JP2000347066A - 光ファイバコネクタ用フェルール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工性に優れ、高い抗折強度及び高い耐摩耗
性を有する光コネクタ用フェルールを提供する。 【解決手段】 本発明の光コネクタ用フェルールは、結
晶化ガラスからなり、表面に金属酸化物膜が被覆されて
いることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバコネク
タ用フェルールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、フェルールは光ファイバコネク
タの重要部品であり、石英ガラス製の光ファイバが挿入
される貫通孔を有する円筒状の部品である。光ファイバ
同士の接続は、フェルールの貫通孔に光ファイバを挿入
固定して先端を研磨等により鏡面に仕上げた後、スリー
ブと呼ばれる外筒管に挿入し、同様に光ファイバが挿入
固定された他のフェルールと突き合わせることによって
行われる。このためフェルールには、優れた寸法精度を
有するのは勿論のこと、この他にも機械的強度が高いこ
と、スリーブへの挿抜時の摩擦に耐える高い耐摩耗性を
有すること、先端を研磨する際に、光ファイバとの被研
磨量が大きく相違しないように石英ガラスに近い被研磨
特性を示すこと、さらには熱膨張係数が石英ガラスに近
いこと等の材質特性が要求される。

【０００３】このようなフェルールの材料としては、ジ
ルコニア、アルミナ等のセラミックス、ガラス及び結晶
化ガラスが使用されている。セラミックスを用いてフェ
ルールを作成した場合、光ファイバの先端を研磨する際
に、光ファイバとの被研磨量が大きく相違するので光フ
ァイバの先端が凹状になる傾向があり光ファイバを接続
した際に接続損失及び反射ロスの点で問題がある。ま
た、フェルールにセラミックスを使用する場合、セラミ
ックスは十分な機械的強度を有しているが、所要の寸法
精度を得るためには、高い機械的強度に抗して切断、研
削、研磨といった多くの工数を要する機械加工が必要に
なるので、生産効率がよくない。

【０００４】一方、ガラスを用いてフェルールを作成し
た場合、加熱して軟化させたガラスの優れた熱加工性を
利用すると生産性は高くなるが、生産された製品は、表
面にキズがつき易く、抗折強度および耐摩耗性が弱いと
いう問題がある。

【０００５】上記のフェルールに対して結晶化ガラスを
用いて作成したフェルールは、ガラスマトリックスを有
しているので加工性はガラスに近く、かつ結晶が析出し
ているので強度や耐摩耗性等の機械的諸特性はセラミッ
クスに近いので、近年では特に有望視されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
結晶化ガラス製フェルールの機械的特性は、ガラスより
高く優れているが、セラミックス製フェルール程には到
らない。特に、スリーブへの挿抜時に入る表面のキズに
より、抗折強度が著しく劣化したり、摩耗粉による接続
不良がセラミックスに比べて発生しやすいという問題点
を有してる。

【０００７】本発明は、以上のような従来の問題点を解
決した光ファイバコネクタ用フェルールを提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の光ファイバコネ
クタ用フェルールは、結晶化ガラスからなり、表面が金
属酸化物膜で被覆されて保護されているので、種々の取
り扱いキズ等の表面欠陥に起因する抗折強度の劣化を防
止することができ、さらに耐摩耗性を向上させることが
できる。

【０００９】本発明でフェルールの表面に形成する金属
酸化物膜は、結晶化ガラスと反応して結晶化ガラス表面
の結晶化度を高める効果を有する析出結晶成分あるいは
核形成成分からなり、例えば、ＺｒＯ₂、ＳｉＯ₂、Ｓｎ
Ｏ₂、Ａｌ₂Ｏ₃及びＴｉＯ₂から選択される少なくとも一
種で構成されている金属酸化物膜が適しており、適宜組
み合わせてもよい。また、金属酸化物膜を結晶化ガラス
よりも小さい熱膨張係数を有する金属酸化物で構成する
と、熱膨張係数の差によって膜表面に圧縮応力が発生
し、さらに抗折強度を向上させることができる点で好ま
しい。

【００１０】発明者等は、種々の研究を行った結果、フ
ェルールの表面に被覆される金属酸化物膜の成分と結晶
化ガラスの成分とが反応すると、結晶化ガラス表面の結
晶化度が高くなり、耐摩耗性が向上することを見出し
た。すなわち、表面に被覆される金属酸化物膜の成分
が、結晶化ガラスの析出結晶成分あるいは、結晶が析出
する際の核形成成分と同じである場合、これら金属酸化
物膜の成分と結晶化ガラスの成分とが界面で相互拡散を
起こす。その相互拡散が起こっている拡散層中では、基
材の結晶化ガラスよりも析出結晶成分の濃度が高くな
り、あるいは核形成成分の濃度が高くなるため、結晶化
度が高くなる。このように結晶化度が高くなると、結晶
化ガラスを構成しているガラスマトリックスよりも析出
結晶の方が硬度が大きいためフェルールの耐摩耗性が向
上する。

【００１１】また、本発明の光ファイバコネクタ用フェ
ルールでは、表面に圧縮応力層を形成しておくことによ
り、抗折強度を向上させることができる。一般に、抗折
強度は、試料に徐々に曲げ荷重を負荷してゆき、試料の
表面に生じた引張応力が破壊強度を超えて破壊が起こる
際の応力の値として表される。フェルールの表面に予め
圧縮応力層が形成されている場合、フェルールに破壊が
起こる際の曲げ荷重値を圧縮応力層の圧縮応力値とほぼ
同程度だけ大きくすることができるので抗折強度が向上
する。

【００１２】フェルールの表面の圧縮応力層は、例え
ば、溶融塩中でイオン交換処理を行うことにより、結晶
化ガラス表面のアルカリイオンをそれより大きなイオン
で置換し、冷却することによっても形成される。また、
一旦結晶化ガラスをガラス転移点以上の温度に加熱した
後、表面と内部とで冷却速度に差が生じるように冷却し
て表面層の収縮量を内部の収縮量よりも大きくするテン
パリング処理により表面の圧縮応力層を形成することも
可能である。

【００１３】さらに、本発明のフェルールは、圧縮応力
層が形成された結晶化ガラスの表面を被覆している金属
酸化物膜が、酸、アルカリ及び水等から表面を保護する
ことができるため耐薬品性が向上しており、圧縮応力の
低下あるいは消失することを防ぐものである。すなわ
ち、結晶化ガラスの表面に酸、アルカリ及び水のいずれ
かが接触すると、結晶化ガラスのガラスマトリックス成
分と反応が起こり、ガラスの網目構造が切断されたり、
ガラスマトリックス中のアルカリ金属成分等が表面から
溶出して結晶化ガラス表面が浸食される。その結果、結
晶化ガラス表面近傍のガラスの構造に変化あるいは破壊
が起こるため、表面のガラスの構造に支えられていた圧
縮応力が緩和あるいは消失し、それに伴って抗折強度は
低下する。本発明では、結晶化ガラス表面が金属酸化物
膜で被覆されているので、酸、アルカリ及び水との反応
が起こらず、表面近傍のガラス構造の変化あるいは破壊
を防ぐことができるため、圧縮応力の緩和あるいは消失
を防ぎ、抗折強度の劣化を抑制することができる。

【００１４】また、本発明のフェルールの表面に被覆さ
れる金属酸化物膜の膜厚は、０．００５〜２．０μｍで
あることが好ましい。膜厚が０．００５μｍ未満では、
膜厚が薄すぎて、耐摩耗性向上およびキズ防止効果が無
くなる。また、膜厚が２．０μｍ以上では金属酸化物膜
にクラックが生じて部分的に剥がれが生じるため好まし
くない。

【００１５】フェルールの表面に金属酸化物膜を形成す
る方法としては、膜形成液に浸漬するディッピング法、
膜形成液を塗布して被成膜物を高速回転させるスピンコ
ート法、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等が使用
可能である。

【００１６】

【作用】本発明の光ファイバコネクタ用フェルールによ
れば、結晶化ガラスの表面に結晶形成成分あるいは核形
成成分からなる金属酸化物膜が被覆されているため、結
晶化ガラス成分と金属酸化物膜成分が相互拡散し、結晶
化ガラスと膜との界面の相互拡散層でガラスより硬度の
高い結晶が基材の結晶化ガラスより多くなるので、耐摩
耗性が向上する。また、結晶化ガラスの表面に金属酸化
物膜が被覆されているため耐薬品性が向上しており、
酸、アルカリ及び水等による浸食を防止して抗折強度の
劣化を抑制することができるとともに、表面にキズが付
きにくくなり表面欠陥に起因する抗折強度の劣化を防止
することができる。

【００１７】また、本発明の光ファイバコネクタ用フェ
ルールは、表面に圧縮応力層を有しているので、抗折強
度を向上させることができる。このような結晶化ガラス
表面の圧縮応力層に加えて、結晶化ガラスと金属酸化物
膜との熱膨張差による膜表面の圧縮応力の発現により、
さらに抗折強度を高くすることができる。

【００１８】以上のことから、本発明の結晶化ガラスか
らなるフェルールは、機械的強度及び耐摩耗性が優れて
いるため、光ファイバコネクタ用フェルールとして好適
である。

【００１９】

【発明の実施の形態】表１に実施例１〜５を、表２に実
施例６〜９を、表３に比較例１〜５を各試料の組成と共
に示す。

【００２０】実施例１〜９及び比較例１の結晶化ガラス
からなるフェルールは、以下のようにして作成した。ま
ず、所定の組成になるように原料を調合し、約１６００
℃で２０時間かけてガラスを溶融したガラスを、直径６
０ｍｍ深さ１ｍｍのカーボン型の中に鋳込み、その後徐
冷を行った。得られたガラスを最高１１００℃にて結晶
化させた後、貫通孔を有する結晶化ガラス母材を作成し
た。さらに得られた結晶化ガラス母材の表面を研削して
真円度を整えた後、加熱延伸加工することによって、貫
通孔を有し、直径２．５ｍｍ、長さ１０．５ｍｍの光フ
ァイバコネクタ用フェルールを得た。

【００２１】実施例２、４、６及び比較例５では、下記
に示すイオン交換処理を、実施例３、５、７、８及び９
ではテンパリング処理を行った。イオン交換処理は、４
００℃に保ったＫＮＯ₃の溶融塩中に試料を浸し１０時
間保持して、ガラス中のＬｉイオンあるいはＮａイオン
をイオン半径の大きいＫイオンで置換することにより行
った。また、テンパリング処理は、６５０℃に保った電
気炉中に３０分間試料を入れた後、取り出して、冷却エ
アーを試料表面に吹きかけることにより行った。

【００２２】次に、実施例１〜９及び比較例５では、こ
の結晶化ガラスフェルールを、所望の金属アルコキシド
のアルコール溶液に浸漬し、所定の速度で引き上げた
後、常温乾燥し、雰囲気温度が５００℃の炉内で１時間
焼成を行い、表面に所望の膜厚の金属酸化物膜を形成し
た。膜厚は、引き上げ速度、及び金属アルコキシドの濃
度を変化させることによって制御した。

【００２３】耐摩耗性は、ＪＩＳ Ｃ５９６１に基づ
き、ジルコニア製のスリーブにフェルールを繰り返し挿
抜し、傷が生じるまでの挿抜回数を求めた。尚傷の判定
は、触針式形状測定器によって行った。

【００２４】抗折強度は、直径２．５ｍｍ、長さ３６ｍ
ｍに加工した材料を用い、３点曲げ法で測定した。この
時のスパンは３０ｍｍとした。実施例の評価結果を表１
及び表２に、比較例の評価結果を表３に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】

【表３】

【００２８】表１及び表２の結果から明らかなように、
表面に金属酸化膜を形成した実施例１の本発明の結晶化
ガラス製のフェルールは、表３に示した比較例２のアル
ミナセラミックス製フェルールや比較例３のジルコニア
セラミックス製フェルールに比べても遜色のない十分な
耐摩耗性を有していることがわかる。さらに、金属酸化
膜に加えて、表面に圧縮応力層を有する実施例２〜９の
本発明の結晶化ガラスフェルールは、耐摩耗性と共に比
較例のセラミックス製フェルールに比べて遜色のない抗
折強度を有するものである。

【００２９】これに対して、表３に示した比較例１の結
晶化ガラス製のフェルールは、耐摩耗性試験では２５０
回でキズがつきはじめ、５００回の繰り返し挿抜後には
試料表面は激しく摩耗していた。また、比較例１の抗折
強度は、表面に圧縮応力層が存在しないため、実施例１
〜９の結晶化ガラス製のフェルールと比べて低くなって
いる。また、比較例４のソーダガラス製のフェルール
は、抗折強度、耐摩耗性ともに実施例１〜９と比べ大幅
に劣っている。比較例５の表面にイオン交換で圧縮応力
を施し、ＺｒＯ₂膜をコートした非晶質ガラス製のフェ
ルールは、抗折強度は５００ＭＰａと実施例１〜９に匹
敵するほどであったが、耐摩耗性が不十分であった。

【００３０】

【発明の効果】本発明の光コネクタ用フェルールは、加
工性に優れた結晶化ガラスからなり、かつ高い抗折強度
及び高い耐摩耗性を有し、しかも、セラミック製フェル
ールよりも安価に製造できるので光ファイバコネクタ用
フェルールとして好適である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結晶化ガラスからなり、表面に金属酸化
   物膜が被覆されていることを特徴とする光ファイバコネ
   クタ用フェルール。
2. 【請求項２】 前記金属酸化物膜が、ＺｒＯ₂、Ｓｉ
   Ｏ₂、ＳｎＯ₂、Ａｌ₂Ｏ ₃及びＴｉＯ₂から選択される少
   なくとも一種により構成されていることを特徴とする請
   求項１に記載の光ファイバコネクタ用フェルール。
3. 【請求項３】 前記金属酸化膜の膜厚が、０．００５μ
   ｍ〜２．０μｍであることを特徴とする請求項１または
   ２に記載の光ファイバコネクタ用フェルール。
4. 【請求項４】 結晶化ガラスの表面に圧縮応力層を有す
   ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光
   ファイバコネクタ用フェルール。