KR20060059936A - 유리 모재를 제조하는 장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 광섬유 유리 모재 제조 장치는 상기 유리 모재가 둘레를 따라 형성된 베이스 로드, 상기 유리 모재인 가스재를 상기 베이스 로드 둘레를 따라 가수 분해 및 퇴적하는 버너, 상기 버너를 상기 베이스 로드의 종방향과 평행인 방향으로 이동시키는 제1 버너-이동-유닛, 및 상기 제1 버너-이동-유닛의 이동방향과 동일한 방향으로 상기 제1 버너-이동-유닛을 이동시키는 제2 버너-이동-유닛을 포함한다.
유리 모재, 베이스 로드, 버너, 제1 버너-이동-유닛, 제2 버너-이동-유닛
Description
도 1은 본 실시예의 유리 모재 제조 장치의 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 본 실시예의 유리 모재 제조 장치의 사시도.
도 3a는 버너(62, 64, 66, 68, 70)의 이동을 나타낸 도면.
도 3b는 도 3a에 도시된 버너(62, 64, 66, 68, 70)의 이동에 의하여 퇴적된 유리 입자층 개수를 나타낸 도면.
도 3c는 도 3b에 도시된 유리 입자층을 퇴적하여 만들어진 유리 모재(4)의 형태를 나타낸 도면.
도 4는 제1 스테이지(14)의 이동 범위 각각에 대한 유리 모재(4)의 표면 조도와 제2 스테이지(20)의 이동 범위 사이의 관계를 나타낸 도면.
도 5는 제2 스테이지(20)의 이동 범위 각각에 대한 유리 모재(4)의 표면 조도와 제1 스테이지(14)의 이동 범위 사이의 관계를 나타낸 도면.
도 6은 유리 모재(4)의 표면 조도와 제1 스테이지의 이동 범위 사이의 관계를 나타낸 도면.
도 7은 유리 모재(4)의 표면 조도와 제2 스테이지의 이동 범위 사이의 관계를 나타낸 도면.
도 8은 말단부의 길이와 버너(62, 64, 66, 68, 70)의 이동 범위 사이의 관계를 나타낸 도면.
도 9는 버너(62, 64, 66, 68, 70)가 소화된 후, 유리 모재(4)의 표면 온도와 시간 사이의 관계를 나타낸 도면.
도 10a는 예 1 내지 5 각각의 상이한 냉각 속도에 대하여 유리 모재(4)의 표면 온도와 시간 사이의 관계를 나타낸 도면.
도 10b는 예 1 내지 5 각각에 대하여 냉각 속도와 유리 모재(4)의 표면 상에 발생하는 크랙 사이의 관계를 나타낸 도면.
도 11은 더미 로드(40)의 직경 D와 유리 모재(4)의 중량 W 사이의 관계를 나타낸 도면.
본 특허출원은 일본국 특허출원 제99-188829호(1999년 7월 2일 출원), 제99-195254호(1999년 7월 9일 출원), 제99-207039호(1999년 7월 22일 출원), 제99-209177호(1999년 7월 23일 출원), 및 제99-216731호(1999년 7월 30일 출원)을 우선권으로 주장하는 것으로서, 상기 문헌들의 내용은, 원용에 의해 본 명세서에 통합된다.
본 발명은 광섬유 기재(base material)인 유리 모재를 제조하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
광섬유는 여러 과정을 거쳐 제조된다. 광섬유 기재인 가스재(gas material)가 가수 분해되어 유리 모재 내에 형성된다. 유리 모재가 소결되어 광섬유 프리폼(preform)을 형성하고, 이 프리폼을 인발하여 광섬유를 형성한다.
유리 모재를 제조하는 다양한 방법이 있다. 유리모재를 제조하는 방법들 중 하나로서, OVD법, 즉 외부 증착법(outside vapor deposition method)을 들 수 있다. OVD법에서는, 가스재가 버너에 의하여 가수 분해되어 광섬유 기재를 형성하는 유리 입자를 형성한다. 유리입자는 일정한 속도로 회전하는 베이스 로드(base rod) 둘레를 따라 퇴적되고, 퇴적된 상기 유리입자가 유리 모재로 된다.
유리 모재의 생산성을 높이기 위하여, 복수의 버너가 가스재의 가수분해를 위해 사용된다. 상기 복수개의 버너를 베이스 로드의 종방향을 따라 전후로(back and forth) 이동시켜 직경이 일정한 유리모재를 형성한다. 이 경우, 버너가 전후로 이동하는 전환점을, 베이스 로드의 종방향을 따라 균등하게 분산시켜, 버너에 의하여 퇴적된 유리 모재의 직경이 실질적으로 유리 모재의 전체 길이에 대하여 일정하게 될 수 있도록 할 필요가 있다.
버너의 전환점 위치를 계산하는 소프트웨어를 사용하여 전환점 위치를 제어하는 방법이 있다. 전환점을 미리 정해진 위치로 제어하기 위해서는, 여러 단계가 수행되어야만 한다.
그러나, 소프트웨어를 사용하여 전환점을 제어하는 상기 방법의 경우, 소프트웨어가 전환점을 계산하는데 시간이 걸리고, 또 상기 계산된 전환점을 버너를 이동시키는 유닛에 제공하는데 시간이 걸리기 때문에 버너의 이동에 지연(delay)을 야기한다. 이 경우, 버너가, 소프트웨어에 의하여 계산되어 버너 이동 유닛에 제공되는 전환점을 통과해버리게 된다. 따라서, 유리 모재의 직경이 균일하지 않게 되고, 유리모재의 표면조도(roughness)도 증가하게 된다. 그 결과, 직경이 균일하지 않은 유리 모재로부터 인발해 낸 유리 섬유의 품질도 저하되게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술 상의 전술한 과제를 극복하는 유리 모재의 제조장치 및 그 방법을 제공하는 것이다. 상기 목적은 독립 청구항에 개시된 조합에 의하여 달성된다. 종속항은 본 발명의 바람직하고 예시적인 조합을 추가로 한정한 것이다.
본 실시예의 일양태로서, 광섬유의 기재인 유리 모재를 제조하는 장치가 제공될 수 있다. 상기 장치는 유리 모재가 둘레를 따라 형성될 수 있는 베이스 로드, 유리 모재의 베이스재인 가스재를 가수분해하여 상기 베이스 로드 둘레를 따라 퇴적시키는 버너, 버너를 상기 베이스 로드의 종방향과 평행인 방향으로 이동시키는 제1 버너-이동-유닛, 및 상기 제1 버너-이동-유닛과 동일한 이동 방향으로 제1 버너-이동-유닛을 이동시키는 제2 버너-이동-유닛을 포함할 수 있다.
제1 버너-이동-유닛은 버너를 베이스 로드의 종방향과 평행인 방향으로 전후로 이동시킬 수 있다. 제2 버너-이동-유닛은 제1 버너-이동-유닛을 제1 버너-이동-유닛과 동일한 이동 방향으로 전후로 이동시킬 수 있다.
제1 버너-이동-유닛은 버너를 제1 사이클로 이동시키고, 제2 버너-이동-유닛은 제1 버너-이동-유닛을 제1 사이클과 상이한 제2 사이클로 이동시킬 수 있다. 제1 사이클은 상기 제2 사이클보다 짧을 수 있고, 제2 사이클의 정수 배수일 수 있으며, 제2 사이클과 동시에 일어날 수 있다.
상기 장치는 종방향과 평행으로 제1 버너-이동-유닛 내에 배열된 복수의 버너를 추가로 포함한다. 복수의 버너 사이의 각각의 간격이 실질적으로 일정할 수 있다. 복수의 버너 각각이 유리 모재의 전체 길이 중 일부인 각각의 상이한 영역 에 유리 입자를 퇴적시킬 수 있다.
제1 버너-이동-유닛은 제1 버너-이동-유닛이 이동하는 제1 샤프트를 가질 수 있고, 제2 버너-이동-유닛은 제2 버너-이동-유닛이 이동하는 제2 샤프트를 추가로 가질 수 있다. 제1 버너-이동-유닛은 제1 샤프트를 회전시키는 제1 모터를 가지고, 제2 버너-이동-유닛은 제2 샤프트를 회전시키는 제2 모터를 가질 수 있다.
제1 버너-이동-유닛과 제2 버너-이동-유닛 중 적어도 하나의 이동 범위는 복수의 버너 사이의 각 간격의 정수 배수일 수 있다. 상기 정수는, 5로 나누어진 복수의 버너 숫자를 초과하지 않는 정수일 수 있다. 정수가 정수 "1"일 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 베이스 로드, 버너, 제1 버너 이동 유닛, 및 제2 버너 이동 유닛을 수용하는 체임버를 추가로 포함할 수 있고, 베이스 로드의 종방향을 따라 체임버의 실질적으로 전체 길이에 걸쳐 제공되며, 체임버 내부로부터 배기물을 배출하는 덕트(duct)를 포함할 수 있다.
체임버는, 양쪽 말단이 폐쇄된, 베이스 로드와 평행인 종방향을 따라 연장되는 튜브 형상을 가질 수 있다. 상기 튜브 형상의 단면은, 다각형 또는 원통 형상일 수 있다. 덕트는 체임버의 상단에 제공될 수 있다. 덕트는, 실질적으로 체임 버의 전체 길이에 걸쳐 복수개의 배기구(vent)를 갖는 배기판(vent plate)을 포함할 수 있다. 상기 복수개의 배기구는 일정한 간격으로 제공될 수 있다. 상기 배기판은, 복수의 배기구의 공기흐름을 제어하는 배기구 제어기를 포함할 수 있다.
체임버는, 체임버 상에 제공된 복수의 덕트를 추가로 포함하며, 상기 덕트는 베이스 로드에 걸쳐 위치된 버너의 출구와 대면할 수 있다. 체임버는 외부 공기를 취입하는 흐름 조절 구조를 갖는 베이스를 포함하여 베이스로부터 덕트로 공기흐름이 조절된다. 흐름 조절 구조가 필터로 제조될 수 있다. 필터가 부직포로 제조될 수 있다. 필터가 아코디언 형상을 가질 수 있다. 흐름 조절 구조가 복수의 통기구(air hole)를 갖는 플레이트로 형성될 수 있다.
베이스 로드는, 그의 양 말단 상에 제공된 한 쌍의 더미 로드(dummy rod)를 가질 수 있고, 상기 더미로드의 직경 D와 유리 모재의 중량 W는, 0.13 ≤ D/W0.5라는 관계를 가질 수 있다. 상기 더미로드의 직경 D와 유리 모재의 중량 W는, 추가로, 0.13 ≤ D/W0.5 ≤ 0.25의 관계를 가질 수 있다.
본 실시예의 제2 양태에 따른, 광섬유 기재인 유리 모재를 제조하는 방법은, 유리 모재가 둘레를 따라 형성되어 있는 베이스 로드를 회전시키는 단계 및, 유리 모재의 기재인 가스재를 가수 분해하여 버너에 의하여 베이스 로드 둘레를 따라 퇴적시키는 단계를 포함하고, 상기 가수분해 및 퇴적 단계는, 버너를 베이스 로드의 종방향과 평행인 방향으로 제1 사이클로 이동시키고, 버너를 제1 사이클로 이동시키는 상기 유닛을, 버너의 이동방향과 동일한 방향으로 제2 사이클로 이동시키는 단계를 포함한다.
버너의 이동은, 베이스 로드의 종방향과 평행인 방향으로, 버너를 전후로 이동시키고, 유닛의 이동은, 상기 유닛을 베이스 로드의 종방향과 평행인 방향으로 전후로 이동시킬 수 있다.
제1 사이클은, 제2 사이클과 상이할 수 있고, 제2 사이클보다 짧을 수 있다. 제1 사이클은, 제2 사이클의 정수 배수일 수 있고, 제2 사이클과 동기화(synchronization)될 수 있다.
상기 가수분해 및 퇴적 단계는, 복수개의 버너에 의하여 수행될 수 있다. 복수개의 버너 각각은, 베이스 로드의 종방향을 따라 실질적으로 일정한 간격으로 제공될 수 있다. 상기 가수분해 및 퇴적 단계가 복수개의 버너 각각을 사용하여 유리 모재를 퇴적하고, 상기 복수개의 버너 각각은, 베이스 로드의 전체 길이 중 일부로서, 각각 상이한 영역을 위해 가스재를 퇴적할 수 있다.
버너의 이동은, 간격의 정수 배수인 거리로 버너를 이동시킬 수 있거나, 혹은, 유닛의 이동은, 상기 간격의 정수 배수인 거리로 상기 유닛을 이동시킬 수 있다. 상기 정수는, 5로 나누어진 복수의 버너 숫자를 초과하지 않을 수 있다. 정수가 정수 "1"일 수 있다.
가수 분해 및 퇴적단계는, 가스재를 베이스 로드, 유리 모재, 버너 및 유닛을 수용하는 체임버 내에 퇴적시킬 수 있고; 상기 가수 분해 및 퇴적단계는, 체임버를 통해 흐르는 공기 흐름의 제어단계를 포함할 수 있다. 이러한 공기흐름의 제어단계는, 베이스 로드의 종축 방향을 따라 체임버의 실질적으로 전체 길이에 걸쳐 체임버 상에 제공된 덕트를 통하여 체임버 내부의 가스를 배출하는 것을 포함할 수 있다.
공기 흐름의 제어단계는, 체임버 상에 제공된 복수개의 덕트로부터 내부 가스를 배출하는 것을 포함하며, 이 때, 상기 복수개의 덕트는, 베이스 로드의 종방향을 따라 체임버의 실질적으로 전체 길이에 대하여 베이스 로드를 건너 버너의 출구와 대면한다. 배출은, 체임버의 실질적으로 전체 길이에 대하여 일정한 간격으로 제공된 복수의 배기구를 구비한 배기판을 통하여 체임버 내부로부터 가스를 배출하는 것을 포함할 수 있다. 공기흐름의 제어는 체임버의 베이스로부터 흐르는 공기흐름을 조절하는 것을 포함할 수 있다. 공기흐름의 조절이 외부 공기를 여과시킬 수 있다.
본 발명에 따른 방법은, 유리 모재의 표면 온도를 제어함으로써 가수 분해 및 퇴적에 의하여 퇴적된 유리 모재를 냉각시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 냉각은, 유리 모재의 표면 온도를 하강시키기 위한 냉각 속도를 제어할 수 있다. 상기 냉각은, 가수 분해 및 퇴적단계가 완료된 후, 냉각 속도를 소정 시간 동안 분당 30℃ 보다 느리게 제어할 수 있다. 상기 소정의 시간은 10분일 수 있다.
가수 분해 및 퇴적단계는, 베이스 로드를 지지하기 위해 베이스 로드의 양쪽 말단 상에 제공된 한 쌍의 더미 로드의 직경 D와 유리 모재의 중량 W이 0.13 ≤ D/W0.5의 관계를 가지도록, 가스재를 퇴적할될 수 있다. 상기 가수분해 및 퇴적단계는, 한 쌍의 더미 로드의 직경 D와 유리 모재의 중량 W 사이의 관계가 0.13 ≤ D/W0.5 ≤0.25로 되도록 가스재를 퇴적할 수 있다.
전술한 본 발명의 요약은, 반드시 필요한 모든 특징을 개시하는 것은 아니며, 본 발명은 상기 개시된 특징의 서브-컴비네이션일 수 있다.
다음에, 본 발명을 본 발명의 범위를 한정하지 않고 단지 예시적으로 나타낸 바람직한 실시예에 따라 설명한다. 이 실시예에서 설명하는 특징 및 컴비네이션 모두가 발명에 필수적인 것은 당연히 아니다.
도 1은 본 실시예에 따른 유리 모재 제조 장치의 구성을 도시한 것이다. 도 2는 도 1에 도시된 본 실시예에 따른 유리 모재 제조 장치의 사시도이다. 유리 모재 제조 장치는 버너-이동-유닛(92), 베이스 로드 유닛(94), 체임버(2), 및 상단 덕트(42)를 가진다.
버너-이동-유닛(92)은 제1 버너-이동-유닛(96) 및 제2 버너-이동-유닛(98)을 가진다. 제2 버너-이동-유닛(98)은 제1 버너-이동-유닛(96)을 이동시키고, 제1 버너-이동-유닛(96)은 복수의 버너(62, 64, 66, 68, 70)를 이동시킨다. 따라서, 버너(62, 64, 66, 68, 70)의 이동은 제1 버너-이동-유닛(96)에 의하여 발생된 이동과 제2 버너-이동-유닛(98)에 의하여 발생된 이동이 합산된 것이다.
버너-이동-유닛(92) 및 로드 유닛(94)이 체임버(2) 내부에 제공되어 유리 모재(4)를 제조한다. 상단 덕트(42)가 체임버(2)의 상단에 제공되어 체임버(2) 내부로부터 가스를 배출한다. 버너(62, 64, 66, 68, 70)로부터 유리 입자가 배출되는 동안, 버너-이동-유닛(92)이 버너(62, 64, 66, 68, 70)를 베이스 로드(38)의 종방향을 따라 전후로 이동시켜, 유리 입자가 로드 유닛(94)의 베이스 로드(38) 상에 퇴적되고 유리 모재(4)가 제조된다.
제1 버너-이동-유닛(96)은, 버너(62, 64, 66, 68, 70), 제1 스테이지(14), 제1 샤프트(16), 제1 모터(18), 버너-조정 샤프트(32), 버너-조정 모터(28), 및 제1 스테이지 베이스(30)를 포함한다. 제2 버너-이동-유닛(98)은 제2 스테이지(20), 제2 샤프트(22), 제2 모터(24), 및 베이스 스테이지(26)를 가진다. 버너(62, 64, 66, 68, 70) 각각은 연료 공급관(82) 및 가스재 공급관(84)을 가진다.
베이스 스테이지(26)가 베이스(8) 상에 제공된다. 제2 샤프트(22) 및 제2 모터(24)가 상기 베이스 스테이지(26) 상에 제공된다. 제2 샤프트(22)가 베이스 로드(38)의 종방향을 따라 제공된다. 제2 모터(24)가 제2 샤프트(22)를 회전시켜 제2 스테이지(20)를 베이스 로드(38)의 종방향으로 전후 이동시킨다. 제1 샤프트(16) 및 제1 모터(18)가 제2 스테이지(20) 상에 제공된다. 제1 샤프트(16)가 베이스 로드(38)의 종방향을 따라 제공된다. 제1 모터(18)가 제1 샤프트(16)를 회전시켜 제1 스테이지 베이스(30)를 베이스 로드(38)의 종방향으로 전후 이동시킨다.
버너(62, 64, 66, 68, 70)가 베이스 로드(38)의 종방향으로 제1 스테이지(14) 상에 일정한 간격 D1으로 제공된다. 도 2에 도시된 바와 같이, SiCl4와 같은 가스재가 가스재 공급관(84)으로부터 버너(62, 64, 66, 68, 70)에 공급된다. 또한, O2 및 H2와 같은 연료 가스가 연료 공급관(82)으로부터 버너(62, 64, 66, 68, 70)에 공급된다.
버너(62, 64, 66, 68, 70)가 가스재를 가수 분해하여 유리 입자를 발생시킨다. 유리 입자가 버너(62, 64, 66, 68, 70)로부터 베이스 로드(38)로 배출되어 일정한 속도로 회전하는 베이스 로드(38) 상에 유리 입자가 퇴적된다. 퇴적된 유리 입자가 유리 모재(4)를 형성한다. 제1 모터(18)가 제1 스테이지 베이스(30)를 이동시켜 버너(62, 64, 66, 68, 70)가 그 위에 제공된 제1 스테이지(14)를 이동시키기 때문에, 유리 입자가 배출되는 동안, 버너(62, 64, 66, 68, 70)가 베이스 로드(38)의 종방향으로 전후 이동한다.
버너-조정 샤프트(32) 및 버너-조정 모터(28)가 제1 스테이지 베이스(30) 상에 제공된다. 제1 스테이지(14)가 버너-조정 샤프트(32) 상에 제공된다. 제1 스테이지(14)가 버너(62, 64, 66, 68, 70)를 지지한다. 버너-조정 모터(28)가 버너-조정 샤프트(32)를 회전시켜 제1 스테이지(14)를 수직 방향으로 이동시킴으로써 버너(62, 64, 66, 68, 70)와 베이스 로드(38) 사이의 거리가 조정되어, 퇴적된 유리 모재(4)의 표면과 버너(62, 64, 66, 68, 70) 사이의 거리가 일정하게 유지될 수 있다.
베이스 로드 유닛(94)은 베이스 로드(38), 한 쌍의 처크(chuck)(36), 한 쌍의 더미 로드(40), 및 로드 모터(rod motor)(34)를 가진다. 유리 모재(4)가 베이스 로드(38) 상에 제조된다. 각 쌍의 처크(36)가 더미 로드(40) 양자 모두의 외측 말단을 각각 지지한다. 더미 로드(40) 각각은 베이스 로드(38)의 각 말단 상에 제공된다. 로드 모터(34)가 처크(36)를 회전시켜 베이스 로드(38)를 일정한 속도로 회전시키는 한편, 유리 입자가 베이스 로드(38) 상에 퇴적된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 체임버(2)는 측벽(6), 베이스(8), 천정(10), 상단 덕트(42), 및 측면 덕트(50)를 가진다. 상단 덕트(42)는 연통(flue)(44), 배기판(46), 및 복수의 배기구(48)를 가진다. 측면 덕트(50)는 측면 연통(52), 배기판(54), 및 복수의 배기구(56)를 가진다. 외부 공기를 취입하는 복수의 통기구(58)가 실질적으로 베이스(8) 전체에 걸쳐 제공된다.
체임버(2)는 로드 유닛(94) 및 버너-이동-유닛(92)을 수용한다. 베이스(8), 측벽(6), 및 한 쌍의 천정(10)이 체임버(2)를 구성한다. 천정(10)은 측벽(6) 상에 제공된다. 상단 덕트(42)가 천정(10)의 상단에 제공되므로 상단 덕트(42)의 바닥쪽이 체임버(2)의 실질적으로 전체 길이로부터 체임버(2) 내부의 가스를 배출할 수 있다. 측면 덕트(50)가 베이스 로드(38)를 건너 버너(62, 64, 66, 68, 70)의 출구와 대면한다. 측면 덕트(50)의 바닥쪽이 체임버(2)의 실질적으로 전체 길이로부터 체임버(2) 내부의 가스를 배출한다.
실질적으로 동일한 치수의 통기구(58)를 일정한 간격으로 실질적으로 베이스(8) 전체에 걸쳐 제공함으로써, 통기구(58) 각각이 외부 공기를 균일하게 취입한다. 또한 통기구(58)가 체임버(2) 내부의 공기흐름을 조절하여 체임버(2) 내부로 흐르는 공기흐름을 원활하고 일정하게 유지시킨다. 또한, 부직포로 제조된 아코디언 형상의 필터를 베이스(8)로 또한 사용할 수 있다. 베이스(8)를 필터로 제조함으로써 외부 공기에 포함된 불순물을 여과시킬 수 있다. 필터를 아코디언 형상으로 제조함으로써, 필터의 강도가 충분하여 버너-이동-유닛(92)을 지지할 수 있다.
체임버(2)는 베이스 로드(38)의 종방향을 따라 튜브 형상을 가진다. 튜브 형상의 체임버(2)의 단면은 다각형, 원통형, 또는 만곡된 형상일 수 있다. 예를 들면, 측벽(6)의 형상 및 천정(10)은 만곡된 형상을 가질 수 있다. 상단 덕트(42) 및 측면 덕트(50)를 제외한 체임버(2)의 단면은 종방향을 따라 실질적으로 동일하다.
체임버(2)의 단면이 종방향을 따라 실질적으로 동일하기 때문에, 베이스(8)의 통기구(58)로부터 상단 덕트(42) 및 측면 덕트(50)로 흐르는 공기흐름이 실질적으로 종방향 전체에 대하여 일정하고 균일하게 조절될 수 있다. 따라서, 체임버(2) 내에 발생하는 난류(turbulence) 또는 소용돌이(vortex)가 감소될 수 있다.
상단 덕트(42)는 체임버(2)의 최상단에 제공된다. 배기판(46)이 상단 덕트(42) 내부에 제공되어 상단 덕트(42)와 체임버(2)의 내부를 분리시킨다. 배기판(46)은 체임버(2)의 실질적으로 전체 길이에 대하여 일정한 간격으로 제공된 복수의 배기구(48)를 가진다. 연통(44)이 체임버(2)의 실질적으로 종방향 중앙에 제공된다.
측면 덕트(50)가 베이스 로드(38)를 건너 위치된 버너(62, 64, 66, 68, 70)의 출구와 대면하도록, 측면 덕트(50)는 체임버(2)의 천정(10) 상에 제공된다. 상단 덕트(42)와 유사하게, 측면 덕트(50) 또한 전술한 배기판(46), 배기구(48), 및 연통(44)과 같이 동일한 기능을 하는 배기판(54), 배기구(56), 및 측면 연통(52)을 가진다.
상단 덕트(42)는 베이스(8)로부터 체임버(2)를 통하여 상단 덕트(42) 및 측 면 덕트(50)로 흐르는 공기, 가스재의 가수 분해 도중에 발생하는 HCl과 같은 부산물, 및 유리 모재(4) 상에 퇴적되지 않는 유리 입자와 같은 체임버(2) 내부의 가스를 배출한다. 유리 모재(4) 상에 퇴적되지 않는 유리 입자가 서로 달라 붙어 유리 입자 덩어리를 형성한다. 유리 입자 덩어리가 유리 모재(4)에 부착되는 경우, 퇴적된 유리 입자의 밀도가 불균일하게 된다. 따라서, 유리 모재(4)의 품질이 열화된다. 불균일한 밀도를 가진 유리 모재(4)가 소결되는 경우, 소결된 유리 모재(4)에 기포가 발생한다. 상단 덕트(42)가 체임버(2)의 실질적으로 전체 길이에 대하여 체임버(2)의 최상단 상에 제공되기 때문에, 체임버(2) 내부의 가스가 체임버(2) 내부의 공기흐름에 난류 또는 소용돌이를 일으키지 않고 체임버(2) 외부로 배출될 수 있다. 상단 덕트(42)에 의하여 포집된 체임버(2) 내부의 가스는 예를 들어 선풍기로 배기판(46)을 통하여 배출된다.
측면 덕트(50)가 체임버(2)의 모서리 상에 제공되는 한편, 베이스 로드(38)를 건너 버너(62, 64, 66, 68, 70)의 출구와 대면하기 때문에, 유리 모재(4)의 바닥쪽으로부터 도 2에 화살표 B로 도시된 방향을 따라 흐르는 체임버(2) 내부의 가스 일부분이 측면 덕트(50)로 배출될 수 있다. 따라서, 체임버(2) 내부의 가스가 고속 공기흐름을 사용하여 효과적으로 배출될 수 있다.
본 실시예의 체임버(2)를 시험하였다. 체임버(2)는 상단 덕트(42) 및 5각형 형상의 단면을 가진 측면 덕트(50)를 포함한다. 단면 영역은 4 m2이다. 체임버의 길이는 5 m이다. 체임버(2) 내부의 가스 배출 속도를 30 m3/분으로 설정하였다. 전술한 조건으로 제조된 유리 모재(4)를 소결하여 눈으로 검사하였다. 소결된 유리 모재(4)에 기포가 발견되지 않았다.
도 3a는 버너(62, 64, 66, 68, 70)의 이동을 나타낸 도면이다. 도 3b는 도 3a에 도시된 버너(62, 64, 66, 68, 70)의 이동에 의하여 퇴적된 유리 입자층의 개수를 나타내는 도면이다. 도 3c는 도 3b에 도시된 유리 입자층의 퇴적에 의하여 제조된 유리 모재(4) 형태를 나타내는 도면이다.
도 3a에 있어서, X-축은 유리 모재(4)의 좌측으로부터의 거리를 나타낸다. Y-축은 퇴적 과정이 개시된 후의 시간을 나타낸다. 버너(62, 64, 66, 68, 70)는 도 1에 D1으로 도시된 바와 같이 일정한 간격 150 mm로 도 3a의 상단에 배열된다. 제2 스테이지(20)에 대한 버너(62, 64, 66, 68, 70)의 이동 범위 및 제2 스테이지(20)의 이동 범위 양자 모두를 각각의 버너(62, 64, 66, 68, 70) 사이의 간격 D1와 동일한 거리인 150 mm로 설정하였다. 그러나, 제2 스테이지 및 버너(62, 64, 66, 68, 70)의 이동 범위는 간격 D1와 동일한 거리로 한정되지 않고, 제2 스테이지(20) 및 버너(62, 64, 66, 68, 70)의 이동 범위는, 도 3에 도시된 경우, 150 mm, 300 mm, 450 mm 등과 같이 간격 D1의 배수일 수 있다. 따라서 각각의 버너(62, 64, 66, 68, 70)가 동일 시간에 실질적으로 동일한 양의 유리 입자를 퇴적한다.
도 3a에 서로 평행으로 도시된 5개의 쇄선은 제2 스테이지(20)의 이동을 나타내고, 도 3a에 서로 평행으로 도시된 5개의 실선은 제1 스테이지(14)의 이동에 대응하는 버너(62, 64, 66, 68, 70)의 이동을 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 모터(24)는 제2 스테이지(20)을 전후로 이동시키고, 제2 스테이지(20) 상 에 제공된 제1 모터(18)는 제1 스테이지(14)를 전후로 이동시킨다. 따라서, 지그재그 형상의 실선으로 도시된 버너(62, 64, 66, 68, 70)의 이동은 지그재그 형상의 쇄선으로 도시된 제2 모터(24)에 의하여 발생된 제2 스테이지(20)의 이동과 제1 모터(18)에 의하여 발생된 이동의 합이 된다.
제2 모터(24)는 제2 스테이지(20)를 도 3a의 좌측 하단에 도시된 사이클 C2에서 전후로 이동시킨다. 제1 모터(18)는 제1 스테이지(14)를 도 3a의 좌측 하단에 도시된 사이클 C1에서 전후로 이동시킨다.
버너(62, 64, 66, 68, 70)가 제1 스테이지(14) 상에 제공되기 때문에, 모든 버너(62, 64, 66, 68, 70)가 동일 이동 범위 내의 동일 사이클 C1에서 이동한다.
사이클 C1은 사이클 C2와 동시에 발생한다. 예를 들면, 시간이 0과 t2일 때, 버너(62, 64, 66, 68, 70)는 상기 버너(62, 64, 66, 68 70)의 이동 범위 중 가장 좌측 위치에 있는 동시에, 제2 스테이지(20)는 상기 제2 스테이지(20)의 이동 범위 중 가장 좌측 위치에 또한 있다. 시간이 t2/2일 때, 버너(62, 64, 66, 68, 70)는 상기 버너(62, 64, 66, 68, 70)의 이동 범위 중 가장 우측 위치에 있는 동시에, 제2 스테이지(20)는 상기 제2 스테이지(20)의 이동 범위 중 가장 우측 위치에 또한 있다.
본 실시예에 있어서, 사이클 C1은 사이클 C2보다 짧다. 제1 스테이지(14)가 제2 스테이지(20) 상에 제공되기 때문에, 제1 스테이지(14)는 제2 스테이지(20)에 의하여 지지된 중량보다 적은 중량을 지지한다. 따라서 제1 스테이지(14)를 제2 스테이지(20)의 이동 속도보다 빠르게 이동시키는 것이 용이하다.
도 3b는 전술한 버너(62, 64, 66, 68, 70)의 이동에 의하여 퇴적된 유리 입자층의 개수를 도시한다. 사이클 C2 도중에 버너(62, 64, 66, 68, 70) 각각에 의하여 퇴적된 층의 개수를 도 3b의 각 열에 도시한다.
다음에, 버너(62)에 의하여 퇴적된 층의 개수를 사용하여 설명한다. 도 3a의 좌측 하단에 도시된 바와 같이, 수직선은 Y-축과 30 mm 간격으로 평행으로 그려져 있다. 버너(62)가 사이클 C2 도중에 수직선으로 도시된 소정의 지점을 통과하는 횟수를 계산하였다. 버너(62)가 각 수직선을 통과하는 횟수가 수직선의 각 위치의 베이스 로드(38) 상에 퇴적된 유리 입자층의 개수가 된다. 버너(62)가 실선으로 도시된 바와 같이 30 mm의 동일한 간격으로 전환점이 변하면서 지그재그로 이동하기 때문에, 버너(62)는 거리 0 mm로부터 제1 수직선인 제1 수직선을 사이클 C2 도중에 2회 통과한다. 다음에, 버너(62)는 거리 0 mm로부터 제2 수직선인 제2 수직선을 사이클 C2 도중에 6회 통과한다.
마찬가지로, 버너(62)는 사이클 C2 도중에 10, 14, 18, 18, 14, 10, 6 및 2회마다 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 및 제10 수직선을 각각 통과한다. 또한, 도 3b의 각 열에는 각각의 버너(64, 66, 68, 70)에 의하여 퇴적된 층의 개수가 버너(62)의 제1 수직선으로부터 30 mm 간격으로 위치된 소정의 위치에 도시되어 있다. 복수의 버너(62, 64, 66, 68, 70) 각각은 유리 모재(4)의 전체 길이 중 일부인 각각의 상이한 영역에 퇴적한다.
각 버너(64, 66, 68, 70)의 이동이 버너(62)의 이동과 동일하기 때문에, 각각의 소정 위치에 각각의 버너(64, 66, 68, 70)에 의하여 퇴적될 층의 개수는 수직 선으로 도시된 각각의 소정 위치에 버너(62)에 의하여 퇴적된 층의 개수와 동일하다.
버너(62, 64, 66, 68, 70)에 의하여 퇴적된 층의 총 개수를 도 3b의 최하단 열에 도시한다. 층의 개수 합을 도 3a의 좌측 하단에 수직선으로 도시된 제1 수직선으로부터 30 mm 간격으로 위치된 각각의 소정 위치마다 계산하였다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 유리 입자층의 총 개수는 도 3a의 X-축을 따라 150 mm 내지 750 mm로 20 개 층의 일정한 값이다.
도 3c는 본 실시예의 유리 베이스 제조 장치로 제조된 유리 모재(4)의 종방향에 따른 단면도이다. 도 3a의 수직선 중 각각의 소정 위치에서의 유리 모재(4)의 직경은 도 3b의 최하단 열에 도시된 유리 입자층의 총 개수에 대응한다. 도 3b에 도시된 총 20개의 층에 대응하는, 즉 도 3a의 X-축을 따라 150 mm 내지 750 mm에 위치된 일정한 직경을 가진 유리 모재(4)의 부분이 고정부(steady portion)로 도시되어 있다. 층의 총 개수 2 내지 18에 대응하는, 즉 0 mm 내지 150 mm 및 750 mm 내지 900 mm에 위치된 직경이 점진적으로 증가 또는 감소하는 유리 모재(4)의 부분이 말단부로 도시되어 있다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 유리 모재(4)의 직경은 고정부 내의 유리 모재(4)의 종방향을 따라 일정하다.
따라서, 본 실시예는 제1 버너-이동-유닛(96) 및 제2 버너-이동-유닛(98)을 사용하여 버너(62, 64, 66, 68, 70)를 이동시킴으로써 고정부 내의 유리 모재(4)의 종방향을 따라 일정한 직경을 가진 유리 모재(4)를 제조할 수 있다.
버너(62, 64, 66, 68, 70)의 전환점이 제1 버너-이동-유닛(96) 및 제2 버너- 이동-유닛(98)에 의하여 기계적으로 제어되기 때문에, 버너-이동-유닛(92)의 이동을 제어하기 위해 버너(62, 64, 66, 68, 70)의 현재 위치를 관찰할 필요가 없다. 또한, 본 실시예는 소프트웨어를 사용하여 전환점을 계산할 때, 전환점의 계산 및 전환점의 데이터 전달로 인한 지연을 야기하지 않는다. 따라서, 본 실시예의 장치는 버너(62, 64, 66, 68, 70)를 정확하게 이동시킬 수 있다.
두 가지 유형의 유리 모재 제조 장치를 시험하였다. 먼저, 본 실시예의 장치를 시험하였다. 버너(62, 64, 66, 68, 70) 사이의 간격 D1을 150 mm로 설정하였다. 직경이 40 mm인 베이스 로드(38)를 사용하였다. 베이스 로드(38)의 길이는 200 mm였다. 제1 스테이지 이동 범위 및 제2 스테이지 이동 범위를 각각의 버너(62, 64, 66, 68, 70) 사이의 간격 D1과 동일한 150 mm로 설정하였다. 제1 스테이지(14)의 이동 속도를 1000 mm/분으로 설정하였다. 제2 스테이지(20)의 이동 속도를 20 mm/분으로 설정하였다.
가스재 SiCl4를 가스재 공급관(84)으로부터 버너(62, 64, 66, 68, 70)에 공급하였다. 버너(62, 64, 66, 68, 70)에 가스재를 공급하는 비율은 가수 분해 과정이 개시될 때 11/분이었고, 가수 분해 과정이 종료될 때, 즉 유리 모재(4)의 직경이 200 mm가 될 때의 비율인 51/분으로 점진적으로 증가하였다. 연료 가스 H2 및 O2를 연료 공급관(82)으로부터 버너(62, 64, 66, 68, 70)에 공급하였다. 버너(62, 64, 66, 68, 70)에 H2 가스를 공급하는 비율은 가수 분해 과정이 개시될 때 40 1/분이었고, 가수 분해 과정이 종료될 때, 즉 유리 모재(4)의 직경이 200 mm가 될 때의 비율인 150 1/분으로 점진적으로 증가하였다. 버너(62, 64, 66, 68, 70)에 O2 가스를 공급하는 비율은 가수 분해 과정이 개시될 때 20 1/분이었고, 가수 분해 과정이 종료될 때, 즉 유리 모재(4)의 직경이 200 mm가 될 때의 비율인 70 1/분으로 점진적으로 증가하였다.
베이스 로드(38)는 유리 모재(4)를 제조하는 동안 30 rpm의 속도로 회전한다. 유리 모재가 버너(62, 64, 66, 68, 70)에 의하여 가수 분해되어 유리 모재(4)의 직경이 200 mm로 될 때까지 베이스 로드(38) 상에 퇴적된 유리 입자를 형성한다.
유리 입자의 퇴적이 완료된 후, 고정부의 유리 모재(4)의 최대 직경 "M" 및 최소 직경 "m"를 측정하였다. 유리 모재(4)의 표면 조도 "R"을 식 R = (M-m)/M으로 계산하였다.
본 실시예에 의하여 제조된 유리 모재(4)의 조도는 1% 미만이었다.
단지 하나의 버너-이동-유닛을 가진 종래의 유리 모재 제조 장치를 시험하였다. 버너(62, 64, 66, 68, 70)의 이동은 상기 버너(62, 64, 66, 68, 70)의 전환점 위치를 계산하는 소프트웨어에 의하여 제어된다. 스프트웨어에 의하여 계산된 전환점의 위치를 본 실시예와 동일한 전환점으로 설정하였다.
전술한 종래의 장치를 사용하여 유리 모재(4)를 제조한 다음, 유리 모재(4)의 조도를 측정하였다. 종래의 장치로 제조된 유리 모재(4)의 조도는 약 8%이었고, 이것은 본 실시예의 조도보다 크다.
도 4 및 도 5는 제1 스테이지(14)의 이동 범위 및 제2 스테이지(20)의 이동 범위 각각에 대한 유리 모재(4)의 표면 조도 사이의 관계를 나타낸다. 50 mm에서 200mm까지 매 50 mm마다 제1 스테이지(14)의 이동 범위 각각에 대한 조도를 도 4에 나타낸다. 각각의 버너(62, 64, 66, 68, 70) 사이의 거리를 150 mm로 고정시켰다. 제1 스테이지(14)의 이동 범위를 "제1 스테이지 이동 범위"라고 하고 제2 스테이지(20)의 이동 범위를 "제2 스테이지 이동 범위"라고 한다. 유리 모재(4)의 표면 조도를 다음과 같이 한정한다. 유리 입자의 퇴적이 완료된 후, 유리 모재의 직경을 고정부 전체 길이에 대하여 측정하였다. 유리 모재(4)의 최대 직경, 최소 직경, 및 표면 조도를 M, m, 및 R로 각각 나타내고, 유리 모재(4)의 표면 조도는 R = (M-m)/M으로 한정된다.
도 4에 있어서, X-축은 제1 스테이지 이동 범위를 나타내고, Y-축은 유리 모재(4)의 표면 조도를 나타낸다. 조도는 제2 스테이지 이동 범위가 제1 스테이지 이동 범위 전체에 대하여 50 mm일 때 가장 큰 값이 된다. 제2 스테이지 이동 범위가 각각의 버너(62, 64, 66, 68, 70) 사이의 간격 D1과 동일한 거리인 150 mm일 때, 조도는 제1 스테이지 이동 범위 전체에 대하여 가장 적은 값이 된다.
다음에, 특정의 제2 스테이지 이동 범위의 조도를 설명한다. 제2 스테이지 이동 범위 50 mm를 예로서 사용한다. 조도는 제1 스테이지 이동 범위 50 mm지점에서 가장 크게 된다. 조도는 제1 스테이지 이동 범위가 100 mm일 때 제1 스테이지 이동 범위 50 mm에서보다 적어진다. 조도는 제1 스테이지 이동 범위가 150 mm일 때 가장 적다. 제1 스테이지 이동 범위 200 mm 지점의 조도는 제1 스테이지 이동 범위 150 mm 지점의 조도보다 크게 된다. 따라서, 조도는 제1 스테이지 이동 범위가 150 mm이고 제2 스테이지 이동 범위가 50 mm일 때 가장 적다. 제2 스테이지 이동 범위가 50 mm일 때 뿐만 아니라 제2 스테이지 이동 범위가 100 mm, 150 mm, 및 200 mm일 때에도, 조도는 제1 스테이지 이동 범위가 150 mm인 경우 가장 적게 된다. 따라서, 제1 스테이지 이동 범위 및 제2 스테이지 이동 범위 양자 모두를 150 mm로 설정하는 것이 바람직하다.
도 5에 있어서, X-축은 제2 스테이지 이동 범위를 나타내고, Y-축은 유리 모재(4)의 표면 조도를 나타낸다. 조도는 제1 스테이지 이동 범위가 제2 스테이지 이동 범위 전체에 대하여 50 mm일 때 가장 큰 값으로 된다. 제1 스테이지 이동 범위가 각각의 버너(62, 64, 66, 68, 70) 사이의 간격 D1과 동일한 거리인 150 mm일 때, 조도는 제2 스테이지 이동 범위 전체에 대하여 가장 적은 값으로 된다.
다음에, 특정의 제1 스테이지 이동 범위의 조도를 설명한다. 제1 스테이지 이동 범위 50 mm를 예로서 사용한다. 조도는 제2 스테이지 이동 범위 최초 50 mm지점에서 가장 크게 된다. 조도는 제2 스테이지 이동 범위가 100 mm일 때 제2 스테이지 이동 범위 50 mm에서보다 적어진다. 조도는 제2 스테이지 이동 범위가 150 mm일 때 가장 적다. 제2 스테이지 이동 범위 200 mm 지점의 조도는 제2 스테이지 이동 범위 150 mm 지점의 조도보다 크게 된다. 따라서, 조도는 제2 스테이지 이동 범위가 150 mm이고 제1 스테이지 이동 범위가 50 mm일 때 가장 적다. 제1 스테이지 이동 범위가 50 mm일 때 뿐만 아니라 제2 스테이지 이동 범위가 100 mm, 150 mm, 및 200 mm일 때에도, 조도는 제2 스테이지 이동 범위가 150 mm인 경우 가장 적 게 된다. 따라서, 제1 스테이지 이동 범위 및 제2 스테이지 이동 범위 양자 모두를 150 mm로 설정하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 조도는 제1 스테이지 이동 범위 및 제2 스테이지 이동 범위가 각각의 버너(62, 64, 66, 68, 70) 사이의 간격 D1과 동일한 150 mm일 때 가장 적게 된다.
도 6은 유리 모재(4)의 표면 조도와 제1 스테이지 이동 범위 사이의 관계를 나타낸다. 각각의 버너(62, 64, 66, 68, 70) 사이의 간격을 150 mm로 고정시켰다. 제2 스테이지 이동 범위 또한 150 mm로 고정시켰다. 제1 스테이지 이동 범위를 100 mm로부터 550 mm까지 매 50 mm마다 변경시켰다. 제1 스테이지 이동 범위가 각각의 버너(62, 64, 66, 68, 70) 사이의 간격 D1과 동일한 값인 150 mm의 정수 배수인 150 mm, 300 mm, 및 450 mm일 때, 조도는 0%이다. 도 6에 있어서, D1의 정수 배수인 제1 스테이지 이동 범위를 제외하고, 조도는 제1 스테이지 이동 범위가 증가하면서 감소된다. 그러나, 조도는 제1 스테이지 이동 범위가 간격 D1의 정수 배수일 때 가장 적다. 따라서, 제1 스테이지 이동 범위를 버너(62, 64, 66, 68, 70)의 간격 D1의 정수 배수로 설정하는 것이 바람직하다.
도 7은 유리 모재(4)의 표면 조도와 제2 스테이지 이동 범위 사이의 관계를 나타낸다. 각각의 버너(62, 64, 66, 68, 70) 사이의 간격을 150 mm로 고정시켰다. 제1 스테이지 이동 범위 또한 150 mm로 고정시켰다. 제2 스테이지 이동 범위를 100 mm로부터 550 mm까지 매 50 mm마다 변경시켰다. 제2 스테이지 이동 범위가 각각의 버너(62, 64, 66, 68, 70) 사이의 간격과 동일한 값인 150 mm의 정수 배수인 150 mm, 300 mm, 및 450 mm일 때, 조도는 0%이다. 도 7에 있어서, D1의 정수 배수인 제2 스테이지 이동 범위를 제외하고, 조도는 제2 스테이지 이동 범위가 증가하면서 감소된다. 그러나, 조도는 제2 스테이지 이동 범위가 간격 D1의 정수 배수일 때 가장 적다. 따라서, 제2 스테이지 이동 범위를 버너(62, 64, 66, 68, 70)의 간격 D1의 정수 배수로 설정하는 것이 바람직하다. 따라서, 제1 스테이지 이동 범위 또는 제2 스테이지 이동 범위 어느 하나를 각각의 버너(62, 64, 66, 68, 70) 사이의 간격 D1의 정수 배수, 예를 들면 150 mm, 300 mm, 450 mm 등으로 설정하는 것이 바람직하다.
도 8은 말단부 길이와 버너(62, 64, 66, 68, 70)의 이동 범위 사이의 관계를 나타내는 도면이다. 버너(62, 64, 66, 68, 70)의 이동 범위는 각각의 버너(62, 64, 66, 68, 70) 사이의 간격 D1의 정수 배수로 설정하였다. 정수의 숫자를 도 8에 "N"로 나타낸다. 숫자 N가 증가하면서 말단부의 길이는 증가한다. 말단부가 광섬유용으로는 효과적으로 사용될 수 없기 때문에, 말단부는 가능한 적게 되는 것이 바람직하다. 따라서 정수값인 숫자 "N"은 "1" 또는 5로 나누어진 모든 버너(62, 64, 66, 68, 70)의 숫자가 바람직하다.
도 9는 버너(62, 64, 66, 68, 70)가 소화된 후, 유리 모재(4)의 표면 온도와 시간 사이의 관계를 나타내는 도면이다. X-축은 버너(62, 64, 66, 68, 70)가 소화된 후의 시간을 나타내고, Y-축은 유리 모재(4)의 표면 온도를 나타낸다.
버너(62, 64, 66, 68, 70)를 소화시킬 때의 표면 온도를 T0 ℃로 나타내고, 버너(62, 64, 66, 68, 70)를 소화시킨 10분 후의 표면 온도를 T1 ℃로 나타낸다. 유리 모재(4)의 표면 냉각 속도를 C (℃/분)로 나타낸다. 또한, 냉각 속도 C를 C = (T0 - T1)/10으로 한정할 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 버너(62, 64, 66, 68, 70)의 소화가 완료된 후, 유리 모재(4)의 표면 온도가 하강한다.
냉각 중에 표면 온도가 빠르게 하강할 때, 표면 온도의 빠른 하강으로 인한 유리 모재(4)의 표면과 코어 사이의 온도차 때문에 유리 모재(4) 상에 크랙(crack)이 발생할 수 있다. 따라서, 냉각 도중에 유리 모재(4)의 표면 온도를 제어하여 유리 모재(4)의 표면과 코어 사이의 온도차를 줄이는 것이 중요하다. 유리 모재(4)의 표면 온도를 제어하는 매개변수로서는 유리 모재(4)를 냉각시키는 속도가 있다. 특히, 버너(62, 64, 66, 68, 70)를 소화시킨 후 최초 10분 동안의 냉각 속도가 적절한 매개변수로 제어되어 유리 모재(4)에 크랙 발생이 방지된다.
도 10a는 유리 모재(4)의 표면 온도와 각각 상이한 냉각 속도 예를 들어 1 내지 5가지로 버너(62, 64, 66, 68, 70)를 소화시킨 후의 시간 사이의 관계를 나타내는 도면이다. 쇄선은 각각의 냉각 속도 5가지 예에 대한 시간과 온도 변화를 나타낸다. 실선은, 도 9에 도시된 바와 같이, 버너(62, 64, 66, 68, 70)를 소화시킨 후 최초 10분 동안의 온도 경사도 T0 - T1으로서 각각의 5가지 예의 냉각 속도를 나타낸다.
냉각 속도 C는 통기구(58)로부터 흐르는 공기흐름의 유속을 조절함으로써 제어될 수 있다. 통기구(58)로부터 흐르는 공기흐름의 유속은 개방될 통기구(58)의 개수를 제어하거나 또는 상단 덕트(42)의 배기구(48) 및 측면 덕트(50)의 배기구(56)의 개방 영역 전체를 제어함으로써 조절될 수 있다.
개방된 배기구(48)의 전체 영역을 제어하여 체임버(2) 내로 흐르는 공기를 제어한다. 예 1은 버너(62, 64, 66, 68, 70)를 소화시킨 후 모든 배기구(48)가 폐쇄되어 외부 공기가 체임버(2) 내로 흐르지 않을 때의 표면 온도의 변화를 나타낸다. 예 2는 배기구(48) 전체 영역의 1/8이 개방되었을 때 표면 온도의 변화를 나타낸다. 예 3은 배기구(48) 전체 영역의 1/4가 개방되었을 때 표면 온도의 변화를 나타낸다. 예 4는 배기구(48) 전체 영역의 1/2가 개방되었을 때 표면 온도의 변화를 나타낸다. 예 5는 배기구(48)가 완전하게 개방되었을 때 표면 온도의 변화를 나타낸다. 도 10a에 도시된 각각의 실선의 경사도는 각각의 예에 대한 냉각 속도 C를 나타낸다.
도 10b는 냉각 속도와 크랙 발생 사이의 관계를 나타내는 도면으로서, 이것은 각각의 예에 대하여 유리 모재(4)의 표면 상에 크랙이 발생하는 가의 여부를 나타낸다. 배기구(48)의 전체 영역이 예 1 내지 4에 대하여 완전하게 개방되지 않기 때문에, 예 1 내지 4의 냉각 속도 C는 30℃/분을 초과하지 않는다. 예 5는 배기구(48)를 완전하게 개방하기 때문에, 예 5의 냉각 속도 C는 30℃/분을 초과한다.
냉각 속도 C가 예 1 내지 4에서와 같이 30℃/분을 초과하지 않을 때, 유리 모재(4)의 표면 상에 크랙이 발생하지 않는다. 냉각 속도 C가 예 5에서와 같이 30℃/분을 초과할 때, 유리 모재(4)의 표면 상에 크랙이 발생한다.
따라서, 냉각 속도 C를 30℃/분보다 느리게 유지하여 유리 모재(4)의 표면 상에 크랙의 발생을 방지하는 것이 중요하다. 냉각 속도 C가 30℃/분을 초과하는 경우, 유리 모재(4)의 표면과 코어 사이의 온도차가 증가한다. 이 온도차로 인하여 유리 모재(4)의 표면이 수축되어 유리 모재(4) 상에 크랙이 발생하게 된다.
도 11은 크랙 발생률이 0%, 4%, 및 30%인 각각의 경우에 대하여 더미 로드(40)의 직경 D와 제조될 유리 모재(4)의 중량 W 사이의 관계를 나타낸다. X-축은 더미 로드(40)의 직경을 나타내고, Y-축은 제조될 유리 모재(4)의 중량 W를 나타낸다. 각각의 직경 D, 즉 20 mm, 25 mm, 30 mm, 35 mm, 및 40 mm에 대하여 크랙 발생률을 나타낸다.
도 11에 도시된 바와 같이, 크랙 발생률은 유리 모재(40)의 중량 W 루트로 나누어진 더미 로드(40)의 직경 D와의 관계, 즉 D/W0.5에 의하여 영향을 받는다. D/W0.5가, 크랙 발생률 4%의 사각형 지점 및 크랙 발생률 30%의 삼각형 지점에 도시된 바와 같이, 0.13보다 작을 때, 크랙이 발생한다. D/W0.5가 0,13보다 클 때, 크랙 발생률 0%의 원형 지점에 도시된 바와 같이 크랙이 발생하지 않는다. 따라서, D/W0.5≥0.13 관계를 충족시키는 직경 D를 가진 더미 로드(40)를 사용함으로써 크랙 발생을 방지할 수 있다. 또한, 제조될 유리 모재(4)의 중량 W를 제어함으로써 크랙 발생이 또한 제어될 수 있고, D/W0.5의 관계는 0.13보다 크다.
D/W0.5의 관계는 가능한 적은 것이 바람직하다. 그러나, D/W0.5가 0.25보다 큰 더미 로드(40)를 사용하는 경우, 더미 로드(40)의 직경은 유리 모재(4)의 직경에 비하여 상당히 크게 된다. 따라서, D/W0.5가 0.25보다 큰 더미 로드를 사용하는 것은 경제적이지 못하다. 따라서, 더미 로드(40)의 직경과 유리 모재(4)의 중량 사이의 관계는 0.25≥D/W0.5≥0.13가 바람직하다.
한 쌍의 더미 로드(40)를 자신의 말단 각각에 가진 베이스 로드(38)를 시험하였다. 더미 로드(40)의 직경 D를 35 mm로 설정하였다. 가스재 SiCl4 및 연료 가스 H2와 O2를 버너(62, 64, 66, 68, 70)로 가수 분해하였다. 유리 모재(4)의 중량 W이 70 kg으로 될 때까지 유리 모재(4)를 베이스 로드(4) 상에 퇴적하였다. 시험에서의 D/W0.5의 값은 0.13보다 큰 (35/700000.5 = 0.132)였다. 상기 시험에 의하여 제조된 유리 모재(4) 상에는 크랙이 발생하지 않았다.
본 발명을 예시적인 실시예를 들어 설명하였으나, 단지 첨부된 청구항에 한정된 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 당업자는 여러 가지로 변형 및 변경할 수 있다는 점을 이해해야 한다.
본 발명은 복수의 버너를 사용하여 가스재를 가수 분해하고, 베이스 로드의 종방향을 따라 전후로 이동시킴으로써 직경이 일정한 유리 모재가 형성되며 생산성이 향상된다.
Claims (22)
- 광섬유의 기재(base material)로서 사용을 위해 적합한, 유리 모재(glass base material)를 제조하는 방법으로서,상기 방법은, 그 둘레를 따라 유리 모재가 형성되는 베이스 로드를 회전시키는 단계;유리입자를 생성하고 상기 유리모재를 형성하기 위해, 하나 이상의 버너로, 가스 재료(gas material)를 가수분해하는 단계;상기 베이스 로드의 둘레를 따라, 상기 가수분해에 의해 형성된 상기 유리입자를 상기 유리모재 상에 퇴적하는 단계; 및,상기 베이스 로드, 상기 유리 모재 및 상기 버너를 수용하는 체임버를 통하여 흐르는 공기 흐름의 공기 흐름 속도를 조정(regulation)하는 단계를 포함하고,상기 퇴적 단계는, 상기 하나 이상의 버너를 버너 이동 유닛(burner moving unit)으로, 제1 사이클에 따라, 상기 베이스 로드의 종방향과 평행인 이동방향으로 이동시키는 단계 및, 상기 버너 이동 유닛을, 제2 사이클을 따라, 상기 베이스 로드의 종방향과 평행인 이동방향으로 이동시키는 단계를 포함하고,상기 조정 단계는, 상기 체임버 상에 제공된 메인 덕트(main duct)의 제1 배기판, 상기 체임버와 연결된 측면 덕트(side duct)의 제2 배기판, 및 상기 체임버의 저부(底部)에 제공된 복수개의 통기구(air hole)의 총 개구면적을 조절(control)하는 것을 포함하고,상기 메인 덕트는, 상기 베이스 로드의 종방향으로 상기 체임버의 실질적으로 전체 길이를 따라 연장되어 있고, 상기 제1 및 제2 배기판은, 상기 체임버의 실질적으로 전체 길이를 따라 제공된 복수개의 배기구(vent)를 포함하고, 상기 측면 덕트는, 상기 베이스 로드를 건너 상기 하나 이상의 버너의 출구와 대면하고 있고, 상기 로드의 종방향으로 상기 체임버의 실질적으로 전체 길이를 따라 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 유리 모재 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 메인 덕트는, 상기 체임버의 상부에 위치한 제1 연통(flue)을 통하여 상기 체임버의 바깥과 연통하도록 제공되고,상기 측면 덕트는, 상기 제1 연통과는 다른 곳에 위치한 제2 연통을 통하여 상기 체임버의 바깥과 연통하도록 제공되는 것을 특징으로 하는 유리 모재 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 복수개의 통기구는, 실질적으로 동일한 크기를 가지고, 상기 총 개구 면적을 조절하는 단계는, 개방되는 상기 통기구의 수를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 모재 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 조정단계에 의해 조정되는, 상기 상기 체임버를 통해 흐르는 공기 흐름은, 가스 재료의 상기 가수 분해 단계 중에 생성된 부산물과 상기 퇴적 단계 중에 상기 유리 모재 상에 퇴적되지 않은 유리입자를 함유하는 것을 특징으로 하는 유리 모재 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 하나 이상의 버너를 버너 이동 유닛으로 이동시키는 단계는, 상기 하나 이상의 버너를 상기 로드의 종방향에 평행한 방향으로 전후(back and forth) 이동시키는 단계를 포함하고,상기 버너 이동 유닛을 이동시키는 단계는, 상기 유닛을 상기 베이스 로드의 종방향에 평행한 상기 이동방향으로 전후 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 모재 제조방법.
- 제5항에 있어서,상기 제1 사이클은, 상기 제2 사이클와 다른 것을 특징으로 하는 유리 모재 제조방법.
- 제6항에 있어서,상기 제1 사이클은 상기 제2 사이클 보다 짧은 것을 특징으로 하는 유리 모재 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 제1 사이클의 진동수(frequency)는 상기 제2 사이클의 진동수의 정수배인 것을 특징으로 하는 유리모재 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 제1 사이클은 상기 제2 사이클과 동기화되는 것을 특징으로 하는 유리모재 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 하나 이상의 버너를 이동시키는 단계는, 복수개의 버너를 이동시키는 단계를 포함하는 유리모재 제조방법.
- 제10항에 있어서,상기 복수개의 버너 각각은, 상기 베이스 로드의 종방향을 따라 실질적으로 일정한 간격으로 제공되는 것을 특징으로 하는 유리모재 제조방법.
- 제11항에 있어서,상기 복수개의 버너 각각은, 상기 베이스 로드의 종방향의 개개의 부분에 상기 유리 모재를 퇴적시키는 것을 특징으로 하는 유리모재 제조방법.
- 제12항에 있어서,상기 복수개의 버너를 이동시키는 단계는, 상기 간격의 정수배인 거리로 상기 복수개의 버너를 이동시키는 단계를 포함하는 유리모재 제조방법.
- 제12항에 있어서,상기 유닛을 이동시키는 단계는, 상기 간격의 정수배의 거리로 상기 단위를 이동시키는 단계를 포함하는 유리모재 제조방법.
- 제13항 또는 제14항에 있어서,상기 정수는 상기 복수개의 버너를 5로 나눈 숫자를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 유리모재 제조방법.
- 제15항에 있어서,상기 정수는 정수 1인 것을 특징으로 하는 유리모재 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 공기 흐름을 조정하는 단계는, 외부 공기를 여과하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리모재 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 가수분해 및 퇴적에 의해 퇴적된 유리 모재를 냉각하는 단계를 더 포함하고, 상기 냉각단계는, 상기 유리모재의 표면 온도를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리모재 제조방법.
- 제18항에 있어서,상기 냉각단계는, 상기 유리모재의 표면온도를 감소시키기 위한 냉각속도를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제19항에 있어서,상기 냉각 속도의 제어단계는, 상기 가수분해 및 퇴적이 완료된 후, 소정의 시간 동안, 상기 냉각속도를 30℃/분 보다 느리게 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제20항에 있어서,상기 소정의 시간은 10분인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서,상기 퇴적 단계는, 상기 유리모재 상에 상기 유리입자를 퇴적시켜, 상기 베이스 로드 상에 제공된 더미 로드의, 밀리미터(mm)로 나타낸 직경 D와, 상기 유리 모재의, 그램(g) 으로 나타낸 중량 W 사이에 하기 식을 만족하는 관계가 있도록 하는 것을 특징으로 하는 방법:20(mm)≤ D ≤40(mm)20000(g)≤ W ≤100000(g) 및,0.13≤ D/W0.5≤0.25.
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