光纤的制造装置及制造方法 【技术领域】
本发明涉及一种光纤的制造装置及制造方法。
背景技术
在光纤的制造中，难以以完全的圆形且同心地形成纤芯部分和包层部分。在多数情况下，纤芯部分和包层部分略微呈椭圆形或呈略微发生变形的形状，从光纤的剖面构造上看，折射率的分布不是轴对称的。其结果是，在光纤中传播的2个正交的偏振波之间的群速度产生差异，偏振模色散(PMD)增大。作为降低PMD的方法，已知在用光纤母材制造光纤时，一边对光纤施加扭转一边拉丝的方法。
图5A、图5B是说明日本特开平9-243833号公报中记载的方法的图，图5A是概念图，图5B是斜视图。在该方法中，使用摆动导辊2对光纤1施加扭转。对于摆动导辊2，作为其旋转中心的轴心X在+θ至-θ的范围内交替地摆动，辊表面2a如箭头a所示在以实线和虚线表示的位置之间摆动。由此，通过导杆3后的光纤1在摆动的辊表面2a上转动，并被交替地施加扭转。
在摆动机构10中，在基座11上可转动地配置行星齿轮12，在固定于行星齿轮12上的辊支撑体13上，通过支撑轴14可旋转地支撑摆动导辊2。另外，在基座11上，将驱动臂16的一端通过销钉16a连结在由电机机驱动的旋转板15上，将另一端与配置在可动部件17上的滑动部件19结合。可动部件17具有与行星齿轮12啮合并驱动行星齿轮12旋转的齿条齿轮18，通过引导部17a沿设置于基座11上的引导槽，在箭头b的方向上往复移动。另外，引导凸部19a引导滑动部件19沿箭头c的方向滑动。
如果以一定速度驱动旋转板15旋转，则驱动臂16的销钉16a旋转移动，由此，使驱动臂16往复移动。通过驱动臂16的移动，使滑动部件19在引导凸部19a上沿箭头c的方向移动，同时，可动部件17沿箭头b的方向直线移动。通过可动部件17的直线移动，使与齿条齿轮18啮合的行星齿轮12沿箭头d的方向往复转动。行星齿轮12的往复转动d成为摆动导辊2的摆动范围a。
图6A、图6B是说明日本特开2002-226229号公报中记载的方法的图。图6A是侧视图，图6B是正视图。在该方法中，使用往复移动辊21和22对光纤1施加扭转。
通过基座架25平行地支撑往复移动辊21和22，配置在其上下方的第1引导辊23和第2引导辊24，将光纤1向往复移动辊21、22的表面按压。往复移动辊21、22的表面，具有使光纤1不打滑地转动的摩擦系数。通过光纤1的移动，使往复移动辊21、22旋转，同时，往复移动辊21、22向彼此相反的方向以规定的周期往复移动。由此，光纤1在往复移动辊21和22的表面转动而被施加扭转。此外，往复移动辊可以是1个，也可以是大于或等于3个。
以上均为机构复杂的大型装置。另外，为了使光纤的扭转方向反转而使辊的驱动方向反转，但在该反转时，扭转操作会短时间中断。因此，扭转速度降低，扭转次数减少，PMD特性容易产生波动。
【发明内容】
本发明的目的在于，提供一种光纤的制造装置及制造方法，其是构造简单的小型化装置，在使扭转方向反转时，扭转操作不会中断，可以连续且有效地施加扭转。
为了达到目的，提供一种光纤的制造装置，其交替地对光纤施加扭转，包含：(1)导辊，其与光纤的前进方向交叉而配置，在其表面与光纤接触并使光纤转动；(2)辊支撑部件，其对导辊进行保持并使导辊成为可以相对于轴心X自由旋转的状态；以及(3)驱动装置，其通过使辊支撑部件以相对于轴心X倾斜的轴心Y作为旋转轴进行旋转，从而使导辊摆动。
在一个实施方式中，辊支撑部件是沿轴心X的辊支撑轴，在其他实施方式中，辊支撑部件由沿轴心Y的单臂梁支撑。另外，优选轴心X相对于轴心Y的倾斜角度可以变更。优选导辊在两端具有凸缘部，该凸缘部具有向外侧扩展的锥面，轴心X相对于轴心Y的倾斜角度θ，相对于凸缘厚度T、凸缘高度H、辊半径R，满足下式：
tanθ≤T(R+H)2-R2.]]>
另外，也可以将上述优选的形态进行组合。
此外，作为本发明的其他形态，提供一种光纤的制造方法，其中，与光纤的前进方向交叉地配置导辊，该导辊以相对于轴心X可自由旋转的状态保持在辊支撑部件上，通过以相对于轴心X倾斜地轴心Y作为旋转轴，对辊支撑部件进行旋转驱动，由此使导辊摆动，使导辊的表面与光纤接触并使光纤转动，从而交替地对光纤施加扭转。
【附图说明】
图1A至图1C是说明本发明的光纤制造装置的第一实施方式中的导辊的摆动机构的图，图1A是其局部剖面图，图1B是说明其配置位置的概念图，图1C是说明摆动机构中的导辊摆动速度的曲线图。
图2是说明本发明的光纤制造装置的第二实施方式中的导辊的摆动机构的局部剖面图。
图3是说明本发明的光纤制造装置的第三实施方式中的导辊的摆动机构的局部剖面图。
图4A、图4B是说明本发明的光纤制造装置中的导辊的凸缘部和光纤之间的位置关系的概念图。
图5A、图5B是说明现有方法的图，图5A是概念图，图5B是斜视图。
图6A、图6B是说明现有方法的图，图6A是侧视图，图6B是正视图。
【具体实施方式】
通过以下说明、所附权利要求以及说明书附图，可以更好地理解本发明的上述特征和其他特征、形态及优点。在附图说明中，对相同要素标注相同标号，省略重复说明。
图1A至图1C是说明本发明的光纤制造装置的第一实施方式中的导辊的摆动机构30的图，图1A是局部剖面图。摆动机构30构成为，将导辊31经由一对轴承34可自由旋转地安装在辊支撑部件(支撑块)32上，支撑块32以与旋转轴33一体地旋转的方式安装。旋转轴33的两端，经由由轴承形成的支座36而被旋转轴支撑体35a、35b支撑。在旋转轴33一侧的端部连结驱动电动机37，使旋转轴33及支撑块32以规定的转速向一个方向旋转。
导辊31将其轴心X作为中心，围绕支撑块32自由旋转。在第一实施方式中，轴心X相对于驱动电动机37的旋转轴33的轴心Y，具有倾斜角θ。因此，与旋转轴33一体地旋转的支撑块32的轴孔32a，形成为相对于轴心X以倾斜角θ倾斜。
如果通过驱动电动机37，以规定的旋转速度向一个方向驱动旋转轴33，则支撑块32与旋转轴33一体地旋转。另外，同心地配置在支撑块32的外周上的导辊31，通过支撑块32的半周旋转，如箭头a所示，从实线位置向点划线位置移动。接下来，通过随后的半周旋转，从点划线位置向实线位置移动。即，通过旋转轴33旋转一周，导辊31以位置回到原位的方式摆动(可以通过倾斜角θ而改变导辊的摆动范围a。)。与此相伴，使光纤1在辊表面31a上转动，从而对光纤1施加扭转。
图1B是说明摆动机构30的配置位置的概念图。摆动机构30配置在固定辊4和引导辊5之间。光纤1通过导杆3被引导至摆动机构30的规定位置，以例如圆周的大于或等于90°的程度，卷绕在导辊31的辊表面31a上。另外，由于导辊31的辊表面31a通常由摩擦系数大的材料形成，所以可以使光纤1在辊表面31a上不打滑地转动。其结果是，通过导辊31的摆动，交替对光纤1施加扭转。
此外，如第一实施方式所示，如果在对使用光纤母材进行光纤拉丝的工序中的玻璃光纤施加保护外皮后的位置上安装摆动装置，则可以对处于加热熔融状态的玻璃光纤本身施加扭转。但是，也可以在将拉丝并施加了保护外皮的光纤卷绕在鼓盘上后，重新进行着色或重新卷绕时，对光纤施加扭转。
图1C是说明摆动机构30中的导辊摆动速度的曲线图。如果使旋转轴33的旋转恒定，则在旋转轴旋转半周的期间内，图1A的导辊31从实线表示的状态成为点划线表示的状态的摆动速度(右旋转)是恒定的。接下来，在旋转轴的下一个半周旋转的期间内，导辊31从点划线表示的状态成为实线表示的状态的摆动速度(左旋转)也是恒定的。另外，摆动方向的反转是通过使旋转轴33向一个方向旋转而连续进行的，没有经过停止动作，从而可以使光纤的扭转操作也连续进行而不中断。
图2是说明本发明的光纤制造装置的第二实施方式中的导辊的摆动机构40的局部剖面图。摆动机构40是下述的一个例子，即，通过以与导辊41的轴心X一致的方式配置的辊支撑部件(辊支撑轴)42，可自由旋转地支撑该导辊41。对于辊支撑轴42，其两端经由角度调整部件48a、48b与旋转轴43a、43b连结，以相对于旋转轴43a、43b具有规定的角度θ的方式连结固定。
在第二实施方式中，支撑导辊41的辊支撑轴42，与导辊41的轴心X一致，而不是如第一实施方式中的旋转轴33那样倾斜。由此，可以通过一对小径的轴承44支撑导辊41。通过使用小径的轴承支撑导辊41，可以降低轴承机构的成本，同时，可以降低辊旋转的旋转阻力(机械损失)。光纤的卷绕张力最终必须降低到几十g程度，减小导辊41的轴承直径，对于使卷绕张力成为优选值是有效的。
旋转轴43a和43b经由由轴承形成的支座46，而分别被旋转轴支撑体45a、45b支撑。在一侧的旋转轴43a上连结驱动电动机47，使旋转轴43a以规定的转速向一个方向旋转。此外，也可以取代由小径的轴承44支撑导辊41，而与第一实施方式相同地，使用大径的轴承和支撑块进行支撑。
在旋转轴43a、43b各自的内侧端部上，安装具有多个调整销49a、49b的角度调整部件48a、48b。通过选择调整销49a、49b，可以相对于旋转轴43a、43b的轴心Y，以5°、10°、15°这样的规定角度，将辊支撑轴42与旋转轴43a、43b连结固定，使辊支撑轴42和旋转轴43a、43b一体地旋转。
在摆动机构40中，如果通过驱动电动机47，以规定的旋转速度驱动一侧的旋转轴43a，则辊支撑轴42与旋转轴43a、旋转轴43b一起旋转。另外，同心地配置在辊支撑轴42上的导辊41，与第一实施方式中的导辊31相同地，通过旋转轴43a、43b的半周旋转，如箭头a所示，从实线位置向点划线位置移动。接着，通过随后的半周旋转，从点划线位置向实线位置移动。即，通过旋转轴43a旋转一周，导辊41以位置返回原位的方式摆动。通过导辊41的摆动，使光纤1在辊表面41a上交替改变方向地转动，从而被施加扭转。
图3是说明本发明的光纤制造装置的第三实施方式中的导辊的摆动机构50的局部剖面图。在摆动机构50中，导辊51经由一对轴承54，可自由旋转地支撑在辊支撑部件(支撑联轴器)52上。支撑联轴器52经由设置在其内部的接头部件58，与旋转轴53的一侧的端部连结。旋转轴53经由由轴承形成的支座56，而被旋转轴支撑体55支撑。在旋转轴53的另一端连结驱动电动机57，使旋转轴53以规定的转速向一个方向旋转。在摆动机构50中，导辊被单臂支撑，其摆动角度可变。
导辊51将导辊51的轴心X作为中心，围绕支撑联轴器52自由旋转。支撑联轴器52以相对于旋转轴53的轴心Y成规定的角度θ的方式连结固定。在旋转轴53上，设置用于以规定的角度安装支撑联轴器52的调整套筒59b，在调整套筒59b上，连结有角度调整臂59的一侧的端部。角度调整臂59的另一侧的端部，与设置在支撑联轴器52上的引板59a连结。通过沿箭头方向对调整套筒59b在旋转轴53上的位置进行调整，可以将导辊51的轴心X与旋转轴53的轴心Y之间的角度设定为规定的角度θ。
如果通过驱动电动机57，以规定的旋转速度驱动旋转轴53，则支撑联轴器52经由角度调整臂59和接头部件58，与旋转轴53一起旋转。另外，同心地配置在支撑联轴器52上的导辊51，与第一实施方式中的导辊31相同地，通过旋转轴53的半周旋转，如箭头a所示，从实线位置向点划线位置移动。接着，通过随后的半周旋转，从点划线位置向实线位置移动。即，通过旋转轴53旋转一周，导辊51以位置返回原位的方式摆动。通过导辊51的摆动，使光纤1在辊表面51a上交替改变方向地转动，从而被施加扭转。
图4A、4B是说明本发明的光纤制造装置中的导辊的凸缘部和光纤之间的位置关系的概念图。由于通过导辊的摆动机构对光纤施加扭转的条件的不同，可能会使导辊两端的凸缘部与光纤发生接触，从而使卷绕中的光纤震动或造成损伤。因此，优选在导辊两端的凸缘部上，设定与倾斜角θ、导辊半径R对应的锥面(锥角γ)。如果以H表示辊两端的凸缘部的高度，以T(tanγ＝T/H)表示凸缘的厚度，则为了避免光纤与导辊的凸缘外缘部接触，需要满足下式：
tanθ≤T(R+H)2-R2]]>
在表中，表示将辊半径R设为20mm、35mm、50mm，将凸缘高度H设为5mm(固定)，将导辊的倾斜角θ设为5°、10°、15°、16°时，凸缘厚度T、锥角γ的最小值。
表
辊直径越大，则需要凸缘部的厚度T、锥角γ越大。例如，导辊的倾斜角θ(摆动角度)为15°，为了使光纤不与导辊的凸缘外缘部接触，对于辊半径50mm，需要使凸缘部的厚度T大于或等于6.1mm(使锥角γ大于或等于51°)。另外，对于辊半径35mm，需要使凸缘部的厚度T大于或等于5.2mm(使锥角γ大于或等于46°)，对于辊半径20mm，需要使凸缘部的厚度T大于或等于4.0mm(使锥角γ大于或等于39°)。
在以上任意一个例子中，与光纤接触并使其转动的导辊的摆动动作，都可以仅通过使支撑导辊的旋转轴以恒定的速度向一个方向旋转这样简单的方法来实现。通过该方法，在重新卷绕光纤芯线时，如果将重新卷绕前的PMD值和施加了扭转的重新卷绕后的PMD值进行比较，则PMD值降低了40～70％程度，与现有方法相比，可以实现相同程度的PMD的降低。另外，可以保持与现有方法相同程度的PMD值。
另外，由于使导辊摆动的旋转轴的驱动，不是像以往那样将电动机的旋转运动变换为直线运动，而是采用使电动机的旋转本身进行传动的方式，所以旋转控制容易，可以小型、简单且廉价地构成摆动机构。此外，由于导辊的摆动，包括反转动作在内，都可以不中断地以恒定的摆动速度连续进行，所以交替地对光纤施加平滑、均匀的扭转，从特性方面(降低PMD)看是有利的。
以上对本发明的说明是基于目前认为最实用及优选的实施例进行的，但本发明并不限于所披露的这些实施例，相反地，可对本发明进行各种修改和等效置换，其都包含在所附权利要求书的精神和范围内。