JP4000565B2

JP4000565B2 - 光ファイバ切断装置

Info

Publication number: JP4000565B2
Application number: JP2002260734A
Authority: JP
Inventors: 健史福山
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2002-09-06
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2022-09-06
Also published as: JP2004101661A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバに傾斜した末端面を形成する光ファイバ切断装置に係り、特に複数本並列した光ファイバに傾斜した末端面を形成する光ファイバ切断装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、通信速度の高速化、通信の遠隔化及び通信データ量の増大に伴い、通信システムにおける信号を伝送する媒体として従来の金属製信号線に変わり光ケーブルを採用する場合が急増している。その光通信システムでは、従来の金属製信号線と同様に、変換接続や光ファイバ同士の相互接続が必要となる。光学的に理想的な状態で光ファイバを相互接続するためには、相互接続する光ファイバの末端面の形状精度と位置精度が重要となる。
【０００３】
例えば光ファイバを相互接続する光デバイスとして、光信号の入力側と出力側とでそれぞれに複数本並列した光ファイバを備え、入力側あるいは出力側の光ケーブルを機械的に操作して光信号の伝送経路を切替える機械式光スイッチ（以下光スイッチと称する。）がある。かかる入力側の光ファイバの末端面は、その末端面による信号損失（反射損失）を低減するために、光ファイバの軸心に垂直な方向に対し例えば８°前後の角度を有する傾斜末端面とされている。また、相互接続部における信号損失のバラツキを防止するため、入力側と出力側の光ファイバは、それぞれの傾斜末端面が１０〜３０μｍ程度の微小な空隙で相対するよう非接触な状態で相互接続されている。
【０００４】
上記のように入力側と出力側の光ファイバの傾斜末端面を徴小な空隙で相対させつつ、伝送経路を切替える際にそれぞれが衝突する動作不良を防止するためには、それぞれの傾斜末端面の位置精度を所定の範囲に収める必要がある。すなわち、傾斜末端面の軸心方向の位置精度は数μｍ程度で、その軸心廻りの位置精度は、楕円形状の傾斜末端面の短軸が略水平な状態となるよう数°程度で光スイッチへ組込む必要がある。
そのような位置精度となるように光ファイバを個々に光スイッチへ組込む場合には、ファイバの位置合わせの基準面となる傾斜末端面の形状精度が重要であり、傾斜末端面の角度のバラツキが数°程度で、平面度のバラツキが数μｍ程度の光ファイバを準備する必要があった。
また、そのような形状精度の傾斜末端面を、複数本並列した光ファイバに前記した位置精度で同時に形成でき、そのまま光スイッチへ組込むことができれば極めて効率的であり、工業生産上の面で望ましいものであった。
【０００５】
光ファイバに傾斜末端面を形成する光ファイバ切断装置の一例が下記特許文献１に開示されており、その概略構造を図６に示す。特許文献１の光ファイバ切断装置は、光ファイバ９の下方に配設したカッター５４と、光ファイバ９を介してカッター５４の上方に配設すると共に光ファイバ９を押圧する先端部５５ａを備え上下移動可能にしたアンビル５５と、光ファイバ９の軸心方向においてカッター５４の左側に配設した光ファイバ９を保持する保持手段５２と、右側に配設した光ファイバ９を保持し、緊張する緊張手段５３とを有し、アンビル５５の先端部５５ａは、光ファイバ９の軸心方向においてカッター５４の刃部に対し左側にずれた位置となるよう配設したものである。
【０００６】
特許文献１の光ファイバ切断装置は、保持手段５２と緊張手段５３により光ファイバ９をその軸芯方向（矢印ｄ）に保持しつつ緊張して光ファイバ９へ引張力を付与し、下方（矢印ｃ）へ移動したアンビル５５の先端部５５ａで光ファイバ９を押圧して光ファイバ９に曲げ力を付与するとともに光ファイバ９の下部をカッター５４へ押圧して光ファイバ９に傷を入れ、該傷より光ファイバ９と先端部５５ａの押圧部へ向かい該引張力と曲げ力により光ファイバ５１を斜めに切断し、光ファイバ９に傾斜末端面９１５を形成するものである。
【０００７】
別の光ファイバ切断装置の一例が下記特許文献２に開示されており、その概略構造を図７に示す。特許文献２の光ファイバ切断装置は、「複数の光ファイバ（９）の末端の端面に、角度の傾いた切断面を形成する装置であって、ひとつの支持面を有するベース部（６７）と、該支持面に複数の光ファイバ（９）を固定する［一対の］固定手段（６２及び６３）と、該各光ファイバ（９）の末端を同時にねじるねじり手段（６４）と、該末端近傍において各光ファイバ（９）に傷をつける刻み手段（６５）とを備えたことを特徴とする光ファイバ切断装置。」であり、光ファイバ９を緊張する緊張部材６３１と、光ファイバ９を介して刻み手段（６５）に相対するよう配設したアンビル６６とを備えている。
【０００８】
特許文献２の光ファイバ切断装置は、固定手段６２、６３で保持した複数本並列した光ファイバ９を緊張部材６３１により軸芯方向（矢印ｅ）に引張って光ファイバ９へ引張力を付与し、ねじり手段６４によりファイバ９を軸心廻り（矢印ｆ）にねじり光ファイバ９へねじり力を付与し、下方へ（矢印ｇ）移動したアンビル６６により光ファイバ９を刻み手段６５に押圧して光ファイバ９の下面に傷を入れ、該引張力とねじり力により光ファイバ９を該傷から切断して複数本並列した光ファイバ９に傾斜末端面９１５を形成するものである。
【０００９】
【特許文献１】
国際出願特許ＷＯ９８５４６０８Ａ１号公報
【特許文献２】
特開平６−３１７７１１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の光ファイバ切断装置では、所定の形状精度の傾斜末端面を光ファイバ９に形成することができない場合があるという問題があった。すなわち、該光ファイバ切断装置では、曲げ力で傾斜末端面を形成するために、傾斜末端面９１５が湾曲状となり、所定の平面度の傾斜末端面９１５を形成できない場合があった。また、傾斜末端面９１５の下端はカッター５４でファイバ９の下面に入れた傷であり、その下端は一定の位置とすることができるが、前記した曲げ力及び引張力の微妙な違いにより傾斜末端面９１５の上端の位置はばらつきやすく、よって、所定の角度の傾斜末端面９１５を形成できない場合があった。
【００１１】
また、特許文献２の光ファイバ切断装置では、所定の形状精度と位置精度の傾斜末端面を複数本並列した光ファイバ９に形成することができない場合があるという問題があった。すなわち、該光ファイバ切断装置では、ねじり力で傾斜末端面９１５を形成するため、傾斜末端面９１５が螺旋状となり、所定の平面度の傾斜末端面９１５を形成できない場合があった。また、切断後に光ファイバ９のねじりが戻っても、光ファイバ９ごとの曲げ弾性率や曲げ力の微妙な差異により傾斜末端面９１５の軸心廻りの位置にバラツキが発生する場合があった。
もって、切断後、そのまま光スイッチに組込むことができないため効率的に光ファイバを組込むことができないという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記した問題を鑑みてなされたものであり、所定の形状精度で光ファイバに傾斜末端面を形成できるとともに、そのような形状精度の傾斜末端面を複数本並列した光ファイバに所定の位置精度となるよう同時に形成できる光ファイバ切断装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ファイバ切断装置は、１）光ファイバの軸心に対し相対すると共に光ファイバを押圧するよう配設する一対の刃を備え、前記一対の刃を、当該一対の刃を結ぶ直線が前記光ファイバの軸心に垂直な方向に対し所定角度だけ傾斜した状態で配設し、少なくとも一方の刃を押圧して一対の刃により光ファイバに一対の傷を入れると共に一対の刃を結ぶ直線に沿う剪断力を光ファイバに付与する切断手段と、２）光ファイバの軸心に沿い切断手段の両側から光ファイバを保持しつつ緊張して、光ファイバの軸心に沿う引張力を光ファイバに付与する保持手段とを有し、前記切断手段による剪断力と前記保持手段による引張力とを同時に前記光ファイバへ付与することにより一対の傷が連結するよう光ファイバを切断して光ファイバに傾斜末端面を形成することを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の光ファイバ切断装置について、その実施の形態の一例を示した図１〜５に基づき以下説明する。以下の説明では、複数本並列した光ファイバに傾斜末端面を形成する光ファイバ切断装置について述べているが、本発明の光ファイバ切断装置はそれに限られることなく、例えば単線の光ファイバに傾斜末端面を形成することも可能である。
図１は、複数本並列した光ファイバ１に傾斜末端面を形成する光ファイバ切断装置の実施態様の一例を示した概略構成図であり、光ファイバ１を切断する前の状態を示している。図２は、図１の光ファイバ切断装置の切断手段３を示す拡大図であり、光ファイバ１を切断している状態を示している。図３は、図１の光ファイバ切断装置の保持手段２を示す拡大図である。図４は、図３の保持手段２の要部拡大断面図である。図５は、光ファイバ１の切断状況を説明する図１の部分拡大図である。
【００１５】
なお、図２に示すように、光ファイバ１の軸心をＸ軸とし、上刃３２１ａと下刃３１１ａを結んだ、Ｘ軸に直交した方向に対し角度θで交わる直線を切断軸（以下Ｓ軸と称する。）とし、Ｘ軸とＳ軸の交点を原点Ｏとし、紙面において上下方向でＸ軸に直交する軸をＹ軸、紙面に対し垂直な方向でＸ、Ｙ軸に共に直交する軸をＺ軸とする。
【００１６】
図１に示すように、本実施態様の光ファイバ切断装置は、Ｚ軸方向に複数本並列した光ファイバ１の軸心（Ｘ軸）に対して相対すると共にＹ軸に対して所定の角度θで傾斜して光ファイバ１に当接する一対の刃３１１ａ及び３２１ａを備えた切断手段３と、Ｘ軸に沿い切断手段３の両側から光ファイバ１を保持しつつ緊張する保持手段２と、切断手段３及び保持手段２を上面に配設すると共にポール４１を立設したベース４とを有している。
【００１７】
上記構成の光ファイバ切断装置は、前記切断手段３の刃３２１ａを光ファイバ１に押圧して光ファイバ１の上下面に一対の傷を入れると共に光ファイバにＳ軸に沿う剪断力を付与し、複数本並列した光ファイバ１を切断手段３の両側から保持手段２で保持しつつＸ軸方向に緊張して光ファイバ１に引張力を付与し、前記一対の傷を連結するようその引張力と剪断力により１対の傷を連結するよう光ファイバ１を切断し、複数本並列した光ファイバに同時に傾斜末端面を形成するものである。以下、切断手段３、保持手段２の順にその構成を説明し、次に光ファイバ切断装置の動作を詳細に説明する。
【００１８】
まず、切断手段３の構成について図２に基づき説明する。
切断手段３は、光ファイバ１の下方に設けた下刃部３１と、光ファイバ１を介して下刃部３１の上方に設けた上刃部３２とを有している。
下刃部３１は、光ファイバ１の下面に傷を入れる下刃３１１ａを備えた下刃体３１１と、Ｓ軸に沿うように配設した下刃３１１ａが光ファイバ１の下面に当接するように下刃体３１１を固設した下刃体固設部材３１２とを有している。本実施態様の下刃３１１ａは、図において右上方に向くように配設しており、その角度θは３°〜１２°の間から適宜設定するが、前述したように末端面による反射損失を防止するためには８°程度とすることが望ましい。
【００１９】
上刃部３２は、光ファイバ１の上面に傷を入れる上刃３２１ａを備えた上刃体３２１と、前記下刃３１１ａと上刃３２１ａがＸ軸に対し相対するよう上刃体３２１を固設する上刃体固設部材３２５と、Ｓ軸に沿い上刃体保持部３２５を案内する案内部材３２２と、案内部材３２２を固定すると共に共通ベース４に立設した固定部材３２６と、一端部を固定部材３２６に、他端部を上刃体保持部材３２５に連結し、Ｓ軸方向で右上方に向かう力を上刃体保持部材３２５へ作用する弾性部材３２３と、上刃体保持部材３２５をＳ軸に沿い光ファイバ１の側へ移動した際に光ファイバ１の上面を上刃３２１ａが押圧するよう案内部材３２２の移動を拘束するストッパ（図示せず）とを有している。前記弾性部材３２３を設けることにより、上刃体保持部材３２５の無負荷時の位置を光ファイバ１の上方に保持することができ、もって光ファイバ切断装置へ光ファイバ１を脱着する際に上刃体保持部材３２５や上刃体３２１が邪魔になることがない。弾性部材３２３には、バネやゴムなどを使用することができる。
【００２０】
上述した切断手段３において、上刃体保持部材３２５をＳ軸に沿い光ファイバ１の側へ移動すれば、上刃３２１ａは光ファイバ１の上面を押圧し、光ファイバ１へＳ軸に沿う押圧力を作用する。その押圧力は、光ファイバ１の下面に当接した下刃３１１ａにもＳ軸に沿い作用する。もって、図５（ａ）に示すように、光ファイバ１の上下面でＳ軸と交わる点に１対の傷１１４が入り、Ｓ軸に沿う剪断力（矢印ｂ）が光ファイバ１へ付与される。
【００２１】
次に、保持手段２の構成について図３、４に基づき説明する。
保持手段２は、Ｘ軸に沿う方向で切断手段３の一方側に配設した保持部２１と、切断手段３を介して他方側に配設した緊張部２２を有している。本実施態様では、図において右側に保持部２１を、左側に緊張部２２を配設している。
図３、４に示すように、保持部２１は、Ｚ軸方向に複数本並列した光ファイバ１を、その傾斜末端面を形成する端部（以下切断部と称する。）１１を片持ち梁状となるよう保持するホルダ２１１と、ホルダ２１１を挿着する凹状溝２１２と、ホルダ２１１を溝部２１２に固定する固定部材２１３と、切断部１１の固定側端部１１２の下方に配設し固定側端部１１２を載置する載置部材２１４と、光ファイバ１を介して載置部材２１４の上方に相対するよう配設し、載置部材２１４と共に該固定側端部１１２を挟持する押え部材２１５とを有している。
【００２２】
図４に示すように、複数本並列した光ファイバ１に傾斜末端面を形成した後に、前述した光スイッチのような光デバイスへ光ファイバ１を組込む場合には、組込む仕様に合わせて光ファイバ１を並列できるようなホルダ２１１とすればよい。
【００２３】
緊張部２２は、切断部１１の自由側端部１１１を載置する顎部２２３ａを備えた下部把持部材２２３と、その顎部２２３ａと共にその自由側端部１１１を挟持する顎部２２１ａを備えた上部把持部材２２１と、Ｘ軸に沿い下部把持部材２２３を案内する案内部材２２４と、下部把持部材２２３に一端部を連結し、ベース４に立設したポール４１に他端部を連結し、Ｘ軸に沿い左方へ下部把持部材２２３を引張る弾性部材２２５を有している。上部把持部材２２１は、下部把持部材２２３とピン２２２で蝶番状に連結されており、もって上部把持部材２２１はピン２２２を中心に回動可能になされている。弾性部材２２５には、バネやゴムなどを使用することができる。
なお、下部把持部材２２１と上部把持部材２２３の顎部を低弾性ゴム等とすれば、複数本の光ファイバ１に均等に引張力が作用するので好ましい。
【００２４】
以上説明した保持手段２によれば、複数本並列した光ファイバ１を保持したホルダ２１１を凹状溝２１２へ挿着し、押え部材２１５と載置部材２１４により切断部１１の固定側端部１１２を、上部把持部材２２１と下部把持部材２２３によりその自由側端部１１１を挟持して、該切断部１１は動かないよう保持される。弾性部材２２５により下部把持部材２２３はＸ軸に沿い左方に引張られ、もって図５（ａ）に示すように、該切断部１１にはＸ軸に沿い作用する引張力（矢印ａ）が付与される。
【００２５】
以上説明した本実施態様の光ファイバ切断装置に基づいて光ファイバ１に傾斜末端面を形成する方法を以下説明する。
（光ファイバのホルダへの取付工程）
図４に示すように、Ｚ軸方向に複数本並列するよう光ファイバ１をホルダ２１１に保持する。
（ホルダの取付工程）
図３に示すように、ホルダ２１１を凹状溝２１２に挿着する。この際固定部材２１３によりホルダ２１１は凹状溝２１２へ固定される。光ファイバ１の切断部１１の固定側端部１１２を載置部材２１４の上に載置し、その自由側端部１１１を下部把持部材２２３の顎部２２３ａの上に載置する。
【００２６】
（光ファイバの保持、緊張工程）
載置部材２１４と押え部材２１５により固定側端部１１２を、上部把持部材２２１と下部把持部材２２３の顎部２２１ａ、２２３ａで自由側端部１１１を挟持する。その後、弾性部材２２５により下部把持部材２２３はＸ軸に沿い左方に引っ張られ、もって図５（ａ）に示すように、該切断部１１にはＸ軸に沿い作用する引張力（矢印ａ）が付与される。
【００２７】
（光ファイバの切断工程）
図２に示すように、上刃体保持部材３２５をＳ軸に沿い切断部１１の方へ移動し、該切断部１１の上面に上刃３２１ａを押圧し、光ファイバ１へＳ軸に沿う押圧力を作用する。図５（ａ）に示すように、その押圧力はＳ軸に沿い伝達され、切断部１１の下面に当接した下刃３１１ａにも作用する。上刃３２１ａと下刃３１１ａが押圧する点、すなわち切断部１１の上下面とＳ軸が交わる点には上刃３２１ａと下刃３１１ａにより１対の傷１１４が形成され、またＳ軸に沿い作用する剪断力（矢印ｂ）が切断部１１へ付与される。
よって、図５（ｂ）に示すように、（光ファイバの保持、緊張工程）で付与した引張力（矢印ａ）と剪断力（矢印ｂ）により、その１対の傷を起点とし、それらが連結するように切断部１１はＳ軸に沿い直線的に切断され、もって所定の角度θで平面状の傾斜末端面１１５が、複数本並列した光ファイバ１に同時に形成される。
【００２８】
（光ファイバの取外工程）
傾斜末端面が形成された複数本並列した光ファイバ１を、ホルダ２１１に保持したままの状態で凹状溝２１２から取外し、そのまま光スイッチへ組込む。
【００２９】
以上説明したように、本発明の光ファイバ切断装置によれば、光ファイバ１の切断部１１の上下面とＳ軸が交わる一定の位置に一対の傷１１４を入れることができ、更に光ファイバ１に付与した引張力と剪断力により、その１対の傷１１４を起点としてそれらが連結するようにＳ軸に沿い直線的に切断部１１を切断するので、角度θと平面度のバラツキの少ない形状精度に優れた傾斜末端面を形成することができる。
【００３０】
加えて、複数本並列した光ファイバ１を、上記のようにして同時に切断するのでＸ軸方向において同じ位置に傾斜末端面を形成することができ、更に剪断力により切断するので切断後にＸ軸廻りの位置の変化がなく、よって、Ｘ軸方向やＸ軸廻りの位置精度に優れた傾斜末端面を複数本並列した光ファイバ１に形成することができる。
更に加えて、傾斜末端面が形成された複数本並列した光ファイバ１はホルダ２１１に保持したままの状態で、例えば前記光スイッチなどの光デバイスに組込むことができる。
【００３１】
なお、かかる光ファイバ切断装置においては、下刃３１１ａと上刃３２１ａの切れ味が重要となる。すなわち下刃３１１ａと上刃３２１ａの材料は、刃先端の半径を小さくでき、耐磨耗性の高い、例えばダイヤモンド又はＣＢＮ（立方晶ボロンナイトライド）などの材料を用いることが望ましく、単結晶ダイヤモンドであれば好適である。刃先端の角度は、下刃３１１ａと上刃３２１ａの再研磨など前後処理の作業性と光ファイバ１の切れ味を考慮して６０度以上１２０度以下とすることが望ましい。
【００３２】
光ファイバ１へ付与する一本当たりの引張力が５０ｇ以上の場合には、傾斜末端面の角度が小さくなり垂直に近づく場合がある。また、それが２０ｇ以下の場合には傾斜末端面にうねりが発生する場合がある。もって、光ファイバ１へ作用する一本当たりの引張力は２０ｇ以上、５０ｇ以下であることが望ましい。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ファイバ切断装置で複数本並列した光ファイバを切断すれば、形状精度に優れた傾斜末端面を形成できるとともに、複数本並列した光ファイバにおいて傾斜末端面の位置精度に優れた光ファイバを得ることができ、もって、入力側と出力側の光ファイバの相互接続部における信号損失のバラツキや動作不良の少ない光デバイスを極めて効率的に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバ切断装置の実施態様の一例を示した概略構成図である。
【図２】図１の光ファイバ切断装置の切断手段を示す要部拡大図であり。
【図３】図１の光ファイバ切断装置の保持手段を示す要部拡大図である。
【図４】図３の保持手段の要部拡大断面図である。
【図５】光ファイバの切断状況を説明するための図１の部分拡大図である。
【図６】従来の光ファイバ切断装置の一例の概略構成図である。
【図７】従来の光ファイバ切断装置の別の概略構成図である。
【符号の説明】
１：光ファイバ、１１：切断部
２：保持手段、２１：固定部、２２：緊張部
３：切断手段、３１：下刃部、３２：上刃部
４：ベース

Claims

１）光ファイバの軸心に対し相対すると共に光ファイバを押圧するよう配設する一対の刃を備え、前記一対の刃を、当該一対の刃を結ぶ直線が前記光ファイバの軸心に垂直な方向に対し所定角度だけ傾斜した状態で配設し、少なくとも一方の刃を押圧して一対の刃により光ファイバに一対の傷を入れると共に一対の刃を結ぶ直線に沿う剪断力を光ファイバに付与する切断手段と、
２）光ファイバの軸心に沿い切断手段の両側から光ファイバを保持しつつ緊張して、光ファイバの軸心に沿う引張力を光ファイバに付与する保持手段とを有し、
前記切断手段による剪断力と前記保持手段による引張力とを同時に前記光ファイバへ付与することにより一対の傷が連結するよう光ファイバを切断して光ファイバに傾斜末端面を形成することを特徴とする光ファイバ切断装置。