JP3544977B2 - 端面研磨機 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は光ファイバを固定したフェルールの先端を、光ファイバ端面を含む凸球面に研磨する研磨装置に関するものである。
背景技術
光コネクタの接続点、すなわち、ファイバ突合せ端面での反射による戻り光がレーザ・ダイオードを用いた超高速通信で雑音や否を増加させる問題が起こる。この端面での反射を低減するために、フェルール端面をファイバ中心に凸球面加工を行い、対向接続時にこの端面同士を空気層のない状態で密着させる（Physical Contact）PC端面形成技術が広く用いられている。
この凸球面を得るために、軟質弾性材質を用いた平板の上面に薄い研磨シートを貼り付けて研磨板を構成し、この研磨板に被研磨フェルールの先端面を押し付けながら、円弧状の軌跡を描いて運動させる。この際、研磨板は弾性変形してたわみ、このたわみ現象を利用して、フェルールならびファイバ端面に同時に正確に凸球面状に形成される。
他方、試料と研磨板の運動機構は、端面の仕上り精度、研磨時間に大きな影響を与えるため、研磨板は良く知られた平行平面の加工物を研磨する機械であるラップ盤の機構が用いられる。すなわち、加工物であるフェルールを静止しておき、遊星歯車と駆動モータとにより研磨板の公転と自転を同時に行うことで、フェルールを研磨板に当接させて一様な軌跡を描くラッピッグ運動が与えられる。
この結果、フェルールは希望するファイバを頂点とする凸球面に、しかも同時に能率よく加工することができる。
従来例として、USパテント4979334 Optical Fiber end−face Pulishing device M.Takahashi Dec.25,1990が開示されている。
この機構は、自転円盤の同心円上で回転する偏心盤を持ち、この偏心盤に公転用のモータの回転を伝達する遊星歯車を持ち、これを研磨盤に結合させて研磨盤を自転および公転させるものである。
ここて、公転機構に遊星歯車を用いているため、公転用モータを停止しても、自転軸に回転を与えると遊星歯車は停止した公転用モータ歯車に沿って噛み合いながら回転し、結果的に研磨盤は公転運動をしてしまう。このため、研磨条件に仕上げ精度や、加工時間等最適の自転と公転の回転数を設定することに制約が生じるという課題があった。
さらに、支持板に固定された複数の加工物133は、研磨板に正確に垂直当接させ希望するファイバを頂点とした凸球面を得ることが要求される。しかし、図６では、試料を加える支持板131は支持台Ａに圧接材料Ｓを介して固定されているため、圧接部材Ｓと支持板131のハメアイとネジ締結136による垂直セッティング誤差が必ず生じ、フェルールが斜めに当接されるという欠点がある。
この結果、フェルール仕上面は、理想的なファイバの中心を頂点とする凸球面から若干ずれてしまい、コネクタ接続性能に大きな影響を及ぼすことになる。
そこで、この発明の目的は、従来のこのような課題を解決するため、研磨盤の自転運動、公転運動の回転数をそれぞれ独立して設定できる研磨機を得ること、さらに、被研磨物を研磨盤に正確に当接できる機構を導入することとした。
発明の開示
本発明において、複数の研磨試料であるフェルール端面それぞれに常に同じ加工圧が作用させながら軟性体材質と研磨シートを張りつけた研磨盤の上に静止、当接させ、該研磨盤を公転と自転をそれぞれ独立で回転できる運動機構を備えることで、研磨盤は弾性変形してたわみ、このたわみ現象と試料が一様な軌跡を描くラッピング運動の採用により、各試料をファイバを頂点とする凸球面に加工することとした。
具体的には、ファイバを固定した複数のフェルール等の棒状部材を固定する固定治具盤と、固定治具盤を支持と研磨盤へ棒状部材を垂直当接する支持機構と、棒状部材を研磨する研磨部材を設けた研磨盤とで構成する単一ユニットを複数備えた多連型端面研磨機において、研磨盤にそれぞれ独立した自転、公転をさせるための駆動機構を備え、かつ、複数フェルールを研磨盤に正確に垂直当接するため、フェルール固定治具盤をピン・ポイント軸受機構により、あらかじめ平面度の出ている研磨盤にならって加工することとした。
以上の手段により、研磨仕上り性能の一層の向上と、簡便な工法で凸球面加工できる研磨機を量産することが可能となった。
発明を実施するための最良の形態
この発明の実施例を図１〜図５に基づいて単一ユニットの端面研磨機について説明する。
図１はこの発明の平面図、図２はこの発明の断面図である。自転用モータ１により回転軸中心に自転させられる第１の自転伝達盤２がモータ１の軸に固定され、さらに第１の自転伝達盤２の回転中心軸の同心円上に複数の第１のピン３が固定されている。第１のピン３に回転自在に挿入された回転伝達盤４には、それぞれ同一の偏心位置に孔が設けられており、それぞれの孔に対応するように回転自在に挿入された第２のピン５が第２の自転伝達盤６に固定されている。
一方、公転用モータ７により回転させられる１組の歯車８、９を介して回転軸中心で軸受け筒10をガイドに公転伝達軸11が設けられている。公転伝達軸11には回転中心より前記回転伝達盤と同一の偏心量を偏心させた位置に貫通した支持孔12が設けられている。支持孔12には自転用回転軸13が回転自在に挿入され、その端部は第２の自転伝達盤６に固定され、他の端部は結合部材14を介して研磨盤15に結合されている。
即ち、上記説明を補足すると、図１及び図２に示すように、自転用モータ１の回転軸には第１自転伝達盤２の中心部が固結され、この第１自転伝達盤２には回転中心を支点とする同心円上に複数の第１連結ピン３が固定されている。そして、この各第１連結ピン３は対応する各回転伝達盤４の偏心部に回転自在に連結され、この各回転伝達盤４には偏心部に第２連結ピン５が固定されている。各第２連結ピン５は第２自転伝達盤６に回転自在に連結されている。
一方、公転用モータ７の回転軸には駆動歯車８の中心部が固結され、この駆動歯車８には従動歯車９がかみ合っている。この従動歯車９は公転伝達軸11の下部外周に固結され、この公転伝達軸11の上部外周には装置本体18の軸受筒部10が嵌合している。そして、この公転伝達軸11には回転中心より所定量偏心した位置に自転用回転軸13が回転自在に嵌入し、この自転用回転軸13の下端部は第２自転伝達盤６の中心部に固結されている。
さらに研磨盤15には研磨部材（図示せず）が設けられ、その研磨部材に端面を研磨されるフェルール等の棒状部材16が接触している。棒状部材16は多連の固定治具盤17に脱着可能で固定され、押さえ軸19によって所定の力で研磨盤15を押しつけている。固定治具盤17は回転止めピン20によって回転を阻止されている。支持機構への加重は任意の数値が選べるよう複数重りが配されている（図示せず）。
次に、この発明の動作について説明する。図３はこの発明の動作を説明する平面図であり、図４は図３のＡ−A'断面図である。まず公転運動については、公転用モータ７により１組の歯車８、９を介して公転伝達軸11をＹ軸中心で回転させる。このとき研磨盤15の中心は、Ｙ軸からe₂だけずれたY'軸にあるためY'軸はＹ軸を中心にe₂の半径で動く。この時公転伝達軸11の中に自転用回転軸13が存在するが、図３に示すように、Ｙ軸とY'軸の偏心量e₂と同一の偏心量e₁を持つ回転伝達盤４を配しているので、回転伝達盤４は公転伝達軸11の回転と同じ位相で第１のピン３回りでそれぞれ回転する。従って、第１の自転伝達盤２が止まっていても、または回転していても公転伝達軸11の回転が規制されることはない。
一方、自転運動については自転用モータ１により第１の自転伝達盤２を回転させるが、第１のピン３は自転伝達盤２の同心円上にあるのでＹ軸回りで同じ軌跡を通る。自転用回転軸13は第１の自転伝達軸からe₂だけ回転軸がずれているが、第２の自転伝達盤６の同心円上にある第２のピン５が偏心量e₁を保ったまま回転伝達盤４を介して連結しているので、第１の自転伝達盤２と同じ回転数の回転が自転用回転軸13に伝達される。
即ち、上記説明を補足すると、第１の自転伝達盤の回転中心軸の同心円上に固定された複数の第１のピンに回転伝達盤を回転自在に入れる。回転伝達盤にはそれぞれもう１個の孔があいており、これらには第２の自転伝達盤に設けられた第２のピンが回転自在で入っている。第２の自転伝達盤に固定された自転回転軸は公転伝達軸の中に設けられた貫通した支持孔を通って研磨盤と結合している。公転伝達軸は軸受け筒をガイドに公転するので、自転、公転を独立して行うことができる。
なお、この発明の目的から自転の回転数は公転の回転数に比べて非常に遅くなっているが、前述のように回転数の設定は自転、公転とも独立してでき何ら制限はない。図５は、棒状部材16が研磨盤15に残した軌跡の一例であり、研磨部材を有効に使っていることを示している。
次に、研磨仕上り面の加工精度で一番重要な凸球面の曲率偏心について述べる。
図１、図２に示すように複数個のフェルール16を取り付ける固定治具盤17の中心には、圧力付与の押さえ軸19と係合するテーパ嵌合穴31とにより、研磨物は研磨機の組立てる上で避けることの出来ないメカニカルな不完全要因、すなわち、研磨盤とフェルール支持機構18との平行度の問題を除去することができる。
さらに、長さが異なる複数の研磨物（フェルール）を支持機構17にそれぞれ取付けた際、研磨盤には長さの不揃いの当接が行われる。その際、上記のピンピボット結合方式では長さの不揃いによる研磨運動を吸収する働きがある。
この他に、固定治具盤17に取付ける複数の被研磨物はすべて、固定治具盤17の中心から等しい距離に配置している。この結果、最終仕上りの状況で複数の研磨物が等しい運動軌跡を描くことで均質な仕上りを得ることができる。
なお、以上述べた多連研磨機機能を有するユニットを複数個同一平面内に従属的に備えた多連型端面研磨機も数多くの研磨物を研磨するのに有効であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
図１はこの発明の平面図である。図２はこの発明の断面図である。図３はこの発明の動作を説明する平面図てある。図４は図３のＡ−A'断面図である。図５は棒状部材が研磨盤に残した軌跡の一例である。図６は従来技術を示す図である。
産業上の利用可能性
本発明の主眼とするところは、フェルールの端面をファイバを頂点とする凸球面加工仕上げするための高精度で量産できる研磨機である。
本発明の重要な点は、先ず複数の研磨試料であるフェルール端面を常に同じ加工圧が作用する軟性体材質と研磨シートを張りつけた研磨盤の上に当接と、かつ静止させ、研磨盤を公転と自転をそれぞれ独立で回転できる運動機構とにより、研磨盤の上で試料が一様な軌跡を描くラッピング運動させることで、複数の試料を希望するファイバを頂点とする凸球面に容易に加工することが可能となったことである。
また、量産性についても単一ユニットを複数備えた多連型端面研磨機の構成をとることが多いから、同一工程を複数ユニットで同時に処理したり、あるいは粗、仕上げ、ポリシング等の各工程をそれぞれのユニット専門に割り当て研磨処理できることで大きなメリットが出る。当然、曲率半径の選択は、最適な硬さを持つ軟質弾性体材質の採用で、またフェルールの端面がある角度傾いた平面に凸球面を形成するには、あらかじめ該試料をフェルール支持部材のフェルール取付角度を目的とする角度に設定することで対応できることは自明である。本発明による端面研磨機は、ファイバを固定したフェルール凸球面形成に最適であり、その工業的価値が大である。

Claims (5)

1. 棒状部材を固定する固定治具盤と、
   前記固定治具盤を支持するとともに、中心にテーパ穴を設けた前記固定治具盤と、これと係合する先端の少なくとも一部がテーパ状に形成されている押え軸との組合せにより、研磨盤へ前記棒状部材を垂直に当接する支持機構と、
   前記棒状部材を研磨する研磨部材を設けた研磨盤と、
   前記研磨盤の自転運動、公転運動の回転数をそれぞれ独立して設定する駆動機構を有することを特徴とする端面研磨機。
2. 前記駆動機構は、自転用モータと、公転用モータと、前記自転用モータにより回転軸中心に自転させられる第１の自転伝達盤と、前記第１の自転伝達盤の回転中心軸の同心円上に固定された複数の第１のピンに回転自在に挿入され、それぞれ同一の偏心位置に設けた孔を持つ複数の回転伝達盤と、前記回転伝達盤のそれぞれの孔に対応するように、同心円上に第２のピンを固定された第２の自転伝達盤と、前記公転用モータにより回転軸中心で軸受け筒をガイドに公転させられ、回転中心より前記回転伝達盤と同一の偏心量を偏心させた位置に貫通した支持孔を持つ公転伝達軸と、前記第２の自転伝達盤に端部を固定され、中心部は前記公転伝達軸の支持孔に回転自在に挿入され、他の端部は前記研磨盤に結合している自転用回転軸からなることを特徴とする請求の範囲１記載の端面研磨機。
3. 前記固定治具盤は、その中心から等しい距離に複数の棒状部材を配置して固定できるようにしたことを特徴とする請求の範囲１記載の端面研磨機。
4. 前記支持機構にはフェルールに所定の荷重が加わるように複数のおもりを配したことを特徴とする請求の範囲１記載の端面研磨機。
5. 前記端面研磨機を１ユニットとして、前記ユニットを複数ユニット多連に配置したことを特徴とする請求の範囲１から４のいずれかに記載の端面研磨機。

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