JP2008304731A - 光通信用フェルール及び光コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】光接続端側の光ファイバ保持孔が開口した対向面と、フェルール側面部との間に、フェルールのスリーブへの挿入を容易とするための案内面を設けたフェルールにおいて、フェルールをスリーブに挿入する際の抵抗となる鋭角的なエッジ部が、対向面と案内面との間に形成される虞のないフェルールを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の光通信用フェルールは、光ファイバ挿入端側から光接続端側へ貫通する光ファイバ保持孔を有し、光接続端側に光ファイバ保持孔が開口した対向面と、該対向面と連続した案内面とを有する筒状の光通信用フェルールであって、前記対向面は第一の曲率半径を有した曲面状に形成されているとともに、案内面は前記曲面状の対向面と連続する第二の曲率半径の曲面を有していることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光信号の送受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及びこのフェルールを用いたＳＣ形等の光コネクタに関するものである。

光ファイバを保持、固定して光通信などの光信号を送受信するために用いられる光通信用フェルールは、一般的にはステンレス等の金属を加工したもの、あるいはジルコニアを主成分としたセラミックなどを射出成形等で所定形状に形成し、その後焼成して形成されたものがある。光通信用フェルールは、光ファイバ同士を接続して通信経路を確立するための光コネクタや、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。
例えば図４に示すようにセラミックスを用いた一般的な光通信用フェルール２０は、軸方向に光ファイバを挿通して保持するための光ファイバ保持孔２１を有し、かつ該保持孔２１の後端部２２には光ファイバ挿入口２３を有し、光接続端側となる先端部には光ファイバ保持孔２１が開口した対向面２５と、スリーブＳへの挿入を容易とするための案内面２６とを有し、光ファイバ保持孔２１の光ファイバ挿入口２３との境界部２４は曲面形状に形成され、光ファイバを挿入し易いように光ファイバ挿入口２３に向かって内径が拡大するように構成されている。そして、このフェルール２０の後端部にはステンレスまたは真鍮などから形成されているホルダ３０が圧入などにより固定される。
ステンレス等の金属の加工により形成したフェルールの場合でも、上述のホルダ部をフェルールの後部に一体的に形成するか、別部材として形成し圧入して固定するかなどの違いはあるものの、構造的には上述のセラミックスを用いたフェルールと同様である。また本発明が解決しようとする課題、課題を解決するための手段、発明の効果などについても同様であるため、以下では現在のフェルールの主流となっているセラミックスを用いた一般的な光通信用フェルールを例として説明する。
なお図4は、説明のためにフェルール内部に配置される光ファイバは省略して図示している。本光通信用フェルールの使用時には、ホルダ３０から光ファイバ挿入口２３を通って光ファイバ保持孔２１内に光ファイバが対向面２５に光ファイバの先端が出るように配置されて固定されている。

上記した対向面２５を有する光接続端側に、スリーブＳへの挿入を容易とするための案内面２６を有する従来のフェルールは、図４に示すフェルール２０のように、対向面２５を曲面状に形成し、案内面２６を対向面２５からフェルール側面部２７に向かって傾斜状に形成したものや、図５に示すフェルール４０のように光ファイバ保持孔４１の軸と直交する平坦状に形成された対向面４２と、該対抗面４２からフェルール側面部４５に向かって異なる角度で傾斜した案内面４３、４４を形成したもの等が知られている（特許文献１）。
この対向面２５と案内面２６の境界には、従来のフェルール２０ではエッジＥが形成されていた。これは、フェルールの対向面２５を形成するために、対向面２５を研磨により形成していることによる。すなわち、案内面２６を傾斜状に形成し、そののち対向面２５を研磨により形成するため、その境界は連続した球面とならずエッジＥが形成されていた。また後述するように、このフェルールにファイバを組み込んだ状態で、先端を研磨して曲面状の対向面２５を得るため、この工程により対向面２５と案内面２６の境界は、従来のフェルールではエッジ状に形成されていた。
なお、対向面２５は、以下では凸球面上の曲面状として説明しているが、この曲面状の対向面の形状としては、局率半径が十分に大きい平面としたものも、本特許の対象に含まれる。

特開平９−１５４５０号公報

ところで上記した光通信用フェルールは、一般的にホルダと一体構成したコネクタとして構成され、この種のコネクタ（プラグ）としては、ＪＩＳやＩＥＣで形状を規定されているＦＣコネクタ、ＳＣコネクタ、ＳＴコネクタ、ＭＵコネクタ等が知られており、ＦＣコネクタはＪＩＳ Ｃ５９７０、ＩＥＣ ６１７５４−１３、ＳＣコネクタはＪＩＳ Ｃ５９７３、ＩＥＣ ６１７５４−４、ＳＴコネクタはＩＥＣ ６１７５４−２、ＭＵコネクタはＪＩＳ Ｃ５９８３、ＩＥＣ ６１７５４−６等で規格化されている。上記した光ファイバを保持したフェルールを備えたコネクタは、ハウジング内のスリーブホルダにスリーブを内蔵したアダプタを介して相互に正対接続して使用され、この際に一方のコネクタと他方のコネクタのフェルールは、筒状のスリーブを介して正対され、相互の光ファイバが光接続されるものである。この光接続により一方のコネクタ側の光ファイバから送信される光信号は、他方のコネクタ側の光ファイバに伝送され、通信経路が確立するものである。前記筒状のスリーブはフェルールと同様にジルコニアを主成分とするセラミックスから形成されているもの、あるいは金属、プラスチック等で形成されているものがある。

フェルールに光ファイバを保持固定したコネクタにおいて、該コネクタのフェルールをスリーブに挿入する際、理想的にはフェルールとスリーブの中心軸が正確に一致するように挿入することであるが、コネクタ同士を人がその中心軸を正確に一致するように挿入することは困難であるため、実際にはフェルールの光接続端がスリーブの開口端部と接触することがある。このとき対向面と側面部との間に案内面を有する上記従来のフェルールでは、上述したように対向面と案内面との境界部にエッジＥが形成されており、このエッジＥがスリーブ開口端付近に接触し、コネクタを挿入していくに従って、このフェルールのエッジＥがスリーブ開口端部に接触して案内されてスリーブに入っていく。スリーブが金属やプラスチックでできている場合は、このエッジＥがスリーブ開口端部や、スリーブを保持しているスリーブホルダを削る虞があり、フェルールをスリーブに挿入する際に、削り屑がスリーブ内に引き込まれてしまうという問題もあった。
特に、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、例えば図４に示す従来のフェルール２０を用いたＳＣコネクタ３１の場合、スリーブホルダ３２にスリーブＳを内蔵するハウジングＨはプラスチック製であり、規格によってフェルール２０の案内面２６の面取り角：θｆは３０°、スリーブホルダ３２のガイド面３３の角：θｇは４５°に設定されているため、フェルール２０をスリーブＳに挿入する際に、図６（ｂ）に示すようにフェルール２０とスリーブＳの中心軸が正確に一致していないと、スリーブホルダ３２のガイド面３３に、フェルール２０の案内面２６と対向面２５との境界に形成されるエッジＥが当接し、プラスチック製のスリーブホルダ３２のガイド面３３が、セラミック等からなるフェルールのエッジＥによって削られ、削り屑がスリーブ内に引き込まれ易い。また、エッジＥはスリーブ開口端部やアダプタのプラスチックハウジング等に付着しているゴミや塵もスリーブ内に引き込む虞があり、スリーブ内に引き込まれたゴミや塵、削り屑が光ファイバの端面に付着すると、光信号を減衰させる虞があった。更に、スリーブ内に引き込まれた削り屑やゴミ等により、接続する相互のフェルールの対向面に間隙が生じ、光の反射や接続損失により光信号が減衰する虞があった。
また、フェルール先端の対向面２５は研磨により形成しているが、この研磨の際にエッジＥが形成されると、このエッジＥが研磨効率を低下させるということがあった。すなわち、研磨はフェルールを研磨材を塗布した弾性体（弾性膜）に押付けて行うが、エッジＥがあると該エッジＥが研磨材を塗布した弾性体（弾性膜）を磨耗させるため、研磨材を塗布した弾性体（弾性膜）の耐久性を低下させる。フェルールの対向面２５の端面形成のために用いる研磨材はダイヤモンド微粒子やシリカ微粒子などの材料としその粒径を整えたものであり、高価である。このため耐久性の低下はコネクタの製造コストの上昇に結びつき、従って、コストの低減のために研磨材を塗布した弾性体（弾性膜）を長持ちして使うことが望まれていた。
さらに近年光接続端側の保護、清掃用等の目的でシャッタが付いたコネクタが提案されているが、この場合、前記エッジＥによってシャッタ内面が傷付けられてゴミが発生するなどの虞があった。
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、対向面と側面部との間に案内面を有するフェルールにおいて、上記従来の課題を解決した光通信用フェルール及び、該光通信用フェルールを用いた光コネクタを提供することを目的とするものである。

即ち本発明は、
（１）光ファイバ挿入端側から光接続端側へ貫通する光ファイバ保持孔を有し、光接続端側に光ファイバ保持孔が開口した対向面と、該対向面と連続した案内面とを有する筒状の光通信用フェルールであって、前記対向面は第一の曲率半径を有した曲面状に形成されているとともに、案内面は前記曲面状の対向面と連続する第二の曲率半径の曲面を有していることを特徴とする光通信用フェルール、
（２）案内面が、曲面状の対向面と連続する曲面部と傾斜面とを有する上記（１）の光通信用フェルール、
（３）対向面が案内面の曲面よりも大きな曲率半径の曲面で形成されている上記（１）又は（２）の光通信用フェルール、
（４）対向面の曲率半径が５〜３０ｍｍ、案内面の曲率半径が０．２〜１．０ｍｍである上記（３）の光通信用フェルール、
（５）案内面の面取り角が３０°である上記（１）〜（４）のいずれかの光通信用フェルール、
（６）上記（１）〜（５）のいずれかの光通信用フェルールであって、かつＪＩＳ Ｃ５９７３に規定されるＳＣ形光コネクタフェルールの構造と形状を有する光通信用フェルール、
（７）上記（１）〜（６）のいずれかの光通信用フェルールを用いた光コネクタ、
を要旨とするものである。

本発明の光通信用フェルールは、スリーブへ挿入する際の挿入抵抗が従来のフェルールに比べて非常に低いため、スリーブへの挿入を円滑に行うことができ、スリーブ開口端やスリーブを保持しているスリーブホルダを削ったりすることがないとともに、削り屑やアダプタのプラスチックハウジングやスリーブ開口端部に付着しているゴミや塵をスリーブ内に引き込む等の虞がないため、スリーブ内に引き込まれたゴミや塵、削り屑等が光ファイバの接続端面に付着して光信号が減衰されたり、ゴミ等の付着によって光接続するフェルール相互の対向面の間隙が増大することによる光信号減衰が生じる虞がない。またコネクタをスリーブホルダへ繰り返し抜き差しした場合でもホルダの耐久性が向上し、特にスリーブを内蔵するスリーブホルダがプラスチック製のＳＣ形等の光コネクタでは、本発明のフェルールを用いることで優れた耐久性を発揮する。また光接続端側の保護、清掃用等の目的でシャッタが付いたコネクタの場合、シャッタ内面がフェルール先端部によって傷付けられる虞がないため、シャッタ内面の削り屑によって光信号が減衰される虞がないとともに、コネクタの耐久性も向上する。更に、フェルールに光ファイバを挿入固定した後、フェルール先端から突出した光ファイバを研磨する際に、研磨シートを用いた研磨法、遊離砥粒を用いた研磨法の何れでも、本発明のフェルールは研磨時間が短くて済み、効率良く研磨作業を行えるとともに、研磨シートの寿命も長くなり経済的である等の効果を奏する。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る光通信用フェルールの断面図、図２は本発明の光通信用フェルールの要部拡大図、図３（Ａ）、（Ｂ）は本発明の光通信用フェルールを適用したコネクタの、清浄機能を備えたシャッタの動作図である。

図１、２に示す本発明のフェルール１は、従来のフェルールと同様にジルコニアを主成分とするセラミックスから焼成により所定の円筒状に形成されている。本発明のフェルール１はシングルモード、マルチモードいずれの態様にでも適用しうるものである。
フェルール１は、例えば外径Ｄ:φ２．５ｍｍ、長さＬ：１０．５ｍｍの円筒状に形成され、光ファイバ保持孔３の内径ｄ：０．１２５ｍｍ、面取り角θ：３０°としてある。

フェルール1の中心には、図示せぬ光ファイバを挿通して保持、固定させる光ファイバ保持孔３が形成されている。この保持孔３の光ファイバ挿入端側の端面１１には、光ファイバ挿入口４が形成されており、該光ファイバ挿入口４と光ファイバ保持孔３との境界部５は、従来のフェルールと同様に、なだらかな曲面形状を有し、光ファイバの挿入が容易となるように形成されている。一方、フェルール１の先端側の光接続端側は、光ファイバ保持孔３の開口部を有する対向面６が第1の曲率半径を有する曲面状に形成されているとともに、この対向面６と連続した案内面１２とを有している。案内面１２は、対向面６と連続した第２の曲率半径を有する曲面部７と、該曲面部７とフェルール側面部との間の傾斜部８とから構成されている。因みに、フェルール１先端より傾斜部８とフェルール側面部との連続部までの軸方向の距離Ｌ１は、通常、０．５±０．１５ｍｍであり、先端から第２の曲率半径の曲面部７と傾斜部８との連続部までの軸方向の距離Ｌ２は、０．１２〜０．４１ｍｍであるから、フェルール１の先端部における第１の曲率半径の曲面よりなる対向面６と、第２の曲率半径の曲面部７とは、先端部全体の面積の２４〜８２％を有している。

前記対向面６における第1の曲率半径Ｒ１は、例えば２０ｍｍであり、前記第２の曲率半径Ｒ２は、０．５ｍｍとすることができる。このように曲率半径の異なる曲面部を連設することで対向面６と案内面１２とを連続して形成することにより、フェルール１のスリーブへの挿入は従来のものに比べて格段に円滑になる。
尚、Ｒ１＝５〜３０ｍｍ、Ｒ２＝０．２〜１．０ｍｍの範囲において本発明の所期の効果を確認することが出来た。
上記実施例では、案内面１２が曲面部７と傾斜部８とで構成された場合を示したが、案内面１２は傾斜面を有さない１つの曲面部のみで形成することも、連続した異なる２以上の曲面部で構成することもでき、また異なる２以上の曲面部と傾斜部とで構成することもできる。

本発明のフェルール１は、フェルールの先端を保護し、または清浄する機能を備えたコネクタへの応用が考えられる。そのような先端保護、あるいは清掃のメカニズムとしては、当該コネクタを使う時にはフェルールの先端面から清掃部が退避し、またコネクタ不使用時には清掃部がフェルールの先端面に位置して先端面を保護するように考慮することが必要である。具体的なメカニズムとしては、清掃部をフェルール先端位置と退避位置との間で回動可能に構成することが挙げられ、フェルールの先端面の形状に形成した円弧状シャッタの内面側に清掃部を設け、シャッタがフェルール先端位置から退避位置へ回動する際、退避位置からフェルール先端位置に回動する際に、フェルール先端面が清掃されるように構成することが機構的に簡単で好ましい。

ここで上記したようなシャッタ機構を備えた本発明構成のフェルールの作用について図３を用いて説明する。図３（Ａ）はシャッタ閉鎖時、図３（Ｂ）はシャッタ開放時の状態を示す図である。
図３（Ａ）に示すように、フェルール１の先端面はシャッタ機構６０のシャッタ６１によって保護されるように構成されている。このシャッタ６１は、例えばりん青銅あるいはステンレスなどの弾性を備えた板状の金属部材から構成されている。シャッタ機構６０の主要部は、フェルール１の先端部を覆う曲面部を有するシャッタ６１と、シャッタ６１に連結された動作部６２とから構成され、該シャッタ６１の内面には図示しない清掃用部材が添着され、動作部６２は矢印Ａ、Ｂ方向に摺動可能に構成されている。
また、シャッタ６１の内面は、清掃用部材を添着する代わり、微細な研磨材をコーティングしてあってもよいものである。

シャッタ６１は、上記フェルール１の少なくとも曲面状の対向面６と、該対向面６と連続した案内面１２の曲面部７との表面に密着して覆うように予め形成されることが好ましい形態である。そして、案内面１２の傾斜部８がシャッタ６１より僅かに離間するように構成すると、この隙間より塵埃などがシャッタ６１の回動によって強制的に排出されるため好ましい。
７０は案内片でありシャッタ６１の内面を案内する。そして、シャッタ６１の開放時、動作部６２が図３（Ｂ）の矢印Ｂ方向に移動するとき、案内片７０がシャッタ６１をフェルール１の先端部より強制的に退避させる。この退避動作はフェルール１をアダプタに装着したときに行われる。また動作部６２が矢印Ａ方向に移動すると、案内片７０によるシャッタ６１への押圧力が解除され、再びシャッタ６１がフェルール１の先端部を覆って保護する。
このようにシャッタ６１の開閉動作に際し、フェルール１の先端部の曲面状の対向面６と、該対向面６と連続した案内面１２の曲面部７が、シャッタ６１の円滑な回動運動を許容することとなり、従来の通信用フェルールのように回動運動によりシャッタ内面がフェルールの対向面の周囲に形成されるエッジ部により傷つけられることがなく、また傷つけられることによるごみの発生も無い。従って先端面内部は良好な状態でかつ清浄な状態を維持することができる。

ところで、前記した図４、図５等に示す従来のフェルールの先端面に、上記したような清浄機能を有するシャッタ機構を設けた場合、従来のフェルールでは対向面や該対向面と連続する案内面に平坦部が形成されているため、回動するシャッタ６１の内面とフェルール先端面との間に空隙が生じ、シャッタ６１の円滑な回動動作を許容することができないばかりか、十分な清浄機能を得ることもできない。従って発展的なフェルールの形状としては主要な先端部近傍には平坦部を存在させないことが望まれる。

上記本実施例のシャッタ機構の説明においては、シャッタ６１をりん青銅の板材で構成した場合について説明したが、シャッタ機構は他のいかなる機構によっても達成できるものであるから、本発明はシャッタ６１をりん青銅の板材で構成する場合に限定されるものではない。
またフェルールの先端部の対向面６、案内面１２の曲面部７の曲率半径は、シャッタ機構により適宜設定可能であるから、上記実施例に限定的に解釈されるものでもない。
本発明のフェルールはＦＣコネクタ、ＳＣコネクタ、ＳＴコネクタ、ＭＵコネクタ等に用いることができるが、本発明光通信用フェルールを用いたＳＣ形等の光コネクタは、プラスチック製のスリーブホルダの耐久性を大幅に向上できる。

以下、具体的な実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
実施例１、比較例１
本発明フェルールと図４に示す従来のフェルールを用い、図７に示すようにＰＣ研磨機の弾性シート（ゴムシート）上に設けた研磨シートによりフェルール端面を研磨した。フェルールの研磨は、水を塗布した研磨シート面にフェルールに２Ｎの押圧力をかけて研磨を行い、研磨加工量が１０μｍ及び１５μｍとなるまでの研磨時間を、メーカーの異なる３種類の研磨シートについて試験した。結果を表１に示す。表１に示した結果より本発明フェルールは従来のフェルールに比べて研磨時間が短くて済むことが明らかであった。

（表１）

実施例２、比較例２
上記実施例１、比較例１で用いた研磨シートにより、１枚の研磨シートでフェルール端面の研磨加工が何回可能かを、本発明フェルールと従来のフェルールとにより試験した。フェルールの研磨は、フェルールにファイバを挿入して行い、研磨終了毎に研磨面を顕微鏡にて観察し、ファイバ端面（研磨面）の傷の有無、フェルール研磨表面の粗さの状態を観察し、良好な状態の研磨が行えるまでの回数を研磨可能回数とし、表２に示した。表２に示す結果より明らかなように、本発明フェルールは従来のフェルールに比べ、研磨シートの耐久性を高めることができた。

（表２）

本発明に係る光通信用フェルールの軸方向に沿った縦断面図である。 本発明に係る光通信用フェルールの要部拡大断面図である。 本発明に係る光通信用フェルールを用いたシャッタ機構の説明図である。 従来の光通信用フェルールの軸方向に沿った縦断面図である。 従来の光通信用フェルールの軸方向に沿った縦断面図である。 従来の光通信用フェルールを用いたＳＣコネクタを、スリーブに差し込む際の状態を示す説明図である。 フェルールの研磨試験方法を示す説明図である。

符号の説明

１ フェルール
３ 光ファイバ保持孔
６ 対向面
７ 案内面の曲面部
８ 案内面の傾斜部
１２ 案内面
２５ 対向面
２６ 案内面
Ｅ 対向面と案内面のエッジ

Claims (7)

1. 光ファイバ挿入端側から光接続端側へ貫通する光ファイバ保持孔を有し、光接続端側に光ファイバ保持孔が開口した対向面と、該対向面と連続した案内面とを有する筒状の光通信用フェルールであって、前記対向面は第一の曲率半径を有した曲面状に形成されているとともに、案内面は前記曲面状の対向面と連続する第二の曲率半径の曲面を有していることを特徴とする光通信用フェルール。
2. 案内面が、曲面状の対向面と連続する曲面部と傾斜面とを有する請求項１記載の光通信用フェルール。
3. 対向面が案内面の曲面よりも大きな曲率半径の曲面で形成されている請求項１又は２記載の光通信用フェルール。
4. 対向面の曲率半径が５〜３０ｍｍ、案内面の曲率半径が０．２〜１．０ｍｍである請求項３記載の光通信用フェルール。
5. 案内面の面取り角が３０°である請求項１〜４のいずれかに記載の光通信用フェルール。
6. 請求項１〜５のいずれかの光通信用フェルールであって、かつＪＩＳ Ｃ５９７３に規定されるＳＣ形光コネクタフェルールの構造と形状を有する光通信用フェルール。
7. 請求項１〜６のいずれかの光通信用フェルールを用いた光コネクタ。

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