JPWO2012101732A1

JPWO2012101732A1 - 光ファイバ融着接続機

Info

Publication number: JPWO2012101732A1
Application number: JP2012554512A
Authority: JP
Inventors: 博之川崎; 和行吉田; 横田　耕一; 耕一横田; 川西　紀行; 紀行川西
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2011-01-24
Filing date: 2011-01-24
Publication date: 2014-06-30
Anticipated expiration: 2031-01-24
Also published as: EP2669724A1; EP2669724B1; US20130140290A1; CN102959444A; EP2669724A4; JP5295438B2; WO2012101732A1; CN102959444B

Abstract

光ファイバに放電を印加するための装置は、前記光ファイバを挟んで対向配置される一対の電極と、前記電極を支持するべく構成された台と、前記電極を前記台に固定的に押さえつけるべく構成された部材と、前記部材に設けられた放熱フィンと、を備える。

Description

本発明は、一対の電極に給電して発生する放電により両光ファイバの端面同士を融着して接続する光ファイバ融着接続機に関する。

２本の光ファイバの端面同士を接続するには、所定間隔を置いて配置した２本の電極に給電して発生させたアーク放電を利用し、その高い熱エネルギーで光ファイバの端面を溶融して接続している。

光ファイバ融着接続機としては、例えば特許文献１や特許文献２に開示される構造が提案されている。

特開２００５−２３４５５５号公報特開平１１−３１６３１５号公報

放電を繰り返すと、次第に電極先端が損耗していくことが、しばしば観察される。電極寿命は、電極先端の損耗の程度により決定される。

本発明は、電極寿命を延ばすことのできる光ファイバ融着接続機を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、光ファイバに放電を印加するための装置は、前記光ファイバを挟んで対向配置される一対の電極と、前記電極を支持するべく構成された台と、前記電極を前記台に固定的に押さえつけるべく構成された部材と、前記部材に設けられた放熱フィンと、を備える。

本発明によれば、電極の温度上昇を抑制する手段により電極先端の酸化及び損耗を抑制することができ、電極寿命を延ばすことができる。

図１は本実施形態の光ファイバ融着接続機の斜視図である。図２は本実施形態の光ファイバ融着接続機に使用した電極の側面図である。図３は従来の光ファイバ融着接続機に使用される電極の側面図を示し、図３（ａ）は直径を２ｍｍ、電極先端部の頂角を３０度とした例、図３（ｂ）は直径を３ｍｍ、電極先端部の頂角を３０度とした例である。図４（ａ）は放電回数１０回とした時の図２に示す電極先端部の酸化状態を示す要部拡大側面図、図４（ｂ）は放電回数５０回とした時の図２に示す電極先端部の酸化状態を示す要部拡大側面図である。図５（ａ）は放電回数１０回とした時の図３（ａ）に示す電極先端部の酸化状態を示す要部拡大側面図、図５（ｂ）は放電回数５０回とした時の図３（ａ）に示す電極先端部の酸化状態を示す要部拡大側面図である。図６（ａ）は放電回数１０回とした時の図３（ｂ）に示す電極先端部の酸化状態を示す要部拡大側面図、図６（ｂ）は放電回数５０回とした時の図３（ｂ）に示す電極先端部の酸化状態を示す要部拡大側面図である。図７（ａ）は放熱フィン有りの光ファイバ融着接続機における温度測定箇所を示す図、図７（ｂ）は放熱フィン無しの光ファイバ融着接続機における温度測定箇所を示す図である。図８（ａ）は放熱フィン無しの電極押さえ部材を使用し放電回数１０回とした時の図２に示す電極先端部の酸化状態を示す要部拡大側面図、図８（ｂ）は放熱フィン有りの電極押さえ部材を使用し放電回数１０回とした時の図２に示す電極先端部の酸化状態を示す要部拡大側面図である。図９は放熱フィン無しと放熱フィン有りの場合の電極各部位における温度測定結果を示す特性図である。図１０は直径を２ｍｍとし電極先端部の頂角を３０度、４５度、６０度とした時の放電回数と摩耗量の実験結果を示す特性図である。図１１は直径を３ｍｍとし電極先端部の頂角を４５度、６０度とした時の放電回数と摩耗量の実験結果を示す特性図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

［光ファイバ融着接続機の構造説明］
先ず、本発明に係る光ファイバ融着接続機の構造について図１を参照して説明する。本実施形態の光ファイバ融着接続機は、端面１ａ同士を突き合わせて配置された２本の光ファイバ１に対して、一対の電極（陽電極と陰電極）２、２に給電して発生する放電を印加して両光ファイバ１の端面１ａ同士を融着して接続する装置である。この装置はまた、端面を補修したり、清浄化したりする目的や、その被覆を除去する目的、あるいは光ファイバの熱処理の目的にも利用しうる。

本実施形態の光ファイバ融着接続機では、図１に示すように光ファイバ１を挟んで対向配置される一対の電極２、２と、電極２を支持する支持台３と、電極２を支持台３に固定する電極押さえ部材４と、電極２に給電して発生する放電により生じる熱を放熱する放熱フィン５と、を備えている。

電極２は、例えば通電可能なタングステンなどからなる。かかる電極２は、好ましくは、図２に示すように、丸棒形状をなす胴体部２Ａと、先端を円錐状とする電極先端部２Ｂとからなる。あるいは、胴体部は角棒形状や平板状、あるいは塊状でもよく、先端部は角錐状やその他のテーパ形状であってもよい。本実施形態では、後述の理由により、胴体部２Ａの直径φを３ｍｍ以上とし、電極先端部２Ｂの頂角θを６０度以上とすることが好ましい。

これに対して、従来の電極２は、胴体部２Ａの直径φを２ｍｍとし、電極先端部２Ｂの頂角θを３０度としている。直径の小さな光ファイバ１を融着接続するには、この従来の電極２で問題無く融着することができる。しかし、直径の大きな光ファイバ１を融着接続するときには、より大きな電力が投入されるので、電極２はより高温になりやすい。本発明者らによる検討によれば、電極先端部２Ｂが酸化すると共に損耗するのは、かかる高温が原因である。そこで、本実施形態では、胴体部２Ａの直径を太くすると共に電極先端部２Ｂの頂角θを大きくして電極全体の熱容量を増やしている。胴体部２Ａの直径φを３ｍｍ以上、電極先端部２Ｂの頂角θを６０度とする理由については、後述する実験データに基づく。

支持台３には、電極２を固定するための下側円弧溝６が形成されている。前記電極２は、前記下側円弧溝６に配置されることで、前記電極先端部２Ｂを光ファイバ１に向かって突出させるようにして前記支持台３に配置される。

電極押さえ部材４は、例えば放熱性に優れたアルミニウムなどからなる。この電極押さえ部材４の下面には、電極２を固定するための上側円弧溝７が形成されている。前記電極２は、この上側円弧溝７と下側円弧溝６に配置されることで、電極押さえ部材４と支持台３とで挟まれるようにして保持される。

放熱フィン５は、電極押さえ部材４に複数設けられている。かかる放熱フィン５は、上方に向かって垂直に起立する垂直壁形状をなし、前記電極押さえ部材４から削り出されて一体的に形成されている。放熱フィン５の形状は、図１に示す垂直壁形状に限定されることはなく、これ以外の形状であってもよい。また、放熱フィン５の数は、放電により生じた熱を効率良く放熱できるように出来る限り多い方が良い。

また、電極押さえ部材４には、この電極押さえ部材４を支持台３に固定するための取り付けねじ８を螺合させるねじ孔（図示は省略する）が形成されている。取り付けねじ８は、ワッシャ９を介して前記電極押さえ部材４にねじ止めされている。

以上のように構成された光ファイバ融着接続機においては、両電極２、２に放電電流を流すと、所定距離を隔てて対向配置された電極２、２の電極先端部２Ｂからアーク放電が発生する。これら電極２、２の軸方向と直交して配置された２本の光ファイバ１、１は、前記アーク放電によりそれらの端面１ａ、１ａが溶けて融着接合される。

前記光ファイバ融着接続機では、放電を繰り返して光ファイバ１を融着接続すると、電極２が加熱される。この電極２に蓄熱された熱は、電極押さえ部材４に一体化して設けられた放熱フィン５により放熱される。その結果、電極２は冷却され、電極先端部２Ｂの酸化が抑制されると共に摩耗も抑制されることになる。

［実施例１］
実施例１では、電極２の胴体部２Ａの直径φと、電極先端部２Ｂの頂角θを変えて、それぞれの電極２を用いて放電を行った時の電極先端部２Ｂの酸化状態を調べた。

サンプルＡの電極は、図２に示す本実施形態の電極２であり、胴体部２Ａの直径φを３ｍｍとし、電極先端部２Ｂの頂角θを６０度とした。

サンプルＢの電極は、図３（ａ）に示す従来の電極２であり、胴体部２Ａの直径φを２ｍｍとし、電極先端部２Ｂの頂角θを３０度とした。

サンプルＣの電極は、図３（ｂ）に示す従来の電極２であり、胴体部２Ａの直径φを３ｍｍとし、電極先端部２Ｂの頂角θを３０度とした。

融着条件は、２つの電極の電極間距離を４ｍｍ、放電電流を３ｍＡ、放電時間を１０秒とした。また、サンプルＡ〜Ｃの電極は、何れも放熱フィン５無しの電極押さえ部材４で支持台３に固定した。

各サンプルＡ〜Ｃの電極の電極先端部２Ｂの酸化状態を、図４から図６に示す。これら各図において斜線で示されている領域は、酸化された部位を表している。図４は、サンプルＡの電極であり、（ａ）は放電回数１０回、（ｂ）は放電回数５０回とした時の電極先端部２Ｂの酸化状態を示している。図５は、サンプルＢの電極であり、（ａ）は放電回数１０回、（ｂ）は放電回数５０回とした時の電極先端部２Ｂの酸化状態を示している。図６は、サンプルＣの電極であり、（ａ）は放電回数１０回、（ｂ）は放電回数５０回とした時の電極先端部２Ｂの酸化状態を示している。

これら図４から図６の電極先端部２Ｂの酸化状態を見ると、胴体部２Ａの直径φが２ｍｍ（サンプルＢの電極先端部を示す図５）よりも３ｍｍ（サンプルＡ、Ｃの電極先端部を示す図４、図６）の方が、酸化が少ないことが分かる。放電回数が多くなる程、酸化する領域が増えるが、直径３ｍｍの方が直径２ｍｍよりも酸化領域の増加割合が少ない。

この一方、電極先端部２Ｂの頂角θについては、３０度（サンプルＢ、Ｃの電極先端部を示す図５、図６）よりも６０度（サンプルＡの電極先端部を示す図４）の方が、酸化が少ないことが分かる。同じように、放電回数が多くなる程、酸化する領域が増えるが、６０度の方が３０度よりも酸化領域の増加割合が少ない。

また、サンプルＡの電極は、サンプルＢ、Ｃの電極に比べて電極先端部２Ｂの摩耗量が少ないことが分かる。サンプルＢ、Ｃの電極では、放電回数が増えるとより一層摩耗が激しくなる。これに対して、サンプルＡの電極では、１０回の放電回数と５０回の放電回数共に差ほど摩耗量に変化は無い。

この実施例１の実験結果からは、電極２の胴体部２Ａの直径φを従来の２ｍｍから３ｍｍに太くし、また、電極先端部２Ｂの頂角θを従来の３０度から６０度に変更することで、電極先端部２Ｂの酸化を抑制することができると共に摩耗も抑制することができる。これは、胴体部２Ａの直径を太くして電極先端部２Ｂの頂角θを大きくすることで、電極全体の熱容量が増えるためである。

［実施例２］
実施例２では、放熱フィン５の有無により電極各部位での温度変化と電極先端部２Ｂの酸化状態をそれぞれ調べた。図７（ａ）は放熱フィン有りの光ファイバ融着接続機における温度測定箇所を示し、図７（ｂ）は放熱フィン無しの光ファイバ融着接続機における温度測定箇所を示す。

実験に使用した電極２は、胴体部２Ａの直径φを３ｍｍ、電極先端部２Ｂの頂角θを６０度とした。また、融着条件は、２つの電極２の電極間距離を４ｍｍ、放電電流を５ｍＡ、放電時間を１０秒とした。光ファイバ融着接続機の温度測定箇所は、電極先端Ｓ１、電極根元Ｓ２、電極押さえ部材又は放熱フィンの部位Ｓ３とした。

その結果を図９に示す。図９の線Ｌ１は、放熱フィン無しの時の電極各部位における温度測定データである。図９の線Ｌ２は、放熱フィン有りの時の電極各部位における温度測定データである。

この結果から分かるように、放熱フィン無しに比べて放熱フィン有りの方が、電極の何れの部位でも温度が低いことが分かる。これは、放電により生じた熱が電極２から電極押さえ部材４を介して放熱フィン５に伝達され、この放熱フィン５から外部へ放熱されるためである。放熱フィン５を有した場合は、放熱フィン無しに比べて電極の全ての部位で温度を低くすることができる。

図８（ａ）は放熱フィン無しの電極押さえ部材を使用し放電回数１０回とした時の図２に示す電極先端部の酸化状態を示している。図８（ｂ）は放熱フィン有りの電極押さえ部材を使用し放電回数１０回とした時の図２に示す電極先端部の酸化状態を示している。これら各図において斜線で示されている領域は、酸化された部位を表している。

放熱フィン５が無いと、図８（ａ）に示すように、１０回の放電で電極先端部２Ｂが白く酸化してしまう。これに対して、放熱フィン５が有ると、図８（ｂ）に示すように、同じく１０回の放電で電極先端部２Ｂに酸化が見られなくなる。

［実施例３］
実施例３では、電極２の胴体部２Ａの直径φと、電極先端部２Ｂの頂角θを変えて、それぞれの電極２を用いて放電を行った時の放電回数に対する電極先端部２Ｂの摩耗量を調べた。

サンプルＤの電極は、胴体部２Ａの直径φを２ｍｍとし、電極先端部２Ｂの頂角θを３０度、４５度、６０度とした。また、このサンプルＤの電極は、銅からなる放熱フィン５を設けた電極押さえ部材４で支持台３に固定した。

サンプルＥの電極は、胴体部２Ａの直径φを３ｍｍとし、電極先端部２Ｂの頂角θを４５度、６０度とした。また、このサンプルＥの電極は、アルミニウムからなる放熱フィン５を設けた電極押さえ部材４で支持台３に固定した。

サンプルＤの電極を用いて放電した場合の融着条件は、電極間距離を３ｍｍ、放電パワーを１００ｂｉｔ、プレフューズ時間（予備放電時間）を４秒、本放電時間を１２秒とし、電極首振り有りで放電した。

サンプルＥの電極を用いて放電した場合の融着条件は、電極間距離を３ｍｍ、放電パワーを２５０ｂｉｔ、プレフューズ時間を３秒、本放電時間を１２秒とし、電極首振り有りで放電した。

前記放電パワーは、ＡＤコンバータである電圧をｂｉｔで等分した数値を電圧として印加する。例えば、電圧５Ｖを１０２４ｂｉｔで等分した電圧（５Ｖ／１０２４×３００ｂｉｔ＝約１．４６Ｖ）を電極に印加する。

図１０はサンプルＤの電極を使用した場合（直径を２ｍｍとし電極先端部２Ｂの頂角θを３０度、４５度、６０度とした時）の放電回数と摩耗量の実験結果を示す。図１０の線Ｌ３は頂角３０度、線Ｌ４は頂角４５度、線Ｌ５は頂角６０度である。

図１１はサンプルＥの電極を使用した場合（直径を３ｍｍとし電極先端部２Ｂの頂角θを４５度、６０度した時）の放電回数と摩耗量の実験結果を示す。図１１の線Ｌ６は頂角４５度、線Ｌ７は頂角６０度である。

また、表１は、サンプルＤの電極を使用した場合の摩耗量と判定結果を示す。表２は、サンプルＥの電極を使用した場合の摩耗量と判定結果を示す。摩耗量が激しく使用に耐えない場合を×、摩耗量が少なく使用に耐え得る場合を○として評価した。

サンプルＤの電極（直径２ｍｍ）では、電極先端部２Ｂの頂角θが３０度の時には４５度、６０度に比べて激しく摩耗しているのが分かる。摩耗量は、放電回数が増えるに連れて増加している。

また、サンプルＥの電極（直径３ｍｍ）では、電極先端部２Ｂの頂角θが４５度の時には６０度に比べて摩耗量が多くなっている。特に、摩耗量は、放電回数が増えるに連れて増加している。

この結果から分かるように、電極２の胴体部２Ａの直径φを３ｍｍ以上とし且つ電極先端部２Ｂの頂角θを６０度以上とすることで、摩耗し難くなり、電極寿命を延ばすことができる。

［本実施形態の効果］
本発明者らによる検討によれば、放電を繰り返すと次第に電極の温度が上昇し、かかる温度上昇が電極先端の酸化および損耗に支配的な要因であるということが明らかとなった。本実施形態の光ファイバ融着接続機によれば、電極２に生じた熱を放熱フィン５で放熱することができ、以って電極の温度上昇を抑制することができる。その結果、本発明によれば、電極先端の酸化及び摩耗を抑制することができ、電極寿命を延ばすことができる。

また、本実施形態の光ファイバ融着接続機によれば、胴体部２Ａの直径φを３ｍｍ以上とし、電極先端部２Ｂの形状を円錐状とすると共に電極先端部２Ｂの頂角θを６０度以上した電極２を使用することで、電極全体の熱容量が増え、電極の温度上昇が抑制される。

本発明は、２本の光ファイバの端面同士を融着して接続する光ファイバ融着接続機に適用される。

本発明の一態様によれば、光ファイバに放電を印加するための装置は、前記光ファイバを挟んで対向配置される一対の電極と、前記電極を支持するべく構成された台と、前記電極を前記台に固定的に押さえつけるべく構成された部材と、前記部材に設けられた放熱フィンと、を備え、前記電極は、直径を３ｍｍ以上とする胴体部と、頂角を６０度以上とする円錐状の先端部とを有する。

Claims

光ファイバに放電を印加するための装置であって、
前記光ファイバを挟んで対向配置される一対の電極と、
前記電極を支持するべく構成された台と、
前記電極を前記台に固定的に押さえつけるべく構成された部材と、
前記部材に設けられた放熱フィンと、を備えた
装置。
請求項１記載の装置であって、
前記電極は、直径を３ｍｍ以上とする胴体部と、頂角を６０度以上とする円錐状の先端部とを備えた装置。