专利名称：制造玻璃颗粒沉积体的方法
技术领域：
本发明涉及一种制造玻璃颗粒沉积体的方法。
背景技术：
制造玻璃颗粒沉积体的方法之一包括外部气相沉积法(OVD法)。在OVD法中，向燃烧器供应玻璃原料气体、可燃气体、助燃气体和惰性气体，通过在燃烧器喷出的火焰中发生火焰水解反应或氧化反应来合成玻璃颗粒，并且将玻璃颗粒沉积在具有优异耐腐蚀性和耐热性的棒状起始构件(起始件)上，以形成玻璃颗粒沉积体。起始件的材料种类包括(例如)玻璃、碳和氧化铝。另外，由具有耐热耐腐蚀性涂层的优异耐热性材料构成的起始件也是已知的。在光纤预制件的生产过程中，有时使用玻璃棒作为起始件，该玻璃棒将成为含有芯体的产品的一部分。
近年来已经使用了另一种OVD法，其中，用玻璃颗粒本身代替玻璃原料气体加入到燃烧器中，使玻璃颗粒与火焰一起从燃烧器喷出，沉积到起始件上。也可以将两种加料方法结合起来实施这个步骤。
为了提高在OVD法中玻璃颗粒沉积体的制造速度，一种使用多个燃烧器的方法是已知的。这种方法被称为“多燃烧器OVD法”。图5是多燃烧器OVD法的概念图。在图5中，标号“1”表示起始件，“2”表示在起始件1上沉积玻璃颗粒而形成的玻璃颗粒沉积体。燃烧器A到C构成燃烧器列。在图5中，燃烧器列由上向下移动被称为向前运动，而由下向上移动被称为向后运动。在多燃烧器OVD法中，通过由燃烧器向起始件1喷射含有玻璃颗粒的火焰，同时燃烧器列和起始件1彼此相对往复运动，从而制成玻璃颗粒沉积体2。为了进行相对往复运动，可以移动燃烧器或者起始件1。
当燃烧器列中最上端的燃烧器A的位置正对着起始件1上玻璃颗粒沉积范围的最上端位置q0时，燃烧器列开始向下运动。当燃烧器列中最下端的燃烧器C的位置正对着玻璃颗粒沉积范围的最下端位置q11时，燃烧器列折返向上运动，并且向上运动直到返回其初始位置。燃烧器列重复进行此运动循环。结果，各个燃烧器均各自在玻璃颗粒沉积体2上的预定范围内进行相对往复运动。更具体地说，燃烧器A在位置q0和q9之间运动，燃烧器B在位置q1和q10之间运动，燃烧器C在位置q2和q11之间运动。
图5右侧的一列数字表示当燃烧器列往返一次时，在起始件1上沉积的玻璃颗粒的层数。当一个燃烧器通过一次时，就形成一层玻璃颗粒沉积层。因此，当一个燃烧器往返一次时，就形成两层玻璃颗粒沉积层。因此，在位置q2和q9之间，由燃烧器列往返一次而形成的玻璃颗粒沉积层数变成恒定值6。沉积层数变为恒定值的区域(例如上面所述的区域)被称为稳定部分。在玻璃颗粒沉积体2的末端部分，即在位置q0和q2之间的部分以及q9和q11之间的部分呈锥形，沉积层数随着位置趋近于端部而减小。沉积层数随着位置而改变的区域(例如上面所述的区域)被称为不稳定部分。在多燃烧器OVD法中，燃烧器列相对于起始件1的运动距离比稳定部分的长度更长。
另外，“分区合成OVD法”也是公知的，其中使用多个燃烧器来沉积玻璃颗粒，该多个燃烧器被等间距布置而构成燃烧器列，该燃烧器列的长度几乎等于起始件的总长度。图1是分区合成OVD法的概念图。在图1中，标号“1”表示起始件，“2”表示玻璃颗粒沉积体，“3”表示燃烧器(燃烧器A到D)。燃烧器A到D几乎被等间距地布置而构成燃烧器列4。玻璃颗粒沉积体2是通过以下同时进行的操作制成的起始件1绕着自己的中心轴旋转，燃烧器列4沿着起始件1的长度往复运动，每个燃烧器3均向起始件1喷射含有玻璃颗粒6的火焰5。在分区合成OVD法中，起始件1和燃烧器列4之间的相对往复运动的幅度较小，起始件1上的预定沉积区间被分配给各个燃烧器3。
图1表示燃烧器列4相对于起始件1运动的情况。但是，也可以使起始件1相对于燃烧器列4运动。此外，还可以使两者彼此相对运动。另外，图1表示的是起始件1被垂直支承、因此燃烧器列4上下运动的情况。但是，起始件1和燃烧器列4的组合也可以被设置成包括水平方向在内的任何方向，并且在该设置方向上往复运动。
在早期的分区合成OVD法中，燃烧器列4仅在与燃烧器间距几乎相等的距离上往复运动。因此，位于玻璃颗粒沉积体2上的、长度与燃烧器间距相对应的沉积区间被分配给各个燃烧器3。在这种情况下，在燃烧器3往复运动的折返位置处，由沉积时间增长(是由于燃烧器3减速而造成的)以及沉积表面的温度升高这些因素造成的影响不断累积。结果，往往会出现玻璃颗粒沉积体2的直径发生变化的情况。
在分区合成OVD法中，为了减小往复运动的折返位置处的直径变化，在日本专利申请公开特开平3-228845和特开平4-260618中提出了一种“折线法”。在该“折线法”中，燃烧器列的往复运动范围被预先设定为燃烧器之间间距的整数倍。另外，燃烧器列往复运动的运动距离被设计成向前和向后的运动距离略微不同。燃烧器列往复运动的折返位置从合成开始时刻的位置开始相继变动，再返回到合成开始时刻的位置。这个周期被称为“一轮”。此“轮”重复两次或多次。在折线法中，燃烧器列往复运动的折返位置被分散在起始件上。因此，在折返位置处造成直径变化的影响因素被分散在整个玻璃颗粒沉积体上。结果，使玻璃颗粒沉积体的直径变化受到抑制。
另外，对于分区合成OVD法中往复运动折返位置固定不变的情况，为了减小折返位置处的直径变化，日本专利申请公报特表2001-504426中提出了一种“条件调节法”。在该“条件调节法”中，当燃烧器列仅在与燃烧器间距相等的距离上作往复运动时，对折返位置处的沉积条件进行调节以减小直径变化。针对燃烧器列往复运动中的折返位置对沉积条件所作的调节，被称为“折返位置条件调节”，以便区别于下文描述的与玻璃颗粒沉积体生长相关的沉积条件的改变。在本说明书以下的内容中，术语“OVD法”包括多燃烧器OVD法和分区合成OVD法(折线法和条件调节法)。
在OVD法中，还实施了“折返位置条件改变”以外的沉积条件改变。更具体地说，随着玻璃颗粒沉积体的直径和表面积增大，实施以下改变(1)加宽起始件与燃烧器之间的距离，以免燃烧器接触玻璃颗粒沉积体；(2)增加被输送到燃烧器的玻璃原料或玻璃颗粒的量，从而提高玻璃颗粒的合成速率；(3)调节燃烧器的运动速度、由反应容器排出的用于合成玻璃颗粒沉积体的气体的量、以及被输送到燃烧器的可燃气体、助燃气体和惰性气体所有这些气体的流速，以抑制生长中的玻璃颗粒沉积体所产生的破裂；(4)调节吹到玻璃颗粒沉积体上的气体的流速，从而调节被沉积在起始件上的玻璃颗粒的量。
以下，将上述(1)到(4)项总结成“与玻璃颗粒沉积体生长相关的沉积条件的改变”的表述方式，简称为“沉积条件的改变”。
如果在生产过程中实施上述(1)到(4)所述的沉积条件改变中的任何改变，特别是在沉积条件改变时燃烧器和起始件之间的相对位置固定不变的情况下、以及一次实施相当大的改变的情况下，所述的改变可能会导致玻璃颗粒沉积体的直径发生变化，并且可能会导致由烧结玻璃颗粒沉积体而得到的玻璃预制件的光学性质发生变化。
在多燃烧器OVD法中，当燃烧器列位于往复运动的折返位置时，即，参照图5，当燃烧器A位于位置q0(燃烧器B位于位置q1，燃烧器C位于位置q2)，以及当燃烧器A位于位置q9(燃烧器B位于位置q10，燃烧器C位于位置q11)时，通常实施沉积条件改变。该工艺方法可以制备出在除不稳定部分之外的部分中，直径变化和松密度变化都小的优质的玻璃颗粒沉积体2。例如，日本专利申请公开特开2000-44276提出在燃烧器位于玻璃颗粒沉积体的稳定部分时，不希望改变气体流速，因为如果改变气体流速，则玻璃颗粒沉积体可能会含有气泡和其它缺陷。
但在此方法中，当实施沉积条件改变时，必然是燃烧器C位于位置q2，或者燃烧器A位于位置q9这样的情况。这种情况使沉积条件改变造成的影响集中在玻璃颗粒沉积体2的稳定部分和不稳定部分之间的分界部分处(位置q2和q9)。结果，由于沉积条件改变而造成的直径变化等问题往往会从位置q2和q9扩展到稳定部分。这往往会使玻璃颗粒沉积体2的直径均匀部分缩短，导致成品收率降低并使生产率受到遏制。
在分区合成OVD法中，除了位于燃烧器列端部的燃烧器以外的其它所有燃烧器在所有时刻都位于稳定部分。因此，不可能实施仅在燃烧器位于不稳定部分时进行沉积条件改变的方法。具体地说，在折线法中，在“一轮”结束时实施沉积条件改变。在这种情况下，总是在燃烧器列位于合成开始的位置处实施沉积条件改变。因此，由沉积条件改变而使玻璃颗粒沉积产生的波动集中在玻璃颗粒沉积体的特定位置。因此，在多数情况下，这些特定位置出现直径变化和光学性质的波动。这种不希望出现的情况要求建立一种方法，用来制造直径差异小并且品质优异的玻璃颗粒沉积体。在上述日本专利申请公开特开平4-260618中，未描述沉积条件改变。
专利文献1日本专利申请公开No.平3-228845专利文献2日本专利申请公开No.平4-260618专利文献3日本专利申请公开No.2000-44276专利文献4日本专利申请公开No.2001-504426发明内容(本发明解决的问题)本发明的目的是提供一种制造玻璃颗粒沉积体的方法，这种玻璃颗粒沉积体具有直径差异小、纵向均匀一致的形状。
(解决问题的措施)为了达到上述目的，本发明提供一种制造玻璃颗粒沉积体的方法，该方法包括同时实施以下操作使由多个燃烧器构成的燃烧器列相对于起始件进行往复运动，使每个燃烧器都形成含有玻璃颗粒的火焰，以及使玻璃颗粒沉积在起始件上。在此方法中，在沉积进行过程中至少两次改变沉积条件，使得在沉积条件改变时的燃烧器位置中相邻的燃烧器位置之间的间隔比相邻的燃烧器之间的间距短。在上面的描述中，“沉积条件改变”是指响应于玻璃颗粒沉积体的生长而实施的条件改变，并不包括在燃烧器往复运动的折返点响应于燃烧器的减速而实施的条件改变。
优选的是，被改变的沉积条件是选自以下条件中的至少一种被输送到燃烧器的可燃气体的流速、被输送到燃烧器的助燃气体的流速以及被输送到燃烧器的玻璃原料的流速，更优选的是可燃气体的流速。每个燃烧器都可以在一定的范围内相对于起始件进行往复运动，该范围是起始件上的用来沉积玻璃颗粒的区域中被分配给每个燃烧器的部分。每个燃烧器也可以在其相对于起始件预定的两个指定位置之间相对于起始件进行往复运动。另外，当燃烧器位于往复运动的折返点之间时可以改变沉积条件。
(本发明的效果)由此可以得到直径差异小的玻璃颗粒沉积体。
图1是分区合成OVD法(OVD法的一种形式)的概念图；图2(a)和2(b)是本发明的玻璃颗粒沉积体制造方法的第一实施方案的概念图，其中图2(a)表示燃烧器的运动模式以及在玻璃颗粒沉积体的各个位置上的玻璃颗粒层数，图2(b)表示沉积条件的改变；图3(a)和3(b)是本发明的玻璃颗粒沉积体制造方法的第三实施方案的概念图，其中图3(a)表示燃烧器的运动模式以及在玻璃颗粒沉积体的各个位置上的玻璃颗粒层数，图3(b)表示沉积条件的改变；图4是本发明的玻璃颗粒沉积体制造方法的第四实施方案的概念图；图5是多燃烧器OVD法的概念图。
附图标号说明1起始件2玻璃颗粒沉积体
3燃烧器4燃烧器列5火焰6玻璃颗粒实施本发明的最佳方式下面参照
本发明的实施方式。附图用于说明本发明，但并不限制权利要求的范围。为了避免重复解释，在附图中，相同的标号表示同类构件。附图中的尺寸比例不必与实际尺寸一致。
(第一实施方案)图2(a)和2(b)是本发明的玻璃颗粒沉积体制造方法的第一实施方案的概念图。图2(a)表示燃烧器的运动模式以及在玻璃颗粒沉积体的各个位置上的玻璃颗粒层数，图2(b)表示沉积条件的改变。第一实施方案是将本发明制造玻璃颗粒沉积体的方法应用于分区合成OVD法中的“折线法”的实例。在这种情况下，多个燃烧器中的每一个都可以在起始件上的玻璃颗粒沉积区域的部分范围内相对于起始件进行往复运动。玻璃颗粒沉积体是用图1所示的结构制成的，其中燃烧器以200mm的间距进行布置。下面，在图2(a)中，燃烧器列由上向下移动被称为向前运动，而由下向上移动被称为向后运动。
在图2(a)中，位置p0到t10处的水平线对应于起始件1和玻璃颗粒沉积体2的各个纵向位置。例如，位置p0和t10处的水平线分别代表玻璃颗粒沉积体2的上端和下端位置。另外，在图2(a)中，箭头a1到a40等表示燃烧器的运动路径。例如，箭头a1表示燃烧器A从起始件1的位置p0运动到位置p10(位置q0)。玻璃颗粒的层数由标题“层数”之下的一列数值表示。
下面详细解释图2(a)所示的燃烧器列的运动模式。在图2(a)中，其起始位置为位置p0的燃烧器A向下移动200mm(箭头a1)到达位置p10(位置q0)，该位置是燃烧器B的起始位置。接着，燃烧器A折返，向上移动180mm(箭头a2)到达位置p1。燃烧器A在位置p1再折返，再次向下移动200mm(箭头a3)到达位置q1。燃烧器A在此又折返，向上移动180mm(箭头a4)到达位置p2。随后，如图2(a)中的箭头a5到a21所示，燃烧器A重复进行向前移动200mm的距离和向后移动180mm的距离这样的往复运动。由此，燃烧器A进行往复运动的折返位置就前移到位置p10和q10。
然后，将移动距离更改成向前移动200mm的距离，向后移动220mm的距离。燃烧器列沿箭头a22到a40进行往复运动。因此，往复运动的折返位置在每次往返后都向后移动20mm，最终返回到位置p0和q0。燃烧器B到D作为与燃烧器A一体的构件随着燃烧器A一起运动(例如，当燃烧器A沿箭头a1运动时，燃烧器B沿箭头b1运动，燃烧器C沿箭头c1运动，燃烧器D沿箭头d1运动)。这样，它们就以与燃烧器A相似的模式进行运动。换言之，它们往复运动的折返位置首先向前移动200mm，然后又向后移动200mm，从而返回到原始位置。
对于燃烧器A，图2(a)中的箭头a1到a40所示的一系列运动表示一轮。该轮被实施一次或重复实施至少两次，以制成玻璃颗粒沉积体。当该轮被实施一次或重复至少两次之后，玻璃颗粒沉积体2在位置q0到t0的范围内具有几乎均匀一致的直径，如图2(a)所示。位置p0到p10之间的范围以及位置t0到t10之间的范围是不稳定部分。位置q0到s10之间的范围是稳定部分。燃烧器的折返位置被分散在整个玻璃颗粒沉积体2上。
在第一实施方案中，在进行沉积的过程中至少两次改变沉积条件，使得在沉积条件改变时的燃烧器位置中相邻的燃烧器位置之间的间隔比相邻的燃烧器之间的间距短。更具体地说，随着玻璃颗粒沉积体2制造过程的进行，每当燃烧器列位于折返位置时就改变沉积条件(在该方案中是可燃气体的流速)。图2(b)是这样的图其中水平轴表示时间，垂直轴表示被输送到燃烧器的可燃气体的流速。实线表示第一实施方案中可燃气体的流速改变方式的实例，虚线表示现有技术中可燃气体的流速改变方式的实例。图2(b)中的水平轴对应于图2(a)中的水平轴。例如，图2(a)中的箭头“an”对应于实线g2中从左边开始的第n个水平部分。换言之，实线g2的水平部分表示燃烧器运动的阶段。在此阶段中，可燃气体的流速实际上不改变。实线g2中的垂直部分的长度表示在燃烧器的运动方向被反向时可燃气体的流速的增量。
在第一实施方案中，在每次燃烧器运动方向被反向时，都使可燃气体的流速以阶梯状少量增加。在燃烧器相对于起始件1或玻璃颗粒沉积体2的运动方向被反向时，燃烧器的位置如图2(a)右侧的标题“第一实施方案”下的图示位置p0到t10所示。这些位置表示使可燃气体的流速在起始件1上以20mm间距分开的多个分散位置处少量改变。
另一方面，在现有技术中，如图2(b)的虚线g1所示，在燃烧器列一轮往复运动结束时(即，当燃烧器列返回原始位置时)实施一次改变沉积条件的操作。因此，与第一实施方案中进行的一次沉积条件改变量相比，现有技术的改变量必然会更大。
并且，在现有技术中，实施沉积条件改变时的燃烧器位置相对于起始件1总是相同的。在这种情况下，燃烧器相对于起始件1的位置在图2(a)中被表示为“现有技术”。在现有技术中，仅当燃烧器位于位置p0、q0、r0、s0和t0时改变沉积条件。因此，改变沉积条件所造成的影响都集中在沉积条件改变时的各个位置处。结果，玻璃颗粒沉积体2在这些位置处的直径差异和光学性质差异往往都会增大。
另外，在现有技术中，当燃烧器到达玻璃颗粒沉积体2的稳定部分和不稳定部分之间的分界部分(即，图2(a)中的位置p10(位置q0)和位置s10(位置t0))时，实施沉积条件的改变。稳定部分和不稳定部分之间的分界部分是不稳定部分的锥形的起始点，该分界部分本身就存在着直径变化。因此，如果在此部分实施沉积条件改变，则直径变化往往会向稳定部分扩展，使直径均匀一致的部分缩短。结果使成品收率下降，相应地使生产率降低。另一方面，在第一实施方案中，在燃烧器位于稳定部分和不稳定部分之间的分界部分的时候，没有发生沉积条件改变的集中。结果，可以抑制直径变化向稳定部分的扩展，因此，最终可以提高成品收率。
如图2(b)中的实线g2所示，增加了实施沉积条件改变的次数，相应的是，实施一次沉积条件改变的量被减小。这种操作方法可以减小实施一次沉积条件改变所造成的影响。并且，每当燃烧器列的往复运动方向被反向时，就实施沉积条件的改变。这种操作方法可以将由条件改变造成的玻璃颗粒沉积变化的影响分散在玻璃颗粒沉积体2上。结果，可以得到整体直径差异小的玻璃颗粒沉积体2。
另外，在多燃烧器OVD法中，可以抑制由沉积条件改变造成的影响被集中在稳定部分与不稳定部分之间的分界部分而产生的直径变化。因此，均匀一致的直径部分的长度被增大。结果，例如，当把玻璃颗粒沉积体2用作光纤预制件或者其中间产品时，可以使成品收率提高，其中所述的中间产品是通过制造玻璃部件而形成的。
在第一实施方案中，每当燃烧器运动方向被反向时就改变沉积条件。然而，在本发明制造玻璃颗粒沉积体的方法中，只要沉积条件改变时的燃烧器位置以小于燃烧器之间间距的间隔分布在起始件上，则实施沉积条件改变的次数可以小于燃烧器转变方向的次数。另外，燃烧器列进行往复运动的折返位置发生变动的距离并不限于2cm，而是可以适当调节。例如，可以在制造具有所需品质的玻璃颗粒沉积体所允许的范围内增大该距离。
如果在相邻燃烧器之间出现火焰干扰，则玻璃颗粒的沉积状态将变得不稳定。因此，优选的是，燃烧器之间的间距至少为100mm左右。因此，优选的是，在沉积条件改变时燃烧器位置以小于100mm、更优选的是至多60mm、特别优选的是至多25mm的间距分布在起始件上。小的间距是优选的。
通过将沉积条件改变时的燃烧器位置以20mm的间隔(在图2(a)所示第一实施方案的图中右侧，此间隔被表示为(例如)位置pn和pn+1之间的间距)分布在起始件上，就为实施沉积条件改变提供了充分的可能性。考虑到控制设备的精度，可以使用10mm或5mm的数值作为沉积条件改变时的燃烧器位置间距(此间距被称为分布间距)。基于上述考虑，根据用于制造玻璃颗粒沉积体的设备的能力，可以合理地确定分布间距。
在第一实施方案中，改变可燃气体的流速作为沉积条件的改变方式。但是，要改变的沉积条件可以是选自以下条件中的至少一种被输送到燃烧器的可燃气体的流速、被输送到燃烧器的助燃气体的流速以及被输送到燃烧器的玻璃原料的流速。当改变可燃气体的流速时，优选的是，一次实施的沉积条件改变量为至多2SLM(标准条件下每分钟的流量)，更优选的是至多1SLM。通过将一次实施的沉积条件改变量减小到最小的可能值，就可以减小玻璃颗粒沉积体2的直径变化。另外，在每当燃烧器列位于往复运动的折返位置时就改变可燃气体的流速的情况下，即使是一次实施的改变量被减小到0.3SLM，实施40次改变也能得到每轮12SLM的改变量。因此，对于玻璃颗粒的沉积而言，可以充分改变其沉积条件。
(第二实施方案)第二实施方案是将本发明的玻璃颗粒沉积法应用于分区合成OVD法中的“条件调节法”的实例。在这种情况下，多个燃烧器中的每一个都在各燃烧器相对于起始件预定的两个指定位置之间相对于起始件进行往复运动。沉积条件的改变是通过将沉积条件改变时的燃烧器位置以所需的间距分布在起始件上而实现的。
例如，如图1所示，假设将四个燃烧器按200mm的间距布置而构成燃烧器列，并且仅使燃烧器列进行向前移动200mm和向后移动200mm的往复运动。对于向前运动和向后运动二者而言，当在燃烧器到达离往复运动的一端为0、20、40、...、180和200mm的位置处实施沉积条件改变时，实施沉积条件改变的位置可以以与第一实施方案相同的间距分布在起始件上。而且在条件调节法中，并不是所有的燃烧器都位于不稳定部分。因此，当应用本发明时，可以制造由沉积条件改变造成的直径差异小并且光学性质优异的玻璃颗粒沉积体。
(第一和第二实施方案的变化例)在分区合成OVD法中，可以使用沉积条件基于时间而改变的方法。当用时间作为基准时，容易实施沉积条件的改变，而不必考虑往复运动的方式，诸如往复运动的折返位置是否是分散的。另外，通过进一步缩短沉积条件改变的间隔，就变得可以在增大可燃气体的流速时，使燃烧器位置以更短的间距分布在起始件上。还可以进一步减小一次实施的沉积条件改变量。并且，可以实施不使沉积条件改变集中在起始件上特定位置处的控制方法。例如，在“条件调节法”的方案中，当采用200mm/min的速度进行往复运动时，通过从往复运动的一端以6秒的间隔(即，6秒后，12秒后，等等)实施沉积条件改变，就可以将沉积条件改变时的燃烧器位置分布在20mm的间距上。
基于时间改变沉积条件的方法可以独立地控制沉积条件改变的方式，而不受相对往复运动中折返位置移动方式的限制。因此，即使是在出现用于抑制折返位置特有的直径变化而采用的最佳的折返位置移动方式，与用于抑制由沉积条件改变造成的直径变化而采用的最佳的沉积条件控制方式二者不同这样的情况时，二者也都可以得到最佳的控制。
(第三实施方案)第三实施方案是将本发明的玻璃颗粒沉积体制造方法应用于“多燃烧器OVD法”的实例。图3(a)和3(b)是本发明的玻璃颗粒沉积体制造方法第三实施方案的概念图。图3(a)表示燃烧器的运动模式以及在玻璃颗粒沉积体各个位置上的玻璃颗粒层数，图3(b)表示沉积条件改变。在第三实施方案的具体实例中，将三个燃烧器A到C按100mm的间距布置而构成燃烧器列。当燃烧器A位于p0到p18这些位置中的各个位置上时，实施沉积条件改变，从而将所述改变分散开。另外，一次实施的改变量被设定为较小的数值。
以下通过引用实例进行说明，在该实例中，沉积条件的改变是以增大被输送到燃烧器的可燃气体的流速来表现的。图3(b)是这样的图其中水平轴表示燃烧器A的位置，垂直轴表示被输送到燃烧器的可燃气体的流速。实线表示在第三实施方案中可燃气体流速的改变方式，虚线表示现有技术。
在第三实施方案中，燃烧器A从位置p0(位于起始件的一个端部)开始朝着起始件的另一个端部运动。可燃气体的流速从位置p0到位置p1被保持为恒定值X0，在位置p1被增大到X1。与此类似，可燃气体的流速从位置p1到位置p2被保持为恒定值X1，在位置p2被增大到X2。重复上述可燃气体的流速变化，直到燃烧器A行进到折返位置p18。当可燃气体的流速在位置p18被增大到X18时，燃烧器A转变运动方向，向图3(b)中的左侧运动。如同向前运动一样，重复进行燃烧器的运动和可燃气体的流速增大，直到燃烧器A返回位置p0。其它燃烧器B和C也具有与燃烧器A相同的相对于起始件的运动模式，以及相同的可燃气体的流速增大的方案，但它们相对于起始件的起始位置是不相同的。
另一方面，在现有技术中，如图5所示，可燃气体的流速从起始位置q0到位置q9(燃烧器运动范围的另一端)被保持为恒定值X0。当燃烧器到达位置q9时，流速被增大到X18。随后，可燃气体的流速从位置q9到位置q0被保持为恒定值X18。当燃烧器到达位置q0时，流速被增大到X36。
图3(b)表示可燃气体的流速基于燃烧器相对于起始件的位置而增大的情况。如同第一和第二实施方案的变化例一样，所述沉积条件的改变方式也可以通过在几乎每个固定的时刻改变沉积条件来实现。无论是使用位置还是时间作为基准，沉积条件改变时的燃烧器位置都可以被分散在整个玻璃颗粒沉积体上。
在燃烧器往复运动一次，被输送到燃烧器的可燃气体的流速被增大相同量的情况下，现有技术在燃烧器位于q0和q9时需要使可燃气体的流速大量增加，而第三实施方案将沉积条件改变时的燃烧器位置分布在整个玻璃颗粒沉积体上，从而可以减小一次实施的可燃气体流速的变化量。结果，第三实施方案可以防止沉积条件改变造成的影响被集中在特定位置，从而减小了直径变化以及其它缺陷。最终，该方案可以确保得到范围较宽的稳定部分，而使成品收率提高。
由于以下原因，第三实施方案使得被上述专利文献特开2000-44276描述为不理想的沉积条件改变具有可行性。所述的原因是在第三实施方案中，即使是在玻璃颗粒沉积体的稳定部分改变沉积条件(例如，被输送到燃烧器的可燃气体的流速)，沉积条件改变时的燃烧器位置也是以短间隔分散在整个玻璃颗粒沉积体上。这种分散抑制了玻璃颗粒沉积体的松密度分布的局部变化以及玻璃颗粒的实际沉积量，等等。因此，在烧结工序中实施脱气步骤时，不存在局部的脱气状态变化。结果，可以得到没有残余气泡的烧结玻璃体。
(第四实施方案)在第四实施方案中，在往复运动中除折返点以外的位置设置减速区。然后，当燃烧器位于减速区时实施沉积条件改变。图4是本发明的玻璃颗粒沉积体制造方法的第四实施方案的概念图。在第四实施方案的具体实例中，将三个燃烧器A到C按200mm的间距布置而构成燃烧器列。燃烧器列以200mm的幅度沿着起始件的长度往复运动。同时，将玻璃颗粒吹到旋转的起始件上，形成玻璃颗粒沉积体。在此操作过程中，当燃烧器运动时，在减速区暂时降低运动速度，以改变沉积条件。在图4中，水平轴表示燃烧器的位置，垂直轴表示运动速度。在图4中，位置p0和p20之间的距离是200mm，位置pn和pn+1之间的距离是10mm。
集中关注燃烧器A，在第一次往复运动中，燃烧器A以50mm/min的速度移动第一个10mm(位置p0到p1)，在下一个10mm(位置p1到p2)的期间加速到800mm/min，随后以800mm/min的速度运动到折返位置p20。接着，它以800mm/min的速度不减速地返回到起始位置p0。在第二次往复运动中，燃烧器A以800mm/min的速度从起始位置p0开始运动，在移动10mm(位置p0到p1)的期间减速到50mm/min，以50mm/min的速度移动下一个10mm(位置p1到p2)，在移动下一个10mm(位置p2到p3)的期间速度从50mm/min增大到800mm/min，随后以800mm/min的速度运动到折返位置。接着，以800mm/min的速度运动，返回到起始位置p0。
如上所述，在10mm的预定范围(低速运动范围)内，燃烧器A的运动速度被设定为50mm/min。在所述低速运动范围两侧的前后各10mm之外的范围内，燃烧器以800mm/min的速度运动。每当燃烧器相对于起始件进行一次往复运动时，所述的低速运动范围(其中燃烧器以50mm/min的速度运动)就依次移动。低速运动范围在第一次往复运动时位于位置p0和p1之间，在第二次往复运动时位于位置p1和p2之间，在第20次往复运动时位于位置p19和p20之间。根据这个方法，在20次往复运动中，燃烧器低速运动的范围在整个起始件上移动，构成一个单元。
在传统的分区合成OVD法中，在往复运动的折返位置处，沉积表面的温度升高。另一方面，在第四实施方案中，低速运动范围内的沉积表面的温度变得比往复运动的折返位置处的温度高。因为低速运动范围几乎均匀分布在整个玻璃颗粒沉积体上，所以由燃烧器往复运动的折返位置产生的温升所造成的影响变得微乎其微。因此，可以抑制折返位置处特有的直径变化。
另外，每当燃烧器通过低速运动范围时，就改变用于合成玻璃颗粒的条件。例如，改变玻璃原料的量，因为其改变量被设定为较小的值，因此可以制成直径差异小并且品质优异的玻璃颗粒沉积体。
而且在这种往复运动方法中，燃烧器或者起始件可以以相对运动的方式往复运动。另外，可以将低速运动范围设置在向后运动、而不是向前运动中。并且，在一次往复运动中可以设置多个低速运动范围。还可以适当地预定往复运动的速度。在燃烧器进行相对往复运动期间，在起始件上进行玻璃颗粒的沉积时，可以按需调节低速运动范围之间的距离、低速运动范围出现的次数以及往复运动的速度，从而使燃烧器低速运动范围内的沉积表面的温度可以变得比往复运动的折返位置处的温度高。
在上述往复运动方法中，沉积条件改变时燃烧器相对于起始件的位置也可以以时间为基准，而不是以低速运动范围为基准。第四实施方案将增加可燃气体的量时的燃烧器位置以10mm的间距分布在整个玻璃颗粒沉积体上，从而达到使一次实施的可燃气体的增加量被减小的效果。结果，可以防止沉积条件改变造成的影响被集中在玻璃颗粒沉积体的特定位置上。最后，第四实施方案可以制成直径差异小并且品质优异的玻璃颗粒沉积体。
在任意一个实施方案中，还优选的是通过预先确定条件改变时的燃烧器位置以及条件改变的次数，并根据所述预先确定的效果来改变条件，使得条件改变一次的变化量变得不超过所规定的量，由此来实施本发明所述的沉积条件改变。另外，当所述条件改变涉及到下述这些条件时，本发明所述的沉积条件改变可以在多个燃烧器上同时进行，或者在每一个燃烧器上单独进行，所述的条件为被输送到燃烧器的玻璃颗粒、玻璃原料、可燃气体、助燃气体和惰性气体，以及起始件和燃烧器之间的距离，或者从燃烧器喷出的玻璃颗粒撞击在起始件上的位置。
实施例1燃烧器的运动模式与第四实施方案的具体实例相同。每当燃烧器通过低速运动范围时，被输送到燃烧器的可燃气体的流速就增加0.15SLM。可燃气体的流速被增大时的燃烧器位置以10mm的间距沿着玻璃颗粒沉积体的长度分布。燃烧器进行了600次往复运动。由此得到的玻璃颗粒沉积体的稳定部分的长度为430mm，直径为180±1.5mm。玻璃颗粒沉积体的两端的锥形部分具有良好的形状，没有出现变形。
在实施例1中，低速运动范围沿着玻璃颗粒沉积体的长度均匀分布。因为燃烧器在低速运动范围以外的运动速度为800mm/min，因此燃烧器每往返20次，玻璃颗粒沉积的层数以及燃烧器的平均运动速度在玻璃颗粒沉积体的稳定部分上的任何位置处就都相同。在实施例1中，因为进行了600次的燃烧器往复运动，所以燃烧器往返20次的操作将被实施30遍。因此，即使是在从玻璃颗粒沉积体制造开始到结束的整个过程中，玻璃颗粒沉积的层数以及燃烧器的平均运动速度在玻璃颗粒沉积体的稳定部分上的任何位置处也都是相同的。
优选的是，在起始件或玻璃颗粒沉积体的稳定部分的所有位置处，燃烧器的平均运动速度实质上都相同，最优选的是相同。然而，略有变化也是允许的，只要该变化不使玻璃颗粒沉积体的稳定部分的直径产生大的变化。
如上所述，采用本发明所述的方法，可以制成这样的玻璃颗粒沉积体该沉积体的稳定部分的直径差异小并且稳定部分的长度长。
(对比例1)使用与实施例1相同的燃烧器运动模式制造多孔玻璃颗粒沉积体。但是，可燃气体的流速是这样改变的每当燃烧器的运动方向被反向时，该流速就增大0.075SLM。进行了600次的燃烧器往复运动。由此得到的玻璃颗粒沉积体的长度为700mm，其中稳定部分的长度为400mm。稳定部分的平均直径为180mm。在稳定部分中，燃烧器折返位置处的直径比该平均值小6mm。两端的不稳定部分表现出部分变形。上文所述的位置是可燃气体的流速被增大时，所用燃烧器中的一个所处的位置。
(对比例2)使用与实施例1相同的燃烧器运动模式制造玻璃颗粒沉积体。但是，每当燃烧器进行20次往返时，就使可燃气体的流速在燃烧器的折返位置处改变3SLM。进行了600次的燃烧器往复运动。由此得到的玻璃颗粒沉积体具有与对比例1几乎相同的尺寸。在玻璃颗粒沉积体的稳定部分上，燃烧器的折返位置处的直径比稳定部分的平均直径小10mm。两端的不稳定部分的变形大于对比例1的变形情况。玻璃颗粒沉积体的直径均匀一致部分的长度为350mm。换言之，对比例2比对比例1的成品收率低。
日本专利申请2004-073028(2004年3月15日提交)所披露的全部内容(包括说明书、权利要求、附图和摘要)都并入本说明书中。
工业适用性本发明能制成沿着长度方向的直径差异小而且稳定部分长的玻璃颗粒沉积体。由于具有这样的特征，所述玻璃颗粒沉积体适合于作为光纤预制件及其中间产品。
权利要求
1.一种制造玻璃颗粒沉积体的方法，该方法包括同时实施以下操作使得由多个燃烧器构成的燃烧器列相对起始件进行往复运动；使每个所述燃烧器都形成含有玻璃颗粒的火焰；以及使所述玻璃颗粒沉积在所述起始件上；该方法的特征在于，在进行所述沉积的过程中，至少两次改变沉积条件，使得在沉积条件改变时的燃烧器位置中相邻的所述燃烧器位置之间的间隔比相邻的所述燃烧器之间的间距短。
2.如权利要求1所述的制造玻璃颗粒沉积体的方法，其中所述被改变的沉积条件是选自以下条件中的至少一种被输送到所述燃烧器的可燃气体的流速、被输送到所述燃烧器的助燃气体的流速以及被输送到所述燃烧器的玻璃原料的流速。
3.如权利要求2所述的制造玻璃颗粒沉积体的方法，其中所述被改变的沉积条件是所述的被输送到所述燃烧器的可燃气体的流速。
4.如权利要求1或2所述的制造玻璃颗粒沉积体的方法，其中每个所述的燃烧器都在所述起始件上的用来沉积玻璃颗粒的区域中被分配给每个所述燃烧器的部分的范围内，进行所述的相对于起始件的往复运动。
5.如权利要求4所述的制造玻璃颗粒沉积体的方法，其中每个所述的燃烧器都在该燃烧器相对于所述起始件预定的两个指定位置之间，进行所述的相对起始件的往复运动。
6.如权利要求1到4中任一项所述的制造玻璃颗粒沉积体的方法，其中当所述燃烧器位于所述往复运动的折返点之间的位置时，改变沉积条件。
全文摘要
本发明提供一种通过改变沉积条件而产生具有直径差异小等特征的玻璃颗粒沉积体的制造方法。在制造玻璃颗粒沉积体时，使得由多个燃烧器排布而成的燃烧器列相对起始件进行运动，并且使燃烧器喷出的玻璃颗粒沉积在起始件上。在所述玻璃颗粒沉积体的制造方法中，在将玻璃颗粒沉积于起始件上的过程中实施沉积条件的改变。所述玻璃颗粒沉积体的制造方法的特征在于所述的沉积条件改变至少被实施两次，并且沿着起始件长度，沉积条件被改变时的燃烧器位置间的间隔比燃烧器之间的间距小。
文档编号C03B37/014GK1930094SQ200580007838
公开日2007年3月14日 申请日期2005年2月9日 优先权日2004年2月12日
发明者大石敏弘, 中村元宣, 石原朋浩 申请人:住友电气工业株式会社