JP2004191991A - 光ファイバジャイロスコープのセンサコイル巻線装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光ファイバを連続的に四極巻線状に巻線することが可能な、光ファイバジャイロスコープのセンサコイル巻線装置及び方法を提供する。
【解決手段】光ファイバ巻線装置は、支持部によって支持されている中心軸１０と、前記中心軸１０に設置され、前記中心軸１０の軸方向に往復移動することができる円筒型スプール１１と、前記中心軸１０を中心として回転できるように前記スプール１１の両側に設置され、前記スプール１１に対して互いに反対の方向に同一の速度で回転することができる一対の巻線ディスク１３、１４と、各前記ディスク１３、１４の外側部に設置され、前記スプール１１に巻線される光ファイバを半分ずつ巻いておくことが可能であり、互いに所定の間隔で離間している一対のリール１５、１６とを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、四極巻線(quadrupole winding)状に光ファイバ(optical fiber)を巻線する装置及び方法に関し、特に、光ファイバジャイロスコープに使用される光ファイバコイルの製作に適用することが可能な光ファイバジャイロスコープのセンサコイル巻線装置及び方法に関する。

光ファイバジャイロスコープに使用される光ファイバセンサコイルは、外部環境の変化による誤差を減少させるために四極巻線状に巻線しなければならない。四極巻線を形成するためには、光ファイバを半分に分け、２つのリールを用いて巻線して行かなければならない。従来の方法を説明すると、次の通りである。二分した両方の光ファイバをそれぞれ異なるリールに巻き、両方のリールに巻いてある光ファイバを解きながら、その光ファイバを回転するスプールに巻く。この際、両方のリールがいずれも固定されていると、スプールが回転する際、一方の光ファイバはスプールに巻かれ、他方の光ファイバはスプールから解ける。従って、一方のリールの光ファイバをスプールに巻くときは、他方のリールは光ファイバが巻かれるスプールの軸に固定され、スプールの軸と共に回転する。このように一つ目の層を形成した後二つ目の層を積層するためには、一つ目の層を形成するために用いたリールをスプール軸に固定し、そして、光ファイバが巻かれるスプールの軸に固定させておいたリールを分離し、その分離されたリールから光ファイバを巻き返す。このように、従来、１層を積層するたびに２つのリールのいずれか一方を光ファイバが巻かれるスプールの軸に交互に固定し、他方のリールから光ファイバをスプールに巻き返す方法を使用した。
米国特許第５３５１９００号明細書 米国特許第４８５６９００号明細書 米国特許第４７８１４６１号明細書

この方法では、１層を巻くたびに両方のリールのいずれかを、光ファイバが巻かれるスプールの軸に交互に固定しなければならないので、長い光ファイバを巻く場合は非常に不便であり、しかも１回に１層ずつしか光ファイバが巻線されないので光ファイバコイルの製造速度が遅いという問題点があった。

本発明は、かかる従来の技術の問題を解決するために、光ファイバを連続的に四極巻線状に巻線することが可能な、光ファイバジャイロスコープのセンサコイル巻線装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明の一様態によれば、光ファイバジャイロスコープのセンサコイルを形成する光ファイバを巻線する装置が提供されるが、前記装置は、支持部によって支持されている中心軸と、前記中心軸に設置され、前記中心軸の軸方向に往復移動することができる円筒型スプールと、前記中心軸を中心として回転できるように前記スプールの両側に設置され、前記スプールに対して互いに反対の方向に同一の速度で回転することができる一対の巻線ディスクと、各前記ディスク外側部に設置され、前記スプールに巻線される光ファイバを半分ずつ巻いておくことが可能であり、互いに所定の間隔で離間されている一対のリールとを含んでなることを特徴とする。

本発明の他の様態によれば、光ファイバジャイロスコープのセンサコイルを形成する光ファイバを巻線する方法が提供されるが、前記方法は、（ａ）光ファイバの半分ずつを、第１及び第２巻線ディスクにそれぞれ装着された第１リール及び第２リールに巻く段階と、（ｂ）前記各リールから延出された光ファイバを、前記第１巻線ディスクと第２巻線ディスクとの間に位置するスプールに掛ける段階と、（ｃ）前記第１リールが前記スプールの一端に合わせて位置し、前記第２リールが前記スプールの前記一端よりも前記スプールに対して外側に位置した状態で、前記第１リールの装着された第１巻線ディスクのみを第１方向に回転させ、前記第１リールに巻かれた光ファイバを前記スプールの内側に向かって巻線して第１巻線層を形成する段階と、（ｄ）前記第２リールが前記スプールの前記一端に合う位置に到達したとき、前記第２リールが装着された第２巻線ディスクを前記第１巻線ディスクと反対の方向に回転させて前記第１巻線層上に第２巻線層を同時に形成する段階と、（ｅ）前記第１巻線ディスクによって形成される第１巻線層が前記スプールの他端に到達すると、第１巻線ディスクの回転を中止し、第２巻線層が前記スプールの他端に到達するまで前記第２巻線ディスクの回転を続けて第１及び第２巻線層の形成を完了する段階と、（ｆ）前記（ｃ）ないし（ｅ）段階の反対過程を繰り返し行って前記第１及び第２巻線層上に第３及び第４巻線層を形成する段階とを含むことを特徴とする。

光ファイバの巻かれるスプールを回転させながら光ファイバを巻線する場合、一方のリールに巻いてある光ファイバを巻線する際、他方のリールに巻いてある光ファイバが解けることは回避することができない。この問題を解決するためには、光ファイバの巻かれるスプールを回転させずに光ファイバを巻かなければならない。従って、本発明では、光ファイバを解くためのリールを、スプールの両側において左右対称に位置して互いに反対の方向に回転する２つの巻線ディスクに装着し、このディスクを、互いに反対の方向に固定されたスプールに対して回転させて光ファイバを巻線する。ディスクが１回転するたびに、光ファイバの巻かれるスプールが光ファイバの太さ（直径）分だけ前進しながらスプール全体に光ファイバが巻かれる。本発明によれば、２つのリールから２つの光ファイバ層を同時にスプールに巻線することができるため、一つの光ファイバ層が巻線されるたびに供給リールを交代させなければならない従来の巻線方法に比べて迅速且つ効率的に四極巻線を形成することができる。

本発明の製作方法は、長い光ファイバを同時に２層に重ねて巻くことにより光ファイバの巻線にかかる時間を短縮することができるため、光ファイバセンサコイルの量産を図ることができる。さらに、光ファイバを解くための２つのリールを、光ファイバの巻かれるコイル軸に交互に固定させる必要がないので、リールの着脱時に光ファイバが切れる虞がなく、光ファイバにかかる引張力を常時均一に保つことができる。また、全自動で光ファイバセンサコイルの製作工程を制御して所望の長さだけの光ファイバをセンサコイルに巻くことができる。

以下、添付図面を参照して本発明に係る巻線装置と巻線方法を詳細に説明する。
図１は光ファイバを四極巻線状に巻線する際に使用される本発明の巻線装置の一実施例を示す斜視図である。巻線装置は、一つの中心軸１０に設けられたスプール１１を含む。スプール１１は光ファイバを巻線するために全体的に円筒状を有し、光ファイバの巻線範囲を制限するために両端にそれぞれ一つのテーパー状のフランジが設けられている。中心軸１０はスプール１１の両側で一対の支持部１２によって支持されている。本発明の実施例において、中心軸１０とスプール１１は支持部１２に対して回転せず、但しスプール１１が中心軸１０の軸方向に移動できるように取り付けられる。

スプール１１の両側において、一対の巻線ディスク１３、１４が、左右対称となるように中心軸１０に装着される。巻線ディスク１３、１４は駆動装置（図示せず）によって互いに反対の方向に同一の速度で回転することができる。ディスク駆動装置として通常のディスク回転装置を使用することができ、好ましくは支持部１２に内蔵することができる。各巻線ディスク１３、１４の外側部にはそれぞれ一つのリール１５、１６が装着されている。それぞれのリール１５、１６には、スプールに巻くべき全光ファイバが半分ずつ巻かれており、リール１５、１６は、好ましくは図面でボックス状に表示した張力調節装置と共にディスク１３、１４に装着される。２つのリール１５、１６は一定の間隔ｄだけ離れて配置されている。従って、ディスク１３、１４が互いに反対の方向にスプール１１に対して回転すると、ディスク１３、１４に装着されているリール１５、１６もディスク１３、１４と共に回転しながら光ファイバを解く。スプール１１は中心軸１０の軸方向に移動できるように装着されているので、ディスクが１回転するたびに、スプール１１は光ファイバの太さ（直径）分だけ移動する。それぞれのディスク１３、１４には、中心軸１０に対してリール１５、１６の装着位置と対称になる位置にバランシング部材１７、１８がそれぞれ設けられている。バランシング部材は、ディスク１３、１４が回転する際にリール１５、１６の重量によってディスク１３、１４に振動が生ずる現象を防止するためにリール組立体と同一の構造と重量を持つ。前記バランシング部材の数はディスク１３、１４当たり１つに限定されるのではなく、必要に応じては２つ以上にしてもよい。

以下、図２ａないし図２ｄに基づいて、図１の巻線装置を用いて光ファイバ四極巻線を形成する方法を説明する。まず、左リール１５及び右リール１６に巻いてある光ファイバがスプール１１に掛けられる。この際、左リール１５はスプール１１の右端に合うように配置され、右リール１６はスプール１１の右端から間隔ｄだけ離れて位置する。この状態で左ディスク１３を回転させ、リール１５に巻いてある光ファイバＬをスプール１１上に巻く。この際、右ディスク１４は動かない。光ファイバが巻かれるにつれて、スプール１１は右へ移動して図２ｂのように光ファイバの巻線先端部が左リール１５に合った状態になる。スプール１１は、外部駆動装置を用いてディスクの回転毎に一定の間隔ずつ移動させることもでき、あるいは、スプール１１に巻かれる光ファイバの張力によって中心軸１０上を滑動させることもできる。

左ディスク１３のみが回転し右ディスク１４が停止した状態で、左リール１５のみから光ファイバがスプール１１に巻線される過程は、図２ｂのように巻線部の右端が右リール１６に合う状態となるまで続けられる。図２ｂのような状態になると、左ディスク１３が引き続き回転することによりスプールの左側端に向かって光ファイバの第１層の巻線を続け、右ディスク１４が左ディスク１３と反対の方向に回転し始めて図２ｃに示すように第１層巻線上に第２層の光ファイバＲを巻線し始め、第２層の光ファイバＲは第１層巻線の如くスプールの左端に向かって巻線される。図２ｃの過程で左リール１５と右リール１６から解ける光ファイバは、スプール１１にそれぞれ第１層巻線と第２層巻線を形成しながら巻かれる。図２ｃの過程は左リール１５がスプール１１の左端に合うまで続けられる。左リール１５がスプール１１の左端に合った状態になると、図２ｄに示すように、左ディスク１３は回転を中止し、右ディスク１４のみが回転し続けて第２層巻線を形成する。右ディスク１４のみを回転させる過程は、図２ｄのように右リール１６がスプール１１の左端に合うまで続けられる。

図２ｄまでの過程が終了すると、図２ａないし図２ｄに示した過程を繰り返し行うことにより第３及び第４巻線層を形成する。言い換えれば、図２ｄの状態で、左リール１５は回転を中止し右リール１６は回転し続けてスプール１１の右へ第３巻線層を形成し始める。図２ｄの状態で右ディスク１４の回転によって巻線が引き続き行われると、第２巻線層がスプール１１の左側へ進行してスプール１１の左端のフランジによって妨げられ、巻線進行方向が逆転されてスプール１１の右端に向かって巻線層が形成され始める。したがって、第２及び第３巻線層はいずれも右リール１６から提供される光ファイバによって形成される。そして、スプール１１の左端が左リール１５に合った位置にくると、左ディスク１３が右ディスク１４と反対の方向に回転して第３巻線層上に第４巻線層を同時に形成し始める。

図３は本発明の方法によって巻線された光ファイバの巻線状態を示す断面図である。スプール１１の表面に近い最下層には左リール１５によって形成された第１巻線層が設けられ、その上には右リール１６によって形成された第２及び第３巻線層が設けられる。同一の方式で、第３巻線層上には左リール１５によって形成された第４及び第５巻線層が設けられる。

本発明において、左及び右ディスク１３、１４の回転動作はスプール１１の巻線状態を観察しながら手動で操作することができる。また、本発明の範囲内で左及び右ディスク１３、１４の回転状態を、スプール１１と巻線層の位置をセンサで感知する方式或いはリール間の間隔と光ファイバの径に応じて各ディスクの回転数を決定する方式によって自動制御することもできる。

四極巻線状に光ファイバを巻線する本発明に係る装置の斜視図。 本発明によってスプールに光ファイバコイルを巻線する過程を示す図。 本発明によってスプールに光ファイバコイルを巻線する過程を示す図。 本発明によってスプールに光ファイバコイルを巻線する過程を示す図。 本発明によってスプールに光ファイバコイルを巻線する過程を示す図。 本発明によって形成された光ファイバコイルの巻線状態を概略的に示す断面図。

符号の説明

１０…中心軸
１１…スプール
１２…支持部
１３、１４…巻線ディスク
１５、１６…リール
１７、１８…バランシング部材
Ｌ、Ｒ…光ファイバ

Claims (7)

1. 光ファイバジャイロスコープのセンサコイルを形成する光ファイバを巻線する装置において、
   支持部によって支持されている中心軸と、
   前記中心軸に設置され、前記中心軸の軸方向に往復移動することができる円筒型スプールと、
   前記中心軸を中心として回転できるように前記スプールの両側に設置され、前記スプールに対して互いに反対の方向に同一の速度で回転することができる一対の巻線ディスクと、
   各前記ディスクの外側部に設置され、前記スプールに巻線される光ファイバを半分ずつ巻いておくことが可能であり、互いに所定の間隔で離間されている一対のリールとを含んでなることを特徴とする光ファイバ巻線装置。
2. 前記スプールの両端部に、光ファイバの巻線範囲を定めるテーパー状のフランジが設けられたことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ巻線装置。
3. それぞれの前記巻線ディスクにおいて、前記中心軸に対して前記リールの装着位置の反対側位置にバランシング部材が設置されたことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ巻線装置。
4. 前記支持部内に前記巻線ディスクを回転させる駆動装置が設置されたことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ巻線装置。
5. 光ファイバジャイロスコープのセンサコイルを形成する光ファイバを巻線する方法において、
   （ａ）光ファイバの半分ずつを、第１及び第２巻線ディスクにそれぞれ装着された第１リール及び第２リールに巻く段階と、
   （ｂ）前記各リールから延出された光ファイバを、前記第１巻線ディスクと第２巻線ディスクとの間に位置するスプールに掛ける段階と、
   （ｃ）前記第１リールが前記スプールの一端に合わせて位置し、前記第２リールが前記スプールの前記一端よりも前記スプールに対して外側に位置した状態で、前記第１リールが装着された第１巻線ディスクのみを第１方向に回転させ、前記第１リールに巻かれた光ファイバを前記スプールの内側に向かって巻線して第１巻線層を形成する段階と、
   （ｄ）前記第２リールが前記スプールの前記一端に合う位置に到達したとき、前記第２リールが装着された第２巻線ディスクを前記第１巻線ディスクと反対の方向に回転させて前記第１巻線層上に第２巻線層を同時に形成する段階と、
   （ｅ）前記第１巻線ディスクによって形成される第１巻線層が前記スプールの他端に到達すると、第１巻線ディスクの回転を中止し、第２巻線層が前記スプールの他端に到達するまで前記第２巻線ディスクの回転を続けて第１及び第２巻線層の形成を完了する段階と、
   （ｆ）前記（ｃ）ないし（ｅ）段階の反対過程を繰り返し行って前記第１及び第２巻線層上に第３及び第４巻線層を形成する段階とを含むことを特徴とする光ファイバ巻線方法。
6. 前記スプールの両端にはテーパー状のフランジが設けられており、前記巻線層が前記フランジに到達すると、前記巻線層が反対方向に形成されることを特徴とする請求項５記載の光ファイバ巻線方法。
7. 前記第１及び第２巻線ディスクの回転が、センサによって測定された前記スプール及び巻線層の位置に基づいて自動制御されることを特徴とする請求項５記載の光ファイバ巻線方法。

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