KR200167149Y1

KR200167149Y1 - 광섬유 제작용 프리폼(preform)의 증착효율 향상을 위한 냉각장치

Info

Publication number: KR200167149Y1
Application number: KR2019960066019U
Authority: KR
Inventors: 이병욱
Original assignee: 강병호; 대우통신주식회사
Priority date: 1996-12-31
Filing date: 1996-12-31
Publication date: 2000-05-01
Also published as: KR19980052839U

Abstract

본 고안은 광섬유를 제작하기 위해 OVD공법을 통해 프리폼(Preform)을 제작하는 과정에 프리폼상에 코어층 및 클래드층이 보다 효과적으로 증착시킬 수 있는 광섬유 제작용 프리폼의 증착효율 향상을 위한 냉각장치에 관한 것이다. 본 고안은 열영동현상(Thermophoresis)에 의해 입자의 증착속도가 향상되는 것을 이용하여 열영동현상을 증가시켜 줌으로써 프리폼(모재)의 증착효율을 향상시킬 수 있는 냉각장치를 제공하기 위한 것이다. 본 고안에서는 버너의 이동경로의 앞쪽에 냉기를 토출하는 노틀(20)을 설치하여 입자가 타겟 로드(1)로 이동하는 속도 즉, 온도구배를 크게하여 입자의 증착속도가 증가되도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

광섬유 제작용 프리폼(Preform)의 증착효율 향상을 위한 냉각장치

본 고안은 광섬유를 제작하기 위해 OVD공법을 통해 프리폼(Preform)을 제작하는 과정에 프리폼상에 코어층 및 클래드층이 보다 효과적으로 증착시킬 수 있는 광섬유 제작용 프리폼의 증착효율 향상을 위한 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로, 광통신은 광섬유를 통해 빛을 전송하여 정보를 교환하는 것으로, 현재의 동축케이블에 의한 전기 통신에 비해 수만배의 정보를 전송할 수 있다. 그리고, 외부로부터의 전파 및 자기장의 영향을 전혀 받지 않아 정보의 전송상태가 양호하므로 현재 통신분야에서 많이 활용되고 있으며, 그 사용 범위는 점차 타분야로 확대되고 있는 추세이다.

전술한 바와 같은 광통신은 위해 광케이블을 제작함에 있어 프리폼 즉, 모재를 제작하여 그 모재로부터 125㎛의 가는 직경을 갖는 광섬유를 인발하게 된다. 이후 인발과정으로 생산된 섬유는 코팅 및 칼라링(Coloring) 작업을 통해 광섬유로 제작이 완료되게 된다. 이와 같이 광섬유를 제작하기 위해서는 프리폼이 필요로 하기 때문에 프리폼을 제작하는 과정이 선행되게 된다.

프리폼을 제작하기 위한 공정으로는 크게 3가지 형태로 구분될 수 있는데, 그 하나는 OVD(Outside Vapor Deposition)공법이고, 둘째로는 VAD(Vapor Axial Deposition)공법이 있으며, 셋째로는 MCVD(Modified Chemical Vapor Deposition)공법이 있다.

상술한 각 공법에 따른 프리폼 제작공정을 참고적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, OVD공법은 제1a도 내지 제2도에 도시된 바와 같이, 타겟 로드(1)(Target Rod, 알루미나 봉)에 버너(10)를 이용하여 화염을 분사하여 가열함과 동시에 화학물질(Chemical)을 공급하여 열영동현상(Thermophoresis)에 의해 화학물질이 타겟 로드(1)의 표면에 증착되게 되는 것으로, 초기에는 타겟 로드(1)의 표면에 코어층(2)을 형성하기 위해 코어층 형성용 화학물질을 공급하고, 코어층(2)의 표면에 클래드층(3)(Clad Layer)을 형성하기 위해 다시 화학물질을 공급한다.

이상에서 알 수 있는 바와 같이 프리폼을 제작하는 공정이 타겟 로드(1)의 둘레에 점진적으로 증착되도록하여 코어층(2)을 먼저 만들고 그 위에 클래드층(3)을 만드는 것이 OVD공법의 특징이다.

이와 달리, 전술한 바와 같은 VAD공법은 도면에는 도시되지 않았으나 석영관의 둘레를 가열함과 동시에 그 내부로 전술한 바와 같은 화학물질을 불어넣으면 열영동현상에 의해 석영관의 내면에 클래드층(3)이 생성되게 되며, 이후 클래드층(3)의 내면에 코어층(2)을 형성하기 위한 화학물질을 위과 같이 불어넣어 코어층(2)을 생성시킨다. 따라서, VAD공법은 앞서 설명한 OVD공법과는 반대의 개념 즉, 클래드층(3)을 먼저 만들고 그 내부에 코어층(2)을 만드는 차이를 갖는 것이 특징이다.

MCDV공법은 타겟로드를 수직하게 설치하고, 그 타겟 로드에 각각의 버너를 이용하여 화염과 화학물질을 분사하여 입자를 증착시킨다. 즉, 상부의 버너는 코어층을 증착시키고, 하부의 버너는 클래드층을 증착시키는 방법으로 동시에 코어층과 클래드층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 고안은 전술한 각각의 공법중 OVD공법으로 제작되는 프리폼에 밀접한 관계가 있는 것으로, OVD공법에 따른 프리폼 제작과정을 보다 상세히 설명한다.

제2도에 도시된 바와 같이, 버너(10)를 통해 타겟 로드(1)에 화염을 분사하면서 버너(10)의 내부에 설치된 각각의 관을 통해 GeCl₄, H₂, 아르곤 혹은 질소 가스 및 O₂를 토출시킨다. 이때 GeCl₄(기체)는 O₂(기체)와 반응하여 GeO₂(고체)+2Cl₂(기체)가 생성된다.

따라서, GeO₂는 버너(10)의 토출 팀(Tip)의 주위의 분위기 온도(대략 1,500∼1,800℃)에 의해 입자(Particle)가 타겟 로드(1)쪽으로 이동하면서 타겟 로드(1)표면에 증착이 이루어지게 되는 것이다.

아울러, 클래드층(3)을 생성시키기 위해서는 전술한 버너(10)의 내부관을 통해 SiCl₄를 투입하게 되는데 그 반응식은 아래와 같다.

SiCl₄(기체)+O₂(기체)=SiO₂(고체)+2Cl₂(기체)

위 반응식에 따라 생성된 SiO₂는 전술한 열영동현상에 의해 타겟 로드(1)의 표면에 증착되게 된다. 이와 같은 방법으로 버너(10)를 좌우로 이동하면서 타겟 로드(1)의 표면에 증착을 한 뒤 타겟 로드(1)를 빼내어 제1c도에 도시된 바와 같이 가열로에서 소결(Sintering)과정을 거쳐 프리폼을 완성한다. 완성된 프리폼은 드로잉 타워(Drawing Tower)에 걸어 광섬유를 인발(Drawing)하게 된다.

이상에서 알 수 있는 바와 같이 증착효율은 온도구배가 클수록 증착효율이 향상된다는 것을 알 수 있다. 즉, 타겟 로드(1)의 온도가 낮을수록 열영동현상이 증가하여 입자의 증착효율이 향상되게 되는 것이다.

전술한 증착 입자의 속도는 아래의 식으로 산출할 수 있다.

V_T=-K(v/T)▽T

v : 결정운동계수 K : 열영동계수

T : 절대온도이다.

전술한 바와 같이 알 수 있는 바와 같이 증착 입자는 높은 온도에서 낮은 온도로 이동하므로 증착성능을 좌우한다는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 고안은 광섬유를 제작하기 위한 프리폼을 제작할 때 보다 증착효율을 향상시키기 위하여 본 고안을 안출하게 되었다.

본 고안의 목적은 OVD공법을 이용한 광섬유 제작용 프리폼을 제작함에 있어 타겟 로드(1)의 온도를 낮추어 줌으로써 입자의 증착효율을 향상시킬 수 있는 냉각 장치를 제공하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은 버너(10)로부터 분사되는 화염과 입자가 증착되어질때, 입자와 화염에는 영향을 주지 않도록 설계된 냉각장치를 제공하는데 있다.

본 고안을 달성하기 위한 구현수단으로서 타겟 로드(1)의 표면으로 화염과 함께 화학물질을 분사하여 상기 타겟 로드(1)에 입자를 증착시켜 프리폼을 제작함에 있어서, 버너(10)와 함께 이동되도록 결합되고, 내부로 냉기가 유입되어 상기 타겟 로드(1)의 표면으로 냉기를 분사하는 복수개의 분사공(23)을 구비하고, 상기 버너(10)쪽으로 냉기가 투입되지 않도록 바람막이(25)가 부착된 에어분사기 노즐로 구성함으로써 달성될 수 있다.

제1a도는 종래의 오브디(OVD) 증착방법을 통해 코어를 증착시키는 과정을 예시적으로 도시하는 예시도이다.

제1b도는 종래의 오브디(OVD) 증착방법을 통해 클래드을 증착시키는 과정을 예시적으로 도시하는 예시도이다.

제1c도는 종래의 오브디(OVD) 증착방법을 통해 제작된 프리폼을 소결시키는 과정을 예시적으로 도시하는 예시도이다.

제2도는 종래의 OVD공법을 통해 프리폼을 제작하는 과정을 예시적으로 보여주는 요부 단면도이다.

제3도는 본 고안에 따른 프리폼의 증착효율을 향상시키기 위한 냉각장치를 예시적으로 도시한 사시도이다.

제4도는 본 고안에 따른 냉각장치의 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 타겟 로드 2 : 코어층

3 : 클래드층 10 : 버너

20 : 노즐 21 : 연장관

23 : 분사공 25 : 바람막이

이하, 본 고안에 따른 광섬유 제작용 프리폼의 입자 증착효율을 향상시킬 수 있는 냉각장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제4도에 도시된 바와 같이, 제4도에는 본 고안에 따른 냉각장치가 부착된 버너가 사시도로 예시적으로 도시되어 있다. 도면상에 표기된 참조번호 10은 화학물질과 함께 화염을 분사하는 버너이고 20은 버너(10)에 결속된 노즐이다.

버너(10)는 하나의 관속에 직경이 다른 여러개의 관이 내장되어 있고, 각각의 관들은 전술한 바와 같이 H₂, O₂및 화학물질이 토출되면서 화염을 형성하게 된다. 버너(10)는 도면에는 도시되지 않았으나 이송케리어에 의해 타겟 로드(1)의 길이 방향으로 왕복운동을 하면서 타겟 로드(1)의 표면을 가열하면서 입자를 증착시키게 된다.

노즐(20)은 상술한 버너(10)와 함께 이동되도록 결속되어 있으며, 버너(10)로부터 분사되는 화염으로부터 일정거리 이격되도록 연장된 연장관(21)과, 내부로 유입된 냉기가 토출되는 많은 분사공(23)를 구비하고 있다. 또한 노즐(20)은 전술한 버너(10)의 화염쪽으로 냉기와 입자의 흐름을 방해하지 않도록 바람막이(25)가 부설되어 있다.

이와 같이 구성된 본 고안에 따른 작용을 설명하면 다음과 같다.

제3도에 도시된 바와 같이 버너(10)로부터 분사되는 화염과 더불어 화학물질이 타겟 로드(1)의 표면에 증착되는 과정에 버너과 함께 결속된 노즐은 상기 타겟 로드(1)의 표면과 일정거리 떨어진 상태로 이동하게 된다.

따라서, 버너(10)와 함께 이동하는 노즐(20)은 화염에 의해 가열되어지는 타겟 로드(1)의 표면과 이웃한 표면에 냉기를 불어주어 냉각시키게 된다. 참고로 본 고안에서 정의하는 냉기는 통상의 실온의 공기를 의미하는 것으로, 냉기의 바람직한 형태는 실온 이하의 온도를 갖는 냉기가 좋다.

상기 노즐(20)은 버너(10)의 화염이 타겟 로드(1)에 전달되기 전에 냉기를 우선적으로 분사하여 냉각시킨 상태에서 증착이 이루어지도록 하는 것이 좋다. 결국, 노즐은 버너의 진행방향의 앞에 놓여지도록 하되, 제3도와 제4도에 도시된 바와 같이 버너(10)의 양측에 각각 혹은 하나의 통로를 분리시킨 노즐을 설치하는 것이 효과적이다. 상기 노즐을 분기시켜 노즐의 냉기 토출구로 냉기를 토출시키면 타겟 로드(1)가 화염에 의해 가열되기에 앞서 냉각됨은 물론 가열된 후에도 후속적으로 다시 냉각되게 됨으로 온도를 더욱 낮출 수 있고, 버너(10)가 역방향으로 이동할 때에도 재차 냉각시키는 효과를 기대할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안에 따른 광섬유 제작용 프리폼의 증착효율 향상을 위한 냉각장치는 화염에 의해 가열되는 타겟 로드(1)의 표면을 냉기를 통해 냉각시키게 됨으로 열영동현상이 증가하면서 입자의 증착 효율이 향상시킬 수 있는 효과를 제공하게 되는 것이다.

Claims

타겟 로드(1)의 표면으로 화염과 함께 화학물질을 분사하여 상기 타겟 포드(1)에 입자를 증착시켜 프리폼을 제작함에 있어서, 버너(10)와 함께 이동되도록 결합되고, 내부로 냉기가 유입되어 상기 타겟 로드(1)의 표면으로 냉기를 분사하는 복수개의 분사공(23)을 구비하고, 상기 버너(10)쪽으로 냉기가 투입되지 않도록 바람막이(25)가 부착된 노즐(20)로 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유 제작용 프리폼의 증착효율 향상을 위한 냉각장치.
제1항에 있어서, 상기 노즐(20)이 하나의 통로로부터 분기되어 상기 버너(10)의 양측에 각각 설치된 것을 특징으로 하는 광섬유 제작용 프리폼의 증착 효율 향상을 위한 냉각장치.