KR102200462B1 - 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법 - Google Patents

석영튜브의 파이어 폴리싱 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 바람직한 일 실시예는 내부버너장치 및 외부버너장치를 이용하여 석영튜브의 내부표면 및 외부표면을 동시에 폴리싱(POLISHING)하는 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법은
외부버너장치를 온(ON)시켜 먼저 이동시키면서 석영튜브의 외부표면을 파이어 폴리싱하는 단계 및
버너 진행방향을 기준으로 상기 외부버너장치와 간격을 두고 상기 외부버너의 출발위치에 상기 내부버너가 위치된 상태에서 내부버너장치를 온(ON)시켜 이동시키면서 상기 석영튜브의 내부표면을 파이어 폴리싱하는 단계를 포함한다.

Description

석영튜브의 파이어 폴리싱 방법{METHOD FOR FIRE POLISHING QUARTZ TUBE}
본 발명은 석영튜브의 파이어 폴리싱(FIRE POLISHING) 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내부버너장치 및 외부버너장치를 사용하여 석영튜브의 내부표면 및 외부표면을 동시에 파이어 폴리싱하는 방법에 관한 것이다.
석영튜브는 고온에서 화학적, 물리적 안정성이 높고 투명하여 반도체 등의 제조공정에 사용되고 있다.
상기 석영튜브가 반도체 등의 제조공정에서 사용되는 경우, 상기 석영튜브의 내부표면 및 외부표면에 이물질 및 산화물 등이 부착되거나 미세한 스크래치 등이 발생될 수 있다.
이러한 이물질 및 산화물 등이 부착되거나 미세한 스크래치 등이 발생된 석영튜브가 반도체 등의 제조공정에 사용되는 경우 반도체 제조 수율을 낮추게 된다.
따라서, 석영튜브의 내부표면 및 외부표면에 부착된 이물질 및 산화물 등과 석영튜브의 내부표면 및 외부표면에 발생된 미세한 스크래치 등을 제거하는 것이 필요하다.
석영튜브의 내부표면 및 외부표면에 존재하는 이물질, 산화물 및 미세한 스크래치 등을 제거하는 기술의 하나로 파이어 폴리싱 기술이 알려져 있다.
종래의 파이어 폴리싱 기술은 석영튜브의 외부표면만을 파이어 폴리싱 하고 다른 부분은 중요한 부부만 1개의 버너를 이용하여 2명이 서로 불로 가열하여 파이어 폴리싱을 실시하였다. 따라서, 폴리싱 시간이 길고, 폴리싱 공정이 복잡한 문제점이 있다.
더욱이, Acc(Acc: 메인 튜브 내부에 작은 스몰튜브 등의 내장형 악세사리가 부착되어 있는 것을 의미함) 및 판넬 등의 부재가 부착된 석영튜브를 파이어 폴리싱 기술로 폴리싱 하는 경우에는 석영튜브에 부착된 Acc 및 판넬 등의 부재가 변형되거나 찌그러지는 등의 문제가 있다.
대한민국 공개특허공보 제1995-0001880호
본 발명의 바람직한 일 실시예는 내부버너장치 및 외부버너장치를 이용하여 석영튜브의 내부표면 및 외부표면을 동시에 폴리싱하는 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법은
파이어 폴리싱을 하고자 하는 석영튜브를 준비하는 석영튜브준비단계;
하나 이상의 내부버너가 구비되고 상기 석영튜브의 내부에서 이동가능하게 이루어진 내부버너장치 및 상기 석영튜브의 이동 축방향을 기준으로 상기 내부 버너와 이격 배치되는 하나 이상의 외부버너가 구비되고 상기 석영튜브의 외부에서 이동가능하게 이루어진 외부버너장치를 준비하는 버너장치준비단계; 및
상기 내부버너장치 및 상기 외부버너장치를 이용하여 상기 석영튜브의 내부표면 및 외부표면을 파이어 폴리싱하는 파이어 폴리싱 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 파이어 폴리싱 단계는
상기 외부버너장치를 온(ON)시킨 후 상기 석영튜브 또는 상기 외부버너 장치를 이동시키면서 상기 석영튜브의 외부표면을 파이어 폴리싱하는 단계 및
상기 외부버너 진행방향을 따라 상기 내부버너장치를 온(ON)시킨 후, 상기 내부버너장치를 이동시키면서 상기 석영튜브의 내부표면을 파이어 폴리싱하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 파이어 폴리싱 단계에서, 상기 외부버너가 상기 석영튜브의 최종 위치에 이르면 상기 외부버너장치를 오프(OFF)시켜 상기 석영튜브의 외부표면의 파이어 폴리싱을 종료하고, 그 후 상기 내부버너가 상기 석영튜브의 최종위치에 이르면 상기 내부버너장치를 오프(OFF)시켜 상기 석영튜브의 내부표면의 파이어 폴리싱을 종료할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 내부버너장치 및 외부버너장치를 이용하여 석영튜브의 내부표면 및 외부표면을 동시에 폴리싱할 수 있는 석영 튜브의 파이어 폴리싱 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 폴리싱 시간을 단축할 수 있고, 폴리싱 공정을 용이하게 수행할 수 있을 뿐만 아니라 석영튜브에 부착된 Acc 및 판넬 등의 부재의 변형이나 찌그러짐 없이 석영튜브를 폴리싱할 수 있다.
도 1은 본 발명의 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법의 바람직한 일례의 공정 흐름을 나타내는 공정흐름도이다.
도 2는 본 발명의 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법의 바람직한 일례에 적용되는 내부버너장치 및 외부버너장치의 배열상태를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법에 적용되는 석영튜브를 회전를 가능하게 하는 회전부여장치에 석영튜브가 결합되어 있는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법의 바람직한 일례에 적용되는 내부버너장치를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법의 바람직한 일례에 따라 석영튜브를 파이어 폴리싱하는 상태를 나타내는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법의 바람직한 일례에 따라 석영튜브를 파이어 폴리싱하는 상태를 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 석영튜브의 파이어 폴리싱 시 석영튜브의 내부표면부 및 외부표면부의 시간에 따른 온도변화의 일례를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르는 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법은 내부표면 및 외부표면에 이물질, 산화물 및 미세한 스크래치 중 적어도 하나 이상이 존재하는 석영튜브의 폴리싱에 보다 유효하게 적용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르는 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법은 Acc와 판넬이 부착되어 있는 석영튜브의 폴리싱에도 보다 유효하게 적용될 수 있다.
석영튜브의 내부표면 및 외부표면에 존재하는 이물질, 산화물 및 미세한 스크래치 등을 제거하는 기술 중의 하나인 파이어 폴리싱 기술은 석영튜브의 외부표면을 파이어 폴리싱 하고 나머지 부분은 중요한 부부만 1개의 버너를 이용하여 2명이 서로 불로 가열하여 파이어 폴리싱을 실시하는 것이므로, 폴리싱 시간이 길고, 폴리싱 공정이 복잡할 뿐만 아니라 석영튜브에 부착된 Acc 및 판넬 등의 부재가 변형되거나 찌그러지는 등의 문제가 있다.
본 발명자들은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 많은 연구 및 다수의 공정실험을 실시하고, 그 결과에 기초하여 본 발명을 제안하게 되었다.
본 발명의 주요 개념 중의 하나는 하나 이상의 내부버너가 구비되고 석영튜브의 내부에서 이동가능하게 이루어진 내부버너장치 및 상기 석영튜브의 이동 축 방향을 기준으로 상기 내부 버너와 이격 배치되는 하나 이상의 외부버너가 구비되고 석영튜브의 외부에서 이동가능하게 이루어진 외부버너장치를 구비하는 것이다.
이를 통해, 폴리싱 시간을 단축할 수 있고, 폴리싱 공정을 용이하게 수행할 수 있다. 나아가, 석영튜브에 부착된 Acc 및 판넬 등의 부재의 변형이나 찌그러짐 없이 폴리싱을 수행할 수 있다.
본 발명의 주요 개념 중의 다른 하나는 내부버너장치 및 외부버너장치를 이용하여 이 내부버너장치 및 외부버너장치에 적합한 파이어 폴리싱 조건을 적절히 특정하는 것이다.
이를 통해, 폴리싱 시간을 단축할 수 있고, 폴리싱 공정을 용이하게 수행할 수 있다. 나아가, 석영튜브에 부착된 Acc 및 판넬 등의 부재의 변형이나 찌그러짐 없이 폴리싱을 수행할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르는 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법을 도 1 내지 도 7을 통해 설명한다.
도 1은 본 발명의 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법의 바람직한 일례의 공정 흐름을 나타내는 공정흐름도이고, 도 2는 본 발명의 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법의 바람직한 일례에 적용되는 내부버너장치 및 외부버너장치의 배열상태를 나타내는 개략도이고, 도 3은 본 발명의 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법에 적용되는 석영튜브를 회전를 가능하게 하는 회전부여장치에 석영튜브가 결합되어 있는 상태를 나타내는 사시도이고, 도 4는 본 발명의 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법의 바람직한 일례에 적용되는 내부버너장치를 나타내는 사시도이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법의 바람직한 일례에 따라 석영튜브를 파이어 폴리싱하는 상태를 나타내는 개략도이고, 도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 석영튜브의 파이어 폴리싱 시 석영튜브의 내부표면부 및 외부표면부의 시간에 따른 온도변화의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르는 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법은
파이어 폴리싱을 하고자 하는 석영튜브를 준비하는 석영튜브준비단계(S10);
하나 이상의 내부버너가 구비되고 상기 석영튜브의 내부에서 이동가능하게 이루어진 내부버너장치 및 상기 석영튜브의 이동 축방향을 기준으로 상기 내부 버너와 이격 배치되는 하나 이상의 외부버너가 구비되고 상기 석영튜브의 외부에서 이동가능하게 이루어진 외부버너장치를 준비하는 버너장치준비단계(S20); 및
상기 내부버너장치 및 상기 외부버너장치를 이용하여 상기 석영튜브의 내부표면 및 외부표면을 파이어 폴리싱하는 파이어 폴리싱 단계(S30)를 포함한다.
석영튜브준비단계(S10)
도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이, 파이어 폴리싱을 하고자 하는 석영튜브(1)를 준비한다.
상기 석영튜브(1)는 내부표면 및 외부표면의 폴리싱이 요구되는 것이라면, 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 석영튜브(1)로는 Acc 및 판넬 중 1종 이상이 부착된 것도 적용 가능하다.
상기 석영튜브(1)의 크기는 특별히 한정되지 않으며, 상기 석영튜브(1)의 내부 및 외부 크기에 따라 내부버너(11) 및 외부버너(21)의 용량 및 크기를 조절할 수 있다.
본 발명에 바람직하게 적용될 수 있는 석영튜브(1)의 직경은 20 ~ 60㎝일 수 있다.
본 발명에 바람직하게 적용될 수 있는 석영튜브(1)의 두께는 3 ~ 10mm일 수 있다.
상기 석영튜브(1)는 파이어 폴리싱 시, 회전될 수 있다.
이 경우, 도 3에 나타난 바와 같이, 상기 석영튜브(1)는 회전을 가능하게 하는 회전부여장치(30)에 결합될 수 있다.
상기 회전부여장치(30)는 예를 들면, 석영튜브(1)를 회전시키는 선반장치(Lathe machine)일 수 있다.
버너장치준비단계(S20)
도 2에 나타난 바와 같이, 하나 이상의 내부버너(11)가 구비되고 상기 석영튜브(1)의 내부에서 이동가능하게 이루어진 내부버너장치(10) 및 상기 석영튜브(1)의 이동 축방향을 기준으로 상기 내부 버너(11)와 이격 배치되는 하나 이상의 외부버너(21)가 구비되고 상기 석영튜브(1)의 외부에서 이동가능하게 이루어진 외부버너장치(20)를 준비한다.
상기 내부버너장치(10)는 상기 석영튜브(1)의 내부를 이동하면서 내부표면을 화염으로 폴리싱할 수 있는 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 내부버너장치(10)는 도 2 내지 도 6에 나타난 바와 같이, 하나 이상의 내부버너(11) 및 화염발생원공급원(도시되어 있지 않음)과 가스소통관계로 연결되어 상기 내부버너(11)에 화염발생원을 공급하는 제1화염발생원공급부(12)를 포함한다.
상기 내부버너장치(10)는 하나 이상의 내부버너(11)를 포함할 수 있다.
상기 내부버너(11)의 개수는 상기 석영튜브(1)의 두께, 내경 및 외경의 크기, 및 형태와 버너의 형태, 버너의 각도 및 크기 등에 따라 적절히 결정될 수 있다.
상기 내부버너장치(10)는 예를 들면, 직경 20mm 기준으로 8 ~ 10 개의 내부버너(11)를 포함할 수 있다.
상기 내부버너(11)는 도 4에 나타난 바와 같이 방사상으로 구비될 수 있다.
상기 외부버너장치(20)는 상기 석영튜브(1)의 외부를 이동하면서 외부표면을 화염으로 폴리싱할 수 있는 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 외부버너장치(20)는 도 2 및 도 4 내지 도 6에 나타난 바와 같이, 상기 석영튜브(1)의 이동 축방향을 기준으로 상기 내부 버너(11)와 이격 배치되는 하나 이상의 외부버너(21) 및 화염발생원공급원(도시되어 있지 않음)과 가스소통관계로 연결되어 상기 외부버너(21)에 화염발생원을 공급하는 제2화염발생원공급부(22)를 포함한다.
상기 외부버너(21)는 상기 석영튜브(1)의 외부 둘레를 따라 석영튜브(1)의 외부표면과 떨어져 서로 간격을 두고 배치될 수 있다.
상기 외부버너(21)는 상기 석영튜브(1)의 외부 둘레 전체 영역에 대하여 구비되거나 상기 석영튜브(1)의 외부 둘레 일부 영역에 대하여 구비될 수 있다.
상기 일부 영역은 1개 이상일 수 있고, 하나의 일부 영역과 다른 일부 영역사이의 거리는 외부버너(21)와 외부버너(21)사이의 간격 보다 크다.
상기 외부버너(21)는 도 2, 도 3, 도 5 및 도 6에도 나타나 있는 바와 같이 상기 석영튜브의 외부 둘레의 서로 맞서는 2개의 일부 영역에 대하여 구비될 수 있다.
상기 외부버너(21)와 상기 내부버너(11)는, 도 5에도 나타난 바와 같이, 상기 석영튜브(1)의 이동 축방향을 기준으로 일정한 간격(L)을 두고 배치된다.
상기 외부버너(21)와 내부버너(11) 사이의 간격(L)이 너무 큰 경우에는 화염을 통해 석영튜브에 전달되는 열이 감소될 우려가 있고, 너무 작은 경우에는 열응력으로 인하여 크랙이 발생될 우려가 있다.
상기 외부버너(21)와 내부버너(11) 사이의 간격(L)은 예를 들면, 60 ~ 100㎜, 바람직하게는 60 ~ 80㎜일 수 있다.
상기 내부버너(11) 및 외부버너(21)의 화염발생원으로는 수소와 산소를 사용할 수 있다.
예를 들면, 산소와 수소를 별도로 혼합하여 공급하여 사용할 수 있다.
상기 수소와 산소는 예를 들면, 수소: 60 ~ 70 부피% 및 산소: 30 ~ 40 부피%일 수 있다. 예를 들면, 상기 수소는 65 ~ 70부피%이고 산소는 30 ~ 35부피% 일 수 있다.
상기 수소압력은 3 ~ 7K(K: kgf/㎠) 및 산소압력은 3 ~ 5K일 수 있다.
상기 내부버너(11) 및 외부버너(21)의 화력은 예를 들면, 1800 ~ 2400℃일 수 있다.
상기 내부버너장치(10) 및 외부버너장치(20)의 재질은 특별히 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 상기 내부버너장치(10) 및 외부버너장치(20)는 석영재질로 제작될 수 있다. 상기 내부버너장치(10) 및 외부버너장치(20)가 석영재질로 제작되는 경우에는 석영이 고온에서도 화학적 및 물리적으로 안정하므로 상기 내부버너장치 (10) 및 외부버너장치(20)로 인한 외부 오염을 최소화 할 수 있다.
상기 내부버너장치(10) 및 외부버너장치(20)를 이동시키는 수단은 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 내부버너장치(10) 및 외부버너장치(20)는 예를 들면, 이동속도를 제어할 수 있도록 구비될 수 있다.
상기 내부버너장치(10) 및 외부버너장치(20)는 예를 들면, 출발 및 멈춤이 제어되도록 구비될 수 있다.
예를 들면, 타이머가 추가로 구비되어 상기 내부버너장치(10) 및 외부버너장치(20)의 이동을 제어할 수 있다.
파이어 폴리싱단계 (S30)
상기 내부버너장치(10) 및 상기 외부버너장치(20)를 이용하여 상기 석영튜브(1)의 내부표면 및 외부표면을 파이어 폴리싱한다.
바람직하게는, 상기 파이어 폴리싱 단계(S30)는 상기 외부버너장치(20)를 온(ON)시킨 후 상기 석영튜브(1) 또는 상기 외부버너 장치(20)를 이동시키면서 상기 석영튜브(1)의 외부표면을 파이어 폴리싱하는 단계 및
상기 외부버너(21) 진행방향을 따라 상기 내부버너장치(10)를 온(ON)시킨 후, 상기 내부버너장치(10)를 이동시키면서 상기 석영튜브(1)의 내부표면을 파이어 폴리싱하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 외부버너(21)가 상기 석영튜브(1)의 최종 위치에 이르면 상기 외부버너장치(20)를 오프(OFF)시켜 상기 석영튜브(1)의 외부표면의 파이어 폴리싱을 종료하고, 그 후 상기 내부버너(11)가 상기 석영튜브(1)의 최종위치에 이르면 상기 내부버너장치(10)를 오프(OFF)시켜 상기 석영튜브(1)의 내부표면의 파이어 폴리싱을 종료할 수 있다.
도 5 및 도 6에 나타난 바와 같이, 상기 외부버너장치(20)의 외부버너(21)가 먼저 석영튜브(1)의 외부표면을 파이어 폴리싱 하면서 지나가면 내부버너(11)가 일정한 간격을 두고 후미에서 석영튜브(1)의 내부에서 외부버너 방향을 따라서 이동하면서 석영튜브(1)의 표면을 파이어 폴리싱 한다.
상기 파이어 폴리싱은 상기 석영튜브(1)를 회전시키면서 실시될 수 있다.
상기 외부버너(21)와 상기 내부버너(11)는 상기 석영튜브(1)의 이동 축방향을 기준으로 일정한 간격(L)을 두고 이동하여야 한다.
상기 외부버너(21)와 내부버너(11) 사이의 간격(L)이 너무 큰 경우에는 화염을 통해 석영튜브에 전달되는 열이 감소될 우려가 있고, 너무 작은 경우에는 열응력으로 인하여 크랙이 발생될 우려가 있다.
상기 외부버너(21)와 내부버너(11) 사이의 간격(L)은 60 ~ 100㎜일 수 있다. 예를 들면, 60 ~ 80㎜일 수 있다.
상기 외부버너(21)는 석영튜브(1)의 외부 표면과 일정한 간격(S2)을 유지하면서 이동하여야 한다.
상기 외부버너(21)와 석영튜브(1)의 외부 표면과의 간격(S2)이 너무 좁은 경우에는 화구의 융화점과 표면의 파이어 폴리싱이 어려우며 반사열로 인하여 화구가 과열하면 백 파이어 우려가 있고, 너무 넓은 경우에는 석영튜브 표면의 충분한 파이어 폴리싱을 달성하기 어려울 수 있고, 크랙이 발생될 우려가 있다.
상기 외부버너(21)와 석영튜브(1)의 외부 표면과의 간격(S2)은 석영튜브(1)의 두께 및 크기와 화염의 량 등에 따라 변화될 수 있다.
상기 외부버너(21)와 석영튜브(1)의 외부 표면과의 간격(S2)은 80 ~ 150㎜일 수 있다. 예를 들면, 80 ~ 120㎜일 수 있다.
상기 내부버너(11)는 석영튜브(1)의 내부 표면과 일정한 간격(S1)을 유지하면서 이동하여야 한다.
상기 내부버너(11)와 석영튜브(1)의 내부 표면과의 간격(S1)이 너무 좁은 경우에는 화구의 융화점과 표면의 파이어 폴리싱이 어려우며 반사열로 인하여 화구가 과열하면 백 파이어 우려가 있고, 너무 넓은 경우에는 석영튜브 표면의 충분한 파이어 폴리싱을 달성하기 어려울 수 있고, 크랙이 발생될 우려가 있다.
상기 내부버너(11)와 석영튜브(1)의 내부 표면과의 간격(S1)은 수소와 산소와의 혼합비율 등에 따라 변화될 수 있다.
상기 내부버너(11)와 석영튜브(1)의 내부 표면과의 간격(S1)은 40 ~ 80㎜일 수 있다. 예를 들면, 50 ~ 80㎜일 수 있다.
상기 외부버너(21)와 내부버너(11)의 이동속도가 너무 느린 경우에는 석영튜브(1)의 꼬임 현상이 발생하고 품질이 저하될 우려가 있고, 너무 빠른 경우에는 화력으로 인한 표면의 열 전달이 느려서 석영튜브(1)의 표면에 충분한 파이어 폴리싱이 되지 않으며 크랙이 발생될 우려가 있다.
상기 외부버너(21)와 내부버너(11)의 이동속도는 각각 60 ~ 70㎜/분 일 수 있다.
상기 외부버너(21)와 내부버너(11)에 의한 파이어 폴리싱 시간은 외부버너(21)와 내부버너(11)의 조건 및 석영튜브 조건에 따라 결정될 수 있다.
상기 외부버너(21)와 내부버너(11)에 의한 파이어 폴리싱 시간은 10 ~ 20분일 수 있으며, 예를들면, 15 ~ 20분일 수 있다.
상기 파이어 폴리싱 시 외부버너(21)와 내부버너(11)의 가열량의 비율은 파이어 폴리싱에 요구되는 총 가열량에 대하여 외부버너의 가열량 : 내부 버너의 가열량 = 60 ~ 80% : 20 ~ 40%일 수 있다.
예를 들면, 상기 파이어 폴리싱 시 외부버너와 내부버너의 가열량의 비율은 외부버너의 가열량 : 내부 버너의 가열량 = 60 ~ 70% : 30 ~ 40%일 수 있다.
상기 외부버너의 가열량이 상대적으로 내부 버너의 가열량 보다 너무 많은 경우에는 외부에 가열되는 화력이 상대적으로 많아 이송속도를 조절하여 파이어 폴리싱작업을 하며, 과다한 화력을 분사하였을 경우 석영튜브(1)의 표면에 잘록하게 골이 발생하는 등의 문제가 있고, 너무 적은 경우에는 파이어 폴리싱 작업이 석영튜브(1)의 표면에 열이 충분히 전달되지 않으며 석영튜브(1)의 품질이 떨어지고 응력이 축적되어 크랙이 발생하거나 파손될 우려가 있다.
도 7에 나타난 바와 같이, 상기 파이어 폴리싱 시, 석영튜브의 내부표면부온도(T1), 외부표면부온도(T2) 및 상기 외부표면부온도와 상기 내부표면부온도의 차이(T2-T1)를 적절히 제어하는 경우에는 열 응력에 의한 석영튜브의 변형이나 크랙(crack) 발생이 보다 억제될 수 있다.
상기 내부표면부온도(T1) 및 외부표면부온도(T2)가 너무 높은 경우에는 석영튜브가 변형될 우려가 있고, 너무 낮은 경우에는 충분한 파이어 폴리싱이 이루어지지 않아 이물질, 산화물 및 스크래치 등이 충분히 제거되지 않을 우려가 있다.
따라서, 상기 내부표면부온도(T1)는 1500 ~ 2000℃로 제어될 수 있고, 외부표면부온도(T2)는 1800 ~ 2400℃로 제어될 수 있다.
상기 외부표면부온도와 상기 내부표면부온도의 차이(T2-T1)가 너무 큰 경우에는 열 응력에 의한 석영튜브의 변형이나 크랙(crack) 발생이 우려되므로, 400℃이하로 제어될 수 있다. 상기 외부표면부온도와 상기 내부표면부온도의 차이(T2-T1)는 예를 들면, 300 ~ 400℃일 수 있다.
상기 파이어 폴리싱 시, 초기 및 말기의 내부표면부온도(T1)의 파이어 폴리싱 시간(t)에 따른 온도 구배 및 외부표면부온도(T2)의 파이어 폴리싱 시간(t)에 따른 온도 구배를 적절히 제어하는 경우 열 응력에 의한 석영튜브의 변형이나 크랙(crack) 발생이 보다 억제될 수 있다.
상기 파이어 폴리싱 단계를 온도가 상승하는 초기, 중기 및 온도가 하강하는 말기로 구분하고, 초기 및 말기를 제외한 전체 구간을 중기로 구분할 때, 도 7에 나타난 바와 같이, 상기 초기의 내부표면부온도(T1)의 파이어 폴리싱 시간(t)에 따른 온도 구배{T1/(t4-t2)}는 150 ~ 240℃/분일 수 있다.
상기 말기의 내부표면부온도(T1)의 파이어 폴리싱 시간(t)에 따른 온도 구배{T1/(t8-t6)}는 100 ~ 120℃/분일 수 있다.
상기 초기의 외부표면부온도(T2)의 파이어 폴리싱 시간(t)에 따른 온도 구배{T2/(t3-t1)}는 150 ~ 240℃/분일 수 있다.
상기 말기의 외부표면부온도(T2)의 파이어 폴리싱 시간(t)에 따른 온도 구배{T2/(t7-t5)}는 100 ~ 120℃/분일 수 있다.
도 7에서, t1: 외부표면의 파이어 폴리싱 개시시점, t2: 내부표면의 파이어 폴리싱 개시시점, t3: 외부표면의 파이어 폴리싱 개시시점으로부터 내부표면부온도가 T2에 도달될 때까지 소요된 시간, t4: 내부표면의 파이어 폴리싱 개시시점으로부터 내부표면부온도가 T1에 도달될 때까지 소요된 시간, t5: 외부표면의 파이어 폴리싱 개시시점으로부터 외부표면부온도가 T2에서 하강하기 시작할 때까지 소요된 시간, t6: 내부표면의 파이어 폴리싱 개시시점으로부터 내부표면부온도가 T1에서 하강하기 시작할 때까지 소요된 시간, t7: 외부표면의 파이어 폴리싱 개시시점으로부터 종료시점까지 소요된 시간, t8: 내부표면의 파이어 폴리싱 개시시점으로부터 종료시점까지 소요된 시간을 나타낸다.
상기 파이어 폴리싱 시 상기 외부버너(21) 및 내부버너(11)의 가열에 의한 열량이 석영튜브의 두께 방향으로 일정한 깊이만큼 침투하도록 상기 외부버너(21) 및 내부버너(11)의 가열 조건이 특정될 수 있다.
상기 외부버너(21)에 의한 가열 시 열량이 석영튜브의 두께 방향으로 너무 깊이 침투되는 경우에는 석영튜브가 변형되거나 치수의 변화가 발생되거나 크랙이발생되거나 파손이 일어날 우려가 있고, 너무 얕게 침투되는 경우에는 충분한 파이어 폴리싱이 이루어지지 않아 이물질, 산화물 및 스크래치 등이 충분히 제거되지 않을 우려가 있다.
상기 외부버너(21)의 가열에 의한 열량이 석영 튜브의 두께(d)를 기준으로 석영 튜브의 두께 방향으로 (0.5 ~ 0.8) x d 만큼 침투하도록 상기 외부버너(21)의 가열조건이 특정될 수 있다.
예를 들면, 상기 외부버너(21)의 가열에 의한 열량이 석영 튜브의 두께(d)를 기준으로 석영 튜브의 두께 방향으로 (0.7 ~ 0.8) x d 만큼 침투하도록 상기 외부버너(21)의 가열조건이 특정될 수 있다.
상기 내부버너(11)에 의한 가열 시 열량이 석영튜브의 두께 방향으로 너무 깊이 침투되는 경우에는 석영튜브가 변형되거나 스몰 튜브나 약한 석영의 부착물이 변형되거나 치수에 이상이 발생할 우려가 있고, 너무 얕게 침투되는 경우에는 충분한 파이어 폴리싱이 이루어지지 않아 이물질, 산화물 및 스크래치 등이 충분히 제거되지 않을 우려가 있다.
상기 내부버너(11)의 가열에 의한 열량이 석영튜브의 두께(d)를 기준으로 석영 튜브의 두께 방향으로 (0.3 ~ 0.5) x d 만큼 침투하도록 상기 내부버너(11)의 가열조건이 특정될 수 있다.
예를 들면, 상기 내부버너(11)의 가열에 의한 열량이 석영튜브의 두께(t)를 기준으로 석영튜브의 두께 방향으로 (0.3 ~ 0.4) x d 만큼 침투하도록 상기 내부버너(11)의 가열조건이 특정될 수 있다.
본 발명에 따라 석영튜브를 파이어 폴리싱 하면, 짧은 시간에, 쉽고 안전하게, 석영튜브에 부착된 Acc 및 판넬 등의 부재의 변형이나 찌그러짐 없이, 석영튜브의 내부 및 외부 표면을 깨끗하고 투명하게 폴리싱 할 수 있다.
1: 석영튜브
10: 내부버너장치
11: 내부버너
12: 제1화염발생원공급부
20: 외부버너장치
21: 외부버너
22: 제2화염발생원공급부
30: 회전부여장치
L: 외부버너와 내부버너 사이의 간격
S1: 내부버너와 석영튜브의 내부 표면과의 간격
S2: 외부버너와 석영튜브의 외부 표면과의 간격

Claims (19)

  1. 파이어 폴리싱을 하고자 하는 석영튜브의 연장 길이가 상기 석영튜브의 직경보다 길도록 형성된 석영튜브를 준비하고, 상기 석영튜브를 수평방향으로 배치하는 석영튜브준비단계;
    하나 이상의 내부버너가 구비되고 상기 석영튜브의 내부에서 수평방향으로 이동가능하게 이루어진 내부버너장치 및 상기 석영튜브의 연장방향으로 볼 때 상기 내부 버너와 소정 간격 이격 배치되는 하나 이상의 외부버너가 구비되고 상기 석영튜브의 외부에서 상기 내부버너장치와 동일한 속도로 수평방향으로 이동가능하게 이루어진 외부버너장치를 준비하는 버너장치준비단계; 및
    상기 내부버너장치 및 상기 외부버너장치를 이용하여 상기 석영튜브의 내부표면 및 외부표면을 파이어 폴리싱하는 파이어 폴리싱 단계를 포함하고,
    상기 파이어 폴리싱 단계는,
    상기 외부버너장치를 온(ON)시킨 후 상기 석영튜브 또는 상기 외부버너 장치를 이동시키면서 상기 석영튜브의 외부표면을 파이어 폴리싱하는 단계 및
    상기 외부버너 진행방향을 따라 상기 내부버너장치를 온(ON)시킨 후, 상기 내부버너장치를 이동시키면서 상기 석영튜브의 내부표면을 파이어 폴리싱하는 단계를 포함하고,
    상기 외부버너와 석영튜브의 외부표면과의 간격은 80 ~ 150㎜이고, 상기 내부버너와 상기 석영튜브의 내부표면과의 간격은 40 ~ 80㎜이고,
    상기 파이어 폴리싱 단계는, 상기 외부버너와 상기 내부버너가 상기 석영튜브의 상기 수평방향을 기준으로 60mm ~ 80mm 간격을 두고 이동되고,
    상기 파이어 폴리싱 단계는, 상기 석영튜브의 두께, 내경 및 외경에 따라 상기 외부버너의 가열에 의한 열량과 상기 내부버너의 가열에 의한 열량을 조절하되, 상기 파이어 폴리싱 시 상기 외부버너와 상기 내부버너의 가열에 의한 열량의 비율은 파이어 폴리싱에 요구되는 총 가열에 의한 열량에 대하여 상기 외부버너의 가열에 의한 열량 : 상기 내부 버너의 가열에 의한 열량 = 60~ 80 % : 20 ~ 40% 인 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 외부버너가 상기 석영튜브의 최종 위치에 이르면 상기 외부버너장치를 오프(OFF)시켜 상기 석영튜브의 외부표면의 파이어 폴리싱을 종료하고, 그 후 상기 내부버너가 상기 석영튜브의 최종위치에 이르면 상기 내부버너장치를 오프(OFF)시켜 상기 석영튜브의 내부표면의 파이어 폴리싱을 종료하는 것을 특징으로 하는 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 석영튜브는 Acc 및 판넬 중 1종 이상이 부착되어 있는 석영튜브인 것을 특징으로 하는 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 석영튜브는 파이어 폴리싱단계에서 회전되는 것을 특징으로 하는 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 내부버너는 방사상으로 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 외부버너는 상기 석영튜브의 외부 둘레 전체 영역에 대하여 구비되거나 상기 석영튜브의 외부 둘레 일부 영역에 대하여 구비되는 것을 특징으로 하는 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 일부 영역은 1개 이상이고, 하나의 일부 영역과 다른 일부 영역 사이의 거리는 외부버너와 외부버너 사이의 간격보다 큰 것을 특징으로 하는 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 외부버너는 상기 석영튜브의 외부 둘레의 서로 맞서는 2개의 일부 영역에 대하여 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 내부버너 및 외부버너의 화염발생원이 수소와 산소인 것을 특징으로 하는 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 수소의 함량은 60 ~ 70 부피%이고, 산소의 함량은 30 ~ 40 부피%인 것을 특징으로 하는 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 외부버너와 내부버너 사이의 간격이 60 ~ 100㎜인 것을 특징으로 하는 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법.
  13. 삭제
  14. 제1항에 있어서,
    상기 외부버너와 내부버너의 이동속도는 각각 60 ~ 70㎜/분인 것을 특징으로 하는 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법.
  15. 삭제
  16. 제1항에 있어서,
    상기 외부버너의 가열에 의한 열량은 석영 튜브의 두께(d)를 기준으로 석영 튜브의 두께 방향으로 (0.5 ~ 0.8) x d 만큼 침투하고, 상기 내부버너의 가열에 의한 열량은 석영 튜브의 두께(d)를 기준으로 석영 튜브의 두께 방향으로 (0.3 ~ 0.5) x d 만큼 침투하는 것을 특징으로 하는 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 파이어 폴리싱 단계에서, 파이어 폴리싱 시, 석영튜브의 내부표면부온도는 1500 ~ 2000℃이고, 그리고 외부표면부온도는 1800 ~ 2400℃인 것을 특징으로 하는 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 내부표면부온도와 외부표면부온도의 차이(T1 - T2) )가 400℃이하인 것을 특징으로 하는 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 파이어 폴리싱 단계를 온도가 상승하는 초기, 중기 및 온도가 하강하는 말기로 구분하고, 초기 및 말기를 제외한 전체 구간을 중기로 구분할 때, 상기 초기의 내부표면부온도(T1)의 파이어 폴리싱 시간(t)에 따른 온도 구배는 150 ~ 240℃/분이고, 상기 말기의 내부표면부온도(T1)의 파이어 폴리싱 시간(t)에 따른 온도 구배는 100 ~ 120℃/분이고, 상기 초기의 외부표면부온도(T2)의 파이어 폴리싱 시간(t)에 따른 온도 구배는 150 ~ 240℃/분이고, 그리고 상기 말기의 외부표면부온도(T2)의 파이어 폴리싱 시간(t)에 따른 온도 구배는 100 ~ 120℃/분인 것을 특징으로 하는 석영튜브의 파이어 폴리싱 방법.
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