JP3765283B2 - 光ファイバの製造方法および製造装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、光ファイバ母材から光ファイバを線引きする際に、線引きされた光ファイバにねじりを付与する光ファイバの製造方法および製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、光ファイバ母材の一端を加熱・軟化させて線引きすることにより光ファイバを製造することが行われているが、光ファイバのコア部およびその周囲のクラッド部の断面形状を完全に真円形の同心円状とすることは困難であり、わずかに楕円または歪んだ円形となるのが一般的である。このため、光ファイバの断面構造における屈折率分布も完全な同心円状ではなく、光ファイバ断面内の直交する2偏波間の群速度に差異が生じて、偏波分散が大きくなってしまうという問題があった。
【0003】
そこで、特開平8−295528号公報に示されている光ファイバの製造方法が提案されている。すなわち、図6に示すように、揺動ローラ100の揺動運動により、そのローラ表面103で光ファイバ101を転動させて、時計回りのねじり(+θ)と、反時計回りのねじり(−θ)とを交番的に付与すると共に、揺動ローラ100の真横方向に設置された次段の固定ローラ102におけるV溝103に挿着することにより転動を防止して、光ファイバ101にねじりを加えるようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図6において前述した光ファイバの製造方法および製造装置では、光ファイバ101にねじりを加える装置が、揺動ローラ100と固定ローラ102との組み合わせで構成されているので大掛かりであるという問題がある。また、揺動ローラ100を傾けることにより光ファイバ101が斜め方向に移動しようとする力を利用して回転させるため、光ファイバ101の張力に依存して捩り量が変化してしまい、一定したねじりを加えることが困難である。さらに、光ファイバ101の被覆樹脂の種類により光ファイバ101と揺動ローラ100との間の摩擦状況が大きく変化するので、ねじりを加える効率が一定しないという問題がある。
【0005】
本発明の目的は、効率よくねじりを加えることにより偏波モード分散の小さい光ファイバを製造することのできる光ファイバの製造方法および製造装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明に係る光ファイバの製造方法は、請求項1に記載したように、光ファイバ母材から光ファイバを線引きする際に、前記光ファイバを回転させてねじりを付与する光ファイバの製造方法であって、前記光ファイバを、第1揺動ローラの円弧状凹面のローラ面に所定の圧力で接触させて、前記円弧状凹面の中心を揺動中心として前記第1揺動ローラを揺動させることにより前記光ファイバをねじること、特徴としている。
【0007】
また、本発明に係る光ファイバの製造装置は、請求項6に記載したように、光ファイバ母材から光ファイバを線引きする際に、前記光ファイバを回転させてねじりを付与するねじり機構を有する光ファイバの製造装置であって、前記ねじり機構には、前記光ファイバが接触する円弧状凹面のローラ面を有すると共にこの円弧状凹面の中心を揺動中心として揺動可能な第1揺動ローラを有することを特徴としている。
【0008】
このように構成された光ファイバの製造方法または製造装置においては、光ファイバのパスラインのぶれる量が少なくなるため、揺動ローラが光ファイバに与える圧力を安定させることができる。従って、揺動ローラと光ファイバとの間の摩擦力が一定に保持されて滑りにくいので、常に所定の回転力で光ファイバを効率よくねじることができることとなる。この光ファイバの製造方法・装置においては、従来のように光ファイバの張力に依存してローラ面との間の摩擦力が変化して、ねじりを付与する効率が変化するという問題を解消できる。
【0009】
第1揺動ローラの傾き角度を得るために円弧状凹面のローラ面の曲率半径を大きく設定する必要があるため、ローラ面の曲率半径が100mm以上のものが望ましい。また、光ファイバがローラ面上を滑らず転動するためには、ローラ面の表面粗さが5μm以上であることが望ましい。
【0010】
また、本発明に係る光ファイバの製造方法は、請求項2に記載したように、請求項1に記載した光ファイバの製造方法において、前記光ファイバを、前記第1揺動ローラのローラ面と、前記揺動中心を中心とする円弧状凸面のローラ面を有する第2揺動ローラのローラ面との間に所定の圧力で挟んで前記第1揺動ローラおよび/または前記第2揺動ローラを揺動させて、前記光ファイバをねじることを特徴としている。
【0011】
また、本発明に係る光ファイバの製造装置は、請求項7に記載したように、請求項6に記載した光ファイバの製造装置において、前記ねじり機構は、前記第1揺動ローラの円弧状凹面のローラ面と一定の間隔を有し且つ前記揺動中心を中心とする円弧状凸面であるローラ面を有すると共に当該揺動中心を中心として揺動する第2揺動ローラを有することを特徴としている。
【0012】
このように構成された光ファイバの製造方法または製造装置においては、第1揺動ローラのローラ面と第2揺動ローラのローラ面は両ローラの回転中心を通る断面において揺動中心を中心とする同心円であり、両揺動ローラのローラ面間に所定の圧力で挟まれた光ファイバを回転させてねじるので、確実にねじることができる。
【0013】
光ファイバを挟む圧力が強いと光ファイバに損傷を与えたり、線引きの条件が変化したりするため、所定の圧力としては、光ファイバを挟む力が1.0N以下で調整することが望ましい。
【0014】
また、本発明に係る光ファイバの製造方法は、請求項3に記載したように、請求項2に記載した光ファイバの製造方法において、前記第1揺動ローラと前記第2揺動ローラとが、同期して相反する方向へ揺動することを特徴としている。
【0015】
このように構成された光ファイバの製造方法においては、第1揺動ローラが傾く際の角度に対して、第2揺動ローラが反対方向へ傾く角度をパラメータとして持たせることにより、光ファイバがローラ面上を滑ることを防止することができる。
【0016】
また、本発明に係る光ファイバの製造方法は、請求項4に記載したように、請求項1から3のいずれか1項に記載した光ファイバの製造方法において、前記第1揺動ローラの揺動角度を変動させることを特徴としている。
【0017】
また、本発明に係る光ファイバの製造方法は、請求項5に記載したように、請求項1から4のいずれか1項に記載した光ファイバの製造方法において、前記第1揺動ローラの揺動速度を変動させることを特徴としている。
【0018】
このように構成された光ファイバの製造方法においては、第1揺動ローラの揺動角度或いは揺動速度を変動させることで、光ファイバにランダムなねじりを与えることにより、偏波モード分散値を低減することができる。
【0019】
また、本発明に係る光ファイバの製造装置は、請求項8に記載したように、請求項7に記載した光ファイバの製造装置において、前記第1揺動ローラおよび前記第2揺動ローラの少なくとも一方のローラ面が、ゴム製であることを特徴としている。
【0020】
ここで、ローラ面がゴム製とは、ローラ全体をゴムにより作製してもよいし、ローラ面のみゴムによりコーティングするようにしてもよい。
【0021】
このように構成された光ファイバの製造装置においては、光ファイバを挟んだ際に光ファイバに損傷を与えるのを防止することができる。また、ローラ面と光ファイバとの間の摩擦力を大きくして確実に光ファイバを回転させてねじることができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光ファイバの製造方法および製造装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0023】
本発明に係る光ファイバの製造方法および製造装置10の全体を図3に示す。まず、VAD法(気相軸付法)、OVD法(外付け法)、MCVD法(内付け法)、あるいはロッドインチューブ法等で形成された光ファイバ母材11を線引き炉にセットし、ヒータ12によって加熱・軟化してガラスファイバ13aを線引きする。
【0024】
次いで、外径測定機14により線引きされたガラスファイバ13aの外径を測定する。この測定結果は、フィードバックされて所定の外径が得られるようにヒータ12の温度や線引速度が制御される。
線引きされたガラスファイバ13aは、冷却装置15により冷却された後、樹脂塗布装置16により紫外線硬化型の液状樹脂が塗布され、紫外線を照射する樹脂硬化装置17により樹脂を硬化させて樹脂被膜を形成する。
【0025】
樹脂被膜が形成された光ファイバ13bは、詳細を後述するファイバねじり機構18により回転され、線引き炉内部の母材溶融部11aにねじりを付与する。回転された光ファイバ13bは、ファイバねじり機構18の下方に設けられているVローラ19にガイドされローラ20、21、22を経て巻取り機23により巻き取られる。
【0026】
図1および図2を参照して、ファイバねじり機構18について説明する。
図1および図2(A)に示すように、このファイバねじり機構18では、光ファイバ13bが所定の圧力で接触する円弧状凹面のローラ面24Aを有すると共にこの円弧状凹面の中心を揺動中心Pとして揺動可能な第1揺動ローラ24を有している。つまり、第1揺動ローラ24は鼓形状となっている。
【0027】
第2揺動ローラは第1揺動ローラ24の円弧状凹面のローラ面24Aと一定の間隔を有し且つ揺動中心Pを中心とする円弧状凸面のローラ面25Aを有する。第2揺動ローラ25の揺動中心も揺動中心Pである。図2に示す断面において、第1揺動ローラ24のローラ面24Aと、第2揺動ローラ25のローラ面25Aとは、揺動中心Pを中心とした同心円状にあることになる。第2揺動ローラ25は、球体を平行な平面でカットした形状となっている。
【0028】
第1揺動ローラ24の傾き角度を得るためには、円弧状凹面のローラ面24Aの曲率半径を大きく設定する必要があり、このためローラ面24Aの曲率半径を100mm以上とするのが望ましい。また、ローラ面24A上を光ファイバ13bが滑らずに転動するためには、ローラ面24Aの表面粗さを5μm以上にすることが望ましい。
また、光ファイバ13bを挟む圧力が強いと光ファイバ13bに損傷を与えたり、線引きの条件が変化したりするため、所定の圧力としては、光ファイバ13bを挟む力を1.0N以下で調整することが望ましい。
【0029】
さらに、両揺動ローラ24、25のローラ面24A、25Aの少なくとも一方はゴム製として、光ファイバ13bを挟んだ際に光ファイバ13bに損傷を与えるのを防止するようにする。ここで、ローラ面24A(25A)がゴム製とは、ローラ全体をゴムにより作製してもよいし、ローラ面24A(25A)のみゴムによりコーティングするようにしてもよい。
【0030】
第1揺動ローラ24と第2揺動ローラ25とを相反する方向に揺動させるには、モータを用いることができ、例えば、第1揺動ローラ24、第2揺動ローラ25のそれぞれにモータを取り付けて相反する方向に同期して揺動させる。また、1個のモータを用いて、第1揺動ローラ24と第2揺動ローラ25とを歯車機構を介して互い反対方向に同期して揺動させてもよい。
【0031】
次に、図2(A)〜(C)を参照して、ねじり機構18における動作を説明する。
図2(A)に示すように、光ファイバ13bは、第1揺動ローラ24のローラ面24Aと、第2揺動ローラ25のローラ面25Aに所定の圧力によって挟まれており、第1揺動ローラ24は、図2(B)および(C)に示すように、揺動中心Pを中心として左右に揺動する。これに伴って、第2揺動ローラ25は、揺動中心Pを中心として第1揺動ローラ24と同期して相反する方向へ揺動する。
【0032】
図2(C)に示すように、第1揺動ローラ24をθ1だけ揺動させ、第2揺動ローラ25をθ1とは相反する方向にθ2だけ揺動させる。第1揺動ローラ24のローラ面24Aの曲率半径をR1、第2揺動ローラ25のローラ面25Aの曲率半径をR2、回転される光ファイバ13bの直径をd、第1揺動ローラ24の傾き角度をθ1、第2揺動ローラ25の傾き角度をθ2とすると、R1=R2+d、θ1={R2/(R2+d)}×θ2 となる。
これにより、両揺動ローラ24、25に挟まれた光ファイバ13bは回転するが、両揺動ローラ24、25のローラ面24A、25Aが同期して相反する方向へ移動するので、光ファイバ13bはパスラインに留まることになる。
【0033】
次に、具体例を示す。例えば、d=0.245mm、R1=100.245、R2=100mm、θ1=9.976°、θ2=10°でねじり機構18を設計した。光ファイバ13bの送り速度を100m/min、両揺動ローラ24、25の往復周波数を10rpmとし、光ファイバ13bに加わる圧力を1.0N以下に設定し、第1、第2揺動ローラ24、25の表面粗さを5μm以上に設定して相反する方向へ揺動させて光ファイバ13bを線引きすると、光ファイバ13bの回転数は90.7回/minとなり、単位長さあたりのねじり回数は、0.907回/mであった。表面粗さは、光ファイバの外径の大きさよりも小さくする。
【0034】
本発明に係る光ファイバの製造方法および製造装置10は、前述した実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形、改良等が可能である。
すなわち、前述した各実施形態では、第1揺動ローラ24と第2揺動ローラ25とを1組として設け、両揺動ローラ24、25を揺動させたが、いずれか一方のみを揺動させてもよい。第2揺動ローラ25を設けずに第1揺動ローラ24のみを設けることも可能である。この場合でも、第1揺動ローラ24のローラ面24Aが円弧状凹面となっているので、光ファイバ13bは滑りにくく、確実に転動させてねじることができる。第1揺動ローラ24のみをもうける場合は、光ファイバに13bに所定の圧力で接触させる結果、図4に示すように光ファイバのパスラインが直線でなくなる。
【0035】
ねじり機構8はパスラインの方向が変わるところ(図3に示すVローラ19)に設けてもよい。この場合は、Vローラは不要となる。
図5(a)に示すように円弧状凹面24Aをもつ第1揺動ローラ24と円弧状凸面25Aをもつ第2揺動ローラ25との間に光ファイバ13bを挟みこんで第1、第2揺動ローラ24、25の両方あるいは一方を揺動させることでパスラインのぶれる量Dを少なくでき、光ファイバ13bに与える圧力が安定する。
【0036】
従来は、図5(b)に示すように、直線状の揺動面103をもつ揺動ローラ100を用いて光ファイバ101を転動させていたため、揺動ローラ100の揺動による光ファイバ101のぶれる量D'が大きく変化するために、揺動面103が光ファイバ101を押し付ける圧力が変化する。押し付ける圧力が小さくなると揺動面103と光ファイバ101との摩擦力が小さくなり、光ファイバ101が転動せずに滑ってしまうことがあった。図5(a)に示す構成においては、光ファイバ13bと第1、第2揺動ローラの摩擦力が略一定に保つことができるために、光ファイバが第1、第2揺動揺動ローラ24、25上において、滑ることが抑えられる。
【0037】
図5(c)に示すように、円弧状凹面をもつ第1揺動ローラ24のみを用いた場合においても、光ファイバ13bのぶれる量D"が従来を比べ小さく抑えることができ、第1揺動ローラ24と光ファイバ13bとの摩擦力が安定でき、光ファイバ13bを滑ることなく確実に転動させることができる。
【0038】
また、前述した実施形態においては、揺動ローラ24、25の揺動角度を一定とした場合について説明したが、揺動角度を変動させることもできる。この場合には、光ファイバの単位長さあたりのねじり回数を変動させることができる。揺動角度をランダムに変動させると、光ファイバ13bにランダムなねじりを与えることができ、偏波モード分散値を低減することができる。
【0039】
また、第1揺動ローラ24の光ファイバ13b搬送方向への回転速度を変動させることもできる。この場合には、光ファイバ13bにランダムなねじりを与えることにより、偏波モード分散値を低減することができる。
【0040】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係る光ファイバの製造方法および製造装置によれば、ねじり機構の第1揺動ローラのローラ面が円弧状凹面なので光ファイバとの間の摩擦力が一定に保持されて滑りにくいので、簡易なねじり機構により常に所定の回転力で光ファイバを効率よくねじることができることになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明に係る光ファイバの製造方法および製造装置の実施形態を示す要部斜視図である。
【図2】図2は、本発明に係る第1、第2揺動ローラの位置と光ファイバとの関係を示す断面図であり、(A)は第1、第2揺動ローラが直線上に配列された状態を、(B)は第1揺動ローラが右方向に揺動された状態を、(C)は第1揺動ローラが左方向に揺動された状態を示している。各断面は、各揺動ローラのそれぞれの回転中心を通る。
【図3】本発明に係る第1、第2揺動ローラを用いた光ファイバの製造装置の要部構成図である。
【図4】本発明に係る第1揺動ローラを用いた光ファイバの製造装置の要部構成図である。
【図5】揺動ローラによる光ファイバのぶれる量を示す断面図であり、(a)は本発明にかかる第1、第2揺動ローラを用いた場合を、(b)は従来の揺動ローラを用いた場合を、(c)は本発明に係る第1揺動ローラを用いた場合を示している。
【図6】従来の光ファイバの製造方法および製造装置におけるねじり機構を示す説明図である。
【符号の説明】
10 光ファイバの製造装置
11 光ファイバ母材
13a ガラスファイバ
13b 光ファイバ
18 ねじり機構
24 第1揺動ローラ
24A ローラ面
25 第2揺動ローラ
25A ローラ面
P 揺動中心
Claims (8)
- 光ファイバ母材から光ファイバを線引きする際に、前記光ファイバを回転させてねじりを付与する光ファイバの製造方法であって、
前記光ファイバを、第1揺動ローラの円弧状凹面のローラ面に所定の圧力で接触させて、前記円弧状凹面の中心を揺動中心として前記第1揺動ローラを揺動させることにより前記光ファイバをねじること、を特徴とする光ファイバの製造方法。 - 前記光ファイバを、前記第1揺動ローラのローラ面と、前記揺動中心を中心とする円弧状凸面のローラ面を有する第2揺動ローラのローラ面との間に所定の圧力で挟んで前記第1揺動ローラおよび/または前記第2揺動ローラを揺動させて、前記光ファイバをねじることを特徴とする請求項1に記載した光ファイバの製造方法。
- 前記第1揺動ローラと前記第2揺動ローラとが、同期して相反する方向へ揺動することを特徴とする請求項2に記載した光ファイバの製造方法。
- 前記第1揺動ローラの揺動角度を変動させることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載した光ファイバの製造方法。
- 前記第1揺動ローラの揺動速度を変動させることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載した光ファイバの製造方法。
- 光ファイバ母材から光ファイバを線引きする際に、前記光ファイバを回転させてねじりを付与するねじり機構を有する光ファイバの製造装置であって、
前記ねじり機構には、前記光ファイバが接触する円弧状凹面のローラ面を有すると共に前記円弧状凹面の中心を揺動中心として揺動可能な第1揺動ローラを有することを特徴とする光ファイバの製造装置。 - 前記ねじり機構は、前記第1揺動ローラの円弧状凹面のローラ面と一定の間隔を有し且つ前記揺動中心を中心とする円弧状凸面であるローラ面を有すると共に当該揺動中心を中心として揺動する第2揺動ローラを有することを特徴とする請求項6に記載した光ファイバの製造装置。
- 前記第1揺動ローラおよび前記第2揺動ローラの少なくとも一方のローラ面が、ゴム製であることを特徴とする請求項7に記載した光ファイバの製造装置。
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