专利名称：涂覆光学纤维用的多位涂覆机组件的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及涂覆光学纤维，更具体地说，本发明涉及一种装置，用于涂覆多种涂层至一个光学纤维。
本发明的背景光学纤维的生产通常包括拉伸一个光学纤维，它经常是由二氧化硅玻璃组成的，以及随后涂覆保护涂层材料到纤维上。主涂层材料典型地含有较软的聚合物材料，它保护纤维避免位移以及与此相关的损失。同样，主涂层有助于吸收施加至涂覆的纤维的力，以及防止它们传送至纤维芯。典型地，一个第二层涂层材料含有较高模量的聚合物材料，它涂覆在主涂层上。第二层保持涂覆的光学纤维的高的强度和耐磨性。每个纤维因此涂覆后必须能够在跨过其整个长度承受在安装和使用时纤维暴露的应力水平。涂层还具有的功能是防止空中的颗粒撞击在以及粘附在拉伸的纤维的表面上，这能够削弱纤维和影响其传输性能。同样，涂覆涂层至拉伸的纤维防止了表面磨损，所述磨损可能作为随后的制造过程以及安装时搬运的结果而产生。
光学纤维能够使用一种湿涂覆过程涂覆，它典型地包括通过一个液体聚合物材料的贮箱拉伸一条纤维，以及随后借助在固化辐射下曝光使液体的聚合物固化和变硬，固化辐射比如是紫外线灯。在一个双联涂覆过程中，两种涂层是串联地或同时地涂覆(在相同的涂覆机或模具组件内)。串联的排列是涂覆一个主涂层，它随后固化以及随后涂覆一个第二涂层以及固化。在同时的双联涂覆排列中，两个涂层材料被涂覆，在此之后它们固化。在两种情况下，主涂层是典型的低模量聚合物材料，以及第二涂层是较高模量的聚合物材料。为了便于说明，仅讨论同时的双联涂覆排列。
可以预料，从制造的观点出发，希望的是，在给定的时间期限内生产出最大数量的涂覆的光学纤维，而又保持质量标准。这样一来，光学纤维的最大拉伸速度是制造过程的主要目标。当拉伸速度或纤维的速率增加时，主涂层和第二涂层的流动必须增加，以保持这些涂层的直径。典型地，在同时的双重涂覆的排列中，第二涂层的流率比较容易调节，因为无论是第二模具的开孔的压力或直径能够借助较少的换位而增加。可以想像，调节第二模具的开孔的压力比调节它的直径消耗的时间较少和要求较少的努力。因此，希望的是，选择一个给定直径的第二模具开孔，它能够调节拉伸速度的一个范围，以及按照改变拉伸速度的要求调节压力。这样是可能的是因为光学纤维在双联涂覆装置内的定中心保持在涂覆主涂层的装置的一部分内。在双联涂覆装置的主涂层的部分内光学纤维的定中心是借助使用聚合物的主涂层前进通过主涂层开孔时产生的粘弹力实现的。这些粘弹力借助保持主开孔的直径尽可能小而增加，而这时仍保持希望的主涂层直径。
一系列的因素影响通过主开孔的主涂层直径，这些因素是涂覆主涂层时的压力，主涂层开孔的直径，光学纤维的温度，主涂层的温度和纤维通过开孔的拉伸速度。任何这些因素的调节，无论是单独的或者是组合的，由制造观点看会产生缺点。例如，增加主涂层的涂覆压力倾向于减少定中心力，同样，调节主涂层的压力极大地不利于主涂层流动率的增加，因为流动率倾向于被拉力控制，这是由于主涂层开孔的直径较小。增加主开孔的直径可以增加主涂层的流动率。然而，当主开孔直径增加时，在主开孔内产生的粘弹力减小，因此减小了使用于光学纤维在装置内定中心的力。减小的定中心力经常导致不同心的涂层和涂层缺陷。为了增加光学纤维和主涂层之间的拉力，或者降低涂层温度，或者降低光学纤维温度。然而，降低光学纤维和主涂层的温度要求增加氦的使用(经常地使用于冷却)。由于氦是昂贵的，较大的氦的消耗转变为增加的制造费用。
双位涂层装置存在的另一个普通的问题是，当光学纤维的拉伸速度增加时，斜面废品或不能使用的纤维增加。这点在很大程度上是由于事实上现在的主涂层开孔是这样定尺寸的。使希望的主涂层直径是对给定的光学纤维速度达到的。在其它的因素(涂覆压力，纤维温度，涂层温度等)恒定的条件下，典型的主涂层开孔仅能在拉伸速度的狭窄的范围内调节，比如设计速度的15％。例如，对光学纤维拉伸速度为25m/sec定尺寸的主涂层开孔仅能在拉伸速度21和25m/sec之间生产良好的纤维。在此狭窄范围以外拉伸的光学纤维将潜在地具有超出合格极限的主涂层。如上所述，较大的范围要求增加的氦消耗，以降低光学纤维温度以及因此增加主涂层的流动。
从上面的说明能够理解，希望的是具有一种简单的、较廉价的和有效的装置，用于涂覆光学纤维，从而有利于以增加的拉伸速度生产光学纤维，而又保持希望的主涂层直径。
本发明的概述简要地说，本发明提供在一个光学纤维上涂覆一个主涂层和一个第二涂层用的一种装置和一种方法。涂覆机组件的一个代表性的实施例包括主涂层的至少一个增压源，一个第一主贮箱用于涂覆主涂层的第一层至光学纤维，一个第一主模具，包括一个第一主开孔，构造为确定主涂层的第一层的尺寸，一个第二主贮箱用于涂覆主涂层的第二层至光学纤维，一个第二主模具，包括一个第二主开孔，一个第二涂层的增压源，一个第二贮箱，用于涂覆一层第二涂层至光学纤维，以及一个第二模具，包括一个第二开孔，构造为确定第二涂层的层尺寸。
在一个光学纤维上涂覆一个主涂层和一个第二涂层用的涂覆机组件也可以看作是在一个光学纤维上涂覆一个主涂层和一个第二涂层用的一种方法。在此方面，一个代表性的方法可以广泛地总结为下列步骤涂覆主涂层的第一层至光学纤维，涂覆主涂层的第二层至主涂层的第一层，以及涂覆第二涂层至主涂层的第二层。
在一个光学纤维上涂覆一个主涂层和一个第二涂层用的涂覆机组件的其它的系统、方法、特点和优点，对于一个技术熟练人员来说，在研究了下列的附图和详细的说明之后会变得明确起来。这里的意图是，全部这些补充的系统、方法、特点和优点应包括在本说明书内、本涂覆机组件的范围内和受所附权利要求书的保护。
附图的简要说明涂覆机组件可以参见下列的附图更好地理解。附图内的这些部件不需要按照比例，而强调的是根据清晰地示出涂覆机组件的原理。并且，在附图内，相同的图号表示在连贯的几个图内相关的部件。
图1是涂覆涂层至光学纤维用的系统的示意图，包括本发明的涂覆机组件的一个优选的实施例。
图2是本发明的涂覆机组件的一个优选的实施例的横剖面图。
图3是图2所示的第一主涂层模具的横剖面图。
图4是图2所示的第二主涂层模具的横剖面图。
图5是图2所示的第二涂层模具的横剖面图。
图6是图2所示的涂覆机组件的一部分的局部的横剖面图。
图7是沿图2所示的涂覆机组件的直线6-6切取的横剖面图。
图8是图7所示的第一主模具的横剖面图。
图9是图7所示的第二主模具的横剖面图。
图10是图7所示的第二模具的横剖面图。
图11是一个流程图，示出按照本发明的光学纤维的一种涂覆方法的优选的实施例。
现在将参见附图详细地说明涂覆机组件。虽然涂覆机组件是参照
的，并不是有意地局限于这里公开的实施例。相反，它有意地覆盖全部的变动、改进和等同内容，它们包括在所附权利要求书限定的涂覆机组件的精神和范围内。
优选的实施例的详细说明现在参见图1，示出一个系统10，它使用于将一个圆柱形的预制件13拉伸至一个光学纤维11，以及随后使用按照本发明的多位涂覆机组件100的一个优选的实施例涂覆光学纤维11。典型地，光学纤维11的制造由拉伸玻璃预制件13开始，它保持在一个电炉12内，温度2000℃或更高。各种仪表16，比如包层直径和纤维拉伸计提供反馈至电炉温度和拉伸绞盘速度控制器(图中未示出)。光学纤维11前进通过数个冷却级，比如一个退火槽14和一个激冷槽18，它们控制光学纤维11的轴向温度在一个希望的范围内。当光学纤维11已充分冷却，典型地低于80℃，两种保护的液体涂层使用多位涂覆机组件100涂覆。注意，虽然两种保护的涂层是典型的，不同数量的保护涂层能够使用多位涂覆机组件涂覆。随后，涂层固化，典型地在紫外线烘炉20内进行，光学纤维11缠绕在一个卷取盘上(图中未示出)。
图2是多位涂覆机组件100的横剖面图，它用于图1所示光学纤维的涂覆。为了清晰起见，准备涂覆的光学纤维设有前进通过涂覆机组件100。然而，如图6所示，一个准备涂覆的光学纤维101沿着入口开孔132，第一主开孔152，第二主开孔166，以及第二开孔186的中心线前进。在装配状态，涂覆机组件100包括一个模具帽120，一个入口模具130，一个第一主模具140，一个第二主模具160，一个第二模具180，以及模体部分102。在优选的实施例中示出，模体部分102包括一个空腔103，具有锥体壁，用于接收和支承第一主模具140。
模体部分102包括一个主涂覆源104，一个第一主涂覆口108(图7)，一个第二主涂覆口110，一个第二涂覆源106(图7)，以及一个第二涂覆口112(图7)。如图2和7所示，模体102的第一主涂覆口108供给进入在第一主模具140内形成的一个环形槽146，邻接模体部分102。环形槽146与在第一主模具140内形成的第一主涂覆口108液体贯通。在模体部分102内形成的第二主涂覆口110与主涂覆源104和在第一主模具140内形成的相关的第二主涂覆口110液体贯通。在模体部分102内形成的第二涂覆口112与第二涂覆源106和在第一主模具140和第二主模具160内形成的相关的第二涂覆口112液体贯通，如图7所见。应该指出，虽然示出的是多个的主涂覆源104，和第二涂覆源106，涂覆机组件100的实施例可以设想，其中一个单独的主涂覆源104与第一主涂覆口108和第二主涂覆口110两者液体贯通。同样，实施例可以设想，其中使用一个单独的第二涂覆源106。
如图3所示，第一主模具140包括一个第一空腔142和第二空腔144。第一空腔142排列和构造为接收一个入口模具130(图2)。入口模具130包括一个入口开孔132，光学纤维通过它前进。入口开孔有助于保证主涂层不会向上流动和流出第一主涂覆贮箱148。第二空腔144排列和构造为接收第二主模具160和第二模具180。如前指出，第一主模具140包括一个环形槽146和第一主涂覆口108。如图所示，最好，第一主模具140包括四个第一主涂覆口108，由第一主涂覆贮箱148延伸至环形槽146，这样使每个第一主涂覆口108是垂直于相邻的第一主涂覆口108。第一主涂覆口108的排列允许供给至第一主涂覆贮箱148以一种方式减少施加至位于第一主涂覆贮箱148内的光学纤维上的横向力。邻接第一主涂覆贮箱148的是锥形段150，在其中粘弹力开始形成，从而有助于光学纤维定中心。邻接锥形段150的是第一主开孔152。第一主开孔152排列和构造为这样，使在第一主开孔152内发展的粘弹力为光学纤维定中心。在第一主开孔152内形成的粘弹力保持通过涂覆机组件100光学纤维的正确的定中心。在某些优选的实施例中，第一主开孔具有长度约25至35密耳，最好为30密耳，以及宽度约7至15密耳，最好小于13密耳。
第一主模具140的第二空腔144排列和构造为接收第二主模具160。如前指出，第一主模具140包括第二主涂覆口110，它与设置在模体部分102内的相应的第二主涂覆口110对准。如下面的详细的讨论，第一主模具140的第二主涂覆口110还与在第二主模具160内形成的第二主入口164对准。同样，第一主模具140包括第二涂覆口112，与在模体部分102内形成的相应的第二涂覆口112对准(图7)。第二涂覆口112还与第二涂覆入口184对准(图10)。
如图4所示，第二主模具160包括一个第二主贮箱162，第二主入口164，以及一个第二主开孔166。如以上指出，第二主入口164借助第二主涂覆口110与主涂覆源104液体贯通。这样一来，第二主贮箱162涂覆第二层主涂层至第一层主涂层上，第一层主涂层是涂覆在第一主涂覆贮箱148内的光学纤维上，以及被第一主开孔152定尺寸。第二主开孔166是这样定尺寸，使第二层主涂层的直径能够借助控制主涂覆源104的压力来调节，如下面详细的讨论。当定中心力已发展以及借助第一主开孔152控制时，保持光学纤维在第二主模具160内的定中心是不必关心的。在某些优选的实施例中，第二主开孔166具有长度约10至20密耳，宽度约11至17密耳。
如图5所示，第二模具180包括一个第二涂覆贮箱182，第二涂覆入口184，以及一个第二开孔186。第二模具180接收在第二主模具160内，这样使第二入口184与第二主模具160的第二涂覆口112液体贯通，如图7所见。当光学纤维前进通过第二涂覆贮箱182，第二涂层涂覆至光学纤维上的第二层主涂层上。光学纤维随后前进通过第二开孔186，它这样定尺寸，使第二涂层的直径能够借助控制第二涂覆源106的压力来调节。在某些优选的实施例中，第二开孔具有长度约10至20密耳和宽度约15至22密耳，最好，第二模具180和第二主模具160是借助穿入螺纹紧固件而固定就位，螺纹紧固件通过两个模具160和180的保持凸缘168螺纹接合设置在第一主模具140内的安装孔(图内未示出)。
参见图6，讨论使用按照本发明的涂覆机组件100的光学纤维101的涂覆过程。光学纤维101前进通过入口模具130和进入第一主涂覆贮箱148，其中主涂层保持在压力下。入口开孔132的直径最好这样选择，它足够宽，以避免光学纤维101碰撞在其上，以及足够窄，以便使在主涂覆贮箱148内增压的主涂层有效地保持，而不是通过入口开孔132升起。同样，入口开孔132的直径是这样选择，使空气避免进入主涂覆贮箱148以及因此进入主涂层。涂覆主涂层时的压力具有两个目的，包括在入口开孔132内密封主涂层顶住光学纤维，从而防止气泡侵入，以及推动主涂层通过第一主开孔152，以帮助保持主涂层的直径。如以前指出，第一主开孔152使用于保持光学纤维101的定中心，其方法是借助增加在其中产生的粘弹力，它作用在光学纤维101上。
在前进通过第一主开孔152之后，光学纤维101进入第二主贮箱162，在其中一个第二层主涂层涂覆在光学纤维101上。如图所示，第二主贮箱162形成在第一主模具140和第二主模具160之间，邻接第一主开孔152。第二主贮箱162能够或者由相同的主涂覆源104供给，它供给第一主涂层贮箱148，或者由一个单独的主涂层源104供给。由于通过涂覆机组件100的定中心力是借助第一主开孔152保持的，第二主开孔166能够定尺寸，较少地关心施加至光学纤维101的定中心力的作用。这样一来，第二主开孔166能够这样定尺寸，使第二层主涂层的直径是借助涂覆主涂层时的压力来控制。因此，第二层主涂层涂覆在光学纤维101上的方式，与涂覆第二涂层的相同。公开的排列的一个优点是，由于在第一主开孔152内产生的粘弹力，光学纤维101保持定中心，而主涂层的压力使用于确定涂覆在光学纤维101上的主涂层的最终的直径。由于涂覆的主涂层的直径不再取决于固定的开孔直径，涂覆机组件100能够在跨越一个极大的拉伸速度范围保持恒定的主涂层直径。
此外，由于涂覆在光学纤维101上的主涂层的总直径现在是借助控制涂层的压力来调节，一个简单的算法调节主涂层的压力能够使用于保持希望的主涂层的直径。涂覆主涂层时的压力与以前指出的控制主涂层的流动率的因素比较(纤维温度，涂层温度等)，能够更迅速地改变。因此，在涂覆机组件100开始工作时产生较少的斜面废品，因为涂覆机组件100比典型的涂覆机组件对拉伸速度的改变响应更大，在典型的涂覆机组件内在一个给定的主开孔内涂覆的主涂层的厚度是借助改变至一个光学纤维的激冷槽的氦的流动率来控制的。应该指出，改变主涂层的压力具有对主涂层顶住光学纤维的密封最小的影响，从而使第一主涂覆贮箱148和第二主涂覆贮箱162能够由一个单独的增压的涂覆源104供给。
图7是沿图2的直线6-6切取的涂覆机组件100的横剖面图，示出整个的横剖面。图8-10分别地是第一主模具140，第二主模具160以及第二模具180的详细的横剖面图，如图7所示，以及为了更清晰表现本发明的一个优选的实施例的结构。应该指出，虽然图2-10示出主涂层涂覆为两层以及第二涂层涂覆为一个单独层，这里无意限制涂覆机组件仅为这样的形状。例如，实施例可以设想为其中第二涂层涂覆为多层，或者除了主和第二涂层外，还涂覆涂层作为补充层。
涂覆一个主涂层和一个第二涂层至一个光学纤维用的涂覆机组件可以看作是提供涂覆一个主涂层和一个第二涂层至一个光学纤维用的一种方法。在此方面，如图11所示，一个代表性的方法能够广泛地总结为下列的步骤涂覆主涂层的第一层至光学纤维上(如方框202所示)，涂覆主涂层的第二层至主涂层的第一层(如方框204所示)，以及涂覆一层第二涂层至主涂层的第二层(如方框206所示)。
应该强调，本涂覆机组件100的上述的实施例，尤其是“优选的”实施例仅是可能的实施的实例，仅是为了清晰地理解本涂覆机组件100的原理而列出。许多的变动和改进可以在不脱离本涂覆机组件100的精神和原理的条件下列入上述的实施例中。所有这样的变动和改进有意地包括在本涂覆机组件100的公开内容的范围内，以及由下列的权利要求书保护。
权利要求
1.一种涂覆机组件，用于将一个主涂层和一个第二涂层涂覆至一个光学纤维，此组件包括主涂层的至少一个增压源；一个第一主贮箱，用于涂覆主涂层的第一层至光学纤维；一个第一主模具，包括一个第一主开孔，构成为可确定第一层主涂层的尺寸；一个第二主贮箱，用于涂覆主涂层的第二层至光学纤维；一个第二主模具，包括一个第二主开孔；一个第二涂层的增压源；一个第二贮箱，用于涂覆第二涂层至光学纤维；以及一个第二模具，包括一个第二开孔，构造为确定第二涂层的层尺寸。
2.按照权利要求1的涂覆机组件，其特征在于，还包括一个入口模具，包括一个入口开孔，其中，入口开孔，第一主开孔，第二主开孔和第二开孔是实质上在轴向上对准的，以及其中第一主贮箱设置在入口开孔和第一主开孔之间，以及第二主贮箱设置在第一主开孔和第二主开孔之间，以及第二贮箱设置在第二主开孔和第二开孔之间。
3.按照权利要求2的涂覆机组件，其特征在于，第一主贮箱和第二主贮箱由主涂层的一个单独的增压源供给。
4.按照权利要求2的涂覆机组件，其特征在于，主涂层的至少一个增压源还包括主涂层的一个第一和一个第二增压源，第一增压源供给第一主贮箱以及第二增压源供给第二主贮箱。
5.按照权利要求2的涂覆机组件，其特征在于，第一主开孔具有长度约25至35密耳以及直径小于约13密耳，第二主开孔具有长度约10至20密耳以及直径约11至17密耳，以及第二开孔具有长度约10至20密耳以及直径约15至22密耳。
6.按照权利要求1的涂覆机组件，其特征在于，第一主开孔定尺寸和构造为建立希望的定中心力。
7.按照权利要求1的涂覆机组件，其特征在于，第二主开孔的尺寸和构造为，使主涂层的第二层取决于主涂层的增压源的压力，该压力供给第二主贮箱。
8.按照权利要求2的涂覆机组件，其特征在于，第一主贮箱与第一主开孔液体贯通，第二主贮箱邻接第一主开孔，以及第二贮箱邻接第二主开孔和第二开孔。
9.在一个涂覆机组件内涂覆一个主涂层和一个第二涂层至一个光学纤维的一种方法，包括下列的步骤涂覆主涂层的第一层至光学纤维；涂覆主涂层的第二层至主涂层的第一层；以及涂覆一层第二涂层至主涂层的第二层。
10.按照权利要求9的方法，其特征在于，还包括下列的步骤使用第一主开孔确定主涂层的第一层的尺寸；以及借助当主涂层作为第二层涂覆时的压力调节确定主涂层的第二层的尺寸。
11.按照权利要求10的方法，其特征在于，主涂层的第一和第二层是用来自一个单独的增压源的相同的压力涂覆的。
12.按照权利要求10的方法，其特征在于，主涂层的第一层是由第一增压源涂覆的，以及主涂层的第二层是由第二增压源涂覆的。
13.按照权利要求10的方法，其特征在于，它还包括一个步骤是借助第二涂层涂覆时的压力调节确定第二涂层的尺寸。
14.按照权利要求10的方法，其特征在于，涂覆第一层的步骤还包括光学纤维前进通过第一主贮箱和第一主开孔，涂覆第二层的步骤还包括光学纤维前进通过第二主贮箱和第二主开孔，以及涂覆第二层涂层的步骤还包括光学纤维前进通过第二贮箱和第二开孔。
15.按照权利要求10的方法，其特征在于，第二层确定尺寸的步骤还包括在涂覆主涂层时的压力调节，与光学纤维通过涂覆机组件的拉伸速度成正比。
16.一种涂覆机组件，用于将一个主涂层和一个第二涂层涂覆至一个光学纤维，包括一个第一主模具，包括一个第一主开孔，构造为确定主涂层的第一层的尺寸；一个第二模具，包括一个第二开孔，构造为确定第二涂层的尺寸；以及一个第三模具，包括一个第三开孔，构造为确定一层涂层的尺寸。
17.按照权利要求16的涂覆机组件，其特征在于，涂层还包括主涂层。
18.按照权利要求16的涂覆机组件，其特征在于，还包括一组模具，每个模具具有一个开孔。
19.按照权利要求16的涂覆机组件，其特征在于，涂层还包括第二涂层。
20.按照权利要求16的涂覆机组件，其特征在于，涂层还包括一个第三涂层，不同于主涂层和第二涂层。
全文摘要
将一个主涂层和一个第二涂层涂覆至一个光学纤维用的一种装置，包括主涂层的至少一个增压源，一个第一主贮箱，用于涂覆主涂层的第一层至光学纤维，一个第一主模具，包括一个第一主开孔，构造为确定主涂层的第一层的尺寸，一个第二主贮箱，用于涂覆主涂层的第二层至光学纤维，一个第二主模具，包括一个第二主开孔，一个第二涂层的增压源，一个第二贮箱，用于涂覆一层第二涂层至光学纤维，以及一个第二模具，包括一个第二开孔，构造为确定第二涂层的尺寸。
文档编号G02B6/44GK1524818SQ20041000367
公开日2004年9月1日 申请日期2004年2月5日 优先权日2003年2月28日
发明者尼鲁珀默·肯克雷, 尼鲁珀默 肯克雷, C 摩尔, 罗伯特·C·摩尔, 德 塔贝杜尔, 马哈茂德·塔贝杜尔, W 希罗伊西, 贾森·W·希罗伊西 申请人:菲特尔美国公司