專利名稱：用于制造涂色光纖的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖。更特別地，本發(fā)明涉及用于涂色光纖的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
光纖是細(xì)束的玻璃或塑料，能夠以相對低的衰減在長距離上傳輸含有相對大量信息的光學(xué)信號。光纖典型地通過加熱和拉拔光學(xué)預(yù)制件(optical preform)的一部分制得，該光學(xué)預(yù)制件由折射芯(refractivecore)和包圍它的由玻璃或其它適當(dāng)材料制成的保護(hù)性覆層(cladding)構(gòu)成。然后進(jìn)一步通過施加一個或多個經(jīng)用紫外(UV)固化的或者其它適當(dāng)材料制成的清潔涂層保護(hù)經(jīng)過拉拔的光纖。典型地，光纖被涂覆一個第一或主涂層和一個第二或次級涂層。
通常，為了有助于在將來鑒別和區(qū)分光纖，用具有多種顏色，例如12或者更多種顏色中的一種，的UV-可固化墨水涂覆或者頂涂覆(top-coating)外涂層，對涂覆的光纖進(jìn)行著色。為了節(jié)省時間和成本，一些光纖制造商試圖使涂覆和著色光纖在單一的步驟中完成，也就是在涂覆步驟期間對光纖進(jìn)行著色。見，例如美國專利Nos.5,330,786；6,317,553和6,321,014。這樣，向光纖施加預(yù)著色的涂覆材料。典型地，預(yù)著色涂覆材料是一種預(yù)先和濃色母料(colorconcentrate)混合好的傳統(tǒng)次級涂料(secondary coating)。
然而，這種傳統(tǒng)的拉拔期間著色的工藝具有缺點。例如，在傳統(tǒng)的拉拔期間著色處理中，改變顏色需要用不同的墨水鼓(ink drum)替換墨水鼓，并且要清洗鼓與涂覆模具(coating die)之間所有的管線。此外，一旦設(shè)置了拉拔期間著色處理(coloring-during-drawarrangement)，則制造無色光纖要改變墨水鼓和清洗管線。而且，如果在現(xiàn)有鼓中沒有足夠的墨水用以涂覆在整次處理中拉拔的纖維，則該墨水鼓必須被丟棄。
因此，人們希望獲得一種系統(tǒng)和方法，用于在拉拔期間對光纖進(jìn)行著色，并且克服了許多傳統(tǒng)的拉拔期間著色處理的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明用一種用于涂色(color-coating)光纖的系統(tǒng)和方法加以體現(xiàn)。該系統(tǒng)包括一個流速控制器，其可控地從一個或多個濃色母料儲存罐輸送濃色母料并將其與涂覆材料進(jìn)行混合，經(jīng)過涂色的涂覆材料被饋給到光纖要經(jīng)過的涂覆模具。濃色母料儲存罐非常的緊湊從而能夠與流速控制器一起攜帶。因此，整個涂色系統(tǒng)能夠轉(zhuǎn)移到光纖制造工廠的任何合適的位置，例如到大量拉拔塔(drawing tower)的任何一個處。這種便攜性允許同一拉拔塔中使用許多不同的材料，比典型的每個拉拔塔只具有一個顏料線的傳統(tǒng)布局要容易得多。根據(jù)本發(fā)明各實施例的光纖涂色方法包括，提供光纖，可控地將濃色母料和涂覆材料輸送到涂覆模，用涂覆模具涂覆光纖，和固化經(jīng)過涂覆的纖維。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例用于涂色光纖的系統(tǒng)的簡化示意圖；圖2a是傳統(tǒng)光纖涂色布局的簡化示意圖；圖2b是根據(jù)本發(fā)明實施例的光線涂色布局的簡化示意圖；和圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的光纖涂色方法的簡化框圖。
具體實施例方式
在下面的說明中，類似的指代數(shù)字表示類似的部件，從而通過描述附圖加強對本發(fā)明的理解。另外，盡管下文討論了特殊的特征、配置和布局，但是應(yīng)當(dāng)理解，這只是出于舉例的目的。相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到，其它的步驟、配置和布局也是可用的，而并不背離本發(fā)明的精神和范圍。
光纖的制造典型地通過逐漸加熱光纖預(yù)制件和將加熱的預(yù)制件部分拉拔成光纖。預(yù)制件典型地垂直懸掛并受控地降低到加熱源，例如拉拔爐，其加熱預(yù)制件部分到大約2000-2200℃。隨著預(yù)制件通過該爐，預(yù)制件逐漸軟化到一個點，在該點從預(yù)制件的軟化末端拉拔光纖。
拉拔一完成，光纖便通過冷卻單元，然后通過一個或多個涂覆單元或模具，其向光纖施加清潔的或無色的紫外(UV)可固化液體涂料。然后經(jīng)過涂覆的光纖通過固化設(shè)備，例如UV源，在該處固化并硬化所施加的涂料。任意地，可以施加附加涂層，例如一個無色的次級涂層和/或有色墨水涂層。如上文討論的，許多光纖制造商想使制造過程在單個步驟中進(jìn)行涂層和涂色處理。典型地，預(yù)涂色的次級涂層施加到主涂層，然后加以處理。
現(xiàn)在參考圖1，其顯示的是根據(jù)本發(fā)明實施例用于涂色光纖的系統(tǒng)10的簡化示意圖。該系統(tǒng)包括一個或多個儲存罐，其最初填滿具有期望涂覆顏色的濃色母料。例如，系統(tǒng)10包括一個第一儲存罐12，其填滿具有期望顏色涂料的濃色母料，和一個第二儲存罐14，其填滿相同期望顏色涂料的濃色母料。使用多于一個濃色母料儲存罐允許在一個儲存罐用于輸送濃色母料的同時，另一個儲存罐進(jìn)行去氣(de-gass)和重填充。這樣，系統(tǒng)10能夠按照需要連續(xù)運轉(zhuǎn)，也就是說，系統(tǒng)10不必為給任何一個儲存罐重填充濃色母料而關(guān)閉。儲存罐具有一個或多個測量計16、18或者其它合適的器件，其發(fā)揮每個儲存罐中的濃色母料水平傳感器的作用。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，儲存罐被填充以高濃度的顏料而不是實際的顏色涂料。傳統(tǒng)系統(tǒng)的儲存罐填充的是與涂覆光纖所用的實際濃度相同的預(yù)混合顏色涂料。如下文將討論的，根據(jù)本發(fā)明的實施例，儲存罐中的顏料濃度可控地與傳統(tǒng)涂料進(jìn)行混合，從而提供用于涂覆光纖的有色涂料。這樣，根據(jù)本發(fā)明的實施例，濃色母料儲存罐的尺寸比傳統(tǒng)系統(tǒng)小得多。
例如，為了涂覆由1兆米預(yù)制件(也就是，可拉拔1000千米光纖的預(yù)制件)拉拔的光纖，儲存罐只需要保存大約4千克的濃色母料。對比地，在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，每個儲存罐必須足夠大以保存大約25千克顏料涂覆。根據(jù)本發(fā)明的實施例，更小尺寸的儲存罐使整個系統(tǒng)10更緊湊，價格更低廉。當(dāng)使用密閉式儲存罐時，使用相對緊湊的儲存罐特別有利，其中在使用質(zhì)量流控制器或針形閥(needle valve)用于調(diào)節(jié)濃色母料流速時，需要使用密閉式儲存罐。密閉封式儲存罐相對重且昂貴，因此它們需要盡可能的小以節(jié)省成本。另外，更小的儲存罐允許系統(tǒng)更加緊湊，有利于系統(tǒng)的便攜性，這將在下文進(jìn)行更詳細(xì)說明。
第一儲存罐12連通第一饋給線22和第一閥24，第二儲存罐14連通第二饋給線26和第二閥28到達(dá)共同的饋給線32。共同饋給線32連接流速控制器34。流速控制器34是任何適當(dāng)類型的流速控制器，例如正排量泵(positive-displacement pump)、循環(huán)泵、計量泵和質(zhì)量流控制器。流速控制器34控制濃色母料的流動，從而控制輸送到濃色母料饋給線36的濃色母料的量。
濃色母料饋給線36連通第二閥38到達(dá)涂覆模具饋給線42，該線連接涂覆模具44。涂覆模具饋給線42還連接涂覆饋給線，例如通過第四閥48連接次級涂覆饋給線46。流速控制器34的速度被控制或調(diào)節(jié)成與光纖拉拔塔的拉拔速度成比例。這樣，流速控制器34輸送恒定量的濃色母料與涂料混合，從而給涂覆模具44提供具有恒定顏料濃度的顏色涂料。恒定的顏料混合物顏料濃度允許向經(jīng)過涂覆模具44的光纖施加均勻厚度的有色涂層。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，儲存罐12、14，流速控制器34和濃色母料輸送系統(tǒng)10的其它部分可以安裝在移動平臺或基座上，例如有輪的車52。這樣，系統(tǒng)10能夠在各個位置之間移動，例如在各個纖維拉拔塔之間移動。濃色母料輸送系統(tǒng)的可移動性給現(xiàn)有的纖維制造工廠提供了更大的靈活性。例如，在一個給定的纖維制造工廠中，每個拉拔塔應(yīng)當(dāng)能夠拉拔和給光纖涂色任何合適的顏色。然而，傳統(tǒng)布局典型地需要為每個顏色設(shè)置隔離的饋給線，從而每個拉拔塔在任何給定時刻只能夠拉拔單一顏色的光纖。
傳統(tǒng)的纖維涂色技術(shù)使用預(yù)涂色的次級涂層。見，例如圖2a，其中顯示了傳統(tǒng)纖維涂色布局的簡化示意圖。光纖62通過主涂覆模具64，其向光纖施加無色的主涂層。然后，光纖62通過次級涂覆模具66，其向主涂層施加次級涂層。次級涂覆模具通過涂色涂料饋給線69接納預(yù)涂色的次級涂料(如68所示)。然后，該經(jīng)過涂色的光纖通過固化設(shè)備(未顯示)，其固化主和次級涂層。
相比之下，如圖2b所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例，次級(或主)涂覆模具被供應(yīng)無色涂料(如72所示)和濃色母料(如74所示)。取決于次級涂料和濃色母料的輸送方案，濃色母料通過涂覆模具66被輸送作為次級涂層上面的隔離層，或者選擇地，作為主涂層和次級涂層之間的隔離層。另外，根據(jù)本發(fā)明的選擇性實施例，濃色母料被可控地與無色的次級涂料混合，從而形成有色的次級涂料，其被輸送作為主涂層上的有色次級涂層。
直接在涂覆模具中混合濃色母料和次級涂料，而不是預(yù)先混合次級涂料，可以減少儲存罐的空間需要，因為濃色母料儲存罐比用于預(yù)混合顏料涂層的儲存罐小得多。此外，系統(tǒng)10的便攜性比傳統(tǒng)布局具有大量的優(yōu)點，如上文討論的。
現(xiàn)在參考圖3，其顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例用于涂色光纖的方法80的簡化示意圖。在方法80的一個步驟82，提供具有芯區(qū)和包覆區(qū)的光纖。如上文討論的，從預(yù)制件拉拔的光纖包括芯區(qū)和包覆區(qū)。該玻璃纖維將要涂覆有一個或多個涂層，例如主涂層和次級涂層。
方法80的另一個步驟84是可控地將濃色母料和涂料流入涂覆模具。如上文討論的，流速控制器或其它合適的器件以期望的、可控的速度與傳統(tǒng)涂覆材料一起輸送到涂覆模具。濃色母料和涂覆材料混合形成有色涂料。例如，如圖1所示，濃色母料與次級涂覆材料混合，從而在光纖上提供有色的次級涂層。然而，根據(jù)本發(fā)明的實施例，濃色母料能夠與任何涂覆材料混合，例如主涂覆材料、次級涂覆材料、三級涂覆材料或者一些其它的涂覆材料。
方法80的步驟86是用有色涂料涂覆光纖。當(dāng)光纖通過涂覆模具時，有色涂料被施加到光纖。方法80的另一個步驟88是處理經(jīng)過涂色光纖。典型地，涂料是UV可固化的涂覆材料，且通過使經(jīng)過涂覆的光纖通過固化設(shè)備，例如UV源器件，來固化涂料。
對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見，能夠?qū)Ρ疚恼f明的本發(fā)明實施例進(jìn)行許多的改變和替換而不背離本發(fā)明的精神和范圍，本發(fā)明的精神和范圍由附屬權(quán)利要求及其等價物的整個范圍限定。
權(quán)利要求
1.一種用有色涂料涂覆光纖的系統(tǒng)，該裝置包括多個濃色母料儲存罐，其尺寸被加工成適于保存濃色母料；和一個流速控制器，其在操作上與至少一個濃色母料儲存罐相連，用于控制濃色母料離開濃色母料儲存罐的流速，該流速控制器包括一個連接涂覆線和涂覆模具饋給線的濃色母料饋給線，其中該流速控制器控制用涂料輸送的從涂覆線到涂覆模具饋給線的濃色母料的量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，(流動車)(mobile cart)進(jìn)一步包括一個尺寸被加工成保持多個濃色母料儲存罐和流速控制器的流動車，其中流動車將多個濃色母料儲存罐和流速控制器輸送到合適的位置，用于向涂覆模具饋給線提供濃色母料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中流速控制器進(jìn)一步包括一個正排量泵(positive-displacement pump)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中流速控制器進(jìn)一步包括一個循環(huán)泵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中流速控制器進(jìn)一步包括一個計量泵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中流速控制器進(jìn)一步包括一個質(zhì)量流控制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，進(jìn)一步包括一個傳感器，其在操作上與至少一個濃色母料儲存罐相連，用于感測至少一個濃色母料儲存罐內(nèi)濃色母料的水平。
8.一種用于制造具有涂色涂層的光纖的方法，包括如下步驟提供一光纖，其具有一個芯區(qū)和一個包覆區(qū)；可控地將濃色母料和光纖涂料流入光纖涂覆模具內(nèi)，其中濃色母料與光纖涂料混合從而形成有色光纖涂料；通過將光纖通過光纖涂覆模具來用有色涂料涂覆光纖；和通過將經(jīng)過顏色涂覆的光纖通過固化設(shè)備來固化涂色的涂層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中控制步驟進(jìn)一步包括用流速控制器可控地將濃色母料從多個濃色母料儲存罐流出。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中控制步驟進(jìn)一步包括將濃色母料與光纖涂料混合，并通過組合形成一條饋給線的各個饋給線進(jìn)入光纖涂覆模具。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中控制步驟使用正排量泵控制濃色母料的流速。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中控制步驟使用循環(huán)泵控制濃色母料的流速。
13.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中控制步驟使用計量泵控制濃色母料的流速。
14.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中控制步驟使用質(zhì)量流泵控制濃色母料的流速。
15.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中控制步驟進(jìn)一步包括感測至少一個濃色母料儲存罐內(nèi)濃色母料的水平。
全文摘要
本發(fā)明的實施例包括一種用于涂色光纖的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括一個流速控制器，其控制來自一個或多個濃色母料儲存罐的濃色母料的輸送及和與涂覆材料的混合，該經(jīng)過涂色的涂料被饋給到光纖將通過的涂覆模具。濃色母料儲存罐更加緊湊，從而能夠與流速控制器一起攜帶。因此，整個顏料涂覆系統(tǒng)能夠輸送到纖維制造工廠的任何合適位置，例如在多個拉拔塔的任何一個處。這種便攜性允許在同一拉拔塔處使用許多不同的顏色，比典型的每個拉拔塔只有一個顏料線的傳統(tǒng)布局更加容易。本方法包括提供光纖，可控地用涂料將濃色母料輸送到涂覆模具，用涂覆模具涂覆光纖，和固化經(jīng)過涂色的纖維。
文檔編號G02B6/44GK1752785SQ20051008462
公開日2006年3月29日 申請日期2005年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月22日
發(fā)明者馬克·博塔茲, 羅伯特·穆爾, 約翰·M.·特尼普希德, 熊順和 申請人:古河電子北美公司