JP2001174668A - 光コネクタ用フェルールとその加工方法及びこれを用いた光ファイバコネクタの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】曲率半径Ｒ及び中心ずれＬが規格内に収まり、
接続損失の小さい光ファイバコネクタを得る。 【解決手段】光コネクタ用フェルール１において、光フ
ァイバ５を挿入固定する前のフェルール１の先端面１１
に曲率半径Ｒを１０〜２５ｍｍ、中心ずれＬを５０μｍ
以下、及び表面粗さ（Ｒａ）を０．２μｍ以下に形成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、光通信等に使用さ
れる、光ファイバを相互に接続する光コネクタ用フェル
ールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光通信などの光信号処理に用いら
れる光ファイバーコネクタは、図８にその概略図を示す
ように、石英からなるシングルモード光ファイバー５を
挿通固定したセラミックスからなる光コネクタ用フェル
ール（以降フェルール１）の先端面１１同士を当接させ
て光接続するようになっている。そして、先端面１１間
における光損失は極力低減する必要があることから、低
損失接続を実現する方法として、図９に示すような先端
面１１を曲率半径１０〜２５ｍｍ程度の略凸球面状に形
成し、その表面を鏡面研摩したフェルール１を使用した
ものがあった。

【０００３】このフェルール１は、図８に示すように、
予め先端面１１を曲率半径が１０〜２５ｍｍの略凸球面
状に形成しておき、貫通孔１２に光ファイバ５を挿入し
て先端面１１より若干突出させた状態で接着剤（不図
示）により固着し、光ファイバ５の突出部分を除去した
のち、先端面１１全体に仕上げ研摩を施してその表面を
鏡面に仕上げることによって製造されていた（特開昭６
３−２０５６１８号参照）。

【０００４】また、図１０に示すように、フェルール１
の先端面１１における仕上げ研摩時間を短縮することを
目的として、フェルール１の先端面１１を、貫通孔１２
から外周部１３に向かって深さが深くなる複数の溝を放
射状に設けてなる曲率半径ｒの略凸球面状に形成し、前
記貫通孔１２に光ファイバ５を挿通固定したあと、上記
略凸球面状をした先端面１１の頂部１７を前記曲率半径
ｒよりも大きい曲率半径Ｒに研摩して上記頂部１７と光
ファイバ先端面５１とが同一曲率となるように仕上げ研
磨を施してその表面を鏡面に仕上げることによって製造
することも行われていた（特開平１０−０７３７４１号
参照）。

【０００５】その為、上記のいずれの従来例において
も、フェルールの先端面は貫通孔１２に光ファイバ５を
挿通固定した後に、上記略凸球面状の先端面１１に仕上
げ研磨を施すために、光ファイバ５の挿入固定前のフェ
ルール１の先端面１１の表面粗さは、仕上げ研磨後の最
終製品に要求される表面粗さＲａ０．２μｍ以下の鏡面
に仕上げておく必要がなく、砥石が安価でしかも加工時
間の早い２μｍを越えた粒径の粗いダイヤモンド砥石を
用いた研削加工で十分であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のいずれの従来例
においても、フェルール１に光ファイバ５を接着固定後
の仕上げ研磨は、図１１に示すように、ゴム板１２５に
研摩砥粒１２６を固着した研摩シート１２７を貼り付け
た研摩部材１２８に対して垂直にフェルール１の先端面
１１を押圧し、フェルール１を８の字に回転させること
で、光ファイバ先端面５１とフェルール１の頂部１７と
が同一の曲率をもった凸球面となるように形成する方法
が一般的である。ところが、この方法ではゴム板１２５
の弾性変形を利用して凸球面研磨しているので、ゴム板
１２５の硬度、ゴム板１２５の弾性力の劣化等の影響に
より、先端面１１の曲率半径のバラツキが大きく、１０
〜２５ｍｍという規格値から外れることがあり、又頂点
ずれにおいてもバラツキが大きく５０μｍ以下という規
格値から外れることもあり、その為光ファイバコネクタ
の特性で最も重要な接続損失においてもバラツキが大き
く、規格値である０．３ｄＢから外れるものが生じると
いう課題があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記に鑑みて本発明は、
軸方向に光ファイバを収納するための貫通孔を有する略
円筒状の光コネクタ用フェルールにおいて、平均結晶粒
径が０．１〜１．０μｍであり、かつ気孔率が３％以下
であるジルコニアセラミックスからなり、上記光コネク
タ用フェルールの先端面は略凸球面状をなし、貫通孔を
中心とした先端面の少なくとも直径２５０μｍ以上の範
囲において、曲率半径が１０〜２５ｍｍ、貫通孔の中心
と先端面の凸球面の中心との中心ずれが５０μｍ以下、
及び表面粗さ（Ｒａ）が０．２μｍ以下であることを特
徴とする。

【０００８】また、前記フェルールの先端面を、平均粒
径２μｍ以下のダイヤモンド砥石を用いて球面形成加工
を行うことを特徴とする。

【０００９】更に、光ファイバコネクタにおいて、前記
フェル−ルの貫通孔に光ファイバを挿入固定して接着剤
で固定し、フェルール先端面から突出した光ファイバお
よび接着剤のみを研磨することを特徴とした。

【００１０】即ち、従来は光ファイバを挿入固定した
後、フェルールの先端面、接着剤、及び光ファイバ先端
面を研磨し凸球面を形成していたが、本発明では予めフ
ェルールの先端面に凸球面を形成しておき、光ファイバ
を挿入固定した後、光ファイバ先端面及び接着剤のみを
研磨するようにしたものである。

【００１１】つまり、本発明によれば、光ファイバを挿
入固定する前のフェルールの先端面に曲率半径を１０〜
２５ｍｍ、中心ずれを５０μｍ以下、及び表面粗さ（Ｒ
ａ）を０．２μｍ以下としたことにより、光ファイバを
挿入固定後の仕上げ研磨において、フェルールの先端面
の凸球面を案内として先端部から突出した光ファイバ及
び接着剤のみを研磨し、光ファイバ先端面に凸球面を形
成することが出来、曲率半径及び中心ずれは仕上げ研磨
前と変化がないので接続損失の小さい光ファイバコネク
タを得ることが出来る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を図によっ
て説明する。

【００１３】図１は本発明の実施形態を示す光コネクタ
用フェルールの断面図で、フェルール１の略凸球面状の
先端面１１と外周面１３とのつなぎ部分にスリーブ挿入
ガイド１４を設け、該フェルール１の中心には先端面１
１から軸方向に貫通孔１２が円錐状のファイバ挿入ガイ
ド１６につながり後端部１５まで伸びた構造となってい
る。又、後端部１５にはフランジ２が固定されている。

【００１４】図２、３に示すように上述したフランジ２
をバネ３等で付勢した状態でプラグハウジング４内に配
置し、該プラグハウジング４の外周にネジ等の取り付け
部材６を備え、上記フェルール１の貫通孔１２に光ファ
イバ５を挿入しエポキシ接着剤等の接着剤１００を用い
て固定して、コネクタプラグ８を構成する。一方、アダ
プタ９には上記フェルール１を挿入するためのスリーブ
７と、取付部材６に合致するようなネジ９１を備えてい
る。

【００１５】いま、アダプタ９の両側からコネクタプラ
グ８を挿入して、フェルール１をスリーブ７内に挿入
し、互いのフェルール１の先端面１１同士を当接させ、
取付部材６で固定すれば光ファイバコネクタを構成する
ことが出来る。

【００１６】該フェルール１は外径Ｄ＝φ２．５ｍｍ、
長さＬ＝１０．５ｍｍ、貫通孔ｄ＝φ０．１２６ｍｍ、
が一般的な寸法である。

【００１７】又、フェルール１の材質としては、樹脂、
金属、セラミック、ガラスいずれでも同じ効果がある
が、特にジルコニアを主成分とするセラミックスが最適
である。具体的には、ＺｒＯ₂を主成分とし、安定化剤
としてＹ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＣｅＯ₂、Ｄｙ₂Ｏ₃等
の一種以上を含有するもので、正方晶の結晶を主体とし
た部分安定化ジルコニアセラミックスを用いる。又、こ
の様なジルコニアセラミックス製のフェルール１を製造
する場合は、上記の原料粉末を用い、押出成形や射出成
形もしくはプレス成形等で所定形状に成形した後、焼成
することによって得られる。

【００１８】このジルコニアセラミックスは、平均結晶
粒径が０．１〜１．０μｍであり、かつ気孔率が３％以
下であるものを適用できる。ここで平均結晶粒径が１．
０μｍを越えると結晶間の空隙が大きくなり良好な外周
面が得られず、又原料混合時ボールミル等で粉砕を行う
時に安定して０．１μｍ以下に粒度を調整することが困
難であり、焼成後は結晶が粒成長するため更に径が大き
くなる為に０．１μｍ以上とした。気孔率はフェルール
の個体中に含まれる空隙の割合を百分率であらわしたも
ので３％を越えると気孔部分が先端面１１の面粗さを悪
化させてしまうことになる。

【００１９】該フェルール１の後端部１５に固定されて
いるフランジ２の材質はステンレス鋼、銅合金にニッケ
ルメッキ仕上げしたもの、真鍮にニッケルメッキ仕上げ
したもの、洋白にニッケルメッキ仕上げしたもの等の金
属製を用いることができる。

【００２０】このフェルール１はシングルモ−ド、マル
チモード共に適用できる。

【００２１】次に、フェルール１の先端部１１の接触領
域１１ａと中心ずれＬについて図４及び図５を用いて説
明する。

【００２２】フェルール１の先端面１１は略凸球面状を
なし、貫通孔１２の中心１２ａを中心とした先端面１１
の少なくとも直径２５０μｍ以上の範囲において、曲率
半径Ｒが１０〜２５ｍｍ、貫通孔１２の中心１２ａと先
端面１１の凸球面の中心１１ｂとの中心ずれＬが５０μ
ｍ以下、及び表面粗さ（Ｒａ）が０．２μｍ以下とした
形状としている。

【００２３】ここで、曲率半径Ｒ、中心ずれＬ、及び表
面粗さを上記のように限定した範囲を、貫通孔１２の中
心１２ａを中心とした先端面１１の少なくとも直径２５
０μｍ以上としたのは、図４に示すように、光ファイバ
コネクタ内でフェルール１の先端面１１同士が接触する
接触領域１１ａは２００〜２５０μｍの範囲なので少な
くとも直径２５０μｍ以上の範囲と規定した。

【００２４】又、曲率半径Ｒを１０〜２５ｍｍとしたの
は、曲率半径Ｒが１０ｍｍ未満であると、光ファイバ５
を挿入固定したフェルール１同士を当接させたときに、
フェルール１の先端部１１の曲率半径が小さすぎるため
に接着剤１００がせん断剥離を生じてしまうために１０
ｍｍ以上とした。又、曲率半径Ｒが２５ｍｍを越える
と、光ファイバ５を挿入固定したフェルール１同士を当
接させたときに、フェルール１の先端部１１の曲率半径
Ｒが大きすぎるために光ファイバ先端面５１が十分に弾
性変形せず光ファイバ５同士が完全に接合されなくなる
ために２５ｍｍ以下とした。このことは、国際電気標準
会議（以降ＩＥＣ）における規格書IEC 61754-6の表１
においても、光ファイバコネクタに組み込まれた状態の
フェルール１の先端面１１の曲率半径Ｒとして１０〜２
５ｍｍと規定されている。

【００２５】次に、図５に貫通孔１２の中心１２ａと先
端面１１の凸球面の中心１１ｂとの中心ずれＬについて
示す。中心ずれの測定方法は干渉縞を用いて凸球面の中
心位置を求め、貫通孔１２の中心１２ａとの距離を測定
する。この中心ずれＬを５０μｍ以下としたのは、５０
μｍを越えると、光ファイバ５を挿入固定したフェルー
ル１同士を当接させたときに、フェルール１の先端部１
１の中心ずれＬが大きすぎるために光ファイバ先端面５
１が十分に弾性変形せず光ファイバ５同士が完全に接合
されなくなるためである。このことは、上記曲率半径Ｒ
同様に、ＩＥＣにおける規格書IEC 61754-6の表１にお
いても、光ファイバコネクタに組み込まれた状態のフェ
ルール１の先端面１１の中心ずれＬを５０μｍ以下と規
定されている。

【００２６】更に、先端面１１の表面粗さ（Ｒａ）を
０．２μｍ以下としたのは、０．２μｍを越えると、フ
ェルール１の仕上げ研磨時において、フェルール１の先
端面１１の凹部に研磨砥粒が入り込みそれにより光ファ
イバ先端面５１にも研磨キズが入りやすくなるためであ
る。

【００２７】即ち、従来はフェルール１に光ファイバ５
を挿入固定した後、フェルール１の先端面１１、接着剤
１００、及び光ファイバ先端面５１を研磨し凸球面を形
成していたが、本発明では予めフェルール１の先端面１
１に凸球面を形成しておき、光ファイバ５を挿入固定し
た後、光ファイバ先端面５１及び接着剤１００のみを研
磨するという点で光ファイバコネクタの製造方法として
の違いがある。

【００２８】つまり、本発明によれば、光ファイバ５を
挿入固定する前のフェルール１の先端面１１の形状を、
光ファイバコネクタに組み立てられた状態でのフェルー
ル１に要求されている先端面１１の形状である、曲率半
径Ｒを１０ｍｍ〜２５ｍｍ、中心ずれを５０μｍ以下、
及び表面粗さ（Ｒａ）を０．２μｍ以下と同一に形成す
ることにより、光ファイバ５を挿入固定後の仕上げ研磨
において、フェルール１の先端面１１の凸球面を案内と
して、先端面１１から突出した光ファイバ５及び接着剤
１００のみを削り、光ファイバ先端面５１に凸球面を形
成することが出来る。

【００２９】次に、フェルール１の先端面１１を上記形
状である、曲率半径Ｒを１０ｍｍ〜２５ｍｍ、中心ずれ
Ｌを５０μｍ以下、及び表面粗さ（Ｒａ）を０．２μｍ
以下とするための球面形成加工の加工方法は、砥石形状
転写型および、球面創成型の２通りの方法がある。

【００３０】このうち、砥石形状転写型は図６に示すよ
うに、外周面１１１に曲率半径１０〜２５ｍｍの凹部１
１２を有する円筒状をした砥石を５００〜２００００ｒ
ｐｍ程度の速度で回転させ、フェルール１を砥石１１３
に対して回転比で１／２〜１／１００の速度で回転さ
せ、砥石１１３に対して垂直に先端面１１を当接させる
ことによりフェルール１の先端面１１には砥石１１３の
形状が転写される加工方法である。

【００３１】この砥石１１３に平均粒径２μｍ以下の微
細なダイヤモンド砥石を用いれば、先端面１１の面粗さ
が０．２μｍ以下の鏡面に仕上げられる。

【００３２】次に、球面創成型は図７に示すように、球
面用カップ砥石１１５をフェルール１の回転中心に対し
傾斜させて配置し、フェルール１及び球面用カップ砥石
１１５ともに回転させて先端面１１に凸球面を形成する
加工方法である。

【００３３】この球面用カップ砥石１１５の先端部１１
６に平均粒径２μｍ以下の微細なダイヤモンド砥石を用
いれば、先端面１１の面粗さが０．２μｍ以下の鏡面に
仕上げられる。

【００３４】この２方法いずれにおいてもフェルール１
の先端面１１の表面粗さ（Ｒａ）を０．２μｍ以下の鏡
面に仕上げることが出来ると共に、図１１に示したゴム
板と研磨シートを使用した加工方法に比べ、フェルール
１には光ファイバ５が付いていないので加工時に自動供
給、自動排出が可能となりしかもフェルール１を回転さ
せて加工が出来るので高速でしかも安定した品質の凸球
面が形成出来、曲率半径Ｒを１０〜２５ｍｍ、中心ずれ
Ｌを５０μｍ以下の規格内に余裕をもって形成すること
が可能となる。

【００３５】いずれの方法においても、研磨砥粒が細か
いので加工時間が多大にかかることになるが、仕上げ寸
法の直前まで粒径の大きい砥石で加工したあと、最終仕
上げを上記加工方法を採用することにより加工時間を短
縮できる。

【００３６】このように、光ファイバ５を挿入固定する
前のフェルール１の先端面１１の曲率半径Ｒを１０〜２
５ｍｍとし、中心ずれＬを５０μｍ以下、及び表面粗さ
（Ｒａ）を０．２μｍ以下としたことにより、光ファイ
バ５を挿入孔１２へ挿入して接着剤により固定した後の
仕上げ研磨において、フェルール１の先端面１１の凸球
面を案内として、先端面１１から突出した光ファイバ５
及び接着剤１００のみを削り、光ファイバ先端面５１に
凸球面を形成することが出来る。

【００３７】つまり、曲率半径Ｒ及び中心ずれＬは仕上
げ研磨前の規格値に対し余裕をもった値に形成されてい
るので、光ファイバコネクタにおいて重要な特性である
接続損失の小さい光ファイバコネクタを得ることが出来
る。

【００３８】以上より、従来はフェルール１に光ファイ
バ５を挿入固定した後、フェルール１の先端面１１、接
着剤１００、及び光ファイバ先端面５１を研磨し凸球面
を形成していたが、本発明では予めフェルール１の先端
面１１に凸球面を形成しておき、光ファイバ５を挿入固
定した後、光ファイバ１の先端面１１及び接着剤１００
のみを研磨することによって、容易に接続損失の小さい
光ファイバコネクタを製造することができる。

【００３９】

【実施例】ここで、以下に示す方法で実験を行った。

【００４０】ジルコニアセラミックス製のシングルモー
ドフェルールの外径Ｄ＝φ２．５ｍｍ、長さＬ＝１０．
５ｍｍ、貫通孔ｄ＝φ０．１２６ｍｍで、本発明の１μ
ｍのダイヤモンド砥石を使用した砥石形状転写型の加工
方法を用いた、曲率半径が約１５〜２０ｍｍ、中心ずれ
が１０〜３０μｍのフェルールに光ファイバを挿通固定
した後、光ファイバ先端面のみを仕上げ研磨したサンプ
ルを２０個準備し、比較例として従来のフェルールに光
ファイバを挿通固定した後、光ファイバ先端面のみなら
ずフェルールの先端面も仕上げ研磨したサンプルを２０
個準備し、それぞれ図３に示す光ファイバコネクタに組
み上げて、接続損失を測定した。

【００４１】その結果を表１に示す。

【００４２】

【表１】

【００４３】この結果より、従来の光コネクタ用フェル
ールをもちいた光ファイバコネクタは曲率半径、中心ず
れ、接続損失において、平均値が各々１９．５ｍｍ、３
３．７μｍ、０．２１ｄＢ、及び標準偏差が各々４．２
５ｍｍ、１２．７μｍ、０．１３ｄＢと大きいのに比
べ、本発明の光コネクタ用フェルールをもちいた光ファ
イバコネクタは曲率半径、中心ずれ、接続損失におい
て、平均値が各々１７．５ｍｍ、２０．７μｍ、０．１
３ｄＢ、及び標準偏差が各々０．６２ｍｍ、６．２７μ
ｍ、０．０７ｄＢと全てにおいて小さいことがわかる。

【００４４】

【発明の効果】このように、本発明によれば、光ファイ
バ５を挿入固定する前のフェルール１の先端面１１に曲
率半径Ｒを１０〜２５ｍｍ、中心ずれＬを５０μｍ以
下、及び表面粗さ（Ｒａ）を０．２μｍ以下と形成した
ことにより、光ファイバ５を挿入固定後の仕上げ研磨に
おいて、フェルール１の先端面１１は削らないで該先端
面１１の曲率半径Ｒを案内として光ファイバ先端面５１
に凸球面を形成することが出来、曲率半径Ｒ及び中心ず
れＬは仕上げ研磨前と変化がなく、接続損失の小さい光
ファイバコネクタを得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光コネクタ用フェルールにフランジを
固定した状態を示す断面図である。

【図２】本発明の光コネクタ用フェルールを用いた光フ
ァイバコネクタを示す斜視図である。

【図３】本発明の光コネクタ用フェルールを用いた光フ
ァイバコネクタを示す縦断面図である。

【図４】本発明の光コネクタ用フェルールの接触領域を
説明する図である。

【図５】本発明の光コネクタ用フェルールの中心ずれを
説明する図である。

【図６】本発明の光コネクタ用フェルールの加工方法を
示す図である。

【図７】本発明の光コネクタ用フェルールの加工方法を
示す図である。

【図８】一般的な光ファイバコネクタの接合部を示す概
略図である。

【図９】一般的な光コネクタ用フェルールを示す斜視図
である。

【図１０】従来の光コネクタ用フェルールを示す図であ
り、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）はＸ−Ｘ
線断面図である。

【図１１】従来の光コネクタ用フェルールの仕上げ研磨
方法を示す概略図である。

【符号の説明】

１ フェルール １１ 先端面 １１ａ 接触領域 １１ｂ 凸球面の中心 １２ 貫通孔 １２ａ 貫通孔の中心 １３ 外周面 １４ スリーブ挿入ガイド １５ 後端部 １６ 光ファイバ挿入ガイド １７ 頂部 ２ フランジ ３ バネ ４ プラグハウジング ５ 光ファイバ ５１ 光ファイバ先端面 ６ 取付部材 ７ スリーブ ８ コネクタプラグ ９ アダプタ ９１ ネジ １００ 接着剤 １１１ 外周面 １１２ 凹部 １１３ 砥石 １１５ 球面用カップ砥石 １１６ 先端部 １２５ ゴム板 １２６ 研磨砥粒 １２７ 研磨シート １２８ 研磨部材 Ｒ 曲率半径 Ｌ 中心ずれ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸方向に光ファイバを収納するための貫通
   孔を有する略円筒状の光コネクタ用フェルールにおい
   て、平均結晶粒径が０．１〜１．０μｍ、かつ気孔率が
   ３％以下のジルコニアセラミックスからなり、略凸球面
   状の先端面を有するとともに、該先端面における貫通孔
   の中心を中心とした少なくとも直径２５０μｍ以上の範
   囲において、曲率半径が１０〜２５ｍｍ、貫通孔の中心
   と先端面の略凸球面の中心との中心ずれが５０μｍ以
   下、及び表面粗さ（Ｒａ）が０．２μｍ以下であること
   を特徴とする光コネクタ用フェルール。
2. 【請求項２】請求項１記載の光コネクタ用フェルールの
   先端面を、平均粒径２μｍ以下のダイヤモンド砥石を用
   いて略凸球面状に加工することを特徴とする光コネクタ
   用フェルールの加工方法。
3. 【請求項３】請求項１記載の光コネクタ用フェルールの
   貫通孔に光ファイバを挿入固定して接着剤で固定し、フ
   ェルール先端面から突出した光ファイバおよび接着剤の
   みを研磨することを特徴とする光ファイバコネクタの製
   造方法。