JP5484599B2 - 融着接続装置及び融着接続方法 - Google Patents

Description

本発明は、一対の光ファイバの端面同士を、一対の放電電極を用いた放電加熱により融着接続する融着接続装置及び融着接続方法に関する。

一般に、一対の光ファイバの端面同士を放電加熱により融着接続する際には、一対の光ファイバを把持部で把持するとともに、この把持部よりも光ファイバの前記端面側をＶ溝台に設けてあるＶ溝に収容して位置決め固定している。

その際、通常では一対の放電電極相互を結ぶ直線と光ファイバの軸心とを一致させた状態とする。つまり、この場合には、把持部とＶ溝台は、一対の光ファイバの軸心が、一対の放電電極相互を結ぶ直線に一致するように把持あるいは固定している。

ここで、低融点の光ファイバを融着接続する際には、過溶融を避けるために、一対の光ファイバの軸心を、一対の放電電極相互を結ぶ仮想直線に対して若干ずらした状態とする必要が生じる。この場合、光ファイバの接続端面に近い位置にあるＶ溝台のみを移動させて対応することが可能である。

なお、光ファイバの軸心と一対の放電電極相互を結ぶ仮想直線とを互いにずらした状態で融着接続する技術は、日本国特許公報第２８６０８３１号（特許文献１）に記載されたものが知られている。また、Ｖ溝台を移動させる技術については、日本国特許公開公報特開２００２−６１６７号（特許文献２）に記載されたものが知られている。

特許第２８６０８３１号公報 特開２００２−６１６７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、軸心をずらすことで、電極間の放電温度分布がほぼ均一となるようにして放電時に発生する熱量を効率よく光ファイバに付与するのであり、しかもずらすための光ファイバを移動させる機構については言及していない。

一方、特許文献２に記載の技術は、径の異なる光ファイバに対応するためにＶ溝台を上下に移動させるものであるが、Ｖ溝台を上下に移動させるだけであって把持部についは言及していない。このため、光ファイバが、Ｖ溝台と把持部との間で上下方向にずれが生じて屈曲した状態となり、特にＶ溝台で光ファイバを確実に固定できないことから接続状態を悪化させうる。

そこで、本発明は、一対の光ファイバの軸心と一対の放電電極相互を結ぶ直線とを互いにずらした状態で融着接続する際の接続状態を安定化させることを目的とする。

本発明の一態様は、一対の光ファイバの端面同士を融着接続すべく放電加熱するための一対の放電電極と、前記一対の光ファイバを把持する把持部と、この把持部よりも光ファイバの前記端面側を収容して位置決め固定するＶ溝を備えるＶ溝台と、前記一対の光ファイバの軸心が、前記一対の放電電極相互を結ぶ直線からずれた位置となるよう前記Ｖ溝台を移動させるＶ溝台移動機構と、このＶ溝台移動機構の移動に対応して前記一対の光ファイバの軸心が、前記一対の放電電極相互を結ぶ直線からずれた位置となるよう前記把持部を移動させる把持部移動機構と、を有することを特徴とするものである。

前記把持部移動機構は、前記把持部の移動方向に交差しかつ互いに対向する一対のガイド面を備え、この一対のガイド面のうち一方を前記移動方向に垂直な面に対して傾斜する傾斜面とし、前記一対のガイド面相互間に位置して前記傾斜面に接触しつつ前記移動方向に垂直な面に沿って移動する第１のガイド部材と、前記傾斜面に対向する他方のガイド面に接触しつつ前記移動方向に垂直な面に沿って移動する第２のガイド部材と、これら各ガイド部材を、前記移動方向に垂直な面に沿って移動させる駆動部と、を有するものとしてもよい。

前記第１のガイド部材及び第２のガイド部材は、同一の回転支持軸に回転可能に支持される回転体であるものとしてもよい。

また、本発明の他の一態様は、一対の光ファイバを把持部により把持するとともに、この把持部よりも光ファイバの接続端面側をＶ溝台のＶ溝に収容して位置決め固定した状態で、前記一対の光ファイバの端面同士を、一対の放電電極を用いた放電加熱により融着接続する融着接続方法であって、前記一対の光ファイバの軸心が、前記一対の放電電極相互を結ぶ直線からずれた位置となるよう前記Ｖ溝台を移動させるとともに、このＶ溝台の移動に対応して前記一対の光ファイバの軸心が、前記一対の放電電極相互を結ぶ直線からずれた位置となるよう前記把持部を移動させて、前記一対の光ファイバの端面同士を放電加熱により融着接続することを特徴とするものである。

本発明によれば、一対の光ファイバの軸心と一対の放電電極相互を結ぶ仮想直線とを互いにずらした状態で融着接続する際に、光ファイバを位置決め固定するＶ溝台とともに、光ファイバを把持する把持部も移動させるので、光ファイバはＶ溝台と把持部との間でほぼ直線状となり、特に接続端面に近い側にあるＶ溝台で光ファイバを確実に固定することができ、接続状態を安定化させることができる。

本発明の一実施形態を示す融着接続装置の正面図で、（ａ）は一対の光ファイバの軸心と一対の放電電極相互を結ぶ仮想直線とが一致している状態を示し、（ｂ）は一対の光ファイバの軸心と一対の放電電極相互を結ぶ仮想直線とがずれている状態を示す。 （ａ）は一対の光ファイバの軸心が一対の放電電極相互を結ぶ仮想直線より下方にずれている状態を示す、図１（ｂ）に対応する正面図、（ｂ）は（ａ）の状態で融着接続後の光ファイバを取り出すときの正面図である。 （ａ）はファイバホルダ及びファイバホルダを上下動させるホルダ移動機構の斜視図、（ｂ）は（ａ）のファイバホルダを省略したＡ−Ａ断面図である。 図３（ｂ）のＢ−Ｂ断面に対応するホルダ移動機構全体の断面図である。 ホルダ移動機構の直動アクチュエータやローラを備える駆動部分の斜視図である。 ホルダ移動機構の動作説明図で、（ａ）はローラが後退してファイバホルダが下降した状態、（ｂ）はローラが前進してファイバホルダが上昇した状態をそれぞれ示す。 融着接続装置の制御ブロック図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、左右一対の光ファイバ１，３は、石英系などのガラスファイバ５，７の周囲を、被覆樹脂９，１１で覆って構成してあり、被覆樹脂９，１１に対して露出しているガラスファイバ５，７の端面５ａ，７ａ相互を融着接続する。融着接続する際に使用する一対の放電電極１３，１５は、その主軸が光ファイバ１，３の軸線方向に直交して図１中で紙面に直交する方向となるように一対配置してある。

上記した一対の光ファイバ１，３は、把持部としてのファイバホルダ１７，１９により被覆樹脂９，１１が把持されるとともに、このファイバホルダ１７，１９により把持した部位よりも融着接続する端面５ａ，７ａ側の被覆樹脂９，１１が、Ｖ溝台２１，２３により位置決め固定されている。なお、Ｖ溝台２１，２３は、ガラスファイバ５，７部分を位置決め固定してもよい。

ファイバホルダ１７，１９は、ホルダ本体２５，２７上の凹部に光ファイバ１，３を収容した状態で、上部から開閉可能な押さえ板２９，３１で押さえ付けて光ファイバ１，３を把持固定する。

一方、Ｖ溝台２１，２３は、上面に光ファイバ１，３を収容するＶ溝を備え、このＶ溝内に一部が入り込んで光ファイバ１，３を押し付け、Ｖ溝台２１，２３との間で光ファイバ１，３を位置決め固定する図示しないクランプを備えている。

そして、本実施形態では、Ｖ溝台２１，２３を図１中で上下方向に移動させるＶ溝台移動機構３３，３５を備えるとともに、ファイバホルダ１７，１９を図１中で上下方向に移動させる把持部移動機構としてのホルダ移動機構３７，３９を備えている。

このような構成の融着接続装置において、ガラスファイバ５，７が特に熱に弱く低融点の光ファイバである場合の融着接続について説明する。この場合には、一対の光ファイバ１，３の軸線と一対の放電電極１３，１５相互を結ぶ仮想直線（図１中で紙面に直交する方向に延びる直線）とが、図１（ａ）のように上下方向で一致した状態に対し、図１（ｂ）のようにずれた状態とする。

すなわち、図１（ａ）の状態から、Ｖ溝台移動機構３３，３５を駆動してＶ溝台２１，２３を上昇させるとともに、ホルダ移動機構３７，３９を駆動してファイバホルダ１７，１９を上昇させる。これにより、一対の光ファイバ１，３の軸線が一対の放電電極１３，１５相互を結ぶ仮想直線と交差せずに上方位置となる。

この状態で、放電電極１３，１５相互間で放電させ、その放電時に発生する熱によって光ファイバ１，３の端面５ａ，７ａ付近を溶融させて融着接続する。この場合、放電電極１３，１５の中心が光ファイバ１，３の軸線からずれているために、光ファイバ１，３に付与する放電パワーが弱まり、低融点の光ファイバであっても過溶融を抑制して融着接続することができる。

なお、融着接続時には、端面５ａ，７ａ相互をほぼ接触させた状態とする。

そして、本実施形態では、一対の光ファイバ１，３を上昇させてその軸心を、放電電極１３，１５相互を結ぶ仮想直線よりも上方に位置させる際に、Ｖ溝台２１，２３を上昇させるだけでなく、ファイバホルダ１７，１９も同時に上昇させている。これにより、光ファイバ１，３はＶ溝台２１，２３とファイバホルダ１７，１９との間でほぼ直線状となるため、特に接続端面５ａ，７ａに近い側にあるＶ溝台２１，２３で光ファイバ１，３を確実に固定することができ、接続状態を安定化させることができる。

なお、図２（ａ）に示すように、融着接続する際に、一対の光ファイバ１，３を、前記図１（ａ）の状態から、下方に移動させるようにＶ溝台移動機構３３，３５及びホルダ移動機構３７，３９をそれぞれ駆動するようにしてもよい。この場合にも、放電電極１３，１５の中心位置が光ファイバ１，３の軸線からずれているために、光ファイバ１，３に付与する放電パワーが弱まり、低融点の光ファイバであっても過溶融を抑制して融着接続することができる。図２中の符号１０は、光ファイバ１，３の端面５ａ，７ａ相互が溶融して融着した接続部を示している。

また、この場合には、光ファイバ１，３の軸線が一対の放電電極１３，１５相互を結ぶ仮想直線よりも下方に位置しているので、融着接続後に光ファイバ１，３を取り外すときに光ファイバ１，３が放電電極１３，１５に干渉する恐れがある。それを避けるために、図２（ｂ）に示すように、ファイバホルダ１７，１９を前記図１（ｂ）の位置もしくはそれより上方に移動させることで、融着接続後に取り外すときの光ファイバ１，３が放電電極１３，１５に干渉するのを抑制することができる。

Ｖ溝台移動機構３３，３５の具体的な機構としては、後述するホルダ移動機構３７，３９と同様に、ステッピングモータなどの小型の直動アクチュエータを使用する。

一方、ホルダ移動機構３７，３９は次のような機構となっている。図３は、一方の光ファイバ１を把持するファイバホルダ１７のホルダ移動機構３７を示しているが、他方の光ファイバ３を把持するファイバホルダ１９のホルダ移動機構３９も、ホルダ移動機構３７に対して左右対称形状であって同様の構造であるので、ホルダ移動機構３７について代表して説明する。

このホルダ移動機構３７は、図３（ａ）に示すように、ファイバホルダ１７を上面に取り付けてある上下方向に移動可能な可動体４１と、可動体４１を上下動可能に支持するベース部となる固定体４３とを備えている。

可動体４１は、図３（ｂ）に示すように固定体４３に対向する下面に、可動体４１の移動方向に垂直な面（水平面）に対して傾斜する傾斜面４１ａを備える。すなわち、この傾斜面４１ａは、水平面に対して光ファイバ１の軸線に直交する方向に傾斜している。一方、上記傾斜面４１ａに対向する固定体４３の上面４３ａは、可動体４１の移動方向に対して垂直な水平面に平行となっている。これら可動体４１の傾斜面４１ａと固定体４３の上面４３ａとで、ファイバホルダ１７の移動方向に交差しかつ互いに対向する一対のガイド面を構成している。

上記一対のガイド面を構成する可動体４１の傾斜面４１ａと固定体４３の上面４３ａとの間には、図４に示すように、回転体である３つのローラ４５，４７，４９を同一の回転支持軸５１に回転可能に支持させた状態で配置している。回転支持軸５１は、光ファイバ１の軸線と平行であり、このため３つのローラ４５，４７，４９は傾斜面４１ａの傾斜方向に沿って回転しながら移動する。

可動体４１の傾斜面４１ａは、図４に示すように、第１のガイド部材としての中央のローラ４７が接触する中央傾斜部４１ａ１が、第２のガイド部材としての両側２つのローラ４５，４９に対応する側方傾斜部４１ａ２に対し、固定体４３側の下方に向けて突出している。このとき、両側２つのローラ４５，４９は側方傾斜部４１ａ２に対して離間していてこれら相互間には隙間５３が形成されている。

一方、固定体４３の上面４３ａは、両側２つのローラ４５，４９が接触する側方上面部４３ａ１が、中央のローラ４７に対応する中央上面部４３ａ２に対し、可動体４１側の上方に向けて突出している。このとき、中央のローラ４７は中央上面部４３ａ２に対して離間していてこれら相互間には隙間５５が形成されている。

すなわち、上記３つのローラ４５，４７，４９のうち中央のローラ４７は、可動体４１の中央傾斜部４１ａ１（傾斜面４１ａ）に常時接触する一方、両側２つのローラ４５，４９は、固定体４３の側方上面部４３ａ１（上面４３ａ）に常時接触している。

これら３つのローラ４５，４７，４９を回転支持する回転支持軸５１は、図５に示すように支持ブラケット５７の左右両側にて前方に突出する一対のアーム部５７ａの先端相互間に回転可能に支持されている。

一方、上記３つのローラ４５，４７，４９を支持ブラケット５７とともに前後動させる駆動部としての直動アクチュエータ６１は、例えばロータリーソレノイドや、駆動軸６２が回転しながら繰り出す形式のステッピングモータで構成し、駆動軸６２の先端を支持ブラケット５７の連結部５７ｂに当接させる。したがって、直動アクチュエータ６１を前進駆動することで、駆動軸６２が支持ブラケット５７の連結部５７ｂを押し付けて３つのローラ４５，４７，４９が前方に移動する。

この際、図４に示すように、中央のローラ４７が可動体４１の中央傾斜部４１ａ１に接触する一方、左右のローラ４５，４９が固定体４３の側方上面部４３ａ１に接触しながら移動する。このため、各ローラ４５，４７，４９が前進移動すると、傾斜面４１ａ（中央傾斜部４１ａ１）は前方ほど上面４３ａに接近しているので、中央のローラ４７が中央傾斜部４１ａ１を上方に向けて押し付けることになって、可動体４１を固定体４３に対して上昇させることになる。

また、図３（ｂ）に示すように、可動体４１には、固定体４３側に向けて突出した状態の２本のガイドシャフト６３を取り付けてあり、このガイドシャフト６３の上記突出側の下部を固定体４３の図示しないガイド穴に移動可能に挿入している。さらに、図４に示すように、可動体４１に設けたスプリング支持ピン６５と固定体４３に設けたスプリング支持ピン６７との間には、これら両者を互いに接近する方向に押し付けるコイルスプリング６９を介装している。

したがって、図６（ａ）の状態からローラ４５，４７，４９が前進して可動体４１が、ガイドシャフト６３を介してガイド穴にガイドされつつ上昇し、図６（ｂ）のように固定体４３から離反移動する際には、コイルスプリング６９の弾性力に対抗することになる。逆に、図６（ｂ）の状態からローラ４５，４７，４９が後退して可動体４１が、ガイドシャフト６３を介してガイド穴にガイドされつつ下降し、図６（ａ）のように固定体４３に接近移動する際には、コイルスプリング６９の弾性力が作用することになる。
このように、図３〜図６に示したホルダ移動機構３７は、直動アクチュエータ６１を正転駆動することで、３つのローラ４５，４７，４９が前進移動し、この際両側２つのローラ４５，４９が固定体４３の側方上面部４３ａ１上を回転しつつ移動すると同時に、中央のローラ４７が可動体４１の中央傾斜部４１ａ１を上方に押し付けて可動体４１を上昇させる。可動体４１の上昇によってファイバホルダ１７も、前記したＶ溝台２１の上昇に合わせて上昇することになる。

直動アクチュエータ６１を逆転駆動すれば、駆動軸６２が後退してコイルスプリング６９の弾性力によって可動体４１が下降し、これとともにファイバホルダ１７も下降することになる。

このような動作は、ホルダ移動機構３９においても同様になされ、したがって、対応するファイバホルダ１９も、前記したＶ溝台２３の上昇に合わせて上昇することになる。

本実施形態では、ホルダ移動機構３７，３９は、ファイバホルダ１７，１９の移動方向に交差しかつ互いに対向する一対のガイド面を備え、この一対のガイド面のうち一方を前記移動方向に垂直な面に対して傾斜する傾斜面４１ａとする。さらに、ホルダ移動機構は一対のガイド面相互間に位置して傾斜面４１ａに接触しつつ前記移動方向に垂直な面に沿って移動するローラ４７と、他方のガイド面に接触しつつ前記移動方向に垂直な面に沿って移動するローラ４５，４９と、これら各ローラ４５，４７，４９を、前記移動方向に垂直な面に沿って移動させる直動アクチュエータ６１とを有している。

このため、リニアアクチュエータとしての直動アクチュエータ６１の駆動によって各ローラ４５，４７，４９を前進させるという簡素な構成で、ファイバホルダ１７，１９をＶ溝台２１，２３の上昇に合わせて高精度かつ容易に上昇させることができる。

また、本実施形態では、各ローラ４５，４７，４９を、同一の回転支持軸５１に回転可能に支持される回転体としている。このため、各ローラ４５，４７，４９は、対応する可動体４１の傾斜面４１ａや固定体４３の上面４３ａに対して回転しつつ移動することになる。この際、傾斜面４１ａは、上面４３ａに対する傾斜角度が小さくなだらかであることから、可動体４１をより小さいトルクのより小型の直動アクチュエータ６１であっても円滑に上昇させることができる。

また、上記３個のローラ４５，４７，４９のうち１個を上側の傾斜面４１ａ（中央傾斜部４１ａ１）に、両側２個を下側の上面４３ａ（側方上面部４３ａ１）にそれぞれ接触させている。これにより、３個のローラ４５，４７，４９が上側の傾斜面４１ａと下側の上面４３ａとの間で噛み込むことを抑制することができる。

また、図７に示すように、一対の光ファイバ１，３の端面５ａ，７ａ付近を、側方から１台もしくは複数台のカメラ７１で撮像し、この撮像した画像データに基づいて、制御部７３が、Ｖ溝台移動機構３３，３５及びホルダ移動機構３７，３９を駆動するようにしてもよい。例えば、光ファイバ１，３の水平面に対する傾斜角度や、光ファイバ１，３相互間の平行度などに基づいて、Ｖ溝台移動機構３３，３５及びホルダ移動機構３７，３９をそれぞれ個別に駆動制御する。

これにより、一対の光ファイバ１，３相互の軸心をより確実かつ高精度に一致させることができ、より高品質な融着接続部を形成することができる。

本発明は、一対の光ファイバの端面同士を、一対の放電電極を用いた放電加熱により融着接続する融着接続装置及び融着接続方法に適用される。

Claims (5)

1. 一対の光ファイバの端面同士を融着接続すべく放電加熱するための一対の放電電極と、前記一対の光ファイバを把持する把持部と、この把持部よりも光ファイバの前記端面側を収容して位置決め固定するＶ溝を備えるＶ溝台と、前記一対の光ファイバの軸心が前記一対の放電電極相互を結ぶ直線からずれた位置となるよう前記Ｖ溝台を移動させるＶ溝台移動機構と、このＶ溝台移動機構の移動に対応して、前記一対の光ファイバが前記Ｖ溝台との間でほぼ直線状となるとともに、前記一対の光ファイバの軸心が前記一対の放電電極相互を結ぶ直線からずれた位置となるよう、前記把持部を移動させる把持部移動機構と、を有することを特徴とする融着接続装置。
2. 前記把持部移動機構は、前記把持部の移動方向に交差しかつ互いに対向する一対のガイド面を備え、この一対のガイド面のうち一方を前記移動方向に垂直な面に対して傾斜する傾斜面とし、前記一対のガイド面相互間に位置して前記傾斜面に接触しつつ前記移動方向に垂直な面に沿って移動する第１のガイド部材と、前記傾斜面に対向する他方のガイド面に接触しつつ前記移動方向に垂直な面に沿って移動する第２のガイド部材と、これら各ガイド部材を、前記移動方向に垂直な面に沿って移動させる駆動部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の融着接続装置。
3. 前記第１のガイド部材及び第２のガイド部材は、同一の回転支持軸に回転可能に支持される回転体であることを特徴とする請求項２に記載の融着接続装置。
4. 一対の光ファイバを把持部により把持するとともに、この把持部よりも光ファイバの接続端面側をＶ溝台のＶ溝に収容して位置決め固定した状態で、前記一対の光ファイバの端面同士を、一対の放電電極を用いた放電加熱により融着接続する融着接続方法であって、前記一対の光ファイバの軸心が前記一対の放電電極相互を結ぶ直線からずれた位置となるよう前記Ｖ溝台を移動させるとともに、このＶ溝台の移動に対応して、前記一対の光ファイバが前記Ｖ溝台との間でほぼ直線状となるとともに、前記一対の光ファイバの軸心が前記一対の放電電極相互を結ぶ直線からずれた位置となるよう、前記把持部を移動させて、前記一対の光ファイバの端面同士を放電加熱により融着接続することを特徴とする融着接続方法。
5. 前記一対の光ファイバをカメラで撮像し、この撮像した一対の光ファイバ相互の位置関係に応じて前記Ｖ溝台及び前記把持部を移動させることを特徴とする請求項４に記載の融着接続方法。

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