JP4310922B2 - 被覆光ファイバの製造方法及び製造装置並びに被覆光ファイバ - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、偏波分散を低減させる被覆光ファイバの製造方法及び製造装置並びにこれにより製造された被覆光ファイバに関する。
背景技術
光ファイバ母材の一端を加熱軟化させて、そこからガラスファイバを下方に引出して線引きする従来からの製造方法では、ガラスファイバのコア部分及びその周囲のクラッド部分の断面形状を完全に真円形でかつ同心円状とすることは困難であり、わずかに楕円又は歪んだ円形状となるのが通例であった。そのため、ガラスファイバの断面における屈折率分布は完全に均等なものではなくなり、これが原因となってガラスファイバ断面内の２偏波間の群速度に差異が生じ、偏波分散が大きくなってしまうという問題があった。
この偏波分散が大きいと、大容量かつ長距離の伝送が必要とされる海底ケーブル又は幹線ケーブルとして光ファイバケーブルを実用化する場合に特に問題となる。こうした偏波分散の問題を解決する方法としてガラスファイバを線引きして被覆を施し被覆光ファイバとしながら、被覆光ファイバを周期的に回転軸の方向が揺動するガイドローラでガイドすることによって、ガラスファイバに所定の捻りを与えるという被覆光ファイバの製造方法が、特開平９−２４３８３３号公報等に開示されている。
図３にその製造工程を示す。線引き炉１２内に配置した光ファイバ母材１１は、一端が加熱軟化され、そこからガラスファイバ１３が後述する引取り機２６の牽引力を受けて下方鉛直方向へと引出される。このときに、ガラスファイバ１３の外径を外径測定器１４によって測定しておき、図示しないコントローラによって、線径が所定の範囲になるように線引き速度、光ファイバ母材の送り速度等を制御する。
また、ガラスファイバ１３の周囲には、コーティングダイ１５によって紫外線硬化型樹脂１６が塗布され、紫外線照射装置１７によって紫外線を照射することでこの樹脂１６を硬化させて被覆を形成する。更にその被覆の周囲に、コーティングダイ１８によって紫外線硬化型樹脂１９が塗布され、紫外線照射装置２０によって紫外線を照射することでこの樹脂１９を硬化させて２層目の被覆を形成して、被覆光ファイバ２１を得る。その後、被覆光ファイバ２１は、ガイドローラ２２、揺動ガイドローラ２３、ガイドローラ２４、２５、引取り機２６を経て巻取りリール２７へと巻き取られる。
次に、揺動ガイドローラによってガラスファイバに捻りを与える原理について説明する。図４は揺動ガイドローラの上面図である。揺動ガイドローラ２３のローラ回転軸２３ｂは、揺動中も常に水平面内にあって、揺動ガイドローラ２３の中心を通る鉛直軸２３ｃの回りに基準位置から±θの角度範囲で一定周期の往復運動による揺動を行なっている。
従って、基準位置にある揺動ガイドローラ２３が図中Ａ方向に揺動した時には、揺動ガイドローラ２３’の状態になり、反対のＢ方向に揺動した時には、図示していないが基準位置に対してこれと対称的な状態になる。この結果、上方から下降してきた被覆光ファイバ２１は、揺動ガイドローラが基準位置にある時は、Ｐａ点にてローラ面２３ａに接してローラ面に沿って進行方向が鉛直方向から水平方向に曲げられ矢印Ｃ方向へと進行する。
また、揺動によって揺動ガイドローラが２３’の位置へと移動した時には、被覆光ファイバ２１がローラ面２３ａ上を移動しなければ、ローラ面２３ａに最初に接する被覆光ファイバ２１の位置は点Ｑａになるが、被覆光ファイバ２１には張力が加わっているため、被覆光ファイバ２１は最短距離を進もうとして、ローラ面２３ａ上を移動する。それによって、被覆光ファイバ２１のローラ面２３ａに最初に接する位置は、ローラ面２３ａ上にあって点Ｑｂの位置に移動する。この時、被覆光ファイバ２１とローラ面２３ａには摩擦力が働いているため、被覆光ファイバ２１はローラ面２３ａの上を滑って移動するのではなく、被覆光ファイバ２１はその軸回りに回転しながらローラ面２３ａ上を移動する。即ち、被覆光ファイバ２１に軸回りの回転運動が生じる。
被覆光ファイバ２１が揺動ガイドローラ２３に最初に接する位置で、被覆光ファイバ２１が軸回りに回転すると、その回転力は被覆光ファイバ２１に沿って真っ直ぐ上に伝わり、ガラスファイバを線引きしている光ファイバ母材１１の下部の軟化箇所にまで伝わる。光ファイバ母材１１の下部の軟化箇所で線引きされているガラスファイバ１３はまだ軟化状態にあって柔らかいため、被覆光ファイバ２１によって伝達された回転力が光ファイバ母材１１先端の軟化状態のガラスファイバ１３へと直接作用し、線引きされるガラスファイバ１３には光ファイバ母材１１先端の軟化部分で捻りが与えられる。そしてガラスファイバ１３の上に被覆が施されて被覆光ファイバ２１となる。
発明の開示
揺動ガイドローラから見て光ファイバ母材側の光ファイバは、揺動ガイドローラの箇所で被覆光ファイバの軸回りの回転によって生じた回転力を主としてガラスファイバの線引き部分に伝達する役目をするため、光ファイバ自体が光ファイバ母材の先端と揺動ガイドローラとの間で捻じり歪みを受けることはほとんどない。しかし、揺動ガイドローラ２３の箇所で被覆光ファイバ２１は軸回りの回転によって、揺動ガイドローラ２３とガイドローラ２４との間で捻じれる。この捻じれは揺動ガイドローラの揺動方向が反転するのに応じて捻じれ方向も反転するため、長手方向にその捻じれを平均化して相殺すれば捻じれ無くなるが、ガイドローラ等があって、長手方向の捻じれの相殺が不十分であれば、残留した捻れは被覆光ファイバ自体に貯えられ被覆光ファイバの進行と共に引取り機２６を通って巻取りリール２７に達する。
この被覆光ファイバに貯えられた捻じれは弾性捻じれであって、常に捻じれを戻そうとする方向に内部応力が作用しているため、次工程において巻取りリール２７から被覆光ファイバを繰り出す時に、被覆光ファイバ同志が絡まってしゃくり状態が生じたり、著しい場合には、絡まった被覆光ファイバから被覆光ファイバを無理に引出して断線が発生するという問題を生じる。こうした問題は特に被覆光ファイバの製造線速を上げた際に顕著になる。
本発明は、製造線速を上げても被覆光ファイバに残留する弾性捻じれを問題のない程度に少なくすることが可能な被覆光ファイバの製造方法及び製造装置並びにこうして製造された被覆光ファイバを提供するものである。
本発明者は、被覆光ファイバの弾性捻じれを長手方向に充分に相殺するためには、揺動ガイドローラから巻取りリールに至る間に被覆光ファイバが軸方向に自由に回転できるフリー区間を設けることで、このフリー区間内のみで被覆光ファイバが捻じれるようにすれば巻き取られた被覆光ファイバの残留捻れを小さくできるのではないかと考え、必要なフリー区間の条件を調べるため、フリー区間の長さ、製造線速、揺動ガイドローラの時間当たり揺動往復回数を種々変えて、それぞれの場合について巻取りリールに巻き取られた被覆光ファイバの残留捻じれを調べた。なお、フリー区間は、ガイドローラ等他の部材に触れないで直進することが出来る区間で構成した。
また、巻取りリールに巻き取られた被覆光ファイバの残留捻じれは次の方法で調べた。巻取りリールに被覆光ファイバを巻き付けた状態で、巻取りリールの表面側を向いた被覆光ファイバの表面にマークを付けて、巻取りリールから１ｍの被覆光ファイバを繰り出して軸回りの回転を自由にすることによって、残留した弾性捻じれを完全に開放させる。そしてその時のマークの捻じれ回数をもって巻取りリールの巻き取られた被覆光ファイバの残留捻じれ回数とした。図５は、横軸に製造線速と単位時間当たりの揺動ローラの揺動往復回数との比を、縦軸にフリー区間の区間長をとって、残留捻じれ回数を○、△、×で表示した図である。ここで、残留捻じれ回数が１回／ｍ以上を×とし、０．１回／ｍ以上、１回／ｍ未満を△とし、０．１回／ｍ未満を○とした。
図５から、フリー区間長を（製造線速／時間当たりの揺動往復回数）とすれば、残留捻じれ回数を０．１回／ｍ未満に抑制することが出来ることが分かる。また製造線速は、一般に製造開始直後あるいは製造終了直前では小さくするため、フリー区間長Ｌを決めるに当たっては最高製造線速を適用することが好ましい。Ｌｏ＝最高製造線速÷時間当たり揺動往復回数とすれば、上記の不等式は、Ｌ≧Ｌｏと書き換えることが出来る。これらのことから、Ｌ≧Ｌｏを満足するようにフリー区間を設定すれば、巻き取られた被覆光ファイバに残留捻じれを０．１回／ｍ未満と好適な範囲に抑えることが出来る。
本発明は、以上の知見を基になされたものであって、本発明に係る被覆光ファイバの製造方法は、光ファイバ母材の端部を加熱し軟化させてガラスファイバを引出し、該ガラスファイバの上に被覆を施し、製造した被覆光ファイバを周期的に揺動する揺動ガイドローラを通過させて被覆光ファイバを捻回させることによって該被覆光ファイバ内部のガラスファイバに軸回りの捻りを付与する被覆光ファイバの製造方法であって、揺動ガイドローラを通過した被覆光ファイバを該被覆光ファイバが光ファイバの軸回りに自由に回転可能なフリー区間を通過させることによって、該被覆光ファイバにおいて捻回方向が長手方向に交互に反転することにより貯えられた弾性捻じれを長手方向に相殺する工程を備えており、このフリー区間の区間長Ｌ（ｍ）が

で定義されるＬｏ（ｍ）以上であるものである。
一方、本発明に係る被覆光ファイバの製造装置は、光ファイバ母材の端部を加熱し軟化させてガラスファイバを引出す線引き炉と、該ガラスファイバの上に被覆を施す被覆装置と、被覆して出来た被覆光ファイバを捻回させることによってガラスファイバに軸回りの捻りを与える揺動ガイドローラを備えた被覆光ファイバの製造装置において、この揺動ガイドローラを通過した被覆光ファイバを軸回りの回転が自由な状態で通過させるフリー区間であって、区間長Ｌ（ｍ）が

で定義されるＬｏ（ｍ）以上であるフリー区間を備えているものである。
このフリー区間は、２つのガイド部材に挟まれた領域であって、被覆光ファイバと他の部材との非接触状態が維持されつつ、２つのガイド部材間を直進できるよう保持されることが好ましい。また、フリー区間内に該被覆光ファイバを軸回りに自由に回転可能な状態で通過させる滑らかなローラ面を有する少なくとも一つの中間ガイドローラを備えていてもよい。なお、このように滑らかなローラ面を有するガイドローラを設置したフリー区間とすることによって、直線状のフリー区間を設けるものに比較すれば、装置全体の大きさを比較的小さなものとすることが出来る。
このフリー区間の長さは調整可能であることが好ましい。これには、フリー区間の両端の少なくとも一方に移動可能なガイドローラを設置するが、中間ガイドローラのうち少なくとも一つが移動可能に配置されていればよい。このようにすると、被覆光ファイバの線掛け時には移動可能なガイドローラを移動させて区間長ＬをＬｏ以下にし、線掛けが終了した時点で移動可能なガイドローラを移動させて区間長ＬをＬｏ以上の値へ戻すことによって、被覆光ファイバの線掛け時の線掛け作業の作業区間を短くして作業を容易ならしめることが出来る。
本発明に係る被覆光ファイバの製造方法は、被覆光ファイバの最高製造線速が６００ｍ／分以上であり、かつ、揺動ガイドローラの単位時間あたりの揺動往復回数は３００回／分以下である場合に好適に適用できる。最高製造線速が６００ｍ／分以上の領域では、前述の残留捻じれが特に問題となり、このような高速領域で揺動往復回数を３００回／分を超えるほど大きくすると、ガラス径変動やガラスファイバの外観劣化がひどくなるため、揺動往復回数を抑制する必要が有るためである。
発明を実施するための最良の形態
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
図１Ａは、本発明に係る被覆光ファイバの製造装置の実施形態を示す図であって、図１Ｂはフリー区間の他の実施形態を示す図である。図１Ａに示される装置は、図３に示される装置に本発明の特徴であるフリー区間を設けたものであり、その他の構成は同一である。図１Ｂに示されるガイドローラ１及び２は滑らかなローラ面を有するガイドローラである。図１Ａの実施形態では、引取り機２６と巻取りリール２７との間を大きくとり、その間は被覆光ファイバ２１がガイドローラ等他の部材に触れることなく直進できるフリー区間とし、その区間長Ｌを前述のＬｏ以上としている。
このようなフリー区間を設けて、被覆光ファイバがフリー区間を通過するようにすることによって、被覆光ファイバでは長手方向に捻回方向が交互に反転する弾性捻じれが形成されているので、反転した捻じれが長手方向に相互に打ち消し合って残留捻じれが少ない状態になる。なお、図１Ａの実施形態では、フリー区間以外の装置は従来技術の装置をそのまま使用することが出来る。
製造線速を従来一般的であった１５０ｍ／分から６００ｍ／分以上に高速化した場合、残留捻じれ回数を０．１回／ｍ以下にするには、揺動往復回数を増やすか、フリー区間長を長くとる必要がある。例えば、揺動往復回数を従来並みの５０回／分とすると、フリー区間長が１２ｍ必要となり、一般的でない。一方で、揺動往復回数を上げると、ガラス径の変動が大きくなり、ガラスファイバの外観が悪化して好ましくない。ガラス径の変動は±０．５μｍ以下とする必要が有り、そのためには、揺動往復回数は、３００回／分以下とすることが好ましい。この場合には、フリー区間長は２ｍで足りる。
図１Ｂの実施形態は、引取り機２６と巻取りリール２７の間に滑らかなローラ面を有するガイドローラ１及び２を設置して、被覆光ファイバ２１をそのガイドローラ１、２に掛け渡したもので、この場合のフリー区間長Ｌは、掛け渡された被覆光ファイバの引取り機と巻取りリール間の長さとなる。なお、この場合もＬ≧Ｌｏを満足するようにガイドローラ等の配置が決められている。
滑らかなローラ面を有するガイドローラ１、２としては、アルミニウム、硬質プラスチック樹脂等で作られた平ローラ、Ｖ溝ローラのいずれも使用が可能である。これらは、ロックウェル硬さでＨＲＭ５０以上の材質であることが好ましい。被覆光ファイバをガイドローラに掛け渡しても、ガイドローラのローラ面が硬く滑らかに形成されていれば、被覆光ファイバの進行に合わせてローラ面上で被覆光ファイバが軸回りに回転するので、フリー区間の中にこのようなガイドローラを設けて被覆光ファイバを掛け渡しても、被覆光ファイバの弾性捻じれの長手方向の相殺には特に支障は生じない。
また、図２は可動型ガイドローラを使用した例を示す図である。固定型ガイドローラ３、６、可動型ガイドローラ４、５はいずれも滑らかなローラ面を有するもので構成する。可動型ガイドローラは通常は４、５の位置にあり、線掛け時等には４’、５’の位置に移動させることが出来る。可動型ガイドローラの移動は、図示しないガイドレールとチェーン等を使うことによって行なうことが出来る。また、固定型ガイドローラ３、６及び可動型ガイドローラ４、５は、それぞれ滑らかなローラ面を有するガイドローラで構成されるので、フリー区間長は引取り機２６と巻取りリール２７との間の被覆光ファイバの掛け渡し長さとなる。
従って、フリー区間長は可動型ガイドローラが４、５の位置にある時はＬであるが、可動型ガイドローラが４’、５’の位置に移動した時はＬ’となる。そして、この場合はＬ≧Ｌｏを満足するように可動型ガイドローラ等を設置する。このような可動型ガイドローラを使って、線掛け時等にはフリー区間の長さを小さくすることによって、線掛け作業を容易にすることが出来、通常線速になった時には可動型ガイドローラは４、５の位置に移動するので、被覆光ファイバの弾性捻じれの長手方向の相殺に支障を与えることはない。
また、以上の実施形態では、引取り機と巻取りリールとの間にフリー区間を設けた例を示したが、揺動ガイドローラを通過した後ならば、引取り機の手前にフリー区間を設けることも可能である。また、設置場所等の理由で線引き工程にフリー区間を設けることが出来ない場合は、残留捻じれが大きいままの被覆光ファイバを一旦巻取りリールに巻き取って、巻取りリールからの繰り出しには十分に注意を払いながら、フリー区間を設けた別の装置を通過させて再び巻取りリールに巻き取ることによって被覆光ファイバの残留捻じれを小さくすることも可能である。
産業上の利用可能性
本発明に係る被覆光ファイバの製造方法、製造装置は、各種の被覆光ファイバの製造に適用可能であるが、特に、偏波分散の大きくなる分散補償ファイバの製造に好適に適用できる。
【図面の簡単な説明】
図１Ａは本発明に係る被覆光ファイバの製造装置の実施形態を示す図であって、図１Ｂはこの装置におけるフリー区間の他の実施形態を示す図である。
図２は、本発明に係る被覆光ファイバの製造装置におけるフリー区間に可動型ガイドローラを設置した実施形態を示す図である。
図３は、被覆光ファイバの製造工程を示す図である。
図４は、揺動ガイドローラの上面図である。
図５は、横軸に製造線速／時間当たり揺動往復回数を、縦軸にフリー区間の区間長をとって、残留捻じれ回数を○、△、×で表示した図である。

Claims (9)

1. 光ファイバ母材の端部を加熱し軟化させてガラスファイバを引出し、該ガラスファイバの上に被覆を施し、製造した被覆光ファイバを周期的に揺動する揺動ガイドローラを通過させて被覆光ファイバを捻回させることによって該被覆光ファイバ内部のガラスファイバに軸回りの捻りを付与する被覆光ファイバの製造方法であり、前記揺動ガイドローラを通過した被覆光ファイバを該被覆光ファイバが光ファイバの軸回りに自由に回転可能なフリー区間を通過させることによって、該被覆光ファイバにおいて捻回方向が長手方向に交互に反転することにより貯えられた弾性捻じれを長手方向に相殺する工程を備えており、前記フリー区間の区間長Ｌ（ｍ）が
   

   

   で定義されるＬｏ（ｍ）以上である被覆光ファイバの製造方法。
2. 前記フリー区間の長さを調整可能である請求項１記載の被覆光ファイバの製造方法。
3. 前記被覆光ファイバの最高製造線速は、６００ｍ／分以上であり、かつ、揺動ガイドローラの単位時間あたりの揺動往復回数は３００回／分以下である請求項１記載の被覆光ファイバの製造方法。
4. 光ファイバ母材の端部を加熱し軟化させてガラスファイバを引出す線引き炉と、該ガラスファイバの上に被覆を施す被覆装置と、被覆して出来た被覆光ファイバを捻回させることによって前記ガラスファイバに軸回りの捻りを与える揺動ガイドローラを備えた被覆光ファイバの製造装置において、
   揺動ガイドローラを通過した被覆光ファイバを軸回りの回転が自由な状態で通過させるフリー区間であって、区間長Ｌ（ｍ）が
   

   

   で定義されるＬｏ（ｍ）以上であるフリー区間を備えている被覆光ファイバの製造装置。
5. 前記フリー区間は、２つのガイド部材に挟まれた領域であって、前記被覆光ファイバと他の部材との非接触状態が維持されつつ、２つのガイド部材間を直進できるよう保持される請求項４記載の被覆光ファイバの製造装置。
6. 前記フリー区間の両端の少なくとも一方に移動可能なガイドローラが配置されている請求項４記載の被覆光ファイバの製造装置。
7. 前記フリー区間内に該被覆光ファイバを軸回りに自由に回転可能な状態で通過させる滑らかなローラ面を有する少なくとも一つの中間ガイドローラを備えている請求項４記載の被覆光ファイバの製造装置。
8. 前記中間ガイドローラのうち少なくとも一つが移動可能に配置されている請求項７記載の被覆光ファイバの製造装置。
9. 光ファイバ母材の端部を加熱し軟化させてガラスファイバを引出し、該ガラスファイバの上に被覆を施した被覆光ファイバであって、
   製造された被覆光ファイバを周期的に揺動する揺動ガイドローラを通過させて捻回させることによって該被覆光ファイバ内部のガラスファイバに軸回りの捻りを付与し、前記揺動ガイドローラを通過した被覆光ファイバを該被覆光ファイバが軸回りに自由に回転可能なフリー区間であって、その区間長Ｌ（ｍ）が
   

   

   で定義されるＬｏ（ｍ）以上であるフリー区間を通過させることによって、該被覆光ファイバにおいて捻回方向が長手方向に交互に反転することにより貯えられた弾性捻じれを長手方向に相殺させることで製造された被覆光ファイバ。

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