JP5226797B2 - 光伝送媒体成形方法、光伝送媒体成形装置及び光伝送媒体製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献1には、光ファイバを変形させる技術において、アーク放電を利用して、光ファイバの一部分を加熱し、所定の半径で曲げることで、所望の屈曲状態を得る技術が記載されている。
また、非特許文献1には、円柱状セラミックヒータを支持体として、それに光ファイバをあてがうことで曲げる技術が示されている。
また、非特許文献1の技術は、高温の支持体が光ファイバと接触するので、接触した部分に細かなクラックなどが生じやすく光ファイバが折れ易くなるおそれがある。
(1)移動手段および非接触加熱手段を用いて光伝送媒体を屈曲させる光伝送媒体成形方法であって、移動手段により光伝送媒体または非接触加熱手段を移動させながら、該非接触加熱手段により該光伝送媒体の一定の範囲を連続的に加熱する移動加熱工程と、該光伝送媒体を曲げる屈曲工程と、を有することを特徴とする光伝送媒体成形方法。
(2)前記屈曲工程は、角速度を調節できる回転治具を用いて光伝送媒体を曲げることを特徴とする前記(1)記載の光伝送媒体成形方法。
(3)前記回転冶具は、前記非接触加熱手段近傍を中心として回転することを特徴とする前記(2)記載の光伝送媒体成形方法。
(4)前記屈曲工程は、光伝送媒体を90°曲げることを特徴とする前記(1)記載の光伝送媒体成形方法。
(5)前記屈曲工程は、光伝送媒体の自重により該光伝送媒体を曲げることを特徴とする前記(1)記載の光伝送媒体成形方法。
(6)前記非接触加熱手段はアーク放電電極であることを特徴とする前記(1)記載の光伝送媒体成形方法。
(7)前記移動手段は、一定速度で光伝送媒体または非接触加熱手段を移動させることを特徴とする前記(1)記載の光伝送媒体成形方法。
(8)前記光伝送媒体は、ガラス製光ファイバであることを特徴とする前記(1)記載の光伝送媒体成形方法。
(9)前記光伝送媒体は、複数本の光ファイバで構成される光ファイバ構造体であることを特徴とする前記(1)記載の光伝送媒体成形方法。
(10)前記光伝送媒体の複数箇所を順に屈曲させることを特徴とする前記(1)記載の光伝送媒体成形方法。
(11)光伝送媒体の一定の範囲を連続的に加熱する非接触加熱手段と、該光伝送媒体または該非接触加熱手段を移動させる移動手段とを備え、該非接触加熱手段と該移動手段は連動して、光伝送媒体または非接触加熱手段を移動させながら、該光伝送媒体の一定の範囲を連続的に加熱し、屈曲させることを特徴とする光伝送媒体成形装置。
(12)さらに、角速度を調節して光伝送媒体を曲げる回転治具を備えることを特徴とする前記(11)記載の光伝送媒体成形装置。
(13)前記回転冶具は、前記非接触加熱手段近傍を中心として回転することを特徴とする前記(12)記載の光伝送媒体成形装置。
(14)前記非接触加熱手段はアーク放電電極であることを特徴とする前記(11)記載の光伝送媒体成形装置。
(15)前記移動手段は、一定速度で光伝送媒体または非接触加熱手段を移動させることを特徴とする前記(11)記載の光伝送媒体成形装置。
(16)前記移動手段は、二次元または三次元駆動ステージであることを特徴とする前記(11)記載の光伝送媒体成形装置。
(17)さらに、光伝送媒体と非接触加熱手段との高さを調節する高さ調節手段を備えることを特徴とする前記(11)記載の光伝送媒体成形装置。
(18)さらに、該非接触加熱手段および該移動手段の動作を制御する制御手段を備え、該制御手段は、前記非接触加熱手段および移動手段を連動させて、光伝送媒体または非接触加熱手段を移動させながら、該光伝送媒体の一定の範囲を連続的に加熱することを特徴とする前記(11)記載の光伝送媒体成形装置。
(19)移動手段および非接触加熱手段を用いて屈曲した光伝送媒体を製造する光伝送媒体製造方法であって、移動手段により光伝送媒体または非接触加熱手段を移動させながら、該非接触加熱手段により該光伝送媒体の一定の範囲を連続的に加熱する移動加熱工程と、該光伝送媒体を曲げる屈曲工程と、を有することを特徴とする光伝送媒体製造方法。
102 光ファイバ載置台
103 支持柱
104 押板
201 光ファイバ支え台
301 支持筐体
302 支持柱
303 基礎台座
304、304′ 回転治具
305 レバー
306 移動台座
308 コ字型ブラケット
401 制御コンピュータ
402 移動手段駆動回路
403 非接触加熱手段駆動回路
404 回転治具駆動回路
405 リフト機構駆動回路
A アーク放電電極
F 光ファイバ
G 溝
(1)実施形態1
(構成)
図1は実施形態1の光伝送媒体成形装置の概念図であって、(a)は正面図、(b)は右側面図である。
101は、移動手段である水平方向移動手段、102は光ファイバ載置台、103は支持柱、104は押板、201は光ファイバ支え台、301は支持筐体、303は基礎台座、308はコ字型ブラケット、Aは、非接触加熱手段であるアーク放電電極、Gは溝である。
実施形態1の光伝送媒体成形装置は、光ファイバの一部を加熱するアーク放電電極Aと、光ファイバを移動させる水平方向移動手段101とを備える。
そして、アーク放電電極Aと水平方向移動手段101は連動して、光ファイバを移動させながら、該光ファイバの一部を加熱する。
そして、支持筐体301にコ字型ブラケット308を固定することができる。
また、基礎台座303上に水平方向移動手段101および光ファイバ支え台201が設けられることが好ましい。
これにより、移動手段101と非接触加熱手段Aの相対位置を固定することができる。
水平方向移動手段101は図1(a)の左右方向に移動させることができる。
そして、水平方向移動手段101上に、支持柱103を介して光ファイバ載置台102を固定することで、光ファイバ載置台102上の光ファイバを移動させることができる。
水平方向移動手段101は、手動または自動のボールネジ機構等で構成し、一定速度で光ファイバを水平方向へ移動させることが好ましい。
なお、支持柱103に高さ調節手段となるリフト機構を設けることで、光ファイバとアーク放電電極Aとの高さを調節できるようにすることが好ましい。
すなわち、非接触加熱手段に対する光伝送媒体の位置を上下に調節し、間接的に光伝送媒体への加熱温度を微調整する。
また、光ファイバ載置台102上に、光ファイバの位置を安定させる溝Gを設け、押板104で光ファイバを押さえる構成とすることが好ましい。
溝Gは、V溝や矩形溝等にすることができる。
光ファイバは、光ファイバ支え台201と光ファイバ載置台102との間に掛け渡される。
光ファイバ支え台201にも高さ調節手段となるリフト機構を設けることが好ましい。
また、光ファイバ支え台201上にも溝Gを設けることが好ましい。
なお、非接触加熱手段としては、アーク放電電極Aのほかにバーナーなどを用いることもできる。
しかしながら、高温で効率よく光伝送媒体を成形する観点からアーク放電電極Aであることが好ましい。
非接触加熱手段を用いることで、光ファイバの屈曲部分が加熱手段と接触しないので、光ファイバに傷をつけるおそれがない。
図2は、実施形態1の光伝送媒体成形方法を示す概念図であって、(a)は光ファイバを光ファイバ載置台に載せた図、(b)は移動加熱工程と屈曲工程を連続して行っている図、(c)は光伝送媒体の屈曲が終了した図である。
Fは、光伝送媒体である光ファイバである。
実施形態1の光伝送媒体成形方法は、水平方向移動手段101およびアーク放電電極Aを用いて光ファイバFを屈曲させる光伝送媒体成形方法であって、水平方向移動手段101により光ファイバFを移動させながら、アーク放電電極Aにより光ファイバFの一部を加熱する移動加熱工程と、光ファイバFを曲げる屈曲工程と、を有することを特徴とする。
そして、光ファイバFを溝Gに嵌め、押さえ板104で固定する。
次に、図2(b)に示すように、水平方向移動手段101により光ファイバFを水平に移動させながら、所望の位置でアーク放電電極Aによりアーク放電を行って光ファイバF
の一部を加熱する(移動加熱工程)。
そして、光ファイバを軟化点以上に加熱することで光ファイバの自重により該光ファイバを曲げる(屈曲工程)。
そして、この間も水平方向移動手段101は光ファイバFを移動させ続けているので、光ファイバFは一定の範囲を連続的に加熱されることになり、微小な曲げ加工が連続して屈曲部分が形成される。
また、光ファイバFが複数の材料により構成されており、その軟化点が同一でない場合、最も高い軟化点を採用する。
なお、ここでいう軟化点は、JIS−R3103−1に準拠して測定した値をいう。
その後、自然冷却を行い、光ファイバFを光伝送媒体成形装置から取り外すことで、光ファイバFの成形が終了する。
なお、成形する光ファイバは、ガラス、プラスチック等のいずれの材料からなるものであってもよく、用途に応じて適宜選択することができる。
しかしながら、屈曲を正確に保つ観点からガラス製光ファイバが好ましい。
また、光ファイバは、単心の光ファイバであっても複数本の光ファイバで構成される光ファイバ構造体であってもよく、一度に加工される光ファイバの数量に制限はない。
なお、本発明の光伝送媒体成形方法を繰り返すことで、屈曲を2箇所以上に持つ光伝送媒体を製造することも可能である。具体的には光伝送媒体の複数箇所を順に屈曲させることで蛇行形状の光ファイバなどを形成することができる。
このように光路を自在に変更した光伝送媒体を用いれば、省スペースの光回路を作製することが可能になる。
水平方向移動手段101の移動距離をX(mm)とする。
求める曲率半径をr(mm)とし、光ファイバの屈曲の角度をθ(rad)とすると、光ファイバの屈曲部分の長さはr・θ(mm)となる。
そして、本発明では移動距離Xと屈曲部分の長さr・θは一致するはずなのでX=r・θとなる。
これを単位時間当たりの変化で表すと、
dX/dt=(r・dθ)/dt・・・(1)
となる。
dX/dtは水平方向移動手段101の移動速度V(mm/s)であり、dθ/dtは光ファイバの屈曲における角速度ω(rad/s)であるので、(1)式は
V=rω・・・(2)
と表すことができる。
したがって、曲率半径rは
r=V/ω・・・(3)
と表すことができる。
このように、光ファイバの曲率半径rは、水平方向移動手段101の移動速度V、光ファイバの屈曲における角速度ωにより決定される。
したがって、例えば角速度ωを一定に保てば、移動速度Vを速くすることで曲率半径を大きくでき、移動速度Vを遅くすることで曲率半径を小さくできる。
このようにして、曲率半径rを正確に調整できる。
(構成)
図3は実施形態2の光伝送媒体成形装置の概念図であって、(a)は正面図、(b)は右側面図である。
304は回転治具、305は、光伝送媒体を曲げるレバーである。
実施形態2の光伝送媒体成形装置は、図3(a)、(b)に示すように、支持筐体301に角速度を調節して回転自在な回転治具304を備え、回転治具304に光伝送媒体を曲げるレバー305が設けられている。
したがって、水平方向移動手段101の移動速度だけでなく、回転治具304の角速度も調節することで、幅広く光伝送媒体の曲率半径を調整することができる。
その他の構成は実施形態1と同一であり、詳細な説明は省略する。
なお、この例では、アーク放電電極近傍Aを回転治具304の回転中心としているが、他に光ファイバの屈曲の中心近傍を回転治具304の回転中心とすることもできる。
図4は、実施形態2の光伝送媒体成形方法を示す概念図であって、(a)は光ファイバを光ファイバ載置台に載せた図、(b)は移動加熱工程と屈曲工程を連続して行っている図、(c)は光伝送媒体の屈曲が終了した図である。
実施形態2の光伝送媒体成形方法は、屈曲工程で回転治具304を用いることを特徴とする。
なお、その他の動作は実施形態1と同一であり、詳細な説明を省略する。
次に、図4(b)に示すように、移動加熱工程を経て押し出されてきた光ファイバFに対して、回転治具304を図4の反時計周りに回転させることで、レバー305を用いて光ファイバFを屈曲させる。
実施形態2では、回転治具304およびレバー305を用いて屈曲を調節するので、光ファイバが自重で変形しないように、加熱温度を実施形態1よりも低くすることが好ましい。
具体的には、光ファイバFを構成する材料のひずみ点以上軟化点未満の温度が好ましい。
さらに好ましくは、徐冷点以上軟化点未満である。
なお、光ファイバFが複数の材料により構成されており、その温度が同一でない場合、最も高い温度を採用する。
なお、ここでいうひずみ点、徐冷点は、JIS−R3103−2に準拠して測定した値をいう。
加熱温度の調節は、アーク放電電極Aに対する光ファイバFの位置を上下に調節することで微調整できる。
そして、図4(c)に示すように、所定の箇所で水平方向移動手段101の移動、アーク放電、および回転治具304の回転を止める。
(構成)
図5は、実施形態3の光伝送媒体成形装置の概念図であって、(a)は正面図、(b)は右側面図である。
302は支持柱、306は、移動手段である移動台座である。
実施形態3の光伝送媒体成形装置は、光ファイバの一部を加熱するアーク放電電極Aと、アーク放電電極Aを移動させる移動台座306とを備える。
そして、アーク放電電極Aと移動台座306は連動して、アーク放電電極Aを移動させながら、光ファイバの一部を加熱する。
すなわち、光ファイバではなくアーク放電電極Aが移動する。
移動台座306、支持柱302、コ字型ブラケット308は一体として構成される。
移動台座306は図5(a)の左右方向に移動させることができる。
そして、2つの移動台座306上にそれぞれ支持柱302を設け、2つの支持柱302上にコ字型ブラケット308を固定することで、アーク放電電極Aを移動させることができる。
なお、実施形態3では、コ字型ブラケット308と支持筐体301とを固定しない。
移動台座306は、手動または自動のボールネジ機構等で構成し、一定速度で光ファイバを水平方向へ移動させることが好ましい。
なお、支持柱302に高さ調節手段となるリフト機構を設けることで、光ファイバとアーク放電電極Aとの高さを調節できるようにすることが好ましい。
その他の構成は実施形態1と同一であり、詳細な説明は省略する。
なお、実施形態2のように、回転治具304およびレバー305を用いることもできる。
図6は、実施形態3の光伝送媒体成形方法を示す概念図であって、(a)は光ファイバを光ファイバ載置台に載せた図、(b)は移動加熱工程と屈曲工程を連続して行っている図、(c)は光伝送媒体の屈曲が終了した図である。
実施形態3の光伝送媒体成形方法は、移動台座306およびアーク放電電極Aを用いて光ファイバFを屈曲させる光伝送媒体成形方法であって、移動台座306によりアーク放電電極Aを移動させながら、アーク放電電極Aにより光ファイバFの一部を加熱する移動加熱工程と、光ファイバFを曲げる屈曲工程と、を有することを特徴とする。
すなわち、光ファイバFではなくアーク放電電極Aを移動させる。
その他の動作は実施形態1と同様であり、詳細な説明は省略する。
そして、光ファイバFを溝Gに嵌め、押さえ板104で固定する。
次に、図6(b)に示すように、移動台座306によりアーク放電電極Aを水平に移動させながら、所望の位置でアーク放電電極Aによりアーク放電を行って光ファイバFの一部を加熱する(移動加熱工程)。
そして、光ファイバを軟化点以上に加熱することで光ファイバの自重により該光ファイバを曲げる(屈曲工程)。
次に、図6(c)に示すように、所定の箇所で移動台座306の移動およびアーク放電を止めると、光ファイバFは90°曲がった時点で屈曲を止める。
なお、実施形態2のように、回転治具304およびレバー305を用いることもできる。
この場合、回転治具304を、非接触加熱手段Aと同一速度・同一方向に移動させながら回転させることで、実施形態2と同様の効果を得ることができる。
図7は、実施形態4の光伝送媒体成形方法を示す概念図である。
304′は、2つのレバー305を有する回転治具である。
なお、光伝送媒体成形装置については、コ字型ブラケット308および回転治具304′のみを示している。
移動手段として、図示していない二次元または三次元駆動ステージを用いることで、コ字型ブラケット308および回転治具304′を、二次元または三次元に自在に動かすことができるようになる。
これにより、図7(a)、図7(b)、図7(c)、図7(d)のように、光伝送媒体の複数箇所を順に屈曲させることで、精度良く、かつ、容易に光ファイバを所望の形状に成形することができる。
なお、各実施形態の光伝送媒体成形方法を用いて、屈曲した光伝送媒体を製造することができる。
図8は、制御回路の一例を示すブロック図である。
401は、制御手段である制御コンピュータ、402は移動手段駆動回路、403は非接触加熱手段駆動回路、404は回転治具駆動回路、405はリフト機構駆動回路である。
本発明の他の実施形態の光伝送媒体成形装置は、光ファイバFの一部を加熱するアーク放電電極Aと、光ファイバFまたはアーク放電電極Aを移動させる移動手段101、306と、アーク放電電極Aおよび移動手段101、306の動作を制御する制御コンピュータ401とを備える。
すなわち、制御コンピュータ401が、アーク放電電極Aおよび移動手段101、306を連動させて、光ファイバFまたはアーク放電電極Aを移動させながら、光ファイバFの一部を加熱する。
制御回路は、制御コンピュータ401によって動作が統括される。
制御コンピュータ401は、CPU、メモリ、各種インターフェース等を備えており、該メモリには、動作に必要な動作プログラムや各種データが格納されていることが好ましい。
移動手段駆動回路402は、水平方向移動手段101または移動台座306を左右に移動させるモータ等を駆動する回路である。
非接触加熱手段駆動回路403は、アーク放電電極Aへの電流可変等により発熱温度等の制御を行う回路である。
回転治具駆動回路404は、回転治具304を回転させるモータ等を駆動する回路である。
リフト機構駆動回路405は、支持柱103、302、光ファイバ支え台201などにリフト機構を設けたときに、リフト機構を上下移動させるモータ等を駆動する回路である。
制御コンピュータ401が、移動手段駆動回路402、非接触加熱手段駆動回路403、治具回転用モータ駆動回路404を連動させることで、光伝送媒体Fをスムーズに成形することができる。
<実施例1>
実施例1では実施形態1の光伝送媒体成形装置を用いた。
基礎台座303としてアルミ製L字型ブラケットを用意した。
水平方向移動手段101、支持柱103、光ファイバ載置台102、押板104としてステッピングモータ駆動ボールネジ式の自動X軸ステージを用意した。
アーク放電電極Aには、古河電工社製光ファイバ融着装置内のアーク放電電極を取り出して用いた。
コ字型ブラケット308として、市販のガラスエポキシ製コ字型ブラケットを用いた。
光ファイバFとして、石英ガラス製光ファイバ(GI50マルチモード、クラッド径0.125mm、被覆外径0.25mm、長さ200mm、古河電工社製)を用いた。
なお、先端から50mmのところまで、被覆を除去した。
光ファイバの先端から10mmの箇所がアーク放電電極にもっとも近くなったときをアーク放電の開始点とした。
このようにすることで、アーク放電中の光ファイバの屈曲における角速度ωを約π/2(rad/s)となるように調節した。
以上の条件で、自動X軸ステージおよびアーク放電電極を連動させ、自動X軸ステージの移動速度Vを1、2、5、10(mm/s)とし、それぞれアーク放電を1秒間行って光ファイバを90°屈曲させた。
主な条件、曲率半径rの計算値および曲率半径rの実測値を表1に示す。
また、非接触で光ファイバを加熱しているので、屈曲部分を顕微鏡で拡大してもクラックはほとんど見つからなかった。
実施例2では実施形態2の光伝送媒体成形装置を用いた。
回転治具304として、ステッピングモータ駆動の自動θ軸回転ステージを用意した。
レバー305として、直径5mmのアルミ製円柱を用意し、自動θ軸回転ステージに固定した。
なお、回転治具304は、その回転中心がアーク放電電極となるようにアルミ製L字型ブラケットに固定した。
また、光ファイバとアーク放電電極中心との上下方向の距離を約1mmとすることにより、アーク放電中に光ファイバが自重で屈曲しないようにした。
主な条件、曲率半径rの計算値および曲率半径rの実測値を表2に示す。
なお、その他の条件は実施例1と同様とした。
また、非接触で光ファイバを加熱しているので、屈曲部分を顕微鏡で拡大してもクラックはほとんど見つからなかった。
なお、実施例2では実施例1よりも曲率半径を幅広く調節できた。
また、実施例2では実施例1よりも高速で光ファイバを屈曲させることができ、生産性を高くすることも可能であった。
実施例1の構成で、自動X軸ステージを駆動せずに、アーク放電のみで光ファイバを加熱した。
その結果、約0.2mmの曲率半径で曲げることができたが、それ以外の曲率半径に成形することはできなかった。
Claims (19)
- 移動手段および非接触加熱手段を用いて光伝送媒体を屈曲させる光伝送媒体成形方法であって、
移動手段により光伝送媒体または非接触加熱手段を移動させながら、該非接触加熱手段により該光伝送媒体の一定の範囲を連続的に加熱する移動加熱工程と、
該光伝送媒体を曲げる屈曲工程と、
を有することを特徴とする光伝送媒体成形方法。 - 前記屈曲工程は、角速度を調節できる回転治具を用いて光伝送媒体を曲げることを特徴とする請求項1記載の光伝送媒体成形方法。
- 前記回転冶具は、前記非接触加熱手段近傍を中心として回転することを特徴とする請求項2記載の光伝送媒体成形方法。
- 前記屈曲工程は、光伝送媒体を90°曲げることを特徴とする請求項1記載の光伝送媒体成形方法。
- 前記屈曲工程は、光伝送媒体の自重により該光伝送媒体を曲げることを特徴とする請求項1記載の光伝送媒体成形方法。
- 前記非接触加熱手段はアーク放電電極であることを特徴とする請求項1記載の光伝送媒体成形方法。
- 前記移動手段は、一定速度で光伝送媒体または非接触加熱手段を移動させることを特徴とする請求項1記載の光伝送媒体成形方法。
- 前記光伝送媒体は、ガラス製光ファイバであることを特徴とする請求項1記載の光伝送媒体成形方法。
- 前記光伝送媒体は、複数本の光ファイバで構成される光ファイバ構造体であることを特徴とする請求項1記載の光伝送媒体成形方法。
- 前記光伝送媒体の複数箇所を順に屈曲させることを特徴とする請求項1記載の光伝送媒体成形方法。
- 光伝送媒体の一定の範囲を連続的に加熱する非接触加熱手段と、
該光伝送媒体または該非接触加熱手段を移動させる移動手段とを備え、
該非接触加熱手段と該移動手段は連動して、光伝送媒体または非接触加熱手段を移動させながら、該光伝送媒体の一定の範囲を連続的に加熱し、屈曲させることを特徴とする光伝送媒体成形装置。 - さらに、角速度を調節して光伝送媒体を曲げる回転治具を備えることを特徴とする請求項11記載の光伝送媒体成形装置。
- 前記回転冶具は、前記非接触加熱手段近傍を中心として回転することを特徴とする請求項12記載の光伝送媒体成形装置。
- 前記非接触加熱手段はアーク放電電極であることを特徴とする請求項11記載の光伝送媒体成形装置。
- 前記移動手段は、一定速度で光伝送媒体または非接触加熱手段を移動させることを特徴とする請求項11記載の光伝送媒体成形装置。
- 前記移動手段は、二次元または三次元駆動ステージであることを特徴とする請求項11記載の光伝送媒体成形装置。
- さらに、光伝送媒体と非接触加熱手段との高さを調節する高さ調節手段を備えることを特徴とする請求項11記載の光伝送媒体成形装置。
- さらに、該非接触加熱手段および該移動手段の動作を制御する制御手段を備え、
該制御手段は、前記非接触加熱手段および移動手段を連動させて、光伝送媒体または非接触加熱手段を移動させながら、該光伝送媒体の一定の範囲を連続的に加熱することを特徴とする請求項11記載の光伝送媒体成形装置。 - 移動手段および非接触加熱手段を用いて屈曲した光伝送媒体を製造する光伝送媒体製造方法であって、
移動手段により光伝送媒体または非接触加熱手段を移動させながら、該非接触加熱手段により該光伝送媒体の一定の範囲を連続的に加熱する移動加熱工程と、
該光伝送媒体を曲げる屈曲工程と、
を有することを特徴とする光伝送媒体製造方法。
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