KR101184118B1 - 유리 모재의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

광섬유 제조용의 유리 모재의 단부에 테이퍼부를 형성하는데 즈음하여, 유리 모재의 중심선에 대한 용단 개소의 중심선 변위량을 소정의 수치 이하로 수정한 후에, 수정 개소로부터 용단하여 테이퍼부를 형성한다. 또, 평균 외경 D의 곧은 몸체 유효부와 상기 곧은 몸체 유효부의 일단에 테이퍼부를 가지는 선뽑기용 유리 모재에 있어서, 상기 유리 모재를 선뽑기 장치에 장착했을 때에, 상기 테이퍼부로부터의 곧은 몸체 유효부단과 테이퍼부의 뒤틀림 평가단의 사이에 있어서의 유리 모재의 중심선 변위량의 최대치로 표시되는 테이퍼부의 뒤틀림 δ와, 상기 평균 외경 D의 비 δ/D가 δ/D≤0.03으로 되도록 한다. 이에 의해서, 선뽑기 개시 초기에 있어서의 광섬유의 편심을 신속하게 작게 하고 나머지 길이를 저감시킨다.

광섬유, 유리 모재, 테이퍼, 선뽑기, 용단, 뒤틀림

Description

유리 모재의 제조 방법{METHOD F0R PR0DUCING GLASS MATRIX}

본 발명은 광섬유(optical fiber)를 제조하기 위한 유리 모재와 그 제조 방법 및 광섬유의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 광섬유의 선뽑기(drawing)에 적합한 단부 형상(end shape)을 가지는 유리 모재의 제조 방법에 관한 것이다.

또한, 문헌의 참조에 의한 편입이 인정되는 지정국에 대해서는, 하기의 출원에 기재된 내용을 참조에 의해 본 출원에 편입하고 본 출원의 기재의 일부로 한다.

일본 특허출원 2004-159822호(출원일: 평성 16년 5월 28일)

일본 특허출원 2004-159848호(출원일: 평성 16년 5월 28일)

대형의 유리 모재는 전기로(electric furnace) 등의 가열로(heating furnace)에서 가열된 후, 축 방향, 특히 연직 방향으로 연신되고, 소정의 길이로 분할함으로써, 선뽑기(drawing)에 적합한 직경을 가지는 유리 모재로 가공된다. 도 1에 대형의 유리 모재를 전기로로 연신하여 제조한 유리 모재의 개략도를 나타내었다. 연신된 유리 모재(1)는 그 양단에 중심축과 직교하는 면에서 절단된 기계적 절단면(2)을 가지고 있다.

제조된 유리 모재(1)의 일단에는 도 2의 개략도에 나타내듯이, 유리 모재(1)를 선뽑기 장치에 장착하기 위한 더미 바(dummy bar)(3)가 용착(welding)되고 이 부분에서 파지된다. 타단은 선뽑기의 개시를 용이하게 하기 위해, 테이퍼(taper) 형상으로 가공되고 테이퍼부(4)가 설치된다.

유리 모재(1)의 일단으로의 더미 바(3)의 용착 및 타단의 테이퍼부(4)의 형성은, 많은 경우 유리 선반(glass lathe)을 이용하여 행해진다. 유리 선반을 이용하여 테이퍼 형상으로의 가공을 하는 방법에는, 예를 들면 특허문헌 1, 2에 소개되어 있는 방법을 들 수 있다.

양단에 기계적 절단면을 가지는 유리 모재(1)는 그 일단에 더미 바(3)가 접속되고, 타단에는 테이퍼부(4)가 형성된다. 이 테이퍼부(4)의 형성된 유리 모재(이하, 「선뽑기용 유리 모재」라고 칭한다)는 도 3에 나타내듯이, 더미 바(dummy bar)(3)를 선뽑기 장치의 피더(feeder)(5)에 스크롤 척(scroll chuck)(6)으로 파지시킴으로써 선뽑기 장치에 장착된다.

다음에, 선뽑기용 유리 모재의 테이퍼부(4)를 가열로(7)의 소정 위치에 세트(set)하여 가열을 개시하고, 선뽑기용 유리 모재의 선단이 연화하여 늘어져 떨어져 내려오는 것을 기다린다. 선단이 늘어져 떨어져 내려오면, 이 선단을 잡아 외경 측정기(8)를 통과시킨다. 그 후, 소망의 선 직경에 달하고 안정된 상태에서, 광섬유(9)를 제1다이스(dice)(10), 제1자외선 경화 장치(11), 제2다이스(12) 및 제2자외선 경화 장치(13)의 순서로 통과시킴으로써, 광섬유(9)에의 코팅 및 경화를 한다. 그 후, 가이드 풀리(guide pulley)(14)를 지나 캡스탄(capstan)(도시를 생략) 에 의해 보빈(bobbin)에 감긴다.

그 후, 피더(feeder)(5)의 전송 속도 및 선뽑기 속도를 서서히 올리고, 양자를 규정 속도까지 끌어올리고, 선뽑기 공정을 정상 상태로 한다. 정상 상태의 판별은 다음의 지표의 모두가 만족되었는지 아닌지에 의해서 행해진다. 즉, 지표 1: 전송 속도 및 선뽑기 속도가 규정 속도에 달했을 것, 지표 2: 광섬유의 외경이 안정될 것, 지표3: 광섬유의 외경이 안정되고 나서 규정의 나머지 길이(excess length)를 인수할 것이다. 정상 상태로 선뽑기된 정상부의 광섬유가 제품으로서 이용된다. 그 이전의 비정상 상태로 선뽑기된 비정상부의 광섬유는 불량부로서 폐기된다.

여기서, 상기 지표 3을 마련한 것은 선뽑기된 광섬유의 편심을 작게 하기 위해서이다. 선뽑기된 광섬유는 선뽑기 개시 초기의 비정상부에 있어서 편심이 크고, 선뽑기의 진행에 수반하여 편심은 서서히 작아지고, 정상부에 있어서 어느 값으로 안정된다. 그 때문에 비정상부에 있어서는 외경이 사양을 만족하고 있어도 편심이 큰 부분이 존재한다. 이 외경이 사양 범위 내에 있어도 편심이 큰 광섬유 부분을 제품으로부터 제외하기 위해서, 지표 3의 나머지 길이를 마련하고 있다.

도 4에 있어서 (a)는 선뽑기 거리에 대한 광섬유의 외경의 변화를 나타내고, (b)는 광섬유의 편심의 변화를 나타내고 있다. 광섬유의 외경이 사양 범위 내로 들어간 점(point)을 외경 안정점(outside-diameter stable point)(16)으로 하고, 편심이 사양 범위 내로 들어간 점을 편심 안정점(eccentric stable point)(17)으로 한다. 외경 안정점(16)과 편심 안정점(17)의 사이가 제외해야 할 나머지 길이(18)로 된다. 광섬유의 편심은 다음 식으로 정의되는 편심률(eccentricity ratio)로 표 시된다.

편심률(%)=[(E₀ ²+E₉₀ ²)^1/2/{(D₀+D₉₀)/2}]×100

편심률의 계산에는 광섬유를 축 방향으로 회전시키고 그 프로파일(profile)을 0°및 90°의 2위치에서 측정할 필요가 있다. 식 중, E₀는 0°에 있어서의 편심량, E₉₀은 90°에 있어서의 편심량이다. D₀는 0°에 있어서의 광섬유의 외경, D₉₀은 90°에 있어서의 외경이다.

특허문헌 1: 일본 특허공개 2000-143268호 공보

특허문헌 2: 일본 특허공개 2000-203864호 공보

<발명이 해결하고자 하는 과제>

선뽑기 개시 초기의 비정상부의 광섬유는 편심 등 때문에 제품으로서는 사용할 수 없고 폐기 처분하게 된다. 폐기되는 광섬유가 증대하면, 원료에 대한 제품의 비율(yield)의 저하를 초래하고 제조 비용이 증대한다. 따라서, 원료에 대한 제품의 비율을 향상시키기 위해서는 선뽑기 개시 초기의 비정상부의 시간을 단축하고, 가능한 한 빨리 정상 상태로 하고 품질을 안정시킬 필요가 있다.

근년 들어, 유리 모재는 대형화하고 있고, 이에 수반하여 선뽑기 개시 초기의 비정상부 영역이 길어지고, 폐기되는 광섬유의 양도 증대해 오고 있다. 비정상부의 광섬유가 폐기되는 이유는 상기 편심에 더하여, 외경 변동, 피복재의 불균일 등에 의해 광섬유의 사양으로부터 벗어나기 때문이다. 여기서, 상기 3개의 지표의 값의 모두, 혹은 어느 하나를 작게 함으로써 비정상부 영역이 단축되고, 원료에 대한 제품의 비율(yield)이 향상된다.

본 발명은 선뽑기 개시 초기에 있어서의 광섬유의 편심을 신속하게 작게 할 수가 있고, 비정상부 영역을 단축하는 것이 가능한 선뽑기에 적합한 단부 형상을 가지는 유리 모재 및 그 제조 방법 및 광섬유의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

<과제를 해결하기 위한 수단>

상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명의 제1의 형태로서, 원기둥 형상의 유리 모재를 용단(fusing)하여, 직경이 일정한 곧은 몸체부(straight base)와 곧은 몸체부의 일단에 형성되고 곧은 몸체부로부터 멀어질수록 직경이 가늘어지는 테이퍼부(taper portion)를 가지는 선뽑기(drawing)용의 유리 모재를 제조하는 방법으로서, 용단 개소의 곧은 몸체부 양단의 중심을 지나는 직선과 상기 유리 모재의 중심선과의 변위량인 중심선 변위량을 2.6mm 이하로 수정(modifying)한 후에, 수정된 개소에 있어서 상기 유리 모재를 용단하여 테이퍼부를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 모재의 제조 방법이 제공된다. 이에 의해, 선뽑기용 유리 모재에 형성되는 테이퍼부의 뒤틀림(distortion)이 당초보다 적게 되고, 선뽑기의 개시로부터 정상 상태에 이르기까지 발생하는 나머지 길이(excess length)가 단축된다. 또, 중심선 변위량을 2.6mm 이하로 수정함으로써, 유리 모재를 수정하는 효과가 현저하게 되고, 뒤틀림이 적은 테이퍼부를 형성할 수가 있다.

또, 하나의 실시 형태로서 상기 제조 방법에 있어서, 수정(modifying)이 유리 선반을 이용하여 유리 모재를 회전시키면서 버너 화염으로 가열하는 조작을 포함한다. 이에 의해, 정밀한 수정 작업을 할 수 있다.

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또, 다른 실시 형태로서 상기 제조 방법에 있어서, 용단(fusing)은 버너 화염에 의해 가열하는 조작을 포함한다. 이에 의해, 수정과 용단의 각 작업을 연속하여 행할 수가 있다.

또, 다른 실시 형태로서 상기 제조 방법에 있어서, 수정을 한 후의 유리 모재를 선뽑기 장치에 장착하고, 용단을 선뽑기의 직전에 한다. 이에 의해, 수정, 용단 및 선뽑기의 각 작업을 연속하여 행할 수가 있다. 또, 일련의 작업을 단시간으로 실시할 수 있으므로, 수정의 효과가 열화하지 않는다.

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또한, 다른 실시 형태로서 상기 제조 방법에 있어서, 평균 외경 D를 가지고,상기 선뽑기용의 유리 모재를 선뽑기 장치에 장착했을 때에, 상기 곧은 몸체부의 단부와 테이퍼부의 뒤틀림 평가단과의 사이에 있어서, 상기 곧은 몸체부의 양단의 중심을 지나는 직선과 상기 유리 모재의 중심선과의 변위량의 최대치를 테이퍼부 뒤틀림(taper portion distortion) δ로 했을 때에, 상기 평균 외경 D와 테이퍼부 뒤틀림 δ의 비 δ/D가 δ/D≤0.03이고, 상기 곧은 몸체부의 단부는 상기 평균 외경 D에 0.90~1.00의 범위에 있는 계수 β를 곱한 외경을 가지는 부위이고, 상기 뒤틀림 평가단은 상기 선뽑기 장치에 의해 가열이 개시되는 위치인 유리 모재의 제조 방법이 제공된다. 이에 의해, 선뽑기의 개시로부터 정상 상태에 이르기까지 발생하는 나머지 길이가 단축된다. 이에 의해, 광학 특성이 우수한 광섬유를 저비용으로 제조할 수 있다. 또, 상기 유리 모재에 있어서, 곧은 몸체부의 단부가 평균 외경 D에 0.90～1.00(무차원)의 범위에 있는 계수 β를 곱한 값의 외경을 가지는 부위인 것에 의해, 테이퍼부의 뒤틀림 δ를 계측할 때의 기준이 규정된다.

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또, 상기 유리 모재에 있어서, 테이퍼부는 용단(fusing) 또는 연삭(grinding)에 의해 형성된다. 이에 의해, 선뽑기용 유리 모재가 제조되고 광섬유 제조를 위한 선뽑기가 용이하게 된다.

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<발명의 효과>

본 발명에 의하면, 선뽑기 개시 초기의 광섬유의 편심을 신속하게 작게 안정시킬 수가 있고, 제품 불량부인 비정상부 영역을 단축할 수가 있다. 이에 의해 광섬유 생산의 원료에 대한 제품의 비율(yield)을 향상시킬 수가 있고, 자원 절약 및 제조 비용의 저감에 기여한다.

도 1은 전기로로 연신하여 제조된 유리 모재를 나타내는 개략도이다.

도 2는 일단에 더미 바가 용착된 선뽑기용 유리 모재를 나타내는 개략도이다.

도 3은 선뽑기 장치의 개략을 나타내는 개략 설명도이다.

도 4 (a)는 선뽑기 거리에 대한 광섬유의 외경의 변화를 나타내고, (b)는 선뽑기 거리에 대한 편심의 변화를 나타내는 모식도이다.

도 5는 뒤틀림 δ를 설명하는 개략도이다.

도 6은 뒤틀림 측정에서 사용한 유리 모재를 나타내는 개략도이다.

도 7 (a)는 선뽑기용 유리 모재의 긴 방향에 대한 외경의 변화를 나타내고, (b)는 선뽑기용 유리 모재의 긴 방향에 대한 중심선의 변위량의 변화를 나타내는 모식도이다.

도 8 (a)는 테이퍼 형성 전의 유리 모재의 외경과 중심선 변위량을 나타내고, (b)는 테이퍼부를 형성한 유리 모재의 중심선 변위량을 나타내는 도이다.

도 9는 용단 위치의 중심선 변위량과 용단하여 형성한 테이퍼부의 뒤틀림의 상관성을 나타내는 도이다.

도 10은 뒤틀림과 나머지 길이의 관계를 나타내는 도이다.

도 11은 연삭에 의한 연삭 테이퍼부의 형성 방법을 나타내는 모식도이다.

도 12는 연삭에 의한 테이퍼부의 수정 방법을 나타내는 모식도이다.

<부호의 설명>

1　유리 모재

2, 19　기계적 절단면

3　더미 바(dummy bar)

4　테이퍼부(taper portion)

5　피더(feeder)

6　스크롤 척(scroll chuck)

7　가열로(heating furnace)

8　외경 측정기

9　광섬유(optical fiber)

10　제1다이스(dice)

11　제1자외선 경화 장치

12　제2다이스

13　제2자외선 경화 장치

14　가이드 풀리(guide pulley)

16　외경 안정점(outside-diameter stable point)

17　편심 안정점(eccentric stable point)

18　나머지 길이(excess length)

20　용단 테이퍼부(fusing taper portion)

21　곧은 몸체부의 단부(end of straight base)

22　뒤틀림 평가단(distortion evaluating end)

23　뒤틀림 평가 영역(distortion evaluating area)

24, 25　근사 직선

26　회전 숫돌(rotational grindstone)

27　연삭 테이퍼부(grinding taper portion)

도 2에 나타내듯이, 선뽑기(drawing) 장치에 장착되는 선뽑기용 유리 모재의 일단에는 더미 바(dummy bar)(3)가 접속되고, 타단에는 테이퍼부(taper portion)(4)가 형성되어 있다. 본 발명자는 열심히 연구한 결과, 이 테이퍼부(4)의 형상에 의해, 선뽑기 개시 초기의 광섬유의 편심(eccentricity)이 크게 좌우되고, 테이퍼부(4)가 선뽑기용 유리 모재의 중심선에 대해서 비대칭성을 가지고 있으면, 즉 테이퍼부(4)에 뒤틀림(distortion)이 있으면, 뒤틀림의 정도에 대응하여 선뽑기 개시 초기의 광섬유의 편심이 커지고, 도 4에 나타내는 나머지 길이(excess length)(18)가 길어지는 경향이 있고, 그 결과, 원료에 대한 제품의 비율(yield)이 저하하는 것을 알아내었다.

그렇지만, 유리 모재의 단부를 용단(溶斷; fusing)으로 혹은 기계 연삭(mechanical grinding)으로 정밀하게 가공해도 뒤틀림이 없는 테이퍼부가 얻어지지 않는 일이 있다. 그래서 열심히 검토한 결과, 테이퍼부를 형성하기 전에 유리 모재의 곧은 몸체 유효부의 중심선에 대한 테이퍼부 형성 개소(용단으로 형성하는 경우에는 용단 개소)에서의 중심선 변위량(이하, 단지 「중심선 변위량」이라고 칭한다)을 측정하고, 중심선 변위량을 소정의 수치 이하로 수정한 후에 용단하여 테이퍼부를 형성함으로써, 과제를 해결할 수가 있었다. 이에 의해, 선뽑기 개시 초기의 광섬유의 편심을 신속하게 작게 하고 또한 안정시킬 수가 있고, 나머지 길이를 단축할 수가 있다.

본 발명의 유리 모재의 제조 방법은 유리 모재의 중심선에 대한 용단 개소에서의 중심선 변위량을 소정의 수치 이하로 수정한 후에, 그 수정 개소로부터 용단하여 테이퍼부를 형성하는 것이고, 용단 개소의 중심선 변위량을 용단 전에 소정의 수치 이하, 특히 2.6mm 이하로 수정한 후 용단하여 테이퍼부를 형성한다. 이에 의해, 선뽑기 개시 초기의 광섬유의 편심을 신속하게 안정시켜 작게 할 수가 있고, 나머지 길이를 단축할 수가 있다. 또한, 용단 개소는 테이퍼부 형성의 시단(starting end)으로 되는 개소이기도 하다.

또, 본 발명에 의하면, 테이퍼부(4)의 형상 뒤틀림을 소정의 수치 범위 내로 넣음으로써, 즉 뒤틀림 δ와 평균 외경 D의 비 δ/D를 δ/D≤0.03으로 함으로써, 선뽑기 개시 초기의 광섬유의 편심을 안정되게 작게 할 수가 있고, 나머지 길이를 단축할 수가 있다.

또한, 테이퍼부의 시점으로 되는 위치이기도 한 선뽑기용 유리 모재의 곧은 몸체부의 단부는 평균 외경 D에 계수 β를 곱한 외경을 가지는 부위로 정의한다. 계수 β는 0.90～1.00(무차원)의 범위로 한다. 예를 들면, β=0.98, 평균 외경 D=80mm로 하면, 테이퍼 근방에서 외경=0.98×80=78.4mm에 달한 위치를 곧은 몸체부의 단부로 한다.

테이퍼부를 구비한 선뽑기용 유리 모재는 뒤틀림 δ 및 평균 외경 D의 비 δ/D를 측정에 의해 구할 수 있고, 뒤틀림 δ가 1.00mm를 초과하는 것이나 δ/D가 0.03을 초과하는 것은 소정의 수치로 들어가도록 재차 용단 또는 연삭 가공이 이루어진다. 테이퍼부의 길이 L_D는 외경의 평균치 D_M의 1배 이상으로 되도록 가공된다. L_D가 1배 미만에서는 선뽑기 개시시에 있어서 섬유로 되지 않는 연화 당겨떨어뜨림량(amount of softening material)이 많아지기 때문에 바람직하지 않다.

또한, 도 11에 나타내듯이, 선뽑기용 유리 모재의 테이퍼부는 연삭 가공에 의해 형성할 수도 있다. 즉, 동 도에 나타내듯이, 유리 모재(1)를 긴 방향의 축의 회전으로 회전시키면서, 그 기계적 절단면(19)에 대해서 역시 회전하고 있는 회전 숫돌(26)로 연삭 가공을 한다. 이에 의해, 기계적 단면(19)이 있던 단부에 도 12에 나타내는 것 같은 연삭 테이퍼부(27)가 형성된다. 또한, 이 방법으로 연삭 테이퍼부(27)를 형성한 경우, 유리 모재(1)의 회전축이 테이퍼부의 축으로도 된다.

또, 도 12에 나타내는 방법으로, 또한 기존의 테이퍼부를 연삭 가공으로 수정할 수도 있다. 즉, 동 도에 나타내듯이, 이미 형성되어 있는 연삭 테이퍼부(27)에 대해서, 회전하는 회전 숫돌(26)로 더 연삭 가공을 함으로써, 연삭 테이퍼부(27)의 형상을 수정할 수 있다. 또한, 용단(fusing)에 의해 형성한 용단 테이퍼부(fusing taper portion)를 연삭 가공으로 수정하는 등, 이종(異種)의 가공 방법을 조합하여 실시할 수도 있다.

뒤틀림 δ는 도 5에 나타내듯이, 곧은 몸체 유효부 양단의 중심을 지나는 직선 A와 유리 모재의 중심선 B의 변위량, 즉 중심선 변위량으로 표시된다. 곡선 C는 유리 모재의 긴 방향을 따라 중심선 변위량을 나타내는 곡선이다. 한편, 테이퍼부의 뒤틀림 δ는 곧은 몸체부의 단부와 테이퍼부의 뒤틀림 평가단(distortion evaluating end)의 사이에 있어서의 중심선 변위량의 최대치로 표시된다. 일방의 테이퍼부측에서의 곧은 몸체부의 단부와 뒤틀림 평가단의 사이의 영역이 뒤틀림 평가 영역(distortion evaluating area)이다.

또한, 선뽑기용 유리 모재의 곧은 몸체부의 단부는 테이퍼부의 시점으로 되는 위치이기도 하고, 평균 외경 D에 계수 β를 곱한 외경을 가지는 부위로 정의한다. 또, 계수 β는 0.90～1.00(무차원)의 범위로 한다.

또, 테이퍼부의 뒤틀림(distortion)의 측정은, 여기에서는 일본 특허 제3222777호에 소개되어 있는 광섬유용 프리폼(preform) 형상 측정기를 사용하였지 만, 동일한 기능을 구비한 장치라면 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 같이 하여 측정, 선별된 선뽑기(drawing)용 유리 모재가 선뽑기 가공에 제공된다.

도 6에, 용단 개소의 중심선 변위량을 2.6mm 이하로 수정한 후, 용단하여 형성한 용단 테이퍼부(20)를 가지는 선뽑기용 유리 모재를 나타내었다. 이 선뽑기용 유리 모재는 평균 외경 φ62mm, 곧은 몸체부의 길이 1040mm로, 일단에 기계적 절단면(19)을 가지고, 타단에 용단하여 형성된 길이 L_D 77mm의 용단 테이퍼부(20)를 가진다. 이 선뽑기용 유리 모재(1)의 외경 및 중심선 변위량에 더하여, 형상 측정기를 이용하여 용단 테이퍼부(20)의 뒤틀림 δ를 측정하였다.

측정 결과를 도 7에 나타낸다. 또한, 이 선뽑기용 유리 모재는 테이퍼부가 연삭 가공으로 형성된 것이라도 좋다. 도 7 (a)는 선뽑기용 유리 모재의 긴 방향(횡축)에 대한 외경의 변화를 나타내고, 도 7 (b)는 유리 모재의 긴 방향(횡축)에 대한 중심선의 변위량의 변화를 나타내고 있다.

용단 테이퍼부의 뒤틀림 δ의 측정 순서는 다음과 같다. 우선, 유리 모재의 곧은 몸체부의 단부(21)와 용단 테이퍼부의 뒤틀림 평가단(distortion evaluating end)(22)을 결정한다. 외경이 비교적 안정되어 있는 중앙 부근의 5개소에 있어서 외경을 측정하고 외경의 평균치 D_M을 구하였다. 곧은 몸체부의 단부(21)는 계수 β=0.98의 부분, 즉 외경이 0.98×D_M의 위치로 하였다.

뒤틀림 평가단(distortion evaluating end)(22)은 선뽑기용 유리 모재를 선뽑기 장치에 장착했을 때에 가열로 발열체의 중심에 상당하는 위치이고, 도 7 (a) 에서는, 테이퍼부의 외경이 φ20mm로 되는 위치로서, 선뽑기용 유리 모재의 외경이 φ20mm의 위치에서 선뽑기 장치에 의한 가열이 개시된다. 도 7 (b)의 경우, 테이퍼부의 뒤틀림 δ는 극히 작고 δ=0.119mm이다.

테이퍼부의 형성을 용단(fusing)으로 행하는 경우, 테이퍼부의 뒤틀림은 테이퍼부 형성 전의 유리 모재의 중심선 변위량, 특히 테이퍼 형성 개소(용단 개소)의 중심선 변위량의 영향을 크게 받는다. 따라서, 용단에 의한 테이퍼부의 뒤틀림을 작게 하는데는 미리 용단 개소의 중심선 변위량을 작게 해 둘 필요가 있다. 본 발명에서는 용단 개소의 중심선 변위량과 테이퍼부의 뒤틀림의 관계에 대해서 열심히 검토를 거듭하고, 뒤틀림을 규정치 이하로 하기 위한 용단 개소의 중심선 변위량에 대해서 명확히 하였다.

도 8에 테이퍼부 형성 전의 유리 모재의 중심선 변위량과 형성된 테이퍼부의 뒤틀림에 대한 일례를 나타내었다. 도 8 (a)는 테이퍼 형성 전의 유리 모재의 외경과 중심선 변위량을 나타내고 있다. 이 예에서는 유리 모재의 거의 중앙에서 용단(fusing)하여 테이퍼부를 형성하였다. 용단 개소보다도 좌측이 선뽑기용 유리 모재로 되는 부분이고, 우측은 가공용 더미 바(dummy bar)로 된다. 다음에, 테이퍼부가 형성된 선뽑기용 유리 모재의 중심선 변위량을 측정하고, 그 결과를 도 8 (b)에 나타내었다. 이때의 테이퍼부의 뒤틀림 δ는 상기의 정의에 따르면 δ=0.45mm로 되고, 테이퍼부의 뒤틀림 δ와 선뽑기용 유리 모재의 곧은 몸체부의 평균 외경 D의 비 δ/D는 0.007mm로 된다.

평균 직경 D에 대한 뒤틀림 δ/D와 광섬유의 편심은 상관 관계가 있고, 뒤틀 림 δ/D가 0.03을 초과하면 광섬유의 편심이 커지고 나머지 길이(excess length)가 길어진다. 이 때문에, δ/D가 0.03을 초과하는 것은 소정의 수치에 넣어지도록 재차 용단 가공이 이루어진다.

또, 도 9에 용단 위치의 중심선 변위량과 용단하여 형성한 테이퍼부의 뒤틀림의 상관성을 나타내었다. 도 중의 직선은 각 플롯점(plotting point)으로부터 최소 2승 근사로 계산한 근사 직선(24)이다. 도 9로부터, δ/D≤0.03으로 되는 범위를 만족시키는 중심선 변위량 e는 e≤2.6mm로 된다. 중심선 변위량 e≤2.6mm로 되는 상태까지 유리 모재를 수정 가공한 후에, 용단(fusing)으로 테이퍼부의 형성을 하면, 테이퍼부의 뒤틀림을 충분히 작게 하는 것이 가능하게 된다.

실시예 1

도 1에 나타내는 것 같은, 양단에 기계적 절단면(2)을 가지는 평균 외경 φ62mm, 길이 1100mm의 유리 모재를 형상 측정기를 구비한 유리 선반에 장착하고, 유리 모재의 중심선 변위량을 측정하고, 테이퍼부를 형성하는 용단 개소에서의 중심선 변위량이 2.6mm를 초과하는 경우에는 유리 모재를 회전시키면서 버너 화염(burner flame)으로 가열?연화시키고, 중심선 변위량이 2.6mm 이하로 되도록 수정하였다. 다음에, 상기 용단 개소에서 용단하여, 도 6에 나타내는 것 같은 용단 테이퍼부를 형성하여 선뽑기용 유리 모재로 하였다.

이 선뽑기용 유리 모재에 있어서, 외경이 0.98×D_M=60.8mm의 곧은 몸체부의 단부와 테이퍼부의 외경이 φ20mm로 되는 뒤틀림 평가단(distortion evaluating end)의 사이의 중심선 변위량, 즉 테이퍼부의 뒤틀림은 극히 작고 δ=0.119mm, δ/D=0.002mm이었다. 이와 같이 테이퍼부의 뒤틀림을 충분히 작게 한 선뽑기(drawing)용 유리 모재를 선뽑기함으로써, 광섬유를 제조할 때의 원료에 대한 제품의 비율(yield)이 향상되고, 광섬유의 제조 비용을 인하할 수가 있다.

실시예 2

외경이 다른 유리 모재를 여러 종류 준비하고, 각각 용단(fusing)에 의해 테이퍼부를 형성하여 선뽑기(drawing)를 하였다. 그때의 테이퍼부의 뒤틀림(distortion) δ와 유리 모재 외경 D의 비 δ/D와, 선뽑기한 광섬유의 나머지 길이(excess length)의 관계를 도 10에 나타내었다. 도 중의 근사 직선(25)은 δ/D≥0.035의 영역에 있는 플롯점(plotting point)에 대해서 최소 2승 근사 계산에 의해 구한 것이다. 도 10으로부터, δ/D≤0.03의 범위 내에서는 나머지 길이가 거의 변화하지 않고 극히 작아지고 있는 것을 확인할 수 있다.

본 발명의 제조 방법으로 얻어지는 유리 모재를 사용함으로써, 광섬유의 제조 비용을 줄일 수가 있으므로 극히 유효하다.

Claims (11)

1. 원기둥 형상의 유리 모재를 용단하여, 직경이 일정한 곧은 몸체부와 상기 곧은 몸체부의 일단에 형성되고 상기 곧은 몸체부로부터 멀어질수록 직경이 가늘어지는 테이퍼부를 가지는 선뽑기용의 유리 모재를 제조하는 방법으로서,

   용단 개소의 곧은 몸체부 양단의 중심을 지나는 직선과 상기 유리 모재의 중심선과의 변위량인 중심선 변위량을 2.6mm 이하로 수정한 후에, 수정된 개소에 있어서 상기 유리 모재를 용단하여 테이퍼부를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 모재의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 수정이 유리 선반을 이용하여 유리 모재를 회전시키면서 버너 화염으로 가열하는 조작을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 모재의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 유리 모재는 평균 외경 D를 가지고,

   상기 선뽑기용의 유리 모재를 선뽑기 장치에 장착했을 때에, 상기 곧은 몸체부의 단부와 테이퍼부의 뒤틀림 평가단과의 사이에 있어서, 상기 곧은 몸체부의 양단의 중심을 지나는 직선과 상기 유리 모재의 중심선과의 변위량의 최대치를 테이퍼부 뒤틀림 δ로 했을 때에, 상기 평균 외경 D와 테이퍼부 뒤틀림 δ의 비 δ/D가 δ/D≤0.03인 선뽑기용의 유리 모재로부터 선뽑기하는 공정을 더 포함하고,

   상기 곧은 몸체부의 단부는 상기 평균 외경 D에 0.90~1.00의 범위에 있는 계수 β를 곱한 외경을 가지는 부위이고,

   상기 뒤틀림 평가단은 상기 선뽑기 장치에 의해 가열이 개시되는 위치인 것을 특징으로 하는 유리 모재의 제조 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 용단이 버너 화염에 의해 가열하는 조작을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 모재의 제조 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 수정을 한 후의 상기 유리 모재를 선뽑기 장치에 장착하고, 상기 용단을 선뽑기의 직전에 하는 것을 특징으로 하는 유리 모재의 제조 방법.
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