JP2010250230A - 光コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】低反射接続を容易に実現できるとともに、光コネクタ組立時に内蔵光ファイバと挿入光ファイバとの突き合わせに際する欠けが発生する恐れのない光コネクタを得る。
【解決手段】内蔵光ファイバ２を内蔵するフェルール３に位置決め溝５を持つ接続機構４を一体に設け、位置決め溝５内で内蔵光ファイバ２と挿入光ファイバ１０ａとを突き合わせ接続する光コネクタにおいて、前記内蔵光ファイバ２の挿入光ファイバ１０ａと突き合わせる後端側の端面２ａを切断加工により、ファイバ軸心と直交する面に対する角度（端面角度）θが５〜８°の範囲となるように形成する。端面角度θを５〜８°としたことで、低反射接続を実現でき、また、内蔵光ファイバと挿入光ファイバとの突き合わせに際する欠けの発生が防止される。また、また、切断加工によるので、研磨加工による場合と比べて傾斜端面を得る加工が簡便である。
【選択図】 図６

Description

この発明は、内蔵光ファイバを内蔵し端面研磨を施したフェルールとこのフェルールと一体の接続機構とからなるとともに、前記接続機構に設けた位置決め溝内で内蔵光ファイバと挿入光ファイバとを突き合わせ接続する光コネクタに関する。

一般に光コネクタでは、光コネクタ接続における接続損失を少なくためにフェルールの端面研磨を行う。
この場合、フレネル反射による光損失を抑制するために、フェルール端面間（光ファイバ端面間）に生じる隙間に屈折率整合剤を介在させることが一般に行われている。
また、フェルール端面を斜め研磨することで光ファイバ端面を斜め研磨して、フレネル反射を極力なくすことも一般的である。
また、フェルールの端面を球面研磨をすることで光ファイバ端面を球面研磨し、光ファイバ端面どうしが隙間なく直接接触するフィジカルコンタクト（ＰＣ接続）を実現する方法も一般に行われる。

また、特許文献１（光コネクタとその製造方法）に、光コネクタ接続において大きな反射減衰量を得る手段（反射を抑制する手段）として、互いに突き合わせる光ファイバの端面を特殊なエッチング液（光ファイバのコアドーパント濃度が高い程エッチング速度が遅いエッチング液）でエッチングすることにより、光ファイバのコア端面を所要の突き出し量をもって半球状に成形した光コネクタが示されている。
光ファイバコアが半球状に突き出していることで、コアどうしが直接接触（フィジカルコンタクト）して、大きな反射減衰量を得る。

また、特許文献２（光コネクタ）に、同じく光コネクタ接続において大きな反射減衰量を得る手段として、フェルールどうしを加圧無しに接触させた時に光ファイバ同士は接触しないで離れており、加圧した時に光ファイバ同士が接触する構成とした光コネクタが示されている。この場合、加圧無しで接触させた時の光ファイバ同士の間隔を、フェルールの弾性限界内で加圧した時に、その加圧力により決まる該フェルールの変形量以内にしている。すなわち、フェルールの端面に対する光ファイバ端面の引き込み量ｄをフェルールの弾性係数に対応した適切な値に設定する。

ところで、図１に示すように、内蔵光ファイバ２を内蔵し端面研磨を施したフェルール３に接続機構４を一体に設け、接続機構４に設けた位置決め溝内で前記内蔵光ファイバ２と外部から挿入した挿入光ファイバ１０ａとを突き合わせ接続する光コネクタ１は、現場では研磨作業を必要とせず簡単に光コネクタを組み立てられるので、現場組立型光コネクタとして広く使用されている。
前記接続機構４は、フェルール３と一体でフェルールの光ファイバ穴３ａに連続する位置決め溝５ａが形成されたベース６と、このベース６に対向する蓋部７、８と、両者を弾性的にクランプする板ばね９とから構成され、図４にも示すように、各蓋部７，８が楔型の開閉部材１１によりベース６に対して開閉可能にされる構成である。
この光コネクタ１を組み立てる場合、蓋７、８を僅かに開いた状態とし、挿入光ファイバ１０ａを位置決め溝５ａに挿入して内蔵光ファイバ２と突き合わせる。
なお、図１に示した光コネクタ１の外観、及び図４は本発明及び従来例に共通する。
この種の光コネクタ１における、位置決め溝内の内蔵光ファイバと挿入光ファイバとの突き合わせ部については通常、単に、端面が直角な光ファイバどうしを屈折率整合剤を介在させて突き合わせ接続している（特許文献３「光プラグコネクタ」の図４〜図６など）。

また、光コネクタではなく光減衰素子の場合であるが、円柱状のフェルールの中心にあけた微小貫通孔内に左右からそれぞれ光ファイバを、光ファイバ先端面間に隙間が形成されるように挿入した構造で、両光ファイバの先端面を斜めに研磨したものがある（特許文献４「光減衰素子およびその製造方法」の図１、請求項１、請求項３、段落番号[００２４]など）。
この光減衰素子において、微小貫通孔の対向する光ファイバ端面が傾斜していることで、反射戻り光が低減される。この光減衰素子における光ファイバ端面の傾斜角度は光軸の直角面に対して８°以上としている。

特開平5−181040（図１、請求項1、3、[0023]など） 特開平6−174971(図1、図3、請求項1、2、[0027]、[0028]など) 特開平8−201652 特開平5−100117

上記の通り、位置決め溝内で内蔵光ファイバと挿入光ファイバとを突き合わせ接続する図１のような構成の光コネクタでは通常、単に、端面が直角な光ファイバどうしを屈折率整合剤を介在させて突き合わせ接続しているが、単なる屈折率整合剤による反射抑制だけでなく、さらに低反射接続を実現することが望まれる。
この場合、光コネクタどうしの突き合わせ部（フェルール端面）における反射抑制手段は、位置決め溝内での光ファイバどうしの突き合わせ部には必ずしも適用できないという制約のなかで、複雑な構成によらずに簡単な方法で実現することが望まれる。
例えば特許文献１の方法は、光ファイバをエッチングする方法であり、煩雑である。
また、特許文献２の方法は、フェルールの端面に対する光ファイバ端面の引き込み量ｄを正確に設定する必要があるが、フェルールの弾性に対応させた光ファイバ端面の引き込み量ｄを正確に設定する必要があるので、やはり煩雑である。
また、特許文献４は光減衰器であり、かつ、光ファイバ間に隙間を設けるものであって、光ファイバどうしを突き合わせる光コネクタとは事情が異なる。

そこで、図１のような構成の光コネクタにおいて、内蔵光ファイバ及び挿入光ファイバの各端面を傾斜端面とすることで、突き合わせ部での反射を抑制する方法に着眼した。
この場合、光ファイバの端面を研磨加工により傾斜端面とするのはやはり煩雑であり、そこで、光ファイバの端面を切断加工により傾斜端面とすることに着眼した。
しかし、光コネクタ組み立て時に、挿入光ファイバ１０ａを位置決め溝５ａに挿入して内蔵光ファイバ２と突き合わせる際、両光ファイバ２、１０ａの傾斜端面の先端が尖っているので、目視できない位置決め溝内で挿入光ファイバ１０ａを内蔵光ファイバ２に突き当てた時に光ファイバ２、１０ａが欠ける恐れがある。光ファイバの端面部が欠けた光コネクタは不良品となるので、突き当てた時に先端部に欠けが生じないことが重要である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、位置決め溝内で内蔵光ファイバと挿入光ファイバとを突き合わせ接続する光コネクタにおいて、光ファイバの端面を傾斜端面として突き合わせ部の低反射接続を実現するとともに、組立時に光ファイバの欠けが発生する恐れのない光コネクタを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、内蔵光ファイバを内蔵し端面研磨を施したフェルールと、このフェルールの接続端面と反対側に延出する接続機構とを備え、前記接続機構に設けた位置決め溝内で前記内蔵光ファイバと外部から挿入した挿入光ファイバとを屈折率整合剤を介在させて突き合わせ接続する光コネクタにおいて、
前記内蔵光ファイバの挿入光ファイバと突き合わせる後端側の端面を切断加工により、ファイバ軸心と直交する面に対する角度（端面角度）θが５〜８°の範囲となるように形成したことを特徴とする。

請求項２は、請求項１の光コネクタにおいて、接続機構が、フェルールと一体でフェルールの光ファイバ穴に連続する位置決め溝が形成されたベースと、このベースに対向する蓋部と、両者を弾性的にクランプする板ばねとから構成され、前記蓋部は光ファイバの突き合わせ接続部を開閉する接続部開閉用の蓋部と挿入光ファイバの被覆部分を開閉する挿入光ファイバ被覆部開閉用の蓋部とに２分割され、各蓋部が楔型の開閉部材によりベースに対して開閉可能にされていることを特徴とする。

本発明の光コネクタによれば、内蔵光ファイバの後端側の端面を切断加工により、端面角度θが５〜８°となるように形成したことで、接続機構の位置決め溝における内蔵光ファイバと挿入光ファイバとの突き合わせ部に低反射接続を実現することができ、また、接続機構の位置決め溝における内蔵光ファイバと挿入光ファイバとの突き合わせに際する欠けの発生が防止される。したがって、光コネクタ組立時の不良品発生を少なくできる。
また、傾斜端面の形成が切断加工によるものであるから、研磨加工による場合と比べて傾斜端面を得る加工がはるかに簡便である。

本発明の一実施例の光コネクタを開閉部材と共に示した斜視図である。 図１の光コネクタの側面図である。 図１の光コネクタの縦断面図である。 上記光コネクタの接続機構を開閉部材で開いた状態の拡大横断面図である。 上記光コネクタの使用状態の縦断面図である。 （ａ）は上記の光コネクタにおける位置決め溝内の内蔵光ファイバ、及びこれに突き当てようとする挿入光ファイバを拡大して示した図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 端面が傾斜した内蔵光ファイバと挿入光ファイバとの突き合わせの態様を説明するもので、（ａ）は両光ファイバの回転角のずれが０°の態様（傾斜端面の傾斜方向が一致）、（ｂ）は両光ファイバの回転角のずれが９０°の態様（傾斜端面の傾斜方向が互いに直交）、（ｃ）は両光ファイバの回転角のずれが１８０°の態様（傾斜端面の傾斜方向が互いに反対方向）の場合を示す。 端面角度θを種々変化させた内蔵光ファイバに対して端面角度αの挿入光ファイバを突き合わせた時の、内蔵光ファイバの端面角度θと光ファイバ同士の間隙ｄとの関係を示すグラフであり、○印は両光ファイバの回転角のずれが０°の場合、■印は両光ファイバの回転角のずれが９０の場合、×印は両光ファイバの回転角のずれが１８０°の場合をそれぞれ示す。

以下、本発明を実施した光コネクタについて、図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施例の光コネクタ１の外観を開閉部材と共に示した斜視図、図２は図１の光コネクタ１の側面図、図３は同縦断面図である。
この光コネクタ１は、内蔵光ファイバ（被覆除去された裸ファイバ）２を備え端面研磨を施したフェルール３と、このフェルール３の接続端面３ｂと反対側に延出する接続機構４とを備えている。
内蔵光ファイバ２及び挿入光ファイバ（裸ファイバ）１０ａはいずれも石英ファイバであり、その径は１２５μｍである。
接続機構４は、フェルール３の光ファイバ穴３ａに連続する位置決め溝５が形成されたベース６とこのベース６に対向する蓋部と両者を弾性的にクランプする例えば図示例ではＣ形の板バネ９より構成されている。
ベース６はフェルール３を一体に嵌合する筒状のフェルール嵌合部１３及び鍔状のフランジ部１４と一体に形成されており、フランジ部１４からフェルール３の接続端面３ｂと反対側に延出している。
ベース６の位置決め溝５は、光ファイバ穴３ａに直接連続して、突き合わせ接続しようとする光ファイバ２、１０ａを収容する位置決め溝５ａと、挿入光ファイバ１０の被覆部分１０ｂを収容する位置決め溝５ｂとからなる。
前記蓋部は、光ファイバの突き合わせ接続部Ｐを開閉する接続部開閉用の蓋部７と、挿入光ファイバ１０の被覆部分１０ｂを開閉する挿入光ファイバ被覆部開閉用の蓋部８とに２分割されている。そして、板バネ９の反力に抗して各蓋部７、８をベース６に対して開閉する楔タイプの開閉部材１１を用意している。
開閉部材１１は、図１に示すように、接続部開閉用の蓋部７を開くための楔部１１ａと、挿入光ファイバ被覆部開閉用の蓋部８を開くための楔部１１ｂとの２箇所の楔部を一体に備えている。
ベース６と蓋部７又は８との間に、前記開閉部材１１の２箇所の楔部１１ａ、１１ｂがそれぞれ差し込まれる開閉部材差込み用の凹所１２が２箇所に形成されている。なお、この開閉部材１１は光コネクタ組立時にのみ使用するものである。
接続部開閉用の蓋部７の内面は平坦面であり、挿入光ファイバ被覆部開閉用の蓋部８の内面には、挿入光ファイバ１０の裸ファイバ１０ａ部分を収容する位置決め溝５ａ’及び被覆部分１０ｂを収容する位置決め溝５ｂ’が形成されている。

この光コネクタ１は、予め工場で端面研磨を施しており、かつ挿入光ファイバ１０の被覆部分１０ｂをもクランプすることができる構成であり、現場組立が容易なので現場組立型光コネクタと一般に呼ばれている。
この光コネクタ１の組立てに際しては、開閉部材１１の２箇所の楔部１１ａ、１１ｂを、図４にも示すようにベース６と蓋部７又は８との間に形成した開閉部材差込み用の凹所１２に差し込んで、蓋７、８を僅かに開いた状態とする。
この状態で外部から挿入光ファイバ（先端が裸ファイバ）１０ａを挿入して、内蔵光ファイバ２と挿入光ファイバ１０ａとを突き合わせる。
両光ファイバの端面間には屈折率整合剤が充填されている。
次いで、開閉部材１１を抜いて板バネ９によりベース６と蓋部７、８とで光ファイバの突き合わせ接続部Ｐを挟持し、かつ挿入光ファイバ１０の被覆部分１０ｂを挟持する。

図５に上記光コネクタ１を具体的に使用する際の光コネクタ装置５０を一例として示す。
光コネクタ装置５０は、光コネクタ１における接続機構４に、その後端面に当てて当該接続機構４を前方に付勢するためのスプリング５１を配置した上でストップリング５２を被せ、フェルール３及び接続機構４の前方部分にハウジング５３を被せた構成である。
この光コネクタ装置５０の構成は、例えば光コネクタアダプタ等に挿入して別の光コネクタと接続する場合に採用される。

上述した範囲での構成は一般的なものであるが、本発明では、図６に拡大して示すように、内蔵光ファイバ２の挿入光ファイバ１０ａと突き合わせる後端側の端面２ａを、切断加工により、ファイバ軸心と直交する面に対する角度θが５〜８°の範囲となるように形成している。なお、各図における端面角度θは、分り易いように実際の角度（５〜８°）より大きく描いている。
なお、光ファイバを切断して傾斜端面を得る斜め切断加工は、光ファイバを直角に切断する場合と若干異なり、光ファイバに張力を作用させた上で捩りを加えて切断するが、張力及び捩りの程度を調節して所望の端面角度を得る。
内蔵光ファイバ２と突き合わせ接続する挿入光ファイバ１０ａの端面も、同じく切断加工により傾斜端面１０ｃとする。この端面角度αは、内蔵光ファイバ２の端面角度５〜８°の範囲及びそれに近い範囲で適宜設定することができる。

上記の光コネクタ１を組み立てる場合、蓋７、８を僅かに開いた状態とし、挿入光ファイバ１０ａを位置決め溝５ａに挿入して内蔵光ファイバ２と突き合わせる。
両光ファイバの突き合わせ部における反射減衰量は、その端面角度θが大きいほど大きくなる。
しかし、端面角度θが大きくなると（即ち先端が尖ってくると）、挿入光ファイバ１０ａを内蔵光ファイバ２に突き当てた時に欠けが生じる恐れが高くなり、不良品発生率が高くなる。したがって、突き当てた時に先端部に欠けが生じないことが重要である。
そこで、下記のように端面角度θを種々変えた内蔵光ファイバ２を用いて光コネクタを組み立て、その際の突き当て時の欠けの状況を目視で調べ、また、それらについて接続損失、及び反射減衰量を測定する実験をした。
使用した試料は表１に示す通りであり、端面角度θ＝５〜５．９°のものが６５点（Ａ群）、端面角度θ＝６〜６．９°のものが４８点（Ｂ群）、端面角度θ＝７〜８°のものが１５点（Ｃ群）、端面角度θ＝８．１〜８．９°のものが１０点（Ｄ群）、端面角度θ＝９〜１１°のものが１３点（Ｅ群）である。
また、挿入光ファイバ１０ａの端面角度αは１１°とした。
なお、挿入光ファイバ１０ａを内蔵光ファイバ２に突き合わせる際、光ファイバの外周面に周方向位置のマーキングをし、両光ファイバ２、１０ａの回転角のずれを０°として突き合せた（すなわち、後述する図７の（ａ）の場合）。
なお、本発明における光ファイバの切断加工とは、前述のように、光ファイバに張力及び捩り加えて切断するものであるが、通常の切断加工によるもの、すなわち、光ファイバに捩りを入れないで切断加工したもの（通常の切断加工でも僅かな端面角度は生じ得る）と明確に区別できるために、端面角度θの下限を５°とした。

表１に示すように、位置決め溝内で両光ファイバ２、１０ａを突き当てた時に欠けが発生する欠け発生率は、Ａ群、Ｂ群、Ｃ群、Ｄ群のいずれも０であった（すなわち、端面角度θ＝５〜８．９°では欠け率が０）。
一方、Ｅ群（端面角度θ＝９〜１１°）では１５％（１３点のうちの２点）であった。
この実験結果から、内蔵光ファイバの端面角度θが９°を越えると欠けが発生し易くなることが分かるが、若干の余裕をとって端面角度θの上限を８°に設定した。なお、端面角度θが小さいと欠けの恐れが少なくなるのは明白であり、欠けについての端面角度θの下限はない。

接続損失を測定した結果について説明すると、表１中の「欠けの発生していない正常なもの」（Ａ群、Ｂ群、Ｃ群、Ｄ群のすべてと、Ｅ群中の２点）については、各群の平均値は０．１９〜０．２６ｄＢの範囲内、最悪値は０．３１〜０．５０ｄＢの範囲内にあり、端面角度θの違いによる接続損失の変化は小さかった。
表１中の「欠けの発生したもの」（Ｅ群中の１１点のみ）については、平均値は１．３４ｄＢ、最悪値は１０．５ｄＢであった。この数値は当然、許容できない数値である。
上記のことから、端面角度θが少なくとも５〜８°の範囲のものについては、接続損失の面で許容できないものはない。

反射減衰量を測定した結果について説明すると、表１中の「欠けの発生していない正常なもの」（Ａ群、Ｂ群、Ｃ群、Ｄ群のすべてと、Ｅ群中の２点）については、各群の平均値は６９．９〜６８．７ｄＢの範囲内、最悪値は６５．４〜６５．０ｄＢの範囲内にあり、少なくとも端面角度θ＝５〜１１°の範囲では、端面角度θの違いによる反射減衰量の変化は小さかった。

上記の通り、内蔵光ファイバの端面角度θ＝５〜８°のものについては欠けが発生せず、かつ、少なくともその範囲においては端面角度θの違いによる光学的特性（接続損失、反射減衰量）に変化はなかった。
以上のことから、内蔵光ファイバの端面角度θ＝５〜８°に設定した。

ところで、端面が傾斜している２つの光ファイバ２、１０ａを突き合わせる場合、両光ファイバ２、１０ａの回転角（回転方向の位置）がずれる場合（両端面２ａ、１０ｃの傾斜の向きがずれる場合）がある。
図７（ａ）のように両光ファイバ２、１０ａの回転角のずれが０°の場合（すなわち、両光ファイバ２、１０ａの傾斜端面２ａ、１０ｃの向きが一致している場合）が、両光ファイバの端面間の隙間が最も小さいので、好ましい。
一方、図７（ｃ）に示すように、挿入光ファイバ１０ａが内蔵光ファイバ２に対して回転角１８０°ずれた状態で突き当たった場合、両光ファイバ２、１０ａの尖った先端どうしが突き当たることになるので、その尖った先端が欠け易い。
図７（ｂ）は挿入光ファイバ１０ａが内蔵光ファイバ２に対して回転角９０°ずれた状態を示す。この場合、両光ファイバ２、１０ａを突き当てた時に欠けが生じる恐れは上記（ａ）、（ｃ）の場合の中間的なものである。
したがって、実験のように、挿入光ファイバ１０ａを内蔵光ファイバ２に突き合わせる際、光ファイバの外周面に周方向位置のマーキングをし、両光ファイバ２、１０ａの回転角のずれを０°として突き合せるのが適切である。なお、回転角のずれを０°にして突き合わせた場合でも、端面角度θが大きい（９〜１１°）ものでは、表１の実験結果の通り、やはり突き当てた時の欠けの発生率が大であった。

図８は、内蔵光ファイバ２と挿入光ファイバ１０ａとの回転角のずれが図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の３つのパターン（０°、９０°、１８０°）の場合について、両光ファイバ端面間の隙間（光ファイバ軸心上での間隔）ｄを計算により求めたものである。
端面間には屈折率整合剤が介在しているので、光コネクタを組み立てた当初は、端面間の隙間ｄは接続損失にあまり影響しないが、隙間が大きいと、使用中の信頼性（経年による信頼性）に欠けるので、隙間が大きいのは不適当である。
しかし、突き合わせ作業の際に回転角のずれを９０°以内に収めることは容易であることを考慮すると、図８において上記の端面角度θ＝５°〜８°の範囲では、両光ファイバ端面間の隙間ｄが概ね１０μｍ以下であり、許容できる範囲の隙間である。

１ 光コネクタ
２ 内蔵光ファイバ（被覆除去された裸ファイバ）
２ａ 傾斜端面
３ フェルール
３ａ 光ファイバ穴
３ｂ （フェルールの）接続端面
４ 接続機構
５ 位置決め溝
５ａ、５ｂ （ベース側の）位置決め溝
５ａ’、５ｂ’（蓋部側の）位置決め溝
６ ベース
７、８ 蓋部
９ 板バネ
１０ 挿入光ファイバ
１０ａ 光ファイバ（挿入光ファイバの裸ファイバ）
１０ｂ 被覆部分（挿入光ファイバの被覆部分）
１０ｃ （挿入光ファイバの）傾斜端面
１１ 開閉部材
１２ （開閉部材差込用の）凹所
１３ フェルール嵌合部
１４ フランジ部
θ 内蔵光ファイバの端面角度
α 挿入光ファイバの端面角度

Claims (2)

1. 内蔵光ファイバを内蔵し端面研磨を施したフェルールと、このフェルールの接続端面と反対側に延出する接続機構とを備え、前記接続機構に設けた位置決め溝内で前記内蔵光ファイバと外部から挿入した挿入光ファイバとを屈折率整合剤を介在させて突き合わせ接続する光コネクタにおいて、
   前記内蔵光ファイバの挿入光ファイバと突き合わせる後端側の端面を切断加工により、ファイバ軸心と直交する面に対する角度（端面角度）θが５〜８°の範囲となるように形成したことを特徴とする光コネクタ。
2. 前記接続機構は、フェルールと一体でフェルールの光ファイバ穴に連続する位置決め溝が形成されたベースと、このベースに対向する蓋部と、両者を弾性的にクランプする板ばねとから構成され、前記蓋部は光ファイバの突き合わせ接続部を開閉する接続部開閉用の蓋部と挿入光ファイバの被覆部分を開閉する挿入光ファイバ被覆部開閉用の蓋部とに２分割され、各蓋部が楔型の開閉部材によりベースに対して開閉可能にされていることを特徴とする請求項１記載の光コネクタ。

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