KR101261095B1 - 다공질 유리 모재의 제조 장치 - Google Patents

Abstract

반응실 상면(천정)에의 수트의 부착을 방지하고, 상면으로부터 벗겨지고 떨어져 낙하하는 것을 저감하는 것이 가능한 다공질 유리 모재의 제조 장치를 제공한다.

수직으로 배치된 출발 부재(1)에 원료 가스의 화염 가수분해 반응에 의해 생성된 유리 미립자를 퇴적시켜서 다공질 유리 모재(4)를 제조하는 장치에 있어서, 퇴적용 버너(2)를 구비한 반응실의 측벽에 상기 반응실의 천정을 따라 복수의 흡기구(5)를 가지는 것을 특징으로 하고 있다.

버너, 유리, 클래드, 다공질, 가수분해, 흡기구, 배기구, 반응실

Description

다공질 유리 모재의 제조 장치{Fabrication Apparatus for Porous Glass Preform}

도 1은 다공질 유리 모재의 제조 방법으로, (a)는 VAD법, (b)는 외부부착 VAD법, (c)는 OVD법을 설명하는 개략 종단면도이다.

도 2는 종래 기술에 의한 다공질 유리 모재의 제조 장치를 나타내는 개략 종단면도이다.

도 3은 도 2에 나타내는 제조 장치의 흡기구 레벨에서의 기류의 상태를 설명하는 개략도이다.

도 4는 본 발명의 제조 장치의 일례로, (a)는 상면도(버너는 생략), (b)는 개략 종단면도이고, (c)는 우측면도(버너는 생략)이다.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

1　　출발 부재(타겟봉(target bar))

2　　버너(burner)

2a 코어용 버너

2b 코어 가열용 버너

2c 클래드용 버너

3　　샤프트(shaft)

4　　다공질 유리 모재

5　　흡기구

5a 천정을 따른 흡기구

5b 측벽단 가장자리를 따른 흡기구

6　　배기구

7　　상부 반응실

8　　하부 반응실

9　　상실(上室)

본 발명은 수직으로 배치된 회전하는 타겟봉(target bar)(출발 부재)에 유리 미립자를 퇴적하는 다공질 유리 모재의 제조 장치에 관한 것이다.

광섬유 모재 등의 제조에 이용되는 고순도 합성 석영 유리는, 산소, 수소 화염 중에서 사염화규소 등의 유리 원료를 화염 가수분해하고, 생성된 유리 미립자(실리카(silica) 가루)를 회전하는 석영 유리 등의 출발 부재 상에 퇴적시켜서 다공질 유리 모재를 제조하고, 이를 소결하고 투명 유리화 함으로써 얻어진다.

다공질 유리 모재의 제조 방법에는, 도 1(a)에 나타내는 것 같은 출발 부재(1)의 선단에 버너(2)에 유리 원료를 공급하여 생성된 유리 미립자를 퇴적시키고, 출발 부재(1)에 접속된 샤프트(shaft)(3)를 매달기 기구(機構)(도시 생략)를 개재 하여 회전시키면서 매달아 올림으로써, 출발 부재(1)의 축방향으로 다공질 유리 모재(4)를 성장시키는 VAD법(Vapour Phase Axial Deposition Method)이 있다. 또, 도 1(b)에 나타내는 것 같은 출발 부재(1)의 측면을 따라 축방향으로 성장시켜 가는 외부부착 VAD법, 혹은 도 1(c)에 나타내는 것 같은 출발 부재(1)의 측면을 따라 버너(2)를 상대적으로 왕복 이동시켜서 지름 방향으로 성장시켜 가는 OVD법(Outside Vapor Phase Deposition Method)으로 대표되는 방법을 들 수 있다. 또, 도 1(a)∼(c)에 있어서도 버너(2)는 1개 밖에 나타나 있지 않지만 필요에 따라서 적당히 복수의 버너를 사용할 수가 있다.

생성된 유리 미립자는 모두가 다공질 유리 모재로서 출발 부재 상에 퇴적되는 것은 아니고, 퇴적되지 않았던 유리 미립자의 일부는 반응실 내를 부유하고, 수트(soot)가 되어 벽면에 부착하고 퇴적된다. 나머지는 배기 가스와 함께 반응실 외부로 배출된다.

벽면에 부착한 수트가 벗겨지고 떨어져 퇴적중의 다공질 유리 모재의 퇴적면에 부착한 수트는 투명 유리화시에 기포로 되어 제품중에 나타나 품질을 떨어뜨린다.

상기 제품의 품질에 악영향을 주는 수트의 문제를 해결하기 위해서, 일본국공개특허공보 2002-193633호는, 도 2에 나타내듯이, 코어용 버너(2a), 코어(core) 가열용 버너(2b) 및 클래드(clad)용 버너(2c)가 설치되어 있는 측의 반응실 측벽의 천정 부근을 따라 슬릿 형상의 흡기구(5)를 설치하고, 이 흡기구(5)와 대향하는 측벽면에 배기구(6)를 설치함으로써, 흡기구(5)로부터의 기류가 천정을 따라 배기구 (6)로 흐르는 에어(air) 커튼(curtain) 효과가 얻어져 천정에 부착하는 수트(soot)를 대폭으로 저감할 수가 있도록 하고 있다.

최근, 광섬유 모재는 광섬유 제조의 합리화, 비용 절감 등의 요청에 의해 대형화 되는 경향에 있다. 이에 따라 대형의 다공질 유리 모재가 필요하게 되어 유리 원료의 공급량도 증대하고 있다. 이와 같이 반응실 내에 유리 원료의 공급량이 증대함에 따라 출발 부재에 퇴적되지 않고 부유하는 유리 미립자 양도 증대하여, 일본국공개특허공보 2002-193633호의 방법에서는, 벽면에의 수트 부착을 완전하게 방지할 수 없고, 벗겨지고 떨어져 낙하한 수트가 다공질 유리 모재의 퇴적면에 부착하는 일이 있다.

이는 도 2의 흡기구 레벨에서의 기류의 상태를 나타낸 도 3으로부터 분명한 것 같이, 배기구측의 천정면에서는 흡기구로부터의 기류가 다공질 유리 모재에 의해 차단되어 역방향의 와류가 생기고, 이 와류부에 부유 수트가 장시간 체류하고, 수트로 되어 부착하고 성장한다.

또, 일본국공개특허공보 2002-193633호의 방법에서는 반응실의 측벽에 대한 수트의 부착을 저감시킬 수 없다.

본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 반응실 상면(천정)에의 수트의 부착을 방지하고, 상면으로부터 벗겨지고 떨어져 낙하하는 수트를 저감하는 것이 가능한 다공질 유리 모재의 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 다공질 유리 모재의 제조 장치는, 수직으로 배치된 출발 부재에 원료 가스의 화염 가수분해 반응에 의해 생성된 유리 미립자를 퇴적시켜서 다공질 유리 모재를 제조하는 장치에 있어서, 퇴적용 버너를 구비한 반응실의 측벽의 상부에, 상기 반응실의 천정을 따라 복수의 흡기구를 가지는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 제조 장치는, 여러 가지 태양이 가능하고, 흡기구를 다공질 유리 모재를 사이에 끼워 대향하는 벽면에 설치하거나 퇴적용 버너가 설치되어 있는 측의 측벽의 좌우단 가장자리(edge)를 따라 슬릿 형상으로 설치하거나 할 수가 있다.

또, 배기구를 퇴적용 버너가 설치되어 있는 측의 측벽과 대향하는 측벽에 설치하고, 이 배기구가 설치된 벽면의 폭을 흡기구가 설치된 벽면의 폭보다 좁게 하는 것이 바람직하다.

흡기구 중의 하나는 배기구와 같은 측의 벽면에 설치하고 흡기구의 최하부와 배기구의 최상부와의 간격이 30mm 이상 있도록 하는 것이 바람직하다.

흡기구로부터 흡입되는 기류가 따라서 흐르는 반응실의 상면 및 측면은 평면으로 구성하는 것이 좋다.

본 발명의 제조 장치는, 퇴적용 버너를 구비한 반응실의 측벽의 상부에, 상기 반응실의 천정을 따라 복수의 흡기구를 가지는 것을 특징으로 하고 있다. 이 흡기구는 다공질 유리 모재를 사이에 끼워 대향하는 벽면에 설치하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 도 3에 나타낸 것 같은 와류가 생기지 않고 천정면 전체에 걸쳐서 신선한 흡기 가스가 흘러 천정면까지 부유 수트가 도달하지 않도록 할 수가 있다.

또, 흡기구를 퇴적용 버너가 설치되어 있는 측의 측벽의 좌우단 가장자리를 따라 슬릿 형상으로 설치함으로써, 반응실 내의 기류를 안정시켜서 한층 더 반응실 측벽에의 수트 부착을 대폭으로 억제할 수가 있다.

또, 배기구를 퇴적용 버너가 설치되어 있는 측의 측벽과 대향하는 측벽에 설치하고, 이 배기구가 설치된 벽면의 폭을 흡기구가 설치된 벽면의 폭보다 좁게 함으로써, 배기측의 기류의 선속도를 증대시켜도, 버너측의 기류의 선속도를 비교적 늦출 수가 있어 버너 화염의 교란을 저감할 수가 있다.

흡기구 중의 하나를 배기구와 같은 측의 벽면에 설치하는 경우에는, 흡기구의 최하부와 배기구의 최상부와의 사이에 30mm 이상의 간격을 설치하는 것이 바람직하다. 이는 흡기구와 배기구가 너무 접근하면 흡기구로부터 천정을 따라서 흐르는 기류가 배기류(排氣流)에 의해 교란되어 에어 커튼 효과가 떨어져 천정에의 수트 부착 방지 효과가 저감하기 때문이다.

흡기구로부터 흡입되는 기류가 따라서 흐르는 반응실의 상면 및 측면은 평면으로 구성하는 것이 좋다. 이 이유는 곡률 반경 200∼400mm 정도의 작은 곡률 반경의 구체의 구면 혹은 원주체의 곡면으로 측벽을 구성하면, 흡기한 기류가 벽면을 따라 흐르지 않고 와류를 생기게 하거나 반응실 내의 기류를 교란하고 에어 커튼 효과를 충분히 발휘시킬 수가 없기 때문이다.

본 발명은 이하의 실시예에 의해 한층 더 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니고 여러 가지 태양이 가능하다.

<실시예 1>

도 4에 나타내는 제조 장치를 사용하여 다공질 유리 모재의 제조를 하였다.

도 4(a)는 제조 장치의 상면도(버너는 생략)이고, (b)는 그 개략 종단면도, (c)는 우측면도(버너는 생략)이다.

이 장치에는, 도 4(b)에 나타내듯이, 대향하는 좌우의 측벽의 상부에, 천정을 따라 흡기구(5a)가 설치되고, 좌측의 흡기구(5a)의 하단과 배기구(6)의 상단과의 사이는 30mm 떨어져 있다. 또한, 우측의 측벽에는, 도 4(c)에 그물 모양으로 나타내듯이, 천정을 따라 설치된 흡기구(5a)에 더하여 좌우단 가장자리를 따라 각각 슬릿 형상으로 흡기구(5b)가 설치되어 있다.

상부 반응실(7) 및 하부 반응실(8)에는, 각각 코어용 버너(2a), 코어 가열용 버너(2b) 및 클래드용 버너(2c)가 설치되어 유리 미립자의 퇴적을 한다. 다공질 유리 모재(4)는 그 성장에 맞추어, 상실(上室)(9)을 거쳐 상방으로 끌어올려진다. 이때 전체 버너에서 합성되어 공급되는 유리 미립자 양을 700g/hr(hour)로 하여 퇴적을 하였다. 퇴적중 흡기 선속도는 1.5m/sec로 하여 천정면 및 측벽면을 따르는 기류층을 형성하고, 다공질 유리 모재(4)의 퇴적면에 부착할 수 없었던 유리 미립자를 배기 가스와 함께 배기구(6)로부터 배출하였다. 흡기되는 가스는 청정실(clean room) 내의 공기로 하였다. 흡기구에는 흡기 선속도 조정을 위한 압력 손실 부여 수단으로서 SUS316제의 철망을 부착하였다.

이와 같이 하여 30시간 퇴적을 행하였더니, 천정면 및 흡기구와 배기구가 설치되어 있지 않은 전후 벽면의 우측 부분에서는 거의 완전하게 수트 부착이 억제되었다. 전후 벽면의 좌하 부분(배기구 근방)에서는 수트 부착이나 벗겨지고 떨어져서 낙하도 일어났지만, 여기서 생긴 벗겨지고 떨어져 낙하한 수트는 신속하게 배기 구로부터 배출되어 다공질 유리 모재의 퇴적면에 부착하는 일도 없고 제품중의 기포의 원인으로 되는 일이 없었다.

또, 도 4는 본 발명의 제조 장치의 일례로서 든 것이지만, 이 장치는, 실시예 1에서 행한 VAD법에 한정되지 않고, 외부부착 VAD법 및 OVD법에 본 발명의 구성을 적용할 수 있다.

본 발명의 제조 장치는, 상기의 구성으로 함으로써, 반응실의 천정 및 측벽에 수트가 부착하는 것이 억제되고, 비록 부착한 수트가 벗겨지고 떨어져 낙하하는 경우에도, 다공질 유리 모재에의 부착은 방지되어 제품중의 기포의 수를 감소시킬 수가 있고 고품질의 광섬유 모재를 얻을 수 있다.

본 발명의 제조 장치는, 기포가 지극히 적은 광학 특성이 뛰어난 광섬유용 유리 모재를 공급할 수가 있다.

Claims (7)

1. 수직으로 배치된 출발 부재에 원료 가스의 화염 가수분해 반응에 의해 생성된 유리 미립자를 퇴적시켜서 다공질 유리 모재를 제조하는 장치에 있어서,

   퇴적용 버너를 구비한 반응실의 측벽의 상부에, 상기 반응실의 천정을 따라 복수의 흡기구를 가지고,

   상기 흡기구가 다공질 유리 모재를 사이에 끼워 대향하는 벽면에 설치되며,

   상기 퇴적용 버너가 설치되어 있는 측의 측벽과 대향하는 측벽에 배기구를 가지고,

   상기 흡기구 중의 하나가 배기구와 같은 측의 벽면에 설치되고, 흡기구의 최하부와 배기구의 최상부와의 간격이 30mm 이상 있는 것을 특징으로 하는 다공질 유리 모재의 제조 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 반응실에 있어서 퇴적용 버너가 설치되어 있는 측의 측벽의 좌우단 가장자리를 따라 슬릿(slit) 형상의 흡기구를 가지는 것을 특징으로 하는 다공질 유리 모재의 제조 장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   배기구가 설치된 벽면의 폭이 흡기구가 설치된 벽면의 폭보다 좁은 것을 트깅으로 하는 다공질 유리 모재의 제조 장치.
6. 삭제
7. 제1항, 제3항, 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   흡기구로부터 흡입되는 기류가 따라서 흐르는 반응실의 상면 및 측면이 평면으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다공질 유리 모재의 제조 장치.

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