KR100351721B1 - 용접방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 용접강도가 뛰어나고, 또한 용접부내경이 축소되는 일이 없는 용접방법을 제공하는 것을 목적으로 한 것이며, 그 해결수단에 있어서, 광파이버모재용 석영유리관에 더미관을 용접하는 방법에 있어서, 상기 광파이버모재용 석영유리관과 더미관과의 용접전에, 더미관 및/또는 광파이버모재용 석영유리관의 용접쪽의 끝부분내경의 모서리를 깎아내고, 이어서 가열용융하여 용착하는 것을 특징으로 한 것이다.

Description

용접방법{welding method}

본 발명은, 광파이버모재용 석영유리관과 더미관과의 용접방법, 더욱 상세하게는 대형의 광파이버모재용 석영유리관과 더미관과의 용접방법에 관한 것이다.

광파이버, 특히 싱글모드용 광파이버는 실용화에 수반하여 대량으로 이용하게 되어 왔으나, 광파이버가 장거리간선으로부터 일반가입자계통으로 그 이용범위를 확대함에 따라 더욱더 대량의 광파이버가 필요하게 되는 것이 예측된다. 이러한 이용범위의 확대에는 광파이버의 양산화, 저코스트화가 불가결하나, 그러함에는 대형의 광파이버용 프레폼을 작성하고, 그것을 와이어드로잉하는 것이 가장 간편한 방법이다. 종래 실용화되어 왔던 축부착법(VAD법)이나 외부부착법(OVD법)에서는, 코어부도 피복부도 모두 VAD법이나 OVD법으로 작성하기 때문에, 더한층의 대형화를 도모하려면, 광파이버용 모재의 생산성을 저하시키지 않을 수 없다고하는 결점이 있었다. 또, 그 모재가 투명유리화되기 전의 다공질체(실리카유리미립자가 퇴적한 수우트체를 의미하고, 이하 「다공질수우트체」라 칭한다) 그 자체를 크게 형성하고자 하면, 균열이 발생하거나, 다공질 수우트체의 낙하 등의 트러블이 발생하여 생산성이 현저하게 저하할 우려가 있다. 이 문제점을 해소하는 광파이버의 제조방법으로서 단면적의 80%이상을 점하는 피복부를 형성하는 석영유리관을 고성능이며 저코스트화가 가능한 방법으로 작성하고, 이 석영유리관과 VAD법이나 OVD법 등에 의해 작성한 코어유리로드를 일체화하는 소위 로드인튜브법에 의해 제조하는 방법이 일본국 특개평 7-109141호 공보 등에 제안되어 있다.

상기 공보기재의 제조방법에 있어서는, 예를 들면 그 실시예에서 볼 수 있는 바와 같이 광파이버의 제조코스트를 내리기 위해, 고가의 광파이버모재용 석영유리관의 선단에 염가인 더미관을 용접하고, 이 더미관을 잡아쥐고 이동, 용착일체화 등을 행하고 있다. 이 용접방법은, 용접봉을 사용하지 않고, 쌍방의 관을 가열용융해서 그 끝부분끼리를 직접 압압해서 용접하는 것이며, 용접후는 필요에 따라서 외주부분을 그래파이트제의 인두 등으로 눌러서 바깥표면을 조정하고 있었다. 이와 같은 용접방법에서는, 압압전의 용융이 불충분하더라도 그 결점이 간과되어, 사용중에 용접부가 탈락하는 등의 사고가 발생할 위험성이 있었다.

그래서, 모재용 석영유리관과 더미관과의 용접끝부분을 충분히 용융하고, 충분한 힘으로 압압함으로써 용접하는 것이 생각되었으나, 충분히 용융하고, 충분한 힘으로 압압하면 모재용 석영유리관과 더미관이 서로 비집고 들어가거나, 또는 각이 둥글게 되는 등, 용접부에 변형이 발생하고, 내경이 축소하는 한편, 외경이 팽창하는 일이 발생하였다. 외경의 팽창은, 현저하게 커지지 않는 한 문제는 없으나, 내경이 축소하면, 예정하고 있었던 모재용 코어유리로드의 외경과 모재용 석영유리관의 내경과의 차(즉, 코어유리로드와 석영유리관과의 클리어런스이고, 이하 「클리어런스」라 칭함)에서는, 모재용 코어유리로드의 삽입이 곤란하게 되어, 모재용 석영유리관내주면을 손상시키고, 광파이버용 모재의 용착경계면에 기포가 혼입하거나, 최악의 경우, 모재용 코어유리로드의 삽입을 할 수 없고, 그대로는 광파이버용 모재의 제조가 불가능하게 되는 일도 있었다. 이 내경의 축소에 알맞는 클리어런스를 가지도록 내경이 큰 모재용 석영유리관의 사용도 고려할 수 있으나, 큰 클리어런스를 채택하면 용착시에 균일한 일체화가 대단히 곤란하게 되어, 제조된 광파이버용 모재의 편심이 커지게 되거나, 또는 모재 및/또는 코어의 타원율이 높아질 가능성이 증가한다는 결점이 있었다.

이러한 현상에 비추어, 본 발명자들은, 예의 연구를 계속한 결과, 모재용 석영유리관과 더미관을 용접하기 전에, 더미관 및/또는 모재용 석영유리관의 용접면쪽의 내경끝부분의 모서리를 깎아내고, 이어서 용융하여 접합함으로써, 그 용접강도가 높고, 또한 내경의 축소가 일어나지 않는 용접이 가능한 것을 발견해서 본 발명을 완성한 것이다. 즉,

본 발명은, 용접강도가 뛰어나고, 또한 용접부 내경이 축소되는 일이 없는 용접방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은, 모재용 석영유리관과 더미관의 쌍방의 끝부분의 모서리를 깎아내고 용접하는 설명도

도 2는, 모재용 석영유리관의 끝부분의 모서리를 깎아내고 용접하는 설명도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 광파이버모재용 석영유리관 2: 더미관

상기 목적을 달성하는 본 발명은, 광파이버모재용 석영유리관에 더미관을 용접하는 방법에 있어서, 상기 광파이버모재용 석영유리관과 더미관과의 용접전에, 더미관 및 광파이버모재용 석영유리관중 어느 한 쪽 또는 양쪽의 용접쪽의 끝부분 내경의 모서리를 깎아내고, 이어서 가열용융하여 용착하는 것을 특징으로 하는 용접방법에 관한 것이다.

상기 모재용 석영유리관은, 고순도의 4염화규소, 유기규소화합물 등의 실록산화합물을 산수소화염속에서 화염가수분해해서 생성된 실리카유리미립자를 퇴적해서 다공질수우트체(이하 실리카유리미립자로 이루어진 다공질수우트체를 「다공질수우트체」라 칭함)를 형성하고, 그것을 투명유리화해서 얻은 석영유리잉곳 또는 천연으로 산출하는 수정을 분쇄하여 화학처리에 의해 순화(純化)를 행한 수정분말을 산수소화염에 의한 베르누이법에 의해 제조한 석영유리잉곳을, 기계적 연삭에 의해 석영유리관으로 성형하는 등의 방법에 의해 작성할 수 있다. 상기 모재용 석영유리관에 광파이버모재용 코어유리로드를 삽입하고, 가열하여 용착일체화할 때에, 모재용 석영유리관이 고가이기 때문에 그 유효이용을 도모하기 위해 더미관을 접속하는 것이 일반적으로 행하여지고 있다. 이 더미관으로서는, 상기 석영유리관보다 불순물이나 기포 등을 많이 함유하는 등 품질이 낮고, 저렴한 석영유리관이 통상적으로 사용되고, 내경이 상기 모재용 석영유리관과 동일하거나 또는 그것보다 크며, 두께가 얇은 것이 사용되는 일이 많다. 상기 더미관은, 모재용 석영유리관의 양끝에 장착되나, 더미관의 유지쪽은 손잡이 관이나 엔드더미 등이라 호칭되고, 또, 반대쪽은 스타트더미 등이라 호칭된다. 본 발명에 있어서는 이들 관을 총칭해서 「더미관」이라 한다. 이 더미관과 모재용 석영유리관과의 접합에는 용접봉을 사용하는 일없이, 더미관 및/또는 모재용 석영유리관의 끝부분을 산/수소버너, 프로판/산소버너 또는 전기로에서 가열용융해서 용착한다. 본 발명의 용접방법에 있어서는, 상기 더미관과 석영유리관과의 용접전에 더미관 및/또는 광파이버용 석영유리관의 용접면쪽의 내경끝부분의 모서리를 깎아내고, 이어서 용융하여 용착한다. 이 경우, 용접하는 모재용 석영유리관과 더미관의 쌍방의 모서리를 깎는 것이 좋다. 특히 쌍방의 관의 내경이 모재용 석영유리관의 내경과 동일하거나 또는 그에 가까운 경우에는, 도 1과 같이 쌍방의 관의 내경끝부분의 모서리깎기가 필요하지만, 쌍방의 내경끼리의 차가 큰 경우에는, 어느 쪽이든 한쪽에 대한 모서리깎기로 되고, 그 경우, 도 2에 표시한 바와 같이 내경이 작은 관만 내경끝부분의 모서리를 깎는 것이 좋다. 구체적으로는, 쌍방의 관의 내경차가, 내경이 작은 관의 두께의 20%이상인 경우에는, 가공 등의 작업부담을 저감할 수 있으므로, 내경이 작은 쪽의 끝부분만을 모서리깎기하는 것이 좋다. 이 모서리깎기에 의해 용접을 위해 압압에 의한 팽창이 있어도 석영유리관의 내경의 축소가 발생하는 일이 없다. 모서리깍기의 크기는 모재용 석영유리관이나 더미관의 내경이나 두께 등에도 관계가 되나, 2㎜이상 관의 두께의 30%이하의 범위가 좋다. 모서리깎기가 상기 범위미만에서는, 모서리깎기효과가 없이 내경의 축소가 일어나고, 또, 상기 범위를 초과하면 그 부분의 두께가 얇아져, 강도가 저하한다. 또한, 유리관 등의 끝부분모서리깎기에는, 소위 「C형모서리깎기」라 불리우는 직선적인 모서리깎기가 사용되는 일이 많으나, 본 발명에 있어서는 소위 「R형모서리깎기」등의 직선이 아닌 모서리깎기에 의해서도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있지만, 가공 등의 작업부담을 저감할 수 있는 C형모서리깎기가 바람직하다.

(실시예)

본 발명의 썩알맞는 실시예를 이하에 표시하나, 본 발명은 그것으로 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

OVD법을 사용하여, 고순도의 4염화규소를 기화시켜, 산수소화염속에서 화염가수분해하고, 회전하는 석영유리막대에 분사해서 대형 다공질수우트재를 작성하고, 1600℃에서 투명유리화하여, 석영유리잉곳을 제조하였다. 이 석영유리잉곳의 양끝을 절단하고, 바깥둘레를 원통연삭장치에 의해 연삭하고, 레이저외경측정기에 의해 치수측정을 행하여, 외경의 원중심을 구하고, 이 외경의 원중심에 맞추어서 코어드릴구멍뚫기장치에 의해 개공해서 석영유리관을 작성했다. 상기 석영유리관을 불산에 의한 에칭처리, 순수에 의한 수세처리 및 건조를 행하여, 외경 180㎜, 내경 50㎜의 광파이버모재용 석영유리관을 제조하였다.

한편, 순도가 낮은 수정분말을 사용해서, 외경 120㎜, 내경 50㎜의 더미관을 전기용융법에 의해 작성했다. 쌍방의 용접면쪽의 내경끝부분을 원주방향으로 10㎜, 길이방향으로 10㎜, C형모서리깎아내기를 행하였다. 이어서 상기 모재용 석영유리관과 더미관의 용접면쪽끝부분을 프로판/산소버너에 의해, 소정의 화력이나 위치관계 등을 유지한 채 20분간 가열해서 용융하고, 끝면끼리를 도 1의 화살표시와 같이 압압해서 용접했다. 얻게된 더미관과 모재용 석영유리관과의 용접부의 내경은 50㎜이며, 당초의 내경을 유지하고 있었다. 또, 정(靜)하중인장강도시험을 행하였던 바, 시험한계인 3톤의 하중에 의해서도 용접부의 파괴는 발생하지 않았다.

이어서, 상기 석영유리관속에 삽입하기 위한 클리어런스를 고려해서 외경 46㎜의 코어유리로드를 사용하여, 이것을 상기 석영유리관의 내주면과 접촉하지 않도록 주의 깊게 삽입하고, 끝부분을 용착해서 진공펌프에 의해 관내를 감압한 다음에, 전기로에 의해 가열하여 용착일체화해서 광파이버용 모재를 제조하였다. 이 광파이버용 모재를 와이어드로잉해서 외경 125㎛의 싱글모드광파이버를 제조하였던 바, 0.2㎛의 편심을 가진 광파이버를 얻게 되었다.

(비교예 1)

실시예 1에서 제조한 모재용 석영유리관과 더미관을 모서리깎기를 행하지 않는 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 프로판/산소버너에 의해 용융한 후 용접하였다. 용접부내경의 최소부분은 42㎜였다. 상기 용접부의 강도시험을 위해 정하중인장강도시험을 행하였던 바, 시험한계인 3톤의 하중에 의해서도 용접부의 파괴가 발생하지 않았다.

이어서, 상기 석영유리관속에 삽입하기 위한 클리어런스를 고려해서 외경 38㎜의 코어유리로드를 사용하여, 이것을 실시예 1과 마찬가지로 상기 관과 용착일체화해서 광파이버용 모재를 얻었다. 이 모재를 와이어드로잉해서 얻게된 외경 125㎛의 싱글모드광파이버는, 편심이 1.3㎛이며, 1㎛이하라고 하는 일반규격을 충족할 수 없었다.

(비교예 2)

실시예 1에 있어서, 버너에 의한 가열시간만을 10분간으로 한 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 해서 용접을 행하였다. 용접부내경의 최소부분은 50㎜였으나, 정하중인장강도시험에서는, 145㎏에서 용접부가 파괴되었기 때문에, 대형의 석영유리관을 안전하게 유지해서 작업을 행할 수 있는 용접상태가 아니었다.

(실시예 2)

VAD법을 사용하여, 4염화규소를 기화하여, 산수소화염속에서 화염가수분해하고, 회전하는 석영유리막대에 실리카유리미립자를 퇴적시켜서 대형다공질수우트체를 작성하였다. 이 다공질수우트체를 전기로속, 1600℃에서 투명유리화해서 원기둥형상 석영유리잉곳을 얻었다. 이 석영유리잉곳의 양끝을 절단하고, 바깥둘레를 원통연삭장치에 의해 연삭하고, 레이저외경측정기에 의해 치수측정을 행하여, 외경의 원중심을 구하고, 이 원중심에 맞추어서 코어드릴구멍뚫기장치에 의해 개공해서, 외경 200㎜, 내경 50㎜의 모재용 석영유리관을 제조하였다. 이 모재용 석영유리관의 용접면쪽의 내경끝부분을, 도 2와 같이 원주방향으로 5㎜, 길이방향으로 5㎜, C형 모서리깎기를 행하였다. 다른쪽은, 실시예 1과 마찬가지로 해서 외경 175㎜, 내경 115㎜의 더미관을 작성하고, 이것을 상기 모재용 석영유리관과 도 2의 화살표와 같이 밀어서 용접하였다. 용접부의 내경은 50㎜이며, 당초의 내경을 유지하고 있었다. 또, 이 용접부의 강도시험을 위해 정하중인장강도시험을 행하였던 바, 시험한계인 3톤의 하중에 의해서도 용접부의 파괴가 발생하지 않았다.

(비교예 3)

실시예 2에 있어서, 모서리깎기를 행하지 않았던 이외는, 실시예 2와 마찬가지로 해서 용접을 행하였다. 용접내경은 46㎜로 축소되어 있어, 외경 46㎜의 코어유리로드를 삽입할 수 없었다.

본 발명의 용접방법은, 용접강도가 뛰어나고, 또한 용접부내경의 축소가 발생하는 일이 없는 용접방법이다. 이 용접방법을 소위 로드인튜브법의 공정에 있어서 사용하며, 수 십㎏의 대형의 모재용 석영유리관을 더미관에 용접하고, 그것에 모재용 코어유리로드를 삽입하여 용착일체화하더라도, 용접부의 파괴 등을 초래하는 일없이, 대형의 광파이버용 모재를 제조할 수 있어, 그 공업적 가치는 높은 것이다.

Claims (3)

1. 광파이버모재용 석영유리관에 더미관을 용접하는 방법에 있어서, 상기 모재용 석영유리관과 더미관과의 용접전에, 더미관 및 모재용 석영유리관중 어느 한 쪽 또는 양쪽의 용접면쪽의 내경끝부분의 모서리를 깎아내고, 이어서 가열용융하여 용착하는 것을 특징으로 하는 용접방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 광파이버모재용 석영유리관이 대형의 합성석영유리관 또는 천연석영유리관인 것을 특징으로 하는 용접방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 모서리깎아내기범위가 2㎜이상 관의 두께의 30%이하인 것을 특징으로 하는 용접방법.