專利名稱：纖維涂覆方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及纖維涂覆方法和設備，尤其用于涂覆光學纖維。
背景技術：
已知通過將光學纖維放在管中來保護它們。一種熟知的將纖維放在管中的方法包括纖維噴射(或“噴射纖維”)。與本申請一同轉讓的歐洲專利申請No.0108590描述了一種纖維噴射技術，其中在空氣緩沖墊上將纖維噴射到管中，依靠粘滯曳力來推進纖維。
為了進一步保護纖維，已知傳統(tǒng)的樹脂涂層，例如硅酮涂層或紫外線(UV)處理的丙烯酸酯聚合體，提供了免于損害和微裂紋的保護。已發(fā)現(xiàn)，將玻璃微球體或其他顆粒物質嵌入纖維上的樹脂涂層(例如，丙烯酸酯聚合體)中提供了用于噴射纖維的特別良好的效果。將涂層涂覆到包括一根纖維或一捆纖維的光學纖維單元上。
與本申請一同轉讓的歐洲專利申請No.0521710描述了一種改進的涂覆光學纖維單元的方法，從而在噴射纖維過程中獲得較好的粘性阻力和較低的摩擦力，在該過程中將諸如通常在10到200μm直徑之間的微球體的顆粒物質嵌入該樹脂涂層中。在該過程中，從一鼓輪通過涂覆另一樹脂涂層的第一樹脂處理系統(tǒng)來供給纖維，該纖維單元經過一通道中的大量流體化/充氣的微球體(優(yōu)選地帶有靜電用于均勻涂覆)。微球體粘附在樹脂涂層上，并對該涂層進行UV處理。
這種已知方案的問題是，纖維入口和出口會被顆粒阻塞，從而需要停機時間來清除阻塞。這在微球體帶有靜電時尤其是一個問題，這是由于它們相對于纖維單元表面來說更易于吸引到其他表面上。
US5851450描述了一種方案，其中在通道中引入有湍流以獲得微球體在樹脂涂層中的均勻分布。進入橫向管中的微球體向下偏轉以引入湍流，且此外通過在通道中的角肋來進一步引入湍流。而且，纖維入口和出口成形為使顆粒從入口和出口偏離。這種方案的問題是在沒有有效地重建設備的情況下難于調節(jié)工作特性，這是因為其工作高度依賴于通道的結構。
已知方案的另一問題是限制了用于涂覆纖維的生產速度，而使設備在不嚴重影響嵌入的微球體的均勻分布的情況下，不能達到300m/min量級的速度。
已知方案的其他問題是在某些情況下難于確保已知設備沒有微球體泄漏。

發(fā)明內容
本發(fā)明由后附的權利要求來限定。


現(xiàn)在，將參考附圖以示例的方式來描述本發(fā)明的實施例，在附圖中圖1是纖維涂覆系統(tǒng)的部件的方框圖；圖2是根據第一實施例的纖維涂覆單元的方框圖；圖3是根據第一實施例的變體的纖維涂覆單元的方框圖；圖4是用于纖維涂覆設備中的正壓室的方框圖；圖5是根據第二實施例的纖維涂覆單元的示意圖；圖6是沿圖5的線A-A剖取的剖視圖；圖7是沿圖5的線B-B剖取的剖視圖；圖8是根據第三實施例的纖維涂覆單元的示意圖；圖9是沿圖8的線C-C剖取的剖視圖；以及圖10是沿圖8的線D-D剖取的剖視圖。
具體實施例方式
用于推進并涂覆光學纖維的材料、設備部件和處理過程對于本領域的技術人員是熟知的，這里僅參考圖1對它們進行概括描述?？傮w上用10表示的設備包括光學纖維單元12，其包括從鼓輪引出(離線操作)或直接在上游(未示出)形成(在線操作)的單根纖維或一捆纖維。沿用箭頭A表示的方向來牽引纖維。一個或多個方向輥14設置成可容易地控制纖維單元12的牽引方向。纖維經過樹脂涂覆元件16并從那里進入微球體涂覆單元18，在其中用微球體來涂覆纖維單元。靜電聚焦電子槍(未示出)可與涂覆單元18相關聯(lián)以使微球體帶電，并因此提高它們對纖維單元12的吸引力。此外，正壓室優(yōu)選地位于涂覆單元18的纖維入口和出口處，以防止微球體泄漏。下面更詳細地描述可互換的微球體涂覆單元18的范圍，且它們構成了本發(fā)明的基礎。接著，涂覆的纖維單元12進入UV處理單元20中，并從那里到達任何相應的下游處理單元。
盡管示出了沿豎直方向來涂覆纖維單元12(取決于強加于涂覆單元18的涂覆方式)，但是通過提供適當?shù)姆较蜉?4也可使纖維單元12在涂覆過程中同樣地橫向運行。
光學纖維自身可以如涂層一樣為任何適當?shù)念愋停揖唧w地適當涂層的一個示例為可UV處理的丙烯酸酯聚合體。任何適當?shù)念w粒物質都可嵌入在涂覆單元18的涂層中，但優(yōu)選地應用固態(tài)玻璃的且直徑通常在10到200μm之間的微球體。纖維單元12通過所述設備的供給速度可超過300m/min。在本發(fā)明的整個描述中，相同的附圖標記表示相同的部件。
在圖2中示出了纖維涂覆單元18的第一實施例。被未處理的樹脂涂覆的纖維單元12經過涂覆室190，其包括大體圓柱形的玻璃管191，玻璃管191的每一端都終止于基本實心(solid)的塊件(199a和199b)，而所述塊件均限定了具有截頭圓錐體表面(192和193)的室。纖維單元12還經過鄰近第一端192的正壓室72和鄰近第二端193的正壓室74。
空氣和微球體的混合物通過兩個管道196而被許可進入涂覆室，且這兩個管道196經過塊件199a和位于截頭圓錐體表面192中的孔194a。盡管在本實施例中僅有兩個管道和孔，但是應理解可使用多個或者通過塊件199a的壁或者直接進入管191中的管道/小孔(如稍后在圖3中所示)來導入空氣和微球體混合物。通過在漏斗(未示出)中使微球體流體化或者通過機械測量方法(mechanical metering method)來生成空氣和微球體混合物。接著，將微球體和沿管道196推入的空氣流一起輸送進玻璃管191中。
通過管191來分配空氣和微球體混合物，以使微球體接觸并粘附到纖維單元12的未處理的樹脂涂覆表面上?？諝饬骱捅惠斔偷奈⑶蝮w沿管191流動，并通過凈化出口195排出，凈化出口195收集沒有粘附到纖維單元12上的未使用的微球體。所收集的空氣和微球體混合物通過經管道196和孔194a再次進入而回收以供以后使用。
過濾膜197跨越第一端192的整個截面區(qū)域延伸，除了包含纖維單元12的正壓室72突出穿過的區(qū)域外。膜197用于防止任何微球體通過排氣管道198而排出所述室，排氣管道198通過允許空氣如箭頭A所示離開所述室而用來卸壓。此外，可通過管道198和膜197引入的空氣有助于微球體流通過所述室。
振動機構200連接到關閉管191的頂部的塊件199a上。振動機構200用于使得較小的振動或搖動透過塊件，并因此將局部振動供給由塊件和入口194a及膜197一起包圍的室的部分，包括管頂部。該振動可有助于防止一些微球體不期望地沉淀在例如截頭圓錐體表面192的表面上，并通過防止微球體在由塊件199a限定的室內聚集而提高了微球體通過管191的流動。圖2中示出的振動機構200由空氣驅動，但是應理解可使用任何適當?shù)恼駝踊驌u動裝置。
空氣和微球體混合物通過管道196的流速是可控制的，從而允許反饋以改變在纖維單元12上微球體的涂覆密度。下游傳感器(未示出)可檢測到涂覆密度，并且一控制單元可相應地改變空氣和微球體流直到獲得希望的涂層。
在圖3中示出了第一實施例的變體，其中相同的附圖標記表示相同的特征。在該變體中，沿著玻璃管的圓柱形部分在交錯位置處(如管196和孔194b所示)引入空氣和微球體混合物。
參考圖4，現(xiàn)在將更詳細地描述正壓室72。該室包括兩個細長的管狀部205和206，它們通過入口207接合在一起，通過入口207引入加壓空氣。這些部分一起限定了半徑變化的通道208，纖維單元12可無阻礙地通過該通道。從入口207進入通道的氣流沿著遠離入口的兩個方向流動，而較大比例的空氣流向管191?？諝饬髟诓煌较蛏系谋壤艿饺绺綀D所示的兩個細長管狀部205和206之間的內徑差D1＞D2(其中，D1是最靠近管191的管狀部205的內徑)的影響。
可選擇地，或此外，長度差L2＞L1可用于影響空氣流的比例。
上述正壓室72的工作產生了進入管191的氣流，從而基本防止了微球體進入壓力室72中及從中排出，并且在比纖維涂覆單元中傳輸微球體的空氣壓力高的壓力下工作。應理解，在涂覆室的相對端處的相應壓力室74以類似的方式工作。
在圖5到7中示出了纖維涂覆單元18的第二實施例，它包括正壓室301、涂覆室302和正壓室303。被未處理的樹脂涂覆的纖維單元12沿箭頭300所示方向經過上述室。在涂覆室302中的空氣和微球體混合物使得多個微球體粘附在纖維單元的未處理樹脂涂層上，接著如前述在下游對該未處理樹脂涂層進行處理。
涂覆室302包括兩個由圓柱形玻璃管191分離的基本實心的塊件304和305，它們一起限定了纖維單元12經過其中的通道。空氣和微球體混合物通過形成在上塊件304中的兩個入口管道306和307而進入涂覆室302(沿箭頭308和309所示的方向)。兩個管道306和307通向塊件304中的環(huán)形腔314。腔314繞著纖維單元將通過其中的通道而同心形成，且直接通向玻璃管191的端部。在圖6中示出了沿A-A線向上看的涂覆室302的剖視圖，其示出了環(huán)形腔314，和連接在其頂部的管道306和307?？諝夂臀⑶蝮w混合物經過該環(huán)形腔而后進入玻璃管191中。
通過使微球體在漏斗(未示出)中流體化或者通過機械測量方法來生成空氣和微球體混合物。利用通過管道306和307、腔314和玻璃管191空氣流來輸送微球體，在玻璃管191中進行纖維的涂覆?？諝夂臀⑶蝮w混合物最終經過下塊件305中的截頭圓錐形腔310，下塊件305繞著纖維單元將經過其中的通道而同心地形成。未使用的空氣/微球體混合物通過三個出口311a、311b和311c而排出涂覆室302，并且如果需要，所述混合物能通過經入口管306和307再次進入而回收以供以后使用。在圖7中示出了沿線B-B剖取的塊件305的剖視圖。
通過改變經過入口管306和307的空氣/微球體混合物的供給速度可容易且快速地調節(jié)粘附在纖維單元12上的玻璃微球體的分布情況。在纖維單元12退出纖維涂覆單元后，下游傳感器(未示出)可檢測到在纖維單元12上的微球體的涂覆密度或分布情況，并且可設有控制單元以改變空氣/微球體的供給速度，從而相應地改變密度或分布情況。
正壓室301和303設在涂覆室302的每一端處，從而防止微球體從涂覆室泄漏，并保護系統(tǒng)在纖維單元進入和離開涂覆室處不被微球體阻塞。正壓室301包括由管312形成的細長的圓柱形通道313，纖維單元12將通過其中。在該通道的中間處通過管道214設置有入口，加壓氣體通過該入口進入通道313。管312的一部分延伸通過塊件304。
通道313設計成在入口的任一側具有不同的最小內徑，通道313在與涂覆室相距最遠的入口側的部分(即，在位置313a處)具有較小的最小內徑。因此，通過入口管214進入通道的加壓氣體將優(yōu)先沿著朝向涂覆室302的方向流動。
正壓室301設計成使得通道313與環(huán)形腔314的端部基本一同終止，空氣/微球體混合物流過腔314，因此確保了纖維單元被保護而不會使微球體太深地嵌入在樹脂涂層中。
正壓室301、管306和307以及腔314的設計一起確保了通過管道306和307的空氣/微球體混合物流不再被導向基本徑向向內的方向(這可產生使微球體顆粒撞擊纖維單元的力過大，導致微球體嵌入地太深和/或損壞纖維單元)，而相反已被重新導向以沿著室302基本縱向地在管191中流動。因此，當進入管191時氣體/微球體混合物流(即，此時氣體/微球體混合物中的分子的各個流動矢量的矢量和)被導向成相對于纖維單元12的最接近部分的縱向軸線基本平行。當然，在混合物中具有分子的各種速度和方向的分布情況，從而使微球體撞擊并粘附在樹脂涂層上，但是整個流基本與纖維平行的事實意味著防止了大量微球體以極高的速度直接撞擊到纖維上。這使得系統(tǒng)以非常高的速度運行，從而相應地增加了空氣/微球體混合物流而不會損傷纖維單元和/或產生差的涂覆質量，并且獲得通常在300-500m/min之間的速度。
應理解，在涂覆室302的另一端處的相應正壓室303與室301在設計和工作方面相似。
第二實施例的纖維涂覆單元的設計也在操作上便于纖維單元12穿過。通過從每一端經過正壓室301和303插入一桿來實現(xiàn)這種穿過，所述桿具有在玻璃管191中心會合的配合連接。玻璃管的透明性質允許使用者容易地看到兩個桿的配合連接端，它們一旦連接在一起就可被拉動直到其中一個桿(纖維可以穿過的管)延伸通過整個室302。接著，可通過管來供給纖維單元，而后將管移除。
在圖8到10中示出了纖維涂覆單元18的第三實施例，它包括正壓室301、涂覆室802和正壓室303。被未處理的樹脂涂覆的纖維單元12沿箭頭300所示方向經過所述室。在涂覆室802中的空氣和微球體混合物使得多個微球體粘附在纖維單元的未處理樹脂涂層上，接著如前述在下游對該未處理樹脂涂層進行處理。
涂覆室802包括兩個由圓柱形玻璃管191分離的基本實心的塊件804和305，它們一起限定了纖維單元12經過其中的通道。空氣和微球體混合物通過形成在上塊件804中的兩個入口管導806和807進入涂覆室802(沿箭頭308和309所示的方向)。兩個管道806和807通向塊件804中的環(huán)形腔814，塊件804繞著纖維單元將通過其中的通道而同心形成。腔814成形為具有截頭圓錐形外壁并直接通向玻璃管191的端部。在圖9中示出了沿線C-C剖取的涂覆室802的剖視圖，其示出了通向環(huán)形腔814的入口管道806和807?？諝夂臀⑶蝮w混合物經過該環(huán)形腔而后進入玻璃管191中。
盡管圖9示出了入口管道806和807朝向纖維單元將通過其中的通道而被大體徑向向內導向，但是它們實際上稍微偏離徑向位置。這導致當空氣/微球體混合物以一角度撞擊腔814的內壁時改善了它們的混合，并也提高了混合物通過所述室的流動。這允許系統(tǒng)以非常高的速度運行，從而增加了空氣/微球體混合物的流動，同時仍為纖維的未處理的樹脂表面提供良好的微球體涂覆。
通過使微球體在漏斗(未示出)中流體化或者通過機械測量方法來生成空氣和微球體混合物。利用通過管道806和807、環(huán)形腔814和玻璃管191的空氣流來輸送微球體，在玻璃管191中發(fā)生纖維的涂覆?？諝夂臀⑶蝮w混合物最終經過下塊件305中的截頭圓錐形腔310，下塊件305繞著纖維單元將經過其中的通道而同心地形成。未使用的空氣/微球體混合物通過三個出口311a、311b和311c排出涂覆室802，并且如果需要的話，所述混合物能通過再次經入口管道806和807進入而回收供以后使用。在圖10中示出了沿線D-D剖取的塊件305的剖視圖。
通過改變經過入口管806和807的空氣/微球體混合物的供給速度可容易且快速地調節(jié)粘附在纖維單元12上的玻璃微球體的分布情況。在纖維單元12退出纖維涂覆單元后，下游傳感器(未示出)可檢測到在纖維單元12上的微球體的涂覆密度和分布情況，并且可設有控制單元以改變空氣/微球體的供給速度，從而相應地改變密度或分布情況。
正壓室301和303設在涂覆室802的任一端處，從而防止微球體從涂覆室泄漏，并保護系統(tǒng)在纖維單元進入和離開涂覆室處不被微球體阻塞。正壓室301包括由管312形成的細長的圓柱形通道313，纖維單元12將通過其中。在該通道的中間處通過管214設置有入口，加壓氣體通過該入口進入通道313中。管312的一部分通過塊件804而延伸。
通道313設計成在入口的任一側具有不同的最小內徑，使通道313在與涂覆室相距最遠的入口側的部分(即，在位置313a處)具有較小的最小內徑。通過入口管214進入通道的加壓氣體將優(yōu)先沿著朝向涂覆室802的方向流動。
正壓室301設計成使得通道313與環(huán)形腔814的端部基本一同終止，空氣/微球體混合物流過腔814，因此確保了纖維單元被保護而不會使微球體太深地嵌入到樹脂涂層中。
正壓室301、管道806和807以及腔814的設計一起確保了通過管道806和807的空氣流不再被導向基本徑向向內的方向(這可產生使微球體顆粒撞擊纖維單元的力過大，導致微球體嵌入地太深和/或損壞纖維單元)，而相反已被重新導向以沿著室802基本縱向地在管191中流動。因此，當進入管191中時的氣體/微球體混合物流(即，此時在氣體/微球體中的分子的各個流動矢量的矢量和)，被導向成相對于纖維單元12的最接近部分的縱向軸線基本平行。當然，在混合物中具有分子的各種速度和方向的分布情況，從而使微球體撞擊并粘附在樹脂涂層上，但是整個流基本與纖維平行的事實意味著防止了大量微球體以極高的速度直接撞擊到纖維上。這使得系統(tǒng)能以非常高的速度運行，從而相應地增加了空氣/微球體混合物流而不會損傷纖維單元和/或產生差的涂覆質量，并且獲得通常在300-500m/min之間的速度。
應理解，在涂覆室802的另一端處的相應正壓室303與室301在設計和工作方面相似。
第三實施例的纖維涂覆單元的設計也在操作上便于纖維單元12穿過。通過從每一端經過正壓室301和303插入一桿來實現(xiàn)這種穿過，所述桿具有在玻璃管191中心會合的配合連接。玻璃管的透明性質允許使用者容易地看到兩個桿的配合連接端，它們一旦連接在一起就可被拉動直到其中一個桿(纖維可以穿過的管)延伸通過整個室802。接著，可通過管來供給纖維單元，而后將管移除。
應理解，可適當?shù)貙⑸鲜龈鲗嵤├姆矫娼Y合在一起，并且可使用對于本領域的技術人員顯而易見的適當材料和設備來實現(xiàn)本發(fā)明。
權利要求
1.一種用顆粒物質涂覆纖維單元的設備，該設備包括用于纖維單元的通道，和用于使顆粒物質和氣體混合物進入所述通道的入口；其中，當顆粒物質和氣體混合物流從所述入口進入所述通道時，其在使用中以相對于纖維單元的縱向軸線基本平行的方式被引導。
2.根據權利要求1所述的設備，其特征在于，在混合物進入所述通道的區(qū)域中的所述入口為包圍所述通道的腔的形狀，并且一直呈圓形的通向所述通道從而允許顆粒物質和氣體混合物進入。
3.一種用顆粒物質涂覆纖維單元的設備，該設備包括用于纖維單元的通道，和用于使顆粒物質和氣體混合物進入所述通道的入口；其中，在混合物進入該通道的區(qū)域中的所述入口為包圍該通道的腔的形狀，并且一直呈圓形的通向所述通道從而允許顆粒物質和氣體混合物進入。
4.根據權利要求2或3所述的設備，其特征在于，所述腔為圓柱形。
5.根據權利要求2或3所述的設備，其特征在于，所述腔的外壁為截頭圓錐形。
6.根據權利要求2到5中任一項所述的設備，其特征在于，所述入口還包括兩個入口管，它們基本徑向通向所述腔。
7.根據權利要求6所述的設備，其特征在于，所述入口管偏離所述徑向位置。
8.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其特征在于，所述顆粒物質和氣體混合物通過所述入口的供給速度是可控制的。
9.一種用顆粒物質來涂覆纖維單元的方法，包括下列步驟通過限定于涂覆室中的通道來供給纖維單元，通過一入口將顆粒物質和氣體混合物供給到該通道中；其中，當顆粒物質和氣體混合物流從所述入口進入所述通道中時，其在使用中被導向成相對于纖維單元的縱向軸線基本平行。
10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，在混合物進入所述通道的區(qū)域中，所述入口成形為包圍所述通道的腔形狀。
11.一種用顆粒物質來涂覆纖維單元的方法，包括下列步驟通過限定于涂覆室中的通道來供給纖維單元，通過一入口將顆粒物質和氣體混合物供給該通道中；其中，在混合物進入所述通道的區(qū)域中，所述入口成形為包圍所述通道的腔形狀。
12.根據權利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述腔為圓柱形。
13.根據權利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述腔的外壁為截頭圓錐形。
14.根據權利要求10到13中任一項所述的方法，其特征在于，還包括，通過兩個入口管道來供給顆粒物質和氣體混合物，所述兩個入口管道大致徑向通向所述腔。
15.根據權利要求14所述的方法，其特征在于，所述入口管偏離所述徑向位置。
16.根據權利要求9到15中任一項所述的方法，其特征在于，所述顆粒物質和氣體混合物通過所述入口的供給速度是可控制的。
17.一種用顆粒物質涂覆纖維單元的設備，該設備包括用于纖維單元的通道，該通道具有至少一個顆粒物質入口；和通道長度的中心部分，該設備還包括排斥裝置，其可用于在通道的一端處提供氣流，以使顆粒物質的運動偏離，從而基本防止顆粒物質在通道的端部處聚集。
18.根據權利要求17所述的設備，其特征在于，所述排斥裝置包括加壓氣體入口，進入一定長度的截面積減小的通道，所述排斥裝置的物理特性為從所述入口將更大容積量的氣流引向通道的中心區(qū)域。
19.根據權利要求18所述的設備，其特征在于，所述物理特性包括沿著所述通道長度具有不同截面的區(qū)域，從而從所述入口朝向所述通道的中心部分的空氣流經過較大截面的區(qū)域。
20.根據權利要求18或19所述的設備，其特征在于，所述物理特性包括將所述氣體入口定位成使得從所述入口朝向所述通道的中心部分的空氣流經過所述通道長度的更長部分。
21.根據權利要求18到20中任一項所述的設備，其特征在于，來自所述排斥裝置的氣體噴流基本被導向所述通道的中心部分。
22.根據權利要求18到21中任一項所述的設備，其特征在于，包括在所述通道的兩端處的排斥裝置，從這兩個排斥裝置將氣體噴流沿相反的方向基本引入所述通道的中心部分。
23.根據權利要求18到22中任一項所述的設備，其特征在于，還包括用于向室提供振動的裝置。
24.根據權利要求23所述的設備，其特征在于，所述振動施加到室的局部部分上。
25.一種用顆粒物質來涂覆纖維單元的方法，包括步驟通過限定于涂覆室中的纖維單元通道來供給纖維單元；將顆粒物質供給到該纖維單元通道中；以及在該纖維單元通道中提供氣流，用于使顆粒物質的運動偏離，從而基本防止顆粒物質進入該通道的一端中。
26.一種設備，其基本如前所述和/或基本參考附圖的任一或任何組合所示。
27.一種方法，其基本如前所述和/或基本參考附圖的任一或任何組合所示。
全文摘要
一種纖維單元涂覆設備，包括室(190)，被未處理的樹脂涂覆的纖維單元(12)經過其中。與空氣混合的微球體通過管(196)和孔(194a)而供給到室(190)中。結果，可實現(xiàn)快速且均勻的微球體涂覆，并且通過改變空氣/微球體混合物的流動速度而允許系統(tǒng)可控制地涂覆微球體。設有正壓室(72，74)以防止微球體阻塞在纖維單元(12)進入和離開室(190)處的入口和出口點。
文檔編號G02B6/44GK1659111SQ03813547
公開日2005年8月24日 申請日期2003年5月9日 優(yōu)先權日2002年5月10日
發(fā)明者菲利普·阿爾佛雷德·巴伯, 克里斯多佛·菲斯克, 雷蒙德·彭蒂·史密斯 申請人:英國電訊有限公司