JP2005523230A - 光ファイバにスピンを印加する装置及びこれを用いた光ファイバの製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 超極低ＰＭＤ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）を持つ光ファイバを製造するため、コーテイングされた光ファイバをその長手方向の軸を中心に回転させてスピンを印加する方法は、光ファイバのコーテイング地点の下端部から前記被覆光ファイバが線引き軸から一定の偏差以上ずれないように前記被覆光ファイバをガイドする段階と、前記ガイド地点の下端部から線引き方向に実質的に平行する軸を中心に振動する駆動ローラに、前記被覆光ファイバを接触させて光ファイバにトルクを提供する段階と、前記駆動ローラの振幅Ａと、前記ガイド地点と前記振動地点との間の離隔距離ｌとを調節して、前記振動する光ファイバと線引き軸が形成する角度θを制御する段階を含む。これにより、回転により発生される光ファイバのスピン率（ｓｐｉｎｓ／ｍ）が調節できる。

Description

本発明は光ファイバの製造に関するものであり、詳しくは超極低ＰＭＤ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ；偏光モード分散）を持つ光ファイバを製造するため、光ファイバにスピンを印加する方法及び装置に関する。

理論的に円状対称構造を持つ単一モード光ファイバは、二つの独立的で相互相殺される直交偏光モードを持つ。一般に、光ファイバを通じて伝播していく光の電気場は、このような二つの偏光固有モードの線形的な重畳でみなされる。実際に、単一モード光ファイバは、対称的横方向応力または円状コアの偏心などの不完全な要素により、この二つの偏光モードの相殺が発生される。この二つのモードは相異なる位相速度を持って伝播し、これにより二つの偏光モードは相異なる伝播定数（β_１及びβ_２）として伝播する。このような伝播定数の差を複屈折（△β）と言い、複屈折の増加は二つの偏光モードの速度差の増加を意味する。二つの偏光モード間の差動時間遅延を偏光モード分散（以下、「ＰＭＤ」（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）と称する）と言うが、これの存在は高速伝送やアナログデータの伝送を難しくする要因になる。

光ファイバをその脈動長さ（Ｂｅａｔ Ｌｅｎｇｔｈ）よりはるかに小さいピッチでねじれるようにして、偏光モード間の相対的遅延により漸進的な補償が行われるようにすることで、ＰＭＤを低減させる方法が知られている。

ＷＯ８３／００２３２号公報及び日本特開平８−５９２７８号公報には、光ファイバ母材を高速で回転させながら線引きする方法が開示されている。

また、日本特開平７−６９６６５号公報には、光ファイバー母材を短いピッチでねじったものを線引きする方法が開示されている。

しかし、これら方法は一方向に光ファイバをねじるため、光ファイバに弾性ねじれ応力を与え、線引き速度の高速化に応じて母材の回転速度を飛躍的に増加させなければならないため、商業的に非実用的である。

また、米国特許第５、２９８、０４７号及び第５、４１８、８８１号は、コーテイングされた光ファイバと接触するガイドローラを線引き軸に対して一定角度で揺動（ｃａｎｔｉｎｇ）させたり、線引き軸に垂直する方向に直線往復させることにより、光ファイバに付与されるスピンが一定ではない空間頻度数（ｓｐｉｎｓ／ｍ）を持つように、光ファイバにねじれを提供する方法を開示している。

米国特許第５、９４３、４６６号及び第６、２４０、７４８号は、光ファイバに被覆層を形成した後の光ファイバ素線を回転軸の傾きが変るように往復動する揺動ガイドローラにてガイドした後、回転軸の固定されたガイドローラにてガイドすることにより、光ファイバ素線にねじれを発生させる方法を開示している。特に、前記「４６６」号及び「７４８」号は、光ファイバ素線にねじれを発生させるスピン関数が実質的にサイン関数ではなく、大きさの相異なる少なくとも二つの最大値を持つ時変複素関数（周波数変調サイン関数または振幅変調サイン関数）であることを特徴とする。

前述した従来の技術を図１及び図２を参照して詳しく説明する。
まず、図１は前述した米国特許に開示された光ファイバ製造装置１０の概略構成図である。

光ファイバ母材１１が溶融炉１２にゆっくり供給され、光ファイバ１３が母材の断面積減少部分（ｎｅｃｋ−ｄｏｗｎ ｐｏｒｔｉｏｎ）から引き出される。このように引き出された裸の光ファイバ（即ち、未被覆の光ファイバ）は、直径モニター１４を通じてコーテイング装置１５に供給され、ここでコーテイングポリマーが比較的に冷却された状態の裸の光ファイバにコーテイングされる。この被覆光ファイバがコーテイング同心性モニター１６を通すと、光ファイバは硬化装置１７を通す。一般に、前記硬化装置１７はＵＶランプを備える。硬化装置１７の下流には、コーテイング直径モニター１８及びこれに後続するガイド手段（即ち、ローラ２１、２２、２３）とドライブ手段（即ち、キャプスタン）が提供される。ガイドローラ２１は光ファイバと最初に接触する第１接触地点であり、この地点での光ファイバは既に硬化されたポリマー被覆物により保護される。線引き力（ｄｒａｗ ｆｏｒｃｅ）は、キャプスタン２４により提供され、キャプスタン２４からの光ファイバは典型的に巻き取り手段（例えば、ＴＡＫＥ−ＵＰ ＳＰＯＯＬ）に進む。

前記のガイドローラ２１は、線引き軸に対して一定角度に傾いた状態で揺動（ｃａｎｔｉｎｇ）したり、または線引き軸に対して垂直方向に直線往復動することにより、光ファイバにスピンを提供する。このとき、前記スピン関数は、実質的なサイン関数であったり、振幅変調または周波数変調サイン関数である。

図２には、前記図１の装置に用いられるスピン印加装置の一実施例の構成が示されている。

図２を参照すると、キャプスタン２４により被覆光ファイバ１３がコーテイング直径モニター１８を経て、線引き軸に沿ってガイドローラ２１に達する。ガイドローラ２１は、被覆光ファイバ１３と接触した状態で線引き軸に対して垂直方向に直線往復動し、ローラ面と接触する光ファイバは摩擦力により時計回り方向または半時計回り方向にねじれるようになる。このとき、ガイドローラ２１が直線往復動するにつれ、ローラと接触する光ファイバも線引き軸に沿って振動するようになる。この場合、ローラ接触地点で発生した振動が何の抑制なしにそのままコーテイング装置の下端部まで伝達されるため、被覆中心と線引き中心が不一致するようになって、コーテイングの均一性が確保されない。

また、前記ガイドローラ２１の周面は、傾斜角が存在しない平らな面を成すため、ローラの移動に応じて接触光ファイバが周面上で滑るスリップ（ｓｌｉｐ）現象が生じる。このようなスリップ現象は、摩擦力に起因する光ファイバのねじれを阻害するため、均一なスピンを光ファイバに提供できなくなる。

また、コーテイング装置を通った被覆光ファイバは、ガイドローラ２１と最初に接触するため、光ファイバに与えられるスピンのスピン空間頻度数（即ち、スピン率［ｓｐｉｎｓ／ｍ］）を高めるためには、ガイドローラ２１の振幅を大きくしなければならない。しかし、ガイドローラ２１の振幅が大きくなると、光ファイバの振動も大きくなるため、コーテイングの均一性が更に低下される。

従って、コーテイングの均一性を確保できる程の振幅でガイドローラを振動させながらも、高スピン率を確保できるスピン印加装置の開発が求められる。

前述した従来の技術の問題点を解決するために、多様な試みがあった。

三星電子が出願した韓国登録特許公報第１０−２３０４６３号は、光ファイバにねじれを提供するガイドローラの動きにより、光ファイバが線引き軸から一定の偏差を持ってずれることを防ぐために、前記ガイドローラとコーテイング装置の間に、光ファイバが本来の位置からずれないように支える多数の支持ローラを配置した光ファイバ引き出し装置を開示している。しかし、前記三星電子の特許発明は、光ファイバの移動を抑える機構の構造が非常に複雑であるため、商業的に応用するには実用性の少ない短所がある。

また、Ｂｌａｓｚｙｋらの米国特許第６、３２４、８７２号は、コーテイング装置とスピンを与えるためのガイドローラとの間に、Ｖ字状の支持ローラを配置したスピン印加装置を開示している。しかし、Ｂｌａｓｚｙｋらは、ガイドローラの構造と、支持ローラとガイドローラ間の位置関係を適当に設計することにより、光ファイバのスリップ現象を防ぎ、スピン率を制御することに対して示唆したり暗示することには失敗した。

ＯｎｉｓｈｉらのＥＰ０７２９９１９Ａ１には、光ファイバが線引き軸からずれないように、その移動を一定の偏差内に制限するために揺動ローラの上端に一対のガイドローラを配設した構造が開示されている。しかし、ＯｎｉｓｈｉらもＢｌａｓｚｙｋらと同様に、ガイドローラの構造と、支持ローラとガイドローラ間の位置関係を適当に設計することにより、光ファイバのスリップ現象を防止し、スピン率を制御することに対して示唆したり暗示することには失敗した。

Ｒｏｂａらの米国公開特許公報第２００１／２０３７４号と日本特許公開第２０００−２４７６７５号公報には、光ファイバに交番する（交互に）トルクを提供するローラの周面をＶ字状に設計することで、光ファイバのスリップ現象を抑える技術が開示されている。しかし、この従来の技術においても、スピン率を制御するためのガイドローラと支持ローラとの位置関係を示唆するには失敗したのみならず、光ファイバにねじれを提供するメカニズム及びスピン印加装置の全体的な構成が本発明と相違している。

本発明は、コーテイングの均一性が確保できるほどの低振幅でローラを駆動させながらも、高スピン率の確保できる光ファイバの製造方法を提供する。
また、本発明は、光ファイバにスピンを提供するローラの周面で、接触した光ファイバが滑らないように前記ローラの構造をデザインした。

本発明は、光ファイバにねじれを誘発する地点で発生された振動が、コーテイング装置までには伝達されないように被覆光ファイバの移動を抑える方法を提供する。

本発明者は、被覆光ファイバと接触する駆動ローラを線引き軸に対して垂直方向に直線往復動させることにより、光ファイバにねじれを与えるスピン印加メカニズムにおいて、光ファイバのスピン率を増加させるためには前記ローラの移動速度や振幅を増加させるべきであることを見出した。しかし、ローラの移動速度や振幅を増加させることは様々な理由で制限的であり、特に振幅の増加は光ファイバを被覆中心から大きい偏差で離脱させて、コーテイングの均一性を大きく低下させるようになる。従って、本発明者は駆動ローラとコーテイング装置との間に別途のガイドローラを配置し、このガイドローラと駆動ローラの離隔距離を調節することにより、スピン率の制御ができるという発想を見出した。即ち、振幅が一定の状態で前記駆動ローラが振動する場合、前記離隔距離が短いほど光ファイバの振動角（即ち、ガイドローラと駆動ローラ間の光ファイバと線引き軸が形成する角度）は大きくなり、光ファイバのスピン率は増加される。逆に、前記の離隔距離が長くなると、光ファイバの振動角は小さくなり、光ファイバのスピン率は減少する。

これを具現するために、光ファイバの母材から線引きした光ファイバに被覆層を形成するためのコーテイング装置と、被覆層が形成された光ファイバを巻き取るボビンとの間に設置されて、前記被覆光ファイバにスピンを誘導する本発明の装置は、前記被覆光ファイバと接触した状態で、線引き軸に対して垂直方向に直線往復動することにより、接触した光ファイバに円周方向の回転力を提供する駆動ローラと、前記駆動ローラを線引き軸に対して垂直方向に振動させるためのローラ駆動手段と、前記コーテイング装置の下端部と前記駆動ローラの上端部との間の一定領域で前記被覆光ファイバと接触し、この接触した光ファイバが線引き軸を基準として相対的に大きい偏差でずれないように、長手方向にガイドするためのガイドローラとを含む。

このとき、前記駆動ローラと前記ガイドローラとの間の線引き軸方向の離隔距離ｌは、予め定められたスピン率（ｓｐｉｎｓ／ｍ）を満たすように設定される。
従って、駆動ローラの振幅が一定である場合、前記離隔距離を調節することで、光ファイバに印加されるスピン率を適宜制御できる。

また、前述した本発明の装置を用いた光ファイバの製造方法は、
（Ａ）光ファイバの母材を加熱する段階と、
（Ｂ）前記加熱された母材から裸の光ファイバを線引きする段階と、
（Ｃ）前記線引きした裸の光ファイバに少なくとも一つ以上の被覆層をコーテイングする段階と、
（Ｄ）前記コーテイングされた光ファイバにトルクを付与して、母材から線引きされる光ファイバをその長手方向の軸を中心に回転させる段階とを含み、
（Ｅ）前記（Ｄ）段階はまた、
（ａ）光ファイバのコーテイング地点の下端部から前記被覆光ファイバが線引き軸から一定の偏差以上ずれないように前記被覆光ファイバをガイドし、
（ｂ）前記ガイド地点の下端部から線引き方向に実質的に平行する軸を中心に振動する駆動ローラに、前記被覆光ファイバを接触させて光ファイバにトルクを提供し、
（ｃ）前記駆動ローラの振幅Ａと、前記ガイド地点と前記振動する地点との間の離隔距離ｌとを調節して、前記振動光ファイバと線引き軸が形成する角度θを制御し、
これにより、前記振動光ファイバと線引き軸が形成する角度θを制御することで、回転により発生される光ファイバのスピン率（ｓｐｉｎｓ／ｍ）を調節することを特徴とする。

従って、前記振動光ファイバと線引き軸が形成する角度θを制御することで、回転により発生される光ファイバのスピン率（ｓｐｉｎｓ／ｍ）を調節することが可能である。

駆動ローラの振動にともなって、このローラと接触する光ファイバがその周面上で滑るスリップ現象を防ぐために、前記駆動ローラの周面を大略Ｖ字状でデザインすることが望ましい。特に、駆動ローラの周面の中央部分の溝には、接触した光ファイバを収容するための曲面を形成する。

また、コーテイングの均一性を確保するためには、駆動ローラの振動に対応する接触した光ファイバの振動がコーテイング地点まで伝達されて、光ファイバがコーテイング中心から一定の偏差以上ずれることを防止しなければならない。

このため、本発明はコーテイング装置と駆動ローラとの間にその周面の断面が大略Ｖ字状を持つガイドローラを配置している。従って、駆動ローラの上端部の光ファイバが線引き軸から一定の偏差以上ずれても、前記コーテイング装置の下端部の光ファイバを被覆中心に実質的に一致させ得る。

また、前述した本発明のスピン印加装置をコーテイング装置と巻き取りボビンとの間に配置することで、光ファイバ製造装置を具現することが可能である。これにより、超極低ＰＭＤを持つ光ファイバを高価の付加装置を設けずにも容易に製造できる。特に、スピン印加装置を構成するガイドローラと駆動ローラとの離隔距離を調節して所望のスピン空間頻度数（即ち、スピン率）を手軽に制御できる。

明細書に統合されており明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の現在の望ましい実施例を例示し、後述する望ましい実施例の詳細な説明とともに本発明の原理を説明する役割を果たす。
図１は、典型的な従来の技術の光ファイバ線引き装置に対する概略図である。
図２は、前記図１の装置のスピン印加部に対する概略図である。
図３は、本発明による望ましい実施例の光ファイバ線引き装置を説明する概略図である。
図４は、本発明による望ましい実施例のスピン印加装置の概略配置図である。
図５は、本発明による望ましい実施例のスピン印加装置を説明するための基本構成図である。
図６ａないし図６ｃは、本発明のスピン印加装置に用いられるガイドローラ、駆動ローラ及び支持ガイドローラの縦断面図である。
図７は、駆動ローラを直線往復動させるための望ましい実施例の駆動装置を示す図面である。
図８ａないし図８ｃは、駆動ローラの周面と接触する光ファイバがローラの周面上で摩擦力によりねじれる状態を説明するための駆動ローラの縦断面拡大図である。
図９ａ及び図９ｂは、駆動ローラの振幅が一定である場合、ガイドローラと駆動ローラとの間の離隔距離ｌと、振動角θとの相関関係を示す図面である。
図１０は、ガイドローラにより駆動ローラの振動がコーテイング装置の下端部に伝達されないように被覆光ファイバをガイドする状態を説明する図面である。

以下添付した図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。
図３は、本発明による光ファイバ製造装置１００の概略的な構成を示している。

光ファイバ製造用の母材１０１を溶解炉（ｆｕｒｎａｃｅ）１０２で高温に加熱させた後、裸の光ファイバ１０３を柔らかく軟化された母材のネックダウン（Ｎｅｃｋ−Ｄｏｗｎ）地点から線引き（ｄｒａｗｉｎｇ）する。線引きした裸の光ファイバ１０３は、外径測定器１０４を経て冷却装置１０５により冷却され、コーテイング装置１０６により紫外線硬化樹脂で少なくとも一回以上被覆される。コーテイング装置１０６によりコーテイングされた被覆光ファイバは、硬化装置１０７により硬化された後、スピン印加装置１１０に移送される。

前記スピン印加装置１１０にて所定のスピン率でねじれた光ファイバは、光ファイバの線引き速度を制御するドライブ装置（即ち、キャプスタン）１０８を経て巻き取り装置（即ち、巻き取りボビン１０９）に移送されて巻き取られる。
前記スピン印加装置１１０の望ましい構成が図５に示されている。

本発明によるスピン印加装置１１０は、ガイドローラ１１１と、ガイドローラの線引き方向の下端に配置される駆動ローラ１１２と、この駆動ローラを線引き軸に対して矢印方向に直線往復動させる駆動機構１１５とを含む。前記ガイドローラ１１１及び駆動ローラ１１２は、線引きされる光ファイバ１０３と接触しているため、光ファイバが線引き軸に沿って移動するにつれ、その回転軸（線引き軸に垂直な軸）を中心に回転するようになる。

また、前記ガイドローラ１１１と駆動ローラ１１２は、線引き軸方向に離隔されており、線引き軸を基準として相互対向すべく光ファイバと接触する。

前記駆動ローラ１１２と接触する光ファイバの線引き方向は、前記コーテイング装置１０６の下端部から線引きされる光ファイバの線引き方向及び前記ガイドローラ１１１と接触する光ファイバの線引き方向と、実質的に一致されるべきである。即ち、前記ガイドローラ１１１と駆動ローラ１１２の回転軸は同一平面上に存在し、この平面上で相互平行を成す。従って、コーテイング装置１０６を経て駆動ローラ１１２に至る光ファイバは、その線引き方向において経路上の変化がない。

特に、前記ガイドローラ１１１は、前記コーテイング装置１０６と前記駆動ローラ１１２との間で、前記被覆光ファイバと最初に接触することが望ましい。

また、図面の場合、駆動ローラ１１２が線引き軸を中心に一定の振幅Ｌで直線往復動することで示しているが、本発明が必ずこの例に限定されることではない。即ち、駆動ローラ１１２は、実質的に線引き軸と同一ではない軸を中心としても振動できる。

また、本発明のスピン印加装置１１０は、前記駆動ローラ１１２の下流（ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ）即ち、駆動ローラ１１２とキャプスタン１０８との間に配設されて、前記被覆光ファイバ１０３を線引き軸に一致されるように巻き取りボビン１０９に導くための別途の支持ガイドローラをさらに含むこともできる。

勿論、前記支持ガイドローラを前記駆動ローラとキャプスタンとの間に多数配置することも可能である。

このように、本発明によるスピン印加装置１１０を二つのガイドローラと一つの駆動ローラから構成した最適の実施例が図４に示している。

図４を参照すると、本発明のスピン印加装置１１０は、駆動機構（図示せず）により線引き軸を中心に振動する駆動ローラ１１２と、前記駆動ローラ１１２の上、下端に配設された少なくとも二つ以上のガイドローラ１１１、１１３とを含む。

前記駆動ローラ１１２は、前記ガイドローラ１１１、１１３の間に配置され、線引き軸を基準として前記ガイドローラ１１１、 １１３に対して相互対向するように光ファイバと接触している。

前述した駆動ローラ及びガイドローラの縦断面図が図６ａないし図６ｃに示されている。

図６ａを参照すると、前記ガイドローラ１１１は回転軸Ｊ−Ｊ’に対して対称であり、光ファイバを収容するガイド部が大略Ｖ字状を持つ。即ち、前記ガイド部は、また中心部の曲面１１１ａと、この曲面１１１ａに対して一定の傾斜角Φ_１を形成する左、右側の傾斜面１１１ｂ、１１１ｃとを含む。光ファイバは、前記傾斜面にガイドされた状態で前記曲面に収容される。

従って、前記曲面の半径Ｒ_１は、少なくとも収容される光ファイバの直径よりは大きくなければならない。若し、前記曲面の半径が光ファイバの直径より小さい場合は、光ファイバが傾斜面１１１ｂ、１１１ｃと接触されて光ファイバの表面が損傷されたり、不要応力を受けることがある。

また、前記曲面の半径Ｒ_１は、前記駆動ローラの直線往復距離より小さいことが望ましい。若し、前記曲面の半径が駆動ローラの直線往復距離より大きいと、後述する振動角θを形成することが困難であり、光ファイバのスリップ現象が生じることがある。

前記傾斜角Φ_１は、被覆に損傷を与えないように光ファイバを安全にガイドするのみならず、振動により光ファイバが被覆中心から大きい偏差でずれないようにその大きさが設定されなければならない。

前記傾斜角Φ_１が小さ過ぎると、光ファイバに損傷を与える恐れがあり、大き過ぎるとコーテイングの均一性が確保されない。

図６ｂ及び図６ｃを参照すると、本発明による駆動ローラ１１２と支持ガイドローラ１１３は、回転軸Ｊ−Ｊ’に対して対称であり、光ファイバを収容するガイド部が大略Ｖ字状を持つ。前記ガイド部は、また中心部の曲面１１２ａ及び１１３ａと、この曲面１１２ａ、１１３ａに対して一定の傾斜角Φ_２及びΦ_３を形成する左、右側の傾斜面１１２ｂ、１１２ｃ及び１１３ｂ、１１３ｃとを含む。光ファイバは、前記傾斜面１１２ｂ、１１２ｃ及び１１３ｂ、１１３ｃにガイドされた状態で前記曲面１１２ａ、１１３ａに収容される。

従って、前記曲面の半径Ｒ_２及びＲ_３は、少なくとも収容される光ファイバの直径より大きくなければならない。若し、前記曲面の半径が光ファイバの直径より小さい場合は、光ファイバが傾斜面１１２ｂ、１１２ｃ及び１１３ｂ、１１３ｃに接触されて光ファイバの表面が損傷されたり、不要応力を受けることがある。

また、前記曲面の半径Ｒ_２は、前記駆動ローラの直線往復距離より小さいことが望ましい。若し、前記曲面の半径Ｒ_２が駆動ローラの直線往復距離より大きいと、後述する振動角θを形成することが困難であり、光ファイバのスリップ現象が生じることがある。

前記傾斜角Φ_２は、被覆に損傷を与えないように光ファイバを安全にガイドし、駆動ローラの振動によって光ファイバが傾斜面に沿って移動しながら、滑らずに安定してねじれるようにその大きさが設定されなければならない。前記傾斜角Φ_２が小さ過ぎると、光ファイバに損傷を与えるおそれがあり、大き過ぎると、安定的なねじれを導かない。

また、前記傾斜角Φ_３は、光ファイバの被覆に損傷を与えずに駆動ローラの振動を安定して導ける範囲でその大きさを設定する。

本発明による一実施例として、前記ガイドローラ１１１の傾斜角Φ_１と曲面半径Ｒ_１は、前記駆動ローラ１１２と支持ガイドローラ１１３の傾斜角Φ_２、Φ_３と曲面半径Ｒ_２、Ｒ_３より小さいことが望ましい。

図７には、前記駆動ローラ１１２の振動メカニズムを説明するための駆動機構１１５の望ましい実施例の構成が示されている。

ガイドローラ１１１、駆動ローラ１１２及び支持ガイドローラ１１３がフレーム１１４に固定され、駆動ローラ１１２の回転軸がベース１１５ｃに設置されたクランク機構１１５ｂと連結される。ベース１１５ｃには、回転モータ１１５ａと、このモータ１１５ａの回転運動を直線往復動に変換するクランク機構１１５ｂが設置される。

従って、回転モータ１１５ａの駆動による回転運動が、クランク機構１１５ｂにより直線往復動に変換され、このクランク機構１１５ｂと連結された駆動ローラ１１２が図面上の矢印方向に振動するようになる。

次に、図８ａないし図８ｃを参照して、駆動ローラの振動するにつれ、このローラと接触する光ファイバに軸方向のねじれが発生するメカニズムを説明する。
まず、図８ａのように駆動ローラ１１２の周面の中心部の曲面１１２ａ上に光ファイバ１０３を位置させた状態で、駆動ローラ１１２が図８ｂのように矢印方向（右側）に移動すると、接触している光ファイバ１０３はローラ面との動的摩擦力によりローラの移動方向に対向する傾斜面（左側の傾斜面）１１２ｂに沿って転がりながら反時計回り方向にねじれる。

逆に、図８ａのように駆動ローラ１１２の周面の中心部の曲面１１２ａ上に光ファイバ１０３を位置させた状態で、駆動ローラ１１２が図８ｃのように矢印方向（左側）に移動すると、接触している光ファイバ１０３はローラ面との動的摩擦力でよりローラの移動方向に対向する傾斜面（右側の傾斜面）１１２ｃに沿って転がりながら時計回り方向にねじれる。

従って、駆動ローラが線引き軸を中心に一定の振幅と振動数で直線往復動（即ち、振動）すると、光ファイバには時計回り方向と反時計回り方向に交番する（交互に）スピンが発生するようになる。

前記光ファイバのスピン率（単位長さ当りのスピンの数、［ｓｐｉｎｓ／ｍ］）は、駆動ローラの傾斜角Φ_２、振幅、振動速度及び線引き速度などにより左右されるが、特に駆動ローラの振幅が大きくなると、光ファイバが線引き軸から大きい偏差でずれてコーテイングの均一性が阻害される。

従って、駆動ローラの傾斜角、振動速度及び線引き速度が所定値に定められた状態で、コーテイングの均一性を低下させないながらも光ファイバのスピン率を任意に調節できる方法が必要である。

図９ａ及び図９ｂには、ガイドローラ１１１と駆動ローラ１１２の離隔距離ｌを調節して、光ファイバのスピン率を制御する本発明の方法が示されている。

図９ａに示したように、駆動ローラ１１２が一定の振幅Ｌで線引き軸１０３に対して矢印方向に振動すると、光ファイバ１０３ａ、１０３ｂと線引き軸１０３との間には一定の振動角θが形成される。

同一の振幅Ｌに対して振動角θが大きくなるほど光ファイバのスピン率は増加する。従って、同一の振幅Ｌに対して駆動ローラとガイドローラとの離隔距離ｌが増加すると、振動角θは小さくなり、スピン率は減少する。

図９ａと図９ｂを比べると、駆動ローラの振幅Ｌが同一の状態で、駆動ローラとガイドローラとの離隔距離がｌからｌ’（ここで、ｌ＜ ｌ’）に増加すると、振動角はθからθ’（ここで、θ＞θ’）に減少されるようになり、光ファイバのスピン率は前記振動角の減少に比例して減少するようになる。

従って、線引き速度、振動速度、振幅などのようなほかのスピン制御因子が定められた状態で、駆動ローラとガイドローラとの離隔距離ｌを適宜調節することにより、光ファイバのスピン率（ｓｐｉｎｓ／ｍ）を任意に制御することが可能である。

また、本発明は図１０のようにガイドローラ１１１を駆動ローラ１１２の上端部に配設することにより、駆動ローラ１１２により発生される光ファイバの振動がコーテイング装置１０６までには伝達されないように光ファイバの移動を制限できる。即ち、本発明のガイドローラ１１１は、駆動ローラ１１２が線引き軸Ｘを中心に振動しても、被覆光ファイバを所定偏差のガイド範囲内に縛っておくことで、ガイドローラ１１１の下端部の振動がコーテイング装置１０６に伝達されることを防止できる。従って、ガイドローラ１１１の上流（ｕｐｓｔｒｅａｍ）の光ファイバ１０３ａは、線引き軸Ｘに対して所定偏差以上ずれなくなるのみならず、光ファイバが大略被覆中心に一致されてコーテイングの均一性が確保される。

このように、本発明は光ファイバに交番する（交互に）トルクを印加する駆動ローラの上流に大略Ｖ字状のガイドローラを配設することで、コーテイングの均一性を確保しこのガイドローラと駆動ローラとの離隔距離を調節してスピン率を制御する。

また、本発明はガイドローラと駆動ローラを大略Ｖ字状に設計して、接触面での光ファイバのスリップを低減させ、光ファイバがより容易にねじれるようにする。

本明細書および図面に記載された実施の形態は本発明の最も望ましい実施の形態に過ぎず、本発明の技術的思想を制限するものではなく、本出願のときにこれらに代替可能な多様な均等例と変形例があり得ることを理解すべきである。

図１は、典型的な従来の技術の光ファイバ線引き装置に対する概略図である。 図２は、前記図１の装置のスピン印加部に対する概略図である。 図３は、本発明による望ましい実施例の光ファイバ線引き装置を説明する概略図である。 図４は、本発明による望ましい実施例のスピン印加装置の概略配置図である。 図５は、本発明による望ましい実施例のスピン印加装置を説明するための基本構成図である。 図６ａは、本発明のスピン印加装置に用いられるガイドローラ、駆動ローラ及び支持ガイドローラの縦断面図である。 図６ｂは、本発明のスピン印加装置に用いられるガイドローラ、駆動ローラ及び支持ガイドローラの縦断面図である。 図６ｃは、本発明のスピン印加装置に用いられるガイドローラ、駆動ローラ及び支持ガイドローラの縦断面図である。 図７は、駆動ローラを直線往復動させるための望ましい実施例の駆動装置を示す図面である。 図８ａは、駆動ローラの周面と接触する光ファイバがローラの周面上で摩擦力によりねじれる状態を説明するための駆動ローラの縦断面拡大図である。 図８ｂは、駆動ローラの周面と接触する光ファイバがローラの周面上で摩擦力によりねじれる状態を説明するための駆動ローラの縦断面拡大図である。 図８ｃは、駆動ローラの周面と接触する光ファイバがローラの周面上で摩擦力によりねじれる状態を説明するための駆動ローラの縦断面拡大図である。 図９ａは、駆動ローラの振幅が一定である場合、ガイドローラと駆動ローラとの間の離隔距離ｌと、振動角θとの相関関係を示す図面である。 図９ｂは、駆動ローラの振幅が一定である場合、ガイドローラと駆動ローラとの間の離隔距離ｌと、振動角θとの相関関係を示す図面である。 図１０は、ガイドローラにより駆動ローラの振動がコーテイング装置の下端部に伝達されないように被覆光ファイバをガイドする状態を説明する図面である。

Claims (28)

1. 光ファイバの母材から線引きした光ファイバに被覆層を形成するためのコーテイング装置と、被覆層が形成された光ファイバを巻き取るボビンとの間に設置されて、前記被覆光ファイバにスピンを誘導する装置であって、
   前記被覆光ファイバと接触した状態で、線引き軸に対して垂直方向に直線往復動することにより、接触した光ファイバに円周方向の回転力を提供する駆動ローラと、
   前記駆動ローラを線引き軸に対して垂直方向に振動させるためのローラ駆動手段と、
   前記コーテイング装置の下端部と前記駆動ローラの上端部との間の一定領域で前記被覆光ファイバと接触され、この接触した光ファイバが線引き軸を基準として相対的に大きい偏差でずれないように、長手方向にガイドするためのガイドローラとを含み、
   前記駆動ローラと前記ガイドローラとの間の線引き軸方向の離隔距離ｌは、予め定められたスピン率（ｓｐｉｎｓ／ｍ）を満たすように設定されることを特徴とする光ファイバにスピンを印加する装置。
2. 前記ガイドローラの周面は大略Ｖ字状を持ち、中央の溝部分に曲面が形成されており、
   これにより、前記駆動ローラの上端部の光ファイバが線引き軸から一定の偏差でずれても、前記コーテイング装置の下端部の光ファイバを被覆中心に実質的に一致させることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバにスピンを印加する装置。
3. 前記駆動ローラの周面は大略Ｖ字状を持ち、中央の溝部分に曲面が形成されており、
   これにより、前記駆動ローラが線引き軸に対して垂直方向に振動することにつれ、接触した光ファイバがローラの周面に沿って移動しながら、長手方向の軸を中心に回転することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバにスピンを印加する装置。
4. 前記ガイドローラ及び駆動ローラの中央の曲面の半径が、少なくとも接触する光ファイバの直径より大きいことを特徴とする請求項２または３に記載の光ファイバにスピンを印加する装置。
5. 前記ガイドローラ及び駆動ローラの中央の曲面の半径が、前記駆動ローラの直線往復距離より小さいことを特徴とする請求項４に記載の光ファイバにスピンを印加する装置。
6. 前記駆動ローラが線引き軸を基準として、一定の振幅と一定の振動数で直線往復動することを特徴とする請求項５に記載の光ファイバにスピンを印加する装置。
7. 前記ガイドローラは、前記コーテイング装置の下端部と前記駆動ローラとの間で、前記被覆光ファイバと最初に接触することを特徴とする請求項６に記載の光ファイバにスピンを印加する装置。
8. 前記駆動ローラと接触する光ファイバの線引き方向と、前記ガイドローラと接触する光ファイバの線引き方向とが、実質的に同一になるように前記ガイドローラと駆動ローラを配置することを特徴とする請求項７に記載の光ファイバにスピンを印加する装置。
9. 前記ガイドローラと前記駆動ローラは、線引き軸を基準として相互対向すべく光ファイバに接触することを特徴とする請求項８に記載の光ファイバにスピンを印加する装置。
10. 前記コーテイング装置の下端部から線引きされる光ファイバの線引き方向と、前記駆動ローラと接触する光ファイバの線引き方向とが、実質的に一致すべく前記駆動ローラとガイドローラを配置することを特徴とする請求項９に記載の光ファイバにスピンを印加する装置。
11. 前記駆動ローラと前記巻き取りボビンとの間に設置されて、前記光ファイバを線引き軸に一致すべく巻き取りボビンに導くための支持ガイドローラをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の光ファイバにスピンを印加する装置。
12. 前記支持ガイドローラの周面は大略Ｖ字状を持ち、中央の溝部分に曲面が形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の光ファイバにスピンを印加する装置。
13. 前記支持ガイドローラは、前記駆動ローラの下端部と前記巻き取りボビンとの間で光ファイバと最初に接触し、
    前記駆動ローラは、前記ガイドローラ及び前記支持ガイドローラの間に配置されて、線引き軸を基準として前記ガイドローラの各々に対して相互対向すべく光ファイバと接触することを特徴とする請求項１２に記載の光ファイバにスピンを印加する装置。
14. 光ファイバの母材を線引きして裸の光ファイバを形成する手段と、
    前記裸の光ファイバの周囲に少なくとも一つ以上の被覆層をコーテイングするための手段と、
    光ファイバの線引き速度を制御するキャプスタンと、
    前記キャプスタンを通った光ファイバをボビンに巻き取るための巻き取りボビンと、
    前記コーテイング手段とキャプスタンとの間に設置されて、前記光ファイバを長手方向の軸を中心にねじる光ファイバねじれ装置とを含み、
    前記光ファイバねじれ装置は、
    前記被覆光ファイバと接触した状態で、線引き軸に対して垂直方向に直線往復動することにより、接触した光ファイバに円周方向の回転力を提供する駆動ローラと、
    前記駆動ローラを線引き軸に対して垂直方向に振動させるためのローラ駆動手段と、
    前記コーテイング装置の下端部と前記駆動ローラの上端部との間の一定領域で前記被覆光ファイバと接触し、この接触した光ファイバが線引き軸を基準として相対的に大きい偏差でずれないように、長手方向にガイドするためのガイドローラとを含み、
    前記駆動ローラと前記ガイドローラとの間の線引き軸方向の離隔距離ｌは、予め定められたスピン率（ｓｐｉｎｓ／ｍ）を満たすように設定することを特徴とする光ファイバ製造装置。
15. 前記ガイドローラの周面は大略Ｖ字状を持ち、中央の溝部分に曲面が形成されており、
    これにより、前記駆動ローラの上端部の光ファイバが線引き軸から一定の偏差でずれても、前記コーテイング装置の下端部の光ファイバを被覆中心に実質的に一致させることを特徴とする請求項１４に記載の光ファイバ製造装置。
16. 前記駆動ローラの周面は大略Ｖ字状を持ち、中央の溝部分に曲面が形成されており、
    これにより、前記駆動ローラが線引き軸に対して垂直方向に振動することにつれ、接触した光ファイバがローラの周面に沿って移動しながら、長手方向の軸を中心に回転することを特徴とする請求項１４に記載の光ファイバ製造装置。
17. 前記ガイドローラ及び駆動ローラの中央の曲面の半径が、少なくとも接触する光ファイバの直径より大きいことを特徴とする請求項１５または１６に記載の光ファイバ製造装置。
18. 前記ガイドローラ及び駆動ローラの中央の曲面の半径が、前記駆動ローラの直線往復距離より小さいことを特徴とする請求項１７に記載の光ファイバ製造装置。
19. 前記駆動ローラが線引き軸を基準として、一定の振幅と一定の振動数で直線往復動することを特徴とする請求項１８に記載の光ファイバ製造装置。
20. 前記ガイドローラは、前記コーテイング装置の下端部と前記駆動ローラとの間で、前記被覆光ファイバと最初に接触し、
    前記ガイドローラと前記駆動ローラは、線引き軸を基準として相互対向すべく光ファイバに接触し、
    前記コーテイング装置の下端部から線引きする光ファイバの線引き方向と、前記駆動ローラと接触する光ファイバの線引き方向とが、実質的に一致されるように前記駆動ローラとガイドローラを配置することを特徴とする請求項１９に記載の光ファイバ製造装置。
21. 前記駆動ローラと前記巻き取りボビンとの間に設置されて、前記光ファイバを線引き軸に一致すべく巻き取りボビンに導くための支持ガイドローラをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の光ファイバ製造装置。
22. 前記支持ガイドローラの周面は大略Ｖ字状を持ち、中央の溝部分に曲面が形成されており、前記支持ガイドローラは前記駆動ローラの下端部と前記巻き取りボビンとの間で光ファイバと最初に接触し、
    前記駆動ローラは、前記ガイドローラ及び前記支持ガイドローラの間に配置されて、線引き軸を基準として前記ガイドローラの各々に対して相互対向すべく光ファイバと接触することを特徴とする請求項２１に記載の光ファイバ製造装置。
23. （Ａ）光ファイバの母材を加熱する段階と、
    （Ｂ）前記加熱された母材から裸の光ファイバを線引きする段階と、
    （Ｃ）前記線引きした裸の光ファイバに少なくとも一つ以上の被覆層をコーテイングする段階と、
    （Ｄ）前記コーテイングされた光ファイバにトルクを付与して、母材から線引きされる光ファイバをその長手方向の軸を中心に回転させる段階とを含み、
    （Ｅ）前記（Ｄ）段階はまた、
    （ａ）光ファイバのコーテイング地点の下端部から前記被覆光ファイバが線引き軸から一定の偏差以上ずれないように前記被覆光ファイバをガイドし、
    （ｂ）前記ガイド地点の下端部から線引き方向に実質的に平行する軸を中心に振動する駆動ローラに、前記被覆光ファイバを接触させて光ファイバにトルクを提供し、
    （ｃ）前記駆動ローラの振幅Ａと、前記ガイド地点と前記振動地点との間の離隔距離ｌとを調節して、前記振動する光ファイバと線引き軸が形成する角度θを制御し、
    これにより、前記振動光ファイバと線引き軸が形成する角度θを制御することで、回転により発生される光ファイバのスピン率（ｓｐｉｎｓ／ｍ）を調節することを特徴とする光ファイバ製造方法。
24. 前記駆動ローラの周面はその断面が大略Ｖ字状を持ち、駆動ローラが線引き軸を中心に垂直往復動するにつれ、その周面と接触する光ファイバが対称傾斜面に沿って交番して移動しながら、時計回り方向と反時計回り方向にねじれることを特徴とする請求項２３に記載の光ファイバ製造方法。
25. 前記駆動ローラが、一定の振幅と振動数で振動することを特徴とする請求項２４に記載の光ファイバ製造方法。
26. 駆動ローラの振幅Ａが一定の状態で、光ファイバのスピン率を増加させるために、ガイド地点と振動地点との間の離隔距離ｌを減少させて、振動角θを増加させることを特徴とする請求項２５に記載の光ファイバ製造方法。
27. 前記駆動ローラの周面の中央の溝部分には曲面が形成され、この中央の曲面の半径が少なくとも接触する光ファイバの直径より大きいことを特徴とする請求項２６に記載の光ファイバ製造方法。
28. 前記被覆光ファイバは、周面の断面が大略Ｖ字状を持ち、中央の溝部分に曲面が形成されているガイドローラによりガイドされ、
    これにより、前記駆動ローラにより光ファイバに与えられる振動が、コーテイング地点に近接した部分まで伝達されることを抑えて、コーテイング地点での光ファイバが大略コーテイング中心を通すことにより、その被覆層が均一に形成されることを特徴とする請求項２７に記載の光ファイバ製造方法。
    
    

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