KR20030046705A - Raw material vaporization volume controlling device for modified chemical vapor deposition process - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광섬유 모재에 관한 것으로서, 특히 광섬유 모재 제조 장치의 원료물질 기화량 유지장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber base material, and more particularly, to an apparatus for maintaining a quantity of raw material vaporization of an optical fiber base material manufacturing apparatus.
광통신은 일반적인 케이블을 이용한 전기적인 통신방식보다 더 많은 양의 정보를 신속하게 전달할 수 있으며, 전파 또는 자기장등의 간섭을 받지 않으므로, 더 나은 품질의 통신이 가능하다. 이와 같은 광통신에서는 광신호 전송로로서 광섬유를 이용하는데, 광섬유는 모재로부터 소정 직경의 광섬유로 인발된다.Optical communication can transmit a larger amount of information more quickly than an electric communication method using a conventional cable, and because it is not interfered with radio waves or magnetic fields, it is possible to communicate better quality. In such optical communication, an optical fiber is used as an optical signal transmission path, and the optical fiber is drawn from the base material to the optical fiber having a predetermined diameter.
상기 광섬유 모재를 제조하는 방법으로는 액상 증착법과 기상 증착법(Vapor-phase Depositon)으로 분류될 수 있다. 상기 액상 증착법으로는 솔-젤(sol-gel) 공법이 대표적인데, 솔-젤 공법은 액체 상태의 원료 물질을 몰드에 넣고 젤 상태로 만든 후 소결시켜 실리카 글래스를 제조하는 공법으로서, 전반적으로 저온에서 진행되어 생산 원가가 낮고, 목적물의 조성을 조절하기가 용이한 방법이다.Methods of manufacturing the optical fiber base material may be classified into a liquid phase deposition method and a vapor-phase depositon method. The liquid vapor deposition method is a sol-gel (sol-gel) method is typical, the sol-gel method is a method for preparing a silica glass by putting a raw material of the liquid state into a mold and then sintered to produce a silica glass, overall low temperature It is a low cost of production and easy to control the composition of the target.
한편, 광섬유 모재 제조를 위한 기상 증착법으로는 변형 화학 기상 증착법(modified chemical vapor deposition: MCVD), 기상축 증착법(vapor phase axial deposition: VAD), 외부 기상축 증착법(outside vapor deposition: OVD) 등의 방법이 있다. 상기한 기상 증착법들은 소정의 타겟로드(target rod) 또는 유리재질의 튜브를 가열하면서, 동시에 기체상태의 원료물질을 공급하여 상기 타겟로드또는 튜브상에 수트를 생성시키므로써 광섬유 모재를 완성해 가는 것이다.Meanwhile, vapor deposition for fabricating an optical fiber base material may include modified chemical vapor deposition (MCVD), vapor phase axial deposition (VAD), and external vapor deposition (OVD). There is this. The vapor deposition methods are to complete the optical fiber base material by heating a predetermined target rod or glass tube and simultaneously supplying gaseous raw materials to generate a soot on the target rod or tube. .
상기한 기상 증착법들 중, 특히 상기 변형화학 기상 증착법은 최초 액상의 원료물질이 소정의 원료물질 공급장치에서 기체상태로 상변화하여 광섬유 모재 증착로로 공급된다.Among the vapor deposition methods described above, in particular, the modified chemical vapor deposition method is the first liquid phase raw material is phase-changed into a gaseous state in a predetermined raw material supply device is supplied to the optical fiber base material deposition.
도 1은 종래의 변형 화학기상 증착 공정의 원료물질 기화량 유지장치(10)를 설명하기 위한 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 변형 화학기상 증착 공정의 기화량 유지장치(10)는, 버블러(11)와, 원료탱크(13)와, 제어부(15)와, 밸브(17)와, 항온조(19)를 구비한다.FIG. 1 is a block diagram illustrating a vaporization amount maintaining apparatus 10 of a raw material in a conventional modified chemical vapor deposition process. As shown in FIG. 1, the vaporization amount maintaining apparatus 10 of the conventional modified chemical vapor deposition process includes a bubbler 11, a raw material tank 13, a controller 15, a valve 17, And a thermostat 19.
상기 버블러(11)는 액상의 원료물질에 기체상태의 산소 등을 공급하여 기체상태로 상변화시켜 광섬유 모재 내부로 공급하는 장치로서, 원료물질의 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 상기 항온조(19)내에 설치된다. 상기 원료탱크(13)는 상기 버블러(11) 내에 원료물질을 보충하기 위한 장치이다. 상기 제어부(15)는 상기 버블러(11) 내에 원료물질이 충분하지 못할 경우 원료물질 보충을 위해 상기 밸브(17)를 개방 또는 폐쇄 명령을 발생시키는 장치이다.The bubbler 11 is a device for supplying oxygen in a gaseous state to a liquid raw material to change the phase into a gaseous state and supplying the inside of the optical fiber base material, so that the temperature of the raw material is kept constant. It is installed in. The raw material tank 13 is a device for replenishing the raw material in the bubbler (11). The controller 15 is a device for generating a command to open or close the valve 17 to replenish the raw material when there is not enough raw material in the bubbler 11.
그런데, 광섬유 모재 증착을 반복하면 버블러(11)내에 원료물질의 양은 감소하게 되며, 버블러(11)내 원료물질의 양이 감소하게 되면, 산소의 공급량과는 상관없이 기체상태로 변화하여 광섬유 모재 증착로로 공급되는 원료물질의 양은 감소하게 된다. 이는 광섬유 모재의 증착량을 다르게 하기 때문에, 광섬유 모재의 품질을 저하시키는 요인이 된다. 따라서, 상기 밸브를 적절하게 조절하여 상기 원료탱크로부터 상기 버블러로 원료물질을 보충시킬수 있도록 구성되어 있다.However, if the fiber base material deposition is repeated, the amount of raw material in the bubbler 11 decreases, and when the amount of raw material in the bubbler 11 decreases, the amount of raw material changes to a gas state regardless of the amount of oxygen supplied to the optical fiber. The amount of raw material fed to the substrate deposition is reduced. This causes the amount of deposition of the optical fiber base material to be different, which is a factor of lowering the quality of the optical fiber base material. Therefore, it is configured to appropriately adjust the valve to replenish the raw material from the raw material tank to the bubbler.
그러나, 종래의 변형 화학기상 증착 공정의 원료물질 기화량 유지장치는 작업자가 직접 버블러 내 원료물질의 잔량을 육안으로 확인하여, 보충해야 할 경우에 제어부를 조작하여 필요한 양을 공급하였다. 이는 전체적인 공정의 진행을 지연시킬 뿐만 아니라, 작업자가 제어부를 조작하기 위해서는 버블러나 원료탱크에 접근해야 하는데 이때, 적은 양의 원료물질 누출이 있을 경우라도 인체에 유해하여 안전사고의 위험성이 있으며, 또한 원료탱크로부터 버블러로 보충되는 원료물질의 양이 작업자에 따라 달라지기 때문에, 양질의 광섬유 모재 제조가 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 버블러에 원료물질을 공급하더라도 버블러만이 항온조 내에 설치되어 있기때문에 새로이 공급되는 원료물질과 이미 버블러 내에 남아 있는 원료물질의 온도차 역시 광섬유 모재의 품질을 저하시키기 때문에, 별도로 버블러 내의 온도를 환원하기 위한 공정지연이 발생하였다.However, in the conventional modified chemical vapor deposition process, the raw material vaporization amount maintaining apparatus directly checks the residual amount of the raw material in the bubbler by the human eye, and supplies the necessary amount by operating the control unit when it is necessary to replenish. This not only delays the whole process but also requires the operator to approach the bubbler or the raw material tank to operate the control part.In this case, even if a small amount of raw material leakage occurs, there is a danger of a safety accident. Since the amount of the raw material supplemented with the bubbler from the raw material tank varies depending on the worker, there is a problem that it is difficult to manufacture a high quality optical fiber base material. In addition, even if the raw material is supplied to the bubbler, since only the bubbler is installed in the thermostat, the temperature difference between the newly supplied raw material and the raw material remaining in the bubbler also degrades the quality of the optical fiber base material. There was a process delay to reduce the temperature.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 작업자의 직접적인 조작을 최소화하고, 원료물질을 보충해야 할 시점을 적절하게 선정하여 보충해야 할 양을 자동으로 공급하며, 버블러에 공급되는 원료물질의 온도를 일정하게 유지시켜 연속적인 공정의 흐름을 유지함과 동시에, 광섬유 모재의 품질을 향상시킬 수 있는 원료물질 기화량 유지장치를 제공함에 있다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to minimize the direct operation of the operator, to automatically select the appropriate time to replenish the raw material to supply the amount to be replenished, raw material supplied to the bubbler By maintaining the temperature of the material to maintain a continuous process flow, and at the same time to provide a raw material vaporization amount maintaining device that can improve the quality of the optical fiber base material.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 변형 화학기상 증착 공정의 원료물질 기화량 유지장치는, 액상의 원료물질을 기체상태로 상변화시키는버블러와, 상기 버블러에 액상의 원료물질을 공급하는 원료탱크와, 상기 버블러와 원료탱크 사이에 설치되어 상기 버블러로 공급되는 원료물질의 유량을 조절하는 조절부를 포함하는 변형 화학기상 증착 공정의 원료물질 기화량 유지장치에 있어서, 상기 버블러의 외주면 일측 또는 그 내부에 설치되어, 상기 버블러 내의 원료물질의 상한 레벨 및 하한 레벨을 검출하는 레벨센서와; 상기 레벨센서로부터 하한 레벨이 검출되면 원료물질 공급신호를 발생시키고, 상기 레벨 센서로부터 상한 레벨이 검출되면 원료물질 공급중단 신호를 발생시켜 상기 조절부를 제어하는 제어부를 구비한다.In order to achieve the above object, the raw material vaporization amount maintaining apparatus of the modified chemical vapor deposition process according to the present invention, a bubbler for the phase change of the liquid raw material to a gas state, and the liquid raw material in the bubbler In the raw material vaporization amount maintaining apparatus of the modified chemical vapor deposition process comprising a raw material tank for supplying a; and a control unit is installed between the bubbler and the raw material tank to adjust the flow rate of the raw material supplied to the bubbler, A level sensor installed at one side of the outer circumferential surface of the bubbler or inside thereof to detect an upper limit level and a lower limit level of the raw material in the bubbler; And a controller for generating a raw material supply signal when a lower limit level is detected from the level sensor, and generating a raw material supply stop signal when an upper limit level is detected from the level sensor.
도 1은 종래의 변형 화학기상 증착 공정의 원료물질 기화량 유지장치를 설명하기 위한 구성도,1 is a configuration diagram for explaining the vaporization amount of the raw material maintaining apparatus of the conventional modified chemical vapor deposition process,
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 변형 화학기상 증착 공정의 원료물질 기화량 유지장치를 설명하기 위한 구성도,Figure 2 is a block diagram for explaining a raw material vaporization amount maintaining apparatus of the modified chemical vapor deposition process according to an embodiment of the present invention,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 변형 화학기상 증착 공정의 원료물질 기화량 유지장치를 설명하기 위한 구성도.Figure 2 is a block diagram for explaining the raw material vaporization amount maintaining apparatus of the modified chemical vapor deposition process according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>Description of the main parts of the drawing
21 : 버블러 23 : 원료탱크21: bubbler 23: raw material tank
25 : 조절부 30 : 항온조25: control unit 30: thermostat
31a, 33a : 상한 레벨 센서 31b, 33b : 하한 레벨 센서31a, 33a: upper limit level sensor 31b, 33b: lower limit level sensor
35 : 유리관 40 : 제어부35: glass tube 40: control unit
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, if it is determined that detailed descriptions of related known functions or configurations may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 변형 화학기상 증착 공정의 원료물질 기화량 유지장치(20)를 설명하기 위한 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 변형 화학기상 증착 공정의 원료물질 기화량 유지장치(20)는 버블러(21)와, 원료탱크(23)와, 조절부(25)와, 레벨 센서(31a, 31b)와, 제어부(40)와, 항온조(30)를 구비한다.2 is a block diagram for explaining a raw material vaporization amount maintaining apparatus 20 of the modified chemical vapor deposition process according to an embodiment of the present invention. As shown in Figure 2, the raw material vaporization amount maintaining apparatus 20 of the modified chemical vapor deposition process according to an embodiment of the present invention is a bubbler 21, the raw material tank 23, the control unit ( 25, the level sensors 31a and 31b, the control part 40, and the thermostat 30 are provided.
상기 버블러(21)는 액상의 원료물질을 기체상태로 상변화시켜 광섬유 모재내부로 공급한다. 상기 원료물질로는 SiCl4(액상) 또는 GeCl4(액상)가 대표적이며, 상기 액상의 원료물질이 충진된 버블러(21) 내에 산소기체를 공급하여 기체상태로 상변화시키게 된다.The bubbler 21 phase-changes a liquid raw material into a gaseous state and supplies the inside of the optical fiber base material. As the raw material, SiCl 4 (liquid phase) or GeCl 4 (liquid phase) is typical, and the oxygen gas is supplied into the bubbler 21 filled with the liquid raw material to change phase into a gaseous state.
상기 원료탱크(23)는 상기 버블러(21)에 원료물질을 보충하기 위한 장치이다. 상기 버블러(21)의 원료물질 충진 용량은 제한되므로, 다수의 광섬유 모재 증착과정을 거치면 원료물질이 소모되면 상기 버블러(21)의 원료물질을 보충하는 것이다.The raw material tank 23 is a device for replenishing the raw material to the bubbler 21. Since the raw material filling capacity of the bubbler 21 is limited, the raw material of the bubbler 21 is replenished when the raw material is consumed through a plurality of optical fiber base material deposition processes.
상기 조절부(25)는 상기 버블러(21)와 원료탱크(23) 사이에 설치되어 원료물질의 공급량을 조절하게 되며, 상기 제어부(40)의 신호에 따라 동작하게 된다.The control unit 25 is installed between the bubbler 21 and the raw material tank 23 to adjust the supply amount of the raw material and operate according to the signal of the control unit 40.
상기 레벨 센서(31a, 31b)는 상기 버블러(21) 내 원료물질의 양을 감지하기 위한 장치로서, 상기 버블러(21)의 외주면 일측에 설치되어 상기 버블러(21) 내 원료물질의 상한 레벨과 하한 레벨을 감지한다. 이때, 상기 레벨 센서(31a, 31b)는 상한 레벨 센서(31a)와 하한 레벨 센서(31b)를 각각 구비할 수 있으며, 그 위치는 상기 버블러(21) 내 원료물질의 양이 일정 수준의 범위 안에 유지 될수 있게 결정된다.The level sensors 31a and 31b are devices for detecting the amount of raw material in the bubbler 21 and are installed on one side of the outer circumferential surface of the bubbler 21 to limit the upper limit of the raw material in the bubbler 21. Detect level and lower limit level. In this case, the level sensors 31a and 31b may include an upper limit level sensor 31a and a lower limit level sensor 31b, respectively, and the position of the level sensors 31a and 31b is in a range of a predetermined level. It is determined to be maintained inside.
상기 제어부(40)는 상기 하한 레벨 센서(31b)로부터 원료물질의 하한 레벨을 감지한 신호가 검출되면, 상기 조절부(25)를 개방하여 상기 원료탱크(23) 내의 원료물질이 상기 버블러(21)로 공급되게 하며, 상기 상한 레벨 센서(31a)로부터 원료물질의 상한 레벨을 감지한 신호가 검출되면, 상기 조절부(25)를 폐쇄하여 상기 버블러(21)에 더 이상 원료물질이 공급되지 않도록 한다.When the control unit 40 detects a signal that detects the lower limit level of the raw material from the lower limit level sensor 31b, the control unit 25 is opened so that the raw material in the raw material tank 23 is supplied to the bubbler ( 21), and when a signal is detected that detects the upper limit level of the raw material from the upper limit level sensor 31a, the control unit 25 is closed to supply the raw material to the bubbler 21 any more. Do not
상기 항온조(30)내부에 상기 버블러(21)와 원료탱크(23)를 모두 설치하여, 상기 원료탱크(23)로부터 상기 버블러(21)로 공급되는 원료물질의 온도를 상기 버블러(21)내 원료물질의 온도와 같게 유지시키므로써, 원료물질 공급후 상기 버블러(21)내 원료물질의 온도를 상변화시 온도로 환원하기 위한 별도의 가열공정이 불필요하게 된다.Both the bubbler 21 and the raw material tank 23 are installed in the thermostat 30, and the temperature of the raw material supplied from the raw material tank 23 to the bubbler 21 is supplied to the bubbler 21. By maintaining the temperature of the raw material in the c), a separate heating step for reducing the temperature of the raw material in the bubbler 21 to the temperature at the time of phase change after supplying the raw material is unnecessary.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 변형 화학기상 증착 공정의 원료물질 기화량 유지장치(50)를 설명하기 위한 구성도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 변형 화학기상 증착 공정의 원료물질 기화량 유지장치(20)는 버블러(21)와, 원료탱크(23)와, 조절부(25)와, 레벨 센서(33a, 33b)와, 제어부(40)와, 항온조(30)를 구비한다.3 is a block diagram for explaining a raw material vaporization amount maintaining device 50 of the modified chemical vapor deposition process according to another embodiment of the present invention. As shown in Figure 3, the raw material vaporization amount maintaining apparatus 20 of the modified chemical vapor deposition process according to another embodiment of the present invention is a bubbler 21, the raw material tank 23, the adjusting unit 25 ), Level sensors 33a and 33b, control unit 40 and thermostat 30.
본 실시예는 선행 실시예와 동일한 구성이나, 상기 레벨 센서(33a, 33b)가 소정의 유리관(35) 내에 삽입되어 상기 버블러(21)내에 설치되는 것이 다르다. 이는 선행 실시예보다 상기 버블러(21) 내 원료물질의 양을 정확하게 측정할 수 있다.This embodiment has the same configuration as the previous embodiment, except that the level sensors 33a and 33b are inserted into a predetermined glass tube 35 and installed in the bubbler 21. This can more accurately measure the amount of raw material in the bubbler 21 than in the previous embodiment.
이상 두 가지 실시예에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 상기 레벨 센서(31a, 31b)를 이용하여 상기 버블러(21) 내 원료물질의 잔량을 일정 범위 내에서 지속적으로 유지하므로써, 기체상태로 상변화 하는 원료물질의 양을 균일하게 하여 광섬유 모재 증착로에서 진행되는 모재의 증착속도를 일정하게 한다. 결과적으로, 광섬유 모재의 증착속도가 일정하게 유지되므로써, 양질의 광섬유 모재를 얻을수 있다.또한, 상기 버블러(21)와 원료탱크(23) 내의 원료물질 온도를 같게 유지시켜 버블러 내 원료물질의 온도를 환원하기 위한 별도의 공정이 불필요하게 되었다.As described in the above two embodiments, the present invention by using the level sensor (31a, 31b) by continuously maintaining the remaining amount of the raw material in the bubbler 21 within a certain range, the phase change to a gas state By uniformizing the amount of the raw material material to make the deposition rate of the base material proceeds in the optical fiber base material deposition furnace to be constant. As a result, the deposition rate of the optical fiber base material is kept constant, whereby a good optical fiber base material can be obtained. Further, the temperature of the raw material material in the bubbler 21 and the raw material tank 23 is kept the same, There is no need for a separate process for reducing the temperature.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.On the other hand, in the detailed description of the present invention has been described with respect to specific embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications are possible without departing from the scope of the present invention.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 변형 화학기상 증착 공정의 원료물질 기화량 유지장치는 액상의 원료물질을 기체상태로 상변화시키는 버블러 내에 원료물질의 양을 일정하게 유지할 수 있으므로, 액체상태에서 기체상태로 상변화하는 원료물질의 양을 일정하게 유지하며, 결과적으로 광섬유 모재 품질의 향상에 기여하게 되었다. 더욱이, 작업자가 직접 버블러 내 원료물질의 잔량을 확인하고, 제어부를 조작하여 원료물질을 공급할 필요가 없으므로, 공정 지연을 방지하고, 안전사고의 위험성을 줄이게 되었다. 더욱이, 버블러와 원료탱크를 동일한 항온조 내에 설치하므로써 버블러 내 원료물질과 원료탱크 내 원료물질의 온도를 동일하게 유지할 수 있게 되어 버블러로 원료물질을 공급한 후 버블러 내 온도를 환원하기 위한 별도의 가열공정이 불필요하게 되므로, 공정시간을 단축하며 생산 비용이 절감되었다.As described above, the raw material vaporization amount maintaining apparatus of the modified chemical vapor deposition process according to the present invention can maintain a constant amount of the raw material in the bubbler for the phase change of the liquid raw material to the gas state, The amount of raw materials that change phase in the gas state is kept constant, consequently contributing to the improvement of optical fiber base material quality. Moreover, the operator does not need to directly check the remaining amount of the raw material in the bubbler and operate the control unit to supply the raw material, thereby preventing process delays and reducing the risk of safety accidents. Furthermore, by installing the bubbler and the raw material tank in the same thermostat, it is possible to maintain the same temperature of the raw material in the bubbler and the raw material in the raw material tank to supply the raw material to the bubbler to reduce the temperature in the bubbler. Since a separate heating process is unnecessary, the process time is shortened and the production cost is reduced.
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