KR20040047443A - Furnace for manufacturing optical fibers, having different diameters at inlet and outlet - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광섬유 제조용 로(Furnace)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 로의 입구와 출구 쪽에 위치한 머플튜브의 내경이 서로 상이함으로써 광섬유 모재 가열 공정시에 불활성가스의 급격한 유동을 방지하고 그로 인한 광섬유 모재의 표면의 품질을 향상시킬 수 있는 광섬유 제조용 로에 관한 것이다.The present invention relates to a furnace for manufacturing an optical fiber, and more particularly, because the inner diameters of the muffle tubes located at the inlet and outlet sides of the furnace are different from each other, thereby preventing rapid flow of inert gas during the heating process of the optical fiber base material, and thus The present invention relates to a furnace for manufacturing optical fibers capable of improving the quality of a surface.
일반적으로 광섬유 모재를 제조하는 방법으로 수정화학기상증착법(modified chemical vapor deposition; MCVD)이 사용되고 있는데, 이러한 공법에 따르면, 회전하는 석영 모재 튜브(substrate tube) 내부에 반응가스인 SiCl4, GeCl4, POCl3등을 불어 넣어주면서, 토치로 1600℃이상의 온도로 가열해 준다. 그러면, 모재 튜브 안에서 반응가스들이 반응하여 슈트(반응미립입자)가 생성되고, 생성된 슈트는 토치가 진행하는 방향의 상대적으로 저온 영역으로 이동하여 튜브 내표면에 증착된다. 이러한 슈트는 토치의 가열에 의해 소결되어 투명한 유리층을 형성하게 되고, 이 과정이 반복되면서 튜브 내부에 클래드층과 클래층보다 굴절률이 높은 코어층이 형성된다.In general, modified chemical vapor deposition (MCVD) is used as a method for manufacturing an optical fiber base material. According to this method, reaction gases SiCl 4 , GeCl 4 , and reaction gases are formed inside a rotating quartz substrate tube. While blowing POCl 3 , heat it to a temperature above 1600 ℃ with a torch. Then, the reaction gases react in the substrate tube to generate a chute (reactive particulate), and the resulting chute moves to a relatively low temperature region in the direction in which the torch travels and is deposited on the inner surface of the tube. The chute is sintered by the heating of the torch to form a transparent glass layer. As the process is repeated, a core layer having a higher refractive index than the cladding layer and the cladding layer is formed inside the tube.
균일한 온도로 회전하는 모재 튜브를 가열하는데 한계를 지니고 있는 토치 대신에 밀폐된 로(furnace) 내에서 모재 튜브를 가열함으로써 증착공정을 수행하는 방법이 제안되고 있다. 예를 들어, 로의 입구와 출구를 통해 모재 튜브가 관통하도록 하고, 회전하는 튜브에 대해서 그 튜브의 장방향으로 로를 예컨대 150 mm/min정도의 속도로 이동시키면서 증착공정을 수행하게 된다. 상기 로는 발열체로서 탄소를 사용하게 되는데, 탄소가 고온에서 공기 중에 노출되면 모두 산화되어 연소되고 만다. 따라서, 광섬유 제조 공정 중에 외부로부터 로의 내부로 공기 또는 산소가 유입되는 것을 차단하고, 로 내부의 분위기를 비산화(non-oxidizing) 분위기로 유지시켜야만 한다. 이를 위해, 미국 특허 제5,970,083호에는, 입구와 출구 쪽에 구비된 환형의 분사쳄버를 통해 로 내부로 불활성가스를 분사하는 동시에 분사 슬릿(ring of conduits)을 통해 광섬유 모재의 표면으로 분사된 불활성가스가 원추형의 가스커튼을 형성함으로써 외부로부터 공기가 유입되는 것을 차단하는 기술이 개시되어 있다.A method of performing the deposition process by heating the base tube in a closed furnace has been proposed in place of a torch which has a limitation in heating the base tube rotating at a uniform temperature. For example, the base tube passes through the inlet and the outlet of the furnace, and the deposition process is performed while moving the furnace at a speed of about 150 mm / min in the longitudinal direction of the tube with respect to the rotating tube. The furnace uses carbon as a heating element. When the carbon is exposed to air at a high temperature, all of the furnace is oxidized and burned. Therefore, air or oxygen must be blocked from the outside into the furnace during the optical fiber manufacturing process, and the atmosphere inside the furnace must be maintained in a non-oxidizing atmosphere. To this end, U.S. Patent No. 5,970,083 discloses an inert gas injected into the surface of an optical fiber base material through an injection slit (ring of conduits) while inert gas is injected into the furnace through the annular injection chambers provided at the inlet and outlet sides. A technique for blocking the inflow of air from the outside by forming a conical gas curtain is disclosed.
도 1에는 탄소 가열로를 사용하여 모재 튜브 내에 증착층을 형성시키는 과정을 보여준다. 탄소 가열로(1)의 입구(2)와 출구(3)를 통해 삽입된 석영 모재 튜브(100)를 회전시키면서, 그 내부에는 유입단(101)으로부터 반응가스인 SiCl4, GeCl4, POCl3등을 불어 넣어주면서 1600℃이상의 온도로 가열한다. 그러면, 전술한 바와 같이 모재 튜브 안에서 반응가스들이 반응하여 슈트가 생성되고, 생성된 슈트는 가열로가 진행하는 방향의 앞단에 상대적으로 저온 영역으로 이동하여 튜브 내표면에 증착된다.1 illustrates a process of forming a deposition layer in a base tube using a carbon heating furnace. While rotating the quartz base tube 100 inserted through the inlet 2 and the outlet 3 of the carbon heating furnace 1, therein, the reaction gases SiCl 4 , GeCl 4 , POCl 3 were introduced from the inlet 101. Heat to 1600 ℃ or higher while blowing the lamp. Then, as described above, the reactant gases react in the base tube to generate a chute, and the chute generated is deposited on the inner surface of the tube by moving to a low temperature region relative to the front end of the heating furnace.
상기 가열로(1)의 내부에는 원통형의 탄소 발열체(4)가 상기 모재 튜브(100)를 감싸도록 설치되어 유도가열 또는 전기저항 방식에 의해 가열된다. 상기 탄소 발열체의 산화를 막고 상기 가열로(1) 내부를 비산화분위기로 유지하기 위해 예를들어, 분사통로(5)를 통해 외부로부터 불활성가스가 상기 로 내부로 분사되며, 분사된 불활성가스는 화살표로 도시된 바와 같이 로 내부를 순환한 뒤 로의 입구(2)와 출구(3)를 통해 외부로 배출된다. 이때, 상기 모재 튜브(100)를 감싸는 머플튜브(6)와 커버링부재(7)는 상기 불활성가스가 외부 공기의 유입을 차단할 정도로 충분한 양압을 가진 채로 외부로 배출될 수 있도록 그 흐름을 유도한다.A cylindrical carbon heating element 4 is installed inside the heating furnace 1 so as to surround the base tube 100 and heated by an induction heating or electric resistance method. In order to prevent oxidation of the carbon heating element and maintain the inside of the heating furnace 1 in a non-oxidizing atmosphere, for example, an inert gas is injected into the furnace from the outside through the injection passage 5, and the injected inert gas is As shown by the arrows, the inside of the furnace is circulated and then discharged to the outside through the inlet 2 and the outlet 3 of the furnace. At this time, the muffle tube 6 and the covering member 7 surrounding the base material tube 100 induces the flow so that the inert gas can be discharged to the outside with a positive pressure sufficient to block the inflow of external air.
광섬유 모재의 증착 공정에 있어서, 모재 튜브(100)는 예를 들어 척(8)과 같은 지지부재에 고정 지지된 보조 튜브(100')에 열융착되어서 지지된 채로 회전하게 된다. 이때, 상기 보조 튜브(100')의 직경은 모재 튜브(100)의 직경에 비해서 상대적으로 크다. 그렇지 않고, 상기 보조 튜브(100')의 직경이 모재 튜브(100)의 직경보다 같거나 작은 경우에는, 도시된 바와 같이 배출단(102)에서 미처 배출되지 않고 축적되는 슈트나 불순물 입자(9) 등이 모재 튜브(100) 쪽으로 쉽게 날아가거나 비산되므로 최종 모재 튜브(100) 제품의 불량을 가져올 우려가 있다.In the deposition process of the optical fiber base material, the base material tube 100 is rotated while being supported by heat fusion to the auxiliary tube 100 'fixedly supported by a support member such as, for example, the chuck 8. At this time, the diameter of the auxiliary tube 100 'is relatively larger than the diameter of the base tube 100. Otherwise, when the diameter of the auxiliary tube 100 'is equal to or smaller than the diameter of the base tube 100, the chute or impurity particles 9 accumulated without being discharged from the discharge end 102 as shown in FIG. Since the back is easily blown or scattered toward the base material tube 100, there is a fear that the final base material tube 100 may be defective.
상기 광섬유 모재의 증착 공정에 있어서, 상기 탄소 가열로(1)는 모재 튜브(100)를 가열하면서 배출단(102) 방향으로 이동하게 된다. 그런데, 상기 탄소 가열로(1)가 보조 튜브(100')가 있는 위치까지 이동하게 되면, 모재 튜브(100)의 직경보다 상대적으로 직경이 큰 보조 튜브(100')가 상기 로의 출구(3)를 통해 로 내부로 진입하게 된다. 다시 말해, 보조 튜브(100')의 일부가 상기 로의 커버링부재(7) 또는 머플 튜브(6) 속으로 진입하게 되면, 로 내부에서 유동하는 불활성가스의 흐름에 변화가 생기게 된다. 구체적으로, 직경이 상대적으로 큰 상기 보조 튜브(100')가 출구(3)측의 커버링부재(7) 또는 머플 튜브(6) 속에 놓이면, 그 만큼보조 튜브(100')와 상기 커버링부재(7) 또는 머플 튜브(6) 사이에 형성되는 통로가 좁아지게 되고, 그러면 로 내부에 분사된 불활성가스의 대부분은 상대적으로 통로가 넓은 입구(2) 측의 모재 튜브(100)와 커버링부재(7) 또는 머플 튜브(6) 사이의 공간을 통해 외부로 배출될 것이다. 결국, 이러한 불활성가스의 유동은 입구(2)측에 있는 모재 튜브(100) 표면에서 불안정한 가스 흐름을 조장하게 되어 그 표면이 급속히 산화되거나 연소얼룩(burn-off)이 발생되는 결과를 초래한다.In the deposition process of the optical fiber base material, the carbon heating furnace 1 is moved toward the discharge end 102 while heating the base material tube 100. However, when the carbon heating furnace 1 moves to the position where the auxiliary tube 100 'is located, the auxiliary tube 100' having a diameter larger than the diameter of the base tube 100 is the outlet 3 of the furnace. Will enter into the furnace. In other words, when a part of the auxiliary tube 100 'enters the covering member 7 or the muffle tube 6 of the furnace, a change occurs in the flow of inert gas flowing in the furnace. Specifically, when the auxiliary tube 100 'having a relatively large diameter lies in the covering member 7 or the muffle tube 6 on the outlet 3 side, the auxiliary tube 100' and the covering member 7 are as much as that. Or the passage formed between the muffle tube 6 is narrowed, so that the majority of the inert gas injected into the furnace is the base tube 100 and the covering member 7 on the side of the inlet 2 having a relatively wide passage. Or it will be discharged to the outside through the space between the muffle tube (6). As a result, the flow of the inert gas encourages unstable gas flow on the surface of the base tube 100 on the inlet 2 side, resulting in rapid oxidation of the surface or burn-off.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 광섬유 제조공정에 있어서 입구와 출구에서의 커버링부재 및/또는 머플튜브의 내경이 서로 상이한 탄소 가열로를 채용함으로써 불활성가스의 흐름을 원활하게 유도하여 광섬유 모재 튜브 표면의 산화와 불순물 생성을 방지할 수 있는 광섬유 제조용 로를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and in the optical fiber manufacturing process, by employing a carbon heating furnace having a different inner diameter of the covering member and / or the muffle tube at the inlet and the outlet, the inert gas flow can be smoothly flown. It is an object of the present invention to provide a furnace for manufacturing an optical fiber which can be induced to prevent oxidation and generation of impurities on the surface of an optical fiber base material tube.
본 발명은 아래 도면들에 의해 구체적으로 설명될 것이지만, 이러한 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 것이므로 본 발명의 기술사상이 그 도면에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.The present invention will be described in detail with reference to the following drawings, but these drawings illustrate preferred embodiments of the present invention, and the technical concept of the present invention is not limited to the drawings and should not be interpreted.
도 1은 종래 기술에 따른 탄소 가열로를 이용한 광섬유 모재의 증착 공정을 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a deposition process of an optical fiber base material using a carbon heating furnace according to the prior art.
도 2는 본 발명에 따른 광섬유 제조용 로를 이용한 광섬유 모재의 증착 공정을 나타낸 단면도이다.Figure 2 is a cross-sectional view showing the deposition process of the optical fiber base material using the optical fiber manufacturing furnace according to the present invention.
도 3은 도 2의 III-III 및 III'-III'선에 따른 단면도이다.3 is a cross-sectional view taken along lines III-III and III'-III 'of FIG. 2.
<도면의 주요참조번호에 대한 설명><Description of Major Reference Numbers on Drawing>
10..케이스11..탄소 발열체12..전극10. Case 11. Carbon heating element 12. Electrode
13..단열부재14..관측홀15,15'..머플튜브13. Insulation member 14. Observation hole 15, 15'.Muffle tube
17,17'..커버링부재20..로 입구30..로 출구17,17 '.. covering member 20..Road entrance 30..Road exit
21..제1유동통로22..제2유동통로23..제3유동통로21. First flow passage 22. Second flow passage 23. Third flow passage
100..광섬유모재100'..보조튜브100..Fiber Optic Substrate 100'.Secondary Tube
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 광섬유 제조용 로는, 보조 튜브에 융착 지지되어 회전하는 광섬유 모재 튜브가 관통하는 입구와 출구를 가진 케이스; 상기 케이스 내에서 상기 모재 튜브를 감싸도록 설치되어 이를 가열하는 발열체; 및 상기 케이스의 입구와 출구에 각각 설치되며, 상기 모재 튜브가 삽입되는 중공을 가지는 머플 튜브;를 포함하고, 상기 입구 측에 설치된 머플 튜브와 출구 측에 설치된 머플 튜브의 내경이 서로 상이하다.In order to achieve the above object, a furnace for manufacturing an optical fiber according to the present invention includes a case having an inlet and an outlet through which an optical fiber base tube which is fusion-supported and rotated by an auxiliary tube; A heating element installed to surround the base tube in the case and heating it; And a muffle tube respectively installed at the inlet and the outlet of the case and having a hollow into which the base material tube is inserted. The inner diameters of the muffle tube installed at the inlet side and the muffle tube installed at the outlet side are different from each other.
바람직하게, 상기 모재 튜브보다 상대적으로 직경이 큰 상기 보조 튜브는상기 출구 측에 구비되고, 상기 출구 측에 설치된 머플 튜브의 내경이 상기 입구 측에 설치된 머플 튜브의 내경에 비해 크다.Preferably, the auxiliary tube having a larger diameter than the base material tube is provided on the outlet side, and the inner diameter of the muffle tube provided on the outlet side is larger than the inner diameter of the muffle tube provided on the inlet side.
더욱 바람직하게, 상기 출구 측에 설치된 머플 튜브와 상기 보조 튜브 사이에 형성되는 유동통로와, 상기 입구 측에 설치된 머플 튜브와 상기 모재 튜브 사이에 형성되는 유동통로에서 각각 단위면적당 불활성가스의 유동량이 동일하다.More preferably, the flow amount of the inert gas per unit area is the same in the flow passage formed between the muffle tube and the auxiliary tube provided on the outlet side, and the flow passage formed between the muffle tube and the base tube installed on the inlet side. Do.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면,According to another aspect of the invention,
보조 튜브에 융착 지지되어 회전하는 광섬유 모재 튜브가 관통하는 입구와 출구를 가진 케이스; 상기 케이스 내에서 상기 모재 튜브를 감싸도록 설치되어 이를 가열하는 발열체; 및 상기 케이스의 입구와 출구에서 상기 모재 튜브를 감싸도록 각각 설치되어, 로 내부에 분사된 불활성가스가 상기 모재 튜브와의 사이에 형성되는 유동통로를 통해 외부로 배출되도록 유도하는 커버링부재;를 포함하고,A case having an inlet and an outlet through which the optical fiber base tube which is fused and supported by the auxiliary tube passes therethrough; A heating element installed to surround the base tube in the case and heating it; And a covering member installed at each of the inlet and the outlet of the case to surround the base material tube to guide the inert gas injected into the furnace to be discharged to the outside through a flow passage formed between the base material tube. and,
상기 입구 측에 설치된 커버링부재와 출구 측에 설치된 커버링부재의 내경이 서로 상이한 광섬유 제조용 로가 제공된다.There is provided a fiber manufacturing furnace having a different inner diameter of the covering member provided on the inlet side and the covering member provided on the outlet side.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면,According to another aspect of the invention,
보조 튜브에 융착 지지되어 회전하는 광섬유 모재 튜브가 관통하는 입구와 출구를 가진 케이스; 상기 케이스 내에서 상기 모재 튜브를 감싸도록 설치되어 이를 가열하는 원통형의 탄소 발열체; 상기 탄소 발열체와 접촉하여 전류를 인가하는 전극; 상기 탄소 발열체와 상기 케이스 사이에 설치된 단열부재; 상기 케이스의 입구와 출구에 각각 설치되며, 상기 광섬유 모재가 삽입되는 중공을 가지는 동시에 상기 탄소 발열체의 내경보다 작은 외경을 가져 상기 탄소 발열체의 내부로삽입된 채로 연장 형성된 원통형의 슬리이브가 형성된 머플 튜브; 외부로부터 상기 외측공간부로 불활성가스를 주입시키도록 통로를 제공하는 제1 유동통로; 상기 외측공간부와 탄소 발열체의 내측공간부를 연결하도록 상기 탄소 발열체에 형성되어, 상기 제1 유동통로를 통해 유입된 불활성가스를 상기 내측공간부로 유동시키는 통로를 제공하는 제2 유동통로; 및 상기 탄소 발열체와 상기 머플 튜브 사이에 형성되어 외부로부터 상기 내측공간부로 불활성가스를 주입하는 통로를 제공하는 제3 유동통로;를 포함하고,A case having an inlet and an outlet through which the optical fiber base tube which is fused and supported by the auxiliary tube passes therethrough; A cylindrical carbon heating element installed to surround the base tube in the case and heating the base metal tube; An electrode contacting the carbon heating element and applying a current; A heat insulating member disposed between the carbon heating element and the case; The muffle tube is formed at the inlet and the outlet of the case, respectively, and has a hollow in which the optical fiber base material is inserted and has an outer diameter smaller than the inner diameter of the carbon heating element and is formed while being inserted into the carbon heating element. ; A first flow passage providing a passage for injecting inert gas from the outside into the outer space; A second flow passage formed in the carbon heating element to connect the outer space portion and the inner space portion of the carbon heating element to provide a passage for flowing the inert gas introduced through the first flow passage to the inner space portion; And a third flow passage formed between the carbon heating element and the muffle tube to provide a passage for injecting inert gas from the outside into the inner space portion.
상기 입구 측에 설치된 머플 튜브와 출구 측에 설치된 머플 튜브의 내경이 서로 상이한 광섬유 제조용 로가 제공된다.A furnace for manufacturing an optical fiber having different inner diameters of the muffle tube provided on the inlet side and the muffle tube provided on the outlet side is provided.
바람직하게, 상기 케이스의 입구와 출구에는, 상기 모재 튜브를 감싸서 로 내부에 분사된 불활성가스가 상기 모재 튜브와의 사이에 형성되는 유동통로를 통해 외부로 배출되도록 유도하는 커버링부재가 각각 설치되고, 상기 출구 측에 설치된 커버링부재의 내경이 출구 측에 설치된 커버링부재의 내경보다 크다.Preferably, at the inlet and the outlet of the case, covering members are formed to surround the base tube and guide the inert gas injected into the furnace to be discharged to the outside through a flow passage formed between the base tube and the base tube. The inner diameter of the covering member provided on the outlet side is larger than the inner diameter of the covering member provided on the outlet side.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 보조 튜브에 융착 지지되어 회전하는 광섬유 모재 튜브가 관통하는 입구와 출구를 가진 케이스; 상기 케이스 내에서 상기 모재 튜브를 감싸도록 설치되어 이를 가열하는 발열체; 및 상기 케이스의 입구와 출구에 각각 설치되며, 상기 모재 튜브가 삽입되는 중공을 가지는 머플 튜브;를 포함하고, 상기 출구 측에 설치된 머플 튜브와 상기 보조 튜브 사이에 형성되는 유동통로와, 상기 입구 측에 설치된 머플 튜브와 상기 모재 튜브 사이에 형성되는 유동통로에서 각각 단위면적당 불활성가스의 유동량이 동일한 광섬유 제조용 로가 제공된다.According to another aspect of the invention, the case having an inlet and an outlet through which the optical fiber base material tube fusion-supported and rotated to the auxiliary tube; A heating element installed to surround the base tube in the case and heating it; And a muffle tube installed at each of the inlet and the outlet of the case, the muffle tube having a hollow into which the base material tube is inserted, and formed between the muffle tube and the auxiliary tube installed at the outlet side, and the inlet side. In the flow passage formed between the muffle tube and the base tube is installed in the optical fiber manufacturing furnace is provided the same amount of inert gas per unit area, respectively.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.
도 2에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 제조용 탄소 가열로가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 본 발명의 탄소 가열로는 로의 본체 외관을 이루는 케이스(furnace shell)(10)와 상기 케이스(10) 내부에 설치되며 광섬유 모재 튜브(100)가 삽입되는 중공이 형성된 원통형의 탄소 발열체(graphite heating element)(11)를 포함한다. 상기 케이스(10)에는 모재 튜브(100)가 탄소 저항로 내부로 삽입되는 입구(20)와 그로부터 배출되는 출구(30)가 형성되어 있으며, 바람직하게 상기 케이스(10)는 스테인레스 스틸 등과 같은 금속재로 구성된다.2 shows a carbon heating furnace for producing an optical fiber according to a preferred embodiment of the present invention. Referring to the drawings, the carbon heating furnace of the present invention is a cylindrical carbon having a hollow (10) inside the case (furnace shell) forming the outer appearance of the main body of the furnace and the inside of the case 10 and the optical fiber base tube 100 is inserted Graphite heating element 11 is included. The case 10 has an inlet 20 through which the base tube 100 is inserted into the carbon resistance and an outlet 30 discharged therefrom. Preferably, the case 10 is made of metal such as stainless steel. It is composed.
바람직하게, 상기 탄소 발열체(11)는, 그 중심부 근처로 갈수록 두께가 얇아지는 발열부(11a)를 가지며, 이 발열부(11a)는 후술하는 바와 같이 외부로부터 전류가 인가되면 저항에 의해 집중적으로 발열이 이루어지는 영역이다.Preferably, the carbon heating element 11 has a heat generating portion 11a which becomes thinner toward the center thereof, and the heat generating portion 11a is concentrated by resistance when a current is applied from the outside as described later. It is an area where heat is generated.
상기 탄소 발열체(11)의 입구와 출구 근처 부분은 전극(12)과 접촉되어 이로부터 전류를 공급받는다. 상기 탄소 발열체(11)는 외부로 열이 전달되는 것을 막기 위해 케이스(10)와 탄소 발열체(11) 사이에 개재되는 단열부재(rigid insulation cannister)(13)로 감싸여진다. 바람직하게, 상기 단열부재(13)는 고순도 탄소 펠트(graphite felt)로 이루어진다.Portions near the inlet and outlet of the carbon heating element 11 are in contact with and receive current from the electrode 12. The carbon heating element 11 is wrapped with a thermal insulation cannister 13 interposed between the case 10 and the carbon heating element 11 to prevent heat from being transferred to the outside. Preferably, the heat insulating member 13 is made of high purity carbon felt.
상기 케이스(10)의 일측에는 로 내부의 온도 변화를 감지하기 위해 파이로미터(pyrometer)(40)가 설치된다. 또한, 상기 로의 케이스(10)와 단열부재(13)에는 로 내부의 탄소 발열체(11)의 발열부(11a)와 마주하도록 연통되는 관측홀(sighting hole)(14a)이 형성되며, 상기 관측홀(14a)에는 관측 튜브(14)가 설치되는데, 이 관측 튜브(14)는 상기 파이로미터(40)와 연결되어 있다. 바람직하게, 상기 관측 튜브(14)는 상기 파이로미터(40)와 밀봉 결합되어, 이들 결합부를 통해 외부 공기가 유입되지 못하도록 한다.On one side of the case 10, a pyrometer 40 is installed to detect a temperature change in the furnace. In addition, the case 10 and the heat insulating member 13 of the furnace are provided with a sighting hole 14a communicating with the heat generating portion 11a of the carbon heating element 11 inside the furnace. An observation tube 14 is provided at 14a, which is connected to the pyrometer 40. Preferably, the observation tube 14 is hermetically coupled with the pyrometer 40 to prevent outside air from entering through these couplings.
상기 탄소 발열체(11)의 발열부(11a)로부터 방출된 방사열(radiation)은 상기 관측홀(14a)의 관측 튜브(14)를 통과해 파이로미터(40)에 의해 검출됨으로써 로 내부의 온도를 측정할 수 있게 된다.Radiation emitted from the heat generating portion 11a of the carbon heating element 11 passes through the observation tube 14 of the observation hole 14a and is detected by the pyrometer 40, thereby reducing the temperature inside the furnace. You can measure it.
상기 케이스(10)의 입구와 출구 측에는 모재 튜브(100)가 삽입되는 중공부가 형성된 머플 튜브(muffle tube)(15)(15')가 구비된다. 상기 머플 튜브(15)(15') 역시 로 내부의 고온 분위기에 견디도록 탄소로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 머플 튜브(15)(15')에는, 그 외경이 상기 탄소 발열체(11) 중공부의 내경 보다 작아서 상기 탄소 발열체(11)의 중공 내부로 삽입되어 연장된 슬리이브(15a)(15a')가형성되어 있다. 상기 슬리이브(15a)(15a')의 내경은 상기 모재 튜브(100)의 외경보다 크므로 작업을 하는 동안 모재 튜브(100)는 상기 슬리이브(15a)(15a')를 통과하여 진행하게 된다.The inlet and outlet sides of the case 10 are provided with a muffle tube (15, 15 ') formed with a hollow portion into which the base tube 100 is inserted. The muffle tube 15, 15 'is also preferably made of carbon to withstand the high temperature atmosphere inside the furnace. The outer diameter of the muffle tube 15, 15 'is smaller than the inner diameter of the hollow portion of the carbon heating element 11 so that the sleeve 15a, 15a' is inserted into the hollow of the carbon heating element 11 and extended. It is made. Since the inner diameters of the sleeves 15a and 15a 'are larger than the outer diameters of the base tube 100, the base tube 100 passes through the sleeves 15a and 15a' during operation. .
바람직하게, 상기 슬리이브(15a)(15a')의 단부는 탄소 발열체(11)의 발열부(11a) 근처까지 연장되어 형성되는데, 이것은 불활성 가스의 흐름을 발열부(11a)까지 유도하여 로 내부에서 산화 반응이 억제되도록 하기 위함이다.Preferably, the ends of the sleeves 15a and 15a 'are formed to extend near the heat generating portion 11a of the carbon heating element 11, which induces a flow of inert gas to the heat generating portion 11a to thereby form the inside of the furnace. This is to prevent the oxidation reaction in the.
바람직하게, 로 내부를 비산화 분위기로 유지하고 외부로부터 공기의 유입을 차단하기 위해서 불활성 가스를 공급하고 흐름을 유도하는 유동 통로가 마련될 수 있다. 상기 유동 통로는, 탄소 발열체(11)와 단열부재(13) 사이에 형성되는 공간 즉, 발열부(11a)의 외측공간부(50)로 불활성가스를 주입시키기 위한 제1 유동통로(21)와, 상기 발열부의 외측공간부(50)로부터 상기 탄소 발열체(11)의 중공 내부 즉, 상기 발열부(11a)의 내측공간부(60)로 불활성가스를 유동시키기 위한 제2 유동통로(22)와, 외부로부터 상기 탄소 발열체(11)와 머플 튜브(15) 사이, 바람직하게는, 상기 탄소 발열체(11)와 머플 튜브의 슬리이브(15a)(15a') 사이로 불활성가스를 주입시키기 위한 제3 유동통로(23)로 구성될 수 있다.Preferably, a flow passage for supplying an inert gas and directing the flow may be provided to maintain the inside of the furnace in a non-oxidizing atmosphere and to block the inflow of air from the outside. The flow passage may include a first flow passage 21 for injecting inert gas into a space formed between the carbon heating element 11 and the heat insulating member 13, that is, the outer space portion 50 of the heat generating portion 11a. And a second flow passage 22 for flowing an inert gas from the outer space 50 of the heat generator to the hollow interior of the carbon heating element 11, that is, the inner space 60 of the heat generator 11a. And a third flow for injecting inert gas from the outside between the carbon heating element 11 and the muffle tube 15, preferably between the carbon heating element 11 and the sleeve 15a, 15a ′ of the muffle tube. It may be configured as a passage (23).
더욱 바람직하게, 상기 제1 유동통로(21)는 상기 관측 튜브(14)에 형성된 중공이 될 수 있다. 예를 들어, 상기 관측 튜브(14)의 측면에 인입구(16)가 형성되고 이를 통해 미도시된 가스공급장치로부터 상기 제1 유동통로(21)로 불활성가스를 공급한다. 상기 관측 튜브(14)로 주입된 불활성가스는 화살표로 도시된 바와 같이 상기 발열부의 외측공간부(50)로 유동하게 된다.More preferably, the first flow passage 21 may be a hollow formed in the observation tube 14. For example, an inlet 16 is formed at the side of the observation tube 14 to supply an inert gas from the gas supply device not shown to the first flow passage 21. The inert gas injected into the observation tube 14 flows to the outer space 50 of the heat generating unit as shown by the arrow.
상기 제2 유동통로(22)는 상기 발열부의 외측공간부(50)와 내측공간부(60)를 연결하도록 상기 탄소 발열체(11)의 벽을 관통하여 형성된다. 바람직하게, 상기 제2 유동통로(22)는 탄소 발열체(11)의 발열부(11a)를 제외한 입구 및 출구 근처에 반경 방향으로 관통하도록 형성된다.The second flow passage 22 is formed through the wall of the carbon heating element 11 to connect the outer space portion 50 and the inner space portion 60 of the heat generating portion. Preferably, the second flow passage 22 is formed to radially penetrate near the inlet and the outlet except for the heat generating portion 11a of the carbon heating element 11.
상기 제3 유동통로(23)는 상기 탄소 발열체(11)의 내측면과 머플 튜브(15)(15')의 슬리이브(15a)(15a')의 외측면 사이에 형성된다. 바람직하게, 불활성가스는 탄소 발열체(11)와 머플 튜브(15)(15') 사이에 위치하도록 케이스(10)에 형성된 인입구(31)를 통해 주입되어 상기 제3 유동통로(23)로 공급된다. 이때, 탄소 발열체(11)의 양단에 형성된 제3 유동통로(23)로부터 배출된 불활성가스는 탄소 발열체(11)의 중심부로 분사되어 상호 충돌한 뒤 그 방향이 180도 전환되어 머플 튜브(15)(15')의 내측면과 모재(100) 표면 사이의 공간을 통해 외부로 배출된다.The third flow passage 23 is formed between the inner surface of the carbon heating element 11 and the outer surface of the sleeves 15a and 15a 'of the muffle tubes 15 and 15'. Preferably, the inert gas is injected through the inlet 31 formed in the case 10 so as to be located between the carbon heating element 11 and the muffle tube 15, 15 ′ and is supplied to the third flow passage 23. . At this time, the inert gas discharged from the third flow passage 23 formed at both ends of the carbon heating element 11 is injected into the central portion of the carbon heating element 11 and collided with each other, the direction is changed 180 degrees, the muffle tube 15 It is discharged to the outside through the space between the inner surface of the (15 ') and the base material 100 surface.
또한, 상기 케이스(10)의 입구와 출구에는 상기 모재 튜브(100)를 감싸도록 중공이 형성된 원통형의 커버링부재(17)(17')가 각각 설치된다. 상기 커버링부재(17)(17')는 상기 모재 튜브(100)를 따라 충분히 연장되어, 로 내부로부터 나오는 불활성가스가 대기에 비해 충분한 양압(positive pressure)을 가지고 밖으로 배출될 수 있도록 유도한다. 이러한 구성은 외부로부터 공기가 입구 및 출구를 통해 유입되는 것을 더욱 효과적으로 차단할 수 있다.In addition, at the inlet and the outlet of the case 10, cylindrical covering members 17 and 17 ′ having hollows are formed to surround the base tube 100, respectively. The covering members 17 and 17 'are sufficiently extended along the base tube 100 to induce inert gas from the inside of the furnace to be discharged out with a sufficient positive pressure compared to the atmosphere. This configuration can more effectively block air from entering through the inlet and outlet from the outside.
본 발명에 따르면, 상기 머플 튜브(15)(15') 및/또는 커버링부재(17)(17')의 내경은 입구(20)와 출구(30) 측에서 서로 상이하다. 바람직하게, 반응가스가 유입되는 유입단(101) 즉, 입구(20)측에 있는 머플 튜브(15) 및/또는 커버링부재(17)의 내경(D1)이, 배출단(102) 즉, 출구(30) 측에 있는 머플 튜브(15') 및/또는 커버링부재(17')의 내경(D2)보다 작다. 이것은, 도 2에 도시된 바와 같이, 광섬유 모재 제조 공정 중에 가열로가 이동하여 모재 튜브(100)에 비해 상대적으로 직경이 큰 보조 튜브(100')가 로 내부로 삽입될 경우, 보조 튜브(100')와의 사이에 불활성가스가 유동할 수 있도록 충분한 통로를 확보하기 위함이다.According to the invention, the inner diameters of the muffle tubes 15, 15 ′ and / or the covering members 17, 17 ′ differ from one another on the inlet 20 and outlet 30 sides. Preferably, the inlet end 101, ie, the inner diameter D1 of the muffle tube 15 and / or the covering member 17 at the side of the inlet 20, at which the reaction gas is introduced, is the outlet end 102, that is, the outlet. It is smaller than the inner diameter D2 of the muffle tube 15 'and / or the covering member 17' on the 30 side. As shown in FIG. 2, when the heating furnace moves during the optical fiber base material manufacturing process, and the auxiliary tube 100 ′ having a larger diameter than the base tube 100 is inserted into the furnace, the auxiliary tube 100 is inserted into the furnace. This is to secure sufficient passage for inert gas to flow between ').
도 2의 III-III과 III'-III'선에 따른 단면도를 도시한 도 3을 참조하면, 상대적으로 직경이 큰 출구(30) 측의 머플 튜브(15') 및/또는 커버링부재(17')와 보조 튜브(100') 사이에 형성되는 유동통로의 간격은, 상대적으로 직경이 작은 입구(20) 측의 머플 튜브(15) 및/또는 커버링부재(17)와 모재 튜브(100) 사이에 형성되는 유동통로에 비해서 협소하지 않다. 따라서, 상기 유동통로를 흐르는 단위면적(A1)(A2) 상의 불활성가스 유량은 동일하거나 비슷하게 된다.Referring to FIG. 3, which is a cross-sectional view taken along lines III-III and III'-III 'of FIG. 2, the muffle tube 15' and / or the covering member 17 'on the side of the outlet 30 having a relatively large diameter. ) And the gap between the flow passages formed between the auxiliary tube 100 'is between the muffle tube 15 and / or the covering member 17 and the base tube 100 on the side of the inlet 20 having a relatively small diameter. It is not narrow compared to the flow passage formed. Therefore, the inert gas flow rates on the unit areas A1 and A2 flowing through the flow passage are the same or similar.
반면에, 상기 가열로가 입구(20) 측으로 이동하여 보조 튜브(100')가 상기 머플 튜브(15') 및/또는 커버링부재(17') 내에 놓이지 않을 경우에는, 로의 출구(30) 측에 형성되는 유동통로는 상기 머플 튜브(15') 및/또는 커버링부재(17')와 점선으로 도시된 모재 튜브(100) 사이의 공간이다. 여기서, 상기 유동통로는 입구(20) 측에서 머플 튜브(15) 및/또는 커버링부재(17)와 모재 튜브(100) 사이에 형성된 유동통로에 비하여 넓다. 그러나, 본 발명자의 실험에 따르면 이러한 유동통로의 차이가 전술한 바와 같이 모재 튜브의 산화나 연소얼룩이 발생하지 않는 것으로 나타났는데, 그 이유는 로의 입구와 출구에서 각각 어느 정도 이상의 유동통로가 확보된 상태에서는 어느 한 쪽의 유동통로가 다른 쪽보다 약간 크다고 하더라도 불활성가스의 급격한 난류는 발생하지 않는 것으로 이해되기 때문이다.On the other hand, if the furnace is moved to the inlet 20 side and the auxiliary tube 100 'is not placed in the muffle tube 15' and / or the covering member 17 ', the furnace 30 is at the outlet 30 side. The flow passage formed is a space between the muffle tube 15 'and / or covering member 17' and the base tube 100 shown in dashed lines. Here, the flow passage is wider than the flow passage formed between the muffle tube 15 and / or the covering member 17 and the base tube 100 at the inlet 20 side. However, according to the experiments of the present inventors, such a difference in the flow passage did not appear to cause oxidation or combustion staining of the base tube as described above, because the flow passages at least somewhat secured at the inlet and the outlet of the furnace respectively. This is because it is understood that the abrupt turbulence of inert gas does not occur even if the flow passage on one side is slightly larger than the other side.
본 발명의 효과는 다음 실험예를 통해 더욱 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention will be more clearly understood through the following experimental examples.
실험예Experimental Example
탄소 발열체의 내경 52mm, 발열부의 길이 70mm, 머플 튜브 및 커버링부재의 외경 50mm, 내경 44mm 이다. 또한, 제2 이동통로는 탄소 발열체의 양단으로부터 38mm 지점에 각각 형성되고, 상기 슬리이브의 단부는 발열부까지 연장되어 있다. 위와 같은 구성의 탄소 저항로를 사용하여 상기 제2 유동통로를 통해 유입되는 아르곤 가스의 양 5ℓ/min, 제3 유동통로를 통해 유입되는 아르곤 가스의 양 10ℓ/min이 되도록 하면서, 길이 1,000mm이상, 직경 30mm의 모재를 직경 38mm의 보조 튜브에 융착하여 지지한 후 증착을 수행하였다. 이때, 로의 이송속도는 80∼120mm/min였다.The inner diameter of the carbon heating element is 52 mm, the length of the heating part is 70 mm, the outer diameter of the muffle tube and the covering member is 50 mm, and the inner diameter is 44 mm. Further, the second moving passages are formed at points 38 mm from both ends of the carbon heating element, respectively, and the ends of the sleeves extend to the heating portion. By using the carbon resistance path of the above configuration, the amount of argon gas flowing through the second flow passage 5ℓ / min, the amount of argon gas flowing through the third flow passage 10L / min, more than 1,000mm in length , And a base material having a diameter of 30 mm was fused and supported on an auxiliary tube having a diameter of 38 mm, followed by vapor deposition. At this time, the feed speed of the furnace was 80 ~ 120mm / min.
비교예Comparative example
상기 실험예에 있어서, 로의 입구 측에 위치하는 머플 튜브 및 커버링부재의 내경이 40mm이고, 출구 측에 위치하는 머플 튜브 및 커버링부재의 내경이 44mm인 점을 제외한 나머지 공정 조건은 실험예에서와 동일하다.In the above experimental example, except that the inner diameter of the muffle tube and the covering member located at the inlet side of the furnace is 40mm, the inner diameter of the muffle tube and the covering member located at the outlet side is 44mm is the same as in Experimental Example Do.
위와 같은 조건에서 모재 튜브에 증착을 하면서 로를 20회 왕복 이동시킨 뒤에 모재 튜브 표면의 산화 상태와 연소얼룩을 관찰하였다. 그 결과, 실험예에 비하여 비교예에서 모재 튜브 표면의 산화 상태가 심하게 이루어진 것으로 나타났고, 실험예에서는 연소얼룩을 발견하지 못한 것에 반해 비교예에서는 5∼10cm 영역에 걸쳐 연소 얼룩이 관찰되었다.After the reciprocating of the furnace 20 times while depositing on the base tube under the above conditions, the oxidation state and combustion stain on the surface of the base tube were observed. As a result, it was shown that the oxidation state of the surface of the base material tube was made more severe in the comparative example than in the experimental example. In the experimental example, combustion stains were observed in the range of 5 to 10 cm in the comparative example.
본 발명의 광섬유 제조용 로에 따르면, 로의 입구와 출구 측에 위치한 머플 튜브 및/또는 커버링부재의 내경이 서로 상이함으로써 광섬유 제조공정시에 직경이 상대적으로 큰 보조 튜브가 로 내부로 진입되더라도 불활성가스가 유동할 수 있는 충분한 유동통로를 확보할 수 있게 된다. 따라서, 종래와 같이 불활성가스의 급격한 유동변화로 인해 발생하던 모재 튜브의 표면 산화나 연소 얼룩 등의 발생을 최대한 방지할 수 있다.According to the furnace for manufacturing an optical fiber of the present invention, the inner diameters of the muffle tube and / or the covering member located at the inlet and outlet sides of the furnace are different from each other, so that inert gas flows even when an auxiliary tube having a relatively large diameter enters the furnace during the optical fiber manufacturing process. Sufficient flow passages can be secured. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of surface oxidation, combustion stains, etc. of the base material tube, which is generated due to the rapid flow change of the inert gas as in the prior art.
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