KR20040094135A - 다공질 유리 모재 제조용 챔버 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는 소결ㆍ투명 유리화에 의해, 기포를 포함하지 않은 광섬유용 유리 모재가 얻어지는 다공질 유리 모재를 보다 안정되게 제조할 수 있는 다공질 유리 모재 제조용 챔버를 제공하는 것이다.

화염 가수 분해 반응에 의해 합성되는 유리 미립자를 퇴적시켜 광섬유용 다공질 유리 모재를 제조하기 위한 챔버이며, 상기 챔버(1)의 외부 표면을 단열재(9)로 덮는 것을 특징으로 한다.

Description

다공질 유리 모재 제조용 챔버{CHAMBER FOR MANUFACTURING POROUS GLASS PREFORM}

본 발명은 유리 미립자를 퇴적시켜 광섬유용 다공질 유리 모재를 제조하는 장치에 관한 것으로, 특히 고품질인 광섬유 모재를 안정되게 제조할 수 있는 다공질 유리 모재 제조용 챔버에 관한 것이다.

광섬유용 유리 모재의 제조 방법에는 수직축 부착(VAD)법에 의해 제조한 다공질 유리 모재를 소결하여 투명 유리화하는 방법이 있다.

VAD법은 도2에 도시한 바와 같이 챔버(1) 내에서 유리 미립자 합성용 버너(2)의 화염(3)에 의해, 유리 원료의 화염 가수 분해 반응으로 생성하는 유리 미립자를 타겟 막대(4)에 퇴적시키는 방법이다. 타겟 막대(4)는 도시를 생략한 구동 장치에 의해 회전되거나, 또는 상승하도록 배치되어 있다.

버너(2)는 타겟 막대(4)의 선단부를 향해 배치되고, SiCl₄, GeCl₄등의 유리 원료 공급 장치, H₂등의 연소용 가스 공급 장치, 및 0₂등의 조연성 가스 공급 장치에 접속되어 있다.

버너(2)로부터 유리 원료, 연소용 가스 및 조연성 가스를 챔버(1) 내에 분출하고, 화염(3) 속에서 유리 원료를 가수 분해 반응시켜 유리 미립자를 합성하고, 이를 타겟 막대(4)에 부착 퇴적시킴으로써, 다공질 유리 모재(5)가 형성된다. 퇴적 중, 다공질 유리 모재(5)는 그 성장에 맞추어, 외부에 설치된 구동 장치에 의해 샤프트(6)를 거쳐서 회전하면서 인상된다. 부착 퇴적되지 않았던 남은 유리 미립자(7)는 버너(2)의 선단부 연장선 상에 설치된 배기 장치(8)를 통하여 챔버(1) 밖으로 배출된다.

버너 화염 속에서 생성된 유리 미립자는 타겟 막대에 부착하지만, 일부는 부착하지 않고 배기 장치에 의해 시스템 밖으로 배출되거나, 챔버 내에 체류하여 내벽에 부착한다. 챔버 내벽에 부착한 유리 미립자는 서로 결합하여 2차 입자를 형성하고, 어느 크기에 도달하면 내벽으로부터 박리하여, 낙하한다. 이 2차 입자가 버너 화염 속에 낙하하면 화염을 흩어지게 하여, 다공질 유리 모재의 안정된 성장을 방해한다는 문제가 있었다. 이 현상은 다공질 유리 모재가 대형이 될수록 현저해졌다.

또한, 박리한 2차 입자가 퇴적 중인 다공질 유리 모재의 표면에 부착하면, 다공질 부재 내로 공극의 기점이 되며, 소결하여 투명 유리화한 유리 모재 중에 기포를 발생시키는 경우가 있었다. 유리 모재 중에 기포가 존재하면, 이를 선을 그어 얻게 되는 광섬유에 외경 이상을 초래하거나, 혹은 기포 부위에서 단선하거나, 혹은 전파하는 빛이 산란되어 전송 손실이 커지는 등의 문제를 발생시키고 있었다.

따라서, 기포의 발생을 막거나, 또는 안정되게 다공질 유리 모재를 성장시키기 위해서는, 챔버 내벽에 부착된 유리 미립자의 박리를 억제할 필요가 있다.

유리 모재 속에 생기는 기포를 억제하기 위해, 챔버 전체를 히터로 200 ℃ 이상으로 가열하여 제조하는 방법(일본 특허 공개 소62-162642호 공보 참조)이나, 챔버의 유리 미립자 퇴적점보다 상부에 상당하는 부분은 가열하고, 하부에 상당하는 부분은 냉각하여 제조하는 방법(일본 특허 공개 소62-162643호 공보 참조)이 제안되어 있다.

그러나, 이들 방법은 챔버의 본체 혹은 그 외측으로 가열 장치 또는 냉각 장치를 조립 온도 제어를 행하는 것이며, 장치의 제조 비용이 높아지는 데다가, 기대하는 만큼의 효과를 얻을 수 없었다.

본 발명은 상기 사정에 비추어, 소결ㆍ투명 유리화에 의해, 기포를 포함하지 않은 광섬유용 유리 모재가 얻어지는 다공질 유리 모재를 보다 안정되게 제조할 수 있는 다공질 유리 모재 제조용 챔버를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

도1은 본 발명의 다공질 유리 모재 제조용 챔버를 도시한 개략 단면도.

도2는 종래의 다공질 유리 모재 제조용 챔버를 도시한 개략 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 챔버

2 : 버너

3 : 화염

4 : 타겟 막대

5 : 다공질 유리 모재

6 : 샤프트

7 : 유리 미립자

8 : 배기 장치

9 : 단열재

본 발명의 광섬유용 다공질 유리 모재 제조용 챔버는 화염 가수 분해 반응에 의해 합성되는 유리 미립자를 퇴적시켜 광섬유용 다공질 유리 모재를 제조하기 위한 챔버이며, 상기 챔버의 외부 표면을 단열재로 덮는 것을 특징으로 한다. 또, 단열재로 덮힌 부분이 적어도 챔버의 상면을 포함하거나 또는 전체 챔버 외부 표면의 3분의 1 이상으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다공질 유리 모재 제조용 챔버의 형태에 대해, 도면에 의거하여 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 형태에 한정되지 않고, 여러 가지 태양이 가능하다.

도1은 본 발명의 다공질 유리 모재 제조용 챔버의 일예를 도시한 개략 단면도이며, 챔버(1) 내에 현수된 타겟 막대(4)의 선단부에 유리 미립자가 퇴적되어, 다공질 유리 모재(5)가 형성된다. 다공질 유리 모재(5)는 퇴적 중, 외부에 설치된 구동 장치에 의해 샤프트(6)를 거쳐서 회전하면서 인상된다.

유리 미립자 합성용의 버너(2)는 타겟 막대(4)의 선단부를 향해 배치되고,유리 원료(SiCl₄, GeCl₄등), H₂및 0₂의 각 공급 장치에 접속되어 있다. 부착 퇴적하지 않았던 남은 유리 미립자(7)는 배기 장치(8)를 통하여 챔버(1) 밖으로 배출된다.

본 발명은 이러한 구성으로 이루어지는 챔버(1)의 외측을 단열재(9)로 덮음으로써, 버너 화염으로부터의 복사열을 이용하여 챔버 내벽의 온도를 고온으로 유지하는 것이다. 이 때, 챔버에는 석영 유리 등의 고내열성의 재료를 이용하는 것이 바람직하다.

유리 미립자는 챔버 내벽의 상부에 많이 부착되므로, 적어도 챔버의 상면은 단열재로 덮기로 한다. 이 때, 챔버의 전체 표면적의 3분의 1 이상을 단열재로 덮도록 하는 것이 바람직하다. 또, 3분의 1 미만에서는 원하는 효과를 얻을 수 없다.

본 발명에 있어서 사용 가능한 단열재로서, 예를 들어 세라믹 섬유, 유리 섬유, 발포 성형재, 카본 섬유 성형재 등, 단열 성능이 1000 ℃ 정도인 것을 들 수 있다. 또한, 부설하는 단열재의 두께는 각 단열재의 단열 성능에도 의존하지만, 5 내지 30 ㎜ 정도가 바람직하고, 5 ㎜ 미만으로서는 보온 효과가 작고, 30 ㎜를 넘으면 보온 효과에 비해서는 비용이 비교적 높아진다.

본 발명에 따르면, 챔버의 외벽을 단열재로 덮음으로써 챔버 내벽이 고온으로 유지되므로, 챔버 내벽에 부착된 유리 미립자는 서로 강하게 결합한 상태에 있다. 따라서, 2차 입자의 박리는 억제되어, 박리한 2차 입자에 의해 버너 화염이흐트러지거나, 다공질 부재에 부착되어 얻게 되는 유리 모재에 기포를 발생시키는 것을 억제할 수 있다.

또한, 종래의 히터로 챔버의 기기 벽을 가열하여 온도를 제어하는 방법은 히터의 출력 조정에 의해, 히터 근방의 기기 벽은 팽창-수축이 빈번하게 반복된다. 이 때문에, 히터 근방의 기기 벽에 부착되어 있는 유리 미립자는 박리하기 쉬운 상태에 있다.

본 발명에 따르면, 챔버의 외벽을 단열재로 덮기 때문에, 이러한 현상은 일어나지 않으며, 기기 벽에 적합하고, 박리는 억제된다.

<제1 실시예>

다공질 유리 모재 제조용 챔버의 상면을 포함하여 전체 표면적의 3분의 2를, 두께 20 ㎜의 세라믹 섬유제 단열재로 덮었다. 유리 미립자의 퇴적 중, 챔버의 외벽 온도는 400 ℃ 이상의 고온으로 유지되었다.

이 챔버를 이용하여, 다공질 유리 모재의 제조를 5회 행한 결과, 5회 모두 2차 입자가 박리되는 일 없이, 1600 ㎜의 길이까지 인상할 수 있었다.

이 다공질 유리 모재를 소결ㆍ투명 유리화한 유리 모재 중에, 2차 입자의 부착을 원인의 기포는 인정을 받을 수 없었다.

<제1 비교예>

단열재로 덮어져 있지 않은 챔버를 이용한 이외에는, 제1 실시예와 동일한 조건으로 다공질 유리 모재의 제조를 행하였다. 유리 미립자의 퇴적 중, 챔버의 외벽 온도는 250 ℃였다.

이 챔버를 이용하여, 다공질 유리 모재의 제조를 10회 행한 결과, 10회 모두 약 1200 ㎜ 인상한 시점에서, 챔버 내벽에 부착되어 있었던 유리 미립자가 박리되어 버너 화염 속에 낙하하고, 그 중 2회는 화염의 혼란을 야기시켜, 안정되게 퇴적을 계속할 수 없게 되었다. 또한, 제조한 다공질 유리 모재를 소결ㆍ투명 유리화한 유리 모재의 전체 개수에 2차 입자의 부착이 원인인 다수의 기포나 이물이 확인되었다.

<제2 비교예>

챔버 전체를 덮도록, 외벽에 따라서 히터가 설치된 장치를 이용하고, 챔버의 외벽 온도를 300 ℃에서 제어한 이외에는, 제1 실시예와 동일한 조건에서 다공질 유리 모재의 제조를 행하였다.

이 챔버를 이용하여, 다공질 유리 모재의 제조를 행한 결과, 약 1500 ㎜ 인상한 시점에서 2차 입자의 낙하에 의한 거품도 보였다. 제1 비교예보다는 좋은 결과이지만, 본 발명의 챔버를 이용하여 제조한 다공질 유리 모재보다는 뒤떨어지고, 또한 장치 비용도 매우 커졌다.

본 발명은 챔버에 단열재를 설치함으로써, 챔버의 내벽 온도를 고온에서 안정되게 보유 지지할 수 있고, 챔버에 부착된 유리 미립자의 박리를 억제함으로써, 다공질 유리 모재를 안정되게 성장시킬 수 있고, 또한 용이하게 기포의 발생을 방지할 수 있다.

Claims (4)

1. 화염 가수 분해 반응에 의해 합성되는 유리 미립자를 퇴적시켜 광섬유용 다공질 유리 모재를 제조하기 위한 챔버이며,

   상기 챔버의 외부 표면을 단열재로 덮는 것을 특징으로 하는 다공질 유리 모재 제조용 챔버.
2. 제1항에 있어서, 단열재로 덮힌 부분이 적어도 챔버의 상면을 포함하고, 또 전체 챔버 외부 표면의 3분의 1 이상인 것을 특징으로 하는 다공질 유리 모재 제조용 챔버.
3. 제1항에 있어서, 챔버가 석영 유리제인 것을 특징으로 하는 다공질 유리 모재 제조용 챔버.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 다공질 유리 모재 제조용 챔버를 이용하여 다공질 유리 모재를 제조하는 것을 특징으로 하는 방법.