JP2006154308A - 光通信用フェルールとその加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光通信用フェルールにおいて、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】軸方向に光ファイバを保持する細孔部と、その後端部に光ファイバを挿入するための円錐状の光ファイバ挿入部とからなる貫通孔を有し、上記細孔部と光ファイバ挿入部との境界部が曲面状としてなる光通信用フェルールであって、上記境界部の内面が研磨面であるとともに、その研磨痕が軸方向に対して１０〜４５°に形成され、かつ、上記細孔部と光ファイバ挿入部に形成された研磨痕が連続してなることを特徴とする光通信用フェルール。
【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通信用フェルールとその加工方法に関する。

従来から光通信などの光信号処理に用いられる光ファイバを固定するための光通信用フェルールは、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。

光通信用フェルールは図１に示すように、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。

従来の光ファイバ挿入部１３は、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ていた（特許文献1参照）。

ところが、従来の押出成形で成形した従来の光通信用フェルールでは、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２ｂを形成した後に、境界部３を滑らかな曲面で貫通孔２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切削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。

さらに、従来のいずれの例においても、光ファイバ挿入部２ｂおよび境界部３は、光ファイバ挿入部２ｂが研削面、細孔部２ａが研磨等の加工面となっており、境界部３が滑らかな曲面形状をなしておらず、その内面は図４に示すような研削痕、研磨痕が形成され、光ファイバを挿入する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も光ファイバがマイクロクラックの為に断線しやすいという問題があった。

この問題を回避するための手段として、硬質粒子を分散させた流体を高圧で噴射することによって、細孔部２ａと光ファイバ挿入部２ｂとの境界部３を軸方向に直線的な研磨痕をつけながら形成する方法も提案されている（特許文献２参照）。
実開平３−４５５０４号公報 特開２００２−１９６１８３号公報

しかし、特許文献２のような方法を用いたフェルール１は、連続した研磨痕が形成されるものの、軸方向に直線的な研磨痕となるため、光ファイバを接着固定する際の接着強度が低下し、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、光ファイバが脱落しやすい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保持する細孔部と、その後端部に光ファイバを挿入するための円錐状の光ファイバ挿入部とからなる貫通孔を有し、上記細孔部と光ファイバ挿入部との境界部が曲面状としてなる光通信用フェルールであって、上記境界部の内面が研磨面であるとともに、その研磨痕が軸方向に対して１０〜４５°に形成され、かつ、上記細孔部と光ファイバ挿入部に形成された研磨痕が連続してなることを特徴とする。

また、少なくとも上記境界部に軸方向に略垂直な研削痕を有し、上記研磨痕が研削痕より深く形成されたことを特徴とする。

さらに、光通信用フェルールの加工方法は、軸方向に光ファイバを保持する細孔部と、その後端部に光ファイバを挿入するための円錐状の光ファイバ挿入部とからなる貫通孔を形成してなる光通信用フェルールの加工方法であって、少なくとも上記細孔部と光ファイバ挿入部との境界部に研磨剤を塗布し、上記貫通孔にワイヤを挿通させるとともに少なくとも上記境界部に摺動させることにより、上記境界部の内面の研磨痕が軸方向に対して１０〜４５°に形成され、かつ、上記細孔部と光ファイバ挿入部の研磨痕が連続した研磨面に加工することを特徴とする。

即ち本発明によれば、細孔部と光ファイバ挿入部との境界部の内面が研磨面であるとともに、その研磨痕が軸方向に対して１０〜４５°に形成され、かつ、上記細孔部と光ファイバ挿入部に形成された研磨痕が連続してなることから、光ファイバを極めて滑らかに挿入することができるとともに、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い。また、光ファイバを接着固定した時の引っ張り強度を高め、長期信頼性に優れた光通信用フェルールを得ることができる。

以下本発明の実施形態を図によって説明する。

図１は、本発明の光通信用フェルールの一実施形態を示す断面図であり、本発明の光通信用フェルール（以下、単にフェルールと称す）１は、軸方向に光ファイバを保持する細孔部２ａと、その後端部に光ファイバを挿入するための円錐状の光ファイバ挿入部２ｂとからなる貫通孔２を有し、上記細孔部２ａと光ファイバ挿入部２ｂとの境界部３が曲面状とするものである。

本発明のフェルール１を成す材質は、ジルコニア、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素、窒化アルミニウム、コージュライト、ムライト等を主成分とするセラミックス、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できる。なお、セラミックスは焼成が必要であるが、上記加工は焼成後におこなうことが望ましく、本発明の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。

また、フェルール１は、使用される光通信用コネクタに合わせ、一般的に外径寸法はφ１．０ｍｍからφ２．５ｍｍ、長さ寸法６ｍｍから１３ｍｍであり、貫通孔２の細孔部２ａは光ファイバの外径寸法に合わせφ０．１ｍｍからφ０．３ｍｍとなっている。

ここで、本発明のフェルール１は、図２に示す細孔部２ａと光ファイバ挿入部２ｂとの境界部３付近の部分拡大断面図のように、少なくとも細孔部２ａと光ファイバ挿入部２ｂとの境界部３の内面が研磨面であるとともに、その研磨痕４が軸方向に対して１０〜４５°に形成され、かつ、上記細孔部２ａと光ファイバ挿入部２ｂに形成された研磨痕４が連続してなるものである。

これにより、光ファイバを極めて滑らかに挿入することができ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、また、研磨痕４の僅かな傾きにより、光ファイバを接着固定した時の引っ張り強度を高め、長期信頼性に優れた光通信用フェルールを得ることができ、さらには、上記角度は２０〜３５°がより好ましい。

上記境界部３における研磨痕４の角度が１０°未満の場合は、光ファイバを接着する時の引っ張り強度が低下し熱衝撃試験にて光ファイバの脱落という問題が発生し、４５°を超える場合は、光ファイバ挿入時にスムーズな挿通を阻害し引っ掛かりにより光ファイバ表面にキズが発生し、やはり熱衝撃試験にてクラックとなり最悪は破断という問題になる。

なお、上記研磨痕４とは、光ファイバ挿入部２ｂから細孔部２ａ向けて延びる滑らかな複数の短いスジ状の溝のことであり、始点と終点が一致しない痕のことを示す。

また、研磨痕４の角度は一定の角度に揃っており、その角度は角度スケール付きの工具顕微鏡等によって測定することができる。

また、本発明のフェルール１は、少なくとも上記境界部３に軸方向に略垂直な研削痕を有し、上記研磨痕４が研削痕より深く形成されていることが好ましい。

これは、後述するようなフェルール１の加工方法において、予め光ファイバ挿入部２ａとなるテーパ部を光ファイバ挿入部２ｂとなるテーパ部を四角錐形状の単結晶ダイヤモンド工具を用いて加工するが、この際に境界部３となる内面には軸方向に略垂直な方向に研削痕が形成される。その後、研磨加工により形成される研磨痕４が研削痕の深さより深いため、光ファイバを挿入する際に研磨痕4に沿って光ファイバが挿入されるため、挿入性が高く、光ファイバへの傷を有効に防止することができる。なお、研削痕の角度は、軸方向に対して略垂直とは８０〜１１５°とし、ここでいう研削痕とは光ファイバ挿入部２ａを始点と終点がほぼ一致する溝状の痕をいい、同心円状に形成されているものをいう。

また、境界部３の表面粗さは、Ｒａ０．５μｍ以下、さらにはＲａ０．２μｍ以下とすることが好ましく、研磨痕４を上記角度で形成するとともに滑らかな曲面とすることでさらに光ファイバに傷が生じることを有効に防止することができる。

ここで、図２に示すような境界部３を有するフェルール１の加工方法について図３を用いて説明する。

ここでは、一例として最も一般的に使用されているジルコニアセラミックスを用いて詳細に説明する。

先ず、ジルコニアセラミックスを予め射出成形、プレス成形、押出成形等により径の一定の貫通孔を有する円筒成形体を得る。これを焼成して円筒体１１を作製する。

次いで、円筒体１１の貫通孔の内径寸法精度を高めるために内周研磨を行う。このとき、外周の真円度及び円筒度を最終形状に近くしておくことが望ましい。その後、光ファイバ挿入部２ｂとなるテーパ部を四角錐形状のダイヤモンド砥石を用いて加工する。このとき、光ファイバ挿入部２ｂには軸方向に略垂直な研削痕が形成される。

その後、図３（ａ）に示すように、円筒体１１の貫通孔に上側ワイヤリール８から引き出したワイヤ１０を挿通し、円筒体１１を回転させながら下側ワイヤリール９にて一定の張力をかけ中間リール１２の位置を移動させ、細孔部２ａと光ファイバ挿入部２ｂとの境界部３を形成する研磨痕の角度に合わせて押し当て、図３（ｂ）に示すように研磨剤１３を塗布し、上リール８から下リール９へ巻き取ることにより送り動作をさせ、円筒体１１を回転させて加工することにより円筒体１１の境界部３は曲率半径が０．１ｍｍ以上のＲ形状となる。

上記ワイヤ１０は、加工時の引っ張り強度及び表面の磨耗具合を考慮しタングステン、ピアノ線といった金属からなるものを用いることが好ましい。ワイヤ径は形成する貫通孔２の寸法に対して１０μｍから５０μｍ程度の径の小さいものを使用することで貫通孔２自体を研磨せず、且つ研磨時にワイヤが破断しない寸法を選択する。

さらに、研磨剤１３は、０．５〜５μｍの粒子径のダイヤモンド、立法晶窒化ホウ素、アルミナ、シリカなどの硬質粒子をオイル類やグリコール類などの溶媒に攪拌分散させたスラリー状のものを使用する。硬質粒子の粒子径は、０．５μｍｍ未満の場合には、加工時間が長くなり、５μｍを超えると加工面が粗くなるという問題が生じる。さらには、１〜３μｍとすることが加工性、加工精度の点から好ましい。この範囲であれば境界部３の表面粗さをＲａ０．２μｍ以下とすることができる。

また、研磨剤１３は、ディスペンサ等を使用しフェルール１の光ファイバ挿入部近くで貫通孔３に挿通したワイヤに塗布し摺動動作によって細孔部２ｂとの境界部に流れ込む様に塗布する。

ワイヤリール８、９で加える張力は、使用するワイヤ１０の材質と寸法に合わせ破断しない程度の力とする。

このように加工された境界部３は、光ファイバ挿入部２ｂから細孔部２ｂまで連続した滑らかな曲面形状となり、内面は貫通孔２に向けて滑らかな研磨面で形成される。

ここで、以下に示す方法で実験を行った。

図１に示すようなジルコニアセラミックス製のシングルモード光通信用フェルールを作製した。

フェルールは、外径Ｄが２．５ｍｍ、長さＬが１０．５ｍｍ、貫通孔の直径が０．１２６ｍｍとし、本発明の加工方法で研磨剤に粒子径１〜３μｍのダイヤモンドパウダーを溶媒であるオイルに分散させたものを使用し、ワイヤは貫通孔に対して直径が０．０１ｍｍ小さい直径０．１１５ｍｍのピアノ線を使用して加工し、このサンプルを２０個作製した。

これに対し比較例として、従来の射出成形で素材を成形し、貫通孔を研磨加工したサンプルを２０個作成した。

それぞれのフェルールに光ファイバを挿入して固定し、光コネクタとして初期段階の接続損失を測定し、−４０〜＋８５℃、３０分−５分−３０分−５分の１サイクル７０分で５００サイクルの条件にて熱衝撃試験を行なった後、光ファイバを８００ｇの力で引っ張り試験を追加し、接続損失値を求めた。

試験結果を表１に示す。表中の数値は２０個サンプルの平均値で表している。

以上の結果より、従来の光通信用フェルールの変動値の平均が０．７６ｄＢと大きかった。また表中には表していないが、特に接続損失の変動が大きいサンプル２個を分解して解析したところ、２個共に境界部１４にて光ファイバが破断していることが確認できた。これに対し、本発明の光通信用フェルールの変動値平均が０．０１ｄＢと測定誤差範囲であることにより。本発明の光通信用フェルールは熱衝撃試験においての変動がなく、安定した特性を得ることができた。

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通信用フェルールにおいて、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。

本発明の光通信用フェルールを示す断面図である。 本発明の光通信用フェルールの境界部を示す部分拡大断面図である。 （ａ）、（ｂ）本発明の光通信用フェルールの加工方法を示す断面図である。 従来の光通信用フェルールの境界部を示す部分拡大断面図である。

符号の説明

１：フェルール
２：貫通孔
２ａ：細孔部
２ｂ：光ファイバ挿入部
３：境界部
４：研磨痕
５：先端面
６：スリーブ挿入案内部
７：後端面
８：上側リール
９：下側リール
１０：ワイヤ
１１：円筒部材
１２：中間リール
１３：研磨剤

Claims (3)

1. 軸方向に光ファイバを保持する細孔部と、その後端部に光ファイバを挿入するための円錐状の光ファイバ挿入部とからなる貫通孔を有し、上記細孔部と光ファイバ挿入部との境界部が曲面状としてなる光通信用フェルールであって、上記境界部の内面が研磨面であるとともに、その研磨痕が軸方向に対して１０〜４５°に形成され、かつ、上記細孔部と光ファイバ挿入部に形成された研磨痕が連続してなることを特徴とする光通信用フェルール。
2. 少なくとも上記境界部に軸方向に略垂直な研削痕を有し、上記研磨痕が研削痕より深く形成されたことを特徴とする請求項１に記載の光通信用フェルール。
3. 軸方向に光ファイバを保持する細孔部と、その後端部に光ファイバを挿入するための円錐状の光ファイバ挿入部とからなる貫通孔を形成してなる光通信用フェルールの加工方法であって、少なくとも上記細孔部と光ファイバ挿入部との境界部に研磨剤を塗布し、上記貫通孔にワイヤを挿通させるとともに少なくとも上記境界部に摺動させることにより、上記境界部の内面の研磨痕が軸方向に対して１０〜４５°に形成され、かつ、上記細孔部と光ファイバ挿入部の研磨痕が連続した研磨面に加工することを特徴とする光通信用フェルールの加工方法。

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