JP2004099350A - 光ファイバの製造装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】揺動ローラ表面上を光ファイバが滑らず、該光ファイバに充分な捻りを付与することのできる光ファイバの製造装置および製造方法を提供することを目的とする。
【課題手段】本発明の光ファイバの製造装置は、光ファイバ母材から光ファイバを線引きするときに、揺動ローラを揺動させることにより光ファイバに捻りを付与しながら該光ファイバを線引きする光ファイバの製造装置および製造方法であって、揺動ローラの表面に凹凸を有する。表面に凹凸を有する揺動ローラを揺動させることにより光ファイバのガラス部分に捻りを付与する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバに捻りを付与しながら光ファイバ母材から光ファイバを線引きする製造装置および製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ母材の一端を加熱、軟化させて光ファイバを線引きするときに、一般的には、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は、わずかに楕円または歪んだ円形となる。このため、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ように、光ファイバに捻りを付与して長尺の光ファイバ全体の偏波分散を改善する方法がある。前記公報では、図８に示すように揺動ローラ１００を揺動させて該ローラ表面１０３で光ファイバ１０１を転動させ、揺動ローラの横に設置された固定ローラ１０２で光ファイバの転動を防止して、光ファイバ１０１に時計回り（＋方向）の捻りと半時計回り（−方向）の捻りを交番的に光ファイバに付与することが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
揺動ローラ表面上で光ファイバが滑ってしまうと、揺動ローラが揺動しているにも拘わらず光ファイバに充分な捻りが付与されない場合がある。捻りが充分でない光ファイバの偏波分散は大きくなってしまう。
本発明は、光ファイバに充分な捻りを付与することのできる光ファイバの製造装置および製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ファイバの製造装置は、光ファイバ母材から光ファイバを線引きするときに、揺動ローラを揺動させることにより光ファイバに捻りを付与しながら該光ファイバを線引きする光ファイバの製造装置であって、揺動ローラの表面に凹凸を有することを特徴とする。
【０００６】
本発明の光ファイバの製造方法は、光ファイバ母材から光ファイバを線引きする光ファイバの製造方法であって、表面に凹凸を有する揺動ローラを揺動させることにより光ファイバのガラス部分に捻りを付与することを特徴とする。
【０００７】
本発明では、揺動ローラの表面に凹凸を付けたので、前記揺動ローラを揺動させたときに光ファイバが凸部を乗り越えながら前記揺動ローラの表面上を移動する。光ファイバは、凸部を乗り越えるときに該凸部に引っかかって回転するので、前記凹凸により光ファイバに捻りが確実に付与され、充分な捻りが付与された光ファイバを製造することができる。
【０００８】
ローラの表面性状パラメータである算術平均高さＲａが製造される光ファイバの外径の２％以上１２．５％以下でありかつ凹部の幅が前記光ファイバの外径の２％以上４０％以下であるような凹凸であると、光ファイバが揺動ローラ表面を移動するときに凸部に引っかかり転動し易くなる。前記算術平均高さＲａの定義はＪＩＳＢ０６０１：２００１による。
【０００９】
前記凹凸の形状は、例えば、揺動ローラの回転軸および揺動軸を含む断面において三角波形状または矩形波形状であると、光ファイバが揺動ローラ表面を移動するときに凸部に引っかかり転動し易くなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図６を参照して本発明に係る光ファイバの製造装置および方法について説明する。まず光ファイバ母材１１を線引炉に入れ、ヒータ１２によって、該母材１１の下端を加熱、軟化して、ガラスファイバ１３ａを線引する。ガラスファイバ１３ａは、後述するように捻りが付与される。外径測定器１４によりガラスファイバ１３ａの外径を測定する。この測定結果は図示しない制御部に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。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により樹脂が塗布される。硬化装置１７により前記樹脂が硬化され、ガラスファイバ１３ａに密着した樹脂被膜が形成される。
樹脂被膜が形成された光ファイバ１３ｂは揺動ローラ１８により回転させられ、母材溶融部１１ａが捻られる。こうして捻りが付与されたガラスファイバ１３ａが線引きされる。樹脂被膜自体には捻りが付与されない。光ファイバ１３ｂは、固定ローラ１９で転動が防止される。すなわち光ファイバ１３ｂが転動するのは揺動ローラ１８と固定ローラ１９の間とされる。光ファイバ１３ｂは、ガイドローラ２０、２１を経て巻き取り機２２により巻き取られる。
【００１１】
図６に示すようにパスラインの向きが変更される位置に揺動ローラ１８を設けるのが望ましい。揺動ローラが光ファイバに及ぼす抗力が大きくなって摩擦力も大きくなり、光ファイバが揺動ローラ表面を転動し易くなるからである。これと同様に、図７に示すように、揺動ローラが光ファイバのパスラインを押し曲げるようにするのも望ましい。図７では揺動ローラ１８から上流の光ファイバ１３ｂのパスラインを鉛直方向から曲げている以外は図６と同じである。
【００１２】
揺動ローラ１８は、図５に示すように、回転軸１を中心として回転し、揺動軸２を中心として揺動（首振り運動）する。図６での揺動軸２の回りの矢印は揺動軸を中心として揺動ローラ１８が揺動することを表す。
揺動ローラが基準の位置（θ＝０度）にある状態を図３に示す。
揺動ローラが揺動軸を中心としてθだけ回転した状態を図４に示す。図４（ａ）は図３（ａ）と同じ方向から見た図であり、図４（ｂ）は図３（ｂ）と同じ方向から見た図である。光ファイバ１３ｂに張力Ｔがかかると揺動ローラにはＴ’の力がかかる。この状態を図４（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である図４（ｂ）でみると、光ファイバにＴ’の大きさの力が掛かっており、光ファイバにはローラの表面に沿った方向にＦ＝Ｔ’ｓｉｎθの力Ｆがかかる。この力Ｆにより、光ファイバ１３ｂはローラ表面６上を移動しようとし、このとき光ファイバ１３ｂとローラ表面６との間に力Ｆと逆向きに摩擦力が働く。この摩擦力により光ファイバ１３ｂはローラ表面３上を転動（回転しながら移動）する。
【００１３】
揺動ローラが揺動する範囲を−θ〜＋θとすると、θは５度以上４０度以下とするとよい。図４（ｂ）に示すように、揺動ローラがθだけ揺動すると、光ファイバ１３ｂが揺動ローラ１８のローラ表面６を転動する結果、光ファイバ１３ｂが基準（θ＝０度）の位置１３ｂ’からずれる。すなわち光ファイバ１３ｂのパスラインがぶれる。θが４０度より大きくなるとこのずれが大きくなりすぎ、光ファイバをその外径が一定範囲にあるようにして生産することが困難である。θが５度より小さくなると光ファイバ１３ｂが回転する回数が少なくなり光ファイバ１３ｂに付与される捻りが不十分となる。
【００１４】
本発明では、図１に示すように揺動ローラ１８のローラ表面６に凹凸を設ける。ローラ表面６の表面性状パラメータの一つである算術平均高さＲａは回転させる光ファイバの外径の２％以上１２．５％以下とし、凹部４の幅ｗは回転させる光ファイバ１３ｂの外径の５％以上４０％以下とするとよい。Ｒａが前記光ファイバの径の５％より小さいと光ファイバがローラ表面を滑るようになり付与される捻りが少なくなってしまう。Ｒａが前記光ファイバの径の１２．５％（８分の１）より大きいと光ファイバが凹部に潜り込んでしまいローラ表面を転動しなくなる。前記幅ｗが前記光ファイバの径の５％未満となると光ファイバに付与される捻りが少なくなる。前記幅ｗが前記光ファイバの径の４０％より大きくなるとローラ表面において凸部が占める割合が少なくなり光ファイバに付与される捻りが少なくなる。
【００１５】
凸部３の形状は、図１（ａ）に示すように矩形波形状でもよく、図１（ｂ）に示すように三角波形状でもよい。三角波形状である場合は、凸部４の斜面５の算術平均高さＲａが２μｍ以上であって回転させる光ファイバの径の１２．５％以下とすると、光ファイバが該斜面を滑って移動することがないのでよい。
この揺動ローラ１８をを揺動させると、前述のように光ファイバ１３ｂに力Ｆがかかり、光ファイバ１３ｂはローラ表面６を移動する。このとき光ファイバ１３ｂは凸部３を乗り越えて移動するが、凸部３が光ファイバ１３ｂに引っかかり、光ファイバ１３ｂが確実に転動する。
凹部４の間隔ｐまたは凸部３の間隔ｑは一定でなくてよいが、光ファイバ１３ｂが確実に転動するという点で、光ファイバ１３ｂの外径の５％以上４０％以下とするのが好ましい。
【００１６】
ローラ表面６全体の形状は、図２（ａ）に示すように平面状でもよく、図２（ｂ）に示すように鼓状（凹状）でもよく、図２（ｃ）に示すように太鼓状（凸状）でもよい。
前述したように、ローラ表面６を光ファイバ１３ｂが転動する結果、光ファイバ１３ｂのパスラインがぶれる。パスラインがぶれると光ファイバにかかる揺動ローラ表面からの摩擦力が変化する。摩擦力が変化して小さくなると光ファイバがローラ表面上を滑り易くなるので、光ファイバが安定してローラ表面上を転動するにはパスラインのぶれが小さく摩擦力が変化しないことが望ましい。揺動ローラの全体形状が鼓状であれば、光ファイバがパスラインからずれる量が小さくなるので、光ファイバが揺動ローラ表面上を安定して転動する。
揺動ローラを太鼓状とした場合、揺動ローラが揺動したときに光ファイバがローラ表面から離れないように、図２（ｃ）におけるローラ表面の曲率半径を設定するか、図７に示すように揺動ローラ１８によりパスラインを押し曲げることが望ましい。
【００１７】
（実施例）
径が１００ｍｍの揺動ローラを使用して、シングルモード光ファイバを線引きした。線引速度は６００ｍ／分、張力は１００ｇとした。揺動角度は−１０度〜＋１０度、揺動回数（０度→＋１０度→−１０度→０度までを１回と数える）は５０回／分とした。母材の外径は７０ｍｍとし、ガラスファイバの径を１２５μｍ、被覆後の光ファイバの径を２４５μｍとした。ローラ表面の算術平均高さＲａを５．２μｍとし、凹部の平均の幅を５μｍとした。
こうして線引きされた長さ１０００ｍの光ファイバ３０本をそれぞれ緩く巻いた状態として偏波分散（ＰＭＤ）を測定した。測定されたＰＭＤ値を０．０１ｐｓ／ｋｍ^１／２幅の群に振り分けた。群毎の頻度を表したヒストグラムを図９に示す。図９には、本実施例の結果を黒塗りの棒で示している。本実施例では、３０本の光ファイバのＰＭＤの平均値は０．０５９ｐｓ／ｋｍ^１／２であり、標準偏差は０．０３４ｐｓ／ｋｍ^１／２であった。光ファイバに付与される捻りの平均値は１ｍあたり９．３回となった。
（比較例）
ローラ表面のＲａを１．５μｍ、凹部の平均の幅を１．５μｍとした。それ以外は実施例と同じとしてシングルモード光ファイバを線引きした。
実施例１と同様に３０本の光ファイバそれぞれについてＰＭＤを測定し、ヒストグラムを得た。図９には、本比較例の結果を白塗りの棒で示している。３０本の光ファイバのＰＭＤの平均値は０．１２５ｐｓ／ｋｍ^１／２であり、標準偏差は０．０５５ｐｓ／ｋｍ^１／２であった。光ファイバに付与される捻りの平均値は１ｍあたり３．９回となった。
【００１８】
上記の結果から分かるように、本発明により製造される光ファイバの偏波分散は小さく（平均値で半分以下となる）、そのばらつきも小さい（約６０％となる）。
【００１９】
【発明の効果】
本発明により、充分に捻りが付与されていて偏波分散の小さい光ファイバを歩留まりよく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の揺動ローラを例示する図である。揺動ローラの回転軸および揺動軸を含む断面図である。
【図２】本発明の揺動ローラ表面の全体形状を示すである。揺動ローラの回転軸および揺動軸を含む断面図である。
【図３】揺動ローラが基準の位置にある状態を示す図である。
【図４】揺動ローラが基準の位置から角度θだけ揺動した状態を示す図である。図４（ａ）ではローラ表面の凹凸の図示を省略する。
【図５】本発明の揺動ローラの斜視図である。
【図６】本発明の光ファイバの製造装置を示す図である。
【図７】本発明の光ファイバの製造装置を示す図である。
【図８】従来の揺動ローラを示す図である。
【図９】本実施例と比較例で測定された偏波分散（ＰＭＤ）の頻度を表すヒストグラムである。
【符号の説明】
１：回転軸
２：揺動軸
３：凸部
４：凹部
５：凸部の斜面
６：ローラ表面
１０：線引炉
１１：光ファイバ母材
１２：ヒータ
１３：ガラスファイバ
１４：外径測定器
１５：冷却装置
１６：塗布装置
１７：硬化装置
１８：揺動ローラ
１９：固定ローラ
２０、２１：ガイドローラ
２２：巻き取り機

Claims (4)

1. 光ファイバ母材から光ファイバを線引きするときに、揺動ローラを揺動させることにより光ファイバに捻りを付与しながら該光ファイバを線引きする光ファイバの製造装置であって、揺動ローラは表面に凹凸を有することを特徴とする光ファイバの製造装置。
2. 前記凹凸は、算術平均高さＲａが製造される光ファイバの外径の２％以上１２．５％以下でありかつ凹部の幅が前記光ファイバの外径の２％以上４０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの製造装置。
3. 前記凹凸は、三角波形状または矩形波形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバの製造装置。
4. 光ファイバ母材から光ファイバを線引きする光ファイバの製造方法であって、表面に凹凸を有する揺動ローラを揺動させることにより光ファイバのガラス部分に捻りを付与することを特徴とする光ファイバの製造方法。

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