KR100538847B1 - 광섬유 프리폼 제조를 위한 μｃｖｄ 공정용 수트 제거봉및 이를 이용한 수트 제거장치 - Google Patents

광섬유 프리폼 제조를 위한 μｃｖｄ 공정용 수트 제거봉및 이를 이용한 수트 제거장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광섬유 프리폼 제조를 위한 MCVD 공정시 석영튜브로부터 배출되는 실리카 수트가 배기용 이너튜브에 적층되는 것을 방지하는 수트 제거봉에 관한 것으로서, 봉 전체 또는 증착용 열원의 열이 가해지는 부분이 세라믹으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의하면, 광섬유 프리폼 제조를 위한 MCVD 공정시 석영튜브로부터 배출되는 실리카 수트가 배기용 이너튜브에 적층되는 것을 방지하는 장치에 있어서, 상기 이너튜브의 내벽과 접촉되고, 그 선단이 이너튜브의 수트 유입구에 위치하도록 종입되는 한편, 봉 전체 또는 증착용 열원의 열이 가해지는 부분이 세라믹으로 이루어진 수트 제거봉; 및 상기 이너튜브 내벽의 수트를 긁어내도록 상기 수트 제거봉을 장축을 중심으로 회전시키는 회전수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 수트 제거장치가 개시된다.
본 발명에 의하면 고온의 증착용 열원에 의해 수트 제거봉이 용융되는 현상이 방지되므로 실리카 수트의 배출이 원활히 이루어질 수 있는 장점이 있다.

Description

광섬유 프리폼 제조를 위한 ΜＣＶＤ 공정용 수트 제거봉 및 이를 이용한 수트 제거장치{Soot removing rod for MCVD process during fabrication of optical fiber preform and Soot removing apparatus using the same}
본 발명은 광섬유 프리폼 제조시 사용되는 수트 제거봉 및 이를 이용한 수트 제거장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수정화학기상증착(Modified Chemical Vaper Deposition; 이하 MCVD로 지칭)을 이용한 광섬유 프리폼 제조시 고온의 열로 인한 수트 제거봉의 용융현상을 방지할 수 있는 MCVD 공정용 수트 제거봉 및 수트 제거장치에 관한 것이다.
MCVD 공법으로 광섬유 일차 프리폼을 제조할 때 코어 및 클래드의 증착을 위한 열원으로는 일반적으로 토치나 로(furnace)가 사용되는데, 특히 로를 열원으로 할 경우에는 기상화학 반응효율이 상대적으로 높아 실리카 입자의 생성특성이 토치의 경우에 비해 향상되는 장점이 있다.
그러나, 생성된 실리카 입자의 상당량은 석영튜브 내에 증착되지 않고 그대로 배출되어 석영튜브의 수트 배출구나, 석영튜브에 연장된 배기튜브(Exit tube) 내에 구비되어 실질적으로 실리카 수트를 배출하는 이너튜브(Inner tube)의 단부 및 내벽에 실리카 수트(Silica soot)가 적층되는 현상이 발생하게 된다.
이러한 경우 실리카 수트의 원활한 배기가 이루어지지 않으므로, 제조되는 프리폼의 외경이나 내압의 제어가 불가능해져 더이상 제조공정을 진행할 수 없는 상황히 발생하게 된다.
이와 같은 문제의 대안으로, 증착용 열원의 고온부(Hot zone)를 수트 배출구까지 이동시키면 이너튜브에 쌓인 실리카 수트가 고온 소결되어 유리화됨으로써 적층현상이 방지되는데, 이 경우 이너튜브 내벽의 실리카 수트를 긁어내도록 구비되는 SUS재질의 수트 제거봉이 고온의 열로 인해 용융되어 이너튜브 내벽에 달라붙음으로써 오히려 수트의 배출을 방해하는 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, MCVD 공정시 실리카 수트의 원활한 배출을 위해, 증착용 열원에 의해 용융되는 현상을 방지할 수 있는 수트 제거봉 및 이를 이용한 수트 제거장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 수트 제거봉은, 광섬유 프리폼 제조를 위한 MCVD 공정시 석영튜브로부터 배출되는 실리카 수트가 배기용 이너튜브에 적층되는 것을 방지하는 수트 제거봉에 있어서, 봉 전체 또는 증착용 열원의 열이 가해지는 부분이 세라믹으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 세라믹은, 용융점이 1600℃ ~ 2300℃에 해당하고, 증착용 열원에 의한 400℃ 이상의 온도변화에 대해 내성을 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.
바람직하게, 상기 세라믹으로는 Si3N4가 채용될 수 있다.
대안으로, 상기 세라믹으로는 SiO2, SiC 및/또는 Al2O3가 채용될 수도 있다.
본 발명의 수트 제거봉은 선단이 탐침형태로 이루어지거나, 반구형으로 라운딩 처리되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 광섬유 프리폼 제조를 위한 MCVD 공정시 석영튜브로부터 배출되는 실리카 수트가 배기용 이너튜브에 적층되는 것을 방지하는 장치에 있어서, 상기 이너튜브의 내벽과 접촉되고, 그 선단이 이너튜브의 수트 유입구에 위치하도록 종입되는 한편, 봉 전체 또는 증착용 열원의 열이 가해지는 부분이 세라믹으로 이루어진 수트 제거봉; 및 상기 수트 제거봉을 장축을 중심으로 회전시켜 이너튜브 내벽의 수트를 긁어 내는 회전수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 수트 제거장치가 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실리카 수트 제거장치의 구성이 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에는 일차 프리폼이 되는 석영튜브(10)의 수트 배출구로부터 연장된 배기튜브(15) 내부에 구비되는 이너튜브(20)와, 상기 이너튜브(20) 내에 종입되는 한편, 봉 전체 또는 팁(25a) 부분이 세라믹으로 이루어진 수트 제거봉(25)과, 상기 수트 제거봉(25)에 회전력을 제공하는 회전수단(30)이 구비된다.
상기 이너튜브(20)의 입구에는 석영튜브(10)의 내벽에 증착되지 못하고 배기되는 실리카 수트가 유입된다. 도 1에서 실선화살표는 실리카 수트의 흐름을 나타낸다.
이와 더불어 배기튜브(15)과 이너튜브(20) 사이에도 실리카 수트가 유입되는데, 이 실리카 수트들이 배기튜브(15)의 내벽이나 이너튜브(20)의 외벽에 쌓이는 것을 방지하도록 상기 실리카 수트의 배기방향과 반대방향으로 배기튜브(15) 내에는 질소(N2) 등의 불활성가스가 유입될 수 있다(도 1의 점선화살표 참조).
수트 제거봉(25)은 상기 이너튜브(20)의 내벽과 접촉한 상태로 종입되어 그 선단이 이너튜브(20)의 수트 유입구에 위치하게 되고, 선단의 반대단은 바람직하게 모터에 해당하는 회전수단(30)에 연결되어 장축을 중심으로 회전하면서 이너튜브(20) 내벽의 실리카 수트를 긁어내는 작용을 한다.
상기 수트 제거봉(25)은 용융점이 1600℃ ~ 2300℃의 범위에 해당하고, 400℃ 이상의 온도변화에 따른 열충격에 내성을 갖는 세라믹(Ceramic)으로 이루어지는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 용융점의 온도범위는 석영튜브(10) 내벽에 코어와 클래드를 증착하기 위한 증착용 로(35)의 통상적인 설정온도를 고려한 값이며, 상기 온도변화 내성 임계치는 수트 제거봉(25)에 대한 증착용 로(35)의 접근 및 이격시의 온도변화를 고려한 값이다.
이러한 조건을 만족하는 세라믹으로는 Si3N4가 바람직하게 채용될 수 있고, 대안으로는 SiO2, SiC 및/또는 Al2O3가 채용될 수 있으며, 그밖에 다양한 균등물이 채용가능하다. 상기 수트 제거봉(25)은 이러한 성분의 세라믹간 복합재료로 이루어질 수 있으며, 세라믹-금속간 복합재료로 이루어질 수도 있다.
상기 수트 제거봉(25)은 증착공정시 증착용 열원인 로(35)의 고온부 열이 가해지는 영역에 상응하는 팁(25a) 부분만이 세라믹 혹은 세라믹 복합재료로 이루어지는 것이 바람직하나, 대안으로 수트 제거봉(25) 전체가 모두 세라믹 혹은 세라믹 복합재료로 이루어질 수도 있다. 여기서, 상기 수트 제거봉(25)의 팁(25a) 부분만이 세라믹으로 이루어지는 경우, 세라믹 이외의 부분은 내식성이 우수한 SUS재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
이러한 수트 제거봉(25)은 상기 석영튜브(10)로부터 배기되는 실리카 수트에 직접적으로 노출되므로 실리카 수트의 적층을 유도하는 시드(Seed)가 되지 않도록 그 선단의 구조를 도 2에 도시된 바와 같이 탐침형태로 구성하거나, 도 3에 도시된 바와 같이 구 형태로 라운딩(Rounding) 처리하는 것이 바람직하다.
그러면, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 실리카 수트 제거장치와 이를 위한 수트 제거봉의 작용을 설명하기로 한다.
실리카 수트의 배출을 위해 석영튜브(10)의 수트 배출구에는 배기튜브(15)가 연장형성되고, 이 배기튜브(15)의 내부에는 실질적으로 실리카 수트를 외부로 배출하는 이너튜브(20)가 설치된다. 또한, 상기 이너튜브(20)의 내부에는 세라믹으로 이루어진 수트 제거봉(25)이 이너튜브(20)의 내벽과 접한 상태로 종입된다.
증착공정의 진행에 따라 석영튜브(10) 내부에서는 코어 및 클래드에 대한 증착처리가 이루어지고, 증착되지 않고 배기되는 실리카 수트는 이너튜브(20)를 거쳐서 외부로 배출된다.
이러한 과정에 따라 이너튜브(20)의 내벽에 쌓이는 실리카 수트를 긁어내기 위해서는 상기 수트 제거봉(25)을 회전시키면 되는데, 특히 증착용 열원으로서 로(35)를 사용하는 경우에는 수트의 배출영역, 즉 석영튜브(10)의 수트 배출구 및 이너튜브(20)의 유입구 부근에 실리카 수트가 과도하게 적층되므로 상기 배출영역으로 로(35)를 이동시켜 적층된 실리카 수트를 유리화시키는 과정이 진행된다.
이때, 수트 제거봉(25)은 로(35)에 의한 고온의 열이나 온도변화에 내성을 갖는 세라믹으로 이루어지므로 형태가 변형되지 않으며, 그 선단의 구조가 탐침이나 반구형태로 이루어짐으로 인해 적층된 실리카 수트의 성장을 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명에 의하면, 특히 무수소(Hydrogen-free) 열원인 로를 이용한 코어/클래드 증착공정시 수트 제거봉이 용융되는 현상을 방지할 수 있고, 수트 제거봉의 개선된 선단구조를 통해 수트의 적층 및 성장을 억제할 수 있다.
이러한 본 발명을 MCVD 공법에 적용할 경우 실리카 수트의 배출이 원활히 이루어지므로 광섬유 일차 프리폼을 안정적으로 제조할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실리카 수트 제거장치의 구성도.
도 2는 도 1의 수트 제거봉의 선단 구조를 도시하는 측면도.
도 3은 도 2의 변형예를 도시하는 측면도.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>
10...석영튜브 15...배기튜브
20...이너튜브 25...수트 제거봉
30...회전수단 35...로

Claims (10)

  1. 광섬유 프리폼 제조를 위한 MCVD 공정시 석영튜브로부터 배출되는 실리카 수트가 배기용 이너튜브에 적층되는 것을 방지하는 수트 제거봉에 있어서,
    봉 전체 또는 증착용 열원의 열이 가해지는 부분의 용융점이 1600℃ ~ 2300℃에 해당하고, 증착용 열원에 의한 400℃ 이상의 온도변화에 대해 내성을 갖는 것을 특징으로 하는 수트 제거봉.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 봉 전체 또는 증착용 열원의 열이 가해지는 부분의 재질이 Si3N4에 해당하는 세라믹인 것을 특징으로 하는 수트 제거봉.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 봉 전체 또는 증착용 열원의 열이 가해지는 부분이 SiO2, SiC 및 Al2O3 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 세라믹으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수트 제거봉.
  5. 제 1항, 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    선단 부분이 탐침형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 수트 제거봉.
  6. 제 1항, 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    선단 부분이 반구형으로 라운딩 처리된 것을 특징으로 하는 수트 제거봉.
  7. 광섬유 프리폼 제조를 위한 MCVD 공정시 석영튜브로부터 배출되는 실리카 수트가 배기용 이너튜브에 적층되는 것을 방지하는 장치에 있어서,
    상기 이너튜브의 내벽과 접촉되고, 그 선단이 이너튜브의 수트 유입구에 위치하도록 종입되는 한편, 봉 전체 또는 증착용 열원의 열이 가해지는 부분의 용융점이 1600℃ ~ 2300℃에 해당하고, 증착용 열원에 의한 400℃ 이상의 온도변화에 대해 내성을 갖는 수트 제거봉; 및
    상기 이너튜브 내벽의 수트를 긁어내도록 상기 수트 제거봉을 장축을 중심으로 회전시키는 회전수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 수트 제거장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 수트 제거봉이 Si3N4, SiO2, SiC 및 Al2O3 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 세라믹으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수트 제거장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 수트 제거봉의 선단이 탐침형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 수트 제거장치.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 수트 제거봉의 선단이 반구형으로 라운딩 처리된 것을 특징으로 하는 수트 제거장치.
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