KR101695400B1

KR101695400B1 - 광섬유 모재 제조장치

Info

Publication number: KR101695400B1
Application number: KR1020150153940A
Authority: KR
Inventors: 안동현
Original assignee: 주식회사 아론
Priority date: 2015-11-03
Filing date: 2015-11-03
Publication date: 2017-01-23

Abstract

본 발명은 광섬유 모재 제조장치에 관한 것으로, 모재(100)를 축방향 중심을 기준으로 회전시키는 회전장치부(300)와, 상기 모재(100)의 하부에서 상기 모재의 축방향을 따라 직선 왕복이동하는 이동부(500)와, 상기 이동부(500) 상에 장착되어 함께 이동하면서 상기 모재(100)에 화염을 분사하여 화염 가수분해를 통해 모재를 증착하되, 화염의 분사각도를 조절하는 버너장치부(400)를 포함한다. 본 발명은 화염을 분사하는 다수의 버너를 포함하는 버너장치부에서 중앙의 버너를 중심으로 양측의 버너의 각도를 반대방향으로 일정하게 조절할 수 있도록 함으로써, 테이퍼 부분에 접촉되는 화염의 세기를 줄여 테이퍼 부분의 증가를 방지하여, 모재 자체의 유효길이를 증가시켜 생산량을 증대시키는 효과가 있다.

Description

광섬유 모재 제조장치{Manufacturing device for optical fiber preform}

본 발명은 광섬유 모재 제조장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 화염 가수 분해를 통해 광섬유 모재를 제조할 때 각 위치에서 적합한 화염 형상을 제공할 수 있는 광섬유 모재 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로 광섬유 모재를 제조하는 방법들로는, 내부 화학 기상 증착(modified chemical vapor deposition: MCVD) 방법, 기상 축 증착(vapor axial deposition: VAD) 방법, 외부 기상 증착 방법(outside vapor deposition: OVD), 플라즈마 화학 기상 증착(plasma chemical vapor deposition: PCVD) 방법 등이 있다.

기상 축 증착 방법 및 외부 기상 증착 방법에서는, 버너(burner)에 원료 물질(source material), 연료 가스(fuel gas) 등을 제공함으로써 화염가수분해(flame hydrolysis)에 의한 수트를 생성하고, 생성된 수트를 코어(starting member) 상에 증착한다.

증착 장비의 효율을 개선하기 위하여 버너 수량, 버너 간격, 이송 속도를 증가시키면, 모재의 양 단부에 위치하는 테이퍼 영역들의 길이가 증가하게 되고, 이는 모재의 생산 수율 감소로 이어진다. 이러한 테이퍼 영역은 버너가 모재의 길이 방향을 따라 왕복 운동을 하면서 필연적으로 발생할 수 밖에 없다. 테이퍼 영역이 증가하면 사용할 수 없는 불량 부위가 증가하기 때문에 이러한 증착 공정의 생산성을 개선하기 어려운 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 종래의 기술로 등록특허 10-1426158호(광섬유 모재의 제조 장치, 2014년 7월 28일 등록)가 있다.

위의 등록특허에서는 모재의 테이퍼 구간과 타구간에서의 화염의 세기를 조절하여, 테이퍼 구간의 증가를 방지할 수 있는 구성에 대하여 기재되어 있다.

즉, 모재가 직선 왕복운동을 하는 상태에서 버너 장치에 구비된 다수의 버너 각각에 공급되는 연료가스의 유량을 조절하여 다수의 테이퍼 구간에서는 화염의 세기를 타구간에 비하여 더 줄여 테이퍼 부분에서 모재가 성장되는 것을 방지하는 구성이다.

그러나 이와 같은 구성에서는, 모재의 직선운동에 맞춰 화염의 세기를 조절해야 하기 때문에 모재의 테이퍼 부분이 가까이 접근할 때부터 화염의 세기를 줄여야 하며, 모재의 테이퍼 부분이 지나간 후에는 다시 화염의 세기를 증가시켜야하기 때문에 순간적인 제어가 용이하지 않은 문제점이 있으며, 테이퍼가 아닌 모재의 구간도 계속 화염의 세기가 강한 상태로 계속 가열을 하지 못하게 되어 열효율이 저하될 수 있는 문제점이 있었다.

이러한 열효율의 저하는 생산성을 저하시킬 수 있으며, 제조되는 모재의 일부 구간에서 밀도차이를 발생시킬 수 있는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 과제는, 화염의 세기를 직접 조정하지 않고도 필요에 따라 다양한 형태의 화염을 제공할 수 있는 광섬유 모재 제조장치를 제공함에 있다.

또한 본 발명의 다른 과제는, 화염의 면적을 조절하여 증착 효율을 높일 수 있는 광섬유 모재 제조장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명 광섬유 모재 제조장치는, 모재(100)를 축방향 중심을 기준으로 회전시키는 회전장치부(300)와, 상기 모재(100)의 하부에서 상기 모재의 축방향을 따라 직선 왕복이동하는 이동부(500)와, 상기 이동부(500) 상에 장착되어 함께 이동하면서 상기 모재(100)에 화염을 분사하여 화염 가수분해를 통해 모재를 증착하되, 화염의 분사각도를 조절하는 버너장치부(400)를 포함할 수 있다.

상기 버너장치부(400)는, 상기 모재(100)의 축방향을 따라 배치되어, 각각 화염을 분사하는 다수의 버너를 포함하며, 다수의 상기 버너에서 발생된 화염을 중앙을 향해 모으거나, 중앙으로부터 축방향으로 벌어지도록 화염의 분사각도를 조절할 수 있다.

상기 모재(100)의 중앙구간(B)에서는 화염의 면적이 넓게 되도록 분사각도를 조절하고, 모재(100)의 양단 테이퍼구간(A,C)에서는 화염의 면적이 좁게 되도록 분사각도를 조절할 수 있다.

다수의 상기 버너 중 중앙에 위치하는 버너는 지면에서 수직인 상향으로 화염을 분사하며, 상기 모재(100)의 축방향으로 상기 중앙에 위치하는 버너를 기준으로 좌측에 위치하는 버너와 우측에 위치하는 버너는 서로 분사방향은 반대이며 분사각도는 동일하게 조절할 수 있다.

상기 버너장치부(400)는, 서보모터(440)의 회전력을 전달하는 회전전달부(441)에 의해 회전방향이 결정되어 회전하는 아이들회전축부(442)와, 상기 아이들회전축부(442)에 중앙부가 관통 고정되어 상기 아이들회전축부(442)의 회전방향에 따라 상향 또는 하향으로 이동하는 상하이동부(450)와, 일단이 상기 상하이동부(450)의 일측에 힌지(461)로 결합되고 타단이 상기 제2버너(420)의 하단에 힌지(462) 결합된 제1링크부(460)와, 일단이 상기 상하이동부(450)의 타측에 힌지(471) 결합되고 타단이 상기 제3버너(430)의 하단에 힌지(472) 결합되는 제2링크부(470)와, 상기 제2버너(420)의 중앙부를 함체부(480)에 회동 가능하게 연결하는 힌지(421)와, 상기 제3버너(430)의 중앙부를 함체부(480)에 회동 가능하게 연결하는 힌지(431)를 포함할 수 있다.

본 발명은, 화염을 분사하는 다수의 버너를 포함하는 버너장치부에서 중앙의 버너를 중심으로 양측의 버너의 각도를 반대방향으로 일정하게 조절할 수 있도록 함으로써, 테이퍼 부분에 접촉되는 화염의 세기를 줄여 테이퍼 부분의 증가를 방지하여, 모재 자체의 유효길이를 증가시켜 생산량을 증대시키는 효과가 있다.

또한 본 발명은 모재의 테이퍼 외의 영역에 화염을 분사할 때, 화염의 면적을 증가시켜 증착효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 모재 제조장치의 평면 구성도이다.
도 2는 버너장치부의 위치에 따른 화염의 방향을 설명하는 도 1의 정면 구성도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명 버너장치부의 구체적인 구성 및 버너의 각도 변화를 보인 구성도이다.

이하, 본 발명 광섬유 모재 제조장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 모재 제조장치의 평면 구성도이고, 도 2는 도 1의 정면구성도이다.

도 1과 도 2를 각각 참조하면 본 발명 광섬유 모재 제조장치는, 공정실(200) 내에서 모재(100)를 축방향 중심을 기준으로 회전시키는 회전장치부(300)와, 상기 모재(100)의 하부에서 상기 모재의 축방향을 따라 직선 왕복이동하는 이동부(500)와, 상기 이동부(500) 상에 장착되어 함께 이동하면서 상기 모재(100)에 화염을 분사하여 화염 가수분해를 통해 모재를 증착하되, 화염의 분사각도를 조절하는 버너장치부(400)를 포함하여 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 모재 제조장치의 구성과 작용에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명 광섬유 모재 제조장치는 VAD(Vapor-Phase Axial Deposition)등의 프리폼 모재를 오버 클레팅하는 장치이며, 설명의 편의상 프리폼 모재, 오버 클레팅 과정의 모재를 구분하지 않고 모재(100)로 기재하여 설명한다.

위의 오버 클레딩은 공정실(200)에 의해 제한된 공간 내에서 이루어지며, 공정실(200)의 내에는 적어도 하나 이상의 모재(100)가 장입되어 일단이 회전장치부(300)에 연결되며 그 회전장치부(300)의 회전과 함께 모재(100)가 회전한다.

이때의 회전은 모재(100)의 축(길이)방향의 중심을 기준으로 회전하게 된다.

모재(100)는 원기둥형 형상이며 양단은 테이퍼(taper) 형상이다. 상기 모재(100)의 일단 끝은 회전장치부(300)의 모터(310)의 회전축에 고정되고, 타단 끝은 회전지지부(320)에 의해 회전 가능한 상태로 고정되어 회전하게 된다.

이처럼 모재(100)를 회전시키는 이유는 버너장치부(400)에서 발생된 화염이 모재(100)의 둘레 방향으로 고르게 접촉되도록 하기 위한 것이다.

이와 같이 회전하는 상태에서 이동부(500)는 상기 모재(100)의 하부측에서 그 모재(100)의 축방향을 따라 직선 왕복운동을 한다.

구체적으로 이동부(500)는 상기 공정실(200)의 바닥에 설치된 한 쌍의 이동가이드(510)에 양단이 지지된 상태로 이동모터(520)의 회전에 의해 회전하는 이동회전축(530)의 작용에 의해 이동가이드(510)를 따라 직선 왕복 이동하게 된다.

상기 이동부(500)에는 상기 모재(100)의 수와 동수의 버너장치부(400)가 마련되어 있으며, 상기 버너장치부(400)에서 발생된 화염을 회전하는 모재(100)의 표면에 제공하게 된다.

상기 버너장치부(400)에는 제1 내지 제3버너(410,420,430)가 마련되어 있으며, 각각에서 화염이 방출된다. 제1버너(410)는 상기 모재(100)의 축방향을 기준으로 중앙에 위치하며, 도면상 제1버너(410)의 좌측에 제2버너(420), 우측에 제3버너(430)가 위치하게 된다.

다르게 표현하면 상기 이동부(500)가 이동모터(520)로 접근할 때 제2버너(420)가 제1버너(410)의 전방에 위치하고, 제3버너(430)가 제1버너(410)의 후방에 위치하게 되며, 이동부(500)가 이동모터(520)로부터 멀어지는 방향으로 이동하게 되면 제3버너(430)가 전방 제2버너(420)가 후방에 위치하게 된다.

이와 같은 상태에서 상기 제1버너(410)는 각도가 변경되지 않으며, 지면으로부터 수직방향으로 위치하게 되어 화염을 수직방향으로 방출하는 구조이다.

제1버너(410)와는 다르게 제2버너(420)와 제3버너(430)는 각각 지면에 대하여 수직인 방향에서 상기 모재(100)의 축방향을 따라 5 내지 10도의 각도 범위에서 회동이 가능하다.

즉, 제2버너(420)와 제3버너(430)에서 방출되는 화염은 위치에 따라 지면에 대하여 수직방향으로 분사될 수 있으며, 그 수직방향 분사점을 기준으로 축방향을 따라 각각 5 내지 10도의 범위 내에서 기울어진 상태로 분사될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징으로는 상기 제2버너(420)와 제3버너(430)의 회동 방향은 수직인 경우를 제외하고는 서로 반대 방향을 향하며, 경사 각도는 동일하도록 구성된다. 즉, 제2버너(420)에서 발생된 화염이 좌측으로 5도 경사진 방향으로 분사되는 상태에서는 제3버너(430)에서 발생된 화염은 우측으로 5도 경사진 방향으로 분사되도록 제어된다.

도 2를 참조하면 모재(100)의 평탄한 중앙부분을 중앙구간(B)으로 하고, 도면상 좌측을 제1테이퍼구간(A), 우측을 제2테이퍼구간(C)으로 정의 하면, 상기 중앙구간(B)에서는 제2버너(420)와 제3버너(430)가 제1버너(410)를 기준으로 외측을 향하도록 경사지게 제어되어 있으며, 상기 제1테이퍼구간(A)과 제2테이퍼구간(C)에서는 제1버너(410)를 기준으로 안쪽을 향하도록 제어된다.

따라서 상기 제1테이퍼구간(A)과 제2테이퍼구간(C)에서는 상기 제1 내지 제3버너(410,420,430)의 전체적인 분사면적을 줄여 제1테이퍼구간(A)과 제2테이퍼구간(C)에서의 증착 밀도를 높여 부피가 증가하는 것을 방지할 수 있다.

반대로 중앙구간(B)에서는 제1 내지 제3버너(410,420,430)의 분사면적을 증가시켜 증착 밀도를 낮춰 부피를 증가시킬 수 있게 된다.

이처럼 본 발명은 버너장치부(400)에 마련된 제1 내지 제3버너(410,420,430)의 각도를 조절하여 화염이 영향을 주는 면적을 가변함으로써, 테이퍼구간의 길이가 길어지는 것을 방지함으로써, 모재의 유효길이를 증가시켜 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한 중앙구간(B)에서 화염이 영향을 주는 면적을 증가시켜 증착 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

상기 버너장치부(400)의 구체적인 구성예를 살펴보면 다음과 같다.

도 3 내지 도 5는 본 발명에 적용된 버너장치부의 구체적인 구성 및 버너의 각도 변화를 보인 구성도이다.

도 3 내지 도 5를 각각 참조하면 상기 버너장치부(400)는, 서보모터(440)의 회전력을 전달하는 회전전달부(441)에 의해 회전방향이 결정되어 회전하는 아이들회전축부(442)와, 상기 아이들회전축부(442)에 중앙부가 관통 고정되어 상기 아이들회전축부(442)의 회전방향에 따라 상향 또는 하향으로 이동하는 상하이동부(450)와, 일단이 상기 상하이동부(450)의 일측에 힌지(461)로 결합되고 타단이 상기 제2버너(420)의 하단에 힌지(462) 결합된 제1링크부(460)와, 일단이 상기 상하이동부(450)의 타측에 힌지(471) 결합되고 타단이 상기 제3버너(430)의 하단에 힌지(472) 결합되는 제2링크부(470)와, 상기 제2버너(420)의 중앙부를 함체부(480)에 회동 가능하게 연결하는 힌지(421)와, 상기 제3버너(430)의 중앙부를 함체부(480)에 회동 가능하게 연결하는 힌지(431)를 포함하여 구성된다.

상기와 같은 구성에서 서보모터(440)가 일방향으로 회전하면 그 서보모터(440)의 회전력은 회전전달부(441)를 통해 아이들회전축부(442)에 전달된다.

상기 아이들회전축부(442)는 양단이 위치의 변화가 없는 회전이 가능하도록 고정된 것이며, 그 아이들회전축부(442)의 회전 방향에 따라 그 아이들회전축부(442)에 중앙부가 관통되어 있는 상하이동부(450)가 상향 또는 하향으로 이동하게 된다.

도 3의 상태에서 도 4의 상태로의 변환은 상기 상하이동부(450)가 상향으로 이동된 것이며, 상기 제1링크부(460)과 제2링크부(470) 각각의 힌지(461,471)도 상향으로 이동하면서 제1링크부(460)와 제2링크부(470)는 각각 제2버너(420)와 제3버너(430)의 하부를 밀어내며, 중앙부가 각각 힌지(421,431)로 함체부(480)에 연결된 제2버너(420)와 제3버너(430)의 끝단은 상기 제1버너(410)를 향해 모이는 방향으로 회동된다.

따라서 도 4의 상태에서는 제1 내지 제3버너(410,420,430)에서 방출되는 화염이 모이게 되며, 이는 앞서 설명한 바와 같이 제1테이퍼구간(A) 및 제2테이퍼구간(C)에 적당한 화염 형태를 제공하게 된다.

반대로 도 5의 상태는 상기 상하이동부(450)이 하향으로 이동된 것이며, 상기 제1링크부(460)과 제2링크부(470) 각각의 힌지(461,471)도 하향으로 이동하면서 제1링크부(460)와 제2링크부(470)는 각각 제2버너(420)와 제3버너(430)의 하부를 제1버너(410)를 향해 당기며, 중앙부가 각각 힌지(421,431)로 함체부(480)에 연결된 제2버너(420)와 제3버너(430)의 끝단은 상기 제1버너(410)로부터 멀어지는 방향으로 회동된다.

따라서 도 5의 상태에서는 제1 내지 제3버너(410,420,430)에서 방출되는 화염이 퍼지게 되며, 이는 앞서 설명한 바와 같이 중앙구간(B)에 적당한 화염 형태를 제공하게 된다.

위에서는 구체적인 버너장치부(400)의 예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이러한 구체적인 구성에 제한되지 않고, 제1 및 제3버너(420,430)의 각도를 조절할 수 있는 구조이면 그 구조에 제한되지 않고 사용될 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였지만, 본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.

100:모재 200:공정실
300:회전장치부 310:모터
320:회전지지부 400:버너장치부
410:제1버너 420:제2버너
430:제3버너 440:서보모터
441:회전전달부 442:아이들회전축부
450:상하이동부 461,462,271,472,421,431:힌지
460:제1링크부 470:제2링크부
480:함체부 500:이동부
510:이동가이드 520:이동모터
530:이동회전축

Claims

모재(100)를 축방향 중심을 기준으로 회전시키는 회전장치부(300)와,
상기 모재(100)의 하부에서 상기 모재의 축방향을 따라 직선 왕복이동하는 이동부(500)와,
상기 이동부(500) 상에 장착되어 함께 이동하면서 상기 모재(100)에 화염을 분사하여 화염 가수분해를 통해 모재를 증착하되, 화염의 분사각도를 조절하는 버너장치부(400)를 포함하되,
상기 버너장치부(400)는, 중앙에서 지면에 대하여 수직방향으로 화염을 분사하는 제1버너(410)와, 상기 제1버너(410)를 기준으로 상기 이동부(500)의 이동방향을 따라 좌우측에 각각 위치하며, 회전에 의해 화염의 분사각도를 조절하며, 상기 모재(100)의 중앙부에서는 상기 제1버너(410)의 분사방향에 대하여 분사각도가 상대적으로 더 넓게 분사되며, 상기 모재(100)의 양단부에서는 상기 제1버너(410)의 분사방향에 대하여 분사각도가 상대적으로 더 좁게 분사되도록 회전하는 제2버너(420) 및 제3버너(430)를 포함하는 광섬유 모재 제조장치.
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제1항에 있어서,
다수의 상기 버너 중 중앙에 위치하는 버너는 지면에서 수직인 상향으로 화염을 분사하며,
상기 모재(100)의 축방향으로 상기 중앙에 위치하는 버너를 기준으로 좌측에 위치하는 버너와 우측에 위치하는 버너는 서로 분사방향은 반대이며 분사각도는 동일하게 조절되는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재 제조장치.
제4항에 있어서,
상기 버너장치부(400)는,
서보모터(440)의 회전력을 전달하는 회전전달부(441)에 의해 회전방향이 결정되어 회전하는 아이들회전축부(442)와,
상기 아이들회전축부(442)에 중앙부가 관통 고정되어 상기 아이들회전축부(442)의 회전방향에 따라 상향 또는 하향으로 이동하는 상하이동부(450)와,
일단이 상기 상하이동부(450)의 일측에 힌지(461)로 결합되고 타단이 상기 제2버너(420)의 하단에 힌지(462) 결합된 제1링크부(460)와,
일단이 상기 상하이동부(450)의 타측에 힌지(471) 결합되고 타단이 상기 제3버너(430)의 하단에 힌지(472) 결합되는 제2링크부(470)와,
상기 제2버너(420)의 중앙부를 함체부(480)에 회동 가능하게 연결하는 힌지(421)와,
상기 제3버너(430)의 중앙부를 함체부(480)에 회동 가능하게 연결하는 힌지(431)를 포함하는 광섬유 모재 제조장치.