KR20050032889A - 광섬유 모재봉의 오버클래딩 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광섬유 모재봉을 오버클래딩 하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히, 오버 클래딩시 가열로와 석영관 사이에 형성되는 틈새로 외부 공기가 침투하지 않도록 밀봉하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 오버 클래딩 장치는 코어(core)와 클래드(clad)를 포함하고, 길이축에 대해 실질적으로 일직선으로 연장되는 광섬유 모재봉(preform rod); 상기 광섬유 모재봉을 수용하기 위하여 상기 모재봉의 외경 보다 큰 내경을 갖는 석영관; 상기 석영관을 일정한 간극(clearance)을 갖고 둘러싸며, 석영관의 길이축을 따라 상대적으로 이동하면서 석영관의 외주면을 가열하기 위한 원통형 가열로; 상기 가열로와 석영관의 상대적 이동으로 인해 가열로와 석영관 사이의 간극을 통해 외부공기가 유입되지 않도록 가열로의 끝단부와 석영관 사이의 틈새를 밀봉하기 위한 실링유닛(sealing unit)을 포함한다.

Description

광섬유 모재봉의 오버클래딩 방법 및 장치{METHOD OF AND APPARATUS FOR OVERCLADDING A OPTICAL PREFORM ROD}

본 발명은 광섬유 모재봉을 오버클래딩 하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 오버 클래딩시 가열로와 석영관 사이에 형성되는 틈새로 외부 공기가 침투하지 않도록 밀봉하는 방법에 관한 것이다.

통상적으로, 광섬유는 아래와 같은 공정을 통해 제조된다.

광섬유 1차 모재(이하, 광섬유 모재봉)를 제조한 후, 로드-인 튜브(RIT), 로드-인 실린더(RIC) 또는 오버 클래딩이라 부르는 방법을 통해 대구경 광섬유 2차 모재(이하, 광섬유 프리폼)를 제조하고, 이 광섬유 프리폼을 용융하여 미소 굵기의 광섬유를 인선하게 된다.

상기 광섬유 모재봉을 제조하는 방법은 크게 외부증착법과 내부증착법으로 나눌 수 있다. 또한, 상기 외부증착법은 다시 VAD(Vapour Phase Axial Deposition)법과 OVD(Outside Vapour Deposition)법으로 나뉜다. 대표적인 내부증착법으로는 수정화학기상증착법(Modified Chemical Vapour Deposition: MCVD)을 들 수 있다.

상기한 광섬유 모재봉의 제조방법중 수정화학기상증착법은 그 제조 공법상의 특성 때문에 직경이 큰 모재를 제조하는데 여러가지 애로점이 있다. 따라서, 생산성 향상의 측면에서 대구경의 석영관 내부에 수정화학기상증착법에 의해 제조된 광섬유 모재봉을 개재하여 용융, 접합하는 오버클래딩이라는 방법이 사용된다.

이 오버클래딩 방법은 미리 만들어져 있는 광섬유 모재봉을 대구경의 석영 관(glass tube)에 넣고, 버너로 가열하여 모재봉과 석영관을 녹여서 붙이는 것에 의해 대구경의 광섬유 프리폼을 제조하는 방법이다.

미국 특허 제 4,231,777 호, 미국 특허 제 4,547,644 호, 미국 특허 제 4,505,729 호, 미국 특허 제 4,820,322 호 등은 다양한 오버 클래딩 방법을 소개하고 있다.

상술한 종래의 오버 클래딩 방법은 석영관을 연화점 이상의 온도로 가열하기 위한 열원으로서 산-수소 버너를 사용하고 있다. 그러나, 대구경의 석영관을 가열하기 위한 열원으로 산-수소 버너를 사용하는 경우, 충분한 열량을 제공하기 위해 산-수소 버너의 공급유량을 늘여야 한다. 이경우, 발생하는 화염 압력에 의해 대구경 석영관의 표면이 찌그러지거나 상기 버너에서 나온 불순물 입자들이 석영관의 표면에 달라 붙는 문제점이 발생한다.

또한, 상기 산-수소 버너는 상대적으로 핫존(hot-zone)의 길이가 짧기 때문에 충분한 열량을 대구경 석영관의 표면에 전달하지 못할 뿐만 아니라 석영관 원주방향의 온도 불균형 현상을 유발한다. 이로인해, 기하구조 불균일(ovality)이 발생하며, 석영관의 외부 표면과 내부 표면의 점성 차이로 인해 마이크로 벤딩 손실이 증가한다.

이러한 종래 산-수소 버너의 문제점을 해결하기 위해, 대구경 석영관을 연화점 이상으로 가열하기 위한 열원으로서 가열로가 채택되고 있다.

미국 특허 제 6,053,013 호, 및 국제공개특허 제 WO 2000/27773 호는 오버 클래딩 공정에 사용하기 위한 열원으로서 가열로(특히, 전기 저항로)를 사용하고 있다.

그러나, 오버 클래딩 공정에 가열로(특히, 전기 저항로)를 사용하는 경우, 굴뚝 효과(chimney effect)로 인해 석영관과 가열로의 갭으로 외부 공기가 침투하여 가열로의 그라파이트 발열체가 산화되는 문제점이 발생한다.

따라서, 종래에는 이러한 그라파이트 발열체의 산화반응을 차단하기 위해, 가열로에 퍼징가스(purging gas)를 공급하여 가열로와 석영관 사이의 갭을 퍼징하고 있다. 그러나, 이러한 퍼징가스의 공급만으로는 그라파이트 발열체의 산화반응을 효과적으로 차단할 수 없다. 특히, 과도한 퍼징 가스를 사용할 경우 냉각 효과로 인해 석영관을 접합 온도 이상으로 가열하는 것이 곤란해지고, 발열체의 수명을 단축시키는 동시에 퍼징 가스의 사용량을 증대시켜 생산원가를 악화시킨다.

따라서, 오버 클래딩 공정시 가열로의 내경과 석영관의 외경 차이로 인한 갭으로 외부 공기가 유입되는 것을 차단할 수 있는 실링방법이 요구된다.

본 발명자들은 가열로와 석영관 사이에 형성되는 갭으로 외부 공기가 유입되지 않도록 가열로의 끝단부의 내주면과 석영관의 외주면 사이의 틈새를 밀봉하기 위한 방법을 개발하게 되었다.

특히, 가열로가 석영관에 대해 상대적으로 이동할 때, 석영관에 손상을 가하지 않으면서도 기밀이 거의 완벽하게 보장되는 실링 방법을 연구하였다.

따라서, 본 발명은 오버 클래딩 공정시 가열로와 석영관 사이의 갭으로 외부 공기가 유입되지 않도록 기밀을 유지하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 첨부된 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

본 발명의 일 양태로서의 오버클래딩 장치는

코어(core)와 클래드(clad)를 포함하고, 길이축에 대해 실질적으로 일직선으로 연장되는 광섬유 모재봉(preform rod);

상기 광섬유 모재봉을 수용하기 위하여 상기 모재봉의 외경 보다 큰 내경을 갖는 석영관;

상기 석영관을 일정한 간극(clearance)을 갖고 둘러싸며, 석영관의 길이축을 따라 상대적으로 이동하면서 석영관의 외주면을 가열하기 위한 원통형 가열로;

상기 가열로와 석영관의 상대적 이동으로 인해 가열로와 석영관 사이의 간극을 통해 외부공기가 유입되지 않도록 가열로의 내주면과 석영관의 외주면 사이의 틈새를 밀봉하기 위한 실링유닛(sealing unit)을 포함한다.

상기 실링 유닛은 가열로의 석영관에 대한 상대적인 진행방향의 선단부에 위치하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 다른 일 양태로서의 광섬유 모재봉의 오버 클래딩 방법은

코어(core)와 클래드(clad)를 포함하고, 길이축에 대해 실질적으로 일직선으로 연장되는 광섬유 모재봉(preform rod)을 준비하는 단계;

상기 광섬유 모재봉을 수용하기 위한 석영관을 준비하는 단계;

광섬유 모재봉의 길이축과 석영관의 길이축이 서로 일치되고, 상기 광섬유 모재봉의 외경과 석영관의 내경 사이에 일정한 간극이 형성되도록 상기 석영관 내부에 상기 광섬유 모재봉을 위치시키는 단계;

상기 석영관의 외경 보다 큰 내경을 갖는 원통형 가열로와 석영관 사이의 간극을 통해 외부공기가 유입되지 않도록, 가열로의 내주면과 석영관의 외주면 사이의 틈새를 석영솜을 이용하여 실링하는 단계;

석영솜으로 실링된 상기 가열로를 초기 접합 위치로 이동시키고, 석영관의 외주면을 가열하여 석영관과 모재봉을 초기 접합시키는 단계;

석영솜으로 실링된 상기 가열로를 석영관에 대해 상대적으로 이동시키면서 석영관의 외주면을 가열하여 석영관 전체를 모재봉에 대해 클로징하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 실링 단계는 다시

가열로의 끝단부로부터 길이 방향으로 연장되어 상기 석영관을 일정한 간극을 갖고 둘러싸는 소정의 석영솜 수용공간을 확보하는 단계;

상기 수용 공간내로 준비된 석영솜을 채워 넣는 단계를 포함한다.

이때, 상기 수용공간은 석영관의 외경과 동일한 내경을 갖고 적어도 석영관의 외경 보다 큰 외경(보다 바람직하게, 적어도 가열로의 내경 보다 큰 외경)을 가지면서 상기 가열로의 끝단부로부터 길이축을 따라 연장되어 형성된다.

또한, 상기 실링 단계는 상기 석영솜이 상기 수용 공간의 전체 체적중 98% 이하를 차지하도록 석염솜을 압축하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 일 양태로서의 광섬유 모재봉의 오버 클래딩 방법은

코어(core)와 클래드(clad)를 포함하고, 길이축에 대해 실질적으로 일직선으로 연장되는 광섬유 모재봉(preform rod)을 준비하는 단계;

상기 광섬유 모재봉을 수용하기 위한 석영관을 준비하는 단계;

광섬유 모재봉의 길이축과 석영관의 길이축이 서로 일치되고, 상기 광섬유 모재봉의 외경과 석영관의 내경 사이에 일정한 간극이 형성되도록 상기 석영관 내부에 상기 광섬유 모재봉을 위치시키는 단계;

상기 석영관의 외경 보다 큰 내경을 갖는 원통형 가열로와 석영관 사이의 간극을 통해 외부공기가 유입되지 않도록, 가열로의 끝단부로부터 길이 방향으로 연장되어 상기 석영관을 일정한 간극을 갖고 둘러싸는 소정의 수용공간을 형성하고, 이 공간내에 석영솜을 채워서 실링하는 단계;

상기 수용공간내의 석영솜을 소정의 압축율로 압축하는 단계;

석영솜으로 실링된 상기 가열로를 초기 접합 위치로 이동시키고, 석영관의 외주면을 가열하여 석영관과 모재봉을 초기 접합시키는 단계;

석영솜으로 실링된 상기 가열로를 석영관에 대해 상대적으로 이동시키면서 석영관의 외주면을 가열하여 석영관 전체를 모재봉에 대해 클로징하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 또 다른 일 양태로서의 광섬유 제조 방법은

코어(core)와 클래드(clad)를 포함하고, 길이축에 대해 실질적으로 일직선으로 연장되는 광섬유 모재봉(preform rod)을 준비하는 단계;

상기 광섬유 모재봉을 수용하기 위한 석영관을 준비하는 단계;

광섬유 모재봉의 길이축과 석영관의 길이축이 서로 일치되고, 상기 광섬유 모재봉의 외경과 석영관의 내경 사이에 일정한 간극이 형성되도록 상기 석영관 내부에 상기 광섬유 모재봉을 위치시키는 단계;

상기 석영관의 외경 보다 큰 내경을 갖는 원통형 가열로와 석영관 사이의 간극을 통해 외부공기가 유입되지 않도록, 가열로의 끝단부로부터 길이 방향으로 연장되어 상기 석영관을 일정한 간극으로 둘러싸는 소정의 석영솜 수용공간을 확보하는 단계;

상기 수용 공간내로 준비된 석영솜을 채워 넣는 단계;

석영솜으로 실링된 상기 가열로를 초기 접합 위치로 이동시키고, 석영관의 외주면을 가열하여 석영관과 모재봉을 초기 접합시키는 단계;

석영솜으로 실링된 상기 가열로를 석영관에 대해 상대적으로 이동시키면서 석영관의 외주면을 가열하여 석영관 전체를 모재봉에 대해 클로징하는 단계; 및

밀봉된 오버클래드 광섬유 모재로부터 광섬유를 인선하는 단계를 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 오버 클래딩 장치가 도시되어 있다. 이 장치는 모재봉(10)과 오버 클래딩(34)을 포함하는 광섬유 프리폼(35)을 제조하기 위한 장치이다.(도 2 참조)

상기 광섬유 모재봉(10)은 소정의 광학적 내지 기하학적 특성을 갖는 코어층과 클래드층을 포함한다. 이 광섬유 모재봉(10)은 MCVD(미국 특허 제 4,217,027 호 참조)와 같은 내부기상증착법 또는 OVD나 VAD와 같은 외부기상증착법을 통해 제조된 1차 모재이거나 이렇게 제조된 1차 모재에 소구경의 석영관을 자켓팅한 1차 오버클래딩 모재일 수 있다.

광섬유 모재봉(10)은 광섬유의 생산효율의 향상을 위해 오버클래딩 되는데, 이 오버클래딩은 모재봉(10)을 소정의 광학적 내지 기하학적 특성을 갖는 석영관(30)내에 일정한 간극(33)으로 삽입하고(도 3 참조), 이 모재봉(10) 위에 석영관(30)을 붕괴시키는 것에 의해 성취된다.

도 1에 도시된 바와같이, 본 발명에 따른 오버 클래딩 장치는 대구경을 갖는 석영관(30)과 광섬유 모재봉(10)을 수직으로 잡아주는 역할을 하는 상부척(12)과 하부척(32)을 포함하는 수직 선반(15)과, 상기 선반(15)에 장착되어 상,하로 수직 이동하는 캐리지(60)와, 상기 캐리지(60)에 장착되어 상,하로 수직 이동하면서 모재봉(10)과 석영관(30)을 가열하는 가열로(40)와, 수직 선반(15)의 양단중 한쪽단에 설치되는 진공 펌프(50)와, 상기 진공 펌프의 유량이나 압력 등을 제어하는 제어부(미도시) 등을 포함한다.

상기 수직선반(15)에는 캐리지(60)를 이동시키는 이송수단(도면에 미도시)과 가이드 봉(14)이 설치되고, 상기 수직 선반(15)의 양단에는 상부척(12)과 하부척(32)이 각각 설치되어 있다. 하나의 상부척(12)은 상부 핸들 튜브(11)를 개재한 상태에서 광섬유 모재봉(10)을 고정하여 회전시키는 역할을 수행하고, 또 다른 하부척(32)은 하부 핸들 튜브(31)를 개재시킨 상태에서 석영관(30)을 고정하여 회전시키는 역할을 수행한다.

상기 수직 선반(15)에는 가열로(40)가 장착된 캐리지(60)가 가이드 봉(14)을 중심축으로 수직 왕복,이동한다. 이 캐리지(60)는 제어부(도면에 미도시)에 의해 그 수직, 이동이 제어받는다.

상기 가열로(40)는 그 내부에 그라파이트(graphite)라는 발열체로 구성되어 있고, 전원 공급부(70)로부터 전원을 공급받아 발열한다. 보통 2000℃ ~ 2500℃ 정도의 고열을 공급할 수 있는 온도가 유지되며, 이러한 열은 석영관(30)과 모재봉(10)에 복사현상에 의해 열이 전달되어 모재봉이나 석영관에 핫존을 형성한다.

도 1의 경우 오버 클래딩용 가열로의 발열체로 주로 전기 저항로 형태의 그라파이트를 사용하고 있으나, 본 발명이 반드시 여기에 한정되는 것은 아니며 유도가열 형태의 지르코니아(ZrO₂)가 사용될 수도 있다.

상기 가열로(40)는 헬륨, 질소, 아르곤과 같은 불활성 퍼징가스를 주입하기 위해 몸체에 여러개의 튜브(45)가 연결되고, 이 튜브를 통해 주입된 퍼징가스(purging gas)는 가열로(40)의 내부에 주입되어 가열로(40)와 석영관(30) 사이의 간극(clearance)을 통해 흘러 그라파이트의 산화를 방지하고, 석영관 외주면의 열온도 분포를 균일하게 한다.

상기 가열로(40)는 예를들어, 위에서 아래로 상단부, 발열체, 챔버, 하단부 및 연장부로 이루어진다. 가열로(40)의 연장부(도면에 미도시)에는 도 4와 같이 실링 유닛(80)이 결합된다.

상기 실링 유닛(sealing unit)(80)은 가열로(40)의 끝단부(즉, 연장부의 끝단)와 석영관(30) 사이의 틈새(44)로 외부 공기가 유입되어 그라파이트가 산화되는 것을 방지하기 위한 것이다. 즉, 도 4와 같이 석영관(30)에 대해 가열로(40)가 화살표 방향으로 이동하면서 석영관(30)의 외주면을 가열할때, 가열로(40)의 끝단부와 석영관(30) 사이의 틈(44)으로 외부 공기가 유입되는데, 이 외부 공기는 가열로(40)의 발열체를 산화시키게 된다.

따라서, 이러한 외부 공기의 유입을 방지하기 위해 본 발명은 도 4와 같이 실링 유닛(80)을 채택하고 있다.

<실링 유닛>

본 발명에 따른 실링 유닛(80)은 석영솜(85)과 이 석영솜(85)을 수용하기 위한 수용부재(81)로 이루어진다. 이 수용부재(81)는 가열로의 연장부와 일체로 구성될 수도 있고, 가열로와는 별도로 제작되어 가열로의 연장부에 체결될 수도 있다.

상기 수용부재(81)에 의해 석영관의 외주면과의 사이에 도 7과 같은 수용 공간(Vt)이 형성된다. 이 수용 공간은 석영관의 외경(Bd)과 실질적으로 동일한 내경을 갖고, 적어도 석영관의 외경(Bd) 보다 큰 외경, 보다 바람직하게는 가열로의 내경(Dd) 보다 큰 외경(Ad)을 가지면서 상기 가열로(40)의 끝단부(즉, 연장부의 끝단)로부터 길이축을 따라 연장되어 형성된다. 이 수용공간내에 상기 석영솜(quartz glass wool)(85)이 채워짐으로써 본 발명에 따른 실링 유닛(80)이 완성된다.

상기 석영솜(85)(quartz glass wool)은 미소 직경을 갖는 유리 섬유가 엉켜서 이루어지는데, 석영관과 동일한 성분으로 이루어지기 때문에 석영관과 접촉하더라도 석영관에 어떠한 물리적 손상도 가하지 않는다. 또한, 그 연화점이 대단히 높기 때문에 가열로로부터 방사되는 복사열에 쉽게 녹지 않는다.

도 4의 경우 본 발명에 따른 수용부재가 가열로와는 별도로 제작되어 가열로에 체결되는 실시예를 도시하고 있다.

도 6을 참조하여 본 발명에 따른 일 실시예의 수용부재의 구성을 보다 상세하게 설명한다.

도 6의 수용부재(81)는 다시 내경이 적어도 석영관의 외경(Bd) 보다 크고(보다 바람직하게는, 가열로의 내경 보다 크고), 길이축을 따라 소정의 길이로 연장되는 수용 튜브(81a)와, 수용 튜브(81a)의 내주면과 석영관(30)의 외주면 사이의 공간에 삽입되어, 이 공간속에 채워져 있는 석영솜(85)이 외부로 이탈하지 않도록 압축하기 위한 압축 커버(82)로 이루어진다.

상기 수용 튜브(81a)와 압축 커버(82)는 스테인레스 스틸 재질로 이루어지는데, 가열로(40)로부터의 전도열이나 복사열로 인해 수용 튜브(81a)가 과열되는 것을 방지하기 위해 상기 수용 튜브(81a)에는 도 6과 같이 냉각장치(84)가 결합되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 수용 튜브(81a)의 양단에는 각각 플랜지형의 이음쇠(81b)가 형성되어 있다. 일단의 이음쇠(81b)는 가열로(40)의 연장부와 결합하고, 타단의 이음쇠(81b)는 압축 커버(82)와 결합된다.

상기 압축 커버(82)는 수용 튜브(81a)의 내부에 삽입되어 상기 석영솜(85)을 도 7의 Vg와 같이 압축하고, 동시에 수용 튜브(81a)내에 수용된 석영솜(85)이 외부로 이탈하는 것을 방지한다.

이 압축 커버(82)는 다시 압축부(82a), 결합부(82c) 및 개재부(82b)로 이루어진다. 상기 압축부(82a)는 수용 튜브(81a) 내부로 삽입되어 석영솜(85)과 접촉되는 부분으로서 적어도 석영관(30)의 외경(Bd) 보다 큰 내경을 갖고, 수용 튜브(81a)의 내경 보다 큰 외경을 갖는 구멍뚫린 원판이다.

상기 결합부(82c)는 상기 수용 튜브(81a)의 이음쇠 타단(81b)과 맞닿아 결합되는 부분으로서, 압축부(82a)의 내경 보다 큰 내경을 갖고, 수용 튜브(81a)의 내경 보다 큰 외경을 갖는 구멍뚫린 원판이다.

상기 개재부(82b)는 상기 수용 튜브(81a) 내부에 삽입되어 상기 압축부(82a)를 수용 공간(Vt)내의 일정한 깊이로 밀어넣는 것에 의해 석영솜(85)을 압축한다.또한, 상기 개재부(82b)는 상기 압축부(82a)의 내경 보다 큰 내경을 갖고, 수용 튜브(81a)의 내경 보다 작은 외경을 갖는 원통이다.

도 6의 압축 커버(82)를 수용 튜브(81a)내에 끼워 넣게 되면, 석영솜(85)을 수용하는 공간의 체적이 도 7과 같이 Vt에서 Vg로 줄어들게 된다. 즉, 석영솜(85)이 상기 수용공간을 차지하는 체적이 전체 체적에 대해 95% 이하가 되도록 압축된다. 이와같이, 석영솜을 압축하게 되면, 석영솜의 공극률이 줄어들게 되어 기밀성이 높아진다.

또한, 도 4와 같이 본 발명의 가열로(40)의 상단부에는 도 5와 같은 형태의 디스크(75)를 얹어놓는 것이 바람직하다. 이 디스크(75)는 가열로(40)의 상단부에 얹혀서 가열로(40)의 상단부와 석영관(30)의 외주면 사이의 틈새로 외부 공기가 유입되는 것을 차단한다. 이 디스크(75)는 적어도 석영관(30)의 외경(Bd) 보다는 크고, 가열로의 내경(Dd) 보다는 작은 내경을 갖고, 가열로(40)의 내경(Bd) 보다는 큰 외경을 가져야 한다. 또한, 상기 디스크(75)는 가열로(40)로부터 전달되는 복사열에도 충분히 견딜 수 있도록 석영재질로 제작되는 것이 바람직하다.

도 4의 경우 석영관(30)에 대해 가열로(40)가 수직으로 위에서 아래로 이동하는 것으로 도시하고 있으나, 가열로(40)가 석영관(30)에 대해 수직으로 아래에서 위로 이동하면서 오버 클래딩을 수행하는 것도 가능하다. 이 경우, 도 4와는 달리 상기 실링 유닛(80)이 가열로(40)의 상단부 끝단에 결합되어야 할 것이다.

또한, 본 발명에 따른 실링 유닛(80)은 가열로(40)의 이동 방향과는 상관없이 가열로(40)의 끝단부 양단에 모두 결합되는 것도 가능하다.

또한, 도 4의 경우 오버 클래딩의 수행을 위해 가열로가 이동하는 실시예를 도시하고 있으나, 석영관이 이동하는 것도 가능하다. 이 경우, 실링 유닛은 석영관의 이동에 의해 가열로와 석영관의 틈새로 외부 공기가 유입되는 쪽의 끝단부에 설치되어야 할 것이다. 즉, 본 발명에 따른 실링 유닛은 가열로의 석영관에 대한 상대적인 진행방향의 선단부에 위치해야 할 것이다.

<오버클래딩 공정>

상술한 구성의 오버 클래딩 장치를 이용하여 광섬유 모재봉에 석영관을 오버 클래딩하는 공정을 도 8을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, MCVD공정을 이용하여 코어층과 클래드층을 포함하고, 길이축에 대해 실질적으로 일직선으로 곧게 뻗어있는 광섬유 모재봉(10)을 제조한다. 이 광섬유 모재봉(10)을 제조하기 위한 MCVD공정에 대한 구체적인 설명은 미국 특허 제 4,217,027 호를 참조하는 것에 의해 생략한다.

다음으로, 모재봉(10)을 내부에 수용할 수 있도록 상기 모재봉(10)의 외경 보다 큰 내경을 가진 석영관(30)을 준비한다. 이 석영관(30)은 인선되는 광섬유의 최외각 클래드층을 형성하는 만큼 이에 대응하는 광학적 내지 기하학적 특성을 구비해야 할 것이다.

준비된 모재봉(10)의 길이축과 석영관(30)의 길이축이 서로 일치되도록 모재봉(10)을 석영관(30) 내부에 집어 넣은 상태에서 모재봉(10)의 일단과 대향하는 석영관의 타단(30)을 각기 상, 하부 핸들튜브(11, 31)에 접합하고, 상부척(12) 및 하부척(32)을 이용하여 수직선반(15)에 각각 고정시킨다. 이로 인해, 모재봉(10)과 석영관(30)이 서로 커플링된 상태에서 그 길이축에 대해 수직으로 지지된다.

가열로(40)의 하단부에 도 4와 같이 수용 튜브(81a)의 이음쇠(81b) 일단을 체결하고, 수용 튜브(81a)의 내주면과 석영관(30)의 외주면 사이의 공간(도 7의 Vt)으로 석영솜(85)을 밀어 넣는다. 상기 수용 공간내에 석영솜(85)이 채워지면, 압축 커버(82)의 압축부(82a)를 수용 공간내로 삽입하고, 개재부(82b)의 길이 만큼 밀어넣어 석영솜(85)을 압축(도 7의 Vg)한다. 압축 커버(82)가 완전히 끼워지면, 압축커버(82)의 결합부(82c)를 수용 튜브(81a)의 이음쇠 타단(81b)과 결합한다.

이와 같이, 실링 유닛(80)이 결합된 가열로(40)를 석영관(30)의 상단으로 이동시켜 초기 접합부 근처에 위치시키고, 모재봉(10)과 석영관(30)을 각기 그 길이축을 중심으로 소정의 속도로 회전시키면서 석영관의 외주면을 가열한다.(도 8a 참조)

퍼징 가스(82)가 공급되는 상태에서 가열로에 의해 석영관의 외주면이 가열되면, 핫존(hot zone)이 형성되는 석영관의 부분(즉, 초기 접합부)이 붕괴(collapse)되면서 도 8b와 같이 초기 접합부가 클로징된다.

초기 접합부가 형성되면 석영관내에 음압을 걸고, 가열로를 길이축을 따라 하부로 이동시키면서 가열하여 도 8c와 같이 모든 영역에서 모재봉과 석영관을 클로징시킨다. 이때, 가열로의 하단부에는 도 4의 실링 유닛이 존재하기 때문에 가열로와 석영관 사이의 간극으로 외부공기가 유입되지 않는다.

<광섬유 제조공정>

상술한 오버 클래딩 작업이 완료되면, 도 2와 같은 형태의 대구경 광섬유 프리폼(35)(또는 2차 모재)이 제조된다.

이렇게 제조된 광섬유 프리폼(35)은 도 9의 인선 장치에 의해 미세 직경의 광섬유로 인출된다.

도 8a 내지 도 8c의 공정을 통해 제조된 광섬유 프리폼(35)을 인선로(110)내에서 가열하고, 용융하여 미세 직경의 광섬유(115)로 인출한다. 인출된 광섬유(115)는 장치 120에서 그 직경이 측정된 후 장치 130에 의해 그 외주면에 보호 코팅층이 도포된다. 보호 코팅층이 도포된 광섬유(115)는 중심 측정장치(140)와 외경 측정장치(150)를 거쳐 보빈(미도시)에 감기게 된다. 인선로(110)로부터 광섬유를 인출하는 동력은 도면부호 160의 캡스턴으로부터 제공된다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다

본 발명은 광섬유 모재봉의 오버 클래딩 공정을 수행함에 있어서, 가열로와 석영관의 간극으로 외부 공기가 유입되지 않도록 가열로와 석영관 사이의 틈을 석영솜을 이용하여 밀봉하고 있다. 따라서, 외부 공기의 유입으로 인한 그라파이트 발열체의 산화를 효율적으로 차단하여 발열체의 수명을 늘이고, 광섬유의 단선을 방지한다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 오버클래딩 장치의 개략적인 구성도이다.

도 2는 도 1의 장치에 의해 제조되는 오버클래드 프리폼의 횡단면도이다.

도 3은 내부에 광섬유 모재봉을 수용하고 있는 오버클래딩 직전의 석영관에 대한 횡단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 실링 유닛이 결합된 가열로를 이용하여 광섬유 모재봉을 오버 클래딩하는 과정에 대한 개략적인 공정도이다.

도 5는 본 발명에 따른 디스크의 평면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 수용부재의 분리 사시도이다.

도 7은 도 6의 수용부재에 의해 형성되는 수용공간과 이 수용공간이 압축 커버에 의해 압축된 상태를 나타낸 도면이다.

도 8은 광섬유 모재봉을 오버 클래딩하는 과정에 대한 개략적인 공정도이다.

도 9은 오버 클래드된 프리폼을 이용하여 광섬유를 인선하는 장치의 개략적인 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 설명>

10 : 모재봉 30 : 석영관

40 : 가열로 80 : 실링 유닛

81 : 수용 부재 82 : 압축 커버

85 : 석영솜

Claims (15)

1. 모재봉과 석영관을 오버 클래딩하는 장치에 있어서,

   코어(core)와 클래드(clad)를 포함하고, 길이축에 대해 실질적으로 일직선으로 연장되는 광섬유 모재봉(preform rod);

   상기 광섬유 모재봉을 수용하기 위하여 상기 모재봉의 외경 보다 큰 내경을 갖는 석영관;

   상기 석영관을 일정한 간극(clearance)을 갖고 둘러싸며, 석영관의 길이축을 따라 상대적으로 이동하면서 석영관의 외주면을 가열하기 위한 원통형 가열로;

   상기 가열로와 석영관의 상대적 이동으로 인해 가열로와 석영관 사이의 간극을 통해 외부공기가 유입되지 않도록 가열로의 내주면과 석영관의 외주면 사이의 틈새를 밀봉하기 위한 실링유닛(sealing unit)을 포함하는 것을 특징으로 하는 오버 클래딩 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 실링 유닛은

   상기 석영관을 둘러싸면서, 상기 가열로의 끝단부로부터 연장되어 석영관의 외주면에 대해 소정의 공간을 형성하는 수용부재와, 상기 공간내에 채워지는 석영솜을 포함하는 것을 특징으로 하는 오버 클래딩 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 실링 유닛이 가열로의 석영관에 대한 상대적인 진행방향의 선단부에 위치하는 것을 특징으로 하는 오버 클래딩 장치.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 수용 부재는

   길이축을 따라 소정의 길이로 연장되고, 내경이 적어도 석영관의 외경 보다 큰 원통형의 수용 튜브와;

   이 수용 튜브의 내주면과 석영관의 외주면이 형성하는 공간내에 삽입되어, 이 공간내에 수용되는 석영솜을 소정의 압축율로 압축하기 위한 압축 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 오버 클래딩 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 압축 커버는

   석영관의 외경 보다 큰 내경을 갖고, 수용 튜브의 내경 보다 작은 외경을 가지며, 석영솜이 수용되는 공간내로 삽입되어 석영솜을 압축하는 압축부와;

   상기 압축부와 연결되고, 상기 수용 튜브와 결합되는 결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 오버 클래딩 장치.
6. 제 2 항에 있어서,

   상기 수용부재에는 가열로의 전도열 또는 복사열로 인해 수용 부재가 열화되는 것을 방지하기 위한 냉각 장치가 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 오버 클래딩 장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 가열로는 그라파이트(graphite)를 발열체로 하는 전기 저항로인 것을 특징으로 하는 오버 클래딩 장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 실링 유닛이 가열로의 양 끝단에 모두 배치되는 것을 특징으로 하는 오버 클래딩 장치.
9. 제 3 항에 있어서,

   상기 가열로는 석영관의 길이축을 따라 수직으로 위에서 아래로 이동하고, 가열로의 하단에는 상기 실링 유닛이 결합되고, 상단에는 상기 가열로의 내경 보다 작은 내경을 갖는 석영재질의 디스크가 얹혀지는 것을 특징으로 하는 오버 클래딩 장치.
10. 코어(core)와 클래드(clad)를 포함하고, 길이축에 대해 실질적으로 일직선으로 연장되는 광섬유 모재봉(preform rod)을 준비하는 단계;

    상기 광섬유 모재봉을 수용하기 위한 석영관을 준비하는 단계;

    광섬유 모재봉의 길이축과 석영관의 길이축이 서로 일치되고, 상기 광섬유 모재봉의 외경과 석영관의 내경 사이에 일정한 간극이 형성되도록 상기 석영관 내부에 상기 광섬유 모재봉을 위치시키는 단계;

    상기 석영관의 외경 보다 큰 내경을 갖는 원통형 가열로와 석영관 사이의 간극을 통해 외부공기가 유입되지 않도록, 가열로의 내주면과 석영관의 외주면 사이의 틈새를 석영솜을 이용하여 실링하는 단계;

    석영솜으로 실링된 상기 가열로를 초기 접합 위치로 이동시키고, 석영관의 외주면을 가열하여 석영관과 모재봉을 초기 접합시키는 단계;

    석영솜으로 실링된 상기 가열로를 석영관에 대해 상대적으로 이동시키면서 석영관의 외주면을 가열하여 석영관 전체를 모재봉에 대해 클로징하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재봉의 오버클래딩 방법.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 실링 단계는 다시

    가열로의 끝단부로부터 길이 방향으로 연장되어 상기 석영관을 일정한 간극을 갖고 둘러싸는 소정의 석영솜 수용공간을 확보하는 단계;

    상기 수용 공간내로 준비된 석영솜을 채워 넣는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오버 클래딩 방법.
12. 코어(core)와 클래드(clad)를 포함하고, 길이축에 대해 실질적으로 일직선으로 연장되는 광섬유 모재봉(preform rod)을 준비하는 단계;

    상기 광섬유 모재봉을 수용하기 위한 석영관을 준비하는 단계;

    광섬유 모재봉의 길이축과 석영관의 길이축이 서로 일치되고, 상기 광섬유 모재봉의 외경과 석영관의 내경 사이에 일정한 간극이 형성되도록 상기 석영관 내부에 상기 광섬유 모재봉을 위치시키는 단계;

    상기 석영관의 외경 보다 큰 내경을 갖는 원통형 가열로와 석영관 사이의 간극을 통해 외부공기가 유입되지 않도록, 가열로의 끝단부로부터 길이 방향으로 연장되어 상기 석영관을 일정한 간극을 갖고 둘러싸는 소정의 수용공간을 형성하고, 이 공간내에 석영솜을 채워서 실링하는 단계;

    상기 수용공간내의 석영솜을 소정의 압축율로 압축하는 단계;

    석영솜으로 실링된 상기 가열로를 초기 접합 위치로 이동시키고, 석영관의 외주면을 가열하여 석영관과 모재봉을 초기 접합시키는 단계;

    석영솜으로 실링된 상기 가열로를 석영관에 대해 상대적으로 이동시키면서 석영관의 외주면을 가열하여 석영관 전체를 모재봉에 대해 클로징하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재봉의 오버클래딩 방법.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 압축 단계는

    석영솜이 상기 수용 공간의 전체 체적중 95% 이하를 차지하도록 석염솜을 압축하는 것을 특징으로 하는 오버 클래딩 방법.
14. 코어(core)와 클래드(clad)를 포함하고, 길이축에 대해 실질적으로 일직선으로 연장되는 광섬유 모재봉(preform rod)을 준비하는 단계;

    상기 광섬유 모재봉을 수용하기 위한 석영관을 준비하는 단계;

    광섬유 모재봉의 길이축과 석영관의 길이축이 서로 일치되고, 상기 광섬유 모재봉의 외경과 석영관의 내경 사이에 일정한 간극이 형성되도록 상기 석영관 내부에 상기 광섬유 모재봉을 위치시키는 단계;

    상기 석영관의 외경 보다 큰 내경을 갖는 원통형 가열로와 석영관 사이의 간극을 통해 외부공기가 유입되지 않도록, 가열로의 끝단부로부터 길이 방향으로 연장되어 상기 석영관을 일정한 간극으로 둘러싸는 소정의 석영솜 수용공간을 확보하는 단계;

    상기 수용 공간내로 준비된 석영솜을 채워 넣는 단계;

    석영솜으로 실링된 상기 가열로를 초기 접합 위치로 이동시키고, 석영관의 외주면을 가열하여 석영관과 모재봉을 초기 접합시키는 단계;

    석영솜으로 실링된 상기 가열로를 석영관에 대해 상대적으로 이동시키면서 석영관의 외주면을 가열하여 석영관 전체를 모재봉에 대해 클로징하는 단계; 및

    밀봉된 오버클래드 광섬유 모재로부터 광섬유를 인선하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 제조방법.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 수용 공간내에 석영솜을 채워 넣은 다음에

    석영솜이 상기 수용공간의 전체 체적중 95% 이하를 차지하도록 석염솜을 압축하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 제조방법.