JP2010018443A - 光ファイバスプールおよび光ファイバスプールに光ファイバを巻回する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバスプールにおいて、手操作を不要とし、リードメータバレル部で光ファイバの張力を制御できるようにする。
【解決手段】光ファイバスプールは、外側フランジ２６ｃによって互いに分けられた、主バレルおよび、スロット３２が形成されたリードメータバレルを備える。スロット３２は、リードメータバレルに向く入口と主バレルに向く出口とを有する。また、スロット３２は、内側フランジ面に対して９０°未満の角度がつけられているとともに導入面および導入面と対向する作業面４０ｃを有する。導入面、作業面４０ｃは、それぞれ外側フランジ２６ｃの直近の隣接している部分と鈍角および鋭角をなしている。作業面４０ｃには、外側フランジの外面に向けて切欠かれて偏向面８０が形成されている。
【選択図】図９Ｂ

Description

本発明は、一般的には、光ファイバ製造の改良に関し、特に、光ファイバスプールおよび光ファイバの下巻き部にアクセスできる方法に関するものである。

製造工程の最後に、光ファイバは典型的には輸送スプール上に巻回され、内部での加工、顧客への輸送、そして、顧客の設備でのその後の加工がなされる。減衰の如き種々の属性について光ファイバの全長を試験するために、巻回されたファイバの両端を使用できることが必要である。また、他の光学的、幾何学的測定をするために、いずれの端部からもファイバサンプルを取り出せるようファイバの両端にアクセスできることが好ましい。

ファイバの外側端部にアクセスすることには問題がない。その端部からのファイバは、必要に応じて、単にスプールから巻き戻せばよい。他方、輸送スプール上に巻回された何百層ものファイバからなるファイバの束の下に、その端部があることから「下巻き」として知られるファイバの内側端部にアクセスするためには、特別な仕掛けがなされなければならない。容易にアクセスできる「リードメータ(lead meter)」が下巻きに取り付けられる。

下巻きにアクセスするための現在知られている１つの方法は、図１Ａ乃至図１Ｃに関連して以下に説明しているが、非効率的で、時間を要する手作業である。従って、光ファイバの下巻に簡単且つ容易にアクセスできるシステム及び方法が必要とされている。

光ファイバを製造する１つの方法においては、工程の「線引き(draw)」段階で、ファイバが線引き塔で母材から引き延ばされ、次に、４００キロメートルもの光ファイバがバルクスプール上に巻回される。工程の「スクリーニング」段階では、バルクスプールは、「オフライン(off-line)」とされ、即ち線引き塔のファイバ出力から切断され、次に、オフライン・スクリーニング（ＯＬＳ）装置に設置される。そこでは、光ファイバは強度が試験され、輸送スプールに巻き取られて、更なる加工及び輸送するための長さに切断される。典型的には、線引き段階に於いて、光ファイバは、スプールの近傍で長さ方向に沿って前後に移動するフライングヘッドによってファイバがスプール上に供給されるので、高速でスプールを回転させることによってバルクスプール上に巻回される。他方、スクリーニング段階では、他の巻回手法が使用されるが、その手法では、高速でスプールを回転させ、ファイバがスプールに供給されるに従って、スプールの縦軸に沿ってスプールを前後に移動させて輸送スプール上に光ファイバを巻回する。しかし、以下の記載から、本発明はいずれかのタイプの巻取機構で実施されることが理解できよう。
図１Ａ及び図１Ｂは、従来の光ファイバ輸送スプール１０の平面図、側面図を夫々示す。図１Ｂに示すように、スプール１０は、周囲に光ファイバが巻回される円筒形の主バレル１２、および主バレルに巻回されるファイバの外側の限界を画定する第１フランジ１４及び第２フランジ１５を含む。加えて、輸送スプール１０は、第１フランジ１４内に一体に成形された（実際より大きく描かれた）凹んだ円筒形のリードメータバレル部１６を含む。このリードメータバレル部１６は、リードメータフランジ部１８を含む。最後に、第１フランジ１４にリードメータ孔２０が形成されて、光ファイバがリードメータバレル部１６と主バレル１２の間に供給できる通路が形成される。図１Ｃは、第１フランジ１４内のリードメータ孔の拡大図を示す。

図１Ａ乃至図１Ｃに示す輸送スプールの下巻へのアクセスは次のようになされる。第１に、ファイバが巻回されたバルクスプールがＯＬＳ装置の繰出側に装填され、図１Ａ乃至図１Ｃに示す形式の空の輸送スプールがＯＬＳ装置の受容側に装填される。第２に、ファイバの端部は、バルクスプールから繰り出され、次に装置上のプーリを経て輸送スプールに通される。第３に、ファイバの端部は、輸送スプールの第１フランジ１４の内側からリードメータ孔２０に通される。リードメータバレル部に２０回巻回するのに十分な、約５乃至１０メートルの長さのファイバが、リードメータ孔２０から引き出され、次に、手操作によりリードメータバレル部１６に巻回される。一旦、リードメータバレル部１６が巻回されると、端部がテープで留められ、ＯＬＳ装置が始動する。そして、光ファイバは、第１及び第２フランジ１４、１５間で主バレル部１２上に所定の長さが自動的に巻回されて、再びテープで留められる。

リードメータバレル部１６上に巻回された５乃至１０メートルの長さのファイバは、例えば、（１）両端光時間反射率計（(double-ended optical time-domain reflectometer)ＯＴＤＲ）による測定のための光学的なアクセスのため、（２）他の光学的、幾何学的属性の検査のためのサンプルとして、そして（３）更なる光学的な測定用として顧客によって使用されるファイバ用として、測定に十分な量のファイバを提供する。

米国特許第４６９６３８号明細書

上述の手順には、多くの欠点がある。第１に、特に、リードメータバレル部に挿通し、手操作で巻回する手順は、時間がかかり、且つ面倒である。さらに、リードメータを、狭い、引っ込んだ領域まで到達させなければならない。さらに、リードメータを、手操作で通過させ、巻回するので、各スプールが巻回される毎に、巻取装置を停止させ、そして始動しなければならない。

加えて、典型的な従来のシステムでは、リードメータバレル部で光ファイバの張力を制御するのに問題がある。リードメータバレル部は、手操作で巻回されるので、リードメータ部の張力は、感触だけで制御されている。不適切な張力のためにファイバを再度巻回されねばならないことがある。さらに、リードメータ孔を通過するファイバの張力を制御するのに問題がある。

本発明は、例えば、アクセス可能な、光ファイバのリードメータ部をスプール上に自動的に巻回することができる輸送スプールおよび巻回システムを提供するものである。１つの態様において、本発明は、周縁に延びるスロットを有する外側フランジにより互いに分けられた、主バレル部とリードメータバレル部とを有するスプールを提供するものである。このスロットは、リードメータバレル部と主バレル部との間にファイバを通過させる通路を形成し、リードメータバレル部に向く入口と主バレル部に向く出口とを有する。スロットには角度が付けられており、リードメータバレル部に巻回されているファイバが、スロットの入口に接触すると、ファイバはその角度によりスロット内に引き込まれ、次にスロットによって主バレル部上に案内されるようになっている。

他の態様によれば、本発明は、複数の湾曲し、交差するリブを含むフランジを有する光ファイバ巻取スプールを備えるものである。これらの複数の湾曲し、交差するリブが、円周に沿う少なくとも１列のダイヤモンド形の強化部材を形成して、スプールを大幅に強化することが好ましい。このスプールは、また、補強用の円周リブおよび複数の半径方向に延びるリブの両方或いはいずれか一方を有してもよい。湾曲し、交差するリブは、上述の傾斜したリブと組み合わせて高強度の光ファイバスプールとしてもよく、それにより、リードメータ部の上に大部分のファイバ部が自動生産設備により順次巻回されるようにしてもよい。

本発明の更なる特徴及び効果は、以下の詳細な説明及び添付図面により明らかとなろう。

本願発明は偏向面を有することにより、スロット係合点が主バレルに接近するように移動し、それによって、光ファイバがスロットに通常進入する点を越えて、フライングヘッドが先に進んで数回巻き取ることが可能になる。さらに、切欠部によって形成された偏向面は、作業面に接近する光ファイバを、係合点に達するまで偏向させることができる。

従来の輸送スプールの底面図を示す。 従来の輸送スプールの側面図を示す。 図１Ａ及び図１Ｂに示す輸送スプールのリードメータ孔の拡大図を示す。 本発明による輸送スプールの第１実施形態の底面図を示す。 本発明による輸送スプールの第１実施形態の側面図を示す。 図２Ａおよび図２Ｂに示す輸送スプール内の外側フランジスロットの拡大図を示す。 巻取工程中の、本発明の輸送スプールの側面図を示す。 巻取工程中の、本発明の輸送スプールの側面図を示す。 巻取工程中の、本発明の輸送スプールの側面図を示す。 巻取工程中の、本発明の輸送スプールの側面図を示す。 巻取工程中の、本発明の輸送スプールの側面図を示す。 ファイバがリードメータバレルから主バレルへ通過完了した点での外側フランジスロットの拡大図を示す。 本発明による輸送スプールの底面図を示し、スプールの作動パラメータを図示する。 本発明による輸送スプールの底面図を示し、スプールの作動パラメータを図示する。 本発明による輸送スプールの底面図を示し、スプールの作動パラメータを図示する。 数ある中で、パラメータ「スロットを含む角度」を図示した、側面と底面の複合図である。 本発明による輸送スプールの平坦なフランジの実施形態の側面図である。 本発明による「定速」外側フランジスロットの側面図である。 本発明による「定速」外側フランジスロットの底面側斜視図である。 本発明による「制御された加速」外側フランジスロットの側面図を示す。 本発明による「制御された加速」外側フランジスロットの底面側斜視図を示す。 本発明による「遅延進入」外側フランジスロットの側面図を示す。 本発明による「遅延進入」外側フランジスロットの底面側斜視図を示す。 本発明による「遅延進入」外側フランジスロットの底面図を示す。 光ファイバのリードメータ端部が引掛歯に保持された、本発明による輸送スプールの側面図を示す。 光ファイバのリードメータ 端部が引掛歯に保持された、本発明による輸送スプールの底面図を示す。 他のリブ形状を有する外側フランジの底面図を示す。 反横断形状を含む本発明による輸送スプールの側面図を示す。 反横断形状を含む本発明による輸送スプールの底面図を示す。

本出願は、１９９８年１２月３０日出願の米国特許仮出願第６０／１１４，５１６号および１９９９年１月１２日出願の米国特許仮出願第６０／１１５、５４０号の利益を主張するものである。

本発明は、特別に設計された輸送スプールのリードメータバレル部および主バレル部の両方に、自動的な順番で光ファイバを巻回可能にすることによって、従来のこれらの欠点を克服する有益な巻回システムを提供する。図２Ａ、図２Ｂは、本発明による第１の実施形態の輸送スプール２２の側面図および底面図をそれぞれ示す。図２Ａに示す如く、スプール２２は、光ファイバが巻回される主バレル部２４を含む。主バレル部２４上に巻回される光ファイバの外端は、外側フランジ２６と内側フランジ２７により画成される。本実施形態においては、軽くて頑丈なものとするためフランジにリブが形成されている。後述する図１１は、本発明の実施に使用してもよい効果的なリブの模様の別の実施形態を示す
図２Ａおよび２Ｂに示すスプール２２は、光ファイバのリードメータ 部が巻回されるリードメータバレル部（lead meter barrel portion）２８をさらに含む。本発明のリードメータバレル部２８は、上記の如く従来の輸送スプール１０のリードメータバレル部１６とは違って、引っ込んでおらず、外側フランジ２６から軸方向にむしろ突出している。さらに、本発明のリードメータバレル部２８の幅は、対する従来技術のものの幅より幾分大きい。リードメータバレル部２８は、外側フランジ２６によって、主バレル部２４から分けられている。リードメータバレル部２８の外側の限界は、外側フランジ２６およびリードメータフランジ３０により画成される。図２Ａおよび図２Ｂから明らかなように、リードメータバレル部２８およびリードメータフランジ３０は、同じ縦軸に沿って位置する、即ち主バレル２４、内側フランジ２６および外側フランジ２７と同軸である。

図２Ａおよび図２Ｂに示す輸送スプールは、外側フランジ２６にスロット３２を有する。このスロット３２は９０°未満に角度がつけられているが、４５°未満に角度がつけられることが一層好ましい。スロットは内側フランジ面９０に対し、約２０°に角度がつけられていることが最も好ましい。このスロット３２によって、リードメータバレル部２８と主バレル２４との間に光ファイバ用の通路が形成される。スロット３２は、前述の従来のスプールに見られたリードメータ孔に置き換わるものである。これは、主バレル部２４およびリードメータバレル部２８の面から外側フランジ２６の外周に延びることが好ましい。この好適な実施形態では、スプールは、樹脂で射出成形され、スロット３２は成形工程中に外側フランジ２６に一体に成形される。

以下に、一層詳細に記載したように、スロットの幾何学的形状は、ファイバがリードメータバレル２８上に巻回され、スロット３２と接触した後、巻回の工程には何ら支障無く、ファイバが加速されスロットを通って主バレル２４上に移動するように設計されている。光ファイバがリードメータバレルから主バレルへ移動する際、そのファイバが外側フランジ２６を通り抜けるようにスロットは設計されている。換言すると、スロット３２は、スプールの外側フランジ２６の一側から他側へファイバを加速させるカムの役割をし、それによって、リードメータバレル２８上に既に巻回された下巻部の離隔した部分に完全にアクセスできる。これによって、従来行われていた手作業による巻取およびリードメータの巻取工程が必要ではなくなる。

図２Ｃは外側フランジ２６のスロット３２の拡大図を示す。上述したようにスロット３２はスロットの入口側３４即ちリードメータバレル部２８の方向から、スロットの出口側３６即ち主バレル２４の方向にファイバを加速する。スロット３２は、導入面(lead-in surface)３８と作業面(working surface)４０の、２つの対向する面から画成される。図示した実施形態に示されるように、導入面３８と作業面４０は、互いに平行でないことが好ましい。このようにスロットの入口側３４は、出口側３６よりも大きくなっている。狭くすることによって、ファイバがフランジの内面でサポートされなくなる虞をなくしている。フランジの内面９０から測定して、約１５°の角度θ_１が導入面３８に形成されている。内面９０から測定して、作業面４０に約２０°の一層大きな角度θ_２が形成されている。

その名称の通りに、導入面３８は、光ファイバを張力が過大にならないように制御された巻取速度でスロット３２内に案内する。図２Ａに示されるように、導入面３８は、導入機能を容易にするための導入部４２を含んでもよい。同様にその名称が示すように作業面４０は、スロットを通過するファイバを横に加速する。一層詳細に以下に示すように、輸送スプールの回転により光ファイバが作業面４０に対して付勢され、それによって加速が誘起される。

このスプール２２の回転については、巻き取り中の異なる段階にある輸送スプール２２を示す図３Ａ乃至図３Ｆを参照することにより一層理解できよう。これらの図中、リードメータバレル２８は、図示するために、通常よりも大きな幅に描かれている。

巻取工程は、回転可能なスピンドル組立体に、空のスプールを取り付けて、光ファイバ４４の端部を、リードメータフランジ３０近傍のリードメータバレル２８に貼り付けることによって開始される。ＯＬＳ工程においては、これは、ファイバ４４の端部をリードメータバレル２８に手で貼り付けることによって行うことができる。一旦、ファイバ４４の端部がリードメータバレル２８に取り付けられると、スプール２２が回転し、ファイバ４４のリードメータバレル２８上への巻取が開始される。

図３Ａは、リードメータバレル２８上へ、光ファイバ４４のリードメータ領域が巻き取られている最中のスプール２２の側面図を示す。リードメータバレル２８は、示されるようにスプール２２の底部に位置する。ここで使用された側部および底部という用語は説明用だけのものであり、スプールは、実際上可能ないかなる方向においても、好ましくは軸を水平にした状態で巻取してもよいものと認識すべきである。光ファイバ４４は、フライングヘッド組立体４６によってスプールへ供給される。ファイバ４４がリードメータバレル２８上に巻き取られるに従い、フライングヘッド４６は、スプール２２の直径、ファイバ４４の幅、スプール２２の回転速度に関して計算された率で上方に移動し、スプール２２の回転とフライングヘッド４６の動きとの組み合わせにより、光ファイバ４４がリードメータバレル２８および主バレル２４の上に、各螺旋の列が先の列に密接して螺旋状に巻回される。螺旋状に連続した列の距離は巻取「ピッチ」として知られているが、これは、回転しているスプール２２に対してフライングヘッド４６が上下（或いは巻取の方向によって前後）に移動する速度を変えることにより調節できる。巻取工程のこの部分の間、フライングヘッド４６に対するファイバ４４の角度は、フライングヘッド４６の速度がファイバが横断する速度と略同じ、即ち光ファイバ４４がリードメータバレル２８の長さだけ上方に進む速度と同じなので、約１８０°に略平坦に保たれる。

図３Ｂに示されるように、フライングヘッド４６が、光ファイバ４４と外側フランジ２６とが接触する点に進むまで、光ファイバ４４は、リードメータバレル２８上に連続して巻回される。この点において、リードメータバレル２８は光ファイバ４４で完全に巻回されたこととなる。

フライングヘッド４６は上方に移動し続けるが、リードメータバレル２８上へのファイバ４４の螺旋巻き付けが外側フランジ２６によって一時的に阻止されると、ファイバの横断速度は停滞する。このように、図３Ｃに示されるように、フライングヘッド４６は進み続けるが、外側フランジ２６があるので、リードメータバレル２８上に巻回されている光ファイバ４４はフライングヘッド４６に遅れる。

フライングヘッド４６が外側フランジ２６の面を越えて横断するので、ファイバ４４は、スロットの導入面３８のテーパの付いた導入部４２に対して付勢される。導入部４２は、ファイバ４４がスロット３２の上を「滑って越え(slip over)」ないように、十分長く且つ十分テーパがついていなければならない。スロット３２の作業面４０即ち導入面３８に対向するスロットの面は、ファイバの張力およびコーティングに衝撃を与えない許容できる低いレベルで、ファイバ４４がスロット３２を通って外側フランジ２６の他側に加速されるよう構成されている。スロットの別の幾何学的形状について、さらに以下に述べる。

図３Ｄでは、光ファイバ４４は、スロット３２を通って主バレル２４上に加速される。実質的にカムとして機能するスロット３２によってファイバ４４が加速されるので、スプール２２に巻回されているファイバ４４は、一定の速度で上方に移動し続けたフライングヘッド４６を導く。フライングヘッド４６は、主バレル２４上に巻回されているファイバ４４に現時点で遅れているので、ファイバ４４は、外側フランジ２６のスロット出口側で巻取が開始される。

図３Ｅに示されるように、ファイバ４４の巻取はフライングヘッド４６がファイバ４４に追いつくまで継続される。この時点で、通常の巻取工程が開始され、フライングヘッド４６は、外側フランジ２６と内側フランジ２７の間で前後に移動する。スロット３２の角度および幾何学的な形状により、光ファイバ４４は、一旦通常の巻取が開始されると、スロット３２内に引き込まれることはない。

図４は、過渡点即ちファイバ４４が外側フランジ２６を通ってスロット３２によって加速されている点でのスロット３２の拡大図を示す。

スロット３２の機能は、ファイバ供給源が静止していて、回転するスプール２２が縦軸に沿って上下に移動するときと実質的に同じであることが理解できよう。

要約すると、光ファイバ４４が一旦リードメータバレル２８に取り付けられると、ファイバ４４のリードメータ領域は、光ファイバ４４が外側フランジ２６に接触するまで自動的にリードメータバレル２８に巻き取られる。この点では、ファイバ４４はスロット３２を通過してスプール２２の主バレル２４に加速される。このようにして、従来、典型的に必要とされていた、リードメータバレル上へ手作業によりファイバを２０回巻き付ける必要が完全になくなって、製造工程の効率が飛躍的に高められる。加えて、このシステムは、さらに以下に述べる多くの効果を有するものである。

本輸送スプール２２は、多くの作動パラメータを有するが、それらを図５Ａ乃至図５Ｅに示す。図５Ａは、本発明による輸送スプール２２の底面図を、作図のためにリードメータフランジを除いて示すものである。リードメータバレル２８は、ファイバ４４への損傷を防止するため、エラストマー、フォーム、或いは他の弾性クッション材料４８の層で覆われることが好ましい。図５Ａでは、ファイバ４４が、テーパの付いた導入部４２直近の「スロット入口点」に丁度引き込まれたところである。その名称が示唆するように、スロット入口点５０は、ファイバ４４が実際にスロット内に進入してその進行を始める点である。図５Ａに示されるように、スロット入口点５０は、外側フランジ２６の外周に近接しているが、当接してはいない。

図５Ｂでは、スプール２２が回転し続けて、光ファイバ４４がスロットを通って「スロット出口点」５２即ちファイバ４４がスロット３２を出る点に加速されている。スロット出口点５２に直近で当接する外側フランジ２６の領域は「スロット導出領域」５４を含む。図５Ｂに示すように、スロット出口点５２は、スロット入口点５０よりも外側フランジ２６の外周内の深い点に位置する。一旦、ファイバ４４がスロット３２およびスロット出口点５２から出ると、スプール２２の主バレルに巻き付けられる。

図５Ｃは、スロット入口点とスロット出口点の間の関係を示す。図５Ｃに示すように、スロット入口点５０を含む第１の半径５６と、スロット出口点５２を含む第２の半径５８との間に鋭角５４が形成される。この角度５４は「スロットを含む角度(slot included angle)」と称される。スロット入口点６０とスロット出口点６２の深さの測定上の違いは、「加速領域の深さ」６４と称される。

図５Ｄは、スロット３２とスロットを含む角度５４との間の関係を示す、側面と底面の複合図である。加えて、図５Ｄは、リードメータバレル直径６６、外側フランジ直径６８および外側フランジ厚さ７０の３つの追加のパラメータを示す。また、スロット作業面と外側フランジによって形成される角度である「スロット圧力角」７２（θ_２）が示されている。図５Ｄに示されるように、スロット圧力角は４５°未満である。

一つの重要な作動パラメータは、ファイバのライン速度であり、それは次にスプール回転速度となる。他の作動パラメータは、フライングヘッドの横断速度であり、これはファイバの巻回ピッチの機能である。フランジについては、作動パラメータは、以下に述べるスロットを含む角度、およびフランジの厚みを含む。

回転速度、スロットを含む角度およびフランジ厚さにより、横断が起きるタイミング（traverse event timing）および、横断時間、速度、加速およびファイバ張力の変化の如きすべてのファイバの運動学上の応答および力学上の応答が決定される。フランジ横断時のフライングヘッドの速度とフランジ厚さによって、ファイバがスロット入口端に衝接する可能性が決まり、また、フライングヘッドがフランジの真横を通り過ぎ、フランジの内側で生じるファイバの蓄積に遅れる間に形成されるファイバの巻き数も制御される。
スロット３２は、外側フランジ２６を横切るファイバ４４にとって、一方向性に形成される。通常の巻取の間、ファイバ４４がスロット３２の出口側と接触しても、ファイバが損傷することも、スロット３２内にファイバ４４が引き込まれることもない。

図６に示すような平坦な、即ちテーパの付いていない外側フランジに使用する基本的なスロット形状が開発された。図６に示すように、外側フランジ２６は、四角の隅部７４を有し、その外側面７６は平坦である。

第１の実施形態は、所謂「定速(constant velocity)」スロットと呼ばれる最も簡単な形状のスロットである。このスロットは図７Ａ、図７Ｂに示されており、夫々、定速スロット３２ａを有する外側フランジ２６ａを含むマルチピーススプール形状の側面図および部分的な斜視図を示す。このように、スロットは、フランジのセグメントとして示されているが、実施においては、図２Ａに示されたのと同様な一体の円形のフランジ部分として形成されることが好ましい。このスロット３２ａの作業面４０ａは、スプールの外側フランジ２６ａを単に切欠いた平面である。切欠の端縁の区域は、ファイバを案内してスロットに通過させる面として働く。一旦、ファイバがスロット３２ａに係合すると、ファイバは最大速度に加速されて、外側フランジ２６を通過して横断を完了するまでこの速度で移動する。このスロットの形状によって、ファイバがスロット領域に入るに従って大きく加速される。これらの大きい加速が、ファイバに過大な張力を生じさせるが、この過大な張力はファイバが巻回されるに従い張力制御に重大な障害となることがある。しかし、実験を通して張力スパイクおよび張力制御の損失は、この実施形態では許容できるものであり、それ故、この形状はリードメータにアクセスするのに、有効な手段であることが確認された。

図８Ａおよび８Ｂは、外側フランジ２６ｂを含むマルチピーススプール形状の側面図および部分的な底面斜視図を夫々示し、この外側フランジ２６ｂは、「制御された加速」スロット３２ｂを有し、その中の作業面４０ｂは、「Ｓ」形４０ｂ内に形成された２つのパラボラ状の湾曲部を有する。第１の湾曲部は、最初にファイバに対して、図７Ａ、図７Ｂに示された定速スロットよりも緩やかな角度とし、それにより、スロット入口点におけるファイバの加速を低減している。作業面４０ｂのパラボラ状の湾曲部は、定速スロットの持続期間と比較してファイバ加速の持続期間を増大するように作用する。しかしながら、その持続期間は大きいが、加速の大きさは低い。第２のパラボラ状の湾曲部は、第１の湾曲部の方向と逆に湾曲しており、ファイバがスロット３２ｂを出る前に減速する。出るときの速度を最少にすることが、ファイバの張力の制御に役立っている。

図３Ｄおよび図３Ｅに関して上記したように、本発明を導入したシステムは、外側フランジ２６の主バレル２４側にファイバ４４を巻き付けるよう導くことができる。この巻き付けは、フランジ２６を通過するファイバ４４を、フライングヘッド４６の上方への移動より大きい速度に加速するスロット３２の作用によって生じる。スプール２２に巻回されている光ファイバ４４が、フライングヘッド４６が「追いつく」前に、外側フランジ２６側の主バレル２４に達するので、通常の巻回がなされる前にファイバ４４の何巻きかが外側フランジ２６側の主バレル２４上に巻回される。

外側フランジ２６側で主バレル２４にファイバが積層されることで、ファイバ４４の追加の層が主バレル２４の層の頂部に巻回されるので、ファイバ４４のマイクロベンディング（微小な曲げ）(microbending)をもたらすことがある。これにより、ファイバが積層されるに従って輪を形成することがある。ファイバのマイクロベンディングは、減衰損失を生じることがあり、これはＯＴＤＲ試験で検知できる。最初の巻きの後に巻回される後続のファイバの層は、積層されるファイバの増大する圧力によって問題を悪化させやすい。規定のレベルを超えるこのような損失があったならば、顧客に出荷される前にファイバを巻き直すことが必要になろう。この積層に伴うさらなる問題は、このファイバの積層がファイバの残りの通過の巻取品質にさらに影響することである。この影響は、後続のファイバ層が形成されるに従って、増幅されることがある。

この問題を解決する一つのアプローチは、典型的には、９．５ｍｍのフランジ厚さに接近したピッチでファイバを巻回することである。しかしながら、必要なピッチで巻き取る能力は、機械の巻取速度が速くなると益々困難となる。このように、この積層の問題に取り組むために、外側フランジ２６とスロット３２の代替形状が開発された。

積み重ねの問題に取り組むスプール２２の１つの実施形態は、外側フランジ２６のテーパを含む。このテーパ７８は、前記のように図２Ｂに図示されている。テーパを形成した外面を有する外側フランジ２６を使用することで、この積層の問題が低減される。このテーパ７８は、ファイバがスロット３２に進入するのを遅くするように機能する。次に、ファイバの積み重なりは、スプールフランジ２６のリードメータ側２８に変移される。スプールの外側、即ちリードメータバレル２８で積層がなされると、ファイバは束に巻回された圧力に曝されないので、減衰の問題は低減することができる。このように、テーパを形成したフランジの使用は、リードメータの損失を最小限にし、簡単な部品形状とするので、平坦な、テーパのついていないフランジにとって好ましい。

テーパのついたフランジ形状を用いることに加えて、修正したスロット形状を用いて、積層をリードメータバレル部の方へ変移することも可能である。図９Ａ乃至図９Ｃは、これらの形状を導入した外側フランジ２６ｃの、側面図、底面側斜視図、および底面図をそれぞれ示す。図９Ａ乃至図９Ｃに示すように、スロットの作業面４０ｃの領域は、偏向面８０を形成するために切欠かれている。この切欠部によりスロット係合点８２が主バレルに接近するように移動し、それによって、光ファイバ４４がスロット３２ｃに通常進入する点を越えて、フライングヘッド４６が先に進んで数回巻き取ることが可能になる。さらに、切欠部によって形成された偏向面８０は、作業面に接近する光ファイバ４４を、係合点８２に達するまで偏向させる。望むならば、遅延進入スロットをテーパのついたフランジ形状と組み合わせることができる。

外側フランジの主バレル側でファイバの積層に取り組むのに他の形状を使用してもよい。例えば、２５ｍ／ｓより大きな速度で、最大２つ未満の積層をするのに十分な、外側横断点におけるフライングヘッドの加速および速度を可能とするために機械の制御をすることができる。この積層を低減する機構は、機械の制御に強化策を追加することにより可能である。加えて、低質量且つ高加速性の「支援」装置を、フランジの全幅に亘って最終プーリおよびファイバを短時間綾振りさせて用いることができる。あるいは、ファイバは、ソレノイド駆動のアクチュエータによって僅かの間保持され、最終プーリがフランジを越えると開放される。

さらに複雑なシステムでは、ファイバの横の運動を、フランジ或いはスロット面に接触することなくファイバがスロットに進入するよう回転スプールの半径位置に従って合わせることが可能である。この手法は、低速では容易に実施可能であるが、高速では困難さが増す。システムの要件は、スロットの大きさ（即ち幅および角度）および装置のライン速度により指示される。

１９９８年３月１６日出願の米国特許出願第０９／０４２，４８９号（１９９７年３月２５日出願の仮出願第６０／０４１，３７１号の利益を主張している）の本出願人の譲渡人に譲渡された開示内容および図面は、その全文を引用してここに導入されており、本発明と効果的に組み合わせることができる自動引張り巻取機(automated draw winder)について記述している。記載された自動引張り巻取機は、引張り装置を含んでおり、この引張り装置では、光ファイバの破損が生じると、ファイバはトラクタにより引き続き引っ張られると共に吸引機を使用して集められる。一連の運動制御シーケンスの後、ファイバの張力を維持する吸引機によって、ファイバはスプールのフランジ近傍の鋭い歯に導かれる。

本発明によるスプールを自動引張り巻取機と共に用いて自動システムを作ることができる。輸送スプールが巻き取られると、装置は自動的にファイバを切断し、上記の如くファイバの端部を保持し、再び鋭い歯にそれを取り付ける。図１０Ａ、図１０Ｂは、突出したファイバ端部８４が鋭い歯によって保持された輸送スプールの側面図および底面図をそれぞれ示す。

一旦、ファイバ端部８４が引っ掛けられると、光ファイバは、上述の如く、リードメータバレル２８上に巻き取られ、スロットを通して加速され、主バレル２４上に巻回される。輸送スプールへの巻取が完了すると、ファイバはカットされる。弛んだ端部は、巻取のために新しいスプールが所定位置に移動してきたときに、吸引機を用いて集められる。

本システムは、上述のものに加えて、多くの利点がある。ファイバをリードメータバレルから主バレルに入れる幾何学形状により、典型的な従来のスプールおよび巻取工程に見られるマイクロベンディング効果による損失が低減される。小さなリードメータ孔および張力制御のない典型的な従来のシステムでは、リードメータを手で巻き取るとき、しばしば過度のマイクロベンディングとなる。このマイクロベンディングは、次にＯＴＤＲ試験によって検出される、主として減衰損失の１つのタイプであるカップリング損失を生じる。現在、マイクロベンディングによるＯＴＤＲの「ピーク」をなくす方策は、リードメータの全体を巻き戻して、曲げ応力を開放することである。本発明によるスロット付のスプールによって、外側フランジの一側から他側へのファイバの緩やかな移動(gradual transition)を利用して、マイクロベンディングの虞を大幅になくし、また、リードメータが巻回されるときファイバへの張力を制御することによりこの問題が軽減される。

さらに本発明は、リードメータの取り外しを容易に自動化できる。巻取装置をプログラム制御して、スプールの外側フランジのスロットを通してファイバが通過する前にいくつかのファイバの層をリードメータバレル上に巻くことができる。掛け値のない効果は、第１層の上に他の層が重なって巻回されて保持されることである。この巻取パターンは、光ファイバの端部８４が、リードメータ領域のバレルから飛び出た歯へと延びている、歯を備える構成と効果的に組み合わせることができる。この組合せにより、２つの方法でリードメータ部の取り外しを自動で行うことが容易になる。第１に、ファイバのリードメータ端部はバレルから突出しており、自動化された部品を用いるのに容易な位置である。第２に、リードメータバレル上に多層に巻回されていることによりファイバが保持され、自由端を引っ張ることにより歯からファイバを開放してファイバを簡単に取り外せることを可能にしている。多層の巻回により、端部が引っ張られる際にファイバがほどけることが防止される。

本システムの別の効果は、ファイバを現場で組み付ける際に現れる。リードメータ孔から突出する点で、ファイバをカットするのは、ファイバケーブル施設者(fiber cablers)にとって、通常の標準的な手順である。これは高張力による破損、即ちファイバの処理の完了時に、リードメータ孔を通してファイバが通過するところでの破損を防止するためである。スプールが空になる前には、多くのケーブルラインは自動的には停止しない。リードメータバレルと一体に成形された、スロット付のフランジスプールは、ファイバをスロットから外し、リードメータバレルから巻き戻して外すので、ファイバのカットの必要性をなくす。この手法は２つの利点を有する。第１には処理のためにスプールを準備する時間が低減されることである。第２には、カットによってスプールへの損傷が少なくなることである。

ここに開示されたスロットの更なる効果のある特徴は、米国特許第４，６９６，４３８号に記載されたような従来の他のスロットと違って、巻き取られたファイバの束の側部のエレメントへの露出が最小となることである。スロットがスプールフランジに角度を付けて切り込んでいることが、ファイバの束を保護するのに役立っている。

さらに、本スロット技法は、一層従来型の「バルクスプール(bulk-spool)」に同様に使用することもできる。ここに開示したように、引っ掛け法は、スプールフランジの内面にある「引っ掛け端」によるものである。種々の理由により、引っ掛け端は、スプールフランジの外面にあることが有利となる。ここに開示されたスプールおよび巻回システムは、スプールフランジの外面に引っ掛け端を保持することによって成し遂げるものであり、また、上述の如く、巻取のためにフランジのスロットを用いて、ファイバをフランジの外側からフランジの内側に移動させることによって成し遂げるものである。

図１１は、本発明を実施するのに効果的に用いられるリブ模様を導入した外側フランジ２６ｄの底面図を示す。図８ｂに示されたのと同じスロット３２が含まれ、光ファイバが巻取中にリードメータ部から主部に容易に通過することを可能にしている。リブ模様は、スロットとは独立して使用できることを理解すべきである。図１１に示す如く、外側フランジ２６ｄは、好ましくは３つのタイプのリブ、各々は個別に使用できるが、半径リブ８６、円周リブ８８，および湾曲リブ９０を組み合わせている。半径リブ８６は、好ましくは等間隔の直線的なリブであり、円周リブ８８からフランジ２６ｄの周縁に向けて半径方向に延び、周縁方向に行くに従ってテーパとなっている。円周リブ８８は環状のリブであり、上記のリードメータ生成工程用の機能面を形成していると共に、半径リブ８６と湾曲リブ９０間の結合部を形成している。円周リブ８８は、湾曲リブ９０と半径リブ８６の僅かに上に延びて機能面を形成している。特に、半径リブ８６は、円周リブ８８近傍の点で終端している。

図１１に示す湾曲リブ９０は、フランジの剛性と強度対重量比を組み合わせ、且つ射出成形工程を使用して製造を容易にしている。複数の時計回りの湾曲リブ９０ａは、複数の反時計回りの湾曲リブ９０ｂと交差して絡み合わせた補強構造を形成している。湾曲リブ９０ａ、９０ｂは、多数の点で交差するのが好ましい。湾曲リブ９０ａ、９０ｂは、リードメータバレル２８で、また円周リブ８８で交差するのが最も好ましい。半径方向に延びるリブ８６は、交差点８９から外側に延びるのが好ましい。

増強された強度は、湾曲リブ９０が協働して交差して、図１１に示すようにフランジの円周に沿って延びる、少なくとも第１のダイヤモンド形の支持部材の列を形成し、且つ好ましくは第２のダイヤモンド形の支持部材の列を形成することによるものである。リブ９０の湾曲形状は、ダイヤモンド形の支持構造を作るために形成された角度の付いた交差点とともに、射出成形工程による成形を容易にしている。勿論、湾曲し、交差するリブ、円周リブ、および／または、半径リブの如き類似の或いは同じ補強構造が、同様に内側フランジに含まれることが好ましい。さらに、交差する湾曲リブの一つの形態が図１１に図示されているが、種々の他の湾曲形状が使用されてもよい。

図１２Ａ、１２Ｂはスロット３２の他の重要な特徴を示す。この特徴は、何らかの理由で（矢印Ａで示す）最初の巻回方向と反対の（矢印Ｂで示す）方向にファイバが巻回されたときに重要である。例えば、最終ユーザーは、ファイバにさらなる処理或いはコーティングを施こそうとし、スプール状に再度巻き付けるかもしれない。スプールの中心からフランジ２６の内面９０（図２Ｃ）の方を見た図１２Ａに示す如く、スロット３２の後端９２は、その最も外側の半径方向の外端部に、反横断形状(anti-traverse profile)９４を含む。この形状９４は、複合半径面、即ち２つの直角方向に沿う半径を含むことが好ましい。しかしながら、半径、テーパ、その組み合わせ、或いは他の直線的でない形状でも同様の結果が得られるかもしれない。この形状９４は、反対に巻回されているときに不用意にスロット３２を通って逆戻りすることを防止している。

形状９４は、例えば、図１２Ａに示すように、半径方向の部分９４ａであり、ここでは後端９２が、フランジ２６の半径終端部分近傍の半径方向に沿って直線から離れている。さらに図１２Ｂに最もよく示すように、形状９４は、軸方向の、その長さに沿う非直線部分９４ｂ、即ち軸方向において内面９０からフランジ２６に延びる形状も後端９２に含んでもよい。この部分９４ｂは、複合半径、全半径、テーパ、その組み合わせ、或いは、他の同様な形状を含んでもよく、逆巻きの際に、スロット３２を通ってファイバが逆戻りする可能性を最少にする。

適切な半径の長さ、テーパの程度、或いは他の形状は巻回速度と条件によってきまる。適切な形状９４は、巻取角度により、スロット３２を通って逆に移動する機会をほとんど完全に無くしている。限定的に解釈すべきではないが、例示によると、半径１２ｃｍのフランジおよび半径７．５ｃｍのスプールを有するスプールでは、軸方向の部分９４ｂについては１．０ｍｍと５．０ｍｍの間の半径、半径方向の部分９４ａについては周の３．０ｍｍの直線部分につながる約３．５ｍｍの半径が、好ましくはスロット３２を通過して逆に移動することなく、頂部がフランジ２６を約３ｍｍ越えた巻取りスプールの過度の移動(over-travel)が可能である条件となることが判った。

前述の記載は、本発明を実施するのに当業者にとって容易な事項を含むが、記載は例示的なものであり、これらの教示から当業者にとって種々の変形変更が明白であることを認識すべきである。従って本発明はここに添付した請求の範囲によってのみ確定されるべきであり、請求の範囲は従来技術によって可能な限り広く解釈されるべきである。

２６ｃ 外側フランジ
３２ スロット
４０ｃ 作業面
８０ 偏向面

Claims (7)

1. 外側フランジによって互いに分けられた、主バレルおよびリードメータバレルを備え、
   前記外側フランジが、前記リードメータバレルと主バレル間に光ファイバのための通路を形成するスロットを有し、
   該スロットは、前記外側フランジを横断する方向において前記リードメータバレルに向く入口と前記主バレルに向く出口とを有するとともに、前記外側フランジの半径方向において前記主バレルおよび前記リードメータバレルの表面から前記外側フランジの外周に向かって延在し、
   かつ前記スロットは、前記外側フランジの内側フランジ面に対して９０°未満の角度がつけられているとともに導入面および該導入面と対向する作業面を有し、前記導入面が前記外側フランジの直近の隣接している部分と鈍角をなしており、前記作業面が前記外側フランジの直近の隣接する部分と鋭角をなしており、前記作業面が、前記外側フランジの前記外面に向けて切欠かれて偏向面を形成していることを特徴とする光ファイバを受容するスプール。
2. 前記作業面と前記外側フランジの前記直近の隣接する部分とのなす角度が４５°未満であることを特徴とする請求項２記載のスプール。
3. 前記スロットの出口が前記スロットの入口より狭いことを特徴とする請求項１または２記載のスプール。
4. 前記フランジが複数の湾曲して交差するリブを有することを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載のスプール。
5. 前記複数の湾曲して交差するリブが、複数の半径方向に離隔して円周に沿う複数列のダイヤモンド形の強化部材を形成していることを特徴とする請求項４記載のスプール。
6. （ａ）請求項１から５いずれか１項記載のスプールを用意する工程と、
   （ｂ）前記ファイバを前記リードメータバレル上に巻回する工程と、
   （ｃ）前記ファイバをして前記スロットを通過せしめて前記リードメータバレル上に案内する工程と、
   （ｄ）前記ファイバを前記主バレル上に巻回する工程と、
   を有する、スプールにファイバを巻回する方法。
7. 前記工程（ｂ）が、
   前記スプールが回転されて、ファイバ供給源からのファイバが前記リードメータバレル上に巻回されると、前記ファイバのリードメータ部が、前記リードメータバレル上に巻回された後、前記ファイバが前記スロットの入口に接触するように、前記ファイバ供給源に対して前記スプールを縦軸上に回転可能に取り付ける工程を含むことを特徴とする請求項６記載の方法。

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