专利名称：包层光纤的制造方法与制造装置以及包层光纤的制作方法
技术领域：
本发明涉及减少偏振波色散的包层光纤的制造方法与制造装置以及由此方法与装置制成的包层光纤。
将光纤母材的一端加热软化而由这一端将玻璃纤维朝下方引出拉丝的既有制造方法，使玻璃纤维的芯子部分与其周围包层部分的剖面形状为恰切的圆形而成为同心圆状是困难的，通常会成为稍带椭圆或歪扭的圆形。这样，玻璃纤维剖面中的折射率分布便不能完全均一，从而使波璃纤维剖面内两个偏振波之间的群速度产生差异，发生偏振波色散加大的问题。
当这种偏振波色散很大时，需进行大容量与长距离传送的海底光缆或作为干线光缆的光缆在实用上便特别成为问题。作为解决这种偏振波色散问题的方法在特开平9-243833号公报等之中示明了这样的包层光纤制造方法在拉制玻璃纤维并涂敷包层而形成包层光纤的同时，用周期地相对于旋转轴的方向摆动的导辊导引此包层光纤，而给予玻璃纤维以所定的扭转。
图3示明上述制造工艺，设置于拉丝炉12内的光纤母材11以其一端加热软化，从这一端开始，玻璃纤维13接受后述拉丝机26的拉力向下沿铅直方向牵引。这时，由外径测定器14预先测定玻璃纤维13的外径，通过图中未示明的控制器，控制拉丝速度、光纤母材的输送速度等以使纤维直径处于所定范围内。
在玻璃纤维13周围由涂层模具15涂布上紫外固化树脂16，通过紫外照射装置17照射使树脂16固化成包层。在此包层周围再由涂层模具18涂布紫外固化树脂19，通过紫外照射装置20照射紫外线，使树脂19固化，形成第二层包层，制得包层光纤21。然后，包层光纤21经导轨22、摆动导辊23、导辊24与25与拉丝机26而卷绕到绕丝筒27上。
下面说明由摆动导辊给予玻璃纤维以扭转的原理。图4为摆动导辊的俯视图。摆动导辊23的辊旋转轴23b在摆动中也常处于水平面内，于通过摆动导辊23的中心的铅直轴23c的周围，按偏离基准位置±θ的角度范围进行一定周期的往复运动的摆动。
这样，当处于基准位置的摆动导辊23沿图中A方向摆动时，即成为摆动导辊23′的状态，而当沿相反的B方向摆动时，即成为图中未示明的相对于基准位置与以上状态相对称的状态。结果，从上方降下的包层光纤21当摆动导辊处于基准位置时，便在Pa点与辊面23a接触，沿着辊面，它的进行方向便从铅直方向弯向水平方向而朝箭头C的示向前进。
此外，当摆动导辊通过摆动向23′的位置移动时，若是包层光纤21沿辊面23a上移动，最初与辊面23a相接触的包层光纤21的位置虽然成为点Qa，但由于在包层光纤21上加有张力，包层光纤21应按最短距离行进，因而沿辊面23a上移动。于是包层光纤21的最初接触辊面23a的位置便在辊面23a上移到点Qb的位置。此时，由于包层光纤21与辊面23a有摩擦力起作用，包层光纤21便不是沿辊面23a上滑动而是一面沿自身的轴线旋转一面于辊面23a上移动。结果在包层光纤21中产生绕其轴线的转动。
当包层光纤21在与摆动导辊23最初接触的位置绕自身轴线转动时，此转动力便沿光纤21笔直上传，直到正拉制成玻璃纤维的光纤母材11的下部软化部位。在光纤母材11下部软化处拉丝中的玻璃纤维由于仍处在软化状态而呈柔性，因而由包层光纤21传来的旋转力便直接作用于光纤母材11前端软化状态的玻璃纤维13，光纤母材11前端的软化部分便能使拉丝中的玻璃纤维13产生扭转。然后在玻璃纤维13上涂敷包层，成为包层光纤21。
发明概述从摆动导辊方面来看，光纤母材方的光纤使摆动导辊处因包层光纤的绕自身轴线转动产生的旋转力主要起到传递给玻璃纤维拉丝部分的作用，光纤本身几乎不受光纤母材前端与摆动导辊之间扭转应力的影响。但在摆动导辊23的所在处，包层光纤21由于绕轴线的转动，在摆动导辊23与导辊24之间扭转。这种扭转与摆动导辊23的摆动方向相反，但由于扭转方向也会反向，此种扭转便沿纤维的长向平均化而相消，但由于有导辊等，扭转沿长向的相消不充分，残留的扭转便存储于包层光纤本身之中，随着包层光纤的行进，通过拉丝机26而到达绕丝筒27。
贮存于包层光纤中的扭转是弹性扭转，通常由于有内部应力作用于使扭转回位的方向，但在下一工序中包层光纤从绕丝筒27上抽出时，包层光纤相互间易产生缠绕，严重时，从缠绕的包层光纤勉强抽出包层光纤时，就会产生断丝等问题。这样的问题尤其是在提高包层光纤生产线的速度时变得显著。
本发明提供了，即使是提高生产线速度也能使包层光纤中残留的弹性扭转减少到不成问题程度的包层光纤的制造方法与制造装置以及由此制造成的包层光纤。
本发明人为使包层光纤的弹性扭转能沿光纤的长向充分地相消，在从摆动辊到绕丝筒之间设置使包层光纤能沿轴向自由转动的区间，这样，在此自由区间的范围内，若是包层光纤扭转，则可以考虑是否未将卷绕的包层光纤的残留扭转减到尽可能少的程度，为了研究必要的自由区间的条件，对于自由区间的长度、生产线的速度、摆动导辊单位时间内的往复摆动次数作种种变动，调查各种情形下卷绕到绕丝筒上包层光纤的残留扭转。此外，这种自由区间是由不与导辊等其他部件接触的能够一直前进的区间构成。
卷绕到绕丝筒上的包层光纤的残留扭转可用下述方法考察。在把包层光纤卷绕到绕丝筒上的状态下，于朝向绕丝筒表面侧的包层光纤的表面上作一标记，从绕丝筒抽出1m的包层光纤，使其进行绕轴线的自由转动，完全松释残留的弹性扭转。然后，即以此时的标记扭转的次数作为卷到绕丝筒上包层光纤残留的扭转次数。图5是以横轴表示生产线速度与每单位时间的摆动辊往复摆动次数之比，而以纵轴表示自由区间的区间长度时，以○、△、×表示残留扭转次数的图。这里，残留扭转次数为1次/m以上时记为×，0.1次/m以上不到1次/m的记为△，不到0.1次/m的记为○。
从图5可以看到，将自由区间的长度设定为生产线速度/单位时间的往复摆动次数后，可以将残留次数控制到0.1次/m以下。此外，生产线速度一般是在制造刚刚开始之后或是紧邻制造结束之前较慢，因而在确定自由区间长度L时最好要适用于最高生产线速度。设L0＝最高生产线速度÷单位时间的往复摆动次数，则能将以前述及的不等关系改写为L≥L0。据此，当设定了满足L≥L0的自由区间后，即能在卷绕起的包层光纤中将残留扭转抑制到不到0.1次/m的和最佳的范围内。
本发明便是基于以上认识而形成的，本发明的包层光纤制造方法是，将光纤母材的端部加热软化，拉制玻璃纤维，于此玻璃纤维上施加包层，使制成的包层光纤通过周期地摆动的摆动导辊而让包层光纤扭转，由此使该包层光纤内部的玻璃纤维能绕自身轴线扭转，此方法还包括有这样的工序使通过摆动导辊的包层光纤经过此包层光纤能绕光纤轴线自由转动的自由区间，从而让扭转方向能在此光纤中沿光纤的长向交换反转，由此使贮存的弹性扭转沿此长向相互抵消，上述自由区间的区间长度L(m)大于和等于由 所定义的L0(m)。
另一方面，本发明的包层光纤制造装置包括将光纤母材的端部加热软化而拉出玻璃纤维的拉丝炉，给此玻璃纤维上施加包层的包层装置，通过使已包层的包层光纤扭转而让玻璃纤维绕自自轴线扭转的摆动导辊；其中设有使通过此摆动导辊的包层光纤能以绕自身轴线转动的自由状态经过的自由区间，此区间长度L(m)则大于和等于由 所定义的L0(m)。
上述自由区间是两个导向部件之间所夹的区域，最好是使包层光纤与其他部件保持成非接触状态而能沿两个导向件之间直向前进。还可以设置至少一个中间导辊，此中间导辊具有可使此包层光纤于该自由区间内能以绕自身轴线自由转动的状态通过的光滑辊面。通过取定设置了具有这种光滑辊面的导辊的自由区间，与设置直线状的自由区间的情形相比，可以减小此光纤制造装置的总体大小。
上述自由区间的长度最好可以调节。为此可以在自由区间两端的至少一方设置能移动的导辊，或是将中间导辊中的至少之一设置成可以移动的。这样，在对包层光纤绕丝时，移动可以移动的导辊使区间长度L在L0以下，而在绕丝结束时则移动此可以移动的导辊而让区间长度返回到L0以上的值，由此可以缩短包层光纤绕丝时绕丝作业中的作业区间，使作业简易化。
本发明的包层光纤的制造方法，最好用在包层光纤的最高生产线速度为600m/分以上而且摆动导辊每单位时间的往复摆动次数在300次/分以下的情形。对于最高生产线速度在600m/分以上的区域，前述的残留扭转特别成为问题，在这样的高速区域中，当往复摆动次数大到超过300次/分时，玻璃纤维直径的波动与外观的变差严重加剧，因而需要控制往复摆动次数。
图1A是本发明包层光纤的制造装置实施形式的示意图，图1B是此装置中自由区间另一实施形式的示意图。
图2示明在本发明的包层光纤制造装置的自由区间内设置可动型导辊的实施形式。
图3示明包层光纤的制造工艺。
图4是摆动导辊的俯视图。
图5中以横轴表示生产线速度/单位时间内的往复摆动次数，而以纵轴表示自由区间的区间长度时，以○、△、×表示残留扭转次数。
实施形态下面参考附图详述本发明的最佳实施形式。为便于理解说明，各图中的同一构件在可能的范围内附以相同标号，略去其重复说明。
图1A示明本发明的包层光纤制造装置的实施形式，图1B示明自由区间的另一实施形式，图1A中所示的装置是在图3所示装置中设有本发明特征所在的自由区间的装置，其他结构则相同。图1B所示的导辊1与2是具有光滑辊面的导辊。在图1A的实施形式中，拉丝机26与绕丝筒27之间有很大距离，以其间作为光纤21能与导辊等其他部件不接触地一直前进的自由区间，此区间长度取前述L0以上的值。
设置了这样的自由区间后，当使包层光纤通过此自由区间，包层光纤就会沿其长向形成扭转方向交互反转的弹性扭转，因而成为相互反向的扭转沿长向上相消使弹性扭转很少的状态。此外，在图1A的实施形式中，自由区间以外的装置则可原样地使用先有技术的装置。
在把生产线速度由原来一般的150m/分高速化为600m/分以上时，要将残留的扭转次数减少到0.1次/m以下，就需增加往复摆动次数或加长自由区间。例如，设往复摆动次数原来普通为50次/分时，自由区间长度需为12m，不是一般情形。另一方面，当增多往复摆动次数时，玻璃纤维直径的变动加大，玻璃纤维的外观变差，这是不合适的。应该使玻璃纤维直径的波动不超过±0.5μm，为此，往复摆动次数最好在300次/分以下。这时的自由区间长度2m即充分。
图1B的实施形式中，于拉丝机26和绕丝筒27之间设置具有光滑辊面的导辊1与2，将包层光纤21绕定于并通过辊1与2之上，这时的自由区间长度L便成为绕定和经过的包层光纤在拉丝机与绕丝筒之间的长度。同时，这种情形下也要按照满足L≥L0来决定导辊等的配置。
作为具有光滑辊面的导辊1、2可以采用由铝或硬塑料树脂等制作的平面辊或带V形槽的辊。这类辊最好采用洛氏硬度为HRM50以上的材料。即使把包层光纤绕定并通过导辊之上，但当导辊的辊面形成为硬滑的辊面时，包层光纤便能与其行进相配合地在辊面上绕自身轴线旋转，因而即使在自由区间中设有这种导辊而让包层光纤绕定并通过其上，但包层光纤的弹性扭转沿长向相消，特别不会产生障碍。
图2示明使用可动型导辊的例子。固定型导辊3、6与可动型导辊4、5都取具有光滑辊面的结构。可动型导辊一般在4、5位置，绕丝时可以移动到4′、5′的位置。可动型导辊的移动可以通过未图示的导轨与链带进行。固定型导辊3、6与可动型导辊4、5分别为具有光滑辊面的导辊构成，而自由区间的长度则成为拉丝机26与绕丝筒27之间包层光纤的绕定并通过的长度。
因此，自由区间长度当可动型辊在4、5位置时为L，而当可动型导辊在4′、5′位置时为L′。然后，此时要按照满足L≥L0来设置可动型导辊等。使用这种可动型导辊，在绕丝时等作业中，可以缩小自由区间的长度，使绕丝作业变得容易，在成为通常的生产线速度时，可动型导辊移到4、5位置，于是包层光纤的弹性扭转沿长向相消，不会产生障碍。
在以上实施形式中例示的是将自由区间设在拉丝机与绕丝筒之间，但要是在通过摆动导辊之后，也可将自由区间设于拉丝机的跟前。当由于设置现场等理由未能在拉丝工序中设置自由区间时，当听任将残留扭转大的包层光纤一旦卷绕到绕丝筒上时，在从绕丝筒上将包层光纤抽出时就需充分注意，同时使其通过设有自由区间的另外的装置而卷到绕丝筒上，这样也能减少包层光纤中的残留应力。
本发明的包层光纤的制造方法与制造装置能用来制造各种包层光纤，特别适用于制造偏振波色散大的色散补偿光纤。
权利要求
1.一种包层光纤制造方法，是将光纤母材的端部加热软化，拉制成玻璃纤维，于此玻璃纤维上施加包层，使制成的包层光纤通过周期地摆动的摆动导辊而让包层光纤扭转，由此使该包层光纤内部的玻璃纤维能绕自身轴线扭转，此方法包括步骤使经过摆动导辊的包层光纤通过光纤能绕光纤轴线自由转动的自由区间，使包层光纤上扭转方向沿光纤的长向交换反转，由此使贮存的弹性扭转沿此长向相互抵消，上述自由区间的区间长度L(m)大于和等于由 所定义的L0(m)。
2.根据权利要求1所述包层光纤的制造方法，其中所述自由区间的长度可以调节。
3.根据权利要求1所述包层光纤的制造方法，其中所述包层光纤的最高生产线速度≥600m/分而所述摆动导辊每单位时间内往复摆动的次数≤300次/分。
4.一种包层光纤制造装置，包括将光纤母材的端部加热软化而拉出玻璃纤维的拉丝炉，给此玻璃纤维上施加包层的包层装置，通过使已包层的包层光纤扭转而让玻璃纤维绕自身轴线扭转的摆动导辊；其中设有使经过此摆动导辊的包层光纤能以绕自身轴线转动的自由状态通过的自由区间，此区间长度L(m)则大于和等于由 所定义的L0(m)。
5.根据权利要求4所述的包层光纤的制造装置，其中所述自由区间是夹在两个导向部件间的区域，上述包层光纤一面与其他部件保持非接触状态，一面保持成能沿两个导向件间一直前进。
6.根据权利要求4所述的包层光纤的制造装置，其中所述自由区间的两端至少有一端设有可移动的导辊。
7.根据权利要求4所述的包层光纤的制造装置，其中所述自由区间内设有至少一个中间导辊，此导辊具有光滑的辊面能使包层光纤以绕其自自身轴线自由转动的状态下通过。
8.根据权利要求7所述的包层光纤的制造装置，其中所述中间导辊的至少一个按可移动的方式设置。
9.一种包层光纤，是通过将光纤母材的端部加热软化，拉制成玻璃纤维，再于此玻璃纤维上进行涂层，使制成的包层光纤通过周期地摆动的摆动导辊而让包层光纤扭转，由此使该包层光纤内部的玻璃纤维能绕自身轴线扭转，同时使通过此摆动导辊的包层光纤经过该包层光纤能绕光纤轴线自由转动的自由区间，此自由区间的区间长度L(m)≥由 所定义的L0(m)，由此，该包层光纤中的扭转方向沿光纤的长向将交互反转，从而使贮存的弹性扭转沿长向相消。
全文摘要
包层光纤21的制造方法,将光纤母材11的端部加热软化,拉制成玻璃纤维13并加包层16、19,再通过周期地摆动的摆动导辊23而让其扭转,使内部的玻璃纤维能绕轴线扭转,同时使经过摆动导辊的包层光纤通过能绕光纤轴线自由转动的自由区间(拉丝装置26与绕丝筒27之间),使包层光纤中扭转方向沿光纤长向上交互反转,而使贮存的弹性扭转相消,此自由区间长度L(m)≥由L
文档编号C03B37/02GK1337924SQ00803195
公开日2002年2月27日 申请日期2000年1月26日 优先权日1999年1月27日
发明者吉田元秀, 常石克之, 鲤田雅夫, 永山胜也 申请人:住友电气工业株式会社