NL8402124A

NL8402124A - Inrichting voor het belichten van een uv hardende laag op een draadvormig lichaam.

Info

Publication number: NL8402124A
Application number: NL8402124A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1984-07-04
Filing date: 1984-07-04
Publication date: 1986-02-03
Also published as: EP0168105A1; US4849640A; JPS6118463A; DE3575478D1; EP0168105B1

Description

' £.-·& t f f i PHN 11.081 t N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Inrichting voor het belichten van een UV hardende laag op een draadvormig lichaam".

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het met ultraviolet licht belichten van een op een draadvormig lichaam aangebrachte UV-uithardbare lak, welke inrichting een ultraviolette lichtbron bevat.

5 Een dergelijke inrichting kan bijvoorbeeld toegepast worden bij de vervaardiging van lichtgeleidende glasvezels die toegepast worden in optische telecoimunicatiesystemen. Deze vezels moeten, zoals bekend, voor het behoud van hun treksterkte en ter voorkaning van verliezen tengevolge van de zogenaamde microbuiging, voorzien worden 10 van een beschermlaag. Geschikte materialen voor een dergelijke beschermlaag zijn de met behulp van ultraviolet licht uithardbare kunststoffen, ook wel UV-uithardende lakken genoemd, die in vloeibare toestand op de vezels worden aangebracht en na uitharding met UV straling een beschermlaag vormen. Dergelijke lakken kunnen ook worden toegepast voor het 15 verkrijgen van een isolerende laag op een draad van metaal, bijvoorbeeld koper.

In het Amerikaanse octrooischrift no. 4.099.837 zijn een lichtgeleidende vezel met een beschermlaag bestaande uit een met UV-licht uitgeharde kunststof en een werkwijze voor het vervaardigen van 20 deze vezel beschreven. Nadat de vezel op een bekende manier uit een glazen- of kwarts-voorvorm getrokken is, wordt hij door een vat met een vloeibare υν-hardende lak gevoerd en vervolgens belicht met UV-licht afkomstig van twee langgerekte UV-lichtbronnen die niet nader gespecifieerd zijn.

25 In dit proces is het uitharden van de lak de langzaamste processtap, zodat de uithardsnelheid bepalend is voor de te behalen doorvoersnelheid van de vezel. De uithardsnelheid is groter naarmate de hoeveelheid UV-licht die door de laklaag geabsorbeerd wordt groter is.

Deze hoeveelheid is evenredig met de belichtings lengte en de belichtings-30 intensiteit. De lichtbron in de inrichting volgens het Amerikaanse octrooischrift no. 4.099.837 heeft slechts een beperkte helderheid. Ook wordt daar geen gébruik genaakt van optische elementen die het door de lichtbronnen uitgestraalde licht concentreren op de vezel. Er kont dan 8402124 f -*o- » / Λ PHN 11.081 2 slechts een klein gedeelte van het door de lichtbronnen uitgezonden licht op de vezel terecht, zodat slechts een klein deel van het door de lichtbronnen uitgezonden licht gebruikt wordt voor het uithardingsproces. Dientengevolge moeten de lichtbronnen een grote lengte hebben en is veel 5 vermogen nodig voor de voeding. In een belichtingsinrichting voorzien van dergelijke lichtbronnen moeten omvangrijke voorzieningen voor de energietoevoer aan, en voor de koeling van, de lichtbronnen getroffen worden.

De onderhavige uitvinding heeft ten doel een belichtingsinrichting te verschaffen die compact is en een groot belichtingsrendement 10 voor het uithardingsproces heeft. De inrichting volgens de uitvinding vertoont als kenmerk, dat de lichtbron een grote helderheid vertoont en een stralend oppervlak heeft waarvan de afmetingen in de orde van enige itm's zijn, en dat een optisch stelsel aanwezig is voor het vormen van een langwerpige afbeelding van de lichtbron ter plaatse van het draad-15 vormige lichaan.

De uitvinding berust op het inzicht dat voor het belichten van een dunne vezel of draad met veel voordeel gebruik gemaakt kan worden van het quasi-puntvormige stralende oppervlak van een kleine stralings-bron door deze optisch te transformeren in een quasi-lijnvormige afbeelding. 20 Hierdoor kcmt een veel groter deel van het uitgestraalde licht terecht op het draadvormige lichaam dan bij de tot dusver bekende systemen, waardoor minder electrisch vermogen voor de voeding van de lichtbron en minder koeling nodig is en derhalve een compactere opbouw mogelijk is.

De "afmetingen" van de stralingsbron zijn, in het geval van 25 een cylindrisch stralend oppervlak, de lengte en de diameter van de cylinder, of de lengte van breedte van dit oppervlak.

Een voorkeursuitvoering van de inrichting volgens de uitvinding vertoont als kenmerk dat de lichtbron wordt gevormd door een hoge-druk kwiklamp.

3Q In plaats van een hoge-druk kwiklamp kan bijvoorbeeld ook een UV-licht uitzendende laser gebruikt worden.

Het optische stelsel voor het afbeelden van de lichtbron kan een aantal lenzen bevatten. Bij voorkeur vertoont de inrichting volgens de uitvinding als kenmerk, dat het optische stelsel opgebouwd is uit 35 spiegels. Een optisch stelsel bestaande uit spiegels heeft ten opzichte van een optisch·, stelsel bestaande uit lenzen het voordeel dat er minder straling geabsorbeerd wordt en dat de stralingsweg "opgevouwen" kan worden.

Opgemerkt wordt dat in de ter inzage gelegde Nederlandse 8402124 * * PHN 11.081 3 octrooiaanvrage no. 81 00905 een inrichting voor het belichten van een üV-uithardende beschermlaag op een lichtgeleidende vezel beschreven Is, waarin het door een kwiklamp geleverde UV-licht door een holle elliptische spiegel naar de vezel wordt gereflecteerd. In deze inrichting 5 worden echter twee kwiklampen gebruikt die diametraal ten opzichte van de vezel geplaatst zijn. Deze lampen zijn middeihoge-druk kwiklampen met een relatief groot stralend oppervlak en geringe helderheid.

Een voorkeursvorm van de inrichting volgens de uitvinding vertoont als kenmerk, dat het optische stelsel bevat een eerste en 10 tweede vlakke spiegel die elkaar onder een hoek van 90° kruisen en die de optische as van een eerste holle elliptische spiegel, in het brandpunt waarvan de UV-lichtbron geplaatst is, evenwijdig aan zichzelf verplaatst, en dat de vlakke spiegels worden gevolgd door achtereen-* volgens een tweede holle spiegel in de vorm van een verspiegeld 15 cmwentelingsoppervlak waarvan de beschrijvende een ellips is en een derde holle spiegel in de vorm van een verspiegeld cmwentelingsoppervlak waarvan de beschrijvende een parabool is.

Door gebruik te maken van twee vlakke spiegels kan de UV-lichtbron op enige afstand van het doorvoertraject van de vezel geplaatst 20 worden en kan bovendien de stralingsweg opgevouwen worden. De tweede holle spiegel vormt een cirkelvonnige afbeelding in een vlak door het brandpunt van de ellips van deze spiegel dat samenvalt met het brandpunt van de parabool van de derde holle spiegel, welke afbeelding syrrmetrisch ten opzichte van de doorvoerrichting van de vezel of draad gelegen is.

25 De derde holle spiegel zorgt ervoor dat alle licht afkcmstig van de cirkelvonnige lichtvlek wordt samengebracht in evenwijdige brandeis die de vezel of draad aan alle zijden gelijkmatig belichten.

On te bereiken dat een zo groot mogelijk gedeelte van het licht van deze bundels wordt gebruikt cm de vezel te belichten, vertoont 30 de inrichting volgens de uitvinding bij voorkeur als verder kenmerk, dat de derde holle spiegel wordt gevolgd door een cy 1 indervormig lichaam dat inwendig verspiegeld is. De lichtstralen die aan het begin van de cylindervormige spiegel langs de vezel of de draad vallen worden een aantal malen door deze spiegel gereflecteerd cm uiteindelijk toch op 35 de vezel of draad te vallen.

Het belichtings rendement kan nog verder worden verhoogd door aan het eind van het cylindervormige lichaam rondcm een doorvoeropening voor het draadvonnige lichaam een vlakke spiegel aan te brengen waarvan 8402124 ' +t, t PHN 11.081 4 het oppervlak dwars op de as van het cylindervomige lichaam is. Deze spiegel reflecteert het door het onderste gedeelte van de cylinder-vormige spiegel naar buiten gereflecteerde licht weer de cylinder is.

5 Volgens een verder kenmerk van de inrichting heeft de tweede vlakke spiegel een transmissie in de orde van een procent. Het door deze spiegel doorgelaten licht kan gebruikt worden cm justage van de vezel of de draad in het bovenste gedeelte van het belichtingsstelsel, gevormd door de derde holle spiegel en de cy1indervormige spiegel, 10 te vergemakkelijken.

Voor hetzelfde doel kan het cylindervonrtige verspiegelde lichaam een transmissie in de orde van één procent hebben.

De uitvinding zal nu worden toegelicht door beschrijving' van haar toepassing bij de vervaardiging van lichtgeleidende vezels.

15 Daarbij zal worden verwezen naar de tekening, waarin:

Fig. 1 schematisch een inrichting voor het vervaardigen van een, van een beschermlaag voorziene, glasvezel toont welke inrichting voorzien is van een belichtingsinrichting.

Fig. 2 schematisch een uitvoeringsvorm van een belichtings-20 inrichting volgens de uitvinding weergeeft, en

Fig. 3 de stralingsverdeling als functie van de stralings-richting van de in deze inrichting gebruikte hoge-druk-kwiklamp laat zien.

In fig. 1 is 1 een kwarts- of glazen staaf óf voorvorm waaruit 25 een lichtgeleidende vezel getrokken moet worden. De staaf wordt in een oven 2, bijvoorbeeld een grafietoven, gesmolten en tot een vezel 10 van bijvoorbeeld 125 yum. diameter uitgetrokken. De treksnelheid kan enige tientallen tot enige honderden meters per minuut bedragen.

Voor het aanbrengen van een mechanische beschermlaag wordt de 30 vezel 10 gevoerd door een schematisch weergegeven vat 3 waarin zich vloeibare UV-uithardende lak 4 bevindt. De uit de opening 5 tredende vezel 11 is bedekt met een laagje vloeibare UV-uithardende .· lak van bijvoorbeeld 50 ^um. dik. Deze vezel wordt gevoerd door een belichtingsinrichting 6 waarin de laklaag wordt uitgehard. De vervaardigde vezel 35 wordt tenslotte opgerold op een opwikkeltrarmel 7.

De uitvinding heeft betrekking op de belichtingsinrichting 6.

De onderdelen 2, 3, 5 en 7 alsmede de samenstelling van'de lak zullen hier niet besproken worden.

8402124 ' Λ ΡΗΝ 11.081 5

De uithard- of belichtingsinrichtlng is in fig. 2 in detail weergegeven. Deze inrichting bevat als stralingsbron een hoge-druk-kwiklamp L, die met lucht of water gekoeld wordt. De lamp heeft bijvoorbeeld een vermogen van 600 Watt en een kleine lichtboogkem van 5 ongeveer 0,5X1 mm. In fig. 3 is de verdeling van de lichtintensiteit als functie van de stralingsrichting van deze lamp weergegeven.

Het optische stelsel voor het afbeelden van de lamp L op een draadvormig lichaam bestaat uit de spiegels S^, Sg, Sg, S^, Sg en Sg.

De spiegel S^ is een holle elliptische spiegel met brandpunten en Fg.

10 Sr wordt voor gezorgd dat de lichtboogkem van de lamp L zich in het brandpunt F,^ bevindt, zodat deze kern wordt afgebeeld in het punt Fg.

Het percentage van het door de lamp L uitgezonden licht dat door de spiegel S1 gebundeld wordt, dus in fig. 2 de hoeveelheid licht binnen de rands tralen R^, R2, Rg en R^, wordt bepaald door de geometrie van . 15 deze spiegel. Uit de gegeven geometrie van en de stralingskarakteristiék van fig. 3 volgt dat ongeveer 85 procent van het licht van de lamp door de spiegel ingevangen wordt.

De elliptische spiegel S1 wordt gevolgd door twee vlakke, onderling loodrechte spiegels Sg en Sg die bewerkstelligen dat de optische 20 as 00' wordt en de stralengang van de bundel 180° gedraaid wordt. Deze verplaatsing is noodzakelijk cm de positie van de lamp en die van de in verticale richting doorgevoerde vezel of draad van elkaar te scheiden.

De afstand waarover de optische as verschoven wordt is zo klein mogeljik gekozen in verband met de compactheid van de inrichting. De in fig. 2 25 niet weergegeven, vezel wordt precies op de optische as Q^O^'van het belichtingsgedeelte gepositioneerd. De denkbeeldige vezel wordt door een opening in de spiegel Sg het belichtingsgedeelte binnengevoerd en verlaat via een tweede opening Hg het belichtingsgedeelte.

De van de vlakke spiegel Sg afkomstige divergerende bundel 30 wordt door een holle spiegel S4 geconvergeerd. De vorm van deze spiegel kan men zich ontstaan denken door een gedeelte van een ellips met brandpunten F^ en Fp cm de optische as 0^0^' te draaien. Door de spiegel wordt de afbeelding van de lamp gevormd door de spiegels S^, Sg en Sg herafgebeeld in een cirkel die gelegen is in het vlak door F en dwars £r 35 op de optische as 0j0^‘.

Een derde holle spiegel Sg, waarvan de vorm is ontstaan door een parabool met F als brandpunt en met de hoofdas parallel aan BQ cm de optische as 0^0^' te draaien, zorgt er voor dat alle lichtstralen 8-4 02 1 2 4 PHN 11. 081 6 vanuit het punt F^ samengebracht worden in een bundel die, gezien in het vlak van tekening, een evenwijdige bundel is. Ook het licht van alle andere punten van de cirkel door F worden door de spiegel S5 in evenwijdige bundels samengebracht, zoals in fig. 2 voor het licht 5 afkomstig van het punt dat diametraal ten opzichte van het punt Fp gelegen is getoond wordt. Aldus zorgt de spiegel S5 voor een rechtstreeks, gelijkmatig en onder een hoek van 90°-9 belichten van een zich op de optische as 0^0^' bevindende vezel over een lengte AZ. De parameters van de spiegels en Sg worden, behalve door de hoek V en de lengte AZ, 10 ook bepaald door de eis dat alle lichtstralen die door de spiegel S^ opgevangen worden op de hierboven beschreven wijze gereflecteerd worden door de overige spiegels.

Een gedeelte van het licht van de van de spiegel Sg afkomstige evenwijdige bundels valt buiten de vezel. Om ook dit licht voor de 15 uitharding te kunnen gebruiken kan achter de spiegel Sg een verdere spiegel Sg in de vorm van een hol cylindrisch lichaam dat inwendig verspiegeld is aangebracht zijn. Het licht dat niet door de gelakte.vezel binnen het traject AZ geabsorbeerd wordt, wordt meerdere malen binnen de spiegel Sg, ook wel lichtoven genoemd, gereflecteerd cm. uiteindelijk 20 op de optische as 0 ^0 ^1gefocusseerd te worden, en dus toch nog voor het uithardingsproces gebruikt te worden.

Een verdere verhoging van het belichtingsrendement wordt verkregen door onder aan de lichtoven 6 een vlakke spiegel S-, aan te brengen. Deze spiegel reflecteert het licht dat door het onderste 25 gedeelte van de lichtoven naar buiten gereflecteerd zou worden weer terug de lichtoven in, waardoor dit licht weer gebruikt kan worden voor het belichten van de laklaag op de vezel.

Behalve een gat Hg voor de doorvoer van een vezel of draad kan de bodemspiegel Sy een tweede gat Hg hebben dat in verbinding staat 30 met een zogenaamde Ulbricht-bol US en detector D. Daarmee kan de lichtintensiteit in de lichtoven gemeten worden, zodat geconstateerd kan worden of een, door vervuiling veroorzaakte, degradatie van de spiegels optreedt of dat de helderheid van de UV-lamp af neemt.

De reflectie-coëficiënt van de vlakke spiegel Sg, die kan 35 bestaan uit een glazen plaat waarop - aluminium opgedampt is, kan iets, bijvoorbeeld een procent, van 1 afwijkend gekozen worden, zodat door deze 'spiegel heen in de lichtoven gekeken kan worden. Dan kan de positie van de vezel of draad in het bovenste deel van het belichtingsgedeelte 3402124 PHN 11.081 7 waargenomen worden en beoordeeld worden of justeer maatregelen nodig zijn.

Ook de spiegel Sg kan zodanig uitgevoerd zijn dat hij enig licht, bijvoorbeeld enkele procenten, doorlaat, zodat de positie van 5 de vezel binnen deze spiegel waargenomen kan worden. De spiegel Sg kan bestaan uit een glazen buis op de binnenkant waarvan een aluminium laag is opgedampt met een transmissie van enige procenten. Het is ook mogelijk dat de aluminiumlaag 100 % reflecterend is en dat in deze laag twee, over 90° verschoven spleten met een breedte van bijvoorbeeld 10 2 ran. uitgespaard zijn, waardoorheen de vezel waargenctnen kan worden.

On vervuiling van de spiegels door lakdeeltjes te vermijden kan binnen het belichtingsgedeelte een kwartsbuis geplaatst worden, door welke buis de vezel of draad gevord wordt. Zo nodig kan deze buis apart gereinigd worden zonder dat een nieuwe jus tering van het gehele 15 belichtingssysteem nodig is.

Met een gerealiseerde uitvoeringsvorm van een belichtings-inrichting volgens de uitvinding is het mogelijk laklagen op een vezel goed uit te harden bij een doorvoersnelheid die, afhankelijk van de samenstelling van de lakiaag, kan liggen tussen ongeveer 80 en ongeveer 20 140 meter per minuut.

Dat de uitvinding beschreven is aan de hand van een inrichting voor het vervaardigen van een lichtgeleidende vezel betekent niet dat zij daartoe beperkt is. De uitvinding kan overal worden toegepast daar waar een draadvormig lichaam moet worden voorzien van een laag 25 UV-uithardend materiaal. Te denken valt daarbij bijvoorbeeld aan een koperdraad waarop een isolerende laag uit UV-uithardende kunststof moet worden aangebracht.

30 35 «4 Q 2 1 2 ^

Claims

1. Inrichting voor het met ultraviolet licht belichten van een op een draadvomig lichaam aangebrachte UV-uithardbare lak, welke inrichting een ultraviolette lichtbron bevat, met het kenmerk, dat de lichtbron een grote helderheid vertoond en een klein stralend oppervlak 5 heeft waarvan de afmetingen in de orde van enige rrtn's zijn en dat een optisch stelel aanwezig is voor het vormen van een langwerpige afbeelding van de lichtbron ter plaatse van het draadvormige lichaam.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de lichtbron wordt gevormd door een hoge-druk-kwiklamp.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het optische stelsel opgebouwd is uit spiegels.

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het optische stelsel bevat een eerste en een tweede vlakke spiegel die elkaar onder een hoek van 90° kruisen en die de optische as van een 15 eerste holle elliptische spiegel,, in het brandpunt waarvan de UV-lichtbron geplaatst is, evenwijdig aan zichzelf verplaatst, en dat de vlakke spiegels worden gevolgd door achtereenvolgens een tweede holle spiegel, in de vorm van een verspiegeld onwentelingsoppervlak waarvan de beschrijvende een ellips is, en een derde holle spiegel in de vorm 20 van een verspiegeld onwentelingsoppervlak waarvan de beschrijvende een parabool is.

5. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de derde holle spiegel wordt gevolgd door een cylindervormig lichaam dat inwendig verspiegeld is.

6. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat aan het eind van het cylindervormige lichaam, rondom een doorvoeropening voor het draadvormige lichaam, een vlakke spiegel aangebracht is waarvan het oppervlak dwars op de as van het cylindervormige lichaam is.

7. Inrichting volgens conclusie 4, 5 of 6, met het kenmerk, dat 30 de tweede vlakke spiegel een transmissie in de orde van één procent heeft.

8. Inrichting volgens conclusie 4, 5, 6 of 7, met het kenmerk, dat het cylindervormige verspiegelde lichaam een transmissie in de orde van één procent heeft. 35 8402124