KR100583481B1 - 광섬유 모재 제조 장치 - Google Patents

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KR100583481B1
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야마모토다케히코
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

모재가 형성되는 장소인 반응실을 포함하는 광섬유 모재 제조 장치가 제공된다. 반응실내에는 모재의 피복부를 형성하기 위한 피복부용 버너가 배치되고, 피복부용 버너 위에는 반응실내에서의 공기 상승을 억제하기 위한 차단 부재가 제공된다. 이러한 구성에 따르면, 버너를 통해 생성되는 유리 입자 함유 화염의 급격한 타오름이 억제되고, 모재 형성의 가속화에 의해 생산성이 향상되며, 반응실의 벽에 부착될 수 있는 유리 입자의 양이 감소된다.

Description

광섬유 모재 제조 장치{APPARATUS FOR PRODUCING OPTICAL FIBER PREFORM}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 모재 제조 장치의 개략도,
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 취한 단면도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 모재 제조 장치의 개략도,
도 4는 도 1의 IV-IV 선을 따라 취한 단면도로서, 제 1 및 제 2 공기 저장 섹션내에서의 공기 유동을 도시하는 도면,
도 5는 도 1의 IV-IV 선을 따라 취한 단면도로서, 제 1 및 제 2 공기 저장 섹션내에서의 다른 공기 유동을 도시하는 도면.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 반응 용기 2 : 반응실
6 : 피복부용 버너 7 : 중심부용 버너
10 : 모재 11 : 중심부
12 : 피복부 13 : 필터
19, 21, 23, 24, 53 : 격벽 38 : 승강 기구
본 발명은 버너에 의해 형성되는, 수트(soot)라 일컫는 유리 입자의 부착에 의해 광섬유 모재를 제조하는 장치에 관한 것이다.
광섬유 모재는 일반적으로 축 방향 증착(VAD : vapor phase axial deposition) 공정에 의해 제조된다. VAD 공정에 따르면, 반응실 안에서, 시작 화학물이 버너에 의해 생성되는 산수소 화염(oxygen-hydrogen flame)내로 공급되어 유리 입자를 생성하고, 이 유리 입자는 이어서 시드 막대(seed rod)의 일 단부상에 부착된다. 공기가 수평 방향으로 반응실의 일측부로부터 타측부를 향해 유동된다. 버너는 공기 유입측상에 제공된다. 유리 입자가 부착된 시드 막대는 회전되면서 상승되어, 결과적으로 중심부와 피복부로 구성된 이중 원통형 구조를 갖는 광섬유 모재를 제조한다. VAD 공정에서는, 유리 입자의 단위 시간당 부착 양이 시드 막대상에 형성된 모재의 직경에 영향을 주기 때문에, 소망하는 만큼의 유리 입자가 부착된 고품질의 모재를 제조하기 위해서 유리 입자를 함유한 화염을 시드 막대상에 안정적으로 유도하는 것이 중요하다.
일본 특허 공개 공보 제 1999-343135 호는, 반응실의 공기 유입 경로내에 공기 필터가 제공되어 일시적으로 공기를 수용하는 공기 챔버를 규정하고, 공기 수용 챔버내로 유입된 공기는 일시적으로 그 안에 갇힘으로써 공기 필터를 거쳐 반응실내로 안정적인 형태로 유입되는 구성에 대해 개시하고 있다. 이 구성에서는, 난류 상태로 공기 수용 챔버내로 유입되었던 공기가, 반응실내로 유입되기 전에, 공기 수용 챔버와 공기 필터의 조합에 의해 층류 상태가 되도록 하여 화염 방향을 안정시키려 시도한다.
또한, 일본 특허 공개 공보 제 2000-290035 호에는, 공기 차단판이 공기 스트림의 방향에 직각인 방향으로 연장되는 형태로 반응실의 일측부상에 배치됨으로써, 공기가 버너 화염 둘레의 영역내로 유입되는 것을 방지하여 버너 화염을 안정시키는 구성이 개시되어 있다. 또한, 일본 실용신안 공개 공보 제 1989-108054 호에는, 공기 차단판이 버너 위 및 공기 유입측상에 배치되어 공기가 버너 화염 둘레의 영역내로 유입되는 것을 방지함으로써 버너 화염을 안정시키는 구성이 개시되어 있다.
그러나, 일본 특허 공개 공보 제 1999-343135 호의 구성의 경우, 공기 필터로부터 버너 화염의 첨단까지의 거리가 멀기 때문에 공기 화염을 충분히 안정시키는 데 어려움이 있었다. 이러한 어려움은 다음과 같은 이유에 기인하는 것으로 보인다.
일반적으로, 버너에 의해 화염이 생성되면, 반응실내에서 수평적으로 조정된 공기 스트림이 화염 근처를 통과할 때 화염의 가열에 의해 열팽창하게 되고, 결과적으로 상승하게 된다. 따라서, 일본 특허 공개 공보 제 1999-343135 호에 개시된 바와 같이 공기 필터로부터 버너 화염의 첨단까지의 거리가 긴 경우에는 가열된 공기가 저항없이 자유롭게 상승하게 된다. 시간이 지남에 따라, 수평방향의 공기 스트림에 대한 상승 공기 스트림의 비율이 상대적으로 커져, 공기 유동의 균일성에 있어 상당한 손실을 초래한다. 공기 유동 조정 균일성이 손실됨에 따라, 상승하는 공기 스트림에 수반하여 버너 화염이 더 타오르려 할 것이다. 따라서, 버너 화염은 제어가 불가능해져 불안정 상태로 된다.
상기 이유 때문에, 일본 특허 공개 공보 제 1999-343135 호에 개시된 장치에서는, 화염내에 함유된 유리 입자의 밀도가 저하 또는 변화될 수 있어, 유리 입자의 부착에 의해 시드 막대상에 형성된 모재의 직경이 변화될 수 있다. 또한, 이 구성에는 다량의 유리 입자가 반응실의 상부 벽에 부착될 수 있고, 상부 벽에 부착된 유리 입자가 결과적으로 떨어져 나와 불순물로서 모재에 부착될 수 있다는 단점이 있다.
일본 특허 공개 공보 제 2000-290035 호 및 일본 실용신안 공개 공보 제 1989-108504 호에 개시된 구성에서는, 공기가 버너 쪽으로 유도되지 않는다. 그 결과로, 버너의 외측 벽이 과열될 가능성이 매우 높으며, 특히 대형의 화염으로 모재를 형성하는 경우에는 버너의 사용 수명이 단축될 수 있다.
본 발명의 목적은, 종래 기술에서의 문제점이 나타나지 않는 광섬유 모재를 제조하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 광섬유 모재 제조 장치는 중심부와 피복부를 갖는 광섬유 모재를 제조하는 데 적합하다. 장치는 모재가 형성되는 장소인 반응실을 포함한다. 반응실은 가스를 반응실의 일측부로부터 그 타측부까지 수평 방향으로 유도하도록 구성된다. 또한, 이 장치에는, 상기 반응실의 일측부로부터 유리 입자를 함유한 화염을 생성하여 중심부를 형성하는 중심부용 버너와; 반응실의 일측부로부터 유리 입자를 함유한 화염을 생성하여 중심부 둘레에 피복부를 형성하는 피복부용 버너와; 형성된 모재를 그 축을 중심으로 회전시키면서 상승시키기 위한 승강 기구와; 반응실내에서의 가스의 유동을 유도하기 위해 반응실내에서 피복부용 버너 위에 배치되는 격벽이 제공된다.
상기 광섬유 모재 제조 장치는 버너의 긴 사용 수명을 보장하고, 버너 화염을 안정시키며, 유리 입자가 반응실의 상부 벽상에 부착되는 것을 방지한다.
본 발명의 상기 및 기타 목적, 특징, 그리고 장점은 첨부된 도면과 함께 다음의 상세한 설명을 통해 보다 명확해 질 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 모재 제조 장치가 설명될 것이다. 상기 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 반응 용기(1)를 갖는다. 반응 용기(1)는 내산성 및 내열성 물질로 제조된다. 반응 용기(1)를 구성하는 물질과 동등한 물질로 제 1 격벽(19), 제 2 격벽(21), 제 3 격벽(23) 및 제 4 격벽(24)이 각각 제조된다.
반응 용기(1)에는 내부에 반응실(2), 공기 챔버(14), 배기부(35) 및 모재 수용 챔버(8)가 제공된다. 공기 챔버(14)는 반응실(2)의 일측부상에 규정되고, 배기부(35)는 공기 챔버(14)에 대향하여 반응실(2)의 타측부상에 규정되며, 모재 수용 챔버(8)는 반응실(2)의 상측 부분에 규정된다. 후술되는 바와 같이, 반응실(2)내에서 모재(10)가 형성된다. 모재(10)는 피복부(12)가 중심부(11)를 환형으로 감싸는 이중 원통형 구조를 갖는다. 중심부(11)와 피복부(12)는 각각 유리 입자 부착에 의해 형성된다.
반응실(2)내에는 수평으로 연장하는 분리 벽(5)이 반응실(2) 하측 부분의 적절한 위치에 제공되는데, 이 분리 벽(5)에 의해 반응실(2)이 상부 섹션 또는 피복부 형성 섹션(3)과, 하부 섹션 또는 중심부 형성 섹션(4)으로 분할된다. 관통 구멍(5a)이 분리 벽(5)내에 형성된다.
피복부 형성 섹션(3)은 실질적으로 직육면체 형상을 가지며, 그 일측부(도 1의 우측)에는 공기 유입구(3a)가 형성되고, 공기 유입구(3a)에 대향하는 측부(도 1의 좌측)에는 공기 유출구(3b)가 형성된다. 공기 유입구(3a)에는 필터(13)가 제공된다. 필터(13)와 반응 용기(1)의 내부 벽은 공기 챔버(14)를 규정한다.
제 1 격벽(19)은 공기 챔버(14)를 반응 용기(1)의 상부 벽(1a)측에 규정되는 상부 섹션[제 1 공기 저장 섹션(15)]과, 제 1 공기 저장 섹션(15) 아래에 규정되는 하부 섹션[제 2 공기 저장 섹션(16)]으로 분할한다. 제 1 송풍기(17)가 제 1 공기 저장 섹션(15)에 연결되고, 제 2 송풍기(18)가 제 2 공기 저장 섹션(16)에 연결된다. 제 1 및 제 2 송풍기(17, 18)는 반응 용기(1) 외부의 공기를 각각 주어진 공급 속도로 제 1 및 제 2 공기 저장 섹션(15, 16)내로 공급한다. 이렇게 공급된 공기는 제 1 및 제 2 공기 저장 섹션(15, 16)에 일시적으로 체류된 후 필터(13)를 통해 피복부 형성 섹션(3)내로 도입된다.
이 실시예에서, 제 1 및 제 2 송풍기(17, 18)를 통한 공기 공급 속도는, 피복부 형성 섹션(3)의 상부 벽(1a) 근처의 공기 스트림이 다른 영역을 통해 유동하는 공기 스트림보다 고속으로 유동하게 되는 방식으로, 예를 들어 제 1 및 제 2 공기 저장 섹션(15, 16)의 용적에 근거하여 조정된다.
공기가 제 1 및 제 2 공기 저장 섹션(15, 16)[즉, 공기 챔버(14)]으로부터 반응실(2)내로 공급되는 방식은 임의로 선택된다. 도 4 및 도 5가 공기 유동 영역(A1, A2)의 예를 도시하는데, 이 공기 유동 영역(A1, A2)을 통해 공기가 제 1 및 제 2 공기 저장 섹션(15, 16)으로부터 반응실(2)내로 공급된다.
도 4에 도시된 예에서, 피복부용 버너(6)가 점유하는 버너 실장 영역(A3)은 상당히 작고, 공기는 버너 실장 영역(A3)을 제외한 제 2 공기 저장 섹션(16) 및 제 1 공기 저장 섹션(15)으로부터 반응실(2)의 상부 섹션(3)내로 유동된다.
도 5에 도시된 예에서는, 2개의 공기 유동 영역(A2)이 제공되며, 버너 실장 영역(A3)이 2개의 공기 유동 영역(A2) 사이에 제공된다. 즉, 공기는 제 2 공기 저장 섹션(16)으로부터 2개의 공기 유동 영역(A2)을 통해 공급된다.
제 1 격벽(19)은 공기 챔버(14)로부터 필터(13)를 통과하여, 모재(10)가 형성되는 영역까지 수평 연장된다. 제 1 격벽(19)은 피복부 형성 섹션(3)내에서의 공기 상승을 억제한다. 제 1 격벽(19)은, 피복부 형성 섹션(3)을 통과해 유동하는 공기를 2개의 공기 스트림, 즉 후술하는 바와 같이 제 1 격벽(19)의 아래 및 위에 각각 규정되는, 높은 유동 속도를 갖는 상부 공기 스트림과 낮은 유동 속도를 갖는 하부 공기 스트림으로 분할하기 위한 형태로 제공되는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 따르면, 공기를 제 1 격벽(19)의 아래와 위의 상부 섹션 및 하부 섹션내로 유동시킴으로써 피복부 형성 섹션(3)내로의 수평적 공기 유동이 부드럽게 실행된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 모재(10)의 본체를 부분적으로 감싸는 외형(도면에서, 평면적으로 호 형상)을 갖는 절단부(19a)가 제 1 격벽(19)의 선단부에 형성된다. 절단부(19a)는 모재(10)의 본체와 제 1 격벽(19)의 선단부 사이의 간극을 감소시키는 역할을 함으로써, 간극을 통한 공기의 상승을 억제한다.
1쌍의 공기 전향 장치(20)가 시드 막대(39)의 축 방향에 대해 대칭적으로 제1 격벽(19) 위에 배치된다. 공기 전향 장치(20)는 제 1 격벽(19)과 피복부 형성 섹션(3)의 상부 벽(1a) 사이에 위치된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 공기 전향 장치(20)는 필터(13)의 외측 단부에 폭 방향으로 연결되는 후단부[필터(13) 근처의 단부]와, 폭 방향에서 후단부에 대해 안쪽으로 경사진 전단부[모재(10) 근처의 단부]를 갖는다. 이러한 구성에 따르면, 공기 전향 장치(20)는 제 1 공기 저장 섹션(15)으로부터 피복부 형성 섹션(3)내로 공급되는 공기 스트림을, 폭 방향 외측 단부로부터 모재 형성 영역을 향해 반경 방향 내측으로 배향되도록 유도한다. 따라서, 제 1 공기 저장 섹션(15)로부터의 공기 공급 용적이 작다고 하더라도, 공기 스트림을 그 수평 수준을 유지시킨 채 모재 형성 영역을 향해 반경 방향 내측으로 유도함으로써, 모재(10)를 향한 충분한 공기 유동 속도 및 공기 공급 양이 보장된다.
다시 도 1을 참조하면, 제 2 격벽(21)이 피복부 형성 섹션(3)내에서 제 1 격벽(19)으로부터 소정 거리 아래에 위치된다. 제 2 격벽(21)은 필터(13)로부터 모재 형성 영역을 향해 수평 연장된다.
제 1 격벽(19)을 제공하는 것과 동일한 이유로, 제 2 격벽(21)도 피복부용 버너(6)로부터 생성되는 화염(30)의 급격한 타오름(flame-up) 및 변동(fluctuation)을 초래할 수도 있는 피복부 형성 섹션(3)내에서의 공기 상승을, 적어도 모재 형성 영역에 대해 공기 유동 방향에서의 상류측에서 억제하도록 제공된다. 제 1 격벽(19)과 마찬가지로, 제 2 격벽(21)의 선단부에는 모재(10)의 본체를 부분적으로 감싸는 외형을 갖는 절단부(21a)가 형성된다. 절단부(21a)는 모재(10)의 본체와 제 2 격벽(21)의 선단부 사이의 간극을 감소시키는 역할을 함으로써, 간극을 통한 공기 스트림의 상승을 억제한다.
이러한 방식으로, 다중 단계 격벽[이 실시예에서는 제 1 격벽(19)과 제 2 격벽(21)]을 피복부 형성 섹션(3)에 배치함으로써 공기 스트림의 상승을 보다 효과적으로 억제시킨다.
다시 도 1을 참조하면, 피복부용 버너(6)는 피복부 형성 섹션(3)내에서 제 2 격벽(21) 아래의 적절한 위치에 배치되어, 화염(30)을 피복부 형성 영역(A)을 향해 유도한다. 구체적으로, 피복부용 버너(6)는 피복부 형성 영역(A)에서 모재(10)의 본체를 향해 배치된 개구부(6a)를 갖는다. 피복부 형성 영역(A)은, 화염(30)내의 유리 입자를 시드 막대(39)상에 부착시킴으로써 피복부(12)를 효율적으로 형성하도록 최적화된 높이 및 폭을 갖는 영역에 대응한다.
피복부용 버너(6)는 화염(30) 생성 방향을 공기 유동 방향과 실질적으로 일치시키기 위한 방향(즉, 수평 방향)으로 위치된다. 구체적으로, 피복부용 버너(6)는 그 후단부가 장치 외부에 노출된 상태로 제 2 공기 저장 섹션(16) 및 필터(13)를 통과해 수평 연장된다.
피복부용 버너(6)는, 개구부(6a)가 피복부용 버너(6)의 후단부에 대해 상부 수준에 위치되도록 편향될 수 있다.
피복부용 버너(6)는 다중 관형 구조를 갖는데, 각 관형 부재는 실리카(silica)로 제조되고, 다수의 환형 가스 채널이 반경 방향 중심 부분으로부터 반경 방향 외측 부분을 향해 겹겹이 형성된다. 피복부용 버너(6)의 후단부는 가스 공급 장치와 연결된다. 가스 공급 장치는 수소(H2) 가스, 산소(O2) 가스, 아르곤(Ar) 가스 및 사염화규소(SiCl4 + Ar) 가스를 그들 각각의 공급 속도로 피복부용 버너(6)의 대응하는 가스 채널내로 공급한다.
분리 벽(5)은 피복부용 버너(6) 아래에 제공된다. 전술된 바와 같이, 분리 벽(5)은 반응실(2)을 피복부 형성 섹션(3)과 중심부 형성 섹션(4)으로 분할하며, 피복부용 버너(6) 아래의 공기 스트림을 하류를 향해 수평으로 부드럽게 유도하기 위한 차단 부재로서 작용한다. 바꿔 말하자면, 분리 벽(5), 제 1 격벽(19) 및 제 2 격벽(21)은 함께 피복부 형성 섹션(3)내에서의 수평적 공기 스트림을 보장한다.
제 3 격벽(23)과 제 4 격벽(24)은 공기 유동 방향으로 피복부 형성 영역(3)내에서 제 1 격벽(19) 및 제 2 격벽(21)에 대향하는 측부(하류측)에 배치된다.
제 3 격벽(23)과 제 4 격벽(24)은 수평 연장되며, 상류측에 배치된 제 1 격벽(19) 및 제 2 격벽(21)과 실질적으로 동일한 높이에 배치된다. 제 3 격벽(23)과 제 4 격벽(24)은 공기가 수평으로 유동하도록 하류측의 공기 스트림을 모재 형성 영역에 대해 조정한다. 다중 단계 격벽[이 실시예에서는 제 3 격벽(23)과 제 4 격벽(24)]을 피복부 형성 섹션(3)에 배치함으로써 피복부 형성 섹션(3)내에서의 수평적 공기 스트림이 보다 효과적으로 보장된다.
피복부용 버너(6)와 유사하게, 다중 관형 구조를 갖는 중심부용 버너(7)가 중심부 형성 섹션(4)내에 배치된다. 바꿔 말하자면, 분리 벽(5)이 분리 부재로서 작용함으로써, 상호 독립적으로, 피복부용 버너(6)는 피복부 형성 섹션(3)내에 위치되고, 중심부용 버너(7)는 중심부 형성 섹션(4)내에 위치된다.
중심부용 버너(7)는 중심부 형성 섹션(4)의 일측부로부터 중심부 형성 영역(B)을 향해 화염(31)을 유도하도록 배치된다. 구체적으로, 중심부용 버너(7)는 중심부 형성 영역(B)내에 중심부(11)를 향해 배치된 개구부(7a)를 갖는다. 중심부 형성 영역(B)은 화염(31)내의 유리 입자를 시드 막대(39)상에 부착시킴으로써 중심부(11)를 효율적으로 형성하도록 최적화된 높이 및 폭을 갖는 영역에 대응하는데, 이는 나중에 설명될 것이다. 중심부용 버너(7)는 그 후단부가 버너 개구부(7a)에 대해 하부 수준에 위치되도록 편향되며, 중심부용 버너(7)의 후단부는 장치 외부에 노출되어 있다.
피복부용 버너(6)와 유사한 형태로, 중심부용 버너(7)도 다중 관형 구조를 갖는데, 다수의 환형 가스 채널이 반경 방향 중심 부분으로부터 반경 방향 외측 부분을 향해 겹겹이 형성되고, 중심부용 버너(7)의 후단부는 가스 공급 장치와 연결된다. 가스 공급 장치는 수소(H2) 가스, 산소(O2) 가스, 아르곤(Ar) 가스 및 사염화규소(SiCl4 + GeCl4 + Ar) 가스를 그들 각각의 공급 속도로 중심부용 버너(7)의 대응하는 가스 채널내로 공급한다.
배기부(35)는 피복부 형성 섹션(3)내의 공기를 장치 외부로 배출하는 배기로를 갖는다. 배기부(35)는 그것의 길이 방향(공기 유동 방향)으로 대향하는 단부들에서 개구부를 갖는다. 배기부(35)의 일 개구부는 피복부 형성 섹션(3)의 공기 유출구(3b)와 연통하며, 타 개구부는 유출 개구부(35a)로서 작용한다.
배기부(35)를 구성하는 반응 용기(1)의 상부 벽(1a)은 피복부 형성 섹션(3)을 구성하는 반응 용기(1)의 상부 벽(1a)과 유사한 형태로 수평 연장된다. 이러한 구성에 따르면, 고속의 공기 스트림에 대한 저항이 감소되며, 반응 용기(1)내의 상승하는 공기 스트림이 용이하게 배출된다. 한편, 배기부(35)를 구성하는 반응 용기(1)의 하부 벽은 공기 유동 방향에 대해 상방으로 유출 개구부(35a)를 향해 편향된다. 구체적으로, 배기부(35)내의 배기로(36)는, 그 단면이 공기 유출을 위해 공기 유출구(3b)로부터 유출 개구부(35a)를 향해 점차 감소하는 구조를 갖는다. 공기 유출을 위해 단면을 공기 유출구(3b)로부터 유출 개구부(35a)를 향해 감소시킴으로써, 공기 유출력이 증가되고, 피복부 형성 섹션(3)으로부터의 유리 입자와 공기의 효율적 유출에 도움이 되며, 피복부 형성 섹션(3)내에서의 공기의 정체(stagnation)가 억제된다.
승강 기구(38)가 피복부 형성 섹션(3) 위에 제공된다. 승강 기구(38)는 모재(10)를 상방으로 상승시키기 위한 승강 장치와, 중심부 및 피복부가 형성된 모재(10)를 수용하기 위한 모재 수용 챔버(8)를 포함한다. 승강 장치는, 모재(10)의 본체와 첨단이 각각 중심부 형성 영역(B)과 피복부 형성 영역(A)내에 위치되는 방식으로, 모재(10)를 회전시키면서 상방으로 끌어올리도록 구성된다. 구체적으로, 중심부(11)가 중심부 형성 영역(B)내에서 일정한 속도로 형성되고, 피복부(12)가 피복부 형성 영역(A)내에서 중심부(11) 둘레에 소망하는 두께로 형성되는 상태에서 모재(10)가 형성되도록, 장치가 설계된다.
다음으로, 상기 구조를 갖는 본 발명의 장치를 사용하여 VAD 공정에 의해 모재(10)가 형성되는 작동 방식에 대해 설명된다.
먼저, 시드 막대(39)가 승강 장치로부터 현가되어, 시드 막대(39)의 첨단이 중심부 형성 섹션(4)내의 중심부 형성 영역(B)내에 위치되도록 배치된다. 이어서, 제 1 송풍기(17)와 제 2 송풍기(18)가 구동되어, 장치 외부의 공기가 제 1 공기 저장 섹션(15)과 제 2 공기 저장 섹션(16)에 공급된다. 이 때, 제 1 공기 저장 섹션(15) 안의 공기압이 제 2 공기 저장 섹션(16) 안의 공기압보다 높게 설정된다.
제 1 공기 저장 섹션(15)에 공급된 공기는, 제 1 공기 저장 섹션(15)내에 일시적으로 체류된 후에, 필터(13)를 거쳐 피복부 형성 섹션(3)내의 고속의 공기 스트림 영역으로 비교적 고속으로 유동하게 된다. 고속의 공기 스트림 영역은 반응 용기(1)의 상부 벽(1a)과 제 1 격벽(19)에 의해 규정된다. 공기가 고속의 공기 스트림 영역에 유입되면, 공기 스트림이 제 1 격벽(19)을 따라 수평으로 인도되면서 모재 형성 영역을 향해 부드럽게 유동한다. 동시에, 공기 스트림은 공기 전향 장치(20)에 의해 모재 형성 영역을 향해 그 유동 방향이 배향되고 공급 속도가 가속된다. 고속의 공기 스트림 영역에 유입된 공기 스트림은 모재(10)를 향해 고속의 공기 스트림으로서 인도된다. 모재(10)를 통과한 후에, 고속의 공기 스트림은 반응 용기(1)의 상부 벽(1a)을 따라 수평으로 인도되면서 유출 개구부(35a)를 통해 장치 외부로 배출된다.
한편, 제 2 공기 저장 섹션(16)에 공급된 공기는 제 2 공기 저장 섹션(16)내에 일시적으로 체류된 후에, 필터(13)를 거쳐 피복부 형성 섹션(3)내의 저속의 공기 스트림 영역으로 유동하게 된다. 저속의 공기 스트림 영역은 제 1 격벽(19)과 분리 벽(5)에 의해 규정된다. 공기가 저속의 공기 스트림 영역에 유입되면, 공기 스트림은 제 1 격벽(19)의 하부 표면과 제 2 격벽(21)의 상부 표면을 따라, 그리고 제 2 격벽(21)의 하부 표면과 분리 벽(5)의 상부 표면을 따라, 수평으로 인도되면서 하류를 향해 부드럽게 유동한다. 공기 스트림의 일부는 피복부용 버너(6)에 공급되어 피복부용 버너(6)를 냉각시키고, 이어서 피복부 형성 영역(A)에 들어간다. 그 후, 공기 스트림은, 모재 형성 영역에 대해 하류측에 배치된 제 3 격벽(23) 및 제 4 격벽(24)에 의해 그 유동 방향이 수평으로 조정되면서 유출 개구부(35a)를 통해 장치의 외부로 배출된다. 공기 스트림은 피복부용 버너(6)의 방해에 의해 부분적으로 변동될 수 있다. 그러나, 이러한 변동은 제 1 격벽(19)과 제 2 격벽(21)에 의해 최소화될 수 있다.
피복부 형성 섹션(3)내의 공기 스트림은 큰 유출력으로 장치 외부로 배출되는데, 이는 배기로(36)의 단면이 유출 개구부(35a)를 향해 점차 감소되기 때문이다. 이러한 구성에 따르면, 공기가 고속의 공기 스트림 영역과 저속의 공기 스트림 영역에서 정체되는 경향이 덜하게 될 것이다.
공기가 피복부 형성 섹션(3)내로 유동될 때, 수소(H2) 가스, 산소(O2) 가스, 아르곤(Ar) 가스 및 사염화규소(SiCl4 + GeCl4 + Ar) 가스가 가스 공급 장치로부터 중심부용 버너(7)에 공급된다. 이 가스들의 공급시에, 중심부용 버너(7)가 점화되고, 유리 입자를 함유한 화염(31)이 중심부용 버너(7)로부터 중심부 형성 영역(B)을 향해 유도된다. 화염(31) 공급의 결과로, 유리 입자는 중심부 형성 영역(B)내에 위치된 시드 막대(39)의 첨단상에 부착 및 점착된다. 승강 장치에 의해 시드 막대(39)가 회전되면서 상방으로 상승됨에 따라, 소정의 직경을 갖는 중심부(11)가 형성된다. 중심부(11)의 최외층이 중심부 형성 영역(B)내에 위치된 채, 중심부(11)가 시드 막대(39)의 축 방향으로 형성된다.
중심부(11)를 형성하는 상기 실시예에 있어서, 중심부용 버너(7)의 개구부(7a)는 중심부 형성 섹션(4)내의 공기 유동이 차단된 상태에서 중심부 형성 섹션(4)내에 수용된다. 이러한 구성에 의해, 중심부용 버너(7)로부터의 화염(31)이 공기 스트림에 의해 과도하게 변동하는 경향을 방지하며, 따라서 중심부(11)가 균일하게 형성된다. 중심부용 버너(7)를 통해 생성된 화염(31)의 방열 값이 비교적 작은 값으로 설정되기 때문에, 중심부용 버너(7)를 냉각시키기 위한 공기가 중심부용 버너(7)에 공급되지 않더라도 중심부용 버너(7)가 화염(31)에 의한 과열 때문에 녹을 가능성은 배제된다.
중심부(11)가 중심부 형성 영역(B)내에서 형성된 후 소정 시간이 지난 시점에서, 수소(H2) 가스, 산소(O2) 가스, 아르곤(Ar) 가스 및 사염화규소(SiCl4 + Ar) 가스가 가스 공급 장치로부터 피복부용 버너(6)의 대응하는 가스 채널내로 공급된다. 가스의 공급시에, 피복부용 버너(6)가 점화되고, 유리 입자를 내부에 함유한 화염(30)이 피복부 형성 영역(A)을 향해 공급된다. 화염(30) 공급의 결과로, 유리 입자가 중심부(11) 둘레에 부착 및 점착되고, 소정 직경을 갖는 피복부(12)가 중심부(11) 둘레에 형성된다. 이 방식으로, 피복부용 버너(6)와 중심부용 버너(7)로부터의 화염(30, 31)내의 유리 입자가 시드 막대(39)상에 부착되어 중심부(11)와 피복부(12)를 각각 형성한다. 중심부(11)와 피복부(12)가 겹겹이 부착된 시드 막대(39)가 회전되면서 상방으로 상승됨에 따라, 중심부(11)와 피복부(12)로 구성된 이중 원통형 구조의 모재(10)가 형성되어, 모재 수용 챔버(8) 안에 수용된다.
화염(31)이 피복부용 버너(6)로부터 피복부 형성 영역(A)을 향해 생성되는 동안, 피복부 형성 섹션(3)내의 수평의 공기 스트림은 피복부 형성 영역(A)을 통과할 때 화염(30)의 가열로 인해 열팽창하게 되고, 따라서 상승하게 된다. 그러나, 제 1 격벽(19)과 제 2 격벽(21)으로 구성된 다중 단계 격벽이 모재 형성 영역에 대해 상류 측상에 위치되어 있기 때문에, 그리고 제 3 격벽(23)과 제 4 격벽(24)으로 구성된 다중 단계 격벽이 모재 형성 영역에 대해 하류측상에 배치되기 때문에, 공기 스트림의 상승은 제 1 내지 제 4 격벽(19, 21, 23, 24)에 의해 억제된다.
또한, 제 1 격벽(19)과 제 2 격벽(21)에는 모재(10)의 본체를 부분적으로 감싸는 외형을 갖는 절단부(19a, 21a)가 각각 형성되어 있다. 이러한 구성에 따르면, 제 1 격벽(19)[또는 제 2 격벽(21)]과 모재(10) 사이의 간극이 감소되기 때문에, 간극을 통한 상류측에서의 공기의 상승이 보다 효과적으로 억제된다.
전술된 바와 같이, 제 1 내지 제 4 격벽(19, 21, 23, 24)과 절단부(19a, 21a)에 의해 공기의 상승이 억제되기 때문에 소망하지 않는 공기의 변동이 방지된다. 결과적으로, 공기 스트림의 상승 때문에 피복부용 버너(6)를 통해 생성된 화염(30)의 급격한 타오름 및 변동이 억제되어, 조밀하고 균일하게 분포된 유리 입자의 피복부(12)가 형성된다. 또한, 화염(30)의 급격한 타오름이 억제되기 때문에, 많은 양의 화염(30)이 모재 형성 영역에 도달한다. 따라서, 모재(10)의 본체 전체가 화염(30)에 의해 둘러싸여, 피복부(12)의 형성이 가속된다.
일반적으로, 모재(10)를 형성하는 데 사용되지 않은 유리 입자는 상승하는 공기 스트림과 함께 상승할 수 있다. 그러나, 이 실시예에서는 공기 스트림의 상승이 전술된 바와 같이 억제되기 때문에, 공기 상승 억제 수단을 채택하지 않는 종래의 장치와 비교하여 피복부 형성 섹션(3)의 상부 벽(1a)에 도달할 수 있는 유리 입자의 양이 감소된다. 또한, 하류측의 제 3 및 제 4 격벽(23, 24)은 하류측상에서 유리 입자의 상승을 방지하는 역할을 한다. 또한, 유리 입자가 상부 벽(1a) 근처에 도달하더라도, 상부 벽(1a) 근처 영역에서의 고속의 공기 스트림이 상부 벽(1a) 근처의 유리 입자 대부분을 배출시킨다. 따라서, 상부 벽(1a)에 부착되는 유리 입자의 양이 상당히 작으며, 상부 벽(1a)에 유리 입자가 부착되더라도, 이러한 유리 입자는 떨어져 나오기 어렵다. 상부 벽(1a)에 부착된 유리 입자가 떨어져 나온 경우에, 이런 유리 입자는 고속의 공기 스트림과 함께 장치 외부로 배출된다. 따라서, 이러한 구성에 의해, 유리 입자가 불순물로서 모재(10)에 부착될 수 있는 가능성을 억제 또는 제거한다.
상기 구성에도 불구하고 유리 입자가 하류측의 제 3 및 제 4 격벽(23, 24)에 부착되어 그로부터 떨어져 나올 경우가 참작되어야 할 것이다. 그러나, 제 3 및 제 4 격벽(23, 24)은 모재 형성 영역으로부터 충분히 이격되어 있고, 모재(10)를 형성하는 데 사용되지 않은 유리 입자는 고속의 공기 스트림에 의해 모재 형성 영역에 대해 하류로 이송된다. 이러한 구성에 의해, 모재(10)를 형성하는 데 사용되지 않은 유리 입자가 모재(10)에 부착되는 것이 방지된다.
이 방식으로, 소망하는 길이를 갖는 모재(10)가 본 발명의 장치를 사용하여 VAD 공정에 의해 형성된다. VAD 공정 후에, 모재(10)는 장치로부터 취해져 소결 공정으로 이송된다. 이 소결 공정에서는, 모재(10)의 유리 입자를 소결 및 유리화시킴으로써 모재(10)가 투광성 모재로 형성된다. 모재의 직경이 과도하게 작은 경우에는, VAD 공정에서의 새로운 피복부(12) 형성 및 소결 공정에서의 유리화를 주기적으로 반복함으로써 소망하는 직경을 갖는 투광성 모재가 제조될 수 있다. 이 실시예에 따르면, VAD 공정이 주기적으로 반복되더라도, 본 발명의 장치를 사용하여 고품질의 모재(10)가 형성될 수 있다. VAD 공정 및 소결 공정이 실행된 후에, 모재는 인발 공정에서 인발되어, 소망하는 길이와 직경을 갖는 투광성 모재가 제조된다. 이 후, 인발된 모재는 섬유 인발 공정에 의해 광섬유로 형성된다.
전술된 바와 같이, 이 실시예는 유리 입자를 부착시킴으로써 중심부(11)와 피복부(12)로 구성되는 이중 원통형 구조의 광섬유 모재를 제조하기 위한 장치에 관한 것이다. 이 장치는, 모재(10)가 형성되는 장소인 반응실(2)과, 공기가 반응실(2)의 일측부로부터 타측부까지 수평으로 유동될 수 있도록 구성된 반응 용기(1)와, 유리 입자를 함유한 화염(31)을 공기 유동 방향에서의 상류로부터 중심부 형성 영역(B)을 향해 생성함으로써 중심부(11)를 형성하기 위한 중심부용 버너(7)와, 유리 입자를 함유한 화염(30)을 공기 유동 방향에서의 상류로부터 피복부 형성 영역(A)을 향해 생성함으로써 중심부(11) 둘레에 피복부(12)를 형성하기 위한 피복부용 버너(6)와, 모재(10)의 첨단과 본체가 각각 중심부 형성 영역(B)과 피복부 형성 영역(A)내에 위치되는 형태로 모재(10)를 회전시키면서 상방으로 끌어올리기 위한 승강 기구(38)와, 반응실(2)내에서의 수평적 공기 스트림을 보장하도록 반응실(2)내에 수평으로 각각 배치되는 제 1 내지 제 4 격벽(19, 21, 23, 24)을 포함한다. 이 실시예에서 반응실(2)내로 유입되는 공기는 바람직하게는 반응실(2)내로 공급되기 전에 필터 또는 격자를 통과시킨 공기이다. 필터는 바람직하게는 고효율 분진 공기(HEPA : high efficiency particulate air) 필터이다.
상기 구성에서는, 제 1 내지 제 4 격벽(19, 21, 23, 24)에 의해 반응실(2)내의 공기 스트림을 수평적으로 보장함으로써 공기의 상승이 억제되고 과도한 공기 변동이 방지된다. 이 구성에서는 피복부용 버너(6)를 통해 생성된 화염(30)의 급격한 타오름 및 변동이 억제되기 때문에, 조밀하고 균일하게 분산된 유리 입자로 구성된 피복부(12)가 형성된다. 또한, 화염(30)의 급격한 타오름이 억제되므로, 많은 양의 화염(30)이 모재 형성 영역에 도달한다. 결과적으로, 화염(30)이 모재(10) 본체 전체를 둘러싸기 용이해져 피복부(12)의 형성을 가속시킨다.
또한, 공기의 상승이 억제되므로, 상부 벽(1a)에 부착되는 유리 입자의 양이 감소될 수 있다. 결과적으로, 상부 벽(1a)으로부터 떨어져 나오는 유리 입자가 불순물로서 모재(10)에 부착될 가능성이 낮다. 이로써, 소망하는 직경을 갖는 모재(10)가 안정적으로 또한 높은 생산성으로 제조될 수 있다. 또한, 피복부용 버너(6)상에 공기를 제공함으로써 방열 값이 높은 피복부용 버너(6)가 냉각될 수 있고, 이는 피복부용 버너(6)의 사용 수명 연장에 도움이 된다.
이 실시예에서는 반응실(2)내로 공급되는 것이 공기이지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 불활성 가스가 공급될 수 있다.
이 실시예에서는 모재(10)를 형성하는 데 2개의 버너, 즉 피복부용 버너(6)와 중심부용 버너(7)가 사용된다. 변형예로, 모재(10)를 형성하는 데 2개보다 많은 버너가 사용될 수 있다.
이 실시예에서는, 모든 격벽[제 1 내지 제 4 격벽(19, 21, 23, 24)]이 공기 상승을 억제하는 데 사용된다. 변형예로, 격벽(19, 21, 23, 24)중 적어도 하나가 공기 상승을 억제하는 데 사용될 수 있다.
구체적으로, 반응실(2)의 일측부상에 및 피복부용 버너(6) 위에 위치되는 제 1 격벽(19)과 제 2 격벽(21)중 어느 하나만이 제공될 수 있다. 이러한 변형된 구성에서는, 제 1 격벽(19) 또는 제 2 격벽(21)이 반응실(2)의 일측부상에 및 피복부용 버너(6) 위에 배치되므로, 모재 형성 영역에 대해 상류측상에 공급되는 수평적 공기가 보장된다. 결과적으로, 화염(30, 31)의 급격한 타오름 및 변동을 초래할 수 있는 공기 상승이 모재 형성 영역에 대해 공기 흐름 방향에서의 상류측상에서 억제된다. 그러나, 바람직하게는, 이 실시예에 나타낸 바와 같은 2단계 구성이 공기 상승의 억제에 효과적이다.
변형예로, 제 3 격벽(23)과 제 4 격벽(24)중 어느 하나가 반응실(2)의 타측부상에 및 피복부용 버너(6) 위에 위치될 수 있다. 이러한 변형 구성에서는, 제 3 격벽(23) 또는 제 4 격벽(24)이 반응실(2)의 타측부상에 및 피복부용 버너(6) 위에 위치되므로, 모재 형성 영역에 대해 하류측상에 공급되는 수평적 공기가 보장된다. 결과적으로, 화염(30, 31)의 급격한 타오름 및 변동을 초래할 수 있는 공기의 상승이 모재 형성 영역에 대해 공기 흐름 방향에서의 상류측상에서 억제되기 때문에, 소망하는 직경의 모재(10)가 안정적으로 또한 높은 생산성으로 제조될 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 이 실시예에 나타낸 바와 같은 2단계 구성이 공기 상승의 억제에 효과적이다.
본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 제 1 격벽(19)과 제 2 격벽(21)이 상류 측상에 위치되고 제 3 격벽(23)과 제 4 격벽(24)이 하류측상에 위치되는 상기 구조에 한정되지 않는다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 격벽(19)의 절단부(19a)와 제 2 격벽(21)의 절단부(21a)는 이 실시예에서 모재(10)의 본체를 부분적으로 감싸는 외형을 갖는다. 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 변형예로, 제 1 격벽(19), 제 2 격벽(21), 제 3 격벽(23) 및 제 4 격벽(24) 각각에 절단부가 형성될 수도 있다. 다른 변형예로, 제 1 내지 제 4 격벽(19, 21, 23, 24)중 적어도 하나에 절단부가 형성될 수도 있다.
반응실(2)내로 유입되는 공기가 수직 방향으로 서로 다른 위치에 인도되는 형태로 제 1 내지 제 4 격벽(19, 21, 23, 24)을 각각 사전 결정된 위치에 배치하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 따르면, 제 1 내지 제 4 격벽(19, 21, 23, 24)의 아래 및 위의 개별적 섹션에서 공기가 독립적으로 반응실(2)을 통과할 수 있기 때문에, 반응실(2)내의 수평적 공기 스트림이 보장될 수 있다.
본 발명에 따른 이 실시예에서의 장치에는 제 1 공기 저장 섹션(15)과 제 1 송풍기(17)를 포함하는 가스 공급 기구가 제공되는데, 이 가스 공급 기구는, 반응실(2)의 상부 벽(1a) 근처의 공기 스트림의 속도가 반응실(2)내 다른 공기 스트림의 속도보다 높게 설정되도록 구성된다. 이러한 구성에 따르면, 중심부용 버너(7)와 피복부용 버너(6)로부터의 화염(30, 31)에 함유된 유리 입자의 일부가 모재(10)를 형성하는 데 실패하고 상승하더라도, 이러한 유리 입자는 피복부 형성 섹션(3)의 상부 벽(1a)에 부착하기 전에 고속의 공기 스트림과 함께 하류로 송풍되어 장치 외부로 배출된다.
또한, 본 발명에 따른 이 실시예의 장치는, 반응실(2)의 하류측상 또는 타측부상에 위치된 배기부(35)의 단면 크기가 유출 개구부(35a)를 향하여 감소되는 구성을 갖는다. 이러한 구성에 따르면, 배기부(35)의 공기 유출력이 증가되어, 효율적인 공기 유출이 실현 가능하다. 변형예로, 배기부(35)에는 공기를 반응실(2) 외부로 강제 유출시키기 위한 공기 유출 펌프가 제공된다.
또한, 이 실시예에 따른 장치에서, 반응실(2)은 분리 벽(5)에 의해 피복부용 버너(6)를 수납하기 위한 피복부 형성 섹션(3)과, 중심부용 버너(7)를 수납하기 위한 중심부 형성 섹션(4)으로 분할된다. 이러한 구성에 따르면, 중심부용 버너(7)를 향해 유도되는 역류 공기 스트림이 배기부(35)내에 생성되더라도, 이러한 역류 공기 스트림이 중심부 형성 섹션(3)에 도달하는 것은 분리 벽(5)에 의해 차단된다. 따라서, 이러한 구성에 의해 그러한 역류 공기 스트림으로 인한 중심부용 버너(7)를 통해 생성되는 화염(31)의 변동은 억제된다.
다음으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 모재 제조 장치가 도 3을 참조하여 설명된다. 제 1 실시예에서와 동일한 제 2 실시예에서의 구성 요소는 동일한 참조 부호로 표시되고, 그에 대한 설명은 생략된다.
이 실시예에 따른 장치에는 반응 용기(51)가 제공된다. 반응 용기(51) 내부에는, 모재(10)가 형성되는 장소인 반응실(2), 공기 챔버(14), 배기부(52) 및 모재 수용 섹션(8)이 제공된다. 공기 챔버(14)는 반응실(2)의 일측부상에 규정되고, 배기부(52)는 공기 챔버(14)에 대향하여 반응실(2)의 타측부상에 규정되며, 모재 수용 섹션(8)은 반응실(2)의 상측 부분내에 규정된다. 공기 챔버(14)는 필터(13)와 반응 용기(51)의 측벽에 의해 규정된다. 필터(13)는 반응 용기(51)의 내측 표면과 전체적으로 접촉하는 방식으로, 반응 용기(51)내에 수직으로 배치된다. 배기부(52)는 반응실(2)의 다른 측벽의 중앙에 형성된 유출 개구부(35a)를 포함한다. 배기부(52)는 공기 유동 방향에 직각인 배기로(36)의 단면이 유출 개구부(35a)를 향해 감소되는 구조를 갖는다. 반응 용기(51)의 상부 벽(1a)은 공기 챔버(14)로부터 반응실(2)까지 연장되는 수평부와, 유출 개구부(35a)를 향한 하방 경사부(ramp)를 갖는다.
피복부용 버너(6)와 중심부용 버너(7)는 반응실(2) 안에 배치된다. 제 1 격벽(19)이 피복부용 버너(6) 위에 제공되고, 제 2 격벽(21)이 피복부용 버너(6) 아래에 제공된다. 제 2 격벽(21)은 피복부 형성 영역(A)에 충분히 근접한 높이에 배치된다.
제 5 격벽(53)이 제 2 격벽(21)과 중심부용 버너(7) 사이에 제공된다. 제 5 격벽(53)은 중심부 형성 영역(B)에 충분히 근접한 높이에 배치된다.
격벽(19, 21, 53) 각각은 수평 연장되도록 배치되며, 이 격벽에는 각각 호(arc) 형상 절단부(19a, 21a, 53a)가 형성된다. 절단부[19a(21a, 53a)]의 외형은 격벽[19(21, 53)]과 모재(10) 사이의 간극을 통한 공기 누출을 최소화시키도록 모재(10)의 직경에 일치한다.
제 3 격벽(23)과 제 4 격벽(24)이 제 1 격벽(19)과 제 2 격벽(21)에 대향하여 반응실(2)의 타측부상에 제공된다. 제 3 격벽(23)은 제 1 격벽(19)과 실질적으로 동일한 높이에 배치되고, 제 4 격벽(24)은 제 2 격벽(21)과 실질적으로 동일한 높이에 배치된다. 제 3 격벽(23)과 제 4 격벽(24)에는 각각 호 형상 절단부(23a, 24a)가 형성된다. 제 3 격벽(23)과 제 4 격벽(24)은 절단부(23a, 24a)가 부분적으로 모재(10)의 본체를 감싸는 위치에 배치된다. 절단부(19a, 21a, 53a)와 유사하게, 절단부[23a(24a)]의 외형은, 격벽[23(24)]과 모재(10) 사이의 간극을 통한 공기 누출을 최소화시키도록 모재(10)의 직경에 일치한다.
차단판(54)이 배기부(52)의 배기로(36)내에서의 적절한 위치에 제공된다. 차단판(54)은 배기로(36)의 하부 벽상의 중간 위치로부터 반응실(2)을 향해 수평으로 연장됨으로써, 역류 공기 스트림이 반응 용기(2)의 바닥 벽으로부터 중심부용 버너(7)를 향해 유도되는 것을 차단한다. 제 2 실시예의 기타 구성은 제 1 실시예의 구성과 동일하다.
이제, 상기 구조를 갖는 장치의 작동이 설명된다. 먼저, 시드 막대가 시드 막대의 첨단이 중심부 형성 영역(B)내에 위치되는 형태로 승강 장치로부터 현가된다. 이어서, 제 1 송풍기(17)와 제 2 송풍기(18)가 구동되어 장치 외부의 공기가 공기 챔버(14)의 제 1 공기 저장 섹션(15)과 제 2 공기 저장 섹션(16)내에 각각 공급된다. 비교적 고속의 공기 스트림이 제 1 공기 저장 섹션(15)으로부터 반응실(2)에 공급되는데 반해, 비교적 저속의 공기 스트림이 제 2 공기 저장 섹션(16)으로부터 반응실(2)에 공급된다. 이러한 구성에 따르면, 고속의 공기 스트림이 상부 벽(1a) 근처에서 유동하므로, 유리 입자가 상부 벽(1a)에 부착되는 것이 방지된다.
제 2 공기 저장 섹션(16)으로부터 반응실(2)로 공급된 공기는 반응실(2)내에서 공기 유동 방향에서의 하류를 향해 제 1 격벽(19), 제 2 격벽(21) 및 제 5 격벽(53)을 따라 수평으로 부드럽게 인도된다. 하류로 인도되는 동안, 수평적 공기 스트림의 일부는 피복부용 버너(6)와 중심부용 버너(7)로 유도됨으로써, 피복부용 버너(6)와 중심부용 버너(7)를 냉각시킨다. 또한, 피복부 형성 영역(A)과 중심부 형성 영역(B)내로 유동한 후에, 일부 공기는 반응실(2)의 하류측 또는 타측부에 위치된 제 3 격벽(23) 및 제 4 격벽(24)에 의해 수평으로 그 방향이 인도되어, 배기부(35)를 거쳐 장치 외부로 배출된다.
공기가 반응실(2)내로 공급될 때, 중심부용 버너(7)와 피복부용 버너(6)가 각각 사전 결정된 시점에서 점화되어, 유리 입자를 각각 함유하는 화염(31, 30)이 중심부 형성 영역(B)과 피복부 형성 영역(A)을 향해 각각 공급된다. 유리 입자를 시드 막대상에 부착 및 점착시키면서 시드 막대가 상방으로 끌어올려짐에 따라, 소망하는 직경을 갖는 모재(10)가 형성된다.
화염(30, 31)이 피복부용 버너(6)와 중심부용 버너(7)를 통해 피복부 형성 영역(A)과 중심부 형성 영역(B)을 향해 공급되는 동안, 반응실(2)내의 수평적 공기 스트림은 피복부 형성 영역(A)과 중심부 형성 영역(B)을 통과할 때 화염(30)의 가열에 의해 열팽창하게 되고, 결과적으로 상승하게 된다. 그러나, 이 실시예에서는, 제 1 격벽(19), 제 2 격벽(21) 및 제 5 격벽(53)으로 구성된 3단계 격벽이 모재 형성 영역에 대해 공기 유동 방향에서의 상류측에 제공되고, 제 3 격벽(23)과 제 4 격벽(24)으로 구성된 2단계 격벽이 모재 형성 영역에 대해 공기 유동 방향에서의 하류측에 제공된다. 이러한 구성에 따르면, 공기 스트림의 상승이 제 1 내지 제 5 격벽(19, 21, 23, 24, 53)에 의해 억제된다. 또한, 제 1 내지 제 5 격벽(19, 21, 23, 24, 53)에는 각각 모재(10)의 직경과 일치하는 외형을 갖는 절단부(19a, 21a, 23a, 24a, 53a)가 형성된다. 이러한 구성에 따르면, 각 격벽과 모재(10) 사이의 간극이 최소화되므로, 반응실(2) 전체에 걸친 공기의 상승이 보다 효과적으로 억제된다.
이 방식으로, 제 1 내지 제 5 격벽(19, 21, 23, 24, 53)과 절단부(19a, 21a, 23a, 24a, 53a)에 의해 공기의 상승을 억제시킴으로써 공기 스트림의 과도한 변동이 방지된다. 또한, 차단판(54)이 배기부(52)로부터 반응실(2)을 향한 역류 공기 스트림을 방지하기 때문에, 이러한 역류 공기 스트림(상승하는 공기 스트림)에 의해 발생하는 피복부용 버너(6) 및 중심부용 버너(7)로부터의 화염(30, 31)의 급격한 타오름 및 변동이 억제될 수 있다. 결과적으로, 조밀하고 균일하게 분산된 유리 입자로 구성된 피복부(12)와 중심부(11)가 형성된다. 제 2 실시예의 기타 작동은 제 1 실시예에서와 동일하다.
제 1 내지 제 5 격벽(19, 21, 23, 24, 53)은, 반응실(2)내에서 유동하는 공기의 상승을 효과적으로 억제할 수 있는 한, 허용 가능한 범위내에서 공기 유동 방향에 대해 편향될 수 있다.
또한, 전술된 실시예의 작동 및 효과는 단지 본 발명의 예시일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하지 않는다는 점이 인지되어야 할 것이다.
본 발명을 요약하면, 본 발명의 일 측면은, 중심부와 피복부로 구성된 이중 원통형 구조의 모재가 유리 입자 부착에 의해 형성되는 광섬유 모재를 제조하기 위한 장치에 관한 것이다. 이 장치는, 모재가 형성되는 장소인 반응실을 포함하는 반응 용기로서, 이 반응실이 가스를 반응실의 일측부로부터 반응실의 타측부까지 수평 방향으로 유도하도록 구성된, 반응 용기와; 유리 입자를 함유한 화염을 반응실의 일측부로부터 중심부 형성 영역을 향해 생성하여 중심부를 형성하기 위한 중심부용 버너와; 유리 입자를 함유한 화염을 반응실의 일측부로부터 피복부 형성 영역을 향해 생성하여 중심부 둘레에 피복부를 형성하기 위한 피복부용 버너와; 모재의 첨단과 본체가 각각 중심부 형성 영역과 피복부 형성 영역내에 위치되는 형태로 모재를 그 축을 중심으로 회전시키면서 상승시키기 위한 승강 기구와; 반응실내에서의 공기 상승을 억제하기 위해 반응실내 피복부용 버너 위에 배치되는 격벽을 포함한다.
상기 구성에 따르면, 피복부용 버너 위에 위치된 격벽이 반응실내에서의 공기 상승을 억제하기 때문에, 공기 상승으로 인한 버너를 통해 생성된 화염의 급격한 타오름 및 변동이 억제된다. 결과적으로, 소망하는 직경을 갖는 모재의 제조를 보장하면서 높은 생산성으로 모재를 제조할 수 있다. 또한, 반응실의 상부 벽상에 부착되는 유리 입자의 양이 상승 공기의 억제 덕분에 감소될 수 있으므로, 유리 입자가 상부 벽으로부터 떨어져 나와 불순물로서 모재에 부착될 가능성이 낮아진다. 또한, 적어도 높은 방열 값을 갖는 피복부용 버너상에 공기를 공급하여 피복부용 버너를 냉각시킴으로써 피복부용 버너의 사용 수명이 연장될 수 있다.
본 발명에서 반응실내로 공급되는 가스는 바람직하게는 필터 또는 격자를 통과한 가스이다. 이러한 필터로는 HEPA 필터를 사용하는 것이 바람직하다.
바람직하게, 격자는 수평 방향으로 배치될 수 있다. 이러한 구성에 따르면, 모재가 형성될 장소인 모재 형성 영역에 대해 가스 유동 방향에서의 하류측 및 상류측중 적어도 하나에서 가스의 수평적 스트림이 보다 효과적으로 보장된다. 결과적으로, 화염의 급격한 타오름 및 변동이 보다 효과적으로 억제될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 중심부와 피복부로 구성된 이중 원통형 구조의 모재가 유리 입자를 시드 막대상에 부착시킴으로써 형성되는 광섬유 모재를 제조하기 위한 장치에 관한 것이다. 이 장치는, 모재가 형성되는 장소인 반응실을 포함하는 반을 용기로서, 이 반응실이 가스를 반응실의 일측부로부터 반응실의 타측부까지 수평 방향으로 유도하도록 구성된, 반응 용기와; 유리 입자를 함유한 화염을 가스 유동 방향에서의 상류측으로부터 중심부 형성 영역을 향해 생성하여 중심부를 형성하기 위한 중심부용 버너와; 유리 입자를 함유한 화염을 상류측으로부터 피복부 형성 영역을 향해 생성하여 중심부 둘레에 피복부를 형성하기 위한 피복부용 버너와; 모재의 첨단과 본체가 각각 중심부 형성 영역과 피복부 형성 영역내에 위치되는 형태로 모재를 회전시키면서 상승시키기 위한 승강 기구와; 반응실의 상부 벽 근처 영역과는 다른 영역에서의 가스 유동 속도보다 빠른 속도로 상부 벽 근처 영역으로 가스를 공급하기 위한 가스 공급 기구를 포함한다.
상기 구성에 따르면, 반응실의 상부 벽 근처 영역내의 가스가 가스 공급 기구에 의해 고속으로 공급되므로, 중심부용 버너와 피복부용 버너를 통해 생성된 화염에 함유된 유리 입자의 일부는 반응실의 상부 벽에 부착되지 않고 고속의 가스 스트림과 함께 하류로 배출된다. 따라서, 반응실의 상부 벽에 부착될 수 있는 유리 입자의 양이 감소될 수 있기 때문에, 이러한 유리 입자가 상부 벽으로부터 떨어져 나와 불순물로서 모재에 부착될 가능성이 낮아진다.
본 발명의 또 다른 측면은, 중심부와 피복부로 구성된 이중 원통형 구조의 모재가 유리 입자를 시드 막대상에 부착시킴으로써 형성되는 광섬유 모재를 제조하기 위한 장치에 관한 것이다. 이 장치는, 모재가 형성되는 장소인 반응실을 포함하는 반응 용기로서, 이 반응실이 가스를 반응실의 일측부로부터 반응실의 타측부까지 수평 방향으로 유도하도록 구성된, 반응 용기와; 유리 입자를 함유한 화염을 가스 유동 방향에서의 상류측으로부터 중심부 형성 영역을 향해 생성하여 중심부를 형성하기 위한 중심부용 버너와; 유리 입자를 함유한 화염을 가스 유동 방향에서의 상류측으로부터 피복부 형성 영역을 향해 생성하여 중심부 둘레에 피복부를 형성하기 위한 피복부용 버너와; 모재의 첨단과 본체가 각각 중심부 형성 영역과 피복부 형성 영역내에 위치되는 형태로 모재를 그 축을 중심으로 회전시키면서 상승시키기 위한 승강 기구와; 반응실내에서의 공기 유동 방향을 수평으로 보장하기 위해 반응실내에서 수평으로 연장되는 격벽과; 반응실의 상부 벽 근처 영역과는 다른 영역에서의 가스 유동 속도보다 빠른 속도로 상부 벽 근처 영역으로 가스를 공급하기 위한 가스 공급 기구를 포함한다. 반응실은 피복부용 버너가 수납된 피복부 형성 섹션과, 중심부용 버너가 수납된 중심부 형성 섹션으로 분할된다.
상기 구성에 따르면, 격벽은 모재가 형성되는 장소인 모재 형성 영역에 대해 상류측상에서, 화염의 급격한 타오름 및 변동을 초래할 수 있는 공기의 상승을 억제한다. 결과적으로, 소망하는 직경을 갖는 모재의 제조를 보장하면서 높은 생산성으로 모재가 제조될 수 있다. 또한, 가스 공급 기구가 반응실의 상부 벽 근처 영역으로 고속으로 가스를 공급하기 때문에, 중심부용 버너와 피복부용 버너를 통해 생성된 화염에 함유된 유리 입자중 모재를 형성하는 데 사용되지 않고 상승할 수 있는 유리 입자가 반응실의 상부 벽에 부착되지 않고 하류로 배출된다. 이러한 구성에 따르면, 반응실의 상부 벽에 부착될 수 있는 유리 입자의 양이 감소될 수 있고, 유리 입자가 상부 벽으로부터 떨어져 나와 불순물로서 모재에 부착될 수 있다는 단점이 배제된다.
또한, 반응실이 피복부 형성 섹션과 중심부 형성 섹션으로 분할되기 때문에, 피복부 형성 영역에서의 역류 가스 스트림이 중심부용 버너를 향해 역류될 가능성이 없다. 이로써, 가스의 역류 스트림으로 인한, 중심부용 버너를 통해 생성된 화염의 변동이 감소되고, 안정적인 버너 화염으로 중심부가 형성됨으로써, 모재의 생산성이 향상된다.
이 명세서는 2002년 10월 23일에 출원된 일본 특허 출원 제 2002-308448 호에 기초하며, 일본 특허 출원 제 2002-308448 호의 내용은 본 명세서에서 참조로 인용된다.
예시적으로 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 충분히 설명되었으나, 다양한 변경과 변형이 당업자에게 명백할 것이라는 점이 이해되어야 한다. 따라서, 그러한 변경 및 변형은 다음에 한정될 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않는 한, 범위내에 포함되는 것으로 간주되어야 한다.
본 발명은, 버너를 통해 생성된 유리 입자 함유 화염의 급격한 타오름이 억제되고, 모재 형성의 가속화에 의해 생산성이 향상되며, 반응실의 벽에 부착될 수 있는 유리 입자의 양이 감소되는 광섬유 모재 제조 장치를 제공하는 효과를 갖는다.

Claims (19)

  1. 중심부와 피복부를 갖는 광섬유 모재를 제조하기 위한 장치에 있어서,
    상기 모재가 형성되는 장소인 반응실로서, 상기 반응실의 일측부로부터 타측부까지 수평 방향으로 가스를 유동시키는 구조를 갖는, 상기 반응실과,
    상기 반응실의 일측부로부터, 중심부가 형성되는 장소인 사전 결정된 중심부 형성 영역을 향해, 유리 입자를 함유한 화염을 생성하는 중심부용 버너와,
    상기 반응실의 일측부로부터, 상기 중심부 둘레에 피복부가 형성되는 장소인 사전 결정된 피복부 형성 영역을 향해, 유리 입자를 함유한 화염을 생성하는 피복부용 버너와,
    형성된 상기 모재를 그 축을 중심으로 회전시키면서 상승시키기 위한 승강 기구와,
    상기 반응실내에서의 가스의 상승을 억제하기 위해 상기 반응실내에서 상기 피복부용 버너 위에 배치되는 격벽을 포함하는
    광섬유 모재 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 격벽이 수평 방향으로 연장되는
    광섬유 모재 제조 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 격벽에는 상기 모재의 본체를 부분적으로 감싸는 형상을 갖는 절단부가 형성되는
    광섬유 모재 제조 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 격벽은 형성된 상기 모재에 대해 가스 유동 방향에서의 상류측에 배치되는
    광섬유 모재 제조 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 격벽은 상기 반응실의 상류측상에서 수직으로 상호 이격된 다수의 격벽을 포함하고, 상기 격벽중 적어도 하나는 상기 피복부용 버너 위에 배치되며, 상기 격벽중 적어도 하나는 상기 피복부용 버너와 상기 중심부용 버너 사이에 배치되는
    광섬유 모재 제조 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 격벽의 각각에는, 상기 모재의 본체를 부분적으로 감싸는 외형을 갖는 절단부가 형성되는
    광섬유 모재 제조 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    각 격벽의 절단부는 각 격벽의 대응 높이에서의 상기 모재의 직경과 일치하는 크기를 갖는
    광섬유 모재 제조 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 반응실의 폭 방향에서의 외측 단부로부터, 형성된 상기 모재를 향해 반경 방향 내측으로, 상기 반응실내의 가스를 인도하기 위한 전향 장치를 더 포함하는
    광섬유 모재 제조 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 격벽은 형성된 상기 모재에 대해 가스 유동 방향에서의 하류측에 배치되는
    광섬유 모재 제조 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 격벽은 상기 반응실의 하류측상에서 수직으로 상호 이격된 다수의 격벽을 포함하고, 상기 격벽중 적어도 하나는 상기 피복부용 버너 위에 배치되며, 상기 격벽중 적어도 하나는 상기 피복부용 버너와 상기 중심부용 버너 사이에 배치되는
    광섬유 모재 제조 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    각 격벽에는, 상기 모재의 본체를 부분적으로 감싸는 외형을 갖는 절단부가 형성되는
    광섬유 모재 제조 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    각 격벽의 절단부는 각 격벽의 대응 높이에서의 상기 모재의 직경과 일치하는 크기를 갖는
    광섬유 모재 제조 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응실의 타측부상에 배치된 배기부를 더 포함하며, 상기 배기부는 배기로의 단면이 유출 개구부를 향해 점차 감소하도록 형성되는
    광섬유 모재 제조 장치.
  14. 중심부와 피복부를 갖는 광섬유 모재를 제조하기 위한 장치에 있어서,
    상기 모재가 형성되는 장소인 반응실로서, 상기 반응실의 유입구로부터 반응실의 유출구까지 수평 방향으로 가스를 유동시키는 구조를 갖는, 상기 반응실과,
    가스 유동 방향에서의 상류측으로부터, 중심부가 형성되는 장소인 사전 결정된 중심부 형성 영역을 향해, 유리 입자를 함유한 화염을 생성하는 중심부용 버너와,
    상기 상류측으로부터, 상기 중심부 둘레에 피복부가 형성되는 장소인 사전 결정된 피복부 형성 영역을 향해, 유리 입자를 함유한 화염을 생성하는 피복부용 버너와,
    형성된 상기 모재를 그 축을 중심으로 회전시키면서 상승시키기 위한 승강 기구와,
    상기 반응실의 상부 벽 근처의 영역과는 다른 영역에서 유동하는 가스보다 빠른 속도로 유동시키는 방식으로 상기 상부 벽 근처의 영역으로 가스를 공급하기 위한 가스 공급 기구를 포함하는
    광섬유 모재 제조 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 중심부용 버너를 향한 상기 가스의 역류 스트림을 감소시키기 위해 상기 모재에 대해 상기 가스 유동 방향에서의 하류측에 배치된 차단 부재를 더 포함하는
    광섬유 모재 제조 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 반응실은 상기 피복부용 버너가 수납된 피복부 형성 섹션과, 상기 중심 부용 버너가 수납된 중심부 형성 섹션으로 분할되는
    광섬유 모재 제조 장치.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 반응실의 유출구상에 배치된 배기부를 더 포함하며, 상기 배기부는 배기로의 단면이 유출 개구부를 향해 점차 감소하도록 형성되는
    광섬유 모재 제조 장치.
  18. 중심부와 피복부를 갖는 광섬유 모재를 제조하기 위한 장치에 있어서,
    상기 모재가 형성되는 장소인 반응실로서, 상기 반응실의 일측부로부터 반응실의 타측부까지 가스를 유동시키는 구조를 갖는, 상기 반응실과,
    가스 유동 방향에서의 상류측으로부터, 중심부가 형성되는 장소인 중심부 형성 영역을 향해, 유리 입자를 함유한 화염을 생성하는 중심부용 버너와,
    상기 상류측으로부터, 상기 중심부 둘레에 피복부가 형성되는 장소인 사전 결정된 피복부 형성 영역을 향해, 유리 입자를 함유한 화염을 생성하는 피복부용 버너와,
    형성된 상기 모재를 그 축을 중심으로 회전시키면서 상승시키기 위한 승강 기구와,
    상기 가스가 상기 반응실내에서 수평 방향으로 유동하게 하기 위해 상기 반응실내에서 수평 방향으로 연장되는 격벽과,
    상기 반응실의 상부 벽 근처의 영역과는 다른 영역에서 유동하는 가스보다 빠른 속도로 유동하도록 상기 상부 벽 근처의 영역으로 가스를 공급하기 위한 가스 공급 기구를 포함하며,
    상기 반응실은 상기 피복부용 버너가 수납된 피복부 형성 섹션과, 상기 중심부용 버너가 수납된 중심부 형성 섹션으로 분할되는
    광섬유 모재 제조 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 반응실의 타측부상에 배치된 배기부를 더 포함하며, 상기 배기부는 배기로의 단면이 유출 개구부를 향해 점차 감소하도록 형성되는
    광섬유 모재 제조 장치.
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