專利名稱：一種利用冷卻的心軸制造光纖預(yù)制件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造預(yù)制件、以供拉制光纖的方法，特別涉及一種方法，它包括使用一車床，在車床里一基底的兩端被支承和轉(zhuǎn)動(dòng)，而且支承件的至少一個(gè)和/或轉(zhuǎn)動(dòng)件被冷卻。
本發(fā)明的技術(shù)背景在制造光纖時(shí)，通常使用一種化學(xué)蒸汽淀積(CVD)工藝、諸如外側(cè)蒸汽淀積(OVD)、軸向蒸汽淀積(VAD)或改進(jìn)的化學(xué)蒸汽淀積(MCVD)技術(shù)來制造一預(yù)制件。然后，使由此形成的預(yù)制件脫水和固結(jié)，以形成固體玻璃半成品，而MCVD預(yù)制件被折疊形成固體玻璃半成品。然后將玻璃半成品拉制成光纖。此外，該玻璃半成品也可拉制成芯細(xì)長件，然后利用OVD或管中桿技術(shù)形成外覆蓋層，以便形成外覆蓋層預(yù)制件。接著，可將外覆蓋層預(yù)制件脫水和固結(jié)，以形成一外覆蓋層玻璃半成品，然后將其拉制成光纖。
對(duì)拉制的光纖有影響的一個(gè)參數(shù)是芯/覆蓋層同心度(下面簡稱同心度)。同心度是衡量光纖的芯的中心相對(duì)整個(gè)光纖中心的情況的尺度。人們一致認(rèn)為，對(duì)于外覆蓋層預(yù)制件來說，主要在微粒淀積過程中確定同心度。
為了提供較高的生產(chǎn)量和設(shè)備利用，光纖預(yù)制件的尺寸(包括長度和直徑)近年來在增加。由于長度增加，與搖晃有關(guān)的潛在問題也有顯著增加。人們認(rèn)為這主要是由不完全直的細(xì)長組件產(chǎn)生的，或由在微粒淀積工藝過程中沿著細(xì)長組件的應(yīng)力或淀積速率的變化產(chǎn)生的。
由于CVD工藝中產(chǎn)生的熱量，卡盤和/或心軸會(huì)被加熱至這樣的溫度，使心軸因熱量而時(shí)常不均勻地膨脹。在這種操作里，卡盤和/或心軸通?？赡苓_(dá)到高約150℃的溫度。這使申請(qǐng)人認(rèn)識(shí)到，卡盤或心軸引起的搖晃會(huì)消極地影響預(yù)制件的同心度，以及影響由預(yù)制件拉制而成的光纖。這種結(jié)果常常是心軸里的不可接受的搖晃引起的，而這種搖晃使供預(yù)制件用的餌桿變形。
這種由CVD工藝產(chǎn)生的加熱作用是由通常位于心軸和卡盤組件軸線一側(cè)的CVD燃燒器引起的。因此，心軸的該一側(cè)可能比其它側(cè)經(jīng)受更大的加熱。結(jié)果，支承心軸并位于CVD燃燒器一側(cè)的軸承可能被加熱至比相對(duì)CVD燃燒器另一側(cè)的軸承更高的溫度。因此，存在著這樣的可能性如果這種熱量不被控制，在一側(cè)的軸承可能膨脹至這樣的程度，即給軸、從而給卡盤和餌桿提供顯著的搖晃。
本發(fā)明的簡要說明本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種制造供光纖用的預(yù)制件的方法，其中，一轉(zhuǎn)動(dòng)的心軸與一餌桿或細(xì)長件連接。在所述轉(zhuǎn)動(dòng)步驟的同時(shí)，微粒通過化學(xué)蒸汽淀積淀積在餌桿或細(xì)長件上，而心軸的至少一部分通過強(qiáng)制冷卻空氣被冷卻。
在一個(gè)較佳的實(shí)施例里，餌桿或細(xì)長件通過卡盤與心軸連接，而卡盤也由強(qiáng)制冷卻空氣進(jìn)行冷卻。
在一個(gè)實(shí)施例里，強(qiáng)制空氣沿著心軸相當(dāng)均勻地環(huán)繞著心軸的外周流動(dòng)。通過環(huán)繞著心軸設(shè)置的許多排氣孔吹出強(qiáng)制空氣促使冷卻空氣的均勻散布。使所述的強(qiáng)制空氣流動(dòng)通過一保護(hù)殼體可能更有利于冷卻，而保護(hù)殼體環(huán)繞著心軸和防止準(zhǔn)備冷卻的心軸區(qū)域經(jīng)受CVD室產(chǎn)生的熱量。
按照本發(fā)明的強(qiáng)制冷卻空氣較佳的是足以維持卡盤及心軸處于小于120℃、較佳的是100℃、更佳的是90℃的溫度。在許多情況下，心軸被維持在至少小于75℃。
本發(fā)明的另一方面涉及一種按照本發(fā)明將一預(yù)制件拉制成一光纖的方法，其中，形成預(yù)制件的微粒通過化學(xué)蒸汽淀積淀積在一餌桿或細(xì)長件上，而餌桿或細(xì)長件連接在一轉(zhuǎn)動(dòng)心軸上，轉(zhuǎn)動(dòng)心軸的至少一部分被強(qiáng)制冷卻空氣冷卻。使用本發(fā)明的經(jīng)過冷卻的心軸和卡盤組件，申請(qǐng)人能夠獲得比未使用這種冷卻的心軸和卡盤組件的同樣工藝制造的光纖更好的光纖同心度。本發(fā)明特別適用于制造玻璃預(yù)制件的CVD工藝，因?yàn)樗鼈兪褂每梢怨潭ㄔ陴D桿或細(xì)長件基底上的轉(zhuǎn)動(dòng)心軸，例如外側(cè)蒸汽淀積(OVD)和軸向蒸汽淀積(VAD)。
此外，通過包封支承心軸的軸承和使冷卻空氣流動(dòng)經(jīng)過保護(hù)這些軸承的殼體，由位于心軸一側(cè)的CVD燃燒器產(chǎn)生的不均勻加熱可大大地減輕。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)可通過下面的文字介紹和附圖中看出。
應(yīng)該明白，上面的概述和下面的詳細(xì)介紹是示范性的，而不應(yīng)用來限制本發(fā)明。
附圖是為了提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步了解，并構(gòu)成本發(fā)明的一部分。
附圖的簡要說明

圖1顯示了一細(xì)長組件，它應(yīng)用于微粒淀積工藝，以便形成光波導(dǎo)微粒預(yù)制件；圖2是用于按照本發(fā)明的微粒淀積工藝的一種典型裝置的示意圖；圖3顯示了圖2所示工藝中的上部心軸/卡盤組件的放大圖；圖4是圖2和3中所示的冷卻環(huán)的放大的剖視圖；圖5是圖3中所示的冷卻板的放大的剖視圖。
本發(fā)明的詳細(xì)說明圖1顯示了一細(xì)長組件1，其中一餌桿或玻璃細(xì)長件2固定在上部細(xì)長手柄3和下部細(xì)長手柄4上。如果圖1所示的細(xì)長組件不被制造成和維持幾乎完全直的，在微粒淀積工藝過程中當(dāng)其轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將搖晃。這種搖晃將造成環(huán)繞著細(xì)長件的微粒的不均勻淀積，這是因?yàn)榧?xì)長組件和射流之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。即使細(xì)長組件制成完全直的，仍可能發(fā)生搖晃，因?yàn)榧?xì)長組件里的應(yīng)力的變化或不相等的淀積速率，它們來自于微粒淀積工藝過程中的細(xì)長組件的不均勻加熱。
圖2顯示了一種裝置，它用于在一細(xì)長組件上淀積微粒。如這里所使用的，細(xì)長件涉及任何玻璃或微粒預(yù)制件，另外的微粒將淀積在該預(yù)制件上。這種細(xì)長件可以是(例如)在另外的預(yù)制件制造工藝中制造的芯細(xì)長件或其它細(xì)長件。例如，這種玻璃細(xì)長件可通過將微粒淀積在一餌桿上形成，然后，拿掉餌桿，使微粒固結(jié)成玻璃，再將由此形成的玻璃預(yù)制件拉成直徑較細(xì)的玻璃細(xì)長件。然而，本發(fā)明不限于在細(xì)長件上進(jìn)一步淀積微粒，還可同樣應(yīng)用于在餌桿上淀積微粒。例如，這種餌桿可以是氧化鋁或其它耐火難熔的物質(zhì)，以便在外側(cè)蒸汽淀積(OVD)工藝中進(jìn)行微粒的初始淀積，從而形成玻璃預(yù)制件以制造光纖，或形成玻璃細(xì)長件，然后，它可用來制造供光纖用的預(yù)制件。然而，如這里所使用的，餌桿涉及任何形式的耐火難熔目標(biāo)，或可用作接納基底的心軸，以便微粒淀積，它包括但不限于在軸向蒸汽淀積工藝?yán)锸褂玫奈⒘Ｄ繕?biāo)。
同樣的，本發(fā)明不限于圖2中所示的OVD工藝。本發(fā)明還可用于軸向淀積工藝或其它的工藝，這種工藝使用一安裝在一基底上的轉(zhuǎn)動(dòng)心軸，以便進(jìn)行微粒的CVD淀積。
在所述的實(shí)施例里，細(xì)長組件1位于上部卡盤11里。下部卡盤12安裝在細(xì)長組件1的下端。美國專利第5,658,365號(hào)進(jìn)一步介紹了這種卡盤，其內(nèi)容在這里被參考引用。上部卡盤11固定在上部心軸13上，上部心軸13固定在心軸電動(dòng)機(jī)14上，而電動(dòng)機(jī)14則固定在一稱量裝置15上。下部卡盤12固定在下部心軸16上。心軸電動(dòng)機(jī)14被用來轉(zhuǎn)動(dòng)上部心軸13、上部卡盤11、細(xì)長組件1、下部卡盤12和下部心軸16，從而允許在細(xì)長組件1的外側(cè)發(fā)生微粒淀積。燃燒器21表示在OVD工藝中使用的燃燒器，諸如在Backer等人的美國專利第5,068,975號(hào)中所述的，其說明書在這里被參考引用?？諝廨S承17、18、19和20在細(xì)長組件1的軸向方向基本上是無摩擦的。這將允許在微粒淀積工藝中由稱量裝置15精確地確定細(xì)長組件的重量。通過稱皮重或調(diào)零，在細(xì)長組件1上淀積之前可精確地確定該裝置的細(xì)長組件和其它零件的初始重量。這將允許控制系統(tǒng)(未畫出)根據(jù)淀積的微粒的重量確定何時(shí)改變工藝參數(shù)、包括被淀積的微粒的成分，以及根據(jù)完成情況何時(shí)停止微粒淀積工藝。
在圖2所示的實(shí)施例里，上部心軸13和卡盤11設(shè)置在一保護(hù)結(jié)構(gòu)24里。圖3詳細(xì)地顯示了該保護(hù)結(jié)構(gòu)和上部心軸組件。圖2中的保護(hù)結(jié)構(gòu)包括一下殼體30和一上殼體32，下殼體30環(huán)繞著上部卡盤組件11，而上殼體32環(huán)繞著心軸13。上殼體32和下殼體30一起通過屏蔽來自CVD室10的熱量而有利于心軸13和卡盤組件11的冷卻。心軸13從CVD室10延伸出去的其余部分不容易受到這些熱量的影響，因此不需要這種屏蔽。
冷卻環(huán)34位于上殼體32之上并環(huán)繞著心軸13。圖3和4較詳細(xì)地顯示了該冷卻環(huán)34。從圖4中可看到，冷卻環(huán)34包括氣孔36，通過冷卻環(huán)的空氣通過這些氣孔36噴射出來，并向下進(jìn)入上殼體32里，然后非常均勻地朝向心軸13的外周面。
由于冷卻環(huán)34的氣孔36環(huán)繞著心軸13的整個(gè)外周設(shè)置，因此冷卻空氣環(huán)繞著心軸13的外周面均勻地分配，從而對(duì)其進(jìn)行均勻的冷卻，并防止不均勻的加熱，而這種不均勻的加熱會(huì)使心軸13搖晃或盤旋。
如圖3所示，上殼體32和天花板52將CVD室10與心軸13的上端隔開。冷卻板50位于上殼體32的底部，并在上殼體32連接下殼體30處的附近。如圖5所示，冷卻板50包括四個(gè)通道52，空氣通過這些通道從上殼體32進(jìn)入下殼體30。從圖3和5中可看到，空氣被直接引導(dǎo)至心軸13。因此，在所述的實(shí)施例里，有許多裝置(即冷卻環(huán)34和冷卻板50)引導(dǎo)氣流朝向心軸13，從而獲得良好的冷卻效果。
從圖3中可看到，冷卻空氣的路徑(用路徑40總體表示)通過冷卻環(huán)34自氣孔36流出，進(jìn)入上殼體32，然后進(jìn)入下殼體30，以及從下殼體30流出而進(jìn)入CVD制造工藝的淀積室10里。這樣，該冷卻空氣維持著冷卻空氣沿心軸朝向和進(jìn)入CVD室的流動(dòng)。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，最接近CVD操作產(chǎn)生的熱量的軸承18被包封在上殼體32里，從而通過下殼體30提供的保護(hù)效果使其進(jìn)一步被隔絕。這樣，軸承18可維持在一相當(dāng)?shù)偷臏囟取⒗缧∮?00℃、更佳的是小于75℃。
下面的表1所述的是若干車床在使用按照本發(fā)明的強(qiáng)制冷卻空氣前后的芯/覆蓋層的同心度性能。所示的數(shù)據(jù)是針對(duì)光纖的，而該光纖是利用車床、在車床上實(shí)施按照本發(fā)明的強(qiáng)制冷卻空氣前后制造的預(yù)制件拉成的。
強(qiáng)制的心軸冷卻系統(tǒng)的性能在各車床被安裝時(shí)在各車床上進(jìn)行分析。對(duì)于各外覆蓋車床來說，芯覆蓋層同心度數(shù)據(jù)收集安裝前的400卷完成的光纖和安裝后的400卷完成的光纖。針對(duì)前后數(shù)據(jù)集和比較計(jì)算平均的和標(biāo)準(zhǔn)的偏差。由此可見，在芯覆蓋層同心度性能中存在著顯著的改進(jìn)。
在實(shí)施本發(fā)明的冷卻程序前，各車床上的上部卡盤11的溫度大于150℃，而軸在離卡盤11約一英寸(或更小)的距離處是大于100℃的溫度。然而，在實(shí)施強(qiáng)制冷卻空氣后，在各車床上的卡盤維持在75℃的溫度處，而軸在離卡盤約一英寸的距離處維持在約46℃的溫度處。
表1
如數(shù)據(jù)所顯示的，在使用了強(qiáng)制冷卻空氣后，芯/覆蓋層同心度平均值得到巨大改進(jìn)。
雖然為了介紹的目的詳細(xì)描述了本發(fā)明，但對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不超出本發(fā)明精神和范圍的情況下還可作出許多變化。
權(quán)利要求
1.一種制造供光纖用的預(yù)制件的方法，它包括以下步驟使一心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述心軸與一供微粒淀積的基底連接；以及在所述轉(zhuǎn)動(dòng)步驟的同時(shí)，通過化學(xué)蒸汽淀積在所述基底上淀積微粒，并通過強(qiáng)制冷卻空氣冷卻所述支承件和所述心軸。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基底包括一餌桿或玻璃細(xì)長件。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基底包括一玻璃芯細(xì)長件。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述心軸通過一卡盤連接所述餌桿或細(xì)長件。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷卻步驟包括沿所述心軸吹出強(qiáng)制空氣。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述冷卻步驟包括環(huán)繞著所述心軸的外周相當(dāng)均勻地吹出所述強(qiáng)制空氣。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述冷卻步驟包括通過許多環(huán)繞著所述心軸的排氣孔吹出所述強(qiáng)制空氣。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷卻步驟足以使所述心軸的整個(gè)長度維持在小于100℃的溫度處。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述冷卻步驟足以使所述心軸的整個(gè)長度維持在小于80℃的溫度處。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷卻步驟足以使所述心軸的整個(gè)長度維持在小于70℃的溫度處。
11.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述冷卻步驟足以使所述卡盤維持在小于120℃的溫度處。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷卻步驟包括，使所述強(qiáng)制空氣流動(dòng)通過環(huán)繞著所述心軸的保護(hù)殼體。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述冷卻步驟還包括設(shè)置一環(huán)繞著所述心軸的冷卻環(huán)，它被設(shè)置成能使強(qiáng)制空氣經(jīng)過所述殼體，所述冷卻環(huán)包括許多環(huán)繞著所述心軸的排氣孔。
14.一種制造供光纖用的預(yù)制件的方法，它包括以下步驟使一心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述心軸通過一卡盤與一餌桿或細(xì)長件連接；以及在所述轉(zhuǎn)動(dòng)步驟的同時(shí)，在一化學(xué)蒸汽淀積室里將微粒淀積在所述餌桿或細(xì)長件上，并通過強(qiáng)制空氣冷卻所述心軸和卡盤，其中，所述心軸和所述卡盤的至少一部分被一環(huán)繞著所述心軸和卡盤的保護(hù)殼體保護(hù)，而所述強(qiáng)制空氣冷卻包括使所述強(qiáng)制空氣流動(dòng)通過所述保護(hù)殼體并進(jìn)入所述化學(xué)蒸汽淀積室。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述冷卻包括使所述強(qiáng)制空氣流動(dòng)通過環(huán)繞著所述心軸的許多排氣孔。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述冷卻足以使所述心軸維持在小于80℃的溫度處。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述冷卻步驟包括足以使所述心軸維持在小于70℃的溫度處。
全文摘要
一種制造供光纖用的預(yù)制件的方法。一餌桿或細(xì)長件(2)在其兩端被支承,至少有一端具有一卡盤(11)和心軸組件(13),其中,卡盤(11)和心軸組件(13)被強(qiáng)制冷卻空氣冷卻。
文檔編號(hào)G02B6/00GK1328530SQ99809321
公開日2001年12月26日 申請(qǐng)日期1999年7月16日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月12日
發(fā)明者D·L·赫夫納, B·C·林奇, R·R·威廉斯 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司