KR20190126637A - 광섬유 모재 제조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 더미봉을 파지하는 회전척과 시드봉 사이에 설치되는 진동 완충 지지수단을 이용하여 시드봉의 중심축과 회전축을 일치시키고 수트 끝단에서 발생하는 진동을 감소시키는 광섬유 모재 제조 장치에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 광섬유 모재 제조 장치는 광섬유용 모재를 회전시킴과 동시에 시드봉에 유리 미립자를 퇴적시켜 광섬유 모재를 제조하는 장치에 있어서, 반응 용기의 상측에 위치하고 하단에 연결된 더미봉을 회전 가능하게 파지하는 회전척, 더미봉의 하단에 연결되어 더미봉의 회전에 연동하여 회전하는 시드봉, 더미봉에 유리 미립자를 합성시켜 더미봉의 표면에 유리 미립자를 퇴적시키는 버너 및 시드봉의 중심축과 회전축을 일치시키도록 반응용기의 상부면에 설치되어 더미봉을 수평 방향에서 지지하는 적어도 둘이상의 지지수단을 포함한다.

Description

광섬유 모재 제조 장치{APPARATUS FOR FABRICATING OPTICAL FIBER PREFORM}

본 발명은 광섬유 모재 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전하는 유리봉에 유리 미립자를 퇴적시켜 모재를 제조함에 있어서 유리봉의 진동 및 공진을 감소시킴으로써 형상 불량 또는 편심 발생을 방지할 수 있는 광섬유 모재 제조 장치에 관한 것이다.

종래, 광섬유 모재를 제조하는 방법으로서 VAD법(Vapor phase axial deposition method; 기상축 증착착법)이나 OVD법(Outside Vapor Deposition method;외부 기상축 증착법(OVPO)) 등이 알려져 있다.

VAD법 및 OVD법은 규소를 포함한 유리 원료(예를 들어 SiCl₄)를 가연성 가스, 조연성 가스 등의 연소 가스와 함께 버너에 도입하고 화염 중에서 유리 원료를 가수분해 반응 또는 산화 반응시킴으로써, 유리 미립자를 생성하고 이것을 회전하는 봉(출발재)에 퇴적시켜 유리 미립자 퇴적체를 형성하는 방법이다.

이때, VAD법은 출발재의 하단에 유리 미립자를 퇴적시키고 출발재를 축방향으로 서서히 상승 이동시켜 가는 방법이고, OVD법은 회전 출발재의 외측 둘레에 유리 미립자를 퇴적시키는 방법이다.

VAD 또는 OVD 공정에 의해 유리 미립자를 증착한 후 모재를 가열탈수, 유리화함으로써 광섬유용 프리폼이 제조된다.

도 1은 종래의 VAD 방식을 이용한 광섬유 모재 제조 장치로서, 회전하는 타겟을 수용하는 반응 용기(100)와, 중심축을 가지고 회전 가능한 시드봉(200)과 시드봉(200)의 상부에 연결되어 시드봉(200)과 더미봉(300)을 연결하는 홀더(400), 더미봉(300)의 상단에서 더미봉(300)을 파지하며 회전력을 가하는 회전척(500), 유리 미립자를 출발재가 되는 시드봉(200)에 분사하여 수트(600)를 성장시키는 버너(700)를 포함한다.

이러한 종래의 VAD 방식의 광섬유 모재 제조 장치는 회전척(500)를 회전시킴으로써 더미봉(300)에 연결된 시드봉(200)을 회전시키면서, 버너(700)를 통해 유리 원료 가스와 연소 가스와의 반응 가스에서 화염 가수분해 반응에 의해 생성하는 유리 미립자를 시드봉(200)에 퇴적시켜 수트를 형성한다.

그런데, 시드봉을 파지하여 매달아 회전시킬 경우 도 2에 도시된 바와 같이 시드봉의 회전축과 이 시드봉의 중심축이 벗어나게 되면 봉 하단에서 회전에 따라 크게 퍼지는 진동이 발생한다.

모재의 하단이 진동하고 있으면, 다공질 모재와 버너와의 사이의 거리가 변동하고, 원주방향에서의 열을 받는 양이 변화한다. 그 결과, 모재 직경방향의 투명 유리화 속도가 불균일하게 되고, 이렇게 얻어진 모재는 이 출발재가 외경에 대해 편심을 이룬 상태로 된다.

또한, 수트가 점점 성장해 일정 길이로 길어지면 회전수 및 회전척에서 수트 끝단까지 길이에 따라 진동에 아주 취약한 길이가 되게 되고, 단면이 원형인 회전 시드봉에서 모멘트

이 발생하게 된다.

여기에 수트 길이가 일정 길이가 되면 공진이 발생하는 길이가 되고 이지점에서 수트는 원운동을 하면서 진동이 발생하고 이로 인해 수트의 끝단인 코아 단면 형상이 원형으로 유지되지 않을 수 있고 이는 광섬유로 인출되면 기하구조 불량을 유발시킬 수 있다.

이와 같이 진동이 발생하면 수트 퇴적체의 하단에 위치하는 성장점이 크게 진동하여 유리 미립자의 균일한 증착이 어려워지고, 이와 같은 수트 퇴적체를 유리화한 모재를 드로잉하여 제조한 광섬유는 모재의 길이방향에서 광섬유 특성이 안정되지 않는다.

즉, 컷오프 파장이나 모드 필드 직경 등이 특이점에서 크게 변동하고, 광섬유 내를 전파하는 신호광의 편파모드 분산이 커지는 문제가 있었다.

일본등록특허 제3741905호 "광섬유용 다공질 모재 제조 방법 및 제조 장치" 일본등록특허 제5697049호 "광섬유 모재용 지지봉의 파지 장치 및 광섬유 모재 제조 방법"

배경기술의 단점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 더미봉을 파지하는 회전척과 시드봉 사이에 설치되는 진동 완충 지지수단을 이용하여 시드봉의 중심축과 회전축을 일치시키고 수트 끝단에서 발생하는 진동을 감소시키는 광섬유 모재 제조 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 광섬유 모재 제조 장치는 광섬유용 모재를 회전시킴과 동시에 시드봉에 유리 미립자를 퇴적시켜 광섬유 모재를 제조하는 장치에 있어서, 반응 용기의 상측에 위치하고 하단에 연결된 더미봉을 회전 가능하게 파지하는 회전척, 더미봉의 하단에 연결되어 더미봉의 회전에 연동하여 회전하는 시드봉, 더미봉에 유리 미립자를 합성시켜 더미봉의 표면에 유리 미립자를 퇴적시키는 버너 및 시드봉의 중심축과 회전축을 일치시키도록 반응용기의 상부면에 설치되어 더미봉을 수평 방향에서 지지하는 적어도 둘이상의 지지수단을 포함한다.

이때, 지지수단은 반응 챔버의 외측 방향으로 관절은 이용하여 절첩되는 구조를 가질 수 있다.

또, 지지수단은 중공형의 하우징, 하우징의 단부에 설치되어 더미봉과 접촉되는 프로브, 프로브와 연결되어 더미봉에 발생하는 진동을 감지하는 진동센서, 하우징의 내부에 설치되어 프로브를 통해 상기 더미봉에 압착력을 제공하여 더미봉의 진동을 감소시키는 탄성부재를 포함할 수 있다.

또, 지지수단은 진동 센서에서의 진동 감지 결과에 따라 상하 이동 가능하게 설치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 회전척과 시드봉 사이에 설치된 지지수단이 회전축을 시드봉의 중심축과 일치시켜 수트와 버너와의 사이의 거리 변동을 방지하고, 진동 감지 결과에 따라 진동을 회피할 수 있도록 압착력을 제어하거나 지지수단을 공진을 회피하는 위치로 이동시켜 공진을 감소시킴으로써 형상 불량 또는 편심 발생을 방지할 수 있다.

결과적으로 본 발명에 따르면 광섬유 내를 전파하는 신호광의 편파모드 분산을 억제할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래의 VAD 방식을 이용한 광섬유 모재 제조 장치.
도 2는 종래 VAD 광섬유 모재 제조 장치의 문제점을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 모재 제조 장치를 나타내는 개략도.
도 4 내지 도 6은 도 3의 지지수단의 실시예를 도시한 개략도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 모재 제조 장치를 나타내는 개략도로서, 본 발명은 반응 용기(1), 회전척(2), 더미봉(3), 시드봉(4), 버너(5), 지지수단(6)을 포함한다.

반응 용기(1)는 유리 미립자 퇴적을 위한 타겟이 출입할 수 있도록 상부가 개방되어 있고, 하부에는 한 개 이상의 버너(5)가 설치된다.

또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 반응 용기 내부에서 폐가스를 배기하는 배기구와 반응 용기(1) 내부에 클린 에어를 공급하는 장치들이 연결될 수도 있다.

회전척(2)은 반응 용기의 상측에 위치하고 하단에 연결된 더미봉(3)을 파지하고 축 방향 회전과 승강을 통해 반응 용기(1) 내부에 수용되는 시드봉(4)을 회전 및 상하로 이동시키면서 시드봉(4)에 축방향으로 유리 미립자가 퇴적될 수 있도록 한다.

시드봉(4)은 중심축을 가지고 회전 가능한 것으로서, 회전척(2)에 의해 파지되는 더미봉(3)의 하단에 연결된다. 이때, 시드봉(4)은 별도의 홀더나 체결 장치를 통해 더미봉(3)에 연결되거나, 접합을 통해 더미봉(3)에 직접 연결될 수 있다.

버너(5)는 유리 미립자를 출발재가 되는 시드봉(4)에 분사하여 수트를 성장시키는 것으로서, 코어부와 클래드부의 각각을 합성하는 2개의 버너를 이용하는 것을 예시로 하고 있다.

버너(5)는 도면에 도시되지는 않았으나 배관을 통해 가스 공급 장치에 접속되어 있고 수소 및 산소의 연소용 조연가스나 사염화규소(SiCl₄) 등의 유리 원료 가스가 공급되게 되어 있다.

또한, 가스 공급은 도시되지 않은 제어부의 가스 유량 제어부에 의해 제어된다.

한편, 지지수단(6)은 반응 용기(1)의 상부면에 설치되어 더미봉(3)을 수평 방향에서 지지함으로써 시드봉(4)의 중심축과 회전축을 일치시키는 것으로서, 적어도 둘이상 설치된다.

도 4 내지 도 6은 도 3의 지지수단의 실시예를 도시한 개략도로서, 지지수단(6)은 반응 챔버의 외측 방향으로 관절을 이용하여 절첩되는 구조를 가질 수 있다.

즉, 시드봉(4)을 반응 용기(1) 내부로 인입시키거나 제조된 모재를 반응 용기(1) 외부로 인출시 지지수단(6)에 의해 간섭이 발생할 수 있으므로, 시드봉 또는 모재 인출입 시 반응 용기(1) 개방부에서의 간섭을 회피하기 위하여 지지수단(6)은 절첩식 구조로 설치한다.

또한 지지수단(6)은 더미봉(3)에 발생하는 진동을 검출함과 동시에 검출된 진동에 따라 수평방향 이동을 통하여 더미봉(3)에 압착력을 가함으로써 진동을 감소시키도록 구성될 수 있다.

이를 위하여, 지지수단(6)은 중공형의 하우징(61)과, 하우징(61)의 단부에 설치되어 더미봉(3)과 접촉되는 프로브(62), 프로브(62)와 연결되어 더미봉에 발생하는 진동을 감지하는 진동센서(63), 하우징의 내부에 설치되는 탄성부재(64)를 포함한다.

이러한 구성에 따르면, 더미봉(3)에 접촉되는 프로브(62)에 탄성부재(64)를 이용한 압착력을 제공하여 더미봉(3)에 발생하는 진동을 감소시킨다.

이때, 각 지지수단(6)에 설치된 각각의 진동센서(63)를 통해 감지되는 진동의 세기에 따라서 각 탄성부재(64)의 탄성력을 제어하여 프로브(62)의 수평 이동을 제어함으로써 더미봉(3)의 중심축 위치를 조정할 수도 있다.

즉, 프로브(62)를 더미봉(3)에 접촉시켜 압착시키면 더미봉(3)에서 발생된 진동이 프로브(62)에 연결된 진동 센서(63)에 전달되어 진동이 검출되며, 이러한 진동 상태에 따라 프로브(62)와 더미봉(3)의 압착 상태를 제어함으로써 회전 중심축을 조정할 수 있음과 동시에 진동을 감소시킬 수 있게 된다.

또한, 지지수단(6)은 진동 센서(63)에서의 진동 감지 결과에 따라 상하 이동 가능하게 설치될 수 있다.

즉, 시드봉(4)에 유리 미립자를 퇴적시키는 공정이 진행될수록 수트가 성장하게 되고, 수트가 성장하여 일정길이에 도달하면 회전척(2)에서 수트 끝단까지 길이가 공진을 발생시키는 길이가 된다.

이와 같이 수트가 공진이 발생되는 길이로 성장되면 지지수단(6)에 의한 진동 감소 효과가 미미해질 수 있다.

이에, 본 발명의 실시예는 진동 센서(63)에서 감지된 진동의 세기에 따라서 공진을 회피할 수 있는 위치로 지지수단(6)을 상하로 이동시킴으로써 진동과 공진을 동시에 회피하도록 할 수 있다.

이를 위하여, 지지수단(6)은 반응 용기(1)의 상부에 설치되는 모터(65)와, 모터(65)의 상부에 회전 가능하게 설치되는 스크류(66), 스크류(66)의 외주에 설치되어 스크류(66)의 회전에 따라 상하 이동하여 일측에 연결된 하우징(61)의 상하 위치를 이동시키는 플랜지(67)를 더 포함한다.

이와 같이 본 발명은 회전척(2)과 시드봉(4)의 사이에 더미봉(3)의 중심축을 조정하고, 더미봉(3)을 진동을 흡수하는 지지수단을 설치함으로써, 유리 미립자가 증착되는 시드봉(4)의 중심축과 회전축을 일치시켜 수트와 버너의 사이의 거리 변동을 방지할 수 있다.

또한, 수트 중량과 길이 증가에 따라 발생하는 진동 및 공진을 지지수단을 이용하여 감소시킬 수 있다.

결과적으로, 중심축과 회전축의 불일치, 진동 또는 공진 현상에 따른 모재의 형사 형상 불량이나 편심 발생을 방지할 수 있게 된다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

1 : 반응 용기 2 : 회전척
3 : 더미봉 4 : 시드봉
5 : 버너 6 : 지지수단
61 : 하우징 62 : 프로브
63 : 진동 센서 64 : 탄성부재
65 : 모터 66 : 스크류
67 : 플랜지

Claims (4)

1. 광섬유용 모재를 회전시킴과 동시에 시드봉에 유리 미립자를 퇴적시켜 광섬유 모재를 제조하는 장치에 있어서,
   반응 용기의 상측에 위치하고 하단에 연결된 더미봉을 회전 가능하게 파지하는 회전척;
   상기 더미봉의 하단에 연결되어 더미봉의 회전에 연동하여 회전하는 시드봉;
   상기 더미봉에 유리 미립자를 합성시켜 더미봉의 표면에 유리 미립자를 퇴적시키는 버너;
   상기 시드봉의 중심축과 회전축을 일치시키도록 상기 반응용기의 상부면에 설치되어 상기 더미봉을 수평 방향에서 지지하는 적어도 둘이상의 지지수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재 제조 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 지지수단은
   상기 반응 챔버의 외측 방향으로 관절은 이용하여 절첩되는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재 제조 장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 지지수단은
   중공형의 하우징;
   상기 하우징의 단부에 설치되어 상기 더미봉과 접촉되는 프로브;
   상기 프로브와 연결되어 상기 더미봉에 발생하는 진동을 감지하는 진동센서;
   상기 하우징의 내부에 설치되어 상기 프로브를 통해 상기 더미봉에 압착력을 제공하여 상기 더미봉의 진동을 감소시키는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재 제조 장치.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 지지수단은
   상기 진동 센서에서의 진동 감지 결과에 따라 상하 이동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재 제조 장치.

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