專利名稱：用于增加高速uv固化處理的uv劑量和產(chǎn)量的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用相當(dāng)薄的紫外線可固化油墨涂層對顏色編碼的光波導(dǎo)進(jìn)行染色以及其它的UV固化處理。
光纖波導(dǎo)的使用，或者作為工業(yè)光纖，或者作為用于傳輸數(shù)據(jù)的帶形的許多這種光纖的陣列，已經(jīng)成為信號傳輸?shù)膬?yōu)選形式。和金屬電導(dǎo)體相比，光纖具有極高的信息傳輸能力。
光纖的直徑非常小并且極其易碎，因而使得單個的光纖難于處理和操作。因此，通常把大量的光纖組合而成為光纜，或者組成光纖帶，其中包括多個相互平行延伸的并被封裝在基體材料中的多個光纖。在這種組合中存在的大量的實(shí)際上相同的光纖使得如果沒有一些光纖識別方法便幾乎不可能進(jìn)行連接和拼接。被廣泛使用的一種方法是按照標(biāo)準(zhǔn)碼對各個光纖進(jìn)行顏色編碼，例如用于金屬導(dǎo)體的類似方法。這種顏色編碼雖然是有效的，但是難于實(shí)現(xiàn)，尤其是在最需要高的速度或者高的生產(chǎn)能力的生產(chǎn)環(huán)境中。
例如，已經(jīng)表明，使用常規(guī)的基于著色劑例如顏料的溶劑、標(biāo)記流體、油墨等進(jìn)行玻璃光學(xué)波導(dǎo)的高速顏色編碼是不滿意的，因?yàn)檫@種基于著色劑的溶劑膜通過溶劑的蒸發(fā)和干燥被形成，這是一種相當(dāng)慢的處理。此外，基于溶劑的油墨系統(tǒng)對于溶劑、油和在光纜安裝環(huán)境中碰到的凝膠體沒有所需的長期耐受力?；谥珓┑娜軇┤菀淄ㄟ^一般在形成光纜的過程中遇到的磨損而被磨掉。此外，這種材料通常含有對環(huán)境不利的溶劑，并且難于以足夠的精度圍繞光纖的圓周形成真正均勻的涂層。至于使用油墨作溶劑，常規(guī)的油墨涂敷裝置和技術(shù)不適用于在10m/sec數(shù)量級的高速下處理光纖。
如上所述，玻璃光纖非常易碎，易于受到破壞。因此，一般地說，它們被包覆一或幾層保護(hù)性塑料涂層，如美國專利4,125,644和4,344,669中所述。在光纖一被形成時，就施加這些保護(hù)性涂層，以便保護(hù)光纖防止在收存和處理期間被磨損。在美國專利4,125,644中提及，如果需要，含有顏料的幾種添加劑可用于這些保護(hù)塑料涂層。因而，由光纖制造者可以通過保護(hù)涂層的著色實(shí)現(xiàn)某種程度的光纖外部的著色，借以幫助識別特定的產(chǎn)品。不過，如美國專利4,125,644所述，被添加到緩沖覆層中的物質(zhì)的類型和數(shù)量必須仔細(xì)選擇，以便避免干擾涂層的所需的質(zhì)量。此外，對緩沖涂層加入顏料添加劑能夠降低光纖的拉伸和固化速度，因而降低總的光纖生產(chǎn)速度。此外，在光纜的生產(chǎn)中，重要的是在光纜中的光學(xué)波導(dǎo)的物理和光學(xué)特性應(yīng)當(dāng)仔細(xì)地匹配，通常需要所有的光學(xué)波導(dǎo)都出自同一批產(chǎn)品。因而，即使已經(jīng)知道可以在緩沖涂層中加入著色劑，如上所述，光纖制造者也不容易想到對光纖進(jìn)行顏色編碼，從而利用這種方法進(jìn)行光纖的識別。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，包括其上具有保護(hù)性涂層的光纖的光纖波導(dǎo)可以被成功地進(jìn)行顏色編碼，其中對光纖提供染色的紫外線(UV)固化的油墨的附加涂層，其作為例如厚度為5-12微米的非常薄的膜被涂敷。這種涂層通過使光纖在相當(dāng)高的速度下通過涂敷裝置，接著，通過UV輻射固化裝置或爐子，被涂敷和固定，然后，把光纖繞在收存卷軸上，或者使其進(jìn)入其它的生產(chǎn)階段，經(jīng)過這些階段，最終將光纖纏繞在收存卷軸上。
當(dāng)光纖要被排列在一個帶狀結(jié)構(gòu)中時，每根光纖被封裝在覆層材料的內(nèi)外層中，并被提供以顏色識別標(biāo)記。內(nèi)層包括可UV固化的粘結(jié)材料，具有大約為1MPa范圍內(nèi)的模數(shù)。作為機(jī)械保護(hù)，外層是具有大約在1Gpa范圍內(nèi)的模數(shù)的可UV固化的粘結(jié)材料。當(dāng)光纖被設(shè)置在平行的陣列中時，在光纖之間以及在光纖和封皮之間產(chǎn)生裂縫，在最接近的位置，封皮和每根光纖被分開大約25微米。一種具有小于光纖上外涂層的模數(shù)而大于內(nèi)涂層的模數(shù)的UV可固化基體粘結(jié)材料填充此裂縫，其延伸到限定封皮的外圍線，并和光纖粘合在一起。該基體材料的模數(shù)和基體材料與光纖上的顏色識別標(biāo)記的是這樣的，其使得中間光纖和中間帶能夠運(yùn)動。此外，在由工人施加剝離力時，不用復(fù)雜的工具并且不弄亂顏色識別標(biāo)記便可接近各個光纖。
在帶狀結(jié)構(gòu)和形成光纜的各個光纖的結(jié)構(gòu)中，例如，至少具有一個UV油墨固化步驟，并且，對于光纖帶，有兩個UV固化步驟。利用當(dāng)前品牌的油墨、基體材料和當(dāng)前染色機(jī)的UV容量，染色速度一般為10m/sec的數(shù)量級，以便滿足規(guī)定的固化程度。利用在較高的染色速度下染色的光纖制成的光纖帶引起帶的操作性能的有害的改變。結(jié)果，一直通過限制生產(chǎn)過程的速度來保證施加預(yù)定劑量的UV輻射，以便實(shí)現(xiàn)油墨染色劑的充分固化。如果例如通過附加的UV爐或者采樣用較高功率的UV爐達(dá)到較高的固化水平，可以實(shí)現(xiàn)較高的速度，但是，增加UV強(qiáng)度或功率也需要對設(shè)備進(jìn)行大的改動，例如要改變整個爐子、電源和排氣系統(tǒng)。在現(xiàn)有的染色生產(chǎn)線中，空間的限制以及對環(huán)境的影響和安全問題，使得難于使用附加的UV爐，這將要求在染色機(jī)的“覆蓋范圍”中進(jìn)行重大的改變，并需要復(fù)雜的過程控制。因?yàn)槟壳霸谌旧珯C(jī)和在整個染色生產(chǎn)階段中存在的巨大的投資，改造染色階段以便增加一個附加的染色機(jī)將是一個昂貴的部分。新的光纖生產(chǎn)線可能允許這種附加，但是當(dāng)前的生產(chǎn)線一般是不允許的。
本發(fā)明是一種改進(jìn)的結(jié)構(gòu)，其被設(shè)計(jì)用于現(xiàn)有的對光纖波導(dǎo)進(jìn)行顏色編碼或成帶的UV固化裝置，以便提高光纖在整個生產(chǎn)過程中的速度，同時維持最小的UV輻射劑量，雖然本發(fā)明不限于更新現(xiàn)有的設(shè)備。例如，本發(fā)明的裝置并不需要增加固化裝置的空間或固化裝置的覆蓋范圍，然而它能夠大大增加線速度，因而增加每單位時間內(nèi)的光纖的產(chǎn)量。此外，本發(fā)明改進(jìn)了在油墨著色劑的整個表面上固化的均勻度，因?yàn)楣饫w輪廓的兩側(cè)輪流地面對UV輻射源。正如上面指出的，這種較高的線速度迄今一直通過添加一個或幾個UV爐來實(shí)現(xiàn)，這比現(xiàn)有的固化裝置需要更多的空間，并且使得在升級期間整個生產(chǎn)線不能操作。
在本發(fā)明的第一個示例性的實(shí)施例中，本發(fā)明包括一UV固化操作臺，其中使利用所需顏色的油墨涂覆的光纖以比以前使用的速度相當(dāng)高的速度下通過一UV固化爐。在爐的出線端，具有用于傳遞光纖的第一和第二轉(zhuǎn)向滑輪，所述光纖只被局部地固化，然后回到第三和第四滑輪，所述第三和第四滑輪接著傳遞進(jìn)入并通過同一個UV爐，以便第二次暴露于UV輻射。從爐中出來的光纖借助于輸出滑輪或卷帶輪被送入其它階段，或者最終被送到光纖收帶和卷繞裝置。在第二次通過固化爐時光纖的路徑和第一次的路徑錯開一個足以阻止在兩個路徑中的光纖接觸，但是小于爐內(nèi)UV輻射的“掃描光斑”(“sweet spot”)的直徑的距離。當(dāng)該裝置用于光纖帶固化時，要求包括UV輻射的聚焦UV輻射區(qū)域的“掃描光斑”具有足夠的直徑，以便完全覆蓋兩個光纖帶的路徑。利用這種結(jié)構(gòu)，一個UV爐作為第一和第二UV爐使用，實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)于以前只有使用附加的UV爐才能實(shí)現(xiàn)的結(jié)果，即具有較大的線速度。
按照本發(fā)明的第二個優(yōu)選實(shí)施例，由UV爐出口端出來的光纖借助于一個轉(zhuǎn)向滑輪被沿相反的方向引導(dǎo)，使光纖通過出口端回到爐中，并沿和第一路徑相反的方向在爐中通過，到達(dá)第二和第三轉(zhuǎn)向滑輪或惰輪，把其引導(dǎo)到卷帶輪或收帶機(jī)構(gòu)上。第二實(shí)施例比第一實(shí)施例的設(shè)置簡單一些，但是具有基本相同的結(jié)果，即獲得較大的線速度。
在本發(fā)明的兩個實(shí)施例以及本領(lǐng)域技術(shù)人員可以作出的改型中，基體在UV固化輻射區(qū)域駐留的時間大約是現(xiàn)有的固化裝置的兩倍。
本發(fā)明的許多特征和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)說明中將更充分地看出和理解。


圖1是用于UV固化其上具有可固化材料的工件的現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備的示意圖；圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例的示意圖3是圖2中結(jié)構(gòu)的一部分的示意圖，其中被涂敷的光纖受到UV輻射；圖4是圖2中結(jié)構(gòu)的一部分的示意圖，其中的光纖帶受到UV輻射；以及圖5是本發(fā)明第二實(shí)施例的示意圖。
下面主要詳細(xì)說明涂敷有可UV固化的油墨的單個光纖的UV固化，但是容易理解，本發(fā)明的特征和原理同樣適用于光纖帶的UV固化，以及涉及高速UV固化操作的其它應(yīng)用。可以想見，這些特征和原理，如后所述，可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的情況下進(jìn)行改變。
圖1是當(dāng)前在工業(yè)中使用的現(xiàn)有技術(shù)的UV固化操作臺11的示意圖，所述固化操作臺用于利用UV可固化油墨對光纖12染色，并隨后對油墨固化。如圖1所示，正在沿箭頭的方向被移動或拉伸的光纖12來自前一個未被示出的生產(chǎn)階段，接著在惰輪13的上方經(jīng)過及通過一測微計(jì)14，例如激光測微計(jì)，并通過一染色用的模具16，在光纖12上涂敷一薄層染色油墨，接著通過一同心度計(jì)17進(jìn)入并通過固化爐18。從固化爐18出來的光纖12上具有固化的著色涂層，接著通過第二個激光測微計(jì)19和環(huán)繞一個滑輪21，到達(dá)由未示出的合適的裝置驅(qū)動的卷帶輪22，對光纖施加拉伸力。卷帶輪可以包括未示出的絞盤，也可以是用于隨后操作例如成帶操作的特定裝置，這些操作一般在其終端都具有一卷帶輪。
圖1的裝置11可以被包括在一單個機(jī)器結(jié)構(gòu)內(nèi)，這是一種在工業(yè)上使用的用于光纖染色階段的機(jī)器的精確表示，只具有一些微小的改變。如前所述，利用油墨與/或目前使用的基體材料，當(dāng)前的染色機(jī)的UV處理能力，即通過的光纖的速度一般被限制為10m/sec，以便確保滿足規(guī)定的固化程度。更高的速度可能引起光纖帶的操作性能的有害的改變，或者使得染色油墨僅僅局部被固化，因而在使用時出現(xiàn)不理想的性能特性。此外，因?yàn)閳D1的裝置的廣泛使用，該裝置通常被包括在一個機(jī)器中，在經(jīng)濟(jì)上不容易利用例如具有更大的功率的UV固化爐的一個新的機(jī)器更換這種機(jī)器，或者當(dāng)空間的價格昂貴時，不易把現(xiàn)有的機(jī)器改變成為具有大的UV固化功率的機(jī)器，因?yàn)檫@種改變涉及到改變并擴(kuò)大機(jī)器的覆蓋范圍(footprint)。
圖2所示是本發(fā)明的設(shè)備23的示意圖，這是圖1中機(jī)器11的一種改進(jìn)，其中表示實(shí)際上沒有增加機(jī)器的覆蓋范圍。應(yīng)當(dāng)理解，圖2中的間隔為清楚起見被擴(kuò)大了。此外，在幾個圖中，相同的部件利用相同的標(biāo)號表示。在圖2的結(jié)構(gòu)中，光纖12如圖1的設(shè)備中那樣通過固化爐18，但是在從固化爐18出來之后，光纖12通過轉(zhuǎn)向滑輪26,27,28和29改變方向再次進(jìn)入固化爐18，并沿著第二路徑30通過爐18，第二路徑30和第一路徑25緊緊相鄰而又相互隔開，如圖3所示，圖中是實(shí)際路徑間距的一種放大的表示。
大部分UV爐以“掃描光斑”31表征，如圖3所示，它是在固化爐內(nèi)UV輻射的最大的均勻強(qiáng)度的一個聚焦面積。在圖2和圖3的結(jié)構(gòu)中，掃描光斑31應(yīng)當(dāng)具有足夠的直徑或橫截面積，以便蓋住在路徑25和30中的光纖，使得在兩個路徑中進(jìn)行最佳的輻射。圖4表示用于圖2的設(shè)備的路徑配置，用于固化光纖帶32的基體材料，可以看出掃描光斑33是足夠大的，使得能夠同時提供在每個路徑25和30中的材料的最佳固化。
在圖2所示的路徑的配置中，如圖4所示，帶的一側(cè)比另一側(cè)通常接收更多的UV暴露，盡管兩次通過固化爐18。在圖5中，示出了本發(fā)明的第二個實(shí)施例，其中光纖12或帶32的兩側(cè)接收基本上相等的UV曝光量。光纖12或帶32初次通過固化爐18的情況和圖1、圖2所示的配置的情況相同。不過，在從固化爐18的出口端出來之后，工件(光纖12或帶32)的方向借助于轉(zhuǎn)向滑輪36和校準(zhǔn)滑輪37反向，使得其沿相反方向通過固化爐18，如箭頭所示。工件的兩個路徑25和30的間隔和圖3、圖4的類似，不過行進(jìn)方向相反。在帶32的情況下，UV輻射的掃描光斑31在路徑25中投射到帶的一個表面，在路徑30中，則投射到帶的另一個表面，因而確保整個帶的充分固化。帶32的另一個表面也接收UV輻射，雖然不直接被掃描光斑照射。固化爐18可以配備聚焦和反射部件，從而確保兩個表面在每個路徑25和30中接收UV輻射。
在從固化爐18的原始進(jìn)入端出來之后，工件被滑輪38和39引導(dǎo)到卷帶輪21上。應(yīng)當(dāng)理解，滑輪38可用滑輪21代替，并取消滑輪39，在這種情況下，激光測微計(jì)可以位于滑輪21和卷帶輪22之間(或者相繼的生產(chǎn)階段)。因?yàn)閁V固化機(jī)在整個結(jié)構(gòu)上可以不同，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以設(shè)計(jì)出和圖2、圖3所示的其它滑輪結(jié)構(gòu)。不過，在所有情況下，在固化爐18中的UV輻射應(yīng)當(dāng)在工件即光纖、光纖帶或其它UV固化件上至少照射兩次。圖2和圖5所示的本發(fā)明的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不必使工件以兩倍的速度行進(jìn)，這主要是因?yàn)榉蔷€性的固化速率。不過，增加速度是可能的，這使得在原地的固化機(jī)可以具有有益的速度增加。因此，本發(fā)明可以增加UV劑量和光纖或其它工件的產(chǎn)量，而不用更換當(dāng)前使用的UV輻射級。通過采用本發(fā)明披露的多次(兩次以上)通過固化爐的原理和特征，其中具有足夠的空間能夠安裝附加的再次引導(dǎo)件，例如滑輪，可以獲得較大的速度。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的原理可以應(yīng)用于新的機(jī)器并用于更新現(xiàn)有的機(jī)器。這些原理，如附圖所示，具有簡單的優(yōu)點(diǎn)，其本身是經(jīng)濟(jì)的，對于新機(jī)器的設(shè)計(jì)者具有吸引力。
在上面的詳細(xì)說明中，應(yīng)當(dāng)注意，顯然，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員，不脫離本發(fā)明的構(gòu)思，可以對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作出許多改變和改型。所有這些改變和改型都包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，在所附的權(quán)利要求中，所有裝置或步驟以及功能元件的相應(yīng)的結(jié)構(gòu)、材料和作用和等效物都旨在包括用于完成所述功能的任何結(jié)構(gòu)、材料或作用的其它元件、結(jié)構(gòu)和步驟。
權(quán)利要求
1．一種與用于固化工件的設(shè)備一起使用的用于增加投射到工件上的固化用的輻射劑量的裝置，所述工件沿著第一路徑通過一固化操作臺被拉伸，所述固化操作臺包括一固化爐，用于把固化用的輻射引導(dǎo)到工件上，所述固化爐由聚焦的輻射強(qiáng)度的掃描光斑區(qū)域表征，所述固化爐具有一入口端和一出口端，以及一用于把工件引導(dǎo)到下一級的卷繞部件，所述裝置包括位于固化爐的出口端附近的至少一個路徑改變部件，用于引導(dǎo)工件在第二個路徑上通過固化爐，所述第二路徑和所述第一路徑隔開一個小于掃描光斑寬度的距離。
2．如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第二路徑把工件引導(dǎo)到卷繞部件上。
3．如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述一個路徑改變部件被設(shè)置用于把工件引導(dǎo)到第二、第三和第四路徑改變部件上，所述路徑改變部件限定沿著所述第二路徑再次把工件引入固化爐的入口端的路徑。
4．如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述工件沿著和第一路徑相同的方向沿著第二路徑通過固化爐。
5．如權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述路徑改變部件是滑輪。
6．如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述一個路徑改變部件被設(shè)置，用于把工件向回引導(dǎo)，使其沿著和工件沿第一路徑的行進(jìn)方向相反的方向通過固化爐的出口端。
7．如權(quán)利要求6所述的裝置，還包括和固化爐的入口端相鄰的第二路徑改變部件，用于把沿著所述第二路徑的工件引導(dǎo)到卷繞部件上。
8．如權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述路徑改變部件是滑輪。
9．一種用于使其上具有可紫外線固化材料的光纖工件暴露于紫外線輻射的方法，包括使工件沿著第一路徑進(jìn)入和通過紫外線固化爐，從而使所述工件至少被部分地固化；再次把工件引入固化爐使其沿著第二路徑通過所述固化爐；以及把沿著所述第二路徑從固化爐中出來的光纖進(jìn)入下一個固化階段。
10．如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述固化爐用掃描光斑表征，所述第二路徑和所述第一路徑隔開一個小于該掃描光斑寬度的距離，并且所述工件沿著和所述第一路徑相同的方向行進(jìn)。
11．如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述固化爐以掃描光斑表征，所述第二路徑和所述第一路徑隔開一個小于該掃描光斑寬度的距離，并且所述工件沿著和其沿著所述第一路徑行進(jìn)的方向相反的方向行進(jìn)。
12．一種用于對光纖進(jìn)行顏色編碼的設(shè)備，逐一地包括一染色用的模具，所述光纖適于在其中通過；一紫外線固化爐，所述光纖沿著入口端和出口端之間的第一路徑通過所述紫外線固化爐；和所述固化爐的出口端相鄰的第一轉(zhuǎn)向部件，在所述第一路徑中的光纖在所述轉(zhuǎn)向部件的上方通過，以便使光纖改變方向，沿著和所述第一路徑分開的第二路徑通過所述固化爐；以及一卷繞部件，用于把在第二路徑中的從所述固化爐中出來的光纖引導(dǎo)到下一個操作。
13．如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，還包括位于所述固化爐外部的多個第二轉(zhuǎn)向部件，用于再次向著所述入口端引導(dǎo)所述第二路徑，以便使光纖沿和其在第一路徑中的行進(jìn)方向相同的方向行進(jìn)而通過所述固化爐。
14．如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述第一和第二轉(zhuǎn)向部件是滑輪。
15．如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述第一轉(zhuǎn)向部件沿著所述第二路徑以和光纖在第一路徑中行進(jìn)的方向相反的方向引導(dǎo)光纖。
16．如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述第一轉(zhuǎn)向部件是滑輪。
全文摘要
用于固化以高速度沿著第一路徑通過固化爐的線性工件的裝置,其具有第一路徑改變部件如滑輪,用于再次引導(dǎo)工件沿和第一路徑隔開的至少一第二路徑通過固化爐。按第一實(shí)施例,多個所述滑輪再次引導(dǎo)工件通過固化爐的入口,以在第二路徑中沿與第一路徑中行進(jìn)方向相同的方向行進(jìn)。按第二實(shí)施例,所述路徑改變部件再次引導(dǎo)工件進(jìn)入固化爐的出口端,以在第二路徑中沿和第一路徑相反的方向行進(jìn)。
文檔編號C03C25/12GK1321903SQ01117209
公開日2001年11月14日 申請日期2001年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月2日
發(fā)明者大衛(wèi)·崴·奧, 威德亞南達(dá)·B·闡德來爾, 肯尼思·W·杰克遜, 尼爾·威爾伯·索倫伯格 申請人:朗迅科技公司