JP2005049388A - Electric discharge machining method and device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁体を溶融加工及び溶着加工する放電加工方法及びその装置に関し、特に、基板導波路と光ファイバを溶融接続する放電加工方法及び放電加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
光通信網の発達により、光ファイバと光ファイバ、又は基板導波路と光ファイバを溶融接続する放電加工方法及び放電加工装置の需要が高まっている。
【0003】
図9は、従来の溶融接続方法の一例を示す図である。この溶融接続方法は、接続すべき対象物102の端面同士を対向させ、この対向面と平行に、且つ、突き合わせ部分を挟んで対向する位置に放電電極棒103を配置し、この状態で放電電極棒103間に放電104を発生させることで対向し、突き合わせ部分を溶融接続するものである。
【0004】
このような溶融接続方法は、対象物102の端面積がほぼ同面積を有する場合に有効な方法である。しかし図10に示すように、一方の対象物105の端面積が大きい場合は、図9と同じ構成で溶融接続を行うと、対象物105の端面を十分に加熱できず、高強度の溶融接続を実現できない。
【0005】
そこで図11に示すように、対象物105の端面に対し、2本の放電電極棒103を所定の広がり角をもって設定し、この放電電極棒103の先端部を出来る限り端面に近づけて放電104を行うことで、広面積を有する端面であっても所望位置を放電加熱するようにしている。
【0006】
図11の放電加熱方法は、上述の通り所望位置を放電加熱することはできるが、一方で端面の所望位置を均一に放電加熱することはできない。そこで図12に示すように、放電電極棒103の外周に不活性ガス106を流し、この不活性ガス106の吹き出しで放電形状を弓形にして、対象物105の所望位置に均一な放電加熱を行うことを実現している。これにより放電加熱された所望位置に対象物102の端面を押圧することで、対象物同士を融着接続することができる。上記溶融接続方法は、特開平5−134130号公報に開示されている。
【0007】
【特許文献1】
特開平5−134130号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで図12に示した溶融接続方法は、所望位置を均一加熱することができるという利点を有するが、一方で不活性ガス106の吹き出しで放電形状制御を行うため、ガス流量の精密な制御が必要であるという問題がある。
【0009】
また、放電加工時は常に不活性ガスを流す必要があるので、製造コストが高くなるという問題もある。
【0010】
更に、対象物の端面形状が変わると、ガスの流れる方向やガスの広がりが変化するため、プラズマ(イオン)発生部分の位置や密度が変わり、この結果として加熱領域や加熱温度が変化するという問題がある。この例としては、基板導波路の中央と端の部分では、ガスの流れが同じにはならないため、同じ範囲を同じ熱量で加熱することはできないことが挙げられる。
【0011】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、容易且つ簡単な制御方法で所望位置を均一に放電加熱し、更に加工コストを低減させることができる放電加工方法及びその装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するために、請求項1記載の本発明は、接続すべき2つの対象物の対向部分を2本の放電電極棒間に生じる放電で溶融加熱し融着接続する放電加工方法であって、一対の放電電極棒間に形成される放電を、この放電内に配置された放電変形部材により一方の対象物端面に向って弓状をなすように円弧状に変形させ、この対象物端面を加熱軟化させた後、対象物端面の溶融加熱部分に他方の対象物端面を押圧して融着接続を行う融着接続工程を有することを特徴とする。
【0013】
請求項2記載の本発明は、請求項1記載の放電加工方法において、融着接続工程は、一対の放電電極棒の挟み角度を、20〜160°の範囲で設定することを要旨とする。
【0014】
請求項3記載の本発明は、請求項1又は2記載の放電加工方法において、一対の放電電極棒の挟み角度は、調節されることを要旨とする。
【0015】
請求項4記載の本発明は、請求項1記載の放電加工方法において、融着接続工程は、放電電極棒の先端を結んでなる結線から対象物端面に向ってこの結線の長さLに相当する距離の範囲内に、放電変形部材を配置することを要旨とする。
【0016】
請求項5記載の本発明は、請求項4記載の放電加工方法において、放電変形部材の配置は、範囲内で調節されることを要旨とする。
【0017】
請求項6記載の本発明は、請求項1乃至5記載の放電加工方法において、一方の対象物が石英ガラスを主成分とする基板導波路であり、他方の対象物が石英ガラスを主成分とする光ファイバであるとき、放電変形部材は石英ガラスよりも融点の高いジルコニア、窒化珪素又は窒化ホウ素にいずれかを主成分とする材質からなることを要旨とする。
【0018】
請求項7記載の本発明は、接続すべき2つの対象物の対向部分を2本の放電電極棒間に生じる放電で溶融加熱し融着接続する放電加工方法であって、一対の放電電極棒間に形成される放電を、この放電内に配置された放電変形部材により一方の対象物端面に向って弓状をなすように円弧状に変形させ、この対象物端面を加熱軟化させた後、放電変形部材の軸方向に開孔された貫通孔を通して他方の対象物端面を対象物端面の溶融加熱部分に押圧して融着接続を行う融着接続工程を有することを要旨とする。
【0019】
請求項8記載の本発明は、接続すべき2つの対象物の対向部分を2本の放電電極棒間に生じる放電で溶融加熱し融着接続する放電加工装置であって、一対の放電電極棒間に配置され、この放電を弓状をなすように円弧状に変形させる放電変形部材を有し、放電電極棒間に放電を生じさせた状態で、放電変形部材を対象物端面に向って突出させ、この対象物端面を加熱軟化させた後、この対象物端面の溶融加熱部分に他方の対象物端面を押圧して融着接続することを要旨とする。
【0020】
請求項9記載の本発明は、請求項8記載の放電加工装置において、一対の放電電極棒の挟み角度を、20〜160°の範囲に設定することを要旨とする。
【0021】
請求項10記載の本発明は、請求項8又は9記載の放電加工装置において、一対の放電電極棒の挟み角度を調節する駆動手段を備えていることを要旨とする。
【0022】
請求項11記載の本発明は、請求項8記載の放電加工装置において、放電電極棒の先端を結んでなる結線から対象物端面に向ってこの結線の長さLに相当する距離の範囲内に、放電変形部材を配置することを要旨とする。
【0023】
請求項12記載の本発明は、請求項8記載の放電加工装置において、放電変形部材の配置を調節する駆動手段を備えていることを要旨とする。
【0024】
請求項13記載の本発明は、請求項8,11,12に記載の放電加工装置において、放電変形部材は、この放電変形部材の内部にこの放電変形部材の先端部温度を検出するための温度検出手段を備えていることを要旨とする。
【0025】
請求項14記載の本発明は、請求項13記載の放電加工装置において、温度検出手段で検出された温度に基づいて、放電電極棒に供給する電力供給量を制御する制御手段を備えることを要旨とする。
【0026】
請求項15記載の本発明は、請求項8乃至13の放電加工装置において、一方の対象物が石英ガラスを主成分とする基板導波路であり、他方の対象物が石英ガラスを主成分とする光ファイバであるとき、放電変形部材は石英ガラスよりも融点の高いジルコニア、窒化珪素又は窒化ホウ素のいずれかを主成分とする材料からなることを要旨とする。
【0027】
請求項16記載の本発明は、請求項8乃至13又は15の放電加工装置において放電変形部材は、この放電変形部材の軸方向に対象物を通すための貫通孔が開孔されていることを要旨とする。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本実施の形態を説明する。
【0029】
(第1の実施の形態)
図1(a)〜(c)は、本発明の第1の実施の形態に係る放電加工方法及び放電加工装置の構成を示す図である。図1(a)は本発明の放電加工状態を上方から見た上面図であり、図1(b)は放電加工状態を側面から見た側面図である。また図1(c)は、図1(b)の放電加工後、加熱部分に対象物を押圧している状態を示す図である。
【0030】
本発明の放電加工装置は、接続すべき2つの対象物の対向部分を2本の放電電極棒間に生じる放電で溶融加熱し融着接続するものであって、一対の放電電極棒3間に形成されるアーク放電4を、このアーク放電4内に配置された絶縁棒(放電変形部材)1により対象物5端面に向って弓状をなすように円弧状に変形させ、この対象物5端面を加熱軟化させた後、対象物5端面の溶融加熱部分に他方の対象物2端面を押圧して融着接続を行うものである。
【0031】
ここで対象物5は、例えば、石英ガラスを主成分とする基板導波路である。基板導波路とは、2種類の屈折率の異なる媒質を用いて光の導波路を基板上に形成したもので、一方の端から入力された光信号を他方の端に出力する他、1つの光信号を2個以上の出力に分岐する、又は2個以上の入力信号を1個の出力に結合するものである。図1(a)において導波路はX方向に埋め込まれており、YZ平面には四角形の光導波路端面が露出している。
【0032】
放電電極棒3は、高電圧電源(図示せず)に接続されており、高電圧の印加により放電電極棒3の先端間に1700℃以上のアーク放電が発生する。2本の放電電極棒3は、0°から180°の範囲内で扇状に開閉可能なように配置されており、放電電極棒3の先端部が対象物5の端面に近接するように配置されている。
【0033】
絶縁棒1は、円柱形又は円筒形の耐熱セラミックからなる棒であり、先端部は曲面化されている。材質は、耐熱セラミックに限らず、対象物の主成分が石英系ガラスである場合は石英ガラスより高融点を示すジルコニア、窒化珪素又は窒化ホウ素等であることが好ましい。本実施の形態においては絶縁棒1の先端形状を曲面化させているが、先端形状はこれに限らず、円錐形状、円錐台形状、先鋭形状、平坦形状のいずれの形状であってもよい。
【0034】
また絶縁棒1は、一対の放電電極棒3の先端を結んでなる結線から先端部が突出するように固定配置されている。図1(a)において、放電電極棒3間の長さをLとした場合、絶縁棒1の先端は、放電電極棒の先端を結んでなる結線から長さLまでの範囲内で対象物方向に突出するように配置されている。
【0035】
対象物2は、石英ガラスを主成分とする光ファイバである。本実施の形態においては、コア径が10μm、クラッド径が125μmの一般的なシングルモード光ファイバを用いた。しかし対象物2はこれに限らず、マルチモード光ファイバ、グレードインデックス型光ファイバ、偏波型光ファイバ等のいずれの光ファイバであってもよい。また光ファイバに限らず、光デバイスであってもよい。
【0036】
次に、図2(a)〜(c)を参照して、本発明の放電加工装置の作用を説明する。
【0037】
図2(a)に示すように、基板導波路5の端面がYZ平面と一致するように配置し、この端面に対し一対の放電電極棒3と絶縁棒1を配置する。このとき一対の放電電極棒3の広がり角は0°から180°の範囲のいずれかの角度とし、放電電極棒3の先端を結んでなる先から絶縁棒1の先端部が突出するように配置する。
【0038】
上記配置状態で放電電極棒3に高電圧を印加する。放電電極間3に発生したアーク放電4は、絶縁棒1の先端部の突出により迂回して弓状を形成する。この弓状に形成されたアーク放電4で、基板導波路端面に露出されている四角形の導波路端面及びその周辺を溶融加熱する。
【0039】
所定時間である5秒間の放電加熱を行い導波路端面及びその周辺を十分溶融した後、印加電圧を接続対象である光ファイバ2の外周が溶融しない程度にまで低減させ、この状態で図2(b)に示すように光ファイバ2の端面を基板導波路5の導波路端面に押圧し、更に1秒間の放電加熱により基板導波路5と光ファイバ2を融着接続する。
【0040】
従って、2本のハの字型に配置された放電電極棒3の間にジルコニア、窒化珪素又は窒化ホウ素からなる絶縁棒1を配置した状態で放電電極棒3間にアーク放電を発生させると、従来のように不活性ガスを用いなくとも、容易且つ簡単な制御でアーク放電4の放電形状を弓形にすることができるので、対象物5の指定面を十分加熱し、対象物同士を融着接続させることができる。
【0041】
尚、第1の実施の形態において、図2(b)に示した融着工程は、放電を維持した状態で光ファイバ2の端面を基板導波路5に押圧させ1秒間の放電加熱を行っているが、例えば図2(a)の溶融工程の後直ぐに図2(c)に示すように、放電電極棒3(絶縁棒1を含む)を矢印方向に移動させ、未だ溶融している基板導波路5端面に光ファイバ2端面を押圧させることにより余熱で両者一体に溶融接続させるようにしてもよい。この場合も本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0042】
(第2の実施の形態)
図3は、本発明の第2の実施の形態に係る放電加工方法及びその装置の構成を示す図である。図3(a)は、絶縁棒1の先端部を放電電極棒3の先端を結んでなる結線の手前に配置させた場合の状態図であり、図3(b)は、絶縁棒1の先端を結んでなる結線から突出させた場合の状態図である。
【0043】
本実施の形態に係る放電加工装置は、第1の実施の形態の構成とほぼ同じ構成を有しているが、絶縁棒1を対象物端面に向って突出させる突出駆動部7を設けた点で第1の実施の形態と異なる。これにより絶縁棒1をX方向に自在に前後退させることができるので、必要に応じて放電形状を変形させることができる。尚、以下、第1の実施の形態と同じ機能部には同符号を付し、その説明は省略する。
【0044】
本実施の形態に係る放電加工装置は、対象物5の端面に対し、垂直又は所定傾斜角ηを有するように配置されると共に広がり角θを有するようにハの字型に配置される2本の放電電極棒3と、2本の放電電極棒3の間に配置される耐熱性の絶縁棒1であって放電電極棒3の先端同士を結んでなる結線から絶縁棒1の先端部が所定長だけ突出するように配置される絶縁棒1とを少なくとも備える放電加工装置であって、この絶縁棒1には、絶縁棒1を放電電極棒3の先端を結んでなる結線から突出又は後退させる突出駆動部7が接続されている。またこの突出駆動部7は、高圧電源6にも接続されている。
【0045】
この突出駆動部7は、内部にタイマ部、監視部、駆動部を有しており、監視部は、常時若しくは一定間隔で高圧電源の電圧印加状態を監視している。タイマは、監視部で電圧印加開始を検出すると所定時間の計時を開始し、所定時間経過後、駆動部に対して計時終了信号を出力するものである。駆動部は、計時終了信号を取得すると絶縁棒1を放電電極棒3の先端を結んでなる結線から突出させる前進駆動を開始する。突出長は、突出駆動部7に内蔵されている不揮発性記憶媒体(ROM)に予め記憶されている突出長データに基づいて行われる。
【0046】
上記構成を有する放電加工装置の作用を説明する。
【0047】
まず図3(a)に示すように、基板導波路5の端面がYZ平面と一致するように配置し、この端面に対し一対の放電電極棒3と絶縁棒1を配置する。このとき一対の放電電極棒3の広がり角は0°から180°の範囲のいずれかの角度とし、放電電極棒3の先端を結んでなる結線から絶縁棒1の先端部が突出しないように配置する。
【0048】
次いで、上記配置状態で放電電極棒3に高電圧を印加しアーク放電4を開始させる。突出駆動部7に内蔵される監視部は、この高電圧印加の開始状態を検出すると、タイマに電圧印加開始信号を出力する。タイマは、この電圧印加開始信号の取得時をトリガにして所定時間のタイマ計時を開始する。ここで所定時間とは、アーク放電開始後、この放電状態が安定するまでに要する所要時間である。タイマは、この所要時間の経過後、駆動部に計時終了信号を出力する。駆動部は、計時終了信号を取得すると、絶縁棒1を放電電極棒3の先端を結んでなる結線から突出させる駆動を開始し、絶縁棒1の所定位置までの突出が完了すると停止する。
【0049】
この突出により放電電極間3に発生したアーク放電4は、絶縁棒1の先端部の突出により迂回して弓形を形成しながら導波路端面を溶融加熱する。
【0050】
従って、本実施の形態によれば、高圧電源を監視する監視機能、タイマ計時を行うタイマ、及び絶縁棒1に移動制御を行う駆動部を備える突出駆動部7を設けることで、放電開始時に放電電極棒3間にイオンが無く放電しにくい状態では、絶縁棒1を突出させずに放電路を短く形成し、放電状態が安定した後に絶縁棒1を突出させて放電路を弓形にすることで、放電回路の初期起動電圧を下げることができる。その結果、加工コストを低減させることができる。
【0051】
(第3の実施の形態)
図4は、第3の実施の形態に係る放電加工方法及びその装置の構成を示す図である。
【0052】
本実施の形態に係る放電加工装置は、第2の実施の形態の構成とほぼ同じ構成を有しているが、放電電極棒3に角度制御部8を設けた点で第2の実施の形態と異なる。これにより作業領域に応じて装置の空間領域を変形させることができるので、狭い作業領域でも放電加工を行うことができる。尚、以下、第2の実施の形態と同じ機能部には同符号を付し、その説明を省略する。
【0053】
この放電加工装置は、対象物5の端面に対し、垂直又は所定傾斜角ηを有するように配置されると共に広がり角θを有するようにハの字型に配置される2本の放電電極棒3と、2本の放電電極棒3の間に配置される耐熱性の絶縁棒1であって放電電極棒3の先端同士を結んでなる結線から絶縁棒1の先端部が所定長だけ突出するように配置される絶縁棒1とを少なくとも備える放電加工装置であって、この絶縁棒1には、高圧電源6の電圧印加状態を監視し、且つ、絶縁棒1の突出駆動を制御する突出駆動部7が接続されている。また放電電極棒3には、図示していない外部からの広がり角制御信号の制御により、放電電極棒3を0°から180°の範囲で開閉回動させる角度制御部8が接続されている。
【0054】
この角度制御部8は、放電電極棒3の広がり角θを制御するばかりでなく、放電電極棒3と基板導波路5がなす角、傾斜角ηを0°から90°の範囲で制御する機能も有する。
【0055】
次に、上記構成を有する放電加工装置の作用を説明する。
【0056】
図4に示すように、対象物である導波路端面をYZ方向と一致するように配置し、この導波路端面に対し傾斜角η(0°〜90°)を有するように2本の放電電極棒3と絶縁棒1を配置する。角度制御部8は、外部から設定すべき広がり角θを含む角度制御信号を取得すると、この角度制御信号に基づいて2本の放電電極棒3の開閉回動駆動を行い、設定値通りに配置させる。
【0057】
図5は、広がり角θが180°の場合の放電電極棒3の配置を示す図である。この構成によれば、従来の溶融接続方法ではYZ平面を溶融加熱することができなかったが、放電電極棒3間に配置された絶縁棒1を突出させることでアーク放電4を弓形にすることができるので、第1及び第2の実施の形態の効果と同様に、容易且つ簡単な制御で対象物5の指定面を十分加熱し、対象物同士を融着接続させることができる。
【0058】
またこの構成によれば、YZ平面の手前に十分な作業空間がなくても所定位置を十分溶融加熱することができる。
【0059】
図6は、広がり角θが0°の場合の放電電極棒3の配置を示す図である。この構成によれば、従来の溶融接続方法では不活性ガスの吹き出しを利用しても弓形形状を形成することは難しいが、放電電極棒3間に配置された絶縁棒1を突出させることでアーク放電4を容易に弓形にすることができるので、第1及び第2の実施の形態の効果と同様に、容易且つ簡単な制御で均一な加熱を行うことができる。
【0060】
またこの構成によれば、放電電極棒3を十分開放することができないような狭い作業空間であっても、十分な溶融加熱を行うことができる。
【0061】
(第4の実施の形態)
図7は、第4の実施の形態に係る放電加工方法及びその装置の構成を示す図である。同図において絶縁棒1のみ断面図で示している。
【0062】
本実施の形態に係る放電加工装置は、第3の実施の形態の構成とほぼ同構成を有しているが、絶縁棒1の内部に温度センサ9を内蔵すると共に、この温度センサ9で検出した温度に基づいて高圧電源6の出力を制御する温度制御部10を設けた点で他の実施の形態と異なる。尚、以下、第3の実施の形態と同じ機能部には同符号を付し、その説明を省略する。
【0063】
この放電加工装置は、対象物5の端面に対し、垂直又は所定傾斜角ηを有するように配置されると共に広がり角θを有するようにハの字型に配置される2本の放電電極棒3と、2本の放電電極棒3の間に配置される耐熱性の絶縁棒1であって放電電極棒3の先端同士を結んでなる結線から絶縁棒1の先端部が所定長だけ突出するように配置される絶縁棒1とを少なくとも備える放電加工装置であって、この絶縁棒1の内部には温度センサ9が挿入配置されており、この温度センサ9には、検出した温度に基づいて高圧電源6の出力を制御する温度制御部10が接続されている。
【0064】
ここで温度センサ9とは、例えば熱電対に代表される温度検出可能なセンサであり、二種類の導体を組み合わせ、接合点の温度の違いによって熱起電力を生じるものである。温度センサ9は、上述の熱電対に限らず、同機能を有する温度センサであれば他のものであってよい。
【0065】
温度制御部10は、温度センサ9に接続されており、この温度センサ9で生じた熱起電力を温度変換する機能を有する。また、変換後の温度と、この温度に対応する高圧電源6の出力電圧値を関連付けてデータベース化したものを記憶している。尚、温度制御部10は、絶縁棒1先端部の温度を取得することでアーク放電4の放電温度を検出することを目的としているが、絶縁棒1の材質により伝導率は異なることから、実質的な放電温度を取得することは難しい。そこで実質的な放電温度を取得したい場合は、予め伝導率に応じた補正値を記憶させておき、検出した温度を逐次補正するようにする。又は検出温度と補正後の温度とを予めデータベース化しておき、補正するようにしてもよい。
【0066】
次に、上記構成を有する放電加工装置の作用を説明する。
【0067】
図7に示すように、対象物である導波路端面をYZ方向と一致するように配置し、この導波路端面に対し傾斜角η(0°〜90°)を有するように2本の放電電極棒3と絶縁棒1を配置する。放電電極棒3に電圧が印加されると放電電極棒3間にアーク放電4が形成される。ここで絶縁棒1を突出させるとアーク放電の形状が弓形になると共に、この絶縁棒1先端部が加熱される。これにより絶縁棒1に内蔵されている熱電対9の先端で熱起電力が発生する。温度制御部10は、この熱起電力を温度変換し、図示していない外部報知器を介して外部に温度を通知するか、若しくは視認可能に表示する。
【0068】
この温度検出で、アーク放電4の温度が予定されていた温度より高いことを検出した場合は、図示していない外部入力装置から設定温度を入力し、この温度に対する電圧出力指示を温度制御部10を介して高圧電源6に出力する。若しくは、予め温度制御部10に設定温度を記憶させておき、補正後の検出温度と設定温度とを比較して、補正後の検出温度が設定温度に達していない場合は、高圧電源6に対し出力電圧を上げる命令を出力し、検出温度が設定温度を超えている場合は、高圧電源6に対し出力電圧を下げる命令を出力する。これによりアーク放電4の温度を設定温度値で安定化するようにできる。
【0069】
この構成によれば、リアルタイムでアーク放電の温度を検出することができる。また、検出温度が設定温度から外れていた場合には、高圧電源6に対し電圧値の出力加減命令を行うことができるので、アーク放電4の温度を安定化させることができる。
【0070】
更に、対象物の端面形状が変わると、ガスの流れる方向やガスの広がりが変化するため加熱温度が変化するが、この構成によれば、適宜温度差を検出して供給温度を制御することができるので、対象物の端面形状に拘わらず同じ範囲を同じ熱量で加熱することができる。
【0071】
(第5の実施の形態)
図8(a),(b)は、第5の実施の形態に係る放電加工方法及びその装置の構成を示す図である。
【0072】
本実施の形態に係る放電加工装置は、第1の実施の形態の構成とほぼ同構成を有しているが、絶縁棒11の中心軸に光ファイバを通すための貫通孔が設けられている点で異なる。尚、以下、第1の実施の形態と同じ機能部には同符号を付し、その説明を省略する。
【0073】
この放電加工装置は、接続すべき2つの対象物の対向部分を2本の放電電極棒間に生じる放電で溶融加熱し融着接続するものであって、一対の放電電極棒3間に形成されるアーク放電4を、このアーク放電4内に配置された絶縁棒(放電変形部材)11により対象物5端面に向って弓状をなすように円弧状に変形させて対象物5の端面を加熱軟化させた後、この絶縁棒11の中心軸に開孔された貫通孔を通して光ファイバの端面を対象物5端面に押圧し融着接続を行うものである。
【0074】
ここで絶縁棒11は、第1の実施の形態で説明した絶縁棒1の中心軸に光ファイバを通すための貫通孔が1本開孔されたものである。この貫通孔の開孔径は、光ファイバの外径以上を有するものとする。光ファイバは、裸光ファイバ、光ファイバ素線、光ファイバ心線及び光ファイバコードを含むため、貫通孔の開孔径は、上記各種光ファイバの外径に応じてそれぞれ径が異なるものである。
【0075】
次に、上記構成を有する放電加工装置の作用を説明する。
【0076】
図8(a)に示すように、基板導波路5の端面がYZ平面と一致するように配置し、この端面に対し一対の放電電極棒3と絶縁棒11を配置する。このとき一対の放電電極棒3の広がり角は0°から180°の範囲のいずれかの角度とし、放電電極棒3の先端を結んでなる先から絶縁棒11の先端部が突出するように配置する。
【0077】
次いで、絶縁棒11の貫通孔に光ファイバを通す。このとき光ファイバの端面が絶縁棒11の先端部の開放端から突出しないようにする。
【0078】
続いて上記配置状態で放電電極棒3に高電圧を印加する。放電電極間3に発生したアーク放電4は、絶縁棒11の先端部の突出により迂回して弓状を形成する。この弓状に形成されたアーク放電4で、基板導波路端面に露出されている導波路端面及びその周辺を溶融加熱する。
【0079】
そして所定時間である5秒間の放電加熱を行い導波路端面及びその周辺を十分溶融した後、光ファイバ2の端面を絶縁棒11の先端から突出させて基板導波路5の導波路端面に押圧し、更に1秒間の放電加熱により基板導波路5と光ファイバ2を融着接続する。
【0080】
従って、一対の放電電極棒3間に形成されるアーク放電4を、このアーク放電4内に配置された絶縁棒11により基板導波路5端面に向って弓状をなすように円弧状に変形させて基板導波路5の端面を加熱軟化させた後、この絶縁棒1の中心軸に開孔された貫通孔を通して光ファイバの端面を基板導波路5端面に押圧し融着接続を行うことで、基板導波路5の端面を十分加熱し、光ファイバと基板導波路を融着接続させることができる。
【0081】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、対象物の端面に対し2本の放電電極棒を所定の広がり角θを形成するようにハの字型に配置すると共に、この放電電極棒間に耐熱性の絶縁棒1を、放電電極棒の先端同士を結んでなる結線から所定長だけ突出するように配置することで、放電電極棒間に生じるアーク放電を容易且つ簡単な制御方法で弓形に成形することができる。その結果、基板導波路の所望領域のみ加熱して、この領域に光ファイバ端面を押圧させることで、両者を高強度融着接続することができる。
【0082】
また、放電開始時において、イオンが少なく放電しにくい状態では、絶縁棒1を突出させずに放電路を短く形成し、放電状態が安定した後に絶縁棒1を突出させることで、放電回路の初期起動電圧を下げることができるので、加工コストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る放電加工方法及びその装置の構成を示す図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態に係る放電加熱の変形例を示す図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態に係る放電加工方法及びその装置の構成を示す図である。
【図4】本発明の第3の実施の形態に係る放電加工方法及びその装置の構成を示す図である。
【図5】本発明の第3の実施の形態に係る放電加工方法及びその装置の構成を示す図において、広がり角θが180°の場合の放電電極棒3の配置を示す図である。
【図6】本発明の第3の実施の形態に係る放電加工方法及びその装置の構成を示す図において、広がり角θが0°の場合の放電電極棒3の配置を示す図である。
【図7】本発明の第4の実施の形態に係る放電加工方法及びその装置の構成を示す図である。
【図8】本発明の第5の実施の形態に係る放電加工方法及びその装置の構成を示す図である。
【図9】従来の放電加工方法及びその装置を示す第1の概略構成図である。
【図10】従来の放電加工方法及びその装置を示す第2の概略構成図である。
【図11】従来の放電加工方法及びその装置を示す第3の概略構成図である。
【図12】従来の放電加工方法及びその装置を示す第4の概略構成図である。
【符号の説明】
1、11…絶縁棒
2…対象物(光ファイバ)
3…放電電極棒
4…アーク放電
5…対象物(基板導波路)
6…高圧電源
7…突出駆動部
8…角度制御部
9…温度センサ
10…温度制御部
102…対象物
103…放電電極棒
104…放電
105…対象物
106…不活性ガス[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric discharge machining method and apparatus for melting and welding an insulator, and more particularly to an electric discharge machining method and an electric discharge machining apparatus for fusion-connecting a substrate waveguide and an optical fiber.
[0002]
[Prior art]
With the development of an optical communication network, there is an increasing demand for an electric discharge machining method and an electric discharge machining apparatus for melting and connecting an optical fiber and an optical fiber, or a substrate waveguide and an optical fiber.
[0003]
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a conventional fusion splicing method. In this fusion connection method, the end surfaces of the
[0004]
Such a fusion splicing method is an effective method when the end area of the
[0005]
Therefore, as shown in FIG. 11, two
[0006]
The discharge heating method of FIG. 11 can discharge-heat a desired position as described above, but cannot discharge-heat the desired position on the end face uniformly. Therefore, as shown in FIG. 12, an
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-134130
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The melt connection method shown in FIG. 12 has the advantage that the desired position can be uniformly heated, but on the other hand, since the discharge shape is controlled by blowing out the
[0009]
Moreover, since it is necessary to always flow inert gas at the time of electric discharge machining, there also exists a problem that manufacturing cost becomes high.
[0010]
Further, when the shape of the end face of the object changes, the gas flow direction and gas spread change, so the position and density of the plasma (ion) generation part change, and as a result, the heating region and heating temperature change. There is. As an example of this, the gas flow does not become the same at the center and end portions of the substrate waveguide, and therefore the same range cannot be heated with the same amount of heat.
[0011]
The present invention has been made in view of the above. As an object of the present invention, there is provided an electric discharge machining method and apparatus capable of uniformly discharging and heating a desired position by an easy and simple control method and further reducing machining costs. It is to provide.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned object, the present invention according to claim 1 is an electric discharge machining method in which opposing portions of two objects to be connected are melted and heated by electric discharge generated between two discharge electrode rods and fusion-bonded. Then, the discharge formed between the pair of discharge electrode rods is deformed into an arc shape so as to form an arcuate shape toward one object end surface by a discharge deformation member disposed in the discharge, and the object It is characterized by having a fusion splicing step of performing fusion splicing by pressing the other object end surface to the melted and heated portion of the object end surface after heat softening the end surface.
[0013]
The present invention described in
[0014]
The gist of the present invention described in
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, in the electric discharge machining method according to the first aspect, the fusion splicing step corresponds to the length L of the connection from the connection formed by connecting the tips of the discharge electrode rods to the end face of the object. The gist is to dispose the discharge deformation member within the range of the distance to be performed.
[0016]
The gist of the present invention described in
[0017]
According to a sixth aspect of the present invention, in the electric discharge machining method according to the first to fifth aspects, one of the objects is a substrate waveguide mainly composed of quartz glass, and the other object is composed mainly of quartz glass. The gist of the present invention is that the discharge deformation member is made of a material mainly composed of zirconia, silicon nitride or boron nitride having a melting point higher than that of quartz glass.
[0018]
The present invention as set forth in
[0019]
The present invention according to
[0020]
The gist of the present invention according to claim 9 is that, in the electric discharge machining apparatus according to
[0021]
The gist of the present invention according to
[0022]
According to the eleventh aspect of the present invention, in the electric discharge machining apparatus according to the eighth aspect, a distance corresponding to the length L of the connection from the connection formed by connecting the tips of the discharge electrode rods to the end face of the object. The gist is to dispose the discharge deformation member.
[0023]
The gist of the present invention according to claim 12 is the electric discharge machining apparatus according to
[0024]
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the electric discharge machining apparatus according to any one of the eighth, eleventh and twelfth aspects, the electric discharge deformation member is a temperature for detecting the tip temperature of the electric discharge deformation member inside the electric discharge deformation member. The gist of the present invention is that it comprises a detecting means.
[0025]
A fourteenth aspect of the present invention is the electric discharge machining apparatus according to the thirteenth aspect, further comprising control means for controlling the amount of power supplied to the discharge electrode rod based on the temperature detected by the temperature detection means. And
[0026]
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the electric discharge machining apparatus according to the eighth to thirteenth aspects, one object is a substrate waveguide mainly composed of quartz glass, and the other object is mainly composed of quartz glass. When it is an optical fiber, the gist is that the discharge deformable member is made of a material mainly composed of zirconia, silicon nitride, or boron nitride having a melting point higher than that of quartz glass.
[0027]
According to a sixteenth aspect of the present invention, in the electric discharge machining apparatus according to the eighth to thirteenth or fifteenth aspect, the electric discharge deforming member is provided with a through hole for passing an object in the axial direction of the electric discharge deforming member. The gist.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present embodiment will be described below with reference to the drawings.
[0029]
(First embodiment)
FIGS. 1A to 1C are diagrams showing the configuration of an electric discharge machining method and an electric discharge machining apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a top view of the electrical discharge machining state of the present invention as viewed from above, and FIG. 1B is a side view of the electrical discharge machining state as viewed from the side. Moreover, FIG.1 (c) is a figure which shows the state which has pressed the target object to the heating part after the electric discharge machining of FIG.1 (b).
[0030]
The electric discharge machining apparatus of the present invention melts and heats the opposing portions of two objects to be connected by discharge generated between two discharge electrode rods, and is connected between a pair of
[0031]
Here, the
[0032]
The
[0033]
The insulating rod 1 is a rod made of a columnar or cylindrical heat-resistant ceramic, and the tip is curved. The material is not limited to heat-resistant ceramics, but is preferably zirconia, silicon nitride, boron nitride or the like having a higher melting point than quartz glass when the main component of the object is quartz glass. In the present embodiment, the tip shape of the insulating rod 1 is curved, but the tip shape is not limited to this, and may be any one of a cone shape, a truncated cone shape, a sharp shape, and a flat shape.
[0034]
The insulating rod 1 is fixedly disposed so that the tip portion protrudes from a connection formed by connecting the tips of the pair of
[0035]
The
[0036]
Next, the operation of the electric discharge machining apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0037]
As shown in FIG. 2A, the end face of the
[0038]
A high voltage is applied to the
[0039]
After the discharge heating for 5 seconds, which is a predetermined time, is performed to sufficiently melt the end face of the waveguide and its periphery, the applied voltage is reduced to such an extent that the outer periphery of the
[0040]
Therefore, when arc discharge is generated between the
[0041]
In the first embodiment, the fusion process shown in FIG. 2B is performed by pressing the end face of the
[0042]
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an electric discharge machining method and apparatus according to the second embodiment of the present invention. FIG. 3A is a state diagram in the case where the tip of the insulating rod 1 is disposed in front of a connection formed by connecting the tip of the
[0043]
The electrical discharge machining apparatus according to the present embodiment has substantially the same configuration as that of the first embodiment, but is provided with a projecting
[0044]
The electric discharge machining apparatus according to the present embodiment is arranged in two square shapes so as to be perpendicular to the end surface of the
[0045]
The
[0046]
The operation of the electrical discharge machining apparatus having the above configuration will be described.
[0047]
First, as shown in FIG. 3A, the end face of the
[0048]
Next, a high voltage is applied to the
[0049]
The
[0050]
Therefore, according to the present embodiment, by providing the monitoring function for monitoring the high-voltage power supply, the timer for measuring the timer, and the protruding
[0051]
(Third embodiment)
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the electric discharge machining method and apparatus according to the third embodiment.
[0052]
The electrical discharge machining apparatus according to the present embodiment has substantially the same configuration as that of the second embodiment, but the second embodiment is that the
[0053]
This electric discharge machining apparatus is arranged with two
[0054]
The
[0055]
Next, the operation of the electrical discharge machining apparatus having the above configuration will be described.
[0056]
As shown in FIG. 4, two discharge electrodes are arranged so that the waveguide end face as an object coincides with the YZ direction, and has an inclination angle η (0 ° to 90 °) with respect to the waveguide end face. The
[0057]
FIG. 5 is a diagram showing the arrangement of the
[0058]
Further, according to this configuration, the predetermined position can be sufficiently melted and heated even if there is not enough work space before the YZ plane.
[0059]
FIG. 6 is a diagram showing the arrangement of the
[0060]
Further, according to this configuration, sufficient melting and heating can be performed even in a narrow work space where the
[0061]
(Fourth embodiment)
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an electric discharge machining method and apparatus according to the fourth embodiment. In the figure, only the insulating rod 1 is shown in a sectional view.
[0062]
The electrical discharge machining apparatus according to the present embodiment has substantially the same configuration as that of the third embodiment. However, the temperature sensor 9 is built in the insulating rod 1 and is detected by the temperature sensor 9. This is different from the other embodiments in that a
[0063]
This electric discharge machining apparatus is arranged with two
[0064]
Here, the temperature sensor 9 is a sensor capable of detecting a temperature, for example, a thermocouple, which combines two kinds of conductors and generates a thermoelectromotive force due to a difference in temperature at a junction point. The temperature sensor 9 is not limited to the above-described thermocouple, and may be another temperature sensor having the same function.
[0065]
The
[0066]
Next, the operation of the electrical discharge machining apparatus having the above configuration will be described.
[0067]
As shown in FIG. 7, the two discharge electrodes are arranged so that the waveguide end face, which is an object, coincides with the YZ direction, and has an inclination angle η (0 ° to 90 °) with respect to the waveguide end face. The
[0068]
In this temperature detection, when it is detected that the temperature of the
[0069]
According to this configuration, the arc discharge temperature can be detected in real time. Further, when the detected temperature deviates from the set temperature, a voltage value output addition / subtraction command can be issued to the high-
[0070]
Furthermore, when the end face shape of the object changes, the gas flow direction and the gas spread change, so the heating temperature changes. According to this configuration, the supply temperature can be controlled by appropriately detecting the temperature difference. Thus, the same range can be heated with the same amount of heat regardless of the end face shape of the object.
[0071]
(Fifth embodiment)
FIGS. 8A and 8B are diagrams showing the configuration of the electric discharge machining method and apparatus according to the fifth embodiment.
[0072]
The electric discharge machining apparatus according to the present embodiment has substantially the same configuration as that of the first embodiment, but a through hole for passing an optical fiber is provided in the central axis of the insulating
[0073]
This electric discharge machining apparatus melts and heats the opposing portions of two objects to be connected by discharge generated between two discharge electrode rods, and is formed between a pair of
[0074]
Here, the insulating
[0075]
Next, the operation of the electrical discharge machining apparatus having the above configuration will be described.
[0076]
As shown in FIG. 8A, the end face of the
[0077]
Next, the optical fiber is passed through the through hole of the insulating
[0078]
Subsequently, a high voltage is applied to the
[0079]
Then, after 5 seconds of discharge heating, which is a predetermined time, is performed to sufficiently melt the waveguide end face and its periphery, the end face of the
[0080]
Therefore, the
[0081]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, two discharge electrode bars are arranged in a square shape so as to form a predetermined spread angle θ with respect to the end surface of the object, and between the discharge electrode bars. By arranging the heat-resistant insulating rod 1 so as to protrude a predetermined length from the connection formed by connecting the tips of the discharge electrode rods, arc discharge generated between the discharge electrode rods can be formed into an arc shape by an easy and simple control method. Can be molded. As a result, only the desired region of the substrate waveguide is heated, and the end face of the optical fiber is pressed against this region, so that both can be fusion-bonded with high strength.
[0082]
Further, at the start of discharge, in a state where there are few ions and it is difficult to discharge, the discharge path is formed short without protruding the insulating rod 1, and the insulating rod 1 is protruded after the discharge state is stabilized, so that the initial stage of the discharge circuit Since the starting voltage can be lowered, the processing cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an electric discharge machining method and an apparatus therefor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a variation of discharge heating according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an electric discharge machining method and apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an electric discharge machining method and apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of an electric discharge machining method and apparatus according to a third embodiment of the present invention, and showing the arrangement of
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of an electric discharge machining method and apparatus according to a third embodiment of the present invention, and showing the arrangement of
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an electric discharge machining method and apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of an electric discharge machining method and apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a first schematic configuration diagram showing a conventional electric discharge machining method and apparatus.
FIG. 10 is a second schematic configuration diagram showing a conventional electric discharge machining method and apparatus.
FIG. 11 is a third schematic diagram showing a conventional electric discharge machining method and apparatus.
FIG. 12 is a fourth schematic configuration diagram showing a conventional electric discharge machining method and its apparatus.
[Explanation of symbols]
1, 11 ... Insulating rod
2 ... Object (optical fiber)
3. Discharge electrode rod
4 ... Arc discharge
5 ... Object (substrate waveguide)
6 ... High voltage power supply
7 ... Projection drive
8. Angle control unit
9 ... Temperature sensor
10 ... Temperature controller
102 ... Object
103 ... Discharge electrode rod
104: Discharge
105 ... Object
106: inert gas
Claims (16)
一対の放電電極棒間に形成される放電を、該放電内に配置された放電変形部材により一方の対象物端面に向って弓状をなすように円弧状に変形させ、該対象物端面を加熱軟化させた後、前記対象物端面の溶融加熱部分に他方の対象物端面を押圧して融着接続を行う融着接続工程を有することを特徴とする放電加工方法。An electric discharge machining method in which opposed portions of two objects to be connected are melt-heated and fusion-bonded by electric discharge generated between two discharge electrode rods,
A discharge formed between a pair of discharge electrode rods is deformed into an arc shape so as to form an arc toward one object end surface by a discharge deformation member disposed in the discharge, and the object end surface is heated. An electric discharge machining method comprising a fusion splicing step of performing fusion splicing by pressing the other object end face against a melt-heated portion of the object end face after being softened.
前記一対の放電電極棒の挟み角度を、20〜160°の範囲で設定することを特徴とする請求項1記載の放電加工方法。The fusion splicing step includes
The electric discharge machining method according to claim 1, wherein an angle between the pair of discharge electrode rods is set in a range of 20 to 160 °.
前記放電電極棒の先端を結んでなる結線から前記対象物端面に向って該結線の長さLに相当する距離の範囲内に、前記放電変形部材を配置することを特徴とする請求項1記載の放電加工方法。The fusion splicing step includes
The discharge deformation member is disposed within a distance corresponding to a length L of the connection from a connection formed by connecting ends of the discharge electrode rods to an end surface of the object. Electric discharge machining method.
一対の放電電極棒間に形成される放電を、該放電内に配置された放電変形部材により一方の対象物端面に向って弓状をなすように円弧状に変形させ、該対象物端面を加熱軟化させた後、前記放電変形部材の軸方向に開孔された貫通孔を通して他方の対象物端面を前記対象物端面の溶融加熱部分に押圧して融着接続を行う融着接続工程を有することを特徴とする放電加工方法。An electric discharge machining method in which opposed portions of two objects to be connected are melt-heated and fusion-bonded by electric discharge generated between two discharge electrode rods,
A discharge formed between a pair of discharge electrode rods is deformed into an arc shape so as to form an arc toward one object end surface by a discharge deformation member disposed in the discharge, and the object end surface is heated. After the softening, a fusion splicing step of performing fusion splicing by pressing the other object end face against the melt heating portion of the object end face through a through-hole opened in the axial direction of the discharge deformation member. An electrical discharge machining method characterized by the above.
一対の放電電極棒間に配置され、該放電を弓状をなすように円弧状に変形させる放電変形部材を有し、
前記放電電極棒間に放電を生じさせた状態で、前記放電変形部材を前記対象物端面に向って突出させ、該対象物端面を加熱軟化させた後、該対象物端面の溶融加熱部分に他方の対象物端面を押圧して融着接続することを特徴とする放電加工装置。An electric discharge machining apparatus for melting and heating and fusion-bonding opposing portions of two objects to be connected by discharge generated between two discharge electrode rods,
Disposed between a pair of discharge electrode rods, having a discharge deformation member that deforms the discharge into an arc shape so as to form an arc,
In a state where a discharge is generated between the discharge electrode rods, the discharge deformable member is protruded toward the end surface of the object, the end surface of the object is heated and softened, and then the other end of the molten end portion of the end surface of the object is heated. An electric discharge machining apparatus characterized in that the end face of the object is pressed and fused.
該放電変形部材の内部に該放電変形部材の先端部温度を検出するための温度検出手段を備えていることを特徴とする請求項8,11,12のいずれか1項に記載の放電加工装置。The discharge deformation member is
The electric discharge machining apparatus according to any one of claims 8, 11, and 12, further comprising a temperature detection means for detecting a tip temperature of the electric discharge deformation member inside the electric discharge deformation member. .
該放電変形部材の軸方向に前記対象物を通すための貫通孔が開孔されていることを特徴とする請求項8乃至13又は15のいずれか1項に記載の放電加工装置。The discharge deformation member is
The electric discharge machining apparatus according to any one of claims 8 to 13 or 15, wherein a through-hole for passing the object is opened in an axial direction of the electric discharge deformation member.
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---|---|---|---|---|
KR102034535B1 (en) * | 2018-12-26 | 2019-11-08 | 유씨엘스위프트(주) | Method for connecting between the discharge starting voltage and the discharge delay time of fibre optic fusion connection |
-
2003
- 2003-07-29 JP JP2003202977A patent/JP2005049388A/en active Pending
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