專利名稱：生產(chǎn)光纖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生產(chǎn)光纖的方法，在此類光纖制造過程中，沿著非線性路徑(nonlinear pathway)生產(chǎn)光纖。更具體地說,本發(fā)明涉及結(jié)合了流體軸承(fIuidbearing)的光纖生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
生產(chǎn)光纖的常規(guī)技術(shù)和制造方法一般包括在各生產(chǎn)階段中沿著線性路徑向下牽拉光纖。但是，這種技術(shù)嚴(yán)重妨礙了對光纖生產(chǎn)的改進(jìn)和改良。例如，與光纖線性生產(chǎn)相關(guān)的設(shè)備通常以從頂部到底部的方式排列，從而難以在不增加整體系統(tǒng)高度的情況下對方法進(jìn)行增加或改變。在一些情況下，對線性生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行增加需要額外的結(jié)構(gòu)，從而增加了建筑外殼(building housing)的高度(例如，拉制塔位于或接近已有建筑頂棚的情況)。這種妨礙作用導(dǎo)致為了改變或更新光纖生產(chǎn)系統(tǒng)和設(shè)施的成本明顯提高。提供使得制造商得以取消只能線性方式進(jìn)行生產(chǎn)的系統(tǒng)和方法將顯著降低進(jìn)行改變或更新的成本。例如，通過使用水平伸展(取代垂直伸展，或與垂直伸展同時使用)的系統(tǒng)，將更容易和更節(jié)約成本地為生產(chǎn)系統(tǒng)提供額外部件和設(shè)備。另外，這種排列能夠提供更有效的工藝路徑，使得可以使用較低成本的聚合物、較高的涂覆速度，從而提供改進(jìn)的光纖冷卻技術(shù)。發(fā)明概述本發(fā)明意在解決和消除問題和缺點(diǎn)，另外改進(jìn)生產(chǎn)光纖的系統(tǒng)和方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一個實施方式包括生產(chǎn)光纖的方法，所述方法包括沿著第一路徑從預(yù)制件拉制裸光纖，使裸光纖接觸流體軸承的流體緩沖墊(fluid cushion)區(qū)，在將裸光纖拉過流體緩沖墊區(qū)時沿著第二路徑重新定向該裸光纖。本發(fā)明另一方面包括生產(chǎn)光纖的方法，所述方法包括沿著第一路徑拉制光纖，使光纖接觸流體軸承的一個區(qū)，其中，所述流體軸承包括具有弓形外表面的第一擋板和具有相應(yīng)弓形外表面的第二擋板，其中，所述相應(yīng)外表面是充分對準(zhǔn)的，在第一擋板和第二擋板的相應(yīng)外表面之間形成所述區(qū)，其中，所述區(qū)設(shè)置成能夠接受光纖，并且有至少一個開口通過第一擋板和第二擋板中的至少一個，所述開口設(shè)置成能夠提供流過流體軸承的流體。所述方法進(jìn)一步包括在將光纖拉過流體緩沖墊區(qū)時沿著第二路徑重新定向所述光纖。本發(fā)明另一方面包括生產(chǎn)光纖的方法，所述方法包括沿著第一路徑拉制光纖，使光纖接觸第一流體軸承的第一流體緩沖墊區(qū)，在將光纖拉過第一流體軸承的第一流體緩沖墊區(qū)時沿著第二路徑重新定向光纖 ，使光纖接觸第二流體軸承的第二流體緩沖墊區(qū)，在將光纖拉過第二流體軸承的第二流體緩沖墊區(qū)時沿著第三路徑重新定向光纖。所述方法還包括用涂層涂覆光纖。
在本文所述本發(fā)明的任何方面中，流體軸承優(yōu)選可以包括在光纖通過所述流體軸承時用于引導(dǎo)所述光纖的通道。所述通道優(yōu)選由兩個平行或基本平行的側(cè)壁形成，這兩個側(cè)壁形成光纖從中通過并重新定向的通道。在光纖拉制操作期間，優(yōu)選將光纖完全定位并保持在所述通道內(nèi)和所述側(cè)壁之間，并且使所述流體緩沖墊從所述通道的一端至另一端在其間噴過。通常，流體在由光纖通過流體軸承而形成的弓形路徑內(nèi)的一點(diǎn)處進(jìn)入通道，從所述光纖弓形路徑外的一點(diǎn)處離開通道。與光纖形成的弓形路徑外的壓力相比，在所述弓形路徑內(nèi)存在于光纖下方的壓力較高，這種較高的壓力會使光纖浮起。優(yōu)選為通道提供能夠在光纖在通道中朝向弓形路徑的外側(cè)運(yùn)動時降低所述弓形路徑內(nèi)的壓力的裝置。例如，可以提供楔形的通道，從而當(dāng)光纖在通道內(nèi)升高時降低光纖下方的壓力。在一些優(yōu)選實施方式中，通道側(cè)壁以一定角度傾斜，流體進(jìn)口處的通道寬度小于流體出口處的溝槽寬度。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在以下詳細(xì)說明中提出，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過閱讀說明書或者通過實施本文所述的本發(fā)明(包括以下詳細(xì)說明、權(quán)利要求和附圖)將了解，這些其它特征和優(yōu)點(diǎn)中的一些是顯而易見的。應(yīng)該理解，以上一般說明和以下詳細(xì)說明提出了本發(fā)明的實施方式，意在為理解所要求權(quán)利的本發(fā)明的性質(zhì)和特征提供概述或框架。包括附圖以提供對本發(fā)明進(jìn)一步的理解，附圖結(jié)合在本說明書中，并且構(gòu)成本說明書的一部分。


本發(fā)明的各實施方式，與說明書一起闡述了本發(fā)明的原理和操作。附圖簡要說明

圖1說明一種光纖生產(chǎn)系統(tǒng)；圖2說明另一種光纖生產(chǎn)系統(tǒng)；圖3說明用于光纖生產(chǎn)系統(tǒng)的一種流體軸承的分解圖；圖4說明用于光纖生產(chǎn)系統(tǒng)的具有楔形區(qū)的一種流體軸承的側(cè)視圖；圖5說明圖4中流體軸承的一個區(qū)域的部分放大圖；圖6說明流體軸承的一部分的前視圖； 圖7說明另一種流體軸承設(shè)計的截面圖；圖8說明另一種流體軸承設(shè)計的截面圖。附圖中提出的實施方式是說明性的，并不意在限制由權(quán)利要求限定的本發(fā)明。而且，參考詳細(xì)說明，附圖和本發(fā)明的各特征將是更顯而易見和更容易理解的。本發(fā)明優(yōu)選實施方式以下將具體參考本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，附圖中說明了這些實施方式的實施例。在附圖中，將盡可能使用相同的附圖標(biāo)記指代相同或類似的部件。本發(fā)明提供了生產(chǎn)光纖的新系統(tǒng)和新方法，其中，通過使用流體軸承沿著非線性路徑生產(chǎn)光纖。本文聯(lián)系附圖1-6具體描述本發(fā)明的實施方式，其中，類似的附圖標(biāo)記指代附圖中相同或相應(yīng)的要素。本發(fā)明提供的系統(tǒng)和方法使得能夠從初始預(yù)制件拉制光纖并沿著非線性路徑傳遞光纖。本文使用術(shù)語“裸光纖”表示直接從預(yù)制件拉制的光纖，尚未對其外表面施用保護(hù)性涂層(例如，在用聚合物基材料對裸光纖進(jìn)行涂覆之前)。本發(fā)明通過使光纖在施用保護(hù)性涂層之前沿著非線性路徑在各生產(chǎn)階段中傳遞而提供了靈活性。另外，如下文討論的，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法不僅提供了非線性路徑，還能促進(jìn)在生產(chǎn)過程期間對光纖進(jìn)行加工(例如冷卻)。參見附圖1，說明了生產(chǎn)光纖8的一種系統(tǒng)的例子。在圖1所示的實施方式中，將預(yù)制件10置于熔爐12中，由其拉制光纖，產(chǎn)生裸光纖14。預(yù)制件10可以由適合于制造光纖的任何玻璃或材料構(gòu)成。一旦從預(yù)制件10拉制出裸光纖14并且離開熔爐12，裸光纖14立刻接觸固定式流體軸承16 (下文討論)并且在運(yùn)動到冷卻裝置18之前從沿著第一(基本上垂直的)路徑(A)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成沿著第二路徑(B)運(yùn)動。如圖所示，第二路徑(B)水平取向，或者與第一路徑正交，但是應(yīng)該理解，本文所述的系統(tǒng)和方法可以在施用保護(hù)性涂層之前沿著任何非線性路徑重新定向光纖。在圖1所示的實施方式中，光纖14在到達(dá)涂覆單元20之前，在通過任選的冷卻裝置18的時候被冷卻，在所述涂覆單元20處，在裸光纖14的外表面上施用第一層保護(hù)涂覆層21。冷卻裝置18可以是用來冷卻光纖的本領(lǐng)域中已知的任何裝置。優(yōu)選在冷卻裝置中填充能夠促進(jìn)光纖以比空氣冷卻更快的速率冷卻的氣體。需要時可以使用任選的額外的流體軸承24，在裸光纖14運(yùn)動至 涂覆單元從而接受保護(hù)層時，將其從基本水平的路徑(B)(通過軸承16和24的對準(zhǔn)而產(chǎn)生)傳遞回到基本垂直的路徑(A)(或者任何其它第三路徑)。離開涂覆單元20之后，具有保護(hù)層21的光纖(不再是裸光纖)可以通過系統(tǒng)內(nèi)的各種其它加工階段(未顯示)。在將光纖拉過圖1所示整個系統(tǒng)并且最終繞在光纖儲軸(storagespool，未顯示)上時，使用牽拉裝置28在光纖上提供必需的牽引力。如下文所述，流體軸承(例如16和24)將光纖14傳遞通過光纖生產(chǎn)系統(tǒng)8，使得光纖在到達(dá)牽拉裝置28之前沒有發(fā)生任何機(jī)械接觸。“機(jī)械接觸”是指與拉制過程中的固體部件發(fā)生接觸。不發(fā)生機(jī)械接觸對于保持脆弱的裸光纖的品質(zhì)是很重要的，對在通過施涂器20進(jìn)行涂覆之前運(yùn)動經(jīng)過非線性路徑的光纖而言尤為重要。由牽拉裝置28提供的機(jī)械接觸是可以接受的，原因是，在系統(tǒng)中的該點(diǎn)處，光纖已經(jīng)涂覆有保護(hù)層21，機(jī)械接觸不會象對未涂覆光纖那樣對已涂覆光纖的品質(zhì)產(chǎn)生明顯影響。如本文所討論的，提供在涂覆步驟之前具有非線性路徑的光纖生產(chǎn)系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)。例如，在常規(guī)生產(chǎn)系統(tǒng)中，在涂覆單元之前增加新的或額外的部件，例如額外的冷卻裝置18或額外的涂覆單元20，意味著所有這些裝置需要進(jìn)行線性的重新排列，一般需要增加系統(tǒng)的高度。使用本文所述的光纖生產(chǎn)系統(tǒng)，可以在施用保護(hù)性涂層之前沿著水平或?qū)?例如與垂直方向的夾角)方向輸送光纖，從而不僅在構(gòu)建設(shè)備時提供更大的靈活性，并且在以后的改變、增加和更新時提供更大的靈活性。圖2說明光纖生產(chǎn)系統(tǒng)108的另一個實施方式。如圖2中所示，可以組合使用多個流體軸承116，將來自預(yù)制件110的光纖114傳遞至涂覆單元120。鑒于圖1的冷卻裝置18位于從預(yù)制件10形成光纖14之后和光纖到達(dá)涂覆單元20施用保護(hù)層21之前，圖2提供了取消標(biāo)準(zhǔn)冷卻裝置的一個實施方式。具體地說，流體軸承116 (或圖1中的14或24)替代了標(biāo)準(zhǔn)冷卻裝置(例如圖1中的18)，起到了冷卻裝置118的作用(并且提供了流體緩沖墊區(qū)，裸光纖114可以運(yùn)動經(jīng)過該區(qū))。將光纖114傳遞經(jīng)過流體軸承116時(下文描述)，各流體軸承116上的流體緩沖墊區(qū)使裸光纖114冷卻。例如，參見圖2，離開熔爐112進(jìn)入流體軸承116的光纖114的溫度可能約為1000-1800°C或以下。在一些優(yōu)選實施方式中，光纖在其溫度低于1300°C、更優(yōu)選低于1200°C的情況下進(jìn)入流體軸承116，在一些實施方式中，低于1100°C。由于流體軸承應(yīng)用承載光纖的運(yùn)動流體流，所以光纖的冷卻速率比光纖在環(huán)境靜止空氣(例如剛離開拉制熔爐時的情況)中的冷卻速率更快。光纖和流體軸承中流體(優(yōu)選為環(huán)境溫度或室溫的空氣)的溫度差越大，流體軸承冷卻光纖114的能力越大。在另一個實施方式中，實際上可以對噴過流體軸承116的流體進(jìn)行冷卻，從而以更快的速率冷卻光纖。流體緩沖墊區(qū)內(nèi)的流體能為光纖114提供充分的冷卻，從而能夠?qū)⒐饫w直接傳遞至涂覆單元120，在裸光纖114的外表面上施用保護(hù)層，生產(chǎn)經(jīng)過涂覆的光纖121。在一個實施方式中，流體軸承116的流體緩沖墊區(qū)可以包含不與裸光纖114反應(yīng)的流體(例如空氣、氦氣)。除了提供冷卻之外，應(yīng)用了多個流體軸承116的圖2的排列還能在將裸光纖114從基本線性的排列(Y)轉(zhuǎn)換成基本非線性的排列(Y + Z)時提供更好的穩(wěn)定性。不希望受限于理論，通過應(yīng)用彼此相鄰排列的多個流體軸承116，能夠更容易地控制使光纖114從流體緩沖墊的一個區(qū)運(yùn)動至下一個區(qū)時需要的精確性。當(dāng)然，應(yīng)該理解，可以應(yīng)用以任何順序排列的任意數(shù)量的軸承組(以下討論)(包括應(yīng)用一個軸承組的情況)、提供任意數(shù)量的所需路徑來生產(chǎn)光纖。至此，已經(jīng)描述了以非線性路徑生產(chǎn)光纖的系統(tǒng)和方法。如本文所述，這些系統(tǒng)和方法可以包括結(jié)合一個或多個軸承組。圖3說明可以如本文所述用于生產(chǎn)光纖的軸承組216的一個實施方式。在圖3所示的實施方式中，軸承組216 (有時候稱為“流體軸承”)包括第一擋板230、第二擋板232、內(nèi)部元件236、位于第一和第二擋板中至少一個中的至少一個開口 234。第一擋板230和第二擋板232可以由金屬制造，包括弓形外表面238、239，可以彼此相對定位。第一擋板230和第二擋板232通過緊固件(例如螺栓240)相連，從而將擋板230和232連接在一起，使得流體可以通過軸承組216。各擋板230、232的弓形外表面238,239 一般沿著對應(yīng)各擋板230、232的周邊展開。第一擋板230和第二擋板232各自具有對應(yīng)的內(nèi)表面242、244和外表面243、245，其中，擋板230、232的內(nèi)表面242、244彼此對準(zhǔn)。凹陷部分247至少部分地環(huán)繞第一擋板230或第二擋板232的內(nèi)表面242、244，從而為流體流動提供增壓(plenum)。在另一個實施方式中,所述凹陷部分可以包括多種構(gòu)造,從而在光纖承載通道250中提 供均勻的流動，如下文所討論。在所不實施方式中，第一擋板230和第二擋板232的弓形外表面238、239優(yōu)選基本對準(zhǔn)，并且在第一擋板230和第二擋板232的外表面238、239之間形成一個區(qū)。該區(qū)構(gòu)造成能夠接受光纖，因此，光纖能夠沿著該區(qū)運(yùn)動而不需要軸承組發(fā)生旋轉(zhuǎn)。圖4中所示的實施方式中更清楚地說明了光纖承載通道250 (下文討論)。至少一個開口 234通過第一擋板230和第二擋板232中的至少一個。如圖3中所示，第一擋板230和第二擋板232的開口 234使得流體(例如空氣、氦氣、或其它所需的氣體或液體)能夠傳送通過軸承組216，因此，流體能夠在光纖承載通道250處離開軸承組216，所述通道在第一擋板230和第二擋板232之間形成(圖4和5中能更清楚地顯示)。另外，如圖3中的實施方式所示，軸承組216可以包括位于第一擋板230和第二擋板232之間的內(nèi)部元件236。所述內(nèi)部元件236 (例如薄墊片237)構(gòu)造成能夠幫助將流體定向至第一擋板230和第二擋板232的外表面238、239之間的區(qū)，使得流體離開具有預(yù)定流動方向的光纖承載通道250。內(nèi)部兀件236位于第一擋板230和第二擋板232之間，從而在其間提供縫隙。內(nèi)部元件236定向流體，使其離開具有預(yù)定流動方向的光纖承載通道250。需要時，內(nèi)部元件236可以包括多個指狀物(未顯示)，從而通過抑制非徑向流動進(jìn)一步控制流體流動。另外，內(nèi)部元件236作為密封(sealing)部分，在第一擋板230和第二擋板232之間提供充分接觸。內(nèi)部元件還可以包括槽口，以促進(jìn)光纖的進(jìn)入和離開，如圖6中所示(下文所述)。如圖4中所示，在第一擋板230和第二擋板232的外表面238、239之間形成的光纖承載通道250可以是楔形的，其中，流體在第一擋板230和第二擋板232之間離開。但是在另一個實施方式中，光纖承載通道250例如可以包括平行或反向的楔形。另外，楔形光纖承載通道250內(nèi)的開口 260可以根據(jù)光纖214垂直定位的位置而變化。開口 260和光纖承載通道250的優(yōu)選構(gòu)造是，對于應(yīng)用的具體牽引力和牽拉速度、以及流體流過開口 260的速率，對于典型外直徑是125微米的光纖，光纖能夠保持在光纖承載通道250中小于500微米寬度的橫截面內(nèi)，較優(yōu)選該寬度小于400微米，更優(yōu)選小于300微米，最優(yōu)選小于200微米。因此，優(yōu)選光纖能保持在通道250中光纖直徑1-2倍的區(qū)域內(nèi)，更優(yōu)選為光纖直徑的1-1.75倍，最優(yōu)選為光纖直徑的1-1.5倍的區(qū)域內(nèi)。優(yōu)選光纖位于通道內(nèi)部時使光纖外側(cè)與各側(cè)壁之間的距離為光纖直徑的0.05-0.5倍。參見圖5，形成光纖承載通道250的表面242和244的長度優(yōu)選至少為0.5厘米，更優(yōu)選長度至少為I厘米。例如在一個實施方式中，光纖承載通道250的深度可以是1.25厘米。對于125微米的光纖,光纖承載通道250橫向?qū)挾?distance across fiber supportchannel)例如可以是，在擋板230和232之間最內(nèi)部和最窄橫向?qū)挾燃s為127微米，在擋板230和232之間最外部和最寬橫向?qū)挾?弓形外表面238、239的略靠內(nèi)側(cè))約為380微米。圖5是圖4中一部分的放大圖，更清楚地顯示了光纖承載通道250，該通道具有在光纖214傳遞通過流體軸承組216時接觸光纖214并且防止光纖與流體軸承組216的機(jī)械部件發(fā)生實質(zhì)接觸的流體254的一個區(qū)。如圖5所示，流體254(例如空氣)從軸承組216內(nèi)離開光纖承載通道250，流體254環(huán)繞光纖214，并且在光纖214下方提供流體254的一個區(qū)，該區(qū)在光纖下方產(chǎn)生正壓，從而作用于光纖底部起到承載作用?？梢詫毫M(jìn)行優(yōu)化，使光纖214定位于流體軸承組216的第一擋板230和第二擋板232之間形成的光纖承載通道250內(nèi)。具體地說，在光纖承載通道250處(即，光纖214的下方)離開軸承組216的流體254可以具有恒定的流體流動速率，該速率能夠?qū)⒐饫w214保持或承載在光纖承載通道250內(nèi)的特定位置處。為光纖承載通道250提供足夠高的流體壓力，從而在光纖214運(yùn)動經(jīng)過流體軸承組216時承載光纖214并且將光纖保持在光纖承載通道250內(nèi)所需的位置處。從圖5中可知，在一些優(yōu)選實施方式中，表面242和244優(yōu)選是楔形或傾斜的，從而使光纖承載通道250在流體254進(jìn)入光纖承載通道250的端部(即，在光纖214通過流體軸承時由光纖形成的弓形路徑的內(nèi)側(cè))具有較窄的寬度。在所示實施方式中，為了方便觀看，圖中的傾斜角度(tapered angle)在朝向光纖承載通道250的優(yōu)選傾斜角度水平上有所夸張。事實上，表面242和244中至少一個、優(yōu)選兩個是各自傾斜的，傾斜角度優(yōu)選大于O且小于10度，更優(yōu)選0.3-7度，最優(yōu)選0.4-3度，因此，光纖承載通道250頂部或外部256的寬度260要大于光纖承載通道250底部或內(nèi)部257的寬度260。例如，在這樣的一個實施方式中，形成所述區(qū)的第一擋板230和第二擋板232可以分別傾斜6度和+.6度。或者，光纖承載通道250可 以具有任意深度、寬度或傾斜角度。通過利用楔形的光纖承載通道250 (例如圖4和5中所示)并且將流體注射入光纖承載通道250形成的溝槽中，使流體進(jìn)入光纖承載通道250較窄的內(nèi)部并且從較寬的外部離開光纖承載通道250，噴過通道250的流體緩沖墊就能使光纖自定位于通道250的深度內(nèi)。例如，對于給定的流體流動，如果光纖牽引力增大，則光纖將在通道250中向下運(yùn)動直到光纖214與通道側(cè)壁242和244之間的縫隙小到足以使通道250中的壓力足夠大，足以恰當(dāng)校正新的較高牽引力。如果光纖牽引力減小，則光纖將在通道250中向上運(yùn)動直到光纖214與通道側(cè)壁242和244之間的縫隙大到足以使通道250中的壓力小到足以恰當(dāng)校正新的較低牽引力。使通道250呈楔形，從而使通道250能夠適應(yīng)更寬的牽引力范圍?；蛘?，如果所示通道250并非楔形而且牽引力減小，則光纖會向上運(yùn)動離開光纖承載通道250。優(yōu)選光纖位于通道250中為光纖直徑約1-2倍的區(qū)域中，更優(yōu)選為光纖直徑約1-1.75倍，最優(yōu)選為光纖直徑約1-1.5倍。通過將光纖定位于通道250中這樣較窄的范圍中，光纖能夠在操作期間因為伯努利效應(yīng)(Bernoulli effect)而使自發(fā)居中定位。例如，當(dāng)光纖接近表面244而遠(yuǎn)離表面242時,最靠近表面242的空氣速度將增大,而最靠近表面244的空氣速度將減小。根據(jù)伯努利效應(yīng)，流體速度增大的同時壓力會減小。結(jié)果是，靠近表面244的流體流速減小導(dǎo)致壓力增大，迫使光纖回到通道250的中心。因此，在優(yōu)選實施方式中，至少基本上由于伯努利效應(yīng)，在牽拉光纖時產(chǎn)生環(huán)繞光纖使其離開光纖承載通道250的流體流，從而使光纖在光纖承載通道250內(nèi)居中。要注意的是，進(jìn)行這種居中時不需要利用任何從側(cè)面沖擊光纖的流體流動，例如，沒有利用任何從側(cè)壁242或244發(fā)射的流體流動。優(yōu)選對運(yùn)動通過溝槽的流體流的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使光纖保持整體定位于溝槽250的楔形區(qū)內(nèi)。在所述實施方式中，光纖定位于通道250內(nèi)約為光纖直徑1-2倍的一個區(qū)域中，通過光纖214下方存在的壓差承載光纖(而不是通過氣動阻力承載光纖，需要時也可以選擇利用氣動阻力來承載光纖)。與利用氣動阻力來浮升光纖的情況相比，通過利用流體壓差來承載或浮升通道250內(nèi)的光纖，流體流速可以低得多。在所示實施方式中，優(yōu)選提供單獨(dú)一種流體流，該流體流經(jīng)由光纖承載通道250較窄的內(nèi)部進(jìn)入該通道并且經(jīng)由較寬的外部離開該通道。以這種方式，可以將光纖整體定位于光纖承載通道250形成的溝槽內(nèi)，使得光纖在溝槽的最窄和最寬部分之間浮起。通過利用楔形的光纖承載通道250并且以這種方式注`射流體流過區(qū)域250，可以將光纖保持在光纖承載通道250形成的所述溝槽的一個區(qū)中，其中，該溝槽的寬度比定向通過光纖承載通道250的光纖直徑大10-150微米，更優(yōu)選大15-100微米，最優(yōu)選大24-70微米左右。在光纖拉制過程期間，還優(yōu)選將光纖保持在通道的一個區(qū)內(nèi)，使光纖外側(cè)與各側(cè)壁之間的距離為光纖直徑的0.05-0.5倍。在一些優(yōu)選實施方式中，光纖承載通道250具有在光纖向外運(yùn)動遠(yuǎn)離流體流動源時能夠減小光纖下方壓力的裝置。這種用于減小壓力的裝置可以以上述楔形通道設(shè)計的形式實現(xiàn)?；蛘?，如圖7中所示，可以在形成通道250的側(cè)壁242、244中一個或兩個中設(shè)置一個或多個溝槽270，溝槽270從通道250進(jìn)口處向通道出口處徑向延伸，尤其是在光纖拉制操作期間將要使光纖定位的通道區(qū)處(即，光纖通過空氣軸承的位置)。由于流體接觸開有溝槽的通道時會流出溝槽并從而流出通道250，因此對于施加在通道250中的任何給定流體壓力，光纖在通道250中的位置越高，則用于承載光纖的流體壓力越小。光纖處于較高位置時，通道250中光纖下方的溝槽面積將較大。相反，光纖處于較低位置時，在光纖下方的溝槽面積將較小。因此，隨著光纖上牽引力的減小，光纖仍然能夠保持在通道250中，即使形成通道的側(cè)壁彼此完全平行也是如此，原因是，當(dāng)光纖在通道內(nèi)向上或向外運(yùn)動時，會有更多的流體離開溝槽，從而減小光纖下方的壓差，使通道中的光纖停止向上運(yùn)動。當(dāng)然，本發(fā)明并不限于使用溝槽來減小壓力，還可以使用其他裝置來減小壓力，例如在表面242、244上設(shè)置成串排列并向外徑向延伸的小孔。在其他優(yōu)選實施方式中，如圖8中所示，可以使用多孔材料272提供在通道250中的光纖向外運(yùn)動遠(yuǎn)離流體流動源時用于減小壓力的裝置，所述多孔材料使流體能夠流過通道250的側(cè)壁表面242、244離開。這種用于減小壓力的裝置可以以多孔金屬介質(zhì)的形式實現(xiàn)，例如使金屬床燒結(jié)而形成，從而在燒結(jié)過程期間使孔隙夾雜于金屬中。這種多孔金屬介質(zhì)例如可以從美國康涅狄格州塔利弗韋勒市的應(yīng)用多孔技術(shù)公司(Applied PorousTechnologies,Tariffvilie,Connecticut,USA)獲得。由于流體通過多孔材料272流出通道，因此，光纖在通道250內(nèi)的位置越高，流過通道250的流體就越少，用以承載光纖214的流體壓力就越小。因此，隨著光纖上牽引力的減小，光纖仍然能夠保持在通道250內(nèi)，即使形成通道的側(cè)壁彼此完全平行也是如此，原因是，通道內(nèi)的光纖向上或向外運(yùn)動時，流體通過多孔金屬離開，從而減小了光纖下方的壓差，使通道中的光纖停止向上運(yùn)動。本文所述的流體軸承使得光纖能夠沿著流體緩沖墊區(qū)運(yùn)動，從而避免或基本避免光纖和軸承組216之間的實際機(jī)械接觸，例如，光纖在光纖承載通道250內(nèi)運(yùn)動而不會接觸擋板230或232。另外，由于所述區(qū)的尺寸和構(gòu)造的原因，在一定范圍的牽引力之下，流體軸承可以在不需要對流體流動進(jìn)行主動控制的情況下將光纖保持在該區(qū)之內(nèi)而不會發(fā)生機(jī)械接觸。參見圖5，要防止光纖214向光纖承載通道250的底部257運(yùn)動并且接觸到光纖承載通道250的填隙片237或側(cè)壁(內(nèi)表面242、244)，流體流動是很重要的。在光纖仍然為裸光纖的時候這一點(diǎn)尤其重要，這樣的話，光纖的品質(zhì)才不會因為與軸承組216的機(jī)械接觸而受影響。而且，人們相信，光纖214的位置越靠近光纖承載通道250的底部257，光纖承載通道250內(nèi)就需要越高的壓力來使光纖214保持在所需位置處。顯然通道側(cè)壁242和244的傾斜將使通道側(cè)壁和光纖之間的縫隙變得更小，從而產(chǎn)生所需的更高的壓力。對光纖承載通道250內(nèi)的光纖位置產(chǎn) 生影響的其它因素包括牽引力。例如，流體流動相同的情況下，200克牽引力的光纖在光纖承載通道250內(nèi)浮起的高度將低于100克牽引力的光纖在通道內(nèi)浮起的高度。因此，重要的是，對于所利用的特定光纖牽引速度和牽引力，離開流體軸承的所述區(qū)的流體要足以將光纖保持在所需位置。例如，在上述實施方式中，所用光纖承載通道250在擋板230和232之間最內(nèi)部橫向的寬度約為127微米，在最外部橫向的寬度約為380微米，流體流動速率可以是從約0.5升/秒至大于5升/秒。這種構(gòu)造和流體流動可以使環(huán)繞光纖的局部流體速度高達(dá)800千米/小時或者甚至更高。因此，在一些實施方式中，在光纖承載通道250中所用的環(huán)繞光纖的最大流體速度大于100、大于200、大于400、甚至可能大于600千米/小時。在一些實施方式中,在光纖承載通道250中所用的環(huán)繞光纖的最大流體速度已經(jīng)大于900千米/小時。例如，申請人已經(jīng)成功地在光纖承載通道250中利用了 1000千米/小時的環(huán)繞光纖的流體流動。但是，本文所揭示的方法當(dāng)然并不限于這些流體速度，事實上可以對流體速度進(jìn)行優(yōu)選，使光纖位于光纖承載通道250內(nèi)的所需位置，這取決于拉制條件(例如牽拉速度、牽引力等)和流體軸承設(shè)計。在另一個實施方式中，流體流動速率可以約為3-4升/秒。當(dāng)然，可以采用足以在給定牽引力下將光纖保持在所需位置的任何流體速率。利用如此高的流體流動速度能大大促進(jìn)光纖的冷卻。光纖溫度和噴過流體軸承的流體溫度之間的差值越大，流體流動速度越高，則可實現(xiàn)的冷卻程度越大。在一些實施方式中,進(jìn)入流體軸承的光纖溫度可以比噴過流體軸承并承載光纖的流體溫度高IOO0C以上，5000C以上，IOOO0C以上，甚至1500°C以上。在以上討論的實施方式中利用這樣的溫差(即，流體軸承的光纖承載通道250的最內(nèi)部橫向?qū)挾燃s為127微米，最外部橫向?qū)挾燃s為380微米，流體軸承半徑(以及由此產(chǎn)生的光纖回轉(zhuǎn)半徑)約為8厘米(3英寸)，流體流動速率約為0.5-5升/秒或以上)，光纖牽引速度大于20米/秒時，使用室溫(即約20°C )流體(優(yōu)選是空氣)，使光纖通過流體軸承，使光纖實現(xiàn)180度方向的回轉(zhuǎn)，則進(jìn)入流體軸承時的溫度為1100°C的光纖可以降溫高達(dá)1000°C，即降低至約100°C。這種非常明顯的冷卻程度說明，利用例如本文所揭示的流體軸承能夠?qū)⒐饫w冷卻超過50°C，20(TC，500°C，700°C，甚至超過900°C?？赡芨鼮轱@著的是，這樣的光纖冷卻量可以在小于3米、更優(yōu)選小于2米、最優(yōu)選小于I米的光纖距離(即，光纖接觸流體軸承的流體緩沖墊的圓周距離)內(nèi)實現(xiàn)。但是，可以利用更大或更小的光纖/流體緩沖墊接觸距離，這取決于所需結(jié)果和制造區(qū)域的布局。本文所揭示的流體軸承的顯著冷卻能力使得可以取消光纖拉制過程中的氦氣冷卻裝置。流體軸承16、24、116 、216、316的半徑并非關(guān)鍵。在一些實施方式中，流體軸承的構(gòu)造能夠?qū)崿F(xiàn)約8-16厘米的光纖回轉(zhuǎn)半徑?？梢岳幂^大或較小半徑的流體軸承，或者可以利用額外的流體軸承(如圖2中所示)，這取決于是否需要更強(qiáng)的制冷效果(這時可能優(yōu)選較大半徑的流體軸承)或光纖拉制過程的限制。在圖6所示的另一個實施方式中，流體軸承316可以具有與第一擋板和第二擋板(未顯示)的弓形外表面338相關(guān)的一個或多個開有槽口的部分370。在另一個實施方式中，如上文討論的，可以結(jié)合圖6的結(jié)構(gòu)作為參考圖3所述的獨(dú)立內(nèi)部元件。仍然參見圖6，各擋板上的相應(yīng)開有槽口的部分370使得可以對光纖314的進(jìn)入和/或離開進(jìn)行更好的控制。具體地說，當(dāng)光纖314進(jìn)入流體軸承時，光纖在第一擋板和第二擋板之間通過(參見上文圖4和5的實施方式中所述)。在軸承的出口處，光纖可能會受到由各種原因產(chǎn)生的振蕩力，使光纖在所述區(qū)內(nèi)與第一擋板或第二擋板發(fā)生機(jī)械接觸。擋板上開有槽口的部分370 (或獨(dú)立內(nèi)部元件)通過使光纖直接進(jìn)入和/或離開流體緩沖墊區(qū)的所述部分，從而使光纖進(jìn)出所述區(qū)時作用于光纖的轉(zhuǎn)移力最小化，或者使轉(zhuǎn)移力消失，因此大體規(guī)避振蕩的流體動力。如圖6的實施方式中所示，可以有兩個與第一擋板和第二擋板(未顯示)相關(guān)的相應(yīng)開有槽口的部分370 (或內(nèi)部元件)，一個相應(yīng)開有槽口的部分幫助光纖進(jìn)入，另一個幫助光纖離開。如上文討論，可以同時設(shè)置圖3的內(nèi)部元件236和圖6的槽口，提供類似的功能。當(dāng)然，可以利用能夠使施加在光纖上的轉(zhuǎn)移力最小化或者使轉(zhuǎn)移力消失的擋板和/或內(nèi)部元件的任何設(shè)計或排列。這樣，上述軸承組就具有很多功能，包括為光纖生產(chǎn)提供非線性路徑。從這方面考慮，軸承組可以與本文之前討論的光纖傳遞方法以任意組合的方式使用。另外，應(yīng)該理解，本文討論和說明的流體軸承的實施方式可以在光纖生產(chǎn)過程中的任意階段使用。通過在施涂器之前應(yīng)用非線性路徑，軸承組以及結(jié)合了這些軸承組的光纖生產(chǎn)系統(tǒng)就變得極為靈活，可以在光纖生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)方便地操縱和互換各部件，同時使該系統(tǒng)占用的空間小于常規(guī)拉制塔占用的空間。
如本文所討論，軸承組以及結(jié)合有這些軸承組的光纖生產(chǎn)系統(tǒng)的其它有益功能包括用于冷卻光纖的新穎系統(tǒng)和方法，從而省去了額外的冷卻裝置和部件，進(jìn)一步提高了這些系統(tǒng)的靈活性。因此，結(jié)合了流體軸承的光纖生產(chǎn)系統(tǒng)以及生產(chǎn)本文所述光纖的方法提供了許多優(yōu)于常規(guī)系統(tǒng)和方法的優(yōu)點(diǎn)。實施例1-使用常規(guī)光纖拉制方法、以20米/秒的拉制速度、約200克的牽引力，從光纖預(yù)制件拉制約125微米直徑的光纖。按照本發(fā)明引導(dǎo)光纖通過流體軸承，使裸光纖方向變化180度。所用流體軸承類型如圖3-5所示，圖中顯示了光纖承載通道250，其最內(nèi)部橫向的寬度約為127微米，最外部橫向的寬度約為380微米，流體軸承半徑(以及由此產(chǎn)生的光纖回轉(zhuǎn)半徑)約為13厘米(5英寸)。流體軸承的位置使光纖進(jìn)入流體軸承時的溫度可以約為1100°C。使室溫(即約24°C )空氣噴過流體軸承。光纖承載通道250中環(huán)繞光纖區(qū)中的流體最大速度約為1000千米/小時。流體軸承出口處的光纖溫度約為500°C，從而證明了本發(fā)明的顯著冷卻能力。光纖路徑成功地回轉(zhuǎn)180度而不會損傷光纖。本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可以在不偏離本發(fā)明原理和范圍的情況下對本發(fā)明進(jìn)行各種修改和變化。因此，本發(fā)明意在覆蓋本發(fā)明的這些修改和變化，前提是它們都落在所附權(quán)利要求及其 等同項的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)光纖的方法，所述方法包括:沿著第一路徑拉制光纖，在進(jìn)行所述拉制的同時進(jìn)行以下操作；使所述光纖與流體軸承的一個區(qū)域接觸，其中，所述流體軸承包括第一擋板和第二擋板，所述第一擋板和第二擋板各自具有弓形外表面，所述第一擋板和第二擋板組合形成通道區(qū)域，其中所述通道以一定角度傾斜，所述第一擋板和第二擋板中的每個擋板具有與所述弓形外表面相關(guān)聯(lián)的開有槽口的部分，流體通過流體進(jìn)口流入所述通道中并通過流體出口流出所述通道，從而在所述拉制步驟期間對所述通道區(qū)域內(nèi)的光纖進(jìn)行承載，通道的較窄部分構(gòu)造成能夠接受將要傳遞通過所述通道的流體，從而在通道的流體進(jìn)口側(cè)產(chǎn)生大于通道流體出口側(cè)的壓力，起到緩沖作用，將所述光纖以弓形路徑傳遞通過所述流體軸承；在將所述光纖拉過所述流體緩沖墊區(qū)時重新定向所述光纖使其沿著第二路徑通過所述弓形 路徑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)光纖的方法，該方法包括沿著第一路徑拉制光纖，在進(jìn)行拉制的同時進(jìn)行以下操作；使光纖與流體軸承的一個區(qū)域接觸，其中，流體軸承包括第一擋板和第二擋板，它們各自具有弓形外表面，并組合形成通道區(qū)域，其中通道以一定角度傾斜，每個擋板具有與弓形外表面相關(guān)聯(lián)的開有槽口的部分，流體通過流體進(jìn)口流入通道中并通過流體出口流出通道，從而在拉制步驟期間對通道區(qū)域內(nèi)的光纖進(jìn)行承載，通道的較窄部分構(gòu)造成能夠接受將要傳遞通過通道的流體，從而在通道的流體進(jìn)口側(cè)產(chǎn)生大于通道流體出口側(cè)的壓力，起到緩沖作用，將光纖以弓形路徑傳遞通過流體軸承；在將光纖拉過流體緩沖墊區(qū)時重新定向光纖使其沿著第二路徑通過弓形路徑。
文檔編號C03B37/02GK103073178SQ20121054989
公開日2013年5月1日 申請日期2007年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月28日
發(fā)明者J·J·柯斯特洛三世, J·H·法勒, A·V·菲利波夫, S·J·格瑞格斯基, B·W·雷丁, J·C·托馬斯 申請人:康寧股份有限公司