KR20050031885A - 광섬유 모재의 연신 방법 및 그 방법으로 연신된 광섬유모재 - Google Patents

Abstract

모재 잉곳으로부터 구부러짐을 수정하는 공정을 필요로 하지 않는 모재 로드가 얻어지는, 광섬유 모재의 연신 방법을 제공한다.

모재 잉곳을 이보다 작은 직경의 모재 로드로 연신하여 광섬유 모재를 제조하는 방법에 있어서, 모재 잉곳의 수평면 내에 있어서의 넥다운의 위치가 목표 위치에 있도록 제어 위치를 제어하면서 연신하고, 연신된 모재 로드의 구부러짐의 방향과 구부러짐량을 계측하고, 그 결과에 근거하여 목표 위치를 조정하는 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 넥다운의 위치를 목표 위치로 제어하는 데는, 모재 잉곳의 스윙부의 위치를 조정하면 좋고, 예를 들면, 스윙부의 위치를 XY 방향, 특히, 계측한 구부러짐이 볼록 형상을 나타내고 있는 방향으로 이동하면 좋다.

Description

광섬유 모재의 연신 방법 및 그 방법으로 연신된 광섬유 모재{Method for drawing a preform and the preform drawn by the method}

본 발명은, 광섬유 모재의 제조 방법, 특히 광섬유용 모재 잉곳을 이보다 작은 직경의 모재 로드로 연신하는 연신 공정에 있어서, 연신 후의 광섬유 모재 로드의 구부러짐을 저감시키는 광섬유 모재의 제조 방법에 관한 것이다.

모재 잉곳을 이보다 작은 직경의 모재 로드로 연신하여 광섬유 모재를 제조하는 방법에 대해서는, 모재 잉곳을 전기로로 가열하고, 연화시키면서 가열 용해부의 외경을 외경 측정기 등으로 측정하고, 그 측정값에 근거하여 모재 로드의 인출 속도를 제어하는 방법이 취해지고 있다. 이 방법으로 연신하여 얻어지는 모재 로드에는, 연신로 내의 온도 분포나 모재 잉곳의 고정(set) 상태에 의해 구부러짐을 발생시키는 것이 있다.

이 대책으로서, 일본국 특허공개공보 평성 09-030825호(특허문헌 1)나 일본국 특허공개공보 평성 09-030827호(특허문헌 2)에서는, 연신 장치에 고정시킨 모재 잉곳의 중심축선과 연신 장치의 축 중심의 편차량을 측정하고, 그 편차량에 근거하여 모재 잉곳의 중심축선이 연신 장치의 축 중심과 일치하도록, 모재 잉곳의 파지 각도를 변경하거나, 모재 잉곳의 위치를 이동시킴으로써 모재 잉곳의 위치를 수정하면서 연신하는 방법이 나타나 있다. 또, 일본국 특허공개공보 2000-247664호(특허문헌 3)에서는, 연신 중의 구부러짐량을 측정하고, 모재 로드 인출 롤러의 좌우의 회전수를 조정하여 구부러짐을 줄이는 방법이 나타나 있다.

모재 잉곳의 위치를 연신 장치의 소정의 위치로 제어하는 특허문헌 1, 2의 방법은, 모재 잉곳을 매달아드리우는(swing) 부분이나 연신한 모재 로드를 인출하는 부분의 위치가, 히터 교환 등의 유지 · 보수에 의해 시간에 따라 변화하는 것, 및 히터나 단열재의 주위 방향의 온도 분포나 노 내의 기류에 편향이 생기는 등의 이유에 의해, 목표 위치로 모재 잉곳을 제어하여도, 또한 구부러짐이 발생한다고 하는 문제가 있었다. 또, 특허문헌 3의 롤러의 회전수를 조정하는 방법은, 롤러의 방향 이외의 방향에의 구부러짐을 수정할 수 없다고 하는 문제가 있었다.

이와 같이 연신으로 구부러짐이 생긴 모재 로드는, 광섬유의 인선(引線)을 할 때의 작업성 및 광섬유 특성의 안정성을 크게 해치므로, 이 구부러짐이 발생한 모재 로드는, 광섬유의 인선을 함에 즈음하여, 미리 이 구부러짐을 수정하는 공정이 필요하게 된다. 그러나, 이 작업은 생산 효율을 크게 저하시킨다고 하는 불이익이 있기 때문에, 보다 모재 로드에 구부러짐을 발생시키지 않도록 모재 잉곳을 연신하는 방법의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은, 모재 잉곳으로부터 구부러짐을 수정하는 공정을 필요로 하지 않는 모재 로드가 얻어지는, 광섬유 모재의 연신 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 광섬유 모재의 연신 방법은, 모재 잉곳을 이보다 작은 직경의 모재 로드로 연신하여 광섬유 모재를 제조하는 방법에 있어서, 모재 잉곳의 수평면 내에 있어서의 넥다운(neck down)의 위치가 목표 위치에 있도록 제어 위치를 제어하면서 연신하고, 연신된 모재 로드의 구부러짐의 방향과 구부러짐량을 계측하고, 그 결과에 근거하여 목표 위치를 조정하는 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 넥다운의 위치를 목표 위치로 제어하는 데는, 모재 잉곳의 스윙부(swing part)의 위치를 조정하면 좋고, 예를 들면, 스윙부의 위치를 XY 방향, 특히, 계측한 구부러짐이 볼록 형상을 나타내고 있는 방향으로 이동하면 좋다. 이 때의 목표 위치의 조정량은 계측한 모재 로드의 구부러짐량의 0.2 ~ 20배로 하는 것이 바람직하다.

이에 의해서 우수한 광학 특성을 가지고, 구부러짐량이 0.2mm/m 이하인 광섬유 모재(모재 로드)가 얻어진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를 상세히 설명한다.

본 발명의 광섬유 모재의 연신 방법은, 연신 중 모재 로드의 구부러짐의 방향과 구부러짐량을 계측하고, 이 결과에 근거하여, 가열·용융되어 세경화(細徑化)되고 있는 넥다운(neck down)의 위치가, 수평면 내의 미리 설정한 목표 위치에 있도록 목표 위치를 조정하는 것이다. 목표 위치를 조정하는 제어 위치로서는, 예를 들면, 모재 잉곳의 스윙부(swing part)의 위치를 들 수 있다.

목표 위치를 조정하는 방향은, 계측한 구부러짐이 볼록 형상을 나타내고 있는 방향이고, 바꾸어 말하면, 활 형상으로 젖혀진 모재 로드의 뒤(호) 측에의 방향이다. 이와 같이 이동시킴으로써, 모재 잉곳이 젖혀진 뒤(호) 측을 상대적으로 가열용 히터에 가까이 하고, 원주 방향으로부터 받는 열량을 조정하여, 아주 곧게 연신된 모재 로드가 얻어진다.

목표 위치에 있어서의 조정량은, 계측한 모재 로드의 구부러짐량의 O.2 ~ 20배, 바람직하게는 0.5 ~ 10배로 된다. 또한, 조정량이 20배를 초과하는 경우에는, 모재 로드의 구부러짐의 조정이 곤란해지고, 가열 조건의 변경이 필요하게 되는 것도 있다.

구부러짐량의 측정은, 예를 들면, 일본국 특허공개공보 평성 10-062299호에 나타나 있는 것과 같은 방법으로 측정할 수가 있다. 이 형상 측정기를 도 1에 개략도로 나타내었다.

연신하여 얻은 모재 로드(1)를 지지대(2) 위에 놓고, 외경 측정기(3)를 모재 로드(1)의 긴 방향을 따라 이동시키고, 이 외경 측정기(3)에 부착된 엣지(edge) 검출기(4, 5)(4: 레이저 조사기, 5: 레이저 수광기)에 의해, 직교하는 2 방향으로부터 레이저 광을 조사하여 모재 로드(1)의 외경의 위치를 측정하고, 얻어진 결과로부터 중심 위치의 긴 방향 분포를 구하는 것이다. 이 외경 측정기(3)는, 이에 일체적으로 부착된 주사판(6)에 의해서, 가이드 레일(7)을 따라 나사봉(8) 및 모터(9)에 의하여 이동하도록 설치되어 있다. 또한, 부호 (10)은 선형 부호기이고, 부호 (11)은 검지창이다.

이 때, 모재 로드(1)의 직선형 몸통부 양단부에서의 중심 위치를 직선으로 연결한 기준선으로부터, 측정한 모재 로드(1)의 중심 위치까지의 거리를, 각 측정 위치에서의 구부러짐량이라고 정의하고, 최대치를 나타낸 점에서의 값을 이 모재 로드의 구부러짐량이라고 하고, 그 방향을 구부러짐 방향이라고 정의한다. 또한, 구부러짐량은 직선형 몸통부 양단간의 거리가 변화하면 바뀌기 때문에, 1m를 기준으로 한 길이로 보정하여 구한다. 예를 들면, 얻어진 구부러짐량의 데이터를 모재 로드(1)의 길이로 나누어 구한다.

다음에, 본 발명의 실시의 형태를 비교예, 실시예를 들어 설명한다.

비교예 1

도 2에 나타내는 연신 장치를 사용하여, 큰 직경의 모재 잉곳(21)을 연신하고, 이보다 직경이 작은 모재 로드(22)를 제작하였다.

구체적으로는, 외경 120mm, 유효부 길이 800mm의 모재 잉곳(21)의 상하 단부에 파지용 더미(dummy)봉(23)을 각각 용착하고, 모재 잉곳(21)의 상측에 용착한 파지용 더미봉(23)을 스윙(swing)용 척(chuck)(24)에 부착시켜 연신로(25) 내에 매달아 드리우고, XY스테이지(XY stage)(26)에 의해 수평 방향의 위치 조정을 하였다. 다음에, 모재 잉곳(21)을 가열 히터(27)로 가열하고, 연신인출기구부(延伸引出機構部)(28)로 인출하고, 소정의 직경을 가지는 모재 로드(22)를 제작하였다.

연신 중의 외경은, 가열 · 용융되어 직경이 줄어든 넥다운부(29)의 외경을 외경 측정기(30)로 측정하고, 이 값이 일정하게 되도록, 또한 모재 로드(22)의 최종 외경이 40mm가 되도록 인출 속도를 제어하였다. 이 때, 모재 잉곳(21)의 넥다운 위치를 직교하는 2 방향의 외경 측정기(30)(직교 방향은 도시하지 않음)로 4초마다 측정하고, 이에 근거하여 넥다운부(29)의 중심 위치를 목표로 하는 노의 중심축선에 일치하도록, 스윙용 척(24)으로 XY 방향 위치를 제어하였다. 또한, 부호 (31)은 위치 측정기이다.

이 방법으로 연신한 모재 로드를 1m씩의 길이로 절단하여, 도 1에 나타낸 형상 측정기로 구부러짐량을 측정하였다. 같은 방법으로 연신한 다수의 모재 로드의 구부러짐량을 측정하고 도 3에 나타내었다. 도의 X 방향은 노를 향하여 우측을 +로 하고, 좌측을 -로 하였다. Y 방향은 이면 방향 측을 +로 하고, 표면 방향 측을 -로 하였다. 도 3으로부터, 좌측으로 0.4mm, 표면 방향 측으로 0.4mm 구부러진 모재 로드가 많은 것이 밝혀진다.

실시예 1

본 실시예에 있어서는, 상기 비교예 1의 결과로부터, 모재 잉곳의 넥다운부의 목표 위치를, 좌측으로 2㎜m, 표면 방향 측으로 1.5mm 변경하여, 비교예 1과 같은 방법으로 연신하였다.

마찬가지로 하여 연신한 다수의 모재 로드의 구부러짐량을 측정하고, 도 4에 나타내었다. 도 4로부터, 약간 X방향의 +측 및 Y방향의 -측에의 편향이 보이지만, X방향 Y방향에의 구부러짐은 0.2mm 이내에 80% 이상이 들어가 있다.

목표 위치의 변경량(조정량)과 변경 방향(조정 방향)은, 실시예 1에서 행한 것처럼, 구부러짐 방향(볼록이 되는 방향)에서는 그 구부러짐이 작아지고 있지만, 구부러짐량과 목표 위치의 변경량은 일치하지 않는다. 이 구부러짐량과 목표 위치의 변경량의 비(배율)는 장치에 따라서도 다르고, 구부러짐이 큰 경우는 배율이 작고, 구부러짐이 작아질수록 배율이 커지고, 더욱 더 구부러짐이 작아지면 또 작아지는 경향이 있지만, 변경량은 대체로 구부러짐량의 0.2 ~ 20배의 범위이었다.

본 발명의 광섬유 모재의 제조 방법에 의하면, 모재 잉곳 연신 후의 모재 로드의 구부러짐을 지극히 작게 할 수 있기 때문에, 얻어진 모재 로드는 구부러짐의 수정 공정을 거치지 않고 광섬유 모재로 할 수 있고, 인선에 사용할 수 있으므로 광섬유의 제조 비용을 저감할 수 있다.

본 발명의 연신 방법에 의해 얻어지는 모재 로드는, 정밀도가 높은 진직도(眞直度)를 가지는 유리 로드로서, 여러 가지 용도에 적합하게 이용 가능하다.

이상에서 살펴본 본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

도 1은 형상 측정기를 나타내는 개략 사시도이다.

도 2는 모재(母材) 잉곳(ingot)의 연신 장치를 나타내는 개략 종단면도이다.

도 3은 비교예 1에서 연신한 모재(母材) 로드(rod)의 구부러짐의 분포를 나타내는 그래프이다.

도 4는 본 발명의 연신 방법에 의해(실시예 1), 제어 위치를 조정한 후에 연신한 모재 로드의 구부러짐의 분포를 나타내는 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 모재 로드 2: 지지대

3: 외경 측정기 4: 레이저 조사기

5: 레이저 수광기 6: 주사판(走査板)

7: 가이드 레일(guide rail) 8: 나사봉

9: 모터 10: 선형 부호기(linear encoder)

11: 검지창 21: 모재 잉곳

22: 모재 로드 23: 파지용 더미(dummy)봉

24: 스윙(swing)용 척(chuck) 25: 연신로

26: XY스테이지(XY stage) 27: 가열 히터

28: 연신인출기구부(延伸引出機構部)

29: 넥다운(neck down)부 30: 외경 측정기

31: 위치 측정기

Claims (7)

1. 모재 잉곳을 이보다 작은 직경의 모재 로드로 연신하여 광섬유 모재를 제조하는 방법에 있어서,

   모재 잉곳의 수평면 내에 있어서의 넥다운의 위치가 목표 위치에 있도록 제어 위치를 제어하면서 연신하고, 연신된 모재 로드의 구부러짐의 방향과 구부러짐량을 계측하고, 그 결과에 근거하여 목표 위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재의 연신 방법.
2. 제1항에 있어서,

   모재 잉곳의 스윙부의 위치를 조정함으로써 넥다운의 위치를 목표 위치로 제어하는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재의 연신 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   모재 잉곳의 스윙부의 위치를 XY 방향으로 이동시킴으로써, 넥다운의 위치를 목표 위치로 제어하는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재의 연신 방법.
4. 제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서,

   목표 위치를 조정하는 방향이, 모재 로드의 계측한 구부러짐이 볼록 형상을 나타내고 있는 방향인 것을 특징으로 하는 광섬유 모재의 연신 방법.
5. 제1항 내지 제4항의 어느 한 항에 있어서,

   목표 위치에 있어서의 조정량이, 계측한 모재 로드의 구부러짐량의 0.2 ~ 20배로 되는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재의 연신 방법.
6. 제1항 내지 제5항의 어느 한 항에 기재된 광섬유 모재의 연신 방법을 이용해서 연신하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재.
7. 제6항에 있어서,

   모재 로드의 구부러짐량이 0.2mm/m 이하인 것을 특징으로 하는 광섬유 모재.