JP2014504245A - 改善された光ファイバガイド装置 - Google Patents

Abstract

光ファイバ（２）を製造するための垂直タワー（Ｔ）に設置されるように構成された光ファイバガイド装置（１）であって、前記光ファイバ（２）は前記タワー（Ｔ）の頂部に位置する加熱炉（１８）より生成された後、前記タワー（Ｔ）の垂直下方向に進行し、前記ガイド装置（１）は前記加熱炉（１８）の下流に配置され、該ガイド装置（１）は、第１のガイドプーリ（１０）と、該第１のガイドプーリの下流に配置された、前記光ファイバ（２）を捩るための少なくとも１のファイバ捩り表面（１２２０）と、前記光ファイバ（２）を捩るための前記少なくとも１のファイバ捩り表面（１２２０）の下流に配置された第２のガイドプーリ（１４）と、変向プーリ（１６）とを含み、前記第１のガイドプーリ（１０）と前記少なくとも１のファイバ捩り表面（１２２０）との間の距離（Ｃ）は、該少なくとも１のファイバ捩り表面（１２２０）と前記第２のガイドプーリ（１４）との間の距離（Ｄ）よりも大きく、前記ガイド装置（１）は光ファイバ（２）を捩るための第２のファイバ捩り表面（１２２２）を更に含み、前記光ファイバ（２）を捩るための前記２つのファイバ捩り表面（１２２０、１２２２）は同一のファイバ捩りプーリ（１２２）の外周に形成された溝の２つのＶ溝側壁であることを特徴とする光ファイバガイド装置。

【選択図】 図３

Description

本発明は光ファイバの製造装置に関する。更に詳しくは、光ファイバの製造方法に用いられる光ファイバ捩り装置に関する。

図１（ＵＳ５４１８８８１Ａから流用）を参照すると、従来技術における光ファイバの製造方法は、ガラスを加熱して好ましくは母材（ガラス棒）を製造するための加熱炉１２を含む。加熱炉は一般的には高い位置に、好ましくは一般的に２０〜３５ｍの高さを有するタワーＴの頂部に設けられる。

加熱炉１２は、該加熱炉の下部に設けられタワーの底部と対向する出口開口１２０を有する。この出口開口１２０より部分的に溶融したガラス茎が出現する（すなわち該溶融したガラス茎が流動性を有することにより、該出口開口より鋳造（溶融させながら細径化）を行うことが可能となる。このガラス茎が光ファイバを形成する。

加熱炉の下部には、光ファイバを冷却するための冷却領域１４が設けられる。

光ファイバ１３は冷却された後、例えば被覆工程等のために冷却領域の下流に設けられたさらなる処理ステーションである１５、１６、１７及び１８へと、下方向へ進行を続ける。

その後、光ファイバ１３は、１以上の変向プーリにより、スプールにファイバを巻き取る巻取機の位置にまで搬送される。尚、スプールはその後光ファイバの搬送及び納入のためにも用いられる。したがって、ファイバを設置する際には、スプールから光ファイバを巻き解くだけでよい。

図１をさらに参照すると、さらに偏波モード分散（ＰＭＤ：Polarization
Mode Dispersion）を抑制することを目的としたファイバ捩り方法が周知であることが分かる。この方法により、何らかの欠陥を有するファイバ１３に対してより周期的な捩れを付与し、該ファイバの品質低下を防ぐことが可能となる。光ファイバの特定の場所に欠陥が集中すると、光ファイバの帯域幅が著しく狭まるおそれがある。

図２ａ、２ｂ及び２ｃ（ＵＳ６３２４８７２Ｂ１から流用）には、従来技術による光ファイバ３２のガイド装置が図示されている。該装置は光ファイバ３２を線引き（線状に細径化）するための垂直タワーＴへの設置を前提に構成されている。タワーＴの頂部に位置する加熱炉２４から生成された光ファイバ３２は、タワーＴの垂直下方向に進行する。ガイド装置は加熱炉２４の下流に配置され、以下の構成要素を含む。
−第１のガイドプーリ７６。
−第１のガイドプーリ７６の下流に配置され、水平軸に対して傾斜した回転軸を有する捩りローラ６０。捩りローラ６０は軸６２を軸として回転することにより、捩りローラの表面６４が光ファイバ３２と接触して、水平方向の成分Ｃ_Ｔを含む摩擦力Ｄが生じる。水平方向の成分Ｃ_Ｔはしたがって、光ファイバ３２の捩れ、すなわち（光ファイバ３２の主軸Ｙを軸として垂直方向に）光ファイバ３２のスピンを生じさせる。
−ファイバ３２を捩るための捩りローラ６０の下流に配置された、第２のガイドプーリ７８。

従来技術により周知のこの装置は、ファイバ３２に対して効率的に捩れを付与することができる一方で、これに対する課題も存在する。

生じた捩れは上流方向ばかりでなく下流方向、すなわちファイバの巻取り位置にまで伝搬する傾向を有する。したがってファイバはこの捩れを含んだまま巻取られるが、この捩れにより内力が上昇し、ファイバの巻取りが困難あるいは不可能となるおそれがあり、さらには長期的にみると巻取られたファイバが劣化するおそれがある。

したがって、本発明の課題の１つは、上記の課題を克服するように構成された光ファイバガイド装置を提供することである。

具体的には、本発明の課題は、ファイバの上流方向のみに伝搬する捩れをファイバに生じさせ、下流方向への捩れの伝搬を低減あるいは制限するように構成された光ファイバガイド装置を提供することである。

この目的を達成するために、本発明は、光ファイバの線引きを行うための垂直タワーに設置される光ファイバガイド装置を提案する。ファイバはタワーの頂部に配置された加熱炉から生成された後、タワーの垂直下方向に進行する。ガイド装置は加熱炉の下流に位置し、以下の構成要素を含む。
−第１のガイドプーリ。
−第１のガイドプーリの下流に配置された少なくとも１のファイバ捩り表面。
−少なくとも１のファイバ捩り表面の下流に配置された第２のガイドプーリ。
−変向プーリ。
尚、第１のガイドプーリと少なくとも１のファイバ捩り表面と間の距離は、少なくとも１のファイバ捩り表面と第２のガイドプーリとの間の距離よりも大きい。

好ましくは、本発明の装置は、第２のファイバ捩り表面を含む。これら２つのファイバ捩り表面は、同一のファイバ捩りプーリ（の外周）に形成された溝の２つのＶ溝側壁に該当する。

有利かつ任意には、本発明は以下の追加的特徴のうち少なくとも１を含む。
−第１のガイドプーリと少なくとも１のファイバ捩り表面との間の距離を分子、１のファイバ捩り表面と第２のガイドプーリとの間の距離を分母とした比率が、少なくとも２〜２０の範囲にある比率である。
−第２のガイドプーリと変向プーリとの統合。
−２つのファイバ捩り表面を連続的に配置する。
−２つのＶ溝側壁（すなわち２つのファイバ捩り表面）間の角度が５０〜１２０°である。
−ファイバ捩りプーリと第２のガイドプーリとが同一の直径を有する。
−ファイバ捩りプーリの回転軸を水平軸を軸として回転制御するため、ファイバ捩りプーリをサーボモータのアーム上に配置する。
−ファイバ捩りプーリの回転軸を光ファイバ線引きタワーに対して並進制御するため、サーボモータを摺動接続する。
サーボモータは、以下のうち少なくとも１のモードを用いてファイバ捩りプーリの回転軸の回転を制御可能な指令ユニットを含む。ファイバ捩りプーリの回転軸位置は、ファイバ捩りプーリの回転軸が水平軸に対して有する以下の角度によって特定される。
−角度は、時間経過に関わらず固定である。
−角度は、時間経過に伴う可変幅及び時間経過に関わらない固定振幅の矩形波に沿って変化する。
−角度は、時間経過に伴う可変幅及び時間経過に伴う不規則な可変振幅の矩形波に沿って変化する。
−角度は、時間経過に伴う可変正弦波パルスに沿って変化し、該可変正弦波パルスは時間経過に関わらない固定振幅である。
−角度は、時間経過に伴う可変正弦波パルスに沿って変化し、該可変正弦波パルスは時間経過に伴う可変振幅である。

本発明の他の特徴、課題及び利点は、以下に述べる非制限例の詳細な説明によって明らかになる。非制限例としての実施形態は以下の図面を参照して説明される。

図１は、従来技術による光ファイバの線引きタワーを示す概略図である。 図２ａは、従来技術によるガイド装置を示すカバリエ投影図である。 図２ｂは、図２ａに示す装置の２−２線に沿った断面図である。 図２ｃは、図２ａに示す装置の３−３線に沿った断面図である。 図３は、本発明の１実施形態によるガイド装置を示す概略図である。 図４は、本発明の１実施形態によるガイド装置のファイバ捩りプーリを示す図である。 図５は、本発明の１実施形態による制御されたファイバ捩りプーリを示す図である。 図６は、本発明の１実施形態によるファイバ捩りプーリの複数の異なる指令モードを示す図である。 図７は、本発明の別の実施形態によるガイド装置を示す概略図である。

図３を参照すると、本発明の１実施形態による光ファイバガイド装置は、光ファイバ２の製造のための垂直タワーＴへの設置を前提に構成されている。タワーＴの頂部に位置する加熱炉１８から生成された光ファイバは、タワーＴの垂直下方向に進行する。光ファイバの線引き速度（光ファイバ２の進行速度）は１〜３０００ｍ／分である。ガイド装置１は加熱炉１８の下流に配置され、１以上の光ファイバ処理ステーション、例えば被覆ステーション等を、加熱炉１８とガイド装置１との間に設けることができる。この光ファイバガイド装置は以下の構成要素を含む。
−（円板状）第１のガイドプーリ１０。この第１のガイドプーリ１０は、好ましくは該第１のガイドプーリ１０のプーリ側壁（円板面）がタワーＴの正面であるＴ１と平行になるように、水平軸を軸として回転可能なように設置される。第１のガイドプーリ１０は、該第１のガイドプーリの上流にあるファイバの方向が垂直になるように設置される。第１のガイドプーリ１０はさらに、プーリの外周にファイバ２を受容するための（Ｖ字状）溝を設けたタイプとして構成される。
第１のガイドプーリ１０の下流に配置された、ファイバ２を捩るための少なくとも１のファイバ捩り表面１２２０（この表面についてはより詳しく後述する）。
ファイバ２を捩るファイバ捩り表面１２２０の下流に配置された第２のガイドプーリ１４。この第２のガイドプーリは、好ましくは第１のガイドプーリ１０と同一のタイプであり、第２のガイドプーリの側壁がタワーＴの正面であるＴ１と平行になるように、水平軸を軸として回転可能なように設置される。第２のガイドプーリ１４はさらに、該第２のガイドプーリの回転軸が第１のガイドプーリ１０の回転軸と平行になるように、好ましくは両回転軸が同一の垂直平面に含まれるように設置される。
−好ましくは第１のガイドプーリ１０及び第２のガイドプーリ１４と同一のタイプとして形成される変向プーリ１６。変向プーリ１６は、ファイバを垂直軸Ｙに対して角度α変向させる。角度αは、好ましくは７５〜１２０°（絶対値）である。

本発明の１特徴によると、第１のガイドプーリ１０とファイバ捩り表面１２２０との間の距離Ｃは、ファイバ捩り表面１２２０と第２のガイドプーリ１４との間の距離Ｄよりも大きい。さらに好ましくは、第１のガイドプーリ１０をファイバ捩り表面１２２０から隔てる距離Ｃを分子、ファイバ捩り表面１２２０を第２のガイドプーリ１４から隔てる距離Ｄを分母とした比率は、２〜２０の範囲である。より好ましくは、タワーＴの高さは２０〜３０ｍであり、距離Ｃは８００〜２５００ｍｍであり、距離Ｄは１５０〜４００ｍｍである。

図４に示す本発明の１実施形態によると、本発明の装置は、光ファイバ２を捩るための２つの連続したファイバ捩り表面１２２０及び１２２２を含む。光ファイバ２のための該２つの連続したファイバ捩り表面１２２０及び１２２２は、同一のファイバ捩りプーリ１２２の外周に沿って設けられたＶ字形の溝が有する２つの（Ｖ溝）側壁に該当する。好ましくは、溝は左右対称のＶ字形、すなわち（Ｖ字）溝の２つのＶ溝側壁１２２０及び１２２２が該２つのＶ溝側壁１２２０及び１２２２の接点１２２３を含む平面Ｐに対して左右対称に位置するように構成される。平面Ｐはファイバ捩りプーリ１２２の回転軸１２２４に対して垂直に位置する。ファイバ捩りプーリ１２２は、光ファイバが平面Ｐに含まれないように配置される。言い換えれば、ファイバ捩りプーリ１２２の回転軸は、光ファイバに対して非垂直であるとともに、タワーＴの正面Ｔ１に対して垂直な水平軸である軸Ｘに対して（したがって図３に示す平面に対しても）角度β傾斜している。ファイバ捩りプーリのこのオフセット配置により、（Ｖ溝）側壁１２２０及び１２２２が光ファイバ２と接触し、成分Ｃ_Ｘを含む軸Ｘ方向の摩擦力が生じる。成分Ｃ_Ｘは光ファイバ２のスピンを誘発し、したがって光ファイバ２は該光ファイバ２の長さ方向に沿って捩られる。好ましくは、光ファイバ自体あるいは光ファイバの被覆材の劣化を軽減するため、ファイバ捩りプーリ１２２はファイバ捩りプーリ１２２の回転軸を軸として自由回転する。

光ファイバに付与される捩れは、一般的にはファイバの１ｍあたりのスピン数によって定義される。この値は修正可能であり、特にファイバ捩りプーリ１２２により光ファイバ２に対して生じる摩擦力に影響を受ける。

ファイバ捩りプーリ１２２の回転軸１２２４が軸Ｘに対して有する角度βを修正することにより、摩擦力を修正することができる。この角度βが大きいほど（すなわちファイバ捩りプーリ１２２のオフセット値が大きいほど）、摩擦力が大きくなり、したがって捩れの度合いが大きくなる。

本発明は、まずファイバ捩りプーリ１２２の上流方向に、加熱炉１８の位置にまで捩れを移動させ、その後第２のガイドプーリ１４の下流位置においては捩れをブロックする。すなわち、第２のガイドプーリ１４のファイバの下流方向においては、捩れの回数が低減される。

したがって、第２のガイドプーリ１４のファイバの下流方向においては、余分な捩れが存在しない。これにより余分な捩れを伴うことなく使用及び巻取りを行うことができ、ファイバが劣化するおそれがなくなる。

好ましくは、ファイバ捩りプーリ１２２の２つのＶ溝側壁１２２０及び１２２２は、互いの間に５０〜１２０°の角度γを有する。任意には、ファイバ捩りプーリ１２２と第２のガイドプーリ１４とは実質的に同一の直径、好ましくは５０〜６０ｍｍの直径を有する。また、変向プーリ１６は、好ましくは６０ｍｍの直径を有する（従来技術においては、一般的により大きな直径、例えば１７０ｍｍの直径を有する変向プーリが用いられる）。

図５を参照すると、ファイバ捩りプーリ１２２の回転軸１２２４を、軸Ｙ及び軸Ｘに対して垂直かつ平面Ｔ１に対しては平行な水平軸Ｚを軸として回転可能なように制御するため、ファイバ捩りプーリ１２２は好ましくはサーボモータ１２０のアーム上に配置される。サーボモータを用いることにより、ファイバ捩りプーリの回転軸１２２４と軸Ｘとの間の角度が容易に修正可能となるという１の利点が生じる。この利点は図２ａ〜２ｃに示す従来技術による装置が有しないものであり、従来技術による装置においては（介在するカムによって）機械的にのみ回転軸が修正可能である。したがって、従来技術においては、ローラの回転軸の挙動に何らかの修正を加える場合にはカムの形状を修正しなくてはならない。一方、本発明の装置においては、サーモボータ１２２の電気的指令を変更するのみでファイバ捩りプーリ１２２の回転軸１２２４の方向を容易に修正することが可能であり、他に機械的変更を行う必要がない。

さらに、時間経過に伴って不規則に可変する捩れを用いることにより、光ファイバに付随する欠陥を回避可能なことが明らかになっている。光ファイバに付随するこの欠陥は、光ファイバの帯域幅における劣化要因にもなる。

本発明による装置においては、制御ユニット１２０２を介してサーボモータ１２０に電気的指令を発信することにより、捩れの修正を容易に行うことができる。図６には、以下の複数の異なる機能モードが図示されている。
−角度βが、時間経過に関わらず固定であるモード１２０１。
−角度βが、時間経過に伴う可変幅及び時間経過に関わらない固定振幅の矩形波に沿って変化するモード１２０２。
−角度βが、時間経過に伴う可変幅及び時間経過に伴う不規則な可変振幅の矩形波に沿って変化するモード１２０３。
−角度βが、時間経過に伴う可変正弦波パルスに沿って変化し、該可変正弦波パルスは時間経過に関わらない固定振幅であるモード１２０４。
−角度βが、時間経過に伴う可変正弦波パルスに沿って変化し、該可変正弦波パルスは時間経過に伴う可変振幅であるモード１２０５。
尚、ファイバ捩りプーリ１２２の角度βを修正する他のモードは、サーボモータ１２０の指令信号を修正するのみで実行可能であることは明らかである。角度βの可変振幅は、生じた捩れが好ましくは０〜１２スピン数／ｍとなるように、好ましくはファイバの線引き速度との関係において算出される。

再度図５を参照すると、サーボモータ１２０によって、ファイバ捩りプーリ１２２が光ファイバ２の製造のためのタワーＴに対して軸Ｚに沿って並進することも可能である。この目的のための前提として、サーボモータ１２０は、例えば調節可能な支台１２５を有する水平方向のボールスライド上に設置される。したがって、空気供給１２４により制御される空気圧シリンダ１２３により、サーボモータ１２０の位置を水平方向に調節することができる。また、サーボモータ１２０の並進指令に関する情報をフィードバックするため、ストローク端部検出センサ及び／あるいはマイクロメータテーブルを設けることは自明である。これにより、特に以下に挙げる少なくとも２箇所の水平方向位置をサーボモータ１２０に伝えることができる。
−ファイバ捩りプーリ１２２が光ファイバ２と接触しない（すなわちファイバに捩れが生じない）位置Ｐ０。
−ファイバ捩りプーリ１２２が光ファイバ２と接触する（すなわちファイバに捩れが生じる）位置Ｐ１。この位置Ｐ１は図３に示されている。

例として、巻取り距離（ファイバ捩りプーリ１２２が軸Ｚ上で位置Ｐ１にある時に生じる圧力によって光ファイバ２が進行する距離であって、軸Ｚに沿った距離Ｂに該当する距離）は、５０ｍｍである。

図７は位置Ｐ０を示す。図７はまた、第２のガイドプーリ１４と変向プーリ１６を統合した実施形態を示す。

Claims (9)

1. 光ファイバ（２）を製造するための垂直タワー（Ｔ）に設置されるように構成された光ファイバガイド装置（１）であって、前記光ファイバ（２）は前記タワー（Ｔ）の頂部に位置する加熱炉（１８）より生成された後、前記タワー（Ｔ）の垂直下方向に進行し、前記ガイド装置（１）は前記加熱炉（１８）の下流に配置され、
   該ガイド装置（１）は、
   −第１のガイドプーリ（１０）と、
   −該第１のガイドプーリの下流に配置された、前記光ファイバ（２）を捩るための少なくとも１のファイバ捩り表面（１２２０）と、
   −前記光ファイバ（２）を捩るための前記少なくとも１のファイバ捩り表面（１２２０）の下流に配置された第２のガイドプーリ（１４）と、
   −変向プーリ（１６）と
   を含み、
   前記第１のガイドプーリ（１０）と前記少なくとも１のファイバ捩り表面（１２２０）との間の距離（Ｃ）は、該少なくとも１のファイバ捩り表面（１２２０）と前記第２のガイドプーリ（１４）との間の距離（Ｄ）よりも大きく、
   前記ガイド装置（１）は光ファイバ（２）を捩るための第２のファイバ捩り表面（１２２２）を更に含み、前記光ファイバ（２）を捩るための前記２つのファイバ捩り表面（１２２０、１２２２）は同一のファイバ捩りプーリ（１２２）の外周に形成された溝の２つの溝側壁であることを特徴とする光ファイバガイド装置。
2. 前記第１のガイドプーリ（１０）と前記少なくとも１のファイバ捩り表面（１２２０）との間の前記距離（Ｃ）を分子、該少なくとも１のファイバ捩り表面（１２２０）と前記第２のガイドプーリ（１４）との間の前記距離（Ｄ）を分母とした比率は、２〜２０であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記第２のガイドプーリ（１４）と前記変向プーリ（１６）とを統合したことを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記光ファイバ（２）を捩るための前記２つのファイバ捩り表面（１２２０、１２２２）が連続的に配置されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の装置。
5. 前記２つのファイバ捩り表面（１２２０、１２２２）間の角度が５０〜１２０°であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の装置。
6. 前記ファイバ捩りプーリ（１２２）の直径と前記第２のガイドプーリ（１４）の直径とが同一の値であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の装置。
7. 前記ファイバ捩りプーリ（１２２）の回転軸を水平軸（Ｚ）を軸として回転制御可能なように、該ファイバ捩りプーリ（１２２）をサーボモータ（１２０）のアーム上に配置したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載の装置。
8. 前記ファイバ捩りプーリ（１２２）を前記光ファイバ（２）を製造するための前記タワー（Ｔ）に対して並進制御可能なように、前記サーボモータ（１２０）が摺動可能に接続されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記サーボモータ（１２０）が、前記ファイバ捩りプーリ（１２２）の回転軸の回転を以下に挙げるモードのうち少なくとも１により制御可能な指令ユニット（１２０２）を含み、
   前記ファイバ捩りプーリ（１２２）の回転軸は、該ファイバ捩りプーリ（１２２）の回転軸が水平軸（Ｘ）に対して有する角度βによって位置付けられ、
   前記モードは、
   −角度βが、時間経過に関わらず固定であるモードと、
   −角度βが、時間経過に伴う可変幅及び時間経過に関わらない固定振幅の矩形波を（に沿って変化する）有するモードと、
   −角度βが、時間経過に伴う可変幅及び時間経過に伴う不規則な可変振幅の矩形波を（に沿って変化する）有するモードと、
   −角度βが、時間経過に伴う可変正弦波パルスを有し、該可変正弦波パルスは時間経過に関わらない固定振幅であるモードと、
   −角度βが、時間経過に伴う可変正弦波パルスを有し、該可変正弦波パルスは時間経過に伴う可変振幅であるモードと
   のうち少なくとも１のモードであることを特徴とする請求項７または８に記載の装置。

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