KR100817195B1

KR100817195B1 - 다공질 광섬유모재의 제조장치

Info

Publication number: KR100817195B1
Application number: KR1020010033190A
Authority: KR
Inventors: 이노우에다이; 오기노고; 오토사카테츠야; 시마다타다카츠; 히라사와히데오
Original assignee: 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
Priority date: 2000-10-18
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2008-03-27
Also published as: JP3998450B2; EP1199285B1; DE60121889T2; EP1199285A2; EP1199285A3; TWI237624B; KR20020031277A; JP2002193633A; US20020043079A1; US20050210925A1; US7082791B2; DE60121889D1

Abstract

본 발명은 VAD법에 의해 다공질모재를 제조하는 장치에 있어서, 잉여 유리미립자의 배출효율을 높이고, 기포나 이물이 적고, 길이방향으로 광학특성이 안정된 다공질모재의 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것으로서, 회전하면서 끌어올려지는 출발부재에, 원료가스의 화염 가수분해반응에 의해 생성된 유리미립자를 퇴적시켜서 다공질 모재를 제조하는 장치에 있어서, 화염 가수분해반응에 의해 생성된 유리미립자의 퇴적이 행해지는 반응실과, 상기 반응실의 상부에 퇴적에 의해서 형성된 다공질 광섬유모재(3)를 끌어올려 격납하기 위한 상실(5)과, 적어도 1개의 코어퇴적용 버너(11)를 보유하고, 버너가 설치되어 있는 측의 반응실 측벽면의 천정 부근을 따라서 슬릿형상의 급기구(1)를 보유하고, 상기 급기구(1)와 마주보는 측벽면에 배기구(2)를 보유하는 것을 특징으로 하고 있다.

Description

다공질 광섬유모재의 제조장치{AN APPARATUS FOR MANUFACTURING A PREFORM FOR POROUS OPTICAL FIBER}

도 1은 본 발명 실시예 1의 제조장치의 예를 나타내는 개략 종단면도,

도 2는 본 발명 실시예 2의 제조장치의 예를 나타내는 개략 종단면도,

도 3은 본 발명 실시예 3의 제조장치의 예를 나타내는 개략 종단면도,

도 4는 본 발명 실시예 4의 제조장치의 예를 나타내는 개략 종단면도,

도 5는 본 발명 제조장치의 급기구측의 벽면을 나타내는 개략 정면도,

도 6은 본 발명 제조장치의 배기구측의 벽면을 나타내는 개략 정면도,

도 7은 본 발명 제조장치의 상부반응실의 저면(격리벽)을 나타내는 것으로, (a), (b)는 각각 다른 양태의 접속구를 나타내는 도면,

도 8은 급기구, 상부반응실과 하부반응실을 칸막이하는 격리벽 및 높임바닥부를 보유하고 있지 않은 비교예 1의 장치예를 나타내는 개략 종단면도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 급기구 2 : 배기구

3 : 다공질모재 4 : 방진필터

5 : 상실 6 : 높임바닥부

7 : 격리벽 8 : 상부반응실

9 : 하부반응실 10 : 접속구

11 : 코어퇴적용 버너 12 : 코어가열용 버너

13 : 클래드 퇴적용 버너 14 : 클래드 퇴적용 버너

15 : 센터 코어퇴적용 버너 16 : 사이드 코어퇴적용 버너

본 발명은 이른바 VAD법으로, 고품질인 광섬유모재를 안정되게 제조할 수 있는 다공질 광섬유모재의 제조장치에 관한 것이다.

광섬유모재의 제조방법으로서 VAD법은 잘 알려져 있다. 이 방법에서는 회전하면서 상승하는 샤프트에 출발부재를 부착하고, 반응실 내로 늘어뜨려 반응실 내에 설치된 코어퇴적용 버너와 클래드 퇴적용 버너에 의해 생성된 유리미립자를 출발부재의 선단에 퇴적시켜 코어층과 클래드층으로 이루어지는 다공질 광섬유모재(이하, 단지 다공질모재라 칭함)가 제조된다.

생성된 유리미립자의 출발부재로의 퇴적효율은 100%로는 되지 않고, 부착·퇴적되지 않은 잉여의 유리미립자가 제조하는 동안에 발생하고 있다. 이 잉여 유리미립자의 대부분은 배기가스 등의 다른 기체와 함께 반응실에 별도 형성된 배기구로부터 반응실 밖으로 배출된다. 그러나, 버너에서 생성되어서부터 배기되기까지의 동안에 그 일부는 반응실의 천정이나 측벽에 부착된다.

유리미립자의 생성은 일반적으로는 원료가스로서 SiCl₄와 같은 염화물을 산수소 화염중에 분출하여 화염 가수분해반응에 의해 행해진다. 이 반응으로 생성되는 수증기나 염산이라는 배기되어야 할 가스나 출발부재에 부착·퇴적되지 않은 잉여 유리미립자는 고온상태에 있고, 반응실의 상부에 설치된 상실에 침입하려고 한다.

상실은 반응실만큼 고온으로 되지 않기 때문에, 상기와 같은 가스가 침입하면 수증기는 응축하여 염산이 상실의 벽면에 부착한다. 상실이 금속제인 경우에는 염산에 의해서 부식된다. 예컨대 부식되기 어려운 물질로 상실이 구성되어 있어도, 제조후의 장치의 청소는 곤란하여 성가시다. 또한 잉여 유리미립자가 염산으로 습기찬 벽면에 부착하여, 제조후의 장치의 청소를 더욱 곤란하게 한다.

또, 잉여 유리미립자는 다공질모재의 표면에 미세하게 나무형상으로 성장하고, 그 후의 유리화 공정에서 표면의 미소한 돌기로 되어 굴절율분포 측정의 장해로 된다.

이와 같은 사태를 피하기 위하여, 일반적으로 상실의 윗쪽에서 반응실로 향해서 하향의 기류를 생성시킨다는 대책이 취해지고 있다. 이것에 의해 상실 내에서의 잉여 유리미립자의 벽면부착은 어느정도 방지할 수 있지만, 반응실 내의 천정이나 벽면으로의 부착을 방지하는 것은 불가능하였다.

종래기술에 의한 제조방법은, 다공질모재의 제조 후반에 있어서, 반응실의 내벽에 부착·퇴적된 유리미립자가 박리·낙하하고, 반응실 내로 비산한 유리미립자가 제조중의 다공질모재에 부착하여, 유리화 후의 광섬유모재중에 기포나 이물을 생성하는 원인이 되는 일이 있었다.

근래, 광섬유의 수요의 증가와 아울러 저비용화가 요구되고, 그 때문에 광섬유모재의 대형화가 급한 일로 되고 있다. 제조하는 광섬유모재를 크게 하기 위해서는 당연히 원료공급량을 증가할 필요가 있다. 원료공급량이 증가하면, 퇴적효율이 변화하지 않아도 잉여 유리미립자는 증가하고, 그 때문에 종래기술에서는 앞에서 서술한 바와 같은 반응실 내벽에 부착·퇴적한 유리미립자가 박리하는 빈도의 상승은 피할 수 없었다.

잉여 유리미립자의 배출효율을 높이기 위해서, 흡배기량을 증가시킨다는 방법이 있지만, 이 방법은 반응실 내의 기류의 혼란이 커지기 때문에 가스유량이 적은 코어퇴적용 버너의 화염의 흔들림이 커지게 되고, 다공질모재의 길이방향에 걸친 굴절율 분포의 안정성이 크게 흐트러진다.

또, 제조하는 다공질모재의 지름이 두껍게 되면, 제조개시 직후부터 다공질모재의 성장한 직동부가 상실에 들어가기까지의 동안은 모재와 상실의 간격의 변화가 커지게 된다. 이 때문에 상실과 반응실의 경계, 즉 반응실 입구에 있어서 상실로부터의 하향의 기류의 선속도가 종래에 비해 훨씬 크게 변화하게 된다.

배출되어야 할 가스 및 잉여 유리미립자의 상승을 충분히 억제하도록 제조개시 직후에 조정되어 있던 이 기류가, 모재의 직동부가 상실에 들어갈 무렵에는 코어의 퇴적을 흐트릴 정도의 강한 흐름으로 된다는 문제가 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해, 일본국 특허공개 평9-118537호 공보나 일본국 특허공개 평11-343135호 공보는, 부착되지 않은 잉여 유리미립자의 장치 밖으로의 배출에 배려한 장치를 기재하고 있다.

일본국 특허공개 평9-118537호 공보는, 반응실을 코어용과 클래드용으로 실질적으로 분리하고, 또한 각 반응실에 설치한 배기조정 댐퍼로 배기인압을 개별로 제어하고 있다. 분리된 클래드용 반응실의 배기인압은 종래보다도 높게 설정되고, 이것에 의해 클래드용 반응실의 배기량을 증가시켜도 코어의 퇴적을 행하는 화염은 흐트러지지 않고 안정되게 제조할 수 있게 하고 있다.

그러나, 이 방법은 반응실을 코어용과 클래드용으로 실질적으로 분리하여, 배기인압을 개별로 제어하는 것이 곤란하고, 또 칸막이판의 하면에 코어퇴적시의 잉여 유리미립자가 부착·퇴적되고, 이것이 박리낙하하여 종래와 같은 문제를 발생할 가능성을 보유하고 있다.

일본국 특허공개 평11-343135호 공보는, 반응실의 버너 배후의 측벽 전면에서 급기하고, 이것과 마주보는 측벽에 배기구를 형성하고, 또한 다공질모재를 끼우는 양 측벽에 다수의 가스분출구를 보유하는 플로가이드벽을 설치한 장치를 기재하고 있고, 이것에 의해서 반응실의 내벽에 부착하는 유리미립자를 줄일 수 있도록 하고 있다.

그러나, 이와 같은 구성의 장치는 코어퇴적용 버너 주위의 기류는 빠르고, 또 흩어져 있고, 그 결과, 코어의 퇴적은 흐트러져서 다공질모재의 길이방향에 걸쳐서 안정된 굴절율 분포를 얻을 수 없다.

또, 상기 공보의 도 1은 윗덮개와 구동축의 간격으로부터 대기가 유입되는 것을 방지하기 위하여 상실의 상부에서 밀봉가스를 공급하는 모양을 나타내고 있지만, 상실에 반응배기가스나 잉여 유리미립자의 상실로의 침입을 방지하는데는 불충분하였다.

본 발명은, VAD법에 의해 다공질모재를 제조하는 장치에 있어서, 잉여 유리미립자의 배출효율을 높여, 기포나 이물이 적고, 길이방향으로 광학특성이 안정된 다공질모재의 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 다공질모재의 제조장치는, 회전하면서 끌어올려지는 출발부재에, 원료가스의 화염 가수분해반응에 의해 생성된 유리미립자를 퇴적시켜서 다공질모재를 제조하는 장치에 있어서, 화염 가수분해반응에 의해 생성된 유리미립자의 퇴적이 행해지는 반응실과, 상기 반응실의 상부에 퇴적에 의해서 형성된 다공질 광섬유모재를 끌어올려 격납하기 위한 상실과, 1개 이상의 코어퇴적용 버너를 보유하고, 버너가 설치되어 있는 측의 반응실 측벽면의 천정 부근을 따라서 슬릿형상의 급기구를 보유하고, 상기 급기구와 마주보는 측벽면에 배기구를 보유하는 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 반응실 내에는 1개 이상의 클래드 퇴적용 버너가 설치되어 있다.

본 발명의 다공질모재의 제조장치에 있어서, 급기구의 긴변의 폭은 반응실의 폭의 75% 이상이다. 또, 배기구의 형상이 직사각형상을 이루고, 그 윗변이 반응실의 천정에서 50㎜ 이내에 위치하도록 설치되고, 배기구의 수평방향의 폭은 반응실 폭의 75% 이상으로 된다. 급기구로부터의 급기선속도는 3m/sec이상 20m/sec이하가 바람직하다. 이 급기구로부터의 급기는 급기구 전후의 압력차에 의해 행해지고, 급기구를 통과하는 공기는 관리된 공기이다.

여기서 관리된 공기라는 것은, 필터를 통과한 반응실 밖의 공기, 또는 클래스 1만 이하의 클린룸의 공기로 된다. 또, 상실은 실질적으로 통형의 형상을 보유하고, 상실의 상부에서 아래쪽의 반응실로 향하는 기류를 병용하는 것도 바람직한 형태이고, 그때의 최대선속도가 0.05m/sec 이상으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 반응실의 배기구측의 저면에, 코어퇴적위치보다도 높은 높임바닥부를 설치하면 좋고, 코어의 퇴적을 안정시킬 수 있다.

반응실은, 급기구와 배기구를 보유하는 상부반응실과 하부반응실로 구성되고, 상부반응실의 저면에 하부반응실로 통하는 접속구가 형성되며, 하부반응실은 상부반응실로 통하는 접속구 이외에 실질적인 배기구를 보유하고 있지 않다.

상부반응실과 하부반응실의 접속구는, 제조하고자 하는 다공질모재의 반경에 대략 50㎜를 더한 값을 반경으로 하는 원형상, 혹은 이 반원과 이 반원의 현을 급기구 측벽면에 투영한 변을 대변으로 하는 장방형을 결합한 장방형상으로 이루어지고, 또한 급기구가 형성된 벽면 이외의 벽면에서 각각 50㎜이상 떨어진 위치에, 출발부재의 주위로 20㎜이상의 간격이 형성되어 있다.

하부반응실 내에 코어퇴적용 버너를 배치하고, 상부반응실 내에 클래드 퇴적용 버너를 배치한 구성으로 한다. 또 하부반응실 내에, 코어퇴적용 버너에 더하여 코어가열용 버너가 배치된 구성, 혹은 하부반응실 내에, 코어퇴적용 버너에 더하여 실질적으로 코어가열용 버너의 역할도 하는 클래드 퇴적용 버너를 배치한 구성으로 하여도 좋고, 이 클래드 퇴적용 버너에 의한 클래드의 퇴적은 실질적으로 상부반응실에서 행해지도록 배치한다.

또한, 코어퇴적용 버너를 센터 코어퇴적용의 제1코어퇴적용 버너와 사이드 코어퇴적용의 제2코어퇴적용 버너로 구성하여도 된다.

이하, 본 발명의 다공질모재의 제조장치에 대하여 도면을 사용하여 더욱 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 제조장치의 정면 개략종단면도이고, 도 5, 도 6은 이들 측면도이며, 도 5는 버너가 설치되어 있는 측의 측벽면을 나타내고, 도 6은 이것과 마주보는 측벽면을 나타내고 있다. 또, 도 7은 상부반응실의 저면을 나타내는 것으로, (a), (b)는 각각 접속구가 다른 형태를 나타내고 있다. 또한, 도 1, 도 2, 도 4는 도 7의 (a)의 A-A선에 따른 종단면도이고, 도 3은 도 7의 (b)의 B-B선에 따른 종단면도이다. 또한, 도 8은 급기구, 상부반응실과 하부반응실을 칸막이하는 격리벽 및 높임바닥부를 보유하고 있지 않은 종래의 장치예를 표시하고 있다.

본 발명의 제조장치는 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 반응실의 버너가 설치되어 있는 측의 측벽면의 천정 부근을 따라서 형성된 슬릿형의 급기구(1)와, 이 급기구와 마주보는 측벽면에 설치된 배기구(2)를 보유하고 있다. 이와 같은 위치에 형성된 급기구(1)로부터 공기 등의 가스가 급기되면, 반응실의 천정 부근에 급기구(1)에서 배기구(2)로 향하는 가스류가 형성된다.

그 때문에, 버너화염으로 생성된 유리미립자 중 다공질모재(3)로서 퇴적되지 않은 잉여 유리미립자의 대부분은 상승하고, 상기 가스류를 타고 빠르게 반응실 밖으로 배출된다. 그 때문에, 잉여 유리미립자가 반응실의 천정 및 측면에 부착·퇴적하여 이것이 박리·낙하할 가능성은 대폭으로 줄어든다.

반응실의 천정 부근에 정상류에 가까운 가스류를 형성하는데는, 급기구(1)와 배기구(2)의 폭은 넓은 편이 좋고, 어느 것이나 반응실 폭의 75% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 마찬가지의 이유에 의해, 배기구(2)도 급기구(1)와 마찬가지로 반응실의 천정 부근에, 그 윗변이 반응실의 천정에서 50㎜ 이내에 위치하도록 형성하는 것이 바람직하다.

또, 천정부근에 형성되는 가스류에 실어서 잉여 유리미립자를 효과적으로 반응실 밖으로 배출시키는데는, 급기구(1)에서의 급기선속도를 3m/sec이상으로 하는 것이 바람직하다. 이 가스류는 다공질모재(3)에 직접 접촉하기 때문에, 급기속도가 20m/sec를 초과하면 다공질모재(3)가 이것에 선동되어 진동하여 길이방향으로 균일한 굴절율 분포가 얻어지지 않게 되므로, 급기선속도는 20m/sec 이하로 하는 것이 바람직하다.

급기구(1)로부터 공급되는 가스로서는, 공기나 혹은 반응에 영향을 미치지 않는 질소, 헬륨, 아르곤 등의 불활성가스 등이 있지만, 비용적으로 공기를 사용하는 것이 바람직하다.

이 종류의 제조장치에 있어서는, 내부에서 생성되는 염산 등의 유독한 가스가 장치의 미소한 틈으로부터 반응실 밖으로 흘러나오지 않도록 반응실 내를 실외 에 대하여 음압으로 설정한다. 이것은 배기구(2)에 송풍기 등을 접속함으로써 얻어진다. 따라서, 급기구(1)에서 반응실 내로 밖의 공기가 유입되어 가스류를 형성한다.

또, 반응실 내외의 압력차를 적절히 설정함으로써 급기선속도를 원하는 유속으로 조정할 수 있다. 그러나, 급기되는 공기와 아울러 미소한 먼지가 반응실 내로 반송되어 오면, 미소한 먼지는 다공질모재(3)에 들어가 이물이나 손실의 원인이 된다. 이것을 피하기 위하여, 이 공기는 관리되어 있는 것이 바람직하다.

이것에 대한 본 발명의 하나의 바람직한 형태로는, 급기구(1)에 방진필터(4)를 설치하여 미소한 먼지가 반응실 내로 유입되는 것을 방지하고 있다. 이 방진필터(4)로서는, 예컨대 HEPA필터 등이 있다. 또, 다른 바람직한 형태로는, 제조장치를 클린룸 내에 설치함으로써 미소한 먼지를 문제없는 레벨까지 감소할 수 있다.

상실(5)에는, 형성된 다공질모재(3)가 차례로 격납되어 가지만, 이 상실(5)로서 본 발명에서는 통형의 것을 채용하였다. 종래기술에서는 예컨대 일본국 특허공개 평11-343135호 공보에 게시되어 있는 바와 같이, 상실의 상부로부터 밀봉가스를 도입하고 있다. 이때, 상실로의 밀봉가스의 도입이 대기의 반응실 내로의 침입을 방지하기 위한 것이면, 상실의 횡단면적에 따라서 이 밀봉가스의 유량을 변경할 필요는 없다.

그러나, 다공질모재의 대형화에 따라, 통형의 상실의 지름도 보다 대경화가 필요하게 된다. 그 경우, 반응실에서 생성되는 고온의 가스나 잉여 유리미립자가 상승기류를 타고 상실 내로 침입하고, 거기서 냉각되어서 상실의 벽면에서 수증기가 응축되고, 또한 생성된 염산이 이 응축수에 흡수되기 때문에, 이것이 상실 내의 청소를 곤란하게 하고 있다.

따라서 본 발명에서는, 상실(5)의 윗쪽에서 도입되는 가스의 유량을 증가시켜서 상실 내에서의 수증기의 응축을 방지하고 있다. 즉, 상실 내에서의 가스류의 최대선속도가 다공질모재(3)의 제조개시부터 종료를 통한 각 시점에 있어서, 0.05m/sec이상으로 되도록 조정함으로써 방지할 수 있다. 가스류의 최대선속도는 가스류량과 상실(5)의 횡단면적, 상실 내에 격납되어 있는 다공질모재(3)의 횡단면적으로부터 계산으로 구할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 있어서 상실 상부에서 도입되는 가스는, 종래기술과는 달리 대기의 반응실로의 침입을 방지하는 것은 아니다. 여기서의 가스의 도입은 반응실의 급기구로부터의 가스의 도입과 마찬가지로, 관리된 것이면 대기이어도 좋고, 별도로 준비된 압축공기이어도 좋다. 또, 반응에 영향을 미치지 않는 질소, 헬륨, 아르곤 등의 불활성가스라도 관계없지만, 비용적으로 공기가 바람직하다.

본 발명에서는, 반응실의 상부에 급기구(1)로부터 배기구(2)로 향하는 비교적 빠른 흐름을 형성하고 있지만, 이것에 의해 이 흐름의 하측에 순환하는 흐름이 발생한다. 이 순환류가 코어의 퇴적을 흐트리는 새로운 요인이 될 수 있다. 이 순환류는 기본적으로는 배기구(2)의 하측의 벽면을 따라서 바닥으로 향하는 하향의 흐름이 생기고, 또한 바닥을 따라서 급기구(1)의 어느 벽면을 향하는 흐름으로 되며, 또한 급기구(1)의 어느 벽면을 따라서 상승하여 순환하는 흐름으로 된다.

이 바닥에 따른 흐름이 코어퇴적용 버너(11)의 화염을 정면에서 부채질하는 것으로 되어 코어의 안정된 퇴적을 방해한다.

이것을 방지하기 위해, 본 발명의 바람직한 형태에서는 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 배기구측에 코어퇴적 위치보다도 높은 위치에 높임바닥부(6)를 설치하고 있다. 이것에 의해 상기 바닥에 따른 흐름은 기본적으로는 코어퇴적 위치보다도 상부를 흐르는 것으로 되고, 이 순환류에 의해 코어로의 퇴적이 흐트러지지 않고 안정된 퇴적이 가능하게 된다.

그러나, 반응실 내의 가스의 흐름은 비정상류이고, 때때로 버너를 사이에 둔 양측의 벽면을 따라서 하향의 강한 흐름이 돌발적으로 발생하고, 이것이 코어의 퇴적을 흐트려서 굴절율 분포의 국소적인 변동으로 되는 것을 알았다.

이것을 방지하기 위해, 본 발명의 더욱 바람직한 형태로는, 도 1, 도 2, 도 4에 나타낸 바와 같이, 반응실을 격리벽(7)으로 칸막이하여 상부반응실(8)과 하부반응실(9)로 구성하고, 다공질모재(3)의 코어부가 관통하는 위치에 양 반응실의 접속구(10)를 형성하고, 하부반응실(9)에는 이 상부반응실(8)과의 접속구(10) 이외에 실질적인 배기구를 갖지 않는 구성으로 하고 있다. 양 반응실의 접속구(10)는 상부반응실(8)보다도 좁은 횡단면적을 보유하고 있고, 이 격리벽(7)은 실질적으로 높임바닥부(6)의 기능도 하도록 되어 있다.

이와 같은 구성으로 함으로써, 하부반응실(9)에 상기 순환류나 벽면을 따른 하향의 강한 흐름이 도달하는 일이 없어, 하부반응실 내는 실질적으로 기류가 고인상태로 되어, 코어퇴적용 버너(11)의 화염이 기류에 의해서 흩어지는 일은 없다.

양 반응실을 칸막이하는 격리벽(7)은, 코어퇴적 위치가 하부반응실 내에 위치하도록 설치되어 있다. 하부반응실 내에 설치된 버너의 화염으로 발생하는 가스나 잉여 유리미립자는 접속구(10)를 통하여 상부반응실(8)로 유출하고, 즉시 배출구(2)로부터 배출된다.

본 발명의 보다 바람직한 형태로는, 상기 접속구(10)의 위치 및 크기도 규정된다. 하부반응실(9)을 상기 기류가 고인 상태로 하기 위해서는, 접속구(10)를 지나치게 크게 하여서는 안된다. 특히, 다공질모재(3)의 배기구측 및 이것에 인접하는 벽면측에 크게 개구하고 있으면 충분한 효과를 얻을 수 없다.

바람직한 접속구(10)의 예를 도 7의 (a), (b)에 나타낸다. 도 7의 (a)는 도 1, 도 2 또는 도 4의 상부반응실(8)의 저면을 나타내고, 접속구(10)가 원형상을 이루는 예이다. 이 접속구(10)는 출발부재의 회전축을 중심으로 하여 제조되는 다공질모재(3)의 반경에 대략 50㎜를 더한 값을 반경으로 하는 원에 포함되는 정도의 크기로 하는 것이 좋다.

도 7의 (b)는, 도 3의 상부반응실(8)의 저면을 나타내고, 접속구(10)는 상기 반원과 이 반원의 현을 급기구 측벽면에 투영한 변을 대변으로 하는 장방형을 결합한 장방형상, 즉 일단이 반원인 장방형상을 이루고 있다.

상기 도 7의 (a), (b)의 어느 경우나, 접속구(10)는 급기구가 형성된 벽면 이외의 벽면에서 각각 50㎜이상 떨어진 위치에, 출발부재의 주위로 20㎜이상의 간격을 보유하도록 형성한다.

이것에 의해서 하향의 흐름이 하부반응실(9)에 흘러들어가지 않아 하부반응 실 내를 상기 기류가 고인 상태로 할 수 있고, 코어퇴적용 버너의 화염이 흐트러지지 않고 충분한 효과를 얻을 수 있다.

또, 역으로 접속구(10)가 지나치게 작아서 접속구(10)를 관통하고 있는 다공질모재(3)의 출발부재와의 간격이 20㎜보다 좁아지면, 하부반응실 내에 설치된 버너의 화염으로 발생하는 각 가스나 잉여 유리미립자가 순조롭게 상부반응실측으로 유출될 수 없어, 하부반응실(9)의 천정(격리벽(7)의 하면)이나 접속구(10)의 내주에 잉여 유리미립자가 부착·성장하고, 이것이 박리되어 부유하고, 다공질모재(3)에 부착하여 이물이나 기포로 되는 일이 있다. 또한, 접속구(10)가 좁아지면, 상부반응실(8)과 하부반응실(9)은 실질적으로 분리되고, 양 반응실의 압력차로부터 이 접속구의 약간의 간격을 통과하는 기류가 발생하여 하부반응실(9)에 설치된 버너의 화염을 흐트리게 된다. 따라서, 본 발명의 바람직한 형태에서는 접속구(10)와 출발부재의 간격을 20㎜이상으로 하고 있다.

지금까지 본 발명의 제조장치에 대하여, 주로 반응실의 횡단면이 장방형을 이루는 장치에 대하여 설명하여 왔지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 횡단면이 원형 또는 그것과 유사한 것이어도 본 발명의 범주에 포함된다.

또, 코어퇴적용 버너의 화염을 흐트리지 않을 정도이면, 하부반응실에 급기구를 형성하여도 된다.

또한, 이와 같이 하여 제조된 다공질모재는, 탈수, 소결유리화 함으로써 광섬유모재로 되고, 필요에 따라서 선뽑기에 적합한 두께로 세경화하여 프리폼으로 하고, 이것을 선뽑기함으로써 광섬유로 된다.

(실시예 1)

도 1에 나타낸 제조장치는, VAD법에 의해 다공질모재를 제조하는 것이고, 한변이 500㎜의 입방체 형상의 반응실 상부에 반경 130㎜의 원주상의 상실(5)을 보유하고, 반응실의 천정의 중심과 상실(5)의 중심축이 일치하도록 접속된 반응용기와, 회전축이 상실(5)의 중심축에 일치한 상하동 가능한 회전샤프트(도시를 생략함)를 보유하고 있다. 도면에 모식적으로 나타낸 바와 같이, 반응실의 버너가 설치된 측 벽면의 천정에서 5㎜ 아래에 폭 480㎜, 높이 15㎜의 슬릿형상의 급기구(1)가 형성되고, 급기구(1)와 마주보는 벽면의 천정에서 5㎜ 아래에 폭 480㎜, 높이 200㎜의 배기구(2)가 형성되어 있다.

또, 반응실의 급기구측에는 저면에서 150㎜의 높이에, 중심에 반경 50㎜의 원형 구멍을 뚫은 격리벽(7)을 설치하고, 반응실을 상부반응실(8)과 하부반응실(9)로 분할하고, 또한 배기구측의 저부는 격리벽(7)과 같은 레벨의 높임바닥부(6)로 되어 있다. 하부반응실(9)에는 1개의 코어퇴적용 버너(11)와 1개의 코어가열용 버너(12)를 설치하고, 상부반응실(8)에는 2개의 클래드 퇴적용 버너(13)를 설치하였다.

코어(출발부재) 선단에서의 퇴적위치는, 하부반응실(9)의 저면에서 100㎜의 높이로 하였다. 제조의 개시에서 종료의 사이를 통하여 상실(5)의 상부에서 300ℓ/min의 공기를 도입하고, 상실 내의 기류의 최대선속도를 0.09m/sec 이상으로 유지하였다. 급기구(1)에는 방진필터(4)로서 HEPA필터를 설치하고 있고, 이것에 의해서 반응실 밖의 공기는 이물 등의 원인으로 되는 먼지가 제거되어 반응실 내로 유입된다. 제조중, 급기구(1)에서의 급기선속도가 5m/sec로 되도록 반응실의 배기인압을 조정하였다.

코어퇴적용 버너(11)에는 원료가스로서 450㎖/min의 SiCl₄와 25㎖/min의 GeCl₄를 공급하였다. 2개의 클래드 퇴적용 버너(13)에는 원료가스로서 각각 1.0ℓ/min, 2.5ℓ/min의 SiCl₄를 공급하였다. 또한, 각 퇴적용 버너와 코어가열용 버너(12)에는 각각 연소가스로서 H₂, 지지가스로서 O₂를 공급하였다.

이와 같이 하여 싱글모드 광섬유용 다공질모재를 제조하였더니, 외경이 200㎜Φ이고 코어의 외경 40㎜Φ인 다공질모재가 생성되고, 생산속도는 450g/hr이었다. 제조 동안을 통하여 상실 내 및 반응실 내의 천정이나 벽면으로의 잉여 유리미립자의 부착·퇴적은 적고, 이것이 박리되어 낙하하는 일은 없었다. 또 얻어진 다공질모재를 유리화하여 굴절율 분포를 측정하였더니 길이방향으로 안정되어 있고, 우수한 광학특성을 보유하고 있었다.

(실시예 2)

본 실시예는 도 2에 나타낸 장치를 클래스 1만의 클림룸 내에 설치하고, 급기구(1)에 방진필터(4)를 부착하지 않은 예이다.

버너에 대해서는, 1개의 코어퇴적용 버너(11)와, 이 코어퇴적용 버너(11)에 인접하여 실질적으로 코어가열용 버너의 역할도 하는 클래드 퇴적용 버너(14) 1개를 하부반응실(9)에 설치하고, 또 1개의 클래드 퇴적용 버너(13)를 상부반응실(8)에 설치하였다. 또한, 하부반응실(9)에 설치한 클래드 퇴적용 버너(14)는 클래드부 로의 유리미립자의 퇴적이 상부반응실 내에서 행해지도록 그 위치를 조정하였다. 그리고, 본 실시예의 도 2의 장치는, 상기 방진필터의 유무 및 버너의 종류와 수를 제외하고, 실시예 1의 도 1에 나타낸 장치와 동일하다.

도 1의 코어가열용 버너(12)가 없는 것을 제외하면, 실시예 1과 같은 가스조건으로 싱글모드 광섬유용 다공질모재의 제조를 행하여, 외경이 200㎜Φ이고 코어의 외경이 40㎜Φ인 다공질모재를 제조하였다. 이 때의 생산속도는 450g/hr이다. 제조중, 상실 내 및 반응실 내의 천정이나 벽면으로의 잉여 유리미립자의 부착·퇴적은 적고, 이것이 박리하여 낙하하는 바와 같은 일은 없었다. 또 얻어진 다공질모재를 유리화하여 굴절율 분포를 측정하였더니, 길이방향으로 안정되어 있고, 우수한 광학특성을 보유하고 있었다.

(실시예 3)

도 3에 나타낸 장치를 클래스 1만의 클린룸 내에 설치하고, 급기구(1)에는 방진필터(4)를 부착하지 않았다. 또한, 도 7의 (b)에 상부반응실(8)의 저면을 모식적으로 나타낸 바와 같이, 격리벽(7)의 접속구(10)를, 중심을 출발부재의 대략 회전축상으로 하는 반경 100㎜의 원의 반원과, 이 반원의 현을 급기구 측벽면에 투영한 변을 대변으로 하는 장방형을 결합한 장방형상으로 하였다. 또, 하부반응실(9)에는 1개의 센터 코어퇴적용 버너(15)와 1개의 사이드 코어퇴적용 버너(16)를 설치하고, 상부반응실(8)에는 1개의 클래드 퇴적용 버너(13)를 설치하였다. 또한, 본 실시예의 도 3의 장치는, 상기 방진필터의 유무, 접속구의 형상 및 버너의 종류와 수를 제외하고, 실시예 1의 도 1에 나타낸 장치와 동일하다.

센터 코어퇴적용 버너(15)에는 원료가스로서, 100㎖/min의 SiCl₄와 35㎖/min의 GeCl₄를 공급하였다. 사이드 코어퇴적용 버너(16)에는 원료가스로서 500㎖/min의 SiCl₄와 60㎖/min의 GeCl₄를 공급하였다. 클래드 퇴적용 버너(13)에는 원료가스로서 2.5ℓ/min의 SiCl₄를 공급하였다. 또한, 각 퇴적용 버너에 연소가스로서 H₂, 지지가스로서 O₂를 공급하였다.

이와 같이 하여 분산시프트 광섬유용 다공질모재를 제조하였더니, 외경이 180㎜Φ이고 사이드 코어의 상기 접속구부에서의 외경이 120㎜Φ인 다공질모재가 생성되고, 생산속도는 300g/hr이었다. 제조중, 상실 내 및 반응실 내의 천정이나 벽면으로의 잉여 유리미립자의 부착·퇴적은 적고, 이것이 박리되어 낙하하는 바와 같은 일은 없었다. 또, 얻어진 다공질모재를 유리화하여 굴절율 분포를 측정하였더니 길이방향으로 안정되어 있고, 우수한 광학특성을 보유하고 있었다.

(실시예 4)

본 실시예의 도 4에 나타낸 장치는, 하기 접속구 및 버너의 수와 종류를 제외하고 실시예 2의 도 2에 나타낸 장치와 동일하다.

격리벽(7)의 접속구(10)는 출발부재의 회전축을 중심으로 하는 반경 100㎜의 원형으로 형성되어 있다. 또, 1개의 코어퇴적용 버너(11)를 하부반응실(9)에 설치하고, 상부반응실(8)에는 버너를 설치하지 않았다. 코어퇴적용 버너(11)에는 원료가스로서 1.6ℓ/min의 SiCl₄와 150㎖/min의 GeCl₄를, 또한 연소가스로서 H₂, 지지가 스로서 O₂를 공급하였다.

이와 같이 하여 멀티모드 광섬유용 다공질모재를 제조하였더니, 외경이 140㎜Φ인 다공질모재가 생성되고, 생산속도는 140g/hr이었다. 제조의 동안을 통하여 반응실 내의 천정이나 벽면으로의 잉여 유리미립자의 부착·퇴적은 적고, 이것이 박리하여 낙하하는 바와 같은 일은 없었다. 또, 얻어진 다공질모재를 유리화하여 굴절율 분포를 측정하였더니 길이방향으로 안정되어 있고, 우수한 광학특성을 보유하고 있었다.

(비교예 1)

본 비교예의 도 8에 나타낸 장치는, 급기구(1) 및 반응실의 배기구측에 높임바닥부(6)를 설치하지 않고, 또한 반응실을 상부반응실(8)과 하부반응실(9)로 분리하는 격리벽(7)을 설치하지 않은 이외는, 실시예 2의 도 2의 장치와 동일하다. 그 외의 조건은, 실시예 2와 동일하게 하여 싱글모드 광섬유용 다공질모재의 제조를 행하였더니, 잉여 유리미립자가 대량으로 반응실의 천정부에 부착·퇴적되고, 제조중에 이것이 박리·낙하하였다. 제조된 다공질모재를 유리화하였더니 다수의 이물이나 기포가 확인되었다.

본 발명의 다공질모재의 제조장치는, 상기 구성으로 함으로써 부착·퇴적되지 않은 잉여의 유리미립자는 반응실의 천정 부근을 흐르는 가스류를 타고 빠르게 반응실 밖으로 배출된다. 특히, 청소가 곤란한 상실로의 잉여 유리미립자나 수증기 의 침입이 억제되어 제조후의 장치의 청소가 용이하다.

또, 잉여 유리미립자의 다공질모재로의 부착·퇴적도 억제되어 고품질로 안정된 다공질모재를 제조할 수 있다. 또한, 반응실 내의 순환류나 벽면을 따른 하향의 강한 흐름에 의해서, 코어퇴적용 버너의 화염이 흐트러지는 일은 없고, 길이방향으로 안정된 굴절율 분포가 얻어진다.

본 발명의 제조장치를 사용함으로써 고품질로 안정된 광학특성을 보유하는 스텝형 굴절율 분포를 가진 싱글모드 광섬유용 다공질모재, 계단형의 굴절율 분포를 가진 분산시프트 섬유용 다공질모재, 포물선형의 굴절율 분포를 가진 멀티모드 광섬유용 다공질모재를 제조할 수 있다.

Claims

회전하면서 끌어올려지는 출발부재에, 원료가스의 화염 가수분해반응에 의해 생성된 유리미립자를 퇴적시켜서 다공질 광섬유모재를 제조하는 장치에 있어서, 화염 가수분해반응에 의해 생성된 유리미립자의 퇴적이 행해지는 반응실과, 상기 반응실의 상부에 퇴적에 의해서 형성된 다공질 광섬유모재를 끌어올려 격납하기 위한 상실과, 1개 이상의 코어퇴적용 버너를 보유하고, 버너가 설치되어 있는 측의 반응실 측벽면의 천정 부근을 따라서 슬릿형상의 급기구를 보유하고, 상기 급기구와 마주보는 측벽면에 배기구를 보유하고, 상기 배기구의 형상은 직사각형상을 이루고, 그 윗변은 반응실의 천정에서 50㎜ 이내에 위치하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 다공질 광섬유모재의 제조장치.
제1항에 있어서, 상기 반응실 내에 1개 이상의 클래드 퇴적용 버너를 더 보유하는 것을 특징으로 하는 다공질 광섬유모재의 제조장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 급기구의 긴변의 폭은 반응실 폭의 75% 이상인 것을 특징으로 하는 다공질 광섬유모재의 제조장치.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배기구의 수평방향의 폭은 반응실 폭의 75% 이상인 것을 특징으로 하는 다공질 광섬유모재의 제조장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 급기구에서의 급기선속도는 3m/sec이상 20m/sec이하인 것을 특징으로 하는 다공질 광섬유모재의 제조장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 급기구에서의 급기는 급기구 전후의 압력차에 의해 행해지고, 급기구를 통과하는 공기는 관리된 공기인 것을 특징으로 하는 다공질 광섬유모재의 제조장치.
제7항에 있어서, 상기 관리된 공기는 필터를 통과한 반응실 밖의 공기인 것을 특징으로 하는 다공질 광섬유모재의 제조장치.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상실은 통형의 형상을 보유하고, 상실의 상부에서 아래쪽의 반응실로 향하는 기류의 최대선속도는 0.05m/sec 이상인 것을 특징으로 하는 다공질 광섬유모재의 제조장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반응실의 저면은 코어퇴적위치보다 높은 높임바닥부를 보유하고, 상기 높임바닥부가 배기구측의 저면에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 다공질 광섬유모재의 제조장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반응실은 상기 급기구와 배기구를 보유하는 상부반응실과 하부반응실로 구성되고, 상부반응실의 저면에 하부반응실로 통하는 접속구가 형성되며, 상기 하부반응실은 상부반응실로 통하는 접속구를 보유하고 있는 것을 특징으로 하는 다공질 광섬유모재의 제조장치.
제12항에 있어서, 상기 상부반응실과 하부반응실의 접속구는, 제조하고자 하는 다공질 광섬유모재의 반경에 대략 50㎜를 더한 값을 반경으로 하는 원형상, 혹은 이 반원과 이 반원의 현을 급기구 측벽면에 투영한 변을 대변으로 하는 장방형을 결합한 장방형상으로 이루어지고, 또한 급기구가 형성된 벽면 이외의 벽면에서 각각 50㎜이상 떨어진 위치에, 출발부재의 주위로 20㎜이상의 간격이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 다공질 광섬유모재의 제조장치.
제12항에 있어서, 상기 하부반응실 내에 코어퇴적용 버너가 배치되고, 상부반응실 내에 클래드 퇴적용 버너가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 다공질 광섬유모재의 제조장치.
제14항에 있어서, 상기 하부반응실 내에, 코어퇴적용 버너에 더하여 코어가열용 버너가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 다공질 광섬유모재의 제조장치.
제12항에 있어서, 상기 하부반응실 내에, 코어퇴적용 버너에 더하여 코어가열용 버너의 역할도 하는 클래드 퇴적용 버너를 배치하고, 상기 클래드 퇴적용 버너에 의한 클래드의 퇴적이 상부반응실에서 행해지는 것을 특징으로 하는 다공질 광섬유모재의 제조장치.
제1항에 있어서, 상기 코어퇴적용 버너는 센터 코어퇴적용의 제1코어퇴적용 버너와 사이드 코어퇴적용의 제2코어퇴적용 버너로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다공질 광섬유모재의 제조장치.