專利名稱：光纖拉制模具及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于拉制光纖的涂覆模具，并為此涉及光纖拉制方法。
背景技術(shù)：
從保持機械強度和傳輸特性的觀點來說，涂制到光纖上的多種樹脂涂層是人所共知的。將一種具有相對比較低的楊氏模量的紫外可固化樹脂涂制到光纖上作為第一涂覆層，而將具有相對高楊氏模量的紫外可固化樹脂涂制到光纖上作為第二涂覆層。
下面，參照圖2來說明涂制紫外可固化樹脂的光纖拉制裝置。
圖2中，參照數(shù)字1表示一種光纖。光纖1通過進行熱熔化工藝使光纖的原材料2在拉制爐中延伸而形成。使光纖1穿過第一樹脂涂覆裝置4而將液體的第一紫外可固化樹脂涂到光纖1的外面。此外，通過使光纖1穿過第一硬化裝置5(UV燈)用紫外光輻照，樹脂得到硬化；因此，在光纖1上形成第一涂覆樹脂。
隨后，通過使已被涂覆樹脂的光纖穿過第二樹脂涂覆裝置6和第二硬化裝置7，在第一涂覆樹脂層上形成第二涂覆樹脂層，如一種紫外可固化樹脂。一種涂覆樹脂的光纖8通過彎曲裝置9使其彎曲。樹脂涂覆工藝縱向完成。
最近，根據(jù)光纖需求量的增加，光纖的生產(chǎn)率因此需要相應(yīng)地改進。具體地，需要實現(xiàn)紫外可固化樹脂的高速涂覆工藝。但是，如果實現(xiàn)了高速涂覆工藝，出現(xiàn)了紫外可固化樹脂不能堅固地和厚度均勻地涂制的問題。
為了解決上述問題，已知在日本審查專利申請第二版公開(Japanese Examined Patent App1ication，Second Publication)No.Hei 7-5336中敘述了一種涂覆工藝。根據(jù)這種涂覆工藝，通過控制液體紫外可固化樹脂的涂制溫度并控制液體紫外可固化樹脂的區(qū)域粘度，其中在預(yù)定的涂制溫度范圍內(nèi)剪切速率低于臨界剪切速率，防止了在涂覆模具中出現(xiàn)存在于涂覆樹脂中的缺陷。在該涂覆工藝中，公開了涂制溫度在60℃到100℃的范圍，在其中該涂制溫度的剪切速率低于臨界剪切速率的區(qū)域，粘度為500cps到3000cps。
但是，如在上述現(xiàn)有技術(shù)文檔中公開的，一般紫外可固化樹脂的剪切速率在104-105秒-1的范圍。如果拉制工藝是在剪切速率必須低于臨界剪切速率的條件下完成，線速度不可能高。如果在如線速度為10米/秒的高速拉制條件下完成，界面剪切速率變得十分大；因此，很容易變的高于其臨界剪切速率。
另一方面，與光纖拉制速度的增加一樣，涂覆模具的設(shè)計方面變得重要。日本審查專利申請，第二版公開No.Hei 7-91092是涂覆模具這種設(shè)計的實例。將參照下圖3，4，5說明在該現(xiàn)有技術(shù)文檔中公開的一種涂覆模具。
在圖3中，參照數(shù)字1是光纖。當光纖1穿過導(dǎo)引模具10和模具11時樹脂12涂制到光纖1上。參照數(shù)字13表示支撐導(dǎo)引模具10和模具11的夾具。參照數(shù)字14表示一導(dǎo)引模具孔。參照數(shù)字15表示導(dǎo)引模具的底面。參照數(shù)字16表示模具11的錐形部分。參照數(shù)字17表示模具11的出口孔。參照數(shù)字18表示模具11的上表面。參照數(shù)字19表示半月板。
在圖4A和5A中示出了導(dǎo)引模具10，模具11和其形狀。在上述現(xiàn)有技術(shù)文檔中，公開了圖4中的B和H之間的關(guān)系，G和C之間的關(guān)系，G和D之間的關(guān)系，及角度α的范圍。
上述現(xiàn)有技術(shù)文檔中，提到了通過修改使得模具11中的錐形部分具有圖4B所示的兩步結(jié)構(gòu)的情形。但是，那種結(jié)構(gòu)的細節(jié)沒有公開。同樣，公開了通過修改使得模具11中的錐形部分具有圖5B所示的彎曲結(jié)構(gòu)的情形。但是，這種結(jié)構(gòu)的細節(jié)沒有公開。
同樣，將樹脂涂制到光纖上和將樹脂進一步涂制到已涂覆樹脂的光纖上的情形之間所需模具11的形狀是不同的。此外，在實際拉制操作中，當拉制速度從低速如開始速度(例如，0.5米/秒)增加到依工作原則拉制產(chǎn)品的高速(例如，30米/秒)時，用樹脂涂覆光纖的溫度是不固定的。因此，在一定程度上涂覆的條件變得不穩(wěn)定。為了得到高質(zhì)量的光纖，必須穩(wěn)定地完成涂覆操作來避免在每個拉制速度范圍樹脂的滑移現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
考慮上述問題完成了本發(fā)明。本發(fā)明的目的是提供一種光纖的拉制方法，即使在高速拉制操作中該方法可以用樹脂穩(wěn)定地涂覆光纖，并可以實現(xiàn)高生產(chǎn)率，并降低成本。本發(fā)明的另外一個目的是提供一種用于該拉制方法的光纖拉制模具。
為了解決上述問題，本發(fā)明的第一方面提供一種光纖拉制模具，該模具用于通過將樹脂涂到光纖上來形成樹脂涂覆層的樹脂涂覆裝置，光纖是通過對光纖原材料的拉制過程而形成的，其特征在于光纖對樹脂涂敷層的界面剪切速率根據(jù)涂敷杯中樹脂的壓力值計算；界面剪切速率在-1.5×105到0秒-1的范圍。
本發(fā)明的第二方面提供一種光纖拉制模具，該模具用于通過將另外的樹脂涂到已涂覆樹脂的光纖上來形成樹脂涂覆層的樹脂涂覆裝置，其特征在于光纖對樹脂涂敷層的界面剪切速率根據(jù)涂覆樹脂的量計算；界面剪切速率在-3×105到2×105秒-1的范圍。
通過實現(xiàn)這些，即使界面剪切速率的絕對值超過105秒-1，可能在已涂覆樹脂的光纖上完成穩(wěn)定的樹脂涂覆工藝。
本發(fā)明的第三方面是光纖拉制裝置，包括使用根據(jù)本發(fā)明第一方面的光纖拉制模具將樹脂涂到光纖上的樹脂涂覆裝置；和用根據(jù)本發(fā)明第二方面的光纖拉制模具將樹脂涂到已涂覆樹脂的光纖上的樹脂涂覆裝置。
通過實現(xiàn)這些，可能實現(xiàn)一種即使在高速拉制操作中可以穩(wěn)定完成樹脂涂覆操作的光纖拉制裝置。
本發(fā)明的第四方面是使用根據(jù)本發(fā)明第三方面的光纖拉制裝置拉制光纖的光纖拉制方法。
通過實現(xiàn)這些，即使界面剪切速率的絕對值超過105秒-1，可能穩(wěn)定地完成穩(wěn)定的樹脂覆操作。因此，可能高速完成拉制操作，并且可能實現(xiàn)高生產(chǎn)率和降低成本的光纖拉制方法。
如上述說明的，根據(jù)本發(fā)明，光纖對涂敷樹脂的界面剪切速率根據(jù)涂敷容器中樹脂的壓力值計算，并且界面剪切速率設(shè)定在-1.5×105到0秒-1。通過實現(xiàn)這些，即使界面剪切速率的絕對值超過105秒-1，可能在光纖上完成穩(wěn)定的樹脂涂覆操作。
同樣，已涂覆樹脂的光纖對涂覆的樹脂的界面剪切速率根據(jù)涂覆樹脂的量計算，并且界面剪切速率設(shè)定在-3×105到2×105秒-1的范圍。通過實現(xiàn)這些，即使界面剪切速率的絕對值超過105秒-1，可能在已涂覆樹脂的光纖上完成穩(wěn)定的樹脂涂覆操作。
同樣，根據(jù)本發(fā)明，界面剪切速率根據(jù)在光纖上完成樹脂涂覆操作的模具和在已涂覆樹脂的光纖上完成樹脂涂覆操作的模具之間不同的形狀來設(shè)定。因此，可能實現(xiàn)一種即使在高速拉制操作中可以完成穩(wěn)定的樹脂涂覆操作的光纖拉制裝置。
同樣，根據(jù)本發(fā)明，即使界面剪切速率的絕對值超過105秒-1，可能完成穩(wěn)定的樹脂涂覆操作。因此，可能高速完成拉制操作，并且實現(xiàn)可以實現(xiàn)高生產(chǎn)率和降低成本的光纖拉制方法。


圖1A和1B為根據(jù)本發(fā)明的光纖拉制模具的橫截面圖。
圖2為包括在根據(jù)本發(fā)明的光纖拉裝置中的一般工藝圖。
圖3為示出傳統(tǒng)樹脂涂覆裝置的橫截面圖。
圖4A和4B為示出用在傳統(tǒng)樹脂涂覆裝置中的導(dǎo)引模具和模具的實例的橫截面圖。
圖5A和4B為說明用在傳統(tǒng)樹脂涂覆裝置中的導(dǎo)引模具和模具的另一實例的橫截面圖。
具體實施例方式
下面參照

本發(fā)明的一種實施例。
在圖1中示出根據(jù)本發(fā)明的光纖拉制模具的一種實例。
拉制模具用于包括在圖2所示的光纖拉制裝置中的第一樹脂涂覆裝置4和第二樹脂涂覆裝置6中。
拉制模具的形狀根據(jù)圖1A中所示的尺寸A，B，D和角度C，及圖1B所示的尺寸A，B，D和角度C及角度E來確定。這些尺寸和角度根據(jù)將用涂覆樹脂涂覆的光纖的界面剪切速率來確定。
計算界面剪切速率的基本公式如下。
首先，利用邊界條件，根據(jù)公式F2和F3，計算了Navier-Stokes方程F1的解。∂2v∂r2+1r·∂v∂r=1μ·∂p∂z···F1]]>
在r＝Rf處v＝Vf......F2在r＝Rd處v＝0......F3這里v表示樹脂的速度。r表示徑向位置。p表示壓力值。z表示前向為正方向條件下光纖中的位置。Rf表示光纖的半徑。Vf表示光纖的速度。Rd表示模具的半徑(z的函數(shù))。
函數(shù)z的解可以用公式4表示。v(r,z)=r2-Rd24μ·∂p∂z+ln(r/Rd)ln(Rf/Rd)·(Vf+Rd2-Rf24μ·∂p∂z)···F4]]>界面剪切速率可以用以下的公式5和公式6表示。∂v(r)∂r=r2μ·∂p∂z+1r1ln(Rf/Rd)·(Vf+Rd2-Rf24μ·∂p∂z)···F5]]>lim∂v(r)∂rr→Rf=12μ·∂p∂z·(Rf+Rd2-Rf22Rf·ln(Rf/Rd))+VfRf·ln(Rf/Rd)···F6]]>這里，公式F6的右邊的值如p/z是未知的。為了得到p/z的值，需要確定模具上部入口處的壓力值Pini和模具下部出口處的壓力值Pout。否則，需要引入流量Q。也就是，如果用公式F7和F8取代公式F6；那么，得到公式F9。Q=π4(Rc2-Rf2)···F7]]>Q=2π∫r=Rfr=Rdr·v(r)dr···F8]]>∂p∂z=-4μ·2Q/π·ln(Rf/Rd)+Vf·(Rd2-Rf2+2Rf2·ln(Rf/Rd))(Rd2-Rf2)(Rd2-Rf2+ln(Rf/Rd)(Rd2-Rf2))···F9]]>這里，z軸方向的積分范圍是在其中樹脂不產(chǎn)生渦流的范圍。
當玻璃制成的光纖被涂覆后，用涂覆坩堝中涂覆樹脂的壓力值取代模具頂部入口處Pini來計算界面剪切速率。當涂覆已涂覆樹脂的光纖時，界面剪切速率根據(jù)樹脂的流量來計算，樹脂的流量根據(jù)已經(jīng)涂覆的樹脂的涂覆直徑來計算。
作為本實施例完成的實驗結(jié)果，當用樹脂涂覆玻璃制成的光纖時，穩(wěn)定的界面剪切速率的范圍在-1.5×105到0秒-1。同樣，當用樹脂涂覆已涂覆樹脂的光纖時，穩(wěn)定的界面剪切速率的范圍在-3×105到2×105秒-1。
根據(jù)本發(fā)明的一種光纖拉制裝置，在用來將樹脂涂覆到光纖上的第一樹脂涂覆裝置4中使了用界面剪切速率為-1.5×105到0秒-1的模具。根據(jù)本發(fā)明的一種光纖拉制裝置，同樣在用來將樹脂涂覆到已涂覆樹脂的光纖上的第二樹脂涂覆裝置6中使用了界面剪切速率為-3×105到2×105秒-1的模具。也就是，分別采用用于用樹脂涂覆光纖的模具和用于涂覆已涂覆樹脂的光纖的模具的這樣一種結(jié)構(gòu)來改善拉制效率。模具的形狀互不相同。
同樣，根據(jù)本發(fā)明的一種光纖拉制方法采用上述的光纖拉制裝置來完成光纖的拉制操作。通過這種方法，在樹脂涂覆裝置中，即使高速拉制也可能實現(xiàn)穩(wěn)定的樹脂涂制操作和多產(chǎn)的拉制操作。
在下文中，將說明如下的光纖拉制模具的形狀和界面剪切速率的計算的實例實例1一種在玻璃制成的光纖上完成涂覆操作的實例中，界面剪切速率的計算和用圖1A和1B所示的模具(類型1和2)的拉制操作的實例是在涂覆壓力為0.3Mpa，樹脂的粘度為0.9，1.5，和2.0Pa·sec，玻璃直徑為125μm和涂覆完的直徑為190μm的條件下完成的。用類型1的模具的結(jié)果示于表1中。用類型2的模具的結(jié)果示于表2中。
表1類型1

表2類型2

表1中的A，B，C和D表示圖1A中所示的相同部分和角度。表2中的A，B，C，D和E表示圖1B中所示的相同部分和角度。表1和表2中的符號″○″表示忽略樹脂粘度和樹脂涂覆操作速度，例如加速階段和操作速度時不發(fā)生涂覆錯誤。符號″△″表示在至少一個樹脂粘度下在加速階段期間發(fā)生至少一次錯誤。符號″×″表示由于加速階段期間的反常涂覆或操作速度期間發(fā)生反常涂覆而使光纖斷裂。
實例2在已涂覆樹脂的光纖上完成樹脂涂覆操作的一種實例中，通過代入實際測量值來計算界面剪切速率，以便在樹脂的粘度為0.9，1.5，和2.0Pa·sec，已經(jīng)涂覆的光纖直徑為190μm的條件下采用圖1A和1B所示的模具(類型1和2)來完成拉制實驗。用類型1的模具的結(jié)果示于表3中。用類型2的模具的結(jié)果示于表4中。
表3類型1

表4類型2

表3和表4中的符號如″○″，″△″，″×″與表1和表2情形中的意思相同。當由于光纖斷裂拉制操作不可能時，使用由從低線速度的情形得到的數(shù)據(jù)推斷的值。
根據(jù)以上結(jié)果，在用樹脂涂覆由玻璃制成的光纖的情形下，界面剪切速率穩(wěn)定的范圍優(yōu)選在-1.5×105到0秒-1。已經(jīng)被涂覆的光纖在穩(wěn)定的界面剪切速率為-3.0×105到2×105秒-1之間進行涂覆是優(yōu)選的。根據(jù)該光纖拉制模具的實例，光纖對已涂敷的樹脂的界面剪切速率根據(jù)涂覆坩堝中樹脂的壓力值計算，并且界面剪切速率設(shè)定在-1.5×105到0秒-1的范圍。因此，當界面剪切速率的絕對值超過105秒-1，可能在光纖上完成穩(wěn)定的樹脂涂覆操作。
同樣，根據(jù)該光纖拉制模具的實例，已涂覆樹脂的光纖對已涂覆的樹脂的界面剪切速率根據(jù)涂覆的樹脂的直徑來計算，并且界面剪切速率設(shè)定在-3×105到2×105秒-1的范圍。因此，即使當界面剪切速率的絕對值超過105秒-1，可能在已涂覆樹脂的光纖上完成穩(wěn)定的樹脂涂覆操作。
同樣，在該光纖拉制裝置的實例中，界面剪切速率根據(jù)在光纖上完成樹脂涂覆操作的模具和在已涂覆樹脂的光纖上完成樹脂涂覆操作的模具之間形狀的不同來設(shè)定。因此，即使在高速拉制操作中有可能完成穩(wěn)定的涂覆操作。
同樣，在該光纖拉制方法實例中，通過采用上述的光纖拉制裝置，即使界面剪切速率的絕對值超過105秒-1，有可能完成穩(wěn)定的樹脂涂覆操作。因此，有可能高速完成拉制操作，并且實現(xiàn)可實現(xiàn)高生產(chǎn)率和降低費用的光纖拉制方法。
權(quán)利要求
1.一種光纖拉制模具，該模具用于通過將樹脂涂制到光纖上形成樹脂涂層的樹脂涂覆裝置，光纖是通過對光纖原材料的拉制工藝而形成，其特征在于光纖對樹脂涂層的界面剪切速率根據(jù)涂覆杯中樹脂的壓力值計算；界面剪切速率的范圍在-1.5×105到0秒-1。
2.一種光纖拉制模具，該模具用于通過將另外的樹脂涂到已涂覆樹脂的光纖上來形成樹脂涂層的樹脂涂覆裝置，其特征在于光纖對樹脂涂層的界面剪切速率根據(jù)涂覆樹脂的直徑來計算；和界面剪切速率在-3×105到2×105秒-1的范圍。
3.一種光纖拉制裝置包括使用根據(jù)權(quán)利要求1的光纖拉制模具將樹脂涂制到光纖上的樹脂涂覆裝置；和使用根據(jù)權(quán)利要求2的光纖拉制模具將樹脂涂制到已涂覆樹脂的光纖上的樹脂涂覆裝置。
4.使用根據(jù)權(quán)利要求3的光纖拉制裝置拉制光纖的光纖拉制方法。
全文摘要
制造了一種光纖涂覆模具，使得光纖對樹脂涂層的界面剪切速率根據(jù)涂覆杯中樹脂的壓力值來計算，并且界面剪切速率在－1.5×10
文檔編號G02B6/44GK1426975SQ0215604
公開日2003年7月2日 申請日期2002年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月13日
發(fā)明者藤卷宗久, 濱田貴弘, 原田光一 申請人:株式會社藤倉