用化学蒸汽沉积法制造光纤预型的装置和方法

专利名称：用化学蒸汽沉积法制造光纤预型的装置和方法
技术领域：
本发明涉及在垂直的沉积基底上通过化学沉积来制造光纤预型的一种装置，较详细点说，涉及在一个或多个垂直沉积基底上通过化学沉积法来制造一个或多个光纤预型的一种装置。
众所周知，制造光纤的方法基本上包括从玻璃制造出预型的第一过程，和从预型拉拔成光纤的接续的过程。
制造预型最普通的过程包括一个或多个化学沉积步骤，通过一个或多个烧嘴将合适的化学物质沉积在一圆筒形支承上；化学沉积物质典型地包括硅和锗，它们以氧化物(SiO2和GeO2)的形式被沉积。
本行业所知通过化学沉积制造预型的过程包括VAD(蒸气轴向沉积)型过程和OVD(外侧蒸气沉积)型过程。
典型地，在VAD型过程中，圆筒支承被一在其上端操作的夹持件保持在垂直位置并使它环绕自身旋转，这样就使其整个表面暴露在装在其下端附近的一个或多个烧嘴下，烧嘴在此位置喷出的反应物流沿着一个按预定角度的倾斜方向、通常为与支承的纵轴线成30°到50°的角度喷射到支承的表面上，这时支承被向上移动使预型基本上沿轴向生长。
而在OVD型过程中，圆筒支承被一对在其两端操作的夹持件保持在水平或垂直的位置上并使它环绕自身旋转，这样就使其整个表面暴露在装在其一侧的一个或多个烧嘴下，烧嘴在此位置喷出的反应物流沿着一个基本上与支承纵轴线垂直的方向喷射到支承的表面上。烧嘴装在设有电机驱动件的支承结构上使它能平行于圆筒支承而反复移动，这样便能使预型沿着支承的所有部分基本上在径向上生长。
典型的OVD型过程包括下列步骤。在第一步骤中，一个被称为“核心预型”的基本上为圆筒形的玻璃预型通过化学物质的沉积在圆筒支承上被制造出来，这个预型所以被这样命名是因为它会成为核心和光纤包覆层的较内部分。
在第二步骤中，圆筒支承从核心预型中被取出，使预型中空出一个中心孔。
在第三步骤中，核心预型的炉内经过一个提取水和使致密的过程，其时，使合适的气体(如氯，Cl2)在中心孔内流动，目的是消除在预型内存在的氧化氢离子(-OH)和水原子，这样来得到一个中心孔直径比初始预型小的玻璃化的核心预型。
在第四步骤中，在将孔内造成真空后，将玻璃化的核心预型放置到一垂直炉内使其下端被熔化，由于孔内为真空，熔化会使孔壁崩坍，这样玻璃材料便会成为实心体，在适当冷却的温度下被合适的牵引装置向下拉动便可成为细长而具有预定直径的圆柱形元件。这种细长的圆柱形元件进一步被冷却，并在许多等距离点上被横向切割，这样便成为多个也被称为“心棒”的细长元件，典型地具有一个大于1m的长度和一个在10-20mm的直径。
在第五步骤中，每一心棒被用作与第一步骤所说沉积过程类似的进一步化学沉积过程(被称为“外包覆”)的基底。详细地说，通过至少一个烧嘴将许多化学物质(其中典型地为氧化硅)沉积在每一个心棒上，从而构成光纤包覆层的外部这个包覆层的外部也要像第三步骤那样经过提取水和使致密的程序，这样便可得到玻璃化的、低密度的最终预型，可立即供拉拔成光纤使用。
已知有各种装置可用来通过OVD型过程制造光纤的玻璃预型(核心的或最终的)。这种装置典型地包括有一个化学沉积室，其内容纳着圆筒形支承的夹持件而圆筒形支承是为形成预型而设的化学沉积的基底；和可平行于圆筒支承的纵轴线而移动的烧嘴；还有相对于圆筒支承而位在烧嘴对侧的抽吸罩，该抽吸罩在进行化学沉积时适宜用来收集并移走在室内产生的微粒和废弃的化学物质。
日本专利JP11-1338曾公开一种通过OVD过程来制造光纤用预型的装置，该装置包括一对可平行于圆筒支承的纵轴线而移动的烧嘴而该圆筒支承可环绕自身旋转用来形成预型；还包括相对于圆筒支承而位在烧嘴对侧的抽吸罩，该抽吸罩也可平行于圆筒支承的纵轴线而移动。
日本专利JP2000-313625曾公开一种制造光纤用预型的装置，该装置包括多个互相邻近并可平行于圆筒支承的纵轴线而移动的烧嘴，而该圆筒支承可环绕其自身旋转用来形成预型。另外相对于圆筒支承在所说多个烧嘴的对侧设有抽吸罩，所说罩也可平行于圆筒支承的纵轴线而移动并可与所说多个烧嘴同步，详细地说，抽吸罩和多个烧嘴是由连接在单独的运动控制电路上的各自的电动机控制的。
美国专利US 5,211,732曾公开一种制造光纤用预型的装置，其中夹持件将形成预型用支承夹持在垂直位置上，而化学沉积是通过一列基本上分布在圆筒支承的整个长度上的烧嘴发生的，该烧嘴并可平行于支承的纵轴线这样振动使每一个烧嘴只作用在支承的一个预定部分上。另外，该装置有一空气循环系统，包括一个布置在圆筒支承上游的蜂窝结构，该蜂窝结构适宜将通过多个在烧嘴后壁上制出的空气吸入孔而进入室内的空气均匀地分布到沉积区域内；和一个布置在圆筒支承下游的扩散器，该扩散器适宜将空气流从室内吸出。详细地说，蜂窝结构所产生的多股空气流被这样控制使它们基本上为沿着圆筒支承整个长度上均匀分布的层流并且基本上垂直于圆筒支承的纵轴线。
日本专利JP2001-019463曾涉及一种技术可用来生产光纤用疏松预型，其中玻璃微粒从氢氧火焰烧嘴被喷吹到反应容器内一根环绕水平轴线旋转的圆棍上并沉积在其上。有一装载烧嘴的活动台可在两个变向点之间来回移动。有一连接着排气罩的空气出口相对于圆棍被布置在氢氧火焰烧嘴的对侧用来将含有未反应成分等的废气排放到容器之外。空气出口可通过活动台、导轨、电动机等与烧嘴平行地移动，但有一个时间滞后以便有效地将废气从烧嘴引入到排气软管内。
本申请人曾发现，在化学沉积过程中，在化学沉积室内会发生流体动力学现象以致反应物的流动不能按对圆筒支承纵轴线成直角的方向(理想操作状态)撞击在其上。但本申请人相信，在垂直的沉积过程中将抽吸罩设置在与烧嘴不同的水平上是能恢复这个理想操作状态的。果然，在这情况下，所造成的抽吸气流能够克服上述流体动力学现象，使反应物的流动能够遵循与圆筒支承纵轴线成直角的方向。
因此本发明在其一个方面是要提供一种通过在垂直布置的沉积基底上的化学沉积制造光纤预型的装置，该装置有一化学沉积室，包括至少一个夹持件，可环绕一条垂直轴线Z-Z旋转地安装着，适宜夹持至少一个细长元件的至少一端，该细长元件可构成制造光纤预型用的化学沉积的基底；至少一个烧嘴，可沿着基本上平行于所说轴线Z-Z的Z方向移动，适宜将制造预型的化学物质沉积在至少一个细长元件上；至少一个用来收集废弃的化学物质的抽吸元件，相对于所说轴线Z-Z被布置在所说至少一个烧嘴的对侧，并可沿着所说方向Z移动；其特征为，所说至少一个抽吸元件位在与所说至少一个烧嘴不同的高度上。
这种装置能有利地使化学沉积过程这样进行，即反应物流总是能按与圆筒支承的纵轴线成直角的方向(理想的操作状态)撞击到圆筒支承上；因此能得到具有高度均匀性和密实性特征的预型。
最好，所说至少一个抽吸元件相对于所说至少一个烧嘴位在一个较低的高度上，因为烧嘴所发出的反应物流比周围的空气热，因此反应物流会向上偏移离开理想的操作状态即按与圆筒支承纵轴线成直角的方向撞击圆筒支承。将抽吸元件定位在比烧嘴低的高度上能有利地恢复理想操作状态，因为能造成一股向下的抽吸气流来反对反应物流的上升作用，固此能使反应物流重新定向为与圆筒支承的纵轴线成直角的方向。
最好在将制造预型用的所说化学物质沉积在所说至少一个细长元件上时，将所说至少一个抽吸元件保持在与所说至少一个烧嘴不同的高度上。
最好在化学沉积过程中计及化学沉积室内过程条件的变化(特制是温度)而变化在抽吸元件和烧嘴之间的高度差。
最好，本发明的装置包括适宜用来控制所说至少一个烧嘴在Z方向上位移的第一移动系统和适宜用来控制所说至少一个抽吸元件在方向Z上位移的第二移动系统。其中所说第一和第二移动系统在运动上是独立的。这样能分开地和独立地控制烧嘴和抽吸元件在Z方向上的移动，从而可根据化学沉积室内所需的流体动力学状态在这个方向上实现同步的或不同步的运动。特别是，这样能，为了上面所说的理由，即优化流体动力学现象和控制沉积室内的温度，在化学沉积过程中变化在抽吸元件和烧嘴之间的高度差。
最好，所说第一和第二移动系统基本相同。
最好，本发明的装置包括适宜控制所说至少一个烧嘴在一基本垂直于所说Z方向的X方向上的位移的第三移动系统和适宜控制所说抽吸元件在所说X方向上的位移的第四移动系统。
抽吸元件和烧嘴在X方向上的移动在进行维护操作时也能有利地被使用，使化学沉积室内的操作人员容易进入和活动。
最好，所说第三和第四移动系统在运动上是独立的。这样能有利地分开地和独立地控制烧嘴和抽吸元件在X方向上的移动，从而可根据化学沉积室内所需的流体动力学状态在这个方向上实现同步或不同步的运动。
最好，所说第三和第四移动系统基本相同。
本发明在其第二方面是要提供一种制造光纤用预型的方法，该方法包括下列步骤将至少一个化学沉积用的基底沿着轴线Z-Z支承在垂直位置上；环绕所说轴线Z-Z转动所说至少一个基底；将至少一个烧嘴的反应气体和至少一种可燃气体的发射所产生的至少一种化学物质流投向所说至少一个基底上，所说至少一种化学物质适宜被沉积在所说至少一个基底周围以便用来制造至少一个预型；相对于所说至少一个烧嘴，通过被布置在所说至少一个基底的对侧上的至少一个抽吸元件抽吸所说至少一种化学物质的未沉积的部分；平行于所说轴线Z-Z移动所说至少一个烧嘴和所说至少一个抽吸元件。
其特征为，移动所说至少一个烧嘴和所说至少一个抽吸元件的所说步骤包括将所说至少一个烧嘴和所说至少一个抽吸元件保持在两个不同水平上的步骤。
最好，移动所说至少一个烧嘴和所说至少一个抽吸元件的所说步骤包括改变在所说至少一个烧嘴和所说至少一个抽吸元件之间的水平差的步骤。
从下面结合附图对本发明一些较优实施例所作的详细说明可对本发明的另外一些特征和优点有较清楚的了解。在附图中

图1为按照本发明的装置的概略透视图；图2为图1中装置内侧的第一实施例的概略透视图；图3为图1中装置内侧的第二实施例的概略透视图；图4为图1中装置内侧的图2的实施例在从中央部分的下面的一个与图1和2反向的观点看去的概略的透视图；图5为图1中装置内侧从与图1反向的观点看去的概略透视图，其中有一些构造元件已被拿掉；图6为图1中装置的侧部从第一观点看去的概略透视图；图7为图6中侧部从与图6反向的第二观点看去的概略透视图；图8为图1中装置内侧的一个可替代的实施例的侧视图。
在这些图中，标号1系指用来制造一个或者最好是多个(例如在这里所示的特定情况下是四个)用于光纤的玻璃预型的、按照本发明的装置。这种装置适宜在一预定数目的圆筒支承上(例如在这里所示的特定情况下是四个)通过OVD过程(外侧蒸气沉积)同时进行化学沉积，而在每一圆筒支承都各设有化学沉积用基底以便形成各自的预型。
装置1包括一个最好具有长方形壁的外部单元2，其内形成一个化学沉积室3。单元2内侧被玻璃纤维片包覆以保证对酸的侵蚀(在化学沉积时发生)和对温度有良好的抗力。
在室3内形成三个不同的部分，即第一侧部3a、中央部3b、和相对于中央部3b而在第一侧部3a对侧的第二侧部3c。
第一侧部3a容纳着多个传统型式的烧嘴4(例如在这里所示的特定情况下是四个，但图上只示出其中一个)，每一个烧嘴都适宜将一种制造预型用的化学物质、尤其是硅和锗的氧化物(SiO2和GeO2)的混合物喷吹到相关的圆筒支承4a上(其中如图4所示只可见到其两端)，这样在化学沉积过程结束时便可制出预型400。
或者，可为圆筒支承4a设置两个或多个烧嘴，一个设在另一个之上或之旁。
中央部3b容纳多个形成预型用的圆筒支承。这些支承被布置在合适的夹持件上，夹持件可直接设在室内(与单元2连成一个整体)，或者，如图所示较优实施例，设在一个支架5上(只在图4中示出)，该支架能从装置1的单元2中移出，在结构上与单元2并不连接，但当完全插入室3内时在设计上可与单元2联合协作。
第二侧部3C容纳多个抽吸元件6(例如在这里所示的特定情况下为四个罩)，每一个罩都适宜收集并排放烧嘴4在化学沉积室内所产生的废弃化学物质。
在化学沉积室3内，这三个部分3a、3b和3c一个接一个地沿着一个水平方向X布置，于是在室3内形成一个基本上与方向X垂直的另一个水平方向Y，该方向构成支架5插入/退出室3的方向，还有一个垂直方向Z构成室3内的圆筒支承在化学沉积过程中的定位方向。
在图2示出的本发明的装置中，支架5已装有圆筒支架4a并被完全插入到化学沉积室3的中央部3a内，正处在其工作状态。这时多个圆筒支承被排列成一行，并各位在相应的烧嘴4和相应的抽吸罩6之间。
本发明的装置的单元包括一个前侧壁7(按图2的观点)，该壁在垂直于Y方向的方向上延伸并在中央设有一个开口7a，使支架5能够沿着Y方向插入或退出化学沉积室3的中央部3b。另外，单元2包括一个后侧壁8(按图2的观点)在平行于壁7的方向上延伸。
支架5包括一个前侧表面9(按图2的观点)，其形状正好与开口7a配合，因此当支架5被完全插入到室3内时便能将开口闭合。另外，支架5包括一个后侧表面10(按图2的观点)与表面9平行，并且在其上方和下方设有一对对接元件15(在图3和4中可见)适宜与设在单元2的后壁8上的相关对接元件16配合。最好，对接元件15为销轴，而对接元件16为圆筒形轴套适宜在支架被完全插入到室3内时将上述轴销容纳在其内。
如图2到4所示，支架5还包括一对相关的上、下横档20a、20b和一对相关的前、后立柱21a、21b(从图2的观点看)。在横档20a、20b上可旋转地安装着多对夹持件(在这里所示的特定例子中为四对)。每一对夹持件包括一对传统型式的、相关的上、下夹头22a、22b，例如可用铝合金[如ergal，一种铝镁锌系合金]制成，这种夹头适宜夹持一个相关的圆筒支承4a上的两个相对的端部。多个夹头22a可旋转地安装在上横档20a上，相互间隔开一个预定距离d；同样，多个夹头22b可旋转地安装在下横档20b上，相互间隔开预定的距离d；这样每一对夹头中的上、下夹头22a和22b就都沿着一条相关的垂直轴线Z-Z对齐，这条轴线就构成夹头22a、22b的旋转轴线，当圆筒支承4a被定位在相关夹头22a、22b内时，上述轴线就与圆筒支承的纵轴线重合。
支架5包括多个元件用来使它自身移动并支承在地面上。这种元件最好包括多个传统型式的滚球元件23；或者可以使用传统型式的其他元件如辊子、滚轮等。
滚球元件23较好是与支架5上的基架24结合，更好是分别装在基架24的前、后臂25、26(按图2的观点)的自由端上。在本发明的一个未被示出的实施例中，后臂26具有两个通过各自的弹簧机构铰接在基架24上的相反对的小臂。当支架处在休止状态时(支架5完全从化学沉积室3内撤出)能迫使小臂张开；而当支架5被插入到室3内时能迫使小臂关闭，从而使支架5本身能够完全插入到室3内。
为了使支架5容易插入和从化学沉积室3退出，支架5最好还具有多个与上、下横档20a、20b连结的滑轮27，滑轮上设有相关的凹槽，该凹槽适宜分别与设在室3中央部3b内的上、下滑道28a、28b接合。详言之，滑轮27是沿着横档20a、20b的纵长边对齐的，因此在每一个横挡上有两列平行的滑轮。相应地，在室3的中央部内设有两对滑道在室3上表面上的第一对滑道28a适宜与连结在支架5上横挡20a上的滑轮配合，而在室3下表面上的第二对滑道28b适宜与连结在支架5下横挡20b上的滑轮配合。
但滑轮27和滑道28a、28b的位置能够互换，可将滑轮27装在室3的上、下表面上，而将滑道28a、28b设在支架5上。或者能够将一滑轮和滑道的混合系统同时设置在支架上和室内。
在本发明的装置的第一可替代而未示出的实施例中，支架5不具有滑轮27，化学沉积室3不具有滑道28a、28b；支架5在化学沉积室3内的正确定位只是依靠上述的对接元件15和16。
在本发明的装置的第二可替代而未示出的实施例中，滑道28a、28b属于可伸缩型并可从化学沉积室3抽出，支架5并不具有在地面上运送的零件(滚球元件23)，支架5的撤出和插入化学沉积室3实际上只能依靠滑道28a、28b和滑轮27。支架5的从化学沉积室向外移出可由容纳本发明装置的房间在顶板或地面上设置的合适的轨道系统或与支架5的滑轮配合的滑道来完成。
支架5的结构(特别是两个横档20a、20b和两个立柱21a、21b)最好用阳极化的硬铝合金(anticorodal，一种铝基硅镁合金，具有高强耐蚀性能)制成，阳极化层的厚度较好约为30-80μm，更好约为60μm。使用阳极化的铝合金可对化学沉积会出现的酸蚀有良好的抗力，用它来构造，重量既轻而费用又低(例如相对于不锈钢而言)。
最好，有一手柄(未示出)连结在支架的前表面9上使操纵支架插入到室3内和从室3移出更为方便。而在例如支架5的侧表面9及/或单元2的壁8上可设有一个或多个窥视窗(未示出)以便检查。另外，在单元2各部分3a、3b或3c的壁8上还可设置进入室3内的门。
在化学沉积的过程中，圆筒支承4a环绕各自的旋转轴线Z-Z的旋转是由操作至少一个夹头22a、22b来实行的；按照在附图内所示实施例，上夹头22a被驱动，而下夹头22b被空转地安装在支架5的下横档20b上。为此目的，本发明的装置包括一个电动机30和设置在电动机30和夹头22a之间的第一运动链30a，这在图2中被详细示出。在本发明的装置的替代实施例中，上、下夹头22a、22b都可被驱动或者只有下夹头22b被控制旋转。
在图2和4示出的本发明的装置的第一实施例中，电动机30最好被容纳在室3中央部3b的上部内，运动链30a包括一个角传动件33在运动上与电动机30和一在Y方向上延伸的水平副轴32连结，这个副轴32在运动上与多个90°角传动件33(在这里所示的特定情况下为四个角传动件)连结，每一个角传动件33又在运动上与垂直的副轴330(只在图4中部分可见)，在该副轴上压入配装着齿轮34。当支架5被完全插入到化学沉积室3内时，每个齿轮34都与设在支架5的上横档20a的上表面上的相应齿轮35接合，这个齿轮35被整体连接到夹头22a上并与它同轴。
在图3示出的本发明的装置的可替代的实施例中，水平副轴32与支架5整体连结并在其一个自由端上包括一个圆锥的或带齿的离合器36，当支架被完全插入到化学沉积室内时，该离合器36适宜在运动上与整体连结在电动机30上的相应套筒37连结。有多个90°角传动件33(在这里所示特定情况下为四个角传动件)在运动上与副轴32连结。每一角传动件33又在运动上与垂直的副轴38连结，该副轴基本上与圆筒支承4a的旋转轴线同轴。
在本发明的装置的又一个实施例(未示出)中，所有用来转动预型的零件(电动机30和运动链30a)都被整体装在支架5内，而支架5被安排使能与电力供应在电路上连接。
如上所述，单元2在化学沉积室3的部分3a容纳着四个烧嘴4。这些烧嘴被设置得按预定距离d互相间隔开，使当支架5被完全插入到室3内时，这些烧嘴4能沿着方向X分别与圆筒支架4a对准。
在化学沉积过程中，烧嘴4一同沿着垂直方向Z(平行于圆筒支承的纵轴线Z-Z)移动，最好在工作行程(最好是向上行程)和返回行程(向下行程)用不同的速率进行。但工作行程和返回行程的方向是可反转的。
另外，烧嘴4最好能沿着方向X移向/离开支承4a。这样运动使烧嘴4和预型400在成形时的侧表面之间的距离能被控制，这样在化学沉积时便能使这个距离保持在预定值，从而便能控制预型在成形时的侧表面的温度(这个温度的确是会改变的，这是由于当预型成长时在烧嘴4和预型侧表面之间的距离会减小。)
在维修操作时，烧嘴4沿着方向X和Z的运动也可有效地被使用以便使烧嘴本身的装配和拆卸容易进行及/或使操作人员的进入(如果在部分3a设有进入门)或在室3内的活动更为方便。
烧嘴4被这样定位使发射的反应物流能基本上垂直于圆筒支承4a的轴线Z-Z。烧嘴4被安装在所设相关板40上，在其中心设有最好为圆形的孔41使烧嘴容易连接到来自单元2外的气体输送管39上。
烧嘴4被连结到一个适宜使它们在垂直方向Z和水平方向X上移动，走向和离开圆筒支承4a的系统上。图2、3和5示出这种使烧嘴沿着方向Z和X移动的系统的第一实施例；图8示出上述使烧嘴移动的系统的第二实施例。
按照在图2、3和5中示出的实施例，板40被装在一对基本上水平并互相连结成一整体的横档42上。
最好，板40和横档42的构造材料如同以前对支架所说的那样为阳极化的硬铝合金(anticorodal，一种铝基硅镁合金)，这样可以得到耐酸蚀的效益(在化学沉积时会发生酸蚀)，并且既轻又便宜。
使烧嘴在垂直方向Z上移动的系统包括一个电动机50及一个设置在电动机50和横档42之间的运动链50a。
电动机50最好设在室3外侧的部分3a内、在单元2壁11的上部、基本上与壁11垂直。运动链50a包括一个在运动上与电动机连结的双角传动件51，在其两侧对称地设有一对水平地沿方向Y延伸的副轴52a、52b，这两副轴52a、52b又各在运动上与一90°角传动件53a、53b连结，这样就把运动传递到在室3内、部分3a的上部沿方向X延伸的、相应的带槽轴54a、54b上。每一个带槽轴54a、54b又各在运动上(通过一个图上不能看到的滑动套)与一90°角传动件53a、53b连结，从而将运动传递到垂直的滚珠螺杆56a、56b上，用来支承烧嘴的成对横档42于是通过螺帽螺杆(未示出)与每一个螺杆56a、56b连结。通过上述运动链，电动机50给出的运动就被传送到滚珠螺杆56a、56b上，并被转变成横档42和连结在其上的烧嘴沿着方向Z的运动。沿着方向Z的移动是由一对与支承烧嘴的横档42连结的，并且在螺杆56a、56b邻近平行于螺杆56a、56b而延伸的垂直滑道57a、57b导引的。
换言之，垂直的滚珠螺杆56a、56b被指定的作用是推动横档42，而垂直的滑道57a、57b被指定的作用是导引上述运动。所以有两个螺杆56a、56b为的是平衡推力。
烧嘴在水平方向X走向或离开圆筒支承的运动是在滚珠螺杆56a、56b和滑道57a、57b沿着这个方向的运动被控制的情况下(因此也控制与这两个连结，用来支承烧嘴的横档42的运动)发生的。为此目的，本发明的装置1包括一个电动机60和设置在电动机和滚珠螺杆56a、56b之间的运动链。
电动机60最好设置在室3外侧部门3a内、壁11的下部上。运动链60a包括一个在运动上与电动机60连结的双角传动件61。在其两侧对称地设置着一对水平地沿方向Y延伸的传动副轴62a、62b。每一副轴62a、62b又各在运动上与一90°角传动件63a、63b连结，这样就把运动传送到在室3部分3a下部沿着方向X延伸的相应的滚珠螺杆64a、64b上。另外，每一角传动件63a、63b还把运动传送到垂直轴65a、65b上，该垂直轴65a、65b在运动上与位在壁11上部的90°角传动件66a、66b连结，由该传动件66a、66b将运动传送到室3内上部沿着方向X延伸的滚珠螺杆67a、67b上。
在每一个螺杆64a、64b各接合着一个块形件(通过图上不能看到的导螺帽接合)，当上述螺杆转动时块形件可在方向X上移动。每一上螺杆67a、67b分别连结到角传动件55a、55b上(通过图上不能看到的螺帽螺杆)，当上述螺杆转动时该角传动件可在方向X上移动。另外，垂直螺杆56a、56b和垂直滑道57a、57b与块形件68a、68b连结。直线运动是由一对与块形件68a、68b连结并在螺杆64a、64b邻近平行延伸的水平滑道69a、69b沿着方向X导引的。
换言之，下部和上部的水平滚珠螺杆64a、64b和67a、67b分别被指定的任务是推动垂直的滚珠螺杆56a、56b和滑道57a、57b(从而推动与这两个连结并用来支承烧嘴的横档42)，而水平滑道69a、69b被指定的任务是导引这种运动。设有四个螺杆64a、64b和67a、67b，两个在上，两个在下，为的是平衡推力。
所有上述螺杆和滑道均被由缝制的和密封的Kevlar材料制成的皱纹管保护起来以免受到在化学沉积时产生的酸性腐蚀物质的影响。
如同已经提到过并在图5和6中所示出的那样，单元2在化学沉积室3的部分3c容纳着四个抽吸罩6。这些罩按预定距离互相间隔开地被定位，当支架5被完全插入到室3内时，这些罩被排列在圆筒支承之前而在烧嘴的另一侧。
在化学沉积过程中，抽吸罩6都沿着垂直方向Z(即平行于圆筒支承4a的纵轴线Z-Z)一起移动。
抽吸罩6在移动时，被放置在与烧嘴不同的高度上，为的是使每一个圆筒支承4a周围区域内的流体动力作用优化并使废气容易被收集和排放。格外好的做法是，将抽吸罩6放置在比烧嘴4低的高度，并且在整个化学沉积过程中总是保持在较低的高度上，这样，由抽吸罩本身产生的抽吸气体能对抗气体由于高温而造成的上升作用，从而在与形成中的预型作用时使气流基本上保持在水平状态。
有效的做法是，沿着气体和反应物的流体动力路径在预型的下游设置抽吸罩并且将该罩定位在比烧嘴低的高度上，使气流冲击在预型上的方向基本上保持在与预型的轴线垂直的方向。就本质而言，这种布置是使从预型的表面上脱离的层流(其意义在热流体动力学中有解释)被这样有效地延迟，既可增加化学沉积过程的产出，又可改进预型的特性包括紧密性和均匀性。
抽吸罩6在方向Z上的运动可与烧嘴的运动同步，或者不是这样，由于流体动力学优化的特殊理由，抽吸罩的运动也可与烧嘴不同(不同步)，以便变化抽吸罩与烧嘴的高度差，所以能这样做是因为如下所述，用来移动抽吸罩和烧嘴的系统是独立的。这种高度上的变化可能需要用来补偿在室3内发生的温度变化，或者用来补偿沉积过程中一个或多个参数的变化。例如在过程中如果反应物气体的流率需增加，就可增加抽吸罩与烧嘴的高度差来增加抽吸罩所产生的向底部的抽吸作用，这样来确保气流的冲击路线基本上垂直于成形中的预型。
抽吸罩6最好与一基本水平的横档(未示出)并能用手动取向。另外，这种横档还可支承一个基本水平的收集管70用来收集和排放化学沉积时在室3内产生的化学物质和微粒。收集管70通过在单元2壁8的侧部上制出的废气开口8a在气流上与废气室71(图6和7)连通；这个室适宜通过一根耐热管72将废气送到洗涤器上。
收集管70上有一部分，其各段的直径是有变化的，并在接近废气开口8a的方向上逐渐增大。
支承抽吸罩6和收集管70的横档被连结到第一系统，该系统适宜使横档本身(从而包括连结在其上的抽吸罩)在垂直方向Z上移动，还连结到第二系统，该系统适宜使横档本身(从而包括连结在其上的抽吸罩)在水平方向X上移动而走向/离开圆筒支承4a。这两系统与上述使烧嘴沿着方向X和Z移动的系统基本相同和相似，但它们在运动上独立于其他系统，因此能够分开地和独立地控制烧嘴和抽吸罩的运动(这些运动如上已述可以是同步的，或者为了流体动力学优化的理由而并不同步)。
图2、3、6和7示出用来使抽吸罩6在方向X和Z上运动的系统的第一实施例；图8示出用来使抽吸罩移动的上述系统的第二实施例。
按照第一实施例，抽吸罩6在垂直方向Z上的移动是在支承抽吸罩和收集管的横档的移动被控制的情况下发生的。为此目的，本发明的装置1包括一个电动机80及一个设在电动机80和支承抽吸罩和收集管的横档之间的运动链(特别见图6和7)。
电动机80最好设置在室3外侧的部分3c内。在单元2的基本上与壁11平行的壁12的上部。运动链80a包括一个在运动上与电动机80连结的双角传动件81，在其两侧对称地设有一对水平地沿方向Y延伸的传动副轴82a、82b。每一副轴82a、82b又在运动上各与一个90°角传动件83a、83b连结，该角传动件将运动传送到室3内部分3c的上部沿着方向X延伸的相应的带槽轴84a、84b上。每一带槽轴84a、84b(通过一个图上不能见到的滑动套)在运动上各与一个90°角传动件85a、85b连结，该角传动件将运动传送到垂直的滚珠螺杆86a、86b上，用来支承抽吸罩和收集管的横档然后通过螺帽螺杆(未示出)分别与螺杆86a、86b连结。通过上述运动链，由电动机80给出的运动就被传送到滚珠螺杆86a、86b上并转变成用来支承抽吸罩和收集管的横档在方向Z上的运动。这个沿着方向Z的直线运动是由在螺杆86a、86b邻近平行延伸的一对垂直滑道87a、87b来导引的。
换言之，垂直的滚珠螺杆86a、86b被指定的任务是推动支承抽吸罩6和收集管70的横档，而垂直的滑道87a、87b被指定的任务是导引这种运动。所以使用两个螺杆，为的是平衡推力。
抽吸罩6在水平方向X的走进或离开圆筒支承的移动是在滚珠螺杆86a、86b和滑道87a、87b(因此也包括连接在这两者上的支承抽吸罩和收集管的横挡)在这方向上的移动被控制的情况下发生的。为此目的，本发明的装置1包括一个电动机90和一条放置在电动机90及滚珠螺杆86a、86b和导引件87a、87b的组合件之间的运动链90a。
电动机90最好被放置在室3外侧的部分3c内而在壁12的下部。运动链90a包括一个在运动上与电动机90连结的双角传动件91，并且在其侧对称地布置着一对沿方向Y水平地延伸的副轴92a、92b。每一副轴92a、92b在运动上又各与一个90°角传动件93a、93b连结，该角传动件93a、93b分别将运动传送到沿着方向X延伸并被放置在室3内部分3a下部的相应的滚珠螺杆94a、94b上(图6)。另外，每一角传动件93a、93b还将运动传送给垂直轴95a、95b，该垂直轴在运动上与定位在壁12上部的角传动件96a、96b连结，该角传动件96a、96b将运动传送到在室3内上部沿着方向X延伸的滚珠螺杆97a、97b上。
有一块形件98a被接合在每一个下螺杆94a、94b上(通过一个不能在图上看到的导螺帽)。当上述螺杆转动时，该块形件可在方向X上移动。每一上螺杆97a、97b(通过不能在图上看到的螺帽螺杆)都被连结到角传动件85a、85b上，当上述螺杆转动时，该角传动件85a、85b可在方向X上移动。另外，垂直螺杆86a、86b和垂直滑道87a、87b被连结到块形件98a、98b上。沿着方向X的直线移动被一对与块形件98a、98b连结并在螺杆94a、94b邻近平行延伸的水平滑道99a、99b导引。
换言之，下部和上部的水平滚珠螺杆94a、94b和97a、97b分别被指定的任务是推动垂直的滚珠螺杆86a、86b和滑道87a、87b(因此连结在其上用来支承抽吸罩6和收集管70的横档也被推动，而水平滑道99a、99b被指定的任务是导引这个运动。所以设置四个螺杆，两个在上、两个在下，是为了平衡推力。
所有上述螺杆和滑道都被用Kevlar织物缝制和密封的皱纹管保护起来以免受到化学沉积中产生的酸性腐蚀物质的影响。
如上已述，图8示出用来使烧嘴4和抽吸罩6沿着方向X和Z移动的系统的一个可替代的实施例。按照这个实施例，烧嘴在水平方向上的移动是通过烧嘴4与第一垂直板43a的连结来实现的，第一垂直板43a是一块活动板，例如通过可伸缩滑道44a可相对于第二垂直板45a而滑动。而烧嘴在垂直方向Z上的移动是依靠第二垂直板45a通过一对滑块47a与垂直滑道46a的连结来实现的。同样，抽吸罩6在水平方向X上的移动是通过抽吸罩6与第一垂直板43b的连结来实现的，第一垂直板43b是一块活动板，例如通过可伸缩滑道44b可相对于第二垂直板46b而滑动。而抽吸罩6在垂直方向Z上的移动是由第二垂直板45b通过一对滑块47b与垂直滑道46b的连结来实现的。
或者，不是用一块单独的板43a和一块单独的板45a来支承所有的烧嘴4，而是用多块板43a和多块板45a来与相关的烧嘴连结，这样可使各个烧嘴的移动具有独立性。对于板43b和45b，同样也可这样做。
如上已述，收集管70被连结到单元2的壁8上通过废气开口8a(图5和6)而插入到废气室71内。为了使室3部分3c内的收集管能相对于壁8而在方向X和Z上移动，本发明的装置1最好在收集管70和壁8之间包括一个滑动连接。
按照本发明的装置的第一实施例，这种连接最好按照下列条件来设置在收集管70附近的壁8的部分是由一对相对于收集管70的上、下垂直带73a、73b形成的，该垂直带73a、73b能在方向Z上移动。这种带最好由不锈钢制成，并在其相关的自由端与一中间板74整体连结，中间板74上有一在方向X上延伸的中心槽75(见图6)，其长度等于或大于收集管70走向/离开圆筒支承4a的行程。还有一块形成突缘76的板(在图5中示出但没有在图6中示出为的是使板74可见)被整体连结到管70上。该突缘76最好用特氟隆制出。
突缘76面对朝向室内的板74并且比中心槽75大为的是即使当收集管70位在其一端时(在方向X上的基本行程位置)也能封闭该槽。这样化学沉积室3便正好通过在突缘76上制出的开口8a而插入到废气室71内的收集管70在液流上动态地连接到废气室71。板74最好具有供突缘76水平移动的滑道。突缘76或者可面对朝向室外的板74，或者板74可设有一个滑座使突缘76可在其内自由滑动。
带73a、73b被连结到相关的卷绕/退绕辊上，这两辊分别被定位在合适的盒77a、77b内，而该盒分别被装在单元2壁8的上部和下部。当收集管70上升时上带73a被卷绕在上盒77a内的辊子上，而下带73b从下盒77b内的辊子上退绕，反之亦然。在每一个盒77a、77b内都各装上卷绕弹簧可使带容易卷绕在辊子上。
因此收集管70在方向Z上的移动可由带73a、73b在方向Z上的滑动，而在方向X上的移动可由突缘76相对于两带73a、73b而在方向X上滑动来得到。
最好，抽吸罩6和收集管70及支承这两者的横档的构造材料为阳极化的硬铝合金(awticorodal)，这样可以得到抵抗酸蚀(这在化学沉积时会发生)的效益，并且织构既轻又便宜如上所述。
为了使板74，从而使收集管70在方向Z上移动，除了带系统外，还可使用“折皱”元件(未示出)。实施时，带73a和73b可被第一和第二“折皱”元件替换，这两元件从上方和下方支承着板74并形成壁8的上部和下部(具有可变的长度)。
除了带系统或使用“折皱”元件外，还有另外可替代的方法，如使用不密封的系统，例如在上述壁8的侧边部上为了供收集管70插入而制出的开口的周围可从两个相对侧制出密集的硬毛，这些硬毛向开口的中心伸出，在中心处互相叠合，由于硬毛的柔韧性，使它们在收集管插入而移动时可以张开和闭合，这样收集管就能在方向Z和X上运动。虽然这个系统不能保证化学沉积室内部的密封，但从构造和经济的观点看，它是有利的；另外，在该场合缺乏密封并不紧要，因为大多数废气是吸入而通过收集管70排出的。
参阅图1和5，单元2的壁11，即位在烧嘴后面的壁，在其上部设有合适的开口110以将各个管配件(管焖头)定位。这些管配件适宜用来连接刚性的外部管(未示出)，外部管将气体输送到室内的柔性的内部管，而内部管(图上只示出一个，标号为39)将气体转送到烧嘴。实施时柔性管可将每一种燃烧气体和每一种反应气体连接到每一个烧嘴上。
另外，壁11设有多个空气吸入件100(最好其数目等于烧嘴的数目)以将空气流供应到室3内从而适宜地补充被抽吸罩6排放的空气。
空气吸入件100在各单个烧嘴附近沿着一部分壁11延伸，并且能在方向E上与烧嘴同步移动，使在整个沉积过程中基本上与烧嘴处在同一水平上。
最好壁11包括一个与收集管70和壁8之间的滑动连接相似的滑动带系统使空气吸入件100能沿着方向Z移动。详言之，壁11包括一个宽的中央部，由相对于空气吸入件100分别为上部和下部垂直带11a、11b。这种带可由橡胶化的织物、特氟隆、金属(最好是钢)制成，并在相关自由端与一中间板111连结成整体。该板在烧嘴附近设有多个开口，形成上述的空气吸入件100。最好板111被整体连接到用来支承烧嘴的横档上使空气吸入件100在运动上与烧嘴4连结。空气吸入件例如可以是长方形，并可具有约为35-40cm的高度。
带11a、11b被连结到容纳在合适盒112a、112b(图5)内的卷绕/退绕辊(未示出)，该盒112a、112b分别被装在壁11的上部和下部。当横档42上升时，上带11a卷绕在位在上盒112a内的辊上，而下带11b从位在下盒112b内的辊上退绕，反之亦然。设有相关的卷绕弹簧时带可较容易地卷绕在辊上。
为了使板111移动，除了带系统外，可以使用“折皱”元件系统。实施时，带11a和11b可被第一和第二“折皱”元件替代，这两元件分别从上方和下方支承板111并形成壁11的相关的上部和下部(具有可变的长度)。
更一般地说，空气吸入件100可被制成任何一种能被控制地在方向Z上沿着壁11移动的元件，例如通过滑道滑块的运动系统。这种运动系统可与用来移动横档的系统连结，或者可以是独立的。
作为另一个可能的替代方案，除了采用多个空气吸入件外，也可使用一个单独的空气吸入件，其水平长度基本上等于一列烧嘴4的长度。与多个空气吸入件同样，单个空气吸入件可被制在一块板上而该板与一对在方向Z上滑动的带连结。或者，空气吸入件可被制成其他任何一种能够沿着方向Z垂直地移动的元件。
另外，装置1包括一个定位在化学沉积室3外用来输送气体和反应剂(未示出)的单元和一个电控制板(未示出)用来控制预型的转动及烧嘴4和抽吸罩6沿着方向X和Z的移动。最好这个用来输送气体和反应剂的单元和电控制板都由一个中央控制单元(未示出)来控制。
参阅附图，圆筒形支承4a是在化学沉积室3之外被装载到支架5上的，如果可能，可在一个离开的位置上装载。支架5连同装载在其上的支承于是被插入到室3内，这种插入由于设有与滑道28a、28b接合的滑辊27可较容易地进行。当支架被完全插入到室3内时，与电动机30在运动上结合的齿轮34通过运动链30a，与设置在支架5上横档20a上的齿轮35接合；由于电动机30的驱动于是使圆筒支承4a转动，就可开始进行化学沉积过程。在这过程中烧嘴4和抽吸罩6通过上述运动传送件50a、60a、80a、90a沿着垂直方向Z和水平方向X移动，但抽吸罩6始终保持在一个与烧嘴4不同的高度上使效果优化。在沉积过程结束时支架5连同预型400从单元2的室3内取出并从单元2移开，为了进行到可被移走的操作，预型须经过接续的提取水和使致密的步骤。
权利要求
1.一种通过化学沉积制造光纤用预型的装置，具有一个化学沉积室，该室包括至少一个夹持件，可环绕一条垂直轴线Z-Z旋转地安装着，适宜垂直地夹持至少一个细长元件的至少一端，该细长元件构成化学沉积用基底以形成光纤用预型；至少一个烧嘴，可沿着一个基本上平行于所说轴线Z-Z的方向移动，适宜将化学物质沉积在所说至少一个细长元件上以形成预型；至少一个抽吸元件，可用来收集废弃的化学物质，所说至少一个抽吸元件相对于所说轴线Z-Z被布置在所说至少一个烧嘴的对侧并可沿着所说方向Z移动；其特征在于，所说至少一个抽吸元件被定位在与所说至少一个烧嘴不同的高度上。
2.权利要求1的装置，其中所说至少一个抽吸元件被定位在比所说至少一个烧嘴低的高度上。
3.根据以上权利要求中任一项的装置，其特征在于，具有一个第一移动系统适宜用来控制所说至少一个烧嘴在方向Z上的位移，和一个第二移动系统适宜用来控制所说至少一个抽吸元件在方向Z上的位移，其中所说第一和第二移动系统在运动上是独立的。
4.根据权利要求3的装置，其特征在于，所说第一和第二移动系统基本上相同。
5.根据以上权利要求中任一项的装置，其特征在于，具有一个第三移动系统适宜用来控制所说至少一个烧嘴沿着一个基本上垂直于所说方向Z的方向X的位移，和一个第四移动系统适宜用来控制所说至少一个抽吸元件沿着所说方向X的位移。
6.根据权利要求5的装置，其特征在于，所说第三和第四移动系统在运动上是独立的。
7.根据权利要求5或6的装置，其特征在于，所说第三和第四移动系统基本上相同。
8.根据制造光纤用预型的方法，包括下列步骤将至少一个化学沉积用基底沿着轴线Z-Z支承在垂直的位置上；环绕所说轴线Z-Z转动所说至少一个基底；将通过至少一个烧嘴发射的反应气体和至少一种燃烧气体所产生的至少一种化学物质流投向所说至少一个基底，所说至少一种化学物质适宜遍布地被沉积在所说至少一个基底上以形成至少一个预型；通过相对于所说至少一个烧嘴被布置在所说至少一个基底的对侧的至少一个抽吸元件将所说至少一种化学物质的未被沉积部分吸出；平行于所说轴线Z-Z移动所说至少一个烧嘴和所说至少一个抽吸元件；其特征在于，所说移动所说至少一个烧嘴和所说至少一个抽吸元件的步骤包括将所说至少一个烧嘴和所说至少一个抽吸元件保持在两个不同水平上的步骤。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，所说移动所说至少一个烧嘴和所说至少一个抽吸元件的步骤包括改变所说至少一个烧嘴和所说至少一个抽吸元件之间的水平差的步骤。
全文摘要
一种通过在垂直布置的沉积基底上化学沉积来制造光纤用预型的方法和装置。该装置具有一个化学沉积室，其中包括至少一个可环绕轴线Z－Z旋转地安装着的夹持件，适宜夹持至少一个细长件的至少一端，而该细长件构成化学沉积用基底可用来形成光纤用预型。该室还包括至少一个可沿基本上平行于所说轴线Z－Z的方向Z移动的烧嘴，适宜将形成预型用的化学物质沉积在所说至少一个细长件上；以及至少一个用来收集废弃的化学物质的抽吸元件，所说至少一个抽吸元件相对于所说轴线Z－Z被布置在所说至少一个烧嘴的对侧，并可沿所说方向Z移动而有利地定位在一个与所说至少一个烧嘴不同的高度上(最好比烧嘴低)以使化学沉积室内的流体动力状态优化。
文档编号C03B37/014GK1582259SQ02812806
公开日2005年2月16日 申请日期2002年6月19日 优先权日2001年6月25日
发明者贾卡莫·S·罗巴, 马斯莫·努提尼, 马克·鲁茨尔, 弗兰克·韦罗纳里 申请人:皮雷利&C.有限公司