專利名稱：用化學蒸汽沉積法制造光纖預型的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及在垂直的沉積基底上通過化學沉積來制造光纖預型的一種裝置，較詳細點說，涉及在一個或多個垂直沉積基底上通過化學沉積法來制造一個或多個光纖預型的一種裝置。
眾所周知，制造光纖的方法基本上包括從玻璃制造出預型的第一過程，和從預型拉拔成光纖的接續的過程。
制造預型最普通的過程包括一個或多個化學沉積步驟，通過一個或多個燒嘴將合適的化學物質沉積在一圓筒形支承上；化學沉積物質典型地包括硅和鍺，它們以氧化物(SiO2和GeO2)的形式被沉積。
本行業所知通過化學沉積制造預型的過程包括VAD(蒸氣軸向沉積)型過程和OVD(外側蒸氣沉積)型過程。
典型地，在VAD型過程中，圓筒支承被一在其上端操作的夾持件保持在垂直位置并使它環繞自身旋轉，這樣就使其整個表面暴露在裝在其下端附近的一個或多個燒嘴下，燒嘴在此位置噴出的反應物流沿著一個按預定角度的傾斜方向、通常為與支承的縱軸線成30°到50°的角度噴射到支承的表面上，這時支承被向上移動使預型基本上沿軸向生長。
而在OVD型過程中，圓筒支承被一對在其兩端操作的夾持件保持在水平或垂直的位置上并使它環繞自身旋轉，這樣就使其整個表面暴露在裝在其一側的一個或多個燒嘴下，燒嘴在此位置噴出的反應物流沿著一個基本上與支承縱軸線垂直的方向噴射到支承的表面上。燒嘴裝在設有電機驅動件的支承結構上使它能平行于圓筒支承而反復移動，這樣便能使預型沿著支承的所有部分基本上在徑向上生長。
典型的OVD型過程包括下列步驟。在第一步驟中，一個被稱為“核心預型”的基本上為圓筒形的玻璃預型通過化學物質的沉積在圓筒支承上被制造出來，這個預型所以被這樣命名是因為它會成為核心和光纖包覆層的較內部分。
在第二步驟中，圓筒支承從核心預型中被取出，使預型中空出一個中心孔。
在第三步驟中，核心預型的爐內經過一個提取水和使致密的過程，其時，使合適的氣體(如氯，Cl2)在中心孔內流動，目的是消除在預型內存在的氧化氫離子(-OH)和水原子，這樣來得到一個中心孔直徑比初始預型小的玻璃化的核心預型。
在第四步驟中，在將孔內造成真空后，將玻璃化的核心預型放置到一垂直爐內使其下端被熔化，由于孔內為真空，熔化會使孔壁崩坍，這樣玻璃材料便會成為實心體，在適當冷卻的溫度下被合適的牽引裝置向下拉動便可成為細長而具有預定直徑的圓柱形元件。這種細長的圓柱形元件進一步被冷卻，并在許多等距離點上被橫向切割，這樣便成為多個也被稱為“心棒”的細長元件，典型地具有一個大于1m的長度和一個在10-20mm的直徑。
在第五步驟中，每一心棒被用作與第一步驟所說沉積過程類似的進一步化學沉積過程(被稱為“外包覆”)的基底。詳細地說，通過至少一個燒嘴將許多化學物質(其中典型地為氧化硅)沉積在每一個心棒上，從而構成光纖包覆層的外部這個包覆層的外部也要像第三步驟那樣經過提取水和使致密的程序，這樣便可得到玻璃化的、低密度的最終預型，可立即供拉拔成光纖使用。
已知有各種裝置可用來通過OVD型過程制造光纖的玻璃預型(核心的或最終的)。這種裝置典型地包括有一個化學沉積室，其內容納著圓筒形支承的夾持件而圓筒形支承是為形成預型而設的化學沉積的基底；和可平行于圓筒支承的縱軸線而移動的燒嘴；還有相對于圓筒支承而位在燒嘴對側的抽吸罩，該抽吸罩在進行化學沉積時適宜用來收集并移走在室內產生的微粒和廢棄的化學物質。
日本專利JP11-1338曾公開一種通過OVD過程來制造光纖用預型的裝置，該裝置包括一對可平行于圓筒支承的縱軸線而移動的燒嘴而該圓筒支承可環繞自身旋轉用來形成預型；還包括相對于圓筒支承而位在燒嘴對側的抽吸罩，該抽吸罩也可平行于圓筒支承的縱軸線而移動。
日本專利JP曾公開一種制造光纖用預型的裝置，該裝置包括多個互相鄰近并可平行于圓筒支承的縱軸線而移動的燒嘴，而該圓筒支承可環繞其自身旋轉用來形成預型。另外相對于圓筒支承在所說多個燒嘴的對側設有抽吸罩，所說罩也可平行于圓筒支承的縱軸線而移動并可與所說多個燒嘴同步，詳細地說，抽吸罩和多個燒嘴是由連接在單獨的運動控制電路上的各自的電動機控制的。
美國專利US 5,211,732曾公開一種制造光纖用預型的裝置，其中夾持件將形成預型用支承夾持在垂直位置上，而化學沉積是通過一列基本上分布在圓筒支承的整個長度上的燒嘴發生的，該燒嘴并可平行于支承的縱軸線這樣振動使每一個燒嘴只作用在支承的一個預定部分上。另外，該裝置有一空氣循環系統，包括一個布置在圓筒支承上游的蜂窩結構，該蜂窩結構適宜將通過多個在燒嘴后壁上制出的空氣吸入孔而進入室內的空氣均勻地分布到沉積區域內；和一個布置在圓筒支承下游的擴散器，該擴散器適宜將空氣流從室內吸出。詳細地說，蜂窩結構所產生的多股空氣流被這樣控制使它們基本上為沿著圓筒支承整個長度上均勻分布的層流并且基本上垂直于圓筒支承的縱軸線。
日本專利JP曾涉及一種技術可用來生產光纖用疏松預型，其中玻璃微粒從氫氧火焰燒嘴被噴吹到反應容器內一根環繞水平軸線旋轉的圓棍上并沉積在其上。有一裝載燒嘴的活動臺可在兩個變向點之間來回移動。有一連接著排氣罩的空氣出口相對于圓棍被布置在氫氧火焰燒嘴的對側用來將含有未反應成分等的廢氣排放到容器之外。空氣出口可通過活動臺、導軌、電動機等與燒嘴平行地移動，但有一個時間滯后以便有效地將廢氣從燒嘴引入到排氣軟管內。
本申請人曾發現，在化學沉積過程中，在化學沉積室內會發生流體動力學現象以致反應物的流動不能按對圓筒支承縱軸線成直角的方向(理想操作狀態)撞擊在其上。但本申請人相信，在垂直的沉積過程中將抽吸罩設置在與燒嘴不同的水平上是能恢復這個理想操作狀態的。果然，在這情況下，所造成的抽吸氣流能夠克服上述流體動力學現象，使反應物的流動能夠遵循與圓筒支承縱軸線成直角的方向。
因此本發明在其一個方面是要提供一種通過在垂直布置的沉積基底上的化學沉積制造光纖預型的裝置，該裝置有一化學沉積室，包括至少一個夾持件，可環繞一條垂直軸線Z-Z旋轉地安裝著，適宜夾持至少一個細長元件的至少一端，該細長元件可構成制造光纖預型用的化學沉積的基底；至少一個燒嘴，可沿著基本上平行于所說軸線Z-Z的Z方向移動，適宜將制造預型的化學物質沉積在至少一個細長元件上；至少一個用來收集廢棄的化學物質的抽吸元件，相對于所說軸線Z-Z被布置在所說至少一個燒嘴的對側，并可沿著所說方向Z移動；其特征為，所說至少一個抽吸元件位在與所說至少一個燒嘴不同的高度上。
這種裝置能有利地使化學沉積過程這樣進行，即反應物流總是能按與圓筒支承的縱軸線成直角的方向(理想的操作狀態)撞擊到圓筒支承上；因此能得到具有高度均勻性和密實性特征的預型。
最好，所說至少一個抽吸元件相對于所說至少一個燒嘴位在一個較低的高度上，因為燒嘴所發出的反應物流比周圍的空氣熱，因此反應物流會向上偏移離開理想的操作狀態即按與圓筒支承縱軸線成直角的方向撞擊圓筒支承。將抽吸元件定位在比燒嘴低的高度上能有利地恢復理想操作狀態，因為能造成一股向下的抽吸氣流來反對反應物流的上升作用，固此能使反應物流重新定向為與圓筒支承的縱軸線成直角的方向。
最好在將制造預型用的所說化學物質沉積在所說至少一個細長元件上時，將所說至少一個抽吸元件保持在與所說至少一個燒嘴不同的高度上。
最好在化學沉積過程中計及化學沉積室內過程條件的變化(特制是溫度)而變化在抽吸元件和燒嘴之間的高度差。
最好，本發明的裝置包括適宜用來控制所說至少一個燒嘴在Z方向上位移的第一移動系統和適宜用來控制所說至少一個抽吸元件在方向Z上位移的第二移動系統。其中所說第一和第二移動系統在運動上是獨立的。這樣能分開地和獨立地控制燒嘴和抽吸元件在Z方向上的移動，從而可根據化學沉積室內所需的流體動力學狀態在這個方向上實現同步的或不同步的運動。特別是，這樣能，為了上面所說的理由，即優化流體動力學現象和控制沉積室內的溫度，在化學沉積過程中變化在抽吸元件和燒嘴之間的高度差。
最好，所說第一和第二移動系統基本相同。
最好，本發明的裝置包括適宜控制所說至少一個燒嘴在一基本垂直于所說Z方向的X方向上的位移的第三移動系統和適宜控制所說抽吸元件在所說X方向上的位移的第四移動系統。
抽吸元件和燒嘴在X方向上的移動在進行維護操作時也能有利地被使用，使化學沉積室內的操作人員容易進入和活動。
最好，所說第三和第四移動系統在運動上是獨立的。這樣能有利地分開地和獨立地控制燒嘴和抽吸元件在X方向上的移動，從而可根據化學沉積室內所需的流體動力學狀態在這個方向上實現同步或不同步的運動。
最好，所說第三和第四移動系統基本相同。
本發明在其第二方面是要提供一種制造光纖用預型的方法，該方法包括下列步驟將至少一個化學沉積用的基底沿著軸線Z-Z支承在垂直位置上；環繞所說軸線Z-Z轉動所說至少一個基底；將至少一個燒嘴的反應氣體和至少一種可燃氣體的發射所產生的至少一種化學物質流投向所說至少一個基底上，所說至少一種化學物質適宜被沉積在所說至少一個基底周圍以便用來制造至少一個預型；相對于所說至少一個燒嘴，通過被布置在所說至少一個基底的對側上的至少一個抽吸元件抽吸所說至少一種化學物質的未沉積的部分；平行于所說軸線Z-Z移動所說至少一個燒嘴和所說至少一個抽吸元件。
其特征為，移動所說至少一個燒嘴和所說至少一個抽吸元件的所說步驟包括將所說至少一個燒嘴和所說至少一個抽吸元件保持在兩個不同水平上的步驟。
最好，移動所說至少一個燒嘴和所說至少一個抽吸元件的所說步驟包括改變在所說至少一個燒嘴和所說至少一個抽吸元件之間的水平差的步驟。
從下面結合附圖對本發明一些較優實施例所作的詳細說明可對本發明的另外一些特征和優點有較清楚的了解。在附圖中

圖1為按照本發明的裝置的概略透視圖；圖2為圖1中裝置內側的第一實施例的概略透視圖；圖3為圖1中裝置內側的第二實施例的概略透視圖；圖4為圖1中裝置內側的圖2的實施例在從中央部分的下面的一個與圖1和2反向的觀點看去的概略的透視圖；圖5為圖1中裝置內側從與圖1反向的觀點看去的概略透視圖，其中有一些構造元件已被拿掉；圖6為圖1中裝置的側部從第一觀點看去的概略透視圖；圖7為圖6中側部從與圖6反向的第二觀點看去的概略透視圖；圖8為圖1中裝置內側的一個可替代的實施例的側視圖。
在這些圖中，標號1系指用來制造一個或者最好是多個(例如在這里所示的特定情況下是四個)用于光纖的玻璃預型的、按照本發明的裝置。這種裝置適宜在一預定數目的圓筒支承上(例如在這里所示的特定情況下是四個)通過OVD過程(外側蒸氣沉積)同時進行化學沉積，而在每一圓筒支承都各設有化學沉積用基底以便形成各自的預型。
裝置1包括一個最好具有長方形壁的外部單元2，其內形成一個化學沉積室3。單元2內側被玻璃纖維片包覆以保證對酸的侵蝕(在化學沉積時發生)和對溫度有良好的抗力。
在室3內形成三個不同的部分，即第一側部3a、中央部3b、和相對于中央部3b而在第一側部3a對側的第二側部3c。
第一側部3a容納著多個傳統型式的燒嘴4(例如在這里所示的特定情況下是四個，但圖上只示出其中一個)，每一個燒嘴都適宜將一種制造預型用的化學物質、尤其是硅和鍺的氧化物(SiO2和GeO2)的混合物噴吹到相關的圓筒支承4a上(其中如圖4所示只可見到其兩端)，這樣在化學沉積過程結束時便可制出預型400。
或者，可為圓筒支承4a設置兩個或多個燒嘴，一個設在另一個之上或之旁。
中央部3b容納多個形成預型用的圓筒支承。這些支承被布置在合適的夾持件上，夾持件可直接設在室內(與單元2連成一個整體)，或者，如圖所示較優實施例，設在一個支架5上(只在圖4中示出)，該支架能從裝置1的單元2中移出，在結構上與單元2并不連接，但當完全插入室3內時在設計上可與單元2聯合協作。
第二側部3C容納多個抽吸元件6(例如在這里所示的特定情況下為四個罩)，每一個罩都適宜收集并排放燒嘴4在化學沉積室內所產生的廢棄化學物質。
在化學沉積室3內，這三個部分3a、3b和3c一個接一個地沿著一個水平方向X布置，于是在室3內形成一個基本上與方向X垂直的另一個水平方向Y，該方向構成支架5插入/退出室3的方向，還有一個垂直方向Z構成室3內的圓筒支承在化學沉積過程中的定位方向。
在圖2示出的本發明的裝置中，支架5已裝有圓筒支架4a并被完全插入到化學沉積室3的中央部3a內，正處在其工作狀態。這時多個圓筒支承被排列成一行，并各位在相應的燒嘴4和相應的抽吸罩6之間。
本發明的裝置的單元包括一個前側壁7(按圖2的觀點)，該壁在垂直于Y方向的方向上延伸并在中央設有一個開口7a，使支架5能夠沿著Y方向插入或退出化學沉積室3的中央部3b。另外，單元2包括一個后側壁8(按圖2的觀點)在平行于壁7的方向上延伸。
支架5包括一個前側表面9(按圖2的觀點)，其形狀正好與開口7a配合，因此當支架5被完全插入到室3內時便能將開口閉合。另外，支架5包括一個后側表面10(按圖2的觀點)與表面9平行，并且在其上方和下方設有一對對接元件15(在圖3和4中可見)適宜與設在單元2的后壁8上的相關對接元件16配合。最好，對接元件15為銷軸，而對接元件16為圓筒形軸套適宜在支架被完全插入到室3內時將上述軸銷容納在其內。
如圖2到4所示，支架5還包括一對相關的上、下橫檔20a、20b和一對相關的前、后立柱21a、21b(從圖2的觀點看)。在橫檔20a、20b上可旋轉地安裝著多對夾持件(在這里所示的特定例子中為四對)。每一對夾持件包括一對傳統型式的、相關的上、下夾頭22a、22b，例如可用鋁合金[如ergal，一種鋁鎂鋅系合金]制成，這種夾頭適宜夾持一個相關的圓筒支承4a上的兩個相對的端部。多個夾頭22a可旋轉地安裝在上橫檔20a上，相互間隔開一個預定距離d；同樣，多個夾頭22b可旋轉地安裝在下橫檔20b上，相互間隔開預定的距離d；這樣每一對夾頭中的上、下夾頭22a和22b就都沿著一條相關的垂直軸線Z-Z對齊，這條軸線就構成夾頭22a、22b的旋轉軸線，當圓筒支承4a被定位在相關夾頭22a、22b內時，上述軸線就與圓筒支承的縱軸線重合。
支架5包括多個元件用來使它自身移動并支承在地面上。這種元件最好包括多個傳統型式的滾球元件23；或者可以使用傳統型式的其他元件如輥子、滾輪等。
滾球元件23較好是與支架5上的基架24結合，更好是分別裝在基架24的前、后臂25、26(按圖2的觀點)的自由端上。在本發明的一個未被示出的實施例中，后臂26具有兩個通過各自的彈簧機構鉸接在基架24上的相反對的小臂。當支架處在休止狀態時(支架5完全從化學沉積室3內撤出)能迫使小臂張開；而當支架5被插入到室3內時能迫使小臂關閉，從而使支架5本身能夠完全插入到室3內。
為了使支架5容易插入和從化學沉積室3退出，支架5最好還具有多個與上、下橫檔20a、20b連結的滑輪27，滑輪上設有相關的凹槽，該凹槽適宜分別與設在室3中央部3b內的上、下滑道28a、28b接合。詳言之，滑輪27是沿著橫檔20a、20b的縱長邊對齊的，因此在每一個橫擋上有兩列平行的滑輪。相應地，在室3的中央部內設有兩對滑道在室3上表面上的第一對滑道28a適宜與連結在支架5上橫擋20a上的滑輪配合，而在室3下表面上的第二對滑道28b適宜與連結在支架5下橫擋20b上的滑輪配合。
但滑輪27和滑道28a、28b的位置能夠互換，可將滑輪27裝在室3的上、下表面上，而將滑道28a、28b設在支架5上。或者能夠將一滑輪和滑道的混合系統同時設置在支架上和室內。
在本發明的裝置的第一可替代而未示出的實施例中，支架5不具有滑輪27，化學沉積室3不具有滑道28a、28b；支架5在化學沉積室3內的正確定位只是依靠上述的對接元件15和16。
在本發明的裝置的第二可替代而未示出的實施例中，滑道28a、28b屬于可伸縮型并可從化學沉積室3抽出，支架5并不具有在地面上運送的零件(滾球元件23)，支架5的撤出和插入化學沉積室3實際上只能依靠滑道28a、28b和滑輪27。支架5的從化學沉積室向外移出可由容納本發明裝置的房間在頂板或地面上設置的合適的軌道系統或與支架5的滑輪配合的滑道來完成。
支架5的結構(特別是兩個橫檔20a、20b和兩個立柱21a、21b)最好用陽極化的硬鋁合金(anticorodal，一種鋁基硅鎂合金，具有高強耐蝕性能)制成，陽極化層的厚度較好約為30-80μm，更好約為60μm。使用陽極化的鋁合金可對化學沉積會出現的酸蝕有良好的抗力，用它來構造，重量既輕而費用又低(例如相對于不銹鋼而言)。
最好，有一手柄(未示出)連結在支架的前表面9上使操縱支架插入到室3內和從室3移出更為方便。而在例如支架5的側表面9及/或單元2的壁8上可設有一個或多個窺視窗(未示出)以便檢查。另外，在單元2各部分3a、3b或3c的壁8上還可設置進入室3內的門。
在化學沉積的過程中，圓筒支承4a環繞各自的旋轉軸線Z-Z的旋轉是由操作至少一個夾頭22a、22b來實行的；按照在附圖內所示實施例，上夾頭22a被驅動，而下夾頭22b被空轉地安裝在支架5的下橫檔20b上。為此目的，本發明的裝置包括一個電動機30和設置在電動機30和夾頭22a之間的第一運動鏈30a，這在圖2中被詳細示出。在本發明的裝置的替代實施例中，上、下夾頭22a、22b都可被驅動或者只有下夾頭22b被控制旋轉。
在圖2和4示出的本發明的裝置的第一實施例中，電動機30最好被容納在室3中央部3b的上部內，運動鏈30a包括一個角傳動件33在運動上與電動機30和一在Y方向上延伸的水平副軸32連結，這個副軸32在運動上與多個90°角傳動件33(在這里所示的特定情況下為四個角傳動件)連結，每一個角傳動件33又在運動上與垂直的副軸330(只在圖4中部分可見)，在該副軸上壓入配裝著齒輪34。當支架5被完全插入到化學沉積室3內時，每個齒輪34都與設在支架5的上橫檔20a的上表面上的相應齒輪35接合，這個齒輪35被整體連接到夾頭22a上并與它同軸。
在圖3示出的本發明的裝置的可替代的實施例中，水平副軸32與支架5整體連結并在其一個自由端上包括一個圓錐的或帶齒的離合器36，當支架被完全插入到化學沉積室內時，該離合器36適宜在運動上與整體連結在電動機30上的相應套筒37連結。有多個90°角傳動件33(在這里所示特定情況下為四個角傳動件)在運動上與副軸32連結。每一角傳動件33又在運動上與垂直的副軸38連結，該副軸基本上與圓筒支承4a的旋轉軸線同軸。
在本發明的裝置的又一個實施例(未示出)中，所有用來轉動預型的零件(電動機30和運動鏈30a)都被整體裝在支架5內，而支架5被安排使能與電力供應在電路上連接。
如上所述，單元2在化學沉積室3的部分3a容納著四個燒嘴4。這些燒嘴被設置得按預定距離d互相間隔開，使當支架5被完全插入到室3內時，這些燒嘴4能沿著方向X分別與圓筒支架4a對準。
在化學沉積過程中，燒嘴4一同沿著垂直方向Z(平行于圓筒支承的縱軸線Z-Z)移動，最好在工作行程(最好是向上行程)和返回行程(向下行程)用不同的速率進行。但工作行程和返回行程的方向是可反轉的。
另外，燒嘴4最好能沿著方向X移向/離開支承4a。這樣運動使燒嘴4和預型400在成形時的側表面之間的距離能被控制，這樣在化學沉積時便能使這個距離保持在預定值，從而便能控制預型在成形時的側表面的溫度(這個溫度的確是會改變的，這是由于當預型成長時在燒嘴4和預型側表面之間的距離會減小。)
在維修操作時，燒嘴4沿著方向X和Z的運動也可有效地被使用以便使燒嘴本身的裝配和拆卸容易進行及/或使操作人員的進入(如果在部分3a設有進入門)或在室3內的活動更為方便。
燒嘴4被這樣定位使發射的反應物流能基本上垂直于圓筒支承4a的軸線Z-Z。燒嘴4被安裝在所設相關板40上，在其中心設有最好為圓形的孔41使燒嘴容易連接到來自單元2外的氣體輸送管39上。
燒嘴4被連結到一個適宜使它們在垂直方向Z和水平方向X上移動，走向和離開圓筒支承4a的系統上。圖2、3和5示出這種使燒嘴沿著方向Z和X移動的系統的第一實施例；圖8示出上述使燒嘴移動的系統的第二實施例。
按照在圖2、3和5中示出的實施例，板40被裝在一對基本上水平并互相連結成一整體的橫檔42上。
最好，板40和橫檔42的構造材料如同以前對支架所說的那樣為陽極化的硬鋁合金(anticorodal，一種鋁基硅鎂合金)，這樣可以得到耐酸蝕的效益(在化學沉積時會發生酸蝕)，并且既輕又便宜。
使燒嘴在垂直方向Z上移動的系統包括一個電動機50及一個設置在電動機50和橫檔42之間的運動鏈50a。
電動機50最好設在室3外側的部分3a內、在單元2壁11的上部、基本上與壁11垂直。運動鏈50a包括一個在運動上與電動機連結的雙角傳動件51，在其兩側對稱地設有一對水平地沿方向Y延伸的副軸52a、52b，這兩副軸52a、52b又各在運動上與一90°角傳動件53a、53b連結，這樣就把運動傳遞到在室3內、部分3a的上部沿方向X延伸的、相應的帶槽軸54a、54b上。每一個帶槽軸54a、54b又各在運動上(通過一個圖上不能看到的滑動套)與一90°角傳動件53a、53b連結，從而將運動傳遞到垂直的滾珠螺桿56a、56b上，用來支承燒嘴的成對橫檔42于是通過螺帽螺桿(未示出)與每一個螺桿56a、56b連結。通過上述運動鏈，電動機50給出的運動就被傳送到滾珠螺桿56a、56b上，并被轉變成橫檔42和連結在其上的燒嘴沿著方向Z的運動。沿著方向Z的移動是由一對與支承燒嘴的橫檔42連結的，并且在螺桿56a、56b鄰近平行于螺桿56a、56b而延伸的垂直滑道57a、57b導引的。
換言之，垂直的滾珠螺桿56a、56b被指定的作用是推動橫檔42，而垂直的滑道57a、57b被指定的作用是導引上述運動。所以有兩個螺桿56a、56b為的是平衡推力。
燒嘴在水平方向X走向或離開圓筒支承的運動是在滾珠螺桿56a、56b和滑道57a、57b沿著這個方向的運動被控制的情況下(因此也控制與這兩個連結，用來支承燒嘴的橫檔42的運動)發生的。為此目的，本發明的裝置1包括一個電動機60和設置在電動機和滾珠螺桿56a、56b之間的運動鏈。
電動機60最好設置在室3外側部門3a內、壁11的下部上。運動鏈60a包括一個在運動上與電動機60連結的雙角傳動件61。在其兩側對稱地設置著一對水平地沿方向Y延伸的傳動副軸62a、62b。每一副軸62a、62b又各在運動上與一90°角傳動件63a、63b連結，這樣就把運動傳送到在室3部分3a下部沿著方向X延伸的相應的滾珠螺桿64a、64b上。另外，每一角傳動件63a、63b還把運動傳送到垂直軸65a、65b上，該垂直軸65a、65b在運動上與位在壁11上部的90°角傳動件66a、66b連結，由該傳動件66a、66b將運動傳送到室3內上部沿著方向X延伸的滾珠螺桿67a、67b上。
在每一個螺桿64a、64b各接合著一個塊形件(通過圖上不能看到的導螺帽接合)，當上述螺桿轉動時塊形件可在方向X上移動。每一上螺桿67a、67b分別連結到角傳動件55a、55b上(通過圖上不能看到的螺帽螺桿)，當上述螺桿轉動時該角傳動件可在方向X上移動。另外，垂直螺桿56a、56b和垂直滑道57a、57b與塊形件68a、68b連結。直線運動是由一對與塊形件68a、68b連結并在螺桿64a、64b鄰近平行延伸的水平滑道69a、69b沿著方向X導引的。
換言之，下部和上部的水平滾珠螺桿64a、64b和67a、67b分別被指定的任務是推動垂直的滾珠螺桿56a、56b和滑道57a、57b(從而推動與這兩個連結并用來支承燒嘴的橫檔42)，而水平滑道69a、69b被指定的任務是導引這種運動。設有四個螺桿64a、64b和67a、67b，兩個在上，兩個在下，為的是平衡推力。
所有上述螺桿和滑道均被由縫制的和密封的Kevlar材料制成的皺紋管保護起來以免受到在化學沉積時產生的酸性腐蝕物質的影響。
如同已經提到過并在圖5和6中所示出的那樣，單元2在化學沉積室3的部分3c容納著四個抽吸罩6。這些罩按預定距離互相間隔開地被定位，當支架5被完全插入到室3內時，這些罩被排列在圓筒支承之前而在燒嘴的另一側。
在化學沉積過程中，抽吸罩6都沿著垂直方向Z(即平行于圓筒支承4a的縱軸線Z-Z)一起移動。
抽吸罩6在移動時，被放置在與燒嘴不同的高度上，為的是使每一個圓筒支承4a周圍區域內的流體動力作用優化并使廢氣容易被收集和排放。格外好的做法是，將抽吸罩6放置在比燒嘴4低的高度，并且在整個化學沉積過程中總是保持在較低的高度上，這樣，由抽吸罩本身產生的抽吸氣體能對抗氣體由于高溫而造成的上升作用，從而在與形成中的預型作用時使氣流基本上保持在水平狀態。
有效的做法是，沿著氣體和反應物的流體動力路徑在預型的下游設置抽吸罩并且將該罩定位在比燒嘴低的高度上，使氣流沖擊在預型上的方向基本上保持在與預型的軸線垂直的方向。就本質而言，這種布置是使從預型的表面上脫離的層流(其意義在熱流體動力學中有解釋)被這樣有效地延遲，既可增加化學沉積過程的產出，又可改進預型的特性包括緊密性和均勻性。
抽吸罩6在方向Z上的運動可與燒嘴的運動同步，或者不是這樣，由于流體動力學優化的特殊理由，抽吸罩的運動也可與燒嘴不同(不同步)，以便變化抽吸罩與燒嘴的高度差，所以能這樣做是因為如下所述，用來移動抽吸罩和燒嘴的系統是獨立的。這種高度上的變化可能需要用來補償在室3內發生的溫度變化，或者用來補償沉積過程中一個或多個參數的變化。例如在過程中如果反應物氣體的流率需增加，就可增加抽吸罩與燒嘴的高度差來增加抽吸罩所產生的向底部的抽吸作用，這樣來確保氣流的沖擊路線基本上垂直于成形中的預型。
抽吸罩6最好與一基本水平的橫檔(未示出)并能用手動取向。另外，這種橫檔還可支承一個基本水平的收集管70用來收集和排放化學沉積時在室3內產生的化學物質和微粒。收集管70通過在單元2壁8的側部上制出的廢氣開口8a在氣流上與廢氣室71(圖6和7)連通；這個室適宜通過一根耐熱管72將廢氣送到洗滌器上。
收集管70上有一部分，其各段的直徑是有變化的，并在接近廢氣開口8a的方向上逐漸增大。
支承抽吸罩6和收集管70的橫檔被連結到第一系統，該系統適宜使橫檔本身(從而包括連結在其上的抽吸罩)在垂直方向Z上移動，還連結到第二系統，該系統適宜使橫檔本身(從而包括連結在其上的抽吸罩)在水平方向X上移動而走向/離開圓筒支承4a。這兩系統與上述使燒嘴沿著方向X和Z移動的系統基本相同和相似，但它們在運動上獨立于其他系統，因此能夠分開地和獨立地控制燒嘴和抽吸罩的運動(這些運動如上已述可以是同步的，或者為了流體動力學優化的理由而并不同步)。
圖2、3、6和7示出用來使抽吸罩6在方向X和Z上運動的系統的第一實施例；圖8示出用來使抽吸罩移動的上述系統的第二實施例。
按照第一實施例，抽吸罩6在垂直方向Z上的移動是在支承抽吸罩和收集管的橫檔的移動被控制的情況下發生的。為此目的，本發明的裝置1包括一個電動機80及一個設在電動機80和支承抽吸罩和收集管的橫檔之間的運動鏈(特別見圖6和7)。
電動機80最好設置在室3外側的部分3c內。在單元2的基本上與壁11平行的壁12的上部。運動鏈80a包括一個在運動上與電動機80連結的雙角傳動件81，在其兩側對稱地設有一對水平地沿方向Y延伸的傳動副軸82a、82b。每一副軸82a、82b又在運動上各與一個90°角傳動件83a、83b連結，該角傳動件將運動傳送到室3內部分3c的上部沿著方向X延伸的相應的帶槽軸84a、84b上。每一帶槽軸84a、84b(通過一個圖上不能見到的滑動套)在運動上各與一個90°角傳動件85a、85b連結，該角傳動件將運動傳送到垂直的滾珠螺桿86a、86b上，用來支承抽吸罩和收集管的橫檔然后通過螺帽螺桿(未示出)分別與螺桿86a、86b連結。通過上述運動鏈，由電動機80給出的運動就被傳送到滾珠螺桿86a、86b上并轉變成用來支承抽吸罩和收集管的橫檔在方向Z上的運動。這個沿著方向Z的直線運動是由在螺桿86a、86b鄰近平行延伸的一對垂直滑道87a、87b來導引的。
換言之，垂直的滾珠螺桿86a、86b被指定的任務是推動支承抽吸罩6和收集管70的橫檔，而垂直的滑道87a、87b被指定的任務是導引這種運動。所以使用兩個螺桿，為的是平衡推力。
抽吸罩6在水平方向X的走進或離開圓筒支承的移動是在滾珠螺桿86a、86b和滑道87a、87b(因此也包括連接在這兩者上的支承抽吸罩和收集管的橫擋)在這方向上的移動被控制的情況下發生的。為此目的，本發明的裝置1包括一個電動機90和一條放置在電動機90及滾珠螺桿86a、86b和導引件87a、87b的組合件之間的運動鏈90a。
電動機90最好被放置在室3外側的部分3c內而在壁12的下部。運動鏈90a包括一個在運動上與電動機90連結的雙角傳動件91，并且在其側對稱地布置著一對沿方向Y水平地延伸的副軸92a、92b。每一副軸92a、92b在運動上又各與一個90°角傳動件93a、93b連結，該角傳動件93a、93b分別將運動傳送到沿著方向X延伸并被放置在室3內部分3a下部的相應的滾珠螺桿94a、94b上(圖6)。另外，每一角傳動件93a、93b還將運動傳送給垂直軸95a、95b，該垂直軸在運動上與定位在壁12上部的角傳動件96a、96b連結，該角傳動件96a、96b將運動傳送到在室3內上部沿著方向X延伸的滾珠螺桿97a、97b上。
有一塊形件98a被接合在每一個下螺桿94a、94b上(通過一個不能在圖上看到的導螺帽)。當上述螺桿轉動時，該塊形件可在方向X上移動。每一上螺桿97a、97b(通過不能在圖上看到的螺帽螺桿)都被連結到角傳動件85a、85b上，當上述螺桿轉動時，該角傳動件85a、85b可在方向X上移動。另外，垂直螺桿86a、86b和垂直滑道87a、87b被連結到塊形件98a、98b上。沿著方向X的直線移動被一對與塊形件98a、98b連結并在螺桿94a、94b鄰近平行延伸的水平滑道99a、99b導引。
換言之，下部和上部的水平滾珠螺桿94a、94b和97a、97b分別被指定的任務是推動垂直的滾珠螺桿86a、86b和滑道87a、87b(因此連結在其上用來支承抽吸罩6和收集管70的橫檔也被推動，而水平滑道99a、99b被指定的任務是導引這個運動。所以設置四個螺桿，兩個在上、兩個在下，是為了平衡推力。
所有上述螺桿和滑道都被用Kevlar織物縫制和密封的皺紋管保護起來以免受到化學沉積中產生的酸性腐蝕物質的影響。
如上已述，圖8示出用來使燒嘴4和抽吸罩6沿著方向X和Z移動的系統的一個可替代的實施例。按照這個實施例，燒嘴在水平方向上的移動是通過燒嘴4與第一垂直板43a的連結來實現的，第一垂直板43a是一塊活動板，例如通過可伸縮滑道44a可相對于第二垂直板45a而滑動。而燒嘴在垂直方向Z上的移動是依靠第二垂直板45a通過一對滑塊47a與垂直滑道46a的連結來實現的。同樣，抽吸罩6在水平方向X上的移動是通過抽吸罩6與第一垂直板43b的連結來實現的，第一垂直板43b是一塊活動板，例如通過可伸縮滑道44b可相對于第二垂直板46b而滑動。而抽吸罩6在垂直方向Z上的移動是由第二垂直板45b通過一對滑塊47b與垂直滑道46b的連結來實現的。
或者，不是用一塊單獨的板43a和一塊單獨的板45a來支承所有的燒嘴4，而是用多塊板43a和多塊板45a來與相關的燒嘴連結，這樣可使各個燒嘴的移動具有獨立性。對于板43b和45b，同樣也可這樣做。
如上已述，收集管70被連結到單元2的壁8上通過廢氣開口8a(圖5和6)而插入到廢氣室71內。為了使室3部分3c內的收集管能相對于壁8而在方向X和Z上移動，本發明的裝置1最好在收集管70和壁8之間包括一個滑動連接。
按照本發明的裝置的第一實施例，這種連接最好按照下列條件來設置在收集管70附近的壁8的部分是由一對相對于收集管70的上、下垂直帶73a、73b形成的，該垂直帶73a、73b能在方向Z上移動。這種帶最好由不銹鋼制成，并在其相關的自由端與一中間板74整體連結，中間板74上有一在方向X上延伸的中心槽75(見圖6)，其長度等于或大于收集管70走向/離開圓筒支承4a的行程。還有一塊形成突緣76的板(在圖5中示出但沒有在圖6中示出為的是使板74可見)被整體連結到管70上。該突緣76最好用特氟隆制出。
突緣76面對朝向室內的板74并且比中心槽75大為的是即使當收集管70位在其一端時(在方向X上的基本行程位置)也能封閉該槽。這樣化學沉積室3便正好通過在突緣76上制出的開口8a而插入到廢氣室71內的收集管70在液流上動態地連接到廢氣室71。板74最好具有供突緣76水平移動的滑道。突緣76或者可面對朝向室外的板74，或者板74可設有一個滑座使突緣76可在其內自由滑動。
帶73a、73b被連結到相關的卷繞/退繞輥上，這兩輥分別被定位在合適的盒77a、77b內，而該盒分別被裝在單元2壁8的上部和下部。當收集管70上升時上帶73a被卷繞在上盒77a內的輥子上，而下帶73b從下盒77b內的輥子上退繞，反之亦然。在每一個盒77a、77b內都各裝上卷繞彈簧可使帶容易卷繞在輥子上。
因此收集管70在方向Z上的移動可由帶73a、73b在方向Z上的滑動，而在方向X上的移動可由突緣76相對于兩帶73a、73b而在方向X上滑動來得到。
最好，抽吸罩6和收集管70及支承這兩者的橫檔的構造材料為陽極化的硬鋁合金(awticorodal)，這樣可以得到抵抗酸蝕(這在化學沉積時會發生)的效益，并且織構既輕又便宜如上所述。
為了使板74，從而使收集管70在方向Z上移動，除了帶系統外，還可使用“折皺”元件(未示出)。實施時，帶73a和73b可被第一和第二“折皺”元件替換，這兩元件從上方和下方支承著板74并形成壁8的上部和下部(具有可變的長度)。
除了帶系統或使用“折皺”元件外，還有另外可替代的方法，如使用不密封的系統，例如在上述壁8的側邊部上為了供收集管70插入而制出的開口的周圍可從兩個相對側制出密集的硬毛，這些硬毛向開口的中心伸出，在中心處互相疊合，由于硬毛的柔韌性，使它們在收集管插入而移動時可以張開和閉合，這樣收集管就能在方向Z和X上運動。雖然這個系統不能保證化學沉積室內部的密封，但從構造和經濟的觀點看，它是有利的；另外，在該場合缺乏密封并不緊要，因為大多數廢氣是吸入而通過收集管70排出的。
參閱圖1和5，單元2的壁11，即位在燒嘴后面的壁，在其上部設有合適的開口110以將各個管配件(管燜頭)定位。這些管配件適宜用來連接剛性的外部管(未示出)，外部管將氣體輸送到室內的柔性的內部管，而內部管(圖上只示出一個，標號為39)將氣體轉送到燒嘴。實施時柔性管可將每一種燃燒氣體和每一種反應氣體連接到每一個燒嘴上。
另外，壁11設有多個空氣吸入件100(最好其數目等于燒嘴的數目)以將空氣流供應到室3內從而適宜地補充被抽吸罩6排放的空氣。
空氣吸入件100在各單個燒嘴附近沿著一部分壁11延伸，并且能在方向E上與燒嘴同步移動，使在整個沉積過程中基本上與燒嘴處在同一水平上。
最好壁11包括一個與收集管70和壁8之間的滑動連接相似的滑動帶系統使空氣吸入件100能沿著方向Z移動。詳言之，壁11包括一個寬的中央部，由相對于空氣吸入件100分別為上部和下部垂直帶11a、11b。這種帶可由橡膠化的織物、特氟隆、金屬(最好是鋼)制成，并在相關自由端與一中間板111連結成整體。該板在燒嘴附近設有多個開口，形成上述的空氣吸入件100。最好板111被整體連接到用來支承燒嘴的橫檔上使空氣吸入件100在運動上與燒嘴4連結。空氣吸入件例如可以是長方形，并可具有約為35-40cm的高度。
帶11a、11b被連結到容納在合適盒112a、112b(圖5)內的卷繞/退繞輥(未示出)，該盒112a、112b分別被裝在壁11的上部和下部。當橫檔42上升時，上帶11a卷繞在位在上盒112a內的輥上，而下帶11b從位在下盒112b內的輥上退繞，反之亦然。設有相關的卷繞彈簧時帶可較容易地卷繞在輥上。
為了使板111移動，除了帶系統外，可以使用“折皺”元件系統。實施時，帶11a和11b可被第一和第二“折皺”元件替代，這兩元件分別從上方和下方支承板111并形成壁11的相關的上部和下部(具有可變的長度)。
更一般地說，空氣吸入件100可被制成任何一種能被控制地在方向Z上沿著壁11移動的元件，例如通過滑道滑塊的運動系統。這種運動系統可與用來移動橫檔的系統連結，或者可以是獨立的。
作為另一個可能的替代方案，除了采用多個空氣吸入件外，也可使用一個單獨的空氣吸入件，其水平長度基本上等于一列燒嘴4的長度。與多個空氣吸入件同樣，單個空氣吸入件可被制在一塊板上而該板與一對在方向Z上滑動的帶連結。或者，空氣吸入件可被制成其他任何一種能夠沿著方向Z垂直地移動的元件。
另外，裝置1包括一個定位在化學沉積室3外用來輸送氣體和反應劑(未示出)的單元和一個電控制板(未示出)用來控制預型的轉動及燒嘴4和抽吸罩6沿著方向X和Z的移動。最好這個用來輸送氣體和反應劑的單元和電控制板都由一個中央控制單元(未示出)來控制。
參閱附圖，圓筒形支承4a是在化學沉積室3之外被裝載到支架5上的，如果可能，可在一個離開的位置上裝載。支架5連同裝載在其上的支承于是被插入到室3內，這種插入由于設有與滑道28a、28b接合的滑輥27可較容易地進行。當支架被完全插入到室3內時，與電動機30在運動上結合的齒輪34通過運動鏈30a，與設置在支架5上橫檔20a上的齒輪35接合；由于電動機30的驅動于是使圓筒支承4a轉動，就可開始進行化學沉積過程。在這過程中燒嘴4和抽吸罩6通過上述運動傳送件50a、60a、80a、90a沿著垂直方向Z和水平方向X移動，但抽吸罩6始終保持在一個與燒嘴4不同的高度上使效果優化。在沉積過程結束時支架5連同預型400從單元2的室3內取出并從單元2移開，為了進行到可被移走的操作，預型須經過接續的提取水和使致密的步驟。
權利要求
1.一種通過化學沉積制造光纖用預型的裝置，具有一個化學沉積室，該室包括至少一個夾持件，可環繞一條垂直軸線Z-Z旋轉地安裝著，適宜垂直地夾持至少一個細長元件的至少一端，該細長元件構成化學沉積用基底以形成光纖用預型；至少一個燒嘴，可沿著一個基本上平行于所說軸線Z-Z的方向移動，適宜將化學物質沉積在所說至少一個細長元件上以形成預型；至少一個抽吸元件，可用來收集廢棄的化學物質，所說至少一個抽吸元件相對于所說軸線Z-Z被布置在所說至少一個燒嘴的對側并可沿著所說方向Z移動；其特征在于，所說至少一個抽吸元件被定位在與所說至少一個燒嘴不同的高度上。
2.權利要求1的裝置，其中所說至少一個抽吸元件被定位在比所說至少一個燒嘴低的高度上。
3.根據以上權利要求中任一項的裝置，其特征在于，具有一個第一移動系統適宜用來控制所說至少一個燒嘴在方向Z上的位移，和一個第二移動系統適宜用來控制所說至少一個抽吸元件在方向Z上的位移，其中所說第一和第二移動系統在運動上是獨立的。
4.根據權利要求3的裝置，其特征在于，所說第一和第二移動系統基本上相同。
5.根據以上權利要求中任一項的裝置，其特征在于，具有一個第三移動系統適宜用來控制所說至少一個燒嘴沿著一個基本上垂直于所說方向Z的方向X的位移，和一個第四移動系統適宜用來控制所說至少一個抽吸元件沿著所說方向X的位移。
6.根據權利要求5的裝置，其特征在于，所說第三和第四移動系統在運動上是獨立的。
7.根據權利要求5或6的裝置，其特征在于，所說第三和第四移動系統基本上相同。
8.根據制造光纖用預型的方法，包括下列步驟將至少一個化學沉積用基底沿著軸線Z-Z支承在垂直的位置上；環繞所說軸線Z-Z轉動所說至少一個基底；將通過至少一個燒嘴發射的反應氣體和至少一種燃燒氣體所產生的至少一種化學物質流投向所說至少一個基底，所說至少一種化學物質適宜遍布地被沉積在所說至少一個基底上以形成至少一個預型；通過相對于所說至少一個燒嘴被布置在所說至少一個基底的對側的至少一個抽吸元件將所說至少一種化學物質的未被沉積部分吸出；平行于所說軸線Z-Z移動所說至少一個燒嘴和所說至少一個抽吸元件；其特征在于，所說移動所說至少一個燒嘴和所說至少一個抽吸元件的步驟包括將所說至少一個燒嘴和所說至少一個抽吸元件保持在兩個不同水平上的步驟。
9.根據權利要求8的方法，其特征在于，所說移動所說至少一個燒嘴和所說至少一個抽吸元件的步驟包括改變所說至少一個燒嘴和所說至少一個抽吸元件之間的水平差的步驟。
全文摘要
一種通過在垂直布置的沉積基底上化學沉積來制造光纖用預型的方法和裝置。該裝置具有一個化學沉積室，其中包括至少一個可環繞軸線Z－Z旋轉地安裝著的夾持件，適宜夾持至少一個細長件的至少一端，而該細長件構成化學沉積用基底可用來形成光纖用預型。該室還包括至少一個可沿基本上平行于所說軸線Z－Z的方向Z移動的燒嘴，適宜將形成預型用的化學物質沉積在所說至少一個細長件上；以及至少一個用來收集廢棄的化學物質的抽吸元件，所說至少一個抽吸元件相對于所說軸線Z－Z被布置在所說至少一個燒嘴的對側，并可沿所說方向Z移動而有利地定位在一個與所說至少一個燒嘴不同的高度上(最好比燒嘴低)以使化學沉積室內的流體動力狀態優化。
文檔編號C03B37/014GK1582259SQ02812806
公開日2005年2月16日 申請日期2002年6月19日 優先權日2001年6月25日
發明者賈卡莫·S·羅巴, 馬斯莫·努提尼, 馬克·魯茨爾, 弗蘭克·韋羅納里 申請人:皮雷利&C.有限公司