JP2005181900A

JP2005181900A - 光ファイバ固定具の加工方法

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Publication number: JP2005181900A
Application number: JP2003425761A
Authority: JP
Inventors: Masanori Kase; 正憲加瀬; Mikio Kyomasu; 幹夫京増
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】フェルールから突出した接着剤および光ファイバを除去する工程で、フェルールの先端面を荒らし、研削加工、研磨加工等の加工工程が多い。
【解決手段】フェルール１の貫通孔内に、接着剤３を介して光ファイバ２を固定し、フェルール１の先端面より突出した光ファイバ２及び接着剤３に、波長０．４μｍ以下のレーザ１３を照射することによって、フェルール１の先端面より突出した光ファイバ２及び接着剤３を同時に消失させ、フェルール１、光ファイバ２及び接着剤３を同一面状に加工する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信の伝送線路である光ファイバの接続部に応用される光ファイバ固定具の先端面の加工方法に関するものであり、光ファイバ固定具の応用製品である光コネクタ、減衰器、ファイバスタブ、ピグテイルのフェルール先端端面加工に応用可能な加工方法に関する。

従来、光コネクタ、減衰器、ファイバスタブ、ピグテイル等の光ファイバ固定具の加工工程において、フェルール内径と光ファイバの接合には熱硬化型接着剤等を用いており、フェルールの内径に、この熱硬化型接着剤を充填した後に、光ファイバをフェルール後端から挿入しフェルール先端面より突出した光ファイバーを切断することにより除去した後にフェルール先端を荒研磨シートにより研磨しさらに微細研磨シートにより仕上げ研磨を実施して鏡面研磨加工が行えるような加工面を確保するという工程は光ファイバ固定具の加工工程として共通のものである。

図３（ａ）に示すように、まず、フェルール１の内径内にコーン部（フェルール１後端面）（不図示）から熱硬化型接着剤３を充填し、次に、光ファイバ２をコーン部（フェルール１後端面（不図示））よりフェルール１の内径に挿入する。

その後、恒温槽等の高温（８０℃で１−３時間）を発生させ得る炉内（不図示）にそれらを設置し、接着剤が硬化反応を起こす温度（約８０℃）まで昇温させることにより熱硬化型接着剤３に硬化反応を誘起し、熱硬化型接着剤が硬化することによりフェルール１の内径と光ファイバー２を接着させる。

熱硬化型接着剤３の硬化により、フェルール１の内径と光ファイバ２が接着された後に、図３（ｂ）に示すように、切断位置４の位置でフェルール１の先端より突出した光ファイバ２を切断により除去する。

切断位置４の位置でフェルール１の先端より突出した光ファイバ２を切断により除去した際に、切断により除去しきれない光ファイバ２とフェルール１の先端に切断により除去しきれずに残った熱硬化型接着剤３を一緒に、荒研磨シート５によって除去する。

荒研磨シート５を用いる目的としては、番数の小さい、つまり、目の荒い荒研磨シート５を使用することによって、研磨時間の短縮を主たる目的としている。

したがって、当然、荒研磨シート５により研磨されたフェルール１の先端部分は、使用した荒研磨シート５の番数が小さければ小さいほど、フェルール１先端の表面形状が滑らかに仕上がることはなく、さらにフェルール１先端の表面は荒れており、フェルール１先端表面形状が歪になってしまうことになる。

次に、図３（ｃ）に示すように、図３（ｂ）に示す荒研磨シート５より、番数の小さい荒研磨シート６を用いて、荒研磨シート５による研磨によって、荒らされて、歪になったフェルール１先端の表面研磨面を整える。

さらに図３（ｄ）で示すように、微細研磨シート７を用いてフェルール１先端の表面研磨面の表面粗さを向上させて、鏡面研磨加工が行えるような加工面を確保する。

最後に図３（ｅ）に示すように、鏡面研磨シート８を用いてフェルール１の先端の表面研磨面を鏡面に仕上げ、フェルール１の先端同士の接続に耐えうる先端面の形状と表面粗さを得ることとなる。
特開２００２−５５２５８号公報

従来の光ファイバ固定具の加工では、光ファイバ２を切断した後、フェルール１の先端面には、熱硬化型接着剤３と光ファイバ２によって構成される混在層がフェルール１の先端面に残るというものである。

この混在層は０．数ｍｍの厚みをフェルール１先端面に有するため、これらの混在層の除去にかなりの時間がかかることから、混在層の除去加工を短時間に実施するためには、研磨シートの番数の小さいものを使用せざるを得ない。

この結果として、フェルール１の先端面は荒らされ、またその先端面形状は歪になってしまう。

その結果、その後さらに、荒研磨シート６を用いて荒れた端面の整形をせざるを得ない状況となっていた。

これらの作業の結果、熱硬化型接着剤３と光ファイバ２混在層の除去工程、並びに整形を伴う荒研磨工程という工程を加えざるを得えない状態となった。

上記工程に必要な工数が、加工工程に対し、約３０％程度の大きな位置を占め、また、消耗品としての研磨シートの消費量が無視できないため、加工コストを大きく押し上げる結果を招いていた。

本発明は、フェルールの貫通孔内に、接着剤を介して光ファイバを固定し、フェルールの先端面より突出した光ファイバ及び接着剤に、波長０．４μｍ以下のレーザを照射することによって、フェルールの先端面より突出した光ファイバ及び接着剤を同時に消失させ、フェルール、光ファイバ及び接着剤を同一面状に加工することを特徴とする。

さらに、上記レーザがエキシマレーザであることを特徴とする。

また、上記接着剤が熱硬化型接着剤であることを特徴とする。

また、上記加工方法によって得られた光ファイバ固定具であって、レーザによる加工後、直接、微細研磨加工、並びに鏡面研磨加工工程を実施できることを特徴とする。

このように、本発明によれば、フェルールの貫通孔内に、接着剤を介して光ファイバを固定し、フェルールの先端面より突出した光ファイバ及び接着剤に、波長０．４μｍ以下のレーザを照射し、フェルールの先端面より突出した光ファイバ及び接着剤を同時に消失させ、フェルール、光ファイバ及び接着剤を同一面状に加工することにより、同時に消失させることができる。

あわせて、エキシマレーザを使用することによりフェルールの先端面を荒らすことなく且つ歪みを起こすことなく光ファイバ並びに熱硬化型接着剤により形成された混在層を除去することができる。

さらに、上記レーザ加工後に直接、微細研磨加工、並びに鏡面研磨加工を実施できるため研磨剤の削減、並びに工数の削減とそれに伴う研磨紙の削減を行うことができ、従来に比べて加工に伴うコストを約２０％程度と大幅に低減させることができる。

光通信の伝送線路である光ファイバの接続部には、光コネクタ、減衰器、ファイバスタブ、ピグテイル等が種々用いられ、これら各機器ではファルールに光ファイバを固定した
光ファイバ固定具が用いられる。

本発明の光ファイバ固定具の製造方法について図１（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。

先ず、図１（ａ）に示すように、フェルール１の貫通孔の後端部に形成されたコーン部から接着剤３を充填する。次に、光ファイバ２をコーン部よりフェルール１の貫通孔に挿入する。

この時、光ファイバ２はフェルール１の先端面より８〜１０ｍｍ程度突出させ、後の工程でレーザを照射する際に焦点をつけやすいようにする。

また、上記接着剤３は、エポキシ硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤等が用いられ、熱硬化型接着剤を用いることが好ましい。これは、エポキシ硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤の場合に比べて、熱硬化型接着剤が波長０．４μｍ以下の紫外線光に対して大きな吸収損失を有するためである。

また、上記フェルール１の材質は、一般的に酸化アルミニウムを主成分とするもの、酸化ジルコニウムを主成分とするセラミックスからなり、特に、酸化ジルコニウムを主成分とするものが好ましい。

その後、接着剤を硬化させ、例えば、熱硬化型接着剤を用いた場合には、炉内で８０℃で１〜３時間放置し、熱硬化接着剤を硬化させる。

次に、図１（ｂ）および図２に示すように、フェルール１の先端面より突出した光ファイバ２及び接着剤３にレーザ１３を照射する。

ここで、照射するレーザ１３は、ＹＡＧレーザ（第三高周波）、色素レーザ、エキシマレーザ等の波長０．４μｍ以下のレーザ１３を用いることが重要である。

このレーザ加工では、光ファイバ２、接着剤３を同時に消失させるものであり、フェルール１にレーザ１３を照射しないことが重要となり、フェルール１の端面に影響を与えないようするため、フェルール１での吸収深度が小さいレーザ１３に特定される。

この吸収深度は、波長に依存するものであり、波長０．４μｍ以下のレーザは、ターゲットにエネルギーを吸収させるとともに、高い光子エネルギーをもつ紫外線を大量に発光するので、化学結合エネルギーを光化学反応により効率的に切断できる。そのため照射により対象物にエネルギーを吸収させることに依存する赤外線や可視光線領域の波長０．５〜１００μｍのレーザに比べると吸収深度が小さくても効率的に切断できるためである。

そこで、波長０．４μｍ以下のレーザ１３を用いることで、フェルール１の吸収深度が２μｍ以下の小さなものとなり、光ファイバ２、接着剤３だけを有効に加工し、万が一フェルール１の先端面にレーザ１３が照射されても、先端面を荒らしたりする等の影響を極力小さなものにすることができる。波長が０．４μｍを越えたレーザ１３を用いた場合、光ファイバ２並びに接着剤３だけでなく、フェルール１の先端面にまで影響を及ぼしてしまい、フェルール１の主な成分である酸化ジルコニウムの焼結温度である約１３００〜１４００℃の温度域近辺にまで上昇してしまう。その結果、フェルール１の先端面の形状が大きく変形する恐れがある。

詳細には、従来の波長が０．４μｍを越える可視光を用いたレーザは、被加工物に照射によってエネルギーを与えていたため、被加工物の周辺への影響が大きいものであったが、本発明の加工に用いるレーザ１３は、波長が０．４μｍ以下の紫外線領域のレーザ１３であるため、この紫外線領域のレーザ１３では光反応により分子間結合を切断することから、
被加工物以外の周辺への吸収深度を小さなものにすることができるものである。

また、レーザ１３の波長は、その下限を０．１μｍとする。波長が０．１μｍ未満となると、真空紫外線領域となり、この領域を有するレーザは一般には実在しておらず、レーザを発振させる場合にも真空領域での加工となるため、設備が複雑化、大型化すると考えられる。したがって、本発明のレーザ１３は、紫外線領域の波長、即ち０．１〜０．４μｍとする。

具体的には、光ファイバ２を主として形成する石英には、屈折率を制御するためゲルマニウムが少量添加されており、このゲルマニウムは波長０．４μｍ以下のレーザ１３に対して大きな吸収損失を有する。また、接着剤３として用いられる熱硬化型接着剤には、通常、波長０．４μｍ以下のレーザ１３に対して、大きな吸収損失を有するために、照射時にエネルギーを吸収して熱硬化接着剤自体が発熱することになる。

そのため、レーザ１３を照射することにより、光ファイバ２および接着剤３ともに、レーザ１３に対する大きな吸収損失を有するため発熱する。この発熱によって光ファイバ２を成す石英は、約１２００〜１３５０℃の温度域内で融解し、接着剤３として熱硬化型接着剤を用いた場合には、約６００〜８００℃の温度域内で昇華する。そして、光ファイバ２は約１２００〜１３５０℃の温度域に達した時点で溶解して、熱硬化接着剤約６００〜８００℃の温度域に達した時点で昇華してともに消失することになる。

ただし、このような高温による熱ストレスをフェルール１に短時間であっても加えるとフェルール１の先端面は、その主たる成分である酸化ジルコニアの焼結温度である約１３００〜１４００℃の温度域近辺にまで上昇することとなる。このような、熱ストレスの結果、大きな歪の発生が懸念される。このような歪みが内在すると、歪が徐々に進行し、フェルール１の内径に割れが発生することになる。したがって、レーザ１３の波長は０．４μｍ以下に特定される。

また、上記レーザ１３は、エキシマレーザを用いることが好ましい。

光ファイバ２のコアには二酸化ゲルマニウムが添加されていることから、光ファイバ２に対して大きな吸収損失を得るために、エネルギー吸収が起こりやすい０．３５３μｍ付近の波長をもつものが最適となる。この波長を有するレーザとしてエキシマレーザが好適に用いることができるためである。

他のレーザとしては、０．３６μｍ付近の波長を有するＹＡＧの第３高調波を応用したレーザ、あるいは０．４μｍ付近の波長を有する色素レーザ等が適していると考えられる。

例えば、レーザ１３の照射方法は、図２に示すように、レーザ光源１０からのレーザをバンドルファイバ１１で分岐し、レンズ系１２で集光し、４方向からレーザビーム１３をフェルール固定具先端にパルスで照射し、光ファイバ２並びに熱硬化型接着剤３により形成された混在層を切断するものである。

また、レーザ１３は、４方向から照射することが好ましく、光ファイバ２、接着剤３により形成された混在層にレーザ１３のエネルギー吸収を均等にすることができる。

さらに、レーザ１３は、光ファイバ２、接着剤３により形成された混在層での吸収深度が小さいため２方向以上で且つ対象な方向から照射しなければ、ターゲットの十分なエネルギー吸収を期待できないことから、４方向からそれぞれターゲットを中心として同一面内で９０度角度を変えた方向から照射し、光ファイバ２、接着剤３により形成された混在層での十分なエネルギー吸収を行えるようにすることが好ましい。

またさらに、使用するレーザ１３の出力は、１０〜９００ｍＪとすることで、十分なエネルギーを光ファイバ２および接着剤３に吸収させることができる。

次いで、図１（ｃ）に示すように、微細研磨シート７によりフェルール１先端の表面研磨面の表面粗さを小さなものにして、鏡面研磨加工が行えるような加工面を確保する。

最後に、図１（ｄ）に示すように鏡面研磨シート８により、鏡面研磨を行い、工程を完了させる。

このようにレーザ１３を照射することで、光ファイバ２の切断工程と切断後の荒研磨紙による光ファイバ２並びに熱硬化型接着剤３により形成された混在層の除去、その後の荒研磨紙による整形工程が省略されることになり、効率的な加工を行うことができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の請求範囲内であれば種々の変更は可能である。

次いで、本発明の実施例を示す。

主な成分が酸化ジルコニウムからなるフェルールに、熱硬化接着剤を介して光ファイバを挿通保持する。光ファイバはフェルールの先端面より約９ｍｍ突出させた。

次いで、表１に示す如くレーザを用いて４方向から光ファイバ固定具の先端に照射し、光ファイバ、熱硬化型接着剤により形成された混在層を切断した。

その後、フェルールの先端面を４０倍率の双眼鏡によって確認し、光ファイバ、熱硬化型接着剤の切断の有無を確認し、またフェルールの先端面の表面粗さＲａを触針式表面粗さ測定器によって測定した。

結果を表１に示す。

表１に示すように、波長０．４μｍ以下のレーザを用いた試料（Ｎｏ．６〜８）は、フェルールの先端面の表面粗さＲａが１．６以下と影響が小さいことが判る。

特に、エキシマレーザを用いた試料（Ｎｏ．８）は、フェルールの先端面の表面粗さＲａが１．０〜１．２となりより好適に用いることができる。

これに対し、波長０．４μｍを越える試料（Ｎｏ．１〜５）は、フェルールの先端面の表面粗さＲａが２．０以上となり、従来の加工時のフェルールの先端面の表面粗さＲａが１．６μｍ程度であることからレーザ加工の影響が大きいことが判った。

本発明の光ファイバ固定具の加工方法を示す斜視図であり、（ａ）はフェルールと光ファイバの接着、（ｂ）はレーザによる光ファイバ、接着剤除去、（ｃ）は微細研磨、（ｄ）は鏡面研磨を示す。本発明におけるレーザ加工工程を示す斜視図である。従来の光ファイバ固定具の加工方法を示す斜視図であり、（ａ）はフェルールと光ファイバの接着、（ｂ）は光ファイバの切断と接着剤の除去、（ｃ）は荒研磨、（ｄ）は微細研磨、（ｅ）は鏡面研磨を示す。

符号の説明

１：フェルール
２：光ファイバ
３：接着剤
４：ファイバ切断位置
５：荒研磨シート
６：荒研磨シート
７：微細研磨シート
８：鏡面研磨シート
１０：レーザ光源
１１：バンドルファイバ
１２：レンズ系
１３：レーザ

Claims

フェルールの貫通孔内に、接着剤を介して光ファイバを固定し、フェルールの先端面より突出した光ファイバ及び接着剤に、波長０．４μｍ以下のレーザを照射することによって、フェルールの先端面より突出した光ファイバ及び接着剤を同時に消失させ、フェルール、光ファイバ及び接着剤を同一面状に加工することを特徴とする光ファイバ固定具の加工方法。
上記レーザがエキシマレーザであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ固定具の加工方法。
上記接着剤が熱硬化型接着剤であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ固定具の加工方法。