(57)【要約】【課題】光ファイバに一方向の捻回を光ファイバの長手方向に粗密状態のない状態で付与することができる光ファイバの製造方法と製造装置【解決手段】光ファイバ母材３０を溶融して光ファイバ３３を線引きし、樹脂で被覆した後、被覆後の光ファイバ３３’に捻りを付与することにより、光ファイバの溶融位置で捻回を生じさせる光ファイバの製造方法であって、捻回を一方向に連続的に付与するようにしたものである。また、捻回は１０回／ｍ以上とし、捻り付与ローラ３８を用いて付与する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ母材を溶融して光ファイバを線引きし、樹脂で被覆した後、被覆後の光ファイバに捻りを付与することにより、前記光ファイバの溶融位置で捻回を生じさせ、前記捻回を一方向に連続的に付与することを特徴とする光ファイバの製造方法。
【請求項２】
前記捻回は、１０回／ｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項３】
前記被覆後の光ファイバに捻りを付与するのに、捻り付与ローラを用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項４】
前記捻り付与ローラの下流に固定Ｖ溝ローラを配置することを特徴とする請求項３に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項５】
前記捻り付与ローラの上流に固定ガイドローラを配置することを特徴とする請求項３又は４に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項６】
前記捻り付与ローラ上のパスラインとローラ前後のパスラインがローラ回転方向以外の方向に折れ曲がったパスラインを構成することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項７】
前記捻り付与ローラのローラ回転方向とローラ上の光ファイバの走行方向とが異なることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項８】
前記捻り付与ローラは、Ｖ溝又はＵ溝又はテーパ面を有することを特徴とする請求項６又は７に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項９】
光ファイバ母材を溶融して光ファイバを線引きし、樹脂で被覆した後、被覆後の光ファイバに捻りを付与することにより、前記光ファイバの溶融位置で捻回を生じさせる光ファイバの製造装置であって、前記捻回を一方向に連続的に付与する捻回付与手段を備えたことを特徴とする光ファイバの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信の伝送路として使用される光ファイバの製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバの製造において、コア部分およびクラッド部分を完全な真円形で、かつ同心状とすることは困難で、わずかに楕円または歪んだ円形状となる。このため、光ファイバの断面構造における屈折率分布は、完全な均等ではなく、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、偏波モード分散（ＰＭＤ）が大きくなるという問題がある。
【０００３】
近年における情報量の増大、高速、高ビットレートの光通信に対応するために、波長多重（ＷＤＭ）伝送システムの構築が進展している。ＷＤＭ光通信においては、ＰＭＤの影響が大きく現れてくるので、その低減が必須となっている。このＰＭＤを低減する方法として、光ファイバ母材からガラス光ファイバを線引きし、このガラス光ファイバに樹脂材料を被覆して強度を強めた後、回転軸が規則的に揺動するガイドローラで、光ファイバに所定の捻りを付与して線引きする製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図７は、上記特許文献１に開示された技術の概略を説明する図で、図７（Ａ）は全体の概略図、図７（Ｂ）は揺動ガイドローラを説明する図である。図中、１０は光ファイバ母材、１１は線引炉、１２はヒータ、１３は光ファイバ（ガラス光ファイバ）、１３’は被覆光ファイバ、１４はレーザ外径測定器、１５は線引制御部、１６ａ、１６ｂは樹脂コーティングダイス、１７ａ，１７ｂは液状樹脂、１８ａ，１８ｂは紫外線照射装置、１９は一対のガイドローラ、２０は揺動ガイドローラ、２１，２２は固定ガイドローラ、２３はドラムを示す。
【０００５】
光ファイバ母材１０は、線引炉１１内にセットされた後、ヒータ１２により加熱・軟化されて、ガラス光ファイバ１３（以下、単に光ファイバという）が線引きされる。線引きされた光ファイバ１３は、レーザ外径測定器１４により外径測定が行なわれる。光ファイバ１３の外径の測定結果は、線引制御部１５にフィードバックされ、所定の外径（通常１２５μｍ）になるように、ヒータ１２の加熱温度や線引速度が制御される。
【０００６】
所定の外径で線引きされた光ファイバ１３には、第１の樹脂コーティングダイス１６ａにより、低ヤング率の液状樹脂１７ａを光ファイバ１３の表面に第１層目の被覆樹脂としてコーティングする。この第１層目の被覆樹脂は、第１の紫外線照射装置１８ａにより硬化され、引続いて、第２の樹脂コーティングダイス１６ｂにより、高ヤング率の液状樹脂１７ｂを第２層目の被覆樹脂としてコーティングする。この第２層目の被覆樹脂は、第２の紫外線照射装置１８ｂにより硬化される。
【０００７】
樹脂で被覆された被覆光ファイバ１３’は、この後、１対のガイドローラ１９、揺動ガイドローラ２０、固定ガイドローラ２１，２２を経てドラム２３に巻き取られる。１対のガイドローラ１９は平行に配された１対のローラからなり、被覆光ファイバ１３’は、このローラ間の隙間（２ｍｍ程度）を通ってガイドされる。揺動ガイドローラ２０は、以下に説明するように被覆光ファイバ１３’に対して交互に捻りを与えＰＭＤを低減するためのものである。
【０００８】
図７（Ｂ）に示すように、揺動ガイドローラ２０の回転軸ｙが線引方向軸ｚを中心にして＋θだけ回動すると、この回動により被覆光ファイバ１３’に横方向の力が加わり、揺動ガイドローラ２０の表面を被覆光ファイバ１３’が転動する。この転動により被覆光ファイバ１３’に捻りが付与される。続いて、揺動ガイドローラ２０を反対方向の−θだけ回動すると、今度は、揺動ガイドローラ２０の表面を被覆光ファイバ１３’が反対の方向に転動する。このように、揺動ガイドローラ２０に＋θから−θまでの回動を繰り返し与えることにより、被覆光ファイバ１３’の移動方向に対して時計回りと反時計回りの捻りを交番的に付与することができる。
【０００９】
揺動ガイドローラ２０の次段の固定ガイドローラ２１は、揺動ガイドローラ２０の真横に設置され、被覆光ファイバ１３’は、揺動ガイドローラ２０のほぼ９０°の角度の円周面に接触した後、固定ガイドローラ２１に移動する。固定ガイドローラ２１は、このローラ表面で被覆光ファイバ１３’が転動しないようにＶ字型の狭溝が設けられている。固定ガイドローラ２１の表面での被覆光ファイバ１３’の転動を抑止し、揺動ガイドローラ２０の回動で被覆光ファイバ１３’に交互に捻りが付与される。被覆光ファイバ１３’に付与された捻りは、フリー状態にある光ファイバ１３の加熱溶融位置に伝達される。
【００１０】
また、被覆光ファイバに回転を与えて捻りを付与する代わりに、光ファイバの線引き時に光ファイバ母材を回転させて光ファイバに捻りを付与することも知られている（例えば、特許文献２参照）。図８は、前記特許文献２に開示された技術の概略を説明する図である。図中、２４は炭素被膜形成用反応管、２５は駆動モータ、２６はフィーダを示し、その他の符号は、図７に用いたのと同じ符号を用いることにより説明を省略する。
【００１１】
光ファイバ母材１０は、駆動モータ２５により回転可能にフィーダ２６に吊り下げ支持されて、線引炉１１にセットされる。駆動モータ２５により光ファイバ母材１０を回転させながら、ヒータ１２により光ファイバ母材１０の下端を加熱溶融し、光ファイバ１３を線引きする。線引きされた光ファイバ１３は、炭素被膜形成用反応管２４に通され、光ファイバ表面に炭素被膜が形成される。炭素被膜された光ファイバ１３は、外径測定器１４により外径が測定され、線引制御部１５により、外径が所定値（通常は１２５μｍ）になるようにヒータ１２の加熱温度や線引速度が制御される。
【００１２】
外径側定された後、光ファイバ１３は樹脂コーティングダイス１６ａにより、液状樹脂１７ａを光ファイバ１３の表面に被覆樹脂としてコーティングする。この被覆樹脂は紫外線照射装置１８ａにより硬化され、被覆光ファイバ１３’とされる。被覆光ファイバ１３’は、固定ガイドローラ２１，２２を経てドラム２３に巻き取られる。
【００１３】
こうして得られた被覆光ファイバ１３’のコア部は、一定のピッチ（捻りピッチ）で３６０度の各方向に均一に現れる。したがって、長尺の光ファイバ全体としては、等価的に真円かつ同心構造の光伝送路となっている。なお、光ファイバ母材１０の回転速度は、１０〜１０００ｒｐｍの範囲から選択されるが、線引きの際の回転の安定性、外径変動を抑えるという実用上の観点からは５０〜６００ｒｐｍが好ましいとされている。また、線引速度は、線引きの安定性と切断されないという実用上の観点から１〜２００ｍ／ｍｉｎであることが好適であるとされている。
【００１４】
【特許文献１】
特開平８−２９５５２８号公報
【特許文献２】
特開平８−５９２７８号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
図７のように、被覆光ファイバ１３’を揺動ガイドローラ２０上で交互に反転させながら転がすことにより、時計回りと反時計回りの捻りを交番的に光ファイバ１３に加えることができる。しかし、揺動ガイドローラの傾きを反転させる際に、捻りが停止する箇所が発生し、また、停止する前後で捻り状態が粗くなり、その箇所でのＰＭＤ低減の効果が少なくなる。また、光ファイバを揺動させるため、光ファイバ径が変動しやすいという問題もある。
【００１６】
図８のように、光ファイバ母材１０を回転させることで、一方向に連続的に捻りを付与することができる。これにより、前述のような捻り状態が粗くなったり乱れたりすることなく、規則的な一定の捻りを付与することができる。しかし、特許文献２でも開示しているように、光ファイバ母材の回転速度は、実用上の観点からは５０〜６００ｒｐｍが適当であるとされ、１０００ｒｐｍ以上では光ファイバの加熱軟化部分が遠心力によりネックダウンを起すとされている。また、線引中の切断を回避するには線引速度は、２００ｍ／ｍｉｎ以下とされ、製造効率を考慮すると１００ｍ／ｍｉｎ前後と考えられる。
【００１７】
したがって、光ファイバ母材を回転させて光ファイバに捻回を付与する場合、実際上は、１０回／ｍ未満の捻回しか付与することができない。しかし、ＰＭＤ低減には、１０回／ｍ以上、望ましくは２０回／ｍ以上とするのが望ましいとされており、光ファイバ母材を回転させる方法では実現することができない。
【００１８】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、光ファイバに一方向の捻回を光ファイバの長手方向に粗密状態のない状態で付与することができる光ファイバの製造方法と製造装置を提供することを課題とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明による光ファイバの製造方法は、光ファイバ母材を溶融して光ファイバを線引きし、樹脂で被覆した後、被覆後の光ファイバに捻りを付与することにより、光ファイバの溶融位置で捻回を生じさせる光ファイバの製造方法であって、捻回を一方向に連続的に付与するようにしたものである。また、本発明による光ファイバの製造装置は、前記捻回を一方向に連続的に付与する捻回付与手段を備えたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１〜図５により本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の光ファイバの製造方法の基本形態を説明する図、図２は光ファイバに一方向に捻りを付与する例を示す図、図３及び図４は一方向への捻り付与の動作を説明する図、図５は捻回付与ローラの他の例を示す図である。図中、３０は光ファイバ母材、３１は線引炉、３２はヒータ、３３は光ファイバ（ガラス光ファイバ）、３３’は被覆光ファイバ、３４は冷却装置、３５は樹脂コーティングダイス、３６は液状樹脂、３７は紫外線照射装置、３８は捻り付与ローラ、３９は固定ガイドローラ、４０は固定Ｖ溝ローラ、４１はキャプスタン、４２はダンサローラ、４３は巻取りガイドローラ、４４は巻取りドラムを示す。
【００２１】
本発明においても、図７で説明したのと同様に、光ファイバ母材３０が線引炉１１内にセットされた後、ヒータ３２により順次加熱溶融されて、ガラス光ファイバ３３（以下、単に光ファイバという）が線引きされる。線引き直後の光ファイバ３３は、冷却装置３４により所定の温度まで冷却され、この後、樹脂コーティングダイス３５により紫外線硬化型の液状樹脂３６が塗布され、紫外線照射装置３７により塗布樹脂が硬化され、被覆光ファイバ３３’とされる。なお、光ファイバの被覆は１層又は２層で形成され、２層で形成する場合は、図７と同様に樹脂コーティングダイス３５及び紫外線照射装置３７を２段に設ける。また、図８のように炭素被膜形成用反応管を配して、炭素被膜を形成するようにしてもよい。
【００２２】
被覆光ファイバ３３’は、固定ガイドローラ３９、捻り付与ローラ３８、固定Ｖ溝ローラ４０を経て、キャプスタン４１で引取られる。キャプスタン４１で引取られた被覆光ファイバ３３’は、ダンサローラ４２から巻取りガイドローラ４３を経て、巻取りドラム４４で巻取られる。
【００２３】
光ファイバ３３に一方向の捻回を連続的に付与して、ＰＭＤを均一に低減するには、付与される捻回は、１０回／ｍ以上が望ましく、さらに望ましくは２０回／ｍ以上とされる。このような捻回を付与するには、捻り付与ローラ３８を用いて、被覆光ファイバ３３’に一方向の回転を与えて捻り、この捻りを光ファイバ３３の溶融位置に伝達し、溶融状態にある光ファイバを一方向に連続的に捻回する。
【００２４】
図２（Ａ）に示すように、捻り付与ローラ３８を用いて被覆光ファイバ３３’を効率的に回転させるには、特許文献１でも開示されているように、捻り付与ローラ３８の下流側に固定Ｖ溝ローラ４０を配するのが望ましい。捻り付与ローラ３８の下流側での被覆ファイバ３３’への捻れを抑止することにより、上流側での光ファイバ３３の溶融位置に、高効率で捻回を生じさせることができる。
【００２５】
また、捻り付与ローラ３８の上流側に固定ガイドローラ３９を配して、光ファイバの触れを抑制するのが望ましい。固定ガイドローラ３９は、被覆光ファイバ３３’の振れを抑制し、光ファイバ径の変動や塗布される被覆の変形発生を防止すると共に、捻り付与ローラ３８の上流における有効なパスラインを確保する。しかし、被覆光ファイバ３３’との接触が強いと、捻り付与ローラ３８により付与された捻りを、上流の光ファイバ３３の溶融位置に伝達するのを阻害することになるので、軽く接する程度に配置する。なお、固定ガイドローラ３９には、固定Ｖ溝ローラ４０と同様なＶ溝ローラを用いることができるが、円柱状のローラを平行に配して、振れ量を限定する形状のものを用いることもできる。
【００２６】
捻り付与ローラ３８には、例えば、図２（Ｂ）に示すように、胴部の中央がくびれた鼓状のものを用いることができる。この捻り付与ローラ３８ａは、固定ガイドローラ３９と固定Ｖ溝ローラ４０で規制される直線状のパスラインＬに対して、捻り付与ローラ３８ａを横方向にずらして配置される。これにより、被覆光ファイバ３３’は、パスラインＬから、ローラ回転方向以外の方向（例えば、図の左側）に折れ曲がったパスラインＬ’を形成するように案内される。
【００２７】
この場合、図３（Ａ）に示すように、被覆光ファイバ３３’は、引張り張力を受けた状態で捻り付与ローラ３８ａの胴部表面Ｓを走行方向に移動すると、直線状のパスラインＬに復帰しようとする作用を受ける。しかし、捻回付与ローラ３８ａの胴部表面ＳによりパスラインＬへの復帰が阻止されるため、被覆光ファイバ３３’が一方向のみに連続的に回転される。被覆光ファイバ３３’に加えられた回転は、下流の固定Ｖ溝ローラ４０においては回転が抑止され、フリー状態にある光ファイバ３３の溶融位置Ｔに伝達される。
【００２８】
また、図２（Ｃ）に示すように、捻り付与ローラ３８ｂに胴部の外径が均一な円筒状のものを用いることができる。この捻り付与ローラ３８ｂは、固定ガイドローラ３９と固定Ｖ溝ローラ４０で規制される被覆光ファイバ３３’の直線状のパスラインＬに対して、捻り付与ローラ３８ｂの回転軸を傾けて配置する。すなわち、捻り付与ローラ３８ｂの回転方向を、被覆光ファイバ３３’の走行方向に対してθ角だけ異ならせるようにする。
【００２９】
この例では、被覆光ファイバ３３’は、図４（Ａ）に示すように引張り張力を受けた状態で捻り付与ローラ３８ｂの胴部表面Ｓを走行方向に移動するとき、被覆光ファイバ３３’は捻り付与ローラ３８ｂの回転方向と一致する方向に走行しようとする作用を受ける。しかし、被覆光ファイバ３３’は、引張り張力により方向変換が阻止されるため、被覆光ファイバ３３’が一方向のみに連続的に回転される。被覆光ファイバ３３’に加えられた回転は、下流の固定Ｖ溝ローラ４０においては回転が抑止され、フリー状態にある光ファイバ３３の溶融位置Ｔに伝達される。
【００３０】
また、図２（Ｄ）に示す捻り付与ローラ３８ｃは、図２（Ｂ）の形状のものと同様な鼓状のものであるが、前記図２（Ｃ）の場合と同様に固定ガイドローラ３９と固定Ｖ溝ローラ４０で規制される被覆光ファイバ３３’の直線状のパスラインＬに対して、捻り付与ローラ３８ｃの回転軸を傾けて配置する。この場合も、図２（Ｃ）の場合と同様に被覆光ファイバ３３’を一方向のみに連続的に回転させることができる。
【００３１】
図５は、捻り付与ローラ３８の他の例を示す図で、図５（Ａ）は胴部がＶ字状の例を示し、図５（Ｂ）は胴部がＵ字状の例を示し、図５（Ｃ）は胴部がテーパ状の例を示す。これらの例は、主として図３の使用形態での使用に適しているが、胴部の長さを長くすることにより図４の使用形態においても使用することができる。
【００３２】
以上の構成において、図３（Ｂ）及び図４（Ｂ）に戻って、光ファイバの溶融位置への捻回作用について説明する。捻り付与ローラ３８ａ又は３８ｂと溶融位置Ｔとの距離は、この間で、冷却、樹脂コーティング、樹脂硬化等の工程を経るので、少なくとも数ｍの距離がある。このため、図３（Ｂ）又は図４（Ｂ）に示すように、捻り付与ローラ３８ａ又は３８ｂにより被覆光ファイバ３３’に加えられた回転は、被覆ファイバ３３’及び冷却硬化状態となった光ファイバ（冷却装置を通過した被覆前のガラスファイバ）を弾性的に捻るようにして、溶融位置Ｔに伝達される。
【００３３】
溶融位置Ｔでは、光ファイバ３３がフリー状態ではあるが、溶融ガラス部分に粘性があるので完全なフリー状態ではない。捻り付与ローラ３８ａ又は３８ｂから伝達された一方向への捻りは、溶融位置Ｔにおいて、未だ溶融状態にある光ファイバ部分が捻回されることで解消される。この溶融位置Ｔで付与された捻回は、光ファイバ３３の冷却硬化により光ファイバ内に閉じ込められ固定される。しかし、上記の溶融ガラス部分の粘性により、溶融位置Ｔから捻り付与ローラ３８ａ又は３８ｂとの間で、ある程度の捻れ状態が残ったままとなる。この捻れは、捻り付与ローラ３８ａ又は３８ｂの下流側で吸収されるか又は残ったままで、巻取りボビンに巻き取られる。
【００３４】
このため、巻取りボビンには捻れが多少残った状態で巻き取られるが、巻き戻す際には捻れは解消されるので、使用に際しての問題はない。特に、捻れの残る状態で巻取られた光ファイバを用いて、分散補償器用のファイバコイルを形成するような場合、捻れを残した状態で作製してもよい場合もある。しかし、捻れを解消して巻取ることを必要とする場合は、巻取りボビンを捻れ解消方向に回転させながら巻き取ればよい。
【００３５】
従来の図７の交互に捻回を付与する方法と本発明による一方向に捻回を付与する方法を用いて、光ファイバに捻りを付与したときの光ファイバのＰＭＤの低減効果を測定してみた。図６（Ａ）はガラスファイバ長さ５ｍに加えられた捻回の変調状態を示す図、図６（Ｂ）は捻回の条件１〜条件４におけるＰＭＤ値を示す図である。
【００３６】
図６（Ａ）に示す条件１〜条件３は、従来の図７（Ｂ）の揺動ガイドローラ２０を左右の揺動（１往復）を１回の揺動として、揺動回数を種々変えて捻り速度の変調と、これによるＰＭＤ値を示したものである。条件１は揺動を２５回／ｍｉｎとした場合、条件２は揺動を１００回／ｍｉｎとした場合、条件３は揺動を２００／ｍｉｎとした場合である。条件４は、本発明の図２（Ｄ）に示す方法で一方向に連続して２３〜２７回／ｍの捻回を付与した場合である。なお、条件１〜条件４は、何れも線速２２０ｍ／ｍｉｎ、引張り張力２．４５Ｎ（０．２５ｋｇ）にて実施した。
【００３７】
条件１〜条件３に示すように、揺動ローラを用いて光ファイバに交互の捻回を付与した場合、捻回の反転時に捻り状態が粗くなる。特に条件１のように揺動回数が少なく揺動が反転するときの捻りが粗く不十分となる場合は、図６（Ｂ）に示すように、ＰＭＤの低減効果が少ない。揺動回数を上げることにより反転時の粗さを小さくし、ＰＭＤを低減することができるが十分ではない。しかし、本発明による一方向に捻回を付与した条件４では、捻回がファイバ長手方向でほぼ均一に形成されて粗となる部分がなく、ＰＭＤも満足できる値に低減することができる。
【００３８】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、光ファイバの長手方向に粗密のない均一な状態で、所定値以上の捻回量を付与することができ、偏波モード分散を効率よく低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバの製造方法の基本形態を説明する図である。
【図２】本発明における光ファイバに一方向に捻りを付与する例を説明する図である。
【図３】本発明における光ファイバに一方向への捻り付与の形態を説明する図である。
【図４】本発明における光ファイバに一方向への捻り付与の他の形態を説明する図である。
【図５】本発明における捻回付与ローラの他の例を示す図である。
【図６】ガラスファイバに加えられた捻回状態とＰＭＤ値の関係を示す図である。
【図７】従来の技術を説明する図である。
【図８】従来の他の技術を説明する図である。
【符号の説明】
３０…光ファイバ母材、３１…線引炉、３２…ヒータ、３３…光ファイバ（ガラス光ファイバ）、３３’…被覆光ファイバ、３４…冷却装置、３５…樹脂コーティングダイス、３６…液状樹脂、３７…紫外線照射装置、３８、３８ａ，３８ｂ，３８ｃ…捻り付与ローラ、３９…固定ガイドローラ、４０…固定Ｖ溝ローラ、４１…キャプスタン、４２…ダンサローラ、４３…巻取りガイドローラ、４４…巻取りドラム。
【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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【図８】
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