JP2002156551A - 光コネクタ用フェルールおよびそれを用いた光ファイバ固定具およびその加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】割スリーブへの挿入性を犠牲にすることなく、
光ファイバ接着後の研磨時間を大幅に削減し光コネクタ
の製造原価を大幅に削減する。 【解決手段】軸方向の貫通孔２６に光ファイバ４１を収
納した略円柱状の光ファイバ固定具において、光コネク
タ用フェルールＦの先端面２３が上記貫通孔２６を中心
とした第一の曲面部分２９とその外周部である第二の曲
面部分２８からなる２段曲面形状とした。

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、光ファイバを収納する前の光コネクタ用フェルー
ルおよび光ファイバを収納した光ファイバ固定具および
その加工方法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
れる光ファイバーを固定するための光コネクタ用フェル
ールは、光ファイバ同士を接続するために用いられる光
コネクタに用いられている。

【０００３】従来の、光コネクタ用フェルールは図４に
示すように、光ファイバを接着する前は、フェルールの
先端面２３を予め最終仕上げ寸法である曲率半径１０ｍ
ｍ≦Ｒ≦２５ｍｍで球面加工した形状を有していた（特
開昭６３−２０５６１８号参照）。

【０００４】また、図５に示すように、先端面２３が外
周部２１に対して直角に位置する直径０．５ｍｍ以下の
平坦面をなすとともに、該先端面２３を含む先端面２３
分と外周部２１とのつなぎ部分にテーパー状の挿入ガイ
ド２２が形成された略円錐台形をなしていたものがあっ
た。なお、この略円錐台形の高さとしては、フェルール
Ｆ全長の１０％以下とされていた（特開昭６３−５６６
１８号参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記図４に示す、先端
面２３を曲率半径１０ｍｍ≦Ｒ≦２５ｍｍの凸曲面とし
た光コネクタ用フェルールＦでは、光ファイバ接着後の
研磨作業をフェルールＦから突出する光ファイバのみに
対して行えばよく、光ファイバの先端をポリシャ面に垂
直に押し当てて摺接させることで容易に研磨でき、硬質
なフェルールＦの凸曲面状をした先端面２３は光ファイ
バ突出部分が研磨に際して加工進行のストッパとして作
用する、すなわちフェルールＦの先端面２３は研磨され
ないとされていた。

【０００６】しかしながら、実際は一対のフェルールＦ
を結合させる際に、フェルールＦのバネ性により両者が
密接に接合するよう、先端面２３を曲率半径２０ｍｍ程
度の球面状に研磨するため先端面２３の頂上付近も研磨
され、さらに先端面２３全体の面粗さを均質にするため
全体を研磨していた。これにより研磨面積が大きくなる
ため仕上げ研磨の時間が大幅にかかっていた。

【０００７】次に図５に示す、先端面２３が円錐台形を
した従来の光コネクタ用フェルールＦにおいては、フェ
ルール先端面２３の円錐台形を構成するテーパー部分が
スリーブへの挿入ガイド２２となっているが、良好な挿
入性を維持するためにこの角度を４０゜以上とってい
た。

【０００８】このようなフェルールＦに光ファイバを接
着した後の研磨作業において、先端面２３が平坦である
ため角部分も削られることになるが、上述のように挿入
ガイドのテーパー角度が４０°以上あるので研磨面積と
しては小さいが、深さがあるので接着後の加工時間が長
くなり、すなわち図６（Ａ）に示すように光ファイバ接
着後の研磨作業において、先端面２３が平坦であるため
斜線で示すように、先端面２３の角部分２７も削られる
ことになる。そのため研磨面積も大きくしかも、深さも
あるので接着後の研磨加工時間は長くなり、光コネクタ
としての製造原価の低減にはつながらなかった。

【０００９】また、上記円錐台形の高さとしては例えば
フェルール全長が６．５ｍｍのものにあっては０．６５
ｍｍ以下、長さ１０．５ｍｍのものにあっては１．０５
ｍｍ以下となるが、この台形の端面径がφ０．５ｍｍ以
下として規定されている最小値として、頂点をもった円
錐台形とした場合でも、Ｒ２０程度の球面状に研磨する
ためにはファイバの周囲の部分はある程度の深さに削ら
なければならなかった。すなわち、図６（Ｂ）に示すよ
うに研磨面積は少ないが、斜線に示すように角部分２７
が削られることになり、図６（Ａ）の場合よりは改善さ
れるものの接着後の研磨加工時間は十分に短くはならな
い。

【００１０】このように、従来技術においては研磨量が
多いので、ある程度の研磨荷重が必要となり、安価なア
ルミナ製の研磨シートで研磨すると削れ易い光ファイバ
が多く削れ、フェルールＦと光ファイバとの間に段差が
できる。そのため、かなり高価なダイヤモンド製の研磨
シートで研磨し、ＳｉＯ₂製の研磨シートで仕上げ研磨
する方法しかなかった。これも光コネクタの製造原価を
低減できない一つの要因となっていた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記に鑑みて本発明は、
光ファイバを収納すべく軸方向に貫通孔を有する略円筒
状の光コネクタ用フェルールであって、先端面２３の曲
率半径が１ｍｍ≦Ｒ１＜１０ｍｍの略球面形状であるこ
とを特徴とする。

【００１２】又、光コネクタ用フェルールの軸方向の貫
通孔に光ファイバを収納した光ファイバ固定具であっ
て、上記光コネクタ用フェルールの先端面が上記貫通孔
を中心とした第二の曲面部分とその外周部である第一の
曲面部分からなる２段曲面形状であることを特徴とす
る。

【００１３】更に、第一の曲面部分の曲率半径が１ｍｍ
≦Ｒ１＜１０ｍｍの範囲にあり、第二の曲面部分の曲率
半径が１０ｍｍ≦Ｒ２≦２５ｍｍの範囲にあることを特
徴とする。

【００１４】又、第一の曲面部分の表面粗さが０．００
５μｍ≦Ｒａ１≦０．２μｍの範囲内にあり、第二の曲
面部分の表面粗さが０．０００５μｍ≦Ｒａ２＜０．０
１μｍの範囲内にあり、かつＲａ１≧Ｒａ２であること
を特徴とする。

【００１５】しかも、軸方向に貫通孔を有する略円筒状
の光コネクタ用フェルールの先端面を曲率半径を１ｍｍ
≦Ｒ１＜１０ｍｍの範囲に球面加工した後、光ファイバ
を挿入接着固定し、前記先端面を曲率半径１０ｍｍ≦Ｒ
２≦２５ｍｍで球面加工仕上げすることを特徴とする。

【００１６】

【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。

【００１７】図１は本実施例の光コネクタ用フェルール
（以下、フェルールと略称する）Ｆを示し、該フェルー
ルＦには中央に光ファイバを収納する貫通した貫通孔２
６が形成されている。また、先端面２３には曲率半径が
１ｍｍ≦Ｒ１＜１０ｍｍの略球面形状である凸球面を有
しており、その後側には外周部２１とのつなぎ部として
２０°〜６０°のテーパー角を有する円錐台形状をした
挿入ガイド２２が設けられ、他方、後端部２４には円錐
台形状である光ファイバ挿入部２５を設けた形状となっ
ている。

【００１８】又、前記光コネクタ用フェルールに光ファ
イバを挿入接着固定した後、先端面２３を研磨仕上げし
た光ファイバ固定具を図２に示す。光コネクタ用フェル
ールＦの後端にはフランジ４０が接着もしくは圧入等で
固定されている。光ファイバ４１が貫通孔２６に接着剤
４２にて固定されており、先端面２３は貫通孔２６を中
心とした第二の曲面部分２８とその外周部である第一の
曲面部分２９からなる２段曲面形状であり、第一の曲面
部分２９の曲率半径が１ｍｍ≦Ｒ１＜１０ｍｍの範囲に
あり、第二の曲面部分２８の曲率半径が１０ｍｍ≦Ｒ２
≦２５ｍｍの範囲にある。

【００１９】ここで、第二の曲面部分２８の曲率半径を
１０ｍｍ≦Ｒ２≦２５ｍｍの範囲としたのは、光コネク
タのフェルールＦの先端面２３の規格が曲率半径１０〜
２５ｍｍと規定されているので同じ範囲内とした。

【００２０】又、第一の曲面部分２９の曲率半径が１ｍ
ｍ≦Ｒ１＜１０ｍｍの範囲としたのは、Ｒ１を１０以上
とすると、光ファイバ４１接着固定後の先端面２３の研
磨時に第一の曲面部分２９が削れてしまい、研磨時間を
短くできなくなるからである。つまり、第一の曲面部分
２９は、研磨仕上げする前のフェルール段階での曲面が
研磨仕上げ加工後においても加工されずに残っている部
分である。また、曲率半径Ｒ１を１ｍｍ未満としたの
は、外径φ２．５ｍｍフェルールの場合には、挿入ガイ
ド２２と先端面２３の境界部である角部分２７の直径が
約φ２．０ｍｍなので、曲率半径Ｒ１を１ｍｍ未満にす
ることは不可能になるからである。

【００２１】第一の曲面部分２９と第二の曲面部分２８
の境界部３０は曲率半径の微妙な変化部なので肉眼では
判別しにくいが、形状測定器等で測定すると判別できう
る。

【００２２】第一の曲面部分２９はフェルールＦ単体で
の研削もしくは研磨で加工されるので表面粗さが０．０
０５μｍ≦Ｒａ１≦０．２μｍの範囲と第二の曲面部分
２８に比べて粗い面状態となる。それに対し、第二の曲
面部分２８は仕上げ研磨加工なので表面粗さが０．００
０５μｍ≦Ｒａ２＜０．０１μｍの範囲内となり非常に
凹凸の少ない表面状態となっている。この表面粗さＲａ
とは材料の表面の粗さの算術平均粗さを表す。

【００２３】ここで、第一の曲面部分２９の表面粗さＲ
ａ１が０．００５μｍ未満であれば、研磨コストが増大
してしまい、また０．２μｍを越えると光コネクタの規
格に適合できなくなる。また、第二の曲面部分２８の表
面粗さＲａ２が０．０００５μｍ未満の表面は、現在の
セラミックスの加工での限界であり更に形状測定器での
測定限界である。また、０．０１μｍ以上であれば表面
状態が粗すぎる為にフェルールＦ同士を割スリーブ内で
接続したときに、フェルールＦの先端面２３が隙間なく
接合できずに接続損失が大きくなりしかも反射損失が大
きくなるために上記の様に設定した。

【００２４】第一の曲面部分２９の表面粗さＲａ１と第
二の曲面部分２８の表面粗さＲａ２との関係はＲａ１≧
Ｒａ２である必要がある。フェルールＦ同士が接合する
部分の表面は細かい面粗さでなければならず、またＲａ
１とＲａ２は同じ表面粗さであってもかまわない。

【００２５】ここで、Ｒａ１とＲａ２の値が重複する領
域があるが、これは光コネクタの使用される領域によっ
て要求される表面粗さが違うからである。例えば、ＤＷ
ＤＭ用途に使用される光コネクタの先端面２３の表面粗
さはかなり細かいものが要求されるし、またＬＡＮ用途
にに使用される光コネクタには厳しい表面粗さの要求は
なく、安価なコストを優先される為に表面粗さは粗い物
で十分である。

【００２６】本発明の光がファイバ固定具の先端面２３
の形状を図３に示す。第一の曲面部分２９と第二の曲面
部分２８が境界部３０を境にして曲率半径を変化させた
形状になっている。図３からも判断できるように、予め
形成された第一の曲面部分２９から仕上げ研磨にて取り
除かれる第二の曲面部分２８の加工除去部分３１は極め
て少なくてすむことがわかる。

【００２７】しかも、第一の曲面部分２９の曲率半径Ｒ
１と第二の曲面部分２８の曲率半径を近い値にすればす
る程、仕上げ研磨にて加工除去部分は少なくなるが、近
すぎると第一の曲面部分２９まで研磨してしまうので、
注意が必要である。

【００２８】ここで、仕上げ研磨領域ｄは直径２５０μ
ｍ〜５００μｍの範囲内にあることが理想的である。こ
れは２５０μｍが光コネクタ同士を結合させた際に接触
する領域が２００μｍ程度であるために余裕をみて２５
０μｍが最低必要であり、又５００μｍを越えると仕上
げ研磨量が極端に増えるからである。ただし、この値は
本発明の光ファイバ固定具での理想値であって、それ以
外の範囲であってもかまわない。

【００２９】次に、前記挿入ガイド２２のテーパー角と
しては２０°〜６０°の範囲が好ましい。上記テーパー
角がこの角度範囲内であればフェルールＦを不図示の割
スリーブに挿入する際に、スムーズに挿入できるのに対
して、２０°より小さい場合或いは６０°より大きい場
合のいずれにしても、挿入途中で一旦引っ掛かりがある
可能性が大きく、フェルールＦおよび割スリーブや光コ
ネクタのハウジングに悪い影響を与える恐れがある。

【００３０】ここで、本発明のフェルールＦを形成する
材料は、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素、窒化アルミ、
コージュライト、ムライト等のセラミックス、硼珪酸ガ
ラス、結晶化ガラス、金属ガラス等の無機物、またはス
テンレススチール、もしくはＮｉ−Ｃｏ−Ｆｅ合金、Ｎ
ｉ−Ｆｅ合金、銅合金等のＮｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｃ
ｏ等を含有した金属やその合金、ポリイミド樹脂やエン
ジニアプラスチック、高分子液晶などの有機物質など何
れでも用いることが出来る。

【００３１】この中でも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、Ｃ
ｅＯ₂、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Ｆ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。

【００３２】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２３の面粗さを悪
化させてしまうことになる。

【００３３】該フェルールＦの後端部２４に固定されて
いるフランジ４０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。

【００３４】このフェルールＦはシングルモ−ド、マル
チモード共に適用できる。

【００３５】次に、本発明の光ファイバ固定具の先端面
２３の加工方法について説明する。

【００３６】まずフェルールＦの素材は、主に用いられ
るジルコニアセラミックスを例にすると、射出成形、粉
末冶金等で材料の段階で形状を成型するか、もしくは、
押出成形等で円筒状の材料を製作した後、研削、切削等
の機械加工で形成する方法とがある。先端面２３はフェ
ルールＦを旋盤にて回転させながらダイヤモンド砥石で
凸球面状に加工する。このときの曲率半径は１ｍｍ≦Ｒ
１＜１０ｍｍとしその表面粗さは０．００５μｍ≦Ｒａ
１≦０．０１μｍとして第一の曲面部分２９が形成され
る。

【００３７】この加工方法は、従来の図４に示す凸球面
加工の曲率半径を変えるだけなので特別な加工機を準備
する必要がなく従来の加工技術をそのまま生かすことが
出来る。

【００３８】次に、フェルールＦの後端部２４にフラン
ジ４０を圧入もしくは接着にて固定し、光ファイバ４１
の先端面２３の樹脂製被覆を除去しフランジ４０の後端
部からフェルールＦの貫通孔２６に挿入し、接着剤４２
を用いて硬化固定する。その後、フェルールＦの先端面
２３を曲率半径１０ｍｍ≦Ｒ２≦２５ｍｍおよびその表
面粗さが０．０００５μｍ≦Ｒａ２≦０．０５μｍにな
るように仕上げ研磨加工を行い、第二の曲面部分２８を
形成する。このとき第一の曲面部分２９はフェルールＦ
の加工にて形成された曲面そのままの状態であり、仕上
げ研磨では加工されてはいない。

【００３９】これより、仕上げ研磨量が極めて少ない量
ですむために、短時間で加工できそれにより光コネクタ
の価格を極端に低減できうる。

【００４０】先端面２３の仕上げ研磨は、まずナイフエ
ッジによって接着剤からとびだした光ファイバをカット
し、ダイヤモンド製の研磨シートで粗加工した後、Ｓｉ
Ｏ₂製の研磨シートで仕上げる方法が一般的であるが、
フェルールＦの先端面２３から光ファイバ４０のみが数
μｍとびだすように研磨シート加工した後にＳｉＯ₂製
の研磨シートを用いて研磨する方法を用いるとより一層
加工時間が短くしかも安価な光ファイバ固定具が得られ
る。

【００４１】

【実施例】ここで、以下に示す方法で実験を行った。

【００４２】本発明の図１に示すフェルールＦと比較例
として図４および図５に示す従来のフェルールＦを試作
し、後端面２４にフランジ４０を圧入後、光ファイバ４
１を挿入し接着剤４２にて硬化固定した後、ダイヤモン
ド製研磨シートを用いて仕上げ研磨加工をおこない光フ
ァイバ固定具作成し、その研磨加工に費やした時間を測
定した。通常は最終仕上げとしてＳｉＯ₂製の研磨シー
トを用いるが、これは０．１μｍ以下の加工変質層を取
り除き光特性である反射損失を低減させる目的であり、
研磨量が微々たるものなので本試験では省略した。

【００４３】フェルールＦの材料はジルコニアセラミッ
クス製とし、シングルモードフェルールの外径Ｄ＝φ
２．５ｍｍ、長さＬ＝１０．５ｍｍ、貫通孔ｄ＝φ０．
１２６ｍｍとした。本発明のフェルールＦの先端面２３
の第一の曲面部分２９の曲率半径Ｒ１を９ｍｍとした。
又従来の図４に示すフェルールＦの先端面２３の曲率半
径を１８ｍｍとし、従来の図５に示すフェルールＦの先
端面２３の直径を０．４ｍｍとした。

【００４４】共に最終研磨仕上げの曲率半径を１８ｍｍ
とした。

【００４５】その結果を表１に示す。表中の数字は不良
の数量である。

【００４６】

【表１】

【００４７】この結果より、従来の図４に示す光ファイ
バ固定具の研磨時間は２３秒かかり、図５に示す光ファ
イバ固定具の研磨時間は１８秒かかった。これに対し本
発明の光ファイバ固定具の研磨時間は８秒と極端に短い
時間で研磨を終了することが出来た。

【００４８】

【発明の効果】このように、本発明によれば、軸方向の
貫通孔に光ファイバを収納した略円柱状の光ファイバ固
定具において、光コネクタ用フェルールの先端面が上記
貫通孔を中心とした第二の曲面部分とその外周部である
第一の曲面部分からなる２段曲面形状としたことによ
り、割スリーブへの挿入性を犠牲にすることなく、光フ
ァイバ接着後の研磨時間を大幅に削減し光コネクタの製
造原価を大幅に削減することができる。

【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を示す側面図
である。

【図２】本発明の光ファイバ固定具を示す断面図であ
る。

【図３】本発明の光ファイバ固定具の先端面を示す縦断
面図である。

【図４】従来の光コネクタ用フェルールを示す側面図で
ある。

【図５】従来の光コネクタ用フェルールを示す側面図で
ある。

【図６】（ａ）および（ｂ）は従来の光ファイバ固定具
の先端面を示す側面図である。

【符号の説明】

２１ 外周部 ２２ 挿入ガイド ２３ 先端面 ２４ 後端部 ２５ 光ファイバ挿入部 ２６ 貫通孔 ２７ 角部分 ２８ 第二の曲面部分 ２９ 第一の曲面部分 ３０ 境界部 ３１ 加工除去部分 ４０ フランジ ４１ 光ファイバ ４２ 接着剤 Ｆ フェルール ｄ 仕上げ研磨領域 Ｒ１、Ｒ２ 曲率半径 Ｒａ１、Ｒａ２ 表面粗さ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ファイバを収納すべく軸方向に貫通孔を
   有する略円筒状の光コネクタ用フェルールであって、先
   端面の曲率半径が１ｍｍ≦Ｒ１＜１０ｍｍの略球面形状
   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】光コネクタ用フェルールの軸方向の貫通孔
   に光ファイバを収納した光ファイバ固定具であって、上
   記光コネクタ用フェルールの先端面が上記貫通孔を中心
   とした第二の曲面部分とその外周部である第一の曲面部
   分からなる２段曲面形状であることを特徴とする光ファ
   イバ固定具。
3. 【請求項３】第一の曲面部分の曲率半径が１ｍｍ≦Ｒ１
   ＜１０ｍｍの範囲にあり、第二の曲面部分の曲率半径が
   １０ｍｍ≦Ｒ２≦２５ｍｍの範囲にあることを特徴とす
   る請求項２記載の光ファイバ固定具。
4. 【請求項４】第一の曲面部分の表面粗さが０．００５μ
   ｍ≦Ｒａ１≦０．２μｍの範囲内にあり、第二の曲面部
   分の表面粗さが０．０００５μｍ≦Ｒａ２＜０．０１μ
   ｍの範囲内にあり、かつＲａ１≧Ｒａ２であることを特
   徴とする請求項２記載の光ファイバ固定具。
5. 【請求項５】軸方向に貫通孔を有する略円筒状の光コネ
   クタ用フェルールの先端面を曲率半径を１ｍｍ≦Ｒ１＜
   １０ｍｍの範囲に球面加工した後、光ファイバを挿入接
   着固定し、前記先端面を曲率半径１０ｍｍ≦Ｒ２≦２５
   ｍｍで球面加工仕上げすることを特徴とする光ファイバ
   固定具の加工方法。