광섬유 인출타워의 프레임 구조 {FRAME STRUCTURE OF OPTICAL FIBER DRAW-TOWER}

본 발명은 광섬유 인출장치에 관한 것으로, 특히 광섬유 인출타워의 프레임 구조에 관한 것이다.

통상적으로 한가닥의 광섬유를 제조하기 위해서는 광섬유 모재 제조공정과, 제조된 모재를 광섬유로 인출하기 위한 인출공정으로 이루어진다. 제조된 모재로부터 한가닥의 광섬유로 인출하기 위해서는 광섬유 인출설비가 사용된다. 광섬유 인출설비는 인출타워에 공정순으로 각각의 설비들이 수직방향으로 장착되며, 인출설비의 장착순에 따라서 인출공정이 순차적으로 이루어진다.

통상적으로 사용되는 광섬유 인출설비가 도 1에 도시되어 있다. 도 2는 도 1에 도시된 광섬유 인출설비의 프레임 구조를 나타내는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 척(210)(chuck)에 의해 수직방향으로 정확히 레벨링된 광섬유 모재(100)(preform)는 이송수단(200)에 의해 상하로 이동(화살표②방향)하는 용융로(110)(furnace)에서 충분한 온도(약 2000℃ 이상)로 용융된다. 용융된 모재는 화살표①방향으로 한가닥의 광섬유(120)로 인출된다. 상기 인출된 광섬유(120)는 직경제어기(220)에 의해 직경크기가 제어되고, 냉각장치(230)를 통과하여 상기 광섬유(120)에 피복을 입히기 전에 적합한 온도로 냉각된다. 냉각된 광섬유(130)는 피복장치(240)를 거치면서 피복(자외선 경화 폴리머)이 입혀지고, 다수개의 자외선 경화장치(250)를 통과하면서 경화된다. 상기 광섬유 피복재는 점성과 표면장력에 의해 외주면에 피복이 입혀진다.

이어서 상기 경화장치(250)를 지난 광섬유(140)는 캡스탄(260)(capstan)을 통과한 후, 다수개의 롤러들(270, 275)을 경유하여 권취부(280)(winder)에 권선된다. 상기 캡스탄(260)은 광섬유 모재(100)로부터 소정의 인장력을 제공하여 일정한 직경크기를 갖는 광섬유를 인출할 수 있게 한다. 참조부호 290은 광섬유가 권취되는 테이크-업 릴(take-up reel)이나 스풀(spool)을 지칭한다.

상기 용융로(110)와, 직경제어기(220)와, 냉각장치(230)와, 코팅장치(240)와, 경화장치(250) 및 캡스탄(260)은 스탠드형 인출타워(stand-type draw tower)에 공정순으로 각각의 설비들이 수직방향으로 장착되며, 인출설비의 장착순서에 따라서 인출공정이 순차적으로 이루어진다.

이에 따른 인출타워 프레임 구조의 개략적인 구성도는 도 2에 도시된 바와 같다. 현재까지 상기와 같은 스탠드형 인출타워에서 상기 인출타워의 프레임 구조(150)는 광섬유 인출에 필요한 각종 장비를 부착, 지지하기 위해 필요한 강성만을 고려해왔다. 이러한 강성문제는 단순한 구조에서 개략적인 강도계산에 안전계수만을 고려한 설계였다.

그러나, 최근에는 광섬유 인출 설비들을 장착한 인출타워는 일정이상의 품질을 유지하면서 생산성을 향상하기 위해서 인출속도를 높이는 방향으로 발전되어가고 있다. 광섬유 인출속도가 높아짐에 따라, 회전체나 이동체의 진동이 인출공정에 있는 광섬유에 영향을 주게되어 광섬유의 진원도를 저하시키는 요인이 되었다. 즉, 인출타워의 회전체나 이동체의 진동은 직접적으로 광섬유의 품질과 설비의 안정성을 저하시키는 주요 요인으로 작용하고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 인출타워의 구조적 안정성을 향상시킴과 동시에 인출타워 내부의 회전체나 이동체에서 발생하는 진동을 흡수함으로써 동적상태에서의 안정성을 확보할 수 있는 광섬유 인출타워 프레임 구조를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 광섬유 인출설비의 인출타워에 있어서, 인출 타워의 프레임 구조에 적어도 1개소 이상에 설치되는 지지프레임을 구비함을 특징으로 한다.

도 1은 종래기술의 일 실시 예에 따른 광섬유 인출설비의 구성을 개략적으로 나타내는 구성도.

도 2는 종래기술의 일 실시 예에 따른 광섬유 인출설비의 프레임 구조를 나타내는 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광섬유 인출설비의 프레임 구조를 나타내는 도면.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광섬유 인출설비의 프레임 구조를 나타내는 도면.

도 5 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광섬유 인출설비의 프레임 구조를 나타내는 도면.

도 6a, 도 6b는 인출타워에 지지프레임을 부착하기 전 진동 주파수에 따른 진동량을 각각 나타내는 도면.

도 6c, 도 6d는 도 6a와 도 6b의 일부를 각각 확대한 도면.

도 7a, 도 7b는 각각 인출타워에 지지프레임을 부착한 후 진동 주파수에 따른 진동량을 각각 나타내는 도면.

도 7c, 도 7d 도 7a와 도 7b의 일부를 각각 확대한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

310 : 타워 프레임 320 : 베이스 프레임

330 : 지지프레임 331 : 제1 지지프레임

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광섬유 인출설비의 프레임 구조(300)를 나타내는 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 인출타워의 프레임 구조는 베이스 프레임(320)과 타워 프레임(310)과 지지프레임(330)을 구비한다. 상기 베이스 프레임(320)은 상기 타워 프레임(310)을 고정하는 기초가 된다. 상기 타워 프레임(310)은 하부로부터 제1 타워 프레임(311)과 제2 타워 프레임(316)을 구비한다. 본 실시 예에서는 상기 지지프레임(330)을 단일 프레임으로 구성하며, 이를 제1 지지프레임(331)이라 지칭한다. 상기 베이스 프레임(320) 위에 상기 타워 프레임(310)을 세워 고정하고, 상기 제1 지지프레임(331)의 일단을 상기 제1 타워 프레임(311)의 상단 외주면 부착하고, 타단은 하부로 경사지게 내려와 상기 베이스 프레임(320)의 상면 가장자리에 고정된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광섬유 인출설비의 프레임 구조(400)를 나타내는 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 인출타워의 프레임 구조는 베이스 프레임(420)과 타워 프레임(410)과 지지프레임(430)을 구비한다. 상기 베이스 프레임(420)은 상기 타워 프레임(410)을 고정하는 기초가 된다. 상기 타워 프레임(410)은 하부로부터 제1 타워 프레임(411)과 제2 타워 프레임(416)을 구비한다. 본 실시 예에서는 상기 지지프레임(430)을 이중으로 구성하며, 이를 제1 지지프레임(431), 제2 지지프레임(434)라 지칭한다.상기 베이스 프레임(420) 위에 상기 타워 프레임(410)을 세워 고정하고, 상기 제1 지지프레임(431)의 일단을 상기 제1 타워 프레임(411)의 상단 외주면 부착하고, 타단은 하부로 경사지게 내려와 상기 베이스 프레임(420)의 상면 가장자리에 고정된다. 상기 제2 지지프레임(434)은 제1 지지프레임(431)과 겹치도록, 일단은 상기 제1 타워 프레임(411)의 상단 외주면에 부착하고, 타단은 하부로 경사지게 내려와 상기 베이스 프레임(420)의 상단 외주면을 지나 지면에 고정된다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광섬유 인출설비의 프레임 구조를 나타내는 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 인출타워의 프레임 구조는 베이스 프레임(520)과 타워 프레임(510)과 지지프레임(530)을 구비한다. 상기 베이스 프레임(520)은 상기 타워 프레임(510)을 고정하는 기초가 된다. 상기 타워 프레임(510)은 하부로부터 제1 타워 프레임(511)과 제2 타워 프레임(516)을 구비한다. 상기 지지프레임(530)은 이중으로 구성하되, 제1 지지프레임(531)을 포함하고, 두번째 지지프레임은 상기 타워 프레임(510)에 부착되는 위치에 따라 제2 지지프레임(534)과 제3 지지프레임(537)로 구성된다. 상기 타워 프레임(510)을 상기 베이스 프레임(520)의 상면에 세워 고정하고, 상기 제1 지지프레임(531)의 일단을 상기 제1 타워프레임(511)의 상단 외주면에 부착하고, 타단은 하부로 경사지게 내려와 상기 베이스 프레임(520)의 상면 가장자리에 고정된다. 상기 제2 지지프레임(534)은 제1 지지프레임(531)과 겹치도록, 일단은 상기 제1 타워 프레임(511)의 상단 외주면에 부착하고, 타단은 하부로 경사지게 내려와 상기 베이스 프레임(520)의 상단 외주면을 지나 지면에 고정된다. 상기 제3지지프레임(537)은 상기 제2 타워 프레임(516)의 상단 외주면에 부착되고, 상기 제1 타워 프레임(511)의 상단까지 상기 제2 타워 프레임(516)과 수평하게 내려와, 상기 제1 지지프레임(531)과 평행하게 연장되어 지면에 고정된다. 하기에 설명될 실험에서는 도 5에 도시된 실시 예에서 상기 지지프레임(530)을 4개소에 설치하였다. 상기 지지프레임(530)중 제1 지지프레임(531)은 4개소 모두에 설치하고, 상기 제2 지지프레임(534)과 제3 지지프레임(537)은 각각 2개소에 설치하였다.

도 6a∼도 6d는 인출타워에 지지프레임을 부착하기 전 진동 주파수에 따른 진동량을 각각 나타내는 도면이다.

도7a∼도 7d는 인출타워에 지지프레임을 부착한 후 진동 주파수에 따른 진동량을 각각 나타내는 도면이다.

본 발명의 효과를 검증하기 위하여 상술한 실시 예들을 대상으로 한 실험에서는, 상기 지지프레임(330)을 상기 타워 프레임(310)의 네 모서리 부분에 결합하여, 종래 인출 타워에 비해 프레임 전체의 굽힘 강성을 증가시켰다. 또한 상기 지지프레임(330)에 상기 타워 프레임(310)을 지지하는 역할을 부여함으로써, 광섬유 인출을 위한 각종 장비의 작동 속도 영역에서 발생하는 진동을 억제, 흡수할 수 있는 능력을 증대시켰다.

상기 지지프레임을 부착한 광섬유 인출타워 프레임이 부착하지 않은 그 것보다 굽힘강성에 강할 것이라는 것은 자명한 사실이다. 굽힘강성의 크기는 이론적인 계산 방식이나 컴퓨터 시뮬레이션으로 상기 지지프레임의 크기나 재질, 부착위치등의 조건을 고려하여 구할 수 있을 것이다. 본 발명에 대한 실험에서 컴퓨터 시뮬레이션 방법인 유한요소법(FEM)으로 계산한 결과 상기 지지프레임을 부착하기 전보다 부착한 후에 굽힘강성이 1.3∼2배가 증가됨을 구할 수 있었다. 이 값은 상기 지지프레임의 크기, 재질, 부착위치, 부착방법에 따라 달라질 것이다. 도 3∼도 5에 도시된 실시 예에 대하여 행한 진동 주파수에 따른 진동량 측정 실험에서 측정된 데이타를 비교하여 다음의 표 1과 같은 결과를 얻을 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광섬유 인출타워의 프레임 구조는 지지프레임을 부착함으로써, 굽힘강성이 증가하여 인출타워 프레임의 구조적 안정성이 향상되며, 인출타워 내의 회전체나 이동체에 의한 진동량이 감소하여 광섬유의 품질, 특히 진원도 향상에 기여할 수 있다.