JP2008096833A

JP2008096833A - 融着接続機および融着接続機の制御方法

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Publication number: JP2008096833A
Application number: JP2006280507A
Authority: JP
Inventors: Junichi Kazama; 純一風間; Akio Tanabe; 明夫田邉; Naonori Yonenaga; 尚訓米永; Takaaki Uchida; 隆章内田
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2006-10-13
Filing date: 2006-10-13
Publication date: 2008-04-24
Anticipated expiration: 2026-10-13
Also published as: JP4430058B2

Abstract

【課題】低い接続損失を安定して得ることができる融着接続機および融着接続機の制御方法を提供すること。
【解決手段】アーク放電によって対向して配置した光ファイバを融着接続する融着接続機であって、放電開始後の所定時間以降に対向する光ファイバの発光幅Ｗｆｎを測定する測定手段と、前記発光幅Ｗｆｎと目標発光幅Ｗａとの差分Ｄを演算する演算手段と、前記差分Ｄの値に応じて放電強度を増減して前記発光幅Ｗｆｎを前記目標発光幅Ｗａに近づける制御を繰り返し行う放電制御手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、アーク放電によって対向して配置した光ファイバを融着接続する融着接続機および融着接続機の制御方法に関するものである。

従来、光ファイバの融着接続機は、接続すべき光ファイバを所定の間隔で対向して配置し、各光ファイバの対向した端面近傍に備えた対向する２本の電極棒からアーク放電を行い、光ファイバに熱を与えて溶融しながら端面をより近づけることによって融着して、所定の接続損失で接続するものである。このような光ファイバの融着接続方法として、電極からの放電パターンの広がり幅を監視しながら融着接続を行う方法が開示されている（特許文献１参照）。

特開平５−５８１４号公報

しかしながら、従来の融着接続機は、低い接続損失値が安定して得られないという問題点があった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低い接続損失を安定して得ることができる融着接続機および融着接続機の制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る融着接続機は、アーク放電によって対向して配置した光ファイバを融着接続する融着接続機であって、放電開始後の所定時間以降に対向する光ファイバの発光幅Ｗｆｎを測定する測定手段と、前記発光幅Ｗｆｎと目標発光幅Ｗａとの差分Ｄを演算する演算手段と、前記差分の値に応じて放電強度を増減して前記発光幅Ｗｆｎを前記目標発光幅Ｗａに近づける制御を繰り返し行う放電制御手段と、を備えたことを特徴とする。なお、Ｄ＝Ｗｆｎ−Ｗａである。

また、本発明に係る融着接続機は、上記の発明において、前記目標発光幅Ｗａは、光ファイバの接続損失が許容接続損失よりも小さいときの発光幅であることを特徴とする。

また、本発明に係る融着接続機は、上記の発明において、前記所定時間は０．５秒以上であることを特徴とする。

また、本発明に係る融着接続機の制御方法は、アーク放電によって対向して配置した光ファイバを融着接続する融着接続機の制御方法であって、放電開始後の所定時間以降に対向する光ファイバの発光幅Ｗｆｎを測定する測定ステップと、前記発光幅Ｗｆｎと目標発光幅Ｗａとの差分Ｄを演算する演算ステップと、前記差分の値に応じて放電強度を増減して前記発光幅Ｗｆｎを前記目標発光幅Ｗａに近づける制御を繰り返し行う放電制御ステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る融着接続機の制御方法は、上記の発明において、前記目標発光幅Ｗａは、光ファイバの接続損失が許容接続損失よりも小さいときの発光幅であることを特徴とする。

また、本発明に係る融着接続機の制御方法は、上記の発明において、前記所定時間は０．５秒以上であることを特徴とする。

本発明に従い、放電開始後の所定時間以降に対向する光ファイバの発光幅Ｗｆｎを測定し、発光幅Ｗｆｎと目標発光幅Ｗａとの差分Ｄの値に応じて放電強度を増減して発光幅Ｗｆｎを目標発光幅Ｗａに近づける制御を繰り返し行えば、常に最適な放電条件でアーク放電を行うように制御することができるので、低い接続損失を安定して得ることができるという効果を奏する。

以下に、図面を参照して本発明に係る融着接続機および融着接続機の制御方法の実施の形態について説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態である融着接続機の融着接続時の放電制御にかかわる構成を示す図である。図１において、この融着接続機は、光ファイバを収容するＶ溝を形成したホルダ３ａ、３ｂが、接続すべき４芯の多芯光ファイバ１、２をクランプしている。ホルダ３ａ、３ｂにクランプされて対向配置した１対の多芯光ファイバ１、２は、ホルダ３ａ、３ｂが多芯光ファイバ１、２の長手方向に移動することによってお互いの端面が所定位置で突き合わせた状態となる。つぎに、この状態で多芯光ファイバ１、２の長手方向に垂直なＸ軸方向において対向配置された電極棒４ａ、４ｂからアーク放電することによって多芯光ファイバ１、２に熱が与えられて溶融し、融着接続される。なお、放電の間、多芯光ファイバ１、２は熱によって発光する。

多芯光ファイバ１、２の長手方向に垂直なＸ軸方向の一方には光源５が配置され、他方には受光系６が配置される。すなわち、いわゆる１軸観察の構成をとっている。受光系６には、ＣＣＤなどの撮像素子７を有した光学系であり、この撮像素子７は、光源５から出力された光によって映し出される多芯光ファイバ１、２を撮像する。

電極棒４ａ、４ｂ、光源５および撮像素子７は、制御部Ｃに接続され、制御部Ｃの制御によって駆動される。制御部Ｃは、画像処理部８と、記憶部９と、演算部１０と、放電強度処理部１１とを有する。画像処理部８は、撮像素子７によって撮像された光ファイバの画像を画像処理することによって、多芯光ファイバ１、２の最外部に位置する対向する光ファイバ１ａ、２ａの発光幅Ｗｆｎを測定する。また、記憶部９は、発光幅Ｗｆｎの測定開始までの時間、融着に必要な放電時間、目標発光幅Ｗａ、差分Ｄの絶対値の上限値などのデータを記憶しており、記憶されたデータは適宜読み出されて使用される。また、演算部１０は、発光幅Ｗｆｎと目標発光幅Ｗａとの差分Ｄを演算する。また、放電制御手段１１は、差分Ｄの値に応じて放電強度を増減して発光幅Ｗｆｎを目標発光幅Ｗａに近づける制御を繰り返し行う。また、差分Ｄの絶対値が上限値以上の場合は、制御部Ｃに接続される入出力部１２から放電異常を知らせる警告を表示する、警報音を発生するか、またはその両方を行う。

ここで、図２に示すフローチャートを参照して、制御部Ｃによる制御処理手順について説明する。図２において、まず制御部Ｃは、放電制御部１１において、電極棒４ａ、４ｂからのアーク放電を開始する（ステップＳ１０１）。つぎに、制御部Ｃは、放電時間が終了か否かを判断する（ステップＳ１０２）。その後、放電時間が終了の場合（ステップＳ１０２、Ｙｅｓ）には、ステップＳ１１１に進むが、放電時間が終了ではない場合（ステップＳ１０２、Ｎｏ）には、放電開始から所定時間以上経過したか否かを判断する（ステップＳ１０３）。この所定時間とは、放電開始から発光幅Ｗｆｎの測定開始までの時間に対応する。その後、所定時間以上経過していない場合（ステップＳ１０３、Ｎｏ）には、ステップＳ１０２に戻る。また、所定時間以上経過した場合（ステップＳ１０３、Ｙｅｓ）には撮像素子７による撮像を行い、画像処理部８が、撮像結果をもとに画像処理を行い、対向する光ファイバの発光幅Ｗｆｎを測定する（ステップＳ１０４）。その後、演算部１０において発光幅Ｗｆｎと目標発光幅Ｗａとの差分Ｄを演算する（ステップＳ１０５）。ここで目標発光幅Ｗａとは、光ファイバの接続損失が許容接続損失よりも小さいときの発光幅である。

その後、この演算した差分Ｄの絶対値が上限値以上か否かを判断する（ステップＳ１０６）。差分Ｄの絶対値が上限値以上の場合には、放電状態が異常であることを意味する。差分Ｄの絶対値が上限値以上の場合（ステップＳ１０６，Ｙｅｓ）には、入出力部１２から放電異常を知らせる警告を表示するか警報音を発生する、またはその両方を行うフラグを立てる（ステップＳ１１０）。その後、差分Ｄが零以上か否かを判断する（ステップＳ１０７）。差分Ｄが零以上である場合（ステップＳ１０７，Ｙｅｓ）は、放電強度制御部１１が放電強度を減少し（ステップＳ１０９）、差分Ｄが零より小さい場合（ステップＳ１０７，Ｎｏ）は、放電強度制御部１１が放電強度を増加し（ステップＳ１０８）、ステップＳ１０２に戻る。そして、所定の放電時間が終了していない場合（ステップＳ１０２、Ｎｏ）は、上述したステップＳ１０３以降を繰り返す。一方、所定の放電時間が終了した場合（ステップＳ１０２、Ｙｅｓ）は、フラグが立てられている（フラグ＝１）か否かを判断する（ステップＳ１１１）。この判断結果、フラグが立てられている場合（ステップＳ１１１、Ｙｅｓ）は、警告の表示および警報音を発生し（ステップＳ１１２）、フラグが立てられていない場合（ステップＳ１１１、Ｎｏ）は、放電を終了する。なお、放電時間は、放電が多芯光ファイバ１，２に与える熱量の積分値が融着接続に必要な所定の値になるまでの時間であり、放電強度や光ファイバの種類などに応じて決定される。４芯の多芯光ファイバの場合はたとえば１０〜２０秒程度である。

本実施の形態では、差分Ｄの値に応じて放電強度を増減して発光幅Ｗｆｎを目標発光幅Ｗａに近づける制御を繰り返し行うことによって、常に最適な放電条件でアーク放電を行うように制御することができるので、低い接続損失を安定して得ることができる。

つぎに、本実施の形態についてより具体的に説明する。はじめに、発光幅Ｗｆｎについて説明する。図３および４は、多芯光ファイバ１、２の融着接続の際に入出力部１２に備えた表示部１３に表示される画像を模式的に示した図である。多芯光ファイバ１、２の融着接続の際には、まず、図３に示すように、ホルダ３ａ、３ｂの移動によって多芯光ファイバ１、２が長手方向に移動し、端面が所定位置で突き合わされた状態となる。つぎに、３秒以下の短時間のアーク放電（クリーニング放電）を行って光ファイバ表面の異物を除去した後、図４に示すように、アーク放電を行い、多芯光ファイバ１、２に熱を与えて溶融しながら端面をより近づけることによって融着して接続する。なお、このとき表示部１３の表示上ではアーク放電の放電パターンの周辺領域と、多芯光ファイバ１、２が熱を与えられて高温化した部分に発光が観察される。符号Ｄａは発光領域を示す。このとき、発光幅Ｗｆｎとは、図４に示すように、対向して接続すべき光ファイバが発光している領域の幅のことである。この発光幅Ｗｆｎは多芯光ファイバ１、２に実際に与えられる熱量を反映する。従って、この発光幅Ｗｆｎを放電強度の制御パラメータに用いることで、たとえば放電電圧などを制御パラメータに用いる場合に比べて、常に光ファイバに最適な量の熱を与えることができるので、より安定して低い接続損失が得られるとともに、従来融着接続の度に必要であった放電強度の確認のための試験放電を行う必要がない。

なお、発光幅Ｗｆｎの測定は、放電開始後の所定時間以降に行うが、この所定時間は０．５秒以上であることが好ましい。その理由を以下に説明する。

図５は、異なる融着接続機における放電開始後の経過時間と発光幅との関係を示す図である。曲線Ｌ１は本実施の形態に係る融着接続機の場合を示し、曲線Ｌ２、Ｌ３は本実施の形態に係る融着接続機と同一型式の他の融着接続機の場合を示す。図５に示すように、放電開始後には放電強度が安定しないので放電強度を反映する発光幅も安定せず、曲線Ｌ１〜Ｌ３の形状も機器によってばらばらであるが、放電開始後０．５秒経過するといずれの曲線も安定して変化する形状になる。したがって、放電開始後の０．５秒経過後に発光幅Ｗｆｎを測定すれば、融着接続機の機器によらず発光幅Ｗｆｎを安定して測定できるので、より安定した放電強度の制御ができ、安定して低い接続損失を実現できる。

つぎに、目標発光幅Ｗａについて説明する。目標発光幅Ｗａは、光ファイバの接続損失が許容接続損失よりも小さいときの発光幅であることが好ましいが、融着接続機の製造時、メンテナンス時、または融着接続の作業開始前に予備的に試験放電をして求めるものである。以下説明する。

目標発光幅Ｗａを求める際には、まず試験放電によって光ファイバの後退量と呼ばれる量を測定し、この後退量を目安として目標発光幅Ｗａを求める。すなわち、まず図６に示すように、接続すべき多芯光ファイバを所定の間隔だけ隔てて対向して配置し、所定の時間だけ試験放電を行い、多芯光ファイバの端面部を溶かす。ここで、符号１６は試験放電によって後退した部分を示す。この後退した部分１６の長手方向の長さを後退量と規定する。

図７は、後退量、放電強度、発光幅と接続損失との関係を示す図である。図７に示すように、接続損失が所定の許容接続損失Ｌｏｓｓ１となるような発光幅が発光幅Ｗｆｎ１とＷｆｎ２との間に存在するので、これを目標発光幅Ｗａとする。なお、後退量と放電強度と発光幅とには相関があるので、目標発光幅Ｗａに対応する後退量Ｍａとなるような放電強度Ｐａで放電を行えばそのときの発光幅は目標発光幅Ｗａとなっていると仮定して、試験放電の際には放電幅を測定せずに後退量のみを測定して、最適な放電条件を決めてもよい。

なお、図８は、放電強度と後退量との関係を測定した結果を示す図である。図８に示すように、放電強度と後退量とは相関関係があり、この相関関係は機器によって異なるが、予め放電試験によって放電強度と後退量との相関関係を知ることができる。

つぎに、差分Ｄの絶対値が上限値以上の場合について説明する。図９は、差分Ｄの絶対値と接続損失との関係について示す図である。図９に示すように、放電時間が一定という条件で差分Ｄの絶対値が大きくなると接続損失が急激に上昇し、上限値Ｄｍａｘを超えると接続損失が接続損失Ｌｏｓｓ２を超えてしまう。そこで、本実施の形態の融着接続機は、差分Ｄの絶対値が上限値以上の場合は放電異常を知らせる警告の表示および警報音の発生を接続後に行うので、より安全な融着接続作業が可能となる。

つぎに、本実施の形態に係る融着接続機を用いて融着接続を行った結果について説明する。図１０は、本実施の形態に係る融着接続機を用いて融着作業を行った際の電源投入後の経過時間と接続損失および１０分間の接続損失の平均値との関係を示す図である。なお、接続する多芯光ファイバとしてそれぞれ同様の特性を有した４芯の多芯光ファイバであるサンプル＃１〜４の多芯光ファイバを用いた。図１０に示すように、電源投入後１５０分間の接続損失の平均値は極めて安定した低い値であった。

一方、図１１は、従来の融着接続機を用いて融着作業を行った際の電源投入後の経過時間と接続損失および１０分間の接続損失の平均値との関係を示す図である。なお、接続する多芯光ファイバとしてサンプル＃１〜４の多芯光ファイバと同様の特性を有した４芯の多芯光ファイバであるサンプル＃５〜８の多芯光ファイバを用いた。図１１に示すように、電源投入後の接続損失の平均値は徐々に増加し、不安定であった。

ここで、図１２は、具体的な融着接続機３０の外観を示す斜視図であり、図１３は、この融着接続機３０の風防カバー３６を開き、光ファイバ４５を把持したホルダをホルダ台に設置した状態を示す図である。図１２および図１３において、この融着接続機３０は、光ファイバの融着接続に必要な最小限の機能を備え、手持部３０ａと融着接続部３０ｂとがＴ字形に配置され、手持部３０ａに表示部３２および入出力部３１を有する。表示部３２は、たとえば、接続損失の設定値、推定損失、警告などの文字を表示することができる。なお、この場合、光ファイバ種類を選択できるようにしてもよい。さらに、表示部３２は、その画面から各種操作が可能なようにタッチパネル式としてもよい。

入出力部３１は、ランプ３２ａ，３２ｂおよび音出力部３３を有する。ランプ３２ａ，３２ｂは、放電状態を表示するＬＥＤであり、ランプ３２ａは、放電が正常に行われた場合に緑色を点灯し、ランプ３２ｂは、異常放電の場合に赤色を点灯あるいは点滅させる。また、音出力部３３は、異常放電の場合に、ブザー音を出力し、警告する。また、入出力部３１は、電源のオン／オフ操作を行う電源キーＫp、表示部３２におけるカーソルの上移動並びに接続操作を開始させるカーソルキーＫcu、カーソルの上移動を素須佐するカーソルキーＫcd、リセットキーＫr、選択決定キーＫe、動作開始あるいは位置停止を入力する操作キーＫopなどの各種操作キーの他、電源のオン／オフ状態を表示するモニタランプＬmなどを有する。

融着接続部３０ｂは、１組のホルダ台３４と、放電電極３５と、風防カバー３６とを有する。ここで、１組のホルダ台３４と放電電極３５とは、内部の支持基板４３上に設置され、支持基板４３は磁性金属によって形成される。ホルダ台３４は、光ファイバ４５を把持した磁性金属からなりホルダ４６をそれぞれ対向させて配置する台で、融着接続部３０ｂの中央に配置される支持部材３７の両側に１つずつ配置される。放電電極３５は、光ファイバ４５に対して直交させて対向配置され、対向配置された光ファイバ４５の端部を放電によって融着接続する。

なお、上述した実施の形態では、多芯光ファイバを接続する場合について説明したが、これに限らず、単芯光ファイバを接続する場合についても同様に適用することができる。

また、上述した実施の形態において、電極棒の経時劣化や異物の付着などによって、放電パターンが電極棒を中心として左右非対称になり、接続損失が増大する場合がある。そこで、上述した実施の形態の融着接続機に、発光幅だけでなく発光幅の中心位置も測定して記憶し、次回の融着接続時には対向する光ファイバの端面の突合せの位置と発光幅の中心位置とが一致するように突合せの位置を調整する手段を備えてもよい。さらに、異種の光ファイバを接続する際には、各光ファイバは融着接続に必要な熱量が異なる場合があるので、対向する光ファイバの端面の突合せの位置と発光幅の中心位置とが一致しているとかえって接続損失が増大する場合がある。そこで、各光ファイバの種類を考慮して、光ファイバの端面の突合せの位置と発光幅の中心位置の位置関係を適宜調整してもよい。

また、上述のクリーニング放電の際にも光ファイバがある程度発光するので、クリーニング放電の際の光ファイバの発光幅を測定し、この発光幅を目標発光幅の目安としてもよい。

本発明の実施の形態である融着接続機の融着接続時の放電制御にかかわる構成を示す図である。図１に示した融着接続機における制御処理手順を示すフローチャートである。多芯光ファイバの融着接続の際に入出力部に備えた表示部に表示される画像を模式的に示した図である。多芯光ファイバの融着接続の際に入出力部に備えた表示部に表示される画像を模式的に示した図である。異なる融着接続機における放電開始後の経過時間と発光幅との関係を示す図である。後退量を説明する図である。後退量、放電強度、発光幅と接続損失との関係を示す図である。放電強度と後退量との関係を測定した結果を示す図である。差分Ｄの絶対値と接続損失との関係について示す図である。実施の形態に係る融着接続機を用いて融着作業を行った際の電源投入後の経過時間と接続損失および１０分間の接続損失の平均値との関係を示す図である。従来の融着接続機を用いて融着作業を行った際の電源投入後の経過時間と接続損失および１０分間の接続損失の平均値との関係を示す図である。融着接続機の一例を示す斜視図である。図１２に示した融着接続機であって、風防カバーを開き、光ファイバを把持したホルダをホルダ台に設置した状態を示す図である。

符号の説明

１、２多芯光ファイバ
３ａ、３ｂホルダ
４ａ、４ｂ電極棒
５光源
６受光系
７撮像素子
８画像処理部
９記憶部
１０演算部
１１放電強度制御部
１２入出力部
Ｃ制御部

Claims

アーク放電によって対向して配置した光ファイバを融着接続する融着接続機であって、
放電開始後の所定時間以降に対向する光ファイバの発光幅Ｗｆｎを測定する測定手段と、
前記発光幅Ｗｆｎと目標発光幅Ｗａとの差分Ｄを演算する演算手段と、
前記差分Ｄの値に応じて放電強度を増減して前記発光幅Ｗｆｎを前記目標発光幅Ｗａに近づける制御を繰り返し行う放電制御手段と、
を備えたことを特徴とする融着接続機。
前記目標発光幅Ｗａは、光ファイバの接続損失が許容接続損失よりも小さいときの発光幅であることを特徴とする請求項１に記載の融着接続機。
前記所定時間は０．５秒以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の融着接続機。
アーク放電によって対向して配置した光ファイバを融着接続する融着接続機の制御方法であって、
放電開始後の所定時間以降に対向する光ファイバの発光幅Ｗｆｎを測定する測定ステップと、
前記発光幅Ｗｆｎと目標発光幅Ｗａとの差分Ｄを演算する演算ステップと、
前記差分Ｄの値に応じて放電強度を増減して前記発光幅Ｗｆｎを前記目標発光幅Ｗａに近づける制御を繰り返し行う放電制御ステップと、
を含むことを特徴とする融着接続機の制御方法。
前記目標発光幅Ｗａは、光ファイバの接続損失が許容接続損失よりも小さいときの発光幅であることを特徴とする請求項４に記載の融着接続機の制御方法。
前記所定時間は０．５秒以上であることを特徴とする請求項４または５に記載の融着接続機の制御方法。