專利名稱：包層光纖的制造方法與制造裝置以及包層光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及減少偏振波色散的包層光纖的制造方法與制造裝置以及由此方法與裝置制成的包層光纖。
將光纖母材的一端加熱軟化而由這一端將玻璃纖維朝下方引出拉絲的既有制造方法，使玻璃纖維的芯子部分與其周圍包層部分的剖面形狀為恰切的圓形而成為同心圓狀是困難的，通常會成為稍帶橢圓或歪扭的圓形。這樣，玻璃纖維剖面中的折射率分布便不能完全均一，從而使波璃纖維剖面內(nèi)兩個偏振波之間的群速度產(chǎn)生差異，發(fā)生偏振波色散加大的問題。
當(dāng)這種偏振波色散很大時，需進(jìn)行大容量與長距離傳送的海底光纜或作為干線光纜的光纜在實用上便特別成為問題。作為解決這種偏振波色散問題的方法在特開平9-243833號公報等之中示明了這樣的包層光纖制造方法在拉制玻璃纖維并涂敷包層而形成包層光纖的同時，用周期地相對于旋轉(zhuǎn)軸的方向擺動的導(dǎo)輥導(dǎo)引此包層光纖，而給予玻璃纖維以所定的扭轉(zhuǎn)。
圖3示明上述制造工藝，設(shè)置于拉絲爐12內(nèi)的光纖母材11以其一端加熱軟化，從這一端開始，玻璃纖維13接受后述拉絲機26的拉力向下沿鉛直方向牽引。這時，由外徑測定器14預(yù)先測定玻璃纖維13的外徑，通過圖中未示明的控制器，控制拉絲速度、光纖母材的輸送速度等以使纖維直徑處于所定范圍內(nèi)。
在玻璃纖維13周圍由涂層模具15涂布上紫外固化樹脂16，通過紫外照射裝置17照射使樹脂16固化成包層。在此包層周圍再由涂層模具18涂布紫外固化樹脂19，通過紫外照射裝置20照射紫外線，使樹脂19固化，形成第二層包層，制得包層光纖21。然后，包層光纖21經(jīng)導(dǎo)軌22、擺動導(dǎo)輥23、導(dǎo)輥24與25與拉絲機26而卷繞到繞絲筒27上。
下面說明由擺動導(dǎo)輥給予玻璃纖維以扭轉(zhuǎn)的原理。圖4為擺動導(dǎo)輥的俯視圖。擺動導(dǎo)輥23的輥旋轉(zhuǎn)軸23b在擺動中也常處于水平面內(nèi)，于通過擺動導(dǎo)輥23的中心的鉛直軸23c的周圍，按偏離基準(zhǔn)位置±θ的角度范圍進(jìn)行一定周期的往復(fù)運動的擺動。
這樣，當(dāng)處于基準(zhǔn)位置的擺動導(dǎo)輥23沿圖中A方向擺動時，即成為擺動導(dǎo)輥23′的狀態(tài)，而當(dāng)沿相反的B方向擺動時，即成為圖中未示明的相對于基準(zhǔn)位置與以上狀態(tài)相對稱的狀態(tài)。結(jié)果，從上方降下的包層光纖21當(dāng)擺動導(dǎo)輥處于基準(zhǔn)位置時，便在Pa點與輥面23a接觸，沿著輥面，它的進(jìn)行方向便從鉛直方向彎向水平方向而朝箭頭C的示向前進(jìn)。
此外，當(dāng)擺動導(dǎo)輥通過擺動向23′的位置移動時，若是包層光纖21沿輥面23a上移動，最初與輥面23a相接觸的包層光纖21的位置雖然成為點Qa，但由于在包層光纖21上加有張力，包層光纖21應(yīng)按最短距離行進(jìn)，因而沿輥面23a上移動。于是包層光纖21的最初接觸輥面23a的位置便在輥面23a上移到點Qb的位置。此時，由于包層光纖21與輥面23a有摩擦力起作用，包層光纖21便不是沿輥面23a上滑動而是一面沿自身的軸線旋轉(zhuǎn)一面于輥面23a上移動。結(jié)果在包層光纖21中產(chǎn)生繞其軸線的轉(zhuǎn)動。
當(dāng)包層光纖21在與擺動導(dǎo)輥23最初接觸的位置繞自身軸線轉(zhuǎn)動時，此轉(zhuǎn)動力便沿光纖21筆直上傳，直到正拉制成玻璃纖維的光纖母材11的下部軟化部位。在光纖母材11下部軟化處拉絲中的玻璃纖維由于仍處在軟化狀態(tài)而呈柔性，因而由包層光纖21傳來的旋轉(zhuǎn)力便直接作用于光纖母材11前端軟化狀態(tài)的玻璃纖維13，光纖母材11前端的軟化部分便能使拉絲中的玻璃纖維13產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。然后在玻璃纖維13上涂敷包層，成為包層光纖21。
發(fā)明概述從擺動導(dǎo)輥方面來看，光纖母材方的光纖使擺動導(dǎo)輥處因包層光纖的繞自身軸線轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力主要起到傳遞給玻璃纖維拉絲部分的作用，光纖本身幾乎不受光纖母材前端與擺動導(dǎo)輥之間扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的影響。但在擺動導(dǎo)輥23的所在處，包層光纖21由于繞軸線的轉(zhuǎn)動，在擺動導(dǎo)輥23與導(dǎo)輥24之間扭轉(zhuǎn)。這種扭轉(zhuǎn)與擺動導(dǎo)輥23的擺動方向相反，但由于扭轉(zhuǎn)方向也會反向，此種扭轉(zhuǎn)便沿纖維的長向平均化而相消，但由于有導(dǎo)輥等，扭轉(zhuǎn)沿長向的相消不充分，殘留的扭轉(zhuǎn)便存儲于包層光纖本身之中，隨著包層光纖的行進(jìn)，通過拉絲機26而到達(dá)繞絲筒27。
貯存于包層光纖中的扭轉(zhuǎn)是彈性扭轉(zhuǎn)，通常由于有內(nèi)部應(yīng)力作用于使扭轉(zhuǎn)回位的方向，但在下一工序中包層光纖從繞絲筒27上抽出時，包層光纖相互間易產(chǎn)生纏繞，嚴(yán)重時，從纏繞的包層光纖勉強抽出包層光纖時，就會產(chǎn)生斷絲等問題。這樣的問題尤其是在提高包層光纖生產(chǎn)線的速度時變得顯著。
本發(fā)明提供了，即使是提高生產(chǎn)線速度也能使包層光纖中殘留的彈性扭轉(zhuǎn)減少到不成問題程度的包層光纖的制造方法與制造裝置以及由此制造成的包層光纖。
本發(fā)明人為使包層光纖的彈性扭轉(zhuǎn)能沿光纖的長向充分地相消，在從擺動輥到繞絲筒之間設(shè)置使包層光纖能沿軸向自由轉(zhuǎn)動的區(qū)間，這樣，在此自由區(qū)間的范圍內(nèi)，若是包層光纖扭轉(zhuǎn)，則可以考慮是否未將卷繞的包層光纖的殘留扭轉(zhuǎn)減到盡可能少的程度，為了研究必要的自由區(qū)間的條件，對于自由區(qū)間的長度、生產(chǎn)線的速度、擺動導(dǎo)輥單位時間內(nèi)的往復(fù)擺動次數(shù)作種種變動，調(diào)查各種情形下卷繞到繞絲筒上包層光纖的殘留扭轉(zhuǎn)。此外，這種自由區(qū)間是由不與導(dǎo)輥等其他部件接觸的能夠一直前進(jìn)的區(qū)間構(gòu)成。
卷繞到繞絲筒上的包層光纖的殘留扭轉(zhuǎn)可用下述方法考察。在把包層光纖卷繞到繞絲筒上的狀態(tài)下，于朝向繞絲筒表面?zhèn)鹊陌鼘庸饫w的表面上作一標(biāo)記，從繞絲筒抽出1m的包層光纖，使其進(jìn)行繞軸線的自由轉(zhuǎn)動，完全松釋殘留的彈性扭轉(zhuǎn)。然后，即以此時的標(biāo)記扭轉(zhuǎn)的次數(shù)作為卷到繞絲筒上包層光纖殘留的扭轉(zhuǎn)次數(shù)。圖5是以橫軸表示生產(chǎn)線速度與每單位時間的擺動輥往復(fù)擺動次數(shù)之比，而以縱軸表示自由區(qū)間的區(qū)間長度時，以○、△、×表示殘留扭轉(zhuǎn)次數(shù)的圖。這里，殘留扭轉(zhuǎn)次數(shù)為1次/m以上時記為×，0.1次/m以上不到1次/m的記為△，不到0.1次/m的記為○。
從圖5可以看到，將自由區(qū)間的長度設(shè)定為生產(chǎn)線速度/單位時間的往復(fù)擺動次數(shù)后，可以將殘留次數(shù)控制到0.1次/m以下。此外，生產(chǎn)線速度一般是在制造剛剛開始之后或是緊鄰制造結(jié)束之前較慢，因而在確定自由區(qū)間長度L時最好要適用于最高生產(chǎn)線速度。設(shè)L0＝最高生產(chǎn)線速度÷單位時間的往復(fù)擺動次數(shù)，則能將以前述及的不等關(guān)系改寫為L≥L0。據(jù)此，當(dāng)設(shè)定了滿足L≥L0的自由區(qū)間后，即能在卷繞起的包層光纖中將殘留扭轉(zhuǎn)抑制到不到0.1次/m的和最佳的范圍內(nèi)。
本發(fā)明便是基于以上認(rèn)識而形成的，本發(fā)明的包層光纖制造方法是，將光纖母材的端部加熱軟化，拉制玻璃纖維，于此玻璃纖維上施加包層，使制成的包層光纖通過周期地擺動的擺動導(dǎo)輥而讓包層光纖扭轉(zhuǎn)，由此使該包層光纖內(nèi)部的玻璃纖維能繞自身軸線扭轉(zhuǎn)，此方法還包括有這樣的工序使通過擺動導(dǎo)輥的包層光纖經(jīng)過此包層光纖能繞光纖軸線自由轉(zhuǎn)動的自由區(qū)間，從而讓扭轉(zhuǎn)方向能在此光纖中沿光纖的長向交換反轉(zhuǎn)，由此使貯存的彈性扭轉(zhuǎn)沿此長向相互抵消，上述自由區(qū)間的區(qū)間長度L(m)大于和等于由 所定義的L0(m)。
另一方面，本發(fā)明的包層光纖制造裝置包括將光纖母材的端部加熱軟化而拉出玻璃纖維的拉絲爐，給此玻璃纖維上施加包層的包層裝置，通過使已包層的包層光纖扭轉(zhuǎn)而讓玻璃纖維繞自自軸線扭轉(zhuǎn)的擺動導(dǎo)輥；其中設(shè)有使通過此擺動導(dǎo)輥的包層光纖能以繞自身軸線轉(zhuǎn)動的自由狀態(tài)經(jīng)過的自由區(qū)間，此區(qū)間長度L(m)則大于和等于由 所定義的L0(m)。
上述自由區(qū)間是兩個導(dǎo)向部件之間所夾的區(qū)域，最好是使包層光纖與其他部件保持成非接觸狀態(tài)而能沿兩個導(dǎo)向件之間直向前進(jìn)。還可以設(shè)置至少一個中間導(dǎo)輥，此中間導(dǎo)輥具有可使此包層光纖于該自由區(qū)間內(nèi)能以繞自身軸線自由轉(zhuǎn)動的狀態(tài)通過的光滑輥面。通過取定設(shè)置了具有這種光滑輥面的導(dǎo)輥的自由區(qū)間，與設(shè)置直線狀的自由區(qū)間的情形相比，可以減小此光纖制造裝置的總體大小。
上述自由區(qū)間的長度最好可以調(diào)節(jié)。為此可以在自由區(qū)間兩端的至少一方設(shè)置能移動的導(dǎo)輥，或是將中間導(dǎo)輥中的至少之一設(shè)置成可以移動的。這樣，在對包層光纖繞絲時，移動可以移動的導(dǎo)輥使區(qū)間長度L在L0以下，而在繞絲結(jié)束時則移動此可以移動的導(dǎo)輥而讓區(qū)間長度返回到L0以上的值，由此可以縮短包層光纖繞絲時繞絲作業(yè)中的作業(yè)區(qū)間，使作業(yè)簡易化。
本發(fā)明的包層光纖的制造方法，最好用在包層光纖的最高生產(chǎn)線速度為600m/分以上而且擺動導(dǎo)輥每單位時間的往復(fù)擺動次數(shù)在300次/分以下的情形。對于最高生產(chǎn)線速度在600m/分以上的區(qū)域，前述的殘留扭轉(zhuǎn)特別成為問題，在這樣的高速區(qū)域中，當(dāng)往復(fù)擺動次數(shù)大到超過300次/分時，玻璃纖維直徑的波動與外觀的變差嚴(yán)重加劇，因而需要控制往復(fù)擺動次數(shù)。


圖1A是本發(fā)明包層光纖的制造裝置實施形式的示意圖，圖1B是此裝置中自由區(qū)間另一實施形式的示意圖。
圖2示明在本發(fā)明的包層光纖制造裝置的自由區(qū)間內(nèi)設(shè)置可動型導(dǎo)輥的實施形式。
圖3示明包層光纖的制造工藝。
圖4是擺動導(dǎo)輥的俯視圖。
圖5中以橫軸表示生產(chǎn)線速度/單位時間內(nèi)的往復(fù)擺動次數(shù)，而以縱軸表示自由區(qū)間的區(qū)間長度時，以○、△、×表示殘留扭轉(zhuǎn)次數(shù)。
實施形態(tài)下面參考附圖詳述本發(fā)明的最佳實施形式。為便于理解說明，各圖中的同一構(gòu)件在可能的范圍內(nèi)附以相同標(biāo)號，略去其重復(fù)說明。
圖1A示明本發(fā)明的包層光纖制造裝置的實施形式，圖1B示明自由區(qū)間的另一實施形式，圖1A中所示的裝置是在圖3所示裝置中設(shè)有本發(fā)明特征所在的自由區(qū)間的裝置，其他結(jié)構(gòu)則相同。圖1B所示的導(dǎo)輥1與2是具有光滑輥面的導(dǎo)輥。在圖1A的實施形式中，拉絲機26與繞絲筒27之間有很大距離，以其間作為光纖21能與導(dǎo)輥等其他部件不接觸地一直前進(jìn)的自由區(qū)間，此區(qū)間長度取前述L0以上的值。
設(shè)置了這樣的自由區(qū)間后，當(dāng)使包層光纖通過此自由區(qū)間，包層光纖就會沿其長向形成扭轉(zhuǎn)方向交互反轉(zhuǎn)的彈性扭轉(zhuǎn)，因而成為相互反向的扭轉(zhuǎn)沿長向上相消使彈性扭轉(zhuǎn)很少的狀態(tài)。此外，在圖1A的實施形式中，自由區(qū)間以外的裝置則可原樣地使用先有技術(shù)的裝置。
在把生產(chǎn)線速度由原來一般的150m/分高速化為600m/分以上時，要將殘留的扭轉(zhuǎn)次數(shù)減少到0.1次/m以下，就需增加往復(fù)擺動次數(shù)或加長自由區(qū)間。例如，設(shè)往復(fù)擺動次數(shù)原來普通為50次/分時，自由區(qū)間長度需為12m，不是一般情形。另一方面，當(dāng)增多往復(fù)擺動次數(shù)時，玻璃纖維直徑的變動加大，玻璃纖維的外觀變差，這是不合適的。應(yīng)該使玻璃纖維直徑的波動不超過±0.5μm，為此，往復(fù)擺動次數(shù)最好在300次/分以下。這時的自由區(qū)間長度2m即充分。
圖1B的實施形式中，于拉絲機26和繞絲筒27之間設(shè)置具有光滑輥面的導(dǎo)輥1與2，將包層光纖21繞定于并通過輥1與2之上，這時的自由區(qū)間長度L便成為繞定和經(jīng)過的包層光纖在拉絲機與繞絲筒之間的長度。同時，這種情形下也要按照滿足L≥L0來決定導(dǎo)輥等的配置。
作為具有光滑輥面的導(dǎo)輥1、2可以采用由鋁或硬塑料樹脂等制作的平面輥或帶V形槽的輥。這類輥最好采用洛氏硬度為HRM50以上的材料。即使把包層光纖繞定并通過導(dǎo)輥之上，但當(dāng)導(dǎo)輥的輥面形成為硬滑的輥面時，包層光纖便能與其行進(jìn)相配合地在輥面上繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，因而即使在自由區(qū)間中設(shè)有這種導(dǎo)輥而讓包層光纖繞定并通過其上，但包層光纖的彈性扭轉(zhuǎn)沿長向相消，特別不會產(chǎn)生障礙。
圖2示明使用可動型導(dǎo)輥的例子。固定型導(dǎo)輥3、6與可動型導(dǎo)輥4、5都取具有光滑輥面的結(jié)構(gòu)?？蓜有蛯?dǎo)輥一般在4、5位置，繞絲時可以移動到4′、5′的位置?？蓜有蛯?dǎo)輥的移動可以通過未圖示的導(dǎo)軌與鏈帶進(jìn)行。固定型導(dǎo)輥3、6與可動型導(dǎo)輥4、5分別為具有光滑輥面的導(dǎo)輥構(gòu)成，而自由區(qū)間的長度則成為拉絲機26與繞絲筒27之間包層光纖的繞定并通過的長度。
因此，自由區(qū)間長度當(dāng)可動型輥在4、5位置時為L，而當(dāng)可動型導(dǎo)輥在4′、5′位置時為L′。然后，此時要按照滿足L≥L0來設(shè)置可動型導(dǎo)輥等。使用這種可動型導(dǎo)輥，在繞絲時等作業(yè)中，可以縮小自由區(qū)間的長度，使繞絲作業(yè)變得容易，在成為通常的生產(chǎn)線速度時，可動型導(dǎo)輥移到4、5位置，于是包層光纖的彈性扭轉(zhuǎn)沿長向相消，不會產(chǎn)生障礙。
在以上實施形式中例示的是將自由區(qū)間設(shè)在拉絲機與繞絲筒之間，但要是在通過擺動導(dǎo)輥之后，也可將自由區(qū)間設(shè)于拉絲機的跟前。當(dāng)由于設(shè)置現(xiàn)場等理由未能在拉絲工序中設(shè)置自由區(qū)間時，當(dāng)聽任將殘留扭轉(zhuǎn)大的包層光纖一旦卷繞到繞絲筒上時，在從繞絲筒上將包層光纖抽出時就需充分注意，同時使其通過設(shè)有自由區(qū)間的另外的裝置而卷到繞絲筒上，這樣也能減少包層光纖中的殘留應(yīng)力。
本發(fā)明的包層光纖的制造方法與制造裝置能用來制造各種包層光纖，特別適用于制造偏振波色散大的色散補償光纖。
權(quán)利要求
1.一種包層光纖制造方法，是將光纖母材的端部加熱軟化，拉制成玻璃纖維，于此玻璃纖維上施加包層，使制成的包層光纖通過周期地擺動的擺動導(dǎo)輥而讓包層光纖扭轉(zhuǎn)，由此使該包層光纖內(nèi)部的玻璃纖維能繞自身軸線扭轉(zhuǎn)，此方法包括步驟使經(jīng)過擺動導(dǎo)輥的包層光纖通過光纖能繞光纖軸線自由轉(zhuǎn)動的自由區(qū)間，使包層光纖上扭轉(zhuǎn)方向沿光纖的長向交換反轉(zhuǎn)，由此使貯存的彈性扭轉(zhuǎn)沿此長向相互抵消，上述自由區(qū)間的區(qū)間長度L(m)大于和等于由 所定義的L0(m)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述包層光纖的制造方法，其中所述自由區(qū)間的長度可以調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述包層光纖的制造方法，其中所述包層光纖的最高生產(chǎn)線速度≥600m/分而所述擺動導(dǎo)輥每單位時間內(nèi)往復(fù)擺動的次數(shù)≤300次/分。
4.一種包層光纖制造裝置，包括將光纖母材的端部加熱軟化而拉出玻璃纖維的拉絲爐，給此玻璃纖維上施加包層的包層裝置，通過使已包層的包層光纖扭轉(zhuǎn)而讓玻璃纖維繞自身軸線扭轉(zhuǎn)的擺動導(dǎo)輥；其中設(shè)有使經(jīng)過此擺動導(dǎo)輥的包層光纖能以繞自身軸線轉(zhuǎn)動的自由狀態(tài)通過的自由區(qū)間，此區(qū)間長度L(m)則大于和等于由 所定義的L0(m)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的包層光纖的制造裝置，其中所述自由區(qū)間是夾在兩個導(dǎo)向部件間的區(qū)域，上述包層光纖一面與其他部件保持非接觸狀態(tài)，一面保持成能沿兩個導(dǎo)向件間一直前進(jìn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的包層光纖的制造裝置，其中所述自由區(qū)間的兩端至少有一端設(shè)有可移動的導(dǎo)輥。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的包層光纖的制造裝置，其中所述自由區(qū)間內(nèi)設(shè)有至少一個中間導(dǎo)輥，此導(dǎo)輥具有光滑的輥面能使包層光纖以繞其自自身軸線自由轉(zhuǎn)動的狀態(tài)下通過。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的包層光纖的制造裝置，其中所述中間導(dǎo)輥的至少一個按可移動的方式設(shè)置。
9.一種包層光纖，是通過將光纖母材的端部加熱軟化，拉制成玻璃纖維，再于此玻璃纖維上進(jìn)行涂層，使制成的包層光纖通過周期地擺動的擺動導(dǎo)輥而讓包層光纖扭轉(zhuǎn)，由此使該包層光纖內(nèi)部的玻璃纖維能繞自身軸線扭轉(zhuǎn)，同時使通過此擺動導(dǎo)輥的包層光纖經(jīng)過該包層光纖能繞光纖軸線自由轉(zhuǎn)動的自由區(qū)間，此自由區(qū)間的區(qū)間長度L(m)≥由 所定義的L0(m)，由此，該包層光纖中的扭轉(zhuǎn)方向沿光纖的長向?qū)⒔换シ崔D(zhuǎn)，從而使貯存的彈性扭轉(zhuǎn)沿長向相消。
全文摘要
包層光纖21的制造方法,將光纖母材11的端部加熱軟化,拉制成玻璃纖維13并加包層16、19,再通過周期地擺動的擺動導(dǎo)輥23而讓其扭轉(zhuǎn),使內(nèi)部的玻璃纖維能繞軸線扭轉(zhuǎn),同時使經(jīng)過擺動導(dǎo)輥的包層光纖通過能繞光纖軸線自由轉(zhuǎn)動的自由區(qū)間(拉絲裝置26與繞絲筒27之間),使包層光纖中扭轉(zhuǎn)方向沿光纖長向上交互反轉(zhuǎn),而使貯存的彈性扭轉(zhuǎn)相消,此自由區(qū)間長度L(m)≥由L
文檔編號C03B37/02GK1337924SQ00803195
公開日2002年2月27日 申請日期2000年1月26日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月27日
發(fā)明者吉田元秀, 常石克之, 鯉田雅夫, 永山勝也 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社