(57)【要約】【課題】光ファイバの巻き取りに起因するＰＭＤ値の悪化を解消する光ファイバの巻取り方法と、この方法により製造される光ファイバコイルを提供する。【解決手段】ガラス光ファイバを樹脂で被覆した光ファイバ素線２７を、所定の巻取り張力でボビン３６に巻き取る光ファイバの巻取り方法であって、光ファイバ素線２７を１０ｍ〜１００ｍ巻き取る間に１回、巻取り張力を変化させて巻き取るようにする。また、他の光ファイバの巻取り方法は、ガラスファイバを樹脂で被覆した光ファイバ素線２７を、所定の巻取り張力で巻き取る光ファイバの巻取り方法であって、光ファイバ素線２７に捻りを付与し光ファイバ素線が捻れた状態でボビン３６に巻き取るようにする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス光ファイバを樹脂で被覆した光ファイバ素線を、所定の巻取り張力でボビンに巻き取る光ファイバの巻取り方法であって、前記光ファイバ素線を１０ｍ〜１００ｍ巻き取る間に１回、巻取り張力を変化させて巻き取ることを特徴とする光ファイバの巻取り方法。
【請求項２】
ガラス光ファイバを樹脂で被覆した光ファイバ素線を、所定の巻取り張力で巻き取る光ファイバの巻取り方法であって、前記光ファイバ素線に捻りを付与し前記光ファイバ素線が捻れた状態でボビンに巻き取ることを特徴とする光ファイバの巻取り方法。
【請求項３】
前記捻りを１〜５０回／ｍで付与することを特徴とする請求項２に記載の光ファイバの巻取り方法。
【請求項４】
前記光ファイバ素線に摩擦係数を低減する物質を付与することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ファイバの巻取り方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ファイバの巻取り方法により巻き取られていることを特徴とする光ファイバコイル。
【請求項６】
樹脂により取り囲まれていることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバコイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス母材から線引きしたガラス光ファイバに被覆を施した光ファイバを、ボビン等に巻取る光ファイバの巻取り方法、及びこれにより巻き取られた光ファイバコイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバは、円柱形のガラス母材を線引き炉に垂直に吊下げ、下方の端部から順次加熱溶融させてガラス光ファイバを線引きして製造される。線引きされたガラス光ファイバには、他の固形物に接触する前に紫外線硬化型樹脂等で被覆が施され、ファイバ表面に傷が付かないように保護される。樹脂で被覆された光ファイバは、この後、ガイドロールにより案内されてボビンに巻き取られる。
【０００３】
上述のようにして製造される光ファイバは、コア部とクラッド部の断面構造ができる限り同心でかつ真円で形成されていることが好ましいが、実際はこのような光ファイバを製造するのは困難であり、得られる光ファイバは、わずかに楕円又は歪んだ円となることが多い。このため、屈折率分布も完全な同心円状とはならず、光ファイバ断面内の直交する２偏波間の群速度に差が生じ、偏波モード分散（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ：以下ＰＭＤという）が生じる。
【０００４】
前記のようなＰＭＤの問題を解消する技術として、線引き時に、ガラス母材のネックダウン部分（光ファイバに線引きする縮径された加熱溶融部分）に捻りが生じるように、樹脂被覆された光ファイバに捻りを付与する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。図６は、この方法の一例を示す図で、図中、１はガラス母材、２ａはガラス光ファイバ、２ｂは樹脂で被覆された光ファイバ（以下、光ファイバ素線という）、３は線引き炉、４はコーティングダイ、５は硬化炉、６は揺動ローラ、７はガイドローラを示す。
【０００５】
ガラス母材１は、垂直に吊下げられ、その下端部を線引き炉３で順次加熱溶融させてガラスの光ファイバが線引きされる。線引きされた直後のガラス光ファイバ２ａは、冷却ガス（ヘリウムガス又は窒素ガス）により所定温度まで下げられ、コーティングダイ４により、ガラス光ファイバ２ａの表面に樹脂被覆がコーティングされ、硬化炉５により樹脂被覆が硬化される。この後、樹脂で被覆された光ファイバ素線２ｂを揺動ローラ６のローラ面上で往復するように転がし、ガラス光ファイバ２ａの溶融部に捻りを入れる。次いで、光ファイバ素線２ｂはガイドローラ７を経てボビン（図示せず）に巻き取られる。
【０００６】
また、光ファイバ等の線条体をボビンに巻き取るのに、ダンサローラ装置を用いて、巻取り張力を一定又は巻取り張力を可変して巻き取る装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。図７は、この巻き取り装置の一例を示す図である。図中、１１は線条体、１２はガイドローラ、１３はダンサローラ、１４はダンサローラ軸、１５はアーム、１６はアーム回転角検出器、１７はボビン、１８はトルクモータ、１９は張力検出器、２０は張力制御手段を示す。
【０００７】
同図に示す巻取り装置は、光ファイバ素線等の線条体１１をガイドする複数のガイドローラ１２とダンサローラ１３により巻取り張力を調整されて、ボビン１７で巻き取られる。ダンサローラ１３は、トルクモータ１８の回転軸と同軸に設けられたダンサローラ軸１４を中心としてアーム１５を介して回動自在とされている。トルクモータ１８によってダンサローラ軸１４にトルクを発生させ、巻き取り途中においてもダンサローラ１３に所定のモーメントを与えて上下動させ、アーム回転角検出器１６でアーム角度を検出しつつ線条体１１の巻取り張力を調整している。
【０００８】
走行中の線条体１１の張力は張力検出器１９により測定し、その張力値を張力制御手段２０にフィードバックし、トルクモータ１８を制御することにより、常に走行中の線条体１１の巻取り張力を一定又は任意の値に制御可能となっている。線条体１１の走行中に張力を変えるケースとしては、主にボビン１７の切換え時に線条体を切断する必要があり、一時的に張力を増加させる場合、また、停止状態から所定の線速に至るまで巻取り速度が一定でない場合等がある。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−１１４５２７号公報
【特許文献２】
特開平６−２５５８８５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図６で説明したように、光ファイバの線引き時に、ガラス光ファイバの加熱溶融部分に捻りが生じるように、樹脂被覆された光ファイバ素線に捻りを付与することにより、ガラス母材の非円等に起因するＰＭＤについては改善することができる。しかし、これは、被覆が施される前のガラス光ファイバ自体に加熱溶融中に捻りを入れて固定してしまうものである。
【００１１】
光ファイバ素線をボビンで巻き取った場合、ボビン上に積層して巻き付けられた光ファイバ素線は、一方向から外力が加えられていることとなる。光ファイバに一方向から応力が働くと、光ファイバに発生する複屈折の方向も一方向からということになる。このため、光の速軸（Ｆａｓｔ−Ａｘｉｓ）と遅軸（Ｓｌｏｗ−Ａｘｉｓ）が伝達する速度に差が生じ、ボビンで巻き取られた状態の光ファイバのＰＭＤが悪化する。
【００１２】
線引きされた光ファイバをユーザ等に出荷する場合は、通常、所定径のボビンに巻き取られた状態で光ファイバのＰＭＤ値を測定する。実際は、光ファイバをボビンから引き出した使用状態におけるＰＭＤ値は低いにもかかわらず、ボビンで巻き取られた状態の光ファイバは、実際のＰＭＤ値より高く測定されてしまう。このため、ユーザ等に対して正確なＰＭＤ値を提示することができないという問題がある。
【００１３】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、光ファイバの巻き取りに起因するＰＭＤ値の悪化を解消する光ファイバの巻取り方法と、この方法により製造される光ファイバコイルを提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明による光ファイバの巻取り方法は、ガラス光ファイバを樹脂で被覆した光ファイバ素線を、所定の巻取り張力でボビンに巻き取る光ファイバの巻取り方法であって、光ファイバ素線を１０ｍ〜１００ｍ巻き取る間に１回、巻取り張力を変化させて巻き取るようにする。また、他の光ファイバの巻取り方法は、ガラス光ファイバを樹脂で被覆した光ファイバ素線を、所定の巻取り張力で巻き取る光ファイバの巻取り方法であって、光ファイバ素線に捻りを付与し光ファイバ素線が捻れた状態でボビンに巻き取るようにする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１及び図２により、本発明の第１の実施形態を説明する。図１は光ファイバの線引きから巻取りまでの一例を示す概略図、図２は張力を変化させながら巻き取る例を説明する図である。図中、２１はガラス母材、２２はガラス光ファイバ、２３は線引き炉、２４は冷却装置、２５は樹脂被覆装置、２６は樹脂硬化装置、２７は光ファイバ素線、２８はガイドローラ、２９はキャプスタン、３０はダンサガイドローラ、３１はダンサローラ、３２は巻取りトラバースローラ、３３はダンサアーム、３４は張力検出器、３５は張力制御装置、３６はボビン、３７は滑材付与装置を示す。
【００１６】
光ファイバは、図６で説明したのと同様に、垂直に吊り下げたガラス母材２１を線引き炉２３により順次加熱溶融し、ガラス母材２１の下端からガラス光ファイバ２２を線引きして製造される。線引き直後のガラス光ファイバ２２は、冷却装置２４により所定の温度まで冷却され、この後、樹脂被覆装置２５により紫外線硬化型樹脂等が塗布され、樹脂硬化装置２６により樹脂被覆が硬化される。
【００１７】
なお、樹脂被覆は１層又は２層で形成され、この樹脂被覆された後の光ファイバを光ファイバ素線２７とする。なお、樹脂被覆の上に着色塗料が塗布される場合は、光ファイバ心線と称する場合もあるが、本発明では、光ファイバ素線を、このような光ファイバ心線も含めた意味で使用するものとする。光ファイバ素線２７は、樹脂被覆の硬化後、複数のガイドローラ等を経てボビン３６に巻き取られる。なお、本発明では、最初のガイドローラに、図６で説明したような揺動ローラを用いてガラス光ファイバ２２の加熱溶融部分に捻りを入れてもよいが、入れなくてもよい。
【００１８】
光ファイバ素線２７の巻取り系の主な構成として、ガイドローラ２８以降の経路で、キャプスタン２９で光ファイバ素線２７を引き取り、ダンサローラ装置で巻取り張力を調整し、巻取りトラバースローラ３２を経てボビン３６に巻き取る構成がある。通常、ダンサガイドローラ３０は、光ファイバ素線２７の巻取り張力を一定にして、ボビン３６に均一な巻付け力で整列した巻き取りができるようにするためのものである。しかし、発明が解決しようとする課題の項で説明したように、均一な巻付け力で巻き取られた光ファイバは、一定方向の応力を受ける結果、ＰＭＤ値が大きくなる。
【００１９】
本発明では、図２に示すように、例えば、ダンサローラ３１の上下位置を変えて巻取り張力を変化させ、光ファイバ素線の巻取り状態に外乱を与えて巻き取ることにより、ＰＭＤ値が増加するのを抑制する。すなわち、光ファイバ素線２７の巻取り張力を不均一にして巻き取ると、光ファイバを長手方向に見た場合に、光ファイバ素線２７の位置によって与えられている張力が異なり、張力が長手方向にランダム化された状態で巻かれる。このため、光ファイバ長手方向で受ける応力が一定方向とはならず均一化されて、前記のような巻取りによるＰＭＤ値の増加を低減させることができる。
【００２０】
しかし、単に光ファイバ素線２７をランダム状態に巻き取ると、巻取り状態が乱れて崩れたり、巻太りなどが生じるので、所定の周期性と所定の張力の範囲内で変化させて巻き取るのが好ましい。巻取り張力を変化するタイミングとしては、１０ｍ〜１００ｍ程度巻き取る間に、例えば、大から小へ、又は小から大へ、１回だけ変化させるように設定するのが好ましい。巻取り張力を変化させるタイミングが１０ｍ以下であると、光ファイバ素線２７に対する外乱が大きすぎ、局所複屈折の大きさが支配的となり、ＰＭＤが悪化する。また、１００ｍ以上であると、支配的な部分が巻き径となり、張力という観点から見た場合の外乱は小さく、ＰＭＤ低減の効果が小さい。
【００２１】
また、巻取り張力としては、３０ｇ〜７０ｇの範囲内で変化させるのが好ましい。巻取り張力が３０ｇ未満では巻き崩れが生じやすく、７０ｇ超では巻き取られた光ファイバ素線同士の接触や交差により伝送損失が悪化する。
【００２２】
巻取り張力を変化させる方法としては、図２に示すように、例えば、図７で説明したようなトルクモータを用いてダンサアーム３３を回動させ、ダンサローラ３１の上下位置変えることにより変化させることができる。巻取り張力の変化タイミングや巻取り張力の変化量は、張力制御装置３５（図１に図示）に予め設定しておく。また、トルクモータを用いる代わりに、ダンサアーム３３に調整ウエイト（図示せず）を移動可能に配し、この調整ウエイトの位置をリニアシリンダ機構や送りモータ機構等を用いて張力制御装置３５により調整するようにしてもよい。
【００２３】
図３は第２の実施形態を説明する図である。図中の符号は、図１で用いたのと同じ符号を用いることにより詳細説明を省略する。この実施形態では、光ファイバ素線２７を巻き取る手前で光ファイバ素線２７に捻りを入れる。具体的には、巻取りトラバースローラ３２から光ファイバ素線２７をボビン３６に巻き取るときに、光ファイバ素線２７のパスラインＸと直交するＹ方向でボビン３６を回転させてやる。この回転により、光ファイバ素線２７は、ガラス光ファイバと樹脂被覆が一体となって弾性的に捻られた状態で巻き取られる。なお、この場合、ダンサローラ３１による光ファイバ素線２７の巻取り張力は一定になるように制御するが、変化させてもよい。
【００２４】
また、捻りを付与して巻き取る方法として、特許文献１に開示されているような揺動ローラを用いることができる。揺動ローラを用いる場合、ボビンと揺動ローラ間の距離を短くして、ローラの揺動で光ファイバ素線の捻りが反転して戻る前にボビンに巻取ることにより、捻りを付与することができる。また、光ファイバ素線のパスラインに対して、揺動ローラを所定の角度だけ傾斜させて捻りを付与する方法もある。なお、光ファイバ素線に捻りを入れる付与するのに、光ファイバ素線をローラ間に挟んで捻り、揺動させる方法もあり、捻りが戻る前にボビンに巻取るのに効果的である。この揺動ローラを用いて交互に捻りを加えられた状態で巻き取られた光ファイバ素線２７は、ボビン３６から巻解くことにより捻りは解放される。
【００２５】
上記のように、長手方向に捻りを付与されて巻き取られた光ファイバ素線２７は、光ファイバ断面で見た場合、周方向にランダムな応力が生じる状態となる。このため、周方向応力に敏感なＰＭＤは、光ファイバ長手方向で均一化されて、ＰＭＤの増加を低減させることができる。また、光ファイバ素線間での交差が生じない整列巻で巻き取ることができるので、巻き取りによる伝送損失の悪化も生じない。なお、あまり捻りすぎると伝送損失が悪化するので、好ましくは１〜５０回／ｍの範囲、さらに好ましくは１０〜２０回／ｍの範囲で捻るのが望ましい。
【００２６】
また、上述した第１及び第２の実施形態において、光ファイバ素線２７を巻き取る際に、タルク又はオイル等の摩擦係数を低減する滑材物質を付与するのが好ましい。このための滑材付与装置３７は、巻取りトラバースローラ３２の直前あたりに設置すればよい。なお、図２の第１の実施形態においては、巻取りトラバースローラ３２とボビン３６の間に設置してもよい。この滑材を光ファイバ素線２７に付与して巻き取ることにより、巻き取られた光ファイバ素線同士が擦れるのを軽減し、また、必要以上の外乱が光ファイバ素線２７に加わるのを防ぐことができる。
【００２７】
以上、第１及び第２の実施形態では、光ファイバの線引きにおける巻取り方法で説明したが、長尺状態で大き目のボビンに巻き取られた光ファイバコイルを、小さいボビンに巻き返して光ファイバコイルからなるモジュール部品として使用する場合もある。本発明では、このようなモジュール部品を形成するときの巻取りにも適用することができる。
【００２８】
図４は、図２の巻取り張力を変化させながら巻き取って（第１の実施形態）形成した、光ファイバコイルのＰＭＤ値を測定した結果を示す図である。図４（Ａ）は光ファイバ素線を巻き取る際に、一定の張力で巻き取ったときのＰＭＤ値を示し、図４（Ｂ）は光ファイバ素線を５０ｍ巻き取るごとに、３０ｇ→７０ｇ→３０ｇ→・・・と、巻取り張力を変化させて巻き取ったときのＰＭＤ値を示す。
【００２９】
この図４（Ａ）と図４（Ｂ）を対比すると、巻取り張力を変えて巻き取った場合は巻取り張力を一定にして巻き取った場合と比べて、光の速軸と遅軸のモード結合が頻繁に発生するため、１／２乗則に乗るのも速く、且つＰＭＤ値を低減することもできる。また、図３の第２の実施形態で、ボビン径をＤとしたとき、２πＤのピッチで捻りを付与して（ボビン１回転でｙ方向に１回転）形成した光ファイバコイルのＰＭＤ値を測定した。測定結果は、図４（Ｂ）とほぼ同様な結果で、ただ全体的にＰＭＤ値が０．０５ｐｓだけ大きかった。
【００３０】
図５は、上記の方法で巻き取られた光ファイバコイルを、光ファイバコイルモジュールとして使用する例を示す図である。図中、３８は光ファイバコイル、３９は収納容器、４０は充填樹脂材を示す。分散補償器のように分散補償ファイバを１００ｍ以上巻いて光ファイバコイルを形成するような場合にも、上記の方法で光ファイバを巻き取ることにより、巻取りによる生じるＰＭＤを低減することができる。
【００３１】
ボビン上に所定長さの光ファイバ素線を巻き取って形成された光ファイバコイル３８は、長期間にわたって温度変化や振動に耐えて巻取り張力の変化や捻りを加えた状態を維持して使用する必要があり、また、巻崩れを防止する必要がある。このため、光ファイバコイル３８は、その周囲全体を樹脂充填材で満たして硬化させ、巻取り状態を保持することが好ましい。
【００３２】
具体的には、図２又は図３の方法で、光ファイバをコイルボビンに直接巻取って光ファイバコイル３８を形成する。この光ファイバコイル３８を、適当な収納容器３９内に入れ、充填樹脂材４０を充填して光ファイバコイル３８を取り囲み、この後、充填樹脂材４０を硬化して光ファイバコイル３８の巻取り状態を保持固定する。光ファイバコイル３８はコイルボビンに巻かれた状態で充填樹脂材４０で巻取り状態を保持してもよいが、コイルボビンを取外して充填樹脂材４０で取り囲むようにしてもよい。なお、コイルボビンを取除くときに、巻取り張力の変化や捻りが多少戻るが、ある程度巻き状態を維持して充填樹脂材４０で固定させること可能である。
【００３３】
充填樹脂材４０には、熱硬化型或いは紫外線硬化型のシリコーン樹脂、或いはブタジエン、シリコーンなどのゴムをシリコーン、ナフテンなどの溶剤で膨潤させ、必要に応じて他の樹脂を添加した高粘性のジェリー状混和物等を用いることができる。充填樹脂材４０は、光ファイバコイルの隙間部分にも十分浸透するように、硬化前の粘度が常温で０．０１Ｐａ・ｓ〜０．６Ｐａ・ｓであることが望ましい。また、ＪＩＳ  Ｋ  ２２２０の規定による１／４コーンを用いたときの硬化後のちょう度が−２０℃以上７０℃以下の範囲において、５以上２００以下である樹脂充填材を用いることにより、温度変化を受けても光ファイバには過大な応力が加わることを防止でき、長期間安定して使用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、光ファイバを巻き取ることによって生じる偏波モード分散（ＰＭＤ）を低減することができ、巻取り状態で出荷する光ファイバのＰＭＤ値を正しい値で提示することができる。また、光ファイバコイルの巻取りに利用することにより、ＰＭＤ値の低い光ファイバコイルを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概略を説明する図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を説明する図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を説明する図である。
【図４】本発明による効果を説明する図である。
【図５】本発明による光ファイバコイルを説明する図である。
【図６】従来技術の光ファイバ線引き方法の一例を説明する図である。
【図７】従来技術の光ファイバ巻取り方法の一例を説明する図である。
【符号の説明】
２１…ガラス母材、２２…ガラス光ファイバ、２３…線引き炉、２４…冷却装置、２５…樹脂被覆装置、２６…樹脂硬化装置、２７…光ファイバ素線、２８…ガイドローラ、２９…キャプスタン、３０…ダンサガイドローラ、３１…ダンサローラ、３２…巻取りトラバースローラ、３３…ダンサアーム、３４…張力検出器、３５…張力制御装置、３６…ボビン、３７…滑材付与装置、３８…光ファイバコイル、３９…収納容器、４０…充填樹脂材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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