KR910002396B1 - 석영유리관의 가열방법 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 본 발명의 한 구체예를 설명하는 개략도.
제2도는 본 발명의 플로우차아트.
제3도는 본 발명의 다른 실시예를 설명하는 개략도.
제4도는 본 발명의 마이크로파 공급시스템의 설명도.
제5도는 종래법을 설명하는 개략도.
본 발명은 석영유리(석영계 유리도 포함한다. 이하 같음)관의 가열방법에 관한것으로서, 상세하게는 마이크로파를 사용한 가열방법에 있어서, 가열원으로부터 오염되지 않고 신속한 가열법으로 석영유리 광파이버 제조등의 분야에 이용하는데 적합한 것이다.
석영유리관을 가열하는 방법의 하나로서 당해 석영유리에 마이크로파를 흡수시킴으로써, 이 석영유리자체를 발열시키는 방법이 알려져 있다. 이 경우, 석영유리의 유전손실은 상온에서 매우 작으나, 고온에서는 높아져서 마이크로파의 흡수가 실질적으로 가능하다고 말할 수 있다. 그래서, 제5도에 도시한 바와 같이 석영 유리(1)를 산 · 수소버어너(3)등에 의하여 1000℃ 이상으로 예열해두고, 이 예열부를 마이크로파 인가부(도파로내 혹은 공진기내등)에 직접 도입함으로써, 이 예열부에 마이크로파를 흡수시키는 방법이 보고되어 있다(J. of Lightwaves Tech. Vol. LT-4. No.10. Oct.1986, PP1569).
그러나, 석영유리의 열전도율이 매우 작기 때문에, 이러한 종래기술로는 석영유리체의 내부를 충분히 가열하는 것이 곤란하고, 또 예열된 유리의 외부표면은 마이크로파 인가부에 이동시키는 동안에 냉각되기 쉽기때문에, 통상의 도파로를 사용한 방법으로 마이크로파를 석영유리에 흡수시키는 것은 매우 곤란해서 당연히 충분한 발열을 얻는데 도달할 수 없었다. 또, 산·수소버어너등의 외부열원을 사용한 예열은 석영유리체를 오염시킬 염려가 있고, 특히 광파이버용의 석영유리의 가열수단으로서는 이 점의 개량이 요망되고 있었다.
본 발명은 이와같은 문제점을 해결하고 마이크로파를 사용해서 석영유리를 충분히 가열할 수 있으며, 또한 신속, 청정하게 행할 수 있는 신규한 방법을 목표로해서 이루어진 것이다.
본 발명자들은 종래의 산· 수소버어너등 외부가열원에 의한 예열과, 이 예열부를 마이크로파 인가부에 이동한다는 열손실이 있는 수단외에, 마이크로파 인가부내에서 석영계 유리를 예열하고, 그대로 마이크로파를 인가할 수 있는 방법을 연구한 결과, 예열수단으로서 플라즈마가 되기 쉬운 가스를 열플라즈마화하고, 이가스의 발열을 이용하는 것을 생각해내서 본 발명에 도달한 것이다.
즉, 본 발명은 마이크로파를 사용한 석영유리관의 가열방법에 있어서, 이 석영유리관내에 통상의 압력하에서 플라즈마 생성용가스를 공급하고, 또한 이 석영유리관에 마이크로파를 인가함으로써 이 석영유리관내에 열플라즈마를 형성해서 이 석영유리관을 예열하고, 그 후에 마이크로파는 인가한 그대로 상기 플라즈마 생성용 가스의 공급을 정지함으로써, 마이크로파를 이 석영유리관에 흡수시키는 것을 특징으로 하는 석영유리관의 가열방법에 관한 것이다.
본 발명에 있어서의 플라즈마 생성용가스로서는 Ar, O2, N2등을 사용할 수 있으나, Ar을 사용하면 용이하게 열플라즈마를 생성할 수 있어, 특히 바람직하다. 마이크로파로서는 2.4GHz 대의 마이크로파를 사용하는 것이 좋은 결과를 얻을 수 있으므로, 바람직하다. 또한, 본 발명의 석영유리로서는 순 석영외에, 그 용도에 따라서, 예를들면 플루오르(F), P2O5, GeO2, BeO3등의 첨가제를 다소 함유해도 된다.
이하, 도면을 참조해서 본 발명을 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명의 구체예의 설명도이며, 제2도는 본 발명방법의 플로우차아트이다. 제1도에 있어서, 가열할려고 하는 석영유리관(1)은 마이크로파 조사부(2) (구체적으로는 정재파형)내에 삽입되어 있고, 먼저 예를들면 Ar 등의 플라즈마 생성용 가스(3)가 이 석영유리관(1)내에 도입된다. 이때, 석영유리관(1)내의 마이크로파 조사부에 별도 예를들면 카아본봉이나 텅스텐봉등의 내열성이 높은 도전성봉을 삽입해두고, 마이크로파 조사을 개시하여 출력을 증가시켜가면, 도전성봉의 선단부에서 격심한 방전이 발생하여 플라즈마 생성가스(3)가 점화해서 열플라즈마(4)를 생성할 수 있다. 이 생성시킨 열플라즈마(4)에 의하여 석영유리관(1)을 잠시 가열함으로써, 이 석영유리관(1)은 용이하게 1500℃ 정도의 온도가 된다. 이 열플라즈마 예열시간은 수 10초∼수분간으로 하면 좋다. 이 가열은 석영유리관 내부에 있어서의 발열을 이용하고 있고, 또 마이크로파 분위기에서 행하므로, 마이크로파를 석영유리자체에 흡수시켜 가면 다음 스텝에 도달할때까지의 열손실을 대체로 없게할 수 있어 매우 효율적이다. 이 예열에 계속하여 플라즈마 생성가스(3)의 도입을 정지시키면, 즉시 마이크로파를 석영유리관(1)에의 흡수를 일으킬 수 있다. 플라즈마(4)를 형성시킨 그대로로는 마이크로파는 플라즈마(4)쪽에 잘 흡수되게되어 석영유리에의 흡수가 일어나기 곤란하여 효율이 나쁘다.
본 발명에 있어서의 플라즈마 생성용 가스로서는 통상적인 압력으로 흐르는 Ar이 바람직하다. 그 이유는 감압하에서 행하면 플라즈마형성은 용이하나 석영유리관의 온도를 충분히 올릴 수 없고, 한편 가압하에서 행하면, 석영유리관이 변형되기쉬우며, 또 장치구성도 복잡해진다는 결점이 있다. 그리고, Ar 가스는 플라즈마를 발생하기 쉬운 외에, 불활성이기 때문에 유리에 악영향을 주지 않는 점에 의하여 가장 바람직한 것이다.
본 발명에서 마이크로파는 2.4GHz 대를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 이 이유는 석영유리에 흡수되는 전력(P)은 하기식 (1)
P=K·f·E2·εtanδ………………………………………………(1)
(K : 비례상수, f : 주파수, E :전계강도, ε: 비유전율, tanδ: 유전체 손실각)으로 표시되기 때문에 유전체손실이 변하지 않으면 주파수(f)가 높을 수록 유리하기 때문이다. 특히, 2.4GHz의 전원은 범용성이 있고, 신뢰성도 높으므로 이것을 사용하면 편리하다.
제3도는 본 발명의 다른 실시태양을 설명하는 도면으로서, 마이크로파 조사부가 공동공진기(21)인 예를 도시하고 있다. 제4도에 마이크로파의 공급시스템을 도시하고 있으나, (2)가 마이크로파 조사부이고, (5)는 도파관, (6)은 마이크로파 발진기, (7)은 마그네트론, (8)은 아이솔레이터, (9)는 정합기, (10)은 파워모니터이며, 실선화살표는 입사파를, 파선화살표는 반사파를 표시한다.
이상과 같이 구성함으로써 충분한 예열에 의하여 고온이 된 석영유리는 유전손실이 커지며, 이 상태에서 마이크로파를 조사할 수 있으므로, 고온으로 발열할 수 있는 것이다. 본 발명에 사용하는 마이크로파의 출력은 특히 한정되는 것은 아니나, 범용의 마이크로파 전원으로서는 출력 5KW의 것이 일반적이다. 파워가 더욱 요구될 경우에는 이것을 복수개 사용하고, 이들 모우드를 특수한 형식으로 1개의 공진기에 도입함으로써, 큰 파워를 얻을 수 있다. 각 공정과 마이크로파 출력의 예를들면 플라즈마 생성용가스의 점화공정 3∼5KW, 예열시 2∼4KW, 마이크로 흡수공정 3∼10KW로 해서 조합되어 있으나, 어디까지나 이것은 참고예에 지나지 않는다.
실시예
제4도에 구성한 마이크로파 공급시스템에서, 그 단면형상이 55㎜×110㎜인 4각형 도파로에서 선단부에는 40㎜ 직경의 원통형상 개구부를 가진 장치를 사용해서 본 발명에 따라 석영유리관을 가열하였다. 상기 원통형상 개구부내에 석영유리관(외경 26㎜ø, 내경 18㎜)을 삽입한 상태에서 이 석영유리관내에 Ar 가스를 1ℓ/분의 비율로 약 1기압의 개방하에서 흐르게하고, 이 유리관내에는 외경 4㎜ø의 카아본로드를 삽입하였다. 이 상태에서 마이크로파 출력을 약 3KW 인가함으로써 Ar 가스를 플라즈마 상태로 하였다. 즉, 플라즈마를 점화하였다. 이 플라즈마 상태를 약 1분간 유지한 후, 이 석영유리관내로 Ar 가스의 도입을 정지하고 다시 마이크로파의 출력을 4.5KW로 유지하였다. 이상의 조작에 의하여 석영유리관의 온도를 2000℃ 이상으로 올릴 수 있었다.
비교예
실시예와 마찬가지의 마이크로파 공급시스템과 석영유리관을 사용해서 제5도에 도시한 바와같이 이 석영유리관을 유리선반(旋盤)에 파지해서 회전시키면서 이 석영유리관의 일부를 산·수소 버어너화염에 의하여 유리표면에서 약 1500℃로 가열하고, 출력 4.5KW로 유지한 도파로내에 이 가열된 부분을 급속히 삽입하였다. 이후, 도파로내의 석영유리관의 온도변화를 관측하였더니, 온도상승은 없고 온도가 떨어져서 만족한 가열은 할 수 없었다.
이상의 실시예와 비교예의 결과로부터 본 발명의 방법에 의하여 충분한 가열이 가능한 것은 명백하다.
본 발명은 마이크로파 조사부내의 석영유리관을, 그 내부로부터 플라즈마 가스에 의하여 매우 높은 온도로 예열해서 마이크로파를 흡수하기 쉬운 상태로 유지하고, 즉시 마이크로파를 조사하므로 효율좋은 석영유리관을 고온으로 가열할 수 있었다. 이 예열은 Ar 가스등의 플라즈마 생성용가스를 석영유리관내에 도입하는 시스템을 부가하는 구성만으로 되므로, 종래법과 같은 외부가열원은 불필요하여 장치를 더욱 소형으로 경제적인 것으로 할 수 있다. 또한, 종래법에서 볼 수 있었던 산·수소버어너등의 화염이나 저항로등의 예열원에 의한 석영유리관 외벽의 요염도없어, 매우 청정하고, 신속한 예열과, 충분한 가열을 실현하는 방법이다. 따라서, 본 발명은 석영유리를 사용한 광파이버 제조등의 분야에서 청정한 가열법으로 이용하면 매우 효과적이다.
Claims (1)
- 마이크로파를 사용한 석영유리관의 가열방법에 있어서, 이 석영유리관내에 통상의 압력하에서 플라즈마 생성용 가스를 공급하고, 또한 이 석영유리관에 마이크로파를 인가함으로써 이 석영유리관내에 열플라즈마를 형성해서 이 석영유리관을 예열하고, 그후에 마이크로파는 인가한 그대로 상기 플라즈마 생성용 가스의 공급을 정지함으로써 마이크로파를 이 석영유리관에 흡수시키는 것을 특징으로 하는 석영유리관의 가열방법.
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