СПОСОБ ОБРАБОТКИ ВХОДНОГО ТОРЦА ПУЧКА ПОЛИМЕРНЫХ СВЕТОВОДОВ Российский патент 1997 года по МПК G02B6/25 

Изобретение относится к области бытовой светотехники и может быть использовано при изготовлении волоконно-оптических декоративных светильников, а также других приборов с функцией передачи световой энергии по световодам.

Известен декоративный светильник, содержащий осветитель и пучок свободно распущенных волоконных световодов с объединенным входным торцом (заявка Франции N 2082761, кл. F 21 J 11/00, опубл. 1971).

Известен серийно выпускаемый ЛОМО в г. Санкт-Петербурге декоративный светильник 23СВ-1, содержащий осветитель и пучок свободно распущенных световодов из полимера, скрепленной муфтой у входного торца, обращенного к осветителю (журнал "Наука и жизнь" N3, 1986, с. 139). В этом и других подобных волоконных светильниках для уменьшения травматичности людей применяют полимерные световоды, а выходные торцы пучка световодов механически подрезают на станке или ножом вручную.

Для уменьшения потерь света от источника на входном торце пучка световодов последний должен иметь ровную гладкую поверхность. Механическая полировка торца полимерных световодов практически не применяется из-за недостаточной твердости материала и нежелательного внедрения в него абразива, ведущего к повышению потерь на светорассеяние. Поэтому для получения оптических поверхностей линз применяют их прессование при температуре размягчения полимера (авт. свид. СССР N 386776, кл. B 29 D 11/00, опубл. 1971). Обработка входного торца пучка полимерных световодов путем прессования при температуре размягчения полимера нецелесообразна, т.к. во-первых, этот способ малопроизводителен, а, во-вторых, нагрев световодов в зоне, прилегающей к входному торцу, может привести к нежелательной деформации световодов и, следовательно, к нарушению формы свободно распущенного пучка в рабочем положении.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ обработки торцевой поверхности волоконного световода, включающий механическую обрезку световода, прикладывание пластины с гладкой поверхностью к торцу и заполнение клеем зазоров между торцом световода и пластиной (заявка Германии N 4012747, кл. G 02 B 6/25, 6/12, опубл. 1991, заявка ЕПВ N 0453605, кл. G 02B 6/12, опубл. 1991).

Этот способ практически не применим для обработки входного торца пучка полимерных световодов, т.к. он имеет ряд существенных недостатков:
требуется дополнительный материал (клей), который должен быть подобран с учетом показателя преломления материала световодов;
способ малопроизводителен, требуется много времени для удержания пучка в заданном положении при затвердевании клея;
возможны включения пузырьков между отдельными торцами световодов в пучке, что приведет к потерям света на светорассеивание;
возникнут микронарушения плоскостности поверхности торца за счет разной усадки клея разных глубин, что приведет к дополнительным потерям света за счет появления внеапертурных лучей.

Целью изобретения является повышение эффективности использования световой энергии источника, повышение производительности в массовом производстве полимерных пучков световодов при повышении качества поверхности торца и снижении временных и материальных затрат.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе, включающем скрепление конца пучка световодов муфтой, механическое подрезание торца и выравнивание его поверхности, выравнивание поверхности торца производят через термостойкую, теплопроводящую среду контактной плоскостью устройства, предварительно нагретой до температуры (1,0-1,2) t_пл, где t_пл - температура плавления материала световода. Кроме того с целью повышения равномерности оплавления торцов световодов, торец пучка размещают над контактной плоскостью, установленной в горизонтальное положение. С целью повышения стабильности качества обработки, в устройство термического воздействия вводят средство стабилизации температур. В качестве термостойкой, теплопроводящей среды используют целлофановую пленку, а также полированное стекло. С целью повышения качества поверхности обработку можно вести в вакуумированном объеме. А после охлаждения торца пучка световодов термостойкую, теплопроводящую среду удаляют.

Такое решение является новым, не известным в практике изготовления пучков волоконных полимерных световодов и имеет изобретательский уровень, т. к. совокупность отличительных признаков не следует из уровня техники, решает новую техническую задачу: позволяет простым и доступным для любого производства способом повысить эффективность использования световой энергии источника в светильниках за счет снижения потерь на светорассеивание. Кроме того, предложенный способ является высокопроизводительным и позволяет получить продукцию повышенного качества. Изобретение является промышленно применимым из-за простоты его использования и известности конструктивных и технических приемов изготовления оборудования для осуществления операций способа.

На фиг. 1 изображено устройство реализации способа; на фиг. 2 - обработанный торец пучка полимерных световодов.

Способ обработки торца методом оплавления концов световодов позволяет получить равную поверхность с чистотой и плоскостностью поверхности прилегающей пленки или стекла, а также плоскостности контактной поверхности, прижимающей пленку. Температура контактной плоскости, близкая к температуре плавления материала световодов, является максимальной температурой размягчения концов световодов, что позволяет торцы всех световодов объединить в общий однородный массив, например по ГОСТ 16338-85 и ОСТ 107.460095.013-87 для полиэтилена низкого давления температура размягчения 120-125^oC, а температура плавления 125-132^oC; по ГОСТ 10589-87 и ОСТ 107.460095.024-88 для полиамида 610 литьевого температура размягчения 200-220^oC, а температура плавления ниже 215^oC. Образование этого массива без воздушных пузырьков в нем обеспечивается тем, что торец пучка размещают над нагретой горизонтальной контактной плоскостью, что позволяет лишнему нагретому воздуху свободно выходить в зазоры между световодами. Нагревать контактную плоскость выше 1,2 t_пл нецелесообразно по причине возможности воспламенения полимера (см. например, по ТУ 6-01-1334-87 для полиметилметакрилата марки Дакрил оптического назначения температура плавления 180-220^oC, а температура воспламенения 260^oC). Кроме того, при повышении температуры контактный плоскости повышается возможность разложения полимера с выделением вредных для здоровья газов (см. например, ТУ 6-05-988-87). Поэтому при повышении температуры контактной плоскости в рекомендуемых пределах необходимо уменьшать время температурного воздействия и вводить средства термостатирования. Оптимально целесообразно в качестве термостойкой, теплопроводящей среды использовать целлофановую пленку, т.к. она по своим свойствам имеет низкую адгезию с применяемыми для световодов полимерами, легко удаляется от обработанного торца и может многократно использоваться в производстве.

Пример реализации способа.

Пучок 1 (фиг. 1) полимерных световодов 2 вблизи входного торца 3 плотно обжимают, например металлической муфтой 4. Выходной торец 3 механически подрезают по плоскости, близкой к плоскости 6 с контактной плоскостью 7, включают в сеть через термостабилизирующие элементы 8, 9, 10 схемы (8 - нагревательный элемент, 9 -биметаллический размыкатель, 10 задающий генератор). На контактную поверхность 7 устанавливают термостойкую, теплопроводящую среду 11, а после достижения установившейся температуры к среде 11 прижимают входной торец 3 пучка световодов. В результате температурного воздействия концы световодов 2 оплавляются и выравниваются по плоскости среды 11. Если в качестве среды 11 применяют целлофановую пленку, то после охлаждения входного торца 3 она легко отделяется от последнего. Усадка расплавленного материала световодов практически одинакова по всей поверхности входного торца 3, т.к. прогрев конца пучка световодов за необходимое время происходит на одинаковую глубину. В результате входной торец 3 (фиг. 2) представляет из себя равную гладкую поверхность. Слияние всех концов световодов 2 в один сплошной массив сравнительно небольшой толщины практически не увеличивает потери света от источника: например, луч 12 (фиг. 2), падающий на боковую поверхность световода 2 проходит по этому световоду, а луч 13, падающий на перемычку 14, попадает в соседний световод 2 и проходит по нему вместе с собственными лучами 15.

Проводилась обработка круглого в сечении входного торца пучка световодов из полиметилметакрилата марки Дакрил оптического назначения при помощи нагревательного устройства с автоматическим поддержанием температуры в режиме 220-240^oC через целлофановую пленку в течение 6-4 сек.

Использование предлагаемого способа обработки входного торца пучка полимерных световодов позволяет по сравнению с существующими способами получить следующие преимущества:
возможность с высокой производительностью обрабатывать входные торцы пучка световодов и, тем самым, снизить в светильниках потери света на 20-50%
высокое качество поверхности входного торца и прилегающего к нему светопропускающего слоя;
скрепление пучка световодов без дополнительных затрат на скрепляющие материалы.

Использование: в бытовой светотехнике и для изготовления волоконно-оптических декоративных светильников. Способ заключается в том, что выравнивание торца пучка световодов производят прижатием его через термостойкую, теплопроводную среду к контактной плоскости, предварительно нагретой до температуры (1,0-1,2)t_пл, где t_пл - температура плавления полимера, на который воздействует контактная плоскость. В описании приводятся оптимальные условия повышения качества обработки. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ обработки входного торца пучка полимерных световодов, включающий механическое подрезание торца и выравнивание его поверхности, отличающийся тем, что конец пучка световодов скрепляют муфтой, а выравнивание поверхности торца производят прижатием его через термостойкую, теплопроводящую среду к контактной плоскости устройства термического воздействия, предварительно нагретой до температуры (1,0 1,2) • t_п л, где t_п л температура плавления полимера, на который воздействует контактная плоскость, при этом большей температуре нагрева, выбранной в указанных пределах, соответствует меньшее время термического воздействия. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что торец пучка размещают над контактной плоскостью, установленной в горизонтальное положение. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в устройство термического воздействия вводят средство стабилизации температуры. 4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что в качестве термостойкой, теплопроводящей среды используют полированное стекло. 5. Способ по пп.1 4, отличающийся тем, что обработку торца ведут в вакуумированном объеме. 6. Способ по пп.1 5, отличающийся тем, что после охлаждения торца пучка световодов термостойкую, теплопроводящую среду удаляют.