JP4071715B2 - ガラスフェルール製造用母材及びその製造方法並びにガラスフェルールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は光フェルールを製造するのに用いられる母材とその製造方法に関し、特に２つの孔が形成されたガラス材質の２孔フェルールを製造するのに用いられる母材と、その母材を製造する方法、及びその母材を利用して２孔ガラスフェルールを製造する方法に関する。

光学分野で用いられる光フェルールは、光コネクタ部品の１つであって、光ファイバー同士を接続することや、光ファイバーの端部を各種素子に連結させることに用いられている。光ファイバーは光フェルールに形成された孔の内部に挿入され、この光ファイバーによって光通信が行われる。

光フェルールには大別してセラミック材質のフェルールとガラス材質のフェルールがある。そのうちセラミックフェルールは１つずつ成形して製造し、ガラスフェルールはガラスが加熱されれば粘性が生じて柔軟になる性質を利用して光ファイバーと同様の方法で製造する。

つまり、ガラスフェルールは、ガラス材質の母材を加熱軟化させた後、引出装置を利用してその母材を所望の直径になるまで引き出し、所望の長さに切断した後、両端と必要な部分を加工することによって製造される。この時、フェルールに形成された孔はフェルールの長さ方向中心軸と平行に存在しなければならず、したがって、このようなフェルールを製造するための母材に成形された孔も、母材の長さ方向中心軸と平行な直線形状に加工して使用する。

この時、孔が１つである単一孔フェルールの場合は、所望の直径を有する単一の孔が円筒型のガラス母材の中心軸上に形成された後、その母材が引出装置によって、所望のフェルールの外径及び孔の直径となるように調節しながら引き伸ばされる。

しかし、孔が２つである２孔フェルールの場合には、フェルールの外径及び孔の直径と共に、２つの孔の間隔も調節しなければならない。

図１及び図２は従来のガラスフェルール製造用母材を示した縦断面図及び横断面図である。これらの図に示すように、２つの孔２は、横断面図において母材１の外周を表す円の中心から同一距離を保ちつつ、それぞれ円筒型の母材１の長さ方向中心軸（X）と平行な直線形状となるように形成されている。

このような母材を引出装置を利用して適当な温度と速度で引き出せば、長さ方向中心軸と平行に２つの孔が形成されたフェルールを得ることができる。製造されたフェルールに形成された２つの孔の間隔は、母材に形成されていた孔の間隔から予測可能であるので、目標とする２つの孔の間隔仕様に合わせて母材の孔の間隔を調整すればよい。

つまり、より狭い間隔の孔を有するフェルールを製造しようとする時には、２つの孔の間隔をもとの間隔より狭くするように加工された新たな母材が使用されることになる。

このように、従来は目標とするフェルールの孔の間隔が変わるたびに異なる規格の母材に交替しなければならず、このような交替作業は煩雑であるだけでなく、経済的、時間的に多くの損失をもたらすという問題があった。

また、従来はフェルールの製造後に、フェルールを使用した光学素子の照度向上のために、孔の内面を研磨することが行われていたが、このような従来の方法は作業時間が長くかかって工程が複雑であるので、製造時間及び費用が多くかかるという短所があった。

本発明は前記のような問題点を解決するために案出されたものであって、その目的は、１つの母材を使用して様々な孔の間隔を有する多様な仕様の２孔フェルールを製造することにある。

本発明の他の目的は、簡単な工程で２孔ガラスフェルール用母材を製造することにある。

前記のような目的を達成するために本発明は、引き出して切断することによりフェルールを製造するための円筒型のガラス母材において、２つの孔が母材を貫通して母材の両端面に露出するように形成され、２つの孔が母材の直径方向では中心に対しては対称であり、母材の長さ方向では孔の間隔が変わるようにし、また、上記母材を使用して２孔ガラスフェルールを製造することを特徴とする。

この時、母材に形成された２つの孔は母材の長さ方向中心軸に対し傾いて中心軸と同一平面上に存在する形態又は母材の長さ方向中心軸に対し傾いて中心軸上の一点に対して回転した形態となっている。

中心軸上の一点は前記母材の内部又は外部に位置し、回転角度は１８０゜未満となっている。

また、母材に形成された２つの孔は母材の内部に位置する中心軸上の一点に対して回転し、母材の一端面における２つの孔の間隔と母材の他端面における２つの孔の間隔とは同一となっている。

また、本発明では、ガラス組成のゾルを準備する段階を含む、引き出して切断することによりフェルールを製造するためのガラスフェルール製造用母材の製造方法を提供する。すなわち、円筒型のモールド内に２つの棒を、モールドを貫通してモールドの両端面に出て来るように配置し、モールドの直径方向では中心に対して対称であり、モールドの長さ方向では棒の間隔が変わるように設置した後、２つの棒が設置されたモールド内部にゾルを投入してゲル化させ、乾燥、熱処理した上で棒とモールドを除去することによって２つの孔が形成された母材を製造する。

この時、２つの棒はモールドの長さ方向中心軸に対し傾いて中心軸と同一平面上に存在する形態又はモールドの長さ方向中心軸に対し傾いて中心軸上の一点に対して回転した形態となっている。

中心軸上の一点はモールドの内部又は外部に位置し、回転角度は１８０゜未満となっている。

また、２つの棒がモールドの内部に位置する中心軸上の一点に対して回転し、モールドの一端面における２つの棒の間隔とモールドの他端面における２つの棒の間隔とは同一となっている。

本発明によれば、母材内で長さ方向では間隔が変わるように２つの孔を形成するので、１つの母材を使用して広範囲な孔間隔を有する多様な仕様の２孔フェルールを製造するという効果が得られる。

以下、本発明によるガラスフェルール製造用母材及びその製造方法について添付した図面を参照して詳細に説明する。

図３乃至図６は本発明によるガラスフェルール製造用母材を示したものであり、これら図面に示されているように、本発明によるガラスフェルール製造用母材は円筒型のガラスを使用して加工されたものである。

母材ガラスの組成としては高純度シリカ、パイレックス（登録商標）又はバイコール（登録商標）を含んで一般的なガラス組成などを全て用いることができ、特にある１つの組成に限定されない。

また、母材として用いられる円筒型ガラスの大きさは一般に直径が１乃至１０ｃｍ程度のものを使用するが、特別にこれに限定されることなく、引出装置に投入されて引き出すことができる程度の直径及び長さであればよい。

このような母材を使用して２つの孔が形成された２孔フェルールを製造するために、母材内部を貫通する２つの孔が母材の両端面に露出するように形成されている。この時、２つの孔は、母材の直径方向では中心に対して対称であり、母材の長さ方向では間隔が変わるように形成されている。

前記条件を満足させながら形成された２つの孔２０は、図３に示すように、母材１０の長さ方向中心軸（C）と同一平面上に存在しながら中心軸（C）に対して傾くように形成することもでき、図４乃至図６に示すように、中心軸（C）上の一点に対して回転し中心軸（C）と同一平面上に存在することなく傾くように形成することもできる。

回転する時には、図４と図５に示すように母材１０内部の一点（A）を中心に回転することもでき、図６に示すように、母材１０外部の一点（B）を中心に回転することもできる。また、回転角度が１８０゜以上になれば２つの孔が互いに交差するので２つの孔は１８０゜未満の角度で回転している形態である。

特に、母材１０内部の一点（A）が母材１０の中心点である時には母材の一端面（s）に形成された２つの孔の間隔（d）と前記母材の他端面（s´）に形成された２つの孔の間隔（d´）が同一であってもよく、この場合には中心軸を中心に平行な２つの孔を母材の中心点を中心にして回転した場合と同じ結果である。

前記のように２つの孔が形成された母材を引出装置に投入して引き出した後で所望の長さに切断すれば、１つの母材から様々な孔の間隔を有する多様な仕様の２孔フェルールを得る。

これは、母材内に母材の長さ方向に間隔が変わるように２つの孔が形成されているので、相対的に２つの孔の間隔が大きい母材の部分からは孔の間隔が大きい仕様の２孔フェルールを得ることができ、相対的に２つの孔の間隔が小さい母材の部分からは孔の間隔が小さい仕様の２孔フェルールを得ることができるためである。

フェルールは引出装置を通して引き出されるため、フェルールに形成された２つの孔はほとんど平行であり、完全に平行にならなくてもその平行にならない程度が許容誤差範囲内にあるので使用上は全く問題がない。

また、フェルールに設けられた２つの孔は、フェルールの直径方向の中心に対して対称を維持しており、光を導く役割を果たす。

上述した本発明によるガラスフェルール製造用母材を製造する方法について説明すれば次の通りである。

図７は本発明によるガラスフェルール製造用母材の製造方法を示した断面図である。

まず、ガラス組成のゾルを準備するが、母材ガラスの組成としては高純度シリカ、パイレックス（登録商標）又はバイコール（登録商標）を含んで一般的なガラス組成などを全て用いることができ、特にある１つの組成に限定されない。

次に、内部空間が円筒型のモールド１００内に２つの棒２００を設置するが、製造しようとする母材ガラスの直径及びその母材ガラス内に形成される孔の直径に見合うようにモールド１００及び棒２００の直径を決める。この時、棒２００はこの後フェルール内に形成される孔に該当するので、２つの棒２００はモールド１００の内部を貫通してモールド１００の両端面に露出するようにし、モールド１００の直径方向では中心に対して対称でありながら、モールド１００の長さ方向では棒２００の間隔が変わるように設置する。

この時、モールド１００の大きさは製造される母材の大きさに該当するので、一般的に直径が１乃至１０ｃｍ程度になるようにするが、特別にこれに限定されることはない。引出装置に投入されて引き出せる程度の直径及び長さであればよい。

前記条件を満足させながらモールド１００内に２つの棒２００を設置すれば、図３に示すように、母材１０の長さ方向中心軸（C）と同一平面上に存在しながら中心軸（C）に対して傾くように形成することもでき、図４乃至図６に示すように、中心軸（C）上の一点に対して回転して中心軸（C）と同一平面上に存在することなく傾くように形成することもできる。

モールド内に設置する２つの棒が平行から外れる程度は、使用するモールドの直径と高さ及び製造しようとするフェルールの直径と長さによって変わる。一例として、フェルールに形成された２つの孔をより平行に近づければ、モールドに設置する棒の傾斜度は少なくなる。それに対して、フェルールに形成された２つの孔が平行から外れた程度が平行の誤差の許容範囲内ならば、モールドに設置する棒の傾斜度を大きくすることによって、１つの母材から、更に広範囲において様々な孔間隔を有する２孔フェルールを製造することができる。

また、回転角度が増加すれば棒間隔の分布が広くなるので、製造しようと目標にする２つの孔の間隔に応じて回転角度を調節することができる。

次に、２つの棒が設置されたモールド内部のうち、棒がある部分以外の部分にゾルを投入してゲル化させた後、乾燥、熱処理した上で棒とモールドを除去することによって２つの孔が形成された母材を得る。

これで、本発明による母材製造が完了し、前記のような方法で２つの孔が形成された母材を引出装置に投入して適当な温度及び速度に調節しながら引き出した後、切断してガラスフェルールを得る。

この時、２つの孔の間隔（孔間隔）が大きくなるように加工された母材側からは孔間隔の大きい仕様のフェルールを得ることができ、反対に、２つの孔の間隔が小さくなるように加工された母材側からは孔間隔が小さい仕様のフェルールを得ることができるので、１つの母材から広範囲な孔間隔を有する多様な仕様のフェルールを製造することができる。

以下、実施例を通じて本発明をさらに詳細に説明する。

（実施例１）
微粉粒子を含有しているシリカゾルを製造し、直径５０ｍｍ、高さ３００ｍｍであるモールド内に直径が３．５２ｍｍである棒を２つ設置した。この時、モールドの一端面の中心から棒中心までの距離が各々１０ｍｍになるように棒の中心位置を決め、２つの棒間隔が２０ｍｍとなるようにした。
次に、モールドの他端面における２つの棒の位置を、棒の中心がモールドの長さ方向中心軸を通る一平面上に位置するようにした上で、上記他端面の中心から棒中心までの距離が各々２．５ｍｍになるように棒の中心位置を決め、２つの棒間隔が５ｍｍになるようにした。
次に、モールド内部のうち２つの棒がある部分以外の部分に、準備したシリカゾルを投入してゲル化させた後、乾燥、熱処理した上で、モールド及び棒を除去することによって、２つの孔が形成された母材を得た。
このように製造されたガラス母材を引出装置から直径１．８０ｍｍになるように引き出した後、７ｍｍ長さで切断して、２つの孔の間隔が７２０μｍであるものから１８０μｍであるものまで多様な仕様のフェルールを得た。製造されたフェルールに形成された２つの孔が平行から外れた程度は１μm以下で、許容誤差範囲内であることを確認した。

（実施例２）
実施例２におけるフェルールは、実施例１のフェルールと同様の製造方法によって製造されるが、モールド内に設置する２つの棒の間隔を変更した。すなわち、モールドの両端面における孔間隔を各々１５ｍｍ及び５ｍｍとした。その結果、製造されたモールドから製造されたフェルールは孔間隔が５４０μｍから１８０μｍまでの範囲において多様な仕様で製造され、フェルールに形成された２つの孔が平行から外れた程度は１μm以下であり、許容誤差範囲内であることを確認した。
特に、本実施例においてフェルールに形成された２つの孔が平行から外れた程度は０．２から０．３μm以内であった。

（実施例３）
実施例３におけるフェルールは、実施例１のフェルールと同様の製造方法によって製造されるが、モールド内に棒の位置が異なるように設置した。すなわち、モールドの両端面において２つの棒の間隔をそれぞれ２０ｍｍになるようにし、中心点に対する対称性を保ちつつ、モールドの長さ方向中心軸上の一点を中心にして９０度回転した形態に設置した。
その結果、製造された母材を使用してフェルールの直径を１．８０ｍｍで引き出して７ｍｍの長さで切断した結果、フェルールに形成された２つの孔の間隔は７２０μmから５０９μmまでの範囲であって、フェルールに形成された２つの孔が平行から外れた程度は１μm以内であり、許容誤差範囲内であることを確認した。

（実施例４）
実施例４におけるフェルールは、実施例１のフェルールと同様の製造方法によって製造されるが、モールド内に棒の位置が異なるように設置した。すなわち、モールドの両端面において２つの棒の間隔をそれぞれ２０ｍｍになるようにし、中心点に対する対称性を保ちつつ、モールドの長さ方向中心軸上の一点を中心にして１２０度回転した形態に設置した。
その結果、モールドの両端面における２つの棒の間隔は２０ｍｍから１０ｍｍまでの範囲であり、フェルールにおける２つの孔の間隔は７２０μmから３６０μmまでの範囲となった。また、フェルールに形成された２つの孔が平行から外れた程度は１μm以内であり、許容誤差範囲内であることを確認した。

フェルールに形成された孔間隔をさらに狭く製造しようとする場合には回転角度を１２０゜以上にすればよい。

上述したように、本発明では母材における２つの孔の間隔を母材の長さ方向において変更することから、１つの母材から、様々な孔間隔を有する多様な仕様の２孔フェルールを製造することが可能となる。本発明では、多様な仕様のフェルールを一度の製造工程により生産するので、母材交替に必要な時間と経費を節減することができ、生産原価を節減するという効果が得られる。

また、上記の効果に加えて、本発明ではモールド内に棒を設置し、棒を除いたモールドの内部にゾルを投入してゲル化させることによってガラス母材を製造するので、ガラス内に孔を成形した従来に比べて、その工程が簡素化されるという効果が得られる。

従来のガラスフェルール製造用母材を示した縦断面図である。 従来のガラスフェルール製造用母材を示した横断面図である。 本発明の一実施例によって製造されたガラスフェルール製造用母材を示した断面図である。 本発明の他の実施例によって製造されたガラスフェルール製造用母材を示した断面図である。 図４に示されたガラスフェルール製造用母材の斜視図である。 本発明の他の実施例によって製造されたガラスフェルール製造用母材を示した斜視図である。 図３に示すガラスフェルール製造用母材の製造方法を示した断面図である。

Claims (12)

1. 引き出して切断することによりフェルールを製造するための円筒型ガラス母材に、２つの孔が前記母材を貫通して前記母材の両端面に露出するように形成され、前記２つの孔が前記母材の直径方向では中心に対して対称であり、前記母材の長さ方向では孔の間隔が変わるように構成されたことを特徴とするガラスフェルール製造用母材。
2. 前記２つの孔は次の（a）又は（b）のいずれか１つの形態となるように形成されたことを特徴とする請求項１に記載のガラスフェルール製造用母材。
   （a）前記２つの孔が前記母材の長さ方向中心軸に対し傾いて前記中心軸と同一平面上に存在する形態。
   （b）前記２つの孔が前記母材の長さ方向中心軸に対し傾いて前記中心軸上の一点に対し回転した形態。
3. 前記（b）形態における前記中心軸上の一点は前記母材の内部及び外部のうちのいずれかに位置するものであり、
   前記回転の角度は１８０゜未満であることを特徴とする請求項２に記載のガラスフェルール製造用母材。
4. 前記２つの孔が前記母材の内部に位置する中心軸上の一点に対して回転し、前記母材の一端面における２つの孔の間隔と前記母材の他端面における２つの孔の間隔とが同一であることを特徴とする請求項３に記載のガラスフェルール製造用母材。
5. 引き出して切断することによりフェルールを製造するためのガラスフェルール製造用母材の製造方法において、
   ガラス組成のゾルを準備する段階と、
   円筒型のモールド内に、２つの棒を、前記モールドを貫通して前記モールドの両端面に出て来るように配置し、前記モールドの直径方向では中心に対して対称であり、前記モールドの長さ方向では棒の間隔が変わるように設置する段階と、
   前記２つの棒が設置されたモールドの内部に前記ゾルを投入してゲル化させた後、乾燥、熱処理した上で前記棒とモールドを除去することによって２つの孔が形成された母材を得る段階と、
   を含むことを特徴とするガラスフェルール製造用母材の製造方法。
6. 前記２つの棒は次の（a）又は（b）のいずれか一方の形態となるように設置されることを特徴とする請求項５に記載のガラスフェルール製造用母材の製造方法。
   （a）前記２つの棒が前記モールドの長さ方向中心軸に対し傾いて前記中心軸と同一平面上に存在する形態。
   （b）前記２つの棒が前記モールドの長さ方向中心軸に対し傾いて前記中心軸上の一点に対して回転した形態。
7. 前記（b）の形態における前記中心軸上の一点は前記モールドの内部及び外部のうちのいずれか一方に位置するものであり、
   前記回転の角度は１８０゜未満であることを特徴とする請求項６に記載のガラスフェルール製造用母材の製造方法。
8. 前記２つの棒が前記モールドの内部に位置する中心軸上の一点に対して回転し、前記モールドの一端面に形成された２つの棒の間隔と前記モールドの他端面に形成された２つの棒の間隔とが同一であることを特徴とする請求項７に記載のガラスフェルール製造用母材の製造方法。
9. ２孔ガラスフェルールを製造する方法において、
   ガラス組成のゾルを準備する段階と、
   円筒型のモールド内に、２つの棒を、前記モールドを貫通して前記モールドの両端面に出て来るように配置し、前記モールドの直径方向では中心に対して対称であり、前記モールドの長さ方向では棒の間隔が変わるように設置する段階と、
   前記２つの棒の内部を除いたモールド内部に前記ゾルを投入してゲル化させた後、乾燥、熱処理した上で前記棒とモールドを除去することによって２つの孔が形成された母材を得る段階と、
   前記２つの孔が形成された母材を引出装置に投入して引き出した後、切断してガラスフェルールを得る段階と、
   を含むことを特徴とする２孔ガラスフェルールの製造方法。
10. 前記２つの棒は次の（a）又は（b）のいずれか一方の形態となるように設置されることを特徴とする請求項９に記載の２孔ガラスフェルールの製造方法。
    （a）前記２つの棒が前記母材の長さ方向中心軸に対し傾いて前記中心軸と同一平面上に存在する形態。
    （b）前記２つの棒が前記母材の長さ方向中心軸に対し傾いて前記中心軸上の一点に対して回転した形態。
11. 前記（b）の形態における前記中心軸上の一点は前記母材の内部及び外部のうちのいずれか一方に位置するものであり、
    前記回転の角度は１８０゜未満であることを特徴とする請求項１０に記載の２孔ガラスフェルールの製造方法。
12. 前記２つの棒が前記母材の内部に位置する中心軸上の一点に対して回転し、前記母材の一端面における２つの棒の間隔と前記母材の他端面における２つの棒の間隔とが同一であることを特徴とする請求項１１に記載の２孔ガラスフェルールの製造方法。

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