KR950002913B1 - 광학 유리 도파관 화이버 제조용 모재(preform)의 제조 공정 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

광학 유리 도파판 화이버 제조용 모재(preform)의 제조 공정

제1도는 본 발명에 의한 증착 시스템의 작동을 개략적으로 도시한 사시도.

제2도는 상기 시스템의 개략적인 단면도.

제3도는 제2도의 3-3선을 따른 개략 단면도.

제4도는 제2도 및 제3도의 버너 운반 장치의 부분 단면도.

제5도는 제4도의 5-5선을 따른 단면도.

제6도는 버너 운반 장치의 개략도.

제7도는 제2도 및 제3도에서의 로타리 유니온의 부분 단면도.

제8도는 로타리 유니온 디스크(44)의 일부 개략도.

제9도는 로타리 유니온 실린더의 부분 단면도

제10도는 맨드럴 구동 장치의 단면도.

제11도 및 제12도는 본 발명의 시스템에서 사용될 수 있는 다른 형식의 버너 장치부를 도시한 도면.

제13도는 변형된 증착 시스템의 개략도.

제14도는 버너에 대한 흐름을 중단키 위한 밸브 시스템의 부분 단면도.

제15도는 제14도의 15-15선을 따른 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10,11 : 출발부재(맨드럴) 12,13 : 맨드럴구동 장치

14,15 : 모터 17 : 버너

18 : 캐리지 19 : 캐리지의 통로

20 : 유리 수우트류 23,24 : 스테핑 모터

25,26 : 스케일 27,28 : 모터 제어 회로

29 : 시스템 제어회로 30 : 모재

35 : 버너 운반 장치 42 : 로타리 유니온

43 : 원통형 조립체 44 : 분배 디스크

49 : 기억장치 61,62 : 증착실

65,66 : 덕트

본 발명은 광학 유리 도파관 화이버(optical glass waveguide fibers)를 제조하는 것에 관한 것이다. 더욱 상세히는 유리 도파관 화이버 제조 위한 모재(母材, preform)를 제조하는 것에 관한 것이다.

광학 도파관 화이버는 지난 10여년간 괄목할 만한 성장을 기록해왔다. 손실율이 매우 적은 화이버는 극히 순도가 높은 물질을 생성케하는 화학적 증기 증착법(CVD) 기술에 의해 일반적으로 생산된다.

CVD 기술, 내부 부착 기상 산화법으로 통용되는 이 기술의 한 실시예에 따르면, 반응 증기와 산화 매체는 중공형의 기판 튜브를 통해 유동하면서 서로 반응하여 유리층을 형성하고, 이로부터 얻어진 모재는 붕괴되어 화이버를 인발한다.

CVD 공정에 의한 다른 실시예에 따르면, 반응 화합물의 증기는 화염 및 레이저 광선등과 비슷한 것 속으로 유입되고 여기서 산화하여 유리 입자 물질 또는 수우트(soot)된 뒤 맨드럴(mandrel, 출발 부재)을 향해 보내진다. 이처럼 유리 수우트의 피복을 형성하는 화염 가수분해 즉, 외부 부착 기상 산화법에 대해서는 미합중국 특허 번호 제3,737,292호, 3,823,995호, 3,884,550호, 3,957,474호, 및 4,135,901호에서 상세하게 설명되어 있다. 단계형 지수(step-index)의 도파관 화이버를 형성하기 위해서는 제1수우트 피복을 맨드럴상에 증착하고 난후, 제1피복 때보다 더 낮은 굴절지수를 갖는 제 2 피복을 제 1피복의 외주면상에 증착한다. 또한 경사형 지수(gradient-index)의 화이버를 형성하기 위해서는 다수의 유리 수우트층을 맨드럴에 증착하는데, 그 경우 각 층은 미합중국 특허 번호 제3,823,995호에 기술된 바와 같이 점차적으로 낮아지는 굴절 지수를 갖는다. 경사형 지수의 화이버의 제조에는 도금 물질의 피복도 제공될 수 있다. 다수의 피복이 맨드럴상에 형성된 후 맨드럴을 일반적으로 제거하면, 관형의 다공질 모재가 얻어지는데 이 모재는 융합합체용노 속으로 들어간다. 이 노의 온도는 유리 수우트의 물질을 용융시키고 또한 그것에 의해 수우트 모재를 융합 합체시켜서 입자 간극이 없는 매우 조밀한 유리체를 만드는데 충분할 정도의 고온이다. 외부 부착기상 산화법의 일실시예가 미합중국 특허 번호 제3,957,474호 및 제4,486,212호에 기재되어 있는데, 여기서는 출발로드가 화이버의 코어를 형성하게 된다. 피복된 도금 수우트가 코어로드의 표면상에서 융합 합체된후 융합 합체가 끝난 모재로부터 광학 유리 도파관 화이버가 인발된다.

비록 CVD 기술로 매우 낮은 희석도를 갖는 화이버를 만들 수 있지만 이 기술은 비교적 비용이 고가인것이 결점이다. 화이버의 제조 비용은 모재의 크기와 증착 속도를 증대시킴으로써 절감할 수 있다.

내부 부착 기상 산화법에 의해 제조될 수 있는 모재 크기는 비교적 한계가 있다. 중공형 원통형 기판 튜브의 길이는 이 튜브가 반응 온도하에서 가열될때 2개의 이격된 처크(chuck) 사이에서 지지될 수 있을 만한 길이로 제한되어 있다. 상기 기판 튜브의 직경도 상기 방법으로는 역시 제한된다.

외부 부착 기상 산화법은 원가 절감을 도모할 수 있도록 용이하게 수정될 수 있다. 처음에 모재는 직경을 증가시키면 더욱 커진다. 이러한 공정은 버너를 수우트 모재를 따라 길이방향으로 앞뒤로 여러번 왕복 이동시키고 또한 모재의 직경을 증대시키는 부가적인 층을 추가시킴으로써 실현된다. 모재가 피복되는 동안 길어진 길이를 갖음으로 인해 휘어지는 것이 방지될 수 있도록 수직으로 모재를 지지시킴으로써 모재의 길이를 증가할 수 있다. 또한, 다수의 버너가 사용되어 하나의 모재상에 수우트를 동시에 증착시킬 수 있게 되었다. 하나의 모재상에 수우트를 동시에 증착시키기 위해 서로 병치 관계로 배치된 2개의 버너는 일체로 이동되므로 문제를 불러일으켰다. 즉, 제1버너가 모재의 단부에 도달하여 상기 한쌍의 버너가 이동을 정지하면 제2버너는 버너간의 간격 만큼 모재단부에 미치지 못한다. 이와 같이해서 생기는 "단부 효과"는 상기버너중의 하나 만으로 형성된 모재 일부를 폐기할 필요성을 야기시킨다. 만약 상기 2개의 버너가 모재에 따라서 서로 독립해서 이동하고 또한 그 버너의 각각이 모재의 단부에서 상기 이동을 중지하면 그 버너의 통로는 교차할 수 있다. 어떤 상황하에서는 이 결과 생기는 간섭에 의해 고체 또는 기체형의 물질이 발생할뿐 아니라 이들의 조성 제어 문제가 생긴다. 다수의 버너가 사용되고 또한 각각이 모재 전체의 일부분만을 따라서 앞뒤로 왕복 이동될 경우에는 모든 버너가 엄밀하게 같은 조성 및 같은 양의 수우트를 부여할 수는 없으므로 수우트의 증착은 모재 전 길이에 걸쳐서 불균일하게 나타난다.

따라서, 본 발명의 목적은 전술한 바와 같은 종래의 고속법이 발생하던 문제를 일으키지 않으면서도 증가된 증착 속도를 제공할 수 있는 수우트 증착 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 광학도파관 화이버를 제조할 수 있는 하나 이상의 모재를 만드는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 적어도 하나 이상의 원통형상의 긴 출발 부재가 그 축을 중심으로 회전되고, 그 위에 다수의 유리 수우트층이 증착되어 제1 및 제2단부를 갖는 피복체를 형성하는데 있어서 버너와 같은 수우트 분사수단을 다수로 제공하여 층을 증착하는 것을 개선점으로 한 것이다. 그 버너는 피복물의 길이 보다도 큰 길이를 갖는 하나의 계열을 이루어 배열된다. 인접하고 있는 버너들의 중심간의 거리는 약 2.5cm-20cm 정도가 된다. 버너의 계열 일부는 출발 부재에 인접하여 연장되어 있으므로 버너로부터 배출되는 수우트가 출발 부재의 피복체가 위치되는 부분을 향해 분사되게끔 한다. 일련의 버너는 출발 부재를 따라 이동된다. 버너는 완전한 환상형으로 배치될 수 있으며, 그 경우 예정된 방향을 따라서 연속적으로 이동하게 하는 것이 바람직하다. 이러한 형식의 작동은 반응성 기체들과 이들로부터 각기 발산되는 기체를 각 버너에 연결시키기 위해 일체적으로 회전시키는 기구인 로타리 유니온을 필요로 한다. 버너가 출발 부재를 제1방향으로 이동시켜서 정지시키고, 그리고 반대 방향으로 이동시키는 것을 교대로 할 경우에는 로타리 유니온이 필요하지 않다. 이 경우의 작동에 있어서, 일련의 버너가 이동 방향을 바꿀때에는 정지할 때마다 이보다 앞선 방향 전환에서 버너가 정지했던 지점과는 다른 피복 지점에서 버너가 정지하는 것이 바람직하다. 상기 일련의 버너가 완전히 환상형을 이루지 않는 작동 모드에서는 이동 방향을 계속적으로 바꾸어야 하는 불편이 있다.

버너가 출발 부재를 따라서 이동할때 그 버너에 연결된 공급관이 꼬여버리는 경향이 있는데, 이러한 꼬임은 버너를 그 축을 중심으로 회전할 수 있도록 조치하여 최소화 함으로써 전기한 문제점을 해소할 수 있다.

2개 이상의 출발 부재가 사용되는 경우에는, 일련의 버너가 상기 각 출발 부재에 따라서 이동한다. 출발부재가 2개일 경우는 병렬로 배열되고, 3개 이상일 경우는 다각형 형식으로 배치된다. 수우트 피복이 진행되어 모재의 직경이 증가하게 되면 버너와 모재간의 거리가 감소하게 되고, 모재의 직경은 광학적 수단 또는 그 중량을 연속적으로 측정함으로써 결정될 수 있다. 수우트 모재는 그의 반경이 증가하는 것과 동시에 버너로부터 이격된다. 버너와 모재 간격은 실질적으로 일정하게 유지될 수 있으며 필요하다면 계속해서 변할 수도 있다.

버너가 출발 부재 상에서 수우트를 증착시키지 않으면서 출발 부재에 따라 버너를 이동하는 것도 생각할수 있다. 모든 버너로부터 나오는 화염으로 인해 모재의 과도한 온도 상승이 유발되는 경우에는 모재에 따라 이동하는 버너 전체중 일부만을 가동시킬 수도 있다. 예를 들어서, 하나 걸러의 버너의 밸브를 잠그거나 또는 그 버너의 공급 라인을 차단할 수 있다. 따라서 나머지 버너만이 작동하여 수우트 피복을 하게 되고 그것에 부수하는 열을 발생한다. 모재를 따라 이동하는 버너의 일부 또는 전부를 구동시켜 그 수우트의 유동을 모재의 축선 방향이 아닌 그 측부에 향하는 방향으로 흐르게끔 해도 된다.

제1도에서는 본 발명을 개략적으로 도시하고 있다. 맨드럴 또는 출발 부재(10,11)은 각각의 맨드럴 구동장치(12,13)에 회전 가능하게 지지되며, 이는 모터(14,15)에 의해 구동된다. 다수의 버너(17)는 각기 캐리지(18, carriage)상에 장착되며, 그 캐리지(18)는 파선(19)로 표시된 일반적으로 4각형 형상의 통로를 따라 그 캐리지를 이동시키는 콘베이어 시스템의 구성일부이다. 상기 버너(17)로는 유리 수우트류 또는 입자류(20) 발생시킬 수 있는 장치면 어떠한 것이라도 가능하다. 예를들어 본 출원인의 미합중국 특허 제4,468,212호의 첨부 도면 제7도를 참조할 수 있다.

상기 구동 장치(12,13)는 스테핑 모터(23,24)에 의해 축(21,33,22,34)의 주위에서 어느 방향으로든 회전이 가능하다. 맨드럴(10,11)은 스케일(25,26)에 부착되어 있으며, 상기 스케일의 출력은 시스템 제어 회로(29)에 접속되어 있다. 상기 회로(29)는 모터 제어 회로(27,28)를 통해서 각각 모터(23,24)를 제어한다. 축(21,33) 및 (22,34)은 상기 축들이 후술될 다른 축과 기어에 의해서 서로 연결되어짐을 나타내는 파선으로 제1도에 도시되어 있다.

제2도 및 제3도에는 버너 운반 장치, 공급 장치 및 배출 장치가 도시되어 있는데, 버너 운반 장치(35)는 캔틸레버 지지부(36)에 지지되고, 모재(30)과 맨드럴(10)의 위치는 제2도에 파선으로 표시된다. 각 버너(17)는 지지암(41)상에 회전 가능하게 장착된 공급관(40)의 단부에 장착되어 있다.

버너가 운반 장치(35) 주위를 게속 회전하는 실례에 있어서 이 버너들은 로타리 슬리브와 분배 디스크(44)와의 원통형 조립체(43)로 이루어진 로타리 유니온(42)를 통해 급송되어야만 한다. 버너로 공급될 기체, 증기 등은 상기 로타리 유니온의 고정 입력측(45)에 연결되며, 반응물 증기 발생 장치의 예는 미합중국특허 번호 제4,230,744호, 4,314,837호 및 제4,529,427호에 개시되어 있다. 분배 디스크(44)에서 버너 공급관(40)까지 여러개의 케이블(46)이 연장되어 있고 그 케이블은 각기 각 버너에 필요한 기체 및 반응물을 공급하는데 충분한 개수의 호스를 구비하고 있다. 간단히 도시하기 위해 제2도와 3도에서는 2개의 외부측 케이블(46)만을 대표적으로 나타내었다. 그 외에 반응물 증기, 내부 방호 기체, 외부 방호 기체, 기체-산소혼합물을 통과시키기 위한 별도의 호스가 필요할 수도 있다. 만약 버너에 냉각수를 공급해야 할 필요가 있으면 2개의 호스를 추가한다. 또한 추가 반응물 증기는 추가의 호스를 필요로 할 수도 있다. 제7, 8, 9도에서 상세히 도시하고 있는 것처럼, 버너에 공급되는 기체, 액체 또는 증기는 로타리 유니온(42)의 입력측(45)에 공급되며, 상기 입력측은 공급관(40)을 통해서 각각의 버너에 연결된 케이블(46)에 분배된다. 제2,3도에 의하면, 로타리 유니온의 중앙을 관통하는 축(47)은 버너 운반 장치(35)를 구동시키고, 다른 축(48)은 원통형조립체(43)와 디스크(44)를 기어 시스템(49)을 통해서 구동시킨다. 이때 구동은 상기 버너(17)들이 디스크(44)와 같은 회전수로 회전하게 하는 것이다.

버너(17)에 공급될 어떤 종류의 반응 물질들은 공급관내에서의 응축을 방지하기 위해 최저 온도로 유지되어야 하며, 각각의 케이블(46)내에 수송관중 하나 이상을 가열하는 대신 수직벽(52)과 천정(53)으로 이루어진 가열 밀실(51)속에 로타리 유니온(42)과 케이블(46)을 설치시킬 수도 있다. 상기 밀실(51)내의 온도는 예를 들어 200℃와 같은 상승 온도로 유지되며 수직벽(52)에 몇개의 문(도시 생략)을 설치하여 밀실(51) 내부에의 유입을 가능케 할 수 있다.

맨드럴 구동 장치(12)의 상, 하부가 제2도에서 도시되며, 상기 장치(12)는 이하에서 상세히 설명한다. 상기 장치(12)의 축(33, 21)은 수직으로 축심이 일치하고, 캐비넷(63)의 상부와 하부를 관통하여 연장되어 있다. 축(33)은 기어 장치(58)에 의해 모터(23)에 연결되고 축(21)은 또 다른 기어 장치(도시 생략)에 의해 수직축(도시 생략)에 연결되는데, 상기 수직축의 상단부는 기어 장치(58)에 의해 구동된다. 이와 같은 연결 배치는 제1도에서 파선으로 도시되어 있다.

수우트 증착 공정시에 맨드럴(10,11)은 각기 캐비넷(63,64)내에 위치한 증착실(61,62)내에 위치한다. 버너(17)와 그것에 연결된 공급관(40) 일부가 공기 공급 덕트(65,66) 사이의 공간을 통해서 연장되며, 제2도에 도시된 공기 유입 덕트(67)는 덕트(65)에 공기를 공급한다. 버너들은 증착실(61,62)의 상하에서 하나의 모재에서 다른 모재에 교차하지 않으면 안되므로 공급 덕트(66)에 대한 공기 공급 덕트(도시 생략)는 상기 공급 덕트(66)의 지지체(36)을 향한 측에 배치된다. 상기 증착실은 배기 수단(68)을 통해 배출된다. 비록 하나의 배기 수단(68)만이 제2도에 도시되었으나 실제로는 캐비넷(63)의 상부로부터 하부까지 다수의 배출수단이 연장되어 있어도 된다.

캐비넷(61,62)에는 제3도에 도시된 것처럼 문(69)이 구비되며, 이 문(69)를 통해서 맨드럴 또는 마무리된 모재가 통과된다. 맨드럴을 시스멤 공정중에 위치시키려면, 상기 문(69)이 자동 조작 기구(도시 생략)에의해 개방되고, 맨드럴 구동 장치(12)는 외곽 위치(a)까지 회전한다. 캐비뎃 문(70)는 개방되고, 맨드럴이이 문(70)을 통해 삽입되어 지지 장치(12)상에 장착된다. 상기 맨드럴은 열러진 문(69)를 통해서 회전되며,여기서 버너(17)가 맨드럴에 따라서 이동하는데 수반하여 그 버너(17)의 축선과 축심이 일치되는 위치인(b)에서 맨드럴이 정지한다.

모재의 직경이 증가하면, 상기 모재의 표면과 버너 사이의 거리는 감소한다. 만약 상기와 같은 경우가 발생하는 경우에 이를 보정하지 않는다면 모재의 밀도와 증착 속도가 악영향을 받게 된다. 모재의 중량이 증가하게 되면, 각각의 맨드럴 구동 장치는 맨드럴을 연속적으로 버너(17)로부터 이격시키고 따라서 버너와 모재간의 바람직한 소정 거리를 계속 유지할 수 있게 된다. 이것은 모터 제어기(27)(제1도 참조)에 적당한 신호를 보내는 시스템 제어 장치(29)에 스케일(25)로부터의 신호를 전송함으로써 실현된다.

맨드럴과 증착된 모재의 중량이 규정치에 달하면, 스케일로부터 제어 회로(29)로 신호가 전달되어 제3도의 도시된 문(69)이 개방되고, 맨드럴은 상기 문(69)를 통해서 위치(a)까지 구동된다. 나머지 모재의 증착을 완성하기 위해서 버너가 수우트류를 계속 배출하는 동안 문(69)는 다시 폐쇄된다. 상기 증착실에 공급되고 있는 수우트가 적절하게 배출되고, 모재가 계속 형성되고 있는 나미저 증착실에서의 방해를 제거하기 위해 완성된 모재가 증착실로부터 제거된 다음 문(69)는 폐쇄 상태를 계속 유지한다. 버너(17)가 하나의 맨드럴을 떠나서 다른 맨드럴 쪽으로 수평 이동하는 경우에는 그 버너(17)로부터의 수우트류는 수평 배치된 배출 시스템(59,60)내로 유입한다.

버너 운반 장치(35)는 제4도 및 제5도에 상세히 도시되어 있다. 상기 장치(35)는 미합중국 펜실베이니아 16512, 이리에 소재하는 스웨슨-이리(Swanson-Erie) 코오포레이숀에서 시판하는 장치를 변형한 것이다. 버너 캐리지(18)에는 4개의 바퀴(73)가 구비되며, 상기 바퀴(73)중 2개의 트렉(74) 각각에 지지된다. 캐리지(18)에는 또한 4개의 바퀴(75)가 구비되고, 이 바퀴(75)중 2개도 역시 안내 표면(76)의 각각에 대해접촉하고 있다. 2개의 슬로트 부재(77)가 각 캐리지의 바닥에 고정된다. 4개의 스프로킷(79)에는 환상의 체인(78)이 걸려 있고, 상기 톱니 바퀴(79)중 적어도 하나가 구동된다. 로드(80)는 상기 체인(78)의 선택된 링크를 통해 연장되며, 상기 링크는 지지대를 구동하기 위해 사용되는 것이다. 상기 로드(80)는 부재(77)에 있는 슬로트(81)슥으로 연장된다. 버너 지지 아암(41)은 부재(77)의 반대쪽에서 캐리지(18)의 측부에 장착되어 있다.

전술한 버너 운반 장치는 캐리지(18)가 트랙(74)을 따라서 이동하는 동안 캐리지(18)의 적절한 배향을 확실하게 유지해준다. 따라서, 상기 버너(17)의 축선은 맨드럴의 축선에 완전 수직으로 계속 유지된다. 이때 상기 버너(17)의 축선은 맨드럴(10,11)을 따라 이동하고 있다.

제6도는 버너 운반 장치를 개략 설명하는 것으로, 체인(78)은 4개의 톱니 바퀴(79)에 걸려 있으며, 체인구동 벨트(82)는 톱니 바퀴(79)중 하나에 축(47)에 연결시킨다.

버너(17)는 a,b,c,d의 위치에 있는 것으로 도시되었다. 각 버너의 위치에서 화살표로 표시되어 있는 것은 분배 디스크(44, 제2,3도에 도시)에서 버너 이송 케이블(46)의 단부 방향을 나타낸다. 버너(17)가 위치(a)로부터 (b)로 이동할 때에는 수평 방향에서의 버너 방향은 변하지 않는다. 그러나 분배 디스크(44)가 회전하면, 버너에 연결된 특정한 케이블(46)의 방향은 각도(θ)만큼 회전한다. 이것은 케이블(46)의 비틀림을 초래하여 케이블(46)속에 있는 분배관에 비틀림을 발생시키므로 호스의 마모를 가속시킨다. 그러므로, 버너 이송 튜브(40)는 베어링(39)에 회전 가능하게 장착된다. 케이블(46)이 받는 비틀림 정도는 버너 이송 튜브(40)의 회전으로 인해 최소화된다. 버너가 톱니 바퀴(79)에 다다르고, 위치(a)와 (b) 사이에서 움직임을 시작하면, 수평 방향에 대한 버너의 각도 회전은 90。로 재빨리 변한다. 그리고 이송 튜브(40)은 케이블의 비틀림을 최소화할 수 있도록 회전한다.

케이블(46) 각각은 비틀림 정도를 최소로 줄이기 위해 중앙에 배치된 강철 와이어를 추가로 포함할 수 있다.

로타리 유니온(42)은 제7도 내지 제9도에 상세히 도시되어 있다. 상기 유니온(42)은 미합중국 뉴욕, 14760, 올리언, 노오쓰, 나이쓰 스트리트 430에 소재하는 스코트 엔지니어링 컴패니(Scott Engineering Co.,)에서 시판하는 장치를 변형해서 사용한 것이다. 원통형 조립체(43)는 다수의 회전 가능한 분배 슬리브(84a,84b,84c)로 구성되며, 상기 슬리브는 환상형의 밀봉부품(85)으로서 서로 격리되어 있다. 슬리브(84)의 총 개수는 버너에 공급될 반응 물질 즉, 기체와 액체의 수량에 따라 정해진다. 제7도에서는 도시를 간단하게 하기 위해 3개의 슬리브만을 도시했다. 조립체(43)의 단부에 있는 단부 캡(86)은 립밀봉 리테이너(87)에 의해 가장 가깝게 인접한 슬리브(84)로부터 격리된다. 원통형 조립체(43)내에는 설명할 것이 많이있기 때문에 제7도에서는 조립체(43)의 외부 모습만을, 제9도에서는 그것의 일부 단면을 도시한다. 조립체(43) 부품을 하나의 일체 구조물로 만들기 위해서 여러개의 공간이 일정하게 이격된 볼트(도시 생략)가 부품에 긴쪽 방향으로 삽입되어 있다. 축(47)이 로타리 유니온의 세로축을 통해서 기어 박스(88)로부터 버너 운반 장치(35)로 이어진다. 또한 고정된 실린더(89)가 원통형 조립체(43)의 전체 길이를 통해 연장된다.실린더(89)의 단부(92)는 수직벽(52)를 관통하여 돌출하고, 반대 단부는 꺽쇠(83)에 의해 고정되어 있다. 개구(90,91)가 실린더(89)의 단부(92)로부터 나와서 슬리브(84)로 연결된다. 예를 들면, 개구(90)는 슬리브(84c)로 연결되고, 개구(91)는 슬리브(84b)로 연결된다.

동심 형상의 환상형인 여러개의 분기 파이프(94a,94b,94c)가 디스크(44)에 연결된다. 슬리브(84a,84b,84c)는 각기 연결 파이프(95a,95b,95c)에 의해 파이프(94a,94b,94c)에 연결되어 있다. 상기 연결 파이프(95a,95b,95c)는 각각의 슬리브를 분기 파이프에 연결시키기 위해 제공된 것이다. 제8도에 도시한 것처럼, 디스크(44)의 원주를 돌아가면서 일정한 간격으로 장착구(96)가 제공된다. 각 장착구(96)는 슬리브(84a,84b 등)의 개수와 동일한 수 만큼의 개구를 갖는다. 다수의 파이프(97c)중 하나는 장착구(96)내의 개구중 하나와 분기 파이프(94a)를 연결시킨다. 마찬가지로, 파이프(97b)중 하나와 파이프(97c)중 하나가 그 장착구(96)의 나머지 개구를 분기 파이프(94b,94c)에 각기 연결시킨다. 각 케이블(46)은 장착구(96)내에 끼워지는 또 다른 신속 교환형 장착구(98)에서 끝난다. 따라서, 케이블(46)내의 급송유로는 부품(96,98), 라인(97), 분기관(94) 및 라인(95)를 통해서 슬리브(84)중 하나에 연결된다. 신속 교환형 장착구(100)는 또한 제3도에 도시된 것처럼 공급관(40)에 케이블(46)의 나머지 단부를 연결시킨다.

제9도는 원통형 조립체(43)의 한 단부를 도시한다. 슬리브(84c)에 근접한 실린더(89)내에는 하나 이상의 개구(101)를 통해 개구(90)에 연결된 환상형 공동(99)이 구비되어 있다. 평형 시일(102)이 회전 부재와 실린더(89) 사이에 위치한다. 상기 시일의 각각은 스테인리스강제의 링(103)과 테프론제의 링(104)으로 구성된다. 제9도에서 검은 점으로 표시되는 탄성 고정 시일은 여러가지 부품들 사이의 적당한 위치에 설치되어있다. 슬리브(84c)에 있는 개구(106)에는 개구 확장부가 있어, 여기에 연결 파이프(95c)가 삽입되어 있다. 단부 캡(86)내에 배치하고 있는 것은 글리스 시일(86a), 베어링(86b) 및 베어링 시이트(86c)이다. 제2글리스 시일(87a)은 리테이너(87)에 고정된다. 스냅 링(107)이 여러가지 부품들을 실린더(89)를 따라 세로방향으로 정확히 배치시킨다. 베어링(108)은 디스크(44)의 허브(44a)내에 위치한다.

로타리 유니온의 작동중, 부품(44,84,85,86,87,104)들은 평형된 시일의 고정 실린더(89) 부위(103)를 중심으로 회전한다. 개구(90)에 공급되는 기체, 액체, 증기 등은 공동(99)으로 공급되며, 개구(106) 및 파이프(95c)를 통해서 이들이 그 공동에서 배출된다. 공동(99)에 공급되는 물질 일부는 고정 시일을 거치면서 누설되므로 로타리 유니온으로부터 대기중으로 손실된다. 만약 4염화 규소와 같은 인체와 장치에 위험을 초래하는 물질일 경우 이와 같은 누설은 대단히 위험하다. 공동(99)에 인접한 누설 통로를 공동(99)내로 역누설되는 불활성 기체로 가압하여 공동(99)로부터 대기중으로 발생하는 공급 물질의 누설을 방지할 수 있다. 파선(109)은 실린더(89)를 통해서 세로 방향으로 연장하는 개구를 표시한다. 개구(109)는 개구(90)과는 다른 방위각 위치에 있음을 나타내기 위해 점선으로 표시됐다. 개구(110)는 개구(l09)로부터 스냅 링(107)이 위치하고 있는 각각의 슬로트로 연결된다. 불활성 기체는 공동(99)으로 급송되는 물질의 공급 압력보다는 큰 압력 상태로 개구(109)에 공급된다. 개구(l12)내에 있는 니들 밸브(111)는 공동(99)의 외측에 있는 슬로트내의 불활성 가스의 압력을 상기 불활성 기체 소량만이 상기 슬로트로부터 공동(99)내로 누설될 수 있을정도로 충분히 낮게끔 감소시킨다.

맨드럴 구동장치(12)는 제10도에서 상세히 도시된다. 지지 장치(12)의 상, 하 위치는 축(33,21) 주위에서 구동한다. 상기에 설명한 것처럼, 축(33,21)은 서로 결합되어 있으므로 일체로 회전하게 된다. 축(116)을 중심으로 선회하는 레버 아암(115)이 하우징(114)내에 배치되어 있다. 축(116) 반대쪽에 있는 (115)의 단부는 U자형의 안내부(117)에 의해 수직 방향으로 이동한다. 상기 아암(115)에 부착되어 있는 것은 모터(14)이며, 이 모터(15)의 축은 하우징(114)를 관통하여 척(118)에서 끝난다. 맨드럴(10)이 장치(12)내에 삽입되는데, 그 때의 형식은 맨드럴(10)의 하단부가 지지 아암(120)의 개구(119)내에 삽입되고, 상단부는 척(118)에 연결되는 형식이다. 방호부(121)는 수우트가 척(118)상에 증착되는 것을 방지해 준다. 모재(30)의 중량은 주어진 시간 동안 스케일(25)로 측정된 전체 중량으로부터 맨드럴(10) 상에 수우트가 증착되기 전에 결정된 순수 중량을 뺀 값으로 결정된다.

한가지 작동 형식에 있어, 맨드럴(10,11)은 수우트가 맨드럴(10,11)상에 증착되기 전에 화염 연마된다. 제1 및 제3도를 참조하면, 문(70)이 개방되고, 맨드럴(10,11)이 위치(a)에서 구동 장치(12,13)에 장전된다. 그리고 문(69,70)이 닫히고, 버너(17)가 점화되며 버너는 그 화염을 안정시키는 것을 충분히 확보하는 시간 동안 통로(19)를 따라 이동된다. 이것은 약 1-30분 정도의 시간이 소요된다. 문(69)가 개방되고, 맨드럴 구동 장치(12,13)가 제1도에 도시한 위치로 회전한다. 이 위치는 제3도에서의 (b)위치에 해당한다. 문(69)가 닫힌 다음, 맨드럴(10,11)은 버너의 화염에 의해 연마된다. 시스템 제어 회로(29)는 필요한 제어신호를 발생시켜 문(69)을 개방하고 장치(12,13)에 맨드럴(10,11)을 다시 위치(a)까지 회전시킨다. 문(69)이 닫힌 다음, 버너로 향하는 반응 물질의 유동이 시작되고, 유리 수우트류(20)가 발생한다. 또 평형 상태에 도달하기 위해서는 1-30분간의 안정화 시간이 상기 유리 수우트류(20)에 필요하다. 이러한 안정화 시간동안, 수우트는 배기 시스템(68)으로 향한다. 문(69)이 개방되고, 구동 장치(12,13)가 다시 위치(b)로 회전한다. 문(69)이 닫히고, 버너는 수우트류를 수우트 모재를 증착하는 맨드럴(11)의 일단부까지 진행하여 수우트 모재(30)를 완성한다. 모재(30) 단부에 도달한 다음 버너는 맨드럴(11)의 단부로 이동하여 다른 수우트 모재(31)을 증착시키도록 이동한다. 상술한 바와 같이, 모재 직경이 증가하여 버너와 모재간의 거리를 변경시킬 경우 맨드럴(10,11)의 축선은 원호상 통로(71)를 통해서 이동한다. 예를 들면, 버너와 모재 사이의 거리를 일정하게 유지하는 것이 필요할 수 있다. 그러나, 만약 모재 어느 부위에 좀더 많은 열이 필요하다면 버너와 모재 사이의 거리를 줄이는 것도 가능하다.

모재가 완전한 완성된 크기에 도달 했는지를 결정하는 수단을 사용하는 것이 유리하다. 제1도에서, 모재는 스케일(25,26)에 의해서 계속 중량이 측정되고 있음을 알 수 있다. 상기 모재(30)의 중량이 소정의 규정치에 도달했다고 측정되면 스케일(25)에서 발생한 신호가 회로(29)에 전달되어 모터(23)가 작동하게 되고 이것이 모재(30)를 위치(a)로 회전시키게 된다. 이때의 위치(a)는 수우트류 통로의 외곽에 있다. 이때도 모든 버너(17)는 계속 수우트류를 발생한다. 모재(30)가 챔버(61)로부터 제거되고나면 문(69)이 폐쇄되기 때문에 챔버(61)로 공급되는 모든 수우트는 배출된다. 그러나 수우트류(20)는 챔버(62)에 잔류하는 또 다른모재(31)상에 계속적인 증착 작업을 한다. 아울러 모재(31)가 역시 소정의 규정치에 도달하면 이 모재는 마찬가지로 문(69)을 통해서 회전하고 선회된 위치는 수우트류(20)의 영향 범위 밖이 된다. 마지막 모재가 모두 수우트류의 영향 범위 밖으로 나가면 버너는 꺼진다.

예비 실험에서는 인접하는 버너간의 적정한 중심과 중심 간격이 상기 설명에서 사용된 버너의 경우에 6.4cm-7.6cm라고 나타났다. 간격을 약 2.5cm 이하로 줄이게 되면, 인접하는 버너간의 상호 간섭이 너무 커지고, 증착 속도는 심각할 정도로 감소된다. 아울러 상기 간격이 약 20cm 이상이 되면 증착 속도는 상당히 저하된다. 이러한 간격은 상기 특정한 버너와는 가열량이 다른 버너의 경우에 변화할 수 있는 것이다.

제11도 및 제12도에서 도시하는 장치는 버너의 축선을 회전시켜서 맨드럴이 버너의 증착 위치내로 들어왔을 때 버너의 축선과 맨드럴의 축선이 서로 교차하지 않도록 한다. 상기 도면의 장치에서, 제1도 내지 제10도에서 설명했던 장치와 유사한 부품에 대해서는 동일한 부호를 부여한다. 버너(122)는 공급관(40')의 단부로부터 연장되는 지지 브래킷(123)에 구동 가능하게 연결되어 있다. 여러가지의 반응 물질과 기체들은 가요성 호스(124)를 통해서 버너(122)에 공급된다. 솔레노이드(125)가 공급 튜브(40')애 장착되어 있다. 솔레노이드의 이동 가능한 아암은 버너(122)에 구동 가능하게 연결되어 있다. 솔레노이드에 대한 전기 공급은 케이블(46')를 통해서 로타리 유니온에 위치된 통상의 슬립 링 조립체(도시 생략)에 공급될 수 있다.

맨드럴(10')을 화염 연마를 하기 위해서 또는 그 맨드럴 위에 수우트를 증착시키기 위해서 솔레노이드(125)가 비작동 상태로 유지되므로, 그속에 위치된 스프링이 제11도에 도시된 것처럼 아암(126)을 바깥쪽으로 민다.

버너의 화염 즉, 수우트류가 맨드럴 또는 그 표면에 증착된 모재에 충돌하는 것을 방지하기 위해서, 솔레노이드(125)에 동력을 전달하면 솔레노이드 아암(126)이 후퇴된다. 버너(122)는 그의 축이 맨드럴의 축과일치하지 않도록 회전된다. 제12도에 도시하고 있는 것처럼, 만약 버너(122)가 모재(30')상에 수우트를 증착시키고 있다고 하면, 수우트류(20')은 모재를 통과하여 배기 시스템으로 들어간다. 만약 모재(30')가 다른 모재가 공정 단계에 들어올 시간 이전에 소정의 규정치에 도달했을 경우에는 솔레노이드(125)는 버너가 다른 모재에게로 이동하는 동안 비작동 상태로 있게 되며, 버너가 모재(30)에 도달하면 작동을 한다. 다른모재가 역시 소정의 중량 규정치에 도달하는 즉시 솔레노이드는 버너가 꺼질 때까지 작동 상태에 있게 된다.

이때 맨드럴은 제1도 내지 제10도에서 처럼 수직으로 배향되어 있지만 다른 배향도 가능하다는 것은 분명하다. 예를 들어서, 2개의 맨드럴이 수평 방향으로 배치될 수 있다. 2개의 맨드럴만이 사용되는 경우에는 이것들을 나란히 배치하는 것이 바람직하지만 그외에 다른 임의 방향으로 배치하는 것도 물론 가능하다. 또한 만약 3개의 이상의 맨드럴이 사용되는 경우 이들은 다각형 형태의 측부에 배치하는 것이 가능하며 물론 그외의 배치 형식도 가능하다. 예를 들어 4개의 맨드럴(129)이 제13도에 도시된 것처럼 배치될 수 있다. 버너(130)는 맨드럴(129)의 다각형내에 배치된 트랙(131)을 따라서 이동할 수 있다. 과량의 수우트는 배출 시스템(132)에 의해 수거될 수 있다. 버너 트랙은 맨드럴이 배출 시스템과 함께 배치되는 다각형 구조의 외곽이나 아래쪽에 선택적으로 위치할 수 있다. 도시된 대칭성 배치 및 등각 배치가 절대적인 것은 아니다.

모재 직경은 미합중국 특히 제4,062,665호에서 설명하는 것과 같은 광학 장치를 이용해서 측정할 수 있다. 그러나, 본원에서 설명한 모재 중량 측정은 증착실내의 수우트에 의한 오염에 의해 비교적 영향을 덜받는 장점이 있다.

모재의 형성 공정중 어떤 부분에서는 시스템의 버너 전체보다 일부를 적용하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어서, 시스템은 순수 SiO₂의 증착이 최적 속도를 제공할 수 있도록 소정 개수의 버너를 구비하도록 설계될 수 있다. 상기 소정 계수는 GeO₂가 도포된 SiO₂의 증착 경우에는 고도의 가열량을 발생시킬 수 있다. 제14도 및 제15도에서 도시된 바와 같이 수단은 연료와 반응 물질을 모재 형성 공정중에 버너의 일부에 공급하는 것을 차단하는 역할을 한다. 버너 공급관(40')에는 다수의 개구(134)가 구비되며, 상기 개구(134)를 통해서 여러가지의 기체와 증기가 통과된다. 상기 튜브(40')상에는 레버에 의해서 밸브(l36)에 연결되는 솔레노이드(135)가 설치된다.

유동이 차단되는 경우 솔레노이드(135)가 작동하고, 이에 따라 제14도 및 제15도에서 도시한 상태로 된다. 솔레노이드(135)가 비작동 상태로 유지될 경우, 그 속에 있는 스프링 밸브(136)가 위쪽으로 끌어 당겨지며, 이에 따라 기체, 액체 및 증기가 개구(134)를 통해서 유동한다. 만약 하나 걸러의 버너가 수우트를 발생시키고 밸브(l36)가 개방되면, 최초에 점화된 버너로부터 나온 연료와 산소의 혼합물을 앞서 점화된 버너에 의해 발생하는 열 때문에 자발적으로 점화된다. 또한 하나 이상의 전기 점화기를 증착실(61,62)내에 적용하여 버너를 점화하는 것도 바람직하다.

상기한 방법에 의해 만들어지는 모재가 적정한 중량에 도달한 후에, 모재는 증착 장치로부터 제거되어 융합 합체노에 보내진다. 이 노는 상기 모재가 충분한 열로 가열되어 경화 모재가 되고 이로부터 광학 유리도파관 화이버를 인발한다. 만약 맨드럴이 인발 단계전에 모재로부터 제거된다면, 전체 화이버 코어는 버너(17)에 의해 피복된 유리의 형태가 될 것이다. 대안으로서, 각각의 맨드럴(10,11)은 모재의 중앙부를 구성하게 되는 한편, 버너(17)에 의해 증착된 유리 수우트는 맨드럴의 외곽부를 형성하게 된다. 그 후에 수우트증착은 맨드럴상에 융착되어 융합 합체된 모재를 형성하고 이로부터 화이버를 인발한다.

Claims (14)

1. 긴 원통형 출발 부재(10,11,129)를 제공하고, 상기 출발 부재를 그의 축을 중심으로 회전시키고, 상기 출발 부재상(10,11,129)에 다수의 한계열로 이루어진 수우트 분사 수단(17,122,130)을 사용하여 복수층의 유리 수우트(soot)를 증착 또는 피복함으로써 제1 및 제2단부를 갖는 피복체(30,31,30')를 형성하여 모재를 제조하는 공정에 있어서, 상기 다수의 수우트 분사 수단(17,122,130)은 통로(19,131)를 따라 이동하며 이 통로의 길이는 상기 피복체의 길이보다는 길며, 상기 통로의 제1부위가 상기 출발 부재에 인접하여 연장됨으로써 상기 통로의 제 1부위에 배치된 수우트 분사 수단으로부터 배출되는 수우트가 상기 출발 부재(10,11,129)의 그 길이 부분 향하도록 하고, 상기 계열의 수우트 분사 수단은 상기 통로를 따라 이동하는것을 특징으로 하는 광학 유리 도파관 화이버 제조용 모재(preform)의 제조 공정.
2. 제1항에 있어서, 상기 다수의 수우트 분사 수단(17,122,130)을 제공하는 단계는 완전한 환상형의 배치로 이 수단을 제공하는 것을 포함하는 공정.
3. 제1항에 있어서, 상기 수우트분산 수단(17,122,130)을 이동하는 단계는 이 수단을 한쪽 방향으로 연속적으로 이동하게 하는 것을 포함하는 공정.
4. 제1항에 있어서, 상기 수우트 분산 수단을 이동하는 단계는 이 수단을 한쪽 방향으로 그리고 다음에 반대 방향으로 교대로 이동시키는 것을 포함하는 공정.
5. 제4항에 있어서, 상기 계열의 분사 수단이 이동하는 방향을 바꾸기 위해 정지하는 때마다 그 이전에 이미 방향을 바꾸기 위해 정지했던 지점과는 다른 상기 피복체를 따라 이동하는 지점에서 분사 수단이 정지하는 것을 특징으로 하는 공정.
6. 제1항에 있어서, 상기 수우트 분사 수단(17,122,130)이 배치될 때 인접하는 수단간의 중심간의 거리가 2.5cm-20cm인 것을 특징으로 하는 공정.
7. 긴 원통형 출발 부재(10,11,129)를 구비하고, 상기 출발 부재(10,11,129)를 그 축을 중심으로 회전시키고, 상기 출발 부재상에 복수층의 유리 수우트를 증착하여 피복체(30,31,30')를 형성하는 모재의 제조에 있어서, 상기 출발 부재(17,122,130)를 따라 한 계열의 수우트 분사 수단을 이동시킴으로써 상기 분사 수단중 어느 하나가 제1통로를 따라 출발 부재의 제1단부에서 제2단부로 이동케하고 남아 있는 계열의 분사수단도 이와 비슷하게 출발 부재를 따라 이동케하고, 상기 각 분사 수단은 출발 부재의 제2단부로부터 제1단부로 이동할때 제2의 통로를 따라 이동하게 하여 제1 및 제2통로가 완전한 환상형(19,131)을 이루게하는 것을 특징으로 하는 모재의 제조 공정.
8. 제7항에 있어서, 상기 제2출발 부재를 제2통로 근처에 배치하여 분사 수단이 그 옆을 통과시에 상기 수우트 분사 수단으로부터 나온 수우트류가 상기 제2출발 부재를 향해 분사되게 함으로써 수우트 피복이 상기 제2출발 부재상에 헝성되도록 하는 단계를 추가로 포함하는 공정.
9. 제7항에 있어서, 상기 공정의 작동 사이클을 일부를 수행하는 동안 상기 수우트가 상기 출발 부재의 측부에 분사되는 것을 특징으로 하는 공정.
10. 제7항에 있어서, 상기 피복체가 형성되는 적어도 일부의 시간 동안 출발 부재를 따라 이동하는 상기수우트 분사 수단(17,122,130)중 전부가 아닌 일부가 수우트를 분사하는 것을 특징으로 하는 공정.
11. 제7항에 있어서, 다수의 수우트 층이 증착되는 동안 상기 출발 부재(10,11,129)와 상기 분사 수단사이의 거리를 변화시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
12. 상기 수우트 분사 수단과 수우트 피복체의 표면 사이의 거리를 거의 일정하게 유지하기 위해 상기 출발 부재(10,11,129)를 상기 분사 수단(17,122,130)으로부터 이격되도록 이동시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
13. 상기 출발 부재(10,11,129)와 그 위에 피복된 수우트의 중량을 연속 측정하고, 증착된 수우트의 중량이 증가함에 따라 출발 부재를 수우트 분사 수단으로부터 이격되도록 이동시키는 단계를 추가로 포함하는것을 특징으로 하는 공정.
14. 제7항에 있어서, 상기 출발 부재를 따라 상기 분사 수단중 적어도 일부를 이동할시에 각 분사 수단은 그 축을 중심으로 회전하는 것을 특징으로 하는 공정.

Images