JP2003195105A

JP2003195105A - 光ファイバ用フェルール及びその製造方法

Info

Publication number: JP2003195105A
Application number: JP2001394124A
Authority: JP
Inventors: Kiyoto Hatasawa; 清人畠澤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2003-07-09

Abstract

(57)【要約】【課題】高い固定強度を有する光ファイバ用フェルール
１を提供する。【解決手段】小径孔２と大径孔３をテーパー部を介して
連続した長手方向の貫通孔を有する光ファイバ用フェル
ール１に於いて、前記小径孔２の内壁に複数の溝を網目
状４に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一対の光ファイバ
の先端部を挿着するために用いられる光ファイバ用フェ
ルール及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報伝達量及び速度の点から高速
・大容量通信手段として光ファイバを用いた光信号によ
る情報通信が広く行われつつある。これら情報伝達は、
通信網としての整備から情報機器間データ移送まで幅広
い応用展開が見込まれている。

【０００３】これらの光ファイバを用いた情報伝達で
は、光ファイバ用フェルールに挿通保持された光ファイ
バの端面同士を接続する光コネクタが使用される。

【０００４】かかる図６に示す光ファイバ用フェルール
１は、その軸方向に光ファイバ心線を貫通する小径孔２
及び前記光ファイバ心線を被覆層で覆った光ファイバを
挿通する大径孔３が形成され略円筒形状を有している。

【０００５】また、前記小径孔２の内径は０．１２６ｍ
ｍ程度とされており、この光ファイバ用フェルールは、
いずれも細径の光ファイバを保持、接続する目的から、
サブミクロンの非常に高い寸法精度が要求される。

【０００６】またこの前記小径孔の加工ならびにファイ
バ組込性能の向上を図る目的としてノズル型フェルール
が提案され、信頼性確保の上で前記小径孔の長さは６ｍ
ｍが望ましいとされている（１９９６年電子情報通信学
会通信ソサイエティ大会論文誌Ｂ−９８９参照）。

【０００７】さらに、複数本の光ファイバからなる多心
ファイバを挿入保持する光ファイバ用多心フェルール
は、一度に多量の情報を交換する接続器などに用いら
れ、図７に示すような、横一列に多数の光ファイバを挿
通する複数の小径孔２を有した構造や、より一層の小型
化のため、複数の行列に光ファイバを挿入した構造の光
ファイバ用多心フェルールが提案されている。

【０００８】これらの光ファイバ用フェルール１や光フ
ァイバ多心フェルールの小径孔２に、光ファイバ心線を
保持するには、小径孔２の内壁と光ファイバとの間に間
隙を設け、接着剤を充填して行うか、もしくは小径孔２
と光ファイバとの間に接着剤を充填して行われ、光ファ
イバを強固に固定するため、小径孔２の内壁に凹凸を形
成することが提案されている（特開平７−２３９４２５
号公報参照）。

【０００９】また、図８に示すように直径が０．１〜５
μｍの気孔９を略均一に有するセラミックスを用いて光
ファイバ用フェルール１を形成することにより、小径孔
２の内壁に現れた気孔９によって内壁が平滑でなくな
り、この気孔に接着剤８が入り込むことによって光ファ
イバ６の固定強度を高めることが提案されている（特開
平１１−５２１８０号公報参照）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６に
示す従来の光ファイバ用フェルール１では、小径孔２内
面の研削加工工数を削減するために小径孔２の寸法を短
くすることは、光ファイバの接着面積が少なくなり接着
保持力の低下する課題がある。

【００１１】また、従来の光ファイバ用フェルール１の
ように、小径孔２の内壁に凹凸を形成する場合、金型に
溝を形成して製作するため、コストが高くなり、また小
径孔の内壁を同心円状に研磨する必要があるため、加工
時間が長くなって製造コストが高くなるという課題があ
る。また、図８に示す直径０．１〜５μｍの気孔を略均
一に有するセラミックスからなる光ファイバ用フェルー
ル１では、小径孔２の内壁以外に光ファイバ用フェルー
ルの外周部や端面にも０．１〜５μｍの気孔が存在する
ことから、機械的強度が低下し、この光ファイバ用フェ
ルール１をスリーブに挿入することによって、他の光フ
ァイバ用フェルール１と接続する際、大きな曲げモーメ
ントが生じ、破損しやすく、長期間の使用に供すること
ができないと課題があった。

【００１２】本発明は、上述の欠点に鑑み案出されたも
ので、その目的は光ファイバ６を強固に固定するととも
に、高強度を有し長期間の使用に供することができる光
ファイバ用フェルール１を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記に鑑みて本発明は、
小径孔と大径孔をテーパー部を介して連続した長手方向
の貫通孔を有する光ファイバ用フェルールに於いて、前
記小径孔の内壁に複数の溝を網目状に形成したことを特
徴とする。

【００１４】また、前記小径孔の長手方向の長さを１ｍ
ｍ〜3mm、かつ前記大径孔の直径を０．１３ｍｍ〜０．
６ｍｍとしたことを特徴とする。

【００１５】さらにまた、前記小径孔の内壁近傍の結晶
粒子は、内壁表面における平均長さが１μｍ以下、かつ
前記内壁に対して垂直方向の平均長さが１〜２０μｍで
あることを特徴とする。

【００１６】さらに、セラミックス部材の所定位置にパ
ルスレーザを照射し、その溶融過程によって小径孔を形
成するとともに、該小径孔の内壁に溶融層を残すことに
よって網目状の溝を加工することを特徴とする。

【００１７】本発明の光ファイバ用フェルールによれ
ば、小径孔を短くすることで小径孔内面の研削加工工数
の削減を図る事ができ、小径孔および大径孔により光フ
ァイバを保持することで強力に保持できる。

【００１８】さらに小径孔内壁に溝を網目状に形成する
ことから、該光ファイバ用フェルールの小径孔に光ファ
イバを挿入保持する際、溝に接着剤が入り込み、アンカ
ー効果によって光ファイバを強力に接着できるものであ
る。

【００１９】さらに、本発明の光ファイバ用フェルール
によれば、前記小径孔の内壁近傍の結晶粒子が内壁表面
での平均長さが１μｍ以下であり、かつ前記内壁に対し
て垂直方向の平均長さが１〜２０μｍであることから、
小径孔内壁の溝の深さ、溝間の距離を調整し、小径孔に
光ファイバ心線を保持する際、より高いアンカー効果を
得られるとともに、チッピング等が生じるのを防止する
ことができる。

【００２０】さらにまた、本発明の光ファイバ用フェル
ールの製造方法によれば、セラミックス部材にパルスレ
ーザを照射し、その溶融過程により前記小径孔を形成す
るとともに、該孔内壁に溶融層を残すことによって網目
状の溝を加工して得られることから、小径孔を形成する
と同時にその内壁に網目状の溝を容易に形成することが
できる。また、小径孔の位置精度が高いため単心並びに
多心の光ファイバ用フェルールを容易に製造することが
できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明実施形態を図によっ
て説明する。

【００２２】図１（ａ）は本発明の光ファイバ用フェル
ールの一実施形態を示す断面図であり、（ｂ）は同図
（ａ）の光ファイバの小径孔の内壁を示す部分上面図で
あり、（ｃ）は同図（ｂ）の小径孔の内壁近傍の結晶粒
子を示す模式図である。

【００２３】本発明の光ファイバ用フェルール１は、図
１（ａ）に示すように、その中心に光ファイバを挿通保
持する小径孔２が形成されており、さらにテーパー部を
介して光ファイバの保持面積を稼ぐための大径孔３が形
成されている。この光ファイバ用フェルール１を光ファ
イバコネクタとする場合には、図２に示すように、この
光ファイバ用フェルール１の後方をバックボディ５に保
持しておいて、大径孔３より小径孔２に光ファイバ６を
挿入して接着固定する。そして一対の光ファイバ用フェ
ルール１の先端面同士を当接させれば光ファイバコネク
タとすることができる。

【００２４】小径孔２の長手寸法は、内面研削加工する
ため短い程加工代が少なくなり加工工数や加工砥石等の
消耗類の削減となり良いが、光ファイバの小径孔２に於
ける傾きを抑える関係上１ｍｍから３ｍｍ程度が好まし
く、大径孔３は、接着剤による体積膨張による応力変化
と光ファイバ用フェルールの抗折強度からφ０．１３ｍ
ｍからφ０．６ｍｍ以下が好ましい。

【００２５】本発明の光ファイバ用フェルール１は、ジ
ルコニア、アルミナ、ムライト、窒化珪素、炭化珪素、
窒化アルミなどの他、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系、ＳｉＯ₂−
Ｂ₂Ｏ₃系の結晶化ガラス等のガラスセラミックス、及び
Ａｌ₂Ｏ₃を主成分としＺｒＯ₂を混合したジルコニア分
散アルミナセラミックス、アルミナの結晶粒界に粒径が
ナノレベルの非常に微細なジルコニア粒子を分散させ、
粒界強度を飛躍的に向上させたジルコニア分散アルミナ
セラミックス、Ａｌ₂Ｏ₃を主成分としてＡｌ ₂Ｂ₂Ｏ₉を
混合したセラミックス等の各種複合セラミックス等から
成り、これらの中でも耐候性、曲げ強度等がより優れた
部分安定化ジルコニアがより好ましい。

【００２６】この部分安定化ジルコニアは、ＺｒＯ₂を
主成分とし、安定化剤としてＹ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、Ｃｅ
Ｏ₂、Ｄｙ₂Ｏ₃、ＣａＯ等を含有するものであり、耐候
性が優れ、高靭性、そして研磨しやすいため、長期間の
使用に供する高精度な光ファイバ用フェルールを得るこ
とができる。

【００２７】ここで、本発明の光ファイバ用フェルール
１の小径孔２内壁には、図１（ｂ）に示すように網目状
の溝４が形成されていることが重要である。

【００２８】さらに、接着強度をさらに効果的に確保す
るための焼成肌の大径孔３を有する。

【００２９】前記小径孔２の内壁に網目状の溝４を形成
しておくことから、小径孔２に光ファイバを保持する
際、前記溝４に接着剤が十分に入り込み、アンカー効果
が作用することと、大径孔３によって接着面積を確保す
る事により光ファイバを強固に保持することができる。
さらに、前記小径孔２の内壁近傍の結晶粒子は、図１
（ｃ）に示すように内壁表面での平均長さＡが１μｍ以
下、かつ前記内壁に対して垂直方向の平均長さＢが１〜
２０μｍとしておくことが好ましい。前記小径孔２内壁
の溝４は、各溝４間の距離及び深さが、前記内壁近傍の
結晶粒子によって決まるため、結晶粒子の内壁表面での
平均長さＡを１μｍ以下と小さくすることによって、溝
４間の距離及び小径孔２の表面粗さを小さくすることが
でき、内壁に対して垂直方向の平均長さＢを１〜２０μ
ｍとしておくことによって、溝４の深さを１〜２０μｍ
として、小径孔２に光ファイバを保持する際、より高い
アンカー効果が得られ、光ファイバを強固に保持するこ
とができる。また、光ファイバ用フェルール１の先端面
を研磨する際、小径孔２にチッピングが生じることはな
く、強度の高い光ファイバ用フェルール１を得ることが
できる。

【００３０】前記小径孔２の内壁近傍の結晶粒子を上述
のような形状にするためには、後述するように小径孔２
の内壁にパルスレーザ加工を施すことによって、小径孔
２の内壁近傍の結晶粒子を溶融させることによって得る
ことができる。

【００３１】なお、前記小径孔内壁近傍の結晶粒子の形
状は、小径孔２の内壁近傍の断面写真及び内壁表面の写
真から測定する。内壁表面での平均長さは内壁表面の写
真に、任意に直線を引き、該直線上の結晶粒子の数より
大きさを算出するインターセプト法によって測定するこ
とができる。

【００３２】なお、上述の実施形態では、単心の光ファ
イバ用フェルールを用いて説明したが、図３に示すよう
な複数の小径孔２を有する多心ファイバ用フェルールと
して用いることができ、また前述光ファイバ用フェルー
ル形状の他、図４に示すように大径孔３をテーパー状と
しても同様に用いる事ができ、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲であれば種々の変更は可能である。

【００３３】ここで、本発明の光ファイバ用フェルール
１の製法を説明する。

【００３４】まず、出発原料として例えばジルコニアを
主原料とした場合、ジルコニアの純度は９５％以上、よ
り好ましくは９８％以上とし、走査型電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）により観察される一次平均粒径が０．０１〜０．１
μｍ、より好ましくは０．０４〜０．０７μｍ、二次凝
集粒子の平均粒径が１〜４μｍの粉末を選ぶとよい。こ
のジルコニアに安定化剤として、純度９９％以上、好ま
しくは９９．５％以上のイットリア粉末をジルコニア粉
末８５〜９９重量％、好ましくは９０〜９８重量％に対
して、１〜１５重量％、好ましくは２〜１０重量％の割
合で混合する。

【００３５】そして、前記組成を満足するように配合さ
れた混合粉末をボールミル等により十分混合粉砕した
後、バインダを添加し、混合後、必要に応じて造粒して
成形用原料を得る。バインダは２０〜５０体積％含有す
ることが好ましい。

【００３６】次いで、前記成形用原料を例えばプレス金
型に充填してプレス成形しあらかじめ大径孔３を形成す
る金型構造を用いて図５に示すような成形体７を得る。
なお、前記プレス成形の他、射出成形、鋳込成形、冷間
静水圧成形、押出し成形、射出成形等の手法により成形
することができる。

【００３７】得られた成形体を脱脂後、酸化雰囲気柱に
て１３００〜１５００℃の温度で、より好ましくは１３
５０〜１４５０℃で０．５〜３時間焼成することによ
り、ジルコニア焼結体を得ることができる。

【００３８】しかる後、得られた焼結体の小径孔２にパ
ルスレーザを照射することで、小径孔２の寸法、真円度
を整えるとともに小径孔２の内壁表面を溶融させ網目状
の溝を形成する。

【００３９】前記パルスレーザは、ＣＯ₂レーザ、ＹＡ
Ｇレーザ等の穿孔可能な出力を有し、パルス発振できる
ものであれば使用することができる。特に、波長の短
さ、出力の高さ、コスト等からＹＡＧレーザが好まし
く、前記パルスレーザを小径孔２に照射することで、小
径孔２の内壁近傍に溶融部が限定されテーパーのつかな
い孔を開けることができる。

【００４０】また、前記パルスレーザを照射する際は、
アシストガスを溶融部が除去されない程度に微弱にする
ことが重要であり、レーザ照射時に内壁の溶融部が吹き
飛ばされず残留し、これらが固化することで内壁近傍の
結晶粒子が内壁に対して垂直方向に粒成長するため、前
記図１（ｃ）のような内壁表面における平均長さＡが１
μｍ以下、かつ前記内壁に対して垂直方向の平均長さＢ
が１〜２０μｍの形状となり、この溶融部の固化にとも
なう収縮によって生じる割れが網目状の溝４となり、各
溝４間の距離及び深さは前記小径孔２の内壁近傍の結晶
粒子とほぼ同じ値を有し、各溝４間の距離が１μｍ以
下、溝４の深さが１〜２０μｍとなる。

【００４１】なお、前記パルスレーザによって小径孔２
を加工する際は、予め光ファイバ被覆部を挿通するため
の径の大きい大径孔３を形成した焼結体に、光ファイバ
心線部を挿通する径の小さい小径孔２をパルスレーザに
よって穿孔することによって、位置精度が高く、加工時
間、製造コストを小さくすることができる。

【００４２】また、アシストガスによりレーザ照射部の
雰囲気が酸素雰囲気になっていることが好ましい。これ
によりレーザ照射による還元作用に伴うセラミックスの
変色を抑えることができる。

【００４３】さらに、前記パルスレーザによって小径孔
２を形成した後、光ファイバ用フェルール１を熱処理し
てもよい。これによりレーザ加工による部分的な加熱・
冷却に伴う残留応力を解放し、光ファイバ用フェルール
１の強度、信頼性をより高めることができ、酸素欠陥等
による変色をなくすことができる。また、レーザを照射
することで小径孔２の周辺では熱膨張に伴う応力がかか
り、残留応力が生じることがある。特に、ジルコニアか
ら成る場合、熱伝導率が低いため、小径孔２の周辺では
他のセラミックスに比べ大きな応力が生じるとともにジ
ルコニアに酸素欠陥が生じて黒変してしまうことがあ
る。そのため、レーザ照射後、熱処理を行うことで応力
を解放したり、該黒変を解消することができる。この熱
処理の温度は材質によって異なるが、５００〜１６００
℃の温度範囲、好ましくは７５０〜１３００℃の温度範
囲で熱処理することが好ましく、黒変を解消する場合は
酸素濃度を５〜１００容量％の酸素雰囲気中で行うこと
が好ましい。なお、熱処理工程が焼成工程を兼ねていて
もよい。

【００４４】以上のように得られた光ファイバ用フェル
ール１は、小径孔２の内壁に網目状の溝４を形成するこ
とから、光ファイバ６の固定強度をより高くすることが
でき、高精度で長期間の使用に供することができる。

【００４５】

【実施例】図１（ａ）に示すような光ファイバ用フェル
ールを作製するため、先ず、アルミナを０．２重量％含
有した純度９９％、一次平均粒径０．０５μｍのジルコ
ニア粉末、純度９９．９％のイットリア粉末を９７：３
のモル比で調合し、ボールミルによる混合を行って原料
粉末を得た。この原料粉末にバインダとしてメチルセル
ロースを混合粉末１００重量％に対して４重量％加え、
二次凝集粒の平均粒径が２．５μｍとなるように造粒す
る。

【００４６】得られた造粒粉を超硬合金からなる大径孔
用コアピンφ０．１３ｍｍ用とφ０．６ｍｍ用金型を用
いて長径方向に１８０ＭＰａの圧力で加圧して円筒形の
成形体２種類を作製した。こうして得られた成形体を１
３５０〜１４５０℃で３時間焼成した。

【００４７】また、前記イットリア添加ジルコニア粉体
１００重量部に対して、バインダとしてパラフィンワッ
クス、ポリメタクリル酸イソブチル、エチレン酢酸ビニ
ル共重合体及びフタル酸ジオクチルを合計で１３重量部
加えた射出成形用原料を作製する。この原料を用い、射
出成形により光ファイバ貫通孔を有したフェルール成形
体を作製した。さらに成形体を４５０℃で４８時間脱脂
を行い、このようにして得られた成形体を１３５０〜１
４５０℃で３時間焼成した。

【００４８】しかる後、得られた焼結体の外径を研磨加
工し、長さ１０．５ｍｍ、外径２．５ｍｍの円柱体を
得、次いで、ＹＡＧレーザによって長さ１ｍｍと３ｍｍ
２種類の貫通孔の試料を用意した。

【００４９】また、比較例として、射出成形により得た
成形体を焼成した後、ダイヤモンドペーストによって前
記同様な貫通孔を加工した試料（Ｎｏ．１３）を用意し
た。

【００５０】そして、固定強度の測定のため、エポキシ
接着剤であるエポテック３５３ＮＤを貫通孔に充填した
後、シングルモード用の光ファイバを挿入し、接着剤を
固化させて接続した後、図２に示すように１対の光ファ
イバ用フェルールを光コネクタに組み込んで、長さ１．
２ｍの光ファイバを有する１対のフェルールの突合せ部
をお互いに接触させるように対向接続した各試料１２組
の光コネクタを用意した。これら光コネクタを湿度９３
％の環境下で、６５℃にて３時間、２５℃にて１時間、
６５℃にて３時間、−１０℃で３時間と順に保持した
後、２５℃に戻る温度サイクルの負荷を与え、１サイク
ル終了の度に各対向接続部の接続損失の変動量をモニタ
ーし、合計１０サイクルを行いその最大値を接続損失の
変動量とした。

【００５１】また、結晶粒子の平均長さ、結晶粒径につ
いては、各試料を貫通孔の軸方向に対して垂直、及び平
行に切断し、ＳＥＭ観察によって測定した。結晶粒子の
平均長さ及び粒径については、インターセプト法を用い
て測定した。

【００５２】

【表１】

【００５３】表１から明らかなように、レーザ照射を行
わなかったために、貫通孔の内壁に網目状の溝が形成さ
れていない試料（Ｎｏ．１３）は、接続損失変動量が
０．３ｄＢ以上と３倍以上大きくなっていることが判っ
た。

【００５４】これに対し、貫通孔の内壁に網目状の溝が
形成されている本発明の試料（Ｎｏ．１〜１２）は、接
続損失変動量がすべての試料で０．１ｄＢ以下と非常に
小さいことが判った。

【００５５】

【発明の効果】本発明の光ファイバ用フェルールによれ
ば、小径孔と大径孔をテーパー部を介して連続した長手
方向の貫通孔を有したことにより光ファイバの保持面積
を確保する事により信頼性が得られた、さらに小径孔の
内壁に複数の溝を網目状に形成したことから、該光ファ
イバ用フェルールの貫通孔に光ファイバを挿入保持する
際、溝に接着剤が入り込み、アンカー効果と内径の異な
る貫通孔によって接着面積を増やせることのより光ファ
イバを強力に接着できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の光ファイバ用フェルールの一
実施形態を示す断面図、（ｂ）は同図（ａ）の小径孔の
内壁表面を示す拡大図、（ｃ）は同図（ａ）の小径孔の
内壁近傍の結晶粒子を示す模式図である。

【図２】本発明の光ファイバ用フェルールを用いた光コ
ネクタを示す断面図である。

【図３】本発明の他の実施形態を示す断面図である。

【図４】本発明の他の実施形態を示す断面図である。

【図５】本発明の光ファイバ用フェルールの製造方法を
説明する断面図である。

【図６】従来の光ファイバ用フェルールを示す断面図で
ある。

【図７】従来の多芯光ファイバ用フェルールを示す断面
図である。

【図８】従来の光ファイバ用フェルールの小径孔の内壁
近傍を示す拡大断面図である。

【符号の説明】

１：光ファイバ用フェルール２：小径孔３：大径孔４：溝５：バックボディ６：光ファイバ７：成形体８：接着剤９：気孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】小径孔と大径孔がテーパー部を介して連続
した長手方向の貫通孔を有する光ファイバ用フェルール
において、前記小径孔の内壁に複数の溝を網目状に形成
したことを特徴とする光ファイバ用フェルール。
【請求項２】前記小径孔の長手方向の長さが１ｍｍ〜３
mm、かつ前記大径孔の直径が０．１３ｍｍ〜０．６ｍｍ
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
フェルール。
【請求項３】前記小径孔の内壁近傍の結晶粒子は、内壁
表面における平均長さが１μｍ以下、かつ前記内壁に対
して垂直方向の平均長さが１〜２０μｍであることを特
徴とする請求項１又は２記載の光ファイバ用フェルー
ル。
【請求項４】セラミックス製フェルールの所定位置にパ
ルスレーザを照射し、その溶融過程によって前記小径孔
を形成するとともに、該小径孔の内壁に溶融層を残すこ
とによって網目状の溝を加工することを特徴とする請求
項1乃至３のいずれかに記載の光ファイバ用フェルール
の製造方法。