KR102335065B1 - 스페이서로 외부 클래딩 튜브 내로 코어 로드를 삽입하기 위한 방법 - Google Patents

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헤래우스 쿼츠 노쓰 아메리카 엘엘씨
헤래우스 크바르츠글라스 게엠베하 ＆ 컴파니 케이지
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Abstract

유리 구성요소를 제조하기 위한 방법 및 얻어진 유리 구성요소, 예를 들어 광 섬유 예비성형물이 제공된다. 방법은 면취 영역(114)에 의해 분리된 제1 및 제2 보어를 포함하는 종방향 축을 갖는 클래딩 튜브(110)를 제공하는 단계, 제1 보어 내로 스페이서(120)를 삽입하는 단계, 제1 보어(116) 내로 로드(130)를 삽입하는 단계, 스페이서(120)가 면취 영역(114) 내에서 회전하도록 면취 섹션(114) 내로 스페이서(120)를 이동시키는 단계, 및 수직 배향으로 클래딩 튜브(110)를 회전시키는 단계를 포함하고 이에 따라 스페이서(120)는 로드(130)를 지지하며 제2 보어(118)에 유입되는 것이 방지된다. 면취 영역의 각각의 부분은 제2 보어의 높이보다 높은 종방향 축에 대해 수직인 높이를 가진다. 스페이서는 제2 보어의 높이보다 크지만 제1 보어와 면취 영역의 상부의 교차부와 면취 영역의 바닥의 가장 깊은 지점 사이의 거리 미만인 종방향 축에 평행한 길이를 갖는다.

Description

스페이서로 외부 클래딩 튜브 내로 코어 로드를 삽입하기 위한 방법
본 발명은 일반적으로 신장된 유리 구성요소를 제조하기 위한 것으로, 구체적으로는 하나 이상의 석영 유리 클래딩 튜브에 의해 둘러싸인 코어 로드 또는 튜브를 포함하는 장치에서 석영 유리로부터 제조된 유리 구성요소를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
광 섬유들은, 최소의 산란 및 감쇠를 동반하는, 2개의 위치들 사이에서 광을 전송하는 도파관들이다. 또한 때때로 섬유 광학체로 지칭되는 광 섬유들은, 공지되어 있으며 그리고 예를 들어, 조명, 통신, 정보 전달, 및 센서들을 위해 사용된다. 광 섬유들은 전형적으로 가요성이고 매우 얇고, 하나 이상의 투명 클래딩 층이 둘러싸인 투명 코어를 갖는다. 코어 및 클래딩 층들은, (예를 들어, 실리카, 불화물, 인산염, 등으로 이루어지는) 고품질 유리와 같은 유리질 재료로 이루어진다. 전형적으로, 코어 재료는 둘러싸는 클래딩 층 또는 층들 내의 재료의 굴절률보다 더 큰 굴절률을 갖는다. 이들 조건들은, 섬유를 통과하는 광 신호들의 전반사를 가능하게 하여, 결과적으로 효과적인 도파관을 생성한다.
광 섬유들은 일반적으로, 섬유 인발 타워(fiber drawing tower)를 사용하여 가열된 예비형성물로부터 섬유를 인발함으로써 제조된다. 이러한 타워들은 전형적으로, 수직으로 배향하게 되며 그리고, 예비형성물을 유지하고, 예비형성물을, 단부 먼저, 타워의 상부 내로 유도하기 위한, 가이드뿐만 아니라, 제어된 방식으로 예비형성물을 가열하기 위한 고온 노, 그리고 예비형성물의 리딩 단부에 제어된 장력을 가하기 위한 장치를 구비하여, 그로 인해 용융 재료의 섬유가 형성되도록 한다. 섬유는 전형적으로, 미세한 연속적인 광 섬유를 제공하기 위해 예비형성물로부터 인발될 때, 냉각되고 고화된다.
광 섬유용 중간 제품(예비형성물 또는 단순한 중실 원통) 또는 또한 직접적으로 광 섬유 형태의 최종 제품 자체의 형태로 광학 구성요소는 코어 로드 및 코어 로드를 둘러싸는 클래딩 튜브를 포함하는 장치를 붕괴시키고 연신시킴으로써 제조된다. 일부 경우에, 다수의 클래딩 튜브가 사용될 수 있다. 이 공정은 전형적으로 로드-인-튜브(rod-in-tube, RIT) 또는 로드-인-실린더(rod-in-cylinder, RIC)로 지칭된다.
이 방법에서 코어 로드는 수직 배열로 클래딩 튜브 내에 배열된다. 일부 경우에, 코어 로드는 클래딩 튜브의 바닥 내로 삽입된 지지 로드에 의해 이의 바닥에서 지지될 수 있다. 다른 경우에, 코어 로드는 클래딩 튜브의 구속된 바닥 부분에 배치된 보유 링 또는 디스크에 의해 지지될 수 있다. 보유 링 또는 디스크는 클래딩 튜브의 내부 직경보다 작은 외부 직경을 갖지만 구속된 부분의 내부 직경보다 더 크고, 이에 따라 보유 링이 구속된 부분의 영역 상에서 상부로부터 배열된다. 클래딩 튜브의 내부 직경과 코어 로드의 외부 직경 사이의 간격은 코어 로드의 일 단부에서 밀봉되고, 진공이 코어 로드의 다른 단부로부터 간격에 적용된다. 클래딩 튜브 및 코어 로드는 그 뒤에 가열되는 동시에 진공이 유지되어 클래딩 튜브가 코어 로드 주위에서 붕괴된다. 다른 공정에서, 클래딩 튜브 및 코어 로드는 코어 로드 및 클래딩 튜브 사이의 간격에 진공을 인가하기 전에 가열될 수 있다.
상기 방법의 일 단점은 외부 클래딩 튜브를 가열하는 동안 코어 로드가 이의 자체 중량에 의해 아래로 당겨지는 데 있으며, 이에 따라 코어 로드의 일정하지 않은 외부 직경을 야기하는 변형이 발생되며 코어 로드가 클래딩 튜브 내에서 이의 의도된 위치로부터 슬리핑되거나 또는 둘 모두이다. 코어 로드 또는 정확한 위치에 있지 않은 코어 로드의 일정하지 않은 외부 직경은 유리 구성요소의 "b/a 비"의 변화를 야기할 수 있다(즉, 유리 구성요소의 주어진 단면에 대해 코어 로드 직경에 대한 클래딩 튜브 직경의 비). 광학 섬유들과 같은 일부 응용에서 원하는 b/a 비로부터의 작은 편차도 용인될 수 없다. 극단적인 경우에는 코어 로드의 중량 관련 변형은 심지어 코어 로드 파괴를 야기할 수 있다. 코어 로드의 길이가 증가함에 따라 코어 로드 변형이 점점 더 문제가 된다. 클래딩 튜브의 내부 직경과 코어 로드의 외부 직경 사이의 간격에 음압을 인가하는 것이 코어 로드에 작용하는 중력을 상쇄시킬 수 있을지라도, 특히 대기압이 외부적으로 인가될 때 클래딩 튜브의 외측과 간격 사이의 최대 압력 차이가 야기된다.
중량 관련 변형을 방지하기 위한 전형적인 해결방법은 두 개의 코어 로드 세그먼트를 사용하는 것을 포함하고 여기서 바닥 세그먼트는 전술된 바와 같이 지지 로드 또는 보유 링에 의해 지지되고 상부 세그먼트는 바닥 세그먼트 위의 지점에서 지지된다. 예를 들어, 미국 특허 제8,161,772호에서, 클래딩 튜브는 내부 직경이 감소된 넥 부분을 포함한다. 그 뒤에, 상부 코어 로드 세그먼트는 넥 부분, 직접적으로 넥 부분 또는 넥 부분에 의해 지지된 스페이서 디스크에 의해 지지된다. 그러나, 이러한 방법은 일반적으로 이 방법이 상이한 직경의 코어 로드, 코어 로드 또는 클래딩 튜브의 열간 가공, 용접 또는 기계가공, 또는 둘 모두를 필요로 하기 때문에 바람직하지 못하다. 특정 직경의 코어 로드를 필요로 함에 따라 방법이 형성할 수 있는 가능한 구성이 감소되는 반면, 열간 가공, 용접 또는 기계가공은 품질 또는 신뢰성을 저하시킬 수 있는 구성요소에 대해 응력을 야기하고 비용을 증가시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 유리 구성요소는 또한 면취 영역에 의해 제1 내부 보어로부터 분리된 제2 내부 보어를 포함하는 외부 클래딩 튜브의 제1 내부 보어 내로 유리 스페이서를 삽입함으로써 제조된다. 면취 영역의 각각의 부분은 제2 내부 보어의 높이보다 높은 종방향 축에 대해 수직으로 측정된 높이를 갖는다. 스페이서는 제2 보어의 높이보다 크지만 제1 보어와 면취 영역의 상부의 교차부와 면취 영역의 바닥의 가장 깊은 지점 사이의 최대 거리 미만인 종방향 축에 평행하게 측정된 길이를 갖는다. 제1 코어 로드는 그 뒤에 제1 내부 보어 내로 삽입되고 스페이서는 면취 섹션 내로 이동하여 스페이서가 면취 영역 내에서 회전한다. 클래딩 튜브가 수직 배향으로 회전할 때, 스페이서는 제2 내부 보어에 유입되는 것이 방지되고 제1 코어 로드는 스페이서에 의해 지지된다.
실시예는 종방향 축을 갖는 외부 클래딩 튜브 및 면취 영역에 배치된 스페이서를 갖는 유리 구성요소를 추가로 포함하고, 외부 클래딩 튜브는 면취 영역에 의해 분리된 제1 내부 보어 및 제2 내부 보어를 갖는다. 제2 내부 보어는 종방향 축에 수직으로 측정된 높이를 가지며, 면취 영역의 각각의 부분은 제2 내부 보어의 높이보다 높은 높이를 갖는다. 스페이서는 스페이서가 면취 영역 내에 끼워맞춤될 수 있지만 제2 내부 보어 내로 이동하지 않도록 제2 내부 보어의 높이보다 크지만 면취 영역의 높이 미만인 종방향 축에 수직으로 측정된 길이를 갖는다. 유리 구성요소는 스페이서에 의해 지지된 제1 내부 보어 내에 코어 로드를 추가로 포함한다.
본 발명은, 첨부되는 도면과 관련하여 읽을 때 뒤따르는 상세한 설명으로부터 최상으로 이해된다. 통상적인 실행에 따라, 도면의 다양한 특징부들이 축적에 따르지 않도록 강조된다. 대조적으로, 다양한 특징부들의 치수들은, 명료함을 위해 임의적으로 확대되거나 감소된다. 뒤따르는 도면들이 도면에 포함된다:
도 1a는 예시적인 실시예에 따른 면취 영역을 포함하는 클래딩 튜브의 단면도.
도 1b는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 클래딩 튜브 내로 스페이서를 삽입하는 단면도.
도 1c는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 면취 영역 내레서 스페이서가 회전하기 시작할 때까지 면취 영역을 향하여 스페이서를 이동시키고 면취 영역으로부터 스페이서의 마주보는 측면 상에서 클래딩 튜브 내로 제1 코어 로드를 삽입하는 단면도.
도 1d는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 코어 로드에 의해 면취 영역의 떨어진 단부에서 수직 위치 내로 가압되는 스페이서의 단면도.
도 1e는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 수직 배향으로 배향된 코어 로드, 스페이서 및 클래딩 튜브의 단면도.
도 1f는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 스페이서 및 제1 코어 로드 아래의 클래딩 튜브 내로 삽입된 제2 코어 로드의 단면도.
도 2a는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 스페이서의 측면도.
도 2b는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 도 2a의 스페이서의 상면도.
도 3a는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 수평 배향에 있는 면취 영역을 포함하는 클래딩 튜브 내로 삽입된 가이드 로드, 가이드 디스크 및 스페이서의 단면도.
도 3b는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 면취 영역 내로 회전하는 스페이서의 단면도.
도 3c는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 면취 영역의 바닥 내로 가이드 로드가 떨어지는 수직 위치로 이동하는 스페이서의 단면도.
도 3d는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 코어 로드에 의해 면취 영역의 떨어진 단부에서 수직 위치로 가압된 스페이서의 단면도.
도 3e는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 수직 배향으로 배향된 코어 로드, 가이드 로드, 가이드 디스크, 스페이서 및 클래딩 튜브의 단면도.
도 3f는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 제1 코어 로드, 가이드 로드, 가이드 디스크, 및 스페이서 아래의 클래딩 튜브 내로 삽입된 제2 코어 로드의 단면도.
도 4는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 외부 클래딩 튜브, 외부 클래딩 튜브의 면취 영역 내의 스페이서, 제1 내부 클래딩 튜브 및 스페이서 상에 배열된 제1 코어 로드, 및 제2 내부 클래딩 튜브 및 스페이서 아래의 제2 코어 로드를 포함하는 유리 구성요소의 단면도.
본 발명의 실시예는 클래딩 튜브(cladding tube) 내에서 코어 로드를 지지하기 위한 스페이서를 이용하여 유리 구성요소를 제조하는 방법을 포함한다. 스페이서는 수평 위치에서 클래딩 튜브의 내부 보어에 끼워맞춤되고 내부 보어의 면취 영역(chamfered region) 내의 수직 위치로 회전하도록 크기가 형성된다. 수직 위치로 회전하면, 스페이서는 면취 영역을 차단하고 클래딩 튜브의 내부 보어 내로 삽입된 코어 로드는 스페이서에 의해 지지될 것이다. 방법의 예시적인 실시예는 이제 도 1a 내지 도 1f, 도 2a, 도 2b, 도 3a 내지 도 3f 및 도 4에 따라 기재될 것이다.
도 1a를 참조하면, 종방향 축(X)을 갖는 클래딩 튜브(110)가 제공된다. 본원에서 사용된 바와 같이, 도 1a의 좌표계로 도시된 바와 같이 "길이"는 종방향 축(X)에 평행하게 측정되고; "높이"는 도면의 평면에 대해 평행하고 종방향 축(X)에 수직으로 측정되고; "폭"은 도면의 평면 및 종방향 축(X) 둘 모두에 대해 수직으로 측정된다. "상부", "바닥", "좌측" 및 "우측"과 같은 용어는 관련 도면의 배향을 지칭한다. 본 명세서에서 기재된 방법의 특정 단계에서 클래딩 튜브(110)가 다양한 배향으로 회전한다. 그러나, 높이, 폭 및 길이가 전술된 바와 같이 종방향 축(X)에 대해 기재될 것이다.
클래딩 튜브(110)는 제1 내부 보어(116) 및 제2 내부 보어(118)를 분리하는 면취 영역(114)을 포함한다. 제1 보어(116)는 면취 영역(114)에 인접한 높이(D1)를 갖는다. 제2 보어(116)는 면취 영역(114)에 인접한 높이(D2)를 갖는다. 일부 실시예에서, D1 및 D2는 동일하다. 다른 실시예에서, D1 및 D2는 동일하지 않다. D1 및 D2가 독립적으로 선택될 수 있는 것으로 본 기재로부터 명확해질 것이다. 면취 영역(114)은 면취 영역(114)의 높이가 D1 및 D2보다 항시 상당히 크게 형성되는 한 일정하거나 또는 가변 높이를 가질 수 있다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 면취 영역(114)의 상부 및 바닥은 각각 삼각형 형상의 단면을 갖는다. 다른 실시예에서, 면취 영역(114)은 다각형, 정사각형, 또는 원형을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 다른 적합한 형상을 가질 수 있다.
전형적으로, 제1 보어(116)와 제2 보어(118)의 높이는 일정하다. 그러나, 제1 보어(116) 및 제2 보어(118)의 높이는 보어의 길이를 따라 변화할 수 있다. 제1 보어(116) 및 제2 보어(118)는 또한 전형적으로 원형이고 이 경우에 높이(D1, D2)는 보어의 직경과 동일하다(클래딩 튜브의 내부 직경). 실시예가 임의의 특정 치수에 한정되지 않을지라도, 높이(D1, D2)는 전형적으로 대략 수십 내지 수백 밀리미터의 범위이고, 클래딩 튜브(110)는 최대 수백 밀리미터의 외부 직경을 가질 수 있지만 이 범위에 제한되지 않는다. 예를 들어, 클래딩 튜브(110)가 광 섬유 예비성형물의 일부를 형성할 때, 클래딩 튜브(110)는 일부 실시예에서 최대 110 mm의 외부 직경을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 135 mm 내지 210 mm 또는 심지어 이 초과의 외부 직경이 선호될 수 있다. 실시예는 임의의 특정 치수에 제한되지 않는 것으로 이해될 것이다. 즉, 클래딩 튜브(110)는 임의의 외부 직경을 가질 수 있다.
도 1b를 참조하면, 스페이서(120)는 제1 내부 보어(116) 내로 삽입되며 동시에 클래딩 튜브(110)는 비-수직 배향에 있다. 더 상세히 설명되는 바와 같이, "비-수직 배향"은 중력에 따라 스페이서(120)가 제2 내부 보어(118) 내로 통과하기 보다는 면취 영역(114) 내에서 회전하기에 충분한 임의의 배향이다. 예시적인 실시예에서, 클래딩 튜브(110)는 실질적으로 수평 위치에 있을 수 있다. 스페이서(120)는 수평 배향(즉, 종방향 축(X)에 대해 평행)으로 제1 내부 보어(116) 내에 배열된다. 스페이서(120)는 최대 길이(L)를 갖는다. 스페이서(120)는 길이가 일정하지 않을 수 있다. 예를 들어, 도 1a에 도시된 바와 같이, 스페이서(120)는 사다리꼴 단면을 갖는다. 따라서, 스페이서(120)의 길이(L)는 사다리꼴 기저의 길이와 동일하다. 스페이서(120)의 길이(L)는 높이(D1, D2)보다 크지만 면취 영역(114)의 상부의 최근 에지(면취 영역(114)과 제1 내부 보어(116) 상이의 교차부)와 면취 영역(114)의 바닥의 가장 깊은 지점(도 1a의 수평 배향에서) 사이의 거리와 동일한 거리(b) 미만이다. 스페이서(120)의 외부 치수는 도 2a 내지 도 2b에 대해 아래에서 더 상세히 언급된다.
다음으로 도 1c를 참조하면, 스페이서(120)는 면취 영역(114) 내로 이동한다. 일 실시예에서, 스페이서(120)는 중력이 면취 영역(114)을 향하여 스페이서(120)를 끌어 당기도록 클래딩 튜브(110)를 회전시킴으로써 면취 영역(114) 내로 이동한다. 선호되는 실시예에서, 제1 코어 로드(130)는 스페이서(120)가 제1 코어 로드(130)와 면취 영역(114) 사이에 있도록 제1 내부 보어(116) 내로 삽입된다. 제1 코어 로드(130)는 면취 영역(114)을 향하여 스페이서(120)를 가압하기 위하여 제1 내부 보어(116) 내로 그 뒤에 추가로 삽입된다. 도 1b가 단지 단일의 코어 로드(130)만을 도시할지라도, 다른 실시예에서 다수의 코어 로드가 제1 내부 보어(116) 내로 삽입될 수 있는 것으로 이해될 것이다. 예를 들어, 다수의 코어 로드가 다-코어 유리 구성요소를 형성하기 위해 동시에 삽입될 수 있다. 다른 예의 경우, 다수의 코어 로드가 더 긴 길이의 단일의 코어 로드에 대한 필요성을 배제하기 위하여 차례로 삽입될 수 있다. 스페이서(120)의 충분한 부분이 면취 영역(114)의 인접한 에지를 지나감에 따라 이는 도 1c에 도시된 바와 같이 중력으로 인해 회전된 위치로 기울어질 것이다. 전술된 바와 같이, 클래딩 튜브(110)는 충분히 수평이 되어야 하며, 이에 따라 중력은 스페이서(120)가 제2 내부 보어(118) 내로 면취 영역(114)을 통하여 단순히 슬라이딩하기보다는 회전하도록 한다.
다음으로 도 1d를 참조하면, 스페이서(120)가 회전된 위치에 있는 경우 제1 코어 로드(130)는 면취 영역(114)의 떨어진 단부 내로(즉, 제1 코어 로드(130)가 삽입되는 단부에 대해 면취 영역(114)의 마주보는 단부) 그리고 수직 위치 내로(즉, 클래딩 튜브(110)의 종방향 축(X)에 대해 원래 평행한 스페이서의 길이(L)가 이제 종방향 축에 대해 수직임) 스페이서(120)를 연속적으로 가압한다. 스페이서(120)의 길이(L)가 거리(b) 미만이기 때문에, 스페이서(120)는 수직 위치에서 면취 영역(114) 내로 끼워맞춤되도록 면취 영역(114) 내에서 회전할 수 있다. 스페이서(120)의 길이가 거리(b) 초과인 경우, 스페이서(120)는 회전된 위치 내로 완전히 회전하지 않을 수 있다. 스페이서(120)의 길이(L)가 제2 내부 보어(118)의 높이(D2) 초과이기 때문에 회전된 위치에 있는 경우 스페이서(120)는 면취 영역(114)을 차단하고 제1 코어 로드(130)가 면취 영역(114)을 통해 이동하는 것을 방지한다. 스페이서(120)는 스페이서(120)의 길이(L)가 클래딩 튜브(110)의 종방향 축(X)에 대해 전적으로 수직인 위치이지만 단지 수직 위치에서 제2 내부 보어(118)를 통하여 더 이상 끼워맞춤되지 않도록 하는 충분한 수직 위치로 회전할 필요가 없는 것으로 이해될 것이다. 도 1c에 도시된 실시예를 포함하는 일부 실시예에서, 스페이서(120)의 리딩 에지(즉, 스페이서(120)가 회전된 위치에 있는 경우 제1 코어 로드(130)에 마주보는 에지)는 면취 영역(114)와 스페이서(120) 사이의 끼워맞춤을 향상시키기 위하여 면취 영역(114)의 윤곽과 일치되도록 성형된다. 그러나, 일부 실시예에서, 스페이서(120)의 형상은 면취 영역(114)의 형상과 일치되지 않을 수 있다.
다음으로 도 1e를 참조하면, 스페이서(120)가 수직 위치에 있는 경우, 클래딩 튜브(110)는 스페이서(120)와 제1 코어 로드(130)와 함께 수직 배향으로 회전한다. 대안의 실시예에서, 클래딩 튜브(110)는 스페이서(120)가 전술된 회전된 위치에 있지만 수직 위치에 있지 않는 경우 수직 배향으로 이동할 수 있다. 클래딩 튜브(110)가 수직 배향으로 있는 경우, 중력은 수직 (즉, 종방향 축(X)에 대해 수직) 위치 내로 스페이서(120)를 이동시킬 것이다.
클래딩 튜브(110)가 수직 배향으로 있는 경우, 제1 코어 로드(130)의 중량은 스페이서(120)를 하향 압축하여 코어 로드(130)가 스페이서(120)에 의해 지지되고 이에 따라 면취 영역(114)의 크기 및 형상과 스페이서(120)의 크기 및 형상으로 인해 면취 영역(114)을 통해 이동하는 것이 방지된다. 도 1f에 도시된 바와 같이, 제2 코어 로드(140)는 제2 내부 보어(118) 내로 삽입된다. 제2 코어 로드(140)는 클래딩 튜브(110)가 수직 배향으로 회전하기 전에 또는 이후에 삽입될 수 있다. 제2 코어 로드(140)는 또한 제2 내부 보어(118)에 인접한 클래딩 튜브(110)의 단부를 통하여 클래딩(110)의 제2 내부 보어(118) 내로 삽입될 수 있거나 또는 면취 영역(114) 내의 스페이서(120)를 배치하기 전에 면취 영역(114)을 통하여 삽입될 수 있다. 제1 코어 로드(130)와 같이 제2 코어 로드(140)는 나란히, 차례로, 또는 둘 모두로 배열된 하나 초과의 코어 로드 세그먼트로 구성될 수 있다. 삽입되면, 제2 코어 로드(140)는 전술된 바와 같이 보유 링 또는 지지 로드(도시되지 않음)와 같이 임의의 적합한 방법에 의해 지지될 수 있다. 제1 코어 로드(130) 및 제2 코어 로드(140) 둘 모두가 제 위치에 있는 경우, 진공이 내부 보어(112)에 적용될 수 있고, 클래딩 튜브(110)는 제1 코어 로드(130) 및 제2 코어 로드(140) 주위에서 클래딩 튜브(110)를 붕괴시키도록 가열될 수 있다. 제1 코어 로드(130)가 스페이서(120)에 의해 지지되고 제2 코어 로드가 클래딩 튜브(110)의 바닥에서 지지되기 때문에, 코어 로드 중량이 클래딩 튜브(110)의 종방향 축을 따라 더욱 균등하게 분포되어 코어 로드가 클래딩 튜브로부터 슬립되거나 또는 중량-관련 변형의 위험성이 감소된다. 주어진 길이에 대한 b/a 비 또는 코어 로드 파괴의 위험성을 감소시키는 것이 추가로, 전술된 방법에 따라 더 긴 유리 구성요소가 제조될 수 있다. 전술된 방법에 따라 또한 코어 로드의 치수뿐만 아니라 제1 내부 보어(116)와 제2 내부 보어(118)의 높이 직경(D1, D2)이 각각 서로 독립적으로 선택될 수 있고 이는 제1 코어 로드(130)가 제2 내부 보어(118)와 접촉할 필요가 없거나 또는 제2 코어 로드(140)가 지지되는 제1 코어 로드(130)에 대해 접촉하기 때문이다.
또한, 도 2a 내지 도 2b는 각각 전술된 방법에 사용된 스페이서(120)의 측면도 및 상면도를 도시한다. 전술된 바와 같이 길이(L)를 갖는 것에 추가로, 스페이서(120)는 또한 도 2a 내지 도 2b에 도시된 바와 같이 높이(H) 및 폭(W)을 갖는다. L, H 및 W는 도 1a과 관련하여 전술된 바와 같이 정의된다(즉, 길이는 종방향 축(X)에 평행하게 측정되고 높이와 폭은 종방향 축(X)에 수직으로 측정됨). 스페이서(120)의 높이(H)는 굽힘 응력으로 인한 스페이서(120)의 파괴 없이 제1 코어 로드(130)의 중량을 지지하기에 충분하다. 하나의 예시적인 실시예에서, 스페이서(120)의 최소 허용 높이는 다음 식에 의해 결정될 수 있다:
H= sqrt [ (F * L * 1.5) / (W * sb) ]
여기서, F는 제1 코어 로드(또는 다수의 제1 코어 로드)(130)의 중량 힘이고, L은 스페이서(120)의 길이이고, W는 스페이서(120)의 폭이고, σb는 스페이서(120)의 재료에 대한 최대 굽힘 응력이다. 이 식은 단지 예시적이고, 다른 실시예에서 스페이서의 원하는 높이(H)가 다른 방식으로 계산될 수 있다. 스페이서(120)의 폭(W)은 바람직하게는 제1 내부 보어(116) 및 제2 내부 보어(118)의 폭 미만이다. 내부 보어가 실질적으로 원형일 때, 내부 보어의 폭은 전술된 바와 같이 D1 및 D2과 동일하다. 폭(W)이 내부 보어의 폭 미만이기 때문에, 클래딩 튜브 붕괴 공정 중에 인가된 진공이 스페이서(120) 주위를 이동할 수 있고 이에 따라 진공은 클래딩 튜브(110)의 전체 길이에 균등하게 적용된다.
도 2b에 도시된 실시예에서와 같이 일부 실시예에서, 스페이서(120)는 수직 위치 내로 스페이서(120)의 더 용이한 팁핑을 돕기 위해 비대칭적으로 가중될 수 있다(도 1c에 대해 더 상세히 전술된 바와 같이). 예를 들어, 도 2b에서와 같이, 스페이서(120)는 후방 절반부(즉, 스페이서가 클래딩 튜브(110) 내로 삽입될 때 트레일링 절반부)가 전방 절반부보다 중량이 더 가볍도록 스페이서(120)의 길이의 중심으로부터 오프셋배열된 홀(122)을 포함할 수 있다. 따라서, 스페이서의 무게 중심은 전방 절반부(즉, 더 무거운 절반부)를 향하여 이동하고, 스페이서(120)는 더 용이하게 면취 영역(114) 내로 팁핑될 것이다. 다른 실시예에서, 스페이서(120)의 중량은 더 얇은 후방 절반부, 스페이서를 완전히 관통하지 않는 홀, 전방 절반부에 부가된 추가 중량, 등과 같은 임의의 다른 설계로 비대칭일 수 있다. 다른 실시예에서, 스페이서(120)의 중량은 대칭일 수 있다.
예시적인 실시예에서, 클래딩 튜브(110), 스페이서(120), 제1 코어 로드(130), 및 제2 코어 로드(140)는 모두는 제한되지 않은 내부 기상 증착, 외부 기상 증착 및 증기 축방향 증착을 포함하는 하나 이상의 유형의 화학적 기상 증착(CVD)과 같은 임의의 적합한 공정에 의해 형성된 고순도 석영 유리로 제조될 수 있다. 일부 실시예에서, 스페이서(120)는 비용을 줄이기 위하여 하급 품질의 희생 재료로 제조될 수 있다. 스페이서(120)는 바람직하게는 스페이서(120)가 튜브 붕괴 또는 예비성형물 인발 공정을 차단하지 않도록 코어 로드(130, 140)와 같은 유사한 열 특성(예를 들어, 용융 온도)을 가질 수 있다.
다음으로 도 3a 내지 도 3f참조하면 다른 실시예에서, 방법은 면취 영역(114)에 스페이서(120)를 배치시키기 위한 추가의 스페이서 요소의 사용을 추가로 포함할 수 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 스페이서(120)는 전술된 바와 같이 클래딩 튜브(110) 내에 배치된다. 이 실시예에서, 그러나, 가이드 디스크(124) 및 가이드 로드(124)는 가이드 디스크(124)가 스페이서(120)에 인접하고 가이드 로드(126)가 제1 코어 로드(130)에 인접한 상태에서 스페이서(120)와 제1 코어 로드(130) 사이에 배치된다. 예시적인 실시예에서, 가이드 디스크(124)는 초기에 실질적으로 수직이거나 또는 대안으로 가이드 로드(130)를 향하여 기울어진다. 가이드 디스크(124)는 제1 내부 보어(116)의 최대 D1의 임의의 높이를 가질 수 있다. 가이드 로드(126)의 직경은 아래에서 더 상세히 기재된 바와 같이 면취 영역(114) 내에 여전히 끼워맞춤될 정도로 클 수 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 제1 코어 로드(130)는 그 뒤에 면취 영역(114)을 향하여 스페이서(120), 가이드 디스크(124) 및 가이드 로드(126)를 가압한다. 스페이서(120)가 면취 영역(114)에 도달될 때, 스페이서(120)의 전방이 면취 영역(114) 아래로 팁핑되기 시작할 것이다. 그 결과, 스페이서(120)의 후방은 더 높은 지점에서 가이드 디스크(126)과 접촉할 것이며, 이에 따라 가이드 디스크(126)는 기울어진 위치 내로 후방을 향하여 팁핑된다. 가이드 로드(126)에 따라 가이드 디스크(126)가 스페이서(120)와 제1 코어 로드(130) 사이의 기울어진 위치에 유지되는 것이 보장된다. 제1 코어 로드(130)가 추가로 클래딩 튜브(110) 내로 삽입됨에 따라, 가이드 디스크(126)가 면취 영역(114) 내로 스페이서(120)를 추가로 가압할 것이다. 가이드 디스크(126)의 각으로 인해, 스페이서(120)는 더욱 수직의 위치 내로 더욱 쉽사리 회전할 수 있고, 이에 따라 스페이서(120)의 칩핑(chipping) 또는 파괴를 방지할 뿐만 아니라 면취 영역(114)에 스페이서(120)가 부적절하게 배치되는 기회가 감소한다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 스페이서(120)가 수직 위치에 있고 제1 코어 로드(130)가 면취 영역(114) 내로 가이드 디스크(124)와 가이드 로드(126)를 가압하면, 가이드 로드(126)는 가이드 디스크(124) 아래의 면취 영역(114)의 바닥 부분 내로 떨어질 것이다. 따라서, 가이드 로드(126)는 더 이상 제1 코어 로드(130)와 가이드 디스크(124) 사이에 있지 않고, 이에 따라 제1 코어 로드(130)와 가이드 디스크(124) 사이에 확고하고 매끄러운 인터페이스가 허용된다. 이 인터페이스는 클래딩 튜브(110) 내의 이의 의도된 위치로부터 제1 코어 로드(130)의 의도되지 않은 운동의 방지를 돕는다.
다음으로 도 3d를 참조하면, 스페이서(120)가 수직 위치에 있는 경우에, 제1 코어 로드(130)는 면취 영역(114)의 떨어진 단부(제1 코어 로드(130)가 삽입되는 단부에 대해 면취 영역(114)의 마주보는 단부) 내로 스페이서(120)와 가이드 디스크(124)를 지속적으로 가압한다. 전술된 바와 같이, 스페이서(120)의 길이가 제2 내부 보어(118)의 높이(D2)보다 크기 때문에, 스페이서(120)가 수직 위치에 있는 경우 면취 영역(114)를 차단하고 면취 영역(114)을 통하여 제1 코어 로드(130)가 통과하는 것을 방지한다. 전술된 바와 같이, 가이드 로드(126)가 하부 면취 영역(114) 내로 떨어지기 때문에, 가이드 디스크(124)는 스페이서(120)와 제1 코어 로드(130) 사이에 직접 배열되어 도 3e에 도시된 바와 같이 클래딩 튜브(110)가 수직 배향으로 회전할 때 안정적인 인터페이스를 형성한다. 제2 코어 로드(140)가 그 뒤에 클래딩 튜브(110) 내로 삽입될 수 있고 클래딩 튜브(110)는 전술된 바와 같이 진행할 수 있다. 또한 전술된 바와 같이, 제2 코어 로드(140)는 제1 코어 로드(130)와 스페이서(120)가 클래딩 튜브(110)의 일 단부를 통하여 클래딩 튜브(110) 내로 삽입되기 전에 또는 이후에 삽입될 수 있다.
다음으로 도 4를 참조하면, 전술된 방법이 또한 본원에 구체적으로 개시되지 않은 클래딩 튜브 및 코어 로드의 다른 구성뿐만 아니라 다수의 클래딩 튜브에 의해 둘러싸인 내부 코어 로드를 포함하는 유리 구성요소를 제조하기 위해 이용될 수 있는 것으로 이해될 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 예시적인 다-층 유리 구성요소(400)는 하부 내부 클래딩 튜브(424)에 의해 둘러싸인 하부 코어 로드(414) 및 상부 내부 클래딩 튜브(422)에 의해 둘러싸인 상부 코어 로드(412)를 포함한다. 도 4가 단지 하나의 내부 클래딩 튜브만을 도시할지라도, 다른 실시예가 하나 초과의 내부 클래딩 튜브를 포함할 수 있다. 상부 코어 로드(412)와 상부 내부 클래딩 튜브(422)는 하부 내부 클래딩 튜브(424), 하부 코어 로드(414), 상부 내부 클래딩 튜브(422), 및 상부 코어 로드(412)를 둘러싸는 클래딩 튜브(440)의 면취 영역(442) 내에 배열된 스페이서(430)에 의해 하부 내부 클래딩 튜브(424)와 하부 코어 로드(414)로부터 분리된다. 전술된 바와 같이, 상부 코어 로드(412) 및 상부 내부 클래딩 튜브(422)의 중량은 유리 구성요소(400)가 수직 위치에 있을 때 스페이서(420) 상에 배열될 것이며, 이에 따라 유리 구성요소(400) 하부로부터 내부 클래딩 튜브와 코어 로드의 전체 중량을 지지할 필요성이 배제된다. 따라서 코어 로드 및 내부 클래딩 튜브의 중량은 외부 클래딩 튜브 전체에 걸쳐 더욱 균등하게 분포되어 이에 따라 중량-관련 변형 또는 코어 로드가 위치로부터 슬리핑되는 위험성이 줄어든다. 주어진 길이에 대한 코어 로드 파괴 또는 b/a 비 변형의 위험을 줄이는 것에 추가로, 상기 기술된 방법은 더 긴 유리 구성요소를 제조할 수 있게 한다.
전술된 방법에 의해 제조된 유리 구성요소는 광학 섬유들의 형태의 최종 제품일 수 있거나 또는 예비성형물 형태의 중간 제품일 수 있다.
본 발명의 선호되는 실시예에 대한 전술한 설명은 청구범위에 의해 정의된 바와 같이 본 발명을 제한하는 것이 아니라 예시로서 취해져야 한다. 용이하게 이해될 수 있는 바와 같이, 전술한 특징들의 다양한 변형 및 조합이 청구범위에서 설명된 바와 같이 본 발명으로부터 벗어나지 않고 이용될 수 있다. 이러한 변형은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나는 것으로 간주되지 않으며, 이러한 모든 변형은 다음의 청구범위의 범위 내에 포함되도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 유리 구성요소를 제조하기 위한 방법으로서,
    종방향 축을 갖는 외부 클래딩 튜브를 제공하는 단계 - 상기 외부 클래딩 튜브는 삼각형 형상의 단면을 가진 면취 영역에 의해 분리된 제1 내부 보어 및 제2 내부 보어를 가지며, 제2 내부 보어는 상기 종방향 축에 대해 수직으로 측정된 제1 높이를 가지고, 면취 영역의 각각의 부분은 제1 높이보다 높은 상기 종방향 축에 대해 수직으로 측정된 높이를 가짐 - ,
    제1 내부 보어 내로 스페이서를 삽입하는 단계 - 스페이서는, 제1 높이보다 크지만, 제1 내부 보어 및 면취 영역의 상부의 교차부와 면취 영역의 바닥의 가장 깊은 지점 사이의 최대 거리 미만인, 상기 종방향 축에 대해 평행하게 측정된 길이를 가짐 - ,
    제1 내부 보어 내로 제1 코어 로드를 삽입하는 단계,
    스페이서가 면취 영역 내에서 회전하도록 면취 섹션 내로 스페이서를 이동시키는 단계, 및
    수직 배향으로 클래딩 튜브를 회전시키는 단계 - 이에 따라 스페이서가 제2 내부 보어에 유입되는 것이 방지되고 제1 코어 로드가 스페이서에 의해 지지됨 -
    를 포함하고,
    상기 스페이서는, 상기 스페이서가 회전하여 수직 위치가 될 때, 제2 내부 보어에 인접하는 리딩 에지를 가지며, 상기 스페이서의 리딩 에지는 면취 영역에 맞는 형상으로 되어 있는 것인 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    제2 내부 보어 내로 제2 코어 로드를 삽입하는 단계,
    클래딩 튜브를 가열하는 단계 - 이에 따라 클래딩 튜브가 제1 코어 로드와 제2 코어 로드 주변에서 붕괴됨 - 를 추가로 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 제1 코어 로드는 제2 코어 로드의 외부 직경과 동일한 외부 직경을 갖는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 스페이서는 스페이서의 길이 미만의 폭을 갖는 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 스페이서는 제1 코어 로드에 의해 스페이서에 인가된 굽힘 응력으로 인해 파괴 없이 제1 코어 로드의 중량을 지지하기에 충분한 높이를 갖는 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 스페이서는 더 중량의 단부와 더 경량의 단부로 비대칭적으로 가중되고, 스페이서는 면취 영역에 가장 근접한 더 중량의 단부로 제1 내부 보어 내에 배치되는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 스페이서는 더 경량의 단부 내에 홀을 포함하는 방법.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 코어 로드를 둘러싸는 제1 내부 보어 내로 내부 클래딩 튜브를 삽입하는 단계를 추가로 포함하고, 내부 클래딩 튜브는 외부 클래딩 튜브가 수직 배향으로 회전할 때 스페이서에 의해 지지되는 방법.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 코어 로드와 스페이서 사이의 제1 내부 보어 내로 가이드 요소를 삽입하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 가이드 요소는 디스크를 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 가이드 요소는 디스크와 제1 코어 로드 사이에 로드를 추가로 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 로드는 면취 영역의 바닥 내에 끼워맞춤되도록 크기가 형성되는 방법.
  13. 제10항에 있어서, 디스크는 제1 내부 보어의 높이 미만의 직경을 갖는 방법.
  14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 스페이서는 사다리꼴 단면을 갖는 방법.
  15. 유리 구성요소로서,
    종방향 축을 갖는 외부 클래딩 튜브 - 상기 외부 클래딩 튜브는 삼각형 형상의 단면을 가진 면취 영역에 의해 분리된 제1 내부 보어 및 제2 내부 보어를 가지며, 제2 내부 보어는 상기 종방향 축에 대해 수직으로 측정된 높이를 가지며, 면취 영역의 각각의 부분은 제2 내부 보어의 높이보다 더 높은 높이를 가짐 - ,
    면취 영역에 배치된 스페이서 - 스페이서는 종방향 축에 수직으로 측정된 길이를 가지며, 스페이서의 길이는 스페이서가 면취 영역 내에 끼워맞춤되지만 제2 내부 보어 내로 이동하지 않도록 제2 내부 보어의 높이보다 크지만 면취 영역의 높이 미만임 - , 및
    스페이서에 의해 지지된 제1 내부 보어 내의 제1 코어 로드
    를 포함하고,
    상기 스페이서는 제2 내부 보어에 인접하는 리딩 에지를 가지며, 상기 스페이서의 리딩 에지는 면취 영역에 맞는 형상으로 되어 있는 것인 유리 구성요소.
  16. 제15항에 있어서, 스페이서는 스페이서의 길이에 수직이고 상기 종방향 축에 수직으로 측정된 폭을 가지며, 스페이서의 폭은 스페이서의 길이보다 작은 유리 구성요소.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 스페이서는 제1 코어 로드에 의해 스페이서에 인가된 굽힘 응력으로 인해 파괴 없이 제1 코어 로드의 중량을 지지하기에 충분한 종방향 축에 평행하게 측정된 높이를 갖는 유리 구성요소.
  18. 제15항 또는 제16항에 있어서, 스페이서에 인접하지만 이에 의해 지지되지 않은 제2 내부 보어 내에 제2 코어 로드를 추가로 포함하는 유리 구성요소.
  19. 삭제
  20. 삭제
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