KR102514132B1 - 광섬유 모재의 제조 장치 - Google Patents

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유헤이 우라타
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신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

<과제>
반응 용기 개구부에서의 버너와의 간극을 없애어, 반응 용기 내에의 외기의 침입을 방지할 수 있는 광섬유 모재의 제조 장치를 제공한다.
<해결 수단>
버너를 삽입하는 반응 용기의 개구부에 형성된 플랜지부에 장착되는 씰 부재로서, 당해 씰 부재가, 버너를 삽입할 수 있지만 당해 버너 외경보다 작은 개구부를 가지는 가요성이 있는 제1의 시트와, 당해 제1의 시트와 동일한 두께이고, 또한 제1의 시트의 외경보다 큰 개구부를 가지는 제2의 시트와, 상기 버너 외경보다 크고, 또한 상기 제1의 시트의 외경보다 작은 개구부를 가지는 2매의 제3의 시트로 이루어지고, 상기 제2의 시트를 제1의 시트와 접촉하지 않고 또한 동일 평면 상에 배치하고, 상기 제1의 시트와 상기 제2의 시트를 2매의 상기 제3의 시트 사이에 끼워넣어 이루어지고, 당해 씰 부재의 개구부로부터 버너를 반응 용기 내로 삽입하고 유리 미립자를 생성하여 퇴적시키는 것을 특징으로 하고 있다.

Description

광섬유 모재의 제조 장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING OPTICAL FIBER PREFORM}
본 발명은 VAD법 등에 의해 출발재 상에 유리 미립자를 퇴적시켜 형성하는 광섬유 모재의 제조 장치에 관한 것이다.
광섬유 모재로 되는 유리 미립자 퇴적체의 제조 방법에는, 반응 용기 내부로 삽입한 버너(burner)의 선단으로부터, 유리 원료 가스를 분출하여 반응시켜 생성한 유리 미립자를 출발재 상에 퇴적시키는 방법이 있다.
예를 들면, 도 1에 나타내는 것 같은 장치로 제조하는 VAD법에서는, 반응 용기(11) 내부에 회전하면서 상방 이동하는 출발재(타깃(target))(12)를 설치한다. 반응 용기(11)에는 버너(13)가 삽입되어 있다. 버너(13)로서는 예를 들면 원관을 동심원 모양으로 배치한 다중관으로 이루어지는 버너를 사용하고, 관으로 나누어진 각각의 영역에는 수소 등의 가연성 가스, 산소 등의 조연성 가스, 사염화규소 가스 등의 유리 원료, 사염화게르마늄 가스 등의 유리의 굴절률을 조정하기 위한 도펀트(dopant)원이 공급된다.
버너 화염 중에서는 상기 유리 원료가 열산화 반응이나 가수분해 반응에 의해 이산화규소나 이산화게르마늄으로 이루어지는 유리 미립자가 생성된다. 출발재(12)를 상방으로 이동시키면서, 버너(13)의 선단으로부터 분출되는 유리 미립자를, 출발재(12) 상에 퇴적 성장시켜 원기둥 모양의 유리 미립자 퇴적체(수트(soot)체)(14)가 제조된다. 이렇게 하여 제조된 유리 미립자 퇴적체는 소결 장치로 가열함으로써, 유리 미립자가 연화 용융되어 투명한 광섬유 모재로 된다. 얻어진 광섬유 모재는 선뽑기 장치로 가열 용융하여 잡아늘임(선뽑기)으로써 광섬유로 된다.
버너(13)는 반응 용기의 밖에 미동 스테이지(stage) 등을 개재하여 장착되어 있다. 버너(13)의 미동 스테이지는 유리 미립자 퇴적체의 형상을 가지런히 하거나 광섬유 모재의 굴절률 분포 형상을 가지런히 하거나 할 목적으로, 유리 미립자 퇴적체를 제조하고 있는 도중이나 제조 배치(batch) 사이에서 버너의 위치나 각도를 변경 조절하는데 이용된다. 또한, 반응 용기(11)의 개구부(15)는 버너(13)의 위치 조절을 행할 수 있도록 버너(13)의 외경보다 크게 하여, 버너(13)와의 사이에 간극을 설치하는 경우가 있다.
반응 용기의 개구부에서는 버너와의 상기 간극으로부터 외기가 반응 용기 내로 말려들어가 외기 중에 부유하는 이물이 유리 미립자 퇴적체에 혼입하는 경우가 있다. 이러한 이물은 퇴적체의 소결시에 기포를 발생시키는 경우가 있어, 소결 후의 투명한 유리 모재 내에 기포로 되어 잔류하는 경우가 있다.
본 발명은 반응 용기 개구부에서의 버너와의 간극을 없애어, 반응 용기 내에의 외기의 침입을 방지할 수 있는 광섬유 모재의 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 과제를 해결하여 이루어지고, 제1의 발명은, 버너를 삽입하는 반응 용기의 개구부에 형성된 플랜지(flange)부에 장착되는 씰(seal) 부재로서, 당해 씰 부재가, 버너를 삽입할 수 있지만 당해 버너 외경보다 작은 개구부를 가지는 가요성(flexibility)이 있는 제1의 시트(sheet)와, 당해 제1의 시트와 동일한 두께이고, 또한 제1의 시트의 외경보다 큰 개구부를 가지는 제2의 시트와, 상기 버너 외경보다 크고, 또한 상기 제1의 시트의 외경보다 작은 개구부를 가지는 2매의 제3의 시트로 이루어지고, 상기 제2의 시트를 제1의 시트와 접촉하지 않고 또한 동일 평면 상에 배치하고, 상기 제1의 시트와 상기 제2의 시트를 2매의 상기 제3의 시트 사이에 끼워넣어 이루어지고, 당해 씰 부재의 개구부로부터 버너를 반응 용기 내로 삽입하고 유리 미립자를 생성하여 퇴적시키는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재의 제조 장치이다.
제2의 발명은, 버너를 삽입하는 반응 용기의 개구부에 형성된 플랜지부에 장착되는 씰 부재로서, 당해 씰 부재가, 버너용 커버를 삽입할 수 있지만 당해 커버 외경보다 작은 개구부를 가지는 가요성이 있는 제1의 시트와, 당해 제1의 시트와 동일한 두께이고, 또한 제1의 시트의 외경보다 큰 개구부를 가지는 제2의 시트와, 상기 버너용 커버 외경보다 크고, 또한 상기 제1의 시트의 외경보다 작은 개구부를 가지는 2매의 제3의 시트로 이루어지고, 상기 제2의 시트를 제1의 시트와 접촉하지 않고 또한 동일 평면 상에 배치하고, 상기 제1의 시트와 상기 제2의 시트를 2매의 상기 제3의 시트 사이에 끼워넣어 이루어지고, 당해 씰 부재의 개구부로부터 버너용 커버를 장착한 버너를 반응 용기 내로 삽입하고 유리 미립자를 생성하여 퇴적시키는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재의 제조 장치이다.
본 발명의 광섬유 모재의 제조 장치에 의하면, 복수의 시트로 이루어지고 가요성을 가지는 씰 부재의 개구부로부터 버너를 반응 용기 내로 삽입함으로써, 삽입한 버너의 가동역을 확보하면서, 반응 용기 개구부와 버너의 간극을 없애어, 반응 용기 내에의 외기의 침입을 효과적으로 억제할 수가 있는 등의 뛰어난 효과를 가져온다.
도 1은 VAD법에 의한 유리 미립자 퇴적체의 제조 장치를 설명하는 개략도이다.
도 2는 본 발명에서 사용하는 제1의 시트, 제2의 시트, 제3의 시트의 형상을 설명하는 개략 평면도이다.
도 3은 실시예 1에 기재된, 반응 용기 개구부에의 제1의 시트, 제2의 시트, 제3의 시트의 배치를 설명하는 개략 사시도이다.
도 4는 실시예 1에 기재된, 버너를 삽입시킨 제1의 시트, 제2의 시트 및 제3의 시트를 개구부 플랜지에 장착한 상태를 설명하는 개략 평면도이다. 또한, 도 4 (a)는 버너의 삽입 위치를 제2시트 및 제3시트의 중앙에 배치한 경우이고, 도 4 (b)는 버너의 삽입 위치를 좌방으로 바싹 댄 경우이다.
도 5는 실시예 2에 기재된, 반응 용기 개구부에의 제1의 시트, 제2의 시트, 제3의 시트의 배치를 설명하는 개략 사시도이다.
도 6은 실시예 2에 기재된, 버너를 삽입시킨 제1의 시트, 제2의 시트 및 제3의 시트를 개구부 플랜지에 장착한 상태를 설명하는 개략 평면도이다. 또한, 도 6 (a)는 버너의 삽입 위치를 제2시트 및 제3시트의 중앙에 배치한 경우이고, 도 6 (b)는 버너의 삽입 위치를 하방으로 바싹 댄 경우이다.
본 발명의 광섬유 모재의 제조 장치에 있어서 사용되는 씰 부재는, 도 3에 나타내듯이, 버너 외경과 동일하거나 약간 작은 내경의 개구부를 가지는 제1의 시트(21)와, 제1의 시트(21)와 동일한 두께이고, 또한 제1의 시트의 외경보다 큰 개구부를 가지고, 반응 용기의 개구부에 형성된 플랜지부(24)와 외주 형상이 동일한 원형의 제2의 시트(22)를 제1의 시트(21)와 동일 평면 상에 배치하고, 제1의 시트(21)의 외경보다 작은 개구부를 가지고 버너 외경보다 큰 개구부를 가지는 2매의 외주 형상이 플랜지부(24)와 동일한 원형의 제3의 시트(23, 23) 사이에, 제1의 시트(21) 및 제2의 시트(22)를 끼우도록 배치되어 있다. 이들 4매의 시트로 이루어지는 씰 부재의 개구부에 버너를 삽입하고, 당해 씰 부재를 플랜지부(24)에 클램프(clamp)로 끼워 밀착시켜 고정하였다.
그 후 버너의 위치의 이동을 수반하는 제조 조건의 변경을 행할 때에는, 제3의 시트(23)의 개구부와 버너가 접촉하지 않는, 혹은 제1의 시트(21)의 외주부가 제2의 시트(22)의 내주부와 접촉하지 않는 범위이면, 예를 들면, 도 4 (b)나 도 6 (b)에 예시한 것처럼, 반응 용기 내외의 격절(隔絶)을 유지한 상태에서 버너 위치를 변경할 수가 있다.
이와 같이 본 발명의 씰 부재를 반응 용기의 개구부에 장착한 제조 장치를 이용함으로써, 개구부로부터 반응 용기 내로의 외기의 침입을 억제할 수가 있고, 그 결과 외기 중에 부유하는 이물의 유리 미립자 퇴적체에의 혼입을 억제할 수 있다.
<실시예>
실시예 1
반응 용기로부터 외측으로 돌출한 반경 70mm의 원형의 개구부에 20mm 폭의 플랜지를 설치한다. 따라서, 플랜지는 원형 형상으로 외반경은 90mm로 되어 있다. 이 플랜지부에, 중앙에 버너를 삽입하는 개구부를 가지고 가요성을 가지는 씰 부재를 장착하였다. 씰 부재를 구성하는 플랜지부에의 각 시트의 장착은 이하와 같이 행하였다.
제3의 시트는 두께 4mm의 PTFE 수지제로, 외주는 플랜지 반경과 동일한 반경 90mm의 원형이고, 중앙에 반경 35mm의 원형의 개구부를 가진다. 제2의 시트는 두께 4mm의 실리콘 고무제로, 외주는 반경 90mm의 원형이고, 중앙에 반경 70mm의 원형의 개구부를 가진다. 제1의 시트는 두께 4mm의 실리콘 고무제로, 외주는 반경 55mm의 원형이고, 중앙에 반경 18mm의 원형의 개구부를 가진다.
각 시트는, 도 3과 같이, 반응 용기 개구부의 플랜지(24)로부터 제3의 시트(23), 제2의 시트(22), 제3의 시트(23)의 순으로 겹쳐 플랜지(24)에 클램프 고정하였다. 제1의 시트(21)는 제2의 시트(22)의 중앙 개구부에 들어가고, 전후를 제3의 시트(23, 23)로 끼워넣고 있다. 이 상태에서 제1의 시트(21)의 중앙 개구부를 통하여 외반경 20mm의 버너를 삽입하였다.
도 4는 버너(13)를 삽입시킨 제1의 시트(21), 제2의 시트(22) 및 제3의 시트(23)를 플랜지(24)에 장착한 상태를 나타내는 평면도이고, 플랜지 외형(25)과 제3의 시트(23)의 개구부(26)의 위치가 파선으로 나타나 있다.
도 4 (a)는 버너(13)를 제2의 시트(22) 및 제3의 시트(23)의 중앙에 삽입한 경우를 나타내고, 도 4 (b)는 버너(13)의 삽입 위치를 14mm 좌방으로 이동한 경우를 나타내고 있다. 어느 쪽의 경우도 반응 용기의 개구부 전면이 본 발명의 씰 부재에 의해 덮여 있고, 제1의 시트(21)의 외주가 제2의 시트(22)의 개구 내주부에 접촉하지 않고, 버너(13)는 제3의 시트(23)의 개구부(26)의 내주부에 접촉하고 있지 않다. 이에 의해 외기의 침입을 효과적으로 억제할 수가 있었다.
실시예 2
반응 용기로부터 외측으로 돌출한 세로 80mm, 가로 160mm의 장방형의 개구부에 20mm 폭의 플랜지를 설치한다. 따라서, 플랜지는 세로 120mm, 가로 200mm의 장방형으로 되어 있다. 이 플랜지부에, 중앙에 버너를 삽입하는 개구부를 가지고, 가요성을 가지는 씰 부재를 장착하였다. 플랜지부에의 씰 부재를 구성하는 각 시트의 장착은 이하와 같이 행하였다.
제3의 시트는 두께 4mm의 PTFE 수지제로, 외주는 세로 120mm, 가로 200mm의 장방형이고, 중앙에 반경 20mm의 원형의 개구부를 가진다. 제2의 시트는 두께 4mm의 실리콘 고무제로, 외주는 세로 120mm, 가로 200mm의 장방형이고, 반응 용기 개구부와 동치수의 개구부를 가지고 있다. 제1의 시트는 두께 4mm의 실리콘 고무제로, 외주는 반경 30mm의 원형이고, 중앙에 반경 9mm의 원형의 개구부를 가진다.
각 시트는, 도 5와 같이, 반응 용기 개구부의 플랜지(34)로부터 제3의 시트(33), 제2의 시트(32), 제3의 시트(33)의 순으로 겹쳐 플랜지(34)에 클램프 고정하였다. 제1의 시트(31)는 제2의 시트(32)의 중앙 개구부에 들어가고, 전후를 제3의 시트(33, 33)로 끼워넣고 있다. 이 상태에서 제1의 시트(31)의 중앙 개구부로부터 외반경 10mm의 버너를 삽입하였다.
도 6은 버너(13)를 삽입한 제1의 시트(31), 제2의 시트(32) 및 제3의 시트(33)를 플랜지부(34)에 장착한 상태를 나타내는 평면도이고, 플랜지 외형(35)과 제3의 시트(33)의 개구부(36)의 위치가 파선으로 나타나 있다.
또한, 도 6 (a)는 버너(13)를 제2의 시트(32) 및 제3의 시트(33)의 중앙에 삽입한 경우를 나타내고, 도 6 (b)는 버너(13)의 삽입 위치를 9mm 하방으로 이동한 경우를 나타내고 있다. 어느 쪽의 경우도 반응 용기의 개구부 전면이 본 발명의 씰 부재에 의해 덮여 있고, 제1의 시트(31)의 외주가 제2의 시트(32)의 개구 내주부에 접촉하지 않고, 버너(13)는 제3의 시트(33)의 개구부(36)의 내주부에 접촉하고 있지 않다. 이에 의해 외기의 침입을 효과적으로 억제할 수가 있었다.
실시예 3
사용한 제1의 시트는 실시예 1에서 사용한 것과 마찬가지의 재질로 이루어지고, 외주 형상을 가지지만, 중앙에 반경 19mm의 개구부를 가진다. 버너는 외반경 19mm로, 그 선단에 내반경 20mm, 외반경 21mm의 통 모양의 버너 커버(후드(hood))를 장착하였다. 버너 커버와 버너는 PTFE계의 수지 테이프를 개재하여 간극 없이 고정하였다. 그 외의 반응 용기 개구부의 플랜지, 제2시트, 제3시트의 형상, 크기 등은 실시예 1과 마찬가지다.
반응 용기 개구부의 플랜지에, 상기 제1, 제2, 제3의 시트로 이루어지는 씰 부재를 클램프 고정하고, 버너 커버를 장착한 버너를 씰 부재의 개구부로부터 삽입하였다. 이 경우도 버너의 위치 조정 이동에 의한 외기의 침입을 효과적으로 억제할 수가 있었다.
비교예 1
반응 용기로부터 외측으로 돌출한 반경 70mm의 원형의 개구부에 20mm 폭의 플랜지를 설치하였다. 따라서, 플랜지는 원형 형상으로, 외반경은 90mm로 되어 있다. 두께 4mm의 실리콘 고무제의 시트를 준비하고, 외주는 플랜지 외형과 동일한 반경 90mm의 원형으로 하여, 중앙에 반경 18mm의 원형의 개구부를 설치하였다. 이 시트의 중앙 개구부를 통하여 외반경 20mm의 버너를 삽입하고, 플랜지에 클램프 고정하였다.
실리콘 고무 시트의 가요성을 이용하여 버너의 삽입 위치를 0.5mm 정도 횡이동할 수 있었지만, 1mm 이상 이동시키면, 시트의 중앙 개구부와 버너 사이에 간극이 생겨 반응 용기 내부로 외기가 유입하였다.
11 반응 용기
12 출발재(타깃)
13 버너
14 다공질 유리 모재
15 플랜지
16 씰 부재
21, 31 제1의 시트
22, 32 제2의 시트
23, 33 제3의 시트
24, 34 플랜지부
25, 35 플랜지 외형선(파선)
26, 36 제3의 시트의 개구부(파선)

Claims (2)

  1. 버너를 삽입하는 반응 용기의 개구부에 형성된 플랜지부에 장착되는 씰 부재로서, 당해 씰 부재가, 버너를 삽입할 수 있지만 당해 버너 외경보다 작은 개구부를 가지는 가요성이 있는 제1의 시트와, 당해 제1의 시트와 동일한 두께이고, 또한 제1의 시트의 외경보다 큰 개구부를 가지는 제2의 시트와, 상기 버너 외경보다 크고, 또한 상기 제1의 시트의 외경보다 작은 개구부를 가지는 2매의 제3의 시트로 이루어지고, 상기 제2의 시트를 제1의 시트와 접촉하지 않고 또한 동일 평면 상에 배치하고, 상기 제1의 시트와 상기 제2의 시트를 2매의 상기 제3의 시트 사이에 끼워넣어 이루어지고, 당해 씰 부재의 개구부로부터 버너를 반응 용기 내로 삽입하고 유리 미립자를 생성하여 퇴적시키는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재의 제조 장치.
  2. 버너를 삽입하는 반응 용기의 개구부에 형성된 플랜지부에 장착되는 씰 부재로서, 당해 씰 부재가, 버너용 커버를 삽입할 수 있지만 당해 커버 외경보다 작은 개구부를 가지는 가요성이 있는 제1의 시트와, 당해 제1의 시트와 동일한 두께이고, 또한 제1의 시트의 외경보다 큰 개구부를 가지는 제2의 시트와, 상기 버너용 커버 외경보다 크고, 또한 상기 제1의 시트의 외경보다 작은 개구부를 가지는 2매의 제3의 시트로 이루어지고, 상기 제2의 시트를 제1의 시트와 접촉하지 않고 또한 동일 평면 상에 배치하고, 상기 제1의 시트와 상기 제2의 시트를 2매의 상기 제3의 시트 사이에 끼워넣어 이루어지고, 당해 씰 부재의 개구부로부터 버너용 커버를 장착한 버너를 반응 용기 내로 삽입하고 유리 미립자를 생성하여 퇴적시키는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재의 제조 장치.
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