JP3846042B2 - 導光体の形成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光ファイバを用いた導光体の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバを用いた導光体には、多数の光ファイバの集合により角柱状とされた光ファイバロッドをその断面（長さ方向に対して垂直な断面）の縦方向及び横方向にそれぞれ所定の本数ずつ接合して断面方形状の光ファイバブロックとしたものが考えられている。
【０００３】
次に、このような導光体の具体的な構造についてその形成方法と併せ説明するに、ここでは一般に市販されている光ファイバロッドを用いて形成する場合について説明する。図２４に示すように、一般に市販されている光ファイバロッド１は、図示しない特殊な金型を用いた押出成形により、直径数十μｍの多数の例えば数千本のコア２を形成するとともに各コア２にクラッド３を被覆し、且つ、各コア２を集合するとともにクラッド３によって相互に接合することにより、所定の断面形状の光ファイバロッドを形成し、次いで加熱しながら長さ方向に引き延ばすことにより、断面ほぼ長方形状の長尺な光ファイバロッドとされたものである。この場合、コア２は高屈折率のアクリル系樹脂からなり、クラッド３は低屈折率のフッ素系樹脂からなっている。そして、この光ファイバロッド１はロール（図示せず）に巻かれ、この状態で市販されている。
【０００４】
さて、市販の光ファイバロッド１を用いて断面方形状の導光体を形成する場合には、まず、光ファイバロッド１を所定の長さに切断する。次に、図２５に示すように、所定の長さに切断された所定数の光ファイバロッド１を有底角筒状の金型４内に密接させて充填し、次いでクラッド３の軟化点以上で融点以下の温度で加熱すると、クラッド３が軟化して膨張することにより金型４内の圧力が上昇し、そして金型４内に所定数の光ファイバロッド１が軟化したクラッド３によって相互に接合されて充満される。これにより、図示していないが、断面方形状の導光体が得られる。この場合、クラッド３の融点以下の温度で加熱するのは、融点よりも高い温度で加熱すると、クラッド３が熱損傷しやすく、光損失の原因となるので、これを回避するためである。
【０００５】
ところで、図２４に示す市販の光ファイバロッド１では、断面形状が長さ方向において不均一であり、また断面の四隅が曲率半径５００μｍ以上の比較的大きな円弧となっている。このため、図２６（この図では、光ファイバロッド１の本数を４×４本として図示している。）に示すように、市販の光ファイバロッド１を用いて形成された導光体５では、隣接する４つの光ファイバロッド１間の隙間６を軟化したクラッド３によって十分に埋めることができず、光ファイバロッド１の長さ方向に隙間６が連続的にあるいは断続的に残ってしまう。この結果、この導光体５では、一方の端面から入射された光が連続的に形成された隙間６に対応する部分で乱反射して光損失が生じ、断続的に形成された隙間６に対応する部分で遮光され、光伝達が悪いという問題がある。
【０００６】
そこで、本件発明者は、上下左右の４つの金型を用い、多数のコアが集合され且つ各コアがクラッドにより被覆されているとともに相互に接合されてなる角柱状の光ファイバロッドを前記金型内に少なくとも２行２列密接させて並列するとともに積層し、該積層体の断面のＸ方向から所定の圧力で加圧し且つＹ方向から所定の高圧力と所定の低圧力とで交互に加圧するとともに、クラッドの軟化点以上で融点以下の温度で加熱することにより、互いに隣接する４つの光ファイバロッドをその間に隙間がないように接合してなる導光体を形成する方法を開発し、本件出願人が平成１０年６月１５日付けで整理番号９８−０３９５−００として特許出願した。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この開発に係る導光体の形成方法では、所定の加圧加熱処理後に、Ｘ方向及びＹ方向からの加熱を同時に解除し、次いで自然冷却方法あるいは強制冷却方法により冷却し、そして金型の温度が室温となった後に、つまり金型内の導光体の表面の温度が室温となった後に、導光体に対する加圧を解除している。この場合、金型の温度が室温となってから加圧を解除するのは、軟化したクラッドを十分に固化させてから加圧を解除することにより、導光体の断面の寸法精度を良くするためである。しかしながら、金型の温度が室温となっても、つまり金型内の導光体の表面の温度が室温となっても、導光体の内部の温度が室温よりも高く、このため残留応力により導光体にクラックが発生することがあるということが分かった（なお、この点については、後で詳述する。）。
この発明の課題は、導光体に残留応力によるクラックが発生しないようにすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、多数のコアが集合され且つ各コアがクラッドにより被覆されているとともに相互に接合されてなる角柱状の光ファイバロッドを金型内に少なくとも２行２列密接させて並列するとともに積層し、該積層体の断面の所定の一方向及び該一方向に対して垂直な方向から所定の圧力で加圧するとともに前記クラッドの軟化点以上で融点以下の温度で加熱することにより、前記光ファイバロッドを互いに接合してなる導光体を形成し、該導光体の断面の相対向する一対の一方の辺側からの加熱を解除し、次いで前記導光体の断面の相対向する一対の一方の辺側と垂直な方向の辺側からの加熱を解除し、次いで前記導光体に対する加圧を解除するようにしたものである。この発明によれば、所定の加圧加熱処理後に、導光体の断面の相対向する一対の一方の辺側からの加熱を解除し、次いで導光体の断面の相対向する一対の一方の辺側と垂直な方向の辺側からの加熱を解除し、次いで導光体に対する加圧を解除しているので、導光体の断面の一対の一方の辺側及び一対の一方の辺側と垂直な方向の辺側からの加熱を同時に解除したときに問題となった残留応力が生じないようにすることができ、したがって導光体に残留応力によるクラックが発生しないようにすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の一実施形態における導光体形成装置の要部の一部を断面した概略構成図を示したものである。この導光体形成装置は、下金型ブロック１０、Ｘ方向加圧機構２０、左金型ブロック３０Ａ、右金型ブロック３０Ｂ、上金型ブロック４０及びＹ方向加圧機構５０等を備えている。
【００１０】
まず、下金型ブロック１０について、図２を参照して説明する。下金型ブロック１０は、固定して配置されたほぼＬ字状のベース板１１を備えている。ベース板１１は、鉄や銅等の金属あるいはこれらの合金材料（以下、「鉄等」という。）によって形成され、下板部１１ａの左端上部に左側壁１１ｂが設けられた構造となっている。ベース板１１の下板部１１ａの上面には、ベークライト等の断熱材料からなる断熱板１２（以下の断熱板の材料については省略する。）及び鉄等からなる平板状の下金型１３がボルト１４によって取り付けられている。この場合、ボルト１４の頭部とベース板１１との間にはベークライト等の断熱材料からなる断熱ワッシャ１５が介在されている。下金型１３の所定の箇所に形成された貫通孔内には棒状のヒータ１６が挿入されている。また、図示していないが、下金型１３の所定の箇所には、下金型１３の温度を検出するための温度センサが設けられている。ヒータ１６及び温度センサは温度コントローラ１７（図１参照）に接続されている。ベース板１１の左側壁１１ｂの右側面には断熱板１８がボルト１９によって取り付けられている。
【００１１】
次に、Ｘ方向加圧機構２０について、図３を参照して説明する。下金型ブロック１０のベース板１１の下板部１１ａの右端上部には、鉄等からなる右側壁２１がボルト２２によって取り付けられている。右側壁２１の所定の箇所には軸受２３が設けられている。軸受２３には、エアシリンダやオイルシリンダ等からなるＸ方向加圧器２４の軸２５が左右方向に移動可能に挿通されている。軸２５の右端部（先端部）には鉄等からなる加圧板２６が図示しないボルト（例えば、図５のボルト５４参照）によって取り付けられている。加圧板２６の左側面には断熱板２７がボルト２８によって取り付けられている。
【００１２】
次に、左金型ブロック３０Ａについて、図４を参照して説明する。左金型ブロック３０Ａは、鉄等からなる左加熱板３１Ａを備えている。左加熱板３１Ａの所定の箇所に形成された貫通孔内には棒状のヒータ３２Ａが挿入されている。左加熱板３１Ａの右側面には左金型３３Ａがボルト３４Ａによって取り付けられている。左金型３３Ａの所定の箇所には、図示していないが、左金型３３Ａの温度を検出するための温度センサが設けられている。ヒータ３２Ａ及び温度センサは温度コントローラ３５Ａ（図１参照）に接続されている。左金型３３Ａの上面には断熱板３６Ａがボルト３７Ａによって取り付けられている。この場合、左金型３３Ａの右側面と断熱板３６Ａの右側面とは同一面となっている。左加熱板３１Ａの下面には断熱板３８Ａがボルト３９Ａによって取り付けられている。この場合、左加熱板３１Ａの左側面と断熱板３８Ａの左側面とは同一面となっている。また、断熱板３８Ａの下面は左金型３３Ａの下面よりも若干下側とされている。また、断熱板３８Ａの右側は左金型３３Ａの左側に食い込んだようになっている。そして、左金型ブロック３０Ａは、その断熱板３８Ａの下面が下金型ブロック１０の下金型１３の上面にただ単に載置されていることにより、下金型１３の上面に左右方向にスライド可能に配置されている。
【００１３】
次に、右金型ブロック３０Ｂについて説明する。右金型ブロック３０Ｂは、左金型ブロック３０Ａと対称的な構造となっている。そこで、右金型ブロック３０Ｂについては、左金型ブロック３０Ａと同一の部分には同一の番号に符合Ｂを添えて示すことにより、その説明を省略する。そして、右金型ブロック３０Ｂは、その断熱板３８Ｂの下面がＸ方向加圧機構２０の断熱板２７の左側において下金型ブロック１０の下金型１３の上面にただ単に載置されていることにより、Ｘ方向加圧機構２０の断熱板２７の左側において下金型１３の上面に左右方向にスライド可能に配置されている。左右の金型ブロック３０Ａ、３０Ｂを下金型ブロック１０の下金型１３の上面にただ単に載置しているのは、形成すべき導光体のサイズに応じて、左右の金型ブロック３０Ａ、３０Ｂの交換を容易とするためである。
【００１４】
次に、上金型ブロック４０及びＹ方向加圧機構５０について、図５を参照して説明する。上金型ブロック４０は、鉄等からなる加圧板４１を備えている。加圧板４１の下面には、断熱板４２及び鉄等からなる平板状の上金型４３がボルト４４によって取り付けられている。この場合、ボルト４４の頭部と加圧板４１との間にはベークライト等の断熱材料からなる断熱ワッシャ４５が介在されている。上金型４３は、下側に突出する突出部４３ａを有する構造となっている。この突出部４３ａの下面の左右方向の長さは所定の長さとされている。上金型４３の所定の箇所に形成された貫通孔内には棒状のヒータ４６が挿入されている。また、図示していないが、上金型４３の所定の箇所には、上金型４３の温度を検出するための温度センサが設けられている。ヒータ４６及び温度センサは温度コントローラ４７（図１参照）に接続されている。Ｙ方向加圧機構５０は、エアシリンダやオイルシリンダ等からなるＹ方向加圧器５１及びこのＹ方向加圧器５１に接続された加圧コントローラ５２等を備えた構造となっている。Ｙ方向加圧器５１の軸５３の下端部（先端部）には上金型ブロック４０の加圧板４１がボルト５４によって取り付けられている。そして、上金型ブロック４０は、Ｙ方向加圧機構５０と共に、下金型ブロック１０の下金型１３の上方に上下動可能に配置されている。
【００１５】
なお、下金型１３の上面、左金型３３Ａの右側面、右金型３３Ｂの左側面及び上金型４３の突出部４３ａの下面は機械的あるいは化学的研磨方法により鏡面処理されている。これは、後述のように形成する導光体の表面に傷を付けないようにするためである。次に、ここで、各断熱板及び各断熱ワッシャの役目について説明する。断熱板１２及び断熱ワッシャ１５は、ベース板１１の下板部１１ａと下金型１３とを熱的に絶縁するためのものである。断熱板１８は、ベース板１１の左側壁１１ｂと左加熱板３１Ａとを熱的に絶縁するためのものである。断熱板２７は、加圧板２６と右加熱板３１Ｂとを熱的に絶縁するためのものである。断熱板３６Ａは、左加熱板３１Ａ及び左金型３３Ａと上金型４３とを熱的に絶縁するためのものである。断熱板３８Ａは、左加熱板３１Ａ及び左金型３３Ａと下金型１３とを熱的に絶縁するためのものである。断熱板３６Ｂは、右加熱板３１Ｂ及び右金型３３Ｂと上金型４３とを熱的に絶縁するためのものである。断熱板３８Ｂは、右加熱板３１Ｂ及び右金型３３Ｂと下金型１３とを熱的に絶縁するためのものである。断熱板４２及び断熱ワッシャ４５は、上金型４３と加圧板４１とを熱的に絶縁するためのものである。そして、以上のことから明らかなように、４つの金型ブロック１０、３０Ａ、３０Ｂ、４０は相互に熱的に絶縁されている。したがって、４つの金型１３、３３Ａ、３３Ｂ、４３は相互に熱的影響を与えることがなく、互いに独立した４つの金型１３、３３Ａ、３３Ｂ、４３によって均一に加熱することができることになる。
【００１６】
次に、図２４に示す市販の光ファイバロッド１を用いて導光体を形成する場合について説明する。この場合、図２４に示す市販の光ファイバロッド１は、直径数十μｍの光ファイバ３を３千〜４千本程度集合するとともにクラッド３によって相互に接合することにより断面ほぼ長方形状のロッド状としたものであり、その断面形状は四隅が曲率半径５００μｍ以上の比較的大きな円弧となっているとともに、左右辺及び上下辺が外側に向かってやや膨らんだ形状となっている。また、同断面形状は光ファイバロッド１の長さ方向において不均一となっている。そこで、まず、この市販の光ファイバロッド１を整形するが、この整形方法は、本件発明者が開発し、本件出願人が平成１０年１月２９日付けで特許出願した特願平１０−３０３５２号明細書に記載されており、よってここではその説明を省略する（ただし、後で簡単に説明する。）。この整形方法によると、所定の長さに切断された市販の光ファイバロッド１を１本ずつまたは複数本ずつ整形することにより、断面形状が長さ方向において同じであり、且つ、断面の四隅の曲率半径が５０μｍ以下となった新たな光ファイバロッドを得ることができる。
【００１７】
したがって、図１に示す導光体形成装置では、この整形された新たな光ファイバロッドを用いて導光体を形成することになる。そして、図１４及び図１５はこの場合の導光体形成装置の動作を説明するために示す図である。このうち図１４は圧力特性を示すものであり、横軸は時間を示し、縦軸は右金型ブロック３０Ｂ及び上金型ブロック４０に加える圧力を示す。この場合、一点鎖線はＸ方向加圧機構２０による圧力特性曲線を示し、二点鎖線はＹ方向加圧機構５０による圧力特性曲線を示す。図１５は温度特性を示すものであり、横軸は時間を示し、縦軸は金型温度を示す。この場合、温度Ｔ1は室温を示し、温度Ｔ4はクラッドの軟化点に相当する金型温度を示し、温度Ｔ6は予め設定された処理温度であってクラッドの軟化点以上で融点以下に相当する金型温度を示し、温度Ｔ7はクラッドの融点に相当する金型温度を示す。そして、図１５に示す７つの温度の関係は、Ｔ1＜Ｔ2＜Ｔ3＜Ｔ4＜Ｔ5＜Ｔ6＜Ｔ7となっている。このうち処理温度Ｔ6は、クラッドがフッ素系樹脂である場合には、クラッドの温度が１００℃〜１２０程度となるような金型温度であることが好ましい。なお、図１５に示す実線、一点鎖線、二点鎖線については、後で説明する。
【００１８】
さて、図２４に示す市販の光ファイバロッド１を整形して得られた新たな光ファイバロッドを用いて導光体を形成する場合には、まず、図６に示すように、左金型ブロック３０Ａの左加熱板３１Ａの左側面を断熱板１８の右側面に接触させ、所定数の新たな光ファイバロッド６１を下金型１３の上面に密接させて並列するとともに積層する（この積層したものを、以下、「積層体」という場合がある。）。なお、図６では、光ファイバロッド６１の本数を４×４本として図示しているが、これは図示の便宜上であり、実際には、形成すべき導光体の断面形状（長方形あるいは正方形）及び断面サイズに応じて決まるものである。次に、上金型ブロック４０をＹ方向加圧機構５０と共にただ単に下降させ、上金型４３の突出部４３ａの下面を最上層の光ファイバロッド６１の上面にただ単に接触させる。この状態では、上金型４３の突出部４３ａの下面は左右の金型ブロック３０Ａ、３０Ｂの断熱板３６Ａ、３６Ｂの上下方向ほぼ中央に位置させられているとともに、突出部４３ａの左側面が左金型ブロック３０Ａの断熱板３６Ａの右側面に接触されている。
【００１９】
ここで、図１５に示す実線、一点鎖線、二点鎖線について説明する。実線は、図６において符合Ｐで示す部分、つまり積層体の断面の中心部（符合Ｑで示す部分）の上側の外周部の温度特性曲線を示す。一点鎖線は、図６において符合Ｑで示す部分、つまり積層体の断面の中心部の温度特性曲線を示す。二点鎖線は、図６において符合Ｒで示す部分、つまり積層体の断面の中心部の左側の外周部の温度特性曲線を示す。なお、各点Ｐ、Ｑ、Ｒにおける温度の検出は、光ファイバロッド６１を積層するときに、断熱コードを備えた温度センサを積層体内に配置し、実験的に行ったものである。
【００２０】
次に、図１４の時間０の時点において、同図の一点鎖線で示すように、Ｘ方向加圧器２４によって圧力Ｐｘ（７００〜９００ｇ／ｍｍ2程度）を加える。すると、図７に示すように、Ｘ方向加圧器２４の軸２５、加圧板２６及び断熱板２７が左方向に移動し、断熱板２７が右金型ブロック３０Ｂに当接して圧力Ｐｘを加えることにより、右金型ブロック３０Ｂを左方向に移動させ、その断熱板３６Ｂの左側面を上金型４３の突出部４３ａの右側面に圧接（当て止め）させる。この状態では、所定数の光ファイバロッド６１は左右方向に適宜に圧縮されることになる。また、この状態では、図８に拡大して示すように、互いに隣接する４つの光ファイバロッド６１は相互に軽く接触しているだけであり、その間に比較的大きな空間６２が形成されている。また、図１５の時間０の時点において、４つの温度コントローラ１７、３５Ａ、３５Ｂ、４７の予め個々に設定された制御により４つのヒータ１６、３２Ａ、３２Ｂ、４６を発熱させ、図１５の実線で示すように、４つの金型１３、３３Ａ、３３Ｂ、４３の温度を室温Ｔ1から上昇させ、光ファイバロッド６１を加熱する。
【００２１】
次に、図１４の時間０の時点から数秒経過した時間ｔ1の時点において、同図の二点鎖線で示すように、加圧コントローラ５２の制御によりＹ方向加圧器５１によって低圧力Ｐｙ1（５０〜１００ｇ／ｍｍ2程度）を加える。すると、Ｙ方向加圧器５１の軸５３が下方向に移動し、上金型ブロック４０の上金型４３の突出部４３ａを下方向に移動させて最上層の光ファイバロッド６１に軽く圧接させる。これにより、４つの金型１３、３３Ａ、３３Ｂ、４３の熱が光ファイバロッド６１に伝えられやすくなる。
【００２２】
そして、図１５の時間ｔ2の時点において、同図の実線で示す金型１３、３３Ａ、３３Ｂ、４３の温度が処理温度Ｔ6に達すると、これを各温度センサが検出し、各温度コントローラ１７、３５Ａ、３５Ｂ、４７を介して各ヒータ１６、３２Ａ、３２Ｂ、４６の発熱を、各金型１３、３３Ａ、３３Ｂ、４３の温度が処理温度Ｔ6を維持するように制御する。また、図１４の時間ｔ2の時点において、同図の二点鎖線で示し、且つ、図９に示すように、上記温度センサの検出結果に基づいて加圧コントローラ５２の制御によりＹ方向加圧器５１によって上金型ブロック５０に処理圧力Ｐｙ2（２５０〜４５０ｇ／ｍｍ2程度）を加えることにより、光ファイバロッド６１を処理圧力Ｐｙ2で加圧する。そして、これ以後、加圧コントローラ５２の制御によりＹ方向加圧器５１による加圧を処理圧力Ｐｙ2と低圧力Ｐｙ1とに交互に切り換える。これにより、光ファイバロッド６１は、処理温度Ｔ6つまりクラッドの軟化点以上で融点以下の温度で加熱されながら、処理圧力Ｐｙ2と低圧力Ｐｙ1とで交互に加圧される。
【００２３】
ここで、圧力Ｐｘ、Ｐｙ1、Ｐｙ2の関係等について説明する。この３つの圧力の関係は、Ｐｙ1＜Ｐｙ2＜Ｐｘである。具体的には、上述のように、Ｐｙ1は５０〜１００ｇ／ｍｍ2程度であり、Ｐｙ2は２５０〜４５０ｇ／ｍｍ2程度であり、Ｐｘは７００〜９００ｇ／ｍｍ2程度である。このうち圧力Ｐｘは、クラッドがフッ素系樹脂である場合には、８００ｇ／ｍｍ2程度であることが好ましい。処理圧力Ｐｙ2は、クラッドがフッ素系樹脂である場合には、３００〜３５０ｇ／ｍｍ2程度であることが好ましい。また、この処理圧力Ｐｙ2は、光ファイバロッド６１を押しつぶさない程度の値となっている。また、圧力Ｐｘを処理圧力Ｐｙ2よりも大きくしているのは、図９において上金型ブロック４０が右方向にずれないようにすることにより、加圧加熱された光ファイバロッド６１が上金型４３の突出部４３ａと左右の断熱板３６Ａ、３６Ｂとの当接部分から食み出さないようにするためである。また、圧力Ｐｘを加えた後に処理圧力Ｐｙ2を加えているのは、光ファィバロッド６１の左右方向への広がりを防ぐことにより、形成される導光体の断面の寸法精度を良くするためである。さらに、処理圧力Ｐｙ2を加えている時間と低圧力Ｐｙ1を加えている時間とは１：１であり、その１周期は２分以内である。この１周期は、クラッドがフッ素系樹脂である場合には、２０〜４０秒程度であることが好ましい。すなわち、処理圧力Ｐｙ2を１０〜２０秒程度加え、続いて低圧力Ｐｙ1を１０〜２０秒程度加える。
【００２４】
ところで、処理圧力Ｐｙ2を１０〜２０秒程度加え、続いて低圧力Ｐｙ1を１０〜２０秒程度加えるということは、処理圧力Ｐｙ2を１０〜２０秒程度加えた後に、この処理圧力Ｐｙ2を１０〜２０秒程度解除することと同じことになる。したがって、図９に示す状態においては、一例として図１０に拡大して示すように、互いに隣接する４つの光ファイバロッド６１の空間６２を形成している各面は、クラッドが溶融はしていないが非常に軟らかい状態にあることにより、当初は点線で示す位置にあるが、処理圧力Ｐｙ2が加わると、実線で示すように、空間６２を均等に狭める方向に迫り出し、低圧力Ｐｙ1が加わると、つまり処理圧力Ｐｙ2が解除されると、一点鎖線で示すように、均等に適宜に戻ることになる。そして、このようなことが繰り返されることにより、互いに隣接する４つの光ファイバロッド６１の空間６２を形成している各面は、あたかも機械的に振動しているように振る舞い、空間６２が少しづつ縮小していくことになる。かくして、図１１に示すように、４つの金型１３、３３Ａ、３３Ｂ、４３内に所定数の光ファイバロッド６１からなる導光体６３が形成される。この状態においては、図１２に拡大して示すように、互いに隣接する４つの光ファイバロッド６１がその間に隙間がないように接合されている。
【００２５】
次に、図１４の時間ｔ3の時点において、つまり予め設定された処理時間（ｔ2からｔ3までの時間）が経過した時点において、加圧コントローラ５２の制御によりＹ方向加圧器５１による加圧を低圧力Ｐｙ1とする。次に、図１４の時間ｔ3の時点から所定の時間経過した時間ｔ4の時点（図１５参照）において、上下の温度コントローラ４７、１７の制御により上下のヒータ４６、１６のみの発熱を停止する。この場合、図１４では、時間ｔ3の時点と時間ｔ4の時点とを異ならせているが、同時点としてもよい。上下のヒータ４６、１６のみの発熱を停止すると、図１５の実線で示すように、導光体６３の断面の図１１において符合Ｐで示す外周部の温度が自然冷却により徐々に低下する。なお、図１５の時間ｔ4の時点における導光体６３の断面の温度分布は、図１６（Ａ）に示すように、当然のことながら、処理温度Ｔ6で均一となっている。
【００２６】
そして、図１５の時間ｔ5の時点において、同図の実線で示すように、導光体６３の断面の図１１において符合Ｐで示す外周部の温度がクラッド軟化点温度Ｔ4に達する。この場合、導光体６３の断面の温度分布について見ると、図１６（Ｂ）に示すように、クラッド軟化点温度Ｔ4の領域が導光体６３の断面の一対の長辺の各ほぼ中心部から同断面の中心部に向かってかまぼこ状に形成されていくことになる。したがって、図１５の時間ｔ5の時点では、図１６（Ｂ）に示すように、符合Ｑで示す中央部及び符合Ｒで示す外周部（一対の短辺部）の温度は処理温度Ｔ6のままである。ただし、図１５の時間ｔ5の時点よりも若干前の時点において、図１５の一点鎖線で示すように、導光体６３の断面の図１１において符合Ｑで示す中心部の温度が自然冷却により低下し始める。
【００２７】
そして、図１５の時間ｔ6の時点において、導光体６３の断面の図１１において符合Ｑで示す中心部の温度がクラッド軟化点温度Ｔ4に達する。この時点における導光体６３の断面の温度分布は、図１６（Ｃ）に示すように、符合Ｑで示す中心部の温度がクラッド軟化点温度Ｔ4となり、符合Ｐで示す外周部の温度がクラッド軟化点温度Ｔ4よりも低い温度Ｔ3となり、符合Ｒで示す外周部分温度が処理温度Ｔ6のままとなっている。そして、この時点において、すなわち図１５の時間ｔ6の時点において、左右の温度コントローラ３５Ａ、３５Ｂの制御により左右のヒータ３２Ａ、３２Ｂの発熱を停止する。すると、図１５の二点鎖線で示すように、導光体６３の断面の図１１において符合Ｒで示す外周部の温度が自然冷却により徐々に低下する。したがって、この時点から導光体６３が全体的に自然冷却されることになる。
【００２８】
そして、図１５の時間ｔ7の時点において、実線で示す温度特性曲線と一点鎖線で示す温度特性曲線とがクラッド軟化点温度Ｔ4よりも低い温度Ｔ2で一致する。この時点における導光体６３の断面の温度分布は、図１６（Ｄ）に示すように、符合Ｐで示す外周部の温度及び符合Ｑで示す中心部の温度がクラッド軟化点温度Ｔ4よりも低い温度Ｔ2となり、符合Ｒで示す外周部の温度が処理温度Ｔ6よりも低い温度Ｔ5となる。そして、図１５の時間ｔ8の時点において、実線で示す温度特性曲線と二点鎖線で示す温度特性曲線とが室温Ｔ1で一致する。したがって、この時点における導光体６３の断面の温度分布は、図１６（Ｅ）に示すように、室温Ｔ1で均一となる。
【００２９】
そして、導光体６３の断面の全体が室温Ｔ1で均一となった時点において、すなわち図１５の時間ｔ8の時点（図１４参照）において、これをすべての特に左右の温度センサが共に検出し、この検出結果に基づいてＹ方向加圧器５１による加圧を解除する。次に、図１４の時間ｔ8の時点から数秒経過した時間ｔ9の時点において、Ｘ方向加圧器２４による加圧を解除する。かくして、図１３に示すように、所定数の光ファイバロッド６１からなる導光体６３が得られる。このように、導光体６３の断面の全体が室温Ｔ1で均一となってから圧力Ｐｙ1、Ｐｘを解除しているので、導光体６３に残留応力によるクラッドが発生しないようにすることができる。この場合、低圧力Ｐｙ1を解除した後に圧力Ｐｘを解除しているのは、導光体６３の左右方向への広がりを防ぐことにより、導光体６３の断面の寸法精度を良くするためである。そして、このようにして得られた導光体６３では、互いに隣接する４つの光ファイバロッド６１間に隙間がないので、光伝達を良くすることができる。
【００３０】
ここで、先の開発に係る導光体の形成方法の問題点について、図１７及び図１８を参照して説明する。ただし、図１７において、温度Ｔ1は室温を示し、温度Ｔ2はクラッドの軟化点に相当する金型温度を示し、温度Ｔ3は予め設定された処理温度であってクラッドの軟化点以上で融点以下に相当する金型温度を示し、温度Ｔ4はクラッドの融点に相当する金型温度を示す。また、時間ｔ1〜ｔ3は、図１４及び図１５に示す場合と無関係である。さらに、図１７において、実線は、図６において符合Ｐ及びＲで示す部分、つまり積層体の断面の外周部の温度特性曲線を示し、一点鎖線は、図６において符合Ｑで示す部分、つまり積層体の断面の中心部の温度特性曲線を示す。
【００３１】
さて、先の開発に係る導光体の形成方法では、図１７の時間ｔ1（図１５の場合には時間ｔ4）の時点において、すべての温度コントローラ１７、３５Ａ、３５Ｂ、４７の制御によりすべてのヒータ１６、３２Ａ、３２Ｂ、４６の発熱を停止する。したがって、この時点から導光体６３が全体的に自然冷却されることになる。しかし、導光体６３の断面の外周部の温度は図１７において実線で示すように低下し、導光体６３の断面の中心部の温度は同図において一点鎖線で示すように低下する。すなわち、一点鎖線で示す温度の低下は実線で示す温度の低下よりも緩慢となる。そして、図１７の時間ｔ2の時点において、同図の実線で示すように、導光体６３の断面の外周部の温度が室温Ｔ1となる。しかし、この時点における導光体６３の断面の中心部の温度は室温Ｔ1よりも高い温度Ｔ2（Ｔ3−Ｔ2＝１０〜５０℃程度）である。したがって、この時点における導光体６３の断面の温度分布は、図１８（Ａ）に示すように、中心部のＸ方向に延びる偏平な領域が室温Ｔ1よりも高い温度Ｔ2となり、それ以外の領域が室温Ｔ1となる。
【００３２】
そして、導光体６３の表面の温度が室温Ｔ1となった時点において、すなわち図１７の時間ｔ2の時点において、これをすべての温度センサが共に検出し、この検出結果に基づいてＹ方向加圧器５１による加圧を解除し、次いでこの時点から数秒経過した時点において、Ｘ方向加圧器２４による加圧を解除する。しかし、この時点における導光体６３の断面の温度分布は図１８（Ａ）に示す場合とほぼ同じであるので、この後導光体６３の断面の中心部のＸ方向に延びる偏平な領域が自然冷却されると、図１８（Ｂ）に示すように、当該偏平な領域に矢印で示すようにＸ方向の収縮応力が生じ、結果的に導光体６３の断面の左右両面のほぼ中央部にＸ方向の圧縮力Ｆが加わった場合と同じとなる。この結果、図１８（Ｃ）に示すように、導光体６３の断面の左右両面が凹むとともに、導光体６３の断面の上下両面が膨らむことになる。しかも、この時点においても、導光体６３の断面の中心部のＸ方向に延びる偏平な領域の温度が室温Ｔ1よりもまだ高い。この結果、導光体６３の断面の上下両面が膨らむことに起因して、図１８（Ｃ）において矢印で示すように、導光体６３の断面の中心部のＸ方向に延びる偏平な領域に上下方向に裂ける力が作用し、クラックＫが発生することになる。そして、この発生したクラックＫは、圧縮力Ｆがまだ作用していることにより、図１８（Ｄ）に示すように、左右方向に進行し、ついには図１８（Ｅ）に示すように、導光体６３が上下に分断されることになる。
【００３３】
このように、導光体６３の表面の温度が室温Ｔ1となった時点において、Ｙ方向加圧器５１及びＸ方向加圧器２４による加圧を解除すると、導光体６３に残留応力によるクラックＫが発生し、導光体６３が上下に分断されてしまうことになる。これに対し、上記実施形態では、導光体６３の断面の全体が室温Ｔ1で均一となってからＹ方向加圧器５１及びＸ方向加圧器２４による加圧を解除しているので、導光体６３に残留応力によるクラッドが発生しないようにすることができる。なお、図１７の時間ｔ3の時点において、一点鎖線で示す導光体６３の断面の中心部の温度が室温Ｔ1となるので、この時点においてＹ方向加圧器５１及びＸ方向加圧器２４による加圧を解除することも考えられる。しかしながら、このようにした場合には、図１７の時間ｔ2の時点から時間ｔ3の時点までにかなりの時間がかかるので、生産効率が大幅に低下することになる。
【００３４】
なお、上記実施形態では、図１５の時間ｔ4の時点において、上下のヒータ４６、１６の発熱を同時に停止する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、導光体６３の断面の上面側と下面側との熱容量に差がある場合には、熱容量の大きい方からの加熱を解除した後に熱容量の小さい方からの加熱を解除するようにしてもよい。また、上記実施形態では、自然冷却方法により冷却する場合について説明したが、これに限らず、強制冷却方法により冷却するようにしてもよい。例えば、外部から冷風を吹き付けるようにしてもよく、あるいは各金型１３、３３Ａ、３３Ｂ、４３内に冷却材流路を設け、この冷却材流路を流れる冷却材によって熱を外部に取り出すようにしてもよい。また、上記実施形態では、各金型ブロック１０、３０Ａ、３０Ｂ、４０に１本ずつのヒータ１６、３２Ａ、３２Ｂ、４６を設けた場合について説明したが、これに限らず、各金型ブロック１０、３０Ａ、３０Ｂ、４０ごとに、温度分布等を考慮して、適切な数のヒータを適切な位置に設けるようにしてもよい。
【００３５】
また、上記実施形態では、図１４の時間ｔ3の時点において、Ｙ方向加圧器５１による処理圧力Ｐｙ2と低圧力Ｐｙ1との交互の加圧を止め、低圧力Ｐｙ1の加圧とし、そして図１４の時間ｔ8の時点において、Ｙ方向加圧器５１による低圧力Ｐｙ1の加圧を解除する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図１４の時間ｔ8の時点まで、処理圧力Ｐｙ2と低圧力Ｐｙ1とで交互に加圧するようにしてもよい。
【００３６】
また、上記実施形態では、処理圧力Ｐｙ2を加えている時間と低圧力Ｐｙ1を加えている時間とを１：１とした場合について説明したが、必ずしも１：１とする必要はなく、１周期を上記の場合と同じとして、前者の時間を後者の時間よりも長くしてもよい。このようにした場合には、互いに隣接する４つの光ファイバロッド６１間の空間６２をより一層効率良く無くすことができる。また、上記実施形態では、図１４に示すように、Ｙ方向加圧器５１による加圧を矩形波状とした場合について説明したか、これに限らず、加圧コントローラ５２からの制御波を鋸波や正弦波等としてもよい。
【００３７】
また、上記実施形態では、Ｘ方向加圧器２４による圧力ＰｘをＹ方向加圧器５１による処理圧力Ｐｙ2よりも大きくした場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図１９に示すように、Ｘ方向加圧器２４による圧力ＰｘをＹ方向加圧器５１による処理圧力Ｐｙ2よりも小さくしてもよい。具体的には、Ｐｘは上記実施形態の場合と同じで７００〜９００ｇ／ｍｍ2程度とし、Ｐｙ2は８００〜１０００ｇ／ｍｍ2程度とする。ただし、この場合、Ｙ方向加圧器５１による処理圧力Ｐｙ2及び低圧力Ｐｙ1の加圧周期は上記実施形態の場合と同じとし、処理圧力Ｐｙ2を加えている時間を低圧力Ｐｙ1を加えている時間よりも適宜に短くする。このようにすると、処理圧力Ｐｙ2を圧力Ｐｘよりも大きくしても、処理圧力Ｐｙ2を加えている時間が短くなるので、図９において上金型ブロック４０が右方向にずれないようにすることができ、ひいては加圧加熱された光ファイバロッド６１が上金型４３の突出部４３ａと左右の断熱板３６Ａ、３６Ｂとの当接部分から食み出さないようにすることができる。なお、処理圧力Ｐｙ2を圧力Ｐｘと同じとしてもよい。
【００３８】
さらに、上記実施形態では、加圧コントローラ５２の制御によりＹ方向加圧器５１による加圧を処理圧力Ｐｙ2と低圧力Ｐｙ1とに交互に切り換える場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図２０に示すように、Ｙ方向加圧器５１の軸５３に超音波発振器６４をホーン６５を介して接続し、超音波発振器６４によって発生された超音波振動をホーン６５で増幅し、この増幅された超音波振動により上金型ブロック４０を介して光ファイバロッド６１を機械的に振動させるようにしてもよい。このようにした場合には、光ファイバロッド６１のクラッドが非常に高い周波数で振動することにより、特に、互いに隣接する４つの光ファイバロッド６１の界面近傍におけるクラッドの温度が融点以上に達し、クラッドの高分子が互いに相互拡散し、互いに隣接する４つの光ファイバロッド６１間に隙間がない上、接合強度をさらに増大することができる。また、図示していないが、高周波加熱手段により光ファイバロッド６１のクラッドの高分子を振動させ、これによりクラッドを軟化あるいは局部的に溶融させるようにしてもよい。このようにした場合には、所定数の光ファイバロッド６１全体に加える温度を低くすることができ、また振動エネルギが大きいので接合強度をさらに増大することができる。
【００３９】
ここで、先の出願に係る光ファイバロッド整形装置について簡単に説明する。図２１は先の出願に係る光ファイバロッド整形装置の要部の一部を断面した概略構成図を示したものである。この光ファイバロッド整形装置は下金型７１及び上金型８１を備えている。下金型７１は、鉄等によってほぼＬ字状に形成され、つまり下板部７１ａの左端上部に左側壁７１ｂが設けられた構造となっている。下板部７１ａに形成された貫通孔内には板状のヒータ７２が設けられている。また、図示していないが、下金型７１の所定の箇所には、下金型７１の温度を検出するための温度センサが設けられている。ヒータ７２及び温度センサは温度コントローラ７３に接続されている。下金型７１は固定されて配置されている。
【００４０】
上金型８１は、鉄等によってほぼＬ字状に形成され、つまり上板部８１ａの右端下部に右側壁８１ｂが設けられた構造となっている。上板部８１ａに形成された貫通孔内には板状のヒータ８２が設けられている。また、図示していないが、上金型８１の所定の箇所には、上金型８１の温度を検出するための温度センサが設けられている。ヒータ８２及び温度センサは温度コントローラ８３に接続されている。上金型８１は、下金型７１の右上方向に配置され、左右方向及び上下方向に移動可能となっている。そして、上金型８１の右側壁８１ｂの右側には、上金型８１を左右方向に移動させるためのエアシリンダやオイルシリンダ等からなるＸ方向加圧器８４が設けられている。また、上金型８１の上板部８１ａの上側には、上金型８１を上下方向に移動させるためのエアシリンダやオイルシリンダ等からなるＹ方向加圧器８５が設けられている。Ｙ方向加圧器８５は加圧コントローラ８６に接続されている。なお、両金型７１、８１のほぼＬ字状の内面は機械的あるいは化学的研磨方法により鏡面処理されている。
【００４１】
次に、この光ファイバロッド整形装置を用いて図２４に示す市販の光ファイバロッド１を整形して新たな光ファイバロッドを形成する場合について、図２２を参照して説明する。まず、所定の長さに切断された市販の光ファイバロッド１を下金型７１の下板部７１ａの上面に載置する。次に、図２２の時間０の時点において、同図の一点鎖線で示すように、Ｘ方向加圧器８４によって上金型８１に圧力Ｐｘ（７００〜８００ｇ／ｍｍ2程度）を加えることにより、上金型８１を左方向に移動させ、その上板部８１ａの左端面を下金型７１の左側壁７１ｂの右側面に圧接（当て止め）させるとともに、その右側壁８１ｂの左側面を下金型７１の下板部７１ａの右端面に圧接（当て止め）させる。また、図２２の時間０の時点において、両温度コントローラ７３、８３の制御により両ヒータ７２、２３を発熱させ、２４５の実線で示すように、両金型７１、８１の温度を室温Ｔ1から上昇させる。
【００４２】
次に、図２２の時間０の時点から数秒経過した時間ｔ1の時点において、同図の二点鎖線で示すように、加圧コントローラ８６の制御によりＹ方向加圧器８５によって上金型８１に低圧力Ｐｙ1（５０〜１００ｇ／ｍｍ2程度）を加えることにより、上金型８１を下方向に移動させて光ファイバロッド１に軽く圧接させる。そして、図２２の時間ｔ2の時点において、同図の実線で示す金型７１、８１の温度が処理温度Ｔ3に達すると、これを温度センサが検出し、両温度コントローラ７３、８３を介して両ヒータ７２、８２の発熱を、金型７１、８１の温度が処理温度Ｔ3を維持するように制御する。また、図２２の時間ｔ2の時点において、同図の二点鎖線で示すように、上記温度センサの検出結果に基づいて加圧コントローラ８６の制御によりＹ方向加圧器８５によって上金型８１に処理圧力Ｐｙ2（５００〜６００ｇ／ｍｍ2程度）を加えることにより、光ファイバロッド１を処理圧力Ｐｙ2で加圧する。そして、これ以後、加圧コントローラ８６の制御によりＹ方向加圧器８５による加圧を処理圧力Ｐｙ2と低圧力Ｐｙ1とに交互に切り換える。これにより、光ファイバロッド１は、処理温度Ｔ3つまりクラッドの軟化点以上で融点以下の温度で加熱されながら、処理圧力Ｐｙ2と低圧力Ｐｙ1とで交互に加圧される。
【００４３】
次に、図２２の時間ｔ3の時点において、つまり予め設定された処理時間（ｔ2からｔ3までの時間）が経過した時点において、両温度コントローラ７３、８３の制御により両ヒータ７２、８２の発熱を停止し、自然冷却方法あるいは強制冷却方法により冷却する。また、図２２の時間ｔ3の時点において、加圧コントローラ８６の制御によりＹ方向加圧器８５による加圧を低圧力Ｐｙ1とする。そして、図２２の時間ｔ4の時点において、同図の実線で示す金型７１、８１の温度が室温Ｔ1に達すると、これを温度センサが検出し、この検出結果に基づいてＹ方向加圧器８５による加圧を解除する。次に、図２２の時間ｔ4の時点から数秒経過した時間ｔ5の時点において、Ｘ方向加圧器８４による加圧を解除する。かくして、市販の光ファイバロッド１が整形され、新たな光ファイバロッドが形成される。なお、図２３に示すように、処理圧力Ｐｙ2（８００〜９００ｇ／ｍｍ2）を圧力Ｐｘ（７００〜８００ｇ／ｍｍ2）よりも高くする方法もある。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、所定の加圧加熱処理後に、導光体の断面の相対向する一対の一方の辺側からの加熱を解除し、次いで導光体の断面の相対向する一対の一方の辺側と垂直な方向の辺側からの加熱を解除し、次いで導光体に対する加圧を解除しているので、導光体の断面の一対の一方の辺側及び一対の一方の辺側と垂直な方向の辺側からの加熱を同時に解除したときに問題となった残留応力が生じないようにすることができ、したがって導光体に残留応力によるクラックが発生しないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態における導光体形成装置の要部の一部を断面した概略構成図。
【図２】図１に示す下金型ブロックの断面図。
【図３】図１に示すＸ方向加圧機構の断面図。
【図４】図１に示す左金型ブロック及びＹ方向加圧機構の断面図。
【図５】図１に示す上金型ブロックの断面図。
【図６】図１に示す導光体形成装置において下金型ブロック上に光ファイバロッドを載置して上金型ブロックをただ単に下方向に移動させた状態を示す概略構成図。
【図７】図６に示す導光体形成装置において右金型ブロックを左方向に加圧した状態を示す概略構成図。
【図８】図７に示す状態における互いに隣接する４つの光ファイバロッドの相互の関係を示す拡大断面図。
【図９】図７に示す導光体形成装置において上金型ブロックを下方向に加圧した状態を示す概略構成図。
【図１０】図９に示す状態における互いに隣接する４つの光ファイバロッドの相互の関係を示す拡大断面図。
【図１１】図９に示す導光体形成装置において最終段階における状態を示す概略構成図。
【図１２】図１１に示す状態における互いに隣接する４つの光ファイバロッドの相互の関係を示す拡大断面図。
【図１３】図１に示す導光体形成装置によって形成された導光体の断面図。
【図１４】図１に示す導光体形成装置の動作のうち圧力特性を説明するために示す図。
【図１５】図１に示す導光体形成装置の動作のうち温度特性を説明するために示す図。
【図１６】（Ａ）〜（Ｅ）はそれぞれ図１５の各時点における導光体の断面の温度分布を説明するために示す図。
【図１７】先の開発に係る導光体の形成方法のうち温度特性を説明するために示す図。
【図１８】（Ａ）〜（Ｅ）はそれぞれ図１７に示す場合の問題を説明するために示す図。
【図１９】図１に示す導光体形成装置の動作のうち圧力特性の他の例を説明するために示す図。
【図２０】この発明の他の実施形態における導光体形成装置の要部の一部を断面した概略構成図。
【図２１】先の出願に係る光ファイバロッド整形装置の一例の一部を断面した概略構成図。
【図２２】図２１に示す光ファイバロッド整形装置の動作を説明するために示す図。
【図２３】図２１に示す光ファイバロッド整形装置の動作の他の例を示す図。
【図２４】市販の光ファイバロッドの一部の斜視図。
【図２５】従来の導光体の形成方法の一例を説明するために示す金型の一部の斜視図。
【図２６】図２５に示す従来の導光体の形成方法の問題を説明するために示す導光体の断面図。
【符号の説明】
１０ 下金型ブロック
１３ 下金型
１６ ヒータ
２０ Ｘ方向加圧機構
３０Ａ 左金型ブロック
３２Ａ ヒータ
３３Ａ 左金型
３０Ｂ 右金型ブロック
３２Ｂ ヒータ
３３Ｂ 右金型
４０ 上金型ブロック
４３ 上金型
４６ ヒータ
５０ Ｙ方向加圧機構
６１ 光ファイバロッド
６３ 導光体
【発明の属する技術分野】
この発明は、光ファイバを用いた導光体の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバを用いた導光体には、多数の光ファイバの集合により角柱状とされた光ファイバロッドをその断面（長さ方向に対して垂直な断面）の縦方向及び横方向にそれぞれ所定の本数ずつ接合して断面方形状の光ファイバブロックとしたものが考えられている。
【０００３】
次に、このような導光体の具体的な構造についてその形成方法と併せ説明するに、ここでは一般に市販されている光ファイバロッドを用いて形成する場合について説明する。図２４に示すように、一般に市販されている光ファイバロッド１は、図示しない特殊な金型を用いた押出成形により、直径数十μｍの多数の例えば数千本のコア２を形成するとともに各コア２にクラッド３を被覆し、且つ、各コア２を集合するとともにクラッド３によって相互に接合することにより、所定の断面形状の光ファイバロッドを形成し、次いで加熱しながら長さ方向に引き延ばすことにより、断面ほぼ長方形状の長尺な光ファイバロッドとされたものである。この場合、コア２は高屈折率のアクリル系樹脂からなり、クラッド３は低屈折率のフッ素系樹脂からなっている。そして、この光ファイバロッド１はロール（図示せず）に巻かれ、この状態で市販されている。
【０００４】
さて、市販の光ファイバロッド１を用いて断面方形状の導光体を形成する場合には、まず、光ファイバロッド１を所定の長さに切断する。次に、図２５に示すように、所定の長さに切断された所定数の光ファイバロッド１を有底角筒状の金型４内に密接させて充填し、次いでクラッド３の軟化点以上で融点以下の温度で加熱すると、クラッド３が軟化して膨張することにより金型４内の圧力が上昇し、そして金型４内に所定数の光ファイバロッド１が軟化したクラッド３によって相互に接合されて充満される。これにより、図示していないが、断面方形状の導光体が得られる。この場合、クラッド３の融点以下の温度で加熱するのは、融点よりも高い温度で加熱すると、クラッド３が熱損傷しやすく、光損失の原因となるので、これを回避するためである。
【０００５】
ところで、図２４に示す市販の光ファイバロッド１では、断面形状が長さ方向において不均一であり、また断面の四隅が曲率半径５００μｍ以上の比較的大きな円弧となっている。このため、図２６（この図では、光ファイバロッド１の本数を４×４本として図示している。）に示すように、市販の光ファイバロッド１を用いて形成された導光体５では、隣接する４つの光ファイバロッド１間の隙間６を軟化したクラッド３によって十分に埋めることができず、光ファイバロッド１の長さ方向に隙間６が連続的にあるいは断続的に残ってしまう。この結果、この導光体５では、一方の端面から入射された光が連続的に形成された隙間６に対応する部分で乱反射して光損失が生じ、断続的に形成された隙間６に対応する部分で遮光され、光伝達が悪いという問題がある。
【０００６】
そこで、本件発明者は、上下左右の４つの金型を用い、多数のコアが集合され且つ各コアがクラッドにより被覆されているとともに相互に接合されてなる角柱状の光ファイバロッドを前記金型内に少なくとも２行２列密接させて並列するとともに積層し、該積層体の断面のＸ方向から所定の圧力で加圧し且つＹ方向から所定の高圧力と所定の低圧力とで交互に加圧するとともに、クラッドの軟化点以上で融点以下の温度で加熱することにより、互いに隣接する４つの光ファイバロッドをその間に隙間がないように接合してなる導光体を形成する方法を開発し、本件出願人が平成１０年６月１５日付けで整理番号９８−０３９５−００として特許出願した。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この開発に係る導光体の形成方法では、所定の加圧加熱処理後に、Ｘ方向及びＹ方向からの加熱を同時に解除し、次いで自然冷却方法あるいは強制冷却方法により冷却し、そして金型の温度が室温となった後に、つまり金型内の導光体の表面の温度が室温となった後に、導光体に対する加圧を解除している。この場合、金型の温度が室温となってから加圧を解除するのは、軟化したクラッドを十分に固化させてから加圧を解除することにより、導光体の断面の寸法精度を良くするためである。しかしながら、金型の温度が室温となっても、つまり金型内の導光体の表面の温度が室温となっても、導光体の内部の温度が室温よりも高く、このため残留応力により導光体にクラックが発生することがあるということが分かった（なお、この点については、後で詳述する。）。
この発明の課題は、導光体に残留応力によるクラックが発生しないようにすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、多数のコアが集合され且つ各コアがクラッドにより被覆されているとともに相互に接合されてなる角柱状の光ファイバロッドを金型内に少なくとも２行２列密接させて並列するとともに積層し、該積層体の断面の所定の一方向及び該一方向に対して垂直な方向から所定の圧力で加圧するとともに前記クラッドの軟化点以上で融点以下の温度で加熱することにより、前記光ファイバロッドを互いに接合してなる導光体を形成し、該導光体の断面の相対向する一対の一方の辺側からの加熱を解除し、次いで前記導光体の断面の相対向する一対の一方の辺側と垂直な方向の辺側からの加熱を解除し、次いで前記導光体に対する加圧を解除するようにしたものである。この発明によれば、所定の加圧加熱処理後に、導光体の断面の相対向する一対の一方の辺側からの加熱を解除し、次いで導光体の断面の相対向する一対の一方の辺側と垂直な方向の辺側からの加熱を解除し、次いで導光体に対する加圧を解除しているので、導光体の断面の一対の一方の辺側及び一対の一方の辺側と垂直な方向の辺側からの加熱を同時に解除したときに問題となった残留応力が生じないようにすることができ、したがって導光体に残留応力によるクラックが発生しないようにすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の一実施形態における導光体形成装置の要部の一部を断面した概略構成図を示したものである。この導光体形成装置は、下金型ブロック１０、Ｘ方向加圧機構２０、左金型ブロック３０Ａ、右金型ブロック３０Ｂ、上金型ブロック４０及びＹ方向加圧機構５０等を備えている。
【００１０】
まず、下金型ブロック１０について、図２を参照して説明する。下金型ブロック１０は、固定して配置されたほぼＬ字状のベース板１１を備えている。ベース板１１は、鉄や銅等の金属あるいはこれらの合金材料（以下、「鉄等」という。）によって形成され、下板部１１ａの左端上部に左側壁１１ｂが設けられた構造となっている。ベース板１１の下板部１１ａの上面には、ベークライト等の断熱材料からなる断熱板１２（以下の断熱板の材料については省略する。）及び鉄等からなる平板状の下金型１３がボルト１４によって取り付けられている。この場合、ボルト１４の頭部とベース板１１との間にはベークライト等の断熱材料からなる断熱ワッシャ１５が介在されている。下金型１３の所定の箇所に形成された貫通孔内には棒状のヒータ１６が挿入されている。また、図示していないが、下金型１３の所定の箇所には、下金型１３の温度を検出するための温度センサが設けられている。ヒータ１６及び温度センサは温度コントローラ１７（図１参照）に接続されている。ベース板１１の左側壁１１ｂの右側面には断熱板１８がボルト１９によって取り付けられている。
【００１１】
次に、Ｘ方向加圧機構２０について、図３を参照して説明する。下金型ブロック１０のベース板１１の下板部１１ａの右端上部には、鉄等からなる右側壁２１がボルト２２によって取り付けられている。右側壁２１の所定の箇所には軸受２３が設けられている。軸受２３には、エアシリンダやオイルシリンダ等からなるＸ方向加圧器２４の軸２５が左右方向に移動可能に挿通されている。軸２５の右端部（先端部）には鉄等からなる加圧板２６が図示しないボルト（例えば、図５のボルト５４参照）によって取り付けられている。加圧板２６の左側面には断熱板２７がボルト２８によって取り付けられている。
【００１２】
次に、左金型ブロック３０Ａについて、図４を参照して説明する。左金型ブロック３０Ａは、鉄等からなる左加熱板３１Ａを備えている。左加熱板３１Ａの所定の箇所に形成された貫通孔内には棒状のヒータ３２Ａが挿入されている。左加熱板３１Ａの右側面には左金型３３Ａがボルト３４Ａによって取り付けられている。左金型３３Ａの所定の箇所には、図示していないが、左金型３３Ａの温度を検出するための温度センサが設けられている。ヒータ３２Ａ及び温度センサは温度コントローラ３５Ａ（図１参照）に接続されている。左金型３３Ａの上面には断熱板３６Ａがボルト３７Ａによって取り付けられている。この場合、左金型３３Ａの右側面と断熱板３６Ａの右側面とは同一面となっている。左加熱板３１Ａの下面には断熱板３８Ａがボルト３９Ａによって取り付けられている。この場合、左加熱板３１Ａの左側面と断熱板３８Ａの左側面とは同一面となっている。また、断熱板３８Ａの下面は左金型３３Ａの下面よりも若干下側とされている。また、断熱板３８Ａの右側は左金型３３Ａの左側に食い込んだようになっている。そして、左金型ブロック３０Ａは、その断熱板３８Ａの下面が下金型ブロック１０の下金型１３の上面にただ単に載置されていることにより、下金型１３の上面に左右方向にスライド可能に配置されている。
【００１３】
次に、右金型ブロック３０Ｂについて説明する。右金型ブロック３０Ｂは、左金型ブロック３０Ａと対称的な構造となっている。そこで、右金型ブロック３０Ｂについては、左金型ブロック３０Ａと同一の部分には同一の番号に符合Ｂを添えて示すことにより、その説明を省略する。そして、右金型ブロック３０Ｂは、その断熱板３８Ｂの下面がＸ方向加圧機構２０の断熱板２７の左側において下金型ブロック１０の下金型１３の上面にただ単に載置されていることにより、Ｘ方向加圧機構２０の断熱板２７の左側において下金型１３の上面に左右方向にスライド可能に配置されている。左右の金型ブロック３０Ａ、３０Ｂを下金型ブロック１０の下金型１３の上面にただ単に載置しているのは、形成すべき導光体のサイズに応じて、左右の金型ブロック３０Ａ、３０Ｂの交換を容易とするためである。
【００１４】
次に、上金型ブロック４０及びＹ方向加圧機構５０について、図５を参照して説明する。上金型ブロック４０は、鉄等からなる加圧板４１を備えている。加圧板４１の下面には、断熱板４２及び鉄等からなる平板状の上金型４３がボルト４４によって取り付けられている。この場合、ボルト４４の頭部と加圧板４１との間にはベークライト等の断熱材料からなる断熱ワッシャ４５が介在されている。上金型４３は、下側に突出する突出部４３ａを有する構造となっている。この突出部４３ａの下面の左右方向の長さは所定の長さとされている。上金型４３の所定の箇所に形成された貫通孔内には棒状のヒータ４６が挿入されている。また、図示していないが、上金型４３の所定の箇所には、上金型４３の温度を検出するための温度センサが設けられている。ヒータ４６及び温度センサは温度コントローラ４７（図１参照）に接続されている。Ｙ方向加圧機構５０は、エアシリンダやオイルシリンダ等からなるＹ方向加圧器５１及びこのＹ方向加圧器５１に接続された加圧コントローラ５２等を備えた構造となっている。Ｙ方向加圧器５１の軸５３の下端部（先端部）には上金型ブロック４０の加圧板４１がボルト５４によって取り付けられている。そして、上金型ブロック４０は、Ｙ方向加圧機構５０と共に、下金型ブロック１０の下金型１３の上方に上下動可能に配置されている。
【００１５】
なお、下金型１３の上面、左金型３３Ａの右側面、右金型３３Ｂの左側面及び上金型４３の突出部４３ａの下面は機械的あるいは化学的研磨方法により鏡面処理されている。これは、後述のように形成する導光体の表面に傷を付けないようにするためである。次に、ここで、各断熱板及び各断熱ワッシャの役目について説明する。断熱板１２及び断熱ワッシャ１５は、ベース板１１の下板部１１ａと下金型１３とを熱的に絶縁するためのものである。断熱板１８は、ベース板１１の左側壁１１ｂと左加熱板３１Ａとを熱的に絶縁するためのものである。断熱板２７は、加圧板２６と右加熱板３１Ｂとを熱的に絶縁するためのものである。断熱板３６Ａは、左加熱板３１Ａ及び左金型３３Ａと上金型４３とを熱的に絶縁するためのものである。断熱板３８Ａは、左加熱板３１Ａ及び左金型３３Ａと下金型１３とを熱的に絶縁するためのものである。断熱板３６Ｂは、右加熱板３１Ｂ及び右金型３３Ｂと上金型４３とを熱的に絶縁するためのものである。断熱板３８Ｂは、右加熱板３１Ｂ及び右金型３３Ｂと下金型１３とを熱的に絶縁するためのものである。断熱板４２及び断熱ワッシャ４５は、上金型４３と加圧板４１とを熱的に絶縁するためのものである。そして、以上のことから明らかなように、４つの金型ブロック１０、３０Ａ、３０Ｂ、４０は相互に熱的に絶縁されている。したがって、４つの金型１３、３３Ａ、３３Ｂ、４３は相互に熱的影響を与えることがなく、互いに独立した４つの金型１３、３３Ａ、３３Ｂ、４３によって均一に加熱することができることになる。
【００１６】
次に、図２４に示す市販の光ファイバロッド１を用いて導光体を形成する場合について説明する。この場合、図２４に示す市販の光ファイバロッド１は、直径数十μｍの光ファイバ３を３千〜４千本程度集合するとともにクラッド３によって相互に接合することにより断面ほぼ長方形状のロッド状としたものであり、その断面形状は四隅が曲率半径５００μｍ以上の比較的大きな円弧となっているとともに、左右辺及び上下辺が外側に向かってやや膨らんだ形状となっている。また、同断面形状は光ファイバロッド１の長さ方向において不均一となっている。そこで、まず、この市販の光ファイバロッド１を整形するが、この整形方法は、本件発明者が開発し、本件出願人が平成１０年１月２９日付けで特許出願した特願平１０−３０３５２号明細書に記載されており、よってここではその説明を省略する（ただし、後で簡単に説明する。）。この整形方法によると、所定の長さに切断された市販の光ファイバロッド１を１本ずつまたは複数本ずつ整形することにより、断面形状が長さ方向において同じであり、且つ、断面の四隅の曲率半径が５０μｍ以下となった新たな光ファイバロッドを得ることができる。
【００１７】
したがって、図１に示す導光体形成装置では、この整形された新たな光ファイバロッドを用いて導光体を形成することになる。そして、図１４及び図１５はこの場合の導光体形成装置の動作を説明するために示す図である。このうち図１４は圧力特性を示すものであり、横軸は時間を示し、縦軸は右金型ブロック３０Ｂ及び上金型ブロック４０に加える圧力を示す。この場合、一点鎖線はＸ方向加圧機構２０による圧力特性曲線を示し、二点鎖線はＹ方向加圧機構５０による圧力特性曲線を示す。図１５は温度特性を示すものであり、横軸は時間を示し、縦軸は金型温度を示す。この場合、温度Ｔ1は室温を示し、温度Ｔ4はクラッドの軟化点に相当する金型温度を示し、温度Ｔ6は予め設定された処理温度であってクラッドの軟化点以上で融点以下に相当する金型温度を示し、温度Ｔ7はクラッドの融点に相当する金型温度を示す。そして、図１５に示す７つの温度の関係は、Ｔ1＜Ｔ2＜Ｔ3＜Ｔ4＜Ｔ5＜Ｔ6＜Ｔ7となっている。このうち処理温度Ｔ6は、クラッドがフッ素系樹脂である場合には、クラッドの温度が１００℃〜１２０程度となるような金型温度であることが好ましい。なお、図１５に示す実線、一点鎖線、二点鎖線については、後で説明する。
【００１８】
さて、図２４に示す市販の光ファイバロッド１を整形して得られた新たな光ファイバロッドを用いて導光体を形成する場合には、まず、図６に示すように、左金型ブロック３０Ａの左加熱板３１Ａの左側面を断熱板１８の右側面に接触させ、所定数の新たな光ファイバロッド６１を下金型１３の上面に密接させて並列するとともに積層する（この積層したものを、以下、「積層体」という場合がある。）。なお、図６では、光ファイバロッド６１の本数を４×４本として図示しているが、これは図示の便宜上であり、実際には、形成すべき導光体の断面形状（長方形あるいは正方形）及び断面サイズに応じて決まるものである。次に、上金型ブロック４０をＹ方向加圧機構５０と共にただ単に下降させ、上金型４３の突出部４３ａの下面を最上層の光ファイバロッド６１の上面にただ単に接触させる。この状態では、上金型４３の突出部４３ａの下面は左右の金型ブロック３０Ａ、３０Ｂの断熱板３６Ａ、３６Ｂの上下方向ほぼ中央に位置させられているとともに、突出部４３ａの左側面が左金型ブロック３０Ａの断熱板３６Ａの右側面に接触されている。
【００１９】
ここで、図１５に示す実線、一点鎖線、二点鎖線について説明する。実線は、図６において符合Ｐで示す部分、つまり積層体の断面の中心部（符合Ｑで示す部分）の上側の外周部の温度特性曲線を示す。一点鎖線は、図６において符合Ｑで示す部分、つまり積層体の断面の中心部の温度特性曲線を示す。二点鎖線は、図６において符合Ｒで示す部分、つまり積層体の断面の中心部の左側の外周部の温度特性曲線を示す。なお、各点Ｐ、Ｑ、Ｒにおける温度の検出は、光ファイバロッド６１を積層するときに、断熱コードを備えた温度センサを積層体内に配置し、実験的に行ったものである。
【００２０】
次に、図１４の時間０の時点において、同図の一点鎖線で示すように、Ｘ方向加圧器２４によって圧力Ｐｘ（７００〜９００ｇ／ｍｍ2程度）を加える。すると、図７に示すように、Ｘ方向加圧器２４の軸２５、加圧板２６及び断熱板２７が左方向に移動し、断熱板２７が右金型ブロック３０Ｂに当接して圧力Ｐｘを加えることにより、右金型ブロック３０Ｂを左方向に移動させ、その断熱板３６Ｂの左側面を上金型４３の突出部４３ａの右側面に圧接（当て止め）させる。この状態では、所定数の光ファイバロッド６１は左右方向に適宜に圧縮されることになる。また、この状態では、図８に拡大して示すように、互いに隣接する４つの光ファイバロッド６１は相互に軽く接触しているだけであり、その間に比較的大きな空間６２が形成されている。また、図１５の時間０の時点において、４つの温度コントローラ１７、３５Ａ、３５Ｂ、４７の予め個々に設定された制御により４つのヒータ１６、３２Ａ、３２Ｂ、４６を発熱させ、図１５の実線で示すように、４つの金型１３、３３Ａ、３３Ｂ、４３の温度を室温Ｔ1から上昇させ、光ファイバロッド６１を加熱する。
【００２１】
次に、図１４の時間０の時点から数秒経過した時間ｔ1の時点において、同図の二点鎖線で示すように、加圧コントローラ５２の制御によりＹ方向加圧器５１によって低圧力Ｐｙ1（５０〜１００ｇ／ｍｍ2程度）を加える。すると、Ｙ方向加圧器５１の軸５３が下方向に移動し、上金型ブロック４０の上金型４３の突出部４３ａを下方向に移動させて最上層の光ファイバロッド６１に軽く圧接させる。これにより、４つの金型１３、３３Ａ、３３Ｂ、４３の熱が光ファイバロッド６１に伝えられやすくなる。
【００２２】
そして、図１５の時間ｔ2の時点において、同図の実線で示す金型１３、３３Ａ、３３Ｂ、４３の温度が処理温度Ｔ6に達すると、これを各温度センサが検出し、各温度コントローラ１７、３５Ａ、３５Ｂ、４７を介して各ヒータ１６、３２Ａ、３２Ｂ、４６の発熱を、各金型１３、３３Ａ、３３Ｂ、４３の温度が処理温度Ｔ6を維持するように制御する。また、図１４の時間ｔ2の時点において、同図の二点鎖線で示し、且つ、図９に示すように、上記温度センサの検出結果に基づいて加圧コントローラ５２の制御によりＹ方向加圧器５１によって上金型ブロック５０に処理圧力Ｐｙ2（２５０〜４５０ｇ／ｍｍ2程度）を加えることにより、光ファイバロッド６１を処理圧力Ｐｙ2で加圧する。そして、これ以後、加圧コントローラ５２の制御によりＹ方向加圧器５１による加圧を処理圧力Ｐｙ2と低圧力Ｐｙ1とに交互に切り換える。これにより、光ファイバロッド６１は、処理温度Ｔ6つまりクラッドの軟化点以上で融点以下の温度で加熱されながら、処理圧力Ｐｙ2と低圧力Ｐｙ1とで交互に加圧される。
【００２３】
ここで、圧力Ｐｘ、Ｐｙ1、Ｐｙ2の関係等について説明する。この３つの圧力の関係は、Ｐｙ1＜Ｐｙ2＜Ｐｘである。具体的には、上述のように、Ｐｙ1は５０〜１００ｇ／ｍｍ2程度であり、Ｐｙ2は２５０〜４５０ｇ／ｍｍ2程度であり、Ｐｘは７００〜９００ｇ／ｍｍ2程度である。このうち圧力Ｐｘは、クラッドがフッ素系樹脂である場合には、８００ｇ／ｍｍ2程度であることが好ましい。処理圧力Ｐｙ2は、クラッドがフッ素系樹脂である場合には、３００〜３５０ｇ／ｍｍ2程度であることが好ましい。また、この処理圧力Ｐｙ2は、光ファイバロッド６１を押しつぶさない程度の値となっている。また、圧力Ｐｘを処理圧力Ｐｙ2よりも大きくしているのは、図９において上金型ブロック４０が右方向にずれないようにすることにより、加圧加熱された光ファイバロッド６１が上金型４３の突出部４３ａと左右の断熱板３６Ａ、３６Ｂとの当接部分から食み出さないようにするためである。また、圧力Ｐｘを加えた後に処理圧力Ｐｙ2を加えているのは、光ファィバロッド６１の左右方向への広がりを防ぐことにより、形成される導光体の断面の寸法精度を良くするためである。さらに、処理圧力Ｐｙ2を加えている時間と低圧力Ｐｙ1を加えている時間とは１：１であり、その１周期は２分以内である。この１周期は、クラッドがフッ素系樹脂である場合には、２０〜４０秒程度であることが好ましい。すなわち、処理圧力Ｐｙ2を１０〜２０秒程度加え、続いて低圧力Ｐｙ1を１０〜２０秒程度加える。
【００２４】
ところで、処理圧力Ｐｙ2を１０〜２０秒程度加え、続いて低圧力Ｐｙ1を１０〜２０秒程度加えるということは、処理圧力Ｐｙ2を１０〜２０秒程度加えた後に、この処理圧力Ｐｙ2を１０〜２０秒程度解除することと同じことになる。したがって、図９に示す状態においては、一例として図１０に拡大して示すように、互いに隣接する４つの光ファイバロッド６１の空間６２を形成している各面は、クラッドが溶融はしていないが非常に軟らかい状態にあることにより、当初は点線で示す位置にあるが、処理圧力Ｐｙ2が加わると、実線で示すように、空間６２を均等に狭める方向に迫り出し、低圧力Ｐｙ1が加わると、つまり処理圧力Ｐｙ2が解除されると、一点鎖線で示すように、均等に適宜に戻ることになる。そして、このようなことが繰り返されることにより、互いに隣接する４つの光ファイバロッド６１の空間６２を形成している各面は、あたかも機械的に振動しているように振る舞い、空間６２が少しづつ縮小していくことになる。かくして、図１１に示すように、４つの金型１３、３３Ａ、３３Ｂ、４３内に所定数の光ファイバロッド６１からなる導光体６３が形成される。この状態においては、図１２に拡大して示すように、互いに隣接する４つの光ファイバロッド６１がその間に隙間がないように接合されている。
【００２５】
次に、図１４の時間ｔ3の時点において、つまり予め設定された処理時間（ｔ2からｔ3までの時間）が経過した時点において、加圧コントローラ５２の制御によりＹ方向加圧器５１による加圧を低圧力Ｐｙ1とする。次に、図１４の時間ｔ3の時点から所定の時間経過した時間ｔ4の時点（図１５参照）において、上下の温度コントローラ４７、１７の制御により上下のヒータ４６、１６のみの発熱を停止する。この場合、図１４では、時間ｔ3の時点と時間ｔ4の時点とを異ならせているが、同時点としてもよい。上下のヒータ４６、１６のみの発熱を停止すると、図１５の実線で示すように、導光体６３の断面の図１１において符合Ｐで示す外周部の温度が自然冷却により徐々に低下する。なお、図１５の時間ｔ4の時点における導光体６３の断面の温度分布は、図１６（Ａ）に示すように、当然のことながら、処理温度Ｔ6で均一となっている。
【００２６】
そして、図１５の時間ｔ5の時点において、同図の実線で示すように、導光体６３の断面の図１１において符合Ｐで示す外周部の温度がクラッド軟化点温度Ｔ4に達する。この場合、導光体６３の断面の温度分布について見ると、図１６（Ｂ）に示すように、クラッド軟化点温度Ｔ4の領域が導光体６３の断面の一対の長辺の各ほぼ中心部から同断面の中心部に向かってかまぼこ状に形成されていくことになる。したがって、図１５の時間ｔ5の時点では、図１６（Ｂ）に示すように、符合Ｑで示す中央部及び符合Ｒで示す外周部（一対の短辺部）の温度は処理温度Ｔ6のままである。ただし、図１５の時間ｔ5の時点よりも若干前の時点において、図１５の一点鎖線で示すように、導光体６３の断面の図１１において符合Ｑで示す中心部の温度が自然冷却により低下し始める。
【００２７】
そして、図１５の時間ｔ6の時点において、導光体６３の断面の図１１において符合Ｑで示す中心部の温度がクラッド軟化点温度Ｔ4に達する。この時点における導光体６３の断面の温度分布は、図１６（Ｃ）に示すように、符合Ｑで示す中心部の温度がクラッド軟化点温度Ｔ4となり、符合Ｐで示す外周部の温度がクラッド軟化点温度Ｔ4よりも低い温度Ｔ3となり、符合Ｒで示す外周部分温度が処理温度Ｔ6のままとなっている。そして、この時点において、すなわち図１５の時間ｔ6の時点において、左右の温度コントローラ３５Ａ、３５Ｂの制御により左右のヒータ３２Ａ、３２Ｂの発熱を停止する。すると、図１５の二点鎖線で示すように、導光体６３の断面の図１１において符合Ｒで示す外周部の温度が自然冷却により徐々に低下する。したがって、この時点から導光体６３が全体的に自然冷却されることになる。
【００２８】
そして、図１５の時間ｔ7の時点において、実線で示す温度特性曲線と一点鎖線で示す温度特性曲線とがクラッド軟化点温度Ｔ4よりも低い温度Ｔ2で一致する。この時点における導光体６３の断面の温度分布は、図１６（Ｄ）に示すように、符合Ｐで示す外周部の温度及び符合Ｑで示す中心部の温度がクラッド軟化点温度Ｔ4よりも低い温度Ｔ2となり、符合Ｒで示す外周部の温度が処理温度Ｔ6よりも低い温度Ｔ5となる。そして、図１５の時間ｔ8の時点において、実線で示す温度特性曲線と二点鎖線で示す温度特性曲線とが室温Ｔ1で一致する。したがって、この時点における導光体６３の断面の温度分布は、図１６（Ｅ）に示すように、室温Ｔ1で均一となる。
【００２９】
そして、導光体６３の断面の全体が室温Ｔ1で均一となった時点において、すなわち図１５の時間ｔ8の時点（図１４参照）において、これをすべての特に左右の温度センサが共に検出し、この検出結果に基づいてＹ方向加圧器５１による加圧を解除する。次に、図１４の時間ｔ8の時点から数秒経過した時間ｔ9の時点において、Ｘ方向加圧器２４による加圧を解除する。かくして、図１３に示すように、所定数の光ファイバロッド６１からなる導光体６３が得られる。このように、導光体６３の断面の全体が室温Ｔ1で均一となってから圧力Ｐｙ1、Ｐｘを解除しているので、導光体６３に残留応力によるクラッドが発生しないようにすることができる。この場合、低圧力Ｐｙ1を解除した後に圧力Ｐｘを解除しているのは、導光体６３の左右方向への広がりを防ぐことにより、導光体６３の断面の寸法精度を良くするためである。そして、このようにして得られた導光体６３では、互いに隣接する４つの光ファイバロッド６１間に隙間がないので、光伝達を良くすることができる。
【００３０】
ここで、先の開発に係る導光体の形成方法の問題点について、図１７及び図１８を参照して説明する。ただし、図１７において、温度Ｔ1は室温を示し、温度Ｔ2はクラッドの軟化点に相当する金型温度を示し、温度Ｔ3は予め設定された処理温度であってクラッドの軟化点以上で融点以下に相当する金型温度を示し、温度Ｔ4はクラッドの融点に相当する金型温度を示す。また、時間ｔ1〜ｔ3は、図１４及び図１５に示す場合と無関係である。さらに、図１７において、実線は、図６において符合Ｐ及びＲで示す部分、つまり積層体の断面の外周部の温度特性曲線を示し、一点鎖線は、図６において符合Ｑで示す部分、つまり積層体の断面の中心部の温度特性曲線を示す。
【００３１】
さて、先の開発に係る導光体の形成方法では、図１７の時間ｔ1（図１５の場合には時間ｔ4）の時点において、すべての温度コントローラ１７、３５Ａ、３５Ｂ、４７の制御によりすべてのヒータ１６、３２Ａ、３２Ｂ、４６の発熱を停止する。したがって、この時点から導光体６３が全体的に自然冷却されることになる。しかし、導光体６３の断面の外周部の温度は図１７において実線で示すように低下し、導光体６３の断面の中心部の温度は同図において一点鎖線で示すように低下する。すなわち、一点鎖線で示す温度の低下は実線で示す温度の低下よりも緩慢となる。そして、図１７の時間ｔ2の時点において、同図の実線で示すように、導光体６３の断面の外周部の温度が室温Ｔ1となる。しかし、この時点における導光体６３の断面の中心部の温度は室温Ｔ1よりも高い温度Ｔ2（Ｔ3−Ｔ2＝１０〜５０℃程度）である。したがって、この時点における導光体６３の断面の温度分布は、図１８（Ａ）に示すように、中心部のＸ方向に延びる偏平な領域が室温Ｔ1よりも高い温度Ｔ2となり、それ以外の領域が室温Ｔ1となる。
【００３２】
そして、導光体６３の表面の温度が室温Ｔ1となった時点において、すなわち図１７の時間ｔ2の時点において、これをすべての温度センサが共に検出し、この検出結果に基づいてＹ方向加圧器５１による加圧を解除し、次いでこの時点から数秒経過した時点において、Ｘ方向加圧器２４による加圧を解除する。しかし、この時点における導光体６３の断面の温度分布は図１８（Ａ）に示す場合とほぼ同じであるので、この後導光体６３の断面の中心部のＸ方向に延びる偏平な領域が自然冷却されると、図１８（Ｂ）に示すように、当該偏平な領域に矢印で示すようにＸ方向の収縮応力が生じ、結果的に導光体６３の断面の左右両面のほぼ中央部にＸ方向の圧縮力Ｆが加わった場合と同じとなる。この結果、図１８（Ｃ）に示すように、導光体６３の断面の左右両面が凹むとともに、導光体６３の断面の上下両面が膨らむことになる。しかも、この時点においても、導光体６３の断面の中心部のＸ方向に延びる偏平な領域の温度が室温Ｔ1よりもまだ高い。この結果、導光体６３の断面の上下両面が膨らむことに起因して、図１８（Ｃ）において矢印で示すように、導光体６３の断面の中心部のＸ方向に延びる偏平な領域に上下方向に裂ける力が作用し、クラックＫが発生することになる。そして、この発生したクラックＫは、圧縮力Ｆがまだ作用していることにより、図１８（Ｄ）に示すように、左右方向に進行し、ついには図１８（Ｅ）に示すように、導光体６３が上下に分断されることになる。
【００３３】
このように、導光体６３の表面の温度が室温Ｔ1となった時点において、Ｙ方向加圧器５１及びＸ方向加圧器２４による加圧を解除すると、導光体６３に残留応力によるクラックＫが発生し、導光体６３が上下に分断されてしまうことになる。これに対し、上記実施形態では、導光体６３の断面の全体が室温Ｔ1で均一となってからＹ方向加圧器５１及びＸ方向加圧器２４による加圧を解除しているので、導光体６３に残留応力によるクラッドが発生しないようにすることができる。なお、図１７の時間ｔ3の時点において、一点鎖線で示す導光体６３の断面の中心部の温度が室温Ｔ1となるので、この時点においてＹ方向加圧器５１及びＸ方向加圧器２４による加圧を解除することも考えられる。しかしながら、このようにした場合には、図１７の時間ｔ2の時点から時間ｔ3の時点までにかなりの時間がかかるので、生産効率が大幅に低下することになる。
【００３４】
なお、上記実施形態では、図１５の時間ｔ4の時点において、上下のヒータ４６、１６の発熱を同時に停止する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、導光体６３の断面の上面側と下面側との熱容量に差がある場合には、熱容量の大きい方からの加熱を解除した後に熱容量の小さい方からの加熱を解除するようにしてもよい。また、上記実施形態では、自然冷却方法により冷却する場合について説明したが、これに限らず、強制冷却方法により冷却するようにしてもよい。例えば、外部から冷風を吹き付けるようにしてもよく、あるいは各金型１３、３３Ａ、３３Ｂ、４３内に冷却材流路を設け、この冷却材流路を流れる冷却材によって熱を外部に取り出すようにしてもよい。また、上記実施形態では、各金型ブロック１０、３０Ａ、３０Ｂ、４０に１本ずつのヒータ１６、３２Ａ、３２Ｂ、４６を設けた場合について説明したが、これに限らず、各金型ブロック１０、３０Ａ、３０Ｂ、４０ごとに、温度分布等を考慮して、適切な数のヒータを適切な位置に設けるようにしてもよい。
【００３５】
また、上記実施形態では、図１４の時間ｔ3の時点において、Ｙ方向加圧器５１による処理圧力Ｐｙ2と低圧力Ｐｙ1との交互の加圧を止め、低圧力Ｐｙ1の加圧とし、そして図１４の時間ｔ8の時点において、Ｙ方向加圧器５１による低圧力Ｐｙ1の加圧を解除する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図１４の時間ｔ8の時点まで、処理圧力Ｐｙ2と低圧力Ｐｙ1とで交互に加圧するようにしてもよい。
【００３６】
また、上記実施形態では、処理圧力Ｐｙ2を加えている時間と低圧力Ｐｙ1を加えている時間とを１：１とした場合について説明したが、必ずしも１：１とする必要はなく、１周期を上記の場合と同じとして、前者の時間を後者の時間よりも長くしてもよい。このようにした場合には、互いに隣接する４つの光ファイバロッド６１間の空間６２をより一層効率良く無くすことができる。また、上記実施形態では、図１４に示すように、Ｙ方向加圧器５１による加圧を矩形波状とした場合について説明したか、これに限らず、加圧コントローラ５２からの制御波を鋸波や正弦波等としてもよい。
【００３７】
また、上記実施形態では、Ｘ方向加圧器２４による圧力ＰｘをＹ方向加圧器５１による処理圧力Ｐｙ2よりも大きくした場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図１９に示すように、Ｘ方向加圧器２４による圧力ＰｘをＹ方向加圧器５１による処理圧力Ｐｙ2よりも小さくしてもよい。具体的には、Ｐｘは上記実施形態の場合と同じで７００〜９００ｇ／ｍｍ2程度とし、Ｐｙ2は８００〜１０００ｇ／ｍｍ2程度とする。ただし、この場合、Ｙ方向加圧器５１による処理圧力Ｐｙ2及び低圧力Ｐｙ1の加圧周期は上記実施形態の場合と同じとし、処理圧力Ｐｙ2を加えている時間を低圧力Ｐｙ1を加えている時間よりも適宜に短くする。このようにすると、処理圧力Ｐｙ2を圧力Ｐｘよりも大きくしても、処理圧力Ｐｙ2を加えている時間が短くなるので、図９において上金型ブロック４０が右方向にずれないようにすることができ、ひいては加圧加熱された光ファイバロッド６１が上金型４３の突出部４３ａと左右の断熱板３６Ａ、３６Ｂとの当接部分から食み出さないようにすることができる。なお、処理圧力Ｐｙ2を圧力Ｐｘと同じとしてもよい。
【００３８】
さらに、上記実施形態では、加圧コントローラ５２の制御によりＹ方向加圧器５１による加圧を処理圧力Ｐｙ2と低圧力Ｐｙ1とに交互に切り換える場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図２０に示すように、Ｙ方向加圧器５１の軸５３に超音波発振器６４をホーン６５を介して接続し、超音波発振器６４によって発生された超音波振動をホーン６５で増幅し、この増幅された超音波振動により上金型ブロック４０を介して光ファイバロッド６１を機械的に振動させるようにしてもよい。このようにした場合には、光ファイバロッド６１のクラッドが非常に高い周波数で振動することにより、特に、互いに隣接する４つの光ファイバロッド６１の界面近傍におけるクラッドの温度が融点以上に達し、クラッドの高分子が互いに相互拡散し、互いに隣接する４つの光ファイバロッド６１間に隙間がない上、接合強度をさらに増大することができる。また、図示していないが、高周波加熱手段により光ファイバロッド６１のクラッドの高分子を振動させ、これによりクラッドを軟化あるいは局部的に溶融させるようにしてもよい。このようにした場合には、所定数の光ファイバロッド６１全体に加える温度を低くすることができ、また振動エネルギが大きいので接合強度をさらに増大することができる。
【００３９】
ここで、先の出願に係る光ファイバロッド整形装置について簡単に説明する。図２１は先の出願に係る光ファイバロッド整形装置の要部の一部を断面した概略構成図を示したものである。この光ファイバロッド整形装置は下金型７１及び上金型８１を備えている。下金型７１は、鉄等によってほぼＬ字状に形成され、つまり下板部７１ａの左端上部に左側壁７１ｂが設けられた構造となっている。下板部７１ａに形成された貫通孔内には板状のヒータ７２が設けられている。また、図示していないが、下金型７１の所定の箇所には、下金型７１の温度を検出するための温度センサが設けられている。ヒータ７２及び温度センサは温度コントローラ７３に接続されている。下金型７１は固定されて配置されている。
【００４０】
上金型８１は、鉄等によってほぼＬ字状に形成され、つまり上板部８１ａの右端下部に右側壁８１ｂが設けられた構造となっている。上板部８１ａに形成された貫通孔内には板状のヒータ８２が設けられている。また、図示していないが、上金型８１の所定の箇所には、上金型８１の温度を検出するための温度センサが設けられている。ヒータ８２及び温度センサは温度コントローラ８３に接続されている。上金型８１は、下金型７１の右上方向に配置され、左右方向及び上下方向に移動可能となっている。そして、上金型８１の右側壁８１ｂの右側には、上金型８１を左右方向に移動させるためのエアシリンダやオイルシリンダ等からなるＸ方向加圧器８４が設けられている。また、上金型８１の上板部８１ａの上側には、上金型８１を上下方向に移動させるためのエアシリンダやオイルシリンダ等からなるＹ方向加圧器８５が設けられている。Ｙ方向加圧器８５は加圧コントローラ８６に接続されている。なお、両金型７１、８１のほぼＬ字状の内面は機械的あるいは化学的研磨方法により鏡面処理されている。
【００４１】
次に、この光ファイバロッド整形装置を用いて図２４に示す市販の光ファイバロッド１を整形して新たな光ファイバロッドを形成する場合について、図２２を参照して説明する。まず、所定の長さに切断された市販の光ファイバロッド１を下金型７１の下板部７１ａの上面に載置する。次に、図２２の時間０の時点において、同図の一点鎖線で示すように、Ｘ方向加圧器８４によって上金型８１に圧力Ｐｘ（７００〜８００ｇ／ｍｍ2程度）を加えることにより、上金型８１を左方向に移動させ、その上板部８１ａの左端面を下金型７１の左側壁７１ｂの右側面に圧接（当て止め）させるとともに、その右側壁８１ｂの左側面を下金型７１の下板部７１ａの右端面に圧接（当て止め）させる。また、図２２の時間０の時点において、両温度コントローラ７３、８３の制御により両ヒータ７２、２３を発熱させ、２４５の実線で示すように、両金型７１、８１の温度を室温Ｔ1から上昇させる。
【００４２】
次に、図２２の時間０の時点から数秒経過した時間ｔ1の時点において、同図の二点鎖線で示すように、加圧コントローラ８６の制御によりＹ方向加圧器８５によって上金型８１に低圧力Ｐｙ1（５０〜１００ｇ／ｍｍ2程度）を加えることにより、上金型８１を下方向に移動させて光ファイバロッド１に軽く圧接させる。そして、図２２の時間ｔ2の時点において、同図の実線で示す金型７１、８１の温度が処理温度Ｔ3に達すると、これを温度センサが検出し、両温度コントローラ７３、８３を介して両ヒータ７２、８２の発熱を、金型７１、８１の温度が処理温度Ｔ3を維持するように制御する。また、図２２の時間ｔ2の時点において、同図の二点鎖線で示すように、上記温度センサの検出結果に基づいて加圧コントローラ８６の制御によりＹ方向加圧器８５によって上金型８１に処理圧力Ｐｙ2（５００〜６００ｇ／ｍｍ2程度）を加えることにより、光ファイバロッド１を処理圧力Ｐｙ2で加圧する。そして、これ以後、加圧コントローラ８６の制御によりＹ方向加圧器８５による加圧を処理圧力Ｐｙ2と低圧力Ｐｙ1とに交互に切り換える。これにより、光ファイバロッド１は、処理温度Ｔ3つまりクラッドの軟化点以上で融点以下の温度で加熱されながら、処理圧力Ｐｙ2と低圧力Ｐｙ1とで交互に加圧される。
【００４３】
次に、図２２の時間ｔ3の時点において、つまり予め設定された処理時間（ｔ2からｔ3までの時間）が経過した時点において、両温度コントローラ７３、８３の制御により両ヒータ７２、８２の発熱を停止し、自然冷却方法あるいは強制冷却方法により冷却する。また、図２２の時間ｔ3の時点において、加圧コントローラ８６の制御によりＹ方向加圧器８５による加圧を低圧力Ｐｙ1とする。そして、図２２の時間ｔ4の時点において、同図の実線で示す金型７１、８１の温度が室温Ｔ1に達すると、これを温度センサが検出し、この検出結果に基づいてＹ方向加圧器８５による加圧を解除する。次に、図２２の時間ｔ4の時点から数秒経過した時間ｔ5の時点において、Ｘ方向加圧器８４による加圧を解除する。かくして、市販の光ファイバロッド１が整形され、新たな光ファイバロッドが形成される。なお、図２３に示すように、処理圧力Ｐｙ2（８００〜９００ｇ／ｍｍ2）を圧力Ｐｘ（７００〜８００ｇ／ｍｍ2）よりも高くする方法もある。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、所定の加圧加熱処理後に、導光体の断面の相対向する一対の一方の辺側からの加熱を解除し、次いで導光体の断面の相対向する一対の一方の辺側と垂直な方向の辺側からの加熱を解除し、次いで導光体に対する加圧を解除しているので、導光体の断面の一対の一方の辺側及び一対の一方の辺側と垂直な方向の辺側からの加熱を同時に解除したときに問題となった残留応力が生じないようにすることができ、したがって導光体に残留応力によるクラックが発生しないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態における導光体形成装置の要部の一部を断面した概略構成図。
【図２】図１に示す下金型ブロックの断面図。
【図３】図１に示すＸ方向加圧機構の断面図。
【図４】図１に示す左金型ブロック及びＹ方向加圧機構の断面図。
【図５】図１に示す上金型ブロックの断面図。
【図６】図１に示す導光体形成装置において下金型ブロック上に光ファイバロッドを載置して上金型ブロックをただ単に下方向に移動させた状態を示す概略構成図。
【図７】図６に示す導光体形成装置において右金型ブロックを左方向に加圧した状態を示す概略構成図。
【図８】図７に示す状態における互いに隣接する４つの光ファイバロッドの相互の関係を示す拡大断面図。
【図９】図７に示す導光体形成装置において上金型ブロックを下方向に加圧した状態を示す概略構成図。
【図１０】図９に示す状態における互いに隣接する４つの光ファイバロッドの相互の関係を示す拡大断面図。
【図１１】図９に示す導光体形成装置において最終段階における状態を示す概略構成図。
【図１２】図１１に示す状態における互いに隣接する４つの光ファイバロッドの相互の関係を示す拡大断面図。
【図１３】図１に示す導光体形成装置によって形成された導光体の断面図。
【図１４】図１に示す導光体形成装置の動作のうち圧力特性を説明するために示す図。
【図１５】図１に示す導光体形成装置の動作のうち温度特性を説明するために示す図。
【図１６】（Ａ）〜（Ｅ）はそれぞれ図１５の各時点における導光体の断面の温度分布を説明するために示す図。
【図１７】先の開発に係る導光体の形成方法のうち温度特性を説明するために示す図。
【図１８】（Ａ）〜（Ｅ）はそれぞれ図１７に示す場合の問題を説明するために示す図。
【図１９】図１に示す導光体形成装置の動作のうち圧力特性の他の例を説明するために示す図。
【図２０】この発明の他の実施形態における導光体形成装置の要部の一部を断面した概略構成図。
【図２１】先の出願に係る光ファイバロッド整形装置の一例の一部を断面した概略構成図。
【図２２】図２１に示す光ファイバロッド整形装置の動作を説明するために示す図。
【図２３】図２１に示す光ファイバロッド整形装置の動作の他の例を示す図。
【図２４】市販の光ファイバロッドの一部の斜視図。
【図２５】従来の導光体の形成方法の一例を説明するために示す金型の一部の斜視図。
【図２６】図２５に示す従来の導光体の形成方法の問題を説明するために示す導光体の断面図。
【符号の説明】
１０ 下金型ブロック
１３ 下金型
１６ ヒータ
２０ Ｘ方向加圧機構
３０Ａ 左金型ブロック
３２Ａ ヒータ
３３Ａ 左金型
３０Ｂ 右金型ブロック
３２Ｂ ヒータ
３３Ｂ 右金型
４０ 上金型ブロック
４３ 上金型
４６ ヒータ
５０ Ｙ方向加圧機構
６１ 光ファイバロッド
６３ 導光体
Claims (5)
- 多数のコアが集合され且つ各コアがクラッドにより被覆されているとともに相互に接合されてなる角柱状の光ファイバロッドを金型内に少なくとも２行２列密接させて並列するとともに積層し、該積層体の断面の所定の一方向及び該一方向に対して垂直な方向から所定の圧力で加圧するとともに前記クラッドの軟化点以上で融点以下の温度で加熱することにより、前記光ファイバロッドを互いに接合してなる導光体を形成し、該導光体の断面の相対向する一対の一方の辺側からの加熱を解除し、次いで前記導光体の断面の相対向する一対の一方の辺側と垂直な方向の辺側からの加熱を解除し、次いで前記導光体に対する加圧を解除することを特徴とする導光体の形成方法。
- 請求項１記載の発明において、前記導光体の断面形状は長方形状であり、該断面の一対の長辺側からの加熱を解除した後に一対の短辺側からの加熱を解除することを特徴とする導光体の形成方法。
- 請求項２記載の発明において、前記導光体の断面の一対の長辺側からの加熱の解除は、当該一対の長辺側のうち熱容量の大きい方からの加熱を解除した後に熱容量の小さい方からの加熱を解除することを特徴とする導光体の形成方法。
- 請求項２または３記載の発明において、前記導光体の断面の短辺側からの加熱の解除は前記導光体の断面の中心部の温度が前記クラッドの軟化点以下となったときに行うことを特徴とする導光体の形成方法。
- 請求項２〜４のいずれかに記載の発明において、前記加圧の解除は前記導光体の断面の短辺側の表面の温度が室温となったときに行うことを特徴とする導光体の形成方法。
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