KR20050093710A - 광섬유 모재의 연신 방법 - Google Patents

Abstract

굴곡부를 가지는 광섬유 모재이어도 용이하게 그 구부러짐을 수정할 수 있고 동시에 연신 직경 축소를 가능하게 하는 광섬유 모재의 연신 방법을 제공한다.

광섬유 모재를 전기로에서 가열 연신하여 보다 작은 직경으로 하는 연신 가공에 있어서, 상기 광섬유 모재의 일단으로부터 연신할 때에, 미리 광섬유 모재의 굴곡부를 전기로 내에서 가열 연화시켜서 구부러짐을 수정해 두는 것을 특징으로 하고 있다. 이때, 광섬유 모재를 매달기 기구에 장착하여 전기로 내에 매달고, 광섬유 모재의 굴곡부를 가열 연화시켜서, 광섬유 모재 또는 이에 접속된 더미봉의 선단과 연신축의 어긋남이 10mm 이하로 된 후, 연신을 개시한다. 또, 어긋남의 검출에는 비접촉식 위치 검출 장치를 이용하면 좋고, 이에는 레이저 측정기나 화상 처리 장치를 들 수 있다.

Description

광섬유 모재의 연신 방법{Method for Extending Optical Fiber Preform}

본 발명은, 큰 직경의 광섬유 모재로부터, 선뽑기(drawing)에 매우 적합한 외경(外徑)으로 연신(延伸)하여 직경 축소하는 연신 방법에 관한 것으로, 특히, 연신 개시 단계에 있어서의 작업이 간편하고 신뢰성이 높고 구부러짐이 저감된 광섬유 모재를 얻을 수 있는 광섬유 모재의 연신 방법에 관한 것이다.

최근, 광섬유 모재의 제조 기술의 향상에 따라 큰 직경의 광섬유 모재의 제조가 가능하게 되었다. 그렇지만, 큰 직경의 광섬유 모재를 선뽑기 하여 외경 125μm의 광섬유로 하는데는, 가열로를 대형화하거나 선뽑기 기술에 숙련을 필요로 하는 등, 지금까지 개발하여 온 선뽑기 기술을 크게 변경할 필요가 있다.

그래서, 예를 들면, 공지의 VAD법(Vapor Phase Axial Deposition Method)으로 제조한 큰 직경의 광섬유 모재를, 지금까지 사용하여 온 선뽑기용 광섬유 모재와 거의 동등한 직경으로 일단 연신하고 직경 축소하여, 선뽑기용 광섬유 모재로 하고, 이를 광섬유에 선뽑기 하는 방법이나, VAD법으로 제조한 큰 직경의 광섬유 모재를 연신하여 직경 축소하고, 이 위에 또한 OVD법(Outside Vapor Phase Deposition Method)으로 유리 미립자를 퇴적시켜서 얻은 광섬유 모재를 선뽑기 하는 방법이 채용되어 왔다.

이러한 방법에는, 유리(glass) 미립자를 퇴적시킨 다공질 모재를 가열로에서 탈수하고, 또한 투명 유리화 하는 공정이 있다. 통상, 투명 유리화는, 1000∼1650℃로 유지된 노심관(爐心管) 내에 다공질 모재를 회전시키면서 천천히 집어넣음으로써 행해진다. 예를 들면, 다공질 모재의 하단 부분이 가열로의 가열원(加熱源) 근방에 위치하도록 매달고 유리화 온도까지 온도 상승시킨 후, 다공질 모재를 서서히 회전시키면서 인하하여 하단으로부터 상단을 향해 투명 유리화 하는 방법이다.

다공질 모재의 투명 유리화는, 처음에 유리화가 시작되는 개소에서 큰 밀도 변화가 일어나고 있고, 회전 중심의 어긋남이나 온도 분포의 약간의 다름, 형상의 차이에 의해, 유리화 후의 모재 형상에 큰 영향을 주어 도 1에 나타내듯이 결과적으로 구부러진 광섬유 모재가 제조되는 일이 있다.

이러한 광섬유 모재에 있어서는, 다공질 그을음(soot)과 중심봉(core rod)으로 이루어지는 복합 모재를 가열로에서 가열하고 있기 때문에, 소결·투명 유리화가 개시되는 선단 위치에 큰 굴곡이 일어나고 있는 일이 있다.

종래, 이와 같이 선단에 국부적인 굴곡부를 가지는 광섬유 모재의 구부러짐의 수정은, 유리 선반(旋盤) 등을 이용하여 행해지고 있다. 유리 선반에 의한 수정 작업은, 가열원으로 가스 버너를 이용하고 있기 때문에, 국소 가열이 가능하게 되고, 구부러짐이 일어나고 있는 부분만을 수정할 수가 있고, 외경 100mm 이하의 광섬유 모재의 수정 가공, 특히 외경 80mm 이하의 것에 대해서는 충분히 수정 가공이 가능하다.

그렇지만, 또한 광섬유 모재의 외경이 커짐에 따라, 모재의 선단부에 형성되는 테이퍼부(taper part)도 대형화 하고, 유리 선반에서는, 버너의 화력 부족 때문에 수정 가공할 수 없게 되든지, 지극히 긴 가열 시간을 필요로 하는 등의 문제가 있다.

또, 투명 유리화 가공으로 광섬유 모재의 선단부 근방의 더미봉이나 테이퍼부가 만곡하면, 연신 가공 때, 가열로에 셋팅(setting)하여 노의 하단으로부터 나와 있는 더미봉을 취하기 위해, 더미봉을 가열로의 바로 아래에 설치된 척(chuck)이나 롤러(roller)로 누르면, 광섬유 모재가 가열로의 히터의 중심으로부터 어긋나 셋팅(setting)되고, 어떤 때는 광섬유 모재가 히터에 접촉하는 일조차 있다. 또, 더미봉의 축선이 만곡하고 있기 때문에, 연신하려고 하여 이 상태에서 무리하게 척(chuck)이나 롤러(roller)로 파지하면, 더미봉이 파손하는 일이 있다.

이 때문에, 더미봉이 파손되지 않게 여러 가지 척(chuck)이 고안되어, 더미봉의 축선이 다소 구부러짐져 있어도, 이에 맞추어 파지하는 척이 개발되어 있다. 그러나, 롤러 연신에서는 이러한 구부러짐을 보정할 수 있는 기구(機構)를 채용하는 것이 곤란하다.

본 발명은, 굴곡부를 가지는 광섬유 모재이어도 용이하게 그 구부러짐을 수정할 수 있고, 동시에 연신 직경 축소를 가능하게 하는 광섬유 모재의 연신 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 광섬유 모재의 연신 방법은, 광섬유 모재를 전기로로 가열 연신하여 보다 작은 직경으로 하는 연신 가공에 있어서, 상기 광섬유 모재의 일단으로부터 연신할 때에, 미리 광섬유 모재의 굴곡부를 전기로 내에서 가열 연화시켜서 구부러짐을 수정해 두는 것을 특징으로 하고 있다. 이때, 광섬유 모재를 매달기 기구(機構)에 장착하여 전기로 내에 매달고, 광섬유 모재의 굴곡부를 가열 연화시켜서, 광섬유 모재 또는 이에 접속된 더미봉의 선단과 연신축의 어긋남이 10mm 이하로 된 후, 연신을 개시한다. 또, 어긋남의 검출에는 비접촉식 위치 검출 장치를 이용하면 좋고, 이에는 레이저 측정기나 화상 처리 장치를 들 수 있다.

본 발명에서는, 먼저, 큰 직경의 광섬유 모재를 공지의 방법으로 제작하고, 투명 유리화한 후, 형상을 측정하고, 유리화 개시 위치(선단부)에서 굴곡을 일으키고 있는 것에 대해서는, 구부러짐의 크기와 가열로의 여유(clearance)를 고려하여 무리가 없이 가열로에 장착이 가능한지 조사한다.

다음에, 장착이 가능한 것으로 판단한 광섬유 모재에 대해서는, 굴곡부가 히터(heater)의 거의 중앙에 위치하도록 셋팅한다. 통상, 이 위치는 가열로 속에서 온도가 최고로 되는 영역이고, 일반적으로는 히터의 거의 중앙이나 약간 위의 위치로 된다.

또한, 연신 인수(引受)에 즈음하여, 하단부의 더미봉에 내열성 세라믹스재로 이루어지는 인수용(引受用) 지지봉을 접속하여 둔다. 이에는, 예를 들면, 서로 끼워 맞춘 것을 핀(pin) 등으로 기계적으로 결합한다. 이때, 결합부에 다소의 느슨함 있어도 지장이 없다. 다소의 결합부의 느슨함은 구부러짐이 큰 광섬유 모재를 가열로에 장착할 때 여유(clearance)로서 유효하게 작용한다. 이 시점에서는 아직, 인수용 지지봉을 연신용의 척 또는 롤러 등으로 파지하지 않고, 하단부를 자유로운(free) 현수(懸垂) 상태로 해둔다.

이러한 상태로 하여 큰 직경의 광섬유 모재를 가열하고, 굴곡부를 연화시키면 구부러짐은 자중(自重)에 의해 수정된다. 다음에, 구부러짐이 수정된 것을 확인하고, 예를 들면, 더미봉의 선단과 연신축의 어긋남이 10mm 이하로 된 것을 확인하고, 인수용 지지봉의 하단에 또한 알루미늄제의 인수봉을 부착하여 연신을 개시한다. 또, 구부러짐 수정이 완료된 것을 확인하는데는, 가열로의 하단으로부터 나와 있는 더미봉의 위치를 눈으로 보아 확인할 수 있지만, 어긋남의 검출에는 비접촉식 위치 검출 장치를 이용하면 좋고, 이에는 레이저 측정기에 의한 위치 검출, 혹은 CCD 카메라를 이용한 화상 처리 장치 등을 이용하여 용이하게 확인할 수 있어 작업의 자동화가 가능하게 된다.

이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해서 도면을 참조하면서 보다 상세하게 설명한다.

도 1에 나타내는 큰 직경 광섬유 모재의 연신 방법에 대해서 설명한다. 광섬유 모재(1)는, 외경 40∼180mm의 큰 직경으로 봉(棒) 모양의 석영계 유리로 이루어지는 모재(1a)와, 그 양단에 용착된 석영계 유리 등으로 이루어지는 더미봉(1b, 1c)으로 이루어져 있다. 또한, 광섬유 모재(1)의 상단에는, 질화규소 세라믹스제 매달기용 지지봉(2)이 장착된다.

연신 작업은, 먼저, 광섬유 모재(1)가 가열로(3)에 접촉하지 않고 매달기가 가능한지를 연신축과 노(爐) 내벽과의 거리로부터 검토하고, 광섬유 모재(1)의 구부러짐이 매달기 가능한 정도이면, 광섬유 모재(1)를 매달기용 지지봉(2)을 개재하여 모재 매달기 기구(4)에 부착하여서 매달고, 가열로(3) 내에 삽입하고, 광섬유 모재 하부의 굴곡부가 소정의 위치에 오도록 셋팅(setting)한다. 도 2는 광섬유 모재(1)를 연신 장치에 장착한 상태를 나타내고 있다. 또, 연신축이라는 것은 매달기용 지지봉(2) 또는 모재 매달기 기구(4)에 추를 부착하고 이를 가열로(3)의 중심을 지나도록 매달아 얻어지는 연직선의 것이다.

이때, 광섬유 모재 하단의 더미봉(1c)이 가열로(3)의 히터(5)로부터 나오지 않는 경우에는, 질화규소 세라믹스제 인수용 지지봉(6)을 부착하고 나서 장착하든지, 일단 광섬유 모재(1)를 더 내려서 가열로로부터 더미봉(1c)을 돌출시키고, 인수용 지지봉(6)을 부착한 후에, 광섬유 모재(1)를 가열로(3)의 소정의 위치에 셋팅하여도 좋다.

이 상태에서 가열을 개시하여 온도 상승시키고, 히터 온도가 1800∼1900℃의 온도 영역에서는, 일시 온도 상승을 정지하든지, 온도 상승 구배(勾配)를 완만하게 하여 가열한다. 광섬유 모재(1)의 가열부가 연화하면, 하단 부분의 유리와 하단에 매달어진 인수용 지지봉(6)의 자중(自重)에 의해 천천히 구부러짐의 수정이 시작된다. 도 3은 이와 같이 하여 광섬유 모재 하부의 굴곡부가 수정된 상태를 나타내고 있다.

광섬유 모재(1)의 구부러짐이 수정되기 시작한 것을 확인하여, 도 4에 나타내듯이, 인수용 지지봉(6)의 하단에 알루미늄제 인수봉(7)을 부착한다.

다음에, 도 5에 나타내듯이, 모재 매달기 기구(4)를 작동시켜서 광섬유 모재(1)를 소정의 속도로 하방으로 이동시킴과 동시에, 광섬유 모재(1)의 최하단에 부착되어 있는 알루미늄제 인수봉(7)을 척(8)로 파지하여 하방으로 이동시킴으로써, 광섬유 모재(1)는 연신되어 소정의 직경으로 직경 축소된다.

본 발명의 광섬유 모재의 제조 방법에 의하면, 광섬유 모재의 구부러짐의 수정을 연신 가열로에 셋팅한 상태로 하는 것이 가능하게 된다. 즉, 광섬유 모재의 구부러짐 수정을 행하고, 수정 확인 후, 연신하기 위해서 더미봉(dummy rod) 파지를 행하므로, 더미봉에 구부러짐에 의한 외력은 작용하지 않아 더미봉이 파손되는 일은 없다. 또, 더미봉의 중심축의 어긋남을 허용하기 위한 특별한 척(chuck)도 불필요하게 된다.

또한, 굴곡부의 외경은 비교적 가늘기 때문에, 큰 직경의 직동부(直胴部)와 비교하여 그보다 약간 낮은 온도에서 연화시켜 수정할 수가 있다. 이 때문에 굴곡부의 구부러짐 수정을 한 후에, 광섬유 모재의 연신을 개시하여도, 온도가 너무 높게 되는 일이 없어 직동부의 연신을 높은 신뢰성으로 실시할 수가 있다.

또, 선단부의 구부러짐을 수정한 후 연신(延伸)하기 때문에, 연신하여 얻어지는 것보다 작은 직경의 광섬유 모재의 구부러짐을 한층 더 작게 할 수가 있다.

본 발명의 연신 방법에 의해, 구부러짐이 없는 선뽑기에 매우 적합한 광섬유 모재가 용이하게 얻어지고, 유리(glass) 로드(rod)로서도 정밀도가 높은 진직도(眞直度)를 가지고, 여러 가지 용도에 매우 적합하게 이용 가능하다.

도 1은 선단부에 구부러짐을 가지는 광섬유 모재의 일례를 나타내는 개략 측면도이다.

도 2는 선단부에 구부러짐을 가지는 광섬유 모재를 연신 장치에 장착한 상태를 나타내는 개략 종단면도이다.

도 3은 광섬유 모재 선단부의 구부러짐이 수정된 상태를 나타내는 개략 종단면도이다.

도 4는 광섬유 모재 하단의 인수용 지지봉에 인수봉을 접속한 상태를 나타내는 개략 종단면도이다.

도 5는 큰 직경 광섬유 모재의 연신 상태를 나타내는 개략 종단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

1 …… 광섬유(optical fiber) 모재(preform)

1a …… 모재

1b, 1c …… 더미봉(dummy rod)

2 …… 매달기용 지지봉

3 …… 가열로

4 …… 모재 매달기 기구

5 …… 히터(heater)

6 …… 인수용 지지봉

7 …… 인수봉(引受棒)

8 …… 척(chuck)

Claims (4)

1. 광섬유 모재를 전기로로 가열 연신하여 보다 작은 직경으로 하는 연신 가공하는 광섬유 모재의 연신 방법에 있어서,

   상기 광섬유 모재의 일단으로부터 연신할 때에, 미리 광섬유 모재의 굴곡부를 전기로 내에서 가열 연화시켜서 구부러짐을 수정해 두는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재의 연신 방법.
2. 제1항에 있어서,

   광섬유 모재를 매달기 기구에 장착하여 전기로 내에 매달고, 광섬유 모재의 굴곡부를 가열 연화시켜서, 광섬유 모재 또는 이에 접속된 더미봉(dummy rod)의 선단과 연신축의 어긋남이 10mm 이하로 된 후, 연신을 개시하는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재의 연신 방법.
3. 제2항에 있어서,

   비접촉식 위치 검출 장치를 이용하여 어긋남을 검출하는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재의 연신 방법.
4. 제3항에 있어서,

   비접촉식 위치 검출 장치로서 레이저 측정기 또는 화상 처리 장치를 이용하는 것을 특징으로 하는 광섬유 모재의 연신 방법.