KR20050049397A - 유리관 처리 방법, 유리관 처리 장치 및 유리관 - Google Patents

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KR20050049397A
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오니시마사시
요코카와도모유키
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다이라노부유키
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스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 다른 유리 처리 방법에 있어서, 출발 유리관(substrate glass tube)(G)의 화학 증착 또는 직경 수축을 수행하는 경우에, 유리 처리 장치(1)를 이용하여, 외경이 30㎜ 이상이고, 벽 두께가 3㎜ 이상 15㎜ 이하이며, 외경의 비원율이 1.0% 이하인 상기 출발 유리관에 대하여, 상기 출발 유리관의 주위를 환형으로 둘러싸는 가열 요소(21)를 구비하는 가열로(20)를 상기 출발 유리관의 종방향으로 상대 이동시키고, 상기 가열 요소(21)와 상기 출발 유리관(G)중 적어도 하나의 온도가 측정되며, 측정된 온도에 근거하여 상기 가열 요소(21)의 발열량이 조절된다.

Description

유리관 처리 방법, 유리관 처리 장치 및 유리관{GLASS TUBE PROCESSING METHOD, APPARATUS AND GLASS TUBE}
본 발명은 출발 유리관(substrate glass tube)과 가열원을 출발 유리관의 종방향으로 상대 이동시켜 출발 유리관의 화학 증착 또는 직경 수축을 수행하는 유리관 처리 방법 및 장치에 관한 것이며, 또한 화학 증착 또는 직경 수축이 수행된 유리관에 관한 것이다.
광섬유 모재를 제조하는 단계에 있어서는, 유리관 내부에 유리층을 형성하는 화학 증착 단계(예를 들어, McGraw-Hill Book Co.의 "Optical Fiber Communications International Edition 1991"의 66쪽 내지 67쪽을 참조바람) 또는 유리관을 소정 직경으로 수축시키는 단계가 수행된다. 이러한 단계에 있어서, 유리관은 유리관의 외부에 제공된 가열원에 의해 유리관의 종방향으로 순차 가열된다.
예를 들어, 화학 증착 CVD 방법으로 지칭되는 화학 증착 단계에서는, 유리 미립자(SiO2)를 생성하기 위한 유리 원료 가스가, 화학 증착의 기판으로서 사용되는 출발 유리관의 내부에 도입되며, 출발 유리관의 외부에 제공된 가열원이 출발 유리관의 종방향을 따라 횡단하여 출발 유리관이 가열된다. 출발 유리관을 가열함으로써, 출발 유리관 내부에 투입된 유리 원료 가스가 산화되어 유리 미립자가 생성된다. 그 후, 유리 미립자는 유리 원료 가스 스트림의 하측에서 출발 유리관의 내부 표면상에 부착된다. 따라서, 부착된 유리 미립자는 가열원의 횡단에 의해 가열되고, 투명해지며, 그리고 유리층이 순차적으로 형성된다.
그러한 화학 증착 단계는 반복 수행되며, 출발 유리관의 벽 두께가 소정 두께에 도달할 때까지, 복수의 유리층이 형성되며, 광섬유 모재의 중간체를 형성하는 유리관이 형성될 수 있다.
또한, 직경 수축 단계에 있어서는, 예를 들어 붕괴법 또는 로드-인(rod-in) 붕괴법에 의해 출발 유리관의 붕괴를 실행하는 전단계(이 단계에서는 유리 파이프의 중공부가 채워져 유리봉으로 됨)로서, 출발 유리관이 종방향을 따라 가열되어 연화되고, 출발 유리관의 직경이 붕괴법의 그것과 유사한 표면 장력에 의해 수축된다.
그런데, 그러한 유리 처리에 사용되는 가열원으로는 산수소(oxyhydrogen) 버너가 일반적으로 사용된다. 산수소 버너가 사용되면, 보통 그 화염이 상방으로 발생하기 때문에, 수평방향으로 배열된 출발 유리관은 그 축을 중심으로 회전되면서 하측으로부터 화염이 가해짐으로써 가열된다. 그 경우, 화염은 출발 유리관의 상측에 직접 가해지지 않으며, 그리하여 출발 유리관의 원주방향에 걸쳐 균일한 온도 분포를 달성하기 어려우며, 출발 유리관의 점성에 원주방향 바이어스가 발생한다.
그 결과, 처리후에 유리관의 형상이 변형되는 경우가 있었다. 또한, 연화된 출발 유리관이 화염에 의해 발생되는 풍압에 의해 국소적으로 수축되는 경우도 있었다.
유리관이 처리에 의해 변형되고, 따라서 그 단면 형상이 비원화(ovality)되면, 광섬유 모재와 관련한 트러블이 발생한다.
예를 들어, 화학 증착 단계동안 형성된 유리관의 붕괴(이 단계예서는 유리 파이프의 중공부가 채워져 유리봉으로 됨)가 붕괴법에 의해 실행되어 유리봉이 형성되고 광섬유 모재의 코어부가 형성될 때, 광섬유 모재로부터 얻은 광섬유의 코어도 역시 비원화된다. 그리하여, 예를 들어 편광 모드 분산의 발생으로 인해 전송 성능이 저하된다.
부연하자면, 유리관의 그러한 비원화는 출발 유리관의 직경이 크고 출발 유리관의 두께가 얇을 때 현저하게 발생하였다.
본 발명의 목적은 출발 유리관의 가열에 의한 직경 수축 또는 화학 증착과 같은 처리를 수행하는 경우에 있어서 유리관의 비원화를 억제할 수 있는 유리 처리 방법 및 장치와, 그것에 의해 처리된 유리관을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성할 수 있는 본 발명에 따른 유리 처리 방법은, 출발 유리관의 화학 증착 또는 직경 수축을 수행하는 경우에 있어서, 외경이 30㎜ 이상이고, 벽 두께가 3㎜ 이상 15㎜ 미만이며, 외경의 비원율이 1.0% 이하인 상기 출발 유리관에 대하여, 상기 출발 유리관의 주위를 환형으로 둘러싸는 가열 요소를 포함하는 가열로를 상기 출발 유리관의 종방향으로 상대 이동시키고, 상기 가열 요소와 상기 출발 유리관중 적어도 하나의 온도가 측정되고, 측정된 온도에 근거하여 상기 가열 요소의 발열량이 조절되는 것을 특징으로 한다.
부연하자면, 외경의 비원율은 다음의 공식①에 의해 규정된다. 여기에서, 출발 유리관의 임의의 원주상에서의 외경중 최고값이 a이고 최소값이 b이며, 평균값이 c이다.
{(a-b)/c} ×100 …①
또한, 본 발명에 따른 유리관 처리 방법에 있어서, 발열량은 상기 출발 유리관의 종방향의 100㎜ 이상의 영역에 대해 상대 이동하면서 적어도 1회 조절되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 유리관 처리 방법에 있어서, 상기 출발 유리관의 외부 표면 온도는 상기 가열 요소의 외부에 제공된 온도 측정 장치를 이용하여 가열 요소에 제공된 공극부를 통해 측정되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 유리관 처리 방법에 있어서, 화학 증착 또는 직경 수축을 수행하는 경우에, 상기 유리관의 최고 온도의 개소로부터 상기 최고 온도보다 30℃ 낮은 온도의 개소까지의 출발 유리관의 종방향 거리는 20㎜ 이상으로 설정되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 유리관 처리 방법에 있어서, 화학 증착 또는 직경 수축을 수행하는 경우에, 상기 가열로의 상대 이동 속도는 10㎜/min 이상으로 설정되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 유리관 처리 방법에 있어서, 화학 증착 또는 직경 수축을 수행하는 경우에, 화학 증착 또는 직경 수축을 수행하는 경우에 있어서, 상기 출발 유리관의 원주방향에 있어서의 최대 온도와 최소 온도 사이의 차이는 200℃ 이하로 설정되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 유리관 처리 방법에 있어서, 화학 증착 또는 직경 수축을 수행하는 경우에, 화학 증착 또는 직경 수축을 수행하는 경우에 있어서, 상기 출발 유리관은 상기 출발 유리관의 중심축을 중심으로 10rpm 이상 150rpm 이하의 속도로 회전되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 유리관 처리 방법에 있어서, 화학 증착 또는 직경 수축을 수행하는 경우에, 화학 증착 또는 직경 수축을 수행하는 경우에 있어서, 상기 출발 유리관의 종방향의 100㎜ 이상의 영역에 대해, 상기 출발 유리관의 외경은 상대 이동과 함께 측정되며, 상기 출발 유리관의 내부 압력은 측정된 외경에 근거하여 적어도 1회 조절되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 유리관 처리 방법에 있어서, 화학 증착 또는 직경 수축을 수행하는 경우에, 상기 외경은 레이저광 타입 모니터, CCD 카메라 및 X-레이 카메라로 이루어진 그룹으로부터 선택된 외경 측정 장치를 이용하여 측정되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 유리관 처리 방법에 있어서, 상기 외경은 상기 가열 요소 외부에 제공된 외경 측정 장치를 이용하여 상기 가열 요소에 제공된 공극부를 통해 측정되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 유리관 처리 방법에 있어서, 화학 증착 또는 직경 수축을 수행하는 경우에, 화학 증착 또는 직경 수축을 수행하는 경우에 있어서, 상기 출발 유리관의 내부와 외부 사이의 차압은 1500Pa 이하로 조절되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 유리관 처리 방법에 있어서, 상기 출발 유리관의 외경(Od)과 상기 가열 요소의 내경(ID) 사이의 비율(ID/Od)은 1.1 내지 5.0의 범위로 설정되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 유리관은 유리관이 본 발명의 유리관 처리 방법을 이용하여 처리되고 외경의 비원율이 0.5% 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 유리관 처리 장치는, 피가열체인 출발 유리관의 주위를 환형으로 둘러싸는 가열 요소를 구비하는 가열로와, 상기 출발 유리관의 내부에 가스를 공급하기 위한 가스 공급부와, 상기 출발 유리관의 내부로부터 가스를 배기하기 위한 가스 배기부와, 상기 출발 유리관의 종방향으로 상기 출발 유리관과 상기 가열로를 상대 이동시키기 위한 수단과, 상기 가열 요소와 상기 출발 유리관중 적어도 하나의 온도를 측정하기 위한 온도 측정 장치와, 상기 가열 요소의 발열량을 조절하기 위한 발열량 조절 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 유리관 처리 장치에 있어서, 상기 유리관 처리 장치는 상기 출발 유리관의 외경을 측정하기 위한 외경 측정 장치와, 상기 출발 유리관의 내부 압력을 조절하기 위한 압력 조절 수단을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 유리관 처리 장치에 있어서, 상기 가열 요소에는 상기 가열 요소의 내주측과 외주측을 통과하는 공극부를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 유리관 처리 장치에 있어서, 상기 공극부는 구멍이며, 복수의 구멍이 형성되고 상기 가열 요소의 동일한 원주방향 또는 동일한 종방향으로 정렬되지 않도록 배열되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 유리관 처리 장치에 있어서, 상기 가열로는 상기 가열 요소의 주위에 유도 코일을 포함하는 유도 로(induction furnace)이며, 상기 공극부는 구멍이며, 상기 유도 코일 내부에 배열된 구멍중 하나의 구멍당 내주측의 개구 면적이 1000㎟ 이하이고, 상기 유도 코일 내부에 배열된 상기 구멍의 내주측의 총 개구 면적은 상기 유도 코일 내부에 위치된 상기 가열 요소의 내주측의 면적의 50% 이하인 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명에 따른 유리관 처리 방법, 유리관 처리 장치 및 유리관의 일 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1에는 본 발명에 따른 유리관 처리 방법을 실행할 수 있는 유리관 처리 장치가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 유리관 처리 장치(1)는 소위 화학 증착 방법(화학 증착 CVD법)에 의해 출발 유리관의 내부에 유리 미립자를 생성하고, 유리 미립자를 출발 유리관 내부에 부착하여 유리막을 형성하기 위한 수단이다.
유리관 처리 장치(1)는 받침대(12)를 구비하며, 그 위에는 양 단부 근처에 지지부(11)가 세워져 있다. 이 지지부(11)는 각각 회전 가능한 척(chuck)(13)을 구비하며, 이들 척(13)은 각각 출발 유리관(G)의 단부를 파지하며, 출발 유리관(G)은 수평으로 지지된다.
2개의 지지부(11) 사이에는 출발 유리관(G)을 가열하기 위한 가열로(20)가 제공된다. 이러한 가열로(20)로서는 출발 유리관(G)을 환형으로 둘러싸는 가열 요소를 포함하는 가열로가 사용될 수 있으며, 예를 들어 유도 로 또는 저항 가열로가 사용될 수 있다. 본 실시예에 있어서는, 유도 로를 사용하는 경우가 설명될 것이다.
가열로(20)는 받침대(12)상의 지지부(11)들 사이에 설치된 지지 레일(이동 수단)(14)에 대해 장착되며, 지지 레일(14)의 종방향을 따라 이동될 수 있다. 지지 레일(14)은 척(13)에 의해 파지된 출발 유리관(G)의 중심축에 평행하게 배열되며, 가열로(20)는 출발 유리관(G)의 중심축에 평행하게 이동한다.
또한, 지지부(11)의 한 쪽(도면의 좌측)에는 가스 공급관(가스 공급부)(15)이 접속되며, 지지부(11)의 다른 쪽(도면의 우측)에는 버퍼 탱크(buffer tank)(16) 및 가스 배기관(가스 배기부)(17)이 접속된다. 이들 가스 공급관(15), 버퍼 탱크(16) 및 가스 배기관(17)은 출발 유리관(G)의 내부 공간과 연결된 가스 유동로를 형성한다.
또한, 출발 유리관(G)의 내부 공간으로 가스를 도입하기 위한 가스 도입 수단(도시되지 않음)이 가스 공급관(15)에 접속된다. 이 가스 도입 수단은 사염화규소(SiCl4), 산소(O2), 헬륨(He), 사염화게르마늄(GeCl4) 등이 단일 가스로서 또는 적절히 혼합된 가스로서 도입될 수 있도록 구성된다.
도 1에 도시된 가열로(20)에 대해 설명한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 가열로(20)는 고주파 유도 가열 방식의 노이며, 유도 코일(23)을 통해 AC 전류를 통과시킴으로써 가열 요소(21)가 열을 발생시킨다. 이 가열 요소(21)는 출발 유리관(G)의 주위를 환형으로 둘러싸는 원통 형상을 가지며, 재질은 흑연 또는 지르콘이다. 이러한 가열 요소(21)는 유리의 연화점과 동일한 또는 그 이상의 온도까지 열을 발생시켜, 출발 유리관(G)을 가열 및 연화시킨다. 부연하자면, 출발 유리관(G)의 재료가 VAD법 등에 의해 형성된 고순도 유리라면, 연화점은 약 1700℃이다.
유도 코일(23)은 가열 요소(21)의 축방향 중심부를 가열하도록 배열되며, 유도 코일의 권회수는 적절히 설정된다.
또한, 가열 요소(21)와 유도 코일(23) 사이에는 절연체(12)가 제공된다.
또한, 가열로(20)는 가열 요소(21)의 온도를 측정하기 위한 온도 측정 장치(25)와, 출발 유리관(G)의 온도를 측정하기 위한 온도 측정 장치(24)를 포함한다. 온도 측정 장치(25)는 접촉식 또는 비접촉식중 하나일 수 있으며, 출발 유리관(G)에 있어서 가열 요소(21)에 의해 가열되는 영역의 온도는 온도 측정 장치(24)에 의해 측정되며, 바람직하게는 유도 코일(23)의 내부에 위치된 부분의 외부 표면의 온도가 측정될 수 있다. 이를 위해, 내주측 또는 외주측을 통과하는 공극부가 유도 코일(23) 내부에 배열된 절연체(22)와 가열 요소(21)에 각각 구멍(21a, 22a)으로서 형성된다.
그러한 구성에 의해, 출발 유리관(G)의 가열된 영역의 외부 표면의 온도는 구멍(21a, 22a)을 통해 유도 코일(23) 외측에 배열된 온도 측정 장치(24)에 의해 직접 측정될 수 있다.
또한, 온도 측정 장치(24, 25)는 전류 제어부(26)에 접속되며, 전류 제어부(26)에 각각의 측정값을 전송한다. 전류 제어부(26)는 온도 측정 장치(24, 25)에 의해 측정된 온도에 근거하여 유도 코일(23)을 통과하는 전류량을 조절하는 수단이다. 가열 요소(21)의 발열량은 유도 코일(23)을 통과하는 전류량을 조절함으로써 조절될 수 있다. 즉, 전류 제어부(26)는 가열 요소(21)의 발열량 제어 수단으로서 기능한다. 또한, 발열량은 유도 코일(23)에 인가되는 전압의 크기를 조절함으로써 조절될 수 있다.
또한, 출발 유리관(G)의 온도를 측정하기 위한 복수의 온도 측정 장치(24)가, 출발 유리관(G)의 복수 개소의 온도를 측정하기 위해 제공될 수 있다.
부연하자면, 본 발명에 있어서는 가열 요소(21)와 출발 유리관(G)중 적어도 하나의 온도가 측정될 수 있다.
또한, 가열로(20)는 출발 유리관(G)의 외경을 측정할 수 있는 외경 측정 장치(27)를 포함한다. 외경 측정 장치(27)로는 레이저광 타입 모니터, CCD 카메라 및 X-레이 카메라중 어떠한 것도 사용할 수 있다. 또한, 외경 측정 장치(27)는 바람직하게는 출발 유리관(G)에 있어서 가열된 직후의 개소 또는 가열된 개소의 외경을 측정할 수 있다. 이 실시예에 있어서, 외경 측정 장치(27)는 유도 코일(23) 외측에 배열되며, 가열된 개소의 외경은 상술한 온도 측정을 위해 별도로 형성된 절연체(22)와 가열 요소(21)의 구멍(21a, 22a)을 통해 측정될 수 있다. 또한, 외경 측정 장치(27)는 유동 속도 제어부(28)에 접속되며, 측정값을 유동 속도 제어부(28)에 전송할 수 있다. 유동 속도 제어부(28)는 외경 측정 장치(27)에 의해 측정 외경 값에 근거하여 출발 유리관(G) 내부의 압력을 조절하는 수단이다.
다음으로, 출발 유리관(G)의 내부 압력을 조절하기 위한 구성이, 도 3에 도시된 개략도를 참조하여 설명될 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 가스는 출발 유리관(G)의 내부의 일 단부측(도면의 좌측)으로부터 공급되며, 가스는 다른 단부측(도면의 우측)으로부터 배기된다. 버퍼 탱크(16)는 가스를 배기하기 위해 출발 유리관(G)과 가스 배기관(17) 사이에 제공되며, 가스는 배기되기 전에 이 버퍼 탱크(16)내에 체류한다. 버퍼 탱크(16)에는 가스관(31)이 접속되며, 유동 속도 조절 장치(MFC)(30)에 의해 조절되는 유동 속도의 가스는 버퍼 탱크(16)의 내부에 적절히 공급된다. 가스관(31)으로부터 공급되는 가스의 양에 따라 버퍼 탱크(16)의 내부 압력이 변하며, 따라서 출발 유리관(G)의 내부 압력도 변한다.
또한, 버퍼 탱크(16)의 내부 압력을 측정하기 위한 압력 게이지(29)가 버퍼 탱크(16)에 장착된다. 또한, 이 압력 게이지(29)는 유동 속도 제어부(28)에 접속되며, 측정값은 이 유동 속도 제어부(28)에 전송된다.
그러한 구성에 의해, 외경 측정 장치(27)에 의해 측정된 외경값 및 압력 게이지(29)에 의해 측정된 버퍼 탱크(16)의 내부 압력값에 근거하여, 버퍼 탱크(16)의 내부 압력을 조절하기 위해 유동 속도 제어부(28)가 유동 속도 조절 장치(30)를 제어한다. 버퍼 탱크(16)의 내부 압력을 조절함으로써, 출발 유리관(G)의 내부 압력이 조절되며, 연화된 출발 유리관(G)의 외경이 조절될 수 있다.
또한, 가열 요소(21)에는 구멍(21a)이 형성되어 있기 때문에, 구멍(21a)을 마주보는 출발 유리관(G)의 영역의 온도는 주위의 온도에 비해 더 낮아진다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 가열 요소(21)에 형성된 복수의 구멍(21a)은 가열 요소(21)에 있어서 동일한 원주방향 또는 동일한 종방향으로 정렬되지 않도록 배열되는 것이 바람직하다.
또한, 유도 코일(23)의 내부에 배열된 구멍(21a)의 한 구멍당 내주측 개구 면적을 1000㎟ 이하로 설정함으로써, 구멍(21a)이 형성되어 있는 것에 의한 가열상의 영향은 균일한 가열 조건을 유지하도록 감소될 수 있다. 또한, 가열 요소(21)에 의한 높은 가열 효율을 유지하기 위해서는, 유도 코일(23) 내부에 배열된 모든 구멍(21a)의 내주측의 총 개구 면적을 감소시키는 것이 바람직하다. 예를 들어, 유도 코일(23) 내부에 위치된 가열 요소(21)의 내주측의 면적에 대한 구멍(21a)의 내주측의 총 개구 면적은 50% 이하로 설정될 수 있다.
또한, 상술한 가열 요소(21)는 공극부로서 구멍(21a)이 형성된 원통형이지만, 발열체의 형상은 출발 유리관의 주위를 환형으로 둘러싸는 것이라면 다른 형태가 될 수도 있다.
예를 들어, 다른 가열 요소로서, 도 4에 도시된 바와 같이 대체로 출발 유리관(G)의 종방향(도면의 좌우 방향)으로 사행(蛇行) 형태의 원통형으로 형성될 수 있다. 이러한 형태에 있어서, 사행형 갭은 슬릿 형상 공극부(36)로서, 이것은 출발 유리관(G)의 종방향을 따라 형성되고, 가열 요소의 내주측 및 외주측을 통과한다. 그리하여, 출발 유리관(G)의 외경 및 온도는 이 공극부(36)를 통해 측정될 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 원주방향으로 불연속한 개소의 양측에 전극이 접속되며, 가열 요소(35)의 열은 전기 저항법에 의해 발생될 수 있다. 그 경우에는, 도 2에 도시된 바와 같은 유도 코일(2)이 필요하지 않다.
또한, 다른 가열 요소로서, 2개 이상의 원통형상으로 분할되고, 그 갭이 공극부로서 형성된 가열 요소일 수 있다.
부연하자면, 본 발명에서는, 가열 요소의 반경방향 외측으로부터 출발 유리관의 온도 또는 외경을 측정하기 위하여, 반드시 물리적 공간으로서 공극부가 형성되는 것은 아니다. 예를 들어, 온도 측정 장치 또는 외경 측정 장치의 센서 광(예를 들어 적외선)이 통과할 수 있는 것이라면 어떠한 재료도 제공될 수 있다.
다음으로, 도 1 내지 도 3에 도시된 유리관 처리 장치(1)를 이용하여 출발 유리관(G)에 화학 증착을 수행하는 방법이 설명된다.
부연하자면, 본 발명에 사용되는 출발 유리관(G)에 있어서, 외경은 30㎜ 이상이고, 벽 두께는 3㎜ 이상 15㎜ 미만이며, 외경의 비원율은 1.0% 이하이다. 바람직하게는, 내경은 24㎜ 이상일 수 있다. 큰 직경과 얇은 두께를 가진 출발 유리관을 사용하는 경우, 본 발명의 비원 억제 효과가 현저히 증가될 수 있다.
또한, 출발 유리관(G)의 길이로서는, 예를 들어 600㎜ 길이의 출발 유리관이 사용될 수 있다.
또한, 출발 유리관의 외경(Od)과 가열 요소의 내경(ID) 사이의 비율(ID/Od)은 사용되는 출발 유리관(G)의 외경을 적절히 설정함으로써 1.1 내지 5.0의 범위내에 설정되는 것이 바람직하다. 그러한 설정에 의해, 가열 요소(21)와 출발 유리관(G) 사이의 갭(L3)이 좁아지고, 출발 유리관(G)이 효율적으로 가열될 수 있으며, 처리에 의해 얻어진 유리관의 진원성(circularity)이 개선될 수 있다. 또한, 가열 요소(21)와 출발 유리관(G) 사이의 공간이 작아지며, 출발 유리관(G)에 가해지는 외압이 감소될 수 있다.
화학 증착을 수행하는 경우에 있어서는, 사염화규소 및 산소를 포함하는 유리 원료 가스가 먼저 가스 도입 수단에 의해 출발 유리관(G) 내부에 도입된다. 유리 원료 가스내의 사염화규소의 부분 압력을 조절하기 위해, 유리 원료 가스에 헬륨이 포함될 수 있다. 또한, 사염화규소의 부분 압력은 산소의 양에 의해서 조절될 수 있다.
출발 유리관(G)은 출발 유리관의 중심축을 중심으로 회전되며, 그 동안 출발 유리관(G)의 내부에 가스가 적절히 도입된다. 회전 속도는 예를 들어 10rpm 이상 150rpm 이하로 설정된다. 회전 속도를 10rpm 이상의 설정함으로써, 출발 유리관(G)의 원주방향의 온도차가 감소될 수 있다. 예를 들어, 가열된 영역에 있어서의 원주방향의 최대 온도와 최저 온도 사이의 차이는 200℃ 이하로 용이하게 설정된다. 그 결과, 출발 유리관(G)의 원주방향의 점성 차이는 비원화를 억제하도록 감소될 수 있다. 또한, 바람직하게는, 가열된 영역에 있어서의 원주방향의 최대 온도와 최저 온도 사이의 차이는 50℃ 이하로 설정될 수 있다.
또한, 회전 속도를 150rpm 이하로 설정함으로서, 과도한 원심력으로 인한 출발 유리관의 훨링(whirling)의 발생이 억제될 수 있다.
다음으로, 출발 유리관(G)의 외측 표면 온도가 예를 들어 약 1900℃ 내지 2100℃ 범위의 소망 온도에 도달하도록, 유도 코일(23)에 전류를 통과시킴으로써 가열 요소(21)가 열을 발생시킨다.
다음으로, 가열로(20)는 출발 유리관(G)의 일단부측으로부터 다른 단부측을 향해(즉, 종방향을 따라) 횡단 이동한다. 이 때, 횡단 개시 위치는 유리 원료 가스가 공급되는 가스 공급 튜브(15)측에 설정된다. 부연하자면, 횡단 속도는 약 10㎜/min 이상이다. 그러한 횡단 속도를 설정함으로써, 도 2에 도시된 바와 같이, 출발 유리관(G)의 최대 온도에 도달하는 개소(T1)로부터 최대 온도보다 30℃ 낮은 온도로 증가될 수 있는 개소(T2)까지의 거리(L2)와, 출발 유리관(G)의 종방향 점성의 변화 속도는 감소될 수 있다. 따라서, 출발 유리관(G)의 종방향에 있어서의 외경 편차가 억제될 수 있다.
또한, 거리(L2)는 유도 코일(23)이 제공되는 거리(L1)에 따라 변하며, 그리하여 거리(L2)는 미리 유도 코일(23)의 거리(L1)를 증가시킴으로써 용이하게 증가된다. 부연하자면, 거리(L2)는 예를 들어 20㎜ 이상일 수 있다.
또한, 이 실시예에 있어서, 가열된 출발 유리관(G)의 외부 표면의 온도는 온도 측정 장치(24)에 의해 구멍(21a, 22a)을 통해 측정될 수 있고, 유도 코일(23)의 전류는 전류 제어부(26)에 의해 제어되며, 가열 요소(21)의 발열량은 측정값이 소망 값으로 되도록 조절된다. 그 결과, 출발 유리관(G)의 온도는 종방향으로 일정하도록 제어되며, 출발 유리관(G)의 형상은 종방향으로 균일해질 수 있다.
게다가, 가열 요소(21)의 온도와 출발 유리관(G)의 온도 사이의 관계는 미리 검사되며, 가열 요소(21)의 발열량은 온도 측정 장치(24)에 의해 측정된 가열 요소(21)의 온도에 근거하여 출발 유리관(G)의 온도가 소망 값이 되도록 조절될 수 있다.
또한, 가열 요소(21)의 발열량이 가열 요소(21)의 온도 측정값과 출발 유리관(G)의 온도를 이용하여 조절되면, 출발 유리관(G)의 온도가 보다 높은 정밀도로 제어될 수 있다.
부연하자면, 이러한 가열 요소(21)의 발열량은 적어도 일회의 횡단동안 출발 유리관(G)의 종방향의 100㎜ 이상의 영역에 대해 연속적으로 조절될 수 있다.
또한, 가열된 출발 유리관(G)의 외경은 외경 측정 장치(27)에 의해 구멍(21a, 22a)을 통해 측정되며, 외경 측정 장치(27)에 의해 측정된 외경 및 압력 게이지(29)에 의해 측정된 버퍼 탱크(16)의 내부 압력값에 근거하여, 유동 속도 조절 장치(30)는 측정된 값이 소망 값으로 되도록 유동 속도 제어부(28)에 의해 제어된다. 그 결과, 출발 유리관(G)의 내부 압력은 버퍼 탱크(16)의 내부 압력에 따라 조절되며, 연화된 출발 유리관(G)의 외경은 소정값으로 조절되어 유지될 수 있다. 따라서, 출발 유리관(G)의 형상은 종방향으로 균일해질 수 있다.
또한, 압력을 조절하는 경우에 있어서, 출발 유리관(G)의 내부와 외부 사이의 차압은 1500Pa 이하가 되도록 조절될 수 있다. 출발 유리관(G)의 내부와 외부 사이의 차압을 1500Pa 이하로 유지함으로써, 출발 유리관(G)의 급격한 변형이 방지되어 비원화를 억제할 수 있다.
부연하자면, 이러한 압력은 적어도 일회의 횡단동안 출발 유리관(G)의 종방향의 100㎜ 이상의 영역에 대해 연속적으로 조절될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 유리 원료 가스가 도입된 상태에서 가열로(20)가 출발 유리관(G)의 종방향으로 횡단 이동되면, 사염화규소가 출발 유리관(G) 내부의 가열 영역에서 산화되며, 실리카(SiO2)인 유리 미립자("soot"로 지칭함)(G1)가 발생된다. 그리하여, 써모포레시스(thermophoresis)에 의해, 유리 미립자(G1)는 유리 원료 가스의 하류측의 출발 유리관의 내부에 부착된다("sooting"으로 지칭됨). 그리하여, 유리 미립자(G1)가 부착된 부분에 다공성 유리 미립자 부착물(G2)이 형성되며, 또한 이 부착물은 가열로(20)의 횡단에 의해 가열되고, 투명해지며, 유리층(G3)이 순차적으로 형성된다.
유리층(G3)이 부착되고, 가열로(20)가 출발 유리관(G)의 다른 단부측[가스 배기관(17)측]으로 횡단 이동된 후, 가열로(20)의 온도는 출발 유리관(G)에 유리 미립자(G1)가 생성되지 않는 온도[예를 들어, 출발 유리관(G)의 표면 온도가 약 500℃인 온도]로 저하된다. 그리하여, 그 온도가 저하된 가열로(20)는 수팅(sooting)이 개시되는 가스 공급관(15)측으로 가열로(20)를 횡단 이동시킴으로써 돌아온다.
또한, 상술한 횡단에 의해 왕복 이동은 복수회 반복되며, 소망 두께를 가진 유리층(G3)이 형성된다. 그 결과, 광섬유 모재의 중간체를 형성하는 소망 유리관이 형성될 수 있다. 부연하자면, 조절된 굴절율을 가진 유리층(G3)은 굴절율 조절을 위한 사염화게르마늄과 같은 가스를 출발 유리관(G)의 내부에 공급되는 가스에 포함시킴으로서 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 유리관 처리 방법에 있어서, 상술한 출발 유리관의 화학 증착의 것과 유사한 제어를 수행함으로써, 출발 유리관의 직경 수축도 수행될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 출발 유리관(G)의 직경 수축을 수행하는 경우에, 작은 비원율을 가진 유리관은 유리관 처리 장치(1)를 이용하여 유사한 온도 제어 또는 압력 제어를 수행하면서(도 1 내지 도 3 참조), 직경 수축을 수행함으로써 얻어질 수 있다. 부연하자면, 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 가스가 출발 유리관(G)의 내부에 공급되는 가스로 사용될 수 있다. 또한, 직경 수축은 출발 유리관(G)의 내부 압력을 출발 유리관(G)의 외부 압력에 비해 음압으로 설정함으로써 용이하게 수행될 수 있으며, 비원율은 출발 유리관(G)의 내부 압력을 출발 유리관(G)의 외부 압력에 대해 양압으로 설정함으로서 더 감소될 수 있다.
상술한 유리관 처리 방법 및 유리관 처리 장치에 따르면, 획득된 유리관의 비원화는 외경의 비원율이 0.5% 이하인 유리관을 얻기 위해 효과적으로 억제될 수 있다.
[예]
다음으로, 본 발명에 따른 예를 설명한다.
상술한 유리관 처리 장치를 이용하여 상술한 온도 제어 또는 압력 제어를 수행하는 동안, 출발 유리관(G)을 이용한 화학 증착이 수행되었다. 출발 유리관(G)으로서, 외경이 35㎜이고, 내경이 27㎜이며, 비원율이 0.3%인 출발 유리관이 사용되었다. 또한, 화학 증착시의 가열로(20)의 횡단 속도는 100㎜/min이었으며, 출발 유리관(G)의 회전 속도는 40rpm으로 설정되었다. 또한, 화학 증착시의 출발 유리관(G)의 내부 압력은 외부의 대기압에 대해 80Pa 높은 압력으로 설정되었다. 또한, 가열된 유리관(G)의 외부 표면의 최고 온도는 2100℃였다.
또한, 본 예의 결과와의 비교를 위해, 가열원으로서 산수소 버너를 이용하여 출발 유리관(G)에 의한 화학 증착이 유사하게 수행되었다.
그 후, 가열원으로서 산수소 버너를 사용한 경우와 가열로(20)를 사용한 경우에 얻어진 각 유리관의 외경이 종방향 개소의 원주방향을 따라 측정되었다. 도 6에는 이러한 결과의 그래프가 도시되어 있다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 가열로(20)를 사용하여 화학 증착이 수행된 본 발명에 따른 예에서는, 외경의 편차가 작고 비원율이 약 0.2%였다. 반대로, 산수소 버너를 사용하여 화학 증착이 수행된 비교예에서는, 외경의 편차가 크고 비원율이 0.5%보다 컸다.
본 발명에 따른 유리관 처리 방법 및 유리관 처리 장치에 따르면, 비원율이 작은 외경을 가진 유리관을 얻을 수 있다는 것이 인정되었다.
본 발명에 따르면, 출발 유리관을 가열함으로써 화학 증착 또는 직경 수축 등의 처리를 수행하는 경우에 유리관의 비원화를 억제할 수 있는 유리 처리 방법 및 장치와, 그에 의해 처리된 유리관이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유리관 처리 방법을 실행할 수 있는 유리관 처리 장치의 전체 개략도,
도 2는 도 1에 도시된 가열로를 나타내는 개략도,
도 3은 출발 유리관(substrate glass tube)의 내부 압력을 제어하기 위한 구성을 나타내는 개략도,
도 4는 다른 가열 요소의 예를 나타내는 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 유리관 처리 방법에 있어서 직경 수축을 수행하는 경우를 나타내는 개략도,
도 6은 일 예의 결과를 나타내는 그래프.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 유리관 처리 장치 15 : 가스 공급부
16 : 버퍼 탱크 17 : 가스 배기부
G : 출발 유리관 20 : 가열로
21 : 가열 요소 21a, 21b : 구멍
23 : 유도 코일 24, 25 : 온도 측정 장치
26 : 전류 제어부 27 : 외경 측정 장치
28 : 유동 속도 제어부 29 : 압력 게이지

Claims (18)

  1. 출발 유리관(substrate glass tube)의 화학 증착 또는 직경 수축을 수행하기 위한 유리관 처리 방법에 있어서,
    외경이 30㎜ 이상이고, 벽 두께가 3㎜ 이상 15㎜ 미만이며, 외경의 비원율이 1.0% 이하인 상기 출발 유리관에 대하여 상기 출발 유리관의 주위를 환형으로 둘러싸는 가열 요소를 구비하는 가열로를 상기 출발 유리관의 종방향으로 상대 이동시키는 단계와,
    상기 가열 요소와 상기 출발 유리관중 적어도 하나의 온도를 측정하는 단계와,
    측정된 온도에 근거하여 상기 가열 요소의 발열량을 조절하는 단계를 포함하는
    유리관 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    발열량은 상기 출발 유리관의 종방향의 100㎜ 이상의 영역에 대한 상대 이동과 함께 적어도 1회 조절될 수 있는
    유리관 처리 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 출발 유리관의 외부 표면 온도는 상기 가열 요소의 외부에 제공된 온도 측정 장치를 이용하여 가열 요소에 제공된 공극부를 통해 측정되는
    유리관 처리 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    화학 증착 또는 직경 수축을 수행하는 경우에 있어서, 상기 유리관의 최고 온도의 개소로부터 상기 최고 온도보다 30℃ 낮은 온도의 개소까지의 출발 유리관의 종방향 거리는 20㎜ 이상으로 설정되는
    유리관 처리 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    화학 증착 또는 직경 수축을 수행하는 경우에 있어서, 상기 가열로의 상대 이동 속도가 10㎜/min 이상으로 설정되는
    유리관 처리 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    화학 증착 또는 직경 수축을 수행하는 경우에 있어서, 상기 출발 유리관의 원주방향에 있어서의 최대 온도와 최소 온도 사이의 차이가 200℃ 이하로 설정되는
    유리관 처리 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    화학 증착 또는 직경 수축을 수행하는 경우에 있어서, 상기 출발 유리관은 상기 출발 유리관의 중심축을 중심으로 10rpm 이상 150rpm 이하의 속도로 회전되는
    유리관 처리 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    화학 증착 또는 직경 수축을 수행하는 경우에 있어서, 상기 출발 유리관의 종방향의 100㎜ 이상의 영역에 대해, 상기 출발 유리관의 외경은 상대 이동과 함께 측정되며, 상기 출발 유리관의 내부 압력은 측정된 외경에 근거하여 적어도 1회 조절되는
    유리관 처리 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 외경은 레이저광 타입 모니터, CCD 카메라 및 X-레이 카메라로 이루어진 그룹으로부터 선택된 외경 측정 장치를 이용하여 측정되는
    유리관 처리 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 외경은 상기 가열 요소의 외부에 제공된 외경 측정 장치를 이용하여 상기 가열 요소에 제공된 공극부를 통해 측정되는
    유리관 처리 방법.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    화학 증착 또는 직경 수축을 수행하는 경우에 있어서, 상기 출발 유리관의 내부와 외부 사이의 차압은 1500Pa 이하로 조절되는
    유리관 처리 방법.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 출발 유리관의 외경(Od)과 상기 가열 요소의 내경(ID) 사이의 비율 (ID/Od)은 1.1 내지 5.0의 범위로 설정되는
    유리관 처리 방법.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 유리관 처리 방법을 이용하여 처리된 유리관에 있어서,
    외경의 비원율이 0.5% 이하인
    유리관.
  14. 유리관 처리 장치에 있어서,
    피가열체인 출발 유리관의 주위를 환형으로 둘러싸는 가열 요소를 구비하는 가열로와,
    상기 출발 유리관의 내부에 가스를 공급하기 위한 가스 공급부와,
    상기 출발 유리관의 내부로부터 가스를 배기하기 위한 가스 배기부와,
    상기 출발 유리관의 종방향으로 상기 출발 유리관과 상기 가열로를 상대 이동시키기 위한 수단과,
    상기 가열 요소와 상기 출발 유리관중 적어도 하나의 온도를 측정하기 위한 온도 측정 장치와,
    상기 가열 요소의 발열량을 조절하기 위한 발열량 조절 수단을 포함하는
    유리관 처리 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 출발 유리관의 외경을 측정하기 위한 외경 측정 장치와,
    상기 출발 유리관의 내부 압력을 조절하기 위한 압력 조절 수단을 더 포함하는
    유리관 처리 장치.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 가열 요소에는 상기 가열 요소의 내주측과 외주측을 통과하는 공극부가 제공되는
    유리관 처리 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 공극부는 구멍이며,
    복수의 구멍이 형성되고 상기 가열 요소의 동일한 원주방향 또는 동일한 종방향으로 정렬되지 않도록 배열되는
    유리관 처리 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 가열로는 상기 가열 요소의 주위에 유도 코일을 포함하는 유도 로(induction furnace)이며,
    상기 공극부는 구멍이며,
    상기 유도 코일 내부에 배열된 구멍중 하나의 구멍당 내주측의 개구 면적이 1000㎟ 이하이고,
    상기 유도 코일 내부에 배열된 상기 구멍의 내주측의 총 개구 면적은 상기 유도 코일 내부에 위치된 상기 가열 요소의 내주측의 면적의 50% 이하인
    유리관 처리 장치.
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