用于承载光导纤维的卷筒的制作方法

专利名称:用于承载光导纤维的卷筒的制作方法
本发明涉及一种用于承载光导纤维的卷筒。特别是涉及可用于光导纤维的制造和加工，设有供光导纤维两端的接口装置、并提供具有高度稳定性缠绕型式而不会将该纤维在缠绕层间缠乱的这种能力的一种卷筒。
从光导盘料中抽出的一根连续不断的光导纤维，经涂敷、处理、测定，然后将其一端固定到卷筒上。美国专利4，291，841中公开了装载光导纤维的方法和装置，并提有权利要求
。
承载光导纤维的卷筒有一些其它的用途。它被用于贮存光导纤维，当进行诸如光纤带制作，光缆制作及重新缠绕等其他操作时输放和收绕该纤维，还可被用于将绕在其上的光导纤维运送到进一步加工这些纤维的其它公司。
目前在工业中，常用的一种模压卷筒具有通过园筒毂连接的两个盘状凸缘，该模压卷筒可由一种丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)制成，例如由聚乙烯材料制成。一般地讲，目前最常用的卷筒包括一个筒毂，该筒毂长10.2厘米、而直径大约为15.2厘米，该处的凸缘直径大致为20.3厘米。一般地，该筒体或筒毂涂有一层类似泡沫的材料以起到垫层的作用，并使该光导纤维的绕层稳定。
在盘料尺寸限定了从盘料中抽出纤维的数量时，即通常不超过2000米，于早些年的光导纤维的制造中，上述的卷筒是很令人满意的。另外，对这样长度的纤维而言，其缠绕型样也未表现出有什么不好。一种型样是其旋圈导致了其外形在毂的中部直径较大，而朝着两端凸缘方向其直径逐渐变小。另一种型样，在毂的大部分上厚度相等，而在靠近其中一个凸缘的地方呈锥形。此例可见于美国专利4，545，542。
如人们可以预期的那样，为了能增加于一次抽拔操作中的光导纤维的长度，须努力增大该盘料的尺寸。为适应这些更长的操作运转，有些光导纤维的制作商开始采用一种具有较长轴毂的一种卷筒，以一种朝着该轴毂的一端或两端凸缘处向下方倾斜的缠绕模式将累积起的层高降至最低限度的方式改进了这种卷筒的包装稳定性。然而，使层高减到最小和坡状的缠绕方式导致了承载量比该卷筒的应有容量要小。另一种方法则是采用较之过去所采用的有更大直径的凸缘的一种卷筒，并且光导纤维的缠绕方式是由凸缘到凸缘的。当凸缘采用盘式时，凸缘对凸缘式缠绕在一层中的最后一圈与紧靠卷圈的凸缘之间经常会造成一个空裆。结果，接继而来的下一层的最后一圈就可能会落入这个空裆，甚至可以下落几层，至使在输放过程中造成缠结。为避免这种情况，则经常采用敞开式的缠绕模式。可这种缠绕方式则又导致包装容量的降低。
用于收卷光导纤维用的卷筒，以及用于作进一步加工的和供运送用的卷筒还必须具备至少一个附加特征。缠绕于该卷筒上的光导纤维的两端，对于测量和标示特征的目的则必须是方便的。很明显，缠绕在该卷筒上的这段光导纤维的最后的那部分应当是随时可以找到的。而必须预先作好对缠绕于该卷筒上的那根光导纤维初始端部的接受。另外，随后的测量及特征标示，对进一步加工，两端都容易找到，这会是最理想的。
现有技术中尚未出现这样的一种理想的卷筒可供使用。需要、而似乎尚未供备的这种卷筒，其上可以收卷相对更长的一段光导纤维，并对该段光导纤维的每一端都供备接口。另外，本发明的卷筒会使缠绕其上的光导纤维的包装稳定可靠，而不会有使从该卷筒上输放出的光导纤维损坏的旋绕缠结。
本发明的卷筒克服了上面提到的问题。本发明的卷筒可被用于适应从盘料中抽出的光导纤维，例如在连续的加工中输放光导纤维，以及贮存和运送光导纤维。该卷筒包括一个筒毂，它有一纵向轴及垂直于该纵向轴且大体为园形的横截面。第一和第二凸缘部分固定到筒毂的两端，每一个凸缘都是一个截锥形，其直径大的一端面向外，而直径小的一端与筒毂相连接。更具体地说，第一凸缘连接了一个收集件，用以收集几圈光导纤维并为缠绕于该卷筒上的那根光导纤维的一端端部提供接口。该收集装置包括一个近似于盘状的凸缘和一个在其上缠绕有若干圈光导纤维的园柱形表面。
在第一凸缘上的槽口允许光纤的一部分由此延伸通过，与在筒毂上的光纤和在该收集装置上的光纤相连接。其优点是在第一凸缘上的这个槽口作得足够宽，至使由此通过的光导纤维的那一部分的宏弯曲或微弯曲基本上得以避免。还有，该第一凸缘与在那里悬伸有收集装置槽的一个大直径部分具有大体相等的厚度，而该收集装置槽是由园柱体表面、盘形凸缘和第一凸缘所限定的。这就进一步地使在第一凸缘上的槽口处通过并伸延的光导纤维上那部分的弯曲减少到最小程度，以避免任何微观的或宏观的弯曲损耗。本发明的卷筒的优点还在于增加了组成集装光纤的旋绕稳定性。另外，这种卷筒便于贮运，并且它的使用在送放过程中较少出问题。
图1是本发明卷筒的透视图;
图2是图1中卷筒的平面图;
图3是图1中卷筒的端视图;
图4是图2中卷筒沿线4-4的轴向剖视图;
图5是具有紧靠凸缘处一个筒毂的现有技术中卷筒纵向剖面示意图的一部分，其中凸缘垂直于轴毂;
图6是邻近凸缘的一个卷筒筒毂的纵向剖面示意图的一部分，其中该凸缘的向外的表面与轴毂成锐角;
图7A-7C是邻近凸缘处的卷筒的一系列纵向剖面示意图的一部分，其中该凸缘的外表面与筒毂所成角不是90°。
现参考图1至3，在卷筒的透视图中，由标号20表示卷筒，卷筒20适于承载一定量的缠绕在卷筒上的光导纤维23。光导纤维23由园圈表示、标号为21-21(见图4)。卷筒20可在自动装载装置中作为承载卷筒使用。另外，它也可在成缆线上作输放光导纤维之用、贮存光导纤维或可作运送光导纤维的装置。卷筒20可由聚乙烯或ABS树脂材料，或多孔状苯乙烯材料制成。
由图1及2中可以看出，卷筒20包括一个园柱形的毂22及连接到毂两端的两个凸缘件24和26。在最佳实施例中，毂22由泡沫材料27所覆盖，用光导纤维围着毂缠绕到覆盖层上。在最佳实施例中，泡沫材料由聚氨基甲酸脂或聚乙烯材料制成，其厚度大致在0.48厘米。凸缘24和26呈截锥形，其内向的直径大致与毂22的直径相等，外向的直径比内向的直径大。
从图1至3中可清楚地看到，凸缘26和24径向相对地开有槽口28-28。所述槽口28-28适于一段光纤23从此处穿过。更确切地说，在一个凸缘上的槽口28-28与另一个凸缘上的槽口对正。在最佳实施例中，沟槽29添有在其中引伸的泡沫材料27，并与在两个凸缘上的两个对正的槽口相互对齐。这种布置使得运用一把切割刀片(未予显示)去除卷筒20上光导纤维旋绕启动的料头，而不会损坏卷筒。
卷筒20还具有一个收集装置，其总体由标号30表示。参见图1、2和4，该收集装置30包括一个环槽32，该环槽由凸缘34、园柱形表面36和凸缘24的外表面38所限定。凸缘24的槽口28-28使收集装置的槽32与卷筒毂22之间容易连通。从图2可以看到，从凸缘24的外直径边缘40伸出一部分，成为收集装置的园周面36。
在最佳实施例中，凸缘24和26，其外向的直径为20.8厘米，内向的直径大致为15.2厘米。毂的长度大致为14.5厘米，卷筒20的全长为18.3厘米，从凸缘24的外边到凸缘26的外边的全长大约为17.5厘米。卷筒收集装置的凸缘34的直径约为16.8厘米，其厚度约为0.24厘米。
收集装置30适于收集缠绕在卷筒20上的光纤23的几圈21-21。更准确地说，卷筒用于纤维抽拔自动卷绕装置时，收集装置适于收集被绕在卷筒20上的初始几圈。在卷绕中，分配器(未予显示)由对准卷满的卷筒位置移向在该卷筒20上的光纤从绕满的卷筒上被切断之后，夹持该光纤23的一个夹持装置(未予显示)，与之对正。然后该分配器横跨移至凸缘34，使光纤23的几圈21-21绕于收集装置30的环槽32内。
随后，分配器移到与接合处42一致的位置，其接合处位于毂22与凸缘24内表面之间。这样，光导纤维被导引通过槽口28-28中的一个，并开始缠绕到毂22上。夹持装置把光导纤维的自由端保持住，否则它就会在环槽32中被松开。在筒毂22被绕满光导纤维23的旋圈21-21，或旋绕进规定数量的光导纤维以后，分配器被移到需要的位置，以便把光导纤维移到另一空的卷筒上。
显然，卷筒20也可不必采用自动装绕装置。光导纤维23的初始部分可用手工方法缠绕到收集装置的环槽32上，使光导纤维通过凸缘24上的一个槽口28-28，然后把旋圈21-21绕到筒毂22上。
收集少量旋圈的光导纤维和承载的纤维的主要部分间的光导纤维的一段44(见图2)所要穿过的槽口22处是重要性的所在。从图2可以清楚地看出，槽口28的宽度可以保证光导纤维的一部分44以最小弯曲的平缓角度在此处穿过，以避免引起光导纤维的宏弯曲或微弯曲的损耗。更进一步地说，凸缘24的厚度是一个常数，且第一凸缘的外表面横断面和第一凸缘槽口28-28的壁部都做有倒角。这些措施也有助于保持光导纤维23的那部分44处，以平缓的角度由收集装置30的环槽上的旋圈21-21穿到筒毂22上去。若凸缘24的外向表面垂直于收集槽32的表面，那么该凸缘就成了实心截锥体，而接近收集槽的凸缘宽度就会很宽，以致光导纤维连接部分44处的曲度增加，则可能导致局部的高损耗。
每一个凸缘26和34设有一个中心开口41、两个弧形开口43-43和一定数量的其它开口45-45(见图1和图3、4)。中心开口适于接收缠绕或输放装置的心轴，而开口43-43和45-45适于接收输放或卷绕装置的驱动掣子或操作者的手指，以便贮存或输送卷筒。开口45a和45b之间的空间是为了把光导纤维的识别标记或标签贴到卷筒上而设置的。
卷筒20的外形作成这样，其目的是使在凸缘24和26之间的光导纤维23的数量达到最多，同时能基本上避免光导纤维的所有绕圈21-21缠乱。其优点在于本发明的卷筒形状避免了这些空裆间隙。这是靠带有向内的表面50和52完成的，它们相对筒毂22其锥体各自向外。其结果是缠绕光导纤维的每一连续层比现有层上的旋圈21-21要多。由于这种布置，在每一个凸缘上每一层最后的旋圈21与凸缘接触。结果，即使下面一层与凸缘有间隙，其最外的一圈在接触凸缘内表面之前也仅能下落一层。
这种布置使光导纤维23的旋圈21-21凸缘对凸缘的缠绕中不会有在间隙中被绊住的危险。由于该卷筒的全部容量被利用了，而不需要借助于如以前所公开的美国专利4，545，542中所述的那样，把光导纤维绕成锥形。另外，这种卷筒允许正常的光导纤维缠入，不同于某些纤维生产厂家为了解决间隙问题而业已采用的蓝式编织模式。无缠结并且还能扩大容量和利用每一个卷筒的容量，这一点使得这种卷筒成为对希望按程序操作加工纤维、或将纤维最终运送至使用者的光导纤维厂商们有魅力的包装装置。
每个凸缘与筒毂纵向轴所构成的角度对于可以体现锥形凸缘卷筒20的全部优点是重要的。在卷筒20中，这样的几何关系由一个α角所限定，该α角由厚度相等的每一个凸缘24和26内向的表面与筒毂的纵向轴构成。参见图5，在现有技术中的卷筒，α角为90°，每一连续层被缠绕到毂56上，以便光导纤维的旋圈21-21在靠近凸缘58的连续层间相互对齐。万一最后一圈21与凸缘没有接触到，那么在最后一圈21与凸缘58之间就形成了间隙。这样就使缠绕到凸缘下一层的最后一圈陷入该间隙，从而造成了这样一个机会，即在送放过程中可以导致在间隙中的旋圈产生缠绕并损坏光导纤维。另外，除了与凸缘壁接触，每一圈光导纤维都会因为此后相邻绕圈间不能叠垒而处于某种不稳定状态。
在图6和7A至7C中，卷筒20的筒毂22与凸缘26之间的夹角α，例如是锐角。显然，相似的视图应当适用于另一侧凸缘24。其优点在于只要采用α角小于90°，即可仅只形成一层，并且邻近凸缘的光导纤维绕圈21在那里的间隙在与该锥形凸缘的内向表面接触之前仅能下落一层。然而，如在图6中所示，角度为30°时，旋圈21-21不能够象所希望的那样稳定。除了邻近筒毂的那一层以外，邻近于凸缘内向表面的旋圈在水平方向上都没有对正。
在图7A、7B和7C中，所述卷筒的α角分别是75°、60°和45°。在图7A中，每一层的旋圈21-21在水平方向对齐，而每一连续层的每一圈只与它下方旋圈中的一圈和邻近旋圈的两边相接触。在图7C中，旋圈21-21与图5的情况相类似，其中某些层中的端部旋圈可能与同层的其它旋圈不对正。更进一步地说，由旋圈64、66、67和69所形成的空间62可以看出，这种缠绕不是最好的。
与上述的各种角度比起来，在图7B中的角度表现出具有最优的缠绕密度和卷筒容量。进一步地说，每一层的所有旋圈21-21是对正的。重要的是从稳定性的角度看，除了每一层的端圈之外，在邻近于筒毂22的那一层之后的每一连续层的旋圈21可在在先绕层中的两个绕圈之间被叠垒。例如标号为21a的旋圈即叠垒于旋圈21b和21d之间并与它们相接触。
现在参见图7B和7C，可以看出具有60°几何形状的卷筒是最具优越性的。由于此角的缘故，在通过卷筒纵向轴的卷筒的任意一个纵向断面上，平行于筒毂22的每一个光纤旋圈直径与光纤的园周的那些交点都对准其上或其下的一个形心轴72。例如在图7B中，旋圈21a园周上的径向点74与21b的形心轴72b对正，而相对的径向点76与旋圈21c的形心轴72c和旋圈21d的形心轴72d对正。另外，每层的每一旋圈在另一旋圈和一个凸缘、或在另一层的两个旋圈之间叠垒。除了与凸缘接触的那些靠外的旋圈外的每一旋圈，沿着与筒毂相平行一线测试的各园周上的点都与其叠垒的另一层的两根纤维的形心轴心对准。
在图7A中，凸缘外向表面与水平方向所成的角度与图7B中的不同，为75°。可以看出，通过连续旋圈的邻近层在垂直方向的形心轴间的横向位移大致等于光导纤维半径的一半，而不是像图7B中的为半径值。其结果是、图7A中的每层缠绕的每个旋圈不能与另一层的两旋圈接触叠垒，而只能与它的一个旋圈接触。显然，这导致了一种状态，它不如图7B中的布置那么稳定。
根据以上的观察，可以推断出凸缘24和26的内向表面与毂22的纵向轴间存在有一个最佳角度。在最佳实施例中，从缠绕密度和稳定性角度考虑，凸缘与卷筒20的筒毂之间所夹的锐角α为60°。该角导致的型样结果由图7B所示。更进一步地说，在卷筒的宽度和凸缘及筒毂直径确定的条件下，相对陡的α角比缓的α角能提高其容量。
上面是对本发明的简要描述。本领域内的普通技术人员应用本发明的原理可以变换出许多其他方案，然而这些均未超出本发明的宗旨和范围。
权利要求
1.一种适于承载光纤旋圈的卷筒，所述卷筒包括一个筒毂，该筒毂有一纵向轴和垂直于所述纵向轴并有大体为园形的横断面，第一和第二凸缘部分被固定在所述筒毂的两端；为了给光纤的端部提供接口，一个收集装置固定到所述的第一凸缘上以便聚集少量旋圈的光纤，其特征在于每个凸缘都是一个截锥形，其直径大的一端面向外，而直径小的一端与所述筒毂相连接，此外，所述第一凸缘有一个在所述第一凸缘径向开设的槽口；并且所述收集装置包括有一个凸缘，以及其上可绕旋圈的园周面，在第一凸缘上的所述槽口有足够的宽度，所述第一凸缘的厚度足够的薄，以使得光纤在由所说收集装置上的旋圈延伸通过槽口至筒毂上旋圈去的那一部分的弯曲至最小。
2.按照权利要求
1所述的卷筒，其特征在于其中所述收集装置的凸缘、园周面和第一凸缘构成了一个环槽，在该环槽上聚集有一个预定数量旋圈的绕在卷筒上的光纤。
3.按照权利要求
1所述的卷筒，其特征在于所述第一凸缘的一个自由周边边缘部向外悬伸于所述收集装置的所述园周表面部分。
4.按照权利要求
3所述的卷筒，其特征在于所述第一凸缘的厚度基本是常量，以使连接所述收集装置与筒毂上的旋圈的光纤的那一部分的弯曲减至最小。
5.按照权利要求
1所述的卷筒，其特征在于所述每个第一和第二凸缘上开设有径向相对的槽口，所述第一凸缘上的每个槽口将所述收集装置上的环槽与所述筒毂连通，并且所述第一凸缘上的所述槽口与在第二凸缘上的所述槽口相对正。
6.按照权利要求
5所述的卷筒，其特征在于所述的筒毂由弹性材料所覆盖。
7.按照权利要求
6所述的卷筒，其特征在于所述弹性材料上开有单一的槽，该槽在所述筒毂上沿伸，并与所述第一凸缘上槽口中的一个及在第二凸缘上与之相对准的一个槽口对正。
8.按照权利要求
1所述的卷筒，其特征在于所述第一凸缘的外表面的横截面和形成所述槽口的表面作有倒角。
9.按照权利要求
1所述的卷筒，其特征在于所述第一凸缘和第二凸缘的内向表面与所述筒毂纵向轴形成的角度有一个规定的值，以使缠绕到所述卷筒上光纤旋圈的缠绕密度最大，并使缠绕稳定性最优。
10.按照权利要求
9所述的卷筒，其特征在于每个所述第一和第二凸缘的内向表面与所述筒毂的纵向轴之间形成的锐角大致为60°。
11.一种集装的光导纤维包括适于承载光纤旋圈的卷筒，该卷筒有一个筒毂，该筒毂有一纵向轴和垂直于该纵向轴的大体为园形的横断面，第一和第二凸缘部分被固定到所述筒毂的两端，一个收集装置固定到所述的第一凸缘上用以聚集少量旋圈的光纤，并为光纤的端部提供接口;所述卷筒的特征在于每个凸缘都是一个截锥形，其直径大的一端向外而直径小的一端与所述的筒毂相连接，此外，所述第一凸缘有一个在其径向形成的槽口;并且所述的收集装置包括了一个凸缘和一个其上绕有旋圈的园围表面，在所述第一凸缘上的槽口有足够的宽度，且所述第一凸缘的厚度足够地薄，以使得从收集装置上的旋圈延伸通过该槽口去到筒毂上的旋圈的光纤的那一部分的弯曲为最小;并且一定量的光纤旋圈被绕到所述筒毂上。
12.按照权利要求
11所述的集装光导纤维，其特征在于所述收集装置的凸缘、园周表面和第一凸缘构成了一个环槽，在该环槽上聚集有一个预定数量旋圈的绕于该卷筒的光纤，该光纤至少有一旋圈布置在该收集装置上，所述的这至少一旋圈光纤是由延伸通过在该第一凸缘上的槽口处的光纤的一部分与绕于筒毂的旋圈相连接的。
专利摘要
绕放较长光纤用的卷筒20由锥形凸缘24、26及毂22组成。毗邻凸缘有收集器30、卷筒为光纤始端供备接口。槽32通过锥形凸缘24的相对槽口28-28与毂连通。绕在两个同轴卷筒的一个上的光纤，先在环槽中绕几圈，再通过锥形凸缘上的槽口绕到毂上而转移至另一卷筒。为防槽口处光纤44损耗，槽宽至使那部分光纤弯曲和缓。向外成坡伏的卷筒提供稳定的缠绕模式，防止输放缠结。选择锥形凸缘的最佳坡度可使稳定缠绕模式的卷筒容量最大。
文档编号B65H75/28GK87107971SQ87107971
公开日1988年8月10日 申请日期1987年10月23日
发明者达里尔·莱斯特·米尔斯 申请人:美国电话电报公司