JP2004252417A - 光ファイバ用フェルールとこれを用いた光ファイバ固定具 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバ用フェルールにおいて、加工時間が短くしかも、境界部にエッジの生じない良好な光ファイバ挿入部および境界部を得る。
【解決手段】光ファイバ用フェルールにおいて、光ファイバ挿入部およびそれに続く貫通孔の一部がセラミックス素材の焼成状態の粒界を有する焼成面で構成され、かつ焼成面該貫通孔が内径研磨された該貫通孔とわずかの段差にて接続された形状とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信等に使用される、光ファイバを固定するための光ファイバ用フェルールに関するものである。

従来より、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ファイバ用フェルールは、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もしくは、半導体レーザと光ファイバ等から構成される半導体レーザモジュール等に用いられている。

光ファイバ用フェルールは図２に示す様に、軸方向に光ファイバを収納するための貫通孔１１を有し、かつ該貫通孔１１の後端部１２に形成した円錐形状の光ファイバ挿入部１３を有し、かつ該光ファイバ挿入部１３と貫通孔１１との境界部１４は曲面形状をなし、先端部１５とスリーブ挿入案内部１６をそなえた形状である。

光ファイバ挿入部１３は、素材を射出成形やプレス成形等で成形した場合、成型時に使用する金型形状を転写した状態のままで円錐形状を形成できるので後加工が不要となり、その為焼成肌面となっていた（特許文献１参照）。

又、素材を押出成形で成形した場合は、成型時に光ファイバ挿入部１３を形成出来ないので、焼成後に研削、切削もしくは研磨等で円錐形状を形成しなければならなかった（特許文献２参照）。
特開平７−２５３５２１号公報 実開平３−４５５０４号公報

ところが、従来の射出成形もしくはプレス成形等で成形した光ファイバ用フェルールでは、貫通孔１１の内径寸法精度を高めるために研磨加工した際に、貫通孔１１と光ファイバ挿入部１３との境界部１４にエッジが生じるため、貫通孔１１の研磨加工のあとに境界部１４の曲面形成加工を行わなければならなかった。そのため成型時に曲面形状としていたにも関わらず、再加工しなければならず、低価格を要求される市場状況にあってコストを低減できない大きな要因となっていた。

又、押出成形で成形した従来の光ファイバ用フェルールでは、研削、切削もしくは研磨等で円錐形状の光ファイバ挿入部１３を形成した後に、境界部１４を滑らかな曲面で貫通孔１１につなげて加工する必要がある。

材料がセラミックスの場合に、加工はダイヤモンド砥石もしくはダイヤモンド砥粒を用いて加工しなければならず、砥石もしくは加工ツール形状が複雑になるばかりでなく、加工装置の剛性を高めしかも構造を複雑にしなければならず、低価格が要求される市場状況にあってコストを低減できない大きな要因となっていた。

更に、上記従来のいずれの例においても光ファイバ挿入部１３および境界部１４は焼成面もしくは、研削、研磨等の加工面となっており、貫通孔１１の内径寸法精度を高めるために研磨加工した際に、貫通孔１１と光ファイバ挿入部１３との境界部１４にエッジが生じるため、挿入部１３と境界部１４と貫通孔１１が滑らかな曲面形状をなしていなかった。

そのために、光ファイバ挿入時に光ファイバ外周に傷を付け、光コネクタを組み上げた後の、熱衝撃試験等の信頼性試験において、光ファイバがマイクロクラックの為に断線するという問題があった。

また、上記光ファイバ用フェルールの外周にフランジを圧入固定した光ファイバ固定具において、圧入時の圧力により、圧入後のフェルールの貫通孔径が小さくなり光ファイバが通りにくくなるという問題があった。

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し、該貫通孔の後端部に形成した円錐形状の光ファイバ挿入部を有し、かつ該光ファイバ挿入部と貫通孔との境界部を曲面形状としてなる光ファイバ用フェルールにおいて、上記光ファイバ挿入部およびそれに続く貫通孔の一部がセラミックス素材の焼成状態の粒界を有する焼成面で構成され、かつ焼成面で形成された貫通孔の一部が、微小段差を介して内径研磨された貫通孔と連続していることを特徴とする。

又、上記微小段差が０．０５μｍ〜１０μｍであることを特徴とする。

さらに、光ファイバ挿入部およびそれに続く焼成面で形成した貫通孔の表面粗さＲａが０．１μｍ〜１．０μｍであり、内径研磨された貫通孔の表面粗さＲａが０．０１μｍ〜０．１μｍであることを特徴とする。

即ち本発明によれば、光ファイバ挿入部とおよびそれに続く該貫通孔の一部がセラミックス素材の焼成状態の粒界を有する焼成面で構成され、かつ焼成面で形成した貫通孔が微小段差を介して内径研磨された貫通孔と連続する形状にすることにより、光ファイバ挿入時に光ファイバ外周に傷を付けることがなくなり、長期信頼性に優れた光ファイバ用フェルールを得ることが出来る。

また、上記光ファイバ用フェルールの外周にフランジを圧入固定してなる光ファイバ固定具において、該光ファイバ用フェルールの焼成面で形成された貫通孔の径が内径研磨された貫通孔の径より０．１μｍ以上大きいことを特徴とする。

さらに、前記光ファイバ固定具において、光ファイバ用フェルールの焼成面で形成された貫通孔の長さがフランジの圧入長さより長いことを特徴とする。

このように、本発明によれば、軸方向に光ファイバを収納するための貫通孔を有し、該貫通孔の後端部に形成した円錐形状の光ファイバ挿入部を有し、かつ該光ファイバ挿入部と貫通孔との境界部を曲面形状としてなる光ファイバ用フェルールにおいて、上記光ファイバ挿入部およびそれに続く貫通孔の一部がセラミックス素材の焼成状態の粒界を有する焼成面で構成され、かつ焼成面で形成された貫通孔が、微小段差を介して内径研磨された貫通孔と連続する形状とすることにより、境界部にエッジの生じない良好なフェルールを得ることができることから、光ファイバに傷をつけず信頼性の高い光コネクタが得られる。

以下本発明の実施形態を図によって説明する。

図１は本発明の実施形態を示す光ファイバ用フェルールの断面図で、軸方向に光ファイバを収納するための内径研磨された貫通孔１１を有し、該貫通孔１１と微小段差１８を介して連続する焼成面で形成された貫通孔１７の後端部１２に円錐形状の光ファイバ挿入部１３を有し、かつ該光ファイバ挿入部１３と焼成面で形成された貫通孔１７との境界部１４は曲面形状をなし、先端部１５とスリーブ挿入案内部１６をそなえた形状である。

本発明の光ファイバ用フェルールを形成する材料は、ジルコニアを主成分とするセラミックスの他、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素、窒化アルミニウム、コージェライト、ムライト等を主成分とする結晶粒子を有するセラミックス、あるいは結晶化ガラスなどであればどれでも用いることが出来る。

また、上記光ファイバ挿入部１３およびそれに続く貫通孔１７の表面は、セラミック素材の焼成状態の粒界を有する焼成面で構成され、射出成形もしくはプレス成形等で一体成形されたものであるため、滑らかな表面で形成され光ファイバを挿入しやすく、光ファイバ挿入時に光ファイバ外周に傷をつけない滑らかな表面を得ることが出来る。

ここで、光ファイバ挿入部１３およびそれに続く貫通孔１７がセラミック素材の焼成状態の粒界を有する焼成面で構成され、かつ焼成面で形成された貫通孔１７が内径研磨された貫通孔１１と０．０５μｍ〜１０μｍの微小段差１８にて連続する形状としている。これは、上記微小段差１８で貫通孔１７の方を小径とすることにより、この貫通孔１７は内径研磨を行うことで、光ファイバを正確に保持できるとともに、貫通孔１７の内径研磨の際に焼成面で形成された貫通孔１７が加工されず、ファイバ挿入時にファイバ端面にカケ、チッピングを発生させないことが好ましいからである。

また、微小段差１８の光ファイバ用フェルール先端端面からの位置Ｌ１は挿入する光ファイバに傷がつかず、かつ光ファイバとフェルールの固定強度が十分になるように、光ファイバ用フェルール全長Ｌの５０〜９５％がよい。

なお、光ファイバ挿入部１３およびそれに続く焼成面で形成された貫通孔１７の表面粗さ（算術平均粗さＲａ）は０．１μｍ〜１．０μｍで、内径研磨された貫通孔１１の表面粗さＲａは０．０１μｍ〜０．１μｍであることが好ましい。

次に、本発明の光ファイバ用フェルールの製造方法について説明する。

まず、射出成形、プレス成形等で成形に使用する金型を作成する時、予め所定の位置に所定の寸法の段を設けたコアピンを作成する。先端部は研磨しろを見込んでわずかに小さめにしておく。このコアピンを金型本体に取りつけ成形を行う。成形後の製品を焼成した後、貫通孔１１のみをピアノ線等で内径研磨して所定の寸法に仕上げる。なお、微小段差１８はテーパーにして角度をつけることがより望ましい。

図１（ｂ）は本発明の光ファイバ用フェルールを用いた光ファイバ固定具の断面図で、光ファイバ用フェルールの外周部１９を金具フランジ２０に圧入固定したものである。上記金具フランジ２０の材料は、ステンレス、真鍮等の金属、あるいはプラスチックなどであればどれでも用いることができる。

また、上記光ファイバ固定具の金具フランジ２０の圧入部径Ｄ４は光ファイバ用フェルールの外径Ｄ３よりわずかに小さな外径である為、光ファイバ用フェルールは圧入固定される。

ここで、光ファイバ用フェルールはジルコニア等の弾性体にて構成されており、焼成面で形成された貫通孔１７の径Ｄ２が内径研磨された貫通孔１１の径Ｄ５より０．１μｍ以上大きい径とすることが好ましい。これはフェルールに金具フランジ２０を圧入固定した時、圧入力により貫通孔１７の径Ｄ２が変形して小さくなったとしても、光ファイバの挿入を容易にするためである。

また、焼成面で形成された貫通孔１７の長さＬ２は金具フランジ２０の圧入長Ｌ３より長い事が望ましい。これは貫通孔１７の径Ｄ２が内径研磨された貫通孔１１の径Ｄ５とわずかの径差しかない場合に、圧入により径Ｄ２が変形して小さくなり光ファイバの挿入ができなくなることが考えられるためである。

本発明の光ファイバ用フェルールはシングルモ−ド、マルチモード共に適用できる。

実施例１
ここで、以下に示す方法で実験を行った。

図１に示すジルコニアセラミックス製のシングルモード光ファイバ用フェルールを外径Ｄ＝φ２．５ｍｍ、長さＬ＝１０．５ｍｍ、貫通孔１１の内径ｄ1＝φ０．１２６ｍｍ、貫通孔１７の内径ｄ2＝φ０．１３０ｍｍで、光ファイバ挿入部開口径ｆ＝１．０ｍｍ、光ファイバ挿入部角度θ＝３０°とし、本発明実施例のサンプルを２０個作成した。

また、比較の為に図２に示す従来のジルコニアセラミック製のシングルモード光ファイバ用フェルールを外径Ｄ＝φ２．５ｍｍ、長さＬ＝１０．５ｍｍ、貫通孔ｄ1＝φ０．１２６ｍｍ、光ファイバ挿入部開口径ｆ＝１．０ｍｍ、光ファイバ挿入部角度θ＝３０°とし、サンプルを２０個作成した。

次にクラッド径φ０．１２５５ｍｍのファイバをクリーブエンド処理し、それぞれのフェルールに挿入して２０回転させ、抜き出してファイバの端面のカケ、チッピング、およびファイバ外周の傷、クラックの確認をした。

その結果を表１に示す。

この結果より、従来のフェルールはファイバ外周部に１０％の傷が発生しており、かつファイバ端面のカケが５％発生しているのに対し、本発明によるフェルールではファイバ外周部の傷、端面でのカケの発生はなく、明らかに違いを判別することが出来る。

実施例２
次に、図１に示すジルコニアセラミックス製のシングルモード光ファイバ用フェルールを外径Ｄ＝φ２．５ｍｍ、長さＬ＝１０．５ｍｍ、貫通孔１１の内径ｄ1＝φ０．１２６ｍｍで、光ファイバ挿入部開口径ｆ＝１．０ｍｍ、光ファイバ挿入部角度θ＝３０°とし、貫通孔１７の内径ｄ2をφ０．１２６１ｍｍ、φ０．１３０ｍｍ、φ０．１３４ｍｍ、φ０．１３８ｍｍ、φ０．１４２ｍｍ、φ０．１４６ｍｍ、φ０．１５０ｍｍの７種類のサンプルを各１０個作成した。

次にクラッド径φ０．１２５５ｍｍのファイバをクリーブエンド処理し、それぞれのフェルールに挿入して２０回転させ、抜き出してファイバの端面のカケ、チッピング、およびファイバ外周の傷、クラックの確認をした。

その結果を表２に示す。

この結果より、貫通孔１７の内径ｄ2はφ０．１４６ｍｍまではファイバ端面および外周部にカケ等の発生はないが、φ０．１５０ｍｍになるとファイバ端面にカケが発生する。このことより、微小段差１８は０．００００５〜０．０１ｍｍの範囲、即ち０．０５μｍ〜１０μｍの範囲とすることが望ましい。

以上より、光ファイバ挿入部およびそれに続く該貫通孔の一部がセラミックス素材の焼成状態の粒界を有する焼成面で構成され、かつ内径焼成面該貫通孔が内径研磨された該貫通孔とわずかの段差にて接続された形状とすることにより、ファイバ挿入がスムーズにでき、境界部にエッジのない良好なフェルールを得ることができることから、光ファイバに傷をつけず信頼性の高い光コネクタを得ることができた。

実施例３
次に、図１（ａ）に示すジルコニアセラミックス製のシングルモード光ファイバ用フェルールを外径Ｄ＝Ф２．５ｍｍ、長さＬ＝１０．５ｍｍ、光ファイバ用フェルール内径Ｄ５＝Ф０．１２５６ｍｍで、光ファイバ挿入部開口径ｆ＝１．０ｍｍ、光ファイバ挿入部角度θ＝３０°、焼成面で形成された貫通孔１７の長さＬ２＝２．４５ｍｍとし、焼成面で形成された貫通孔の径Ｄ２をФ０．１２５６ｍｍ、Ф０．１２５７ｍｍ、Ф０．１２５８ｍｍ、Ф０．１２５９ｍｍ、Ф０．１２６０ｍｍの５種類として、金具フランジの圧入長さＬ３＝２．５５ｍｍに圧入固定したファイバ固定具のサンプルを各１０個作成した。

次にファイバ固定具内径寸法のゲージ検査を実施し、さらにクラッド径Ф０．１２５５ｍｍのファイバをクリーブエンド処理し、それぞれのフェルールに挿入できるかどうかを確認した。

その結果を表３に示す。

この結果より、焼成面で形成した貫通孔の径Ｄ２は圧入固定により０．１〜０．２μｍ小さくなっていることがわかる。実際にφ０．１２５５ｍｍのファイバの挿入試験の結果によると光ファイバ用フェルール内径Ｄ５と同じ寸法で仕上げたФ０．１２５６ｍｍのサンプルでは１個も通らなかった。又Ф０．１２５７ｍｍのサンプルでは６個が通り、４個は通らなかった。このことより、該光ファイバ用フェルールの焼成面で形成した貫通孔の径Ｄ２が内径研磨された貫通孔の径Ｄ５より０．１μｍ以上大きくすることが望ましい。

実施例４
次に、図１（ａ）に示すジルコニアセラミックス製のシングルモード光ファイバ用フェルールを外径Ｄ＝φ２．５ｍｍ、長さＬ＝１０．５ｍｍ、光ファイバ用フェルール内径Ｄ５＝φ０．１２５６ｍｍで、光ファイバ挿入部開口径ｆ＝１．０ｍｍ、光ファイバ挿入部角度θ＝３０°、焼成面で形成した貫通孔の径Ｄ２＝０．１２５６ｍｍとし、焼成面で形成した貫通孔の長さＬ２を２．５４ｍｍ、２．５５ｍｍ、２．５６ｍｍ、２．５７ｍｍ、２．５８ｍｍの５種類のサンプルを作成し、金具フランジの圧入長さＬ３＝２．５５ｍｍとしたファイバ固定具のサンプルを各１０個作成した。

次にクラッド径φ０．１２５５ｍｍのファイバをクリーブエンド処理し、それぞれのフェルールに挿入できるかどうかを確認した。

その結果を表４に示す。

この結果より、焼成面で形成した貫通孔の長さＬ２が金具フランジの圧入長さＬ３と同等かそれ以下であると圧入固定の圧入力により内径焼成面該貫通孔が小さくなっていることがわかる。このことより、焼成面で形成した貫通孔の長さＬ２は金具フランジの圧入長さＬ３より長くすることが望ましい。

（ａ）は本発明の光ファイバ用フェルールを示す断面図、（ｂ）はそれを用いた光ファイバ固定具を示す断面図である。 従来の光ファイバ用フェルールを示す断面図である。

符号の説明

１１ 貫通孔
１２ 後端部
１３ 光ファイバ挿入部
１４ 境界部
１５ 先端部
１６ スリーブ挿入案内部
１７ 貫通孔
１８ 微小段差
１９ 外周部
２０ 金具フランジ
θ 角度
ｆ 光ファイバ挿入部開口径
Ｄ１ 金具内径
Ｄ２ 内径焼成面貫通孔
Ｄ３ 光ファイバ用フェルール外径
Ｄ４ 金具圧入部径
Ｄ５ 光ファイバ用フェルール内径
Ｌ１ 光ファイバ端面からの位置
Ｌ２ 内径焼成面長さ
Ｌ３ 圧入長
Ｌ 全長

Claims (5)

1. 軸方向に光ファイバを収納するための貫通孔を有し、該貫通孔の後端部に形成した円錐形状の光ファイバ挿入部を有し、かつ該光ファイバ挿入部と貫通孔との境界部を曲面形状としてなる光ファイバ用フェルールにおいて、上記光ファイバ挿入部およびそれに続く貫通孔の一部がセラミックス素材の焼成状態の粒界を有する焼成面で構成され、かつ焼成面で形成された貫通孔の一部が、微小段差を介して内径研磨された貫通孔と連続することを特徴とする光ファイバ用フェルール。
2. 上記微小段差が０．０５μｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ用フェルール。
3. 前記光ファイバ挿入部およびそれに続く焼成面で形成された貫通孔の表面粗さＲaが０．１μｍ〜１．０μｍであり、内径研磨された貫通孔の表面粗さＲａが０．０１μｍ〜０．１μｍ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。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の光ファイバ用フェルールの外周にフランジを圧入固定し、上記フェルールの焼成面で形成された貫通孔の径が内径研磨された貫通孔の径より０．１μｍ以上大きいことを特徴とする光ファイバ固定具。
5. 請求項１〜３のいずれかに記載の光ファイバ用フェルールの外周にフランジを圧入固定し、上記フェルールの焼成面で形成された貫通孔の長さが、フランジの圧入長さより長いことを特徴とする光ファイバ固定具。

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