JP2004045805A - 光ファイバ接続用のフェルール及び光ファイバとフェルールの溶着方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】光ファイバとフェルールとを短い時間でかつ確実に固着することができ、光ファイバの位置決め安定性を高めることができる光ファイバ接続用のフェルール及び光ファイバとフェルールの溶着方法を提供する。
【解決手段】フェルール35のファイバ貫通孔35aの内壁35bに、光ファイバ31の表面に面接触する接触突部20を設ける。接触突部20の先端面20aを円弧面に形成する。接触突部20を矩形状又はリブ状に形成するとともに、周方向に複数設ける。また、接触突部20を周方向に等間隔に設けることも有効である。フェルール35に光ファイバ31を挿入し、フェルール35のファイバ貫通孔35aに形成された接触突部20と光ファイバ31の内被33とを超音波振動で加熱溶融することにより、光ファイバ31とフェルール35とを固着する。
【選択図】 図4
【解決手段】フェルール35のファイバ貫通孔35aの内壁35bに、光ファイバ31の表面に面接触する接触突部20を設ける。接触突部20の先端面20aを円弧面に形成する。接触突部20を矩形状又はリブ状に形成するとともに、周方向に複数設ける。また、接触突部20を周方向に等間隔に設けることも有効である。フェルール35に光ファイバ31を挿入し、フェルール35のファイバ貫通孔35aに形成された接触突部20と光ファイバ31の内被33とを超音波振動で加熱溶融することにより、光ファイバ31とフェルール35とを固着する。
【選択図】 図4
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信を行うための端末部品であり、また端末部品に光ファイバを接続する溶着方法である、光ファイバ接続用のフェルール及び光ファイバとフェルールの溶着方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
周知のように、光ファイバ同士の接続方法には、一度接続したら取り外しができない永久接続と、着脱自在に取り外しができるコネクタ接続とに大別される。永久接続は、融着や接着により接続する方法である。コネクタ接続は、コネクタ同士(一方をプラグ、他方をレセプタクルということもある)を嵌合させて、光ファイバの端面同士を突き合わせて物理的に接続する方法である。
【0003】
後者のコネクタ接続は、前者の永久接続に比べると軸ずれや軸の傾斜などにより光ファイバの接続損失が大きいという欠点があるものの、接続作業を短時間で行うことができるという利点がある。このため、コネクタ接続は、短距離光通信用の接続方法、例えばデジタル家電インターフェースや、ホームネットワークや、カーネットワークの接続方法として広く用いられている。
【0004】
コネクタ接続用の光コネクタは、通信線としての光ファイバと、端末部品としてのフェルールとを備えている。フェルールは、光ファイバを半径方向、軸方向に位置決めするためのものであり、光ファイバの端末側を固定するようになっている。光ファイバとフェルールとの接続方法には、種々の方法があり、中でも接着剤による接続方法が一般的な方法である。
【0005】
光ファイバとフェルールとの接着剤による溶着方法について、以下に説明する。光ファイバは、コア及びクラッドからなるファイバ素線と、内被及び外被からなる被覆部とから構成されている。光ファイバの先端側は、被覆部が皮剥きされてファイバ素線が露出している。
【0006】
フェルールは、筒状を成し、内側に形成されたファイバ貫通孔は小孔部と大孔部とを有しており、小孔部はファイバ素線が挿入される大きさに形成され、大孔部は被覆部が挿入される大きさに形成されている。小孔部に通されたファイバ素線の先端部は、フェルールの端面と同一平面になるように、研磨加工などが施される。
【0007】
フェルール及び光ファイバは、種々の材料を構成材料とすることができ、例えば石英ガラスや合成樹脂を構成材料とすることができる。さらに、フェルールは、金属やセラミックを構成材料とすることもできる。
【0008】
光ファイバとフェルールとの固定は、光ファイバの被覆部に接着剤を塗布し、光ファイバをフェルールに挿入し、接着剤が硬化することで双方が固定されるようになっている。
【0009】
しかし、上記接着剤による固定方法は、接着剤の加熱硬化に時間がかかるため、光コネクタの生産性が低くなるという問題や、表面性状によって接着強さが変わるという問題や、耐熱性が低いという問題があった。そこで、これらの問題の解決を図ったものとして特開昭63―137202号公報に記載されたものが知られている。
【0010】
図6に示すように、この発明は、超音波溶着可能な樹脂で形成されたフェルール60と、超音波溶着可能な樹脂で形成された内被を有する図示しない光ファイバを超音波で溶着するものであり、テンション部材を不要として皮剥き作業を向上させた発明である。
【0011】
フェルール60は、大径孔61aと小径孔61bとからなるファイバ貫通孔61を有している。ファイバ貫通孔61には予め皮剥きされた光ファイバの端末側が挿入され、小径孔61bにはファイバ素線が挿通される。
【0012】
大径孔61aが形成されたフェルール部分60aには、軸方向に延びる4本のスリット62が形成されていて、超音波溶着した際のフェルール60の変形代が吸収されるようになっている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の光ファイバ接続用のフェルール及び光ファイバとフェルールの溶着方法では、解決すべき以下の問題点がある。
【0014】
一つには、フェルール60の大径孔61aにスリット62が形成されてはいるものの、超音波加工機の加圧力が大きい場合にはフェルール60の変形が完全には吸収できない心配がある。フェルール60が変形すると、光ファイバの光軸精度が悪くなり、光損失が増加するなどして、光学特性が低下するという問題もある。
【0015】
また一つに、フェルール60のファイバ貫通孔61と光ファイバの内被との接触部分が広すぎるため、摩擦による発熱量が多くなるとともに、摩擦熱の逃げ場がなくなり、溶着部分近傍の熱影響層が広くなるという問題もある。熱影響層が広くなると、石英ガラスやアクリル樹脂などのファイバ素線に熱応力が生じてサーマルクラックが発生することがある。
【0016】
逆に、フェルールと光ファイバの接触部分が小さい場合は、超音波振動が伝わりにくく、接触部分の加熱溶融に時間がかかり、光コネクタの生産性が低下するという問題がある。また、溶着面積も狭くなり、光ファイバに引張力が作用した場合には、光ファイバがフェルールから外れて後抜けするという心配もある。
【0017】
本発明は、上記した点に鑑み、光ファイバとフェルールとを短い時間でかつ確実に溶着することができ、光ファイバの安定した位置決めを行うことができる光ファイバ接続用のフェルール及び光ファイバとフェルールの溶着方法を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、ファイバ貫通孔を有し、該ファイバ貫通孔に挿入された光ファイバの端末を溶着するための光ファイバ接続用のフェルールにおいて、前記ファイバ貫通孔の内壁に、前記光ファイバの表面に面接触する超音波溶着用の接触突部が設けられたことを特徴とする。
【0019】
上記構成によれば、フェルールのファイバ貫通孔に光ファイバが挿入されることで、光ファイバが半径方向及び軸方向に位置決めされ、そして、光ファイバがフェルールの接触突部と面接触することで、光ファイバの位置ずれが防止されるとともに、超音波振動が伝わりやすくなり光ファイバとフェルールの溶着力が向上する。
【0020】
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の光ファイバ接続用のフェルールにおいて、前記接触突部の先端面が円弧面であることを特徴とする。
上記構成によれば、接触突部の先端面と光ファイバの表面とが確実に面接触する。
【0021】
また、請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の光ファイバ接続用のフェルールにおいて、前記接触突部が、矩形状又はリブ状に形成されたことを特徴とする。
【0022】
上記構成によれば、光ファイバの表面と接触突部の接触面積が大きくなるため、超音波振動が伝わりやすくなり安定した溶着力を得ることができる。また、型抜きが容易となり、接触突部の成形性が向上する。
【0023】
また、請求項4記載の発明は、請求項1〜3の何れか一項に記載の光ファイバ接続用のフェルールにおいて、前記接触突部が、周方向に複数設けられたことを特徴とする。
上記構成によれば、光ファイバとフェルールとの溶着部が複数となり、溶着力が高まる。
【0024】
また、請求項5記載の発明は、請求項4記載の光ファイバ接続用のフェルールにおいて、前記接触突部が、周方向に等間隔で設けられたことを特徴とする。
上記構成によれば、光ファイバは周りから均一に押し付けられて、半径方向に高精度に調心される。
【0025】
また、請求項6記載の発明は、請求項1〜5の何れか一項に記載の光ファイバ接続用のフェルールに光ファイバを挿入し、前記接触突部を超音波振動で加熱溶融させることにより、該光ファイバと該フェルールとを溶着させることを特徴とする。
【0026】
上記構成によれば、フェルールに光ファイバを挿入した状態で、フェルールを加圧しながら超音波振動させると、ファイバ貫通孔に形成された接触突部が内部摩擦により加熱溶融して、光ファイバとフェルールとが溶着する。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態の具体例を図面を用いて詳細に説明する。
図1は、本発明に係る光ファイバとフェルールの溶着方法の一実施形態に使用された超音波加工機を示し、図2〜図5は、本発明に係る光コネクタ接続用のフェルールを示すものである。
【0028】
超音波加工機による超音波溶着は、二つの加工物を加圧しながら、境界面に振動エネルギを伝え、その振動エネルギを双方の加工物の境界面に与えることで二つの加工物を溶着する方法である。
【0029】
振動エネルギを加工物に与えると、境界面の滑りと内部摩擦による加熱が行われ、ある程度溶解しながら原子拡散が行われて、二つの加工物が完全に溶着する。超音波溶着は、溶着部近傍の熱影響層が狭いため、電子部品などの薄物の溶着に適していて、数秒程度で溶着が終了する。
【0030】
図1に示すように、超音波加工機10は、超音波発振器11と、振動子12と、ホーン13と、チップ14と、アンビル15と、図示しない油圧装置とを備えている。以下に各構成部品について順に説明する。
【0031】
通常の超音波発振器11は、100W〜10kW程度の電気エネルギを出力できるようになっている。振動子12は、磁場内に置かれた強磁性体の磁歪振動子であり、超音波発振器11からの電気エネルギを受けて振動エネルギを発生するものである。ホーン13は、振動子12からの振動をチップ14に伝えるためのものである。ホーン13は、水平方向に配置されているが、向きを変えて上下方向に配置してもよい。
【0032】
チップ14とアンビル15は、それぞれ上側と下側の工具であり、加工物としてのフェルール35を挟持するためのものである。油圧装置は、チップ14及び/又はアンビル15を加圧するためのものである。なお、超音波加工機10にモータを設けて、筒状のフェルール35をチップ14とアンビル15との間で回転させるようにすることもできる。また、チップ14及びアンビル15に代えてチャックを設け、チャックをホーンで振動させるようにしてもよい。
【0033】
このような構成を備える超音波加工機10による加工条件は、超音波出力が2kWであり、超音波周波数が15〜30kHzであり、超音波の振幅(ホーンの縦振動の振幅)が40〜50μmであり、チップ14及び/又はアンビル15の加圧力が300N〜500Nに設定されている。
【0034】
光ファイバ31とフェルール35とを溶着する場合は、例えば、光ファイバ31が挿入されたフェルール35をチップ14とアンビル15との間に挟み、フェルール35を上下方向に加圧した状態で、ホーン13によりチップ14を水平方向に振動させることで溶着させる。なお、ホーン13を上下方向に配置して、ホーン13を上下方向に超音波振動させてもよい。
【0035】
次に、図2には、光コネクタ30の分解斜視図が示されている。光コネクタ30は、光ファイバ31と、フェルール35と、光アダプタ40と、光アダプタカバー50とからなっている。以下に、各構成部品について順に説明する。
【0036】
光ファイバ31は、ファイバ素線32と、ファイバ素線32を被覆する内被33と、内被33の外側を被覆する外被34とからなっている。ファイバ素線32は、合成樹脂を構成材料とする、いわゆるプラスチックファイバ素線である。例えば、光透過率の高いPMMA(ポリメチルメタクリレート。通称アクリル)や、耐熱性を有するポリカーボネート(PC)などをコア材とし、フッ素樹脂などをクラッド材としている。
【0037】
ファイバ素線32の中心に配されるコアは、光信号を伝送するための導波路(伝送路)である。クラッドは、コアの外側に配され、コアよりも屈折率の小さい材料で構成されている。このため、光は、コアとクラッドの境界面で反射を繰り返し、コア内に閉じこめられるようになっている。
【0038】
内被33及び外被34は、絶縁性や難燃性を有する合成樹脂材料を構成材料としている。例えば、ポリエチレンやポリ塩化ビニルやナイロンを構成材料としている。
【0039】
内被33及び外被34は、光ファイバ31の先端から順に皮剥きされていて、ファイバ素線32を所定長さ露出させている。また、内被33は外被34の先端側で所定長さ露出していて、内被33が超音波振動により加熱溶融されて、フェルール35と溶着するようになっている。
【0040】
フェルール35は、合成樹脂材料を構成材料とする、いわゆるプラスチックフェルールである。図3に示すように、フェルール35は、ファイバ素線32をファイバ貫通孔35aに収容する小径部36と、小径部36に連続し内被33をファイバ貫通孔35aに収容する大径部37とから段付き円筒状に形成されている。ファイバ素線32は、小径部36の端部から露出するように挿入され、後にフェルール35とともに研磨されて、端面出しが行われるようになっている。
【0041】
大径部37の胴体には、第1のフランジ38と第2のフランジ39とがそれぞれ環状に形成されている。第1のフランジ38は大径部37の中間に形成され、第2のフランジ39は大径部37の端部に形成されている。
【0042】
再び図2に戻って説明すると、光アダプタ40は、合成樹脂製であって、外形が略矩形の二つの筒体41を並べて一体形成されている。二つの筒体41,41は対称形状に形成されており、光アダプタ40の長手方向に沿って、挿入口42と、収容室43(図5)と、接続口44(図5)とが形成されている。
【0043】
挿入口42は、光ファイバ31の端末側を挿入するために形成された円形の貫通孔であり、光アダプタ40の長手方向側の一側端面に形成されている。挿入口42の直径は、フェルール35の第1,2のフランジ38,39の直径よりも若干大きく形成されている。
【0044】
収容室43は、フェルール35の長さよりも長く形成されており、収容されたフェルール35が接続口44から突出しないようになっている。これは、フェルール35及び光ファイバ31の先端の傷付き又は破損を防止するためである。収容室43は、挿入口42及び接続口44の直径と同一径に形成されており、収容室43の中間には内方へ突出する環状のストッパ45(図5)が周設されている。ストッパ45には、フェルール35の第1のフランジ38が当接し、フェルール35が長手方向に位置決めされるようになっている。
【0045】
接続口44は、光アダプタ40の長手方向の他側端面に形成されている。接続口44は、図示しない相手側の光コネクタが嵌入する部分であって、円形の貫通孔に形成されている。
【0046】
光アダプタ40の上壁40aには係止部46が形成され、下壁40b(図5)には係合孔47が形成されている。係止部46は、光アダプタ40の中央よりも挿入口42側に形成された可撓性の係止片である。この係止部46は、フェルール35の第1のフランジ38に係合してフェルール35の後抜けを防止する。
【0047】
係合孔47(図5)は収容室43に連通形成されている。係合孔47にはホルダ49が挿入され、フェルール35の第1のフランジ38に係合してフェルール35を二重係止する。
【0048】
光アダプタカバー50は、合成樹脂製であって、光アダプタ40を挿着するため略フレーム状に形成されている。光アダプタカバー50は、奧壁と、奧壁の縁部に連なる周壁51とを有している。周壁51は、上壁51a及び下壁51bと、両側の側壁51c,51c(片側のみ図示する)とからなっている。
【0049】
光アダプタカバー50の下壁51bには、ホルダ49に対する係合孔53が形成されている。係合孔53は、光アダプタ40の係合孔47(図5)とほぼ同じ大きさに形成されている。係合孔53にホルダ49が挿入されると、ホルダ49は係合孔53を貫通し、フェルール35の第1のフランジ38に係合するようになっている。
【0050】
図5には、光アダプタ40に嵌合したフェルール35に光ファイバ31の端末側が挿入された状態が示されている。光ファイバ31は、フェルール35の後端から挿入され、外被34が第2のフランジ39の端部に当接することで、光ファイバ31の長手方向の位置決めが行われるようになっている。
【0051】
挿入されたファイバ素線32は、ファイバ貫通孔35aの内壁に緊密に接し、その光軸が半径方向に正確に位置決めされるようになっている。しかも、光軸は傾斜がないように位置決めされている。
【0052】
フェルール35は、光アダプタ40のストッパ45に当接して長手方向に位置決めされる。フェルール35の第1のフランジ38は、係止部46に係止されて、フェルール35が挿入反対方向に抜け出ないようになっている。
【0053】
図4は、図3に示したフェルールのA−A線に沿って切断した断面図を示したものである。図示するように、光ファイバ31の内被33が挿入されるファイバ貫通孔35aの内壁35bに、複数の接触突部20が突設されている点が本発明の特徴である。
【0054】
接触突部20は、リブ状をなし軸方向に延在しかつ周方向に等間隔に配設されている。本実施形態においては、接触突部20が中心軸対称の位置に6本設けられている。これにより、光ファイバ31は周りから均一に押し付けられて、超音波溶着する際に光ファイバ31の位置ずれが防止されている。接触突部20の本数は、6本に限られずそれ以上の本数でもよい。なお、接触突部20は、ファイバ貫通孔35aの内壁35bから突出していればよく、矩形状の突部であってもよい。矩形とは、長方形及び正方形を含む形状をいうものとする。
【0055】
接触突部20の突き出し長aは、接触突部20の先端部が光ファイバ31の内被33に接触できる程度の寸法に設定されている。突き出し長aが長すぎる場合は、接触突部20が光ファイバ31の挿入を妨げるためであり、突き出し長aが短すぎる場合は、超音波振動を光ファイバ31に伝えることができないためである。
【0056】
接触突部20の先端面20aは、内向きに湾曲する円弧面に形成されていて光ファイバの内被33の表面に面接触するようになっている。このため、光ファイバ31とフェルール35の接触面積が増加して、フェルール35から光ファイバ31に超音波振動が確実に伝播される。また、光ファイバ31の半径方向及び軸方向の位置決めが正確に行われる。
【0057】
接触突部20の周方向の幅bは、図1に示した超音波加工機10の加圧力と接触面積の関係から求められている。加圧力とは、油圧装置によりチップ14及び/又はアンビル15がフェルール35に加える上下方向の力であり、接触面積とは、接触突部20の先端面20aと光ファイバ31の内被33とが接触する境界部の接触面積である。
【0058】
すなわち、超音波溶着による光ファイバ31とフェルール35の溶着性は、加圧力の接触面積に対する比(以下、面圧力という)に依存し、面圧力が大きすぎる場合は、フェルール35が変形したり、光ファイバ31が変形したりして好ましくなく、面圧力が小さすぎる場合は、光ファイバ31とフェルール35との境界部が加熱溶融するのに時間がかかり、溶着力が弱くなる心配もあり好ましくない。
【0059】
従って、接触突部20の幅bは、フェルール35が変形したりせず、境界部が加熱溶融するのに時間がかからず、溶着力が弱くならない寸法に設定されている。
【0060】
光ファイバ31とフェルール35とを超音波溶着する際には、フェルール35のファイバ貫通孔35aに予め外被34及び内被33が皮剥きされた光ファイバ31の端末側を挿入し、超音波加工機10によりフェルール35を加圧しながら超音波振動を与え、ファイバ貫通孔35aの接触突部20の先端面20aと光ファイバ31の内被33とを摩擦させ、内部摩擦により接触突部20と内被33とを加熱溶融して、光ファイバ31とフェルール35とを溶着させる。
【0061】
このように本実施形態によれば、ファイバ貫通孔35aの内壁35bに、光ファイバ31の表面に面接触する超音波溶着用の接触突部20が設けられているから、光ファイバ31が接触突部20と面接触することで、光ファイバ31の位置ずれが防止されるとともに、超音波振動が伝わりやすくなり光ファイバ31とフェルール35の溶着力が向上する。
【0062】
また、接触突部20の先端面20aが、円弧面に形成されているから、光ファイバ31とフェルール35の接触面積が大きくなり、超音波振動が伝わりやすくなる。
【0063】
また、接触突部20がリブ状に突出形成されているから、光ファイバ31とフェルール35の接触面積がさらに大きくなり、より超音波振動が伝わりやすくなる。
【0064】
また、接触突部20が6本設けられているから、押し付け力が強くなり、光ファイバ31の位置ずれが防止されるとともに、溶着部が増加して溶着力が向上する。さらに、接触突部20が周方向に等間隔に設けられているから、光ファイバ31は周りから均一に押し付けられて、半径方向に高精度に調心される。
【0065】
【発明の効果】
以上の如く、請求項1記載の発明によれば、ファイバ貫通孔の内壁に、光ファイバの表面に面接触する超音波溶着用の接触突部を設けることで、光ファイバの安定した位置決めが行われるとともに、光ファイバに超音波振動が伝わりやすくなる。従って、光ファイバとフェルールとを短い時間で、かつ確実に溶着することができる。
【0066】
また、請求項2記載の発明によれば、接触突部の先端面を円弧面に形成することで、接触突部の先端面と光ファイバの表面とが確実に面接触する。従って、請求項1記載の発明の効果が助長され、超音波溶着性が向上する。
【0067】
また、請求項3記載の発明によれば、接触突部を矩形状又はリブ状に形成することで、光ファイバとフェルールの接触面積がさらに大きくなり、より超音波振動が伝わりやすくなる。従って、請求項2記載の発明の効果に加えて、溶着力が向上する。
【0068】
また、請求項4記載の発明によれば、接触突部を周方向に複数設けることで、光ファイバとフェルールとは、複数の溶着部で接合する。従って、より一層溶着力が強くなる。
【0069】
また、請求項5記載の発明によれば、接触突部を周方向に等間隔に設けることで、光ファイバは周りから均一に押し付けられて、半径方向に高精度に調心される。従って、光ファイバの位置ずれが防止されて、位置決め精度が向上する。
【0070】
また、請求項6記載の発明によれば、フェルールが加圧された状態で超音波振動が与えられ、ファイバ貫通孔の接触突部の先端面と光ファイバの内被とが擦れ合い、接触突部と内被とが加熱溶融して、光ファイバとフェルールとが溶着する。従って、光ファイバとフェルールとを短い時間でかつ確実に溶着することができる。また、光コネクタの生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る光ファイバとフェルールの溶着方法の一実施形態に使用された超音波加工機の基本構成を示す図である。
【図2】光ファイバ接続用のフェルールを含む光コネクタの分解斜視図である。
【図3】図2に示すフェルールの拡大斜視図である。
【図4】図3に示すフェルールのA−A線に沿って切断した断面図である。
【図5】図2に示す光アダプタに嵌合したフェルールに光ファイバの端末側が挿入された状態を示す断面図である。
【図6】従来の光ファイバ接続用のフェルールの一例を示し、(a)は断面図であり、(b)は右側面図である。
【符号の説明】
10 超音波加工機
14 チップ
15 アンビル
20 接触突部
20a 先端面
30 光コネクタ
31 光ファイバ
32 ファイバ素線
33 内被
34 外被
35a ファイバ貫通孔
40 光アダプタ
49 ホルダ
50 光アダプタカバー
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信を行うための端末部品であり、また端末部品に光ファイバを接続する溶着方法である、光ファイバ接続用のフェルール及び光ファイバとフェルールの溶着方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
周知のように、光ファイバ同士の接続方法には、一度接続したら取り外しができない永久接続と、着脱自在に取り外しができるコネクタ接続とに大別される。永久接続は、融着や接着により接続する方法である。コネクタ接続は、コネクタ同士(一方をプラグ、他方をレセプタクルということもある)を嵌合させて、光ファイバの端面同士を突き合わせて物理的に接続する方法である。
【0003】
後者のコネクタ接続は、前者の永久接続に比べると軸ずれや軸の傾斜などにより光ファイバの接続損失が大きいという欠点があるものの、接続作業を短時間で行うことができるという利点がある。このため、コネクタ接続は、短距離光通信用の接続方法、例えばデジタル家電インターフェースや、ホームネットワークや、カーネットワークの接続方法として広く用いられている。
【0004】
コネクタ接続用の光コネクタは、通信線としての光ファイバと、端末部品としてのフェルールとを備えている。フェルールは、光ファイバを半径方向、軸方向に位置決めするためのものであり、光ファイバの端末側を固定するようになっている。光ファイバとフェルールとの接続方法には、種々の方法があり、中でも接着剤による接続方法が一般的な方法である。
【0005】
光ファイバとフェルールとの接着剤による溶着方法について、以下に説明する。光ファイバは、コア及びクラッドからなるファイバ素線と、内被及び外被からなる被覆部とから構成されている。光ファイバの先端側は、被覆部が皮剥きされてファイバ素線が露出している。
【0006】
フェルールは、筒状を成し、内側に形成されたファイバ貫通孔は小孔部と大孔部とを有しており、小孔部はファイバ素線が挿入される大きさに形成され、大孔部は被覆部が挿入される大きさに形成されている。小孔部に通されたファイバ素線の先端部は、フェルールの端面と同一平面になるように、研磨加工などが施される。
【0007】
フェルール及び光ファイバは、種々の材料を構成材料とすることができ、例えば石英ガラスや合成樹脂を構成材料とすることができる。さらに、フェルールは、金属やセラミックを構成材料とすることもできる。
【0008】
光ファイバとフェルールとの固定は、光ファイバの被覆部に接着剤を塗布し、光ファイバをフェルールに挿入し、接着剤が硬化することで双方が固定されるようになっている。
【0009】
しかし、上記接着剤による固定方法は、接着剤の加熱硬化に時間がかかるため、光コネクタの生産性が低くなるという問題や、表面性状によって接着強さが変わるという問題や、耐熱性が低いという問題があった。そこで、これらの問題の解決を図ったものとして特開昭63―137202号公報に記載されたものが知られている。
【0010】
図6に示すように、この発明は、超音波溶着可能な樹脂で形成されたフェルール60と、超音波溶着可能な樹脂で形成された内被を有する図示しない光ファイバを超音波で溶着するものであり、テンション部材を不要として皮剥き作業を向上させた発明である。
【0011】
フェルール60は、大径孔61aと小径孔61bとからなるファイバ貫通孔61を有している。ファイバ貫通孔61には予め皮剥きされた光ファイバの端末側が挿入され、小径孔61bにはファイバ素線が挿通される。
【0012】
大径孔61aが形成されたフェルール部分60aには、軸方向に延びる4本のスリット62が形成されていて、超音波溶着した際のフェルール60の変形代が吸収されるようになっている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の光ファイバ接続用のフェルール及び光ファイバとフェルールの溶着方法では、解決すべき以下の問題点がある。
【0014】
一つには、フェルール60の大径孔61aにスリット62が形成されてはいるものの、超音波加工機の加圧力が大きい場合にはフェルール60の変形が完全には吸収できない心配がある。フェルール60が変形すると、光ファイバの光軸精度が悪くなり、光損失が増加するなどして、光学特性が低下するという問題もある。
【0015】
また一つに、フェルール60のファイバ貫通孔61と光ファイバの内被との接触部分が広すぎるため、摩擦による発熱量が多くなるとともに、摩擦熱の逃げ場がなくなり、溶着部分近傍の熱影響層が広くなるという問題もある。熱影響層が広くなると、石英ガラスやアクリル樹脂などのファイバ素線に熱応力が生じてサーマルクラックが発生することがある。
【0016】
逆に、フェルールと光ファイバの接触部分が小さい場合は、超音波振動が伝わりにくく、接触部分の加熱溶融に時間がかかり、光コネクタの生産性が低下するという問題がある。また、溶着面積も狭くなり、光ファイバに引張力が作用した場合には、光ファイバがフェルールから外れて後抜けするという心配もある。
【0017】
本発明は、上記した点に鑑み、光ファイバとフェルールとを短い時間でかつ確実に溶着することができ、光ファイバの安定した位置決めを行うことができる光ファイバ接続用のフェルール及び光ファイバとフェルールの溶着方法を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、ファイバ貫通孔を有し、該ファイバ貫通孔に挿入された光ファイバの端末を溶着するための光ファイバ接続用のフェルールにおいて、前記ファイバ貫通孔の内壁に、前記光ファイバの表面に面接触する超音波溶着用の接触突部が設けられたことを特徴とする。
【0019】
上記構成によれば、フェルールのファイバ貫通孔に光ファイバが挿入されることで、光ファイバが半径方向及び軸方向に位置決めされ、そして、光ファイバがフェルールの接触突部と面接触することで、光ファイバの位置ずれが防止されるとともに、超音波振動が伝わりやすくなり光ファイバとフェルールの溶着力が向上する。
【0020】
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の光ファイバ接続用のフェルールにおいて、前記接触突部の先端面が円弧面であることを特徴とする。
上記構成によれば、接触突部の先端面と光ファイバの表面とが確実に面接触する。
【0021】
また、請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の光ファイバ接続用のフェルールにおいて、前記接触突部が、矩形状又はリブ状に形成されたことを特徴とする。
【0022】
上記構成によれば、光ファイバの表面と接触突部の接触面積が大きくなるため、超音波振動が伝わりやすくなり安定した溶着力を得ることができる。また、型抜きが容易となり、接触突部の成形性が向上する。
【0023】
また、請求項4記載の発明は、請求項1〜3の何れか一項に記載の光ファイバ接続用のフェルールにおいて、前記接触突部が、周方向に複数設けられたことを特徴とする。
上記構成によれば、光ファイバとフェルールとの溶着部が複数となり、溶着力が高まる。
【0024】
また、請求項5記載の発明は、請求項4記載の光ファイバ接続用のフェルールにおいて、前記接触突部が、周方向に等間隔で設けられたことを特徴とする。
上記構成によれば、光ファイバは周りから均一に押し付けられて、半径方向に高精度に調心される。
【0025】
また、請求項6記載の発明は、請求項1〜5の何れか一項に記載の光ファイバ接続用のフェルールに光ファイバを挿入し、前記接触突部を超音波振動で加熱溶融させることにより、該光ファイバと該フェルールとを溶着させることを特徴とする。
【0026】
上記構成によれば、フェルールに光ファイバを挿入した状態で、フェルールを加圧しながら超音波振動させると、ファイバ貫通孔に形成された接触突部が内部摩擦により加熱溶融して、光ファイバとフェルールとが溶着する。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態の具体例を図面を用いて詳細に説明する。
図1は、本発明に係る光ファイバとフェルールの溶着方法の一実施形態に使用された超音波加工機を示し、図2〜図5は、本発明に係る光コネクタ接続用のフェルールを示すものである。
【0028】
超音波加工機による超音波溶着は、二つの加工物を加圧しながら、境界面に振動エネルギを伝え、その振動エネルギを双方の加工物の境界面に与えることで二つの加工物を溶着する方法である。
【0029】
振動エネルギを加工物に与えると、境界面の滑りと内部摩擦による加熱が行われ、ある程度溶解しながら原子拡散が行われて、二つの加工物が完全に溶着する。超音波溶着は、溶着部近傍の熱影響層が狭いため、電子部品などの薄物の溶着に適していて、数秒程度で溶着が終了する。
【0030】
図1に示すように、超音波加工機10は、超音波発振器11と、振動子12と、ホーン13と、チップ14と、アンビル15と、図示しない油圧装置とを備えている。以下に各構成部品について順に説明する。
【0031】
通常の超音波発振器11は、100W〜10kW程度の電気エネルギを出力できるようになっている。振動子12は、磁場内に置かれた強磁性体の磁歪振動子であり、超音波発振器11からの電気エネルギを受けて振動エネルギを発生するものである。ホーン13は、振動子12からの振動をチップ14に伝えるためのものである。ホーン13は、水平方向に配置されているが、向きを変えて上下方向に配置してもよい。
【0032】
チップ14とアンビル15は、それぞれ上側と下側の工具であり、加工物としてのフェルール35を挟持するためのものである。油圧装置は、チップ14及び/又はアンビル15を加圧するためのものである。なお、超音波加工機10にモータを設けて、筒状のフェルール35をチップ14とアンビル15との間で回転させるようにすることもできる。また、チップ14及びアンビル15に代えてチャックを設け、チャックをホーンで振動させるようにしてもよい。
【0033】
このような構成を備える超音波加工機10による加工条件は、超音波出力が2kWであり、超音波周波数が15〜30kHzであり、超音波の振幅(ホーンの縦振動の振幅)が40〜50μmであり、チップ14及び/又はアンビル15の加圧力が300N〜500Nに設定されている。
【0034】
光ファイバ31とフェルール35とを溶着する場合は、例えば、光ファイバ31が挿入されたフェルール35をチップ14とアンビル15との間に挟み、フェルール35を上下方向に加圧した状態で、ホーン13によりチップ14を水平方向に振動させることで溶着させる。なお、ホーン13を上下方向に配置して、ホーン13を上下方向に超音波振動させてもよい。
【0035】
次に、図2には、光コネクタ30の分解斜視図が示されている。光コネクタ30は、光ファイバ31と、フェルール35と、光アダプタ40と、光アダプタカバー50とからなっている。以下に、各構成部品について順に説明する。
【0036】
光ファイバ31は、ファイバ素線32と、ファイバ素線32を被覆する内被33と、内被33の外側を被覆する外被34とからなっている。ファイバ素線32は、合成樹脂を構成材料とする、いわゆるプラスチックファイバ素線である。例えば、光透過率の高いPMMA(ポリメチルメタクリレート。通称アクリル)や、耐熱性を有するポリカーボネート(PC)などをコア材とし、フッ素樹脂などをクラッド材としている。
【0037】
ファイバ素線32の中心に配されるコアは、光信号を伝送するための導波路(伝送路)である。クラッドは、コアの外側に配され、コアよりも屈折率の小さい材料で構成されている。このため、光は、コアとクラッドの境界面で反射を繰り返し、コア内に閉じこめられるようになっている。
【0038】
内被33及び外被34は、絶縁性や難燃性を有する合成樹脂材料を構成材料としている。例えば、ポリエチレンやポリ塩化ビニルやナイロンを構成材料としている。
【0039】
内被33及び外被34は、光ファイバ31の先端から順に皮剥きされていて、ファイバ素線32を所定長さ露出させている。また、内被33は外被34の先端側で所定長さ露出していて、内被33が超音波振動により加熱溶融されて、フェルール35と溶着するようになっている。
【0040】
フェルール35は、合成樹脂材料を構成材料とする、いわゆるプラスチックフェルールである。図3に示すように、フェルール35は、ファイバ素線32をファイバ貫通孔35aに収容する小径部36と、小径部36に連続し内被33をファイバ貫通孔35aに収容する大径部37とから段付き円筒状に形成されている。ファイバ素線32は、小径部36の端部から露出するように挿入され、後にフェルール35とともに研磨されて、端面出しが行われるようになっている。
【0041】
大径部37の胴体には、第1のフランジ38と第2のフランジ39とがそれぞれ環状に形成されている。第1のフランジ38は大径部37の中間に形成され、第2のフランジ39は大径部37の端部に形成されている。
【0042】
再び図2に戻って説明すると、光アダプタ40は、合成樹脂製であって、外形が略矩形の二つの筒体41を並べて一体形成されている。二つの筒体41,41は対称形状に形成されており、光アダプタ40の長手方向に沿って、挿入口42と、収容室43(図5)と、接続口44(図5)とが形成されている。
【0043】
挿入口42は、光ファイバ31の端末側を挿入するために形成された円形の貫通孔であり、光アダプタ40の長手方向側の一側端面に形成されている。挿入口42の直径は、フェルール35の第1,2のフランジ38,39の直径よりも若干大きく形成されている。
【0044】
収容室43は、フェルール35の長さよりも長く形成されており、収容されたフェルール35が接続口44から突出しないようになっている。これは、フェルール35及び光ファイバ31の先端の傷付き又は破損を防止するためである。収容室43は、挿入口42及び接続口44の直径と同一径に形成されており、収容室43の中間には内方へ突出する環状のストッパ45(図5)が周設されている。ストッパ45には、フェルール35の第1のフランジ38が当接し、フェルール35が長手方向に位置決めされるようになっている。
【0045】
接続口44は、光アダプタ40の長手方向の他側端面に形成されている。接続口44は、図示しない相手側の光コネクタが嵌入する部分であって、円形の貫通孔に形成されている。
【0046】
光アダプタ40の上壁40aには係止部46が形成され、下壁40b(図5)には係合孔47が形成されている。係止部46は、光アダプタ40の中央よりも挿入口42側に形成された可撓性の係止片である。この係止部46は、フェルール35の第1のフランジ38に係合してフェルール35の後抜けを防止する。
【0047】
係合孔47(図5)は収容室43に連通形成されている。係合孔47にはホルダ49が挿入され、フェルール35の第1のフランジ38に係合してフェルール35を二重係止する。
【0048】
光アダプタカバー50は、合成樹脂製であって、光アダプタ40を挿着するため略フレーム状に形成されている。光アダプタカバー50は、奧壁と、奧壁の縁部に連なる周壁51とを有している。周壁51は、上壁51a及び下壁51bと、両側の側壁51c,51c(片側のみ図示する)とからなっている。
【0049】
光アダプタカバー50の下壁51bには、ホルダ49に対する係合孔53が形成されている。係合孔53は、光アダプタ40の係合孔47(図5)とほぼ同じ大きさに形成されている。係合孔53にホルダ49が挿入されると、ホルダ49は係合孔53を貫通し、フェルール35の第1のフランジ38に係合するようになっている。
【0050】
図5には、光アダプタ40に嵌合したフェルール35に光ファイバ31の端末側が挿入された状態が示されている。光ファイバ31は、フェルール35の後端から挿入され、外被34が第2のフランジ39の端部に当接することで、光ファイバ31の長手方向の位置決めが行われるようになっている。
【0051】
挿入されたファイバ素線32は、ファイバ貫通孔35aの内壁に緊密に接し、その光軸が半径方向に正確に位置決めされるようになっている。しかも、光軸は傾斜がないように位置決めされている。
【0052】
フェルール35は、光アダプタ40のストッパ45に当接して長手方向に位置決めされる。フェルール35の第1のフランジ38は、係止部46に係止されて、フェルール35が挿入反対方向に抜け出ないようになっている。
【0053】
図4は、図3に示したフェルールのA−A線に沿って切断した断面図を示したものである。図示するように、光ファイバ31の内被33が挿入されるファイバ貫通孔35aの内壁35bに、複数の接触突部20が突設されている点が本発明の特徴である。
【0054】
接触突部20は、リブ状をなし軸方向に延在しかつ周方向に等間隔に配設されている。本実施形態においては、接触突部20が中心軸対称の位置に6本設けられている。これにより、光ファイバ31は周りから均一に押し付けられて、超音波溶着する際に光ファイバ31の位置ずれが防止されている。接触突部20の本数は、6本に限られずそれ以上の本数でもよい。なお、接触突部20は、ファイバ貫通孔35aの内壁35bから突出していればよく、矩形状の突部であってもよい。矩形とは、長方形及び正方形を含む形状をいうものとする。
【0055】
接触突部20の突き出し長aは、接触突部20の先端部が光ファイバ31の内被33に接触できる程度の寸法に設定されている。突き出し長aが長すぎる場合は、接触突部20が光ファイバ31の挿入を妨げるためであり、突き出し長aが短すぎる場合は、超音波振動を光ファイバ31に伝えることができないためである。
【0056】
接触突部20の先端面20aは、内向きに湾曲する円弧面に形成されていて光ファイバの内被33の表面に面接触するようになっている。このため、光ファイバ31とフェルール35の接触面積が増加して、フェルール35から光ファイバ31に超音波振動が確実に伝播される。また、光ファイバ31の半径方向及び軸方向の位置決めが正確に行われる。
【0057】
接触突部20の周方向の幅bは、図1に示した超音波加工機10の加圧力と接触面積の関係から求められている。加圧力とは、油圧装置によりチップ14及び/又はアンビル15がフェルール35に加える上下方向の力であり、接触面積とは、接触突部20の先端面20aと光ファイバ31の内被33とが接触する境界部の接触面積である。
【0058】
すなわち、超音波溶着による光ファイバ31とフェルール35の溶着性は、加圧力の接触面積に対する比(以下、面圧力という)に依存し、面圧力が大きすぎる場合は、フェルール35が変形したり、光ファイバ31が変形したりして好ましくなく、面圧力が小さすぎる場合は、光ファイバ31とフェルール35との境界部が加熱溶融するのに時間がかかり、溶着力が弱くなる心配もあり好ましくない。
【0059】
従って、接触突部20の幅bは、フェルール35が変形したりせず、境界部が加熱溶融するのに時間がかからず、溶着力が弱くならない寸法に設定されている。
【0060】
光ファイバ31とフェルール35とを超音波溶着する際には、フェルール35のファイバ貫通孔35aに予め外被34及び内被33が皮剥きされた光ファイバ31の端末側を挿入し、超音波加工機10によりフェルール35を加圧しながら超音波振動を与え、ファイバ貫通孔35aの接触突部20の先端面20aと光ファイバ31の内被33とを摩擦させ、内部摩擦により接触突部20と内被33とを加熱溶融して、光ファイバ31とフェルール35とを溶着させる。
【0061】
このように本実施形態によれば、ファイバ貫通孔35aの内壁35bに、光ファイバ31の表面に面接触する超音波溶着用の接触突部20が設けられているから、光ファイバ31が接触突部20と面接触することで、光ファイバ31の位置ずれが防止されるとともに、超音波振動が伝わりやすくなり光ファイバ31とフェルール35の溶着力が向上する。
【0062】
また、接触突部20の先端面20aが、円弧面に形成されているから、光ファイバ31とフェルール35の接触面積が大きくなり、超音波振動が伝わりやすくなる。
【0063】
また、接触突部20がリブ状に突出形成されているから、光ファイバ31とフェルール35の接触面積がさらに大きくなり、より超音波振動が伝わりやすくなる。
【0064】
また、接触突部20が6本設けられているから、押し付け力が強くなり、光ファイバ31の位置ずれが防止されるとともに、溶着部が増加して溶着力が向上する。さらに、接触突部20が周方向に等間隔に設けられているから、光ファイバ31は周りから均一に押し付けられて、半径方向に高精度に調心される。
【0065】
【発明の効果】
以上の如く、請求項1記載の発明によれば、ファイバ貫通孔の内壁に、光ファイバの表面に面接触する超音波溶着用の接触突部を設けることで、光ファイバの安定した位置決めが行われるとともに、光ファイバに超音波振動が伝わりやすくなる。従って、光ファイバとフェルールとを短い時間で、かつ確実に溶着することができる。
【0066】
また、請求項2記載の発明によれば、接触突部の先端面を円弧面に形成することで、接触突部の先端面と光ファイバの表面とが確実に面接触する。従って、請求項1記載の発明の効果が助長され、超音波溶着性が向上する。
【0067】
また、請求項3記載の発明によれば、接触突部を矩形状又はリブ状に形成することで、光ファイバとフェルールの接触面積がさらに大きくなり、より超音波振動が伝わりやすくなる。従って、請求項2記載の発明の効果に加えて、溶着力が向上する。
【0068】
また、請求項4記載の発明によれば、接触突部を周方向に複数設けることで、光ファイバとフェルールとは、複数の溶着部で接合する。従って、より一層溶着力が強くなる。
【0069】
また、請求項5記載の発明によれば、接触突部を周方向に等間隔に設けることで、光ファイバは周りから均一に押し付けられて、半径方向に高精度に調心される。従って、光ファイバの位置ずれが防止されて、位置決め精度が向上する。
【0070】
また、請求項6記載の発明によれば、フェルールが加圧された状態で超音波振動が与えられ、ファイバ貫通孔の接触突部の先端面と光ファイバの内被とが擦れ合い、接触突部と内被とが加熱溶融して、光ファイバとフェルールとが溶着する。従って、光ファイバとフェルールとを短い時間でかつ確実に溶着することができる。また、光コネクタの生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る光ファイバとフェルールの溶着方法の一実施形態に使用された超音波加工機の基本構成を示す図である。
【図2】光ファイバ接続用のフェルールを含む光コネクタの分解斜視図である。
【図3】図2に示すフェルールの拡大斜視図である。
【図4】図3に示すフェルールのA−A線に沿って切断した断面図である。
【図5】図2に示す光アダプタに嵌合したフェルールに光ファイバの端末側が挿入された状態を示す断面図である。
【図6】従来の光ファイバ接続用のフェルールの一例を示し、(a)は断面図であり、(b)は右側面図である。
【符号の説明】
10 超音波加工機
14 チップ
15 アンビル
20 接触突部
20a 先端面
30 光コネクタ
31 光ファイバ
32 ファイバ素線
33 内被
34 外被
35a ファイバ貫通孔
40 光アダプタ
49 ホルダ
50 光アダプタカバー
Claims (6)
- ファイバ貫通孔を有し、該ファイバ貫通孔に挿入された光ファイバの端末を溶着するための光ファイバ接続用のフェルールにおいて、
前記ファイバ貫通孔の内壁に、前記光ファイバの表面に面接触する超音波溶着用の接触突部が設けられたことを特徴とする光ファイバ接続用のフェルール。 - 前記接触突部の先端面が円弧面であることを特徴とする請求項1記載の光ファイバ接続用のフェルール。
- 前記接触突部が、矩形状又はリブ状に形成されたことを特徴とする請求項1又は2記載の光ファイバ接続用のフェルール。
- 前記接触突部が、周方向に複数設けられたことを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の光ファイバ接続用のフェルール。
- 前記接触突部が、周方向に等間隔で設けられたことを特徴とする請求項4記載の光ファイバ接続用のフェルール。
- 請求項1〜5の何れか一項に記載の光ファイバ接続用のフェルールに光ファイバを挿入し、前記接触突部を超音波振動で加熱溶融させることにより、該光ファイバと該フェルールとを溶着させることを特徴とする光ファイバとフェルールの溶着方法。
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