CN1328530A - 一种利用冷却的心轴制造光纤预制件的方法 - Google Patents

Abstract

一种制造供光纤用的预制件的方法。一饵杆或细长件(2)在其两端被支承,至少有一端具有一卡盘(11)和心轴组件(13),其中,卡盘(11)和心轴组件(13)被强制冷却空气冷却。

Description

一种利用冷却的心轴制造光纤预制件的方法

本发明的技术领域

本发明涉及一种制造预制件、以供拉制光纤的方法，特别涉及一种方法，它包括使用一车床，在车床里一基底的两端被支承和转动，而且支承件的至少一个和/或转动件被冷却。

本发明的技术背景

在制造光纤时，通常使用一种化学蒸汽淀积(CVD)工艺、诸如外侧蒸汽淀积(OVD)、轴向蒸汽淀积(VAD)或改进的化学蒸汽淀积(MCVD)技术来制造一预制件。然后，使由此形成的预制件脱水和固结，以形成固体玻璃半成品，而MCVD预制件被折叠形成固体玻璃半成品。然后将玻璃半成品拉制成光纤。此外，该玻璃半成品也可拉制成芯细长件，然后利用OVD或管中杆技术形成外覆盖层，以便形成外覆盖层预制件。接着，可将外覆盖层预制件脱水和固结，以形成一外覆盖层玻璃半成品，然后将其拉制成光纤。

对拉制的光纤有影响的一个参数是芯/覆盖层同心度(下面简称同心度)。同心度是衡量光纤的芯的中心相对整个光纤中心的情况的尺度。人们一致认为，对于外覆盖层预制件来说，主要在微粒淀积过程中确定同心度。

为了提供较高的生产量和设备利用，光纤预制件的尺寸(包括长度和直径)近年来在增加。由于长度增加，与摇晃有关的潜在问题也有显著增加。人们认为这主要是由不完全直的细长组件产生的，或由在微粒淀积工艺过程中沿着细长组件的应力或淀积速率的变化产生的。

由于CVD工艺中产生的热量，卡盘和/或心轴会被加热至这样的温度，使心轴因热量而时常不均匀地膨胀。在这种操作里，卡盘和/或心轴通常可能达到高约150℃的温度。这使申请人认识到，卡盘或心轴引起的摇晃会消极地影响预制件的同心度，以及影响由预制件拉制而成的光纤。这种结果常常是心轴里的不可接受的摇晃引起的，而这种摇晃使供预制件用的饵杆变形。

这种由CVD工艺产生的加热作用是由通常位于心轴和卡盘组件轴线一侧的CVD燃烧器引起的。因此，心轴的该一侧可能比其它侧经受更大的加热。结果，支承心轴并位于CVD燃烧器一侧的轴承可能被加热至比相对CVD燃烧器另一侧的轴承更高的温度。因此，存在着这样的可能性：如果这种热量不被控制，在一侧的轴承可能膨胀至这样的程度，即给轴、从而给卡盘和饵杆提供显著的摇晃。

本发明的简要说明

本发明的一个方面涉及一种制造供光纤用的预制件的方法，其中，一转动的心轴与一饵杆或细长件连接。在所述转动步骤的同时，微粒通过化学蒸汽淀积淀积在饵杆或细长件上，而心轴的至少一部分通过强制冷却空气被冷却。

在一个较佳的实施例里，饵杆或细长件通过卡盘与心轴连接，而卡盘也由强制冷却空气进行冷却。

在一个实施例里，强制空气沿着心轴相当均匀地环绕着心轴的外周流动。通过环绕着心轴设置的许多排气孔吹出强制空气促使冷却空气的均匀散布。使所述的强制空气流动通过一保护壳体可能更有利于冷却，而保护壳体环绕着心轴和防止准备冷却的心轴区域经受CVD室产生的热量。

按照本发明的强制冷却空气较佳的是足以维持卡盘及心轴处于小于120℃、较佳的是100℃、更佳的是90℃的温度。在许多情况下，心轴被维持在至少小于75℃。

本发明的另一方面涉及一种按照本发明将一预制件拉制成一光纤的方法，其中，形成预制件的微粒通过化学蒸汽淀积淀积在一饵杆或细长件上，而饵杆或细长件连接在一转动心轴上，转动心轴的至少一部分被强制冷却空气冷却。使用本发明的经过冷却的心轴和卡盘组件，申请人能够获得比未使用这种冷却的心轴和卡盘组件的同样工艺制造的光纤更好的光纤同心度。本发明特别适用于制造玻璃预制件的CVD工艺，因为它们使用可以固定在饵杆或细长件基底上的转动心轴，例如外侧蒸汽淀积(OVD)和轴向蒸汽淀积(VAD)。

此外，通过包封支承心轴的轴承和使冷却空气流动经过保护这些轴承的壳体，由位于心轴一侧的CVD燃烧器产生的不均匀加热可大大地减轻。

本发明的其它特征和优点可通过下面的文字介绍和附图中看出。

应该明白，上面的概述和下面的详细介绍是示范性的，而不应用来限制本发明。

附图是为了提供对本发明的进一步了解，并构成本发明的一部分。

附图的简要说明

图1显示了一细长组件，它应用于微粒淀积工艺，以便形成光波导微粒预制件；

图2是用于按照本发明的微粒淀积工艺的一种典型装置的示意图；

图3显示了图2所示工艺中的上部心轴/卡盘组件的放大图；

图4是图2和3中所示的冷却环的放大的剖视图；

图5是图3中所示的冷却板的放大的剖视图。

本发明的详细说明

图1显示了一细长组件1，其中一饵杆或玻璃细长件2固定在上部细长手柄3和下部细长手柄4上。如果图1所示的细长组件不被制造成和维持几乎完全直的，在微粒淀积工艺过程中当其转动时将摇晃。这种摇晃将造成环绕着细长件的微粒的不均匀淀积，这是因为细长组件和射流之间有相对运动。即使细长组件制成完全直的，仍可能发生摇晃，因为细长组件里的应力的变化或不相等的淀积速率，它们来自于微粒淀积工艺过程中的细长组件的不均匀加热。

图2显示了一种装置，它用于在一细长组件上淀积微粒。如这里所使用的，细长件涉及任何玻璃或微粒预制件，另外的微粒将淀积在该预制件上。这种细长件可以是(例如)在另外的预制件制造工艺中制造的芯细长件或其它细长件。例如，这种玻璃细长件可通过将微粒淀积在一饵杆上形成，然后，拿掉饵杆，使微粒固结成玻璃，再将由此形成的玻璃预制件拉成直径较细的玻璃细长件。然而，本发明不限于在细长件上进一步淀积微粒，还可同样应用于在饵杆上淀积微粒。例如，这种饵杆可以是氧化铝或其它耐火难熔的物质，以便在外侧蒸汽淀积(OVD)工艺中进行微粒的初始淀积，从而形成玻璃预制件以制造光纤，或形成玻璃细长件，然后，它可用来制造供光纤用的预制件。然而，如这里所使用的，饵杆涉及任何形式的耐火难熔目标，或可用作接纳基底的心轴，以便微粒淀积，它包括但不限于在轴向蒸汽淀积工艺里使用的微粒目标。

同样的，本发明不限于图2中所示的OVD工艺。本发明还可用于轴向淀积工艺或其它的工艺，这种工艺使用一安装在一基底上的转动心轴，以便进行微粒的CVD淀积。

在所述的实施例里，细长组件1位于上部卡盘11里。下部卡盘12安装在细长组件1的下端。美国专利第5,658,365号进一步介绍了这种卡盘，其内容在这里被参考引用。上部卡盘11固定在上部心轴13上，上部心轴13固定在心轴电动机14上，而电动机14则固定在一称量装置15上。下部卡盘12固定在下部心轴16上。心轴电动机14被用来转动上部心轴13、上部卡盘11、细长组件1、下部卡盘12和下部心轴16，从而允许在细长组件1的外侧发生微粒淀积。燃烧器21表示在OVD工艺中使用的燃烧器，诸如在Backer等人的美国专利第5,068,975号中所述的，其说明书在这里被参考引用。空气轴承17、18、19和20在细长组件1的轴向方向基本上是无摩擦的。这将允许在微粒淀积工艺中由称量装置15精确地确定细长组件的重量。通过称皮重或调零，在细长组件1上淀积之前可精确地确定该装置的细长组件和其它零件的初始重量。这将允许控制系统(未画出)根据淀积的微粒的重量确定何时改变工艺参数、包括被淀积的微粒的成分，以及根据完成情况何时停止微粒淀积工艺。

在图2所示的实施例里，上部心轴13和卡盘11设置在一保护结构24里。图3详细地显示了该保护结构和上部心轴组件。图2中的保护结构包括一下壳体30和一上壳体32，下壳体30环绕着上部卡盘组件11，而上壳体32环绕着心轴13。上壳体32和下壳体30一起通过屏蔽来自CVD室10的热量而有利于心轴13和卡盘组件11的冷却。心轴13从CVD室10延伸出去的其余部分不容易受到这些热量的影响，因此不需要这种屏蔽。

冷却环34位于上壳体32之上并环绕着心轴13。图3和4较详细地显示了该冷却环34。从图4中可看到，冷却环34包括气孔36，通过冷却环的空气通过这些气孔36喷射出来，并向下进入上壳体32里，然后非常均匀地朝向心轴13的外周面。

由于冷却环34的气孔36环绕着心轴13的整个外周设置，因此冷却空气环绕着心轴13的外周面均匀地分配，从而对其进行均匀的冷却，并防止不均匀的加热，而这种不均匀的加热会使心轴13摇晃或盘旋。

如图3所示，上壳体32和天花板52将CVD室10与心轴13的上端隔开。冷却板50位于上壳体32的底部，并在上壳体32连接下壳体30处的附近。如图5所示，冷却板50包括四个通道52，空气通过这些通道从上壳体32进入下壳体30。从图3和5中可看到，空气被直接引导至心轴13。因此，在所述的实施例里，有许多装置(即冷却环34和冷却板50)引导气流朝向心轴13，从而获得良好的冷却效果。

从图3中可看到，冷却空气的路径(用路径40总体表示)通过冷却环34自气孔36流出，进入上壳体32，然后进入下壳体30，以及从下壳体30流出而进入CVD制造工艺的淀积室10里。这样，该冷却空气维持着冷却空气沿心轴朝向和进入CVD室的流动。

本发明的另一个优点是，最接近CVD操作产生的热量的轴承18被包封在上壳体32里，从而通过下壳体30提供的保护效果使其进一步被隔绝。这样，轴承18可维持在一相当低的温度、例如小于100℃、更佳的是小于75℃。

下面的表1所述的是若干车床在使用按照本发明的强制冷却空气前后的芯/覆盖层的同心度性能。所示的数据是针对光纤的，而该光纤是利用车床、在车床上实施按照本发明的强制冷却空气前后制造的预制件拉成的。

强制的心轴冷却系统的性能在各车床被安装时在各车床上进行分析。对于各外覆盖车床来说，芯覆盖层同心度数据收集安装前的400卷完成的光纤和安装后的400卷完成的光纤。针对前后数据集和比较计算平均的和标准的偏差。由此可见，在芯覆盖层同心度性能中存在着显著的改进。

在实施本发明的冷却程序前，各车床上的上部卡盘11的温度大于150℃，而轴在离卡盘11约一英寸(或更小)的距离处是大于100℃的温度。然而，在实施强制冷却空气后，在各车床上的卡盘维持在75℃的温度处，而轴在离卡盘约一英寸的距离处维持在约46℃的温度处。

                                         表1

半成品	前		后
					平均数	总和	平均数	总和
	A	0.136	0.077	0.100					0.054
B					0.157	0.077	0.126	0.074
	C	0.154	0.074	0.137					0.061

如数据所显示的，在使用了强制冷却空气后，芯/覆盖层同心度平均值得到巨大改进。

虽然为了介绍的目的详细描述了本发明，但对于本技术领域的技术人员来说，在不超出本发明精神和范围的情况下还可作出许多变化。

Claims (17)

1.一种制造供光纤用的预制件的方法，它包括以下步骤：

使一心轴转动，所述心轴与一供微粒淀积的基底连接；以及

在所述转动步骤的同时，通过化学蒸汽淀积在所述基底上淀积微粒，并通过强制冷却空气冷却所述支承件和所述心轴。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基底包括一饵杆或玻璃细长件。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基底包括一玻璃芯细长件。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述心轴通过一卡盘连接所述饵杆或细长件。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷却步骤包括沿所述心轴吹出强制空气。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述冷却步骤包括环绕着所述心轴的外周相当均匀地吹出所述强制空气。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述冷却步骤包括通过许多环绕着所述心轴的排气孔吹出所述强制空气。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷却步骤足以使所述心轴的整个长度维持在小于100℃的温度处。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述冷却步骤足以使所述心轴的整个长度维持在小于80℃的温度处。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷却步骤足以使所述心轴的整个长度维持在小于70℃的温度处。

11.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述冷却步骤足以使所述卡盘维持在小于120℃的温度处。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷却步骤包括，使所述强制空气流动通过环绕着所述心轴的保护壳体。

13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述冷却步骤还包括设置一环绕着所述心轴的冷却环，它被设置成能使强制空气经过所述壳体，所述冷却环包括许多环绕着所述心轴的排气孔。

14.一种制造供光纤用的预制件的方法，它包括以下步骤：

使一心轴转动，所述心轴通过一卡盘与一饵杆或细长件连接；以及

在所述转动步骤的同时，在一化学蒸汽淀积室里将微粒淀积在所述饵杆或细长件上，并通过强制空气冷却所述心轴和卡盘，其中，所述心轴和所述卡盘的至少一部分被一环绕着所述心轴和卡盘的保护壳体保护，而所述强制空气冷却包括使所述强制空气流动通过所述保护壳体并进入所述化学蒸汽淀积室。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述冷却包括使所述强制空气流动通过环绕着所述心轴的许多排气孔。

16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述冷却足以使所述心轴维持在小于80℃的温度处。

17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述冷却步骤包括足以使所述心轴维持在小于70℃的温度处。

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