JP2019045794A

JP2019045794A - 屈曲部を有する光ファイバの製造装置および製造方法

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Publication number: JP2019045794A
Application number: JP2017171323A
Authority: JP
Inventors: 靖臣金内; Yasutomi Kaneuchi
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2017-09-06
Filing date: 2017-09-06
Publication date: 2019-03-22
Anticipated expiration: 2037-09-06
Also published as: JP7024266B2; CN109459825B; US10436965B2; US20190072705A1; CN109459825A

Abstract

【課題】光ファイバの長手方向に光ファイバを移動させる移動手段を必要とすることなく、回転機構のみの簡単な構成および方法によって、屈曲した光ファイバの製造装置および製造方法を提供する。
【解決手段】光ファイバの製造装置１は、光ファイバを把持する把持部材２３を備えた回転部材２１と、回転部材２１から離れた位置に固定されガラスファイバ１１の一端側を遊嵌させて保持するガイド部材３０と、屈曲部を設ける部位のガラスファイバを加熱する加熱機構を備える。回転部材２１を反時計回りに一定角度回転し、ガラスファイバ１１ガイド部材３０側から引き込みながら所定の曲率で屈曲させるとともに、ガラスファイバ１１の屈曲部を加熱する。
【選択図】図２

Description

本発明は、屈曲部を有する光ファイバの製造装置および製造方法に関する。

光モジュールの小型化に伴い、発光素子、受光素子、および光回路のような光素子を搭載した基板に光ファイバの一端を垂直に対向接続する際、光ファイバの基板からの高さを低く抑える低背化が求められている。光ファイバの低背化のためには、光ファイバの先端部付近を小半径で屈曲させることが必要となる。例えば、特許文献１には、移動手段および非接触加熱手段を用いて光ファイバを屈曲させる際に、角速度を調節できる回転治具を用いて光ファイバを曲げる光ファイバ成形装置が開示されている。

国際公開ＷＯ２０１０−０４４２７３号公報

特許文献１に開示された装置では、光ファイバを曲げる際に、少なくとも光ファイバの長手方向に光ファイバを移動させる移動手段を必要とするため、装置が大掛かりなものとなる。また、回転治具を用いる場合は、移動手段の送り速度と回転治具の回転速度との正確な同期をとることが難しく、各構成部材の制御精度の違いによって、断続的に光ファイバに張力が作用し、光ファイバの屈曲部の一部が引き延ばされるおそれがあった。

本発明は、これらの実情に鑑みてなされたものであり、光ファイバの長手方向に光ファイバを移動させる移動手段を必要とすることなく、回転機構のみの簡単な構成および方法によって、屈曲した光ファイバの製造装置および製造方法を提供することをその目的とする。

本発明の一態様に係る屈曲部を有する光ファイバの製造装置は、ガラスファイバと該ガラスファイバを覆う被覆層とを含む光ファイバの一端側を把持する把持部材と該把持部材を回転させる回転部材を有する回転機構と、該回転機構から離れた位置に固定され前記光ファイバの他端側を遊嵌させて保持するガイド部材と、前記被覆層から露出した前記ガラスファイバの前記把持部材と前記ガイド部材に挟まれた部分を加熱する加熱機構と、を備える。

また、本発明の一態様に係る屈曲部を有する光ファイバの製造方法は、ガラスファイバと該ガラスファイバを覆う被覆層とを含む光ファイバの一端側を回転機構に設けた把持部材により把持するとともに、前記回転機構から離れた位置に固定されたガイド部材に前記光ファイバの他端側を遊嵌させて保持する装着工程と、前記把持部材が前記ガイド部材から遠ざかる方向に前記回転機構を回転させ、前記被覆層から露出した前記ガラスファイバに応力を与えて屈曲部を形成する屈曲工程と、前記屈曲部を加熱して、前記屈曲部の応力を開放する加熱工程と、を有する。

本発明によれば、光ファイバの長手方向に光ファイバを移動させる移動手段を必要とすることなく、回転機構のみの簡単な構成および方法によって、屈曲した光ファイバを製造することができる。

本発明によって製造した屈曲部を有する光ファイバを光素子搭載基板に搭載した様子を説明するための図である。本発明の実施形態に係る屈曲部を有する光ファイバの製造装置を、光ファイバを装着した状態で示す図である。図２に示す製造装置に用いられるガイド部材の一例を示す図である。本発明の実施形態に係る屈曲部を有する光ファイバの製造方法を説明するためのフロー図である。図２に示す製造装置の動作を説明するための図である。図２に示す製造装置の動作を説明するための図である。図２に示す製造装置によって製造された屈曲部を有する光ファイバの例を示す図である。図２に示す製造装置に用いられるガイド部材の他の例を示す図である。

（本発明の実施形態の説明）
最初に本発明の実施形態を列記して説明する。
本発明案の一実施形態（１）に係る屈曲部を有する光ファイバの製造装置は、ガラスファイバと該ガラスファイバを覆う被覆層とを含む光ファイバの一端側を把持する把持部材と該把持部材を回転させる回転部材を有する回転機構と、該回転機構から離れた位置に固定され前記光ファイバの他端側を遊嵌させて保持するガイド部材と、前記被覆層から露出した前記ガラスファイバの前記把持部材と前記ガイド部材に挟まれた部分を加熱する加熱機構と、を備える。
本実施形態によれば、回転機構に設けた把持部材によって光ファイバを把持し、把持部材を回転させることによって光ファイバをガイド部材側から引き込むことができるため、光ファイバを送り出す装置を必要とせず、製造装置の構成を簡単にできる。

本発明の実施形態として、上記の屈曲部を有する光ファイバの製造装置において、（２）前記把持部材が、前記被覆層を通して前記光ファイバを把持し、前記ガイド部材が前記被覆層から露出した前記ガラスファイバを遊嵌する。
本実施形態によれば、把持部材が光ファイバのガラスファイバを直接把持することによって、ガラスファイバを損傷するのを防止することができる。

本発明の実施形態として、上記の屈曲部を有する光ファイバの製造装置において、（３）前記ガイド部材が、ガラス製のＶ溝基板と平基板とからなる。
本実施形態によれば、光ファイバに屈曲部を形成した後、ガイド部材を光ファイバの基板への接続部品として利用できる。

本発明の実施形態として、上記の屈曲部を有する光ファイバの製造装置において、（４）前記ガイド部材が、細孔を有するガラス製のキャピラリ部材からなる。
本実施形態によれば、光ファイバに屈曲部を形成した後、ガイド部材を光ファイバの基板への接続部品として利用できる。

本発明の実施形態として、上記の屈曲部を有する光ファイバの製造装置において、（５）前記光ファイバが、複数本の光ファイバを並列させて一体化させた光ファイバテープ心線であってもよい。

本発明の一実施形態（６）に係る屈曲部を有する光ファイバの製造方法は、ガラスファイバと該ガラスファイバを覆う被覆層とを含む光ファイバの一端側を回転機構に設けた把持部材により把持するとともに、前記回転機構から離れた位置に固定されたガイド部材に前記光ファイバの他端側を遊嵌させて保持する装着工程と、前記把持部材が前記ガイド部材から遠ざかる方向に前記回転機構を回転させ、前記被覆層から露出した前記ガラスファイバに応力を与えて屈曲部を形成する屈曲工程と、前記屈曲部を加熱して、前記屈曲部の応力を開放する加熱工程と、を有する。
本実施形態によれば、回転機構に設けた把持部材によって光ファイバを把持し、把持部材を回転させることによって光ファイバをガイド部材側から引き込むことができるため、光ファイバを送り出す装置を必要とせず、構成が簡単な製造装置で屈曲させた光ファイバを製造することができる。

本発明の実施形態として、上記の屈曲部を有する光ファイバの製造方法において、（７）前記装着工程は、前記把持部材が前記被覆層を通して前記光ファイバを把持し、前記ガイド部材が前記被覆層から露出した前記ガラスファイバを遊嵌することを含み、前記加熱工程の後、前記ガイド部材を前記ガラスファイバの他端側に固定するガイド部材固定工程と、前記ガイド部材から突出した前記ガラスファイバの一端側を除去する除去工程と、前記ガラスファイバを除去した側の前記ガイド部材と前記ガラスファイバの端面を研磨する研磨工程をさらに有する。
本実施形態によれば、光ファイバに屈曲部を形成した後、ガイド部材を光ファイバの基板への接続部品として利用できる。

（本発明の実施形態の詳細）
本発明の実施形態に係る屈曲部を有する光ファイバの製造装置および製造方法の具体例について、以下に図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の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、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る。また、複数の実施形態について組み合わせが可能である限り、本発明は任意の実施形態を組み合わせたものを含む。なお、以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。

図１は、本発明によって製造した屈曲部を有する光ファイバを光素子搭載基板に搭載した場合を説明するための図であり、図１（Ａ）は基板表面に平行な方向から、また、図１（Ｂ）は基板表面に対して斜め上方から見た図である。光ファイバ１０は、石英系ガラスからなるコアとこのコアよりも屈折率の低いクラッドを有するガラスファイバ１１と、このガラスファイバ１１の周囲を覆う樹脂製の被覆層１２を有している。図１に示す光ファイバは、例えば４本の光ファイバ１０が並列して共通の被覆層１２で一体化された光ファイバテープ心線として構成されているが、光ファイバ１０は、１本でも、４本以外の複数本でもよく、テープ化されていなくてもよい。テープ化されていない場合は、個々のガラスファイバ１１に樹脂製の被覆層１２が設けられる。また、光ファイバ１０は、単一のコアあるいは複数コアを有するものであってよい。

光ファイバ１０の一端側のガラスファイバ１１は、例えば、後述するＶ溝基板３１と平基板３２からなる接続部品によって固定され、光素子搭載基板１０１に設けた発光素子あるいは受光素子からなる光素子１０２に対向させて配置される。光ファイバ１０を固定した接続部品は、先端がガラスファイバ１１とともに研磨され、光素子搭載基板１０１に対して例えばガラス接着剤１０３によって固着される。
なお、本発明において、「光ファイバ」の語は、ガラスファイバに被覆層を設けたものを意味するが、その一部において被覆層が除去されガラスファイバが剥き出しになっていても良い。

光ファイバ１０は接続部品に固定される第１の非屈曲部Ａと、屈曲部Ｂと、この屈曲部Ｂを挟んで第１の非屈曲部Ａと反対側の第２の非屈曲部Ｃを有する。第２の非屈曲部Ｃは光素子搭載基板１０１にほぼ平行に配置されており、光ファイバ１０の低背化が実現されている。光ファイバ１０に屈曲部Ｂを設けるためには、少なくとも光ファイバ１０の被覆層１２を除去したガラスファイバ１１に対して、後述するように屈曲加工が行われる。ガラスファイバ１１を屈曲させた後は、ガラスファイバ１１の周囲に図示しない保護樹脂を設けてもよい。また、第２の非屈曲部Ｃの先端には、図示しない光コネクタが接続される。

図２は、本発明の実施形態に係る屈曲部を有する光ファイバの製造装置を、光ファイバを装着した状態で示す図であり、図２（Ａ）は製造装置を側方から見た図、図２（Ｂ）は、製造装置を上方から見た図である。また、図３は、図２に示す製造装置に用いられるガイド部材の一例を示す図である。
図２に示すように、製造装置１は、回転機構２０と、ガイド部材３０と、図示しない光源を備えている。回転機構２０は、回転軸２２を中心に回転する回転部材２１と、この回転部材２１に固定された把持部材２３とを有する。以下では、回転軸２２をＹ軸、Ｙ軸に垂直で水平の方向をＸ軸、Ｙ軸に垂直で鉛直の方向をＺ軸として説明する。ガイド部材３０は、回転機構２０からＸ軸方向、およびＺ軸方向に所定の距離だけ離れた位置に固定されている。また、光源は、本発明の加熱機構に相当し、回転軸２２のほぼ上方（Ｚ軸方向）に設けられて、ガラスファイバ１１の屈曲部Ｂを設ける部位を加熱するレーザ光を出射する。なお、本実施形態では、加熱機構として、レーザ光を照射する光源を用いているが、加熱機構としては、バーナー、アーク放電、ヒータ等を用いてもよい。

把持部材２３は、光ファイバ１０の所定の個所を把持できる構成であれば、種々のクランプ機構を用いることができる。把持部材２３は、回転軸２２からＸ軸方向、及びＺ軸方向にずれた位置にオフセットを有して設けられている。把持部材２３は光ファイバ１０の被覆層１２を介してガラスファイバ１１を把持することが、ガラスファイバ１１を傷つけないために好ましいが、ガラスファイバ１１を直接把持するようにしてもよい。なお、光ファイバ１０は、屈曲部Ｂを形成する予定位置以外は、被覆層１２を有していてよい。

ガイド部材３０は、光ファイバ１０を整列させるための部品であって、本実施形態では、図３に示すように、ガラス製のＶ溝基板３１、同じくガラス製の平基板３２からなる。Ｖ溝基板３１は上方（図示のＺ軸の正方向）に向けて開口させた状態で、回転部材２１から所定の距離離れた位置に着脱自在に固定されている。Ｖ溝３３はＸ軸方向に沿って４本設けられており、図示のＹ軸方向に並んで形成されている。各Ｖ溝３３はガラスファイバ１１が載置可能な大きさに形成されている。平基板３２は、例えば平面状に形成され、ガラスファイバ１１がＸ軸方向に移動可能なように、ガラスファイバ１１のＺ軸方向上部と間隙を有するように固定されている。すなわち、ガラスファイバ１１はガイド部材３０に遊嵌されてＸ軸方向に移動可能に案内されている。

本実施形態では、ガイド部材３０は、屈曲部Ｂを加工する際にはガイド部材として機能し、屈曲部Ｂの加工後は、光ファイバ１０を光素子搭載基板１０１へ接続するための接続部品として利用可能である。このため、光ファイバ１０の被覆層１２を除去したガラスファイバ１１を遊嵌させて案内するようにしているが、ガイド部材３０を光素子搭載基板１０１へ接続部品として用いない場合は、被覆層１２を有する光ファイバ１０を遊嵌させて案内するように構成してもよい。

回転部材２１が初期位置にある場合、把持部材２３とガイド部材３０とを結ぶ線は、ほぼ水平方向（Ｘ軸に平行）になっている。このため、把持部材２３とガイド部材３０によって支持されたガラスファイバ１１は、自重による曲がりを無視した場合、ほぼ水平方向に保持される。その際に、回転軸２２とガラスファイバ１１とは距離ｄだけ離れるように配置される。この距離ｄは、ガラスファイバ１１に形成する屈曲部Ｂの曲率に応じてその長さが調整される。距離ｄが長い場合は屈曲部Ｂの曲率が小さく形成され、距離ｄが短い場合は屈曲部Ｂの曲率が大きく形成される。

図４は、本発明の実施形態に係る屈曲部を有する光ファイバの製造方法を説明するためのフロー図であり、図５、図６は、それぞれ図２に示す製造装置の動作を説明するための図である。以下、図４を主に参照しながら光ファイバの製造方法について説明する。
まず、光ファイバ１０の屈曲部Ｂを形成する予定位置の被覆層１２を除去する（ステップＳ１）。本実施形態では、光ファイバ１０の屈曲部Ｂと第１の非屈曲部Ａに相当する箇所の被覆層１２を除去している。光ファイバ１０は、先述したように、１本でも複数本でもよく、さらに、テープ化されていてもいなくてもよい。

次に、光ファイバ１０を製造装置１にセットする。本実施形態では、光ファイバ１０の所定個所を回転機構２０の把持部材２３に装着固定する（ステップＳ２）。所定個所は光ファイバ１０の屈曲部Ｂを形成する屈曲開始位置である。本実施形態では、光素子搭載基板１０１に対向させる側とは反対のコネクタが接続される側の屈曲部Ｂの位置が屈曲開始位置であり、この屈曲開始位置がレーザ光に照射されるように、光ファイバ１０を把持部材２３で把持する。図２に示すように、レーザ光は回転軸２２の上方から照射され、把持部材２３は回転軸２２からＸ軸方向、及びＺ軸方向にずれた位置に設けられているため、把持部材２３はレーザ光を照射されることがない。このため、把持部材２３は光ファイバ１０の被覆層１２が設けられている個所を把持できる。なお、光ファイバ１０が複数本の場合は、各光ファイバ１０を整列させて把持部材２３で把持するが、テープ心線の場合は全体を把持すればよい。

さらに、ガラスファイバの先端側（第１の非屈曲部Ａ）をガイド部材３０に遊嵌状態で装着する（ステップＳ３）。これによって、ガラスファイバ１１は直線状に配置される。なお、光ファイバ１０を把持部材に装着固定するステップＳ２と、ガラスファイバ１１をガイド部材に装着するステップＳ３とは、その順番を逆にしてもよい。

次に、図５に示すように、回転部材２１を反時計回りに一定角度回転し、ガラスファイバ１１を所定の曲率で屈曲させて曲げ加工を行うとともに（ステップＳ４）、ガラスファイバ１１の屈曲部に熱を加える熱処理加工を行う（ステップＳ５）。屈曲加工によってガラスファイバ１１に内部応力が発生するが、熱処理加工によって内部応力が解放される。回転部材２１を回転させることによって、把持部材２３に把持されたガラスファイバ１１はＸ軸方向に引っ張られるが、ガラスファイバ１１の先端側（第１の非屈曲部Ａ側）はガイド部材３０に遊嵌されているため、ガラスファイバ１１の屈曲部Ｂに引っ張り応力が働くことがない。なお、並列させたガラスファイバ１１に均等に熱が加わるように、レーザ光をガラスファイバ１１の配列方向にスキャンすることが望ましい。

所望の屈曲度を得るために、曲げ加工のステップＳ４と熱処理加工のステップＳ５は、一回で行ってもよいが、曲げを加える位置を少しずつずらしながら、複数回に分けて行うことが望ましい。そして、図６に示すように屈曲部Ｂの曲げ角度が所望の角度になったら、光ファイバ１０を冷却した後、回転機構２０から取り外す（ステップＳ６）。

光ファイバ１０に屈曲部Ｂを設ける工程は、ステップＳ６で終了するが、ガイド部材を光学デバイスの接続部品に利用する場合（ステップＳ７においてＹＥＳの場合）は、光ファイバ１０を回転機構２０から取り外す際に、Ｖ溝基板３１と平基板３２からなるガイド部材３０を光ファイバ１０とともに取り出し、ガイド部材３０の一端から屈曲部Ｂまでの距離を調整、位置決めした後、両者を例えばガラス接着剤によって固定する（ステップＳ８）。図７は、図２に示す製造装置によって製造された屈曲部を有する光ファイバの例を示す図である。次に、ガイド部材３０から突出したガラスファイバ１１の部分Ｗを除去し（ステップＳ９）、ガラスファイバ１１を除去した側のガイド部材３０とガラスファイバ１１の端面を研磨する研磨工程を行う（ステップＳ１０）。これによって、図１に示す接続部品を装着した光ファイバを得る。

図８は、図２に示す製造装置に用いられるガイド部材の他の例を示す図である。本実施形態のガイド部材４０は、細孔４２を有するガラス製のキャピラリ部材４１から構成されている。細孔４２の内径はガラスファイバ１１の外径よりも大きく、ガラスファイバ１１を細孔４２内に挿通した際に、ガラスファイバ１１は遊嵌されて前後に移動可能に位置決めされる。ガイド部材４０を光デバイスの接続部品に利用する場合は、毛細管現象を利用して細孔４２とガラスファイバ１１との間隙にガラス接着剤を充填し両者を固定する。

以上説明した実施形態では、光ファイバの屈曲のための製造装置のガイド部材３０，４０を、光デバイスの接続部品に利用する場合について説明したが、ガイド部材３０，４０を光デバイスの接続部品に利用しない場合は、ガラスファイバ１１との熱膨張係数を合わせる必要がないため、ガイド部材３０，４０はガラス製でなくてもよい。また、回転部材２１に設けた把持部材２３の代わりに、光ファイバ１０の一端に接続される光コネクタを利用してもよい。

１…製造装置、１０…光ファイバ、１１…ガラスファイバ、１２…被覆層、２０…回転機構、２１…回転部材、２２…回転軸、２３…把持部材、３０，４０…ガイド部材、３１…Ｖ溝基板、３２…平基板、３３…Ｖ溝、４１…キャピラリ部材、４２…細孔、１０１…光素子搭載基板、１０２…光素子、１０３…ガラス接着剤。

Claims

ガラスファイバと該ガラスファイバを覆う被覆層とを含む光ファイバの一端側を把持する把持部材と該把持部材を回転させる回転部材を有する回転機構と、
該回転機構から離れた位置に固定され前記光ファイバの他端側を遊嵌させて保持するガイド部材と、
前記被覆層から露出した前記ガラスファイバの前記把持部材と前記ガイド部材に挟まれた部分を加熱する加熱機構と、
を備える、屈曲部を有する光ファイバの製造装置。
前記把持部材が、前記被覆層を通して前記光ファイバを把持し、前記ガイド部材が前記被覆層から露出した前記ガラスファイバを遊嵌する、請求項１に記載の屈曲部を有する光ファイバの製造装置。
前記ガイド部材が、ガラス製のＶ溝基板と平基板とからなる、請求項１または２に記載の屈曲部を有する光ファイバの製造装置。
前記ガイド部材が、細孔を有するガラス製のキャピラリ部材からなる、請求項１または２に記載の屈曲部を有する光ファイバの製造装置。
前記光ファイバが、複数本の光ファイバを並列させて一体化させた光ファイバテープ心線である、請求項１〜４のいずれか１に記載の屈曲部を有する光ファイバの製造装置。
ガラスファイバと該ガラスファイバを覆う被覆層とを含む光ファイバの一端側を回転機構に設けた把持部材により把持するとともに、前記回転機構から離れた位置に固定されたガイド部材に前記光ファイバの他端側を遊嵌させて保持する装着工程と、
前記把持部材が前記ガイド部材から遠ざかる方向に前記回転機構を回転させ、前記被覆層から露出した前記ガラスファイバに応力を与えて屈曲部を形成する屈曲工程と、
前記屈曲部を加熱して、前記屈曲部の応力を開放する加熱工程と、
を有する屈曲部を有する光ファイバの製造方法。
前記装着工程は、前記把持部材が前記被覆層を通して前記光ファイバを把持し、前記ガイド部材が前記被覆層から露出した前記ガラスファイバを遊嵌することを含み、
前記加熱工程の後、前記ガイド部材を前記ガラスファイバの他端側に固定するガイド部材固定工程と、
前記ガイド部材から突出した前記ガラスファイバの一端側を除去する除去工程と、
前記ガラスファイバを除去した側の前記ガイド部材と前記ガラスファイバの端面を研磨する研磨工程をさらに有する、請求項６に記載の屈曲部を有する光ファイバの製造方法。