專利名稱：固化光纖的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種生產光纖的設備；并且特別涉及一種包括光纖拉制、冷卻、涂覆和固化的光纖生產設備。
在現有的技術中有多種不同的生產光纖的方法和多種不同的光纖拉制、冷卻、涂覆和固化的方法。例如授予本發明人的美國專利No.5,092,264描述了一種為了減少進入光纖涂覆的熱量濾掉紫外固化燈射向光纖的輻射中的紅外成分的裝置。這一裝置的構成包括一個雙層壁的石英中心管，此石英中心管置于紫外固化燈之內，在輻照時光纖通過其中。管子的環形區中充水以吸收紅外成分，從而可以將涂覆保持于溫度較其他情況下為低的狀態而加速固化過程。
此外，Fussion Systems公司和巖崎電力公司都可提供“冷”的紫外輻照反射器或鏡子。這種反射器可減小在固化時射向光纖涂覆的輻射中的紅外成分。這是依靠其上淀積有可以反射所要的紫外成分但不反射紅外成分的涂覆的鏡子而實現。
現已發現，在生產光纖時涂在光纖上的紫外可固化涂覆，當涂覆溫度超過一定溫度時，將不會完全固化。因此，不管采用多少個紫外燈固化級來固化光纖涂覆，則當光纖涂覆處于高溫下時，該涂覆不會完全固化。同樣還發現，在低溫下固化涂覆時可改善其性能。控制涂覆的溫度很難，因為用于固化光纖涂覆的紫外燈會由于光纖涂覆吸收高強度的紫外和紅外輻射而使光纖涂覆的溫度升高。另外，涂覆固化過程是一放熱反應(產生熱量)。
現有技術的裝置會使涂覆變得很熱，既是由于材料吸收過量的紫外能量，也由于丙烯酸鹽交聯固化反應本身的放熱本性所決定。因此，在工業應用中采用這些方法不會獲得什么重要的好處。
B.Overton等人的一篇題為“固化溫度對紫外固化涂覆熱機械性能的影響”介紹了所希望的涂覆固化水平的發展受到高溫的阻礙的情況。現有技術沒有描述在紫外固化級之間使用冷卻介質以提供更完全的固化。
本發明提供了一種使涂覆光纖固化的方法和設備，其構成至少包括兩個光纖涂覆固化級和一個冷卻級。
至少兩光纖涂覆固化級響應于涂覆光纖以提供部分固化涂覆光纖，并且進一步響應于冷卻的部分固化涂覆光纖以進一步提供固化的涂覆光纖。
冷卻級響應于部分固化的涂覆光纖以提供冷卻的部分固化涂覆光纖。
在操作過程中，本發明可提供一種配置紫外燈的方法以便達到涂覆的膠凝點而得到初始固化水平，然后主動除去反應熱和從第一紫外燈吸收的熱量。之后接著對紫外曝光以完成涂覆的固化。其優點是這種方法使得甚至可以在很高的拉制速度下使涂覆完全固化。為了最大限度地利用這種效果，必須有一個有效的光纖冷卻管。
在紫外固化級之間的冷卻級從光纖除去熱量，于是在其后的紫外固化級中固化時光纖涂覆得到充分固化。本方法包括的步驟為在光纖上施加涂覆、涂覆光纖經過第一紫外固化級使涂覆大部分固化、部分固化涂覆光纖通過使光纖和涂覆的溫度降低的冷卻管并且之后使光纖經過其后的紫外固化級。
本發明并不企求防止涂覆在光纖拉制塔中的固化過程中間發熱。本發明是力圖對光纖上的涂覆進行輻照，從而開始固化反應，然后主動地去除在大部分固化過程中間產生的熱量，再重新輻照材料以求以盡可能快的速度完成此反應。
本發明具有很多優點。首先，可以去掉某些紫外固化級。由于不需要采用附加的紫外固化級和相應的設備投資而可以降低成本。另外，還可以省去與更換紫外燈的各種零部件有關的維護費用。本發明的另外一個優點是可以提高拉制速度。
本發明還有一個優點是光纖涂覆的固化充分，而所需要的紫外燈的數量比較已知的現有技術中所采用的數量要少。
對本發明，無論就其組織還是就其操作方式而言，參考與下面敘述有關的包括
圖1-4的附圖可獲得進一步的了解。
圖1是本發明的發明對象的紫外燈配置實施例的示意圖。
圖2是圖1所示的發明對象的冷卻級的使用圖。
圖3是本發明的發明對象的紫外燈配置另一實施例的示意圖。
圖4是本發明的發明對象的紫外燈配置又一實施例的示意圖。
圖1示出一生產光纖的設備，一般標記為10。廣義上本發明的構成包括可為光纖涂覆F的固化提供一種改進的紫外固化級的方法和設備，一般標記為12，至少包含兩個光纖涂覆固化級14、16和有關冷卻級18。
如圖所示，至少兩個光纖涂覆固化級14、16作用于涂覆光纖F以提供一般標記為F1的部分固化涂覆光纖，并進一步作用于一般標記為F2的部分固化涂覆光纖以便進一步提供一般標記為F3的固化涂覆光纖。
冷卻級18作用于部分固化涂覆光纖F1以提供冷卻的部分固化涂覆光纖F2。
光纖涂覆固化級14具有一個或更多個紫外固化燈。光纖涂覆固化級16具有標記為16(a)、16(b)的一個或更多個紫外固化燈。至少兩個光纖涂覆固化級14、16中的每一個與冷卻級隔開至少一英寸的空間，一般標記為15、17。這至少為一英寸的空間15、17對環境氛圍是完全開放的以便進行敞開式空氣冷卻。在一英寸空間15處的溫度大約為100-110℃，而在在一英寸空間17處的溫度低于60℃。還設想了其中的第二紫外固化燈16(a)、16(b)的每一個都由至少一英寸的空間互相分開的實施例。
在圖1中，光纖生產設備10還包括一冷卻管20、第一涂覆器22、具有第一紫外固化燈24的第一紫外固化級24和第二涂覆器26，以上這些都是本專業所熟知的。如圖所示，改進的紫外固化級12位于第二涂覆器26之后，后者提供涂覆光纖F。但是，本發明的范圍并不想僅僅局限于這樣一種實施例，因為圖3示出的另一實施例中改進的紫外固化級12也位于第一涂覆器22和第二涂覆器26之間，這一點將在下面討論。
圖2中示出的圖1的冷卻級18是主動冷卻管形式，一般標記為30。主動冷卻管30是一個空心管32，在其管壁34中有冷卻氣體流過，一般以圖2中所示的箭頭表示。冷卻氣體的作用是充當由部分固化涂覆光纖F1向空心管32的管壁34的傳熱介質。冷卻氣體是氦，雖然本發明的范圍并不嚴格局限于僅僅使用這種具體氣體。如圖所示，主動冷卻管30的構成包括一般標記為36的一系列圓柱空腔，，其位置在一般標記為38的導熱金屬體內，這些圓柱空腔通過一般標記為40的狹窄孔徑相連。這一系列圓柱空腔36和狹窄的孔徑40形成部分固化涂覆光纖F1所通過的通道。如圖2a所示，這一系列圓柱空腔36中設置有加工成形的突片42以增加導熱金屬38用來吸收通過冷卻氣體由部分固化涂覆光纖F1除去熱量的表面積。冷卻氣體通過的這一系列圓柱空腔36和狹窄孔徑40使冷卻氣體流形成喘流，從而可增加在部分固化涂覆光纖F1和空心管30的管壁34之間的傳熱效率。
圖3示出具有一般標記為50的改進的紫外第一固化級的改進的紫外第一固化級的另一實施例。在圖1和圖3中，兩圖中類似的部件用類似的參考標號標記。改進的紫外第一固化級50至少具有兩個光纖涂覆固化級14′和16′，和一個冷卻級18′。至少兩個光纖涂覆固化級中的一個作用于從第一涂覆器22中出來的光纖以提供部分固化第一涂覆光纖。冷卻級作用于此部分固化第一涂覆光纖F1′。以提供冷卻的部分固化第一涂覆光纖。至少兩個光纖涂覆固化級中的另一個作用于冷卻的部分固化第一涂覆光纖以便向第二涂覆器26提供固化的第一涂覆光纖。
圖4示出一般以60表示的改進的固化級的另一實施例，具有至少兩個光纖涂覆固化級62、64。在此實施例中，圖1-3中的主動冷卻級18為兩個光纖涂覆固化級62、64之間一般標記為76的至少一英寸的間隔所代替，以用于冷卻一般標記為F1′′的部分固化涂覆光纖。
至少兩個光纖涂覆固化級之一62包括兩個紫外固化燈66、68。至少兩個光纖涂覆固化級的另一個64包括三個第二紫外固化燈70、72、74。至少一英寸的空間76整個對環境氛圍開放。還設想了其中的每個第二紫外固化燈66、68、70、72、74的每一個都由至少一英寸的空間互相分開的實施例。
在圖4所示的實施例中，改進的固化級60包括一個將紫外燈66、68、70、72、74設置成為在燈66、68、70、72、74之間有一定的距離。此一距離可為一英寸或更大。燈66、68和燈70、72、74之間的空間可整個地對環境氛圍開放或者部分地由圖3中所示的冷卻裝置30這樣的冷卻裝置填充。
總之，紫外燈66、68、70、72、74精心設計成為互相分開的，以便使熱量可以在兩次紫外照射之間脫離涂覆。圖4中的紫外燈66、68、70、72、74的間隔和圖1-3中插入的主動冷卻裝置18提高了固化反應的速度和效率。主動冷卻管18的設計使得它可以增加冷卻氣體流的喘流以提高光纖或涂覆向外的傳熱效率。
由此可以看到，前面設置的目標和根據上述描述已經清楚的事項都已高效率地到達，并且因為在不脫離本發明的范圍的情況下可以對上述結構進行某些修改，所以在上述描述中所包含的或在附圖中示出的所有事項都應該理解為示意性的而并非限制性的。
還應該理解，下面的權利要求力圖概括此處所描述的本發明的所有的共通特點和個別特點，并且本發明范圍內的所有聲明由于語言上的原因可能不夠準確。
權利要求
1.一種用于固化涂覆光纖(F、F′、F′′)的設備(10)，其構成包括至少兩個光纖涂覆固化級(12、14、14′、16、16′、16(a)、16(b)、62、64、66、68、70、72、74)，對涂覆光纖(F、F′、F′′)施加作用，以提供部分固化涂覆光纖(F1、F1′、F1′′)，并且進一步施加作用于冷卻的部分固化涂覆光纖(F2、F2′、F2′′)，以便進一步提供固化涂覆光纖(F3、F3′、F3′′)；和一個冷卻級(18、18′)，對部分固化涂覆光纖(F1、F1′、F1′′)施加作用，以提供冷卻的部分固化涂覆光纖(F2、F2′、F2′′)。
2.根據權利要求1的設備(10)，其中冷卻級(18、18′)包括一個主動冷卻管(30)。
3.根據利要求2的設備，其中主動冷卻管(30)是一個中空的管子(32)，其管壁(34)有冷卻氣體流過。
4.根據權利要求3的設備(10)，其中冷卻氣體的作用是充當由部分固化涂覆光纖(F1、F1′、F1′′)向空心管(32)的管壁(34)的傳熱介質。
5.根據權利要求4的設備(10)，其中冷卻氣體是氦。
6.根據權利要求2的設備(10)，其中主動冷卻管(30)包括一系列圓柱空腔(36)，其位置在導熱金屬體(38)內，這些圓柱空腔通過狹窄孔徑(40)相連。
7.根據權利要求6的設備(10)，其中一系列圓柱空腔(36)和狹窄孔徑(40)形成部分固化涂覆光纖(F1、F1′、F1′′)所通過的通道。
8.根據權利要求7的設備(10)，其中這一系列圓柱空腔(36)中設置有加工成形的突片(42)以增加金屬的表面積，用來吸收通過冷卻氣體從部分固化涂覆光纖(F1、F1′、F1′′)除去的熱量。
9.根據權利要求7的設備(10)，其中冷卻氣體通過的這一系列圓柱空腔(36)和狹窄孔徑(40)使冷卻氣體流形成喘流，從而可增加在部分固化涂覆光纖(F1、F1′、F1′′)和空心管(32)的管壁(34)之間的傳熱效率。
10.根據權利要求1的設備(10)，其中上述的至少兩個光纖涂覆固化級(12、14、14′、16、16′、16(a)、16(b))與冷卻級(18)由至少一英寸的空間(15、15′、17、17′)分隔。
11.根據權利要求10的設備(10)，其中上述的至少一英寸的空間(15、15′、17、17′)整個地對環境氛圍開放。
12.根據權利要求1的設備(10)，其中冷卻級(18)在上述至少兩個光纖涂覆固化級(12、14、14′、16、16′、16(a)、16(b)、62、64、66、68、70、72、74)之間包括至少一個一英寸的空間(15、15′、17、17′、76)。
13.根據權利要求12的設備(10)，其中上述的至少一英寸的空間(15、15′、17、17′、76)整個地對周圍氛圍開放。
14.根據權利要求1的設備(10)，其中上述的至少兩個光纖涂覆固化級(12、14、14′、16、16′、16(a)、16(b)、62、64、66、68、70、72、74)是紫外燈，用于向涂覆光纖(F、F′、F′′)或冷卻的部分固化涂覆光纖(F1、F1′、F1′′)提供紫外光。
15.一種生產光纖的設備(10)，其構成包括一個第二涂覆器(26)用于提供第二涂覆光纖(F、F′′)；至少兩個光纖涂覆固化級(12、14、14′、16、16′、16(a)、16(b)、62、64、66、68、70、72、74)，對第二涂覆光纖(F、F′′)施加作用，用于提供部分固化第二涂覆光纖(F1、F1′′)，對進一步對冷卻的部分固化第二涂覆光纖(F2、F2′′)施加作用，以便進一步提供冷卻的涂覆光纖(F3、F3′′)；和一個冷卻級(18)，對部分固化第二涂覆光纖(F1、F1′′)作用，用于提供冷卻的部分固化第二涂覆光纖(F2、F2′′)。
16.根據權利要求15的設備(10)，其中該設備還包括一第一涂覆器(22)，用于提供第一涂覆光纖(F′)；至少兩個光纖涂覆固化級(14′，16′)，施加作用于第一涂覆光纖(F′)，用于提供部分固化第一涂覆光纖(F1′)，并且還施加作用于冷卻的部分固化第一涂覆光纖(F2′)，以便進一步提供固化第一涂覆光纖(F3′)；和冷卻級(18′)，施加作用于部分固化第一涂覆光纖(F1′)，用于提供冷卻的部分固化第一涂覆光纖(F2′)。
17. 一主動冷卻管(30)，用于冷卻部分固化涂覆光纖(F1，F1′，F1″)，其構成包括一中空管(32)，其管壁(34)有冷卻氣體流過，該冷卻氣體的作用是充當由部分固化涂覆光纖(F1、F1′、F1″)向空心管(32)的管壁(34)的傳熱介質；在導熱金屬體(38)中的一系列圓柱空腔(36)，由狹窄孔徑(40)相連，形成部分固化涂覆光纖(F1，F1′，F1″)所通過的通道；及設置在一系列圓柱空腔(36)中的加工成形的突片(42)，用于增加管壁(34)壁面的表面積，用來吸收由冷卻氣體從部分固化涂覆光纖(F1、F1′、F1″)除去的熱量。
18.根據權利要求17的主動冷卻管(30)，其中冷卻氣體是氛
19.根據權利要求18的主動冷卻管(30)，其中冷卻氣體通過的這一系列圓柱空腔(36)和狹窄孔徑(40)使冷卻氣體流形成喘流，從而可增加在部分固化涂覆光纖(F1、F1′)和空心管(32)的管壁(34)之間的傳熱效率。
20.根據權利要求1的設備(10)，其中上述的至少兩個光纖涂覆固化級(12、14、14′、62、66、68)中的一個作用于涂覆光纖(F、F′、F′′)，以便提供部分固化涂覆光纖(F1、F1′、F1′′)，并且上述的至少兩個光纖涂覆固化級(12、16、16′、16(a)、16(b)、64、70、72、74)中的另一個作用于冷卻的部分固化涂覆光纖(F2、F2′、F2′′)，以便進一步提供固化涂覆光纖(F3、F3′、F3′′) 。
21. 一種固化涂覆光纖(F、F′、F′′)的方法，包括向第一光纖涂覆固化級(12、14、14′、62、66、68)提供涂覆光纖(F、F′、F′′)；利用第一光纖涂覆固化級(12、14、14′、62、66、68)部分固化涂覆光纖(F、F′、F′′)，以便提供部分固化涂覆光纖(F1、F1′、F1′′)；利用冷卻級(15、15′、17、17′、18、18′76)冷卻部分固化涂覆光纖(F1、F1′、F1′′)，以便提供冷卻的部分固化涂覆光纖(F2、F2′、F2′′)；并且利用第二光纖涂覆固化級(12、16、16′、16(a)、16(b)、64、70、72、74)固化冷卻的部分固化涂覆光纖(F2、F2′、F2′′)，以便提供固化涂覆光纖(F3、F3′、F3′)。
22.根據權利要求21的方法，其中向第一光纖涂覆固化級(12、14、14′、62、66、68)提供涂覆光纖(F，F′，F′′)的步驟包括從第二涂覆器(26)向第一光纖涂覆固化級(12、14、14′、62、66、68)提供涂覆光纖(F、F′、F′′)。
23.根據權利要求21的方法，其中向第一光纖涂覆固化級(14′)提供涂覆光纖(F′)的步驟包括從第二涂覆器(22)向第一光纖涂覆固化級(14′)提供涂覆光纖(F′)。
24.根據權利要求23的方法，其中利用第二光纖涂覆固化級(16′)固化冷卻的部分固化涂覆光纖(F2′)的步驟包括向第二涂覆器(26)提供固化涂覆光纖(F3′)。
25.根據權利要求1的設備(10)。其中上述至少兩個光纖涂覆固化級(62、64、66、68、70、72、74)的每一個由至少一英寸的空間(76)分隔。
全文摘要
一種使涂覆光纖固化的方法和設備,至少包括由一個冷卻級分隔的兩個光纖涂覆固化級。這兩個光纖涂覆固化級之一作用于涂覆光纖,以便提供部分固化涂覆光纖。這兩個光纖涂覆固化級之另一個作用于冷卻的部分固化涂覆光纖,以便進一步提供部分固化涂覆光纖。冷卻級安排在兩個光纖涂覆固化級之間并作用于部分固化涂覆光纖,以便提供冷卻的部分固化涂覆光纖。本發明一個優點是光纖涂覆的固化充分,而所需要的紫外燈的數量比較已知的現有技術方法中所使用的數量要少。
文檔編號B29C35/08GK1193745SQ9810424
公開日1998年9月23日 申請日期1998年1月14日 優先權日1997年1月15日
發明者羅伯特J·奧弗頓 申請人:阿爾卡塔爾-阿爾斯托姆通用電氣公司