JPH0675126A - 光ファイバパッケージとその形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 その巻回時は極めて安定しており、そして、
その光ファイバが繰り出される際には、支持ボビンの他
の巻回から極めて容易に分離して繰り出されることので
きる光ファイバパッケージを提供すること、特に、支持
ボビンに巻回が安定的に保持される光ファイバパッケー
ジを提供すること。 【構成】 本発明の光ファイバパッケージは、光ファイ
バの表面に摩擦増強剤を塗布し、この摩擦増強剤によっ
て、光ファイバの巻回同士を安定化させる。さらに、光
ファイバの第一層と支持ボビンのハブとの間の移動を行
なわせないようにする。さらに、本発明の光ファイバパ
ッケージは光ファイバの一部に接着剤の層を塗布して、
光ファイバの巻回同士を安定化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光ファイバのような長尺
物の安定したパッケージとその形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】兵器産業または通信システムにおいて
は、光ファイバでもって、移動体間あるいは移動体と基
地局との間の双方向通信を行なっている。このような光
ファイバによる通信は電磁干渉の影響を受けない点で有
利である。しかし、このような光ファイバによる通信シ
ステムは、光ファイバがそれほど強固なものでなく、ま
たマイクロベンディングによる損失等を含むため、その
取り扱いは極めて慎重に行なわなければならない。特
に、兵器システムにおいて、光ファイバを用いる方法
は、ミサイルのような移動体に光ファイバの一端を接続
し、光ファイバの他端を基地局と結合して、その間で双
方向の通信を行なうことである。このシステムの概略は
図１３に示されている。

【０００３】このようなシステムを提供するためには、
光ファイバのパッケージは信頼性があり、かつコンパク
トなものでなければならない。移動体を制御するため
に、金属導体を使う方法は公知であり、米国特許第３１
１４４５６号、３１５６１８５号、３３１９７８１号に
開示されている。この兵器システムにおける光ファイバ
の使用の問題点の一つは、その使用条件が極めて苛刻で
あり、さらに用いられる光ファイバは極めて長いものと
なる。長い光ファイバを得るために、短い光ファイバを
スプライスする必要があり、このスプライスされた部分
を再度コーティングする必要がある。そして、このスプ
ライスされた部分はそうではない部分よりもその直径が
若干大きくなる傾向にある。このような光ファイバを用
いて、兵器システムを形成する方法は、米国特許第４８
６５４１１号に開示されている。支持ボビンに精密に光
ファイバを巻回し、そこから安定的に光ファイバを繰り
出し、移動体と基地局との間をうまく連結する為に、従
来技術によれば、支持ボビンのハブに溝を切り、その溝
内に光ファイバを配置することである。しかし、これは
その精密な加工を必要とし、極めて高価となり、現状に
は好ましくない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は兵器
システムに用いられる光ファイバを収納するパッケージ
を提供することである。このような光ファイバパッケー
ジの要件としては、極めて安定していること、そしてコ
ンパクトであること、さらに、ミサイル等の兵器を発射
するにつれて、光ファイバは支持ボビンから繰り出され
るが、その繰り出しが容易に行なわれる必要がある。さ
もないと、光ファイバは切断、あるいはボビンの中でも
つれてしまうからである。従って、本発明の目的は、そ
の巻回時は極めて安定しており、そして、その光ファイ
バが繰り出される際には、支持ボビンの他の巻回から極
めて容易に分離して繰り出されることのできる光ファイ
バパッケージを提供することである。特に、支持ボビン
に巻回が安定的に保持される光ファイバパッケージを提
供することである。これにより側面方向の動きを阻止す
ることのできるものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の光ファイバパッケージは、光ファイバの表
面に摩擦増強剤を塗布し、この摩擦増強剤によって、光
ファイバの巻回同士を安定化させる。さらに、光ファイ
バの第一層と支持ボビンのハブとの間の移動を行なわせ
ないようにする。さらに、本発明の光ファイバパッケー
ジは光ファイバの一部に接着剤の層を塗布して、光ファ
イバの巻回同士を安定化させる。

【０００６】

【実施例】図１において、本発明の製造ライン２０は、
コートされた光ファイバ２２のスプール２１を有する。
図２から明かなように、このコートされた光ファイバ２
２は、コア２４、クラド層２６、コーティング層２７を
有する。単一のコーティング層２７の代わりに複数の層
を使用することも可能である。一般的に、コートされた
光ファイバ２２の外径は２５０μｍである。図１に示す
ように、コートされた光ファイバ２２は、スプール２１
から繰り出されて、図３に示すように垂直方向に、そし
て直径測定ゲージ２９を介して移動パスに沿って進む。
この直径測定ゲージ２９は、Techmet社から市販されて
いるレーザマイクマイクロメーターである。その後、コ
ーティングされた光ファイバは、アプリケータ３０を介
して進む。このアプリケータ３０は、接着材料３２をコ
ーティングされた光ファイバに塗布する機能を有する。
光ファイバの最終パッケージにおいて、光ファイバが繰
り出される前に、光ファイバの卷回を包囲するための接
着材料である。

【０００７】このアプリケータ３０は、容器３４を有し
（図３）、この容器３４は、接着材料３２の浴を液状状
態で保持する。光ファイバがこのバスを介して移動した
後、光ファイバは、制御ダイ３６を介して移動する。こ
の制御ダイ３６は、固定ダイ、あるいはフレキシブルチ
ップから形成されている。この制御ダイ３６は、アプリ
ケータ３０から出てきた光ファイバに接着材料３２が層
状で塗布されるようにする。これがフレキシブルチップ
の場合には、チップの内径はコレットによって変更しう
る。このコレット装置に関しては、米国特許第４３７０
３５５号 に開示されている。

【０００８】本発明の好ましい実施例においては、摩擦
増強剤が、キャリアボビンの表面に塗布されて、ファイ
バの第１層をキャリアボビンの所望の位置に適切に保護
するようにしている。このような摩擦増強剤の使用は、
ワイヤのベース層が不要となる。それ故に、この摩擦増
強剤と組み合わせて使用されると、接着材は隣接する光
ファイバの間の所望の形状及び方向性を維持するのに役
立ち、かつ、この摩擦増強剤は、卷回されている光ファ
イバの第１層とキャリアボビン、すなわちスプールの表
面との間に固定する力を提供できる。

【０００９】安定化パッケージを提供するために、摩擦
増強剤及び接着材の層を何層にもわたって、光ファイバ
に塗布しても構わない。例えば、熱可塑性材料、アモル
ファス、あるいは純結晶の何れか、高溶融材料、熱硬化
性材料、ワックス、あるいはその他の材料は、熱処理、
あるいは経年変化、溶融材料への露出等により界面結合
が形成されるようなものは如何なるものを使用しても構
わない。この実施例においては、接着材は、ポリビニー
ルブチィラールプラスチック材料である。

【００１０】この接着材は、特定の要件を満たさなけれ
ばならない。米国特許第４９５００４９号に記載されて
いるように、接着材料は、光ファイバに塗布可能なもの
でなければならず、好ましくは液体状態で、その後プロ
セススプールに卷回される際に、粘着性のないものでな
ければならない。この摩擦増強剤及び／または接着材
は、キャリアボビンの周囲に卷回される光ファイバの隣
接する卷回の少なくとも一部の間で、接着ボンドを形成
するために、連続して処理可能なものでなければならな
い。この接着性は、得られた光ファイバパッケージが安
定化しているのみならず、光ファイバに損傷を与えず
に、キャリアボビンから光ファイバの卷回が繰り出され
なければならない。

【００１１】この実施例においては、接着材は、ポリビ
ニールブチィラールである。このアプリケータ３０の中
のバスは、ポリビニールブチィラールと溶融剤との混合
物を含む。この実施例においては、溶融剤はメチルエチ
ルケトンである。米国特許第４９５００４９号に開示さ
れたように、光ファイバ上の接着材の乾燥及び処理が完
了した後、光ファイバは、プロセススプール４４の上に
複数回卷回される。このプロセススプール４４の上の卷
回は、光ファイバが幾分ルーズに卷回されるように行わ
れる（図４）。一般的に、光ファイバの上の張力はプロ
セススプール４４の上にルーズに巻かれた状態では約３
０から４０グラムである。

【００１２】その後、緩慢に巻かれた光ファイバのプロ
セススプール４４とキャリアボビン５０とは、再度の巻
き付け動作用に構成される（図５）。一般的に、キャリ
アボビン５０は、プラスチック材料、あるいは合成材料
製で、キャリアボビン５０から若干テーパが付いた状態
のハブを有している。その再度の巻き付け動作の間、光
ファイバは複数の緩く巻かれた卷回から複数の卷回層５
４−５４（図６）を有する精密卷回パッケージ５２で、
複数の巻回５６−５６を有する精密卷回パッケージ５２
に再度巻き付けられる。この再度の巻き付け動作の間、
光ファイバには約１００グラムの引っ張り力が加えられ
る。この巻き付け動作に関しては米国特許第４７４６０
８０号を参照のこと。

【００１３】本発明の一実施例によれば、光ファイバの
卷回の最初の層が巻き付けられるスプール、またはボビ
ンの表面の少なくとも一部は摩擦増強剤で処理されて、
最初の光ファイバの層がボビンに対し、相対的な動きを
するのを阻止する。通常光ファイバはボビンまたはマン
ドレルの上に卷回され、それらはボビンバレルのベース
または大きな端部から始まるテーパ状をしている。

【００１４】前述したように、従来の光ファイバ巻き付
けマンドレルの形状は、マンドレルのスムーズなバレル
表面と光ファイバは巻き付けられる最初の層との間に中
間的な溝付き層を含むような形状をしている。この付加
的なベース構造により、光ファイバの最初の層がボビン
に対し、横方向に移動するのを阻止する。今日まで、高
価で複雑な溝付きのベース構造を除去するような、ある
いはボビンの表面を処理するような代替技術は存在しな
かった。テーパ付きボビンを使用する際に、最初の層を
サポートとするものがなかったために、光ファイバはス
ムーズなバレル表面をボビンの小さな端部の方に滑りな
がら移動する傾向があった。

【００１５】本発明は米国特許第４９５００４９号に開
示された予め処理された接着剤でコートした光ファイバ
の使用方法についてのものである。ボビンのバレルの表
面に沿って、互換可能な摩擦増強材料の層と組み合わせ
ることにより、光ファイバの巻き付けパターンを十分に
確立するために、如何なる形の溝付きベース構造の使用
も必要としないような巻き付けプロセスが提供できる。
さらに本発明は、従来必要とされた光ファイバの巻き付
け比を厳密に制御するような必要性がなくなる。さらに
本発明は緊密なパッケージが、接着材表面の間をより緊
密に接触させるので、予め塗布した材料付きファイバの
使用が可能となる。

【００１６】本発明によるボビンの巻き付け表面の上に
塗布された特殊な摩擦増強剤は、プラスチック材料で、
例えば、室温で加硫された（ＲＴＶ）シリコン及びスチ
レンブタジエンラバー（ＳＢＲ）のようなものである。
このスチレンブタジエンラバーは、カリフォニア州カル
ソンのEclectic Products社製の製品で、Ｅ−６０００
接着材として市販されている。このスチレンブタジエン
ラバーは、所望の柔軟性（ショートＡ硬度７０−８５）
を示して、光ファイバが巻き付けられやすいような「軌
跡」を提供し、十分に高い表面摩擦を示すので、光ファ
イバパックの横方向の移動を阻止できる。特に、Ｅ−６
０００接着材は、ボビン（金属製、あるいはポリマ合成
材料製であるかを問わず）の表面に非常に安定化した接
合することを提供できることが発見された。しかし、所
望の条件を満足するような如何なる公知の摩擦増強剤
も、本発明により使用することもできる。

【００１７】好ましい摩擦増強剤は上記したようなもの
であるが、本発明の第２の実施例は処理可能な接着材料
を光ファイバに塗布することのできるような、また滑ら
かなボビン表面に塗布することができるようなものであ
る。従って、図８において、カーブ７０は、熱可塑性材
料の動作特性を表す係数を表している。室温において、
すなわち、光ファイバは使用される約７０℃以下の温度
において、この材料はガラス状領域７２で示されるガラ
ス状領域にある。その状態においては粘着性はない。そ
の後、温度が増加すると、この係数は減少して、遷移領
域７４から領域７６、領域７８に沿ってゴム状となる。
この粘着性の程度は、熱可塑性材料が高温に曝された時
間の長さに依存する。結合は、グラフの遷移領域７４、
領域７６、領域７８に示される領域で、合成材料を加熱
することによって増強できるが、その結合の程度に応じ
て増強できる。ある種の材料は、遷移ゾーンの結合で十
分である。

【００１８】図９−１２には、光ファイバの第１層の上
の接着材料とボビンの表面との接着材料との間のインタ
ーフェース８０に当たるモジューラボンドの形成状態が
示してある。熱可塑性材料では分子結合が、接着材料の
隣接する部分の間の界面境界にわたって含まれるプラス
チック材料の連鎖の相互振動、あるいは移動に引き続い
て発生する。この結合の程度は、接着材料の隣接する部
分にわたって発生する連鎖振動の程度に関係する。また
結合の程度は、接着材料が曝される温度の増加に応じて
増加し、また所定温度では露出される時間の増加によっ
て増加する。図１０−１２は、温度が遷移領域７４、領
域７６、領域７８を通過して増加するに従って、結合が
増加する程度を表している。特別な応用に必要な結合の
程度は、光ファイバが露出される温度と時間とにより決
定される。

【００１９】結合または分子移動により、図９−１２を
比較して界面を観察することにより光ファイバの卷回は
互いに緊密に保持され、さらに、光ファイバの最初の層
はボビンの表面に固着される。図９に示すように、接着
材料３２の一部は処理装置６０で処理する前には、イン
ターフェース８０にわたって結合されていない。処理装
置６０で処理すると、連続する部分の接着材料は分子結
合を活発化させる（図１０）。所定の温度で所定の時
間、光ファイバを曝すことにより、インターフェース８
０にわたる十分な分子結合が確立されて、卷回をしっか
りと保持する（図１１−１２）。その結果、卷回された
光ファイバの安定したパッケージが提供できる。卷回が
低位置に残るよう取り扱うこともできる。しかし、この
結合は光ファイバがボビンから繰り出される際に損傷を
起こすほど大きなものではない。予期した引っ張りレベ
ルでは、各連続する卷回は隣接する卷回から分離され
て、それが適切な場合には、ボビンの表面の光ファイバ
の第１層は、光ファイバに損傷を与えることなく分離で
きる。界面の間にブリージチェーンを確立するために、
分子移動が起こるのは接点の部分の場所においてだけで
ある。

【００２０】適切な接着は隣接する卷回の接触する部分
の間の界面と適切な処理の結果、ボビンのバレルと光フ
ァイバの最初の層との間の界面にわたって、分子結合を
発生させるような接着材料によって行われる。このよう
な接着材料には、熱硬化性材料、高溶融接着材料、また
は熱可塑性材料、またはアモルファス、あるいは純結晶
材料である。これらの材料を適切に処理すると、接触す
る部分の間の界面にわたって、分子間移動が発生する。
冷却すると、界面の間にわたって、分子間結合が発生し
て、卷回をこの位置に固定される。ポリビニールブチィ
ラールでは、処理温度範囲は、約７０℃から１２０℃の
間である。他の適当な材料では処理温度は異なるが、お
よそ約７０℃前後である。この結合の好ましいレベルが
発生する温度と時間は、使用される接着材の特性によっ
て異なる。

【００２１】この処理温度は複数の適当な装置によって
与えられる。例えば、製造設備としては、オーブンまた
は高周波加熱装置が使用される。高周波エネルギーは接
着剤を結合するために接着剤を加熱する。高周波エネル
ギーが接着剤の温度を上昇するために使用される場合
は、キャリアボビン５０は非金属製材料が好ましい。さ
らに、本発明は摩擦増強材を使用する場合には、ステン
レススチール製の材料のワイヤベースの構成は不要で、
それにより、高周波エネルギーの使用は必要とされる処
理時間を大幅に減らす。他の技術としては、真空が卷回
の間の隙間から空気を引き抜くために使用される。気相
材料、液相材料を用いて、卷回の接触部分を堅固に固定
するために使用される。その後、真空が再度適用して、
余分な材料を除去する。

【００２２】キャリアボビン５０の上の卷回の間の粘着
性を制御することにより、高速で巻く戻す際に、光ファ
イバに損傷を与えることを回避することができる。この
粘着時間と温度は光ファイバに塗布される接着材料に依
存する。隣接する卷回の間の界面の熱可塑性材料として
は、図８に示される熱可塑性材料の遷移特性を再使用で
きる。接着材は冷却するにつれて、隣接する卷回の接触
する部分に沿った結合の領域は不動体化、すなわち凍結
して時間とともに安定化する。光ファイバが周囲温度ま
で冷却されると、界面の結合は高温に曝されている間達
成されたレベルで保持される。結合されていない界面の
これらの部分はガラス状態に戻る（図８）。室温で粘着
性のないガラス状態の接着材料を使用することにより、
高速で均一な光ファイバのコーティング及びボビンの上
に卷回を容易にすることができる。この接着は遷移領域
及び／またはゴム領域で熱可塑性材料に粘着性を持たせ
ることにより生成し、制御される。

【００２３】隣接する卷回の上の接着材料の一部に隣接
しない光ファイバの接着材料のこれらの四分の一が冷却
する際にガラス状態に戻ることは本発明の利点である。
これらの表面は比較的低い摩擦係数を有する。このガラ
ス状表面の低い摩擦係数により、光ファイバの高速の繰
り出しが可能となる。この表面に前記したような特徴が
ないと、この表面が他の卷回の表面の一部の上に各卷回
の一部がスライドするような繰り出しにより、隣接する
卷回の一部は繰り出す前に転位して、パッケージが崩れ
ることになる。このような不都合は、多数の卷回の巻き
出しに際し問題となり、これがもつれ合いにつながる。
分子による結合が発生しない卷回の表面の上の低い摩擦
係数により、各卷回を巻き戻す際に、多数の繰り出しを
避けることができ、これにより他の卷回を容易に巻き付
けることができる。

【００２４】この精密卷回パッケージ５２の使用例とし
ては、ミサイルの弾道パスを制御するために使用され
る。この応用においては、その上に光ファイバが卷回さ
れたキャリアボビン５０が、ミサイル９１搭載される
（図１３）。光ファイバの内部端部８１はミサイル９１
内の装置８３に接続されて、光ファイバの先端部８５が
制御ステーション８７に接続される。ミサイルが発射さ
れると、弾道パスは制御ステーション８７により制御さ
れて、この制御ステーション８７はインターフェース８
０と光ファイバ２２を介して通信される。ミサイルが制
御ステーション８７から目標点９０に移動するにつれ
て、光ファイバはキャリアボビン５０のフランジのない
端部から繰り出されて、制御ステーション８７とミサイ
ル９１の間で通信を維持する。

【００２５】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の光ファイバパ
ッケージは、その巻回時は極めて安定しており、そし
て、その光ファイバが繰り出される際には、支持ボビン
の他の巻回から極めて容易に分離して繰り出されること
のできる。特に、支持ボビンに巻回が安定的に保持され
る光ファイバパッケージを提供することである。これに
より側面方向の動きを阻止することのできるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法により接着材を光ファイバに塗布
するのに使用される製造ラインの模式図。

【図２】コーティングと接着材料層とを有する光ファイ
バの端部断面図である。

【図３】図１の製造ラインの一部分を表す模式図であ
る。

【図４】緩やかに巻き付けられた複数の卷回を有するプ
ロセススプールの一部分を表す断面図である。

【図５】プロセススプールの上に緩やかに巻かれた卷回
から光ファイバがキャリアボビンの上に緊密に巻かれた
パッケージに移送される模様を表す模式図である。

【図６】キャリアボビンの上に巻かれた光ファイバの卷
回を含む光ファイバパッケージの部分を表す図である。

【図７】光ファイバがキャリアボビンの上に卷回された
後、光ファイバの卷回の上の接着材を処理されるのに使
用される装置を表す図である。

【図８】熱処理が行われた際の熱可塑性材料の一つのパ
ラメーターの特性を表す図である。

【図９】ボビンの上に卷回された光ファイバの隣接する
卷回の接着材料層同士の間のインターフェースの分子レ
ベルでの接着の模様を表す拡大図で、接着材の間の界面
結合の時間的経緯を表す第１段階の図ある。

【図１０】ボビンの上に卷回された光ファイバの隣接す
る卷回の接着材料層同士の間のインターフェースの分子
レベルでの接着の模様を表す拡大図で、接着材の間の界
面結合の時間的経緯を表す第２段階の図ある。

【図１１】ボビンの上に卷回された光ファイバの隣接す
る卷回の接着材料層同士の間のインターフェースの分子
レベルでの接着の模様を表す拡大図で、接着材の間の界
面結合の時間的経緯を表す第３段階の図ある。

【図１２】ボビンの上に卷回された光ファイバの隣接す
る卷回の接着材料層同士の間のインターフェースの分子
レベルでの接着の模様を表す拡大図で、接着材の間の界
面結合の時間的経緯を表す第４段階の図ある。

【図１３】本発明の安定化パッケージの使用方法の一例
を表す図である。

【符号の説明】

２０ 本発明の製造ライン ２１ スプール ２２ コートされた光ファイバ ２４ コア ２６ クラド層 ２７ コーティング層 ２９ 直径測定ゲージ ３０ アプリケータ（塗布装置） ３２ 接着材料 ３４ 容器 ３６ 制御ダイ ４４ プロセススプール ５０ キャリアボビン ５２ 精密卷回パッケージ ５４ 卷回層 ７０ カーブ ７２ ガラス状領域 ７４ 遷移領域 ７６ 領域 ７８ 領域 ８０ インターフェース ８１ 内部端部 ８３ 装置 ８５ 先端部 ８７ 制御ステーション ９０ 目標点 ９１ ミサイル

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数回光ファイバが巻回され、少なくと
   も最内側の巻回が支持ボビンの少なくとも一部に隣接す
   るような光ファイバパッケージにおいて、 この光ファイバは、その最も内側の巻回を支持ボビンに
   接着する摩擦増強材料層を有することを特徴とする光フ
   ァイバパッケージ。
2. 【請求項２】 前記摩擦増強材料は、室温で加硫された
   シリコーンであることを特徴とする請求項１のパッケー
   ジ。
3. 【請求項３】 前記摩擦増強剤は、スチレンブタジエン
   ラバー（ＳＢＲ）であることを特徴とする請求項１のパ
   ッケージ。
4. 【請求項４】 前記光ファイバの一部を包囲し、その接
   着剤の一部の間の界面にわたって、適当な処理を施すこ
   とにより、分子間結合を行なう接着材料層をさらに有
   し、 前記光ファイバの隣接する部分の上の前記接着材料は、
   分子間結合により接着し、 前記光ファイバの他の一部は低摩擦係数により特徴付け
   られる外部表面を有することを特徴とする請求項１のパ
   ッケージ。
5. 【請求項５】 前記接着材料は、熱可塑性材料とホット
   メタル材料と熱硬化性材料とハンダ材料とワックスとか
   らなるグループから選択されたものであることを特徴と
   する請求項４のパッケージ。
6. 【請求項６】 前記接着材料は、ポリビニールブチラー
   ル（polyvinyl butyral）プラスチック材料とその溶融
   剤の混合物からなることを特徴とする請求項５のパッケ
   ージ。
7. 【請求項７】 支持ボビンの一部を摩擦増強材料でコー
   ティングするステップと、 光ファイバの一部を複数回巻回して、各巻回は他の巻回
   の少なくとも一部と接触し、光ファイバの最も内側の層
   は前記摩擦増強材料により、支持ボビンの一部に接着さ
   せるように光ファイバを複数回巻回するステップと、 からなることを特徴とする光ファイバパッケージの形成
   方法。。
8. 【請求項８】 前記摩擦増強材料は、室温で加硫された
   シリコーンであることを特徴とする請求項７の方法。
9. 【請求項９】 前記摩擦増強剤は、スチレンブタジエン
   ラバー（ＳtyreneＢutadiene Ｒubber）であることを特
   徴とする請求項７の方法。