JP2018036372A - 屈曲光ファイバの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造歩留まりを低下させることなく、製造される屈曲光ファイバの品質バラツキを効果的に低減する屈曲光ファイバの製造方法を提供する。【解決手段】回転軸を中心に回転可能な移動制限部材２２Ａ、２２Ｂに先端部が保持された光ファイバ１０を回転軸に向かって送り出しながら、移動制限部材を回転させることにより、光ファイバの一部に屈曲部位を形成する弾性屈曲工程と、レーザ光を照射することにより屈曲部位の応力を開放する加熱工程と、が交互に繰り返される。これにより、光ファイバに、その長手方向に沿って応力が解放された複数の屈曲部位が形成される。【選択図】図５Ａ

Description

本発明は、一部に屈曲形状部が設けられた、石英系ガラスからなる屈曲光ファイバの製造方法に関するものである。

光モジュールの小型化に伴い、該光モジュール近傍で使用される光ファイバの低背化（電子基板等に一端が垂直接続された光ファイバの、該基板からの高さを低く抑えること）が要求されている。光ファイバの低背化のためには、該光ファイバの先端部付近に屈曲部位を形成することが必要となる。

光ファイバの所定箇所に屈曲部位を形成する技術として、例えば特許文献１には、光伝送媒体である光ファイバの一部をアーク放電により連続加熱することで、該光ファイバの一部に屈曲部位を形成する製造装置及び方法が開示されている。この特許文献１の製造装置では、屈曲部位において所望の曲率半径を得るため、光ファイバの先端を固定する一方、他端を一定の張力で引っ張ることにより、該光ファイバを張り詰めた状態で屈曲部位の形成が行われる。

特許文献２の製造方法は、光ファイバの先端に取り付けられた荷重材の重みを利用して、該光ファイバに屈曲部位を形成する。すなわち、先端に荷重材を取り付ける一方、後端が固定された光ファイバの一部に対してレーザ光を照射することにより、レーザ光が照射された部位（レーザ光照射により加熱された部位）を軟化させ、該荷重材自体の重みを利用して該軟化部位を屈曲させている。

また、特許文献３の製造方法では、後端が固定される一方、先端が回転治具のレバーを引っ掛けた光ファイバが、その一部が回転治具の回転中心に位置するよう製造装置に装着される。この製造装置は、回転中心に位置する光ファイバの一部をアーク放電により連続加熱しながら回転治具を回転させることにより、装着された光ファイバの一部（加熱部分）に屈曲部位を形成している。

特開２０１１−８５７１８号公報 国際公開ＷＯ２０１５／０７６１０５Ａ１号公報 国際公開ＷＯ２０１２／０２９１５７Ａ１号公報

発明者は、従来の屈曲光ファイバの製造方法について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、上記特許文献１の製造方法は、光ファイバの一部をアーク放電により連続加熱することで、該加熱部位に屈曲部位を形成している。その際、該屈曲部位において所望の屈曲部の曲率を得るため、光ファイバを下支え部材に接触させている。この場合、接触部で光ファイバが傷つく可能性が高くなる。また、上記特許文献１の製造方法において、光ファイバは、その先端側が固定（移動不可能）される一方、後端側は一定の張力で引っ張られている。このとき、張力が強すぎると光ファイバ自体が延伸（細径化）され、逆に張力が弱すぎると屈曲時に光ファイバ自体がたわむことになる。したがって、上記特許文献１の製造方法では、摩擦を考慮した最適な張力の設定が必要になる。

上記特許文献２の製造方法は、光ファイバの先端に取り付けられた荷重材の重みを利用して該光ファイバに屈曲部位を形成するが、光ファイバの加工時間に関して具体的な記述はない。すなわち、特許文献２の製造方法は、レーザ光の照射期間中に光ファイバを屈曲させるが、具体的な加工時間に関する記載がないため、製造される屈曲光ファイバの品質バラツキが増大する可能性が大きい。

また、上記特許文献３の製造方法は、光ファイバをアーク放電により連続的に加熱している。この場合、加熱部分だけでなくその周辺へ熱が蓄積されていくため、屈曲部位を形成したい部分以外もファイバ温度は上昇し、結果、屈曲部位における曲率制御が困難になる（曲率不均一化）。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、屈曲形状部における曲率が正確に制御された屈曲光ファイバが安定的に得られるとともに、製造される屈曲光ファイバの品質バラツキを効果的に低減するための構造を備えた屈曲光ファイバの製造方法を提供することを目的としている。

本実施形態に係る屈曲光ファイバの製造方法は、屈曲形状部を有する屈曲光ファイバを製造するため、前工程と、装着工程と、屈曲光ファイバ製造工程と、を少なくとも備え、屈曲光ファイバ製造工程は、弾性屈曲工程と、加熱工程と、を含む。前工程では、石英系ガラスからなる光ファイバが用意されるとともに、屈曲付与機構が用意される。屈曲付与機構は、所定の軸方向に沿って延びる回転軸と、光ファイバの長手方向に直交する方向への当該光ファイバの移動を制限するよう光ファイバを保持した状態で回転軸を中心に回転可能な移動制限部材と、を有する。装着工程では、前記光ファイバの一方の端部が前記屈曲付与機構に装着される一方、光ファイバの他方の端部が、ファイバ送出し機構に固定される。屈曲付与機構への光ファイバの装着は、移動制限部材に対して回転軸側から光ファイバの一方の端部を貫通させることにより、達成される。屈曲光ファイバ製造工程では、長手方向に沿って互いに離間した複数の屈曲部位が光ファイバに形成されることにより、前工程において用意された光ファイバに屈曲形状部が設けられる。

ここで、屈曲光ファイバ製造工程の一部を構成する弾性屈曲工程では、ファイバ送出し機構により光ファイバ屈曲付与機構側へ送出しながら、光ファイバの送出し方向に対して移動制限部材の姿勢を、回転軸を中心に所定角度だけ傾斜させることにより、光ファイバに屈曲部位が形成される。なお、この弾性屈曲工程では、光ファイバの送出しと移動制限部材の姿勢傾斜とが並行して行われることにより、光ファイバの、屈曲部位が形成されるべき一部（レーザ照射位置）が、常に回転軸と交差するように位置調節される。また、屈曲光ファイバ製造工程の一部を構成する加熱工程では、光ファイバを横切るように軸方向に沿ってレーザ光を走査させることにより屈曲部位を加熱により軟化させ、それにより、屈曲部位の応力が開放される。本実施形態では、光ファイバの送出し方向に対する移動制限部材の傾斜角度を、弾性屈曲工程を実行する毎に段階的に大きくなるよう変更しながら、加熱工程を断続的に繰り返すことにより、長手方向に沿って互いに離間した複数の屈曲部位が光ファイバに形成される。

本実施形態によれば、光ファイバへの屈曲部位形成の際、屈曲付与機構に対して該光ファイバはその長手方向に沿って移動可能であるため、最終的に得られる屈曲光ファイバの破損リスクが低減される。また、光ファイバの長手方向に沿って屈曲部位を離間的に形成していくことにより、屈曲形状部における曲率が正確に制御された屈曲光ファイバが安定的に得られる（屈曲光ファイバの製造歩留まりの低下抑制）。結果、製造される屈曲光ファイバの品質バラツキが効果的に低減され得る（屈曲光ファイバの品質安定化）。特に、複数の光ファイバを一平面内に並べて一体的に取り扱う場合でも、屈曲加工前に装着されるファイバ送出し機構により複数の光ファイバの配置が固定されるため、得られる複数の屈曲光ファイバ間の品質バラツキは低減される。また、複数の光ファイバに対する屈曲付与機構の位置調節および装着も容易になる。

なお、屈曲光ファイバへの固定に関して、該屈曲光ファイバの長手方向の固定には、ファイバ送出し機構が寄与しており、該屈曲光ファイバにおける曲率半径方向の固定には、屈曲付与機構が寄与している。更に、ファイバ送出し機構は、加熱前の光ファイバに形成されるべき屈曲部位までのレーザ光照射距離の変動を抑制するよう機能する。光ファイバの「品質バラツキ」とは、一本の屈曲光ファイバにおいては、各屈曲部位における曲率のばらつきを意味し、複数の光ファイバ要素を含む屈曲光ファイバの場合においては、得られた複数の屈曲光ファイバ間において、屈曲形状を規定する曲率が、ばらつくことを意味する。

本実施形態に係る光接続部品の製造方法を実施するための製造装置の構成例を示す図である。 屈曲付与機構の平面構造および側面構造の各例を示す図（屈曲付与機構の準備工程を説明するための図）である。 本実施形態の装着工程および屈曲光ファイバ製造工程の一部を構成する加熱工程を説明するための図である。 図１に示された製造装置におけるファイバ送出し機構を後方から見た正面図である。 本実施形態の弾性屈曲工程および加熱工程を説明するための図である。 本実施形態の弾性屈曲工程における光ファイバの送出し動作を説明するための図である。 図３とともに本実施形態の加熱工程を説明するための図である。 本実施形態の加熱工程の前後における光ファイバ端部の姿勢変化の様子を示す図である。 本実施形態の製造方法により製造された、屈曲光ファイバにおける屈曲形状部の拡大図である。 本実施形態の製造方法により製造された屈曲光ファイバと比較例の製造方法により製造された屈曲光ファイバの屈曲形状部それぞれにおける曲率（＝１／曲率半径Ｒ）の測定結果を示す図である。

[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容をそれぞれ個別に列挙して説明する。

（１）本実施形態の一態様として、当該屈曲光ファイバの製造方法は、屈曲形状部を有する屈曲光ファイバを製造するため、前工程と、装着工程と、屈曲光ファイバ製造工程と、を少なくとも備え、屈曲光ファイバ製造工程は、弾性屈曲工程と、加熱工程と、を含む。前工程では、石英系ガラスからなる光ファイバが用意されるとともに、屈曲付与機構が用意される。屈曲付与機構は、所定の軸方向に沿って延びる回転軸と、光ファイバの長手方向に直交する方向への当該光ファイバの移動を制限するよう光ファイバを保持した状態で回転軸を中心に回転可能な移動制限部材と、を有する。装着工程では、前記光ファイバの一方の端部が前記屈曲付与機構に装着される一方、光ファイバの他方の端部が、ファイバ送出し機構に固定される。屈曲付与機構への光ファイバの装着は、移動制限部材に対して回転軸側から光ファイバの一方の端部を貫通させることにより、達成される。屈曲光ファイバ製造工程では、長手方向に沿って互いに離間した複数の屈曲部位が光ファイバに形成されることにより、前工程において用意された光ファイバに屈曲形状部が設けられる。

ここで、屈曲光ファイバ製造工程の一部を構成する弾性屈曲工程では、ファイバ送出し機構により光ファイバ屈曲付与機構側へ送出しながら、光ファイバの送出し方向に対して移動制限部材の姿勢を、回転軸を中心に所定角度だけ傾斜させることにより、光ファイバに屈曲部位が形成される。この弾性屈曲工程では、光ファイバの送出しと移動制限部材の姿勢傾斜とが並行して行われることにより、光ファイバの、屈曲部位が形成されるべき一部（レーザ照射位置）が、常に回転軸と交差するように位置調節される。また、屈曲光ファイバ製造工程の一部を構成する加熱工程では、光ファイバを横切るように軸方向に沿ってレーザ光を走査させることにより屈曲部位を加熱により軟化させ、それにより、屈曲部位の応力が開放される。本実施形態では、光ファイバの送出し方向に対する移動制限部材の傾斜角度を、弾性屈曲工程を実行する毎に段階的に大きくなるよう変更しながら、加熱工程を断続的に繰り返すことにより、長手方向に沿って互いに離間した複数の屈曲部位が光ファイバに形成される。

（２）本実施形態の一態様として、光ファイバへのレーザ光の照射は、移動制限部材の姿勢の傾斜動作およびファイバ送出し機構による光ファイバの送出し動作の双方が停止している期間中に行われるのが好ましい。

（３）本実施形態の一態様として、レーザ光の照射領域は、回転軸の中心軸の、軸方向に沿って延びた延長線上に設定されており、光ファイバを挟んだ第１位置と第２位置との間で、光ファイバを横切るように軸方向に沿って走査されるのが好ましい。なお、第１位置は、レーザ光の照射領域が光ファイバから外れた位置である。また、第２位置は、第１位置とともに光ファイバを挟み、かつ、照射領域が光ファイバから外れた位置である。

（４）本実施形態の一態様として、光ファイバの屈曲部位が位置する、レーザ光の照射領域の平均温度（以下、「ファイバ温度」と記す）がガラス軟化点以上を維持する時間が５００ｍｓ以下となるよう、軸方向に沿ったレーザ光の走査速度および／または回数が制御されるのが好ましい。

（５）本実施形態の一態様として、光ファイバは、軸方向に沿って配列された複数の光ファイバ要素を含んでもよい。この場合、装着工程において、これら複数の光ファイバ要素それぞれの一方の端部は、移動制限部材に保持される。また、これら複数の光ファイバ要素それぞれの他方の端部は、前記ファイバ送出し機構に固定される。なお、光ファイバまたは複数の光ファイバ要素それぞれは、１以上のコアを含んでもよい。すなわち、本実施形態に係る屈曲光ファイバの製造方法は、単一コアを有する光ファイバの他、２以上のコアを含むマルチコア光ファイバに対しても適用可能である。

（６）本実施形態の一態様として、レーザ光は、波長１．５μｍ以上の赤外レーザ光を含んでもよい。

（７）本実施形態の一態様として、弾性屈曲工程において付与される移動制限部材の、１回当たりの傾斜角度は、５°以下であるのが好ましい。

（８）本実施形態の一態様として、移動制限部材は一対の突起であってもよく、この場合、一対の突起により規定される空隙の幅は、光ファイバのクラッド外径の２倍以上かつ４倍以下であるのが好ましい。なお、移動制限部材が一対の突起で構成される場合、「移動制限部材の姿勢」は、これら突起それぞれの断面中心を結ぶ線分により規定されるものとする。

以上、この[本願発明の実施形態の説明]の欄に列挙された各態様は、残りの全ての態様のそれぞれに対して、または、これら残りの態様の全ての組み合わせに対して適用可能である。

[本願発明の実施形態の詳細]
本願発明に係る屈曲光ファイバの製造方法の具体例を、以下に添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、これら例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図されている。また、図面の説明において同一の要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る光接続部品の製造方法を実施するための製造装置の構成例を示す図である。図１に示された製造装置の各部の構成として、図２には、図１に示された屈曲付与機構２０の平面構造および側面構造が示され、図３には、本実施形態の装着工程および屈曲光ファイバ製造工程の一部を構成する加熱工程を説明するため、図１の製造装置に装着されに光ファイバの平面図が示され、また、図４には、図１に示された製造装置におけるファイバ送出し機構を後方から見た正面図が示されている。

図１に示されたように、本実施形態に係る光ファイバの製造方法を実施する製造装置は、制御部６６０と、光ファイバ１０の一部に屈曲部位を形成するための屈曲形成機構と、ファイバ送出し機構と、作業ステージ６００と、を備える。光ファイバ１０と平行にＸ軸、作業ステージ６００に垂直にＺ軸、Ｘ軸とＺ軸に垂直にＹ軸をとる。作業ステージ６００上の屈曲形成機構は、光ファイバ１０の一部に屈曲部位を形成するための屈曲付与機構２０、特に、光ファイバ１０の一方の端部（以下、「先端部」と記す）を挟む一対の突起（移動制限部材を構成し、以下、「屈曲レバー」と記す）２２Ａ、２２Ｂを保持した状態で回転させるための回転機構６２０(例えばステッピングモータ等)と、光ファイバ１０を横切るようにＹ軸に沿ってレーザ光を走査させるレーザ走査機構１２０と、これら回転機構６２０およびレーザ走査機構１２０を所定位置で保持する支持台６１０と、により構成されている。回転機構６２０は、回転軸３１０を介して、矢印Ｍ１で示された方向に回転可能な状態で屈曲付与機構２０を保持する。回転軸３１０を中心に屈曲付与機構２０を回転させることにより、一対の屈曲レバー２２Ａ、２２Ｂの姿勢（一対の屈曲レバー２２Ａ、２２Ｂそれぞれの断面中心を結ぶ線分により規定）が変えられる。

一方、作業ステージ６００上のファイバ送出し機構は、ファイバ固定部品５００と、ファイバ固定部品５００を保持する把持ステージ６３０と、把持ステージ６３０の移動方向（矢印Ｍ２で示された方向）を規定するレール６４０と、レール６４０に沿って把持ステージ６３０を移動させるための駆動部６５０と、により構成されている。また、レーザ走査機構１２０からのレーザ光照射、回転機構６２０における回転軸３１０の回転動作、および駆動部６５０による把持ステージ６３０の移動動作は、制御部６６０により一括制御される。

屈曲付与機構２０は、図２の例に示されたように、回転機構６２０に取り付けられ、かつ、Ｙ軸方向に沿って延びた回転軸３１０と、その中心部分が回転軸３１０に固定された、円盤状の支持板２１と、支持板２１の主面上に、軸方向に沿って延びた状態でそれぞれ固定された一対の屈曲レバー２２Ａ、２２Ｂと、を有する。なお、図２の左側は、Ｙ軸方向に沿って図１の製造装置を見たときの屈曲付与機構２０の正面図であり、図２の右側は、Ｘ軸方向に沿って図１の製造装置を見たときの屈曲付与機構２０の側面図である。また、以下の説明では、回転軸３１０と一対の屈曲レバー２２Ａ、２２Ｂとの距離、具体的には、回転軸３１０の断面中心から一対の屈曲レバー２２Ａ、２２Ｂの断面中心間の中間位置までの距離をｒと規定する（図５Ｂ参照）。

図２に示されたように、一対の屈曲レバー２２Ａ、２２Ｂそれぞれは、支持板２１の主面から軸方向（Ｙ軸方向）に沿って延び、これら一対の屈曲レバー２２Ａ、２２Ｂの間には所定幅の空隙２２０が設けられている。光ファイバ１０の先端部は、この空隙２２０を貫通するよう配置されることにより、該光ファイバ１０の長手方向に直交する方向への当該光ファイバ１０の移動が制限される。また、回転機構６２０が回転軸３１０を介して支持板２１を回転させると、該支持板２１に固定された一対の屈曲レバー２２Ａ、２２Ｂの姿勢が変更する。したがって、光ファイバ１０を挟んだ状態一対の屈曲レバー２２Ａ、２２Ｂの姿勢が変更されることにより、光ファイバ１０の一部に屈曲部位が形成される。なお、一対の屈曲レバー２２Ａ、２２Ｂにより規定される空隙２２０の幅は、光ファイバ１０のクラッド外径の２倍以上かつ４倍以下であるのが好ましい。具体的には５００μｍ以下であるのが好ましい。空隙２２０の幅がこのような範囲に設定されることにより、ＺＸ面内で光ファイバ１０の長手方向に直交する方向の当該光ファイバ１０の移動、具体的には屈曲光ファイバ製造工程における加熱工程の前後における光ファイバ１０の先端部の変動が効果的に制限される。すなわち、図７に示されたように、レーザ光の走査による光ファイバ１０の加熱前は、光ファイバ１０自身の弾性力により一方の屈曲レバー２２Ａが光ファイバ１０の先端部（図７中の実線で示された部分）の移動を制限するように機能する。一方、加熱後は、光ファイバ１０に形成された屈曲部位における応力が解放されるため、光ファイバ１０の先端部は、図７中の破線で示されたように変動する。この場合、一方の屈曲レバー２２Ａは、光ファイバ１０の先端部が図７中の矢印Ｍ３で示された方向に跳ね上がるのを抑制するよう機能し、他方の屈曲レバー２２Ｂが、光ファイバ１０の端面１０ａ側が矢印Ｍ３とは逆方向に下がるのを抑制するよう機能する。

次に、図３は、本実施形態の装着工程および屈曲光ファイバ製造工程の一部を構成する加熱工程を説明するため、図１の製造装置に装着されに光ファイバを示す平面図である。なお、図３は、Ｚ軸方向に沿って図１の製造装置を見たときの光ファイバ１０の装着状態を示す平面図である。

図３に示された例において、用意される光ファイバ１０は、石英系ガラスからなり、コア１１およびクラッド１２を有する。光ファイバ１０の数は、１本でもよいし、複数本が並列配置されていてもよい。また、光ファイバ１０は、単一コアを有するシングルコア光ファイバであっても、複数コアを有するマルチコア光ファイバであってもよい。光ファイバ１０の、屈曲部位が形成される領域では、樹脂被覆層が除去され、該光ファイバ１０のガラス部分が露出されているが、それ以外の領域では樹脂被覆層が設けられていてもよい。光ファイバ１０の先端には光コネクタ等の接続部品が設けられていてもよい。図３に示された例では、並列配置された３本の光ファイバ（光ファイバ要素）１０の、端面１０ａを含む先端部側を、屈曲付与機構２０の一対の屈曲レバー２２Ａ、２２Ｂにより規定される空隙２２０に対して貫通させることにより（光ファイバ１０の先端部が一対の屈曲レバー２２Ａ、２２Ｂにより挟まれた状態）、光ファイバ１０の先端部が屈曲付与機構２０に装着される。一方、端面１０ｂを含む光ファイバ１０の他方の端部（以下、「後端部」と記す）は、把持ステージ６３０に保持されたファイバ固定部品５００に固定されることで、当該光ファイバ１０の後端部がファイバ送出し機構に固定される。

また、レーザ走査機構１２０から照射されるレーザ光は、光ファイバ１０を横切るようにＹ軸方向に沿って走査させる。図３の例では、レーザ光の照射領域は、図３に示されたように領域ＡＲ０（斜線領域）内にＹ軸方向に沿って並列に配列された３本の光ファイバ１０全てが含まれるサイズを有する。また、光ファイバ１０に対するレーザ光の照射位置は、ファイバ送出し機構のファイバ送出し動作により調整される。なお、レーザ光の照射領域は、複数本の光ファイバ全てが含まれるサイズを有さなくともよい。すなわち、レーザ光の照射領域は、配置される光ファイバの本数の増減に対応すべく、光ファイバ１本分以上のサイズを有すればよい。ただし、加熱工程におけるレーザ光の走査は、３本の光ファイバ１０から外れた第１位置および第２位置の間を、３本の光ファイバ１０を横切るようにＹ軸に沿って行われる。具体的に、第１位置は、図３の３本の光ファイバ１０から外れたレーザ光の照射領域ＡＲ１の中心Ｏ_１に相当し、第２位置は、図３の３本の光ファイバ１０から外れたレーザ光の照射領域ＡＲ２の中心Ｏ_２に相当する。したがって、レーザ走査機構１２０は、図３中の矢印Ｓ１で示した方向に沿ってレーザ光を走査させることになる。なお、レーザ光の照射領域ＡＲ０〜ＡＲ２は、何れも、回転軸３１０の中心軸の、Ｙ軸（軸方向）に沿って延びた延長線上に設定されている。

上述のように、光ファイバ１０の後端部は、ファイバ送出し機構に固定されるが、具体的には、図４に示されたように、光ファイバ１０の後端部は、光ファイバ１０とファイバ固定部品５００との相対位置が変動しないように、該ファイバ固定部品５００により把持される。なお、図４は、図１に示された製造装置におけるファイバ送出し機構を後方から見た正面図であり、具体的にはＸ軸方向から図１の製造装置を見たときの当該製造装置の側面図である。

具体的に、光ファイバ１０の後端部は、図４に示されたように、光ファイバ１０とファイバ固定部品５００との相対位置が変動しないように、ファイバ固定部品５００により把持される。なお、ファイバ固定部品５００は、光ファイバ１０のＺ方向に沿った移動を制限するリッド５００ａと、光ファイバ１０が設置されるＶ溝５１０を有するＶ溝基板５００ｂにより構成される。このファイバ固定部品５００は、固定治具５５０により、把持ステージ６３０の上部に固定されている。また、レール６４０には、その長手方向に沿ってらせん状にネジ溝が形成されるとともに、該レール６４０が貫通する把持ステージ６３０の貫通孔の内周面にもネジ山が形成されている。レール６４０が把持ステージ６３０の貫通孔に挿入された状態で、レール６４０のネジ溝と把持ステージ６３０のネジ山はかみ合っており、Ｘ軸（レール６４０の中心軸に一致）を中心に駆動部６５０がレール６４０を回転させることにより、把持ステージ６３０は、少なくとも矢印Ｍ２で示された方向（Ｘ軸方向）に移動し得る。

本実施形態に係る屈曲光ファイバの製造方法は、レーザを加熱源とし、光ファイバ１０に対して離間的にレーザを照射することで該光ファイバ１０の一部に屈曲形状部を形成する製造方法であって、以下、本実施形態の屈曲光ファイバ製造工程を、図５Ａ、図５Ｂ、および図６〜図９を用いて詳細に説明する。

まず、光ファイバ１０および図２の例に示されたような形状を有する屈曲付与機構２０を用意し（前工程）、図１の製造装置に対して図３に示されたように、光ファイバ１０が装着される（装着工程）。

屈曲光ファイバ製造工程では、まず、図５Ａ中に実線で示されたように、図１の製造装置に装着された光ファイバ１０に屈曲部位を形成する弾性屈曲工程が実施される。なお、図５Ｂには、図５Ａ中の各部の配置が示されている。すなわち、図５Ｂにおいて、回転軸３１０と一対の屈曲レバー２２Ａ、２２Ｂとの距離（回転半径）ｒは、回転軸３１０の断面中心から一対の屈曲レバー２２Ａ、２２Ｂの断面中心間の中間位置までの距離で規定される。また、回転軸３１０の断面中心とファイバ固定部品５００の端面（屈曲付与機構２０側の端面）との距離はＬである。

弾性屈曲工程において、制御部６６０は、回転機構６２０が回転軸３１０をファイバ送出し方向（図１のＸ軸方向）に対して一対の屈曲レバー２２Ａ、２２Ｂの姿勢を角度θ（例えば５°以下が好ましい）だけ傾斜させる。同時に、制御部６６０は、レール６４０に沿って矢印Ｍ２で示された方向に、一定距離ｘだけ把持ステージ６３０を移動させるよう駆動部６５０を制御する。把持ステージ６３０の移動により、回転軸３１０の断面中心とファイバ固定部品５００の端面との距離は（Ｌ−ｘ）になる。

一対の屈曲レバー２２Ａ、２２Ｂの姿勢が角度θだけ傾斜すると、該一対の屈曲レバー２２Ａ、２２Ｂの位置は、回転軸３１０を中心にして矢印Ｍ１（回転軸３１０の回転方向）に沿って移動する。これにより、光ファイバ１０に屈曲部位が形成される。ただし、一対の屈曲レバー２２Ａ、２２Ｂの姿勢傾斜だけでは、光ファイバ１０の屈曲部位は、レーザ光の照射領域ＡＲ０〜ＡＲ２が設定された回転軸３１０の中心軸の延長線（Ｙ軸に平行な仮想線）よりも下にずれてしまう。そこで、本実施形態では、光ファイバ１０の後端部が固定されたファイバ固定部品５００を屈曲付与機構２０側にｘだけ移動させることで、光ファイバ１０に形成された屈曲部位が回転軸３１０の中心軸の延長線上に位置させている。このような光ファイバ１０の送出し動作により、屈曲部位の形成位置（すなわち、レーザ光の照射位置）を、光ファイバ１０の長手方向に沿ってずらすことが可能になる。

上述のような弾性屈曲工程に続いて、加熱工程では、図３に示されたように、照射領域ＡＲ１とＡＲ２との間で、照射領域ＡＲ０を有するレーザ光を矢印Ｓ１で示された方向に沿って走査させることにより、弾性屈曲工程により光ファイバ１０に形成された屈曲部位が加熱される。照射されるレーザ光の波長は、波長１．５μｍ以上の赤外レーザ光である。また、レーザ光の照射領域は、回転軸３１０の中心軸の、Ｙ軸（軸方向）方向に沿って延びた延長線（仮想線）上、すなわち、屈曲付与機構２０の回転中心に設定されており、上述の弾性屈曲工程において光ファイバ１０に形成された屈曲部位の位置変動（光ファイバ１０へのレーザ光照射距離の変動）を避けるため、この加熱工程は、屈曲付与機構２０（一対の屈曲レバー２２Ａ、２２Ｂの移動動作）および屈曲付与機構２０および送出し機構（把持ステージ６３０の移動動作）の双方が停止している期間中に行われる。

このレーザ光の照射動作により、光ファイバ１０の屈曲部位における応力は緩和され、光ファイバ１０の形状は、図５Ａの破線で示された形状に変化する。この時、一対の屈曲レバー２２Ａ、２２Ｂ付近における光ファイバ１０（光ファイバ１０の先端部）の形状変化が図７に示されている。すなわち、図７に示されたように、レーザ光の走査による光ファイバ１０の加熱前は、光ファイバ１０自身の弾性力により一方の屈曲レバー２２Ａが光ファイバ１０の先端部（図７中の実線で示された部分）の移動を制限している。一方、加熱後は、光ファイバ１０に形成された屈曲部位における応力が解放されるため、光ファイバ１０の先端部は、図７中の破線で示されたように変動する。この場合、一方の屈曲レバー２２Ａが、光ファイバ１０の先端部が図７中の矢印Ｍ３で示された方向に跳ね上がるのを抑制するとともに、他方の屈曲レバー２２Ｂが、光ファイバ１０の端面１０ａ側が矢印Ｍ３とは逆方向に下がるのを抑制する。なお、光ファイバ１０の先端を押し下げる際、所望の角度になるよう、一対の屈曲レバー２２Ａ、２２Ｂにより規定される空隙の幅は、光ファイバ１０の上側への僅かな移動が引っかかりなく行えるよう、５００μｍ以内（光ファイバ１０のファイバ外径の２倍〜４倍の範囲）であるのが好ましい。

なお、レーザ光の走査は、図３に示されたように、中心Ｏ_１（第１位置）で特定される照射領域ＡＲ１と中心Ｏ_２（第２位置）で特定される照射領域ＡＲ２の間で、矢印Ｓ１で示された方向（３本の光ファイバ１０を横切るＹ軸方向に一致）に沿って行われる。なお、照射領域ＡＲ１および照射領域ＡＲ２の何れも３本の光ファイバ１０から外れている。これは、ビームプロファイルの影響を低減するためである。過剰照射によって光ファイバ１０が過度に軟化し、自重で想定以上に屈曲することを防ぐため、レーザ光の照射領域における温度の計測結果に基づいて、照射時間が決められる。例えば、図６は、ファイバ温度（光ファイバ１０の屈曲部位が配置された、レーザ光の照射領域の平均温度）の時間変化を示すグラフであり、照射領域ＡＲ１と照射領域ＡＲ２の間で、レーザ光を一往復させる動作を、断続的に複数回行ったときの測定結果である。本実施形態では、制御部６６０が、各光ファイバ１０の表面温度がガラス軟化点以上を維持する時間が５００ｍｓ以下となるよう、レーザ走査機構１２０を制御している。

この時の光ファイバ１０の表面温度は放射温度計を用いて測定される。放射温度計は、レーザ光照射による短時間の急激な温度変化を記録するため、ミリ秒オーダの高い応答速度を有するものが好ましい。温度測定範囲は、３本の光ファイバ１０が並列配置された幅方向を丁度覆う程度の範囲とし、測定温度は当該範囲の平均温度で規定される。そのため、測定された温度は、３本の光ファイバ１０間の空隙を含んだ平均値となり、実際の光ファイバ表面の温度とは異なる場合がある。したがって、本実施形態でのガラスの軟化点とは当該放射温度計を用いて、光ファイバ１０が軟化し始めた時の実際的な測定値を指す。

上述のように、弾性屈曲工程における「屈曲付与機構２０による光ファイバ１０の先端部の押し下げ動作」と「ファイバ送り出し機構による光ファイバ１０の後端の前進移動動作」により生じる応力は、加熱工程におけるレーザ光の走査（加熱による光ファイバ１０の屈曲部位の軟化）により、緩和する。これにより、光ファイバ１０の屈曲部位は上側へ僅かに移動し（図５Ａの破線で示された形状）、押し下げた角度分だけ屈曲させた光ファイバ１０の曲げ加工を実現することができる。

本実施形態の屈曲光ファイバ製造工程では、上述の弾性屈曲工程および加熱工程が最終的に終的に所望の曲率を得るまで繰り返される。

図８は、上述の本実施形態の製造方法により製造された、屈曲光ファイバにおける屈曲形状部の拡大図である。また、図９は、上述の本実施形態の製造方法により製造された屈曲光ファイバと比較例の製造方法により製造された屈曲光ファイバの屈曲形状部それぞれにおける曲率（＝１／曲率半径Ｒ）の測定結果を示す図である。その長手方向に沿って複数の屈曲部位が形成された、光ファイバ（屈曲光ファイバ）１０の屈曲形状部は、開始端Ｒ１から終了端Ｒ２までの区間に相当する。この屈曲光ファイバ１０において、レーザ光照射跡、破断、細径化は認められなかった。

なお、図８に示されたように、屈曲光ファイバ１０の曲率半径はＲで与えられる。屈曲形状部における曲げ角θ_{ｔｏｔａｌ}は、開始端Ｒ１から端面１０ａを含む屈曲光ファイバ１０の先端部までの直線部分と、終了端Ｒ２から端面１０ｂを含む屈曲光ファイバ１０の後端部までの直線部分との成す角度で規定され、上述の弾性屈曲工程および加熱工程がｎ（≧１）回行われた場合、ｎθに相当する（１回の曲げ角度θは５°以下）。また、図９において、グラフＧ９１０は、本実施形態の製造方法により製造された屈曲光ファイバの測定結果を示し、グラフＧ９２０は、比較例に係る屈曲光ファイバの測定結果を示す。比較例に係る屈曲光ファイバは、上記特許文献１の製造方法により製造されたものである。また、図９中に示された横軸「ｎ箇所屈曲されたファイバｍ本の各点の曲率（＝１／Ｒ）」は、図８に示された屈曲光ファイバ１０の屈曲形状部（開始端Ｒ１から終了端Ｒ２までの区間）における各点の曲率に相当する。

上記特許文献１に記載された連続的加熱による屈曲光ファイバの製造方法で複数の屈曲光ファイバそれぞれの曲率を安定させるためには、屈曲部位が形成されるべき複数の光ファイバの配置幅方向と長手方向の両方で温度分布が均一であることが求められる。例え、２方向に均一な温度分布を実現できたとしても、連続加熱では複数の光ファイバそれぞれの中芯に熱が集中する傾向がある。そのため、図９に示されたように、各光ファイバにおける屈曲形状部の曲率を安定して制御することには困難が伴う（グラフＧ９２０）。一方、本実施形態の製造方法（レーザ光の照射による断続的な屈曲）では、レーザ光の出力条件を制御することで屈曲部位が形成される光ファイバの温度を正確に管理できるため、図９のグラフに示されたように、安定した曲率を実現することができる（グラフＧ９１０）。

１０…光ファイバ、１１…コア、１２…クラッド、２０…屈曲付与機構、２１…支持板、２２Ａ、２２Ｂ…屈曲レバー（移動制限部材）、３１０…回転軸、５００…ファイバ固定部品、５００ａ…リッド、５００ｂ…Ｖ溝基板、５５０…固定治具、６３０…把持ステージ、６２０…回転機構（ステッピングモータ）、６４０…レール、６５０…駆動部、６６０…制御部。

Claims (8)

1. 屈曲形状部を有する屈曲光ファイバの製造方法であって、
   石英系ガラスからなる光ファイバを用意するとともに、所定の軸方向に沿って延びる回転軸と、前記光ファイバの長手方向に直交する方向への当該光ファイバの移動を制限するよう前記光ファイバを保持した状態で前記回転軸を中心に回転可能な移動制限部材と、を有する屈曲付与機構を用意する前工程と、
   前記移動制限部材に対して前記回転軸側から前記光ファイバの一方の端部を貫通させることにより、前記光ファイバの一方の端部を前記屈曲付与機構に装着するとともに、前記光ファイバの他方の端部をファイバ送出し機構に固定する装着工程と、
   前記長手方向に沿って互いに離間した複数の屈曲部位を前記光ファイバに形成していくことにより、前記光ファイバに前記屈曲形状部を設ける屈曲光ファイバ製造工程と、を備え、
   前記屈曲光ファイバ製造工程は、
   前記ファイバ送出し機構により前記光ファイバを前記屈曲付与機構側へ送出しながら、前記光ファイバの送出し方向に対して前記移動制限部材の姿勢を前記回転軸を中心に所定角度だけ傾斜させることにより、前記回転軸と交差するよう位置調整された前記光ファイバの一部に前記屈曲部位を形成する弾性屈曲工程と、
   前記光ファイバを横切るように前記軸方向に沿ってレーザ光を走査させることにより前記屈曲部位を加熱により軟化させ、それにより、前記屈曲部位の応力を開放する加熱工程と、
   を含み、
   前記光ファイバの送出し方向に対する前記移動制限部材の傾斜角度を、前記弾性屈曲工程を実行する毎に段階的に大きくなるよう変更しながら、前記加熱工程を断続的に繰り返すことにより、前記長手方向に沿って互いに離間した複数の屈曲部位を前記光ファイバに形成することを特徴とする屈曲光ファイバの製造方法。
2. 前記光ファイバへの前記レーザ光の照射は、前記移動制限部材の姿勢の傾斜動作および前記ファイバ送出し機構による前記光ファイバの送出し動作の双方が停止している期間中に行われる請求項１に記載の屈曲光ファイバの製造方法。
3. 前記レーザ光の照射領域が前記光ファイバから外れた第１位置と、前記第１位置とともに前記光ファイバを挟み、かつ、前記照射領域が前記光ファイバから外れた第２位置との間を、前記光ファイバを横切るように前記軸方向に沿って前記レーザ光を走査させる請求項１または２に記載の屈曲光ファイバの製造方法。
4. 光ファイバの屈曲部位が位置する、前記レーザ光の照射領域の平均温度がガラス軟化点以上を維持する時間が５００ｍｓ以下となるよう、前記軸方向に沿った前記レーザ光の走査が制御される請求項１〜３の何れか一項に記載の屈曲光ファイバの製造方法。
5. 前記光ファイバは、前記軸方向に沿って配列された複数の光ファイバ要素を含み、
   前記装着工程において、前記複数の光ファイバ要素それぞれの一方の端部が前記移動制限部材で保持される一方、前記複数の光ファイバ要素それぞれの他方の端部が前記ファイバ送出し機構に固定される請求項１〜４の何れか一項に記載の屈曲光ファイバの製造方法。
6. 前記レーザ光は、波長１．５μｍ以上の赤外レーザ光を含む請求項１〜５ｍの何れか一項に記載の屈曲光ファイバの製造方法。
7. 前記弾性屈曲工程において付与される前記移動制限部材の、１回当たりの傾斜角度は、５°以下である請求項１〜６の何れか一項に記載の屈曲光ファイバの製造方法。
8. 前記移動制限部材は一対の突起であって該一対の突起により規定される空隙の幅は、前記光ファイバのクラッド外径の２倍以上かつ４倍以下である請求項１〜７の何れか一項に記載の屈曲光ファイバの製造方法。

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