CN113767313A - 光纤熔接连接装置及光纤的熔接连接方法 - Google Patents

Abstract

光纤熔接连接装置是将使端面彼此对接而排列的一对或多对光纤彼此通过电弧放电相互熔接连接的装置。该装置具有一对电极、光纤配置部和控制部。一对电极使电弧放电发生。光纤配置部在一对电极间进行一对或多对光纤的定位。控制部对施加于一对电极的电压进行控制。控制部在一对电极间使第1放电发生，在使一对电极间的第1放电休止后，在一对电极间使电弧放电发生而使一对或多对光纤彼此相互熔接连接。第1放电的放电时间为200毫秒以下。从休止第1放电至开始电弧放电为止的时间为100毫秒以下。

Description

光纤熔接连接装置及光纤的熔接连接方法

技术领域

本发明涉及光纤熔接连接装置(optical fiber fusion splicer)及光纤的熔接连接方法。本申请基于2019年6月5日申请的日本申请第2019－105103号而要求优先权，引用在上述日本申请中记载的全部记载内容。

背景技术

在专利文献1至5记载有与光纤熔接连接装置或者光纤的熔接连接方法相关的技术。

专利文献1：日本特开2009－122508号公报

专利文献2：日本特开2004－138650号公报

专利文献3：日本特开2001－66456号公报

专利文献4：日本特开2000－98170号公报

专利文献5：日本特开平7－318742号公报

发明内容

本发明的光纤熔接连接装置是将使端面彼此对接而排列的一对或多对光纤彼此通过电弧放电相互熔接连接的装置。该装置具有一对电极、光纤配置部和控制部。一对电极用于使电弧放电发生。光纤配置部在一对电极间进行一对或多对光纤的定位。控制部对施加于一对电极的电压进行控制。控制部在一对电极间使第1放电发生，在使一对电极间的第1放电休止后，在一对电极间使电弧放电发生而使一对或多对光纤彼此相互熔接连接。第1放电的放电时间为200毫秒以下，从休止第1放电至开始电弧放电为止的时间为100毫秒以下。

本发明的光纤的熔接连接方法是在一对电极间将使端面彼此对接而排列的一对或多对光纤彼此通过在一对电极间发生的电弧放电相互熔接连接的方法。该方法包含第1步骤、第2步骤和第3步骤。在第1步骤，在一对电极间使放电发生。在第2步骤，使一对电极间的放电休止。在第3步骤，在一对电极间使电弧放电发生，将一对或多对光纤彼此相互熔接连接。第1步骤的放电时间为200毫秒以下，从休止第1步骤的放电至开始第3步骤的电弧放电为止的时间为100毫秒以下。

附图说明

图1是表示一个实施方式所涉及的熔接连接装置的外观的斜视图。

图2是将熔接连接装置所具有的熔接连接部放大而表示的斜视图。

图3是将一对电极和基座的第1配置部放大而表示的侧剖视图。

图4是表示熔接连接装置内部的电连接的框图。

图5是表示控制部的硬件结构例的框图。

图6是表示熔接连接装置的动作及一个实施方式的熔接连接方法的流程图。

图7是表示电极间的放电休止的情形的示意图。

图8是表示电极间的放电的情形的示意图。

图9是表示电极间的放电休止的情形的示意图。

图10是表示电极间的放电的情形的示意图。

图11是用于对现有的装置及方法的问题点进行说明的图。

图12是表示一个变形例所涉及的熔接连接装置的动作及熔接连接方法的流程图。

具体实施方式

[本发明所要解决的课题]

如专利文献1至5中公开那样，已知将使端面彼此对接而排列的一对或多对光纤彼此通过一对电极间的电弧放电相互熔接连接的方法及装置。在如上所述的熔接连接方法及装置，在发生电弧放电时选择在一对电极间绝缘电阻最小的放电路径。通常，该放电路径与一对电极间的最短路径一致，但根据电极间的电气状况例如离子分布状况，有时会选择与最短路径不一致、不固定的特异路径。因此，如果放电路径波动，则难以进行稳定品质的熔接连接。

因此，本发明的目的在于，提供能够减小放电路径的波动而将连接部位的品质稳定化的光纤熔接连接装置及光纤的熔接连接方法。

[本发明的效果]

根据本发明，能够提供光纤熔接连接装置及光纤的熔接连接方法，其能够减小放电路径的波动而将连接部位的品质稳定化。

[本发明的实施方式的说明]

首先，列举本发明的实施方式而进行说明。一个实施方式所涉及的光纤熔接连接装置是将使端面彼此对接而排列的一对或多对光纤彼此通过电弧放电相互熔接连接的装置。该装置具有一对电极、光纤配置部和控制部。一对电极用于使电弧放电发生。光纤配置部在一对电极间进行一对或多对光纤的定位。控制部对施加于一对电极的电压进行控制。控制部在一对电极间使第1放电发生，在使一对电极间的第1放电休止后，在一对电极间使电弧放电发生而使一对或多对光纤彼此相互熔接连接。第1放电的放电时间为200毫秒以下，从休止第1放电至开始电弧放电为止的时间为100毫秒以下。

一个实施方式所涉及的光纤的熔接连接方法是在一对电极间将使端面彼此对接而排列的一对或多对光纤彼此通过在一对电极间发生的电弧放电相互熔接连接的方法。该方法包含第1步骤、第2步骤和第3步骤。在第1步骤，在一对电极间使放电发生。在第2步骤，使一对电极间的放电休止。在第3步骤，在一对电极间使电弧放电发生，将一对或多对光纤彼此相互熔接连接。第1步骤的放电时间为200毫秒以下，从休止第1步骤的放电至开始第3步骤的电弧放电为止的时间为100毫秒以下。

本发明人通过实验发现：在用于熔接连接的电弧放电之前进行极短时间即200毫秒以下的放电，接下来在短时间即100毫秒以下的休止后进行电弧放电，由此能够减小放电路径的波动而将连接部位的品质稳定化。其主要原因可想到各种，作为一个想法例如存在如下所述的原因。如果一对电极间的离子分布由于某种原因发生变化而变得不均匀，则在电弧放电时会选择特异路径。在上述情况下，如果在电弧放电之前进行极短时间的放电，则能够通过其放电将电极间的离子分布均匀化。因此，能够使作为放电路径选择通常的路径例如一对电极间的最短路径的概率提高，减小放电路径的波动。

在上述的熔接连接装置，第1放电的功率可以大于电弧放电的功率。同样地，在上述的熔接连接方法，可以使第1步骤的放电功率大于第3步骤的电弧放电功率。根据本发明人的实验，例如在如上所述的情况下，能够有效地减小放电路径的波动而将连接部位的品质更稳定化。

在上述的熔接连接装置，控制部可以在将第1放电和休止交替地重复多次之后使电弧放电发生。同样地，在上述的熔接连接方法，可以在将第1步骤和第2步骤交替地重复多次之后进行第3步骤。例如在如上所述的情况下，也能够实现上述的效果。

在上述的熔接连接装置，各第1放电的功率可以为电弧放电的功率以下。同样地，在上述的熔接连接方法，可以将各第1步骤的放电功率设为第3步骤的电弧放电功率以下。根据本发明人的实验，例如在如上所述的情况下，能够有效地减小放电路径的波动而将连接部位的品质更稳定化。

在上述的熔接连接装置，控制部可以在第1放电之前进行用于端面清洁的溅射放电，从休止将溅射放电至开始第1放电为止的时间比100毫秒长。同样地，上述的熔接连接方法可以在第1步骤之前，还包含进行用于端面清洁的溅射放电的步骤，从休止溅射放电至开始第1步骤的放电为止的时间比100毫秒长。以往，在进行光纤的熔接连接时，有时提前进行用于端面清洁的溅射放电。通常，该溅射放电的放电时间处于50毫秒至200毫秒的范围内。本发明的第1放电及第1步骤的放电的目的与如上所述的溅射放电完全不同，设为比溅射放电短的100毫秒以下的休止时间，由此实现上述的作用效果。

在上述的熔接连接装置，第1放电的放电时间可以为100毫秒以下。同样地，在上述的熔接连接方法，第1步骤的放电时间可以为100毫秒以下。在该情况下，能够有效地减小放电路径的波动。

[本发明的实施方式的详细内容]

参照附图对本发明的光纤熔接连接装置及光纤的熔接连接方法的具体例进行说明。此外，本发明不受这些例示所限定，而是由权利要求书示出，包含与权利要求书等同的含义及其范围内的全部变更。在下面的说明中，在附图的说明中对相同的要素标注相同的标号，省略重复的说明。在说明时，有时参照附图所示的XYZ正交坐标系。

图1是表示本实施方式所涉及的熔接连接装置1的外观的斜视图。熔接连接装置1是将使端面彼此对接而排列的多对光纤彼此通过电弧放电进行熔融而相互熔接连接的装置。光纤例如是玻璃纤维。熔接连接装置1例如将构成多芯光缆的多根光纤的端部和构成其他多芯光缆的多根光纤的端部相互熔接连接。

熔接连接装置1如图1所示，具有箱状的框体32。在框体32的上部，设置有加热器34和用于将光纤彼此进行熔接的后面记述的熔接连接部。加热器34对包覆于光纤的熔接部位的光纤加强套筒进行加热而使其收缩。熔接连接装置1还具有监视器35、防风罩36、电源开关37及连接开始开关38。监视器35对通过在框体32的内部配置的未图示的照相机拍摄到的光纤彼此的熔接连接状况进行显示。防风罩36防止风向熔接连接部进入。电源开关37是用于与使用者的操作相应地对熔接连接装置1的电源的接通/断开进行切换的推按按钮。连接开始开关38是用于与使用者的操作相应地使用于将光纤彼此进行熔接的动作开始的推按按钮。

图2是将熔接连接装置1所具有的熔接连接部10放大而表示的斜视图。如图2所示，熔接连接部10具有一对电极5、6和基座11。一对电极5、6在基座11上相互分离而配置。电极5的前端5a和电极6的前端6a相互相对。在图示例中，电极5、6包含随着朝向前端5a、6a而直径变小的大致圆锥状的部分。

基座11包含电极配置部13和光纤配置部15。作为一个例子，基座11的材料可以是氧化锆。电极配置部13是对一对电极5、6进行配置的部分。电极配置部13具有与一对电极5、6各自相对应的抵接面13a、13b。抵接面13a、13b通过2个平面形成为其剖面成为大致V字状。电极5与抵接面13a相接，由此确定电极5的Y方向及Z方向的位置。电极6与抵接面13b相接，由此确定电极6的Y方向及Z方向的位置。电极5、6的X方向的位置能够在电极5、6与抵接面13a、13b相接的状态进行调整。定位后的电极5、6能够通过未图示的固定部件而固定于电极配置部13。并且，基座11具有开口部11a。开口部11a在X方向的抵接面13a和抵接面13b之间的区域，在Z方向将基座11贯通。一对电极5、6的前端5a、6a在开口部11a内相互相对。

光纤配置部15在X方向位于一对电极5、6间。光纤配置部15具有第1配置部16和第2配置部17。在Y方向，第1配置部16相对于将一对电极5、6的前端5a、6a彼此连结的中心线C1而位于一侧。第2配置部17相对于中心线C1而位于另一侧。即，第1配置部16和第2配置部17在Y方向，隔着中心线C1而相互分离。第1配置部16具有用于将多根一侧的光纤各自收容而定位的多个槽16a。一侧的光纤的根数在图示例为12根。槽16a的与延伸方向垂直的剖面的形状例如为V字状。槽16a在X方向等间隔地配置，沿Y方向直线状地延伸。同样地，第2配置部17具有用于将多根另一侧的光纤各自收容而定位的多个槽17a。另一侧的光纤的根数在图示例也为12根。槽17a的与延伸方向垂直的剖面的形状例如为V字状。槽17a在X方向等间隔地配置，沿Y方向直线状地延伸。第1配置部16的多个槽16a的各个槽和第2配置部17的多个槽17a的各个槽配置于共通的直线上。由此，由第1配置部16的槽16a定位的光纤和由第2配置部17的槽17a定位的光纤在第1配置部16和第2配置部17之间的区域相互对接。第1配置部16和第2配置部17之间的区域成为基座11的开口部11a。

图3是将一对电极5、6和基座11的第1配置部16放大而表示的侧剖视图。图3是沿包含中心线C1的XZ平面对第1配置部16侧进行观察的剖视图，将在第1配置部16设置的多根光纤3一并示出。在第2配置部17设置有多根光纤的结构与在第1配置部16设置有多根光纤3的结构相同，因此省略其说明。

如图3所示，多根光纤3在方向X位于一对电极5、6间，收容于各自对应的槽16a。各光纤3的轴向与Y方向一致。多根光纤3在X方向相互分离而配置。相邻的光纤3彼此的间距均匀。作为一个例子，各光纤3的直径为125μm，多个光纤3以与直径的2倍相当的250μm的间距而排列于方向X。光纤3所排列的位置从电极5、6的中心线C1在Z方向偏移。

图4是表示熔接连接装置1内部的电连接的框图。如图4所示，熔接连接装置1还具有：电压发生部19，其对一对电极5、6施加电压；以及控制部20，其对从电压发生部19输出的电压进行控制。电压发生部19经由熔接连接装置1内部的配线与电极5、6电连接，将用于放电的电压施加于电极5、6。控制部20与电压发生部19电连接，对其电压的大小及施加定时进行控制。

图5是表示控制部20的硬件结构例的框图。如图5所示，控制部20可以构成为计算机，该计算机包含CPU(Central Processing Unit)20a、RAM(Random Access Memory)20b、ROM(Read Only Memory)20c。控制部20将在ROM 20c预先存储的程序读入而执行，并且基于CPU 20a的控制而进行相对于RAM 20b及ROM 20c的数据的读出及写入。由此，控制部20能够实现包含光纤3的对接及电极5、6的放电在内的熔接连接部10的各功能。控制部20的动作状况在熔接连接装置1动作过程中始终显示于监视器35。控制部20与连接开始开关38电连接，接收来自连接开始开关38的电信号。

在这里，关于熔接连接装置1的动作，与本实施方式的熔接连接方法一起进行说明。图6是表示熔接连接装置1的动作及本实施方式的熔接连接方法的流程图。图7至图10是表示电极5、6间的放电的情形的示意图。

如图6所示，作为步骤S1，在熔接连接装置1的基座11的各槽16a对连接对象即一侧的光纤3进行收容。在基座11的各槽17a对连接对象即另一侧的光纤3进行收容。接下来，使在槽16a收容的光纤3的端面和在槽17a收容的光纤3的端面在开口部11a相互相对。

接下来，作为步骤S2，使规定的电压从电压发生部19施加于电极5、6间，由此进行用于端面清洁的溅射放电。溅射放电的放电时间比50毫秒长，比200毫秒短。在一个例子，溅射放电的放电时间为100毫秒。在溅射放电时施加于电极5、6间的放电功率例如处于后面记述的熔接连接时的电弧放电功率的50％至200％的范围内。在该溅射放电后，降低从电压发生部19向电极5、6间的施加电压，直至步骤S4为止将放电休止。其间，作业者能够通过监视器35对在光纤端面是否附着灰尘等进行确认。该休止期间比100毫秒长，在典型情况下为1秒至几秒的程度。图7示出了该休止期间。

作为步骤S3，使在槽16a收容的光纤3的端面和在槽17a收容的光纤3的端面在开口部11a相互对接。该对接是通过控制部20的控制而使对光纤3进行保持的部分在Y方向相互接近而进行的。

接下来，作为步骤S4，从电压发生部19向电极5、6间瞬间地施加电压，使图8所示的极短时间的放电P1在电极5、6间发生。该步骤S4是本实施方式的第1步骤，该放电是本实施方式的第1放电。具体地说，在电极5、6间例如施加几kV～几十kV的电压，进行频率约100kHz、几十mA的电流所涉及的高频放电。放电时间可以为200毫秒以下，可以为100毫秒以下，可以为50毫秒以下，也可以为30毫秒以下或者也可以为10毫秒以下。熔接连接时的电弧放电时间为1秒以上，通常为几秒至十几秒的程度，因此步骤S3的放电时间与熔接连接时的电弧放电时间相比而极短。步骤S4的放电时间与上述的步骤S2的溅射放电时间同等或更短。

该步骤S4的放电功率可以大于熔接连接时的电弧放电功率，也可以与熔接连接时的电弧放电功率相同，或者也可以小于熔接连接时的电弧放电功率。在一个例子，步骤S4的放电功率可以为熔接连接时的电弧放电功率的30％以下，也可以为300％以上。

接下来，作为步骤S5，如图9所示，使电极5、6间的放电P1休止。具体地说，将从电压发生部19向电极5、6间施加的电压设定为不发生放电的电压以下。该休止时间即从休止放电P1至开始下一次的电弧放电为止的时间可以为100毫秒以下，可以为50毫秒以下，可以为30毫秒以下或者也可以为10毫秒以下。该步骤S5是本实施方式的第2步骤。

接下来，作为步骤S6，使图10所示的电弧放电P2在电极5、6间发生，在将光纤3的端部彼此对接的部分重叠该电弧放电P2，由此将一侧的光纤3及另一侧的光纤3的各端部熔融而相互熔接连接。具体地说，在电极5、6间例如施加几kV～几十kV的电压，进行频率约100kHz、几十mA的电流所涉及的高频放电。电弧放电P2的放电时间为1秒以上。

对通过具有以上的结构的本实施方式的熔接连接装置1及熔接连接方法得到的效果进行说明。图11是用于对现有的装置及方法中的问题点进行说明的图。在发生用于熔接连接的电弧放电P2时，对在电极5、6间绝缘电阻最小的放电路径进行选择。通常，其放电路径与电极5、6间的最短路径A1一致，但根据电极5、6间的电气状况、例如放电载体即离子C的分布状况，有会选择与最短路径不一致、不固定的特异路径。在图中作为如上所述的路径的例子而示出了路径A2。由此如果放电路径波动，则难以进行稳定品质的熔接连接。

本发明人通过实验发现：在用于熔接连接的电弧放电P2之前进行极短时间的放电P1，接下来在短时间的休止后进行电弧放电P2，由此能够减小放电路径的波动而将连接部位的品质稳定化。其主要原因可想到各种，作为一个想法，认为如果在电弧放电P2之前进行极短时间的放电P1，则能够通过放电P1将电极5、6间的离子C的分布均匀化。因此，使作为放电路径而选择通常的路径例如电极5、6间的最短路径A1的概率提高，能够减小放电路径的波动。

如前述所示，放电P1的功率可以大于电弧放电P2的功率。根据本发明人的实验，例如在如上所述的情况下，能够有效地减小放电路径的波动而将连接部位的品质更稳定化。

如本实施方式那样，控制部20在放电P1之前进行用于端面清洁的溅射放电，从休止溅射放电至开始放电P1为止的时间可以比100毫秒长。以往，在进行光纤的熔接连接时，有时提前进行用于端面清洁的溅射放电。通常，该溅射放电的放电时间处于50毫秒至200毫秒的范围内。本实施方式的放电P1的目的与如上所述的溅射放电完全不同，设为比溅射放电短的100毫秒以下的休止时间，由此实现上述的作用效果。

如前述所示，放电P1的放电时间可以为100毫秒以下。在该情况下，能够有效地减小放电路径的波动。

(变形例)

图12是表示上述实施方式的一个变形例所涉及的熔接连接装置1的动作及熔接连接方法的流程图。在上述实施方式仅进行1次短时间的放电P1，但在本变形例进行多次放电P1。即，在将上述实施方式的步骤S4和步骤S5交替地重复多次之后，进行步骤S6。步骤S4、S5的详细内容与上述实施方式相同。步骤S4、S5的重复次数可以为2次，可以为3次或者也可以为4次以上的任意次数。在本变形例，也能够实现与上述实施方式相同的效果。

此外，在本变形例，可以将各步骤S4的放电功率设为步骤S6的电弧放电功率以下。根据本发明人的实验，例如在如上所述的情况下，能够有效地减小放电路径的波动而将连接部位的品质更稳定化。

(实施例)

本发明人为了对上述实施方式及变形例所涉及的熔接连接方法的效果进行确认，将放电P1的放电时间设为10毫秒，将放电P1后的休止时间设为几十毫秒，使放电P1的放电功率及放电次数变化而进行了实验。而且，调查了在用于清洁的溅射放电后不进行放电P1而进行电弧放电P2的现有方法的异常放电发生率设为1.0时的相对的异常放电发生率。

其结果，在将放电P1的放电次数设为1次，将放电P1的放电功率设为电弧放电P2的放电功率的300％时，相对的异常放电发生率成为0.5。在将放电P1的放电次数设为2次，将放电P1的放电功率设为电弧放电P2的放电功率的100％时，相对的异常放电发生率成为0.6。在将放电P1的放电次数设为3次，将放电P1的放电功率设为电弧放电P2的放电功率的30％时，相对的异常放电发生率成为0.9。如上所述，确认到根据上述实施方式及变形例，能够有效地减小放电路径的波动。

本发明所涉及的光纤熔接连接装置及光纤的熔接连接方法并不限定于上述的实施方式，也能够进行其他各种变形。例如，在上述实施方式及变形例，针对多对光纤而一并进行熔接连接，但也可以针对一对光纤进行熔接连接。在该情况下，也能够减小放电路径的波动而将连接部位的品质稳定化。

标号的说明

1…熔接连接装置

3…光纤

5、6…电极

5a、6a…前端

10…熔接连接部

11…基座

11a…开口部

13…电极配置部

13a、13b…抵接面

15…光纤配置部

16…第1配置部

16a…槽

17…第2配置部

17a…槽

19…电压发生部

20…控制部

20a…CPU

20b…RAM

20c…ROM

32…框体

34…加热器

35…监视器

36…防风罩

37…电源开关

38…连接开始开关

C…离子

C1…中心线

P1…放电

P2…电弧放电

Claims (12)

1.一种光纤熔接连接装置，其将使端面彼此对接而排列的一对或多对光纤彼此通过电弧放电相互熔接连接，

该光纤熔接连接装置具有：

一对电极，其用于使电弧放电发生；

光纤配置部，其在所述一对电极间进行所述一对或多对光纤的定位；以及

控制部，其对施加于所述一对电极的电压进行控制，

所述控制部在所述一对电极间使第1放电发生，在使所述一对电极间的所述第1放电休止后，在所述一对电极间使电弧放电发生而使所述一对或多对光纤彼此相互熔接连接，

所述第1放电的放电时间为200毫秒以下，从休止所述第1放电至开始所述电弧放电为止的时间为100毫秒以下。

2.根据权利要求1所述的光纤熔接连接装置，其中，

所述第1放电的功率大于所述电弧放电的功率。

3.根据权利要求1所述的光纤熔接连接装置，其中，

所述控制部在使所述第1放电和休止交替地重复多次之后使所述电弧放电发生。

4.根据权利要求3所述的光纤熔接连接装置，其中，

各第1放电的功率为所述电弧放电的功率以下。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的光纤熔接连接装置，其中，

所述控制部在所述第1放电之前进行用于端面清洁的溅射放电，

从休止所述溅射放电至开始所述第1放电为止的时间比100毫秒长。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的光纤熔接连接装置，其中，

所述第1放电的放电时间为100毫秒以下。

7.一种光纤的熔接连接方法，其在一对电极间将使端面彼此对接而排列的一对或多对光纤彼此通过在所述一对电极间发生的电弧放电相互熔接连接，

该光纤的熔接连接方法包含：

第1步骤，在所述一对电极间使放电发生；

第2步骤，使所述一对电极间的所述放电休止；以及

第3步骤，在所述一对电极间使所述电弧放电发生，将所述一对或多对光纤彼此相互熔接连接，

所述第1步骤的放电时间为200毫秒以下，从休止所述第1步骤的所述放电至开始所述第3步骤的所述电弧放电为止的时间为100毫秒以下。

8.根据权利要求7所述的光纤的熔接连接方法，其中，

使所述第1步骤的放电功率大于所述第3步骤的电弧放电功率。

9.根据权利要求7所述的光纤的熔接连接方法，其中，

在将所述第1步骤和所述第2步骤交替地重复多次之后进行所述第3步骤。

10.根据权利要求9所述的光纤的熔接连接方法，其中，

将各第1步骤的放电功率设为所述第3步骤的电弧放电功率以下。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的光纤的熔接连接方法，其中，

在所述第1步骤之前，还包含进行用于端面清洁的溅射放电的步骤，

从休止所述溅射放电至开始所述第1步骤的所述放电为止的时间比100毫秒长。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的光纤的熔接连接方法，其中，

所述第1步骤的放电时间为100毫秒以下。

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