KR100566223B1 - 광섬유 모재의 가열 장치 및 그 모재 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광섬유 모재를 수직방향으로 준비하여 적층되게 배열된 가열 원들에 의해 열처리 되도록 구성한 광섬유 모재의 가열 장치 및 그 모재 제조방법에 관한 것으로, 이를 위해 광섬유 모재 가열 장치에 있어서, 머플러 내의 준비된 광섬유 모재와, 상기 광섬유 모재의 길이방향을 따라서 2개 이상 배치된 가열 원들로 구성되고, 상기 가열 원들은 퍼네이스로 구성되어 회전됨을 특징으로 하며, 이에 따라 광섬유 모재의 균일한 탈수 및 열처리 공정으로 인해 제품의 열처리 공정을 향상시킬 수 있고, 가열 장치의 머플러 길이가 짧아 머플러내에 공급되는 가스량 절감 및 압력을 균일하게 유지시킬 수 있을 뿐만아니라, 광섬유 모재에 연결된 지지로드의 길이가 짧아져 설비 높이 축소 및 제품의 제작비용도 절감할 수 있는 이점이 있다.

가열 장치, 광섬유 모재, 머플러, 가열 원들

Description

광섬유 모재의 가열 장치 및 그 모재 제조방법{FURNACE FOR OPTICAL FIBER AND PREFORM METHOD THEREOF}

도 1은 종래의 광섬유 모재의 가열 장치의 작동 상태를 나타낸 측단면도,

도 2는 종래의 다른 실시예에 따른 광섬유 모재의 가열 장치의 작동 상태를 나타낸 측단면도,

도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 모재의 가열 장치의 작동 상태를 나타낸 측단면도,

도 4는 본 발명에 따른 광섬유 모재 제조방법을 나타낸 흐름도.

본 발명은 광섬유 모재의 가열 장치 및 그 모재의 제조방법에 관한 것으로, 특히, 광섬유 모재를 수직방향으로 준비하여 적층되게 배열된 가열 원들에 의해 열처리 되도록 구성한 광섬유 모재의 가열 장치 및 그 모재 제조방법에 관한 것이다.

통상적으로, 광섬유의 제조에 사용되는 유리(Glass) 모재를 대량제조하는 일반적인 방법 중의 하나로써는 VAD(Vapor PhaseAxial Deposition)법이 알려져 있는바, 이러한 VAD법은 회전하는 개시부재, 예컨대 유리판 또는 유리봉과 같은 개시부재 상에다 산수소불꽃중에서 생성된 유리미립자를 침적시켜서 실린더형 광섬유 모재(수우트 모재 : soot preform)를 형성시키고, 상기 광섬유 모재를 소결시켜서 투명한 광섬유 유리(Glass) 모재를 제조하는 방법이다.

이와 같은 VAD법에 있어서, 광섬유 모재를 소결시켜서 불활성 가스(예컨대 He 및 Cl₂가스) 분위기하에서 1500℃ 이상의 온도로 가열시킬 필요가 있다. 상기 광섬유 모재를 소절시키기 위한 가열 장치로서는 통상적으로 카본 발열체를 가지고 있는 가열 장치가 사용되는데 이런 가열 장치를 사용해서 상기 모재를 소결시킬 때 특히 유의해야할 점은 구리나 철과 같은 전이금속원소의 혼입이나 수분의 혼입을 방지해야 한다.

왜냐하면, 전이금속원소가 유리(Glass) 모재에 1ppb이상 혼입되게 되면 제조된 광섬유의 투과손실파장특성이 전파장에 걸쳐서 현저하게 나빠지게 되며, 또 모재에 수분이 0.1ppm 이상 혼입되게 되면 제조된 광섬유의 특성이 긴파장범위에 걸쳐 훼손되게 된다.

따라서, 광섬유 모재를 투명화하기 전이나 그와 동시에 탈수시키게 된다. 이때 탈수방법으로는 광섬유 모재를 염소계가스, 불소계가스 등을 함유하는 불활성 가스 분위기 중에서 고온으로 가열시키는 방법이 알려져 있다. 여기서 불소계가스를 사용하는 경우에는 광섬유 모재가 탈수될뿐 아니라 그와 동시에 광섬유 모재에 불소가 첨가 되게 된다.

이와 같이 광섬유 제조용 광섬유 모재를 열처리 하기 위한 방법으로 존-신터링(Zone-Sintering) 열처리법을 많이 사용하고 있으며 풀-신터링(Full-Sintering)열처리법 대비 장점으로는 기포(Bubble)제거가 용이하여 치밀화 유리(Glass)를 제조하기 유리하며, 상기 가스사용을 통하여 고순도 유리(Glass)를 제조할 수 있으며, 진공을 사용하는 풀-신터링(Full-Sintering)열처리법 대비 설비가 간단한 장점은 있으나 설비 높이가 상대적으로 높고 제조원가 또한 높다.

상기 광섬유 제조용 모재의 열처리를 위한 가열 장치(10) 구조를 살펴보면, 도 1과 같이, 길이가 긴 머물러(3∼4m)(11)안으로 광섬유 모재(12)를 투입하고, 상기 광섬유 모재(12)가 상, 하방향으로 움직이며 열처리 하는 구조이다.

상기 광섬유 모재(12)의 상부에는 상기 광섬유 모재(12)를 상기 머플러(11)안에서 상, 하방향으로 움직일 수 있도록 지지로드(14)가 연결되어 있다.

이때, 상기 머플러(11) 원주방향으로 히터(13)가 고정되어 있다.

상기 머플러(11) 하부에는 가스 투입구(15)가 구비되어 있으므로, 상기 가스 투입구(15)로 통해 가스를 투입하고, 상기 머플러(11) 하부에는 가스 배출구(16)가 구비되어 있으므로, 상기 가스 배출구(16)를 통해 배출된다.

그러나, 상기 종래의 가열 장치는 하나의 히터에 의해 상기 모재를 상, 하방향으로 움직이면서 열처리 하는 구조이므로, 최근 기술이 대구경 장 길이의 모재를 필요로 하는 추세이어서 1500mm 이상의 길이 및 200mm 이상 대구경의 다공성 모재일 경우 상기 모재를 상, 하방향으로 움직일 수 있는 공간 및 그에 맞는 지지로드 의 길이가 필요함으로 3.5m이상 머플러가 소요되고, 이로인해 전체 설비 높이( 약 10m)도 높아져야 하는 단점이 있었다.

이와 같이, 설비 높이가 길어질 경우 제품 제작이 난해하고, 공장 층고 또한 높아져야 함으로 유지비용이 증가할뿐아니라, 머플러 용적이 큼으로, 가스 소모량도 크다.

이러한 문제점을 개선하기 위해 이미 미국특허청에 출원된 미국특허 제 4, 741 , 748호의 가열 장치(20) 구조를 살펴보면, 도 2와 같이, 광섬유 모재(22)는 머플러(21)의 안으로 투입된 후 상, 하방향으로 이동없이 회전만 하고, 히터는 인덕션 타입(Induction Type)이며, 머플러(21) 외벽에 다수층으로 구성된 챔버(23)가 있으며, 챔버 외부에서 인덕션 히터(24)가 길이방향으로 이동하며, 열처리하는 가열 장치(20) 구조이다.

그러나, 상기 가열 장치는 인덕션 히터가 챔버 외부에서 길이방향으로 이동하여 열처리하는 구조이므로, 이동을 하기 위한 이동장치가 별도로 필요하여 부품수의 증가로 인한 제품이 고가이고, 머플러의 냉각 방지 및 카본 발열체(Carbon Susceptor)이 산화를 방지하기 위해 가스 공급구, 보조 히터, 단열재 등 다수층의 복잡한 챔버 구조로 이루어져 있으므로, 전력 소모량이 과다한 단점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 광섬유 모재의 가열 장치에서 가열 장치에 적층되게 배치된 다수의 가열 원들을 구성함으로써, 광섬유 모재의 균일한 탈수 공정으로 인해 제품의 열처리 공정을 향상시킬 수 있도록 한 광섬유 모재의 가열 장치 및 그 모재 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 광섬유 모재를 수직방향으로 준비하여 적층되게 배열된 가열 원들에 의해 열처리함으로써, 가열 장치의 머플러 길이가 짧아 머플러내에 공급되는 가스량을 절감 및 압력을 균일하게 유지할 수 있도록 한 광섬유 모재의 가열 장치 및 그 모재 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 광섬유 모재를 수직방향으로 준비하여 적층되게 배열된 가열 원들에 의해 열처리함으로써, 광섬유 모재에 연결된 지지로드의 길이가 짧아져 설비 높이 축소가 가능하도록 한 광섬유 모재의 가열 장치 및 그 모재 제조방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제 1 실시예는,광섬유 모재 가열 장치에 있어서,
머플러 내의 준비된 광섬유 모재; 및
상기 광섬유 모재의 길이방향을 따라서 2개 이상 배치된 가열 원들로 구성되고,
상기 가열 원들은 퍼네이스로 구성되어 회전됨을 특징으로 한다.

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또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제 2 실시예는, 유리 미립자로 이루어진 수우트를 형성하고, 상기 수우트를 열처리 공정을 거쳐 유리화하여 수우트 모재로 완성하는 단계;
상기 단계로부터 상기 수우트 모재를 상기 머플러내에 상기 모재의 길이방향을 따라서 2개 이상 배치된 가열 원들내로 삽입시키는 단계;
상기 단계로부터 상기 가열 원들내에서 상기 수우트 모재를 회전시키고, 불활성 가스를 투입하며, 상기 각각의 가열 원들의 온도를 상승하여 1차 탈수 및 드라이 하는 단계; 및
상기 단계로부터 구비된 가열 원들이 정해진 순서에 따라 온도를 상승하여 상기 수우트 모재를 2차 열처리 후 완성된 광섬유 모재를 탈거하는 단계를 포함하여 이루어지고,
상기 1차 열처리 단계에서는 상기 각각의 가열 원들의 온도를 일제히 함께 상승하여 열처리하고,
상기 2차 열처리 단계에서는 상기 수우트 모재의 하부에 위치한 상기 제 1 가열 원에서부터 상기 모재의 상부에 위치한 제 n 가열 원까기 순차적으로 온도를 상승하여 열처리함을 특징으로 한다.

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이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 또한, 도면이 구성요소 중 종래의 기능과 동일한 기능은 동일 부호를 사용하였음을 유의해야 한다.

도 3과 같이, 광섬유 모재의 가열 장치는 길이가 긴 머물러와, 상기 머플러(11)의 하부에 형성되어 상기 머플러(11)내에 가스를 공급하는 가스 투입구(15)로 이루어져 있다.

상기 머플러(11)내에는 상기 머플러(11)의 수직방향으로 광섬유 모재(100)가 구비되어 있다.

상기 머플러(11)의 양측에는 상기 머플러(11)안으로 광섬유 모재(100)를 투입하고, 상기 광섬유 모재(100)의 길이방향을 따라서 적어도 2개 이상 수직방향으 로 적층되게 배치되며, 상기 광섬유 모재(100)의 회전에 따라서 열처리 되도록 다수의 가열 원들(200)이 구비되어 있다.

또한, 상기 광섬유 모재(100)는 다공성 광섬유 모재로 수직방향으로 구비되어 회전하도록 이루어져 있다.

또한, 상기 가열 원들(200)은 퍼네이스(Furnace)로 수직방향으로 적층되게 구성되어 고정된다.

또한, 상기 가열 원들(200)은 퍼네이스(Furnace)로 구성되어 회전된다.

상기 가열 원들(200)는 상기 광섬유 모재(100)의 하부에서부터 상부로 갈수록 순차적으로 온도가 상승되도록 되어 있다.

또한, 상기 가열 원들(200)는 상기 가열 원들(200)의 길이(L1)가 상기 광섬유 모재(100)의 길이(L2)보다 더 길게 배치되어 있다.

또한, 상기 가열 원들(200)은 상기 광섬유 모재(100)를 감싸게 장착되어 있다.

또한, 상기 가열 원들(200)은 원통형의 형상으로 이루어져 있다.

또한, 상기 광섬유 모재(100)는 상기 모재(100)를 열처리 공정시 상기 가열 원들(200)의 범위내에서 상, 하방향으로 움직일 수 있도록 되어 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 의한 광섬유 모재의 가열 장치의 동작과정을 첨부된 도 3을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3과 같이, 유리 미립자로 이루어진 수우트를 형성하고, 상기 수우트를 도 3의 퍼네이스에 넣고, 1차 열처리 하여 탈수 한다.

이때, 상기 수우트를 2차 열처리 공정을 거쳐 유리화하여 수우트 모재(100)로 완성된다.

여기서, 상기 수우트 모재(soot preform)(12)는 유리미립자를 침적시켜서 형성되며, 열처리 공정을 거쳐 완성되면 광섬유 모재(100)라고도 한다.

여기서, 상기 광섬유 모재(100)의 1, 2차 열처리 공정을 설명하면, 다음과 같다.

먼저, 상기 완성된 수우트 모재(100)를 가열 장치의 머플러(11)의 양측에 상기 모재(100)의 길이방향을 따라서 적어도 2개 이상 수직방향으로 적층되게 배치된 다수의 가열 원들(200)내로 삽입시킨다.

여기서, 상기 가열 원들(200)는 상기 광섬유 모재(100)보다 더 길게 배치되어진다.

상기 수우트 모재(100)를 회전시키고, 상기 머플러(11)내로 가스 투입구(15)를 통해 He 또는 Cl₂ 가스를 투입하며, 상기 각각의 가열 원들(200)의 온도를 일제히 함께 상승하여 1차 탈수 및 드라이 공정을 한다.

상기 1차 열처리 공정 후 Cl₂가스를 제거한다.

여기서, 상기 가열 원들(200)의 온도는 1000∼1200℃로 온도가 상승한다.

이 상태에서, 상기 수우트 모재(100)를 상기 모재(100)의 하부에 위치한 제 1 가열원에서부터 모재(100)의 상부에 위치한 제 n 가열원까지 순차적으로 온도를 상승하여 2차 열처리 한다.

상기 가열 원들(200)이 온도가 상승할 경우 상기 모재(100)는 상기 가열 원들(200)의 배치된 범위내에서 상, 하방향으로 조금씩 움직이면서, 2차 열처리 공정을 한다.

상기 2차 열처리 공정 후 상기 머플러(11)내의 He가스 투입을 중지하고, N₂가스를 투입하여 광섬유 모재(100)를 완성한다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 의한 광섬유 모재의 제조방법의 동작과정을 첨부된 도 4를 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4와 같이, 상기 수우트는 Dia. 170mm 길이 1500mm이며, 이는 열처리 공정을 거쳐 유리화하여 수우트 모재(100)로 완성된다.(S1)

이때, 상기 열처리 공정의 온도는 1100℃에서 유지한다.

여기서, 상기 수우트 모재(100)를 가열 장치의 머플러(11)의 상기 모재(100)의 길이방향을 따라서 적어도 2개 이상 수직방향으로 적층되게 배치된 다수의 가열 원들(200)내로 삽입시킨다.(S2)

이때, 상기 수우트 모재(100)의 상, 하부일단은 상기 모재(100)와 대응되는 각각의 가열 원들(200) 중앙에 위치시킨다.

상기 S2으로부터, 상기 가열 원들(200)내에서 상기 수우트 모재(100)를 회전시키고, 상기 머플러(11)내로 가스 투입구(15)를 통해 He 12slpm 또는 Cl₂0.3slpm 가스를 투입하며, 상기 각각의 가열 원들(200)의 온도를 일제히 함께 상승하여 1차 탈수 및 드라이 공정을 한다.(S3)

여기서, 탈수 및 드라이 온도는 1100℃에서 유지한다.

상기 1차 열처리 공정 후 Cl₂가스를 제거하고, 30분간 정화시킨다.

상기 S3으로부터, 상기 모재(100)의 하일단에 구비된 제 1 가열 원(200)으로부터 온도 상승속도 30℃/min 로 1520℃로 올린다.

이때, 상기 가열 원(200)이 1520℃ 도달 시 상기 모재를 5.5mm/min 속도로 하향으로 이동하며, 열처리 진행된다.(이동 거리 250mm)

상기 모재(100)를 250mm 하향 이동 후 상기 가열 원(200)의 온도가 내려가면 상기 모재(100)는 다시 원래 위치로 환원한다.

이와 같이, 상기 제 1 가열 원의 상부에 구비된 그 다음 가열 원도 마찬가지로 반복해서 온도가 상승하고, 상기 제 n 가열 원까기 순차적으로 온도가 상승하여 상기 수우트 모재(100)를 2차 열처리 후 상기 머플러(11)내의 He가스 투입을 중지하고, N₂가스 5slpm를 투입한다.(S4)

상기 S4로부터 2차 열처리 완료된 광섬유 모재(100)를 상기 지지 로드(14)에서 탈거한다.(S5)

이상에서 설명한 본 발명의 광섬유 모재의 가열 장치 및 그 모재 제조방법은 전술한 실시 예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않은 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 광섬유 모재의 가열 장치 및 그 모재의 제조방법에 의하면,

광섬유 모재를 수직방향으로 준비하여 적층되게 배열된 가열 원들에 의해 열처리함으로써, 광섬유 모재의 균일한 탈수 공정으로 인해 제품의 열처리 공정을 향상시킬 수 있고, 가열 장치의 머플러 길이가 짧아 머플러내에 공급되는 가스량 절감 및 압력을 균일하게 유지할 수 있을 뿐만아니라, 광섬유 모재에 연결된 지지로드의 길이가 짧아져 설비 높이 축소 및 제품의 제작비용도 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (15)

1. 광섬유 모재 가열 장치에 있어서,

   머플러 내의 준비된 광섬유 모재; 및

   상기 광섬유 모재의 길이방향을 따라서 2개 이상 배치된 가열 원들로 구성되고,

   상기 가열 원들은 퍼네이스로 구성되어 회전됨을 특징으로 하는 광섬유 모재의 가열 장치.
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8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 유리 미립자로 이루어진 수우트를 형성하고, 상기 수우트를 열처리 공정을 거쳐 유리화하여 수우트 모재로 완성하는 단계;

    상기 단계로부터 상기 수우트 모재를 상기 머플러내에 상기 모재의 길이방향을 따라서 2개 이상 배치된 가열 원들내로 삽입시키는 단계;

    상기 단계로부터 상기 가열 원들내에서 상기 수우트 모재를 회전시키고, 불활성 가스를 투입하며, 상기 각각의 가열 원들의 온도를 상승하여 1차 탈수 및 드라이 하는 단계; 및

    상기 단계로부터 구비된 가열 원들이 정해진 순서에 따라 온도를 상승하여 상기 수우트 모재를 2차 열처리 후 완성된 광섬유 모재를 탈거하는 단계를 포함하여 이루어지고,

    상기 1차 열처리 단계에서는 상기 각각의 가열 원들의 온도를 일제히 함께 상승하여 열처리하고,

    상기 2차 열처리 단계에서는 상기 수우트 모재의 하부에 위치한 상기 제 1 가열 원에서부터 상기 모재의 상부에 위치한 제 n 가열 원까기 순차적으로 온도를 상승하여 열처리함을 특징으로 하는 광섬유 모재 제조방법.
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 유리 미립자로 이루어진 수우트를 형성하고, 상기 수우트를 열처리 공정을 거쳐 유리화하여 수우트 모재로 완성하는 단계;

    상기 단계로부터 상기 수우트 모재를 상기 머플러내에 상기 모재의 길이방향을 따라서 2개 이상 배치된 가열 원들내로 삽입시키는 단계;

    상기 단계로부터 삽입된 상기 수우트 모재 주변에서 가열 원들을 회전시키고, 불활성 가스를 투입하며, 상기 각각의 가열 원들의 온도를 상승하여 1차 탈수 및 드라이 하는 단계; 및

    상기 단계로부터 구비된 가열 원들이 정해진 순서에 따라 온도를 상승하여 상기 수우트 모재를 2차 열처리 후 완성된 광섬유 모재를 탈거하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 다공질 광섬유 모재 제조방법.

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