WO1991008079A1 - Method and apparatus for manufacturing metal pipe clad optical fiber cable - Google Patents

Method and apparatus for manufacturing metal pipe clad optical fiber cable Download PDF

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optical fiber
fiber cable
metal
tube
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PCT/JP1990/001579
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Yasunori Yoshie
Takashi Tsukui
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • G02B6/4486—Protective covering
    • G02B6/4488—Protective covering using metallic tubes

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for manufacturing a metal tube-coated optical fiber cable.
  • the breaking strength of the optical fiber is about 6 (kg) with a diameter of 126 (/m), which is quite high, but the elongation rate when this tension is applied is 3 to 6%, which is higher than that of conventional cables. Significantly smaller than aluminum. Therefore, it is necessary to secure the strength by placing a tensile strength member in the optical fiber cable. Also, the strength of optical fibers may deteriorate when immersed in water. Therefore, when laying an optical fiber cable on the bottom of the sea or under water, it is necessary to use an optical fiber cable with a jacket structure in which the optical fiber cable is covered with a thin metal tube in order to secure the installation tension and water resistance. be.
  • the heat generated when joining the gaps of the metal pipes is applied to the optical fiber for a relatively long time, which may cause thermal damage.
  • laser beams with a narrowed diameter are used to weld the butt portions of the metal tubes to continuously manufacture optical fiber cables coated with metal tubes.
  • a device and method for this are disclosed, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-35514.
  • This metal-coated optical fiber cable manufacturing apparatus forms a continuously fed flat metal strip into a metal tube having a longitudinal gap at the neck.
  • An introduction tube is inserted into the metal pipe through the gap in the metal pipe, and the optical fiber is introduced into the metal pipe by the introduction tube. After closing the gap in the metal tube into which the optical fiber is introduced, the metal tube is sent to the laser welding equipment.
  • the laser welding equipment welds the butted parts by irradiating a laser beam focused on a position spaced outward from the surface of the butted parts while positioning the top butted parts of the sent metal pipes with guide rollers. This defocusing to the outside of the butt allows welding of the butt without protecting the optical fiber with a heat shield.
  • the metal tube containing the optical fiber cable After reducing the outer diameter of the metal tube containing the optical fiber cable to a predetermined size, it is wound around a cabustan and pulled out continuously.
  • spatter is generated during welding, but if the guide tube is close to the projecting portion, the spatter deposited on the introduction tube is likely to come into contact with the back bead on the back surface of the welded portion, and the spatter adheres. Contact with the back side of the welded part destroys the heat balance of the welded part, resulting in poor welding. In order to avoid welding defects due to this spatter, If the generation of the back bead portion, which is the source of the tatter, is suppressed too much, an unwelded portion will occur. Also, when the introduction tube is in contact with the butt portion, a phenomenon similar to poor welding due to spatter occurs. For this reason, it has the disadvantage that it is practically impossible to carry out a continuous manufacturing operation for a long period of time (a long product manufacturing operation).
  • the metal pipe is heated above the boiling point, and part of it evaporates or scatters, creating holes in the irradiated surface.
  • the laser beam is focused above the metal pipe, avoiding the laser beam from being focused within the wall thickness of the abutting portion of the metal pipe.
  • the focus is placed on the upper part of the metal pipe, the cross-sectional shape of the molten part becomes the shape of a lower bulge, and shrinkage holes and cracks are likely to occur inside, and there is a disadvantage that the amount of spatter increases. rice field.
  • the present invention has been made to solve such drawbacks, and it is possible to reliably weld the butt portions of metal pipes, to prevent damage to the fiber cable during welding, and to operate continuously for a long time. It is an object of the present invention to provide a manufacturing apparatus and manufacturing method for a metal tube coated optical fiber cable that can
  • An apparatus for manufacturing a metal tube coated optical fiber cable comprises an assembly comprising a plurality of roller pairs for shaping a pulled metal strip and abutting both ends thereof to form a metal tube; A laser beam is applied to the butt joints to form a sealed metal tube.
  • An apparatus for manufacturing a metal tube-coated optical fiber cable having a welding means and an optical fiber introduction means for introducing an optical fiber or an optical fiber bundle into the formed metal tube,
  • the laser welding means determines the maximum value of the defocus amount (defocus amount) of the laser beam emitted from the laser irradiation means by the minimum value of the back bead radiation determined according to the outer diameter of the metal pipe, and determines the defocus amount.
  • the minimum value of is determined by the maximum value of the back bead width determined according to the thickness of the metal pipe,
  • the laser beam is irradiated while being defocused (defocused) within the defocus amount.
  • throttling means for reducing the outer diameter of the sealed metal tube, and the metal strip, the formed metal tube and the optical fiber or optical fiber through the assembly, the optical fiber introduction means, the laser welding means and the throttling means.
  • a pulling means is preferably provided for continuously pulling the sealed metal tube containing the fiber bundle.
  • the optical fiber introduction means may have an introduction tube that is inserted into the metal tube being formed and is elastically pressed against the inner wall of the metal tube on the side opposite to the irradiation surface at the irradiation position of the laser light. Preferred.
  • the laser irradiation means of the laser welding means such that the focus of the laser beam is aligned with the inside of the metal pipe.
  • a metal strip to be pulled is passed through a forming roller.
  • a forming step of forming a metal tube by using a laser beam a laser welding step of welding the abutting portion of the metal tube to form a sealed metal tube; and an optical fiber introduction step of introducing an optical fiber or an optical fiber bundle into the metal tube.
  • the maximum defocus amount of the irradiated laser beam is determined by the minimum back bead width determined according to the outer diameter of the metal tube, and the minimum defocus amount is determined according to the thickness of the metal tube. Determined by the maximum value of the back bead width, the welding speed is set by the maximum and minimum values of the defocus amount, and the laser beam is irradiated while defocusing within the range of the defocus amount.
  • the introduction tube inserted into the metal tube being formed to introduce the optical fiber or the optical fiber bundle is elastically pressed against the inner wall of the metal tube on the side opposite to the irradiated surface at the laser beam irradiation position. It is desirable to
  • the defocusing is preferably performed by focusing the laser beam inside the metal tube.
  • an optical fiber cable is guided by an introduction tube that also serves as a heat shield and is introduced into a metal tube to be coated.
  • the thermal effect on the optical fiber cable is reduced by elastically contacting the inner wall of the metal tube on the side opposite to the projecting portion of the metal tube.
  • the maximum defocus amount of the laser beam irradiated to the butted portion is determined by the minimum back bead width determined according to the outer diameter of the metal tube, and the minimum defocus amount is determined according to the thickness of the metal tube. fixed
  • the welding speed is set according to the maximum and minimum values of the defocus amount, and the laser beam is irradiated while defocusing within the range of the defocus amount. By doing so, welding is performed with an appropriate irradiation power density according to the dimensions of the metal pipe.
  • FIG. 1 is an overall block diagram showing an embodiment of the present invention
  • Figs. 2A and 2B are sectional views showing metal pipes in the forming process respectively
  • Figs. 3A, 3B and 3C. 4 is a side view showing the forming roller pair of the second assembly
  • FIG. 4 is a block diagram showing the optical fiber introduction means
  • FIG. 5 is a block diagram showing the laser welding means
  • FIG. 6 is a side view showing the guide shoe.
  • Figures 7A and 7B show the tension variable means and the tension adjusting means, respectively
  • Figure 7A is a top view
  • Figure 7B is a front view
  • Figure 8 is the projecting portion of the metal pipe.
  • Fig. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between pipe outer diameter and back bead width;
  • Fig. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between pipe outer diameter and back bead width; Fig.
  • FIG. 1 is an overall block diagram showing one embodiment of the present invention.
  • the apparatus for manufacturing a metal tube-coated optical fiber cable comprises a first assembly 3 and a second assembly which form a metal strip 1 and abut both ends to form a metal tube.
  • an assembly 2 consisting of a three-dimensional body 4; an optical fiber introducing means 6 provided between the first assembly 3 and the second assembly 4 for introducing an optical fiber cable 5 into the molded metal tube; 2 has a laser welding means 7 provided in the latter stage.
  • a measuring section 8 and a narrowing means 9 are connected to the rear stage of the laser welding means 7 .
  • a pulling means consisting of a tension variable means 11 and a tension adjusting means 13 for the metal tube coated optical fiber cable 12.
  • the tension variable means 11 the tension adjustment means 13, the tension adjustment means 14 of the metal strip 1 and the tension adjustment means 15 of the optical fiber cable 5 provided in the front stage of the assembly 2, It constitutes a surplus length control means for arbitrarily adjusting the relative length of the optical fiber cable to the metal tube, that is, the surplus length.
  • the first assemblies 3 constituting the assembly 2 are continuously arranged in a row. It consists of a plurality, for example, five sets of forming roller pairs 31a to 31e. Each forming mouth pair 31a to 31e has a different forming surface in sequence, and the continuously fed metal strip 1 is formed on the top as shown in the cross-sectional view of FIG. 2A. It is processed into a substantially U-shaped metal tube 1a having a vertical gap 16.
  • the second assembly 2 also consists of a plurality of, for example, five pairs of forming rollers 41a to 41e arranged in a continuous line, as shown in FIGS. 3A, 3B and 3C.
  • the upper rollers of the forming roller pairs 41a to 41d in the preceding stage have fins 17 whose widths are gradually reduced. Then, the gap 16 of the metal tube 1a is engaged with the fin 17, and while positioning so that the gap 16 comes to the top of the metal tube 1a, the gap of the gap 16 is made small, The forming roller pair 41e at the final stage abuts the gap 16 to form a metal tube 1b that is almost completely closed at the abutting portion 18 as shown in FIG. 2B.
  • the optical fiber introduction means 6 as shown in the partial cross-sectional view of FIG. It has an inert gas supply tube 63 connected by 2.
  • the introduction tube 61 is made of a metal with good thermal conductivity, such as copper or a mesh alloy, and is formed to have an outer diameter smaller than the inner diameter of the metal tube lb.
  • This introduction tube 61 is inserted from the gap 16 of the metal tube 1 between the first assembly 3 and the second assembly 4, and its tip passes through the laser welding means 7 and is subjected to the eddy current flaw detection of the measurement part 8. In front of Machine 8 1 positioned.
  • the reason why the tip of the introduction tube 6 1 is inserted up to the front of the eddy current flaw detector 8 1 is to prevent the flaw detection accuracy from being adversely affected if the introduction tube 6 1 is passed through the eddy current flaw detector 8 1. .
  • the introduction tube 61 is passed through the eddy current flaw detector 81 and does not adversely affect the flaw detection result, for example, the diameter of the metal pipe is large and the introduction tube 61 is placed on the opposite side of the flaw detection position. If it is in contact with the inner wall of the metal pipe, it may be passed beyond this position, for example, up to this side of the throttling means 9 o
  • This lead-in tube 61 is attached upward in front and Z or behind the laser beam irradiation position of the laser welding means 7 and is in elastic contact with the inner wall surface of the metal tube 1b. 9), or the metal tube 1b is placed above the laser beam irradiation position by a certain distance as shown in FIG. 20, or the introduction tube 61 It is arranged so as to contact the inner wall of the metal tube 1b on the side opposite to the laser beam irradiation position by giving it a downward elastic force.
  • the introduction tube 61 is bent from the state I to the state ⁇ ((A) in the figure), brought into contact with the inner wall of the metal tube 1b in the state ⁇ ((B) in the figure), and the optical fiber introduction means Curved by fixing 6 in an appropriate position It can be easily achieved by maintaining the state.
  • a positioning mechanism 612 such as a spring mechanism to the optical fiber introduction means 6 as necessary.
  • the positioning part 71 which will be described later, is finely adjusted.
  • the later-described servo roll stand 82 is finely adjusted.
  • the laser welding means 7 as shown in the configuration diagram of FIG. 5, consists of a positioning portion 71 for positioning the metal tube 1b and a laser welding portion 72.
  • the positioning part 71 is composed of, for example, two sets of guide shoes 73, 74, a CCD seam monitor 75 provided between the guide shoes 73, 74, and the positions of the guide shoes 73, 74 in the vertical direction. It has a micrometer 76 for horizontal fine adjustment.
  • the guide shoes 73, 74 consist of an upper shoe 73a (74a) and a lower shoe 73b (74b).
  • the shoe 73a (74a) has a flat surface that contacts the metal tube 1b
  • the lower shoe 73b (74b) has, for example, a V-shaped groove that engages with the metal tube 1b. and is biased upward by the panel.
  • the laser welding part 72 has a laser irradiation means 77 and a gas sealing means 78 for sealing the welding position of the metal tube 1b with an inert gas such as argon gas.
  • the laser irradiation means 77 is connected to, for example, a carbon dioxide laser device.
  • a laser beam is guided through an optical system, condensed, and irradiated at an angle of about 90 degrees with respect to the surface of the metal tube 1b.
  • the focal point of this irradiated laser beam is adjusted to be below the abutting portion 18 of the metal tube 1b, that is, to the inside of the metal tube 1b.
  • the measurement unit 8 provided downstream of the laser welding means 7 has a servo roll stand 82, a speedometer 83 and an eddy current flaw detector 81, and checks the welding state and the like.
  • the squeezing means 9 consists of a roller die, and squeezes the outer diameter of the welded and sealed metal tube 1c to a predetermined diameter to form a thin metal tube 1d corresponding to the outer diameter of the optical fiber cable 5.
  • the tension variable means 11 provided on the delivery side of the throttle means 9 is
  • Consists of a capstan with 1 1 b Consists of a capstan with 1 1 b.
  • the surface of one roll 11a is formed smooth, the surface of the other roll 11b is formed with a plurality of grooves, and the metal tube 1d is wound multiple times without overlapping.
  • the tension adjusting means 1 and 3 also have a pair of rolls.
  • It consists of a dancer roll stand having 13a and 13b, and the position of one roll 13b is moved in the direction of the arrow to move the rolls 13a and 13b.
  • Tension adjusting means 14 for adjusting the tension of the metal strip 1 sent to the assembly 2 and the tension of the optical fiber cable 5 sent to the optical fiber introduction port of the introduction tube 61, 15 each consist of a dancer stand. This dancer stand 1 4, 15 varies the tension by moving weights applied to pulleys 14a and 15a engaged with the metal strip 1 and the optical fiber cable 5.
  • the metal strip 1 is continuously supplied to the assembly 2 while adjusting the metal strip 1 to a predetermined tension with the dancer stand 14 .
  • a first assembly 3 of assemblies 2 forms the supplied metal strip 1 into a metal tube 1a having a longitudinal gap 16 at the top.
  • This metal tube 1a is sent to the second assembly 4, and the gap 16 is gradually engaged with the fins 17 of the forming roller pairs 41a and 41b of the second assembly 4 to fill the gap 16. are butted to form a completely closed metal tube lb at the abutting portion 18.
  • the abutting portion 18 After passing the final forming roller 41e, the abutting portion 18 has a small gap 18a as described later, but the gap 18a is formed after the forming roller 41e.
  • a separate CCD monitor (not shown) confirmed that there was no change until just before the laser beam irradiation position.
  • the optical fiber cable 5 adjusted to a predetermined tension by the dancer stand 15 is inserted between the first assembly 3 and the second assembly 4 through the gap 16 of the metal tube 1a. is fed continuously through an introduction tube 6 1 . At the same time, connect to the introduction tube 6 1. Argon gas is supplied from the connected inert gas supply tube 63 and sent into the introduction tube 61.
  • the metal tube 1b into which the introduction tube 61 is inserted is sent to the laser welding means 7. Since the metal pipe lb sent to the laser welding means 7 is positioned by the fins 17 of the forming mouth pair 41a, 41b, the butt part 18 is irradiated from the laser irradiation means 77. It can be precisely adjusted to the position of the laser beam to be projected.
  • the metal tube lb sent to the positioning portion 71 of the laser welding means 7 is guided by being engaged with the grooves of the guide shoes 73,74. Therefore, it is possible to prevent the metal tube 1b from lateral displacement, rotation, and meandering.
  • Observation of the positional variation of the abutment portion 18 by the CCD monitor 75 revealed that the abutment portion 18 moved ⁇ 100 m due to twisting when the guide rollers were used, but the guide rollers did not move. was found to move only ⁇ 15 m when using .
  • the CCD seam monitor 75 detects the position of the abutting portion 18 of the metal tube 1b, and according to the detection result, the micrometer 76 is automatically or manually operated to move the guide shoes 73, 74, and the abutment base. Fine adjustment is made so that the bent portion 18 is at a predetermined position with respect to the focal point of the laser beam.
  • the guide shoes 73 and 74 of the positioning portion 71 prevent the metal tube 1b from rotating and creeping, and the fins
  • the abutting portion 18, which is accurately positioned with respect to the laser irradiation position by the attached rollers 41a to 41d, is guided to the laser irradiation position without meandering the metal tube lb.
  • the introduction tube 61 can be brought into firm elastic contact with the inner wall surface of the metal tube 1b. Contribute to manufacturing operations
  • the positioning portion 7 A metal tube 1b is arranged above or below 1 at a certain distance or more (but within the range of elastic limit) with respect to the bus line, and the metal tube 1b forms two sides of a substantially triangular shape. do.
  • the positioning part 71 functions as means for adjusting the tension of the metal pipes (particularly l c and I d ), like the tension adjusting means 14 for the metal strip described later. This suppresses the vibration of the metal tube 1b at the laser welding position (marked with X in the figure).
  • the adjustment described above enables advanced welding control and further reduces adverse effects of welding, contributing to long-time operation.
  • the metal pipe 1b with the position of the butt portion 18 adjusted in this manner is sent to the laser welded portion 72.
  • the laser welding part 72 welds the butt part 18 by irradiating the laser beam from the laser irradiation means 77 while supplying argon gas to the butt part 18 of the metal tube 1b by the gas seal means 78.
  • the inner surface of this welded portion is sealed by argon gas that flows into the introduction tube 61, blows out from the tip and flows back.
  • the introduction tube 61 guiding the optical fiber cable 5 is arranged so as to elastically contact the inner wall of the metal tube 1b on the side opposite to the laser beam irradiation position. Since a gap is provided between the inner surface of the butt part 18 and the introduction tube 61, the gap and the introduction tube 61 provide heat shielding to reduce the effect of heat on the optical fiber cable 5. Can be made smaller.
  • the positioning portion 71 is adjusted so that the metal pipe lb is positioned above the pass line. , the above arrangement of the introduction tube 61 can be realized more elastically.
  • the temperature rise of the optical fiber cable 5 can be suppressed as much as possible.
  • the temperature in the vicinity of the optical fiber cable 5, which has reached a temperature of C or higher, is about 115 to 135°C by providing the above-mentioned gap, and is reduced to 100°C by flowing argon gas. I was able to get it down to C.
  • the adverse effect of the spatter accumulated on the introduction tube 61 on the welding can be temporally delayed, and the welding can be stably performed for a long period of time.
  • the laser light emitted from the laser irradiation means 77 is adjusted so that the focal position is aligned with the inner side of the metal tube 1b, so that the power density of the laser light emitted to the butted portion 18 is high. Excessive tightening can be prevented, and stable welding can be performed.
  • the focal position to the inside of the metal tube 1b, once the cavity is formed, the laser light reflected by the cavity wall is condensed toward the bottom of the cavity. As a result, a deep cavity is formed, making it possible to keep the melt width almost constant and narrow the back bead width.
  • the back bead can be obtained.
  • the effect of spatter can be suppressed by reducing the width.
  • the minimum back bead width, b min is determined by the fact that no unwelded portion remains in the butt portion 18, and the maximum back bead width, b max , is the limit at which there is no effect of spatter even after long hours of operation. determined.
  • the metal tube 1b is held by the guide shoes 73, 74 at the position of the laser welding means 7, but at the position of the laser welding part 72, the butt part 18 of the metal tube 1b is held by a spring bag. , a minute gap 18a is generated as shown in FIG.
  • the spring bag that produces this minute gap 18a is affected by the rigidity of the metal tube 1b, that is, the outer diameter d of the molded metal tube 1b. For example, a laser with a power of 400 (W) is emitted while a metal tube 1b made of Fe-based stainless steel with a modulus of elasticity of 18000 (kg/ nun2 ) is completely fixed.
  • FIG. 9 shows the width b on the vertical axis.
  • the circle indicates the case where no unwelded portion occurs, and the cross indicates the case where the unwelded portion occurs. Therefore, straight line A indicates the limit where no unwelded portion occurs, and this straight line A becomes b10d.
  • a relative deflection of about ⁇ 5 ( ⁇ m) occurs between the laser beam and the minute gap 18a due to minute vibrations of the device. There was found.
  • the minimum width bmin of the back bead is: L0d ⁇ 5 (m).
  • the minimum width bmin of the back bead is 20 becomes ( m ).
  • a metal tube 1b made of Fe-based stainless steel having a longitudinal elastic modulus of 18000 (kg/ mm2 ) was used.
  • the width of the back bead should be larger than the minimum width bmin . By doing so, it is possible to perform good welding with no unwelded portions.
  • straight line B shows the limit where there is no effect of spatter even after long-time operation, and this straight line is b - 1000 (t/2). Therefore, when the pipe wall thickness t is 0.1 (mm), the allowable maximum width bmin of the back bead width is 50 (m).
  • the outer diameter of the metal tube 1b is 1 (mm), and the wall thickness is 0.1 (mm), the width b of the back bead is
  • the influence of spatter can be suppressed and continuous welding can be performed without defective welding even during long-time operation.
  • the size of the small interval 18a of the abutting portion 18 of the metal tube 1b may vary slightly depending on the extra length control conditions described separately and the method of setting the positioning portion 71 (Figs. 22A and 22B). should do. For example, as shown in Fig. 22A, the size of the minute interval 18a tends to increase, and as shown in Fig. 22B, the size tends to decrease.
  • the irradiation power density is adjusted by defocusing (defocusing) the laser beam irradiated to the butted portion 18 according to the dimensions of the metal tube 1b. must be controlled.
  • the welding speed is determined by the condensed diameter of the laser beam, that is, the amount of defocus and the overlap ratio.
  • the back bead width b can be set to a predetermined range of 40 to 10 (m). Welding can be performed for a long time without being affected by snow and dust while suppressing the welding force.
  • the defocus amount F is set in the range of 0.8 to 1.3 (mm), and the welding speed is Welding was performed with V set to 6 (m/min), and the outer diameter d of the metal tube 1b was 1.0 (mm) x tube wall thickness t was 0.1
  • the defocus amount F is set to 0.7-1.1 (mm)
  • welding is performed by setting the welding speed V to 10 (m/min) to achieve good welding. Can be done continuously.
  • the metal tube 1c with the joint portion 18 welded and sealed in this manner is sent to the measuring portion 8.
  • the passing speed of the metal pipe 1c that is, the welding speed V is measured by the speedometer 83 while being supported by the support roll stand 82, and the welding state is inspected by the eddy current flaw detector 81. be.
  • the metal tube 1c that has passed through the eddy current flaw detector 81 is reduced in diameter by the squeezing means 9 to a predetermined diameter corresponding to the outer diameter of the built-in optical fiber cable 5, and becomes the metal tube-coated optical fiber cable 12.
  • the diameter of the metal tube 1c is reduced by the throttling means 9, only one introduction tube 61 is inserted into the metal tube 1c until just before the eddy current flaw detector 81. c can be made thinner, and the diameter can be easily reduced.
  • the metal tube-coated optical fiber cable 12 whose diameter has been reduced by the throttling means 9 passes through the tension variable means 11 and the tension adjustment means 13 and is wound on the cable winding machine 10 .
  • the metal tube-coated optical fiber cable 12 When the metal tube-coated optical fiber cable 12 is wound, it is necessary to engage the sealed * diameter-reduced metal tube 1 d and the optical fiber cable 5 . Therefore, prior to continuous operation, the welded and sealed metal tube 1d is manually wound around the capstans 11a and 11b of the tension variable means 11 for a predetermined number of times. , and its tip is attached to the cable winder 10 through the tension adjusting means 13. In this state, the tip of the optical fiber cable 5 is passed up to the front of the capstan 11a, and the metal tube 1d is crushed at this position to engage the optical fiber cable 5 inside the metal tube 1d. After that, by winding the metal tube 1d while driving the capstan 11, the optical fiber 5 is pulled out from the introduction tube 61 together with the metal tube 1d to become the metal tube-covered optical fiber 12. is wound up.
  • a stainless steel strip 1 with a width of 4 ⁇ and a thickness of 0.1 (mra) is used, and after being attached to a metal tube 1c with an outer diameter of 1.3 (rain), mni), the tension adjusting means 14 adjusts the tension of the metal tube 1c so that the tension of the metal tube 1c on the entry side of the capstan 11a is about 20 (kgf). Adjusting the tension on the lip 1, this tension causes an elongation of +0.30% in the metal tube 1d. At this time, for example, the tension of the optical fiber cable 5 having an outer diameter of 125C) is adjusted by the tension adjusting means 15 so that a tension of about 25 (gf) acts on the entry side of the capstan 11a. + 0.03% elongation.
  • Fig. 14 shows the number of windings and the elongation rate (%) of the metal tube 1d on the vertical axis.
  • curve E shows the elongation change characteristics of the metal tube 1d
  • curve F shows the elongation change characteristics of the optical fiber cable 5.
  • the metal tube 1d When the elongation of the optical fiber cable 5 becomes zero after one and a half windings, the metal tube 1d has an elongation of +0.19%. Immediately after the metal tube 1d is wound around the capstans 11a and 11b six times, the tension of the metal tube 1d becomes almost zero, so the elongation of the metal tube 1d also becomes almost zero. In other words, the metal tube 1d shrinks by 0.19% after winding six times more than when winding one and a half times. On the other hand, since the tension of the optical fiber cable 5 is almost zero after one and a half times of winding, there is no change in elongation after that and the length remains the same. Therefore, when wound six times, the optical fiber cable 5- is 0.19% longer than the metal tube 1d.
  • capstan 11a the metal tube wrapped around the lib
  • the optical fiber cable 5 engages with the inner wall of the metal tube 1d.
  • the optical fiber cable 5 has an elongation amount equivalent to +0.09% with respect to the metal tube 1d.
  • the force of 0.09% of this elongation is offset with the above 0.19%, and as a result the optical fiber cable 5 is 0.10% longer than the metal tube 1d.
  • Curve 1 in FIG. 16 shows the change in the elongation of the metal tube 1d when the tension on the entry side of the capstan 11a of the metal tube 1d is increased.
  • the length of the optical fiber cable 5 can be reduced to that of the metal tube 1d.
  • the elongation of the metal tube 1d is +0.26%, and the optical fiber cable 5
  • the optical fiber cable 5 can be made 0.17% longer than the metal tube 1d at the capstan output side even if the 0.09% elongation due to the winding diameter of the capstan is offset.
  • the length of the optical fiber cable 5 can be made shorter than the length of the metal tube Id.
  • the elongation of the optical fiber cable 5 becomes zero when it is wound five times, and the elongation of the metal tube 1d at this time is +0.04%.
  • This elongation +0.04% is offset by the winding differential of the optical fiber cable 5 of 0.09%, and as a result, the optical fiber cable 5 can be made 0.05% shorter than the metal tube 1d.
  • the capstan 11a, 1 lb around which the metal tube coated optical fiber cable 12 is wound multiple times, the tension adjustment means 14 for the metal strip 1, and the tension adjustment for the optical fiber cable 5 By comprehensively adjusting the means 15 and optionally the tension adjusting means 13 of the metal tube-coated optical fiber cable 12, the length of the optical fiber cable 5 relative to the metal tube 1d can be arbitrarily adjusted. can do.
  • the positioning part 71 similarly to the tension adjusting means 14 of the metal strip 1, if the tension of the metal pipes lc, 1d is adjusted, the excess length can be controlled with higher accuracy. Adjustable.
  • the function of controlling the excess length of the positioning part 71 in this case is the same as the function of controlling the excess length of the tension adjusting means 14 of the metal strip 1, and will not be described.
  • the metal tube-coated optical fiber cable 12 is continuously manufactured while controlling the extra length to a predetermined length.
  • the above embodiment explained the case where no gel is introduced into the metal tube to be coated, but when gel is introduced, the gel is supplied from the inert gas supply tube 63 of the optical fiber introduction means 6.
  • gel can be introduced into the metal tube 1d using one introduction tube 61.
  • inert gas or gel it is sufficient to flow the inert gas or gel at a pressure that does not apply a tensile force to the optical fiber cable 5 due to the flow of the inert gas or gel. Because, in fact, inert gas or gel This is because the insertion of the optical fiber cable 5 and control of the excess length can be achieved as intended without causing the optical fiber cable 5 to flow through the optical fiber introduction means 6.
  • the optical fiber introducing means 6 is provided between the first assembly 3 and the second assembly 4 of the assembly 2, but the optical fiber introducing means 6 is arranged between the first assembly 3 and the second assembly 4. As shown in FIG. 8, it may be provided in the front stage of the first assembly 3, and the introduction tube 61 may be inserted from the front of the forming roller pair 31a in the first stage.
  • an optical fiber bundle consisting of a plurality of optical fiber cables can also be introduced in the same manner.
  • an optical fiber cable is guided by an introduction tube that also serves as a heat shield and is introduced into a metal tube to be coated.
  • an introduction tube that also serves as a heat shield and is introduced into a metal tube to be coated.
  • the maximum amount of defocusing of the laser beam irradiated to this butted portion is determined by the minimum value of the back bead width determined according to the outer diameter of the metal tube, and the minimum value of the amount of defocusing is determined by the wall thickness of the metal tube.
  • the welding speed is determined according to the range between the maximum and minimum values of the defocus amount, and the laser beam is defocused within the range of the defocus amount.

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Description

明 細 書
金属管被覆光ファィバケーブルの製造装置及び製造方法 [技術分野]
この発明は、 金属管被覆光ファイバケーブルの製造装置 及び製造方法に関するものである。
[背景技術]
光フアイバの破断強度は直径 1 2 6 ( / m ) で約 6 (kg) であり、 かなり大きいが、 この張力を加えたときの伸び率は 3〜 6 %であり、 従来のケーブルの鋦ゃアルミ に比べて著し く小さい。 このため光ファイバケーブルに抗張力体を配して 強度を確保する必要がある。 また、 光ファイバは水に浸され ると強度が劣化することがある。 したがって、 光ファイバケ 一ブルを海底や水底に敷設する場合には、 敷設張力や耐水性 を確保するために、 光ファイバケーブルを細い金属管で被覆 した外被構造の光ファイバケーブルを使用する必要がある。
従来は、 このように钿ぃ径の光ファイバケーブルを金属 管で被覆する場合、 縦方向に隙間のある金属管に光ファイバ ケーブルを揷入し、 この隙間を半田付により接合する方法が 使用されていた。
しかしながら、 この方法によると、 金属管の隙間を接合 するときの熱が光フアイバゲ一ブルに比較的長い時間加えら れ熱損傷が生じる恐れがあつた。
二の光フアイバケーブルに熱損傷が生じることを防止す るため、 径を絞ったレーザ光により金属管の突合せ部を溶接 し、 金属管被覆をした光ファイバケーブルを連続的に製造す るための装置及び方法が、 例えば特開昭 6 4— 3 5 5 1 4号 公報に開示されている。
この金属被覆光ファイバケーブルの製造装置は、 連続し て送られる平らな金属ス ト リ ップを項部に縱方向の隙間を有 する金属管に成形する。 この金属管の隙間を通して金属管内 に導入チューブを挿入しておき、 導入チューブにより光ファ ィバを金属管内に導入する。 この光ファィバを導入した金属 管の隙間を閉じた後、 金属管をレーザ溶接装置に送る。
レーザ溶接装置は送られた金属管の頂部突合せ部をガイ ドローラで位置決めしながら、 突合せ部表面より外側に離れ た位置に焦点を有するレーザ光を照射して突合せ部を溶接す る。 このように突合せ部の外側に焦点はずしをすることによ り、 光フアイバを熱遮蔽材により保護することなしで突合せ 部の溶接を実現している。
この光ファイバケーブル入りの金属管の外径を所定大き さに絞った後、 キヤブスタンに巻き回して連統的に引出して いる。
この金属管を引く ときに、 導入チューブに不活性ガスを 流し、 ガスの粘性抵抗で光ファイバケーブルを運び、 金属管 がキヤプスタ ンに係合している間、 金属管の内面外側に光フ アイバケーブルを吹き付けることにより、 金属管を伸ばした ときに光ファイバケーブルの長さが金属管より長く なるよう にして、 光ファイバケーブルを金属管内でたるませて布設張 力等により光フアイバケーブルに歪が生じることを防いでい る。 さらに、 金属管が損傷して穴が開いた場合に、 その穴か ら水が侵入して、 光ファイバケーブルを劣化させることを防 ぐために、 金属管内にゲルを注入している。 すなわち、 キヤ プスタンのところで不活性ガスにより光ファイバケーブルを 金属管の内面外側に吹き付けた後、 光ファイバケーブルを導 入する導入チューブとは別のゲル導入チューブによりゲルを 注入している。
しかしながら、 上記従来の金属管被覆光フアイバケープ ルを製造する装置においては、 金属管の突合せ部を溶接する ときに、 光ファイバを保護する熱遮蔽板を使用せず、 しかも 光ファイバケーブルを導入している導入チュ一ブの位置が不 定であるため、 導入チューブが金属管の突合せ部に近接して 配置される場合がある。 このためレーザ溶接の熱が光ファィ バケーブルに加えられ、 光ファィバケーブルを熱損傷する恐 れがある。 例えば、 このように光ファイバケーブルが突合せ 部に近接しているときのレーザ溶接時の温度を測定すると、 光フアイバゲ一ブル付近の温度が少なく とも 6 0 0て程度に まで上昇している。 このため、 光ファイバ中に微結晶核が形 成され、 それが成長することにより散乱損を増加させる現象 である失透が生じるという短所があつた。
また、 溶接時にはスパッ夕が発生するが、 導人チューブが 突台せ部に近接していると、 導入チューブに堆積したスパッ 夕が溶着部裏面の裏ビー ドに接触し易く、 スパッ夕が溶着部 裏面に接触すると溶着部の熱バラ ンスが崩れ、 溶接不良が生 じる。 このスパッ夕による溶接不良を回避するために、 スパ ッ夕の発生源たる裏ビー ド部分の生成を抑えすぎると未溶接 部分が生じてしまう。 また、 導入チューブが突合せ部に接触 しているときにも、 スパッタによる溶接不良と同様な現象が 生じる。 このため、 長時間連続製造操業 （長尺物製造操業） を行なう ことは実際には不可能であるという短所があった。
さらに、 レーザ溶接するときに、 レーザ光の照射パワー 密度が高すぎると、 金属管の沸点以上に加熱され、 その一部 が蒸発あるいは飛散して照射面に穴が開いてしまう。 これを 防止するため、 従来は金属管の突合せ部の肉厚内にレーザ光 が焦点を結ぶことを避け、 レーザ光の焦点を金属管の上方に 結ばせている。 しかしながら、 金属管の上方に焦点を結ばせ ると溶融部の断面形状が下部膨らみの形になり、 内部に収縮 孔ゃ割れが発生し易いと共に、 スパッ夕の量も多く なるとい う短所があつた。
[発明の開示]
この発明はかかる短所を解決するためになされたもので あり、 金属管の突合せ部を確実に溶接することができるとと もに、 溶接時にファイバケーブルに損傷を与えず、 長時間連 続操業することができる金属管被覆光フアイバケーブルの製 造装置とその製造方法を提供することを目的とするものであ る o
この発明の金属管被覆光フアイバケーブルの製造装置は、 牽引される金属ス ト リ ツプを成形し両側端を突合せて金属管 に形成する複数のローラ対からなる組立体と、 上記金属管の 突合せ部にレーザ光を照射して接合し密封金属管にするレー ザ溶接手段と、 成形された金属管内に光ファイバ又は光ファ ィバ束を導入する光ファィバ導入手段とを有する金属管被覆 光ファィバケーブルの製造装置において、
レーザ溶接手段は、 レーザ照射手段から出射するレーザ 光の焦点はずし量 （焦点ぼかし量） の最大値を金属管の外径 に応じて定まる裏ビー ド輻の最小値により決定し、 焦点はず し量の最小値を金属管の肉厚に応じて定まる裏ビ一 ド幅の最 大値により決定し、
決定した焦点はずし量の最大値と最小値とにより溶接速 度を設定し、
上記焦点はずし量の範囲内で焦点はずし （焦点ぼかし） を行ないながらレーザ光を照射することを特徴とする。
また、 この場合密封金属管の外径を減少させる絞り手段 と、 上記組立体、 光ファイバ導入手段、 レーザ溶接手段及び 絞り手段を通して金属ス ト リ ップ、 成形された金属管及び光 ファイバ又は光ファィバ束を内蔵した密封金属管を連続的に 引く牽引手段とを設けることが望ま しい。
また、 上記光ファイバ導入手段は、 成形中の金属管内に 挿入され、 レーザ光の照射位置では金属管の照射面と反対側 の内壁に対して弾性的に圧接された導入チューブを有するこ とが好ま しい。
さらに、 レーザ溶接手段のレーザ照射手段をレーザ光の 焦点が金属管の内側に結ぶように配置することが好ま しい。
また、 この発明に係る金属管被覆光ファイバケ一ブルの 製造方法は、 牽引される金属ス ト リ ップを成形ローラを通し て金属管に成形する成形工程と、 上記金属管の突合せ部を レーザ光により溶接し密封金属管に加工するレーザ溶接工程 と、 金属管内に光ファイバ又は光ファイバ束を導入する光フ アイバ導入工程とを有する金属管被覆光ファイバケーブルの 製造方法において、
照射するレーザ光の焦点はずし量の最大値を金属管の外 径に応じて定まる裏ビー ド幅の最小値により決定し、 焦点は ずし量の最小値を金属管の肉厚に応じて定まる裏ビー ド幅の 最大値により決定し、 上記焦点はずし量の最大値と最小値と により溶接速度を設定し、 上記焦点はずし量の範囲内で焦点 はずしを行ないながらレーザ光を照射することを特徴とする < また、 成形中の金属管内に挿入され、 光ファイバ又は光 ファイバ束を導入する導入チューブを、 レーザ光の照射位置 では金属管の照射面と反対側の内壁に対して弾性的に圧接す ることが望ま しい。
さらに、 上記焦点はずしは、 レーザ光の焦点を金属管の 内側に結ばせて行なう ことが好ま しい。
この発明においては、 光ファイバケーブルを熱遮蔽を兼 ねた導入チューブで案内して被覆する金属管内に導入する。 この導入チューブをレーザ光を照射する位置では、 金属管の 突台せ部とは反対側の金属管内壁に弾性的に接触させること により、 光フアイバケーブルに対する熱影響を小さくする。
この突合せ部に照射するレーザ光の焦点はずし量の最大 値を金属管の外径に応じて定まる裏ビー ド幅の最小値により 決定し、 焦点はずし量の最小値を金属管の肉厚に応じて定ま る裏ビ一 ド幅の最大値により決定し、 この焦点はずし量の最 大値と最小値とにより溶接速度を設定し、 上記焦点はずし量 の範囲内で焦点はずしを行ないながらレーザ光を照射するこ とにより、 金属管の寸法に応じた適正照射パワー密度で溶接 を行なう。
この焦点はずしを、 レーザ光の焦点が金属管の内側に結 ぶようにして行なう ことにより、 照射パヮー密度が高く なり すぎることを防ぎ、 溶融幅をほぼ一定にする。
また、 導入チューブをレーザ溶接部で金属管の突合せ部 とは反対側に配設することにより、 突台せ部と導入チューブ との間に空隙を設け、 溶接時に発生するスパッ夕の堆積する 空間を確保する。
[図面の簡単な説明]
第 1図はこの発明の実施例を示す全体構成図、 第 2 A図， 笫 2 B図は各々成形工程における金属管を示す断面図、 第 3 A図， 第 3 B図及び第 3 C図は各々第 2組立体の成形ローラ 対を示す側面図、 第 4図は光ファイバ導入手段を示す構成図、 第 5図はレーザ溶接手段を示す構成図、 第 6図はガイ ドシュ ウーを示す側面図、 第 7 A図， 第 7 B図は各々張力可変手段 と張力調整手段を示し、 第 7 A図は上面図、 第 7 B図は正面 図、 第 8図は金属管の突台せ部を示す説明図、 第 9図は管外 径と裏ビー ド幅の関係を示す特性図、 第 1 ◦図は管肉厚と裏 ビー ド幅の関係を示す特性図、 第 1 1 図， 第 1 2図及び第 1 3図は各々焦点はずし量と溶接速度の関係を示す特性図、 第 1 4図， 第 1 5図， 第 1 6図及び第 1 7図は各々余長制御 の動作を示す説明図、 第 1 8図は光ファイバ導入手段の他の 配置を示す部分構成図、 第 1 9図は板ばね機構の説明図、 第 2 C3図は金属管を上方に上げた状態を示す説明図、 第 2 1 A 図は導入チューブの湾曲状態を示す説明図、 第 2 1 B図は導 入チューブの位置決め機構を示す説明図、 第 2 2図は溶接位 置での金属管の位置決め状態を示す説明図である。
[発明を実施するための最良の形態]
第 1図はこの発明の一実施例を示す全体構成図である。 図に示すように、 金厲管被覆光ファィバケーブルの製造装置 は、 金属ス ト リ ップ 1を成形し両側端を突合せて金属管に形 成する第 1組立体 3と第 2組立体 4とからなる組立体 2と、 第 1組立体 3と第 2組立体 4との間に設けられ、 成形された 金属管内に光ファイバケーブル 5を導入する光ファイバ導入 手段 6と、 組立体 2の後段に設けられたレーザ溶接手段 7を 有する。
レーザ溶接手段 7の後段には計測部 8と絞り手段 9が連 設されている。 この絞り手段 9とケーブル巻取機 1 0との間 に張力可変手段 1 1 と金属管被覆光フアイバケーブル 1 2の 張力調整手段 1 3とからなる牽引手段を有する。 そして張力 可変手段 1 1 と張力調整手段 1 3と、 組立体 2の前段に設け られた金属ス ト リ ップ 1 の張力調整手段 1 4及び光ファィバ ケーブル 5の張力調整手段 1 5とにより、 光ファイバケープ ルの金属管に対する相対長さ、 すなわち余長を任意に調節す る余長制御手段を構成している。
組立体 2を構成する第 1組立体 3は、 連続して一列に並 ベられた複数、 例えば 5組の成形ローラ対 3 1 a〜 3 1 eか らなる。 各成形口一ラ対 3 1 a〜 3 1 eは順次異なる成形面 を有し、 連続して送られる金属ス ト リ ップ 1を、 第 2 A図の 断面図に示すように、 頂部に縦方向の隙間 1 6を有する略 U 字型の金属管 1 aに加工する。
第 2組立体 2 も連続して一列に並べられた複数、 例えば 5組の成形ローラ対 4 1 a 〜 4 1 eからなり、 第 3 A図， 第 3 B図及び第 3 C図に示すように、 前段の成形ローラ対 4 1 a〜 4 1 dの上側ローラには順次幅が小さ く なるフィ ン 1 7を有する。 そしてフィ ン 1 7に金属管 1 a の隙間 1 6を 係台させて、 隙間 1 6が金属管 1 aの頂点にく るように位置 決め しながら、 隙間 1 6の間隔を小さ く し、 最終段の成形 ローラ対 4 1 eで隙間 1 6を突き合わせ、 第 2 B図に示すよ うに突合せ部 1 8でほぼ完全に閉じられた金属管 1 bを形成 する。
光ファイバ導入手段 6は、 第 4図の部分断面図に示すよ うに、 光ファイバケーブル 5を案内して金属管 1 bに導入す る導入チューブ 6 1 と、 この導入チューブ 6 1 にチューブコ ネクタ 6 2で連結された不活性ガス供給チューブ 6 3とを有 する。
導入チューブ 6 1 は、 熱伝導の良い金属例えば銅又は網 合金からなり、 金属管 l bの内径より小さな外径に形成され ている。 この導入チューブ 6 1 は第 1組立体 3と第 2組立体 4との間で金属管 1 の隙間 1 6から挿入され、 その先端はレ 一ザ溶接手段 7を通り、 計測部 8の渦流探傷機 8 1 の手前に 位置している。 導入チューブ 6 1 の先端を渦流探傷機 8 1 の 手前まで挿入するのは、 導入チューブ 6 1を渦流探傷機 8 1 まで通すと探傷精度に悪影響を与える恐れがあるから、 それ を防ぐためである。
但し、 渦流探傷機 8 1を通過する位置まで導入チューブ 6 1を通しても探傷結果に悪影響を与えない場合、 例えば金 属管の径が大きく、 導入チューブ 6 1が探傷位置の側とは反 対側の金属管内面壁に接触しているような場合には、 この位 置を越える所まで、 例えば絞り手段 9の手前まで通しても良 い o
この導入チューブ 6 1 は、 レーザ溶接手段 7のレーザ光 照射位置前及び Z又は、 後において、 上向きにつけられかつ 金属管 1 b の内壁面と弾性的に接触する板ばね機構 6 1 1 (第 1 9図） が付けられたり、 あるいはレーザ光照射位置前 及び Z又は後で金属管 1 bを第 2 0図に示すように、 一定距 離だけ上方位置に配置したり、 あるいは、 導入チューブ 6 1 自体に下側に向かう弾性力を与えることにより、 レーザ光の 照射位置とは反対側の金属管 1 bの内壁に接触するように配 設されている。
なお、 導入チューブ 6 1の金属管 l bの内壁との弾性的圧 接は、 例えば第 2 1図に示すように、 導入チューブ 6 1 自体 の弾性により、 本来伸直しようとする性質に抗して、 導入チ ユ ーブ 6 1 を状態 Iから状態 Πに湾曲させ （同図 （A ) ) 、 状態 Πで金属管 1 b内面壁に接触させ （同図 （ B ) ) 、 かつ 光ファィバ導入手段 6を適当位置に固定することにより湾曲 状態を維持することにより、 簡単に実現することができる。 この時、 必要に応じて光フアイバ導入手段 6にばね機構等に よる位置決め機構 6 1 2を付加すると良い。
また、 レーザ光照射位 E前で金属管 1 bを一定距離だけ上 方位置に配置する場合には、 後述の位置決め部 7 1を微調整 する。 一方。 レーザ光照射位置後で金属管 1 bを一定距離だ け上方に配置する場 には、 後述のサボ一 トロールスタ ン ド 8 2を微調整する。
レーザ溶接手段 7は、 第 5図の構成図に示すように、 金 厲管 1 bを位置決めする位置決め部 7 1 とレーザ溶接部 7 2 と力、りなる。
位置決め部 7 1 は、 例えば 2組のガイ ドシユ ー 7 3 , 74と、 ガイ ドシュ一 7 3 , 74間に設けられた C C Dシー ムモニタ 7 5及びガイ ドシュ一 7 3, 74の位置を垂直方向 と水平方向に微調整するマイ クロメータ 7 6を有する。
ガイ ドシユ ー 7 3 , 74は、 第 6図の側面図に示すよ う に、 上側シ ユ ー 7 3 a ( 7 4 a ) と下側シユ ー 7 3 b ( 74 b ) とからなり、 上側シュ一 7 3 a ( 74 a ) は金属 管 1 b と接触する平面を有し、 下側シユ ー 7 3 b ( 74 b ) は金属管 l b と係合する例えば V字状の溝を有して、 上向き にパネで付勢されている。
レーザ溶接部 7 2はレーザ照射手段 7 7と、 金属管 1 b の溶接位置を不活性ガス、 例えばアルゴンガスでシールする ガスシール手段 78とを有する。
レーザ照射手段 7 7は、 例えば炭酸ガスレーザ装置に接 続され、 レーザ光を光学系を通して案内 ♦ 集光し、 金属管 1 bの表面に対して約 9 0度の角度で照射する。 この照射さ れる レーザ光の焦点は金属管 1 bの突合せ部 1 8の下方、 す なわち金属管 1 bの内側に結ぶように調節されている。
レーザ溶接手段 7の後段に設けられた計測部 8は、 サボ 一トロ ルスタ ン ド 8 2と、 速度計 8 3及び渦流探傷機 8 1 とを有し、 溶接状態等を調べる。
絞り手段 9はローラダイスからなり、 溶接されて密封さ れた金属管 1 cの外径を所定の径に絞り、 光ファイバケープ ル 5の外径に対応した細い金属管 1 dにする。
絞り手段 9 の出側に設けられた張力可変手段 1 1 は、 第
7 A図， 第 7 B図に示すように、 例えば一対のロール 1 1 a ,
1 1 bを有するキヤプスタンからなる。 一方のロール 1 1 a の表面は平滑に形成され、 他方のロール 1 1 bの表面には 複数の溝が形成され、 金属管 1 dが重なることなしに複数回 巻き回されている。 また張力調整手段 1 3 も一対のロール
1 3 a , 1 3 b を有するダンサロールスタ ン ドからなり、 一 方のロール 1 3 bの位置を矢印方向に移動してロール 1 3 a ,
1 3 b間の距離を変えることにより、 キヤプスタン 1 1の出 側における金属管被覆光フアイバケーブル 1 2の張力を調整 する。
また、 組立体 2に送られる金属ス ト リ ップ 1の張力と、 導入チューブ 6 1 の光フ ァ イバ導入口に送られる光フ ァ イバ ケーブル 5の張力を調整する張力調整手段 1 4 , 1 5はそれ ぞれダンサースタ ン ドからなる。 このダンサースタ ン ド 1 4， 1 5は金属ス ト リ ップ 1 と光ファイバケーブル 5に係合する プーリ 1 4 a , 1 5 a にかかる錘を動かすことにより張力を 可変する。
次に、 上記のように構成された製造装置により金属管被 覆光ファイバケーブル 1 2を製造するときの動作を製造工程 にしたがつて説明する。
( 1 ) 成形工程
金厲ス ト リ ップ 1をダンサースタ ン ド 1 4で所定の張力 に調整しながら組立体 2に金属ス ト リ ップ 1 を連続して供給 する。 組立体 2の第 1組立体 3は送られた金属ス ト リ ップ 1 を頂部に長さ方向の隙間 1 6を有する金属管 1 aに成形する。 この金属管 1 aが第 2組立体 4 に送られ、 隙間 1 6が第 2組 立体 4 の成形ローラ対 4 1 a , 4 1 b のフ ィ ン 1 7 に順次係 合しながら隙間 1 6 の間隔を突き合わせ、 突合せ部 1 8で 完全に閉 じ られた金属管 l bを形成する。 最終成形ローラ 4 1 eを通過後の突合部 1 8には、 実際問題、 後述のように 微小間隙 1 8 aが生じているが、 この間隙 1 8 aの間隔は成 形ローラ 4 1 e以降レーザ光照射位置直前に至るまで変動が ないことを、 別に設けた C C Dモニタ （図示せず） により確
» した。
( 2 ) 光ファイバケーブル揷入工程
一方、 ダンサースタ ン ド 1 5で所定張力に調整された光 フ ァ イバケーブル 5は、 第 1組立体 3と第 2組立体 4との間 で金属管 1 a の隙間 1 6から挿入されている導入チューブ 6 1 を通して連続供給される。 同時に導入チューブ 6 1 に連 結された不活性ガス供給チューブ 6 3からアルゴンガスを供 給し、 導入チューブ 6 1 内に送る。
(3) レーザ溶接工程
この導入チューブ 6 1が揷入されている金属管 1 bは レーザ溶接手段 7に送られる。 レーザ溶接手段 7に送られた 金属管 l bは成形口一ラ対 4 1 a , 4 1 bのフィ ン 1 7によ り位置決めされているから、 突合せ部 1 8をレーザ照射手段 7 7から照射されるレーザ光の位置に正確に合わせることが できる。
レーザ溶接手段 7の位置決め部 7 1 に送られた金属管 l bはガイ ドシユー 7 3， 74の溝に係合して案内される。 従って金属管 1 bの横ずれ、 回転更には蛇行を防止すること ができる。 C C Dモニタ 7 5により突合部 1 8の位置変動を 観察したと ころ、 ガイ ドローラを用いた場合には、 突合部 1 8は、 ねじれにより ± 1 0 0 mも移動したが、 ガィ ドシ ユーを用いた場合には、 ± 1 5 mしか移動しないことが判 明した。
引き続き C C Dシームモニタ 7 5が金属管 1 bの突合せ 部 1 8の位置を検出し、 検出した結果によりマイクロメータ 7 6を自動または手動により操作してガイ ドシユー 7 3 , 74を移動し、 突台せ部 1 8がレーザ光の焦点に対して所定 の位置になるように微調整する。
こ こで、 位置決め部 7 1の役割について特に説明する。 まず既に述べたように、 位置決め部 7 1の有するガイ ドシュ — 7 3, 74は、 金属管 1 bの回転や坨行を防止し、 フィ ン 付ローラ 4 1 a〜4 1 dでレ一ザ照射位置に対して正確に位 置決めされた突合部 1 8を、 金属管 l bを蛇行させることな く レーザ照射位置へと導く。 また、 既に述べたように、 レ一 ザ光照射位置前で金属管 1 bを一定距離だけ上方に配置させ ることが、 位置決め部 7 1の調節により可能となる。 この結 果導入チューブ 6 1の金属管 1 bの内壁面への強固な弾性的 接触が可能となるので、 後述のようにレーザ溶接の悪影響を 極力小さ くするこ とができ、 かつ長時間連続製造操業に資す る
更には、 第 2 2図に示すように、 サポー ト口一ルスタン ド 8 2のサポー ト ロール 8 2 a , 8 2 b及び、 最終成形口一 ル 4 1 eを両支点と し、 位置決め部 7 1をバスライ ンに対し て、 一定距離以上 （ただし、 弾性限界の範囲内に限る） 上方 又は下方に金属管 1 bを配置させ、 金属管 1 bが略 3角形の 2辺を構成するようにする。
この時、 サポー トロールスタ ン ド 8 2と最終成形ロール 4 1 eの間にある金属管 1 bには、 軽度の張力が付されるこ とになる。 このことは、 位置決め部 7 1が後述の金属ス ト リ ップの張力調整手段 1 4同様、 金属管 （特に l c， I d ) の 張力を調節する手段として機能することを意味している。 こ れにより、 レーザ溶接位置 （図中 X印） における金属管 1 b の振動が抑制される。
実際、 レーザ照射する位置において別の C C Dモニタ (図示せず） を、 C C D シームモニタ 7 5とパスライ ンを中 心と して 9 ◦。 傾いた位置に設置し、 金属管 1 6の上下振動 を観察した。 その結果、 位置決め部 7 1のガイ ドシュ一 7 3 74開放した場合には、 ± 1 0 0〜 ± 1 5 0 m程、 金属管 1 bが振動したが、 ガイ ドシユー 7 3 , 74により金属管 l bを固定した場合には、 ± 2 0〜土 3 0 m程振動し、 図 中 （A) 又は （ B ) のように位置決め部 7 1を調整した時に は、 ± 5 // m程の振動になること確認した。
なお、 導入チューブ 6 1の金属管 1 bの内壁面への弾性 接触を考慮した場合には、 図中 （ B) より も （A) とするよ うに位置決め部 7 1を調整した方が好ま しい。
以上のような調整により、 高度な溶接制御が可能になる とともに溶接の悪影響を更に減少させ、 長時間操業に資する のである。
このようにして突合せ部 1 8の位置が調整された金属管 1 bがレーザ溶接部 7 2に送られる。 レーザ溶接部 7 2は金 厲管 1 bの突合せ部 1 8にガスシール手段 78でアルゴンガ スを供給しながら、 レーザ照射手段 7 7からレーザ光を照射 して突合せ部 1 8を溶接する。 この溶接部の内面は、 導入 チューブ 6 1内に流され、 その先端から吹き出して逆流した アルゴンガスにより シールされている。
このレーザ光の照射位置前後においては、 光ファイバゲ 一ブル 5を案内している導入チューブ 6 1がレーザ光の照射 位置と反対側の金属管 1 bの内壁に弾性的に接触するように 配設され、 突合せ部 1 8の内面と導入チューブ 6 1 との間に 空隙が設けられているから、 この空隙と導入チューブ 6 1に より熱遮蔽して、 光ファィバケーブル 5に対する熱の影響を 小さ く する こ とができる。
なお、 導入チューブ 6 1 をレーザ溶接部で金属管の突出 部とは反対側に配置するに当たり、 位置決め部 7 1 を調節し て金属管 l bをパスライ ンよ り も上方位置に設置するように すると、 導入チューブ 6 1 の上記配置をより弾性的に実現す る ことができる。
さ らに導入チューブ 6 1 内に流れているアルゴンガスと 逆流したアルゴンガスで光ファィバケーブル 5を冷却する こ とにより、 光ファイバケーブル 5の温度上昇を極力抑える こ とができる。
例えば、 導入チューブ 6 1がレーザ照射位置で突合せ部 1 8に接触しているときに、 6 0 0。C以上の温度になつた光 ファィバケーブル 5付近の温度は上記空隙を設ける こ とによ り 1 1 5〜 1 3 5 °C程度になり、 アルゴンガスを流すことに より 1 0 0 °C程度まで低下させる ことができた。
また、 上記空隙を設けることによ り、 導入チューブ 6 1 上に堆積するスパッ 夕が溶接に及ぼす悪影響を時間的に遅ら せることができ、 長時間安定して溶接を行なう ことができる。
この レーザ照射手段 7 7から照射される レーザ光は、 焦 点の位置を金属管 1 bの内側に結ぶように調節されているか ら、 突合せ部 1 8に照射する レーザ光のパワー密度が高く な りすぎることを防ぐことができ、 安定した溶接を行なう こと ができる。 また、 焦点の位置を金属管 1 bの内側に結ばせる こ とにより、 一度キヤ ビティ が形成されるとキヤ ビティ 壁で 反射されたレーザ光がキヤ ビティ の底部に向かって集光され るため深いキャ ビティが形成され、 溶融幅をほぼ一定にする とともに、 裏ビー ド幅を狭くすることができる。
また、 一定パワーで照射されるレーザ光の焦点はずし量 を一定範囲にして照射パワー密度をコン トロールし、 かつ焦 点はずし量すなわち照射パワー密度に応じて溶接速度を決め ることにより、 裏ビー ド幅を小さく してスパッ 夕の影響を抑 えることができる。
裏ビー ド幅の最小値 b min は突合せ部 1 8に未溶接部が 残らないことにより定まり、 裏ビ一 ド幅の最大値 b max は長 時間の操業によってもスパッ夕の影響がない限界で定まる。
レーザ溶接手段 7の位置で金属管 1 b はガイ ドシユー 7 3 , 7 4で押さえられているが、 レーザ溶接部 7 2の位置 ではスプリ ングバッグにより、 金属管 1 bの突合せ部 1 8に は、 第 8図に示すように微小間隙 1 8 aが生じる。 この微小 間隙 1 8 aを生じるスプリ ングバッグは金属管 1 bの剛性、 すなわち成形された金属管 1 bの外径 dに影響される。 例え ば、 縱弾性率が 1 8 0 0 0 (kg/nun2 ) の F e基ステン レスか らなる金属管 1 bを完全に固定した状態で、 パワーが 4 0 0 (W) のレーザを微小間隙 1 8 aに照射して溶接を行なつた ときの外径 d (πιπ)と裏ビー ド幅 b i n m) の関係を調べた結 果を、 管外径 dを横軸にとり、 裏ビー ド幅 bを縦軸にとって 第 9図に示す。 第 9図において、 丸印は未溶接部が発生しな い場合、 ばつ印は未溶接部が発生した場合を示す。 したがつ て、 直線 Aが未溶接部が発生しない限界を示し、 この直線 A は b 1 0 dとなる。 また、 実際の装置においては、 C C Dシームモニタ 7 5 の観察によると、 装置の微小振動等により レーザ光と微小間 隙 1 8 a との間に ± 5 ( ^ m ) 程度の相対振れが生じること が判明した。
このため裏ビー ドの最小幅 b min は： L 0 d ± 5 ( m ) となり、 例えば金属管 1 bの外径が 1 (ram)の場合、 裏ビー ド の最小幅 b mi n は 2 0 ( m ) になる。
なお、 上記裏ビー ドの最小幅 b mi n = 1 0 d ± 5は縦弾 性率が 1 8 0 0 0 (kg/mm2 ) の F e基ステンレスからなる金 厲管 1 bを使用 した場台について説明したが、 縱弾性率が 1 8 0 0 0 (kg/mra2 ) 以上の F e基ステンレス、 N i基合金 を使用した場合にも裏ビー ド幅を最小幅 b min より大きくす ることにより、 未溶接部が発生しない良好な溶接を行なう こ とができる。
また、 長時間の操業によってもスパッ夕の影響がない限 界は溶融部の形状により定まる。 そこでパワーが 4 0 0 (W) のレーザを微小間隙 1 8 aに照射して溶接を行なつたときの 管肉厚 t (rara)と裏ビ一 ド幅 b ( β τη の関係を調べた結果を、 管肉厚 t を横軸にとり、 裏ビー ド幅 bを縦軸にとって第 1 0 図に示す。 第 1 0図において、 丸印はスパッタの影響がなく、 長時間例えば 1 0時間連続して溶接を行なう ことができた場 台、 ばつ印はスパッ夕が発生し、 長時間の溶接を行なう こと ができなかった場台を示す。 なお、 上記 1 0時間は実操業の メ ンテナンス夕ィ ミ ングに相当する ものであって、 スパッ 夕 の影響がない時間を限定するものではない。 したがって、 直線 Bが長時間の操業によってもスパッタ の影響がない限界を示し、 この直線は b - 1 0 0 0 ( t / 2 ) となる。 したがって、 管肉厚 tが 0.1 (mm)の場合、 裏ビー ド 幅の許容最大幅 b min は 5 0 ( m) になる。
このように、 例えばパワーが 4 0 0 (W) のレーザ光を 使用し、 金属管 1 bの外径が 1 (mm〉、 肉厚が 0.1 (mm)の場合、 裏ビー ドの幅 bを 2 0 ~ 5 0 ( m) に制御して溶接するこ とにより、 長時間操業してもスパッタの影響を抑えて溶接不 良の無い溶接を連铳して行なう ことができる。
なお、 別記の余長制御条件や、 位置決め部 7 1の設定の 仕方 （第 2 2 A， B図） により金属管 1 bの突合部 1 8の微 小間隔 1 8 aの大きさが若干変動するはずである。 たとえば 第 2 2 A図のようにすると、 微小間隔 1 8 aの大きさが増加 し、 第 2 2 B図のようにすると、 その大きさが減少する傾向 を生じる。
しかしながら、 現実には、 本願における測定メ ッ シュの 範囲内では、 上記のような微小間隔 1 S aの変動の影響は、 溶接結果に殆ど影響しないことが分った。
このように裏ビー ド幅 bを一定範囲にするためには、 金 属管 1 bの寸法に応じて突合せ部 1 8に照射されるレーザ光 の焦点はずし （焦点ぼかし） を行なって照射パワー密度をコ ン トロールする必要がある。
また、 溶接速度はレーザ光の集光径すなわち焦点はずし 量とオーバラ ップ比により定まる。
そこで金属管 1 bの寸法を変えて、 上記最小値 b min ≥ 1 0 d ± 5 ( ^ m) の条件と、 裏ビ一 ド幅の最大値 b roax ≤ 1 0 0 0 ( t / 2 ) の条件を満たす場合と、 これらの条件を 満たさない場合について調べた結果を、 横軸に溶接速度 V (m/min) をとり、 縦軸に焦点はずし量 F (mm)をとつて第 1 1 図， 第 1 2図及び第 1 3図に示す。 第 1 1図は金属管 1 bの 外径 dが 3.5 (in in). 管肉厚 tが 0.2 (mm)の場合、 第 1 2図は 金属管 1 bの外径 カ《2.0 (mni)、 管肉厚 tが 0.15 (mm) の場 合、 第 1 2図は金属管 1 bの外径 dが l.fl (min)、 管肉厚 tが 0.1 (rom)の場合を示す。 各図において、 丸印は上記条件を満 たす場合、 ばつ印は上記条件を満たさない場合を示し、 その 限界は曲線 A, Bで表わされる。 そして、 曲線 Aが適正裏ビ ― ド幅の最小値 = 1 0 d ± 5 m) を表わし、 曲線 Bが適正裏ビー ド幅の最大値 b m。
ill YΛ = 1 0 0 0 ( t / 2) を 表わす。
第 1 1図に示すように、 金属管 1 bの外径 dが 3.5 (mro)、 管肉厚 tが 0,2 その場合には、 焦点はずし量 Fの適正範囲 は F = 0.85 ( ) から F 1.45 ( ） の範囲が最も許容量が 大きい。 そこでこの範囲に焦点はずし量を設定し、 溶接速度 Vを 4 (m/inin) と設定して溶接することにより、 裏ビー ド幅 bを 4 0 ~ 1 0 ◦ ( m ) と所定の範囲に抑えながら、 スノ、' ッタの影響を受けずに長時間溶接を行なう ことができる。
同様に、 金属管 1 bの外径 dが 2.0 ( )、 管肉厚 t カ《 0.15 (IDDI) の場合には、 焦点はずし量 Fを 0.8 から 1.3 (mm) の範囲に設定し、 溶接速度 Vを 6 (m/min) に設定して溶接を 行ない、 金属管 1 bの外径 dが 1.0 (mm)x 管肉厚 t が 0.1 (mm)の場合には焦点はずし量 Fを 0 . 7 - 1 . 1 (mm)と し、 溶接 速度 Vを 1 0 (m/m i n) に設定して溶接を行なう ことにより良 好な溶接を連続して行なう ことができる。
(4) 計測， 絞り工程
このようにして突合せ部 1 8の溶接が行なわれ密封され た金属管 1 cは計測部 8に送られる。 計測部 8において、 金 属管 1 c はサポー トロールスタ ン ド 8 2で支持されながら速 度計 8 3で通過速度、 すなわち溶接速度 Vが計測され、 渦流 探傷機 8 1で溶接状態が検査される。
渦流探傷機 8 1を通過した金属管 1 cは絞り手段 9で、 内蔵する光ファイバケーブル 5の外径に対応する所定の径に 縮径され、 金属管被覆光ファイバケーブル 1 2になる。 この 絞り手段 9で金属管 1 cを縮径するときに、 金属管 1 cには 渦流探傷機 8 1の直前まで導入チューブ 6 1が 1本だけ挿入 されているだけであるから、 金属管 1 cを細くすることがで き、 簡単に縮径することができる。
(5) 牽引 ♦巻取り工程
絞り手段 9で縮径された金属管被覆光フアイバケーブル 1 2は張力可変手段 1 1 と張力調整手段 1 3を通り、 ケープ ル巻取機 1 0に巻き取られる。
この金属管被覆光フアイバケーブル 1 2を巻き取るとき に、 密封 *縮径された金属管 1 dと光ファイバケーブル 5を 係合させておく必要がある。 そ こで連続運転に先立って、 溶 接されて密封された金属管 1 dを手動により張力可変手段 1 1のキヤプスタ ン 1 1 a , 1 1 bに所定回数巻き付けてか ら牽引し、 その先端を張力調整手段 1 3を通してケーブル巻 取機 1 0に取付ける。 この状態で光ファイバケーブル 5の先 端をキヤプスタ ン 1 1 aの手前まで通し、 この位置で金属管 1 dを潰すことにより、 金属管 1 dの内側に光ファイバケー ブル 5を係合させる。 その後、 キヤプスタン 1 1を駆動させ ながら金属管 1 dを卷取ることにより、 金属管 1 dと共に光 フアイバゲ一ブル 5が導入チューブ 6 1から引き出され、 金 厲管被覆光フアイバゲ一ブル 1 2になって巻取られる。
(6) 余長制御工程
この金属管被覆光ファイバケーブル 1 2をキヤブスタン 1 1 a , 1 1 bに巻き付けて引張ると、 金属管被覆光フアイ ノくケーブル 1 2の金属管 I d とキヤプスタ ン 1 1 a , l i b との間の摩擦力により張力が働く。 この摩擦力は巻き始めで 大き く、 その後次第に小さ く なるため、 張力も巻き始めで大 きく 、 巻き数に応じて次第に小さ く なる。 そして金属管 1 d の巻き付け部には、 この張力に対応した伸びが生じる。
例えば通常運転時に、 幅 4 ιππι、 厚さ 0.1 (mra)のステンレ ス鐦ス ト リ ップ 1を使用し、 外径 1.3 (rain)の金属管 1 cに加 ェした後、 外径 1.0 (mni)の金属管 1 dに絞った場合、 キヤプ ス タ ン 1 1 a の入側における金属管 1 c の張力が約 2 0 (kgf) になるように、 張力調整手段 1 4で金属ス ト リ ップ 1 の張力を調整すると、 この張力により金属管 1 dには + 0.30 %の伸びが生じる。 このとき、 例えば外径が 1 2 5 C ) の光ファイバケーブル 5の張力を張力調整手段 1 5で調整し、 キヤプスタ ン 1 1 aの入側で約 2 5 (gf)の張力が作用するよ うにすると、 + 0.03%の伸びが生じる。
この金属管 1 dのキヤ プスタ ン 1 1 a , l i bにおける 巻付回数に対する金属管 I dと光ファイバケーブル 5の伸び を調べた結果を、 横軸にキヤ プスタ ン 1 1 a , l i bに対す る巻付回数をとり、 縦軸には金属管 1 dの伸び率 （％) を とって第 14図に示す。 第 14図において、 曲線 Eは金属管 1 dの伸び率の変化特性、 曲線 Fは光ファイバケーブル 5の 伸び率の変化特性を示す。 曲線 Eで示すように、 金属管 1 d をキ ヤ プス タ ン 1 1 a , l i bに 6回巻き回すと、 金属管 1 dが張力調整手段 1 3に送られるときの伸びは最終的には 非常に小さく なる。 また、 曲線 Fで示すよ う に、 光ファイバ ケーブル 5は 1回半巻き回した状態で伸びは殆ど零になつて しまラ。
このように 1回半巻き付けて光ファイバケーブル 5の伸 びが零になったときに、 金属管 1 dには + 0.19%の伸びがあ る。 そして、 金属管 1 dがキヤプスタン 1 1 a, 1 l bに 6 回巻き付いた直後には、 金属管 1 dの張力が殆ど零になるの で、 金属管 1 dの伸びもほぼ零になる。 すなわち、 6回巻き 付いた後には 1回半巻き付けたときより金属管 1 dは 0.19% 縮むことになる。 一方、 光ファイバケーブル 5の張力は巻付 回数が 1回半の後にはほとんど零であるから、 その後の伸び に変化がなく長さも変わらない。 このため、 6回巻き付けた ときには、 光ファイバケーブル 5-が金属管 1 dより 0.19%長 く なる。
—方、 キヤプスタ ン 1 1 a , l i bに巻き付いた金属管 1 d と、 金属管 1 dの内壁に係合する光ファイバケーブル 5 との間には巻付径に差がある。 このため、 例えばキヤブス夕 ン 1 1 a , l i bの径が約 5 0 0 mmのと きには、 光ファイバ ケーブル 5は金属管 1 dに対して + 0.09%相当の伸び量を有 する。 この伸び量の 0.09%力 <、 上記の 0.19%と相殺され、 結 果と して光ファイバケーブル 5は金属管 1 dより 0.10%長く なる。
次に、 金属管 1 dのキヤプスタン 1 1 aの入側における 張力は上記第 1 4図の場合と同じ状態と し、 張力調整手段 1 5で光フ ァイバケーブル 5の張力を変えてキヤプスタ ン 1 1 aの入側における張力を高めた場合の、 光ファイバケー ブル 5の伸びの変化特性の一例を第 1 5図の曲線 1 に示す0 こ の場合、 光フ ァ イバケーブル 5はキヤ プスタ ン 1 1 a , 1 1 bに 3回半巻き付けたときに、 張力がほぼ零になってい る。 一方、 金属管 1 dの伸びは 3回半巻き付けたときに 0.09 %である。 この金属管 1 dの伸び 0.09%と、 巻付径差による 光フ ァ イバケーブル 5の伸び 0.09%を相殺すると、 金属管 1 dと光ファイバケーブル 5の伸びは同じになり、 両者の長 さの差、 すなわち余長は 0 %になる。
第 1 5図の場合とは逆に、 光ファイバケーブル 5のキヤ プスタ ン 1 1 aの入側における張力を変えずに、 張力調整手 段 14で金属ス ト リ ップ 1 の張力をかえて、 金属管 1 dのキ ャ プスタン 1 1 a入側における張力を高めた場合の、 金属管 1 dの伸びの変化特性を第 1 6図の曲線£ 1 に示す。
また、 金属管 1 dのキヤプスタ ン 1 1 a入側における張 力は第 14図の場合と全く 同じにして、 張力調整手段 1 3で キヤプスタン 1 1 a， l i bの出側の金属管 I dの張力を高 めたときの、 金属管 I dの伸びの変化特性を、 第 1 6図の 曲線 E 2に示す。 そして金属管 1 dのキヤプスタ ン 1 1 a, 1 1 b入側と出側の張力を高めた場合を第 1 6図の曲線 E 3 に示す。
このように金属管 1 dのキヤプスタ ン 1 1 a , l i b入 側と出側の張力のいずれか一方、 あるいは双方を所定の値も 高める ことにより、 光ファイバケーブル 5の長さを金属管 1 dの長さより所望量だけ長くすることができる。 例えば、 曲線 E 3に示した場合には金属管 1 dをキヤプスタ ン 1 1 a, 1 1 bに 1回半巻き付けたときに、 金属管 1 dの伸びは + 0.26%となり、 光ファイバケーブル 5の巻付径による伸びの 0.09%を相殺しても、 キヤプスタン出側で光フアイバケープ ル 5は金属管 1 dより 0.17%長くすることができる。
次に、 第 1 5図に示す場合より光ファイバケーブル 5の キヤプスタン入側における張力をさらに高く し、 光ファイバ ケーブル 5の伸びの変化特性を第 1 7図の曲線 F 2に示すよ うにすると、 光ファイバケーブル 5の長さを金属管 I dの長 さより短くすることができる。 この場合には、 光ファイバケ 一ブル 5の伸びが 5回巻き回したときに零になり、 このとき の金属管 1 dの伸びは + 0.04%となる。 この伸び + 0.04%が 光ファイバケーブル 5の巻付差分 0.09%で相殺され、 結果と して光ファイバケーブル 5を金属管 1 dより 0.05%短くする ことができる。 このように、 複数回金属管被覆光ファイバケーブル 1 2 を巻き付けたキヤプスタ ン 1 1 a , 1 l b と、 金属ス ト リ ツ プ 1の張力調整手段 1 4と、 光ファイバケーブル 5の張力調 整手段 1 5と、 場合によっては金属管被覆光ファイバケープ ル 1 2の張力調整手段 1 3とを総合的に調整することにより、 金属管 1 dに対する光ファイバケーブル 5に長さを任意に調 整することができる。 なお、 位置決め部 7 1を調整すること により、 金属ス ト リ ップ 1 の張力調整手段 1 4と同様に、 金 属管 l c , 1 dの張力を調整すると、 余長制御を更に高精度 に調整できる。 この場合の位置決め部 7 1の余長制御上の機 能は金属ス ト リ ップ 1 の張力調整手段 1 4による余長制御機 能と同一であり、 あえて言及しない。
このように所定の長さに余長を制御しながら連続して金 属管被覆光ファイバケーブル 1 2を製造する。
なお、 上記実施例においては不活性ガスと してアルゴン ガスを使用した場合について説明したが、 窒素ガスを使用し ての同様な作用を奏することができる。
また、 上記実施例は被覆する金属管にゲルを導入しない 場合について説明したが、 ゲルを導入する場合には、 光ファ ィバ導入手段 6の不活性ガス供給チューブ 6 3からゲルを供 給することにより、 1本の導入チューブ 6 1を利用して金属 管 1 d内にゲルを導入することができる。
この場合、 不活性ガスの流れやゲルの流れにより光ファ ィバケーブル 5が引張力を受けない程度の圧力で不活性ガス やゲルを流せば足りる。 なぜなら、 実際、 不活性ガスやゲル を光ファィバ導入手段 6を通して流さずに、 光ファイバケー ブル 5の挿入や余長制御を目標通りに達成することができる からである。
また、 上記実施例においては、 光ファイバ導入手段 6を 組立体 2の第 1組立体 3と第 2組立体 4の間に設けた場合に ついて説明したが、 光ファイバ導入手段 6を、 第 1 8図に示 すように、 第 1組立体 3の前段に設け、 導入チューブ 6 1を 初段の成形ローラ対 3 1 aの前から揷入しても良い。
また、 上記実施例は 1本の光ファイバケーブルを金属管 に導入する場合について説明したが、 複数本の光フアイバゲ 一ブルからなる光ファィバ束も同様にして導入することがで さる 0
この発明は以上説明したように、 光ファイバケーブルを 熱遮蔽を兼ねた導入チューブで案内して被覆する金属管内に 導入し、 この導入チューブをレーザ光を照射する位置では、 金属管の突合せ部とは反対側の金属管内壁に接触させること により、 光ファイバケーブルに対する溶接の熱影響を小さく し、 光ファィバケーブルの温度上昇を低く抑えることができ るから、 光ファィバケーブルの熱損傷を防止することができ る。
また、 導入チューブをレーザ溶接部で金属管の突合せ部 とは反対側に配設することにより、 突合せ部と導入チューブ との間に空隙を設け、 溶接時に発生するスパッタの堆積する 空間を確保することができるから、 金属管を安定して長時間 連続溶接することができる。 この金属管の突合せ部を溶接する レーザ光の焦点位置を 突台せ部からはずし、 金属管の内側にすることにより、 レー ザ光の照射パヮー密度が高く なりすぎることを防ぎながら、 溶融幅をほぼ一定にすることができるから、 金属管の突合せ 部に欠陥のない溶接を行なう ことができる。
この突合せ部に照射する レーザ光の焦点はずし量の最大 値を金属管の外径に応じて定まる裏ビ一 ド幅の最小値により 決定し、 焦点はずし量の最小値を金属管の肉厚に応じて定ま る裏ビー ド幅の最大値により決定し、 この焦点はずし量の最 大値と最小値の範囲により溶接速度を定め、 上記焦点はずし 量の範囲内で焦点はずしを行ないながらレーザ光を照射する ことにより、 金属管の寸法に応じた適正照射パワー密度で金 属管を溶接することができ、 裏ビー ド幅を所定範囲内にする こ とができると共に、 スパッ タの発生を抑制することができ、 長時間安定して操業することができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 牽引される金属ス ト リ ップを成形し両側端を突合せて 金属管に形成する複数のローラ対からなる組立体と、 上記金 属管の突合せ部にレーザ光を照射して接合し密封金属管にす るレーザ溶接手段と、 成形された金属管内に光フアイバ又は 光ファィバ束を導入する光ファィバ導入手段とを有する金属 管被覆光ファイバゲ一ブルの製造装置において、
レーザ溶接手段は、 レーザ照射手段から出射するレーザ 光の焦点はずし量の最大値を金属管の外径に応じて定まる裏 ビー ド幅の最小値により決定し、 焦点はずし量の最小値を金 属管の肉厚に応じて定まる裏ビー ド幅の最大値により決定し、 決定した焦点はずし量の最大値と最小値とにより溶接速 度を設定し、
上記焦点はずし量の範囲内で焦点はずしを行ないながら レーザ光を照射する、
ことを特徴とする金属管被覆光ファィバケーブルの製造装置。
2. 密封金属管の外径を減少させる絞り手段と、 上記組立 体、 光ファイバ導入手段、 レーザ溶接手段及び絞り手段を通 して金属ス ト リ ップ、 成形された金属管及び光フアイバ文は 光フアイバ束を内蔵した密封金属管を連铳的に引く牽引手段 とを有する請求項 1記載の金属管被覆光フアイバゲ一ブルの 製造装置。
3 . 上記光ファイバ導入手段は、 成形中の金属管内に挿入 され、 レーザ光の照射位置では金属管の照射面と反対側の内 壁に対して弾性的に圧接された導入チューブを有する請求項 1又は 2記載の金属管被覆光フアイバケーブルの製造装置。
4 . レーザ溶接手段のレーザ照射手段をレーザ光の焦点が 金属管の内側に結ぶように配置した請求項 1 , 2又は 3記載 の金属管被覆光フアイバケーブルの製造装置。
5. 牽引される金属ス ト リ ップを成形ローラを通して金属 管に成形する成形工程と、 上記金属管の突合せ部をレーザ光 により溶接し密封金属管に加工するレーザ溶接工程と、 金属 管内に光ファイバ又は光フアイバ束を導入する光ファィバ導 入工程とを有する金属管被覆光フアイバケーブルの製造方法 において、
照射するレーザ光の焦点はずし量の最大値を金属管の外 径に応じて定まる裏ビー ド幅の最小値により決定し、
焦点はずし量の最小値を金属管の肉厚に応じて定まる裏 ビー ド幅の最大値により決定し、
上記焦点はずし量の最大値と最小値とにより溶接速度を ax し、
上記焦点はずし量の範囲内で焦点はずしを行ないながら レーザ光を照射することを特徴とする金属管被覆光フアイバ ケーブルの製造方法。
6 . 成形中の金属管内に挿入され、 光ファイバ又は光ファ ィバ束を導入する導入チューブを、 レーザ光の照射位置では 金属管の照射面と反対側の内壁に対して弾性的に圧接する請 求項 5記載の金属管被覆光ファィバケーブルの製造方法。
7 . 上記レーザ溶接工程でレ一ザ光の焦点を金属管の内側 に結ばせて溶接する請求項 5又は 6記載の金属管被覆光ファ ィバケーブルの製造方法,
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