JP6695379B2 - 光ファイバの巻取方法、ボビン巻き光ファイバの製造方法、光ファイバの巻取装置、および光ファイバ素線の製造方法 - Google Patents
光ファイバの巻取方法、ボビン巻き光ファイバの製造方法、光ファイバの巻取装置、および光ファイバ素線の製造方法 Download PDFInfo
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Description
1つのボビンに巻き取り可能な光ファイバの長さを長くするためには、鍔部の内側面が径方向外側に向かうに従って軸方向外側に向かうように傾斜したテーパ付きボビンを用いることが有効である。
なお本明細書では、光ファイバ裸線に被覆が設けられたものを光ファイバ素線という。また、光ファイバ裸線および光ファイバ素線を総称して「光ファイバ」という。また、ボビンに光ファイバが巻かれたものを「ボビン巻き光ファイバ」という。
巻取装置20は、図2に示すボビン8に光ファイバを巻き取る。
胴部81の外径(直径)は例えばφ300mm〜600mmであり、胴部81の軸方向における幅は例えば500mm〜1500mmである。ボビン8の材質は、特に限定されないが、アルミニウムやステンレスなどの金属材料の他、塩化ビニル樹脂やABS樹脂製などの樹脂材料などを適宜使用可能である。
本実施形態では、ボビン8の中心軸Oに沿う方向を軸方向という。また、軸方向から見て、中心軸Oに交差する方向を径方向といい、中心軸Oを中心として周回する方向を周方向という。また、鍔部82から見て、軸方向において胴部81が位置する側を軸方向内側といい、その反対側を軸方向外側という。
図1に示す紡糸部1は、光ファイバ母材Mを加熱する加熱炉(ヒータ)を備えている。紡糸部1では、光ファイバ母材Mを溶融紡糸して光ファイバ裸線を形成する紡糸工程が行われる。紡糸工程では、加熱炉内に挿入された光ファイバ母材Mを、例えば約2000℃以上に加熱して溶融させる。
冷却装置2は、光ファイバ母材Mから引き出された光ファイバ裸線を冷却する。なお、冷却装置2を用いず、自然冷却によって光ファイバ裸線を冷却してもよい。
引取部5は、光ファイバ素線を引き取る。引取部5は、例えば引取りキャプスタンであり、引取部5によって光ファイバ素線の線引き速度が決定される。線引き速度は例えば25m/sec以上である。
本実施形態では、引取速度は、紡糸工程における光ファイバ裸線の外径制御を行うために常に変動している。巻取速度は、ボビン8に巻かれる光ファイバの径方向の巻き位置(以下、巻き径という)と、ボビン8の回転数と、から換算される速度である。ボビン8の胴部81および内側面82aには光ファイバが次々と巻かれるため、巻き取られた光ファイバ分の厚さ(巻き厚)によって、巻き径が次第に大きくなっていく。
なお、ダンサー部6の構成は上記に限られず、適宜変更できる。
巻取装置20は、光ファイバをボビン8に巻き取るため、ボビン8を周方向に回転させながら、所定の速度で軸方向にボビン8を往復運動させる。これにより、最終プーリ7に対するボビン8の軸方向における位置(以下、トラバース位置という)が規則的に変化する。
回転機構Rは、ボビン取付部21と、ボビン回転用モータ22と、を有している。ボビン取付部21は、ボビン8を支持する。ボビン取付部21として、図3の例では、ボビン8の中心軸Oを貫通しボビン8を固定可能な取付け軸を用いている。ボビン回転用モータ22は、ボビン取付部21に支持されたボビン8を周方向に回転させる。
このように、製造された光ファイバは、各工程にてボビン8への巻き取りやボビン8からの繰り出しをされるため、ボビン8に適切な巻き状態で巻き取ることが重要になる。
逆テーパ巻きでは、平巻きと比較し一定量ずつ移動距離Wを増やすため、鍔部82付近での巻き崩れが発生しにくい。また、テーパ巻きとは異なり、1層当たりの光ファイバの巻き量が径方向外側に進むに従って長くなるため、より長く光ファイバをボビン8に巻き取ることができる。
以上の点を鑑みて、本願発明者らは、トラバース速度Vを高速化させつつ、巻き状態を良好にするための光ファイバの巻取方法について鋭意検討を行った。
本実施形態に係る光ファイバの巻取方法について、図4(a)〜(e)を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、固定された最終プーリ7に対してボビン8を往復運動させる場合を説明するが、ボビン8を固定して最終プーリ7を往復運動させる場合も、動作は同様である。
次に、図4(b)に示すように、第2境界位置B2まで光ファイバを巻き取る。図4(b)において白丸で示す光ファイバの層を、2巻目とする。すなわち、2巻目とは、1往復目の復路でボビン8に巻かれた光ファイバを指す。図4(b)では、巻きピッチを光ファイバの外径の2倍としたため、1巻目(黒丸)の間に2巻目(白丸)が配置されている。
図4(c)に、4巻目(2往復目の復路)まで光ファイバを巻き取った状態のボビン8を示す。3〜4巻目の光ファイバは、1〜2巻目の光ファイバの上に積み上がるため、移動距離Wを増やす必要があると考えられる。
しかしながら、本実施形態では、後述の遅れ角度θを適切に設定することにより、往復運動の反転ごとに移動距離Wを増加させる必要がない。このため、4巻目まで巻き取った際にも、移動距離Wは増加させていない。
「落ち込み」は、図5(a)に示すように、1つの層における反転位置が理想的な位置よりも軸方向内側となることで、当該層の軸方向端部と内側面82aとの間に軸方向の隙間Sが生じてしまうことにより発生する。このような隙間Sが生じると、その次の層における軸方向端部が当該隙間Sに入り込む(落ち込む)。このため、落ち込みが生じた場合は、ある層の軸方向中央部に対して、当該層の軸方向端部が径方向内側に位置することになる。
これらの現象が発生すると、ある層における径方向の位置が軸方向で不均一になり、その結果として巻き崩れが生じやすくなる。
遅れ角度θは、ボビン8に巻き取られる光ファイバのパスライン(最終パスライン)の、中心軸Oに直交する平面Pに対する傾きである。(図4(a)〜(d)参照)遅れ角度θ(rad)は、トラバース速度V(mm/秒)と、ボビン8への光ファイバの巻き位置から最終プーリ7までの径方向における距離L(mm)と、により、数式(1)から算出される。
θ=arctan(V/L)・・・(1)
距離Lは、光ファイバを胴部81に巻き始める時には、胴部81の外周面から最終プーリ7までの径方向における距離となる。光ファイバが胴部81に巻かれ、巻き径が大きくなるに従い、距離Lは小さくなる。
テーパ付きのボビン8では、光ファイバの巻き量の増加に合わせて反転位置を一定の頻度で軸方向外側に更新する必要がある。ここで、反転位置の更新の頻度について、図6(a)、(b)を用いて説明する。図6(a)、(b)の横軸は時間を表しており、縦軸はトラバース位置を表している。なお、図6(a)のグラフは、先述の図4(a)〜(d)の動作に対応している。
ここで時間T3、T4では、トラバース位置が再び境界位置B1、B2に到達しているが、本実施形態では時間T3、T4における反転位置を境界位置B1、B2から変更していない。そして、時間T5において初めて反転位置を変更しており、反転位置をトラバース移動量W2だけ軸方向外側に移動させている。
下記の巻き取り条件における「ボビンのテーパ角度」とは、平面Pに対する内側面82aの軸方向外側への傾きである。
「巻き終わりでの距離L」は、目的の長さまで光ファイバをボビン8に巻き取った時の、光ファイバの巻き位置から最終プーリ7までの径方向における距離である。ボビン8に光ファイバを巻くと、胴部81に巻かれた光ファイバの巻厚み分だけ距離Lが狭まるため、巻き終わりでの距離Lは、巻き始めでの距離Lよりも短くなっている。
「巻き始めでの遅れ角度θ」および「巻き終わりでの遅れ角度θ」は、数式(1)に、それぞれの距離Lとトラバース速度Vを代入し算出した値である。
光ファイバの製造装置10を用い、光ファイバの紡糸および巻き取りを行った。用いた光ファイバ母材Mの大きさは、紡糸長で3000kmに相当する。製造された光ファイバの外径は0.25mmであった。
・巻き取り条件
ボビンのテーパ角度:30°
トラバース速度V:4mm/秒
巻き始めでの距離L:800mm
巻き終わりでの距離L:600mm
巻き始めでの遅れ角度θ:0.0050rad
巻き終わりでの遅れ角度θ:0.0067rad
反転位置の更新頻度:往復運動2回毎に1回(N=2)
トラバース移動量W2:0.2mm
最小トラバース移動量:0.05mm
実施例2は、実施例1と巻き取り条件が異なる。その他の条件は、実施例1と同様の条件であるため、説明を省略する。
・巻き取り条件
ボビンのテーパ角度:30°
トラバース速度V:25mm/秒
巻き始めでの距離L:335mm
巻き終わりでの距離L:250mm
巻き始めでの遅れ角度θ:0.0745rad
巻き終わりでの遅れ角度θ:0.0997rad
反転位置の更新頻度:往復運動5回毎に1回(N=5)
トラバース移動量W2:0.5mm
最小トラバース移動量:0.005mm
実施例3は、実施例1と巻き取り条件が異なる。その他の条件は、実施例1と同様の条件であるため、説明を省略する。
・巻き取り条件
ボビンのテーパ角度:30°
トラバース速度V:10mm/秒
巻き始めでの距離L:200mm
巻き終わりでの距離L:150mm
巻き始めでの遅れ角度θ:0.0500rad
巻き終わりでの遅れ角度θ:0.0667rad
反転位置の更新頻度:往復運動3回毎に1回(N=3)
トラバース移動量W2:0.3mm
最小トラバース移動量:0.0025mm
実施例4は、逆テーパボビンに巻かれた3000kmの光ファイバを巻き返し、300km毎に切り割りながらボビンに巻き返しを行った。その他の条件は、実施例1と同様の条件であるため、説明を省略する。
・巻き取り条件
ボビンのテーパ角度:45°
トラバース速度V:4mm/秒
巻き始めでの距離L:800mm
巻き終わりでの距離L:600mm
巻き始めでの遅れ角度θ:0.0050rad
巻き終わりでの遅れ角度θ:0.0067rad
反転位置の更新頻度:往復運動5回毎に1回(N=5)
トラバース移動量W2:0.65mm
最小トラバース移動量:0.005mm
実施例5は、実施例1と巻き取り条件が異なる。その他の条件は、実施例1と同様の条件であるため、説明を省略する。
・巻き取り条件
ボビンのテーパ角度:30°
トラバース速度V:20mm/秒
巻き始めでの距離L:400mm
巻き終わりでの距離L:200mm
巻き始めでの遅れ角度θ:0.0500rad
巻き終わりでの遅れ角度θ:0.0997rad
反転位置の更新頻度:往復運動2回毎に1回(N=2)
トラバース移動量W2:0.2mm
最小トラバース移動量:0.0025mm
実施例6は、実施例1と巻き取り条件が異なる。その他の条件は、実施例1と同様の条件であるため、説明を省略する。
・巻き取り条件
ボビンのテーパ角度:30°
トラバース速度V:8mm/秒
巻き始めでの距離L:400mm
巻き終わりでの距離L:250mm
巻き始めでの遅れ角度θ:0.0200rad
巻き終わりでの遅れ角度θ:0.0320rad
反転位置の更新頻度:往復運動4回毎に1回(N=4)
トラバース移動量W2:0.8mm
最小トラバース移動量:0.0025mm
比較例1は、実施例1と巻き取り条件が異なる。また、反転位置の更新頻度、トラバース移動量W2を変更し、2つの反転位置の更新の条件A、Bでそれぞれボビン8に光ファイバを巻き取った。その他の条件は、実施例1と同様の条件であるため、説明を省略する。
・巻き取り条件
ボビンのテーパ角度:30°
トラバース速度V:3mm/秒
巻き始めでの距離L:650mm
巻き終わりでの距離L:610mm
巻き始めでの遅れ角度θ:0.0046rad
巻き終わりでの遅れ角度θ:0.0049rad
(反転位置の更新の条件A)
反転位置の更新頻度:往復運動2回毎に1回(N=2)
トラバース移動量W2:0.2mm
(反転位置の更新の条件B)
反転位置の更新頻度:往復運動5回毎に1回(N=5)
トラバース移動量W2:0.5mm
最小トラバース移動量:0.05mm
比較例2は、比較例1と巻き取り条件が異なる。その他の条件は、比較例1と同様の条件であるため、説明を省略する。
・巻き取り条件
ボビンのテーパ角度:30°
トラバース速度V:4mm/秒
巻き始めでの距離L:800mm
巻き終わりでの距離L:600mm
巻き始めでの遅れ角度θ:0.0050rad
巻き終わりでの遅れ角度θ:0.0067rad
(反転位置の更新の条件C)
反転位置の更新頻度:往復運動1回毎に1回(N=1)
トラバース移動量W2:0.1mm
(反転位置の更新の条件D)
反転位置の更新頻度:往復運動6回毎に1回(N=6)
トラバース移動量W2:0.6mm
最小トラバース移動量:0.05mm
比較例3は、比較例1と巻き取り条件が異なる。その他の条件は、比較例1と同様の条件であるため、説明を省略する。
・巻き取り条件
ボビンのテーパ角度:30°
トラバース速度V:30mm/秒
巻き始めでの距離L:350mm
巻き終わりでの距離L:280mm
巻き始めでの遅れ角度θ:0.0855rad
巻き終わりでの遅れ角度θ:0.1067rad
(反転位置の更新の条件E)
反転位置の更新頻度:往復運動1回毎に1回(N=1)
トラバース移動量W2:0.1mm
(反転位置の更新の条件F)
反転位置の更新頻度:往復運動6回毎に1回(N=6)
トラバース移動量W2:0.6mm
最小トラバース移動量:0.005mm
比較例4は、比較例1と巻き取り条件が異なる。その他の条件は、比較例1と同様の条件であるため、説明を省略する。
・巻き取り条件
ボビンのテーパ角度:30°
トラバース速度V:40mm/秒
巻き始めでの距離L:350mm
巻き終わりでの距離L:280mm
巻き始めでの遅れ角度θ:0.1138rad
巻き終わりでの遅れ角度θ:0.1419rad
(反転位置の更新の条件G)
反転位置の更新頻度:往復運動2回毎に1回(N=2)
トラバース移動量W2:0.1mm
(反転位置の更新の条件H)
反転位置の更新頻度:往復運動5回毎に1回(N=5)
トラバース移動量W2:0.5mm
最小トラバース移動量:0.005mm
なお、表1の「N」は、反転位置の更新頻度を表している。例えば実施例1では、往復運動を2回行うごとに、反転位置を更新しているため、N=2と表示している。
また、表1の「L初期」および「θ初期」はそれぞれ、巻き始めでの距離Lおよび巻き始めでの遅れ角度θを表している。また表1の「L終わり」および「θ終わり」はそれぞれ、巻き終わりでの距離Lおよび巻き終わりでの遅れ角度θを表している。
「結果」では、製造したボビン巻き光ファイバの巻き状態が良好であった場合にOK(良好)を表示し、巻き状態に巻き乱れがあった場合にNG(不良)を表示している。
しかしながら、N=1または6であった比較例2、3では、遅れ角度θの値によらず、良好な巻き状態のボビン巻き光ファイバを得ることができなかった。
また、比較例1、4では、N=2または5であり、遅れ角度θが0.0049以下または0.1138以上であったが、良好な巻き状態のボビン巻き光ファイバを得ることができなかった。
遅れ角度θ(rad)が、実施例1では0.0050であり、比較例1では0.0049であった。また、実施例2、および5では、0.0997であり、比較例4では0.1138であった。このことから、遅れ角度θ(rad)は0.0050以上0.1000以下であることが好ましい。
さらに、比較例2、3の結果から、遅れ角度θ(rad)は0.0050以上0.1000以下で、かつ反転位置の更新の頻度が2回以上5回以下であることが望ましい。
遅れ角度θを上述の範囲内とすることで、微細な巻きの乱れが発生した時にも、光ファイバがバランスよく安定する場所に自動で転がる自由度を光ファイバに与えることができるため、巻き状態を良好にすることができる。
鍔部82の内側面82aが傾斜しているテーパ付きのボビン8では、光ファイバの巻き量の増加に合わせて、内側面82a上に巻かれる光ファイバの巻き位置を制御する必要がある。反転位置の更新の頻度を上記範囲内とすることで、鍔部82付近において、光ファイバがバランスよく安定する場所に自動で転がる自由度を光ファイバに与えることができるため、巻き状態を良好にすることができる。
これにより、巻き状態の良好なボビン巻き光ファイバを製造することができる。
これにより、上述の作用効果を得ることができる。
Claims (6)
- 胴部と、前記胴部の軸方向における両端部に設けられた鍔部と、を有し、前記鍔部の内側面が径方向外側に向かうに従って前記軸方向外側に向かうように傾斜したボビンを用いて光ファイバを巻き取る巻取工程を有し、
前記光ファイバを前記ボビンへ導く最終プーリと前記ボビンとは、前記軸方向に沿ってトラバース速度V(mm/秒)で相対的に往復運動を行い、
前記最終プーリから前記ボビンに巻き取られる前記光ファイバのパスラインは、前記ボビンの中心軸に直交する平面に対して、前記最終プーリから前記光ファイバが離れる離隔点を中心として、前記ボビンに前記光ファイバが巻き取られる巻取点が前記トラバース速度Vで前記ボビンに対して前記最終プーリが相対的に進行する方向における前記離隔点の後方に位置するように遅れ角度θ(rad)まで傾いており、
前記遅れ角度θは、前記ボビンへの前記光ファイバの巻き位置から前記最終プーリまでの径方向における距離をL(mm)とするとき、θ=arctan(V/L)から算出され、0.0050≦θ≦0.1000を満たす、光ファイバの巻取方法。 - 前記往復運動をN回行うごとに、それぞれの前記鍔部において前記往復運動における移動方向を反転させる反転位置を前記軸方向外側に更新させ、
前記Nは2以上5以下の自然数である、請求項1に記載の光ファイバの巻取方法。 - 前記遅れ角度θが0.0050≦θ≦0.0500を満たし、
前記Nが3以上5以下の自然数である、請求項2に記載の光ファイバの巻取方法。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の光ファイバの巻取方法を用いて、前記ボビンに前記光ファイバを巻き取ることで、ボビン巻き光ファイバを得る工程を有する、ボビン巻き光ファイバの製造方法。
- 胴部と、前記胴部の軸方向における両端部に設けられた鍔部と、を有し、前記鍔部の内側面が、径方向外側に向かうに従って前記軸方向外側に向かうように傾斜したボビンを取り付けるボビン取付部と、
光ファイバを前記ボビンへ導く最終プーリと、
前記ボビンと前記最終プーリとを、前記軸方向に沿ってトラバース速度V(mm/秒)で相対的に往復運動させるトラバース機構と、を備え、
前記最終プーリから前記ボビンに巻き取られる前記光ファイバのパスラインは、前記ボビンの中心軸に直交する平面に対して、前記最終プーリから前記光ファイバが離れる離隔点を中心として、前記ボビンに前記光ファイバが巻き取られる巻取点が前記トラバース速度Vで前記ボビンに対して前記最終プーリが相対的に進行する方向における前記離隔点の後方に位置するように遅れ角度θ(rad)まで傾いており、
前記遅れ角度θは、前記ボビンへの前記光ファイバの巻き位置から前記最終プーリまでの径方向における距離をL(mm)とするとき、θ=arctan(V/L)から算出され、
前記トラバース機構は、0.0050≦θ≦0.1000を満たすように、前記ボビンまたは前記最終プーリを往復運動させる、光ファイバの巻取装置。 - 光ファイバ母材を溶融紡糸して光ファイバ裸線を形成する紡糸部と、
前記光ファイバ裸線の外周に被覆層を設けて光ファイバ素線を形成する被覆部と、
前記光ファイバ素線を引き取る引取部と、
請求項5に記載の光ファイバの巻取装置と、を備える、光ファイバ素線の製造装置。
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