KR100419416B1 - Raw material controlling device for modified chemical vapor deposition process - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액상의 원료물질을 기체상태로 상변화시키는 버블러와, 상기 버블러에 액상의 원료물질을 공급하는 원료탱크와, 상기 버블러와 원료탱크 사이에서 상기 버블러로 공급되는 원료물질의 유량을 조절하는 조절부를 포함하는 변형 화학기상 증착 공정의 원료물질 공급장치 장치에 있어서, 상기 버블러의 외주면 일측에 수직방향을 따라 설치되어 방사선을 방출하는 방사선원과; 상기 버블러의 외주면 타측에 수직방향을 따라 상기 방사선원과 이격되게 설치되고, 상기 방사선원으로부터 방출되어 상기 버블러를 투과한 방사선을 신호로써 검출하여 공급된 원료물질 레벨을 측정하는 방사선 감응소자와; 상기 방사선 감응소자로부터 검출된 방사선 신호를 통해 상기 버블러 내의 원료물질 잔량을 연산하고, 상기 원료탱크로부터 상기 버블러로 공급해야 할 원료물질의 양을 결정하여 상기 조절수단을 제어하는 신호를 발생하는 제어부를 구비하는 원료물질 제어장치를 개시한다. 상기와 같은 원료물질 제어장치는 버블러에 원료물질을 자동으로 보충하여, 공정지연을 방지하고, 기체상태로 상변화하는 원료물질의 양을 일정하게 유지하여 증착되는 광섬유 모재의 품질이 향상되었다.The present invention provides a bubbler for phase-changing a liquid raw material into a gaseous state, a raw material tank for supplying a liquid raw material to the bubbler, and a raw material supplied to the bubbler between the bubbler and the raw material tank. An apparatus for supplying a raw material of a modified chemical vapor deposition process comprising a control unit for adjusting a flow rate, the apparatus comprising: a radiation source installed along a vertical direction on one side of an outer circumferential surface of the bubbler to emit radiation; A radiation sensitive element installed on the other outer circumferential surface of the bubbler in a vertical direction to be spaced apart from the radiation source and detecting a radiation level emitted from the radiation source and transmitted through the bubbler as a signal to measure a level of a raw material; Computing the remaining amount of raw material in the bubbler through the radiation signal detected from the radiation sensitive element, and determines the amount of raw material to be supplied to the bubbler from the raw material tank to generate a signal for controlling the adjusting means A raw material control device having a control unit is disclosed. The raw material control device as described above is to automatically replenish the raw material to the bubbler, to prevent the process delay, and to maintain a constant amount of the phase change material in the gas state to improve the quality of the optical fiber base material deposited.
Description
본 발명은 광섬유 모재에 관한 것으로서, 특히 광섬유 모재 제조 장치의 원료물질 제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to an optical fiber base material, and more particularly, to a raw material control device of an optical fiber base material manufacturing apparatus.
광통신은 일반적인 케이블을 이용한 전기적인 통신방식보다 더 많은 양의 정보를 신속하게 전달할 수 있으며, 전파 또는 자기장등의 간섭을 받지 않으므로, 더 나은 품질의 통신이 가능하다. 이와 같은 광통신에서는 광신호 전송로로서 광섬유를 이용하는데, 광섬유는 모재로부터 소정 직경의 광섬유로 인발된다.Optical communication can transmit a larger amount of information more quickly than an electric communication method using a conventional cable, and because it is not interfered with radio waves or magnetic fields, it is possible to communicate better quality. In such optical communication, an optical fiber is used as an optical signal transmission path, and the optical fiber is drawn from the base material to the optical fiber having a predetermined diameter.
상기 광섬유 모재를 제조하는 방법으로는 액상 증착법과 기상 증착법(Vapor-phase Depositon)으로 분류될 수 있다. 상기 액상 증착법으로는 솔-젤(sol-gel) 공법이 대표적인데, 솔-젤 공법은 액체 상태의 원료 물질을 몰드에 넣고 젤 상태로 만든 후 소결시켜 실리카 글래스를 제조하는 공법으로서, 전반적으로 저온에서 진행되어 생산 원가가 낮고, 목적물의 조성을 조절하기가 용이한 방법이다.Methods of manufacturing the optical fiber base material may be classified into a liquid phase deposition method and a vapor-phase depositon method. The liquid vapor deposition method is a sol-gel (sol-gel) method is typical, the sol-gel method is a method for preparing a silica glass by putting a raw material of the liquid state into a mold and then sintered to produce a silica glass, overall low temperature It is a low cost of production and easy to control the composition of the target.
한편, 광섬유 모재 제조를 위한 기상 증착법으로는 변형 화학 기상 증착법(modified chemical vapor deposition: MCVD), 기상축 증착법(vapor phase axial deposition: VAD), 외부 기상축 증착법(outside vapor deposition: OVD) 등의 방법이 있다. 상기한 기상 증착법들은 소정의 타겟로드(target rod) 또는 유리재질의 튜브를 가열하면서, 동시에 기체상태의 원료물질을 공급하여 상기 타겟로드 또는 튜브상에 수트를 생성시키므로써 광섬유 모재를 완성해 가는 것이다.Meanwhile, vapor deposition for fabricating an optical fiber base material may include modified chemical vapor deposition (MCVD), vapor phase axial deposition (VAD), and external vapor deposition (OVD). There is this. The vapor deposition methods are to complete the optical fiber base material by heating a predetermined target rod or glass tube and simultaneously supplying gaseous raw materials to generate a soot on the target rod or tube. .
상기한 기상 증착법들 중, 특히 상기 변형화학 기상 증착법은 최초 액상의 원료물질이 소정의 원료물질 공급장치에서 기체상태로 상변화하여 광섬유 모재 증착로로 공급된다.Among the vapor deposition methods described above, in particular, the modified chemical vapor deposition method is the first liquid phase raw material is phase-changed into a gaseous state in a predetermined raw material supply device is supplied to the optical fiber base material deposition.
도 1은 종래의 변형 화학기상 증착 공정의 원료물질 공급장치(10)를 설명하기 위한 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 변형 화학기상 증착 공정의 원료물질 공급장치(10)는, 버블러(11)와, 원료탱크(13)와, 제어부(15)와, 밸브(17)를 구비한다.1 is a block diagram illustrating a raw material supply device 10 of a conventional modified chemical vapor deposition process. As shown in FIG. 1, the raw material supply device 10 of the conventional modified chemical vapor deposition process includes a bubbler 11, a raw material tank 13, a controller 15, and a valve 17. Equipped.
상기 버블러(11)는 액상의 원료물질에 기체상태의 산소 등을 공급하여 기체상태로 상변화시켜 광섬유 모재 증착로에 공급하는 장치이다. 상기 원료탱크(13)는 상기 버블러(11) 내에 원료물질을 보충하기 위한 장치이다. 상기 제어부(15)는 상기 버블러(11) 내에 원료물질이 충분하지 못할 경우 원료물질 보충을 위해 상기 밸브(17)를 개방 또는 폐쇄 명령을 발생시키는 장치이다.The bubbler 11 is a device for supplying oxygen in a gaseous state to a liquid raw material to change the phase into a gaseous state and supplying it to an optical fiber matrix deposition furnace. The raw material tank 13 is a device for replenishing the raw material in the bubbler (11). The controller 15 is a device for generating a command to open or close the valve 17 to replenish the raw material when there is not enough raw material in the bubbler 11.
그런데, 광섬유 모재 증착을 반복하면 버블러(11)내에 원료물질의 양은 감소하게 되며, 버블러(11)내 원료물질의 양이 감소하게 되면, 산소의 공급량과는 상관없이 기체상태로 변화하여 광섬유 모재 증착로로 공급되는 원료물질의 양은 감소하게 된다. 이는 광섬유 모재의 증착량을 다르게 하기 때문에, 광섬유 모재의 품질을 저하시키는 요인이 된다. 따라서, 상기 밸브를 적절하게 조절하여 상기 원료탱크로부터 상기 버블러로 원료물질을 보충시킬수 있도록 구성되어 있다.However, if the fiber base material deposition is repeated, the amount of raw material in the bubbler 11 decreases, and when the amount of raw material in the bubbler 11 decreases, the amount of raw material changes to a gas state regardless of the amount of oxygen supplied to the optical fiber. The amount of raw material fed to the substrate deposition is reduced. This causes the amount of deposition of the optical fiber base material to be different, which is a factor of lowering the quality of the optical fiber base material. Therefore, it is configured to appropriately adjust the valve to replenish the raw material from the raw material tank to the bubbler.
그러나, 종래의 변형 화학기상 증착 공정의 원료물질 공급장치는 작업자가 직접 버블러 내 원료물질의 잔량을 육안으로 확인하여, 보충해야 할 경우에 제어부를 조작하여 필요한 양을 공급하였다. 이는 전체적인 공정의 진행을 지연시킬 뿐만 아니라, 작업자가 제어부를 조작하기 위해서는 버블러나 원료탱크에 접근해야 하는데 이때, 적은 양의 원료물질 누출이 있을 경우라도 인체에 유해하여 안전사고의 위험성이 있으며, 또한 원료탱크로부터 버블러로 보충되는 원료물질의 양이 작업자에 따라 달라지기 때문에, 양질의 광섬유 모재 제조가 어렵다는 문제점이 있다.However, the raw material supply apparatus of the conventional modified chemical vapor deposition process, the operator directly checks the remaining amount of the raw material in the bubbler with the naked eye, and when necessary to replenish the control unit to supply the required amount. This not only delays the whole process but also requires the operator to approach the bubbler or the raw material tank to operate the control part.In this case, even if a small amount of raw material leakage occurs, there is a danger of a safety accident. Since the amount of the raw material supplemented with the bubbler from the raw material tank varies depending on the worker, there is a problem that it is difficult to manufacture a high quality optical fiber base material.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 작업자의 직접적인 조작을 최소화하고, 원료물질을 보충해야 할 시점과 보충해야 할 양을 자동으로 공급하여 연속적인 공정의 흐름을 유지하며, 광섬유 모재의 품질을 향상시킬 수 있는 원료물질 제어장치를 제공함에 있다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to minimize the direct operation of the operator, to automatically supply the time to replenish the raw material and the amount to be supplemented to maintain the flow of the continuous process, the optical fiber base material It is to provide a raw material control device that can improve the quality of.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 변형 화학기상 증착 공정의 원료물질 제어장치는, 액상의 원료물질을 기체상태로 상변화시키는 버블러와, 상기 버블러에 액상의 원료물질을 공급하는 원료탱크와, 상기 버블러와 원료탱크 사이에 설치되어 상기 버블러로 공급되는 원료물질의 유량을 조절하는 조절부를 포함하는 변형 화학기상 증착 공정의 원료물질 공급장치에 있어서, 상기 버블러의 외주면 일측에 수직방향을 따라서 설치되어 방사선을 방출하는 방사선원과; 상기 버블러의 외주면 타측에 수직방향을 따라서 상기 방사선원과 이격되게 설치되고, 상기 방사선원으로부터 방출되어 상기 버블러를 투과한 방사선을 신호로써 검출하여 공급된 원료 물질 레벨을 측정하는 방사선 감응소자와; 상기 방사선 감응소자로부터 검출된 방사선 신호를 통해 상기 버블러 내의 원료물질 잔량을 연산하고, 상기 원료탱크로부터 상기 버블러로 공급해야 할 원료물질의 양을 결정하여 상기 조절수단을 제어하는 신호를 발생하는 제어부를 구비한다.In order to achieve the above object, the raw material control device of the modified chemical vapor deposition process according to the present invention, a bubbler for the phase change of the liquid raw material to the gas state, and supplying the liquid raw material to the bubbler In the raw material supply apparatus of the modified chemical vapor deposition process comprising a raw material tank and a control unit which is installed between the bubbler and the raw material tank to adjust the flow rate of the raw material supplied to the bubbler, the outer peripheral surface of the bubbler A radiation source installed on one side in a vertical direction to emit radiation; A radiation sensitive element disposed on the other outer peripheral surface of the bubbler in a vertical direction and spaced apart from the radiation source, the radiation sensitive element measuring a supplied raw material level by detecting radiation emitted from the radiation source and passing through the bubbler as a signal; Computing the remaining amount of raw material in the bubbler through the radiation signal detected from the radiation sensitive element, and determines the amount of raw material to be supplied to the bubbler from the raw material tank to generate a signal for controlling the adjusting means A control unit is provided.
도 1은 종래의 변형 화학기상 증착 공정의 원료물질 공급장치를 설명하기 위한 구성도,1 is a configuration diagram for explaining a raw material supply apparatus of a conventional modified chemical vapor deposition process,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변형 화학기상 증착 공정의 원료물질 제어장치를 설명하기 위한 구성도.Figure 2 is a block diagram illustrating a raw material control device of the modified chemical vapor deposition process according to a preferred embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>Description of the main parts of the drawing
21 : 버블러 23 : 원료탱크21: bubbler 23: raw material tank
25 : 조절부 31 : 방사선원25 control unit 31 radiation source
33 : 방사선 감응 소자 35 : 증폭기33: radiation sensitive element 35: amplifier
37 : 변환기 40 : 제어부37 converter 40 control unit
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변형 화학기상 증착 공정의 원료물질 제어장치(20)를 설명하기 위한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변형 화학기상 증착 공정의 원료물질 제어장치(20)는 버블러(21)와, 원료탱크(23)와, 조절부(25)와, 방사선원(31)과 방사선 감응소자(33)를 구비한 감지부와, 제어부(40)를 구비한다.2 is a view for explaining the raw material control device 20 of the modified chemical vapor deposition process according to a preferred embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the raw material control apparatus 20 of the modified chemical vapor deposition process according to the preferred embodiment of the present invention includes a bubbler 21, a raw material tank 23, a control unit 25, And a sensing unit having a radiation source 31 and a radiation sensitive element 33, and a control unit 40.
상기 버블러(21)는 액상의 원료물질을 기체상태로 상변화시켜 광섬유 모재 증착로로 공급한다. 상기 원료물질로는 SiCl4(액상) 또는 GeCl4(액상)가 대표적이며, 상기 액상의 원료물질이 충진된 버블러(21) 내에 산소기체를 공급하여 기체상태로 상변화시키게 된다.The bubbler 21 phase-changes a liquid raw material into a gaseous state and supplies it to the optical fiber base material deposition furnace. As the raw material, SiCl 4 (liquid phase) or GeCl 4 (liquid phase) is typical, and the oxygen gas is supplied into the bubbler 21 filled with the liquid raw material to change phase into a gaseous state.
상기 원료탱크(23)는 상기 버블러(21)에 원료물질을 보충하기 위한 장치이다. 상기 버블러(21)의 원료물질 충진 용량은 제한되므로, 다수의 광섬유 모재 증착과정을 거치면 원료물질이 소모되어 상기 버블러(21)의 원료물질을 보충하는 것이다.The raw material tank 23 is a device for replenishing the raw material to the bubbler 21. Since the raw material filling capacity of the bubbler 21 is limited, raw material is consumed when a plurality of optical fiber base material deposition processes are performed to replenish the raw material of the bubbler 21.
상기 조절부(25)는 상기 버블러(21)와 원료탱크(23) 사이에 설치되어 원료물질의 공급량을 조절하게 되며, 상기 제어부(40)의 신호에 따라 동작하게 된다.The control unit 25 is installed between the bubbler 21 and the raw material tank 23 to adjust the supply amount of the raw material and operate according to the signal of the control unit 40.
상기 감지부는 상기 버블러(21) 내 원료물질의 양을 측정하기 위한 장치로서, 방사선원(31)과, 방사선 감응소자(33)를 구비한다. 상기 감지부(40)는 방사선이 일반적인 물체들을 모두 투과하는 성질을 이용한 것으로, 방출되는 방사선이 상기 버블러(21)의 내부를 투과하도록 상기 방사선원(31)은 상기 버블러(21)의 일측에 수직방향을 따라 설치되며, 상기 방사선 감응소자(33)는 상기 방사선원(31)으로부터 방출되어 상기 버블러(21)를 투과한 방사선 량을 측정할 수 있도록 상기 버블러(21)의 타측에 수직방향을 따라서 상기 방사선원(31)과 이격되게 설치된다.The detector is a device for measuring the amount of the raw material in the bubbler 21, the radiation source 31 and the radiation sensitive element 33. The sensing unit 40 uses a property of transmitting radiation through all common objects, and the radiation source 31 is located at one side of the bubbler 21 so that the emitted radiation passes through the inside of the bubbler 21. It is installed along the vertical direction, the radiation sensitive element 33 is perpendicular to the other side of the bubbler 21 to measure the amount of radiation emitted from the radiation source 31 and transmitted through the bubbler 21. Along with the radiation source 31 is installed along.
상기 방사선원(31)으로부터 방출되어 상기 버블러(21) 내의 원료물질을 통과한 방사선량과 상기 버블러(21) 내의 원료물질이 없는 부분을 통과한 방사선량은 다르게 되며, 상기 방사선 감응소자(33)는 이를 검출하여 상기 제어부(40)로 전달한다.The radiation dose emitted from the radiation source 31 and passing through the raw material in the bubbler 21 and the radiation dose passing through the part without the raw material in the bubbler 21 are different, and the radiation sensitive element 33 ) Detects it and delivers it to the controller 40.
상기 방사선 감응소자(33)와 제어부(40) 사이에는 상기 방사선 감응소자(33)에서 검출된 방사선량에 해당하는 검출신호가 미약할 경우, 이 검출신호를 증폭하는 증폭기(35)와, 상기 증폭기(35)로부터 출력된 신호를 제어부(40)가 활용할 수 있는 데이터 형태로 수치화 변환하는 변환기(37)를 부가할 수 있다.An amplifier 35 for amplifying the detection signal when the detection signal corresponding to the radiation dose detected by the radiation sensitive element 33 is weak between the radiation sensitive element 33 and the controller 40; A converter 37 for digitizing and converting the signal output from the 35 into a data form that the control unit 40 can utilize can be added.
상기 제어부(40)는 상기 방사선 감응소자(33)로부터 검출된 방사선량을 통해 상기 버블러(21) 내 원료물질의 잔량을 연산하며, 연산된 원료물질의 잔량이 광섬유 모재 제조에 적절하지 않을 경우, 상기 조절부(25)를 개방시키는 신호를 발생하여 상기 버블러(21) 내에 원료물질을 보충시키며, 이때 상기 방사선원(31)은 지속적으로 방사선을 방출하고, 상기 방사선 감응소자(33)가 상기 버블러(21) 내 원료물질의 양을 측정하여 제어부(40)에 측정결과를 제공하며 원료물질이 충분히 공급되면 상기 제어부(40)는 다시 상기 조절부(25)를 폐쇄시킨다.The controller 40 calculates the residual amount of the raw material in the bubbler 21 using the radiation dose detected from the radiation sensitive element 33, and if the calculated residual amount of the raw material is not suitable for manufacturing the optical fiber base material By generating a signal to open the control unit 25 to replenish the raw material in the bubbler 21, the radiation source 31 continuously emits radiation, the radiation sensitive element 33 is The amount of the raw material in the bubbler 21 is measured to provide a measurement result to the control unit 40. When the raw material is sufficiently supplied, the control unit 40 closes the control unit 25 again.
상기와 같이, 상기 방사선 감응소자(33)로부터 상기 버블러(21) 내 원료물질의 잔량을 지속적으로 측정된 결과를 통해 원료물질을 상기 버블러(21)에 공급하므로써, 상기 버블러(21) 내에는 원료물질의 양을 일정 수준 이상 유지할 수 있다. 결과적으로, 본 발명은 상기 버블러(21) 내 원료물질의 양을 일정하게 유지하므로써, 광섬유 모재 증착로에서 진행되는 모재의 증착량이 균일하게 유지되어 양질의 광섬유 모재를 얻을수 있다.As described above, by supplying the raw material to the bubbler 21 through the result of continuously measuring the remaining amount of the raw material in the bubbler 21 from the radiation sensitive element 33, the bubbler 21 The amount of raw materials can be maintained within a certain level. As a result, according to the present invention, the amount of raw material in the bubbler 21 is kept constant, so that the deposition amount of the base material proceeding in the optical fiber base material deposition furnace is uniformly maintained to obtain a high quality optical fiber base material.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.On the other hand, in the detailed description of the present invention has been described with respect to specific embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications are possible without departing from the scope of the present invention.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 변형 화학기상 증착 공정의 원료물질 공급장치는 액상의 원료물질을 기체상태로 상변화시키는 버블러 내에 원료물질의 양을 지속적으로 측정하여 필요한 경우 수시로 원료물질을 보충할 수 있으므로, 보충되는 원료물질 양의 정량화, 수치화가 가능하게 되었으며, 광섬유 모재 품질의 향상에 기여하게 되었다. 더욱이, 작업자가 직접 버블러 내 원료물질의 잔량을 확인하고, 제어부를 조작하여 원료물질을 공급할 필요가 없으므로, 공정 지연을 방지하고, 안전사고의 위험성을 줄이게 되었다.As described above, the raw material supply apparatus of the modified chemical vapor deposition process according to the present invention continuously measures the amount of the raw material in the bubbler to change the liquid raw material to the gas phase to supplement the raw material from time to time if necessary As a result, the quantity of raw materials to be replenished can be quantified and quantified, which contributes to the improvement of optical fiber base material quality. Moreover, the operator does not need to directly check the remaining amount of the raw material in the bubbler and operate the control unit to supply the raw material, thereby preventing process delays and reducing the risk of safety accidents.
Claims (1)
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| US4436674A (en) * | 1981-07-30 | 1984-03-13 | J.C. Schumacher Co. | Vapor mass flow control system |
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