JP2626552B2 - 球面加工装置及び方法 - Google Patents

球面加工装置及び方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光ファイバコネクタのフ
ェルールやガラス、セラミックス、プラスチック等から
なる柱状の材料やブロックの端面を、凸球面形状に鏡面
加工する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５は、光ファイバコネクタの端面を凸
球面状に鏡面研磨加工した光ファイバ端末のフェルール
同士の接続部の概略構造を示す。光ファイバ９同士を接
続して光信号を伝搬する際、光ファイバ端面１０の隙間
に起因して発生する光損失は、極力抑制する必要があ
る。現在、低光損失接続を実現する方法として、光ファ
イバ９の端部に設けられるフェルール１４の端面８を凸
球面状の鏡面に形成して光ファイバ９の端面１０を相互
に密着させるＰＣ（Physical Contact）光コネクタが広
く利用されている。
【０００３】従来、ＰＣ光コネクタに用いるフェルール
は、光ファイバの端部にフェルールを取り付ける製作過
程で生じた先端の余剰接着剤や余長光ファイバを粗研削
によって取り除く。次に、図６（ａ）に示すように、回
転砥石１１を用いた研削か遊離砥粒を用いたラッピング
によって、フェルール１４の端面８を円錐状に形成す
る。さらに図６（ｂ）に示すように、回転盤に張設され
上面に微細砥粒１２が散布された弾性シート１３に端面
８を押当てながらフェルール１４も回転させ、弾性シー
ト１３の局所的な変形と、微細砥粒１２の研磨作用で滑
らかな凸球面状の鏡面に仕上げている（例えば、特開昭
６３−１０２８６３（特公平４−２３８８））。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
フェルールの端面の球面加工法は、端面８を所望する球
面形状に形成するまでに２工程以上あり、工程間でフェ
ルール１４を受け渡す際のロスタイムも含めて長時間を
要する課題があった。また、滑らかな球面を得るための
研磨加工において、弾性シート１３やシート１３上の微
細砥粒１２の研磨能力を常に適切な状態に維持し続ける
ために、弾性シート１３や砥粒１２を頻繁に交換する必
要があった。余剰接着剤や余長ファイバを除去する砥石
についても研削性能を維持するために頻繁にドレッジン
グする必要があり、このため生産性が低い課題があっ
た。
【０００５】本発明の目的はこのような従来の課題を解
決し、光ファイバのフェルールのみならず、ガラスやセ
ラミック等からなる柱状材料やブロックの端面を高能
率、高精度に凸球面状の鏡面に加工できる球面加工装置
及び方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の球面加工方法
は、円周に沿って設けられた凹円弧の断面形状で断面中
心部が仕上げ加工に適した砥粒の構成からなりこの断面
中心部の両側の側面部分が前加工に適した砥粒の構成か
らなる作業面を有する加工砥石を前記作業面と同心に回
転させ、被加工物を前記作業面の断面曲率中心に平行な
回転軸を中心に回転させると共にこの回転軸に沿って移
動させて前記被加工物の端面を前記作業面に押し当てて
行うこの端面の研削を前記作業面の断面曲率中心と前記
被加工物の回転軸とをずらして前記作業面の側面部分で
行う前加工と、この前加工の後に前記作業面の断面曲率
中心と前記被加工物の回転軸とを一致させ前記端面の少
くとも中心は前記作業面の断面中心部により研削して行
う仕上げ加工とに分けたことを特徴とする。
【０００７】本発明の球面加工装置は、円周に沿って設
けられた凹円弧の断面形状の作業面を有しこの作業面と
同心に回転する加工砥石と、被加工物を保持して前記作
業面の断面曲率中心と平行な回転軸を中心として回転さ
せる回転手段と、前記被加工物を前記回転軸に沿って移
動させて前記被加工物の端面を前記作業面に押し当てる
移動機構と、前記被加工物を前記回転軸が前記作業面の
断面曲率中心に対して一致したりずれたりするように移
動させる軸ずらし機構とを含み、前記加工砥石は前記作
業面の断面曲率中心に前記被加工物の回転軸を一致させ
て前記被加工物の端面を前記作業面に押した時に少なく
とも前記端面の中心が接触する部分を含む前記作業面の
断面中心部が仕上げ加工に適した砥粒の構成からなり、
前記作業面の断面曲率中心と前記被加工物の回転軸をず
らして前記被加工物の端面を前記作業面に押し当てた時
に少なくとも前記端面の中心が接触する部分を含む前記
作業面の前記断面中心部の両側の側面部分が前加工に適
した砥粒の構成からなることを特徴とする。
【０００８】本発明の球面加工装置は、回転して外周面
を加工砥石の作業面に押し当ててこの作業面の形状を修
正する修正工具を有するようにしてもよい。
【０００９】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【００１０】図１及び図２は、それぞれ本発明の第１の
実施例の球面加工装置を模式的に示す斜視図及び平面図
である。この球面加工装置は、加工砥石２の作業面４の
走行運動と被加工物の一例であるフェルール１４の回転
運動で得られる研削作用によって、作業面４に予め形成
した凹円弧の断面形状をフェルール１４の端面８に転写
し、滑らかな凸球面状の鏡面を得る。
【００１１】本実施例では、回転する加工砥石２の外周
面を作業面４とし、フェルール１４をチャック２１で保
持して反転モータ２０（チャック２１と共に図１には図
示略）により正逆の回転を反復させる。また、フェルー
ル１４を軸ずらし機構１９によって加工砥石２の回転軸
方向に、移動機構１５によって加工砥石２の半径方向に
移動させることができる。また、加工砥石２とは回転軸
の方向が９０°異りステージ２２に取り付けられた修正
工具３を加工砥石２に押し当てて研削して作業面４の凹
円弧の断面形状に修正する。さらに、加工砥石２の作業
面４の研削能力を適切に維持し、かつ工具寿命を増加し
て加工砥石２の交換頻度を低滅するため、電源７よりメ
タルボンドの加工砥石２と、その作業面４の近傍に設置
したマイナス電極６の間に電圧を印加し、作業面４上に
弱導電性の研削液５を供給して、加工砥石２に電解ドレ
ッシングを作用させている。
【００１２】本実施例の球面加工装置では、まず軸ずら
し機構１９によって、図３（ａ）に示すようにフェルー
ル１４の回転軸ａと作業面４の凹円弧面の断面曲率中心
（作業面４の断面形状の凹円弧上の加工砥石２の回転軸
に最も近い点を通るその回転軸に垂直な平面）ｂとの間
に位置ずれｃを与えた状態で両者を接触させ、端面８の
先端に残る余剰接着剤や余長ファイバを研削除去する。
その際、フェルール１４の端面８は、先尖な円錐形状に
前加工される。次に、図３（ｂ）に示すように、フェル
ール１４の回転軸ａと作業面４の凹円弧の断面曲率中心
ｂを一致させて両者を再び接触させると、端面８の先尖
部分から徐々に滑らかな凸球面形状に研削され仕上げ加
工されていく。球面形状が必要な部分まで加工が進んだ
時点で、研削を中止する。
【００１３】本実施例ではフェルール１４を保持し直す
こともなく加工砥石２を交換することもない工程内で余
剰接着剤や光ファイバ除去の前加工と球状鏡面加工を行
うため、短時間で加工を終了することができる。加工砥
石２は、修正工具３と接触させて研削し作業面４に凹円
弧の断面形状を形成することによって、図に点々で示し
た砥石部が消耗するまで、繰り返し使用することができ
る。図６で示した従来の球面加工法における砥粒１２や
弾性シート１３等の工具の頻繁な交換は必要なくなり、
フェルール１４を連続的に加工することができる。
【００１４】また、図３に示すように前加工時と仕上げ
加工時で、作業面４が端面８と接触する部分が異なるた
め、研削加工に伴う作業面４の形状崩れは、それぞれ作
業面４の断面中心部とその周辺部に分散される。このた
め、作業面４の凹円弧面の修正作業を軽減でき、加工砥
石２の寿命を向上することができる。
【００１５】次に、本実施例の具体的な加工条件を説明
する。加工砥石２は青銅ボンド、メッシュ４０００のダ
イヤモンド砥粒とし、外径７５ｍｍ、厚さ５ｍｍのスト
レート型を用いた。修正工具３はレジンボンド、メッシ
ュ３０００のダイヤモンド砥粒を用い、外径４０ｍｍ、
厚さ５ｍｍとした。
【００１６】加工砥石２の回転数を２０００ｒｐｍと
し、修正工具３の回転モータ１６は１００ｒｐｍで回転
させた。修正工具３の外周作業面と加工砥石２の作業面
４を両者の走行方向が直行する状態を保ち、ステージ２
２によって両者を近づけた。研削液５を供給しながら両
者を接触させ、加工砥石２の作業面４に曲率半径２０ｍ
ｍの円弧断面を持つ凹面を形成した。作業面４の凹円弧
形状は加工砥石２や修正工具３のボンド材、砥粒の種類
には影響されず、修正工具３の半径と等しい曲率半径と
なる。
【００１７】この次にマイナス電極６と加工砥石２の間
に研削液５を供給しながら、この間に電源７より直流電
圧を印加し、作業面４に電解ドレッシングを作用させ
た。本実施例では、フェルール１４の端面８の前加工を
行う直前に電解電流値２．５Ａで１５秒間の電解ドレッ
シングを付加して作業面４の表面に分布する砥粒を突出
させ、作業面４の研削能力を良好な状態に再生した。
【００１８】この次にフェルール１４をチャック２１で
保持し、反転モータ２０によって回転させた。そして、
軸ずらし機構１９を用いて、フェルール１４の回転軸ａ
と作業面４の凹円弧面の断面曲率中心ｂとの間に、５０
０μｍの位置ずれｃを与え、移動機構１５によってフェ
ルール１４を作業面４に一定速度で移動させて接触させ
２０秒間で前加工を行った。
【００１９】その後、軸ずらし機構１９によって、フェ
ルール１４の回転軸ａと作業面４の凹円弧面の断面曲率
中心ｂとを一致させて、移動機構１５によって両者をさ
らに５秒間接触させ、端面８を仕上げ加工した。加工中
は電解電流値２．５Ａで電解ドレッシングを付加し、反
転モータ２０は５０ｒｐｍで回転させ、フェルール１４
を４回転ごとに反転させながら加工を行った。
【００２０】加工を進めることによって作業面４の凹円
弧形状に崩れが生じ、良好な凸球面状の端面８が得られ
なくなった場合は、ステージ２２によって再び加工砥石
２の修正工具３を接触させることで、作業面４を正確な
凹円弧形状に修正した。端面８に形成した凸球面の曲率
半径は、加工砥石２の作業面４の曲率半径と等しく２０
ｍｍで表面粗さ０．０８μｍＲｍａｘ以下の歪みのない
滑らかな凸球面状の鏡面が得られた。
【００２１】本実施例では、端面８の球面加工時間は、
従来の方法を用いて同程度の加工面品質を得るまでの時
間と比較して、１／２以下に短縮され、工具交換に要す
るロスタイムも１／５０以下に低減できた。また、作業
面４の消耗が、前加工と仕上げ加工とで断面中心部の近
傍と中心から離れた側面部に分散されたため、作業面４
の断面中心部のみで前加工と仕上げ加工を実施した従来
の場合と比較して、作業面４の修正作業に要する時間
と、その際の加工砥石２の消耗量を２／３以下に軽減で
きた。
【００２２】本発明の第２の実施例の球面加工装置で
は、図１及び図２に示す装置で用いる加工砥石２として
図４に示すものを用いる。すなわち図４に示す加工砥石
２は作業面４の断面中心部には微細砥粒１８を有し、断
面中心部から離れた側面部分には粗砥粒１７を有する。
フェルール１４を前加工する際は回転軸ａと断面曲率中
心ｂとの間に位置ずれｃを与えて加工砥石２の側面部分
の粗砥粒１７によって端面８を高速加工し、仕上げ加工
は回転軸ａと断面曲率中心ｂとを一致させて断面中心部
の微細砥粒１８によって高精度に加工する。なお、加工
砥石２の断面曲率中心ｂから位置ずれｃだけ離れた部分
は粗砥粒１７を有する側面部分とする。このようにする
ことにより粗砥粒１７のみで構成された加工砥石で加工
した場合と比較して高精度加工が実現でき、微細砥粒１
８のみで構成された加工砥石で加工した場合より短時間
で凸球面状の鏡面加工が達成できる。
【００２３】本実施例でも前述と同様の具体的な加工条
件で加工を実施した。ただし、加工砥石２は、図４に示
すように、断面中心部に幅１．５ｍｍの範囲でメッシュ
４０００ダイヤモンド砥粒を有し、断面中心から離れた
側面部にはメッシュ６００のダイヤモンド砥粒を有する
物を用いた。本実施例では、軸ずらし機構１９を用いて
フェルール１４の回転軸ａと作業面４の凹円弧面の断面
曲率中心ｂとを８００μｍずらして、まず前加工を実施
した。
【００２４】メッシュ６００の砥粒は、メッシュ４００
０と比較して、加工面の表面粗さを増大するが、加工速
度は向上する。本実施例では、移動機構１５によってフ
ェルール１４の端面８を作業面４に接触させる際の速度
を、第１の実施例の２倍に高速化しても、仕上げ加工後
には第１の実施例と同等の加工面が得られた。この結
果、メッシュ４０００の砥粒のみで構成された加工砥石
の場合と比較して、前加工の時間を１／２の１０秒に短
縮できた。
【００２５】以上の実施例において、フェルール１４は
円柱状のガラス製フェルールに石英光ファイバを挿入し
た物を用いたが、フェルール１４をジルコニアセラミッ
クス製やプラスチック製とした被加工物や、フェルール
とは限らず柱状やブロック状の被加工物でも、同様の良
好な凸球面状の鏡面が得られた。
【００２６】また、以上の実施例において加工砥石２の
外周側面を作業面としたが、本発明は加工砥石の正面に
回転中心軸と同心の円周に沿って作業面を設けても実施
することができる。この場合は被加工物の回転中心軸を
加工砥石の回転中心軸とを平行にし、断面曲率中心は作
業面の最も底となる円周を含む加工砥石の回転中心と同
心の円筒となる。
【００２７】また、フェルールは一般に長尺の光ファイ
バーが接続されているため反転モータにより正回転と逆
回転を反復させているが、光ファイバーのようなものが
接続されていない被加工物では、単純に一方向の回転の
みで端面の球面加工を行うことができる。
【００２８】
【発明の効果】以上述べたように、本発明では光ファイ
バコネクタに用いられるフェルール、ガラスやセラミッ
クス、プラスチック等からなる単一材料、あるいは複合
材料の端面を、従来の方法と比較して短時間で高精度な
凸球面に加工できる。また加工工具の交換頻度を大幅に
低減でき、球面加工の生産性を大幅に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の球面加工装置を示す斜
視図である。
【図２】図１に示す球面加工装置の平面図である。
【図３】図１に示す実施例による球面加工方法を説明す
るための加工砥石２とフェルール１４の横断面図であ
る。
【図４】本発明の第２の実施例を説明するための加工砥
石２とフェルール１４の横断面図である。
【図５】光ファイバコネクタに用いられるフェルールを
示す図である。
【図６】従来の球面加工法を説明する図である。
【符号の説明】
２ 加工砥石 ３ 修正工具 ４ 作業面 ５ 研削液 ６ 電極 ７ 電源 ８ 端面 ９ 光ファイバ １０ ファイバ端面 １１ 回転砥石 １２ 砥粒 １３ 弾性シート １４ フェルール １５ 移動機構 １６ 回転モータ １７ 粗砥粒 １８ 微細砥粒 １９ 軸ずらし機構 ２０ 反転モータ ２１ チャック ２２ ステージ

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 円周に沿って設けられた凹円弧の断面形
    状で断面中心部が仕上げ加工に適した砥粒の構成からな
    りこの断面中心部の両側の側面部分が前加工に適した砥
    粒の構成からなる作業面を有する加工砥石を前記作業面
    と同心に回転させ、被加工物を前記作業面の断面曲率中
    心に平行な回転軸を中心に回転させると共にこの回転軸
    に沿って移動させて前記被加工物の端面を前記作業面に
    押し当てて行うこの端面の研削を前記作業面の断面曲率
    中心と前記被加工物の回転軸とをずらして前記作業面の
    側面部分で行う前加工と、この前加工の後に前記作業面
    の断面曲率中心と前記被加工物の回転軸とを一致させて
    前記端面の少くとも中心は前記作業面の断面中心部によ
    り研削して行う仕上げ加工とに分けたことを特徴とする
    球面加工方法。
  2. 【請求項２】 円周に沿って設けられた凹円弧の断面形
    状の作業面を有しこの作業面と同心に回転する加工砥石
    と、被加工物を保持して前記作業面の断面曲率中心と平
    行な回転軸を中心として回転させる回転手段と、前記被
    加工物を前記回転軸に沿って移動させて前記被加工物の
    端面を前記作業面に押し当てる移動機構と、前記被加工
    物を前記回転軸が前記作業面の断面曲率中心に対して一
    致したりずれたりするように移動をさせる軸ずらし機構
    とを含み、 前記加工砥石は前記作業面の断面曲率中心に前記被加工
    物の回転軸を一致させて前記被加工物の端面を前記作業
    面に押した時に少なくとも前記端面の中心が接触する部
    分を含む前記作業面の断面中心部が仕上げ加工に適した
    砥粒の構成からなり、前記作業面の断面曲率中心と前記
    被加工物の回転軸をずらして前記被加工物の端面を前記
    作業面に押し当てた時に少なくとも前記端面の中心が接
    触する部分を含む前記作業面の前記断面中心部の両側の
    側面部分が前加工に適した砥粒の構成からなる ことを特
    徴とする球面加工装置。
  3. 【請求項３】 回転して外周面を加工砥石の作業面に押
    し当ててこの作業面の形状を修正する修正工具を有する
    請求項２記載の球面加工装置。
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