CN103376507B - 光纤熔接机用高效加热槽及光纤熔接机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤熔接机用高效加热槽及光纤熔接机，所述加热槽的加热基材为导热性能好的金属薄板材；所述加热槽的制备包括在所述导热性能好的金属薄板材加热基材外表面通过厚膜丝网印刷工艺依次印刷绝缘介质、加热电阻、过渡点导体、玻璃保护釉，其中在所述加热槽的两个加热面外侧各印刷一条加热电阻，每条加热电阻的电阻值为4.7±0.5Ω，功率密度为10-20W/cm²；所述加热电阻选用温度系数为1500±150ppm/℃的电阻材料。本发明的加热槽对加热电阻的材质参数及电阻排布方式进行了优化，从而可大幅度提高温升及热缩效果，热缩时间可大幅缩短。

Description

光纤熔接机用高效加热槽及光纤熔接机

技术领域

本发明涉及光纤熔接技术领域，特别涉及一种光纤熔接机用高效加热槽及使用该加热槽的光纤熔接机。

背景技术

光纤接头熔接通常包括两个主要的过程，一是熔接过程，包括推进、对准、放点、估算损耗，二是热缩过程，光纤热熔接续后，需用热缩套管覆盖熔接点，将热缩套管放入热缩装置中的加热槽进行热缩加固，其中第一个过程不同厂家的熔接机所需时间从9秒到15秒不等，该时间基本上没有节省的空间；对于第二个过程，当前国内外熔接机熔点固定包括两个过程，一个是加热过程，另一个是加热后的冷却过程，目前冷却过程时间较短，仅为几秒，加热过程所需时间较长，一般在35秒左右，其中加热过程时间较长导致热缩时间长，效率低，造成加热过程时间长的主要原因有以下两点：

1. 现有熔接机加热槽的加热部件不能快速升温：现有熔接机加热部件一般为铝材包裹陶瓷材质的加热片，陶瓷加热片的温升能力一般为加热20s以上能达到200度；

2. 现有熔接机加热槽结构的热传导效率低：现有加热槽一般为平底U型结构，这种形状的加热槽在热缩过程中加热槽与热缩套管的接触面仅为一条边，热传导面积小，传导效率低。

此外，陶瓷加热片一旦成型则无法通过形状造型来改变和提高热传导效率，其造型需要在未烧结的软土阶段进行，然后高温烧结固定，这个过程会产生较高的成本，和承担较高不良率的风险；而且目前普遍使用的陶瓷加热器在短时间内温度剧烈变化会导致外层陶瓷开裂，量产中存在重大风险。

针对陶瓷加热片无法满足快速温升的缺陷，个别熔接机加热槽的加热部件使用PI（聚酰亚胺）加热膜通过胶粘包裹铝材，从而提高温升能力，但PI加热膜与铝材连接的耐高温胶体属于封锁类技术，目前只有日本及欧美国家能够生产，价格昂贵；此外，虽然PI 加热膜可做柔性造型提高热传导效率，但其成品也因功率密度过大，不能大面积加热，仅能对局部小面积温升，通过热传递向两侧延伸；而且其选用铝基材导热片，高温会产生铝离子，有可能对长期使用者的健康造成威胁。

发明内容

本发明提供一种光纤熔接机用高效加热槽，其通过在导热性能好的金属薄板材上印刷具备一定参数的加热电阻及优选电阻排布方式等，并通过优选加热槽的形状为V形，以解决现有技术中存在的上述缺陷。

本发明还提供一种使用上述高效加热槽的光纤熔接机，以解决现有技术中存在的上述缺陷。

本发明的技术方案如下：

一种光纤熔接机用高效加热槽，所述加热槽的加热基材为导热性能好的金属薄板材；所述加热槽的制备包括在所述导热性能好的金属薄板材加热基材外表面通过厚膜丝网印刷工艺依次印刷绝缘介质、加热电阻、过渡点导体、玻璃保护釉，其中在所述加热槽的两个加热面外侧各印刷一条加热电阻，每条加热电阻的电阻值为 4.7±0.5Ω，功率密度为 10-20W/cm²；所述加热电阻选用温度系数为1500±150 ppm/℃的电阻材料。本发明通过在导热性能好的金属薄板材上印刷优选电阻值、功率密度和温度系数的加热电阻，可大幅度提高温升及热缩效果，热缩时间可大幅缩短。

在本发明的优选实施方式中，还包括对印刷的加热电阻的电阻值分布进行优化，具体为：使加热电阻两端电阻值大于中间电阻值，且电阻值由两端向中间连续或阶梯状递减。为了达到上述效果，具体地，可通过以下方式实现：例如在印刷加热电阻时，将中间电阻刷厚，两端刷薄，使中间电阻值小，两端电阻值大；又例如印刷加热电阻时，中间采用功率密度相对较小的电阻材质，两端采用功率密度相对较大的电阻材质。通过上述对加热电阻的电阻值设置，能显著降低加热槽中间段与左右两端的温差值，直接提高温升效果，缩短温升时间。

其中，导热性能好的金属薄板材优选为不锈钢，更优选为SUS430型号不锈钢，可以利用SUS430不锈钢的导热性能优异的条件将加热槽 6秒内快速升温至 200℃；通过在不锈钢外表面印刷玻璃釉可以满足加热槽的耐高温性能（400℃以上）；同时，不锈钢材质可通过折弯进行形状造型，过程简单，操作容易，成本低；而且，SUS430型号不锈钢强度高，可以直接在上面印刷绝缘介质、加热电阻、过渡点导体、玻璃保护釉等材料，而目前常用的铝材质，由于强度不高，在达到加热基材用的薄度时会很软，需用固定架支撑，更无法采用厚膜丝网印刷工艺在上面印刷绝缘介质、加热电阻、过渡点导体、玻璃保护釉等材料，其加工制作过程和工序相对而言难度更大；此外，不锈钢材质不会产生铝离子，对使用者而言更加环保。

在本发明的优选实施方式中，还包括对加热槽的形状进行优化，具体地，该加热槽可包括两个加热面，所述两个加热面或其延伸平面之间形成一夹角，所述两个加热面之间互相连接，热缩套管预热及热缩过程中所述两个加热面均与所述热缩套管的外表面线性接触。将加热槽设置为上述形状，使得圆形的热缩套管可以同时两条边预热，即使在热缩套管热缩下降的过程中，热缩套管与加热槽也保持两条边接触，可大幅度提高热缩过程的热传导效率。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

第一．本发明的加热槽对加热电阻的材质参数及电阻排布方式进行了优化，从而可大幅度提高温升及热缩效果，热缩时间可大幅缩短；

第二．本发明的加热槽采用不锈钢材质，可以利用SUS430不锈钢的导热性能优异的条件将加热槽 6秒内快速升温至 200℃，此外还具有易于造型和制作的优点；同时，不锈钢材质不会产生铝离子，对使用者而言更加环保；通过在不锈钢外表面印刷玻璃釉可以满足加热槽的耐高温性能（400℃以上）；

第三. 本发明的加热槽具有两个与热缩套管接触的加热面，并且在热缩套管热缩下降的过程中，这两个加热面始终与热缩套管接触，可大幅度提高热传导效率。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明的加热槽的加热基材和加热电阻的结构示意图；

图2为本发明的加热槽的电阻值分布均匀的加热电阻升温后加热槽接触面的热成像图形；

图3A(1), 3A(2), 3A(3)为本发明的加热槽的几种加热电阻值分布曲线示意图；

图3B为具有图3A(1)所示电阻值分布的加热电阻升温后加热槽接触面的热成像图形；

图4为本发明优选实施方式的加热槽热缩过程示意图；

图5为使用本发明的加热槽的熔接机的示意图；

图6A为使用本发明的加热槽的熔接机的热缩装置的立体结构示意图，图6B为使用本发明的加热槽的熔接机的热缩装置的剖面结构示意图；

图7为本发明实施例1的加热槽的立体结构示意图；

图8为本发明实施例1的加热槽的温升曲线。

具体实施方式

本发明提供一种光纤熔接机用高效加热槽，该加热槽的加热基材为导热性能好的金属薄板材；该加热槽的制备包括在上述导热性能好的金属薄板材加热基材外表面通过厚膜丝网印刷工艺依次印刷绝缘介质、加热电阻、过渡点导体、玻璃保护釉，其中在加热槽的两个加热面外侧各印刷一条加热电阻，每条加热电阻的电阻值为 4.7±0.5Ω，功率密度为 10-20W/cm²；并且，加热电阻选用温度系数为 1500±150 ppm/℃的电阻材料。本发明通过在导热性能好的金属薄板材上印刷优选电阻值、功率密度和温度系数的加热电阻，可大幅度提高温升及热缩效果，热缩时间可大幅缩短。本发明进一步优选，每条加热电阻的电阻值为 4.7±0.2Ω，功率密度为 10-15W/cm²。

其中，加热电阻和加热基材的位置关系参见图1，其中，标号11表示加热基材，标号12表示加热电阻及其附属保护层玻璃保护釉。

本申请发明人经多次实验验证，使用印刷在导热性能好的金属薄板材上的上述参数范围内的加热电阻，能显著缩短热缩时间，如果加热电阻参数不在上述范围内，则会导致热缩时间不达标。

在本发明中，采用以上方案的加热槽使用电阻值在中间和两端分布均匀的加热电阻进行多次试验发现，控制加热电阻丝温度不超过临界值（通常为250℃）时，加热槽的左右两端温度提升缓慢，参见图2，该图为整个加热槽接触面升温后的温度热成像图，其中A、B表示加热槽两端，图中可以看到加热槽中间的温度与两端的温度温差很大，直接造成两端热缩套管热缩效果不好，造成两端热缩较慢，整体热缩时间加长；为了解决上述问题，本发明对加热电阻的电阻值分布方式进行了改进，通过调整加热电阻左右两端的印刷厚度或针对加热电阻的两端和中间选用不同功率密度的材质，具体可以为，在印刷加热电阻时，将中间电阻刷厚，两端刷薄，或印刷加热电阻时，中间采用功率密度相对较小的电阻材质，两端采用功率密度相对较大的电阻材质，以使加热电阻两端电阻值大于中间电阻值，并通过调整加热电阻两端及中间的具体厚度或材质的功率密度达到使加热电阻的电阻值由两端向中间连续或阶梯状递减的效果。参见图3A(1)，3A(2)，3A(3)，其中展示了几种优选的加热电阻的电阻值曲线示意图，图中，A’和B’代表加热电阻的两端（两个黑色的圆点表示连接导线与电阻丝的过渡点导体，上述导线连接主板)，图中可见，图3A(1)所示的电阻值曲线中加热电阻的电阻值由两端向中间连续递减，图3A(2)、图3A(3)所示的电阻值曲线中加热电阻的电阻值由两端向中间阶梯状递减，其中阶梯状递减的阶梯分级不限，可以为两级阶梯状递减，例如图3A(2)，也可以为多级阶梯状递减，例如图3A(3)所示为4级阶梯状递减，此外，本发明还包括了所有其它可实现的阶梯状递减方式。本发明通过上述方式人为调整加热电阻左右两端与中间的电阻差值，可以在很大程度上实现加热槽接触面的热成像图形的均匀化，降低热成像图形中间段与左右端的温差值（仍存在温差，方便热缩时管内气体排出），参见图3B，该图为设有3A(1)所示加热电阻值分布的加热电阻的加热槽接触面升温后的温度热成像图，其中A’和B’表示加热槽两端，图中可以看出，采用图3A(1)所示加热电阻值分布的加热电阻可以直接提高加热槽温升效果，缩短温升时间。

其中，导热性能好的金属薄板材优选为不锈钢，更优选为SUS430型号不锈钢，可以利用SUS430不锈钢的导热性能优异的条件将加热槽 6秒内快速升温至 200℃；在不锈钢基材外侧面印刷玻璃釉可以满足加热槽的耐高温性能（400℃以上）。同时，不锈钢材质可通过折弯进行形状造型，过程简单，操作容易，成本低；相对于铝基材而言，不锈钢材质还具有诸多优点：SUS430型号不锈钢强度高，可以直接在上面印刷绝缘介质、加热电阻、过渡点导体、玻璃保护釉等材料，不锈钢材质可以有效支撑在其表面涂覆的各类物质，而目前常用的铝材质，由于强度不高，在达到加热基材用的薄度时会很软，容易引起涂覆层的剥落，所以无法采用厚膜丝网印刷工艺在上面印刷绝缘介质、加热电阻、过渡点导体、玻璃保护釉等材料，其加工制作过程和工序相对而言难度更大；而如果选用特种铝材，会造成产品成本陡升；此外，不锈钢材质不会产生铝离子，对使用者而言更加环保。而且相对于PI加热膜，不锈钢的成本低，均可以大面积加热。本发明进一步优选，SUS430型号不锈钢的厚度为0.2-0.5mm。

本发明还包括对加热槽的形状进行优化，具体地，加热槽包括两个加热面，这两个加热面或其延伸平面之间形成一夹角，两个加热面之间互相连接，热缩套管预热及热缩过程中该两个加热面均与热缩套管的外表面线性接触。在本发明中，实现本发明目的的主要是能始终与热缩套管的外表面线性接触的两个加热面，至于两个加热面的连接处，则可以在可实施的范围内任意选择，考虑到加工便利性和对加工设备的要求，通常选择两个加热面的连接处为尖角型、圆弧形或者平面型等易于加工的形状，当然除上述列举的形状外，本发明还可使用任何合适和可以实施的形状。

本发明优选，加热槽的形状为V型，其两个加热面的连接处为圆弧形。

本发明对两个加热面或其延伸平面之间的夹角的角度不做特别限定，进一步优选，加热槽的两个加热面之间的夹角角度为58-62°。

请参见图4，为热缩套管在本发明的上述优选方案的加热槽中进行热缩过程的示意图。其中标号1表示加热槽，标号2表示热缩套管。

此外，为了解决热缩套管粘加热槽的问题，优选对加热槽的内表面做黑色耐高温防粘涂层处理。

使用本发明的光纤熔接机的示意图参见图5，该光纤熔接机上设有热缩装置3，热缩装置3通常安装在光纤熔接机的上表面离操作者较远一侧。参见图6A和图6B，上述热缩装置3通常包括设在其两端的夹具31，加热座外壳32，以及横向放置在中间位置的加热槽1，具体地可优选，加热槽1为V型加热槽，该V型加热槽通过一个V型耐高温支撑架33固定，再通过螺丝34将该支撑架33固定在加热座外壳32上。

下方结合具体实施例对本发明做进一步的描述。

实施例1

参见图7，为本实施例的加热槽，其采用0.4mm厚V型SUS430钢板作为加热基材，两个加热面之间的夹角为58±1°，其中，印刷在加热面外侧的加热电阻的电阻值为 4.7±0.2Ω，该加热电阻的电阻值曲线呈两端宽，中部细，其形状如图3A(1)中所示，具体电阻值的调节通过在印刷加热电阻时对其两端和中间及其过渡部分的厚度进行调节来实现，加热电阻选用温度系数为 1500±150 ppm/℃的电阻材料，对加热槽的内表面，即不锈钢的内表面做黑色耐高温防粘涂层处理。

使用本实施例的加热槽进行温升实验，达到以下效果：长60mm内径约1.3mm标准热缩套管的热缩时间可缩短至 14-16s，加热槽内部温升曲线如图8，该曲线的斜度可以说明到达理想温度的时间较快。相比现有技术中热缩过程所需时间一般在35秒左右，使用本发明的加热槽大大提高了光纤热熔的效率。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。 

Claims (10)

1.一种光纤熔接机用高效加热槽，其特征在于，所述加热槽的加热基材为导热性能好的金属薄板材，所述导热性能好的金属薄板材为不锈钢；所述加热槽的制备包括在所述导热性能好的金属薄板材加热基材外表面通过厚膜丝网印刷工艺依次印刷绝缘介质、加热电阻、过渡点导体、玻璃保护釉，其中在所述加热槽的两个加热面外侧各印刷一条加热电阻，每条加热电阻的电阻值为4.7±0.5Ω，功率密度为10-20W/cm2；所述加热电阻选用温度系数为1500±150ppm/℃的电阻材料；所述加热电阻的电阻值分布为：两端电阻值大于中间电阻值，且电阻值由两端向中间连续或阶梯状递减。

2.如权利要求1所述的光纤熔接机用高效加热槽，其特征在于，每条加热电阻的电阻值为4.7±0.2Ω，功率密度为10-15W/cm2。

3.如权利要求1或2所述的光纤熔接机用高效加热槽，其特征在于，所述加热电阻的电阻值分布方式通过以下方法实现：在印刷加热电阻时，将中间电阻刷厚，两端刷薄，使中间电阻值小，两端电阻值大；或者，在印刷加热电阻时，中间采用功率密度相对较小的电阻材质，两端采用功率密度相对较大的电阻材质。

4.如权利要求1所述的光纤熔接机用高效加热槽，其特征在于，所述不锈钢选用0.2-0.5mm厚SUS430型号不锈钢。

5.如权利要求1所述的光纤熔接机用高效加热槽，其特征在于，所述加热槽包括两个加热面，所述两个加热面或其延伸平面之间形成一夹角，所述两个加热面之间互相连接，热缩套管预热及热缩过程中所述两个加热面均与所述热缩套管的外表面线性接触。

6.如权利要求5所述的光纤熔接机用高效加热槽，其特征在于，所述两个加热面的连接处为尖角型、圆弧形或者平面型。

7.如权利要求6所述的光纤熔接机用高效加热槽，其特征在于，所述加热槽为V型加热槽。

8.如权利要求5或6或7所述的光纤熔接机用高效加热槽，其特征在于，所述加热槽的两个加热面之间的夹角角度为58-62°。

9.如权利要求1或4或5所述的光纤熔接机用高效加热槽，其特征在于，所述加热槽的内表面做黑色耐高温防粘涂层处理。

10.一种光纤熔接机，其设有热缩装置，所述热缩装置包括加热槽，其特征在于，该加热槽为权利要求1-9中任一项所述的光纤熔接机用高效加热槽。