JP2004502982A - 可変張力ファイバ巻取 - Google Patents
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Abstract
光ファイバをスプールに巻回する方法が開示される。方法は、パック半径が約６．３５ｍｍ（０．２５インチ）変化する毎に横荷重の百分率の変化が約−３．４％より大きくなるように、ファイバがスプールに蓄積されるにつれてファイバに付加される目標張力を変化させることを含む。また、開示された発明は、パック半径の変化毎の横荷重の変化が、約−１８．０Ｎ／ｍ２より大きい量を含むように目標張力を変化させることを含む。加えて本発明は、スプールにファイバが蓄積されるにつれて、スプールにファイバを巻回する最後にスプールに付加される目標張力が少なくとも約０．１％か、或いはスプールにファイバを巻回する開始時の目標張力より大きくなるように、光ファイバに付加される目標張力を変化させることを含む。
Description
【０００１】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、一般的に光ファイバに関し、特に、スプールに光ファイバを巻回する方法に関する。
【０００２】
２．技術的背景
線引工程によって製造された光ファイバ（以下「ファイバ」）は、容易に輸送できるユニットに梱包されねばならない。典型的には、これはスプールにファイバを巻回することによってなされる。ファイバは、ファイバ製造の中間の工程および／または試験工程との間を移送するようにスプールに保管してもよく、或いはスプールの状態で得意先に出荷してもよい。ファイバ製造設備において、ファイバは試験のためにスプールから巻戻される。ファイバは、また、顧客によって、光ファイバケーブルを製造する工程で巻戻される。従って、スプールに巻回されたファイバの巻取品質は重要であり、ファイバに破損やどのような種類の汚損もなく、ファイバをスプールから引き出すこと（別名、巻出（ｐａｉｄ ｏｆｆ））ができるようでなければならない。
【０００３】
典型的には、ファイバは一定の巻取張力のもとにスプールに巻回される。巻取張力は、ファイバがスプールに巻回されるときのファイバ内の張力荷重と称される。これは、ファイバ巻取経路内でダンサプーリ（ｄａｎｃｅｒ ｐｕｌｌｅｙ）を移動させることによってなされ、巻取経路を通るファイバ長がどんなに増減しても、ファイバへの一定の張力が維持される。プーリは、ファイバに張力を発生する方向性を持った力を付勢する。
【０００４】
巻取張力が低いと、巻取品質が低下する虞がある。巻取の欠陥には、緩い巻取や犬の骨（ｄｏｇｂｏｎｅ）がある。緩い巻取の場合、ファイバはスプールの周囲に確実に巻回されず、スプールから容易に解け、および／またはスプール上で移動して、ファイバの巻出工程を妨げる虞がある。
【０００５】
巻取中に生じ得る、ファイバ巻取の他の欠陥は「犬の骨」である。犬の骨は、スプールの表面全体に亘り巻回されたファイバと比較して、ファイバの開始時にスプールのフランジの一方或いは両方で過度に蓄積された時に生じる。これはスプールのフランジの両方で同時に発生することが多い。
【０００６】
他方、高すぎる張力は、ファイバに形成された被覆層の過度の変形を生じることがある。ファイバ被覆の回復不可能な変形は、一般に「フラットスポット」と称される。これは、ファイバが、ファイバ線引工程中に高すぎる張力のもとで巻回されたときに典型的に生じる。ファイバ線引時の巻取中に、ファイバ被覆は、なお依然として柔軟である可能性がある。スプール上のファイバの層間の圧力は、張力をかけてファイバを巻回することから生じるが、２つ以上のファイバ間の接触点で被覆の変形を引き起こす可能性がある。圧力が十分高いと、被覆の弾性変形の限界をこえて、回復不可能なフラットスポットが形成される。過度に高い張力のもとでファイバを巻回すると、ファイバの破損を生じる虞もある。
【０００７】
発明の概要
本発明の１つの態様は、スプールにファイバを巻回する方法である。この方法は、光ファイバがスプールに蓄積されるに従い、横荷重の百分率変化がパック半径約の約６．３５ｍｍ（約０．２５インチ）の変化毎に約−３．４％より大きくなるように、光ファイバに加わる目標張力を変化させる工程を有する。本発明の態様は、また、光ファイバがスプールに蓄積されるに従って、パック半径の変化毎の横荷重の変化が約−１８．０Ｎ／ｍ２より大きい量になるように、目標張力を変化させる工程を有する。
【０００８】
本発明の追加の態様は、スプール上に光ファイバを巻回する方法である。この方法は、スプールにファイバを巻回する最後にファイバに付加される目標張力が、スプールにファイバを巻回する開始時の目標張力より少なくとも約０．１％以上変化するように、ファイバがスプールに蓄積されるに従って、光ファイバに付加される目標張力を変化させる工程を含む。
【０００９】
本発明の他の態様は、スプール上に光ファイバを巻回する方法であり、この方法は、スプール上にファイバが蓄積されるに従って、ファイバに付加される横荷重が、巻回されるファイバを通して略一定であるように、ファイバに付加される目標張力を増加させる工程を含む。
【００１０】
本発明には多数の利点がある。例えば、本発明を実施することにより、スプールに巻回されるファイバの巻取品質が改善される。本発明を実施することにより、巻取品質を悪化させることなく、ファイバに形成される被覆の永久的な変形も防止する。本発明を実施することで、スプールの使用可能な寸法を増大させるという利点をさらにもたらす。利用可能なスプールの寸法が増大することにより、生産量を増大させ、また、稼働率を増大させることができる。また、本発明を現在の製造設備に適用して、ファイバが連続的に線引されてスプール上に巻回されるように実施してもよい。
【００１１】
本発明の追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に示す、そして、ある程度、当業者にとって説明により容易に理解でき、或いは以下の詳細な説明、請求の範囲、添付図面を含む、ここに説明された発明を実施することにより認識できよう。
【００１２】
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、本発明の単なる例示であり、請求の範囲に示された本発明の本質および特徴を理解するための概要或いは骨組みを提供することを意図したものであることが理解されるべきである。添付図面は、本発明の一層の理解をもたらすために含まれ、且つ導入されて本明細書の一部を構成する。図面は本発明の種々の実施形態を示し、また、説明とともに本発明の原理および作用を説明するのに役立つ。
【００１３】
発明の詳細な説明
実施例が添付図に示された、本発明の好ましい実施形態について詳細に参照する。可能な場合は、同じ部品或いは同様な部品を参照するために、図面全体に亘って同じ参照番号が使用されている。
【００１４】
一定の張力のもとにファイバを巻回することが、最適な巻取品質および／またはフラットスポットを最少にするために最もよい手法ではないことが判った。スプールの湾曲は、ファイバの張力から横荷重力成分を生成する。横荷重は、スプールに巻回されるファイバの表面に垂直な力を付勢する。横荷重は、スプールに巻回されたファイバの曲率半径によって分割されたファイバ巻取張力として定義される。一定のファイバ張力の場合、巻回の間スプールに多くのファイバが蓄積されるにつれて、巻回されたファイバに付加される横荷重力は減少する。
【００１５】
巻取圧力は、２本のファイバの間の接触領域に亘って分散された横荷重である（巻取圧力＝横荷重／接触面積）。従って、一定の張力での巻回にもかかわらず、スプールに巻回されるファイバの半径が増大するに従い巻取圧力は低下する。高すぎる巻取圧力は、ファイバの保護被覆を変形させることがある。一定の巻取張力にもかかわらず、巻取中にスプールを調べると、スプールのバレルの巻取圧力は比較的高い。高い巻取圧力は、緩い巻取を避けるためによい条件であるが、高い巻取圧力は巻回されたファイバ上にフラットスポットを形成する傾向を示した。
【００１６】
高い巻取圧力と比較して低い巻取圧力は、フラットスポットを形成することなく緩い巻取となる虞がある。低い巻取圧力に伴う、緩い巻取の如き問題は、パック半径の変化が大きい場合、特に顕著である。パック半径は、スプールに蓄積されるファイバの外側層の半径である。
【００１７】
本発明は、巻取品質を最適化し、フラットスポットを形成する傾向を最少にするために可変巻取張力を用いている。巻取品質は、巻取圧力が増大するに従って直接的に改善される。しかし、増大する巻取圧力は、フラットスポットを形成する原因ともなる。巻取圧力をむやみに増大させると、フラットスポットが生じたり、ファイバの真円度が低下したりする。対照的に、巻取圧力を低下させると巻取品質を満足できないレベルまで下げることになる。従って、本発明においては、スプールに巻回されたファイバの半径が変化するに従って、巻取張力が変化して一定の巻取圧力を維持することが好ましい。巻取張力はパック半径が増大するに従って増大することが好ましい。ファイバに加えられた張力の増大量が、パック半径の増大に比例していることが一層好ましい。略一定の横荷重を維持するような態様で張力が増大することも好ましい。この方法で、巻取条件（被覆特性、交差角、等）に適した横荷重が適用されると、巻取品質は改善され、フラットスポットが形成されることはない。
【００１８】
本発明に従って巻回されたスプールの巻取品質は、一定の巻取張力の状態で巻回されたものに対して高品質となる。略一定の横荷重の状態で巻回されたファイバにもかかわらず、巻取品質および回復可能な被覆の変形は、スプールに巻回されたファイバ全体に亘り変わらない。本発明に従って巻回されたファイバには、フラットスポットが生じない。方法は、ファイバがスプールに蓄積されるに従ってファイバに加えられる張力を変化させる工程を含む。ファイバがスプール上に蓄積されるに従って、張力が増大することが好ましい。スプール上に蓄積されたファイバに略一定の横荷重が維持されることが好ましい。
【００１９】
本発明において略一定の横荷重を定義することができる一つの方法は、スプールへファイバを巻回する最後の横荷重の変化が、スプールへファイバを巻回する初期の横荷重の約２５％未満であるということである。最後の横荷重が初期の横荷重の約１５％未満以内の範囲であることがさらに好ましい。最後の横荷重が初期の横荷重の約５％未満の範囲内にあることが最も好ましい。巻取中の横荷重が、上記横荷重の百分率の変化の好ましい値を超えないで、スプールへファイバを巻回する最後に好ましい値に低下することも好ましい。上記の説明において、スプールへファイバを巻回する最後は、スプールがファイバで一杯になったときとして説明されている。横荷重の百分率の違いは以下の式によって決定された。
横荷重（ΔＬＬ％）の％変化＝絶対値（１００＊［（ＬＬ（ｒｅ）−ＬＬ（ｒｂ））／ＬＬ（ｒｂ）］）
上記式において、ＬＬ（ｒｂ）はファイバの巻取初期における横荷重であり、ＬＬ（ｒｅ）はファイバの巻取最後の横荷重である。
【００２０】
略一定の横荷重は、パック半径における約６．３５ｍｍ（約０．２５インチ）の変化によって定義付けしてもよい。横荷重は、パック半径が少なくとも６．３５ｍｍ（０．２５インチ）増大する毎に、横荷重の割合の変化が約−３．４％より大きければ略一定であるとみなしてもよい。横荷重の変化が−１．０％より大きいことがさらに好ましい。横荷重の割合の変化が、５％以下であることがまた、好ましく、横荷重の割合の変化が１％以下であることがさらに好ましい。横荷重の割合の変化が以下の式に従って計算された。
ΔＬＬ％＝１００＊［（ＬＬ（ｒ２）−ＬＬ（ｒ１））／ＬＬ（ｒ１）］
上記の式において、ＬＬ（ｒ１）は第１のパック半径における横荷重であり、ＬＬ（ｒ２）は第２のパック半径における横荷重である。パック半径ｒ２はパック半径ｒ１より少なくとも６．３５ｍｍ（０．２５インチ）大きい。
【００２１】
略一定な横荷重は、パック半径の変化毎の横荷重の変化によって定義付けしてもよい。横荷重は、パック半径の変化につき横荷重の変化が約−１８．０Ｎ／ｍ２より大きいならば、略一定とみなしてもよい。半径が変化する毎に横荷重の変化が約−９．０Ｎ／ｍ２より大きいことが一層好ましく、パック半径の変化につき横荷重の変化が約−１．０Ｎ／ｍ２より大きいことが最も好ましい。パック半径の変化につき横荷重の変化が１０．０Ｎ／ｍ２以下であることも好ましく、５．０Ｎ／ｍ２以下であることが一層好ましく、１．０Ｎ／ｍ２以下であることが最も好ましい。パック変形の変化毎の横荷重の変化が、以下の式に従って計算された。
ΔＬＬ／Δｒ＝［（ＬＬ（ｒ２）−ＬＬ（ｒ１））／ＬＬ（ｒ１）］／［ｒ２−ｒ１］
上記式において、ＬＬ（ｒ１）は、第１のパック半径（ｒ１）における横荷重であり、ＬＬ（ｒ２）は第２のパック半径（ｒ２）における横荷重である。パック半径ｒ２は、パック半径ｒ１より大きい。上記式に関し、横荷重を略一定にするために増大した張力は、目標張力としても知られている。
【００２２】
本発明について、添付図面を参照してさらに説明する。典型的なファイバの線引作業は、図１に概略的に説明することができる。それは、４つの主な工程、即ち、（１）線引炉中に露出されたプリフォーム１０５からファイバ１００を線引し、（２）少なくとも１つのコーティング機１１０にファイバ１００を通過させて、少なくとも一つの紫外線硬化型アクリル被覆でファイバ１００を被覆し、（３）被覆されたファイバを少なくとも１つの硬化要素１１５に通過させて被覆を硬化させ、（４）保管および輸送用に被覆されたファイバをスプールに巻回する工程を含む。巻取部は、ファイバがベルトとキャプスタンの間に挟まれたトラクタ１２０で始まる。次に、ファイバはダンサ組立体１２２に移動し、巻取スプール１２４に連続する。ファイバは巻取スプールの表面に効率的に取り付けられ、トラクタで挟まれるので、トラクタと巻取スプールの間のどのような速度の不整合も、トラクタと巻取スプールの間のファイバの長さの変化を引き起こす。
【００２３】
図１に示されたダンサ組立体を、巻取スプールとともに図２にさらに示す。ダンサ組立体は、図２において２０で示されている。ダンサ組立体２０は、ダンサプーリ２２を含む。ダンサプーリは、巻取経路内の移動が自由なプーリである。図示のプーリ２２は、直線ダンサプーリであり、線Ａで表す経路内を移動する。巻取スプール２４は、矢印Ｂの方向に回転する。本発明は、プーリ２２を垂直方向に移動させることに限定されない。本発明を実施できる一つの方法は、プーリ２２を水平方向に移動させるか、図１に示すように、トラクタ１２０と巻取スプール１２４間の光ファイバ経路を増大させる、水平と垂直の任意の組み合わせにより実施することである。
【００２４】
プーリ２２にいくつかの機能を持たせてもよい。プーリ２２は移動が自由なので、上下に移動することにより、ファイバ長の前述の変化に対応することができる。この位置の変化を巻取スプールの速度を制御するための入力として使用してもよい。プーリ２２の位置が走行位置設定点から上方に逸脱するならば、それに応じて巻取スプールは回転を低下させるように指令されて、トラクタと巻取スプール間のファイバを長くし、それによりダンサプーリを降下させる。
【００２５】
ダンサプーリ２２の他の機能は、ファイバに張力を生成することである。重力の方向は、図３に示す矢印ｍｇで示されるダンサの運動の軸と略並行に作用することが好ましい。この点で、プーリ２２は自重ダンサプーリ２２とも称される。図３に示される自由物体図（ｆｒｅｅ ｂｏｄｙ ｄｉａｇｒａｍ）は、ファイバ張力と自重ダンサ質量との間の関係を当業者に説明している。例えば、ダンサプーリ２２の質量が１２０ｇとすれば、ファイバ内の張力は０．５９Ｎとなる。即ち、ファイバ張力は１／２＊プーリ質量＊重力加速度に等しい。巻取スプール２４の胴が０．１ｍ（約４インチ）であるならば、０．１ｍ（４インチ）の半径に対応する横荷重は約５．８Ｎ／ｍである。横荷重は、次の式、即ちプーリ２２の質量の１／２＊重力加速度／スプール２４の半径に従って計算された。従って、１２０ｇのダンサプーリおよび０．１ｍ（４インチ）の半径の巻取スプールは、約５．８Ｎ／ｍの横荷重を生成する。巻取スプールにファイバが形成されると、パック半径が増大する。大型のスプールでは、これは横荷重の大きな変化を引き起こす。この例を継続すると、パック半径が０．１５ｍ（６インチ）に達すると、横荷重は約３．８Ｎ／ｍに減少する。これは、フラットスポットの形成と同様に、巻取品質に関する意味合いを有する横荷重の重大な変化である。
【００２６】
図２に示すように、横荷重を略一定に維持するのに必要な目標張力は、巻取スプール２４にファイバが蓄積されるに従って、種々の態様でプーリ２２を介して付加されてもよい。図２に示される一実施形態においては、エアシリンダ２３がプーリ２２に連結されて、プーリ２２の有効な重量（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｗｅｉｇｈｔ）を増大している。プーリ２２の有効な重量は、プーリ２２に下向きに力を付勢するエアシリンダによって増大されてもよい。プーリ２２に付勢される力は、前述した如く、プーリ２２がファイバの経路を減少する方向に移動することを抑制するのに十分であることが好ましい。さらに、ファイバが巻取スプール２４に蓄積され続けるに従って、エアシリンダ２３は、略一定の横荷重を維持するために一層大きな荷重を付加しなければならない。
【００２７】
また、図２に示すのは、２つの支持プーリ２６、２８である。プーリ２６は、上流側の支持プーリであり、プーリ２８は下流側の支持プーリである。本発明は、支持プーリの数には制限がない。本発明を実施するのに、多数の方向で、任意の数の支持プーリを使用してもよい。
【００２８】
図示しない別の実施形態では、エアシリンダ２３をばねに置き換えてもよい。ばねは、プーリ２２の有効な重量を増大させるような方法でプーリ２２に連結される。図２に関連して、ばねは、ファイバがスプール２４上に蓄積されるにつれ、プーリ２２の垂直上方への移動に抗するように配置されるとともに偏向される。プーリ２２の目標走行位置は、略一定の横荷重を維持するために、ばね特性に従って変化することが好ましい。目標走行位置は、スプールが完全に一杯になると、プーリ２２が位置Ａ１に達するような、経路Ａに沿うプーリ２２の所望の位置である。このように、プーリ２２を介してばねによってファイバに付勢される力は、ばねがさらに伸張されると増加する。従って、プーリ２２の目標走行位置Ｚは、ファイバがスプール２４に蓄積されるに従って上方に移動する。
【００２９】
本発明の他の実施形態においては、プーリ２２は、図４に示すように、ロータリダンサプーリとしてもよい。ロータリダンサプーリは、回転アーム３６に取り付けられるダンサプーリである。図４のロータリダンサ２２は、矢印Ｄ或いはＥのいずれかの方向に、線Ｃの長さの垂直距離に沿って移動してもよい。アーム３６は、プーリ２２に力を付勢する装置３０に連結されている。図４に示された装置は、エアシリンダ３２を含むとともに、エアシリンダによって付加された横の力を、プーリ２２がファイバに直接接触によって伝達する力に変換する機械的なリンク要素３４を含む。これは線Ｃの経路に沿うプーリ２２の位置に関係なく生じる。
【００３０】
本発明を実施するために、ファイバ内の張力は巻取スプール２４のファイバのパック半径が増大するに従って増大しなければならない。ファイバに付加された張力を増大するためには、エアシリンダ３２は、少なくともプーリ２２が垂直位置Ｃ１へ向けて、矢印Ｄの経路に沿って上方向に移動することを抑制する。ファイバに付加された張力は、リンク要素３４およびプーリ２２間の長さＬによって割った、要素３４にエアシリンダ３２によって付加されるトルクに等しい。このように、本発明を実施するためには、エアシリンダ３２によって付加される力は、ファイバが巻取スプールに集積するに従って増大しなければならない。ファイバがスプールに巻回されている時に略一定の所望の横加重を維持するためには、パック半径が巻取前に判っていること、即ち測定装置を介して判っていることが好ましい。次に、エアシリンダ３２と連携して、図示しないコントローラによって必要な目標張力を計算し、設定することができる。
【００３１】
本発明の追加の実施形態においては、本発明は、巻取スプールの上流と、ダンサプーリの下流との間に配置された１つのプーリ或いは諸プーリによって、ファイバに付加される抵抗を変えて実施してもよい。再び図２を参照して、プーリ２２にエアシリンダ２３を取り付ける代わりに、プーリ２８にモータを取り付けてもよい。図５は、図２の支持プーリ２８を代表して下流の支持プーリ４２を示す。図５では、ファイバは、（図示しない）巻取スプールへ向かってプーリ４２上を矢印Ｆの方向に移動する。図５では、ファイバの上流側区間の張力は自重ダンサによって生じ、Ｔ１で表される。下流側区間の張力Ｔ２は、Ｔ１に加えてプーリ４２にかかる全ての形態の抵抗との合計に等しい。抵抗の形態は、空力的抵抗、軸受け抵抗等を含むが、これらに限定されるものではない。
【００３２】
プーリ４２は、プーリ４２にトルクを付加するモータ４４に駆動可能に取り付けられてもよい。プーリ４２に加えられた時計周りのトルクを使用して、プーリ４２への抵抗力を相殺し、そうすることで張力Ｔ２を減少させてもよい。プーリ４２に付加されるトルクが、プーリ４２の回転の抵抗となる摩擦および抵抗力を克服するのに十分な大きさであることが好ましい。
【００３３】
一定の横荷重を維持するために、パック半径が増大するにつれて、プーリ４２に付加される時計回りのトルクを減少させて、ファイバに加えられる目標張力を増大することができる。モータ４４に供給される電圧を低下させて、モータによってプーリに付加されるトルクを減少させることによって張力を増大させてもよい。
【００３４】
或いは、機械的なブレーキを組み込んで、プーリ４２にブレーキ力を付加させてもよい。これは下流のファイバの張力を増大させる。一定の横荷重を維持するために、パック半径が増大するにつれて、プーリ４２に付加されるブレーキ力を増大させて、ファイバに加えられる目標張力を増大することができる。ブレーキ力を付加するということは、プーリ４２に反時計回りのトルクを付加するということであるといってもよい。
【００３５】
本発明は、スプールに巻回される光ファイバの被覆の永久変形を阻止する方法を含む。この方法は、ファイバがスプールに蓄積されるにつれて、ファイバに増大した張力を付加することを含む。略一定の横荷重が、スプールに巻回されるファイバに維持される。張力の増大量はスプールに蓄積されるファイバの半径の増大に比例することが好ましい。
【００３６】
本発明は、スプールにファイバを巻回する最後に光ファイバに付加される目標張力が、スプールにファイバを巻回する開始時の目標張力より約０．１％以上大きくなるように、ファイバがスプールに蓄積されるに従って光ファイバに付加される目標張力がパック半径に関して直線的に変化する、スプールに光ファイバを巻回する方法をさらに含む。本発明のこの特徴に関して、最後のパック半径がスプールのバレルの外側半径より少なくとも６０％より大きいことが好ましい。巻取の最後にファイバに付加される目標張力は、スプールにファイバを巻回する開始時の目標張力より約２５％以上大きいことも好ましい。巻取の最後にファイバに付加される目標張力は、スプールにファイバを巻回する開始時の目標張力より約５０％以上大きいことがさらに好ましい。巻取の最後にファイバに付加される目標張力は、スプールにファイバを巻回する開始時の目標張力より少なくとも約５９パーセント以上大きいことが最も好ましい。パック半径の増大が６０％の場合、目標張力がスプールにファイバを巻回する開始時の目標張力の６１パーセント以下であることがさらに最も好ましい。
【００３７】
本発明が閉ループ制御装置に組み込まれることも好ましい。本発明によると、スプールに蓄積されたファイバの半径（パック半径）は重要なデータの一つである。（例えば、合計ファイバ長に対する）パック半径の予定は、予め実験によって得られるデータから予測でき、また、開ループ制御装置に用いることができる。しかし、閉ループ制御を使用することが好ましい。閉ループ制御の仕組みでは、パック半径は直接監視され、略一定の横荷重の値を維持するために、現在の測定された半径に必要とする張力目標値を計算するコントローラに伝送される。コントローラは、現在の測定されたパック半径に比例する張力目標を計算する。巻取スプールのすぐ上流に配置された張力測定装置により、ファイバの巻取張力が監視される。実際の巻取張力と計算された巻取目標張力とを比較するために、張力フィードバックがコントローラによって使用される。これらの値が異なる場合には、コントローラは、実際の巻取張力が目標張力に合致するまで可変張力機構を修正する。ファイバが巻取スプールに形成されるにつれて、コントローラは目標張力を調整して、巻回された光ファイバの現在のパック半径用に略一定の横荷重を維持する。
【００３８】
本発明の適切な他の実施形態は、横荷重を制御するのに使用することができる任意の技術を含む。この方法を使用することにより、スプールに巻回される光ファイバの被覆層の回復不可能な変形が防止される。この方法を実施することにより、スプールに巻回されるファイバの略一定の巻取品質も維持される。
【００３９】
実施例
本発明は、本発明の典型例となることを意図した以下の実施例により一層明瞭となろう。
【００４０】
巻取品質およびフラットスポットの防止のために特に有利な横荷重に関して、どのような横荷重が被覆された光ファイバに有利であるかは、被覆率、被覆されたファイバの外側被覆の摩擦係数およびファイバの隣接する層間の交差角の如き要素に依存する。交差角は、ファイバが巻取スプールに蓄積される際の、ファイバの個々の層の間の角度である。交差角は、スプールの１つのフランジからスプールの他のフランジへスプールのバレルに沿って巻回されているファイバによって形成される。ファイバがスプールの各フランジ間を往復して移動すると、一層における、スプールのフランジに対するファイバの角度は、下に隣接する層の角度とは異なる。交差角は、ファイバがスプールに巻回されると、ファイバのピッチによって生じる。
【００４１】
被覆係数に関しては、ファイバがスプールに巻回されるときの被覆率およびファイバがスプールに巻回されるときのファイバの硬化の程度を知ることが理想的である。材料科学および変形可能な固体の力学の知識があれば、人は個々のファイバ被覆の適切な横荷重の値を計算することができる。しかし、実際の態様では、必要とする横荷重は、巻取張力およびパック半径を監視しながら、巻取品質を監視し、また、フラットスポットを検査することにより、実験に基づいて決定することができる。
【００４２】
（ニューヨーク州、コーニング市、コーニング社（Ｃｏｒｎｉｎｇ， Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）からＳＭＦ−２８として市販されている）単一モードファイバが１０２ｍｍ（４インチ）の半径を有するスプールに巻回された。ファイバは、イリノイ州、エルジン（Ｅｌｇｉｎ）のＤＳＭ社から入手可能な、紫外線硬化性アクリレート被覆系で被覆された。硬化被覆系は、約１．１から約１．３ＭＰａのヤング係数を有する一次被覆と、約５００から約７００ＭＰａのヤング係数を有する二次被覆を含む。
【００４３】
試験されたファイバの長さは、各試験において、約３５０Ｋｍであった。ファイバは、約２０ｍ／秒より速い速度で線引きされた。線引きの間、パック半径は初期の約１０２ｍｍ（約４インチ）から約１６２ｍｍ（約６と３／８インチ）まで増大した。ファイバは、図２に示した本発明の実施形態に従って試験された。第１回の試験において、プーリ２２は１２０ｇの質量のプーリであった。第２回目の試験においては、プーリ２２は、１５０ｇの質量のプーリであった。
【００４４】
各プーリに対して、ファイバは、少なくとも２つの組の条件の下で、巻取スプール２４に巻回された。第１に、ファイバは、一定の張力の条件の下で巻取スプール２４に巻回された。第２に、ファイバは、略一定の横荷重の元で巻取スプール２４に巻回された。一定の横荷重試験については、ファイバは少なくとも６つの異なる略一定の横荷重のもとで巻取スプール２４に巻回された。ファイバは、被覆形状測定ベンチ（ｃｏａｔｉｎｇ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｂｅｎｃｈ）（以下、ＧＥＭベンチという）を用いてフラットスポットが検査され、スプールに巻回されたファイバの巻取品質は、犬の骨の形成について目視で検査された。ＧＥＭベンチの一提供者は、オレゴン州、ビーバートン（Ｂｅａｖｅｒｔｏｎ）のＧＮ Ｎｅｔ Ｔｅｓｔ社である。
【００４５】
ＧＥＭベンチは、被覆されたファイバのフラットスポットを評価するために使用される。被覆されたファイバの一次被覆の外径（以下「ＯＤ」）は、各々が４０°離れた９つの回転方向で測定される。一次ＯＤデルタは、これらの９つの値の最大値からこれら９つの値の最小値を引いたものとして定義される。この測定は、ファイバの接近した２０区画（各区分は隣接する区分の３ｍ以内にある）について反復される。このファイバのフラットスポット値は、２０個の一次ＯＤデルタ値の平均に等しい。計算の実施例を以下に示す。
試験区分＃１ ファイバの方向 一次直径
（度） （マイクロメートル）
０ １９０．０
４０ １８９．５
８０ １９０．１
１２０ １９０．５
１６０ １９１．２
２００ １８９．５
２４０ １９０．１
２８０ １８９．７
３２０ １９０．３
最大 １９０．５マイクロメートル
最小 １８９．５マイクロメートル
一次ＯＤデルタ １．０マイクロメートル
【００４６】
区分２−２０に対し、区分２−２０についての一次ＯＤデルタのみ与えられる。
試験区分＃２： 一次ＯＤデルタ １．４マイクロメートル
試験区分＃３： 一次ＯＤデルタ １．３マイクロメートル
試験区分＃４： 一次ＯＤデルタ ０．６マイクロメートル
試験区分＃５： 一次ＯＤデルタ ０．９マイクロメートル
試験区分＃６： 一次ＯＤデルタ １．１マイクロメートル
試験区分＃７： 一次ＯＤデルタ １．３マイクロメートル
試験区分＃８： 一次ＯＤデルタ １．７マイクロメートル
試験区分＃９： 一次ＯＤデルタ １．６マイクロメートル
試験区分＃１０： 一次ＯＤデルタ １．３マイクロメートル
試験区分＃１１： 一次ＯＤデルタ １．４マイクロメートル
試験区分＃１２： 一次ＯＤデルタ １．３マイクロメートル
試験区分＃１３： 一次ＯＤデルタ １．３マイクロメートル
試験区分＃１４： 一次ＯＤデルタ １．４マイクロメートル
試験区分＃１５： 一次ＯＤデルタ １．２マイクロメートル
試験区分＃１６： 一次ＯＤデルタ １．３マイクロメートル
試験区分＃１７： 一次ＯＤデルタ １．１マイクロメートル
試験区分＃１８： 一次ＯＤデルタ １．３マイクロメートル
試験区分＃１９： 一次ＯＤデルタ １．１マイクロメートル
試験区分＃２０： 一次ＯＤデルタ １．３マイクロメートル
フラットスポット値＝１．２４５
フラットスポット値は、３．５よりも下であることが好ましい。フラットスポットは、３．０より下であることが一層好ましい。
【００４７】
パック半径は、次の予定による、巻取スプールに巻回されたファイバの長さに従って増大する。即ち、（１）５０Ｋｍ、パック半径は約１１．２ｃｍ（約４．４インチ）；（２）１００Ｋｍ、パック半径は約１２．２ｃｍ（約４．８インチ）；（３）１２５Ｋｍ、パック半径は約１２．７ｃｍ（約５．０インチ）；（４）約１５０Ｋｍ、パック半径は約１３．２ｃｍ（約５．２インチ）；（５）約２００Ｋｍ、パック半径は約１４ｃｍ（約５．５インチ）；（６）２５０Ｋｍ、パック半径は約１４．７ｃｍ（約５．８インチ）；（７）約３００Ｋｍ、パック半径は１５．５ｃｍ（約６．１インチ）；（８）３５０Ｋｍ、パック半径は約１６．３ｃｍ（約６．４インチ）であった。
【００４８】
横荷重の試験結果は図６に示してある。前述の被覆装置の一定の横荷重のもとで、最小のフラットスポットおよび許容できる巻取品質のために、横荷重は約６．３Ｎ／ｍ以下であり、また、少なくとも３．９Ｎ／ｍであることが好ましい。横荷重は約５．９Ｎ／ｍ以下であり、少なくとも約４．２Ｎ／ｍであることが一層好ましい。横荷重が約５．５Ｎ／ｍ以下であり、少なくとも４．６Ｎ／ｍあることが最も好ましい。
【００４９】
また、図６には一定の張力のもとでファイバを巻回した結果を示し、１５０ｇのプーリにファイバを巻回する間にフラットスポットが形成される可能性は、横荷重が６．３Ｎ／ｍを下回るまでは高すぎる。このファイバ長は、巻取スプール２４に巻回されている約１００Ｋｍまでのファイバと相互に関連がある。１２０ｇのダンサプーリについては、巻取スプール２４に巻回されているファイバの最後の１００Ｋｍについては、一定の張力のもとで、低い巻取品質、即ち犬の骨の傾向を示した。この犬の骨を形成する傾向は約３．９Ｎ／ｍ未満の横荷重に関係がある。
【００５０】
巻取中の張力の変化を図７に示す。一定の張力の実験に関し、１２０ｇのダンサによって生じた巻取張力は約０．６Ｎであり、１５０ｇのプーリに関しては約０．７Ｎよりも大きかった。約３．９Ｎ／ｍの横荷重については、張力は約０．４Ｎから約０．６Ｎを越えるまで増大した。約４．２Ｎ／ｍの横荷重については、張力は約０．４Ｎから約０．７Ｎに増大した。約４．６Ｎ／ｍの横荷重については、約０．４Ｎを越えてから約０．７Ｎ／ｍ以上に増大した。約５．５Ｎ／ｍの横荷重については、張力は約０．５Ｎを越えてから約０．９Ｎまで増大した。約５．９Ｎ／ｍの横荷重については、張力は約０．６Ｎから約０．９Ｎ以上まで増大した。約６．３Ｎ／ｍの横荷重については、張力は約０．６Ｎを越えて約１．０Ｎ以上まで増大した。
【００５１】
本発明の精神および範囲から外れることなく種々の変形変更が可能であることは、当業者にとって明白であろう。スプールに蓄積されたファイバの量が多くなるにしたがって、ファイバに付加される張力を増大させるどのような概念も適切である。このように、本発明は、本発明の変更、変形も、それらが添付の請求の範囲および均等物の範囲内にあるならば、網羅されるように意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ファイバ線引および巻取工程の概略図
【図２】
本発明の実施形態の概略図
【図３】
本発明による自重ダンサプーリの側面図
【図４】
ロータリダンサプーリを含む、本発明の実施形態の概略図
【図５】
本発明の別の実施形態
【図６】
パック半径の関数としての横荷重のグラフ
【図７】
パック半径の関数としての増大する張力のグラフ
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、一般的に光ファイバに関し、特に、スプールに光ファイバを巻回する方法に関する。
【０００２】
２．技術的背景
線引工程によって製造された光ファイバ（以下「ファイバ」）は、容易に輸送できるユニットに梱包されねばならない。典型的には、これはスプールにファイバを巻回することによってなされる。ファイバは、ファイバ製造の中間の工程および／または試験工程との間を移送するようにスプールに保管してもよく、或いはスプールの状態で得意先に出荷してもよい。ファイバ製造設備において、ファイバは試験のためにスプールから巻戻される。ファイバは、また、顧客によって、光ファイバケーブルを製造する工程で巻戻される。従って、スプールに巻回されたファイバの巻取品質は重要であり、ファイバに破損やどのような種類の汚損もなく、ファイバをスプールから引き出すこと（別名、巻出（ｐａｉｄ ｏｆｆ））ができるようでなければならない。
【０００３】
典型的には、ファイバは一定の巻取張力のもとにスプールに巻回される。巻取張力は、ファイバがスプールに巻回されるときのファイバ内の張力荷重と称される。これは、ファイバ巻取経路内でダンサプーリ（ｄａｎｃｅｒ ｐｕｌｌｅｙ）を移動させることによってなされ、巻取経路を通るファイバ長がどんなに増減しても、ファイバへの一定の張力が維持される。プーリは、ファイバに張力を発生する方向性を持った力を付勢する。
【０００４】
巻取張力が低いと、巻取品質が低下する虞がある。巻取の欠陥には、緩い巻取や犬の骨（ｄｏｇｂｏｎｅ）がある。緩い巻取の場合、ファイバはスプールの周囲に確実に巻回されず、スプールから容易に解け、および／またはスプール上で移動して、ファイバの巻出工程を妨げる虞がある。
【０００５】
巻取中に生じ得る、ファイバ巻取の他の欠陥は「犬の骨」である。犬の骨は、スプールの表面全体に亘り巻回されたファイバと比較して、ファイバの開始時にスプールのフランジの一方或いは両方で過度に蓄積された時に生じる。これはスプールのフランジの両方で同時に発生することが多い。
【０００６】
他方、高すぎる張力は、ファイバに形成された被覆層の過度の変形を生じることがある。ファイバ被覆の回復不可能な変形は、一般に「フラットスポット」と称される。これは、ファイバが、ファイバ線引工程中に高すぎる張力のもとで巻回されたときに典型的に生じる。ファイバ線引時の巻取中に、ファイバ被覆は、なお依然として柔軟である可能性がある。スプール上のファイバの層間の圧力は、張力をかけてファイバを巻回することから生じるが、２つ以上のファイバ間の接触点で被覆の変形を引き起こす可能性がある。圧力が十分高いと、被覆の弾性変形の限界をこえて、回復不可能なフラットスポットが形成される。過度に高い張力のもとでファイバを巻回すると、ファイバの破損を生じる虞もある。
【０００７】
発明の概要
本発明の１つの態様は、スプールにファイバを巻回する方法である。この方法は、光ファイバがスプールに蓄積されるに従い、横荷重の百分率変化がパック半径約の約６．３５ｍｍ（約０．２５インチ）の変化毎に約−３．４％より大きくなるように、光ファイバに加わる目標張力を変化させる工程を有する。本発明の態様は、また、光ファイバがスプールに蓄積されるに従って、パック半径の変化毎の横荷重の変化が約−１８．０Ｎ／ｍ２より大きい量になるように、目標張力を変化させる工程を有する。
【０００８】
本発明の追加の態様は、スプール上に光ファイバを巻回する方法である。この方法は、スプールにファイバを巻回する最後にファイバに付加される目標張力が、スプールにファイバを巻回する開始時の目標張力より少なくとも約０．１％以上変化するように、ファイバがスプールに蓄積されるに従って、光ファイバに付加される目標張力を変化させる工程を含む。
【０００９】
本発明の他の態様は、スプール上に光ファイバを巻回する方法であり、この方法は、スプール上にファイバが蓄積されるに従って、ファイバに付加される横荷重が、巻回されるファイバを通して略一定であるように、ファイバに付加される目標張力を増加させる工程を含む。
【００１０】
本発明には多数の利点がある。例えば、本発明を実施することにより、スプールに巻回されるファイバの巻取品質が改善される。本発明を実施することにより、巻取品質を悪化させることなく、ファイバに形成される被覆の永久的な変形も防止する。本発明を実施することで、スプールの使用可能な寸法を増大させるという利点をさらにもたらす。利用可能なスプールの寸法が増大することにより、生産量を増大させ、また、稼働率を増大させることができる。また、本発明を現在の製造設備に適用して、ファイバが連続的に線引されてスプール上に巻回されるように実施してもよい。
【００１１】
本発明の追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に示す、そして、ある程度、当業者にとって説明により容易に理解でき、或いは以下の詳細な説明、請求の範囲、添付図面を含む、ここに説明された発明を実施することにより認識できよう。
【００１２】
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、本発明の単なる例示であり、請求の範囲に示された本発明の本質および特徴を理解するための概要或いは骨組みを提供することを意図したものであることが理解されるべきである。添付図面は、本発明の一層の理解をもたらすために含まれ、且つ導入されて本明細書の一部を構成する。図面は本発明の種々の実施形態を示し、また、説明とともに本発明の原理および作用を説明するのに役立つ。
【００１３】
発明の詳細な説明
実施例が添付図に示された、本発明の好ましい実施形態について詳細に参照する。可能な場合は、同じ部品或いは同様な部品を参照するために、図面全体に亘って同じ参照番号が使用されている。
【００１４】
一定の張力のもとにファイバを巻回することが、最適な巻取品質および／またはフラットスポットを最少にするために最もよい手法ではないことが判った。スプールの湾曲は、ファイバの張力から横荷重力成分を生成する。横荷重は、スプールに巻回されるファイバの表面に垂直な力を付勢する。横荷重は、スプールに巻回されたファイバの曲率半径によって分割されたファイバ巻取張力として定義される。一定のファイバ張力の場合、巻回の間スプールに多くのファイバが蓄積されるにつれて、巻回されたファイバに付加される横荷重力は減少する。
【００１５】
巻取圧力は、２本のファイバの間の接触領域に亘って分散された横荷重である（巻取圧力＝横荷重／接触面積）。従って、一定の張力での巻回にもかかわらず、スプールに巻回されるファイバの半径が増大するに従い巻取圧力は低下する。高すぎる巻取圧力は、ファイバの保護被覆を変形させることがある。一定の巻取張力にもかかわらず、巻取中にスプールを調べると、スプールのバレルの巻取圧力は比較的高い。高い巻取圧力は、緩い巻取を避けるためによい条件であるが、高い巻取圧力は巻回されたファイバ上にフラットスポットを形成する傾向を示した。
【００１６】
高い巻取圧力と比較して低い巻取圧力は、フラットスポットを形成することなく緩い巻取となる虞がある。低い巻取圧力に伴う、緩い巻取の如き問題は、パック半径の変化が大きい場合、特に顕著である。パック半径は、スプールに蓄積されるファイバの外側層の半径である。
【００１７】
本発明は、巻取品質を最適化し、フラットスポットを形成する傾向を最少にするために可変巻取張力を用いている。巻取品質は、巻取圧力が増大するに従って直接的に改善される。しかし、増大する巻取圧力は、フラットスポットを形成する原因ともなる。巻取圧力をむやみに増大させると、フラットスポットが生じたり、ファイバの真円度が低下したりする。対照的に、巻取圧力を低下させると巻取品質を満足できないレベルまで下げることになる。従って、本発明においては、スプールに巻回されたファイバの半径が変化するに従って、巻取張力が変化して一定の巻取圧力を維持することが好ましい。巻取張力はパック半径が増大するに従って増大することが好ましい。ファイバに加えられた張力の増大量が、パック半径の増大に比例していることが一層好ましい。略一定の横荷重を維持するような態様で張力が増大することも好ましい。この方法で、巻取条件（被覆特性、交差角、等）に適した横荷重が適用されると、巻取品質は改善され、フラットスポットが形成されることはない。
【００１８】
本発明に従って巻回されたスプールの巻取品質は、一定の巻取張力の状態で巻回されたものに対して高品質となる。略一定の横荷重の状態で巻回されたファイバにもかかわらず、巻取品質および回復可能な被覆の変形は、スプールに巻回されたファイバ全体に亘り変わらない。本発明に従って巻回されたファイバには、フラットスポットが生じない。方法は、ファイバがスプールに蓄積されるに従ってファイバに加えられる張力を変化させる工程を含む。ファイバがスプール上に蓄積されるに従って、張力が増大することが好ましい。スプール上に蓄積されたファイバに略一定の横荷重が維持されることが好ましい。
【００１９】
本発明において略一定の横荷重を定義することができる一つの方法は、スプールへファイバを巻回する最後の横荷重の変化が、スプールへファイバを巻回する初期の横荷重の約２５％未満であるということである。最後の横荷重が初期の横荷重の約１５％未満以内の範囲であることがさらに好ましい。最後の横荷重が初期の横荷重の約５％未満の範囲内にあることが最も好ましい。巻取中の横荷重が、上記横荷重の百分率の変化の好ましい値を超えないで、スプールへファイバを巻回する最後に好ましい値に低下することも好ましい。上記の説明において、スプールへファイバを巻回する最後は、スプールがファイバで一杯になったときとして説明されている。横荷重の百分率の違いは以下の式によって決定された。
横荷重（ΔＬＬ％）の％変化＝絶対値（１００＊［（ＬＬ（ｒｅ）−ＬＬ（ｒｂ））／ＬＬ（ｒｂ）］）
上記式において、ＬＬ（ｒｂ）はファイバの巻取初期における横荷重であり、ＬＬ（ｒｅ）はファイバの巻取最後の横荷重である。
【００２０】
略一定の横荷重は、パック半径における約６．３５ｍｍ（約０．２５インチ）の変化によって定義付けしてもよい。横荷重は、パック半径が少なくとも６．３５ｍｍ（０．２５インチ）増大する毎に、横荷重の割合の変化が約−３．４％より大きければ略一定であるとみなしてもよい。横荷重の変化が−１．０％より大きいことがさらに好ましい。横荷重の割合の変化が、５％以下であることがまた、好ましく、横荷重の割合の変化が１％以下であることがさらに好ましい。横荷重の割合の変化が以下の式に従って計算された。
ΔＬＬ％＝１００＊［（ＬＬ（ｒ２）−ＬＬ（ｒ１））／ＬＬ（ｒ１）］
上記の式において、ＬＬ（ｒ１）は第１のパック半径における横荷重であり、ＬＬ（ｒ２）は第２のパック半径における横荷重である。パック半径ｒ２はパック半径ｒ１より少なくとも６．３５ｍｍ（０．２５インチ）大きい。
【００２１】
略一定な横荷重は、パック半径の変化毎の横荷重の変化によって定義付けしてもよい。横荷重は、パック半径の変化につき横荷重の変化が約−１８．０Ｎ／ｍ２より大きいならば、略一定とみなしてもよい。半径が変化する毎に横荷重の変化が約−９．０Ｎ／ｍ２より大きいことが一層好ましく、パック半径の変化につき横荷重の変化が約−１．０Ｎ／ｍ２より大きいことが最も好ましい。パック半径の変化につき横荷重の変化が１０．０Ｎ／ｍ２以下であることも好ましく、５．０Ｎ／ｍ２以下であることが一層好ましく、１．０Ｎ／ｍ２以下であることが最も好ましい。パック変形の変化毎の横荷重の変化が、以下の式に従って計算された。
ΔＬＬ／Δｒ＝［（ＬＬ（ｒ２）−ＬＬ（ｒ１））／ＬＬ（ｒ１）］／［ｒ２−ｒ１］
上記式において、ＬＬ（ｒ１）は、第１のパック半径（ｒ１）における横荷重であり、ＬＬ（ｒ２）は第２のパック半径（ｒ２）における横荷重である。パック半径ｒ２は、パック半径ｒ１より大きい。上記式に関し、横荷重を略一定にするために増大した張力は、目標張力としても知られている。
【００２２】
本発明について、添付図面を参照してさらに説明する。典型的なファイバの線引作業は、図１に概略的に説明することができる。それは、４つの主な工程、即ち、（１）線引炉中に露出されたプリフォーム１０５からファイバ１００を線引し、（２）少なくとも１つのコーティング機１１０にファイバ１００を通過させて、少なくとも一つの紫外線硬化型アクリル被覆でファイバ１００を被覆し、（３）被覆されたファイバを少なくとも１つの硬化要素１１５に通過させて被覆を硬化させ、（４）保管および輸送用に被覆されたファイバをスプールに巻回する工程を含む。巻取部は、ファイバがベルトとキャプスタンの間に挟まれたトラクタ１２０で始まる。次に、ファイバはダンサ組立体１２２に移動し、巻取スプール１２４に連続する。ファイバは巻取スプールの表面に効率的に取り付けられ、トラクタで挟まれるので、トラクタと巻取スプールの間のどのような速度の不整合も、トラクタと巻取スプールの間のファイバの長さの変化を引き起こす。
【００２３】
図１に示されたダンサ組立体を、巻取スプールとともに図２にさらに示す。ダンサ組立体は、図２において２０で示されている。ダンサ組立体２０は、ダンサプーリ２２を含む。ダンサプーリは、巻取経路内の移動が自由なプーリである。図示のプーリ２２は、直線ダンサプーリであり、線Ａで表す経路内を移動する。巻取スプール２４は、矢印Ｂの方向に回転する。本発明は、プーリ２２を垂直方向に移動させることに限定されない。本発明を実施できる一つの方法は、プーリ２２を水平方向に移動させるか、図１に示すように、トラクタ１２０と巻取スプール１２４間の光ファイバ経路を増大させる、水平と垂直の任意の組み合わせにより実施することである。
【００２４】
プーリ２２にいくつかの機能を持たせてもよい。プーリ２２は移動が自由なので、上下に移動することにより、ファイバ長の前述の変化に対応することができる。この位置の変化を巻取スプールの速度を制御するための入力として使用してもよい。プーリ２２の位置が走行位置設定点から上方に逸脱するならば、それに応じて巻取スプールは回転を低下させるように指令されて、トラクタと巻取スプール間のファイバを長くし、それによりダンサプーリを降下させる。
【００２５】
ダンサプーリ２２の他の機能は、ファイバに張力を生成することである。重力の方向は、図３に示す矢印ｍｇで示されるダンサの運動の軸と略並行に作用することが好ましい。この点で、プーリ２２は自重ダンサプーリ２２とも称される。図３に示される自由物体図（ｆｒｅｅ ｂｏｄｙ ｄｉａｇｒａｍ）は、ファイバ張力と自重ダンサ質量との間の関係を当業者に説明している。例えば、ダンサプーリ２２の質量が１２０ｇとすれば、ファイバ内の張力は０．５９Ｎとなる。即ち、ファイバ張力は１／２＊プーリ質量＊重力加速度に等しい。巻取スプール２４の胴が０．１ｍ（約４インチ）であるならば、０．１ｍ（４インチ）の半径に対応する横荷重は約５．８Ｎ／ｍである。横荷重は、次の式、即ちプーリ２２の質量の１／２＊重力加速度／スプール２４の半径に従って計算された。従って、１２０ｇのダンサプーリおよび０．１ｍ（４インチ）の半径の巻取スプールは、約５．８Ｎ／ｍの横荷重を生成する。巻取スプールにファイバが形成されると、パック半径が増大する。大型のスプールでは、これは横荷重の大きな変化を引き起こす。この例を継続すると、パック半径が０．１５ｍ（６インチ）に達すると、横荷重は約３．８Ｎ／ｍに減少する。これは、フラットスポットの形成と同様に、巻取品質に関する意味合いを有する横荷重の重大な変化である。
【００２６】
図２に示すように、横荷重を略一定に維持するのに必要な目標張力は、巻取スプール２４にファイバが蓄積されるに従って、種々の態様でプーリ２２を介して付加されてもよい。図２に示される一実施形態においては、エアシリンダ２３がプーリ２２に連結されて、プーリ２２の有効な重量（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｗｅｉｇｈｔ）を増大している。プーリ２２の有効な重量は、プーリ２２に下向きに力を付勢するエアシリンダによって増大されてもよい。プーリ２２に付勢される力は、前述した如く、プーリ２２がファイバの経路を減少する方向に移動することを抑制するのに十分であることが好ましい。さらに、ファイバが巻取スプール２４に蓄積され続けるに従って、エアシリンダ２３は、略一定の横荷重を維持するために一層大きな荷重を付加しなければならない。
【００２７】
また、図２に示すのは、２つの支持プーリ２６、２８である。プーリ２６は、上流側の支持プーリであり、プーリ２８は下流側の支持プーリである。本発明は、支持プーリの数には制限がない。本発明を実施するのに、多数の方向で、任意の数の支持プーリを使用してもよい。
【００２８】
図示しない別の実施形態では、エアシリンダ２３をばねに置き換えてもよい。ばねは、プーリ２２の有効な重量を増大させるような方法でプーリ２２に連結される。図２に関連して、ばねは、ファイバがスプール２４上に蓄積されるにつれ、プーリ２２の垂直上方への移動に抗するように配置されるとともに偏向される。プーリ２２の目標走行位置は、略一定の横荷重を維持するために、ばね特性に従って変化することが好ましい。目標走行位置は、スプールが完全に一杯になると、プーリ２２が位置Ａ１に達するような、経路Ａに沿うプーリ２２の所望の位置である。このように、プーリ２２を介してばねによってファイバに付勢される力は、ばねがさらに伸張されると増加する。従って、プーリ２２の目標走行位置Ｚは、ファイバがスプール２４に蓄積されるに従って上方に移動する。
【００２９】
本発明の他の実施形態においては、プーリ２２は、図４に示すように、ロータリダンサプーリとしてもよい。ロータリダンサプーリは、回転アーム３６に取り付けられるダンサプーリである。図４のロータリダンサ２２は、矢印Ｄ或いはＥのいずれかの方向に、線Ｃの長さの垂直距離に沿って移動してもよい。アーム３６は、プーリ２２に力を付勢する装置３０に連結されている。図４に示された装置は、エアシリンダ３２を含むとともに、エアシリンダによって付加された横の力を、プーリ２２がファイバに直接接触によって伝達する力に変換する機械的なリンク要素３４を含む。これは線Ｃの経路に沿うプーリ２２の位置に関係なく生じる。
【００３０】
本発明を実施するために、ファイバ内の張力は巻取スプール２４のファイバのパック半径が増大するに従って増大しなければならない。ファイバに付加された張力を増大するためには、エアシリンダ３２は、少なくともプーリ２２が垂直位置Ｃ１へ向けて、矢印Ｄの経路に沿って上方向に移動することを抑制する。ファイバに付加された張力は、リンク要素３４およびプーリ２２間の長さＬによって割った、要素３４にエアシリンダ３２によって付加されるトルクに等しい。このように、本発明を実施するためには、エアシリンダ３２によって付加される力は、ファイバが巻取スプールに集積するに従って増大しなければならない。ファイバがスプールに巻回されている時に略一定の所望の横加重を維持するためには、パック半径が巻取前に判っていること、即ち測定装置を介して判っていることが好ましい。次に、エアシリンダ３２と連携して、図示しないコントローラによって必要な目標張力を計算し、設定することができる。
【００３１】
本発明の追加の実施形態においては、本発明は、巻取スプールの上流と、ダンサプーリの下流との間に配置された１つのプーリ或いは諸プーリによって、ファイバに付加される抵抗を変えて実施してもよい。再び図２を参照して、プーリ２２にエアシリンダ２３を取り付ける代わりに、プーリ２８にモータを取り付けてもよい。図５は、図２の支持プーリ２８を代表して下流の支持プーリ４２を示す。図５では、ファイバは、（図示しない）巻取スプールへ向かってプーリ４２上を矢印Ｆの方向に移動する。図５では、ファイバの上流側区間の張力は自重ダンサによって生じ、Ｔ１で表される。下流側区間の張力Ｔ２は、Ｔ１に加えてプーリ４２にかかる全ての形態の抵抗との合計に等しい。抵抗の形態は、空力的抵抗、軸受け抵抗等を含むが、これらに限定されるものではない。
【００３２】
プーリ４２は、プーリ４２にトルクを付加するモータ４４に駆動可能に取り付けられてもよい。プーリ４２に加えられた時計周りのトルクを使用して、プーリ４２への抵抗力を相殺し、そうすることで張力Ｔ２を減少させてもよい。プーリ４２に付加されるトルクが、プーリ４２の回転の抵抗となる摩擦および抵抗力を克服するのに十分な大きさであることが好ましい。
【００３３】
一定の横荷重を維持するために、パック半径が増大するにつれて、プーリ４２に付加される時計回りのトルクを減少させて、ファイバに加えられる目標張力を増大することができる。モータ４４に供給される電圧を低下させて、モータによってプーリに付加されるトルクを減少させることによって張力を増大させてもよい。
【００３４】
或いは、機械的なブレーキを組み込んで、プーリ４２にブレーキ力を付加させてもよい。これは下流のファイバの張力を増大させる。一定の横荷重を維持するために、パック半径が増大するにつれて、プーリ４２に付加されるブレーキ力を増大させて、ファイバに加えられる目標張力を増大することができる。ブレーキ力を付加するということは、プーリ４２に反時計回りのトルクを付加するということであるといってもよい。
【００３５】
本発明は、スプールに巻回される光ファイバの被覆の永久変形を阻止する方法を含む。この方法は、ファイバがスプールに蓄積されるにつれて、ファイバに増大した張力を付加することを含む。略一定の横荷重が、スプールに巻回されるファイバに維持される。張力の増大量はスプールに蓄積されるファイバの半径の増大に比例することが好ましい。
【００３６】
本発明は、スプールにファイバを巻回する最後に光ファイバに付加される目標張力が、スプールにファイバを巻回する開始時の目標張力より約０．１％以上大きくなるように、ファイバがスプールに蓄積されるに従って光ファイバに付加される目標張力がパック半径に関して直線的に変化する、スプールに光ファイバを巻回する方法をさらに含む。本発明のこの特徴に関して、最後のパック半径がスプールのバレルの外側半径より少なくとも６０％より大きいことが好ましい。巻取の最後にファイバに付加される目標張力は、スプールにファイバを巻回する開始時の目標張力より約２５％以上大きいことも好ましい。巻取の最後にファイバに付加される目標張力は、スプールにファイバを巻回する開始時の目標張力より約５０％以上大きいことがさらに好ましい。巻取の最後にファイバに付加される目標張力は、スプールにファイバを巻回する開始時の目標張力より少なくとも約５９パーセント以上大きいことが最も好ましい。パック半径の増大が６０％の場合、目標張力がスプールにファイバを巻回する開始時の目標張力の６１パーセント以下であることがさらに最も好ましい。
【００３７】
本発明が閉ループ制御装置に組み込まれることも好ましい。本発明によると、スプールに蓄積されたファイバの半径（パック半径）は重要なデータの一つである。（例えば、合計ファイバ長に対する）パック半径の予定は、予め実験によって得られるデータから予測でき、また、開ループ制御装置に用いることができる。しかし、閉ループ制御を使用することが好ましい。閉ループ制御の仕組みでは、パック半径は直接監視され、略一定の横荷重の値を維持するために、現在の測定された半径に必要とする張力目標値を計算するコントローラに伝送される。コントローラは、現在の測定されたパック半径に比例する張力目標を計算する。巻取スプールのすぐ上流に配置された張力測定装置により、ファイバの巻取張力が監視される。実際の巻取張力と計算された巻取目標張力とを比較するために、張力フィードバックがコントローラによって使用される。これらの値が異なる場合には、コントローラは、実際の巻取張力が目標張力に合致するまで可変張力機構を修正する。ファイバが巻取スプールに形成されるにつれて、コントローラは目標張力を調整して、巻回された光ファイバの現在のパック半径用に略一定の横荷重を維持する。
【００３８】
本発明の適切な他の実施形態は、横荷重を制御するのに使用することができる任意の技術を含む。この方法を使用することにより、スプールに巻回される光ファイバの被覆層の回復不可能な変形が防止される。この方法を実施することにより、スプールに巻回されるファイバの略一定の巻取品質も維持される。
【００３９】
実施例
本発明は、本発明の典型例となることを意図した以下の実施例により一層明瞭となろう。
【００４０】
巻取品質およびフラットスポットの防止のために特に有利な横荷重に関して、どのような横荷重が被覆された光ファイバに有利であるかは、被覆率、被覆されたファイバの外側被覆の摩擦係数およびファイバの隣接する層間の交差角の如き要素に依存する。交差角は、ファイバが巻取スプールに蓄積される際の、ファイバの個々の層の間の角度である。交差角は、スプールの１つのフランジからスプールの他のフランジへスプールのバレルに沿って巻回されているファイバによって形成される。ファイバがスプールの各フランジ間を往復して移動すると、一層における、スプールのフランジに対するファイバの角度は、下に隣接する層の角度とは異なる。交差角は、ファイバがスプールに巻回されると、ファイバのピッチによって生じる。
【００４１】
被覆係数に関しては、ファイバがスプールに巻回されるときの被覆率およびファイバがスプールに巻回されるときのファイバの硬化の程度を知ることが理想的である。材料科学および変形可能な固体の力学の知識があれば、人は個々のファイバ被覆の適切な横荷重の値を計算することができる。しかし、実際の態様では、必要とする横荷重は、巻取張力およびパック半径を監視しながら、巻取品質を監視し、また、フラットスポットを検査することにより、実験に基づいて決定することができる。
【００４２】
（ニューヨーク州、コーニング市、コーニング社（Ｃｏｒｎｉｎｇ， Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）からＳＭＦ−２８として市販されている）単一モードファイバが１０２ｍｍ（４インチ）の半径を有するスプールに巻回された。ファイバは、イリノイ州、エルジン（Ｅｌｇｉｎ）のＤＳＭ社から入手可能な、紫外線硬化性アクリレート被覆系で被覆された。硬化被覆系は、約１．１から約１．３ＭＰａのヤング係数を有する一次被覆と、約５００から約７００ＭＰａのヤング係数を有する二次被覆を含む。
【００４３】
試験されたファイバの長さは、各試験において、約３５０Ｋｍであった。ファイバは、約２０ｍ／秒より速い速度で線引きされた。線引きの間、パック半径は初期の約１０２ｍｍ（約４インチ）から約１６２ｍｍ（約６と３／８インチ）まで増大した。ファイバは、図２に示した本発明の実施形態に従って試験された。第１回の試験において、プーリ２２は１２０ｇの質量のプーリであった。第２回目の試験においては、プーリ２２は、１５０ｇの質量のプーリであった。
【００４４】
各プーリに対して、ファイバは、少なくとも２つの組の条件の下で、巻取スプール２４に巻回された。第１に、ファイバは、一定の張力の条件の下で巻取スプール２４に巻回された。第２に、ファイバは、略一定の横荷重の元で巻取スプール２４に巻回された。一定の横荷重試験については、ファイバは少なくとも６つの異なる略一定の横荷重のもとで巻取スプール２４に巻回された。ファイバは、被覆形状測定ベンチ（ｃｏａｔｉｎｇ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｂｅｎｃｈ）（以下、ＧＥＭベンチという）を用いてフラットスポットが検査され、スプールに巻回されたファイバの巻取品質は、犬の骨の形成について目視で検査された。ＧＥＭベンチの一提供者は、オレゴン州、ビーバートン（Ｂｅａｖｅｒｔｏｎ）のＧＮ Ｎｅｔ Ｔｅｓｔ社である。
【００４５】
ＧＥＭベンチは、被覆されたファイバのフラットスポットを評価するために使用される。被覆されたファイバの一次被覆の外径（以下「ＯＤ」）は、各々が４０°離れた９つの回転方向で測定される。一次ＯＤデルタは、これらの９つの値の最大値からこれら９つの値の最小値を引いたものとして定義される。この測定は、ファイバの接近した２０区画（各区分は隣接する区分の３ｍ以内にある）について反復される。このファイバのフラットスポット値は、２０個の一次ＯＤデルタ値の平均に等しい。計算の実施例を以下に示す。
試験区分＃１ ファイバの方向 一次直径
（度） （マイクロメートル）
０ １９０．０
４０ １８９．５
８０ １９０．１
１２０ １９０．５
１６０ １９１．２
２００ １８９．５
２４０ １９０．１
２８０ １８９．７
３２０ １９０．３
最大 １９０．５マイクロメートル
最小 １８９．５マイクロメートル
一次ＯＤデルタ １．０マイクロメートル
【００４６】
区分２−２０に対し、区分２−２０についての一次ＯＤデルタのみ与えられる。
試験区分＃２： 一次ＯＤデルタ １．４マイクロメートル
試験区分＃３： 一次ＯＤデルタ １．３マイクロメートル
試験区分＃４： 一次ＯＤデルタ ０．６マイクロメートル
試験区分＃５： 一次ＯＤデルタ ０．９マイクロメートル
試験区分＃６： 一次ＯＤデルタ １．１マイクロメートル
試験区分＃７： 一次ＯＤデルタ １．３マイクロメートル
試験区分＃８： 一次ＯＤデルタ １．７マイクロメートル
試験区分＃９： 一次ＯＤデルタ １．６マイクロメートル
試験区分＃１０： 一次ＯＤデルタ １．３マイクロメートル
試験区分＃１１： 一次ＯＤデルタ １．４マイクロメートル
試験区分＃１２： 一次ＯＤデルタ １．３マイクロメートル
試験区分＃１３： 一次ＯＤデルタ １．３マイクロメートル
試験区分＃１４： 一次ＯＤデルタ １．４マイクロメートル
試験区分＃１５： 一次ＯＤデルタ １．２マイクロメートル
試験区分＃１６： 一次ＯＤデルタ １．３マイクロメートル
試験区分＃１７： 一次ＯＤデルタ １．１マイクロメートル
試験区分＃１８： 一次ＯＤデルタ １．３マイクロメートル
試験区分＃１９： 一次ＯＤデルタ １．１マイクロメートル
試験区分＃２０： 一次ＯＤデルタ １．３マイクロメートル
フラットスポット値＝１．２４５
フラットスポット値は、３．５よりも下であることが好ましい。フラットスポットは、３．０より下であることが一層好ましい。
【００４７】
パック半径は、次の予定による、巻取スプールに巻回されたファイバの長さに従って増大する。即ち、（１）５０Ｋｍ、パック半径は約１１．２ｃｍ（約４．４インチ）；（２）１００Ｋｍ、パック半径は約１２．２ｃｍ（約４．８インチ）；（３）１２５Ｋｍ、パック半径は約１２．７ｃｍ（約５．０インチ）；（４）約１５０Ｋｍ、パック半径は約１３．２ｃｍ（約５．２インチ）；（５）約２００Ｋｍ、パック半径は約１４ｃｍ（約５．５インチ）；（６）２５０Ｋｍ、パック半径は約１４．７ｃｍ（約５．８インチ）；（７）約３００Ｋｍ、パック半径は１５．５ｃｍ（約６．１インチ）；（８）３５０Ｋｍ、パック半径は約１６．３ｃｍ（約６．４インチ）であった。
【００４８】
横荷重の試験結果は図６に示してある。前述の被覆装置の一定の横荷重のもとで、最小のフラットスポットおよび許容できる巻取品質のために、横荷重は約６．３Ｎ／ｍ以下であり、また、少なくとも３．９Ｎ／ｍであることが好ましい。横荷重は約５．９Ｎ／ｍ以下であり、少なくとも約４．２Ｎ／ｍであることが一層好ましい。横荷重が約５．５Ｎ／ｍ以下であり、少なくとも４．６Ｎ／ｍあることが最も好ましい。
【００４９】
また、図６には一定の張力のもとでファイバを巻回した結果を示し、１５０ｇのプーリにファイバを巻回する間にフラットスポットが形成される可能性は、横荷重が６．３Ｎ／ｍを下回るまでは高すぎる。このファイバ長は、巻取スプール２４に巻回されている約１００Ｋｍまでのファイバと相互に関連がある。１２０ｇのダンサプーリについては、巻取スプール２４に巻回されているファイバの最後の１００Ｋｍについては、一定の張力のもとで、低い巻取品質、即ち犬の骨の傾向を示した。この犬の骨を形成する傾向は約３．９Ｎ／ｍ未満の横荷重に関係がある。
【００５０】
巻取中の張力の変化を図７に示す。一定の張力の実験に関し、１２０ｇのダンサによって生じた巻取張力は約０．６Ｎであり、１５０ｇのプーリに関しては約０．７Ｎよりも大きかった。約３．９Ｎ／ｍの横荷重については、張力は約０．４Ｎから約０．６Ｎを越えるまで増大した。約４．２Ｎ／ｍの横荷重については、張力は約０．４Ｎから約０．７Ｎに増大した。約４．６Ｎ／ｍの横荷重については、約０．４Ｎを越えてから約０．７Ｎ／ｍ以上に増大した。約５．５Ｎ／ｍの横荷重については、張力は約０．５Ｎを越えてから約０．９Ｎまで増大した。約５．９Ｎ／ｍの横荷重については、張力は約０．６Ｎから約０．９Ｎ以上まで増大した。約６．３Ｎ／ｍの横荷重については、張力は約０．６Ｎを越えて約１．０Ｎ以上まで増大した。
【００５１】
本発明の精神および範囲から外れることなく種々の変形変更が可能であることは、当業者にとって明白であろう。スプールに蓄積されたファイバの量が多くなるにしたがって、ファイバに付加される張力を増大させるどのような概念も適切である。このように、本発明は、本発明の変更、変形も、それらが添付の請求の範囲および均等物の範囲内にあるならば、網羅されるように意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ファイバ線引および巻取工程の概略図
【図２】
本発明の実施形態の概略図
【図３】
本発明による自重ダンサプーリの側面図
【図４】
ロータリダンサプーリを含む、本発明の実施形態の概略図
【図５】
本発明の別の実施形態
【図６】
パック半径の関数としての横荷重のグラフ
【図７】
パック半径の関数としての増大する張力のグラフ
Claims (13)
- 光ファイバがスプールに蓄積されるに従い、横荷重の百分率変化がパック半径の約６．３５ｍｍ（約０．２５インチ）の変化毎に約−３．４％より大きくなるように、前記光ファイバに加わる目標張力を変化させる工程を有することを特徴とする光ファイバをスプールに巻回する方法。
- 前記光ファイバに付加される張力を変化させる工程が、前記張力を増大させることを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記張力を増大させる工程が、前記ファイバに付加される張力を増大させる方向にダンサプーリを付勢することを含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
- 前記張力を増大させる工程が、前記ダンサプーリおよび前記スプール間に位置する１個以上の固定されたプーリにトルクを付加することを含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
- 前記増加の間の張力の増加量は、前記パック半径の増大に比例した量であることを特徴とする請求項２記載の方法。
- さらに、前記横荷重を所定の範囲内に維持し、それにより、前記スプールに巻回された前記ファイバの被覆の永久変形を阻止することを特徴とする請求項１記載の方法。
- さらに、前記パック半径の増加を監視する工程と、前記半径の増加をコントローラに伝達する工程とを有し、前記ファイバに付加された前記張力を増大させる工程が前記コントローラによって伝達された信号への応答を含み、前記コントローラによって規定された目標張力まで前記ファイバに付勢された張力を増大することを特徴とする請求項２記載の方法。
- 前記横荷重の百分率変化が約−１％以上であることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記スプールに巻回された前記ファイバに付勢される前記横荷重が、前記スプールにファイバを巻回する初期の前記横荷重の約２４％以下であることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 光ファイバがスプールに蓄積されるに従って、パック半径の変化毎の横荷重の変化が約−１８．０Ｎ／ｍ２より大きい量になるように、前記光ファイバに付加される目標張力を変化させる工程を有することを特徴とする、光ファイバをスプールに巻回する方法。
- 前記パック半径の変化毎の前記横荷重の変化が、約−１．０Ｎ／ｍ２より大きい量であることを特徴とする請求項１０記載の方法。
- 前記スプールに前記ファイバを巻回する最後で前記ファイバに付加される目標張力が、前記スプールに前記ファイバを巻回する開始時の目標張力より少なくとも約０．１％以上変化するように、前記ファイバが前記スプールに蓄積されるに従って、前記光ファイバに付加される前記目標張力を変化させる工程を有することを特徴とするスプールに光ファイバを巻回する方法。
- 巻取の最後に前記ファイバに付加された目標張力が、前記スプールにファイバを巻回する開始時の目標張力より少なくとも約２５％以上であることを特徴とする請求項１２記載の方法。
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