KR20010006790A - 글라스로드의 제조방법 및 글라스로드의 제조장치 - Google Patents

글라스로드의 제조방법 및 글라스로드의 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소정의 진직도를 갖는 표준 로드(138)의 수직 경사도를 조정하는 단계 및 글라스로드(106)를 생성하기 위해 상기 수직 경사도가 조정된 표준 로드(138)의 축을 따라 상기 글라스로드(106)의 모재(母材)인 기본 소재(102)를 가열하고 연신(延伸)하는 단계를 포함하는 광섬유(350)의 모재인 글라스로드(106)의 제조방법을 제공한다.

Description

글라스로드의 제조방법 및 글라스로드의 제조장치 {GLASS ROD MANUFACTURING METHOD AND GLASS ROD MANUFACTURING APPARATUS}
본 발명은 직선형 글라스로드를 제조할 수 있는 글라스로드의 제조방법 및 글라스로드 제조장치에 관한 것이다.
도 1은 종래의 글라스 모재(母材) 제1 연신장치(elongating apparatus)(400)를 나타낸다. 광섬유의 모재인 글라스 모재(102)는 통상 상기 글라스 모재 제1 연신장치(400)에 의해 연신된다. 이 장치는 글라스로드(106)를 생성하기 위해 글라스 모재(102)의 직경을 감소시킨다. 글라스로드(106)는 광섬유를 드로잉(drawing)하기에 가장 편리한 직경보다 3mm 내지 5mm 큰 직경을 가진다. 광섬유의 드로잉에 가장 편리한 직경은 30mm 내지 80mm이다.
글라스 모재 제1 연신장치(400)는 글라스 모재(102)를 가열하는 가열로(100), 상기 글라스 모재(102)를 가열로(100)에 공급하는 현가기구(hanging mechanism)(105), 및 가열된 글라스 모재(102)를 홀딩하고 연신하는 드로잉 척(drawing chuck)(104)을 포함한다. 글라스 모재(102)를 연신하기 위해, 글라스 모재 제1 연신장치(400)는 현가기구(105)를 사용하여 글라스 모재를 가열로(100)에 공급한다. 여기서 글라스 모재(102)는 약 2000℃까지 가열된다. 다음에 상기 제1 연신장치(400)는 드로잉 척(104)에 의해 글라스 모재(102)를 홀딩하고, 글라스 모재(102)를 가열로(100)로부터 하향하여 연속적으로 드로잉하여 글라스로드(106)를 형성한다.
도 2는 종래의 글라스 선반(glass lathe)(110)의 구성을 나타낸다. 이 때 글라스로드(106)의 직경은 소정의 직경으로 감소된다. 글라스 선반(110)은 글라스로드(106)를 홀딩하는 척(118, 119), 척(119)을 이동시키는 심압대(心押臺; tail stock)(116), 및 글라스로드(106)를 가열하는 가열원(heating source)(122)을 포함한다. 척(118)의 한 측면은 고정형이고, 척(119)의 다른 측면은 가동형(可動形)이다. 상기 척(119)에는 견인력(traction force)이 적용될 수 있다. 척(118, 119)에 의해 홀딩된 글라스로드(106)는 가열원(122)에 의해 가열된다. 가열된 글라스로드(106)는 글라스로드(106)를 잡아 당기는 심압대(116)를 이동시킴으로써 연신된다. 그 결과, 글라스로드(106)의 직경은 소정의 직경으로 감소된다.
과거에 글라스 모재(102)를 연신하기 위해 종래의 글라스 모재 제1 연신장치(400)를 사용할 경우에 굽혀진 글라스로드(106)가 제조될 가능성이 있었다. 굽혀진 글라스로드가 만들어지는 원인 중의 하나는 글라스 모재(102)가 연신되는 글라스 모재 제1 연신장치(400)의 연신축이 수직이 아닐 경우이다. 종래에 글라스 모재 제1 연신장치(400)의 연신축은 글라스 모재 제1 연신장치(400) 상에 측량추(plumb bob)를 설치하고 연신축을 측량추에 연결되는 줄에 평행을 이루도록 조절함으로써 조정된다. 그러나 측량추를 사용하는 이 방법으로는 현가기구(105) 및 글라스 모재(102)를 실제로 홀딩하는 드로잉 척(104)의 연결축을 조정할 수 없다.
또한, 종래의 글라스 선반(110)을 사용하여 글라스로드(106)를 연신하고 프리폼(107)을 제조하는 경우에 추가적인 문제들이 종종 발생된다. 이들 문제에는 가열원(122)에 제공되는 가스의 양 및 심압대(116)의 이동속도가 제조되는 각각의 프리폼(107)에 대해서 상이하므로 프리폼(107)의 직경에 변동이 생기는 문제가 포함된다.
종래의 글라스 모재 제1 연신장치(400)에 의해 제조되는 굽혀진 글라스로드(106)를 연신할 때에는 프리폼(107)의 직경이 변한다. 변동되는 직경을 갖는 프리폼(107)을 드로잉하여 광섬유를 제조할 경우에, 제조되는 광섬유의 직경도 변동된다. 이 때문에 고품질의 광섬유의 제조가 어려워진다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해소할 수 있는 글라스로드 제조방법 및 글라스로드 제조장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 이 목적은 본 발명의 독립 청구범위에 기술된 특징의 조합에 의해 달성될 수 있다. 종속 청구범위는 본 발명의 추가적인 유리한 실시형태를 정의한다.
도 1은 종래의 글라스 모재 제1 연신장치(400)를 나타내는 도면.
도 2는 종래의 글라스 선반(glass lathe)(110)의 구성을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 광섬유 제조장치 시스템을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 광섬유 제조방법을 설명하는 순서도.
도 5는 글라스 모재 제1 연신장치(900)의 구성을 나타내는 도면.
도 6은 글라스 모재(102)를 연신하는 축을 조정하기 위해 모재 고정유닛(136)에 의해 표준 로드(138)를 홀딩하는 제1 연신장치(402)를 나타내는 도면.
도 7은 도 4에 나타낸 글라스 모재 1차 연신단계(S204)의 상세한 순서도.
도 8은 연신 척(142)으로 표준 로드(138)를 홀딩하는 제1 연신장치(402)를 나타내는 도면.
도 9는 현가기구(134) 및 연신기구(140)를 모두 사용하여 표준 로드(138)를 홀딩하는 제1 연신장치(402)를 나타내는 도면.
도 10은 연신기구(140) 상에 연신 척(142) 대신에 연신 롤러(144a, 144b)를 사용하는 예를 나타내는 도면.
도 11은 연신기구(140) 상에 연신 척(142) 대신에 연신 롤러(144a, 144b)를 사용하는 예를 나타내는 도면.
도 12는 글라스 모재(102)의 굽힘 정도가 측정되는 원리를 나타내는 개념도.
도 13은 제1 연신장치(402)가 연신 롤러(144a, 144b)의 회전속도를 제어하는 메커니즘을 나타내는 도면.
도 14는 글라스 모재(102)의 가열 연화된 영역의 중심위치와 연신축(154) 사이의 편차량과 글라스로드(106)의 굽힘 정도 사이의 관계를 나타내는 도면.
도 15는 연신 롤러(144a, 144b) 표면의 변형을 나타내는 도면.
도 16은 도 15에 나타낸 배치수(batch number) 300의 연신 롤러(144a, 144b)에 의해 금속 파이프가 이송될 때 금속 파이프의 변위를 나타내는 도면.
도 17은 본 발명의 실시형태의 제1 연신장치(402)에 의한 가열 연화영역의 중심위치의 변위를 나타내는 도면.
도 18은 연신 롤러(144a, 144b)의 회전속도가 동일한 회전속도로 제어될 때 가열 연화영역의 중심위치의 변동을 나타내는 도면.
도 19는 도 5에 나타낸 글라스로드 용융장치에 사용되는 버너(176)의 다른 실시형태를 나타내는 도면.
도 20은 글라스로드 운반장치(380)의 구성을 나타내는 도면.
도 21은 제1 연신장치(402)의 저장용기(224)를 나타내는 도면.
도 22는 글라스로드(106)를 운반할 때 글라스로드 운반장치(380)의 움직임을 나타내는 도면.
도 23은 글라스로드 운반장치(380)의 다른 실시형태를 나타내는 도면.
도 24는 도 23에 나타낸 글라스로드 운반장치(380)가 글라스로드(106)를 운반할 때 글라스로드 운반장치(380)의 움직임을 나타내는 도면.
도 25는 본 발명의 글라스로드 제2 연신장치(111)의 구성을 나타내는 도면.
도 26은 도 4에 나타낸 글라스로드 2차 연신단계(S206)의 상세 순서도.
도 27은 글라스로드 제2 연신장치(111)의 고정 척(118) 및 가동(可動) 척(119) 상에 냉각장치(330)가 제공되는 예를 나타내는 도면.
도 28은 실시예와 비교예에서의 고정 척(118) 및 가동 척(119)의 온도를 나타내는 그래프.
도 29는 가열원(122)과 직경 측정장치(124)간의 거리와 글라스로드(106) 직경의 변동 퍼센트 사이의 관계를 나타내는 표.
도 30은 인장응력 측정장치(282)를 구비하는 글라스로드 제2 연신장치(111)를 나타내는 도면.
도 31은 도 26에 나타낸 연신단계(S154)의 상세한 순서도.
도 32는 글라스로드(106)의 연신과정 중에 일어나는 직경 변동의 프로세스를 나타내는 도면.
도 33은 도 31에 나타낸 연신단계(S154)에 따라 연신되는 글라스로드(106)를 나타내는 도면.
도 34는 실시예의 연신 초기단계에 있어서 글라스로드(106)의 인장응력을 나타내는 그래프.
도 35는 비교예의 연신 초기단계에 있어서 글라스로드(106)의 인장응력의 변동을 나타내는 그래프.
도 36은 글라스로드(106)의 연신 후의 글라스로드(106) 직경의 변동을 나타내는 그래프.
도 37은 도 26에 나타낸 단부 드로잉단계(S158)의 상세 순서도.
도 38은 도 37에 나타낸 단부 드로잉위치 검출단계(S169)에서 글라스로드(106)와 더미로드(dummy rod)(108) 사이의 연결부에 형성되는 컷(cut)(284)을 나타내는 도면.
도 39는 마크의 다른 예로서 글라스로드(106)와 더미로드(108) 사이의 연결부 상에 적용되는 마킹(287)을 나타내는 도면.
도 40은 단부 드로잉 위치 검출단계(S169)에서 컷(284)을 검출하는 글라스로드 제2 연신장치(111)를 나타내는 도면.
도 41은 도 37의 순서도에 나타낸 글라스로드(106)의 단부 드로잉공정 도중의 가열원(122) 및 심압대(tail stock)(116)의 움직임을 나타내는 도면.
도 42는 도 37에 나타낸 단부 드로잉단계(S158)에서의 단부 드로잉공정의 다른 방법의 설정예를 나타내는 표.
도 43은 도 37에 나타낸 단부 드로잉단계(S158)에서의 단부 드로잉공정의 다른 방법의 또 다른 설정예를 나타내는 표.
도 44는 글라스로드 제2 연신장치(111)의 가열원(122)의 구성을 나타내는 도면.
도 45는 가열원(122) 상단의 평면도.
도 46은 산소가스의 선형 속도와 가열원(122) 상단의 온도 사이의 관계를 나타내는 그래프.
도 47은 프리폼(107)의 팁(tip)의 형상으로, 상기 팁의 직경이 단부 드로잉단계(S158)에서 감소되고 용융되는 것을 나타내는 도면.
도 48은 단부 연신된 프리폼(107)의 팁의 다른 형상을 나타내는 도면.
도 49는 도 26에 나타낸 표면처리단계(S168)에서 프리폼(107)이 표면처리되기 전 프리폼(107)의 손상을 나타내는 도면.
도 50은 도 51 및 도 52에 나타내는 실시예의 불화수소산 에칭에 의해 처리된 프리폼(107a)을 나타내는 도면.
도 51은 실시예 및 비교예의 육안검사에 의해 카운트된 프리폼(107) 상에 생성된 요부(concave)의 수를 나타내는 표.
도 52는 실시예 및 비교예의 불화수소산 에칭 처리 후 프리폼(107)의 표면 불균일성을 나타내는 표.
도 53은 표면처리된 프리폼(107)의 다른 형상을 나타내는 도면.
도 54는 가열원(122)을 세정하는 초음파 세정장치(404)를 나타내는 도면.
도 55는 광섬유를 제조하기 위해 프리폼(107)을 연신하는 프리폼 드로잉장치(500)의 구성을 나타내는 도면.
본 발명의 제1의 특징에 따르면, 소정의 진직도(straightness)를 갖는 표준 로드(rod)의 수직 경사도를 조정하는 단계, 및 글라스로드(glass rod)를 생성하기 위해 상기 수직 경사도가 조정된 표준 로드의 축을 따라 상기 글라스로드의 모재인 기본 소재를 가열하고 연신(延伸)하는 단계를 포함하는 광섬유의 모재인 글라스로드의 제조방법이 제공될 수 있다.
글라스로드의 제조방법은 상기 기본 소재를 가열하는 노, 기본 소재를 노에 공급하는 현가기구(hanging mechanism), 글라스로드를 제조하기 위해 표준 로드의 축을 따라 상기 노에 의해 가열된 기본 소재를 잡아 당기는 연신기구(elongating mechanism)를 사용하여 기본 소재가 연신되며, 상기 수직 경사도를 조정하는 단계는 상기 현가기구에 의해 상기 표준 로드를 홀딩하는 단계, 및 상기 현가기구에 의해 홀딩된 표준 로드의 수직 경사도를 수직방향으로 조정하는 단계를 포함하도록 함으로써 제공될 수 있다.
글라스로드의 제조방법은 상기 수직 경사도를 조정하는 상기 단계가 상기 연신기구에 의해 상기 표준 로드를 홀딩하는 단계, 및 상기 연신기구에 의해 홀딩된 상기 표준 로드의 수직 경사도를 수직방향으로 조정하는 단계를 추가로 포함하도록 함으로써 제공될 수 있다.
글라스로드의 제조방법은 상기 수직 경사도를 조정하는 상기 단계가 상기 현가기구 및 상기 연신기구 양자에 의해 상기 표준 로드를 홀딩하는 단계, 및 상기 현가기구 및 상기 연신기구 양자에 의해 홀딩된 상기 표준 로드의 수직 경사도를 수직방향으로 조정하는 단계를 추가로 포함하도록 함으로써 제공될 수 있다.
글라스로드의 제조방법은 기본 소재를 가열하는 노, 상기 기본 소재를 상기 노에 공급하는 현가기구, 상기 글라스로드를 제조하기 위해 상기 표준 로드의 축을 따라 상기 노에 의해 가열된 기본 소재를 잡아 당기는 연신기구를 사용하여 기본 소재가 연신되며, 상기 수직 경사도를 조정하는 상기 단계는 상기 연신기구에 의해 상기 표준 로드를 홀딩하는 단계, 및 상기 연신기구에 의해 홀딩된 상기 표준 로드의 수직 경사도를 수직방향으로 조정하는 단계를 포함하도록 함으로써 제공될 수 있다.
글라스로드의 제조방법은 상기 수직 경사도를 조정하는 상기 단계가 상기 연신기구에 의해 상기 표준 로드를 홀딩하는 단계, 및 상기 현가기구에 의해 홀딩된 상기 표준 로드의 수직 경사도를 수직방향으로 조정하는 단계를 추가로 포함하도록 함으로써 제공될 수 있다.
글라스로드의 제조방법은 상기 수직 경사도를 조정하는 상기 단계가 상기 현가기구 및 상기 연신기구 양자에 의해 상기 표준 로드를 홀딩하는 단계, 및 상기 현가기구 및 상기 연신기구 양자에 의해 홀딩된 상기 표준 로드의 수직 경사도를 수직방향으로 조정하는 단계를 추가로 포함하도록 함으로써 제공될 수 있다.
글라스로드의 제조방법은 기본 소재를 가열하는 노, 상기 기본 소재를 상기 노에 공급하는 현가기구, 상기 글라스로드를 제조하기 위해 상기 표준 로드의 축을 따라 상기 노에 의해 가열된 기본 소재를 잡아 당기는 연신기구를 사용하여 상기 기본 소재가 연신되며, 상기 수직 경사도를 조정하는 상기 단계는 상기 현가기구 및 상기 연신기구 양자에 의해 상기 표준 로드를 홀딩하는 단계, 및 상기 현가기구 및 상기 연신기구 양자에 의해 홀딩된 상기 표준 로드의 수직 경사도를 수직방향으로 조정하는 단계를 포함하도록 함으로써 제공될 수 있다.
상기 연신기구는 상기 수직 경사도를 조정하는 단계가 진행되는 동안 상기 표준 로드의 길이방향의 대략 중심을 홀딩한다. 상기 현가기구 및 상기 연신기구 양자에 의해 홀딩된 상기 표준 로드의 수직 경사도는 표준 로드의 길이 1m당 약 0.5mm 이하가 되도록 조정된다.
본 발명의 제2의 특징에 따르면, 광섬유의 모재인 글라스로드를 제조하기 위한 장치는 상기 글라스로드의 모재인 기본 소재를 가열하는 노, 소정의 진직도를 가지는 표준 로드, 상기 표준 로드의 축을 따라 상기 기본 소재를 상기 노에 공급하는 현가기구, 및 상기 글라스로드를 제조하기 위해 상기 노에 의해 가열된 상기 기본 소재를 상기 표준 로드의 축을 따라 잡아 당기는 연신기구를 포함하고, 상기 현가기구 및 상기 연신기구 중 적어도 하나가 상기 표준 로드의 축의 수직 경사도를 조정하기 위해 상기 표준 로드를 홀딩하도록 함으로써 제공될 수 있다. 상기 표준 로드는 세라믹으로 만들어질 수 있다. 상기 표준 로드는 기본 소재의 길이 및 기본 소재의 양단에 용접되는 더미로드(dummy rod)의 길이의 합인 길이를 가질 수 있다.
이하에서 본 발명의 실시형태를 이용하여 본 발명을 설명한다. 그러나 이하의 실시형태는 청구의 범위에 기술된 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 또한 실시형태에서 기술되는 모든 특징 또는 그들의 조합은 본 발명에 있어서 반드시 필수적이다.
도 3은 본 발명의 광섬유 제조장치의 시스템을 나타낸다. 본 발명의 광섬유 제조장치의 시스템은, 광섬유의 모재인 글라스 모재(102)를 생성하는 글라스 모재 생성장치(600), 글라스 모재(102)를 탈수(dehydrating)하고 소결(sintering)하는 글라스 모재 탈수 및 소결장치(700), 글라스로드(106)를 생성하기 위해 글라스 모재(102)를 연신하는 글라스 모재 제1 연신장치(900), 글라스로드(106)를 운반하는 글라스로드 운반장치(380), 프리폼(107)을 생성하기 위해 2차로 글라스로드(106)를 연신하는 글라스로드 제2 연신장치(111), 및 광섬유를 생성하기 위해 프리폼(107)을 드로잉하는 프리폼 드로잉장치(500)를 포함한다.
도 4는 본 발명의 광섬유 제조방법을 나타낸다. 글라스 모재(102)는 VAD법, 기상 축 증착법(vapor-phase axial deposition method) 등을 이용하여 글라스 모재 생성장치(600)에 의해 생성된다(S200 단계). 상기 글라스 모재(102)는 후속공정에서 글라스 모재 탈수 및 소결장치(700)에 의해 염소가스 분위기하에서 탈수되고 불활성 가스 분위기하에서 소결된다(S202 단계).
글라스 모재(102)의 직경은 통상 110mm 내지 200mm이며, 이에 비하여 광섬유 드로잉을 위해 가장 실용적인 직경은 30mm 내지 80mm이다. 따라서, 상기 탈수되고 소결된 글라스 모재(102)는 글라스 모재 제1 연신장치(900)에 의해 1차로 연신되어 글라스로드(106)를 제조한다(S204 단계). 상기 글라스로드(106)의 직경은 광섬유로 드로잉하기에 편리한 직경인 30mm 내지 80mm보다 3mm 내지 5mm 크다.
상기 글라스로드(106)는 글라스로드 운반장치(380)에 의해 운반된다(S205 단계). 후속공정에서, 글라스로드(106)는 가열되고 글라스로드 제2 연신장치(111)에 의해 소정의 직경으로 연신되어 프리폼(107)을 형성한다(S206 단계). 상기 프리폼(107)은 가열되고 프리폼 드로잉장치(500)에 의해 필라멘트 형상으로 드로잉되어 광섬유가 제조된다(S210 단계).
도 5는 글라스 모재 제1 연신장치(900)의 구성을 나타낸다. 글라스 모재 제1 연신장치(900)는 글라스 모재(102)를 가열하고 연신하는 제1 연신장치(402) 및 글라스로드(106)를 용융하는 글라스로드 용융장치(fusing device)(370)를 포함한다. 상기 제1 연신장치(402)는 가열로(100)를 가지는 연신로(elongating furnace)(130) 및 상기 연신로(130) 상부에 제공되는 현가기구(134)를 구비한다. 상기 현가기구(134)는 연신로(130) 내부에 소정의 속도로 글라스 모재(102)를 공급한다.
상기 제1 연신장치(402)는 연신로(130)의 하부에 제공되어 직경이 감소된 글라스로드(106)를 홀딩하고 그 글라스로드(106)를 소정의 속도로 잡아 당기기 위한 연신기구(140)를 추가로 가진다. 상기 현가기구(134)는 글라스 모재(102)를 홀딩하는 모재 고정유닛(136)을 가진다. 연신기구(140)는 글라스로드(106)를 홀딩하는 연신 척(elongating chuck)(142)을 가진다. 상기 글라스로드 용융장치(370)는 버너(176), 회전 테이블(210), 타이밍벨트(214), 모터(212), 지지 레그(supporting leg)(208), 버너스탠드(216), 연신장치(206), 및 연신 용융 척(elongating fusion chuck)(218)을 가진다.
글라스 모재(102)는 모재 고정유닛(136) 상에 설치되고 소정의 속도로 가열로(100)에 보내어진다. 가열로(100)에 의해 가열된 글라스 모재(102)는 연신 척(142)에 의해 고정되고 당겨져서 직경이 감소됨으로써 글라스로드(106)가 제조된다. 상기 글라스로드(106)는 얻고자 하는 직경에 적합한 속도로 연신장치(206)에 의해 당겨지고, 그 결과 글라스 모재(102)는 원하는 직경으로 연신된다. 이 때 글라스로드(106)의 직경은 직경 측정장치(152)에 의해 측정된다. 피더(feeder)(204), 가열로(100), 및 연신장치(206)는 글라스로드(106)를 원하는 직경으로 연신하기 위해 상기 측정에 기초하여 제어된다.
소정의 직경 및 길이로 연신된 글라스로드(106)는 기포를 전혀 포함하지 않거나 또는 직경이 약 0.3mm 이상인 기포를 포함하지 않는 부분에서 버너(176)에 의해 용융된다. 산소와 수소에 의한 화염(flame)이 버너(176)의 바람직한 가열수단이다. 프로판과 같은 탄화수소 연료와 산소에 의한 가스 화염이 버너(176)용으로 사용될 수도 있다.
버너(176)는 지지 레그(208)를 거쳐 회전 테이블(210) 상에 장착된다. 회전 테이블은 타이밍벨트(214)를 거쳐 모터와 같은 구동장치에 의해 회전된다. 회전 테이블(210)은 버너스탠드(216) 상에 설치된다. 글라스로드 용융장치(370)는 버너(176)를 회전하면서 글라스로드(106)를 가열함으로써 글라스로드(106)를 용융하고, 연신 용융 척(218)을 사용하여 소정의 속도와 견인 강도로 글라스로드(106)를 연신한다.
도 6은 글라스 모재(102)를 연신하는 축을 조정하기 위해 모재 고정유닛(136)에 의해 표준 로드(138)를 홀딩하는 제1 연신장치(402)를 나타낸다. 현가기구(134)는 도시되지 않았으나 모재 고정유닛(136)의 수직 경사도를 조정하는 기구를 가진다. 연신기구(140)는 역시 도시되지 않았으나 연신 척(142)의 수직 경사도를 조정하는 기구를 가진다. 연신기구(140)는 역시 도시되지 않았으나 전후좌우 방향의 수평 위상 내에서 연신기구(140)의 위치를 조정하는 기구를 추가로 가진다.
도 7은 도 4에 나타낸 글라스 모재 제1 연신단계(S204)의 상세한 순서도를 나타낸다. 글라스 모재 제1 연신단계(S204)는 제1 연신장치(402)의 연신 축을 조정하는 공정을 가진다. 먼저, 금속 또는 세라믹으로 이루어진 로드가 표준 로드(138)로서 준비된다. 상기 표준 로드에 있어서는 진직도가 보증되어야 한다. 표준 로드(138)는 통상 글라스 모재(102)와 글라스 모재(102)에 용접되는 더미로드의 길이를 갖는다. 표준 로드(138)의 축의 진직도는 전장에 걸쳐 보증되어야 한다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 표준 로드(138)는 현가기구(134)의 모재 고정유닛(136)에 의해 홀딩된다(S110 단계). 다음에, 표준 로드(138)의 방향이 수직방향에 합치되도록 현가기구(134)의 경사도 A가 조절된다(S112 단계). 이어서, 표준 로드(138)는 상기 조절이 완료된 후 모재 고정유닛(136)으로부터 제거된다(S114 단계).
도 8은 연신 척(142)에 의해 표준 로드(138)를 홀딩하는 제1 연신장치(402)를 나타낸다. 표준 로드(138)는 연신기구(140)의 연신 척(142)에 의해 홀딩된다(도 7의 S116 단계). 다음에, 표준 로드(138)의 방향이 수직방향에 합치되도록 연신기구(140)의 경사도 B가 조절된다(도 7의 S118 단계). 이 때, 연신 척(142)은 표준 로드(138)의 길이방향의 대체적인 중심을 홀딩하는 것이 바람직하다. 현가기구(134) 및 연신기구(140)를 조정하는 순서는 역순으로 할 수 있다. 즉, 연신기구(140)가 먼저 조정되고 다음에 현가기구(134)가 조정될 수 있다.
도 9는 현가기구(134)와 연신기구(140) 양자에 의해 표준 로드(138)를 홀딩하는 제1 연신장치(402)를 나타낸다. 현가기구(134) 및 연신기구(140)의 조정이 완료된 후, 모재 고정유닛(136)에 의해 표준 로드(138)를 홀딩함으로써 표준 로드(138)의 하단부는 연신 척(142)에 의해 고정된다(도 7의 S120 단계). 다음으로, 연신기구(140)의 수평방향 위치 C 또는 현가기구(134)의 수평방향 위치 C는 수직축과 표준 로드(138) 사이의 수평방향 차이가 표준 로드 1m 당 0.5mm 이하가 되도록 조정된다(도 7의 S122 단계).
후속하는 공정에서, 글라스로드(106)는 연신축이 조정되는 제1 연신장치(402)를 사용하여 글라스 모재(102)를 연신함으로써 생성된다(도 7의 S124 단계). 마지막으로 글라스로드(106)는 글라스로드 용융장치(370)에 의해 용융된다(도 7의 S126 단계).
도 10 및 도 11은 연신기구(140) 상에서 연신 척(142) 대신에 연신 롤러(144a, 144b)를 사용하는 실시예를 나타낸다. 상기 연신 롤러(144a, 144b)를 사용하는 경우에, 현가기구(134)와 연신기구(140)를 연결하는 축의 수직 경사도를 조정하기 위해 이하의 방법이 채택된다. 표준 로드(138)는 상기 연신 척(142)에 의한 표준 로드(138)의 홀딩과 대조적으로 연신 롤러(144a, 144b)에 의해 홀딩된다(도 7의 S116 단계).
후속하는 공정에서, 연신기구(140)의 경사도가 라인 F의 수평 경사도를 조정함으로써 조정된다. 라인 F는 연신 롤러들(144a, 144b) 사이의 두 개의 회전축을 연결한다. 연신기구(140)의 경사도를 조정한 후(도 7의 S118 단계), 연신 롤러(144a, 144b)는 표준 로드(138)를 수직방향으로 홀딩할 수 있다.
다음에, 도 11에 나타낸 바와 같이, 표준 로드(138)는 모재 고정유닛(136) 및 연신 척(142)에 의한 표준 로드(138)의 홀딩에 대응하는 단계에서, 현가기구(134)의 모재 고정유닛(136) 및 연신기구(140)의 연신 롤러(144a, 144b)에 의해 홀딩된다(도 7의 S120 단계). 다음에, 현가기구(134) 및 연신기구(140)를 연결하는 축의 수직 경사도 E가 조정된다. 이 조정은 현가기구(134) 및 연신기구(140)의 수평방향 위치 조정에 대응하는 단계에서, 연신기구(140)의 위치를 수평방향에서 조정하거나 또는 현가기구(134)의 위치를 수평방향에서 조정함으로써 이루어진다(도 7의 S122 단계).
현가기구(134) 및 연신기구(140)를 연결하는 축의 수직 경사도는 앞에서 제시된 조정방법을 이용하여 용이하게 조정될 수 있다. 이 방법은 더미로드와 글라스 모재(102) 사이의 갭이 없이 직선형 글라스 모재(102)를 연신하는 데 적합할 뿐 아니라 원하는 진직도의 범위내에서 감소된 직경을 가지는 글라스로드(106)를 얻기위해 약간 벤딩된 글라스 모재(102)를 연신하는 데에도 적합하다. 이것은 글라스 모재(102)의 축과 더미로드간의 갭이 없이 글라스 모재(102)가 더미로드에 용접된다면 가능하다.
상기 제1 연신장치(402)는 현가기구(134)와 연신기구(140) 중의 어느 하나 또는 그 둘 모두에 의해 글라스 모재(102)를 홀딩하는 방법에 있어서 연신축의 수직 경사도를 정확하게 조정할 수 있다. 따라서, 글라스 모재(102)의 가열 연화(軟化)된 영역에 벤딩(bending)을 일으키는 벤딩모멘트가 감소될 수 있다. 벤딩은 글라스 모재(102)가 연신기구(140)에 영향을 줌에 따라 연신된 글라스 모재(102)의 중량에 의해 일어날 수 있다. 따라서 글라스 모재(102)는 글라스 모재(102)의 축과 더미로드 사이에 갭을 야기하지 않고 원하는 진직도 범위 내에서 연신될 수 있다.
도 12는 글라스 모재(102)의 굽힘 정도가 측정되는 원리를 나타낸다. 글라스 모재(102)는 제1 연신장치(402)에 의해 연신되는데, 연신장치의 수직 경사도는 앞에서 기술된 조정방법에 의해 조정된다. 다음에, 글라스로드(106)의 굽힘 정도가 측정된다. 먼저, 글라스로드(106)가 두 개의 베어링(148, 149)―여기서 두 개의 베어링은 그 상단을 연결하는 선이 표준 라인이 될 수 있도록 수평방향으로 장착됨―상에 놓인다. 다음에, 다이얼 게이지와 같은 장치를 사용하여 글라스로드(106)를 따라 측정장치(150)를 스캐닝함으로써 표준 라인으로부터의 최대 높이 또는 최소 높이가 측정된다.
다음에, 글라스로드(106)를 180도 회전시키고, 동일한 방법으로 표준 라인으로부터의 최대 높이 및 최소 높이가 측정된다. 최초 측정된 최대치와 다음에 측정된 최소치 사이의 차이, 또는 최초 측정된 최소치와 다음에 측정된 최대치 사이의 차이의 최대치를 "2h"라 설정한다. "h"를 길이 L1―여기서 L1은 두 베어링(148, 149) 사이의 거리임―으로 나눈 값이 단위 길이당 글라스로드(106)의 진직도를 나타낸다.
축과 더미로드 사이의 갭이 없는 직선형 글라스 모재(102) 5개가 조정된 연신축을 가지는 제1 연신장치(402)에 의해 연신되어 5개의 글라스로드(106)가 제조되었다. 상기 글라스로드(106) 각각의 진직도가 도 12에 나타낸 방법으로 측정되었다. 글라스로드(106)의 "h"는 모두 0.5mm 이내였다. 다음에, 상기 글라스로드(106)는 연신축이 조정되지 않은 제1 연신장치(402)에 의해 연신되었다. 글라스로드(106)의 평균 90%가 벤딩되었으며, 이것은 글라스로드(106)가 연신축의 조정을 통해 수정되어야 함을 나타내는 것이다.
도 13은 제1 연신장치(402)가 연신 롤러(144a, 144b)의 회전속도를 제어하는 메커니즘을 나타낸다. 제1 연신장치(402)는 연신 롤러(144a, 144b) 각각의 회전속도를 제어한다. 글라스 모재(102)는 제1 연신장치(402)의 모재 고정유닛(136)에 의해 매달리며 소정의 속도로 가열로(도시되지 않음)로 보내어진다. 가열로에 의해 가열되어 연화된 글라스로드(106)는 상기 연신 롤러쌍(144a, 144b)에 의해 잡히게 된다.
글라스 모재(102)의 가열 연화 영역의 중심위치는 직경 측정장치(152)를 사용하여 글라스 모재(102)의 가열 연화 영역의 직경을 측정함으로써 얻어진다. 동시에 측정된 직경의 중심위치가 계산된다. 직경 측정장치(152)로서는 레이저빔 전송형 직경 측정장치가 사용된다. 레이저빔은 가열로의 히터 하부에 제공된 윈도우를 통해 글라스 모재(102)의 가열 연화 영역에 조사된다.
상기 측정된 직경은 직경 제어유닛(156)에 입력되고, 목표 직경치와 측정된 직경 사이의 차이가 산출된다. 연신 롤러(144a)의 회전속도는 산출된 직경 차이에 기초하여 제어된다. 다음으로, 가열 연화 영역의 중심위치에 관한 정보는 위치제어유닛(158)에 입력된다.
위치제어유닛(158)은 가열 연화 영역의 중심위치와 제1 연신장치(402)의 연신축(154) 사이의 편차량을 산출한다. 위치제어유닛(158)은 또한 회전속도의 수정값을 산출함으로써 가열 연화 영역의 중심위치와 연신축(154) 사이의 편차를 실질적으로 제로로 감소시킬 수 있다. 다음에, 위치제어유닛(158)은 추가되는 상기 수정값 및 연신 롤러(144a)의 회전속도를 기초로 연신 롤러(144b)의 회전속도를 제어한다.
도 14는 글라스 모재(102)의 가열 연화 영역의 중심위치와 연신축(154) 간의 편차량과 글라스로드(106)에 야기되는 굽힘 정도 사이의 관계를 나타낸다. 글라스 모재(102)의 가열 연화 영역의 중심위치와 연신축(154) 간의 편차량이 크면 클수록 글라스로드(106)에 초래되는 벤딩이 크다.
상기 편차량이 클 경우, 연신 롤러(144a, 144b)의 표면상 내열성 부재가 변형된다. 연신 롤러(144a, 144b)의 형상은 서로 약간 달라지게 된다. 그 결과 연신 롤러(144a, 144b) 표면의 회전속도가 서로 상이하다. 상기 연신 롤러(144a, 144b) 표면의 변형이 글라스로드(106)의 벤딩을 일으키는 원인 중의 하나이므로, 글라스로드(106)의 벤딩은 연신 롤러(144a, 144b) 각각의 회전속도를 제어함으로써 감소될 수 있다.
연신 롤러(144a, 144b)의 표면은 비석면(non-asbestos) 또는 석면과 같은 내열성 소재로 형성된다. 이들 소재는 내열성 및 가요성을 가지며, 따라서 연신 롤러(144a, 144b)는 고온에서도 글라스로드(106)를 용이하게 연신할 수 있다. 글라스로드(106)와 접촉하게 되는 연신 롤러(144a, 144b)의 표면은 높은 온도와 글라스로드(106)의 조이는 힘 또는 마찰력에 의해 점진적으로 변형된다. 연신 롤러(144a, 144b) 각각의 변형은 서로 조금씩 다르므로 연신 롤러들(144a, 144b) 표면의 회전속도도 역시 다르다.
도 15는 연신 롤러(144a, 144b) 표면의 변형을 나타낸다. 연신 롤러(144a) 및 연신 롤러(144b)의 외형이 서로 상이하다. 배치수(number of batch)는 연신된 글라스 모재(102)의 수이다. 배치수가 증가하면 변형 및 마모가 진행된다. 그 결과, 연신량은 연신 롤러들(144a, 144b) 사이에 차이가 생기며, 이로써 글라스 모재(102)의 가열 연화 영역의 위치에 변동이 야기되고 이에 따라 글라스로드(106)의 벤딩이 일어난다.
도 16은 도 15에 나타낸 배치수 300에서 금속 파이프가 연신 롤러(144a, 144b)에 의해 잡혀 있을 때 금속 파이프의 가열된 영역의 중심위치의 변위를 나타낸다. 세로 좌표는 금속 파이프의 가열된 영역의 중심위치의 변위를 나타내고, 가로 좌표는 시간을 나타낸다. 곡선 A는 연신 롤러(144a, 144b)의 회전방향에서의 편차량의 변동을 나타낸다. 곡선 B는 연신 롤러(144a, 144b)의 축방향에 있어서는 변위의 변동이 매우 작다는 것을 나타낸다.
도 17은 실시형태의 제1 연신장치(402)에 의한 가열 연화 영역의 중심위치의 변위를 나타낸다. 세로 좌표는 글라스 모재(102)의 가열 연화 영역의 중심위치의 변위를 나타내고, 가로 좌표는 연신을 시작하였을 때부터의 시간을 나타낸다. 가열 연화 영역의 변위는 연신 개시로부터 1500초 이후 작은 수준으로 제어되고 홀딩된다. 따라서 실질적으로 벤딩이 없는 글라스로드(106)가 연신 롤러(144a, 144b) 각각의 회전속도를 제어함으로써 제조될 수 있다. 이에 따라 가열 연화 영역의 중심위치가 상대적으로 일정한 포인트에 홀딩될 수 있다.
(비교예)
도 18은 연신 롤러(144a, 144b)의 회전속도가 서로 동일한 회전속도로 제어될 때 가열 연화 영역의 중심위치의 변동을 나타낸다. 세로 좌표는 글라스 모재(102)의 가열 연화 영역의 중심위치의 변위를 나타내고, 가로 좌표는 연신 개시로부터의 시간을 나타낸다
소정의 직경를 갖는 글라스로드(106)가 도 17에서의 직경 측정장치(152)와 동일한 장치를 사용하여 글라스 모재(102)의 가열 연화 영역의 직경을 측정함으로써 제조되었다. 연신 롤러(144a, 144b)의 회전속도는 서로 동일한 회전속도가 되도록 제어되었다. 가열 연화 영역의 중심위치의 변동이 커서 연신된 글라스로드(106) 상에 수정을 요하는 벤딩이 초래되었다.
도 19는 도 5에 나타낸 글라스로드 용융장치(370)에 사용되는 버너(176)의 다른 실시형태를 나타낸다. 링 버너(ring burner)(176)가 수소가스 공급관(190) 및 환형 가스입구(194)를 가지며, 이것들은 산소가스 공급관(192)에 연결된다. 냉각수 공급관(198) 및 냉각수 배출관(200)에 연결되는 냉각관(196)이 링 버너(176)의 외측 영역에 제공된다. 상기 환형 가스입구(194)는 수소가스와 산소가스의 혼합물을 분사하는 단일층으로 이루어질 수 있다. 환형 가스입구(194)는 또한 수소가스를 상층 및 하층에서 분사하고 산소가스를 중간층에서 분사하는 삼층 또는 다층구조를 가질 수 있다.
글라스로드(106)가 링 버너(176)의 링 내측에 위치된 후 수소 및 산소가스가 상기 링 버너(176)에 공급되어 점화된다. 글라스로드(106)의 표면은 화염(178)에 의해 용융된다. 링 버너(176)는 글라스로드(106)를 효율적으로 가열할 수 있으므로 글라스로드(106)를 과열할 필요가 없다. 따라서, 유리가 2000℃ 이상의 온도로 가열될 때 발생되는 유리 표면의 불투명한 영역은 글라스로드(106)의 용융 표면상에서는 볼 수 없다.
상기 실시형태에 따르면, 글라스로드(106)가 용융되었다. 직경이 120mm인 글라스 모재(102)가 링 버너(176)에 의해 10분간 가열되었다. 수소가스는 300L/분의 유량으로, 그리고 산소가스는 120L/분의 유량으로 링 버너(176)에 공급되었다. 글라스로드(106)가 녹을 때 연신에 의해 용융되었다. 글라스로드(106)의 용융된 표면은 원뿔 형상을 가졌다. 글라스로드(106) 표면의 색은 투명하였다.
도 20은 글라스로드 운반장치(380)의 구성을 나타낸다. 글라스로드 운반장치(380)는 제1 연신장치(402)에 의해 생성된 글라스로드(106)를 운반하는 데 사용된다. 글라스로드(106)는 가동형(可動形) 홀딩부재(245) 및 에어실린더 수납 박스(244)에 장착된 고정형 홀딩부재(246)에 의해 홀딩된다. 에어실린더 수납 박스(244) 내부에 제공된 에어실린더(도시되지 않음)가 구동되면 상기 가동형 홀딩부재(245)가 상기 고정형 홀딩부재(246)를 향하여 이동함으로써 글라스로드(106)를 홀딩한다.
가동형 홀딩부재(245)가 고정형 홀딩부재(246)를 미는 힘은 에어실린더 내부로 유입되는 공기압력을 조절하여 변동시킬 수 있다. 에어실신더의 공기압력은 글라스로드(106)의 운반 도중에 스위치 조작에 의해 조절될 수 있다. 상기 스위치는 조작 스위치 박스(248)에 설치되어 있다.
상기 실시형태는 가동형 홀딩부재(245)를 고정형 홀딩부재(246) 방향으로 미는 힘의 2차 레벨을 갖는다. 이것은 에어실린더로 유입되는 공기의 압력을 두 가지 가능한 레벨로 조절함으로써 이루어진다. 예를 들면, 가동형 홀딩부재(245)를 고정형 홀딩부재(246) 방향으로 미는 힘의 약한 쪽이 1차 홀딩력(holding force)이고, 미는 힘의 강한 쪽이 2차 홀딩력이다. 1차 홀딩력을 0.5kg으로 설정되고 2차 홀딩력은 80kg으로 설정된다.
에어실린더의 공기압력 조절이 반드시 2 레벨의 조절이어야 할 필요는 없다. 공기압의 조절은 3 레벨 이상의 공기압력으로 조절하는 다중 레벨 조절형 또는 단계별 변화가 아닌 점진적 변화를 제공하는 연속 조절형일 수 있다. 로터리 액추에이터(250)는 가동형 홀딩부재9245) 및 고정형 홀딩부재(246)를 에어실린더 수납 박스(244)를 통해 회전함으로써 글라스로드(106)를 수직조건에서 수평조건으로 회전시킨다. 홀딩 프레임(252)은 글라스로드 운반장치(380)를 제1 연신장치(402)에 연결함으로써 글라스로드 운반장치(380)을 홀딩한다. 글라스로드 운반장치(380)를 조작하는 데에는 핸들(254)이 사용된다. 회전축(256)은 에어실린더 수납 박스(244)를 회전시킨다.
도 21은 제1 연신장치(402)의 저장용기(224)를 나타낸다. 상기 저장용기는 받침대(saucer)(260), 지주(strut)(262), 글라스로드(106)를 홀딩하는 한 쌍의 홀딩부재(234a, 234b), 및 상기 홀딩부재(234a, 234b) 밑에 제공되는 한 쌍의 홀딩부재(236a, 236b)를 가진다. 상기 홀딩부재(234a, 234b, 236a, 236b)의 형상은 대체로 반원형이며, 이것은 글라스로드(106)를 저장용기(224) 내부에 견고하게 홀딩하기 위해 바람직하다. 이와 함께, 홀딩부재(234a, 234b)와 홀딩부재(236a, 236b)의 각각의 쌍은 원형의 홀딩부재를 형성한다.
홀딩부재(234a, 234b)와 홀딩부재(236a, 236b) 각각의 일단은 지주(262)에 핀 방식으로 연결된다. 홀딩부재(234a, 234b)와 홀딩부재(236a, 236b) 각각의 타단은 핀(257 또는 258)에 의해 홀딩부재의 대응하는 쌍에 연결된다. 홀딩부재(234a, 234b)는 핀(257)에 의해 연결되고, 홀딩부재(236a, 236b)는 핀(258)에 의해 연결된다. 지주(262)의 높이는 1,550mm이다. 받침재(260)의 내경은 300mm이다. 홀딩부재 각각의 내경은 180mm로서, 한 쌍의 홀딩부재(234a,234b)와 또 한 쌍의 홀딩부재(236a, 236b)에 의해 형성된다.
외경이 80mm인 글라스로드(106)를 저장용기(224) 내부에 수용하는 경우에, 지주(262)와 글라스로드(106) 사이의 전후방향의 경사각 α는 -3.1˚ 내지 +8.1˚ 범위일 수 있다. 글라스로드(106)와 지주(262) 사이의 좌우방향의 경사각 β는 -5.9˚ 내지 +5.9˚ 범위일 수 있다. 여기서 경사각은 한정된 값으로, 글라스로드(106)는 이 한정된 범위내의 다양한 각으로 저장용기(224) 내부에 수용될 수 있다. 즉, 글라스로드(106)는 저장용기(224) 내부에서 다양한 각도를 이루고 있을 수 있다.
도 22는 글라스로드(106) 운반시의 글라스로드 운반장치(380)의 운동을 나타낸다. 저장용기(224) 내부의 글라스로드(106)는 가동형 홀딩부재(245) 및 고정형 홀딩부재(246)에 의해 제1 홀딩력으로 홀딩된다(도 22의 (B)). 그리고 나서 글라스로드(106)는 상기 홀딩부재(234a, 234b) 내에서 지면에 수직으로 세워지도록 이동된다(도 22의 (C)). 상기 제1 홀딩력은 매우 약하므로, 가동형 홀딩부재(245)는 글라스로드(106)의 이동이 진행되는 동안 상기 제1 홀딩력보다 큰 힘이 가동형 홀딩부재(245)에 가해지면 벌어지게 된다. 또한, 가동형 홀딩부재(245)와 글라스로드(106) 사이, 및 고정형 홀딩부재(246)와 글라스로드(106) 사이에 작용하는 마찰력이 글라스로드(106)의 중량에 비해 매우 작다. 따라서 글라스로드는 제1 홀딩력에 의해 글라스로드(106)를 홀딩하는 글라스로드 운반장치(380)의 인양에 의해서는 들어 올릴 수 없다.
글라스로드(106)가 수직으로 세워졌음을 확인한 후, 글라스로드 운반장치(380)의 홀딩력은 제2 홀딩력으로 바뀐다(도 22의 (D)). 이어서, 핀(257, 258)이 제거되고, 홀딩부재(234a, 234b) 및 홀딩부재(236a, 236b) 각각이 벌어진다. 다음에, 글라스로드 운반장치는 글라스로드(106)를 잡고 운반하기 위해 저장용기(224)로부터 꺼낸다. 저장용기(224)에서 꺼내어진 글라스로드(1060는 수평위치로 회전되어 보관장소에 놓여진다. 글라스로드(106)를 보관장소에 수평으로 위치시키는 동안, 글라스로드 운반장치(380)를 승강시키기 위해 일정한 값보다 큰 공기압력이 에어실린더에 가해진다. 따라서, 글라스로드 운반장치(380)의 중량은 글라스로드(106)에 적용되지 않으며 따라서 글라스로드에 대한 손상이 방지된다.
도 23은 글라스로드 운반장치(380)의 다른 실시형태를 나타낸다. 이 실시형태의 글라스로드 운반장치(380)는 두 개의 회전기구(rotation mechanism) A 및 B를 가진다. 회전기구 A 및 B 각각은 로터리 액추에이터를 가진다. 회전기구 A는 로터리 액추에이터(250)를 통해 회전축(256)을 회전시킴으로써 글라스로드(106)를 회전시킨다. 회전기구 B는 로터리 액추에이터(264)를 통해 회전축(268)을 회전시킴으로써 커플링 축(266)을 통해 글라스로드(106)를 상하 또는 좌우로 이동시킨다. 상기 회전축(268)은 회전축(256)에 대해 수평방향 또는 수직방향으로 직각을 이룬다.
도 24는 도 23에 나타낸 글라스로드 운반장치(380)가 글라스로드(106)를 운반할 때의 움직임을 나타낸다. 도 24(A)는 글라스로드(106)를 잡고 있는 글라스로드 운반장치(380)의 평면도를 나타낸다. 도 24(B)는 글라스로드(106)를 V 블록(240)으로 운반하는 글라스로드 운반장치(380)의 단면도를 나타낸다. 도 24(A)에 나타낸 바와 같이, 글라스로드(106)를 수직방향으로 잡고 있는 가동형 홀딩부재(245, 246)는 로터리 액추에이터(250)를 조작하여 수직위치에서 수평위치로 회전된다. 다음에, 도 24(B)에 나타낸 바와 같이, 가동형 홀딩부재(245) 및 고정형 홀딩부재(246)는 로터리 액추에이터(264)를 작동시킴으로써 하향하여 회전된다.
가동형 홀딩부재(245)의 개폐방향은 로터리 액추에이터(264)를 작동시킴으로써 수직방향에서 수평방향으로 바뀐다. 따라서, 가동형 홀딩부재(245) 및 고정형 홀딩부재(246)는 가동형 홀딩부재(245)를 개방하여 글라스로드(106)를 V 블록(240) 상에 내려놓은 후 상향하여 해지된다. 글라스로드(106)를 수직위치에서 수평위치로 회전시키는 회전기구 A 뿐 아니라 회전축(256)과 직각으로 배치되는 또 하나의 회전축(265)을 포함함으로써 글라스로드(106)의 운반효율이 제고된다.
도 25는 본 발명의 글라스로드 제2 연신장치(111)의 구성을 나타낸다. 상기 글라스로드 제2 연신장치(111)는 설치대(mounting)(112), 고정 척(118), 가동 척(119), 가열원(122), 질량 유동 제어기(278), 심압대(114, 116), 심압대 구동모터(275), 심압대 구동 인코더(273), 직경 측정장치(124), 이동형 스탠드(120), 슬라이딩 스크류(270), 이동형 스탠드 모터(274), 이동형 스탠드 인코더(272), 체인(276), 및 제어유닛(280)을 포함한다.
고정 척(118) 및 가동 척(119)은 더미로드(108)에 양단부가 용접된 글라스로드(106)를 홀딩한다. 가열원(122)은 고정 척(118) 및 가동 척(119)에 홀딩된 글라스로드(106)를 가열한다. 질량유동 제어기(278)는 가열원(122)에 공급되는 가스의 양을 조정한다. 심압대(116)는 상기 가동 척(119)을 이동시킴으로써 글라스로드(106)를 연신한다. 심압대 구동모터(275)는 심압대(116)를 구동한다. 심압대 구동 인코더(273)는 심압대 구동모터(275)의 회전수를 검출하여 회전속도를 제어한다. 심압대(116)의 이동거리는 심압대 구동 인코더(273)에 의해 검출된 심압대 구동모터(275)의 회전량으로부터 산출될 수 있다.
직경 측정장치(124)는 글라스로드(106)의 축방향을 따른 위치에 대응하여 글라스로드(106)의 직경을 측정한다. 가열원(122) 및 직경 측정장치(124)는 이동형 스탠드(120) 상에 제공된다. 이동형 스탠드(120)는 가열원(122) 및 직경 측정장치(124)를 이동시킨다. 이동형 스탠드(120)는 설치대(112) 상에 제공되며, 고정 척(118) 및 가동 척(119)을 연결하는 축에 평행하게 장착되는 슬라이딩 스크류(sliding screw)(270)를 따라 이동할 수 있다. 이동형 스탠드(120)는 슬라이딩 스크류(270) 및 체인(276)을 통해 이동형 스탠드 모터(274)에 의해 구동된다. 이동형 스탠드 인코더(272)는 이동형 스탠드 모터(274)의 속도를 제어한다.
제어유닛(280)은 이동형 스탠드 인코더(272), 이동형 스탠드 모터(274), 체인(276), 슬라이딩 스크류(270), 및 이동형 스탠드(120)를 제어함으로써 가열원(122)의 이동거리를 제어한다. 제어유닛(280)은 질량유동 제어기(278)를 제어함으로써 가열원(122)에 공급되는 가스의 양을 제어한다. 제어유닛(280)은 심압대 구동모터(275)의 회전속도를 제어하는 심압대 구동 인코더(273)를 제어함으로써 심압대(116)의 이동속도를 제어한다. 제어유닛(280)은 심압대(116)의 이동속도를 제어함으로써 글라스로드(106)의 연신속도를 제어한다.
심압대(114, 116), 고정 척(118), 가동 척(119), 심압대 구동모터(275), 및 심압대 구동 인코더(273)가 글라스로드(106)를 연신하는 연신유닛을 구성한다.
직경 측정장치(124)에 의해 측정된 직경 및 측정위치에 관한 데이터, 및 심압대(116)의 이동거리로부터 얻어진 글라스로드(106)의 길이변화에 관한 데이터는 제어유닛(280)에 입력된다. 제어유닛(280)은 입력된 데이터에 따라 가열원(122)의 이동거리, 가열원(122)에 공급되는 가스의 양과 같은 제어인자에 의해 가열조건을 제어하고, 또한 입력된 데이터에 따라 심압대(116)의 연신속도를 제어한다.
도 26은 도 4에 나타낸 글라스로드 제2 연신단계(S206)의 구체적인 순서도를 나타낸다. 우선, 더미로드(108)는 고정 척(118) 및 가동 척(119)에 의해 홀딩된다. 이어서, 글라스로드(106)의 양단부가 더미로드(108)에 용접되고(S146), 그 결과 글라스로드(106)는 글라스로드 제2 연신장치(111) 상에 장착된다. 다음에, 글라스로드(106)와 더미로드(108)의 연결부 주위에 하나의 표시부(marker)로서 3mm 깊이의 컷(cut)(284)이 형성된다.
다음에, 글라스로드(106)의 직경 측정의 시작 및 종료위치와 목표 직경이 설정된다(S150 단계). 글라스로드(106)의 직경은 글라스로드(106)의 축방향을 따른 위치에 대응하여 측정된다(S152 단계). 글라스로드(106)의 축방향을 따른 복수 위치에서의 연신속도가 측정된 직경 및 측정된 직경에 대응하는 위치를 기초하여 설정된다. 가열원(122)에 공급되는 가스의 양 및 가열원(122)의 이동거리를 포함하는 가열조건은 글라스로드 직경의 평균치를 기초하여 설정된다(S153 단계). 글라스로드(106)는 미리 설정된 가열조건으로 가열원(122)에 의해 가열되고, 미리 설정된 연신속도로 움직이는 심압대(116)에 의해 점진적으로 연신된다(S154 단계).
다음에, 글라스로드(106)와 더미로드(108)의 연결부 주위에 제공되는 컷(284)의 위치는 글라스로드(106)의 양단부의 위치를 검출하기 위해 직경 측정장치(124)에 의해 검출된다. 글라스로드(106)의 축방향 길이의 변화를 측정하기 위해 심압대(116)의 이동거리가 심압대 구동 인코더(273)에 의해 측정된다.
다음에는 글라스로드(106)의 중심을 향하여 컷(284)에서 약 50mm 떨어진 위치에서 글라스로드(106)의 직경이 측정된다(S156 단계). 가열원(122)의 가열위치는 컷(284)의 위치와 축방향을 따른 글라스로드(106)의 길이 변화를 기초로 설정된다. 가열원(122)으로 공급되는 가스의 양은 상기 측정된 직경을 기초로 설정된다. 심압대(116)의 이동속도도 측정된 직경을 기초로 설정된다(S157 단계). 글라스로드(106)는 미리 설정된 가열조건 및 연신속도로 가열 및 연신되는 방식으로 단부-드로잉(end-drawing)된다. 따라서 글라스로드(106)의 단부의 형상은 원뿔 형상과 유사하므로 글라스로드(106)의 단부의 직경이 감소된다(S158 단계).
다음으로, 단부-드로잉된 부분의 위치는 그 부분의 직경 및 대응위치에서 단부-드로잉에 의해 연신된 부분의 직경을 측정함으로써 검출된다. 이러한 측정은 직경 측정장치(124)에 의해 실행된다. 단부 드로잉의 결과인 축방향을 따른 글라스로드(106)의 길이 변화는 심압대 구동 인코더(273)에 의해 측정된다(S160 단계). 다음에, 화염으로 글라스로드(106)를 폴리싱하는 파이어 폴리싱(fire polishing)의 시작 및 종료 위치, 그리고 불꽃의 가열 강도가 설정된다. 이 설정은 단부-드로잉된 부분의 검출된 위치 및 축방향을 따른 글라스로드(106)의 길이 변화를 기초로 이루어진다(S161 단계).
파이어 폴리싱의 시작 및 종료의 위치는 글라스로드(106) 상의 흐린 부분(cloud)의 위치를 기초로 설정된다. 흐린 부분은 단부 드로잉 공정 중에 강하게 가열되는 영역에서 발생된다. 글라스로드(106)는 미리 설정된 화염 조건에 따라 가열원(122)에 의해 셋 파이어 폴리싱 시작위치로부터 종료위치까지 파이어 폴리싱된다(S162 단계). 파이어 폴리싱 후, 글라스로드(106)의 최종완성된 직경 및 길이를 측정함으로써 글라스로드(106)의 형상이 점검된다(S164). 다음으로, 더미로드(108)는 글라스로드(106)에서 제거된다(S166 단계). 마지막으로 글라스로드(106)는 프리폼(107)을 생성하기 위해 표면처리된다(S168 단계).
앞에서 제시된 바와 같이, 각각의 연신공정(S154 단계), 단부 드로잉(S158) 및 파이어 폴리싱단계(S162) 이전에 글라스로드(106)의 축방향을 따라 대응하는 위치에서 직경이 측정된다. 이 데이터로부터 다음 공정에 대한 가열조건 및 연신속도가 정확하게 설정될 수 있다. 따라서, 일관성 있는 고품질의 글라스로드(106)가 제조될 수 있다.
도 27은 글라스로드 제2 연신장치(111)의 고정 척(118) 및 가동 척(119) 상에 냉각장치(330)을 제공하는 실시예를 나타낸다. 냉각장치(330)는 가열원(122)에서 발생되는 복사열로부터 고정 척(118) 및 가동 척(119)을 보호한다. 이것은 고정 척(118) 및 가동 척(119) 주위에 냉각수를 순환함으로써 달성된다. 냉각장치(330)는 냉매로서 가스 또는 액체를 사용한다.
고정 척(118) 및 가동 척(119)의 변형은 고정 척(118) 및 가동 척(119) 상에 냉각장치(330)를 제공함으로써 제어될 수 있다. 이로써 고정 척(118) 및 가동 척(119)의 온도상승율을 제어할 수 있게 된다. 따라서 글라스로드(106)를 회전시키는 구동력 전달의 정확성이 유지되며, 글라스로드(106)의 가열이 더욱 균일해진다. 이에 따라 글라스로드(106) 직경의 변동이 감소된다.
(실시예)
직경이 50mm이고 길이가 1000mm인 글라스로드(106)를 도 27에 나타낸 냉각장치(330)를 구비한 고정 척(118) 및 가동 척(119), 및 가열원(122)에 의해 파이어 폴리싱하였다. 연소용 가스로서 150SLM의 산소(O2) 및 300SLM의 수소(H2)가 가열원(122)에 공급되었다. 글라스로드(106)는 15rpm의 속도로 회전된다. 글라스로드(106)는 가열원(122)을 글라스로드(106)에 대하여 약 20mm/분의 속도로 이동시킴으로써 파이어 폴리싱된다.
도 28은 상기 실시예 및 하기 비교예의 고정 척(118) 및 가동 척(119)의 온도를 나타낸다. 세로 좌표는 고정 척(118) 및 가동 척(119)의 온도를 나타내고, 가로 좌표는 파이어 폴리싱의 공정시간을 나타낸다. 실시예의 고정 척(118) 및 가동 척(119)의 온도는 약 45℃의 저온으로 유지되었다. 그 결과, 고정 척(118) 및 가동 척(119)의 변형에 의해 야기된 구동력―여기서 구동력은 글라스로드(106)를 회전시킴―의 변동은 작았다. 따라서 파이어 폴리싱된 글라스로드(106)의 직경의 변동은 0.02%에 불과하였다.
(비교예)
도 27에 나타낸 고정 척(118) 및 가동 척(119)으로부터 냉각장치(330)를 제거한 것을 제외하고 상기 실시예와 동일한 조건하에 글라스로드(106)를 파이어 폴리싱하였다. 도 28에 나타낸 바와 같이, 고정 척(118) 및 가동 척(119)의 온도는 약 100℃에 도달하였다. 그 결과, 고정 척(118) 및 가동 척(119)은 변형되었고, 글라스로드(106)를 회전시키는 구동력에 변동이 생긴다. 파이어 폴리싱 후의 글라스로드(106)의 직경의 변동은 1.0%까지 증가하였고, 이것은 상기 실시예에서의 변동율보다 크다.
도 29는 가열원(122)과 직경 측정장치(124) 사이의 거리, 및 글라스로드(106) 직경의 변동 퍼센트 사이의 관계를 나타낸다. 글라스로드(106) 직경의 변동율(%)은 (글라스로드(106) 직경의 최대치 - 글라스로드(106) 직경의 최소치)/(평균 직경)×100을 나타낸다.
도 25에 나타낸 글라스로드 제2 연신장치(111)의 직경 측정장치(124)는 가열원(122)에서 10mm 내지 50mm 거리를 두고 떨어진 일정한 거리상 위치에 제공된다. 따라서 글라스로드(106)의 직경이 정확히 측정될 수 있으므로 글라스로드(106)의 직경을 정확히 제어할 수 있게 된다.
글라스로드(106)를 연신할 때, 글라스로드(106)에서의 가장 고온인 위치는 가열원(122)이 이동하고 있으므로 가열원(122)이 가열중인 위치와는 약간 상이하다. 글라스로드(106)의 온도가 가장 높은 위치에서 단위 길이당 연신속도가 가장 크다.
가장 큰 연신속도인 위치에서의 직경 및 목표 직경에 기초하여 가열원(122)의 가열력 및 가동 척(119)의 이동속도를 제어하는 것이 바람직하다. 가동 척(119)의 이동속도는 직경의 목표치 및 글라스로드(106)의 연신속도가 가장 큰 위치에서 측정된 직경 사이의 차이에 기초하여 제어된다. 이것은 가열원(122)으로부터 일정한 거리에 있는 위치 상에 직경 측정장치(124)를 제공함으로써 이루어진다.
가열원(122)으로부터 일정한 거리에 있는 상기 위치는 가열원(122)이 자신의 이동방향의 반대방향에 제공되는 위치로부터 10mm 내지 50mm 범위의 거리로 떨어져 있다. 따라서 직경 측정장치(124)는 가열원(122)의 이동방향과 반대인 방향에 가열원(122)으로부터 10mm 내지 50mm 떨어진 위치에 제공된다.
글라스로드(106)의 가열에 사용되는 가열원(122)이 산소 수소 버너일 경우, 가열원(122)에 공급되는 수소가스의 유량은 30리터/분 내지 500리터/분으로 설정된다. 산소가스에 대한 수소가스의 유량의 비는 1.5 내지 3.0으로 설정된다. 가열원(122)의 이동속도는 2mm/분 내지 65mm/분 범위의 한계내로 제어된다. 수소가스의 유량이 30리터/분 이하이면 열량이 불충분하고, 수소가스의 유량이 500리터/분 이상이면 연료가 낭비된다. 산소가스에 대한 수소가스의 유량비가 상기 범위를 벗어날 경우는 열량이 불충분하게 되므로 글라스로드(106)를 연신하는 것이 어렵다.
글라스로드(106)를 가열하기 위한 가열로(122)가 프로판가스 버너일 경우, 가열원(122)에 공급되는 프로판가스의 유량은 1리터/분 내지 15리터/분으로 설정된다. 산소가스에 대한 프로판가스의 유량의 비는 0.1 내지 0.3으로 설정된다. 가열원(122)의 이동속도는 2mm/분 내지 65mm/분 범위의 한계내로 제어된다. 프로판가스의 유량이 1리터/분 이하이면 열량이 불충분하고, 프로판가스의 유량이 15리터/분 이상이면 연료가 낭비된다. 또한, 산소가스에 대한 프로판가스의 유량비가 상기 범위를 벗어날 경우는 열량이 불충분하게 되므로 글라스로드(106)를 연신하는 것이 어렵다. 가열원(122)의 이동속도는 2mm/분 내지 65mm/분 범위의 한계내로 제어되는 것이 바람직하다. 가열원(122)의 이동속도가 2mm/분 이하일 경우에는 글라스로드(106)의 연신에 과다한 시간이 걸린다. 이와는 달리 가열원(122)의 이동속도가 65mm/분 이상일 경우에는 속도가 너무 빨라서 글라스로드(106)를 코어(core)까지 가열할 수 없으므로 글라스로드(106)를 연신하는 것이 어렵다.
(실시예 1)
가열원(122)과 직경 측정장치(124) 사이의 거리를 15mm로 설정함으로써 글라스로드(106)의 연신을 시작하였다. 글라스로드(106)의 연신이 진행되고 있는 동안, 가열원(122) 및 심압대(116)으 이동속도를 글라스로드(106)의 측정된 직경과 목표 직경 사이의 차이에 기초하여 제어하였다. 설정된 가열원(122)의 연소 조건은 수소가스의 유량 224리터/분, 산소에 대한 수소의 유량의 비 2.5, 및 가열원(122)의 이동속도 11mm/분이 포함되었다. 연신공정 후, 글라스로드(106)의 직경의 변동율은 0.9%이었다.
(실시예 2)
가열원(122)과 직경 측정장치(124) 사이의 거리를 40mm로 설정하였다. 수소가스의 유량은 199리터/분으로 설정되었다. 산소에 대한 수소의 유량의 비는 2.5로 설정되었다. 가열원(122)의 이동속도는 13mm/분으로 설정되었다. 연신공정 후, 글라스로드(106)의 직경의 변동률은 0.6%이었다.
(비교예 1)
가열원(122)과 직경 측정장치(124) 사이의 거리를 5mm로 설정하였다. 수소가스의 유량은 209리터/분으로 설정되었다. 산소에 대한 수소의 유량의 비는 2.5로 설정되었다. 가열원(122)의 이동속도는 12mm/분으로 설정되었다. 가열원(122)과 직경 측정장치(124) 사이의 거리가 너무 가까우므로, 연신공정 후, 글라스로드(106)의 직경의 변동률은 3.7%이었다. 이것은 전술한 실시예 1 및 실시예 2의 변동률보다 크다.
(비교예 2)
가열원(122)과 직경 측정장치(124) 사이의 거리를 60mm로 설정하였다. 수소가스의 유량은 237리터/분으로 설정되었다. 산소에 대한 수소의 유량의 비는 2.5로 설정되었다. 가열원(122)의 이동속도는 10mm/분으로 설정되었다. 가열원(122)과 직경 측정장치(124) 사이의 거리가 너무 멀기 때문에 연신공정 후, 글라스로드(106)의 직경의 변동률은 2.5%이었다. 이것은 전술한 실시예 1 및 실시예 2의 변동률보다 크다.
(비교예 3)
가열원(122)과 직경 측정장치(124) 사이의 거리를 15mm로 설정하였다. 수소가스의 유량은 215리터/분으로 설정되었다. 산소에 대한 수소의 유량의 비는 1.0으로 설정되었다. 가열원(122)의 이동속도는 12mm/분으로 설정되었다. 산소에 대한 수소의 유량의 비가 최소 권장값인 1.5보다 작으므로, 글라스로드(106)는 연신될 수 없었다.
(비교예 4)
가열원(122)과 직경 측정장치(124) 사이의 거리를 15mm로 설정하였다. 수소가스의 유량은 195리터/분으로 설정되었다. 산소에 대한 수소의 유량의 비는 4.0으로 설정되었다. 가열원(122)의 이동속도는 13mm/분으로 설정되었다. 산소에 대한 수소의 유량의 비가 최대 권장값인 3.0보다 큰 4.0이므로, 글라스로드(106)는 연신될 수 없었다.
(비교예 5)
가열원(122)과 직경 측정장치(124) 사이의 거리를 15mm로 설정하였다. 수소가스의 유량은 204리터/분으로 설정되었다. 산소에 대한 수소의 유량의 비는 2.5로 설정되었다. 가열원(122)의 이동속도는 70mm/분으로 설정되었다. 가열원(122)의 이동속도가 권장되는 최대 속도인 65mm/분보다 큰 70mm/분이므로, 글라스로드(106)는 연신될 수 없었다.
도 30은 도 25에 나타낸 글라스로드 제2 연신장치(111) 상에 인장 응력 측정장치(282)가 제공된 구성을 가지는 글라스로드 제2 연신장치(111)를 나타낸다. 상기 글라스로드 제2 연신장치(111)는 가동 척(119) 상에 글라스로드(106)에 적용되는 인장 응력을 측정하는 인장 응력 측정장치(282)를 가진다.
상기 글라스로드 제2 연신장치(111)는 이동 스탠드 인코더(272)를 사용하여 이동 스탠드(120) 상의 가열원(122)의 위치를 검출할 수 있다. 인장 응력 측정장치(282)는 제어유닛(280)에 연결된다. 제어유닛(280)은 인장 응력 측정장치(282)에서 제공되는 글라스로드(106)의 인장 응력을 기초로 심압대(116)의 이동속도를 제어한다. 이 제어는 가열원(122)의 이동거리가 소정의 거리에 달할 때까지 실행된다.
도 31은 도 26에 나타낸 연신단계(S154)의 상세한 순서도이다. 우선, 글라스로드(106)는 가열원(122)에 의해 자신의 소정의 영역이 용융되어 연화될 때까지 예열된다. 이로써 글라스로드(106)의 연신이 가능해진다(S132 단계). 다음에, 이동 스탠드(120) 상에 제공된 가열원(122)이 이동 스탠드(120)를 통해 이동된다. 가열원(122)의 이동속도는 글라스로드(106)의 직경의 변동이 감소될 수 있도록 초기 연신 단계에서는 가능한 한 느린 것이 이상적이다. 가열원(122)의 운동은 또한 일정한 속도가 바람직하며, 가열원(122)에 공급되는 가스의 양이 일정할 수 있다.
다음에, 인장 응력 측정장치(282)에 의해 측정된 글라스로드(106)의 인장 응력이 정상상태에서의 인장 응력 평균치의 약 80% 내지 110% 범위내에 들어가도록 심압대(116)의 이동속도가 제어된다(S136 단계). 정상상태를 이하에서 설명한다. 축방향을 따른 글라스로드(106)의 복수 위치에서의 직경을 기초로 본래 설정된심압대(116)의 이동속도는 글라스로드(106)의 인장 응력에 따라 재설정(re-set)된다. 글라스로드(106)는 인장 응력 부하(load)에 의해 가열원이 대략 50mm 내지 150mm 이동할 때까지 연신된다(S138 단계).
가열원(122)이 대략 50mm 내지 150mm 이동하였음을 제어유닛(280)이 검출하면(S138 단계), 심압대(116)의 이동속도는 이하에서 설명할 정상상태에서의 속도로 변한다. 이것은 심압대 구동 인코더(273)에 의해 행해진다(S140 단계). 직경 측정장치(124)는 글라스로드(106)가 연신되는 동안 글라스로드(106)의 직경을 측정한다(S142 단계). 글라스로드(106)의 연신은 글라스로드(106)가 원하는 직경 및 길이로 연신되면 종료된다(S144 단계).
정상상태에서의 속도는 연신 전후의 물질수지(material balance)가 밸런스를 이루는 속도이다. 여기서, 연신 전 글라스로드(106)의 본래의 직경을 D1, 얻고자 하는 목표 직경을 D2, 가열원(122)의 이동속도를 V1, 및 글라스로드(106)의 연신속도를 V2로 나타낸다.
예로써 연신이 일어나는 곳이 그 시점에 가열되는 영역 뿐이라고 가정하면, 가열되고 연신되는 영역은 매우 작다. V2는 다음의 식이 성립되는 정상상태에서의 속도와 동일하다:
D1 2V1= D2 2(V1+ V2)
따라서, V2는 V1및 D1과 D2를 기준으로 한 심압대(116)의 이동속도를 조정함으로써 설정될 수 있다. 정상상태에서의 글라스로드(106)의 인장 응력은 글라스로드(106)가 정상상태에서의 심압대(116) 이동속도로 연신될 때의 인장 응력이다.
도 32는 글라스로드(106)가 연신되는 동안 직경이 변동되는 과정을 나타낸다. 글라스로드(106)는 가열되면 연화된다. 도 32(1)에 나타낸 바와 같이, 글라스로드(106)는 예비 가열만으로는 연신되기에 충분히 연화될 수 없다. 가열원(122) 및 심압대(116)가 소정의 속도로 움직일 때 글라스로드(106) 상에 발생되는 인장 응력이 정상적 인장 응력의 2배 내지 3배로 증가한다. 이 때 예열된 영역은 신속히 연신되고, 그 예열된 영역의 직경은 도 32(2)의 사선부분으로 나타낸 바와 같이 감소된다. 글라스로드(106)의 연신은 예열된 영역에서 거의 전반적으로 일어나며, 가열원(122)에 의해 새롭게 가열되는 영역은 적게 연신된다. 따라서 도 32(3)에 나타낸 바와 같이 직경의 넥킹(necking)이 일어난다.
글라스로드(106)의 직경의 변동은 글라스로드(106)의 연신이 시작되는 곳에서 그 시작 위치로부터 50mm 떨어진 위치에 걸친 영역에서 발생되는 경향이 있다. 이 위치를 초과하여 연신이 진행될 경우, 글라스로드(106)가 연화되는 속도인 글라스로드(106)에 열을 공급하는 속도와 글라스로드(106)의 연신속도가 밸런스를 이루어 정상상태가 된다. 따라서, 도 32(4)에 나타낸 바와 같이, 글라스로드(106)의 직경은 변동하지 않게 된다.
글라스로드(106)는 심압대(116)의 이동속도를 제어함으로써 연신된다. 목표가 되는 것은 연신 초기 단계의 글라스로드(106)의 인장 응력을 정상상태에서의 인장 응력의 평균치의 약 110% 이하로 유지하는 것이다. 이에 따라 글라스로드(106)의 연신 초기 단계의 직경의 변동이 감소될 수 있다. 이것은 글라스로드(106)에 대한 열 공급, 글라스로드(106)의 연화속도, 및 글라스로드(106)의 연신속도가 밸런스를 이룰 수 있기 때문이다.
초기 단계에서의 글라스로드(106)의 인장 응력이 정상상태의 80% 이하이면, 글라스로드(106)의 직경이 목표치에 도달하는 데 필요한 거리가 길어진다. 따라서 제품으로서 사용될 수 있는 글라스로드(106)의 영역이 짧아진다. 이것은 제조공정의 수득율을 감소시키며 글라스로드(106)가 목표 직경에 도달하는 데 걸리는 시간을 증가시킨다. 따라서 연신 초기 단계에서 글라스로드(106)의 인장 응력을 정상상태에서의 인장 응력의 평균치의 약 80% 내지 110%의 범위로 제어하는 것이 바람직하다.
도 33은 도 31에 나타낸 연신단계(S154)에 따라 연신되는 글라스로드(106)를 나타낸다. 우선, 도 33(1) 및 도 33(2)에 나타낸 바와 같이, 가열원(122) 및 심압대(116)는 글라스로드(106)의 연신을 시작하기 위해 글라스로드(106)에 대한 예비 가열 후 이동을 시작한다. 글라스로드(106)의 인장 응력이 정상상태에서의 인장 응력의 110% 이하로 제어되어 있으므로, 글라스로드(106)에 과다한 인장 응력이 적용되지 않는다. 따라서 급속한 연신으로 인한 넥킹현상이 글라스로드(106) 상에 발생되지 않는다. 이러한 균형잡힌 조건하에 가열원(122)이 소정의 거리를 이동하면 글라스로드(106)에 공급된 열, 글라스로드(106)의 연화속도, 및 글라스로드(106)의 연신속도가 밸런스를 유지한다. 따라서 글라스로드(106)의 직경의 변동이 방지될 수 있다.
심압대(116)의 이동속도가 계속해서 인장 응력에 따라 제어될 경우는 직경의 변동이 일어날 수 있다. 글라스로드(106)의 인장 응력은 가열원(122)에 의해 제공되는 열량의 작은 변화에 따라 변하게 된다. 그러면 심압대(116)의 이동속도가 글라스로드(106)의 인장 응력을 일정하게 유지하는 것이 흔들리고, 그 결과 연신된 글라스로드(106)의 직경에 변동을 초래한다. 따라서 연신이 개시되어 가열원(122)이 소정의 거리만큼 이동한 후 심압대(116)의 이동속도를 정상상태에서의 속도로 변경함으로써 인장 응력의 미세한 변동으로 야기된 글라스로드(106)의 직경의 변동은 방지될 수 있다.
심압대(116)의 이동속도를 정상상태의 속도로 바꾸는 것은 가열원(122)이 연신 개시 지점으로부터 약 50mm 내지 150mm 이동했을 때 이루어진다. 가열원(122)이 연신 개시 지점으로부터 50mm 이동할 때까지 글라스로드(106)에 공급되는 역, 글라스로드(106)의 연화속도, 및 글라스로드(106)의 연신속도는 균형을 이루고 있지 않다. 그 결과 가열원(122)이 50mm 이동하기 전에 연신속도가 정상상태의 속도로 바뀔 경우에 직경의 변동으로 인해 글라스로드(106)의 넥킹이 일어난다. 글라스로드(106)의 인장 응력은 가열원(122)이 약 50mm 이동할 때까지 정상상태의 약 110% 이하가 되도록 제어되어야 한다. 심압대(116)의 이동속도는 가열원이 약 150mm 이상 이동하기 전에 정상상태의 속도로 변경하는 것이 바람직하다.
(실시예)
글라스로드(106)를 글라스로드 제2 연신장치(111)에 의해 연신하였다. 글라스로드(106)의 외경은 65mm이고 길이는 980mm이었다. 외경이 60mm이고 길이가 250mm인 더미로드(108)를 글라스로드(106)의 양단에 용접하였다. 글라스로드(106)와 더미로드(108)를 용접하는 동안 축을 중심으로 하는 회전속도는 30rpm이었다. 가열원(122)으로는 산소수소 버너가 사용되었다. 가열원(122)에 공급된 산소가스와 수소가스는 각각 96리터/분 및 240리터/분이었다.
글라스로드(106)를 예열한 후, 가열원(122)을 12.4mm/분의 속도로 이동시킴으로써 글라스로드의 연신을 시작하였다. 글라스로드(106)의 직경을 65mm에서 50mm로 감소시키기 위해 글라스로드(106)를 연신할 때, 정상상태에서의 인장 응력은 약 100kgf/㎠이고, 정상상태에서의 심압대(116)의 이동속도는 8.6mm/분이었다. 가열원이 연신 시작 지점으로부터 100mm 이동할 때까지 인장 응력이 110kgf/㎠를 초과하지 않도록 심압대(116)의 이동속도를 제어하였다. 가열원(122)이 100mm 이동한 후, 글라스로드(106)는 심압대(116)의 속도를 정상상태에서의 속도인 8.6mm/분으로 제어하면서 연신되었다.
도 34는 실시예의 연신 초기 단계에서의 글라스로드(106)의 인장 응력을 나타낸다. 세로 좌표는 글라스로드(106)에 발생된 인장 응력을 나타내고, 가로 좌표는 연신 시작 후의 가열원(122)의 이동 거리를 나타낸다. 글라스로드(106)의 인장 응력은 연신 초기 단계에서 가열원(122)이 100mm 이동하는 동안 110kgf/㎠ 이하였다.
도 36은 글라스로드(106)가 연신된 후 글라스로드(106)의 직경의 변동을 나타낸다. 세로 좌표는 글라스로드(106)의 반경방향으로의 거리를 나타내고, 가로 좌표는 글라스로드(106)의 길이방향 거리를 나타낸다. 실시예에 따른 방법으로 연신된 글라스로드(106)는 넥킹과 같은 직경의 변동이 거의 없었고, 글라스로드(106)의 직경은 연신 시작 후 길이방향으로 약 100mm 거리에서 목표 직경으로 감소될 수 있었다. 실시예에 따른 방법에 의해 정상상태의 속도로 연신된 영역에서의 글라스로드(106)의 직경의 정확도는 종래의 연신방법에 의해 연신된 글라스로드(106)의 직경의 정확도와 대체로 동일하였다.
(비교예)
직경이 65mm인 글라스로드(106)를 50mm의 직경이 되도록 연신하였다. 가열원(122)의 이동속도 및 가스의 양에 관한 조건은 상기 실시예와 동일하였다. 글라스로드(106)는 심압대의 속도를 연신 초기부터 8.6mm/분으로 제어하여 연신되었다. 이 속도는 정상상태의 속도이다.
도 35는 비교예의 연신 초기 단계에서의 글라스로드(106)의 인장 응력의 변동을 나타낸다. 세로 좌표는 글라스로드(106)에 발생된 인장 응력을 나타내고, 가로 좌표는 연신 시작 후의 가열원(122)의 이동 거리를 나타낸다. 글라스로드(106)의 인장 응력은 연신 초기 단계에서 300kgf/㎠로 증가하였고, 이것은 정상상태의 인장 응력의 3배이다. 이것은 가열원(122)이 최초 100mm 이동하는 동안 발생된 것이다.
도 36에 나타낸 바와 같이 비교예의 연신 후 글라스로드(106)는 연신 시작 지점으로부터 약 100mm에서 큰 넥킹이 있었다. 그러한 기복은 연신 개시로부터 약 300mm에 이를 때가지 계속되므로 이 영역은 제품으로 사용될 수 없으며, 수득율이 감소되었다.
도 37은 도 26에 나타낸 단부 드로잉 단계(S158)의 상세한 순서도이다. 우선, 단부 드로잉된 글라스로드(106)의 위치가 감출된다(S169 단계). 다음으로, 글라스로드(106)의 소정의 영역이 가열원(122)의 화염에 의해 그 영역이 거의 연화될 때까지 예열된다(S170 단계). 다음으로, 글라스로드(106)는 가열원(122) 및 심압대(116)를 사용하여 글라스로드(106)의 소정의 영역을 가열함으로써 연신되고, 상기 소정 영역의 직경이 감소된다(S172).
가열원(122)은 상기 소정 영역의 중심으로부터 글라스로드(106)의 중간 측면을 향하여 이동된다. 다음에, 가열원(122)은 화염으로 글라스로드(106)를 2차 가열한다(S174 단계). 이 화염의 두께는 예열시(S170 단계)의 화염 두께보다 작다. 글라스로드(106)의 소정 영역은 심압대(115)를 이동함으로써 더욱 연신되고 소정 영역의 직경은 감소된다(S176 단계). 이어서, 글라스로드(106)의 소정 영역은 화염에 의해 용융된다. 이 때의 화염도 예열시(S170 단계)의 화염 두께보다 작다.
도 38은 글라스로드(106)와 더미로드(108) 사이의 연결부 상에 마크로서 제공되는 컷(284)을 나타낸다. 이것에 의해 도 37에 나타낸 단부 드로잉 위치 검출단계(S169)에서 단부 드로잉의 위치를 검출할 수 있다. 마크는 글라스로드(106)와 더미로드(108) 사이의 연결부 상에 제공된다. 상기 마크를 검출하기 위해 마크를 인식하는 장치가 글라스로드 제2 연신장치(111) 상에 장착된다.
단부 드로잉 공정의 시작 위치는 검출된 마크 위치를 기초로 설정된다. 글라스로드(106)의 연신 공정은 설정된 단부 드로잉 시작위치에서 종료되며, 글라스로드(106)의 단부 드로잉 공정은 동시에 시작된다. 도 38에 나타낸 방법은 마크를 인식하는 장치가 직경을 측정하는 장치일 경우에 사용된다. 그러한 장치의 예로는 직경 측정장치(124)가 있다.
도 39는 마크의 다른 예로서 글라스로드(106)와 더미로드(108) 사이의 연결부에 적용되는 형광 페인트(287)를 나타낸다. 도 39에 나타낸 방법은 마크를 인식하는 장치가 화상 처리장치일 경우에 사용된다.
도 40은 단부 드로잉 위치 검출단계(S169)에서 컷(284)을 검출하는 글라스로드 제2 연신장치(111)를 나타낸다. 우선, 더미로드(108)가 글라스로드(106)의 양단에 용접된다. 양단부에 더미로드(108)가 용접된 글라스로드(106)는 도시되지 않은 고정 척(118) 및 가동 척(119) 상에 고정된다. 깊이가 3mm인 상기 컷(284)은 용접된 위치 둘레 전체에 형성된다. 용접위치는 글라스로드(106)와 더미로드(108) 사이의 연결로부터 생긴다.
글라스로드(106)의 연신이 진행되는 동안, 직경 측정장치(124)는 글라스로드(106)의 직경을 측정한다. 직경 측정장치(124)가 글라스로드(106)의 직경 변화를 검출함으로써 컷(284)의 위치를 검출하면 글라스로드 제2 연신장치(111)는 단부 드로잉을 시작한다. 단부 드로잉의 개시 위치는 글라스로드(106)와 더미로드(108) 사이의 연결부로부터 글라스로드(106)의 중간위치로 약간 이동되어 있다. 또한 단부 드로잉의 개시 위치는 기포가 전혀 없거나 직경이 0.3mm 이상인 기포를 갖지 않는다. 이어서 공정은 연신공정에서 단부 드로잉공정으로 바뀐다.
마크가 마킹(287)일 경우, 글라스로드(106)와 더미로드(108) 사이의 연결부 상에 형광 페인트가 적용된다. 형광 페이트를 검출할 수 있는 화상처리장치의 카메라는 이동형 스탠드(120) 상에 제공되는 직경 측정장치(124)의 위치에 장착된다. 카메라는 글라스로드(106)의 연신과정 중에 글라스로드(106)의 화상을 처리한다. 카메라가 형광 페인트를 검출하면 글라스로드 제2 연신장치(111)는 단부 드로잉을 시작한다. 단부 드로잉의 개시 위치는 글라스로드(106)와 더미로드(108) 사이의 연결부로부터 글라스로드(106)의 중간위치로 약간 이동되어 있다. 또한 단부 드로잉의 개시 위치는 기포가 전혀 없거나 직경이 0.3mm 이상인 기포를 갖지 않는다. 이어서 공정은 연신공정에서 단부 드로잉공정으로 바뀐다.
도 41은 도 37에 나타낸 글라스로드(106)의 단부 드로잉 과정 중 단부 드로잉의 위치검출(S169) 후 가열원(122) 및 심압대(116)의 움직임을 나타낸다. 단부 드로잉을 위한 예열단계(S170)에서, 가열원(122)의 화염이 글라스로드의 소정 영역에서 글라스로드(106)가 거의 연화될 때까지 가열한다. 단부 드로잉을 위한 연신단계(S170)에서, 가열원(122)은 글라스로드(106)의 소정 영역을 가열하고, 심압대(116)는 글라스로드(106)의 소정 영역을 연신한다. 이로써 소정 영역의 직경이 감소된다.
2차 가열단계(S174)에서, 심압대(116)는 정지하고, 가열원(122)은 글라스로드(106)의 소정 영역의 중심으로부터 중앙부분을 향해서(도면의 좌측으로) 이동된다. 이어서, 가열원(122)은 예열단계(S170)의 화염의 두께보다 작은 두께의 화염에 의해 글라스로드(106)를 가열한다. 단부 드로잉을 위한 2차 연신단계(S176)에서, 가열원(122)은 도면의 더욱 좌측으로 이동하면서 글라스로드(106)를 가열한다. 심압대(116)도 또한 글라스로드(106)의 소정 영역을 연신하기 위해 이동된다. 단부 드로잉을 위한 용융단계(S178)에서, 가열원(122)은 예열단계(S170)의 화염의 두께보다 작은 두께의 화염에 의해 글라스로드(106)를 가열한다. 가열원(122)의 위치는 단부 드로잉을 위한 2차 연신단계(S176)와 동일한 위치이다. 심압대(116)는 글라스로드(106)를 용융하기 위해 이동된다.
도 42는 도 37에 나타낸 단부 드로잉단계(S158)에서의 단부 드로잉의 다른 방법을 설정하는 예를 나타낸다. 이 방법은 글라스로드(106)의 단부 드로잉 공정의 진행시간에 기초하여 가스량, 가열원(122)의 이동 거리, 및 심압대(116)의 이동속도를 제어한다.
가스량, 가열원(122)의 이동 거리, 및 심압대(116)의 이동속도는 한번에 설정된다. 이 설정은 컷(284)의 위치, 및 2차 가열조건과 연신속도 설정단계(S157)에서의 축방향을 따르는 글라스로드(106)의 길이와 직경의 변화를 기준으로 한다. 이어서 글라스로드 제2 연신장치(111)는 단부 드로잉단계(S158)에서의 글라스로드(106)의 단부 드로잉 공정의 진행시간에 기초하여 가스량, 가열원(122)의 이동 거리, 및 심압대(116)의 이동속도를 재설정(reset)한다.
예를 들면, 300초 동안 실행되는 단부 드로잉을 위한 예열단계(S170)에서, 가열원(122)의 이동거리는 0mm로 설정된다. 심압대(116)의 이동속도는 0mm/분으로 설정된다. 가열원(122)에 사용되는 수소(H2) 가스의 양은 250cc/분으로 설정된다. 가열원(122)의 내측 노즐로부터 나오는 산소(O2) 가스의 양(내부)은 30cc/분으로 설정된다. 글라스로드(106)는 이상과 같은 조건으로 설정된 가열원(122)에 의해 가열된다.
60초 동안 실행되는 단부 드로잉을 위한 연신단계(S172)에서, 가열원(122)에 사용되는 수소(H2) 가스의 양은 250cc/분으로 설정된다. 가열원(122)의 내측 노즐로부터 나오는 산소(O2) 가스의 양(내부)은 30cc/분으로 설정된다. 가열원(122)의 외측 노즐로부터 나오는 산소(O2) 가스의 양(외부)은 100cc/분으로 설정된다. 글라스로드(106)는 이상과 같은 조건으로 설정된 가열원(122)에 의해 가열된다. 가열원(122)의 이동거리가 0mm인 상태에서, 심압대(116)는 10mm/분의 속도로 이동되어 글라스로드(106)를 연신한다.
20초 동안 실행되는 2차 가열단계(S174)에서, 심압대(116)의 이동속도는 0mm/분으로 설정된다. 가열원(122)의 이동거리는 15mm로 설정된다. 가열원(122)에 사용되는 수소(H2) 가스의 양은 130cc/분으로 설정된다. 가열원(122)의 내측 노즐로부터 나오는 산소(O2) 가스의 양(내부)은 15cc/분으로 설정된다. 가열원(122)의 외측 노즐로부터 나오는 산소(O2) 가스의 양(외부)은 50cc/분으로 설정된다. 글라스로드(106)는 이상과 같은 조건으로 설정된 가열원(122)에 의해 가열된다.
180초 동안 실행되는 단부 드로잉을 위한 2차 연신단계(S176)에서, 가열원(122)의 이동거리는 15mm에서 25mm로 증가된다. 가열원(122)에 사용되는 수소(H2) 가스의 양은 130cc/분으로 설정된다. 가열원(122)의 내측 노즐로부터 나오는 산소(O2) 가스의 양(내부)은 15cc/분으로 설정된다. 가열원(122)의 외측 노즐로부터 나오는 산소(O2) 가스의 양(외부)은 50cc/분으로 설정된다. 글라스로드(106)는 이상과 같은 조건으로 설정된 가열원(122)에 의해 가열된다. 심압대(116)는 10mm/분의 속도로 이동되어 글라스로드(106)를 연신한다.
마지막으로, 30초 동안 실행되는 단부 드로잉을 위한 용융단계(S178)에서, 가열원(122)은 단부 드로잉을 위한 상기 2차 연신단계(S176)의 위치로부터 이동되지 않는다. 가열원(122)에 사용되는 수소(H2) 가스의 양은 130cc/분으로 설정된다. 가열원(122)의 내측 노즐로부터 나오는 산소(O2) 가스의 양(내부)은 30cc/분으로 설정된다. 가열원(122)의 외측 노즐로부터 나오는 산소(O2) 가스의 양(외부)은 20cc/분으로 설정된다. 글라스로드(106)는 이상과 같은 조건으로 설정된 가열원(122)에 의해 가열된다. 심압대(116)는 120mm/분의 속도로 이동되어 글라스로드(106)를 용융한다.
직경이 60mm인 글라스로드(106)가 도 42에 나타낸 설정조건에 따라 글라스로드 제2 연신장치(111)에 의해 단부 드로잉되었다. 단부 드로잉된 영역에서의 프리폼의 형상은 양호하게 형성된 원추형 형상이었다. 상기 영역의 길이 및 직경은 각각 61mm 및 60mm 이었다. 단부 드로잉 공정에 소요된 시간은 12분이었다.
도 43은 도 37에 나타낸 단부 드로잉단계(S158)에서의 단부 드로잉의 다른 방법을 설정하는 예를 나타낸다. 이 방법은 글라스로드(106)의 단부 드로잉 공정의 진행시간에 기초하여 가스량, 가열원(122)의 이동 거리, 및 심압대(116)의 이동속도를 제어한다.
글라스로드 제2 연신장치(111)는 심압대(116)의 이동거리를 검출한다. 가열원(122)의 이동 거리, 및 심압대(116)의 이동속도는 컷(284)의 위치, 축방향의 글라스로드(106)의 길이의 변화 및 2차 가열조건과 연신속도 설정단계(S157)에서의 글라스로드(106)의 직경의 변화를 기준으로 한번에 설정된다. 이어서 글라스로드 제2 연신장치(111)는 단부 드로잉단계(S158)에서의 검출된 심압대(116)의 이동거리에 기초하여 가스량, 가열원(122)의 이동 거리, 및 심압대(116)의 이동속도를 재설정한다.
심압대가 움직이지 않으므로 심압대의 이동거리가 측정될 수 없는 경우가 있다. 이것은 글라스로드(106)가 단부 드로잉 공정에서 충분히 가열되지 않았을 때 심압대 구동모터(275)의 동력이 부족한 것에 기인하여 일어날 수 있다. 심압대 구동모터(275)의 출력이 충분하지 않을 경우, 샤프트 출력의 토크(torque)를 검출할 수 있는 AC 서보모터가 심압대(116)의 구동에 사용될 수 있다. 심압대 구동모터(275)에서 발생되는 토크에 대해 스레시홀드 값(threshold value)이 설정될 수 있다. 토크가 상기 스레시홀드 값을 초과하면, 글라스로드 제2 연신장치(111)는 가열이 불충분한 것으로 판단할 수 있다. 그러면 글라스로드 제2 연신장치(111)는 얼마동안 심압대(116)의 구동을 중지하고 가열원(122)에 공급되는 가스량을 증가시킬 수 있다.
도 43에 나타낸 설정치들은 "진행시간" 설정이 "심압대(116) 이동거리" 설정으로 바뀐 것을 제외하고 도 42에 나타낸 설정치와 동일하다. 도 43에 나타낸 단부 드로잉 방법은 또한 단부 드로잉을 위한 예열단계(S170), 단부 드로잉을 위한 2차 연신단계(S172), 2차 가열단계(S174), 단부 드로잉을 위한 2차 연신단계(S176), 및 단부 드로잉을 위한 용융단계(S178) 등의 공정을 가진다. 가스량, 가열원(122)의 이동거리, 및 심압대(116)의 이동속도는 상기 공정의 각 단계에서의 심압대(116)의 이동거리에 기초한다.
예를 들면, 단부 드로잉을 위한 예열단계(S170)에서, 심압대(116)의 이동속도가 0mm/분으로 설정되므로 단부 드로잉을 위한 예열 개시 후의 시간은 300초 동안 측정된다. 즉, 300초 동안 가열원(122)의 이동거리는 0mm로 설정된다. 가열원(122)에 사용되는 수소(H2) 가스의 양은 250cc/분으로 설정된다. 가열원(122)의 내측 노즐로부터 나오는 산소(O2) 가스의 양(내부)은 30cc/분으로 설정된다. 가열원(122)의 외측 노즐로부터 나오는 산소(O2) 가스의 양(외부)은 100cc/분으로 설정된다. 글라스로드(106)는 이상과 같은 조건으로 설정된 가열원(122)에 의해 가열된다. 단부 드로잉을 위한 예열 개시 후의 시간이 300초일 때 공정은 다음 단계로 넘어간다.
단부 드로잉을 위한 연신단계(S172)에서, 이동거리가 0mm에서 30mm로 바꾸는 동안, 가열원(122)에 사용되는 수소(H2) 가스의 양은 250cc/분으로 설정된다. 가열원(122)의 내측 노즐로부터 나오는 산소(O2) 가스의 양(내부)은 30cc/분으로 설정된다. 가열원(122)의 외측 노즐로부터 나오는 산소(O2) 가스의 양(외부)은 100cc/분으로 설정된다. 글라스로드(106)는 이상과 같은 조건으로 설정된 가열원(122)에 의해 가열된다. 가열원(122)의 이동거리가 0mm인 상태에서, 심압대(116)는 10mm/분의 속도로 이동되어 글라스로드(106)를 연신한다.
2차 가열단계(S174)에서, 심압대(116)의 이동속도가 0mm/분으로 설정됨으로써 심압대(116)의 이동거리는 30mm로 유지된다. 가열원(122)의 이동거리는 15mm로 설정된다. 가열원(122)에 사용되는 수소(H2) 가스의 양은 130cc/분으로 설정된다. 가열원(122)의 내측 노즐로부터 나오는 산소(O2) 가스의 양(내부)은 15cc/분으로 설정된다. 가열원(122)의 외측 노즐로부터 나오는 산소(O2) 가스의 양(외부)은 50cc/분으로 설정된다. 글라스로드(106)는 이상과 같은 조건으로 설정된 가열원(122)에 의해 가열된다. 가열원(122)이 15mm 이동한 후, 공정은 다음 단계로 넘어간다.
다음으로 2차 연신단계(S176)에서, 심압대(116)의 이동거리가 30mm에서 55mm로 증가되는 동안 가열원(122)의 이동거리는 15mm에서 25mm로 증가된다. 가열원(122)에 사용되는 수소(H2) 가스의 양은 130cc/분으로 설정된다. 가열원(122)의 내측 노즐로부터 나오는 산소(O2) 가스의 양(내부)은 15cc/분으로 설정된다. 가열원(122)의 외측 노즐로부터 나오는 산소(O2) 가스의 양(외부)은 50cc/분으로 설정된다. 글라스로드(106)는 이상과 같은 조건으로 설정된 가열원(122)에 의해 가열된다. 심압대(116)는 10mm/분의 속도로 이동되어 글라스로드(106)를 연신한다.
마지막으로, 단부 드로잉을 위한 용융단계(S178)에서, 심압대(116)의 이동거리가 55mm에서 100mm로 증가되는 동안, 가열원(122)은 단부 드로잉을 위한 상기 2차 연신단계(S176)의 위치로부터 이동되지 않는다. 따라서 이동거리는 25mm로 유지된다. 가열원(122)에 사용되는 수소(H2) 가스의 양은 130cc/분으로 설정된다. 가열원(122)의 내측 노즐로부터 나오는 산소(O2) 가스의 양(내부)은 30cc/분으로 설정된다. 가열원(122)의 외측 노즐로부터 나오는 산소(O2) 가스의 양(외부)은 20cc/분으로 설정된다. 글라스로드(106)는 이상과 같은 조건으로 설정된 가열원(122)에 의해 가열된다. 심압대(116)는 120mm/분의 속도로 이동되어 글라스로드(106)를 용융한다.
(실시예 1)
직경이 60mm인 글라스로드(106)를 도 43에 제시된 설정치에 따라 단부 드로잉하였다. 200와트의 AC 서보모터를 심압대 구동모터(275)용으로 사용하였다. 심압대 구동모터(275)의 회전수를 검출할 수 있는 회전형 인코더를 심압대 구동 인코더(273)로서 사용하였다. 심압대 구동모터(275)의 회전속도는 심압대 구동 인코더(273)의 출력에 의해 제어되었다. 심압대(116)의 이동거리는 심압대 구동 인코더(273)의 출력을 측정함으로써 구하였다. 단부 드로잉에 소요된 시간은 15분이었다. 단부 드로잉된 영역에서의 처리된 글라스로드(106)의 형상은 양호하게 형성된 원추형 형상이었다. 상기 영역의 길이 및 직경은 각각 61mm 및 60mm 이었다.
(실시예 2)
직경이 60mm인 글라스로드(106)를 도 43에 제시된 설정치에 따라 단부 드로잉하였다. 심압대(116)의 이동거리를 검출할 수 있는 선형 인코더가 심압대(116) 상에 제공되었다. 가스량, 가열원(122)의 이동거리, 및 심압대(116)의 이동속도는 상기 선형 인코더에 의해 검출된 심압대(116)의 이동거리에 기초하여 제어되었다. 단부 드로잉된 영역에서의 처리된 글라스로드(106)의 형상은 양호하게 형성된 원추형 형상이었다. 상기 영역의 길이 및 직경은 각각 61mm 및 60mm 이었다.
도 44는 글라스로드 제2 연신장치(111)의 가열원(122)의 구성을 나타낸다. 가열원(122)의 외측 파이프(285)의 저면 단부는 닫혀 있다. 외측 파이프(285)는 가연성 가스 채널(312)에 연결된다. 이것은 적합한 가연성 가스의 일 예인 수소가스용 채널이다. 가열원(122)은 상기 가연성 가스 채널(312)에 설치된 가연성 가스 유량제어유닛(314)을 가진다. 내측 파이프(286)의 모든 것이 분기 기구(branching tool)(316)를 통해 산소가스 채널(308)에 연결되어 있다. 산소 채널(308)은 산소가스용 채널이다. 불활성 가스 채널(296)이 연결부재(302)에 의해 산소가스 채널(308)에 연결되어 있다. 산소가스 유량제어유닛(310)이 연결부재(302)와 산소가스 채널(308)의 입구 사이에 설치된다.
불활성 가스 채널(296)은 밸브(300) 및 불활성 가스 유량제어유닛(298)을 가진다. 가열원(122)은 산소가스 유량제어유닛(310)에서 출력되는 유량에 관한 데이터에 기초하여 구동원(driving source)(306)을 제어하는 제어부재를 가진다. 구동원(306)은 밸브(300)에 연결된다. 가연성 가스 유량제어유닛(314) 및 산소가스 유량제어유닛(310)은 도 42 및 도 43에 나타낸 수소가스(H2) 및 산소가스(O2)의 유량을 제어한다. 밸브로서는 전기식 밸브 또는 전자식(電磁式) 밸브와 같은 밸브가 사용될 수 있다. 연결부재(302)로서는 3방 파이프 또는 3방 밸브가 사용될 수 있다.
도 45는 가열원(122)의 상단에 대한 평면도를 나타낸다. 각각의 내경이 1mm이고 외경이 3mm인 복수의 내측 파이프(286)가 내경이 30mm인 외측 파이프(285)에 삽입된다. 내측 파이프(286)는 복수의 동심원의 열을 이루며 외측 파이프(285)의 중심 주위에 설치된다.
내측 파이프(286)는 각 열에 관하여 규칙적인 간격을 이루며 설치된다. 상기 열이 외측 파이프(285)의 외부 쪽으로 근접할수록 각각의 열에 관해 내측 파이프(286) 간격의 밀도가 높아진다. 내측 파이프(286)는 밀도가 균등한 상태로 외측 파이프(285)의 내부에 장착될 수 있다. 산소가스는 내측 파이프(286)의 내부인 산소가스 출구(288) 속을 흐른다. 가연성 가스는 외측 파이프(285)의 내부인 가연성 가스 출구(290) 속을 흐른다.
가열원(122)의 운동에 관하여 이하에서 설명한다. 수소가스는 가연성 가스 채널(312)을 통해 도시되지 않은 수소가스 공급원으로부터 외측 파이프(285) 속으로 흐른다. 산소가스는 분기 기구(316)에 의해 내측 파이프(286)로 분배된다. 산소가스는 산소가스 채널(308)을 통해 산소가스 공급원(도시되지 않음)으로부터 공급된다. 수소가스 및 산소가스는 외측 파이프(285)의 상단부에서 혼합된다. 상기 혼합된 가스를 점화하여 화염이 얻어질 수 있다.
글라스로드(106)의 처리 목적에 따라, 수소가스 및 산소가스는 산소가스 유량제어유닛(310) 및 가연성 가스 유량제어유닛(314)을 사용함으로써 최적의 화염 조건을 얻기 위해 조정된다. 이 때, 산소가스의 유량을 나타내는 신호가 산소가스 유량제어유닛(310)에서 제어부재(304)로 출력된다. 산소가스의 선형 속도는 산소가스의 유량을 내측 파이프(286)의 면적으로 나누어서 유도되는 값이다.
산소가스의 선형 속도가 1.0m/초 이하일 경우, 제어부재(304)는 구동원(306)을 구동하여 밸브(300)를 개방시킨다. 그러면 불활성 가스인 질소가스가 0.5m/초의 선형 속도로 산소가스 채널(308) 속으로 유입되고 산소가스와 혼합된다. 산소의 유량을 변경할 때, 제어부재(304)가 구동원(306)을 구동하고 산소의 선형 속도가 1.1m/초에 도달하면 밸브(300)를 닫는다.
화염을 작게 만들기 위해 가연성 가스 및 산소가스의 유량을 감소시키면, 내측 화염의 상단 부근의 고온 영역이 가열원(122)의 상단부에서 이동한다. 이것은 불활성 가스가 산소와 혼합되는 결과 화염(294)이 퍼지기 때문이다. 따라서 가열원(122)의 상단부의 표면온도는 400℃로 유지되고, 그 결과 가열원의 산화반응이 방지될 수 있다.
강한 가열력이 필요할 경우, 불활성 가스가 혼합되면 연소 온도가 떨어지므로 불활성 가스의 유입용 밸브(300)는 닫힌다. 이 때, 가연성 가스와 산소가스의 유량이 증가하므로 화염(294)은 크고, 화염(294)의 고온 영역이 더 이상 가열원(122)의 상단부에 있지 않다. 따라서 가열원(122)의 상단부의 표면온도는 400℃로 유지된다. 밸브(300)의 개폐에 의해 야기되는 맥류(pulse)의 발생은 밸브(300)를 열고 닫을 때 산소가스에 대한 선형 속도값을 다르게 설정함으로써 방지될 수 있다. 이것은 개방시 1.0m/초 이하로, 페쇄시 1.1m/초 이상으로 설정되어야 한다.
밸브의 개방에 의해 불활성 가스가 흐를 때 불활성 가스가 0.5m/초 내지 2m/초의 선형 속도를 가지는 것이 바람직하다. 불활성 가스의 선형 속도는 불활성 가스의 유량을 내측 파이프(286)의 산소가스 출구(288)의 내측 면적으로 나눔으로써 계산된다. 불활성 가스의 선형 속도가 0.5m/초 이하이면 가열원(122)의 상단부 온도를 제어하기 어렵다. 반면에 불활성 가스의 선형 속도가 2.0m/초 이상이면 수소가스의 연소가 불완전하고 화염(294)의 온도가 저하된다.
가열원(122)을 사용하여 화염(294)으로 글라스로드(106)를 가열할 경우, 가열원(122) 상단부에 금속 산화물이 통상 생성되지 않는다. 이것은 가열원(122)의 상단부의 온도가 400℃ 이하로 유지되기 때문이다. 따라서 금속 산화물이 글라스로드(106)에 부착되지 않고, 고품질의 글라스로드(106)가 제조될 수 있다.
평균 직경이 65mm인 글라스로드(106)가 불활성 가스의 유량을 제어하는 가열원(122)을 구비한 글라스로드 제2 연신장치(111)에 의해 연신되었다. 금속 산화물과 같은 이물질을 갖는 글라스로드(106)의 수와 처리된 글라스로드(106)의 총 수의 비는 0.2%이었다. 이것은 종래의 가열원(122)에 의해 제조된 글라스로드에 비하여 낮은 값이다. 비교를 위해, 글라스로드(106)가 밸브(300)를 항상 닫은 상태로 연신되었을 때 금속 산화물과 같은 이물질을 갖는 글라스로드(106)의 수와 처리된 글라스로드(106)의 총 수의 비는 15%라는 높은 값으로 된다.
도 46은 산소가스의 선형속도와 가열원(122)의 상단의 온도 사이의 관계를 나타낸다. 이것은 산소가스와 선형속도가 0.5/m초인 질소가스가 항상 혼합되는 경우 및 산소가스와 질소가스가 섞이지 않는 경우에 대해 도시하는 것이다. 질소와 섞일 경우, 가열원(122)의 상단의 온도는 400℃를 초과하지 않는다. 질소가스가 섞이지 않을 때 산소가스의 선형속도가 1m/초 이하인 영역에서 온도는 400℃ 내지 700℃에 도달한다. 따라서, 가열원(122)의 표면온도는 산소가스의 선형속도가 1m/초 이하일 때 산소가스와 질소가스를 혼합함으로써 제어될 수 있다.
도 47은 직경이 감소되고 단부 드로잉단계(S158)에서 용융되는 프리폼(107)의 팁(tip)의 형상을 나타낸다. D는 프리폼(107)의 직경을 나타낸다. O는 프리폼(107)의 직경이 감소되기 시작하는 위치를 나타낸다. P는 프리폼(107)의 직경 D가 본래의 직경에 1% 이하로 감소되는 위치를 나타낸다. 프리폼(107)은 테이퍼(taper) 형상을 가지며, 그 양단은 식 1/3D≤L≤3D으로 표현될 수 있다. 여기서, L은 위치 O와 위치 P 사이의 길이를 나타낸다.
드로잉이 정상상태에 도달하는 시간은 광섬유의 직경 및 드로잉되는 속도가 소정의 값에 도달할 때까지 프리폼 드로잉장치(500) 상에 프리폼(107)이 장착될 때부터의 시간이다. 프리폼(107)이 광섬유로 드로잉되면, 프리폼(107)의 본래 형상이 드로잉이 정상상태에 도달하는 데 걸리는 시간에 영향을 준다. 프리폼(107)의 직경이 커질 수록 이 영향이 커진다. 그리고 드로잉이 정상상태에 도달하는 데 걸리는 시간이 길어진다.
식 1/3D≤L≤3D의 형상을 가지는 프리폼(107)은 드로잉이 정상상태에 도달하는 데 걸리는 시간을 감소시킨다. L≤1/3D일 경우, 프리폼(107)의 팁이 내려가는 시간이 길어지므로 광섬유의 직경 및 드로잉되는 속도가 소정의 값에 도달하는 데 걸리는 시간은 증가한다. L＞3D일 경우, 프리폼(107)의 팁이 내려가는 데 걸리는 시간이 감소될 수 있으나 프리폼(107)의 테이퍼 형상이 드로잉의 정상상태의 형상으로 되는 데 걸리는 시간이 길어진다. 그러면, 광섬유의 직경 및 드로잉되는 속도가 소정의 값에 도달하는 데 걸리는 시간이 길어진다. 따라서, 프리폼(107)의 테이퍼 형상을 L = D로 만드는 것이 최선이다.
화염으로 프리폼(1070의 일부를 가열함으로써 프리폼(107)을 용융하는 경우에, 프리폼(107)의 테이퍼 부분의 양단에 잔류 스트레인(strain)이 잔존한다. 테이퍼 부분의 잔류 스트레인이 크면 프리폼(107)에 강한 충격이 가해질 때 프리폼(107)의 양단에 균열(crack)이 발생될 수 있다. 균열은 또한 프리폼(107)과 더미로드의 용접에 의해 발생되는 열 충격에 의해 프리폼(107)의 양단에 발생될 수 있다. 프리폼(107) 양단에서의 스트레인의 크기는 40kgf/㎠ 이하인 것이 이상적이다. 프리폼(107)에 발생된 균열은 프리폼(107)에 남아있는 잔류 스트레인의 크기를 40kgf/㎠ 이하로 제어함으로써 방지될 수 있다.
(실시예)
직경이 30mm인 프리폼(107)을 드로잉하였다. 길이 L은 30mm로 설정되었다. 프리폼(107)의 테이퍼 부분에 남아있는 스트레인의 크기는 40kgf/㎠이었고, 프리폼(107)과 더미로드를 용접하는 동안 균열은 일어나지 않았다. 장착된 광섬유의 직경이 125㎛이고 드로잉 속도는 100mm/분일 때, 드로잉이 정상상태에 도달하는 데 걸리는 시간은 총 20분이었다. 프리폼 드로잉장치(500) 상에 프리폼(107)을 장착할 때부터 프리폼(107)의 팁이 낙하할 때까지의 시간은 10분이었다. 광섬유의 직경 및 드로잉 속도가 소정의 값에 도달하는 데 걸리는 시간은 10분이었다.
(비교예 1)
직경이 30mm인 프리폼(107)을 드로잉하였다. 길이 L은 5mm로 설정되었다. 프리폼(107)의 테이퍼 부분에 남아있는 스트레인의 크기는 40kgf/㎠이었고, 프리폼(107)과 더미로드를 용접하는 동안 균열은 일어나지 않았다. 장착된 광섬유의 직경이 125㎛이고 드로잉 속도는 100mm/분일 때, 드로잉이 정상상태에 도달하는 데 걸리는 시간은 총 50분이었다. 프리폼 드로잉장치(500) 상에 프리폼(107)을 장착할 때부터 프리폼(107)의 팁이 낙하할 때까지의 시간은 20분이었다. 광섬유의 직경 및 드로잉 속도가 소정의 값에 도달하는 데 걸리는 시간은 30분이었다.
(비교예 2)
직경이 30mm인 프리폼(107)을 드로잉하였다. 길이 L은 100mm로 설정되었다. 프리폼(107)의 테이퍼 부분에 남아있는 스트레인의 크기는 40kgf/㎠이었고, 프리폼(107)과 더미로드를 용접하는 동안 균열은 일어나지 않았다. 장착된 광섬유의 직경이 125㎛이고 드로잉 속도는 100mm/분일 때, 드로잉이 정상상태에 도달하는 데 걸리는 시간은 총 40분이었다. 프리폼 드로잉장치(500) 상에 프리폼(107)을 장착할 때부터 프리폼(107)의 팁이 낙하할 때까지의 시간은 10분이었다. 광섬유의 직경 및 드로잉 속도가 소정의 값에 도달하는 데 걸리는 시간은 30분이었다.
(비교예 3)
직경이 30mm인 프리폼(107)을 드로잉하였다. 길이 L은 30mm로 설정되었다. 프리폼(107)의 테이퍼 부분에 남아있는 스트레인의 크기는 60kgf/㎠이었다. 프리폼(107)과 더미로드를 용접하는 동안 균열이 발생하였으므로 프리폼(107)은 드로잉될 수 없었다.
전술한 바와 같이, 프리폼(107)을 광섬유로 드로잉하는 데 소요되는 시간은 프리폼(107)의 팁의 형상을 1/3D≤L≤3D에 준하여 제조함으로써 감소될 수 있다.
도 48은 단부 드로잉된 프리폼(107)의 팁의 다른 형상을 나타낸다. 도 48에 나타낸 프리폼(107)은 화염에 의해 형성된 일 단부 상에 용융부(332)를 가지며 타단부 상에 기계적으로 절삭되는 절삭면(cutting face)(334)을 가진다. 도 48(A)에 나타낸 용융부(332)는 화염에 의해 급속히 용융된다. 도 48(B)에 나타낸 용융부(332)는 직경을 감소시킴으로써 점진적으로 용융되어 테이퍼부(336)를 형성한다. 가는 부분(338)은 도 48(C)에 나타낸 용융부(332)의 팁에 제공된다.
도 48(B)에 나타낸 바와 같은 테이퍼부(336)를 갖는 프리폼(107)을 드로잉할 때, 프리폼(107)의 팁을 낙하시키는 데 걸리는 시간은 짧고, 용융부(332)의 직경이 작기 때문에 낙하시켜야 할 프리폼(107)의 양도 적다. 도 48(C)에 도시된 바와 같은 테이퍼부(336) 및 얇은 부분(338)을 갖는 프리폼(107)을 드로잉할 때, 프리폼(107)의 팁을 낙하시키는 데 걸리는 시간은 종래의 프리폼(107) 형상에 있어서 소요되는 시간의 1/3 이하로 감소될 수 있다. 프리폼(107)의 낙하로 인한 재료의 손실은 얇은 부분(338)의 적은 양으로 한정될 수 있다.
얇은 부분(338)의 형상은 용융부(332)의 중량의 0.1% 내지 15% 범위를 차지하는 것이 바람직하다. 얇은 부분(338)의 중량이 용융부(332) 중량의 0.1%보다 작으면 얇은 부분(338)의 제공에 의해 생기는 효과를 얻을 수 없다. 반면에, 얇은 부분(338)의 중량이 용융부(332) 중량의 15%보다 크면 프리폼(107)의 팁이 낙하하는 데 걸리는 시간이 길어지고 드로잉이 진행되는 동안 프리폼(1070의 손실이 증가된다.
얇은 부분(338)의 직경이 프리폼(107)의 본체 직경의 1/2 내지 1/10 범위인 것이 바람직하다. 얇은 부분(338)의 직경이 이 범위 내에 있을 경우, 드로잉 초기단계에서 프리폼(107)의 팁이 낙하하는 데 소요되는 시간이 짧아질 수 있다. 얇은 부분(338)의 길이가 이 직경의 약 1배 내지 5배일 경우, 프리폼(107)의 손실은 적은 양으로 한정될 수 있다.
도 49는 프리폼(107)이 도 26에 나타낸 표면처리 단계(S168)에서 표면처리되기 전에 손상된 프리폼(107)을 나타낸다. 글라스로드 제2 연신장치(111)에 의해 연신된 프리폼(107)은 표면처리로서 불화수소산에 의해 에칭된다. 이것은 프리폼(107)이 클래딩(cladding)에 대한 코어의 두께가 소정의 비율이 되도록 프리폼(107)의 클래딩을 화학적으로 절삭한다.
불화수소산 에칭 처리는 유리의 실리콘과 산소 사이의 결합을 분해하는 처리이다. 불화수소산 에칭 처리는 시간당 약 8mm의 속도로 프리폼(107)의 표면을 화학적으로 절삭한다. 그러나 프리폼(107)의 표면에 균열이나 요부(concave)가 있을 경우, 프리폼(107) 표면상의 균열이나 요부가 있는 곳은 추가로 절삭되어 프리폼(107)의 다른 부분에 만들어진 요부보다 큰 요부가 형성된다. 불화수소산 에칭 처리에 의해 생긴 요부를 불화수소 요부라 칭한다. 이 불화수소 요부는 프리폼(107)을 드로잉하여 광섬유로 만드는 동안 광섬유의 파단의 원인이 된다.
표면에 불화수소 요부가 없는 프리폼(107)은 불화수소산 에칭의 처리를 행하기 전에 폴리싱(polishing)에 의해 프리폼(107) 상의 균열 및 요부를 제거함으로써 얻어질 수 있다.프리폼(1070의 스트레인 포인트 이상의 온도로 프리폼(107)을 파이어 폴리싱(fire polishing)하는 방법이 있다. 파이어 폴리싱을 진행하는 동안 프리폼(107)은 표면의 불균일성(unevenness)이 0.3mm 범위내에 있도록 파이어 폴리싱된다. 불화수소산으로 프리폼(107)을 에칭하기 전에 프리폼(107)을 파이어 폴리싱함으로써 불화수소 요부의 생성은 방지될 수 있다. 이것은 프리폼(107) 내의 스트레인 양이 감소될 수 있고 균열이 없는 매끄러운 표면이 얻어질 수 있기 때문에 가능하다. 파이어 폴리싱이 적합할 뿐 아니라 기계적 폴리싱도 프리폼(107)의 폴리싱에 사용될 수 있다.
도 51은 프리폼(107)에 생성된 불화수소 요부의 수로서 실시예 및 비교예의 육안 검사로 카운트한 수를 나타낸다. 도 52는 실시예 및 비교예의 불화수소산 에칭으로 처리된 후의 프리폼(107) 표면의 불균일성을 나타낸다. 도 51 및 도 52에서의 전처리에서, 직경이 60mm이고 길이가 1000mm인 프리폼(107a)이 손상되었다. 우선, 상기 프리폼(107a) 및 프리폼(107a)과 동일한 형상을 가지는 다른 프리폼(107b)을 바닥에 놓았다.
다음에, 타단은 바닥에 그대로 둔채 프리폼(107a)의 일단을 10cm 높이로 들어 올렸다. 이어서, 들어 올려진 프리폼(107a)의 단부를 프리폼(107a)에 균열이 생기도록 프리폼(107b) 위로 떨어뜨렸다. 복수의 프리폼(107a) 각각은 전술한 것과 같은 방법으로 20cm 간격을 두고 3곳을 손상시켰다. 도 51 및 도 52에 나타낸 전처리 2 단계에서, 프리폼(107a)는 20cm 높이로 들어 올려졌다. 프리폼(107)을 손상시키는 다른 절차도 전처리 1과 동일하였다.
도 51 및 도 52에 나타낸 실시예에서, 프리폼(107a) 각각을 전처리 1 및 전처리 2로 처리하였다. 이어서, 프리폼(107a) 각각은 유량 250ml/분의 수소가스 및 유량 145ml/분의 산소가스가 제공되는 버너로 파이어 폴리싱하였다. 파이어 폴리싱된 프리폼(107a) 각각은 실온에서 불화수소산 에칭에 의해 처리되었다. 프리폼(107)의 외경으로부터 에칭된 재료의 두께는 0.2mm, 1.2mm, 2.2mm, 및 3.2mm의 4 단계 중의 하나였다. 10개의 프리폼(107a)이 상기 4 단계 에칭 두께 중의 하나에 대해 불화수소산에 의해 에칭되었다. 불화수소 요부의 수는 불화수소산 에칭에 의한 처리 후 육안 검사로 확인되었다.
도 50은 도 51 및 도 52의 실시예에서 불화수소산 에칭에 의해 처리된 프리폼(107a)을 나타낸다. 프리폼(107a) 표면의 불균일성은 ×표시된 지점과 ○표시된 지점 사이의 직경의 차이를 측정함으로써 얻어졌다. ×표시된 지점은 프리폼(107b)과 접촉하여 손상된 곳이다. ○표시된 지점은 ×표시된 지점에서 10cm 떨어진 곳으로, 프리폼(107b)과의 접촉에 의해 손상되지 않은 곳이다. ×표기된 3개 지점의 직경의 평균치는 프리폼(107a) 각각의 직경으로 사용되었다.
도 51 및 도 52에 나타낸 비교예에서, 전처리 1 및 전처리 2에 의해 처리된 프리폼(107) 각각은 파이어 폴리싱 없이 불화수소산 에칭으로 처리되었다. 불화수소 요부의 수는 육안 검사에 의해 평가되었으며, 표면의 불균일성은 실시예와 동일한 방식으로 측정되었다. 도 52 및 도 53에 나타낸 바와 같이, 전처리 2의 표면 불균일성은 전처리 1의 표면 불균일성보다 크다. 이것은 손상 과정에서의 전처리 2가 전처리 1보다 높게 들어 올려졌기 때문이다. 또한 전처리 2의 불화수소산 에칭에 의해 생성된 불화수소 요부의 수는 전처리 1의 불화수소 요부의 수보다 많았다.
에칭 양이 많을수록 프리폼(107) 표면의 불균일성이 크다. 또한 에칭 양이 많을수록 불화수소산 에칭에 의해 생성된 불화수소 요부의 수가 많다. 파이어 폴리싱된 실시예의 프리폼(107a)의 표면 불균일성은 파이어 폴리싱되지 않은 비교예의 프리폼(107a)의 표면 불균일성보다 낮았다.
실시예에 생성된 불화수소 요부의 수는 도 51에 나타낸 바와 같은 비교예에 생성된 불화수소 요부의 수보다 적다. 따라서 프리폼(107a)의 불화수소 요부의 수 및 프리폼(107a) 표면의 불균일성은 불화수소산을 사용하여 프리폼(107a)을 에칭하기 전에 프리폼(107a)을 파이어 폴리싱함으로써 감소될 수 있다.
도 53은 표면처리된 프리폼(107)의 다른 형상을 나타낸다. 상기 프리폼(107)은 핸들(340)을 구비한다. 핸들(340)은 규산유리(silica glass)로 만들어지고 용접이나 기계적 처리에 의해 도 48(C)에 나타낸 표면처리된 프리폼(107)의 절삭면(334) 상에 설치된다. 핸들(340)을 구비한 프리폼(107)은 프리폼(107)을 광섬유로 드로잉할 때 프리폼 드로잉장치(500) 상에 신속히 설치될 수 있다. 절삭면(334) 상에 설치되는 핸들(340)의 직경은 도 53(b)에 도시된 프리폼(107)의 직경보다 작을 수 있다.
도 54는 가열원(122)을 세척하는 초음파 세정장치(404)를 나타낸다. 상기 초음파 세정장치(404)는 초음파 발진기(ultrasonic oscillator)(396)를 포함한다. 세정액(398)은 초음파 세정장치(404)의 내부에 담겨진다. 세정액(398)은 10%의 불화수소산과 3%의 질산을 함유한다. 불화수소산은 가열원(122) 외측 파이프(285) 및 내측 파이프(286)의 표면에 생성된 금속 산화물을 용해시킨다. 외측 파이프(285) 및 내측 파이프(286)가 스텐레스강으로 만들어진 경우는 외측 파이프(285) 및 내측 파이프(286)의 표면의 산화반응이 즉시 일어나지는 않는다. 이것은 스텐레스강에 함유된 철, 크롬, 및 니켈이 질산의 효과로 인해 스텐레스강 표면상에 부동태 박막(passive thin film)을 형성함으로써 표면을 보호하기 때문이다.
상기 세정액(398)은 용해성 유기용매를 함유할 수 있다. 용해성 유기용매의 예에는 알콜, 아세톤, 아세토니트릴, 및 테트라하이드로퓨란이 포함된다. 가열원(122)은 불화수소산을 함유하는 상기 세정액(398) 중에 침지된 다음 질산을 함유하는 다른 세정액(398) 중에 침지될 수 있다. 초음파 발진기(396)는 강도가 1W/㎠ 내지 2W/㎠인 초음파를 발진한다.
세정하고자 하는 가열원(122)은 스텐레스강으로 만들어진다. 가열원(122)은 내경이 1mm이고 외경이 3mm인 복수의 내측 파이프(286)를 가진다. 내측 파이프(286)는 내경이 30mm인 외측 파이프(285) 안에 설치된다. 외측 파이프(285) 속으로는 수소가스가 흐르고, 내측 파이프(286) 속으로는 산소가스가 흐른다. 외측 파이프(285)는 수소 유입관(392)에 연결되고, 모든 내측 파이프(286)는 산소 유입관(394)에 연결된다.
글라스로드(106)가 가열원(122)의 화염에 의해 가열될 때, 가열원(122) 상단의 온도는 400℃ 내지 700℃의 고온으로 상승한다. 따라서 금속 산화물이 가열원(122) 상단의 표면에 생성된다. 가열원(122)이 장기간 사용되면 금속 산화물은 점진적으로 이탈되어 자유 부동입자로 된다.
가열원(122)에 부착된 금속 산화물 입자 또는 유리입자와 같은 이물질 불순물은 글라스로드(106)의 열처리 도중에 이탈될 수 있다. 이들 입자는 글라스로드(106)의 표면에 부착될 수 있으며, 그 경우에 글라스로드(106)의 표면층은 폴리싱 되어야 한다. 글라스로드(106)가 폴리싱되면, 글라스로드(106)의 클래딩과 코어의 직경의 비율이 변하게 된다. 그 결과 글라스로드(106)로 만들어지는 광섬유의 광 투과 특성이 열화(劣化)된다. 따라서 가열원(122)에 부착된 이물질 불순물 및 금속 산화물은 가열원(122)의 세정에 의해 가열원(122)으로부터 제거된다.
초음파 세정장치(404)를 사용하여 가열원(122)을 세정하기 위해서, 먼저 수소 유입관(392) 및 산소 유입관(394)을 외부로 개방한다. 다음에, 가열원(122)을 화염 노즐(390)이 아래쪽을 향하게 한 상태로 세정액(398) 중에 침지시킨다. 외측 파이프(285) 및 내측 파이프(286) 속에 잔존하는 일체의 공기를 수소 유입관(392) 및 산소 유입관(394)을 통해 방출시킨다. 이어서, 외측 파이프(285) 및 내측 파이프(286)를 액의 상단 레벨에 잠기도록 세정액(398) 중에 침지한다. 다음에, 초음파 발진기(396)를 사용하여 초음파를 발진시킴으로써 초음파 세정장치(404)가 가열원(122)을 세정한다. 초음파의 진동수는 10kHz 내지 100kHz 범위이다.
가열원(122)은 초음파 세정장치(404)를 사용하여 세정되었다. 금속 산화물은 글라스로드의 가열에 사용되는 가열원(122)의 스텐레스강 화염 노즐(390) 주위에 존재하였다. 가열원(122)의 화염 노즐(390) 주위의 영역을 세정액(398) 중에 침지하였다. 가열원(122)을 세정하기 위해, 출력이 500W인 초음파 발진기(396)에 의해 진동수가 10kHz 내지 100kHz인 초음파가 30분간 발진되었다. 다음에, 가열원을 초음파 세정장치(404)로부터 꺼내어 가열원(122)의 표면상에 남아있는 세정액(398)을 순수로 세척하였다. 이후에 가열원(122)을 건조시켰다.
외측 파이프(285) 및 내측 파이프(286)의 상단을 검사한 결과 금속 산화물 및 이물질 불순물이 발견되지 않았다. 글라스로드(106)의 표면을 세정된 가열원(122)으로 열처리하였다. 처리된 글라스로드(106)의 총수에 대비한 이물질 불순물이 부착된 글라스로드(106)의 수의 비율은 6%이었다.
비교의 목적에서 글라스로드(106)의 표면을 세정되지 않은 가열원(122)에 의해 열처리하였다. 이 경우에 처리된 글라스로드(106)의 총수에 대비한 이물질 불순물이 부착된 글라스로드(106)의 수의 비율은 15%이었다. 이것은 세정된 가열원(122)에 의해 얻어진 비율보다 큰 수치이다.
앞에서 기술된 바와 같이, 금속 산화물 및 가열원(122) 상단부에 생성되어 부착된 이물질은 초음파 세정장치(404)를 사용하여 가열원(122)을 세정함으로써 제거될 수 있다. 초음파 세정장치(404)로 세정된 가열원(122)을 사용하여 글라스로드(106)를 가열함으로써 글라스로드(106)에 이물질이 적게 부착되어 있으므로 고품질의 프리폼(107)을 얻을 수 있다.
도 55는 프리폼(107)을 드로잉하여 광섬유로 만드는 프리폼 드로잉장치(500)의 구성을 나타낸다. 상기 프리폼 드로잉장치(500)는 프리폼(107)에 용접되는 더미로드(342)를 홀딩하는 척(346), 프리폼(107)을 가열하는 가열수단(348), 프리폼(107)을 가열수단(348)에 공급하는 가동 지지부(movable support)(344), 프리폼(107)으로부터 드로잉된 광섬유(350)의 직경을 측정하는 직경 측정장치(352), 광섬유(350)에 1차 코팅을 실행하는 제1 코팅장치(354), 1차 코팅된 광섬유(350)를 자외선광에 의해 경화시키는 제1 경화장치(356), 광섬유를 2차 코팅하는 제2 코팅장치(358), 2차 코팅된 광섬유(350)를 자외선광에 의해 경화시키는 제2 경화장치(360), 및 광섬유(350)를 감는 견인기(tractor)(362)를 포함한다.
프리폼 드로잉장치(500)를 사용하여 프리폼(107)을 드로잉하여 광섬유(350)로 만들기 위해서는 먼저 프리폼(107)에 용접된 더미로드(342)가 척(346)을 구비한 가동 지지부(344)에 의해 홀딩된다. 시작하는 프리폼(107)의 단부는 가열수단(348)의 소정 위치에 장착되고 프리폼은 가열된다. 프리폼(107)의 팁이 연화되어 낙하하면 낙하된 프리폼(107)의 팁은 포착되고 드로잉되어 직경 측정장치(352)를 통해 통과된다.
광섬유(350)의 직경이 원하는 직경에 도달하면, 광섬유는 제1 코팅장치(354)를 통과함으로써 수지로 1차 코팅된다. 1차 코팅된 광섬유(350)는 다음으로 제1 경화장치(356)를 통과하여 경화된다. 이어서 광섬유(350)는 제2 코팅장치(358)에 의해 2차 코팅되고 제2 경화장치(360)에 의해 경화된다. 광섬유(350)의 직경 및 드로잉속도가 소정의 값에 도달하면 광섬유(350)는 견인기(362)를 통해 도시되지 않은 보빈(bobbin)에 감긴다.
본 발명에 따라 전술한 바와 같은 글라스 모재 제1 연신장치(900) 및 글라스로드 제2 연신장치(111)에 의해 고품질이며 직경의 변동이 거의 없는 프리폼(107)이 제조될 수 있다. 따라서, 글라스 모재 제1 연신장치(900) 및 글라스로드 제2 연신장치(111)에 의해 프리폼 드로잉장치(500)를 사용하여 상기 프리폼(107)을 드로잉함으로써 고품질이며 직경의 변동이 감소된 광섬유가 제조될 수 있다.

Claims (13)

  1. 소정의 진직도(straightness)를 갖는 표준 로드(rod)의 수직 경사도를 조정하는 단계; 및
    글라스로드(glass rod)를 생성하기 위해 상기 수직 경사도가 조정된 표준 로드의 축을 따라 상기 글라스로드의 모재(母材)인 기본 소재를 가열하고 연신(延伸)하는 단계
    를 포함하는 광섬유의 모재인 글라스로드의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기본 소재는 기본 소재를 가열하는 노, 상기 기본 소재를 상기 노에 공급하는 현가기구(hanging mechanism), 상기 글라스로드를 제조하기 위해 상기 표준 로드의 축을 따라 상기 노에 의해 가열된 기본 소재를 잡아 당기는 연신기구(elongating mechanism)를 사용하여 연신되며,
    상기 수직 경사도를 조정하는 상기 단계는
    상기 현가기구에 의해 상기 표준 로드를 홀딩하는 단계; 및
    상기 현가기구에 의해 홀딩된 상기 표준 로드의 수직 경사도를 수직방향으로 조정하는 단계
    를 포함하는 글라스로드의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수직 경사도를 조정하는 상기 단계가
    상기 연신기구에 의해 상기 표준 로드를 홀딩하는 단계; 및
    상기 연신기구에 의해 홀딩된 상기 표준 로드의 수직 경사도를 수직방향으로 조정하는 단계
    를 추가로 포함하는 글라스로드의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수직 경사도를 조정하는 상기 단계가
    상기 현가기구 및 상기 연신기구 양자에 의해 상기 표준 로드를 홀딩하는 단계; 및
    상기 현가기구 및 상기 연신기구 양자에 의해 홀딩된 상기 표준 로드의 수직 경사도를 수직방향으로 조정하는 단계
    를 추가로 포함하는 글라스로드의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기본 소재는 기본 소재를 가열하는 노, 상기 기본 소재를 상기 노에 공급하는 현가기구, 상기 글라스로드를 제조하기 위해 상기 표준 로드의 축을 따라 상기 노에 의해 가열된 기본 소재를 잡아 당기는 연신기구를 사용하여 연신되며,
    상기 수직 경사도를 조정하는 상기 단계는
    상기 연신기구에 의해 상기 표준 로드를 홀딩하는 단계; 및
    상기 연신기구에 의해 홀딩된 상기 표준 로드의 수직 경사도를 수직방향으로 조정하는 단계
    를 포함하는 글라스로드의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수직 경사도를 조정하는 상기 단계가
    상기 연신기구에 의해 상기 표준 로드를 홀딩하는 단계; 및
    상기 현가기구에 의해 홀딩된 상기 표준 로드의 수직 경사도를 수직방향으로 조정하는 단계
    를 추가로 포함하는 글라스로드의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수직 경사도를 조정하는 상기 단계가
    상기 현가기구 및 상기 연신기구 양자에 의해 상기 표준 로드를 홀딩하는 단계; 및
    상기 현가기구 및 상기 연신기구 양자에 의해 홀딩된 상기 표준 로드의 수직 경사도를 수직방향으로 조정하는 단계
    를 추가로 포함하는 글라스로드의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기본 소재는 기본 소재를 가열하는 노, 상기 기본 소재를 상기 노에 공급하는 현가기구, 상기 글라스로드를 제조하기 위해 상기 표준 로드의 축을 따라 상기 노에 의해 가열된 기본 소재를 잡아 당기는 연신기구를 사용하여 연신되며,
    상기 수직 경사도를 조정하는 상기 단계는
    상기 현가기구 및 상기 연신기구 양자에 의해 상기 표준 로드를 홀딩하는 단계; 및
    상기 현가기구 및 상기 연신기구 양자에 의해 홀딩된 상기 표준 로드의 수직 경사도를 수직방향으로 조정하는 단계
    를 포함하는 글라스로드의 제조방법.
  9. 제5항 또는 제8항에 있어서,
    상기 연신기구가 상기 수직 경사도를 조정하는 동안 상기 표준 로드의 길이방향의 대략 중심을 홀딩하는 글라스로드의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 현가기구 및 상기 연신기구 양자에 의해 홀딩된 상기 표준 로드의 수직 경사도를 길이 1m당 약 0.5mm 이하가 되도록 조정하는 글라스로드의 제조방법.
  11. 광섬유의 모재인 글라스로드를 제조하기 위한 장치에 있어서,
    상기 글라스로드의 모재인 기본 소재를 가열하는 노;
    소정의 진직도를 가지는 표준 로드;
    상기 표준 로드의 축을 따라 상기 기본 소재를 상기 노에 공급하는 현가기구; 및
    상기 글라스로드를 제조하기 위해 상기 노에 의해 가열된 상기 기본 소재를 상기 표준 로드의 축을 따라 잡아 당기는 연신기구
    를 포함하고,
    상기 현가기구 및 상기 연신기구 중 적어도 하나가 상기 표준 로드의 축의 수직 경사도를 조정하기 위해 상기 표준 로드를 홀딩하는
    글라스로드의 제조장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 표준 로드가 세라믹으로 만들어지는 글라스로드의 제조장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 표준 로드가 상기 기본 소재의 길이 및 상기 기본 소재의 양단에 용접되는 더미로드(dummy rod)의 길이의 합인 길이를 가지는 글라스로드의 제조장치.
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