KR970006995B1 - 광파이버의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

내용없음

Description

광파이버의 제조방법
제1도는 광파이버용 유리모재를 제조하기 위한 VAD 법을 도시한 개략도,
제2도는 VAD 법에 의해 제조된 유리검댕모재를 도시한 도면,
제3도는 종래의 더미로드를 지닌 유리모재를 도시한 도면,
제4도는 본 발명에 의한 유리모재를 제조하는 제1방법을 예시한 도면,
제5도는 더미로드를 회전축에 끼워맞춤하는 방법의 일례를 도시한 도면
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 광파이버용 유리모재 2 : 상부더미로드
3 : 하부더미로드 4, 4', 24, 24' : 관통구멍
5 : 끼워맞춤부 5a : 오목영역
6 : 메인로드(회전축) 7 : 버너
8 : 화염 9 : 유리검댕퇴적체
10 : 투명유리모재 11 : 히터
12 : 상부끼워맞춤부재 13 : 하부끼워맞춤부재
14 : 상부끼워맞춤부 15 : 하부끼워맞춤부
16 : 연신된 모재 16' : 세경부분
17 : 상부척 18 : 하부척
22 : 볼트 23 : 가열로
26 : 차폐판 27 : 보조척
28 : 하부덮개
본 발명은, 유리모재, 특히, 대형의 유리모재를 연신하여 광파이버를 제조하는 방법에 관한 것이다.
광파이버의 제조방법을, 일례로서 기상축부착법(VAD)을 참조하여 설명한다.
VAD 법에서는, 동심원형상의 다중관버너에 의해 산수소화염을 발생하고 이 화염중에 SiC14, SiHC13등의 유리형성원료 및 경우에 따라 GeCl4, POCl3, BCl3등의 도핑원료를 투입하여 화염가수분해 반응 혹은 산화반응에 의해 유리미립자(유리검댕)를 생성하고, 이 유리검댕을 출발로드(rod)의 선단 혹은 외주면에 퇴적하여 유리검댕퇴적체를 형성한다. 그후, 이 유리검댕퇴적체를 가열로에서 투명유리화하여 광파이버제조용의 투명유리모재를 얻고 있다.
다음에, 상기 VAD 법을 이용해서 광파이버를 제조하는 방법에 대해 설명한다.
먼저, 상기 VAD 법을 이용해서, 출발로드선단부에 코어부 또는 코어부와 클래드부의 일부로 이루어진 코어형성유리모재를 합성하고, 할로겐계 가스로 탈수한후, 투명유리화한다. 그후, 제1도에 도시한 바와 같이, 이 투명유리로드(코어 형성모재)를 출발부재(1)로 사용하여, 이 출발부재(1)의 외주면둘레 유리미립자합성용의 버너(7)를 이용해서 화염(8)을 발생하여 유리검댕(9)을 퇴적시킨다.
이와 같이 해서 얻은 유리로드와 유리검댕(9)의 복합체를 다시 소결로에서 투명유리화하여 광파이버제조용의 유리모재를 얻는다. 그후, 이 유리모재의 양단부에 더미로드(dummy rod)를 용접에 의해 접속하고, 그 모재의 표면을 화염연마한다.
그후, 이 유리모재를 전기로 또는 산수소화염에 의해 가열하고, 연신하여 소망의 직경을 지닌 모재로드를 얻는다. 이 모재로드로부터 선뽑기에 의해 광파이버가 얻어진다.
종래, 코어부 또는 코어부와 클래드부의 일부로 이루어진 유리로드에 클래드부용 유리검댕을 퇴적할 때에는, 제1도에 도시한 바와 같이 유리모드(1)의 양단부에 더미(연장)로드(2), (20)를 용착하고, 상부더미로드(2)를 직접 또는 끼워맞춤부(5)를 개재해서 메인시드로드(seed rod)(6)에 의해 유지한다. 더미로드(2) (20), 특히, 하부더미로드(20)는 VAD법에서는 불가피한 성장면의 테이퍼부가 코어부용의 유리로드(1)에 형성되지 않도록 설계되어 있어, 더미로드(2), (20)의 선단부 혹은 선단부 부근까지 유리검댕(9)을 퇴적함으로써, 제2도에 도시한 복합체가 생성된다.
이 복합체 소결로에서 투명유리화한 후 연신가공하기 위해서, 제3도에 도시한 바와 같이 당해 모재의 선단부에 또 더미로드(19)를 용착하여, 그 양단에 더미로드(19)를 지닌 모재(10)를 전기로에서 가열하고 연신한다.
상기 종래의 방법에 있어서는, 투명유리화 후 그리고 연신가공전에 더미로드를 수평형의 유리선반을 이용해서 용착하였으나, 모재가 대형화되고 그 중량이 증가하면 하나의 더미로드로 그 모재를 파지(把持)시키는 것이 어렵게 된다.
따라서, 유효부, 즉 광파이버제조용으로 이용되는 직경이 균일한 부분을 파지시킬 필요가 있다. 유리모재의 유효부를 파지하거나 이물에 접촉하면, 유리표면에 흠집이 생겨 강도가 큰 광파이버를 얻을 수 없게 되거나, 또는 불순물이 혼입에 의해 광파이버의 전송손실을 증가시키는 요인으로 될 수 있다. 그러므로, 유리유리모재의 대형화에는 유리모재에의 더미로드의 용착법이 하나의 문제점으로 되고 있었다.
본 발명의 목적은, 대형의 유리모재를 고품질이고 고강도로 제조하는 방법 및 이러한 대형의 유리모재로부터 광파이버를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 의하면, 버너에 의해 발생된 화염중에 유리형성원료를 투입하고, 화염가수분해반응 또는 산화반응에 의해 유리검댕을 형성하는 공정과, 상기 유리검댕을, 코어부 또는 코어부 및 클래드부의 일부로 이루어진 석영계 유리로드의 외주면에 상기 버너와 상기 유리로드를 상대적으로 이동시키면서 퇴적시켜, 상기, 유리로드와 상기 유리검댕의 복합체를 형성하는 공정과, 상기 퇴적된 유리검댕을 가열로에서 소결 및 투명유리화해서 광파이버용의 투명유리모재를 얻는 공정과, 상기 모재를 연신해서 그의 직경을 세경화하는 공정과, 상기 모재를 선뽑기로에서 더욱 연신하여 광파이버를 제조하는 공정으로 이루어진 광파이버의 제조방법에 있어서, 상기 유리검댕을 퇴적하기전에 상기 석영계 유리로드의 각 단부에 더미로드를 용착하고, 상기 더미로드의 선단부에는 상기 유리검댕을 퇴적시키지 않고 남기는 반면 상기 각 더미로드의 중간부로부터 상기 유리로드를 향해 테이퍼형상으로 그리고 상기 유리로드의 외주면주위에는 균일한 외경으로 상기 유리검댕을 퇴적시켜 상기 유리로드/유리검댕복합체를 형성하고 상기 복합체를 소결한 후, 상기 더미로드의 각 단부를 파지한 채로 상기 복합체를 전기로내에서 가열 ·용융하고 연신해서 광파이버를 제조하는 것을 특징으로 하는 광파이버의 제조방법이 제공된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
제4도는 본 발명의 일실시예를 예시한 도면이다.
코어부를 구성하는 석영계 유리로드(1)(이하 "코어로드" 라 칭함)의 상하단부에 상하부더미로드(2), (3)를 각각 용착접속한다. 상하부더미로드(2), (3)의 각단부에는 메인로드(회전축)(6) 혹은 연신용 선반의 척의 끼워맞춤부에 더미로드를 끼워맞춤할 수 있도록 끼워맞춤부가 설치되어 있다. 이 끼워맞춤부에는, 고정핀이 삽입고정되는 관통구멍(4)이 형성되어 있다.
더미로드로서는 바람직하게는 종래의 용융법 혹은 합성법으로 제조된 석영계 유리로드가 사용된다. 더미로드에는 소량의 도펀트 또는 불순물이 함유되어 있어도 되나, 매우 낮은 용융점도를 지닌 유리는, 소결혹은 연신중에 더미로드를 변형시키므로 바람직하지 않다.
각 더미로드의 길이는 그의 단부를 파지시킬 수 있는 한 한정되지 않는다.
더미로드의 일부에는 퇴적된 유리검댕의 테이퍼부가 형성되므로, 그 길이는 파지될 부분의 길이와 퇴적된 유리검댕이 테이퍼부의 길이에 의해 결정된다.
따라서, 퇴적된 유리검댕의 테이퍼부의 길이는 통상 유리검댕퇴적체의 외경 D의 0.5∼1.0배이므로, 더미로드의 길이는 형성될 유리검댕퇴적체의 외경의 1∼1.5배 이상이 필요하다. 한편, 더미로드가 너무 길면, 유리모재제조용의 설비 및 소결로의 대형화를 초래하므로, 더미로드의 길이는 유리검댕퇴적체의 외경의 3.0배 이하인 것이 바람직하다.
각 더미로드의 외경은, 코어로드의 외경과 동등한 것이 가장 바람직하다.
이 더미로드의 외경이 코어로드의 외경보다 너무 크면, 코어로드의 더미로드간의 접속부에서 유리검댕퇴적체가 변형되어, 심한 경우에는 유리검댕퇴적체에 균열이 발생된다. 따라서, 더미로드의 외경은 바람직하게는 코어로드의 외경 d의 0.9∼1.3배, 보다 바람직하게는 l.0∼1.1배이면 된다.
유리검댕합성용의 반응실에 매달린 메인로드(6)의 하부끼워맞춤부(5)에, 상부의 더미로드(2)의 단부를 삽입하고, 이 끼워맞춤부(5)의 중심축에 수직인 방향에서 관통구멍(4)에 대응하는 끼워맞춤부(5)의 위치에 형성된 끼워맞춤용 관통구멍과 상기 관통구멍(4)에 1개의 핀을 삽입하여, 상부더미로드(2)의 메인로드(6)를 접속한다.
상기 그들의 고정부에서 상부더미로드의 메인로드를 고저아는 기타의 다른 수단을 채용해도 된다. 예를들면, 제5도에 도시한 바와같이, 상부더미로드(2)의 선단부를 나머지부분보다 큰 직경으로 하고, 끼워맞춤부(5)의 오목영역(5a)의 측벽의 일부를 절삭해낸다. 이 절삭부(5b)를 통해서 더미로드를 오목영역에 삽입하고, 더미로드의 큰 직경부에 의해 더미로드의 중량을 지지한다.
상부더미로드(2)를 메인로드(6)에 끼워맞춤한 후, 버너(7)로부터 유리형성원료, 연소가스 및 연소유지가스를 주입하여 화염(8)으로 유리검댕을 형성하고, 이 유리검댕을 상부더미로드(2)의 중간부로부터 퇴적시킨다(제4도(a)). 이와 같이 해서 얻어진 코어로드(l), 상하부더미로드(2), (3) 및 유리검댕퇴적체(9)로 이루어진 복합체(제4도 (b))를, 상하부더미로드(2), (3)를 그대로 유지하면서 실시예결하여 투명유리모재(10)(제4도 (c))를얻는다. 상기 상하부더미로드(2), (3)의 양 선단부를, 전기로내에 형 볕?연신용의 상하부끼워맞춤부재(12), (13)의 각 끼워 맞춤부(14), (l5)에 끼워맞춤한 후, 상하부끼워맞춤부재(12), (13)를 연신용 선반(도시안함)의 각 상하부척(l7), (l8)에 고정하고, 상기 투명유리모재(10)를 가열·연신하여 연신된 모재(l6)를 얻는다(제4도 (d)). 바람직하게는 제4도(d)에 도시한 바와 같이 상기 유리모재(10)를 수직방향으로 고정하여 수직방향으로 연신한다.
상기 실시예에 의하면, 더미로드의 양단부에는 유리검댕이 퇴적되지 않으므로, 이와 같이 유리검댕이 퇴적되지 않은 단부를 끼워맞춤부로서 사용함으로써, 코어로드와 유리검댕퇴적체와의 복합체를 소결·투명유리화한 후에는 어뗘한 더미로드도 접소할 필요가 없다. 이것에 의해, 모재의 유리표면을 파지할 필요가 없게 되어, 그 표면을 건드리지 않고 즉시 투명유리모재를 연신할 수 있으므로, 표면에의 흠집발생 및 불순물에 의한 오염을 방지하는 것이 가능하며, 고품질이고 또 강도가 양호한 광파이버를 제조할 수 있다.
본 발명자들은, 수평형의 유리선반을 이용한 더미로드의 유리모재에의 용착에 대한 각종 실험을 행한 결과, 더미로드의 파손없이 한쪽 더미로드를 파지함으로써 가공될 수 있는 유리모재의 중량은 통상 7∼8kg, 신중하게 작업해도 l0kg 이하임을 알게 되었다. 더미로드의 제조에는 일반적으로 석영계유리가 이용되므로, 큰 직경의 더미로드를 이용해도 흠집이 있으면 하중에 의해 용이하게 균열이 발생해 버린다. 이 때문에, 수평형의 유리선반을 이용하는 상기 방법에서는 대형의 유리모재의 제조에는 제한 ?있었다.
이하의 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하면, 제7∼8kg 이상, 또한 10kg 이상의 유리 모재를 어려움없이 제조할 수 있으므로, 유리모재의 생산성 및 광파이버의 생산성이 크게 향상된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
(실시예 1)
코어부 및 클래드부의 일부를 지니는, 길이 800mm, 외경 18mm인 코어로드를 준비하였다.
코어로드의 각 단부에, 외경 l8mm, 길이 500mm인 더미로드를 용착하였다. 또, 각 더미로드의 자유단부에는 직경 5mm의 관통구멍이 형성되어 있다. 유리검댕퇴적체의 합성시에는, 상부더미로드를 해당더미로드를 삽입할 수 있는 원통형 오목영역을 선단부에 지니고, 또 원통형 오목영역의 벽부에 더미로드의 관통구멍에 대응하는 위치에 중심축과 직교하는 직경 5mm의 관통구멍을 지닌 끼워맞춤부재에 끼워맞춤하고, 직경 4.5mm의 세라믹제 핀을 상기 양 관통구멍에 삽입함으로써, 끼워맞춤부재상에 더미로드 ?파지하였다.
다음에, 상기 끼워 맞춤부재를 회 전축에 고정하고, 코어로드의 외주면상에, 억세스조건퇴적체를 220mm의 균일한 외경이 되도록 합성하였다. 상·하부더미로드상에 형성된 유리검댕퇴적체의 테이퍼부의 길이는 각각 160mm 및 180mm로 하였다.
얻어진 코어로드와 유리검댕퇴적체의 전체 중량은 13.4kg이었다. 상기 유리검댕퇴적체를 소결로에서 투명유리화한 후, 상기 코어로드와 유리검댕퇴적체의 복합체를 전기로에 삽입하고, 더미로드의 각 단부를 세라믹제 핀으로 척에 끼워맞춤·파지하였다. 그리고 전기로의 온도를 2000℃에서 유지하면서 상하부척을 10mm/min의 속도로 수직방향으로 트래버스하고, 하부척의 트래버스 속도는 모재의 외경이 35mm가 되도록 제어하면서 상기 복합체를 연신하였다.
이와 같이 해서 얻어진 연신모재를 선뽑기로에서 더욱 연신하여 광파이버를 얻었다. 이 광파이버는 길이가 100km이었으며, 단선되지 않았고, 또 전송손실도 파장 1.3μm에서 단지 0.35dB/km이었다.
(실시예 2)
본 실시예는, 더미로드의 외경과 코어로드의 외경간의 관계의 모재상의 균열 발생에 대한 영향을 명백하게 하기 위한 것이다.
상기 실시예 1과 마찬가지 구성으로, 외경이 16mm, 18mm, 19mm, 22mm 및 24mm인 5종류의 더미로드를 준비하고, 각 더미로드에 대해서 각각 5개의 유리검댕퇴적체를 합성하였다. 각 코어로드의 외경은 18mm이었고, 더미로드의 외경은 코어로드의 외경의 0.88, 1.0, 1.05, 1.22 및 1.33배였다.
더미로드의 외경이 18mm, 19mm인 경우에는 5개의 유리모재가 모두 양호한 상태였다. 또 더미로드의 외경이 22mm인 경우에는 하부용융부상에 유리검댕퇴적체를 형성한때 유리모재중 1개가 그의 선단부에서 균열이 발생했으나, 나머지 4개의 유리모재는 양호한 상태였다. 또한, 더미로드의 외경이 16mm인 경우에는 단지 2개의 유리모재판이 양호한 상태였고, 외경이 24mm인 경우에는 단지 1개의 유리모재만이 양호한 상태였다.
(비교예 1)
코어부 및 클래드부의 일부를 지니는 외경이 18mm인 코어로드를 이용하고, 외경이 l8mm, 길이 40mm인 더미로드를 상부코어로드에, 외경 18mm, 길이 200mm인 더미로드를 하부코어로드에 각각 접속한 점을 제외하고, 상기 실시예 1과 마찬가지로, 유리검댕퇴적체를 형성하였다. 하부더미로드가 짧기 때문에, 그의 선단부에 유리검댕이 퇴적되지 않은 영역이 20mm 남았다. 이 복합체의 전체중량은 13.3kg이었다.
투명유리화한 후, 수평형의 유리선반에 의해 상부더미로드를 파지하고, 하부 더미로드에 또 더미로드를 용착하였으나 더미로드가 파손되었다.
다음에, 모재의 유효부를 척으로 파지하고, 더미로드를 양단부에 용착하였다.
이와 같이 해서 더미로드를 용착시킨 모재를 외경이 35mm가 되도록 연신하고, 또 선뽑기로에서 더욱 연신하여 광파입를 제작하였다. 그러나, 이 파이버는 100km 당 11번 단선되었다. 특히, 척에 의해 파지된 모재의 부분에서 제조된 광파이버가 파손이 많았다. 광파이버의 일부는, 파장 1.3μm에서 0.45dB의 전송손실을 보였다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명을 사용하면 프리포옴의 표면에 접촉하는 일없고, 신선용의 프리포옴까지 가공할 수 있고, 또한 안정된 유리미립자 퇴적체의 합성을 행할 수 있다. 이 때문에, 특히 중량이 8∼10kg를 초과하는 대형의 프리포옴의 제조를 수반하는 광파이버용 모재의 연신에 있어서는, 고품질, 고강도의 광파이버를 얻는 것이 가능하다.

Claims (5)

  1. 버너에 의해 발생된 화염중에 유리형성원료를 투입하고, 화염가수분해 반응 또는 산화반응에 의해 유리검댕을 형성하는 공정과, 상기 유리검댕을, 코어부 또는 코어부 및 클래드부의 일부로 이루어진 석영계 유리로드의 외주면에 상기 버너의 상기 유리로드를 상대적으로 이동시키면서 퇴적시켜, 상기 유리로드와 상기 유리검댕의 복합체를 형성하는 공정과, 상기 퇴적된 유리검댕을 가열로에서 소결 및 투명유리화해서 광파이버용의 투명유리모재를 얻는 공정과, 상기 모재를 연신해서 그의 직경을 세경화하는 공정과, 상기 모재를 선뽑기에서 더욱 연신하여 광파이버를 제조하는 공정으로 이루어진 광파이버의 제조방법에 있어서, 상기 유리검댕을 퇴적하기전에 상기 석영계 유리로드의 각 단부에 더미로드를 용착하고, 상기 더미로드의 선단부에는 상기 유리검댕을 퇴적시키지 않고 남기는 반면, 상기 각 더미로드의 중간부로부터 상기 유리로드를 향해 테이퍼형상으로 그리고 상기 유리로드의 외주면주위에는 균일한 외경으로 상기 유리검댕을 퇴적시켜 상기 유리로드/유리검댕복합체를 형성하고, 상기 복합체를 소결한 후, 상기 더미로드의각 단부를 파지한 채로 상기 복합체를 전기로내에서 가열·용융하고 연신해서 광파이버를 제조하는 것을 특징으로 하는 광파이버 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 더미로드의 자유단부에는, 핀이 삽입될 수 있고, 상기 더미로드의 중심축을 횡절하는 관통구멍이 형성되어 있고, 상기 더미로드가 삽입될 수 있는 오목영역을 단부에 지니고 또 상기 더미로드의 상기 관통구멍에 대응하는 위치에서 중심축에 직교하는 관통구멍을 지니는 껴워맞춤부재에 상기 더미로드의 자유단부를 삽입하고, 상기 더미로드와 상기 끼워맞춤부재의 양 관통구멍에 핀을 삽입해서 유리모재의 각 단부를 상기 끼워맞춤부재에 의해 파지하고, 회전축에 상기 끼워맞춤부재를 부착해서 유리모재를 전기로에서 가열·연신하는 것을 특징으로 하는 광파이버의 제조방법.
  3. 제l항에 있어서, 상기 더미로드의 길이를 상기 유리검댕퇴적체의 외경이 1∼3배로 한 것을 특징으로하는 광파이버의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 더미로드의 직경을 상기 석영계 유리로드의 외경이 0.9∼1.3배로 한 것을 특징으로 하는 광파이버의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 유리모재를 수직방향으로 파지하고 수직방향으로 연신하는 것을 특징으로 하는 광파이버의 제조방법.
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