KR20200108532A - 광섬유 모재의 탈수 소결 장치 및 탈수 소결 방법 - Google Patents

광섬유 모재의 탈수 소결 장치 및 탈수 소결 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 진공 소결로에 장치를 추가하여 탈수 과정을 진행함으로써 광섬유 모재 제조 공정의 생산성을 향상시키기 위한 탈수 소결 장치 및 탈수 소결 방법 그리고 이를 이용하여 제조된 광섬유 모재에 관한 것이다.

Description

광섬유 모재의 탈수 소결 장치 및 탈수 소결 방법{Dehydration And Consolidation Apparatus And Method For Fiber Preform}
본 발명은 광섬유 모재를 획득하기 위한 탈수 소결 장치 및 탈수 소결 방법 그리고 이를 이용하여 제조된 광섬유 모재에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 진공 소결로에 장치를 추가하여 탈수 과정을 진행함으로써 광섬유 모재 제조 공정의 생산성을 향상시키기 위한 탈수 소결 장치 및 탈수 소결 방법 그리고 이를 이용하여 제조된 광섬유 모재에 관한 것이다.
광통신 및 광케이블 수요가 꾸준히 증가하면서 광섬유 모재의 생산성을 올리기 위해 광섬유 모재의 대형화가 이루어지고 있다. 대구경 광섬유 모재는 VAD(vapor axial deposition), OVD(outside vapor deposition), PCVD(plasma chemical vapor deposition) 등의 공법을 이용하여 기존보다 큰 구경의 1차 코어 모재를 제조하고, OVD공법이나 VAD 공법을 사용하여 대구경의 2차 클래드 모재를 제조하고 있다.
대구경 광섬유 모재를 만들기 위해선 대구경의 광섬유 수트(soot) 상태의 증착이 수반되는데, 광섬유 수트의 구경은 원하는 광섬유 모재의 구경의 2배 이상의 크기로 제조되어야 한다.
제조된 광섬유 수트를 탈수와 소결 공정을 거쳐 광섬유 모재를 생성하게 되는데, 이때 구경이 큰 광섬유 수트로부터 탈수/소결시 사용된 염소(Cl2)나 헬륨(He)과 같은 가스들이나 광섬유 수트 상태의 기공들이 소결화되면서 완전히 제거되지 않음으로써, 광섬유 모재 내에 수많은 버블과 같은 상태로 존재함으로써 광섬유로의 인출시 단선이 발생되는 문제가 발생하게 된다.
도 1 및 도 2는 일반적인 탈수 장치와 소결 장치의 구성도이며, 도 3은 탈수 및 소결이 연속으로 수행될 수 있는 탈수-소결 장치의 구성을 도시한다.
탈수 공정은 도 1에 도시된 바와 같이, 머플 튜브(55) 내부에 로드(10) 상에 증착된 광섬유 수트(20)를 장입하고, 가스 인입구(15)를 통해 염소(Cl2) 가스를 공급하고 배기구(16)를 통해 배기하면서, 히터(40)에 의해 가열되도록 광섬유 수트(20)를 통과시키는 과정으로 이루어진다.
소결 공정은 탈수 공정이 완료된 후, 도 2에 도시된 바와 같이, 머플 튜브(55) 내부에 로드(10) 상에 증착된 광섬유 수트(20)를 다시 장입하고, 가스 인입구(15)를 통해 헬륨(He) 가스를 공급하고 배기구(16)를 통해 배기하면서, 히터(40)에 의해 소결 온도의 안정화 상태를 만든 후 광섬유 수트(20)를 통과시켜서 광섬유 모재(30)를 완성할 수 있다.
이와 같은 탈수와 소결 공정은 도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 탈수-소결 장치에서 연속으로 이루어지도록 할 수도 있다.
도 3에 도시된 탈수-소결 장치는 머플 튜브(55) 내부를 염소 가스 분위기로 만들고 광섬유 수트(20)를 상부 히터(41)에 의해 탈수 처리하고 연속적으로 머플 튜브(55) 내부를 헬륨(He) 가스 분위기로 만들고 하부 히터(42)에 의해 소결 온도의 안정화 상태를 만든 후 광섬유 수트(20)를 통과시켜서 소결 처리함으로써 광섬유 모재(30)를 획득할 수 있다.
이와 같이 소결 과정을 거친 광섬유 모재를 1000℃ 이하의 온도로 장시간 어닐링(annealing)하면서 광섬유 모재내 가스 및 기포를 제거하는 디가싱(degassing) 공정을 진행하고 있다. 광섬유 모재 내에 잔존하는 가스나 기공들을 제거하는데 소요되는 시간은 모재 구경에 따라 다르지만 약 150mm의 대구경일 경우 30시간 이상의 긴 시간이 소요된다.
디가싱 장치는 복잡하지 않고 타 공정 설비에 비해 큰 투자 비용이 소요되지 않지만 장시간 소요로 여러 대의 설비를 구비하여야 하고, 공정내 공간도 많이 차지하고 있어서 일부 업체는 한 장치로 한번에 여러 개의 광섬유 모재를 디가싱 하는 장치도 개발되고 있다.
그런데, 이러한 디가싱 공정이 광섬유 모재 제조 공정의 효율을 현저히 떨어뜨리게 되어, 이를 위한 해결 방법으로 소결 공정에서 소결 장치 내 압력을 음압의 진공 상태로 유지하면서 소결시에 디가싱 과정이 동시에 이루어지는 장비가 소개된 적이 있다.
도 4은 종래의 진공 소결 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 도시된 진공 소결 장치는 내부 머플 튜브(55)를 그라파이트 재질로 하고, 머플 튜브(55) 내부를 일정 진공 상태로 만들고 히터(56)를 소결 온도까지 상승시켜서 소정의 소결 온도 조건의 안정화 조건이 되면, 게이트(57)를 통해 로드(10) 상에 증착된 광섬유 수트(20)를 상부 진공챔버(51)로부터 하부 진공챔버(51)로 이동시켜 유리화 소결 과정을 진행하여 광섬유 모재(30)를 획득한다.
이때 진공 소결 장치의 챔버 내 온도 분포 균일성을 높여 소결 효과를 올리기 위해 헬륨 등의 촉매 가스를 유입시키고 배출시키는 부가적인 기능을 수행하기도 한다.
이와 같이 기존의 진공 소결 장치는 탈수 과정을 수행하지 않고, 또한 진공으로 내부 기포의 배출 효과가 크므로 별도의 디가싱 공정을 거치지 않는 효과가 있다. 하지만 탈수 과정이 없음으로 인해 광손실 특성을 유지하기 위해 코어 모재 제조 공정의 생산성을 저하시키는 단점이 있다.
일반적으로 소결 장치의 내부는 탈수과정에 사용되는 수분제거용 가스인 염소에 의한 부식성에 강하고 소결 과정의 온도에도 견딜 수 있는 유리(쿼츠) 머플 튜브를 사용하는 반면에 진공 소결 장치에 유리 머플을 적용하게 되면 소결 온도에서 머플 유리의 형상이 변형되는 문제가 있어서 그라파이트(graphite)와 같은 탄소 계열 재질의 머플을 사용함으로써 문제를 해결하였으나, 탈 수분 가스인 염소 사용에 취약하여 또 다른 문제점을 소지하게 된다.
이러한 문제들로 인해 다수의 업체들은 추가 설비 설치 등의 투자를 통해 디가싱 공정을 진행하고 있다. 일부 선진 업체는 진공 소결 장치를 사용하며, 탈수 기능 적용 곤란으로 인한 광 특성 품질 불량을 방지하기 위해 코어 모재 제조 공정에서 외부의 수분이 코어로의 침투를 억제하기 위한 장벽(barrier) 층인 이너클래드(innerclad) 두께를 증가시킴으로써 진공 소결 장치의 문제점을 보완하여 양산을 진행 중에 있다. 하지만 이러한 방법은 코어 모재 제조 공정의 생산성을 현저히 낮아지게 되는 또 다른 문제점을 발생시킴으로 완전한 해결 방안이라 볼 수 없다.
이와 같이 광섬유 모재(Preform)의 대구경화에 따라 제조 공정상 소결된 유리 내부의 이물질을 제거하는 디가싱 공정이 반드시 추가되어야 한다. 장시간이 소요되는 디가싱 공정을 단축하고자 개발되거나 적용 중인 종래의 진공 소결로는 기존의 탈수 과정을 적용하지 못하여 코어 모재 제조 공정의 생산성을 저하시키므로, 이에 대한 개선이 요구되고 있다.
본 발명은 진공 소결로에 장치를 추가하여 탈수 과정을 진행함으로써 광섬유 모재 제조 공정의 생산성을 향상시키기 위한 탈수 소결 장치 및 탈수 소결 방법 그리고 이를 이용하여 제조된 광섬유 모재를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 로드 상에 증착된 광섬유 수트를 탈수 처리하기 위한 탈수챔버; 탈수 처리된 상기 광섬유 수트가 대기되는 중간챔버; 및 상기 중간챔버에서 안정화 시간 동안 대기된 상기 광섬유 수트가 장입되어 소결 처리되는 소결챔버를 포함하는 탈수 소결 장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 탈수챔버, 상기 중간챔버 및 상기 소결챔버는 순차적으로 배치되고, 상기 탈수챔버와 상기 중간챔버 사이에 구비되어 선택적 개폐가 가능한 제1 게이트, 상기 중간챔버와 상기 소결챔버 사이에 구비되는 선택적 개폐가 가능한 제2 게이트, 상기 탈수챔버 내지 상기 소결챔버의 내부를 관통하는 머플 튜브가 구비될 수 있다.
이 경우, 상기 탈수챔버, 상기 중간챔버 및 상기 소결챔버에 대응하는 상기 머플 튜브 내의 영역에서 상기 광섬유 수트가 배치되어, 탈수, 대기 및 소결 작업이 수행되며, 상기 안정화 시간은 상기 소결챔버가 진공 압력 및 온도 조건에 도달하는 시간일 수 있다.
그리고, 상기 탈수챔버의 머플 튜브의 주위에 설치된 탈수용 제1히터를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 소결챔버의 머플 튜브의 주위에 설치된 소결용 제2히터를 구비할 수 있다.
이 경우, 상기 중간챔버 또는 상기 소결챔버에 대응하는 상기 머플 튜브 내의 영역을 진공화하기 위한 진공장치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 탈수챔버 대응 영역의 머플 튜브는 탈 수분 가스에 내변형성이 있는 유리/쿼츠부로 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 탈수챔버 및 상기 중간챔버의 경계영역의 머플 튜브는 금속으로 구성된 금속부를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 머플 튜브의 금속부 하부에서 상기 소결챔버까지의 머플 튜브는 소결 온도에 내변형성이 있는 그라파이트 재질의 그라파이트부가 구비될 수 있다.
여기서, 상기 금속부의 내면은 내부식성 향상을 위한 코팅층을 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 제1히터는 칸탈 히터로 구성될 수 있다.
또한, 상기 제1히터는 상기 광섬유 수트를 상기 탈수챔버에 통과시키면서 탈수 처리하기 위해 한단의 히터로 설치될 수 있다.
그리고, 상기 제1히터는 상기 광섬유 수트 전체를 동시에 탈수 처리하기 위해 다단으로 설치될 수 있다.
또한, 상기 탈수챔버의 하단부와 상기 제1게이트 사이에 상기 탈수챔버의 머플 튜브 내부로 탈수용 가스를 공급하기 위한 유입구 및 상기 탈수챔버의 상부에 상기 머플 튜브의 배기를 위한 배기구를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 제2히터는 소결 온도 또는 진공 압력에 내변형성이 있는 그라파이트 히터로 구성될 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 탈수챔버, 제1게이트, 중간챔버, 제2게이트, 및 소결챔버가 순차적으로 결합되어 있는 탈수 소결 장치를 이용하여, 로드 상에 증착된 광섬유 수트를, 탈수와 소결을 연속하여 처리하여, 상기 광섬유 수트를 상기 탈수챔버에서 탈수 처리한 후, 상기 제1게이트를 통과해 상기 중간챔버에서 안정화 시간 동안 대기 후, 상기 제2게이트를 통과해 상기 소결챔버에서 소결 처리하되, 상기 안정화 시간은 상기 소결챔버가 진공 압력 및 온도 조건에 도달하는 시간인 탈수 소결 방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 전술한 탈수 소결 방법으로 처리된 광섬유 모재를 제공할 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 본 발명은 전술한 탈수 소결 장치로 처리된 광섬유 모재를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 광섬유 모재를 획득하기 위한 탈수 소결 방법 및 장치에 의하면, 생상성 향상을 위한 모재의 대구경화 있어서 광 손실 품질을 유지하기 위한 탈수 기능이 있는 진공 소결 장치를 제공하여, 코어 모재 공정과 클래드 모재 공정 모두 생산성을 효과적으로 높일 수 있다.
본 발명에 따른 광섬유 모재를 획득하기 위한 탈수 소결 장치 및 방법에 의하면, 탈수 소결 장치 챔버를 3단으로 구성하고, 상부 1단에서 탈수 과정을 진행하고 하부 2단, 3단 챔버에서 진공 소결이 연속적으로 진행될 수 있도록 함으로써, 대구경의 광섬유 모재를 제조하는 과정 중에서 소결 공정 시간을 단축시키고, 소결 공정에서 소결 장치 내 압력을 음압의 진공 상태로 유지하므로 대구경에 따라 장시간이 소용되는 모재내 기포를 제거하기 위한 디가싱 공정을 생략하여, 코어 모재 공정과 클래드 모재 공정 모두의 생산성이 효과적으로 향상시킬 수 있다.
도 1 및 도 2는 일반적인 탈수 장치와 소결 장치의 구성도이며, 도 3은 탈수 및 소결이 연속으로 수행될 수 있는 탈수-소결 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4은 종래의 진공 소결 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탈수 소결 장치의 구성도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 탈수 소결 방법의 블록도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탈수 소결 장치의 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탈수 소결 장치(1000)는, 로드(10) 상에 증착된 광섬유 수트(20)를 탈수 처리하기 위한 탈수챔버(100); 탈수 처리된 상기 광섬유 수트가 대기되는 중간챔버(200); 및 상기 중간챔버(200)에서 안정화 시간 동안 대기된 상기 광섬유 수트가 장입되어 소결 처리되는 소결챔버(300)를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 탈수챔버(100), 상기 중간챔버(200) 및 상기 소결챔버(300)는 순차적으로 일렬로 배치되고, 상기 탈수챔버(100)와 상기 중간챔버(200) 사이에 구비되어 선택적 개폐가 가능한 제1 게이트(130), 상기 중간챔버(200)와 상기 소결챔버(300) 사이에 구비되는 선택적 개폐가 가능한 제2 게이트(150), 상기 탈수챔버(100) 내지 상기 소결챔버(300)의 내부를 관통하는 머플 튜브(190)가 구비될 수 있다.
상기 머플 튜브(190)는 상기 탈수챔버(100) 내지 상기 소결챔버(300)의 내부를 관통하도록 연통된 상태로 배치되지만 각각의 챔버 영역 또는 공정의 성격에 따라 서로 다른 재질로 구획될 수 있다.
예를 들면, 상기 머플 튜브(190)는 탈수챔버(100) 내의 영역(S1)에서는 유리/쿼츠부(191), 탈수챔버(100)와 중간챔버(200) 사이의 영역(S2)에서는 금속부(192), 나머지 중간챔버(200) 하부 영역(S3)에서는 그라파이트부(193) 등으로 구획될 수 있다.
탈수챔버(100) 내측 영역(S1)은 탈수분 가스인 염소(Cl2) 가스에 내변형성이 있는 유리 또는 쿼츠 재질로 구성되는 유리/쿼츠부(191)로 구성될 수 있다.
탈수챔버(100) 내측 영역(S1)은 유리 또는 쿼츠 재질로 이루어진 것을 예로 들어 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 탈 수분 가스(Cl2)에 내변형성이 있는 다양한 재질이라면 적용이 가능하다.
상기 탈수챔버(100) 내부 및 중간챔버(200) 사이의 영역(S2)인 유리/쿼츠부(191)의 하부는 금속부(192)가 구비될 수 있다. 상기 금속부(192)의 내면은 내부식성 향상을 위한 티타늄 등에 의한 코팅층이 형성될 수 있다. 상기 금속부(192)는 제1게이트(130)의 설치를 위하여 구비될 수 있다.
그리고, 상기 S1 영역과 상기 S2 영역은 머플 튜브의 재질은 다르지만 내부는 하나의 연통된 공간으로 구성될 수 있다. 상호 연통된 상기 S1 영역과 상기 S2 영역 하부 경계는 상기 제1게이트(130)일 수 있다.
예를 들어, 상기 금속부(192)에 개폐가 가능한 형태의 제1게이트(130)가 장착될 수 있도록 구성될 수 있고, 상기 유리/쿼츠부(191)와 상기 금속부(192)는 용접 또는 기타 방식으로 접합될 수 있다. 별도의 체결수단이 적용되어도 무방하다.
또한, 상기 금속부(192) 끝에서 소결챔버(300)의 부분까지의 머플 튜브는 그라파이트부(193)로 구성될 수 있다.
상기 그라파이트부(193)는 그라파이트(graphite) 재질로 이루어진 것을 예로 들어 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 소결 온도에 내변형성이 있는 다양한 재질로 이루어질 수 있다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈수 소결 장치(1000)는, 머플 튜브(190)의 각 챔버의 부분에 차례로 로드(10) 상에 증착된 광섬유 수트(20)를 진입시켜 탈수와 소결을 연속하여 처리한다.
즉, 도 5에 도시된 탈수 소결 장치(1000)는, 챔버가 3단으로 구성되어 있으며, 상부 1단의 탈수챔버(100)에서 탈수 과정을 진행하고 하부 2단의 중간챔버(200)와 하부 3단의 소결챔버(300)에서 진공 소결이 연속적으로 진행될 수 있도록 하였다.
이에 따라, 대구경의 광섬유 모재를 제조하는 과정 중에서 소결 공정 시간을 단축시키고, 소결 공정에서 소결 장치 내 압력을 음압의 진공 상태로 유지하므로 대구경에 따라 장시간이 소용되는 모재내 기포를 제거하기 위한 디가싱 공정을 생략하여, 코어 모재 공정과 클래드 모재 공정 모두의 생산성이 효과적으로 향상되도록 하였다.
탈수 공정을 위한 탈수챔버(100)는 탈수챔버(100)의 유리/쿼츠부(191)의 주위에 설치된 탈수용 제1히터(121)를 포함한다.
상기 제1히터(121)는, 광섬유 수트(20)를 탈수챔버(100)에 통과시키면서 탈수 처리하기 위해 한단의 히터로 설치될 수도 있지만, 광섬유 수트(20) 전체를 동시에 탈수 처리하기 위해 광섬유 수트(20) 전체를 일정한 온도로 유지시킬 수 있도록 일정 간격으로 배치된 다단의 히터를 포함할 수도 있다.
이와 같이 제1히터(121)를 다단으로 하여 광섬유 수트를 이동시키지 않고 고정하여 전체를 탈수 온도로 유지함으로써 전체 설비 높이의 상승을 억제할 수 있다.
공정상 높이의 제약이 없을 경우 1단 히터로서 광섬유 수트(20)가 하부로부터 차례로 이동하는 형태로 장치를 제작할 수도 있고, 이 경우 공정 작업 높이의 한계를 줄이기 위해 광섬유 수트(20) 이송을 위한 로드(10)를 접이식 등으로 구현할 수도 있다.
상기 제1히터(121)는 칸탈 히터로 구성될 수 있다.
탈수챔버(100)에서 로드(10)의 단부에 형성된 광섬유 수트(20)에 대해 탈수 공정을 진행하는 동안, 광섬유 수트(20)를 장입하고, 탈수과정이 완료된 광섬유 모재(30)를 인출하는 경우 탈수챔버의 입구를 개폐하기 위하여 구비되는 상단부 도어(110)와 중간챔버(200)를 개폐하는 제1게이트(130)는 닫힌 상태로 유지되어, 상기 S1 영역 및 S2 영역이 폐쇄될 수 있다.
상기 탈수챔버(100) 내의 영역(S1)의 유리/쿼츠부(191) 내부로 탈수용 가스(Cl2 등)를 공급하기 위한 유입구(125)가 구비되며, 탈수챔버(100)의 상단부와 상단부 도어(110) 사이에 탈수챔버(100)의 유리/쿼츠부(191) 내부의 HCl, 잔류 Cl2 등의 배기가스를 위한 배기구(126)가 구비된다. 탈수 공정을 진행하는 동안, 유입구(125)를 통해 탈수용 가스(Cl2 등)를 소정의 양으로 공급하고, 배기구(126)를 통해 배기가스의 배기가 이루어진다.
제1게이트(130)는 로드(10)의 단부에 형성된 광섬유 수트(20)가 탈수챔버(100)에서 탈수 공정이 진행된 후, 중간챔버(200)로 이동될 수 있도록 개방된다. 상기 중간챔버(200)에서 광섬유 수트(20)가 대기하는 동안 제1게이트(130)와 제2게이트(150)는 닫혀 상기 중간챔버(200) 내부의 공간이 폐쇄될 수 있다.
제1게이트(130) 및 제2게이트(150)는 이중구조로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1게이트(130)는 탈수챔버(100)의 하단부 측 개폐기와 중간챔버(200) 상단부 측 개폐기로 이루어질 수 있다. 마찬가지로 제2게이트(150)는 중간챔버(200) 하단부 측 개폐기와 소결챔버(300)의 상단부측 개폐기로 이루어질 수 있다.
이와 같은 이중구조의 개폐기를 모두 열어서 공정간 이송이 이루어지도록 하면서 각 공정 동안 모두 닫아서 리크 발생을 줄일 수 있을 것으로 기대된다.
그리고, 제1게이트(130)의 근방에 질소 퍼지부(131)가 더 구비될 수 있다. 탈수챔버(100)의 유리/쿼츠부(191) 밖으로 탈 수분 가스(Cl2)가 누설될 수 있으며, 이 경우 탈수챔버(100)의 유리/쿼츠부(191) 사이에 구비된 제1히터(121)가 부식 등 변형으로 수명이 단축될 수 있으므로, 질소 퍼지부(131)를 두어 이를 방지할 수 있다.
질소 퍼지부(131)는 질소를 선택적으로 분사하는 기구들을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 중간챔버(200) 및/또는 상기 소결챔버(300) 내부의 그라파이트부(193) 내부를 진공화하기 위한 진공장치(170)가 구비될 수 있다.
상기 진공장치(170)는 중간챔버(200)와 소결챔버(300)의 머플 튜브 내를 소정의 진공도가 되는 진공 분위기로 유지시킨다.
상기 소결챔버(300)는 그 내부의 그라파이트부(193)의 주위에 설치된 소결용 제2히터(161)을 구비할 수 있다.
상기 제2히터(161)는 진공 압력 또는 소결 온도(예, 1500~1700℃, 바람직하게는 1600℃)에서의 내변형성이 있는 그라파이트 히터로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 탈수챔버(100)에서 탈수되어 상기 중간챔버(200)로 장입된 광섬유 수트(20)는 진공장치(170)에 의해 소결챔버(300)의 그라파이트부(193) 내부가 소정의 진공도가 유지되고 제2히터(161)에 의해 소정의 소결온도가 유지되는, 안정화 시간 동안 중간챔버(200)에서 대기할 수 있다.
이와 같은 안정화 시간이 지난 후, 상기 제2게이트(150)는 광섬유 수트(20)가 소결챔버(300)로 이동될 수 있도록 개방된다. 상기 소결챔버(300)에서 광섬유 수트(20)가 소결처리되는 동안 제1게이트(130)는 폐쇄된 상태로 유지되고 제2게이트(150)는 폐쇄상태 또는 소결챔버(300)과 중간챔버(200)가 동일 진공도 상태로 개방상태로 유지될 수도 있다. 도 5에 도시되어 있지 않지만, 상기 소결챔버(300)에는 소결과정 동안 소결 촉매 가스(He 등)을 공급하기 위한 유입구와 배기하기 위한 배기구가 적절한 위치에 구비될 수도 있다.
상기 소결챔버(300)에서 상기 광섬유 수트(20)가 소결되면 광섬유 모재(30)가 완성될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 광섬유 모재(30)를 획득하기 위한 탈수 소결 장치(1000)는, 로드(10)의 단부에 형성된 광섬유 수트(20)를, 상단부 도어(110)를 통과해 탈수챔버(100)에 장입하여 탈수 처리한 후, 제1게이트를(130) 통과해 중간챔버(200)에서 소결챔버(300)가 진공 및 온도 조건에 도달하는 안정화 시간 동안 대기하였다가, 제2게이트(150)를 통과해 소결챔버(300)에서 소결 처리함으로써, 하나의 장치에서 탈수와 소결을 연속하여 처리할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 탈수 소결 장치(1000)의 전술한 구성들은 제어기(미도시) 등에 의하여 필요한 제어가 수행될 수 있다.
제어기에 입력된 명령어에 의해 일련의 탈수/소결 과정 전체 또는 그 일부가 자동적으로 제어되도록 할 수 있다. 예를 들어, 위와 같은 도어(110)나 게이트(130, 150)의 개폐, 탈수용 염소 가스(Cl2 등) 또는 소결용 헬륨 가스(He 등)의 공급량, 히터들(121, 161)의 온도, 질소 퍼지부(131)의 구동, 광섬유 수트(20)가 형성된 로드(10)의 푸시/풀 등은 제어기에 의해 전자적으로 제어될 수 있다.
상단부 도어(110)는 탈수 및 소결 처리를 위한 로드(10) 상에 증착된 광섬유 수트(20)를 장입하고, 소결과정이 완료된 광섬유 모재(30)를 인출할 수 있도록, 제어기에 의해 개폐될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 광섬유 모재(30)를 획득하기 위한 탈수 소결 장치(1000)에 의하면, 생산성 향상을 위한 광섬유 모재의 대구경화 있어서 광 손실 방지를 위한 광섬유 모재의 품질을 확보하기 위한 탈수 기능이 있는 진공 소결 장치를 제공함으로써 코어 모재 공정과 클래드 모재 공정 모두 생산성을 효과적으로 높일 수 있다.
이하, 도 6를 참조하여 본 발명에 따른 광섬유 모재를 획득하기 위한 탈수 소결 장치(1000)의 동작을 좀 더 자세히 설명한다.
도 6는 본 발명에 따른 광섬유 모재를 획득하기 위한 탈수 소결 장치(1000)의 동작 설명을 위한 흐름도이다.
먼저, 탈수챔버(100)에서 탈수 공정을 처리하기 위하여, 상단부 도어(110)를 열고 로드(10)의 단부에 형성된 광섬유 수트(20)를 탈수챔버(100)에 장입(S110)하는 단계를 수행 후 상단부 도어(110)를 폐쇄한다.
이후, 상기 탈수챔버(100)는 탈수챔버(100)의 유리/쿼츠부(191)의 주위에 설치된 탈수용 제1히터(121)를 동작시켜 탈수 온도 조건에 이르도록 유리/쿼츠부(191)를 가열하고, 상기 탈수챔버(100)의 유리/쿼츠부(191)가 탈수 온도 조건에 이르면, 유입구(125)를 통해 탈수챔버(100)의 유리/쿼츠부(191) 내부로 탈수용 가스(Cl2 등)를 공급하고 배기구(126)를 통해 배기하면서 광섬유 수트(20)를 탈수하는 탈수 단계(S120)가 수행될 수 있다.
상기 탈수 단계(S120)에서 사용되는 제1히터(121)는 광섬유 수트(20)를 탈수챔버(100)에 통과시키면서 탈수 처리하기 위해 한단의 히터로 설치될 수도 있지만, 광섬유 수트(20) 전체를 동시에 탈수 처리하기 위해 광섬유 수트(20) 전체를 일정한 온도로 유지시킬 수 있도록 일정 간격으로 배치된 다단의 히터로 구성될 수 있음은 전술한 바와 같다.
그리고, 상기 탈수챔버(100)에서 로드(10) 상에 증착된 광섬유 수트(20)에 대해 탈수 공정을 진행하는 동안, 상단부 도어(110)와 제1게이트(130)는 폐쇠된 상태로 유지될 수 있으며, 필요에 따라 제1게이트(130)의 주위 외곽에 구비된 질소 퍼지부(131)에서 질소를 분사하여 제1히터(121)를 보호할 수도 있다.
전술한 탈수 공정이 진행된 후, 탈수된 광섬유 수트(20)를 중간챔버(200)에 장입(S130)하는 단계가 수행된다.
상기 중간챔버(200)에서 광섬유 수트(20)가 대기하는 동안, 진공장치(170)는 중간챔버(200)와 소결챔버(300)의 머플 튜브 내를 소정의 진공도가 되는 진공 분위기로 유지시키며, 소결챔버(300)의 그라파이트부(193)의 주위에 설치된 소결용 제2히터(161) 동작시켜 가열함으로써 소결 온도 조건에 이르도록 하여 소결챔버(200)의 안정화(S140) 단계가 수행될 수 있다.
상기 광섬유 수트(20)는 진공장치(170)에 의해 소결챔버(300)의 그라파이트부(193) 내부가 소정의 진공도가 유지되고 제2히터(161)에 의해 소정의 소결온도가 유지되는 안정화 시간 동안 중간챔버(200)에서 대기한다.
이와 같은 안정화 시간이 지난 후, 제2게이트(150)는 광섬유 수트(20)가 소결챔버(300)로 이동될 수 있도록 개방되고 광섬유 수트(20)를 소결챔버(S300)로 장입(S150)하는 단계가 수행된다.
상기 소결챔버(300)에 장입된 광섬유 수트(20)가 소결처리되는 동안 제1게이트(130)는 폐쇄된 상태, 제2게이트(150)는 폐쇄상태 또는 소결챔버(300)과 중간챔버(200)가 동일 진공도 상태로 개방상태로 유지될 수 있다.
상기 소결챔버(300)에서 그라파이트 머플 튜브에 구비된 유입구를 통해 소결 촉매용 가스(He 등)을 공급하고, 소결챔버(300)의 그라파이트 머플 튜브에 구비된 배기구를 통해 수트(20)가 소결되면서 발생된 공기 기포나 미세 이물질 들과 함께 배기하면서, 소결챔버(300)의 그라파이트 머플 튜브가 적절한 소결 분위기를 형성하고 소정의 시간 동안 광섬유 수트(20)의 소결(S160)이 수행될 수 있다.
이와 같은 방법으로 탈수 및 소결과정을 하나의 장치에서 연이어 거친 후 광섬유 모재(30)가 완성(S170)할 수 있다.
탈수 및 소결과정을 거친 광섬유 모재(30)는 제2게이트(150), 제1게이트(130), 상단부 도어(110)를 경유하여 반출될 수도 있고 소결 챔버를 개발하여 로드로부터 분리할 수 있다. 여기서, 탈수 및 소결과정을 거친 광섬유 모재(30)는 광섬유 코어 모재 또는 광섬유 클래드 모재일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광섬유 모재를 획득하기 위한 탈수 소결 방법 및 장치에 의하면, 생상성 향상을 위한 모재의 대구경화 있어서 광 손실 품질을 유지하기 위한 탈수 기능이 있는 진공 소결 장치를 제공함으로써 코어 모재 공정과 클래드 모재 공정 모두 생산성을 효과적으로 높일 수 있다.
즉, 탈수 소결 장치(1000)는, 챔버가 3단으로 구성되어 있으며, 상부 1단의 탈수챔버(100)에서 탈수 과정을 진행하고 하부 2단의 중간챔버(200)와 하부 3단의 소결챔버(300)에서 진공 소결이 연속적으로 진행될 수 있도록 하였다.
이에 따라, 대구경의 광섬유 모재를 제조하는 과정 중에서 소결 공정 시간을 단축시키고, 소결 공정에서 소결 장치 내 압력을 음압의 진공 상태로 유지하므로 대구경에 따라 장시간이 소용되는 모재내 기포를 제거하기 위한 디가싱 공정을 생략하여, 코어 모재 공정과 클래드 모재 공정 모두의 생산성이 효과적으로 향상되도록 하였다.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
10: 로드
20: 광섬유 수트
30: 광섬유 모재
100: 탈수챔버
200: 중간챔버
300: 소결챔버
1000 : 탈수 소결 장치

Claims (18)

  1. 로드 상에 증착된 광섬유 수트를 탈수 처리하기 위한 탈수챔버;
    탈수 처리된 상기 광섬유 수트가 대기되는 중간챔버; 및
    상기 중간챔버에서 안정화 시간 동안 대기된 상기 광섬유 수트가 장입되어 소결 처리되는 소결챔버를 포함하는 탈수 소결 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탈수챔버, 상기 중간챔버 및 상기 소결챔버는 순차적으로 배치되고,
    상기 탈수챔버와 상기 중간챔버 사이에 구비되어 선택적 개폐가 가능한 제1 게이트, 상기 중간챔버와 상기 소결챔버 사이에 구비되는 선택적 개폐가 가능한 제2 게이트, 상기 탈수챔버 내지 상기 소결챔버의 내부를 관통하는 머플 튜브가 구비되는 탈수 소결 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 탈수챔버, 상기 중간챔버 및 상기 소결챔버에 대응하는 상기 머플 튜브 내의 영역에서 상기 광섬유 수트가 배치되어, 탈수, 대기 및 소결 작업이 수행되며,
    상기 안정화 시간은 상기 소결챔버가 진공 압력 및 온도 조건에 도달하는 시간인 것을 특징으로 하는 탈수 소결 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 탈수챔버의 머플 튜브의 주위에 설치된 탈수용 제1히터;를 구비하는 것을 특징으로 하는 탈수 소결 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 소결챔버의 머플 튜브의 주위에 설치된 소결용 제2히터를 구비하는 것을 특징으로 하는 탈수 소결 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 중간챔버 또는 상기 소결챔버에 대응하는 상기 머플 튜브 내의 영역을 진공화하기 위한 진공장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈수 소결 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 탈수챔버 대응 영역의 머플 튜브는 탈 수분 가스에 내변형성이 있는 유리/쿼츠부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탈수 소결 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 탈수챔버 및 상기 중간챔버의 경계영역의 머플 튜브는 금속으로 구성된 금속부를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈수 소결 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 머플 튜브의 금속부 하부에서 상기 소결챔버까지의 머플 튜브는 소결 온도에 내변형성이 있는 그라파이트 재질의 그라파이트부가 구비되는 것을 특징으로 하는 탈수 소결 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 금속부의 내면은 내부식성 향상을 위한 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 탈수 소결 장치.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 제1히터는 칸탈 히터로 이루어진 것을 특징으로 하는 탈수 소결 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1히터는 상기 광섬유 수트를 상기 탈수챔버에 통과시키면서 탈수 처리하기 위해 한단의 히터로 설치된 것을 특징으로 하는 탈수 소결 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1히터는 상기 광섬유 수트 전체를 동시에 탈수 처리하기 위해 다단으로 설치된 것을 특징으로 하는 탈수 소결 장치.
  14. 제3항에 있어서,
    상기 탈수챔버의 하단부와 상기 제1게이트 사이에 상기 탈수챔버의 머플 튜브 내부로 탈수용 가스를 공급하기 위한 유입구 및
    상기 탈수챔버의 상부에 상기 머플 튜브의 배기를 위한 배기구를 더 포함하는 탈수 소결 장치.
  15. 제5항에 있어서,
    상기 제2히터는 소결 온도 또는 진공 압력에 내변형성이 있는 그라파이트 히터로 이루어진 탈수 소결 장치.
  16. 탈수챔버, 제1게이트, 중간챔버, 제2게이트, 및 소결챔버가 순차적으로 결합되어 있는 탈수 소결 장치를 이용하여,
    로드 상에 증착된 광섬유 수트를, 탈수와 소결을 연속하여 처리하여, 상기 광섬유 수트를 상기 탈수챔버에서 탈수 처리한 후, 상기 제1게이트를 통과해 상기 중간챔버에서 안정화 시간 동안 대기 후, 상기 제2게이트를 통과해 상기 소결챔버에서 소결 처리하되,
    상기 안정화 시간은 상기 소결챔버가 진공 압력 및 온도 조건에 도달하는 시간인 탈수 소결 방법.
  17. 제16항의 탈수 소결 방법으로 처리된 광섬유 모재.
  18. 제1항 내지 제15항 중 어느 하나의 항의 탈수 소결 장치로 처리된 광섬유 모재.
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