JP2003149502A - 光ファイバ用毛細管、光コネクタ用フェルール、及び光ファイバ付毛細管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 煩わしい調芯作業を行うことな
く、従来よりも容易に低い接続損失が得られ、且つ安価
に作製が可能な光ファイバ用毛細管と、それを用いた光
コネクタ用フェルール、及び光ファイバ付毛細管を提供
する。 【解決手段】 本発明の光ファイバ用毛細管２
０は、光ファイバが挿入保持可能な内孔２０ａの表面粗
さのＲａ値が０．１μｍ〜０．５μｍであることを特徴
とし、光コネクタ用フェルール２１は、光ファイバ用毛
細管２０の一端にスリーブへの挿入を案内する面取り部
２１ｄと、他端に開口して光ファイバを内孔２１ａに案
内するフレア部２１ｅとが形成されている。また、光フ
ァイバ付毛細管２２は、内孔２２ａに挿着された光ファ
イバ２３を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光デバイスの製造に用
いられる光ファイバ用毛細管、光コネクタ用フェルー
ル、及び内孔に光ファイバを挿着した光ファイバ付毛細
管に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光通信網の急速な発展により、高
性能かつ安価な光デバイスが大量に必要となっている。
特に光ファイバを内蔵したプラグ型の光デバイスやレセ
プタクル型の光デバイスには、精密な毛細管に光ファイ
バを挿入して接着剤で固着した円柱状の光ファイバスタ
ブと呼ばれる光ファイバ付毛細管や光コネクタプラグが
使用される。

【０００３】例えば、図１２に示すように、光ファイバ
付毛細管の一方の端面を凸球面に、他方の端面に斜め研
磨面に加工すると光ファイバスタブ６として機能する。
この光ファイバスタブ６は、レーザーダイオード１から
出射され、レンズ２によって集光された光信号を取り入
れ、光コネクタプラグ３の光コネクタ用フェルール４中
の光ファイバ５に伝達するために、または光コネクタ用
フェルール４の内孔４ａ内の光ファイバ５から出射した
光信号を図示しないフォトダイオード等に集光するため
に使用されている。

【０００４】この光ファイバスタブ６は、レーザーダイ
オード１（またはフォトダイオード）側の光ファイバ用
毛細管７の端面７ｂにおいて反射光がレーザーダイオー
ド１に入ってノイズにならないように、光信号の入射軸
に対して反射軸が数度の角度を成すように端面７ｂが研
磨加工されている。さらに反対側の端面７ｃは、光コネ
クタプラグ３と光ファイバ８を突き合わせてＰＣ（物理
的接触の略）接続が可能なように光ファイバ８の端面８
ａを中心とした凸球面に研磨がされている。

【０００５】光コネクタプラグ３と光ファイバスタブ６
との接続は、図１２に示すように、光コネクタプラグ３
の凸球面に加工された光ファイバ５の端面５ａと光ファ
イバスタブ６の光ファイバ８の端面８ａとを割りスリー
ブ９内で突き合わせるＰＣ接続によって行なわれる。

【０００６】このような光信号の接続としては、一般
に、大容量の光ファイバ通信に用いられる光コネクタ同
士の接続が代表的である。光コネクタの接続では、図１
３に示すように、光コネクタプラグ１０は、光ファイバ
１２が挿入可能な内径を有する内孔１１ａを備えた精密
な毛細管を所定の形状に加工した光コネクタ用フェルー
ル１１が使用され、その内孔１１ａに、接着剤で光ファ
イバ１２が挿着され、端面が凸球面に加工されている。
これらの光コネクタプラグ１０同士の接続は、光ファイ
バ１２の端面１２ａ同士を割りスリーブ１３内で突き合
わせるＰＣ接続によって行なわれる。このときの接続損
失は、主にＰＣ接続部の光ファイバ１２同士の軸ずれに
起因して生ずる。光ファイバ１２同士の軸ずれは、使用
される光コネクタ用フェルール１１同士の外径差と、端
面の内孔１１ａの真円度と外周面１１ｂの円筒度、光コ
ネクタ用フェルール１１の内孔１１ａと外周面１１ｂの
同心度と、端面の内孔１１ａ内での光ファイバ１２の偏
心量とが累積されたものとして生じる。これらのうち、
光コネクタ用フェルール１１端面の内孔１１ａと外周面
１１ｂとの同心度と、端面の内孔１１ａ内での光ファイ
バ１２の偏心量が、突き合わせられる光ファイバ同士の
軸ずれに最も寄与している。そのため光コネクタ用フェ
ルール１１の同心度はシングルモード光ファイバを用い
る通信では、１．４μｍ以下と規定されている。また、
内径１１ａは挿入される光ファイバ１２の外径に対して
０〜１μｍ大きいフェルールが使用されている。このよ
うな光ファイバ１２の軸ずれ量ｄと接続損失Ｌｏｓｓ
（単位ｄＢ）との関係は、光ファイバのコア径をｗとし
た場合、一般に、次の式で表される。

【０００７】

【数１】

【０００８】ここで、接続損失の要因を内孔１１ａと外
周面１１ｂとの同心度と、内孔１１ａ内での光ファイバ
１２の偏心量に限定して考察する。まず、光コネクタ用
フェルール１１の同心度が１．４μｍ以下で、かつ、内
孔１１ａの内径が光ファイバ１２より１μｍ大きい光コ
ネクタ用フェルール１１を用いて光ファイバが内孔１１
ａ内で０．５μｍ偏心した場合、突き合わせるもう一方
のフェルールでの偏心量も同様に考えて、最悪のケース
で軸ずれ量は２．４μｍとなり、上記の数１では最大
１．０ｄＢの接続損失となる。そこで、石英系シングル
モード光ファイバを用いた通信用光コネクタの規格(Ｊ
ＩＳ−Ｃ−５９６２)に規定された０．５ｄＢ以下の接
続損失を達成するためには光ファイバ用フェルール１１
を回転させる調芯作業が必要となる。実際の調芯作業
は、まず、光コネクタ用フェルール１１端面の内孔１１
ａと外周面１１ｂとの同心度を測定し、偏心方向をフラ
ンジ部材１４の側面に９０°ピッチ（１／４回転ピッ
チ）でマーキングし、突き合わせる光コネクタ用フェル
ール１１同士の偏心方向を合わせるようにして組み立て
るか、あるいは実際に光を通して光の強度をパワーメー
タ等でモニターしながら、１／４回転ずつ光コネクタ用
フェルール１１を回転させ接続損失が最も良くなる位置
で組み立てるという、非常に手間がかかり煩わしい作業
である。

【０００９】一方、先記の図１２に示すような光デバイ
スにも同様な現象が起こるが、光コネクタプラグ３と光
ファイバスタブ６とを接続する場合や、レンズ２で集光
された光信号（または出射される光信号）の光軸と光フ
ァイバスタブ６に使用される光ファイバ用毛細管７の内
孔７ａ内にある光ファイバ８の中心との位置決めの際
に、光ファイバスタブ６の光ファイバ用毛細管７の端面
７ｂが内孔７ａ内にある光ファイバ８の偏心方向を考慮
せずに数度の角度を成すように研磨加工されて位置が固
定されるので、その構造上、調芯作業を行うことができ
ない。そのため、両者間の軸ずれのうち、内孔７ａ内の
光ファイバ８の偏心に起因した軸ずれを軽減することが
できず、光信号の接続損失が増大する問題がある。

【００１０】また、図１３に示すように、同心度の公差
が１．４μｍ以下で、かつ内径の公差が光ファイバ１２
の直径に対し−０μｍ／＋１．０μｍという非常に厳し
い寸法精度の光コネクタ用フェルール１１を量産するた
めには、例えば、光コネクタ用フェルール１１が最も一
般的なジルコニアセラミクス製の場合、材料の焼結体を
加工して仕上げるため、少なくとも内外面ともに表面粗
さのＲａ値が０．１μｍ未満になるように研磨加工する
必要がある。

【００１１】このようなジルコニアセラミクス製光コネ
クタ用フェルール１１が具備する表面粗さのＲａ値が
０．１μｍ未満である内孔１１ａに光ファイバ１２を挿
入して接着剤で固着した場合、光ファイバ１２は内孔１
１ａ側壁に偏って偏心する傾向にあり、内孔１１ａ内の
中心に調芯され難いことが知られており、発明者らもこ
の事実を確認している。従って、従来のジルコニアセラ
ミクス製等の小さい表面粗さを有する光コネクタ用フェ
ルール１１では、石英系のシングルモード光ファイバ通
信用光コネクタの規格(ＪＩＳ−Ｃ−５９６２)に記載さ
れた接続損失の規定値である０．５ｄＢ以内を達成する
ために上記のような煩わしい調芯作業が必須であった。
図１２に示す光ファイバスタブ６と光コネクタプラグ３
との接続の際にも同様な現象が起こるが、光ファイバス
タブ６の構造上、調芯作業ができないため従来のジルコ
ニアセラミクス製の光ファイバ用毛細管７を用いた場
合、内孔７ａ内の光ファイバ８の偏心に起因した軸ずれ
を軽減することはできず、光信号の損失が増大する問題
がある。

【００１２】また、光通信の用途のうち、大容量及び／
又は高信頼性が要求されるものには、光コネクタの接続
損失の規定値である０．５ｄＢよりもさらに低い接続損
失が求められる場合がある。このような要求に対応する
ためには、図１３に示す光コネクタ用フェルール１１の
内径１１ａの公差あるいは同心度の公差を標準の公差よ
りも厳しく設定する以外に手段がなく、数多く作製した
光コネクタ用フェルール１１の中から寸法精度の良いも
のを選別するなどして製造するため、非常にコストが高
くなる。また、光ファイバ付毛細管を加工した図１２に
示す光ファイバスタブ６についても、ＰＣ接続部が光コ
ネクタ用フェルールと同様の構造であり、同様に低い接
続損失が求められる場合には調芯作業ができないため、
さらに寸法精度が厳しくなるので、非常に高価なものに
なるという問題がある。

【００１３】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
ものであり、従来よりも容易に低い接続損失が得られ、
且つ安価に作製が可能な光ファイバ用毛細管と、それを
用いた光コネクタ用フェルール、及び光ファイバ付毛細
管を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に発明者らは以下のような発明に到った。即ち、本発明
に係る光ファイバ用毛細管は、光ファイバが挿入保持可
能な内径を有する内孔を備え、内孔の表面粗さのＲａ値
が０．１μｍ〜０．５μｍであることを特徴とする。

【００１５】光ファイバ用毛細管の内孔の表面粗さＲａ
値が０．１μｍ未満であると、挿入された光ファイバが
内孔側壁に近づいて偏心する傾向にあるので調芯効果は
期待できない。一方、内孔の表面粗さのＲａ値が０．５
μｍを超える場合、最大粗さとして定義されているＲｙ
値も相当量大きくなることが予想されるので、上記と同
様に内孔の表面粗さの平均線によってできる円の中心に
対し、内孔の最大内接円筒の中心位置がずれてしまう場
合が多くなって内孔の本来の同心度自体が実質上悪くな
ることや、挿入された光ファイバ表面に傷がついて強度
低下を招く虞がある。本発明の光ファイバ用毛細管で
は、内孔の表面粗さのＲａ値が０．１μｍ〜０．５μｍ
であることが重要である。

【００１６】例えば、ジルコニアセラミクス製の光ファ
イバ用毛細管を用いて光コネクタプラグや光ファイバス
タブを構成する場合、光コネクタで規定された接続損失
を満たすために、内孔の表面粗さのＲａ値を０．１μｍ
未満に精度よく研磨加工することで厳しい寸法精度（内
径の公差−０μｍ／＋１．０μｍ、同心度の公差１．４
μｍ以下）を達成しているが、表面粗さのＲａ値が０．
５μｍ以上となると、この寸法精度を満足することが困
難になり、安定して量産することは殆ど不可能になる。

【００１７】また、延伸成形によって作製される結晶化
ガラス製の光ファイバ用毛細管を用いて光コネクタプラ
グや光ファイバスタブを構成する場合も同様に、表面粗
さのＲａ値が０．５μｍ以上では、光ファイバスタブに
用いる毛細管としての厳しい寸法精度を満足することが
困難であり、安価な光ファイバスタブを大量に製造する
ことが難しくなる。

【００１８】また、本発明の光ファイバ用毛細管は、内
孔表面粗さのＲｙ値が４．０μｍ以下であることを特徴
とする。

【００１９】光ファイバ用毛細管の内孔の表面粗さＲｙ
値が４．０μｍを超える場合、内孔の表面粗さの平均線
によってできる円の中心に対し、内孔の最大内接円筒の
中心位置がずれてしまう虞があり、内孔の本来の同心度
自体が実質上悪くなってしまう他、鋭く突き出した凸部
先端で挿入された光ファイバ表面に傷をつけてしまう場
合もある。本発明の光ファイバ用毛細管では、内孔の高
い寸法精度を確保する上で、内孔の表面粗さのＲｙ値と
しては４．０μｍ以下であることが重要である。

【００２０】また、本発明の光ファイバ用毛細管は、そ
れに用いられる毛細管内孔の表面粗さの平均線と山頂線
との差が２．０μｍ以下であることを特徴とする。

【００２１】光ファイバ用毛細管の内孔のＪＩＳ−Ｂ−
０６０１で定義されている表面粗さの平均線と山頂線と
の差が２．０μｍを超える場合、内孔の表面粗さの平均
線によってできる円の中心に対し、内孔の最大内接円筒
の中心位置がずれてしまう虞があり、内孔の本来の同心
度自体が実質上悪くなってしまう他、鋭く突き出した凸
部先端で、挿入された光ファイバ表面に傷をつけてしま
う場合もある。本発明の光ファイバ用毛細管では、光コ
ネクタプラグや光ファイバスタブ等の光ファイバ付毛細
管を構成する光ファイバ用毛細管の場合に内孔内での光
ファイバの調芯効果を得る上で、表面粗さの平均線に対
し凸部と凹部が非対称な場合でも、表面粗さの平均線と
山頂線との差が２．０μｍ以下であることが重要であ
る。

【００２２】また、本発明の光ファイバ用毛細管は、非
晶質ガラス中に結晶を析出させた結晶化ガラスからな
り、内孔の表面に結晶粒子が析出していることを特徴と
する。

【００２３】本発明で非晶質ガラス中に析出させる結晶
として、光ファイバ用毛細管内孔の表面粗さのＲａ値が
０．１μｍ〜０．５μｍとなるためには、結晶粒径が
０．１μｍ〜１．０μｍ程度であれば使用可能であり、
例えば、β−スポジュメンの結晶等が適している。

【００２４】また、本発明の光ファイバ用毛細管は、内
孔の表面に、機械的な加工手段によって所定の表面粗さ
を設けてなることを特徴とする。

【００２５】本発明の光ファイバ用毛細管で内孔の表面
に上記所定の表面粗さを設ける機械的な加工手段とは、
例えば、ジルコニアセラミクス製等の光ファイバ用毛細
管を作製する際に、良好な寸法精度を出すため、一般的
には、ワイヤーや砥粒等を使用する内面研削及び研磨を
行うが、仕上げ研磨前の段階で使用される内面研削加工
装置等を用いることにより意図的に所定範囲内に制御さ
れた表面粗さを設けることなどが考えられる。このよう
な加工手段により、表面粗さのＲａ値が０．１μｍ〜
０．５μｍである内孔、表面粗さのＲａ値が０．１μｍ
〜０．５μｍであり、かつ表面粗さのＲｙ値が４.０μ
ｍ以下の内孔、表面粗さのＲａ値が０．１μｍ〜０．５
μｍであり、かつ平均線と山頂線との差が２．０μｍ以
下の内孔、および、これら表面粗さのＲａ値及びＲｙ値
を備え、かつ平均線と山頂線との差δが２．０μｍ以下
の内孔を形成することが可能となる。

【００２６】また、本発明の光ファイバ用毛細管の内孔
が、光ファイバが挿入可能な内径を有しているとは、光
ファイバと同じ直径をもつピンゲージが通ることをい
い、内径が光ファイバに対して１μｍ大きいとは、光フ
ァイバよりも直径が１μｍ大きなピンゲージが通り、そ
れよりも僅かに大きなピンゲージが通らないことをい
う。内孔と光ファイバとの間隔が０μｍであると光ファ
イバが挿入できず、一方、内孔と光ファイバとの間隔が
２．０μｍを超えると、光ファイバの周りに注入されて
いる接着剤が円周方向に移動して偏るので内孔内での光
ファイバの偏心量が大きくなる。

【００２７】また、本発明の光コネクタ用フェルール
は、上記本発明の光ファイバ用毛細管に、一方の端部に
スリーブへの挿入を案内する面取り部と、他方の端部に
開口して光ファイバを内孔に案内するフレア部とが形成
されていることを特徴とする。

【００２８】本発明の光コネクタ用フェルールとして
は、他の光コネクタプラグと所定の接続損失で接続が可
能な外径、内径、同心度、及び円筒度を備えていれば使
用可能である。また、スリーブへの挿入を案内する面取
り部としては、既存の光コネクタ用フェルールと同様な
寸法形状であると使用に支障がなく、フレア部として
は、光ファイバを内孔に容易に挿入が可能な形状であ
り、光ファイバの固着後に環境の温度変動等に起因する
接続損失の変動が大きくない寸法であることが好まし
い。さらに、他の光コネクタプラグとＰＣ接続が可能な
ように、光ファイバが挿着される内孔端面を中心とした
ＰＣ接続用の予備的な凸球面研磨がされていてもよい。

【００２９】また、本発明の光ファイバ付毛細管は、上
記本発明の光ファイバ用毛細管と、該光ファイバ用毛細
管の内孔に挿着された光ファイバとを備えていることを
特徴とする。

【００３０】本発明の光ファイバ付毛細管としては、光
コネクタプラグ、光ファイバスタブ、及びこれらの作製
に使用する長尺の光ファイバ付予備材等があり、光ファ
イバ用毛細管の中心に光ファイバを正確に位置させるも
のであれば適用可能である。光コネクタプラグや光ファ
イバスタブ等を精密スリーブ内で突き合わせ接続する場
合、少なくとも光ファイバ用毛細管の一端に面取り部を
形成しておくことが好ましく、他の光コネクタプラグと
ＰＣ接続が可能なように光ファイバの端面を中心とした
凸球面研磨がされていてもよい。また、光ファイバ用毛
細管の端面に反射光がレーザーダイオードに入ってノイ
ズにならないように光信号の入射軸に対して端面が数度
の角度を成すように研磨加工されていてもよい。光ファ
イバ用毛細管の内孔に光ファイバを挿着する接着剤とし
ては、目的に応じて、実績のあるエポキシ型、作業性に
優れた紫外線硬化型等が適している。

【００３１】

【作用】本発明の光ファイバ用毛細管は、内孔の表面粗
さのＲａ値が０．１〜０．５μｍであるので、内孔表面
に点在する平均線よりも高い凸部が影響し、適度の粘性
を有するエポキシ系等の接着剤が円周方向に亘って内孔
表面に安定して保持されることで、光ファイバを内孔の
中央位置に維持するように作用していると考えられる。

【００３２】また、本発明の光ファイバ用毛細管は、内
孔の表面粗さのＲｙ値が４．０μｍ以下であるので、内
孔の表面粗さの平均線によってできる円の中心に対して
内孔の最大内接円筒の中心位置がずれず、内孔の高い真
円度や外周面との同心度を確保することができるので、
所望の調芯効果が得られ、挿入された光ファイバの表面
を傷つけることもない。

【００３３】さらに、本発明の光ファイバ用毛細管は、
内孔の表面粗さの平均線と山頂線との差が２．０μｍ以
下であるので、表面粗さの平均値に対し凸部と凹部が非
対称な場合でも、内孔の表面粗さの平均線によってでき
る円の中心に対して内孔の最大内接円筒の中心位置がず
れず、内孔の高い真円度や外周面との同心度を確保する
ことができ、挿入された光ファイバの表面を傷つけるこ
ともないので、所望の調芯効果をもたらす。

【００３４】また、本発明の光ファイバ用毛細管は、非
晶質ガラス中に結晶を析出させた結晶化ガラスからな
り、結晶性ガラスを適切な条件で熱的に処理することに
より、内孔の表面に析出した結晶粒子が内孔の表面に凸
部を形成することで、表面粗さのＲａ値が０．１μｍ〜
０．５μｍの内孔、表面粗さのＲａ値が０．１μｍ〜
０．５μｍであり、かつ表面粗さのＲｙ値が４.０μｍ
以下の内孔を有する毛細管、及び表面粗さのＲａ値が
０．１μｍ〜０．５μｍであり、かつ平均線と山頂線と
の差が２．０μｍ以下の内孔を有する毛細管、および、
これら表面粗さのＲａ値及びＲｙ値を備え、かつ平均線
と山頂線との差が２．０μｍ以下の内孔を有する毛細管
を容易かつ効率的に作製することができる。

【００３５】さらに、本発明の光ファイバ用毛細管は、
内孔の表面に、機械的な加工手段によって所定の表面粗
さを設けてなるので、内面研削加工装置等を用いること
により表面粗さのＲａ値が０．１μｍ〜０．５μｍの内
孔、表面粗さのＲａ値が０．１μｍ〜０．５μｍであ
り、かつ表面粗さのＲｙ値が４.０μｍ以下の内孔を有
する毛細管、及び表面粗さのＲａ値が０．１μｍ〜０．
５μｍであり、かつ平均線と山頂線との差δが２．０μ
ｍ以下の内孔を有する毛細管、および、これら表面粗さ
のＲａ値及びＲｙ値を備え、かつ平均線と山頂線との差
が２．０μｍ以下の内孔を有する光ファイバ用毛細管を
室温条件下で作製することができる。

【００３６】また、本発明の光コネクタ用フェルール
は、上記本発明の光ファイバ用毛細管に、一方の端部に
スリーブへの挿入を案内する面取り部と、他方の端部に
開口し光ファイバを内孔に案内するフレア部とが形成さ
れているので、上記本発明の光ファイバ用毛細管内孔の
表面粗さによる調芯効果により光コネクタ用フェルール
の内孔中心に光ファイバが正確に保持されるようにな
る。

【００３７】また、本発明の光ファイバ付毛細管は、上
記本発明の光ファイバ用毛細管と、該光ファイバ用毛細
管の内孔に挿着された光ファイバとを備えているので、
上記本発明の光ファイバ用毛細管内孔の表面粗さによる
調芯効果により光ファイバが内孔の中心に保持された光
ファイバ付毛細管が得られる。

【００３８】

【発明の実施の形態】発明者らは、本発明に係る光ファ
イバ用毛細管の一例として、例えば、表１に示す組成を
持つ結晶化ガラス製の光ファイバ用毛細管を使用した。

【００３９】

【表１】

【００４０】図１（Ａ）に示すように、内孔２０ａの表
面粗さのＲａ値が、例えば、約０．３μｍ、Ｒｙが約
２．０μｍ、平均線と山頂線の差が約１．０μｍで内孔
２０ａの内径が光ファイバよりも約１．０μｍ（０．９
５〜１．０５μｍ）大きい結晶化ガラス製の光ファイバ
用毛細管２０を作製した。

【００４１】光ファイバ用毛細管２０を使用して、図１
（Ｂ）に示すような光コネクタ用フェルール２１を作製
した。即ち、作製した光コネクタ用フェルール２１は、
他の光コネクタプラグと所定の接続損失で接続が可能
な、例えば、外径が１．２４９ｍｍ±０．５μｍ、上記
所定の表面粗さを有して光ファイバが挿着される内孔２
１ａの内径が０．１２５ｍｍ＋１／−０μｍ、同心度が
０．７μｍ以下であり、一方の端部２１ｃに開口し光フ
ァイバを内孔２１ａに案内するフレア部２１ｅが設けら
れ、必要な場合にはフランジ部材２１ｆが固着される。
また、他方の端部２１ｂには、外周縁部にＣ面取り部２
１ｄが設けてある。また、結晶化ガラス製の光ファイバ
用毛細管２０を使用した光コネクタ用フェルール２１
は、研磨製が優れているので、このまま研磨機等を使用
して他の光コネクタプラグとのＰＣ接続が可能なように
凸球面に研磨することは容易である。さらに研磨時間を
短縮したい場合には、図１（Ｂ）に示すように、内孔２
１ａの端面を中心とした予備的な凸球面を形成しておい
てもよい。

【００４２】また、結晶化ガラス製の光ファイバ用毛細
管２０を使用して、図１（Ｃ）に示すような光ファイバ
スタブ２２を作製した。即ち、本発明の光ファイバスタ
ブ２２は、上記所定の表面粗さを有する内孔２２ａに光
ファイバ２３を接着剤２４により固着しており、端面２
２ｃは反射光がレーザーダイオード等に入ってノイズに
ならないために光信号の入射軸に垂直な平面に対して８
°の角度を成すように研磨加工されており、反対側の端
面２２ｂは、周縁部にＣ面取２２ｄが設けられて光ファ
イバ２３の端面２３ａを中心としたＰＣ接続用の凸球面
に研磨されている。

【００４３】実際に、表面粗さ測定器を使用してこの光
ファイバ用毛細管２０の内孔２０ａの表面粗さを測定し
た。光ファイバ用毛細管２０の内孔２０ａの表面粗さを
測定した測定チャートの一例を図２に示す。この光ファ
イバ用毛細管２０の場合、表面粗さのＲａ値は０．２７
μｍ、Ｒｙ値は２．０９μｍ、平均線と山頂線との差δ
は１．０μｍである。

【００４４】また、光ファイバ用毛細管２０を使用して
作製した光コネクタ用フェルール２１に光ファイバを接
着剤により固着し、研磨仕上げした端面を電子顕微鏡で
観察を行った。光ファイバの固定に使用する接着剤は、
一般的に使用されているエポキシ系接着剤を使用し、接
着剤の硬化条件は１００℃で６０分間保持とした。図３
に示すように、内孔のほぼ中央位置にほぼ均等な厚さの
接着剤の層を介して光ファイバが０．１μｍの軸ずれ量
で収まって位置しており、理論的な最大軸ずれ量に比べ
て０．４μｍ程度調芯されていることが確認された。

【００４５】また、発明者らは、上記と同様に光ファイ
バ用毛細管２０を使用して、同心度が１．０μｍ以下で
あり、内孔２１ａの内径は光ファイバより約１μｍ大き
い光コネクタ用フェルール２１作製し、この光コネクタ
用フェルール２１に光ファイバを接着剤により固着し、
凸球面研磨仕上げして光コネクタプラグとし、先記の図
１３に示すような状態で、調芯作業をせずに８個のサン
プルをランダムに接続したときの接続損失を測定した。
実際の接続損失の測定結果を図４に示す。光コネクタ用
フェルール２１の内孔２１ａ内で光ファイバが調芯され
ない場合には、理論的な最大軸ずれ量は２．０μｍとな
り、先記の数１によれば最大０．６９ｄＢの接続損失と
なるが、実測定では無調芯接続で平均接続損失が０．０
８ｄＢ、最大接続損失が０．２４ｄＢ、標準偏差が０．
０６ｄＢという結果が得られた。最大値を推測するため
に平均値に標準偏差σの３倍を加え、９９．７％の確率
の最大接続損失を求めると０．２６ｄＢとなる。接続損
失０．２６ｄＢのときの数１から計算される軸ずれ量
は、１．２μｍとなる。従って、内孔２１ａのＲａ値が
０．２７μｍ、Ｒｙ値が２．０９μｍ、平均線と山頂線
との差δが１．０μｍである表面粗さによって得られた
光コネクタ用フェルール２１内孔２１ａ内での光ファイ
バの調芯効果は０．４μｍ程度であり、内孔２１ａ内で
の光ファイバ偏心は０．１μｍと僅かであったことにな
る。これは図３の端面電子顕微鏡写真の観察結果と一致
する。

【００４６】さらに、上記と同様に内孔２０ａの表面粗
さのＲａ値が約０．３μｍ、Ｒｙ値が約２．０μｍ、平
均線と山頂線の差が約１．０μｍである結晶化ガラス製
の光ファイバ用毛細管２０を使用して、同心度が０．７
μｍ以下であり、内孔２１ａの内径は光ファイバより約
１μｍ大きい光コネクタ用フェルール２１を作製し、こ
の光コネクタ用フェルール２１に光ファイバを接着剤に
より固着し、凸球面研磨仕上げして光コネクタプラグと
し、先記の図１３に示すような状態で、調芯作業をせず
に１４個のサンプルをランダムに接続したときの接続損
失を測定した。実際の測定結果を図５に示す。

【００４７】光ファイバが調芯されない場合には、理論
的な最大軸ずれ量は１．７μｍとなり、数１によれば最
大０．５ｄＢの接続損失となるが、実際の測定では無調
芯接続で平均接続損失が０．０６ｄＢ、最大接続損失が
０．１４ｄＢ、標準偏差が０．０３ｄＢという結果が得
られた。最大値を推測するために平均値に標準偏差σの
３倍を加え、９９．７％の確率の最大接続損失を求める
と０．１５ｄＢとなる。このときの数１から計算される
最大軸ずれ量は０．９μｍとなる。従って、この結果か
らも表面粗さによって得られたフェルール内孔内での光
ファイバの調芯効果は０．４μｍ程度あることがわかっ
た。ここでも図３の電子顕微鏡の観察結果と一致した。

【００４８】以上のように、本発明に係る光ファイバ用
毛細管により、調芯作業をすることなく低損失な光信号
の光コネクタ接続を達成することが可能となることが確
認された。

【００４９】これに対して、比較例として、同心度が
１．０μｍ以下で内径が光ファイバよりも約１．０μｍ
大きく、Ｒａ値が０．１μｍ未満であるジルコニアセラ
ミクス製毛細管を準備して、内孔内に接着剤を注入した
あと、光ファイバを挿入して１００℃で６０分間保持す
る硬化条件で固着して光コネクタプラグを作製した。そ
の後、端面を研磨した上で、電子顕微鏡により端面の様
子を観察した。その結果、図６で観察されるように、内
孔の一方の接着剤層が明らかに厚くなっており、内孔の
他方の側壁に光ファイバが偏っていることが確認され
た。フェルールの内孔と光ファイバ外周との間の間隙は
最も狭いところで０．１μｍであり、約０．９μｍ偏っ
ていた。

【００５０】実際に、ジルコニアセラミクス製毛細管を
用いて光コネクタ用フェルールを作製し、８個のサンプ
ルを調芯せずにランダムに接続した。

【００５１】調芯効果がない場合の寸法上の理論的な最
大軸ずれ量は２．０μｍとなり、数１によれば最大０．
６９ｄＢの接続損失となるが、実測定の結果は無調芯接
続で平均接続損失が０．２１ｄＢ、最大接続損失が０．
５０ｄＢ、標準偏差が０．１１ｄＢであり、光ファイバ
がほとんど調芯されていなかった。このときの接続損失
分布を図７に示す。最大値を推測するために平均値に標
準偏差σの３倍を加え、９９．７％の確率の最大接続損
失を求めると０．５４ｄＢとなる。数１により計算する
と１．７６μｍの軸ずれに相当し、この値は上記の調芯
効果がない場合の予測値とほぼ一致する。また、この結
果は、図６に示す端面の電子顕微鏡写真を観察した結果
とも一致する。この結果からも、表面粗さの小さいジル
コニアセラミクス製の光ファイバ用毛細管では内孔内で
光ファイバの調芯がほとんど起こらないことが確認され
た。

【００５２】また、延伸成形法によって作製されたホウ
ケイ酸ガラス製の光ファイバ用毛細管の場合も表面粗さ
はジルコニアセラミクス製の毛細管と同等かあるいはそ
れ以下のＲａ値である。上記のジルコニアセラミクス製
毛細管の場合と同様にＲａ値が０．１μｍ以下、同心度
が１．０μｍ以下で、内径が光ファイバよりも約１．０
μｍ大きいホウケイ酸ガラス製の毛細管を準備し、接着
剤を注入したあと、光ファイバを挿入し１００℃で６０
分間保持する硬化条件で固着して光コネクタプラグを作
製した。その後、端面を研磨した光コネクタ用フェルー
ル端面の電子顕微鏡観察を行った。その結果、図８に見
られるように、ジルコニアセラミクス製の毛細管と同
様、内孔の一方の接着剤層が明らかに厚くなっており、
内孔の他方の側壁に光ファイバが偏っていることが確認
された。フェルール内孔と光ファイバ外周との間の間隙
は最も狭いところで０．０５μｍであった。

【００５３】実際に、上記のホウケイ酸ガラス製の光フ
ァイバ用毛細管を用いて光コネクタ用フェルールを作製
し、１２個のサンプルを調芯せずにランダムに接続し
た。

【００５４】調芯効果がない場合の寸法上の理論的な最
大軸ずれ量は２．０μｍとなり、数１によれば最大０．
６９ｄＢの接続損失となるが、実測定の結果は無調芯接
続で平均接続損失が０．２４ｄＢ、最大接続損失が０．
５８ｄＢ、標準偏差が０．１４ｄＢであった。このとき
の接続損失分布を図９に示す。最大値を推測するために
平均値に標準偏差σの３倍を加え、９９．７％の確率の
最大接続損失を求めると０．６６ｄＢとなる。数１によ
り計算すると１．９５μｍの軸ずれに相当する。これは
上記の調芯効果がない場合の予測値とほぼ一致する。こ
の結果からも、表面粗さが極めて小さいホウケイ酸ガラ
ス製の毛細管を用いた光ファイバスタブでは内孔内で光
ファイバの調芯がほとんど起こらないといえる。また、
この結果は、図８の電子顕微鏡写真を観察した結果とも
ほぼ一致している。

【００５５】以上のように、表面粗さのＲａ値が０．１
μｍ未満では、光コネクタ用フェルール内孔内で光ファ
イバが偏心してしまうので、光コネクタ用フェルールの
内外面同心度に加えて、内孔の内径と光ファイバ直径と
の差が光コネクタ接続時の軸ずれ量に加算されることに
なる。

【００５６】次に、本発明の光ファイバ用毛細管と、そ
れを用いた光コネクタ用フェルール、及び光ファイバ付
毛細管を作製する方法について説明する。

【００５７】本発明の光ファイバ用毛細管を作製する場
合、例えば、ガラス相と結晶相が約５０対５０の割合で
含まれた結晶化ガラスからなる母材を準備し、結晶化ガ
ラスを約１２００℃付近の成形温度で光ファイバと同様
の製造法である線引き加工によって毛細管を作製する。
この母材の結晶析出条件に応じた熱処理を延伸成形の最
終段階までの間に行うことで、析出する結晶粒径が０．
１μｍ〜１．０μｍ程度となるように、例えば、β−ス
ポジュメン等の結晶粒径を制御しながら析出させること
で、表面粗さのＲａ値が０．１μｍ〜０．５μｍである
内孔を有する毛細管を作製する。あるいは、表面粗さの
Ｒａ値が０．１μｍ〜０．５μｍであり表面粗さのＲｙ
値が４.０μｍ以下の内孔や、表面粗さのＲａ値が０．
１μｍ〜０．５μｍであり平均線と山頂線との差δが
２．０μｍ以下の内孔、およびこれら表面粗さのＲａ値
及びＲｙ値を備え、かつ平均線と山頂線との差δが２．
０μｍ以下の内孔を有する毛細管を作製することが可能
となる。

【００５８】また、成形後や加工後の結晶化ガラスから
なる毛細管を熱処理することで、表面粗さのＲａ値が
０．１μｍ〜０．５μｍである内孔を有する毛細管、あ
るいは、表面粗さのＲａ値が０．１μｍ〜０．５μｍで
あり表面粗さのＲｙ値が４.０μｍ以下の内孔を有する
毛細管や、表面粗さのＲａ値が０．１μｍ〜０．５μｍ
であり平均線と山頂線との差δが２．０μｍ以下の内孔
を有する毛細管、およびこれら表面粗さのＲａ値及びＲ
ｙ値を備え、かつ平均線と山頂線との差δが２．０μｍ
以下の内孔を有する毛細管を作製してもよい。

【００５９】一方、機械的な手段によって毛細管を作製
する場合には、材料が結晶化ガラス、ガラス、セラミク
スの何れでも使用可能であり、ジルコニアセラミクス製
等の毛細管を作製する際に、仕上げ研磨前の段階で使用
される内面研削加工装置等を用いて、寸法形状を有する
材料の硬度や耐摩耗性に応じて、研削ワイヤーの寸法形
状や砥粒の種類及び粒径等を適宜選定使用することによ
り、表面粗さのＲａ値が０．１μｍ〜０．５μｍ内孔に
加工して毛細管を作製するか、または、表面粗さのＲａ
値が０．１μｍ〜０．５μｍであり表面粗さのＲｙ値が
４．０μｍ以下の内孔を有する毛細管や、表面粗さのＲ
ａ値が０．１μｍ〜０．５μｍであり平均線と山頂線と
の差δが２．０μｍ以下の内孔を有する毛細管、および
これら表面粗さのＲａ値及びＲｙ値を備え、かつ平均線
と山頂線との差δが２．０μｍ以下の内孔を有する毛細
管を作製してもよい。

【００６０】このようにして作製された毛細管を使用し
て、図１（Ａ）に示すような、内孔２０ａの表面粗さの
Ｒａ値が、例えば、約０．３μｍ、Ｒｙが約２．０μ
ｍ、平均線と山頂線の差が約１．０μｍで内孔２０ａの
内径が光ファイバよりも約１．０μｍ（０．９５〜１．
０５μｍ）大きい光ファイバ用毛細管２０を作製する。

【００６１】次に、本発明の光コネクタ用フェルールを
作製する場合の一例を示すと、上記の方法で作製された
図１（Ａ）に示すような光ファイバ用毛細管２０の中心
軸に対して略垂直な端面２０ｂの外周縁部にＣ面取り加
工を施し、必要な場合には内孔２０ａの端面を中心とし
た予備的な凸球面研磨加工を施して、光ファイバを内孔
２０ａに案内するフレア部２１ｅが形成された端面２１
ｃにはフランジ部材２１ｆを固着することにより、図１
（Ｂ）に示すような光コネクタ用フェルール２１を作製
する。

【００６２】次いで、図１（Ｃ）に示すような、本発明
の光ファイバ付毛細管を作製する場合の一例を示すと、
先に記述した方法で作製された結晶化ガラスからなる毛
細管、あるいは機械的な手段によって作製された毛細管
を準備する。図１０に示すように、この毛細管２５は、
外径が１．２４９ｍｍ±０．５μｍの寸法で高い真円度
を有しており、内孔２５ａは、石英系光ファイバの直径
１２５μｍに対して１２６μｍ＋１／−０μｍになって
おり、かつ同心度が１．０μｍ以内であり、呼び直径Ｄ
が１．２５ｍｍの略円柱状の光コネクタ用フェルールに
対して光ファイバを正確に位置決めして保持できるよう
になっている。毛細管２５の端面には、光ファイバ２２
を案内して挿入を容易にする略円錐形状のフレア部２５
ｅが形成されている。

【００６３】光ファイバ付き毛細管を作製する場合、ま
ず、毛細管２５の内孔２５ａに図１０（Ａ）のように、
予め接着剤２６を毛管現象または真空吸引装置または加
圧注入装置を利用して充填した後、図１０（Ｂ）のよう
に、フレア部２５ｅから被覆が除去された光ファイバ２
７を挿入する。この際、光ファイバ２７を挿入しながら
接着剤２６を内孔２５ａと光ファイバ２７の間隙に気泡
等が生じないように均一に充填する。その後、接着剤２
６を硬化させて光ファイバ２７を毛細管２５に固着す
る。

【００６４】また、接着剤２６が熱硬化性の場合は、図
１０（Ｃ）のように、所定の温度スケジュールにプログ
ラムされた加熱オーブン３０に入れて毛細管２５内の接
着剤２６を硬化させる。この際、例えば、１００℃で１
時間以上保持することで硬化する接着剤の場合、２０〜
７０℃にて５時間以上保持すること、および１００℃以
上で接着剤を硬化し、降温時に７０〜２０℃にて１時間
以上保持することにより、接着剤硬化時に生じる収縮応
力、気泡の発生を低減することができる。

【００６５】次いで、光ファイバスタブを作製する場
合、図１１に示すように、全長Ｌが約２５０ｍｍの光フ
ァイバ２７付の長尺毛細管２５を切断して、全長Ｌ１が
１２．５ｍｍ（所定長さ：６ｍｍ×２＋切断代：０．４
ｍｍ＋研磨代：０．１ｍｍ）の光ファイバ２７付の毛細
管３１に分断する。この光ファイバ２７付の毛細管３１
の両端面３１ｂ、３１ｃに４５゜のＣ面取３１ｄを加工
し、Ｃ面取３１ｄと側面とが成すコーナー部分をＲ加工
する。次いで、両端面３１ｂ、３１ｃを凸球面にＰＣ研
磨加工することにより、光ファイバ付部材３２を作製す
る。

【００６６】次に、図１１（Ｄ）に示すように、光ファ
イバ付部材３２の中央部分を、中心軸を法線とする面に
対して８゜の角度をつけて切断する。次いで、切断され
た８゜の斜め部分を鏡面に研磨し、光ファイバスタブ２
２を作製する。

【００６７】あるいは、全長Ｌ１が６ｍｍである光ファ
イバ２７付の毛細管３１の端面３１ｂに４５゜のＣ面取
３１ｄを加工し、Ｃ面取３１ｄと側面とが成すコーナー
部分をＲ加工し、端面３１ａを凸球面にＰＣ研磨加工す
る。端面３１ｃは８゜の角度がつくまで斜め研磨し、最
後に鏡面まで研磨して端面３１ｃを仕上げて光ファイバ
スタブ２２を作製する。

【００６８】なお、光ファイバ用毛細管内孔の表面粗さ
のＲａ値は、ダイヤモンド指針をサンプル表面に接触さ
せるセンシング方式の株式会社東京精密製Ｓｕｒｆｃｏ
ｍを使用し、垂直倍率１００００倍、水平倍率５０倍の
倍率、測定速度０．３ｍｍ／秒で測定を行った。また、
電子顕微鏡写真は、７００倍の倍率で撮影したものであ
る。

【００６９】

【発明の効果】発明によれば、内孔に設けた所定の表面
粗さを利用して、光通信技術の発展に伴い要求されてい
る低い接続損失を実現できる光ファイバ用毛細管、光コ
ネクタ用フェルール及び光ファイバ付毛細管を作製する
ことが可能となり、調芯作業を必要とせずに良好な接続
損失が得られ、且つ安価に作製が可能な該光ファイバ用
毛細管を用いた光コネクタ、光ファイバ付毛細管を使用
した光デバイスを提供することができる優れた効果を奏
するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の説明図であって、（Ａ）は実施の形態
に係る光ファイバ用毛細管の説明図、（Ｂ）は光コネク
タ用フェルールの説明図、（Ｃ）は光ファイバスタブの
説明図。

【図２】本発明の実施の形態に係る光ファイバ用毛細管
内孔の表面粗さの測定チャート。

【図３】研磨後の結晶化ガラス製毛細管を用いた光コネ
クタ用フェルール端面の電子顕微鏡写真。

【図４】同心度が１．０μｍ以下である結晶化ガラス製
毛細管を用いた光コネクタの無調芯接続での接続損失分
布。

【図５】同心度が０．７μｍ以下である結晶化ガラス製
毛細管を用いた光コネクタの無調芯接続での接続損失分
布。

【図６】研磨後のジルコニアセラミクス製毛細管を用い
た光コネクタ用フェルール端面の電子顕微鏡写真。

【図７】同心度が１．０μｍ以下であるジルコニアセラ
ミクス製毛細管を用いた光コネクタの無調芯接続での接
続損失分布。

【図８】研磨後のホウケイ酸ガラス製毛細管を用いた光
コネクタ用フェルール端面の電子顕微鏡写真。

【図９】同心度が１．０μｍ以下であるホウケイ酸ガラ
ス製毛細管を用いた光コネクタの無調芯接続での接続損
失分布。

【図１０】光ファイバ付毛細管の作製方法の説明図であ
って、（Ａ）は光ファイバ用毛細管に接着剤を充填する
説明図、（Ｂ）は（Ａ）の光ファイバ用毛細管に光ファ
イバを挿入する説明図、（Ｃ）は接着剤を固化する説明
図。

【図１１】光ファイバスタブの作製方法の説明図であっ
て、（Ａ）は光ファイバ付長尺毛細管から所定長さに切
断された短尺の光ファイバ付毛細管の説明図、（Ｂ）は
端面を面取り加工された短尺の光ファイバ付毛細管の説
明図、（Ｃ）は光ファイバ付部材の説明図、（Ｄ）は光
ファイバ付部材を斜めに分断する説明図（Ｅ）は光ファ
イバスタブの説明図。

【図１２】光モジュールに使用される光ファイバ付毛細
管を加工した光ファイバスタブの説明図。

【図１３】ＰＣ接続される光コネクタの要部説明図。

【符号の説明】

１ レーザーダイオード ２ レンズ ３、１０ 光コネクタプラグ ４、１１ 光コネクタ用フェルール ４ａ、７ａ、１１ａ、２０ａ、２５ａ、３１ａ 内孔 ７、２０、２５ 光ファイバ用毛細管 ５、８、１２、２３、２７ 光ファイバ ５ａ、８ａ、１２ａ、 光ファイバの端面 ７ｂ、７ｃ、１２ｂ、２０ｂ、２１ｃ、２２ｂ、２２
ｃ、３１ｂ、３１ｃ、２５ｂ、２５ｃ 端面 ９、１３ 割スリーブ ６、２２ 光ファイバスタブ １４、２１ｆ フランジ部材 ２１ｅ、２５ｅ フレア部 ２１ｄ、２２ｄ Ｃ面取り部 ２４、２６ 接着剤 ２５ 毛細管 ３０ 加熱オーブン ３２ 光ファイバ付部材 δ 平均線と山頂線との差

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H036 QA13 QA17 QA20 4G059 AA11 AA20 AC30 4G062 AA06 AA18 BB06 DA06 DB04 DC01 DC02 DC03 DD01 DD02 DE03 DF01 EA03 EB01 EB02 EC03 ED01 ED02 ED03 EE01 EE02 EF01 EG01 EG02 EG03 FA01 FB03 FC03 FD01 FE01 FF01 FG01 FH01 FJ01 FK01 FL01 GA01 GA03 GA10 GB01 GC01 GD01 GE01 HH01 HH03 HH05 HH07 HH09 HH11 HH13 HH15 HH17 HH20 JJ01 JJ03 JJ04 JJ05 JJ07 JJ10 KK01 KK03 KK05 KK07 KK10 MM04 MM40 NN40 QQ02 QQ10

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバが挿入保持可能な内径を有す
   る内孔を備え、該内孔の表面粗さのＲａ値が０．１μｍ
   〜０．５μｍであることを特徴とする光ファイバ用毛細
   管。
2. 【請求項２】 内孔の表面粗さのＲｙ値が４．０μｍ以
   下であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ
   用毛細管。
3. 【請求項３】 内孔の表面粗さの平均線と山頂線との差
   が２．０μｍ以下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用毛細管。
4. 【請求項４】 非晶質ガラス中に結晶を析出させた結晶
   化ガラスからなり、内孔の表面に結晶粒子が析出してい
   ることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の光フ
   ァイバ用毛細管。
5. 【請求項５】 内孔の表面に、機械的な加工手段によっ
   て所定の表面粗さを設けてなることを特徴とする請求項
   １〜４の何れかに記載の光ファイバ用毛細管。
6. 【請求項６】 請求項１〜５の何れかに記載の光ファイ
   バ用毛細管に、一方の端部にスリーブへの挿入を案内す
   る面取り部と、他方の端部に開口して光ファイバを内孔
   に案内するフレア部とが形成されている光コネクタ用フ
   ェルール。
7. 【請求項７】 請求項１〜５の何れかに記載の光ファイ
   バ用毛細管と、該光ファイバ用毛細管の内孔に挿着され
   た光ファイバとを備えている光ファイバ付毛細管。