JP2565474B2 - 光ファイバ端面のエッチング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ端面に凸部
又は凹部を形成するエッチング装置に関し、更に詳しく
述べると、多数本配列した光ファイバの先端部を、エッ
チング容器の蓋体に形成した小孔から挿入して、エッチ
ング液中に所定の深さだけ確実に浸漬し、エッチング液
の蒸気によるファイバ側面部分の不要なエッチングを極
力抑えて、光ファイバ端面の凸又は凹成形が端面の極く
近傍のみで行われるようにした光ファイバ端面のエッチ
ング装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ端面に凸形状又は凹形状を形
成する代表的な技術として、フッ酸によるエッチング法
がある。これは、光ファイバの端部を、単に容器内に満
たされているフッ酸溶液中に浸漬するという極く簡単な
方法である。しかし従来の方法では、エッチングされた
光ファイバを観察すると、フッ酸に浸漬されている部分
の外周は無論のこと、浸漬されていない部分もかなりの
範囲にわたって同時にエッチングされ、細くなってしま
う。

【０００３】この問題を解決できるものとして、光ファ
イバの端面のみでエッチング液と接触させる技術が提案
された（特開平５−２７３４３６号公報）。これは、エ
ッチング液面に光ファイバ端面を接触させた後、光ファ
イバ端面をエッチング液面より僅かに上方位置に移動さ
せ、表面張力によって接触状態を維持して、光ファイバ
端面のみエッチングする方法である。そのため、光ファ
イバ端面とエッチング液の液面との接触状態を、接触面
からの反射戻り光を計測して検知、制御する方法を採用
している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】確かに上記の方法で
は、光ファイバは端面のみでエッチング液に接触する。
しかし、エッチングは瞬時に行われるわけではなく、数
十℃に加温した状態で一定時間維持する必要があり、そ
のため端面のみでエッチング液に接触していたとして
も、発生するフッ酸蒸気によって光ファイバの側面がエ
ッチングされる問題が生じる。実験結果によれば、この
フッ酸蒸気による光ファイバ外周面のエッチングは非常
に強力であり、端面からかなりの範囲（長さ）にわたっ
て細径化する現象が生じた。つまり、光ファイバの端面
のみでエッチング液に接触していても、加温されている
エッチング液から大量の蒸気が発生し、それが光ファイ
バに沿って上昇して気相反応が生じるためである。この
ように、蒸気の影響によって、従来の装置では光ファイ
バの先端部分がかなりの範囲にわたってポーラスとな
り、且つ細径化して機械的に脆くなり、後の組み立て工
程での作業が非常に困難になる。

【０００５】その上、上記の従来技術では、光ファイバ
１本ずつ、その端面位置を計測して制御するために、多
数本の光ファイバを一括処理することができず、量産性
に欠ける問題もある。

【０００６】光ファイバ外周面のエッチングを低減する
には、エッチング液の蒸発を抑える必要があり、そのた
めにはエッチング液の温度を下げることが考えられる
が、液温を下げすぎれば、光ファイバ端面のエッチング
速度も遅くなり、作業性が著しく悪化する。光ファイバ
の外周面をエッチング液に不活性な材料でコーティング
することも考えられるが、細い光ファイバ１本１本にコ
ーティング処理を施すことは容易でなく、また工程が増
えるという問題が生じる。

【０００７】本発明の目的は、エッチング液の蒸発によ
る光ファイバ外周面の広範囲にわたるエッチングを抑制
して不要な浸食とそれによる機械的脆弱化を防止でき、
端面では良好な凸形状もしくは凹形状を十分なエッチン
グ速度で再現性よく形成できるようにし、しかも多数本
の光ファイバを一括して処理でき量産性に適する光ファ
イバ端面のエッチング装置をを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、エッチング
液及びエッチング条件と光ファイバ端部形状の関係につ
いて種々の基礎実験を行った。その結果、 通常の方法では、作業中に加温されているエッチング
液が蒸発し、その蒸気による強力なエッチング作用を受
けて、光ファイバは端面からかなりの長さ範囲にわたっ
て細径化し、且つポーラスになって機械的に非常に脆く
なること、 エッチングによる細径化を先端面から１mm以内に抑え
ることができれば、機械的強度上、後の組み立て工程に
悪影響を及ぼさないこと、 そのためには、光ファイバの端面のみで接触している
のではなく、端部を確実にエッチング液に浸漬し、別に
エッチング液の蒸発を低減する対策を施した方が好まし
いこと、 などが判明した。本発明は、かかる知得に基づきなされ
たものである。

【０００９】本発明の光ファイバ端面のエッチング装置
は、基本的には図１に示すような構成となっている。即
ち、先端部をストリップした多数本の光ファイバ１０を
一定ピッチで且つ先端位置を揃えた状態で配列保持する
ファイバ保持具１２と、該ファイバ保持具１２をファイ
バ先端が下向きとなる状態で着脱自在の保持具ホルダ１
４と、エッチング液１６を収容する浅底平型のエッチン
グ容器１８と、そのエッチング容器１８を温水循環によ
り加温制御する流動性間接加温装置２２を具備してい
る。エッチング容器１８は、容器本体１８ａと、ファイ
バ配列ピッチに一致するピッチで多数の小孔２０を形成
した蓋体１８ｂとからなる。更に、前記保持具ホルダ１
４を保持具着脱位置（符号Ａで示す位置）からエッチン
グ容器１８の上方（符号Ｂで示す位置）まで精密横方向
移動させる横方向搬送機構２４と、該保持具ホルダ１４
を各ファイバ先端がエッチング容器１８の蓋体の小孔２
０を通ってエッチング液中の所定の深さに浸漬する位置
（符号Ｃで示す位置）まで精密縦方向移動させる縦方向
搬送機構２６とを具備している。

【００１０】ここで流動性間接加温装置２２は、エッチ
ング容器１８の下方に位置してエッチング液１６を温水
で加温する加温槽２８と、該加温槽２８からの溢流を一
時的に溜めて温度調節を行う温度調節槽３０と、該温度
調節槽３０内の温水を前記加温槽に吐出させる循環ポン
プ３２を備えている。更に前記加温槽２８内に設置した
温度検出手段３４と、該温度検出手段３４の出力に応じ
て温度調節槽３０内の水温を加温するヒータ３６と、そ
の制御手段３８を具備している。

【００１１】

【作用】多数本の光ファイバ１０を整列保持したファイ
バ保持具１２は、符号Ａで示す位置で、保持具ホルダ１
４に取り付けられる。そして横方向搬送機構２４により
符号Ｂで示す位置まで移動する。次いで、縦方向搬送機
構２６により符号Ｃで示す位置に移動し、それによって
光ファイバ１０の先端部がエッチング容器１８の蓋体１
８ｂに形成した小孔２０を通って挿入され、先端面近傍
のみが所定の深さだけエッチング液１６中に浸漬し、液
相で反応する。エッチング液、液温及び浸漬時間を制御
することによって光ファイバ端面に所定形状の凸部又は
凹部が形成される。

【００１２】エッチング容器１８内のエッチング液１６
は、流動性間接加温装置２２で所定の一定温度に加温維
持される。この温度制御は、温度検出器３４で温度を検
出して制御手段３８でヒータ３６への通電を制御するこ
とで行われる。エッチング容器１８及びその内部のエッ
チング液１６は、加温槽２８内の温水で間接加温され
る。加温槽２８から溢流した温水は、温度調節槽３０で
温度調節がなされ、循環ポンプ３２で再び加温槽２８に
戻される。このように一定温度の温水が循環すること
で、エッチング液１６は、一定温度に維持されることに
なる。浅底平型のエッチング容器１８は、エッチング液
面と蓋体下面との間隔が狭く、蒸気は飽和状態にある。
このため蒸発が抑えられて、気相反応が抑制され、且つ
液面が一定に保たれる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明に係る光ファイバ端面のエッチ
ング装置の一実施例について、図面により更に詳しく説
明する。まずファイバ保持具１２は、図２に示すよう
に、２枚の保持片４０ａ，４０ｂを組み合わせ、ネジ４
１で結合する構造であり、一方の保持片４０ａの対向面
には光ファイバ１０を配列する多数のＶ溝４２が一定ピ
ッチで形成されている。先端部をストリップした光ファ
イバ１０を各Ｖ溝４２に配列し、先端位置を揃えた状態
でネジ４１を締結することによって、両保持片４０ａ，
４０ｂで多数の光ファイバ１０を整列挾持する。保持片
４０ａ，４０ｂの両側下端には段部が形成され、その段
差面ｓが取付け基準面となる。つまり、該段差面ｓと光
ファイバ先端との距離Ｌ₀ が一定になるように、多数の
光ファイバ１０を配列固定するのである。

【００１４】光ファイバ先端位置の調整用治具を図３に
示す。この調整用治具は、基板４３上に固定されている
ガイドレール４４と、該ガイドレール４４に沿って左右
に移動自在で且つ前記ファイバ保持具１２を載置するた
めのスライド部材４５と、基板４３上に固定されている
Ｌ型部材４６と、該Ｌ型部材４６に取り付けられている
マイクロメータ４７からなる。スライド部材４５は、そ
の前方（Ｌ型部材４６に対向する端）の両側がＬ型に立
ち上がっていて、その立ち上がり部４５ａが丁度ファイ
バ保持具１２の段差面ｓに当接するような位置関係で、
ファイバ保持具１２を支持する。マイクロメータ４７を
回して、その先端部を所定の長さ突出させ、前記段差面
ｓとＬ型部材４６の端面との間隔が丁度長さＬ₀ になる
ようにスライド部材４５の位置を調節固定する。そして
各光ファイバ１０の先端がＬ型部材４６の端面に当接す
るように突出長さを調整して、その状態でネジ４１を締
め付ける。これによって、多数本の光ファイバ１０の各
先端面を所定位置で揃えた状態でファイバ保持具１２で
保持したものが得られる。

【００１５】図４〜図７はエッチング装置の詳細を示し
ている。多数本の光ファイバを保持するファイバ保持具
１２は、ファイバ先端が下向きとなる状態で、且つファ
イバ保持具１２の段差面ｓを基準として、保持具ホルダ
１４に装着される。保持具ホルダ１４は、保持具着脱位
置からエッチング容器１８の上方まで精密横方向移動さ
せる横方向搬送機構と、各光ファイバ先端がエッチング
液１６に浸漬するように精密縦方向移動させる縦方向搬
送機構とで、所定の位置から所定の位置まで搬送され
る。

【００１６】ここで横方向搬送機構は、横方向に架設し
たボールネジ５０及びリニアガイド５１と、該ボールネ
ジ５０と螺合するボールネジナット５２、及びリニアガ
イド５１に嵌合するガイドブロック５３を備え、パルス
モータ５４の回転を、ベルト５５を介して前記ボールネ
ジ５０に伝達する構成である。これによって、ボールネ
ジナット５２及びガイドブロック５３を支持している移
動ベース５６は、図４で左右方向に移動する。移動量
（移動位置）は、パルスモータ５４で精密制御され、且
つ位置検出部５７で精密位置検出がなされる。

【００１７】縦方向搬送機構は、横方向搬送機構とほぼ
同様の構成であり、前記移動ベース５６に縦方向に設け
たボールネジ５８及びリニアガイド５９と、該ボールネ
ジ５８と螺合するボールネジナット６０、及びリニアガ
イド５９に嵌合するガイドブロック６１を備え、パルス
モータ６２の回転をベルトを介して前記ボールネジ５８
に伝達する構成である。これによって、ボールネジナッ
ト６０及びガイドブロック６１に取付けられている保持
具ホルダ１４は、図４で上下方向に移動する。移動量
（移動位置）は、パルスモータ６２で精密制御され、且
つ位置検出部で精密位置検出がなされる。

【００１８】エッチング容器１８は、エッチング液１６
を収容する浅底平型の小容量の容器本体１８ａと、ファ
イバ配列ピッチに一致するピッチで多数の小孔２０を一
列に形成した蓋体１８ｂとからなる。図８に詳細を示す
ように、容器本体１８ａの凹部内周面には段差１８ｃを
形成し、その段差１８ｃに蓋体１８ｂの厚肉部分１８ｄ
が嵌まることで位置決めされ、ネジ１８ｅで固定できる
ようになっている。このエッチング容器１８は、収容す
るエッチング液に侵されないような材料、例えば４フッ
化エチレン樹脂などからなる。蓋体１８ｂに形成する小
孔２０は、ファイバ径０．９mmに対して、直径約１．５
mm程度に設定してある。これは、横方向搬送機構及び縦
方向搬送機構の位置決め精度で各光ファイバ芯線部が支
障なく挿通でき、且つ内部のエッチング液の蒸気が漏れ
出し難いという相反する要求を満たしうるような寸法で
ある。エッチング容器１８内のエッチング液面と蓋体１
８ｂの下面との間隔は、４〜５mm程度とかなり狭く設定
し、その空間をなるべく小さくして蒸気が該空間内で漂
い飽和状態を維持するようにしてある。但し、前記間隔
が狭すぎると、蒸気が直接小孔２０から外に散逸するた
め好ましくない。

【００１９】エッチング容器１８内のエッチング液１６
は、流動性間接加温装置によって所定の温度に加温制御
される。この間接加温装置は、エッチング容器１８の下
方に位置してエッチング液１８を温水で間接的に加温す
る加温槽６４と、その加温槽６４からの溢流を一時的に
溜めて温度調節を行う温度調節槽６６と、その温水を前
記加温槽６４に吐出させる循環ポンプ６８と、加温槽６
４内のエッチング容器１８直下に設置した温度検出手段
である熱電対７０と、該熱電対７０の出力に応じて温度
調節槽６６内の温水を加温するＵ型のヒータ７２とを具
備している。加温槽６４は、図８に示すように、その上
端面にエッチング容器１８を載せてネジ７４で固定する
構成であり、上端部の四辺に温水が溢流する凹部６４ａ
を設けてある。加温槽６４の上側部外周には、その溢流
を受ける受槽７６を設け、受けた温水は出口７６ａを通
って温度調節槽６６内に入る。温度調節槽６６では、ヒ
ータ７２で温水を加温制御する。その温水は、循環ポン
プ６８で加温槽６４へと戻される。加温槽６４の内部下
方には吐出管７８が設けられているが、その吐出管７８
には両側斜め下向きに多数の小孔７８ａを形成した構造
である。循環ポンプ６８から送られる温水は、吐出管７
８を通って流入し、各小孔７８ａから斜め下向きに吐出
される。これによって、加温槽６４の底部の隅々まで所
定温度の温水が行き渡り、該加温槽６４内の温水は所定
の温度に維持される。温度制御は、例えば５０℃程度の
適当な値とする。温度を上げ過ぎると温度むらが大きく
なり、エッチングの制御が難しくなるし、温度を下げ過
ぎるとエッチング速度が小さくなり作業性が悪くなる。

【００２０】このようにして、エッチング液１６は常に
設定温度（数十℃）に維持され、発生する蒸気は液面と
蓋体１８ｂとの間にとどまる。エッチング容器１８は、
前記のように浅底平型であるので、エッチング液面と蓋
体下面との間隔は狭く、発生する蒸気は、飽和状態とな
ってその空間内にとどまるのみで、対流循環することは
なく、エッチング容器外へ散逸するのは極く僅かであ
る。このため液位変動も極めて少なく抑えられる。多数
本の光ファイバ１０は、端部近傍のみ（常に一定の深
さ）で確実にエッチング液中に浸漬され、液相で反応す
る。そのため、エッチングによる凸部又は凹部の形状に
ばらつきがすくなく、安定した製品が得られる。エッチ
ング液面よりも上方での蒸気による浸食は抑制される。

【００２１】本発明の装置では、多数本の光ファイバ１
０を、先端面を揃えてファイバ保持具１２で保持し、保
持具取付位置で保持具ホルダ１４に設置すればよい。な
お、作業中、長尺の光ファイバ１０が邪魔にならないよ
うにファイバ束ねアーム８０によって束ねておく。後は
自動的に、保持具取付位置からエッチング容器１８の直
上位置まで、横方向搬送機構と縦方向搬送機構とで搬送
される。そして、各光ファイバの先端部分が所定の深
さ、所定の時間、所定温度のエッチング液１６に浸漬
し、それによってエッチングがなされて凸部又は凹部が
形成される。エッチング処理後は、取り外して純水洗浄
を行う。

【００２２】次に本装置を用いた実験結果について述べ
る。ここで使用した光ファイバは、コア部が酸化ゲルマ
ニウムをドープした材料からなる単一モードガラスファ
イバである。エッチング液として、フッ酸ＨＦ（４．５
重量％）とフッ化アンモニウムＮＨ₄ Ｆ（３６．４重量
％）の混液を用い、温度５０℃で１時間のエッチングを
行った。エッチング処理した後の光ファイバ先端部を走
査型電子顕微鏡で撮影し、その形状及び表面状態を観察
した。図９はそのときの電子顕微鏡写真を模写したもの
である。光ファイバの芯線部の直径Ｄ₁ は１２５μｍで
ある。エッチング液に浸漬した部分の長さ（エッチング
の範囲）Ｌ₁ は先端から約２５０μｍであり、その部分
は直径Ｄ₂ （＝約７４μｍ）に細くなっている。エッチ
ングの影響範囲Ｌ₂ は先端から約４７０μｍまで及ん
だ。しかし、エッチング液の蒸気による影響範囲は約２
２０μｍ（＝Ｌ₂ −Ｌ₁ ）と、従来技術に比べて著しく
短くできた。その部分はポーラスなザラ塊面であった
が、エッチングの影響範囲が短いために、後の組み立て
工程で問題となるほどの機械的な脆弱化は回避できた。
ファイバ先端面には図９のＢに示すように綺麗な円錐状
の凸部が形成され、その底面の直径Ｄは約１０μｍ（コ
ア部直径にほぼ一致する大きさ）で、高さＨは約３．９
μｍであり、頂角は約１０５°であった。この実験で
は、１０本の光ファイバを一括してエッチング処理した
が、それぞれについてバラツキは殆ど無く、１回の処理
当たり数十本の光ファイバ一括エッチング処理すること
も容易であろうと推察された。またエッチングによる形
状の再現性は良好であった。

【００２３】なお上記の実施例は、光ファイバ先端面に
凸部を形成するものであったが、エッチング液の選択と
エッチング条件の組み合わせによっては、凹部を成形す
ることもできる。例えば、フッ酸とフッ化アンモニウム
との比率を変えると（フッ酸の量を多くする）、凹部を
形成することができる。本発明の装置は、それらの両方
の場合に使用できる。上記は、本発明の一実施例であ
り、本発明はその構成のみに限定されるものではない。
各部材の具体的形状、縦方向及び横方向の搬送機構、流
動性間接加温装置などの構成は、設備の規模や使用条件
などに応じて適宜変更できる。

【００２４】

【発明の効果】本発明は上記のように、多数本の光ファ
イバを配列保持して各光ファイバ先端部をエッチング液
中に浸漬し、且つエッチング容器は浅底平型構造で、多
数の小孔を有する蓋体で覆われ、該小孔を通して光ファ
イバ先端部が挿入される構造であるので、エッチング液
の蒸発による光ファイバ外周面の広範囲にわたる不要な
エッチングが抑えられ、ポーラスでザラついた部分が極
めて少なく、そのために機械的に脆弱化することが少な
く、その後の組み立てで障害となることはない。また本
発明装置では、エッチングが必要な光ファイバ端面につ
いては、十分なエッチング速度で処理できる。しかも多
数本の光ファイバを一括して処理できるため量産性にも
適している。エッチング液は、流動性間接加温方式で温
度制御されるため、所定の温度に安定に制御され、また
エッチング液は容器本体が蓋体で覆われているので、エ
ッチング液の蒸発が抑制され、液位変動も少ない。それ
らの理由で、エッチングによる形状の再現性も極めて良
好である。更に、エッチング液としてフッ酸などを使用
すると、作業者に対する危険性があるが、本発明装置で
は横方向及び縦方向の搬送装置を備えているために、一
旦ファイバ保持具を保持具ホルダに設置すれば、後は自
動的に作業が行われ、省力化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光ファイバ端面のエッチング装置
の概略構成図。

【図２】ファイバ保持具の一例を示す分解斜視図。

【図３】光ファイバ先端位置の調整用治具。

【図４】本発明に係るエッチング装置の一実施例を示す
正面図。

【図５】その平面図。

【図６】その左側面図。

【図７】その右側面図。

【図８】エッチング容器と加温槽の分解斜視図。

【図９】エッチングした光ファイバ端面形状を示す説明
図。

【符号の説明】

１０ 光ファイバ １２ ファイバ保持具 １４ 保持具ホルダ １６ エッチング液 １８ エッチング容器 ２０ 小孔 ２２ 流動性間接加温装置 ２４ 横方向搬送装置 ２６ 縦方向搬送装置 ２８ 加温槽 ３０ 温度調節槽 ３２ 循環ポンプ ３４ 温度検出手段 ３６ ヒータ ３８ 制御手段

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端部をストリップした多数本の光ファ
   イバを一定ピッチで且つ先端位置を揃えた状態で配列保
   持するファイバ保持具と、 該ファイバ保持具をファイバ先端が下向きとなる状態で
   着脱自在の保持具ホルダと、 エッチング液を収容する浅底平型の容器本体及びファイ
   バ配列ピッチに一致するピッチで多数の小孔を形成した
   蓋体とからなるエッチング容器と、 該エッチング容器内のエッチング液を温水循環により加
   温制御する流動性間接加温装置と、 前記保持具ホルダを保持具着脱位置からエッチング容器
   の上方まで精密横方向移動させる横方向搬送機構と、 該保持具ホルダを各ファイバ先端がエッチング容器の蓋
   体の小孔を通ってエッチング液中に浸漬するように精密
   縦方向移動させる縦方向搬送機構と、を具備している光
   ファイバ端面のエッチング装置。
2. 【請求項２】 流動性間接加温装置は、 エッチング容器の下方に位置して、その内部のエッチン
   グ液を温水で間接的に加温する加温槽と、 該加温槽からの溢流を一時的に溜めて温度調節を行う温
   度調節槽と、 該温度調節槽内の温水を前記加温槽に吐出させる循環ポ
   ンプと、 前記加温槽内に設置した温度検出手段と、 該温度検出手段の出力に応じて温度調節槽内の温水を加
   温するヒータと、を具備している請求項１記載のエッチ
   ング装置。