JP5150169B2

JP5150169B2 - 光ファイバコイルおよびその製造方法

Info

Publication number: JP5150169B2
Application number: JP2007223327A
Authority: JP
Inventors: 正義鈴木; 忠生松永; 友樹古江; 健助川
Original assignee: Tomoegawa Paper Co Ltd
Current assignee: Tomoegawa Co Ltd
Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2007-08-30
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2027-08-30
Also published as: JP2008083696A

Description

本発明は、ファイバジャイロ、センサー、光アンプ、レーザー、分散補償器、非線型光学デバイス、遅延回路、ダミー回路、その他の長尺光ファイバ応用部品、余長処理具等に用いられる、省スペース化ができ、かつ低張力な光ファイバコイルおよびその製造方法に関するものである。

光ファイバをデバイスとして用いた光ファイバ型デバイスは、センサー等の用途において広く用いられている。また、エルビウム、ツリウム、プラセオジム等をドープした光ファイバアンプ、分散補償光ファイバを用いた分散補償器、あるいは非線形光学デバイスとして、光ファイバ型デバイスが注目を集めている。
光ファイバ型デバイスは光ファイバにより構成されているため、伝送路や他のデバイスとの結合性が良く、外的なノイズを受けにくく特性も安定しており、優れたデバイスとして知られている。
しかしながら、必要とする光ファイバ長が長いと、嵩張ってしまうという欠点がある。この欠点を回避するために、小径のボビン等に巻線した光ファイバコイルと呼ばれる形態で用いられる。
光ファイバコイルの一般的な作製方法は、まず最初の工程において、長い１本の単心線の表面の一部または全面に接着剤を塗布し、接着剤層を形成させる。接着剤層は、コイル巻きした時に隣接する光ファイバ同士が接着して相互に固定されるように、単心線の表面の少なくとも一部に設けるものである。
次の工程において、接着剤層が設けられた単心線が、所定の径を有するボビン等の上に、巻線機を用いてコイル巻きされる。このとき、単心線間の間隔を狭めてコイル全体をコンパクトにするために、単心線に応力をかけた状態で巻く。
そして、適当な方法を用いて接着剤層を乾燥または硬化させて、所定の巻き径、巻き幅、巻き長を有する光ファイバコイルが作製される（例えば、特許文献１参照）。

図８に、従来の光ファイバコイルの断面図を示す。
１は単心線、５はボビン、１００は従来の光ファイバコイル、Ｈは中心孔である。
図８に示すように、従来の光ファイバコイル１００は単心線１をそのままボビン５にコイル巻きしていた。

しかしながら、上記のような従来の光ファイバコイルには問題点があった。
すなわち、単心線が表面に露出しているので、僅かな応力や温度変化によって光伝送損失を生じやすく、それを防ぐために精密にコイル巻きしようとすると調整等のために時間や手間がかかり、コストが大きくなっていた。
また、コイル巻きの密度が高くなり過ぎると、単心線に必要以上の応力が加わり光伝送損失の原因となる。

特開２００３−１０７２５０号

本発明は、以上のような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とする処は、応力や温度変化による光伝送損失を生じにくく、かつ、コストも抑えることができる光ファイバコイルおよびその製造方法を提供することにある。

本発明は、下記の技術的構成により、前記課題を解決できたものである。

（１）複数の単心線が平行に配列され、該単心線が被覆部により一体的に平行に配列構成された光ファイバリボンをボビンを取り除いた形態でコイル巻きした光ファイバコイルを、該光ファイバリボン部の両端を除いて、該光ファイバコイル表面近傍を被覆するコート部で浸漬被覆してなることを特徴とする光ファイバコイル（請求項１）。
（２）前記コート部は、シリコーンゴムからなることを特徴とする前記（１）記載の光ファイバコイル（請求項２）。
（３）前記コート部は、難燃性シリコーンゴムまたはクロロプレンゴムからなることを特徴とする前記（１）記載の光ファイバコイル（請求項３）。
（４）複数の単心線を平行に配列して、該単心線を被覆部により一体的に平行に配列構成して光ファイバリボンとする工程と、該光ファイバリボンをボビンを取り除いた形態でコイル巻きして光ファイバコイルを得る工程と、該光ファイバコイルの光ファイバリボン部の両端を除いて、該光ファイバコイル表面近傍を被覆するコート部を浸漬被覆により形成する工程とを有することを特徴とする光ファイバコイルの製造方法（請求項４）。

本発明によれば、応力や温度変化による光伝送損失を生じにくく、かつ、コストも抑えることができる光ファイバコイルおよびその製造方法を提供することができる。
すなわち、予め複数の単心線が平行に配列され、被覆部により一体的に構成された光ファイバリボンを用いることで、単心線の露出を防ぎ、応力や温度変化による光伝送損失を生じにくくすることができる。また、接着剤も不要に、あるいは減らして接着剤塗布の手間を軽減できる。したがって光ファイバコイルを簡単に製造でき、コストが小さくて済む。
特に被覆コート部を設けることにより、温度サイクル評価による挿入損失が小さく、光ファイバコイル作製のための時間が余りかからない特徴がある。

上記課題を解決するために、本願発明者は、複数の単心線が平行に配列され、被覆部によりテープ状に一体的に構成された光ファイバリボンを利用して、容易に光ファイバコイルが作製されることを見出し、本願発明に到った。

図１および図２を用いて実施形態１を説明する。
図１は実施形態１の光ファイバコイルの正面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。
１は単心線、１１は８心の光ファイバリボン、１０１は実施形態１の光ファイバコイル、Ｈは中心孔、Ｓは被覆部、Ｔはコイル形状を維持するための帯である。
図１および図２に示すように、実施形態１の光ファイバコイル１０１は、従来のように単心線１をそのままコイル巻きするのではなく、予め８本の単心線１を平行に配列して、被覆部Ｓによりテープ状に一体的に光ファイバリボン１１として構成し、この光ファイバリボン１１をコイル巻きしてなる。そして、必要に応じて、光ファイバリボン１１を帯Ｔによって固定し、コイル形状を維持する。なお、帯Ｔの代わりに糸や針金等を用いてもよい。

このような構成にすることで、被覆部Ｓにより単心線１を表面に露出させることがないので、応力や温度変化による光伝送損失を生じにくくすることができる。また、単心線１毎ではなく、束になった光ファイバリボン１１を巻くのでコイル巻きの時間を短くでき、接着剤については、光ファイバリボン１１自体の重さでコイル形状を維持できれば不要になり、あるいは単心線１間はすでに一体となっているので光ファイバリボン１１間だけに塗布量を減らして接着剤塗布の手間も軽減できる。したがって光ファイバコイルを簡単に製造でき、時間的あるいは経済的なコストが小さくて済む。
そして、光ファイバリボンの両端では、被覆部Ｓを裂くことで単心線１を個別に使用することができ、さまざまな回路内で自在に配線することができる。

被覆部Ｓは、単心線１の両面を覆っていても、片面のみを覆っていてもよいが、応力や温度変化に対して光伝送損失を生じにくい点で、図２に示すように両面を被覆しているほうが好ましい。
被覆部の厚さは５００μｍ以下が好ましい。さらに好ましくは２５０μｍ以下である。５００μｍを超えると可撓性が十分でない。

被覆部Ｓの材料としては、ウレタン系、アクリル系、エポキシ系、ナイロン系、フェノール系、ポリイミド系、ビニル系、シリコーン系、ゴム系、フッ素化エポキシ系、フッ素化アクリル系樹脂等に熱可塑性接着剤、熱硬化性接着剤、常温硬化性接着剤、紫外線硬化性接着剤、電子線硬化性接着剤等を加えた種々のものが使用できる。上記被覆部Ｓの材料のなかでは、汎用性の高いアクリル系や可撓性のあるシリコーン系樹脂、なかでもシリコーンゴムが特に好ましい。

シリコーンゴムは、下記に述べる硬さが２０〜９０であり、且つ、引張り強度が１５〜８０ｋｇｆ／ｃｍ^２が好ましい。より好ましくは、硬さが２５〜７５で、且つ引張り強度が１５〜６０ｋｇｆ／ｃｍ^２のものであり、さらに好ましくは、硬さ３０〜６５で、且つ、引張り強度が１５〜５０ｋｇｆ／ｃｍ^２のものである。
シリコーンゴムの硬さが２０より低く、且つ、引張り強度が１５ｋｇｆ／ｃｍ^２より低い場合は、得られる光ファイバリボン１の側圧、捻れ等に対する強度が十分でなく、作業時において、少しの歪に対しても光ファイバリボン１の破断が起こり易くなる。
また、硬さが９０より高く、且つ、引張り強度が８０ｋｇｆ／ｃｍ^２より高い場合は、可撓性が十分でなく、コイル巻きが困難である。

なお、ここでいう「硬さ」とは、ＪＩＳＫ６２４９に規定される方法に準拠して測定される「デュロメータ硬さ」を意味する。すなわち、シリコーンゴムを用いて厚さ６ｍｍの試験片を作製し、タイプＡデュロメータにて、試験片の垂直上面より衝撃が加わらないようにデュロメータの押針を押しつけ、目盛りを読み取ることにより測定される値をいう。なお、デュロメータは、ばねを介して押し付けた時の押針の押え込み深さから硬さを求める試験機である。

また、接着剤としては、光ファイバリボン１１を巻き取ることにより生じた張力に対して、そのコイル形状を維持する接着力を有するものであれば、如何なる接着剤でも使用することができる。例えば、ウレタン系、アクリル系、エポキシ系、ナイロン系、フェノール系、ポリイミド系、ビニル系、シリコーン系、ゴム系、フッ素化エポキシ系、フッ素化アクリル系樹脂等に熱可塑性接着剤、熱硬化性接着剤、常温硬化性接着剤、紫外線硬化性接着剤、電子線硬化性接着剤等を加えた種々のものが使用できる。

次に、図３を用いて実施形態２を説明する。
図３は実施形態２の光ファイバコイルの断面図である。なお、正面図は図１と同様なので省略する。
１２は４心の光ファイバリボン、１０２は実施形態２の光ファイバコイルである。
実施形態２の光ファイバコイル１０２は、実施形態１の光ファイバコイル１０１と異なり、複数列にコイル巻きして構成される。
すなわち、図３に示すように、予め４本の単心線１を平行に配列し、被覆部Ｓにより一体的に光ファイバリボン１２として構成し、この光ファイバリボン１２を３列にコイル巻きしてなる。
このように、本発明の光ファイバコイルは複数列にコイル巻きすることもできる。

次に、図４および図５を用いて参考形態１を説明する。
図４は参考形態１の光ファイバコイルの正面図、図５は図４のＢ−Ｂ線断面図である。
６はボビン、６１は短冊状の取り出し孔、１０３は参考形態１の光ファイバコイルである。
図４に示すように、参考形態１の光ファイバコイル１０３は、ボビン６に光ファイバリボン１１をコイル巻きして構成される。
このように、本発明の光ファイバコイルはボビンにコイル巻きすることもできる。
コイル巻きする際に用いられるボビン６としては、鉄やアルミニウム等の金属や、プラスチック、ガラス等によりなるものを適宣選択して使用できる。温度変化や湿度変化による寸法変化の影響を小さくするためには、金属、ガラス、ガラス繊維やフィラーが混入されたプラスチック等が好ましい。さらに、ボビン６のサイズには特に制限はなく、光ファイバの曲げ特性やボビン設置スペースに合わせて選択することが可能である。
また、ボビン６は、鍔無しのボビン、片面に鍔を有するボビン、両面に鍔を有するボビンのいずれでもよいが、コイル形状を維持するために図５に示すような両面に鍔を有するボビンが好ましい。
そして、必要に応じてボビン６に取り出し孔６１を設けることで、光ファイバリボン１１の先端を取り出すことが可能になる。取り出し孔６１は、短冊状や楕円状等、適宜光ファイバリボン１１を取り出しやすい形状にすることができる。

次に、図６および図７を用いて実施形態３を説明する。
図６は実施形態３の光ファイバコイルの正面図であり、図７は図６のＣ−Ｃ線断面図である。
７はシリコーンゴムやナフサゴム等からなるコート部、１０４は実施形態３の光ファイバコイルである。
図６に示すように、実施形態３の光ファイバコイル１０４は、光ファイバコイルについて、光ファイバリボン１１の両端を除いて、コート部７で被覆して構成される。
コート部７による被覆により、コイル形状を固定して光伝送損失を低減することができる。また、コート部７により被覆されていない光ファイバリボン１１の両端では、被覆部Ｓを裂くことで単心線１を個別に使用することができ、さまざまな回路内で自在に配線することができる。
コート部７には、天然ゴムやナフサゴム、ブタジエンゴム等一般的な樹脂なども使用できるが、耐候性を有し、かつ光ファイバリボン１１に応力が掛かりにくい柔軟性を有するゴム系材料が好ましい。例えばシリコーンゴムやクロロプレンゴム、ブチルゴム、水素添加ニトリルゴムが挙げられる。また、コート部に白金化合物を添加したゴムや酸化チタン、酸化鉄、カーボン、金属炭酸塩などを難燃化助剤として加えたゴム、例えば難燃性シリコーンゴムまたはクロロプレンゴムを用いれば、光ファイバコイルが難燃性となり、より好ましい。

次に、本発明の光ファイバコイルの製造方法について説明する。
本発明の光ファイバコイルの製造方法は、複数の単心線を平行に配列して、被覆部Ｓにより一体的に構成して光ファイバリボンとする工程と、その光ファイバリボンをコイル巻きする工程とを有することを特徴とする。

まず、複数の単心線を平行に配列して、被覆部Ｓにより一体的に構成して光ファイバリボンとする。
被覆の方法については特に限定されるものではないが、例えば、特開２００４−２４０１５２に記載されている方法のように、平面上に配置した複数本の単心線の上に被覆材料を塗布した後、成形治具を用いて被覆材料を成形する方法などが本発明に好適に用いられる。
なお、被覆部Ｓは、単心線の両面に設けても片面のみに設けてもよいが、応力や温度変化に対して光伝送損失を生じにくい点で両面に設けることが好ましい。

そして、その光ファイバリボンをコイル巻きすることにより、本発明の光ファイバコイルが製造される。
コイル巻きにあたっては、ボビンを用いても用いなくてもよいが、形状を保ちやすいという点でボビンを用いることが好ましい。
また、コイル巻きする際には、光ファイバリボン１１に接着剤を付与し、隣接する光ファイバリボン１１同士を接着して相互に固定する方法を採用することもできる。

さらに、該光ファイバコイルについて、光ファイバリボンの両端を除いて、液状のゴム系材料や樹脂等に浸漬させ、引き上げて、乾燥・硬化させることで、光ファイバコイルを被覆するコート部７を形成することができる。
コート部７は応力に対して耐久力が極めて優れる点で、形成することが好ましい。

以上のように、本発明の光ファイバコイルの製造方法によれば、従来のように単心線１を接着剤を用いてボビン等に巻いていく方法に比べて、巻き取り時間を短くでき、接着剤も不要に、あるいは減らして接着剤塗布の手間を軽減できる。したがって光ファイバコイルを簡単に製造でき、時間的あるいは経済的なコストが小さくて済む。

＜参考例１＞
単心線１として、長さ５０メートルの単心線（古河電工社製、石英系シングルモード
光ファイバ、外径０．２５ｍｍ）８本を用いた。

そして、平面上に被覆部Ｓの材料である硬化前の常温硬化性シリコーンゴム（ＧＥ東芝シリコーン社製商品名：ＴＳＥ３９２硬さ２６引張り強さ１６ｋｇｆ／ｃｍ^２）を塗布した上に、８本平行に単心線１を配置し、さらに単心線１の上に前記常温硬化性シリコーンゴムを塗布した後、成形治具を用いて被覆材料を成形し、乾燥により硬化させて光ファイバリボン１１を得た。被覆部Ｓの厚さは１０μｍとした。

そして、巻線機を用いて光ファイバリボン１１をコイル巻きした。
巻線機は、一定速度で回転する円筒形の鉄芯と、該鉄芯に嵌めこんで固定することのできる２枚の円盤状の鍔部とからなり、鉄芯の外径は３０ｍｍ、鍔部の外径は６０ｍｍとし、２枚の鍔部の間隔は１２ｍｍとした。
前記光ファイバリボン１１の先端から１ｍの位置を鉄芯に固定し、鉄芯を回転させることによりコイル状に巻きつけ、偏らないように５列毎に折り返してコイル巻きして実施例１の光ファイバコイルを作製した。そして、鍔部を外して鉄芯から抜き取る前に、８箇所を等間隔に針金で巻いて固定した。
以上により参考例１の光ファイバコイルを作製した。

＜実施例１＞
参考例１の光ファイバコイルについて、光ファイバリボン１１の両端を除いて、該光ファイバコイルを被覆するコート部を形成した。
具体的には、参考例１の光ファイバコイルを作製した後に、光ファイバリボン１１の
両端を除いて、シリコーンゴム（ＧＥ東芝シリコーン社製商品名：ＴＳＥ３２５０）の中に浸漬させ、引き上げて、温度１００℃で２時間乾燥・硬化させることでコート部
７を形成した。
以上により実施例１の光ファイバコイルを作製した。

＜実施例２＞
参考例１の光ファイバコイルについて、光ファイバリボン１１の両端を除いて、難燃性シリコーンゴム（信越シリコーン社製商品名ＫＥ４８９０）の中に浸漬させ、引き上げて、室温で一晩乾燥・硬化させることで、コート部７を形成した。
以上により実施例２の光ファイバコイルを作製した。

＜比較例１＞
比較例として、単心線１（古河電工社製、石英系シングルモード光ファイバ、外径０．２５ｍｍ）１本をそのままコイル巻きして光ファイバコイルを作製した。
まず、単心線１の表面の全面に接着剤（紫外線硬化樹脂：大阪有機化学工業社製商品名ビスコタックＰＭ−６５４）を塗布し、接着剤層を形成した。
次に、接着剤層が設けられた単心線１を、上記巻線機を用いてコイル巻きした。
このとき、弛みが生じないように単心線１を２枚のゴムシートで挟み、応力をかけた状態でコイル巻きを行った。
そして、紫外線照射装置により照射強度２０ｍＷ／ｃｍ^２照射時間１０秒で接着剤層を硬化させて、比較例１の光ファイバコイルを作製した。

（評価方法）
実施例および比較例の光ファイバコイルを以下に示す方法で評価した。

＜挿入損失＞
それぞれの光ファイバコイルについて、光マルチパワーメータを用いて挿入損失を測定した。参考例１および実施例１の光ファイバコイルについては、８本の単心線１の値を平均化したものを測定した。

＜温度サイクル評価＞
それぞれの光ファイバコイルについて、−４０℃〜７５℃の周期を１０サイクルまでの温度サイクル試験を行い、挿入損失の最大値を測定した。

＜光ファイバコイル作製のための時間＞
それぞれの光ファイバコイルを作製する際の時間を測定した。なお、単心線１のセット及び調整の作業時間も含むものとしたが、人的作業時間の伴わないコート部７の硬化時間は含まないものとした。

評価の結果を表１に示す。

実施形態１の光ファイバコイルの正面図図１のＡ−Ａ線断面図実施形態２の光ファイバコイルの断面図参考形態１の光ファイバコイルの正面図図４のＢ−Ｂ線断面図実施形態３の光ファイバコイルの正面図図６のＣ−Ｃ線断面図従来の光ファイバコイルの断面図

実施形態１の光ファイバコイルの正面図図１のＡ−Ａ線断面図実施形態２の光ファイバコイルの断面図実施形態３の光ファイバコイルの正面図図４のＢ−Ｂ線断面図実施形態４の光ファイバコイルの正面図図６のＣ−Ｃ線断面図従来の光ファイバコイルの断面図

符号の説明

１単心線
５、６ボビン
７コート部
１１８心の光ファイバリボン
１２４心の光ファイバリボン
６１取り出し孔
１００従来の光ファイバコイル
１０１〜１０４本発明の光ファイバコイル
Ｈ中心孔
Ｓ被覆部
Ｔ帯

Claims

複数の単心線が平行に配列され、該単心線が被覆部により一体的に平行に配列構成された光ファイバリボンをボビンを取り除いた形態でコイル巻きした光ファイバコイルを、該光ファイバリボン部の両端を除いて、該光ファイバコイル表面近傍を被覆するコート部で浸漬被覆してなることを特徴とする光ファイバコイル。
前記コート部は、シリコーンゴムからなることを特徴とする請求項１記載の光ファイバコイル。
前記コート部は、難燃性シリコーンゴムまたはクロロプレンゴムからなることを特徴とする請求項１記載の光ファイバコイル。
複数の単心線を平行に配列して、該単心線を被覆部により一体的に平行に配列構成して光ファイバリボンとする工程と、該光ファイバリボンをボビンを取り除いた形態でコイル巻きして光ファイバコイルを得る工程と、該光ファイバコイルの光ファイバリボン部の両端を除いて、該光ファイバコイル表面近傍を被覆するコート部を浸漬被覆により形成する工程とを有することを特徴とする光ファイバコイルの製造方法。