KR101035437B1 - 다공질 유리 모재 제조용 버너 - Google Patents

다공질 유리 모재 제조용 버너 Download PDF

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Abstract

버너 구경을 크게 하지 않고, 가스 분출 포트의 선단, 특히 소구경 분출 포트 선단에의 유리 미립자의 부착을 방지할 수 있는 다공질 유리 모재 제조용 버너를 제공한다. 동심 다중관 구조를 가지고, 중심의 유리 원료 가스 분출 포트(6)의 외측에, 씰 가스를 분출하는 씰 가스 분출 포트(9), 또한 그 외측에 복수의 소구경 조연성 가스 분출 포트(7)를 내포하는 가연성 가스 분출 포트(8)를 구비하고, 복수의 소구경 조연성 가스 분출 포트(7)가 중심의 유리 원료 가스 분출 포트(6)에 대해서 동심원상으로 1열 또는 복수열 배치되고, 동일 열에 배치된 소구경 조연성 가스 분출 포트(7)가 동일한 초점 거리를 가지는 버너에 있어서, 유리 원료 가스 분출 포트(6)에 대해서 씰 가스 분출 포트(9)의 선단이 돌출하고, 또한 씰 가스 분출 포트(9) 및 소구경 조연성 가스 분출 포트(7)에 대해서 가연성 가스 분출 포트(8)의 선단이 돌출해 있는 것을 특징으로 하고 있다.
버너, 가스 분출 포트, 유리 미립자, 다공질, 유리 모재

Description

다공질 유리 모재 제조용 버너{BURNER FOR PRODUCING POROUS GLASS PREFORM}
본 발명은 유리 원료 가스를 화염 중에서 가수분해시켜 유리 미립자를 생성하고, 이것을 회전하는 출발 부재 상에 퇴적시키는 다공질 유리 모재 제조용 버너(burner)에 관한 것이다.
종래, 광섬유용 모재를 제조하기 위해서 각종 방법이 제안되어 있다. 그러한 방법 중에서도, 회전하는 출발 부재 상에 버너 화염 중에서 생성한 유리 미립자를, 버너 혹은 출발 부재를 상대 왕복 이동시켜 부착 퇴적시켜 다공질 모재를 합성하고, 이것을 전기로 내에서 탈수, 소결하는 외부 부착법(OVD법)은, 비교적 임의의 굴절률 분포의 것이 얻어지고, 또한 대구경의 광섬유용 모재를 양산할 수 있기 때문에 범용되고 있다.
도 1은 광섬유용 모재의 제조 장치의 일례를 나타내고 있다. 도에 있어서, 유리 미립자(수트(soot))를 퇴적하는 출발 부재는, 코어 로드(core rod)(1)의 양단부에 더미 로드(dummy rod)(2)를 용착(溶着)한 것이고, 미도시의 기재 지지 부재에 의해 축회전으로 잉곳 척(ingot chuck) 기구(4)에 회전이 자유롭게 지지되어 있다. 이 출발 부재를 향해 배치된, 이동이 자유로운 버너(3)로부터 광섬유용 원료, 예를 들면 SiCl4 등의 증기와 연소 가스(수소 가스 및 산소 가스)를 출발 부재을 향해 뿜어내고, 산수소 화염 중에서의 가수분해에 의해 생성한 수트를 출발 부재 상에 퇴적시킴으로써, 광섬유용 다공질 모재가 형성된다. 또한, 부호 5는 배기 후드(hood)이다.
버너(3)는 미도시의 버너 가이드(guide) 기구에 의해 길이 방향으로 왕복 이동이 자유롭게 지지되고, 출발 부재를 축회전으로 회전시키면서, 출발 부재를 향해 화염을 분사하고, 화염 중에서의 원료 가스의 가수분해에 의해 생성한 유리 미립자를 출발 부재 상에 퇴적시킨다. 그때, 버너(3)를 버너 가이드 기구에 의해, 출발 부재의 길이 방향을 따라 왕복 이동시킴으로써 퇴적층이 형성되고, 다공질 모재가 제조된다. 다음에, 가열로의 히터(heater)부를 통과시킴으로써, 탈수 유리화되고, 광섬유 모재로 된다.
유리 미립자를 합성하고 출발 부재 상에 수트를 퇴적시키는데는 종래, 동심 다중관 버너가 이용되어 왔지만, 이러한 구조의 버너는 유리 원료 가스, 가연성 가스 및 조연성 가스의 혼합이 충분히 행해지지 않기 때문에, 유리 미립자의 생성이 충분하지 않았다. 그 결과, 수율이 늘어나지 않고 고속 합성이 곤란하였다.
이 문제를 해결하기 위해서, 특허문헌 1에는, 가연성 가스 분출 포트(port) 내에, 중심의 원료 가스 분출 포트를 둘러싸도록 소구경 조연성 가스 분출 포트(이하, 소구경 분출 포트라고 약칭한다)를 배치한 멀티노즐(multi-nozzle)형 버너가 제안되어 있다.
이 타입(type)의 버너에는, 또한 퇴적 효율을 향상시키는 방법이 몇 가지 제안되어 있다. 예를 들면, 소구경 분출 포트의 구성에 대해서 특허문헌 2∼5 등이 제안되고, 소구경 분출 포트의 초점 거리의 적정화에 대해서 특허문헌 6∼8 등이 제안되고, 가스 유량 및 가스 선속의 적정화에 대해서 특허문헌 9∼12 등이 제안되어 있다.　
특허문헌 1: 일본 특허 1773359호 공보
특허문헌 2: 일본 특허공개 2003-206154호 공보
특허문헌 3: 일본 특허공개 2004-331440호 공보
특허문헌 4: 일본 특허공개 2006-182624호 공보
특허문헌 5: 일본 특허 3744350호 공보
특허문헌 6: 일본 특허공개 1993-323130호 공보
특허문헌 7: 일본 특허 3543537호 공보
특허문헌 8: 일본 특허공개 2003-226544호 공보
특허문헌 9: 일본 특허 3591330호 공보
특허문헌 10: 일본 특허공개 2003-165737호 공보
특허문헌 11: 일본 특허공개 2003-212555호 공보
특허문헌 12: 일본 특허 3653902호 공보
종래, 유리 원료 가스 분출 포트의 외측에 위치하는 분출 포트의 선단은, 가스류의 흐트러짐에 의해 부유한 유리 미립자가 부착하기 쉽고, 부착이 진행되면 버너 선단이 폐색된다고 하는 문제가 있었다. 특히, 소구경 분출 포트를 구비한 버너는, 중심의 유리 원료 가스 분출 포트에 가까운 위치에, 복수의 소구경 분출 포트가 배치되어 있기 때문에, 이 소구경 분출 포트의 선단에 유리 미립자가 부착하기 쉬운 구조로 되어 있다.
이 문제를 회피하기 위해서, 중심의 유리 원료 가스 분출 포트의 선단과 소구경 분출 포트의 선단을 직경 방향으로 떼어 놓으면, 유리 미립자의 부착을 회피할 수가 있지만, 소구경 분출 포트를 덮는 가연성 가스 분출 포트의 구경을 크게 할 필요가 있고, 이것은 유로 면적의 확대에 관련하여, 가연성 가스의 필요 유량이 증대한다고 하는 새로운 문제가 발생한다. 또한, 버너가 대형화하고, 퇴적 장치 내에의 설치가 곤란하게 된다.
본 발명은 버너 구경을 크게 하지 않고, 가스 분출 포트의 선단, 특히 소구경 분출 포트 선단에의 유리 미립자의 부착을 방지할 수 있는 다공질 유리 모재 제조용 버너를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 다공질 유리 모재 제조용 버너는, 동심 다중관 구조를 가지고, 중심의 유리 원료 가스 분출 포트의 외측에, 씰 가스(seal gas)를 분출하는 씰 가스 분출 포트(port), 또한 그 외측에 복수의 소구경 분출 포트를 내포하는 가연성 가스 분출 포트를 구비하고, 상기 복수의 소구경 분출 포트가 중심의 유리 원료 가스 분출 포트에 대해서 동심원상으로 1열 또는 복수열 배치되고, 동일 열에 배치된 소구경 분출 포트가 동일한 초점 거리를 가지는 버너에 있어서, 상기 유리 원료 가스 분출 포트에 대해서 씰 가스 분출 포트의 선단이 돌출하고, 또한 당해 씰가스 분출 포트 및 상기 소구경 분출 포트에 대해서 상기 가연성 가스 분출 포트의 선단이 돌출해 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 의하면, 버너 구경을 크게 하지 않고, 가스 분출 포트의 선단, 특히 소구경 분출 포트 선단에의 유리 미립자의 부착을 방지할 수가 있고, 퇴적 중 버너가 폐색되지 않고 퇴적을 계속할 수가 있는 등, 극히 뛰어난 효과를 가져온다.
통상, 유리 미립자의 퇴적은, 도 3에 나타내듯이, 버너 중심의 유리 원료 가스 분출 포트(6)로부터 유리 원료 가스 및 조연성 가스 O2를 분출하고, 가연성 가스 분출 포트(8)로부터 H2를 분출하고, 가연성 가스 분출 포트(8)에 내포된 소구경 분출 포트(7)로부터는 조연성 가스 O2를 분출함으로써 행해진다. 부호 9는 씰 가스(seal gas) 분출 포트이다. 각 반응 가스는 각 분출 포트 출구로부터 분출된 후, 압력이 단번에 개방되어 흐트러지면서 확산해 가지만, 화염 중에서의 가수분해 반응에서 생성된 유리 미립자가 가스류의 흐트러짐의 증대 및 확산과 함께 외측에 위 치하는 분출 포트의 선단에 부착하기 쉽게 되어 있다.
본 발명은 도 4에 나타내듯이, 유리 원료 가스 분출 포트(6)에 대해서 씰 가스 분출 포트(9)의 선단을 돌출시키고, 또한 씰 가스 분출 포트(9) 및 소구경 분출 포트(7)에 대하여, 가연성 가스 분출 포트(8)의 선단을 돌출시킴으로써 상기 문제를 해결한 것이고, 본 발명에 의한 버너는, 유리 원료 가스가 분출 포트로부터 분출된 후에도 그 외측에 위치하는 가스 분출 포트에 의해, 어느 정도 압력이 가해진 상태를 유지할 수가 있으므로, 유리 미립자류의 흐트러짐이나 확산의 억제가 가능하게 된다. 그 때문에, 유리 원료 가스 분출 포트(6)의 외측에 배치된 씰 가스 분출 포트(9) 및 소구경 분출 포트(7) 선단에의 유리 미립자의 접근을 억제할 수가 있고, 그 결과, 유리 미립자의 부착을 억제하는 것이 가능하게 된다.
이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해서 더 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
<실시예>　
실시예 1
도 1에 나타내는 것 같은 장치를 이용하여, 외부 부착법에 의해, 외경 50mm, 길이 2000mm의 코어 로드(core rod)의 양단부에 외경 50mm의 더미 로드(dummy rod)를 용착한 출발 부재 상에, 도 2에 나타내는 것 같은, 동심 3중관 구조를 가지는 버너를 이용하여, 유리 미립자를 퇴적하고, 광섬유용 모재를 제조하였다.　
사용한 버너는, 도 2에 나타내듯이, 중심의 유리 원료 가스 분출 포트의 외측에 씰 가스(seal gas)를 분출하는 제2관, 또한 그 외측에 중심의 유리 원료 가스 분출 포트에 대하여 동심원상으로 1열로 배치되고, 조연성 가스를 분출하는 초점 거리 150mm를 가지는 8개의 소구경 분출 포트를 내포하고, 가연성 가스를 분출하는 제3관의 가연성 가스 분출 포트를 구비하고 있다.
또한, 버너의 제1관에는 유리 원료 가스로서 SiCl4 10L/min와 조연성 가스 O2를 20L/min 공급하고, 제2관에는 씰 가스 N2를 4L/min, 제3관에는 가연성 가스 H2를 170L/min 공급하고, 또한 제3관에 내포되는 소구경 분출 포트의 주관(主管)에는 조연성 가스로서 O2를 16L/min 공급하고, 출발 부재 상에 유리 미립자를 100kg 퇴적시켰다. 버너의 각 관에 공급한 가스의 종류, 공급량을 표 1에 모아서 나타내었다.
Figure 112008082091697-pat00001
퇴적에 즈음해서는, 중심의 유리 원료 가스 분출 포트의 선단에 대해서, 각 가스 분출 포트의 돌출량을 변화시켜 유리 미립자의 퇴적을 행하였다. 돌출 조건과 그 퇴적 결과를 표 2에 모아서 나타내었다.
Figure 112008082091697-pat00002
표 2에 있어서 조건 1에서는, 제2관의 선단 및 소구경 분출 포트의 선단에 유리 미립자의 부착이 많고, 45kg 퇴적시에 버너 선단이 폐색되어, 퇴적을 중단하였다.
제3관의 돌출량을 2mm로 한 조건 2에서는, 소구경 분출 포트에의 부착은 감소하였지만, 제2관에 유리 미립자의 부착이 많고, 2개째의 60kg 퇴적시에 버너 선단이 폐색되어, 퇴적을 중단하였다.
제1관 이외의 돌출량을 2mm로 한 조건 3에서는, 제2관에의 유리 미립자의 부착은 해소되었지만, 소구경 분출 포트에의 부착이 있고, 1개째의 90kg 퇴적시에 버너 선단이 폐색되어, 퇴적을 중단하였다.
제1관에 대해서 제2관을 돌출시키고, 제2관 및 소구경 분출 포트에 대해서 제3관을 돌출시킨 조건 4 및 조건 5는, 버너 선단에의 유리 미립자의 부착은 없고, 문제 없이 5개의 퇴적을 종료할 수가 있었다.
<산업상의 이용 가능성>
본 발명에 의하면, 퇴적 중 버너가 폐색되지 않고 생산성 향상에 크게 기여한다.
도 1은 외부 부착법(OVD법)에 의한 다공질 유리 모재의 제조 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2는 소구경 분출 포트(port)를 가지는 유리 미립자 합성용 버너(burner) 선단을 나타내는 개략도이다.
도 3은 종래 기술에 의한 버너 선단에서의 가스류의 상태를 설명하는 도이다.
도 4는 본 발명에 의한 버너 선단에서의 가스류의 상태를 설명하는 도이다.
<부호의 설명>
1 코어(core)부
2 더미 로드(dummy rod)
3 버너(burner)
4 잉곳 척(ingot chuck) 기구
5 배기 후드(hood)
6 유리 원료 가스 분출 포트(port)
7 소구경 분출 포트
8 가연성 가스 분출 포트
9 씰 가스(seal gas) 분출 포트

Claims (1)

  1. 동심 다중관 구조를 가지고, 중심의 유리 원료 가스 분출 포트의 외측에, 씰 가스를 분출하는 씰 가스 분출 포트, 또한 그 외측에 복수의 소구경 조연성 가스 분출 포트를 내포하는 가연성 가스 분출 포트를 구비하고, 상기 복수의 소구경 조연성 가스 분출 포트가 중심의 유리 원료 가스 분출 포트에 대해서 동심원상으로 1열 또는 복수열 배치되고, 동일 열에 배치된 소구경 조연성 가스 분출 포트가 동일한 초점 거리를 가지는 버너에 있어서,
    상기 유리 원료 가스 분출 포트에 대해서 씰 가스 분출 포트의 선단이 돌출하고, 또한 당해 씰 가스 분출 포트 및 상기 소구경 조연성 가스 분출 포트에 대해서 상기 가연성 가스 분출 포트의 선단이 돌출해 있는 것을 특징으로 하는 다공질 유리 모재 제조용 버너.
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