JP6613472B2 - 光ファイバ揺動装置および光ファイバの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ揺動装置および光ファイバの製造方法に関する。

光ファイバ母材の一端を加熱し軟化させ、そこから光ファイバを線引きする光ファイバの製造方法では、光ファイバのコア部分およびその周囲のクラッド部分の断面形状を完全に真円形の同心円状とすることは困難であり、わずかに楕円状または歪んだ円状となるのが通例であった。従って、光ファイバの断面構造における屈折率分布も完全な円対称ではなくなり、これが原因となって光ファイバ断面内の直交する２偏波間の群速度に差異が生じ、ＰＭＤ（偏波分散）が大きくなってしまうという問題があった。

上記の問題を解消すべく、光ファイバを線引し、被覆材料をコーティングし硬化した後、回転軸が周期的に揺動する揺動ガイドローラの揺動運動により光ファイバを転動させて有効に所定のねじりを付与し、真円形の同心円状である場合と等価的にＰＭＤを抑制する光ファイバの製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平０８−２９５５２８号公報

ところが、揺動ガイドローラの揺動により光ファイバを揺動させると、後段のローラの形状によっては、後段のローラ溝部の表面を光ファイバが転動し、有効なねじりを付与することができなくなる場合がある。このための転動抑制手段として、例えば後段のローラには、揺動させる光ファイバの固定点となるようなＶ字型の溝を有するローラを使用している（特許文献１参照）。しかしながら、Ｖ字型の溝を有するローラを使用すると、光ファイバの表面に強い力が加わり、揺動された光ファイバにデラミネーション（ガラスと被覆の間が剥離する現象）が生じる虞がある。

そこで、本発明の目的は、デラミネーションが生じることなく、光ファイバを効果的に揺動することのできる光ファイバ揺動装置および光ファイバの製造方法を提供することにある。

本発明の一態様に係る光ファイバ揺動装置は、線引炉によって線引されたガラスファイバに被覆材料をコーティングして硬化させる被覆装置の後段に設けられ、前記被覆材料が硬化された光ファイバを揺動させる揺動ガイドローラと、前記揺動ガイドローラの後段に設けられ、前記揺動ガイドローラにより揺動された前記光ファイバの転動を抑制する転動抑制ローラと、を有する光ファイバ揺動装置であって、
前記転動抑制ローラは前記光ファイバをガイドする有底Ｖ字型の溝を有し、
Ｖ字をなす前記溝の角度は、
前記揺動ガイドローラにより前記光ファイバが最大に揺動される際に前記転動抑制ローラの鍔部に前記光ファイバが接触する角度より大きく、且つ、前記溝の側面の２面と前記溝の底面とに前記光ファイバが３点接触する角度未満である。

本発明の一態様に係る光ファイバの製造方法は、光ファイバ母材を加熱溶融してガラスファイバを線引きする工程と、線引きされた前記ガラスファイバに被覆材料をコーティングし硬化させる工程と、前記被覆材料が硬化された光ファイバを、後段に設けられた転動抑制ローラにより前記光ファイバの転動を抑制しつつ、揺動ガイドローラによって揺動させる工程と、を有する光ファイバの製造方法であって、
前記転動抑制ローラとして、有底Ｖ字型の溝を有し、Ｖ字をなす前記溝の角度が、前記揺動ガイドローラにより前記光ファイバが最大に揺動される際に前記転動抑制ローラの鍔部に前記光ファイバが接触する角度より大きく、且つ、前記溝の側面の２面と前記溝の底面とに前記光ファイバが３点接触する角度未満であるローラを用いて前記光ファイバを揺動させる。

本発明によれば、デラミネーションが生じることなく、光ファイバを効果的に揺動することができる。

本発明の実施形態に係る光ファイバの製造方法で使用する線引装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係る光ファイバ揺動装置の説明図であり、光ファイバを最大に揺動させた時の状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る光ファイバ揺動装置における、転動抑制ローラの有底Ｖ字型の溝の模式的な断面図であり、光ファイバとローラとが３点接触した状態を説明する図である。

［本発明の実施形態の説明］
本発明の実施形態に係る光ファイバ揺動装置は、
（１） 線引炉によって線引されたガラスファイバに被覆材料をコーティングして硬化させる被覆装置の後段に設けられ、前記被覆材料が硬化された光ファイバを揺動させる揺動ガイドローラと、前記揺動ガイドローラの後段に設けられ、前記揺動ガイドローラにより揺動された前記光ファイバの転動を抑制する転動抑制ローラと、を有する光ファイバ揺動装置であって、
前記転動抑制ローラは前記光ファイバをガイドする有底Ｖ字型の溝を有し、
Ｖ字をなす前記溝の角度は、
前記揺動ガイドローラにより前記光ファイバが最大に揺動される際に前記転動抑制ローラの鍔部に前記光ファイバが接触する角度より大きく、且つ、前記溝の側面の２面と前記溝の底面とに前記光ファイバが３点接触する角度未満である。
転動抑制ローラの有底Ｖ字型の溝のなす角度が、揺動ガイドローラにより光ファイバが最大に揺動される際に転動抑制ローラに導かれる光ファイバが転動抑制ローラの鍔部に接触する角度より大きいので、揺動された光ファイバが転動抑制ローラの鍔部に擦れ、デラミネーションが生じるのを防ぐことができる。また、前記溝の側面の２面と溝の底面とに光ファイバが３点接触する角度未満であり、溝の側面に接触する２点で光ファイバが抑えられているので、溝の底面で転動することなく、光ファイバを効果的に揺動することができる。これにより、ＰＭＤ（偏波分散）を抑制した光ファイバを得ることができる。

（２） 前記溝の角度は、３０°より大きく、７４°未満である。
転動抑制ローラの有底Ｖ字型の溝の角度が、３０°より大きいので、揺動された光ファイバのデラミネーションの発生を防ぐことができる。また、前記溝の角度が、７４°未満であるので、光ファイバを効果的に揺動することができる。これにより、ＰＭＤ（偏波分散）を抑制した光ファイバを得ることができる。

（３） 本発明の実施形態に係る光ファイバの製造方法は、光ファイバ母材を加熱溶融してガラスファイバを線引きする工程と、線引きされた前記ガラスファイバに被覆材料をコーティングし硬化させる工程と、前記被覆材料が硬化された光ファイバを、後段に設けられた転動抑制ローラにより前記光ファイバの転動を抑制しつつ、揺動ガイドローラによって揺動させる工程と、を有する光ファイバの製造方法であって、
前記転動抑制ローラとして、有底Ｖ字型の溝を有し、Ｖ字をなす前記溝の角度が、前記揺動ガイドローラにより前記光ファイバが最大に揺動される際に前記転動抑制ローラの鍔部に前記光ファイバが接触する角度より大きく、且つ、前記溝の側面の２面と前記溝の底面とに前記光ファイバが３点接触する角度未満であるローラを用いて前記光ファイバを揺動させる。
転動抑制ローラの有底Ｖ字型の溝のなす角度が、揺動ガイドローラにより光ファイバが最大に揺動される際に転動抑制ローラに導かれる光ファイバが転動抑制ローラの鍔部に接触する角度より大きいので、揺動された光ファイバが転動抑制ローラの鍔部に擦れ、デラミネーションが生じるのを防ぐことができる。また、前記溝の側面の２面と溝の底面とに光ファイバが３点接触する角度未満であり、溝の側面に接触する２点で光ファイバが抑えられているので、溝の底面で転動することなく、光ファイバを効果的に揺動することができる。これにより、ＰＭＤ（偏波分散）を抑制した光ファイバを得ることができる。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る光ファイバ揺動装置および光ファイバの製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。
なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本実施形態に係る光ファイバの製造方法について図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る光ファイバの製造方法で使用する線引装置の一例を示す概略構成図である。

図１において、線引装置１は、線引炉２、被覆装置３、光ファイバ揺動装置４、ガイドローラ５、巻き取り装置６を備えている。また、線引炉２はヒータ７を備え、被覆装置３は、ダイス３１、紫外線照射装置３３を備えている。また、光ファイバ揺動装置４は、揺動ガイドローラ４１と揺動ガイドローラ４１の後段に設けられている転動抑制ローラ４２とを備えている。

本実施形態に係る光ファイバの製造方法は、以下の工程を有する。
（光ファイバを線引きする工程）
光ファイバ母材８を線引炉２内のヒータ７によって加熱溶融し、ガラスファイバ９を線引きする。

（線引きされたガラスファイバに被覆材料をコーティングし硬化させる工程）
線引きされたガラスファイバ９は、被覆装置３に送られる。被覆装置３は、ダイス３１に紫外線硬化型樹脂などの被覆材料３２を貯えており、ガラスファイバ９がダイス３１を通過することにより、ガラスファイバ９の外周に被覆材料３２がコーティングされる。被覆材料３２がコーティングされたガラスファイバ９は、紫外線照射装置３３により紫外線が照射され、被覆材料３２が硬化して被覆層が形成された光ファイバ１０となる。

（光ファイバを揺動ガイドローラによって揺動させる工程）
次に、光ファイバ１０は、被覆装置３の後段に設けられた光ファイバ揺動装置４の揺動ガイドローラ４１に送られる。揺動ガイドローラ４１は、その回転軸が回転軸と直交する方向に周期的に揺動するように構成されており、この揺動により光ファイバ１０に有効な所定のねじりが付与される。

次に、所定のねじりが付与された光ファイバ１０は、揺動ガイドローラ４１の後段の転動抑制ローラ４２に送られる。転動抑制ローラ４２は、ローラ溝部の表面を光ファイバが転動して有効なねじりが付与できなくなることを防ぐため、揺動させる光ファイバの固定点となるような有底Ｖ字型の溝を有している。

そして、転動抑制ローラ４２の有底Ｖ字型の溝のＶ字をなす溝の角度は、揺動ガイドローラ４１により光ファイバ１０が最大に揺動される際に、転動抑制ローラ４２の鍔部に光ファイバ１０が接触する角度より大きく、且つ、溝の側面の２面と溝の底面とに光ファイバ１０が３点接触する角度未満となっている。なお、このような転動抑制ローラ４２を有する本実施形態に係る光ファイバ揺動装置４の詳細については後述する。

そして、転動抑制ローラ４２を通過した光ファイバ１０は、ガイドローラ５を経て巻き取り装置６に巻き取られる。以上の各工程により光ファイバが製造される。

次に、本実施形態に係る光ファイバ揺動装置４について説明する。
まず、光ファイバ揺動装置における転動抑制ローラの有底Ｖ字型の溝のＶ字をなす溝の角度について考察する。

従来の線引装置では、転動を抑制するために、有底Ｖ字型の溝を有する転動抑制ローラを使用している。この有底Ｖ字型の溝の角度が３０°のローラを使用したとき、製造された光ファイバにデラミネーションが生じる場合があった。その原因としては、転動抑制ローラの鍔部に光ファイバがあたり、擦れている可能性が疑われた。これを防ぐには、溝の角度を広角化し、前記鍔部で擦れるのを防止する方法が考えられるが、一方で、Ｖ字型の溝とすることによる転動を抑制する効果が、広角化により損なわれる可能性がある。

このため、本願発明者らは、転動抑制効果を維持できる上限角度と、デラミネーションを抑制できる下限角度を以下のように考察し、最適な角度の範囲を見出して、本実施形態に係る光ファイバ揺動装置４としたものである。

本実施形態に係る光ファイバ揺動装置の構成の詳細及びデラミネーションを抑制できる転動抑制ローラ４２の有底Ｖ字型の溝４２ａの下限の角度について、図２を参照して以下説明する。
図２は、本実施形態に係る光ファイバ揺動装置の説明図である。

図２に示すように、揺動装置４は、揺動ガイドローラ４１と転動抑制ローラ４２とを有している。
揺動ガイドローラ４１は、送られてくる光ファイバ１０を、例えばそのローラ回転軸と直交する揺動軸Ｃ（光ファイバ１０の走行方向と平行）を中心に周期的に揺動し、この揺動により光ファイバ１０に有効な所定のねじりが付与される。
転動抑制ローラ４２は、ローラ溝部の表面を光ファイバが転動して有効なねじりが付与できなくなることを防ぐため、揺動させる光ファイバ１０の固定点となるような有底Ｖ字型の溝４２ａを有している。

そして、揺動ガイドローラ４１が揺動軸Ｃに対して最大に揺動した際でも、デラミネーションを抑制できるように、転動抑制ローラ４２の有底Ｖ字型の溝４２ａの下限の角度は、転動抑制ローラ４２の鍔部４２ｃに光ファイバ１０が接触しない角度とする。このような、転動抑制ローラ４２の有底Ｖ字型の溝４２ａの下限の溝角度θ２は、揺動ガイドローラ４１が最大に揺動したときの光ファイバ１０の振れ角度ｘの２倍以上の角度が必要である。

上記振れ角度ｘは、Ｌ’を揺動ガイドローラ４１が最大に揺動された場合に光ファイバ１０が繰り出される位置Ａから転動抑制ローラ４２の溝の底面４２ｄまでの距離、ｔを揺動ガイドローラ４１の揺動軸Ｃと転動抑制ローラ４２の中心を結ぶ線Ｅから上記位置Ａまでの距離としたとき、
ｔａｎｘ＝ｔ／Ｌ’・・・・（式１）
の関係式で表される。
ｔおよびＬ’は、揺動ガイドローラ４１と転動抑制ローラ４２との間のローラ間距離Ｌ、揺動角θ１、揺動ガイドローラ４１の幅Ｂ、揺動ガイドローラ４１の外径Ｄの関係によって求められ、例えば、Ｌ＝１００ｍｍ、θ１＝１０°、Ｂ＝３０ｍｍ、Ｄ＝６０ｍｍの場合、上記振れ角度ｘは、
ｔａｎｘ＝ｔ／Ｌ’＝０．２７３
を満たす。

上記式から、２ｘ≒３０．２°となり、転動抑制ローラ４２の有底Ｖ字型の溝４２ａの溝角度θ２は３０°より大きい角度とすれば、揺動ガイドローラ４１が最大に揺動したときでも、転動抑制ローラ４２の鍔部４２ｃに光ファイバ１０が接触しない。これにより、揺動された光ファイバ１０のデラミネーションの発生を防ぐことができる。

次に、本実施形態に係る光ファイバ揺動装置４において、転動抑制効果を維持できる、転動抑制ローラ４２の有底Ｖ字型の溝４２ａの上限の角度について、図３を参照して以下説明する。
図３は、本実施形態に係る光ファイバ揺動装置４における、転動抑制ローラ４２の有底Ｖ字型の溝４２ａの模式的な断面図である。

転動抑制ローラ４２の有底Ｖ字型の溝４２ａの上限の角度は、図３に示すような、光ファイバ１０と転動抑制ローラ４２が３点接触（両側面４２ｂ，４２ｂと溝の底面４２ｄに接触）する際の角度とする。これは、３点接触する角度以上となると、底面４２ｄ上を光ファイバ１０が転動してしまい、転動抑制効果が得られなくなるためである。
つまり、光ファイバ１０が溝の底面４２ｄには接触せずに、両側面４２ｂ，４２ｂの２点接触するように、できるだけ幅広の角度となる溝角度θ２を求めこれを上限とする。

溝角度θ２は、図３に示す状態で、溝の底面４２ｄの幅２ｓとファイバ径２ｒから求まる角度θ３の関係式（下記の式２）および角度θ３と溝角度θ２の関係から求めることができる。
ｔａｎθ３＝ｒ／ｓ・・・・（式２）
溝の底面４２ｄの幅２ｓは加工精度によって決定され、例えば１２０μｍである。光ファイバ１０の直径２ｒを、例えば２４０μｍとすると、θ３は、
ｔａｎθ３＝ｒ／ｓ＝２
を満たす。

上記の場合、角度θ３は６３．５°となる。そして、θ２／２＝９０−（１８０−２×θ３）であるので、上限の溝角度θ２は７４°となる。よって、転動抑制ローラ４２の有底Ｖ字型の溝４２ａの角度は７４°未満となるようにすればよい。
このように、転動抑制ローラ４２の有底Ｖ字型の溝４２ａの角度を７４°未満とすれば底面４２ｄ上を光ファイバ１０が転動してしまうことが無い。これにより、ＰＭＤ（偏波分散）を抑制した光ファイバを得ることができる。

以上のような本実施形態に係る揺動装置および光ファイバの製造方法によれば、転動抑制ローラ４２の有底Ｖ字型の溝４２ａの溝角度θ２が、揺動ガイドローラ４１により光ファイバが最大に揺動された場合であっても、光ファイバが転動抑制ローラ４２の鍔部４２ｃに接触する角度より大きいので、揺動された光ファイバ１０が転動抑制ローラ４２の鍔部４２ｃに擦れてデラミネーションが生じるのを防ぐことができる。

また、転動抑制ローラ４２の有底Ｖ字型の溝４２ａの溝角度θ２は、溝４２ａの側面４２ｂの２面と溝４２ａの底面４２ｄとに光ファイバ１０が３点接触する角度未満であり、溝の側面４２ｂに接触する２点で光ファイバ１０が抑えられているので、溝の底面４２ｄで転動することなく、ＰＭＤ（偏波分散）を抑制した光ファイバを得ることができる。

［実施例］
次に、本発明に係る実施例および比較例について説明する。
実施例および比較例１、２は、有底Ｖ字型の溝の角度が異なる転動抑制ローラをそれぞれ使用し、本実施形態の製造方法で光ファイバを製造したものである。

（実施例）
有底Ｖ字型の溝の角度が７０°の転動抑制ローラ。
（比較例１）
有底Ｖ字型の溝の角度が３０°の転動抑制ローラ（従来の転動抑制ローラ）。
（比較例２）
有底Ｖ字型の溝の角度が１１０°の転動抑制ローラ。

（結果）
上記実施例および比較例１、２の転動抑制ローラを使用して製造された光ファイバに対して、ＰＭＤ（比）とデラミネーションの発生頻度を求めた。
ＰＭＤの平均値は、比較例１の転動抑制ローラの場合を１とすると、実施例の場合は１．０４、比較例２の場合は１．２７であった。
デラミネーションの発生頻度は、比較例１の場合は１．６％、実施例の場合は０％、比較例２は０％であった。

以上の結果から分かるように、比較例１（従来の転動抑制ローラ、溝の角度３０°）の場合は、デラミネーションの発生を防ぐことができなかった。また、比較例２（溝の角度１１０°）の場合は、デラミネーションの発生を防ぐことができたものの、ＰＭＤ（偏波分散）が大きくなってしまうという問題が発生した。
これに対して、実施例（溝の角度７０°）の場合は、揺動された光ファイバのデラミネーションの発生を防ぐことができ、且つ、ＰＭＤを比較例１（従来の転動抑制ローラ）と同程度に抑制した光ファイバを得ることができた。

１ 線引装置
２ 線引炉
３ 被覆装置
３１ ダイス
３２ 被覆材料
３３ 紫外線照射装置
４ 光ファイバ揺動装置
４１ 揺動ガイドローラ
４２ 転動抑制ローラ
４２ａ 有底Ｖ字型の溝
４２ｂ 側面
４２ｃ 鍔部
４２ｄ 底面
５ ガイドローラ
６ 巻き取り装置
７ ヒータ
８ 光ファイバ母材
９ ガラスファイバ
１０ 光ファイバ

Claims (3)

1. 線引炉によって線引されたガラスファイバに被覆材料をコーティングして硬化させる被覆装置の後段に設けられ、前記被覆材料が硬化された光ファイバを揺動させる揺動ガイドローラと、前記揺動ガイドローラの後段に設けられ、前記揺動ガイドローラにより揺動された前記光ファイバの転動を抑制する転動抑制ローラと、を有する光ファイバ揺動装置であって、
   前記転動抑制ローラは前記光ファイバをガイドする有底Ｖ字型の溝を有し、
   Ｖ字をなす前記溝の角度は、
   前記揺動ガイドローラにより前記光ファイバが最大に揺動される際に前記転動抑制ローラの鍔部に前記光ファイバが接触する角度より大きく、且つ、前記溝の側面の２面と前記溝の底面とに前記光ファイバが３点接触する角度未満である、光ファイバ揺動装置。
2. 前記溝の角度は、３０°より大きく、７４°未満である、請求項１に記載の光ファイバ揺動装置。
3. 光ファイバ母材を加熱溶融してガラスファイバを線引きする工程と、線引きされた前記ガラスファイバに被覆材料をコーティングし硬化させる工程と、前記被覆材料が硬化された光ファイバを、後段に設けられた転動抑制ローラにより前記光ファイバの転動を抑制しつつ、揺動ガイドローラによって揺動させる工程と、を有する光ファイバの製造方法であって、
   前記転動抑制ローラとして、有底Ｖ字型の溝を有し、Ｖ字をなす前記溝の角度が、前記揺動ガイドローラにより前記光ファイバが最大に揺動される際に前記転動抑制ローラの鍔部に前記光ファイバが接触する角度より大きく、且つ、前記溝の側面の２面と前記溝の底面とに前記光ファイバが３点接触する角度未満であるローラを用いて前記光ファイバを揺動させる、光ファイバの製造方法。

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