KR102545711B1 - 다공질 유리 모재의 제조 장치 및 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

<과제>
광섬유용 다공질 유리 모재를 제조하는 경우의 재료 효율을 향상시킨다.
<해결 수단>
광섬유용 다공질 유리 모재를 제조하는 제조 장치로서, 유리 미립자를 늘어뜨린 종봉에 부착시켜 광섬유의 코어에 상당하는 코어 상당부를 형성하는 코어 형성용 버너와, 유리 미립자를 코어 상당부에 부착시켜 광섬유의 클래드에 상당하는 클래드 상당부의 일부를 형성하는 제1의 클래드 형성용 버너와, 유리 미립자를 클래드 상당부의 최표면에 부착시켜 클래드 상당부의 다른 일부를 형성하는 제2의 클래드 형성용 버너를 구비하고, 제2의 클래드 형성용 버너가 분사하는 화염의 중심축이 수평면에 대해 상향으로 되는 경사를 가진다.

Description

다공질 유리 모재의 제조 장치 및 제조 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING POROUS GLASS PREFORM}
본 발명은 다공질 유리 모재의 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.
복수의 합성용 버너(burner)를 이용하여 광섬유용 다공질 유리 모재의 코어(core) 상당부와 클래드(clad) 상당부를 동시에 형성하는 VAD법(Vapor－phase Axial Deposition Method： 기상 축부착법)이 있다(특허문헌 1 참조).
일본국 특허 제5697165호 공보
상기 특허문헌 1에 기재된 방법에 의한 다공질 유리 모재의 제조에서는, 수평으로 배치된 버너에 의해 형성된 다공질 유리 모재의 일부에 깨짐 등이 생겨 수율이 저하하는 경우가 있다.
본 발명의 제1의 태양에 있어서는, 광섬유용 다공질 유리 모재를 제조하는 제조 장치로서, 유리 미립자를 늘어뜨린 종봉(種棒)에 부착시켜 광섬유의 코어에 상당하는 코어 상당부를 형성하는 코어 형성용 버너와, 유리 미립자를 코어 상당부에 부착시켜 광섬유의 클래드에 상당하는 클래드 상당부의 일부를 형성하는 제1의 클래드 형성용 버너와, 유리 미립자를 클래드 상당부의 최표면에 부착시켜 클래드 상당부의 다른 일부를 형성하는 제2의 클래드 형성용 버너를 구비하고, 제2의 클래드 형성용 버너가 분사하는 화염의 중심축이 수평면에 대해 상향으로 되는 경사를 가지는 제조 장치가 제공된다.
본 발명의 제2의 태양에 있어서는, 유리 미립자를 늘어뜨린 종봉에 부착시켜 광섬유의 코어에 상당하는 코어 상당부를 형성하고, 유리 미립자를 코어 상당부에 부착시켜 광섬유의 클래드에 상당하는 클래드 상당부의 일부를 형성하고, 유리 미립자를 클래드 상당부의 최표면에 부착시켜 클래드 상당부의 다른 일부를 형성하여, 광섬유용 다공질 유리 모재를 제조하는 제조 방법으로서, 다공질 유리 모재의 직경이 목표 외경으로 되는 부분을 형성하는 경우에, 클래드 상당부의 다른 일부를 형성하는 버너가 분사하는 화염의 중심축이 수평면에 대해 상향으로 되도록 당해 버너를 경사시키는 제조 방법이 제공된다.
상기의 발명의 개요는 본 발명의 특징의 모두를 열거한 것은 아니다. 이들 특징군의 서브콤비네이션(subcombination)도 또 발명으로 될 수 있다.
도 1은 제조 장치(10)의 모식도이다.
도 2는 외측 클래드 형성용 버너(43)의 경사 θ와 부착률의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 외측 클래드 형성용 버너(43)의 경사 θ와 수율의 관계를 나타내는 그래프이다.
다음으로, 발명의 실시의 형태를 통하여 본 발명을 설명한다. 하기 실시형태는 청구범위에 관한 발명을 한정하는 것은 아니다. 실시형태 중에서 설명되어 있는 특징의 조합의 모두가 발명의 해결 수단에 필수라고는 할 수 없다.
도 1은 VAD법에 의한 광섬유용 다공질 유리 모재의 제조 장치(10)의 구조를 나타내는 모식도이다. 제조 장치(10)는 반응 용기(11), 파지부(12), 코어 형성용 버너(41), 내측 클래드 형성용 버너(42), 및 외측 클래드 형성용 버너(43)를 구비한다.
반응 용기(11)는 다공질 유리 모재를 제조하는 환경을 포위하여, 제조하는 다공질 유리 모재의 오염을 방지함과 아울러, 제조의 과정에서 발생하는 유리 미립자 등의 비산을 방지한다. 또, 다공질 유리 모재의 형성 과정의 분위기를 형성할 목적으로, 반응 용기(11)에는 흡입구(13) 및 배출구(14)가 설치된다.
반응 용기(11)의 흡입구(13)로부터는 청정한 공기 등이 공급된다. 이에 의해 다공질 유리 모재를 제조하는 환경이 청정하게 유지된다. 반응 용기(11)의 배출구(14)로부터는, 공급된 공기의 일부와 함께, 합성되었지만 다공질 유리 모재에 부착하지 않은 유리 미립자가 반응 용기(11)의 외부로 배출된다. 배출된 유리 미립자는 반응 용기(11)의 외부에서 수집되어 주변 환경에의 비산이 방지된다.
파지부(12)는 종봉(20)의 상단을 파지하여, 종봉(20)을 반응 용기(11)의 내부로 늘어뜨린다. 또, 파지부(12)는 종봉(20)을 늘어뜨린 상태로, 수직인 회전축 둘레로 회전하고, 또한 종봉(20)과 함께 승강한다. 이에 의해 유리 미립자를 부착시키는 타깃으로서의 종봉(20)을 반응 용기(11)의 내부로 늘어뜨림과 아울러, 다공질 유리 모재의 성장과 함께 종봉(20)을 끌어올려, 목표의 길이를 가지는 다공질 유리 모재의 형성을 가능하게 한다.
코어 형성용 버너(41), 내측 클래드 형성용 버너(42), 및 외측 클래드 형성용 버너(43)의 각각은 유리 원료인 사염화규소, 옥타메틸시클로테트라실록산 등의 가스를 산수소염 등의 화염 중에 불어넣어 유리 미립자를 합성한다. 합성된 유리 미립자는 파지부(12)가 늘어뜨리는 종봉(20)의 주위에 부착하여 다공질 유리 모재(30)를 형성한다. 형성된 다공질 유리 모재(30)는 후속 공정에 있어서 가열로에서 탈수 및 투명화되어 유리 모재로 된다.
또한, 다공질 유리 모재(30)에는 광섬유에 있어서 코어부로 되는 코어 상당부(31)가 포함된다. 코어 상당부(31)는 종봉(20)의 선단에 유리 미립자를 직접 부착시키는 코어 형성용 버너(41)에 의해 형성된다. 코어 형성용 버너(41)에는 굴절률을 상승시키는 도펀트(dopant)로 되는 산화게르마늄의 원료로서 사염화게르마늄을 포함하는 원료 가스가 공급된다. 또한, 코어 형성용 버너(41)에는 유리 원료로서의 사염화규소, 가연성 가스로서의 수소 가스, 조연성 가스로서의 산소 가스, 씰 가스(seal gas)로서의 질소 가스, 아르곤 가스 등이 공급된다.
또, 다공질 유리 모재(30)에는 광섬유에 있어서 클래드부로 되는 클래드 상당부(32)가 포함된다. 클래드 상당부의 체적은 코어 상당부와 비교하면 현저히 크므로, 클래드 상당부의 형성에는 복수의 합성용 버너를 이용하는 경우가 있다. 도시의 예에서는 클래드 상당부에 있어서 코어 상당부(31)에 인접하는 내측 클래드 상당부(32)를 형성하는 내측 클래드 형성용 버너(42)와, 클래드 상당부의 표면에 위치하는 외측 클래드 상당부(33)를 형성하는 외측 클래드 형성용 버너(43)가 설치된다. 또한, 클래드 형성용 버너의 개수는 꼭 2개라고는 할 수 없지만, 외측 클래드 형성용 버너(43)는 클래드 상당부(31)의 최표면을 형성하는 버너를 의미한다.
내측 클래드 형성용 버너(42) 및 외측 클래드 형성용 버너(43)에는 굴절률을 변화시키는 도펀트를 첨가하지 않고, 유리 원료로서의 사염화규소, 가연성 가스로서의 수소 가스, 조연성 가스로서의 산소 가스, 씰 가스로서의 아르곤 가스 등을 공급해도 좋다. 또, 클래드부의 굴절률을 조정할 목적으로 사염화게르마늄 가스, 사불화규소 가스 등을 가해도 좋다.
상기와 같은 제조 장치(10)를 이용하여 다공질 유리 모재(30)를 제조하는 경우, 코어 형성용 버너(41)의 설치 조건은 형성하는 코어 상당부(31)의 목표 사양 등에 의해 결정된다. 또, 내측 클래드 상당부(32)는 코어 상당부(31)의 표면에 직접 형성하므로, 내측 클래드 형성용 버너(42)의 설치 조건도 코어 형성용 버너(41) 등의 설치 조건에 대부분을 의존한다.
이에 반해, 외측 클래드 형성용 버너(43)의 설치 조건에 대해서는 특별한 제한은 없다고 되어 있다. 그렇지만, 클래드부의 형성에 복수의 버너를 이용한 경우에, 버너 상호에서 화염의 간섭이 생기면, 다공질 유리 모재(30)에 대한 유리 미립자의 부착률이 저하한다. 여기서, 유리 미립자의 부착률이란 합성용 버너에서 생성된 유리 미립자 중 다공질 유리 모재(30)에 부착한 유리 미립자의 비율을 의미한다.
유리 미립자의 부착률이 저하한 경우, 재료 수율이 저하하여 재료 비용이 상승한다. 또, 다공질 유리 모재(30)에 부착하지 않은 유리 미립자는 반응 용기(11)의 내면에 퇴적하여 검댕 덩어리를 형성하는 경우가 있다. 이러한 유리 미립자는 성장 중의 다공질 유리 모재(30)에 있어서는 불순물로 되어, 유리 모재에 기포가 생기는 등 품질 저하로 이어지는 경우가 있다.
또, 클래드 상당부의 형성에 복수의 합성용 버너를 이용한 경우, 형성 중의 다공질 유리 모재(30)에 열분포가 형성되는 경우가 있다. 다공질 유리 모재는 무르므로, 제조 중 혹은 제조 직후에 열응력이 생긴 경우는 깨짐이나 벗겨짐이 생겨 다공질 유리 모재(30)의 수율을 저하시킨다.
다공질 유리 모재(30)의 형성 과정에 있어서, 내측 클래드 형성용 버너(42)의 화염과 외측 클래드 형성용 버너(43)의 화염이 과잉으로 접근한 경우는 2개의 버너의 화염이 간섭을 일으키는 것으로 추측된다. 또, 내측 클래드 형성용 버너(42)의 화염과 외측 클래드 형성용 버너(43)의 화염이 과잉으로 떨어진 경우는 다공질 유리 모재(30)의 표면에 온도 분포가 형성되어 다공질 유리 모재(30)에 열응력이 생기는 것으로 추측된다. 그래서, 외측 클래드 형성용 버너(43)의 중심선 T가 수평면 H에 대해 이루는 기울기 θ를 변경함으로써, 외측 클래드 형성용 버너(43)의 화염이 다공질 유리 모재(30)의 표면에 닿는 위치를 변화시켜, 형성되는 다공질 유리 모재(30)의 품질에 주는 영향을 조사하였다.
외측 클래드 형성용 버너(43)의 경사 θ를 변경하는 경우는, 외측 클래드 형성용 버너(43)가 수평인 경우에, 목표 외경을 가지는 다공질 유리 모재(30)의 표면과 외측 클래드 형성용 버너(43)의 중심축이 만나는 점 C를 회전 중심으로 하여 외측 클래드 형성용 버너(43)를 회전시켰다. 또, 외측 클래드 형성용 버너(43)의 경사 θ는 화염을 분사하는 화구가 버너 본체에 대해 상측에 위치하여, 외측 클래드 형성용 버너(43)가 수평면 H에 대해 상향으로 되는 경우를 양의 값으로 하였다.
외측 클래드 형성용 버너(43)의 각도를 변경하여, 복수의 다공질 유리 모재(30)를 제작하고, 제작한 다공질 유리 모재(30)의 각각에 대해 유리 미립자의 부착률［%］을 계측하였다. 계측 결과를 표 1에 나타낸다. 또, 도 2에 표 1의 계측 결과를 그린 그래프를 나타낸다.
또한, 외측 클래드 형성용 버너(43)의 경사 θ를 변경한 경우의 각각에 대해, 다공질 유리 모재(30)에 깨짐의 발생 개수를 50배치(batch)당에 대해 계측하였다. 계측 결과를 표 1에 함께 나타냄과 아울러, 측정치를 그린 그래프를 도 3에 나타낸다.
Figure 112018080251324-pat00001
표 1 및 도 2에 나타내듯이, 외측 클래드 형성용 버너(43)의 경사 θ를 크게 해 가면, 경사 θ 1о에서 9о까지의 범위에서는 부착률이 상승한다. 그렇지만, 외측 클래드 형성용 버너(43)의 경사 θ가 9о를 초과하면, 유리 미립자의 부착률이 감소하였다. 따라서, 유리 미립자의 부착률의 관점에서는 외측 클래드 형성용 버너(43)의 경사 θ를 1о 이상 또한 9о 이하의 범위로 하는 것이 바람직하다.
또, 표 1 및 도 2에 나타내듯이, 외측 클래드 형성용 버너(43)의 경사 θ가 5о에 달하면, 유리 미립자의 부착률이 현저히 상승하는 것을 알 수 있다. 따라서, 외측 클래드 형성용 버너(43)의 경사 θ를 상기의 범위 내에서 또한 5о 이상의 범위로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 표 1 및 도 3을 참조하면, 다공질 유리 모재(30)에 생긴 깨짐 발생 개수는 외측 클래드 형성용 버너(43)의 경사 θ가 7о를 초과하면 서서히 증가하는 경향을 볼 수 있었다. 따라서, 외측 클래드 형성용 버너(43)의 경사 θ는 상기 범위에 있어서 또한 7о 이하로 하는 것이 더 바람직하다.
상기한 바와 같이, VAD법에 있어서 클래드 형성용 버너를 복수 이용하는 경우에는, 클래드부의 표면측을 형성하는 외측 클래드 형성용 버너(43)의 각도를 적절히 설정함으로써, 다공질 유리 모재(30)의 품질과 수율을 향상시킬 수 있다. 보다 구체적으로는, 외측 클래드 형성용 버너(43)의 경사 θ를, 동 버너가 수평에 대해 상향으로 되도록, 1о 이상 또한 9о 이하의 범위, 보다 바람직하게는 5о 이상 또한 7о 이하의 범위로 함으로써, 유리 미립자의 부착률을 향상시킬 수 있음과 아울러, 다공질 유리 모재(30)에 있어서의 깨짐의 발생을 억제할 수 있었다.
이상, 본 발명을 실시의 형태를 이용하여 설명했지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시의 형태에 기재된 범위에는 한정되지 않는다. 상기 실시의 형태에 다양한 변경 또는 개량을 부가하는 것이 가능하다는 것이 당업자에 분명하다. 그 같은 변경 또는 개량을 부가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함될 수 있는 것이 청구범위의 기재로부터 분명하다.
청구범위, 명세서, 및 도면 중에 있어서 나타낸 장치, 시스템, 프로그램, 및 방법에 있어서의 동작, 순서, 스텝, 및 단계 등의 각 처리의 실행 순서는 특별히 「보다 전에」, 「앞서」 등으로 명시하고 있지 않고, 또 전의 처리의 출력을 후의 처리에서 이용하지 않는 한, 임의의 순서로 실현할 수 있는 것에 유의해야 할 것이다. 청구범위, 명세서, 및 도면 중의 동작 플로우에 관해 편의상 「우선,」, 「다음에,」 등을 이용하여 설명했다고 해도 이 순으로 실시하는 것이 필수인 것을 의미하는 것은 아니다.
10 제조 장치 11 반응 용기
12 파지부 13 흡입구
14 배출구 20 종봉
30 다공질 유리 모재 31 코어 상당부
32 내측 클래드 상당부 33 외측 클래드 상당부
41 코어 형성용 버너 42 내측 클래드 형성용 버너
43 외측 클래드 형성용 버너

Claims (4)

  1. 광섬유용 다공질 유리 모재를 제조하는 제조 장치로서,
    유리 미립자를 늘어뜨린 종봉에 부착시켜 광섬유의 코어에 상당하는 코어 상당부를 형성하는 코어 형성용 버너와,
    유리 미립자를 상기 코어 상당부에 부착시켜 광섬유의 클래드에 상당하는 클래드 상당부의 일부를 형성하는 제1의 클래드 형성용 버너와,
    유리 미립자를 상기 클래드 상당부의 최표면에 부착시켜 상기 클래드 상당부의 다른 일부를 형성하는 제2의 클래드 형성용 버너를 구비하고, 상기 제2의 클래드 형성용 버너가 분사하는 화염의 중심축이 수평면에 대해 상향으로 되고, 수평면에 대해 5°이상 또한 7°이하의 각도를 이루는 경사를 가지는 제조 장치.
  2. 유리 미립자를 늘어뜨린 종봉에 부착시켜 광섬유의 코어에 상당하는 코어 상당부를 형성하고,
    유리 미립자를 상기 코어 상당부에 부착시켜 광섬유의 클래드에 상당하는 클래드 상당부의 일부를 형성하고,
    유리 미립자를 상기 클래드 상당부의 최표면에 부착시켜 상기 클래드 상당부의 다른 일부를 형성하여,
    광섬유용의 다공질 유리 모재를 제조하는 제조 방법으로서,
    상기 다공질 유리 모재의 직경이 목표 외경으로 되는 부분을 형성하는 경우에, 상기 클래드 상당부의 다른 일부를 형성하는 버너가 분사하는 화염의 중심축이 수평면에 대해 상향으로 되고, 수평면에 대해 5°이상 또한 7°이하의 각도를 이루도록 당해 버너를 경사시키는 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
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