 진공펌핑부를 구비한 바디와;상기 바디상에 소정의 베어링에 의해 회전가능하도록 설치되는 샤프트 및;상기 샤프트의 내측면상에 장착되는 1차모재를 고정시키기 위한 바이트 슬리브로 구성됨을 특징으로 하는 광섬유 모재의 제조장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 1차 모재 내부의 압력을 조절하기 위하여, 상기 1차모재의 내측과 연결되는 연결로가 상기 바디와 샤프트상에 형성되어 상기 진공펌핑부와 연결됨을 특징으로 하는 광섬유 모재의 제조장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 로터리 조인트 어셈블리의 바디는 무게를 줄이기 위하여 테프론 (Teflon) 재질로 형성함을 특징으로 하는 광섬유 모재의 제조장치.
- 증착공정이 완료된 1차모재를 가스공급부 및 진공펌핑부를 구비한 로터리 조인트 어셈블리에 회전 가능하도록 고정시켜 광섬유 모재를 제조하는 방법에 있어서,상기 1차 모재내의 수분 및 OH기등을 제거하기 위하여, 상기 로터리 조인트 어셈블리상에 고정된 1차 모재의 내부에 가스공급부를 통해 가스를 공급하는 가스 투입과정과;상기 로터리 조인트 어셈블리에 의해 회전하는 1차 모재를 외부로부터 가열하여 응축시키는 응축과정과;상기 응축과정후, 가스공급부에 의해 공급되는 가스를 차단하는 가스차단과정과;상기 1차 모재내의 압력을 측정하는 압력측정과정과;상기 측정된 압력이 적정 압력이 아닐경우, 진공펌프를 동작시키는 진공펌핑과정;상기 응축과정이 진행된 1차모재를 클로징 시키는 클로징과정을 포함하여,상기 1차 모재에 대한 클로징 과정이 완료될때까지 상기 압력측정과정에서부터 클로징과정을 반복하는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재의 제조방법.
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