JPH04107508A - 光導波ループおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ：産業上の利用分野工 この発明は、光を同心円状に導波させる光導波ループに
係わり、特に先ファイバジャイロスコープ等に用いられ
るセンサコイルに使用可能なものに関する。

「従来の技術」 航空機や船舶等の移動体は、自己の位置を絶えず知るこ
とが重要であり、そのために慣性航法ノステムを搭載し
ている。

この慣性航法ノステム内に使用されているジャイロスコ
ープとしては、回転するコマ（ジャイロ）を備え、機械
的に回転するコマの回転軸が同一方向を向き続けようと
する効果を利用した機械式のものと、光ファイバループ
内において左右に進む光の（ケ相差かその光ファイバル
ープの回転によって変化オろザクナック効果を利用しに
光ファイバ母材とか知られている。

後者の光ファイバジャイロスコープは、センサ部に光フ
フイハを用いｆニセンサコイルを使用している１こめに
軽量・安価であり、機械的回転部分がなく信頼性に優れ
ている。まｆ二光源として半導体レーザを使用可能であ
り、長寿命でかつウォーミノクアップ時間も短い等の多
くの長所を有している。

このセンサコイルは、従来、第５図に示すようにボヒン
ｌに先ファイバ２を多数回、多層に巻回した構成になっ
ている。そして従来、このようなセッサコイルを作製す
るには、ファイバ母材を線引きして得られた光ファイバ
裸線に一層以上の被覆を施して光ファイバ２を作製し、
送り出しり−ル３に巻き付けた光ファイバ２を第６図に
示す巻き付は装置を用いホヒンｌに巻き付けて作製され
る。なおこの図中符号４は張力測定・制御装置である。

発明か解決しようとする課題 しかしながら、従来９センサコイル製造方法には次のよ
うな問題かあっ几− ■、ループを構成する光ファイバの外側表面に、曲げに
よる張力かかかり、静疲労により光ファイバか断線する
おそれかめる。

■　コイルを作製する際、光ファイバの特性を劣化させ
ないように、整列させ極低張力で巻き付ける必要があり
、コイル化のスピードが上がらない。

■　光ファイバをコイル化するのに、光ファイバの表面
にへたつきがあると巻き難く、また樹脂表面に傷を付け
ないためにも、少なくともファイバの最外層はタックが
なく硬い樹脂を用いなければならず、ファイバの特性の
劣化要因となる。

■　これらの理由から、センサコイル作製用の光ファイ
バとしては、損失の面からも強度の面からも曲げに強い
特殊なものか要求される。

■　ファイバ母材を線引きして得られた光ファイバ裸線
に一層以上の被覆を施して光ファイバを作製し、この光
ファイバを用いてコイルを作製するのて製造工程が複雑
である。

以上のような問題点によって、従来法によるセッサコイ
ルの製造およびそれに使用される光ファイバの製造には
高度の技術を必要とし、製造コストの増加を招いていた
。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、製造か
容易な光導波ループ（セッサフィル）およびその製造方
法の提供を目的としている。

「課題を解決するための手段」 本発明に係わる光導波ループは、光ファイバ裸線を少な
くとも１回以上巻回したループ部を固定材料で覆い、全
体として円筒状に形成した構成としたことにより、上記
課題を解消した。

また上記光導波ループの製造方法としては、光ファイバ
母材から線引きされた光ファイバ裸線を溶融ガラス中で
巻取体にループ状に巻き取り、光ファイバ裸線の周囲に
ガラスを付着させてループを固定する方法が望ましい。

また光ファイバ母材から線引きされた光ファイバ裸線を
、ガラス粉体を吹き付けながら巻取体にループ状に巻き
取り、次いでこのガラス粉体を透明ガラス化して光ファ
イバ裸線の周囲にガラスを付着させてループを固定する
方法であっても良い。

さらに光ファイバ母材から線引きされた光ファイバ裸線
を、架橋前の樹脂中で巻取体にループ状に巻き取り、光
ファイバ裸線の周囲に架橋前の樹脂を付着させ、次いで
該樹脂を硬化させてループを固定する方法であっても良
い。

以下、本発明を図面を参照して詳細に説明する。

第１図および第２図は、本発明の光導波ループの一例を
示す図であって、符号１０は光導波ループ（以下、セン
サコイルという）である。

このセンサコイル１０は、光ファイバ裸線１１が多数回
巻回されたループをガラス１２で固め、全体として円筒
状に形成した構造になっている。

光ファイバ裸線１１のループの両端は、センサコイルｌ
Ｏの外側に延び出し、センサコイルのリード部１３．１
３となっている。

光ファイバ裸線１１は、ンングルモートファイバなとか
使用可能である。光ファイバ裸線の材質としては、コア
か５１０３．クラットかＦを１・−プした５ｉＯ７のフ
ァイバや、コアかＧ　ｅ　Ｏ２を添加し１こ５ｉＯ７，
クラットか８１０２のファイバ等が用いられる。先ファ
イバ母材から線引きされた光ファイバ裸線は、線引き後
、直接巻取体に巻き取ることか望ましい。

光ファイバ裸線１１のループを固めるガラス１２の材質
は、光ファイバ裸線ＩＩの構成材料よりも低い温度で溶
融する材料か好適に使用され、例えば５１０２にＧｅＯ
２やＦなどを添加し１こガラス、他成分系ガラスなどが
使用される。

このセンサコイル１０は、光ファイバ裸線１１を多数回
巻回したループをガラス１２て固め、全体として円筒状
に形成したものなので、光ファイバの被覆が省略され、
被覆付きファイバを用いた場合と比べてループ形成時の
残留応力を少なくすることができ、ファイバの破断を防
ぐことができる。また光ファイバ裸線１１を巻回したル
ープをガラス１２によって一体的に固めたものなので、
センサコイルの機械強度を向上させることかてきる。ま
ｆ二このセンサコイル１０：よ、全てガラス質で形成し
凡ので、冷却工程で残留しに歪は適度ｔアニールを行う
ことて取り除くことかできる。

先の実施例では、光コアイノ・裸線１１を巻回し几ルー
プをガラス１２て固めて全体と乙て円筒状に形成したか
、ループを固める１こめの材料として、ガラス１２の代
わりに合成樹脂Ｉ４を用いることも可能である。合成樹
脂１４としてはＵＶ硬化性ノリコン樹脂、熱硬化性ノリ
コン樹脂なとの比較的軟質な合成樹脂材料か好適に用い
られる他、アクリル樹脂などの比較的硬質の合成樹脂材
料ら使用可能である。

合成樹脂１４でループを固め１こセンサコイル１０は、
先のガラス１２を用いたセンサコイルと同様の効果が得
られる他、樹脂として柔らかく熱膨張係数の小さいンリ
コン樹脂、ノリコンゴムを用いることかでき、光ファイ
バの光学特性を劣化させることかない。

次に、本発明に係わるセンサコイルの製造方法を説明す
る。

第３図は、本発明のセンサコイルの製造方法の第１の例
を説明するための図であって、図中符号１５は光ファイ
バ母材、１６は線引き炉、１７は光ファイバ外径測定器
、１８は　るつぼ、１９は溶融ガラス、２０は巻取体で
ある。

この製造方法では、まず光ファイノ＼母材１５を線引き
炉１６内に入れて線引きし、光ファイバ裸線１１を作製
する。光ファイバ裸線１１は外径測定器１７で外径を測
定しつつ、所定の外径となるように線引き条件を調整し
ながら作製される。線引きされた光ファイバ裸線１１は
、巻取体２０上に巻き取る。この巻取体２０は回転軸２
１上に取り付けられている。回転軸２１は巻取体２０を
回転させつつ長平方向に所定速度で往復移動し、巻取体
２０上に光ファイバをコイル状に巻き取るようになって
いる。この回転軸の移動の速さは、１回転毎に光ファイ
バ裸線１１の外径と同等かそれ以上となるように設定さ
れ、巻取体２０の一方の端部まで達した時点で移動方向
を反対に切り換える。巻き取り動作の開始とともに、る
つぼ１８に溶融ガラス１９を入れ、巻取体２０の下側を
溶融ガラス１９に接触させる。巻取体２０に巻き取られ
る光ファイバ裸線ＩＩには溶融ガラスか付着する。一定
の長さの光ファイバ裸線１１を巻き取つ１こならば、巻
取体２０を　るつは１８から引き」ニブ、徐冷し、更に
回転軸からせンサコイルを取り外す。このセンサコイル
１０は、必要に応してアニールし、残留歪を取り除いて
おくことか望ましい。

以上のようにして第１図に示す円筒状のセンサコイル１
０か得られる。

このセンサコイル１０の製造方法によれば、ループを構
成する光ファイバ裸線１１に、曲げによる張力かかから
す、静疲労による光ファイバの断線を防ぐことができる
。

またループ形成の際に光ファイバ裸線１１の特性を劣化
させることが少なく、ファイバの巻回速度を速くするこ
とができるので、製造時間を短縮することができる。

また被覆の無い光ファイバ裸線１１をコイル化オるので
巻回し易く、被覆コアイノ＼を用いる場合に比へてファ
イバ特性の劣化を少なくすることかできる。

ま几光ファイバ裸線１１を使用するので、被覆ファイバ
に比へてファイバのコストか安くなり、まｎファイバの
製造が容易なので、製品コストの低減を図ることかでき
る。

また線引きした光ファイバ裸線１１を巻取体２０に直接
巻き付け、これをガラスて固めてセンサコイルＩＯを作
製するので、ファイバ作製からセンサコイル形成までの
工程を大巾に短縮できる。

次に、本発明のセンサコイルの製造方法の第２の例を説
明する。

上述した第１の例では、光ファイバ裸線Ｉｆを巻回した
ループをガラスで固めてセンサコイルＩＯを作製したが
、第２の例ではガラスの代わりに合成樹脂でループを固
めてセンサコイルを作製する方法である。この方法では
、上述した第３図に示す製造装置と同様の装置を使用で
き、槽１８内に溶融ガラス１９の代わりに、架橋前の樹
脂２２を入れる。光ファイバ裸線１１を線引きし、巻取
体２０による巻き取りを開始した時点で、巻取体２０の
下側を樹脂２２に接触させ、この状態で所定の長５の光
ファイバ裸線１１を巻き取る。

巻き取り終了後、巻取体２０を樹１旨２２から弓き上げ
、樹脂を硬化させる。樹脂を硬化さ仕ｆ二後、セッサコ
イル１０を回転軸から取り外す。

第４図は、本発明のセンサコイルの製造方法の第３の例
を説明するためのものである。この例では回転軸に取り
付けられた巻取体２０の下方にガラス生成用バーナ２３
を配置し、巻取体２０ての巻き取り開始とともに、バー
ナ２３からガラス粉体２４を巻取体に吹き付け、巻取体
２０に巻回された先ファイバ裸線１１にガラスを付着さ
せ、円筒状に固める方法である。上記バーナ２３は、酸
水素火炎中に５ｔＣ１４あるいはＧ　ｅＣ１４及びＦ、
を含む５ｉＣ１４を吹き込んで、ガラス微粒子を生成す
るものが好適に使用される。ガラス粉体２４を吹き付け
つつ所定長さの光ファイバ裸線１１を巻き取った後、回
転軸から巻取体２０を取り外し、加熱炉に入れ、光ファ
イバ裸線のコアか変形しない温度で加熱、焼結してセン
サコイルを得る。

なお、センサコイル１０のコイル径および光ファイバ裸
線１１の巻回数は特に限定されることなく、セッサコイ
ルの要求性能に応して適宜選択される。

また光ファイバ裸線１１はノンクルモートファイバに限
定されることなく、偏波保持光ファイバやマルチモート
ファイバも使用可能である。

以下、実施例により本発明の効果を明確にする。

「実施例」 本発明に係わるセンサコイル（実施例１〜３）と従来の
被覆ファイバを用いたセンサコイルを各々作製し、性能
を比較した。

（実施例１） 光ファイバ母材として、コアがＳｉｎ、、クラットかフ
ッ素トープのＳｉＯ２であり、コアークラット間の比屈
折率差か０７％、母材外径が３０ｍｍ、コア径約１ｍｍ
の母材を用いた。この母材を第４図に示す装置で外径１
２５μｍのファイバに線引きした。巻取体は直径６９ｍ
ｍのカーボン棒に厚さ１ｍｍの石英パイプをはめたしの
を用いた。この巻取体の石英上に線引きした光コアイノ
・裸線を巻き取っていき、その際、下方に配置しんガラ
ス生成用バーナ（供給ガスはＳ　Ｉ　ＣＩ４．０２．　
Ｈ２）により石英ガラス粉体を吹き付けた。光ファイバ
を１０００ｍ巻き取った後、巻き取り動作および石英粉
体の吹き付すを中止し、カーボン棒から石英パイプごと
円筒状の光ファイバ裸線ループ塊（センサコイル）を抜
き取った。その後、別の電気炉でこの塊をＦ、Ｈｅ雰囲
気中で加熱、焼結し、円筒ガラス塊のセンサコイルを得
た。

（実施例２） 光ファイバ母材として、コアかＧｅＯ３を添加したＳ　
＋　０２、クラッドかＳｉ○、であり、コアークラッド
間の比屈折率差が０．７％、母材外径が３０ｍｍ。

コア径約１ｍｍの母材を用いた。この母材を第３図に示
す装置で外径１２５μｍのファイバに線引きした。巻取
体は直径３０ｍｍのアルミナセラミックス焼結体を用い
た。最初に光ファイバ裸線を引き出し、巻取体に取り付
け、裸線を１層巻き付けた後、ろつほに溶融し１ニガラ
スを導入しｆ二。このガラスはＳ　ｉｏ　、、Ｇ　ｅｏ
　２．Ｆから構成されｆこものて約９００°Ｃで溶融さ
れろ。光ファイバを１００ｍ巻き取った後、巻取体を回
転させなから、るつぼより引き上げ、ガラスの塊のセン
サコイルを得た。

（実施例３） 光ファイバ母材として、コアか８１０２、クラッドかフ
ッ素ドープの５ｉ０２てあり、コアルクラッド間の比屈
折率差が０７％、母材外径が３０ｍｍ、コア径約１ｍｍ
の母材を用いた。この母材を第３図に示す装置で外径１
２５μｍのファイバに線引きした。巻取体は直径３０ｍ
ｍのステンレス棒に直径６０ｍｍ、厚さ１ｍｍの石英パ
イプを取り付けて構成した。最初光ファイバを引き出し
、巻取体に巻き付け、直ちに架橋前の樹脂を槽内に導入
した。この樹脂はノリコーン樹脂を用い１こ。光ファイ
バ裸線をｉｏｏｏｍ巻き取った後、巻取体を回転させな
がらるつぼより引き上げ、光ファイバのループ間と周囲
を樹脂で固めたセンサコイルを得た。

実施例１〜実施例３のそれぞれのセンサコイルについて
、−６０〜−１００°Ｃ１つヒートサイクルを加えて損
失の変化を計測しに結果、損失変化はし１すれも０．５
ｄＢ以下であっｒコ。

発明の詳細 な説明しｆ二ように、この発明は次のような効果を奏す
る。

本発明の光導波ループは、光ファイバ裸線を巻回してル
ープとし、このループを硬質材料で固めて筒状に形成し
たものなので、ループを構成する光ファイバ裸線に曲げ
による張力かかからす、静疲労による光ファイバの断線
を防ぐことができる。

またループ形成の際に光ファイバ裸線の特性を劣化させ
ることか少なく、ファイバの巻回速度を速くすることか
できるので、製造時間を短縮することができる。

また光ファイバ裸線を巻回してコイル化するのでファイ
バ巻回操作か容易であり、また被覆ファイバを巻回する
場合と比較してファイバ特性の劣化を少なくすることが
できる。

また光ファイバ裸線を使用するので、被覆ファイバに比
へてファイバのコストか安く、またファイバの製造か容
易なので、製品コストの低減を図ることかできる。

また線引きした光ファイバ裸線を巻取体に直接巻き付（
Ｊ、これをガラスて固めて光導波ループを作製するので
、ファイバ作製から光導波ループ形成まての工程を大巾
に短縮できる。

【図面の簡単な説明】 第１図および第２図は、本発明による光導波ループの一
例を示すもので、第１図はセンサコイルの斜視図、第２
図は同概略断面図、第３図および第４図は、本発明に係
わる光導波ループの製造方法を実施するに好適な製造装
置の概略構成図、第５図は従来のセンサコイルを示す概
略斜視図、第６図は第５図のセンサコイルの製造方法を
示す構成図である。 １４・合成樹脂 １９　・溶融ガラス ２０・・巻取体 ２２・・架橋前の樹脂。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光ファイバ裸線が少なくとも１回以上巻回されたル
   ープ部を固定材料で覆い、全体として円筒状に形成した
   光導波ループ。 ２、光ファイバ母材から線引きされた光ファイバ裸線を
   溶融ガラス中で巻取体にループ状に巻き取り、光ファイ
   バ裸線の周囲にガラスを付着させてループを固定するこ
   とを特徴とする光導波ループの製造方法。 ３、光ファイバ母材から線引きされた光ファイバ裸線を
   、ガラス粉体を吹き付けながら巻取体にループ状に巻き
   取り、次いでこのガラス粉体を透明ガラス化して光ファ
   イバ裸線の周囲にガラスを付着させてループを固定する
   ことを特徴とする光導波ループの製造方法。 ４、光ファイバ母材から線引きされた光ファイバ裸線を
   、架橋前の樹脂中で巻取体にループ状に巻き取り、光フ
   ァイバ裸線の周囲に架橋前の樹脂を付着させ、次いで該
   樹脂を硬化させてループを固定することを特徴とする光
   導波ループの製造方法。