JP4165375B2 - 光ファイバ補強部材の加熱処理装置及び加熱処理方法並びに光ファイバ融着接続装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバの融着接続部をスリーブ状の保護部材で覆い、加熱収縮させることにより補強する光ファイバ補強部材の加熱処理装置及び加熱処理方法並びに光ファイバ融着接続装置に関する。

従来、光ファイバの融着接続は、接続端のファイバ被覆を除去して、露出されたガラスの裸ファイバ部の突合せ端部を加熱溶融して行なわれる。ファイバ被覆が除去され、融着接続された裸ファイバ部は、機械的な強度が弱いため補強部材により保護される。この補強部材は、通常、加熱により径方向に収縮する熱収縮性チューブ内に抗張力体（補強棒ともいう）を添えて、熱溶融性の接着樹脂からなる熱溶融性チューブを収納して構成されている（例えば、特許文献１参照）。

図７は、上記特許文献１に開示された従来の融着接続部の加熱処理方法を示す図で、図７（Ａ）は一般的な補強部材の一例を説明する図、図７（Ｂ）はＶ溝のヒータ台で加熱処理する例を示す図、図７（Ｃ）はＵ溝のヒータ台で加熱処理する例を示す図である。図中、１は単心の光ファイバ心線、１’はテープ状の光ファイバ心線、２は融着接続部、３は熱収縮性チューブ、４は熱溶融性チューブ、５，５’は抗張力体、６，６’は補強部材、７はＶ溝加熱面、８はＵ溝加熱面、９，９’はヒータ台を示す。

図７（Ａ）に示す単心光ファイバの例において、互いに融着接続される双方の光ファイバ心線１は、接続端のファイバ被覆を除去して裸ファイバ部を露出し、その先端を突き合わせてアーク放電等により融着接続される。補強部材６は、裸ファイバ部の両側のファイバ被覆を所定範囲覆う長さを有し、熱収縮性チューブ３内に、熱溶融性の接着剤からなる熱溶融性チューブ４と半月状の抗張力体５を収納して構成される。融着接続された光ファイバ心線１は、熱溶融性チューブ４内に、融着接続部２が中央に位置するように挿入され、平坦なヒータ台９で加熱処理される。

図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）では、多心テープ状の光ファイバ心線１’の融着接続部を補強する例である。この場合も、その補強部材６’は、図７（Ａ）と同様に熱収縮性チューブ３内に、熱溶融性接着剤からなる熱溶融性チューブ４と抗張力体５’を収納して構成される。また、抗張力体５’の両側に光ファイバ心線１’を配して、複数の融着接続部を一括補強している。ヒータ台９’は、補強部材６’を収納載置する面が、図７（Ｂ）のようにＶ字形の断面を有するＶ溝７、或いは、図７（Ｃ）のようにＵ字形の断面を有するＵ溝８で形成されている。なお、図７（Ａ）の単心光ファイバ心線１においても、Ｖ溝７又はＵ溝８のヒータ台９’を用いることもできる。

補強部材６’は、Ｖ溝７又はＵ溝８からなる凹状の壁面からの熱によって加熱され、熱収縮性チューブ３が熱収縮してチューブ内の空隙容積を減少する。同時に熱溶融性チューブ４が溶融して熱収縮性チューブ３内の空隙を埋め、露出されている融着接続部とその周辺部を包囲する。この後、溶融した熱溶融性チューブ４が固化し、熱収縮性チューブ３、抗張力体５’、融着接続部を含む光ファイバ心線１’が一体化され補強が完了する。補強部材６’の加熱に際して、図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）に示すようにヒータ台９’の加熱面をＶ溝７又はＵ溝８からなる凹状の壁面とすることにより、図７（Ａ）に示すような平坦な加熱面を有するヒータ台９で加熱するものと比べて、均一で効率のよい加熱ができるとされている。
特開平９−２９７２４３号公報（図４及び図６とその説明参照）

しかしながら、光ファイバ心線の融着接続の補強は、単心の光ファイバ心線から多心のテープ状光ファイバ心線まで多岐にわたる。これに伴って補強部材の太さも異なり、例えば、単心の光ファイバ心線用では収縮前の補強部材の断面直径は４ｍｍ程度であるとすると、多心の１６〜２４心用の補強部材では断面直径が８ｍｍ程度となる。このため、一般に金属、セラミック等で形成されるヒータも、種々の大きさの加熱凹部を有するものを製作して準備しておく必要があり、コスト、管理面での問題がある。

これに対し、可撓性のある面状発熱体をＵ字状に湾曲してヒータとし、補強部材の加熱処理に使用する例も知られている。この可撓性のある面状発熱体を用いることにより、太さの異なる補強部材にも対応が可能となり、また、ヒータの構成としても比較的シンプルで有用性がある。しかし、この面状発熱体は、通常、有機樹脂フィルムの表面に発熱体を接合した形状のもので、単位面積当たりの熱容量は比較的小さい。このため、面状発熱体の発熱部分において、補強部材と接触する部分と補強部材に接触しない部分があると、補強部材と接触する部分は伝熱作用によって比較的低い温度で一定となるが、補強部材に接触しない部分では伝熱による熱放散がないため、耐熱温度以上の温度となって焼損する恐れがある。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、面状発熱体を用いた光ファイバ補強部材の加熱処理で、面状発熱体の発熱部分における非接触部分の温度上昇を抑制した加熱処理装置及び加熱処理方法の提供を課題とする。

本発明による光ファイバ補強部材の加熱処理装置又は加熱処理方法は、光ファイバの融着接続部を保護する光ファイバ補強部材を加熱収縮する加熱処理であって、加熱部は、光ファイバ補強部材の軸方向と直交する断面がＵ字状に湾曲された面状発熱体で形成され、光ファイバ補強部材を面状発熱体に収納載置したときに、光ファイバ補強部材が面接触するＵ字状底部の領域を中央発熱部分とし、光ファイバ補強部材が非接触となる両側面の領域を側方発熱部分とし、側方発熱部分の発熱温度は、中央発熱部分の発熱温度より低くなるようにしている。なお、面状発熱体の発熱部分における側方発熱部分の電力密度が、中央発熱部分の電力密度の８０％以下となるようにする。

面状発熱体の光ファイバ補強部材が接触しない部分の発熱量を少なくすることで、接触する部分と接触しない部分の温度差を小さくでき、光ファイバ補強部材が接触しない部分の温度上昇を抑制し、面状発熱体が耐熱温度以上に上昇するのを回避することができる。

図により本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の概略を説明するための加熱処理装置の一例を示す図、図２は図１の一部を除去して断面構造で示した図である。図中、１０は加熱処理装置、１１は光ファイバ心線、１２は補強部材、１３は面状発熱体、１３ａは非発熱部分、１３ｂは発熱部分、１４はベース部、１５は発熱体支持部、１５ａは支持フレーム、１６はクランプ台部、１６ａは溝部、１７はクランプ部片、１８は取手部、１９は把持パッド、２０は押え部材、２１はカバー、２２は回路基板を示す。

加熱処理装置１０は、単心又は多心テープ状の光ファイバ心線１１の融着接続部、及び、その近傍を保護するように配された補強部材１２を加熱する面状発熱体１３を収納支持して構成される。補強部材１２は、図７で示したのと同様に熱収縮性チューブ内に、ホットメルト接着樹脂からなる熱溶融性チューブと、ステンレスまたはガラス、セラミック等で形成された抗張力体（補強棒ともいう）を収納して構成されたものである。面状発熱体１３の詳細については後述するが、耐熱性のポリイミドフィルム等に発熱体（例えば、抵抗線材を貼り付け）を接合した構成のもので、湾曲可能な可撓性を有しているものが用いられる。

加熱処理装置１０の本体部は、ベース部１４上に面状発熱体１３を支持するための発熱体支持部１５を備え、ベース部１４の両側に光ファイバ心線１１を把持するクランプ台部１６を備えている。発熱体支持部１５は、互いに平行な１対の支持フレーム１５ａ（図２参照）から成り、この支持フレーム上にＵ字状に湾曲された面状発熱体１３の両側の非発熱部分１３ａを載せ、上から断面Ｌ字状に形成された押え部材２０で押えることにより取付られる。面状発熱体１３のＵ字状に湾曲された発熱部分１３ｂは、１対の支持フレーム１５ａ間に位置して、Ｕ字状の内側に補強部材１２が収納載置される。補強部材１２の両端から延びている光ファイバ心線１１は、クランプ台部１６の溝部１６ａから引出される。

クランプ台部１６には、クランプ部片１７が回動可能に設けられていて、取手部１８を掴んで操作される。光ファイバ心線１１を把持する部分には、光ファイバ心線１１を確実に把持でき、且つ、傷つけないような弾性体を用いた把持パッド１９が設けられている。また、クランプ部片１７は、マグネットを用いた吸着で固定する構成とすることができる。クランプ部片１７を閉じたときに、光ファイバ心線１１が、融着接続部を含めてほぼ直線状に成るように把持されることが好ましい。この場合、補強部材１２の太さはファイバ心数によって異なるが、発熱体支持部１５での押え位置を調整することで、補強部材１２の支持高さを調整することはできる。また、クランプ部片１７を閉じて光ファイバ心線１１の支持を固定するまでは、光ファイバ心線１１に一定の張力を加える構成（図示せず）を付加するようにしてもよい。

ベース部１４の上面側には、開閉可能にカバー２１が設けられていて、加熱処理中に加熱部に手が触れたり、外囲気で加熱状態が影響されないようにしている。また、このカバー２１は透明樹脂で形成して、補強部材１２の熱収縮性チューブの収縮状態や熱溶融性チューブの溶融状態を監視することができる。ベース部１４の下面側にはスペースが設けられ、制御用の回路基板２２等を搭載される。

図３は本発明による補強部材の加熱方法の概略を説明する図である。図４は本発明による面状発熱体の一例を示す図で、図４（Ａ）は湾曲されない状態の面状発熱体の平面図、図４（Ｂ）は面状発熱体のａ−ａ部分断面図、図４（Ｃ）は面状発熱体をＵ字状に湾曲する状態を説明する図である。図中、２３は発熱素子、２４ａ，２４ｂは絶縁フィルム、２４ｃは接着剤層、２５は中央発熱部分、２６は側方発熱部分、２７はリード端子、２８は半田、２９は封止樹脂を示す。その他の符号は、図１及び図２で用いたのと同じ符号を用いることにより説明を省略する。

図３に示すように、面状発熱体１３は、補強部材１２の軸方向と直交する面の断面がＵ字状になるように湾曲され、Ｕ字状態が維持されるように、図１〜２で示したように両側の非発熱部分１３ａを、発熱体支持部と押さえ部材で固定する。Ｕ字状にされた中央の発熱部分１３ｂには、融着接続された光ファイバ心線１１と共に補強部材１２が収納載置される。このとき、Ｕ字状の湾曲底部には補強部材１２が直線状に面接触した状態となるが、Ｕ字状の湾曲底部上方の両側面は非接触の状態となる。なお、補強部材１２が未だ加熱収縮されていない初期状態においては、非接触部分の接触面積は比較的大きいが、加熱が進んで補強部材１２の外径が縮小してくると、接触部分の面積が少なくなり、非接触部分の面積が増大してくる。

本発明においては、抵抗線等の発熱素子２３を接合して形成される発熱部分１３ｂを、Ｕ字状の湾曲底部を含む中央発熱部分とその両側の側面部分の側方発熱部分とに分ける。中央発熱部分は、上述した補強部材１２が接触する接触部分をほぼカバーする領域とし、側方発熱部分は、補強部材１２の両側面の非接触部分をほぼカバーする領域とする。そして、図に示すように、発熱素子２３は、例えば、ジグザグ状に形成して、側方発熱部分の発熱素子の密度を中央発熱部分に比べて粗く形成し、側方発熱部分の温度が中央発熱部分の温度より低くなるようにしている。なお、接触部分と非接触部分の領域の境界は、補強部材１２の加熱処理の進行に伴って変化してくるが、特に明確である必要はない。

以上の構成において補強部材１２は、Ｕ字状の湾曲した底部に接触しているため、この中央発熱部分の接触部分からは熱伝導により加熱され、側方発熱部分の非接触部分からは熱輻射により加熱される。この加熱により、熱収縮性チューブを熱収縮させてチューブ内の空隙容積を縮小すると共に、熱溶融性チューブを溶融させて縮小された空隙容積を満たすことができる。

この加熱において、面状発熱体１３の非接触部分からの放熱は、接触部分の放熱と比べてかなり少なく、このため温度上昇がしやすい。しかし、上述したように側方の非接触部分に対応する側方発熱部分は、発熱量を少なくして温度上昇が抑制されている。一方、中央発熱部分は側方発熱部分の発熱量よりは大きい発熱量であるが、接触状態にある補強部材１２に効率よく熱を伝達するため温度上昇は抑えられる。したがって、接触部分と非接触部分との温度差を小さくすることができ、この結果、発熱部分１３ｂ全体の温度を均一にして、面状発熱体１３の損傷を防止することが可能となる。

しかし、ここで、発熱部分１３ｂの側方発熱部分と中央発熱部分で、発熱素子２３が均一密度で形成され、発熱温度が一様になるようにしたとする。この場合、補強部材１２との接触部分では熱伝導により発熱部分１３ｂからの熱が補強部材１２に放熱されるが、非接触部分では輻射による放熱のみで熱伝導による放熱と比べるとかなり少ない。このため、補強部材１２の非接触部分と接触部分とでは大きな温度差が生じ、非接触部分では面状発熱体１３の温度が耐熱温度以上に押し上げられる可能性があり、場合によっては焼損する恐れがある。なお、安全を見越して非接触部分の温度上昇を低く設定すると、全体の発熱温度を低く設定しなければならず、補強部材１２に対する加熱処理時間が増大し、生産性が低下する。

次に、図４により上述の面状発熱体１３の一例を説明する。図４（Ａ）に示すように、湾曲されていない平坦状態での面状発熱体１３は、中央の主たる領域に発熱素子２３による発熱部分１３ｂを有し、その両側に発熱素子を有しない非発熱部分１３ａを有する。面状発熱体１３は、例えば、平坦状態で横幅が３６ｍｍ程度、軸方向幅が７０ｍｍ程度の長方形状で、発熱部分１３ｂの横幅は２０ｍｍ程度で形成される。発熱部分１３ｂは、例えば、厚み３０μｍ程度のステンレス薄板をジグザグ状にカットして形成された発熱素子２３を配設して形成することができる。この発熱素子２３は、例えば、中央発熱部分２５に対して側方発熱部分２６の発熱量が低くなるように、発熱素子２３の両側部側が粗となるようなパターン形状で形成される。

図４（Ｂ）に示すように発熱素子２３は、例えば、ベース材として厚み３１μｍ程度の耐熱性のポリイミドフィルムからなる絶縁フィルム２４ａ上に重ねられる。この上に、シリコーン系の接着剤層２４ｃを有する厚み２６μｍ程度の絶縁フィルム２４ｂをカバー材として重ねて接着一体化し、電気的に絶縁された可撓性のある面状発熱体１３とされる。また、発熱素子２３への電力を供給するリード端子２７は、半田２８により接続され、この接続部は耐熱性の封止樹脂２９により保護される。

面状発熱体１３は、図４（Ｃ）に示すように発熱量が大きい中央発熱部分２５が、Ｕ字状の底部となるように湾曲される。そして、図３で説明したように、両側の非発熱部分１３ａを発熱体支持部で保持して、中央のＵ字状の発熱部分１３ｂ内に補強部材を包むように収納載置できる形状とする。発熱素子２３に加熱電力を供給するための端子２７は、図２で示した回路基板２２に接続され加熱制御される。また、発熱素子２３に近接して、サーミスタ等の温度検出素子（図示せず）を設けることにより、加熱温度の自動制御を行なうこともできる。

図５（Ａ）は面状発熱体の具体例を示す図である。また、この面状発熱体１３’は、図４の例と比べて、発熱素子のパターン形状とリード端子の引出し方向と形状を異ならせたものである。湾曲されていない平坦状態での面状発熱体１３’は、中央の主たる領域に発熱素子２３’を配した発熱部分１３ｂを有し、その両側に発熱素子２３’を有しない非発熱部分１３ａを有する。そして、発熱素子２３’は、例えば、中央発熱部分２５に対して側方発熱部分２６の発熱量が低くなるように、発熱素子２３’の両側部側が粗となるようなパターン形状とすることは、図４の例と同じである。

面状発熱体１３’は、図４の例と同様に、平坦状態で横幅が３６ｍｍ程度、軸方向幅が７０ｍｍ程度の長方形状で、発熱部分１３ｂの横幅は２０ｍｍ程度で形成する。発熱部分１３ｂには、例えば、厚み３０μｍ程度のステンレス薄板を、中央発熱部分２５が密に側方発熱部分２６が粗になる図示のようなパターン形状の発熱素子２３’を配設する。また、図５（Ｂ）に示すように、発熱素子２３’を耐熱性のポリイミドフィルムからなる絶縁フィルム２４ａ上に重ね、この上に、シリコーン系の接着剤層２４ｃを有する絶縁フィルム２４ｂを重ねて接着一体化し、電気的に絶縁された可撓性のある面状発熱体１３’とする。なお、リード端子２７’は、図示のように端子容量を増加すべく複数個の並列端子で形成してもよく、また、半田を使用しない機械的なハトメ接続で形成してもよい。

上記パターン形状の発熱素子２３’において、例えば、中央発熱部分２５の横幅を９ｍｍ、発熱素子幅を０.７７ｍｍ、側方発熱部分２６の横幅を５.５ｍｍ、発熱素子幅を０.８７ｍｍとする。この形状の発熱素子２３’を用いることにより、中央発熱部分２５の電力密度を１.７Ｗ／ｃｍ²とすると、側方発熱部分２６の電力密度を１.３６Ｗ／ｃｍ²とすることができる。なお、中央発熱部分２５と側方発熱部分２６の境界を明確にする必要はないが、中央発熱部分２５の横幅を２とし、両側の側方発熱部分２６の横幅をそれぞれ１程度とする。そして、側方発熱部分２６の電力密度が中央発熱部分の電力密度の８０％以下となるようにするのが好ましい。

図６は、本発明による加熱処理装置を融着接続装置に搭載した構成例を示す図である。図中、３０は融着接続装置、３１はモニタ装置、３２は融着機構部、３３はクランプ部を示す。その他の符号は、図１及び図２に用いた符号を用いることにより説明を省略する。融着機構部３２（詳細構成は省略）は、アーク放電を用いた単心の融着接続、或いは、多心一括融着接続等が行なえる各種構成のものを用いることができる。本発明では、この融着接続装置３０の融着機構部３２に対して、上述した加熱処理装置１０を平行に設置することで、作業性のよいものとすることができる。

単心又は多心の光ファイバ心線１１を融着機構部３２に設置するに際しては、いずれか一方の光ファイバ心線１１に予め補強部材１２を通しておく。クランプ部３３により光ファイバ心線１１を保持整列させ、また、図示しない調心手段により光ファイバ接続端の調心を行なって融着接続が実施される。融着接続の各処理状態はモニタ装置３１により、逐次表示される。この後、光ファイバ心線１１をクランプ部３３から外し、補強部材１２を融着接続部分に移動させる。次いで、その状態を維持して隣接設置されている加熱処理装置１０のＵ字状の面状発熱体１３内に補強部材１２を収納載置し、両側のクランプ台部１６で光ファイバ心線１１を把持固定し、所定の制御によって加熱処理を実施する。

本発明による光ファイバ補強部材の加熱処理装置の概略を説明する図である。 図１の一部を除去した加熱処理装置の断面構造を示す図である。 本発明による補強部材の加熱方法の概略を説明する図である。 本発明による面状発熱体の一例を示す図である。 本発明による面状発熱体の具体例を示す図である。 本発明による加熱処理装置を融着接続装置に搭載した構成例を示す図である。 従来の光ファイバ補強部材の加熱処理方法を説明する図である。

符号の説明

１０…加熱処理装置、１１…光ファイバ心線、１２…補強部材、１３，１３’…面状発熱体、１３ａ…非発熱部分、１３ｂ…発熱部分、１４…ベース部、１５…発熱体支持部、１５ａ…支持フレーム、１６…クランプ台部、１６ａ…溝部、１７…クランプ部片、１８…取手部、１９…把持パッド、２０…押え部材、２１…カバー、２２…回路基板、２３，２３’…発熱素子、２４ａ，２４ｂ…絶縁フィルム、２４ｃ…接着剤層、２５…中央発熱部分、２６…側方発熱部分、２７、２７’…リード端子、２８…半田、２９…封止樹脂、３０…融着接続装置、３１…モニタ装置、３２…融着機構部、３３…クランプ部。

Claims (4)

1. 光ファイバの融着接続部を保護する光ファイバ補強部材を加熱収縮する加熱処理装置であって、
   加熱部は、前記光ファイバ補強部材の軸方向と直交する断面がＵ字状に湾曲された面状発熱体で形成され、前記光ファイバ補強部材を前記面状発熱体に収納載置したときに、前記光ファイバ補強部材が面接触するＵ字状底部の領域を中央発熱部分とし、前記光ファイバ補強部材が非接触となる両側面の領域を側方発熱部分とし、前記側方発熱部分の発熱温度は、前記中央発熱部分の発熱温度より低くなるように形成されていることを特徴とする光ファイバ補強部材の加熱処理装置。
2. 前記面状発熱体の発熱部分における前記側方発熱部分の電力密度が、前記中央発熱部分の電力密度の８０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ補強部材の加熱処理装置。
3. 光ファイバの融着接続部を保護する光ファイバ補強部材を加熱収縮する加熱処理方法であって、
   前記光ファイバ補強部材を、前記光ファイバ補強部材の軸方向と直交する断面がＵ字状に湾曲された面状発熱体に収納載置し、前記光ファイバ補強部材が面接触するＵ字状底部の領域の発熱温度より、前記光ファイバ補強部材が非接触となる両側面の領域の発熱温度を低くして、加熱収縮することを特徴とする光ファイバ補強部材の加熱処理方法。
4. 請求項１または２に記載の光ファイバ補強部材の加熱処理装置を搭載したことを特徴とする光ファイバ融着接続装置。

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