KR100518164B1 - 광섬유 모재 제조를 위한 소결장치 - Google Patents

광섬유 모재 제조를 위한 소결장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광섬유 모재를 탈수 및 소결에 의해 유리화하여 투명한 광섬유 모재를 제조하기 위한 장치에 관한 것으로서, 몸체와, 상기 몸체의 내부에 설치되며 소정의 가열 수단을 구비하는 중공형 외부 소결로와, 상기 외부 소결로와 동심원을 가지며 상기 외부 소결로 내부에 일정 공간을 갖도록 설치하되 소정의 가열 수단을 구비하는 내부 소결로와, 상기 외부 소결로와 내부 소결로 사이에 일정 간격으로 설치되는 다수의 광섬유 모재를 각각 갖는 다수의 상부 홀더와, 상기 상부 홀더를 일정 주속으로 회전시키는 구동 수단 및 상기 몸체의 하부 및 상부에 각각 설치되어 분위기 가스를 공급하고 배출하는 가스 공급관 및 가스 배출관을 포함함으로써, 하나의 소결로에 다수의 광섬유 모재가 적용되기 때문에 저가의 공정비로 높은 생산성을 도모할 수 있다.

Description

광섬유 모재 제조를 위한 소결 장치{APPARATUS FOR CONSOLIDATION OF THE OPTICAL FIBER PREFORMS}
본 발명은 광섬유 모재를 제조하는 공정중의 하나인 탈수 및 소결 공정에 관한 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 저가의 공정비로 최대 생산성을 도모할 수 있도록 구성되는 광섬유 모재 제조를 위한 소결 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 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(preforms) 즉, 모재로부터 약 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.
상기 광섬유 모재를 제작하기 위한 공정으로는 크게 4가지 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 있으며, 넷째로는 솔젤 공법(SOL-GEL)이 있다.
상술한 각 공법에 따른 모재 제작공정 또는 효과를 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. 즉, 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.
솔젤 공법은 출발 물질에서 부터 액상의 고순도 실리카를 사용하기 때문에 고순도 실리카 글래스 제조에 유리하며, 전반적으로 저온에서 공정이 이루어지기 때문에 경제성이 높고 제품의 조성을 자유롭게 조성할 수 있다.
상술한 소결(Sintering)공정은 OVD공법 또는 VAD공법인 화염가수분해반응에 의해 증착된 수트(Shoot)를 투명한 모재로 만들기 위한 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 광섬유 모재 제조를 위한 소결 장치를 도시한 단면도로써, 종래의 소결장치는 소결로에 의해 소정온도로 가열된 로심관 내부에 헬륨이나 염소 등의 가스를 주입한 상태에서 상기 광섬유 모재 프리폼을 위치시켜 일정 속도로 회전시키면서 상기 소결로에 의해 약 1500℃ 정도로 가열된 상태에서 소정 시간 동안 소결하게 된다.
이러한 소결 장치의 주요 구성은 지면상에 수직방향으로 고정 설치된 몸체(1)와, 상기 몸체(1)의 전방 벽면상에 상하로 일정거리 이격되게 설치되어 광섬유 모재 프리폼(2)을 잡아주는 상부 홀더(3)와 소정 속도로 회전과 상하 이송이 되도록 하여 로심관 내부에 장착해 주는 구동 장치(미도시 됨)가 설치되고, 그 내부에는 헬륨이나 염소 등의 분위기 가스가 충진된 로심관(4)과, 상기 로심관 둘레에 위치되어 로심관 내부의 광섬유 모재 프리폼(2)을 소정 온도로 가열하는 소결로(5) 등으로 이루어진다.
상기 소결로에는 회전하는 모재를 가열하기 위항 가열원으로 히터(heating element)를 사용한다. 상기 히터는 도시된 바와 같이 단층으로 설치되어 있으나, 경우에 따라서 다층으로 로심관의 길이 방향 전체에 대하여 설치될 수도 있다.
그러나 상술한 바와 같이 구성되는 소결 장치는 하나의 소결로에 하나의 모재만이 적용되기 때문에 모재 생산이 많을수록 많은 시간과 인력, 경비등이 낭비되는 문제점이 발생한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써 본 발명의 목적은 하나의 소결로에 다수의 모재를 적용시켜 동시에 소결 공정을 수행할 수 있도록 구성되는 광섬유 모재 제조를 위한 소결 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 하나의 소결로에 다수의 광섬유 모재를 적용시켜 소결 공정을 수행함으로써 적은 투자비로 대량 생산을 도모할 수 있도록 구성되는 광섬유 모재 제조를 위한 소결 장치를 제공하는데 있다.
상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 광섬유 모재를 탈수 및 소결에 의해 유리화하여 투명한 광섬유 모재를 제조하기 위한 장치에 있어서, 몸체와, 상기 몸체의 내부에 설치되며 소정의 가열 수단을 구비하는 중공형 외부 소결로와, 상기 외부 소결로와 동심원을 가지며 상기 외부 소결로 내부에 일정 공간을 갖도록 설치하되 소정의 가열 수단을 구비하는 내부 소결로와, 상기 외부 소결로와 내부 소결로 사이에 일정 간격으로 설치되는 다수의 광섬유 모재를 각각 갖는 다수의 상부 홀더와, 상기 상부 홀더를 일정 주속으로 회전시키는 구동 수단 및 상기 몸체의 하부 및 상부에 각각 설치되어 분위기 가스를 공급하고 배출하는 가스 공급관 및 가스 배출관을 포함함을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 광섬유 모재 제조를 위한 소결 장치의 결합되는 상태를 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 도 2의 평면도로써, 본 발명에 따른 소결 장치는 소정의 원통형 몸체 내부에 구성된다.
상기 소결 장치(10)는 상기 몸체(11)의 내부에 설치되는 중공형 외부 소결로(2-1)를 구비한다. 상기 외부 소결로(2-1)는 소정의 가열 수단을 구비하는데, 적어도 하나 이상의 히터(4-1)가 상기 소결로(2-1)의 길이 방향으로 설치될 수 있다. 그후, 상기 외부 소결로(2-1)와 동심원을 갖도록 내부 소결로(2-2)가 설치된다. 상기 내부 소결로(2-2)는 상기 외부 소결로의 내부에 삽입된 상태가 되며, 상기 외부 소결로와 내부 소결로 사이에는 일정 공간이 형성되어 후술될 다수의 광섬유 모재(3)가 설치된다. 역시, 상기 내부 소결로(2-2)상에 가열 수단을 구비한다. 상기 가열 수단은 상기 소결로의 길이 방향으로 적어도 하나 이상의 히터(4-2)가 설치될 수 있다.
그후, 상기 외부 소결로(2-1)와 내부 소결로(2-2) 사이에 광섬유 모재(3)가 설치된다. 상기 광섬유 모재(3)는 소정의 상부 홀더(3-1, 3-2, 3-3, 3-4)에 의해 각각 고정되어 있으며, 상기 상부 홀더는 자체 회전을 하거나 상기 광섬유 모재(3)를 회전시키기 위한 구성 요소를 포함하고 있다. 즉, 상기 상부 홀더(3-1, 3-2, 3-3, 3-4) 자체가 스프라켓이나 기어 또는 풀리등이 될 수 있으며 별도로 구비될 수도 있다. 이는 상기 소결장치(10)의 외부에 설치되는 구동 수단(5)인 구동 모터(5-1)와 소정의 동력 전달 수단(5-2)에 의해 연동되도록 설치된다. 상기 동력 전달 수단(5-2)으로는 벨트, 체인등이 사용될 수 있다.
또한 상기 몸체(11)의 하부에는 분위기 가스를 공급하기 위한 공급가스관(7-1, 7-1)이 적어도 하나 이상 설치되어 있으며, 상기 몸체(11)의 상부에 역시 공급된 가스가 배출되는 적어도 하나의 가스 배출관(8-1, 8-2)이 설치된다.
바람직하게는, 상기 외부 소결로(2-1)와 내부 소결로(2-2) 사이에는 각각 외부 로심관(6-1)과 내부 로심관(6-2)을 설치하고 그 사이에 분위기 가스(공급 가스)를 공급하여 가스 사용량을 줄임과 동시에 원활한 열전달을 도모할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 상부 홀더에 별도의 구동 수단을 갖는 상태를 도시한 도 2의 평면도로써, 상술한 동력 전달 수단(5-2) 이외에도 상기 광섬유 모재(3)가 고정된 상부 홀더(3-1, 3-2, 3-3, 3-4) 각각을 자전시킬 수 있는 별도의 구동 수단(9-1, 9-2, 9-3, 9-4)을 구비할 수 있다. 상기 구동 수단은 구동 모터(스텝핑 모터)일 수 있으며, 여타 광섬유 모재를 일정 주속으로 회전시킬 수 있는 다른 수단도 무방하다.
따라서, 상기 각각의 광섬유 모재(3)는 내부 소결로(6-2)를 중심축으로 상술한 구동 수단(5)에 의해 동시에 공전할 수 있으며, 이와 동시에 개별적으로 적용된 별도의 구동 수단(9-1, 9-2, 9-3, 9-4)에 의해 자전할 수 있다. 바람직하게는, 상기 광섬유 모재(3)의 공전 방향과 자전 방향을 반대 방향으로 설정함으로써, 외부 소결로(2-1) 및 내부 소결로(2-2)에 설치된 가열 수단인 히터(4-1, 4-2)에 의해 고른 열전달을 도모할 수 있는 것이다.
본 발명에 따른 소결 장치는 하나의 소결로에 다수의 광섬유 모재가 적용되기 때문에 저가의 공정비로 높은 생산성을 도모할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 광섬유 모재 제조를 위한 소결 장치를 도시한 단면도;
도 2는 본 발명에 따른 광섬유 모재 제조를 위한 소결 장치의 결합되는 상태를 도시한 단면도;
도 3은 본 발명에 따른 도 2의 평면도; 및
도 4는 본 발명에 따른 상부 홀더에 별도의 구동 수단을 갖는 상태를 도시한 도 2의 평면도.

Claims (9)

  1. 광섬유 모재를 탈수 및 소결에 의해 유리화하여 투명한 광섬유 모재를 제조하기 위한 장치에 있어서,
    몸체;
    상기 몸체의 내부에 설치되며, 소정의 가열 수단을 구비하는 중공형 외부 소결로;
    상기 외부 소결로와 동심원을 가지며 상기 외부 소결로 내부에 일정 공간을 갖도록 설치하되, 소정의 가열 수단을 구비하는 내부 소결로;
    상기 외부 소결로와 내부 소결로 사이에 일정 간격으로 설치되는 다수의 광섬유 모재를 각각 갖는 다수의 상부 홀더;
    상기 상부 홀더를 일정 주속으로 회전시키는 구동 수단; 및
    상기 몸체의 하부 및 상부에 각각 설치되어 분위기 가스를 공급하고 배출하는 가스 공급관 및 가스 배출관을 포함하되,
    상기 외부 소결로와 내부 소결로 사이에는 각각 외부 로심관과 내부 로심관을 설치하고 그 사이에 분위기 가스(공급 가스)를 공급하여 가스 사용량을 줄임과 동시에 원활한 열전달을 도모함을 특징으로 하는 광섬유 모재 제조를 위한 소결 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 구동 수단은,
    상기 소결 장치와 별도로 설치되는 구동 모터;
    상기 구동 모터에 의해 상기 각각의 상부 홀더에 동시에 동력을 전달하는 동력 전달 수단을 포함함을 특징으로 하는 광섬유 모재 제조를 위한 소결 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 각각의 상부 홀더는 상기 내부 소결로를 중심축으로 회전함과 동시에 자체 회전이 가능하도록 별도의 구동장치를 각각 구비함을 특징으로 하는 광섬유 모재 제조를 위한 소결 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 각각의 상부 홀더가 자전하는 방향과 내부 소결로를 중심으로 공전하는 방향을 원활한 열전달을 위하여 서로 반대방향으로 회전하도록 설치함을 특징으로 하는 광섬유 모재 제조를 위한 소결 장치.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 동력 전달 수단은 상기 각각의 상부 홀더와 구동 모터가 동시에 연결되는 벨트임을 특징으로 하는 광섬유 모재 제조를 위한 소결 장치.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 동력 전달 수단은 상기 각각의 상부 홀더에 설치된 스프라켓과 구동 모터의 스프라켓에 동시에 연결되는 체인임을 특징으로 하는 광섬유 모재 제조를 위한 소결 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 외부 소결로 및 내부 소결로에 설치되는 가열 수단은 길이 방향으로 적어도 하나 이상 설치되는 히터임을 특징으로 하는 광섬유 모재 제조를 위한 소결 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 분위기 가스 공급관 및 배출관은 다수개가 설치됨을 특징으로 하는 광섬유 모재 제조를 위한 소결 장치.
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