專利名稱：生產(chǎn)玻璃微粒沉積體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在合成玻璃微粒的啟動桿和燒嘴產(chǎn)生相對運動時將玻璃微粒沿啟動桿的徑向沉積在啟動桿上來生產(chǎn)玻璃微粒沉積體的方法。具體地說，本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)玻璃微粒沉積體的方法，可生產(chǎn)出具有較小無效部分的玻璃微粒沉積體，并可對所沉積的玻璃微粒量進行精細的調(diào)整，且玻璃微粒的沉積效率較高。
背景技術(shù)：
如圖5所示，高速生產(chǎn)大塊光學纖維預型件(多層積炭沉積)的方法包括以下的步驟將多個玻璃微粒合成燒嘴7以預定的間距設(shè)置在容器4內(nèi)的啟動桿1的對面，當使旋轉(zhuǎn)的啟動桿1和一排燒嘴7相對往復運動時，將玻璃微粒(積炭soot)按層沉積在啟動桿1的表面上，從而獲得玻璃微粒沉積體(積炭體)6。圖5示出了沿豎直方向往復運動的啟動桿1的一個例子。
在沉積玻璃微粒的方法(積炭沉積方法)中，可將啟動桿和燒嘴之間相對運動的距離(也可稱為橫向往復運動的距離)設(shè)定為基本上等于相鄰燒嘴之間的距離(后面將稱為燒嘴間距)，以便于獲得較高的玻璃微粒沉積效率。在此情況下，所存在的一個問題就是，玻璃微粒沉積體(積炭體)的外徑在積炭體的縱向出現(xiàn)波動變化。積炭體外徑的波動變化是由于啟動桿和燒嘴之間的相對運動(也可稱為往復運動)總是在相對運動的折返位置(也可稱為往復運動的終端位置)處停止而產(chǎn)生力矩造成的。也就是，在折返位置沉積積炭的實際時間(后面稱為積炭沉積時間)比以穩(wěn)定的速度進行相對運動的正常部分處所需的時間要長。另外，燒嘴火焰在折返位置觸及積炭體的程度與正常部分處是不同的。在相對運動距離保持恒定的情況下，折返位置總是落于啟動桿的相同位置上，因此，加劇了外徑的波動變化。通常，積炭在表面面積較大的部分上沉積得較多。因此，一旦一部分的外徑大于其它部分，就加速了其外徑不同的增長。
為獲得高質(zhì)量的光學纖維預型件，盡可能地減小外徑的波動變化是非常重要的，為此，人們提出了各種的解決辦法。
例如，一種減小外徑波動變化的辦法是使往復運動的折返位置在每次折返的預定方向上移動，并在折返位置移動到預定位置之后，沿每次折返的相反方向移動往復運動的折返位置，直到往復運動的折返位置返回到往復運動的初始位置時為止。該方法將往復運動的終端位置分散到整個積炭體上。因此，實際積炭沉積時間和燒嘴火焰觸及積炭體程度的波動都平均在整個積炭體上。因此，積炭沉積量沿縱向是均勻一致的(JP平3-228845)。
以JP平3-228845為基礎(chǔ)的另一種減小外徑波動變化的方法是測量整個積炭體外徑的波動變化量，并通過輔助燒嘴在積炭體沉積量較小的部分上進行附加積炭沉積(JP平10-158025)。外徑的波動變化量是利用可監(jiān)測積炭體整個區(qū)域的CCD攝像機和中央信息處理器來進行測量的。輔助積炭沉積燒嘴可獨立地在積炭體的整個區(qū)域上往復運動。
另外的一種方法是在移動往復運動折返位置時進行積炭沉積的情況下，通過將清潔空氣沿垂直于積炭體縱向的方向供應(yīng)到整個積炭體上，從而減小積炭沉積時積炭體縱向的溫度梯度(JP平4-260618)。
圖6示出了在上述方法中啟動桿和燒嘴之間的相對位置隨時間的變化關(guān)系，其中，在這種方法中，可使錐形部分最小。在圖6中，僅示出了一排燒嘴中的最外側(cè)燒嘴2和次外側(cè)燒嘴3。右側(cè)的標號表示在折返位置回到初始位置時一系列往復運動過程中啟動桿1上的積炭沉積層數(shù)。由第三及其后的燒嘴形成的積炭形成在圖6所示的18層下方的部分中，且層數(shù)始終保持是18。
但是，在移動往復運動折返位置的方法的情況下，如圖6所示，布置在積炭體兩端的燒嘴所沉積的積炭逐漸減少(因為沉積的層數(shù)向積炭體的兩端減小)。如圖6所示，盡管沉積的層數(shù)只在位于兩端的燒嘴所沉積積炭的地方減小，但靠近兩端燒嘴的燒嘴所沉積的積炭也易于沿此錐形形狀向外側(cè)流動。因此，從兩端起的第二個燒嘴所沉積的大部分積炭也減小，從而形成無效部分。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是要提供一種生產(chǎn)玻璃微粒沉積體的方法，通過該方法可生產(chǎn)出具有較小無效部分的玻璃微粒沉積體，并可對所沉積的玻璃微粒量進行精細的調(diào)整，且玻璃微粒的沉積效率較高。
為解決上述問題，本發(fā)明的技術(shù)方案由以下的(1)-(8)個方案構(gòu)成(1)一種生產(chǎn)玻璃微粒沉積體的方法，其包括以下的步驟將多個玻璃微粒合成燒嘴布置到旋轉(zhuǎn)啟動桿的對面；使所述啟動桿和所述玻璃微粒合成燒嘴沿平行于所述啟動桿軸向的方向相對往復運動；所述燒嘴合成的玻璃微粒沉積在所述啟動桿的表面上，其中，在相對運動從往復運動的一個折返位置到達另一個折返位置時，停止和重新啟動相對運動。
(2)根據(jù)(1)所述的生產(chǎn)玻璃微粒沉積體的方法，其中，多個玻璃微粒合成燒嘴以預定的燒嘴間距均勻地布置。
(3)根據(jù)(2)所述的生產(chǎn)玻璃微粒沉積體的方法，其中，多個玻璃微粒合成燒嘴平行于啟動桿布置成一排。
(4)根據(jù)(2)所述的生產(chǎn)玻璃微粒沉積體的方法，其中，沿往復運動的一個方向運動的距離設(shè)定為燒嘴間距的兩倍或更短。
(5)根據(jù)(4)所述的生產(chǎn)玻璃微粒沉積體的方法，其中，沿往復運動的一個方向運動的距離設(shè)定為基本上等于燒嘴間距或基本上是燒嘴間距的兩倍。
(6)根據(jù)(1)-(5)所述的生產(chǎn)玻璃微粒沉積體的方法，其中，相對運動的相鄰停止點包括折返點之間的距離是5-40mm。
(7)根據(jù)(1)-(6)所述的生產(chǎn)玻璃微粒沉積體的方法，其中，沉積玻璃微粒的步驟在燒嘴到達往復運動的折返位置的時刻停止。
(8)根據(jù)(1)-(7)之一所述的生產(chǎn)玻璃微粒沉積體的方法，其中，相對運動停止點處的停止時間與往復運動的折返位置處的停止時間不同。
在本發(fā)明中，在往復運動的折返位置(燒嘴停止)所產(chǎn)生的情況必定也在運動的中間部分產(chǎn)生。因此，就解決了現(xiàn)有技術(shù)中所存在的外徑波動變化的問題。另外，就解決了在積炭體兩端所形成的無效部分增大以及難于精確控制積炭體的重量等問題。

圖1是本發(fā)明的啟動桿和燒嘴之間相對運動的關(guān)系圖；圖2A是燒嘴的一種布置的俯視圖；圖2B是燒嘴的另一種布置的俯視圖，其中，多排燒嘴相互平行地布置；圖3是燒嘴未布置成一排時燒嘴間距的示意圖；圖4A和4B是解釋燒嘴火焰和燒嘴間距的關(guān)系圖；圖5是用于解釋由多層積炭沉積法制成的積炭體的示意圖；圖6是現(xiàn)有技術(shù)中的啟動桿和燒嘴之間相對運動位置的示意圖。
具體實施方式圖1示出了本發(fā)明沉積玻璃微粒的方法的啟動桿和燒嘴之間的相對運動狀態(tài)。在該實施例中，啟動桿1和燒嘴(僅示出了最外側(cè)的燒嘴2和次外側(cè)的燒嘴3)可相對往復運動一定的燒嘴間距。在圖1中，最外側(cè)燒嘴2和啟動桿1往復運動的兩個端部折返位置之間設(shè)有四個運動停止點。在圖1中示出最外側(cè)燒嘴2和啟動桿1之間的相對位置隨時間的變化。因此，每次往復運動的積炭沉積層數(shù)可均勻地是兩層，且停止點的影響是均勻一致的，從而減小了外徑的波動變化。
為使往復運動過程中啟動桿上的積炭層數(shù)均勻一致，燒嘴最好均勻布置，并使燒嘴間距均勻一致。
圖2A和2B是燒嘴和啟動桿的俯視布置示意圖。關(guān)于燒嘴的布置方式，如圖2A所示，一排燒嘴7(盡管圖2A只示出了一個燒嘴，但這一排的其余的燒嘴連續(xù)地布置在其下方)平行于啟動桿1布置。如圖2B所示，多排燒嘴7平行于啟動桿1布置。
從排氣效率的觀點出發(fā)，最好將燒嘴布置成圖2A所示的一排的形式。由于在相鄰燒嘴的火焰之間不會形成干涉，因此，將燒嘴布置成圖2B所示的多排可使燒嘴間距比將其布置成圖2A所示的一排要短。對于具有相同長度的啟動桿來說，更多的燒嘴是非常有用的，其可提高積炭的沉積速度。這里，當燒嘴布置成多排時，燒嘴間距就是沿啟動桿軸向相鄰布置的燒嘴之間沿啟動桿軸向距離。例如，當燒嘴布置成圖3所示的兩排時，燒嘴間距就是沿啟動桿1軸向相鄰布置的一排燒嘴7a和另一排燒嘴7b之間沿啟動桿1軸向距離。
沿同一方向相對往復運動的距離(從相對往復運動的一個折返位置到另一個折返位置的距離)最好設(shè)置成是燒嘴間距的兩倍或小于燒嘴間距。其原因是，如果沿同一方向的運動距離超過燒嘴間距的兩倍，沉積層數(shù)小于中間部分的兩端部的長度變長，從而就降低了錐形部分的效果，也就是，降低了減小無作用部分的效果。而且，所需的運動距離是燒嘴間距的整數(shù)倍，以便于使沉積的層數(shù)均勻一致。但實際上，只要運動距離接近燒嘴間距的整數(shù)倍，就不會出現(xiàn)任何實際問題。另外，可通過改變停止點處的停止時間來進行調(diào)整，因此，就可使運動距離基本上等于燒嘴間距或基本上是其兩倍。具體地說，運動距離應(yīng)當是(1±0.05)-(2±0.05)倍的燒嘴間距，且最好應(yīng)當是(1±0.03)-(2±0.03)倍的燒嘴間距。
對于運動停止點之間的距離(包括折返位置和停止點之間的距離)，當相鄰停止點之間的距離短的部分和其它相鄰停止點之間的距離長的部分是同時存在時，外徑就會發(fā)生波動變化。因此，設(shè)置一個這樣的距離是非常重要的，即基本上可獲得停止點分散開的效果，在停止點之間的距離中只有少量差異。一種方法就是將停止點之間的距離確定成A÷(B+2)(mm)，其中，A＝燒嘴間距×2(mm)，而B＝除了折返位置以外的每次往復運動的停止點的數(shù)目。然而，確定該距離的方法并不局限于此。方便的是在工作過程中固定停止點之間的距離，但又可使該距離能適當?shù)仉S每次折返進行變化。
在運動停止點之間距離太短的情況下，在非正常積炭點(停止點)分散完成之前，就會產(chǎn)生一個具有引起積炭體外徑波動變化的不規(guī)則直徑的部分。因此，就削弱了外徑波動變化減小的效果。在運動停止點之間距離太長的情況下，就不會獲得非正常積炭點(停止點)分散的效果。因此，停止點之間的距離最好設(shè)在5-40mm。但是，根據(jù)燒嘴的特點，需要使所設(shè)置的距離略大于40mm。該距離范圍并不限于上述的范圍。
下面將進一步說明當停止點之間的距離太短時，就削弱了外徑波動變化減小的效果。當停止點之間的距離較短時，就擴大了停止點處待分散的外徑的波動變化。例如，可假定可沉積大量積炭的范圍是位于燒嘴火焰中心±10mm的范圍。在到下一個停止點的距離是20mm或更大的情況下，燒嘴沉積大量積炭的范圍就不能與在下一個停止點的相重疊(圖4A)。但是，在停止點之間的距離只有10mm的情況下，沉積大量積炭的范圍重疊10mm(圖4B)。如果積炭在重疊部分的沉積量太大，外徑就在此開始波動變化，因而增大了該部分的表面面積。因此，就提高了大表面區(qū)域處的沉積效率，從而在過了積炭沉積時間時促進外徑的波動變化。
盡管最優(yōu)化的燒嘴間距是隨燒嘴的布置方法、燒嘴的特點等而變化的，但優(yōu)選的距離是50-400mm，更好的是150-350mm。在燒嘴間距太短的情況下，相鄰燒嘴的火焰就會相互干涉，從而使沉積效率降低并使外徑波動變化。即使在采用火焰擴張區(qū)小的燒嘴且燒嘴不布置成圖2B所示的一排的情況下，臨界距離也要是50mm。
在燒嘴間距太大的情況下，使燒嘴的數(shù)目減少，這也會降低沉積效率。燒嘴間距太大，就會在積炭體溫度降低時產(chǎn)生裂紋。因此，最大距離最好是400mm。在平常使用玻璃微粒合成燒嘴的情況下，通過將燒嘴間距調(diào)整到150-350mm就可獲得良好的效果。
往復運動速度(相對地往復運動的運動速度)在100-1300mm/min是特別有效的。這是因為，在往復運動過程中，如果將往復運動速度設(shè)定得高于正常值以降低沉積的積炭量，在外徑不產(chǎn)生波動變化的情況下，就可分散非正常積炭點(停止點)的影響。通過這樣設(shè)定往復運動速度，就可控制每層積炭的平均厚度，從而在必要時將厚度設(shè)定為0.01-1mm。其優(yōu)點是沉積步驟結(jié)束時具有積炭體的目標外徑。但是，上述往復運動速度并不局限于此范圍，其取決于積炭體的目標尺寸、積炭體的特點等因素。
在一次往復運動過程中，在相對運動停止在沿兩個方向的情況下，當相對運動到達往復運動折返位置的時刻，沉積層的數(shù)目就在整個有效部分上是均勻一致的。因此，最好將停止積炭沉積的時間設(shè)定為相對運動到達往復運動折返點的時刻。在一次往復運動過程中，在相對運動在一個方向停止的情況下，積炭沉積最好在相對運動返回到往復運動的初始位置的時刻停止。
由于燒嘴種類、積炭體表面與燒嘴之間的距離等的不同，在折返位置的停止時間等于在往復運動中間處的停止時間時，由于相鄰燒嘴在折返位置的重疊，就會使沉積量不同，因此而增大外徑的波動變化。在此情況下，通過對與折返位置停止時間不同的停止點處的停止時間進行調(diào)整，就可降低外徑的波動變化。通常，最好使往復運動中間的停止時間大于折返位置的停止時間。停止時間可根據(jù)所用的燒嘴和燒嘴到積炭體表面的距離來進行適當?shù)恼{(diào)整。
〔實施例〕下面將對生產(chǎn)玻璃微粒沉積體的本發(fā)明方法進行描述，但本發(fā)明并不局限于該實施例。
(實施例1)啟動桿和五個位于啟動桿對面距離為200mm布置成一排的燒嘴沿豎直方向往復運動，以這樣的方法積炭沉積在圖1所示的圖案上。積炭沉積的狀態(tài)是往復運動的距離＝200mm，往復運動的速度(平均速度)＝400mm/min，停止點之間的距離＝20mm，在往復運動中間的停止點的停止時間＝1秒，在折返位置的停止時間＝0.5秒。使用的啟動桿是一根拉長到直徑為36mm的帶芯桿。
當往復運動的次數(shù)達到356、357、358、359和360時，停止往復運動，并測量積炭體的重量。對應(yīng)于各個往復運動的次數(shù)，積炭體的重量從22.3kg變化到22.4kg、22.5kg、22.6kg和22.7kg。按照該方法，在每次往復運動的積炭沉積過程中，積炭體的重量是以可控的100g為單位。而且，積炭體有效部分的直徑分別是217.4mm、218.1mm、218.7mm、219.4mm和220mm。
另外，得到的積炭體有效部分的長度是540mm，且兩個端部的每個280mm的部分(從兩個端部到離開端部280mm距離的部分)是錐形的。
外徑為220mm的積炭體沿徑向的外徑波動變化量是220±2.5mm。當積炭體固結(jié)和玻璃化時，有效部分的外徑波動變化量是145±1.4mm。
(對比例1)啟動桿和四個位于啟動桿對面距離為200mm且布置成一排的燒嘴沿豎直方向往復運動，并由此來進行積炭沉積。積炭沉積的狀態(tài)是往復運動的速度＝800mm/min。積炭沉積通過包括第一操作步驟的往復運動方法來進行，其中，啟動桿降低200mm，然后又拉升180mm，反復進行多次，直到使往復運動的折返位置移動與燒嘴間距相等的距離，在進行了第一操作之后，進行第二操作，其中，啟動桿降低200mm，然后再將其拉升220mm，反復進行多次，直到折返位置回到初始位置。啟動桿與實施例1所用的相同。
在該方法中，為了使整個積炭體的外徑均勻一致，最好將往復運動起始位置回到初始位置時的循環(huán)次數(shù)作為一組循環(huán)來進行積炭沉積。因此，積炭沉積在一組循環(huán)次數(shù)的整數(shù)倍處終止。但是，這就很難在達到所需的積炭沉積量時停止積炭沉積。在該對比例中，需要20次往復運動來分散折返位置。
當往復運動的次數(shù)達到760、780和800時，停止往復運動，并測量積炭體的重量。對應(yīng)于各個往復運動的次數(shù)，積炭體的重量從18.9kg變化到19.5kg和20.1kg。當經(jīng)過作為停止分散往復運動折返位置次數(shù)的每20次往復運動時，就停止進行往復運動，這時可發(fā)現(xiàn)積炭體的重量是以可控的600g為一個單位。積炭體有效部分的外徑分別是209.3mm、214.7mm和220mm。
另外，積炭體有效部分的長度是400mm，且兩個端部的每個350mm的部分是錐形的。
外徑為220mm的積炭體沿徑向的外徑波動變化量是220±3.5mm。當積炭體固結(jié)和玻璃化時，有效部分的外徑波動變化量就是145±2.0mm。
實施例1中的往復運動方法與對比例1中的往復運動方法的不同在于所獲得的積炭體的縱向長度互不相同。為進行精確比較，燒嘴間距設(shè)定為200mm，在實施例1和對比例1中分別采用五個燒嘴和四個燒嘴，以便使所形成的積炭體的縱向長度大致是一樣的。而且，停止積炭沉積，從而使在實施例1和對比例1中具有最大直徑的積炭體的外徑均勻一致。
從實施例1和對比例1之間的比較結(jié)果可得出，與現(xiàn)有技術(shù)的方法相比，本發(fā)明的方法可對積炭體的外徑進行更為細微的調(diào)整。另外，當可減少無效部分時，減小外徑波動變化的效果是顯著的。
如上所述，按照本發(fā)明，其可解決積炭體每端錐形部分增大的問題。另外，還可解決難于精確調(diào)整積炭體外徑的問題。因此，可以較高的沉積效率來生產(chǎn)具有較少無效部分的玻璃微粒沉積體，而且還可精確地調(diào)整玻璃微粒的沉積量(積炭的沉積量)。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)玻璃微粒沉積體的方法，其包括以下的步驟將多個玻璃微粒合成燒嘴布置到旋轉(zhuǎn)啟動桿的對面；使所述啟動桿和所述玻璃微粒合成燒嘴沿平行于所述啟動桿軸向的方向相對往復運動；將所述燒嘴合成的玻璃微粒沉積在所述啟動桿的表面上，其中，在相對運動從往復運動的一個折返位置到達另一個折返位置時，停止和重新啟動相對運動。
2.一種生產(chǎn)玻璃微粒沉積體的方法，其包括以下的步驟將多個玻璃微粒合成燒嘴布置到旋轉(zhuǎn)啟動桿的對面；使所述啟動桿和所述玻璃微粒合成燒嘴沿平行于所述啟動桿軸向的方向相對往復運動；使所述燒嘴合成的玻璃微粒沉積在所述啟動桿的表面上，其中，在一次往復運動過程中，停止和重新啟動相對運動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生產(chǎn)玻璃微粒沉積體的方法，其中，多個玻璃微粒合成燒嘴以預定的燒嘴間距均勻地布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)玻璃微粒沉積體的方法，其中，多個玻璃微粒合成燒嘴平行于所述啟動桿布置成一排。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)玻璃微粒沉積體的方法，其中，沿往復運動的一個方向運動的距離設(shè)定為燒嘴間距的兩倍或更短。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生產(chǎn)玻璃微粒沉積體的方法，其中，沿往復運動的一個方向運動的距離設(shè)定為基本上等于燒嘴間距或基本上是燒嘴間距的兩倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的生產(chǎn)玻璃微粒沉積體的方法，其中，相對運動的相鄰停止點包括折返點之間的距離是5-40mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一所述的生產(chǎn)玻璃微粒沉積體的方法，其中，沉積玻璃微粒的步驟在燒嘴到達往復運動的折返位置的時刻停止。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8之一所述的生產(chǎn)玻璃微粒沉積體的方法，其中，相對運動停止點處的停止時間與往復運動的折返位置處的停止時間不同。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生產(chǎn)玻璃微粒沉積體的方法,包括以下的步驟:將多個玻璃微粒合成燒嘴布置到旋轉(zhuǎn)啟動桿的對面,使啟動桿和玻璃微粒合成燒嘴沿平行于軸向的方向相對往復運動,從而使燒嘴合成的玻璃微粒沉積在啟動桿的表面上,其中,在一次往復運動過程中,可停止和重新啟動相對運動。
文檔編號C03B37/014GK1356279SQ01142468
公開日2002年7月3日 申請日期2001年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月29日
發(fā)明者大石敏弘, 大賀裕一, 橫山佳生, 中村元宣 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社