KR20050018082A - 광섬유 제조용 프리폼의 인발을 위한 보조튜브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광섬유 제조용 프리폼의 인발을 위한 보조튜브에 관한 것으로서, 가열로의 탑 디스크에 프리폼의 외경과 동일하게 제작된 보조튜브를 함께 진입하도록 함으로써, 가열로로부터 아르곤가스의 방출량에 변화를 주지 않아 외부로부터의 공기 유입을 방지하여 히터의 산화발생을 방지함은 물론, 연결대의 용접부분 전까지 프리폼의 사용범위를 늘려 광섬유 인발에 대한 수율을 대폭 늘려 프리폼을 경제적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

Description

광섬유 제조용 프리폼의 인발을 위한 보조튜브{A assistant tube for drawing of the preform for manufacturing optical fiber}

본 발명은 광섬유 제조용 프리폼의 인발을 위한 보조튜브에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 가열로(Furnace)로 인입되어 용융공정으로 프리폼으로부터 광섬유를 인발(Drawing)하는 과정에서 있어, 가열로의 탑 디스크(Top disc)로 인입되는 프리폼의 직경 공차의 편차를 없도록 하여 가열로 내부의 히터의 수명을 연장하고, 프리폼으로부터 잔량에 대한 소재의 로스를 최소화하여 광성유 인발에 대한 수율(收率)을 향상할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 광섬유를 제조하는 방법은 두 개의 공정으로 나뉠 수 있으며, 그 중 처음공정으로 1차 모재(母材)를 제작한 후, 로드-인 튜브(Rod-in tube)방법 또는 오버 클래딩(Over cladding)이라 부르는 방법을 거쳐 광섬유 2차 모재(이하, 프리폼(Preform)이라 함)를 제조하며, 나머지 공정은 제조된 프리폼을 소정의 온도로 용융하여 외경이 125㎛인 광섬유로 인발하는 공정으로서 제작된다.

참고로, 상기 프리폼의 인발을 위해 장치의 상부로부터는 가열로에 인입되는 프리폼을 예비 가열해주기 이한 원형의 버너가 설치되며, 상기 가열로는 상부로부터는 프리폼을 안내하기 위한 탑 디스크가 설치되고, 그 내부에 히터가 설치되며, 상기 히터는 그라파이트(Graphite)라는 발열체로서 전원공급에 따라 보통 2000∼2500℃ 정도의 고열을 공급할 수 있는 구조이다.

또한, 상기 가열로의 내부로는 불활성가스(Inert gas)가 주입되며, 이 불활성 가스의 주입은 프리폼의 외주면으로 일어나는 그라파이트의 산화를 방지하고, 열 온도 분포를 균일하게 하는 작용을 하며, 외부로부터의 공기 유입을 차단하기 위한 목적에서 공급된다.

상기 가열로를 통해 프리폼으로부터 인발되는 광섬유는 그 외경을 측정하기 위한 외경측정기, 헬륨가스 방식으로 냉각시키는 냉각기, 광섬유의 외표면에 아크릴수지 또는 실리콘수지로 코팅시키는 코팅기, 그 외에는 자외선 경화장치를 통해 캡tm탄을 거쳐 스플에 감기는 방식으로서 광섬유의 제조공정이 이루어진다.

상기와 같은 광섬유를 인발하기 위한 프리폼(2)은 첨부된 도 1에서 도시된 바와 같이, 그 형상적인 특성상 원통형으로 선단부와 후단부는 라운딩되어 있으며, 일측으로는 장치에 프리폼을 고정하기 위한 소정길이를 갖는 석영소재의 연결대(1)가 가열 접착되는 형상으로서, 상기 연결대(1)부분은 장치에 고정 설치되어 가열로(10)에 진입되는 구조를 갖는다.

첨부된 도 2는 종래의 기술로서, 가열로(10)에 프리폼(2)이 안내되어 히터(12)의 발열로 인해 광섬유를 인발하는 상태를 도시한 단면도이다.

가열로(10)의 상부측 탑 디스크(14)의 안내공(14a)을 수직 안내되는 프리폼(2)은 상부로부터 연결대(1)를 고정하고 척의 회전수단 및 승하강 조정수단(도면에서 생략함)에 의해 회전과 동시에, 하강하면서 진입하여 그 내부에 설치된 히터(12)의 발열로서 용융시켜 프리폼(12)의 선단부분으로부터 125㎛라는 외경의 광섬유(2a)를 인발할 수 있게 된다.

상기 프리폼(2)의 인발이 이루어짐과 동시에, 장치에 의해 점차적으로 하강하는 프리폼은 상기 탑 디스크(14)의 안내공(14a)으로 그 외경이 균일한 상태에서 진입되다가, 연결대(1)와 용접된 부분 전까지만 진입시킬 수 있는 규제조건을 갖는다.

즉, 프리폼(2)의 라운딩부분(2-1)은 상기 탑 디스크(14)의 안내공(14a)으로 진입될 때 있어서 다음과 같은 여러 문제점이 발생된다.

상기 탑 디스크(14)의 안내공(14a)으로는 가열로(10)의 내부로부터 아르곤가스(A)가 프리폼(2)의 외경과 안내공의 직경사이에서 유출되어 외부의 공기의 진입을 방지하는 상태가 되는데, 상기 프리폼(2)의 종단부분에 해당하는 라운딩부분(2-1)이 상기 안내공(14a)에 진입함에 따라 아르곤가스(A)의 흐름에 변화를 주게 된다.

다시 말하면, 아르곤가스(A)의 흐름에 대한 외부공기의 유입으로 그 내부적으로 용융되어 인발되는 광섬유(2a)의 클래드 외경의 공차에 변화를 주어 케이블로서의 적당치 못한 불량요인이 된다. 일 예로, 상기 프리폼(2)의 직경과 탑 디스크(14)의 안내공(14a)과의 공차가 3mm의 차이가 발생된다면, 이때 변화하는 클래드 외경의 변화량은 ±5㎛으로서 광섬유가 갖는 공차 ±1㎛ 에 비해 왜곡이 심하여 제품으로서의 사용이 불가능해 진다.

또한, 상기와 같은 경우에 의해 가열로 내부에 공기가 유입되는 상태에서는 그라파이트 발열체인 히터(12)에 산화발생을 초래하여 히터의 수명을 단축시키는 문제점이 있었다.

즉, 상기와 같은 점으로 프리폼(2)은 주어진 그대로 100%사용할 수 없기 때문에, 광섬유 인발작업이 종료되는 시점에서는 프리폼의 100mm(1.0㎏)의 로스(loss)발생(35F.km)으로 최초 프리폼 소재의 100%에서 8.8%가 남게되어 정상적인 광섬유로 인발하는 총 수율은 70%정도로서 소재가 항상 남게되는 비경제적인 점이 있었다.

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 가열로(Furnace)로 인입되어 용융공정으로 프리폼으로부터 광섬유를 인발(Drawing)하는 과정에서 있어, 가열로의 탑 디스크(Top disc)로 인입되는 프리폼의 직경 공차의 편차를 없도록 하여 가열로 내부의 히터의 수명을 연장하고, 프리폼으로부터 잔량에 대한 소재의 로스를 최소화하여 광섬유 인발에 대한 수율(收率)을 향상시킬 수 있는 보조튜브를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 일측에 연결대가 용접된 프리폼을 내부에 히터가 설치된 가열로의 상부측 탑 디스크측 안내공으로 진입시켜 용융으로서 광섬유를 인발 하도록 한 것에 있어서, 상기 탑 디스크의 안내공에 프리폼의 외경과 동일한 직경을 갖는 원통형 보조튜브가 안내 설치되고, 상기 보조튜브는 중앙에 상기 연결대가 관통되기 위한 내경을 갖고, 내경의 선단에는 프리폼의 연결지점인 라운딩부분을 안내하기 위한 경사면이 형성되며, 상기 탑 디스크의 안내공에 걸려 지지되도록 외측둘레에 지지턱이 적어도 하나이상 돌출 형성된 것이 특징이다.

이하, 첨부된 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도 3은 본 발명인 프리폼의 인발을 위한 보조튜브를 도시한 사시도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 가열로에 보조튜브와 함께 프리폼이 안내되는 상태를 도시한 종단면도이다.

본 발명은 일측에 연결대(1)가 용접된 프리폼(2)을 내부에 히터(12)가 설치된 가열로(10)의 상부측 탑 디스크(14)측 안내공(14a)으로 진입시켜 용융으로서 광섬유(2a)를 인발 하도록 한 것에 있어서, 상기 가열로(10)의 상측에 설치된 탑 디스크(14)의 안내공(14a)으로는 상기 프리폼(2)의 외경과 동일한 직경을 갖는 원통형의 보조튜브(20)가 안내 설치된다.

상기 보조튜브(20)는 석영소재로 제작되며, 중앙에 상기 연결대(1)가 관통되기 위한 내경(21)을 갖고, 내경(21)의 선단에는 프리폼(2)의 연결지점인 라운딩부분(2-1)을 안내하기 위한 경사면(22)이 형성되며, 상기 탑 디스크(14)의 안내공(14a)에 걸려 지지되도록 외측둘레에 지지턱(23)이 적어도 하나이상 돌출 형성된다.

상기 보조튜브(20)의 길이에 대해 지지턱(23) 위치는 보조튜브(20)의 선단이 상기 탑 디스크(14)의 안내공(14a)을 통과되는 시점부터 가열로(10) 내부에 설치된 히터(12) 전에서 보조튜브(20)의 진입이 정지되도록 하는 위치에 형성됨이 바람직하다.

도면중 미설명 부호 (A)은 가열로(10) 내에 주입되는 아르곤가스를 나타낸 것으로, 도시된 화살표는 아르곤가스의 흐름을 표시한 것이다.

또한, (11)은 가열로(10)의 저면에 형성되어 광섬유(2a)가 인발되어 나가는 통로를 나나낸 것이다.

상기와 같이 보조튜브가 적용된 본 발명에 다른 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 가열로(10)의 상부측 탑 디스크(14)의 안내공(14a)을 수직 안내되는 프리폼(2)은 주어진 보조튜브(20)의 내경(21)에 프리폼(2)과의 용정되어 장치에 연결되는 연결대(1)를 관통한 상태에서 장치에 프리폼(2)과 함께 보조튜브(20)를 설치한 상태에서 가열로(10)에 진입할 수 있도록 한다.

상기 연결대(1)는 장치로부터 척의 회전수단 및 승하강 조정수단(도면에서 생략함)에 의해 회전과 동시에 하강하면서 진입하고, 진입에 의해 가열로(10) 내부에 설치된 히터(12)의 발열작용으로서 프리폼(2)의 선단부위를 용융하여 125㎛라는 외경의 광섬유(2a)를 가열로(10)의 하부에 형성된 통공(11)을 통해 인발할 수 있게 된다.

상기 프리폼(2)의 인발이 이루어짐과 동시에, 장치에 의해 점차적으로 하강하는 프리폼(2)은 보조튜브(20)에 의해 상기 탑 디스크(14)의 안내공(14a)으로 그 외경이 균일한 상태에서 진입할 수 있다.

상기 프리폼(2)의 용융으로 연속적으로 광섬유(2a)가 인발되는 과정에서 프리폼(2)과 함께 보조튜브(20)가 진입하게 된다.

상기 프리폼(2)의 외경과 보조튜브(20)의 외경은 동일한 직경으로서 상기 보조튜브(20)가 탑 디스크(14)의 안내공(14a)으로 지나는 상태에서는 상기 프리폼(2)의 연결부분인 라운딩부분(2-1)이 보조튜브(20)의 선단측 내경(21)의 경사면(22)에 안내된 상태로서 프리폼(2)의 직경변화에 따른 가열로(10) 내부로부터의 아르곤가스(A) 변화량에 아무런 영향을 주지 않게 되어 직경차이로 인해 진입상태에서 외부로부터의 공기의 유입발생을 방지할 수 있게 된다.

상기와 같은 상태는 가열로(10)로부터 아르곤가스(A)의 주입량에 변화를 주지않는 일정량의 연속 공급이 이루어지는 상태이다.

상기와 같은 상태로 진입되는 보조튜브(20)는 소정의 시점에서 더 이상 진입되지 않게 되고, 이때부터는 상기 보조튜브(20)의 내경(21)측 경사면(22)으로부터 프리폼(2)을 연결하는 연결대(1)의 연속적인 진입으로서, 프리폼(2)의 라운딩부분(2-1) 즉, 연결대(1)와 용접된 부분까지 상기 히터(12) 내에 진입하기 전까지 안내할 수 있게 된다.

상기와 같이 보조튜브(20)의 진입의 제어는 그 외측둘레에 형성된 지지턱(23)에 의해 걸려 진입이 방지되고, 보조튜브(20)의 내경(21)측 경사면(22)으로부터 연결재의 진입으로 이격되는 프리폼(2)의 라운딩 부분은 이미 상기 탑 디스크(14)의 안내공(14a)을 벗어난 시점으로서, 상기 안내공(14a)을 통해 방출되면서 외부의 공기 유입을 차단하는 아르곤 가스의 변화에는 아무런 영향을 주지 않게 된다.

다시 말하면, 상기 보조튜브(20)의 진입의 제동은 보조튜브(20)의 외측둘레에 설치된 지지턱(23) 부분이 상기 탑 디스크(14)의 안내공(14a)의 상면으로부터 걸려 지지되는 상태에서 프리폼(2)만의 진입이 이루어지는 것이다.

즉, 상기 보조튜브(20)의 길이방향에 대한 지지턱(23)의 위치는 프리폼(2)과 함께 보조튜의 선단이 밀착된 상태에서 탑 디스크(14)의 안내공(14a)을 완전히 보조튜브(20)의 외경이 통과하는 시점에서 더 이상 진입이 이루어지지 않는 위치에서 보조튜브(20)가 지지되는 상태라면, 상기 보조튜브(20)가 가열로(10) 내로 진입한 상태에서는 이때 보조튜브(20)와 별도로 프리폼(2)의 하강동작으로서 광섬유(2a)의 최대 사용범위(연결대(1)와 용접된 부위) 전까지 히터(12)에 진입시켜 용융시킬 수 있다.

참고로, 상기 지지턱(23)은 보조튜브(20)에 일체로 형성된 것으로서, 외측둘레에 보통 2개 또는 3개 정도로 형성되어 불활성가스인 아르곤가스(A)가 방출되는 량에 지장을 주지 않는 범위에서 형성된 것으로서, 아르곤 가스의 방출은 상기 탑 디스크(14)의 안내공(14a)을 통해 지지턱(23)과 지지턱(23) 사이를 통해 방출되는 것이다.

상기와 같이 프리폼(2)의 연결대(1)의 용접부분까지 근접 진입하는 프리폼(2)은 광섬유(2a)를 인발할 수 있는 길이를 기존에 비해 총 수율을 95%까지 향상시킬 수 있으며, 광섬유(2a)의 인발에 따른 길이는 기존의 프리폼(2) 사용범위를 넘어 23% 증가시킬 수 있다.

상기 보조튜브(20)는 프리폼(2)의 인발과정이 완료된 상태에서 장치의 가동이 정지하는 상태가 되며, 탑 디스크(14)로부터 연결대(1)와 함께 후진시켜 제거한 후, 다음공정에 프리폼(2)을 장착하여 재 사용할 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명은 가열로의 탑 디스크에 프리폼의 외경과 동일하게 제작된 보조튜브를 함께 진입하도록 함으로써, 가열로로부터 아르곤가스의 방출량에 변화를 주지 않아 외부로부터의 공기 유입을 방지하여 히터의 산화발생을 방지함은 물론, 연결대의 용접부분 전까지 프리폼의 사용범위를 늘려 광섬유 인발에 대한 수율을 대폭 늘려 프리폼을 경제적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 광섬유를 제조하기 위한 프리폼과 프리폼을 연결하기 위한 연결대를 도시한 사시도 ,

도 2는 종래 프리폼을 가열로에 안내하여 광섬유를 인방하는 상태를 도시한 종단면도,

도 3은 본 발명인 프리폼의 인발을 위한 보조튜브를 도시한 사시도,

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 가열로에 보조튜브와 함께 프리폼이 안내되는 상태를 도시한 종단면도.

◎ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ◎

1: 연결대 2: 프리폼

2-1: 라운딩부분 2a: 광섬유

10: 가열로 12: 히터

14: 탑디스크 14a: 안내공

20: 보조튜브 21: 내경

22: 경사면 23: 지지턱

Claims (3)

1. 일측에 연결대(1)가 용접된 프리폼(2)을 내부에 히터(12)가 설치된 가열로(10)의 상부측 탑 디스크(14)측 안내공(14a)으로 진입시켜 용융으로서 광섬유(2a)를 인발 하도록 한 것에 있어서,

   상기 탑 디스크(14)의 안내공(14a)에 프리폼(2)의 외경과 동일한 직경을 갖는 원통형 보조튜브(20)가 안내 설치되되, 상기 보조튜브(20)는 중앙에 상기 연결대(1)가 관통되기 위한 내경(21)을 갖고, 내경(21)의 선단에는 프리폼(2)의 연결지점인 라운딩부분(2-1)을 안내하기 위한 경사면(22)이 형성되며, 상기 탑 디스크(14)의 안내공(14a)에 걸려 지지되도록 외측둘레에 지지턱(23)이 적어도 하나이상 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 광섬유 제조용 프리폼의 인발을 위한 보조튜브.
2. 제1항에 있어서, 상기 보조튜브(20)의 길이에 대해 지지턱(23) 위치는 보조튜브(20)의 선단이 상기 탑 디스크(14)의 안내공(14a)을 통과되는 시점부터 가열로(10) 내부에 설치된 히터(12) 전에서 보조튜브(20)의 진입이 정지되도록 한 것을 특징으로 하는 광섬유 제조용 프리폼의 인발을 위한 보조튜브.
3. 제1항에 있어서, 상기 보조튜브(20)는 석영소재로 형성된 것을 특징으로 하는 광섬유 제조용 프리폼의 인발을 위한 보조튜브.