特許 7384177 巻き取り装置および巻き取り方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-13

(45)【発行日】2023-11-21

(54)【発明の名称】巻き取り装置および巻き取り方法

(51)【国際特許分類】

   B65H 57/14 20060101AFI20231114BHJP

   B65H 54/28 20060101ALI20231114BHJP

【ＦＩ】

B65H57/14

B65H54/28 L

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020566430

(86)(22)【出願日】2020-01-15

(86)【国際出願番号】 JP2020001071

(87)【国際公開番号】W WO2020149303

(87)【国際公開日】2020-07-23

【審査請求日】2022-09-21

(31)【優先権主張番号】P 2019004634

(32)【優先日】2019-01-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002343

【氏名又は名称】弁理士法人 東和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】斎藤 崇広

(72)【発明者】

【氏名】岡崎 巌

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 竜太郎

(72)【発明者】

【氏名】森本 仁広

(72)【発明者】

【氏名】加藤 誠幸

【審査官】大谷 謙仁

(56)【参考文献】

【文献】実開昭５８－０７１０５１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特公昭４８－０３１３１３（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特公昭４８－０３１３１４（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開平０６－０５１１３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５５－０８０６５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６５Ｈ ５７／１４

Ｂ６５Ｈ ５４／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光ファイバを巻き取るボビンと、
該ボビンを覆い、前記光ファイバを挿通するために前記ボビンの軸方向に平行なスリットを設けたカバーと、
前記ボビンに直接前記光ファイバを導くローラと、
を備えた巻き取り装置であって、
前記光ファイバの巻き取り時に、前記ボビンの前記光ファイバのボビン巻胴径に応じて、前記ローラを前記ボビンに対し相対的に移動させるか、または、前記カバーのスリットの位置を周方向に移動させて、前記カバーと前記光ファイバとの接触を防止する機構を設けた巻き取り装置。

【請求項2】

前記ボビンと前記ローラとの相対移動の方向は、巻き始めの前記光ファイバの方向と前記ローラの軸とに直交する成分を含む方向である、請求項１に記載の巻き取り装置。

【請求項3】

前記ボビン巻胴径は前記光ファイバの巻き取り長から算出する、請求項１または２に記載の巻き取り装置。

【請求項4】

前記ボビン巻胴径は前記ボビンにまかれた前記光ファイバの重量から算出する、請求項１または２に記載の巻き取り装置。

【請求項5】

光ファイバを巻き取るボビンと、
該ボビンを覆い、前記光ファイバを挿通するために前記ボビンの軸方向に平行なスリットを設けたカバーと、
前記ボビンに直接前記光ファイバを導くローラと、
を備えた巻き取り装置の巻き取り方法であって、
前記光ファイバの巻き取り時に、前記ボビンの前記光ファイバのボビン巻胴径に応じて、前記ローラを前記ボビンに対し相対的に移動させるか、または、前記カバーのスリットの位置を周方向に移動させて、前記カバーと前記光ファイバとの接触を防止する巻き取り方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、巻き取り装置および巻き取り方法に関する。
本出願は、２０１９年１月１５日出願の日本国特許出願２０１９－００４６３４号に基づく優先権を主張し、当該出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ボビンの外周にカバーを付け、フリー状態となった切断端末線が、巻取られた巻線体に跳ね返らないようにした光ファイバの巻き取り装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】日本国特開２００５－２００１１４号公報

【発明の概要】

【0004】

本開示の一態様に係る巻き取り装置は、光ファイバを巻き取るボビンと、
該ボビンを覆い、前記光ファイバを挿通するために前記ボビンの軸方向に平行なスリットを設けたカバーと、
前記ボビンに直接前記光ファイバを導くローラと、
を備えた巻き取り装置であって、
前記光ファイバの巻き取り時に、前記ボビンの前記光ファイバのボビン巻胴径に応じて、前記ローラを前記ボビンに対し相対的に移動させるか、または、前記カバーのスリットの位置を周方向に移動させて、前記カバーと前記光ファイバとの接触を防止する機構を設けたものである。

【0005】

また、本開示の一態様に係る巻き取り方法は、光ファイバを巻き取るボビンと、
該ボビンを覆い、前記光ファイバを挿通するために前記ボビンの軸方向に平行なスリットを設けたカバーと、
前記ボビンに直接前記光ファイバを導くローラと、
を備えた巻き取り装置の巻き取り方法であって、
前記光ファイバの巻き取り時に、前記ボビンの前記光ファイバのボビン巻胴径に応じて、前記ローラを前記ボビンに対し相対的に移動させるか、または、前記カバーのスリットの位置を周方向に移動させて、前記カバーと前記光ファイバとの接触を防止するものである。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1A】本開示の第１の実施形態に係る巻き取り装置の構成例を示す図である。

【図1B】図１Ａの矢視Ｂ―Ｂの断面図である。

【図2A】本開示の第１の実施形態に係る巻き取り装置における、光ファイバの巻き始め時点でのボビンとローラとの位置を示す図である。

【図2B】図２Ａの巻き取り装置において、光ファイバを巻き取ることによりボビン巻胴径が大きくなった時点でのボビンとローラとの位置を示す図である。

【図3】ボビンに巻き取った光ファイバの長さとボビン巻胴径の関係について説明するための図である。

【図4】ボビンに巻き取った光ファイバの巻き取り長とボビン巻胴径の関係について、計算値と実測値の関係を示す図である。

【図5】ボビン巻胴径と光ファイバの巻取りの角度を示す図である。

【図6】ボビンに巻き取った光ファイバの巻き取り長に対するローラの移動量の計算値と、実際のローラを移動させた実測値の関係を示す図である。

【図7】本開示の第５の実施形態に係る巻き取り装置の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

［本開示が解決しようとする課題］
巻き取り装置は、連続的に送られてくる電線、光ファイバ等の線条体をボビンに高速で巻取る場合、線条体が途中で断線すると、すぐに停止できないため、切断端末線がフリー状態となってボビンの回転と共に周りを振れ回る。このため、切断端末線は周囲の障害物や突起物に当たって、巻取られた巻線体に跳ね返り、巻線体の表面を叩く線叩きと言われている状態が生じる。この線叩きは、高速巻取りではその影響が顕著で、巻取られた線条体に傷をつける。特に線条体が光ファイバである場合は、巻取られた光ファイバが低強度となるかもしくは破断する。このような線叩きが生じると、巻取られた光ファイバを廃棄しなければならず、歩留まり低下の原因となっていた。
特許文献１に開示された光ファイバの巻き取り装置では、ボビンの外周に設けたカバーによって、線叩きによる影響を軽減することができる。しかしながら、ボビンに巻かれる光ファイバの量が増えるほど、ボビン巻胴径が大きくなり、ローラからボビンに導入する光ファイバとボビン外周に設けたカバーが当たってしまうことがあった。これを防ぐためにはカバーの開口を大きくすればよいが、開口が大きくなると、断線時にたわんだ光ファイバがボビン表面の光ファイバを傷つけやすくなる。このため、開口の大きさはできるだけ小さくすることが好ましい。

【0008】

本開示は、これらの実情に鑑みてなされたものであり、ボビンを覆うカバーとボビンに巻き取られる光ファイバとが接触するのを防止し、光ファイバの円滑な巻き取りが可能な巻き取り装置および巻き取り方法を提供することをその目的とする。

【0009】

［本開示の効果］
本開示によれば、ボビンを覆うカバーとボビンに巻き取られる光ファイバとが接触するのを防止し、光ファイバの円滑な巻き取りが可能な巻き取り装置および巻き取り方法を得ることができる。

【0010】

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施形態を列記して説明する。本開示の一態様に係る巻き取り装置は、（１）光ファイバを巻き取るボビンと、
該ボビンを覆い、前記光ファイバを挿通するために前記ボビンの軸方向に平行なスリットを設けたカバーと、
前記ボビンに直接前記光ファイバを導くローラと、
を備えた巻き取り装置であって、
前記光ファイバの巻き取り時に、前記ボビンの前記光ファイバのボビン巻胴径に応じて、前記ローラを前記ボビンに対し相対的に移動させるか、または、前記カバーのスリットの位置を周方向に移動させて、前記カバーと前記光ファイバとの接触を防止する機構を設けたものである。
これにより、ボビンの外周を覆うカバーとボビンに巻き取られる光ファイバとが接触するのを防止し、光ファイバの円滑な巻き取りが可能となる。

【0011】

（２）前記ボビンと前記ローラとの相対移動の方向は、巻き始めの前記光ファイバの方向と前記ローラの軸方向とに直交する成分を含む方向であってよい。
これにより、必要なボビンまたはローラの移動距離の算出を簡単に行うことができる。

【0012】

（３）前記ボビン巻胴径は前記光ファイバの巻き取り長から算出してもよく、また、（４）前記ボビンに巻かれた前記光ファイバの重量から算出してもよい。
これにより、種々の方法でボビンに巻かれる光ファイバのボビン巻胴径を算出することができる。

【0013】

また、本開示の一態様に係る巻き取り方法は、（５）光ファイバを巻き取るボビンと、
該ボビンを覆い、前記光ファイバを挿通するために前記ボビンの軸方向に平行なスリットを設けたカバーと、
前記ボビンに直接前記光ファイバを導くローラと、
を備えた巻き取り装置の巻き取り方法であって、
前記光ファイバの巻き取り時に、前記ボビンの前記光ファイバのボビン巻胴径に応じて、前記ローラを前記ボビンに対し相対的に移動させるか、または、前記カバーのスリットの位置を周方向に移動させて、前記カバーと前記光ファイバとの接触を防止するものである。
これにより、ボビンの外周を覆うカバーとボビンに巻き取られる光ファイバとが接触するのを防止し、線条体の円滑な巻き取りが可能となる。

【0014】

（本開示の実施形態の詳細）
以下、図面を参照しながら、本開示の巻き取り装置および巻き取り方法に係る好適な実施形態について説明する。また、以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。また、複数の実施形態について組み合わせが可能である限り、本開示は任意の実施形態を組み合わせたものを含む。
なお、本発明の範囲は、本開示の例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【0015】

（第１の実施形態）
図１は、本開示の一実施形態に係る巻き取り装置の構成例を示す図である。図１Ａは、ボビンとローラの配置を側面から見た図であり、図１Ｂは、図１Ａの矢視Ｂ―Ｂの断面図である。
巻き取り装置１は、ボビン１０と、線叩き防止用のカバー１３と、ローラ２０と、を備えている。
ボビン１０は、胴部１１と胴部１１の両端に設けた鍔部１２を有する。ローラ２０は、ボビン１０の上流側直前に配置されている。カバー１３は、ボビン１０の径方向外側に当たる外周を覆う。また、カバー１３は、略円筒形状をしており、光ファイバ３０が挿通するボビン１０の軸方向に平行なスリット１４を有している。ボビン１０は図示しない駆動装置によって、図１Ａで反時計方向に回転され、例えば、線引き後の光ファイバ３０を巻き取っている。
なお、上記の「上流側直前」というのは、ローラ２０とボビン１０との位置が近いという意味ではなく、図１Ａに示すように、ボビン１０の上流側にあるローラ２０からボビン１０の間に、光ファイバ３０に接触する他のローラ等の部材が無いということを意味する。すなわち、ローラ２０は、ボビン１０に光ファイバ３０を直接導くローラである。光ファイバ３０を直接導くローラであれば、例えばローラ２０はボビン１０からある程度離れた位置にあってもよい。

【0016】

次に、本実施形態におけるボビンとローラとの位置関係について説明する。図２Ａは、巻き取り装置１における、ボビンとローラとの位置関係を説明するための図であり、光ファイバ３０の巻き始め時点でのボビンとローラとの位置を示している。図２Ｂは、図２Ａの巻き取り装置１において、所定の長さの光ファイバ３０を巻き取ることにより、ボビン巻胴径が大きくなった時点でのボビンとローラとの位置を示している。

【0017】

図２Ａに示すように、ローラ２０に案内された光ファイバ３０は、ボビン１０の胴部１１の外周に巻き回される。巻き取り装置１は、巻き始めにおいて光ファイバ３０がカバー１３に設けたスリット１４の中心位置を通過するように、ボビン１０とローラ２０の位置が調整されている。巻き始めにおける光ファイバ３０のパス（移動経路）はＸ軸方向に一致するものとする。ボビン１０に巻き取られる光ファイバ３０の巻き取り量（長さ）が増えるにしたがって、ボビン巻胴径Ｄｎは大きくなる。ボビン巻胴径Ｄｎが大きくなった際に、ローラ２０の位置が巻き始めの位置から動かなければ、光ファイバ３０のパスは図２Ｂの二点鎖線で示す位置になり、カバー１３に接触する。

【0018】

本実施形態では、ボビン巻胴径Ｄｎが大きくなるにしたがって、ローラ２０の位置をＹ軸方向に移動させている。これにより、光ファイバ３０は、巻き取り量が増加しても、カバー１３のスリット１４の中心位置を通過し、光ファイバ３０がカバーに接触することがない。
本実施形態では、光ファイバ３０のボビン巻胴径Ｄｎに応じてローラ２０の移動量ａを制御する。この制御のために、予め線引きした光ファイバ３０の巻き取り長（線引長）とボビン１０のボビン巻胴径Ｄｎの関係を調べておく。そして、この関係を基に、光ファイバ３０の巻き取り長に対して、ローラ２０の相対位置をどの程度動かせばよいか求めて、フィードフォワード制御すればよい。なお、実際のローラ２０の移動方向はＹ軸方向に一致している必要はない。この場合、ローラ２０の移動方向はＹ軸成分を含む方向であればよい。その際のＹ軸方向成分の移動量が移動量ａであればよい。

【0019】

ボビン１０のボビン巻胴径Ｄｎと光ファイバ３０の巻き取り長（線引長）との関係については、実験によって求めてもよく、或いは、数値計算で求めてもよい。本実施形態では、数値計算によって光ファイバ３０の長さからボビン１０のボビン巻胴径Ｄｎを求め、このボビン巻胴径Ｄｎからローラ２０の移動量を下記のように決定している。なお、光ファイバ３０の巻き取り長は、別途計測しておけばよい。図３は、ボビンに巻き取った光ファイバの長さとボビン巻胴径の関係について説明するための図である。

【0020】

ボビン１０の胴部１１の直径をＲ、軸方向長さをＬ、光ファイバ３０の直径をｒ、第ｎ層目のボビン巻胴径をＤｎ（ｎは整数）とする。光ファイバ３０はボビン１０の胴部１１に隙間なく密に引きつめられていくと仮定する。こうすると、第１層目のボビン巻胴径Ｄ１、第２層目のボビン巻胴径Ｄ２、および、第ｎ層目のボビン巻胴径Ｄｎは次の式１で表せる。なお、ボビン巻胴径Ｄｎは、ボビン１０に巻き取った最外周に位置する光ファイバ３０の中心とボビン１０の中心に対して反対側にある最外周の光ファイバ３０の中心までの距離に相当する。光ファイバ３０としては、例えば、直径１２５μｍのガラスファイバに紫外線硬化型樹脂による１次被覆層および２次被覆層をそれぞれ被覆し、さらに最外周に紫外線硬化型インクによる着色層を被覆して直径ｒを２５０μｍとしたものが適用できる。

【数1】

１層当たりの光ファイバ３０の巻き数をｋとする。第１層目の光ファイバの巻き取り長Ａ１、第２層目の光ファイバの巻き取り長Ａ２、および、第ｎ層目の光ファイバの巻き取り長Ａｎ（ｎは整数）は、次の式２で表せる。

【数2】

【0021】

光ファイバ３０の巻き取り長から、光ファイバ３０がボビン１０の第何層(第ｎ層)目に巻かれているかを式２から計算し、その層数ｎを式１に当てはめることによってボビン巻胴径Ｄｎを求めることができる。図４は、ボビンに巻き取った光ファイバの巻き取り長（線引長）とボビン巻胴径の関係について、計算値と実測値の関係を示す図である。破線が式２で求めた計算値を示し、◇印が実測値を示している。図４では、ボビン巻胴径は比率（巻き始めの胴径と第ｎ層目の胴径との比）で示しているが、計算値と実測値とは概ね一致しており、光ファイバの巻き取り長からボビン巻胴径Ｄｎを知ることができる。

【0022】

ボビン巻胴径Ｄｎの変化に応じて、光ファイバ３０がカバー１３に接触しないようにローラ２０をＹ軸方向に移動させる移動量ａを求める。図２Ａに示すように、ボビン１０の中心とローラ２０の中心のＸ軸方向の距離をＬｘ、巻き始め時における光ファイバ３０のボビン１０の接触点Ｓからカバー１３のスリット１４の中点Ｐまでの距離をＬａ、カバー１３の直径をＬｂ（詳細には、カバー１３の厚さの中間点どうしの直径）とすると、カバー１３のスリット１４の中点Ｐからローラ２０の接触点までの距離Ｌｙは、次の式３で表せる。

【数3】

【0023】

そして、図２Ｂに示すように、ボビン巻胴径Ｄｎが大きくなった場合にローラ２０を移動量ａだけＹ軸方向に移動させるものとすると、光ファイバ３０のパスはＸ軸に対して角度θだけ傾く。この時の傾きの角度θを用いると移動量ａは次の式４で求まる。

【数4】

ボビン１０の中心とローラ２０の中心のＸ軸方向の距離をＬｘとすると、カバー１３の直径Ｌｂ、ボビンの直径Ｒは既知であるから、式４から移動量ａを求めるためには、角度θを求めればよい。

【0024】

図５は、ボビン巻胴径と光ファイバの巻取りの角度を示す図である。スリット１４の中点Ｐからボビン１０の胴部１１への接線とボビン１０の中心を結ぶ線とがなす角度をαとする。ｎ層目のボビン巻胴径Ｄｎは式１から求まる。また、ボビン１０の中心から一番外側に巻かれた光ファイバ３０の中心までの距離は、Ｄｎ/２となる。図５に示す三角形ＯＰＱ、および三角形ＯＰＳに関して、次の式５が成り立つ。ここで、Ｏはボビン１０の中心点、Ｑはスリット１４の中点Ｐからボビン１０の最外周に巻かれた光ファイバ３０の中心への接線の接点である。

【数5】

【0025】

よって、角度θは次の式６によって求まる。

【数6】

式６において、光ファイバ３０の径ｒ、ボビン１０の胴部１１の直径Ｒ、カバー１３の直径Ｌｂは既知であるため、式１から求めたボビン巻胴径Ｄｎから角度θを得ることができる。そして、式６で求めた角度θを式４に代入することによって、ローラ２０の移動量ａを求めることができる。

【0026】

図６は、ボビンに巻き取った光ファイバの巻き取り長に対するローラの移動量の計算値と、実際のローラを移動させた実測値の関係を示す図である。図６において、破線は、線引中の光ファイバ３０の巻き取り長に基づいて、式４から計算したローラ２０の移動量をプロットしたものである。◇印は、実際の線引中において、光ファイバ３０のいくつかの巻き取り長において、スリット１４の中心を通るようにローラ２０を移動させた際の、ローラ２０の移動量の実測値を示したものである。図６に示すように、実測値と計算値はほぼ一致した。また、実際のローラ２０の位置を計算値で算出した値の位置に置いた結果、全ての実測値の点において、光ファイバ３０がカバー１３に接触せずに巻き取り可能であることを確認した。

【0027】

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、ボビン巻胴径Ｄｎを光ファイバ３０の巻き取り長から算出する方法について述べたが、ボビン巻胴径Ｄｎは、ボビン１０に巻き取った光ファイバ３０の重量に応じて変化する。このため、ボビン巻胴径Ｄｎを光ファイバ３０の巻き取り長から算出する代わりに、ボビン１０に巻かれた光ファイバ３０の重量から算出してもよい。ボビン１０に巻かれた光ファイバ３０の重量を求めるには、光ファイバ３０が巻かれた状態のボビン１０の重量を計測し、予め計測しておいたボビン１０単体の重量を引けばよい。このようにして求めた、ボビン１０に巻かれた光ファイバ３０の重量からボビン巻胴径Ｄｎを算出するようにしてもよい。

【0028】

（第３の実施形態）
第１、第２の実施形態では、ボビン巻胴径Ｄｎを光ファイバ３０の巻き取り長やボビン１０に巻かれた光ファイバ３０の重量から求めたが、ボビン巻胴径Ｄｎを直接求めるようにしてもよい。ボビン巻胴径Ｄｎを求める方法としては、例えば、光学測距装置を用いて、カバー１３のスリット１４を通してボビン巻胴径Ｄｎを得ることができる。

【0029】

（第４の実施形態）
第１の実施形態では、ボビン巻胴径Ｄｎが大きくなるにしたがって、ローラ２０をＹ軸方向に動かしたが、ローラ２０を動かす代わりに、ボビン１０とカバー１３をＹ軸方向に動かしてもよい。さらに、ローラ２０、および、ボビン１０とカバー１３の両者を動かしてもよい。このように、ローラ２０、および、ボビン１０とカバー１３とは、相対的に移動するようにしておけばよい。

【0030】

（第５の実施形態）
図７は、本開示の第５の実施形態に係る巻き取り装置の構成例を示す図である。第１の実施形態では、ボビン巻胴径Ｄｎが大きくなるにしたがって、ローラ２０をＹ軸方向に動かしたが、本実施形態の巻き取り装置１’では、ボビン巻胴径Ｄｎが大きくなるにしたがって、図示しない駆動装置によって、カバー１３のスリット１４の位置を周方向（矢印Ａ方向）に移動させている。これによって、ボビン１０の外周を覆うカバー１３とボビン１０に巻き取られる光ファイバ３０とが接触するのを防止できる。

【0031】

上記実施形態のいずれの方法を用いる場合においても、巻き取り装置１（１’）は、下記の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を、巻き取り装置１（１’）内部、あるいは別装置として備えている。
（ａ）各構成要素の諸元として、例えば、光ファイバ３０の径ｒ、ボビン１０の胴部の径Ｒ、ボビン１０の中心とローラ２０の中心のＸ軸方向の距離Ｌｘ、巻き始め時における光ファイバ３０のボビン１０の接触点Ｓからカバー１３のスリット１４の中点Ｐまでの距離Ｌａ、カバー１３の直径Ｌｂ等を記憶しておくためのメモリ。
（ｂ）各演算を行うためのプログラムを格納したメモリ。
（ｃ）光ファイバ３０の巻き取り長やボビン重量、あるいは、光学測距装置からの計測信号を処理するための演算装置。

【符号の説明】

【0032】

１、１'：巻き取り装置
１０：ボビン
１１：胴部
１２：鍔部
１３：カバー
１４：スリット
２０：ローラ
３０：光ファイバ

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】