KR100615545B1

KR100615545B1 - 광 파이버용 모재의 제조방법 및 장치

Info

Publication number: KR100615545B1
Application number: KR1020000072378A
Authority: KR
Inventors: 시마다다다카쓰; 이노우에다이; 오야마다히로시; 하타야마가즈히사; 마치다히로시; 오토사카데쓰야; 사이토후미오; 나카시마야스히로; 가미오다케시; 데라시마마사미; 아리사카이사오; 겐모치소이치로; 히라사와히데오
Original assignee: 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
Priority date: 1999-12-01
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2006-08-25
Also published as: EP1106584B1; EP1106584A2; EP1894898A3; KR20010070957A; US20050147367A1; US20020020193A1; DE60037098T2; DE60037098D1; EP1106584A3; EP1894898A2; EP1894898B1

Abstract

본 발명은 광 파이버용 모재의 제조방법에 관한 것으로, 봉 형상 재료를 지지하는 공정 및 봉 형상 재료의 폭과 지지부의 회전축의 상위(相違)를 작게 조정하는 공정을 포함한다. 봉 형상 재료를 파지(把持)하는 광 파이버용 모재의 파지장치는 중심축을 가지며, 그 중심축 둘레로 회전가능한 지지봉 및 봉 형상 재료의 축과 지지봉의 회전축의 상위를 작게 하는 조정기구를 가진다. 이로써 봉 형상 재료가 지지부와 일체가 되어 회전할 때 진동을 억제할 수 있다.

광 파이버, 모재, 봉 형상 재료, 수트 퇴적체, 유리 미분말, 파지장치, 원추형부, 오리엔테이션 플랫, 소결처리, 에칭, 진동억제기구

Description

광 파이버용 모재의 제조방법 및 장치 {METHOD FOR MANUFACTURING BASE MATERIAL FOR OPTICAL FIBER, APPARATUS THEREFOR, AND BASE MATERIAL MANUFACTURED BY THE SAME}

도 1은 지지봉에 매달린 출발부재의 회전 시에 생기는 선회(旋回; whirling) 진동 힘의 모멘트 도면이다.

도 2A 내지 2C는 지지봉에 매달린 출발부재에 약간의 굴곡이 존재하는 경우의 회전에 따른 선회 진동의 모양을 나타내는 개략 설명도이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 의한 광 파이버 모재의 제조장치를 예시한 개략 설명도이다.

도 4는 수트 퇴적체가 진동하는 모양을 나타낸 개략 설명도이다.

도 5는 수트 퇴적체의 진폭과 편파모드 분산의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 6은 수트 퇴적체의 회전 불균일과 편파모드 분산의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 7은 진동억제기구의 일례인 가이드롤러를 나타낸 개략 설명도이다.

도 8은 진동억제기구의 일례인 진동억제판을 나타낸 개략 설명도이다.

도 9A 및 9B는 진동억제기구의 일례인 가스 분출을 나타낸 개략 설명도이다.

도 10은 광 파이버 길이와 컷오프 파장, 모드 필드 직경의 관계를 나타내는 도면이다.

도 11은 평탄도의 개념을 설명하는 도면이다.

도 12는 본 발명의 실시예 5의 회전수의 시간 변화를 나타내는 그래프이다.

도 13은 비교예 2의 회전수의 시간 변화를 나타내는 그래프이다.

도 14는 실시예 7에서의 유리 미립자의 순간적인 퇴적량의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 15는 실시예 7에서의 평탄도를 나타내는 그래프이다.

도 16은 비교예 3에서의 평탄도를 나타내는 그래프이다.

도 17은 본 발명의 제2 실시형태에 의한 회전가능 구조를 나타내는 개략 설명도이다.

도 18A 및 18B는 도 17의 회전가능 구조를 확대하여 나타내고, 도 18A는 정면 단면도, 도 18B는 측면도이다.

도 19A 내지 19C는 본 발명의 제2 실시형태의 회전가능 구조에서의 회전축의 배치 예를 나타내는 개략 설명도이다.

도 20A 내지 20D는 본 발명의 제2 실시형태의 회전가능 구조를 사용한 광 파이버 제조 시의 상태를 나타내는 개략 설명도이다.

도 21A 내지 21D는 비교예의 파지 구조를 사용한 광 파이버 제조 시의 상태를 나타내는 개략 설명도이다.

도 22는 본 발명의 제3 실시형태를 적용하는 다공질 유리 모재 소결장치의 사시도를 나타낸다.

도 23은 본 발명의 제3 실시형태를 적용하는 다공질 유리 모재 소결장치의 요부 사시도이다.

도 24는 본 발명의 제4 실시형태로서 다공질 유리 모재의 현수(懸垂)기구를 나타내는 부분 단면도이다.

도 25는 본 발명의 제4 실시형태로서 다공질 유리 모재의 현수기구를 나타내는 요부 단면도이다.

도 26은 추(錐) 모양의 오목부를 형성하는 경사면과 유리봉의 측면이 이루는 각도 θ에 대한 소결 시의 최대 편심률의 상관관계를 나타내는 그래프이다.

도 27은 소결장치의 개략 설명도이다.

도 28은 광 파이버용 유리 모재의 길이방향에서의 굴절률차 △n(%)의 분포를 나타내는 그래프이다.

도 29A 내지 29C는 본 발명의 제5 실시형태로서 에칭액으로의 침수방법을 설명하는 개략 설명도이다.

도 30은 실시예 11에서의 침수속도 V(액면 상승 속도)와 유리 모재의 침수 깊이 d(침수 거리)의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 31은 광 파이버용 수트체 제조장치의 개략을 나타내는 정면도이다.

도 32는 테이퍼부 연삭기로서, 모재 잉곳의 단부를 원추형으로 가공하는 모양을 나타내는 개략 정면도이다.

도 33은 테이퍼부에 설치된 오리엔테이션 플랫을 나타내는 개략 평면도이다.

도 34는 원주 연삭기를 사용하여 모재 잉곳 직동부(直胴部)의 둘레면을 평활 하게 연삭하는 모양을 나타내는 개략 정면도이다.

도 35는 모재 잉곳 직동부의 둘레면을 평활하게 연삭하는 모양을 나타내는 개략 측면도이다.

도 36은 모재 잉곳 직동부의 둘레면을 평활하게 연삭하는 모양을 나타내는 개략 평면도이다.

도 37은 실시예 12와 비교예 10의 광학특성 측정 결과를 나타내는 표이다.

본 발명은 광 파이버용 모재의 제조방법 및 장치에 관한 것이다.

광 파이버의 제조방법으로서는 회전하면서 인상되는 출발재에 SiCl₄ 등의 원료가스를 산수소 화염으로 가수분해하여 만들어지는 SiO₂의 미분말을 퇴적시키고, 수트(soot) 퇴적체를 형성하여 다공질 모재를 얻는 VAD 방법이 있다. 또, 회전하는 출발재에 이것과 상대적으로 이동하는 버너에 의해 SiCl₄ 등의 원료가스를 산수소 화염으로 가수분해하여 만들어지는 SiO₂의 미분말을 퇴적시켜 다공질 모재를 제조하는 OVD 방법이 있다. 또한, 석영제 튜브 등의 클래드 부재 내에 원료가스를 흘려 반응·퇴적시키는 MCVD 방법 등이 알려져 있다. 그 후, 얻어진 다공질 모재를 파지(把持)기구로 파지하여 매달아 내린 상태에서 회전 시키면서 가열탈수, 유리화함으로써 광 파이버용 프리폼이 제조된다. 그 후, 프리폼의 드로잉(drawing) 공정을 거쳐 광 파이버가 얻어진다.

이들의 제조에 있어서, 출발재에 유리 미립자가 퇴적된 수트 퇴적체의 회전 시의 고유진동수는 수트 퇴적체가 성장함에 따라 고진동수에서 저진동수로 변화한다. 이 고유진동수가 회전축의 회전수의 정수배(整數倍)로 되면, 수트 퇴적체의 하단에 위치하는 성장점이 크게 진동하여 유리 미립자의 균일한 부착이 곤란해진다. 그 결과, 수트 퇴적체에 특이점이 생긴다. 이와 같은 수트 퇴적체를 유리화한 프리폼을 드로잉하여 제조한 광 파이버는 프리폼의 길이방향에서 광 파이버 특성이 안정되지 않고, 컷오프 파장이나 모드 필드 직경 등이 특이점에서 크게 변동하고, 또한 광 파이버 내를 전파하는 신호광의 편파(偏波)모드 분산이 커지는 문제가 있었다. 특히 최근 광 파이버에 의한 신호의 전송밀도가 커짐에 따라 이 편파모드 분산이 문제로 되어 있었다.

이 편파모드 분산은 이제까지의 많은 연구에서 광 파이버의 코어 내에서의 복굴절에 의한 것으로, 이 복굴절은 코어의 비원(非圓) 형상, 광 파이버에 코팅되는 피복막, 케이블의 상태 및 휨 등에 기인하는 광 파이버 내에서의 응력에 의해 일어나는 것이 판명되었다.

코어나 클래드의 형상을 비원형으로 하는 원인에는 예를 들면 제조 중의 수트 퇴적체의 진동과 회전 불균일 등을 생각할 수 있다.

그 진동의 발생에 관하여 일반적으로 봉의 상부를 파지하여 매달아 내려 회전 시킬 경우, 봉의 회전축과 이 봉의 중심축이 벗어나면 봉 하단에서 회전에 따라 크게 퍼지는 진동이 발생한다.

이것을 도 1 도 2A 내지 도 2C에서 설명한다. 도 1은 지지봉(1)의 하단부에 출발재(2)가 부착되어 매달려 있는 상태를 나타낸다. 이것은 지지봉(1)의 회전축과 출발재(2)의 중심축이 어긋나 있는 예로서, 출발재(2)의 무게중심 C에는 각속도 ω에서의 회전에 의해 원심력 Fs가 작용하고, 출발재(2)의 하단부에는 화살표로 나타낸 진동이 발생한다. 도 2A는 지지봉(1)의 하단부에 출발재(2)를 부착한 직후의 상태를 나타내고, 지지봉(1)의 회전축과 출발재(2)의 중심축선이 각도 θ 어긋나 있다. 도 2B는 지지봉(1)이 휨으로써 균형이 잡힌 상태를 나타낸다. 도 2C는 지지봉(1)의 회전에 의해 출발재(2)의 하단이 화살표 방향으로 진동하는 모양이 나타나 있다. 이와 같이 지지봉(1)의 회전축과 출발재(2)의 중심축이 어긋나 있는 경우, 강성(剛性)을 갖는 지지봉(1)이 휘고, 모멘트의 균형이 잡히는 위치에서 출발재(2)는 정지한다. 이 상태에서 회전 시키면 출발재(2)의 하단에서는 거리 S의 진동이 발생한다.

광 파이버용 모재를 제조할 때, VAD 또는 OVD 공정으로 출발재의 하단이 회전에 따라 진동한 경우, 진동폭이 작을 경우는 유리 미립자가 출발재의 중심에 대해 편심을 이루어 퇴적한다. 또, 진동폭이 클 경우는 유리 미립자 퇴적체가 둘레 방향으로 크게 선회하게 된다.

또, 유리 다공질 모재를 가열, 소결하여 투명 유리로 만들 때, 다공질 모재의 하단이 진동하고 있으면, 다공질 모재와 가열원 사이의 거리가 변동하고, 원주방향에서의 열을 받는 양이 변화한다. 그 결과, 다공질 모재 직경방향의 투명 유 리화 속도가 불균일하게 되고, 얻어진 프리폼은 이 출발재가 외경에 대해 편심을 이룬 상태로 된다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이다.

본 발명의 제1 측면(aspect)에 의하면, 광 파이버용 모재의 제조방법으로서, 봉 형상 재료를 지지하는 공정; 및 봉 형상 재료의 축과 지지부의 회전축의 상위(相違)를 작아지게 조정하는 공정을 가진다.

본 발명의 제2 측면에 의하면, 광 파이버용 모재의 제조방법으로서, 봉 형상 재료를 지지부로 지지하는 공정; 봉 형상 재료를 지지부와 일체적으로 회전 시키는 공정; 및 지지봉과 일체적으로 회전하는 봉 형상 재료의 회전방향에 수직인 방향의 운동을 규제하는 공정을 가진다.

본 발명의 제3 측면에 의하면, 봉 형상 재료를 파지(把持)하는 광 파이버용 모재의 파지장치로서, 중심축을 가지며, 그 중심축 둘레에 회전 가능한 지지봉 및 봉 형상 재료의 축과 지지봉의 회전축의 상위를 작게 하는 조정기구를 가진다.

본 발명의 제4 측면에 의하면, 봉 형상 재료를 지지하는 광 파이버용 모재의 파지장치로서, 봉 형상 재료를 파지하는 회전 가능한 지지봉 및 진동억제기구를 가진다. 그 진동억제기구는 지지봉과 일체적으로 회전하는 봉 형상 재료의 회전방향에 수직인 방향의 운동을 규제함으로써 진동을 억제한다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 따라 설명한다.

도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 의한 광 파이버 모재의 VAD 방법에 따른 제조장치를 예시한 개략 설명도이다. 도면에서 지지봉(1)이 하단에 봉 형상 재료의 하나인 수트 퇴적체(4)를 파지하고, 또한 지지봉(1)의 타단은 모터(6)에 접속된다. 지지봉(1)에 대해 진동억제기구(3)가 설치되어 있다. 모터(6)가 수트 퇴적체(4)를 파지한 지지봉(1)을 진동억제기구(3)의 규제를 받으면서 소정의 속도로 회전 시키고, 지지봉(1)에 장착된 수트 퇴적체(4)에 버너(5)로부터 유리 미립자를 부착시키고 있는 상태를 나타내고 있다.

도 4는 수트 퇴적체(4)가 회전축 R을 축으로 하여 회전하면서 중력 방향 G에 대해 거리 L만큼 진동하는 모양을 나타낸다.

본 발명자 등은 이와 같이 수트 퇴적체가 진동하면 투명 유리화 후, 드로잉하여 얻어지는 광 파이버의 편파모드 분산치가 도 5에 나타낸 바와 같이 거의 진동폭에 비례하여 커지는 것, 또 수트 퇴적체에 회전 불균일이 있으면 진동의 경우와 동일하게 광 파이버의 편파모드 분산치가 도 6에 나타낸 바와 같이 거의 회전 불균일에 비례하여 커지는 것을 발견하였다.

이와 같이 편파모드 분산치를 작게 하기 위해서는 수트 퇴적체의 진동이나 회전 불균일을 억제하는 것이 매우 효과적인 것으로 판명되었다.

또한, 도 5의 횡축은 수트 퇴적체의 직경에 대한 진동폭의 비율(%)이다. 또, 도 6의 횡축은 수트 퇴적체의 평균 회전수에 대한 회전수의 변동폭의 비율(%)이다.

진동억제기구(3)는 수트 퇴적체(4)의 성장점(成長點)에서의 진동을 억제하는 기구로서, 지지봉(1)에 직접 접촉하여 진동을 억제하는 방법과, 수트 퇴적체(4) 또 는 지지봉(1)에 가스를 분사하여 진동을 억제하는 방법이 있다. 이 실시예에 의한 진동억제기구(3)를 설치함으로써, 성장점의 진동이 억제되는 동시에 수트 퇴적체와 회전축을 맞춘 것의 고유진동수가 고진동수 측으로 변화하여 수트 퇴적체에 특이점이 생기는 것을 방지할 수 있다.

지지봉(1)에 직접 접촉하여 진동을 억제하는 방법으로서는 예를 들면 가이드롤러(11)를 설치하는 방법(도 7 참조) 또는 판재를 설치하는 방법(도 8 참조)을 들 수 있다.

가이드롤러(11)를 설치하는 방법은 도 7에 예시하는 바와 같이, 롤러지지 금속장치(12)에 장착된 한 쌍의 가이드롤러(11)의 사이를 지지봉(1)이 위쪽으로 이동할 때 성장점의 진동을 억제하도록 가이드롤러(11)를 지지봉(1)에 접촉시켜 설치하는 방법이다.

한편, 판재를 설치하는 방법은 도 8에 예시하는 바와 같이, 지지봉(1)의 직경보다 약간 큰 구멍이 뚫린 진동억제판(21)에 지지봉(1)을 통과시키고, 지지봉(1)과 구멍 사이의 틈새 부분에 테플론 등의 저마찰성이 우수한 수지로 만들어지는 장전재(裝塡材)(22)를 배치하는 방법이다. 진동억제판(21)의 형상은 지지봉의 주위에 균등하게 힘이 가해지도록 원형으로 만드는 것이 바람직하다. 또, 진동억제판(21)의 재질로서는 금속, 수지 등이 예시되고, 특히 Ni 또는 염화비닐 수지가 바람직하다.

상기 가이드롤러(11) 또는 진동억제판(21)을 설치하는 위치는 지지봉(1)의 상단과 하단 사이로서, 진동억제 효과 및 수트 퇴적체의 배출 등을 고려하여 적절 히 결정한다.

또, 회전축에 직접 접촉하여 진동을 억제하는 방법을 채용하는 경우, 회전축에 부착된 잉여 유리 미립자가 가이드롤러나 진동억제판 등의 진동억제장치에 의해 벗겨지고, 그것이 수트 퇴적체에 부착하여 거품이 될 가능성이 있으므로, 가이드롤러나 진동억제판 등의 진동억제장치의 밑에 배기구를 형성하는 것이 바람직하다.

수트 퇴적체(4) 또는 지지봉(1)에 가스를 분사하여 진동을 억제하는 방법은 예를 들면 도 9A에 나타낸 바와 같이, 가스 도입구(31)와 가스 취출구(32)를 가지는 장치를 사용하여 가스 도입구(31)를 통해 보내온 가스를 가스 취출구(32)를 통해 수트 퇴적체(4) 및/또는 지지봉(1)에 분사하는 방법이다.

사용하는 가스의 종류로서는 Ar, N₂, 공기 등을 예시할 수 있고, 특히 원재료비 면에서 공기가 바람직하다.

또, 가스를 분사하는 대상은 지지봉에 직접 접촉하여 진동을 억제하는 상기 방식과는 달리, 지지봉(1)뿐 아니라 수트 퇴적체(4)일 수도 있고, 진동억제 효과나 체임버 내 기류 등을 고려하여 적절히 결정한다.

가스를 분사하는 위치는 지지봉(1)의 주위에 균등하게 힘이 가해지도록 하면 된다. 바람직하게는 도 9B에 나타낸 바와 같이, 가스 도입구(31)와 가스 취출구(32)를 가지는 도너츠 모양의 진동억제기구를 사용한다. 즉, 진동억제기구 중앙의 공간 부분에 수트 퇴적체(4) 및 지지봉(1)이 위치하도록 배치한다. 이렇게 함으로써 수트 퇴적체(4) 또는 지지봉(1)의 주위에 균등하게 가스를 불어주는 것이 좋다.

또한, 봉 형상 재료로서의 출발재 또는 수트 퇴적체를 지지하면서 회전 시키는 지지봉의 회전 불균일을 억제하기 위해, 장치에 회전 제어기구가 설치된다.

특히, 유리 미립자의 순간적인 퇴적 속도를 크게 하였을 경우에, 회전 불균일에 의한 광 파이버용 다공질 모재의 평탄도가 악화되기 쉬워지므로, 회전 제어기구를 설치하는 것이 바람직하다.

회전 불균일을 제어하는 방법으로는 회전속도를 측정함으로써 회전 불균일을 검출하고, 회전 모터에 피드백하는 것을 예시할 수 있다. 또, 회전 변동의 횟수가 실질적으로 타겟 부재 1회전마다 정수가 아니게 하는 방법으로서는 회전 모터에 랜덤 신호를 주는 것을 예시할 수 있다.

이 실시형태에 의하면, 상기 회전속도의 변동이 순간적인 유리 미립자의 퇴적속도가 8g/분 이상일 때, 설정치에 대해 1.8% 이하이므로, 국부적인 퇴적층의 두께 변동이 전체에서 1.8% 이하가 된다. 본 발명에 있어서, 설정치에 대한 회전속도의 불균일은 설정치에 대한 최대치와 최소치의 차의 비율로 표시된다. 또한, 회전속도의 변동은

"(최대 회전수-최소회전수)/설정 회전수x100(%)"

로 나타낼 수 있다.

이 결과, 소정량의 유리 미립자를 퇴적시킨 수트 퇴적체의 표면상태는 길이방향, 직경방향으로 모두 양호한 것이 된다.

여기서 표면상태는 평탄도로 나타내어진다.

평탄도는 도 1에 나타난 바와 같이, 수트 퇴적체, 광 파이버 모재, 석영관 등의 직경방향의 단면 형상을 진원(眞圓)에 가깝게 한 경우, 그 근사 진원으로부터 벗어난 거리에 의해 나타내어진다.

도 11에서, 실제 표면이 진원에 가까운 곡선의 외측(볼록부)의 경우는 "+", 실제 표면이 진원에 가까운 곡선의 내측(오목부)의 경우는 "-"로 표시한다.

표면 평탄도가 양호한 수트 퇴적체를 투명 유리화하여 얻어지는 석영관 및 광 파이버의 진원도는 양호하고, 컷오프 파장이나 모드 필드 직경을 변동시키지도 않는다.

이하, 본 발명의 실시형태의 실시예를 제시하는데, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

회전하면서 위쪽으로 이동하는 회전축의 상단과 하단 사이에 가이드롤러를 설치한 광 파이버 모재 제조장치(도 7 참조)를 사용하여 VAD 방법으로 광 파이버 모재를 제조하였다.

그 결과, 제조된 광 파이버 모재에는 특이점이 확인되지 않았다. 또, 이 광 파이버 모재를 드로잉하여 얻어진 광 파이버의 컷오프 파장(λc)과 모드필드 직경(MFD)은 도 10에 나타낸 바와 같이 길이방향에서 안정한 특성을 나타냈다.

[실시예 2]

회전하면서 위쪽으로 이동하는 회전축의 상단과 하단 사이에 주축의 직경보다 약간 큰 구멍이 뚫린 원형 판재에 회전축을 통하게 하고, 회전축과 구멍 사이의 틈새 부분에 테플론을 장전한 광 파이버 모재 제조장치(도 8 참조)를 사용하여 VAD 방법으로 광 파이버 모재를 제조하였다.

[실시예 3]

수트 퇴적체에 그 주위에서 가스를 불어주는 광 파이버 모재 제조장치(도 7 참조)를 사용하여 VAD 방법으로 광 파이버 모재를 제조하였다.

[비교예 1]

회전하면서 위쪽으로 이동하는 회전축의 상단과 수트 퇴적체의 성장점 사이에 진동억제기구를 설치하지 않은 광 파이버 모재 제조장치를 사용하여 VAD 방법으로 광 파이버 모재를 제조하였다.

그 결과, 제조된 광 파이버 모재에는 특이점이 확인되었다. 또, 이 광 파이버 모재를 드로잉하여 얻어진 광 파이버의 컷오프 파장(λc)과 모드필드 직경(MFD)은 도 10에 나타낸 바와 같이 길이방향에서 변동하였다.

[실시예 4]

출발재를 회전 및 지지하는 샤프트인 회전축의 기울기를 조정하여, 이 기울 기를 0.2도까지 작게 한 후, VAD 방법에 의해 유리 미분말을 퇴적시켜 직경 32mm의 수트 퇴적체 코어 부재를 제조한 결과, 수트 퇴적체 선단에서의 진폭은 0.5mm 이하로 되었다. 이것을 유리화하여 코어 형상의 비원율(非圓率)을 조사해 보니 평균으로 1.2% 정도였다. 15개 연속하여 코어 부재를 제조하고, 이 코어 부재를 사용하여 광 파이버용 프리폼을 제조하였다.

이들 프리폼을 드로잉하여 얻은 광 파이버의 편파모드 분산치는 평균으로 0.10[

], 최대치로 0.17[

]이었다.

또한, 광 파이버에서의 편파모드 분산치는 광 파이버를 케이블화할 때 편파모드 분산이 증대하는 일도 있으므로 0.2[

] 이하인 것이 바람직하다.

[실시예 5]

제조장치의 출발재를 회전 및 지지하는 샤프트의 회전기구를 정밀도 높은 것으로 하여 회전축의 회전 불균일을 샤프트의 평균 회전수 20 rpm에 대해 ±0.01 rpm으로 조정한 후, VAD 방법에 의해 유리 미분말을 퇴적시켜 직경 32mm의 수트 퇴적체 코어 부재를 제조하였다(도 12 참조). 이것을 유리화하여 코어 형상의 비원율을 조사해 보니 평균으로 0.9% 정도였다. 20개 연속하여 제조한 결과, 이 코어 부재를 사용하여 제조한 광 파이버의 편파모드 분산치는 평균으로 0.08[

], 최대치로 0.15[

]이었다.

[실시예 6]

회전기구의 정밀도를 높인 실시예 5의 제조설비로 실시예 4의 제조설비와 같 이 샤프트 회전축의 중력방향에서의 어긋남을 측정한 결과 0.8도이었다. 이것을 조정하여 0.2도까지 작게 한 결과, 수트 퇴적체의 선단의 진폭은 0.5mm 이하로 되었다. 이 상태에서 직경 32mm의 수트 퇴적체 코어 부재를 제조하였다. 이것을 유리화하여 코어 형상의 비원율을 조사해 보면 평균으로 0.2% 정도였다. 이 상태에서 12개의 코어 부재를 제조하고, 이것을 사용하여 광 파이버로 만들었을 때의 편파모드 분산치는 평균으로 0.04[

], 최대치로 0.07[

]이었다.

[비교예 2]

VAD 방법에 의해 유리 미분말을 퇴적시켜 직경 32mm의 수트 퇴적체 코어 부재를 제조하였다. 이 때 출발재를 회전 및 지지하는 샤프트의 회전축이 중력방향으로부터 1.2도 어긋났으므로, 수트 퇴적체의 성장점에서 진폭 3mm의 진동을 발생시켰다. 또한, 회전축의 회전수가 평균 20 rpm에 대해 ±0.5rpm의 주기적인 변화를 일으켰다(도 13 참조). 이것을 유리화하여 코어 형상의 비원율을 조사해 보면 2%를 초과하는 것이 많았다. 이 코어 부재를 사용하여 제조한 프리폼을 드로잉하여 얻어진 광 파이버의 펀파모드 분산치는 평균으로 0.2[

], 최대치로 0.32[

]이었다. 이와 같은 편파모드 분산치에 불균일성이 있는 광 파이버로는 전술한 바와 같이 전송 밀도가 높아졌을 때 시장의 요구를 충족시킬 수 없다.

[실시예 7]

VAD 방법으로 제조한 길이 500mm, 외경 25mmΦ인 코어와 클래드의 일부를 가지는 석영계 봉 형상 타겟 부재를 준비하고, 이것을 파지기구에 부착하여 설정 회 전수 100회전/분으로 회전 시키면서 버너에 SiCl₄=10리터/분, O₂=100리터/분, H₂=50리터/분을 공급하고, 화염 속에서 생성된 유리 미립자를 버너와 타겟 부재를 상대적으로 10mm/분으로 이동시키면서 부착, 퇴적시켜 외경 150mm의 광 파이버용 다공질 모재를 얻었다. 또한, 회전 불균일은 이를 검출하고 그 신호를 회전 모터에 피드백함으로써 제어하였다.

이 때의 순간적인 유리 미립자의 퇴적량은 도 14와 같이 되었다.

실시예에서 얻어진 수트 퇴적체 표면의 평탄도를 도 15에 나타냈다.

유리 미립자의 퇴적조작 기간중의 타겟 부재의 회전 불균일을 측정한 결과, 그 변동은 최대 1.8%(99.10회전/분∼100.90회전/분)이었다.

제조한 수트 퇴적체의 표면 평탄도는 ±25㎛ 이하였다.

수트 퇴적중의 모재의 갈라짐은 15회 제조를 행하였을 때 한번도 없었다(0회).

이어서, 가열로에서 이 수트 퇴적체를 투명 유리화시켜 광 파이버용 모재로 만들었다.

투명 유리화 후의 모재 표면의 평탄도는 ±10㎛이었다.

또한, 이 모재로부터 제조한 광 파이버의 컷오프 파장과 모드 필드 직경의 변동은 2nm 및 0.009㎛로서 양호하였다.

[비교예 3]

실시예 7과 동일한 석영계 봉 형상 타겟 부재를 준비하고, 이것을 파지기구 에 부착하여 실시예 7과 동일한 설정 회전수, 가스 조건에서 버너와 타겟 부재를 상대적으로 10mm/분으로 이동시키면서 화염 속에서 생성된 유리 미립자를 부착, 퇴적시켜 외경 150mm의 광 파이버용 다공질 모재를 얻었다. 또한, 비교예에서는 회전 불균일의 제어는 행하지 않았다.

이 때의 순간적인 유리 미립자의 퇴적량은 실시예와 동등하였다.

수트 퇴적중의 타겟 부재의 회전 불균일을 측정한 결과, 그 변동은 최대 2.0%(99회전/분∼101회전/분)이었다.

비교예에서 얻어진 수트 퇴적체 표면의 평탄도를 도 16에 나타낸다.

제조한 수트 퇴적체의 표면 평탄도는 ±125㎛ 이상이었다.

유리 미립자 퇴적중의 모재의 갈라짐은 15회 제조를 행하였을 때 2회 발생하였다.

다음으로, 가열로에서 이 수트 퇴적체를 투명 유리화시킨 광 파이버용 모재 표면의 평탄도는 ±60㎛이었다.

또한, 이 모재로 제조한 광 파이버의 컷오프 파장과 모드 필드 직경의 변동은 40nm 및 0.105㎛로서 실용에 견딜 수 없었다.

또한, 이들 실시예에 있어서는 VAD 방법에 의한 케이스를 예로 들었으나 OVD 방법이나 MCVD 방법으로도 동일하다.

이 실시형태의 광 파이버 모재의 제조장치는 수트 퇴적체 선단의 진동을 억제하는 동시에, 수트 퇴적체와 회전축을 결합한 것의 고유진동수를 고진동수 측으로 변화시켜 수트 퇴적체에 특이점이 생기는 것을 방지하고 있다. 또한, 코어 부 재 제조공정에 있어서, 코어 형상의 비원형률을 크게하는 요인을 억제함으로써, 편파모드 분산이 작은 광 파이버가 얻어지는 프리폼을 제조할 수 있다.

또, 본 실시형태에 의하면, 봉 형상 타겟 부재의 회전속도가 설정치에 대해 변동폭이 작으므로, 국소적인 퇴적층 두께의 변동이 억제된다.

그래서, 유리 미립자를 퇴적하는 동안에 갈라짐이 발생하지 않고, 평탄도가 양호한 유리 미립자 퇴적체를 제조할 수 있다.

또한, 표면 평탄도가 양호한 수트 퇴적체를 투명 유리화한 광 파이버용 모재로 제조한 광 파이버 표면의 진원도는 양호하고, 컷오프 파장이나 모드 필드 직경을 변동시키는 일도 없다.

또, 도 17은 본 발명의 제2 실시형태로서, 회전하는 지지봉(1)의 아래쪽에 회전가능구조(43)가 설치되고, 또 그 아래쪽에 회전가능한 접속부재(44)가 장착되어 있다. 이 접속부재(44)에는 봉 형상 재료의 일례인 출발재(2)가 장착되어 있다. 회전가능구조(43)를 확대하여 도 18A 및 도 18B로 나타낸다. 도 18A는 정면도이고, 도 18B는 측면도이다. 도 18A 및 도 18B에 예시하는 회전가능구조(43)는 회전축(45)을 구비하고, 아래 쪽으로 매달린 출발재(2)를 화살표 방향으로 회전가능하게 한다. 또한 이들 도면에 예시하는 접속부재(44)는 회전축(46)을 구비하고, 출발재(2)를 회전가능구조(43)의 회전방향과는 다른 방향으로 회전가능하게 한다. 단, 실시형태는 반드시 이것에 한정되지 않으며, 회전가능구조(43)에 의한 한 방향으로 회전가능하게 해도 된다. 바람직하게는 도 18A 및 도 18B에 도시한 바와 같이 접속부재(44)가 회전축(47)에 의해 출발재(2)를 회전가능하게 한다.

도 19A 내지 19C는 본 실시형태의 회전가능구조에서의 회전축의 배치예를 나타내는 개략 설명도이다.

도 19A는 지지봉(1)의 중심축(a, a')에 수직인 동일평면 상에 회전축을 2축이 서로 직교하도록 배치(동일평면 2축)한 예이다.

도 19B는 지지봉(1)의 중심축(a, a')에 수직인 두 평면 상에 각각 회전축을 2축이 서로 직교하도록 배치(2평면 4축)한 예이다.

도 19C는 지지봉(1)의 중심축(a, a')과 직교하는 회전축을 중심축(a, a') 방향으로 소정의 거리를 두고 배치한 수직방향 2축 예로서, 양 회전축이 만드는 각도가 360÷2n(n=축 수)이 되도록 배치된다.

이하, 본 실시형태를 실시예, 비교예에 따라 더욱 상세히 설명한다.

[실시예 8]

VAD 방법으로 출발 로드를 도 20A에 나타낸 바와 같이 지지봉에 접속하였다. 이 때의 회전가능구조의 회전축 배치는 도 19A에 나타낸 동일평면 2축 구조를 사용하였다.

매분 10회전으로 출발 로드(46)를 회전 시킨 결과, 출발 로드(46)의 하단에 진동은 확인되지 않았다. 이어서 2개의 버너(5)에 결합하여 O₂=10SLM, H₂=20SLM, SiCl₄=1.5SLM의 연료 가스 및 유리 원료를 공급하고, 생성된 유리 미립자를 출발 로드(46)에 퇴적시키면서 매분 1.0mm의 드로잉 속도로 출발 로드(46)를 드로잉하여 전장 500mm, 외경 25mm의 유리 미립자 다공질 모재(48)를 얻었다.

이 다공질 모재(48)를 도 20C에 나타낸 투명 유리화 장치에 장착된 지지봉(1)에 접속하고, 가열장치(49)로 가열하여 투명 유리화하고, 스텝핑 디스트형 싱글모드 광 파이버용 프리폼(40)을 얻었다. 이 때의 회전가능구조(3)의 회전축 배치는 도 19A에 나타낸 동일평면 2축 구조를 사용하고, 회전 시의 진동폭은 0.01mm 이하였다.

이어서, 얻어진 프리폼(40)을 도 20D에 나타낸 광 파이버 드로잉장치에 장착된 지지봉(1)에 접속하여 매달았다. 회전가능구조(43)의 회전축 배치는 동일평면 2축 구조를 사용하고, 프리폼(40)의 수선(垂線)에 대한 경사는 1/1000 이하였다.

이 프리폼(40)을 드로잉하여 얻어진 광 파이버의 편심은 외경 125㎛에 대해 0.0125㎛로서 실용상 충분히 작은 값이었다. 또한, 이 광 파이버를 전기 방전으로 융착 접속하였을 때의 접속부의 전송 손실은 접속점 1개소당 0.005db/km 이하로 양호하였다.

[실시예 9]

VAD 방법으로 실시예 8과 동일하게 하여 전장 700mm, 외경 45mm의 유리 미립자 다공질 모재를 얻었다. 또한, 버너는 3개를 합쳐 사용하여 O₂=30SLM, H₂=60SLM, SiCl₄=4.5SLM의 연료 가스 및 유리 원료를 공급하였다.

이 다공질 모재를 도 20C에 나타낸 투명 유리화 장치에 장착된 지지봉에 접속하고, 가열장치로 가열하여 투명 유리화하고, 스텝 인덱스형 싱글모드 광 파이버용 코어 로드를 얻었다. 이 때의 회전가능구조의 회전축 배치는 도 19C에 나타낸 수직방향 2축 구조를 사용하고, 회전 시의 진동폭은 0.01mm 이하였다.

이어서, 도 20B에 나타낸 OVD 방법의 장치에 장착된 지지봉에 이 코어 로드를 접속하고 매달았다. 이 때의 회전가능구조의 회전축 배치는 도 19B에 나타낸 2평면 4축 구조로 하였다. 코어 로드를 매분 10회전으로 회전 시킨 결과 코어 로드 하단에서의 진동은 확인되지 않았다.

이 코어 로드에 1개의 버너로 O₂=30SLM, H₂=60SLM, SiCl₄=5SLM의 연료 가스 및 유리 원료를 공급하여, 생성한 유리 미립자를 퇴적시키면서 매분 300mm의 빠르기로 버너와 코어 로드를 상대적으로 왕복이동시켜 전장 700mm, 외경 100mm의 유리 미립자 다공질 모재를 얻었다.

이 다공질 모재를 도 20C에 나타낸 투명 유리화 장치에 장착된 지지봉에 접속하고, 가열장치로 가열하여 투명 유리화하고, 스텝 인덱스형 싱글모드 광 파이버용 프리폼을 얻었다. 이 때의 회전가능구조의 회전축 배치는 동일평면 2축 구조를 사용하고, 회전 시의 진동폭은 0.01mm 이하였다.

이어서, 얻어진 프리폼을 도 20D에 나타낸 광 파이버 드로잉장치에 장착된 지지봉에 접속하여 매달았다. 회전가능구조의 회전축 배치는 마찬가지로 동일평면 2축 구조로 하고, 프리폼의 수선에 대한 경사는 1/1,000 이하였다.

이 프리폼(40)을 드로잉하여 얻어진 광 파이버의 편심은 외경 125㎛에 대해 0.0120㎛로서, 실용상 무시할 수 있는 정도로 충분히 작은 값이었다. 또한, 이 광 파이버를 전기 방전으로 융착 접속하였을 때의 접속부의 전송 손실은 접속점 1개소 당 0.005db/km 이하로 양호하였다.

[비교예 4]

VAD 방법으로 실시예 8과 동일하게 하여 얻은 유리 미립자 다공질 모재를 도 21A에 나타낸 종래의 파지장치를 사용하여 도 21C에 나타낸 투명 유리화 장치의 지지봉에 접속하여 매달았다. 이 때의 다공질 모재의 하단에서의 회전 시 진동폭은 2.5mm이었다. 다음으로, 이 다공질 모재를 가열하여 투명 유리화하고, 스텝 인덱스형 싱글모드 광 파이버용 프리폼을 얻었다. 그 후, 실시예 8과 동일한 드로잉 조건으로 선 드로잉을 행하고(도 21D 참조), 얻어진 광 파이버의 편심은 외경 125㎛에 대해 1.0㎛로 컸다. 또한 이 파이버를 전기방전으로 융착 접속하였을 때 접속부의 전송 손실은 접속점 1개소당 0.35db/km로 매우 커서 통상의 데이터 전송로에 사용할 수 없었다.

[비교예 5]

VAD 방법으로 실시예 9와 동일한 조건으로 얻은 유리 미립자 다공질 모재를 실시예 9의 조건에서 가열하여 투명 유리화하고, 스텝 인덱스형 싱글모드 광 파이버용 코어로드를 얻었다.

이어서, OVD 방법의 장치에 이 코어 로드를 종래의 파지장치를 사용하여 지지봉에 접속하여 매달았다(도 21B 참조). 코어 로드를 매분 10회전으로 회전 시킨 결과, 코어 로드 하단의 진동은 15mm이었다. 이 코어 로드에 실시예 9와 동일한 제조 조건으로 유리 미립자를 퇴적시켜 전장 700mm, 외경 100mm의 다공질 모재를 얻었다.

이 다공질 모재를 실시예 9의 조건에서 가열하여 투명 유리화하여 얻은 스텝 인덱스형 싱글모드 광 파이버용 프리폼을 실시예 9의 조건에서 선 드로잉하여 얻어진 광 파이버의 편심은 외경 125㎛에 대해 1.3㎛로 컸다. 또한 이 파이버를 전기 방전으로 융착 접속하였을 때 접속부의 전송 손실은 접속점 1개소당 0.4db/km로 매우 커서 통상의 데이터 전송로에 사용할 수 없었다.

[비교예 6]

VAD 방법으로 실시예 9와 동일한 조건으로 얻은 유리 미립자 다공질 모재를 실시예 9와 동일한 조건에서 가열하여 투명 유리화하여 스텝 인덱스형 싱글모드 광 파이버용 코어로드를 얻었다.

이어서, 도 21B에 나타낸 OVD 방법의 장치에 장착된 지지봉에 이 코어 로드를 접속하여 매달았다. 이 때의 회전가능구조의 회전축 배치는 동일평면 2축 구조이며, 회전축과 회전축의 각도는 끼인 각(挾角)으로 30°이었다. 코어 로드를 매분 10회전으로 회전 시킨 결과, 코어 로드 하단의 진동은 10mm이었다. 이 코어 로드에 실시예 9와 동일한 제조 조건으로 유리 미립자를 퇴적시켜 전장 700mm, 외경 100mm의 다공질 모재를 얻었다.

이 다공질 모재를 실시예 9의 조건에서 가열하여 투명 유리화하여 얻은 스텝 인덱스형 싱글모드 광 파이버용 프리폼을 실시예 9의 조건에서 선 드로잉하여 얻어진 광 파이버의 편심은 외경 125㎛에 대해 1.1㎛로 컸다. 또한 이 파이버를 전기 방전으로 융착 접속하였을 때 접속부의 전송 손실은 접속점 1개소당 0.38db/km로 매우 커서 통상의 데이터 전송로에 사용할 수 없었다.

이 실시형태의 파지방법, 장치를 광 파이버의 제조에 적용하였을 경우, OVD 방법 또는 VAD 방법으로 출발재를 파지하고, 회전 시키면서 유리 미립자를 출발재에 퇴적시켜 유리 다공질 모재를 제조할 때, 출발재의 하단에 회전에 따른 진동이 발생하지 않으므로, 유리 미립자가 출발 로드의 중심축에 대해 편심을 이루어 퇴적되지 않는다. 또, 유리 미립자 최적체가 둘레 방향으로 크게 선회하여 위험한 상태에 빠지지 않고, 유리 미립자를 퇴적하는 동안에 장치의 운전을 중지하는 일도 없다.

그리고, 유리 미립자가 출발 로드의 중심에 대해 편심을 이루지 않고 퇴적되므로, 유리 다공질 모재를 가열하여 투명 유리화한 광 파이버용 모재(프리폼)의 광 전송 코어부는 모재 외주에 대해 편심이 매우 작다.

이 결과, 제조한 광 파이버는 코어가 편심을 이루는 것에 기인하는 접속부의 신호강도 손실을 충분히 억제할 수 있고, 편파 분산특성도 양호하다.

또한, 도 22는 본 발명의 제3 실시형태를 적용하는 다공질 유리 모재 소결장치의 사시도를 나타낸다.

다공질 유리 모재 소결장치(51)는 도 22에 나타낸 바와 같이 외주에 가열로(75)가 배치된 석영 재질의 반응용기(74)를 가진다. 반응용기(74)의 상부에는 중앙에 구멍이 뚫린 커버(72)가 씌워져있다. 이 구멍에는 반응용기(74) 속으로 삽입된 봉 형상 재료의 일례인 다공질 유리 모재(71)를 매달고 있는 조인트(joint)(60)가 접속된 지지봉(62)이 관통하고 있다. 지지봉(62)의 상단은 지지봉(62)을 회전 시키는 모터(61)에 연결되어 있다. 모터(61)는 소결 시에는 지 지봉(62)을 회전 시키면서 강하시키는 것이다.

조인트(60)는 상측 클램프(clamp)(63), 하측 클램프(68), 및 볼(64)로 되어 있다. 상측 클램프(63) 하단의 만곡된 포크엔드(fork end)가 볼(64)을 끼워 넣고 있다. 상측 클램프(63)의 포크엔드와 사교(斜交) 상태로 배치된 하측 클램프(68)의 포크엔드도 볼(64)을 끼워 넣고 있다. 밴드형 조인트 고정체결구(65)의 일단에 형성된 구멍에 톱니형(67)을 가진 타단이 삽입되고, 양쪽의 포크엔드에 걸쳐 조인트 고정체결구(65)가 둘러싸고 있다. 톱니형(67)에 맞물려 조인트 고정체결구(65)를 체결하는 나사(66)가 장착되어 있다. 조인트 고정체결구(65)에 의해 상측 클램프(63)와 하측 클램프(68)가 고정된다.

상측 클램프(68)의 하단에는 모재(71)의 중심축과 모터(61)의 회전축의 수평방향의 어긋남을 일치시키는 XY 스테이지(70)가 설치되어 있다. XY 스테이지는 도 23에 나타낸 바와 같이 모재(71)를 파지하는 X 방향 이동용 링(82)과 그 외측에서 X 방향 이동용 링(82)을 파지하는 Y 방향 이동용 링(83)을 가지고 있다.

X 방향 나사결합봉(85)이 X 방향 이동용 링(82)과 Y 방향 이동용 링(83)을 나사결합하고 있다. X 방향 가이드봉(84)이 X 방향 이동용 링(82)에 관통해 있고, X 방향 가이드봉(84)의 양단은 Y 방향 이동용 링(83)에 고정되어 있다.

Y 방향 나사결합봉(87)이 Y 방향 이동용 링(83)과 하측 클램프(63)를 나사결합하고 있다. Y 방향 가이드봉(86)이 Y 방향 이동용 링(83)에 관통해 있고, Y 방향 가이드봉(86)의 양단은 하측 클램프(68)에 고정되어 있다.

반응용기(74)의 측면에 있고 다공질 유리 모재(71)의 대경 부분의 상단 근방 높이의 위치에 레이저 거리측정계(77)에 접속한 레이저 광원(78)과 수광기(受光器)(79)가 배치되어 있다. 또, 모재(71)의 대경 부분의 하단 근방 높이의 위치에도 동일하게 별도의 레이저 광원(78)과 수광기(79)가 배치되어 있다.

반응용기(74)의 바닥 근방에 염소가스와 헬륨가스의 혼합가스 도입관(76)이 배치되고, 반응용기(74)의 상단 근방에 배기관(73)이 배치되어 있다.

이 다공질 유리 모재 소결장치(51)는 이하와 같이 사용한다.

우선, 모드(61)의 구동에 의해 다공질 유리 모재(71)를 회전 시킨다. 두 개의 레이저 거리측정계(77)를 사용하여 삼각측량 원리에 의해 거리를 산출한다. 이 거리로부터 모재(71)의 진폭이 산출된다. 2개소에서 측정한 거리가 모재(71)의 회전중에 주기에 맞추어 변화하고 있으면 다공질 유리 모재(71)의 중심축과 모드(61)의 회전축이 축방향 또는 수평방향으로 어긋나고 있는 것을 알 수 있다.

어긋나고 있을 때에는 모터(61)의 구동을 정지하고 어긋남을 바로 잡는다.

다공질 유리 모재(71)의 중심축과 모터(61)의 회전축이 축방향으로 어긋나고 있을 때, 즉 모재(71)의 중심축의 모터(61)의 회전축에 대한 기울기가 어긋나고 있을 때에는 조인트 고정체결구(65)가 가지는 나사(66)를 돌려 조인트 고정체결구(65)를 이완시키고 모재(71) 중심축의 축방향의 어긋남을 바로 잡은 후, 나사(66)를 반대로 돌려 조인트 고정체결구(65)를 체결하고, 상측 클램프(63)와 하측 클램프(68)를 다시 바짝 조여 고정시킨다.

다공질 유리 모재(71)의 중심축과 모터(61)의 중심축이 수평방향에서 어긋나고 있을 때에는 XY 스테이지(70)의 X 방향 나사결합봉(85)을 회전 시켜 X 방향 이 동용 링(82)을 이동시키거나, Y 방향 나사결합봉(87)을 회전 시켜 Y 방향 이동용 링(83)을 이동시킴으로써 모재(71) 중심축의 수평방향 어긋남을 바로 잡는다.

다시 모터(61)를 구동시켜 레이저 거리측정계(77)에 의해 다공질 유리 모재(71)의 상하 2개소에서의 거리를 측정하고, 모재(71)의 중심축과 모터(61)의 회전축의 상위를 산출한다. 모재(71)의 중심축과 모터(61)의 회전축이 일치하여 어긋남이 없어질 때까지, 즉 산출된 거리로부터 유도되는 모재(71)의 진폭이 모재(71)의 외경과 일치할 때까지 어긋남의 수정을 반복하여 행한다.

어긋남이 없어지고, 모재(71)의 중심축과 모터(61)의 회전축이 수평방향 및 축방향에서 일치하였을 때 소결을 개시한다. 혼합가스 도입관(76)으로부터 염소가스와 헬륨가스를 반응용기(74) 속으로 도입한다. 배기관(73)에 연결되어 있는 배기팬(도시되지 않음)을 구동시켜 배기를 개시한다. 가열로(75)에 의해 다공질 유리 모재(71)를 약 1500℃로 가열한다. 모터(61)를 구동시키고, 다공질 유리 모재(71)를 회전 시키면서 하강시킨다. 다공질 유리 모재(71)가 가열원(75)을 통과하면 소결되고 탈수 및 투명 유리화된다.

또한, 다공질 유리 모재(71)의 바닥까지 삽입한 후 상승시킴으로써 가열원(75)을 통과시켜도 된다.

[실시예 10]

상기 실시예에 따라 외측형 증착법에 의해 제조한 직경 200mm, 길이 2000mm의 다공질 유리 모재 50개를 조인트에 장착할 때마다 어긋남의 수정을 행한 후, 소결한 결과 소결 후의 편심률은 평균 0.04%, 최대 0.11%로서 매우 적고 만곡된 것은 없었다.

[비교예 7]

비교를 위해 어긋남의 수정을 행하지 않은 것 이외에는 동일한 방법으로 모재를 50개 소결한 결과, 편심률은 평균 0.12%, 최대 0.32%로서 버너 등으로 수정할 필요가 있는 만곡을 가지는 것이 26개이었다.

이상, 상세히 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 다공질 유리 모재 소결장치를 사용하면 편심이나 만곡을 일으키지 않고 다공질 유리 모재를 소결할 수 있다. 소결 후에 드로잉하여 얻어진 광 파이버는 편심률이 작고, 접속 손실도 작다. 또, 코어부와 클래드부의 두께 비 및 광 파이버 특성이 균일하여 고품질이다.

또한, 도 24는 본 발명의 제4 실시형태를 적용하는 다공질 유리 모재를 매다는 현수기구(懸垂器具)의 실시예를 나타내는 부분 단면도이다.

다공질 유리 모재의 현수기구(91)는 튜브형으로서, 그 상부에 샤프트(93)를 가진다. 샤프트(93)는 장치(92)에 연결되어 있다. 장치(92)는 예를 들면 다공질 유리 모재를 회전 시키면서 승강시키는 모터이다.

이 현수기구(91)의 튜브(94)에는 튜브(94)의 내경보다 약간 작은 외경을 갖는 봉 형상 재료의 일례로서 유리봉(95)이 약간의 여유를 가지고 삽입되어 있다. 유리봉(95)의 한 측면에는 밑으로 갈수록 깊은 추 모양의 오목부(96)가 형성되어 있다.

현수기구(91)의 요부 단면도인 도 25에 나타낸 바와 같이, 튜브(94)의 측면에는 튜브(94)의 내벽면을 일부 깎아내어 중공을 뚫고 두 개의 구멍(101)을 형성한 다. 원기둥의 한 측면에 평탄면(100)을 가지는 기둥형 핀(97)이 구멍(101)에 삽입되어 튜브(94)를 관통한다. 튜브(94)의 내벽면과 추형 오목부(96) 사이의 틈에 이 핀(97)이 끼워져 있다. 핀(97)의 평탄면(100)은 추형 오목부(96)를 형성하는 경사면(99)에 각도를 정합시켜 면 상태로 접촉하고, 한편 핀(97)의 원호상 외주가 튜브(94)의 구멍(101)의 내주면(98)과 선접촉한다. 추형 오목부(96)의 마주보는 면에 위치하는 유리봉(95) 측면이 튜브(94)의 내벽면과 선형으로 접촉한다.

유리봉(95)의 하단에는 다공질 유리 모재(102)가 동축상에 접촉한다. 다공질 유리 모재(102)는 이 현수기구(91)를 거쳐 장치(92)에 매달린다.

이 다공질 유리 모재의 현수기구(91)는 다공질 유리 모재(102)를 소결할 때, 이하와 같은 방법으로 사용된다.

우선, VAD 방법에 의해 형성한 코어 로드의 외주에 OVD 방법으로 유리 미립자를 퇴적시켜 직경 약 260mm, 길이 약 1200mm, 중량 50kg인 다공질 유리 모재(102)를 제조한다.

유리봉(95)의 측면을 연마기로 깎고, 밑으로 갈수록 깊어진 추 모양 오목부(96)를 형성한다. 이 유리봉(95)의 하단에 다공질 유리 모재(102)를 동축상으로 용접한다.

튜브(94)의 구멍(101)에서 추형 오목부(96)를 관통해 볼 수 있게 될 때까지 이 유리봉(95)을 현수기구(91)의 튜브(94)에 삽입한다. 평탄면(100)과 추형 오목부(96)의 경사면(99)이 거의 평행이 되는 방향으로 하면서 핀(97)을 구멍(101)을 통해 삽입하고, 튜브(94)의 내벽면과 추형 오목부(96) 사이의 틈을 꿰뚫고 또 하나 의 구멍(101)까지 관통시킨다.

다음에, 현수기구(91)의 샤프트(93)를 모터(92)에 연결하고, 유리봉(95)을 매단다. 그러면 핀(97)의 평탄면(100)과 추형 오목부(96)의 경사면(99)이 면 상태로 접촉한다.

유리봉(95)의 자중(自重)이 핀(97)의 평탄면(100)으로 밀려 가해진다. 이 평탄면(100)에서 핀(97)으로는 하향하는 짝힘(偶力)이 걸린다. 그러면 핀(97)과 현수기구(91)의 튜브(94)에 있는 구멍(101)의 내주면(98)의 접점에서 핀(97)에는 튜브(94)를 밀어 올리는 짝힘이 작용한다. 그 분력의 반작용에 의해 추형 오목부(96)와 마주보게 위치하는 유리봉(95) 측면이 대치하고 있는 현수기구(91)의 내벽면을 선형으로 접촉하면서 강압한다. 그 결과 생기는 마찰에 의해 현수기구(91)와 유리봉(95)은 고정된다.

모터(92)의 회전축과 유리봉(95)의 회전축을 일치시키고, 또한 이 회전축 방향을 수직방향으로 향하게 한다. 주위에 가열로가 배치되어 있는 노심관(爐心管)(도시하지 않음)으로 다공질 유리 모재(102)를 삽입한다. 모터(92)의 구동에 의해 다공질 유리 모재를 회전 시키면서 강하한다. 유리봉(95)과 현수기구(91)가 고정되어 있고, 다공질 유리 모재(102)의 회전축이 수직방향을 향하고 있으므로, 모재(102)는 선회하지 않고 회전한다. 모재(102)는 하단으로부터 차례로 가열로를 통과시킴으로써 소결된다.

상기 실시형태에 따라 추형 오목부(96)의 경사면(99)과 유리봉(95)의 측면으로 이루어지는 각도 θ가 서로 다른 15개의 유리봉(95)을 사용하여 각각 다공질 유 리 모재(102)를 소결하였다. 다공질 유리 모재(102)마다 길이방향에서의 코어 중심위치와 코어를 에워싸는 클래드의 중심위치의 어긋남을 측정하였다. 소결 후의 평균 외경에 대한 어긋남의 최대치의 비, 즉 최대 편심률을 산출하였다. 각도 θ와 최대 편심률의 상관관계를 도 26에 나타낸다.

이 각도 θ가 40° 이하이면 최대 편심률을 약 0.3%로 억제할 수 있다. 최대 편심률이 이 범위에 있으면 광 파이버로 유도하였을 때의 접속 손실은 무시할 정도로 매우 적다. 이 각도 θ가 50° 이상이면 최대 편심률이 급격히 커지고, 광 파이버로 유도하였을 때의 접속 손실이 커진다.

또한, 이 현수기구를 사용하여 소결 시에 다공질 유리 모재를 매다는 예에 관하여 나타내었으나 VAD 방법에 의해 형성되고 있는 다공질 유리 모재를 매달아도 된다.

이상, 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시형태의 다공질 유리 모재의 현수기구를 사용하면, 다공질 유리 모재에 접속된 유리봉을 확실하고도 간편하게 파지하고, 이 모재를 선회하지 않고 회전시킬 수 있다. 따라서 편심을 이루지 않고 다공질 유리 모재의 소결 등의 가열처리를 실시할 수 있다. 이 모재로부터 접속 손실이 없는 고품질의 광 파이버를 얻을 수 있다.

또한, 길이를 길게 한 다공질 유리 모재를 소결하는 공정에 있어서, 바람직하게는 다공질 유리 모재의 선단을 가열구역(heating zone) 부근까지 가지고 간 상태에서 노심관의 가열구역이 소결온도에 도달한 후, 그 위치에서 소정 시간 대기시킨다. 이에 따라, 소결 스타트측의 다공질 유리 모재 선단부의 처리를 미리 진행 시켜 두고, 다공질 유리 모재의 소결처리를 개시함으로써 다공질 유리 모재의 소결 스타트 측에서의 처리상 불균일성을 없앨 수 있다.

본 발명자들은 노심관의 가열구역이 소결처리 온도에 도달한 후, 소정 시간 경과 후, 다공질 유리 모재를 가열구역으로 이동하여 소결처리를 개시하는 데 있어서, 상기 소정 시간(경과시간) T의 바람직한 수치가 노심관의 내경, 길이, 용적, 및 처리되는 다공질 유리 모재의 외경, 직동부의 길이에 따라 다른 것을 발견하고, 경과시간 T가 식: T ≥π(R²L - r²l)/4Q를 만족시키도록 설정함으로써 소결처리 시에 발생하는 문제를 해결하였다.

또, 소결로의 가열구역이 소결온도에 도달한 후, 이 온도로 소정 시간 유지하고, 소결로 내의 분위기 가스가 Ar 등의 처리가스로 충분히 치환되고, 처리가스가 다공질 유리 모재의 코어부까지 충분히 도달한 후, 다공질 유리 모재의 가열구역으로의 이동을 시작하고 소결처리가 이루어진다.

상기 소결처리 결과, 종래에 소결처리가 불충분하였던 소결 스타트 측에 있어서도 처리온도에 도달하고 나서 충분한 시간을 두고 다공질 유리 모재의 이동을 시작하므로 길이방향에 걸쳐 처리 불균일성이 적어지고, 특성이 안정적인 광 파이버용 유리 모재의 제조가 가능하게 되었다.

[실시예 11]

도 27에 나타낸 소결장치를 사용하여 대형 다공질 유리 모재의 소결을 행하였다.

도 27에 나타낸 소결장치는 현수기구(114), 흡입밸브(115), 배출밸브(116), 압력계(117)를 가진다. 먼저, 노심관(112) 내에 대형 다공질 유리 모재(111)를 장착한 후, 노심관(112)의 온도를 올리고, 노심관(112)의 가열구역(113)이 소결처리 온도에 도달한 후, 경과시간(T)으로서 30분 대기 후, 다공질 유리 모재(111)를 가열구역(113)으로 이동하여 소결처리를 개시하고, 탈수처리 및 투명 유리화 처리를 행하였다.

얻어진 광 파이버용 유리 모재에 관하여 그 길이방향에 걸쳐 기준치에 대한 굴절률차 △n(%)을 측정하였다. 그 결과를 도 28에 나타냈다. 도면에서 △표시를 연결한 곡선이 본 실시예의 것이다.

또, 노심관(112)의 가열구역(113)이 소결온도에 도달한 후, 이 온도에서 30분 대기하여 노심관(112) 내의 분위기가스를 Ar 가스로 충분히 치환한 후, 다공질 유리 모재(111)의 가열구역(113)의 이동을 개시하여 소결처리를 행하였으나, 이 경우도 동일한 결과가 얻어졌다.

[비교예 8]

비교를 위해 실시예 11과 동일한 장치를 사용하여 다른 조건하에서 다공질 유리 모재의 소결을 행하였다.

다공질 유리 모재를 장치에 장착한 후, 노심관의 온도를 올리고, 노심관의 가열구역이 소결처리 온도에 도달한 후, 다공질 유리 모재를 바로 가열구역으로 이동하고 소결처리를 행하여 광 파이버용 유리 모재를 얻었다. 얻어진 광 파이버용 유리 모재에 관하여 실시예 11과 동일한 방법으로 굴절률차 △n(%)을 측정하고, 그 결과를 표 28에 나타냈다. 도면에서 ○표를 연결한 곡선이 이 비교예의 것이다.

도 28로부터 명백한 바와 같이, 실시예 11의 유리 모재는 소결 스타트 측에서 처리가 불충분하게 되지 않고, 그 길이방향에 걸쳐 굴절률 분포가 일정하여 종래의 것보다 더욱 우수한 것으로 되어 있었다.

본 실시형태에 있어서는, 노심관이 처리온도에 도달한 후 소정 시간 대기시키고, 그 후 소결처리를 개시함으로써 미리 가열구역에 가까운 모재 선단부를 처리하고 그 후 직동부를 일정한 속도로 처리함으로써, 처리가스를 다공질 유리 모재의 코어부까지 충분히 도달시킬 수 있어 길이방향에서의 처리 불균일성이 적고, 특성의 변동이 적은 모재를 높은 효율로 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 제5 실시형태로서 투명 유리화된 유리 모재의 비원 형상을 수정하는 방법에 관하여 설명한다.

이 비원 형상은 유리 모재의 외주 형상에 대한 진원으로부터의 어긋남으로 표시되고, 파라미터로서 비원율 Nc(%)로 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.

Nc = (Dmax - Dmin) / D) x 100 (%)

상기 식에서 부호 Dmax, Dmin, D는 각각 순서에 따라 유리 모재의 최대 직경(mm), 최소 직경(mm), 평균 직경(mm)이다.

이 실시형태는 유리 모재의 비원형 형상을 에칭액을 사용하여 진원 형상으로 수정하는 것이다. 보다 상세하게는 도 29A 내지 29C에 나타낸 바와 같이, 유리 모재(121)의 축에 수직인 단면에서의 최대 직경 Dmax(122)의 방향이, 에칭액면에 대해 수직이 되도록 이루어진다. 또한, 에칭액에는 HF 액을 사용하는 것이 바람직하 고, 이것에 다른 산 또는 염을 적절히 첨가한 것일 수도 있다.

유리 모재를 에칭액에 침수시키기 위해서는 수평으로 유지된 유리 모재의 아래 면 측으로부터 에칭액에 침수시키거나, 또는 유리 모재를 당초의 침수상태로부터 에칭액을 조(槽) 밖으로 배출함으로써 에칭액면을 낮출 수도 있다.

예를 들면, 도 29A에 나타낸 바와 같이, 수평으로 유지된 유리 모재(121)를 에칭 처리조(125) 내에 넣은 후, 조 내에 에칭액(124)을 공급하고, 액면(123)에서 액면(133)으로 상승시켜 유리 모재(121)의 아래 면 측에서 에칭액(124)에 침수시키거나, 도 29B에 나타낸 바와 같이, 유리 모재(121)를 위쪽에서 에칭액면(123)으로 향해 내리고, 유리 모재(121)의 아래 면 측에서 에칭액(124) 속으로 침수시켜도 된다. 또는 도 29C에 나타낸 바와 같이, 유리 모재(121)를 침수상태로부터 에칭액(124)을 조 밖으로 배출함으로써 액면(133)에서 액면(123)으로 하강시켜도 된다. 또한 부호 126은 유리 모재의 설치대이다.

또한, 수정할 때에는, 유리 모재의 에칭액으로의 침수 최대 깊이(dmax)는 최대 반경까지로 하고, 유리 모재의 한 쪽의 최대 반경측을 에칭액으로 수정한 후, 축 둘레로 180° 회전 시켜 다른 쪽의 최대 반경측을 수정한다. 이 때, 유리 모재의 침수속도 V, V'을 침수 초기부터 후반에 걸쳐 변화시켜 행한다. 이와 같은 방법으로 유리 모재의 비원 형상은 진원 형상으로 수정된다.

유리 모재의 침수속도 V, V'은 시뮬레이션 및 실제의 실험결과로부터 침수 초기부터 후반에 걸쳐 속도를 변화시켜 수정함으로써, 더욱 진원에 가까운 형상으로 만들 수 있고, 도 29A 및 29B의 형태에서는 초기의 침수속도 V는 느리고, 후반 의 침수속도 V를 빠르게 한다. 도 29C의 형태에서는 초기의 침수속도 V'는 빠르고 후반의 침수속도 V'를 느리게 한다. 이러한 침수속도 V, V'은 유리 모재가 에칭액 중에 침수되어 있는 깊이 d의 함수로서 상기 식으로 나타낼 수 있고, 침수속도 V, V'을 침수하고 있는 깊이 d에 따라 제어함으로써 비원 형상을 진원으로 수정할 수 있다.

이하, 본 실시형태의 실시예 및 비교예 중 각각 하나의 예를 나타내며, 이 실시예에 한정되지 않고 청구항에 기재된 범위 내에서 여러 가지 태양이 가능하다.

[실시예 12]

비원율 Nc 1.0%, 최대 직경 50.250mm, 최소 직경 49.750mm, 평균 직경 D 50.000mm, 깊이 250mm인 유리 모재를 HF액 조 내에 넣고, 액 조의 하부로부터 HF액을 공급하였다. HF액의 공급을 개시하고 유리 모재가 HF액에 잠기기 시작할 때부터 유리 모재의 침수속도 V를 이하의 식으로 제어하여 변화시켰다. 이 때의 에칭 속도 Ve는 0.001667mm/분이다.

V = {6330(1/50.00)³L³- 1720(1/50.00)²L²+ 235(1/50.00)L + 50(1/50.00)} x

0.001667 / 1.0

이 때의 액면 상승속도(침수속도) V와 유리 모재의 침수거리(침수깊이) D의 관계를 도 30에 나타냈다.

여기서, 유리 모재의 한 쪽의 최대 반경까지의 부분, 즉 최대 반경부의 수정을 149분에 걸쳐 행하고, 그 후 유리 모재를 180° 회전시켜, 대칭으로 되는 다른 쪽의 최대 반경부의 수정을 다시 149분에 걸쳐 행한 결과, 유리 모재의 형상은 이하와 같이 수정되었다.

비원율 Nc: 0.01%, 최대 직경: 49.752mm, 최소 직경: 49.746mm, 평균 직경 D: 49.750mm이었다.

[비교예 9]

비원율 Nc: 0.86%, 최대 직경: 52.200mm, 최소 직경: 51.750mm, 평균 직경 D: 51.975mm, 길이: 250mm인 유리 모재를 미리 HF액으로 가득 채워진 액 조 내에 180분간 잠긴 상태로 에칭하였다. 그 형상은 이하와 같이 되었다.

비원율 Nc: 0.87%, 최대 직경: 51.600mm, 최소 직경: 51.150mm, 평균 직경 D: 51.375mm이었다.

본 실시형태에 의하면, 종래 에칭액에 침수시키는 방법으로는 곤란하였던 비원 형상의 수정이 용이해지고, 종래에는 구조 불량품으로서 폐기되고 있던 비원율이 큰 유리 모재를 재생할 수 있어, 생산성을 대폭적으로 향상시킬 수 있다.

또한, OVD 방법으로 제조한 수트체를 탈수 및 소결 유리화하여 얻은 모재의 표면에 요철이 존재하면, 광 파이버용 프리폼으로 만들기 위해 소정의 직경으로 연신하면 코어 직경이 변동하고, 이것을 방사(紡絲)하여 얻어지는 광 파이버의 광학특성에 악영향을 미친다.

이를 방지하기 위해서는, 모재의 표면에 요철이 있는 경우, 표면을 원활히 원주 형상으로 연삭(硏削)(이하, 원주연삭이라 함) 가공할 필요가 있다. 이 때 중요한 것은 소결 유리화된 모재의 진원도와 코어부의 편심량이다. 특히 광 파이버 의 진원도와 코어부의 편심량은 광 파이버 케이블 부설시의 광 파이버 접속작업을 할 때 광학특성(접속 손실)에 큰 악영향을 준다.

이 때문에 본 발명의 제6 실시형태는 모재를 원주연삭하는 데 있어서, 모재의 코어부의 위치를 광학적으로 계측하여 연삭 시의 회전 중심위치를 결정하고, 모재의 양단부에 코어부의 진원과 합치하는 회전축 중심을 가진 원추상의 가공을 실시하고, 또한 코어부의 원주방위를 확인할 수 있도록 원추부에 기준 방위면(오리엔테이션 플랫(orientation flat))을 연삭하여 설치한 후, 연삭기의 회전 중심에 장착한다. 이 상태에서 원주연삭함으로써 비원, 코어부의 편심불량 등의 발생을 방지할 수 있다.

이 결과, 광학적으로 안정된 특성을 갖는 모재를 고속 합성하는 것이 가능해지고, 이것을 소정의 직경으로 연신하여 얻은 프리폼을 방사하여 광학특성이 양호한 광 파이버를 얻을 수 있다.

이 실시형태를 실시예, 비교예 및 도면에 따라 더욱 상세히 설명하며, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다.

[실시예 13]

도 31에 광 파이버용 수트체(다공질 유리 모재)의 제조장치의 일례를 나타낸다. 출발 코어부재(141)로서 외경이 25mmΦ, 길이 1200mm인 싱글모드 광 파이버용으로 굴절률을 조정한 코어용 석영 유리봉을 사용하였다. 이 출발 코어부재(141)를 석영 유리로 만든 더미봉(142)에 용접하고, 이것을 밀폐형 반응로(143) 속에 설치된 코어부재 회전용 모터(144)에 부착하여 40 rpm으로 회전 시켰다.

산수소 화염 버너(145)는 종래에 사용하는 버너보다 큰 직경의 대형인 것을 복수개 설치하고, 도시되지 않은 원료 공급장치로부터 산소가스 80㎤/분, 수소가스 160㎤/분, 캐리어가스로서 산소가스 10㎤/분에 동반하여 원료가스 SiCl₄ 40g/분을 공급하였다.

이 버너(145)를 트래버스용 모터(146)에 의해 150mm/분의 속도로 1600mm의 범위에서 왕복운동시키고, SiCl₄의 화염 가수분해로 생긴 유리 미립자를 출발 코어부재(141)에 퇴적시켰다. 퇴적이 진행됨에 따라 추가로 원료가스량을 증량하여 24시간 후에 외경이 230mmΦ인 수트체를 얻었다. 또한, 퇴적이 종료되기 직전에는 버너에 원료 공급장치로부터 산소가스 240㎤/분, 수소가스 480㎤/분, 캐리어가스로서의 산소가스 250㎤/분에 동반하여 원료가스 SiCl₄ 125㎤/분을 공급하였다.

이 평균 퇴적속도 30g/분의 고속으로 퇴적된 수트체(147)의 표면에는 나선형으로 요철이 생기는 것이 확인되었다. 또한, 수트체(147)를 소결로에 넣고, 탈수 및 소결 유리화하여 투명한 모재를 얻었으나 소결 유리화 후에 있어서도 표면에 나선형 요철이 잔존하였다. 요철의 깊이는 최대 1.35mm이고, 이 상태에서 프리폼화하고 다시 방사하여 광 파이버로 만들면 광 파이버의 광학특성 중 하나인 광 파이버의 융착 접속시에 편심에 의한 큰 접속 손실을 일으킨다.

이어서, 제1 연삭공정으로서 소결 가스화한 모재 잉곳의 양단부에 코어부의 진원과 합치하는 회전축 중심을 가진 원추형의 가공을 실시하고, 또한 형성된 원추부에 코어부의 원주방향에 대한 경사각도 즉 원주방위를 확인할 수 있도록 기준 방 위면(오리엔테이션 플랫)을 연삭하여 형성하였다. 이와 같이 양단부에 평활한 원추부를 가공하여 형성한 후, 원주 연삭기에 부착하여 가공한다.

구체적으로는 도 32에 나타낸 바와 같이, 모재 잉곳(161)을 테이퍼 연삭기(162)의 척(163)에 장착하고, 척 지지부(164)로 고정하였다. 다음에, 모재 잉곳(161)을 회전 시키면서 도시되지 않은 광학계측기(편광 유리를 사용한 광학측정기)로 코어위치의 측정을 행하고, 코어의 중심위치를 척(163)을 이동시켜 척 지지부(164)의 회전중심으로 조정하여 맞추고, 모재(161)의 세팅을 행하였다. 모재 단부의 테이퍼부(148)의 연삭에는 거칠기(roughness) #600번의 다이아몬드 휠을 사용하여 코어의 중심 축선에 대해 10도의 각도로 원추형으로 연삭하였다. 이것을 모재(161)의 양단에 대하여 행하였다. 또한, 도 33에 나타낸 바와 같이, 한 쪽의 테이퍼부(148)에 원주방향의 원점(원주방향에 대한 경사각도를 검출하기 위한 기준 방위면)으로 하는 오리엔테이션 플랫(166)을 연삭하여 설치하였다.

또한, 제2 연삭공정에서는 모재(161)의 직동부의 둘레면을 평활하게 연삭하여 표면의 요철을 제거한다. 먼저, 양단을 원추형으로 연삭가공한 모재 잉곳(161)을 도 34에 나타낸 원주연삭기(167)의 척(168)에 장착하고, 척 지지부(169)에 고정하였다. 한 쪽의 척(168)에는 모재(161)를 오리엔테이션 플랫(166)으로 고정하도록 가공되어 있다. 다음에, 모재(161)를 회전하여 도시되지 않은 광학계측기로 코어부의 편심을 모재(161)의 길이방향에 걸쳐 측정하고, 오리엔테이션 플랫(166)을 기준으로 한 회전각도, 편심량 및 길이방향의 위치를 제어기구에 기억시킨다.

또한, 도 32 및 도 34에 있어서, 연삭기에 지지된 다이아몬드 휠의 지지기구 는 도시를 생략하였다.

이들 데이터에 의거하여, 원주연삭기(167)에 다이아몬드 휠(171, 172, 173)을 하기와 같이 장착하여 회전 시키고, 모재(161)의 이송속도 50mm/분으로 연삭부를 수냉하면서 1회 연삭하였다. 이 연삭으로 모재 잉곳(161)의 표면은 평활하게 마감처리되고, 코어부도 명확히 계측할 수 있는 상태로 되었다.

또한, 각 다이아몬드 휠(171, 172, 173)의 거칠기는 각각 순서대로 #60번, #140번, #600번이며, 각 휠은 연삭 깊이가 휠(171)은 0.75mm, 휠(172)은 휠(171)의 절삭면보다 추가로 0.3mm 깊고, 휠(173)은 휠(172)의 절삭면보다 추가로 0.05mm 깊은 위치로 설정하였다(도 35, 도 36 참조).

이어서, 모재 잉곳(161)을 회전 시키면서 광학게측기로 코어-클래드의 직경 비율과 코어의 편심량을 측정하였다. 이 측정결과에 의거하여, 코어의 회전 중심의 미조정을 척으로 행하는 동시에 또한, 코어-클래드의 직경 비율을 조정하기 위해 #600번 휠(173)만을 사용하여 연삭 깊이 0.05mm, 모재 잉곳의 이송속도 50mm/분으로 마감 연삭을 1회 행하고, 모재 잉곳의 직동부 둘레면의 연삭을 종료하였다. 직동부의 연삭공정에 대략 120분의 시간을 필요로 하나, 모재의 표면은 매우 평활하게 되고, 퇴적속도가 느린 종래의 제조방법으로 제조한 것과 하등 손색이 없고, 제조 시간을 표면 요철을 제거하기 위한 원주연삭을 포함하여도 종래의 약 1/2로 단축할 수 있었다.

연삭가공한 모재를 전기로에서 45mmΦ로 연신하여 광 파이버 프리폼을 만들고 다시 이것을 드로잉기로 방사하여 외경 125㎛인 광 파이버를 얻었다. 이 광 파 이버의 광학특성을 측정한 결과, 표 1에 나타낸 바와 같이, 코어의 편심률, 접속 손실이 매우 작고 양호한 결과가 얻어졌다.

[비교예 10]

실시예 13과 동일한 방법으로 합성한 수트체를 소결로에 넣고, 탈수 및 소결 유리화하여 투명한 모재를 얻었다. 이 모재 잉곳의 표면에는 나선형 요철이 잔존하였다. 요철의 깊이는 최대 1.20mm이었다.

종래 방법으로 원주연삭기에 모재를 세트하고 거칠기 #60번의 다이아몬드 휠을 사용하여 연삭 깊이 0.5mm, 모재의 이송속도 70mm/분으로 연삭부를 수냉하면서 3회 연삭하고, 다시 #600번 다이아몬드 휠을 사용하여 깊이 0.1mm, 모재의 이송속도 50mm/분으로 1회, 다시 연삭 깊이 0.05mm, 모재 이송속도 50mm/분으로 마감 연삭을 1회 행하여 모재 직동부의 연삭을 종료하였다.

제조한 모재를 전기로에서 직경 45mmΦ로 연신하여 광 파이버 프리폼으로 만들었다. 이 프리폼을 드로잉기로 방사하여 외경 125㎛의 광 파이버를 얻었다. 이 광 파이버의 광학특성을 측정한 결과, 코어의 편심률에 불균일이 보이는 결과로 되었다. 이 원인은 모재 양단부의 테이퍼부의 형상이 불균일하므로 원주연삭기에 장착할 때 척부에 대한 적합성이 나쁘고, 연삭 가공시의 진동 등에 의한 부착 위치의 어긋남에 기인하는 것이 판명되었다.

실시예 및 비교예에서 얻어진 광 파이버의 광학특성의 측정결과를 표 1에 나타낸다.

상기와 같이 이 실시형태에 의하면, 수트체의 표면에 요철이 발생하는 조건 으로 고속 합성을 행하여 제조한 모재에서도 양단의 테이퍼부를 원추형으로 연삭하고, 이 원추부에 오리엔테이션 플랫의 가공을 실시함으로써, 모재 잉곳 직동부의 외주면 연삭시의 위치 어긋남은 방지되고, 또한 오리엔테이션 플랫으로 원주방향의 원점 위치를 결정하고, 원주방향의 깎아 들어가는 깊이를 조절함으로써 소결 유리화 시에 생긴 코어부의 미묘한 굽은 부분도 수정되고 코어의 편심률은 작게 향상되어 종래의 방법으로 제조한 것과 동일한 광학특성을 얻을 수 있었다.

이 모재를 원하는 직경으로 연신하여 프리폼을 만들고 방사하여 얻어지는 광 파이버는 코어의 편심률, 접속 손실이 매우 작아 양호한 광학특성을 가지고 있었다.

본 발명에 따른 광 파이버용 모재의 제조방법 및 장치는 안정적인 광 파이버 특성을 가지는 광 파이버용 모재를 낮은 비용으로 제조할 수 있다는 점에서 산업상 가치가 매우 높은 것이다.

Claims

봉 형상 재료를 지지부로 지지하는 공정.

봉 형상 재료의 축과 지지부의 회전축간의 상위(相違)를 작게 조정하는 공정 및,

봉 형상 재료의 축방향 어긋남이 생긴 경우는, 회전을 정지시키고, 상기 어긋남을 조정하는 공정

을 포함하는 광 파이버용 모재의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 조정공정은 봉 형상 재료의 축을 지지부의 회전축에 수직인 방향으로 이동하는 공정을 포함하는 광 파이버용 모재의 제조방법.
제2항에 있어서,

상기 수직방향 이동공정에 있어서, 봉 형상 재료의 축은 서로 직교하는 2방향으로 이동가능하게 되어 있는 광 파이버용 모재의 제조방법.
제3항에 있어서,

상기 조정공정은 봉 형상 재료를 축 주위로 회전하는 공정, 및 봉 형상 재료를 축 주위로 회전 시키는 공정 도중에 일정 지점에서 봉 형상 재료까지의 거리를 측정하는 공정을 추가로 포함하는 광 파이버용 모재의 제조방법.
제3항에 있어서,

상기 조정공정은 지지부의 회전축에 대한 봉 형상 재료 축의 기울기를 변경하는 공정을 포함하는 광 파이버용 모재의 제조방법.
제5항에 있어서, 상기 조정공정은 기울기를 변경하는 상기 공정 후에 변경된 기울기를 유지하는 공정을 포함하는 광 파이버용 모재의 제조방법.
제6항에 있어서,

상기 조정공정은 봉 형상 재료를 축 주위로 회전하는 공정, 및 봉 형상 재료를 축 주위로 회전 시키는 공정 도중에 일정 지점에서 봉 형상 재료까지의 거리를 측정하는 공정을 추가로 포함하는 광 파이버용 모재의 제조방법.
제7항에 있어서,

상기 거리측정 공정은 복수 개소의 거리를 측정하는 단계를 포함하는 광 파이버용 모재의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 조정공정은 지지부의 회전축에 대한 봉 형상 재료 축의 기울기를 변경하는 공정을 포함하는 광 파이버용 모재의 제조방법.
제9항에 있어서,

상기 조정공정은 기울기를 변경하는 상기 공정 후에 변경된 기울기를 유지하는 공정을 포함하는 광 파이버용 모재의 제조방법.
제9항에 있어서,

상기 조정공정에 있어서, 지지부는 봉 형상 재료를 지지부의 회전축에 대한 봉 형상 재료의 축이 경사를 이룰 수 있도록 유지하는 광 파이버용 모재의 제조방법.
제11항에 있어서,

상기 조정공정에 있어서, 지지부는 봉 형상 재료를 지지부의 회전축에 대한 봉 형상 재료의 축이 적어도 2방향으로 경사를 이룰 수 있도록 유지하는 광 파이버용 모재의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 조정공정은 유리 모재의 양단부에 코어부의 진원(眞圓)과 합치하는 회전축 중심을 가진 원추형부(圓錐形部)를 형성하는 공정을 포함하는 광 파이버용 모재의 제조방법.
제13항에 있어서,

상기 조정공정은 원추형부에 오리엔테이션 플랫(orientation flat)을 형성하 는 공정을 추가로 포함하는 광 파이버용 모재의 제조방법.
제1항에 있어서,

소결영역이 소결온도에 도달하고 나서 그 위치에서 소정시간 대기한 후, 봉 형상 재료의 소결처리를 개시하는 공정을 추가로 포함하는 광 파이버용 모재의 제조방법.
제1항에 있어서,

유리 모재의 축에 수직인 단면에서의 최대 직경의 방향이 에칭액면에 대해 수직이 되도록 유리 모재를 에칭하는 공정을 추가로 포함하는 광 파이버용 모재의 제조방법.
봉 형상 재료를 지지부로 지지하는 공정;

봉 형상 재료를 지지부와 일체적으로 회전 시키는 공정; 및

지지봉과 일체적으로 회전하는 봉 형상 재료의 회전방향에 수직인 방향의 운동을 규제하는 공정

을 포함하는 광 파이버용 모재의 제조방법.
제17항에 있어서,

상기 규제공정은 지지봉의 회전 시에 진동억제기구를 지지봉에 접촉시키는 공정을 포함하는 광 파이버용 모재의 제조방법.
제17항에 있어서,

상기 규제공정은 상기 지지봉에 가스를 내뿜어주는 공정을 포함하는 광 파이버용 모재의 제조방법.
제17항에 있어서,

상기 규제공정은 상기 봉 형상 재료에 가스를 내뿜어주는 공정을 포함하는 광 파이버용 모재의 제조방법.
제17항에 있어서,

유리 모재의 양단부에 코어부의 진원과 합치하는 회전축 중심을 갖는 원추형부를 형성하는 공정을 추가로 포함하는 광 파이버용 모재의 제조방법.
제21항에 있어서,

원추형부에 오리엔테이션 플랫을 형성하는 공정을 추가로 포함하는 광 파이버용 모재의 제조방법.
제17항에 있어서,

소결영역이 소결온도에 도달하고 나서 그 위치에서 소정 시간 대기 후에 봉 형상 재료의 소결처리를 개시하는 공정을 추가로 포함하는 광 파이버용 모재의 제조방법.
제17항에 있어서,

유리 모재의 축에 수직인 단면에서의 최대 직경의 방향이 에칭액면에 대해 수직이 되도록 유리 모재를 에칭하는 공정을 추가로 포함하는 광 파이버용 모재의 제조방법.
삭제
중심축을 가지고 그 중심축 주위로 회전가능한 지지봉,

봉 형상 재료의 축과 지지봉의 회전축의 상위를 작게 하는 조정기구를 포함하고, 상기 조정기구는 상기 봉 형상 재료의 축과 회전축 사이에 축방향 어긋남이 발생한 경우, 회전을 정지시키고 상기 어긋남을 조정하는 것을 특징으로 하는

봉 형상 재료를 파지(把持)하는 광 파이버용 모재의 파지장치.
제26항에 있어서,

상기 조정기구는 지지봉의 중심축에 대한 봉 형상 재료의 축의 기울기를 조정할 수 있는 경사조정부를 포함하는 광 파이버용 모재의 파지장치.
제27항에 있어서,

상기 조정기구는 봉 형상 재료의 축을 지지봉의 중심축의 수직방향으로 이동할 수 있는 이동조정부를 포함하는 광 파이버용 모재의 파지장치.
제28항에 있어서,

소정의 지점에서 모재까지의 거리를 측정하는 측정기를 추가로 포함하는 광 파이버용 모재의 파지장치.
제29항에 있어서,

상기 측정기가 레이저 거리측정계를 포함하는 광 파이버용 모재의 파지장치.
제29항에 있어서,

상기 측정기가 복수개 배치되는 광 파이버용 모재의 파지장치.
제28항에 있어서,

상기 이동조정부는 XY 스테이지를 가지고, 상기 XY 스테이지는

상기 봉 형상 재료를 파지하는 X 방향 이동용 링;

상기 X 방향 이동용 링의 외측에서 X 방향 이동용 링을 파지하는 Y 방향 이동용 링;

상기 X 방향 이동용 링과 Y 방향 이동용 링에 나사결합하는 X 방향 나사결합봉;

상기 X 방향 이동용 링에 관통해 들어가고, 또한 양단이 Y 방향 이동용 링에 고정되는 X 방향 가이드봉;

상기 Y 방향 이동용 링과 하측 클램프에 나사결합하는 Y 방향 나사결합봉; 및

상기 Y 방향 이동용 링에 관통해 들어가고, 또한 양단이 지지봉에 고정되는 Y 방향 가이드봉

을 포함하는 광 파이버용 모재의 파지장치.
제27항에 있어서,

상기 경사조정부는 조인트를 가지고, 상기 조인트는

만곡한 포크엔드(fork end)를 가지며 상기 지지봉에 접속되는 상측 클램프;

상기 상측 클램프의 포크엔드 사이에 끼워지는 볼;

만곡한 포크엔드를 가지고 상기 포크엔드가 상측 클램프의 포크엔드와 사교(斜交)로 배치되고, 또한 봉 형상 재료에 접속되는 하측 클램프; 및

상측 클램프와 하측 클램프를 고정하는 고정용 금속부재

를 포함하는 광 파이버용 모재의 파지장치.
제27항에 있어서,

상기 경사조정기구는 상기 지지봉에 상기 모재를 접속하는 접속부재 및 상기 접속부재가 그 둘레로 회전할 수 있는 회전축을 가지며, 상기 접속부재의 회전축은 상기 지지봉의 중심축과 직교하는 광 파이버용 모재의 파지장치.
제34항에 있어서,

상기 접속부재의 회전축을 2개 이상 구비하는 광 파이버용 모재의 파지장치.
제35항에 있어서,

각 회전축이 이루는 각도가 적어도 1개소에 있어서 다음 식으로 표기되는 각도를 가지는 광 파이버용 모재의 파지장치:

360x(2n), 단 n은 축의 개수임.
제34항에 있어서,

상기 2개 이상의 회전축 중 적어도 2개의 회전축이 지지봉의 중심축에 수직인 동일 평면 상에 있는 광 파이버용 모재의 파지장치.
제37항에 있어서,

각 회전축이 이루는 각도가 적어도 1개소에 있어서 다음 식으로 표기되는 각도를 가지는 광 파이버용 모재의 파지장치:

360x(2n), 단 n은 축의 개수임.
제35항에 있어서,

상기 2개 이상의 회전축 중 적어도 2개의 회전축이 지지봉의 중심축에 수직인 동일 평면상에 있고, 또한 적어도 1개의 회전축이 지지봉의 중심축에 수직인 다른 동일 평면상에 있으며, 또한 각 회전축이 이루는 각도가 적어도 1개소에 있어서 다음의 식으로 표기되는 각도를 가지는 광 파이버용 모재의 파지장치:

360x(2n), 단 n은 축의 개수임.
제26항에 있어서,

상기 조정기구는 봉 형상 재료의 단부에 봉 형상체의 축방향에 따라 넓어지도록 형성된 체결부, 및 상기 체결부에 접촉하는 접촉부를 가지며,

봉 형상 재료의 자중(自重)에 의해 접촉부가 체결부를 지지봉에 봉 형상 재료의 축방향과 대략 수직인 방향으로 눌러 접하게 하는 광 파이버용 모재의 파지장치.
제40항에 있어서,

상기 지지봉은 봉 형상 재료의 단부가 약간의 여유를 갖고 삽입되는 튜브를 가지며, 상기 조정기구의 접촉부는 상기 튜브를 관통하여 튜브의 내벽면과 체결부 사이에 끼워지는 핀을 가지는 광 파이버용 모재의 파지장치.
제41항에 있어서,

상기 핀은 평탄부를 가지며, 그 평탄부가 체결부와 접촉하는 광 파이버용 모 재의 파지장치.
제40항에 있어서,

체결부는 경사면을 가지고, 상기 경사면과 모재의 단부의 축방향 측면이 이루는 각이 10° 내지 50°인 광 파이버용 모재의 파지장치.
봉 형상 재료를 지지하는 광 파이버용 모재의 파지장치로서,

봉 형상 재료를 파지하는 회전가능한 지지봉, 및

진동억제기구

를 포함하고,

상기 진동억제기구는 지지봉과 일체적으로 회전하는 봉 형상 재료의 회전방향에 수직인 방향의 운동을 규제함으로써 진동을 억제하는 광 파이버용 모재의 파지장치
제44항에 있어서,

상기 진동억제기구는 지지봉에 접촉하는 접촉부를 포함하고, 지지봉의 회전 시에 접촉부가 지지봉에 접촉함으로써, 지지봉에 파지되는 것과 반대측의 지지봉의 진동을 억제하는 광 파이버용 모재의 파지장치.
제45항에 있어서,

상기 접촉부는 지지봉의 직경보다 큰 구멍이 뚫린 진동억제판, 및 상기 구멍에 지지봉을 통과시켰을 때의 상기 지지봉과 상기 구멍 사이에 장전되는 수지로 이루어지는 장전재(裝塡材)를 포함하는 광 파이버용 모재의 파지장치.
제45항에 있어서,

상기 접촉부는 상기 지지봉과 접촉하는 한 쌍의 가이드롤러, 및 상기 한 쌍의 가이드롤러를 지지하는 지지용 금속부재를 포함하는 광 파이버용 모재의 파지장치.
제44항에 있어서,

상기 진동억제기구는 출발재를 파지하는 회전가능한 지지봉, 및 상기 지지봉에 가스를 내뿜어주는 가스 분사부를 포함하는 광 파이버용 모재의 파지장치.
제44항에 있어서,

상기 진동억제기구는 출발재를 파지하는 회전가능한 지지봉, 및 유리 미립자가 퇴적된 광 파이버 모재에 가스를 내뿜어주는 가스 분사부를 포함하는 광 파이버용 모재의 파지장치.